JPH11183945A - 光スイッチ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は複数の光入力端子と複数の光出力端子
とを備え温度により光屈折率を変化させて入力光を入力
端子と平行な位置にある出力端子側へ伝搬させるか，交
差する位置にある出力端子側へ伝搬させるかの何れかに
選択的に切り換える光スイッチ素子を複数個組み合わせ
た光スイッチの制御方式に関し，外気温の変化や光スイ
ッチ素子が発生させる発熱等の熱変化で光スイッチのオ
ン最適点とオフ最適点がシフトしてしまった場合でもオ
ン最適点とオフ最適点を常に捕らえて光スイッチの出力
レベルを自動制御することを目的とする。 【解決手段】光スイッチの出力端子の中の未使用端子か
ら光スイッチの分岐主信号をモニタし，その信号の分析
結果により光スイッチを熱制御して，光スイッチの光出
力レベルを設定制御するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度により光屈折率
を変化させて複数入力複数出力の光信号を選択的に切替
える光スイッチ制御方式に関する。

【０００２】最近，マッハツェンダ干渉計光素子（Mach
-Zehnder Interfererometer Optical waveguide)を用い
た光スイッチが提案されている。このマッハツェンダ干
渉計光素子は温度によって光屈折率を制御してスイッチ
制御を行う必要があるが，光スイッチ素子を組み合わせ
た光スイッチの内部や外部環境の温度変化に応じてスイ
ッチ特性が変化するため，それらの影響を受けずに光ス
イッチの最適制御を行うことが望まれている。

【０００３】

【従来の技術】上記マッハツェンダ干渉計光素子（Mach
-Zehnder Interfererometer Opticalwaveguide)を用い
た光スイッチは学会等で公表されており，その特性も知
られている（具体的には，例えば，「ＯＦＣ’９６Tech
nical Digest, Thursday Afternoon p259 〜p261“ 8×
16 delivery-and-coupling-type optical switches for
a 320-Gbit/s throughput optical path cross-connect
system ”Masafumi Koga 他著」等) が，図１４乃至
図１６により説明する。

【０００４】マッハツェンダ干渉計光素子（以下，単に
光スイッチ素子という）の入・出力の端子を含む基本構
成を図１４に示す。光スイッチは，入力部に光信号が入
力する入力端子１（ＩＮ１）と未使用入力端子２（ＩＮ
２）とを備え，出力部に光信号が出力する出力端子１
（ＯＵＴ１）と未使用出力端子２（ＯＵＴ２）を備え
る。図１４の例では入力端子１が光信号の入力端子，出
力端子１が光信号の出力端子とする。

【０００５】この光スイッチ素子は図１５に示す静特性
を備え，横軸に示す光スイッチ温度に対し，縦軸に示す
光スイッチ素子の導波路内の光伝達量が変化する。図１
５のオン側伝送路は図１４の入力端子１から出力端子１
へ伝達される主信号の伝送路を表し，オフ側伝送路は入
力端子１から未使用出力端子２へ伝達される分岐信号の
伝送路を表す。図１５に示すような特性は，熱によって
光スイッチ素子の光屈折率が変化するためである。この
光スイッチ素子の静特性を利用した光スイッチのオン・
オフの制御原理を図１６に示す。

【０００６】図１５の光スイッチ温度がＡ点の場合，光
伝達の最適点であり，光スイッチ素子は図１６の状態Ａ
のようにオン（バーとも呼ばれる：Ｂａｒ）状態とな
る。この場合，入力端子１の光信号（これを主信号とい
う）が出力端子１へ直線状の経路で伝達量＝１で伝達さ
れ，この伝送路をオン側伝送路という。この最適温度か
ら高温側（または低温側）に光スイッチ温度を変化させ
ると，温度を図１５のＣ点にすると，光スイッチ素子の
光屈折率が大きく変化し，光スイッチ素子の導波路の光
伝達量が最低となり，図１６の状態Ｃのようになる。こ
の状態Ｃでは，光スイッチ素子はオフ（クロスとも呼ば
れる：Ｃｒｏｓｓ）状態となり，光信号は入力端子１か
ら交差する未使用の出力端子２側へ伝達量＝１が伝達さ
れ，出力端子１へは何も伝達されなくなる（伝達量＝
０）。また，図１５の静特性において光スイッチ素子の
温度が点Ａに近い高い温度（または低い温度）である点
Ｂの温度の場合，図１６の状態Ｂに示すように主信号は
出力端子１へ伝達されるが，主信号の一部の信号が分岐
してクロス側（出力端子２側）に出力される。

【０００７】上記に説明した光スイッチ素子を複数個組
み合わせて，光スイッチの切り換えポイントによって光
出力部を任意に決定することが可能としたのが図１７に
示す光スイッチの切り換え方法の説明図である。

