JP4084994B2

JP4084994B2 - 光スイッチングハブ装置

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Publication number: JP4084994B2
Application number: JP2002359373A
Authority: JP
Inventors: 佳伸前田
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: JP2004191624A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバなどを介して伝播した光信号をそのままスイッチングし分配する光スイッチングハブ装置、特に、高度情報処理が可能な光通信などの光エレクトロニクスに好適な光スイッチングハブ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
広帯域且つ高速伝送が可能な光ファイバを用いた光信号の通信や分配といった広帯域な新サービスの広範な展開が期待されている。しかしながら、たとえばエレクトロニクスで言えばマルチプレクサに相当するような光機能素子、すなわち伝送された光信号をその制御光で直接制御して分配可能とするような光スイッチングハブ装置は、未だ、実現されていない。
【０００３】
たとえば、非特許文献１或いは非特許文献２に記載されている装置は、光をスイッチングする装置、マッハツェンダー型光干渉による波長変換などを利用したゲートスイッチング装置に過ぎず、このような従来技術は、電子回路におけるトランジスタのように、入力光を制御光を用いて信号増幅された出力光を得る機能を備えた光信号増幅３端子装置を構成する点すら何ら開示されていない。
【０００４】
【非特許文献１】
K.E.Stubkjaer,"Semiconductor optical amplifier-based all-optical gates for high-speed optical processing," IEEE J. Quamtun Electron.,vol.6,no.6,pp.1428-1435, Nov./Dec.2000
【非特許文献２】
T.Durhuus, C. Joergensen, B. Mikkelsen, R. J. S. Pedersen, and A. E. Stubkjaer, "All optical wavelength conversion by SOAs in a Mach-Zender configuration ," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.6,pp.53-55, Jan. 1994
【０００５】
このため、折角、高速で伝送した光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路においてマルチプレクサによる分配処理が行われ、分配処理後の信号を再度光に変換して伝送するというのが実情である。したがって、光を光で直接制御することができないので、信号処理の高速性に限界があるだけでなく、装置の大型化およびコスト増加が避けられなかった。
【０００６】
特に、ルーティング、スイッチングなどのネットワーク転送を光技術で行うフォトニックネットワークを構築することが提案されるようになって来た。このようなフォトニックネットワークでは、各ノードにおいて波長多重（WDM:wavelength division multiplexing）信号はプロトコルによらず光のままで処理され、必要に応じてO/E 変換部に転送処理される光アドドロップと称される分野では、制御光を用いて光信号を光のままで直接分配処理を行うことができる光スイッチングハブ装置部が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、光信号の分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置を提供することにある。
【０００８】
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、半導体光増幅素子や希土類元素添加ファイバアンプなどの光増幅素子において、所定波長λ₁の入力光の周囲波長の自然放出光が、その入力光の強度変化に応答して強度変化し、その変化は入力光の信号強度変化に対して逆の強度変化をする（クロスゲイン変調特性）点、および、その自然放出光の波長域内すなわち入力光の周囲波長域内の他の波長λ₂のレーザ光を上記入力光に重畳させて入射させると、上記自然放出光の信号（振幅）変化は維持されつつ、全体の強度が急激に増加するという現象すなわちレーザ誘導光信号増強効果（Laser-induced signal enhancement effect ）を見い出した。また、本発明者は、この現象を、波長λ₁からλ₂への波長変換機能としても把握し、その波長変換を２段接続するタンデム波長変換素子に基づく光３端子装置（All-Optical Triode Based on Tandem Wavelength Converter ）を着想し、光３端子装置（光トライオード）を見いだした。また、その光３端子装置を利用すれば、光信号の分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置を構成できることを案出した。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨とするところは、主光導波路と複数の分岐光導波路とを備え、その主光導波路から入力される光信号を、その複数の分岐光導波路のうちその光信号に含まれる分岐情報に応じた分岐光導波路へ選択的に伝送する光スイッチングハブであって、(a) 入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子を直列に備え、前記光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光が入力されると、その制御光と同じ波長の信号を出力する光３端子装置と、(b) 前記光３端子装置から出力された出力光が入力されると、その入力された出力光を前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配する光分配装置とを、含み、 (c) 前記光３端子装置は、 (c-1) ｐｎ接合から構成される活性層と、その活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子および第２光増幅素子と、 (c-2) 前記主光導波路から入力された第１波長の第１入力光と、その第１波長と異なる第２波長の連続光である第２入力光とを合波して前記第１光増幅素子に入力させる第１光合波器と、 (c-3) 前記第１光増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、 (c-4) その第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の制御光とを合波して前記第２光増幅素子へ入力させる第２光合波器とを、含み、前記第２光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力することにある。
【００１０】
【発明の効果】
