JP3804285B2

JP3804285B2 - Optical switch using semiconductor optical amplifier

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Publication number: JP3804285B2
Application number: JP24859898A
Authority: JP
Inventors: 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP2000077769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅器を光ゲートとして使用する光スイッチに係り、特に、光増幅特性を持ち、低クロストークで低雑音の半導体光増幅器を用いた光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ネットワークの進展と共にダイナミックなトラフィック制御用や障害時の迂回用としてマトリクス光スイッチのニーズが高まってきた。マトリクス光スイッチには、１）低損失、２）低クロストーク、３）高速スイッチング、４）低消費電力、５）小型、６）低コストなどが要求される。このような要求を満足する可能性のあるマトリクス光スイッチとして、半導体光増幅器を光分波回路の各出力側に光ゲートとして配置し、これらの光ゲートへの注入電流を制御することにより、出力を行う光ゲートを選択して光路切り替えを行う方式によるマトリクス光スイッチ、即ち、半導体光増幅器を用いたゲート型マトリクス光スイッチが注目されている。このようなマトリクス光スイッチを構成する光スイッチの従来構成を図６に示す。
【０００３】
図６に示した光スイッチは、１入力２出力の１×２型光スイッチであり、１個の入力ポートと２個の出力ポートとを有する光分岐回路（以下、１入力２出力の光分岐回路と記す）４の各出力ポート４ｂ，４ｃに前記光ゲートを構成する半導体光増幅器３−１，３−２の入力端をそれぞれ接続したものである。
【０００４】
図６の光スイッチにおいて、矢印５で示した信号光は、光分岐回路４の入力ポート４ａに入力され、出力ポート４ｂ，４ｃへほぼ等分岐され、矢印５ａ，５ｂのごとく伝搬し、それぞれの出力ポート４ｂ，４ｃに接続された半導体光増幅器３−１，３−２に入力される。ここで、例えば、信号光を矢印６ａのごとく出力させる場合には、半導体光増幅器３−１に電流注入回路７−１からの順方向電流Ｉｋ₁をスイッチ８−１を通して注入し、半導体光増幅器３−２にはスイッチ８−２をオフにして順方向電流Ｉｋ₂を注入しないようにする。このようにすると、半導体光増幅器３−１の出力端からは増幅された信号光が取り出され、一方、半導体光増幅器３−２には順方向電流Ｉｋ₂が注入されていないので、信号光は半導体光増幅器３−２で吸収を受けて減衰してしまい、半導体光増幅器３−２の出力端からは信号光がほとんど出力されない。即ち、両出力端間のクロストークは低く抑えられる。また、注入電流は１０ｍＡ程度であるので、低消費電力である。さらに、スイッチ８−１とスイッチ８−２とのオン、オフにより信号光を高速でスイッチングして半導体光増幅器３−１，３−２の出力端のどちらにでも選択切り替え出力させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術には、次のような未解決の課題が残されている。
【０００６】
（１）クロストークとして−４０ｄＢ〜−４５ｄＢの値が実現されているが、マトリクス数が多くなれば、さらに低クロストーク特性、例えば、−６０ｄＢ程度が必要になる。しかし、従来技術ではオフにした光ゲートの出力端にもわずかに信号光が漏れてくるために、上記のような低クロストーク特性を実現することは難しい。
【０００７】
（２）信号光は必ず半導体光増幅器を通るので、半導体光増幅器から発生する自然放出光による雑音成分が信号光に付加され、信号光対雑音比（Ｓ／Ｎ）が低下する。特に、信号光パワが低いときにＳ／Ｎの低下が大きい。
【０００８】
（３）オンにした光ゲートの出力側で生じた反射光は、半導体光増幅器に逆方向に入射することによって大きく増幅され、入力側へ大きなパワとして戻ってくるので、入力側の光源の波長変動を誘因したり、クロストーク劣化の原因となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光増幅特性を持ち、低クロストークで低雑音の半導体光増幅器を用いた光スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、１入力・２出力の光分岐回路のそれぞれの出力側に、光増幅部と可飽和吸収部を一体に構成してなる半導体光増幅器を設け、前記光分岐回路の１入力側からの光信号を前記光分岐回路の一方の出力側に出力させる際に、その一方の出力側の前記光増幅部に順方向電流を注入して光信号を増幅させ、その一方の出力側の前記可飽和吸収部に逆方向電圧を印加して、光信号に含まれる雑音を低減させて光信号を出力させ、前記光分岐回路の他方の出力側の前記光増幅部に順方向電流を注入することなく、前記光増幅部を光吸収部として光信号を減衰させるとともに、その他方の出力側の前記可飽和吸収部に逆方向電圧を印加して、前記光増幅部で減衰した光信号に含まれる雑音と光信号を低減させるように構成したものである。
【００１１】
前記可飽和吸収部に印加する逆方向電圧を調節することによって、雑音を低減させた光信号を出力させるようにしてもよい。
【００１２】
Ｎ個の入力ポートとＭ個の出力ポートとを有する光分岐回路の各出力ポートにＭ個の前記半導体光増幅器の入力端をそれぞれ接続してもよい。
【００１３】
Ｎ個の入力ポートとＭ個の出力ポートとを有する光分岐回路の各出力ポートにＭ個の前記半導体光増幅器の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器の出力端にＭ個の入力ポートとＮ個の出力ポートとを有する光結合回路の各入力ポートを接続してもよい。
【００１４】
Ｎ個の出力ポートを有する光分波回路の各出力ポートにＮ個の前記半導体光増幅器の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器の出力端にＮ個の入力ポートを有する光合波回路の各入力ポートを接続してもよい。
【００１５】
