JPH06121357A

JPH06121357A - 光スイッチ回路

Info

Publication number: JPH06121357A
Application number: JP4271942A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Obara; 仁小原; Yoshiyuki Hamazumi; 義之濱住; Mitsuhiro Tejima; 光啓手島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ｎ×ｍのアレー導波路型波長多重／分離回路
を用いて波長スイッチングを行う構成の光スイッチ回路
に関し、スイッチサイズを拡張する際に、必要となるデ
バイスの種類および個数の増加、波長可変範囲の増加、
さらに光検出回路に到達する光パワーの減少を同時に解
決し、容易にスイッチサイズの拡張ができることを目的
とする。【構成】ｎ×ｍの入出力ポートを有し、入力される光
信号の入力ポート位置と波長に応じて出力ポート位置が
決定されるアレー導波路型波長多重／分離回路と、アレ
ー導波路型波長多重／分離回路の各入力ポート対応に設
けられ、入力信号を接続先の出力ポートに対応する波長
の光信号に変換して各入力ポートに送出する波長制御手
段とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長スイッチングを適
用した光スイッチ回路に関する。特に、ｎ×ｍのアレー
導波路型波長多重／分離回路を用いて波長スイッチング
を行う構成の光スイッチ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、波長スイッチングを適用した
従来の光スイッチ回路の構成を示すブロック図である。

【０００３】図において、入力ポート１０₀〜１０_nに
接続される波長可変レーザモジュール１１₀〜１１
_nは、それぞれ発振波長がλ₀〜λ_nのいずれかに設定
され、入力電気信号により変調した光信号を各結合リン
ク１２₀〜１２_nに出力する。各結合リンク１２₀〜１
２_nの光信号はスターカップラ１３で波長多重され、各
出力ポート１７₀〜１７_nに対応した結合リンク１４₀
〜１４_nに分配出力される。各結合リンク１４₀〜１４
_nに接続される光フィルタ１５₀〜１５_nは、それぞれ
中心波長がλ₀〜λ_nに設定され、対応する波長の光信
号を抽出して光検出回路１６₀〜１６_nに送出し、各光
検出回路はそれを電気信号に変換して出力ポート１７₀
〜１７_nに出力する。なお、入力電気信号はアナログあ
るいはディジタルのいずれでもよいが、以下の説明では
２値（０または１）のディジタル信号とする。また、入
力電気信号による波長可変レーザモジュールの変調方式
は直接強度変調とする。

【０００４】ここで、出力ポート１７₀〜１７_nにそれ
ぞれλ₀〜λ_nの波長が割り当てられているので、入力
ポート１０₀〜１０_nに入力された信号を希望の出力ポ
ートにスイッチングするには、各波長可変レーザモジュ
ール１１₀〜１１_nの波長を出力ポートに対応する波長
にチューニングし、その出力光を直接強度変調する。こ
のとき、入力ポートはそれぞれ異なる出力ポートに接続
されるので、結合リンク１２₀〜１２_nに出力される光
信号の波長はすべて異なる。スターカップラ１３は、こ
れらの光信号を波長多重してすべての結合リンク１４₀
〜１４_nに分配出力する。光フィルタ１５₀〜１５
_nは、それぞれの中心波長λ₀〜λ_nで指定する波長の
光信号を抜き出すことにより、対応する入力ポートから
の信号を選択して出力ポートに出力させることができ
る。

【０００５】このような波長スイッチング構成では、入
力ポートに配置されたレーザの発振波長を入力ポートご
とに独立に制御することで接続が完了するので、スイッ
チング制御が容易である。また、スターカップラと光フ
ィルタは受動素子であり、能動素子である波長可変レー
ザモジュールの個数は入力ポート数だけでよいので、回
路規模を小さくすることが可能である。

【０００６】なお、図１４に示す構成は、入力ポート側
に波長可変レーザモジュールを配置し、出力ポート側に
固定波長の光フィルタを配置した構成であるが、その逆
に入力ポート側に固定波長のレーザを配置し、出力ポー
ト側に波長可変の光フィルタを配置する構成としても同
様である。また、図１４に示す構成は、スターカップラ
を集中配置した構成であるが、小規模のスターカップラ
を入出力に分散配置しても同様である。

【０００７】しかし、図１４に示す構成では必要なモジ
ュールとして、レーザ，スターカップラおよび光フィル
タの３種類の光回路が必要であった。また、スイッチサ
イズが大きくなる（入出力ポートが多くなる）と、レー
ザ（あるいは光フィルタ）に要求される波長可変幅がそ
れに比例して増大する。さらに、各レーザ出力のパワー
がすべての出力ポートに分配されるので、スイッチサイ
ズに比例して光検出回路に到達する光パワーが減少す
る。これらの要因により、図１４に示す構成で実現でき
るスイッチサイズは限定され、大規模な光スイッチには
適用することができなかった。

【０００８】それに対して、図１４に示す構成を基本に
大規模な光スイッチの実現を可能とした構成が提案され
ている。その光スイッチ回路は、入出力ポートを複数の
グループに分割してグループ単位で同一波長を繰り返し
利用し、波長可変範囲の狭い光デバイスを用いてスイッ
チサイズの拡張を図るものである。

【０００９】図１５は、グループ分割によって大規模化
を図る従来の光スイッチ回路の構成を示すブロック図で
ある。なお、ここでは２つのグループに分割する場合の
構成例を示す。

