JPS63247732A

JPS63247732A - 光信号切換方式

Info

Publication number: JPS63247732A
Application number: JP8250587A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Yoshimura; 徹三吉村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1988-10-14

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】〔概要〕本発明は、複数チャネルの光信号をそれぞれ入力ユニッ
トにより分岐し、これらの分岐信号に選択的にバイアス
光を重畳させると共に、そのバイアス光と入力光信号の
和のレベルで光増幅動作をする非線形素子に入射させ、
該非線形素子の出力光を入力分岐光信号と交叉する方向
に集約合成する出力ユニットで受け、光信号のチャネル
切換えを行うようにしたもの、および時分割光信号を非
線形光学素子のメモリ機能を利用してチャネル切換えを
行うようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光信号の切換方式に係り、特に複数の光信号を
高速に並列増幅切換えできる方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の並列な光信号の切換方式としては、液晶ライトバ
ルブあるいは双安定レーザダイオードを用いたものが知
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の並列な光信号の切換方式における液晶ライトバル
ブを用いる方式は、液晶ライトバルブの応答が貼オーダ
であるため切換速度が非常に遅く、また増幅機能がない
ため出力信号が弱くなるという欠点がある。□ 双安定レーザダイオードを用いる場合も応答がＩＧＨｚ
程度と遅く、またレーザダイオードに光を入射させるた
めの光学系調整が微妙であるという欠点がある。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて創作されたもので、光
信号の切換えを高速に行うことのできる切換方式の提供
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光信号切換方式は、複数本の光路を備えた入力
ユニットおよび出力ユニットと、該入力ユニットと出力
ユニットの各対応光路間に設けられた入射光に対する出
力光が非線形に変化する非線形素子を備えた非線形素子
ユニットと、前記入力ユニットと前記非線形素子ユニッ
ト間の各光路に選択的にバイアス光を重畳する切換ユニ
ットとを少なくとも具備し、前記切換ユニットにより前
記光路を介し前記非線形素子に前記バイアス光を印加し
て該非線形素子の光出力状態を制御し、これに伴って前
記入力ユニットと前記出力ユニット間の光伝達状態が可
変される構成を採用している。

前記非線形素子は、ファブリペロ共振器内に非線形光学
物質を挿入してなる光双安定素子、あるいは線形物質層
と非線形物質層とを積層してなる非線形界面素子にて構
成してもよく、または非線形半導体レーザ増幅器にて構
成してもよい。

さらに前記バイアス光を重畳する手段は、光スイッチに
よりオン、゛オフされたバイアス光を、前記非線形素子
の入力側に設置したハーフミラ−により重畳するか、ま
たは前記入力ユニットの各分岐導波路に設けた光スイッ
チにより構成する。

〔作用〕

この構成によれば、非線形素子に対するバイアス光の選
択的型により入力側の光信号状態と出力側の光信号状態
とを効率的に変更することが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第１図は本発明の第一実施例のブロック図を示す。この
例は、バイアス光の重畳により光増幅動作をする非線形
素子ユニット２を用い、Ａ−Ｄの４系統の入力チャネル
をＡ−Ｄの任意の出力チャネルにスイッチング変換する
場合について説明する。動作原理は次のとおりである。

図において、ｌは人カユニット　（ｌａ〜１ｄにて構成
される）で個別にはチャネルＡ−Ｄ毎の各１系統の入力
光信号の光路を例えば先導波路を用いて、座標Ｙ軸方向
に４本に並列分岐する機能を有する。

これを座標Ｘ軸方向に等間隔に４個並列配置して、図示
するように４×４本のマトリックス状の光路を形成して
いる。各入力ユニット１ａ〜１ｄの入力光信号をそれぞ
れ入力Ａ−Ｄチャネルと呼称する。

このマトリックス状の４×４本の光信号に選択的にバイ
アス光を重畳する手段（第２図にて後述する）を設ける
と共に、上欄に図示する光増幅特性図のように入射光に
対して出力光が非線形変化する４×４個の素子群からな
る非線形素子ユニット２にそれぞれ入射させる。

非線形素子ユニット２の光増幅特性は、図示するように
入力光信号がバイアス光のみの場合には低レベルの光信
号を出力するが、これにわずかな入力光信号が重畳され
ると高レベルの光信号を出力するようになっている。す
なわち、増幅作用がある。

非線形素子ユニット２の出力側におけるマトリックス状
の光路に対して座標Ｘ軸方向の各光信号を、並列に受光
して１本の光信号に合成する出力ユニット３　（３８〜
３ｄにて構成される）を、座標Ｙ軸方向に等間隔にｎ個
並列に配置し、各出力ユニフ）３ａ〜３ｄが出力する光
信号をそれぞれ出力チャネルＡ−Ｄと呼称する。

