JP2004301955A - 光監視用デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を達成する光監視用デバイスを提供する。
【解決手段】多段光分岐カプラ５と、多段合波カプラ８と、これらのカプラ５、８との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタ６と伝搬光の設定時間遅延を与える光遅延線７とを接続して成る直線接続回路９とを有する光導波回路が基板上に形成され、光位相シフタ６を所定の位相に調節し、かつ多段光分岐カプラ５と多段合波カプラ８をそれぞれ所定の分岐比に調整することで通信波長と予め設定された監視光を透過する光監視用デバイスを形成することにより、この監視光により故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を達成する光監視用デバイスを実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】多段光分岐カプラ５と、多段合波カプラ８と、これらのカプラ５、８との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタ６と伝搬光の設定時間遅延を与える光遅延線７とを接続して成る直線接続回路９とを有する光導波回路が基板上に形成され、光位相シフタ６を所定の位相に調節し、かつ多段光分岐カプラ５と多段合波カプラ８をそれぞれ所定の分岐比に調整することで通信波長と予め設定された監視光を透過する光監視用デバイスを形成することにより、この監視光により故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を達成する光監視用デバイスを実現する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光パッシブダブルスター（ＰＤＳ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ）伝送システム等の光通信分野に用いられる光監視用デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）を低価格で導入するため、局内に設置された１つのＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を多数のユーザーで共用する光ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ ＤｏｕｂｌｅＳｔａｒ）システムが提案されている。光ＰＤＳシステムは光線路の途中に光スプリッタを接続することにより光線路を光分岐し光線路分岐部と成し、光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側に接続された光分岐線路がユーザーへ引き込まれる。
【０００３】
一般に、光ＰＤＳシステムのような光加入者線路は光線路媒体である光ファイバーや光通信機器の故障の監視を行うため、ＯＴＤＲを用いた光監視システムが導入されている。しかしながら、光ＰＤＳシステムで加入者線路にＯＴＤＲ測定を行うと、各光分岐線路からの反射戻り光を観測してしまい、障害が発生しても各光分岐線路からの反射戻り光が重なり合ったような波形となることから、故障線路や故障位置の特定ができないという問題があった。
【０００４】
そこで、光ＰＤＳ監視方法として、分岐後の光線路長を光分岐線路ごとに異なる長さに設定し、これにより終端反射までの長さが各光分岐線路ごとに割付けられるので、既知の長さにある終端反射の光量の増減を測定することで故障線路を特定できる光分岐線路の長さ管理方式のものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、光分岐線路後の終端反射の反射波長を光分岐線路ごとに割付、可変波長ＯＴＤＲ等で監視を行い、反射光量の増減を測定することことにより故障線路の特定を行う端末反射波長割付方式のものが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、光線路分岐部に通信光と設定波長の監視光を透過する光デバイスを使用し、光分岐線路ごとに監視波長を割付る波長ルーティング方式のものが提案されている（非特許文献３参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
山本他、「分岐形光線路の１．６μｍ帯故障切分け試験技術」１９９４年電子情報通信学会秋季大会Ｂ−８４６
【０００８】
【非特許文献２】
伊藤他、「ＰＤＳ線路における障害監視方式に関する検討」１９９６年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０７３
【０００９】
【非特許文献３】
田中他、「試験波長割当法による分岐光線路の個別損失分布測定」平成８年電気学会電子・通信・システム部門大会Ａ−９−４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案例のうち、分岐線路の長さ管理方式と端末反射波長割付方式は、故障線路の特定はできるものの故障位置の特定が比較的困難であるといった問題があった。一方、波長ルーティング方式は故障線路および故障位置の特定が可能であるが、光デバイスにアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）を使用しており、システムが非常に高価になってしまうといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を可能とする光監視用デバイスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合流カプラを接続して形成されて複数の光入力端を有する多段光合流カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合流カプラの対応する光入力端との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタと伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線とを接続して成る光接続回路を有する光導波回路が基板上に形成され、前記多段光分岐カプラと前記多段光合流カプラがそれぞれ所定の分岐比に調整されており、かつ前記光位相シフタが所定の位相に調整されていることにより通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有するように形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、多段光分岐カプラと多段光合流カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合流カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
