JP5070777B2

JP5070777B2 - 半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路および容量性負荷の駆動回路

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Publication number: JP5070777B2
Application number: JP2006253339A
Authority: JP
Inventors: 雅司野口; 智弘上野; 雄高甲斐; 節生吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-09-19
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Description

本発明は、光通信ネットワークに使用される光パケットスイッチングシステムに関する技術である。

光通信ネットワークにおいては、将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、高速かつ大容量の光通信装置が要求されている。この高速かつ大容量化を実現する方式として、ナノセカンド（ｎｓ）オーダーで光の経路を切り替える高速光スイッチを用いた光パケットスイッチングシステムの研究開発が進められている。

図１に光パケットスイッチングネットワークを説明するための図を示す。アクセスネットワークを介して、エッジノード１１には加入者端末等のアクセスノード１４が接続されている。エッジノード１１は加入者からの信号データを光パケットにする光パケットアッセンブリを備えている。さらに、エッジノード１１はコアノード１２とも接続されている。コアノード１２はエッジノード１１から送られてきた光パケットを異なるコアノード１２や配下にあるエッジノード１１にスイッチする。

以下に図２を用いて、コアノード１２を説明する。コアノード１２は光パケットを切替えるためのマトリクス光スイッチ２１機能を有する。光パケットは光ファイバの光データチャネルにより送信される。光データチャネルはエッジノード１１やコアノード１２間を物理的に接続した光ファイバ１３内の波長の異なるチャネルである。光パケットは、波長変換部２２において、波長変換される。波長変換された光パケットは、マトリクス光スイッチ２１に入力され方路が切り替えられる。マトリクス光スイッチ２１での方路切り替は、制御部２５のコントロールチャネル部２４と、コントロールチャネル部２４の指示でマトリクス光スイッチ２１を制御するリザベーションマネージャー２３により行われる。光パケットの方路情報はコントロールチャネルで制御部２５のコントロールチャネル部２４に入力される。コントロールチャネル部２４はコントロールチャネルにより転送されたラベル信号を解析する。コントロールチャネルはコアノード１２間を物理的に接続した光ファイバ内の光データチャネルの波長と異なる波長のチャネルであってもよいし、当該光ファイバとは異なる光ファイバや同軸線であっても良い。リザベーションマネージャー２３は、コントロールチャネルにより送られてきたラベル信号の方路情報を解析して、マトリクス光スイッチ２１を制御する。マトリクス光スイッチ２１は、リザベーションマネージャー２３により指示された出力先ポートに向けて、方路を切り替える。

図３に光パケット３４に対する方路の切り替えタイミングを示す。図３のように、光パケット３４に対する方路の切り替えタイミングは、コントロールチャネル部２４の方路情報を持つラベル信号３３から一定のオフセット時間３１の後に行われる。このマトリクス光スイッチの切り替え時間３２は、たとえば、約４５ｎｓという、短い時間で切り替えなければならない要求がある。これは、光パケット３４に影響を与えないためのガード時間である。すなわち、光パケットスイッチングシステムでは短いガード時間内に光のポート切り替えが完了しなければならない。コアノードを構成するためのマトリクス光スイッチは色々検討されているが、上記の条件を持たすような速度で光のポート切り替えを行う具体的な構成が未検討である。コアノードを構成すためのマトリクス光スイッチとしては特許文献１が知られている。
特開２００３−２１７９５号公報

本発明の目的は、短いガード時間内に光のポート切り替えが可能となるように、マトリクス光スイッチを高速で安定に切り替える技術を提供することである。

上述した目的を達成するため、本発明では以下に述べる手段により上述した課題を解決する。

第一の手段として、光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、駆動信号を入力し駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、インダクタンス素子と半導体光増幅器間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を有する。

第二の手段として、第一の手段において、オペレーションアンプは非反転型増幅を行い、オペレーションアンプの非反転入力端子には駆動信号を入力し、反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗を設け、ダイオード素子は半導体光増幅器に対して順方向に接続する。

