JPH05336074A - 周波数多重化信号の光スイッチイングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 占有体積が小さく、振動および温度に対する
感度が低く、かつ、特定の周波数への同調が速く、さら
に、１０¹²Ｈｚ以上の選択性が得られる周波数多重化信
号の光スイッチングにおけるシステムを提供する。 【構成】 システムは、制御ビームと呼ばれる、強烈
で、コヒーレントで、単色ビームを放射することができ
る少なくとも１つの光源１２、複数の信号と制御ビーム
とを結合するための手段１４および非線形の光反応を伴
う活物質を有する光スイッチング素子１６を備える。上
記制御ビームの周波数は上記複数のうちの選択された信
号の１つの中心光周波数に等しい。また、上記光反応の
通過帯域は、上記複数の信号によって占められる周波数
帯域を分割する間隔より狭く、かつ、選択された信号に
よって占められる周波数帯域より広い。また、上記光ス
イッチング素子１６は、光結合手段１４からの光を受
け、かつ、選択された信号の情報を再生するビームを遠
隔通信システムへ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に、光ファイバ遠
隔通信の分野に用いられる周波数多重化信号の光スイッ
チングシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】コヒーレントな光ファイバ遠隔通信シス
テムにおいては、同一の光ファイバに、異なる搬送周波
数または異なる光学的な中心周波数を有する複数の信号
が通される。いくつかの情報チャンネルの混合物は、各
々、異なる源（ソース）から生じており、それぞれ、搬
送波の周波数によって特徴付けられている。この混合
は、一般に、複数の入力と１つの信号出力を有する光カ
プラによって行なわれる。そして、光カプラの出力は、
伝送ファイバへ結合されている。このような操作では、
周波数の多重化は特に問題ではなく、生じた光結合は、
この目的に対して満足すべき実行結果をもたらす。

【０００３】一方、伝送ファイバの出力での多重化信号
の複調操作における状況は異なる。上記複調操作では、
搬送波の周波数によって特徴付けられた複数のチャンネ
ルから抽出する１つに狙いをつけ、それを１つの光検出
器へ、または他の光ファイバによるスイッチングノード
へ送出する。この複調操作を行なうためには、波長を選
択する光フィルタを用いることが知られている。この波
長選択性は、ファイバの出力において、多重化されたチ
ャンネルから１つだけを抽出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した周
波数多重化信号の光スイッチングシステムでは、実際上
の見地においていくつかの難しい問題を生じる。すなわ
ち、異なるチャンネルの周波数間隔は、約１０¹¹Ｈｚと
小さい。また、このような選択性を有する（回折格子や
ファブリ−ペロット干渉計の）受動素子は、大きく、か
つ高価である。なぜなら、それらの受動素子は、振動お
よび機械的な動作特性の変化に対して感度が高く、その
結果として、熱的および機械的に安定な環境を要求する
ためである。加えて、それらの特定の周波数への同調
は、機械的な移動によって行なわれ、かつ、実行には長
い時間を要する。

【０００５】また、受動光フィルタも知られており、こ
れらは、周期的なしわ、または周期的な隆起部を有する
ウエーブガイドを用いており、（特に、半導体材料に形
成されると）電気的な制御によって同調できるが、１０
¹²Ｈｚを越える選択性を得ることは困難である。この発
明は上述した事情に鑑みてなされたもので、占有体積が
非常に小さく、振動および温度に対する感度が低く、か
つ、特定の周波数への同調が非常に速く、かつ、１０¹²
Ｈｚ以上の選択性を得ることができる、周波数多重化信
号の光スイッチングシステムを提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上述した問題
点を解決するために、この発明では、周波数多重化信号
の光スイッチングシステムに関し、制御ビームと呼ばれ
るコヒーレントな単色ビームを放射することができ、前
記制御ビームの周波数は、各々が情報を伝送する複数の
光信号の１つの中心光周波数に等しく、すなわち、前記
複数の光信号の１つが選択されており、前記選択されて
いる光信号の振幅は前記複数の光信号の最大振幅のＫ倍
に等しく、前記Ｋは前記複数の光信号の数に少なくとも
等しい整数であり、前記制御ビームは前記選択されてい
る信号によって干渉させられる少なくとも１つの光源
と、前記複数の光信号と前記制御ビームとを光結合する
ための光結合手段と、一方において、前記複数の光信号
によって占められる周波数帯域を分離する間隔より狭
く、かつ、他方において、前記選択された光信号によっ
て占められる周波数帯域より広い通過帯域を有する、非
線形の光反応を伴う活物質を有する光スイッチイング素
子とを具備する少なくとも１つのスイッチング手段を備
え、前記光スイッチング素子は、前記光結合手段からの
光を入力において受け取り、前記選択された光信号によ
って伝送された情報を再生する光ビームを出力に供給
し、このため、前記光スイッチング素子は２重のフィル
タイリングと光スイッチング機能を有するとともに、前
記複数の光信号の所定の中心光周波数に結合されている
周波数多重化信号を光スイッチングすることを特徴とす
る。

