JPH0635012A - 波長分割型空間光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光信号を電気信号に変換することなく、波長
多重された光信号に対しても動作可能な損失の少ない波
長分割型空間光スイッチを提供する。 【構成】 波長分割型空間光スイッチは電気信号線ＳＤ
１〜ＳＤｎにより出射波長を制御したｎ個（ｎ＞１）の
波長変換素子ＷＣ１〜ＷＣｎを有し、その各々に光入力
手段Ｆにより光信号Ｓ１〜Ｓｎを送りその出射光ＳＣ１
〜ＳＣｎを光導波手段Ｆにより光合分波器Ａの光結合器
ＣＢに導いて光結合し、光波長分波器ＷＤにおいて波長
に応じて光導波手段Ｆを介して分波され、出射光Ｓｐ１
〜Ｓｐｍとして光出力ポートＰ１〜Ｐｍから出射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光信号の波長を制御する
ことで光出射導波路を選択する構成の波長分割型光空間
スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図１９に示す。ここで、Ｓ
１〜Ｓｎは光信号、ＯＥ１〜ＯＥｎは光電変換器、ＴＬ
１〜ＴＬｎは可変波長光源、ＳＥ１〜ＳＥｎは可変波長
光源を変調する電気信号線、ＳＤ１〜ＳＤｎは出射波長
を制御する電気信号線、ＣＢは光結合器、Ｌはレンズ、
Ｆは光ファイバー、ＷＤはグレーティングである。Ｓ１
〜Ｓｎにはチャネル１〜チャネルｎが割り当てられてい
るが、ＴＬ１〜ＴＬｎの出力光はその波長をＳＤ１〜Ｓ
Ｄｎによって制御され、ＣＢによって結合されＬを介し
てＷＤに照射される。ＷＤは波長によって回折光の伝搬
方向が異なるため波長に応じてＰ１〜Ｐｎの出力ポート
から出射される。すなわち、可変波長光源の波長を制御
することで出力ポートを選択することが可能であり、波
長分割型空間光スイッチとして機能する。

【０００３】しかしながら、従来の技術には次のような
問題点があった。

【０００４】１．大容量の信号の伝送には光が媒体とし
て用いられており、従来の技術を用いるためには一度光
信号を電気信号に変換する必要があった。このため、光
電変換回路が必要となり装置が複雑、高価となった。ま
た、電気信号線は光信号線と比較して伝送容量が小さい
問題がある。

【０００５】２．よりいっそうの大容量の信号を扱うた
めには、光信号を波長多重することが必要となるが、こ
の場合波長多重倍の光電変換回路が必要となり上記の問
題がさらに深刻なものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
背景の下になされたもので、光信号を電気信号に変換す
ることなく、波長多重された光信号に対しても動作可能
な損失の少ない波長分割型空間光スイッチを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の波長分割型空間光スイッチは、ｎ個（ｎ
＞１）の波長変換素子と、前記波長変換素子の各々への
光入力手段と、前記波長変換素子の各々に接続する第１
の光導波手段と、前記第１の光導波手段に接続しその中
の光を結合する光結合器と、前記光結合器に接続される
第２の光導波手段と、前記第２の光導波手段に接続され
る光波長分波器とから構成されることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の波長分割型空間光スイッチ
は、ｎ個（ｎ＞１）の波長変換素子と、前記波長変換素
子の各々への光入力手段と、前記波長変換素子の各々に
接続される光波長分波器と、前記光波長分波器の各々か
ら分岐されるｍ′本（ｍ′＞１）の光導波手段と、前記
光波長分波器の各々からの光導波手段が接続されるｍ個
（ｍ＞１）の光波長合波器とから構成されることを特徴
とする。

