JPH0634533B2 - Time division optical switch - Google Patents

Time division optical switch

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JPH0634533B2
JPH0634533B2 JP20322884A JP20322884A JPH0634533B2 JP H0634533 B2 JPH0634533 B2 JP H0634533B2 JP 20322884 A JP20322884 A JP 20322884A JP 20322884 A JP20322884 A JP 20322884A JP H0634533 B2 JPH0634533 B2 JP H0634533B2
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optical switch
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semiconductor laser
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充和 近藤
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Nippon Electric Co Ltd
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q11/00Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は時分割光信号の交換制御を行なう時分割光交換
機に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a time-division optical switch that controls exchange of time-division optical signals.

(従来技術とその問題点) 光ファイバを伝送路とする光通信システムは高速・大容
量の信号伝送が可能であり、様々の伝送方式が実用化さ
れている。特に高速性を利用したデジタル信号の時分割
伝送方式は重要な方式の1つである。現在実用化されて
いる光通信システムでは、光信号は単に光ファイバ中を
伝送されるだけで信号の交換は一担電気信号に交換した
後に行なわれている。上記の如く、光信号を電気信号に
変換して交換する方法では、交換された信号を再び伝送
する場合には電気信号を再び光信号に変換する必要があ
るので装置が複雑になり、コストが高くなるという欠点
がある。また従来の電気信号の時分割交換機では百メガ
ビット/秒以上の高速信号を交換するのは難しいという
欠点もある。この欠点を解決する手段として、時分割光
信号を光信号のままで交換する光交換機が提案されてい
る。この光交換機は、特開昭53-117311に述べられてお
り、N×Mの入出力端子をもつ複数のマトリックス状光
スイッチの間を互いに異なる長さをもつ光ファイバ群で
接続して構成され、すなわち光ファイバを遅延線として
用いるものである。基本的には、光スイッチに入射した
時分割光信号を、各タイムスロット毎に異なるファイバ
に振分け、それぞれ異なる時間遅延させた後次段の光ス
イッチで合成して信号の時間順序を入換えるものであ
る。しかし、このような光ファイバ遅延線を用いる光交
換機では、光ファイバの長さによって遅延時間が決定さ
れてしまうことや長いフレーム周期の信号を交換するた
めには長い光ファイバを必要とするため装置が大型化す
る等の欠点があった。また、単なる光伝送路の遅延時間
の選択によって時分割交換を行なっているので光スイッ
チと光ファイバ間の接続部等で損失が生じ、入力光信号
レベルに比べて出力光信号レベルが大幅に低下するとい
う欠点もあった。
(Prior Art and Its Problems) Optical communication systems using optical fibers as transmission lines are capable of high-speed and large-capacity signal transmission, and various transmission systems have been put to practical use. Particularly, the time division transmission method of digital signals utilizing high speed is one of important methods. In an optical communication system currently put into practical use, an optical signal is simply transmitted through an optical fiber, and the signal is exchanged after it is exchanged with a supporting electric signal. As described above, in the method of converting an optical signal into an electric signal and exchanging the electric signal, it is necessary to convert the electric signal into the optical signal again when the exchanged signal is transmitted again. It has the drawback of being expensive. Further, there is a drawback that it is difficult to exchange a high-speed signal of 100 megabits / second or more with a conventional time division switch for electric signals. As a means for solving this drawback, an optical switch that exchanges a time-division optical signal as an optical signal is proposed. This optical switch is described in Japanese Patent Laid-Open No. 53-117311, and is constructed by connecting a plurality of matrix-like optical switches having N × M input / output terminals with optical fiber groups having mutually different lengths. That is, an optical fiber is used as a delay line. Basically, the time-division optical signal incident on the optical switch is distributed to different fibers for each time slot, delayed by different times, and then combined in the next-stage optical switch to change the time sequence of the signals. Is. However, in an optical switch using such an optical fiber delay line, the delay time is determined by the length of the optical fiber, and a long optical fiber is required to exchange a signal with a long frame period. However, there was a defect such as an increase in size. Also, because time division switching is performed by simply selecting the delay time of the optical transmission line, loss occurs at the connection between the optical switch and the optical fiber, etc., and the output optical signal level drops significantly compared to the input optical signal level. There was also the drawback of doing so.

