JPH01108530A

JPH01108530A - 光駆動形スイッチ

Info

Publication number: JPH01108530A
Application number: JP62265385A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Uko; 宇高　勝之; Masanori Fujioka; 雅宣藤岡
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1989-04-25
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: EP0313388A3; JPH0769549B2; EP0313388B1; DE3853569T2; US4923265A; DE3853569D1; EP0313388A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、光信号の伝搬経路を切り替える光スイッチに
係わるもので、特にそのスイッチ動作を引起こす制御エ
ネルギーとして予め定められた波長を有する光を用いた
光駆動形スイッチに関するものである。

（従来技術とその問題点）光フアイバ通信の発展に伴い、光信号を所望のチャンネ
ルに切り替える光スイッチ技術が注目されている。特に
、加入者系に光線路が普及するにつれ、そのスイッチ数
は莫大なものになると考えられ、その小型化、高性能化
が望まれている。また、一体化された光スイッチ素子は
、スペースが限られかつ高信頬度が要求される海底光フ
アイバ伝送系での海中スイッチングや衛生搭載用スイッ
チへの適応としてもその開発が望まれている。

このような光スイッチを実現する上で、光信号のすべて
を一旦電気信号に変換（０／Ｅ変換）し、スイッチング
は従来のように電子回路で行い、そしてスイッチングさ
れた電気信号を再び光信号に変換（Ｅ１０変換）する光
スイッチが検討されており、近年の０ＥＩＣ（Ｏｐｔｏ
−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒ
ｃｕｉｔ）技術の進展により、ハイブリッド構成ではあ
るが、４×４の光スイッチが報告されている。

このＯ／Ｅ１０型すなわち光→電気→光型の光スイッチ
は、従来の個別素子で構成されていた光スイッチング装
置を小型化したものとして受は入れられ易いが、。高速
動作時の電子回路内での電磁干渉によるクロストークの
増大という問題があると考えられ、また数Ｇｌｌｚ以上
で充分に動作する超高速電子回路も現在の技術では得難
いという問題がある。

一方、もう一つの構成は、電気信号に変換することなく
光信号のままでスイッチングするものであり、言わば０
１０型と称せられる。第１図及び第２図に従来の光スイ
ッチの正面図を示す。第１図では方向性結合器が用いら
れ、スイッチ部に制御信号として電圧を印加することに
より導波路の屈折率が変化し、これにより２導波路間の
位相整合条件を合わせたり、外したりすることにより、
両導波路間で光をスイッチングさせている。一方、第２
図の構成では制御信号に電流を用いたもので、２導波路
の交差部中央に電流を注入することによりキャリア密度
に応じた屈折率変化が生じ、その結果光が全反射され他
の導波路にスイッチングされるものである。これらの方
式では広帯域な光情報信号についてはＯ／Ｅ及びＥ１０
変換を行う必要がないため、素子構成が簡易であるばか
りでなく、光信号の有する広帯域性を損なうことなくス
イッチングが行える長所を有している。しかしながら、
従来のこの型の光スイッチはスイッチ部分のみを示した
もので、多チヤンネル入力時の動作、すなわち、被閉塞
チャンネルの蓄積やその他の多重信号への適応について
は何ら考慮されていなかった。

（発明の目的と特徴）本発明は、上述した従来技術の欠点を鑑みてなされｊこ
もので、予め定められた波長を有する光制御信号を取り
出すと共に光制御信号とは異なる波長を有する広帯域な
光情報信号をＯ／Ｅ変換する必要なしにスイッチングさ
せることを可能とした光駆動形スイッチを提供すること
を目的とする。

本発明の特徴は、入力した光信号の光路を切替えて所望
の出力側光路に該光信号を取り出す光スイッチにおいて
、予め定めた所望の波長の光制御信号の一部を分岐する分
波器と、該分岐された光制御信号のみを光電変換し、その強度に
応じて該光信号を所望の出力側光路にスイッチングする
電気制御形光スイッチまたは前記分岐された光制御信号
の強度に応じて前記光信号を所望の出力側光路にスイッ
チングする非線形反射型光スイッチとを備えたことにあ
る。

（発明の構成）以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、以下の説明では波長多重光信号を用いて順次光ス
イッチを切替えるパケット交換用の光駆動形スイッチを
例に取り詳述する。

