JPH09236832A - 光制御型光スイッチ - Google Patents

光制御型光スイッチ

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JPH09236832A
JPH09236832A JP4457596A JP4457596A JPH09236832A JP H09236832 A JPH09236832 A JP H09236832A JP 4457596 A JP4457596 A JP 4457596A JP 4457596 A JP4457596 A JP 4457596A JP H09236832 A JPH09236832 A JP H09236832A
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JP
Japan
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optical
control
pulse
output
input
Prior art date
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Application number
JP4457596A
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English (en)
Inventor
Masahito Tsukada
雅人 塚田
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロストークが少く、SN比の良いスイッチ
ングが可能な光制御型光スイッチを提供する。 【解決手段】 入力信号線、入力線の光パワーを2分岐
する2×2光カプラー、2×2光カプラーの2つの出力
を接続した光ループ、光パルス信号をスイッチする制御
光パルスの光源、制御光パルスをN分岐する1×N分岐
器と1×N分岐器の各出力間に相対的な時間遅延を与え
るN本の光遅延線とN本の光遅延線上の光パルスのパワ
ーを調節するN個の可変減衰器と可変減衰器の出力を1
つに結合するN×1結合器とを具える制御パルスパター
ン生成回路、光ループ上に設けられ制御パルスパターン
生成回路の出力を入力する合波器、2×2光カプラーの
入力側の入力線以外のポートに接続される出力信号線、
及び、出力信号線上に設けられ制御信号の波長を除去す
る波長フィルタを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光制御型光スイッ
チに関し、特別には、100Gbit/s級の超高速光
通信及び光信号処理を用いる光交換機、光通信機器、光
コンピュータ等における、高速光信号列のスイッチ及び
デマルチプレクシング回路に関するものである。
【0002】これまでに提案されている光制御型光スイ
ッチの構成を図1に、その動作原理を説明するための模
式図を図2に示す。以下に図1及び2を用いて従来の光
制御型光スイッチの動作原理を説明する。ここでは、入
力信号線1からNチャネルに時分割された光パルス信号
が入力する場合を例として説明する。
【0003】入力信号(a) は、2×2光カプラー2で2
分岐され、時計回りと反時計回りとの光信号が光ループ
3中を伝搬する。いま、2×2光カプラー2の分岐比が
1:1で光ループ3を伝搬した両光の偏光方向が一致し
ておれば両光は2×2光カプラー2で100%干渉し、
2×2光カプラー2と光ループ3の損失を無視すると、
全入力パワーが入力信号線から入力方向と逆方向に出力
する。これは、両光間の光路長が等しいので両光間の位
相差がゼロであるために生ずる。
【0004】ここで、図2に(a')で示すNチャネル時分
割多重された信号列から1番目のチャネルを分離対象パ
ルスとする場合を考える。制御パルス光源から出射され
る信号光と波長が異なる光パルスを制御パルス(b')とし
て、光ループ3上の合波器4を介して入力する。その
際、分離対象パルスに重畳するタイミングで入力する。
いま、制御パルス(b')を光ループ3に入力することによ
り、その強度に従って光ループを構成している導波路媒
質(例えば光ファイバならガラス)に非線形分極が生じ
その屈折率が変化する。
【0005】これにより、分離対象パルスの反時計回り
光には制御パルス(b')のピークパワーによる光路長差が
生じ、分離対象外パルスには光路長差は生じない。ま
た、時計回り光は各パルス共に一瞬制御パルスとすれ違
うため、制御パルス(b')の平均パワー分の光路長変化を
生ずる。ここで、分離対象パルスの両光間の位相差がπ
となる制御パルス(b')を入力することにより、分離対象
パルスが2×2光カプラー2の出力信号線5から出力す
る。ここで、制御パルス(b')の波長をカットする波長フ
ィルタ6を設けることにより、スイッチング(ゲーティ
ング)が可能になる。
【0006】次に、上述の動作を数式を用いて定量的に
説明する。入力信号(a')はポート#1から入力する。分
岐比kの2×2光カプラー2で分岐された信号のポート
#2における透過率Tは T=1−4k(1−k)cos2(Δφ/2) (1) で表される。ここで、Δφは時計回り光と反時計回り光
との位相差である。k=0.5の時、Δφが0なら、T
は100%ミラーとなる。