【０００８】図１７には，４×４光スイッチが示され，
Ｓ１１〜Ｓ４４は上記図１４〜図１６に説明した２×２
光スイッチであり，このような光スイッチを４×４＝１
６個用いて構成されている。各光スイッチは，クロス
（オフ状態）かバー（オン状態）の何れかの状態になる
よう温度制御される。この４×４光スイッチは，入力側
から端子ＩＮ１〜ＩＮ４にそれぞれ図に示すように入力
信号λ１〜λ４が入力され，出力側の端子ＯＵＴ１〜Ｏ
ＵＴ４から出力信号が発生する。例えば，入力信号λ４
が入力端子ＩＮ４へ供給されると，スイッチＳ４２がク
ロス（オフ状態）の経路を通り，次のスイッチＳ４４が
クロス（オフ状態）の経路を通り，次のスイッチＳ４３
でバー（オン状態）の経路を通って，最後のスイッチＳ
３３へ送られ，ここでクロス（オフ状態）の経路を通っ
て出力端子ＯＵＴ３からλ４の信号が出力される。この
ように４×４光スイッチにより各入力信号が任意の出力
端子へ切り換え接続することができる。このように，光
スイッチをクロスまたはバーの状態に制御して切り換え
制御する方式をクロス・バー制御という。

【０００９】次に図１８に示す従来の光スイッチ切り換
え制御の構成を説明する。ここでは，説明の便宜上，２
×２の光スイッチを例として用いる。図１８において，
８０は２×２光スイッチ，８１は光スイッチ温度特性デ
ータを格納するメモリ，８２は光スイッチ切り換え制御
部，８２ａは光スイッチ選択部，８２ｂは光スイッチオ
ン・オフ制御部，８３は各光スイッチの温度制御を行う
ヒータ（またはペルチェ素子やファン等でもよい）であ
る。

【００１０】この２×２の光スイッチ８０には光信号入
力がスイッチＳ１１，Ｓ２２の入力部の端子ＩＮ１，Ｉ
Ｎ２へ供給することができ，スイッチＳ２１，Ｓ１２の
出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から光信号が出力される。

【００１１】従来はクロス・バー方式により各光スイッ
チをオン・オフ制御して切り換えを行っている。その場
合，光スイッチのオン・オフ制御をするために，まず，
２×２光スイッチ８０の光スイッチ温度特性データを光
スイッチ切り換え制御部８２のメモリ８１に予め記憶さ
せる。この時の光スイッチ温度特性データの内容は，上
記図１５のＡ点の光伝達量が最適点となる光スイッチの
バー（オン）状態の温度の値と，図１５のＣ点の光伝達
量が最低となる光スイッチのクロス（オフ）状態の温度
の値である。光スイッチの周辺にはヒータ８３が設置さ
れており，光スイッチのオン・オフ命令が出されると，
メモリ８１の光スイッチ温度特性データ相当の温度にな
るようヒータ８３に電流を流し，ヒータ８３の熱によっ
て光スイッチの光屈折率が変化し，光スイッチのオン・
オフを制御する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
光スイッチ切り換え制御では，予めｎ×ｎ個の光スイッ
チ温度特性データを入力し，光スイッチのオン最適温度
とオフ最適温度にヒータを熱制御することで光スイッチ
をオン・オフ制御することができ，光スイッチのクロス
・バー（Ｃｒｏｓｓ─Ｂａｒ）方式と組み合わせて光伝
送路の切り換えを行うことができる。ところが，このよ
うな光スイッチのオン・オフ制御のみでは，外気温の変
化や光スイッチ素子が発生させる発熱等の熱変化で，予
め入力しておいた光スイッチ温度特性データに対して光
スイッチオン時の光伝達量最適点や光スイッチオフ時の
光伝達最低点がシフトしてしまった場合，光スイッチで
光伝達信号がロスしてしまい，伝送効率が悪化してしま
うという問題があった。

【００１３】また，常に光伝達量が最適点もしくは最低
点の２種類しか選択できないため，光アッテネータのよ
うに任意の光出力を設定することができないという問題
があった。

【００１４】本発明は光スイッチ制御において，外気温
の変化や光スイッチ素子が発生させる発熱等の熱変化で
光スイッチのオン最適点とオフ最適点がシフトしてしま
った場合でもオン最適点とオフ最適点を常に捕らえて，
光スイッチの出力レベルを自動制御する光スイッチ制御
方式を提供することを目的とする。また，光伝達量を任
意の選択できるように，光アッテネータ（減衰器）のよ
うな任意の出力レベル変換を可能にする，光出力レベル
の設定を可能とする制御方式を提供すること及び光伝送
の高効率化をもたらす光スイッチ制御方式を提供するこ
とも本発明の他の目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示す。図中，１は光スイッチ素子（マッハツェンダ干
渉計素子）を２×２組み合わせた光スイッチ，２は各光
スイッチ素子の熱を制御するヒータ，ペルチェ素子また
はファン等の熱制御部，３ａ，３ｂは光／電気変換部，
４ａ，４ｂは検出器，５はモニタ選択部，６は光スイッ
チ切り換え制御部，６ａは光スイッチ選択部，６ｂは２
×２の光スイッチオン・オフ制御部，７は光スイッチ温
度特性データを格納したメモリである。

【００１６】この光スイッチ１は光入力端子が２箇所，
光出力端子が２箇所，光スイッチ出力部の未使用端子が
２箇所あり，本発明はこのような未使用端子をモニタ用
の端子ＭＯＮ１，ＭＯＮ２として光主信号の分岐信号を
モニタするために使用する。光スイッチ切り換え制御部
６で光スイッチ選択部６ａからの光スイッチ選択命令に
より光スイッチオン・オフ制御部６ｂがメモリ７の光ス
イッチ温度特性データに従って，選択された光スイッチ
をオン・オフ制御するための温度になるよう各熱制御部
２への電流制御を行う。図１の状態は，２×２光スイッ
チ１の入力端子ＩＮ１に光信号が入力され，光主信号は
オン状態のスイッチＳ１１からオフ状態のスイッチＳ２
１を通って出力端子ＯＵＴ１から光信号出力が得られ
る。