第三の手段として、光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、駆動信号を入力し駆動信号に対応した電流を出力する第１のオペレーションアンプと、オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、駆動信号を入力し駆動信号と反転した電流を出力する第２のオペレーションアンプと、第２のオペレーションアンプ出力により半導体光増幅器からインダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を有する。

第四の手段として、内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、駆動信号を入力し駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、インダクタンス素子と容量性負荷間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を有する。

第五の手段として、内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、駆動信号を入力し駆動信号に対応した電流を出力する第１のオペレーションアンプと、オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、駆動信号を入力し駆動信号と反転した電流を出力する第２のオペレーションアンプと、第２のオペレーションアンプ出力により容量性負荷からインダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を有する。

本発明によれば、半導体光増幅器型ゲートスイッチを用いたマトリックス光スイッチを高速で安定に切り替えることができる。さらに消費電力も小さくできる。容量性負荷を高速で安定に切り替えることもできる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

本実施例は、図２に示した、コアノード１２に適用されるマトリクス光スイッチに関する発明である。
［マトリクス光スイッチ］
本発明のマトリクス光スイッチ（図２のマトリクス光スイッチ２１に相当する）の具体的な構成を図４に示す。図４の各ブロックの構成を以下に詳細に説明する。

光分配カプラ：
参照番号４１１、４１２乃至４１ｎは１入力／ｎ出力の光分配カプラである。光分配カプラ４１１、４１２乃至４１ｎは１つの入力ポートとｎ個の出力ポートを有する。光分配カプラ４１１は第１のデータチャネルからの光パケットを受信する。同様に、光分配カプラ４１２乃至４１ｎは第２のデータチャネル乃至第ｎのデータチャネルから送られてくる光パケットをそれぞれ受信する。本図の例では、第１のデータチャネルから光パケットが＃２、＃１、＃ｎの順で光分配カプラ４１１の入力ポートに入力されている。第２のデータチャネルから光パケットが＃ｎ、＃２、＃１の順で光分配カプラ４１２の入力ポートに入力されている。第３のデータチャネルから光パケットが＃１、＃ｎ、＃２の順で光分配カプラ４１ｎの入力ポートに入力されている。光分配カプラ４１１乃至４１ｎは、マトリック光スイッチを構成するために、後で述べる光合波カプラの数だけ分岐を行う出力ポートを有する。

半導体光増幅器：
参照番号４３１１乃至４３１ｎ、４３２１乃至４３２ｎ、４３ｎ１乃至４３ｎｎは半導体光増幅器である。半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎは光分配カプラ４１１乃至４１ｎで分岐された当該カプラの出力ポートの数だけある。そして、半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎは当該カプラの出力ポートからの光を後で述べる駆動回路からの駆動電流の有無によりスイッチングする。半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎの出力は後で述べる光合波カプラの入力ポートにそれぞれ入力される。

光合波カプラ：
参照番号４２１、４２２乃至４２ｎはｎ入力／１出力の光合波カプラである。光合波カプラ４２１、４２２乃至４２ｎは、それぞれ、光分配カプラの数だけ入力ポートがある。そして、それらの入力ポートに入力した光は１つの出力ポートに出力される。光合波カプラ４２１は第１のデータチャネルを出力する。光合波カプラ４２２は第２のデータチャネルを出力する。光合波カプラ４２ｎは第ｎのデータチャネルを出力する。光合波カプラ４２１の出力ポートである第１のデータチャネルからは光分配カプラ４１１、４１２乃至４１ｎに入力された＃１の光パケットが出力される。光合波カプラ４２２の出力ポートである第２のデータチャネルからは光分配カプラ４１１、４１２乃至４１ｎに入力された＃２の光パケットが出力される。光合波カプラ４２ｎの出力ポートである第ｎのデータチャネルからは光分配カプラ４１１、４１２乃至４１ｎに入力された＃ｎの光パケットが出力される。

