JP2527553B2 - 光多元交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光多元交換において、各高速情報に各々異なる光波長
を割当て、また時分割多重した低速情報にも異なる波長
を割当て、波長多重化された各情報交換を、高速情報で
は各高速情報間の波長変換を行うことにより、また低速
情報では低速情報間のタイムスロット交換を行う光時間
スイッチによって行い、切替交換速度の増加を抑えて高
速情報の多重度を大にする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光多元交換装置の改良に関する。

伝送速度に差異のある電話、データ信号、動画像情報等
の種類の異なる情報源をもつ端末装置を収容する交換網
においては、高速情報の多重度増加に伴なう通話路切替
速度の高速化を回避する手段の提供が望まれる。

〔従来の技術〕

第13図は光多元交換装置の従来例としてマルチスロッ
ト交換方式の時間スイッチとその動作概要を示す。

図の（ｉ）において、１、２は入出力ハイウェイ、３
は時間スイッチ、４は時間スイッチ制御部である。

入力情報は入力ハイウェイ１から時間スイッチ３へ与え
られ、時間スイッチ制御部４によってフレーム内のタイ
ムスロット間において情報の交換が行われる。交換を済
ませた情報は出力ハイウェイ２から送り出される。

一本のファイバから構成されるハイウェイ１上では、
テレビ映像等のデジタル化された例えば100Mbit/Sの高
速情報と、電話等のデジタル化された例えば64Kbit/Sの
如き低速情報とが第13図（ii）に示す様に時分割多重化
されている。

低速情報の交換単位である低速フレームはその内部を複
数のタイムスロットt1、t2、t3、・・・、tnで分割さ
れ、フレームには低速情報、図示のＤとＣ、は一フレー
ム内では一個のタイムスロットだけを使用し、他方、高
速情報、図示のＡとＢ、は複数個のタイムスロットを一
フレーム内にて使用する。

通話路はこの様に多重化されたハイウェイを収容し、時
間スイッチ３により、（iii）に示す様にタイムスロッ
ト単位で、情報の交換を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の様な従来の交換方式では、高速情報は複数個の
タイムスロットに分散させフレーム内に挿入するので、
タイムスロットの順序管理の制御が煩雑になる他、例え
ば動画像の様な高速情報は低速フレーム内の多数のタイ
ムスロットを使用するため、出力ハイウェイにも同数の
空きタイムスロットを見つけなければならないので、通
話路の内部呼損が大きくなり、呼損を小さくするために
タイムスロット数を増やすと伝送速度が上昇し高速なメ
モリが必要となるので多重度をあげることが出来ないと
いう問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は本発明により第１図の光多元交換装置の
原理図に示す如く、高速情報の送出用波長と、時分割多
重化された低速情報の送出用波長とが波長多重化された
一本の光フアイバからの入力光信号は、 分岐手段を介して波長変換スイッチと固定波長フィル
タとに分岐され、 高速情報用波長は波長変換制御部の制御のもとで波長
変換スイッチにより他の所望波長に変換され、 低速情報用波長は固定波長フィルタを通過した後時間
スイッチ制御部の制御のもとで時間スイッチによりフレ
ーム内のタイムスロットの交換が行われ、 波長変換された高速情報とフレーム内タイムスロット
の交換が行われた低速情報とは合波手段によって波長多
重化され一光フアイバに入力されるか、またはその全部
または一部の波長は他の光フアイバからの高速情報の波
長及び低速情報の波長の全部又は一部と共に合波手段に
よって波長多重化され同一の光フアイバに入力されるこ
とを特徴とする光多元交換装置によって解決される。

〔作用〕

本発明によれば、波長λ₁〜λ_nの入力光の信号は分岐
手段11によって分岐され、波長変換スイッチ13と波長フ
ィルタ15に与えられる。

分岐手段11は波長依存性がないため波長変換スイッチ
13及び波長フィルタ15には共にλ₁〜λ_nの波長が入力さ
れる。

このうち低速情報の波長をλ_nとすると、波長フィル
タ15から波長λ_nの低速情報が出力されて時間スイッチ1
6に入力され、時間スイッチ制御部17の制御によって時
間スイッチにおいてフレーム内のタイムスロットの交換
が行なわれる。