このようにすれば、主光導波路を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光の入力に同期してその制御光の波長と同じ波長の光が光３端子装置から光分配装置へ出力されると、その光分配装置により、その光３端子装置から入力された光が前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配されることから、光信号のままでその分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置が得られるようになる。また、前記光３端子装置は、 (c-1) ｐｎ接合から構成される活性層と、その活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子および第２光増幅素子と、 (c-2) 前記主光導波路から入力された第１波長の第１入力光と、その第１波長と異なる第２波長の連続光である第２入力光とを合波して前記第１光増幅素子に入力させる第１光合波器と、 (c-3) 前記第１光増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、 (c-4) その第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の制御光とを合波して前記第２光増幅素子へ入力させる第２光合波器とを、含み、前記第２光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力するので、第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とが入力された第１光増幅素子からの光から選択された第２波長の光と、第３波長の制御光とが第２光増幅素子へ入力させられるとき、その第２光増幅素子から出された光から前記光分配装置を用いて分配された第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調された光であって、前記第３波長の制御光に対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光３端子装置を得ることができるとともに、ｐｎ接合から構成される活性層を備えた半導体光増幅素子は、１端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、光３端子装置が小型化されるだけでなく、光３端子装置の信号増幅率が一層高められ、しかも、フィードバック効果によって出力信号の変調度が一層高められる。
【００１１】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する制御光源を有し、前記光信号に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光を前記光３端子装置に対して供給する制御光発生装置が備えられるものである。このようにすれば、前記複数の分岐光導波路のうちの所定の波長に対応して予め設定された所定の分岐光導波路へ該所定の波長の光信号光が選択的に分配される。
【００１２】
また、好適には、前記制御光発生装置に備えられた制御光源は、相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数種類の単色レーザ光源、または波長可変レーザ光源から成るものである。このようにすれば、主光導波路を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報に応答して、複数種類のレーザ光源のいずれかの単色レーザ光源が作動されるか、或いは波長可変レーザ光源の出力波長が変更されることにより、上記光信号に含まれる分岐情報に対応する波長の制御光が発生させられる。
【００１３】
また、好適には、前記制御光発生装置は、前記複数種類のレーザ光源または波長可変レーザ光源から出力される制御光をスイッチングするための光変調器を備えたものである。このようにすれば、制御光発生装置から出力された相互に異なる波長の制御光の立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
【００１４】
また、好適には、前記光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型光分波器を含むものである。或いは、波長毎に異なる回折格子またはプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配する回折格子型またはプリズム型光分配器を含むものである。このようにすれば、前記光３端子装置から出力された制御光に対応する波長の出力光は、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
【００１５】
また、好適には、前記主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて、前記制御光発生装置からその分岐情報に応じた波長を有する制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである。このようにすれば、その電子制御装置または全光学的制御装置が、主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて制御光発生装置から発生させる制御光の波長を切り換えるので、光３端子装置から出力される出力光の波長がその光信号に含まれる分岐情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
【００１６】
また、好適には、(a) 前記主光導波路内を伝播する光信号を分岐して前記電子制御装置へ供給する光分波器と、(b) その主光導波路においてその光分波器よりも下流側に設けられ、その主光導波路から前記光３端子装置に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを、さらに含むものである。このようにすれば、主光導波路内を伝播する光信号の一部が光分波器から分岐されて電子制御装置へ供給される一方で、光信号の他の一部が光遅延素子により遅延させられて前記光３端子装置へ供給されるので、電子制御装置における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置から光３端子装置へ供給される制御光がその光３端子装置における光信号と好適に同期させられる。
【００１７】
また、好適には、前記電子制御装置は、前記主光導波路から入力される光信号に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置からそのアドレス信号に対応する波長の制御光を発生させるものである。このようにすれば、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
【００１８】
また、好適には、前記複数の分岐光導波路に分配された光信号は、複数の端末装置に供給され、前記電子制御装置は、前記複数の端末装置のうちのいずれかの端末装置からの信号にその複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、その他の端末装置へそのいずれかの端末装置からの信号を伝送するものである。このようにすれば、複数の分岐光導波路に分配された光信号が供給される複数の端末装置間において双方向通信が可能となる。
【００１９】
また、好適には、前記端末装置は、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器を備えてその光電信号変換器により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、その電子制御装置は、前記主光導波路へ返送するためにその端末装置から供給された信号を出力するものである。このようにすれば、上記複数の端末装置は、主光導波路を通して他の電子端末装置と相互通信が可能となる。
【００２０】
また、好適には、前記端末装置は、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器を備え、その光電信号変換器により変換した光信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、その電子制御装置は、その端末装置からの光信号を電気信号に変換する光電信号変換器と、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器とを備え、その光電信号変換器を介して、その端末装置からの光信号を前記主光導波路へ返送するものである。このようにすれば、端末装置と電子制御装置との間においても光導波路を介して相互通信可能となる。
