JP4957315B2

JP4957315B2 - 半導体光増幅モジュール、マトリクス型光スイッチ装置、および駆動回路

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Inventors: 雅司野口; 智弘上野; 雄高甲斐; 節生吉田
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Description

本発明は半導体光増幅モジュール、マトリクス型光スイッチ装置、および駆動回路に関し、特に光信号の通過を制御する半導体光増幅モジュール、光の出力経路を切り替えるマトリクス型光スイッチ装置、および半導体光増幅モジュールを駆動する駆動回路に関する。

光通信ネットワークでは、将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、高速かつ大容量の光通信装置が要求されている。この高速かつ大容量化を実現する方式として、ナノ秒（ｎｓ）オーダの高速光スイッチを用いた光パケットスイッチングシステムの研究開発が進められている。ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）は、ｎｓオーダの高速切替えが可能なデバイスであり、光パケットスイッチングシステムのマトリクス型光スイッチ等への適用が期待されている。

図１６は、ＳＯＡの動作を説明する図である。図には、ＳＯＡ１００とＳＯＡ１００を駆動する駆動回路１０１とが示してある。また、図の（ａ）には、ＳＯＡ１００に入力される光信号（光パケット）が示してある。図の（ｂ）には、駆動回路１０１からＳＯＡ１００に与えられる駆動電流が示してある。図の（ｃ）には、ＳＯＡ１００から出力される光信号が示してある。

駆動回路１０１には、制御信号が入力される。駆動回路１０１は、制御信号に応じて、図の（ｂ）に示すような駆動電流をＳＯＡ１００に出力する。
ＳＯＡ１００は、駆動回路１０１からの駆動電流が光信号増幅領域に注入されることにより、増幅領域を伝播する光信号を増幅する。ＳＯＡ１００は、駆動電流を図の（ｂ）に示すようにオン／オフすることにより、光信号のゲート素子として使用される。

例えば、ＳＯＡ１００は、図の（ｂ）に示すようなタイミングの駆動電流が与えられると、図の（ａ）に示す＃１〜＃３の光信号のうち、＃１，＃３の光信号をゲートオンし、＃２の光信号をゲートオフする。これにより、ＳＯＡ１００からは、図の（ｃ）に示すような光信号が出力される。

図１７は、図１６の駆動回路の回路例を示した図である。図に示すように駆動回路は、抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０４、オペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１０１、および電源Ｐ１０１，１０２から構成される。図には駆動回路の他に、ＳＯＡ１００を備えたＳＯＡモジュール１１０が示してある。図のインダクタＬ１０１は、駆動回路の基板パターンによる寄生インダクタンス成分を等価的に示し、インダクタＬ１０２は、ＳＯＡモジュール１１０内の配線による寄生インダクタンス成分を等価的に示している。

図のオペアンプＯＰ１０１は、非反転増幅回路を構成している。オペアンプＯＰ１０１は、３００ｍＡ以上の出力電流容量を持ち、２ｎｓ程度のセットリングタイムを持つ高速のオペアンプである。オペアンプＯＰ１０１の非反転入力端子には、ＳＯＡ１００をオン／オフさせるための矩形波信号が入力される。図では、信号発生器ＳＧによって矩形波信号を発生させて入力しているが、実際は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やロジックバッファ回路により、制御部からのコントロール信号に応じた所望の矩形波信号が与えられることになる。

図１８は、図１７の駆動回路のリンギングを説明する図である。図のＶ_SGの波形は、図１７のＶ_SG地点の電圧を示す。Ｖ_SOAの波形は、図１７のＶ_SOA地点の電圧を示す。Ｉ_SOAの波形は、図１７のＩ_SOA地点の電流を示す。図１８の各波形は、図１７の図中に示した素子値でシミュレーションした結果を示している。

図１７で示した信号発生器ＳＧは、オン時に１．５Ｖ、オフ時に０Ｖとなるように設定されている。オペアンプＯＰ１０１による非反転増幅回路は、入力電圧と同じ出力電圧を出力するように設計されている。

