JP4537218B2 - 光スイッチ - Google Patents
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Description
Vilson R.Almeida et al.,「All-Optical control of light on a silicon chip」,NATURE,2004,vol.431,p.1081-1084 K.Yamada et al.,「Microphotonics Devices Based on Silicon Wire Waveguiding System」,IEICE TRANS.ELECTRON.,2004,vo1.E87-C,p.351-358
本発明は、前記の課題を解決し、低消費パワー、小型、低ノイズの直接光スイッチを提供することを目的とする。
また、本発明の光スイッチの1構成例は、前記プローブ光の波長λ2が無限小入力時の前記リング共振器の共振ピークよりも短波長側に設定されるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例は、前記ポンプ光の波長λ1が無限小入力時の前記リング共振器の共振ピークよりも短波長側に設定されるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例は、さらに、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部に設置された、前記ポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを備え、前記ポンプ光は、前記プローブ光が導入される直線導波路とは異なる直線導波路の、前記プローブ光の出力端と反対側の端部から導入されるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例において、前記ポンプ光と前記プローブ光とは、同一の直線導波路の対向する端部から導入されるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例において、前記ポンプ光は、前記プローブ光が導入される直線導波路とは異なる直線導波路の、前記プローブ光が出力される側の端部から導入されるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例は、前記ポンプ光と前記プローブ光とを、同一の直線導波路の対向する端部から導入する構成、あるいは前記ポンプ光を、前記プローブ光が導入される直線導波路とは異なる直線導波路の、前記プローブ光が出力される側の端部から導入する構成において、さらに、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部に設置された、前記ポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを備えるものである。
また、本発明の光スイッチの1構成例において、前記リング共振器のコアの断面寸法は各辺が150nm以上500nm以下であり、前記クラッドの屈折率は1.0以上2.0以下である。
また、本発明の光スイッチの1構成例において、前記リング共振器と前記直線導波路の側壁間の間隔は、100nm以上500nm以下である。
図1は、本発明の第1の実施の形態となる光スイッチの構成を示すブロック図である。本実施の形態の光スイッチは、断面が方形あるいは台形でその各辺が150nm以上500nm以下のシリコンをコアとし、二酸化珪素のような屈折率が1.5程度の物質をクラッドとしたチャンネル導波路(シリコン細線導波路)を環状に接続した導波路型のリング共振器1と、リング共振器1の側面に対し100nm以上500nm以下の距離に近接して配置された2本の直線導波路(直線チャンネル導波路)2,4とから構成されている。
図3は、本発明の第2の実施の形態となる光スイッチの構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。図1に示した光スイッチでは、直線導波路が2本設置されているため、様々な入出力形式が採用できる。本実施の形態は、プローブ光L2が入力される直線導波路2とは異なる直線導波路4の出力端(ドロップポート)と反対側の端部からポンプ光L1を入力することを特徴とする。これにより、本実施の形態では、直線導波路2の入力端においてポンプ光L1とプローブ光L2とを合波させる必要がなくなるので、ポンプ光L1とプローブ光L2とを合波するカップラなどの手段を省略することができる。
図4は、本発明の第3の実施の形態となる光スイッチの構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1、第2の実施の形態では、スルーポートとドロップポートの各々に波長フィルタ3,5を設けているが、ポンプ光L1とプローブ光L2の入力の位置を工夫して、両者を異なる位置から出力させることにより、波長フィルタを省略することができる。
図5は、本発明の第4の実施の形態となる光スイッチの構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態も、第3の実施の形態と同様に、ポンプ光L1とプローブ光L2とを分離して出力するスイッチ構造である。本実施の形態は、プローブ光L2が入力される直線導波路2とは異なる直線導波路4の出力端(ドロップポート)からポンプ光L1を入力することを特徴とする。ただし、この場合は、ポンプ光L1をドロップポートに直接入力するのではなく、ドロップポートに近接して配置されたアッドドロップ波長フィルタ6を介してポンプ光L1を入力する必要がある。図5では、ラティスフィルタ形のアッドドロップ波長フィルタを用いる例を示している。ラティスフィルタ形のアッドドロップ波長フィルタについては、例えば文献「K.Yamada et a1.,“Silicon-based ultrasmall lattice filters with wide free spectral ranges”,2003,OPTICS LETTERS,vol.28,NO.18,p.1663-1664 」に記載されているように、シリコン細線導波路で既に実現されており、小型化や集積化に適用可能である。