【００２３】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸または量子ドットから構成されたものである。このようにすれば、量子井戸または量子ドットから構成される活性層を備えた半導体光増幅素子が用いられるので、光３端子装置の高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には１００GHｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【００２５】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである。このようにすれば、光３端子装置において、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【００２６】
また、好適には、前記第１波長選択素子は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである。このようにすれば、第１光増幅素子からの光から第２波長が好適に抽出される。
【００２７】
また、好適には、前記第１光増幅素子および第２光増幅素子は、希土類元素が添加された光ファイバ増幅素子から構成されたものである。このようにすれば、第１光増幅素子および／または第２光増幅素子が光ファイバから構成されるので、光を伝播させる光ファイバの途中に前記第１光増幅素子および／または第２光増幅素子が構成される利点がある。
【００２８】
また、好適には、前記第１光増幅素子において、前記第２波長は前記第１波長光の周囲光の波長域内の波長であり、前記光増幅素子において、前記第３波長は、前記第２波長光の周囲光の波長域内の波長である。このようにすれば、第１光増幅素子或いは第２増幅素子からの出力光に含まれる第２波長或いは第３波長の信号が好適に増幅される。
【００２９】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例の光スイッチングハブ装置１０を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は、光スイッチングハブ装置１０の構成の要部を説明する図である。図１において、主光導波路として機能する第１光ファイバ１２には、光分波合波器として機能する第１光カプラ１４、光遅延素子１６、および光３端子装置１８が順次接続されている。上記第１光カプラ１４は、光ファイバを主体とした分岐回路、マイクロレンズを主体とした分岐回路などから構成される。光ファイバを主体とした分岐回路では、たとえば一対の光ファイバの所定区間を並行した状態で或いはひねった状態で平行相互に密着させたり、透過および反射可能な反射膜を光ファイバの分岐点に設けたりすることにより構成される。マイクロレンズを主体とした分岐回路では、たとえば集束性ロッドレンズで平行ビーム化された光をくさび型屈折面或いは反射面を用いて分岐させるように構成される。この第１光カプラ１４は、双方向性すなわち可逆性を備えているので、反対向きに光信号が伝播させられるときには、光信号を合波して第１光ファイバ１２内を反対向きに伝送させる合波器として機能する。
【００３１】
また、光遅延素子１６は、第１光ファイバ１２内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえばその光ファイバを所定距離巻回することによりその所定距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子１６の遅延時間は、光３端子装置１８内において、そこで増幅される光信号とその光信号の伝送先を示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
【００３２】
上記第１光カプラ１４により第１光ファイバ１２内の光信号から分岐された分岐光信号は、第２光ファイバ２０と、これに接続され且つ前記第１光カプラ１４と同様に構成された第２光カプラ２２とを介して電子制御装置２４へ供給される。電子制御装置２４は、たとえばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置２４は、上記第２光カプラ２２との間で信号を授受するためにおよび後述の複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nとの間で信号を授受するために、光信号および電気信号のうちの一方から他方へ変換するための複数の光電信号変換器２８を備えるとともに、第１光ファイバ１２を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報たとえば波長やコードで示されるアドレス情報に基づいて、その光信号を分岐制御するためにその分岐情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置２６へ供給する。たとえば、電子制御装置２４は、第１光ファイバ（主光導波路）１２から入力される光信号Ｌ₁に含まれるアドレス信号のみをその端部に設けられているアドレス識別コードに基づいて抽出し、制御光発生装置２６からそのアドレス信号に対応する波長に応じた制御光Ｌ_Cを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しない。
【００３３】
上記制御光発生装置２６は、予め設定された複数種類の波長λ_Cの制御光Ｌ_Cを出力する制御光源を有し、前記電子制御装置２４からの分岐指令信号、すなわち光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λ_Cを有する制御光Ｌ_Cを前記光３端子装置１８に対して供給する。図２、図３、図４は、その制御光発生装置２６の構成例をそれぞれ示している。
【００３４】
図２において、制御光発生装置２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnと、それらレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnの出力側にそれぞれ設けられてそれらから出される出力光をそれぞれスイッチングするための複数の光変調器２６_M1乃至２６_Mnと、それら光変調器２６_M1乃至２６_Mnを通過した光を合波し、制御光として出力する単一の光合波器２６_Sとから構成され、電子制御装置２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnおよび光変調器２６_M1乃至２６_Mnが作動させられることにより、光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λ_Cの制御光Ｌ_Cを出力する。上記複数のレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnとしては、たとえば半導体レーザダイオードが用いられる。図３において、制御光発生装置２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnとそれらレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnから出力された光を１つの導波路に合波する単一の光合波器２６_Sと、その光合波器２６_Sの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器２６_Mとから構成され、電子制御装置２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnおよび光変調器２６_Mが作動させられることにより、光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λ_Cの制御光Ｌ_Cを出力する。図４において、制御光発生装置２６は、出力光の波長を変更することが可能な波長可変レーザ光源２６_LVと、その波長可変レーザ光源２６_LVの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器２６_Mとから構成され、電子制御装置２４からの分岐指令信号に従って波長可変レーザ光源２６_LVおよび光変調器２６_Mが作動させられることにより、光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λ_Cの制御光Ｌ_Cを出力する。上記波長可変レーザ光源２６_LVは、たとえば分布ブラッグ反射型レーザ、マイクロマシン面発光レーザ、温度同調ＤＦＢレーザなどが用いられる。分布ブラッグ反射型レーザでは、その光共振器を構成する一対のミラーのうちの一方を構成するＤＢＲ層（ブラッグ反射層）に電流を注入し、プラズマ効果によってその部分の屈折率を変化させることにより光共振波長が可変とされる。マイクロマシン面発光レーザでは、マイクロマシンによって光共振器長が変化されることにより光共振波長が可変とされる。温度同調ＤＦＢレーザでは、温度による屈折率変化により光共振波長が可変とされる。なお、上記光変調器２６_M1乃至２６_Mn、２６_Mは、たとえば駆動電流または駆動電圧がｐｎ接合部に加えられることによって透過光をオンオフさせる半導体型光変調器や、ニオブ酸リチウムなど単結晶のような電気光学効果を有する物質に外部から駆動電圧を印加することにより透過光をオンオフさせる外部変調型光変調器などから構成される。