【００１０】図において、一方のグループの入力ポート
２０₀₀〜２０_0nに接続される固定波長レーザ２１₀₀〜２
１_0nは、発振波長がそれぞれ固定のλ₀〜λ_nに設定さ
れ、入力電気信号により変調した光信号を結合リンク２
２₀₀〜２２_0nに出力する。結合リンク２２₀₀〜２２_0nの
光信号はスターカップラ２３₀で波長多重され、２つの
グループの出力ポート２９₀₀〜２９_0n，２９₁₀〜２９_1n
に対応した結合リンク２４₀₀〜２４_0n，２４₁₀〜２４_1n
に分配出力される。また、他方のグループの入力ポート
２０₁₀〜２０_1nに対応する固定波長レーザ２１₁₀〜２１
_1nの出力も同様に、結合リンク２２₁₀〜２２_1nを介して
スターカップラ２３₁で波長多重され、結合リンク２５
₀₀〜２５_0n，２５₁₀〜２５_1nに分配出力される。

【００１１】出力ポート２９₀₀に対応する２本の結合リ
ンク２４₀₀，２５₀₀は、２×１光スイッチ２６₀₀を介し
て波長可変フィルタ２７₀₀に接続される。以下同様に、
各出力ポートに対応する２本の結合リンクは、２×１光
スイッチ２６₀₁〜２６_0n，２６₁₀〜２６_1nを介して波長
可変フィルタ２７₀₁〜２７_0n，２７₁₀〜２７_1nに接続さ
れる。各波長可変フィルタ２７₀₀〜２７_0n，２７₁₀〜２
７_1nは、それぞれ中心波長がλ₀〜λ_nの範囲で可変す
る構成であり、希望する波長の光信号を抽出して光検出
回路２８₀₀〜２８_0n，２８₁₀〜２８_1nに送出し、各光検
出回路はそれを電気信号に変換してそれぞれ出力ポート
２９₀₀〜２９_0n，２９₁₀〜２９_1nに出力する。

【００１２】ここで、各グループ対応の入力ポート２０
₀₀〜２０_0n，２０₁₀〜２０_1nにそれぞれλ₀〜λ_nの波
長が割り当てられているので、各入力ポートに入力した
信号はグループごとに波長多重されて各２×１光スイッ
チ２６₀₀〜２６_0n，２６₁₀〜２６_1nに入力される。この
２×１光スイッチ２６では、各グループ対応のスターカ
ップラ２３₀，２３₁から波長多重されて入力される信
号の中から、希望の信号が多重されている方を選択して
出力する。次に、各出力ポートに対応する波長可変フィ
ルタ２７で、波長多重された光信号の中から希望の入力
ポートに対応する波長を抽出することにより、入出力ポ
ート間の波長スイッチングを実現させている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５に示
す構成の光スイッチ回路は、入出力ポートを複数のグル
ープに分割してグループ単位で同一波長を繰り返し利用
することにより、波長可変範囲の狭い光デバイスを用い
てスイッチサイズの拡張が可能になっているが、新たに
出力ポート対応の光スイッチ２６が必要になり、デバイ
スの種類および個数の増大が避けられない。また、各グ
ループ対応のスターカップラ２３では、分配数がスイッ
チサイズに比例して増大しており、光検出回路２８に到
達する光パワーの減少に対しては改善効果はない。

【００１４】本発明は、スイッチサイズを拡張する際
に、必要となるデバイスの種類および個数の増加、波長
可変範囲の増加、さらに光検出回路に到達する光パワー
の減少を同時に解決し、容易にスイッチサイズの拡張が
できる光スイッチ回路を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ｎ×ｍの入出力ポートを有し、入力される光信号の
入力ポート位置と波長に応じて出力ポート位置が決定さ
れるアレー導波路型波長多重／分離回路と、アレー導波
路型波長多重／分離回路の各入力ポート対応に設けら
れ、入力信号を接続先の出力ポートに対応する波長の光
信号に変換して各入力ポートに送出する波長制御手段と
を備えて構成する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、ｎ×ｍの入出力
ポートを有し、入力される光信号の入力ポート位置と波
長に応じて出力ポート位置が決定されるアレー導波路型
波長多重／分離回路と、アレー導波路型波長多重／分離
回路の１つの入力ポートに接続され、入力信号を接続先
の出力ポートに対応する波長の光信号に時分割で変換し
てその入力ポートに送出する波長制御手段とを備えて構
成する。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の光スイッチ回路を複数個並列に配置
し、各光スイッチ回路の対応する出力ポート同士をグル
ープ化し、各グループの出力ポートに取り出される光信
号を波長多重する多重化手段と、各グループ対応に設け
られ、各多重化手段の出力信号を波長ごとに所定の出力
ポートに分離出力する波長多重／分離回路とを備えて構
成する。

【００１８】

【作用】本発明の光スイッチ回路に用いられるアレー導
波路型波長多重／分離回路は、入力される光信号の入力
ポート位置と波長の組み合わせで出力ポート位置が決定
されるので、各入力ポートに接続される波長制御手段で
入力する光信号の波長を制御することにより、対応する
出力ポートへのルーチングを行うことができる。。すな
わち、１つの素子で従来のスターカップラと光フィルタ
に相当する波長多重／分離機能が同時に実現される。た
だし、スターカップラと違い、各光信号は接続先以外の
出力ポートには出力されないので分配損はなく、スイッ
チサイズが増大しても出力ポートの光パワーが減少する
ことはない。