この欠点を除去するために、1つの入力端と複数の出力
端を備えた書込み用光スイッチと、複数の入力端と1つ
の出力端を備えた読出し用光スイッチの間に双安定動作
を示す半導体レーザを挿入した構成の時分割光交換機
を、特開昭59-107675に本願の発明者が提案している。
その構成は、入力した時分割光信号を各タイムスロット
ごとに書込み用光スイッチで順次異なる光メモリ、即ち
双安定半導体レーザに書込んで入力信号を保持させ、読
出し光スイッチで各信号を出力すべきタイムスロットに
選択的に切出して時分割光交換を行なうものである。こ
の構成では、交換すべきフレーム周期の長さを任意に設
定でき、装置の小型化が容易でかつ、高い出力光信号レ
ベルが容易に得られるという特長がある。この時分割光
交換機を構成する書込み及び読出し光スイッチは高速性
を必要とするため導波形の光スイッチが使用される。し
かし、通常導波形光スイッチはチャンネル数が多くなる
に従って大形となり、また多大な製作工数が必要となる
ため非常に高価となる。このためそこで2個の光スイッ
チを用いるこの時分割光交換機は形状が大きく、また高
価となるという欠点を有する。
To eliminate this drawback, a bistable operation is shown between a write optical switch with one input and multiple outputs and a read optical switch with multiple inputs and one output. The inventor of the present application has proposed a time division optical switch having a structure in which a semiconductor laser is inserted in Japanese Patent Laid-Open No. 59-107675.
The configuration is such that the input time-division optical signal should be written into different optical memories, that is, bistable semiconductor lasers in sequence with the writing optical switch for each time slot to hold the input signal and the reading optical switch should output each signal. It selectively cuts into time slots to perform time division optical switching. With this configuration, the length of the frame cycle to be exchanged can be arbitrarily set, the device can be easily downsized, and a high output optical signal level can be easily obtained. The write and read optical switches that constitute the time-division optical switch require high speed, so a waveguide type optical switch is used. However, the waveguide type optical switch is usually large in size as the number of channels is large, and requires a large number of manufacturing steps, which is very expensive. Therefore, this time-division optical switch using two optical switches has a drawback that it has a large shape and is expensive.

(発明の目的) 本発明の目的は、従来の欠点を除き、必要な光スイッチ
の数が少なく、小形で安価な時分割光交換機を提供する
ことにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a small-sized and inexpensive time-division optical switch, which requires a small number of optical switches, excluding the conventional drawbacks.

(発明の構成) 本発明の時分割光交換機は、1つの入力端と複数の出力
端を備えた光分岐回路と、前記出力端からの出射光がレ
ーザ共振器の一端から入射するようにして各出力端にそ
れぞれ対応して設置された双安定動作を示す複数の半導
体レーザと、これら半導体レーザからの出射光がそれぞ
れ入射するように各半導体レーザに対応する複数の入力
端と1つの出力端とを備えた読出し用光スイッチと、前
記各半導体レーザをそれぞれ駆動する電流駆動回路と、
前記読出し用光スイッチを駆動する光スイッチ駆動回路
と、前記各電流駆動および光スイッチ駆動回路のタイミ
ングを制御する中央制御装置とを含み構成される。
(Structure of the Invention) A time-division optical switch according to the present invention includes an optical branch circuit having one input end and a plurality of output ends, and light emitted from the output end is incident from one end of a laser resonator. A plurality of semiconductor lasers installed corresponding to each output end and exhibiting bistable operation, and a plurality of input ends and one output end corresponding to each semiconductor laser so that light emitted from these semiconductor lasers respectively enter A read optical switch comprising: a current drive circuit for driving each of the semiconductor lasers;
An optical switch drive circuit that drives the readout optical switch, and a central control device that controls the timing of each of the current drive and optical switch drive circuits are configured.

(発明の作用) 本発明においては、入力時分割光信号を光分岐回路によ
り分割して同時にすべての双安定半導体レーザに入射せ
しめ、前記各々の双安定半導体レーザの注入電流を、信
号を書込むべきタイムスロットだけ、入力光信号によっ
てトリガ可能な状態となる電流値に増加させ、それ以外
の時間は書込まれた状態が保持され、かつ入力光信号に
よってトリガがかからない程度の低い電流値に保持させ
ることによって書込み動作及び光メモリ動作を行なう。
(Operation of the Invention) In the present invention, the input time-division optical signal is split by the optical branching circuit and is made incident on all the bistable semiconductor lasers at the same time, and the injection current of each bistable semiconductor laser is written as a signal. Only the desired time slot is increased to a current value that can be triggered by the input optical signal, the written state is maintained for the rest of the time, and the current value is kept low enough that the input optical signal does not trigger. By doing so, the write operation and the optical memory operation are performed.

(実施例) 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による時分割光交換機の一実施例のブロ
ック図である。第1図において、それぞれ異なる情報を
のせた4つのタイムスロットからなる第1の時分割光信
号100を入力するための入力光導波路310と第2の時分割
光信号190を出力するための出力光導波路380との間に、
入力端子を入力光導波路310に接続され出力端子を、双
安定動作を示す半導体レーザ340,350,360,370の入射端
に導かれる光導波路341,351,361,371にそれぞれ接続さ
れた光分岐回路320と、前記双安定半導体レーザの出射
端に導かれる光導波路342,352,362,372にそれぞれ入力
端子を接続され、出力端子を出力光導波路380に接続さ
れた読出し用4×1光スイッチ330が設置されている。
この光スイッチ330には光スイッチ駆動回路331が接続さ
れており、双安定半導体レーザ340,350,360,370にはそ
れぞれバイアス電流を注入するための電流駆動回路345,
355,365,375が接続されている。光スイッチ駆動回路331
と電流駆動回路345,355,365,375は図示されていない中
央制御装置に接続されている。この中央制御装置はタイ
ミング抽出回路、メモリ回路等によって構成され、光ス
イッチ駆動回路や電流駆動回路を制御するための制御信
号を発生する。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a time division optical switch according to the present invention. In FIG. 1, an input optical waveguide 310 for inputting a first time division optical signal 100 and four output slots for outputting a second time division optical signal 190 each consisting of four time slots carrying different information. Between the waveguide 380,
An optical branch circuit 320 having an input terminal connected to the input optical waveguide 310 and an output terminal connected to the optical waveguides 341, 351, 361, 371 guided to the entrance ends of the semiconductor lasers 340, 350, 360, 370 exhibiting bistable operation, and the exit end of the bistable semiconductor laser. A read 4 × 1 optical switch 330 having input terminals connected to the optical waveguides 342, 352, 362, and 372, respectively, and output terminals connected to the output optical waveguide 380 is installed.
An optical switch drive circuit 331 is connected to the optical switch 330, and a current drive circuit 345 for injecting a bias current into each of the bistable semiconductor lasers 340, 350, 360, 370,
355, 365, 375 are connected. Optical switch drive circuit 331
And the current drive circuits 345, 355, 365, 375 are connected to a central control unit (not shown). The central control unit is composed of a timing extraction circuit, a memory circuit, etc., and generates a control signal for controlling the optical switch drive circuit and the current drive circuit.

