JP2008076554A - 半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路および容量性負荷の駆動回路 - Google Patents
半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路および容量性負荷の駆動回路 Download PDFInfo
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Abstract
光パケットスイッチングシステムに用いられるマトリクス光スイッチを高速で安定に切り替える技術を提供することである。
【解決手段】
マトリクス光スイッチを構成する半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、該インダクタンス素子と該半導体光増幅器間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を設ける。
【選択図】図13
Description
[マトリクス光スイッチ]
本発明のマトリクス光スイッチ(図2のマトリクス光スイッチ21に相当する)の具体的な構成を図4に示す。図4の各ブロックの構成を以下に詳細に説明する。
参照番号411、412乃至41nは1入力/n出力の光分配カプラである。光分配カプラ411、412乃至41nは1つの入力ポートとn個の出力ポートを有する。光分配カプラ411は第1のデータチャネルからの光パケットを受信する。同様に、光分配カプラ412乃至41nは第2のデータチャネル乃至第nのデータチャネルから送られてくる光パケットをそれぞれ受信する。本図の例では、第1のデータチャネルから光パケットが#2、#1、#nの順で光分配カプラ411の入力ポートに入力されている。第2のデータチャネルから光パケットが#n、#2、#1の順で光分配カプラ412の入力ポートに入力されている。第3のデータチャネルから光パケットが#1、#n、#2の順で光分配カプラ41nの入力ポートに入力されている。光分配カプラ411乃至41nは、マトリック光スイッチを構成するために、後で述べる光合波カプラの数だけ分岐を行う出力ポートを有する。
参照番号4311乃至431n、4321乃至432n、43n1乃至43nnは半導体光増幅器である。半導体光増幅器4311乃至43nnは光分配カプラ411乃至41nで分岐された当該カプラの出力ポートの数だけある。そして、半導体光増幅器4311乃至43nnは当該カプラの出力ポートからの光を後で述べる駆動回路からの駆動電流の有無によりスイッチングする。半導体光増幅器4311乃至43nnの出力は後で述べる光合波カプラの入力ポートにそれぞれ入力される。
参照番号421、422乃至42nはn入力/1出力の光合波カプラである。光合波カプラ421、422乃至42nは、それぞれ、光分配カプラの数だけ入力ポートがある。そして、それらの入力ポートに入力した光は1つの出力ポートに出力される。光合波カプラ421は第1のデータチャネルを出力する。光合波カプラ422は第2のデータチャネルを出力する。光合波カプラ42nは第nのデータチャネルを出力する。光合波カプラ421の出力ポートである第1のデータチャネルからは光分配カプラ411、412乃至41nに入力された#1の光パケットが出力される。光合波カプラ422の出力ポートである第2のデータチャネルからは光分配カプラ411、412乃至41nに入力された#2の光パケットが出力される。光合波カプラ42nの出力ポートである第nのデータチャネルからは光分配カプラ411、412乃至41nに入力された#nの光パケットが出力される。
参照番号4411乃至44nnは駆動回路である。駆動回路4411乃至44nnは半導体光増幅器4311乃至43nnに駆動信号に基づき電流を与える回路である。当該電流は半導体光増幅器4311乃至43nnが利得を有し入力光を増幅する電流値と、半導体光増幅器4311乃至43nnが入力光を吸収する電流値で構成される。駆動回路4411乃至44nnは電流と同時に電圧を与えることが可能である。
図4を用いて、マトリクス光スイッチの全体の動作を説明する。第1のデータチャネルの#2の光パケットは光分配カプラ411に入力される。光分配カプラ411は#2の光パケットをn個に光パワーを分岐する。分岐された光パケットはそれぞれ半導体光増幅器4311と4321と43n1に入力される(432n乃至43n1間の半導体光増幅器にも入力されるがここでは省略して説明する)。#2の光パケットが光分配カプラ411とき、駆動回路4421から駆動電流が流れ半導体光増幅器4321は#2の光パケットを増幅して出力する。光分配カプラ411に入力される#2の光パケット以降の光パケット#1、#nは駆動回路4421から駆動電流が供給されないため、半導体光増幅器4321内で吸収され出力されない。半導体光増幅器4321の出力は光合波カプラ422に入力される。光合波カプラ422からの出力ポートからは第2のデータチャネルとして#2が出力される。#2の次に光分配カプラ411に入力される光パケット#1は光分配カプラ411で分岐された後、半導体光増幅器4311で駆動回路からの電流に基づきゲートされ、光合波カプラ421に出力される。このように、光パケットを光分配カプラで分岐し、半導体光増幅器でゲートし、そのゲート出力を光合波カプラで合波することで、入力側の各データチャネル内を流れる光パケットを任意のデータチャネルにスイッチングすることができる。
