JPH04155317A - マトリクス光スイッチ - 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、将来の光通信システムや光交換システム光情
報処理システムにおいて重要なエレメントとなる半導体
光スイッチ、特に小型で低損失なマトリクス光スイッチ
に関する。

（従来の技術） 光スイッチ、特に複数の光スイッチを同一基板状に集積
化したマトリクス光スイッチは将来の高速光通信システ
ム、光交換システム、光情報処理システムのキーエレメ
ントの１つと考えられ、各所で研究開発が活発化してき
ている。マトリクス光スイッチとしては、ＬｉＮｂＯ３
等の誘電体を用いたものと、ＧａＡｓや訃の半導体を用
いたものとが考えられているが、光アンプ等の他の光素
子やＦＥＴ等の電子回路との集積化が可能で、／ｈ型化
、多チャンネル化も容易な半導体光スイッチへの期待が
近年高まりつつある。このような半導体光マトリクスス
イッチとしては、上記適用分野から考えて、低損失動作
、低電圧動作、高速動作、高集積の容易性等が要求され
る。

半導体マトリクス光スイッチを構成するスイッチ、エレ
メントの方式としては、これまでに電流注入に伴うバン
ドフィリング効果もしくはフリーキャリアプラズマ効果
による屈折率変化を用いた全反射型スイッチ、電界印加
に伴う電気光学効果による屈折率変化を利用した方向性
結合器型スイッチ、多重量子井戸に電界を印加したとき
の励起子吸収ピークの移動に伴う屈折率変化を用いた全
反射型スイッチ等が試作検討されている。しかしながら
、電流注入全反射型は動作速度が遅くまた消費電力が太
きいという難点があり、また多重量子井戸構造全反射型
スイッチは本質的に低損失化が困難であるという問題点
がある。また、方向性結合器型スイッチは、素子サイズ
が太きいという難点がある。またいずれの方式のスイッ
チ・エレメントにおいても、大きな屈折率変化を得るた
めの構造で単一モードファイバとの低損失結合をも両立
させることは困難であるので、この単一モードファイバ
との結合損失を補償するために光アンプとの集積化が近
年検討されている。しかしながら、半導体レーザをベー
スとした光アンプは、現状では半導体レーザの発振しき
い値電流よりもはるかに大きな電流を用いて動作させな
ければならないので、マトリクス光スイッチとしての消
費電力が増大してしまうという問題がある。また、偏光
依存性が存在する、アンプの飽和入力パワーが小さい、
波長依存性を除去するための無反射コーテイング膜の製
作条件が厳しい、雑音が大きくこれを除去するためには
光のフィルタが必要、など光アンプ単体でも解決すべき
課題は多い。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように、半導体マトリクス光スイッチは小型で低
損失、低消費電力動作が期待されているが、現在考えら
れている光スイッチ・エレメントと光アンプとの組合せ
ではこの要求を満足することは困難である、という問題
点がある。また、現状のマトリクス光スイッチにおいて
は、光路の切り替え以外の機能、例えば波長変換など、
をマトリクス光スイッチにもたせることはできない、と
いう問題点もある。

（課題を解決するための手段） 上述のような問題点を解決するために、本発明において
は、ｍ本の入力光導波路と、ｎ本の出力光導波路とより
なり、前記ｍ本の入力光導波路は各々ｎ個の導波型光検
出器と該導波型検出器間を接続するための光導波路によ
り構成され、前記ｎ本の出力光導波路は１つの半導体レ
ーザ、該半導体レーザ出力光をｎ分岐するための分岐導
波路および各々の分枝導波路に接続された２個の導波型
光変調器により構成され、前記導波型光検出器および導
波型光変調器へ印加するバイアス電圧を制御するための
回路と前記導波型光検出器により検出した電気信号の極
性を反転させて増幅し出力光導波路の最終段に配置され
た導波型光変調器を駆動するための電気回路とを具備し
ていることを特徴とするマトリクス光スイッチの構成法
、およびｍ本の入力光導波路と、ｎ本の出力光導波路と
よりなり、前記ｍ本の入力光導波路は各々ｎ個の導波型
光検出器と該導波型光検出器間を接続するための光導波
路により構成され、前記ｎ本の出力光導波路は各々１個
の半導体レーザ、２個の導波型光変調器、および該半導
体レーザ、導波型光変調器間を接続するための光導波路
により構成され、前記導波型光検出器および導波型光変
調器へ印加するバイアス電圧を制御するための回路と前
記導波型光検出器により検出した電気信号の極性を反転
させて増幅し出力光導波路の最終段に配置された導波型
光変調器を駆動するための電気回路とを具備しており、
前記各々の半導体レーザの発振波長はほぼ等しいことを
特徴とするマトリクス光スイッチの構成法を採用した。