各電流駆動回路は中央制御装置の指令によって3値の電
流を発生する装置であり、その簡単な一例が第2図の回
路図に示されている。
Each current drive circuit is a device that generates a three-valued current in response to a command from the central controller, and a simple example thereof is shown in the circuit diagram of FIG.

この電流駆動回路は、2つのトランジスタTr1,T
r2と2つの抵抗とから成っている。これらトランジス
タTr1,Tr2のコレクタは双安定半導体レーザLD
に接続している。エッターはそれぞれ抵抗R,R
で−Vの電源に接続されており、ベース端子が制御信号
の入力端子となっている。この図において、トランジス
タTr1,Tr2のベース電圧がVより小さいと、トラ
ンジスタTr1,Tr2は共にオフとなるのでコレクタ
側に直列に挿入された双安定半導体レーザLDには電
流は流れない。一方、トランジスタTr1のベースに電
圧V(V>V)が印加されるとトランジスタTr1
はオンとなり双安定半導体レーザLDの電流iはi=
=(V−V)/Rとなる。同様に、Tr2のベ
ースに電圧Vが印加されるとi=i=(V−V)
/Rとなる。またTr1,Tr2の両方に電圧V
印加されると双安定半導体レーザにはi=i=i
の電流が流れる。このように第2図の回路により、
外部信号により双安定半導体レーザLDに3値の電流
を流すことができる。
This current drive circuit includes two transistors T r1 , T
It consists of r2 and two resistors. The collectors of these transistors T r1 and T r2 are bistable semiconductor laser LDs.
Connected to 1 . The setters are resistors R 1 and R 2 , respectively.
Is connected to a -V power source, and the base terminal serves as an input terminal for a control signal. In this figure, a base voltage of the transistor T r1, T r2 is V smaller than the current in the transistor T r1, T r2 bistable semiconductor laser LD 1, which is inserted in series with the collector side since both turned off flow Absent. On the other hand, when the voltages V 1 to the base of the transistor T r1 (V 1> V) is applied transistor T r1
Is turned on, and the current i of the bistable semiconductor laser LD 1 is i =
i 1 = (V 1 −V) / R 1 . Similarly, when the voltage V 1 is applied to the base of Tr 2 , i = i 2 = (V 1 −V)
/ R 2 . When the voltage V 1 is applied to both T r1 and T r2 , i = i 3 = i 1 + is applied to the bistable semiconductor laser.
The current i 2 flows. Thus, with the circuit of FIG.
A three-valued current can be passed through the bistable semiconductor laser LD 1 by an external signal.

ここで本実施例の読出し用4×1光スイッチ及び光分岐
回路の具体例、双安定半導体レーザ340,350,360,370の
具体例を説明する。
A specific example of the readout 4 × 1 optical switch and the optical branch circuit of this embodiment, and specific examples of the bistable semiconductor lasers 340, 350, 360, 370 will be described.

先ず第3図(a)は読出し用4×1光スイッチ330として用
いることができる方向性結合形光スイッチの一例の平面
図を示す。強誘電体結晶又は半導体結晶基板20上に形
成した4個の方向性結合形光スイッチ21,22,23,30によ
って構成されている。例えばニオブ酸リチウム結晶上に
チタンを拡散して光導波路を作成し、互いに近接した光
導波路上に電極を設置することによって上記方向性結合
形光スイッチが得られる。方向性結合形スイッチ30は
光導波路24を通過する光信号遮断するためのスイッチ
である。光導波路24を出力用、光導波路25,26,27,28
を入力用とするとき読出し用4×1光スイッチとして用
いることができる。
First, FIG. 3 (a) shows a plan view of an example of a directional coupling type optical switch that can be used as the 4 × 1 optical switch 330 for reading. It is composed of four directional coupling type optical switches 21, 22, 23 and 30 formed on a ferroelectric crystal or semiconductor crystal substrate 20. For example, the above directional coupling type optical switch can be obtained by diffusing titanium on a lithium niobate crystal to form an optical waveguide and installing electrodes on the optical waveguides close to each other. The directional coupling type switch 30 is a switch for blocking an optical signal passing through the optical waveguide 24. Optical waveguide 24 for output, optical waveguides 25, 26, 27, 28
Can be used as a 4 × 1 optical switch for reading.