ＳＯＡ１００は、約３００ｍＡの駆動電流を流すと、約１０ｄＢの光増幅率を得ることができる。一方、駆動電流を小さくしていくと、光の減衰特性を示す。図の例では、非反転増幅回路から１．５Ｖの電圧が出力されると、ＳＯＡ１００には、約３００ｍＡの駆動電流が流れ、ＳＯＡ１００はオンする。また、非反転増幅回路から０Ｖの電圧が出力されると、ＳＯＡ１００には電流が流れなくなり、ＳＯＡ１００はオフする。

ＳＯＡ１００は、オフ状態であっても光の漏れが生じる場合がある。この場合、ＳＯＡ１００の出力先の合波カプラでクロストークが生ずる場合がある。クロストークが発生しないようにＳＯＡ１００のオフ状態を得るためには（ＳＯＡ１００の光の漏れを生じないようにするためには）、ＳＯＡ１００の駆動電圧を０．６５Ｖ以下に設定する必要がある。

図１７で説明したように、駆動回路は等価的にインダクタＬ１０１を有し、ＳＯＡモジュール１１０は等価的にインダクタＬ１０２を有する。また、ＳＯＡ１００自体も、４０〜７０ｐＦの接合容量を有する。そのため、ＳＯＡ１００がオンからオフに切替わったとき、オン時に充電された電荷が放電し、駆動回路にはインダクタＬ１０１，Ｌ１０２による逆起電力によって大きなリンギングが発生する。

図１７の回路例では、図１８のＶ_SOAの波形に示すようにリンギングが発生し、０．６５Ｖ以上の電圧が発生している（矢印Ａ１０１）。このため、駆動回路は、オフ状態の駆動電流を出力しているにもかかわらず、ＳＯＡ１００は発光レベルに達し、光スイッチングの高速化が阻害されることになる。

図１９は、リンギングを抑制する駆動回路の回路例を示した図である。図の回路において、図１７と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図に示すように、駆動回路とＳＯＡモジュール１１０との間に抵抗Ｒ１１０が接続されている。また、オペアンプＯＰ１０１の出力には、インダクタＬ１０３が接続されている。図の駆動回路では、抵抗Ｒ１１０を挿入することにより、リンギングの発生を抑制する。

図２０は、図１９の駆動回路のリンギングを説明する図である。図のＶ_SGの波形は、図１９のＶ_SG地点の電圧を示す。Ｖ_SOAの波形は、図１９のＶ_SOA地点の電圧を示す。Ｉ_SOAの波形は、図１９のＩ_SOA地点の電圧を示す。図２０の各波形は、図１９の図中に示した素子値でシミュレーションした結果を示している。

図１９で説明したように、駆動回路の出力に抵抗Ｒ１１０を挿入したことによって、リンギングの発生が抑制されている。しかし、抵抗Ｒ１１０を挿入したことにより、電圧降下が発生し、ＳＯＡ１００に３００ｍＡの駆動電流を流してオンするためには、１０．５Ｖという大きな駆動電圧が必要となる。このため、駆動回路の消費電力が増大してしまう。

例えば、抵抗Ｒ１１０の消費電力は、オン時（３００ｍＡ）で２．７Ｗにもなる。また、消費電力が大きいため、大きな形状の抵抗Ｒ１１０が必要となり、回路規模が大きくなる。さらには、オペアンプＯＰ１０１の出力電圧が高くなるため、２ｎｓ程度のセットリング特性を有する高速オペアンプの利用は困難となる。

なお、従来、レーザダイオードに流れるオーバシュートをＬＣＲ回路に流すようにして、レーザ出力の立上りを速めたレーザ駆動回路がある（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−４８３６９号公報

このように、リンギング発生抑制のために、駆動回路の出力に抵抗を接続すると、消費電力が増大し、回路規模も大きくなる。また、光スイッチの高速性が阻害されるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、消費電力および回路規模を増大させることなく、また、高速性を阻害することなくリンギングを抑制できるＳＯＡモジュール、マトリクス型光スイッチ装置、および駆動回路を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、図１に示すような光信号の通過を制御する半導体光増幅モジュール１において、入力される光信号を駆動電流に応じて出力する半導体光増幅器１ａと、半導体光増幅器１ａに並列に接続されるダイオード１ｂと、を有することを特徴とする半導体光増幅モジュール１が提供される。

このような半導体光増幅モジュール１によれば、半導体光増幅器１ａにダイオード１ｂを並列に接続する。これにより、駆動電流のオン／オフの際に生じるリンギングの発生を抑制する。

