JPH09127468A - Optical gate and optical signal processor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce polarization dependency and wavelength dependency at an optical signal transmitting time and to suppress intensity fluctuation by making a transmission state when no control electric signal exists and making an interruption state when the control electric signal is inputted. SOLUTION: In an optical signal processor, the optical signal from a light source 1 becomes a wavelength division multiplex(WDM) signal by an optical multiplexer 2, and distributed by an optical coupler 3, and optical gates 5 connected to optical delay lines 4 with respectively different delay times operate as the transmission state, the interruption state according to the necessity, the unnecessity of the delayed WDM(wavelength division multiplex) signal to select the sary delay WDM signal. Then, the optical coupler 7 revises the delay time by revising the optical gate 5 becoming the transmission state among plural optical gates 5. At this time, the optical gate 5 is the gate provided with an absorption layer on an optical waveguide structure of a semiconductor and controlling light by using an electric field absorption effect, and becomes the transmission state at 0V, and becomes the interruption state at 3V according to a voltage signal from a drive circuit.

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】本発明は光交換や光信号処理
における光伝送路の光信号を遮断および透過といったゲ
ート機能を実現するための光ゲートおよびそれを用いた
光信号処理装置の発明であって、光信号を用いた情報伝
送および信号処理に関する技術分野に属する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is an invention of an optical gate for realizing a gate function of blocking and transmitting an optical signal of an optical transmission line in optical switching and optical signal processing, and an optical signal processing device using the optical gate. Belongs to the technical field of information transmission and signal processing using optical signals.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光信号の高速伝送、交換等の光データの
信号処理を実現するためには、信号の流れを高速で制御
する光ゲートが重要なデバイスである。2. Description of the Related Art In order to realize high-speed transmission of optical signals, signal processing of optical data such as exchange, an optical gate that controls a signal flow at high speed is an important device.

【０００３】光ゲートに必要とされる機能は、透過状態
および遮断状態を安定に実現することにある。特に、透
過状態における透過率の安定性は、出力光信号の強度安
定性に直結しており、重要な特性である。The function required for the optical gate is to stably realize the transmission state and the blocking state. Particularly, the stability of the transmittance in the transmissive state is an important characteristic because it is directly connected to the strength stability of the output optical signal.

【０００４】従来の光ゲートとしては、半導体レーザ型
の光ゲートが知られている。半導体の光導波路に活性層
を設けた半導体レーザ型の構造とし、光導波路を伝搬す
る光信号をゲートする素子である。半導体の活性層は電
流注入によるキャリアがある場合には光信号を増幅し、
キャリアが無いときは光信号を吸収する性質があり、電
流注入によるキャリアの有無によってゲート動作が実現
できる。As a conventional optical gate, a semiconductor laser type optical gate is known. It is an element that has a semiconductor laser type structure in which an active layer is provided in a semiconductor optical waveguide and gates an optical signal propagating through the optical waveguide. The active layer of the semiconductor amplifies the optical signal when there are carriers due to current injection,
It has a property of absorbing an optical signal when there are no carriers, and a gate operation can be realized depending on the presence or absence of carriers due to current injection.

【０００５】但し従来の方法には、光ゲートが透過状態
において利得が変動する問題がある。まず、偏平な活性
層を持つ導波路の偏波依存利得特性はキャリア密度によ
って変動する。注入する電流信号の駆動振幅やバイアス
によって変化するため、偏波依存性を抑制することが困
難である。また、活性層の利得はキャリア密度に依存し
た波長特性を有しており、注入する電流信号と共に変動
するため波長特性の平坦化等の制御も困難である。こう
いった利得変動は、光ゲート出力信号強度の変動となる
ため問題である。特に複数のゲートを多段接続して使用
する場合には累積する強度変動は大きな問題である。However, the conventional method has a problem that the gain fluctuates when the optical gate is in a transmissive state. First, the polarization dependent gain characteristic of a waveguide having a flat active layer varies depending on the carrier density. Since it changes depending on the drive amplitude and bias of the injected current signal, it is difficult to suppress the polarization dependence. Further, the gain of the active layer has a wavelength characteristic that depends on the carrier density, and since it varies with the injected current signal, it is difficult to control the flattening of the wavelength characteristic. Such a gain variation is a problem because it causes a variation in the optical gate output signal strength. In particular, when using a plurality of gates connected in multiple stages, the accumulated intensity fluctuation is a serious problem.

