JPH04227395A - 高速度光電子クロスバースイッチ - Google Patents

高速度光電子クロスバースイッチ

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JPH04227395A
JPH04227395A JP3075660A JP7566091A JPH04227395A JP H04227395 A JPH04227395 A JP H04227395A JP 3075660 A JP3075660 A JP 3075660A JP 7566091 A JP7566091 A JP 7566091A JP H04227395 A JPH04227395 A JP H04227395A
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JP
Japan
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photodetector
input light
photodetectors
output node
light beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP3075660A
Other languages
English (en)
Inventor
Stephen Forrest
スティーブン・フォレスト
Gregory L Tangonan
グレゴリー・エル・タンゴナン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co filed Critical Hughes Aircraft Co
Publication of JPH04227395A publication Critical patent/JPH04227395A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693—Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Multi Processors (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号スイッチング装置
に関するものであり、特に通信回路網における複数の信
号をスイッチングする装置に関する。
【０００２】本発明はここに特定の摘要のための例示的
な実施例を参照にして説明されているが、本発明がそれ
に限定されるものではないことを理解すべきである。当
業者は本発明の技術的範囲内において付加的な変更、適
用、および実施例、ならびに本発明が特に有用な技術分
野を認めることができるであろう。
【０００３】
【従来の技術】並列プロセッサは通常同時に、または並
列にプログラムを実行する多数のプロセッサを具備して
いる。これらの設備はプロセッサ間および個々のプロセ
ッサとその共同して動作するメモリとの間でデータの転
送を可能にする通信回路網を必要とする。多くの並列処
理システムにおいて、多数のプロセッサが同時に情報を
伝送できることが望ましい。並列処理における光の使用
は比較的大きな帯域幅を得ることが可能であり、線形媒
体中の個々の光ビーム間の相互作用が典型的に低いので
特に有効である。これに使用される１つの光学システム
はクロスバー回路網として知られている。クロスバー回
路網は機械的に可動の相互接続がなく選択された形態で
複数のプロセッサまたはメモリの相互接続を可能にする
。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】あるクロスバー回路網
は完全に電子的に構成される。すなわち、選択された入
力データチャンネル数が所望の出力チャンネルアレイと
電気通信が行われるまで光学的ドメインに対して再分類
は行われない。データが光キャリアを変調するために使
用された電気出力チャンネルに存在するときにそれは続
いて選択された目的地に伝送される。残念ながら、この
電子スイッチングモードは比較的遅く、そこで使用され
る計算回路網の全体の速度を阻害する。
【０００５】その代りに他のクロスバー回路網が完全に
光学的ドメインで動作される。特に選択された多数の光
入力ビームが光学素子を介して光出力チャンネルの選択
されたセットに接続される。
【０００６】残念ながら、完全に光学的ドメインで動作
されるチャンネルスイッチングは全電子ドメインのチャ
ンネルスイッチングよりも遅い。さらに通常の光学的ス
イッチングのみによる回路網はチャンネル間の分離が貧
弱である。すなわち隣接する光学的チャンネルは実質上
相互干渉を生じ易く、それはシステム全体の性能を低下