また、第３の発明は、上記第２の発明の構成に加え、多段光分岐カプラの光出力端と多段光合流カプラの光入力端は互いに同じ奇数個ずつ設けられ、これらの各光出力端と対応する光入力端の間に設けられる各光遅延線は互いに異なる長さに形成され、該長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線の光入力側には前記多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部が接続され、該第１段の光分岐カプラの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラの入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラにより光分岐部が形成されており、該光分岐部の出力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光入力側に接続され、前記実質的中心光遅延線の光出力側には前記多段光合流カプラの最終段の光合流カプラの一方の光入力部が接続されており、該最終段の光合流カプラの他方の光入力部には最終段の前段の光合流カプラが接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラにより光合流部が形成されており、該光合流部の光入力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光出力側に接続され、前記光分岐部と前記光合流部はそれぞれ前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
また、第４の発明は、上記第１、第２、第３の発明のいずれか一つの構成に加え、通信波長は１．３１μｍ及び１．５５μｍの少なくとも一方を有し、監視波長は１．６μｍ帯の異なる複数の波長のうち予め設定した一つの波長である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第５の発明は、パッシブダブルスター伝送システムの光線路分岐部内に配された１×Ｎスプリッターの少なくとも１つの分岐スプリッターの出力側に上記第１、第２、第３、第４の発明のいずれか一つの構成の光監視用デバイスが接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例が示されている。図１に示すように、本実施形態例の光監視用デバイスは、図１に示す回路構成を有する光導波回路（光トランスバーサルフィルタ）２を基板１５上に形成した平面導波回路により形成されており、光導波回路２は、多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８を有している。
【００１８】
多段光分岐カプラ５は、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成されており、複数の光出力端１７を有している。多段光合流カプラ８は、複数段の光合流カプラ３を接続して形成されており、複数の光入力端１８を有している。
【００１９】
また、本実施形態例においては、複数の光分岐カプラ１と複数の光合流カプラ３はＹ分岐回路を有している。
【００２０】
前記多段光分岐カプラ５のそれぞれの光出力端１７と多段光合流カプラ８のそれぞれの光入力端１８との間には、直列接続回路が介設されている。直列接続回路は、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタ６と伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線７を直列接続して成る。各光位相シフタ６は１本の光導波路（コア）を有してこの光導波路を局所的に加熱するＴｉＮｉヒーターの位相調節手段４を形成して成る。
【００２１】
多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８はそれぞれ、多段光分岐カプラ５の光出力端１７の中心配列位置と多段光合流カプラ８の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
【００２２】
また、多段光分岐カプラ５の光出力端１７と多段光合流カプラ８の光入力端１８は互いに同じ奇数個ずつ設けられており、これらの各光出力端１７と対応する光入力端１８間に設けられる光遅延線７は互いに異なる長さに形成されている。
【００２３】
図１中、最下部に設けられている光遅延線７ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線７ｂは光遅延線７ａよりΔＬ長く、下から３番目に設けられている光遅延線７ｃは光遅延線７ａより２ΔＬ長く、下から４番目に設けられている光遅延線７ｄは光遅延線７ａより３ΔＬ長く形成されている。
【００２４】
また、この長さの異なる光遅延線７のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線７ｅは最上部に設けられて、前記光遅延線７ａより４ΔＬ長く形成されている。
【００２５】
さらに、下から５番目以降に設けられている光遅延線７ｆ〜７ｉはそれぞれ順にΔＬずつ長く形成され、光遅延線７ｉは光遅延線７ａより８ΔＬ長く形成されている。なお、図１中に符号は７ａ（最下部）、７ｅ（最上部）、７ｆ（下から５番目）、７ｉ（下から８番目）のみを表示し、他は省略している。
【００２６】
また、上記実質的中心光遅延線７ｅの入力側には前記多段光分岐カプラ５を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）が接続され、該第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の他方の光出力部には第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）の光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラ１により光分岐部が形成されている。
【００２７】
光分岐部の光出力端は多段光分岐カプラ５の光出力端１７（１７ａ〜１７ｄ、１７ｆ〜１７ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光入力側に接続されている。
