(57)【要約】【課題】パケット交換環境に有用な光スイッチの提供。【解決手段】半導体ベースの光スイッチエンジン(200)は、入力スイッチ素子(300)からの入力光を出力スイッチ素子(308)にスイッチングし、入力スイッチ素子のそれぞれの出力(220)が、光導波路(200)を介して出力スイッチ素子(308)の個々の入力(220)に直接的に結合されている。このスイッチアーキテクチャによれば、それぞれの信号が専用の光経路を使用して光スイッチエンジン(200)を通過するため、信号のクロストークが低減される。また、この光スイッチエンジンは、スイッチを通る全ての経路において、むらのない信号対雑音比も維持し、光信号が通過するスイッチ点の合計数も低減される。【選択図】図２
2004213024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ベースの光電子スイッチング装置（２００）であって、
それぞれが入力（２０２）と少なくとも２つの出力（２２０）とを含む、半導体上に製作された少なくとも２つの１×Ｎスイッチ素子（３００、３０２）と、
それぞれが少なくとも２つの入力（２２０）と少なくとも１つの出力（２１０）とを含む、半導体上に製作された少なくとも２つのＭ×１スイッチ素子（３０８、３１０）とを備え、
前記少なくとも２つの１×Ｎスイッチ素子（３００、３０２）は、第１の１×Ｎスイッチ素子（３００）の第１の出力（２２０−１）が光導波路（２２０）を介して第１のＭ×１スイッチ素子（３０８）の第１の入力（２２０−１）に直接的に結合され、前記第１の１×Ｎスイッチ素子（３００）の第２の出力（２２０−２）が光導波路（２２０）を介して第２のＭ×１スイッチ素子（３１０）の第１の入力（２２０−２）に直接的に結合されるように、構成されており、
第２の１×Ｎスイッチ素子（３０２）の第１の出力（２２０−５）が光導波路（２２０）を介して前記第１のＭ×１スイッチ素子（３０８）の第２の入力（２２０−５）に直接的に結合され、前記第２の１×Ｎスイッチ素子（３０２）の第２の出力（２２０−６）が光導波路（２２０）を介して前記第２のＭ×１スイッチ素子（３１０）の第２の入力（２２０−６）に直接的に結合されており、前記光導波路の長さが、実質的に等しい、半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの１×Ｎスイッチ素子（３００、３０２）と前記少なくとも２つのＭ×１スイッチ素子（３０８、３１０）が、III−Ｖ族半導体材料から製作される、請求項１に記載の半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項３】
Ｍ＝Ｎであり、複数の１×Ｎスイッチ素子（２３０）が２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャで構成されている、請求項２に記載の半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項４】
前記１×Ｎ及びＭ×１スイッチ素子（２３０、２４０）のそれぞれに関連する複数の半導体増幅器（４１０）を更に含む、請求項３に記載の半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項５】
前記光導波路（２２０）が半導体上に製作される、請求項１に記載の半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項６】
前記光導波路（２２０）が光ファイバである、請求項１に記載の半導体ベースの光電子スイッチング装置。
【請求項７】
半導体ベースの光スイッチング装置（２００）であって、
半導体上に製作され、入力（２０２）と少なくとも２つの出力（２０２−１、２０２−２）とを有する入力スイッチ素子（３００）と、
半導体上に製作され、少なくとも２つの入力（２２０−１、２２０−２）と出力（２１０）とを有する出力スイッチ素子（３０８）とを備え、
前記入力スイッチ素子（３００）のそれぞれの出力（２２０−１、２２０−２）が、光導波路（２２０）を介して前記出力スイッチ素子（３０８）の個々の入力（２２０−１、２２０−２）に直接的に結合されている、半導体ベースの光スイッチング装置。
【請求項８】
前記スイッチング装置（２００）が、III−Ｖ族半導体材料から製作される、請求項７に記載の半導体ベースの光スイッチング装置。
【請求項９】
