JP2004242065A - 光アドドロップモジュールおよびそれを用いた波長多重伝送ネットワークのリモート制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で小型なリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールを提供する。
【解決手段】光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）３００において、伝送路からの入力ＷＤＭ信号は入力ポート２９に入力され、サーキュレータ３０を介して偏光分離素子３１によって２つの偏光モードに分離され、ループ３３内を直交する偏波モードで時計回り、反時計回りにそれぞれ伝播する。ループ３３の途中には所定の複屈折率を有する媒質３２を設け、ループ内を伝播する光の偏光方位は、複屈折媒質３２の固有偏光軸に対し４５度方位の直線偏光が入射するようにそれぞれ調整されている。入力ポート２９に波長間隔がΔλのＷＤＭ信号が供給されているものとし、複屈折媒質３２の偏波分散ＰをＰ＝λ^２／（ＣΔλ）となるよう設計する。送信側で特定チャンネルのレーザの波長をΔλの半分の量だけシフトさせると、ループ３３を介してドロップポート３６にドロップさせることができる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送に用いる光アドドロップモジュールに関し、特にアドドロップするノードに切り替えスイッチを持たず送信部からアド／ドロップするチャンネルを制御できるパッシブ・リモート制御型アドドロップモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ）伝送システムは、１本の光ファイバに多数の波長の光を入射し一括して光アンプで増幅できるため、中継器の個数が従来の非ＷＤＭ通信に比べて格段に減少し大きな経済効果をもたらした。しかしながら、これまで普及しているＷＤＭ通信方式は２点間のポイント・トゥ・ポイント大容量通信方式であって、ノードでチャンネルを自由に取り出したり（以下ドロップという）、加えたり（以下アドという）するためのアドドロップモジュール（図１に示すような信号の流れを制御するモジュール）は簡単ではないという難点があり、リングやメッシュで構成される実際のメトロやアクセスネットワークにはあまり普及していない。特にノードで任意のチャンネルの信号を取り出したり加えたりしてネットワークを自由に再構築できるいわゆるリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（以下ＲＯＡＤＭという場合がある）は、今後のオール光ネットワークシステムで必要とされている。
【０００３】
一般に光をアドする方法はいくつかある。第１に、偏波合成によって合成する方法がある。図２は偏波合成の基本構成図を示し、偏光ビームコンバイナ６によって信号光７，８を合成し、出力信号を得ることができる。しかし、この場合には入力信号７、アド信号８が直線偏光であるとする条件が必要であり、一般の光伝送路にはそのまま使うことができない。第２に、光フィルタで合成する方法がある。図３は薄膜フィルタ１０を用いた合成の基本構成図を示す。しかし、この場合にはアドするチャンネルの数だけフィルタを用意する必要がある。
【０００４】
このように、アドする方法に限っても偏波合成方式では直線偏光以外には使用できないという制限があり、また光フィルタによる合成方式ではアドするチャンネル（波長）の数に合わせて適切に設計した光フィルタをそれぞれ用意する必要があり、コストを増加させる。従って、従来の光アドドロップモジュール（以下ＯＡＤＭという場合がある）は、そのほとんどが合波器と分波器と光スイッチを使った方式である。すなわち図４に一構成図を示したように、ＯＡＤＭ１００は、分波器１５、所定のチャンネル数に応じた２×２光スイッチ１６、合波器１７を備え、分波器１５によって分波（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）した後に各チャンネルに設けられた２×２光スイッチ１６によってドロップモードかスルー（通過）モードかを切り替える方式である（例えば、非特許文献１参照。）。
ＯＡＤＭには、光スイッチとしてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで反射、透過を切り替えるタイプも考えられる。図５はそうしたＯＡＤＭの一構成例を示す。ＯＡＤＭ２００は、サーキュレータ２２、分波器２３、ＭＥＭＳミラーアレイタイプ光スイッチ２４を有し、ＭＥＭＳミラーアレイタイプ光スイッチ２４の後ろにチャンネル毎にサーキュレータ２６を設置して、光スイッチ２４において透過に切り換えたチャンネルについて、アド用レーザ２５を駆動してアド信号をアドし、またはドロップポート２７に接続された受光器２８によりドロップ信号をドロップする（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