駆動回路：
参照番号４４１１乃至４４ｎｎは駆動回路である。駆動回路４４１１乃至４４ｎｎは半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎに駆動信号に基づき電流を与える回路である。当該電流は半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎが利得を有し入力光を増幅する電流値と、半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎが入力光を吸収する電流値で構成される。駆動回路４４１１乃至４４ｎｎは電流と同時に電圧を与えることが可能である。

駆動回路の具体的な動作について、図５を用いて説明する。図５は駆動回路と半導体光増幅器の入出力の関係を示している。駆動回路４４は図４の駆動回路４４１１乃至４４ｎｎと同じものである。半導体光増幅器４３は図４の半導体光増幅器４３１１乃至４３ｎｎと同じものである。駆動回路４４は図中の（ａ）に示した電流を半導体光増幅器４３に与える。半導体光増幅器４３は、光増幅領域５１に（ｃ）の光（光パケット）を受信する。光増幅領域５１は（ｂ）の光を出力する。（ｂ）の光出力は（ａ）の電流値の変化に対応して変化する。本図の例では光増幅領域５１は（ｂ）からは光パケット＃１と＃３は出力されるが光パケット＃２は出力されない。半導体光増幅器４３は光ゲート素子として機能することができる。したがって、半導体光増幅器４３は半導体光増幅器型ゲートスイッチと呼ぶことができる。

マトリクス光スイッチの動作：
図４を用いて、マトリクス光スイッチの全体の動作を説明する。第１のデータチャネルの＃２の光パケットは光分配カプラ４１１に入力される。光分配カプラ４１１は＃２の光パケットをｎ個に光パワーを分岐する。分岐された光パケットはそれぞれ半導体光増幅器４３１１と４３２１と４３ｎ１に入力される（４３２ｎ乃至４３ｎ１間の半導体光増幅器にも入力されるがここでは省略して説明する）。＃２の光パケットが光分配カプラ４１１とき、駆動回路４４２１から駆動電流が流れ半導体光増幅器４３２１は＃２の光パケットを増幅して出力する。光分配カプラ４１１に入力される＃２の光パケット以降の光パケット＃１、＃ｎは駆動回路４４２１から駆動電流が供給されないため、半導体光増幅器４３２１内で吸収され出力されない。半導体光増幅器４３２１の出力は光合波カプラ４２２に入力される。光合波カプラ４２２からの出力ポートからは第２のデータチャネルとして＃２が出力される。＃２の次に光分配カプラ４１１に入力される光パケット＃１は光分配カプラ４１１で分岐された後、半導体光増幅器４３１１で駆動回路からの電流に基づきゲートされ、光合波カプラ４２１に出力される。このように、光パケットを光分配カプラで分岐し、半導体光増幅器でゲートし、そのゲート出力を光合波カプラで合波することで、入力側の各データチャネル内を流れる光パケットを任意のデータチャネルにスイッチングすることができる。

［半導体光増幅器型ゲートスイッチの特性］
図６は図５の半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）の駆動電流対光増幅率を示している。半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）は駆動電流により光増幅率が変化する特性を有する。図６において、駆動電流を約３００ｍＡ流すことで、光増幅率は約１０ｄＢ得られる。約１０ｄＢの増幅率は増幅率のほぼ飽和状態にあたる。一方、駆動電流が少なくなり６５ｍＡを切ると、半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）は半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）に入力された光を減衰させ、光減衰器として動作している。

図７は図５の半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動電圧対光増幅率を示している。半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）は、電流駆動型であるが、電流３００ｍＡ以上流せる電圧源から電圧印加することで、電圧駆動することも可能である。図７において、約１．５Ｖの電圧ソースを与えたとき、光増幅率は約１０ｄＢとなる。光増幅率は約１０ｄＢの位地は図６の駆動電流のグラフを比較すると、約３００ｍＡ流れていることになる。駆動電圧を小さくすると、図６のグラフと同様に光の減衰特性を示す。図７の場合は１Ｖを切ると、半導体光増幅器（半導体光増幅器型ゲートスイッチ）は光減衰器として動作している。