【００２８】
前記実質的中心光遅延線７ｅの出力側には前記多段光合流カプラ８の最終段の光合流カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）が接続されており、該最終段の光合流カプラ３（３ａ）の他方の光入力部には該最終段の前段の光合流カプラ３（３ｂ）が接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラ３により光合流部が形成されている。
【００２９】
光合流部の光入力端は多段光合波カプラ８の光入力端１８（１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ〜１８ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光出力側に接続されている。
【００３０】
前記光分岐部と光合流部はそれぞれ、前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
【００３１】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２の構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。
【００３２】
この光トランスバーサルフィルタ２は、前記多段光分岐カプラ５と前記多段光合流カプラ８のそれぞれの分岐比を所望の値に設定し、かつ伝搬光の位相を可変可能な前記光位相シフタ６の位相量を所望の値に可変設定することにより光トランスバーサルフィルタ２の光波長特性を任意に設定可能としている。
【００３３】
ここで、図１に示す光トランスバーサルフィルタ２において、光トランスバーサルフィルタ２の伝達関数Ｇは、（１）式となる。
【数１】
なお、Ｎはタップ数（多段光分岐カプラ５の分岐数）、αｎ、βｎはそれぞれ多段光分岐カプラ５（つまり光出力端１７）と多段光合波カプラ８（つまり光入力端１８）の分岐比、Φｎは光位相シフタ６の位相量を表すものであり、ｎｅｆ ｆは光導波路（コア）の等価屈折率、ΔＬは光遅延線７の光路長差、ｆは光周波数、ｃは光速、ｎはタップ番号であり、ｊは√（−１）である。
【００３４】
ここで、挿入損失を低減させるため、αｎ＝βｎとし、γｎ＝αｎ ２＝βｎ ２とおくと、光トランスバーサルフィルタの伝達関数Ｇは、（２）式となる。
【数２】
【００３５】
ここで、ｇｎ＝γｎｅｘｐ（ｊΦｎ）とおく。γｎは多段光分岐カプラ５の分岐比の２乗（つまり光振幅量比の２乗すなわち光パワーを決定する項）、Φｎは光位相シフタ６の位相量を表し、これらを光トランスバーサルフィルタのタップ係数とする。
【００３６】
ここで、（３）式、（４）式、（５）式とすると（ただし、Ｎ’はサンプリング数、ｌは整数、ｍは正の整数）、
【数３】
【数４】
【数５】
【００３７】
以下の（６）式が導かれる。
【数６】
【００３８】
ここで、所望の光周波数特性Ｇｌ（ここでは通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する波長特性）とすると、（６）式から（７）式の離散的フーリエ変換によりｇｎが求まる。
【数７】
【００３９】
ここで、伝達関数の直線位相特性を実現するために、タップ番号ｎは−（Ｎ−１）／２≦ｎ≦（Ｎ−１）／２（Ｎは奇数）、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１（Ｎは偶数）とする。
【００４０】
よって、タップ係数γｎは、以下の（８）式となる。
【数８】
【００４１】
タップ係数Φｎは、以下の（９）式となる。
【数９】
【００４２】
図１に示す光トランスバーサルフィルタ２による監視用デバイスの通信波長と予め設定された監視光透過する波長の合成法を以下に説明する。図２は所望の波長特性と、上記合成法により得られた実際の波長特性を示す。図２中、所望の波長特性は特性線ａ、ｂで示されており、上記合成法により得られる実際の波長特性は特性線ａ’、ｂ’で示されている。
【００４３】
例えば、図２特性線ａとｂに示すような、通信波長領域の１５８０ｎｍに遮断波長を有し、遮断波長１５８０ｎｍ未満の波長から１４５０ｎｍを透過し、一方、監視光は透過中心波長が１６２０ｎｍで半値幅が約５ｎｍの所望の波長特性（所望の光周波数特性Ｇｌ）とすると、上記（６）式、（７）式によりｇｎ、すなわち、タップ係数γｎとΦｎが求まる。
【００４４】
すなわち、例えば、タップ数１０１の場合、タップ係数γｎとΦｎを上記（８）、（９）式から求めると表１に示す値となる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１のタップ係数γｎとΦｎの値を用いて、（６）式より実際の波長特性を求めた（フーリエ・フィティング）結果を、図２の特性線ａ’、ｂ’に示している。特性線ａ、ｂと特性線ａ’、ｂ’を比較すると、特性線ａ’は特性線ａより挿入損失が２５％程度低下しているものの、透過波長特性はほぼ一致していることがわかる。
【００４７】
本発明者は、上記検討結果、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γｎとΦｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することができることに着目し、上記構成の本実施形態例の光監視用デバイスを提案することにした。
【００４８】
また、本実施形態例の光監視用デバイスは、以下のようにして製造される。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を形成する。
【００４９】
その後、図１に示した回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜に光トランスバーサルフィルタパターンを転写し、コア（光導波路）の回路を形成する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、光監視用デバイス２を形成する。
【００５０】
通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍを透過し、かつ監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍの４波長のうちいずれか１波長をそれぞれ透過する光監視用デバイスを作製した。ここで、ΔＬは６．９９μｍ、ＦＳＲは約２９．５ＴＨｚであり、タップ数Ｎは３３としている。
【００５１】
