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明細書 :光スイッチングハブ装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4084994号 (P4084994)
公開番号 特開2004-191624 (P2004-191624A)
登録日 平成20年2月22日(2008.2.22)
発行日 平成20年4月30日(2008.4.30)
公開日 平成16年7月8日(2004.7.8)
発明の名称または考案の名称 光スイッチングハブ装置
国際特許分類 G02F   1/35        (2006.01)
H04B  10/02        (2006.01)
H04J  14/00        (2006.01)
H04J  14/02        (2006.01)
FI G02F 1/35
H04B 9/00 T
H04B 9/00 E
請求項の数または発明の数 15
全頁数 19
出願番号 特願2002-359373 (P2002-359373)
出願日 平成14年12月11日(2002.12.11)
審査請求日 平成17年1月5日(2005.1.5)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】503360115
【氏名又は名称】独立行政法人科学技術振興機構
発明者または考案者 【氏名】前田 佳伸
個別代理人の代理人 【識別番号】100085361、【弁理士】、【氏名又は名称】池田 治幸
審査官 【審査官】佐藤 宙子
参考文献・文献 国際公開第02/061502(WO,A1)
特開平02-077020(JP,A)
特開2002-084228(JP,A)
特開2002-344489(JP,A)
2002年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会,2002年 8月20日,C1,266
調査した分野 G02F 1/35
H04B 10/00
JSTPlus(JDream2)
特許請求の範囲 【請求項1】
主光導波路と複数の分岐光導波路とを備え、該主光導波路から入力される光信号を、該複数の分岐光導波路のうち該光信号に含まれる分岐情報に応じた分岐光導波路へ選択的に伝送する光スイッチングハブ装置であって、
入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子を直列に備え、前記光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光が入力されると、その制御光と同じ波長の信号を出力する光3端子装置と、
前記光3端子装置から出力された出力光が入力されると、該入力された出力光を前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配する光分配装置とを、含み、
前記光3端子装置は、
pn接合から構成される活性層と、該活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第1光増幅素子および第2光増幅素子と、
前記主光導波路から入力された第1波長の第1入力光と、該第1波長と異なる第2波長の連続光である第2入力光とを合波して前記第1光増幅素子に入力させる第1光合波器と、
前記第1光増幅素子からの光から前記第2波長の光を選択する第1波長選択素子と、
該第1波長選択素子により選択された第2波長の光と第3波長の制御光とを合波して前記第2光増幅素子へ入力させる第2光合波器とを、含み、前記第2光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力することを特徴とする光スイッチングハブ装置。
【請求項2】
予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する制御光源を有し、前記光信号に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光を前記光3端子装置に対して供給する制御光発生装置を備えたものである請求項1の光スイッチングハブ装置。
【請求項3】
前記制御光発生装置に備えられた制御光源は、相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数種類のレーザ光源、または波長可変レーザ光源から成るものである請求項2の光スイッチングハブ装置。
【請求項4】
前記制御光発生装置は、前記複数種類のレーザ光源または波長可変レーザ光源から出力される制御光をスイッチングするための光変調器を備えたものである請求項3の光スイッチングハブ装置。
【請求項5】
前記光分配装置は、入力ポートに接続された第1スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第2スラブ導波路と、それら第1スラブ導波路および第2スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である請求項1乃至4のいずれかの光スイッチングハブ装置。
【請求項6】
前記主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて、前記制御光発生装置から該光信号に含まれるアドレス信号に応じた制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである請求項3乃至5のいずれかの光スイッチングハブ装置。
【請求項7】
前記主光導波路内を伝播する光信号を分岐して前記電子制御装置へ供給する光分波器と、
該主光導波路において該光分波器よりも下流側に設けられ、該主光導波路から前記光3端子装置に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子と
を、さらに含むものである請求項6の光スイッチングハブ装置。
【請求項8】
前記電子制御装置は、前記主光導波路から入力される光信号に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置から該アドレス信号に対応する波長に応じた制御光を発生させるものである請求光7の光スイッチングハブ装置。
【請求項9】
前記複数の分岐光導波路に分配された光信号は、複数の端末装置に供給され、
前記電子制御装置は、前記複数の端末装置のうちのいずれかの端末装置からの信号に該複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、該他の端末装置へ該いずれかの端末装置からの信号を伝送するものである請求項6乃至8のいずれかの光スイッチングハブ装置。
【請求項10】
前記端末装置は、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器を備えて該光電信号変換器により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、
該電子制御信号は、前記主光導波路へ返送するために、該端末装置から供給された信号を出力するものである請求項9の光スイッチングハブ装置。
【請求項11】
前記端末装置は、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器を備え、該光電信号変換器により変換した光信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、
前記電子制御装置は、該端末装置からの光信号を電気信号に変換する光電信号変換器と、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器とを備え、該光電信号変換器を介して、該端末装置からの光信号を前記主光導波路へ返送するものである請求項10の光スイッチングハブ装置。
【請求項12】
前記第1光増幅素子において、前記第2波長は前記第1波長の第1入力光の周囲光の波長域内の波長であり、前記第2光増幅素子において、前記第3波長は、前記第2波長光の入力光の周囲光の波長域内の波長である請求項1乃至11のいずれかの光スイッチングハブ装置。
【請求項13】
前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項の光スイッチングハブ装置。