本発明の半導体光増幅モジュールでは、半導体光増幅器に並列にダイオードを接続するようにした。これによって、消費電力および回路規模を増大させることなく、また、高速性を阻害することなく駆動電流のオン／オフの際に生じるリンギングを抑制することができる。

以下、本発明の原理を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、半導体光増幅モジュールの概要を説明する図である。図に示すように半導体光増幅モジュール１は、半導体光増幅器１ａおよびダイオード１ｂを有している。

半導体光増幅器１ａは、入力される光信号を、駆動回路２から出力される駆動電流に応じて出力する。ダイオード１ｂは、半導体光増幅器１ａに並列に接続される。
駆動回路２の駆動電流がオンからオフに切替わったとき、負のアンダーシュートが発生する。ダイオード１ｂは、負のアンダーシュートによって電流が流れ、アンダーシュートの電圧上昇を抑制する。これにより、リンギングの発生を抑制する。

このように、半導体光増幅モジュール１は、半導体光増幅器１ａに並列にダイオード１ｂを接続するようにした。これによって、消費電力および回路規模を増大させることなく、また、高速性を阻害することなく駆動電流のオン／オフの際に生じるリンギングを抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第１の実施の形態に係るＳＯＡモジュールを適用した光パケットスイッチングネットワークの構成例を示した図である。図に示すように、光パケットスイッチングネットワークは、エッジノード１１、コアノード１２、アクセスノード１３、および光ファイバ１４によって構築されている。

エッジノード１１には、加入者端末等のアクセスノード１３が接続されている。エッジノード１１は、加入者からの信号データを光パケットに変換する光パケットアッセンブリを備えている。また、エッジノード１１は、コアノード１２にも接続されている。

コアノード１２は、エッジノード１１から送られてきた光パケットを異なるコアノード１２や配下にあるエッジノード１１にスイッチする。
図３は、図２のコアノードを説明する図である。コアノード１２は、光パケットを切り替えるためのマトリクス型光スイッチ２１を有している。光パケットは、光ファイバ１４の光データチャネルにより送信される。光データチャネルは、エッジノード１１やコアノード１２間を物理的に接続した光ファイバ１４内の波長の異なるチャネルである。光パケットは、波長変換部２２ａ〜２２ｄにおいて、波長変換される。波長変換された光パケットは、マトリクス型光スイッチ２１に入力され、方路が切り替えられる。

マトリクス型光スイッチ２１での方路切替えは、コントロールチャネル部２３とリザベーションマネージャ２４との指示により行われる。光パケットの方路情報は、コントロールチャネルに含まれ、コントロールチャネル部２３に入力される。

コントロールチャネル部２３は、コントロールチャネルにより伝送されるラベル信号を解析する。コントロールチャネルは、コアノード１２間を物理的に接続した光ファイバ１４内の光データチャネルと異なる波長のチャネルであってもよいし、光ファイバ１４とは異なる光ファイバや同軸線であってもよい。

リザベーションマネージャ２４は、コントロールチャネルより送られてきたラベル信号の方路情報を解析して、マトリクス型光スイッチ２１を制御する。マトリクス型光スイッチ２１は、リザベーションマネージャ２４により指示された出力ポートに向けて、光パケットの方路を切り替える。

図４は、光パケットの方路切替えのタイミングを示した図である。図に示すように、光パケット３１に対する方路の切替えタイミングは、コントロールチャネル部２３の方路情報を持つラベル信号３２から一定のオフセット時間３３の後に行われる。このマトリクス型光スイッチの切替時間３４は、例えば、約４５ｎｓという短い時間で切替えなければならない要求がある。これは、光パケット３１に影響を与えないためのガード時間である。すなわち、光パケットスイッチングシステムでは、短いガード時間内に光のポート切替えを完了する必要がある。

図５は、図３に示したマトリクス型光スイッチの詳細を示した図である。図に示すようにマトリクス型光スイッチは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎ、ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎ、および光合波カプラ４３ａ〜４３ｎを有している。

