JP3495150B2 - Light receiving device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送技術に係わ
り、特に光時分割多重化（光ＴＤＭ）された光パルス信
号列を並列電気信号に変換する新しい受光装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical transmission technology, and more particularly to a new light receiving device for converting an optical time division multiplexed (optical TDM) optical pulse signal train into a parallel electric signal.
It

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、半導体レーザ，低損失光ファイ
バ，光ファイバ増幅器，高速集積回路などのオプトエレ
クトロニクス関連技術の発展により、毎秒１０ギガビッ
トという大量の情報を長距離伝送することが可能となっ
た。しかしながら、来るべきマルチメディア時代におい
ては、一般の末端利用者も高精細映像情報など大量の情
報をリアルタイムで利用することになるので、さらに大
容量の情報を伝送できるインフラストラクチャーの構築
が必要となる。2. Description of the Related Art In recent years, the development of optoelectronic-related technologies such as semiconductor lasers, low-loss optical fibers, optical fiber amplifiers, and high-speed integrated circuits has made it possible to transmit a large amount of information of 10 gigabits per second over a long distance. . However, in the coming multimedia age, general end users will also use large amounts of information such as high-definition video information in real time, so it will be necessary to build an infrastructure that can transmit even larger amounts of information. .

【０００３】高速集積回路技術の発展にもかかわらず、
毎秒数十ギガビット以上の情報を処理する電子装置は、
配線遅延の問題，消費電力の問題，製造・実装コストが
非常に高くなるという問題などがあった。このような電
子的に一度に扱えないような大量の情報を光ファイバで
伝達する手段として、光周波数多重化（光ＦＤＭ）技術
と並んで光時分割多重化（光ＴＤＭ）技術が重要とな
る。Despite the development of high speed integrated circuit technology,
Electronic devices that process more than tens of gigabits per second
There were problems such as wiring delay, power consumption, and extremely high manufacturing and mounting costs. Optical time division multiplexing (optical TDM) technology is important as well as optical frequency multiplexing (optical FDM) technology as means for transmitting such a large amount of information that cannot be handled electronically at one time through an optical fiber. .

【０００４】光ＴＤＭ伝送は、変調された複数の短光パ
ルス信号を、時間軸上で光学的に多重化して伝送を行
い、受信側で光学的に分離して受信する技術である。そ
の実現には、短光パルス発生技術，光多重化（マルチプ
レクシング）技術，光分離（デマルチプレクシング）技
術，光同期技術などの確立が必要である。Optical TDM transmission is a technique in which a plurality of modulated short optical pulse signals are optically multiplexed on a time axis for transmission, and are optically separated on the receiving side to receive them. To realize this, it is necessary to establish short optical pulse generation technology, optical multiplexing technology, optical demultiplexing technology, optical synchronization technology, and the like.

【０００５】短光パルス発生技術に関しては、半導体レ
ーザのゲインスイッチング，モードロック半導体レー
ザ，或いは半導体レーザと半導体光変調器を組み合わせ
たソリトン光源などの手段により、既に安定な動作が得
られている。多重化も各光パルス列を所定のタイムスロ
ットに同期させて、光カプラで合波することで、比較的
簡単に実現できる。これに対して、従来の光デマルチプ
レクサは構成が複雑であり、サイズ，効率，価格，安定
性などの点で、まだ実用システムを動作させられるよう
なレベルに至っていない。Regarding the technique of generating short optical pulses, stable operation has already been obtained by means such as gain switching of semiconductor lasers, mode-locked semiconductor lasers, or soliton light sources combining semiconductor lasers and semiconductor optical modulators. Multiplexing can also be realized relatively easily by synchronizing each optical pulse train with a predetermined time slot and multiplexing them by an optical coupler. On the other hand, the conventional optical demultiplexer has a complicated structure, and has not yet reached a level at which a practical system can be operated in terms of size, efficiency, price, and stability.

【０００６】これまでに提案されている光ＴＤＭの光デ
マルチプレクサには様々なものがあるが、おおまかに以
下のように分類できる。 (1) 光ファイバの非線形性（Ｋｅｒｒ効果）を利用する
もの。There are various optical demultiplexers of the optical TDM proposed so far, but they can be roughly classified as follows. (1) Utilizing the nonlinearity (Kerr effect) of an optical fiber.

【０００７】(2) 半導体レーザ増幅器の四光波混合を利
用するもの。 (3) 受動的に分岐したパルス列から特定のスロットをゲ
ートで選択するもの。 以下、それぞれの代表的な例について、簡単に説明す
る。(1) の光ファイバ非線形のスイッチの一例として、
非線形光ループ・ミラー（ＮＯＬＭ）による光デマルチ
プレクシングが知られており、このＮＯＬＭにより１：
１６の光デマルチプレクシングが実現されている（P.A.
Andrekson et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vo
l.4, p.644, 1992 年）。(2) Utilizing four-wave mixing of a semiconductor laser amplifier. (3) A gate selects a specific slot from a passively branched pulse train. Hereinafter, each representative example will be briefly described. As an example of the optical fiber nonlinear switch of (1),
Optical demultiplexing by a non-linear optical loop mirror (NOLM) is known.
16 optical demultiplexers have been realized (PA
Andrekson et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vo
l.4, p.644, 1992).

【０００８】しかし、実用性を考えると、この技術には
以下のような問題がある。まず、ＮＯＬＭは高感度加速
度計となるＳａｇｎａｃ干渉計と同じ構成をしており、
外部の音響振動などの影響を受けやすく、装置設置環境
面での対策が必要である。また、Ｎ：Ｎの光デマルチプ
レクシングを実現するためにはＮＯＬＭを多段に接続す
る必要があるが、光カプラの一方の出力が入射ポートと
同じなので、光サーキュレータのようなものが必要にな
るなど、複雑で大きな構成になってしまう。複数のＮＯ
ＬＭを接続するとなると、ピークパワーの大きな制御パ
ルス光源を多数準備する必要が生じ、その同期も難しく
なる。However, considering practicality, this technique has the following problems. First, the NOLM has the same configuration as the Sagnac interferometer, which is a high-sensitivity accelerometer.
Since it is easily affected by external acoustic vibration, it is necessary to take measures for the environment in which the device is installed. Also, in order to realize N: N optical demultiplexing, it is necessary to connect NOLMs in multiple stages, but since one output of the optical coupler is the same as the incident port, something like an optical circulator is required. It becomes a complicated and big composition. Multiple NO
When the LM is connected, it becomes necessary to prepare a large number of control pulse light sources having a large peak power, and their synchronization becomes difficult.

【０００９】光ファイバの非線形性を用いた光デマルチ
プレクシング技術としては、この他にも光Ｋｅｒｒシャ
ッタ、相互位相変調によりパルス列に異なる周波数シフ
トを与えて回折格子などで分波する方法など、いろいろ
な手法が提案されている。しかし、いずれの場合も、上
記のように複雑な構成になったり、外部からの擾乱の影
響を受けやすかったり、パワーの大きな制御光が必要で
あったり、信号光の偏波変動対策が必要であったりし
て、コンパクトで低コストで安定性のある光デマルチプ
レクサを実現することが困難であった。Other optical demultiplexing techniques using the non-linearity of an optical fiber include various methods such as an optical Kerr shutter and a method of giving different frequency shifts to a pulse train by cross phase modulation and demultiplexing with a diffraction grating. Different methods have been proposed. However, in both cases, the complicated configuration as described above, the susceptibility to external disturbances, the need for high-power control light, and the need for countermeasures for polarization fluctuations of signal light are necessary. However, it was difficult to realize a compact, low-cost, and stable optical demultiplexer.

【００１０】(2) の半導体レーザ増幅器の四光波混合を
利用した一例として、利得飽和状態の偏波無依存性進行
波型半導体レーザ増幅器を用いた光デマルチプレクサが
知られている（R.Ludwing and G.Raybon, European Con
f. on Optical Comm., 1993,Montreux, Switzerland, T
hP 12.2 ）。As an example of using the four-wave mixing of the semiconductor laser amplifier of (2), an optical demultiplexer using a polarization independent traveling wave type semiconductor laser amplifier in a gain saturation state is known (R. Ludwing). and G. Raybon, European Con
f. on Optical Comm., 1993, Montreux, Switzerland, T
hP 12.2).

【００１１】この構成は、先のＮＯＬＭによる光デマル
チプレクサと比較して簡単な構成であり、安定性も改善
されてはいる。それでも、Ｎ：Ｎの光デマルチプレクシ
ングを実現しようとすると、信号光と制御光を分離する
狭帯域フィルタ（或いは光分波器）を介した多段接続が
必要になること、制御光発生や光増幅に必要な消費電力
が大きく効率が悪いこと、同期が大変であることなどが
問題として残る。従って、この方法でも、コンパクトで
低コストで安定性のある光デマルチプレクサを実現する
ことは困難であった。This structure is simpler than the optical demultiplexer based on the NOLM and has improved stability. Nevertheless, in order to realize N: N optical demultiplexing, it is necessary to make a multi-stage connection via a narrow band filter (or an optical demultiplexer) that separates the signal light and the control light. Problems such as large power consumption required for amplification, low efficiency, and difficult synchronization remain. Therefore, even with this method, it is difficult to realize a compact, low-cost, and stable optical demultiplexer.

【００１２】(3) の光ゲート・スイッチを利用した一例
として、半導体電界吸収型（ＥＡ）光変調器を用いた光
デマルチプレクサが知られている（M.Suzuki et al.,
J.Lightwave Technol., Vol.10, p.1912, 1992 年）。As an example of utilizing the optical gate switch of (3), an optical demultiplexer using a semiconductor electro-absorption (EA) optical modulator is known (M. Suzuki et al.,
J. Lightwave Technol., Vol.10, p.1912, 1992).

【００１３】この方法は、構成が簡単で偏波依存性も小
さいが、以下のような問題が存在する。第１に、受動光
カプラでＮ個の分岐に全ての光信号が均等に分けられる
ため、各分岐の光パワーは１／Ｎになってしまう。光ゲ
ートにおいて所定のタイムスロット以外の光信号は吸収
されてしまうので、パワーの利用効率が低い。第２に、
光ゲートのデューティ比を小さくするためには、大きな
バイアス電圧と大きな正弦波振幅が必要であり、ＥＡ変
調器の電源・駆動系のサイズや消費電力が大きくなって
しまう。第３に、ＥＡ変調器に印加する大きな正弦波が
受信後の低レベル信号に影響を与える恐れがあり、電気
的なアイソレーションに工夫がいる。この他、光信号と
電気信号の同期も各分岐毎に調整する必要がある。This method has a simple structure and a small polarization dependence, but has the following problems. First, since the passive optical coupler equally divides all the optical signals into N branches, the optical power of each branch becomes 1 / N. The optical gate absorbs an optical signal other than a predetermined time slot, so that the power utilization efficiency is low. Second,
In order to reduce the duty ratio of the optical gate, a large bias voltage and a large sine wave amplitude are required, which increases the size and power consumption of the power supply / driving system of the EA modulator. Thirdly, a large sine wave applied to the EA modulator may affect the low-level signal after reception, and the electrical isolation is devised. In addition, it is necessary to adjust the synchronization between the optical signal and the electric signal for each branch.

【００１４】この他、(3) の範疇に入る方法として、マ
ッハ・ツェンダ型光変調器で高速の光デマルチプレクシ
ングを実現する方法（例えば、M.Jinno, IEEE Photon.
Technol.Lett., Vol.4, p.641,1992年）、光トリガゲー
トにより光マルチプレクシングを行う方法（例えば、T.
Kamiya et al., CLEO'87 Technical Digest 6, 1987
年）などがある。いずれも、エネルギ利用効率や、ゲー
ト駆動電力などに同様の問題が存在する。従って、(3)
の方法でも、コンパクトで低コストで効率の高い光デマ
ルチプレクサを実現することは困難であった。In addition, as a method within the category of (3), a method of realizing high-speed optical demultiplexing with a Mach-Zehnder type optical modulator (for example, M. Jinno, IEEE Photon.
Technol. Lett., Vol. 4, p. 641, 1992), a method of performing optical multiplexing by an optical trigger gate (eg, T.
Kamiya et al., CLEO'87 Technical Digest 6, 1987
Year) etc. In both cases, there are similar problems in energy utilization efficiency and gate drive power. Therefore, (3)
However, it is difficult to realize a compact, low-cost, high-efficiency optical demultiplexer even with this method.

【００１５】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
光ＴＤＭシステムの光デマルチプレクサは、構成が複雑
で大きかったり、信号光の偏波変動対策が必要であった
り、信号光エネルギ利用効率が悪かったり、駆動信号や
制御光の消費電力が大きかったり、コストや安定性に問
題があったりして、実用的ではないという問題があっ
た。As described above, the conventional optical demultiplexer of the optical TDM system has a complicated and large structure, requires a countermeasure for polarization fluctuation of signal light, and has a high efficiency of utilizing signal light energy. There is a problem that it is not practical because it is bad, the power consumption of the drive signal and the control light is large, and there are problems in cost and stability.

【００１６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、安定性があり効率の高
い光デマルチプレクシング機能をコンパクトでローコス
トに実現し得る受光装置を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light receiving device which is compact and can realize a highly efficient optical demultiplexing function at low cost. Especially.

【００１７】[0017]

【００１８】[0018]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明に係る受光装置（請求項１）は、時系列の信号光パ
ルス列を伝搬する光導波手段と、前記光導波手段に沿っ
て直列に配置され、印加電圧変化によるシュタルク・シ
フトで透過モードと受光モードの切り替えが可能な複数
の光ゲートと、前記複数の光ゲートにより受光される各
スロットを所定の遅延時間で順に並列信号として読み出
す手段と、前記光導波手段と並列に配置された第二の光
導波手段と、前記第二の光導波手段に沿って前記複数の
光ゲートとほぼ同間隔で配置され、それぞれ対応する前
記光ゲートに電気的に接続された複数の光伝導スイッチ
とを具備してなり、前記信号光パルス列に同期してこの
信号光パルス列の伝搬方向とは反対方向に前記第二の光
導波手段を伝搬するトリガ光パルスにより、前記複数の
光伝導スイッチが順次高抵抗状態から低抵抗状態にスイ
ッチされることにより、対応する光ゲートの印加電圧が
変化し、その結果生じるシュタルク・シフトにより光ゲ
ートが順次透過モードから受光モードに切り替わること
を特徴とする。また、本発明に係る受光装置（請求項
２）は、時系列の信号光パルス列を伝搬する光導波手段
と、量子井戸構造を有し、前記光導波手段に沿って直列
に配置され、かつ光シュタルク効果により透過モードと
受光モードの切り替えが可能な複数の光ゲートと、前記
複数の光ゲートにより受光される各スロットを所定の遅
延時間で順に並列信号として読み出す手段とを具備して
なり、前記量子井戸のサブバンド間遷移エネルギに相当
する波長を有し、かつ前記信号光パルス列に同期してこ
の信号光パルス列の伝搬方向とは反対方向に前記光導波
手段を伝搬するトリガ光パルスにより、各光ゲートの吸
収波長にシュタルク・シフトが生じ、その結果各光ゲー
トが順次透過モードから受光モードに切り替わることを
特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, the light receiving device (claim 1) according to the present invention is a time-series signal light pattern.
Optical waveguide means for propagating the loose train, and along the optical waveguide means
Are placed in series, and the Stark sig
Multiple switches that can switch between transparent mode and light receiving mode
Optical gates and the light received by the plurality of optical gates.
Read slots as parallel signals in order with a predetermined delay time
Means and a second light arranged in parallel with the light guiding means.
Waveguide means and a plurality of the plurality of optical waveguides along the second optical waveguide means.
It is arranged at approximately the same distance as the optical gate, and before each corresponding
Multiple photoconductive switches electrically connected to a storage gate
And is provided in synchronization with the signal light pulse train.
The second light in the direction opposite to the propagation direction of the signal light pulse train.
The trigger light pulse propagating in the waveguide means
The photoconductive switch sequentially switches from the high resistance state to the low resistance state.
The voltage applied to the corresponding optical gate is
The resulting Stark shift changes the light
Switch sequentially from transmissive mode to light receiving mode
Is characterized by. Further, a light receiving device according to the present invention (claims
2) is an optical waveguide means for propagating a time-series signal light pulse train
And has a quantum well structure and is connected in series along the optical waveguide means.
And the transmission mode due to the optical Stark effect.
A plurality of optical gates capable of switching the light receiving mode,
Each slot received by multiple optical gates is
And a means for reading out as parallel signals in sequence at the extended time.
Corresponding to the intersubband transition energy of the quantum well
Has a wavelength to be synchronized with the signal light pulse train.
The optical waveguide in the direction opposite to the propagation direction of the signal light pulse train of
A trigger light pulse propagating through the means absorbs each optical gate.
A Stark shift occurs in the wavelength of the collected light, resulting in each optical game.
Switch from transmission mode to light reception mode in sequence.
Characterize.

【００１９】[0019]

【００２０】 本発明の好ましい実施形態として、以下
のものがあげられる。 (1) 光導波手段の先端に、同期信号検出用の半導体光検
出器が配置されていること。(2) 複数の単位半導体受光装置と高速光スイッチからな
り、該高速光スイッチにより、各単位半導体受光装置で
受光されるひとまとまりの光パルス信号群が、各単位半
導体受光装置に振り分けられるようになっていること。As a preferred embodiment of the present invention,
I can give you one. (1) A semiconductor photodetector for detecting a synchronization signal is arranged at the tip of the optical waveguide means. (2) A plurality of unit semiconductor light receiving devices and a high-speed optical switch, so that a group of optical pulse signals received by each unit semiconductor light receiving device can be distributed to each unit semiconductor light receiving device by the high-speed optical switch. That has become.

【００２１】(3) 光導波手段が光ゲートと同一の量子井
戸構造から形成されており、光ゲート以外の部分は外部
電界がほとんどかからないように形成されていること。(4) 量子井戸からのキャリアの引き出し速度を速めるた
めの手段が形成されていること。なお、光ゲートの応答
速度に関しては、光ゲートのキャリア走行時間、光ゲー
トの静電容量や外部の回路構成などを考慮した設計が必
要なことはいうまでもない。(5) トリガ光パルスは、各光ゲートを対応する信号光パ
ルスが通過する時間幅に渡ってその光ゲートを受光モー
ドに維持できるだけの幅および強度を有していること。(6) トリガ光パルスは、ＴＭモードで光導波路を伝搬す
ること。(7) 信号光パルス列のパワーは、顕著な光シュタルク効
果を起こさない程度に抑えられていること。(8) 光ゲートの信号光パルス列に対する受光感度の偏波
依存性が小さいこと。光導波路も伝搬損失や外部との結
合効率に偏波依存性がないことが望ましい。(9) 光ゲートに接続された外部回路が適切な閾値特性を
有していること。(10) 大部分ないし全ての構成要素が半導体基板上に集
積化されていること。特に、各光ゲートと前記光導波手
段が１枚の基板上に集積化されていること。(11) 各光ゲートは所定の光路長間隔で配置された異な
る基板に形成されており、信号光パルス列はこの基板を
横切るように伝搬すること。 (3) The optical waveguide means is formed of the same quantum well structure as the optical gate, and the portion other than the optical gate is formed so that an external electric field is hardly applied. (4) A means for increasing the speed of extracting carriers from the quantum well is formed. Needless to say, the response speed of the optical gate needs to be designed in consideration of the carrier transit time of the optical gate, the capacitance of the optical gate, the external circuit configuration, and the like. (5) The trigger light pulse must have a width and intensity that can maintain the light gate in the light receiving mode over the time width in which the corresponding signal light pulse passes through each light gate. (6) The trigger light pulse must propagate through the optical waveguide in TM mode. (7) The power of the signal light pulse train must be suppressed to a level that does not cause a remarkable optical Stark effect. (8) The polarization dependency of the photosensitivity of the optical gate to the signal light pulse train is small. It is desirable that the optical waveguide also has no polarization dependence in propagation loss or coupling efficiency with the outside. (9) The external circuit connected to the optical gate has appropriate threshold characteristics. (10) Most or all of the components are integrated on a semiconductor substrate. In particular, each optical gate and the optical waveguide means are integrated on one substrate. (11) Each optical gate is formed on a different substrate arranged at a predetermined optical path length interval, and the signal light pulse train propagates across this substrate.

【００２２】[0022]

【００２３】[0023]

【００２４】[0024]

【００２５】[0025]

【００２６】次に、本発明の作用を説明する。本発明の
受光装置においては、信号光パルス列が光導波手段から
光ゲートに入力される。光ゲートは最初透過モードにあ
るが、トリガ光パルスが入射すると受光モードに切り替
えられる。受光モードに切り替えられた光ゲートは、信
号光パルスがあればその光を吸収し電気信号を発生す
る。この結果、各光ゲートは、トリガ光パルスに同期し
た任意のタイムスロットの信号光パルスの有無を電気的
に検出できる。Next, the operation of the present invention will be described. In the light receiving device of the present invention, the signal light pulse train is input to the optical gate from the optical waveguide means. The optical gate is initially in the transmissive mode but is switched to the light receiving mode when a trigger light pulse is incident. If there is a signal light pulse, the optical gate switched to the light receiving mode absorbs the light and generates an electric signal. As a result, each optical gate can electrically detect the presence or absence of a signal light pulse in an arbitrary time slot synchronized with the trigger light pulse.