【００１７】外気温の変化や光スイッチ素子が発生させ
る発熱等の熱変化で光スイッチのオン最適点とオフ最適
点がシフトしてしまった場合，光スイッチの光屈折率が
変化し，光主信号の一部が光スイッチＳ１１で分岐して
光スイッチＳ１２のクロス側を通って未使用端子（モニ
タ：ＭＯＮ２）に出力される。この分岐信号は，光スイ
ッチのオン最適点が大きくシフトすると分岐信号が大き
くなり，オン最適点がずれていなければ分岐信号は無く
なる。

【００１８】上記の光の分岐信号は未使用端子（ＭＯＮ
２）から光・電気変換部３ｂへ入力し，ここで電気信号
に変換され，検出器４ｂで検出されてモニタ選択部５へ
供給する。モニタ選択部５は光スイッチ切り換え制御部
６の光スイッチ選択部６ａからその時の主信号（光信号
入力ＩＮ１，ＩＮ２の何れか）が選択されており，その
主信号に対するモニタ信号を選択する信号が光スイッチ
選択部６ａから指定され，モニタ選択部５は指定された
モニタ信号の検出器４ｂの信号を選択し光スイッチオン
・オフ制御部６ｂへフィードバックする。光スイッチオ
ン・オフ制御部６ｂはフィードバックされた分岐信号の
大きさから各スイッチの熱制御部２の制御電流を制御し
て，光スイッチの最適点を常に捕らえ，光スイッチの出
力レベルを自動制御する。また，同様に，分岐信号をモ
ニタして，光スイッチ切り換え制御部６にフィードバッ
クし，分岐信号の大きさから主信号の光出力レベルを計
算して，主信号の光出力レベルの光伝達量を任意に選択
できるようにヒータ等の熱制御部２の制御電流を制御
し，任意の光出力レベルに設定制御する。

【００１９】このように光スイッチの出力をモニタし
て，外気温の変化や光スイッチ素子が発生させる発熱等
の熱変化により光スイッチ出力が変動した場合でも，そ
れに応じて光スイッチ温度特性から光スイッチ出力を任
意の出力レベルに設定する制御を行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】図２，図３は実施例１の構成図
（その１），（その２）である。図２には２×２光スイ
ッチと各光スイッチ素子の熱制御部（ヒータ）を駆動す
る制御信号（電流）を発生する駆動回路が示され，図３
には光スイッチを制御する回路が示されている。図２，
図３において，１は２×２光スイッチ，２はヒータ，ペ
ルチェ素子またはファン等の熱制御部を表すが，この実
施例１及び以下の各実施例ではヒータを使用する例を示
す，１０は上記図１の３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５，７
の各部を含み光スイッチのパワーレベルの設定とフィー
ドバック制御による制御電流の微調整を行う光パワーレ
ベル設定制御部，１７は上記図１の６に対応する光スイ
ッチ切り換え制御部であり，図２と図３は〜の各線
により接続されている。

【００２１】光パワーレベル設定制御部１０内の１１
ａ，１１ｂは２組の光電気変換部（図１の３ａ，３ｂに
対応），１２ａ，１２ｂはピーク検出と平均値検出を行
う検出器（図１の４ａ，４ｂに対応），１３はモニタ選
択部（図１の５に対応），１４は光スイッチ特性データ
を格納するメモリ（図１の７に対応），１５はＡ／Ｄ変
換部，１６は制御電流の微調整を行う電流制御部であ
る。電流制御部１６はＣＰＵ１６ａ，光パワーレベル設
定部１６ｂ及びＤ／Ａ変換部１６ｃとで構成される。ま
た，光スイッチ切り換え制御部１７（図１の６に対応）
は，上記図１の６ａ，６ｂと同様の光スイッチ選択部１
７ａ，光スイッチオン・オフ（ＯＮ，ＯＦＦ）制御部１
７ｂにより構成される。１８は光スイッチの各熱制御部
に調整された駆動電流を発生する加算回路である。

【００２２】加算回路１８は，２×２光スイッチ１を構
成する各光スイッチを個別にオン・オフ制御するための
フィードバック制御された電流（電圧）を発生する回路
であり，光スイッチ切り換え制御部１７からの各スイッ
チのオン・オフ状態を制御するための電圧信号と，光パ
ワーレベル設定制御部１０の電流制御部１６からの制御
電流を微調整する電圧信号とを個別に加算した結果の電
圧を各光スイッチ素子の熱制御部（ヒータ）２に対して
供給する。

【００２３】２×２光スイッチ１は，光入力端子が２箇
所，光出力端子が２箇所，光スイッチ出力部の未使用端
子が２箇所あり，この未使用端子２箇所をモニタ用の端
子ＭＯＮ１，ＭＯＮ２として光主信号の分岐信号をモニ
タするために使用する。図２の状態は２×２光スイッチ
の中の光スイッチＳ１１がバー（オン）状態の場合を示
し，入力端子ＩＮ１からの光信号をバー（オン）状態の
光スイッチＳ１１からクロス（オフ）状態の光スイッチ
Ｓ２１を通って出力端子ＯＵＴ１から出力する動作が行
われる。後述する図４に光スイッチＳ２１がバー（オ
ン）状態になって入力端子ＩＮ２からの光信号を出力端
子ＯＵＴ１から出力する状態を示す。