また光スイッチ駆動回路321,331は中央制御装置のコン
トロールにより光スイッチ330の制御を行なうための電
気信号を発生するものである。例えば、光スイッチ330
が第3図(a)に示した光スイッチの場合には2値の異な
る電圧をそれぞれ方向性結合形光スイッチ21,22,23,30
に供給する機能を有するものである。これら各方向性結
合形光スイッチ21,22,23,30が印加電圧0のときに一方
の光導波路に入射した光波がそのまま入射光導波路を通
過し、電圧をVとしたとき入射光が近接した他方の光
導波路に移るものとしたとき、光スイッチ駆動回路331
は最も簡単には各方向性結合形光スイッチに対し、1つ
のトランジスタを用いた回路で構成できる。
The optical switch drive circuits 321 and 331 generate electric signals for controlling the optical switch 330 under the control of the central controller. For example, optical switch 330
In the case of the optical switch shown in Fig. 3 (a), directional coupling type optical switches 21, 22, 23, 30 are supplied with different voltages.
It has a function of supplying to. When the voltage applied to each of these directional coupling type optical switches 21, 22, 23, 30 is 0, the light wave incident on one of the optical waveguides passes through the incident optical waveguide as it is, and when the voltage is V 1 , the incident light is close to each other. The optical switch drive circuit 331
In the simplest case, can be configured by a circuit using one transistor for each directional coupling type optical switch.

例えばトランジスタのコレクタを抵抗Rを通して電圧V
の電源に接続し、エミッタを接地し、ベースを制御信
号の入力端子とし、コレクタから出力電圧端子を出すこ
とによって構成される。この回路では制御信号の電圧が
0のとき出力電圧Vとなり制御信号電圧が正のときは
出力電圧は0となる。
For example, the voltage V
1 is connected to the power source, the emitter is grounded, the base is used as an input terminal for a control signal, and the output voltage terminal is output from the collector. In this circuit, the output voltage is V 1 when the voltage of the control signal is 0, and the output voltage is 0 when the voltage of the control signal is positive.

第3図(b)は光分岐回路320の具体例の光ファイバ分岐回
路を示す。40は入力光ファイバ、42,43,44,45は出力
光ファイバである。本分岐回路は、4本の光ファイバを
束ねその束ねた部分41を加熱融着することによって製作
することができる。また、第3図(a)と同様な基板上に
設けた光導波路を用いて導波形の光分岐回路を構成する
こともできる。
FIG. 3B shows an optical fiber branch circuit as a specific example of the optical branch circuit 320. Reference numeral 40 is an input optical fiber, and 42, 43, 44 and 45 are output optical fibers. This branch circuit can be manufactured by bundling four optical fibers and heating and fusing the bundled portion 41. Further, a waveguide type optical branch circuit can be constructed by using an optical waveguide provided on a substrate similar to that shown in FIG. 3 (a).

第4図は双安定半導体レーザ340,350,360,370の具体例
を示す断面図である。構造は通常用いられる電流注入形
の半導体レーザとほぼ同じであり、例えば、GaAlAs/GaA
sやInGaAsP/InPを材料とするダブルヘテロ接合構造のレ
ーザである。但し、電極が一様ではなく、一部に電流の
注入されない部分が存在していることが通常の半導体レ
ーザとは異なっている。この電流の非注入領域は可飽和
吸収体として働くので、この双安定半導体レーザでは注
入電流対光出力特性に双安定特性をもたせることができ
る。なお、電極を不均一にするかわりに、発光領域であ
る活性層の部分に不均一性をもたせ、一部に可飽和吸収
領域を設置することにより同様な双安定特性を持たせる
ことができる。これらの双安定半導体レーザでは注入電
流iを適当に選ぶことによって、外部からの注入光に対
する出射光の特性にも双安定特性が得られる。このよう
な双安定半導体レーザの詳細は文献エレクトロニクス・
レター(Electronics Letter)第17巻741ページと昭
和57年度電子通信学会光・電波部門全国大会講演論文集
(分冊2)272番に述べられている。
FIG. 4 is a sectional view showing a specific example of the bistable semiconductor lasers 340, 350, 360, 370. The structure is almost the same as that of a commonly used current injection type semiconductor laser, for example, GaAlAs / GaA.
It is a laser with a double heterojunction structure made of s or InGaAsP / InP. However, this is different from a normal semiconductor laser in that the electrodes are not uniform and there is a portion where current is not injected. Since the non-injection region of this current acts as a saturable absorber, this bistable semiconductor laser can have bistable characteristics in the injection current vs. optical output. In addition, instead of making the electrodes non-uniform, a similar bistable characteristic can be provided by providing non-uniformity in a part of the active layer which is a light emitting region and disposing a saturable absorption region in a part. In these bistable semiconductor lasers, by appropriately selecting the injection current i, bistable characteristics can be obtained in the characteristics of the emitted light with respect to the injected light from the outside. For details of such a bistable semiconductor laser, refer to
It is described in the 17th volume, page 741 of the Electronics Letter and in 272nd volume of the conference of the Institute of Electronics, Communications and Communications, National Division of Light and Radio, 1987 (Volume 2).

