JPS617739A - 光スイツチ回路 - 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） 本発明は多チャンネルの光伝送路間の接続を任意に切換
える光スイッチ回路に関するものである。

（従来技術とその問題点） 近年の光通信システムの本格的な実用化に伴い、従来に
ない新しい機能やサービスを提供するシステムが考えら
れてきている。そのようなシステムで必要とされるデバ
イスとして多数の光伝送路の接続を高速に切換える光ス
イッチ回路があげられる。このような光スイッチ回路と
しては、従来プリズム、レンズ若しくは光伝送路自体を
移動させるいわゆる機械式のものが広く用いられている
が、スイッチング速度の高速性、動作の信頼性、多チャ
ンネル化等の要求を考えると非機械式かつ集積化が可能
なスイッチ回路が今後主流となると考えられる。そのよ
うな光スイッチ回路の１つとして、日本国特許　特願昭
５６−１９６２７９に示されているように光分岐−光ゲ
ート型スイッチ回路と呼ばれるものが知られている。こ
の光分岐−光ゲート型スイッチ回路の構成及び動作につ
いて説明する。

第１゛図は光分岐−光ゲート型スイッチ回路の動作につ
いて説明するための図である。ここでは簡単のために２
人力２出力の場合につき示した。２本の入力光伝送路３
ａ　ｊ３ｂによシ伝送された光信号はそれぞれ光分岐２
１ａｊ２１ｂによ多分岐され光分岐２１ａからの光信号
は光ゲートスイッチ２２ａ　ｊ２２ｂに、光分岐２１ｂ
からの光信号は光ゲートスイッチ２２ｃ　ｔ　２２ｄに
それぞれ入る。ここで光ゲートスイッチと呼ぶのは制御
信号に応じ、光信号の通過を０ＮｐＯＦＦする光変調器
型のスイッチである。光ゲートスイッチがＯＮ状態なら
ば光信号はそのまま通過し、ＯＦＦ状態ならば光信号は
光ゲートスイッチを通過せずそこで止まる。出力用導波
路は合波導波路（第１図参照）となっておシ、光ゲート
スイッチ２２ａ又は２２ｃを通過入力光伝送路３ａから
の信号のみが出力される。一方入力光伝送路３ｂからの
光信号は光分岐２１ｂによ多分岐され、ＯＮ状態である
光ゲートスイッチ２２ｃの方に分岐した光信号のみが通
過し、出力用光導波路２３ａを通って先出３ｂからの光
信号を光出力２４ｂへ出力したい場合はそれぞれの光ゲ
ートスイッチを２２ａ−ＯＮ＊２２ｂ−ＯＦＦｐ２２ｃ
ｍＯＦＦ＋２２ｄ−ＯＮの状態にしておけばよい。以上
のように光ゲートスイッチ２２ａ　ｊ２２ｂ　ｊ２２ｃ
　ｚ　２２ｄの０Ｎ−ＯＦＦを切り換えることによって
入力光伝送路３ａｊ３ｂかもの光信号と光出力２４ａ　
ｐ２４ｂの切シ換えが実現できる。またそれぞれの光ゲ
ートスイッチを２２ａ−ＯＮｙ２２ｂ−ＯＮｙ２２ｃｍ
ＯＦＦｊ２２ｄ−ＯＦＦの状態にしておくと入力光伝送
路３ｂからの光信号は出力されず、入力光伝送路３ａか
らの光信号が２つの光出力２４ａνｔ＝ ２４ｂ７出力される。このようにこの構成では光信号の
接続の切υ換え以外にも光信号を分配するという機能を
もつ。この光スイッチ回路の構造で方法に比べ、伝送信
号の帯域ｐ質を劣化させることがなく、電磁誘導、クロ
ストークの問題がないという利点がある。更に通常の導
波型の光路を切シ換える型のスイッチ（例として電気光
学効果を利用した方向性結合器型光スイッチ等がある。

）に比べ光ゲート・スイッチは小型化が可能なため多チ
ャンネル化に適している。このように光分岐−光ゲート
型スイッチ回路は原理的に祉非常に優れたものである。

光分岐−光ゲート型スイッチ回路では元ゲート・スイッ
チからあ出力光を合波するため、ＯＦＦ状態の光ゲート
・スイッチにより消光しきらなかった信号光に対しクロ
ストーク成分として混入する。この効果は多チャンネル
化に従い大きくなる。従って光ゲート・スイッチとして
は、小型り高速等の要求以上に、大きな消光比が求めら
れることになる。従来光ゲート・スイッチとしては、１
）電気光学効果を利用したもの、２）フランツ・ケルデ
ィジー効果を利用したもの、３）液晶を用いたもの（散
乱効果若しくは電気光学効果利用　４）半導体へのキャ
リア注入によシ利得、損失を変調するものなどが考えら
れていた。これらのうち１）〜３）では実験的に得られ
ている消光比は２０〜３０ｄＢ程度で充分なものではな
い。４）のうち半導体レーザへの電流注入を制御するい
わゆる半導体レーザ・スイッチでは消光比６０〜７０ｄ
Ｂが得られているが、半導体レーザの利得機構を利用す
るため入射光のモード、波長により特性が゛左右され、
多モード・ファイバ光のスイッチングには電気信号に変
換する光電変換手段と光電変換手段の出力の電気信号を
再び光信号に変換して出力する電光変換手段と制御信号
に応じて光電変換手段、電光変換手段の動作を制御する
手段とにより構成する（リピータ構成）ことが既に提案
されている。

