JP4633548B2

JP4633548B2 - 光受信装置

Info

Publication number: JP4633548B2
Application number: JP2005168537A
Authority: JP
Inventors: 崇靖大浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: JP2006345194A

Description

この発明は、光伝送システムにおいて、受信された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を識別再生して、後段の回路においてその識別再生された信号を利用可能にする光受信装置に関するものである。

従来の光受信装置では、光ファイバ増幅器において入力光信号の入力断時に、励起ＬＤをシャットダウンしない場合に、励起ＬＤによる励起光のエネルギーが入力光信号の増幅に使用されずにチャージされた状態となる。この状態で入力光信号の入力断が復旧すると、チャージされた励起光のエネルギーが入力光信号の増幅に瞬時に使用され、この光ファイバ増幅器により増幅される光信号の光強度が非常に強くなり、すなわち、光サージが発生する。この光サージは、光ファイバ増幅器の後段に設けられた光受信器に不可逆的な損傷を与える危険性があるため、入力光信号の入力断時には、励起ＬＤをシャットダウンする機能を具備することが必要である。しかしながら、波長多重伝送システムにおいては、中継伝送系の変化や波長チャンネル数の変化により光入力レベルが変化してしまうため、光のトータルパワー検知では入力光信号の入力断を検知することができない場合がある。

このような課題に対して、入力光信号を波長可変フィルタにより掃引し、波長チャンネル毎に入力断を検知することで、中継伝送系の変化や波長チャンネル数の変化により光入力レベルが変化しても入力光信号の入力断を検知し、励起ＬＤのシャットダウンを可能とする光直接増幅器が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３５５２１６号公報

従来の光受信装置は以上のように構成されているので、前段にＡＳＥ光（自然放射増幅光）を出力してしまうような光ファイバ増幅器が設置されるような場合には、入力光信号の入力断を検知できなくなり、励起ＬＤのシャットダウンすることができない。
すなわち、一般に、希土類添加ファイバと励起ＬＤと用いた光ファイバ増幅器では、励起ＬＤがシャットダウンされない限り、入力光信号の入力断の有無に関わらずＡＳＥ光が出力される。また、入力光信号が入力断の場合には、さらにレベルの高いＡＳＥ光が出力される。
ここで、例えば、光ファイバ増幅器の多段接続により、ＡＳＥ光のレベルが通常時と比較してかなり高くなっているような場合には、波長可変フィルタにより掃引しても、全ての波長チャンネルが入力されているように誤認識してしまうので、入力光信号の入力断を検知できなくなり、励起ＬＤをシャットダウンすることができない場合がある。
その結果、入力光信号の入力断の復旧時に光サージが発生し、光受信器に不可逆的な損傷を受ける可能性があるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、前段にＡＳＥ光を出力してしまうような光ファイバ増幅器が設置されていても、入力光信号の入力断を確実に検出し、励起光の発生を停止（あるいは最小限に）すると共に、入力光信号の入力断の復旧を感度良く検出し、その復旧時の光サージの発生を防ぎ、光受信手段の不可逆的な破損を防止する光受信装置を得ることを目的とする。

この発明に係る光受信装置は、入力光信号の経路を選択的に切り替える光経路切替手段と、光経路切替手段を通じた光信号を増幅する光増幅手段と、光増幅手段を通過した経路と光増幅手段を迂回した経路とを結合する光結合手段と、結合された光信号に含まれる主信号の変調周波数成分を検出する光受信手段と、その変調周波数成分と予め設定された閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断および入力断の復旧を判定する変調周波数成分比較手段と、入力光信号の入力断が判定された場合に、光経路切替手段に光増幅手段を迂回した経路を選択させ、入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、光経路切替手段に光増幅手段を通過した経路を選択させる光経路制御手段とを備え、光増幅手段は、光経路切替手段を通じた光信号を励起光発生手段により発生された励起光に応じて増幅する光ファイバと、入力光信号の入力断が判定された場合に、励起光発生手段を停止し、入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、励起光発生手段を復帰する励起光制御手段とを備えたものである。