一方高速情報のそれぞれは波長λ₁〜λ_n-1のいづれか
の波長を有しているとする。そして波長変換スイッチ13
では１つの端末からの波長λ₁の高速情報を他の端末へ
のλ₂の波長に変換し、また波長λ₂の高速情報を波長λ
₁に変換し、さらにλ_n-1の波長はλ_n-2に、λ_n-2の波長
をλ_n-1に変換して送出するとすると、λ₁はλ₂に、λ₂
はλ₁に、λ_n-1はλ_n-2に、λ_n-2はλ_n-1に変換され、
波長変換スイッチ13からは高速情報の内容がそれぞれ変
化したλ₁〜λ_n-1が出力される。

かかる高速情報の波長λ₁〜λ_n-1と、時分割多重化さ
れた低速情報の波長λ_nとは合波手段12を介し、波長多
重化されてλ₁〜λ_nの出力光20となり、１本の出力光フ
アイバに入力される。

しかしてかかるλ₁〜λ_n-1の高速情報及びλ_nの低速
情報の一部が図示の合波手段12に入力され、λ₂にこの
合波手段12に他の図示しない入力光10′の光フアイバの
高速情報と低速情報との一部が入力される場合、図示の
波長変換スイッチ13及び時間スイッチ16と、合波手段12
との間に後述の第３図の実施例の如く光空間スイッチを
介在させ、入力光10,10′の高速情報及び低速情報のそ
れぞれの空間位置が、光出力20となるようにスイッチさ
れて分波手段12に入力され波長多重化されて光出力20と
なり、１本の光フアイバに入力される。

第２図は第１図本発明の原理による変換動作の説明図
である。

入力光10、波長λ１〜λｎの情報は、波長λ１の高速情
報Ｙは波長変換によって、波長λ_n-1に、また波長λ_n-1
の高速情報Ｘは波長変換によって、波長λ１に変換され
る。また波長λｎの低速情報A,B,C,D,・・・の時分割多
重化情報はタイムスロットt1,t2,t3,・・・,tmの間で並
び替えが行われる。

この様に、高速情報は時分割多重を行わず、異なる波長
を割り当て、波長の種類を増やすことによって多重度を
大きくするから、伝送速度や通話路の切替速度を上げる
必要がない。また通信中は常に通信路を占有するので、
タイムスロットの順序管理の制御が不要となる。

〔実施例〕

図示実施例に従い本発明を説明する。

第３図は、本発明の第１図に示す光多元交換装置と光
空間スイッチとを組合わせ、複数の光フアイバからの高
速情報，低速情報を互いに位置交換して対応する複数の
光フアイバに出力しうるようにした複合光多元交換シス
テムのブロック図である。

本実施例においては、入力光10は高速情報にλ１とλ
２、時分割多重の低速情報に波長λ３を割当てた波長多
重度３の場合を示す。

入力光10は分岐手段11−１により３分岐される。

波長多重された光信号は、一次波長変換制御部14−１
に制御される可変波長フィルタ131−１によって波長λ₂
は所望波長λ₁に、波長λ₁はλ₂に変換される。

また、時分割多重化された低速情報、波長λ３の光信
号は固定波長フィルタ15によってとり出された後、一次
時間スイッチ制御部17−１に制御される時間スイッチ16
−１によってフレーム内タイムスロットの交換が行われ
る。この低速時分割情報出力はλ３の波長をもつ。

波長λ₁，λ₂，λ₃のうち高速情報の波長λ₁はλ
₂に、λ₂はλ₁に波長変換され、低速情報の波長λ₃はそ
のままで光信号のλ₂，λ₁，λ₃はそれぞれ波長依存性
のある光空間スイッチ18に供給され、図示の＃１、＃２
内、或いは＃１と＃２のシステム間にて空間的な交換が
行われる。この交換制御は光空間スイッチ制御部19にて
行われる。

