JPS60172841A - 光スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明゛は、光通信および光情報処理の分野≠用いられ
る光スィッチに関し、特に波長分割形光スイッチに関す
るものである。

〔従来技桝〕

光スィッチは、（ｌ）空ｌ１ｌｌＪ分割形スイッチ、（
２）時分割形スイッチ、（３）波長分割形スイッチの３
種類に大別することができ、現在実現されている光スィ
ッチの大部分は（１）または（コ）の種類に属する。

第一１図珈に示すように、空間分割形スイッチは、空間
的位置ｒ１　ｔ　”２ｅ・・・＊　ｒＮ　Ｆもつ入口ポ
ー）　１０／および゛出ロボート／θコと、両ボート１
０／と１０１との間に４．配置した空間分割光スイッチ
網ｌθ３とを有し、光路の空間的位１ｉＳＬｒｘ〜ｒＮ
を入れ替えることでスイッチ動作を行うものであり、光
伝送の高速・広帯域性を生かせる。その場合に、要求さ
れるスイッチ動作速度がμ＠　／％／　１ｉｌｓＷのオ
ーダーと遅くて良いという利点がある。しかし、光路変
換のためのクロスポイント数が入出力ボートの端子ｒＩ
ｉＮのコ乗に比例して増大して空間的占有部分が大きく
なるので、大規模なスイッチ網を経済的に構成できない
−という欠点がある。

第１図（Ｂ）に示すように、時分割形スイッチは、時間
位ｆｆｉ’ｔｔｔｔｔｚｔ・・・、ｔＮをもつ入口ポー
ト１０ダおよび出口ポー）　１０夕と、両ボート１０１
１と１０夕との間に配置した時分割光スイツチ網１ＯＩ
−とを有し、入出力信号を時分割多重し、その時間位［
７ｔｌ−ｔＮを入れ替えることでスイッチ動作を実現す
るものであり、′時間変更のための素子、例えば遅延線
や遅延線切替のための素子の個数は入出力端子＠Ｎに比
例して増加するのみなので、大規模スイッチを経済的に
実現できる可能性がある。しかし、光スィッチの動作速
度としては多重化された信号と同穆度の速度が要求され
るため、入出力信号の帯域が制限される欠点がある。

第１図（Ｃ）に示Ｔように、波長分割形スイッチは、波
長位置λ１．λ２．・・・、２Ｋをもつ入口ボート１０
７および出口ボート１０ｇと、両ボート１０７と１０１
との間に配置した波長分割光スイッチ網１０９とを有し
、入出力信号を異なる光信号で多重し、その波長位置λ
１〜λＮを入れ替えることでスイッチ動作を行う。この
場合には、第１に、光スィッチを構成する素子数は、（
コ）項の時分割形スイッチと同様に端子数Ｎに比例する
ので、大規模スイッチを経済的に実現しうる利点を有す
る。それに加えて、第一に、波長分割形スイッチは、電
話回線の交換用のスイッチとして考える場合には、（１
）項の空間分割形スイッチと同様に、通話開始および終
了時に限り、開閉動作を行い、（２）項の時分割形スイ
ッチにおける時間位置入れ換えのような高速動作を必要
としないので、スイッチ速度が遅くて良く、従って、広
帯域スイッチを実現できる利点がある。従って、波長分
割形スイッチは空間分割形スイッチおよび時分割形スイ
ッチのもつ利点を兼ね備えている〇 上述した波長変換形スイッチの構成方法としては、第２
図に示す構成が考えられている・第一図において、Ｉは
波長λ１．λ２．・・・、λＮの波長多重光信号を分離
する固定分波器であり、その分波仕様はあらかじめ定め
られているものとする。

−−ｌ−−−Ｎは固定分波器ｌからの任意の波長λ１．
λ２．λ３．・・・、の光信号を任意所望の波長λ１．
λｊ。

λに、・・・の光信号に変換する可変波長変換素子、３
は可変波長変換素子−一／　−，２−Ｎからの任意所望
の波長の光信号を合波して多重光信号を形成する可変合
波器である。

