JPH06188517A

JPH06188517A - 波長変換器

Info

Publication number: JPH06188517A
Application number: JP4336887A
Authority: JP
Inventors: Joji Ishikawa; 丈二石川; Terumi Chikama; 輝美近間
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は波長多重伝送システム等に使用される
波長変換器に関し、温度制御等が容易でスイッチング時
間が短く且つ信頼性の高い波長変換器の提供を目的とす
る。【構成】入力信号をｍ系列（ｍは２以上の自然数）の分
岐入力信号に分岐する分配回路１０と、発振波長が異な
るｍ個の半導体レーザ２１をモノリシックに集積化して
なる発光素子２０と、半導体レーザ２１の各々からの信
号光を合波する光合波器４０と、半導体レーザ２１の各
々から光合波器４０に供給される信号光を制御信号によ
りオン・オフするｍ個の光シャッター３１とから構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重伝送システ
ム、周波数多重伝送システム、光交換システムその他の
光システムに使用される波長変換器に関する。

【０００２】波長多重（ＷＤＭ）伝送や周波数多重（Ｆ
ＤＭ）伝送は、異なる波長（周波数）に異なる信号をの
せる方式であり、光の広帯域性、高速処理性、並列処理
性という優れた特徴を利用し、システムの大容量化に適
している。また、波長分割（ＷＤ）光交換は、波長多重
（周波数多重）された各チャンネルの波長（周波数）を
任意に交換することで、従来の時分割（ＴＤＭ）方式に
比べ、より広帯域な光信号をより多くのチャンネルで交
換できるものとして期待されている。

【０００３】図６に光交換の機能構成を示す。波長変換
機能部２１０で波長λ₀から波長λ ₂に波長変換された
信号光は、多重化部２２０で多重化され、波長選択機能
部２３０に供給される。波長選択機能部２３０では複数
ある出力ポートから信号光の波長に応じた出力ポートが
選択され、波長λ₂の信号光はその出力ポートから出力
される。

【０００４】このようなシステムにおいて、出力側のチ
ャンネルにそれぞれ異なる波長を割り振っておくと、入
力光の波長を所望のチャンネルの波長に変えることで信
号の交換が可能になる。そして、このようなシステムを
構築するために、波長変換機能部の実現が要望されてい
る。

【０００５】

【従来の技術】波長変換機能を実現するために提案され
ている従来技術の一つは、光信号を一旦電気信号に変換
した後に、その電気信号により所望の波長で発振する個
別の半導体レーザを駆動するものである。この従来技術
は、波長数に応じた複数個の半導体レーザ毎に温度制御
回路等を設ける必要があり、余り実用的なものではない
とされている。

【０００６】波長変換機能を達成するための従来技術の
他の一つは、半導体レーザの外部に回折格子等からなる
反射鏡を設け、回折格子の光軸に対する角度を変えるこ
とで発振波長を変えるものである。この従来技術による
場合、モードジャンプが生じやすく、また、機械的な可
動部分が必要になるので、信頼性に欠け実用化には適さ
ないという欠点がある。

【０００７】波長変換機能を達成するための従来技術の
さらに他の一つは、ＤＦＢ半導体レーザ（分布帰還型半
導体レーザ）やＤＢＲ半導体レーザ（分布ブラッグ反射
型半導体レーザ）の素子を光軸方向に複数の領域に分割
し、それぞれの領域への注入電流の分配比によって生じ
る屈折率変化（プラズマ効果）を利用し、回折格子の実
効的ピッチ又は素子内を伝播する光の位相を変化させる
ことで、波長変換を行うものである。

【０００８】しかし、注入電流を変化させると素子温度
も変化するため、所望の発振波長に設定するためには注
入電流制御と同時に温度制御も必要になり、そのために
スイッチング時間が余計にかかる。また、発振波長に経
時変化があるために、要求される制御レンジを考慮する
と制御系がより複雑になるという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の目的
は、温度制御が容易でスイッチング時間が短く且つ信頼
性の高い波長変換器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の波長変換器の第
１の構成は、入力信号をｍ系列（ｍは１より大きい自然
数）の分岐入力信号に分岐して出力する分配回路と、発
振波長が異なるｍ個の半導体レーザをモノリシックに集
積化してなり、該半導体レーザの各々は上記分岐入力信
号に基づいてそれぞれ駆動される発光素子と、上記半導
体レーザの各々からの信号光を合波する光合波器と、上
記半導体レーザの各々から上記光合波器に供給される信
号光を制御信号によりオン・オフするｍ個の光シャッタ
ーとを備える。

