JPS6181099A - 時分割光交換機 - 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） 本発明は時分割光信号の交換制御を行なう時分割光交換
機に関するものである。

（従来技術とその問題点） 光ファイバを伝送路とする光通信システムは高速・大容
量の信号伝送が可能であり、様々の伝送方式が実用化さ
れている。％に高速性を利用したデジタル便号の時分割
伝送方式は重要な方式の１つである。現在実用化されて
いる光通信システムでは、光信号は単に光フアイバ中を
伝送されるだけで信号の交換は一担電気信号に交換した
後に行なわれている。上記の如く、光信号を電気信号に
変換して交換する方法では、交換された信号を再び伝送
する場合には電気信号を再び光信号に変換する必要があ
るので装置が複雑になシ、コストが高くなるという欠点
がある。また従来の電気信号の時分割交換機では百メガ
ビット／秒以上の高速信号を交換するのは難しいという
欠点もある。

この欠点を解決する手段として、時分割光信号を光信号
のままで交換する光交換機が提案されている。この光交
換機は、特開昭５３−１１７３１１に述べられておｆｉ
、ＮＸＭの入出力端子をもつ複数のマトリックス状光ス
イッチの間を互いに異なる長さをもつ光フアイバ群で接
続して構成され、すなわち光ファイバを遅延線として用
いるもので返る。

基本的には、光スイッチに入射した時分割光信号を、各
タイムスロット毎に異なるファイバに振分け、それぞれ
異なる時間遅延させた後次段の光スイッチで合成して信
号の時間順序を入換えるものである。しかし、このよう
な光フアイバ遅延線を用いる光交換機では、光ファイバ
の長さＫよって遅延時間が決定されてしまうことや長い
フレーム周期の信号を交換するためには長い光ファイバ
を必要とするため装置が大盤化する等の欠点があった。

また、単なる光伝送路の遅延時間の選択によって時分割
交換を行なっているので光スイッチと光フアイバ間の接
続部等で損失が生じ、入力光信号レベルに比べて出力光
信号レベルが大幅に低下するという欠点もおった。

この欠点を除去するために１１つの入力端と複数の出力
端を備え丸書込み用光スイッチと、複数の入力端と１つ
の出力端を備えた読出し用光スイッチの間に双安定動作
を示す半導体レーザを挿入した構成の時分割光交換機を
、特開昭５９−１０７６７５に本願の発明者が提案して
いる。その構成は、入力した時分割光信号を各タイムス
ロットごとに書込み用光スイッチで順次異なる光メモリ
、即ち双安定半導体レーザに書込んで入力信号を保持さ
せ、読出し光スイッチで各信号を出力すべきタイムスロ
ットに選択的に切出して時分割光交換を行なうものであ
る。この構成では、交換すべきフレーム周期の長さを任
意に設定でき、装置の小型化が容易でかつ、高い出力光
信号レベルが容易に得られるという特長がある。この時
分割光交換機を構成する書込み及び読出し光スイッチは
高速性を必要とするため導波形の光スイッチが使用され
る。しかし、通常導波形光スイッチはチャンネル数が多
くなるに従りて大形とな９、ｔｆｌ：、多大な製作工数
が必要となるため非常に高価となる。このためそこで２
個の光スイッチを用いるこの時分割光交換機は形状が犬
きく、また高価となるという欠点を有する。

（発明の目的） 本発明の目的は、従来の欠点を除き、必要な光スイッチ
の数が少なく、小形で安価な時分割光交換機を提供する
ことにおる。

（発明の構成） 本発明の時分割光交換機は、１つの入力端と複数の出力
端を備えた光分岐回路と、前記出力端からの出射光がレ
ーザ共振器の一端から入射するようにして各出力端にそ
れぞれ対応して設置された双安定動作を示す複数の半導
体レーザと、これら半導体レーザからの出射光がそれぞ
れ入射するように各半導体Ｖ−ザに対応する複数の入力
端と１つの出力端とを備えた読出し用光スイッチと、前
記各半導体レーザをそれぞれ駆動する電流駆動回路と、
前記読出し月光スイッチを駆動する光スイッチ駆動回路
と、前記各電流駆動および光スイッチ駆動回路のタイミ
ングを制御する中央制御装置とを含み構成される。