【0007】いま、制御光(b')を、WDMカプラーを介
し、分離対象パルスに対して時間的に重畳させて時計回
りで入力すると、制御光による相互位相変調によりΔφ
=πの時に(1)式のTが最大になる。また制御光がオ
フの時の透過率を静の透過率To とすると、 To =1−4k(1−k) (2) となり、k≠0.5の時は干渉のバランスが崩れてポー
ト#2に洩れ込むクロストークが生ずる。この時の出力
パルスを図2の(C')に示す。
【0008】ここで、分離対象パルスに対して位相差π
を与える場合について検討する。多重数はNとする。こ
こで、分離対象外のチャネル(2〜N)が出力ポートに
洩れ込む割合をチャネルクロストーク(CT)と定義す
る。いま、制御光の波形をガウス型と仮定すると、分離
対象チャネルの時計回り成分に生ずる位相変化は次式で
表すことができる。
【数1】 但し、
【数2】 であり、Pは制御光のピークパワー、tc は制御光の半
値全幅、lはループ長、τはウォークオフ、λは信号光
波長、n2 、Aeff はそれぞれ各ループファイバの非線
形屈折率及び有効コア断面積を表す。
【0009】一方、分離対象チャネルの反時計回り成分
も、次式で表されるように、対向して伝搬する制御光に
より位相変化を生ずる。
【数3】
【0010】また、分離対象外チャネルの時計回り成分
はパルスの重なりが生じないため、位相変化は起きな
い。しかしながら、分離対象外チャネルの反時計回り成
分は、分離対象チャネルと同様に、次式の位相変化を生
ずる。 Δφccw =Δφ' ccw (5)
【0011】ここで、Δφcw−Δφccw =πとした時
に、分離対象チャネルはポート#2から出力される。そ
れと同時に、Δφccw の位相シフトを生ずる分離対象外
チャネルもチャネルクロストークとしてポート#2から
一部パワーが洩れる。このチャネルクロストークは次式
で表すことができる。
【数4】 但し、
【数5】 である。
【0012】これは、一般に非線形ループミラー型光ス
イッチ(Nonlinear Optical Loop Mirror:NOLM)と呼ば
れるものであり、ピコ秒以下の高速現象である光非線形
効果を用いることによって超高速のスイッチングが可能
である(論文「非線形ループミラーを用いた100Gb
it/s多重分離回路の検討」信学技報OCS−95−
40参照)。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光制御型光スイッチは、ピコ秒級の超高速スイッチ
ングが可能であること、ループ中の両光は同一のパスを
通過するため擾乱による位相変動の影響が相殺され安定
なスイッチングが可能であること、といった利点がある
が、本質的に分離対象外のパルスも制御光の影響を僅か
に受けるため、2×2光カプラーにおいて入力信号線に
100%出力せず、(6)式で示したチャネルクロスト
ークが生じ、最終的なSN比を劣化させるという問題が
ある。
【0014】本発明の目的は、上述した事情に鑑み、ク
ロストークが少く、SN比の良いスイッチングが可能な
光制御型光スイッチを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、Nチャネルの光パルス信号が時分割多重
された光信号列から1チャネルの信号を取出す光制御型
光スイッチにおいて、光パルス信号が入力する入力信号
線、この入力線の光パワーを2分岐する2×2光カプラ
ー、この2×2光カプラーの2つの出力を接続して構成
される光ループ、光パルス信号をスイッチするための制
御光パルスを生成する制御パルス光源、この制御パルス
光源から出射される制御光パルスをN分岐する1×N分
岐器とこの1×N分岐器の各出力上に設けられ各出力間
に相対的な時間遅延を与えるN本の光遅延線とこのN本
の光遅延線上の光パルスのパワーを調節するN個の可変
減衰器とこの可変減衰器の出力を1つに結合するN×1
結合器とを具える制御パルスパターン生成回路、前記光
ループ上に設けられ前記制御パルスパターン生成回路の
出力を入力する合波器、前記2×2光カプラーの入力側
の前記入力線以外のポートに接続される出力信号線、及
び、この出力信号線上に設けられ制御信号の波長を除去
する波長フィルタを具備することを特徴とする。
【0016】このような本発明によれば、制御パルスパ
ターン生成回路により、分離対象外パルスにも適当なパ
ワーの光パルスを与えることによって、両光間に生じる
位相変化を相殺し、その結果、クロストークを減少さ
せ、SNの良いスイッチングが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。図3は本発明の実施例を示す図で
ある。図で、1は入力信号線、2は2×2光カプラー、
3は光ループ、4は合波器、5出力信号線は、6は波長
フィルタ、7は制御パルス光源、8は制御パルスパター
ン生成回路、9は1×N分岐器、10はN本の光遅延線、
11はN個の可変減衰器、12はN×1結合器である。図4
はこの実施例におけるパルスを模式的に表した図であ
る。
【0018】ここでは、図4に示すように、Nチャネル
の信号が時分割多重されている入力信号パルス列(a) か
ら1番目のチャネルのパルスを抜き出す場合を例として
説明する。Nチャネル分の繰り返し周期で制御パルス光
源7から出射される、信号光と異なる波長の制御パルス
