JPH02238441A

JPH02238441A - 光スイッチ

Info

Publication number: JPH02238441A
Application number: JP5939389A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kato; 正良加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光導波路型の光スイッチに関する。

従来の技術近年、光デバイスに用いられるこの種の光導波路型光ス
イッチとしては、電気光学効果を利用したものが、盛ん
に開発されている。この内、特に注目されているのが、
ＬｉＮｂＯ．なる強誘電体にＴｉを拡散して光導波路を
形成したものである。

また、ＬｉＴａＯ．なる強誘電体やＰＬＺＴ薄膜を用い
たものもある。さらには、半導体レーザなどとの集積を
目的とし、ＧａＡｓ，Ｉ　ｎＰなどの化合物半導体エビ
タキシャル結晶光導波路の研究も盛んである。

何れにしても、これらの光導波路型光スイッチの場合、
基本的には、光導波路中を伝搬する光波の位相や、モー
ドを変えることにより、光のスイッチングを行うもので
ある。

発明が解決しようとする課題ところが、前述した強誘電体による光導波路型の場合、
電気光学効果があまり大きくないため、素子長が長くな
ってしまう。また、半導体レーザとの集積化も困難であ
る。

また、ＧａＡｓなどの化合物半導体エビタキシャル結晶
光導波路の場合、その殆どが電気光学効果として、キャ
リア注入によるプラズマ効果を利用したもので、強誘電
体光導波路の場合の電気光学効果より屈折率変化が大き
いものの、スイッチングを行わせるには、まだ屈折率変
化の小さいものである。

この点、最近、電気光学効果の大きいものとして、多重
量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ
）を有する半導体光導波路が提案されている（前述した
キャリア注入型の場合の屈折率変化がＯ．数％であるの
に対し、このＭＱＷ型では電界印加時に数％の屈折率変
化を示す）。しかし、光スイッチとしては、全反射型の
ものが考えられているに過ぎない。

課題を解決するための手段並列配置させた２つの多重量子井戸構造の半導体光導波
路による方向性結合器と、前記半導体光導波路間の多重
量子構造部を挾んで形成した一対の電極と、これらの電
極間に選択的に電圧を印加する電源手段とより構成した
。

作用一方の半導体光導波路に入射した光は屈折率差によりこ
の半導体光導波路中に閉じ込められながら伝搬するが、
方向性結合器としての作用に従い、その一部は近くに並
設された他方の半導体光導波路中に結合して行き、完全
結合長伝搬した後、他方の半導体光導波路中に完全に移
行して出射される。しかし、２つの半導体光導波路間の
多重量子構造部を挾んで形成した一対の電極に電圧を印
加し、多重量子構造部に電界を印加すると、この部分の
屈折率が低下する。この状態では、一方の半導体光導波
路中を伝搬した光はこの中に閉じ込められ、他方の半導
体光導波路中には結合しない。

よって、入射光はこの一方の半導体光導波路から射出さ
れる。つまり、電極を用いた電界印加により、２つの半
導体光導波路間の多重量子構造部の屈折率を制御するこ
とにより、光の閉じ込め状態を変化させ、２つの半導体
光導波路間の光学的結合を制御することにより、光スイ
ッチングさせることができる。

実施例本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例は、リブ形多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有す
る半導体光導波路構成を利用したものである。まず、半
導体基板ｌ上には光閉じ込め用の低屈折率層２が形成さ
れている。この低屈折率層２上には、リブ形ＭＱＷの半
導体光導波路が形成されている。即ち、低屈折率層２上
に多重量子構造部３を形成し、この多重量子構造部３の
最上層に低屈折率のクラッド層を図示の如く凸形状に作
製し、その等価屈折率差により２つの半導体光導波路４
．５を形成してなる。ここに、これらの半導体光導波路
４，５の中央部付近（領域Ｅ）では接近しており、方向
性結合器６として構成されている。

一方、このような２つの半専体光導波路４，５が接近し
た領域Ｅにおいて、これらの半導体光導波路４，５間に
位置させて表裏両面（多重量【一構造部３表面及び半導
体基板ｌ下而）には、領域Ｅの長さ相当の長さの一対の
？ｔａｌｆ２７ａ，７ｂが設けられている。これらの電
極７ａ，７ｂ間には、スイッチング信号に応じて電源手
段（図示せず）により、選択的に電圧が印加されるもの
である。