この発明によれば、前段にＡＳＥ光を出力してしまうような光ファイバ増幅器が設置されていても、光受信手段は、そのＡＳＥ光が含まれる光信号から主信号の変調周波数成分を検出し、変調周波数成分比較手段は、その検出された変調周波数成分と閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断を判定するので、入力光信号に高いレベルのＡＳＥ光が含まれていても、入力光信号の入力断を検出することができる。
よって、入力光信号が入力断となれば、確実にその入力断を検出し、励起光制御手段は、励起光発生手段による励起光の発生を停止することができる。
また、入力光信号が入力断となれば、光経路制御手段は、光経路切替手段に光増幅手段を迂回した経路を選択させる。よって、入力光信号の入力断が復旧した場合における励起光が供給されていない光ファイバによるその入力光信号の損失を回避し、光受信手段および変調周波数成分比較手段では、感度良く、入力光信号の入力断の復旧を判定することができる。
このように、入力光信号の入力断が検出されれば、励起光発生手段による励起光の発生を停止するようにしたので、入力光信号の入力断の間は光ファイバに励起光のエネルギーが蓄えられることなく、その結果、入力光信号の入力断の復旧時にその光ファイバにより増幅される光信号が強くなることなく、すなわち、光サージが発生することなく、光受信手段の不可逆的な破損を防止することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光受信装置を示す構成図であり、図において、光受信装置１は、入力光信号の入力断時に励起ＬＤ（レーザダイオード）をシャットダウンできず、ＡＳＥ光（自然放射増幅光）を出力してしまう光ファイバ増幅器２の後段に接続されたものである。

その光受信装置１において、光スイッチ（光経路切替手段）１１は、切り替え信号に応じて光ファイバ増幅器２を通じて入力される入力光信号の経路を選択的に切り替えるものである。光ファイバ増幅器（光増幅手段）１２は、光スイッチ１１により選択される一方の経路に設けられ、その光スイッチ１１を通じた光信号を増幅するものである。光カプラ（光結合手段）１３は、光スイッチ１１により選択される光ファイバ増幅器１２を通過した経路とその光ファイバ増幅器１２を迂回した経路とを結合するものである。光受信器（光受信手段）１４は、光カプラ１３により結合された光信号を電気信号に変換し、その電気信号に変換された主信号を識別再生し、その識別再生した信号を出力すると共に、その主信号の変調周波数成分を検出するものである。変調周波数成分比較部（変調周波数成分比較手段）１５は、光受信器１４により検出された変調周波数成分と予め設定された閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断およびその入力断の復旧を判定するものである。光スイッチ制御部（光経路制御手段）１６は、変調周波数成分比較部１５により入力光信号の入力断が判定された場合に、光スイッチ１１に光ファイバ増幅器１２を迂回する経路を選択させる切り替え信号を発生し、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、光スイッチ１１に光ファイバ増幅器１２を通過する経路を選択させる切り替え信号を発生するものである。

光ファイバ増幅器１２において、励起ＬＤ（励起光発生手段）２１は、励起光を発生するものである。ＷＤＭカプラ（合波手段）２２は、光信号に励起ＬＤ２１により発生された励起光を合波するものである。希土類添加ファイバ（光ファイバ）２３は、光信号を励起光に応じて増幅するものである。波長フィルタ２４は、増幅された光信号を濾波するものである。ＬＤ制御部（励起光制御手段）２５は、変調周波数成分比較部１５により入力光信号の入力断が判定された場合に、励起ＬＤ２１を停止し、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、その励起ＬＤ２１を復帰するものである。

次に動作について説明する。
図１において、光受信装置１に入力される入力光信号は、光スイッチ１１により、光ファイバ増幅器１２を介して光受信器１４に出力される経路と、光ファイバ増幅器１２をバイパスして直接に、光受信器１４に出力される経路とに切り替えられる。入力光信号が入力されている通常時は、光スイッチ制御部１６からの切り替え信号により、光ファイバ増幅器１２を介して光受信器１４に出力される経路が選択される。
光ファイバ増幅器１２内では、ＷＤＭカプラ２２において、入力される光信号が励起ＬＤ２１により発生された励起光と合波され、希土類添加ファイバ２２において、光信号が励起光に応じて増幅され、さらに、波長フィルタ２４において、増幅された光信号が濾波され、光カプラ１３に出力される。