Ｎ個の出力ポートを有する光分波回路の各出力ポートに２個の出力ポートを有するＮ個の光分岐回路の入力ポートをそれぞれ接続し、各光分岐回路の片方の出力ポートにＮ個の前記半導体光増幅器の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器の出力端に２Ｎ個の入力ポートを有する光合波回路のＮ個の入力ポートを接続し、前記光分岐回路の他方の出力ポートに別のＮ個の前記半導体光増幅器の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器の出力端に信号光の受信器をそれぞれ接続し、前記光合波回路の残りのＮ個の入力ポートには信号光の送信器をそれぞれ接続してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に示されるように、本発明の第一の実施形態による光スイッチは、光増幅部１−１，１−２と可飽和吸収部２−１，２−２とを有する半導体光増幅器３−１，３−２を用い、１入力２出力の光分岐回路４の各出力ポート４ｂ，４ｃに半導体光増幅器３−１，３−２の入力端（光増幅部の入力端）をそれぞれ接続し、各半導体光増幅器３−１，３−２においては、可飽和吸収部２−１，２−２に逆方向電圧−Ｖｋを印加しておき、光増幅部１−１，１−２に順方向電流Ｉｋ₁，Ｉｋ₂を注入することにより出力端（可飽和吸収部の出力端）から増幅された信号光を出力させ、光増幅部１−１，１−２に順方向電流Ｉｋ₁，Ｉｋ₂を注入しないことにより出力端からの出力をなくするよう制御するものである。即ち、この光スイッチは、光分岐回路４の入力ポート４ａに入力した矢印５の信号光を光分岐回路４の出力ポート４ｂ側か出力ポート４ｃ側かのどちらかに切り替えて矢印６ａか矢印６ｂのように伝送させるための１×２のゲート型光スイッチである。この切り替えは、半導体光増幅器３−１，３−２の光増幅部１−１，１−２への順方向電流の注入を行うか、行わないかによって操作する。具体的には、電流注入回路７−１，７−２からの電流Ｉｋ₁，Ｉｋ₂をスイッチ８−１，８−２によりオン・オフすることにより、切り替えを行う。
【００１８】
光分岐回路４は、入力ポート４ａに入力した矢印５の信号光を２つの出力ポート４ｂ，４ｃにほぼ等分配し、矢印５ａ，５ｂのように伝搬させる光回路である。光分岐回路４には、Ｙ分岐回路、方向性結合器などを用いることができる。また、光分岐回路４は、光ファイバ型、導波路型、或いはレンズや干渉膜フィルタを組み合わせた個別部品型などで構成することができる。
【００１９】
半導体光増幅器３−１（３−２）は、光増幅部１−１（１−２）と可飽和吸収部２−１（２−２）とからなる。光増幅部１−１（１−２）は、電流注入回路７−１（７−２）からのしきい値以下の順方向電流Ｉｋ₁（Ｉｋ₂）が注入されるとき、矢印５ａ（５ｂ）の信号光を増幅するようになっている。可飽和吸収部２−１（２−２）は、信号光中に含まれている雑音、特に自然放出光による雑音を抑圧する機能を持ち、この機能は逆方向電圧−Ｖｋを印加することにより発揮される。信号光パワが強いときには、光増幅部１−１（１−２）での雑音は信号光パワに比して少ないが、信号光パワが弱いときには、光増幅部１−１（１−２）での雑音は信号光パワに比して無視できなくなる。このような雑音を、可飽和吸収部２−１（２−２）で吸収して低減させることができる。この雑音の低減量は逆方向電圧−Ｖｋに依存しており、この負の値が大きいほど低減効果が大きい。そこで、図示しない信号光パワ検出手段と逆方向電圧印加回路とを接続し、可飽和吸収部２−１（２−２）に印加する逆方向電圧−Ｖｋを信号光パワによって変えるようにしてもよい。
【００２０】
図１の光スイッチにおいて、光増幅部に順方向電流が注入されてオン状態になっている光ゲート、即ち半導体光増幅器３−１の動作を説明する。矢印５ａの信号光は、光増幅部１−１で数ｄＢから２０数ｄＢの増幅度で増幅された後、可飽和吸収部２−１に入力される。増幅された信号光中に含まれている雑音は可飽和吸収部２−１で低減される。雑音が低減された信号光は、出力端より矢印６ａのごとく出力される。この出力された信号光は、光分岐回路４で生じた分岐損失（３ｄＢ）と過剰損失（＜１ｄＢ）とが光増幅部１−１で十分に損失補償され、かつ、それを上回る値に増幅されたものであり、さらにＳ／Ｎ特性も良好なものである。また、出力端で反射光が生じて可飽和吸収部２−１に逆方向に入射されても、この反射戻り光は可飽和吸収部２−１で減衰されてしまい、入力端に戻ってくる反射戻り光のパワは従来技術によるものよりも十分に小さい。
【００２１】
次に、光増幅部に順方向電流が注入されずオフ状態になっている光ゲート、即ち半導体光増幅器３−２の動作を説明する。ここでは光増幅部１−２が光吸収部として作用するので、矢印５ｂの信号光は、光増幅部１−２で減衰する。この減衰した信号光は、可飽和吸収部２−２に入力される。可飽和吸収部２−２には逆方向電圧−Ｖｋが印加されているので、信号光はさらに減衰し、出力端には信号光はほとんど出力されない。従来技術と比較すると、出力端における信号光の減衰量はパワ量で１／５０から１／３００となる。即ち、クロストークは、従来技術で−４０ｄＢ〜−４５ｄＢであったものが、本発明では−６０ｄＢ〜−７０ｄＢとなり、低クロストーク特性が得られる。また、出力端への雑音の漏れ込みも、可飽和吸収部２−２で雑音が十分に吸収されるので、ほとんどない。さらに、出力端で反射光が生じても、その反射光は、可飽和吸収部２−２と光増幅部１−２との２つの光吸収部を通ることになるので、入力端には戻ってこない。
【００２２】
次に、図２は、光増幅部と可飽和吸収部とを有する半導体光増幅器の垂直断面構造を示したものである。図示した半導体光増幅器は、１．５μｍ帯用の半導体光増幅器であり、基板２１にはＩｎＰ（ｎ⁺）基板が用いられ、その基板２１の上にＩｎＰ（ｎ）下部クラッド層２２、活性層２３、ＩｎＰ（ｐ）上部クラッド層２４、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２５が形成され、このコンタクト層２５の上に上部電極２６−１，２６−２が設けられている。上部電極２６−１が設けられている光増幅部１と上部電極２６−２が設けられている可飽和吸収部２とは、電極分離溝２７によって分離されている。信号光の入力端面と出力端面とには無反射コーティング層２８−１，２８−２が形成されている。基板２１の下には下面電極２９が形成されており、光増幅部１への順方向電流Ｉｋは上部電極２６−１から下面電極２９へ向かって注入され、可飽和吸収部２への逆方向電圧−Ｖｋは上部電極２６−２と下面電極２９との間に印加される。活性層２３には、ＩｎＧａＡｓＰのバルク構造、エネルギギャップの異なる多重量子井戸構造、或いは多重歪量子井戸構造を用いることができる。また、活性層２３は信号光の入力端側及び出力端側においてテーパ状に幅及び厚みが小さくなってモードフィールド径が広がるような構造にしてもよい。さらに、信号光の入力端近傍及び出力端近傍の活性層２３がとぎれた構造の、いわゆる窓構造が形成されていてもよい。
【００２３】
次に、本発明の第二の実施形態による光スイッチは、図３に示されるように、１入力２出力の光分岐回路４−１，４−２の各出力ポート４ｂ−１，４ｃ−１，４ｂ−２，４ｃ−２に半導体光増幅器３−１，３−２，３−３，３−４の入力端をそれぞれ接続し、各半導体光増幅器３−１，３−２，３−３，３−４の出力端に２入力１出力の光結合回路４−３，４−４の各入力ポート４ｂ−３，４ｂ−４，４ｃ−３，４ｃ−４を接続して２×２のゲート型光スイッチを構成したものである。なお、２入力１出力の光結合回路４−３，４−４は、光分岐回路４−１，４−２に用いた１入力２出力の光分岐回路の入出力を逆にすることによって実現できる。
【００２４】
この光スイッチは、光分岐回路４−１の入力ポート４ａ−１に入力した矢印５−１の信号光を光分岐回路４−１の出力ポート４ｂ−１側か出力ポート４ｃ−１側かのどちらかに切り替えて矢印６ａか矢印６ｂのように伝送させる機能と、光分岐回路４−２の入力ポート４ａ−２に入力した矢印５−２の信号光を光分岐回路４−２の出力ポート４ｂ−２側か出力ポート４ｃ−２側かのどちらかに切り替えて矢印６ｃか矢印６ｄのように伝送させる機能と、矢印６ａの信号光と矢印６ｃの信号光とを光結合回路４−３で光結合させて矢印６−１の信号光を出力する機能と、矢印６ｂの信号光と矢印６ｄの信号光とを光結合回路４−４で光結合させて矢印６−２の信号光を出力する機能とを組み合わせたものである。半導体光増幅器３−１〜３−４をオン・オフする１１通りの組み合わせで信号光の切り替えを行うことができる。