【０００９】また、本発明の波長分割型空間光スイッチ
は、ｎ本（ｎ＞１）のｖ重（ｖ＞１）に波長多重された
光を導く入力光信号線と、前記入力光信号線に接続され
るｎ個の光波長分波器と、前記光波長分波器の各々から
のｖ本の光導波手段にそれぞれ接続される波長変換素子
と、前記波長変換素子からの光導波手段と、前記波長変
換素子からの光導波手段に接続されるｎ個の光波長合波
器と、前記光波長合波器に接続される光波長分波器と、
前記光波長分波器の各々から分岐されるｍ′本（ｍ′＞
１）の光導波手段と、前記光波長分波器の各々からの光
導波手段が接続されるｍ個（ｍ＞１）の光波長合波器と
から構成されることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の波長分割型空間光スイッチ
は、前記波長変換素子が分布反射型あるいは分布帰還型
共振器構造の光双安定レーザであることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の波長分割型空間光スイッチ
は、前記波長変換素子は分布反射型あるいは分布帰還型
の波長可変レーザ部と、前記レーザ部の発振光を導波す
る第１の光導波路と、外部入力光を導波する第２の光導
波路と、半導体光導波路中に光増幅部と可飽和吸収部を
交互に配置した光非線形増幅部と、外部入力光を分岐す
る光分岐部と、外部入力光を前記光分岐部に導波する第
３の光導波路と、分岐された外部入力光を前記光非線形
増幅部の前記可飽和吸収部に入射する前記可飽和吸収部
と交差する第４の光導波路と、導波路端面からの反射戻
り光を減らす低反射構造と、前記光非線形増幅部からの
出射光を外部光学系に結合するレンズ手段と、前記外部
光学系と前記光非線形増幅部との間に挿入される光アイ
ソレータとからなる波長変換素子であることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の大規模波長分割型空間光ス
イッチは、前記波長分割型空間光スイッチを多段にある
いは並列に接続したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の波長分割型空間光スイッチは共振器構
造として分布反射型，分布帰還型のいずれも使用でき
る。波長変換素子の可飽和吸収部への印加電圧を変化さ
せることにより可飽和吸収の強さを制御することができ
る。これにともなって、しきい特性や双安定性が得られ
る。光導波路への光注入強度を上げると可飽和吸収部の
吸収が少なくなり、ある値より大きくなると波長変換素
子は発振状態になり光出力は急激に増大する。その発振
波長は注入電流により制御可能である光結合器で各波長
成分の光はほぼ１／ｎに減衰する。結合された光は光波
長分波器に入り、光路長の異なるｕ本の導波路にほぼ等
分され異なる位相で結合される。このとき、波長に応じ
て収束位置が異なるため波長ごとにｍ本の出力光導波路
に出射される。

【００１４】ｎ個のチャンネルにそれぞれ変調された光
信号を流し、これを光導波手段，例えば光ファイバで波
長変換素子に入射する。波長変換素子からの出射波長を
電気信号線を介して制御する。波長変換された光信号を
波長号分波器の光結合器で結合し、波長分波器で波長分
波して光出力ポートから出力する。これにより、波長変
換素子の出射波長を制御することにより、光出力ポート
の選択が可能となり、ｎ×ｍのノンブロッキングな波長
分割型空間光スイッチとして機能する。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明するが、本発明はこれらに限定されない。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例の概念図であ
る。ここで、ＷＣ１〜ＷＣｎは波長変換素子（ｎ＞
１）、Ｓ１〜Ｓｎは光信号、ＳＤ１〜ＳＤｎは出射波長
を制御する電気信号線、ＣＢは光結合器、Ｆは光導波手
段、ＷＤは光波長分波器、Ｐ１〜Ｐｍは光出力ポート、
Ｓｃ１〜Ｓｃｎはそれぞれ第１〜第ｎ番目の波長変換素
子からの出射光、Ｓｐ１〜Ｓｐｍは光波長分波器からの
分波された出射光である。Ａは波長合分波器（光結合器
＋光波長分波器）を示す。