また、マトリクス光スイッチに波長変換機能を持たせる
ために本発明においては、ｍ本の入力光導波路と、ｎ本
の出力光導波路とよりなり、前記ｍ本の入力光導波路は
各々ｎ個の導波型光検出器と該導波型光検出器間を接続
するための光導波路により構成され、前記ｎ本の出力光
導波路は各々１個の半導体レーザ、２個の導波型光変調
器、および該半導体レーザ、導波型光変調器間を接続す
るための光導波路により構成され、前記導波型光検出器
および導波型光変調器へ印加するバイアス電圧を制御す
るための回路と前記導波型光検出器により検出した電気
信号の極性を反転させて増幅し出力光導波路の最終段に
配置された導波型光変調器を駆動するための電気回路と
を具備しており、前記各々の半導体レーザの発振波長が
それぞれ異なっているか、もしくは各々の半導体レーザ
が発振波長可変であることを特徴とするマトリクス光ス
イッチの構成法も採用した。

（作用） 本発明においては、ｍ本の入力光導波路へ入力された光
信号は、各々の入力光導波路上に縦続に接続されたｎ個
の導波型光検出器の内の１個の導波型光検出器により電
気信号へと一旦変換される。

その後、マトリクス光スイツチ内に内蔵された光源であ
る半導体レーザの出射光を、この得られた電気信号を用
いて、導波型光変調器により変調することにより再び電
気信号を光信号へと変換し、マトリクス・スイッチから
出射させる。その際には、各々の入力光導波路上に縦続
に接続されたｎ個の導波型光検出器の内のどれを駆動し
て入射信号光を電気信号に変換し、その電気信号でどの
出力光導波路上の導波型光変調器を駆動するかの組合せ
によって任意の光路の切り替えを行うことができる。本
発明によるマトリクス光スイッチにおいては、内蔵され
た半導体レーザの出射光を入射光より変換された電気信
号で変調することによってマトリクス光スイッチの出力
光とするので、光アンプを用いずにマトリクス光スイツ
チ内で光の増幅を行うことができる。その際、半導体レ
ーザの場合には小さな電流でも大きな光出力を得ること
ができるので、光アンプを用いる場合とは異なり、低消
費電力で大きな増幅度を得ることができる。また、入射
信号光を導波型の光検出器により一旦電気信号に変換し
、この電気信号で偏光状態の決まった半導体レーザ出射
光を光変調器により変調するので、スイッチングおよび
光増幅の効果に偏光依存性はない。さらに、本発明によ
るマトリクス光スイッチの構成においては、基本エレメ
ントは２×２のスイッチではなく、導波型の光検出器お
よび光変調器である。この２つは構成上は全く同じもの
で兼用でき、その長さは数百μｍでよい。

したがって、スイッチエレメントとして全反射型や方向
性結合器型を用いる場合に比べて大幅な小型化が可能と
なる。

また、光信号を一旦電気信号に変換するタイプのスイッ
チにおいては、通常は光信号の持つ波長情報は消失させ
られてしまい、光の持つ重要な資産である波長情報を用
いるシステムにおいてはこのタイプのスイッチを用いる
ことが通常できない。しかしながら、本発明によるマト
リクス光スイッチにｎ個の半導体レーザを内蔵させ、そ
の各々の発振波長を予め異ならせておくか、あるいはｎ
個の半導体レーザの各々を発振波長可変のレーザとして
おけば、本発明によるマトリクス光スイッチは波長変換
スイッチとしても用いることができる。なお波長変換ス
イッチとは、ある波長でスイッチに入射してきた信号光
を、信号に乗せられた情報はそのままでキャリアとして
の光の波長のみを他の波長に変換するスイッチのことを
言う。