この場合には、電気信号のレベルでの増幅、波形整形が
可能なことから光分岐による損失を補償することができ
、光信号の消光比も非常に太きなものが期待できる。ま
だ入射光のモード、波長によらずスイッチ動作が得られ
るという利点もある。

しかしながらこのような光スイッチ回路には次のような
問題があった。実際に多チャンネルのスイッチとしての
動作を得るためには第１図を用いて説明したように合波
導波路が必要である。しかし単なる１対ｎの光分岐を逆
に用いて光を合波しようとすると合波すべき多数の光信
号と合波される先の一本の導波路とのモード・マツチン
グを完全にとることができず大きな損失をひきおこす。

従ユ って、光ゲート・スイッチ内で−Ｉ電気信号を介して光
のレベル再生が行なわれても、合波導波路の部分での損
失によシ、光スイッチ以降の光の伝送距離が制限されて
しまうという問題が生じる。

（発明の目的） 本発明の目的は上述したような光分岐−光ゲート型光ス
イッチ回路の欠点を除去し、小型かつ集積化に適し、低
クロストークで広帯域信号を歪ませることなく高速切換
が可能でかつ多モードファイバ光も切換可能という光分
岐−光ゲート型光スイッチ回路の利点を生かし、かつ低
挿入損失な光スイッチ回路を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、ひとつの入力端から入った光をｍ（≧
２）本の光に分岐するｍ（≧１）個の光分岐と前記光分
岐の各々の分岐先に光学的に縦続接続され、ＯＮ状態で
は光を通しＯＦＦ状態では光を通さない機能を持つスイ
ッチと、各々の前記スイッチに縦属接続された出力用導
波路とからなり、前記ＯＮ状態では光を通し、ＯＦＦ状
態では光を通さない機能を持つスイッチを、前記光分岐
の出力光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光
電変換手段の出力を再び光信号に変換し前記出力用導波
路に出力する電光変換手段と、制御信号に応じて前記光
電変換手段、電光変換手段の動作を制御する手段によ多
構成した光スイッチ回路であって、前記電光変換手段の
発光波長を、前記光分岐毎に異なるようにしたことを特
徴とする光スイッチ回路が得られる。

（構成の詳細な説明） 第２図は本発明の詳細な説明するだめの図である。ここ
でも簡単のため２人カッ２出力の場合につき説明する。

２本の入力光伝送路３ａ＋３ｂによシ伝送された光信号
はそれぞれ光分岐２１ａｐ２１ｂによ多分岐され光ゲー
ト・スイッチに入る。

ここで各々の光ゲートスイッチは光電変換手段２５ａｊ
２５ｂｙ２５ｃ＊２５ｄｔ電気信号の整形、増幅系２６
ａｓ２６ｂｔ２６ｃｊ２６ｄ、電光変換手段２７ａ　ｐ
　２７ｂ　ｐ　２７ｃ　ｔ　２７ｄにより構成されてい
る。電光変換手段は具体的にはＬｌｌＬＥＤで構成され
るが、その発振波長は系全体が波長多重化されていない
限シ任意に選ぶことができる。そこで、その波長を各光
分岐２１ａｊ２１ｂ毎に異なるようにすることができる
。つまり電光変換手段２７ａ　ｙ　２７ｂと２７ｃ　ｐ
　２７ｄの波長を異ならすわけである。このようにする
ことによシ光スイッチ回路実現のため例えば電光変換手
段２７ａと２７ｃｊ２７ｂと２７ｄの出力光を合波する
際には合波する２つの光の波長が異なるためそれを利用
して干渉膜、グレーティング等によシ低損失に合波する
ことができる。従って、このような構成によシ従来の光
分岐−光ゲート方式光スイッチ回路の利点を生かしかつ
低挿入損失の光スイッチ回路を実現できる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明す
る。第３図は本発明による光スイッチ回路の一実施例を
示すだめの図である。ここでも簡単のため１μｍ帯の光
伝送系を想定し２人力」２出力の場合について説明する
。入力光伝送路３ａ＋３ｂによシ伝送された光信号はそ
れぞれ、ファイバを近接して熱融着しだカプラによる光
分岐２１ａ　−２１ｂにより分岐されＩｎＧａＡｓＰ　
ＩｎＰフォトダイオード及びＦＥＴプリアンプから成る
光電変換手段２５ａｙ２５ｂｙ２５ｃｙ２５ｄに入射す
る。