前記スイッチング装置（２００）が、II−VI族半導体材料から製作される、請求項７に記載の半導体ベースの光スイッチング装置。
【請求項１０】
前記入力スイッチ素子（３００）と前記出力スイッチ素子（３０８）のそれぞれに関連する複数の半導体増幅器（４１０）を更に含む、請求項７に記載の半導体ベースの光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光ファイバ通信に関し、より具体的には、半導体ベースの光スイッチのアーキテクチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムは、その出現からかなりの時間が経過しているが、信号伝送に大きな量の帯域幅を利用可能であるため、その使用は継続的に拡大している。光通信システムは、大きな帯域幅と優れた速度を提供し、大量の音声及びデータを効率的に長距離伝達するのに適している。光通信システムは、一般に、長距離及び短距離の通信用途の両方に採用されているが、一般的には、長距離通信に使用した場合に、その効果が最も大きい。通常の光通信システムの場合、光ファイバのスパンに沿って配置された交換システムによって光ファイバのスパンを接続している。これらの交換システムを使用して、光信号の宛先に対する光信号のルーティングと光ファイバに対する光信号の追加と除去の両方を行っている。
【０００３】
現在、一般的に使用されている２つの主要通信交換技術は、回線交換技術とパケット交換技術である。現時点では、光交換システムは、比較的長時間にわたって終端間の通信経路が確立される回線交換用途において主に使用されている。回線交換用途の場合には、約１０ミリ秒（ｍｓ）のスイッチング速度、即ち光スイッチング素子の状態変化が一般的である。
【０００４】
一方、パケット交換技術は、情報が複数のパケットに分割され、それぞれのパケットが個々にスイッチングされると共に、異なる経路を用いて通信ネットワークを通過する方式である。パケット化されたデータの特性により、スイッチの同一出力に対して２つのパケットを同時に送信するのを防止するために、パケットのバッファリングがしばしば必要となる。このため、一般に、パケットスイッチは、電気信号をスイッチングするための電気的領域において実現されている。光パケットスイッチは、光信号をバッファリングすることの難しさに起因して、これまで商用開発されていなかった。しかしながら、光パケットスイッチングエンジンを大きな電気的パケットスイッチの一部として含むことが望ましい。更に、それぞれの通信パケットの長さは、一般に１ｍｓ未満であるため、回線交換技術で採用されている従来の光スイッチングシステムは、パケット交換用途に使用されるほど十分に高速に状態を変化させることができない。
【０００５】
パケットスイッチとして有用になるように、十分高速に状態を変化できるスイッチエンジンを製作しようという以前の試みは、結果としてサイズが大きく、非効率的であり、スイッチングされる信号間のクロストークが許容できないほどに大きな量の光スイッチとなった。係る光スイッチの１つは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮＯ３）の基板を使用し、この基板上に、結合された一対の光導波路と、一方又は双方の導波路の屈折率を変化させる手段とを製作している。それぞれの導波路に光入力信号を送り込み、例えば、電気光学効果を使用して、一方又は双方の導波路の屈折率を変化させる。一方又は双方の導波路の屈折率を変化させることにより、２つの光入力信号を反対側の導波路にスイッチングすることができる。係るＬｉＮＯ３ベースのスイッチは、約１ナノ秒（ｎｓ）の速度で状態を変化させる、従って光信号をスイッチングすることができ、これは光パケットスイッチとして十分な速度である。不都合なことに、現在のスイッチング要件の光スイッチを収容するのに十分大きなＬｉＮＯ３基板を製作することは難しい。更に、この導波路の構成に起因して、２つの光入力信号間に大きなクロストークが発生する。
【０００６】