光分配カプラ４１ａ〜４１ｎのそれぞれは、１つの入力ポートとｎ個の出力ポートとを有している。光分配カプラ４１ａは、第１のデータチャネルからの光パケットを受信する。光分配カプラ４１ｂは、第２のデータチャネルからの光パケットを受信する。以下同様に、光分配カプラ４１ｎは、第ｎのデータチャネルからの光パケットを受信する。

図の例では、光分配カプラ４１ａは、第１のデータチャネルから、＃２，＃１，＃ｎの光パケットを順に受信している。光分配カプラ４１ｂは、第２のデータチャネルから、＃ｎ，＃２，＃１の光パケットを順に受信している。光分配カプラ４１ｎは、第ｎのデータチャネルから、＃１，＃ｎ，＃２の光パケットを順に受信している。

ここで、光パケット＃１〜＃ｎのそれぞれは、後述する光合波カプラ４３ａ〜４３ｎのそれぞれから出力されるべき光パケットである。
なお、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎのそれぞれは、マトリクス型光スイッチを構成するために、後述する光合波カプラ４３ａ〜４３ｎの数だけ入力された光の分岐を行い、分岐された光を出力ポートから出力する。

ＳＯＡモジュール群４２ａは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの数分のＳＯＡモジュール（図中ＳＯＡＭ）を有している。同様に、ＳＯＡモジュール群４２ｂ〜４２ｎのそれぞれも、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの数分のＳＯＡモジュールを有している。ＳＯＡモジュールは、ＳＯＡとそれに並列に接続されたショットキーバリアダイオードとを有している。

ＳＯＡモジュール群４２ａの各ＳＯＡモジュールは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの１つの出力ポートと接続されている。以下同様に、ＳＯＡモジュール群４２ｎの各ＳＯＡモジュールは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの１つの出力ポートと接続されている。

ＳＯＡモジュール群４２ａの出力は、光合波カプラ４３ａに接続されている。以下同様に、ＳＯＡモジュール群４２ｎの出力は、光合波カプラ４３ｎに接続されている。
ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎの各ＳＯＡモジュールは、駆動回路群４４からの駆動電流の有無によってスイッチングする。すなわち、ＳＯＡモジュールに入力された光は、駆動回路群４４からの駆動電流に応じて、ＳＯＡモジュールからの出力光として出力され、または、遮断される。

光合波カプラ４３ａ〜４３ｎは、ｎ入力／１出力の光合波カプラである。光合波カプラ４３ａ〜４３ｎは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの数だけ入力ポートを有している。光合波カプラ４３ａ〜４３ｎは、入力ポートから入力した光を１つの出力ポートから出力する。

駆動回路群４４は、ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎが有しているＳＯＡモジュール分の駆動回路を有している。駆動回路群４４の各駆動回路は、図３に示したリザベーションマネージャ２４からの制御信号に基づいて、ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎの各ＳＯＡモジュールに駆動電流を与える。

このような構成のマトリクス型光スイッチの動作の概要を以下に説明する。
ある時刻に、光合波カプラ４３ｂから出力されるべき光パケット＃２が光分配カプラ４１ａに入力され、光合波カプラ４３ｎから出力されるべき光パケット＃ｎが光分配カプラ４１ｂに入力され、光合波カプラ４３ａから出力されるべき光パケット＃１が光分配カプラ４１ｎに入力される。

各光パケットは、それぞれ分配され、それぞれＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎの対応するＳＯＡモジュールに到達する。
このとき、ＳＯＡモジュール群４２ａを駆動する駆動回路群４４は、図３のリザベーションマネージャ２４の指示で、光合波カプラ４３ａから出力されるべき光パケット＃１が入力される光分配カプラ４１ｎと接続されたＳＯＡモジュールをオンに制御し、それ以外のＳＯＡモジュールをオフに制御する。

同様に、ＳＯＡモジュール群４２ｂを駆動する駆動回路群４４は、図３のリザベーションマネージャ２４の指示で、光合波カプラ４３ｂから出力されるべき光パケット＃２が入力される光分配カプラ４１ａと接続されたＳＯＡモジュールをオンに制御し、それ以外のＳＯＡモジュールをオフに制御する。

そして、ＳＯＡモジュール群４２ｎを駆動する駆動回路群４４は、図３のリザベーションマネージャ２４の指示で、光合波カプラ４３ｎから出力されるべき光パケット＃ｎが入力される光分配カプラ４１ｂと接続されたＳＯＡモジュールをオンに制御し、それ以外のＳＯＡモジュールをオフに制御する。