【００２５】
図中、１−１，１−２，１−３，１−４は光増幅部、２−１，２−２，２−３，２−４は可飽和吸収部、７−１，７−２，７−３，７−４は電流注入回路、８−１，８−２，８−３，８−４は電気スイッチである。
【００２６】
図３の光スイッチの動作を説明する。図３に示された状態は、半導体光増幅器３−１，３−３がオン、半導体光増幅器３−２，３−４がオフである。このとき、光分岐回路４−１の入力ポート４ａ−１に入力した矢印５−１の信号光は、２つの出力ポート４ｂ−１，４ｃ−１に分岐され矢印５ａ−１，５ｂ−１のように伝搬するが、矢印５ａ−１の信号光は、半導体光増幅器３−１がオンであるため増幅され、かつ雑音が抑圧され矢印６ａのごとく取り出される。矢印６ａの信号光は光結合回路４−３で後述する矢印６ｃの信号光と合流されて出力ポート４ａ−３から矢印６−１のごとく出力される。矢印５ｂ−１の信号光は、半導体光増幅器３−２がオフであるため出力端から出力されない。一方、光分岐回路４−２の入力ポート４ａ−２に入力した矢印５−２の信号光は、２つの出力ポート４ｂ−２，４ｃ−２に分岐され矢印５ａ−２，５ｂ−２のように伝搬するが、矢印５ａ−２の信号光は、半導体光増幅器３−３がオンであるため増幅され、かつ雑音が抑圧され矢印６ｃのごとく取り出される。矢印６ｃの信号光は光結合回路４−３で先述の矢印６ａの信号光と合流されて出力ポート４ａ−３から矢印６−１のごとく出力される。矢印５ｂ−２の信号光は、半導体光増幅器３−４がオフであるため出力端から出力されない。このように半導体光増幅器３−１〜３−４のオン・オフの組み合わせで矢印５−１，５−２の信号光を単独或いは合流させて取り出すことができる。
【００２７】
図３の光スイッチは２×２のゲート型光スイッチであったが、本発明ではＮ入力Ｍ出力（Ｎ≧１，Ｍ≧２）のゲート型光スイッチ（Ｎ×Ｍのゲート型マトリクス光スイッチ）を構成することができる。しかも、Ｎ，Ｍの値がどんどん大きくしても低クロストーク特性、低反射戻り光特性、低雑音特性、高Ｓ／Ｎ特性を実現することができる。また、信号光の損失補償機能、増幅機能、高速スイッチング機能は従来技術と変わらず持たせることができる。
【００２８】
次に、本発明の第三の実施形態による光スイッチは、光分岐回路に代えて光分波回路を用いたものであり、Ｎ個の出力ポートを有する光分波回路とＮ個の入力ポートを有する光合波回路との間に光ゲートとなる半導体光増幅器をそれぞれ挿入することによりＮ×Ｎの波長選択型光分波回路を構成したものである。図４に示した４×４の波長選択型光分波回路は、１入力４出力の光分波回路９−１の各出力ポート９ｂ−１，９ｃ−１，９ｄ−１，９ｅ−１に半導体光増幅器３−１〜３−４の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器３−１〜３−４の出力端に４入力１出力の光合波回路９−２の各入力ポート９ｂ−２，９ｃ−２，９ｄ−２，９ｅ−２を接続して構成したものである。なお、４入力１出力の光合波回路９−２は、光合波回路９−２に用いた１入力４出力の光合波回路の入出力を逆にすることによって実現できる。
【００２９】
この光スイッチは、光分波回路９−１の入力ポート９ａ−１に入力した矢印５の波長多重された信号光（波長λ₁〜λ₄）を分波してそれぞれの波長の信号光として出力ポート９ｂ−１，９ｃ−１，９ｄ−１，９ｅ−１に出力し、これら分波した信号光のうち希望する波長に対応する半導体光増幅器３−１〜３−４をオンにして増幅、伝搬させ、光合波回路９−２で合波して出力ポート９ａ−２から取り出すようにしたものである。
【００３０】
図４の光スイッチの動作を説明する。図４に示された状態では、半導体光増幅器３−１がオン、半導体光増幅器３−２，３−３，３−４がオフである。従って、光分波回路９−１で分波された信号光のうち波長λ₁の信号光のみが半導体光増幅器３−１を通って光合波回路９−２の入力ポート９ｂ−２に達し、出力ポート９ａ−２から矢印６のごとく出力される。もし、光合波回路９−２に複数波長の信号光が入力されていれば、これら信号光を合波した信号光が出力される。半導体光増幅器３−１〜３−４のオン・オフを制御することにより、波長λ₁〜λ₄の信号光のうち全ての信号光を取り出すこともでき、波長λ₁のみ、波長λ₂のみ、波長λ₃のみ、或いは波長λ₄のみの信号光を取り出すこともでき、波長λ₁と波長λ₂、波長λ₁と波長λ₃などの種々の組み合わせで信号光を取り出すこともできる。しかも、取り出された信号光は、オンになっている半導体光増幅器のみを通過してくるので、取り出される信号光と取り出されない信号光とのパワのアイソレーションが６０ｄＢ以上という高アイソレーション特性が得られる。また、波長間のクロストーク特性も極めて良好な特性となる。さらに、出力端で発生した反射光の戻り光は入力ポート９ａ−１にほとんど戻ってこない。
【００３１】
図４の構成では、光分波回路９−１が波長多重信号光を４つの波長に分波するものであったが、８分波、１６分波、３２分波、６４分波というように分波数を増やしても、上記特性の劣化は極めて少ない。
【００３２】
次に、本発明の第四の実施形態による光スイッチは、図３に示したＮ×Ｍのゲート型マトリクス光スイッチと図４に示したＮ×Ｎの波長選択型光分波回路とを組み合わせて構成した光ＡＤＤ／ＤＲＯＰ機能付きＮ×Ｎの波長選択型光分波回路である。図５に示されるように、１入力４出力の光分波回路９−１の各出力ポート９ｂ−１，９ｃ−１，９ｄ−１，９ｅ−１に４個の１入力２出力の光分岐回路４−１〜４−４の入力ポート４ａ−１〜４ａ−４をそれぞれ接続し、各光分岐回路の片方の出力ポート４ｂ−１〜４ｂ−４に半導体光増幅器３−１，３−３，３−５，３−７の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器３−１，３−３，３−５，３−７の出力端に８個の入力ポートを有する光合波回路９−２の４個の入力ポート９ｂ−２，９ｄ−２，９ｆ−２，９ｈ−２を接続し、前記光分岐回路４−１〜４−４の他方の出力ポート４ｃ−１〜４ｃ−４に半導体光増幅器３−２，３−４，３−６，３−８の入力端をそれぞれ接続し、これら半導体光増幅器３−２，３−４，３−６，３−８の出力端にＤＲＯＰ信号受光部１０を接続し、前記光合波回路９−２の入力ポート９ｃ−２，９ｅ−２，９ｇ−２，９ｉ−２にはＡＤＤ信号送信部１１を接続してある。ＤＲＯＰ信号受光部１０は、信号光を受信する受信器を備えたものであり、ＡＤＤ信号送信部１１は、信号光を送信する送信器を備えたものである。
【００３３】
図５の光スイッチにおいて、光分波回路９−１の入力ポート９ａ−１に入力した矢印５の波長多重された信号光（波長λ₁〜λ₄）は、それぞれの波長の信号光に分波され、波長λ₁〜λ₄の信号光が出力ポート９ｂ−１，９ｃ−１，９ｄ−１，９ｅ−１に出力される。各波長の信号光は、光分岐回路４−１〜４−４によりそれぞれ２つに分岐される。例えば、波長λ₁の信号光は、光分岐回路４−１により２つの出力ポートに分岐出力される。次いで、それぞれ分岐された信号光は、半導体光増幅器３−１〜３−８に入力される。各半導体光増幅器３−１〜３−８はオンかオフに制御される。例えば、半導体光増幅器３−１，３−２がオン、半導体光増幅器３−３〜３−８がオフに制御されると、波長λ₁の信号光が光合波回路９−２の入力ポート９ｂ−２に到達し、もうひとつの波長λ₁の信号光がＤＲＯＰ信号受光部１０に到達して受信される。一方、ＡＤＤ信号送信部１１からは新たな信号光が供給される。この新たな信号光は、光合波回路９−２の入力ポート９ｂ−２に到達した前記波長λ₁の信号光と共に光合波回路９−２の出力ポート９ａ−２から矢印６のごとく出力される。