光カプラ１３を通過した光信号は、光受信器１４により電気信号に変換され、その電気信号に変換された主信号が識別再生され、その識別再生された信号が出力されると共に、その主信号の変調周波数成分が検出される。ここで、主信号の変調周波数成分とは、この光受信器１４で抽出される主信号（光のオン／オフ）の周波数成分レベルである。検出された変調周波数成分レベルは、変調周波数成分比較部１５により予め設定された閾値と比較され、入力光信号が入力断したか否か、あるいは入力光信号の入力断時においてその入力断が復旧したか否かが判定され、その判定結果が光スイッチ制御部１６およびＬＤ制御部２５に出力される。
図２は変調周波数成分比較部における変調周波数成分レベルと閾値との比較を示す説明図であり、図において、変調周波数成分比較部１５における閾値は、励起ＬＤ２１のオン／オフに関わらず、入力光信号の入力時よりも低く、入力光信号の入力断時よりも高いレベルに予め設定されている。
このように、この実施の形態１では、光受信器１４および変調周波数成分比較部１５により光のトータルパワーではなく、変調周波数成分のレベルを監視することで、ＡＳＥ光が入力されているような場合でも入力光信号の入力断を検知することが可能となる。

入力光信号が入力断となると、光受信器１４により検出される変調周波数成分レベルが予め設定された閾値以下となり、変調周波数成分比較部１５により入力光信号の入力断が判定され、その判定結果が光スイッチ制御部１６およびＬＤ制御部２５に出力される。光スイッチ制御部１６では、その入力光信号の入力断の判定に応じて切り替え信号を発生し、光スイッチ１１では、その光スイッチ制御部１６から発生される切り替え信号により、光ファイバ増幅器１２をバイパスする経路を選択する。これによって、光ファイバ増幅器１２をバイパスした光信号は光カプラ１３を介して光受信器１４に入力される。また、ＬＤ制御部２５では、その入力光信号の入力断の判定に応じて励起ＬＤ２１をシャットダウンする。
ここで、入力光信号の入力断時に、光スイッチ１１により光ファイバ増幅器１２をバイパスする経路を選択したが、これは、入力光信号の入力断が復旧した場合における励起光が供給されていない希土類添加ファイバ２３による入力光信号の損失を回避し、感度良く、入力光信号の入力断の復旧を判定するためのものである。

入力光信号の入力断が復旧すると、光受信器１４において検出される変調周波数成分レベルは、光ファイバ増幅器１２をバイパスしているために、その光ファイバ増幅器１２の利得だけ下がったレベルとなるため、光受信器１４における変調周波数成分の最小検知レベルは、この時の入力レベル以下である必要がある。
また、変調周波数成分比較部１５における閾値を、図２に示したように、この時の変調周波数成分レベル以下に設定しておくことで、ＡＳＥ光に影響を受けずに入力光信号の入力断の復旧を検知することが可能となる。
入力光信号の入力断の復旧を判定した変調周波数成分比較部１５は、その判定結果を光スイッチ制御部１６およびＬＤ制御部２５に通知し、光スイッチ制御部１６から発生される切り替え信号により、光スイッチ１１は、光ファイバ増幅器１２を通過する経路を選択する。また、ＬＤ制御部２５が励起ＬＤ２１のシャットダウンを解除することで、入力光信号の入力断の復旧時の光サージを防止することができる。