【請求項14】
前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該他端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項乃至13のいずれかの光スイッチングハブ装置。
【請求項15】
前記第1波長選択素子は、導波路内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項1乃至14のいずれかの光スイッチングハブ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバなどを介して伝播した光信号をそのままスイッチングし分配する光スイッチングハブ装置、特に、高度情報処理が可能な光通信などの光エレクトロニクスに好適な光スイッチングハブ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
広帯域且つ高速伝送が可能な光ファイバを用いた光信号の通信や分配といった広帯域な新サービスの広範な展開が期待されている。しかしながら、たとえばエレクトロニクスで言えばマルチプレクサに相当するような光機能素子、すなわち伝送された光信号をその制御光で直接制御して分配可能とするような光スイッチングハブ装置は、未だ、実現されていない。
【0003】
たとえば、非特許文献1或いは非特許文献2に記載されている装置は、光をスイッチングする装置、マッハツェンダー型光干渉による波長変換などを利用したゲートスイッチング装置に過ぎず、このような従来技術は、電子回路におけるトランジスタのように、入力光を制御光を用いて信号増幅された出力光を得る機能を備えた光信号増幅3端子装置を構成する点すら何ら開示されていない。
【0004】
【非特許文献1】
K.E.Stubkjaer,"Semiconductor optical amplifier-based all-optical gates for high-speed optical processing," IEEE J. Quamtun Electron.,vol.6,no.6,pp.1428-1435, Nov./Dec.2000
【非特許文献2】
T.Durhuus, C. Joergensen, B. Mikkelsen, R. J. S. Pedersen, and A. E. Stubkjaer, "All optical wavelength conversion by SOAs in a Mach-Zender configuration ," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.6,pp.53-55, Jan. 1994
【0005】
このため、折角、高速で伝送した光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路においてマルチプレクサによる分配処理が行われ、分配処理後の信号を再度光に変換して伝送するというのが実情である。したがって、光を光で直接制御することができないので、信号処理の高速性に限界があるだけでなく、装置の大型化およびコスト増加が避けられなかった。
【0006】
特に、ルーティング、スイッチングなどのネットワーク転送を光技術で行うフォトニックネットワークを構築することが提案されるようになって来た。このようなフォトニックネットワークでは、各ノードにおいて波長多重(WDM:wavelength division multiplexing)信号はプロトコルによらず光のままで処理され、必要に応じてO/E 変換部に転送処理される光アドドロップと称される分野では、制御光を用いて光信号を光のままで直接分配処理を行うことができる光スイッチングハブ装置部が求められている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、光信号の分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置を提供することにある。
【0008】
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、半導体光増幅素子や希土類元素添加ファイバアンプなどの光増幅素子において、所定波長λ1 の入力光の周囲波長の自然放出光が、その入力光の強度変化に応答して強度変化し、その変化は入力光の信号強度変化に対して逆の強度変化をする(クロスゲイン変調特性)点、および、その自然放出光の波長域内すなわち入力光の周囲波長域内の他の波長λ2 のレーザ光を上記入力光に重畳させて入射させると、上記自然放出光の信号(振幅)変化は維持されつつ、全体の強度が急激に増加するという現象すなわちレーザ誘導光信号増強効果(Laser-induced signal enhancement effect )を見い出した。また、本発明者は、この現象を、波長λ1 からλ2 への波長変換機能としても把握し、その波長変換を2段接続するタンデム波長変換素子に基づく光3端子装置(All-Optical Triode Based on Tandem Wavelength Converter )を着想し、光3端子装置(光トライオード)を見いだした。また、その光3端子装置を利用すれば、光信号の分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置を構成できることを案出した。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨とするところは、主光導波路と複数の分岐光導波路とを備え、その主光導波路から入力される光信号を、その複数の分岐光導波路のうちその光信号に含まれる分岐情報に応じた分岐光導波路へ選択的に伝送する光スイッチングハブであって、(a) 入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子を直列に備え、前記光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光が入力されると、その制御光と同じ波長の信号を出力する光3端子装置と、(b) 前記光3端子装置から出力された出力光が入力されると、その入力された出力光を前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配する光分配装置とを、含み、(c)前記光3端子装置は、(c-1)pn接合から構成される活性層と、その活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第1光増幅素子および第2光増幅素子と、(c-2)前記主光導波路から入力された第1波長の第1入力光と、その第1波長と異なる第2波長の連続光である第2入力光とを合波して前記第1光増幅素子に入力させる第1光合波器と、(c-3)前記第1光増幅素子からの光から前記第2波長の光を選択する第1波長選択素子と、(c-4)その第1波長選択素子により選択された第2波長の光と第3波長の制御光とを合波して前記第2光増幅素子へ入力させる第2光合波器とを、含み、前記第2光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力することにある。
【0010】
【発明の効果】
