JPH03100526A - 光スイッチアレイ - Google Patents

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、光交換機を実現するための半導体導波路型光
スイッチアレイに関するものである。

〔従来の技術〕

光交換機を実現するための半導体導波路型光スイッチア
レイについては、従来、アイ・イー・イー・イー、ジャ
ーナル・オブ・セレクテイツド・エリアズ・コミュニケ
ーション、ニスニーシー６（ＩＥＥＥ　Ｊ、　５ｅｌｅ
ｃｔ、　Ａｒｅａｓ　Ｃｏｍｍｕｎ、　ＳＡＣ６）１９
８８年、第１２６２頁から第１２６６頁に記載されてい
る。上記技術は、半導体導波路光スイッチ単位をクロス
バ−型に接続し、４人力４出力、すなわち４×４光スイ
ッチアレイを構成したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は光波の挿入損失が大きく、さらに大規模
の入出力端数をもつ光スイッチアレイについては何ら配
慮されていない。問題点をより明確にするために、第２
図および第３図を用いて説明する。第２図は従来の半導
体導波路型４×４光スイッチアレイ４の模式図である。

光スイッチ単位１が１６個クロスバ−型に接続され、４
人力２．４出力３をもつように構成されている。上記光
スイッチアレイの挿入損失は、入力端２および出力端３
での結合損失δ、曲り部５での曲り損失Ｅ、光波の伝搬
損、各光スイッチ単位の分岐部での散乱損失に分類でき
る。上記構成で最大の挿入損失値が生じるのは、第２図
で明らかなように、入力２４、出力３４間の経路を光波
が通過した場合であり、このときに経路長および通過分
岐数が最大になる。

光スイッチアレイの入出力端数を従来例と同じ構成によ
って増やすと、経路長および分岐数が単調に増加するの
で、伝搬損失や散乱損失の増大によって挿入損失も単調
に増加する。第３図は上記の状態を示したもので、横軸
にチャンネル数Ｍをとり縦軸に挿入損失をとっている。

図中の損失はＮＸＮのクロスバ−型接続を行った光スイ
ッチアレイの最悪挿入損失を示す経路における、挿入損
失を図示したものである。図中に示す４本の線は。

分岐部における散乱損失βの値を変えたときの特性を示
しており、ここでは、結合損失δ、曲り損失εをそれぞ
れ７ｄＢ、２ｄＢとして計算した。

第３図によりクロスバ−接続による光スイッチアレイの
チャンネル数（入出力数）が増加するにつれて、挿入損
失は激増し、従来例の散乱損失β＝１．５ｄＢではＮ＝
３２のとき１３０ｄＢにも達する。β＝０．５ｄＢでＮ
＝３２では約７０ｄＢの挿入損失となり、全く実用には
ならない。

本発明の目的は、挿入損失が小さな多入力多出力光スイ
ッチアレイを得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、電気的制御信号に応じて、入射した光波の
出射端を切替える機能をもつ導波路型光スイッチ単位を
、多段に結合した多入力多出力端を有する光スイッチア
レイにおいて、上記光スイッチアレイを、クロスバ−型
接続を行った回路と分岐回路とを組合わせて構成するこ
とにより達成される。

〔作　　用〕

本発明の作用を第１図により説明する。第１図はＮＸＮ
光スイッチアレイ単位６と分岐回路７゜８とを用いて２
ＮＸ２Ｎ光スイッチアレイを構成する際の構成法を模式
的に示したものである６各入力端はそれぞれ分岐回路７
によって２本に分岐され、ＮＸＮ光スイッチ単位を経由
し、さらに分岐回路８を合波回路として使用し出力端に
至る。

この結果１分岐回路での不可避な３ｄＢの損失と過剰損
失γを分岐と金波とで２回生じることになるが、ＮＸＮ
光スイッチ単位６を１回しか通らないため、ＮＸＮ光ス
イッチ単位の挿入損失が、全分岐回路の挿入損失より大
きい限りにおいて、２ＮＸ２Ｎ光スイッチアレイの挿入
損失は低減されることになる。ＮＸＮ光スイッチアレイ
単位を用いて、４ＮＸ４Ｎ光スイッチアレイを同様の構
成法で構成するためには、入力端を４分岐し、出力端で
は４本を合波すればよいことが第１図から自明である。