しかし、この構成では、波長変換素子−−ｌ〜λ−Ｎに
おいて、ある波長の光信号に搬送されている情報ご別の
光波長信号に変換しており、従って、スイッチを切替え
るたび毎に、その出力波長を変更する機能、例えばλｌ
からλｊへ変換していたものをλｉからλにへ変換する
よう動作状態を変える機能が必要となる。ところが、単
一の素子で上記動作ご行うようなものはこれまでのとこ
ろ実現されていない。しかもまた、合波器３においては
、各入力ポートにスイッチ動作に従って異なる光波長が
入力されるため、合波波長をスイッチ動作のたびごとに
変更しなければならず、合波器３の構成が複雑となり、
しかも、波長変換素子−−ｌ〜コーＮと合波器３のため
に二重の制御信号が必要になるなどの欠点がある。

〔目　的〕

そこで、本発明の目的は、以上の諸欠点を除去して、ス
イッチを切替えるたび毎に出力波長を変更する可変波長
変換素子の実現を待つことなしに、空間分割形スイッチ
および時分割形スイッチの双方の長所を兼ね備えた光ス
ィッチを提供することにある。

〔発明の構成〕

かかる目的を達成するために、本発明では、外部からの
制御信号によって指定した光波長多重信号内の特定の波
長信号を分波する可変波長分波器と、伝送されるすべて
の光信号を予め定めた特定の光波長ｆｉｎ号へ変換Ｔる
固定波長変換素子と、各波長変換素子の出力光を再び多
重する固定光金波器とご備え、可変分波器の制御信号に
よって波長分割交換動作を行うように構成する。

〔実施例〕

以下に九図面を参照して本発明の詳細な説明するＯ 第３図は本発明の第１の実施例としての、３×３の波長
分割形スイッチの例を示１−０第３図において、グー７
〜ＩＩ−，７は波長可変の分波器、ターｌ−ター３は変
換波長を予め定めである波長固定の波長変換素子で屍り
、それぞれ、分波器グー／　−９−３から供給される分
波出力λ１．λｊ、λｋを波長λ１．λ２．λ３の出力
に変換する。

６は合波する波長を予め定めである波長固定の合波器で
あり、波長変換素子ターｌ−ター３からの予め定めた波
長をもつ波長変換出力λ１．λ２．λ３を合波する。り
は可変分波器グー／　−ｌＩ−、？の分波波長の変更を
指示するための制御線である。以上の３要素グーＩＮグ
ー３、ターｌ−ター３および乙によって波長分割形光ス
イッチざを構成する。

さらに、第３図において、９は固定合波Ｄ、／θは固定
分波器、／／は入力元伝送路、／コは出力光伝送路であ
り、これは光線路への光信号の波長多重分離機能をもつ
部分である。

例えば、入力側で相異なる情報Ａ、ＢおよびＣが各々光
波長λ１．λ２およびλ３の信号によって伝送され、出
力側Ｙ、ＺおよびＸへそれぞれ接続される場合について
考える。

まず、各光信号は光合波器９で多重化され、入力伝送路
ｌ／にまとめられて送出され、スイッチｇへ入る。

この光スィッチｇでは、制御線７の指示に応じて、分波
器弘−７，グーコおよびグー３によって、当該入力光波
長多重信号から、それぞれ、情報Ｃ１ＡおよびＢを含む
波長λ３．λ１およびλ２の信号をそれぞれ分波するも
のとする。これら分波されたｍカ光の各々は波長変換素
子ターｌ、ターコおよびター３へそれぞれ人力される。

波長変換素子ターｌ、ターコおよびター３の出力波長は
各々λ１．λ２およびλ３に固定されており、従って、
以上の動作によって、波長変換素子ターコツター３およ
び３ｉ−／によって、それぞれ、λ１→λ２゜λ２→λ
３およびλ３→λ１への波長変換処理が実行される。

波長変換素子３−７．ターコおよびター３からの、それ
ぞれ情報Ｃ，ＡおよびＢを含む出力光は合波器６で再び
多重化されて出方伝送路／λに送られる。合波器６から
の波長多重光信号は再び分波器１０で分離され、情報Ｃ
Ｔｒ：含む波長λｌの信号が出力端子Ｘから出力され、
情報Ａを含む波長λ２の信号が出力端子Ｙから出力され
、情報Ｂを含む波長λ３の信号が出力端子２がら出力さ
れる。このようにして、所望の接続状態Ａ→Ｙ、Ｂ−＋
Ｚ、Ｃ→Ｘが得られる。