【００３４】
図５の構成によれば、光分波回路９−１の入力ポート９ａ−１に入力した信号光の一部を光合波回路９−２の出力ポート９ａ−２に導いたり、この信号光の一部をＤＲＯＰ信号受光部１０で受信したり、或いは、新たな信号光をＡＤＤ信号送信部１１から供給して光合波回路９−２の出力ポート９ａ−２に導いたりすることが自在にできる。
【００３５】
本発明はこれまで説明した実施形態に限定されない。例えば、光分岐回路（光結合回路）や光分波回路（光合波回路）の入力ポート個数及び出力ポート個数Ｎ，Ｍは、１，２，４のような小さい値に限らず数十でも百でもよく、このようにＮ，Ｍの値が大きい場合でも低クロストーク特性、低反射戻り光特性、低雑音特性を実現することができる。また、図１〜図５において、使用波長帯は１．２μｍ帯から１．６μｍ帯まで実現可能である。図１〜図５の構成において、電流注入回路７をオン，オフ制御するスイッチ８は、電流注入回路７の中に機能として含ませ、電流注入回路７がオン，オフ操作されて半導体光増幅器をオン，オフ制御するようにしてもよいことは言うまでもないことである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３７】
（１）半導体光増幅器からなる光ゲートがオフのときは光増幅部に順方向電流が注入されていないので、光増幅部が光吸収部となって信号光を減衰させると共に、可飽和吸収部には逆方向電圧が印加されているので、上記光増幅部で減衰した信号光に対して可飽和吸収部が光吸収部として作用し、さらに信号光を減衰させる。オフの光ゲートからは、信号光がほとんど出力されない。その結果、オンの光ゲートの出力パワとのクロストーク特性は−６０ｄＢの超低クロストーク特性となる。
【００３８】
（２）オン及びオフの光ゲートの自然放出光による雑音成分が十分に減衰し、特にオフの光ゲートでは雑音成分がほとんど無視できるほどに低く抑えられ、良好なＳ／Ｎ特性が得られ、しかも、信号光パワが低いときでも良好なＳ／Ｎ特性が得られる。
【００３９】
（３）オンの光ゲートの出力側で生じた反射光は、出力される信号光に比べて十分に小さく、可飽和吸収部に逆方向に入射することによって十分に減衰し、入射側に戻ってくる量はすくない。また、オフの光ゲートの出力側では、信号光がほとんど出力されないので、その反射光もほとんど無視でき、しかも可飽和吸収部に逆方向に入射することによって極端に減衰し、入射側には戻ってこない。
【００４０】
（４）大規模なマトリクス光スイッチを構成しても十分に低いクロストーク特性を得ることができる。また、その場合のＳ／Ｎ特性の劣化も従来技術に比べてはるかに小さく抑えることができる。
【００４１】
（５）光増幅部の増幅波長帯以外の波長の光を可飽和吸収部で十分に減衰させることができる。
【００４２】
（６）図２の構成において、一方の端面から光ファイバ（図示せず）を通して入射した入力光のうち、活性層２３以外のクラッド層２２，２４、基板２１内を伝搬していって出力側の光ファイバ（図示せず）へ漏れてくる信号光があるが、図２の構成では、上記漏れ光は可飽和吸収部２で吸収されて低減される。すなわち、オフ時、上記漏れ光を極端に小さく抑えることができるので、これによるクロストーク改善も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態による光スイッチの構成図である。
【図２】本発明に用いる半導体光増幅器の垂直断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態による光スイッチの構成図である。
【図４】本発明の第三の実施形態による光スイッチの構成図である。
【図５】本発明の第四の実施形態による光スイッチの構成図である。
【図６】従来の光スイッチの構成図である。
【符号の説明】
１−１，１−２，１−３，１−４光増幅部
２−１，２−２，２−３，２−４可飽和吸収部
３−１，３−２，３−３，３−４，３−５，３−６，３−７，３−８半導体光増幅器
４，４−１，４−２，４−３，４−４光分岐回路（光結合回路）
９−１，９−２光分波回路（光合波回路）
１０ＤＲＯＰ信号受光部
１１ＡＤＤ信号送信部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch using a semiconductor optical amplifier as an optical gate, and more particularly to an optical switch using a semiconductor optical amplifier having optical amplification characteristics, low crosstalk, and low noise.
[0002]
[Prior art]
With the development of optical networks, the need for matrix optical switches for dynamic traffic control and for detouring at the time of failure has increased. Matrix optical switches are required to have 1) low loss, 2) low crosstalk, 3) high-speed switching, 4) low power consumption, 5) small size, and 6) low cost. As a matrix optical switch that may satisfy such requirements, semiconductor optical amplifiers are arranged as optical gates on each output side of the optical demultiplexing circuit, and the output current is controlled by controlling the injection current to these optical gates. Attention has been focused on a matrix optical switch based on a method of switching an optical path by selecting an optical gate to perform the above, that is, a gate type matrix optical switch using a semiconductor optical amplifier. A conventional configuration of an optical switch constituting such a matrix optical switch is shown in FIG.