【００１９】さらに、同じ波長であっても入力ポートが
異なれば出力ポートも異なるので、各入力ポート対応に
同一波長を割り当てることが可能となり、使用する波長
を少なくすることができる。すなわち、スイッチサイズ
の拡張時に波長制御手段に要求される波長可変範囲の増
加を抑えることができる。

【００２０】

【実施例】図１は、請求項１に記載の発明の光スイッチ
回路の実施例構成を示すブロック図である。なお、本実
施例は３×３のアレー導波路型波長多重／分離回路を用
いた場合の構成である。

【００２１】図において、入力ポート３０₀〜３０₂に
接続される波長可変レーザモジュール３１₀〜３１
₂は、それぞれ発振波長がλ₀〜λ₂のいずれかに設定
され、入力電気信号により変調した光信号をアレー導波
路型波長多重／分離回路３２の各入力ポートに送出す
る。アレー導波路型波長多重／分離回路３２の各出力ポ
ートには、それぞれ光検出回路３３₀〜３３₂が接続さ
れ、光信号を電気信号に変換して各出力ポート３４₀〜
３４₂に出力する。

【００２２】ここで、アレー導波路型波長多重／分離回
路３２の動作について図２を参照して説明する。３×３
のアレー導波路型波長多重／分離回路３２は、３つの動
作モードを有する。動作モード１では、１番上の入力ポ
ートからλ₀，λ₁，λ₂の波長の光信号を同時または
個別に入力したときに、３つの出力ポートの上から順に
λ₀，λ₁，λ₂の波長の光信号が出力される。動作モ
ード２では、真ん中の入力ポートからλ₀，λ₁，λ₂
の波長の光信号を同時または個別に入力したときに、３
つの出力ポートの上から順にλ₂，λ₀，λ₁の波長の
光信号が出力される。動作モード３では、１番下の入力
ポートからλ₀，λ₁，λ₂の波長の光信号を同時また
は個別に入力したときに、３つの出力ポートの上から順
にλ₁，λ₂，λ₀の波長の光信号が出力される。この
ように、アレー導波路型波長多重／分離回路３２は、入
力される光信号の入力ポート位置と波長の組み合わせで
出力ポート位置が決定されるスイッチング機能をもつ。

【００２３】したがって、例えば入力ポート３０₀の入
力信号を出力ポート３４₀にルーチングする場合には、
波長可変レーザモジュール３１₀の波長をλ₀に設定す
ればよい。また、出力ポート３４₁にルーチングするに
は同様にλ₁に設定し、出力ポート３４₂にルーチング
するには同様にλ₂に設定すればよい。入力ポート３０
₁，３０₂の入力信号についても同様に、波長可変レー
ザモジュール３１₁，３１₂の波長をλ₀〜λ₂に設定
することにより、出力ポート３４₀〜３４₂のいずれか
と接続することができる。すなわち、各入力ポートの波
長可変レーザモジュールの波長を変えることにより、接
続パターンを変えることができる光スイッチ回路を実現
することができる。このような構成では、光パワーの分
配損は原理的に発生せず、また各出力ポートごとに中心
波長の異なる光フィルタを配置する必要がなくなる。

【００２４】次に、図１に示した光スイッチ回路を基本
構成として、さらに大規模な光スイッチ回路を構成する
場合の実施例構成について説明する。図３は、スイッチ
サイズを拡張した光スイッチ回路の実施例構成を示すブ
ロック図である。なお、本実施例は請求項３に記載の発
明に対応し、また入出力ポートをそれぞれ３つのグルー
プに分割し各グループに３つの入力ポートあるいは出力
ポートを収容したものである。

【００２５】図において、入力ポート３０₀₀〜３０₀₂，
３０₁₀〜３０₁₂，３０₂₀〜３０₂₂をそれぞれ空間スイッ
チ回路４０₀，４０₁，４０₂に収容する。空間スイッ
チ回路４０₀，４０₁，４０₂の各３出力は、それぞれ
波長可変レーザモジュール３１₀₀〜３１₀₂，３１₁₀〜３
１₁₂，３１₂₀〜３１₂₂を介して、アレー導波路型波長多
重／分離回路３２₀，３２₁，３２₂に接続される。各
アレー導波路型波長多重／分離回路３２₀，３２₁，３
２₂の出力ポートに接続される結合リンク４１ ₀₀〜４１
₀₂，４１₁₀〜４１₁₂，４１₂₀〜４１₂₂は、それぞれ対応
する出力ポート同士がグループ化される。ここで、結合
リンク４１₀₀，４１₁₀，４１₂₀が光カップラ４２₀に接
続され、結合リンク４１₀₁，４１₁₁，４１₂₁が光カップ
ラ４２₁に接続され、結合リンク４１₀₂，４１₁₂，４１
₂₂が光カップラ４２₂に接続される。

【００２６】光カップラ４２₀，４２₁，４２₂の各出
力は、それぞれアレー導波路型波長多重／分離回路４３
₀，４３₁，４３₂の最も上の入力ポートに入力され、
各波長に分離される。なお、このアレー導波路型波長多
重／分離回路の代わりに通常の波長多重／分離回路を適
用することも可能であるが、アレー導波路型波長多重／
分離回路を用いることにより構成部品の共用化を図るこ
とができ、部品種類の増加を抑えることができる。ま
た、アレー導波路型波長多重／分離回路で使用される入
力ポートは１つであり、他の入力ポートを使用してもよ
い。以下、本実施例では、アレー導波路型波長多重／分
離回路を用いた場合について説明する。