【００３５】
上記光３端子装置１８は、たとえば図５に示されるように、第１光ファイバ１２を介して入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子に対応する一対の第１光増幅素子３６および第２光増幅素子４４を直列に備え、上記第１光ファイバ１２を介して入力された光信号を増幅するとともに、その光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光Ｌ_Cの入力に同期してその制御光Ｌ_Cと同じの波長の光Ｌ₃を出力するように構成されている。
【００３６】
すなわち、図５において、レーザ光源３０は、たとえば単一波長の半導体レーザから構成され、光信号Ｌ₁（第１入力光）の波長λ₁たとえば１５５５ｎｍよりも長い波長λ₂たとえば１５６５ｎｍのレーザ光（第２入力光）Ｌ₂を一定の強度で連続的に出力する。第３光カプラ３２は、第１光入力手段として機能するものであり、振幅変調されて第１光ファイバ１２内を伝送された上記光信号Ｌ₁と連続光である上記レーザ光Ｌ₂とを重畳（合波）し、第１光サーキュレータ３４を介して第１光増幅素子３６へ入力させる。
【００３７】
上記第１光増幅素子３６は、たとえば図６に示す、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）から構成される。図６において、化合物半導体たとえばインジウム燐（ＩｎＰ）から構成される半導体基板３６ａの上に形成された光導波路３６ｂは、その半導体基板３６ａの上にエピタキシャル成長させられたIII-V 族混晶半導体の多層膜であり、たとえばホトリソグラフィーを用いて所定幅のテープ状突起となるように形成されている。この光導波路３６ｂは、半導体基板３６ａよりも屈折率が高い物質で構成されているので、光を厚み方向に閉じ込めつつ伝播させる機能を備えている。上記光導波路３６ｂ内の多層膜には、ｐｎ接合により構成された活性層３６ｃ、キャップ層などが含まれ、その上には上部電極３６ｅが固着されている。この活性層３６ｃは、半導体基板３６ａの下面に固着された図示しない電極と上記上部電極３６ｅとの間に電圧が印加され且つ上記ｐｎ接合に電流が流されることによって電子・正孔対が形成され、その活性層３６ｃを通過する光が誘導放射作用によって増幅されるようになっている。上記活性層３６ｃは、多重量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドットから構成されている。多重量子井戸である場合は、たとえば、ＩｎＰ半導体基板３６ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合されたＩｎＧａＡｓ（１００Åの厚み）とＩｎＧａＡｓＰ（１００Åの厚み）との６対により構成され、その活性層３６ｃの上には、組成（屈折率）が段階的に変化させられたグリン（ＧＲＩＮ）構造のガイド層（２０００Å）が順次設けられている。この活性層３６ｃのデバイス長（光路長さ）は６００μｍであり、たとえば２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入によって注入された電子が通過する光子による誘導放射によって価電子帯へ移動させらえるときに光エネルギを放出して通過光を増幅させると考えられている。この２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入により、たとえば波長λ₁＝１５５５ｎｍにおいて２０ｄＢ程度の利得が得られる。
【００３８】
上記第１光増幅素子３６は、スパッタリングなどによって光を反射する処理が施された鏡などの反射手段３６ｄをその１端面に備えているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、光信号Ｌ₁（第１入力光）およびそれよりも長い波長λ₂のレーザ光（第２入力光）Ｌ₂の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子３６内に入力されるとともに、上記反射手段３６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子３６の活性層３６ｃ内では、上記光信号Ｌ₁の入射によってその波長λ₁を中心とする周囲波長の自然光が発生し、その自然光は光信号Ｌ₁の強度変調に反比例して強度が増減する。この状態においてその自然光の波長範囲内にある波長λ₂のレーザ光Ｌ₂が通過させられると、その波長λ₂は、その自然光と同様の変化を受けつつ増強させられる。すなわち、光信号Ｌ₁の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅され、第１光増幅素子３６から出力される。すなわち、第１光増幅素子３６は、クロスゲイン変調特性を備えている。
【００３９】
第１光サーキュレータ３４は、上記第１光増幅素子３６から出力された光を、第３光カプラ３２へではなく、第１波長選択素子３８へ導く。第１波長選択素子３８は、前記第１光増幅素子３６から出力された光のうちから第２波長λ₂である１５６５ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子３８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、光ファイバの一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタから構成されるものであって、第２波長λ₂を中心波長とし且つ半値幅がたとえば１乃至十数ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子３８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
【００４０】
第４光カプラ４０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子３８により第１光増幅素子３６から出力された光のうちから選択された第２波長λ₂の光と、第３波長λ₃のレーザ光である制御光Ｌ_Cとを重畳（合波）し、第２光サーキュレータ４２を介して第１光増幅素子３６と同様に構成された第２光増幅素子４４へ入力させる。第１光増幅素子３６において変調された第２波長λ₂は、この第２光増幅素子４４において、その第２波長λ₂を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ₃の制御光Ｌ_Cによってさらに変調を受け且つ増幅され、波長λ₂の光と制御光Ｌ_Cの波長とされた変調光（出力光信号）Ｌ₃との混合光が出力される。第２光サーキュレータ４２は、第２光増幅素子４４から出力された上記混合光（波長λ₂の光および変調光Ｌ₃）を、第４光カプラ４０へではなく、後述の光分配装置５０へ出力させる。
【００４１】
上記第２光増幅素子４４から出力された光に含まれる変調光Ｌ₃は、制御光Ｌ_Cの波長と同じ第３波長λ₃の光であるので、制御光Ｌ_Cの波長がたとえばλ_C1、λ_C2、λ_C3、・・・λ_Cnに変化させられると、第２光増幅素子４４からの光Ｌ₃の波長もたとえばλ_C1、λ_C2、λ_C3、・・・λ_Cnに変化させられる。図７は、実験的に、上記光信号Ｌ₁（第１入力光）をその上段に示す波形とし、制御光Ｌ_Cをその中段に示す波形としてそれぞれ入力させたときの光分配装置５０の出力光Ｌ₄の波形を示している。制御光Ｌ_Cの実線、１点鎖線、破線は、下段に示す光分配装置５０の出力光Ｌ₄の実線、１点鎖線、破線に対応しており、その光分配装置５０の出力光Ｌ₄は制御光Ｌ_Cに対して約３０倍のゲイン（増幅率）を有している。