[0003]
The optical switch shown in FIG. 6 is a 1 × 2 type optical switch having 1 input and 2 outputs, and has an optical branch circuit having one input port and two output ports (hereinafter, an optical branch with 1 input and 2 outputs). The input terminals of the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2 constituting the optical gate are respectively connected to the output ports 4b and 4c of 4).
[0004]
In the optical switch of FIG. 6, the signal light indicated by the arrow 5 is input to the input port 4a of the optical branching circuit 4, is almost equally branched to the output ports 4b and 4c, propagates as indicated by the arrows 5a and 5b, The signals are input to the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2 connected to the output ports 4b and 4c. Here, for example, when the signal light is output as indicated by the arrow 6a, the forward current Ik from the current injection circuit 7-1 is sent to the semiconductor optical amplifier 3-1. ₁ Is injected through the switch 8-1, and the switch 8-2 is turned off in the semiconductor optical amplifier 3-2 so that the forward current Ik ₂ Do not inject. Thus, the amplified signal light is extracted from the output terminal of the semiconductor optical amplifier 3-1, while the forward current Ik is supplied to the semiconductor optical amplifier 3-2. ₂ Is not injected, the signal light is absorbed and attenuated by the semiconductor optical amplifier 3-2, and almost no signal light is output from the output end of the semiconductor optical amplifier 3-2. That is, the crosstalk between the output terminals can be kept low. Further, since the injected current is about 10 mA, the power consumption is low. Furthermore, the signal light can be switched at high speed by turning on and off the switch 8-1 and the switch 8-2, and can be selectively switched and output to either of the output terminals of the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional techniques still have the following unsolved problems.
[0006]
(1) Although a value of −40 dB to −45 dB is realized as crosstalk, if the number of matrices increases, further low crosstalk characteristics, for example, about −60 dB are required. However, since the signal light slightly leaks to the output end of the optical gate that is turned off in the prior art, it is difficult to realize the low crosstalk characteristics as described above.
[0007]
(2) Since the signal light always passes through the semiconductor optical amplifier, a noise component due to spontaneous emission light generated from the semiconductor optical amplifier is added to the signal light, and the signal light-to-noise ratio (S / N) is lowered. In particular, when the signal light power is low, the S / N is greatly reduced.
[0008]
(3) The reflected light generated on the output side of the turned-on optical gate is greatly amplified by entering the semiconductor optical amplifier in the opposite direction, and returns to the input side as a large power, so that the wavelength of the light source on the input side Causes fluctuations and causes crosstalk degradation.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical switch using a semiconductor optical amplifier having optical amplification characteristics, low crosstalk and low noise.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides each output of a 1-input / 2-output optical branch circuit. ~ side A semiconductor optical amplifier in which an optical amplifying unit and a saturable absorber unit are integrated, and outputting an optical signal from one input side of the optical branch circuit to one output side of the optical branch circuit. The optical signal is amplified by injecting a forward current into the optical amplifier on one of the output sides, and a reverse voltage is applied to the saturable absorber on the one output side to be included in the optical signal. Without reducing the noise and outputting an optical signal, without injecting a forward current into the optical amplifier on the other output side of the optical branch circuit, While attenuating an optical signal using the optical amplification unit as a light absorption unit, Apply a reverse voltage to the saturable absorber on the other output side, Attenuated at the optical amplification unit It is configured to reduce noise and optical signals contained in the optical signal.
[0011]
The reverse voltage applied to the saturable absorber is Adjusting By , Output an optical signal with reduced noise You may do it.
[0012]
The input terminals of the M semiconductor optical amplifiers may be connected to the output ports of the optical branch circuit having N input ports and M output ports, respectively.
[0013]
The input terminals of the M semiconductor optical amplifiers are connected to the output ports of the optical branch circuit having N input ports and M output ports, respectively, and the M input ports are connected to the output terminals of the semiconductor optical amplifiers. And input ports of an optical coupling circuit having N output ports may be connected.
[0014]
N input terminals of the semiconductor optical amplifiers are respectively connected to output ports of an optical demultiplexing circuit having N output ports, and an optical multiplexing circuit having N input ports at the output terminals of these semiconductor optical amplifiers. Each input port may be connected.
[0015]
An input port of N optical branch circuits having two output ports is connected to each output port of the optical demultiplexing circuit having N output ports, and N output ports are connected to one output port of each optical branch circuit. The input terminals of the semiconductor optical amplifiers are connected to each other, the N input ports of the optical multiplexing circuit having 2N input ports are connected to the output terminals of these semiconductor optical amplifiers, and the other output port of the optical branch circuit is connected. The input ends of the other N semiconductor optical amplifiers are connected to each other, signal light receivers are connected to the output ends of these semiconductor optical amplifiers, respectively, and the remaining N input ports of the optical multiplexing circuit are connected to signals. Each optical transmitter may be connected.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0017]
As shown in FIG. 1, the optical switch according to the first embodiment of the present invention includes a semiconductor optical amplifier 3 having optical amplifying units 1-1 and 1-2 and saturable absorbing units 2-1 and 2-2. -1 and 3-2 are used to connect the input terminals (input terminals of the optical amplifier) of the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2 to the output ports 4b and 4c of the optical branch circuit 4 with one input and two outputs, respectively. In each of the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2, the reverse voltage −Vk is applied to the saturable absorbers 2-1 and 2-2, and the optical amplifiers 1-1 and 1-2 are applied. Forward current Ik ₁ , Ik ₂ Is amplified, and the amplified signal light is output from the output end (the output end of the saturable absorber), and the forward current Ik is supplied to the optical amplifiers 1-1 and 1-2. ₁ , Ik ₂ Is controlled so as to eliminate the output from the output end. In other words, this optical switch switches the signal light indicated by the arrow 5 input to the input port 4a of the optical branch circuit 4 to either the output port 4b side or the output port 4c side of the optical branch circuit 4 to change the arrow 6a or arrow 6b. This is a 1 × 2 gate type optical switch for transmission. This switching is operated depending on whether or not the forward current is injected into the optical amplifiers 1-1 and 1-2 of the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2. Specifically, the current Ik from the current injection circuits 7-1 and 7-2. ₁ , Ik ₂ Is switched on and off by switches 8-1 and 8-2.
[0018]
The optical branching circuit 4 is an optical circuit that substantially equally distributes the signal light indicated by the arrow 5 input to the input port 4a to the two output ports 4b and 4c and propagates it as indicated by the arrows 5a and 5b. As the optical branch circuit 4, a Y branch circuit, a directional coupler, or the like can be used. Further, the optical branch circuit 4 can be configured by an optical fiber type, a waveguide type, or an individual component type in which a lens or an interference film filter is combined.