【０００６】また、高速動作の限界として活性層のキャ
リア寿命があった。電流を止めても、活性層内のキャリ
アの残留により、ゲートが閉じて光を遮断するまでに数
nsかかる。ゲートの切り替え中は、情報を持たないガー
ドビットにより必要なデータを保護するため、切り替え
時間はスループットに影響する。１Gb/s以上の高速デー
タを切り替えるためには、キャリア寿命の1ns以下の光
ゲートが必要である。一方、電界吸収（EA）効果は光変
調器として利用されていたが、光源とペアで用いていた
ため波長依存性や偏波依存性への対応の必要がなかっ
た。波長特性における吸収端近傍を利用するため波長依
存性は大きい。また、偏波依存性に関しては印加電圧と
ともに変化するため制御は困難と考えられていた。Further, there is a carrier life of the active layer as a limit of high speed operation. Even if the current is stopped, the number of times until the gate is closed and the light is blocked due to the retention of carriers in the active layer.
It takes ns. During the switching of the gate, the guard bits without information protect the required data, so the switching time affects the throughput. To switch high-speed data of 1 Gb / s or more, an optical gate with a carrier lifetime of 1 ns or less is required. On the other hand, the electro-absorption (EA) effect was used as an optical modulator, but since it was used as a pair with a light source, it was not necessary to deal with wavelength dependence and polarization dependence. Since the vicinity of the absorption edge in the wavelength characteristic is used, the wavelength dependence is large. Further, it was considered difficult to control the polarization dependence because it changes with the applied voltage.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の光ゲートは、信
号透過時の偏波依存性および波長依存性が大きかったた
め、光ゲート出力信号に強度変動を生じる問題があっ
た。また、高速動作に限界があった。The conventional optical gate has a problem that the output signal of the optical gate fluctuates in intensity because the polarization dependence and the wavelength dependence during signal transmission are large. In addition, there was a limit to high speed operation.

【０００８】本発明の目的は、光信号透過時の偏波依存
性及び波長依存性が小さい光ゲートを提供することによ
り、光ゲートにより生じる強度変動の抑圧を可能にする
ことである。It is an object of the present invention to provide an optical gate having small polarization dependence and wavelength dependence when transmitting an optical signal, thereby making it possible to suppress intensity fluctuation caused by the optical gate.

【０００９】また、本発明の他の目的は、１Gb/sを超え
るような高速光信号を制御できる光ゲートを供給するこ
とにある。Another object of the present invention is to provide an optical gate capable of controlling a high speed optical signal exceeding 1 Gb / s.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】前記の目的は、制御電気
信号が無い状態において光ゲートが透過状態となり、制
御電気信号を入力した状態において光ゲートが遮断状態
となる光ゲートにより実現できる。ここで制御電気信号
が無い状態とは、電圧駆動における印加電圧０Ｖもしく
は電流駆動における注入電流０Ａを意味している。The above object can be achieved by an optical gate in which the optical gate is in a transparent state when there is no control electric signal and is in a cutoff state when the control electric signal is input. Here, the state where there is no control electric signal means an applied voltage of 0 V in voltage driving or an injection current of 0 A in current driving.

【００１１】他の目的は、EA効果のように速い現象を利
用することにより実現できる。Another object can be realized by utilizing a fast phenomenon such as the EA effect.