【００２７】アレー導波路型波長多重／分離回路４
３₀，４３₁，４３₂の各３出力は、それぞれ光検出回
路３３₀₀〜３３₀₂，３３₁₀〜３３₁₂，３３₂₀〜３３₂₂に
接続され、さらに空間スイッチ回路４４₀，４４₁，４
４₂を介して出力ポート３４₀₀〜３４₀₂，３４₁₀〜３４
₁₂，３４₂₀〜３４₂₂に接続される。

【００２８】ここで、入力段と出力段に設けられる空間
スイッチ回路４０₀〜４０₂，４４ ₀〜４４₂について
は後述し、まずその間に配置される光スイッチ回路（図
中一点鎖線で囲む）の動作について、波長可変レーザモ
ジュール３１₀₀に着目して説明する。

【００２９】波長可変レーザモジュール３１₀₀の波長を
λ₀にチューニングすると、波長λ ₀の光信号はアレー
導波路型波長多重／分離回路３２₀から結合リンク４１
₀₀を介して光カップラ４２₀に入力され、他の波長の光
信号と多重化されてアレー導波路型波長多重／分離回路
４３₀に入力され、ここで波長多重分離されて光検出回
路３３₀₀に送出される。また、波長可変レーザモジュー
ル３１₀₀の波長をλ₁にチューニングすると、波長λ₁
の光信号はアレー導波路型波長多重／分離回路３２₀か
ら結合リンク４１₀₁を介して光カップラ４２₁に入力さ
れ、さらにアレー導波路型波長多重／分離回路４３₁を
介して光検出回路３３₁₁に送出される。また、波長可変
レーザモジュール３１₀₀の波長をλ₂にチューニングす
ると、波長λ₂の光信号はアレー導波路型波長多重／分
離回路３２₀から結合リンク４１ ₀₂を介して光カップラ
４２₂に入力され、さらにアレー導波路型波長多重／分
離回路４３₂を介して光検出回路３３₂₂に送出される。

【００３０】この波長可変レーザモジュール３１₀₀の動
作は、他のグループの波長可変レーザモジュール３
１₁₀，３１₂₀についてもそのまま当てはまる。同様に、
波長可変レーザモジュール３１₀₁，３１₁₁，３１₂₁の出
力は、そのチューニング波長に応じて光検出回路３
３₀₂，３３₁₀，３３₂₁に送出され、波長可変レーザモジ
ュール３１₀₂，３１₁₂，３１₂₂の出力は、そのチューニ
ング波長に応じて光検出回路３３₀₁，３３₁₂，３３₂₀に
送出される。

【００３１】以上の回路動作を論理的に等価なスイッチ
回路にまとめると、図４のように表すことができる。た
とえば、波長可変レーザモジュール３１₀₀，３１₁₀，３
１₂₀に着目すると、それらは波長λ₀〜λ₂にチューニ
ングすることにより、光検出回路３３₀₀，３３₁₁，３３
₂₂のいずれかに接続されるので、波長可変レーザモジュ
ール３１₀₀，３１₁₀，３１₂₀の波長は互いに異なる必要
がある。このことは、波長可変レーザモジュール３
１₀₀，３１₁₀，３１₂₀が１つの中間スイッチＳＷ１を共
有していることを示す。他の波長可変レーザモジュール
についても同様のことが言えるので、結局、図３におけ
る波長可変レーザモジュールから光検出回路までの間は
図４に示す等価回路に帰着することがわかる。

【００３２】また、この部分を図４の構成で置き換える
と、図３に示す光スイッチ回路は一般的な３段スイッチ
回路網となる。この３段スイッチ回路網は、任意の入力
と任意の出力との接続が可能であることが知られてい
る。この点についてさらに詳細に説明すると、図３の例
のように入出力の空間スイッチサイズがｋ×ｋの場合
に、いくつかの入出力ポートがすでに接続された状態で
空いている入力ポートと出力ポートを接続する場合は、
一般に既設の一部のパスの接続ルートを変更（再配置）
する必要がある。入出力の空間スイッチサイズがｋ×ｇ
（ｋ≦ｇ≦２ｋ−２）の構成のものは、再配置型のスイ
ッチとなることが知られている。また、２ｋ−１≦ｇと
した場合は、既設のパスに影響を及ぼすことなく、空い
ている入力ポートと出力ポートの接続が可能であること
が知られている。

【００３３】ここで、図１４および図１５に示すスター
カップラを用いた従来の光スイッチ回路と、図１および
図３に示した本発明の光スイッチ回路の違いについて説
明する。

【００３４】構成要素の種類と個数図１４および図１５に示す従来の光スイッチ回路は、そ
れぞれ４種類および５種類（光レベルの増幅が必要な場
合は６種類）の素子が必要である。一方、図１および図
３に示す本発明の光スイッチ回路は、それぞれ３種類お
よび４種類でよく、しかも光検出回路を除いてその個数
も入出力ポートの各グループごとに１個ずつでよい。す
なわち、本発明の光スイッチ回路は、スイッチサイズを
拡張する際に必要となるデバイスの種類および個数の増
加を抑えることができる。

【００３５】波長可変幅図１５に示す従来の光スイッチ回路と同様に、本発明の
光スイッチ回路は同一波長の繰り返し使用が可能となる
ので、スイッチサイズを拡張する際の波長可変範囲の増
加を抑えることができる。