波長変換された後、空間的な交換が行われた光信号は
システム＃1,＃２毎に設けた合波手段12−１により集め
られる。

各システム＃1,＃２には、更に分岐手段11−２、可変
波長フィルタ131−２、２次光制御光変調器132−２、２
次時間スイッチ16−２並びに合波手段12−２が設けら
れ、２次波長変換制御部14−２、２次時間スイッチ制御
部17−２により、各システム内での波長変換、或いはタ
イムスロットの交換が前記同様に行われる。

＃1,＃２の各システムの合波手段12−２からは波長λ
１〜λ３の出力光20が送出される。

各制御部の制御動作は中央処理装置CPUによって統制
される。

第３図の主要構成部の詳細を以下第４図乃至第12図に
従って説明する。

第４図は本発明実施例の波長変換スイッチのブロック
回路図である。

図示の様にそれぞれ波長多重化された入力光10の高速情
報λ₁〜λ_n-1は分岐手段11で分岐され、それぞれλ
_a用，λ_b用・・・・λ_x用の波長フィルタに入力され
る。

即ちλ_a用の波長フィルタは、λ₁〜λ_n-1の入力に対
しλ_aのみ出力し、λ_b用の波長フィルタはλ₁〜λ_n-1の
入力に対しλ_bのみを出力し、λ_x用についても同様であ
る。そしてかかるa,b,・・・・ｘ等は波長変換制御部14
によって任意に設定される。

従ってａ＝2,b＝1,x＝ｎ−２とすると、λ_a用からは
λ₂の波長が、λ_b用からはλ₁の波長が、またλ_x用から
λ_n-2の波長が出力される。

今λ₂をλ₁に、λ₁をλ₂にλ_n-2をλ_n-1に変換せんと
する場合には、上記の如くλ_aはλ₂用に、λ_bはλ₁用
に、λ_x用からはλ_n-2が出力されることによって図示λ
_a用からはλ₂が出力され、光制御光変調器132のλ₁用の
変調器に入力され、λ_b用からはλ₁が出力されλ₂用の
変調器に入力され、λ_x用からはλ_n-2が出力されλ_n-1
用変調器に入力される。

一方光制御光変調器132のλ₁用，λ₂用・・・・λ_n-1
用の変調器には基準光λ₁，λ₂・・・・λ_n-1が図示の
如く与えられている。従ってλ₁用の変調器に与えられ
る波長λ₁は、可変波長フィルタλ_a用からの波長λ₂の
高速情報で変調されてλ₁の高速情報となる。またλ₂用
の変調器に与えられる波長λ₂は、λ_b用の波長フィルタ
からの波長λ₁の高速情報で変調されてλ₂の高速情報と
なり、また波長λ_n-1用変調器に与えられるλ_n-1は波長
λ_n-2の高速情報で変調され、λ_n-1の高速情報となり、
分波手段₁₂で波長多重化されて、λ₁〜λ_n-1の出力光と
なる。

即ちλ₁はλ₂に、λ₂はλ₁に、λ_n-2はλ_n-1の高速情
報に変換される。

可変波長フィルタはInP系の非線型素子で、電流注入
による自由キャリアプラズマ効果等を使用して光共振器
の屈折率を変えることで、選択波長を変化可能である。

第５図は光制御光変調器の構成図、また第６図はその
動作特性を示す。

光制御光変調器はInP系の非線形光学素子51からな
り、一方の端面に分岐回路52を介し波長λ_aの入力光信
号を、また他方の端面の回路50を介して波長λ_bの基準
光を入力させる。