【００１２】[0012]

【発明の実施の形態】実施例の構成を図１に示す。本実
施例は、波長多重された光信号の遅延時間を変更できる
光信号処理装置であり、複数の波長の異なる光源１、光
合波器２、光カプラ３、遅延時間の異なる複数の光遅延
線４、光ゲート５、駆動回路６、光カプラ７から構成さ
れている。光源１から出力された光信号は光合波器２に
よって波長分割多重(WDM)信号となる。WDM信号は光カプ
ラ３によって分配され、各々遅延時間の異なる光遅延線
４へ接続されている。遅延線４の出力側に接続されてい
る光ゲート５は、遅延されたWDM信号の必要、不要に応
じてを各々透過状態、遮断状態として動作することによ
り必要な遅延WDM信号を選択する。光ゲート５の光出力
は光カプラ７に接続され、光カプラ７からは選択された
光信号が出力されている。複数ある光ゲート５のうち、
透過状態となる光ゲート５を変更することによって遅延
時間を変更する光信号処理装置である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of an embodiment is shown in FIG. This embodiment is an optical signal processing device capable of changing the delay time of wavelength-multiplexed optical signals, and includes a light source 1 having a plurality of different wavelengths, an optical multiplexer 2, an optical coupler 3, and a plurality of optical delay lines having different delay times. 4, an optical gate 5, a drive circuit 6, and an optical coupler 7. The optical signal output from the light source 1 becomes a wavelength division multiplexed (WDM) signal by the optical multiplexer 2. The WDM signal is distributed by the optical coupler 3 and connected to the optical delay lines 4 having different delay times. The optical gate 5 connected to the output side of the delay line 4 selects a necessary delayed WDM signal by operating in a transmission state and a cutoff state depending on whether or not a delayed WDM signal is needed. The optical output of the optical gate 5 is connected to the optical coupler 7, and the selected optical signal is output from the optical coupler 7. Of the multiple optical gates 5,
This is an optical signal processing device that changes the delay time by changing the optical gate 5 that is in the transmission state.

【００１３】本実施例の光ゲート５は、駆動回路６から
の電圧信号にしたがって、０Vでは透過状態、３Vでは遮
断状態となる。光ゲート５の構造は図２に示すような半
導体の光導波路構造に吸収層を設け電界吸収（EA）効果
を用いて光を制御する光ゲートである。EA効果とは、電
界が無い場合に透過率が大きな半導体に電界を印加する
と、半導体のバンドギャップが変化し、光を吸収するよ
うになる効果である。光ゲートの挿入損失としての特性
を図３に示す。According to the voltage signal from the drive circuit 6, the optical gate 5 of this embodiment is in a transmission state at 0V and a cutoff state at 3V. The structure of the optical gate 5 is an optical gate in which an absorption layer is provided in a semiconductor optical waveguide structure as shown in FIG. 2 to control light by using the electric field absorption (EA) effect. The EA effect is an effect in which, when an electric field is applied to a semiconductor having a large transmittance in the absence of an electric field, the band gap of the semiconductor changes and light is absorbed. The characteristics as the insertion loss of the optical gate are shown in FIG.

【００１４】０Vによる駆動すなわち制御電気信号が無
い状態は、駆動回路６の経年変化、温度等の環境変化に
対して変動の少ない状態である。したがって透過状態に
おける光ゲート５の特性は駆動回路６を含めて安定かつ
再現性良く実現できる。さらに、光ゲート５の導波路お
よび吸収層の材料やサイズの設計によって、印加電圧０
Vにおける透過率の波長依存性や偏波依存性を抑えた結
果、透過状態における波長依存性や偏波依存性を小さく
かつ安定にすることも容易である。ここで材料の接計と
は、単に組成だけでなく量子井戸構造や歪量子井戸構造
における層厚、層数、歪量による光学特性制御も含んで
いる。Driving at 0 V, that is, a state in which there is no control electric signal is a state in which there is little fluctuation with respect to aging of the driving circuit 6 and environmental changes such as temperature. Therefore, the characteristics of the optical gate 5 in the transmissive state including the drive circuit 6 can be realized stably and with good reproducibility. Further, depending on the design of the material and size of the waveguide and the absorption layer of the optical gate 5, the applied voltage 0
As a result of suppressing the wavelength dependence and the polarization dependence of the transmittance at V, it is easy to make the wavelength dependence and the polarization dependence in the transmission state small and stable. Here, the measurement of the material includes not only the composition but also the control of the optical characteristics by the layer thickness, the number of layers, and the strain amount in the quantum well structure and the strained quantum well structure.