【００３６】光信号の減衰従来の光スイッチ回路は、スターカップラにおいて光信
号がすべての出力ポートに分配されるので、スイッチサ
イズに比例して光信号レベルが減衰する。一方、本発明
の光スイッチ回路は光信号の分配は行われないので、原
理的に分配損は発生しない。すなわち、スイッチサイズ
を拡張しても光検出回路に到達する光パワーの減少は少
ない。

【００３７】スイッチング制御図１５に示す従来の光スイッチ回路では、出力ポート側
で選択制御を行う必要があるので、セルの送出宛先情報
を入力側から出力側へ転送する必要がある。一方、図１
４に示す従来の光スイッチ回路および図１，図３に示す
本発明の光スイッチ回路は、入力ポート側でスイッチン
グ制御が可能である。また、従来の光スイッチ回路は、
セルの宛先情報が与えられればセルのルーチング情報は
自動的に決まるが、図１および図３に示す本発明の光ス
イッチ回路では、宛先情報に基づいてスイッチ内部のル
ートを外部から与える必要があり、その処理の分だけ複
雑化する。

【００３８】モジュール化および増設性従来の光スイッチ回路および本発明の光スイッチ回路と
もに、モジュール化された構成とすることができる。特
に、図３に示す構成は、論理的には図４に示した構成が
中央段となる３段構成であるが、光化した構成とするこ
とにより、結合リンク４１₀₀〜４１₀₂，４１₁₀〜４
１₁₂，４１₂₀〜４１₂₂を境に左側を入力モジュール、右
側を出力モジュールとする見かけ上２段構成とすること
ができ、増設を容易にすることができる。すなわち、従
来の電気回路による３段構成ではスイッチサイズが小さ
い場合でも、中央段のすべてのスイッチ回路を最初から
設置する必要があったが、図３に示す構成ではスイッチ
規模に見合うだけの入出力モジュールを用意し、それら
の間を結合リンク（光ファイバ）で接続すればよい。ま
た、スイッチ規模を拡張する場合は新たなモジュールを
追加し、既設のモジュールと結合リンク（光ファイバ）
で接続すればよく、既設のモジュールの動作に影響を与
えることなく増設を行うことができる。

【００３９】ところで、図１および図３に示す実施例で
は、波長λ₀〜λ₂の光信号を１つの波長可変レーザモ
ジュール３１から出力させる構成を示したが、この部分
を複数の固定波長レーザの集合体から構成することもで
きる。

【００４０】図５は、波長可変レーザモジュール３１と
同等の機能を実現する回路構成を示すブロック図であ
る。図において、λ₀〜λ₂の範囲で波長可変する波長
可変レーザモジュール３１に対して、それぞれ発振波長
がλ₀，λ₁，λ₂の固定波長レーザ５０₀，５０ ₁，
５０₂を配置し、その前段に入力信号を各固定波長レー
ザに切り換えるセレクタ回路５１を配置し、その後段に
各固定波長レーザから出力される光信号を１つのポート
に出力する光カップラ５２を配置する。ここで、入力信
号をセレクタ回路５１を介して指定の波長の固定波長レ
ーザに接続することにより、その波長で直接強度変調さ
れた光信号が光カップラ５２から出力され、全体として
波長可変レーザモジュールと等価な機能が実現される。
なお、各固定波長レーザは、入力信号がない場合にはレ
ーザ出力がないようにバイアスされているとする。ま
た、同様の構成で、全体の波長可変範囲をいくつかの波
長範囲に分割し、それぞれに波長可変レーザモジュール
を配置するようにしてもよい。

【００４１】また、図１および図３において、アレー導
波路型波長多重／分離回路３２に接続される３つの波長
可変レーザモジュール３１₀〜３１₂を３つの固定波長
レーザで実現することもできる。

【００４２】図６は、３つの波長可変レーザモジュール
３１₀〜３１₂と同等の機能を実現する回路構成を示す
ブロック図である。図において、固定波長レーザ６
０₀，６０₁，６０₂は、それぞれ発振波長がλ₀，λ
₁，λ₂である。光マルチプレクサ６１₀は、固定波長
レーザ６０₀〜６０₂から出力される光信号の１つを選
択して光変調回路６２₀に送出する。光変調回路６２₀
は、入力信号によって変調した光信号をアレー導波路型
波長多重／分離回路３２に出力する。光マルチプレクサ
６１₁，６１₂および光変調回路６２₁，６２₂も同様
に、それぞれ固定波長レーザ６０₁，６０₂から出力さ
れる光信号の１つを選択してアレー導波路型波長多重／
分離回路３２に出力する。

【００４３】このように、光マルチプレクサ６１₀〜６
１₂および光変調回路６２₀〜６２ ₂を用いることによ
り、波長可変レーザモジュール３１₀〜３１₂を固定波
長レーザ６０₀〜６０₂に置き換えることができる。

【００４４】また、図１および図３に示す実施例では、
各入力ポートに波長可変レーザモジュールを対応させた
構成であるが、入力信号がディジタル信号の場合には容
易に時分割多重することができるので、波長可変レーザ
モジュール以下を時分割多重動作する時分割多重処理型
とすることもできる。なお、アナログ信号でも時分割多
重できるが、遅延量の調整等のための構成が複雑にな
る。

【００４５】図７は、時分割多重処理型の光スイッチ回
路の第一実施例構成を示すブロック図である。なお、本
実施例は請求項２および請求項３に記載の発明に対応
し、図３に示す構成を基本にしたものである。