このようにすれば、主光導波路を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光の入力に同期してその制御光の波長と同じ波長の光が光3端子装置から光分配装置へ出力されると、その光分配装置により、その光3端子装置から入力された光が前記複数の分岐光導波路のうち前記制御光の波長に対応する光導波路へ選択的に分配されることから、光信号のままでその分配処理を制御光を用いて直接行うことができる光スイッチングハブ装置が得られるようになる。また、前記光3端子装置は、(c-1)pn接合から構成される活性層と、その活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出される半導体光増幅素子であって、入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第1光増幅素子および第2光増幅素子と、(c-2)前記主光導波路から入力された第1波長の第1入力光と、その第1波長と異なる第2波長の連続光である第2入力光とを合波して前記第1光増幅素子に入力させる第1光合波器と、(c-3)前記第1光増幅素子からの光から前記第2波長の光を選択する第1波長選択素子と、(c-4)その第1波長選択素子により選択された第2波長の光と第3波長の制御光とを合波して前記第2光増幅素子へ入力させる第2光合波器とを、含み、前記第2光増幅素子は、前記制御光と同じ波長の光を出力するので、第1波長の第1入力光と第2波長の第2入力光とが入力された第1光増幅素子からの光から選択された第2波長の光と、第3波長の制御光とが第2光増幅素子へ入力させられるとき、その第2光増幅素子から出された光から前記光分配装置を用いて分配された第3波長の出力光は、前記第1波長の第1入力光および/または第3波長の第3入力光の強度変化に応答して変調された光であって、前記第3波長の制御光に対する信号増幅率が少なくとも2以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光3端子装置を得ることができるとともに、pn接合から構成される活性層を備えた半導体光増幅素子は、1端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、光3端子装置が小型化されるだけでなく、光3端子装置の信号増幅率が一層高められ、しかも、フィードバック効果によって出力信号の変調度が一層高められる。
【0011】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する制御光源を有し、前記光信号に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光を前記光3端子装置に対して供給する制御光発生装置が備えられるものである。このようにすれば、前記複数の分岐光導波路のうちの所定の波長に対応して予め設定された所定の分岐光導波路へ該所定の波長の光信号光が選択的に分配される。
【0012】
また、好適には、前記制御光発生装置に備えられた制御光源は、相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数種類の単色レーザ光源、または波長可変レーザ光源から成るものである。このようにすれば、主光導波路を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報に応答して、複数種類のレーザ光源のいずれかの単色レーザ光源が作動されるか、或いは波長可変レーザ光源の出力波長が変更されることにより、上記光信号に含まれる分岐情報に対応する波長の制御光が発生させられる。
【0013】
また、好適には、前記制御光発生装置は、前記複数種類のレーザ光源または波長可変レーザ光源から出力される制御光をスイッチングするための光変調器を備えたものである。このようにすれば、制御光発生装置から出力された相互に異なる波長の制御光の立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
【0014】
また、好適には、前記光分配装置は、入力ポートに接続された第1スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第2スラブ導波路と、それら第1スラブ導波路および第2スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型光分波器を含むものである。或いは、波長毎に異なる回折格子またはプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配する回折格子型またはプリズム型光分配器を含むものである。このようにすれば、前記光3端子装置から出力された制御光に対応する波長の出力光は、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
【0015】
また、好適には、前記主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて、前記制御光発生装置からその分岐情報に応じた波長を有する制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである。このようにすれば、その電子制御装置または全光学的制御装置が、主光導波路から入力される光信号に含まれる分岐情報に応じて制御光発生装置から発生させる制御光の波長を切り換えるので、光3端子装置から出力される出力光の波長がその光信号に含まれる分岐情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
【0016】
また、好適には、(a) 前記主光導波路内を伝播する光信号を分岐して前記電子制御装置へ供給する光分波器と、(b) その主光導波路においてその光分波器よりも下流側に設けられ、その主光導波路から前記光3端子装置に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを、さらに含むものである。このようにすれば、主光導波路内を伝播する光信号の一部が光分波器から分岐されて電子制御装置へ供給される一方で、光信号の他の一部が光遅延素子により遅延させられて前記光3端子装置へ供給されるので、電子制御装置における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置から光3端子装置へ供給される制御光がその光3端子装置における光信号と好適に同期させられる。
【0017】
また、好適には、前記電子制御装置は、前記主光導波路から入力される光信号に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置からそのアドレス信号に対応する波長の制御光を発生させるものである。このようにすれば、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
【0018】
また、好適には、前記複数の分岐光導波路に分配された光信号は、複数の端末装置に供給され、前記電子制御装置は、前記複数の端末装置のうちのいずれかの端末装置からの信号にその複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、その他の端末装置へそのいずれかの端末装置からの信号を伝送するものである。このようにすれば、複数の分岐光導波路に分配された光信号が供給される複数の端末装置間において双方向通信が可能となる。
【0019】
また、好適には、前記端末装置は、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器を備えてその光電信号変換器により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、その電子制御装置は、前記主光導波路へ返送するためにその端末装置から供給された信号を出力するものである。このようにすれば、上記複数の端末装置は、主光導波路を通して他の電子端末装置と相互通信が可能となる。
【0020】
また、好適には、前記端末装置は、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器を備え、その光電信号変換器により変換した光信号を前記電子制御装置へ出力するものであり、その電子制御装置は、その端末装置からの光信号を電気信号に変換する光電信号変換器と、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器とを備え、その光電信号変換器を介して、その端末装置からの光信号を前記主光導波路へ返送するものである。このようにすれば、端末装置と電子制御装置との間においても光導波路を介して相互通信可能となる。
【0023】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸または量子ドットから構成されたものである。このようにすれば、量子井戸または量子ドットから構成される活性層を備えた半導体光増幅素子が用いられるので、光3端子装置の高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には100GHz以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【0025】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである。このようにすれば、光3端子装置において、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【0026】