ケン・フォルタ（Ｋｅｎ Ｆａｌｔａ ），「ツーディー・メムス・フォー・ウェーブレングススイッチング（２Ｄ ＭＥＭＳ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳＷＩＴＣＨＩＮＧ ）」，エレクトロニキャスト・コーポレーション（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉＣａｓｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ），セカンド・アニュアル・オプティカル・コミュニケーション・コンポーネンツ・コンファレンス −マーケット・アンド・テクノロジー・トレンヅ−（２ＮＤ ＡＮＮＵＡＬ ＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＯＭＰ０ＮＥＮＴＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ −ＭＡＲＫＥＴ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＴＲＥＮＤＳ− ），２００２年１０月３０日，東京，スライド＃４，１１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の説明から明らかなように、従来のＯＡＤＭは構成が固定であり、任意のチャンネルのみを選択的にアド／ドロップするためには、合波器と分波器のペアとＷＤＭ伝送のチャンネル数に対応する光スイッチが必要であった。このため価格、サイズの点で難点があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、このような従来の光アドドロップモジュールの問題点を解決し、安価で小型なリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、そのようなリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールを利用して伝送路障害に対するプロテクションを可能とした波長多重伝送ネットワークのリモート制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光アドドロップモジュールは、偏光分離素子を起点と終点とする光ループと、入力端子と出力端子と前記偏光分離素子の第１の入力端子とに接続された第１のサーキュレータと、ドロップ端子とアド端子と前記偏光分離素子の第２の入力端子に接続された第２のサーキュレータとを含み、前記光ループの中に、所定の偏波分散を有する複屈折媒質を前記偏光分離素子と所定の偏光方位関係で配置させたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光アドドロップモジュール（ＯＡＤＭ）においては、上記の構成を有することにより、いわゆる偏波ダイバーシティループミラー（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＤｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｌｏｏｐ Ｍｉｒｒｏｒ、ＰＤＬＭ）のループの中に、アドド／ロップ用の偏光分離（合成）素子と、伝送路のチャンネル波長間隔で決まる所定の偏波分散を有する複屈折媒質とを、所定の偏光方位関係を保って組み込むことによりインターリービングフィルタ機能を実現している。これにより、ＯＡＤＭの入力信号の波長を送信側で制御することによってアド／ドロップを自由に制御できるようにしている。
【００１１】
本発明に係る光アドドロップモジュールにおける信号のアド／ドロップの制御は、好ましくはモジュール入力信号の波長を所定量シフトさせることによってドロップとアドを切り替えることができる。この入力信号の波長のシフトは例えば送信側に接続したチューナブル光源によって行うことができるが、これに限定されるものではない。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態において、複屈折媒質の偏波分散Ｐは、伝送路のチャンネル間の波長間隔Δλと以下の関係を満たすことが好ましい。
Ｐ＝λ^２／（ＣΔλ）
ただしＣは光速、λは動作波長である。複屈折媒質の偏波分散をこのように設定すると、伝送路を伝播するチャンネル間隔Δλの入力ＷＤＭ信号を偶数波とみなせば、その偶数波はすべてのチャンネルの信号を第１のサーキュレータを介してスルー（通過）させる一方、特定チャンネルの波長のみをΔλの半分の量だけシフトさせるとそのチャンネルは奇数波となるので、偏光分離素子、光ループ、第２のサーキュレータを介して、その特定チャンネルの光を選択的にドロップ端子にドロップさせることができる。また、当該ドロップした奇数波の光をアド端子から入射すれば第２のサーキュレータ、光ループ、偏光分離素子、第１のサーキュレータを介して出力端子に導くことができる。
【００１３】