パケットスイッチとして使用するのに適した光スイッチング構成における別の試みは、光入力信号が２つの信号に分割され、それぞれの信号強度がオリジナルの入力信号のほぼ１／２になるように、「Ｙ」形に構成した導波路を使用する。この「Ｙ」のそれぞれのアームには増幅器が配置される。そして、増幅器の一方をフォワードバイアスすると共に、他方の増幅器をリバースバイアスすることにより、スイッチング機能を実行する。フォワードバイアスされた増幅器は、光を次の導波路に送り、リバースバイアスされた増幅器は、供給された光を消そうとする。このようにして、光は、入力から出力のうちの１つのみへとスイッチングされる。残念ながら、この構成は、いくつかの欠点を含む。例えば、リバースバイアスされた増幅器は、供給された光を完全に消すことができず、増幅された光と部分的に消された光との間のクロストークが予想以上に大きい結果となる。また、フォワードバイアスされた増幅器が光を増幅する間に、その増幅によって光信号の信号対雑音比が低下する。更に、これまで、このスイッチング技術は、「マトリックス」スイッチとして実施されていた。マトリックススイッチの場合、複数の入力導波路が複数の出力導波路と交差する。この入力導波路が出力導波路と交差する場所は、「交点」と呼ばれる。それぞれの交点には、これらスイッチの１つが配置されており、そのスイッチには「Ｙ」スプリッタ及び２つの増幅器が含まれる。このような構成では、入力及び出力の位置に応じて、一方の入力信号は、別の入力信号とは異なる数の交点を通過することになる。スイッチを介して短い経路をとった信号の信号対雑音比は、長い経路をとった信号よりも良好になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本業界において、状態を高速で変化させる能力を有し、低クロストーク及びバランスのとれた信号対雑音比性能を備え、パケット交換環境に有用であるように経済的に製作され得る光スイッチが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体ベースの光スイッチエンジンであり、この光スイッチエンジンにおいては、入力光を入力スイッチ素子から出力スイッチ素子にスイッチングし、入力スイッチ素子のそれぞれの出力が、低損失の光導波路を介して出力スイッチ素子の個々の入力に直接的に結合されている。このスイッチアーキテクチャによれば、それぞれの信号が専用の光経路を使用して光スイッチエンジンを通過するため、信号のクロストークが低減される。また、この光スイッチエンジンは、スイッチを通る全ての経路において、むらのない信号対雑音比も維持する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、状態を高速で変化させる能力を有し、低クロストーク及びバランスのとれた信号対雑音比性能を備え、パケット交換環境に有用であるように経済的に製作され得る光スイッチが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図面を参照することにより、特許請求の範囲に定義されているような本発明について理解を深めることができる。図面内の構成要素は、互いに対して必ずしも一定の縮尺ではなく、それよりむしろ、本発明の原理を明瞭に例示することに重点が置かれている。
【００１１】
リン化インジウム（ＩｎＰ）及びその関連化合物を使用して以下に説明するが、本発明は、以下に限定されないが、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）及びその関連化合物やII−VI族半導体材料などの他の化合物半導体材料にも適用可能である。
【００１２】
図１は、本発明の光スイッチエンジン２００を備える例示的なパケットスイッチ１００を示す概略図である。単一の光信号をスイッチングすることに有用であるが、パケットスイッチ１００は、概して接続１０２を介して複数の光信号を受け取る。この接続１０２は、例えば、以下に限定されないが、１つ又は複数の光信号をそれぞれ伝送する１つ又は複数の光路とすることができる。接続１０２の光信号は、光／電子変換器１０４に導かれる。光／電子変換器１０４は、接続１０２の光信号を電気信号に変換する。接続１０２の光信号を電気信号に変換した後、光／電子変換器１０４は、接続１０６を介して電気信号をパケットバッファ１１０に伝達する。当業者によって知られているように、パケットバッファ１１０は、電気信号を格納するための１つ又は複数の記憶素子からなることができる。
【００１３】