【０００７】ゆえに、この発明によるシステムは、光学
的に制御された周波数複調動作を行なう。光制御ビーム
によって、上記システムは、複数の搬送波周波数を選択
し、かつ、上記搬送波周波数に組込まれた情報のみを含
む変調された光ビームを出力へ得ることができる。した
がって、実際に、周波数多重化信号の光スイッチングの
ためのシステムである。

【０００８】この発明によるシステムの独創的な点のう
ちの１つは、結果として、所定のチャンネルを選択する
ことができるだけでなく、そのチャンネルの信号も増幅
できるシステムであるところにある。さらに、このシス
テムの特別な実施例では、選択された信号の再生が、入
力で選択されたチャンネルの周波数とは異なる搬送波周
波数で行なうことができる。これは、このシステムの操
作上の実現性を広くする。

【０００９】さらに、後述するように、周波数多重化信
号の光スイッチングマトリクスを得るために、この発明
によるシステムを複数個、並列に組み合わせることを可
能にする。

【００１０】この発明によるシステムの第１の実施例に
よれば、光スイッチング素子は、（低位スイッチングし
きい値および高位スイッチングしきい値を有する）真性
の光双安定素子である。

【００１１】第１の実施例による第１のシステムでは、
制御ビームの強度は、真性の双安定素子の低位側のスイ
ッチングしきい値より低く、上記双安定素子は、双安定
性の範囲、すなわち、双安定性現象を有する素子の周波
数レンジが選択された信号の中心光周波数を含むように
選択され、上記双安定素子の出力によって供給される光
ビームの周波数は、上記選択された信号の中心光周波数
に等しい。

【００１２】第１の実施例による第２のシステムでは、
双安定素子の双安定性の範囲内に含まれる周波数を有す
るメインテナンスビームと呼ばれる単色ビームを放射す
ることができる他の光源と、上記メインテナンスビーム
と同様に、複数の光信号と制御ビームとを結合するため
の光結合手段とを備えるとともに、上記制御ビームと上
記メインテナンスビームの各々の強度の合計は上記双安
定素子の低位側のスイッチングしきい値より低く、上記
制御ビームの周波数は上記双安定素子の活物質の吸収レ
ンジ内に含まれ、上記選択された光信号によって伝送さ
れた情報は、メインテナンスビームの周波数に等しい周
波数を有する光ビームによって、双安定素子の出力で再
生される。上記メインテナンスビームの周波数は調整で
きる。

【００１３】この発明によるシステムの第２の実施例に
よれば、光スイッチング素子は電流によって供給される
双安定レーザであり、上記電流の強度は双安定レーザの
低位側のスイッチングしきい値より低く、選択された光
信号によって伝送された情報は、上記双安定性レーザの
放射ビームに等しい周波数を有する光ビームによって、
該双安定レーザの出力で再生される。

【００１４】上記双安定レーザの放射周波数は調整でき
る。この発明によるシステムは、光スイッチング素子の
出力に光アイソレータを有する。最後に、この発明によ
るシステムは、スイッチングマトリクスを形成する複数
のスイッチングシステムを有する。

【００１５】

【実施例】次に図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。この発明の原理が図１に示されている。こ
れは、光スイッチングおよび光ホモダイニング（Optica
lhomodyning)の組合せに基づいている。光スイッチング
は、複数の光ビームの伝送を光学的に制御するために用
いられるとともに、それらの周波数を任意に入れ替える
ために用いられる。これらの光ビームは、光ファイバ伝
送で行なわれる場合のような光信号伝送情報である。

【００１６】光スイッチングは、これによって生成され
る出力信号が光の特性に従っていることに特徴付けられ
る。光スイッチングは、制御すべき１つまたは多くの光
ビームの位相または強度を変調するために、適切な材料
の非線形光反応および、特に、入射光の強度に伴う屈折
率または吸収係数変化を用いることによって達成せれ
る。好ましい方法では、前述した操作は、感光されると
急激な変化の結果をもたらす光双安定素子において行な
われる。これらの光双安定素子は、処理される光信号に
関して、所定のスイッチング動作を明確に行なうことを
可能にする。

【００１７】光スイッチングは、電気信号を介すことな
く、電子工学の機能を実現することが可能である。した
がって、光スイッチングは、広範囲に渡る通過帯域を保
有するとともに、電気的な干渉に対して反応しないとい
う特性を保有することができる。これらは、情報処理に
おける光学の主要な利点である。光ホモダイニングは、
異なる搬送波周波数によって特徴付けられる複数のチャ
ンネルから１つを選択的に検出するために用いられる。
光ホモダイニングは、ローカル発振器と呼ばれる単色の
光ビーム、強度と同様の周波数多重化信号の全て、非線
形の光反応を伴う活物質、例えば、光双安定素子に結合
した光スイッチング素子の反応部に付加することによっ
て達成される。上記光ビームの周波数は、選択的に検出
されたチャンネルの周波数に等しい。この選択の原理
は、光双安定素子が反応表面における電磁場の重ね合わ
せに対する二次方程式に反応することにある。