【００１７】次に、図２および図３に双安定レーザを用
いた波長変換素子の構造を示す。図３は図２の双安定レ
ーザの光軸に沿った断面図である。波長変換素子は半導
体基板１０１上に集積されているがそのｋ番目のものを
代表として図示する。ここで、１０２ｋは光導波路、１
０３ｋは全反射ミラー構造、１０４ｋは低反射端面構
造、１０５ｋは双安定レーザの第１の分布反射部、１０
６ｋは利得部、１０７ｋは可飽和吸収部、１０８ｋは位
相調整部、１０９ｋは第２の分布反射部、１１０ｋは上
部電極層、１１１ｋはｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層、１１２ｋはｐ−ＩｎＰクラッド層、１１３ｋはＩｎ
ＧａＡｓＰガイド層、１１４ｋはＩｎＧａＡｓ（７０オ
ングストローム）／ＩｎＰ（３０オングストローム）の
１２周期からなるＭＱＷ活性層、１１５ｋは１１４ｋよ
りもバンドギャップの大きいＭＱＷ層、１１６ｋは１１
４ｋよりもバンドギャップの大きいＭＱＷ層、１１７ｋ
はＩｎＧａＡｓＰガイド層、１１８ｋはｎ−ＩｎＰクラ
ッド層、１１９ｋはｎ−ＩｎＰ基板、１２０ｋは下面電
極層、１２１ｋは電極分離溝、１２２ｋはグレーティン
グ構造である。

【００１８】次に波長変換素子の動作について説明す
る。図４は波長変換素子の注入電流（利得部）−光出力
特性図である。ここで可飽和吸収部への印加電圧Ｖｋを
Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃと変化させると可飽和吸収の強さを制
御することができ、それにともなって、しきい特性や双
安定特性が得られる。可飽和吸収部への印加電圧をＶ
ｂ、利得部への注入電流Ｉ２ｋをしきい電流よりわずか
に少ないＩｂとし、側方から可飽和吸収部に交差する光
入力導波路に光を注入する場合を考える。この時の光入
出力特性を図５に示す。導波路への光注入強度を上げる
と可飽和吸収部の吸収が少なくなり、ある値より大きく
なると波長変換素子は発振状態になり、光出力は急激に
増大する。この時の発振波長は第１の分布反射部への注
入電流Ｉ１ｋ、位相調整領域への注入電流Ｉ３ｋ、第２
の分布反射部への注入電流Ｉ４ｋにより制御することが
可能である。また、入力波長に関しては１０２ｋの入射
側、および出射側に低反射構造を設けることで光注入し
きい値強度の波長依存性を極力減らすことができる。ま
た、１０２ｋと双安定レーザの交差した部分よりも入射
側から離れた１０２ｋの部分を強い吸収領域とすること
でも同様の効果が得られる。すなわち、入射波長に独立
に出射波長を設定でき、光入射のあるときのみ波長変換
素子が発振状態に至り、強い光を出射することから波長
変換素子として機能することになる。ここでは共振器構
造として、分布反射型を用いたが分布帰還型でも同様の
効果が期待できることは言うまでもない。

【００１９】次に図６に光結合器＋光波長分波器の構成
を示す。これは図１においてＡの部分に相当し、石英導
波路によって構成する。１３１−１〜１３１−ｎは入力
光導波路、１３２はスラブ導波路、１３３は光導波路、
１３４−１〜１３４−ｕは長さの異なる光導波路、１３
５はスラブ導波路、１３６−１〜１３６−ｍは出力光導
波である。Ｓｃ１〜Ｓｃｎの光は第１のスラブ導波路１
３２によって結合される。この時、各々の波長成分の光
はほぼ１／ｎに不可避的に減衰する。この部分がＣＢで
ある。結合された光は光導波路１３３を介して第２のス
ラブ導波路１３２でｕ本の導波路にほぼ等分され１３４
−１〜１３４−ｕを通るときに異なる位相でもってスラ
ブ導波路１３５内で結合される。このとき、波長に応じ
て収束位置が異なるため波長ごとにｍ本の出力光導波路
１３６−１〜１３６−ｍに出射される。この部分が光波
長分波器ＷＤである。ＷＤは光の入射方向を逆転するこ
とで光波長合波器ＷＢとしても機能する。この場合、光
結合器と異なり、一般的に合波損失はほとんど無い。