この場合も、本発明においては、各々の入力光導波路上
に縦続に接続されたｎ個の導波型光検出器の内のどれを
駆動して入射信号光を電気信号に変換し、その電気信号
でどの出射側光導波路上の導波型光変調器を駆動するか
の組合せによって任意の波長変換を行うことができる。

このように、本発明においては、入力光信号を一旦電気
信号に変換するタイプのスイッチでありながら、光の持
つ重要な資産である波長情報を用いるようなシステムに
も対応することができる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明によるＩｎＰ系マトリクス光スイッチの
実施例を示す図である。図においては、本発明による４
×４マトリクス光スイツチの構成が示されている。

まず第１図に示したＩｎＰ系マドリスク光スイッチにお
いては、４本の入力光導波路１８Ｌ　１８２．１８３お
よび１８４上にそれぞれ４個ずつの導波型光検出器が配
置され、合計１６個の導波型検出器１１１〜１１４．１
２１〜１２４．１３１〜１３４．１４１〜１４４がマト
リクス状に並べられている。各々の導波型光検出器への
逆バイアス電圧は、バイアス電圧制御回路１６１．１６
２．１６３．１６４によってそれぞれ制御される。また
、４本の出力光導波路１８５．１８６．１８７．１８８
は、半導体レーザ１００、半導体レーザの出射光を４本
の出力光導波路へ分岐するための光分岐部および各々２
個の導波型光変調器よりなっている。ここで、各出力光
導波路の初段の導波型光変調器１０５．１０６．１０７
およびｌＯ８もバイアス電圧制御回路１６１．１６２．
１６３および１６４によってそれぞれ印加される逆バイ
アス電圧が制御されている。また、各出力光導波路の後
段の導波型光変調器１５１．１５２．１５３および１５
４は、変調器駆動回路１７１．１７２．１７３および１
７４により駆動されるが、この変調器駆動回路１７１．
１７２．１７３および１７４への入力信号は入力光導波
路の各段の導波型光検出器の出力電圧信号であり、変調
器駆動回路１７１．１７２．１７３および１７４は導波
型光検出器からの入力信号を極性反転させかつ増幅して
出力する働きをする。また、スイッチ制御回路１８０は
、所望の光路切り替え動作を実現するために外部からの
制御信号に応じてバイアス電圧制御回路１６１．１６２
．１６３．１６４および変調器駆動回路１７１．１７２
．１７３．１７４の動作を制御するための回路である。

ところで、１６個の導波型光検出器および合計８個の導
波型光変調器は名称は異なっているが、構造上は全く同
一の素子である。第２図に導波型光検出器および導波型
光変調器の構造の一例を示す。第２図に示した導波型検
出器および導波型光変調器は基本的には１−ＩｎＧａＡ
ｓＰ光吸収層をｐ−およびｎ−ＩｎＰクラッド層で挾ん
だｐｉｎダイオード構造となっている。この構造を光検
出器として用いる際には、ｐ側電極２０７、ｎ側電極２
０８間に逆バイアス電圧を印加して１−ＩｎＧａＡｓＰ
光吸収層で導波光を吸収させ、生じたフォトカレントを
取り出す。一方、光変調器として用いるときには、ダイ
オードに変調用の逆バイアス電圧を印加する。逆バイア
ス電圧が印加されていないときには導波光はほとんど１
−ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層で吸収されないで透過するが
、逆バイアス電圧を印加するとフランツ−ケルデイツシ
ュ効果により１−ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層の吸収端が長
波長側ヘシフトするので導波光は１−ＩｎＧａＡｓＰ光
吸収層で吸収される。第２図に示した導波型光変調器の
典型的な消光特性を第３図に示す。長さ２００□ｍの小
型の変調器においても４ｖで一１５ｄＢの消光比を得る
ことができ、また変調周波数帯域としても１０ＧＨｚ以
上の帯域が容易に得られる。ここでは導波光の波長１．
５５Ａ１ｍの場合を示した。