上記の光監視用デバイスでは、フィルタリングする帯域が非常に広いため光トランスバーサルフィルタのＦＳＲを有効に利用して、通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長を透過するよう設定した。
【００５２】
本発明者は、上記に説明した透過波長合成法により、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γｎとΦｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することで、例えば、図３示す４種類の波長特性を合成した。
【００５３】
図３の（ａ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６２０ｎｍを透過し、１６１０ｎｍと１６３０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。また、図３の（ｂ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６３０ｎｍを透過し、１６２０ｎｍと１６４０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５４】
また、図３の（ｃ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６４０ｎｍを透過し、１６３０ｎｍと１６５０ｎｍに遮断波長を有する波長特性を示す。さらに、図３の（ｄ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６５０ｎｍを透過し、１６４０ｎｍと１６６０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５５】
上記のように、本実施形態例の通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する光監視用デバイスを実現できる。
【００５６】
図３に監視波長帯の波長特性の拡大図を示している。図３中、特性線ａは監視波長１．６２μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｂは監視波長１．６３μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｃは監視波長１．６４μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｄは監視波長１．６５μｍを透過する波長特性を示している。
【００５７】
図３からわかるように、特性線ａは１．６２μｍに透過中心波長を有し、１．６１μｍと１．６３μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６２μｍを透過し、他の監視波長１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５８】
また、特性線ｂは１．６３μｍに透過中心波長を有し、１．６２μｍと１．６４μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６３μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５９】
また、特性線ｃは１．６４μｍに透過中心波長を有し、１．６３μｍと１．６５μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６４μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００６０】
また、特性線ｄは１．６５μｍに透過中心波長を有し、１．６４μｍと１．６６μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６５μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍは透過しないことがわかる。
【００６１】
上記のように、本実施形態例の通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長（ここでは１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍのうちのいずれかの１波長）を透過する光監視用デバイスをそれぞれ実現することができた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、多段光分岐カプラと多段光合流カプラの分岐比を所望の値に設定し、かつ光位相シフタによる位相量をそれぞれ所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有する光監視用デバイスを実現できる。この光監視用デバイスを透過する予め設定された監視波長により故障線路と故障位置のいずれも特定でき、高信頼性で、かつ、量産性に適した低価格化を可能とする光監視用デバイスを実現できる。例えば、光ＰＤＳシステムの光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側にこの光監視用デバイスを接続することにより、予め設定されたそれぞれの監視光がそれぞれの光分岐線路に伝搬してゆくことになり、故障線路と故障位置を確実に特定できる低価格なすぐれた光監視用デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例の光導波回路構成を示す要部構成図である。
【図２】本発明に係わる光監視用デバイスの設定波長特性と合成された波長特性を示すグラフである。
【図３】上記実施形態例の４種類の波長特性を示すグラフである。
【図４】図３の４種類監視波長帯域の波長特性を拡大して示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光分岐カプラ
２ 光導波回路（光トランスバーサリフィルタ）
３ 光合流カプラ
４ 位相調節手段
５ 多段光分岐カプラ
６ 光位相シフタ
７ 光遅延線
８ 多段光合流カプラ
１５ 基板
１７ 光出力端
１８ 光入力端
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光パッシブダブルスター（ＰＤＳ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ）伝送システム等の光通信分野に用いられる光監視用デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）を低価格で導入するため、局内に設置された１つのＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を多数のユーザーで共用する光ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ ＤｏｕｂｌｅＳｔａｒ）システムが提案されている。光ＰＤＳシステムは光線路の途中に光スプリッタを接続することにより光線路を光分岐し光線路分岐部と成し、光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側に接続された光分岐線路がユーザーへ引き込まれる。