次に、以上に示した各部品および素子の具体的構成例に
ついて説明する。

第３Ｆ！４における合波器６と９および分波器１０は１
素子構成時に予め定めた合波および分波の特性仕様を予
め固定的に実現すれば良く、動作波長の変更は不要であ
る。これら素子の構成例を第７図に示す。ここで、／３
は波長多重光信号の入出力ボート、ＩＱ、／！および１
６は分離された単一波長光信号用入出力ボート、１７．
／ざおよび１９は順次に配置され、それぞれ、λ１．λ
２およびλ３の光波長のみ反射し、他の波長は透過する
干渉膜フィルターである。ここで、波長λ１．λ２およ
びλ３の各光波長信号をボートｉｐ、ｉｓおよび１６へ
入力すると、入出力ボート／３へ波長多重光信号が出力
され、波長固定の合波器になる。本構成での動作は相反
（可逆）であり、従って、逆に波長多重光信号を人出力
ボート１３へ人力すれば、出力ポート／’Ｉ、、／にお
よび１６から波長λ１．λ２およびλ３の各光波長信号
を取り出すことができ、この場合には、波長固定の分波
器になる。

第３図は第３図に示した波長変換素子１−／〜ター３の
構成の一例を示す０ここで、−〇は光・電気変換器、−
／は電気・光変換器、ｎは入力ポート１．２３は電気結
線、評は出力ポートである。ボートココへ人力する光信
号はスイッチ動作状態に従って波長λ１〜λ３のうちの
いずれかが遁択されているものとする。従って、光・電
気変換器〃は、波長λ１〜λ３の波長領域すべてにわた
って十分な感度を有する必要がある。一般に、半導体ホ
トダイオードの有感領域は広いので、半導体ホトダイオ
ードにより光・電気変換器〃を実現することは容易であ
る。光・電気変換器〃により光信号から変換された電気
信号は、結線ｎを介して電気・光変換器Ｊ／へ供給され
る。電気・光変換器コ／は入力電気信号を素子製作時に
定めた発振波長λｉ（λ１．λ２゜λ３のいずれか）の
光へ変換する。電気・光変換器、２／の波長は固定でよ
いので、かかる電気・光変換器、２／としては、通常発
光素子として用いられる半導体レーザやＬＥＤを用いる
ことができる。その場合に、波長の選択は、例えば、半
導体レーザやＬＥＤの組成を変えることによって実現で
きる。

第６図は可変分波器の一構成例であり、第３図における
可変分波器１−／、１Ｉ−２またはグー３の１つの構成
を更に詳しく示したものである。

第６図において、ＵはＬｉＮｂＯ３等電気光学効果の大
きい基板、λ６およびコクは、例えば、ＴＩ等の拡散に
よって基板おに形成した導波路、コｇ−ｔ−’−ｘ−ダ
は導波路コロおよびコクに配置した制御用電極であり、
電極コざ−ＩＮ、２ｇ−グに制御線λターｌＡ−コ？−
１’をそれぞれ接続する。３０は人力ボート、３１およ
び３２は出力ポートである。

ここで、波長λ１〜λ３まで多重化された光信号を入力
ポート３０へ入力し、制御線−２９−／−２９−りによ
って指定した波長λｌ〜λ３のうちいずれかの光波長を
分波して出力ポート３．２から取り出す。他の光波長の
光はボート３１から出力され、第３図に示した分波器９
−／、ｌＩ−一の場合には次段の分波器ターコ、ター３
の入力ポートに入力することになる。

本構成の可変分波動作の原理は、例えば、Ｒ，Ｃ，Ａｌ
ｆｅｒｎｅｓｓ、　”Ｔｕｎａｂｌｅ　ｏｐｔｉｃａｌ
　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｄｉｒｅｅｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕ
ｐｌｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ″、　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ＠、Ｌ
ｅｔｔ。

３３（コ）、　／ｊＪｕｌｙ　１９７ｇ　に述べられて
いるように非対称方向性結合器を基本としている。

本例において、入力ポート３θから導波路ムと、２７と
の間の光結合を介して出力ボート３コヘ出力される光の
効率ダは方向性結合器の理論でよく知られているように
次式で表わされる。

””□□　ｓｉｎ′Ｌ、（１） Δβ２＋ダに２．２ 但し、Δβ＝β１−β２ Ｌは結合部の導波路長、β１およびβ２は各々導波路コ
ロおよび、２７の伝搬定数、ｋは導波路−１６と２７と
の間の光結合係数である。結合長りは、ｍを正整数とし
て、 π に選ぶ。結合係数には、主に、導波路間の間隔で決まり
、その波長依存性は小さくほぼ一定である。