【００２４】図２，図３の実施例１の動作を説明する
と，光スイッチ１に相当する光スイッチ特性データをメ
モリ１４から光スイッチ切り換え制御部１７及び電流制
御部１６のＣＰＵ１６ａに入力する。光スイッチ切り換
え制御部１７はこれを受けて，光スイッチ選択部１７ａ
から光スイッチ選択命令を発生し，光スイッチオン・オ
フ制御部１７ｂから３つの光スイッチＳ２１，Ｓ１２，
Ｓ２２をオフにし，１つの光スイッチＳ１１だけをオン
にする，〜で示す個別の電圧信号（Ｖ１という）を
加算回路１８に供給する。これにより，加算回路１８で
は各電圧加算回路１８ａ〜１８ｄにおいて，上記した電
流制御部１６からの微調整された電圧信号（Ｖ２とい
う）とを加算して，その加算結果を対応する各スイッチ
の熱制御部に供給する。

【００２５】これにより光スイッチＳ１１の光伝達量が
最適となるバー（オン）状態となり，入力端子ＩＮ１か
ら入力される光入力信号が光スイッチＳ１１の導波路内
をバー方向（左から右への直進方向）に進み，光信号が
出力端子ＯＵＴ１に出力される。外気温の変化や光スイ
ッチ素子から発生する発熱等の熱変化で，予め入力して
おいた光スイッチ特性データ（メモリ１４に保持）に対
して，光スイッチＳ１１のオン時の光伝達量最適点がシ
フトした場合，光スイッチＳ１１のバー方向の光主信号
が減少し，クロス方向に主信号の一部が分岐され，光ス
イッチ出力部の未使用端子ＭＯＮ２（光スイッチＳ１１
がオフ時の出力端子）に光主信号の分岐信号が出力され
る。各未使用端子ＭＯＮ１，ＭＯＮ２の信号は，で
示すモニタ光１，モニタ光２と常に光パワーレベル設定
制御部１０においてモニタされている。

【００２６】光スイッチＳ１１がオン状態の場合，未使
用端子ＭＯＮ２から分岐信号がで示すようにモニタ光
として取り出され，図３の光パワーレベル設定制御部１
０に入力され，光／電気変換部１１ｂで電気信号に変換
され，検出器１２ｂで信号のピークまたは平均値が検出
される。この検出信号はモニタ選択部１３で選択され，
Ａ／Ｄ変換部１５でディジタル信号に変換されて電流制
御部１６に入力される。電流制御部１６では，検出され
たモニタ信号が最小になるように調整用の制御電圧Ｖ２
を発生し，その値をＤ／Ａ変換部１６ｃでアナログ信号
に変換しての線路を介して加算回路１８へ供給する。
加算回路１８では後述する電圧制御により各スイッチの
熱制御部（ヒータ）２の制御電圧を調整して，各熱制御
部（ヒータ）２へそれぞれ出力電圧Ｖ０を発生して光ス
イッチＳ１１が熱制御される。光スイッチＳ１１のバー
方向の光主信号が常に最大となるよう光スイッチの光出
力レベルが最適制御される。

【００２７】なお，電流制御部１６の光パワーレベル設
定部１６ｂは，光スイッチの光出力レベルを任意の出力
レベルに設定するために使用する。すなわち，光パワー
レベル設定部１６ｂに設定値が設定されると，ＣＰＵ１
６ａは，メモリ１４から予め入力された光スイッチ特性
データと，検出されたモニタ信号の大きさを比較して，
光スイッチ特性データに対応する設定光パワー時の分岐
信号が一定となるよう微調整するための電圧信号Ｖ２を
発生する。これにより，光スイッチＳ１１が熱制御さ
れ，光スイッチの光出力レベルを任意の出力レベルに設
定できる。

【００２８】加算回路１８の動作を説明すると，加算回
路内の各加算器１８ａ〜１８ｄは演算増幅器と，フィド
バック抵抗Ｒｆ，光スイッチ切り換え制御部１７からの
制御電圧Ｖ１（オン制御される光スイッチとオフ制御さ
れる光スイッチの電圧Ｖ１は異なる）が供給される抵抗
Ｒ１及び電流制御部１６からの電圧信号Ｖ２が共通に入
力される並列に接続された抵抗Ｒ２とで構成される。

【００２９】ここで，抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２及びフィドバ
ック抵抗Ｒｆに流れる電流をそれぞれ，Ｉ１，Ｉ２及び
Ｉｆとすると，次の関係が成立する。但し，Ｉ１はオン
状態とオフ状態のスイッチとでは異なる。

【００３０】Ｉｆ＝Ｉ１＋Ｉ２，Ｉ１＝Ｖ１／Ｒ１，Ｉ
２＝Ｖ２／Ｒ２ 従って，Ｉｆ＝Ｖ１／Ｒ１＋Ｖ２／Ｒ２であるため，各
加算器１８ａ〜１８ｄから熱制御部２へ供給される調整
された出力電圧Ｖ０は次のようになる。