なお、スイッチ制御回路１８０、バイアス電圧制御回路
１６１．１６２．１６３．１６４及び変調器駆動回路１
７１．１７２．１７３．１７４の電子回路はＧａＡｓ−
ｏｎ−ＩｎＰヘテロ成長技術を用いてＩｎＰ基板上へＧ
ａＡｓ電子回路をモノリシックに集積することによって
も実現できるし、あるいはこれらの回路はＳｉの電子回
路で構成し、ＩｎＰ基板上の他の導波型素子とハイブリ
ッド集積することもまた可能である。

次に本発明によるマトリクス光スイッチの動作原理につ
いて述べる。本発明によるｍ入力ｎ出力光スイッチにお
いてはｉ番目の入力光導波路より入ってきた信号をｊ番
目の出力光導波路へと接続する場合には、ｉ行ｊ列の導
波型光検出器へ逆バイアス電圧を印加することによりｉ
番目の入力光導波路から入ってきた光信号を一旦電気信
号に変換する。そしてこの電気信号をｊ番目の出力光導
波路に付属の変調器駆動回路において極性反転させさら
に増幅し、この増幅された電気信号によりｊ番目の出力
光導波路の最終段の導波型光変調器を駆動し、ｃｗ全発
振ている内蔵の半導体レーザ出射光を変調し直し、ｊ番
目の出力光導波路から出射する。第１図に示した４×４
マトリクス光スイツチの場合を例に用いて具体的に説明
する。いま、１番目の入射光導波路１８１への入射光１
９１を４番目の出射光導波路の出力光１９８として、２
番目の入射光導波路１８２への入射光１９２を３番目の
出射光導波路の出力光１９７として、３番目の入射光導
波路１８３への入射光１９３を２番目の出射光導波路の
出力光１９６として、４番目の入射光導波路１８４への
入射光１９４を１番目の出射光導波路の出力光１９５と
して取り出したい場合について考える。

このとき、４Ｘ４マトリクス状に配置された導波型光検
出器の内、接続すべき入射光導波路と出射光導波路の交
差点にある導波型光検出器のみに逆バイアス電圧を印加
し光検出器動作をさせる。すなわち、接続すべき入射側
光導波路１８１と出射光導波路１羽の交差点にある導波
型光検出器１１４へは逆バイアス電圧を印加する。同様
に導波型光検出器１２３．１３２．１４１へも逆バイア
ス電圧を印加する。このとき、入射光１９１．１９２．
１９３．１９４は導波型光検出器１１４．１２３．１３
２．１４１でそれぞれ電気信号に変換され、それぞれの
電気信号は変調器駆動回路１７４．１７３．１７２．１
７１でそれぞれ増幅、極性反転されて導波型光変調器１
５４．１５３．１５２．１５１を駆動し、半導体レーザ
１００の出射光が４分岐されたｃｗ光をそれぞれ変調す
る。このとき、出射光導波路１８８の出力光１９８は入
射光１９１に乗せられた情報を導波型光検出器１１４で
電気信号へと変換した信号を元に変調されているので、
入射光１９１から出射光１９８への接続ができたことに
なる。同様に、それぞれ入射光１９２．１９３．１９４
から出射光１９７．１９６．１９５への接続もこの方法
により実現される。なお、ｊ番目の出力光導波路の初段
の導波型光変調器は、いずれかの入射光導波路とｊ番目
の出力光導波路との接続が必要な場合には逆バイアス電
圧を印加しないでＯＮ状態（光透過状態）とし、接続が
必要ない場合は逆バイアス電圧を印加してＯＦＦ状態（
光吸収状態）とする。ｊ番目の出力光導波路の初段の導
波型光変調器へ逆バイアス電圧を印加するかどうかはバ
イアス電圧制御回路を通してスイッチ制御回路１８０が
制御する。

ところで第１図に示した本発明によるマトリクス光スイ
ッチにおいては、１本の入射光を複数本の出力光導波路
へと分岐接続する放送モードも実現できる。たとえば、
２番目の入力光導波路１８２へ入射してきた信号光１９
２を１ｔ−目と３番目の出射光導波路へと接続し出射光
１９５と１９７として取り出す場合を考える。このとき
は、入力光導波路１８２の１番目の導波型光検出器１２
１へ印加するバイアス電圧を調整して導波型光検出器１
２１を光検出器と光変調器の中間のモードで動作させる
。すなわち、導波型光変調器の消光特性の１例を示した
第３図において逆バイアス電圧を約１．５ｖ印加し、入
射光１９２の半分の一３ｄＢ分を導波型光検出器１２１
により検出してこれを電気信号に変換して１番目の出力
光導波路の最終段の導波型光変調器１５１を駆動する。

