JPH0736349Y2 - 光マトリクススイッチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は入力ポート及び出力ポート間に設けた光スイ
ッチを介して、入力ポートから出力ポートに至る信号光
の伝搬経路を電気的に制御する光マトリクススイッチに
関する。

（従来の技術） 近年、情報伝達の高速化及び高帯域化を図るため光交換
通話路の研究が盛んに行なわれており、この光交換通話
路を構成するための種々の構造の光マトリクススイッチ
が提案されている。

第５図は従来の光マトリクススイッチの構成を概略的に
示す平面図である。

同図に示す光マトリクススイッチ10は正方構成（クロス
バー型）のスイッチである。このマトリクススイッチ10
は例えば４入力４出力のマトリクススイッチを構成して
おり、基板12に設けた所定個数の第一導波路14及び所定
個数の第二導波路16と、これら導波路14及び16の交差部
に設けた光スイッチ素子18とから成る。第一導波路14は
それぞれ入力ポート20を、及び第二導波路16はそれぞれ
出力ポート22を備える。

光スイッチ素子18が交差状態で動作するとき、導波路14
（或は16）から光スイッチ素子18に入力した光は光スイ
ッチ素子18から導波路16（或は14）に出力され、従って
光（信号光）の伝搬経路は変更される。また光スイッチ
素子18が直進状態で動作するとき、導波路14（或は16）
から光スイッチ素子18に入力した光は光スイッチ素子18
から導波路14（或は16）に出力され、従って光（信号
光）の伝搬経路は変更されない。従って光スイッチ素子
18を交差状態或は直進状態で動作させることによって光
の伝搬経路を制御でき、所望の入力ポート20から所望の
出力ポート22に至る光の伝搬経路を形成できる。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら上述した従来の光マトリクススイッチ10で
は、光が通過する光スイッチ素子18の個数が、光がどの
経路を伝搬するかによって異なる。

例えば第５図に示すように、入力ポート20_pに入力した
光が経路ｐを伝搬して出力ポート22_pから出力する場
合、光は６個の光スイッチ素子18を通過する。ところ
が、入力ポート20_qに入力した光が経路ｑを伝搬して出
力ポート22_qから出力する場合、光は４個の光スイッチ
素子18を通過する。

このように通過する光スイッチ素子18の個数が異なる
と、光スイッチ素子18での信号光のロスが存在するの
で、出力ポート22から出力される光の出力強度（パワ
ー）にバラツキを生じてしまう。これがため従来の光マ
トリクススイッチでは、クロストーク特性に優れた光マ
トリクススイッチを得ることが困難であった。

この考案の目的は上述した従来の問題点を解決するた
め、各出力ポートから出力される光の出力強度の均一化
を図れる構造の光マトリクススイッチを提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この考案の光マトリクスス
イッチは、それぞれ入力ポートを備える（ｎ＋１）個
（但しｎは自然数）の第一導波路とそれぞれ出力ポート
を備える（ｍ＋１）個（但しｍは自然数）の第二導波路
とを交差させ、これら第一及び第二導波路の交差部に光
の伝搬経路を制御するための光スイッチ部を設けて成る
光マトリクススイッチにおいて、入力ポートと、第一導
波路の入力ポート側から数えて第一段の光スイッチ部と
の間に入力側光アンプを設け、出力ポートと、第二導波
路の出力ポート側から数えて第一段の光スイッチ部との
間に出力側光アンプを設け、出力ポートとは反対側から
出力ポートへ向けて配列順次に数えて第ｉ番目の入力側
光アンプのゲインG_i（但しｉは零から数え始めるものと
する）と、入力ポートとは反対側から入力ポートへ向け
て配列順次に数えて第ｊ番目の出力側光アンプのゲイン
G_j（但しｊは零から数え初めるものとする）とを次式の
如く設定して成ることを特徴とする。