このように、光分配カプラ４１ａに入力された光パケット＃２は分配されたのち、出力先である光合波カプラ４３ｂに対応するＳＯＡモジュール群４２ａのＳＯＡモジュールがオンに制御されるので光合波カプラ４３ｂから出力され、光合波カプラ４３ｂ以外のＳＯＡモジュール群４２ａのＳＯＡモジュールはオフに制御されるので、光合波カプラ４３ｂ以外の光合波カプラからは出力されない。

同様に光分配カプラ４１ｂに入力された光パケット＃ｎは光合波カプラ４３ｎから出力され、光分配カプラ４１ｎに入力された光パケット＃１は光合波カプラ４３ａから出力される。

図６は、図５の駆動回路とＳＯＡモジュールに含まれるＳＯＡを説明する図である。図６のＳＯＡ５１は、例えば、ＳＯＡモジュール群４２ａの１つのＳＯＡＭが有しているＳＯＡに対応する。駆動回路５２は、例えば、駆動回路群４４の１つの駆動回路に対応する。

図６の（ａ）には、ＳＯＡ５１に入力される光信号が示してある。図６の（ｂ）には、駆動回路５２からＳＯＡ５１に与えられる駆動電流が示してある。図６の（ｃ）には、ＳＯＡ５１から出力される光信号が示してある。

なお、図６のＳＯＡ５１、駆動回路５２、および（ａ）〜（ｃ）は、図１６で説明したものと同様である。
図７は、ＳＯＡの駆動電流と光増幅率の関係を示した図である。ＳＯＡ５１は、駆動電流により光増幅率が変化する特性を有する。図の例では、ＳＯＡ５１に約３００ｍＡの駆動電流を流すことで、約１０ｄＢの光増幅率が得られ、ほぼ飽和状態になっている。一方、駆動電流が少なくなり、６５ｍＡを切ると、ＳＯＡ５１は、入力される光を減衰させ、光減衰器として動作する。

図８は、ＳＯＡの駆動電圧と光増幅率の関係を示した図である。ＳＯＡ５１は、電流駆動型であるが、電流３００ｍＡ以上流せる電圧源から電圧を印加することで、電圧駆動することも可能である。図８において、約１．５Ｖの電圧ソースを与えたとき、光増幅率は、約１０ｄＢとなる。

図８の約１０ｄＢの光増幅率の位置は、図７の駆動電流のグラフと比較すると、約３００ｍＡ流れていることになる。駆動電圧を小さくすると図７のグラフと同様の光減衰特性を示す。図８の場合、１Ｖを切ると、ＳＯＡ５１は光減衰器として動作している。

図９は、ＳＯＡ間の消光比を示した図である。図５で説明したように、マトリクス型光スイッチは、光合波カプラ４３ａ〜４３ｎのそれぞれに、ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎが接続されている。各ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎは、光分配カプラ４１ａ〜４１ｎの出力ポート数分のＳＯＡモジュールを有している。

上述のとおり、各ＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎ、例えばＳＯＡモジュール群４２ａの複数のＳＯＡは、ある１つがオンしたとき、残りのＳＯＡは全てオフ状態に制御される必要がある。しかしながら、駆動回路がオフ状態の駆動電流を出力した場合であっても、ＳＯＡに漏れ光が発生する場合がある。これらの漏れ光は、光合波カプラ４３ａ〜４３ｎでの光のクロストークの原因となる。例えば、８×８のマトリクス型光スイッチを構成しようとすると、オン／オフ状態間の消光比特性として約５８ｄＢが要求される。この消光比特性を得るには、駆動電圧を０．６５Ｖ以下に設定する必要がある。

図１０は、図５の駆動回路とＳＯＡモジュールの回路図を示した図である。駆動回路は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、オペアンプＯＰ１、および電源Ｐ１，Ｐ２から構成されている。駆動回路は、例えば、図５の駆動回路群４４の１つの駆動回路に対応する。ＳＯＡモジュール６１は、ショットキーバリアダイオードＤ１とＳＯＡ５１から構成される。ＳＯＡモジュール６１は、図５で示したＳＯＡモジュール群４２ａ〜４２ｎの１つのＳＯＡモジュールに対応する。図１０のインダクタＬ１は、駆動回路の基板パターンによる寄生インダクタンス成分を示し、インダクタＬ２は、ＳＯＡモジュール６１内の配線による寄生インダクタンス成分を示している。