一方、入射光１９２の残りの半分は、導波型光検出器１
２３に十分な逆バイアス電圧を加えて導波型光検出器１
２３を通常の光検出器モードで用いることにより電気信
号に変換され、３番目の出力光導波路の最終段の導波！
光変調器１５３を駆動し、入射光１９２に乗せられた１
報は出射光１９５ばかりでなく出射光１９７へも乗せｊ
れる。したがって、この場合、２番目の入力光導ン路か
ら１番目と３番目の出力光導波路への分岐損々ができた
ことになる。なおこの例の場合、２番目（入力光導波路
の２番目の導波型光検出器１２２には土・バイアス電圧
を加えずに光透過状態とする。

以上述べたように、本実施例に示したマトリビス光スイ
ッチにおいては、入力光導波路へ入射［できた光信号を
一旦導波型光検出器によって電多信号へ変換し、この電
気信号を元にマトリクス光スイッチ内に内蔵された半導
体レーザの出射光る変調し直す。したがって、マトリク
ス光スイツチ内で光アンプ無しに光の増幅が可能となる
。ところで、信号速度がＩＧｂ／ｓ程度でも入射光のパ
ワーが一２０ｄＢｍ程度あれば導波型光検出器で十分検
＆できる。一方、マトリクス光スイッチに内蔵しん半導
体レーザからは＋１０ｄＢｍの光出力は容易に琶られ、
本実施例のように４分岐したとしても各出側以　　光導
波路からは＋４ｄＢｍの光出力が得られる。した青　　
がって、入射光パワーと出射光パワーの比から得ち　　
られるマトリクス光スイッチの内部ゲインとして支２４
ｄＢ程度は比較的容易に得られることになる。こ売　　
のとき、２４ｄＢという値は入畠射端での単一モードリ
　　ファイバとの結合損失およびマトリクス光スイノ巨
　　チ内での信号光の伝搬損失を十分に補償できる値で
あるので、さらにマトリクスサイズを拡張することおよ
び通過信号速度をさらに高速化すること、が可能である
。また本実施例に示したマトリ（クス光スイッチにおい
ては、入射光導波路へ入射してきた光信号を一旦導波型
光検出器によって電′　　気信号へ変換し、この電気信
号を元にマトリクス−光スイツチ内に内蔵された半導体
レーザの出射光を変調し直す。したがって、入射信号光
の偏光状態にスイッチングが影響されることはない。ま
′　　た、上述の光増幅特性が偏光依存性を持つことも
ない。さらに、本発明によるマトリクス光スイノ゛　　
チの構成においては、基本エレメントは２Ｘ２のス°　
　イッチではなく、導波型の光検出器および光変調器で
ある。この２つは構成上は全く同じもので兼用でき、そ
の長さは数百１ｍでよい。したがって、スイッチエレメ
ントとして全反射型や方向性結合器型を用いる場合に比
べて大幅な小型化が可能となり、本実施例に示した４Ｘ
４マトリクス光スイツチは数ｍｍ角のチップサイズで実
現できる。

本発明によるマトリクス光スイッチの他の実施例を第４
図に示す。第４図に示した実施例においては、内蔵する
半導体レーザの数が第１の実施例の場合には１個のみで
あったのに対して本実施例では出力光導波路の本数と同
じ数となっていること以外は第１の実施例と同じ構成と
なっているので動作原理に対する詳細な説明は省略する
。