【００２０】次に、図１に立ち帰って波長分割型空間光
スイッチの動作を説明する。Ｓ１〜Ｓｎにはチャネル１
〜チャネルｎが割り当てられており、それぞれに変調さ
れた光信号が流れている。光信号の波長は波長変換素子
が１５００ｎｍ〜１５６０ｎｍまでほとんど平坦な感度
特性を持つのでこの範囲の波長であれば何であっても良
い。光信号はそれぞれ光導波手段に結合され、波長変換
素子ＷＣ１〜ＷＣｎに入射される。波長変換素子からの
出射波長は、ＳＤ１〜ＳＤｎの出射波長を制御する電気
信号線によって制御される。波長変換素子は０．０１ｎ
ｍの精度で出射波長を１５４０ｎｍから１５５５ｎｍま
で１５ｎｍの範囲で可変できる。また、波長合分波器は
１５３０ｎｍから１５５０ｎｍまで０．１ｎｍの分解能
で１ｎｍ間隔の光の合分波が可能である。ここでは、チ
ャネル数ｎを１１、ｍも１１とし、１５４０ｎｍから１
５５０ｎｍまで１ｎｍ間隔で１１のチャネルに対応させ
る。波長変換された光信号Ｓｃ１〜ＳｃｎはＣＢで結合
され、ＷＤで波長分波されてＳｐ１〜Ｓｐｍとなり、Ｐ
１〜Ｐｍの光出力ポートから出力される。すなわち波長
変換素子の出射波長を制御することで光出力ポートの選
択が可能となり、１１×１１のノンブロッキングな波長
分割型空間光スイッチとして機能する。動作速度は波長
変換素子の波長変換応答時間が１００ｐｓ、出射波長制
御に要する時間が２ｎｓであるので５ＧｂｐｓのＡＴＭ
セルを４ｎｓのガードタイムで切り替えることが可能で
ある。

【００２１】図７には本実施例の波長分割型空間光スイ
ッチの概略斜視図を示した。光結合器と光波長分波器の
構成された石英基板に波長変換素子のアレイＷＣ１〜Ｗ
Ｃ４が一体化され入出力に光ファイバが取り付けられて
いる。紙面の制約から１１×１１の波長分割型空間光ス
イッチの全体を図示できないので、４×４の構成を示し
てある。

【００２２】次に別の構造の波長変換素子を用いた実施
例を図８に示す。２０１は半導体基板、２０２ｋはｋ番
目の波長変換素子の分布反射型あるいは分布帰還型の可
変波長レーザ部、２０４ｋは光非線形増幅部、２０５ｋ
は光導波路、２０６ｋはレンズ手段、２０７ｋは光アイ
ソレータ、２０８ｋは可変波長フィルタ、２０９ｋは低
反射構造、２１０ｋは全反射ミラー構造、２１１ｋは光
分岐器である。また、可変波長レーザ部、光導波路およ
び光非線形増幅部の半導体基板端面には低反射コーティ
ング手段が施されている。２０２ｋおよび２０５ｋは公
知の素子であるので、特にＩｎＰ半導体基板を用いて波
長変換素子を構成した場合の、光非線形増幅部の詳細な
構成を図９、図１０および図１１に示す。図９におい
て、２Ｇｋ１〜２Ｇｋ（ｎ＋１）はＫ番目の波長変換素
子の光非線形増幅部の増幅部、２Ａｋ１〜２Ａｋｎは可
飽和吸収部、２Ｅｋ１、２Ｅｋ３…２Ｅｋ（２ｎ＋１）
は増幅部電極、２Ｅｋ２、２Ｅｋ４…２Ｅｋ（２ｎ）は
可飽和吸収部電極、２０１は半導体基板としてのＩｎＰ
（ｎ⁺ ）基板であり、半導体基板上に増幅部と可飽和吸
収部からなる導波路が形成されているものである。最終
段の増幅部は前段に比べて長く設定されている。図１０
は図９においてｕ番目の増幅部および可飽和吸収部の導
波路方向への断面図である。ここで、２１２ｋｕはＩｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層、２１３ｋｕはＩｎＰ（ｐ）ク
ラッド層、２１４ｋｕはＩｎＧａＡｓ（７０オングスト
ローム）／ＩｎＰ（３０オングストローム）の３０周期
からなるＭＱＷ活性層、２１５ｋｕはＩｎＰ（ｎ）クラ
ッド層、２１６ｋｕは下面電極、２Ｇｋｕはｕ番目の増
幅部、２Ａｋｕはｕ番目の可飽和吸収部、２Ｓｋ（２ｕ
−１）は２ｕ−１番目の電極分離溝である。また、ｕ番
目の増幅部にはＩｋｕの電流を流し、ｕ番目の可飽和吸
収部には−Ｖｋｕの逆方向電圧を印加する。この構成で
は活性層にＭＱＷ構造を用いているため、逆方向電圧を
印加することでＱＣＳＥ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉ
ｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）を起こして可飽和
領域の吸収を制御している。図１１に光非線形増幅部と
ｕ−１番目の分岐された入力光導波路との交差部分の拡
大図を示す。ここで、２１１ｋ（ｕ−１）はｋ番目の光
入力導波路の２１１ｋで分岐されたｕ−１番目の光導波
路で、２Ｇｋ（ｕ−１）はｋ番目の波長変換素子の光非
線形増幅部のｕ−１番目の利得部、２Ｇｋｕはｕ番目の
利得部、２Ａｋ（ｕ−１）はｕ−１番目の可飽和吸収
部、２Ｓｋ（ｕ−１）はｕ−１番目の電極分離溝であ
る。