第5図(a),(b),(c)は第4図の双安定半導体レーザの動
作を説明する特性図である。第5図(a)は入射光量Pin=
0とした時の注入電流iと出射光量Poutの関係を示して
いる。すなわち、注入電流iをiから増加させたとき
にはi=iで急激に出射光量Poutが増加し、逆に注入
電流iをiから減少させた場合には出射光量Poutはi
=iで急激に減少するようなヒステリシス特性を示
し、iよりやや大きい電流値i=ib1において出射
光量P01およびP11の2つの安定点AおよびB
を有する。また、ib1より大きくiよりやや小さい
電流値i=ib2においても同様に出射光量P02及び
12の2つの安定点A及びBを有する。
5 (a), (b) and (c) are characteristic diagrams for explaining the operation of the bistable semiconductor laser of FIG. Fig. 5 (a) shows the amount of incident light Pin =
The relationship between the injection current i and the emitted light amount Pout when 0 is shown. That is, the injection current i rapidly emitted light amount Pout increases with i = i a in when increasing from i 0, the emission light intensity Pout in the case of the injection current i in the opposite reduced from i t is i
= I c in indicates hysteresis characteristic as rapidly decreases, two stable points A 1 and B 1 of the emitted light amount P 01 and P 11 in the current value i = i b1 slightly larger than i c
Have. Further, also at a current value i = i b2 that is larger than i b1 and slightly smaller than i a , similarly, there are two stable points A 2 and B 2 of the emitted light amounts P 02 and P 12 .

第5図(b)は第5図(a)において注入電流i=ib1とし
た時の入射光量Pinと出射光量Poutの関係を示す図であ
る。すなわち出射光量Pout=P01の第1の安定点A
にある時に入射光量Pinを0から増加させた場合は出射
光量PoutはPin=Pa1で急激に増加し以降入射光量Pin
=Pt1から減少させた場合には出射光量Poutはほとん
ど減少せずに出射光量Pout=P11の第2の安定点B
に移る。第5図(b)における点A,Bはそれぞれ第
5図(a)における点A,Bと同一の点を表わす。同
様に、第5図(a)において、i=ib2としたときの入
射光量Pinに対する出射光量Poutの関係を第5図(c)に示
す。この場合、出射光量が急激に増加する点Pt2はP
t1より小さい。
FIG. 5 (b) is a diagram showing the relationship between the incident light amount Pin and the emitted light amount Pout when the injection current i = i b1 in FIG. 5 (a). That is, the first stable point A 1 of the emitted light amount Pout = P 01
When the incident light amount Pin is increased from 0 in the case of, the output light amount Pout sharply increases at Pin = P a1 and thereafter the incident light amount Pin increases.
= P t1 and the second stable point B 1 of the emitted light amount Pout = P 11 with almost no decrease in the emitted light amount Pout
Move on to. Points A 1 and B 1 in FIG. 5 (b) represent the same points as points A 1 and B 1 in FIG. 5 (a), respectively. Similarly, FIG. 5 (c) shows the relationship between the incident light amount Pin and the outgoing light amount Pout when i = i b2 in FIG. 5 (a). In this case, the point P t2 at which the emitted light amount sharply increases is P
It is smaller than t1 .

次の第1表は注入電流iおよび入射光Pinに双安定半導
体レーザの動作を示すものである。
The following Table 1 shows the operation of the bistable semiconductor laser for the injection current i and the incident light Pin.

すなわち、注入電流iがib1である場合には双安定半
導体レーザは前に書き込 まれたデータに応じて第5図(a)における2つの安定点
,Bのいずれか一方に位置し、出射光量P01
るいはP11を保守する。すなわちデータが双安定半導
体レーザに書き込まれた状態であり、この状態のとき光
信号が入射してもその光量が第5図(b)におけるPa1
以下であれば電流がib1を保っている間はこの状態が
保存される。この状態の間に双安定半導体レーザの出力
を取り出せばデータの読みだしが行われる。第5図(a)
において双安定半導体レーザが一方の安定点B(出射
光量P11)を保持している時に注入電流iを一度i
とし再びib1に戻すと出射光量PoutはB→D→A
の順に変化し以後他方の安定点A(出射光量P01
を保持する。また、Aを保持している時に上述と同様
な注入電流の変化を与えてもやはりA→D→Aとな
り安定点Aに戻る。すなわち双安定半導体レーザの光
メモリとしての動作はリセットされる。一方、電流をi
=ib2とし、第5図(c)において双安定レーザが安定
点A(出射光量P02)を保持している時に光信号
“1”が入射する、すなわち入射光量が一旦Pt2とな
り再び0に戻ると出射光量PoutはA→E→Bの順に
変化し安定点B(出射光量P12)に移る。すなわち
双安定半導体レーザは“1”の状態にセットされる。光
信号“0”すなわち入射光量Pin=0ではAの状態が
保持される。この状態で電流をi=ib1とすると安定
点はそれぞれB、Aにうつり保持される。前述のよ
うにi=ib1の状態では“1”の信号、即ちPin=P
t2が一旦入力しても安定点は移らない。
That is, when the injection current i is i b1 , the bistable semiconductor laser is written before. It is located at either one of the two stable points A 1 and B 1 in FIG. 5 (a) according to the collected data, and the emitted light quantity P 01 or P 11 is maintained. That is, data is written in the bistable semiconductor laser, and even if an optical signal is incident in this state, the amount of light is P a1 in FIG. 5 (b).
In the following cases, this state is preserved while the current keeps i b1 . If the output of the bistable semiconductor laser is taken out during this state, the data can be read. Fig. 5 (a)
The injection current i when the bistable semiconductor laser is holding one of the stable points B 1 (emission light intensity P 11) at a time in i 0
Then, when returning to i b1 again, the output light amount Pout is B 1 → D → A 1
, And then the other stable point A 1 (emitted light amount P 01 )
Hold. Further, even if the same change of the injection current as that described above is given while A 1 is held, A 1 → D → A 1 is obtained and the stable point A 1 is restored. That is, the operation of the bistable semiconductor laser as an optical memory is reset. On the other hand,
= I b2, and in FIG. 5 (c), when the bistable laser holds the stable point A 2 (outgoing light amount P 02 ), the optical signal “1” is incident, that is, the incident light amount once becomes P t2 and again. When it returns to 0, the emitted light amount Pout changes in the order of A 2 → E → B 2 and moves to the stable point B 2 (emitted light amount P 12 ). That is, the bistable semiconductor laser is set to the "1" state. When the optical signal is “0”, that is, the incident light amount Pin = 0, the state of A 2 is held. When the current is set to i = i b1 in this state, the stable points are held at B 1 and A 1 , respectively. As described above, in the state of i = i b1 , the signal of “1”, that is, Pin = P
Even if t2 is input once, the stable point does not move.