図３は光ファイバ増幅器の他の例を示す構成図であり、図において、ＷＤＭカプラ（合波手段）２６は、希土類添加ファイバ２３の後方に設けられ、光信号に励起ＬＤ２１により発生された励起光を合波するものである。
図１では、希土類添加ファイバ２３の前方から励起光を合波する前方励起方式を適用したが、この図３に示したように、希土類添加ファイバ２３の後方から励起光を合波する後方励起方式を適用しても良く、同様な効果を奏することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、前段にＡＳＥ光を出力してしまうような光ファイバ増幅器２が設置されていても、光受信器１４は、そのＡＳＥ光が含まれる光信号から主信号の変調周波数成分を検出し、変調周波数成分比較部１５は、その検出された変調周波数成分と閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断を判定するので、入力光信号に高いレベルのＡＳＥ光が含まれていても、入力光信号の入力断を検出することができる。
よって、入力光信号が入力断となれば、確実にその入力断を検出し、ＬＤ制御部２５は、励起ＬＤ２１による励起光の発生を停止することができる。
また、入力光信号が入力断となれば、光スイッチ制御部１６は、光スイッチ１１に光ファイバ増幅器１２をバイパスした経路を選択させる。よって、入力光信号の入力断が復旧した場合における励起光が供給されていない希土類添加ファイバ２３によるその入力光信号の損失を回避し、光受信器１４および変調周波数成分比較部１５では、感度良く、入力光信号の入力断の復旧を判定することができる。
このように、入力光信号の入力断が検出されれば、励起ＬＤ２１による励起光の発生を停止するようにしたので、入力光信号の入力断の間は希土類添加ファイバ２３に励起光のエネルギーが蓄えられることなく、その結果、入力光信号の入力断の復旧時にその希土類添加ファイバ２３により増幅される光信号が強くなることなく、すなわち、光サージが発生することなく、光受信器１４の不可逆的な破損を防止することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による光受信装置を示す構成図であり、図において、モニタＰＤ（フォトダイオード）３１は、励起ＬＤ２１から発生される励起光レベルを検出するものである。ＬＤ制御部（励起光制御手段）３２は、モニタＰＤ３１により検出される励起光レベルをモニタし、変調周波数成分比較部１５により入力光信号の入力断が判定された場合に、励起ＬＤ２１から発生される励起光を光受信器１４により主信号の変調周波数成分を検出可能にし、且つその変調周波数成分比較部１５による入力光信号の入力断の復旧判定を可能にする最低限の大きさに設定し、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、その励起ＬＤ２１から発生される励起光を通常の大きさに復帰するものである。その他の構成については、図１と同様である。

次に動作について説明する。
図４において、光受信装置１に入力される光信号は、光ファイバ増幅器１２により増幅されて光受信器１４に出力される。光受信器１４に入力される光信号は、電気信号に変換され、その電気信号に変換された主信号が識別再生され、その識別再生された信号が出力されると共に、その主信号の変調周波数成分が検出される。検出された変調周波数成分レベルは、変調周波数成分比較部１５により予め設定された閾値と比較され、入力光信号が入力断したか否か、あるいは入力光信号の入力断時においてその入力断が復旧したか否かが判定され、その判定結果がＬＤ制御部３２に出力される。
入力光信号の入力断が判定されるとＬＤ制御部３２は、励起ＬＤ２１をシャットダウンする代わりに、希土類添加ファイバ２３の挿入損失を補償し、光受信器１４で変調周波数成分レベルを検出可能にし、且つ変調周波数成分比較部１５で入力光信号の入力断の復旧判定を可能にする最低限の大きさに励起ＬＤ２１の出力パワーを抑止する。この励起ＬＤ２１の出力パワーの調整は、モニタＰＤ３１により検出される励起光レベルをモニタしながら行われる。
また、入力光信号の入力断の復旧が判定されるとＬＤ制御部３２は、励起ＬＤ２１から発生される励起光を通常の大きさに復帰する。
このように光ファイバ増幅器１２の出力を制御することで、光サージの発生を抑止し、入力光信号の入力断およびその復旧を監視することができる。

なお、上記実施の形態１では、光ファイバ増幅器１２として前方励起方式の他、図３に示したように後方励起方式も適用可能としたが、この実施の形態２においても、図４に示したように、光ファイバ増幅器１２として前方励起方式の他、後方励起方式も適用可能である。

以上のように、この実施の形態２によれば、前段にＡＳＥ光を出力してしまうような光ファイバ増幅器２が設置されていても、光受信器１４は、そのＡＳＥ光が含まれる光信号から主信号の変調周波数成分を検出し、変調周波数成分比較部１５は、その検出された変調周波数成分と閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断を判定するので、入力光信号に高いレベルのＡＳＥ光が含まれていても、入力光信号の入力断を検出することができる。
よって、入力光信号が入力断となれば、確実にその入力断を検出し、ＬＤ制御部３２は、励起ＬＤ２１による励起光を光受信器１４により主信号の変調周波数成分を検出可能にし、且つその変調周波数成分比較部１５による入力光信号の入力断の復旧判定を可能にする最低限の大きさに設定し、光受信器１４および変調周波数成分比較部１５では、入力光信号の入力断の復旧を判定することができる。
このように、入力光信号の入力断が検出されれば、励起ＬＤ２１による励起光の発生を入力断の復旧判定が可能な最低限の大きさに設定するようにしたので、入力光信号の入力断の間は希土類添加ファイバ２３に大きな励起光のエネルギーが蓄えられることなく、その結果、入力光信号の入力断の復旧時にその希土類添加ファイバ２３により増幅される光信号が強くなることなく、すなわち、光サージが発生することなく、光受信器１４の不可逆的な破損を防止することができる。
さらに、この実施の形態２では、上記実施の形態１に比べて、光スイッチ１１、光カプラ１３、光スイッチ制御部１６等の追加デバイスが少ないため、より低コストで実現することができる。