【００１５】透過状態を基準とした遮断状態における損
失の比は消光比と定義され、本実施例では、３V電界印
加により30から35dBであった。光ゲート機能として遮断
状態に必要な特性は、十分な消光比であり、本実施例の
ように消光比のばらつきは問題にならない。The ratio of the loss in the cut-off state based on the transmission state is defined as the extinction ratio, and in this embodiment, it was 30 to 35 dB when a 3V electric field was applied. The characteristic required for the blocking state as the optical gate function is a sufficient extinction ratio, and the variation in the extinction ratio does not pose a problem as in the present embodiment.

【００１６】さらに、ゲート切り替えの過渡状態におけ
るEA効果の特性は、偏波依存性、波長依存性ともに大き
い。ただし、信号を利用することはできない時間であ
り、ゲートの機能としては過渡状態の透過特性を考慮す
る必要はなく、問題にはならない。Further, the characteristics of the EA effect in the transient state of gate switching are large in both polarization dependence and wavelength dependence. However, this is a time when the signal cannot be used, and there is no need to consider the transmissive characteristics of the transient state as the function of the gate, which is not a problem.

【００１７】本実施例では、透過状態における波長依存
性および偏波依存性の小さな光ゲート５を用いた結果、
光出力信号の強度変動が１dB以下に抑えられた。In this embodiment, as a result of using the optical gate 5 having small wavelength dependence and polarization dependence in the transmission state,
The intensity fluctuation of the optical output signal was suppressed to 1 dB or less.

【００１８】本実施例ではWDM信号を取り扱ったが、光
信号が一波であっても波長が変化する場合には、波長依
存性の小さい本発明の光ゲートが有効になる。Although the WDM signal is dealt with in the present embodiment, the optical gate of the present invention having a small wavelength dependency is effective when the wavelength changes even if the optical signal is one wave.

【００１９】本実施例は遅延時間を制御する光信号処理
装置になっているが、光遅延線４を波長（光周波数）フ
ィルタに置き換えることにより光周波数選択を行う光信
号処理装置となる。また、光遅延線４を直交する２つの
偏波フィルタに置き換えることにより偏波スイッチを行
う光信号処理装置となる。Although this embodiment is an optical signal processing device for controlling the delay time, it is an optical signal processing device for selecting an optical frequency by replacing the optical delay line 4 with a wavelength (optical frequency) filter. Further, by replacing the optical delay line 4 with two polarization filters that are orthogonal to each other, an optical signal processing device that performs polarization switching is obtained.

【００２０】本実施例では、EA効果を用いた光ゲートを
用いているが、キャリア注入による屈折率変化を利用し
た光ゲートも可能である。キャリア注入電流0Aにおいて
光導波路の特性を偏波無依存、波長無依存に設計し、透
過状態とする。キャリア注入により、光を分岐導波路に
誘導することにより出力側には光信号の遮断状態を実現
している。本実施例においても長期的に安定かつ再現性
のよい特性が得られる。In this embodiment, the optical gate using the EA effect is used, but an optical gate utilizing the change in the refractive index due to carrier injection is also possible. At the carrier injection current of 0 A, the characteristics of the optical waveguide are designed to be polarization-independent and wavelength-independent, and to be in the transmission state. By injecting carriers into the branch waveguides by injecting carriers, the optical signal is blocked at the output side. Also in this example, stable and reproducible characteristics can be obtained in the long term.

【００２１】[0021]

【発明の効果】制御電気信号が無い状態において光ゲー
トの透過状態を実現しているため、波長依存性や偏波依
存性を抑える設計が設計できる。したがって、本発明の
光ゲートは駆動回路を含めて透過特性変化が小さく、波
長および偏波依存性の小さい状態が安定かつ容易に実現
できる。Since the transmission state of the optical gate is realized without the control electric signal, it is possible to design a design that suppresses the wavelength dependence and the polarization dependence. Therefore, the optical gate of the present invention, including the drive circuit, has a small change in transmission characteristics and can stably and easily realize a state in which wavelength and polarization dependence are small.