【００４６】図において、図３に示す構成と異なる点
は、空間スイッチ回路４０₀，４０₁，４０₂が時分割
多重化回路７０₀，７０₁，７０₂に代わり、入力ポー
トからのビット列をｉビットごとに指定の順番に時分割
多重して出力する。また、波長可変レーザモジュール３
１₀₀〜３１₀₂，３１₁₀〜３１₁₂，３１₂₀〜３１₂₂は、そ
れぞれ１つの波長可変レーザモジュール７１₀，７
１₁，７１₂に代わる。なお、これらは時分割多重動作
するために高速動作が要求される。さらに、空間スイッ
チ回路４４₀，４４₁，４４₂が時分割多重分離回路７
２₀，７２₁，７２₂に代わる。なお、光検出回路３３
₀₀〜３３₀₂，３３₁₀〜３３₁₂，３３₂₀〜３３₂₂からは、
それぞれ順番に信号が出力されるので、それらの論理和
をとって各時分割多重分離回路に出力する。

【００４７】このような構成では、波長可変レーザモジ
ュール７１から光検出回路３３までが時分割多重動作す
る他は、図３に示すものと同様の動作をする。なお、本
実施例では多重度を３とし、それぞれレーザ個数を１個
とした構成を示したが、多重度が小さい場合には複数の
レーザが必要となる。

【００４８】図８は、時分割多重処理型の光スイッチ回
路の第二実施例構成を示すブロック図である。図におい
て、図３に示す構成と異なる点は、空間スイッチ回路４
０₀，４０₁，４０₂が、入力信号の直並列変換回路を
含む時分割多重化回路８０₀，８０₁，８０₂に代わ
る。また、波長可変レーザモジュール３１₀₀〜３１₀₂，
３１₁₀〜３１₁₂，３１₂₀〜３１₂₂が、それぞれ発振波長
がλ₀，λ₁，λ₂の固定波長レーザ８１₀₀〜８１₀₂，
８１₁₀〜８１₁₂，８１₂₀〜８１₂₂に代わり、アレー導波
路型波長多重／分離回路３２₀，３２₁，３２₂との間
に光のオメガ網または光のバレルシフト回路８２₀，８
２₁，８２₂が挿入される。さらに、空間スイッチ回路
４４₀，４４₁，４４₂が、並直列変換回路を含む時分
割多重分離回路８３ ₀，８３₁，８３₂に代わる。

【００４９】このような構成では、例えば入力ポート３
０₀₀のビット列Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２が時分割多重化回路８
０₀で並列展開されて各固定波長レーザ８１₀₀〜８１₀₂
に入力され、それぞれ強度変調光信号に変換されてバレ
ルシフト回路８２₀に送出される。バレルシフト回路８
２₀では、その並びを変えてアレー導波路型波長多重／
分離回路３２₀に送出する。その結果、各波長の光信号
が結合リンク４１₀₀，４１₀₁，４１₀₂のいずれかに波長
多重されて出力される。

【００５０】ここで、バレルシフト回路８２₀とアレー
導波路型波長多重／分離回路３２₀による波長多重動作
について図９を参照して説明する。図９は、並列データ
Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２に対応する波長λ₀，λ₁，λ₂の光
信号が、バレルシフト回路８２₀による並べ替え処理に
応じて、アレー導波路型波長多重／分離回路３２₀の任
意の出力ポートに波長多重されて出力される様子を示
す。なお、アレー導波路型波長多重／分離回路３２₀の
動作は、図２に示したものと同等である。バレルシフト
回路８２₀による並べ替えは、図９に示すように入力ポ
ートと出力ポートが巡回的に対応するモードであり、そ
れぞれ動作モード１，動作モード２，動作モード３とし
て示す。この動作は公知のバレルシフト動作に対応し、
バレルシフト回路やオメガ網により実現可能である。

【００５１】このように並列展開された入力ビット列
が、時分割多重および波長多重されて時分割多重分離回
路８３₀，８３₁，８３₂に転送される。各時分割多重
分離回路８３₀，８３₁，８３₂では、それぞれ受信し
た並列データを該当する出力ポートに並直列変換して出
力することにより、図３に示すものと同様の機能を実現
することができる。

【００５２】なお、本実施例は、図７に示す第一実施例
構成と同様に時分割多重動作を行うが、入力データを並
列展開し、それぞれ複数の波長に対応させるために、内
部の動作速度の上昇を抑えることができる。また、本実
施例は、並列度をレーザ個数に対応する値とした構成を
示したが、並列度と多重度はトレードオフの関係にある
ので、それらの値を任意の組み合わせに設定することが
できる。

【００５３】また、図７に示す第一実施例構成は、時分
割多重処理によって回路規模（特にレーザ個数）を減ら
すことができるが、内部動作速度は上昇する。これに対
して、図８に示す第二実施例構成は、レーザ個数は減ら
ないものの、内部動作速度を下げることができる。

【００５４】さらに、第二実施例構成は図３に示す実施
例構成と異なり、固定波長レーザを用いて構成すること
ができる。ただし、新たに光のバレルシフト回路が必要
になるが、その接続パターンが限定されているので回路
規模（スイッチのクロスポイント数）を小さくすること
ができる。