導波路２６および２７の伝搬定数β１およびβ２は、波
長λ、各導波路の屈折率ｎ１およびｎ２、各導波路の幅
Ｗ１およびＷ２によって定まる０ 伝搬定数差Δβは、 Δβ＝β１（λｖ　ｎｌｙ　Ｗｌ　）−β２（λｅ　ｎ
２ｅ　Ｗ２　）　（３）で表わされるのモ、伝搬定数差
Δβ　もλ、ｎ１゜ｎ２ｙ　”１　ｔ　”２で定まる。

ここで、一つの導波路を非対称に形成してｎ１〜ｎ２　
、町〜Ｗ２とすれば、β１（λｔ　ｎｌｙ　Ｗｌ　）と
β２（λ−ｎ２１”２）の波長依存性か異なるため、伝
搬定数差Δβも波長依存性をもつようになり、従って、
ｎｌ　＠　ｎ２　ｇ　”１　＊　”２の組み合せによっ
て定まる特定の波長λ。でのみΔβ（λｃ）＝θとなる
。

その結果、入力ポート３０に入力された波長λ。

の光だけが、（１）式から分かるようにη＝ｌとな−っ
て、全てポート３．２から出力される。そこで、屈折率
ｎ１およびｎ２を電圧印加によって制御すれ番ｆ１Δβ
＝Ｏになる波長λ。が変化して可変分波機能が得導波路
は電気光学効果の大きなＬｉＮｂＯ３で作られているた
め、電圧印加により屈折率が大きく変化し、以て、可変
分波機能が得られる。例えば、分波波長半値幅Ｊｏｏ　
Ｘ　ｓ分波波長移動量ｉｏθＡ′／ｌ■の特性を゛持つ
分波素子ご実現することができる。

なお、分波光の波長幅を狭くするためには光結合係数に
’ｆ−小さく丁ればよい。

第７図は本発明の第一の実施例を示す。第７図において
、第３図と同一番号を付与した部品、素子は第３図中の
対応部分と機能、構成、動作Ｇこついても同様である０ 第７図において、３３は波長λ１．λ２およびλ３を含
む全波長の光多重信号ＩＥ”％その波長に依存すること
なく、強度のみ／／、７に分岐する分肢回路であり、例
えは第７図に示す如く、ツリー状導波形３分岐回路で実
現できる。Ｊｆ−／〜３４ｔ−Ｊは可変波長フィルター
であり、第３図示の可変分波器＋　−／−４’　−、？
と同様に、例えば、第６図に示した可変分波器と同様の
構成で実現できる。残余の構成は第３図と同様であり、
従って、本例の動作原理は第３図に示した第一の実施例
と同一であるから、ここでは省略する。

なお、本例では、第一の実施例に比べて、ｌ／３分岐損
失を生じるが、可変分波器を縦列接続しておらず、各波
長の光信号は７つの可変波長フィルターだけで処理され
るので、スイッチ状態によって、挿入損失やクロストー
ク」が変動しにくく、特性を揃えやすい。また、可変分
岐器を用いる場合には、分波した光波長以外の光を次段
の分波器へ入力できるよう素子構成および接続方法を工
夫する必要があるが、可変波長フィルターでは、分波し
た光波長以外の信号は、単にスイッチ外へ放出するだけ
で良いので、素子の設計および実現が容易となる利点も
ある。しかもまた、例えば、第３図における情報Ａを出
力側ｘ、ｙ、ｚのすべてへ同時に送出する同時多数接続
が可能になるという利点もある。

なお、上記２つの実施例では、３×３の光スィッチの場
合を例にとって説明したが、本発明はこれにのみ限られ
るものではなく、一般のＮＸＮスイッチに拡張できるこ
とは明らかである。また、各部品・素子の構成方法も本
実施例に限定されることはない。例えば、固定の分波合
波器はグレーティングを用いて構成できる。可変波長分
波器は音響光学効果素子を用い、その素子へ印加する超
音波周波数を変えることにより分波波長を変える構成で
実現できる。