させる。
【０００７】したがって高いスイッチング速度を与える
ことができて、しかも許容できるチャンネル間分離を維
持するクロスバースイッチを提供する必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この技術上の必要性は本
発明の高速度光電子クロスバースイッチによって解決さ
れる。この発明のクロスバースイッチは第１および第２
の光ビームによって伝送される信号を出力ノードに選択
的に接続するように構成される。この発明のクロスバー
スイッチは第１および第２の入力ビームによって伝送さ
れる信号を電気出力信号に変換し、これらの電気出力信
号を出力ノードに供給する選択的に付勢可能な光検出器
回路網を備えている。光検出器回路網は第１の入力ビー
ムと光学的に整列した第１の光検出器と、第２の入力ビ
ームと光学的に整列した第２の光検出器とを備えている
。この発明のクロスバースイッチはさらに制御信号に応
答して第１および第２の光検出器を付勢するためのマル
チプレクサを備えている。本発明はまた制御信号に応答
して第１および第２の光検出器を照射するレーザダイオ
ード回路を具備している。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の一実施例に係る高速度光電子クロ
スバースイッチ１０を示すブロック図である。光電子ク
ロスバースイッチ１０は光検出器回路網２２、レーザダ
イオード回路２４、および制御マルチプレクサ２６を備
えている。 光検出器回路網２２はこの実施例では４個の光検出器３
０，３２，３４，３６を備えている。４個より多くの数
も用途に応じて使用できる。各光検出器３０，３２，３
４，３６はそれぞれ光ファイバ（明瞭には示されていな
い）に結合され、各光ファイバは入力データ光ビームを
伝送する。データビームはそれに結合された光検出器３
０，３２，３４，３６を照射する。入力ノード３８に印
加された制御信号は制御マルチプレクサ２６に導かれて
１以上の光検出器３０，３２，３４，３６を付勢し、そ
れら光検出器はそれに入射したデータ光ビームに応じて
光電流を発生する。抵抗４０を流れるこの光電流はノー
ド４２に供給される出力信号電圧を発生する。 増幅器４６はノード４２に結合されて伝送のために信号
電圧を増幅する。このようにして４つのデータ光ビーム
により伝送された信号は選択的に単一の出力チャンネル
に切替えられる。
【００１０】以下さらに詳細に説明するようにクロスバ
ースイッチ１０の状態の１つの変化は入力ノード３８に
制御信号を供給することによって行われ、それにより１
以上の光検出器３０〜３６が消勢される。この制御信号
の印加はレーザダイオード回路２４内のレーザダイオー
ド４４に短い発光を生じさせる。この短い発光は光検出
器３０〜３６をその１以上の消勢にすぐ続いて光エネル
ギＥで照明する。 消勢のために選択された１以上の光検出器３０〜３６は
レーザダイオード４４によって放射された照明パルスに
応じて光電流を発生する。この光電流は消勢のために選
択された各光検出器３０〜３６の両端の残留電圧（イン
トリンシックキャパシタンスによる）を除去する。この
残留電圧の除去の加速は選択された光検出器３０〜３６
の消勢状態への変移を促進し、それによってその消勢時
間を減少させる。光検出器消勢時間のこの減少によるク
ロスバースイッチ１０のスイッチング時間の対応する減
少は本発明の特徴である。
【００１１】図１に示すように、光検出器回路網２２は
４個の光検出器３０〜３６を備えている。各光検出器３
０〜３６は光学的チャンネルと関連する光ファイバに通
常のように結合されている。その代りに、入力光ファイ
バは光学的レンズで終端され、そのレンズが適当な光検
出器３０〜３６に光ファイバで伝送された光ビームを照
射する。この後者の形態ては、光ファイバは光検出器３
０〜３６と物理的に接触することはない。図１の実施例
において、各光検出器はＩｎＧａＡｓ　　ｐｉｎダイオ
ードである。ｐｉｎダイオードの使用はそれらのスイッ
チング速度が速いので好ましい。
【００１２】典型的に一時に光検出器３０〜３６のただ
１つが付勢される。光検出器の付勢は制御マルチプレク
サ２６によって行われる。制御マルチプレクサ２６用と
してＣＭＯＳ装置は非導電状態にあるときその入力イン
ピーダンスが大きいので好ましい。入力ノード３８に印
加された制御信号に応じて、制御マルチプレクサ２６は
適当なＭＯＳＦＥＴ装置５０，５２，５４，５６をオン
に切替えることによって光検出器３０〜３６に適当なバ
イアス電源ＶＢを選択的に結合するように動作する。Ｍ
ＯＳＦＥＴ装置５０〜５６がオフ状態（非導電状態）に
あるときそれと関連した光検出器３０〜３６の応答はそ