本発明は後述するように構成上ルーティング情報を持つ
波長の有無により制御される光スイ・ソチ部と、２人力
のうち優先権をとられたパケットの蓄積及び再送出制御
機能を有する光メモリ部との２つに分けられ、各部の装
置形態はルーティング情報、パケット存在情報及びパケ
ット終了情報バルスの長さにより異なる。そこで、第３
図（ａ）〜（ｄ）のように分類された４種類の波長多重
光信号を例に取り述べる。但し、λ５はパケットの存在
を示す波長、λ１はパケット終了を示す波長、λ０がデ
ータ信号の波長、λ０．λ２．λ３がルーティング情報
を示す波長で、ここでは３波長、即ち３段スイッチ構成
を例としているが、本質的に異なる波長の数を増すこと
により段数を増やすことができる。

まず、予め定めた波長の光制御信号（以下「ルーティン
グ信号」と称す）の有無によりスイッチングする本発明
の光スイッチ部の構成について説明する。

（１）光スイッチ部（実施例１）第４図は本発明による第１の実施例であり、光駆動形ス
イッチの光スイッチ部の概略図である。

第４図は、パケットの構成が第３図（ａ）及びら）に示
したように、波長λｒ　　（ｉ＝１．２．３）から成る
ルーティング情報パルスがパケット全長をカバーする場
合の実施例である。本実施例は、非線形反射器４０２分
波器４１．光増幅器４２．光結合器４３から成る。４４
は後述する光メモリ部で、＃１もしくは＃２からの入力
信号のうち先に入力した方を優先的に信号線路４５に取
り出すと同時に他方の遅れて入力した信号を一旦蓄積す
る機能を内臓している。尚、光信号の経路を太線で示し
である。非線形反射器４０は、入射光強度が著しく高い
場合に表面が全反射状態となり、一方、低い場合は信号
光を通過させる機能を有するもので、非線形定数の大き
な半導体結晶、半導体をドープしたガラス、ＺｎＯなど
の酸化物等で実現される。

本実施例では材料表面の反射を用いた例について示しで
あるが、同一出願人によりすでに特許出願されている導
波路型光スイッチ「特願昭６２−９９４２号」を用いる
こともできる。

本実施例の動作は次の通りである。＃１もしくは＃２か
ら入力されたパケットに波長λ＝　　（１＝１または２
または３）のルーティングパルスがあれば、λｉ用の分
波器４１を通して取り出され、λ１用光増幅器４２で増
幅される。そして光結合器４３で元の信号線路４５に戻
され非線形反射器４０を照射する。ここでλ、のパルス
は十分の光強度に増幅されているため非線形反射器４０
は全反射状態となり、続いて届くパケット内の信号はす
べて＃３に出力される。パケットがすべて＃３に反射す
ると同時にλｉのパルスも終了するため、自動的に非線
形反射器４０は元の通過状態に回復する。他方パケット
にλ、パルスが無い場合には非線反射器４０には何も起
こらず、パケットはすべて＃４に通過する。

以上により、λｌパルスの有無によりスイッチング動作
が完了する。

（実施例２）第５図は本発明による光スイッチ部の第２の実施例で、
第３図（Ｃ）に示したパケット構成に適応されるもので
ある。第３図（Ｃ）のパケットはヘッダ部に波長λ８に
よるパケット存在パルス、続いてλｒ　（ｉ＝１．２．
３）の各ルーティングパルスが配され、次に波長λ。の
データ信号、そしてパケットの最後にパケット終了パル
スがある。この場合、ルーティングパルスが短いため、
第４図のλ、用先光増幅器４２代わりにλ、の光注入に
より発振し、゛波長λ、の連続な強い光を放出する半導
体レーザ４６が用いられている。

半導体レーザ４６の出力光が光結合器４３で信号線４５
に合流し、非線形反射器４０を全反射状態にオンする動
作は実施例１の場合と同じである。ルーティングパルス
λ、の有無により＃３もしくは＃４にパケットが出力さ
れると、波長λ８のパケット終了パルスが夫々のλ８用
分波器４７または４７゛により分波され、受光器４８ま
たは４８′で光電変換されて半導体レーザ４６の給電線
上のノーマリ・オン形のＦＥＴスイッチ４９をオフにす
る。これにより半導体レーザ４６の給電は一時的に停止
し、と同時に発振も停止し、非線形反射器４０も元の状
態に回復する。尚、半導体レーザ４６の発振光は＃３に
も出力されるが、これは後段では不要であり、λＬ９用
分液分波器５０り除かれる。ちなみに、細線は電気信号
の経路であり、以下の説明でも同じである。