（発明の作用） 本発明においては、入力時分割光信号を光分岐回路によ
り分割して同時にすべての双安定半導体レーザに入射せ
しめ、前記各々の双安定半導体レーザの注入電流を、信
号を書込むべきタイムスロットだけ、入力光信号によっ
てトリガ可能な状態となる電流値に増加させ、それ以外
の時間は書込まれた状態が保持され、かつ入力光信号に
よってトリガがかからない程度の低い電流値に保持させ
ることによって書込み動作及び光メモリ動作を行なう。

（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図は本発明による時分割光交換機の一実施例のブロ
ック図であ゛る。第１図において、それぞれ異なる情報
をのせた４つのタイムスロットからなる第１の時分割光
信号１００を入力するための入力光導波路３１０と第２
の時分割光信号１９０を出力するための出力光導波路３
８０との間に、入力端子を入力光導波路３１０に接続さ
れ出力端子を、双安定動作を示す半導体レーザ３４０，
３５０，３６０゜３７０の入射端に導かれる光導波路３
４１　、３５１　、３６１゜３７１にそれぞれ接続され
た光分岐回路３２０と、前記双安定半導体レーザの出射
端に導かれる光導波路３４２，３５２，３６２，３７２
にそれぞれ入力端子を接続され、出力端子を出力光導波
路３８０に接続された読出し用４×１光スイッチ３３０
が設置されている。この光スイッチ３３０には光スイッ
チ駆動回路３３１が接続されており、双安定半導体レー
ザ３４０．３５０，３６０，３７０にはそれぞれバイア
ス電流を注入するための電流駆動回路３４５　、３５５
　、３６５゜３７５が接続されている。光スイッチ駆動
回路３３１と電流駆動回路３４５，３５５，３６５，３
７５は図示されていない中央制御装置に接続されている
。この中央制御装置はタイミング抽出回路、メそり回路
等によって構成され、光スイッチ駆動回路や電流駆動回
路を制御するための制御信号を発生する。

各電流駆動回路は中央制御装置の指令によって３値の電
流を発生する装置であυ、その簡単な一例が第２図の回
路図に示されている。

この電流駆動回路は、２つのトランジスタＴｒｉｐＴｒ
２と２つの抵抗とから成っている。これらトランジスタ
Ｔ　ｒｌ　＋　Ｔ　ｒ　２のコレクタは双安定半導体レ
ーザＬＤ１に接続している。エラターはそれぞれ抵抗Ｒ
１，Ｒ２で一■の電源に接続されており、ベース端子が
制御信号の入力端子となっている。この図において、ト
ランジスタＴｒｉ、Ｔ、２のペース電圧がＶよシ小さい
と、トランジスタＴｒｌｌＴ、！は共にオフとなるので
コレクタ側に直列に挿入された双安定半導体レーザＬＤ
、には電流は流れない。

一方、トランジスタＴ　ｒ　ｌのペースに電圧Ｖ工（Ｖ
工＞Ｖ）が印加されるとトランジスタＴ　ｒ　１はオン
となシ双安定半導体レーザＬＤ１の電流１はｉ−ｉニー
（Ｖｌ−Ｖ）／Ｒ１となる。同様に、’１’、　ｏペー
スに電圧ｖ１かめ加されるとｉｗｉ、ｘ（Ｖｌ−Ｖ）／
Ｒ２となる。またＴ、□＋’Ｔ’ｒ２の両方に電圧■１
が印加されると双安定半導体レーザには１＝ｉ３−ｉ工
＋１２の電流が流れる。このように第２図の回路により
、外部信号によυ双安定半導体し一ザＬＤ□に３値の電
流を流すことができる。