【００１８】ローカル発振器の電磁場は、異なる多重化
信号の電磁場より、さらに高い振幅を有するため、干渉
項が上記ローカル発振器へ入り、選択された光信号が、
特に、ローカル発振器を含まない他の項と比較して優れ
ている。光スイッチングおよび光ホモダインの組合せか
らの結果によるシステムが図１に示されている。図１に
示す符号２を運ぶ、このシステムは、光制御信号６と同
様の、通常、偏向させられた、周波数多重化光信号であ
る光ビーム４を入力で受取り、選択された光信号を再構
成する光ビーム８を出力から出力する。以後、このシス
テムには、矢印１０によって表された電源電圧が供給さ
れる。

【００１９】図に示されているように、光制御ビームの
振幅は、異なる多重化信号の振幅よりさらに高く、特
に、上記異なる多重化信号の最大振幅のＫ倍に等しい。
定数Ｋは、多重化信号の数に少なくとも等しい整数であ
る。重要な点は、非線形の光反応を用いることが、光ホ
モダイニングおよび光スイッチングを組合せることを可
能にする。上記非線形の光反応の通過帯域は、異なる多
重化チャンネルの周波数区分より狭い、すなわち、それ
らの異なるチャンネルを区分している周波数の間隔の各
々より狭い。この方法によって、求める選択性が得られ
る。

【００２０】この発明における他の重要な条件は、非線
形反応の通過帯域が、切換えられるべきチャンネルの変
調帯域、すなわち該チャンネルによって占められる周波
数帯域より広いことにある。このような条件に下におい
て、複調（多重化）すべき信号より高い強度の光制御信
号は、例えば、光ファイバ・カプラの援助によって、こ
れらの信号と簡単に混合することができる。

【００２１】制御信号としての同一周波数におけるチャ
ンネルだけは、コヒーレント方法において、後述の信号
と干渉し、それに変調を与える。その変調された信号の
通過帯域は、用いた光スイッチング素子の非線形通過帯
域より狭い。従って、後述の信号は、問題となっている
チャンネルと反応し、選択されたチャンネルの情報を出
力へ供給する光ビームへ書き換える。書き換えられた変
調信号の振幅は、知られた方法で、制御ビームと選択さ
れたチャンネルとの相対位相および偏向によって決る。

【００２２】この発明のさまざまな実施例が以下に与え
られる。光スイッチング素子には、真性の、光学的な、
双安定素子を用いることができる。このような双安定素
子は、一般に、非線形の光学反応を伴う活物質を含むFa
bry-Perot型の光学的な窪みを備える。この活物質の屈
折率は、入射する放射線のためによる光励起によって材
料に累算されたエネルギ密度で変化する。

【００２３】例えば、半導体材料においては、上記エネ
ルギは、バレンシー帯域の電子の光励起が、コンダクシ
ョン帯域（伝導帯）へ向うことに起因する電子孔のペア
の形成にある。光励起された電子孔のペアの存在は、半
導体材料の屈折率を変更する。このような材料、すなわ
ち、光学的な窪みを有し、かつ、半導体材料の吸収端に
近い波長を有するコヒーレントな放射にさらされている
材料は、真性の、光学的な、双安定素子を構成する。

【００２４】このような光学的な、双安定素子は、所定
のヒステリシスサイクルに従って、双安定素子のスイッ
チングしきい値ＳＢ（ボトムしきい値）およびＳＨ（ト
ップしきい値）のいずれかの側において、入射する光強
度を変化することによって、「伝導」から「非伝導」状
態、および逆の状態へ移行することができる。図２
（Ａ）および図２（Ｂ）は、異なるヒステリシスサイク
ルを有する２つの真性の、光学的な、双安定素子の反応
を示す図である。これら２つの図の各々において、光強
度が横軸および縦軸にプロットされている。横軸は素子
の入力に対応しており、縦軸はその出力に対応してい
る。

【００２５】図２（Ａ）は、同じ時間変化で入力信号Ｅ
の変調を再構成（複調）する出力信号Ｓを供給する素子
について示している。一方、図２（Ｂ）に示す素子によ
れば、出力信号Ｓは、反対の時間変化で入力信号Ｅの変
調を再構成（複調）する。参考文献（１）、すなわち、
R.Kuszelewicz,J.L.Oudar,J.C.Michel andR.Azoulayに
よる「Monolithic GaAs/AlAs optical bistable etalon
s withimproved seitching characteristics」,Appl.Ph
ys.Lett.53(22),28 November1988,pp.2138 to 2140 に
述べられているように、双安定素子は、異なるアルミニ
ューム密度で、アルミニューム・ガリウム・砒素（AlGa
As）システムにおけるエピタキシャル成長した層の積層
によって形成することができる。