【００１１】本発明の波長変換器の第２の構成は、ｎ個
（ｎは１より大きい自然数）の入力ポート及び該入力ポ
ートと同数の出力ポートを有し、該入力ポートの各々に
供給された入力信号を制御信号により入れ換えてそれぞ
れ該出力ポートから出力するスイッチング回路と、発振
波長が異なるｎ個の半導体レーザをモノリシックに集積
化してなり、該半導体レーザの各々は上記スイッチング
回路の出力ポートから供給される上記入力信号に基づい
てそれぞれ駆動される発光素子とを備える。

【００１２】本発明の波長変換器の第３の構成は、本発
明の第２の構成又はその後述する特定の実施態様にかか
るｎ×ｎ波長変換器と、ｎ個（ｎは１より大きい自然
数）の本発明の第１の構成の後述する特定の実施態様に
係る１×１波長変換器とを備える。そして、本発明の第
３の構成においては、上記ｎ×ｎ波長変換器の発光素子
の各半導体レーザからの信号光が上記１×１波長変換器
の受光素子にそれぞれ供給される。

【００１３】

【作用】本発明の波長変換器においては、発光素子は発
振波長が異なる複数の半導体レーザをモノリシックに集
積化して構成されているので、各半導体レーザの発振波
長の経時劣化は同程度に生じ、その場合、発光素子のチ
ップ全体の温度を変更することで全ての半導体レーザの
発振波長を同時に補償することができ、温度制御等の制
御が容易になる。

【００１４】また、各半導体レーザについては定常発光
させておき、各出射光を光シャッターによりオン・オフ
するようにしているので、スイッチング時間は短くて済
む。さらに、本発明の波長変換器は機械的な可動部分を
有していないので、信頼性の向上が可能である。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図１は本発
明の第１実施例を示す波長変換器のブロック図であり、
この実施例では本発明の第１の構成を有する波長変換器
を用いて電気入力光出力型１×１波長交換システムを構
成している。

【００１６】この実施例においては、波長変換器１は、
入力信号を、制御信号により４つの波長から選択される
いずれかの波長の信号光に変換して出力するように機能
し、分配回路１０と発光素子２０と光シャッターアレイ
３０と光合波器４０とを備えている。

【００１７】分配回路１０は１つの入力ポート１１と４
つの出力ポート１２（＃１〜＃４）とを有しており、入
力ポート１１への入力信号を４系列の分岐入力信号に分
岐してそれぞれ出力ポート１２（＃１〜＃４）から出力
するように機能する。

【００１８】発光素子２０は発振波長が異なる４個の半
導体レーザ２１（＃１〜＃４）をモノリシックに集積化
して構成され、各半導体レーザ２１（＃１〜＃４）はそ
れぞれ分配回路１０の出力ポート１２（＃１〜＃４）か
らの分岐入力信号に基づいて駆動される。

【００１９】各半導体レーザ２１（＃１〜＃４）の発振
波長を異ならせるには各半導体レーザ２１（＃１〜＃
４）の駆動条件を異ならせればよいが、発光素子２０を
製造するときの結晶成長段階で各半導体レーザ２１（＃
１〜＃４）の活性層の組成に勾配をもたせることで、ほ
ぼ同一の駆動条件の下で各半導体レーザ２１（＃１〜＃
４）の発振波長を異ならせることもできる。

【００２０】この実施例では、各半導体レーザ２１（＃
１〜＃４）の発振波長はそれぞれλ ₁〜λ₄である。光
シャッターアレイ３０は、発光素子２０の各半導体レー
ザ２１（＃１〜＃４）からそれぞれ供給される信号光を
制御信号によりオン・オフする４つの光シャッター３１
（＃１〜＃４）を有している。各光シャッター３１（＃
１〜＃４）は例えばマッハツェンダ干渉計型光スイッチ
からなり、この場合ナノ秒オーダ以下程度の高速スイッ
チングが可能である。

【００２１】マッハツェンダ干渉計型光スイッチは通常
の光導波路形成技術及び電極形成技術を用いて容易に作
成することができ、例えば光シャッターアレイ３０を発
光素子２０等とモノリシックに集積化して一体に構成す
ることにより装置の小型化が可能である。

【００２２】光合波器４０は各光シャッター３１（＃１
〜＃４）からの信号光が供給される４つの入力ポート４
１（＃１〜＃４）と１つの出力ポート４２とを有してお
り、各入力ポート４１（＃１〜＃４）に供給された信号
光を合流して出力ポート４２から同一光路上に出力する
ように機能する。