れらが結合された光ファイバにより伝送される入力光ビ
ームによって照明されているか否かに関係なく実質上ゼ
ロである。光検出器３０〜３６は入力ノード３８を介し
てマルチプレクサ２６に適当な制御信号を供給すること
によってオン状態に切替えられることができる。制御信
号はマルチプレクサ２６においてデコードされ、ＭＯＳ
ＦＥＴ装置５０〜５６の１つに適当な付勢ゲート電圧を
与えて、それによりバイアス電源ＶＢを光検出器３０〜
３６の選択されたものに結合する。
【００１３】各光検出器３０〜３６は関連する寄生キャ
パシタンスＣｐ（Ｖ）およびＣｓを有しており、ここで
Ｖは光検出器の両端の電圧である。Ｃｐ（Ｖ）は次の式
で定められる。 Ｃｐ（Ｖ）＝ＣｐｏＶｂｉ１／２　／（Ｖｂｉ−Ｖ）１
／２　ここでＣｐｏはゼロボルトにおけるダイオードキ
ャパシタンスであり、Ｖｂｉは検出器のビルトイン電圧
（典型的には０．７　ボルト）である。上述のように光
検出器３０〜３６がオフ状態に切替えられるとき関係す
るＭＯＳＦＥＴ装置５０〜５６は回路を開放する。ＭＯ
ＳＦＥＴ装置５０〜５６の開放に続いて光検出器３０〜
３６に残留する電圧｛Ｃｐ（Ｖ）およびＣＳによる｝は
光検出器３０〜３６により発生される電流Ｉｏによって
減少されるだけである。光で発生される電流Ｉｏは光検
出器３０〜３６に入射するデータ光ビームによる光検出
器３０〜３６の照明に応答して生成される。光検出器３
０〜３６に残留する電圧Ｖが減少する速度、したがって
光検出器３０〜３６が消勢される速度（消勢は光検出器
の電圧がオン状態にある電圧の約１０％である点として
定義される）は次の式で与えられる。
【００１４】 　　ｄＶ／ｄｔ＝［Ｉｏ−Ｉｓ（ｅｘｐ（ｑＶ／ｎｋＴ
）　−１）］／［Ｃｐ（Ｖ）＋Ｃｓ］　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　……［１］　 ここでＩｓ＝光検出器飽和電流、ｑ＝電荷、ＩｎＧａＡ
ｓのｐｉｎ光検出器に対してｎ＝２、ｋ＝ボルツマン定
数、Ｔ＝絶対温度である。残念ながら迅速なスイッチン
グ（約１０ｎｓ）を行うためには通常のクロスバースイ
ッチの光検出器に入射する入力信号パワーは約１ｍＷが
必要とされる。この要求は多くの応用には高過ぎ、光学
的出力可能数（入力光搬送波が分割されるデータチャン
ネルの数）を制限する。
【００１５】簡単に上述したように本発明のクロスバー
スイッチ１０は光検出器３０〜３６に付加的に光学的パ
ワーを供給するためにレーザダイオード４４を使用する
ことによって高い入力光信号パワーの必要を回避する。 特に光検出器３０〜３６の消勢の開始のために制御信号
は入力ノード３８に印加される。制御信号は制御マルチ
プレクサ２６によってデコードされ、選択された光検出
器３０〜３６に結合されたＭＯＳＦＥＴ５０〜５６に第
１の極性のゲート電圧を与える。ＭＯＳＦＥＴ５０〜５
６に供給されたゲート電圧は電源ＶＢと選択された光検
出器３０〜３６とを分離し、それによって選択された光
検出器３０〜３６への外部電流の流入を遮断する。適当
な低ドープＩｎＧａＡｓｐｉｎ光検出器が使用されると
き、約−２ボルトのＶＢが検出の帯域幅を犠牲にするこ
となく使用できる。
【００１６】図１から明らかなように入力ノード３８へ
の制御信号の印加はキャパシタンス６０の両端の電圧降
下を誘起する。それによる電流は抵抗６２を流れて第１
の極性と反対の第２の極性の電圧をＭＯＳＦＥＴ６４の
ゲートに印加する。マルチプレクサ２６はＭＯＳＦＥＴ
６４における第２の極性のゲート電圧を生じさせる制御
信号が入力ノード３８に供給されるとき、選択されたＭ
ＯＳＦＥＴ５０〜５６に第１の極性のゲート電圧を供給
するように構成されている。キャパシタンス６０および
抵抗６２の値は、ＭＯＳＦＥＴ６４のゲートにおける電
圧が電源ＶＢから光検出器３０〜３６の選択されたもの
を隔離するとほぼ同時にそのターンオン電圧に到達する
ように選択される。このようにしてレーザダイオード４
４は選択された光検出器３０〜３６に外部から供給され
た電流が遮断されるとほぼ同時に電源ＶＬＤに接続され
る。レーザダイオード４４の電源ＶＬＤへの接続はレー
ザダイオード４４と抵抗４５通って流れる電流を誘起し
、ＭＯＳＦＥＴ６４のゲートのターンオン電圧が維持さ
れている間は選択された光検出器３０〜３６を照明する
。
【００１７】選択された光検出器３０〜３６を照射する
レーザダイオード４４からの光エネルギはそこを流れる
光発生電流を生じさせる。この光発生電流はイントリン
シックキャパシタＣｐ（Ｖ）およびＣｓにより選択され
た光検出器３０〜３６に存在する残留電圧の消滅を促進
する。選択された光検出器３０〜３６が消勢される速度
（ｄＶ／ｄｔ）は、クロスバースイッチ１０のスイッチ
ング速度に比例し、次の式で示される。