【００２６】１０ミクロン（μｍ）より小さい直径に焦
点を合せられたビームに対して、トップしきい値ＳＨの
値は１０ｍＷ以下である。上述した素子の通過帯域は、
活性層における光励起されたキャリアの寿命を変更する
ことによって製造過程において調整される。この寿命に
対する典型的な値は、良好な品質のガリウム砒素（GaA
s）で、１０ｎｓ（ナノ秒）である。これは、約１０Ｍ
Ｈｚの通過帯域を与える。この通過帯域は、活物質への
不純物または（例えば、イオン・インプランテーション
による）構造欠陥を導入することによって、少なくとも
１ＧＨｚまで拡張することができる。

【００２７】複数の真性の、光学的な、双安定素子を備
える光スイッチングマトリックスを製造する場合には、
上述した欠陥は、例えば、保持される領域の周りのエピ
タキシャル層の積層の反応性イオン・エッチングによっ
て小さな横寸法を有するマイクロ共振回路を製造する過
程で、自動的に導入される。なぜなら、上記素子は、基
板上へ配設されるためである。

【００２８】また、エッチングすべき領域のエッジ上に
存在する表面の組み替え中心が寿命を短くすることが知
られている。これは、ドキュメント（２）：J.L.Jewell
らによる「GaAs-AlAs mono-lithic microresonator arr
ays」,Appl.Phys.Lett.51(2),13 July 1987,pp.94 to 9
6に述べられており、従って、通過帯域を増加すること
が可能である。この通過帯域は、常に、１０ＧＨｚより
小さくなる。これは多重化された信号の分離に対して、
相当な選択性を有することを可能にする。

【００２９】次に、本発明による２つのシステムについ
て説明する。その両方が真性の、光学的な、双安定素子
を光スイッチング素子として用いている。これらのシス
テムの第１の実施例では、選択された入力チャンネル
（図３）の周波数として、同一の搬送周波数を有する出
力信号を得ることができる。また、第２の実施例では、
選択されたチャンネル（図４）の周波数に対して、異な
り、かつ独立の搬送周波数を有する出力信号を得ること
ができる。

【００３０】図３に示すシステムはレーザ１２を備えて
いる。このレーザ１２は、制御ビームと呼ばれる、強烈
なコヒーレントビームを放射する。また、制御ビームの
周波数は、選択することを所望した搬送周波数に等し
く、その偏光および位相は、選択されたチャンネルで、
上記制御ビームの干渉を最大化するために調整される。
プロセスは、入射信号（選択された信号）の偏光および
位相に依存する制御ビームの偏光および位相を作る目的
に対して周知である。

【００３１】図３のシステムは、光カップリング手段１
４（例えば、光ファイバ・カプラ、ホログラムまたは、
一部反射鏡など）を有している。この光カップリング手
段１４は、多重化光信号ｓ１，ｓ２，……ｓＮに制御ビ
ームを混合するために利用する。また、図３のシステム
は、多重化信号および制御ビームの混合信号を入力
（端）で授受する真性の、光学的な、双安定素子１６を
有している。この双安定素子１６は、効果的な双安定で
ある周波数レンジが選択するために所望された信号の搬
送周波数を含むように選択される。

【００３２】さらに、レーザ１２は、制御ビームの強度
が双安定素子１６のスイッチングのボトムしきい値ＳＢ
以下であるように調整される（しかしながら、制御ビー
ムは、双安定素子のスイッチングを生じさせるため、そ
の双安定素子の入力へビームが到達できるように十分に
高くする）。多重化信号の存在において、制御ビームの
搬送周波数と同一の搬送周波数を有するチャンネルは、
上記制御ビームと双安定素子の伝導状態からその非伝導
状態へ、およびその逆に該双安定素子を通って該チャン
ネルに伝送される情報信号とにコヒーレントに混合され
る。

【００３３】また、図３のシステムは光アイソレータ１
８を有する。この光アイソレータ１８は、双安定素子１
６の入力に配置されるとともに、レーザ１２からの光と
双安定素子１６に到達した光がレーザ１２へ戻ってこな
いようにする。双安定素子１６によって供給される出力
信号ＳＯの電力は、制御ビームの電力よりほんの少し低
く、その結果として、ホモダイニングの結果は、多重化
信号ｓ１，ｓ２，……ｓＮの各々の電力より高くなる。

【００３４】したがって、図３のシステムは、システム
が選択された信号を選択すると、それと同時に選択され
た信号ｓ１，ｓ２，……ｓＮを増幅する。１つのチャン
ネルから他のチャンネルへ移行するためには、レーザ１
２によって放射された制御ビームの周波数を変化する必
要がある。上記レーザ１２はローカル発振器のように動
作する。この目的のために、レーザ１２は、周波数が同
期可能なレーザによって構成されている（各チャンネル
の変化に対して、新たに選択されたチャンネルの偏光お
よび位相の機能として、制御ビームの偏光および位相の
再調整能力があることから理解される）。