【００３１】Ｖ０＝−Ｒｆ×Ｉｆ＝−Ｒｆ（Ｖ１／Ｒ１
＋Ｖ２／Ｒ２） 次に図４は上記実施例１においてスイッチＳ２１がオン
の動作状態を示す。この場合，２×２光スイッチのスイ
ッチＳ２１がバー（オン）状態であり，入力端子ＩＮ２
から入力される光入力信号は太線で示すように光スイッ
チＳ２１の導波路内をバー方向に進み，光主信号が出力
端子ＯＵＴ１に出力される。上記図２と同様，光スイッ
チＳ２１オン時には，光スイッチＳ２１がオフ時の出力
端子ＭＯＮ１をモニタするようにモニタ選択部１３でモ
ニタ信号１を選択し，モニタ信号１が最小になるように
電流制御部１６で電流制御を行い，各光スイッチ素子の
熱制御部（ヒータ）２が熱制御される。これにより光ス
イッチＳ２１のバー方向の光主信号が常に最大となるよ
う光スイッチの光出力レベルが最適制御される。

【００３２】図５は上記実施例１の動作説明図であり，
上記図２，図３のように端子ＭＯＮ２からのモニタ光か
ら出力端子ＯＵＴ１の光信号出力が一定になる制御方式
を示す。ここでは，外気温の変化や光スイッチ素子が発
生させる発熱等の熱変化で，予め入力しておいた光スイ
ッチ特性データに対して，光スイッチＳ１１のオン時の
光伝達量最適点が高温側にシフトしてしまった場合を説
明する。

【００３３】図５のＡ．は初期設定時の光スイッチ切り
換え制御部１７から加算回路１８への電流制御により，
加算回路１８から各熱制御部（ヒータ）２を制御して，
その後，温度が高温側に上昇した状態を示す。この時光
スイッチＳ１１のオン時の主信号の光伝達量は減少し，
分岐信号の光伝達量が増加し，光分岐信号は光スイッチ
出力部の未使用端子（モニタ）ＭＯＮ２に出力される。
図５のＢ．は分岐信号光伝達量に対するモニタ光２（端
子ＭＯＮ２の光）の変化を示し，このように光伝達量に
比例してモニタ光２が増加する。モニタ光２は光／電気
変換部（図３の１１ｂ）において電気信号に変換され，
図５のＣ．に示すようにモニタ光２が増加するとモニタ
信号２（電気信号）も増加する。

【００３４】モニタ信号２が検出された後，図２の電流
制御部１６のＣＰＵ１６ａに入力され，図５のＤ．に示
すようにモニタ信号２が増加すると電流制御部の制御電
流が減少するよう電流制御が行われる。また，制御電流
が減少すると，図５のＥ．に示すように電流制御部の発
熱量が減少し，光スイッチＳ１１の光スイッチ温度が低
温側に降下する。これにより，図５のＦ．に示すように
光スイッチＳ１１の主信号の光伝達量最適点の光スイッ
チ温度に戻る。このような動作により図５のＧ．に示す
ように，光スイッチＳ１１の温度の変化に対して主信号
の光伝達量は常に最適で分岐信号の光伝達量は最小とな
り，光スイッチの光出力レベルが最適制御される。

【００３５】図６は実施例２の構成である。この実施例
２では，上記実施例１の光パワーレベル設定制御部１０
の中の電流制御部（図３の１６）がディジタル回路で構
成されていたものを，アナログ回路を用いて構成してア
ナログ信号でフィドバック制御を行うようにしたもので
ある。

【００３６】図６において，２×２光スイッチ１，光パ
ワーレベル設定制御部１０内の光／電気変換部（１１
ａ，１１ｂ），検出器（１２ａ，１２ｂ），モニタ選択
部１３，光スイッチ特性データを保持するメモリ１４の
構成及び光スイッチ切り換え制御部１７は上記実施例１
（図２，図３）と同じであり，電流制御部１６’を電流
制御回路１６ｄと光パワーレベル設定部１６ｂで構成す
るようにした。この電流制御部１６’は，モニタ選択部
１３からのモニタ信号をアナログ信号の形態で受け取り
（実施例１のようにＡ／Ｄ変換部１５を経由しない），
電流制御部１６は光パワーレベル設定部１６ｂ，メモリ
１４の光スイッチ特性データ，光スイッチ選択部１７ａ
の信号を用いて，微調整用のアナログの電流信号を発生
し，加算回路１８へ出力する。この実施例２によりアナ
ログの電流制御部を用いることで構成が簡単化すること
ができる。

【００３７】図７は実施例３の構成である。この実施例
３では，入力部の未使用端子から光波長の異なるダミー
信号を入力して，このダミー信号をモニターするように
したものである。

【００３８】図７において，２×２光スイッチ１，熱制
御部２，光パワーレベル設定制御部１０の構成，光スイ
ッチ切り換え制御部１７，加算回路１８の構成は全て上
記実施例１（図２，図３）と同じであり，相違する点は
光スイッチの未使用出力端子ＭＯＮ１，ＭＯＮ２からの
モニタ光１，モニタ光２が入力される光波長フィルタ１
９ａ，１９ｂを設けた点である。