【００２３】次に、光非線形増幅素子の動作原理を図に
従って説明する。図１２はｕ番目の増幅部および可飽和
吸収部での光入出力特性を図示したものである。ここ
で、増幅部には順方向に電流が流れており、ほぼ線形な
光増幅を行う。代表的な値として増幅率は３００（１／
ｃｍ）程度であり、可飽和吸収部に入る前に光強度は１
００ｋＷ／ｃｍ² 程度まで増幅される。可飽和吸収部で
の吸収係数は１５００（１／ｃｍ）程度であり、増幅部
での増幅を補償するために増幅部に対して約１／５の長
さである。可飽和吸収部では光強度が強いほど吸収係数
が小さくなるので図１２に示したように非線形な入出力
特性を示すことになる。一般に可飽和吸収体は光強度が
２０ｋＷ／ｃｍ² 以上ないと有効に働かず、可飽和吸収
部で光強度は急激に減少するので可飽和吸収部の長さは
１０μｍ程度、よって、増幅部の長さは５０μｍ程度
（最終段は利得飽和を起こすために５００μｍ程度）で
ある。可飽和吸収部と増幅部の長さは増幅部での光入出
力が線形でかつ可飽和吸収部での光入出力が非線形であ
るための光強度に対する条件と、実効的な増幅率および
吸収係数は動作波長、材料、光導波路の閉じ込め係数で
変化するが、中間段では増幅と吸収が補償するような長
さの比の条件から求められる。図１２に示したように一
段の増幅部と可飽和吸収部では十分な非線形性が得られ
ないのでこれが多段に配置される。図１３は素子全体と
しての光入出力特性である。破線は最終段の増幅部が十
分に長さのない場合で、増幅が飽和せずリミッタ特性が
十分でない。最終段の増幅部を長くし増幅飽和を起こす
ことで良いしきい特性が得られることになる。

【００２４】次に光非線形増幅部が波長変換機能を持つ
ことを説明する。この素子に波長λｓでピーク強度がＰ
ｓである信号パルス列と波長λＢで強度がＰＢで一定の
バイアス光を同時に入射することを考える。波長λＢは
可変波長レーザ部で制御される。光強度は図１３示した
ようにバイアス光と信号光が同時に素子に入射した場合
のみしきい値を越えるように設定する。あるいは光強度
に合わせて可飽和吸収部への印加電圧を制御しても良
い。図１４に可飽和吸収部における吸収係数の変化を図
示する。この図から明らかなように、信号光とバイアス
光の波長が余り離れていない場合、信号光と制御光に対
する素子の応答はほぼ等しくなるので図１３での議論が
可能であることかわかる。図１５は本素子の光出力の波
長スペクトルである。信号光の波長およびバイアス光の
波長における光出力の強度比は近似的に入射光における
信号光パルスのピーク強度とバイアス光強度の比に等し
くなる。図１６に光出力の波長λＢでの時間波形を示
す。入射した信号パルスは素子の高速応答性のため波形
再生され、かつ波長がλＢに変換されて出力される。す
なわち、光パルス列の波長変換が行われる。