上記のとおり本発明のリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールは、そのアドドロップ機能を用い、入力ＷＤＭ信号から特定波長の信号群をドロップ端子にドロップすることで、ネットワーク上の信号伝送経路を出力端子からドロップ端子へスイッチできるため、例えば出力端子に接続された伝送路で障害点が発生したときに信号をドロップ端子に接続された正常な伝送路に一括して切り替えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、本発明は以下に具体的に記述する各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想の範囲内において種々の変更が可能である。
【００１５】
図６は、本発明に係るリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）の一つの実施例の構成図を示す。このＲＯＡＤＭ３００において、伝送路からの入力ＷＤＭ信号は入力ポート２９に入力され、サーキュレータ３０を介して偏光分離素子３１によって２つの偏光モードに分離され、ループ３３内を直交する偏波モードで時計回り、反時計回りにそれぞれ伝播する。ループ３３の途中には所定の複屈折率を有する媒質３２を設け、ループ内を伝播する光の偏光方位は、複屈折媒質３２の固有偏光軸に対し４５度方位の直線偏光が入射するようにそれぞれ調整されている。ここでは複屈折媒質３２として、偏波面保存光ファイバ（以下ＰＭＦという場合がある）、ルチル、方解石、ＹＶＯ４などの結晶が使用できる。
【００１６】
図６によりＲＯＡＤＭ３００の動作概念を説明する前に、図７を用いてインターリーバの機能を説明する。図７はインターリーバ３１０の一例を示す基本構成図であり、サーキュレータ３０、偏光分離素子３１、複屈折媒質としての偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）３２１を有する。また、この例では、ループとして、上記ＰＭＦ３２１と同様の構造を有する伝送用偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）３３１を用いている。このインターリーバ３１０において、複屈折媒質としてのＰＭＦ３２１の偏波分散Ｐを、
Ｐ＝λ^２／（２ＣΔλ） …（１）
のように設計する。ただし、Ｃは光速、λは動作波長、Δλは伝送路のチャンネル間の波長間隔である。
【００１７】
あるいは、複屈折媒質３２としてのＰＭＦ３２１の複屈折率をＢ、長さをＬとすると、上記（１）式は
Ｌ・Ｂ＝λ^２／２Δλ …（２）
と等価であるので、ＰＭＦ３２１の複屈折率Ｂを計測し、Ｌを所定の長さに設定する。
【００１８】
ループは、複屈折媒質としてのＰＭＦ３２１と同様の構造を有する伝送用ＰＭＦ３３１であるが、偏光分離素子３１に対しループ３３の固有偏光方位が図７に示すように９０度ねじってある。今ＰＭＦ３２１に印加される温度を制御し、ループを伝播する偶数チャンネルの光はＰＭＦ３２１を伝送しても偏光方位はその入出力端で不変とし、一方奇数チャンネルの光の偏光方位はＰＭＦ３２１を伝播することで９０度回転するように偏波分散Ｐの値を精密に調整する。このように設定すると、図７では偶数波、奇数波の光が偏光分離素子３１で分離でき、偶数波、奇数波はそれぞれサーキュレータ３０を介して出力ポート３５とドロップポート３６に分離される。
【００１９】
図６に戻って考察を続ける。今伝送路から図６のＲＯＡＤＭ３００の入力ポート２９に波長間隔がΔλのＷＤＭ信号が供給されているものとし、複屈折媒質３２の偏波分散Ｐを以下のように設計した。
Ｐ＝λ^２／（ＣΔλ） （３）
これは、上記（１）式との比較において、図７における複屈折媒質としてのＰＭＦ３２１の長さを２倍にしたことを意味する。このような複屈折媒質を図６で用いると、伝送路を伝播するＷＤＭ信号のチャンネル間隔の半分の間隔でインターリービングできることになるので、Δλの間隔の伝送路信号を偶数波とみなせば偶数波はすべてサーキュレータ３０を介してスルー（通過）ポート（すなわち出力ポート）３５に出力される。ここで送信側で特定チャンネルのレーザの波長をΔλの半分の量だけシフトさせると、そのチャンネルは奇数波となるので、偏光分離素子３１、ループ３３を介してドロップポート３６にドロップさせることができる。実験では複屈折媒質３２として複屈折率Ｂ＝６×１０^−４のＰＭＦを２ｍ使用した。この場合インターリービングできる波長間隔は１ｎｍとなる。伝送路のチャンネル間隔を２ｎｍで実験し、光源波長λを１ｎｍ変化させることによってそのチャンネルの光を選択的にドロップポート３６にドロップさせることができた。ここでドロップした奇数波の光をアドポート３４から入射すればサーキュレータ３０、ループ３３、偏光分離素子３１、サーキュレータ３０を介してスルーポート（出力ポート）３５に導くことができる。
【００２０】