【００３９】この実施例３では，２×２光スイッチ１の
未使用入力端子ＩＮ３，ＩＮ４から主信号と異なる周波
数のダミー信号を入力し，主信号は入力端子ＩＮ１から
入力され光スイッチＳ１１がバー（オン）状態であるも
のとして説明する。この場合，主信号である光信号は出
力端子ＯＵＴ１から出力され，温度が最適点に調整され
ていないと主信号の分岐信号が光スイッチＳ１１のクロ
ス（オフ）側から光スイッチＳ１２を通ってモニタ光２
が未使用端子（ＭＯＮ２）から出力される。一方，入力
端子ＩＮ３からのダミー信号もオン状態の光スイッチＳ
１１の下側の入力からバーを経由（左側から右側へ向か
う経路）して，主信号の分岐信号と一緒にスイッチＳ１
２へ入力して未使用端子（ＭＯＮ２）へ出力される。未
使用端子（ＭＯＮ２）からの光信号が光波長フィルタ１
９ｂへ入力すると，主信号の波長は通過することができ
ないため，ダミー信号の成分だけ通過して光／電気変換
部１１ｂへ入力する。

【００４０】この様に実施例では，ダミー信号が最大に
なる様に，光スイッチの熱制御を行うことにより，主信
号の分岐信号を抽出するよりも，精度を上げる事が可能
となる。またモニタ信号の検出も容易になる。

【００４１】図８は実施例４の構成である。この実施例
４では，入力部の未使用端子からモニタ光の反射光を取
り出すようにしたものである。図８において，２×２光
スイッチ１，熱制御部（ヒータ）２，光パワーレベル設
定制御部１０の構成，光スイッチ切り換え制御部１７，
加算回路１８の構成は全て上記実施例１（図２，図３）
と同じであるが，光／電気変換部１１ａ，１１ｂは光入
力側の未使用端子ＩＮ３（ＭＯＮ１で表示），ＩＮ４
（ＭＯＮ２で表示）から取り出している。

【００４２】この実施例４では，主信号は２×２光スイ
ッチ１の入力端子ＩＮ１から入力され光スイッチＳ１１
がバー（オン）状態であるものとして説明する。入力端
子ＩＮ１から入力される光入力信号が光スイッチＳ１１
の導波路内をバー方向に進み，光信号が出力端子ＯＵＴ
１に出力される。外気温の変化や光スイッチ素子から発
生する発熱等の熱変化で，光スイッチＳ１１のオン時の
光伝達量最適点がシフトした場合，光スイッチＳ１１の
バー方向の光主信号が減少し，クロス方向に主信号の一
部が分岐され，光スイッチ出力部の未使用端子（実施例
１の図２の出力端子ＭＯＮ２に相当）に光主信号の分岐
信号が出力される。

【００４３】この未使用端子で光信号をフレネル反射さ
せる。フレネル反射は周知のように，端子をオープンに
して，光信号が空気中で全反射する作用であり，この場
合の反射係数は─１４ｄＢである。全反射した分岐信号
は入力経路を逆に辿って光スイッチＳ１２から光スイッ
チＳ１１へ入力する。光スイッチＳ１１はオン状態であ
るためバー方向（右から平行に左へ向かう方向）へ伝達
され，未使用端子（ＭＯＮ１）からモニタ光１として出
力され，光／電気変換部１１ａに入力される。この後，
検出器１２ａで検出され，モニタ選択部１３へ入力さ
れ，選択されてＡ／Ｄ変換部１５でディジタル信号に変
換され，電流制御部１６に供給される。電流制御部１６
による制御動作は上記実施例１と同様であり，説明を省
略する。なお，２×２光スイッチ２の入力側の別の未使
用端子（ＭＯＮ２）は光信号入力を別の入力端子ＩＮ２
へ入力した場合のモニタ光を取り出す場合に使用する。

【００４４】図９は実施例５の構成である。この実施例
５でも，上記実施例４と同様に入力部の未使用端子から
モニタ光の反射光を取り出すようにしているが，ダミー
信号の反射光を取り出す点で実施例４と相違する。

【００４５】図９において，２×２光スイッチ１，熱制
御部（ヒータ）２，光パワーレベル設定制御部１０の構
成，光スイッチ切り換え制御部１７，加算回路１８の構
成及びモニタ光を取り出して光／電気変換部１１ａ，１
１ｂへの光入力側の未使用端子ＩＮ３（ＭＯＮ１で表
示），ＩＮ４（ＭＯＮ２で表示）から取り出す等の構成
は上記実施例４（図８）と同じである。但し，２０ａ，
２０ｂは光カプラである。

【００４６】この実施例５では，２×２光スイッチ１の
未使用入力端子ＩＮ３，ＩＮ４から主信号と異なる周波
数のダミー信号を入力し，主信号は入力端子ＩＮ１から
入力され光スイッチＳ１１がバー（オン）状態であるも
のとして説明する。

【００４７】上記実施例１と同様に，光スイッチＳ１１
がオンの状態の場合，入力端子ＩＮ１から入力される光
入力信号が光スイッチＳ１１の導波路内をバー方向に進
み，光信号が出力端子ＯＵＴ１に出力される。この時，
光スイッチの入力側の未使用端子（ＭＯＮ１）から主信
号とは光波長が異なるダミー信号を入力すると，光スイ
ッチＳ１１をバー方向に伝達され，光スイッチＳ１２を
介して出力側の未使用端子でフレネル反射をする。この
時，主信号の分岐信号も光スイッチＳ１１とＳ１２を介
して伝達され出力側の未使用端子でフレネル反射され，
反射係数は─１４ｄＢである。このフレネル反射したダ
ミー信号と主信号の分岐信号は共に光スイッチＳ１２を
介して光スイッチＳ１１の未使用端子（ＭＯＮ１）へ送
られ，光カプラ２０ａで光パワーレベル設定制御部１０
側の伝送路へ送られる。この光信号は，光波長フィルタ
１９ａへ入力すると，主信号の分岐信号は除去されてダ
ミー信号成分だけ抽出され，光／電気変換部１１ａへ入
力される。この後は，上記実施例４と同様であり，説明
を省略する。