【００２５】第１の実施例に挙げた二種の波長変換素子
においては増幅部および可飽和吸収部の活性層には同じ
ＭＱＷ層を用いているが、異なるバンドギャップを持つ
ＭＱＷ層を用いても良いことは言うまでもない。また、
ＭＱＷ構造にワニエ励起子を生じるＭＱＷ層としてバリ
ア層を薄くしたＭＱＷ活性層を用いることもできる。こ
の場合には逆方向電圧を可飽和吸収体に印加した場合に
バンド端が短波側にシフトする。そのため、動作波長を
可飽和吸収部の吸収スペクトルのバンド端近傍の波長と
して、可飽和吸収部の非線形性を大きくした上で、その
波長での増幅部の利得を大きく設定することが容易とな
る。もちろん、バルク活性層あるいは歪量子井戸活性層
を用いることができるのは言うまでもない。また、Ｇａ
Ａｓ系半導体材料でも同様の構成ができることは言うま
でもない。また、本実施例においては導波路の構成法を
特に示していないが、リッジ型導波路、埋め込み構造導
波路等何れの構成でも本発明を実現できることは言うま
でもない。

【００２６】本発明の第２の実施例を図１７に示す。こ
こで、ＷＣ１〜ＷＥｎは波長変換素子（ｎ＞１）、Ｓ１
〜Ｓｎは光信号、ＳＤ１〜ＳＤｎは出射波長を制御する
電気信号線、Ｆは光導波手段、ＷＤ１〜ＷＤｎは光波長
分波器、ＷＢ１〜ＷＢｍは光波長合波器、Ｐ１〜Ｐｍは
光出力ポートである。ＷＤ１〜ＷＤｎでは波長変換素子
からの出射光はｍ′本の導波路に波長に応じて分配さ
れ、ＷＢ１〜ＷＢｍは各々の波長分波器から異なる波長
の光が入射するように接続されている。このため部品の
個数は増えるが光の信号線が増えた場合に光の結合損失
を減らせる利点がある。このように、第１の実施例と異
なる点は光結合器を使用せず、光波長分波器と合波器で
波長分割型空間光スイッチを構成した点である。

【００２７】本発明の第３の実施例を図１８に示す。こ
こで、ＷＤＡ１〜ＷＤＡｎは光波長分波器、ＷＣ１１〜
ＷＣｎｖは波長変換素子（ｎ＞１、ｖ＞１）、Ｓ１〜Ｓ
ｎはｖ重に波長多重された光信号、ＳＤ１１〜ＳＤｎｖ
は出射波長を制御する電気信号線、Ｆは光導波手段、Ｗ
ＢＡ１〜ＷＢＡｎは光波長合波器、ＷＤＢ１〜ＷＤＢｎ
は光波長分波器、ＷＢＢ１〜ＷＢＢｍは光波長合波器、
Ｐ１〜Ｐｍは光出力ポートである。本実施例ではｖ重に
波長多重された光信号は光波長分波器で分離される。そ
の後、波長変換素子で出射したい出力ポートに合わせて
波長を制御することで波長分割型空間光スイッチとして
機能する。ｍ′＞ｍとすれば同じ光入力信号線にある波
長の異なる信号を同じ光出力ポートに出力することも可
能である。

【００２８】本発明の第４の実施例として上記の実施例
の波長分割型空間光スイッチを多段にあるいは並列に接
続したものがある。たとえば、第３の実施例において
ｍ′＞ｍとするのが困難な場合、同じ光入力信号線にあ
る波長の異なる信号を同じ光出力ポートに出力すること
は困難であるが、多段にあるいは並列に構成することで
可能となるなど、構成が冗長になる利点を持つ。

【００２９】本発明の構成の要点は光信号の波長を波長
変換素子で制御し、光波長分波器で信号の伝搬経路を決
定することにあり、同様の概念にもとづく同様の発明は
本発明に包含されるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
信号の伝搬経路を光電変換すること無く制御することが
可能となる。さらに、波長変換素子は光増幅機能や光波
形再生機能を持つことから、大規模の空間スイッチを構
成することが可能となる。また、光波長合波器を光信号
の合流時に用いることでスイッチの損失を減らすことが
可能である。そのうえ、波長多重された光信号に対して
も機能するスイッチ構成をとることも可能である。ま
た、小型にモジュール化できるため、取扱も容易となる
とともに、他の装置への組み込みも可能となるなどの利
点があり、高速の光信号処理装置、光信号伝送装置等に
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概念図である。