【０００３】
一般に、光ＰＤＳシステムのような光加入者線路は光線路媒体である光ファイバーや光通信機器の故障の監視を行うため、ＯＴＤＲを用いた光監視システムが導入されている。しかしながら、光ＰＤＳシステムで加入者線路にＯＴＤＲ測定を行うと、各光分岐線路からの反射戻り光を観測してしまい、障害が発生しても各光分岐線路からの反射戻り光が重なり合ったような波形となることから、故障線路や故障位置の特定ができないという問題があった。
【０００４】
そこで、光ＰＤＳ監視方法として、分岐後の光線路長を光分岐線路ごとに異なる長さに設定し、これにより終端反射までの長さが各光分岐線路ごとに割付けられるので、既知の長さにある終端反射の光量の増減を測定することで故障線路を特定できる光分岐線路の長さ管理方式のものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、光分岐線路後の終端反射の反射波長を光分岐線路ごとに割付、可変波長ＯＴＤＲ等で監視を行い、反射光量の増減を測定することことにより故障線路の特定を行う端末反射波長割付方式のものが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、光線路分岐部に通信光と設定波長の監視光を透過する光デバイスを使用し、光分岐線路ごとに監視波長を割付る波長ルーティング方式のものが提案されている（非特許文献３参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
山本他、「分岐形光線路の１．６μｍ帯故障切分け試験技術」１９９４年電子情報通信学会秋季大会Ｂ−８４６
【０００８】
【非特許文献２】
伊藤他、「ＰＤＳ線路における障害監視方式に関する検討」１９９６年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０７３
【０００９】
【非特許文献３】
田中他、「試験波長割当法による分岐光線路の個別損失分布測定」平成８年電気学会電子・通信・システム部門大会Ａ−９−４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案例のうち、分岐線路の長さ管理方式と端末反射波長割付方式は、故障線路の特定はできるものの故障位置の特定が比較的困難であるといった問題があった。一方、波長ルーティング方式は故障線路および故障位置の特定が可能であるが、光デバイスにアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）を使用しており、システムが非常に高価になってしまうといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を可能とする光監視用デバイスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合流カプラを接続して形成されて複数の光入力端を有する多段光合流カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合流カプラの対応する光入力端との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタと伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線とを接続して成る光接続回路を有する光導波回路が基板上に形成され、前記多段光分岐カプラと前記多段光合流カプラがそれぞれ所定の分岐比に調整されており、かつ前記光位相シフタが所定の位相に調整されていることにより通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有するように形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、多段光分岐カプラと多段光合流カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合流カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
また、第３の発明は、上記第２の発明の構成に加え、多段光分岐カプラの光出力端と多段光合流カプラの光入力端は互いに同じ奇数個ずつ設けられ、これらの各光出力端と対応する光入力端の間に設けられる各光遅延線は互いに異なる長さに形成され、該長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線の光入力側には前記多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部が接続され、該第１段の光分岐カプラの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラの入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラにより光分岐部が形成されており、該光分岐部の出力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光入力側に接続され、前記実質的中心光遅延線の光出力側には前記多段光合流カプラの最終段の光合流カプラの一方の光入力部が接続されており、該最終段の光合流カプラの他方の光入力部には最終段の前段の光合流カプラが接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラにより光合流部が形成されており、該光合流部の光入力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光出力側に接続され、前記光分岐部と前記光合流部はそれぞれ前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