図１０のオペアンプＯＰ１は、非反転増幅回路を構成している。オペアンプＯＰ１は、３００ｍＡ以上の出力電流容量を持ち、２ｎｓ程度のセットリングタイムを持つ高速のオペアンプである。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、ＳＯＡ５１をオン／オフさせるための矩形波信号が入力される。図では、信号発生器ＳＧによって矩形波信号を発生させて入力しているが、実際は、図３に示したリザベーションマネージャ２４からの制御信号が入力される。

ＳＯＡ５１には、ショットキーバリアダイオードＤ１が並列に接続されている。ショットキーバリアダイオードＤ１は、シリコン型ショットキーバリアダイオードである。ショットキーバリアダイオードＤ１のカソードは、ＳＯＡ５１のアノードと接続され、ショットキーバリアダイオードＤ１のカソードは、ＳＯＡ５１のカソードと接続されるように並列に接続されている。

ＳＯＡ５１は、４０〜７０ｐＦの接合容量を有する。そのため、ＳＯＡ５１がオンからオフに切替わったとき、オン時に充電された電荷が放電し、インダクタＬ１，Ｌ２による逆起電力によって大きなリンギングが発生する。しかし、負側に引き起こされたアンダーシュートは、ショットキーバリアダイオードＤ１によって抑制される。すなわち、負側のアンダーシュートが発生すると、ショットキーバリアダイオードＤ１で電流を流すことによりアンダーシュートの電圧抑制を図る。一方、駆動電圧が正のときは、ショットキーバリアダイオードＤ１のインピーダンスは大きく、ショットキーバリアダイオードＤ１は、開放しているものとみなすことができる。よって、駆動電流は、全てＳＯＡ５１に流れることになる。

なお、ショットキーバリアダイオードＤ１の選定として、容量負荷の増大による速度低下を抑えるために、２〜３ｐＦ以下の低接合容量のショットキーバリアダイオードが好ましい。シリコン型ショットキーバリアダイオードは、順方向電圧が一般のダイオードより小さいため、リンギングの抑制効果が高いという利点がある。

図１１は、図１０の回路のリンギングを説明する図である。図のＶ_SGは、図１０のＶ_SG地点の電圧を示す。Ｖ_SOAは、図１０のＶ_SOA地点の電圧を示す。Ｉ_SOAは、図１０のＩ_SOA地点の電流を示す。図１１の各波形は、図１０の図中に示した素子値でシミュレーションした結果を示している。

図１０で示した信号発生器ＳＧは、オン時に１．５Ｖ、オフ時に０Ｖとなるように設定されている。非反転増幅回路は、入力電圧と同じ出力電圧を出力するように設定されている。

図に示すように、非反転増幅回路から１．５Ｖの電圧が出力されると、ＳＯＡ５１には、図７，８で説明したように約３００ｍＡの駆動電流が流れる。これにより、ＳＯＡ５１はオンする。また、非反転増幅回路から０Ｖの電圧が出力されると、ＳＯＡ５１には電流が流れなくなり、ＳＯＡ５１はオフする。

前述したように、オペアンプＯＰ１の出力電圧の立下り時（ＳＯＡ５１がオフするとき）には、リンギングが発生する。しかし、負側に引き起こされる最初のアンダーシュートは、矢印Ａ１に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ１によってその電圧が抑制される。これによって、その次に発生する正側のアンダーシュートの電圧も、矢印Ａ２に示すように抑制される。

図９で説明したように、光合波カプラ４３ａ〜４３ｎでの光のクロストークを抑制するには、８×８のマトリクス型光スイッチの場合、消光比特性として約５８ｄＢ要求される。この消光比特性を得るには、ＳＯＡ５１のオフ時の駆動電圧を０．６５Ｖ以下に設定する必要がある。矢印Ａ１に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ１によって、負側に引き起こされる最初のアンダーシュートを抑制することにより、矢印Ａ２に示す正側のアンダーシュートの電圧を０．６５Ｖ以下にすることができる。すなわち、ＳＯＡ５１のオフ時において、約５８ｄＢの消光比特性を得ることができる。