また、光／電子変換器１０４は、接続１２６を介してコントローラ１２２とも通信する。光／電子変換器１０４からコントローラ１２２まで伝えられる情報には、電気信号に変換されてパケットバッファ１１０内に配置される各光信号の定義を含む。本質的に、光／電子変換器１０４は、パケットバッファ１１０に伝達される変換された信号のそれぞれの宛先を、接続１２６を介してコントローラ１２２に伝達する。コントローラ１２２は、この情報を用いて光スイッチエンジン２００と通信し、及び接続１２８を介してパケットバッファ１１０と通信し、この光スイッチエンジン２００は、本発明の実施形態に従って構成されている。コントローラ１２２は、接続１２４と１２８を介して、光スイッチエンジン２００内の信号の適切なルーティングを決定し、電気信号がパケットバッファ１１０内に（例えば、競合を避けるために）とどまる適切な持続時間を決定する。また、コントローラ１２２は、光スイッチエンジン２００内の入力接続と出力接続との間の競合も調停し、最終的に光スイッチエンジン２００の動作を制御する。
【００１４】
電気信号は、パケットバッファ１１０から接続１１２を介して電子／光変換器１１４に供給される。電子／光変換器１１４は、パケットバッファ１１０から受信した信号を、接続１１２の電気信号から接続１１６の光信号へと変換する。接続１１６の光信号は、光スイッチエンジン２００に対する光入力を形成する。接続１０２と同様に、接続１１６は、１つ又は複数の光信号が光スイッチエンジン２００にルーティングされる１つ又は複数の光路からなることができる。
【００１５】
コントローラ１２２の命令のもとで、及び光／電子変換器１０４から受信した情報に基づいて、接続１１６の入力信号が適切な出力接続１３２に導かれるように、接続１２４を介してコントローラ１２２は光スイッチエンジン２００を制御する。接続１１６と１３２は、単一の線として示されているが、実際には１つ又は複数の光路を含み、各光路は１つ又は複数の光信号を伝送する。以下により詳細に説明されるように、本発明の実施形態による光スイッチエンジン２００は、光スイッチエンジン２００内の信号間のクロストークを最小限にし、光スイッチエンジン２００を通過する全ての信号間の信号対雑音比が相対的に一定の状態を維持するような態様で、入力１１６と出力１３２との間の光信号をスイッチングする。
【００１６】
接続１３２の光信号は、光／電子変換器１０４と同様に動作する光／電子変換器１３４に供給される。光／電子変換器１３４は、接続１３２の光信号を電気信号に変換し、接続１３６を介して電気信号をパケットバッファ１１０に供給する。
【００１７】
また、コントローラ１２２は、光／電子変換器１３４から受信した電気信号がパケットバッファ１１０内にとどまる持続時間も決定する。適切な時間に、電気信号は、パケットバッファ１１０から接続１３８を介して電子／光変換器１４２に送られ、光学ドメインに変換される。次いで、電子／光変換器１４２からの光信号は、光接続１４６に配置される。接続１０２に関して前述したのと同様に、光接続１４６は、１つ又は複数の光路からなることができ、各光路は１つ又は複数の光信号を伝送できる。
【００１８】
代案として、パケットスイッチ１００は他の形態をとることができる。例えば、光スイッチエンジン２００内のスイッチング経路に競合が存在する時だけ、光信号が電気ドメインに変換されてバッファリングされるように、パケットスイッチ１００は構成され得る。パケットスイッチ１００の係る代替の実施形態の全ては、本発明の範囲内にあるとみなされる。
【００１９】
図２は、図１の光スイッチエンジン２００を示す概略図である。説明を容易にするために、この光スイッチエンジン２００は、２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャの構成で構成されており、ここでＮは、スイッチエンジン２００の入力及び出力の数である。図２に示されている例においては、Ｎ＝４である。しかしながら、本発明は、異なる数の入力及び出力が存在する構成にも適用可能である。係る代替構成については、図６に関連して後述することにする。
【００２０】
光スイッチエンジン２００には、参照符号２３０を用いて集合的に示されている複数の入力１×Ｎスイッチ素子が含まれており、これらの例示的なものが参照符号３００〜３０６を用いて示されている。図２に示された実施形態において、入力１×Ｎスイッチ素子は、それぞれ１つの入力と４つの出力を備える１×４である。例えば、１×Ｎスイッチ素子３００への入力は接続２０２を介しており、１×Ｎスイッチ素子３００の出力は、接続２２０−１〜２２０−４である。図２に示されたアーキテクチャに従い、１×４スイッチ素子３００の４つの出力は、４つのＮ×１出力スイッチ素子２４０の第１の入力に供給される。参照符号３０８〜３１４を用いて、例示的な出力Ｎ×１スイッチ素子が示される。