【００４２】
図８および図９は、上記のようにして構成された光３端子装置１８の特性を示している。図８は、第１入力光である信号光Ｌ₁の信号強度Ｐ_INを示す横軸と光分配装置５０の出力光Ｌ₄の信号強度Ｐ_OUTを示す縦軸とからなる二次元座標において、制御光Ｌ_Cの信号強度Ｐ_Cをパラメータとする出力光Ｌ₄の入出力特性図である。図から明らかなように、トランジスタなどのような３端子増幅素子と同様に、出力光Ｌ₄の信号強度Ｐ_OUTは、制御光Ｌ_Cの信号強度Ｐ_Cの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられるとともに、信号光Ｌ₁の信号強度Ｐ_INの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられる。また、図９は、信号光Ｌ₁の周波数を示す横軸と出力光である出力光Ｌ₄の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その出力光Ｌ₄の周波数特性を示している。図９によれば、５ＧＨｚまでは信号変調度Ｈの低下が見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば次式(1) により表される。但し、Ｉ_maxは光信号の最大値、Ｉ_minは光信号の最小値である。なお、前記活性層３６ｃに量子ドットが用いられる場合には、１００ＧＨｚ以上の範囲において信号変調度Ｈの低下が見られない。
【００４３】
Ｈ＝１００×（Ｉ_max−Ｉ_min）／（Ｉ_max＋Ｉ_min）・・・(1)
【００４４】
図１に戻って、上記光３端子装置１８からの変調光Ｌ₃は、その波長すなわち制御光Ｌ_Cの波長λ₃毎に光分配装置５０によって複数の導波路に対応するように予め定められた分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnへ選択的に分配される。また、それらと異なる波長λ₂の光は分岐光ファイバＦ_B0に分配される。たとえば、変調光Ｌ₃が単色である場合には分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちの１つへ択一的に分配されるが、２種類の混合色である場合には分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちのいずれか２つへ分配される。上記光分配装置５０は、たとえば図１０に示すように、入力ポート５０ａに接続された第１スラブ導波路５０ｂと、複数の出力ポート５０ｃに接続された第２スラブ導波路５０ｄと、それら第１スラブ導波路５０ｂおよび第２スラブ導波路５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路５０ｅと、複数の出力ポート５０ｃに接続された分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnとを備え、その入力ポート５０ａに入力された光３端子装置１８からの変調Ｌ₃（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのいずれかへ分配するアレー導波路格子型光分波器から構成されている。なお、上記光分配装置５０には、分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnの端面に分岐光を集光させるための集光レンズなどの光学系が必要に応じて備えられる。本実施例では、前記制御光発生装置２６、光３端子装置１８、および光分配装置５０が、光スイッチングハブ装置１０の主要部を構成している。
【００４５】
上記光分配装置５０には、分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnを介して複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nが設けられており、上記光３端子装置１８および光分配装置５０の作動により、光３端子装置１８の出力光Ｌ₃が、第１光ファイバ１２内を伝播してきた入力信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に対応する制御光Ｌ_Cの波長λ₃に従って上記端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nのいずれかへ選択的に供給される。
【００４６】
上記端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nは、たとえばマイクロコンピュータにより構成されており、それへの入力信号光を電気信号に変換し、或いは出力信号を出力信号光へ変換する一対の光電信号変換器５６をそれぞれ備えている。各端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nは、その出力信号を、通信回線（光ファイバ）を介して前記電子制御装置２４へ伝送する。電子制御装置２４は、双方向通信のために、各端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nから伝送された信号に含まれるアドレス情報に基づいて、それらから受信した信号をその端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nのいずれかへ出力するか、或いは第２カプラ２２、第２光ファイバ２０、第１光カプラ１４、および第１光ファイバ１２を介して、それに接続されている他の端末装置へ向けて伝送する。
【００４７】
以上のように構成された本実施例の光スイッチングハブ装置１０によれば、主光導波路に対応する第１光ファイバ１２を介して伝送された光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に対応する制御光Ｌ_Cの入力に同期してその制御光Ｌ_Cの波長と同じ波長の光が光３端子装置１８から光分配装置５０へ出力されると、その光分配装置５０により、その光３端子装置１８から入力された光が複数の分岐光導波路に対応する光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうち光３端子装置１８から出力された変調光Ｌ₃の波長に対応する光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・またはＦ_Bnへ選択的に分配されることから、光信号Ｌ₁のままでその分配処理を制御光Ｌ_Cを用いて直接行うことができるようになる。図１１は、光スイッチングハブ装置１０の作動を説明するタイムチャートであり、その最上段は入力光である信号光Ｌ₁の波形を示し、第２段は制御光Ｌ_Cの波形を示し、第３段乃至最下段は各端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nへの分岐後の各波長λ_C1の第１出力光Ｌ₄₁、波長λ_C2の第２出力光Ｌ₄₂、波長λ_C3の第３出力光Ｌ₄₃、・・・波長λ_Cnの第ｎ出力光Ｌ_4nの波形を示している。制御光Ｌ_Cは光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちの所定の光ファイバへ分岐が行われている間は連続的に維持される。
【００４８】
また、本実施例の光スイッチングハブ装置１０によれば、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する複数の単一波長のレーザ光源（制御光源）または波長可変レーザ光源を有し、前記光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光Ｌ_Cを光３端子装置１８に対して供給する制御光発生装置２６が備えられているので、複数の分岐光導波路に対応する光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちの上記制御光Ｌ_Cの波長に対応して予め設定された所定の光ファイバへ光信号Ｌ₁が選択的に分配される。