【００３５】また、真性の双安定素子１６の同期周波数
を再調整する必要がある。これは、さまざまな手段、例
えば、電気光学的効果、ピエゾ電気効果、またはもっと
単純な温度変化に基づく手段によって行なうことができ
る。この再調整は、一般に、ローカル発振器の周波数を
調整することに比べると、重要ではない。なぜなら、真
性の双安定素子を得ることのために使用できるFabry-Pe
rot共振器の典型的な通過帯域が約１０¹²Ｈｚであるの
に対して、ローカル発振器の周波数は、選択された信号
の変調通過帯域に比べ、より正確に調整されなければな
らないためである。

【００３６】選択された入力チャンネルの周波数と異な
る周波数の出力信号を得るためには、図３のシステムは
変更される。次に、この変更を図４を参照して説明す
る。図３のシステムに対して、強烈なビームを放射する
他のレーザ２０が付加される。上記ビームは、メインテ
ナンスビームと呼ばれる。また、カップリング手段１４
は、レーザ１２からの制御ビーム、レーザ２０からのメ
インテナンスビームおよび多重化信号ｓ１，ｓ２，……
ｓＮを混合するために、他の光カップリング手段２２に
よって置き換えられる。

【００３７】図４のシステムの場合には、双安定素子１
６へ到達するビームがレーザ１２および２０へ戻ること
を防ぐために、光アイソレータ１８の使用に対して優先
権が与えられている。ビームがレーザ１２および２０へ
戻ることは動作の妨げとなる。図４のシステムにおい
て、選択されたチャンネルの周波数と異なる周波数の出
力信号Ｓ１を得るためには、光学的な安定性と選択増幅
と作用の間で分離が行なわれる。上記作用は、単色のビ
ーム、すなわち制御ビームとメインテナンスビームの代
わりに、システムの２つの入力に存在する複数の多重信
号で混合することによるホモダイニングによるものであ
る。

【００３８】レーザ２０は、上記メインテナンスビーム
の周波数が双安定素子１６の周波数レンジの範囲内にあ
るようにする。したがって、双安定素子１６上へ入射す
る光電力が変化すると、図２（Ａ）または図２（Ｂ）の
特性（選択された双安定素子１６の作用として）が得ら
れる。さらに、レーザ１２および２０は、メインテナン
スビームおよび制御ビームの強度の合計が双安定素子１
６のスイッチングのボトムしきい値ＳＢより小さくなる
ように調整される（しかしながら、双安定素子の入力へ
到達するビームが、双安定素子のスイッチングを生じさ
せることができるようにするために十分に高くする）。

【００３９】制御ビームは、もう一度、選択された入力
チャンネルの搬送周波数へ同調されたローカル発振器を
形成する。システムの出力信号Ｓ１は、メインテナンス
ビームの周波数で得られる。また、図４のシステムは、
双安定素子１６の出力に配置されるフィルタリング手段
２４を有しており、該フィルタリング手段２４は、真性
の、双安定素子１６からの他の光成分から出力信号Ｓ１
を分離する。したがって、フィルタリング手段２４の出
力でのみ、上記出力信号Ｓ１が得られる。このフィルタ
リング手段２４には、強烈な制御ビームを除去するため
の波長フィルタを用いることができる。

【００４０】変形例としては、制御ビームとメインテナ
ンスビームとの関係には偏光手段を用いることができ
る。この偏光は直線的で、かつ、お互いが直交する。図
４のシステムの動作は、図３のシステムの動作と異な
る。すなわち、図３のシステムでは、選択された入力信
号は、直接、制御ビームを妨げるとともに、その強度を
変更する。したがって、図２（Ａ）または図２（Ｂ）の
曲線において、選択された信号は、スイッチングのしき
い値ＳＢおよびＳＨのどちらの側でも、双安定素子１６
の動作点に”とって代わる”。

【００４１】図４のシステムでは、メインテナンスビー
ムは、一定の強度を保持する。しかし、選択された信号
とローカル発振器の干渉は、真性の双安定素子１６の活
性層内に電子孔のペアを生成する。この場合、双安定素
子１６が半導体材料から作成されたと仮定する。上記双
安定素子１６は、１つの状態から他の状態へスイッチン
グする効果を有する。上記スイッチングを得るために、
制御ビームの波長が真性の、双安定素子１６の活性層の
吸収レンジの範囲内に位置するように、レーザ１２が選
択される、ということが示される。

【００４２】本発明では、光スイッチング素子は、双安
定レーザによって構成されることが可能である。このよ
うな応用に対しては、例えば、半導体レーザを用いるこ
とが最適である。このようなレーザにおいては、ｐ−ｎ
結合部への電子流を注入することによって個体数の逆転
が得られる。また、レーザ効果は所定の電流を越えて生
成される。上記所定の電流は”しきい値電流”として参
照される。電流注入がｐ−ｎ接合部において一定でない
と、光ポンピングが他の領域より弱くなる領域は、増幅
されずに、僅かな吸収する部分を残す。