例えば、入力チャネルＤの光信号を出力チャネルＡに切
換えたい場合には、まず入力チャネルＤの分岐光に相当
する入力ユニット１ｄの最上段の光導波路を通過する光
信号が、非線形素子ユニット２の素子Ｐを照射するまで
に、後述する手段によってこの光信号に選択的に常時バ
イアス光を重畳する。この結果、その非線形素子Ｐの出
力は図示する光増幅特性にしたがって、入力ユニットｌ
ｄに光信号が入力された場合のみ高レベルの光信号を出
力する。

この非線形素子Ｐで増幅され出力する高レベルの光信号
は、座標Ｘ方向の最上段の光信号を並列に受光して合成
する出力ユニット３ａを介して出力チャネルＡに出力さ
れる。このようにしてバイアス光の照射位置を適当に選
択することにより入力／出力チャネル間の任意の光信号
切換えが可能となる。

第２図は第１図のバイアス光の重畳手段の構成図であっ
て、第２図（ａ）は光源ＬＤと先導波路と該先導波路毎
に付設された光スイッチＳｉｔ　Ｓｔ、　５４等とを具
備する４個の切換ユニット４　（４８〜４ｄニテ構成さ
れる）とハーフミラ−５を用い、光スイッチＳ、、　Ｓ
、、　Ｓ、等に電気信号を連続的に印加することにより
、切換ユニット４の各光・源ＬＤから選択的に出射され
るバイアス光が、ハーフミラ−５で反射する反射光の方
向と、入力ユニット１からの出射光がハーフミラ−５を
透過する方向とを一致させるように位置決めすることに
より重畳が可能となる。

ＬＤの光を分岐変調する代わりにＬＤアレイを用いてそ
れぞれの光を変調し、これを重畳させてもよい。

第２図（ｂ）は入力ユニット１に光源ＬＤと光スイッチ
Ｓ、、　Ｓ、、、Ｓ４と光導波路を設けた重畳手段の切
換ユニット４゛を示し、第２図（Ｃ）は入力ユニットに
光源ＬＤと光スイッチＳ、−Ｓ、と光導波路を設けた重
畳手段の切換ユニット４”を示しているが、第２図（ｂ
）の方式は、ＯＮ状態にした光スイッチの数に対応して
バイアス光の強度が変化するため、光源ＬＤの光強度変
調が必要である。

また、第２図（ｄ）のようにＬＤアレイを各光導波路に
接続し、ＬＤの側をＯＮ、ＯＦＦさせてバイアス光を重
畳させてもよい。

いずれの場合も光スイッチあるいはＬＤに電気信号を印
加することにより、光源ＬＤの出射光が入力ユニット１
の分枝光導波路に選択的にバイアス光として重畳されて
出射され、非線形素子ユニット２に向かう。

第３図は第１図の光信号切換のタイムチャートであって
、第３図（ａ）は各入力チャネルＡ−Ｄの光信号の到着
順位を時系列に示している。

第３図中）は非線形素子ユニット２に対するバイアス光
の照射位置の座標位置を示す。例えばＡ−１〜Ａ−４は
入力ユニットｌａに対応する非線形素子の上位から下方
に順次名付けた座標位置であり、同様にＢ−１〜Ｂ−４
は入力ユニットｌｂに対応する非線形素子を、Ｃ−１−
Ｃ−４は入カニー’−７ト１ｃ、　Ｄ−１〜Ｄ−４は入
力ユニット１ｄにそれぞれ対応する非線形素子である。

この座標位置に照射されるバイアス光を時系列に示して
いる。

中央から左半分は入力／出力チャネル変換条件がＡ→Ｂ
、Ｂ−４Ｃ，Ｄ→ＡおよびＤの場合、中央から右半分は
入力／出力チャネル変換条件がＡ　−Ｄ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−
Ａ、Ｄ−Ｃの場合を示す。

第３図（Ｃ１は各出力チャネルＡ−Ｄの光信号の出力順
位を時系列に示している。第３図（ｄ）はタイムを示す
。

例えば、タイム１．において入力チャネルＢとＣに入力
があり、入力チャネルＢの光信号はバイアス光座標位置
Ｂ−３のバイアス光に重畳されて出力チャネルＣに出力
する。また、入力チャネルＣの光信号はバイアス光座標
位置Ｃ−１−Ｃ−４の何れにもバイアス光が照射されて
いないので出力チャネルには出力しない。