非線形素子51は第６図の様な光透過率特性をもち、基準
光によりPth近傍の光量Pb迄バイアスを与えておけば、
入力光信号の僅かな光量変化によって透過率を大きく変
化させることが出来、その結果、非線形光学素子を通過
して分岐回路53から出射する波長λ_bの出力光信号は波
長λ_aの入力光信号の振幅に応じて変調される。

第７図は光時間スイッチのブロック回路である。図示
の様に、時分割多重された入力光信号はt1〜tnのｎタイ
ムスロットが１×ｎ個の書込光スイッチ161へ入射し、
書込制御メモリ165は制御回路17からの制御情報によ
り、タイムスロット単位に入力タイムスロットの内容を
変換したい出力タイムスロット位置を書込む。

１×ｎ書込光スイッチ161は書込制御メモリ165に書込
まれた内容の番号の方路へパスを接続することにより、
入力光信号を双安定LDメモリ163へ接続する。送られて
来た信号は双安定LDメモリ163へ貯えられる。

１×ｎ読出光スイッチ162は読出し順序カウンタ164に
より、タイムスロット単位で順次に双安定LDメモリとの
パスを接続し、メモリに蓄えた光信号を送出すること
で、タイムスロットの交換を実施する。

例えば、入力光信号のタイムスロットt1の内容Ｂを出
力光信号のタイムスロットt2に変換したい場合、制御回
路₁₇により、１×ｎ書込光スイッチ161はタイムスロッ
トサイt₁の時に、双安定LDメモリ163−２とのパスを形
成し、タイムスロットt₁での内容Ｂの入力光信号をメモ
リ163−２に格納する。

１×ｎ読出光スイッチ162は読出し順序カウンタ164によ
り、タイムスロットt2の時に双安定LDメモリ163−２と
のパスを接続する。メモリに蓄えた光信号を出力させる
と、タイムスロットt1の内容Ｂがタイムスロットt2へ変
換されたことになる。

この双安定光ダイオードメモリの構造が第８図に、ま
たその動作特性が第９図に示される。

双安定光レーザダイオードメモリ81は、InGaAs/InPタ
ンデム電極構造DC−PBH LD（ダブル・チャンネル・プレ
ーナ・バリイド・ヘテロ構造）で、電流11,12の注入さ
れる２個の電流注入領域と、２個の注入電流を電気的に
遮断する溝の過飽和注入領域からなる。

双安定光レーザダイオードメモリは第９図に示す様な入
出力光特性をもち、ヒステリシス特性を備えている。従
って、閾値近傍のバイアス電流12を与えておくと、入力
光信号Pinが入力されると、その振幅により、出力光信
号Poが出射し、入力光信号が消えても出力光信号は出射
したままになる。

出射光を停止させたい場合は、リセット電流I1に逆電
流−I1を与えることにより、光出力が停止しリセットさ
れ、出射光が無くなる。

次ぎに、光空間スイッチにつき説明する。

第３図実施例に使用出来る光空間スイッチを第10、1
1、12図に示す。

第10図は４×４の集積化された光空間スイッチの構成
図を示す。

スイッチはLiNb03基盤111の２個の端面に各４個の入出
力光ファイバ101〜104、105〜108が接続され、基盤111
内に２×２個の光スイッチを計16個をマトリックス状に
配置している。各スイッチ間は導波路で接続される。

各光スイッチは制御電極を備え、空間スイッチ制御部19
からの制御線と接続される。

入出力ファイバ、101〜104と105〜108間のパスが未接
続の時は、各光スイッチの状態は“クロス”になってお
り、パスを接続したい時は、目的の光スイッチの状態を
“バー”に制御する。

例えば、入力ファイバ101から出力ファイバ108へパスを
接続したい場合、入力ファイバ101と出力ファイバ108の
導波路の交点にある光スイッチS14を制御部19からの制
御信号により“バー”状態にする様に電圧を印加し、光
信号を入力フアイバ101から出力フアイバ108へ導く。