出力Ｎ×１スイッチ素子２４０は、構成が１×Ｎスイッチ素子２３０と類似しているが、説明を容易にするために「Ｎ×１」と表記されている。１×Ｎスイッチ素子３００の第１出力は、接続２２０−１を介してＮ×１スイッチ素子３０８の第１入力に接続される。この接続２２０−１は、専用であって低損失の半導体ベースの導波路構造であることが好ましく、これについては詳細に後述する。更に、図２に示された構成において、この接続２２０−１は、スイッチを通る専用経路、従って１×Ｎスイッチ素子３００をＮ×１スイッチ素子３０８に接続する専用経路を表す。接続２２０−２〜２２０−１６についても同様である。更に、この接続２２０の数は、１×Ｎ及びＮ×１スイッチ素子の数及び構成に応じて変化する。
【００２１】
入力１×Ｎスイッチ素子２３０のそれぞれの出力と出力Ｎ×１スイッチ素子２４０のそれぞれの入力との間の専用接続により、スイッチを通過するそれぞれの光信号は、同じ数のスイッチ素子を通過する。この結果、光スイッチエンジン２００を通る全ての経路間の信号対雑音比が等しくなる。更に、それぞれの光信号がスイッチを通過する後述の単一経路のために、図２に示されている２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャは、クロストークに対して極めて強い抵抗力を有する。各入力導波路が各出力導波路と交差しているマトリックススイッチアーキテクチャと比較した場合、この図２に示されている２Ｎ（１×Ｎ）アーキテクチャは、光信号がスイッチを通過する交点の最大数を最小化するという利点を有する。
【００２２】
図２に示されているように、それぞれの１×Ｎスイッチ素子３００〜３０６の出力は、それぞれのＮ×１スイッチ素子３０８〜３１４の入力に接続される。このようにして、接続２０２〜２０８を介して入力１×Ｎスイッチ素子２３０のいずれかに入射した光信号は、光スイッチエンジン２００を介して、出力接続２１０〜２１６の１つに対して個々に独立してルーティングされる。尚、この信号は、光スイッチエンジン２００にわたって光学ドメイン内にとどまることに留意されたい。
【００２３】
導波路２２０に関して、２つより多い数の導波路が単一地点において交差しているかのように例示されているが、いずれの単一地点においても、２つより多い数の導波路２２０−１〜２２０−１６が互いに交差するべきではない。また、これらの導波路は、信号のクロストークを回避するように、急峻な入射角度で互いに交差することが好ましい。このような構造は、後述される半導体製作技術を使用して構築可能である。更に、導波路２２０−１〜２２０−１６は、一般に、湾曲部を有するように構成される。当業者に知られているように、湾曲部は、例えば、半導体材料内に湾曲部をパターニングすることにより、又は全反射の原理を用いることにより、導波路２２０−１〜２２０−１６に製作され得る。全反射は、例えば、当業者に知られているスネルの法則に従い、導波路構造の十分に先鋭な角の部分に反射性の垂直壁をエッチングすることによって実現され得る。
【００２４】
図３は、図２の１×Ｎスイッチ素子３００のうちの１つを詳細に示す概略図である。この１×Ｎスイッチ素子３００は、３つの１×２スイッチ素子３０５、３０７、及び３０９からなる１×４構成である。例えば、接続２０２を介して１×２スイッチ素子３０５に入力された光信号は、導波路部分３２０−１を介して１×２スイッチ素子３０７の入力に導かれるか、又は導波路部分３２０−２を介して１×２スイッチ素子３０９の入力に導かれる。そして、１×２スイッチ素子３０７への入力信号は、出力ライン２２０−１又は２２０−２のいずれかに導かれる。同様に、導波路部分３２０−２に入力された信号は、１×２スイッチ素子３０９により、出力ライン２２０−３又は２２０−４のいずれかに導かれる。このようにして、１×２スイッチ素子の様々な構成により、１×Ｎスイッチ素子を形成するように構成され得る。
【００２５】
光スイッチエンジン２００を通過する際に信号が通過するスイッチング素子の最大数は、比較できるマトリックススイッチの場合よりも小さくなる。例えば、Ｎが２の累乗であるＮ×Ｎ光スイッチエンジン２００の場合、光信号は、２ｊ個の１×２スイッチを通過する（ここで、２ｊ＝Ｎである）。対照的に、マトリックススイッチを通る最長経路の場合、信号は２Ｎ−１個のスイッチを通過することが必要になる。
【００２６】