G_i＝g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ） G_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ） 但し、 g₁：入力側光アンプのゲインの初期値 g₂：出力側光アンプのゲインの初期値 t₁：第一導波路に沿った方向における、隣接する光スイ
ッチ部間の離間距離 t₂：第二導波路に沿った方向における、隣接する光スイ
ッチ部間の離間距離 α：第一及び第二導波路の単位長さ当りの光のロス L:光スイッチ部における光のロス （作用） このような構造の光マトリクススイッチによれば、入力
ポートと第一導波路の入力ポート側から数えて第一段の
光スイッチ部との間に入力側光アンプを設けると共に出
力ポートと第二導波路の出力ポート側から数えて第一段
の光スイッチ部との間に出力側光アンプを設ける。そし
て出力ポートとは反対側から出力ポートへ向けて配列順
次に数えて第ｉ番目の入力側光アンプのゲインG_iをG_i＝
g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ）と設定し、入力ポートとは反対側か
ら出力ポートへ向けて配列順次に数えて第ｊ番目の出力
側光アンプのゲインG_jをG_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ）と設定
するので、各出力ポートから出力される光の出力強度を
均一化することができる。

（実施例） 以下、この考案の実施例につき説明する。尚、図面はこ
の考案が理解できる程度に概略的に示されているにすぎ
ず、従って各構成成分の寸法、形状及び配設位置を図示
例に限定するものではない。

第１図はこの考案の実施例の構成を概略的に示す平面図
である。

この実施例の光マトリクススイッチ30は、それぞれ入力
ポート32を備える（１＋ｎ）個（但しｎは自然数）の第
一導波路34とそれぞれ出力ポート36を備える（１＋ｍ）
個（但しｍは自然数）の第二導波路38とを交差させ、こ
れら第一及び第二導波路34及び38の交差部に光の伝搬経
路を制御するための光スイッチ部40を設け、入力ポート
32と、第一導波路34の入力ポート側から数えて第一段の
光スイッチ部40との間に入力側光アンプ42を設け、さら
に出力ポート36と、第二導波路38の出力ポート側から数
えて第一段の光スイッチ部40との間に出力側光アンプ44
を設けた構成を有する。尚、第１図において第一導波路
34の入力ポート側から数えて第一段の光スイッチ部40を
符号40aを付して、また第二導波路38の出力ポート側か
ら数えて第一段の光スイッチ部40を符号40bを付して示
した。

以下、この実施例につきより詳細に説明する。

この実施例では基板46として例えばLiNbO₃基板その他の
強誘電体結晶基板或は化合物半導体基板を用い、複数の
第一導波路34及び複数の第二導波路36をそれぞれ並列さ
せて基板46に設け、これら導波路34、36を相交差させて
配置する。

さらにこの実施例では光スイッチ部40を例えば全反射型
或は方向性結合器型の光スイッチ素子（光スイッチエレ
メント）とし、基板46に設ける。尚、光スイッチ部40を
複数個の光スイッチ素子を以って構成するようにしても
良い。

また入力側光アンプ（入力アンプ）42及び出力側光アン
プ（出力アンプ）44を入力した光のパワーを増幅する機
能を備える任意好適な光増幅手段、例えばレーザー増幅
器（Light Amplifier）を以って構成する。そして隣接
する第一導波路34の入力アンプ42間の増幅率差をほぼ一
定とし、さらに隣接する第二導波路38の出力アンプ44間
の増幅率差をほぼ一定とする。

増幅率差を一定とするため、次に述べるように各アンプ
42及び44の増幅率（ゲイン）を設定する。尚、（増幅
率）＝（アンプから出力される光のパワー）÷（アンプ
に入力する光のパワー）である。

第２図は増幅率の説明に供する図であり、各構成成分の
接続状態を概略的に示す図である。

第２図に示す光マトリクススイッチ30は（ｎ＋１）×
（ｍ＋１）の光マトリクススイッチを構成している（但
しｎ、ｍは自然数）。

以下の説明では、第２図に示すように第一導波路34に対
して出力ポート36とは反対側から出力ポート36へ向けて
配列順次に番号０、１、２、…、…、ｎを付すと共に第
二導波路38に対して入力ポート32とは反対側から入力ポ
ート32へ向けて配列順次に番号０、１、２、…、…、ｍ
を付して、第ｉ番の入力ポート32に入力した光を第ｊ番
目の出力ポート36から出力させる場合を考える（但しｉ
は０≦ｉ≦ｎの範囲の整数、ｊは０≦ｊ≦ｍの範囲の整
数）。