第４図に上記構成法を用いて、３２×３２光スイッチア
レイを、種々のＮＸＮ光スイッチアレイ単位と分岐回路
との多段接続で構成した際の挿入損失を、第３図を求め
たときと同じパラメータを用いて計算した結果を示して
いる。横軸にチャンネル数Ｎ、縦軸に挿入損失を示して
いる。

なお、図において、Ｘ点で結ぶ線は、分岐回路で生じる
避けられない損失の変化を示している。第４図よりβが
１．５ｄＢの時、２×２光スイッチアレイ単位と分岐回
路とを用いれば、３２Ｘ３２光スイッチアレイの挿入損
失は４１．５ｄＢとなり、β＝０．５ｄＢのときには４
×４光スイッチアレイ単位と分岐回路とにより、挿入損
失を３５．７ｄＢまで低減できることを示している。

すなわち、単純に３２Ｘ３２光スイッチアレイをクロス
バ−接続して構成するよりも、それぞれ９０ｄＢ、３５
ｄＢ挿入損失が減少する。この程度の挿入損失であれば
、結合損失１曲り損失、伝搬損失を若干改善するか、あ
るいは光増幅器等を用いて１０〜２０ｄＢ程度損失を補
償することにより、十分に実用的な光スイッチアレイに
することができる。ここでは、３２ｘ３２光インチアレ
イの構成について記載したが、それ以上の規模またはそ
れ以下の規模の光スイッチアレイに関しても、同様な作
用があることはいうまでもない。ただし、入出力端数Ｍ
が１６に満たない規模の場合には１本発明の光スイッチ
アレイであっても、産業上の利点を期待することは難し
い、しかし、３２Ｘ３２光スイッチアレイは、現状の電
子交換機のスイッチ部が３２Ｘ３２の電子スイッチアレ
イで構成されているため、現状の電子交換機を光交換機
で置き換え１機能を飛躍的に拡大させることを目的とす
るとき、電子制御回路との整合性が良いという別の利点
がある。すなわち、本構成法によって構成される光スイ
ッチアレイが、３２×３２光スイッチアレイを実用的な
性能で生み出すことは、新たな意味で利点がある。

第４図から明らかなようにＮＸＮ光スイッチアレイ単位
と分岐回路の多段接続という本構成法で、ＭＸＭ光スイ
ッチアレイを構成すると、挿入損失を極小とする最適な
Ｎの値が存在することがわかる０発明者らは種々検討し
た結果、この最適なＮの値は、次式で与えられるｎの値
に最も近い整数値であることを見出した。

二二で、αは光スイッチ単位の伝搬損失、βは分岐損失
、γは分岐回路の過剰損失であり、ｎの値はＭによらな
い。また、ＮおよびＭの値は、２のべき乗の整数である
ことが上記構成を容易にするが、必ずしもその必要はな
い。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明の基本概念および実施例の構成を示す図
、第４図は本発明による３２Ｘ３２光スイッチアレイを
ＮＸＮ光スイッチアレイ単位で構成したときの挿入損失
とＮの値との関係を示す図である。

第１実施例 従来例と同様の技術により、２Ｘ２．４×４．８×８の
各光スイッチアレイ単位６を作製した。

光入力端から出射した光を複数の出力端に分岐する光の
分岐回路として、光フアイバ型の３ｄＢカプラーを用い
て（７および８）、第１図に示した構成の４Ｘ４．８Ｘ
３．１６ｘ１６の各光スイッチアレイを作製した。上記
各光スイッチアレイの挿入損失を測定した結果により、
上記に示した第３図および第４図によって説明した挿入
損失の低減効果が確認できた。

第２実施例 本実施例は上記第１実施例に用いた３ｃＬＢカプラーを
、半導体基板上にＮＸＮ光スイッチアレイ単位とともに
、集積化して作製した。本実施例によって得られた効果
は、上記第１実施例に示したものと同様であった。