【００４３】それにもかかわらず、この僅かな吸収は、
実際のレーザの放射によって飽和させることができ、こ
の場合、ヒステリシスを有する電流−電力特性が得られ
る。放射された電力は、スイッチングのしきい値ＳＢお
よびＳＨに応じて、注入された電流のある値に対して不
連続となる。これに関連する参考文献（３）としては、
「H.Kawaguchi,"Optical input andoutput characteris
tics for bistable semiconductors lasers",Appl.Phy
s.Lett.41(8),15 October 1982,pp.702 to 704」があ
る。

【００４４】本発明における使用に対する目的にとって
は、上述した複数の双安定層の興味深い特徴は、スイッ
チングのしきい値を越えたスイッチングが、光信号によ
って制御できることにある。双安定レーザに基づく生成
に対して、本発明によるスイッチングシステムは、複数
の多重化入力信号をローカル発振器として働く制御ビー
ムに混合し、双安定レーザのｐ−ｎ接合部上へ上記混合
された結果のビームを導き、該ビームを電子流に供給す
るために、図３を参照して述べられた実施例にのみ必要
とされている。上記電子流の値は、双安定レーザのボト
ムしきい値ＳＢより低い値に調整される（しかしなが
ら、この値は、双安定素子の入力へ到達するビームが、
双安定素子のスイッチングを生じさせることができるよ
うにするために十分に高くする）。

【００４５】選択された入力信号のホモダイニングは、
制御ビームの選択的な変調を生成する。上記制御ビーム
は、選択されたチャンネル上に存在する情報に単独で依
存する。この変調は、スイッチングのしきい値と、双安
定レーザが、これらのスイッチング動作の効果の下で変
調を受けることによって放射された電力とのいずれの側
にも双安定レーザを切換える。この双安定レーザによっ
て放射されたビームは、当該システムの出力信号を構成
する。この出力信号は、選択された入力信号の情報を運
ぶ信号を保持するためだけにフィルタリングされる（こ
のフィルタリングされた信号は、中心光周波数として双
安定レーザの放射周波数を有する）。

【００４６】半導体レーザの技術における最近の開発に
おいては、複数の制御電極を有する”多重分割（multis
ection）”のレーザが製造することが可能となってい
る。上記複数の制御電極には、注入電流のための電極、
同調する波長のための電極および変調電極がある。これ
に関する参考文献（４）は、例えば、「S.Murata,I.Mito
and K.Kobayashi,Electron.Letters 23(8) 1987」であ
る。上記変調電極に印加される電圧の使用は、ｐ−ｎ接
合部への電流の一様でない注入を行なうことを可能にさ
せ、ゆえに、容易に制御可能な方法において、双安定レ
ーザの特性を得る。このレーザのタイプの補足する利点
は、放射された波長が電気的に制御できることにある。

【００４７】図５は、２つの波長−同調半導体レーザの
組み合わせから生じた本発明による他のシステムの構成
を示すブロック図である。特に、図５のシステムは、連
続して動作し、かつ、ローカル発振器として補助するた
めに、半導体レーザ２６を備え、同様に、双安定方法に
おいて動作するために、第２の半導体レーザ２８を備え
る。多重化信号ｓ１，ｓ２，……ｓＮは、カップリング
手段１４のために、レーザ２６からの制御ビームと混合
される。この混合された結果のビームは、光アイソレー
タ１８を通して、双安定レーザ２８の入力へ供給され
る。レーザ２６は、ホモダイニングによって、多重化チ
ャンネルの搬送波周波数の関数として該多重化チャンネ
ルの１つを選択することを可能にする。

【００４８】図３および図４のレーザ１２に対するよう
に、レーザ２６によって放射されたビームの偏光および
位相は、選択されたチャンネルの偏光および位相に依存
する。図５に示す矢印３０は、レーザ２６の注入電極を
示し、一方、矢印３２は、上記レーザ２６の波長−同調
電極を示す。該波長−同調電極は、選択が所望されたチ
ャンネルの搬送波の周波数へ、レーザ２６の放射周波数
を等しくさせる目的で、上記放射周波数を制御すること
ができる。双安定方法に従って動作するレーザ２８は、
異なる搬送波周波数に関し、ホモダイニングすることよ
って、選択されている信号を再放射することを可能にさ
せる。また、上記異なる搬送波周波数は、電気的に制御
されることによって調整される。

【００４９】図５において、矢印３４は、レーザ２８の
注入電極を示しており、矢印３６は、レーザ２８の放射
周波数を制御することを可能とする波長−同調電極を示
している。一方、矢印３８は、レーザ２８の双安定性を
制御することを可能にする変調電極を示している。ま
た、システム５は、レーザ２８の出力に配置されたフィ
ルタリング手段２４を有しており、このフィルタリング
手段２４は、レーザ２８によって供給されたビームか
ら、レーザ２６からの光を除去することを可能にする。
そのため、フィルタリング手段２４の出力には、信号Ｓ
２のみが存在する。この信号Ｓ２は、図５のシステムに
よって選択されたチャンネルの情報を再生する。