【００２３】光合波器４０の出力ポート４２から出力さ
れた所定波長の信号光は、光伝送路５０を介して光分波
器６０に供給される。光分波器６０は４つの出力ポート
６１（＃１〜＃４）を有しており、光分波器６０に供給
された信号光はその波長に応じて決定されるいずれかの
出力ポート６１から出力される。

【００２４】いま、分配回路１０の入力ポート１１に適
当なパルス列からなる入力信号Ａが供給されると、発光
素子２０の各半導体レーザ２１（＃１〜＃４）は入力信
号Ａに基づいて駆動され、各半導体レーザ２１（＃１〜
＃４）からはそれぞれに対応した波長の光を入力信号Ａ
で変調した信号光が出力される。

【００２５】そしてこの状態で光シャッターアレイ３０
に制御信号（０．１．０．０）が供給されているとする
と、光シャッター３１（＃１〜＃４）のうちの光シャッ
ター３１（＃２）のみが透過状態になり他は遮断状態に
なり、半導体レーザ２１（＃２）が選択されてその出力
光である波長λ₂の信号光が光合波器４０に供給され
る。この波長λ₂の信号光が光伝送路５０を介して光分
配器６０に供給されると、この信号光は波長λ₂に対応
した出力ポート６１（＃２）から出力される。

【００２６】光分波器６０の出力ポート６１（＃１）か
ら信号光を出力させる場合には、これに対応した波長λ
₁を選択するために、光シャッターアレイ３０には制御
信号（１．０．０．０）が供給され、光シャッター３１
（＃１）のみが透過状態になり他は遮断状態になる。

【００２７】この実施例では、発光素子２０の各半導体
レーザ２１（＃１〜＃４）は同一チップ内に集積化され
ているので、それぞれの発振波長の経時劣化は同程度に
生じ、従って、発振波長の経時劣化に対する補償を各半
導体レーザ２１（＃１〜＃４）について一律に実施する
ことができ、制御回路等が簡単になる。

【００２８】また、各光シャッター３１（＃１〜＃４）
として例えば前に例示したような高速スイッチング特性
を有するものを用いれば、高速動作が可能で且つ信頼性
の高い交換システムの実現が可能になる。

【００２９】図２は本発明の第２実施例を示すブロック
図であり、この実施例では、本発明の第１の構成に係る
波長変換器を用いて光入力光出力型１×１波長交換シス
テムを構成している。

【００３０】この実施例における波長変換器２が図１の
第１実施例における波長変換器１と異なる点は、フォト
ダイオード等からなる受光器７０を付加的に備えている
点である。受光器７０は供給された光信号Ａ′を電気信
号Ａに変換してこの電気信号Ａを分配回路１０の入力ポ
ート１１に供給する。

【００３１】この実施例によると、受光器７０に供給さ
れる光信号を、その波長にかかわらず光シャッターアレ
イ３０への制御信号により波長λ₁〜λ₄から選択され
るいずれかの波長の光に変換して、光分波器６０の所望
の出力ポートから出力させることができる。

【００３２】図３は本発明の第３実施例を示すブロック
図であり、この実施例では、本発明の第２の構成に係る
波長変換器を用いて電気入力光出力型３×３波長交換シ
ステムを構成している。

【００３３】この実施例での波長変換器３は、スイッチ
ング回路８０と発光素子９０とを備えている。スイッチ
ング回路８０は３つの入力ポート８１（＃１〜＃３）と
３つの出力ポート８２（＃１〜＃３）とを有しており、
各入力ポート８１（＃１〜＃３）に供給された入力信号
を制御信号により入れ換えてそれぞれ出力ポート８２
（＃１〜＃３）から出力するように機能する。

【００３４】発光素子９０は発振波長が異なる３つの半
導体レーザ９１（＃１〜＃３）をモノリシックに集積化
して構成されており、各半導体レーザ９１（＃１〜＃
３）はスイッチング回路８０の各出力ポート８２（＃１
〜＃３）から供給される入力信号に基づいてそれぞれ駆
動される。各半導体レーザ９１（＃１〜＃３）の発振波
長はそれぞれλ₁〜λ₃である。