【００４９】
また、本実施例制御光発生装置２６は、複数種類のレーザ光源２６_L1乃至２６_Lnまたは波長可変レーザ光源２６_LVから出力される制御光をスイッチングするための光変調器２６_Mを備えたものであるので、制御光発生装置２６から出力された相互に異なる波長の制御光Ｌ_Cの立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
【００５０】
また、本実施例では、光分配装置５０は、入力ポート５０ａに接続された第１スラブ導波路５０ｂと、複数の出力ポート５０ｃに接続された第２スラブ導波路５０ｄと、それら第１スラブ導波路５０ｂおよび第２スラブ導波路５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路５０ｅと、複数の出力ポート５０ｃに接続された分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnとを備え、その入力ポート５０ａに入力された光３端子装置１８からの出力光Ｌ₃（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのいずれかへ分配するように構成されているので、光３端子装置１８から出力された制御光Ｌ_Cと同じ波長の変調光Ｌ₃はその波長毎に複数の光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちのいずれかへ選択的へ好適に分配される。
【００５１】
また、本実施例では、第１光ファイバ１２から入力される光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて、制御光発生装置２６からその分岐情報に応じた波長を有する制御光Ｌ_Cを発生させる電子制御装置２４を備えたものであるので、光３端子装置１８から出力される変調光Ｌ₃の波長がその光信号Ｌ₁に含まれる分岐情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのうちのいずれかへ選択的に分配される。
【００５２】
また、本実施例では、(a) 第１光ファイバ（主光導波路）１２内を伝播する光信号Ｌ₁を分岐させて電子制御装置２４へ供給するための第１光カプラ（光分波器）１４と、(b) その第１光ファイバ１２においてその第１光カプラ１４よりも下流側に設けられ、その第１光ファイバ１２から光３端子装置１８に入力させる光信号Ｌ₁を遅延させる光遅延素子１６とが設けられていることから、第１光ファイバ１２内を伝播する光信号Ｌ₁の一部が第１光カプラ１４から分岐されて電子制御装置２４へ供給される一方で、その光信号Ｌ₁の他の一部が光遅延素子１６により遅延させられて光３端子装置１８へ供給されるので、電子制御装置２４における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置２６から光３端子装置１８へ供給される制御光Ｌ_Cがその光３端子装置１８における光信号Ｌ₁と好適に同期させられる。
【００５３】
また、本実施例では、電子制御装置２４は、第１光ファイバ（主光導波路）１２から入力される光信号Ｌ₁に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置２６からそのアドレス信号に対応する波長の制御光Ｌ_Cを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しないので、光信号Ｌ₁の秘匿性が確保される利点がある。
【００５４】
また、本実施例では、複数の分岐光導波路に対応する複数の光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnに分配された光信号（出力光Ｌ₄）は、複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nに供給され、電子制御装置２４は、その複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nのうちのいずれかの端末装置からの信号にその複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、その他の端末装置へそのいずれかの端末装置からの信号を伝送するものであるので、複数の光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnに接続されて出力光Ｌ₄が供給される複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_n間において双方向通信が可能となる。
【００５５】
また、本実施例では、端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nは、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器５６を備えてその光電信号変換器５６により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置２４へ出力するものであり、その電子制御装置２４は、第１光ファイバ１２へ返送するためにその端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nのいずれかから供給された信号を出力するものであるので、上記複数の端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nは、第１光ファイバ１２介して接続された図示しない他の電子端末装置と相互通信が可能となる。
【００５６】
また、本実施例では、端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nは、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器５６を備え、その光電信号変換器５６により変換した光信号を前記電子制御装置２４へ出力するものであり、その電子制御装置２４は、その端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nからの光信号を電気信号に変換し、或いは電気信号を光信号に変換する光電信号変換器２８を備え、その光電信号変換器２８を介して、その端末装置からの光信号を第１光ファイバ１２へ返送するものであるので、端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nと電子制御装置２４との間においても光導波路を介して相互通信可能となる。
【００５７】
また、本実施例では、光３端子装置１８は、(a) 入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子３６および第２光増幅素子４４と、(b) 第１光ファイバ（主導波路）１２から入力された第１波長λ₁の信号光（第１入力光）Ｌ₁と、その信号光Ｌ₁とは異なる波長λ₂の連続光であるレーザ光（第２入力光）Ｌ₂とを合波して第１光増幅素子３６に入力させる第３光カプラ（第１光合波器）３２と、(c) 第１光増幅素子３６からの光から第２波長λ₂の光を選択する第１波長選択素子３８と、(d) その第１波長選択素子３８により選択された第２波長λ₂の光と第３波長λ₃の制御光Ｌ_Cとを合波して第２光増幅素子４４へ入力させる第４光カプラ（第２光合波器）４０とを、含み、第３波長λ₃の出力光Ｌ₃は、第１波長λ₁の信号光Ｌ₁および／または第３波長λ₃の制御光Ｌ_Cの強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光Ｌ₁とレーザ光（第２入力光）Ｌ₂とが入力された第１光増幅素子３６からの光から選択された第２波長λ₂の光と制御光Ｌ_Cとが第２光増幅素子４４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子４４から出された光から選択された第３波長λ₃の変調光Ｌ₃或いは出力光Ｌ₄は、信号光Ｌ₁および／または制御光Ｌ_Cの強度変化に応答して変調された光であって、制御光Ｌ_Cに対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号Ｌ₁の増幅処理を制御光Ｌ_Cを用いて直接行うことができる。