ここで本実施例の読出し用４×１光スイッチ及び光分岐
回路の具体例、双安定半導体レーザ３４０゜３５０．３
６０，３７０の具体例を説明する。

先ず第３図１１１は読出し用４×１光スイッチ３３０と
して用いることができる方向性結合形光スイッチの一例
の平面図を示す。強誘電体結晶又は半導体結晶基板２０
上く形成し九４個の方向性結合形光スイッチ２１，２２
，２３．３０によって構成されている。例えばニオブ酸
リチウム結晶上にチタンを拡散して光導波路を作成し、
互いに近接した光導波路上に電極を設置することによっ
て上記方向性結合形光スイッチが得られる。方向性結合
形スイッチ３０は光導波路２４を通過する光信号遮断す
るためのスイッチでおる。光導波路２４を出力用、光導
波路２５，２６，２７．２８を入力用とするとき読出し
用４×１光スイッチとして用いることができる。

また光スイッチ駆動回路３２１，３３１は中央制御慈１
ｆｉ＃Ｆ１　コツｋ　ａ−Ａ／Ｖ　？　ｈ　４−　ｘλ
、、　４−２　’Ｊ　ｎ　４’＋　翻Ｉ　Ｎｌを行なう
ための電気信号を発生するものである。

例えば、光スイッチ３３０が第３図１１１に示した光ス
イッチの場合にはｚ値の異なる電圧をそれぞれ方向性結
合形光スイッチ２１，２２，２３．３０に供給する機能
を有するものである。これら各方向性結合形光スイッチ
２１，２２，２３．３０が印加電圧Ｏのときに一方の光
導波路に入射した光波がそのまま入射光導波路を通過し
、電圧をＶ工としたとき入射光が近接した他方の光導波
路に移るものとしたとき、光スイッチ駆動回路３３１は
最も簡単には各方向性結合形光スイッチに対し、１つの
トランジスタを用いた回路で構成できる。

例えばトランジスタのコレクタを抵抗Ｒを通して電圧Ｖ
工の電源に接続し、エミッタを接地し、ベースを制御信
号の入力端子とし、コレクタから出力電圧端子を出すこ
とによって構成される。この回路では制御信号の電圧が
００とき出力電圧ｖ１となり制御信号電圧が正のときは
出力電圧はＯとなる。

第３図（ｂｌは光分岐回路３２０の具体例の光ファイバ
分岐回路を示す。４０は入力光ファイバ、４２゜４３，
４４．４５は出力光ファイバである。本分岐回路は、４
本の光ファイバを束ねその束ねた部分４１を加熱融着す
ることによりて製作することができる。また、第３図ｆ
ａｔと同様な基板上に設けた光導波路を用いて導波形の
光分岐回路を構成することもできる。

第４図は双安定半導体レーザ３４０．３５０，３６０゜
３７０の具体例を示す断面図である。構造は通常用いら
れる電流注入形の半導体レーザとほぼ同じであり、例え
ば、ＧａＡＩＡａ／ＧａＡｓやＩｎＧａＡａＰ／ＩｎＰ
を材料とするダブルへテロ接合構造のレーザである。但
し、電極が一様ではなく、一部に電流の注入されない部
分が存在していることが通常の半導体レーザとは異なっ
ている。この電流の非注入領域は可飽和吸収体として働
くので、この双安定半導体レーザでは注入電流対光出力
特性に双安定特性をもたせることができる。なお、電極
を不均一にするかわシに、発光領域である活性層の部分
に不均一性をも九せ、一部に可飽和吸収領域を設置する
ことにより同様な双安定特性を持たせることができる。

これらの双安定半導体レーザでは注入電流１ｔ−適当に
選ぶことによって、外部からの注入光に対する出射光の
特性にも双安定特性が得られる。このような双安定半導
体レーザの詳細ハ文献エレクトロニクス・レター（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩ、６ｔｔｅｒ　）第１７巻７４１
ページと昭和５７年度電子通信学会光−電波部門全国大
会講演論文集（分冊２）２７２番に述べられている。