また、第４の発明は、上記第１、第２、第３の発明のいずれか一つの構成に加え、通信波長は１．３１μｍ及び１．５５μｍの少なくとも一方を有し、監視波長は１．６μｍ帯の異なる複数の波長のうち予め設定した一つの波長である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第５の発明は、パッシブダブルスター伝送システムの光線路分岐部内に配された１×Ｎスプリッターの少なくとも１つの分岐スプリッターの出力側に上記第１、第２、第３、第４の発明のいずれか一つの構成の光監視用デバイスが接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例が示されている。図１に示すように、本実施形態例の光監視用デバイスは、図１に示す回路構成を有する光導波回路（光トランスバーサルフィルタ）２を基板１５上に形成した平面導波回路により形成されており、光導波回路２は、多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８を有している。
【００１８】
多段光分岐カプラ５は、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成されており、複数の光出力端１７を有している。多段光合流カプラ８は、複数段の光合流カプラ３を接続して形成されており、複数の光入力端１８を有している。
【００１９】
また、本実施形態例においては、複数の光分岐カプラ１と複数の光合流カプラ３はＹ分岐回路を有している。
【００２０】
前記多段光分岐カプラ５のそれぞれの光出力端１７と多段光合流カプラ８のそれぞれの光入力端１８との間には、直列接続回路が介設されている。直列接続回路は、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタ６と伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線７を直列接続して成る。各光位相シフタ６は１本の光導波路（コア）を有してこの光導波路を局所的に加熱するＴｉＮｉヒーターの位相調節手段４を形成して成る。
【００２１】
多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８はそれぞれ、多段光分岐カプラ５の光出力端１７の中心配列位置と多段光合流カプラ８の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
【００２２】
また、多段光分岐カプラ５の光出力端１７と多段光合流カプラ８の光入力端１８は互いに同じ奇数個ずつ設けられており、これらの各光出力端１７と対応する光入力端１８間に設けられる光遅延線７は互いに異なる長さに形成されている。
【００２３】
図１中、最下部に設けられている光遅延線７ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線７ｂは光遅延線７ａよりΔＬ長く、下から３番目に設けられている光遅延線７ｃは光遅延線７ａより２ΔＬ長く、下から４番目に設けられている光遅延線７ｄは光遅延線７ａより３ΔＬ長く形成されている。
【００２４】
また、この長さの異なる光遅延線７のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線７ｅは最上部に設けられて、前記光遅延線７ａより４ΔＬ長く形成されている。
【００２５】
さらに、下から５番目以降に設けられている光遅延線７ｆ〜７ｉはそれぞれ順にΔＬずつ長く形成され、光遅延線７ｉは光遅延線７ａより８ΔＬ長く形成されている。なお、図１中に符号は７ａ（最下部）、７ｅ（最上部）、７ｆ（下から５番目）、７ｉ（下から８番目）のみを表示し、他は省略している。
【００２６】
また、上記実質的中心光遅延線７ｅの入力側には前記多段光分岐カプラ５を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）が接続され、該第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の他方の光出力部には第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）の光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラ１により光分岐部が形成されている。
【００２７】
光分岐部の光出力端は多段光分岐カプラ５の光出力端１７（１７ａ〜１７ｄ、１７ｆ〜１７ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光入力側に接続されている。
【００２８】
前記実質的中心光遅延線７ｅの出力側には前記多段光合流カプラ８の最終段の光合流カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）が接続されており、該最終段の光合流カプラ３（３ａ）の他方の光入力部には該最終段の前段の光合流カプラ３（３ｂ）が接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラ３により光合流部が形成されている。
【００２９】
光合流部の光入力端は多段光合波カプラ８の光入力端１８（１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ〜１８ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光出力側に接続されている。
【００３０】
前記光分岐部と光合流部はそれぞれ、前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
【００３１】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２の構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。
【００３２】
この光トランスバーサルフィルタ２は、前記多段光分岐カプラ５と前記多段光合流カプラ８のそれぞれの分岐比を所望の値に設定し、かつ伝搬光の位相を可変可能な前記光位相シフタ６の位相量を所望の値に可変設定することにより光トランスバーサルフィルタ２の光波長特性を任意に設定可能としている。
【００３３】
ここで、図１に示す光トランスバーサルフィルタ２において、光トランスバーサルフィルタ２の伝達関数Ｇは、（１）式となる。
【数１】
【００３４】
ここで、挿入損失を低減させるため、αｎ＝βｎとし、γｎ＝αｎ ２＝βｎ ２とおくと、光トランスバーサルフィルタの伝達関数Ｇは、（２）式となる。
【数２】
ここで、ｇｎ＝γｎｅｘｐ（ｊΦｎ）とおく。γｎは多段光分岐カプラ５の分岐比の２乗（つまり光振幅量比の２乗すなわち光パワーを決定する項）、Φｎは光位相シフタ６の位相量を表し、これらを光トランスバーサルフィルタのタップ係数とする。
【００３６】