図８は図５の半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動電圧対半導体光増幅器型ゲートスイッチの光スイッチ間消光比を示している。図４に示したマトリクス型光スイッチ構成において、出力部の合波カプラ部にて、出力ポート数分の半導体光増幅器型ゲートスイッチが接続さており、ある１つの半導体光増幅器型ゲートスイッチがＯＮしたとき、残りの半導体光増幅器型ゲートスイッチは全てＯＦＦ状態になる。しかしながら、ＯＦＦ状態であっても図５の（ｂ）の＃２のように、漏れ光が発生している。これらの漏れ光は光合波カプラで光のクロストークの原因となる。この光のクロストークを消光比特性としてグラフ化したものが第８図である。たとえば８×８のマトリクス光スイッチを構成しようとすると、ＯＮとＯＦＦ状態間の消光比特性として約５８ｄＢが要求されている。この消光比特性を得るには、駆動電圧０．６５Ｖ以下に設定する必要がある。

［半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路：その１］
図９は図５の半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。図９の回路図は図６乃至図８の特性を踏まえて構成した駆動回路である。また、第１０図に半導体光増幅器型ゲートスイッチ駆動時の波形図を示す。

駆動回路の構成：
図９において、参照番号９００は高速オペレーションアンプを示す。参照番号９０１は半導体光増幅器型ゲートスイッチ（半導体光増幅器）を示す。参照番号９０６は信号源を示す。参照番号９０２は帰還抵抗を示す。参照番号９０５はインダクタ（インダクタンス素子）示す。９０３はマイナス電源を示す。参照番号９０４はプラス電源を示す。高速オペレーションアンプ９００は集積回路（ＩＣ）で構成されている。

高速オペレーションアンプ９００は非反転増幅器を構成している。高速オペレーションアンプ９００は３００ｍＡ以上の出力電流容量を持ち、２０ｎｓ程度の安定時間（セットリングタイム）を持っている。帰還抵抗９０２は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と反転入力端子９２０の間に設けられている。一例として帰還抵抗９０２の抵抗値は９１０Ωである。信号源９０６は高速オペレーションアンプ９００の非反転入力端子９３０とアース間に設けられる。インダクタ９０５は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の間に設けられる。高速オペレーションアンプ９００の出力部に設けられたインダクタ９０５は、高速オペレーションアンプ９００の出力立ち上がり時（ＯＮ時）の電流のオーバーシュートと抑圧するために設けられている。一例として、インダクタ９０５のインダクタンスは１３ｎＨである。マイナス電源９０３は高速オペレーションアンプ９００のマイナス電源端子９４０とアースの間に設けられている。一例として、マイナス電源９０３は−５Ｖである。プラス電源９０４は高速オペレーションアンプ９００のプラス電源端子９５０とアースの間に設けられている。一例として、プラス電源９０４は＋５Ｖである。

駆動回路の動作：
高速オペレーションアンプ９００の非反転入力端子に、信号源９０６から半導体光増幅器型ゲートスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための矩形波信号の電圧が与えられる。第９図において、信号源は図２の制御部２５からの信号さしている。信号源９０６の波形としては、ＯＮ時に１．５Ｖ、ＯＦＦ時に０Ｖになるように設定された矩形電圧波形である。高速オペレーションアンプ９００の非反転出力も入力電圧と同じ電圧値に設定されることになる。図６と図７のグラフより、高速オペレーションアンプ９００の出力に１．５Ｖが設定されると、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１には約３００ｍＡの駆動電流が流れ、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１は図６の特性に従いＯＮになる。高速オペレーションアンプ９００の出力に０Ｖが設定されると、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１には駆動電流が流れなくなり、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１がＯＦＦする。このように構成することで、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１を動作させることができる。