【００１８】 　　ｄＶ／ｄｔ＝ 　　｛Ｉｏ＋Ｉｓｗ−Ｉｓ（ｅｘｐ（ｑＶ／ｎｋＴ）　
−１）｝／（Ｃｐ　（Ｖ）＋Ｃｓ）ｄＶ／ｄｔ…［２］
　 ここでＩｓｗはレーザダイオード４４の照明による選択
された光検出器３０〜３６により発生された光電流であ
る。
【００１９】式［１］と［２］の比較から明らかなよう
に、光検出器の消勢（ターンオフ）速度はＩｓｗの項の
存在により増加する。式［２］によりもしもＩｓｗが十
分に大きくされるならば、ｄＶ／ｄｔを害することなく
Ｉ０　は著しく減少させることができることは明白であ
る。Ｉｓｗは比較的高い出力のレーザダイオード（典型
的には０．８　μｍで動作する）を使用することにより
十分に大きくすることができる。そのようなレーザダイ
オードはシャープ社等から市販されている。結論として
本発明のクロスバースイッチ１０を供給する光ファイバ
アレイの光出力数はスイッチング速度の対応した減少を
伴わずに増加される。各入力光ファイバによって伝送さ
れる光パワーは各光検出器３０〜３６により要求される
光電流Ｉｏの量的低下により減少することができる。応
用によってはＩｏはＩｓ　と同程度に小さくすることが
できる。それ故本発明の特徴はクロスバースイッチ１０
のスイッチング時間がレーザダイオード４４による光検
出器３０〜３６の照明の結果として減少されることであ
る。
【００２０】キャパシタ６０と抵抗６２の相対値は、Ｍ
ＯＳＦＥＴ６４を付勢するために必要な電圧が所望の照
明インターバルに対してそのゲートに存在するように調
整される。また本発明の技術的範囲内で異なった回路が
可能である。例えば図１の実施例で選択された光検出器
３０〜３６は１０ｎｓのスイッチング速度のために約１
ｎｓの期間レーザダイオード４４によって照明される必
要がある。このスイッチング速度は通常のクロスバース
イッチによって得られるものに比較して２，３桁速い。
【００２１】以上本発明は、特定の適用に関連した特定
の実施例について説明された。当業者は本発明の技術的
範囲内において付加的な変形および適用を認めることが
できるであろう。例えば金属・半導体・金属光検出器が
本発明の技術的範囲内において実施例中で使用されたｐ
ｉｎ光検出器に置換して使用されることができる。同様
にＭＯＳＦＥＴ以外の電子スイッチもバイアス電源に光
検出器を選択的に結合するために使用できる。
【００２２】さらに本発明においてはここに示されたＲ
Ｃレーザダイオードタイミング回路以外のものも使用可
能である。当業者はＭＯＳＦＥＴ６４のゲートにおける
必要なターンオン電圧を維持するために他の回路網を使
用することもできる。それ故特許請求の範囲に記載され
た発明の技術的範囲によってこれらの変形は全てカバー
されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高速度光電子クロスバースイッチを示
すブロック図。
【符号の説明】
１０…光電子クロスバースイッチ，２２…光検出器回路
網，２４…レーザダイオード回路，２６…制御マルチプ
レクサ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　第１および第２の入力光ビームによっ
    て伝送される信号を出力ノードに選択的に接続する高速
    度光電子クロスバースイッチにおいて、前記第１の入力
    光ビームと光学的に整列した第１の光検出器と、第２の
    入力光ビームと光学的に整列した第２の光検出器とを具
    備し、前記第１および第２の光ビームによって伝送され
    る信号を電気出力信号に変換し、この出力信号を前記出
    力ノードに供給する選択的に付勢可能な光検出器手段と
    、前記第１および第２の光検出器を制御信号に応じて付
    勢するマルチプレクサ手段と、前記制御信号に応じて前
    記第１および第２の光検出器を照明するレーザダイオー
    ド手段とを具備していることを特徴とする高速度光電子
    クロスバースイッチ。
  2. 【請求項２】　　前記選択的に付勢可能な光検出器手段
    は、前記第１および第２の光ビームとそれぞれ光学的に
    整列した第１および第２の光検出器を具備し、それら光
    検出器は前記光信号ビームによる照明による出力信号に
    比例する電流を発生する請求項１記載のクロスバースイ
    ッチ。
  3. 【請求項３】　　前記第１の光検出器は前記出力ノード
    と第１のトランジスタスイッチとの間に直列に接続され
    、前記第２の光検出器は前記出力ノードと第２のトラン
    ジスタスイッチとの間に直列に接続され、前記第１およ
    び第２のトランジスタスイッチは前記マルチプレクサ手