【００３５】いま、スイッチング回路８０の各入力ポー
ト８１（＃１〜＃３）にそれぞれ入力信号Ａ，Ｂ，Ｃが
供給されているとして、この波長変換器３の機能を説明
する。スイッチング回路８０に供給される制御信号はス
イッチング回路８０における入力信号の入れ換えの順序
を決定するためのもので、例えば制御信号（２．１．
３）が供給されているとすると、入力ポート８１（＃
１）に供給された入力信号Ａは出力ポート８２（＃２）
から出力され、入力ポート８１（＃２）に供給された入
力信号Ｂは出力ポート８２（＃１）から出力され、入力
ポート８１（＃３）に供給された入力信号Ｃはそのまま
出力ポート８２（＃３）から出力される。

【００３６】これにより、入力信号Ｂは半導体レーザ９
１（＃１）からの波長λ₁の光にのって送出され、入力
信号Ａは半導体レーザ９１（＃２）からの波長λ₂の光
にのって送出され、入力信号Ｃは半導体レーザ９１（＃
３）からの波長λ₃の光にのって送出される。

【００３７】このように本実施例によると、複数の入力
信号に対して割り当てられる波長の変換を行うことがで
きる。本実施例においては、半導体レーザの発振波長を
変化させることで複数の入力信号の波長切り換えを行う
のではなく、予め各半導体レーザの上流側でスイッチン
グ回路８０により電気的に信号の入れ換えを行い、信号
がのる光の波長を切り換えるようにしており、スイッチ
ング速度は主としてこのスイッチング回路８０の応答速
度で決定されるので、高速な波長切り換えが可能にな
る。

【００３８】図４は本発明の第４実施例を示すブロック
図であり、この実施例では、本発明の第２の構成に係る
波長変換器を用いて光入力光出力型３×３波長交換シス
テムを構成している。

【００３９】この実施例は、図３の第３実施例に対比し
て、スイッチング回路８０の各入力ポート８１（＃１〜
＃３）にそれぞれフォトダイオード等からなる受光器１
００（＃１〜＃３）を付加的に備えている点で特徴付け
られる。

【００４０】各受光器１００（＃１〜＃３）はそれぞれ
供給された光信号Ａ′，Ｂ′，Ｃ′を電気信号Ａ，Ｂ，
Ｃに変換してこの電気信号を前実施例における入力信号
としてスイッチング回路８０の各入力ポート８１（＃１
〜＃３）に供給する。

【００４１】この実施例によると、供給された光信号を
波長変換して所望の出力ポートから送出することができ
る。また、前実施例におけるのと同じようにこのシステ
ムにおけるスイッチング速度は主としてスイッチング回
路８０の応答速度で決定されるので、高速な波長切替が
可能になる。

【００４２】図５は本発明の第５実施例を示すブロック
図であり、この実施例では、本発明の第３の構成に係る
波長変換器を用いて電気入力光出力型３×３波長交換シ
ステムを構成している。

【００４３】このシステムは、入力側に図３の第３実施
例における電気入力光出力型３×３波長変換器３を備
え、出力側に図２の第２実施例における光入力光出力型
１×１波長変換器２を３つ（＃１〜＃３）備えている。
波長変換器３の各半導体レーザ９１（＃１〜＃３）から
の光は波長変換器２（＃１〜＃３）のそれぞれの受光器
７０に供給される。また、各波長変換器２（＃１〜＃
３），３には制御回路１１０から制御信号が供給され
る。

【００４４】波長変換器のそれぞれの動作についてはこ
れまでの実施例より明らかであるからその説明を省略す
る。この実施例では、波長変換器３の各半導体レーザ９
１（＃１〜＃３）の発振波長はそれぞれλ₁〜λ₃であ
り、波長変換器２（＃１）の各半導体レーザ２１（＃１
〜＃４）の発振波長はそれぞれλ₁₁〜λ₁₄であり、波長
変換器２（＃２）の各半導体レーザ２１（＃１〜＃４）
の発振波長はそれぞれλ₂₁〜λ₂₄であり、波長変換器２
（＃３）の各半導体レーザ２１（＃１〜＃４）の発振波
長はそれぞれλ₃₁〜λ₃₄である。これらの各波長は互い
に異なるものである。

【００４５】いま、波長変換器３のスイッチング回路８
０の各入力ポート８１（＃１〜＃３）にそれぞれ入力信
号Ａ，Ｂ，Ｃが供給されており、制御回路１１０から波
長変換器３に供給される制御信号が（２．１．３）であ
り、制御回路１１０から波長変換器２（＃１〜＃３）に
それぞれ供給される制御信号が（０．１．０．０），
（０．０．１．０），（０．０．０．１）であるとする
と、波長変換器２（＃１）からは入力信号Ｂで変調され
た波長λ₁₂の光が出力され、波長変換器２（＃２）から
は入力信号Ａで変調された波長λ₂₃の光が出力され、波
長変換器２（＃３）からは入力信号Ｃで変調された波長
λ₃₄の光が出力される。

