JP2788936B2 - 光制御光素子 - Google Patents

光制御光素子

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JP2788936B2
JP2788936B2 JP1204281A JP20428189A JP2788936B2 JP 2788936 B2 JP2788936 B2 JP 2788936B2 JP 1204281 A JP1204281 A JP 1204281A JP 20428189 A JP20428189 A JP 20428189A JP 2788936 B2 JP2788936 B2 JP 2788936B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信分野において必要となる光信号のス
イッチングを、光増幅器を用いることによって、電気的
に制御することなく光信号で制御することができ、これ
により光の高速信号特性と光のインターフェイスを生か
すことができる光制御光素子に関するものである。
〔従来の技術〕
周知のように通信分野においては、電気信号に代わっ
て光ファイバを用いた光伝送方式が実用化されており、
光回線設定、光路切り換え等の必要が生じている。現在
では光信号を電気信号に変換した後、電気信号処理段で
スイッチングを行い、再び光信号に変換して切り換えを
行っている。また、光信号をそのまま切り換えることが
できる電気、熱、磁気、および音響効果等を利用した光
スイッチが開発されているものの、切り換え制御用の電
気信号段に性能が依存するため、光の高速性を生かしき
れないていないのが現状である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上述した従来の光路切り換え方法において
は、光ファイバ以外に制御用の電気ケーブルが必要であ
るという欠点があった。また、非線形効果を利用した光
制御光スイッチを用いると高速の切り換えが可能であ
り、電気ケーブルも不要となるが、非線形係数が小さい
ため信号レベルの大きな制御信号光が必要であり、現実
的でなかった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、制御
信号光の信号レベルが被制御信号光の信号レベルよりも
低いか、または同じ程度で作動する光制御光素子を提供
することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、小信号レベルに対する利得特性が波長によ
って変化する特性を有し、利得が小なる特定の波長の被
制御信号光が入力された場合に一定の信号強度の出力光
を出力する光増幅器と、前記特定の波長と異なる波長で
あって、前記光増幅器の利得が大なる波長の制御信号光
を前記光増幅器に入力し、前記光増幅器の利得を飽和さ
せる制御信号光入力手段と、前記光増幅器の出力光か
ら、前記制御信号光の波長成分を除去し、レベルの低下
した前記特定の波長の出力信号光を得るバンドパスフィ
ルタとを具備し、小レベルの制御信号光で大レベルの被
制御信号光を制御することを特徴とする。
また、小信号レベルに対する利得特性が偏波面によっ
て変化する特性を有し、利得が小なる特定の偏波面の被
制御信号光が入力された場合に一定の信号強度の出力光
を出力する光増幅器と、前記特定の偏波面と異なる偏波
面であって、前記光増幅器の利得が大なる偏波面の制御
信号光を前記光増幅器に入力して前記光増幅器の利得を
飽和させる制御信号光入力手段と、前記光増幅器の出力
光から、前記制御信号光の偏波面成分を除去し、レベル
の低下した前記特定の偏波面の出力信号光を得る偏光子
とを具備し、小レベルの制御信号光で大レベルの被制御
信号光を制御することを特徴としている。
〔作用〕
上記構成によれば光増幅器の小信号レベルに対する利
得特性が波長又は偏波面によって変化する特性を利用
し、利得が小なる被制御信号光に重畳して利得が大なる
制御信号光を入力することによって、光増幅器の動作点
を飽和領域へ移動させて利得を低下させる。すなわち、
第1図に示すように、光増幅器に入力される信号光のレ
ベルが増加すると、ある値以上では入力飽和状態にな
り、光増幅器の利得が減少する。このように、入力飽和
状態への遷移を用いることによって、被制御信号光に対
して動作点Aで移動する光増幅器に対して、制御信号光
を入力すると、光増幅器の動作点はBへ移動し、利得が
減少する。したがって、光増幅器の出力光から制御信号
光を除去し、レベルの低下した被制御信号光のみを取り
出すことによってスイッチ素子として利用することがで
きる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
第2図は本発明の第1実施例による光制御光スイッチ
の構成を示すブロック図である。この図において、1は
光レーザ増幅器であり、波長λの入力信号光(被制御
信号光)が入力された場合に一定の信号強度の出力信号
光を出力する。3は波長λと異なる波長であって、光
レーザ増幅器1の利得帯域内にある波長λの制御信号
光を光レーザ増幅器1に入力するファイバカップラ・ハ
ーフミラー(制御信号光入力手段)である。2は光レー
ザ増幅器1の出力光から、波長λの制御信号光を除去
し、レベルの低下した波長λの出力信号光を得るバン
ドパスフィルタである。
このような構成において、光レーザ増幅器1に対して
波長λの制御信号光が入力されたときに、この光レー