【００２７】光導波手段の挿入配置された光ゲートがＮ
個あり、トリガ光パルスが各光ゲートごとに異なるタイ
ムスロットの信号光パルスに同期するように入射されれ
ば、Ｎ個のタイム・スロットからなる時系列信号光パル
スをＮ個の光ゲートで並列電気信号として読み出すこと
ができる。すなわち、光導波手段上の時系列光ＴＤＭ信
号の１：Ｎデマルチプレクシングが行われる。このと
き、出力電気信号１チャンネルの信号レートは、元の光
信号の信号レートの１／Ｎになる。もちろん、Ｎスロッ
トのうちいくつかを制御スロットや冗長スロットに当て
ても構わない。この場合、出力電気信号１チャンネルの
信号レートは、元の光信号の信号レートの１／Ｎより遅
くなる。The optical gate in which the optical waveguide means is arranged is N
If the trigger light pulse is incident so as to be synchronized with the signal light pulse of a different time slot for each optical gate, the time-series signal light pulse consisting of N time slots is paralleled by the N light gates. It can be read out as an electric signal. That is, 1: N demultiplexing of the time series optical TDM signal on the optical waveguide means is performed. At this time, the signal rate of one channel of the output electric signal becomes 1 / N of the signal rate of the original optical signal. Of course, some of the N slots may be assigned to control slots or redundant slots. In this case, the signal rate of one channel of the output electric signal becomes slower than 1 / N of the signal rate of the original optical signal.

【００２８】トリガ光パルスが信号光パルスの所定の信
号に同期して一つの光源から発生するようにすれば、光
源からモード切り替え手段までの光路長を適切に設定し
ておくことで、各ゲートの同期を正確にとることが容易
になる。トリガ光パルスは各光ゲートのモード切り替え
手段に分配してもよいし、一つのトリガ光パルスが伝搬
しながら順次各光ゲートのモード切り替えを行うように
してもよい。If the trigger light pulse is generated from one light source in synchronism with a predetermined signal of the signal light pulse, the optical path length from the light source to the mode switching means is set appropriately so that each gate It becomes easy to accurately synchronize. The trigger light pulse may be distributed to the mode switching means of each optical gate, or the mode of each optical gate may be sequentially switched while one trigger light pulse propagates.

【００２９】光ゲートの透過／受光モードを切り替える
第一の方法は、印加電界による吸収端波長のシュタルク
シフト、すなわち電界吸収効果の利用である。光ゲート
に電界吸収効果を用いた場合、光ゲート（電界吸収領
域）は印加された電圧の大きさにより、光パルス信号に
対する吸収係数が大きく変化する。光トリガ・スイッチ
により半導体電界吸収領域に印加される電圧を高速に変
化させることで、半導体電界吸収領域を透明な透過モー
ドにしたり吸収係数の大きな受光モードにしたりするこ
とができる。従って、半導体電界吸収領域毎に異なるス
ロットの光パルスに同期するように配置とモード切り替
え手段（光トリガ・スイッチ）の切り替えタイミングを
調整しておけば、各半導体電界吸収領域には、それぞれ
対応するスロットの光パルスの有無にしたがって、光電
流が流れたり流れなかったりする。このようにして発生
した電気信号を並列に読み出すことで、光ＴＤＭ信号の
デマルチプレクシングが行われる。The first method of switching the transmission / reception mode of the optical gate is to use the Stark shift of the absorption edge wavelength by the applied electric field, that is, the electroabsorption effect. When the electro-absorption effect is used for the optical gate, the optical gate (electro-absorption region) has a large change in absorption coefficient for the optical pulse signal depending on the magnitude of the applied voltage. By rapidly changing the voltage applied to the semiconductor electro-absorption region by the optical trigger switch, the semiconductor electro-absorption region can be set to the transparent transmission mode or the light-receiving mode having a large absorption coefficient. Therefore, if the arrangement and the switching timing of the mode switching means (optical trigger switch) are adjusted so as to be synchronized with the optical pulse of the different slot for each semiconductor electro-absorption region, each semiconductor electro-absorption region will correspond to each. Depending on the presence or absence of the optical pulse in the slot, the photocurrent may or may not flow. By reading the electrical signals generated in this way in parallel, demultiplexing of the optical TDM signal is performed.

【００３０】光ゲートにかかる電圧を切り替える手段
（光トリガ・スイッチ）として、光ゲートに電気的に接
続された光伝導スイッチを用いることができる。光伝導
スイッチにトリガ光パルスが入射されると、光吸収で発
生したキャリアにより光伝導スイッチの抵抗が急激に低
下し、電気的に接続された光ゲートに印加される電圧が
変化する。As a means for switching the voltage applied to the optical gate (optical trigger switch), a photoconductive switch electrically connected to the optical gate can be used. When a trigger light pulse is incident on the photoconductive switch, the resistance of the photoconductive switch sharply decreases due to the carriers generated by light absorption, and the voltage applied to the electrically connected photogate changes.

【００３１】特定のスロットの光パルスのみを受信する
ためには、半導体電界吸収領域の透過モードから受光モ
ードへのスイッチング時間が信号光パルス周期よりも短
い必要がある。しかし、受光モードから透過モードへの
スイッチング時間は必ずしも信号光パルス周期より短い
必要はない。ある光パルスを検知するために受光モード
にスイッチされた半導体電界吸収領域には、後続の光パ
ルスが他の半導体電界吸収領域で吸収されて到達しない
ようにできるからである。In order to receive only the light pulse of a specific slot, the switching time from the transmission mode to the light reception mode of the semiconductor electroabsorption region needs to be shorter than the signal light pulse period. However, the switching time from the light receiving mode to the transmission mode does not necessarily need to be shorter than the signal light pulse period. This is because it is possible to prevent a subsequent optical pulse from being absorbed by another semiconductor electro-absorption region and reaching the semiconductor electro-absorption region that is switched to the light receiving mode to detect a certain light pulse.

【００３２】電界吸収効果自体は非常に高速であるが、
電界吸収領域に印加される電圧のスイッチング時間は、
電界吸収領域の充放電時間により制限される。電界吸収
領域の容量は０．１ｐＦ程度にすることができるが、ボ
ンディング・ワイヤや５０Ω終端抵抗などがあるとＬＣ
時定数やＲＣ時定数が大きくなるので、高速応答を実現
できない。これに対して、電圧源と光トリガ・スイッチ
を半導体電界吸収領域の間に近接配置しておけば、パル
ス・トリガ光により半導体電界吸収領域にかかる電圧を
急激に変化させ、透過モードから受光モードにスイッチ
することが可能となる。The electric field absorption effect itself is very fast,
The switching time of the voltage applied to the electric field absorption region is
Limited by the charging / discharging time of the electric field absorption region. The capacitance of the electric field absorption region can be set to about 0.1 pF, but if there is a bonding wire or 50Ω termination resistance, LC
Since the time constant and RC time constant become large, high-speed response cannot be realized. On the other hand, if the voltage source and the optical trigger switch are placed close to the semiconductor electro-absorption region, the voltage applied to the semiconductor electro-absorption region is rapidly changed by the pulse trigger light and the transmission mode changes to the reception mode. It is possible to switch to.

【００３３】すべての半導体電界吸収領域が同時に受光
モードにスイッチされる場合は、その瞬間に光導波手段
上にあった光パルス・パターンが読み出される。しか
し、各半導体電界吸収領域は必ずしも同時にスイッチさ
れる必要はなく、所定の遅延時間で次々とスイッチされ
るようにしてもよい。この場合、同一のパルス光源から
発生した同一のパルスを分岐したり、逐次利用したりす
ることで、各半導体電界吸収領域のスイッチされる遅延
時間間隔を正確に定めることが可能となる。When all the semiconductor electroabsorption regions are simultaneously switched to the light receiving mode, the optical pulse pattern existing on the optical waveguide means at that moment is read out. However, the semiconductor electric field absorption regions do not necessarily have to be switched at the same time, and may be switched one after another with a predetermined delay time. In this case, by branching or sequentially using the same pulse generated from the same pulse light source, it is possible to accurately determine the delay time interval to be switched in each semiconductor electroabsorption region.

【００３４】より具体的には、光導波手段（第１の光導
波路）とほぼ平行に配置された第２の光導波路に信号光
に同期したトリガ光パルスを信号光とは反対方向から伝
搬させ、このトリガ光パルスにより前記光トリガ・スイ
ッチを逐次オンしていくようにすれば、上記のような機
能が実現される。この場合の半導体電界吸収領域の配置
周期は、すべての半導体電界吸収領域を同時にオンする
場合の半分にでき、素子全長を短くすることができる。More specifically, the trigger light pulse synchronized with the signal light is propagated from the opposite direction to the signal light through the second optical waveguide arranged substantially parallel to the optical waveguide means (first optical waveguide). If the optical trigger switch is sequentially turned on by this trigger light pulse, the above function is realized. In this case, the arrangement period of the semiconductor electro-absorption regions can be halved as compared with the case where all the semiconductor electro-absorption regions are turned on at the same time, and the total length of the device can be shortened.

【００３５】本発明の受光装置ではトリガ光パルスを信
号光パルス列に正確に同期する必要がある。第１の光導
波路の先端に同期信号検出用の光検出器が配置されてい
れば、その出力を利用してトリガ光パルスのタイミング
を正確に合わせることができる。In the light receiving device of the present invention, it is necessary to accurately synchronize the trigger light pulse with the signal light pulse train. If the photodetector for detecting the synchronization signal is arranged at the tip of the first optical waveguide, the output of the photodetector can be used to accurately match the timing of the trigger light pulse.

【００３６】上記の受光装置で受信できるパルスの数
は、第１の光導波路に並べられた半導体電界吸収領域の
数により制限される。実際には、寸法、導波路の損失や
分散、トリガ光パルスの減衰などの制約で、受光装置の
規模には制限がある。半導体電界吸収領域が受光モード
から透過モードへ回復する時間が短い場合はこの受光装
置を繰り返し使用することで長いパルス列も受信できる
が、この時間が長い場合には連続して到達する長いパル
ス列を受信することができない。しかし、この受光装置
を複数用意して高速光スイッチで切り替えて使用すれ
ば、この問題を解決できる。The number of pulses that can be received by the above light receiving device is limited by the number of semiconductor electro-absorption regions arranged in the first optical waveguide. Actually, the size of the light receiving device is limited due to constraints such as size, waveguide loss and dispersion, and attenuation of trigger light pulse. If the time it takes for the semiconductor electro-absorption region to recover from the light reception mode to the transmission mode is short, long pulse trains can be received by repeatedly using this light receiving device, but if this time is long, long pulse trains that arrive continuously are received. Can not do it. However, this problem can be solved by preparing a plurality of the light receiving devices and using them by switching with a high-speed optical switch.

【００３７】光ゲートの透過／受光モードを切り替える
第二の方法は、光シュタルク効果の利用である。すなわ
ち強いトリガ光パルスにより、半導体の吸収端波長をシ
フトさせることで、受光モードと透過モードを切り替え
ることができる。The second method for switching the transmission / reception mode of the optical gate is to use the optical Stark effect. That is, the light receiving mode and the transmission mode can be switched by shifting the absorption edge wavelength of the semiconductor with a strong trigger light pulse.

【００３８】光ゲートを半導体量子井戸構造を有する光
導波路で構成し、量子井戸構造のバンド間励起子吸収端
波長をトリガ光パルスがない状態で信号光波長のやや短
波長側に設定し、トリガ光パルスの波長をこの量子井戸
のサブバンド間遷移エネルギに相当する波長に共鳴させ
ることで、大きな光シュタルク・シフトを実現すること
ができる。The optical gate is composed of an optical waveguide having a semiconductor quantum well structure, and the interband exciton absorption edge wavelength of the quantum well structure is set to a slightly shorter wavelength side of the signal light wavelength in the absence of the trigger light pulse to trigger. A large optical Stark shift can be realized by resonating the wavelength of the optical pulse with the wavelength corresponding to the intersubband transition energy of the quantum well.

【００３９】量子井戸にキャリアがほとんどない状態で
はサブバンド間吸収の基底状態が空なので、光ゲートは
トリガ光パルスを吸収しない。それにもかかわらず、ト
リガ光が強い場合には、電磁場と物質のコヒーレントな
相互作用により共鳴エネルギの***（Ｒａｂｉ***）が
生じる（例えば、P.J. Harshman et al., IEEE Journal
of Quantum Electronics, vol.30, no.10, pp.2297-23
03, 1994年10月）。今、トリガ光パルスの電界強度をＥ
t 、サブバンド間遷移の双極子モーメントをμ_t 、プラ
ンク定数をｈとするとき、Ｒａｂｉ周波数Ωは２πμ_t
Ｅ_t ／ｈで与えられる。トリガ光がない状態の共鳴エネ
ルギをＥ₀ とすると、強いトリガ光がある場合の共鳴エ
ネルギはＥ₀ ＋ｈΩ／（２π）とＥ₀ −ｈΩ／（２π）
の二つに***する。したがって、トリガ光がない状態の
吸収端波長をλ₀ とすると、トリガ光がある場合の吸収
端波長は、 λ₀ ´＝λ₀ ／｛１−（Ωλ₀ ）／（２πｃ）｝ …（１） となる。ここでｃは光速である。この結果、強いトリガ
光パルスが存在すると吸収端波長は長波長側にシフトし
（光シュタルク効果）、信号光波長の吸収係数が増大す
る。例えば、文献（S.Noda et al., Fifth Optoelectro
nics Conference(OEC'94), Technical Digest, p.92）
によれば、この効果を光変調に利用できることが記され
ている。本発明では、この効果を光ゲートの透過モード
と受光モードの切り替えに利用している。Since the ground state of intersubband absorption is empty when there are few carriers in the quantum well, the optical gate does not absorb the trigger light pulse. Nevertheless, when the trigger light is strong, the coherent interaction between the electromagnetic field and the substance causes the splitting of resonance energy (Rabi splitting) (eg, PJ Harshman et al., IEEE Journal).
of Quantum Electronics, vol.30, no.10, pp.2297-23
03, October 1994). Now, let E be the electric field strength of the trigger light pulse.
Rabi frequency Ω is 2πμ _t, where _t is the dipole moment of the intersubband transition and μ _{t is} the Planck's constant.
It is given by E _t / h. When the resonance energy in the absence of trigger light is E ₀ , the resonance energy in the presence of strong trigger light is E ₀ + hΩ / (2π) and E ₀ −hΩ / (2π).
Split into two. Therefore, when the absorption edge wavelength of the absence trigger light and lambda _0, the absorption edge wavelength in the case where there is a trigger _{light, λ 0 '= λ 0 /} {1- (Ωλ 0) / (2πc)} ... (1 ). Here, c is the speed of light. As a result, when a strong trigger light pulse exists, the absorption edge wavelength shifts to the long wavelength side (optical Stark effect), and the absorption coefficient of the signal light wavelength increases. For example, in the literature (S.Noda et al., Fifth Optoelectro
nics Conference (OEC'94), Technical Digest, p.92)
According to the document, this effect can be used for light modulation. In the present invention, this effect is used for switching the transmission mode and the light reception mode of the optical gate.

【００４０】サブバンド間遷移エネルギ相当の波長とト
リガ光波長が完全に一致していない場合はシフト量は上
記の値から若干ずれるが、光シュタルク・シフトは生じ
る。したがって、サブバンド間遷移波長とトリガ光波長
は、おおむね共鳴していれば必ずしも完全に一致してい
なくてもよい。When the wavelength corresponding to the transition energy between sub-bands and the trigger light wavelength do not completely match, the shift amount deviates slightly from the above value, but the optical Stark shift occurs. Therefore, the inter-subband transition wavelength and the trigger light wavelength do not necessarily have to be completely the same as long as they are substantially resonant.

【００４１】各光ゲートが特定のスロットの信号光パル
スのみを受信するためには、光ゲートのモード切り替え
時間が信号光パルスの周期よりも短い必要がある。光シ
ュタルク効果は極めて高速な現象なので、光ゲートは強
いトリガ光パルスが入射するとほぼ瞬時に受光モードに
変化し、トリガ光パルスが通り過ぎると瞬時に透過モー
ドに復帰する。もし、後続のパルスが前の光ゲートで完
全に吸収しきれなくても、それまでに光ゲートが透過モ
ードに復帰していれば、パルス間の干渉は生じない。In order for each optical gate to receive only the signal light pulse of a specific slot, the mode switching time of the light gate needs to be shorter than the cycle of the signal light pulse. Since the optical Stark effect is an extremely high-speed phenomenon, the optical gate changes to the light receiving mode almost instantly when a strong trigger light pulse is incident, and immediately returns to the transmissive mode when the trigger light pulse passes. If the subsequent pulse cannot be completely absorbed by the previous optical gate, if the optical gate has returned to the transmission mode by that time, no interpulse interference occurs.

【００４２】光ゲートに電界を印加すると、量子閉じ込
めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）により吸収端波長が長波
長側にシフトするので、信号光波長と吸収端波長の微調
整ができる。また、量子井戸層を電界で空乏化させるこ
とで、トリガ光パルスに対するサブバンド間吸収を防止
できる。電界印加は、フォトキャリアの高速・高効率な
引き出しにも有効である。When an electric field is applied to the optical gate, the absorption edge wavelength shifts to the long wavelength side due to the quantum confined Stark effect (QCSE), so that the signal light wavelength and the absorption edge wavelength can be finely adjusted. Further, by depleting the quantum well layer with an electric field, it is possible to prevent intersubband absorption for the trigger light pulse. Application of an electric field is also effective for high-speed and high-efficiency extraction of photocarriers.

【００４３】光導波路の全てを光ゲートと同一構造の量
子井戸で構成しても構わない。電界が印加されない光ゲ
ート以外の部分は吸収端波長が十分短いため、トリガ光
パルスによる光シュタルク効果が生じても信号光パルス
に対して吸収係数を小さく保つことができる。例えば、
光ゲート間の上部クラッドを半絶縁性半導体層で形成す
れば、光ゲート間を電気的に絶縁できる。このようにす
ることで、作製工程を簡単化でき、製造コストや歩留ま
りを改善することができる。All of the optical waveguides may be composed of quantum wells having the same structure as the optical gate. Since the absorption edge wavelength is sufficiently short in portions other than the optical gate to which no electric field is applied, the absorption coefficient can be kept small for the signal light pulse even if the optical Stark effect due to the trigger light pulse occurs. For example,
If the upper clad between the optical gates is formed of a semi-insulating semiconductor layer, the optical gates can be electrically insulated. By doing so, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost and the yield can be improved.

【００４４】なお、マスク選択成長技術を利用すれば、
一回のエピタキシャル成長で量子井戸の組成や井戸厚を
場所により変えることができるので、光ゲートとそれ以
外の光導波路で吸収端波長やサブバンド間遷移共鳴波長
を変化させることも可能である。If the mask selective growth technique is used,
Since the composition of the quantum well and the thickness of the well can be changed depending on the location by one-time epitaxial growth, it is also possible to change the absorption edge wavelength and the intersubband transition resonance wavelength in the optical gate and the other optical waveguide.

【００４５】トリガ光パルスが通り過ぎて受光モードか
ら透過モードへ切り替えられても、内部に発生したキャ
リアが残っている間は受光動作は完結しない。本発明の
受光装置において、光ゲートの数Ｎに相当する一連の信
号光パルス列（Ｎタイムスロット）を受光した後、すぐ
次の一連の信号光パルス列を受光できるようにするため
には、Ｎタイムスロットの内に受光動作が完結している
必要がある。Even if the trigger light pulse passes and the light reception mode is switched to the transmission mode, the light reception operation is not completed while the internally generated carriers remain. In the light receiving device of the present invention, after receiving a series of signal light pulse trains (N time slots) corresponding to the number N of optical gates, it is necessary to receive the next series of signal light pulse trains N times. The light receiving operation must be completed within the slot.

【００４６】キャリアを光ゲートから高速に引き出すた
めには、十分な電界によるキャリア引き出しのほか、量
子井戸にキャリアがパイルアップするのを防止する手段
が設けられていることが好ましい。一般的に、中間組成
層を挿入するなどして障壁を低くしたり、井戸間のトン
ネリングが起きやすいようにしておけば、特定の井戸や
ヘテロ障壁にキャリアが滞留する時間を極めて短くでき
ることが知られている。In order to extract the carriers from the optical gate at a high speed, it is preferable to provide a means for preventing the carriers from being piled up in the quantum well in addition to the carrier extraction by a sufficient electric field. Generally, it is known that the retention time of carriers in a specific well or hetero barrier can be extremely shortened by lowering the barrier by inserting an intermediate composition layer or by making tunneling between wells easier. Has been.