〔効　果〕

以上説明したように、本発明によれば１外部からの制御
信号によって出力光の波長を変えるような実現の困難な
可変波長変換素子を用いることなく、空間分割形スイッ
チと時分割形スイッチの長所、すなわち、スイッチ速度
がμｓｅｃ　、％、　ｍ５ｅｃのオーダと遅くて良く、
広帯域でかつ構成する素子が少ないなどの利点を兼ね備
えた波長分割形光スイッチを実現できる。しかもまた、
可変機能を持つ部品が分波器１つで丁むかも、描威が簡
単で、生産性があり、スイッチ特性が安定している。さ
らにまた、固定の波長変換素子を用いているため１波長
間隔を大きく変えられるので、り四ストークが少なくな
る。本発明では、外部の制御回路は分波器のみを制御す
れば良く、波長変換素子と合波器のコ部品の波長を同時
に制御しなければならない従来の構成にくらべて、回路
およびその制御プログラムの簡略化を図れる利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は従来の光スィッチの３例の説明
図、 第２図は波長分割形光スイッチの従来の構成例を示す線
図、 第３図は本発明光スィッチの第一実施例の構成を示す線
図、 第７図は第３図に示した予め仕様が定まっている固定の
合波器９分波器の具体例を示す線図、第３図は第３図に
示した予め出力波長の仕様が定まっている固定の波長変
換器の具体例を示す線図、第６図は第３図に示した可変
波長分波器の具体例を示す線図、 第７図は本発明光スィッチの第一の実施例を示す線図で
ある。 ／Ｑ／、　１０ダ、１０り・・・入口ボート、１０λ、
１０り、１０ざ・・・出目ポート、１０３・・・空間分
割光スイッチ網、 １０４・・・時分割光スイツチ網、 １０９・・・波長分割光スイッチ網、 ｒｌｙ　ｒ２　ｐ　・・’　＊　ｒＮ　”’位置、ｔｌ
ｅ　ｔ２　ｔ・・・、ｔＮ・・・時間、λ１．λ２．・
・・、λＮ・・・波長、ｌ・・・分波器、 コーｌ−コーＮ・・・可変波長変換素子、３・・・合波
器、 クー／〜クーＪ・・・可変分波器、 ＆−／−＆−３・・・固定波長変換素子、６・・・固定
合波器、 り・・・制御信号線、 ｇ・・・波長分割形光スイッチ、 ヂ・・・固定合波器、 １０・・・固定分波器１ ／か・・入力光伝送路、 ／コ・・・出力光伝送路、 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・情報、 ｘ、ｙ、ｚ・・・出力細端子、 ／３・・・波長多重光信号入出力ボート、／ｌＩ〜／６
・・・単一波長光信号入出力ポート）１７〜／９…干渉
膜フイルター、 〃・・・光・電気変換器、 −か・・電気・光変換器１ ココ・・・入力ボート１ ．２３・・・電気結線へ −ｑ・・・出力ポート、 尉・・・基板、 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）複数の情報を異なる光波長で多重伝送した光波長多
   重信号を受信し、該光波長多重信号のうち、外部からの
   制御信号に応じて指定した特定の波長信号を分波する可
   変分波手段と、該可変分波手段の複数の分波出力端のう
   ち予め定められた分波出力端にそれぞれ結合され、その
   分波出力を予め定めた光波長をもつ複数の出力光信号に
   それぞれ変換する波長変換手段と、波長変換手段からの
   前記複数の出力光信号を多重する合波手段とを備え、前
   記可変分波手段への制御信号によって、前記複数の情報
   を伝送する光波長を変えることによって、前記複数の情
   報の各々が前記波長変換手段へ導かれる経路を変えるこ
   とができるようにしたことを特徴とする光スィッチ。 コ）複数の情報を異なる光波長で多重伝送した光波長多
   重信号を受信し、その受信したｙＣ波長多重信号を、波
   長に依存することなく、強度のみ分岐する分岐手段と、 該分岐手段からの複数の分岐出力端のうち予め定められ
   た分岐出力端にそれぞれ結合され、その分岐出力のうち
   、外部からの制御信号に応じて指定した光波長の分岐出
   力のみ發通過させる可変波長通過手段と、 該可変波長通過手段の複数の出力端のうち予め定められ
   た出力端にそれぞれ結合され、その出力を予め定めた光
   波長をもつ複数の出力光信号にそれぞれ変換する波長変
   換手段と、波長変換手段からの前記複数の出力光信号を
   多重する合波手段とを備え、前記可変波長通過手段への
   制御信号によって、前記複数の情報を伝送する光波長を
   変えることによって、前記複数の情報の各々が前記波長
   変換手段へ導かれる経路を変えることができるようにし
   たことを特徴とする光スィッチ。