[0019]
The semiconductor optical amplifier 3-1 (3-2) includes an optical amplifying unit 1-1 (1-2) and a saturable absorbing unit 2-1 (2-2). The optical amplifying unit 1-1 (1-2) is a forward current Ik below the threshold value from the current injection circuit 7-1 (7-2). ₁ (Ik ₂ ) Is injected, the signal light indicated by the arrow 5a (5b) is amplified. The saturable absorber 2-1 (2-2) has a function of suppressing noise contained in the signal light, particularly noise due to spontaneous emission light. This function is achieved by applying a reverse voltage -Vk. Demonstrated. When the signal light power is strong, the noise in the optical amplifier 1-1 (1-2) is less than that of the signal light power, but when the signal light power is weak, the optical amplifier 1-1 (1-2) The noise at is not negligible compared with the signal light power. Such noise can be absorbed and reduced by the saturable absorber 2-1 (2-2). The amount of noise reduction depends on the reverse voltage −Vk, and the larger the negative value, the greater the reduction effect. Therefore, a signal light power detecting means (not shown) and a reverse voltage application circuit are connected so that the reverse voltage −Vk applied to the saturable absorber 2-1 (2-2) is changed by the signal light power. Good.
[0020]
The operation of the optical gate in which the forward current is injected into the optical amplifier in the optical switch of FIG. 1, that is, the semiconductor optical amplifier 3-1, will be described. The signal light indicated by the arrow 5a is amplified by the optical amplifying unit 1-1 with an amplification factor of several dB to tens of dB, and then input to the saturable absorbing unit 2-1. Noise contained in the amplified signal light is reduced by the saturable absorber 2-1. The signal light with reduced noise is output from the output end as indicated by an arrow 6a. The output signal light is amplified to a value in which the branching loss (3 dB) and excess loss (<1 dB) generated in the optical branching circuit 4 are sufficiently compensated for loss by the optical amplifying unit 1-1. In addition, the S / N characteristics are also good. Even if reflected light is generated at the output end and is incident on the saturable absorber 2-1 in the reverse direction, the reflected return light is attenuated by the saturable absorber 2-1 and returns to the input end. The power of the reflected return light is much smaller than that of the prior art.
[0021]
Next, the operation of the optical gate, that is, the semiconductor optical amplifier 3-2 in which the forward current is not injected into the optical amplifying unit and is turned off will be described. Here, since the optical amplification unit 1-2 functions as a light absorption unit, the signal light indicated by the arrow 5b is attenuated by the optical amplification unit 1-2. This attenuated signal light is input to the saturable absorber 2-2. Since the reverse voltage −Vk is applied to the saturable absorber 2-2, the signal light is further attenuated, and the signal light is hardly output to the output end. Compared with the prior art, the attenuation amount of the signal light at the output end is 1/50 to 1/300 in terms of power. That is, the crosstalk is -40 dB to -45 dB in the prior art, but is -60 dB to -70 dB in the present invention, and a low crosstalk characteristic is obtained. In addition, there is almost no leakage of noise to the output end because the saturable absorber 2-2 sufficiently absorbs noise. Further, even if reflected light is generated at the output end, the reflected light passes through the two light absorbing portions of the saturable absorbing portion 2-2 and the optical amplifying portion 1-2, and therefore returns to the input end. It does n’t come.
[0022]
Next, FIG. 2 shows a vertical cross-sectional structure of a semiconductor optical amplifier having an optical amplifier and a saturable absorber. The illustrated semiconductor optical amplifier is a 1.5 μm band semiconductor optical amplifier, and the substrate 21 has InP (n ⁺ ) A substrate is used, and an InP (n) lower cladding layer 22, an active layer 23, an InP (p) upper cladding layer 24, and an InGaAsP contact layer 25 are formed on the substrate 21, and an upper portion is formed on the contact layer 25. Electrodes 26-1 and 26-2 are provided. The optical amplifying unit 1 provided with the upper electrode 26-1 and the saturable absorber 2 provided with the upper electrode 26-2 are separated by an electrode separation groove 27. Non-reflective coating layers 28-1 and 28-2 are formed on the input end face and the output end face of the signal light. A lower electrode 29 is formed under the substrate 21, and a forward current Ik to the optical amplifying unit 1 is injected from the upper electrode 26-1 toward the lower electrode 29 and reversely directed to the saturable absorber 2. The voltage −Vk is applied between the upper electrode 26-2 and the lower electrode 29. For the active layer 23, an InGaAsP bulk structure, a multiple quantum well structure with different energy gaps, or a multiple strain quantum well structure can be used. Further, the active layer 23 may have a structure in which the width and thickness are tapered and the mode field diameter is widened on the input end side and the output end side of the signal light. Furthermore, a so-called window structure in which the active layer 23 near the input end and the output end of the signal light is interrupted may be formed.
[0023]
Next, in the optical switch according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the output ports 4b-1 and 4c-1 of the optical branch circuits 4-1 and 4-2 having one input and two outputs are provided. , 4b-2, 4c-2 are connected to the input ends of the semiconductor optical amplifiers 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, respectively, and the respective semiconductor optical amplifiers 3-1, 3-2, 3-3 are connected. , 3-4 are connected to the input ports 4b-3, 4b-4, 4c-3, 4c-4 of the optical coupling circuits 4-3, 4-4 with two inputs and one output, respectively, and 2 × 2 A gate type optical switch is constructed. The 2-input 1-output optical coupling circuits 4-3 and 4-4 are realized by reversing the input and output of the 1-input 2-output optical branch circuit used in the optical branch circuits 4-1 and 4-2. it can.
[0024]
In this optical switch, the signal light indicated by the arrow 5-1 input to the input port 4a-1 of the optical branch circuit 4-1 is sent to the output port 4b-1 side or the output port 4c-1 side of the optical branch circuit 4-1. The function of switching to either one as shown by the arrow 6a or 6b and the signal light of the arrow 5-2 input to the input port 4a-2 of the optical branch circuit 4-2 as the output port of the optical branch circuit 4-2 The function of switching between either the 4b-2 side or the output port 4c-2 side and transmitting as indicated by the arrows 6c or 6d, and the signal light indicated by the arrow 6a and the signal light indicated by the arrow 6c are coupled to the optical coupling circuit 4-3. And the signal light indicated by the arrow 6-1 and the signal light indicated by the arrow 6b and the signal light indicated by the arrow 6d are optically combined by the optical coupling circuit 4-4 to generate the signal light indicated by the arrow 6-2. This is a combination of output functions. Signal light can be switched by 11 combinations of turning on / off the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-4.
[0025]
In the figure, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 are optical amplifying units, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 are saturable absorber units, 7-1, 7- 2, 7-3 and 7-4 are current injection circuits, and 8-1, 8-2, 8-3 and 8-4 are electrical switches.