第５図（ａｌ　、　（ｂｌ　、　（Ｃ１は第４図の双安
定半導体レーザの動作を説明する特性図である。第５図
［ａｌは入射光量Ｐｉｎ＝Ｏとした時の注入電流ｉと出
射光量ｐｏｕｔの関係を示している。すなわち、注入電
流Ｌｔ−１６から増加させたときにはｔ−ｉ　、で急激
に出射光量Ｐｏｕｔが増加し、逆に注入電流ｉをｉｔか
ら減少させた場合には出射光量ｐｏｕｔはｉ−１゜で急
激に減少するようなヒステリシス特性を示し、１ｃよシ
やや大きい電流値１ｍ１ｂ工において出射光量Ｐｏｔお
よびＰ工□の２つの安定点Ａ１およびＢ１を有する。ま
た、ｉｌ、より大きくｌ＆よりやや小さい電流値１＝ｉ
ｂ１においても同様に出射光量Ｐｏ２及びＰ□２の２つ
の安定点Ａ２及びＢ２を有する。

第５図（ｂｌは第５図ｆａ＋において注入電流１＝−１
，１とした時の入射光量ｐｉｎと出射光量ｐｏｕｔの関
係を示す図である。すなわち出射光量Ｐｏｕｔ　＝−ｐ
Ｏ。

の＠１の安定点Ａ工にある時に入射光量Ｐｉｎを０から
増加させた場合は出射光量ｐｏｕｔはＰｉｎ＝　Ｐ１□
で急激に増加し以降入射光量ｐｉｎ　ｍ　ｐｔ□から減
少させた場合には出射光量ｐｏｕｔはほとんど減少せず
に出射光量ｐｏｕｔ　ｘ　Ｐ工□の第２の安定点Ｂ工に
移る。第５図（ｂｌにおける点Ａ工、Ｂ１はそれぞれ第
５図（ａｌＫおける点Ａ１．Ｂ１と同一の点を表わす。

同様に、第５図ｔａｌにおいてｓ’−’ｂ２としたとき
の入射光量Ｐｉｎに対する出射光量ｐｏｕｔの関係を第
５図ｆｃｌに示す。この場合、出射光量が急激に増加す
る点Ｐｔ２はｐｔｔより小さい。

次の第１表は注入電流ｉおよび入射光Ｐｉｎに双安定半
導体レーザの動作金示すものである。

すなわち、注入電流ｉがｉｂ工で入射光ＰｉｎがＯであ
る場合には双安定半導体レーザは前に書き込まれたデー
タに応じて第５図＋ａｌにおける２つの安定点Ａ□、Ｂ
１のいずれか一方に位置し、出射光量Ｐ０□あるいはＰ
□、を保守する。第５図ｆａｔにおいて双安定半導体レ
ーザが一方の安定点Ｂ工（出射光量Ｐ□□）ｔ−保持し
ている時に注入電流ｉｔ−一度ｉ。

とし再びｔｂｔに戻すと出射光量Ｐ　ｏｕｔはＢ１→Ｄ
→Ａ１の順に変化し以後他方の安定点Ａ１（出射光量Ｐ
。□）ｔ−保持し、すなわち双安定半導体レーザはリセ
ットされる。また電流を１−ｉｂ２とし、第５図（Ｃ１
において双安定半導体レーザが安定点Ａ２（出射光量Ｐ
。２）ｔ−保持している時に入射光量を一度Ｐ、とし再
びＯ−に戻すと出射光量ＰｏｕｔはＡ２→Ｅ４Ｂ２の頴
に変化し安定点Ｂ２（出射光量Ｐ１２）を保持し、すな
わち双安定半導体レーザヒセクトされる。この状態で電
流を１＝ｉｌ、、とすると安定点はＢ工に移υ保持され
る。ｉ＝ｉ＞１の状態ではＰｉｎ＝Ｐｔ１が入力しても
セットされ危い。注入電流ｔが１０で入射光量Ｐｉｎが
Ｐｔｌである場合には出射光量Ｐｏｕｔは双安定半導体
レーザの特性に石じた値Ｐ２を示すが本発明では直接こ
の光量を使用しないので説明を省略する。