前述の第１の実施例においては、内蔵する半導体レーザ
の個数は出力光導波路の本数ｎにかかわらず１個であり
、この１個の半導体レーザの出力光をｎ分岐して各出力
光導波路に振り分けている。この場合低消費電力という
特徴があり、出力光導波路の本数ｎが少ない場合はこれ
でも良いが、マトリクス規模を拡大して出力光導波路の
本数が多くなってくると分岐することによる分岐損失の
影響が大きくなる。すなわち、出力光導波路の本数が多
くなって分岐損失が大きくなるにしたがいマトリクス光
スイツチ内での増幅度が小さくなり、ついには増幅では
なくロスとなってしまう。本実施例では、このような光
増幅度のマトリクス規模依存性を避けるために、各々の
出力光導波路に１つずつの半導体レーザを割り当ててい
る。こうすることによりマトリクス規模をいくら拡大し
てもマトリクス光スイツチ内での光増幅度は減少しない
ので、マトリクス光スイッチのチャンネル数拡大がさら
に容易に行えるという利点がある。なお、第４図に示し
たマトリクス光スイッチにおいては、それぞれの半導体
レーザの発振波長はマトリクス光スイツチ内゛イツチる
系の波長と同一のλ０である。

第５図に本発明によるマトリクス光スイッチの他の実施
例を示す。第５図に示した本実施例では、マトリクス光
スイッチの構成法は第４図に示した第２の実施例と同一
であるが、半導体レーザの発振波長がそれぞれ異なるも
しくは半導体レーザが発振波長可変のレーザであること
が第２の実施例とは異なる。このように、半導体レーザ
の発振波長をそれぞれ異ならしめる、もしくは半導体レ
ーザを発振波長可変のレーザとすることにより本発明に
よるマトリクス光スイッチを波長変換スイッチとするこ
とができる。なお波長変換スイッチとは、ある波長でス
イッチに入射してきた信号光を、信号に乗せられた情報
はそのままでキャリアとしての光の波長のみを他の波長
に変換するスイッチのことを言う。以下に動作原理を説
明する。

第５図に示した本発明によるマトリクス光スイッチにお
いては、各出力光導波路にはそれぞれ発振波長可変の半
導体レーザが１つずつ備え付けられている。発振波長可
変の半導体レーザはＤＢＲ構造やＤＦＢ構造を用いて実
現できることが良く知られており、レーザの発振に必要
な注入電流用の電極と発振波長制御用の電極との複数電
極構造を取ることにより容易にかつ比較的自由に発振波
長を変化させることができる。第５図においては、半導
体レーザ４０１．４０２．４０３．４０４が発振波長可
変半導体レーザであり、波長制御回路４１１．４１２．
４１３．４１４は各々の発振波長可変半導体レーザの波
長を制御するための制御回路である。いま、第５図に示
した４×４マトリクス光スイツチにおいて、４本の入力
光導波路４９１．４９２．４９３．４９４に入射する信
号光の波長をそれぞれλ１、λ２、λ３、λ４とする。

そしてマトリクス光スイッチに内蔵の発振波長可変の半
導体レーザ４０１．４０２．４０３．４０４の発振波長
はそれぞれの波長制御回路４１１．４１２．４１３．４
１４を駆動することによりそれぞれλ２、λ３、λ４、
λ１に設定したとする。すなわち第５図においてλｉ＝
λ２、λｊ＝λ３、λに＝λ４、λ１＝λ１とする。い
ま、導波型光検出器１１１に逆バイアス電圧を印加する
ことによって第１番目の入力光導波路１８１に入射して
きた光信号４９１（波長はλ１）を電気信号に変換し、
この電気信号を元に発振波長可変半導体レーザ４０１の
出射光（波長λｉ＝λ２）を導波型光変調器１５１で変
調する。なおここで、導波型光変調器１０５はＯＮ状態
（光透過状態）、導波型光検出器１２１．１３１．１４
１へも逆バイアス電圧は印加されておらず導波型光検出
器１２１．１３１．１４１も光透過状態であるとする。