【００２２】光信号処理装置としては、光ゲートの透過
特性が安定なので、ゲート切り替えによる出力変動を抑
える効果がある。In the optical signal processing device, since the transmission characteristics of the optical gate are stable, there is an effect of suppressing output fluctuation due to gate switching.

【００２３】[0023]

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

【図１】本発明による光信号処理装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical signal processing device according to the present invention.

【図２】本発明による光ゲートの構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an optical gate according to the present invention.

【図３】EA効果を用いた光ゲートの透過特性を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing transmission characteristics of an optical gate using the EA effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…光源、２…光合波器、３…光カプラ、４…光遅延
線、５…光ゲート、６…光カプラ、７…駆動回路1 ... Light source, 2 ... Optical multiplexer, 3 ... Optical coupler, 4 ... Optical delay line, 5 ... Optical gate, 6 ... Optical coupler, 7 ... Driving circuit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】波長の異なる複数の光信号を透過状態もし
くは遮断状態に制御する光ゲートにおいて、前記光ゲー
トへ入力する制御電気信号が無い状態では透過状態であ
り、前記制御信号がある状態では遮断状態であることを
特徴とする光ゲート。1. An optical gate for controlling a plurality of optical signals having different wavelengths to a transmission state or a blocking state, the optical gate is in a transmission state when there is no control electric signal input to the optical gate, and is in a state where the control signal is present. An optical gate characterized by being in a cutoff state. 【請求項２】請求項１記載の光ゲートが電界吸収効果を
用いた光ゲートであり、制御電気信号の印加電圧０Vに
おいて透過状態であることを特徴とする光ゲート。2. An optical gate according to claim 1, which is an optical gate using an electric field absorption effect and is in a transmissive state at an applied voltage of 0 V of a control electric signal. 【請求項３】請求項１記載の光ゲートがキャリア注入に
よる屈折率変化を用いた光ゲートであり、制御電気信号
の注入電流０Aにおいて透過状態であることを特徴とす
る光ゲート。3. The optical gate according to claim 1, wherein the optical gate uses a change in refractive index due to carrier injection, and is in a transmissive state at an injection current of 0 A of a control electric signal. 【請求項４】異なる複数の波長の光信号を出力する波長
多重光源もしくは波長可変光源と、光信号分配手段と、
特定の光信号を特定の時刻、特定の波長、特定の偏波状
態を透過する光フィルタと、請求項１から３記載の光ゲ
ートと、光合波手段から構成される光信号処理手段であ
って、 波長多重光源もしくは波長可変光源からの光信号は光信
号分配手段によって複数の支線に分岐され、支線には光
フィルタと光ゲートが接続され、複数の支線は光合波手
段によって再び合波されており、 必要な特定の光を透過する支線の光ゲートを透過状態と
し、不要な特定の光を透過する支線の光ゲートを遮断状
態とすることにより、必要な光信号を選択できることを
特徴とする光信号処理装置。4. A wavelength multiplex light source or a wavelength variable light source for outputting optical signals of a plurality of different wavelengths, and an optical signal distribution means,
An optical signal processing means comprising an optical filter for transmitting a specific optical signal at a specific time, a specific wavelength, and a specific polarization state, an optical gate according to claim 1 and an optical multiplexing means. The optical signal from the wavelength multiplexing light source or the variable wavelength light source is branched into a plurality of branch lines by the optical signal distribution means, the branch line is connected to the optical filter and the optical gate, and the plurality of branch lines are recombined by the optical combining means. The required optical signal can be selected by setting the optical gate of the branch line that transmits the required specific light to the transmitting state and setting the optical gate of the branch line that transmits the unnecessary specific light to the blocking state. Optical signal processing device. 【請求項５】異なる複数の波長の光信号を出力する波長
多重光源もしくは波長可変光源と、光信号分配手段と、
異なる遅延時間の光遅延線と、請求項１から３記載の光
ゲートと、光合波手段から構成される光信号処理手段で
あって、 波長多重光源もしくは波長可変光源からの光信号は光信
号分配手段によって複数の支線に分岐され、支線には光
遅延線と光ゲートが接続され、複数の支線は光合波手段
によって再び合波されており、 必要な遅延に対応する支線の光ゲートを透過状態とし、
不要な遅延に対応する支線の光ゲートを遮断状態とする