ザ増幅器1の利得が飽和するように動作点を適宜設定す
ることにより、波長λの制御信号光が入力されている
間、波長λの出力信号光がオフとなり、波長λの制
御信号光が入力されない間、波長λの出力信号光がオ
ンとなる。
次に、第3図は本発明の第2実施例による光制御光ス
イッチの構成を示すブロック図である。この図におい
て、4は光増幅器として機能する光ファイバアンプ、5
は光ファイバアンプ4へ供給される波長λのポンプ光
を発生するポンプ用光源である。また、波長λのポン
プ光と、波長λの制御信号光と、波長λの入力信号
光は、ファイバカプラ・ハーフミラー3を介して光ファ
イバアンプ4へ入射され、この光ファイバアンプ4の出
力光からバンドパスフィルタ2によって波長λの出力
信号光のみが取り出される。
このような構成において、光ファイバアンプ4に対し
て波長λの制御信号光が入力されたときに、この光フ
ァイバアンプ4の利得が飽和するように動作点を適宜設
定することにより、波長λの制御信号光が入力されて
いる間、波長λの出力信号光がオフとなり、波長λ
の制御信号光が入力されない間、波長λの出力信号光
がオンとなる。
上述した第2実施例において、光ファイバアンプ4の
小信号レベルに対する利得特性が波長によって変化する
ことを利用してもよい。この場合、第4図に示すよう
に、利得の小なる波長を入力信号光の波長λとし、利
得が大なる波長を制御信号光の波長λとする。そし
て、波長λの制御信号光が入力されたときに光ファイ
バアンプ4の利得が飽和するように動作点を適宜設定す
ることにより、波長λの制御信号光が入力されている
間、波長λの出力信号光がオフとなり、波長λの制
御信号光が入力されない間、波長λの出力信号光がオ
ンとなる。
次に、第5図は本発明の第3実施例による光制御光ス
イッチの構成を示すブロック図である。
この第3実施例においては、第2図に示す第1実施例
の構成において、光レーザ増幅器1の利得特性が入力信
号光の偏波面によって変化することを利用している。す
なわち、利得の小なる偏波面を入力信号光の偏波面θ
とし、利得が大なる偏波面を制御信号光の偏波面θ
し、これら入力信号光と制御信号光がファイバカプラ・
ハーフミラー3を介して光レーザ増幅器1に入射され、
光レーザ増幅器1の出力光から偏光子6によって偏波面
θの出力信号光のみが取り出される。
このような構成において、偏波面θの制御信号光が
入力されたときに光レーザ増幅器1の利得が飽和するよ
うに動作点を適宜設定することにより、偏波面θの制
御信号光が入力されている間、偏波面θの出力信号光
がオフとなり、偏波面θの制御信号光が入力されない
間、偏波面θの出力信号光がオンとなる。
次に、第6図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光制御光インバータ・光制御光変調
器の構成を示すブロック図である。この図において、7
は波長λ(偏波面θ)の光源光を出力する安定化光
源であり、光源光と入力信号光は異なる波長、または異
なる偏波面を用いる。そして、入力信号光によって、安
定化光源7から光レーザ増幅器1を通過して出力される
光強度が反転して変調されるため、光制御光インバータ
・光制御光変調器となる。
次に、第7図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光波長可変素子の構成を示すブロッ
ク図である。この図において、安定化光源7の光源光と
入力信号光は異なる波長、または異なる偏波面を用い、
1段目の光インバータ11を構成する。この光インバータ
11の出力を2段目の光インバータ12へ入射する。そし
て、波長λ(偏波θ)の入力信号光によって、波長
λ(偏波θ)の光源光は光インバータ11内の光レー
ザ増幅器1で反転して変調され、出力される。波長λ
(偏波θ)の出力信号光がさらに光インバータ12内の
光レーザ増幅器1の入力信号光となっており、波長λ
(偏波θ)の光源光は光インバータ12内の光レーザ増
幅器1で反転して変調され、出力される。このため、波
長λ(偏波θ)の入力信号光は波長λ(偏波
θ)の出力信号光へと変換される。
次に、第8図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光AND回路の構成を示すブロック図
である。この図において、第6図に示す構成を原理とし
た光制御光インバータによって構成され、波長λ(偏
波θ)を制御信号光、波長λ(偏波θ)を出力信
号光とする光インバータ13の出力光を、波長λ(偏波
θ)を制御信号光とする光インバータ14に入力する。
そして、光インバータ13の出力が1でも光インバータ14
が作動するように設定する。これにより、光インバータ
13に一つも制御信号光が入力されないと、光インバータ
14に制御信号光が入力され、出力が現れない。この構造
によって光AND回路が構成される。
次に、第9図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光AND回路の構成を示すブロック図
である。この図において、第8図に示す光AND回路8の
出力を、第6図に示す構成を原理とした光インバータに
入力する。そして、光AND回路8の出力を光インバータ
で反転させることで光NAND回路となる。
次に、第10図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光NOR回路の構成を示すブロック図
である。この図において、第6図に示す構成を原理とし