また、好適には、前記第1波長選択素子は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである。このようにすれば、第1光増幅素子からの光から第2波長が好適に抽出される。
【0027】
また、好適には、前記第1光増幅素子および第2光増幅素子は、希土類元素が添加された光ファイバ増幅素子から構成されたものである。このようにすれば、第1光増幅素子および/または第2光増幅素子が光ファイバから構成されるので、光を伝播させる光ファイバの途中に前記第1光増幅素子および/または第2光増幅素子が構成される利点がある。
【0028】
また、好適には、前記第1光増幅素子において、前記第2波長は前記第1波長光の周囲光の波長域内の波長であり、前記光増幅素子において、前記第3波長は、前記第2波長光の周囲光の波長域内の波長である。このようにすれば、第1光増幅素子或いは第2増幅素子からの出力光に含まれる第2波長或いは第3波長の信号が好適に増幅される。
【0029】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例の光スイッチングハブ装置10を図面に基づいて詳細に説明する。
【0030】
図1は、光スイッチングハブ装置10の構成の要部を説明する図である。図1において、主光導波路として機能する第1光ファイバ12には、光分波合波器として機能する第1光カプラ14、光遅延素子16、および光3端子装置18が順次接続されている。上記第1光カプラ14は、光ファイバを主体とした分岐回路、マイクロレンズを主体とした分岐回路などから構成される。光ファイバを主体とした分岐回路では、たとえば一対の光ファイバの所定区間を並行した状態で或いはひねった状態で平行相互に密着させたり、透過および反射可能な反射膜を光ファイバの分岐点に設けたりすることにより構成される。マイクロレンズを主体とした分岐回路では、たとえば集束性ロッドレンズで平行ビーム化された光をくさび型屈折面或いは反射面を用いて分岐させるように構成される。この第1光カプラ14は、双方向性すなわち可逆性を備えているので、反対向きに光信号が伝播させられるときには、光信号を合波して第1光ファイバ12内を反対向きに伝送させる合波器として機能する。
【0031】
また、光遅延素子16は、第1光ファイバ12内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえばその光ファイバを所定距離巻回することによりその所定距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子16の遅延時間は、光3端子装置18内において、そこで増幅される光信号とその光信号の伝送先を示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
【0032】
上記第1光カプラ14により第1光ファイバ12内の光信号から分岐された分岐光信号は、第2光ファイバ20と、これに接続され且つ前記第1光カプラ14と同様に構成された第2光カプラ22とを介して電子制御装置24へ供給される。電子制御装置24は、たとえばCPUがRAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置24は、上記第2光カプラ22との間で信号を授受するためにおよび後述の複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn との間で信号を授受するために、光信号および電気信号のうちの一方から他方へ変換するための複数の光電信号変換器28を備えるとともに、第1光ファイバ12を介して伝送された光信号に含まれる分岐情報たとえば波長やコードで示されるアドレス情報に基づいて、その光信号を分岐制御するためにその分岐情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置26へ供給する。たとえば、電子制御装置24は、第1光ファイバ(主光導波路)12から入力される光信号L1 に含まれるアドレス信号のみをその端部に設けられているアドレス識別コードに基づいて抽出し、制御光発生装置26からそのアドレス信号に対応する波長に応じた制御光LC を発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しない。
【0033】
上記制御光発生装置26は、予め設定された複数種類の波長λC の制御光LC を出力する制御光源を有し、前記電子制御装置24からの分岐指令信号、すなわち光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λC を有する制御光LC を前記光3端子装置18に対して供給する。図2、図3、図4は、その制御光発生装置26の構成例をそれぞれ示している。
【0034】
図2において、制御光発生装置26は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源26L1乃至26Lnと、それらレーザ光源26L1乃至26Lnの出力側にそれぞれ設けられてそれらから出される出力光をそれぞれスイッチングするための複数の光変調器26M1乃至26Mnと、それら光変調器26M1乃至26Mnを通過した光を合波し、制御光として出力する単一の光合波器26S とから構成され、電子制御装置24からの分岐指令信号に従ってレーザ光源26L1乃至26Lnおよび光変調器26M1乃至26Mnが作動させられることにより、光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λC の制御光LC を出力する。上記複数のレーザ光源26L1乃至26Lnとしては、たとえば半導体レーザダイオードが用いられる。図3において、制御光発生装置26は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源26L1乃至26Lnとそれらレーザ光源26L1乃至26Lnから出力された光を1つの導波路に合波する単一の光合波器26S と、その光合波器26S の出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器26M とから構成され、電子制御装置24からの分岐指令信号に従ってレーザ光源26L1乃至26Lnおよび光変調器26M が作動させられることにより、光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λC の制御光LC を出力する。図4において、制御光発生装置26は、出力光の波長を変更することが可能な波長可変レーザ光源26LVと、その波長可変レーザ光源26LVの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器26M とから構成され、電子制御装置24からの分岐指令信号に従って波長可変レーザ光源26LVおよび光変調器26M が作動させられることにより、光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λC の制御光LC を出力する。上記波長可変レーザ光源26LVは、たとえば分布ブラッグ反射型レーザ、マイクロマシン面発光レーザ、温度同調DFBレーザなどが用いられる。分布ブラッグ反射型レーザでは、その光共振器を構成する一対のミラーのうちの一方を構成するDBR層(ブラッグ反射層)に電流を注入し、プラズマ効果によってその部分の屈折率を変化させることにより光共振波長が可変とされる。マイクロマシン面発光レーザでは、マイクロマシンによって光共振器長が変化されることにより光共振波長が可変とされる。温度同調DFBレーザでは、温度による屈折率変化により光共振波長が可変とされる。なお、上記光変調器26M1乃至26Mn、26M は、たとえば駆動電流または駆動電圧がpn接合部に加えられることによって透過光をオンオフさせる半導体型光変調器や、ニオブ酸リチウムなど単結晶のような電気光学効果を有する物質に外部から駆動電圧を印加することにより透過光をオンオフさせる外部変調型光変調器などから構成される。