このように、ショットキーバリアダイオードＤ１をＳＯＡ５１に並列に接続することにより、図１９の回路のように消費電力を増大させることなく、リンギングを抑制できる。また、リンギングを抑制するために大型の抵抗を接続する必要はなく、回路規模を小さくすることができる。また、図１９の回路に対し、オペアンプＯＰ１の出力電圧も小さいため、高速のオペアンプＯＰ１を使用でき、高速性が阻害されることはない。

なお、ショットキーバリアダイオードＤ１は、ＳＯＡモジュール６１が有するとしたが、ＳＯＡモジュール６１の外部にあってもよい。例えば、駆動回路のオペアンプＯＰ１の出力にＳＯＡ５１と並列になるように接続するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第１の実施の形態では、シリコン型のショットキーバリアダイオードＤ１をＳＯＡ５１に並列に接続していた。第２の実施の形態では、ガリウム砒素（GaAs）型ショットキーバリアダイオードをＳＯＡに並列に接続する。

図１２は、第２の実施の形態に係る駆動回路を示した図である。図１２において図１０と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１２では、ＳＯＡモジュール６２のショットキーバリアダイオードＤ２がガリウム砒素型ショットキーバリアダイオードとなっている。ガリウム砒素型のショットキーバリアダイオードＤ２は、図１０で説明したのと同様に、負側に引き起こされるアンダーシュートを抑制する。

ガリウム砒素型のショットキーバリアダイオードＤ２は、シリコン型ショットキーバリアダイオードよりも接合容量が小さく、より高速応答が可能で、リンギングの抑制効果が高い。

図１３は、図１２の回路のリンギングを説明する図である。図のＶ_SGは、図１２のＶ_SG地点の電圧を示す。Ｖ_SOAは、図１２のＶ_SOA地点の電圧を示す。Ｉ_SOAは、図１２のＩ_SOA地点の電流を示す。図１３の各波形は、図１２の図中に示した素子値でシミュレーションした結果を示している。

図１２で示した信号発生器ＳＧは、オン時に１．５Ｖ、オフ時に０Ｖとなるように設定されている。非反転増幅回路は、入力電圧と同じ出力電圧を出力するように設定されている。

オペアンプＯＰ１の出力電圧の立下り時（ＳＯＡ５１がオフするとき）には、リンギングが発生する。しかし、負側に引き起こされる最初のアンダーシュートは、矢印Ａ３に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ２によってその電圧が抑制される。これによって、その次に発生する正側のアンダーシュートの電圧も、矢印Ａ４に示すように抑制される。

なお、矢印Ａ４に示す点の電圧は０．３２Ｖであり、図１１に示す矢印Ａ２の点の電圧０．５Ｖより小さい。すなわち、ショットキーバリアダイオードＤ２は、シリコン型のショットキーバリアダイオードよりリンギングを抑制する効果が高いことが分かる。

このように、ガリウム砒素型のショットキーバリアダイオードＤ２をＳＯＡ５１に並列に接続することにより、図１９の回路のように消費電力を増大させることなく、リンギングを抑制できる。また、リンギングを抑制するために大型の抵抗を接続する必要がなく、回路規模を小さくすることができる。また、図１９の回路に対し、オペアンプＯＰ１の出力電圧も小さいため、高速のオペアンプＯＰ１を使用でき、高速性が阻害されることはない。また、シリコン型のショットキーバリアダイオードよりリンギング効果が高い。

次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。第３の実施の形態では、ショットキーバリアダイオードとＳＯＡとを１チップで構成するようにする。
図１４は、第３の実施の形態に係る駆動回路を示した図である。図１２において図１０と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１４では、ショットキーバリアダイオードＤ３とＳＯＡ５１が１チップで構成されている。すなわち、ショットキーバリアダイオードＤ３をＳＯＡ５１と同一ウェハで製造する。図１４のショットキーバリアダイオードＤ３は、図１０で説明したのと同様に、負側に引き起こされるアンダーシュートを抑制する。