【００５８】
また、本実施例では、第１光増幅素子３６および第２光増幅素子４４は、ｐｎ接合から構成される活性層を備えた半導体光増幅素子から構成されるので、光３端子装置１８が小型化されるとともに、その信号増幅率が一層高められる。
【００５９】
また、本実施例では、第１光増幅素子３６や第２光増幅素子４４を構成する半導体光増幅素子の活性層３６ｃは、量子井戸または量子ドットから構成されたものであることから、光３端子装置１８の高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には１００GHｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層３６ｃとして歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【００６０】
また、本実施例では、第１光増幅素子３６や第２光増幅素子４４を構成する半導体光増幅素子は、活性層３６ｃを通過した光を反射するための反射手段３６ｄをその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものであることから、１端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、光３端子装置１８の信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって、出力信号の変調度が一層高められる。
【００６１】
また、本実施例では、第１光増幅素子３６や第２光増幅素子４４を構成する半導体光増幅素子の他端面を通してその半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータ３４、４２が設けられたものであるので、光３端子装置１８において、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【００６２】
また、本実施例では、第１波長選択素子３８は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されることから、第１光増幅素子３６からの光から第２波長λ₂の光或いは第３波長λ₃の光が好適に抽出される。
【００６３】
また、本実施例では、第１光増幅素子３８において、第２波長λ₂は第１波長光λ₁の周囲光の波長域内の波長であり、第２光増幅素子４４において、第３波長λ₃は、第２波長λ₂の光の周囲光の波長域内の波長であるので、第１光増幅素子３６或いは第２増幅素子４４からの出力光に含まれる第２波長λ₂或いは第３波長λ₃の信号が好適に増幅される。
【００６４】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００６５】
たとえば、前述の実施例の第１光増幅素子３６および／または第２光増幅素子４４は、たとえば石英系或いは弗化物系ガラスなどの光透過媒体である光ファイバ内に、たとえばエルビウム元素などの希土類元素がドープされることにより、３準位系または４準位系のエネルギ準位がその光透過媒体内に構成された光増幅素子から構成されてもよい。このような光増幅素子は、エルビウム元素およびアルミニウムがドープされることにより１７００ｐｐｍ程度の比較的高濃度のエルビウムイオンＥｒ³⁺および１００００ｐｐｍ程度のアルミニウムイオンＡｌ³⁺を含む２０ｍ程度の長さのガラス製光ファイバから構成されているので、エルビウムドープドファイバアンプ（ＥＤＦＡ）とも称される。また、エルビウム元素を含むガラス製光ファイバに替えて、プラセオジウムが添加（ドープ）された光ファイバが用いられてもよい。この場合においては、光３端子装置１８は、１．３μｍ帯の波長で利用可能となる。
【００６６】
また、前述の光３端子装置１８において、第３光カプラ３２および第４光カプラ４０、第１光増幅素子３６および第２光増幅素子４４、および第１波長選択素子３８などの構成部品は、光ファイバにより連結されてもよいが、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
【００６７】
また、前述の光分配装置５０は、入力ポート５０ａに接続された第１スラブ導波路５０ｂと、複数の出力ポート５０ｃに接続された第２スラブ導波路５０ｄと、それら第１スラブ導波路５０ｂおよび第２スラブ導波路５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路５０ｅと、複数の出力ポート５０ｃに接続された分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnとを備え、その入力ポート５０ａに入力された光３端子装置１８からの出力光Ｌ₃（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnのいずれかへ分配するように構成されていたが、波長毎に異なる回折格子の回折角度を利用してその入力光である出力光Ｌ₃をアレイ状に配列された複数の分岐光ファイバＦ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bnへ選択的に分配する回折格子型光合成分波器から構成されたり、或いはその回折格子に替えてプリズムが利用されたプリズム光合成分波器から構成されてもよい。この場合には、光分配装置５０は、波長毎に異なるプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配するプリズム型光分配器から構成される。
【００６８】
また、前述の実施例では、電子制御装置２４が用いられていたが、それに替えて、第１光ファイバ１２内の信号光Ｌ₁の分岐情報（アドレス信号）に対応する波長の制御光Ｌ_Cを発生させて光３端子装置１８の第４光カプラ４０へ供給する光学装置が用いられてもよい。この場合の光学装置は、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成されるので、電子制御装置２４および制御光発生装置２６に替わる全光学的装置から構成され、光スイッチングハブ装置１０の全体が光学素子によって構成される。
【００６９】
また、前述の実施例では、端末装置ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_nと電子制御装置２４との間が光ファイバを介して接続されていたが、電気信号を伝送する電線を介して接続されていてもよい。
【００７０】
また、前述の実施例では、光導波路として、第１光ファイバ１２、第２光ファイバ２０などが用いられていたが、光回路の一部に設けられた、二次元方向において光を導く二次元光導波路や三次元方向において光を導く三次元光導波路が用いられてもよい。
【００７１】
また、前述の実施例では、図２、図３、図４に示される制御光発生装置２６において、光変調器２６_M1乃至２６_Mn、２６_Mが除去されても差し支えない。この場合、たとえば図２、図３の光変調器２６では、レーザ光源２６_L1乃至２６_Lnが選択的にオンオフ駆動されることにより、波長の異なる制御光Ｌ_Cが選択的に出力される。また、図４の光変調器２６では、可変波長レーザ光源２６_LVのＤＢＲ層に対する注入電流を段階的に変化させることにより、波長の異なる制御光Ｌ_Cが選択的に出力される。
【００７２】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の光スイッチングハブ装置の光回路構成を説明するブロック図である。
【図２】図１の実施例において用いられている制御光発生装置の構成例を説明するブロック図である。
【図３】図１の実施例において用いられている制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【図４】図１の実施例において用いられている制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【図５】図１の実施例において用いられている光３端子装置の構成を説明するブロック図である。