同様にして、タイムｔ２において入力チャネルＢとＤに
入力があり、入力チャネルＢの光信号はバイアス光座標
位置Ｂ−２のバイアス光に重畳されて出力チャネルＢに
出力する。また、入力チャネルＤの光信号はバイアス光
座標位置Ｄ−３のバイアス光に重畳されて出力チャネル
Ｃに出力する。

このように変換条件に対応してバイアス光を選択的に重
畳するように設定することにより光信号の入力／出力チ
ャネルの切換えができる。

非線形素子は、ファブリペロ共振器内に非線形光学物質
を挿入してなる光双安定素子、あるいは線形物質層と非
線形物質層とを積層してなる非線形界面素子にて構成し
てもよく、または非線形半導体レーザ増幅器にて構成し
てもよい。

第４図は本発明の第二の実施例のブロック図を示す。図
において、６は入力ユニットで第１図の入力ユニットと
異なる所は入力される光信号が１光路で、かつ伝送され
るｎチャネルの時分割光信号が一定周期で時系列にその
チャネル配列を繰り返し伝送する信号形態をとり、ｎ＝
４とした場合内蔵する光スイッチ５ｉａ＝Ｓｉｄにそれ
ぞれ接続された光路、すなわち先導波路を設け、光スイ
ッチを前記一定周期に同期させて順次選択することによ
りチャネル分類して出力される点である。この例は、非
線形素子である光双安定素子のメモリ特性を利用したチ
ャネル信号の時分割光交換機として用いられるものであ
る。

７は光双安定素子（光メモリ）　７ａ〜７ｄを有する非
線形素子ユニットであって、該光双安定素子は上図に示
すようにその光増幅特性は、入力光信号ｆｉｎがバイア
ス光のみの場合には低レベルの光信号を出力するが、こ
れにわずかな入力光信号が重畳されると高レベルの光信
号Ｉｏｕｔを出力する。この状態で入力光信号レベルを
減少させても出力光信号は高レベルを持続し、所謂ヒス
テリシス特性（メモリに利用できる）を持っている。非
線形素子ユニット７は入力ユニット６の出力するチャネ
ル数に対応して７８〜７ｄで構成される。

８は出力ユニットであって、入力ユニットと逆に内蔵す
るチャネル毎の光導波路に付加された光スイッチ５ｏａ
ＮＳｏｄを介して１光路に接続されている。

第５図は第４図のバイアス光重畳手段のブロック図を示
す。第５図（ａ）は第２図（ａ）の場合と同じ原理のハ
ーフミラ−またはプリズムを利用した場合であり、この
場合は光路が１列しかないから簡単になる。９は切換ユ
ニットで１列１枚の構成でよいが、光源ＬＤと並列分岐
された先導波路と各光導波路に付設された光スイッチＳ
ｗａ−３ｗｄとから構成され、光スイッチＳｗａ＝Ｓｗ
ｄにより選択的に光ｉＬＤの光を入力ユニット６の各出
力光に重畳するものである。

また、光源ＬＤをＬＤアレイに構成し、各先導波路ごと
に専用のＬＤをＯＮ、ＯＦＦすることによりバイアス光
を重畳させてもよい。

第５図（ｂ）は入力ユニット６を利用する場合であって
、光源ＬＤを設け、入力ユニット６に形成されたチャネ
ル毎の光導波路にそれぞれ光スイッチＳｗａ−３ｗｄを
介して光源ＬＤの光を選択的に重畳するものである。

また、第５図（Ｃ）のようにＬＤアレイの各ＬＤの光を
各導波路に接続し、各先導波路ごとに専用のＬＤをＯＮ
、ＯＦＦすることによりバイアス光を重畳させてもよい
。

時系列の入力光信号を入力ユニット６でチャネルＡ−Ｄ
に分離し、非線形素子ユニット７に入射させる。その際
、バイアス光が重畳されていると人力光信号の“１″“
Ｏ”に対応してそれぞれオン。

オフ状態が非線形素子ユニット７の光双安定素子（光メ
モリ）　７ａ〜７ｄにメモリされる。つぎにチャネルの
切換条件に対応したタイミングで出力ユニット８の光ス
イッチ５ｏａ＝Ｓｏｄを時系列に開閉し、その出力に時
系列信号を合成する。