【図２】双安定レーザを用いた波長変換素子の構造図で
ある。

【図３】双安定レーザを用いた波長変換素子の構造図で
ある。

【図４】波長変換素子の注入電流（利得部）−光出力特
性図である。

【図５】波長変換素子の光入出力特性図である。

【図６】光結合器＋光波長分波器の構成図である。

【図７】第１の実施例の概略斜視図である。

【図８】別の構造の波長変換素子を用いた実施例であ
る。

【図９】光非線形増幅部の詳細な構成図である。

【図１０】光非線形増幅部の詳細な構成図である。

【図１１】光非線形増幅部の詳細な構成図である。

【図１２】ｕ番目の増幅部および可飽和吸収部での光入
出力特性図である。

【図１３】素子全体としての光入出力特性図である。

【図１４】可飽和吸収部における吸収係数の変化の図で
ある。

【図１５】本素子の光出力の波長スペクトル図である。

【図１６】光出力の波長λＢでの時間波形図である。

【図１７】本発明の第２の実施例の構成図である。

【図１８】本発明の第３の実施例の構成図である。

【図１９】従来の波長分割型空間光スイッチの説明図で
ある。

【符号の説明】

ＷＣ１〜ＷＣｎ 波長変換素子（ｎ＞１） Ｓ１〜Ｓｎ 光信号 ＯＥ１〜ＯＥｎ 光電変換器 ＳＤ１〜ＳＤｎ 電気信号線 ＣＢ 光結合器 Ｆ 光導波手段 ＷＤ 光波長分波器 Ａ 波長合分波器 Ｐ１〜Ｐｍ 光出力ポート Ｓｃ１〜Ｓｃｎ 波長変換素子からの出射光 Ｓｐ１〜Ｓｐｍ 光波長分波器からの出射光 １０１ 半導体基板 １０２ｋ 光導波路 １０３ｋ 全反射ミラー構造 １０４ｋ 反射端面構造 １０５ｋ 双安定レーザの第１の分布反射部 １０６ｋ 利得部 １０７ｋ 可飽和吸収部 １０８ｋ 位相調整部 １０９ｋ 第２の分布反射部 １１０ｋ 上部電極層 １１１ｋ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １１２ｋ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１３ｋ ＩｎＧａＡｓＰガイド層 １１４ｋ ＭＱＷ活性層 １１５ｋ ＭＱＷ層 １１６ｋ ＭＱＷ層 １１７ｋ ＩｎＧａＡｓＰガイド層 １１８ｋ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １１９ｋ ｎ−ＩｎＰ基板 １２０ｋ 下面電極層 １２１ｋ 電極分離溝 １２２ｋ グレーティング構造 １３１−１〜１３１ｎ 入力光導波路 １３２ スラブ導波路 １３３ 光導波路 １３４−１〜１３４−ｕ 長さの異なる光導波路 １３５ スラブ導波路 １３６−１〜１３６−ｍ 出力光導波 Ｐ１〜Ｐｍ 光出力ポート ２０１ 半導体基板（ＩｎＰ（ｎ⁺ ）基板） ２０２ｋ 可変波長レーザ部 ２０４ｋ 光非線形増幅部 ２０５ｋ 光導波路 ２０６ｋ レンズ手段 ２０７ｋ 光アイソレータ ２０８ｋ 可変波長フィルタ ２０９ｋ 低反射構造 ２１０ｋ 全反射ミラー構造 ２１１ｋ 光分離器 １２Ｇｋ１〜２Ｇｋ（ｎ＋１） ｋ番目の波長変換素子
の増幅部 ２ａｋ１〜２Ａｋｎ 可飽和吸収部 ２Ｅｋ１，２Ｅｋ３…２Ｅｋ（２ｎ＋１） 増幅部電極 ２Ｅｋ２，２Ｅｋ４…２Ｅｋ（２ｎ） 可飽和吸収部電