【００４７】周知のとおり、静電容量を減らすには光ゲ
ート長を短めに、空乏層は厚めにするのが好ましく、キ
ャリア走行時間を短くするためには空乏層は薄い方がよ
い。光ゲートは、光閉じ込め係数（量子井戸と信号光の
伝搬モードの重なり）を大きくすることで一つの信号光
パルスを吸収するのに必要な長さを短くできる。これら
を考慮した最適構造設計手法は、従来の導波型受光素子
と基本的に同じである。As is well known, it is preferable to shorten the optical gate length and thicken the depletion layer in order to reduce the electrostatic capacitance, and it is preferable to thin the depletion layer in order to shorten the carrier transit time. The optical gate can shorten the length required for absorbing one signal light pulse by increasing the optical confinement coefficient (overlap of the quantum well and the propagation mode of the signal light). The optimum structure designing method considering these is basically the same as that of the conventional waveguide type light receiving element.

【００４８】トリガ光パルスが十分な幅と強度を有して
いれば、光ゲートを信号光パルスが通過する時間幅に渡
ってその光ゲートを受光モードに維持することができ
る。なお、受光モードでキャリアが発生するとトリガ光
パルスのサブバンド間吸収が生じるため、トリガ光パル
スは信号光パルスのパターンに依存して若干減衰する。
安定した動作を実現するためには、このことを考慮した
余裕が必要である。If the trigger light pulse has a sufficient width and intensity, the light gate can be maintained in the light receiving mode for the time width of the signal light pulse passing through the light gate. It should be noted that when carriers are generated in the light receiving mode, inter-subband absorption of the trigger light pulse occurs, so that the trigger light pulse is slightly attenuated depending on the pattern of the signal light pulse.
In order to realize stable operation, it is necessary to allow for this.

【００４９】一般に使われる閃亜鉛鉱型半導体のΓ点サ
ブバンド間遷移はＴＭモードに対してのみ許容なので、
トリガ光パルスは光導波路をＴＭモードで伝搬させるよ
うにすることで、サブバンド間遷移との共鳴を実現でき
る。Since the Γ-point intersubband transition of the commonly used zinc blende type semiconductor is allowed only for the TM mode,
Resonance with the intersubband transition can be realized by causing the trigger light pulse to propagate through the optical waveguide in the TM mode.

【００５０】信号光パルス強度がそれほど大きくなけれ
ば、信号光パルス自体が光ゲートのモード切り替えに影
響を与えることはない。光ファイバを伝送されてくる信
号光パルスの偏波状態は変動する場合が多い。光ゲート
の信号光パルス列に対する受光感度の偏波依存性が小さ
ければ、偏波状態にかかわらず安定した電気出力を得る
ことができる。例えば、量子井戸構造に伸張歪量子井戸
層を採用することで、ＴＥモードの光に対してもＴＭモ
ードの光に対しても、受光感度の差を小さくすることが
可能である。If the signal light pulse intensity is not so large, the signal light pulse itself does not affect the mode switching of the optical gate. The polarization state of a signal light pulse transmitted through an optical fiber often changes. If the polarization dependence of the photosensitivity for the signal light pulse train of the optical gate is small, a stable electric output can be obtained regardless of the polarization state. For example, by adopting a tensile strained quantum well layer in the quantum well structure, it is possible to reduce the difference in light receiving sensitivity for both TE mode light and TM mode light.

【００５１】トリガ光強度による吸収係数のばらつきや
信号光偏波状態などに起因して光電流出力に若干のばら
つきがあっても、光ゲートに接続された外部回路が適切
な閾値特性を有していれば、外部電気出力レベルを一定
範囲に安定化することができる。Even if there is some variation in photocurrent output due to variations in absorption coefficient due to trigger light intensity and signal light polarization state, the external circuit connected to the optical gate has an appropriate threshold characteristic. If so, the external electric output level can be stabilized within a certain range.

【００５２】[0052]

【００５３】[0053]

【００５４】[0054]

【００５５】[0055]

【００５６】[0056]

【００５７】[0057]

【００５８】[0058]

【００５９】[0059]

【００６０】[0060]

【００６１】[0061]

【００６２】[0062]

【００６３】[0063]

【発明の実施の形態】まず、発明の実施の形態を説明す
る前に、本発明の基本構成について説明する。図１は、
本発明に係わる受光装置を示すブロック図である。本発
明の受光装置は、光ＴＤＭ伝送システムのデマルチプレ
クシング動作を、純粋な光領域でも純粋な電気領域でも
なく、光電変換部である受光素子列で行うものである。
特に、光導波路２を伝わる時間的な、従って空間的なパ
ルス配置を、透過モードと吸収・受光モードをスイッチ
できる複数の光ゲート４を用いることで、そのまま並列
に読み出すことを特徴とするものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the basic structure of the present invention will be described before describing the embodiments of the present invention. Figure 1
It is a block diagram which shows the light-receiving device concerning this invention. The light receiving device of the present invention performs the demultiplexing operation of the optical TDM transmission system in the light receiving element array which is the photoelectric conversion unit, not in the pure optical region or the pure electric region.
In particular, the temporal and therefore spatial pulse arrangement transmitted through the optical waveguide 2 can be read in parallel as it is by using a plurality of optical gates 4 capable of switching between a transmission mode and an absorption / light reception mode. is there.

【００６４】このような意味で、本発明の受光装置は、
全く新しいタイプの光デマルチプレクサということもで
きる。光ゲート４は、モード切替用のトリガ光パルスに
より透過モードから吸収・受光モードに切り替えられ
る。同期光パルスの入射するタイミングを適切に設定し
ておくことで、それぞれの光ゲートがそれぞれの所定光
信号スロットの入射する直前に吸収・受光モードに切り
替わるようにできる。In this sense, the light receiving device of the present invention is
It can be said that it is a completely new type of optical demultiplexer. The optical gate 4 is switched from the transmission mode to the absorption / light reception mode by a trigger light pulse for mode switching. By appropriately setting the timing of incidence of the synchronous optical pulse, each optical gate can be switched to the absorption / reception mode immediately before the incidence of each predetermined optical signal slot.

【００６５】読出し回路９は、光ゲート４で受光した特
定スロットの出力信号を、後の処理に適した形の電気信
号として出力する。即ち、並列電気信号として出力する
ことで、デマルチプレクシング動作が実現される。さら
に、この並列電気信号を、最初の光信号より低速レート
の直列信号に変換してから読み出してもよい。The read circuit 9 outputs the output signal of the specific slot received by the optical gate 4 as an electric signal of a form suitable for the subsequent processing. That is, the demultiplexing operation is realized by outputting as a parallel electric signal. Further, this parallel electrical signal may be read after being converted into a serial signal having a slower rate than the first optical signal.

【００６６】以下、本発明を適用した実施形態について
説明する。 （第１の実施形態）図２は、本発明の第１の実施形態に
係わる受光装置の概略構成を示す図である。 この受光
装置は、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に形成された第１の光
導波路２と、第１の光導波路２と近接し平行して形成さ
れた第２の光導波路３と、第１の光導波路２に沿って約
０．５ｍｍ周期で形成された長さ０．２ｍｍの歪ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸からなる電界吸収領
域４が１０個と、第２の光導波路３に沿って各電界吸収
領域４と電気的に接続されて形成された光伝導スイッチ
５が１０個と、各光伝導スイッチ５に電気的に接続され
た電源ライン６、電界吸収領域４と接地ライン７との間
に形成された抵抗８（Ｒ_L ）、この抵抗８に生じる所定
パターンの電圧変化を検出した際に所定の電気パルスを
出力する電子回路部９からなる。Embodiments to which the present invention is applied will be described below. (First Embodiment) FIG. 2 is a view showing the schematic arrangement of a light receiving device according to the first embodiment of the present invention. This light receiving device includes a first optical waveguide 2 formed on a semi-insulating InP substrate 1, a second optical waveguide 3 formed close to and in parallel with the first optical waveguide 2, and a first optical waveguide 3. Strained InG having a length of 0.2 mm formed along the optical waveguide 2 at a cycle of about 0.5 mm
10 electro-absorption regions 4 composed of aAsP / InGaAsP quantum wells, 10 photo-conductive switches 5 formed by being electrically connected to the electro-absorption regions 4 along the second optical waveguide 3, and A power supply line 6 electrically connected to the photoconductive switch 5, a resistor 8 ( _RL ) formed between the electric field absorption region 4 and the ground line 7, and a voltage change of a predetermined pattern generated in the resistor 8 were detected. At this time, the electronic circuit section 9 outputs a predetermined electric pulse.

【００６７】第１の光導波路２には光ファイバから波長
１．５５μｍ、１００Ｇｂ／ｓのＲＺ（return-to-zer
o）パルス信号光を入力できるようになっており、第２
の光導波路３には信号光とは逆の側から同期光パルスを
入力できるようになっている。いずれの光導波路２，３
も、入出射端面には反射防止コーティング膜が形成さ
れ、非球面レンズを介して光ファイバと高効率の結合が
実現されている。The first optical waveguide 2 has an RZ (return-to-zer) of 100 Gb / s and a wavelength of 1.55 μm from the optical fiber.
o) The pulse signal light can be input, and the second
A synchronizing light pulse can be input to the optical waveguide 3 from the side opposite to the signal light. Which optical waveguide 2, 3
On the other hand, an antireflection coating film is formed on the entrance and exit end faces, and highly efficient coupling with an optical fiber is realized through an aspherical lens.

【００６８】図３は、第１及び第２の光導波路２，３の
断面構造を模式的に示す図である。半絶縁性ＩｎＰ基板
１上に幅２μｍのメサ状に形成された波長１．２μｍ組
成のアンドープ無歪ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１１と、
その上に形成された半絶縁性ＩｎＰ層１２と、このメサ
の側面を埋め込むポリイミド層１３とにより構成されて
いる。FIG. 3 is a diagram schematically showing the cross-sectional structure of the first and second optical waveguides 2 and 3. An undoped unstrained InGaAsP optical guide layer 11 having a wavelength of 1.2 μm and formed in a mesa shape with a width of 2 μm on the semi-insulating InP substrate 1.
It is composed of a semi-insulating InP layer 12 formed thereon and a polyimide layer 13 filling the side surface of this mesa.

【００６９】図４は、電界吸収領域４と光伝導スイッチ
５の断面構造を模式的に示す図である。電界吸収領域４
は、半絶縁性ＩｎＰ基板１の溝１４の内部に積層された
厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層１５、その上にメサ
状に形成された多重量子井戸層１８、厚さ０．０３μｍ
のアンドープ無歪ＩｎＧａＡｓＰ組成傾斜光ガイド層１
９、ｐ型ＩｎＰクラッド層２０、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰオ
ーミックコンタクト層２１からなる積層構造となってい
る。多重量子井戸層１８は、厚さ１０ｎｍのアンドープ
伸張歪ＩｎＧａＡｓＰ井戸層が１２層と、その間に形成
された厚さ６ｎｍ，波長１．２μｍ組成のアンドープ無
歪ＩｎＧａＡｓＰ層からなる。FIG. 4 is a diagram schematically showing a sectional structure of the electric field absorption region 4 and the photoconductive switch 5. Electric field absorption region 4
Is a 1 μm thick n-type InP clad layer 15 laminated inside the groove 14 of the semi-insulating InP substrate 1, a mesa-shaped multiple quantum well layer 18 formed thereon, and a thickness of 0.03 μm.
Undoped unstrained InGaAsP composition gradient optical guide layer 1
9, a p-type InP clad layer 20, and a p-type InGaAsP ohmic contact layer 21 have a laminated structure. The multiple quantum well layer 18 is composed of 12 undoped extension strained InGaAsP well layers having a thickness of 10 nm, and an undoped unstrained InGaAsP layer having a thickness of 6 nm and a wavelength of 1.2 μm formed therebetween.

【００７０】メサ幅は２μｍであり、その側面はポリイ
ミド１３で埋め込まれている。ｐ型オーミックコンタク
ト層２１の表面にはオーミック電極２２が形成され、メ
サ部を除く部分でｎ型ＩｎＰクラッド層１５の上にはオ
ーミック電極２３が形成されており、表面の電極の形成
されていない部分は絶縁膜２４で覆われている。電気配
線２５はこの絶縁膜２４上に形成されている。そして、
多層構造１１，１８，１９は第１の光導波路２の一部を
構成している。The mesa width is 2 μm, and the side surface thereof is filled with polyimide 13. An ohmic electrode 22 is formed on the surface of the p-type ohmic contact layer 21, and an ohmic electrode 23 is formed on the n-type InP clad layer 15 except the mesa portion, and no surface electrode is formed. The part is covered with an insulating film 24. The electric wiring 25 is formed on the insulating film 24. And
The multilayer structures 11, 18 and 19 form a part of the first optical waveguide 2.

【００７１】光伝導スイッチ５は、半絶縁性ＩｎＰ基板
１の溝２６の内部に積層されたｎ型ＩｎＰ層２７、その
上にメサ状に形成された厚さ０．０８μｍ、波長１．２
μｍ組成のアンドープ無歪ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１
１、厚さ７ｎｍのアンドープ無歪ＩｎＧａＡｓ光吸収層
２８、厚さ０．０５μｍ、波長１．３μｍ組成のアンド
ープ無歪ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２９、半絶縁性無歪
ＩｎＧａＡｌＡｓ層３０、ｎ型ＩｎＰ層３１からなる積
層構造となっている。The photoconductive switch 5 comprises an n-type InP layer 27 laminated inside the groove 26 of the semi-insulating InP substrate 1, a mesa-shaped thickness of 0.08 μm formed thereon, and a wavelength of 1.2.
Undoped unstrained InGaAsP optical guide layer 1 with μm composition
1. Undoped unstrained InGaAs light absorption layer 28 having a thickness of 7 nm, undoped unstrained InGaAsP light guide layer 29 having a thickness of 0.05 μm and wavelength of 1.3 μm, semi-insulating unstrained InGaAlAs layer 30, n-type InP layer 31. It has a laminated structure consisting of.

【００７２】光ガイド層１１より上部は幅２μｍのメサ
状に加工されており、その側面はポリイミド１３で埋め
込まれている。ｎ型ＩｎＰ層３１の上部にはそれぞれ電
極３３が形成され、メサ部を除く部分でｎ型ＩｎＰ層２
７の上部には電極３２が形成されており、電極のない表
面は絶縁膜２４で覆われている。そして、多層構造１
１，２８，２９は第２の光導波路３の一部を構成してい
る。The upper portion of the light guide layer 11 is processed into a mesa shape having a width of 2 μm, and the side surface thereof is filled with polyimide 13. Electrodes 33 are formed on the n-type InP layer 31 respectively, and the n-type InP layer 2 is formed in the portion excluding the mesa portion.
An electrode 32 is formed on the upper part of 7, and the surface without the electrode is covered with an insulating film 24. And the multilayer structure 1
1, 28 and 29 form a part of the second optical waveguide 3.

【００７３】多重量子井戸層１８はＱＣＳＥ（quantum
confined Stark effect ）により、印加電圧に応じて吸
収スペクトルが変化する。その吸収特性を、図５に示
す。電圧無印加時の励起子吸収波長は約１．４８μｍ、
印加電圧が２Ｖのときの励起子吸収波長は約１．５０μ
ｍ、印加電圧４Ｖのときの励起子吸収波長は約１．５３
μｍである。印加電圧２Ｖ以下では波長１．５５μｍの
信号光を殆ど吸収しないが、印加電圧が４Ｖのときには
第１の光導波路２を伝わってくる信号光はほぼ全て吸収
される。The multiple quantum well layer 18 is formed of QCSE (quantum
The absorption spectrum changes according to the applied voltage due to the confined Stark effect. The absorption characteristics are shown in FIG. The exciton absorption wavelength when no voltage is applied is approximately 1.48 μm,
Exciton absorption wavelength is about 1.50μ when applied voltage is 2V
m, the exciton absorption wavelength at an applied voltage of 4 V is about 1.53
μm. When the applied voltage is 2 V or less, the signal light having a wavelength of 1.55 μm is hardly absorbed, but when the applied voltage is 4 V, almost all the signal light transmitted through the first optical waveguide 2 is absorbed.

【００７４】従って、印加電圧が高くかつ信号光がある
ときのみ光電流が流れ、そうでないときには光電流は流
れない。伸張歪量子井戸を用いているので、ＴＥモード
とＴＭモードの吸収特性の差は小さい。電界吸収領域４
の容量Ｃ_EAは０．３ｐＦ以下である。Therefore, the photocurrent flows only when the applied voltage is high and the signal light is present, and the photocurrent does not flow otherwise. Since the extension strained quantum well is used, the difference in absorption characteristics between TE mode and TM mode is small. Electric field absorption region 4
The capacitance C _EA is less than 0.3 pF.

【００７５】多重量子井戸層１８には印加電圧４Ｖのと
きには約２００ｋＶ／ｃｍの高電界がかかっている。ま
た、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１９は、ｐクラッド層側
で禁制帯幅が広くなるように多段ステップ状に組成が変
化している。従って、この高電界下で光吸収により発生
した正孔は、ヘテロ障壁に捕獲されることなく５０ｐｓ
以内にクラッド層２０まで輸送される。電子は正孔より
一桁程度移動度が大きいので、さらに短い時間のうちに
クラッド層１５まで輸送される。A high electric field of about 200 kV / cm is applied to the multiple quantum well layer 18 at an applied voltage of 4V. Further, the composition of the InGaAsP optical guide layer 19 is changed in a multistep manner so that the band gap is widened on the p-clad layer side. Therefore, holes generated by light absorption under this high electric field are 50 ps without being trapped by the hetero barrier.
It is transported to the clad layer 20 within. Since the electron has a mobility of about one digit higher than that of the hole, the electron is transported to the cladding layer 15 in a shorter time.

【００７６】図６に、光伝導スイッチ５のバンド構造を
示す。ＩｎＧａＡｌＡｓ層３０とＩｎＧａＡｓＰ層２９
の価電子帯端はほぼ一致するように設計されている。こ
こで、端子電圧は３Ｖと仮定している。第２の光導波路
３に同期光が入射していない状態では、多層構造１１，
２８，２９，３０は空乏化しており、約１０ＭΩの高抵
抗状態（ＯＦＦ状態）にある（図６（ａ））。その電気
的な容量Ｃ_PCは０．２ｐＦ以下である。FIG. 6 shows the band structure of the photoconductive switch 5. InGaAlAs layer 30 and InGaAsP layer 29
The valence band edges of are designed so that they almost coincide with each other. Here, the terminal voltage is assumed to be 3V. When the synchronous light is not incident on the second optical waveguide 3, the multilayer structure 11,
28, 29, and 30 are depleted and are in a high resistance state (OFF state) of about 10 MΩ (FIG. 6A). Its electrical capacity C _PC is 0.2 pF or less.

【００７７】第２の光導波路３を同期光パルスが伝わっ
てくると、薄いＩｎＧａＡｓ層２８はその一部を吸収し
て電子・正孔対を発生する。正孔がＩｎＧａＡｌＡｓ層
３０に注入されるとｎ型ＩｎＰ層３１に溜まっている電
子に対するポテンシャルが低下するので、ｎ型ＩｎＰ層
３１から空乏層３０，２９，２８，１１に電子が注入さ
れる。この結果、光伝導スイッチ５は数Ωの低抵抗状態
（ＯＮ状態）にスイッチされ、端子電圧が低下し、電子
電流が流れる（図６（ｂ））。When the synchronous light pulse is transmitted through the second optical waveguide 3, the thin InGaAs layer 28 absorbs a part of it and generates electron-hole pairs. When holes are injected into the InGaAlAs layer 30, the potential with respect to the electrons accumulated in the n-type InP layer 31 decreases, so that electrons are injected from the n-type InP layer 31 into the depletion layers 30, 29, 28 and 11. As a result, the photoconductive switch 5 is switched to a low resistance state (ON state) of several Ω, the terminal voltage drops, and an electron current flows (FIG. 6 (b)).

【００７８】光入射によるＯＮ状態へのスイッチング時
間は約５ｐｓ以下である。光が無くなった後のＯＦＦ状
態へのスイッチング時間は正孔の寿命で制限されるが、
ＩｎＧａＡｌＡｓ層３０へ深い準位を形成する不純物を
ドーピングするなどの方法でキャリア寿命を低減するこ
とで、スイッチング時間を５０ｐｓ程度に短縮すること
ができる。The switching time to the ON state by the incident light is about 5 ps or less. The switching time to the OFF state after the light disappears is limited by the life of holes,
The switching time can be shortened to about 50 ps by reducing the carrier life by a method such as doping the InGaAlAs layer 30 with an impurity that forms a deep level.

【００７９】光伝導スイッチ５の吸収層２８は薄くて光
閉じ込め係数が小さいので、同期光パルスの一部のみが
吸収され、残りの光は第２の光導波路３を次の光伝導ス
イッチ５へと伝搬していく。Since the absorption layer 28 of the photoconductive switch 5 is thin and has a small optical confinement coefficient, only a part of the synchronous light pulse is absorbed and the rest of the light propagates through the second optical waveguide 3 to the next photoconductive switch 5. And propagate.