図９の駆動回路の半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図を図１０に示す。Ｖ_ＳＧは高速オペレーションアンプ９００の出力電圧を示している。Ｖ_ＳＯＡは半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１にかかる電圧を示している。Ｉ_ＳＯＡは半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１に流れる電流を示している。図において、静電圧波形に対する単位はボルト（Ｖ）で、電流波形に対する単位はアンペア（Ａ）で有る。高速オペレーションアンプ９００の出力に設定した電圧が立ち下がり時（ＯＦＦ時）には、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１自体がもつ接合容量（４０ｐＦ程度）により、ＯＮ時に充電した電荷が放電する。この放電とインダクタ９０５のインダクタンスと半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の容量のため、リンギングが発生する。図８の特性から、８×８のマトリクス光スイッチに必要な消光比は５８ｄＢであり、この消光比特性を得るには、駆動電圧０．６５Ｖ以下であることが必要である。しかしながら、駆動回路はリンギングの影響で、駆動電圧が０．６５Ｖ以下になる時間は４５ｎｓ以内に収まらない。

［半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路：その２］
図１１は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。図１１は図９と同一部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。図１１は図９の駆動回路を改良した回路である。具体的には図９の駆動回路で発生するリンギングを抑圧するため、抵抗９０７をインダクタ９０５と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の間に設ける。一例として抵抗９０７の抵抗値は３０Ωで、高速オペレーションアンプ９００のマイナス電源９４０は−１５Ｖで、高速オペレーションアンプ９００のプラス電源９５０は＋１５Ｖである。

図１２は図１１の駆動回路の半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図を示している。Ｖ_ＳＧ、Ｖ_ＳＯＡ、Ｉ_ＳＯＡは図１０と同一の場所の値を示している。３０Ωの抵抗９０７を挿入することにより高速オペレーションアンプ９００の出力電圧として１１．５Ｖ程度と大きな電圧が必要となる。また、それにより駆動回路の消費電力が増大してしまう。さらに、抵抗９０７の消費電力は３００ｍＡで２．７Ｗにもなる。

［半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路：その３］
図１３は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している図１３は図９と図１１の駆動回路を改良し、リンギングを抑圧し、消費電力を押さえた回路構成である。

駆動回路の構成：
参照番号９００は高速オペレーションアンプＩＣを示す。参照番号９０１は半導体光増幅器型ゲートスイッチ（半導体光増幅器）を示す。参照番号９０６は信号源を示す。参照番号９０２は帰還抵抗を示す。参照番号９０５はインダクタ（インダクタンス素子）を示す。９０３はマイナス電源を示す。参照番号９０４はプラス電源を示す。参照番号９０７は抵抗（抵抗素子）を示す。参照番号９０８はダイオード（ダイオード素子）を示す。

高速オペレーションアンプ９００は集積回路（ＩＣ）で構成されている。そして、高速オペレーションアンプ９００は３００ｍＡ以上の出力電流容量を持ち、２０ｎｓ程度の安定時間（セットリングタイム）を持っている。高速オペレーションアンプ９００は非反転増幅器を構成している。すなわち、帰還抵抗９０２は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と反転入力端子９２０の間に設けられている。一例として帰還抵抗９０２の抵抗値は９１０Ωである。信号源９０６は高速オペレーションアンプ９００の非反転入力端子９３０とアース間に設けられる。