Ｎ＝４の場合には、ｊ＝２であり、従って、光スイッチエンジン２００の場合、信号が通過しなければならないスイッチ素子の最大数は４であるが、マトリックススイッチの場合には、信号が通過しなければならないスイッチ素子の最大数は７である。この差は重要であり、この結果、マトリックススイッチアーキテクチャの場合には、信号対雑音比に大きな差が生じるが、光スイッチングエンジン２００の場合には、信号対雑音比における差を大幅に削減することができる。
【００２７】
図４は、図３の半導体ベースの１×Ｎスイッチ素子３００を概略的に示している。しかしながら、図４の半導体ベースのスイッチ素子は、参照符号４００を用いて参照される。導波路部分４０２に入力された光信号は、１×２スイッチ素子４０５に導かれる。この１×２スイッチ素子４０５には、それぞれ半導体ベースの増幅器４１０及び４１２を個々に含む導波路部分４０４及び４０６が含まれる。
【００２８】
接続４０２の光信号は分割され、それにより光強度の半分が導波路部分４０４に入り、残りの半分が導波路部分４０６に入ることが好ましい。この光は、増幅器４１０及び４１２をバイアスする態様に応じて、増幅器４１０及び４１２を介して伝達又は減衰される。例えば、増幅器４１０を介して光信号を増幅して導波路部分４１４の方へ導くためには、増幅器４１０をフォワードバイアスし、増幅器４１２を増幅器４１０と反対にバイアスする。増幅器４１０及び４１２をリバースバイアスする場合、これらは非常に効果的な減衰器を形成し、これにより増幅器を介した後続の導波路部分への光信号の通過が阻止される。増幅器４１０をフォワードバイアスする場合、光信号は、導波路部分４１４に伝送され、ここで、光強度が導波路部分４１８及び４２０に再度分割される。この１×２スイッチ素子４０７は、１×２スイッチ素子４０５に関して前述したものと同様の態様で動作する。このようにして、半導体ベースの１×４スイッチ素子４００により、導波路部分４０２に入った光信号を導波路部分４４０、４４２、４４４、又は４４６のいずれかに導くことができる。
【００２９】
図５Ａ及び図５Ｂは、図４の増幅器部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。導波路及び増幅器（図４）の両方を形成する半導体層は、増幅器において光利得が生じると同時に、低損失が導波路の特性となるように、成長されてドーピングされることが好ましい。優れた横方向の閉じ込め特性を有する、低損失の二重閉じ込め型ヘテロ構造の導波路構造体を製作することが好ましい。可能な導波路構造の１つは、半絶縁性プレーナー埋め込み型へテロ構造（Semi-Insulating Planar Buried Heterostructure：ＳＩＰＢＨ）である。別の可能な導波路構造は、リッジ導波路構造である。係る導波路構造体は、当業者には知られている。
【００３０】
次に図５Ａを参照すると、半導体増幅器５００には、ＩｎＰ基板５０４上に成長させられたリン化インジウム（ＩｎＰ）バッファ層５０６が含まれる。このＩｎＰバッファ層５０６上には、ガリウムインジウム砒素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）の下部クラッド層５０８が成長させられる。ＧａＩｎＡｓＰ下部クラッド層５０８上には、下部クラッド層５０８のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰ活性層５１０が成長させられ、この活性層５１０上には、活性層５１０のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを備えるＧａＩｎＡｓＰ上部クラッド層５１２が成長させられる。この例では、１．５５マイクロメートル（μｍ）又はミクロンの波長を有する光が増幅器によって増幅され、後述される低損失導波路によって導かれ得るように、活性層５１０は構成される。ＧａＩｎＡｓＰ上部クラッド層５１２上には、ＧａＩｎＡｓコンタクト層５１４が成長させられる。上部クラッド層５１２と下部クラッド層５０８は、ｐｎ接合が上部クラッド層５１２と下部クラッド層５０８との間に形成されるように、特定の用途に望ましいバイアスに応じて、ｎ型又はｐ型に逆にドーピングされる。ＩｎＰバッファ層５０６と反対側のＩｎＰ基板５０４の表面には、電気コンタクト５０２が付着される。
【００３１】