【0035】
上記光3端子装置18は、たとえば図5に示されるように、第1光ファイバ12を介して入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子に対応する一対の第1光増幅素子36および第2光増幅素子44を直列に備え、上記第1光ファイバ12を介して入力された光信号を増幅するとともに、その光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光LC の入力に同期してその制御光LC と同じの波長の光L3 を出力するように構成されている。
【0036】
すなわち、図5において、レーザ光源30は、たとえば単一波長の半導体レーザから構成され、光信号L1 (第1入力光)の波長λ1 たとえば1555nmよりも長い波長λ2 たとえば1565nmのレーザ光(第2入力光)L2 を一定の強度で連続的に出力する。第3光カプラ32は、第1光入力手段として機能するものであり、振幅変調されて第1光ファイバ12内を伝送された上記光信号L1 と連続光である上記レーザ光L2 とを重畳(合波)し、第1光サーキュレータ34を介して第1光増幅素子36へ入力させる。
【0037】
上記第1光増幅素子36は、たとえば図6に示す、半導体光増幅素子(SOA)から構成される。図6において、化合物半導体たとえばインジウム燐(InP)から構成される半導体基板36aの上に形成された光導波路36bは、その半導体基板36aの上にエピタキシャル成長させられたIII-V 族混晶半導体の多層膜であり、たとえばホトリソグラフィーを用いて所定幅のテープ状突起となるように形成されている。この光導波路36bは、半導体基板36aよりも屈折率が高い物質で構成されているので、光を厚み方向に閉じ込めつつ伝播させる機能を備えている。上記光導波路36b内の多層膜には、pn接合により構成された活性層36c、キャップ層などが含まれ、その上には上部電極36eが固着されている。この活性層36cは、半導体基板36aの下面に固着された図示しない電極と上記上部電極36eとの間に電圧が印加され且つ上記pn接合に電流が流されることによって電子・正孔対が形成され、その活性層36cを通過する光が誘導放射作用によって増幅されるようになっている。上記活性層36cは、多重量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドットから構成されている。多重量子井戸である場合は、たとえば、InP半導体基板36aからエピタキシャル成長させられることにより格子整合されたInGaAs(100Åの厚み)とInGaAsP(100Åの厚み)との6対により構成され、その活性層36cの上には、組成(屈折率)が段階的に変化させられたグリン(GRIN)構造のガイド層(2000Å)が順次設けられている。この活性層36cのデバイス長(光路長さ)は600μmであり、たとえば250mAの電流値によるエネルギ注入によって注入された電子が通過する光子による誘導放射によって価電子帯へ移動させらえるときに光エネルギを放出して通過光を増幅させると考えられている。この250mAの電流値によるエネルギ注入により、たとえば波長λ1 =1555nmにおいて20dB程度の利得が得られる。
【0038】
上記第1光増幅素子36は、スパッタリングなどによって光を反射する処理が施された鏡などの反射手段36dをその1端面に備えているため、その1端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、光信号L1 (第1入力光)およびそれよりも長い波長λ2 のレーザ光(第2入力光)L2 の合波光は、上記他端面を通して第1光増幅素子36内に入力されるとともに、上記反射手段36dに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第1光増幅素子36の活性層36c内では、上記光信号L1 の入射によってその波長λ1 を中心とする周囲波長の自然光が発生し、その自然光は光信号L1 の強度変調に反比例して強度が増減する。この状態においてその自然光の波長範囲内にある波長λ2 のレーザ光L2 が通過させられると、その波長λ2 は、その自然光と同様の変化を受けつつ増強させられる。すなわち、光信号L1 の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅され、第1光増幅素子36から出力される。すなわち、第1光増幅素子36は、クロスゲイン変調特性を備えている。
【0039】
第1光サーキュレータ34は、上記第1光増幅素子36から出力された光を、第3光カプラ32へではなく、第1波長選択素子38へ導く。第1波長選択素子38は、前記第1光増幅素子36から出力された光のうちから第2波長λ2 である1565nmの光を抽出する。この第1波長選択素子38は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、光ファイバの一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタから構成されるものであって、第2波長λ2 を中心波長とし且つ半値幅がたとえば1乃至十数nmの光を選択して透過させるものである。なお、第1波長選択素子38は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
【0040】
第4光カプラ40は、第2光入力手段として機能するものであり、上記第1波長選択素子38により第1光増幅素子36から出力された光のうちから選択された第2波長λ2 の光と、第3波長λ3 のレーザ光である制御光LC とを重畳(合波)し、第2光サーキュレータ42を介して第1光増幅素子36と同様に構成された第2光増幅素子44へ入力させる。第1光増幅素子36において変調された第2波長λ2 は、この第2光増幅素子44において、その第2波長λ2 を中心とする自然光の波長範囲内の第3波長λ3 の制御光LC によってさらに変調を受け且つ増幅され、波長λ2 の光と制御光LC の波長とされた変調光(出力光信号)L3 との混合光が出力される。第2光サーキュレータ42は、第2光増幅素子44から出力された上記混合光(波長λ2 の光および変調光L3 )を、第4光カプラ40へではなく、後述の光分配装置50へ出力させる。
【0041】
上記第2光増幅素子44から出力された光に含まれる変調光L3 は、制御光LC の波長と同じ第3波長λ3 の光であるので、制御光LC の波長がたとえばλC1、λC2、λC3、・・・λCnに変化させられると、第2光増幅素子44からの光 L3 の波長もたとえばλC1、λC2、λC3、・・・λCnに変化させられる。図7 は、実験的に、上記光信号L1 (第1入力光)をその上段に示す波形とし、制御光LC をその中段に示す波形としてそれぞれ入力させたときの光分配装置50の出力光L4 の波形を示している。制御光LC の実線、1点鎖線、破線は、下段に示す光分配装置50の出力光L4 の実線、1点鎖線、破線に対応しており、その光分配装置50の出力光L4 は制御光LC に対して約30倍のゲイン(増幅率)を有している。
【0042】
図8および図9は、上記のようにして構成された光3端子装置18の特性を示している。図8は、第1入力光である信号光L1 の信号強度PINを示す横軸と光分配装置50の出力光L4 の信号強度POUT を示す縦軸とからなる二次元座標において、制御光LC の信号強度PC をパラメータとする出力光L4 の入出力特性図である。図から明らかなように、トランジスタなどのような3端子増幅素子と同様に、出力光L4 の信号強度POUT は、制御光LC の信号強度PC の変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられるとともに、信号光L1 の信号強度PINの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられる。また、図9は、信号光L1 の周波数を示す横軸と出力光である出力光L4 の信号変調度H(%)を示す縦軸とからなる二次元座標において、その出力光L4 の周波数特性を示している。図9によれば、5GHzまでは信号変調度Hの低下が見られなかった。上記信号変調度Hはたとえば次式(1) により表される。但し、Imax は光信号の最大値、Imin は光信号の最小値である。なお、前記活性層36cに量子ドットが用いられる場合には、100GHz以上の範囲において信号変調度Hの低下が見られない。