このような構成において、今、半導体光辱波路４に対し
て光が入射するものとする。また、電極７ａ，？ｂ間に
は電圧が印加されていないとする。

すると，この光は屈折率差（第４図（ｂ）参照）により
この半導体光導波路４中に閉じ込められながら伝搬する
。しかし、全ての光が半導体光導波路４に局在するので
はなく、その電界は、この半導体光導波路４からしみ出
している（第４図（ｃ）参照）。この時、本実施例のよ
うに、もう一つの半導体光導波路５が近くに並列的に存
在すると、この電界のしみ出しにより、半導体光導波路
４中を光が伝搬していく過程において、第５図に示すよ
うに、他方の半導体光導波路５に徐々に結合して行き、
完全結合長伝搬した後には、ｌＯＯ％の光がこの半導体
光導波路５中に移行して射出されることになる。即ち、
半導体光専波路４に入射した光が半導体光導波路５から
射出される。

一方、電極７ａ，７ｂ間に電圧を印加した場合を考える
。これらの電極７ａ，７ｂ間に電圧を印加して、第３図
（ａ）に示すように、半心体光導波路４，５間の多重量
子＋１′１７造部３両面に電界を印加すると、屈折率が
変化する。この屈折率変化は、同図（ｂ）に示すように
電界印加領域の屈折率が小さくなる変化である。よって
、同図（Ｃ）に示すように電界のしみ出しもなく、半導
体光導波路４に入射し伝搬する光は、この半導体光導波
路４中に完全に閉じ込められ、領域Ｅにあっても、他方
の半導体光導波路５には結合しない状態となる。この結
果、電界を印加しない時と異なり、半導体光導波路４に
入射した光がそのままこの半専体光辱波路４から射出さ
れる。

即ち、多重量子構造部３が電極７ａ，７ｂによる電界の
印加の有無により、第３図（ｂ）、第４図（ｂ）に示す
ように屈折′率変化するので、光の閉じ込め状態が変化
して、２つの半導体光導波路４．５間の光学的結合を変
えることができ、光スイッチングが可能となる。ここに
、ＭＱＷの電界印加による屈折率変化は、高速動作が可
能で、その屈折率変化が大きいため、消光比の大きな高
速光スイッチを実現できる。

また、集積化構成可能な光スイッチであり、例えば半導
体レーザを光源とする光変調器への応用も容易である。

第６図に、光強度変調器への応用例を示す。これは、２
つの半導体光導波路４，５の近接並置箇所を離して、そ
こに、これらの半導体光導波路４，５に並列的に損失領
域をなす光導波路８を形成し、電極７ａ，７ｂを各々光
導波路の両側に分割して設け、共通電極９を経て電圧が
印加されるようにしたものである。前記光導波路８には
半導体レーザｌｏからの光が入射される。

このような構成によれば、半導体レーザ１０の光は光導
波路８に入射し、半導体光導波路４，５に結合して射出
される。ここに、共通電極９を経て電極７ａ，７ｂ間に
電圧を印加すると、光導波路８両側部分の屈折率が変化
し、半導体光導波路４，５には結合しない状態となり、
半導体レーザ１０の光は光導波路８に入射し、そのまま
この光導波路８から射出される。この時、電極７ａ，７
ｂに対する電圧、従って、発生させる電界の強さを制御
することにより、光導波路８における損失量も制御でき
、よって、光導波路８から強度変調された光を射出させ
ることができる。このように、本例の場合、上述した光
スイッチを変調器として用いているので、スペクトル線
幅が狭くて消光比の大きな被変調光を高速動作の下に得
ることができる。特に、本例によれば、前述した光スイ
ッチが通常の半導体レーザの製造プロセスを用いて作製
することも可能であり、第６図に示すように、同一基板
ｌ上に半導体レーザ１０とともにモノリシックに集積形
成することもできる。

しかして、本発明の光スイッチないしは光強度変調器に
よれば、長距離・大容量光ファイバ通信に用いる光源デ
バイスとして有望といえる。

発明の効果本発明は、上述したように、並列配置させた２つの多重
量子井戸構造の半導体光導波路による方向性結合器と、
半導体光導波路間の多重量子構造部を挾んで形成され電
源手段により選択的に電圧が印加される一対の電極とを
設けたので、多重量子構造部の電界印加の有無による屈
折率変化により、光スイッチングでき、よって、高速動
作可能にして消光比の大きなスイッチング素子とするこ
とできるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は平面図
、第２図は正面図、第３図は電圧印加時の多重量子構造
部付近の状態、屈折率分布及び電界分布の関係を示す説
明図、第４図は電圧無印加時の多重量子構造部付近の状
態、屈折率分布及び電界分布の関係を示す説明図、第５
図は電圧無印加時の半導体光導波路間の光結合動作を平
面的に示す説明図、第６図は光強度変調器への応用例を
示す平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

並列配置させた２つの多重量子井戸構造の半導体光導波
路による方向性結合器と、前記半導体光導波路間の多重
量子構造部を挾んで形成した一対の電極と、これらの電
極間に選択的に電圧を印加する電源手段とよりなること
を特徴とする光スイッチ。