ことにより、光遅延時間を可変にすることを特徴とする
光信号処理装置。5. A wavelength multiplexing light source or a wavelength tunable light source for outputting optical signals of a plurality of different wavelengths, and an optical signal distribution means,
An optical signal processing means comprising an optical delay line having a different delay time, an optical gate according to any one of claims 1 to 3, and an optical multiplexing means, wherein an optical signal from a wavelength multiplexing light source or a wavelength tunable light source is optical signal distribution. It is branched into a plurality of branch lines by the means, the optical delay line and the optical gate are connected to the branch lines, and the multiple branch lines are recombined by the optical combining means, and the optical gate of the branch line corresponding to the required delay is transmitted. age,
An optical signal processing device characterized in that an optical delay time is made variable by turning off an optical gate of a branch line corresponding to an unnecessary delay. 【請求項６】異なる複数の波長の光信号を出力する波長
多重光源もしくは波長可変光源と、光信号分配手段と、
異なる波長を透過する複数の波長フィルタと、請求項１
から３記載の光ゲートと、光合波手段から構成される光
信号処理手段であって、 波長多重光源もしくは波長可変光源からの光信号は光信
号分配手段によって複数の支線に分岐され、支線には波
長フィルタと光ゲートが接続され、複数の支線は光合波
手段によって再び合波されており、 必要な波長を透過する支線の光ゲートを透過状態とし、
不要な波長を透過する支線の光ゲートを遮断状態とする
ことにより、必要な光信号を選択できることを特徴とす
る光信号処理装置。6. A wavelength multiplexing light source or a wavelength variable light source for outputting optical signals of a plurality of different wavelengths, and an optical signal distribution means,
A plurality of wavelength filters that transmit different wavelengths, and
3 is an optical signal processing means comprising an optical gate and an optical multiplexing means, wherein an optical signal from the wavelength multiplexing light source or the wavelength tunable light source is branched into a plurality of branch lines by the optical signal distributing means, and the branch lines are The wavelength filter and the optical gate are connected, and the multiple branch lines are recombined by the optical combining means, and the optical gate of the branch line that transmits the required wavelength is set to the transmissive state.
An optical signal processing device, wherein a required optical signal can be selected by turning off an optical gate of a branch line that transmits an unnecessary wavelength. 【請求項７】異なる複数の波長の光信号を出力する波長
多重光源もしくは波長可変光源と、光信号分配手段と、
異なる偏波を透過する複数の偏波フィルタと、請求項１
から３記載の光ゲートと、光合波手段から構成される光
信号処理手段であって、 波長多重光源もしくは波長可変光源からの光信号は光信
号分配手段によって複数の支線に分岐され、支線には偏
波フィルタと光ゲートが接続され、複数の支線は光合波
手段によって再び合波されており、 必要な偏波を透過する支線の光ゲートを透過状態とし、
不要な偏波を透過する支線の光ゲートを遮断状態とする
ことにより、必要な偏波の光信号を選択できることを特
徴とする光信号処理装置。7. A wavelength division multiplexing light source or a wavelength variable light source for outputting optical signals of a plurality of different wavelengths, and an optical signal distribution means,
A plurality of polarization filters that transmit different polarizations, and
3 is an optical signal processing means comprising an optical gate and an optical multiplexing means, wherein an optical signal from the wavelength multiplexing light source or the wavelength tunable light source is branched into a plurality of branch lines by the optical signal distributing means, and the branch lines are The polarization filter and the optical gate are connected, and the multiple branch lines are recombined by the optical combining means, and the optical gate of the branch line that transmits the required polarization is set to the transmission state.
An optical signal processing device characterized in that an optical signal of a required polarization can be selected by turning off an optical gate of a branch line that transmits an unnecessary polarization.