第6図は第1図に示した実施例の双安定半導体レーザ34
0の書き込み、読み出し動作を説明するためのタイムチ
ャートである。第5図,第6図を参照すると、第1図に
示した光導波路310には時分割光信号100が導かれてい
る。時分割光信号100はA、B、C、Dの情報がその順
番にそれぞれ1タイムスロットの中に順次書き込まれて
いる。第6図の光信号400は時分割光信号100の情報A,
B,C,Dをそれぞれ1ビットのNRZ信号とした場合の
具体例を示す。ここで光信号は双安定半導体レーザ340、
350、360、370に入射する光量が信号“0”では0、信号
“1”では第5図に示す光量Pt2となるよう設定され
ている。それぞれの双安定半導体レーザにはリセットお
よび書き込み時以外には電流駆動回路345、355、365、375
によって常時第5図に示す電流値ib1が注入されてい
る。第2図に示した電流駆動回路を用いる場合はこの状
態ではトランジスタTr1のみオンとなっている。光導
波路380は光スイッチ330によって常時光導波路342,352,
362,372から切り離されている。光スイッチ330が第3図
(a)に示した構成である場合にはこのとき、方向性結合
形光スイッチ30には光スイッチ駆動回路331により電
圧Vが印加され上記方向性結合形光スイッチ30は遮
断状態にある。
FIG. 6 shows a bistable semiconductor laser 34 of the embodiment shown in FIG.
6 is a time chart for explaining write and read operations of 0. Referring to FIGS. 5 and 6, the time-division optical signal 100 is guided to the optical waveguide 310 shown in FIG. In the time division optical signal 100, the information of A, B, C and D is sequentially written in one time slot in that order. The optical signal 400 of FIG. 6 is the information A of the time division optical signal 100,
A specific example in which B, C, and D are 1-bit NRZ signals will be described. Here, the optical signal is a bistable semiconductor laser 340,
In the amount of light incident signal "0" to 350, 360, 370 0, is set to be the amount of light P t2 shown in FIG. 5 the signal "1". Each bistable semiconductor laser has a current drive circuit 345, 355, 365, 375 except when resetting and writing.
Therefore, the current value i b1 shown in FIG. 5 is always injected. When using the current drive circuit shown in FIG. 2 in this state it is turned on only the transistor T r1. The optical waveguide 380 is constantly guided by the optical switch 330.
Separated from 362,372. Optical switch 330 is shown in Fig. 3.
In the case of the configuration shown in (a), at this time, the voltage V 1 is applied to the directional coupling type optical switch 30 by the optical switch drive circuit 331, and the directional coupling type optical switch 30 is in the cutoff state.