図6は図5の半導体光増幅器(半導体光増幅器型ゲートスイッチ)の駆動電流対光増幅率を示している。半導体光増幅器(半導体光増幅器型ゲートスイッチ)は駆動電流により光増幅率が変化する特性を有する。図6において、駆動電流を約300mA流すことで、光増幅率は約10dB得られる。約10dBの増幅率は増幅率のほぼ飽和状態にあたる。一方、駆動電流が少なくなり65mAを切ると、半導体光増幅器(半導体光増幅器型ゲートスイッチ)は半導体光増幅器(半導体光増幅器型ゲートスイッチ)に入力された光を減衰させ、光減衰器として動作している。
図9は図5の半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。図9の回路図は図6乃至図8の特性を踏まえて構成した駆動回路である。また、第10図に半導体光増幅器型ゲートスイッチ駆動時の波形図を示す。
図9において、参照番号900は高速オペレーションアンプを示す。参照番号901は半導体光増幅器型ゲートスイッチ(半導体光増幅器)を示す。参照番号906は信号源を示す。参照番号902は帰還抵抗を示す。参照番号905はインダクタ(インダクタンス素子)示す。903はマイナス電源を示す。参照番号904はプラス電源を示す。高速オペレーションアンプ900は集積回路(IC)で構成されている。
高速オペレーションアンプ900の非反転入力端子に、信号源906から半導体光増幅器型ゲートスイッチをON/OFFするための矩形波信号の電圧が与えられる。第9図において、信号源は図2の制御部25からの信号さしている。信号源906の波形としては、ON時に1.5V、OFF時に0Vになるように設定された矩形電圧波形である。高速オペレーションアンプ900の非反転出力も入力電圧と同じ電圧値に設定されることになる。図6と図7のグラフより、高速オペレーションアンプ900の出力に1.5Vが設定されると、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901には約300mAの駆動電流が流れ、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901は図6の特性に従いONになる。高速オペレーションアンプ900の出力に0Vが設定されると、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901には駆動電流が流れなくなり、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901がOFFする。このように構成することで、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901を動作させることができる。
図11は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。図11は図9と同一部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。図11は図9の駆動回路を改良した回路である。具体的には図9の駆動回路で発生するリンギングを抑圧するため、抵抗907をインダクタ905と半導体光増幅器型ゲートスイッチ901の間に設ける。一例として抵抗907の抵抗値は30Ωで、高速オペレーションアンプ900のマイナス電源940は−15Vで、高速オペレーションアンプ900のプラス電源950は+15Vである。
図13は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している図13は図9と図11の駆動回路を改良し、リンギングを抑圧し、消費電力を押さえた回路構成である。
参照番号900は高速オペレーションアンプICを示す。参照番号901は半導体光増幅器型ゲートスイッチ(半導体光増幅器)を示す。参照番号906は信号源を示す。参照番号902は帰還抵抗を示す。参照番号905はインダクタ(インダクタンス素子)を示す。903はマイナス電源を示す。参照番号904はプラス電源を示す。参照番号907は抵抗(抵抗素子)を示す。参照番号908はダイオード(ダイオード素子)を示す。
第13図において、半導体光増幅器型ゲートスイッチ901をONするときは、ダイオード908を経由して駆動電流が流れる。このためダイオードの908順方向電圧約0.4〜0.6V高く設定するだけで駆動できる。半導体光増幅器型ゲートスイッチ901をOFFするときは、放電電流が110Ωの抵抗907に流れるため、リンギングを抑圧できることになる。
図15は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。参照番号900は高速オペレーションアンプICを示す。参照番号901は半導体光増幅器型ゲートスイッチ(半導体光増幅器)を示す。参照番号906は信号源を示す。参照番号902は帰還抵抗を示す。参照番号905はインダクタ(インダクタンス素子)示す。903はマイナス電源を示す。参照番号904はプラス電源を示す。参照番号801、802、803は抵抗(抵抗素子)を示す。参照番号804は高速オペレーションアンプを示す。参照番号805は接地手段を示す。参照番号808はマイナス電源を示す。
高速オペレーションアンプ900は集積回路(IC)で構成されている。高速オペレーションアンプ900は300mA以上の出力電流容量を持ち、20ns程度の安定時間(セットリングタイム)を持っている。高速オペレーションアンプ900は非反転増幅器を構成している。帰還抵抗902は高速オペレーションアンプ900の出力端子910と反転入力端子920の間に設けられている。一例として帰還抵抗902の抵抗値は910Ωである。信号源906は高速オペレーションアンプ900の非反転入力端子930とアース間に設けられる。インダクタ905は高速オペレーションアンプ900の出力端子910と半導体光増幅器型ゲートスイッチ901の間に設けられる。高速オペレーションアンプ900の出力部に設けられたインダクタ905は、高速オペレーションアンプ900の出力立ち上がり時(ON時)の電流のオーバーシュートと抑圧するために設けられている。一例として、インダクタ905のインダクタンスは18nHである。マイナス電源903は高速オペレーションアンプ900のマイナス電源端子940とアースの間に設けられている。一例として、マイナス電源903は−5Vである。プラス電源904は高速オペレーションアンプ900のプラス電源端子950とアースの間に設けられている。一例として、プラス電源904は+5Vである。