【００８０】図７は、本発明の第１の実施形態の受光装
置の受光単位、即ち電界吸収領域４と光伝導スイッチ５
と抵抗８（Ｒ_L ）を一つずつ含む単位部分の電気的な等
価回路を示す図である。電源電圧は５Ｖである。FIG. 7 shows a light receiving unit of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention, that is, the electric field absorption region 4 and the photoconductive switch 5.
It is a figure which shows the electrically equivalent circuit of the unit part containing one each and the resistance 8 ( _RL ). The power supply voltage is 5V.

【００８１】第２の光導波路３に光のない状態では、光
伝導スイッチ５の端子間に約３Ｖ、電界吸収領域４の端
子間に約２Ｖの電界がかかっており、電界吸収領域４は
信号光に対して透明状態にある。抵抗Ｒ_L が１０Ωとす
ると、第２の光導波路３に光が入射して５ｐｓ以内に電
界吸収領域４の端子間電圧は４Ｖ以上に増大する。この
状態で第１の光導波路２から電界吸収領域４に信号光パ
ルスが入射すると、ＱＣＳＥによる電界吸収効果により
光電流が流れる。信号光パルス幅は１０ｐｓ以下である
が、光電流はキャリアの掃き出し時間に制限され、５０
ｐｓ程度の間流れ続ける。When there is no light in the second optical waveguide 3, an electric field of about 3 V is applied between the terminals of the photoconductive switch 5 and an electric field of about 2 V is applied between the terminals of the electric field absorption region 4, and the electric field absorption region 4 receives a signal. It is transparent to light. If the resistance R _L is 10Ω, the voltage between the terminals of the electric field absorption region 4 increases to 4 V or more within 5 ps after the light enters the second optical waveguide 3. In this state, when a signal light pulse is incident on the electric field absorption region 4 from the first optical waveguide 2, a photocurrent flows due to the electric field absorption effect of QCSE. The signal light pulse width is 10 ps or less, but the photocurrent is limited to the carrier sweep time,
Continue to flow for about ps.

【００８２】図８は、第２の光導波路３から光伝導スイ
ッチ５に光が入射した際の、電圧波形を示す図である。
図８の実線は第１の光導波路２から電界吸収領域４に信
号光パルスが入射した場合の波形、破線は入射しない場
合の波形を示す。電界吸収領域４に光が来ない場合も光
伝導スイッチ５のＯＮ／ＯＦＦに伴う充放電電流により
大きな電圧変化が生じている。FIG. 8 is a diagram showing a voltage waveform when light is incident on the photoconductive switch 5 from the second optical waveguide 3.
The solid line in FIG. 8 shows the waveform when the signal light pulse is incident on the electric field absorption region 4 from the first optical waveguide 2, and the broken line shows the waveform when it is not incident. Even when light does not reach the electric field absorption region 4, a large voltage change occurs due to the charging / discharging current accompanying the ON / OFF of the photoconductive switch 5.

【００８３】しかし、電界吸収領域４が信号光パルスを
受光するタイミングと電子回路部９が電圧を検出するタ
イミングをうまく設定しておけば、電界吸収による電圧
変化を検出することができる。電子回路部９はこの変化
を検出した際に、所定のタイミングで所定のパルス幅，
電圧の電気パルスを出力することになる。However, if the timing at which the electric field absorption region 4 receives the signal light pulse and the timing at which the electronic circuit section 9 detects the voltage are properly set, the voltage change due to the electric field absorption can be detected. When the electronic circuit unit 9 detects this change, it has a predetermined pulse width at a predetermined timing,
It will output an electrical pulse of voltage.

【００８４】図９は、各受光単位の動作タイミングを示
す図である。信号光パルス列は、最初のスロットから順
にａ，ｂ，ｃ，…，ｊなる１０ｐｓのパルス・スロット
１０個を有しており、信号光パルス幅は５ｐｓ以下であ
る。信号光パルス列はこれら１０個のスロットを一単位
としているが、このパルス列単位が連続してこの受光装
置に到達することはなく、信号光パルス列と次の信号光
パルス列の間は最低１００ｐｓ離れているものとする。FIG. 9 is a diagram showing the operation timing of each light receiving unit. The signal light pulse train has ten 10 ps pulse slots a, b, c, ..., J from the first slot in order, and the signal light pulse width is 5 ps or less. The signal light pulse train has these 10 slots as one unit, but this pulse train unit does not reach the light receiving device continuously, and there is at least 100 ps between the signal light pulse train and the next signal light pulse train. I shall.

【００８５】信号光パルス列は、第１の光導波路２を左
側から右側へ伝搬し、同期パルス光は第２の光導波路３
を右側から左側へ伝搬する。ここで、一番右の受光単位
から一番左の受光単位に向かって、Ａ，Ｂ，Ｃ，…，Ｊ
なる符号をつけるものとする。同期パルス光のパルス幅
は２０ｐｓとする。The signal light pulse train propagates from the left side to the right side in the first optical waveguide 2, and the synchronizing pulse light is in the second optical waveguide 3.
Propagate from right to left. Here, A, B, C, ..., J from the rightmost light receiving unit to the leftmost light receiving unit.
Shall be attached. The pulse width of the synchronous pulse light is 20 ps.

【００８６】信号光パルス時間スロット間隔は１０ｐｓ
であり、光導波路の等価屈折率を３と仮定すると空間的
に１ｍｍ間隔で並んでいることになる。受光単位の間隔
は０．５ｍｍであるから、信号光パルス・スロットａが
受光単位Ａに到達したとき、信号光パルス・スロット
ｂ，ｃ，ｄ，ｅはそれぞれ、受光単位Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉの
位置におり、信号光パルス・スロットｆ〜ｊは、まだ受
光単位には到達していない。Signal light pulse time slot interval is 10 ps
Therefore, assuming that the equivalent refractive index of the optical waveguide is 3, the optical waveguides are spatially arranged at 1 mm intervals. Since the interval between the light receiving units is 0.5 mm, when the signal light pulse slot a reaches the light receiving unit A, the signal light pulse slots b, c, d, and e are respectively light receiving units C, E, G, and At the position I, the signal light pulse slots f to j have not yet reached the light receiving unit.

【００８７】今、信号光パルス・スロットａが受光単位
Ａの電界吸収領域４に到達する約７ｐｓ前に、同期パル
スの前縁が受光単位Ａの光伝導スイッチ５を通過し始め
るものとする。すると、受光単位Ａの電界吸収領域４は
５ｐｓ以内に光吸収状態になり、その２ｐｓ後に到達す
るスロットａに光パルスが存在すれば、その電子回路部
９の動作がＯＮになる（図９（ａ））。It is assumed that the leading edge of the synchronizing pulse starts passing through the photoconductive switch 5 of the light receiving unit A about 7 ps before the signal light pulse slot a reaches the electric field absorption region 4 of the light receiving unit A. Then, the electric field absorption region 4 of the light receiving unit A enters a light absorbing state within 5 ps, and if there is a light pulse in the slot a reaching 2 ps later, the operation of the electronic circuit unit 9 is turned on (FIG. 9 ( a)).

【００８８】この時点では、受光単位Ｃ〜Ｊの電界吸収
領域４は透明状態である。受光単位Ｂには同期パルス光
の前縁が到達しているが、受光単位Ｂの電界吸収領域４
はまだ完全に吸収状態にスイッチされていない。また、
スロットｂの信号光はまだ受光単位Ｃにあり、スロット
ａの光は既に透過した後なので、受光単位Ｂは出力を生
じない。At this time, the electric field absorption regions 4 of the light receiving units C to J are in a transparent state. Although the leading edge of the synchronous pulsed light reaches the light receiving unit B, the electric field absorption region 4 of the light receiving unit B
Has not yet been completely switched to absorption. Also,
The signal light in the slot b is still in the light receiving unit C, and the light in the slot a has already been transmitted, so that the light receiving unit B does not generate an output.

【００８９】この５ｐｓ後には、スロットｂの信号光が
受光単位Ｂに到達する。この時点では、受光単位Ｂの電
界吸収領域４が光吸収状態にスイッチされているので、
スロットｂに光パルスが存在すれば、その電子回路部９
の動作がＯＮになる（図９（ｂ））。スロットｂの光パ
ルスは全て受光単位Ｂの電界吸収領域４で吸収されるの
で、受光単位Ａには到達しない。受光単位Ｃには同期パ
ルス光の前縁が到達しており、受光単位Ｃの電界吸収領
域４の吸収状態への変化が開始されるが、スロットｂは
通過した後であり、スロットｃはまだ到達していない。After 5 ps, the signal light in the slot b reaches the light receiving unit B. At this time, the electric field absorption region 4 of the light receiving unit B is switched to the light absorption state,
If an optical pulse exists in the slot b, its electronic circuit section 9
Is turned on (FIG. 9 (b)). Since all the light pulses in the slot b are absorbed in the electric field absorption region 4 of the light receiving unit B, they do not reach the light receiving unit A. The front edge of the synchronous pulsed light has reached the light receiving unit C, and the change of the light receiving unit C to the absorption state of the electric field absorption region 4 is started, but after passing through the slot b, the slot c is still present. Has not reached

【００９０】同様にして、同期パルスと信号光パルスの
伝搬に従って、受光単位Ｃ〜Ｊが順次、スロットｃ〜ｊ
の光信号に応じた受光動作を行う。受光単位Ａが動作を
開始してから受光単位Ｊが動作を開始する（図９
（ｃ））までに４５ｐｓの遅延があるが、電子回路部９
に同期ゲートをかけることで、同時に並列に電気信号を
出力させることが可能である。また、電気配線の長さで
遅延時間を調整して同期を計ることも可能である。Similarly, the light receiving units C to J are sequentially arranged in slots c to j in accordance with the propagation of the synchronizing pulse and the signal light pulse.
The light receiving operation is performed according to the optical signal of. The light receiving unit J starts operating after the light receiving unit A starts operating (FIG. 9).
There is a delay of 45 ps until (c)), but the electronic circuit section 9
It is possible to output electrical signals in parallel at the same time by applying a synchronization gate to. It is also possible to adjust the delay time by the length of the electric wiring to achieve synchronization.

【００９１】各受光単位は、ＯＮ状態へのスイッチング
に比べてＯＦＦ状態へのスイッチングが遅い。信号光パ
ルスｊがこの受光装置に入射してから、次の信号光パル
ス列の最初のパルス列の最初のパルスａがくるまでの最
短時間間隔は１１０ｐｓなので、受光単位ＪはＯＮ状態
になってから約１００ｐｓ以内にＯＦＦ状態に復帰して
いる必要がある。Each light receiving unit is slower in switching to the OFF state than in switching to the ON state. Since the shortest time interval from the incidence of the signal light pulse j to this light receiving device to the arrival of the first pulse a of the first pulse train of the next signal light pulse train is 110 ps, the light receiving unit J is about ON after the ON state. It is necessary to return to the OFF state within 100 ps.

【００９２】この第１実施形態では、同期光パルス幅２
０ｐｓであり、電界吸収領域４も光伝導スイッチ５もＯ
ＦＦ時間が５０ｐｓ以下なので、この条件を満たしてい
る。電子回路部９は、２００ｐｓに１個の出力ができれ
ばよく、５Ｇｂ／ｓの帯域があればよいことになる。な
お、電子回路部９は必ずしも受光素子とモノリシックに
形成する必要はなく、Ｓｉ−ＬＳＩとハイブリッド構成
としてもよい。In the first embodiment, the synchronous light pulse width 2
0 ps, both the electroabsorption region 4 and the photoconductive switch 5 are O
This condition is satisfied because the FF time is 50 ps or less. The electronic circuit section 9 only needs to be able to output one output at 200 ps, and needs to have a band of 5 Gb / s. The electronic circuit section 9 does not necessarily have to be formed monolithically with the light receiving element, and may have a hybrid configuration with Si-LSI.

【００９３】このようにして、本発明の第１の実施形態
に係わる受光装置では、１０ｐｓ間隔で到達する１０個
の光パルス列を、１０個の並列電気信号として読み出す
ことができる。本発明のデマルチプレクシング機能を有
する受光装置は、１枚の半導体チップに集積化できるの
で、構成が簡単で、コンパクトで、安定性があり、偏波
依存性も小さい。また、一つの同期光パルスを複数の受
光単位のトリガに共有できるため、エネルギ使用効率も
高い。これらの効果により、従来実現できなかった低価
格化可能で実用的な光デマルチプレクシング機能を実現
できる。 （第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態に係
わる受光デマルチプレクサについて説明する。この受光
デマルチプレクサは、１０ｐｓ間隔の８個のパルスから
なるパルス列光信号４セットを単位入力とし、３２ビッ
ト並列の２．５Ｇｂ／ｓ電気信号として出力する１：３
２受光・デマルチプレクシング装置である。As described above, in the light receiving device according to the first embodiment of the present invention, 10 optical pulse trains arriving at 10 ps intervals can be read as 10 parallel electric signals. Since the light receiving device having the demultiplexing function of the present invention can be integrated on one semiconductor chip, the structure is simple, compact, stable, and polarization dependent is small. Further, since one synchronous light pulse can be shared by a plurality of light receiving unit triggers, energy use efficiency is high. Due to these effects, it is possible to realize a practical optical demultiplexing function that can be realized at a low price, which was not possible in the past. (Second Embodiment) Next, a light receiving demultiplexer according to a second embodiment of the present invention will be described. This light receiving demultiplexer takes 4 sets of pulse train optical signals consisting of 8 pulses at 10 ps intervals as a unit input, and outputs them as 32-bit parallel 2.5 Gb / s electric signals 1: 3
It is a two-light receiving / demultiplexing device.

【００９４】前述の第１の実施形態では、ひとまとまり
の光パルス列を受光すると、１００ｐｓの間は次のパル
ス列を受光できないという欠点があったが、この第２の
実施形態では、受光装置を複数並列に配することで、１
００ｐｓに１０ｐｓのガードタイムと１０ｐｓの同期ス
ロットを除いて、連続的に信号を受信することができ
る。これにより、データレート８０Ｇｂ／ｓの光ＴＤＭ
信号を一段で一気に２．５Ｇｂ／ｓに落とすことができ
る。In the above-described first embodiment, when receiving a group of optical pulse trains, the next pulse train cannot be received during 100 ps. However, in the second embodiment, a plurality of light receiving devices are used. By arranging them in parallel, 1
It is possible to receive signals continuously except for a guard time of 10 ps at 00 ps and a synchronization slot of 10 ps. This enables optical TDM with a data rate of 80 Gb / s.
The signal can be dropped to 2.5 Gb / s all at once.

【００９５】図１０は、本発明の第２の実施形態の受光
デマルチプレクサ装置の概略構成を示す図である。この
第２の実施形態における受光デマルチプレクサは、第１
の実施形態における受光装置と類似の構成で８並列出力
の半導体受光装置４０（４０ｃ〜４０ｆ）が４つと、こ
の４つの受光部に光を振り分けるための電界吸収型光ゲ
ートスイッチ４１（４１ａ〜４１ｆ）が６つと、同期光
パルス供給系４２とを主要構成要素としてなる。半導体
受光装置４０と光ゲートスイッチ４１は、光ファイバで
結合されている。FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving demultiplexer device according to the second embodiment of the present invention. The light receiving demultiplexer in the second embodiment is the first
Four semiconductor light-receiving devices 40 (40c to 40f) having a configuration similar to that of the light-receiving device in the above embodiment and having eight parallel outputs, and an electroabsorption type optical gate switch 41 (41a to 41f) for distributing light to the four light-receiving portions. 6) and the synchronous optical pulse supply system 42 as main constituent elements. The semiconductor light receiving device 40 and the optical gate switch 41 are connected by an optical fiber.

【００９６】電界吸収型光ゲートスイッチ４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆは、２．５ＧＨｚ
の大振幅正弦波で駆動されており、２００ｐｓ毎に透過
状態と吸収状態が切り替わるように設定されている。光
ゲートスイッチ４１ｃと４１ｆを駆動する正弦波は、光
パルスを基準とする時間軸で光ゲートスイッチ４１ａを
駆動する正弦波とその位相がπ／２だけずれている。光
ゲートスイッチ４１ｂ，４１ｄ，４１ｅは、それぞれ光
ゲートスイッチ４１ａ，４１ｃ，４１ｆと逆相で駆動さ
れている。Electroabsorption type optical gate switches 41a, 41
b, 41c, 41d, 41e, 41f are 2.5 GHz
Is driven by a large-amplitude sine wave of, and is set so that the transmission state and the absorption state are switched every 200 ps. The sine wave that drives the optical gate switches 41c and 41f is shifted in phase by π / 2 from the sine wave that drives the optical gate switch 41a on the time axis based on the optical pulse. The optical gate switches 41b, 41d, 41e are driven in opposite phases to the optical gate switches 41a, 41c, 41f, respectively.

【００９７】また、透過・吸収の切り替えのタイミング
は、信号光パルス列のガードタイムと丁度一致するよう
に同期がかけられている。この結果、図１１に示すよう
に、各半導体受光装置４０には４００ｐｓ毎に１回ず
つ、１０ｐｓ間隔で８個の光パルス列が振り分けられ
る。The transmission / absorption switching timing is synchronized so as to be exactly the same as the guard time of the signal light pulse train. As a result, as shown in FIG. 11, eight optical pulse trains are distributed to each semiconductor light receiving device 40 once at every 400 ps at 10 ps intervals.

【００９８】この第２の実施形態における半導体受光装
置４０の第１の光導波路と電界吸収領域の構成は、第１
の実施形態の場合とほぼ同じであるが、この受光装置に
は第２の光導波路は無く、同期光パルス供給系４２の分
配用光ファイバ４３を通して各光伝導素子４４に同期光
パルスが供給されるようになっている。The configuration of the first optical waveguide and the electric field absorption region of the semiconductor light receiving device 40 according to the second embodiment is the same as that of the first optical waveguide.
In the same manner as in the first embodiment, this light receiving device has no second optical waveguide, and the synchronous optical pulse is supplied to each photoconductive element 44 through the distribution optical fiber 43 of the synchronous optical pulse supply system 42. It has become so.

【００９９】同期光パルス供給系４２は、信号光に同期
して４００ｐｓ毎にパルス幅３０ｐｓのパルスを出射す
るＴｉサファイヤレーザ４５、スターカプラ４６、分配
用光ファイバ４３などからなる。各分配用光ファイバ４
３の長さを調整することで、各光伝導素子４４にトリガ
をかけるタイミングを調整している。光ファイバ４３の
遅延時間を変えることで、各電界吸収領域４間の間隔
も、第１の実施形態の場合とは異なる値に変えることが
できる。The synchronous optical pulse supply system 42 is composed of a Ti sapphire laser 45 which emits a pulse having a pulse width of 30 ps at 400 ps intervals in synchronization with the signal light, a star coupler 46, a distribution optical fiber 43, and the like. Optical fiber for distribution 4
By adjusting the length of 3, the timing of triggering each photoconductive element 44 is adjusted. By changing the delay time of the optical fiber 43, the distance between the electric field absorption regions 4 can also be changed to a value different from that in the first embodiment.

【０１００】光伝導素子４４の構造を、図１２に示す。
この光伝導素子４４は、半絶縁性ＩｎＰ基板４５中に１
μｍ間隔で設けられたｎ型ＩｎＰ層４６、このｎ型Ｉｎ
Ｐ層４６の上に設けられた金属電極４７、反射防止コー
ト膜４８からなる。光が入射していない時は数ＭΩ以上
の高抵抗状態であるが、光パルス入射後ただちに数Ωま
で抵抗が低下する。この結果、第１の実施形態の場合と
同様に、電界吸収領域４にかかる電圧が大きくなり、電
界吸収領域４は透明状態から吸収状態へスイッチされ
る。各半導体受光装置４０のその他の動作は第１の実施
形態の場合とほぼ同じである。The structure of the photoconductive element 44 is shown in FIG.
The photoconductive element 44 is formed in a semi-insulating InP substrate 45.
n-type InP layers 46 provided at intervals of μm, the n-type In
The metal electrode 47 and the antireflection coating film 48 are provided on the P layer 46. When no light is incident, it is in a high resistance state of several MΩ or more, but immediately after the light pulse is incident, the resistance is reduced to several Ω. As a result, as in the case of the first embodiment, the voltage applied to the electric field absorption region 4 increases, and the electric field absorption region 4 is switched from the transparent state to the absorption state. The other operations of each semiconductor light receiving device 40 are almost the same as in the case of the first embodiment.

【０１０１】実際には、送信装置とこの受光装置の間で
同期をとることが必要である。動作開始時には、所定タ
イミングで４００ｐｓのうち所定時間のみパルス光を送
信し、並列受信出力パターンと比較することで、大まか
な同期をとることができる。通常動作時は大まかな同期
は取れているので、信号パルス列の１０ｐｓ前に設けら
れた同期スロットの中にのせた光パルスでトリガをかけ
ることで、正確な同期をとることができる。そのため
に、受光装置４０の第１の光導波路２の最も奥に、ｐｉ
ｎフォトダイオード４９（図１０参照）を集積化してい
る。In practice, it is necessary to synchronize the transmitting device and this light receiving device. At the start of the operation, pulsed light is transmitted at a predetermined timing for a predetermined time out of 400 ps and compared with a parallel reception output pattern, so that rough synchronization can be achieved. Since rough synchronization is established during normal operation, accurate synchronization can be obtained by triggering with an optical pulse placed in a synchronization slot provided 10 ps before the signal pulse train. Therefore, pi is placed at the innermost part of the first optical waveguide 2 of the light receiving device 40.
The n photodiode 49 (see FIG. 10) is integrated.