【0043】
H=100×(Imax -Imin )/(Imax +Imin )・・・(1)
【0044】
図1に戻って、上記光3端子装置18からの変調光L3 は、その波長すなわち制御光LC の波長λ3 毎に光分配装置50によって複数の導波路に対応するように予め定められた分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnへ選択的に分配される。また、それらと異なる波長λ2 の光は分岐光ファイバFB0に分配される。たとえば、変調光L3 が単色である場合には分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちの1つへ択一的に分配されるが、2種類の混合色である場合には分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちのいずれか2つへ分配される。上記光分配装置50は、たとえば図10に示すように、入力ポート50aに接続された第1スラブ導波路50bと、複数の出力ポート50cに接続された第2スラブ導波路50dと、それら第1スラブ導波路50bおよび第2スラブ導波路50dの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路50eと、複数の出力ポート50cに接続された分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnとを備え、その入力ポート50aに入力された光3端子装置18からの変調L3 (入力光)をその波長毎に複数の出力ポート50cのいずれかすなわち分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのいずれかへ分配するアレー導波路格子型光分波器から構成されている。なお、上記光分配装置50には、分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnの端面に分岐光を集光させるための集光レンズなどの光学系が必要に応じて備えられる。本実施例では、前記制御光発生装置26、光3端子装置18、および光分配装置50が、光スイッチングハブ装置10の主要部を構成している。
【0045】
上記光分配装置50には、分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnを介して複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn が設けられており、上記光3端子装置18および光分配装置50の作動により、光3端子装置18の出力光L3 が、第1光ファイバ12内を伝播してきた入力信号L1 に含まれる分岐情報に対応する制御光LC の波長λ3 に従って上記端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn のいずれかへ選択的に供給される。
【0046】
上記端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn は、たとえばマイクロコンピュータにより構成されており、それへの入力信号光を電気信号に変換し、或いは出力信号を出力信号光へ変換する一対の光電信号変換器56をそれぞれ備えている。各端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn は、その出力信号を、通信回線(光ファイバ)を介して前記電子制御装置24へ伝送する。電子制御装置24は、双方向通信のために、各端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn から伝送された信号に含まれるアドレス情報に基づいて、それらから受信した信号をその端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn のいずれかへ出力するか、或いは第2カプラ22、第2光ファイバ20、第1光カプラ14、および第1光ファイバ12を介して、それに接続されている他の端末装置へ向けて伝送する。
【0047】
以上のように構成された本実施例の光スイッチングハブ装置10によれば、主光導波路に対応する第1光ファイバ12を介して伝送された光信号L1 に含まれる分岐情報に対応する制御光LC の入力に同期してその制御光LC の波長と同じ波長の光が光3端子装置18から光分配装置50へ出力されると、その光分配装置50により、その光3端子装置18から入力された光が複数の分岐光導波路に対応する光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうち光3端子装置18から出力された変調光L3 の波長に対応する光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・またはFBnへ選択的に分配されることから、光信号L1 のままでその分配処理を制御光LC を用いて直接行うことができるようになる。図11は、光スイッチングハブ装置10の作動を説明するタイムチャートであり、その最上段は入力光である信号光L1 の波形を示し、第2段は制御光LC の波形を示し、第3段乃至最下段は各端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn への分岐後の各波長λC1の第1出力光L41、波長λC2の第2出力光L42、波長λC3の第3出力光L43、 ・・・波長λCnの第n出力光L4nの波形を示している。制御光LC は光ファイ バFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちの所定の光ファイバへ分岐が行われている間は連続的に維持される。
【0048】
また、本実施例の光スイッチングハブ装置10によれば、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する複数の単一波長のレーザ光源(制御光源)または波長可変レーザ光源を有し、前記光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光LC を光3端子装置18に対して供給する制御光発生装置26が備えられているので、複数の分岐光導波路に対応する光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちの上記制御光LC の波長に対応して予め設定された所定の光ファイバへ光信号L1 が選択的に分配される。
【0049】
また、本実施例制御光発生装置26は、複数種類のレーザ光源26L1乃至26Lnまたは波長可変レーザ光源26LVから出力される制御光をスイッチングするための光変調器26M を備えたものであるので、制御光発生装置26から出力された相互に異なる波長の制御光LC の立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
【0050】
また、本実施例では、光分配装置50は、入力ポート50aに接続された第1スラブ導波路50bと、複数の出力ポート50cに接続された第2スラブ導波路50dと、それら第1スラブ導波路50bおよび第2スラブ導波路50dの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路50eと、複数の出力ポート50cに接続された分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnとを備え、その入力ポート50aに入力された光3端子装置18からの出力光L3 (入力光)をその波長毎に複数の出力ポート50cのいずれかすなわち分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのいずれかへ分配するように構成されているので、光3端子装置18から出力された制御光LC と同じ波長の変調光L3 はその波長毎に複数の光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちのいずれかへ選択的へ好適に分配される。