【００５５】次に、図３に示す実施例で用いた空間スイ
ッチ回路４０の実施例構成を図１０に示す。なお、空間
スイッチ回路４４についても同様である。図において、
本実施例の空間スイッチ回路４０は、図１４に示す従来
の光スイッチ回路を適用したものである。波長可変レー
ザモジュール１１₀〜１１₂の発振波長を、出力ポート
対応の光フィルタの中心波長にチューニングすることに
より、空間スイッチ回路として機能させることができ
る。

【００５６】次に、図３に示す実施例で用いた空間スイ
ッチ回路４０の他の実施例構成を図１１に示す。なお、
ここでは、入力ポート３０₀₀〜３０₀₂に対応する部分の
構成例を示す。

【００５７】図において、入力ポート３０₀₀〜３０₀₂に
接続される波長可変レーザモジュール３１₀₀〜３１
₀₂は、それぞれ発振波長がλ₀〜λ₂のいずれかに設定
され、入力電気信号により変調した光信号を出力する。
光マルチプレクサ１１０₀は、波長可変レーザモジュー
ル３１₀〜３１₂から出力される光信号の１つを選択し
てアレー導波路型波長多重／分離回路３２に出力する。
光マルチプレクサ１１０₁，１１０₂も同様に、それぞ
れ波長可変レーザモジュール３１₀〜３１₂から出力さ
れる光信号の１つを選択してアレー導波路型波長多重／
分離回路３２₀に出力する。

【００５８】このような構成では、例えば入力ポート３
０₀₀に着目すると、その入力信号は波長可変レーザモジ
ュール３１₀₀の出力光を変調する。このとき、波長可変
レーザモジュール３１₀₀の発振波長が所定の波長に設定
される。ここでチューニングおよび変調された光信号が
光マルチプレクサ１１０₀〜１１０₂に分配される。各
光マルチプレクサでは、希望の光信号を選択してアレー
導波路型波長多重／分離回路３２₀に送出する。このよ
うに、各入力ポート３０₀₀〜３０₀₂の入力信号は波長λ
₀〜λ₂の中の任意の波長の光を変調することができ、
さらにアレー導波路型波長多重／分離回路３２₀の任意
の入力ポートに接続することができるので、図３におけ
る空間スイッチ回路４０₀と等価な機能を実現すること
ができる。

【００５９】次に、図３に示す実施例で用いた光カップ
ラ４２，アレー導波路型波長多重／分離回路４３および
空間スイッチ回路４４の他の実施例構成を図１２に示
す。なお、ここでは、出力ポート３４₀₀〜３４₀₂に対応
する部分の構成例を示す。

【００６０】図において、光カップラ４２₀をスターカ
ップラ１２０₀に置き換え、スターカップラ１２０₀と
各出力ポート３４₀₀〜３４₀₂との間に、波長可変フィル
タ１２１₀₀〜１２１₀₂および光検出回路３３₀₀〜３３₀₂
を配置する。このスターカップラを用いた構成は従来の
光スイッチ回路と同様に機能するので、光カップラ４
２，アレー導波路型波長多重／分離回路４３および空間
スイッチ回路４４と等価な機能を実現することができ
る。図１３は、本発明の光スイッチ回路をＡＴＭスイッ
チ回路の空間スイッチに適用した場合の構成例を示すブ
ロック図である。

【００６１】図において、基本となる光スイッチ回路
は、ここでは図３に示す構成を用いた。ただし、入力ポ
ート３０₀₀〜３０₀₂，３０₁₀〜３０₁₂，３０₂₀〜３０₂₂
には、それぞれＡＴＭセルが時分割多重されて入力され
る。また、出力ポート３４₀₀〜３４₀₂，３４₁₀〜３
４₁₂，３４₂₀〜３４₂₂には、時分割多重されたＡＴＭセ
ルが出力される。また、空間スイッチ回路４０₀，４０
₁，４０₂は、セルの送出待ちのためのバッファおよび
セル送出制御機能を内蔵する入力バッファ回路１３
０ ₀，１３０₁，１３０₂に代わる。空間スイッチ回路
４４₀，４４₁，４４₂は、セルを宛先の出力ポートに
転送する際の送出待ち合わせを行う出力バッファ回路１
３１₀，１３１₁，１３１₂に代わる。さらに、入力バ
ッファ回路１３０₀，１３０₁，１３０₂と制御リンク
１３２を介して接続され、入力バッファ回路から出力バ
ッファ回路へのセル転送を制御するための制御部１３３
が設けられる。

【００６２】波長可変レーザモジュール３１から光検出
回路３３までの光スイッチ回路は、論理的に図４に示す
スイッチ回路と等価であり、入力バッファ回路１３０₀
〜１３０₂と出力バッファ回路１３１₀〜１３１₂が空
間スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）で結合された構
成である。

【００６３】ここで、入力ポート３０に到着したセル
は、一旦入力バッファ回路１３０に蓄積され、その宛先
の出力ポートへの転送要求が制御リンク１３２を介して
制御部１３３に送出される。制御部１３３は、入力セル
の送出要求を受信し、それらのセルを入力バッファ回路
から出力バッファ回路に転送するためのルーチング情報
を返送する。入力バッファ回路１３０に蓄積されている
セルは、そのルーチング情報に従って出力バッファ回路
１３１へ転送される。なお、このＡＴＭスイッチ回路の
詳細な動作については、本発明の光スイッチ回路の構成
および動作との関連がないので省略する。