インダクタ９０５は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の間に設けられる。高速オペレーションアンプ９００の出力部に設けられたインダクタ９０５は、高速オペレーションアンプ９００の出力立ち上がり時（ＯＮ時）の電流のオーバーシュートと抑圧するために設けられている。一例として、インダクタ９０５のインダクタンスは１３ｎＨである。マイナス電源９０３は高速オペレーションアンプ９００のマイナス電源端子９４０とアースの間に設けられている。一例として、マイナス電源９０３は−５Ｖである。プラス電源９０４は高速オペレーションアンプ９００のプラス電源端子９５０とアースの間に設けられている。一例として、プラス電源９０４は＋５Ｖである。発生するリョンギングを抑圧するため、抵抗９０７をインダクタ９０５と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の間に設ける。一例として、本例では、抵抗９０７の抵抗値は１１０Ωである。ダイオード９０８は、抵抗９０７と並列で、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１に流れる電流に対して順方向に設ける。ダイオード９０８としては、１０ｐＦ程度の低接合容量のショットキーダイオードが好ましい。ショットキーダイオードは、順方向電圧も一般のダイオードより小さいので、より低電圧化に貢献する。

駆動回路の動作と特性：
第１３図において、半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１をＯＮするときは、ダイオード９０８を経由して駆動電流が流れる。このためダイオードの９０８順方向電圧約０．４〜０．６Ｖ高く設定するだけで駆動できる。半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１をＯＦＦするときは、放電電流が１１０Ωの抵抗９０７に流れるため、リンギングを抑圧できることになる。

図１４は図１３の駆動回路の波形を示している。図中、Ｖ_ＳＧ、Ｖ_ＳＯＡ、Ｉ_ＳＯＡは図１０と同一の場所の値を示している。図１４を図１０と比較すると、Ｖ_ＳＯＡに１．５Ｖを与えるためにはＶ_ＳＧにダイオードの９０８順方向電圧分高く設定した２．３５Ｖ必要となる。しかしながら、Ｖ_ＳＯＡのリンギングは７０ｎｓの時点で、０．６５Ｖ以下になり、図８の特性から８×８のマトリックススイッチの構成の場合、十分な消光比を得ることができる。Ｉ_ＳＯＡに関してはＶ_ＳＧを下げるト同時に下がり、リンギングほとんど生じない。図１４のＶ_ＳＧのピーク電圧２．３５Ｖは図１２のピーク電圧１０．５Ｖと比較すると格段に小さくなっている。したがって、図１１の駆動回路の構成より図１３の駆動回路の構成の方が消費電力も小さい。

［半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路：その４］
図１５は半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路の回路図を示している。参照番号９００は高速オペレーションアンプＩＣを示す。参照番号９０１は半導体光増幅器型ゲートスイッチ（半導体光増幅器）を示す。参照番号９０６は信号源を示す。参照番号９０２は帰還抵抗を示す。参照番号９０５はインダクタ（インダクタンス素子）示す。９０３はマイナス電源を示す。参照番号９０４はプラス電源を示す。参照番号８０１、８０２、８０３は抵抗（抵抗素子）を示す。参照番号８０４は高速オペレーションアンプを示す。参照番号８０５は接地手段を示す。参照番号８０８はマイナス電源を示す。

回路の構成：
高速オペレーションアンプ９００は集積回路（ＩＣ）で構成されている。高速オペレーションアンプ９００は３００ｍＡ以上の出力電流容量を持ち、２０ｎｓ程度の安定時間（セットリングタイム）を持っている。高速オペレーションアンプ９００は非反転増幅器を構成している。帰還抵抗９０２は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と反転入力端子９２０の間に設けられている。一例として帰還抵抗９０２の抵抗値は９１０Ωである。信号源９０６は高速オペレーションアンプ９００の非反転入力端子９３０とアース間に設けられる。インダクタ９０５は高速オペレーションアンプ９００の出力端子９１０と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１の間に設けられる。高速オペレーションアンプ９００の出力部に設けられたインダクタ９０５は、高速オペレーションアンプ９００の出力立ち上がり時（ＯＮ時）の電流のオーバーシュートと抑圧するために設けられている。一例として、インダクタ９０５のインダクタンスは１８ｎＨである。マイナス電源９０３は高速オペレーションアンプ９００のマイナス電源端子９４０とアースの間に設けられている。一例として、マイナス電源９０３は−５Ｖである。プラス電源９０４は高速オペレーションアンプ９００のプラス電源端子９５０とアースの間に設けられている。一例として、プラス電源９０４は＋５Ｖである。