[0026]
The operation of the optical switch in FIG. 3 will be described. In the state shown in FIG. 3, the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-3 are on, and the semiconductor optical amplifiers 3-2 and 3-4 are off. At this time, the signal light indicated by the arrow 5-1 input to the input port 4a-1 of the optical branching circuit 4-1 is branched to the two output ports 4b-1 and 4c-1, and indicated by the arrows 5a-1 and 5b-1. However, the signal light of the arrow 5a-1 is amplified because the semiconductor optical amplifier 3-1 is on, and the noise is suppressed, and the signal light is extracted as shown by the arrow 6a. The signal light indicated by the arrow 6a is combined with signal light indicated by an arrow 6c, which will be described later, in the optical coupling circuit 4-3 and output from the output port 4a-3 as indicated by the arrow 6-1. The signal light indicated by the arrow 5b-1 is not output from the output terminal because the semiconductor optical amplifier 3-2 is off. On the other hand, the signal light indicated by the arrow 5-2 input to the input port 4a-2 of the optical branch circuit 4-2 is branched to the two output ports 4b-2 and 4c-2, as indicated by arrows 5a-2 and 5b-2. However, the signal light of the arrow 5a-2 is amplified because the semiconductor optical amplifier 3-3 is on, and the noise is suppressed, and the signal light is extracted as shown by the arrow 6c. The signal light indicated by the arrow 6c is combined with the signal light indicated by the arrow 6a in the optical coupling circuit 4-3 and output from the output port 4a-3 as indicated by the arrow 6-1. The signal light indicated by the arrow 5b-2 is not output from the output end because the semiconductor optical amplifier 3-4 is off. In this way, the signal light of the arrows 5-1 and 5-2 can be taken out alone or combined by combining the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-4 on and off.
[0027]
The optical switch of FIG. 3 is a 2 × 2 gate type optical switch, but in the present invention, an N input M output (N ≧ 1, M ≧ 2) gate type optical switch (N × M gate type matrix optical switch). ) Can be configured. Moreover, even if the values of N and M are increased, low crosstalk characteristics, low reflected return light characteristics, low noise characteristics, and high S / N characteristics can be realized. Further, the loss compensation function, amplification function, and high-speed switching function of signal light can be provided as in the prior art.
[0028]
Next, an optical switch according to a third embodiment of the present invention uses an optical demultiplexing circuit instead of an optical branching circuit, and includes an optical demultiplexing circuit having N output ports and N input ports. An N × N wavelength selective optical demultiplexing circuit is configured by inserting a semiconductor optical amplifier serving as an optical gate between each of the optical multiplexing circuits. The 4 × 4 wavelength selective optical demultiplexing circuit shown in FIG. 4 is connected to each output port 9b-1, 9c-1, 9d-1, 9e-1 of the 1-input 4-output optical demultiplexing circuit 9-1. The input ends of the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-4 are connected to the output ends of the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-4. 2, 9c-2, 9d-2, 9e-2 are connected. The 4-input 1-output optical multiplexing circuit 9-2 can be realized by reversing the input and output of the 1-input 4-output optical multiplexing circuit used in the optical multiplexing circuit 9-2.
[0029]
This optical switch has wavelength-multiplexed signal light (wavelength λ) indicated by an arrow 5 input to the input port 9a-1 of the optical demultiplexing circuit 9-1. ₁ ~ Λ _Four ) Are output to the output ports 9b-1, 9c-1, 9d-1, 9e-1 as signal lights of the respective wavelengths, and the semiconductor light corresponding to the desired wavelength among these split signal lights The amplifiers 3-1 to 3-4 are turned on to amplify and propagate, and are multiplexed by the optical multiplexing circuit 9-2 and taken out from the output port 9a-2.
[0030]
The operation of the optical switch in FIG. 4 will be described. In the state shown in FIG. 4, the semiconductor optical amplifier 3-1 is on, and the semiconductor optical amplifiers 3-2, 3-3, 3-4 are off. Accordingly, the wavelength λ of the signal light demultiplexed by the optical demultiplexing circuit 9-1. ₁ Signal light passes through the semiconductor optical amplifier 3-1, reaches the input port 9b-2 of the optical multiplexing circuit 9-2, and is output from the output port 9a-2 as indicated by the arrow 6. If signal light having a plurality of wavelengths is input to the optical multiplexing circuit 9-2, signal light obtained by combining these signal lights is output. By controlling on / off of the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-4, the wavelength λ ₁ ~ Λ _Four It is also possible to take out all of the signal light of the wavelength λ ₁ Only, wavelength λ ₂ Only, wavelength λ _Three Only, or wavelength λ _Four It is also possible to take out only the signal light, wavelength λ ₁ And wavelength λ ₂ , Wavelength λ ₁ And wavelength λ _Three The signal light can also be extracted by various combinations such as. In addition, since the extracted signal light passes only through the semiconductor optical amplifier that is turned on, the power isolation between the extracted signal light and the signal light that is not extracted has a high isolation characteristic of 60 dB or more. can get. In addition, the crosstalk characteristic between wavelengths is very good. Further, the return light of the reflected light generated at the output end hardly returns to the input port 9a-1.
[0031]
In the configuration of FIG. 4, the optical demultiplexing circuit 9-1 demultiplexes the wavelength multiplexed signal light into four wavelengths. However, as shown in FIG. Even if the number of demultiplexes is increased, the above characteristics are hardly degraded.
[0032]
Next, the optical switch according to the fourth embodiment of the present invention is a combination of the N × M gate type matrix optical switch shown in FIG. 3 and the N × N wavelength selective type optical demultiplexing circuit shown in FIG. This is an N × N wavelength selective optical demultiplexing circuit with an optical ADD / DROP function. As shown in FIG. 5, four 1-input 2-output optical branches are provided to the output ports 9b-1, 9c-1, 9d-1, 9e-1 of the 1-input 4-output optical demultiplexing circuit 9-1. The input ports 4a-1 to 4a-4 of the circuits 4-1 to 4-4 are respectively connected, and the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-3 are connected to one output port 4b-1 to 4b-4 of each optical branch circuit. , 3-5, 3-7 are connected to each other, and an optical multiplexing circuit 9 having eight input ports at the output ends of these semiconductor optical amplifiers 3-1, 3-3, 3-5, 3-7. -2 input ports 9b-2, 9d-2, 9f-2, 9h-2 are connected, and the other output ports 4c-1 to 4c-4 of the optical branch circuits 4-1 to 4-4 are connected. Are connected to the input terminals of the semiconductor optical amplifiers 3-2, 3-4, 3-6, 3-8, respectively. The DROP signal light receiving unit 10 is connected to the output terminal 8 and the ADD signal transmitting unit 11 is connected to the input ports 9c-2, 9e-2, 9g-2, 9i-2 of the optical multiplexing circuit 9-2. is there. The DROP signal light receiver 10 includes a receiver that receives signal light, and the ADD signal transmitter 11 includes a transmitter that transmits signal light.