このとき、第１番目の出力光導波路１８５より出射する
光信号４９５は、光に乗せられた情報は１番目の入力光
導波路１８１への入射光４９１（波長λ１）のものであ
るが、信号のキャリアとしての光波長はλ２へと変換さ
れている。同様に、導波型光検出器１２２．１３３．１
４４にそれぞれ逆バイアス電圧を印加することによって
第２番目、第３番目、第４番目の入力光導波路１８２．
１８３．１８４に入射してきた光信号４９２．４９３．
４９４（波長はそれぞれλ２、λ３、λ４）をそれぞれ
電気信号に変換し、それらの電気信号を元に発振波長可
変半導体レーザ４０２．４０３．４０４の出射光（波長
はそれぞれλｊ＝λ３、λに＝λ４、λｌ＝λ１）を導
波型光変調器１５２．１５３．１５４でそれぞれ変調す
る。このとき、第２番目、第３番目、第４番目の出力光
導波路１８６．１８７．１８８より出射する光信号４９
６．４９７．４９８は、光に乗せられた情報はそれぞれ
第２番目、第３番目、第４番目の入力光導波路１８２．
１８３．１８４への入射光４９２．４９３．４９４（波
長はそれぞれλ２、λ３、λ４）のものであるが、信号
のキャリアとしての光波長はλ３、λ４、λ１へとそれ
ぞれ変換されている。このように本実施例に示した４×
４マトリクス光スイツチは波長変換スイッチとして機能
させることができ、光の持つ重要な資源である波長情報
を用いるシステムに対しても本発明は対処できる。なお
、本実施例においても前述の第１の実施例及び第２の実
施例で述べたように、光アンプを用いないでマトリクス
光スイツチ内で光増幅ができる利点、小型で高速なマト
リクス光スイッチが構成できる利点はそのままであり、
本実施例においてはそれらに加えて波長変換機能をマト
リクス光スイッチにもたせることができる。ところで、
本実施例に示したマトリクス光スイッチは半導体レーザ
として発振波長可変のレーザを採用しているので、その
動作の自由度が非常に大きな構成となっている。

例えば上述の波長変換動作も、全く同一の波長変換動作
を種々の駆動方法により実現できる。また上述の波長変
換動作は波長変換動作を行っただけで、接続は相変わら
ずｉ番目の入力光導波路とｉ番目の出力光導波路間の接
続であるが、これを波長変換を行いなからｉ番目の入力
光導波路とｊ（ｉ≠ｊ）番目の出力光導波路間の接続と
することも容易に実現できる。また、第１の実施例での
分岐接続の説明から容易に類推できるように、本実施例
においては波長領域での分岐接続が可能である。すなわ
ち、２番目の入力光導波路１８２から波長λ２で入射し
た光信号４９２を１番目と３番目の出力光導波路に分岐
接続したいのであれば、発振波長可変半導体レーザ４０
１と４０３の発振波長を両方ともλ２に設定しておき、
導波型光検出器１２１および１２３で２番目の入力光導
波路１８２から入射した光信号４９２を電気信号に変換
し、これらの電気信号を元に発振波長可変半導体レーザ
４０１と４０３の出射光（ともに波長λ２）を導波型光
変調器１５１および１５３で変調すれば空間領域のみな
らず波長領域での分岐接続も実現される。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、光アンプを用いず
に光の増幅を行うことが可能なマトリクス光スイッチを
実現できる。その際、半導体レーザの場合には小さな電
流でも大きな光出力を得ることができるので、光アンプ
を用いる場合とは異なり、低消費電力で大きな増幅度を
得ることができる。また、入射信号光を導波型の光検出
器により一旦電気信号に変換し、この電気信号で偏光状
態の決まった半導体レーザ呂射光を光変調器により変調
するので、スイッチングおよび光増幅の効果に偏光依存
性はない。さらに、本発明によるマトリクス光スイッチ
の構成においては、基本エレメントは２×２のスイッチ
ではなく、導波型の光検出器および光変調器である。こ
の２つは構成上は全く同じもので兼用でき、その長さは
数百□ｍでよい。したがって、スイッチエレメントとし
て全反射型や方向性結合器型を用いる場合に比べて大幅
な小型化が可能であり、また高速化も容易である。

さらに、光信号を一旦電気信号に変換するタイプのスイ
ッチにおいては、通常は光信号の持つ波長情報は消失さ
せられてしまい、光の持つ重要な資産である波長情報を
用いるシステムにおいてはこのタイプのスイッチを用い
ることが通常できないが、本発明によるマトリクス光ス
イッチにｎ個の半導体レーザを内蔵させ、その各々の発
振波長を予め異ならせておくか、あるいはｎ個の半導体
レーザの各々を発振波長可変のレーザとしておけば、本
発明によるマトリクス光スイッチは波長変換スイッチと
しても用いることができる。このように、本発明におい
ては、入力光信号を一旦電気信号に変換するタイプのス
イッチでありながら、光の持つ重要な資産である波長情
報を用いるようなシステムにも対応することができる。