（実施例３）第６図は本発明による光スイッチ部の第３の実施例であ
り、ルーティングパルスはパケットヘッド部にあるが、
パケット存在パルス（λＳ）がパケットをカバーする長
さである第３図（ｄ）のパケット構成に対して適応され
る光スイッチ部の実施例である。非線形反射器４０を動
作させるしくみは実施例２の場合と同じであるが、相違
点はパケットの存在を示す波長λ５用分波器５１でパケ
ットが存在すると光電変換され、半導体レーザ４６の給
電線上のノーマリ・オフ形のＦＥＴスイッチ５３をオン
することにある。従って、ルーティングパルス中にルー
ティングパルスλｉの信号があると半導体レーザ４６を
光注入により発振せしめ、非線形反射器４０を全反射状
態にしてパケットは＃３に出力される。他方、λ１のパ
ルスが無ければパケットはそのまま＃４に通過する。

尚、上記実施例１．２及び３では光スイッチ素子として
非線形反射器４０を例として示したが、これに限らず、
電気制御形光スイッチ素子を用いても実現できる。実施
例１（第４図）、実施例２（第５図）及び実施例３（第
６図）に対応する電気制御形光スイッチ素子を用いた他
の構成例を夫々第７図、第８図及び第９図に示す。ここ
で、５４が電気制御形光スイッチで、ＬｉＮｂＯ３等の
強誘電体基板もしくは半導体基板上に形成された方向性
結合導波路間の結合度もしくは交差導波路の交差部での
全反射が電気信号により制御される。すなわちルーティ
ングパルス（λｉ）を分波、受光し、その電気信号によ
り光スイッチの給電がオン・オフされ、パケットを＃３
もしくは＃４にスイッチさせることができる。ちなみに
５５はフリップ・フロップで、白丸印に接続された信号
によりオン、黒丸印に接続された信号によりオフする機
能を有する。

また、光スイッチ素子の動作とパケット光信号のタイミ
ングは主に光ファイバから成る光信号線４５の長さを最
適化することにより得られる。さらに、各制御に必要な
波長、ここではλ５．λ８゜λ８の光強度の一部を分波
すればよく、従って、後段へもすべての情報がそのまま
維持され、伝搬する。必要とあらば光増幅器を付加して
もよい。

次に、本発明による光メモリ部について説明する。

（２）光メモリ部（実施例４）本発明による光メモリ部の実施例を第１０図に示す。本
実施例は、波長λ５から成るパケット存在パルスがパケ
ット全長をカバーする第３図（ａ）及び（ｄ）のパケッ
ト構成に対して適応され、波長λ５の有無により優先パ
ケット通過、非優先パケットの蓄積、再送出が制御され
る。ここに６０．６０′、６１゜６１°はλ６用光増幅
器、６２．６２”は非線形反射器、６３、６３’　はλ
５用分波器、６５．６５’は受光器、６４゜６４゛　は
入力電気信号が予め設定された上位（Ｕ）と下位（Ｌ）
の間のレベルの場合にのみ電気信号を出力する識別器、
６６、６６’　、　６７、６７”はノーマリ・オン形Ｆ
ＥＴスイッチ、６９．６９’　は主光信号線、７０．７
０”は光ループ線、７１．７１’　、　？２　　は光結
合器、４５は光メモリ出力線で前述の光スイッチ部へと
続く。尚、太線は主に光ファイバから成る光信号線、細
線は電気信号線を示している。