【０１０２】この第２の実施形態における受光デマルチ
プレクサによれば、データレート８０Ｇｂ／ｓの光ＴＤ
Ｍ信号を、３２ビット並列の２．５Ｇｂ／ｓ電気信号に
変換することができる。第１の実施形態の場合と同様、
簡単で、コンパクトで、安定性があり、偏波依存性が小
さく、エネルギ使用効率も高い。なお、受光装置４０と
電界吸収型光ゲートスイッチ４１は、同一半導体基板上
に集積化することも可能である。 （第３の実施形態）前述の第２の実施形態では、本発明
が固定型の光ＴＤＭに適用される場合を説明したが、本
発明の適用領域はこのような固定型光伝送システムにと
どまるものではない。次に説明する第３の実施形態は、
本発明の受光装置を活用するアド・ドロップ型光ＴＤＭ
伝送装置に係わるものである。According to the light receiving demultiplexer in the second embodiment, the optical TD having the data rate of 80 Gb / s is used.
The M signal can be converted to a 32-bit parallel 2.5 Gb / s electrical signal. Similar to the case of the first embodiment,
It is simple, compact, stable, has little polarization dependence, and has high energy efficiency. The light receiving device 40 and the electro-absorption type optical gate switch 41 can be integrated on the same semiconductor substrate. (Third Embodiment) In the above-described second embodiment, the case where the present invention is applied to the fixed type optical TDM has been described, but the applicable area of the present invention is limited to such a fixed type optical transmission system. Not a thing. The third embodiment described next is
Add / drop type optical TDM utilizing the light receiving device of the present invention
It relates to a transmission device.

【０１０３】図１３は、本発明の第３の実施形態に係わ
る光ＴＤＭ伝送装置の一つのノードの概略構成を示す図
である。このノードは、入力光ファイバ５１、波長分波
器５２、ルーティング制御信号受信器５３、信号送信器
５４、光カプラ５５、モニタ受信器５６、光増幅器５
７、光カプラ５８、電界吸収型光ゲートスイッチ５９，
６０、半導体受光装置６１、ルーティング制御信号送信
器６２、波長合波器６３、出力光ファイバ６４、制御装
置６５などから構成されている。FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of one node of the optical TDM transmission apparatus according to the third embodiment of the present invention. This node includes an input optical fiber 51, a wavelength demultiplexer 52, a routing control signal receiver 53, a signal transmitter 54, an optical coupler 55, a monitor receiver 56, and an optical amplifier 5.
7, optical coupler 58, electroabsorption type optical gate switch 59,
60, a semiconductor light receiving device 61, a routing control signal transmitter 62, a wavelength multiplexer 63, an output optical fiber 64, a control device 65, and the like.

【０１０４】信号光は１０ｐｓ間隔の８ビット（１バイ
ト）信号列（長さ８０ｐｓ）を一単位として光ＴＤＭで
多重化され、入力光ファイバ５１を伝送されている。１
バイトの光信号が入るスロットの長さは１００ｐｓであ
り、このうち２０ｐｓがガードタイムとなっている。同
一宛先のバイト信号は隣接スロットに入らないように多
重化されている。The signal light is multiplexed by optical TDM using an 8-bit (1 byte) signal string (length 80 ps) at intervals of 10 ps as one unit and transmitted through the input optical fiber 51. 1
The length of the slot into which the byte optical signal is inserted is 100 ps, of which 20 ps is the guard time. Byte signals of the same destination are multiplexed so as not to enter adjacent slots.

【０１０５】データ光信号とは別波長で入力光ファイバ
５１を伝送されてきたルーティング制御光信号は、波長
分波器５２で分離され、ルーティング制御信号受信器５
３により受信され、制御装置６５に送られる。制御装置
６５は、このノードで受信されるべきバイト信号列を光
ゲートスイッチ６０で選択し、受光装置６１に送る。一
方、次のノードに送る光信号は、光ゲートスイッチ５９
で選択され、出力光ファイバ６４へ送られる。The routing control optical signal transmitted through the input optical fiber 51 at a wavelength different from that of the data optical signal is separated by the wavelength demultiplexer 52, and the routing control signal receiver 5
3 and is sent to the control device 65. The control device 65 selects the byte signal string to be received by this node with the optical gate switch 60 and sends it to the light receiving device 61. On the other hand, the optical signal sent to the next node is the optical gate switch 59.
And is sent to the output optical fiber 64.

【０１０６】同報型信号の場合には、光ゲートスイッチ
５９，６０が共にＯＮ状態となる。光ゲートスイッチ５
９，６０は、１０Ｇｂ／ｓの光強度変調器として動作す
れば良いわけであるが、ガードタイムの中でスイッチン
グを完了するために、スイッチ時間は１０ｐｓ以下とす
る必要がある。このためには、高速，大振幅の駆動が要
請される。In the case of the broadcast type signal, both the optical gate switches 59 and 60 are turned on. Optical gate switch 5
The devices 9 and 60 only need to operate as a 10 Gb / s optical intensity modulator, but the switching time must be 10 ps or less in order to complete the switching within the guard time. For this purpose, high speed and large amplitude driving is required.

【０１０７】受光装置６１は、第１及び第２の実施形態
における受光装置と同様の構成であり、１バイトの光信
号列を並列に読み出すことができる。即ち、ルーティン
グ制御信号により指示されたタイミングで同期光パルス
が各電界吸収領域４を次々と吸収状態にスイッチしてい
き、各電界吸収領域４が各ビットの情報を読み出す。The light receiving device 61 has the same structure as the light receiving devices in the first and second embodiments, and can read a 1-byte optical signal sequence in parallel. That is, the synchronous light pulse switches each electroabsorption region 4 to the absorption state one after another at the timing instructed by the routing control signal, and each electroabsorption region 4 reads the information of each bit.

【０１０８】他のノードに信号を送る場合は、ルーティ
ング制御信号受信器５３で受信したルーティング制御光
信号に従って制御装置６５が空いたスロットを探し、信
号送信器５４、光カプラ５５を使って空いたスロットに
１バイト単位の光信号列を出力光ファイバ６４に送出す
る。また、入力光ファイバ５１から中継される信号か信
号送信器５４から送出される信号かを問わず、必要なル
ーティング制御情報はルーティング制御信号送信器６２
から波長合波器６３、出力光ファイバ６４を介して、波
長多重で次のノードのルーティング制御信号受信器に送
信される。In the case of sending a signal to another node, the control device 65 searches for an empty slot according to the routing control optical signal received by the routing control signal receiver 53, and uses the signal transmitter 54 and the optical coupler 55 to make an empty slot. An optical signal string in 1-byte units is sent to the output optical fiber 64 in the slot. Further, regardless of whether the signal is relayed from the input optical fiber 51 or the signal transmitted from the signal transmitter 54, the necessary routing control information is the routing control signal transmitter 62.
The signal is transmitted from the optical fiber to the routing control signal receiver of the next node by wavelength multiplexing via the wavelength multiplexer 63 and the output optical fiber 64.

【０１０９】光増幅器５７は、光カプラ５５，５８、光
ゲートスイッチ５９，６０、光ファイバ５１，６４など
で失われるパワーを補償すると共に、ルーティング制御
信号に対して信号光が遅延するよう、遅延線としても機
能している。この結果、制御装置６５はルーティング制
御信号を受信した後、対応する信号光が来る前に送信・
受信・中継の準備を済ませることができる。また、モニ
タ受信器５６は、送信信号レベルや中継信号レベルのモ
ニタや異常検出などに使用される。The optical amplifier 57 compensates the power lost in the optical couplers 55 and 58, the optical gate switches 59 and 60, the optical fibers 51 and 64, and delays the signal light with respect to the routing control signal. It also functions as a line. As a result, the controller 65 receives the routing control signal and then transmits the signal before the corresponding signal light arrives.
Ready to receive and relay. Further, the monitor receiver 56 is used for monitoring the transmission signal level and the relay signal level, detecting an abnormality, and the like.

【０１１０】この第３の実施形態の光伝送装置では、１
個の集積受光装置で一度に受信できる１バイト（８ビッ
ト）の光パルス列を単位として多重化を行っている。従
来の光ＴＤＭではビット単位の多重化やセル単位の多重
化が行われることが多かった。しかし、信号の行き先が
固定されていないネットワークの場合、ビット単位の多
重をすると、信号をビット毎に超高速にルーティングし
なければならず、スイッチングに要するエネルギや無駄
時間が非常に大きくなる欠点がある。一方、セル単位の
超高速光ＴＤＭの場合、ルーティングは楽になるが、長
い光信号列が短時間に圧縮されて到着するので、受光装
置側の処理が困難という問題がある。In the optical transmission device of the third embodiment, 1
Multiplexing is performed in units of 1-byte (8-bit) optical pulse trains that can be received by one integrated light-receiving device at one time. In the conventional optical TDM, bit-based multiplexing or cell-based multiplexing is often performed. However, in the case of a network in which the destination of the signal is not fixed, if the signal is multiplexed in bit units, the signal must be routed at a very high speed for each bit, and the energy required for switching and the dead time become very large. is there. On the other hand, in the case of the ultra-high-speed optical TDM on a cell-by-cell basis, the routing becomes easier, but a long optical signal train arrives after being compressed in a short time, which poses a problem that the processing on the light receiving device side is difficult.

【０１１１】これに対して、この第３の実施形態による
バイト多重では、８個のパルスに１回のスイッチングで
済むので、ビット多重の場合と比べてエネルギ利用効率
が高く、デッドタイムも短くすることができる。また、
一度に到達するパルスの数が８個と少ないので、受光装
置の電気的処理が楽である。On the other hand, in the byte multiplexing according to the third embodiment, only one switching is required for eight pulses, so that the energy utilization efficiency is higher and the dead time is shorter than in the case of bit multiplexing. be able to. Also,
Since the number of pulses that reach at one time is as small as 8, the electric processing of the light receiving device is easy.

【０１１２】但し、処理単位であるバイト毎にルーティ
ングのオーバーヘッドを付けるとオーバーヘッドが非常
に重くなってしまうので、数バイトに１個オーバーヘッ
ドを付け、バイト単位のパルス列はオーバーヘッドに指
示した周期毎に所定回数送るようにすればよい。即ち、
本方式はセルを幾つかのパルス単位に分解して送るもの
と考えることもできる。However, if the routing overhead is added for each byte which is a processing unit, the overhead becomes very heavy. Therefore, one overhead is added for several bytes, and the pulse train in byte units is specified at every cycle instructed by the overhead. You can send it a number of times. That is,
This method can also be considered as a method in which a cell is divided into several pulse units and sent.

【０１１３】例えば５３バイト（４２４ビット）のＡＴ
Ｍ（asynchronous transfer mode）セルの場合、１バイ
ト単位のパルス列を５３回、周期的に送ることになる。
各バイトの間には、必ず他の宛先への信号パルス列単位
が挿入されており、オーバーヘッドはルーティング制御
信号として、５３回の送信について１回、データ信号に
先立って別波長で送信されることになる。送信前、受信
後の信号レートが２．５Ｇｂ／ｓの場合は、３２スロッ
ト毎に１バイトずつ送受信するようにすればよい。この
場合、１６９．６ｎｓの固定長に３２個のセルの情報が
１バイト単位で多重化されることになる。For example, an AT of 53 bytes (424 bits)
In the case of an M (asynchronous transfer mode) cell, a pulse train of 1 byte unit is periodically sent 53 times.
A signal pulse train unit for another destination is always inserted between each byte, and the overhead is transmitted as a routing control signal once for every 53 transmissions and at another wavelength before the data signal. Become. When the signal rate before transmission and after reception is 2.5 Gb / s, 1 byte may be transmitted / received every 32 slots. In this case, information of 32 cells is multiplexed in 1-byte units in a fixed length of 169.6 ns.

【０１１４】なお、この第３の実施形態では、送信・受
信・中継に用いる光増幅器を一つで済ますために、送信
用光カプラ５５が受信用光カプラ５８や光ゲートスイッ
チ６０より前に入っていた。この順番を変更して、送信
用光カプラ５５を光ゲートスイッチ６０の後に配置すれ
ば、このノードで受信使用済みのスロットをこのノード
からの送信に再利用することができる。In the third embodiment, since only one optical amplifier is used for transmission / reception / relay, the transmission optical coupler 55 is placed before the reception optical coupler 58 and the optical gate switch 60. Was there. If this order is changed and the transmission optical coupler 55 is arranged after the optical gate switch 60, the slot that has been used and received by this node can be reused for transmission from this node.

【０１１５】この第３の実施形態に係わる光伝送装置
は、様々に変形、応用することができる。例えば、光カ
プラ５８、電界吸収型光ゲートスイッチ５９，６０、受
光装置６１、ルーティング制御信号送信装置６２、波長
合波器６３の全てを１枚の半導体基板上に集積化するこ
とも可能である。また、第２の実施形態のように複数の
光受信装置と光振り分け用の光ゲートスイッチを用意す
れば、より長い信号パルス列単位での処理も可能であ
る。The optical transmission device according to the third embodiment can be variously modified and applied. For example, the optical coupler 58, the electro-absorption type optical gate switches 59 and 60, the light receiving device 61, the routing control signal transmitting device 62, and the wavelength multiplexer 63 can all be integrated on one semiconductor substrate. . Further, if a plurality of optical receivers and an optical gate switch for distributing light are prepared as in the second embodiment, it is possible to perform processing in units of longer signal pulse trains.

【０１１６】この第３の実施形態に係わる光伝送装置に
よれば、一伝送ファイバ当たり８０Ｇｂ／ｓという大き
な容量の情報を扱える光ＴＤＭネットワークを構成でき
る。従来の光ＴＤＭ伝送システムで実用上のネックであ
った光デマルチプレクシング部を、小型，軽量，安定な
半導体で構成できるという特徴を有している。また、こ
のネットワークは、空きスロットの再利用ができる、同
報通信に対応できるなど、従来の光ＴＤＭネットワーク
にない柔軟な動作が可能である。 （第４の実施形態）図１４は、本発明の第４の実施形態
に係わる受光装置の概略構成を示す図である。According to the optical transmission device of the third embodiment, it is possible to construct an optical TDM network capable of handling a large amount of information of 80 Gb / s per transmission fiber. The optical demultiplexing unit, which has been a practical bottleneck in the conventional optical TDM transmission system, is characterized in that it can be configured with a small, lightweight and stable semiconductor. In addition, this network enables flexible operation not available in the conventional optical TDM network, such as reuse of empty slots and compatibility with broadcast communication. (Fourth Embodiment) FIG. 14 is a view showing the schematic arrangement of a light receiving device according to the fourth embodiment of the present invention.

【０１１７】この受光装置は、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１
０１上に形成された光導波路１０２と、この光導波路１
０２に沿って約０．５ｍｍ周期で形成された長さ０．１
ｍｍの１０個の光ゲート１０４、およびこれら光ゲート
１０４に対応してＩｎＰ基板１０１の横に配置されたＳ
ｉ基板１１０上の１０個の電子回路部（読出し回路）１
０９からなる。電子回路部１０９は、隣接チャンネルと
の干渉を減らすため、光導波路１０２の左と右に交互に
配置されている。This light receiving device is composed of an n-type InP semiconductor substrate 1
01, and the optical waveguide 1
A length of 0.1 formed at intervals of about 0.5 mm along 02.
mm 10 optical gates 104, and S arranged beside the InP substrate 101 corresponding to these optical gates 104.
Ten electronic circuit units (readout circuits) 1 on the i-board 110
It consists of 09. The electronic circuit sections 109 are alternately arranged on the left and right sides of the optical waveguide 102 in order to reduce interference with adjacent channels.

【０１１８】光導波路１０２の一方の端から波長１．５
５μｍの１００Ｇｂ／ｓ ＲＺ（return-to-zero）パル
ス信号光を入力できるようになっている。入射端面には
反射防止コーティング膜が形成され、非球面レンズを介
して光ファイバと高効率の結合が実現されている。信号
光自体のピークパワーは数ｍＷオーダーであり、顕著な
光シュタルク効果は起きない。A wavelength of 1.5 from one end of the optical waveguide 102.
5 μm 100 Gb / s RZ (return-to-zero) pulse signal light can be input. An antireflection coating film is formed on the incident end face, and highly efficient coupling with an optical fiber is realized via an aspherical lens. The peak power of the signal light itself is on the order of several mW, and no remarkable optical Stark effect occurs.

【０１１９】一方、光導波路１０２の他方の端から波長
３．５μｍのトリガ光パルスを入力できるようになって
いる。このトリガ光パルスは、波長１．５５μｍの半導
体レーザやファイバ・リング・レーザの出力パルス光を
増幅、パルス圧縮した後、光パラメトリック発振器で波
長変換することにより得られる。パルス幅は９ｐｓ、繰
返し周期は１００ｐｓであり、ピークパワーは約３０ｍ
Ｗである。トリガ光はＴＭモードで光導波路１０２を伝
搬するように設定されている。On the other hand, a trigger light pulse having a wavelength of 3.5 μm can be inputted from the other end of the optical waveguide 102. This trigger light pulse is obtained by amplifying and pulse-compressing output pulse light of a semiconductor laser or a fiber ring laser having a wavelength of 1.55 μm, and then performing wavelength conversion by an optical parametric oscillator. The pulse width is 9 ps, the repetition period is 100 ps, and the peak power is about 30 m.
W. The trigger light is set so as to propagate through the optical waveguide 102 in the TM mode.

【０１２０】図１５は、光ゲート１０４の断面構造を模
式的に示す図である。ｎ型ＩｎＰ基板１０１の上に井戸
幅約５ｎｍの伸張歪ＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１２と圧縮
歪ＩｎＧａＡｌＡｓＰ障壁層１１３からなるｉ型多重量
子井戸層１１１と厚さ０．１μｍのＩｎＧａＡｓＰから
なる光ガイド層１１４が形成されており、その上にはメ
サ状にｐ型ＩｎＰクラッド層１１５とｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐオーミックコンタクト層１１６が積層されている。メ
サ幅は約２μｍであり、その側面はポリイミド１２１で
埋め込まれている。ｐ型オーミックコンタクト層１１６
の表面にはオーミック電極１２２が、ｎ型ＩｎＰ基板１
０１の下には共通接地オーミック電極１２３が形成され
ている。ポリイミド１２１の上には、光ゲート１０４と
対応する電子回路部１０９を接続するための配線１２４
も形成されている。FIG. 15 is a diagram schematically showing a sectional structure of the optical gate 104. On the n-type InP substrate 101, an i-type multiple quantum well layer 111 composed of an extension strained InGaAsP well layer 112 having a well width of about 5 nm and a compression strained InGaAlAsP barrier layer 113, and an optical guide layer 114 composed of InGaAsP having a thickness of 0.1 μm are formed. The p-type InP clad layer 115 and the p-type InGaAs are formed on the p-type InP clad layer 115.
A P ohmic contact layer 116 is laminated. The mesa width is about 2 μm, and the side surface thereof is filled with polyimide 121. p-type ohmic contact layer 116
The ohmic electrode 122 is provided on the surface of the n-type InP substrate 1.
A common ground ohmic electrode 123 is formed under 01. Wirings 124 for connecting the optical circuit 104 and the corresponding electronic circuit section 109 are formed on the polyimide 121.
Is also formed.

【０１２１】図１６は、光導波路１０２の光ゲートとは
異なる部分１０５の断面構造を模式的に示す図である。
ｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、光ゲート１０４の部分と共
通なｉ型多重量子井戸層１１１と光ガイド層１１４が形
成されており、その上部には幅２μｍのメサ状に形成さ
れた半絶縁性ＩｎＰ層１１７が形成されている。このメ
サの側面はポリイミド１２１により埋め込まれている。
ｎ型ＩｎＰ基板１０１の下には共通接地電極１２３が形
成されている。FIG. 16 is a diagram schematically showing a sectional structure of a portion 105 of the optical waveguide 102 different from the optical gate.
On the n-type InP substrate 101, an i-type multiple quantum well layer 111 and a light guide layer 114, which are common to the part of the optical gate 104, are formed, and a mesa-shaped semi-insulating layer having a width of 2 μm is formed on the upper part thereof. The InP layer 117 is formed. The side surface of this mesa is filled with polyimide 121.
A common ground electrode 123 is formed under the n-type InP substrate 101.