【0051】
また、本実施例では、第1光ファイバ12から入力される光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて、制御光発生装置26からその分岐情報に応じた波長を有する制御光LC を発生させる電子制御装置24を備えたものであるので、光3端子装置18から出力される変調光L3 の波長がその光信号L1 に含まれる分岐情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのうちのいずれかへ選択的に分配される。
【0052】
また、本実施例では、(a) 第1光ファイバ(主光導波路)12内を伝播する光信号L1 を分岐させて電子制御装置24へ供給するための第1光カプラ(光分波器)14と、(b) その第1光ファイバ12においてその第1光カプラ14よりも下流側に設けられ、その第1光ファイバ12から光3端子装置18に入力させる光信号L1 を遅延させる光遅延素子16とが設けられていることから、第1光ファイバ12内を伝播する光信号L1 の一部が第1光カプラ14から分岐されて電子制御装置24へ供給される一方で、その光信号L1 の他の一部が光遅延素子16により遅延させられて光3端子装置18へ供給されるので、電子制御装置24における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置26から光3端子装置18へ供給される制御光LC がその光3端子装置18における光信号L1 と好適に同期させられる。
【0053】
また、本実施例では、電子制御装置24は、第1光ファイバ(主光導波路)12から入力される光信号L1 に含まれるアドレス信号のみを抽出し、前記制御光発生装置26からそのアドレス信号に対応する波長の制御光LC を発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しないので、光信号L1 の秘匿性が確保される利点がある。
【0054】
また、本実施例では、複数の分岐光導波路に対応する複数の光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnに分配された光信号(出力光L4 )は、複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn に供給され、電子制御装置24は、その複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn のうちのいずれかの端末装置からの信号にその複数の端末装置のうちの他の端末装置のアドレス信号が含まれている場合は、その他の端末装置へそのいずれかの端末装置からの信号を伝送するものであるので、複数の光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnに接続されて出力光L4 が供給される複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn 間において双方向通信が可能となる。
【0055】
また、本実施例では、端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn は、それに分配された光信号を電気信号に変換する光電信号変換器56を備えてその光電信号変換器56により変換された電気信号を処理し、出力信号を前記電子制御装置24へ出力するものであり、その電子制御装置24は、第1光ファイバ12へ返送するためにその端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn のいずれかから供給された信号を出力するものであるので、上記複数の端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn は、第1光ファイバ12介して接続された図示しない他の電子端末装置と相互通信が可能となる。
【0056】
また、本実施例では、端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn は、電気信号を光信号に変換する光電信号変換器56を備え、その光電信号変換器56により変換した光信号を前記電子制御装置24へ出力するものであり、その電子制御装置24は、その端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn からの光信号を電気信号に変換し、或いは電気信号を光信号に変換する光電信号変換器28を備え、その光電信号変換器28を介して、その端末装置からの光信号を第1光ファイバ12へ返送するものであるので、端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn と電子制御装置24との間においても光導波路を介して相互通信可能となる。
【0057】
また、本実施例では、光3端子装置18は、(a) 入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第1光増幅素子36および第2光増幅素子44と、(b) 第1光ファイバ(主導波路)12から入力された第1波長λ1 の信号光(第1入力光)L1 と、その信号光L1 とは異なる波長λ2 の連続光であるレーザ光(第2入力光)L2 とを合波して第1光増幅素子36に入力させる第3光カプラ(第1光合波器)32と、(c) 第1光増幅素子36からの光から第2波長λ2 の光を選択する第1波長選択素子38と、(d) その第1波長選択素子38により選択された第2波長λ2 の光と第3波長λ3 の制御光LC とを合波して第2光増幅素子44へ入力させる第4光カプラ(第2光合波器)40とを、含み、第3波長λ3 の出力光L3 は、第1波長λ1 の信号光L1 および/または第3波長λ3 の制御光LC の強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光L1 とレーザ光(第2入力光)L2 とが入力された第1光増幅素子36からの光から選択された第2波長λ2 の光と制御光LC とが第2光増幅素子44へ入力させられるとき、その第2光増幅素子44から出された光から選択された第3波長λ3 の変調光L3 或いは出力光L4 は、信号光L1 および/または制御光LC の強度変化に応答して変調された光であって、制御光LC に対する信号増幅率が少なくとも2以上の大きさの増幅信号となるので、光信号L1 の増幅処理を制御光LC を用いて直接行うことができる。
【0058】
また、本実施例では、第1光増幅素子36および第2光増幅素子44は、pn接合から構成される活性層を備えた半導体光増幅素子から構成されるので、光3端子装置18が小型化されるとともに、その信号増幅率が一層高められる。
【0059】
また、本実施例では、第1光増幅素子36や第2光増幅素子44を構成する半導体光増幅素子の活性層36cは、量子井戸または量子ドットから構成されたものであることから、光3端子装置18の高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には100GHz以上の応答速度が得られる。また、活性層36cとして歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【0060】
また、本実施例では、第1光増幅素子36や第2光増幅素子44を構成する半導体光増幅素子は、活性層36cを通過した光を反射するための反射手段36dをその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものであることから、1端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、光3端子装置18の信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって、出力信号の変調度が一層高められる。
【0061】
また、本実施例では、第1光増幅素子36や第2光増幅素子44を構成する半導体光増幅素子の他端面を通してその半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータ34、42が設けられたものであるので、光3端子装置18において、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【0062】