なお、上記実施例では分岐回路として３ｄＢカプラーを
用いたが、４分岐、８分岐等多数に分岐する場合には、
スターカプラーを用いてもよいことはいうまでもない。

なお、上記光スイッチアレイは光交換プロセッサとして
利用できることはもちろんであるが、上記光交換プロセ
ッサとして用いる光スイッチアレイを用いて、光交換機
を実現することができるのはいうまでもない。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による光スイッチアレイは、電気的
制御信号に応じて、入射した光波の出射端を切替える機
能をもつ導波路型光スイッチ単位を多段結合した、多入
力多出力端を有する光スイッチアレイにおいて、上記光
スイッチアレイを、クロスパー型接続を行った回路と分
岐回路とを組合わせて構成したことにより、半導体導波
路型光スイッチアレイの挿入損失を飛躍的に低減できる
ので、大規模に集積化された多入力多出力端をもつ光ス
イッチアレイを、実用的な性能で実現させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念および実施例の構成を示す図
、第２図は従来技術によるＮ　Ｘ　Ｎクロスバ−型接続
光スイッチアレイの模式図、第３図は従来例によるＭＸ
Ｍ光スイッチアレイを構成したときの挿入損失とＭの値
との関係を示す図、第４図は本発明による３２Ｘ３２光
スイッチアレイをＮＸＮ光スイッチアレイ単位で構成し
たときの挿入損失とＮの値との関係を示す図である。 １・・・光スイッチ単位　　２・・・入力端３・・・出
力端 ６・・・ＮＸＮクロスバ−型接続光スイッチアレイ７．
８・・・分岐回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気的制御信号に応じて、入射した光波の出射端を
   切替える機能をもつ、導波路型光スイッチ単位を多段結
   合した多入力多出力端を有する光スイッチアレイにおい
   て、上記光スイッチアレイは、クロスバー型接続を行っ
   た回路と分岐回路とを、組合わせて構成したことを特徴
   とする光スイッチアレイ。 ２、上記導波路型光スイッチ単位は、半導体材料で構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載した光スイッチアレイ。 ３、上記半導体光スイッチ単位は、半導体中に注入され
   たキャリアによる屈折率変化を利用して、動作すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載した光スイッ
   チアレイ。 ４、上記クロスバー型接続回路と分岐回路との組合わせ
   は、光スイッチアレイの全挿入損失が最小になるように
   選択されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載した光スイッチアレイ。 ５、上記光スイッチアレイにおいて、入力端および出力
   端の個数がそれぞれＭ個であり、光スイッチ単位がＮ入
   力およびＮ出力となるようにクロスバー型接続されてお
   り、上記ＭとＮとの間にＭ≧Ｎの関係が成立することを
   特徴とする光スイッチアレイ。 ６、上記光スイッチ単位は、単位内の光波の伝搬損失を
   αｄＢとし、単位内の分岐および散乱損失をβｄＢとし
   、さらに分岐回路が１対１の分岐回路であり、過剰損失
   をγｄＢとしたとき、上記クロスバー型接続をした光ス
   イッチ単位の入出力端数Ｎの値が、次式で表わされるｎ
   に最も近い整数であることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項に記載した光スイッチアレイ。 ｎ＝２（３＋γ）／（α＋２β）ｌ＿ｎ２ ７、上記Ｎの値は、上記ｎの値に最も近い２のべき乗で
   表わされる整数であることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項に記載した光スイッチアレイ。 ８、上記光スイッチアレイは、少なくとも一部が半導体
   材料で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第４項、第５項のいずれかに記載した光スイッ
   チアレイ。 ９、上記光スイッチアレイは、その入出力端数Ｍが１６
   以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ４項、第５項のいずれかに記載した光スイッチアレイ。 １０、上記入出力端数Ｍは、特に３２であることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載した光スイッチアレ
   イ。 １１、上記光スイッチアレイと電気的制御回路とで構成
   したことを特徴とする光交換プロセッサ。 １２、上記電気的制御回路は、対応する光スイッチアレ
   イの入出力端数Ｍに応じた、Ｍ×Ｍ用交換回路であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載した光交
   換プロセッサ。 １３、上記入出力端数Ｍは、その値が１６以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載した光交
   換プロセッサ。 １４、上記入出力端数Ｍは、その値が３２であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１２項または第１３項に記
   載した光交換プロセッサ。 １５、上記光交換プロセッサを用いた光交換機。