この場合第ｉ番目の第一導波路34の入力ポート32及び入
力アンプ42を順次に通過した光は、第ｉ番の第一導波路
34上の光スイッチ部40を｛（ｍ−ｊ）＋１｝個だけを通
過し、次に第ｊ番の第二導波路36上の光スイッチ部40を
（ｎ−ｉ）個だけ通過し、然る後第ｊ番の第二導波路36
の出力アンプ44及び出力ポート36を順次に経て出力ポー
ト36から出力する。

ここで Ｌを光スイッチ部40における光のロス（単位:db）、 αを第一導波路34及び第二導波路38の単位長さ当りの光
のロス（単位:dB/cm）、 t₁を第一導波路34に沿った方向における、隣接する光ス
イッチ部40間の離間距離（単位:cm）、 t₂を第二導波路38に沿った方向における、隣接する光ス
イッチ部40間の離間距離（単位:cm）、 G_iを第ｉ番の入力アンプ42のゲイン（単位:dB）、 G_jを第ｊ番の出力アンプ44のゲイン（単位:dB）、 T₁を第一導波路34に沿った方向における、隣接する入力
アンプ42及び光スイッチ部40a間の離間距離（単位:c
m）、 T₂を第二導波路38に沿った方向における、隣接する出力
アンプ44及び光スイッチ部40b間の離間距離（単位:cm）
とすると、 第ｉ番の入力アンプ42及び第ｊ番の出力アンプ44の間で
の光の全ロスL_tは、次式（１）で表せる。

L_t＝−G_i＋T₂α＋（ｍ−ｊ）t₂α＋｛（ｍ−ｊ）＋１｝
Ｌ＋（ｎ−ｉ）t₁α＋（ｎ−ｉ）Ｌ＋T₁α−G_j …式
（１） ここで g₁を入力アンプ42のゲインの初期値（或はゲインの設定
基本値とも称す、単位:dB）、 g₂を出力アンプ44のゲインの初期値（或はゲインの設定
基本値とも称す、単位:dB）とし、 G₁を次式（２）及びG_jを次式（３）と設定すれば、式
（１）におけるｉ、ｊに関する項が消去され、式（１）
を次式（４）のように書き改めることができる。

G₁＝g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ） …式（２） G_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ） …式（３） L_t＝−g₁＋T₂α＋mt₂α＋（ｍ＋１）Ｌ＋nt₁α＋nL＋T₁
α−g₂ ＝−（g₁＋g₂）＋（T₁＋T₂＋mt₂＋nt₁）α＋（ｍ＋ｎ
＋１）Ｌ …式（４） 従って出力ポート36とは反対側から出力ポート36へ向け
て配列順次に数えて第ｉ番目の入力アンプ42及び入力ポ
ート32とは反対側から入力ポート32へ向けて配列順次に
数えて第ｊ番の出力アンプ44のゲインG_i及びG_jを式
（２）及び（３）を満足するように設定することによっ
て、隣接する第一導波路34の入力アンプ42間の増幅率
（ゲイン）差を一定とし、かつ隣接する第二導波38間の
出力アンプ44間の増幅率（ゲイン）差を一定となすこと
ができる。しかも式（２）〜（４）からも理解できるよ
うに、入力アンプ42及び出力アンプ44のゲインG_i及びG_j
を式（２）及び（３）を満足するように設定することに
よって、ロスL_tはｉ、ｊによらず一定となり、光がいず
れの出力アンプ44から出力しようとも出力アンプ44から
出力する光のパワーを実質的に同一とすることができ
る。