この発明の実施の形態１による光受信装置を示す構成図である。変調周波数成分比較部における変調周波数成分レベルと閾値との比較を示す説明図である。光ファイバ増幅器の他の例を示す構成図である。この発明の実施の形態２による光受信装置を示す構成図である。

符号の説明

１光受信装置、２光ファイバ増幅器、１１光スイッチ（光経路切替手段）、１２光ファイバ増幅器（光増幅手段）、１３光カプラ（光結合手段）、１４光受信器（光受信手段）、１５変調周波数成分比較部（変調周波数成分比較手段）、１６光スイッチ制御部（光経路制御手段）、２１励起ＬＤ（励起光発生手段）、２２ＷＤＭカプラ（合波手段）、２３希土類添加ファイバ（光ファイバ）、２４波長フィルタ、２５ＬＤ制御部（励起光制御手段）、２６ＷＤＭカプラ（合波手段）、３１モニタＰＤ（フォトダイオード）、３２ＬＤ制御部（励起光制御手段）。

Claims

入力光信号の経路を選択的に切り替える光経路切替手段と、
上記光経路切替手段により選択される一方の経路に設けられ、その光経路切替手段を通じた光信号を増幅する光増幅手段と、
上記光経路切替手段により選択される上記光増幅手段を通過した経路とその光増幅手段を迂回した経路とを結合する光結合手段と、
上記光結合手段により結合された光信号から主信号を識別再生し、その識別再生した信号を出力すると共に、その光信号に含まれる主信号の変調周波数成分を検出する光受信手段と、
上記光受信手段により検出された変調周波数成分と予め設定された閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断およびその入力断の復旧を判定する変調周波数成分比較手段と、
上記変調周波数成分比較手段により入力光信号の入力断が判定された場合に、上記光経路切替手段に上記光増幅手段を迂回した経路を選択させ、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、上記光経路切替手段に上記光増幅手段を通過した経路を選択させる光経路制御手段とを備え、
上記光増幅手段は、
励起光を発生する励起光発生手段と、
上記光経路切替手段を通じた光信号を上記励起光発生手段により発生された励起光に応じて増幅する光ファイバと、
上記変調周波数成分比較手段により入力光信号の入力断が判定された場合に、上記励起光発生手段を停止し、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、その励起光発生手段を復帰する励起光制御手段とを備えたことを特徴とする光受信装置。
入力光信号を増幅する光増幅手段と、
上記光増幅手段により増幅された光信号から主信号を識別再生し、その識別再生した信号を出力すると共に、その光信号に含まれる主信号の変調周波数成分を検出する光受信手段と、
上記光受信手段により検出された変調周波数成分と予め設定された閾値との比較に基づいて入力光信号の入力断およびその入力断の復旧を判定する変調周波数成分比較手段とを備え、
上記光増幅手段は、
励起光を発生する励起光発生手段と、
入力光信号を上記励起光発生手段により発生された励起光に応じて増幅する光ファイバと、
上記変調周波数成分比較手段により入力光信号の入力断が判定された場合に、上記励起光発生手段から発生される励起光を上記光受信手段により主信号の変調周波数成分を検出可能にし、且つその変調周波数成分比較手段による入力光信号の入力断の復旧判定を可能にする最低限の大きさに設定し、その入力光信号の入力断の復旧が判定された場合に、その励起光発生手段から発生される励起光を通常の大きさに復帰する励起光制御手段とを備えたことを特徴とする光受信装置。
光増幅手段は、
光ファイバの前方に設けられ、光信号に励起光発生手段により発生された励起光を合波する合波手段を備えた前方励起方式により構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光受信装置。
光増幅手段は、
光ファイバの後方に設けられ、光信号に励起光発生手段により発生された励起光を合波する合波手段を備えた後方励起方式により構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光受信装置。