図５Ｂは、図５Ａの半導体増幅器を示す長手方向の略断面図５３０である。基板層５０４上には、バッファ層５０６が成長させられる。下部クラッド層５０８、活性層５１０、上部クラッド層５１２、及びコンタクト層５１４が、リン化インジウムに鉄をドーピングした領域（ＩｎＰ：Ｆｅ）５２０と境界を接している。このＩｎＰ：Ｆｅ領域５２０は、活性領域５１０の幅約３μｍの部分に、電子、ホール、及び光を閉じ込めることに役立つ。基板層５０４の反対側の表面には、電気コンタクト材料５０２が付着されている。
【００３２】
図５Ｃ及び図５Ｄは、図４の導波路部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。図５Ｃは、リン化インジウム（ＩｎＰ）バッファ／下部クラッド層５５６によって図５ＡのＩｎＰバッファ層５０６を置換した導波路部分５５０を示す。更に、ＧａＩｎＡｓＰ導波路コア５５５により、図５Ａの活性領域５１０が置換されている。図５Ｃにおいて、導波路部分５５０は、ＩｎＰを用いて構成された上部クラッド層５５７を含む。図５Ｃに示された構造体は、図４の増幅器間で光信号を案内する。
【００３３】
図５Ｄは、図５Ｃの半導体導波路を示す長手方向の略断面図５７０である。基板５０４上には、バッファ／下部クラッド層５５６が成長させられる。バッファ／下部クラッド層５５６、導波路コア５５５、上部クラッド層５５７、及びコンタクト層５１４は、リン化インジウムに鉄をドーピングした領域（ＩｎＰ：Ｆｅ）５２０と境界を接しており、図５Ｂに関して前述したように機能する。
【００３４】
図６は、図２に示されたスイッチングアーキテクチャの代替実施形態を詳細に示す概略図である。このＭ×Ｎスイッチエンジン６００は、Ｍ個の個別の１×Ｎスイッチング素子と、Ｎ個の個別のＭ×１スイッチング素子を含み、ここで、Ｍは、スイッチエンジン６００の入力の数と等しく、Ｎは、スイッチエンジン６００の出力の数である。この実施形態において、合計で４つの１×２入力スイッチ素子（それらのうちの例示的なものが参照符号６０５を用いて示されている）と２つの４×１出力スイッチ素子（それらのうちの例示的なものが参照符号６１０を用いて示されている）とが存在している。図６に示された構成において、それぞれの入力１×２スイッチ素子６０５の各出力は、それぞれの出力スイッチ素子６１０の各入力に接続される。このようにして、入力の数が出力の数と異なる構成において、前述の有利なスイッチアーキテクチャを使用することができる。
【００３５】
以上の本発明の好適な実施形態に対して、本発明の原理から実質的に逸脱することなく、多くの修正及び変形を行うことができることは当業者には明らかであろう。そのような全ての修正及び変形は、添付の特許請求の範囲に定義されているような本発明の範囲内に含められることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の光スイッチエンジンを備えるパケットスイッチを示す概略図である。
【図２】図１の光スイッチエンジンを示す概略図である。
【図３】図２の１×Ｎスイッチ素子のうちの１つをより詳細に示す概略図である。
【図４】図３の半導体ベースの１×Ｎスイッチ素子の概略図である。
【図５Ａ】図４の増幅器部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。
【図５Ｂ】図４の増幅器部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。
【図５Ｃ】図４の導波路部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。
【図５Ｄ】図４の導波路部分の様々な図を集合的に示す略断面図である。
【図６】図２に示されているスイッチングアーキテクチャの代替の実施形態をより詳細に示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
200  光電子スイッチング装置
202  入力
210  出力
220-1〜220-6  光導波路
300、302  １×Ｎスイッチ素子
308、310  Ｍ×１スイッチ素子
410  半導体増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2004213024.tif 000008
【図５Ｃ】
2004213024.tif 000009
【図５Ｄ】
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【図６】
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