図１５は、図１４の回路のリンギングを説明する図である。図のＶ_SGは、図１４のＶ_SG地点の電圧を示す。Ｖ_SOAは、図１４のＶ_SOA地点の電圧を示す。Ｉ_SOAは、図１４のＩ_SOA地点の電流を示す。図１５の各波形は、図１４の図中に示した素子値でシミュレーションした結果を示している。

図１４で示した信号発生器ＳＧは、オン時に１．５Ｖ、オフ時に０Ｖとなるように設定されている。非反転増幅回路は、入力電圧と同じ出力電圧を出力するように設定されている。

オペアンプＯＰ１の出力電圧の立下り時（ＳＯＡ５１がオフするとき）には、リンギングが発生する。しかし、負側に引き起こされる最初のアンダーシュートは、矢印Ａ５に示すように、ショットキーバリアダイオードＤ３によってその電圧が抑制される。これによって、その次に発生する正側のアンダーシュートの電圧も、矢印Ａ６に示すように抑制される。

このように、ショットキーバリアダイオードＤ３をＳＯＡ５１とともに１チップで構成することにより、装置の小型化を図ることができる。また、ショットキーバリアダイオードＤ３とＳＯＡ５１とを１チップで構成するため、モジュール化する上でショットキーバリアダイオードＤ３を接続するための外部端子を設ける必要がない。

半導体光増幅モジュールの概要を説明する図である。第１の実施の形態に係るＳＯＡモジュールを適用した光パケットスイッチングネットワークの構成例を示した図である。図２のコアノードを説明する図である。光パケットの方路切替えのタイミングを示した図である。図３に示したマトリクス型光スイッチの詳細を示した図である。図５の駆動回路とＳＯＡモジュールに含まれるＳＯＡを説明する図である。ＳＯＡの駆動電流と光増幅率の関係を示した図である。ＳＯＡの駆動電圧と光増幅率の関係を示した図である。ＳＯＡ間の消光比を示した図である。図５の駆動回路とＳＯＡモジュールの回路図を示した図である。図１０の回路のリンギングを説明する図である。第２の実施の形態に係る駆動回路を示した図である。図１２の回路のリンギングを説明する図である。第３の実施の形態に係る駆動回路を示した図である。図１４の回路のリンギングを説明する図である。ＳＯＡの動作を説明する図である。図１６の駆動回路の回路例を示した図である。図１７の駆動回路のリンギングを説明する図である。リンギングを抑制する駆動回路の回路例を示した図である。図１９の駆動回路のリンギングを説明する図である。

符号の説明

１半導体光増幅モジュール
１ａ半導体光増幅器
１ｂダイオード
２駆動回路

Claims

光信号の通過を制御する半導体光増幅モジュールにおいて、
入力される前記光信号を駆動電流に応じて出力する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に並列に接続されるショットキーバリアダイオードと、を備え、
前記ショットキーバリアダイオードは、カソードが前記半導体光増幅器のアノードと接続され、アノードが前記半導体光増幅器のカソードと接続されることを特徴とする半導体光増幅モジュール。
前記ショットキーバリアダイオードは、シリコン型ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅モジュール。
前記ショットキーバリアダイオードは、ガリウム砒素型ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅モジュール。
前記半導体光増幅器と前記ショットキーバリアダイオードは、同一のウェハで形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅モジュール。
光の出力経路を切り替えるマトリクス型光スイッチ装置において、
制御信号が入力され、前記制御信号に応じて駆動電流を出力する駆動回路と、
入力される光信号を前記駆動電流に応じて出力する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器に並列に接続されるショットキーバリアダイオードとを有する半導体光増幅モジュールと、を備え、
前記ショットキーバリアダイオードは、カソードが前記半導体光増幅器のアノードと接続され、アノードが前記半導体光増幅器のカソードと接続されることを特徴とするマトリクス型光スイッチ装置。
半導体光増幅モジュールを駆動する駆動回路において、
制御信号が入力され、前記制御信号に応じて駆動電流を出力する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力に前記半導体光増幅モジュールに含まれる半導体光増幅器と並列になるように接続されるショットキーバリアダイオードと、を備え、
前記ショットキーバリアダイオードは、カソードが前記半導体光増幅器のアノードと接続され、アノードが前記半導体光増幅器のカソードと接続されることを特徴とする駆動回路。