    段に電気的に結合された制御端子を備えている請求項２
    記載のクロスバースイッチ。
  4. 【請求項４】　　前記第１および第２のトランジスタス
    イッチはそれぞれ付加的にバイアス電源に結合されてい
    る請求項３記載のクロスバースイッチ。
  5. 【請求項５】　　前記レーザダイオード手段およびマル
    チプレクサ手段は入力ノードに電気的に結合され、さら
    にこの入力ノードに制御信号を印加する手段を備えてい
    る請求項４記載のクロスバースイッチ。
  6. 【請求項６】　　前記レーザダイオード手段は、レーザ
    ダイオードと、前記入力ノードに結合された遅延回路網
    と、前記レーザダイオードと遅延回路網との間に直列に
    接続されたトランジスタスイッチとを備えている請求項
    ５記載のクロスバースイッチ。
  7. 【請求項７】　　前記出力ノードに出力信号を供給する
    手段は、前記第１および第２の光検出器からの前記信号
    電流を前記出力ノードに印加される信号電圧に変換する
    ために前記出力ノードに結合された抵抗回路網を具備し
    ている請求項６記載のクロスバースイッチ。
  8. 【請求項８】　　前記出力ノードに結合された電圧増幅
    器を具備している請求項７記載のクロスバースイッチ。
  9. 【請求項９】　　第１および第２の入力光ビームによっ
    て伝送される信号を出力ノードに選択的に接続する高速
    度光電子クロスバースイッチにおいて、前記第１の入力
    光ビームと光学的に整列した第１の光検出器と、第２の
    入力光ビームと光学的に整列した第２の光検出器とを具
    備し、前記第１および第２の入力光ビームによって伝送
    される信号を電気出力信号に変換し、この出力信号を前
    記出力ノードに供給する選択的に付勢可能な光検出器手
    段と、前記第１および第２の光検出器を制御信号に応じ
    て付勢するマルチプレクサ手段と、レーザダイオードと
    、このレーザダイオードに結合された電子スイッチと、
    前記制御信号を供給するために前記電子スイッチに結合
    されたタイミング回路網とを具備していることを特徴と
    する高速度光電子クロスバースイッチ。
  10. 【請求項１０】　　第１および第２の入力光ビームによ
    って伝送される信号を出力ノードに選択的に接続する方
    法において、 ａ）前記第１の入力光ビームと光学的に整列して第１の
    光検出器を配置し、前記第２の入力光ビームと光学的に
    整列して第２の光検出器を配置し、 ｂ）前記第１および第２の入力光ビームによって伝送さ
    れる前記信号を電気出力信号に変換し、ｃ）この出力信
    号を前記出力ノードに供給し、ｄ）前記第１および第２
    の光検出器を制御信号に応じて付勢し、 ｅ）制御信号に応じて前記第１および第２の光検出器を
    照明することを特徴と する接続方法。
JP3075660A 1990-03-16 1991-03-15 高速度光電子クロスバースイッチ Pending JPH04227395A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US494640 1990-03-16
US07/494,640 US5072439A (en) 1990-03-16 1990-03-16 High speed opto-electronic crossbar switch

Publications (1)

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JPH04227395A true JPH04227395A (ja) 1992-08-17

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ID=23965332

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3075660A Pending JPH04227395A (ja) 1990-03-16 1991-03-15 高速度光電子クロスバースイッチ

Country Status (4)

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US (1) US5072439A (ja)
EP (1) EP0446908B1 (ja)
JP (1) JPH04227395A (ja)
DE (1) DE69122145T2 (ja)

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