【０１２２】ｉ型多重量子井戸層１１１は、ｐｉｎ接合
の拡散電位のため電圧無印加時でも空乏化している。多
重量子井戸層１１１はＱＣＳＥ（quantum confined Sta
rk effect ）により、印加電圧に応じて吸収スペクトル
が変化する。その吸収特性を模式的に図１７に示す。電
圧無印加時（曲線ａ）の励起子吸収波長は約１．４９μ
ｍ、印加逆バイアス電圧が２Ｖのとき（曲線ｂ）の励起
子吸収波長は約１．５２μｍで、いずれの場合も信号光
波長１．５５μｍに対する吸収係数は小さい（透過モー
ド）。また、伸張歪量子井戸を用いているので、ＴＥモ
ードとＴＭモードの吸収特性の差は小さい。The i-type multiple quantum well layer 111 is depleted due to the diffusion potential of the pin junction even when no voltage is applied. The multiple quantum well layer 111 has a QCSE (quantum confined Sta).
The absorption spectrum changes depending on the applied voltage. The absorption characteristics are schematically shown in FIG. The exciton absorption wavelength is about 1.49μ when no voltage is applied (curve a).
m, and the applied reverse bias voltage is 2 V (curve b), the exciton absorption wavelength is about 1.52 μm, and in both cases, the absorption coefficient for the signal light wavelength of 1.55 μm is small (transmission mode). Further, since the tensile strained quantum well is used, the difference in absorption characteristics between the TE mode and the TM mode is small.

【０１２３】各光ゲート１０４には、電極１２２、１２
３を介して約２Ｖの逆バイアスが印加されている（曲線
ｂ）。光ゲート１０４の容量Ｃ_EAは約０．１ｐＦであ
る。一方、光導波路１０２の光ゲートとは異なる部分１
０５の多重量子井戸層１１１には外部電界は印加されて
いない（曲線ａ）。Each optical gate 104 has electrodes 122, 12
A reverse bias of about 2 V is applied via 3 (curve b). The capacitance C _EA of the optical gate 104 is about 0.1 pF. On the other hand, a portion 1 of the optical waveguide 102 different from the optical gate
No external electric field is applied to the multiple quantum well layer 111 of No. 05 (curve a).

【０１２４】図１８は、多重量子井戸１１１のバンド構
造を模式的に示す図である。井戸層１１２の伝導帯には
二つのサブバンドが存在する。サブバンド間遷移のエネ
ルギは約０．３５ｅＶであり、波長にして約３．５μｍ
に相当する。多重量子井戸層１１１は空乏化されている
ので、波長３．５μｍのトリガ光パルスに対して透明で
ある。FIG. 18 is a diagram schematically showing the band structure of the multiple quantum well 111. There are two subbands in the conduction band of the well layer 112. The energy of transition between subbands is about 0.35 eV, and the wavelength is about 3.5 μm.
Equivalent to. Since the multiple quantum well layer 111 is depleted, it is transparent to the trigger light pulse having a wavelength of 3.5 μm.

【０１２５】多重量子井戸層１１１に波長３．５μｍの
トリガ光パルスが入射したときの、光Ｓｔａｒｋ効果に
よる吸収スペクトル変化を図１７の曲線ｃ、ｄに示す。
トリガ光のピークパワーは約３０ｍＷであり、その光電
界強度Ｅ_t は約２×１０⁶ Ｖ／ｍである。サブバンド間
遷移の双極子モーメントμ_t は井戸幅をＬ_w 、電子の電
荷をｅとすると１．６ｅＬ_w で近似され、Ｌ_w 〜５ｎｍ
のとき約１．３×１０^-27 Ｃｍとなる。したがって、Ｒ
ａｂｉ周波数Ω＝２πμ_t Ｅ_t ／ｈは約２．５×１０¹³
／ｓとなる。この値を式（１）に代入すると、λ₀ ＝
１．５２μｍに対して、λ₀ ´は約１．５５μｍとな
る。すなわち、光ゲート１０４の励起子吸収波長はＲａ
ｂｉ***により約１．４９μｍと約１．５５μｍに***
し（曲線ｄ）、同様に光導波路１０２の光ゲート以外の
部分１０５の励起子吸収波長は約１．４６μｍと約１．
５２μｍに***する（曲線ｃ）。励起子吸収波長の分
裂、移動に伴って、吸収端波長もレッドシフトする。The curves c and d in FIG. 17 show changes in the absorption spectrum due to the optical Stark effect when a trigger light pulse having a wavelength of 3.5 μm is incident on the multiple quantum well layer 111.
Peak power of the trigger light is about 30 mW, the light field intensity E _t is about 2 × 10 ⁶ V / m. The dipole moment μ _t of the intersubband transition is approximated by 1.6 eL _w, where L _w is the well width and e is the electron charge, and L _w ˜5 nm
At that time, it becomes about 1.3 × 10 ⁻²⁷ Cm. Therefore, R
The abi frequency Ω = 2πμ _t E _t / h is about 2.5 × 10 ^13.
/ S. Substituting this value into equation (1), λ ₀ =
For 1.52 μm, λ ₀ ′ is about 1.55 μm. That is, the exciton absorption wavelength of the optical gate 104 is Ra.
The bi-splitting splits into about 1.49 μm and about 1.55 μm (curve d). Similarly, the exciton absorption wavelength of the portion 105 of the optical waveguide 102 other than the optical gate is about 1.46 μm and about 1.
It splits to 52 μm (curve c). The absorption edge wavelength also redshifts as the exciton absorption wavelength splits and moves.

【０１２６】光ゲート１０４における損失やトリガ光パ
ルス内の時間的パワー変動等のために吸収端波長のシフ
ト量は位置や時間によって若干変動するが、いずれにせ
よ波長１．５５μｍにおける吸収係数は増大して受光モ
ードに切り替わる。また、トリガ光パルスの通過後はた
だちに元の透過モードに復帰する。一方、光ゲート以外
の部分１０５の波長１．５５μｍにおける吸収係数は、
トリガ光パルスの存在下でも小さく保たれる。Although the shift amount of the absorption edge wavelength slightly varies depending on the position and time due to the loss in the optical gate 104, the temporal power variation in the trigger light pulse, etc., the absorption coefficient at the wavelength of 1.55 μm increases in any case. Then, it switches to the light receiving mode. In addition, immediately after passing the trigger light pulse, the original transmission mode is restored. On the other hand, the absorption coefficient of the part 105 other than the optical gate at the wavelength of 1.55 μm is
It is kept small even in the presence of the trigger light pulse.

【０１２７】受光モードにある光ゲート１０４に信号光
パルスが伝搬してくれば、信号光は吸収されてフォトキ
ャリアが発生する。光ゲート１０４の多重量子井戸層１
１１には、印加電圧２Ｖのときに約２００ｋＶ／ｃｍの
高電界がかかっているため、光吸収により発生した正孔
はヘテロ障壁に捕獲されることなく５０ｐｓ以内にｐ型
ＩｎＰクラッド層１１５まで輸送される。電子は正孔よ
り一桁程度移動度が大きいので、さらに短い時間のうち
にｎ型クラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰ基板１０１まで輸
送される。When the signal light pulse propagates to the optical gate 104 in the light receiving mode, the signal light is absorbed and photocarriers are generated. Multiple quantum well layer 1 of optical gate 104
Since a high electric field of about 200 kV / cm is applied to 11 at a voltage of 2 V, holes generated by light absorption are transported to the p-type InP cladding layer 115 within 50 ps without being trapped by the hetero barrier. To be done. Since the electron has a mobility that is about one digit higher than that of the hole, the electron is transported to the n-type InP substrate 101 which also serves as the n-type cladding layer in a shorter time.

【０１２８】図１９は、各光ゲート１０４の動作タイミ
ングを示す図である。最初の信号光パルス列は、最初の
スロットから順にａ，ｂ，ｃ，…、ｊなる幅１０ｐｓの
タイムスロット１０個を有しており、信号光パルス幅は
５ｐｓ以下である。信号光パルス列はこれら１０個のタ
イムスロットを一単位として動作し、その後にｋ，ｌ，
…、ｔなるスロットからなる二番目の信号光パルス列が
続いている。今、スロットａ，ｂ，ｃ，ｅ，ｆ，ｊ，
ｋ，ｎ，ｐ，ｓにパルスがあり、他のスロットにはパル
スがないものとする。信号光パルス列は、光導波路１０
２を図面左側から右側に向かって伝搬し、トリガ光パル
スは光導波路１０２を右側から左側へ伝搬する。ここ
で、一番右の光ゲートから一番左の光ゲートに向かっ
て、Ａ，Ｂ，Ｃ，…、Ｊなる符号をつける。図１９で、
符号を丸印で囲んだ光ゲートのみが受光モードにある。
トリガ光パルスのパルス幅は９ｐｓである。FIG. 19 is a diagram showing the operation timing of each optical gate 104. The first signal light pulse train has ten time slots a, b, c, ..., J with a width of 10 ps in order from the first slot, and the signal light pulse width is 5 ps or less. The signal light pulse train operates with these 10 time slots as one unit, and then k, l,
The second signal light pulse train consisting of slots of t follows. Now, slots a, b, c, e, f, j,
It is assumed that there are pulses in k, n, p, and s, and there are no pulses in other slots. The signal light pulse train is composed of the optical waveguide 10.
2 propagates from the left side to the right side in the drawing, and the trigger light pulse propagates through the optical waveguide 102 from the right side to the left side. Here, reference signs A, B, C, ..., J are attached from the rightmost optical gate to the leftmost optical gate. In FIG.
Only the optical gates whose numbers are circled are in the light receiving mode.
The pulse width of the trigger light pulse is 9 ps.

【０１２９】今、時刻ｔ＝０ｐｓにおいて、信号光パル
ス・スロットａが光ゲートＡの左端に到達し、その１ｐ
ｓ前にトリガ光パルスの前縁が光ゲートＡの左端にまで
到達しているものとする（図１９ａ）。信号光パルスの
タイムスロット間隔は１０ｐｓであり、光導波路の等価
屈折率を３と仮定すると、信号光パルスは空間的に１ｍ
ｍ間隔で並んでいることになる。光ゲートの周期は０．
５ｍｍであるから、ｔ＝０ｐｓにおいて信号光パルス位
置ｂ、ｃ、ｄ、ｅの前縁はそれぞれ、光ゲートＣ、Ｅ、
Ｇ、Ｉの左端におり、信号光パルス位置ｆ〜ｊは、まだ
左端の光ゲートＪに到達していない。Now, at time t = 0 ps, the signal light pulse slot a reaches the left end of the optical gate A, and its 1p
It is assumed that the leading edge of the trigger light pulse reaches the left end of the optical gate A before s (FIG. 19a). The time slot interval of the signal light pulse is 10 ps, and assuming that the equivalent refractive index of the optical waveguide is 3, the signal light pulse is spatially 1 m.
They are lined up at m intervals. The period of the optical gate is 0.
Since it is 5 mm, the leading edges of the signal light pulse positions b, c, d, and e at t = 0 ps are optical gates C, E, and, respectively.
The signal light pulse positions f to j are at the left end of G and I, and have not reached the left end optical gate J yet.

【０１３０】ｔ＝−１ｐｓ〜７ｐｓにおいて、光ゲート
Ａは全領域が受光モードになっているから、スロットａ
の信号光パルスが長さ０．１ｍｍの光ゲートＡを通過す
るｔ＝０ｐｓ〜６ｐｓの間に、対応する電子回路部の動
作がＯＮになる。前後に１ｐｓずつ受光モードの時間が
余分にあるのは、タイミングずれに対するマージンであ
る。At t = -1 ps to 7 ps, since the entire area of the optical gate A is in the light receiving mode, the slot a
While the signal light pulse of 1 passes through the optical gate A having a length of 0.1 mm, the operation of the corresponding electronic circuit unit is turned on during t = 0 ps to 6 ps. The extra light receiving mode time of 1 ps before and after is a margin for the timing deviation.

【０１３１】トリガ光パルスの前縁はｔ＝３ｐｓに光ゲ
ートＢの右端に到達する。スロットａの信号光パルスの
後縁が光ゲートＢの右端を通過するのはｔ＝１ｐｓであ
るから、光ゲートＢが透過モードから受光モードに変化
を始めるのは、スロットａの信号光パルスが光ゲートＢ
を通り過ぎた後である。The leading edge of the trigger light pulse reaches the right end of the optical gate B at t = 3 ps. Since the trailing edge of the signal light pulse of the slot a passes the right end of the optical gate B at t = 1 ps, the optical gate B starts to change from the transmission mode to the light reception mode when the signal light pulse of the slot a is started. Optical gate B
After passing by.

【０１３２】トリガ光パルスの前縁はｔ＝４ｐｓに光ゲ
ートＢの左端に到達している。ｔ＝５ｐｓにスロットｂ
の信号光パルスが光ゲートＢの左端に到達するが、この
時には既に光ゲートＢは全領域が受光モードとなってい
る（図１９ｂ）。従って、この直後にスロットｂの信号
光パルスを受信して、光ゲートＢと対応する電子回路部
がＯＮ状態になる。The leading edge of the trigger light pulse reaches the left end of the optical gate B at t = 4 ps. slot b at t = 5 ps
Signal light pulse reaches the left end of the optical gate B, but at this time, the entire area of the optical gate B is already in the light receiving mode (FIG. 19b). Therefore, immediately after this, the signal light pulse of the slot b is received, and the electronic circuit section corresponding to the optical gate B is turned on.

【０１３３】スロットｂの光パルスエネルギはほとんど
光ゲートＢで吸収されるので、光ゲートＡには到達しな
い。仮に光ゲートＢにおけるスロットｂの信号光パルス
の吸収が不十分であったとしても、スロットｂのパルス
前縁が光ゲートＡに到達する１ｐｓ前のｔ＝９ｐｓには
光ゲートＡは全領域が透過モードに切り替わっているの
で、光ゲートＡの光電流出力はスロットｂの光の影響を
受けない。Since the optical pulse energy of the slot b is almost absorbed by the optical gate B, it does not reach the optical gate A. Even if the absorption of the signal light pulse of the slot b in the optical gate B is insufficient, the optical gate A has the entire area at t = 9 ps 1 ps before the pulse leading edge of the slot b reaches the optical gate A. Since the mode is switched to the transmissive mode, the photocurrent output of the optical gate A is not affected by the light in the slot b.

【０１３４】同様にして、トリガ光パルスと信号光パル
スの伝搬にしたがって、光ゲートＣ〜Ｊが順次、スロッ
トｃ〜ｊの信号光パルスの有無に応じた受信動作を行
う。光ゲートＪが受光を完了するまでに５１ｐｓかかる
（図１９ｃ）が、電子回路部１０９に同期ゲートをかけ
ることで、同時に並列に電気信号を出力させることが可
能である。また、外部に接続する電気配線の長さで遅延
時間を調整して同期を計ることも可能である。Similarly, the optical gates C to J sequentially perform the receiving operation according to the presence or absence of the signal light pulse in the slots c to j in accordance with the propagation of the trigger light pulse and the signal light pulse. It takes 51 ps until the optical gate J completes the reception of light (FIG. 19c), but it is possible to output electrical signals in parallel at the same time by applying a synchronous gate to the electronic circuit unit 109. It is also possible to adjust the delay time by the length of the electric wiring connected to the outside to measure the synchronization.

【０１３５】結果として、時系列信号光パルス列パター
ンａ，ｂ，ｃ，ｅ，ｆ，ｊに対応して、各電子回路部
（光ゲートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｊに対応）から並列電
気出力が得られる。As a result, from each electronic circuit section (corresponding to the optical gates A, B, C, E, F and J) corresponding to the time-series signal light pulse train patterns a, b, c, e, f and j. Parallel electrical output is obtained.

【０１３６】光導波路１０２の端まで伝搬したトリガ光
パルスは、信号伝送用光ファイバを伝搬しないように、
外部に設けられた光フィルタや光アイソレータで取り除
くことができる。この場合、分波器で分波して受光素子
で動作をモニタしてもよい。The trigger light pulse propagating to the end of the optical waveguide 102 is prevented from propagating in the signal transmission optical fiber.
It can be removed by an external optical filter or optical isolator. In this case, the operation may be monitored by the light receiving element after demultiplexing by the demultiplexer.

【０１３７】トリガ光パルスによる透過モードと受光モ
ードのスイッチングは瞬時に行われるが、受光モードか
ら透過モードに切り替わっても、受光動作で生じたキャ
リアが取り出されるまで、光電流は流れ続ける（ＯＮ状
態）。この間に別のスロットの光信号が光ゲート１０４
を通過しても、透過モードに切り替わっているため動作
に影響は生じないが、新たな受光動作を行うことはでき
ない。電界吸収型光変調器などで知られているように、
キャリアの引き出しに要する時間は５０ｐｓ以下にする
ことが可能である。The switching between the transmission mode and the light reception mode by the trigger light pulse is instantaneously performed, but even if the light reception mode is switched to the transmission mode, the photocurrent continues to flow until the carriers generated by the light reception operation are taken out (ON state). ). During this time, the optical signal of another slot is transmitted to the optical gate 104.
Even if the light passes through, the operation is not affected because the mode is switched to the transmissive mode, but a new light receiving operation cannot be performed. As known in electroabsorption type optical modulators,
The time required to pull out the carrier can be 50 ps or less.

【０１３８】次に、スロットｊにすぐ続いて受光装置に
到達する第二の信号光パルス列、スロットｋ〜ｔの受光
動作について考える。スロットｋが光ゲート１０４Ｊの
左端に達するのはｔ＝５５ｐｓであるが、ｔ＝５３ｐｓ
には光ゲート１０４Ａ〜１０４Ｊは全て透過モードに切
り替わっている。スロットｋが光ゲート１０４Ａの左端
に到達する時刻は、ｔ＝１００ｐｓである（図１９
ｄ）。このときには光ゲート１０４Ａはスロットａに係
わる動作を完結しており、ＯＦＦ状態に復帰している。
ｔ＝９９ｐｓには第二のトリガ光パルスにより光ゲート
１０４Ａの全領域が受光モードへ切り替わっているの
で、スロットａの場合と同様にスロットｋの受光動作が
開始される。同様にして、光ゲート１０４Ｂ〜１０４Ｊ
にてスロットｌ〜ｔの受光動作が行われる。この結果、
光パルスの存在するスロットｋ，ｎ，ｐ，ｓに対応する
電子回路部１０９Ａ，１０９Ｄ，１０９Ｆ，１０９Ｉが
並列電気信号を出力する。Next, let us consider the light receiving operation of the second signal light pulse train, slots k to t, which arrives at the light receiving device immediately following slot j. The slot k reaches the left end of the optical gate 104J at t = 55 ps, but t = 53 ps.
The optical gates 104A to 104J are all switched to the transmission mode. The time when the slot k reaches the left end of the optical gate 104A is t = 100 ps (FIG. 19).
d). At this time, the optical gate 104A has completed the operation related to the slot a and has returned to the OFF state.
At t = 99 ps, since the entire area of the optical gate 104A is switched to the light receiving mode by the second trigger light pulse, the light receiving operation of the slot k is started as in the case of the slot a. Similarly, the optical gates 104B to 104J
At, the light receiving operation of the slots 1 to t is performed. As a result,
The electronic circuit sections 109A, 109D, 109F and 109I corresponding to the slots k, n, p and s where the optical pulse exists output parallel electric signals.

【０１３９】この動作を繰り返すことで、１００Ｇｂ／
ｓ時系列信号光パルス列から１０チャンネル並列１０Ｇ
ｂ／ｓ電気信号への連続的なデマルチプレクシング受光
動作が実現できる。By repeating this operation, 100 Gb /
s 10-channel parallel 10G from time-series signal light pulse train
Continuous demultiplexing light receiving operation for b / s electric signal can be realized.

【０１４０】電子回路部１０９は、１００ｐｓに１個の
出力ができればよく、１０Ｇｂ／ｓの帯域があればよい
ことになる。電子回路部１０９は通常の入出力閾値特性
を有しており、各光ゲート１０４で生じる光電流に多少
の差があってもほとんど同じ電圧の出力を得ることがで
きる。The electronic circuit section 109 only needs to be able to output one output at 100 ps, and has to have a band of 10 Gb / s. The electronic circuit section 109 has a normal input / output threshold characteristic, and can output almost the same voltage even if there is a slight difference in the photocurrent generated in each optical gate 104.

【０１４１】なお、電子回路部１０９は受光素子とモノ
リシックに形成してもよい。また、図２０の変形例のよ
うに、全ての電子回路部１０９が集積化されたＳｉ基板
１３０上に、光導波路１４２と光ゲート１４４を集積化
したＩｎＰチップ１４０をフリップチップ実装してもよ
い。この場合、Ｓｉ基板１３０上に入出力光ファイバの
アライメント溝１３１、１３２などを集積化して、光フ
ァイバ１３３、１３４のアライメントを簡単化できる。The electronic circuit section 109 may be formed monolithically with the light receiving element. Further, as in the modification of FIG. 20, the InP chip 140 in which the optical waveguide 142 and the optical gate 144 are integrated may be flip-chip mounted on the Si substrate 130 in which all the electronic circuit units 109 are integrated. . In this case, the alignment grooves 131 and 132 of the input / output optical fibers can be integrated on the Si substrate 130 to simplify the alignment of the optical fibers 133 and 134.