[0033]
In the optical switch of FIG. 5, the wavelength multiplexed signal light (wavelength λ) indicated by the arrow 5 input to the input port 9a-1 of the optical demultiplexing circuit 9-1. ₁ ~ Λ _Four ) Is demultiplexed into signal light of each wavelength, and wavelength λ ₁ ~ Λ _Four Are output to the output ports 9b-1, 9c-1, 9d-1, and 9e-1. The signal light of each wavelength is branched into two by the optical branch circuits 4-1 to 4-4. For example, wavelength λ ₁ Is branched and output to two output ports by the optical branch circuit 4-1. Next, the branched signal lights are input to the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-8. Each of the semiconductor optical amplifiers 3-1 to 3-8 is controlled to be on or off. For example, when the semiconductor optical amplifiers 3-1 and 3-2 are controlled to be on and the semiconductor optical amplifiers 3-3 to 3-8 are controlled to be off, the wavelength λ ₁ Signal light reaches the input port 9b-2 of the optical multiplexing circuit 9-2, and has another wavelength λ. ₁ The signal light reaches the DROP signal light receiving unit 10 and is received. On the other hand, new signal light is supplied from the ADD signal transmitter 11. This new signal light reaches the input port 9b-2 of the optical multiplexing circuit 9-2 and has the wavelength λ. ₁ Are output from the output port 9a-2 of the optical multiplexing circuit 9-2 as indicated by the arrow 6.
[0034]
According to the configuration of FIG. 5, part of the signal light input to the input port 9a-1 of the optical demultiplexing circuit 9-1 is guided to the output port 9a-2 of the optical multiplexing circuit 9-2, A part of the signal can be received by the DROP signal light receiving unit 10, or a new signal light can be supplied from the ADD signal transmitting unit 11 and guided to the output port 9a-2 of the optical multiplexing circuit 9-2. .
[0035]
The present invention is not limited to the embodiments described so far. For example, the number of input ports and the number of output ports N and M of the optical branching circuit (optical coupling circuit) and the optical demultiplexing circuit (optical multiplexing circuit) are not limited to small values such as 1, 2, and 4, and may be several tens. However, even when the values of N and M are large, low crosstalk characteristics, low reflected return light characteristics, and low noise characteristics can be realized. 1 to 5, the usable wavelength band can be realized from the 1.2 μm band to the 1.6 μm band. 1 to 5, the switch 8 for controlling the on / off of the current injection circuit 7 is included as a function in the current injection circuit 7, and the semiconductor optical amplifier is operated by the on / off operation of the current injection circuit 7. Needless to say, the on / off control may be performed.
[0036]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0037]
(1) Since the forward current is not injected into the optical amplifying unit when the optical gate composed of the semiconductor optical amplifier is off, the optical amplifying unit serves as the light absorbing unit and attenuates the signal light, and the saturable absorbing unit. Since a reverse voltage is applied to, the saturable absorber acts as a light absorber for the signal light attenuated by the optical amplifier, and further attenuates the signal light. Almost no signal light is output from the off-light gate. As a result, the crosstalk characteristic with the output power of the ON optical gate is an ultra-low crosstalk characteristic of −60 dB.
[0038]
(2) The noise component due to the spontaneous emission light of the on and off optical gates is sufficiently attenuated, and particularly in the off optical gate, the noise component is suppressed to a negligible level, and a good S / N characteristic is obtained, Moreover, good S / N characteristics can be obtained even when the signal light power is low.
[0039]
(3) The reflected light generated on the output side of the ON optical gate is sufficiently smaller than the output signal light, and is sufficiently attenuated by being incident on the saturable absorber in the reverse direction, and returns to the incident side. The amount coming is not great. In addition, since almost no signal light is output on the output side of the off-light gate, the reflected light is almost negligible, and is extremely attenuated by entering the saturable absorber in the opposite direction, and returns to the incident side. It does n’t come.
[0040]
(4) A sufficiently low crosstalk characteristic can be obtained even if a large-scale matrix optical switch is configured. Further, the deterioration of the S / N characteristic in that case can be suppressed much smaller than that of the prior art.
[0041]
(5) Light having a wavelength other than the amplification wavelength band of the optical amplifier can be sufficiently attenuated by the saturable absorber.
[0042]
(6) In the configuration of FIG. 2, among the input light incident from one end face through an optical fiber (not shown), the light propagates in the cladding layers 22 and 24 other than the active layer 23 and the inside of the substrate 21 and is on the output side. In the configuration of FIG. 2, the leaked light is absorbed by the saturable absorber 2 and reduced. That is, when the light is off, the leakage light can be extremely reduced, so that crosstalk can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical sectional view of a semiconductor optical amplifier used in the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical switch according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional optical switch.
[Explanation of symbols]
1-1, 1-2, 1-3, 1-4 Optical amplifier
2-1, 2-2, 2-3, 2-4 saturable absorber
3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 3-8 Semiconductor optical amplifier
4,4-1,4-2,4-3,4-4 Optical branch circuit (optical coupling circuit)
9-1, 9-2 Optical demultiplexing circuit (optical multiplexing circuit)
10 DROP signal receiver
11 ADD signal transmitter

Claims

Provided on each output side of the 1-input / 2-output optical branch circuit is a semiconductor optical amplifier formed by integrating an optical amplifying unit and a saturable absorbing unit,
When an optical signal from one input side of the optical branch circuit is output to one output side of the optical branch circuit, a forward current is injected into the optical amplification unit on the one output side to amplify the optical signal And applying a reverse voltage to the saturable absorber on one of the output sides to reduce the noise contained in the optical signal and output the optical signal,
Without injecting a forward current into the optical amplifier on the other output side of the optical branch circuit, the optical amplifier is used as an optical absorber to attenuate an optical signal and the saturable absorption on the other output side. An optical switch using a semiconductor optical amplifier, wherein a reverse voltage is applied to the optical amplifier to reduce noise and optical signals contained in the optical signal attenuated by the optical amplifier.

2. The optical switch using a semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein an optical signal with reduced noise is output by adjusting a reverse voltage applied to the saturable absorber.

3. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein input terminals of M semiconductor optical amplifiers are respectively connected to output ports of an optical branching circuit having N input ports and M output ports. An optical switch using an amplifier.

The input terminals of the M semiconductor optical amplifiers are connected to the output ports of the optical branch circuit having N input ports and M output ports, respectively, and the M input ports are connected to the output terminals of the semiconductor optical amplifiers. 3. An optical switch using a semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein each input port of an optical coupling circuit having N and N output ports is connected.

An optical multiplexing circuit having N input ports connected to the output ports of the optical demultiplexing circuit having N output ports and N input ports at the output ends of the semiconductor optical amplifiers. 3. An optical switch using a semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein each input port is connected.

An input port of N optical branch circuits having two output ports is connected to each output port of the optical demultiplexing circuit having N output ports, and N output ports are connected to one output port of each optical branch circuit. The input terminals of the semiconductor optical amplifiers are connected to each other, the N input ports of the optical multiplexing circuit having 2N input ports are connected to the output terminals of these semiconductor optical amplifiers, and the other output port of the optical branch circuit is connected. The input ends of the other N semiconductor optical amplifiers are connected to each other, signal light receivers are connected to the output ends of these semiconductor optical amplifiers, respectively, and the remaining N input ports of the optical multiplexing circuit are connected to signals. 3. An optical switch using a semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein optical transmitters are connected to each other.