(b) は、1×N分岐器9でN分岐され、各光遅延線10に
入射する。各光遅延線10の間にはNチャネル多重された
入力信号のチャネル間隔に対応した相対時間遅延が存在
し、j番目のパスを通過する制御パルスはj番目のチャ
ネル用の制御パルス(b) になる。
【0019】各パス上の光は各々可変減衰器11により適
当なピークパワーに設定され、N×1結合器12で合流
し、合波器4を経て光ループ3に入力する。ここで、1
番目のチャネル用の制御パルスは光ループ3における両
回り光の位相差がπになるように可変減衰器を調整す
る。また、その他の制御パルス(b) は時計回り光に生ず
る位相変化分に等しい位相変化を生ずるだけのパワーに
するように各可変減衰器を調整する。
【0020】次に、上述の動作を数式を用いて定量的に
説明する。制御パルスパターン生成回路8内の各パスに
用いた1番目のチャネル用以外の可変減衰器11の減衰率
を全てRとする。ここで、制御光をガウス型と仮定する
と、分離対象チャネルの時計回り成分に生ずる位相変化
は(3)式で表すことができる。一方、分離対象チャネ
ルの反時計回り成分は次式で表される。
【数6】
【0021】また、分離対象外チャネルの時計回り成分
に生ずる位相変化は次式で表すことができる。
【数7】
【0022】また、分離対象外チャネルの反時計回り成
分に生ずる位相変化は(7)式で表すことができる。こ
こで、Δφcw−Δφccw =πであるので、チャネルクロ
ストークは次式で表すことができる。
【数8】 但し、
【数9】 である。
【0023】これは、Rを適当に調整することによって
反時計回り成分に生ずる位相変化を相殺できることを意
味している。一例として、静透過率が30dBの時のチ
ャネルクロストークについては、多重数が8、16、6
4の場合、それぞれRが−9.5dB、−12.2d
B、−17.8dBの時に位相シフト分を相殺すること
ができる。この様子を図4の出力パルス(c) に示す。図
2の(c')に比較してチャネルクロストークの大きさが小
さくなることが分かる。
【0024】代替案の一例として、上述の制御パルスパ
ターン生成回路8内の可変減衰器11として光ゲートスイ
ッチを用いることができる。この場合、光ゲートスイッ
チへの注入バイアス電流を調整することにより、上述の
実施例と同様の動作を行うことができると共に、入力信
号に同期して光ゲートスイッチを外部から制御すること
により、チャネル1からチャネルNまでの任意の信号を
ダイナミックに選択することができる。上述の回路は、
光ATMスイッチ(特願平7−20764号参照)内に
おける光スイッチ駆動回路に適用することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光制
御型光スイッチは、制御パルスパターン生成回路により
分離対象外パルスにも適当なパワーの光パルスを与える
ことによって、両光間に生ずる位相変化を相殺し、その
結果クロストークを減少させ、SNが良好なスイッチン
グを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光制御型光スイッチの構成を示す図であ
る。
【図2】図1の動作原理を説明するための模式図であ
る。
【図3】本発明の光制御型光スイッチの構成を示す図で
ある。
【図4】図3の動作原理を説明するための模式図であ
る。
【符号の説明】
1 入力信号線 2 2×2光カプラー 3 光ループ 4 合波器 5 出力信号線 6 波長フィルタ 7 制御パルス光源 8 制御パルスパターン生成回路 9 1×N分岐器 10 N本の光遅延線 11 N個の可変減衰器 12 N×1結合器 (a) 入力信号パルス列 (b) 制御パルス (c) 出力パルス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Nチャネルの光パルス信号が時分割多重
    された光信号列から1チャネルの信号を取出す光制御型
    光スイッチにおいて、光パルス信号が入力する入力信号
    線、該入力線の光パワーを2分岐する2×2光カプラ
    ー、該2×2光カプラーの2つの出力を接続して構成さ
    れる光ループ、光パルス信号をスイッチするための制御
    光パルスを生成する制御パルス光源、該制御パルス光源
    から出射される制御光パルスをN分岐する1×N分岐器
    と該1×N分岐器の各出力上に設けられ各出力間に相対
    的な時間遅延を与えるN本の光遅延線と該N本の光遅延
    線上の光パルスのパワーを調節するN個の可変減衰器と
    該可変減衰器の出力を1つに結合するN×1結合器とを
    具える制御パルスパターン生成回路、前記光ループ上に
    設けられ前記制御パルスパターン生成回路の出力を入力
    する合波器、前記2×2光カプラーの入力側の前記入力
    線以外のポートに接続される出力信号線、及び、該出力
    信号線上に設けられ制御信号の波長を除去する波長フィ
    ルタを具備することを特徴とする光制御型光スイッチ。
JP4457596A 1996-03-01 1996-03-01 光制御型光スイッチ Pending JPH09236832A (ja)

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