第1図において双安定半導体レーザ340への時分割光信
号100の情報Aの書き込みは次のようにして行なわれ
る。すなわち、まず時分割光信号100の第1のタイムス
ロット内の第1の期間において双安定半導体レーザ340
への注入電流iを第6図410に示す如く一度iに減じ
た後にib2にする。これは例えば第2図のトランジス
タTr1を一旦オフにしてその後Tr1,Tr2を同時
にオンに戻すことによって達成される。この結果双安定
半導体レーザ340の出射光量Poutに第6図440に示すよう
に以前に光量P11を保持していても、前記注入電流パ
ルス410の立下り前縁411においてP01にリセットされ
る。次に時分割光信号100の第1のタイムスロット内の
前記第1の期間に続く第2の期間において電流はib2
に保たれる。これによって双安定半導体レーザ340の出
射光量440は、入射光量がPt2である場合には、電流
パルス410の立上り前縁431においてP12にセットさ
れ、入射光量430が0である場合にはP02となる。こ
の後、注入電流パルスはib1に保持されるので双安定
半導体レーザ340には1の情報P11か、または、0の
情報P01が保持されている。
In FIG. 1, the writing of the information A of the time division optical signal 100 to the bistable semiconductor laser 340 is performed as follows. That is, first, in the first period within the first time slot of the time division optical signal 100, the bistable semiconductor laser 340
To i b2 injection current i to the after subtraction once i 0 as shown in Figure 6 410. This is achieved, for example, by turning off the transistor T r1 in FIG. 2 and then turning back on T r1 and T r2 simultaneously. As a result, even if the emitted light quantity Pout of the bistable semiconductor laser 340 has previously held the light quantity P 11 as shown in FIG. 6A, it is reset to P 01 at the trailing edge 411 of the injection current pulse 410. . Next, in the second period following the first period in the first time slot of the time division optical signal 100, the current is i b2.
Kept in. As a result, the emitted light amount 440 of the bistable semiconductor laser 340 is set to P 12 at the leading edge 431 of the current pulse 410 when the incident light amount is P t2 , and P when the incident light amount 430 is 0. It becomes 02 . After that, since the injection current pulse is held at i b1 , the bistable semiconductor laser 340 holds the information P 11 of 1 or the information P 01 of 0.

このようにして双安定半導体レーザ340には時分割光信
号100の情報Aが書き込まれる。同様にして電流駆動回
路355,365,375はそれぞれ双安定半導体レーザ350,360,3
70への注入電流を上述と同様に書き込みのときだけi
→ib2と変化させ、それ以外の時間にはib1とする
ように制御することによって時分割光信号100の情報
B,C,Dをそれぞれ双安定半導体レーザ350,360,370
に書き込んで行く。このようにして双安定半導体レーザ
340に書き込まれた情報Aの時分割光信号190への読み出
しは以下のようにして行なわれる。すなわち、時分割光
信号190の例えば第4のタイムスロットにおいて光スイ
ッチ330によって光導波路342を光導波路380に接続す
る。第6図450は光スイッチ330に接続動作を行なわせる
ために光スイッチ駆動回路331によって光スイッチ330に
供給される制御電圧を示す。ここで光スイッチ330は制
御電圧450がVの時のみ光導波路342と光導波路380と
を接続するものとする。例えば第3図(a)の光スイッチ
を光スイッチ330として用いた場合、制御電圧450は方向
性結合形光スイッチ21,22への印加電圧を示す。この結
果光導波路380には第6図460に示すように双安定半導体
レーザ340の出射光440を制御電圧450によって抽出した
光信号が得られる。同様にして光導波路380には更に時
分割光信号190の第4、第5、第6のタイムスロットに
おいてそれぞれ双安定半導体レーザ370,360,350に保持
されていた情報D,C,Bが読み出される。このように
して光導波路380に得られた時分割光信号190においては
A、D、C、Bの順に情報が書き込まれることになり時
分割光信号100の情報AとDおよびBとCの交換が行な
われる。
In this way, the information A of the time division optical signal 100 is written in the bistable semiconductor laser 340. Similarly, the current drive circuits 355, 365, 375 are bistable semiconductor lasers 350, 360, 3 respectively.
The injection current to 70 is i 0 only when writing as in the above.
→ i b2 and varied, information B of the split optical signal 100 when by controlling so as to i b1 in the other time, C, respectively D bistable semiconductor lasers 350, 360, and 370
Write in. In this way, the bistable semiconductor laser is
The information A written in 340 is read out to the time division optical signal 190 as follows. That is, the optical switch 330 connects the optical waveguide 342 to the optical waveguide 380 in the fourth time slot of the time division optical signal 190, for example. FIG. 6D shows the control voltage supplied to the optical switch 330 by the optical switch drive circuit 331 to cause the optical switch 330 to perform the connecting operation. Here, the optical switch 330 connects the optical waveguide 342 and the optical waveguide 380 only when the control voltage 450 is V 1 . For example, when the optical switch shown in FIG. 3 (a) is used as the optical switch 330, the control voltage 450 indicates the voltage applied to the directional coupling type optical switches 21 and 22. As a result, an optical signal obtained by extracting the emitted light 440 of the bistable semiconductor laser 340 by the control voltage 450 is obtained in the optical waveguide 380 as shown in FIG. Similarly, the information D, C, and B held in the bistable semiconductor lasers 370, 360, and 350 in the fourth, fifth, and sixth time slots of the time division optical signal 190 are read out to the optical waveguide 380 in the same manner. In the time division optical signal 190 thus obtained in the optical waveguide 380, information is written in the order of A, D, C and B, and the information A and D and the information B and C of the time division optical signal 100 are exchanged. Is performed.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明においては、交換される情
報のフレーム周期の長さが書込み及び読出し用光スイッ
チの制御により任意に設定でき、かつ長尺の光ファイバ
を使用しないので装置の小形化が容易である。また、出
射光レベルの高い双安定半導体レーザを用いることによ
り、第2の時分割光信号100の光量を第1の時分割光信
号190よりも大きくすることが可能である。さらに使用
する光スイッチは1個であるので従来よりも小形で安価
な時分割光交換機が得られる。
(Effect of the Invention) As described above, in the present invention, the length of the frame period of information to be exchanged can be arbitrarily set by the control of the write and read optical switches, and a long optical fiber is not used. Therefore, it is easy to downsize the device. Further, by using a bistable semiconductor laser having a high emission light level, the light quantity of the second time division optical signal 100 can be made larger than that of the first time division optical signal 190. Furthermore, since only one optical switch is used, it is possible to obtain a time-division optical switch that is smaller and cheaper than conventional ones.