第11図は光スイッチの基本エレメントの実施例で、第
12図はその動作特性を示す。

電気光学結晶のLiNb03基盤111にTiを拡散して２本の導
波路112と113を近接させて作る。この導波路に電圧を印
加すると、LiNbO3結晶の屈折率が変化し、一方の端から
入射した光が他方の端から出射する時、光の方路が変化
する。この動作によって光のスイッチイングが行われ
る。

第11図の様に左端面から導波路113へ入射した光は、光
スイッチに印加する電圧Ｖがv1の時、出射光は他の端面
に通じる導波路113の右側からの出射光として出る
（“バー”状態）。

また、光スイッチに印加する印加電圧Ｖがv2の値の時、
左側からの入射光は他の端面では導波路114の右側から
の出射光として出る（“クロス”状態）。

印加電圧Ｖの値に従い、、の出射光は第12図の様に
変化するから、この印加電圧Ｖをv1、v2間で切替れば、
入射光信号を空間的に２方向に切換えることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高速情報の多重化が可能で、その際
伝送速度、通話路の切替速度を高めることなく多重度を
上げることが出来る。また時分割信号のタイムスロット
順序管理が不要となり、その作用効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光多元交換装置の原理図 第２図は第１図本発明の原理による変換動作説明図、 第３図は本発明の光多元交換装置と光空間スイッチとを
組合わせた１実施例の複合光多元交換システムのブロッ
ク回路図 第４図は本発明による光多元交換装置の波長変換スイッ
チ一実施例のブロック回路図、 第５図は光制御光変調器の構成図、 第６図は光制御光変調器の動作特性図、 第７図は光時間スイッチ一実施例のブロック回路図、 第８図は双安定光レーザダイオードメモリの斜視図、 第９図は双安定光レーザダイオードの動作特性図、 第10図は光空間スイッチの構成図、 第11図は単位空間光スイッチの斜視図、 第12図は光空間スイッチの動作特性図、 第13図は従来のマルチスロット交換方式の構成とその説
明図である。 図において、 １は入力ハイウェイ、２は出力ハイウェイ、３、16は時
間スイッチ、４、17は時間スイッチ制御部、10は入力
光、11、11−１、11−２は分岐手段、12、12−１、12−
２は合波手段、13は波長変換スイッチ、14は波長変換制
御部、14−１は１次波長変換制御部、14−２は２次波長
変換制御部、15は波長フィルタ、16−１は１次時間スイ
ッチ、16−２は２次時間スイッチ、17−１は１次時間ス
イッチ制御部、17−２は２次時間スイッチ制御部、18は
光空間スイッチ、19は光空間スイッチ制御部、20は出力
光、50、52、53は回路、51は非線形光学素子、111は基
盤、112、113は導波路、114は電極、131、131−１、131
−２は可変波長フィルタ、132は光制御光変調器、132−
１は１次光制御光変調器、132−２は２次光制御光変調
器、161は書込光スイッチ、162は読出光スイッチ、163
は双安定光レーザダイオードメモリ、164は読出し順序
カウンタ、165は書込制御メモリである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高速情報の送出用波長と、時分割多重化さ
   れた低速情報の送出用波長とが波長多重化された一本の
   光フアイバからの入力光信号は、 分岐手段を介して波長変換スイッチと固定波長フィルタ
   とに分岐され、 高速情報用波長は波長変換制御部の制御のもとで波長変
   換スイッチにより他の所望波長に変換され、 低速情報用波長は固定波長フィルタを通過した後時間ス
   イッチ制御部の制御のもとで時間スイッチによりフレー
   ム内のタイムスロットの交換が行われ、 波長変換された高速情報とフレーム内タイムスロットの
   交換が行われた低速情報とは合波手段によって波長多重
   化され一光フアイバに入力されるか、またはその全部ま
   たは一部の波長は他の光フアイバからの高速情報の波長
   及び低速情報の波長の全部又は一部と共に合波手段によ
   って波長多重化され同一の光フアイバに入力されること
   を特徴とする光多元交換装置。