光電変換手段２５ａ　ｙ　２５ｂ　ｙ　２５ｃ　ｐ　２
５ｄの出力の電気信号はそれぞれ増幅器２６ａｊ２６ｂ
ｙ２６ｃ　ｒ　２６ｄにより増幅され駆動回路及びＩｎ
ＧａＡｓＰ　／　ＩｎＰ半導体レーザ（ＬＤ）よ構成る
電光変換手段２７ａ　ｓ　２７ｂ　ｙ　２７ｃ　ｐ　２
７ｄを動作させる。電光変換手段２７ａ　ｊ２７ｂ　ｐ
　２７ｃ　ｔ２７ｄに用いたＩｎＧａＡｓＰ　／　Ｉｎ
Ｐ　Ｌ　Ｄでは組成を変化させることによシ１．２〜１
．５５μｍの間で発振波長を変えることができる。ここ
では電光変換手段２７ａ　ｐ２７ｃの波長を〜１．２μ
ｍ１２７　ｂ＋２７ｄの波長を〜１．３μｍに設定した
。電光変換手段２７ａ’ツ２７ｂ　ｙ　２７ｃ　ｊ２７
ｄの出力光はレンズ２８ａｊ２８ｂ　ｊ２８ｃ　ｐ　２
８ｄによシ平行化され、干渉膜フィルタ１ａｙｌｂによ
多波長の違いを利用して光軸を一致させて合波される。

合波された２つのビームはレンズ２ａν２ｂによ多出力
光伝送路４ａｐ４ｂに効率よシ結合される。光スイッチ
回路としての動作はとこでは増幅器２６ａｐ２６ｂｊ２
６ｃ　ｊ２７ｄの段間に挿入したＦＥＴゲートスイッチ
へのゲート信号及び、電光変換手段２７ａｊ２７ｂ　−
２７ｃ　ｐ　２７ｄのＬＤへのバイアス電圧を制御装置
５よυ所望のスイッチ状態に応じて供給して行なった。

このような構成では電光変換手段２７ａ＋２７ｂｙ２７
ｃ＊２７ｄの出力光を合波する際の損失を非常に小さく
できる。従って光伝送システム全体の損失に関するマー
ジンを高くとることが出来、伝送距離の増大、信頼性の
向上゛を計ることができる。ここでは波長の違いを利用
して光を合波する手段として干渉膜フィルタを用いたが
、グレーティングを利用すれば波長分解能が高いため更
に近接した波長の光を多数合波することが出来、光スイ
ッチ回路の多チャンネル化に有利となる。また導波路上
にグレーティングを形成した構造の導波型波長多重器を
合波に用いれば装置の小型化、集積化を計ることができ
る。更に材料としてＩｎＧａＡｓＰ／　ＩｎＰ系の導波
型波長多重器を用いれば電光変換手段２７ａ　ｊ２７ｂ
　Ｉ２７ｃシ２７ｄのＬＤとのモノリシック集積化も可
能となる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、小型かつ
集積化に適し、低クロストークで広帯域信号を歪ませる
ことなく高速切換が可能でかつ多モードファイバ光も切
換可能という光分岐−光ゲート型光スイッチ回路の利点
を生かし女から低挿入損失な光スイッチ回路が得られ将
来の種々の光システムの実現に寄与するところ大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は光分岐−光ゲート型光スイッチ回路の動作を説
明するための図、第２図は本発明による光スイッチ回路
の構成を説明するだめの図、第３図は本発明による光ス
イッチ回路の実施例を説明、するための図である。 図に於て、１８Ｆ１ｂは干渉膜フィルタ、２ａｊ２ｂ　
ｓ　２８’ａ　ｐ　２８ｂ　ｒ　２８ｃ　ｊ２８ｄはレ
ンズ、３ａｙ３ｂｙ４ａ＋４ｂは光伝送路、５は割裂回
路、２１ａｊ２１ｂは光分岐、２２ａ　ｙ　２２ｂ　＋
２２ｃ　ｙ　２２ｄは光ゲート、２３ａＪ２３ｂは出力
導波路、２４ａｊ２４ｂはレーザ光、２５ａ−２５ｂ＋
２５ｃ＋２５ｄは光電変換手段、２６ａｐ２６ｂ　ｊ２
６ｃ　ｊ２６ｄは増幅器、２７ａ９２７ｂｙ２７ｃｙ２
７ｄは電光変換手段である。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ひとつの入力端から入った光をｍ（≧２）本の光に分岐
   するｎ（≧１）個の光分岐と、前記光分岐の各々の分岐
   先に光学的に縦続接続され、ＯＮ状態では光を通し、Ｏ
   ＦＦ状態では光を通さない機能を持つスイッチと、各々
   の前記スイッチに縦属接続された出力用導波路とからな
   り、 前記ＯＮ状態では光を通し、ＯＦＦ状態では光を通さな
   い機能を持つスイッチを、前記光分岐の出力光を電気信
   号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力
   を再び光信号に変換し、前記出力用導波路に出力する電
   光変換手段と、制御信号に応じて前記光電変換手段、電
   光変換手段の動作を制御する手段により構成した光スイ
   ッチ回路であって、前記電光変換手段の発光波長を、前
   記光分岐毎に異なるようにしたことを特徴とする光スイ
   ッチ回路。