図８に本発明に係るリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールのもう一つの実施の形態を示す。図８に示すＲＯＡＤＭ４００は、図７に示したＰＭＦ３２１、ＰＭＦ３３１に代えて、恒温槽４０内で構成したフリースペースのマイクロオプティックスを使用したものである。図８に示す実施の形態において、レンズ３７、３８によって信号光をコリメートし、ループ用ＰＭＦ３２１に代えてミラー３９を用い、複屈折媒質３２としてＰＭＦに代えてルチル３２２を用いた。ルチル３２２の複屈折率と結晶厚さは上記（３）式を満足する条件とした。高温槽４０を用いる代わりにルチルの傾きを変える方法も同様の効果が得られると期待できる。
【００２１】
アドポート３４に加えるアド信号のチャンネル数は一つに限られず複数であってもよい。図９は、アドポート３４に加えるアド信号合成のための一例を示す構成図であり、４１はレーザ、４２はフィルタである。フィルタ４２としては、アドするチャンネルが１個の場合にはチューナブルフィルタが、８ないし１６チャンネルの場合には薄膜フィルタ（ＴＦＦ）をカスケードに接続したタイプが、また１６チャンネル以上の場合にはグレーティング（ＡＷＧ）が適している。アドするチャンネルが数個で固定の場合にはＴＦＦが、また可変の場合にはチューナブルフィルタを必要な個数だけ用意する。また、チューナブルフィルタの使用に代えてレーザ４１にチューナブルレーザを使用しても良い。
【００２２】
以上詳しく説明したよう、本発明によれば、従来のＯＡＤＭと異なり合波器／分波器（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）のペアを必要とせず光スイッチも使わないでリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）を構成できるので、コスト、モジュールサイズ、使い勝手の３点において大幅な改善効果を期待できる。その効果は、従来のＯＡＤＭと比較したときのＲＯＡＤＭの部品点数と簡略度から明白である。しかも、本発明のＲＯＡＤＭでは入力ＷＤＭ信号の光源の波長を変化させてアド／ドロップを制御するが、波長のシフト量はきわめて小さくてすむ（例えば、光源レーザの波長をＷＤＭ信号の波長間隔Δλの半分の量だけシフトさせればよい）ので、チューナブル光源に対する仕様も緩和でき安価なタイプで十分であるという効果もある。
【００２３】
本発明のＲＯＡＤＭを使うことによるもう一つの効果は、ＲＯＡＤＭを使ってネットワークの構築をリモート制御できることである。図１０にその基本概念図を示す。ＲＯＡＤＭ４３のアドドロップ機能を用い、入力ＷＤＭ信号２９から特定波長の信号群をドロップポート３６にドロップすることで、ネットワーク上の信号伝送経路をポート３５からポート３６へスイッチできることを示している。従って、例えば図１１では伝送路４５で障害点４４が発生したときに信号を正常な伝送路４６に一括して切り替えることができる。
【００２４】
本発明のＲＯＡＤＭの応用例を図１２に示す。図１２に示す応用例は、図６に示したＲＯＡＤＭの基本構成において、ループ３３の中に液晶光スイッチ４７を更に追加したものである。液晶光スイッチ４７に印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、入力ＷＤＭ信号をスルーポート（出力ポート）３５からドロップポート３６に一括してスイッチすることができる。このスイッチングはＲＯＡＤＭの機能として行えるので、図１１の場合と同様に伝送路障害に対するプロテクションが可能となる。
【００２５】
本発明のアドドロップの変形として、図６に示したＲＯＡＤＭの基本構成においてドロップポートに該ノードでドロップするかあるいは再び伝送路に帰還させるかの選択デバイスを用いかつ出力側においてもアド機能を選択できる機能をを持たせたものも考えられる。信号をドロップ側でドロップさせるかどうかの選択はサキュレータを二つ使用しそれらを接続するパスにドロップさせたい波長を反射するファイバブラッググレーティングを挿入するかしないかの切り替えを（２×２）光スイッチにて行うものである。サーキュレータを通過する信号を本発明ＲＯＡＤＭに接続されるサーキュレータのもう一つの端子に帰還させれば該ノードではドロップしないで本ＲＯＡＤＭの入力側のサーキュレータを介して伝送路の出力ポートに出力される。信号をアド側でアドさせるかどうかの選択はサーキュレータを一つ使用し出力ポートと該追加サーキュレータを接続するパスにアドさせたい波長を反射するファイバブラッググレーティングを挿入するかしないかの切り替えを行うものである。このようなアドドロップは本発明ＲＯＡＤＭを伝送路に複数タンデムに接続して用いられる場合に必要となるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の光アドドロップモジュールで必要とされた合波器／分波器のペアと光スイッチを使うことなく、低コスト、小型で、使い勝手の良いリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールを実現することができる。