第６図は第１図に示した実施例の双安定半導体レーザ３
４０の書き込み、読み出し動作を説明するためのタイム
チャートである。第５図、第６図を参照すると、第１図
に示した光導波路３１０には時分割光信号１００が導か
れている。第６図の光信号４００は時分割光信号１００
の情報Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　　をそれぞれ１ビツトのＮＲＺ
信号とした場合の具体例を示す。ここで信号０．１とし
てそれぞれ第５図に示す光量ｏ、ｐｔ１ｔ−必要とする
。第１図において双安定半導体レーザ３４０，３５０，
３６０，３７０にはそれぞれ電流駆動回路３４５，３５
５，３６５，３７５によって常時第５図に示す電流値ｉ
ｂ、の電流が注入されている。第２図に示した電流駆動
回路を用いる場合はこの状態ではトランジスタＴ　ｒ　
１のみオンとなっている。光導波路３８０は光スイッチ
３３０によって常時光導波路３４２．３５２，３６２．
３７２から切シ離されている。光スイッチ３３０が第３
♀（ａｌに示した構成である場合にはこのとき、方向性
結合形光スイッチ３０には光スイッチ駆動回路３３１に
より電圧ｖ１が印加され上記方向性結合形光スイッチ３
０は遮断状態にある。

第１図において双安定半導体レーザ３４０への時分割光
信号１００の情報人の書き込みは次のようにして行なわ
れる。すなわち、まず時分割光信号１００の第１のタイ
ムスロット内の第１の期間において双安定半導体レーザ
３４０への注入電流ｌｔ−第６図４１０に示す如く一度
１０に減じた後にｉｂｚにする。

これは例えば第２図のトランジスタＴ　ｒ　ｌを一旦オ
フにしてその後Ｔ、工、Ｔ、２を同時にオンに戻すこと
によって達成される。この結果双安定半導体レーザ３４
０の出射光量Ｐｏｕｔに第６図４４０に示すように以前
に光量Ｐ１□を保持していても、前記注入電流パルス４
１０の立下り前縁４１１においてＰｏ０にリセットされ
る。次に時分割光信号１００の第１のタイムスロット内
の前記第１の期間に続く第２の期間において電流はｉｂ
ｚに保たれる。これによって双安定半導体レーザ３４０
の出射光量４４０は、入射光量がＰｔ２である場合には
、電流パルス４１０の立上シ前縁４３１においてＰ１□
にセットされ、入射光量４３０が０である場合にはＰ。

２となる。

この後、注入電流パルスは１，１に保持されるので双安
定半導体レーザ３４０には１の情報Ｐ工１か、または、
Ｏの情報Ｐ。□が保持されている。

このようにして双安定半導体レーザ３４０には時分割光
信号１００の情報人が書き込壕れる。同様にして電流駆
動回路３５５，３６５，３７５はそれぞれ双安定半導体
レーザ３５０，３６０，３７０への注入電流を制御する
ことによって時分割光信号１００の情報Ｂ　、　Ｃ、Ｄ
ｔ−それぞれ双安定半導体レーザ３５０゜３６０．３７
０に書き込んで行く。このようにして双安定半導体レー
ザ３４０に書き込まれた情報人の時分割光信号１９０へ
の読み出しは以下のようにして行なわれる。すなわち、
時分割光信号１９０の例えば第４のタイムスロットにお
いて光スイッチ３３０によって光導波路３４２を光導波
路３８０に接続する。第６図４５０は光スイッチ３３０
に接続動作を行なわせるために光スイッチ駆動回路３３
１によって光スイッチ３３０に供給される制御電圧を示
す。