【００６４】空間スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を電
気回路で構成すると、入出力ポートが３０₀₀〜３０₀₂，
３４₀₀〜３４₀₂の小規模な場合でも、空間スイッチのす
べてのスイッチ回路を最初から設置する必要あった。こ
れに対して、本発明の光スイッチ回路を用いた場合に
は、スイッチに収容されている入出力ポート数に該当す
るだけの入出力バッファ回路およびそれに付随する光回
路を設置し、それらの間を結合リンク（光ファイバ）で
接続するだけで、容易に任意のシステム規模に対応した
スイッチを構築することができる。また、空間スイッチ
回路を入出力バッファ回路に統合化することにより、装
置のモジュール化を図ることができる。

【００６５】一般に、ＡＴＭスイッチ回路ではセルと呼
ばれる53バイト長の情報ブロックごとに、スイッチの接
続パターンを高速に切り替える必要がある。本発明の光
スイッチ回路を適用すると、セルのルーチングは、例え
ば送信側に設置された波長可変レーザの波長を変えるだ
けで容易に実現することができる（波長スイッチン
グ）。また、その切り替え速度もナノ秒のオーダで実現
することができるので、高速動作に適している。図１３
の構成では、各入力バッファ回路と各出力バッファ回路
において、セルの送出／受信動作を同期化する必要があ
るが、本発明の光スイッチ回路では入出力間が直接光リ
ンクで結合されているので、その長さを合わせるだけで
容易に同期をとることができる。以上のように、本発明
により大容量のＡＴＭスイッチが簡単に構成することが
できる。なお、図１３において、各入力バッファ回路と
各出力バッファ回路を時間スイッチ（Ｔ−ＳＷ）とする
構成は、全体として従来のディジタルネットワークで広
く用いられてきたＴ−Ｓ−Ｔスイッチに相当する。従来
は３段構成で実現されていたが、本発明の適用により２
段構成に縮退化でき、図１３と同じく増設をスムーズに
行うことができるとともに、小型化を図ることができ
る。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、波長可変
幅の小さな光デバイスが使用できるとともに、回路規模
を従来構成よりも小さくすることができる。さらに、ス
イッチングに伴う光信号レーザの減衰が小さいので、低
出力のレーザでよく、また光増幅器などの高価な部品を
不要にすることができる。したがって、大規模な光スイ
ッチ回路を小型かつ経済的に実現することができる。ま
た、回路全体がモジュール化された構造になっており、
容易かつ効率的に増設を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の光スイッチ回路の実施
例構成を示すブロック図。

【図２】アレー導波路型波長多重／分離回路３２の動作
例を示す図。

【図３】スイッチサイズを拡張した光スイッチ回路の実
施例構成を示すブロック図。

【図４】本発明光スイッチ回路の論理的な等価回路を示
すブロック図。

【図５】波長可変レーザモジュール３１と同等の機能を
実現する回路構成を示すブロック図。

【図６】３つの波長可変レーザモジュール３１₀〜３１
₂と同等の機能を実現する回路構成を示すブロック図。

【図７】時分割多重処理型の光スイッチ回路の第一実施
例構成を示すブロック図。

【図８】時分割多重処理型の光スイッチ回路の第二実施
例構成を示すブロック図。

【図９】バレルシフト回路とアレー導波路型波長多重／
分離回路による波長多重動作例を説明する図。

【図１０】空間スイッチ回路４０の実施例構成を示すブ
ロック図。

【図１１】空間スイッチ回路４０の他の実施例構成を示
すブロック図。

【図１２】光カップラ４２，アレー導波路型波長多重／
分離回路４３および空間スイッチ回路４４の他の実施例
構成を示すブロック図。

【図１３】本発明の光スイッチ回路をＡＴＭスイッチ回
路の空間スイッチに適用した場合の構成例を示すブロッ
ク図。

【図１４】従来の光スイッチ回路の構成を示すブロック
図。

【図１５】従来の光スイッチ回路の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

３０入力ポート３１，７１波長可変レーザモジュール３２，４３アレー導波路型波長多重／分離回路３３光検出回路３４出力ポート４０，４４空間スイッチ回路４１結合リンク４２，５２光カップラ５０，６０，８１固定波長レーザ５１セレクタ回路６１光マルチプレクサ６２光変調回路７０，８０時分割多重化回路７２，８３時分割多重分離回路８２バレルシフト回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ×ｍの入出力ポートを有し、入力され
る光信号の入力ポート位置と波長に応じて出力ポート位
置が決定されるアレー導波路型波長多重／分離回路と、前記アレー導波路型波長多重／分離回路の各入力ポート
対応に設けられ、入力信号を接続先の出力ポートに対応
する波長の光信号に変換して各入力ポートに送出する波
長制御手段とを備えたことを特徴とする光スイッチ回
路。
【請求項２】ｎ×ｍの入出力ポートを有し、入力され
る光信号の入力ポート位置と波長に応じて出力ポート位
置が決定されるアレー導波路型波長多重／分離回路と、前記アレー導波路型波長多重／分離回路の１つの入力ポ
ートに接続され、入力信号を接続先の出力ポートに対応
する波長の光信号に時分割で変換してその入力ポートに
送出する波長制御手段とを備えたことを特徴とする光ス
イッチ回路。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光スイ
ッチ回路を複数個並列に配置し、各光スイッチ回路の対応する出力ポート同士をグループ
化し、各グループの出力ポートに取り出される光信号を
波長多重する多重化手段と、各グループ対応に設けられ、各多重化手段の出力信号を
波長ごとに所定の出力ポートに分離出力する波長多重／
分離回路とを備えたことを特徴とする光スイッチ回路。