【００２７】
また、本発明のリコンフィギュラブルな光アドドロップモジュールを波長多重ネットワークに組み込むことにより伝送路障害に対するプロテクションが容易に実現可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】アドドロップモジュールの信号の流れを示す説明図である。
【図２】偏波合成の基本構成図である。
【図３】フィルタを用いた合成の基本構成図である。
【図４】従来のＯＡＤＭの一構成図である。
【図５】従来のＯＡＤＭのもう一つの構成図である。
【図６】本発明に係る光アドドロップモジュールの基本構成図である。
【図７】本発明に係る光アドドロップモジュールを構成しているインターリーバの一例を示す基本構成図である。
【図８】本発明に係る光アドドロップモジュールの他の実施形態を示す構成図である。
【図９】アド信号合成の一例を示す構成図である。
【図１０】ＲＯＡＤＭの一用途としてネットワークの再構築への応用を示す説明図である。
【図１１】ＲＯＡＤＭの他の用途として、伝送路の障害に対するプロテクションを示す説明図である。
【図１２】ＲＯＡＤＭの他の用途として、光スイッチとしての応用を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 光アドドロップモジュール
２ 入力ＷＤＭ信号
３ 出力信号
４ アド信号
５ ドロップ信号
６ 偏光コンバイナ
７ 入力直線偏光
８ アド用直線偏光
９ 偏波合成信号
１０ 薄膜フィルタ
１１ 入力ＷＤＭ信号
１２ アド信号
１３ 合成信号
１４ 入力ＷＤＭ信号
１５ 分波器
１６ ２×２光スイッチ
１７ 合波器
１８ アド信号
１９ ドロップ信号
２０ 出力ＷＤＭ信号
２１ 入力ＷＤＭ信号
２２ サーキュレータ
２３ 分波器
２４ ＭＥＭＳミラーアレータイプ光スイッチ
２５ アド用レーザ
２６ サーキュレータ
２７ ドロップポート
２８ 受光器
２９ 入力ポート
３０ サーキュレータ
３１ 偏光分離素子
３２ 複屈折媒質
３２１ 偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）
３２２ ルチル
３３ ループ
３３１ 伝送用偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）
３４ アドポート
３５ 出力ポート
３６ ドロップポート
３７ レンズ
３８ レンズ
３９ ミラー
４０ 恒温槽
４１ レーザ
４２ フィルタ
４３ ＲＯＡＤＭ
４４ 障害点
４５ 伝送路
４６ 伝送路
４７ 液晶光スイッチ
１００ 光アドドロップモジュール（ＯＡＤＭ）
２００ 光アドドロップモジュール（ＯＡＤＭ）
３００ リコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）
３１０ リコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）
４００ リコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）
５００ リコンフィギュラブルな光アドドロップモジュール（ＲＯＡＤＭ）

Claims (6)

1. 偏光分離素子を起点と終点とする光ループと、入力端子と出力端子と前記偏光分離素子の第１の入力端子とに接続された第１のサーキュレータと、ドロップ端子とアド端子と前記偏光分離素子の第２の入力端子に接続された第２のサーキュレータとを含み、
   前記光ループの中に、所定の偏波分散を有する複屈折媒質を前記偏光分離素子と所定の偏光方位関係で配置させたことを特徴とする光アドドロップモジュール。
2. 請求項１に記載された光アドドロップモジュールにおいて、モジュール入力信号の波長を制御することによってドロップとアドを切り替えることを特徴とする光アドドロップモジュール。
3. 請求項１または２に記載された光アドドロップモジュールにおいて、前記複屈折媒質の偏波分散Ｐが、伝送路のチャンネル間の波長間隔Δλと以下の関係を満たすことを特徴とする光アドドロップモジュール。
   Ｐ＝λ^２／（ＣΔλ）
   ただしＣは光速、λは動作波長である。
4. 請求項２または３に記載された光アドドロップモジュールにおいて、モジュール入力信号の波長を所定量シフトすることによってドロップとアドを切り替えることを特徴とする光アドドロップモジュール。
5. 請求項２、３または４のいずれかに記載された光アドドロップモジュールの入力端子に入力される入力波長多重信号の波長を一括して制御することにより、出力端子に接続される伝送路からドロップ端子に接続される伝送路へ信号伝送経路を切り替えることを特徴とする波長多重伝送ネットワークのリモート制御方法。
6. 請求項５において、入力波長多重信号の波長を一括して所定量シフトすることを特徴とする波長多重伝送ネットワークのリモート制御方法。

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