半導体光増幅器型ゲートスイッチ901をONするときは、高速オペレーションアンプ804の出力はOFFとなる。高速オペレーションアンプ804の出力はOFFとなるとFETがOFFとなる。FETがOFFとなると高速オペレーションアンプ900からの電流は半導体光増幅器型ゲートスイッチ901にのみ与えられる。
図16は半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図である。
[容量性負荷の駆動回路:その1]
図17は容量性負荷の駆動回路の回路図を示している。図17において図13と同一部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。図17では図13の半導体光増幅器型ゲートスイッチに変えて、半導体光増幅器型ゲートスイッチと同様なキャパシタンスを有する容量性負荷700に、図13の駆動回路を適用した例を示している。容量性負荷700は少なくとも容量性成分701を有する素子で有る。容量性負荷700は容量性成分701と並列してリアクタンス成分702を有しても良い。一例として、容量性負荷700は半導体レーザーダイオード、LED素子等が上げられる。
図19は容量性負荷の駆動回路の回路図を示している。
上記に実施例1及び2によれば、半導体光増幅器型ゲートスイッチと容量性負荷の駆動時の立ち下がり時(OFF時)のリンギングを抑圧できる。したがって、半導体光増幅器型ゲートスイッチと容量性負荷を高速でスイッチングする回路を低消費電力化(低電圧化)することができる。
901 半導体光増幅器型ゲートスイッチ(半導体光増幅器)
902 帰還抵抗
903 マイナス電源
904 プラス電源
905 インダクタ(インダクタンス素子)
906 信号源
907 抵抗(抵抗素子)
908 ダイオード(ダイオード素子)
802、803 抵抗(抵抗素子
804 高速オペレーションアンプ
805 接地手段
806 マイナス電源
807 プラス電源
808 マイナス電源
Claims (5)
- 光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該インダクタンス素子と該半導体光増幅器間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を
有することを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。 - 請求項1記載の該半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路において、オペレーションアンプは非反転型増幅を行い、該オペレーションアンプの非反転入力端子には該駆動信号を入力し、該反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗を設け、該ダイオード素子は該半導体光増幅器に対して順方向に接続していることを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。
- 光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力する第1のオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該駆動信号を入力し該駆動信号と反転した電流を出力する第2のオペレーションアンプと、
該第2のオペレーションアンプ出力により該半導体光増幅器から該インダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を
有することを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。 - 内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該インダクタンス素子と該容量性負荷間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を
有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。 - 内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力する第1のオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該駆動信号を入力し該駆動信号と反転した電流を出力する第2のオペレーションアンプと、
該第2のオペレーションアンプ出力により該容量性負荷から該インダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を
有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
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