【００４６】このように本実施例によると、制御回路１
１０から各波長変換器３，２（＃１〜＃３）に供給する
制御信号の組み合わせによって、入力側の波長変換器３
のいずれかの入力ポートに供給された入力信号に対して
１２通りの波長を選択することができる。

【００４７】この実施例における機能は図１の第１実施
例において半導体レーザの数を１２にすることによって
も実現可能であるが、発光素子の歩留りや信頼性を考慮
すると、１つの発光素子が有する半導体レーザの数が少
ない本実施例の方が優れている。

【００４８】尚、本発明の第３の構成を実施する場合に
は、図５の第５実施例における波長変換器３に代えて図
４の第４実施例における波長変換器４を用い、光入力光
出力型波長交換システムを構成してもよい。

【００４９】また、図５の第５実施例においては、波長
変換器３又は２（＃１〜＃３）の各構成要素をモノリシ
ックに集積化してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
温度制御等が容易でスイッチング時間が短く且つ信頼性
の高い波長変換器の提供が可能になるという効果が生じ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す波長交換システムの
ブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す波長交換システムの
ブロック図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す波長交換システムの
ブロック図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す波長交換システムの
ブロック図である。

【図５】本発明の第５実施例を示す波長交換システムの
ブロック図である。

【図６】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１０光分配回路２０，９０発光素子２１，９１半導体レーザ３１光シャッター４０光合波器７０，１００受光器８０スイッチング回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号をｍ系列（ｍは１より大きい自
然数）の分岐入力信号に分岐して出力する分配回路(10)
と、発振波長が異なるｍ個の半導体レーザ(21)をモノリシッ
クに集積化してなり、該半導体レーザ(21)の各々は上記
分岐入力信号に基づいてそれぞれ駆動される発光素子(2
0)と、上記半導体レーザ(21)の各々からの信号光を合波する光
合波器(40)と、上記半導体レーザ(21)の各々から上記光合波器(40)に供
給される信号光を制御信号によりオン・オフするｍ個の
光シャッター(31)とを備えたことを特徴とする１×１波
長変換器。
【請求項２】光信号を電気信号に変換して該電気信号
を上記入力信号として上記分配回路(10)に供給する受光
素子(70)をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記
載の１×１波長変換器。
【請求項３】上記分配回路(10)、上記光合波器(40)、
上記光シャッター(31)及び上記受光素子(70)から選択さ
れる少なくともいずれかが上記発光素子(20)とともにモ
ノリシックに集積化されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の１×１波長変換器。
【請求項４】ｎ個（ｎは１より大きい自然数）の入力
ポート(81)及び該入力ポート(81)と同数の出力ポート(8
2)を有し、該入力ポート(81)の各々に供給された入力信
号を制御信号により入れ換えてそれぞれ該出力ポート(8
2)から出力するスイッチング回路(80)と、発振波長が異なるｎ個の半導体レーザ(91)をモノリシッ
クに集積化してなり、該半導体レーザ(91)の各々は上記
スイッチング回路(80)の出力ポート(82)から供給される
上記入力信号に基づいてそれぞれ駆動される発光素子(9
0)とを備えたことを特徴とするｎ×ｎ波長変換器。
【請求項５】ｎ系列の光信号を電気信号に変換して該
電気信号をそれぞれ上記入力信号として上記スイッチン
グ回路(80)の入力ポート(81)に供給するｎ個の受光素子
(100) をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載
のｎ×ｎ波長変換器。
【請求項６】上記スイッチング回路(80)及び上記受光
素子(100) から選択される少なくともいずれかが上記発
光素子(90)とともにモノリシックに集積化されているこ
とを特徴とする請求項４又は５に記載のｎ×ｎ波長変換
器。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれかに記載のｎ×
ｎ波長変換器(3,4)と、ｎ個（ｎは１より大きい自然数）の請求項２又は３に記
載の１×１波長変換器(2) とを備え、該ｎ×ｎ波長変換器(3,4) の発光素子(90)の各半導体レ
ーザ(91)からの信号光が該１×１波長変換器(2) の受光
素子(70)にそれぞれ供給されることを特徴とするｎ×ｎ
波長変換器。