第６図は第４図の光信号切換のタイムチャートである。

チャネル切換条件として人力チャネルΔ。

Ｂ、Ｃ，Ｄをそれぞれ出力チャネルＣ，Ａ、Ｄ。

Ｂに変換する場合について、以下第４図および第５図を
参照しながら説明する。

第６図（ａｌは入力ユニット６に対する入力光信号を示
し、右端タイムｔ１から順次入力チャネルＤ。

Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄのように繰り返しながらオン、オフの光
信号が入力されている。

第６図（ｂ）は入力ユニット６の光スイッチＳｉａ〜Ｓ
ｉｄの動作タイミングを示し、入力チャネルＡ〜Ｄの順
に同期してそれぞれタイム１．〜（５で立ち上がり、入
力ユニット６の出力側にチャネル毎に分離した出射光と
なり、その分離光は第６図（Ｃ１に示すように光双安定
素子７ａ〜７ｄに入射される。例えばタイムｔ２におい
て、入力チャネルＡは光スイッチＳｉａのオンにより光
双安定素子７ａに入射される。

第６図（ｄｌは切換ユニット９の光スイッチＳｗａ〜Ｓ
ｗｄの動作タイミングを示し、各光スイッチの立ち上が
りのタイミングは入力ユニット６の光スイッチＳｉａ〜
Ｓｉｄの立ち上がりに同期してそれぞれ立ち上がり、か
つそのオンの周期は第６図（ａｌにおけるチャネルＡの
立ち上がりからチャネルＤの立ち下がりまでに相当する
。これは人力チャネルと出力チャネルを切換えるために
必要な最小限度の切換条件によって定まる待ち時間であ
って各チャネルに共通である０例えばタイムｔ２におけ
る入力チャネルＡに対応する光スイッチＳ％１ａはタイ
ムｔ２〜ｔ、の間オン状態が継続する。

第６図（ｅ）は光双安定素子７ａ〜７ｄの出力光信号を
示し、例えばタイムｔ！においては、光双安定素子７ａ
の入力光信号と切換ユニット９の光スイッチＳｗａの双
方がオンであるため重畳され、光スイッチＳｗａがオフ
となるタイム【、まで出射光が継続する。

第６図（ｆ）は出力ユニット８の光スイッチＳｏａ〜Ｓ
ｏｄの動作タイミングであって、入／出力チャネルの変
換条件に合わせて設定されている。すなわち、Ａ−Ｃに
対してタイムｔ、で光スイッチ５ｏａｓＢ−４Ａに対し
てタイムｔ、で光スイッチＳｏｂ、Ｃ→Ｄに対してタイ
ムｔ、で光スイッチ５ｏｃ１Ｄ−４Ｂに対してタイムｔ
１゜で光スイッチＳｏｄを選択作動させる。出力ユニッ
ト８の出射光を時系列に配置すると出力チャネルはＡ、
Ｂ、Ｃ，Ｄの順番になる。

第７図は第６図の入／出力変換チャネルの移行状態の説
明図を示す。入力チャネルＡ−Ｄが出力チャネルＡ−Ｄ
に移行した場所を示している。この図からも分かるよう
に移行の為に切換条件によって定まる最小限の待ち時間
が必要である。

光双安定素子７８〜７ｄとしてはｍ−ｖ化合物あるいは
ＩＩ−Ｖｌ化合物の多重量子井戸、有機単結晶ジアセチ
レン系ポリマー、液晶ポリマー等の非線形光学物質をフ
ァブリペローエタロン中に挿入したものが用いられる。

光双安定素子７８〜７ｄの代わりに線形光学物質と上記
非線形光学物質とを積層した非線形界面素子を用いても
よい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明の光信号切換方式によ
れば、１０　Ｇ　Ｈｚ以上の高速切換えが可能で、かつ
増幅機能がある並列の光切換えが実現する。