本実施例の光メモリ部の動作原理を次に説明する。

まず最初に、＃ｌよりパケット＃Ｉが入力されたとする
。パケット存在パスル（波長λＳ）はハ用光増幅器６０
によりその光強度が増幅され、非線形反射器６２を照射
し、全反射状態番こする。λ５はパケ・ント全長に渡っ
ているため、パケットは反射され、光結合器７２を通し
て光メモリ出力線４５に出力される。パケット＃１が通
過中は、λ５の一部がλ５用分波器６３及び受光器６５
により電気信号として取り出され、ノーマリ・オン形Ｆ
ＥＴスイッチ６７゛をオフ状態にするため、＃２側のλ
５用光増幅器６０”の増幅度はゼロもしくはマイナスの
状態となっている。従って、この時に＃２からパケット
＃２が後から入力されても、そのパケット存在パルス（
波長ね）は減衰するため、非線形反射器６２°は通過状
態を維持されたままである。その結果、パケット＃２は
光ループ線７０′に入り、主光信号線６９′及び光ルー
プ線７０’　によって構成される光ループを、パケット
＃１が通過するまで周回し蓄積される。この際、オフ状
態のλ５用光増幅器６０゛　によって減衰したパケット
存在パルスの強度を補償するため、λ５用光増幅器６１
゛　によって増幅される。パケット＃１が光メモリ出力
線４５に通過後は、＃２例のノーマリ・オン形ＦＥＴス
イッチ６７゛　をオン状態に復起させ、パケット＃２の
パケット存在パルスを増幅し、非線形反射器６２“を全
反射状態にし、従ってパケット＃２は光メモリ出力線４
５に出力される。この際、４２２寸ゲットが光増幅器６
０”を通過中にオンし、パケットが分断されることがな
いように、受光器６３”の出力の一部がレベル識別され
、パケ・ントが光増幅器６０′　を通過する前か通過し
た後にみの光増幅器６０゛がオンされる。尚、＃２側が
オン状態の時には前述の＃１側と＃２例の機能が反転す
ることは言うまでもない：本実施例では、非線形反射器６２．６２’を用いた例に
ついて示したが、第１図と同じ概念でス、ノ々ルスを検
出することにより、前述の電気制御形光スイッチを用い
ることもできる。

（実施例５）第１１図は、本発明による光メモリ部の他の実施例であ
り、第３図（ｂ）もしくは（Ｃ）のようにパケ・ントヘ
ッドにパケット存在パルス（波長λ５）、パケット足部
にパケット終了パルス（波長λ。）をするパケット構成
に対して適応される。

８０、８０’　は電気制御形光スイッチ、８１．８１’
　。

８２、８２’はλ５用分波器、８３．８３’はλ。用分
波器、８４．８４°、　８５．８５”、　８６．８６”
は受光器、８７゜８７°、　８８．８８’　、　８９．
８９”はフリップ・フロップ（白丸印はオン、黒丸印は
オフ用）　、９０．９０’　はノーマリ・オン形ＦＥＴ
スイッチである。

本実施例の動作原理は次の通りである。まず、＃１から
パケット＃１が入力されると、パケット存在パルス（波
長λ５）がλ５用分波器８１．受光器８４を介して、フ
リップ・フロップ８８をオフにする。また、通常フリッ
プ・フロップ８９もオフ状態になっているため、従って
、光スイッチ８０に電気制御信号は印加されていす、パ
ケット＃ｌは通過し、光結合器７２を通して光メモリ出
力線４５に出力される。パケット＃１が主光信号線６９
を通過中は、パケット＃１のλ５パルスがハ用分波器８
１を介して光電変換されてフリップ・フロップ８７をオ
ンし、さらにノーマリ・オン形ＦＥＴスイッチ９０を通
って、フリップ・フロップ８９゛　をオンし、＃２側の
光スイッチ８０°をクロス状態にスイッチする。

従って、＃２にパケット＃２が遅れて入力されても、パ
ケット＃２は光ループ線７０”に迂回させられ、＃２側
の主光信号線６９′及び光ループ線７０′から成る光ル
ープを周回し蓄積される。そして、パケット＃１のパケ
ット終了パルス（波長λ。）が、れ用分波器８３により
検出されるとフリップ・フロップ８９°をオフする。ル
ープ周回中のパケット＃２のλ５パルスがλ５用分波器
８１′で検出されると、フリップ・フロップ８８′　を
オフにするため、従って光スイッチ８０′　は通過状態
となり、光メモリ部出力線４５に出力される。この光ス
イ・ンチ８０°のクロスから通過状態のスイッチングが
パケット＃２の通過中に生じて、パケット＃２が寸断さ
れることを防止するために、光スイッチ８０゛の直後に
λ５用分波器８２°が設けられており、パケット＃２が
光スイッチ８０゛　をクロス状態に通過中はその状態を
保持するしくみになっている。パケット＃２が光ループ
内に蓄積・待機後に光メモリ部出力線４５に出力され始
めると、前述の＃１側と＃２側の機能が反転する。

尚、光メモリ部内各素子のオン・オフ動作とパケット光
信号のタイミングは、主に光ファイバから成る主光信号
線６９．６９°及び光ループ線７０．７０’の長さを最
適化することによって得られる。