高速オペレーションアンプ８０４は高速オペレーションアンプ９００と同じ集積回路（ＩＣ）である。高速オペレーションアンプ９００は反転増幅器を構成している。したがって、信号源９０６は、抵抗８０１を介して、高速オペレーションアンプ８０４の反転入力端子８２０に接続されている。抵抗８０１は、一例として、４５５Ωである。抵抗８０１と反転入力端子８２０の間と高速オペレーションアンプ８０４の出力端子の間には帰還抵抗８０２が設けられている。一例として、帰還抵抗８０２は９１０Ωである。マイナス電源８０８は抵抗８０３を介して高速オペレーションアンプ８０４の反転入力端子８２０に接続されている。マイナス電源８０８はオフセット調整用の電圧源により構成する。高速オペレーションアンプ８０４の非反転入力端子８３０はアースに接続されている。高速オペレーションアンプ８０４のマイナス電源端子８４０はマイナス電源８０６を介してアースに接続されている。高速オペレーションアンプ８０４のプラス電源端子８５０はプラス電源８０７を介してアースに接続されている。一例として、マイナス電源８０３は−５Ｖで、プラス電源８０７は＋５Ｖで、抵抗８０３は９１０Ωである。

接地手段８０５はＦＥＴで構成する。ＦＥＴのベースは高速オペレーションアンプ８０４の出力端子に接続され、ＦＥＴのソースは接地され、ＦＥＴのドレインはインダクタ９０５と半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１間に接続される。

回路の動作：
半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１をＯＮするときは、高速オペレーションアンプ８０４の出力はＯＦＦとなる。高速オペレーションアンプ８０４の出力はＯＦＦとなるとＦＥＴがＯＦＦとなる。ＦＥＴがＯＦＦとなると高速オペレーションアンプ９００からの電流は半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１にのみ与えられる。

半導体光増幅器型ゲートスイッチを９０１ＯＦＦするときは、高速オペレーションアンプ８０４の出力はＯＮとなる。高速オペレーションアンプ８０４の出力がＯＮとなるとＦＥＴがＯＮとなる。ＦＥＴがＯＮとなると半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１内部の電荷がＦＥＴのＯＮ抵抗のみでグランドに対し放電されることになるため急速放電が可能となる。それによって、リンギングの抑圧が可能となる。
図１６は半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図である。

Ｖ１は高速オペレーションアンプ８０４の出力端子電圧を示している。Ｖ_ＳＧは高速オペレーションアンプ９００の出力電圧を示している。Ｖ_ＳＯＡは半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１にかかる電圧を示している。Ｉ_ＳＯＡは半導体光増幅器型ゲートスイッチ９０１に流れる電流を示している。Ｖ_ＳＯＡとＩ_ＳＯＡは全くリンギングを起こすことなく波形が立ち下がっているのが判る。

本実施例は、実施例１の駆動回路を容量性負荷に適用した発明である。
［容量性負荷の駆動回路：その１］
図１７は容量性負荷の駆動回路の回路図を示している。図１７において図１３と同一部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。図１７では図１３の半導体光増幅器型ゲートスイッチに変えて、半導体光増幅器型ゲートスイッチと同様なキャパシタンスを有する容量性負荷７００に、図１３の駆動回路を適用した例を示している。容量性負荷７００は少なくとも容量性成分７０１を有する素子で有る。容量性負荷７００は容量性成分７０１と並列してリアクタンス成分７０２を有しても良い。一例として、容量性負荷７００は半導体レーザーダイオード、ＬＥＤ素子等が上げられる。