これがため、各出力ポート36から出力する光の出力強度
（パワー）を従来よりも均一にすることができる。

応用例 〈第一の応用例） 第３図はこの考案の第一の応用例の光マトリクススイッ
チの構成を主として各構成成分の接続状態に着目して概
略的に示した図である。尚、上述した実施例と対応する
構成成分については同一の符号を付して示し、その詳細
な説明を省略する。

第３図に示す光マトリクススイッチ48は１個の第一導波
路34とｍ個の第二導波路38とを相交差させこれら導波路
34、38の交差部に光スイッチ部40を設けて１×（ｍ＋
１）の光スイッチを構成している。そして出力ポート36
と光スイッチ部40（40b）の間に出力アンプ44を設け
る。光スイッチ部40（40a）及び入力ポート32の間には
入力アンプ42を設けない。

ここでT₃を入力ポート32と第一段の光スイッチ部40aと
の間の離間距離とすれば、光マトリクススイッチ48の入
力ポート32及び第ｊ番の出力アンプ44間における光のロ
スL_t1は次式（５）で表現できる。

L_t1＝T₃α＋（ｍ−ｊ）t₂α＋｛（ｍ−ｊ）＋１｝Ｌ＋T
₁α−G_j …式（５） ここでG_jを次式（６）と設定すれば、式（５）における
ｊに関する項が消去され、式（５）を次式（７）のよう
に書き改めることができる。

G_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ） …式（６） L_t1＝−g₂＋（T₁＋T₃＋mt₂）α＋（ｍ＋１）Ｌ …式
（７） 従って第ｊ番の出力アンプ44のゲインG_jを式（６）を満
足するように設定することによって、隣接する第二導波
路38の出力アンプ44間の増幅率（ゲイン）差を一定とな
すことができる。しかも式（６）〜（７）からも理解で
きるように、第ｊ番の出力アンプ44のゲインG_jを式
（６）を満足するように設定することによって、ロスL
_t1はｊによらず一定となり、光がいずれの出力アンプ44
から出力しようとも出力アンプ44から出力する光のパワ
ーを実質的に同一とすることができる。

これがため、各出力ポート36から出力する光の出力強度
（パワー）を均一にすることができる。

尚、第一の応用例において入力ポート32及び光スイッチ
部40aの間にゲインg₁の入力アンプ42を設けるようにし
ても、各出力ポート36から出力する光の出力強度（パワ
ー）を均一にすることができる。

〈第二の応用例〉 第４図はこの考案の第二の応用例の光マトリクススイッ
チの構成を主として各構成成分の接続状態に着目して概
略的に示した図である。尚、上述した実施例と対応する
構成成分については同一の符号を付して示し、その詳細
な説明を省略する。

第４図に示す光マトリクススイッチ50はｎ個の第一導波
路34と１個の第二導波路38とを相交差させこれらの導波
路34、38の交差部に光スイッチ部40を設けて（ｎ＋１）
×１の光スイッチを構成している。そして入力ポート32
と光スイッチ部40（40a）の間に入力アンプ42を設け
る。光スイッチ部40（40b）及び出力ポート32の間には
出力アンプ44を設けない。

ここでT₄を出力ポート36と第一段の光スイッチ部40bと
の間の離間距離とすれば、光マトリクススイッチ50の第
ｉ番の入力アンプ42及び出力ポート36間における光のロ
スL_t2は次式（８）で表現できる。

L_t2＝−G_i＋T₂α＋（ｎ−ｉ）t₁α＋｛（ｎ−ｉ）＋
１｝Ｌ＋T₄α …式（８） ここでG₁を次式（９）と設定すれば、式（８）における
ｉに関する項が消去され、式（８）を次式（10）のよう
に書き改めることができる。

G_i＝g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ） …式（９） L_t2＝−g₁＋（T₂＋T₄＋nt₁）α＋（ｎ＋１）Ｌ…（10） 従って第ｉ番の入力アンプ42のゲインG_iを式（９）を満
足するように設定することによって、隣接する第一導波
路34の入力アンプ42間の増幅率（ゲイン）差を一定とな
すことができる。しかも式（９）〜（10）からも理解で
きるように、第ｉ番の入力アンプ42のゲインG_iを式
（９）を満足するように設定することによって、ロスL
_t2はｉによらず一定となり、光がいずれの入力ポート32
から入力しようとも出力ポート36から出力する光のパワ
ーをほぼ一定とすることができる。