表　　１以上に説明した夫々の光スイッチ部及び光メモリ部にお
いて、第３図に示した各パケットの構成に対して適応で
きる組合せを表１に示す。どの組み合わせのシステムで
も、制御用にパケット存在信号、ルーティング信号、パ
ケット終了信号の一部を取り出し、光電変換することは
あるが、それらの原信号はそのまま後段に伝達され、ま
た、特に高速なデータ信号はまった（光電変換されない
ので、光の有する高速性が活かされている。また、第３
図（Ｃ）及び（ｄ）のパケット構成については、各ルー
ティングパルスは同一タイムスロットに来るように多重
化されていてもかまわない。

尚、本発明による光パケット交換方式用の光源としては
、第１２図に示したように、単一波長でしかも夫々異な
った波長で動作する例えば分布帰還形（ＤＦＢ）半導体
レーザ１００をモノリシックに集積化し、それらの出力
光を低損失導波路１０１を介して多重することにより実
現される。１０２は、第３図に示した各パケット構成が
得られるように、各レーザへの給電タイミングを調整す
る回路をも含めた集積回路である。

以上のように本発明によれば光信号として転送されるパ
ケット信号を、電気信号に変換することなく、光のまま
交換することが可能となり、光・電気間の変換が不要で
あり交換機の構成が単純化すると同時に、光の高速性を
生かした高速パケット交換が可能となる。

（発明の効果）以上のように、本発明は予め定めた所望の波長の光信号
の有無で光路を切替える光スイッチ部により、予め定め
られた波長を有する光制御信号を取り出すと共に光制御
信号とは異なる波長を有する広帯域な光信号に対しては
Ｏ／Ｅ変換が不要な光駆動形スイッチを実現でき、かつ
光スイッチ部と光信号に応じて通過もしくは蓄積動作が
制御される光メモリ部とを組み合わせて光駆動形スイッ
チを構成して複数用いることにより高速パケット交換網
あるいは広帯域統合通信網を構築することが可能となり
、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の制御信号に電気信号を用いた
光スイッチの概略図、第３図は本発明による光パケット
交換方式に用いられる４種類のパケット構成を示す構成
図、第４図、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図
は本発明による光駆動形スイッチを構成する光スイッチ
部の実施例、第１０図、第１１図は本発明による光メモ
リ部の概略図、第１２図は本発明の方式に用いられる集
積化光源の模式図である。４０・・・非線形反射器、４１　、４７．４７”、　５
０．５１゜６３、６３“、　８１．８１°、　８２．８
２“、　８３．８３”・・・分波器、　４２．６０．６
０′、　６１．６１’　・・・光増幅器、４３、７１．
７１“、７２・・・光結合器、４４・・・光メモリ部、
４５・・・光信号線路、　４６．１００・・・単一波長
半導体レーザ、　４８．４８’、　５２．５６．６５．
６５”、４８゜４８”、　８５．８５°、　８６．８６
’・・・受光器、　４９．６７゜６７°９０．９０’　
・・・ノーマリ・オン形ＦＥＴスイッチ（６６、６６’
追加）、　５３・・・ノーマリ・オフ形ＦＥＴスイッチ
、　５４．８０．８０”・・・電気制御光スイッチ、５
５．８７．８７°、　８８．８８”、　８９．８９’・
・・フリップ・フロップ、　６９．６９”・・・主光信
号線、　７０．７０’・・・光ループ線、　１０１・・
・低損失導波路、　１０２・・・集積回路、　６４．６
４°・・・レベル識別器。特許出願人　　国際電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力した光信号の光路を切替えて所望の出力側光
路に該光信号を取り出す光スイッチにおいて、予め定めた所望の波長の光制御信号の一部を分岐する分
波器と、該分岐された光制御信号を光電変換し、その強度に応じ
て該光信号を所望の出力側光路にスイッチングする電気
制御形光スイッチまたは前記分岐された光制御信号の強
度に応じて前記光信号を所望の出力側光路にスイッチン
グする非線形反射型光スイッチとを備えたことを特徴と
する光駆動形スイッチ。
（２）入力した光信号の光路を切替えて所望の出力側光
路に該光出力を取り出す光スイッチにおいて、前記入力した複数の光信号のうち該出力側光路への優先
権を持たない光信号を蓄積する機能を有する光メモリ部
と、予め定めた所望の波長の光制御信号の一部を分岐する分
波器と、該分波された光制御信号を光電変換しその強度に応じて
該光信号を所望の出力側光路にスイッチングする電気制
御形光スイッチまたは前記分岐された光制御信号の強度
に応じて前記光信号を所望の出力側光路にスイッチング
する非線形反射型光スイッチとを有する光スイッチ部と
を備えたことを特徴とする光駆動形スイッチ。