また、本実施例では、第1波長選択素子38は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されることから、第1光増幅素子36からの光から第2波長λ2 の光或いは第3波長λ3 の光が好適に抽出される。
【0063】
また、本実施例では、第1光増幅素子38において、第2波長λ2 は第1波長光λ1 の周囲光の波長域内の波長であり、第2光増幅素子44において、第3波長λ3 は、第2波長λ2 の光の周囲光の波長域内の波長であるので、第1光増幅素子36或いは第2増幅素子44からの出力光に含まれる第2波長λ2 或いは第3波長λ3 の信号が好適に増幅される。
【0064】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0065】
たとえば、前述の実施例の第1光増幅素子36および/または第2光増幅素子44は、たとえば石英系或いは弗化物系ガラスなどの光透過媒体である光ファイバ内に、たとえばエルビウム元素などの希土類元素がドープされることにより、3準位系または4準位系のエネルギ準位がその光透過媒体内に構成された光増幅素子から構成されてもよい。このような光増幅素子は、エルビウム元素およびアルミニウムがドープされることにより1700ppm程度の比較的高濃度のエルビウムイオンEr3+および10000ppm程度のアルミニウムイオンAl3+を含む20m程度の長さのガラス製光ファイバから構成されているので、エルビウムドープドファイバアンプ(EDFA)とも称される。また、エルビウム元素を含むガラス製光ファイバに替えて、プラセオジウムが添加(ドープ)された光ファイバが用いられてもよい。この場合においては、光3端子装置18は、1.3μm帯の波長で利用可能となる。
【0066】
また、前述の光3端子装置18において、第3光カプラ32および第4光カプラ40、第1光増幅素子36および第2光増幅素子44、および第1波長選択素子38などの構成部品は、光ファイバにより連結されてもよいが、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
【0067】
また、前述の光分配装置50は、入力ポート50aに接続された第1スラブ導波路50bと、複数の出力ポート50cに接続された第2スラブ導波路50dと、それら第1スラブ導波路50bおよび第2スラブ導波路50dの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路50eと、複数の出力ポート50cに接続された分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnとを備え、その入力ポート50aに入力された光3端子装置18からの出力光L3 (入力光)をその波長毎に複数の出力ポート50cのいずれかすなわち分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnのいずれかへ分配するように構成されていたが、波長毎に異なる回折格子の回折角度を利用してその入力光である出力光L3 をアレイ状に配列された複数の分岐光ファイバFB1、FB2、FB3、・・・FBnへ選択的に分配する回折格子型光合成分波器から構成されたり、或いはその回折格子に替えてプリズムが利用されたプリズム光合成分波器から構成されてもよい。この場合には、光分配装置50は、波長毎に異なるプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配するプリズム型光分配器から構成される。
【0068】
また、前述の実施例では、電子制御装置24が用いられていたが、それに替えて、第1光ファイバ12内の信号光L1 の分岐情報(アドレス信号)に対応する波長の制御光LC を発生させて光3端子装置18の第4光カプラ40へ供給する光学装置が用いられてもよい。この場合の光学装置は、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成されるので、電子制御装置24および制御光発生装置26に替わる全光学的装置から構成され、光スイッチングハブ装置10の全体が光学素子によって構成される。
【0069】
また、前述の実施例では、端末装置PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn と電子制御装置24との間が光ファイバを介して接続されていたが、電気信号を伝送する電線を介して接続されていてもよい。
【0070】
また、前述の実施例では、光導波路として、第1光ファイバ12、第2光ファイバ20などが用いられていたが、光回路の一部に設けられた、二次元方向において光を導く二次元光導波路や三次元方向において光を導く三次元光導波路が用いられてもよい。
【0071】
また、前述の実施例では、図2、図3、図4に示される制御光発生装置26において、光変調器26M1乃至26Mn、26M が除去されても差し支えない。この場合、たとえば図2、図3の光変調器26では、レーザ光源26L1乃至26Lnが選択的にオンオフ駆動されることにより、波長の異なる制御光LC が選択的に出力される。また、図4の光変調器26では、可変波長レーザ光源26LVのDBR層に対する注入電流を段階的に変化させることにより、波長の異なる制御光LC が選択的に出力される。
【0072】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光スイッチングハブ装置の光回路構成を説明するブロック図である。
【図2】図1の実施例において用いられている制御光発生装置の構成例を説明するブロック図である。
【図3】図1の実施例において用いられている制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【図4】図1の実施例において用いられている制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
【図5】図1の実施例において用いられている光3端子装置の構成を説明するブロック図である。
【図6】図5の光3端子装置内に設けられる光増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の外形を示す斜視図である。
【図7】図5の光3端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は入力光である信号光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
【図8】図5の光3端子装置の入出力特性を示す図である。
【図9】図5の光3端子装置の出力信号の周波数特性を示す図である。
【図10】図1の光分配装置の構成例を説明する図である。
【図11】図1の光スイッチングハブ装置の作動を説明するタイムチャートであり、最上段は入力光である信号光の波形を示し、第2段は制御光の波形を示し、第3段乃至最下段は分岐後の各信号光の波形を示している。
【符号の説明】
10:光スイッチングハブ装置
12:第1光ファイバ(主光導波路)
14:第1カプラ(光分波合波器)
16:光遅延素子
18:光3端子装置
22:第2カプラ(光分波合波器)
24:電子制御装置
26:制御光発生装置
26L1乃至26Ln:レーザ光源
26M1乃至26Mn、26M :光変調器
26LV:可変波長レーザ光源
28:光電信号変換器
32:第3光カプラ(第1光合波器)
34:光サーキュレータ
36:第1光増幅素子
36c:活性層
36d:反射手段
38:第1波長選択素子
40:第4光カプラ(第2光合波器)
42:光サーキュレータ
44:第2光増幅素子
50:光分配装置
56:光電信号変換器
B1、FB2、FB3、・・・FBn:分岐光ファイバ(分岐光導波路)
PC1 、PC2 、PC3 、・・・PCn :端末装置
図面
【図1】
0
【図2】
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【図3】
2
【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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