【００４８】この実施例５の場合，ダミー信号が最大に
なるように光スイッチの熱制御を行うことにより，主信
号の分岐信号を抽出するよりも精度を上げることが可能
となる。

【００４９】図１０は実施例６の構成であり，図１１は
実施例６の動作特性の説明図である。図１０において，
２×２光スイッチ１，熱制御部（ヒータ）２は上記各実
施例と同様であるが，光パワーレベル設定制御部１０の
内部構成は他の実施例と相違する。

【００５０】すなわち，１１ａ，１１ｂは光／電気変換
部，１２ａ，１２ｂは検出器，１３はモニタ選択部，１
４は光スイッチ特性データであり，これらは上記実施例
１の同じ符号と同じである。２１はバンドパスフィルタ
（ＢＰＦ），２２は位相比較器，２３は積分器，２４は
１Ｈｚの発振器，２５はローパスフィルタ（ＬＰＦ）で
ある。また，１８０は加算回路１８の出力を変調する変
調回路である。

【００５１】この実施例６は，まず光スイッチ１の光ス
イッチ特性データをメモリ１４から光スイッチ切り換え
制御部１７の光スイッチオン・オフ（ＯＮ，ＯＦＦ）制
御部１７ｂに入力する。光スイッチ切り換え制御部１７
から光スイッチ１の光スイッチ素子Ｓ１１をオンにする
電圧値が出されると，光スイッチ素子Ｓ１１の熱制御部
（ヒータ）２の制御電流値が加算回路１８で決定され
る。この時，１Ｈｚの発振器２４の出力信号はローパス
フィルタ（ＬＰＦ）２５によって正弦波に変換され，変
調回路１８０によって熱制御部（ヒータ）２への制御電
流を１Ｈｚに変調し，熱制御部（ヒータ等）２の温度も
１Ｈｚに変調されて光スイッチが熱制御される。光スイ
ッチの特性上，光スイッチ温度が変調されると，光スイ
ッチの光出力信号も変調される。この時，変調によって
光主信号に影響が出ないようにＳ／Ｎ比３０〜４０ｄＢ
の１Ｈｚで変調される。

【００５２】外気温の変化や光スイッチ素子で発生され
る発熱等の熱変化で，予め入力しておいた光スイッチ特
性データ（メモリ１４に格納）に対して，光スイッチ素
子Ｓ１１がオン時の光伝達量最適点がシフトしてしまっ
た場合，光スイッチ出力部の未使用端子（この例では図
１０のＭＯＮ２）から分岐信号をモニタ光２として取り
出し，光／電気変換部１１ｂで電気信号に変換後，モニ
タ電気信号が検出器１２ｂで検出され，モニタ選択部１
３でモニタ信号２を選択し，バンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）２１でモニタ信号２の１Ｈｚ成分が抽出される。抽
出された１Ｈｚ成分は次に位相比較器２２に入力され
る。

【００５３】光スイッチの特性上，光スイッチ温度が１
Ｈｚに変調されると，光スイッチ素子Ｓ１１がオンの時
の光伝達量が最適点の場合，光スイッチの光出力波形に
は１Ｈｚの２倍の周波数（２Ｈｚ）が重畳される。図１
１の(a) はこの時の温度に対する分岐光光パワーの変化
の特性を表し，１Ｈｚで変調されるヒータ等の熱制御部
２の制御電流に対して，分岐光出力波形が２Ｈｚになる
ことを示す。この時，発振器２４の１Ｈｚの位相とモニ
タ信号２の１Ｈｚ成分の位相を比較するループは動作し
ない。

【００５４】光スイッチ素子Ｓ１１オン時の光伝達量最
適点が高温側にシフトしてしまった場合，光スイッチの
光出力波形には変調時と逆位相の１Ｈｚが重畳される。
この時，発振器２４の１Ｈｚの位相とモニタ信号２の１
Ｈｚ成分の位相を比較し，積分器２３で逆位相を検出す
る。この積分器２３からの１Ｈｚの位相ズレの検出出力
は光スイッチオン・オフ制御部１７ｂに供給される。こ
のループ制御動作により光スイッチ素子Ｓ１１の温度を
高温側にずらすように制御動作が行われ，光スイッチ素
子Ｓ１１のバー方向の主信号が常に最大となるように光
スイッチの光出力レベルが最適制御される。図１１の
(b) に, 光伝達量最適点が高温側にシフトした場合の温
度に対する分岐光光パワーの変化を示す。分岐光出力波
形は１Ｈｚである。