【００５０】また、本発明によるあるシステムは、光ス
イッチングマトリックスを得るための目的で、図４に示
すタイプの複数のシステムを組み合わせるか、あるい
は、図５に示すタイプの複数のシステムを組み合わせる
ことによって得られる。もし、Ｎ個の多重化されたチャ
ンネルが図５によるシステムの入力に到達し、かつ、対
応する双安定レーザがＭ個の異なる搬送波周波数に放射
することができるならば、図５による信号システムによ
って、Ｎ個の入力周波数およびＭ個の出力周波数の間の
Ｎ×Ｍの連結の中から１つの連結を生成することが可能
となる。図４によるシステムを用いれば、Ｍ個の異なる
周波数に放射することができる同調可能なレーザ２０を
用いることによって、Ｍ個の異なる搬送波周波数が得ら
れる。

【００５１】本発明による光スイッチングマトリックス
は図６に示されており、符号Ｖ１，Ｖ２，……ＶＬを伝
送するＬ個のシステムを有する。このＬ個のシステム
は、例えば、図５に示されるタイプのシステムである。
また、図６の場合には、Ｌ個のカップリング手段１４
は、システムＶ１，Ｖ２，……ＶＬの各々へ信号ｓ１，
ｓ２，……ｓＮを供給するために、カップリング手段４
０によって置き換えられる。

【００５２】このようなマトリックスは、図示するよう
に、Ｎ個の入力信号ｓ１，ｓ２，……ｓＮの全てを、Ｌ
個のシステムＶ１，Ｖ２，……ＶＬの各々に分配するこ
とによって、複数の連結を同時に生成することを可能に
する。システムＶ１，Ｖ２，……ＶＬの各々は、お互い
に独立して同調可能で、かつ、放射する周波数がお互い
に独立して調整可能な発振器を有している。これらＬ個
のシステムの全ては、Ｎ個の入力とＭ個の出力との間
に、Ｌ個のリンクでスイッチングマトリックスを構成す
る。Ｌ個の出力信号は、図示しない同一の光ファイバに
おいて混合させることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、周波数多重化信号の光スイッチングシステムに関
し、制御ビームと呼ばれるコヒーレントな単色ビームを
放射することができ、上記制御ビームの周波数は、各々
が情報を伝送する複数の光信号の１つの中心光周波数に
等しく、すなわち、上記複数の光信号の１つが選択され
ており、上記選択されている光信号の振幅は上記複数の
光信号の最大振幅のＫ倍に等しく、上記Ｋは上記複数の
光信号の数に少なくとも等しい整数であり、上記制御ビ
ームは上記選択されている信号によって干渉させられる
少なくとも１つの光源と、上記複数の光信号と上記制御
ビームとを光結合するための光結合手段と、一方におい
て、上記複数の光信号によって占められる周波数帯域を
分離する間隔より狭く、かつ、他方において、上記選択
された光信号によって占められる周波数帯域より広い通
過帯域を有する、非線形の光反応を伴う活物質を有する
光スイッチイング素子とを具備する少なくとも１つのス
イッチング手段を備え、上記光スイッチング素子は、上
記光結合手段からの光を入力において受け取り、上記選
択された光信号によって伝送された情報を再生する光ビ
ームを出力に供給し、このため、上記光スイッチング素
子は２重のフィルタイリングと光スイッチング機能を有
するとともに、上記複数の光信号の所定の中心光周波数
に結合されている周波数多重化信号を光スイッチングす
るようにしたため、占有体積が非常に小さく、振動およ
び温度に対する感度が低く、かつ、特定の周波数への同
調が非常に速く、かつ、１０¹²Ｈｚ以上の選択性を得る
ことができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明における光双安定
素子の真性のヒステリシス特性を示す図である。

【図３】真性の光双安定素子を用いた本発明のシステム
の構成を示すブロック図である。

【図４】真性の光双安定素子を用いた本発明の別のシス
テムの構成を示すブロック図である。

【図５】双安定レーザを用いた本発明のシステムの構成
を示すブロック図である。

【図６】本発明による複数のシステムによって構成され
た光スイッチングマトリックスの構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