尚、第二の応用例において出力ポート36及び光スイッチ
部40bの間にゲインg₂の出力アンプ44を設けるようにし
ても、光がいずれの入力ポート32から入力しようとも出
力ポート36から出力する光の出力強度（パワー）を均一
にすることができる。

この考案は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、従って各構成成分の形状、寸法、配設位置、配設個
数、構成及び形成材料を任意好適に変更できる。

（考案の効果） 上述した説明からも明らかなように、この考案の光マト
リクススイッチによれば、入力ポートと第一導波路の入
力ポート側から数えて第一段の光スイッチ部との間に入
力側光アンプを設けると共に出力ポートと第二導波路の
出力ポート側から数えて第一段の光スイッチ部との間に
出力側光アンプを設ける。

しかも出力ポートとは反対側から出力ポートへ向けて配
列順次に数えて第ｉ番目の入力側光アンプのゲインG_iを
G_i＝g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ）と設定し、入力ポートとは反対
側から入力ポートへ向けて配列順次に数えて第ｊ番の出
力側光アンプのゲインG_jをG_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ）と設
定するので、各出力ポートから出力される光の出力強度
を均一化することができ、これがため従来よりクロスト
ーク特性に優れた光マトリクススイッチを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成を概略的に示す平面
図、 第２図は増幅率の説明のため、この考案の実施例の構成
を主として各構成成分の接続状態に着目して概略的に示
した図、 第３図はこの考案の第一の応用例の光マトリクススイッ
チの構成を、主として各構成成分の接続状態に着目して
概略的に示した図、 第４図はこの考案の第二の応用例の光マトリクススイッ
チの構成を、主として各構成成分の接続状態に着目して
概略的に示した図、 第５図は従来の光マトリクススイッチの構成を概略的に
示す平面図である。 30、48、50……光マトリクススイッチ 32……入力ポート、34……第一導波路 36……出力ポート、38……第二導波路 40、40a、40b……光スイッチ部 42……入力側光アンプ、44……出力側光アンプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ入力ポートを備える（ｎ＋１）個
   （但しｎは自然数）の第一導波路とそれぞれ出力ポート
   を備える（ｍ＋１）個（但しｍは自然数）の第二導波路
   とを交差させ、該第一及び第二導波路の交差部に光の伝
   搬経路を制御するための光スイッチ部を設けて成る光マ
   トリクススイッチにおいて、 前記入力ポートと、前記第一導波路の入力ポート側から
   数えて第一段の光スイッチ部との間に入力側光アンプを
   設け、 前記出力ポートと、前記第二導波路の出力ポート側から
   数えて第一段の光スイッチ部との間に出力側光アンプを
   設け、 前記出力ポートとは反対側から出力ポートへ向けて配列
   順次に数えて第ｉ番目の入力側光アンプのゲインG_i（但
   しｉは零から数え始めるものとする）と、入力ポートと
   は反対側から入力ポートへ向けて配列順次に数えて第ｊ
   番目の出力側光アンプのゲインG_j（但しｊは零から数え
   始めるものとする）とを次式の如く設定して成ることを
   特徴とする光マトリクススイッチ。 G_i＝g₁−ｉ（t₁α＋Ｌ） G_j＝g₂−ｊ（t₂α＋Ｌ） 但し、 g₁：入力側光アンプのゲインの初期値 g₂：出力側光アンプのゲインの初期値 t₁：第一導波路に沿った方向における、隣接する光スイ
   ッチ部間の離間距離 t₂：第二導波路に沿った方向における、隣接する光スイ
   ッチ部間の離間距離 α：第一及び第二導波路の単位長さ当りの光のロス L:光スイッチ部における光のロス