極 ２１２ｋｕ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２１３ｋｕ ＩｎＰ（ｐ）クラッド層 ２１４ｋｕ ＭＱＷ活性層 ２１５ｋｕ ＩｎＰ（ｎ）クラッド層 ２１６ｋｕ 下面電極 ２Ｇｋｕ ｕ番目の増幅部 ２１Ａｋｕ ｕ番目の可飽和吸収部 ２Ｓｋ（２ｕ−１） ２ｕ−１番目の電極分離溝 ＷＤ１〜ＷＤｎ 光波長分波器 ＷＢ１〜ＷＢｍ 光波長合波器 ＷＤＡ１〜ＷＤＡｎ 光波長分波器 ＷＣ１１〜ＷＣｎｖ 波長変換素子 Ｓ１〜Ｓｎ ｖ重に波長多重された光信号 ＳＤ１１〜Ｄｎｖ 電気信号線 ＷＢＡ１〜ＷＢＡｎ 光波長合波器 ＷＤＢ１〜ＷＤＢｎ 光波長分波器 ＷＢＢ１〜ＷＢＢｍ 光波長合波器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ個（ｎ＞１）の波長変換素子と、 前記波長変換素子の各々への光入力手段と、 前記波長変換素子の各々に接続する第１の光導波手段
   と、 前記第１の光導波手段に接続しその中の光を結合する光
   結合器と、 前記光結合器に接続される第２の光導波手段と、 前記第２の光導波手段に接続される光波長分波器とから
   構成されることを特徴とする波長分割型空間光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】 ｎ個（ｎ＞１）の波長変換素子と、 前記波長変換素子の各々への光入力手段と、 前記波長変換素子の各々に接続される光波長分波器と、 前記光波長分波器の各々から分岐されるｍ′本（ｍ′＞
   １）の光導波手段と、 前記光波長分波器の各々からの光導波手段が接続される
   ｍ個（ｍ＞１）の光波長合波器とから構成されることを
   特徴とする波長分割型空間光スイッチ。
3. 【請求項３】 ｎ本（ｎ＞１）のｖ重（ｖ＞１）に波長
   多重された光を導く入力光信号線と、 前記入力光信号線に接続されるｎ個の光波長分波器と、 前記光波長分波器の各々からのｖ本の光導波手段にそれ
   ぞれ接続される波長変換素子と、 前記波長変換素子からの光導波手段と、 前記波長変換素子からの光導波手段に接続されるｎ個の
   光波長合波器と、 前記光波長合波器に接続される光波長分波器と、 前記光波長分波器の各々から分岐されるｍ′本（ｍ′＞
   １）の光導波手段と、 前記光波長分波器の各々からの光導波手段が接続される
   ｍ個（ｍ＞１）の光波長合波器とから構成されることを
   特徴とする波長分割型空間光スイッチ。
4. 【請求項４】 前記波長変換素子は分布反射型あるいは
   分布帰還型共振器構造の光双安定レーザであることを特
   徴とする請求項１，２または３に記載の波長分割型空間
   光スイッチ。
5. 【請求項５】 前記波長変換素子は分布反射型あるいは
   分布帰還型の波長可変レーザ部と、 前記レーザ部の発振光を導波する第１の光導波路と、 外部入力光を導波する第２の光導波路と、 半導体光導波路中に光増幅部と可飽和吸収部を交互に配
   置した光非線形増幅部と、 外部入力光を分岐する光分岐部と、 外部入力光を前記光分岐部に導波する第３の光導波路
   と、 分岐された外部入力光を前記光非線形増幅部の前記可飽
   和吸収部に入射する前記可飽和吸収部と交差する第４の
   光導波路と、 導波路端面からの反射戻り光を減らす低反射構造と、 前記光非線形増幅部からの出射光を外部光学系に結合す
   るレンズ手段と、 前記外部光学系と前記光非線形増幅部との間に挿入され
   る光アイソレータとからなる波長変換素子であることを
   特徴とする請求項１，２または３に記載の波長分割型空
   間光スイッチ。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４または５に記載の
   前記波長分割型空間光スイッチを多段にあるいは並列に
   接続したことを特徴とする大規模波長分割型空間光スイ
   ッチ。