本発明によるマトリクス光スイッチの上述のような特長
は高速の光通信システムや光交換システム、光情報処理
システムの分野において望まれているものであり、光通
信、光交換、光情報処理の分野において寄与するところ
大である。なお、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではない。

実施例としては、ＩｎＰ系の材料を用いたマトリクス光
スイッチを取り上げたが、これに限るものではなく、Ｇ
ａＡｓ系などの他の半導体材料を用いたマトリクス光ス
イッチに対しても本発明は同様に適用可能である。また
、本発明によるマトリクス光スイッチに用いる導波型光
検出器および導波型光変調器を実現するための構造とし
ては、高抵抗埋め込み型を第２図に例としてあげたが、
これに限るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である４Ｘ４マトリクス光ス
イツチの構成を示す図、第２図は本発明によるマトリク
ス光スイッチに用いる導波型光検出器ｌ光変調器の構造
の一例を示す図、第３図は本発明によるマトリクス光ス
イッチに用いる導波型光検出器ｌ光変調器の消光特性の
一例を示す図、第４図は本発明の他の実施例である４Ｘ
４マトリクス光スイツチの構成を示す図、第５図は本発
明の他の実施例である波長変換機能を有する４×４マト
リクス光スイツチの構成を示す図である。 図において、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｍ本の入力光導波路と、ｎ本の出力光導波路とよ
   りなり、前記ｍ本の入力光導波路は各々ｎ個の導波型光
   検出器と該導波型光検出器間を接続するための光導波路
   により構成され、前記ｎ本の出力光導波路は１つの半導
   体レーザ、該半導体レーザ出力光をｎ分岐するための分
   岐導波路および各々の分岐導波路に接続された２個の導
   波型光変調器により構成され、前記導波型光検出器およ
   び導波型光変調器へ印加するバイアス電圧を制御するた
   めの回路と前記導波型光検出器により検出した電気信号
   の極性を反転させて増幅し出力光導波路の最終段に配置
   された導波型光変調器を駆動するための電気回路とを具
   備していることを特徴とするマトリクス光スイッチ。
2. （２）ｍ本の入力光導波路と、ｎ本の出力光導波路とよ
   りなり、前記ｍ本の入力光導波路は各々ｎ個の導波型光
   検出器と該導波型光検出器間を接続するための光導波路
   により構成され、前記ｎ本の出力光導波路は各々１個の
   半導体レーザ、２個の導波型光変調器、および該半導体
   レーザ、導波型光変調器間を接続するための光導波路に
   より構成され、前記導波型光検出器および導波型光変調
   器へ印加するバイアス電圧を制御するための回路と前記
   導波型光検出器により検出した電気信号の極性を反転さ
   せて増幅し出力光導波路の最終段に配置された導波型光
   変調器を駆動するための電気回路とを具備しており、前
   記各々の半導体レーザの発振波長はほぼ等しいことを特
   徴とするマトリクス光スイッチ。
3. （３）ｍ本の入力光導波路と、ｎ本の出力光導波路とよ
   りなり、前記ｍ本の入力光導波路は各々ｎ個の導波型光
   検出器と該導波型光検出器間を接続するための光導波路
   により構成され、前記ｎ本の出力光導波路は各々１個の
   半導体レーザ、２個の導波型光変調器、および該半導体
   レーザ、導波型光変調器間を接続するための光導波路に
   より構成され、前記導波型光検出器および導波型光変調
   器へ印加するバイアス電圧を制御するための回路と前記
   導波型光検出器により検出した電気信号の極性を反転さ
   せて増幅し出力光導波路の最終段に配置された導波型光
   変調器を駆動するための電気回路とを具備しており、前
   記各々の半導体レーザの発振波長がそれぞれ異なってい
   るか、もしくは各々の半導体レーザが発振波長可変であ
   ることを特徴とするマトリクス光スイッチ。