ここで光スイッチ３３０は制御電圧４５０がｖｌ　の時
のみ光導波路３４２と光導波路３８０とを接続するもの
とする。例えば第２図の光スイッチを光スイッチ３３０
として用いた場合、制御電圧４５０は方向性結合形光ス
イッチ２１．２２への印加電圧を示す。この結果光導波
路３８０には第６図４６０に示すように双安定半導体レ
ーザ３４０の出射光４４０を制御電圧４５０によって抽
出した光信号が得られる。同様にして光導波路３８０に
は更に時分割光信号１９０の第１．第２１第３のタイム
スロットにおいてそれぞれ双安定半導体レーザ３７０　
、３６０　、３５０に保持されていた情報り、Ｃ，Ｂが
読み出される。

このようにして光ｉ波路３８０に得られた時分割光信号
１９０においては時分割光信号１００の情報ＡとＤおよ
びＢとＣの交換が行なわれる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、交換される情
報のフレーム周期の長さが書込み及び読出し用光スイッ
チの制御により任意に設定でき、かつ長尺の光フプイバ
を使用しないので装置の小形化が容易である。また、出
射光レベルの高い双安定半導体レーザを用いることによ
υ、第２の時分割光信号１００の光量を第１の時分割光
信号１９０よシも大きくすることが可能である。さらに
使用する光スイッチは１個であるので従来よシも小形で
安価な時分割光交換機が得られる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではない
。例えば、第１図に示した実施例においては双安定半導
体レーザへの書き込みを周期的に行ない読み出しを交換
すべき情報に応じて行なう例を示したが、双安定半導体
レーザへの書き込みを交換すべき情報に応じて行ない読
み出しを周期的に行なうことによっても全く同様な交換
動作が得られる。また、１タイムスロツトがｎビット（
ｎ≧２）で構成されるような場合には本実施例に示した
１つの双安定半導体レーザのかわシにそれぞれｎ個の双
安定半導体レーザを設は各タイムスロット内でｎ個の双
安定半導体レーザの書き込み、読み出し金属次行なうこ
とによってタイムスロット間での交換を行なうことがで
きる。また、読出し光スイッチとしては、光分岐回路の
各分岐中に光を遮断するゲート部を設けた構成の光スイ
ッチも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による時分割光交換機の実施例のブロッ
ク図、第２図は第１図の半導体レーザの電流駆動回路の
一例の回路図、第３図１ａｌ及び（ｂｌはそれぞれ本発
明に用いることができる読出し用光スイッチ及び光分岐
回路の一例の構成図、第４図は双安定半導体レーザの一
例の断面図、第５図（ａ）。 （ｂｌ　、　（Ｃ１は双安定半導体レーザの動作を示す
特性図、第６図は本実施例の動作を説明するタイムチャ
ートである。図において、３２０・・・・・・光分岐回
路、３３０・・・・・・読出し用の光スイッチ、　３４
０，３５０゜３６０．３７０・・・・・・双安定半導体
レーザ、である。 −〕＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １つの入力端と複数の出力端を備えた光分岐回路と、前
   記出力端からの出射光がレーザ共振器の一端から入射す
   るようにして各出力端にそれぞれ対応して設置された双
   安定動作を示す複数の半導体レーザと、これら半導体レ
   ーザからの出射光がそれぞれ入射するように各半導体レ
   ーザに対応する複数の入力端と１つの出力端とを備えた
   読出し用光スイッチと、前記各半導体レーザをそれぞれ
   駆動する電流駆動回路と、前記読出し用光スイッチを駆
   動する光スイッチ駆動回路と、前記各電流駆動回路およ
   び光スイッチ駆動回路のタイミングを制御する中央制御
   装置とを備えることを特徴とする時分割光交換機。