４，８ 光ビーム ６ 光制御信号 １２，２０，２６ レーザ（光源） １４，２２，４０ 光カップリング手段（光結合手段） １６ 双安定素子（スイッチング素子） １８ 光アイソレータ ２４ フィルタイリング手段 ２８ レーザ（スイッチング素子） ３０，３４ 注入電極 ３２，３６ 波長−同調電極 ３８ 変調電極 ｓ１，ｓ２，……ｓＮ 多重化信号 Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ 出力信号 Ｖ１，Ｖ２，……ＶＬ システム ＳＢ ボトムしきい値（低位側のスシッチングしきい
値） ＳＨ トップしきい値（高位側のスシッチングしきい
値）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御ビームと呼ばれるコヒーレントな単
   色ビームを放射することができ、前記制御ビームの周波
   数は、各々（ｓ１，ｓ２，……ｓＮ）が情報を伝送する
   複数の光信号の１つの中心光周波数に等しく、すなわ
   ち、前記複数の光信号の１つが選択されており、前記選
   択されている光信号の振幅は前記複数の光信号の最大振
   幅のＫ倍に等しく、前記Ｋは前記複数の光信号の数に少
   なくとも等しい整数であり、前記制御ビームは前記選択
   されている信号によって干渉させられる少なくとも１つ
   の光源（１２）と、 前記複数の光信号と前記制御ビームとを光結合するため
   の光結合手段（１４，２２，４０）と、 一方において、前記複数の光信号によって占められる周
   波数帯域を分離する間隔より狭く、かつ、他方におい
   て、前記選択された光信号によって占められる周波数帯
   域より広い通過帯域を有する、非線形の光反応を伴う活
   物質を有する光スイッチイング素子（１６，２８）とを
   具備する少なくとも１つのスイッチング手段を備え、 前記光スイッチング素子（１６，２８）は、前記光結合
   手段（１４，２２，４０）からの光を入力において受け
   取り、前記選択された光信号によって伝送された情報を
   再生する光ビームを出力に供給し、このため、前記光ス
   イッチング素子は２重のフィルタイリングと光スイッチ
   ング機能を有するとともに、 前記複数の光信号の所定の中心光周波数に結合されてい
   る周波数多重化信号を光スイッチングすることを特徴と
   する周波数多重化信号の光スイッチングシステム。
2. 【請求項２】 前記光スイッチング素子は、真性の、光
   学的な双安定素子（１６）であることを特徴とする請求
   項１記載の周波数多重化信号の光スイッチングシステ
   ム。
3. 【請求項３】 前記制御ビームの強度は、真性の双安定
   素子（１６）の低位側のスイッチングしきい値より低
   く、 前記双安定素子は、双安定性の範囲、すなわち、双安定
   性現象を有する素子の周波数レンジが、前記選択された
   信号の中心光周波数を含むように選択され、前記双安定
   素子（１６）の出力によって供給される光ビームの周波
   数は、前記選択された信号の前記中心光周波数に等しい
   ことを特徴とする請求項２記載の周波数多重化信号の光
   スイッチングシステム。
4. 【請求項４】 前記双安定素子の双安定性の範囲内に含
   まれる周波数を有するメインテナンスビームと呼ばれる
   単色ビームを放射することができる他の光源（２０）
   と、 前記メインテナンスビームと同様に、前記複数の光信号
   と前記制御ビームとを結合するための光結合手段（２
   ２）とを備えるとともに、 前記制御ビームと前記メインテナンスビームの各々の強
   度の合計は前記双安定素子の低位側のスイッチングしき
   い値より低く、前記制御ビームの周波数は前記双安定素
   子（１６）の活物質の吸収レンジ内に含まれ、前記選択
   された光信号によって伝送された情報は、前記メインテ
   ナンスビームの周波数に等しい周波数を有する光ビーム
   によって、前記双安定素子の出力で再生されることを特
   徴とする請求項２記載の周波数多重化信号の光スイッチ
   ングシステム。
5. 【請求項５】 前記メインテナンスビームの周波数は調
   整可能であることを特徴とする請求項４記載の周波数多
   重化信号の光スイッチングシステム。
6. 【請求項６】 前記光スイッチング素子は電流によって
   供給される双安定レーザ（２８）であり、前記電流の強
   度は前記双安定レーザの低位側のスイッチングしきい値
   より低く、前記選択された光信号によって伝送された情
   報は、前記双安定性レーザ（２８）の放射ビームに等し
   い周波数を有する光ビームによって、前記双安定レーザ
   の出力で再生されることを特徴とする請求項１記載の周
   波数多重化信号の光スイッチングシステム。
7. 【請求項７】 前記双安定レーザ（２８）の放射周波数
   は調整可能であることを特徴とする請求項６記載の周波
   数多重化信号の光スイッチングシステム。
8. 【請求項８】 前記制御ビームの周波数は調整可能であ
   ることを特徴とする請求項１記載の周波数多重化信号の
   光スイッチングシステム。
9. 【請求項９】 前記光スイッチング素子（１６，２８）
   の入力に光アイソレータ（１８）を備えることを特徴と
   する請求項１記載の周波数多重化信号の光スイッチング
   システム。
10. 【請求項１０】 スイッチングマトリクスを形成する複
    数のスイッチング手段（Ｖ１，Ｖ２，……ＶＬ）を備え
    るとともに、前記複数のスイッチング手段における制御
    ビームの周波数は調整可能であることを特徴とする請求
    項５記載の周波数多重化信号の光スイッチングシステ
    ム。
11. 【請求項１１】 スイッチングマトリクスを形成する複
    数のスイッチング手段（Ｖ１，Ｖ２，……ＶＬ）を備え
    るとともに、前記複数のスイッチング手段における制御
    ビームの周波数は調整可能であることを特徴とする請求
    項７記載の周波数多重化信号の光スイッチングシステ
    ム。