た光インバータによって構成し、波長λ(偏波θ
を入力信号光、波長λ(偏波θ)を出力信号光とす
る。n端子NOR回路の場合、波長λの入力信号が1で
も光インバータが作動するように設定すれば、光NOR回
路となる。
次に、第11図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光OR回路の構成を示すブロック図で
ある。この図において、第10図に示す構成を原理とした
光NOR回路9の出力を第6図に示す構成を原理とした光
インバータに入力する。そして、光NOR回路9の出力を
光インバータで反転させることで光OR回路となる。
次に、第12図は上述した各実施例による光制御光スイ
ッチの応用例である光フリップフロップ回路の構成を示
すブロック図である。この図において、第6図に示す構
成を原理とした光インバータをカスケードに接続し、光
インバータ15の出力光を光インバータ17の入力光として
フィードバックするループを構成し、さらに、このフィ
ードバックループの途中にセット、リセット入力を設け
る。そして、セット、リセット以外の光入力が無い場
合、出力は表れない。またセット光が入力されると、光
インバータ15の出力光がとまり、光インバータ16の出力
光が出力される。その後、セット光が解除されても、フ
ィードバックループによって、出力は保持される。次い
で、リセット光を入力されると、光インバータ17の出力
光がとまり、光インバータ15の出力光が出力され、光イ
ンバータ16の出力光がとまる。このように、セット・リ
セット光のパルスによって出力を反転することができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、小信号レベル
に対する利得特性が波長又は偏波面によって変化する特
性を有する光増幅器を用い、利得が小なる被制御信号光
に重畳して利得が大なる制御信号光を入力しているの
で、被制御信号光の信号レベルに比べて低い制御信号光
で作動する光制御光素子を実現することができ、これを
応用することで種々の光論理素子を構成することができ
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の要部である光増幅器の入出力特性を示
すグラフ、第2図は本発明の第1実施例の構成を示すブ
ロック図、第3図は本発明の第2実施例の構成を示すブ
ロック図、第4図は本発明の第2実施例の変形例による
光増幅器の波長−利得特性を示すグラフ、第5図は本発
明の第3実施例の構成を示すブロック図、第6図は本発
明の各実施例による光制御光スイッチの応用例である光
制御光インバータ・光制御光変調器の構成を示すブロッ
ク図、第7図は本発明の各実施例による光制御光スイッ
チの応用例である光波長可変素子の構成を示すブロック
図、第8図は本発明の各実施例による光制御光スイッチ
の応用例である光AND回路の構成を示すブロック図、第
9図は本発明の各実施例による光制御光スイッチの応用
例である光NAND回路の構成を示すブロック図、第10図は
本発明の各実施例による光制御光スイッチの応用例であ
る光NOR回路の構成を示すブロック図、第11図は本発明
の各実施例による光制御光スイッチの応用例である光OR
回路の構成を示すブロック図、第12図は本発明の各実施
例による光制御光スイッチの応用例である光フリップフ
ロップ回路の構成を示すブロック図である。 1……光レーザ増幅器、2……バンドパスフィルタ、3
……ファイバカプラ・ハーフミラー、4……光ファイバ
アンプ、5……ポンプ用光源、6……偏光子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 3/00 - 3/00 501 H01S 3/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】小信号レベルに対する利得特性が波長によ
    って変化する特性を有し、利得が小なる特定の波長の被
    制御信号光が入力された場合に一定の信号強度の出力光
    を出力する光増幅器と、前記特定の波長と異なる波長で
    あって、前記光増幅器の利得が大なる波長の制御信号光
    を前記光増幅器に入力し、前記光増幅器の利得を飽和さ
    せる制御信号光入力手段と、前記光増幅器の出力光か
    ら、前記制御信号光の波長成分を除去し、レベルの低下
    した前記特定の波長の出力信号光を得るバンドパスフィ
    ルタとを具備し、小レベルの制御信号光で大レベルの被
    制御信号光を制御することを特徴とする光制御光素子。
  2. 【請求項2】小信号レベルに対する利得特性が偏波面に
    よって変化する特性を有し、利得が小なる特定の偏波面
    の被制御信号光が入力された場合に一定の信号強度の出
    力光を出力する光増幅器と、前記特定の偏波面と異なる
    偏波面であって、前記光増幅器の利得が大なる偏波面の
    制御信号光を前記光増幅器に入力して前記光増幅器の利
    得を飽和させる制御信号光入力手段と、前記光増幅器の
    出力光から、前記制御信号光の偏波面成分を除去し、レ
    ベルの低下した前記特定の偏波面の出力信号光を得る偏
    光子とを具備し、小レベルの制御信号光で大レベルの被
    制御信号光を制御することを特徴とする光制御光素子。
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