【０１４２】図２１は、図２０に示した第４の実施形態
の変形例としての受光装置の、光ゲート１４４付近の断
面構造図である。この変形例では、基板１４１は半絶縁
性ＩｎＰであり、基板１４１と光導波層１４３の間には
ｎ型ＩｎＰクラッド層１４７が、量子井戸光導波層１４
１の上にはメサ状にｐ型ＩｎＰクラッド層１４５とｐ型
ＩｎＧａＡｓＰコントクト層１４６が形成されている。
光導波層１４３は第４の実施形態と同様な量子井戸層と
障壁緩和層から構成される。このメサの両側には、ｎ型
ＩｎＰパッド部１４８が形成されており、パッド部１４
８とメサの間はポリイミド１３９で平坦化されている。
メサとパッド部１４８の上には、電極１４９が形成され
ている。FIG. 21 is a sectional structural view near the optical gate 144 of the light receiving device as a modified example of the fourth embodiment shown in FIG. In this modification, the substrate 141 is semi-insulating InP, and the n-type InP clad layer 147 is provided between the substrate 141 and the optical waveguide layer 143.
A p-type InP clad layer 145 and a p-type InGaAsP contact layer 146 are formed on the first layer 1 in a mesa shape.
The optical waveguide layer 143 is composed of the quantum well layer and the barrier relaxation layer similar to those in the fourth embodiment. An n-type InP pad portion 148 is formed on both sides of this mesa, and the pad portion 14 is formed.
8 and the mesa are flattened with polyimide 139.
An electrode 149 is formed on the mesa and pad portion 148.

【０１４３】この変形例の基本的な動作は、第４の実施
形態の場合と同じである。この変形例の構造にかかわら
ず、本発明は種々変形して用いることができる。サブバ
ンド間遷移のエネルギ（トリガ光波長）も３．５μｍに
限定されるものでなく、井戸幅も５ｎｍに限定されるも
のではない。井戸幅を広くするとトリガ光波長は長くな
る傾向があるが、双極子モーメントが大きくなるので所
要のシュタルク・シフトを得るのに必要な光パワーを減
じることができる。The basic operation of this modification is the same as that of the fourth embodiment. The present invention can be variously modified and used regardless of the structure of this modification. The energy of transition between subbands (trigger light wavelength) is not limited to 3.5 μm, and the well width is not limited to 5 nm. If the well width is widened, the trigger light wavelength tends to be long, but since the dipole moment becomes large, the optical power required to obtain the required Stark shift can be reduced.

【０１４４】このようにして、本発明の第４の実施形態
に係わる受光装置では、１００Ｇｂ／ｓ信号光パルス列
を１０個の１０Ｇｂ／ｓ並列電気信号として読み出すこ
とができる。この受光装置は、光デマルチプレクサとし
ては簡単な構成であり、軽量・コンパクトで、安定性が
あり、偏波依存性も小さくできる。また、一つのトリガ
光パルスを複数の光ゲートのモード切り替えに共有して
いるため、エネルギ使用効率が高く、チャンネル間の同
期も容易である。これらの効果により、従来実現できな
かった低価格化可能で実用的な光デマルチプレクシング
機能を実現できる。 （第５の実施形態）図２２は本発明の第５の実施形態に
係わる光伝送装置の一つのノードの概略構成図である。
この第５の実施形態は、第３の実施形態の場合と同様、
アド・ドロップ型光ＴＤＭ伝送装置に係わるものであ
る。In this way, in the light receiving device according to the fourth embodiment of the present invention, the 100 Gb / s signal light pulse train can be read out as ten 10 Gb / s parallel electric signals. This light receiving device has a simple structure as an optical demultiplexer, is lightweight and compact, has stability, and can reduce polarization dependence. Moreover, since one trigger light pulse is shared for mode switching of a plurality of optical gates, energy use efficiency is high and synchronization between channels is easy. Due to these effects, it is possible to realize a practical optical demultiplexing function that can be realized at a low price, which was not possible in the past. (Fifth Embodiment) FIG. 22 is a schematic configuration diagram of one node of an optical transmission apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
The fifth embodiment is similar to the third embodiment.
The present invention relates to an add / drop type optical TDM transmission device.

【０１４５】このノードは、入力光ファイバ１５１、分
波器１５２、ノード制御光受信器１５３、信号光送信器
１５４、光カプラ１５５、モニタ受信器１５６、光増幅
器１５７、透過・受光切り替え可能な光受信器１６１、
ノード制御光送信器１６２、合波器１６３、出力光ファ
イバ１６４、制御装置１６５、トリガ光パルス光源１６
６、トリガ光パルスを分合波する分合波器１６７、１６
８などから構成される。This node includes an input optical fiber 151, a demultiplexer 152, a node control optical receiver 153, a signal optical transmitter 154, an optical coupler 155, a monitor receiver 156, an optical amplifier 157, and a transmission / reception switchable light. Receiver 161,
Node control optical transmitter 162, multiplexer 163, output optical fiber 164, controller 165, trigger light pulse light source 16
6. Demultiplexer-multiplexer 167, 16 for demultiplexing the trigger light pulse
8 and so on.

【０１４６】ノード制御光は、前述の第３の実施形態に
おけるルーティング制御信号に相当するもので、各ノー
ドの送受信動作制御、プロトコル制御、監視制御等に利
用される。信号光の波長は１．５５μｍ、ノード制御光
の波長は１．３μｍで、これらは合波器１６３や分波器
１５２で波長多重されて光ファイバ１５１、１６４を伝
搬する。信号光のデータレートは４０Ｇｂ／ｓ、ノード
制御光のデータレートは２．５Ｇｂ／ｓである。The node control light corresponds to the routing control signal in the third embodiment and is used for transmission / reception operation control of each node, protocol control, supervisory control, and the like. The signal light has a wavelength of 1.55 μm and the node control light has a wavelength of 1.3 μm, and these are wavelength-multiplexed by the multiplexer 163 and the demultiplexer 152 and propagate through the optical fibers 151, 164. The data rate of the signal light is 40 Gb / s, and the data rate of the node control light is 2.5 Gb / s.

【０１４７】信号光の一つのセルは、図２３に示すよう
に、１．６ｎｓ周期の５１２個のビットで構成される。
１ビットのタイムスロットは２５ｐｓなので、信号光に
は最大６４個のセルが光時分割多重できることになる。
信号光送信器１５４はパルス光源と光変調器を集積化し
た半導体光源からなる。パルス光源はノード制御光から
得た情報で空きと判断したセルに同期するように、パル
ス幅１０ｐｓ，周期１．６ｎｓの光パルス列を送り出
す。光変調器は６２５Ｍｂ／ｓの電気信号でこのパルス
光を変調する。このようにして得られた信号光パルス
は、光ファイバ１５４を伝搬してきた他の信号光パルス
と光カプラ１５５で時分割多重化され、光増幅器１５７
で増幅されたのち光受信器１６１を通して出力光ファイ
バ１６４へ送出される。このようにして、容易に１：６
４の光マルチプレクシングが行われる。As shown in FIG. 23, one cell of the signal light is composed of 512 bits of 1.6 ns cycle.
Since the 1-bit time slot is 25 ps, a maximum of 64 cells can be time-division multiplexed in the signal light.
The signal light transmitter 154 includes a semiconductor light source in which a pulse light source and an optical modulator are integrated. The pulse light source sends out an optical pulse train having a pulse width of 10 ps and a period of 1.6 ns so as to be synchronized with a cell determined to be empty based on the information obtained from the node control light. The optical modulator modulates this pulsed light with an electric signal of 625 Mb / s. The signal light pulse thus obtained is time-division-multiplexed with another signal light pulse propagating through the optical fiber 154 by the optical coupler 155, and the optical amplifier 157.
After being amplified by, the signal is output to the output optical fiber 164 through the optical receiver 161. In this way, easily 1: 6
4 optical multiplexing is performed.

【０１４８】光受信器１６１は、第４の実施形態で説明
した受光装置において光ゲートが一つしかない場合の構
成をなしている。トリガ光パルス光源１６６はノード制
御光で指定された受信すべきセルに同期して、１．６ｎ
ｓ周期で長さ１０ｐｓの強いパルス光を送り出す。光ゲ
ートは、第４の実施形態で説明した光シュタルク効果に
より、伝搬してきた信号光パルスのうちトリガ光パルス
に同期した光パルスのみを受信する（受光モード）。そ
れ以外の光パルスに対しては光ゲートは透過モードにあ
るので、信号光パルスは電気信号に変換されることなく
光ファイバ１６４を通して次のノードへ中継される。The optical receiver 161 has a structure in the case where the light receiving device described in the fourth embodiment has only one optical gate. The trigger light pulse light source 166 synchronizes with a cell to be received designated by the node control light to be 1.6n.
A strong pulsed light with a length of 10 ps is sent out in s cycles. The optical gate receives only the optical pulse synchronized with the trigger optical pulse among the propagating signal optical pulses due to the optical Stark effect described in the fourth embodiment (light receiving mode). Since the optical gate is in the transmission mode for other optical pulses, the signal optical pulse is relayed to the next node through the optical fiber 164 without being converted into an electric signal.

【０１４９】この結果、光受信器１６１からは直接６２
５Ｍｂ／ｓのセル（５１２ビット）を電気信号として読
み出すことができる。すなわち、他の信号を電気に変換
することなく、６４：１の直接デマルチプレクシングが
行えることになる。読み出しにより空いたセルのスロッ
トは、別のノード間の光伝送に再利用することができ
る。このようにして、スループットの大きな光ＴＤＭル
ープネットワークを実現することができる。As a result, the optical receiver 161 directly outputs 62
A 5 Mb / s cell (512 bits) can be read as an electric signal. That is, direct demultiplexing of 64: 1 can be performed without converting other signals to electricity. The slot of the cell vacated by reading can be reused for optical transmission between another node. In this way, an optical TDM loop network with high throughput can be realized.

【０１５０】この第５の実施形態における光ゲートの数
を１とせず複数（Ｎ個）にしておけば、例えば第３の実
施形態のようなバイト単位の多重化も可能である。この
場合、一つのセルは１バイト分の連続したＮ個のビット
列（例えば８ビット）を連続して、あるいはある周期
（例えば１．６ｎｓに１バイト分）ごとに分割して、Ｍ
バイト（例えば６４バイト）という形で構成される。光
受信器では、第４の実施形態に示したように、Ｎ個のビ
ット列を処理単位とした光デマルチプレクシング動作が
行われ、一つのトリガ光パルスで１バイト分の並列電気
信号が読み出される。もちろん、第３の実施形態の場合
のように、処理単位に冗長ビットやガードタイムを付加
してもよい。また、本発明の光伝送装置は、セルを単位
とするＡＴＭ的なネットワ−クだけでなく、固定長ビッ
トをＮ個時分割多重化したＳＴＭ（synchronous transf
er mode ）の固定チャンネル光ＴＤＭネットワークにも
応用することができる。このように本発明の光伝送装置
は、上記実施形態の詳細に限定されることなく、様々に
変形して利用することができる。 （第６の実施形態）図２４は、本発明の第６の実施形態
に係わる光伝送装置の構成を模式的に示す図である。こ
の第６の実施形態に係わる光伝送装置は、並列処理コン
ピュータの光バス等に使用される。If the number of optical gates in the fifth embodiment is set to a plurality (N) instead of 1, it is possible to perform byte-by-byte multiplexing as in the third embodiment. In this case, one cell is divided into N consecutive bit strings of 1 byte (for example, 8 bits) continuously, or divided at a certain period (for example, 1 byte for 1.6 ns), and M
It is configured in the form of bytes (for example, 64 bytes). In the optical receiver, as shown in the fourth embodiment, an optical demultiplexing operation using N bit strings as a processing unit is performed, and a parallel electrical signal for 1 byte is read by one trigger light pulse. . Of course, as in the case of the third embodiment, redundant bits and guard times may be added to the processing units. Further, the optical transmission apparatus of the present invention is not limited to an ATM-like network in which cells are used as units, but also an STM (synchronous transfuse) in which N fixed-length bits are time-division multiplexed.
er mode) fixed channel optical TDM network. As described above, the optical transmission device of the present invention is not limited to the details of the above-described embodiment, and can be variously modified and used. (Sixth Embodiment) FIG. 24 is a diagram schematically showing the configuration of an optical transmission apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The optical transmission device according to the sixth embodiment is used for an optical bus of a parallel processing computer.

【０１５１】この第６の実施形態におけるコンピュータ
は、プロセッサやメモリなどのＬＳＩ１８０と光インタ
ーフェース部１８１が搭載されたクロック・レート１０
０ＭＨｚの８０枚のボード１８２と、光バス制御ボード
１８３からなる。これらのボード１８２、１８３は並列
に４本の４Ｇｂ／ｓ信号用光バス１８４で結ばれてい
る。また、これと平行に、同期信号を各ボード１８２に
分配するための同期用光バス１８５が１本、ボード間送
受制御を行うための制御用光バス１８６が上り下り各１
本配置されている。各光バスはそれぞれ、双方向の二重
ループ構成になっている。４Ｇｂ／ｓの信号用バス１８
４が合計８本あるので、全体では３２Ｇｂ／ｓの信号伝
送が可能であり、各ボードは同時に最大４〜８枚の異な
るボードと通信可能である。The computer according to the sixth embodiment has a clock rate 10 including an LSI 180 such as a processor and a memory and an optical interface section 181.
It consists of 80 boards 182 of 0 MHz and an optical bus control board 183. These boards 182 and 183 are connected in parallel by four 4 Gb / s signal optical buses 184. In parallel with this, there is one synchronization optical bus 185 for distributing the synchronization signal to each board 182 and one control optical bus 186 for performing inter-board transmission / reception control.
Book is arranged. Each optical bus has a bidirectional double loop configuration. 4 Gb / s signal bus 18
Since there are 8 in total, 32 Gb / s signal transmission is possible as a whole, and each board can simultaneously communicate with a maximum of 4 to 8 different boards.

【０１５２】図２５は、光バス制御ボード１８３の構成
を示す図である。各光バス１８４、１８５、１８６は、
光バス制御ボード１８３上にある周波数４ＧＨｚで幅１
００ｐｓ、波長１．５５μｍのパルス列を出射する利得
スイッチ半導体レーザ１８７を共通光源としており、光
カプラ１８８により分割して用いられる。一つのパルス
光源１８７を利用することで、各光バスのタイミングが
共通化される。FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the optical bus control board 183. Each optical bus 184, 185, 186,
The frequency is 4 GHz and the width is 1 on the optical bus control board 183.
A gain switch semiconductor laser 187 that emits a pulse train of 00 ps and a wavelength of 1.55 μm is used as a common light source, and is divided by an optical coupler 188 for use. By using one pulsed light source 187, the timing of each optical bus is made common.

【０１５３】同期用光バス１８５と下り制御用光バス１
８６ｂには光カプラ１８８の直後に４Ｇｂ／ｓで動作す
る光変調素子１８９が設けられており、この光変調素子
１８９により同期信号や制御信号が出力される。各光バ
ス１８４、１８５、１８６は、それぞれ各ボード１８２
に設けられた信号用光ゲート１９１、同期用光ゲート１
９２、制御用光ゲート１９３を光ファイバ１９４で結
び、光バス制御ボード１８３上の４Ｇｂ／ｓ光受信器１
９０で終端されている。各光バス１８４、１８５、１８
６には、適当な間隔で光ファイバ増幅器１９５が挿入さ
れており、光ファイバ１９４と各光ゲート１９１、１９
２、１９３の結合損失や、同期用光ゲート１９２のタッ
ピング損失を補償している。各光ゲート１９１、１９
２、１９３の入出射面には反射防止膜が形成されてお
り、反射戻り光がないように工夫されている。Optical bus 185 for synchronization and optical bus 1 for downlink control
An optical modulator 189 that operates at 4 Gb / s is provided immediately after the optical coupler 188 at 86b. The optical modulator 189 outputs a synchronization signal and a control signal. Each optical bus 184, 185, 186 is connected to each board 182.
Optical gate 191 for signal and optical gate 1 for synchronization
92, the control optical gate 193 is connected by the optical fiber 194, and the 4 Gb / s optical receiver 1 on the optical bus control board 183 is connected.
Terminated at 90. Each optical bus 184, 185, 18
6, an optical fiber amplifier 195 is inserted at an appropriate interval, and the optical fiber 194 and the respective optical gates 191 and 19 are provided.
The coupling loss of No. 2 and 193 and the tapping loss of the synchronizing optical gate 192 are compensated. Each optical gate 191, 19
Antireflection films are formed on the entrance and exit surfaces of Nos. 2 and 193 so as to prevent reflected return light.

【０１５４】同期用光ゲート１９２は、４Ｇｂ／ｓで動
作可能な面型の電界吸収型光変調器であり、常にパルス
の一部のみが吸収されるような電圧にバイアスされた一
部受光モードに設定されている。すなわち、上流側から
送られて来る同期光パルスのエネルギの一部を受信し、
残りのエネルギは下流側のボードに伝送される。光ゲー
トは面型なので、円対称構造にすることで偏波依存性も
小さくできる。The synchronizing optical gate 192 is a surface-type electro-absorption optical modulator capable of operating at 4 Gb / s, and is a partial light-receiving mode biased to a voltage such that only part of the pulse is always absorbed. Is set to. That is, receiving a part of the energy of the synchronous light pulse sent from the upstream side,
The remaining energy is transferred to the downstream board. Since the optical gate is a planar type, the polarization dependence can be reduced by using a circularly symmetric structure.

【０１５５】各光ゲート１９１、１９２、１９３のタイ
ミング処理や電気的な入出力は、光インターフェース部
１８１が制御する。各ボード１８２の信号用光ゲート１
９１と制御用光ゲート１９３の送受信動作は、同期用光
ゲート１９２で受信した同期信号を基準とする所定遅延
時間後のスロットに行われる。The optical interface unit 181 controls the timing processing and electrical input / output of each optical gate 191, 192, 193. Signal optical gate 1 on each board 182
The transmission / reception operation of 91 and the control optical gate 193 is performed in a slot after a predetermined delay time based on the synchronization signal received by the synchronization optical gate 192.

【０１５６】同期光パルスを１０ｎｓ周期で出力する
と、この周期の中に幅２５０ｐｓ（４Ｇｂ／ｓ）のスロ
ットは４０個しか入らない。ボード１８２は８０枚ある
ので、すべてのスロットを指定するには最低２周期（２
０ｎｓ）が必要である。また、同期パルスの間が開きす
ぎると遅延時間の誤差が生じる恐れがある。そこで、こ
の第６の実施形態では５ｎｓごとに異なる４種類のパル
ス・パターンの同期光パルスを順に送信することで、８
０個のスロットが区別できるようにしている。When the synchronous light pulse is output at a cycle of 10 ns, only 40 slots having a width of 250 ps (4 Gb / s) are included in this cycle. Since there are 80 boards 182, at least 2 cycles (2
0 ns) is required. Further, if the gaps between the sync pulses are too wide, a delay time error may occur. Therefore, in the sixth embodiment, the synchronous light pulses of four types of pulse patterns that are different every 5 ns are sequentially transmitted,
0 slots are made distinguishable.

【０１５７】制御用光ゲート１９３は、同期用光ゲート
１９２と同一構造の光変調器であり、上り回線の制御用
光バス１８６ａでは透過モードと送信（変調）モードの
切り替えが、下り回線の制御用光バス１８６ｂでは透過
モードと受信（受光）モードの切り替えが可能である。
すなわち、同期信号からボードごとに定められた固定遅
延時間後のスロットは、上り下りに対応してそれぞれ送
信モードか受信モードに割り当てられる。それ以外のス
ロットは電圧が印加されていない透過モードになってお
り、上流側から送られて来るすべての光パルスはそのま
ま下流側に伝達される。The control optical gate 193 is an optical modulator having the same structure as the synchronization optical gate 192, and switching between the transmission mode and the transmission (modulation) mode is performed by the downlink control optical bus 186a for the downlink control. The optical bus 186b can switch between a transmission mode and a reception (light reception) mode.
That is, the slot after the fixed delay time determined for each board from the synchronization signal is assigned to the transmission mode or the reception mode in correspondence with the uplink and downlink. The other slots are in the transmission mode in which no voltage is applied, and all the optical pulses sent from the upstream side are directly transmitted to the downstream side.

【０１５８】信号送信要求を発したい場合には、制御用
光ゲート１９３はその送信モードのスロットに上流から
変調されることなしに送られてきた光パルスを電界吸収
効果を利用して変調することで、光バス制御ボード１８
３上に向けて制御信号を送信する。この結果、各ボード
では８０個のスロットのうち１スロットにのみに制御信
号を乗せるマルチプレクシングが行われる。When it is desired to issue a signal transmission request, the control optical gate 193 modulates the optical pulse sent to the slot of the transmission mode without being modulated from the upstream by utilizing the electroabsorption effect. Then, optical bus control board 18
3 sends a control signal upward. As a result, on each board, multiplexing is performed in which the control signal is placed in only one of the 80 slots.