【００５５】光スイッチ素子Ｓ１１がオン時の光伝達量
最適点が低温側にシフトしてしまった場合，光スイッチ
の光出力波形には変調時と同位相の１Ｈｚが重畳され
る。この時発振器２４の１Ｈｚの位相とモニタ信号２の
１Ｈｚ成分の位相を比較し，積分器２３で同位相を検出
して，光スイッチオン・オフ制御部１７ｂに供給され
る。このループ制御動作により光スイッチ素子Ｓ１１の
温度を低温側にずらすように制御動作が行われ，光スイ
ッチ素子Ｓ１１のバー方向の主信号が常に最大となるよ
うに光スイッチの光出力レベルが最適制御される。図１
１の(c) に光伝達量最適点が低温側にシフトした場合の
温度対分岐光光パワーの変化を示し，分岐光出力波形は
図のように１Ｈｚとなる。

【００５６】図１２，図１３は実施例７の構成（その
１），（その１）である。この実施例７の構成では，光
スイッチ素子の個数が４×４＝１６の例を示すが，Ｋ×
Ｋ（Ｋ≧４）に一般化した場合にも同様に構成すること
ができる。これに対応してヒータ，ペルチェ素子または
ファン等の熱制御部２もＫ×Ｋ個だけ設ける。この場
合，光スイッチの出力部のＫ個の未使用端子をモニタ
し，光スイッチの光出力レベルを最適制御またはレベル
設定制御するように，各熱制御部（ヒータ）２を制御す
る。なお，Ｋ×Ｋ個のヒータ，ペルチェ素子またはファ
ンが，互いに隣接する他の光スイッチに影響を及ぼさな
いように遮熱板を用いる。また，図１３に示す光パワー
レベル設定制御部１０の構成は基本的には上記実施例１
（図３）と同様である。但し，この実施例７ではＫ×Ｋ
光スイッチのＫ個の未使用端子からの各モニタ光１〜モ
ニタ光Ｋが入力され，これを光／電気変換部１１で受信
し，検出部１２で検出する。以下の動作は上記の他の実
施例と同様であり，説明を省略する。

【００５７】実施例１乃至実施例６は，２×２光スイッ
チについて実施されているが，これらの各実施例１〜６
の技術を上記図１２，図１３に示すＫ×Ｋ（Ｋ≧４）の
光スイッチに対しても同様に適用することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば，マッハツェンダ干渉計
光素子を用いた光スイッチの最適制御及びレベル設定制
御によって，光スイッチの伝達損失を最小限に抑え，光
スイッチの制御が可能となる。これにより，光交換の高
効率化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】実施例１の構成図（その１）である。

【図３】実施例１の構成図（その２）である。

【図４】実施例１においてスイッチＳ２１がオンの動作
状態を示す図である。

【図５】実施例１の動作説明図である。

【図６】実施例２の構成を示す図である。

【図７】実施例３の構成を示す図である。

【図８】実施例４の構成を示す図である。

【図９】実施例５の構成を示す図である。

【図１０】実施例６の構成を示す図である。

【図１１】実施例６の動作特性の説明図である。

【図１２】実施例７の構成（その１）を示す図である。

【図１３】実施例７の構成（その２）を示す図である。

【図１４】マッハツェンダ干渉計光素子の基本機能を示
す図である。

【図１５】光スイッチ素子の静特性を示す図である。

【図１６】光スイッチ素子の静特性を利用した光スイッ
チのオン・オフの制御原理を示す図である。

【図１７】光スイッチの切り換え方法の説明図である。

【図１８】従来の光スイッチ切り換え制御の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１ 光スイッチ素子を２×２組み合わせた光スイッ
チ ２ 熱制御部 ３ａ，３ｂ 光／電気変換部 ４ａ，４ｂ 検出器 ５ モニタ選択部 ６ 光スイッチ切り換え制御部 ６ａ 光スイッチ選択部 ６ｂ 光スイッチオン・オフ制御部 ７ 光スイッチ温度特性データを格納したメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮木 裕司 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光入力端子と複数の光出力端子と
   を備え温度により光屈折率を変化させて入力光を入力端
   子と平行な位置にある出力端子側へ伝搬させるか，交差
   する位置にある出力端子側へ伝搬させるかの何れかに選
   択的に切り換える光スイッチ素子を複数個組み合わせた
   光スイッチにおいて，前記光スイッチの出力端子の中の
   未使用端子から光スイッチの分岐主信号をモニタし，そ
   の信号の分析結果により光スイッチを熱制御して，光ス
   イッチの光出力レベルを設定制御することを特徴とする
   光スイッチ制御方式。
2. 【請求項２】 請求項１において，前記光スイッチの入
   力部の入力端子または未使用端子の何れか一方に光波長
   の異なるダミー信号を入力し，光スイッチ出力部の出力
   端子または出力部の未使用端子から光波長の異なるダミ
   ー信号をモニタし，その出力結果を用いて光スイッチの
   出力パワーを検出して，光スイッチの熱制御を行うこと
   を特徴とする光スイッチ制御方式。
3. 【請求項３】 請求項１または２において，前記光スイ
   ッチの入力部の入力端子または未使用端子から反射光を
   モニタし，その出力結果を用いて光スイッチの出力パワ
   ーを検出して，光スイッチの熱制御を行うことを特徴と
   する光スイッチ制御方式。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかにおいて，前記
   光スイッチの入力部から入力信号に振幅の小さい低周波
   信号を乗せ，出力の低周波信号の位相を検出することを
   特徴とする光スイッチ制御方式。