なお、第3、第4の実施の形態では、波長フィルタを省略しているが、第1の実施の形態と同様に、直線導波路2の出力端(スルーポート)と直線導波路4の出力端(ドロップポート)の各々にポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを設けてもよいことは言うまでもない。これにより、プローブ光の出力におけるノイズをさらに低減することができる。
第1〜第5の実施の形態において、リング共振器1を構成するチャンネル導波路のコア寸法は、ポンプ光のパワー密度を十分に高め、リング共振器1を構成する物質の屈折率を効率良く変化させるために、出来る限り小さい必要がある。そのためには、このチャンネル導波路のクラッドに、屈折率が低く、かつ光導波路によく利用される酸化珪素系化合物、窒化珪素系化合物、エポキシ系ポリマー、アクリル系ポリマー、空気、真空などを用いると良い。これらの物質をクラッドに用いると、シリコンコアの断面を小さくすることができ、それに伴う光パワー密度の増大により、効率的な光スイッチ動作が可能となる。
Claims (11)
- 断面が方形または台形のシリコンあるいはシリコン・ゲルマニウム化合物をコアとし、屈折率が前記コアより小さい物質を前記コアを覆うクラッドとしたチャンネル導波路を、環状に接続したリング共振器と、
このリング共振器の側面に近接して配置された2本の直線導波路とを備え、
この2本の直線導波路の4つの端部のいずれかに、前記リング共振器の任意の共振ピークの1/10値幅内の波長λ1を有するパルス状のポンプ光が導入され、かつ前記4つの端部のいずれかに前記共振ピークと異なる別の共振ピークの1/10値幅内の波長λ2を有する連続的なプローブ光が導入され、
前記ポンプ光の導入による前記リング共振器の共振波長の変化によって前記プローブ光に対する前記リング共振器の透過率を変化させ、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部において、前記ポンプ光の光強度に応じて強度変調されたプローブ光を得ることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1記載の光スイッチにおいて、
前記プローブ光の波長λ2が無限小入力時の前記リング共振器の共振ピークよりも短波長側に設定されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1または2記載の光スイッチにおいて、
前記ポンプ光の波長λ1が無限小入力時の前記リング共振器の共振ピークよりも短波長側に設定されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
さらに、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部に設置された、前記ポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを備え、
前記ポンプ光と前記プローブ光とは、同一の直線導波路の同一の端部から導入されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
さらに、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部に設置された、前記ポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを備え、
前記ポンプ光は、前記プローブ光が導入される直線導波路とは異なる直線導波路の、前記プローブ光の出力端と反対側の端部から導入されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
前記ポンプ光と前記プローブ光とは、同一の直線導波路の対向する端部から導入されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
前記ポンプ光は、前記プローブ光が導入される直線導波路とは異なる直線導波路の、前記プローブ光が出力される側の端部から導入されることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項6または7記載の光スイッチにおいて、
さらに、前記プローブ光が出力される直線導波路の端部に設置された、前記ポンプ光の透過を抑制する波長フィルタを備えることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
前記クラッドは、真空、空気、酸化硅素系化合物、窒化珪素系化合物、エポキシ系ポリマー、あるいはアクリル系ポリマーのうちのいずれか1つからなることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
前記リング共振器のコアの断面寸法は各辺が150nm以上500nm以下であり、前記クラッドの屈折率は1.0以上2.0以下であることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光スイッチにおいて、
前記リング共振器と前記直線導波路の側壁間の間隔は、100nm以上500nm以下であることを特徴とする光スイッチ。
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