また、光学系の位置合わせも容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例のブロック図、第２図は第
１図のバイアス光重畳手段の構成図、第３図は第１図の
光信号切換のタイムチャート、第４図は本発明の第二実
施例のブロック図、第５図は第４図のバイアス光重畳手
段の構成図、第６図は第４図の光信号切換のタイムチャ
ート、第７図は第６図の入／出力チャネルの移行状態の
説明図を示す。第１図、第２図、第４図、第５図において、１゜６は入
力ユニット、２．７は非線形素子、３．８は出力ユニッ
ト、４，９は切換ユニット、５はハーフミラ−１ＬＤは
光源をそれぞれ示す。ヤ１圓のχブζ号ｔｊ手七めり１ム千〒〜Ｌ第３図、ｊ、Ｍ明Ｊ＝４１ｔりＵｐ７・ＤＪｒＨ第　４　図（０）ハーフミラ−１７・リス”４：＃り用偽カ婆イト
（ｂ）入カニ１＝、ｙｌ−ｉ’ＪＦｆＩｙ１ＪＭ：ｊ（
＋ｔ＋Ｉ）　　　　　（Ｃ）　六ｐ’：ｌニーｙＦ−ｊ
’Ｊ用４ｆ巻９（ｌｔｓ２）オ４７／ｌへ°゛イアズ克
ｔｌｊ−ｉＪａ　ル曳図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数本の光路を備えた入力ユニット（１、６）お
よび出力ユニット（３、８）と、該入力ユニット（１、
６）と出力ユニット（３、８）の各対応光路間に設けら
れた入射光に対する出力光が非線形に変化する非線形素
子を備えた非線形素子ユニット（２、７）と、前記入力
ユニット（１、６）と前記非線形素子ユニット（２、７
）間の各光路に選択的にバイアス光を重畳する切換ユニ
ット（４、９）とを少なくとも具備し、前記切換ユニッ
ト（４、９）により前記光路を介し前記非線形素子に前
記バイアス光を印加して該非線形素子の光出力状態を制
御し、これに伴って前記入力ユニット（１、６）と前記
出力ユニット（３、８）間の光伝達状態が可変されるこ
とを特徴とした光信号切換方式。
（２）前記入力ユニット（１）はｎチャネルの光信号か
ら各チャネル毎にｎ本の光路に伝送されるように、前記
各光路毎に座標Ｙ軸方向にｎ本に並列分岐すると共に、
座標ｘ軸方向にｎ個並列配置されたｎ×ｎ本のマトリッ
クス状の光路を形成し、前記非線形素子ユニット（２）
は、ｎ×ｎ本の前記マトリックス状光路に対応して前記
非線形素子がｎ×ｎ個にマトリックス配置され、前記出力ユニット（３）はマトリックス配置の前記非線
形素子の各々の光信号を受光する複数本の光路を有し、
かつ該光路が座標Ｘ軸方向の前記光信号を並列に受光し
て一本のチャネルに合成すると共に、該チャネルが座標
Ｙ軸方向にｎ個並列配置されてｎ×ｎ本のマトリックス
状の光路を形成しており、前記切換ユニット（４）による前記バイアス光が前記入
力ユニットの前記マトリックス光路に選択的に印加され
て、該入力ユニットと前記出力ユニット間の光信号のチ
ャネル切換えが行われることを特徴とした特許請求の範
囲第（１）項記載の光信号切換え方式。
（３）前記入力ユニット（６）は一本の光路が光スイッ
チを介して複数本に並列分岐されて形成された入力チャ
ネルを有し、前記出力ユニット（８）は複数本の並列分岐光路が光ス
イッチを介し一本の光路に形成された出力チャネルを有
しており、前記入力ユニット（６）に伝送される時分割光信号が前
記光スイッチの動作により時系列的に分散されて前記分
岐光路に入力され、続いて該時分割光信号は前記切換ユ
ニット（９）のバイアス光重畳により前記非線形素子ユ
ニット（７）の各非線形素子に一旦記憶され、その後前
記切換ユニット（９）における前記光スイッチの選択的
動作により前記時分割光信号の時系列が変更されて出力
されるようにチャネル切換えすることを特徴とした特許
請求の範囲第（１）項記載の光信号切換え方式。
（４）前記非線形素子をファブリペロ共振器内に非線形
光学物質を挿入してなる光双安定素子にて構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光信号切
換方式。
（５）前記非線形素子を、線形物質層と非線形物質層と
を積層してなる非線形界面素子にて構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の光信号切換方式
。
（６）前記非線形素子を、非線形半導体レーザ増幅器に
て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の光信号切換方式。
（７）前記バイアス光を重畳する切換ユニット（４、９
）は、光源（ＬＤ）に連結された光スイッチによりオン
、オフされたバイアス光を、前記非線形素子ユニット（
２、７）の入力側に設置したハーフミラー（５）により
重畳することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の光信号切換方式。
（８）前記バイアス光を重畳する切換ユニット（４）は
、光源をＬＤアレイとし、各ＬＤからオン、オフされた
バイアス光を前記非線形素子ユニット（２）の入力側に
配置したハーフミラー（５）により重畳することを特徴
とする特許請求の範囲第（２）項記載の光信号切換方式
。
（９）前記バイアス光を重畳する切換ユニット（９）は
、前記入力ユニット（６）の各光分岐光路に設けた光ス
イッチに連結される光源（ＬＤ）により構成することを
特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の光信号切換
方式。