【図６】図５の光３端子装置内に設けられる光増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の外形を示す斜視図である。
【図７】図５の光３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は入力光である信号光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
【図８】図５の光３端子装置の入出力特性を示す図である。
【図９】図５の光３端子装置の出力信号の周波数特性を示す図である。
【図１０】図１の光分配装置の構成例を説明する図である。
【図１１】図１の光スイッチングハブ装置の作動を説明するタイムチャートであり、最上段は入力光である信号光の波形を示し、第２段は制御光の波形を示し、第３段乃至最下段は分岐後の各信号光の波形を示している。
【符号の説明】
１０：光スイッチングハブ装置
１２：第１光ファイバ（主光導波路）
１４：第１カプラ（光分波合波器）
１６：光遅延素子
１８：光３端子装置
２２：第２カプラ（光分波合波器）
２４：電子制御装置
２６：制御光発生装置
２６_L1乃至２６_Ln：レーザ光源
２６_M1乃至２６_Mn、２６_M：光変調器
２６_LV：可変波長レーザ光源
２８：光電信号変換器
３２：第３光カプラ（第１光合波器）
３４：光サーキュレータ
３６：第１光増幅素子
３６ｃ：活性層
３６ｄ：反射手段
３８：第１波長選択素子
４０：第４光カプラ（第２光合波器）
４２：光サーキュレータ
４４：第２光増幅素子
５０：光分配装置
５６：光電信号変換器
Ｆ_B1、Ｆ_B2、Ｆ_B3、・・・Ｆ_Bn：分岐光ファイバ（分岐光導波路）
ＰＣ₁、ＰＣ₂、ＰＣ₃、・・・ＰＣ_n：端末装置

Claims

主光導波路と複数の分岐光導波路とを備え、該主光導波路から入力される光信号を、該複数の分岐光導波路のうち該光信号に含まれる分岐情報に応じた分岐光導波路へ選択的に伝送する光スイッチングハブ装置であって、
入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子を直列に備え、前記光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光が入力されると、その制御光と同じ波長の信号を出力する光３端子装置と、
前記光３端子装置から出力された出力光が入力されると、該入力された出力光を前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配する光分配装置とを、含み、
前記光３端子装置は、
ｐｎ接合から構成される活性層と、該活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子および第２光増幅素子と、
前記主光導波路から入力された第１波長の第１入力光と、該第１波長と異なる第２波長の連続光である第２入力光とを合波して前記第１光増幅素子に入力させる第１光合波器と、
前記第１光増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、
該第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の制御光とを合波して前記第２光増幅素子へ入力させる第２光合波器とを、含み、前記第２光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力することを特徴とする光スイッチングハブ装置。
予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する制御光源を有し、前記光信号に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光を前記光３端子装置に対して供給する制御光発生装置を備えたものである請求項１の光スイッチングハブ装置。
前記制御光発生装置に備えられた制御光源は、相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数種類のレーザ光源、または波長可変レーザ光源から成るものである請求項２の光スイッチングハブ装置。
前記制御光発生装置は、前記複数種類のレーザ光源または波長可変レーザ光源から出力される制御光をスイッチングするための光変調器を備えたものである請求項３の光スイッチングハブ装置。
前記光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である請求項１乃至４のいずれかの光スイッチングハブ装置。
前記主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて、前記制御光発生装置から該光信号に含まれるアドレス信号に応じた制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである請求項３乃至５のいずれかの光スイッチングハブ装置。
前記主光導波路内を伝播する光信号を分岐して前記電子制御装置へ供給する光分波器と、
該主光導波路において該光分波器よりも下流側に設けられ、該主光導波路から前記光３端子装置に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子と
を、さらに含むものである請求項６の光スイッチングハブ装置。
前記電子制御装置は、前記主光導波路から入力される光信号に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置から該アドレス信号に対応する波長に応じた制御光を発生させるものである請求光７の光スイッチングハブ装置。
前記複数の分岐光導波路に分配された光信号は、複数の端末装置に供給され、
前記電子制御装置は、前記複数の端末装置のうちのいずれかの端末装置からの信号に該複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、該他の端末装置へ該いずれかの端末装置からの信号を伝送するものである請求項６乃至８のいずれかの光スイッチングハブ装置。
前記端末装置は、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器を備えて該光電信号変換器により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、
該電子制御信号は、前記主光導波路へ返送するために、該端末装置から供給された信号を出力するものである請求項９の光スイッチングハブ装置。
前記端末装置は、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器を備え、該光電信号変換器により変換した光信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、
前記電子制御装置は、該端末装置からの光信号を電気信号に変換する光電信号変換器と、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器とを備え、該光電信号変換器を介して、該端末装置からの光信号を前記主光導波路へ返送するものである請求項１０の光スイッチングハブ装置。
前記第１光増幅素子において、前記第２波長は前記第１波長の第１入力光の周囲光の波長域内の波長であり、前記第２光増幅素子において、前記第３波長は、前記第２波長光の入力光の周囲光の波長域内の波長である請求項１乃至１１のいずれかの光スイッチングハブ装置。
前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項１の光スイッチングハブ装置。
前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該他端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項１乃至１３のいずれかの光スイッチングハブ装置。
前記第１波長選択素子は、導波路内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項１乃至１４のいずれかの光スイッチングハブ装置。