図１８は図１７の駆動回路の波形を示している。

図中、Ｖ_ＳＧは高速オペレーションアンプ９００の出力電圧を示している。Ｖ_ＬＯＡＤは容量性負荷７００にかかる電圧を示している。Ｉ_ＬＯＡＤは容量性負荷７００にかかる電流を示している。

［容量性負荷の駆動回路：その２］
図１９は容量性負荷の駆動回路の回路図を示している。

図１９において図１５と同一部材は同一の参照番号を付し、その説明を省略する。図１９では図１５の半導体光増幅器型ゲートスイッチに変えて、半導体光増幅器型ゲートスイッチと同様な容量性負荷７００に、図１３の駆動回路を適用した例を示している。容量性負荷７００は少なくとも容量性成分７０１を有する素子で有る。容量性負荷７００は容量性成分７０１と並列してリアクタンス成分７０２を有しても良い。一例として、容量性負荷７００は半導体レーザーダイオード、ＬＥＤ素子等が上げられる。

まとめ：
上記に実施例１及び２によれば、半導体光増幅器型ゲートスイッチと容量性負荷の駆動時の立ち下がり時（ＯＦＦ時）のリンギングを抑圧できる。したがって、半導体光増幅器型ゲートスイッチと容量性負荷を高速でスイッチングする回路を低消費電力化（低電圧化）することができる。

上述した実施形態は、以下の発明を開示する。以下の発明は、必要に応じて適宜組み合わせることができる。

光パケットスイッチングネットワークを説明するための図コアノードを説明する図光パケットに対する方路の切り替えタイミング示す図マトリクス光スイッチの具体的な構成を示す図駆動回路と半導体光増幅器の入出力の関係を示す図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動電流対光増幅率を示す図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動電圧対光増幅率を示す図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動電圧対半導体光増幅器型ゲートスイッチの光スイッチ間消光比を示す図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路を示す図図９の半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路を示す図図１１の半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路を示す図図１３半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路を示す図図１５半導体光増幅器型ゲートスイッチの波形図容量性負荷の駆動回路の回路図図１７の容量性負荷の波形図容量性負荷の駆動回路の回路図

符号の説明

９００高速オペレーションアンプ
９０１半導体光増幅器型ゲートスイッチ（半導体光増幅器）
９０２帰還抵抗
９０３マイナス電源
９０４プラス電源
９０５インダクタ（インダクタンス素子）
９０６信号源
９０７抵抗（抵抗素子）
９０８ダイオード（ダイオード素子）
８０２、８０３抵抗（抵抗素子
８０４高速オペレーションアンプ
８０５接地手段
８０６マイナス電源
８０７プラス電源
８０８マイナス電源

Claims

光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該インダクタンス素子と該半導体光増幅器間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を
有することを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。
請求項１記載の該半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路において、オペレーションアンプは非反転型増幅を行い、該オペレーションアンプの非反転入力端子には該駆動信号を入力し、該反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗を設け、該ダイオード素子は該半導体光増幅器に対して順方向に接続していることを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。
光を増幅する半導体光増幅器にかける電流を制御することによりスイッチする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力する第１のオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該駆動信号を入力し該駆動信号と反転した電流を出力する第２のオペレーションアンプと、
該第２のオペレーションアンプ出力により該半導体光増幅器から該インダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を
有することを特徴とする半導体光増幅器型ゲートスイッチの駆動回路。
内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力するオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該インダクタンス素子と該容量性負荷間に設けられたダイオード素子と抵抗素子を並列接続した回路を
有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
内部にキャパシタンスを有する容量性負荷に電流をかける容量性負荷の駆動回路に於いて、
駆動信号を入力し該駆動信号に対応した電流を出力する第１のオペレーションアンプと、
該オペレーションアンプの出力端子に設けられたインダクタンス素子と、
該駆動信号を入力し該駆動信号と反転した電流を出力する第２のオペレーションアンプと、
該第２のオペレーションアンプ出力により該容量性負荷から該インダクタンス素子に向かって発生する電流を接地する接地手段を
有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。