【０１５９】光バス制御ボード１８３上の光受信器１９
０で受信された４Ｇｂ／ｓの制御信号は、制御系１９６
に送られる。制御系１９６は、各送受信ボード１８２に
信号用バスとスロットを割り当て、下り制御用光バス１
８６ｂを利用して各ボードに割り当てられたスロットに
それぞれ制御信号を送信する。Optical receiver 19 on optical bus control board 183
The control signal of 4 Gb / s received by the control system 196
Sent to. The control system 196 assigns a signal bus and a slot to each transmission / reception board 182, and the downlink control optical bus 1
Control signals are transmitted to the slots assigned to each board by using 86b.

【０１６０】受信モードの制御用光ゲート１９３は電圧
印加状態にあり、光バス制御ボード１８３の変調素子１
８９から送信されてくる制御信号を受信する。この結
果、４Ｇｂ／ｓ、８０個のスロットから出力レート５０
Ｍｂ／ｓで１スロットを抜き出すデマルチプレクシング
動作が行われたことになる。光インターフェース部１８
１は、この制御信号にしたがって信号用光ゲート１９１
の入出力動作を制御する。The control mode optical gate 193 in the reception mode is in a voltage applied state, and the modulation element 1 of the optical bus control board 183 is in operation.
The control signal transmitted from 89 is received. As a result, 4Gb / s, output rate 50 from 80 slots
This means that the demultiplexing operation for extracting one slot at Mb / s has been performed. Optical interface unit 18
1 indicates a signal optical gate 191 according to this control signal.
Control the input / output operation of.

【０１６１】制御用光ゲート１９３の動作原理は、光ゲ
ートが面型であることを除けば、第１〜第３の実施形態
の場合と同じである。ただし、この第６実施形態では前
述の実施形態と異なり、各光ゲート１９１、１９３はト
リガ光パルスによりただちに受光モードに切り替わるわ
けではなく、同期光パルスから所定時間の遅延後に受光
モードに切り替わる。また、前述の実施形態におけるト
リガ光パルスに相当する同期光信号は、それぞれ複数の
スロットで構成される４種類のパターンからなる。さら
に、同期光と信号光は同方向に伝搬しており、光ゲート
間の光路長には制限がない。動作レートが遅いので、各
光ゲート１９１、１９３は１スロット（２５０ｐｓ）の
間に受信動作や変調動作を完了することができる。The operating principle of the control optical gate 193 is the same as that of the first to third embodiments except that the optical gate is a surface type. However, in the sixth embodiment, unlike the above-described embodiments, the optical gates 191 and 193 do not immediately switch to the light receiving mode by the trigger light pulse, but switch to the light receiving mode after a delay of a predetermined time from the synchronous light pulse. Further, the synchronization optical signal corresponding to the trigger light pulse in the above-described embodiment is composed of four types of patterns each composed of a plurality of slots. Furthermore, since the synchronizing light and the signal light propagate in the same direction, there is no limitation on the optical path length between the optical gates. Since the operation rate is slow, each optical gate 191 and 193 can complete the reception operation and the modulation operation in one slot (250 ps).

【０１６２】信号用光ゲート１９１も制御用光ゲート１
９３と同構造であり、透過、受信（受光）、送信（変
調）の３モードの切り替え動作が可能である。すなわ
ち、光バス制御ボード１８３により指定されたスロット
のみが送信モードや受信モードになり、それ以外のスロ
ットは透過モードになる。基本的な動作は制御用光ゲー
ト１９３と同じであるが、信号用光ゲート１９１は１０
０ＭＨｚで送受信動作を行うので、４０：１のマルチプ
レクシング／デマルチプレクシングが行われる。制御用
光バス１８６では入出力の一方（光バス制御ボード１８
３）は固定で電気的な多重分離が行われていたが、信号
用光バス１８４では入出力とも光ゲート１９１で光多重
・分離が行われる。また、制御用光バス１８６と異な
り、信号用光バス１８４の指定スロット、すなわち同期
信号からの遅延時間は可変であり、光バス制御ボード１
８３により下り制御用光バス１８６ｂを介して指定され
る。このため、全てのスロットを無駄なく利用すること
ができる。The signal optical gate 191 is also the control optical gate 1.
It has the same structure as 93 and can switch between three modes of transmission, reception (light reception), and transmission (modulation). That is, only the slot designated by the optical bus control board 183 becomes the transmission mode or the reception mode, and the other slots become the transmission mode. The basic operation is the same as that of the control optical gate 193, but the signal optical gate 191 has 10
Since the transmission / reception operation is performed at 0 MHz, 40: 1 multiplexing / demultiplexing is performed. In the control optical bus 186, one of input and output (optical bus control board 18
In 3), fixed electrical demultiplexing is performed, but in the signal optical bus 184, optical multiplexing and demultiplexing is performed by the optical gate 191 for both input and output. Also, unlike the control optical bus 186, the delay time from the designated slot of the signal optical bus 184, that is, the synchronization signal is variable, and the optical bus control board 1
It is specified by 83 via the downlink control optical bus 186b. Therefore, all slots can be used without waste.

【０１６３】この第６の実施形態も様々な変形が可能で
ある。例えば、前述の第５実施形態では制御用光バス１
８６は上り下り各１本あったが、１本の制御用光バスを
時分割で使うことも可能である。この場合、同期光パル
スの種類を増やすことで、送受合わせて１６０個のスロ
ットの時間指定を行うことができる。また、制御用光ゲ
ートも信号用光ゲートと同様に透過、受信（受光）、送
信（変調）の３モードを切り替えて使われる。別の変形
例として、同期用光バスと制御用光バスを共用して時分
割で使用することも可能である。さらには、信号も制御
信号や同期信号と同じ光バスで時分割して使用すること
も可能である。逆に、ブロック化を行うことで、もっと
大規模なシステムにも適用可能である。Various modifications can also be made to the sixth embodiment. For example, in the above-described fifth embodiment, the control optical bus 1
There is one upstream and one downstream 86, but it is also possible to use one control optical bus in a time division manner. In this case, by increasing the types of synchronous optical pulses, it is possible to specify the time of 160 slots for transmission and reception. Further, the control optical gate is also used by switching between three modes of transmission, reception (light reception), and transmission (modulation) similarly to the signal optical gate. As another modified example, it is possible to share the synchronization optical bus and the control optical bus and use them in a time division manner. Furthermore, it is also possible to use the signals in the same optical bus as the control signals and the synchronization signals in a time division manner. On the other hand, by blocking it, it can be applied to a larger system.

【０１６４】この第６の実施形態における光ゲートは、
受信、送信、透過の３機能を切り替えて使用できるの
で、非常にフレキシブルな使い方が可能である。また、
信号光、制御光、同期光とも同一パルス光源を利用して
いるので、安定性のある同期が実現され、ボード再配置
も可能である。一般のボード１８２にはアクティブな光
デバイスが搭載されていないので、信頼性の点でも優れ
ている。The optical gate in the sixth embodiment is
Since the three functions of receiving, transmitting and transmitting can be switched and used, it is possible to use it in a very flexible manner. Also,
Since the same pulsed light source is used for the signal light, the control light, and the synchronous light, stable synchronization can be realized and the board can be rearranged. Since no active optical device is mounted on the general board 182, it is also excellent in reliability.

【０１６５】本発明の受光装置や伝送装置の光ゲートの
数、伝送レート、トリガ光繰り返し周波数などは、前述
の第１〜第６の実施形態の事例に限定されるものではな
い。例えば、材料については、ＩｎＧａＡｓＰ系や波長
１．５５μｍ帯に限定されるものではなく、ＧａＡｌＡ
ｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａＳｂＡｓ系、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ系、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅ系、ＩｎＧａＡ
ｌＮ系など様々な半導体材料に応用することができる。
また、材料の選択や構造設計により、様々な波長の信号
光やトリガ光に適用できる。光導波路についても、各種
の半導体光導波路、ガラス系光導波路、強誘電体光導波
路、光ファイバ、レンズ等、様々なものに応用できる。
また、他の素子と集積化して機能を高めることもでき
る。例えば、導波損失を補償するための半導体レーザ増
幅器を光ゲート間に集積化してもよいし、半導体パルス
光源、光スイッチ、波長フィルタ等を集積化してもよ
い。また、応用面では、光通信に限定されるものではな
く、光交換、光インターコネクション、光情報処理、光
計測等、様々な分野で利用することができる。例えば、
本発明を超高速光計測に応用すれば、光ゲートや読出し
回路の電気的な応答時間よりも短い時間分解能の計測を
実現することができる。この場合、前述の実施形態のよ
うな２値デジタル出力ではなく、アナログ出力が得られ
るようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。The number of optical gates, transmission rate, trigger light repetition frequency, etc. of the light-receiving device and the transmission device of the present invention are not limited to the cases of the above-described first to sixth embodiments. For example, the material is not limited to the InGaAsP system and the wavelength band of 1.55 μm, but GaAlA
s series, InGaAlAs series, InGaSbAs series, In
GaAlP type, ZnCdMgSSeTe type, InGaA
It can be applied to various semiconductor materials such as 1N type.
Further, it can be applied to signal light and trigger light of various wavelengths by selecting materials and designing the structure. The optical waveguide can also be applied to various semiconductor optical waveguides, glass optical waveguides, ferroelectric optical waveguides, optical fibers, lenses and the like.
Further, the function can be enhanced by integrating with other elements. For example, a semiconductor laser amplifier for compensating for waveguide loss may be integrated between the optical gates, or a semiconductor pulse light source, an optical switch, a wavelength filter, etc. may be integrated. Further, in terms of application, it is not limited to optical communication, but can be used in various fields such as optical switching, optical interconnection, optical information processing, and optical measurement. For example,
If the present invention is applied to ultra-high-speed optical measurement, it is possible to realize measurement with a time resolution shorter than the electrical response time of the optical gate and the readout circuit. In this case, an analog output may be obtained instead of the binary digital output as in the above embodiment. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【０１６６】[0166]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来の光ＴＤＭの光デマルチプレクサと比べて小型、軽
量、安定で、偏波依存性が小さく、効率が高い光デマル
チプレクシングを実現できる。As described above, according to the present invention, optical demultiplexing that is smaller in size, lighter in weight, more stable, less polarization dependent and more efficient than the conventional optical demultiplexer for optical TDM is provided. realizable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の概
略構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving device according to the first embodiment of the invention.

【図３】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の光
導波路の断面構造を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an optical waveguide of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の電
界吸収領域と光伝導スイッチの断面構造を模式的に示す
図。FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an electric field absorption region and a photoconductive switch of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の電
界吸収領域の吸収特性を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating absorption characteristics of an electric field absorption region of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図６】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の光
伝導スイッチのバンド構造を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a band structure of a photoconductive switch of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図７】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の単
位部分の電気的な等価回路を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a unit portion of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図８】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の抵
抗に現れる電圧波形を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a voltage waveform that appears in the resistance of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図９】本発明の第１の実施形態に係わる受光装置の各
受光単位の動作タイミングを説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating operation timing of each light receiving unit of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の第２の実施形態に係わる受光デマル
チプレクサ装置の概略構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving demultiplexer device according to a second embodiment of the present invention.

【図１１】本発明の第２の実施形態に係わる受光デマル
チプレクサ装置の光パルス振り分け動作を説明する図。FIG. 11 is a diagram for explaining an optical pulse distribution operation of the light receiving demultiplexer device according to the second embodiment of the present invention.

【図１２】本発明の第２の実施形態に係わる受光装置の
光伝導素子の構造を模式的に示す図。FIG. 12 is a diagram schematically showing the structure of a photoconductive element of a light receiving device according to a second embodiment of the invention.

【図１３】本発明の第３の実施形態に係わる光伝送装置
の一ノードの構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of one node of an optical transmission device according to a third embodiment of the present invention.

【図１４】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
概略構成を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving device according to a fourth embodiment of the invention.

【図１５】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
光ゲートの断面構造を模式的に示す図。FIG. 15 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an optical gate of a light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１６】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
光導波路の断面構造を模式的に示す図。FIG. 16 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an optical waveguide of a light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１７】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
多重量子井戸層の吸収特性を模式的に説明する図。FIG. 17 is a diagram schematically illustrating absorption characteristics of a multiple quantum well layer of a light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１８】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
多重量子井戸層のバンド構造を模式的に説明する図。FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a band structure of a multiple quantum well layer of a light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１９】本発明の第４の実施形態に係わる受光装置の
各光ゲートの動作タイミングを説明する図。FIG. 19 is a view for explaining the operation timing of each optical gate of the light receiving device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図２０】本発明の第４の実施形態の変形例である受光
装置の概略構成を示す図。FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a light receiving device that is a modification of the fourth embodiment of the invention.

【図２１】本発明の第４の実施形態の変形例である受光
装置の光ゲート付近の断面構造を模式的に説明する図。FIG. 21 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure near an optical gate of a light receiving device that is a modification of the fourth embodiment of the present invention.

【図２２】本発明の第５の実施形態に係わる光伝送装置
の一つのノードの概略構成を示す図。FIG. 22 is a diagram showing a schematic configuration of one node of an optical transmission device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図２３】本発明の第５の実施形態に係わる光伝送装置
の信号光セルの構成を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a signal optical cell of an optical transmission device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図２４】本発明の第６の実施形態に係わる光伝送装置
の構成を模式的に示す図。FIG. 24 is a diagram schematically showing the configuration of an optical transmission device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図２５】本発明の第６の実施形態に係わる光伝送装置
における光バス制御ボードの構成を示す図。FIG. 25 is a diagram showing a configuration of an optical bus control board in an optical transmission device according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，１０１，１４１…半導体基板、 ２，１０２，１４２…光導波路、 ３…第二の光導波路、 ４，１０４，１９１，１９２，１９３…光ゲート、 ５，４４…光伝導スイッチ、 ９，１０９…電子回路部（読出し回路）、 １１…光ガイド層、 １３，１２１，１３９…ポリイミド、 １８…多重量子井戸電界吸収層、 ２２，２３，３２，３３，４７，１２２，１４９…電
極、 ４０，６１…半導体受光装置、 ４１，５９，６０…光ゲートスイッチ、 ４２…同期光パルス供給系、 ４９…ｐｉｎフォトダイオード、 ５２，６３，１５２，１６３，１６７，１６８…合分波
器、 ５３，１５３…制御信号受信器、 ５４，１５４…信号送信装置、 ５７，１５７…光増幅器、 ６２，１６２…制御信号送信器、 １１１…多重量子井戸光導波層、 １１４…ヘテロ障壁緩和層、 １１５，１４５…ｐ型クラッド層、 １１７…半絶縁性半導体層、 １６１…光受信器、 １６６…トリガ光パルス光源、 １８１…光インターフェース部、 １８２…ボード、 １８３…光バス制御ボード、 １８４，１８５，１８６…光バス、 １８７…パルス光源、 １８９…光変調素子、 １９０…光受信器。1, 101, 141 ... Semiconductor substrate, 2, 102, 142 ... Optical waveguide, 3 ... Second optical waveguide, 4, 104, 191, 192, 193 ... Optical gate, 5, 44 ... Photoconductive switch, 9, 109 ... electronic circuit section (readout circuit), 11 ... optical guide layer, 13, 121, 139 ... polyimide, 18 ... multiple quantum well electric field absorption layer, 22, 23, 32, 33, 47, 122, 149 ... electrode, 40, 61 ... Semiconductor light receiving device, 41, 59, 60 ... Optical gate switch, 42 ... Synchronous optical pulse supply system, 49 ... Pin photodiode, 52, 63, 152, 163, 167, 168 ... Multiplexer / demultiplexer, 53, 153 Control signal receiver 54,154 Signal transmitter 57,157 Optical amplifier 62,162 Control signal transmitter 111 Multiple quantum well optical waveguide layer 114 (B) Barrier relaxation layer, 115, 145 ... P-type cladding layer, 117 ... Semi-insulating semiconductor layer, 161 ... Optical receiver, 166 ... Trigger light pulse light source, 181 ... Optical interface section, 182 ... Board, 183 ... Optical bus control Board, 184, 185, 186 ... Optical bus, 187 ... Pulse light source, 189 ... Optical modulator, 190 ... Optical receiver.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 G04J 14/00 - 14/08 G02F 1/015 505 H01L 27/15 H01L 31/0264 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H04B 10/00-10/28 G04J 14/00-14/08 G02F 1/015 505 H01L 27/15 H01L 31 / 0264 JISST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】時系列の信号光パルス列を伝搬する光導波
手段と、 前記光導波手段に沿って直列に配置され、印加電圧変化
によるシュタルク・シフトで透過モードと受光モードの
切り替えが可能な複数の光ゲートと、 前記複数の光ゲートにより受光される各スロットを所定
の遅延時間で順に並列信号として読み出す手段と、 前記光導波手段と並列に配置された第二の光導波手段
と、 前記第二の光導波手段に沿って前記複数の光ゲートとほ
ぼ同間隔で配置され、それぞれ対応する前記光ゲートに
電気的に接続された複数の光伝導スイッチとを具備して
なり、 前記信号光パルス列に同期してこの信号光パルス列の伝
搬方向とは反対方向に前記第二の光導波手段を伝搬する
トリガ光パルスにより、前記複数の光伝導スイッチが順
次高抵抗状態から低抵抗状態にスイッチされることによ
り、対応する光ゲートの印加電圧が変化し、その結果生
じるシュタルク・シフトにより光ゲートが順次透過モー
ドから受光モードに切り替わることを特徴とする受光装
置。 1. An optical waveguide for propagating a time-series signal light pulse train.
Means arranged in series along the optical waveguide means and applied voltage change
The Stark shift due to
A plurality of switchable optical gates and each slot received by the plurality of optical gates are predetermined.
Means for sequentially reading out as parallel signals at a delay time of, and a second optical waveguide means arranged in parallel with the optical waveguide means.
And the plurality of optical gates along the second optical waveguide means.
The optical gates are arranged at almost the same intervals and are respectively assigned to the corresponding optical gates.
Comprising a plurality of photoconductive switches electrically connected
The signal light pulse train is transmitted in synchronization with the signal light pulse train.
Propagate through the second optical waveguide means in a direction opposite to the carrying direction.
A trigger light pulse causes the plurality of photoconductive switches to
By switching from the next high resistance state to the low resistance state
Change the applied voltage of the corresponding optical gate, resulting in
The optical gate is sequentially transmitted through the Stark shift.
Switch to the light-receiving mode
Place 【請求項２】時系列の信号光パルス列を伝搬する光導波
手段と、 量子井戸構造を有し、前記光導波手段に沿って直列に配
置され、かつ光シュタルク効果により透過モードと受光
モードの切り替えが可能な複数の光ゲートと、 前記複数の光ゲートにより受光される各スロットを所定
の遅延時間で順に並列信号として読み出す手段とを具備
してなり、 前記量子井戸のサブバンド間遷移エネルギに相当する波
長を有し、かつ前記信号光パルス列に同期してこの信号
光パルス列の伝搬方向とは反対方向に前記光導波手段を
伝搬するトリガ光パルスにより、各光ゲートの吸収波長
にシュタルク・シフトが生じ、その結果各光ゲートが順
次透過モードから受光モードに切り替わることを特徴と
する受光装置。 2. An optical waveguide for propagating a time-series signal light pulse train.
Means and a quantum well structure, and arranged in series along the optical waveguide means.
Is placed and the transmission mode and light is received by the optical Stark effect
A plurality of optical gates capable of switching modes and each slot received by the plurality of optical gates are predetermined.
And a means for reading as parallel signals in order with the delay time of
And a wave corresponding to the intersubband transition energy of the quantum well.
This signal has a length and is synchronized with the signal light pulse train.
The optical waveguide means is arranged in a direction opposite to the propagation direction of the optical pulse train.
Absorption wavelength of each optical gate due to propagating trigger light pulse
Stark shift occurs in each optical gate
The feature is that it switches from the second transmission mode to the light reception mode.
Light receiving device. 【請求項３】前記光導波手段の先端に、同期信号検出用
の半導体光検出器が配置されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の受光装置。 3. A synchronizing signal detecting device at the tip of the optical waveguide means.
The semiconductor photodetector of
The light-receiving device according to claim 1 or 2. 【請求項４】複数の単位半導体受光装置と高速光スイッ
チとを具備してなり、 前記高速光スイッチにより、各単位半導体受光装置で受
光されるひとまとまりの光パルス信号群が、各単位半導
体受光装置に振り分けられるようになっていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の受光装置。 4. A plurality of unit semiconductor light receiving devices and a high-speed optical switch.
It comprises a and Ji, by the high-speed optical switch, receiving each unit semiconductor light receiving device
A group of light pulse signals to be emitted are
The feature is that it can be distributed to the body light receiving device.
The light-receiving device according to claim 1, which is a characteristic. 【請求項５】前記光ゲートに接続された外部回路が適切
な閾値特性を有していることを特徴とする請求項１又は
２に記載の受光装置。 5. An external circuit connected to the optical gate is suitable.
Claim 1 or 2 which has various threshold characteristics.
2. The light receiving device according to item 2.