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
い。例えば、第1図に示した実施例においては双安定半
導体レーザへの書き込みを周期的に行ない読み出しを交
換すべき情報に応じて行なう例を示したが、双安定半導
体レーザへの書き込みを交換すべき情報に応じて行ない
読み出しを周期的に行なうことによっても全く同様な交
換動作が得られる。また、1タイムスロットがnビット
(n≧2)で構成されるような場合には本実施例に示し
た1つの双安定半導体レーザのかわりにそれぞれn個の
双安定半導体レーザを設け各タイムスロット内でn個の
双安定半導体レーザの書き込み、読み出しを順次行なう
ことによってタイムスロット間での交換を行なうことが
できる。また、読出し光スイッチとしては、光分岐回路
の各分岐中に光を遮断するゲート部を設けた構成の光ス
イッチも用いることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, an example is shown in which writing to the bistable semiconductor laser is performed periodically and reading is performed according to the information to be exchanged, but the writing to the bistable semiconductor laser is exchanged. The same exchange operation can be obtained by periodically performing reading according to the information to be read. When one time slot is composed of n bits (n ≧ 2), n bistable semiconductor lasers are provided instead of one bistable semiconductor laser shown in the present embodiment. By sequentially performing writing and reading of n bistable semiconductor lasers, the exchange can be performed between time slots. Further, as the read optical switch, an optical switch having a structure in which a gate unit for blocking light is provided during each branch of the optical branch circuit can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による時分割光交換機の実施例のブロッ
ク図、第2図は第1図の半導体レーザの電流駆動回路の
一例の回路図、第3図(a)及び(b)はそれぞれ本発明に用
いることができる読出し用光スイッチ及び光分岐回路の
一例の構成図、第4図は双安定半導体レーザの一例の断
面図、第5図(a),(b),(c)は双安定半導体レーザの動作
を示す特性図、第6図は本実施例の動作を説明するタイ
ムチャートである。図において、320……光分岐回路、3
30……読出し用の光スイッチ、340,350,360,370……双
安定半導体レーザ、である。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a time division optical switch according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an example of a current drive circuit of the semiconductor laser of FIG. 1, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are respectively. FIG. 4 is a sectional view of an example of a read optical switch and an optical branch circuit that can be used in the present invention, FIG. 4 is a sectional view of an example of a bistable semiconductor laser, and FIGS. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the operation of the bistable semiconductor laser, and FIG. 6 is a time chart explaining the operation of this embodiment. In the figure, 320 ... Optical branch circuit, 3
30 ... Readout optical switch, 340, 350, 360, 370 ... Bistable semiconductor laser.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】時分割多重された光信号が入射する1つの
入力端と複数の出力端を備えた光分岐回路と、前記出力
端からの出射光がレーザ共振器の一端から入射するよう
にして各出力端にそれぞれ対応して設置された注入電流
及び注入光量に対して発振状態が双安定動作を示す複数
の半導体レーザと、これら半導体レーザからの出射光が
それぞれ入射するように各半導体レーザに対応する複数
の入力端と1つの出力端とを備えた読み出し用光スイッ
チを備え、前記光分岐回路により前記各半導体レーザに
同時に注入される前記光信号と同期して前記半導体レー
ザへの注入電流を増減させることにより各半導体レーザ
が順次前記光信号の情報に対応した発振状態を得るよう
に駆動するための電流駆動回路と、その情報に対応した
発振状態にある半導体レーザの出射光を光スイッチによ
り順次読み出すように駆動するための光スイッチ駆動回
路と、前記電流駆動回路および光スイッチ駆動回路のタ
イミングを制御する中央制御装置とを備えることを特徴
とする時分割光交換機。
1. An optical branching circuit having one input end and a plurality of output ends to which a time-division multiplexed optical signal enters, and light emitted from the output end enters from one end of a laser resonator. And a plurality of semiconductor lasers whose oscillation states exhibit bistable operation with respect to the injected current and the amount of injected light, which are installed corresponding to the respective output terminals, and the semiconductor lasers so that the light emitted from these semiconductor lasers respectively enter. A read optical switch having a plurality of input terminals and one output terminal corresponding to, and injection into the semiconductor laser in synchronization with the optical signals simultaneously injected into the semiconductor lasers by the optical branch circuit. A current drive circuit for driving each semiconductor laser so as to sequentially obtain an oscillation state corresponding to the information of the optical signal by increasing / decreasing the current, and a semiconductor drive circuit in an oscillation state corresponding to the information. Time division, comprising an optical switch drive circuit for driving the emitted light of the body laser so as to be sequentially read by an optical switch, and a central control device for controlling the timing of the current drive circuit and the optical switch drive circuit. Optical switch.
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