ここで、（３）式、（４）式、（５）式とすると（ただし、Ｎ’はサンプリング数、ｌは整数、ｍは正の整数）、
【数３】
以下の（６）式が導かれる。
【数６】
ここで、所望の光周波数特性Ｇｌ（ここでは通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する波長特性）とすると、（６）式から（７）式の離散的フーリエ変換によりｇｎが求まる。
【数７】
ここで、伝達関数の直線位相特性を実現するために、タップ番号ｎは−（Ｎ−１）／２≦ｎ≦（Ｎ−１）／２（Ｎは奇数）、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１（Ｎは偶数）とする。
【００４０】
よって、タップ係数γｎは、以下の（８）式となる。
【数８】
タップ係数Φｎは、以下の（９）式となる。
【数９】
図１に示す光トランスバーサルフィルタ２による監視用デバイスの通信波長と予め設定された監視光透過する波長の合成法を以下に説明する。図２は所望の波長特性と、上記合成法により得られた実際の波長特性を示す。図２中、所望の波長特性は特性線ａ、ｂで示されており、上記合成法により得られる実際の波長特性は特性線ａ’、ｂ’で示されている。
【００４３】
例えば、図２特性線ａとｂに示すような、通信波長領域の１５８０ｎｍに遮断波長を有し、遮断波長１５８０ｎｍ未満の波長から１４５０ｎｍを透過し、一方、監視光は透過中心波長が１６２０ｎｍで半値幅が約５ｎｍの所望の波長特性（所望の光周波数特性Ｇｌ）とすると、上記（６）式、（７）式によりｇｎ、すなわち、タップ係数γｎとΦｎが求まる。
【００４４】
すなわち、例えば、タップ数１０１の場合、タップ係数γｎとΦｎを上記（８）、（９）式から求めると表１に示す値となる。
【００４５】
【表１】
表１のタップ係数γｎとΦｎの値を用いて、（６）式より実際の波長特性を求めた（フーリエ・フィティング）結果を、図２の特性線ａ’、ｂ’に示している。特性線ａ、ｂと特性線ａ’、ｂ’を比較すると、特性線ａ’は特性線ａより挿入損失が２５％程度低下しているものの、透過波長特性はほぼ一致していることがわかる。
【００４７】
本発明者は、上記検討結果、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γｎとΦｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することができることに着目し、上記構成の本実施形態例の光監視用デバイスを提案することにした。
【００４８】
また、本実施形態例の光監視用デバイスは、以下のようにして製造される。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を形成する。
【００４９】
その後、図１に示した回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜に光トランスバーサルフィルタパターンを転写し、コア（光導波路）の回路を形成する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、光監視用デバイス２を形成する。
【００５０】
通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍを透過し、かつ監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍの４波長のうちいずれか１波長をそれぞれ透過する光監視用デバイスを作製した。ここで、ΔＬは６．９９μｍ、ＦＳＲは約２９．５ＴＨｚであり、タップ数Ｎは３３としている。
【００５１】
上記の光監視用デバイスでは、フィルタリングする帯域が非常に広いため光トランスバーサルフィルタのＦＳＲを有効に利用して、通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長を透過するよう設定した。
【００５２】
本発明者は、上記に説明した透過波長合成法により、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γｎとΦｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することで、例えば、図３示す４種類の波長特性を合成した。
【００５３】
図３の（ａ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６２０ｎｍを透過し、１６１０ｎｍと１６３０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。また、図３の（ｂ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６３０ｎｍを透過し、１６２０ｎｍと１６４０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５４】
また、図３の（ｃ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６４０ｎｍを透過し、１６３０ｎｍと１６５０ｎｍに遮断波長を有する波長特性を示す。さらに、図３の（ｄ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６５０ｎｍを透過し、１６４０ｎｍと１６６０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５５】
上記のように、本実施形態例の通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する光監視用デバイスを実現できる。
【００５６】
図３に監視波長帯の波長特性の拡大図を示している。図３中、特性線ａは監視波長１．６２μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｂは監視波長１．６３μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｃは監視波長１．６４μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｄは監視波長１．６５μｍを透過する波長特性を示している。
【００５７】
図３からわかるように、特性線ａは１．６２μｍに透過中心波長を有し、１．６１μｍと１．６３μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６２μｍを透過し、他の監視波長１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５８】
また、特性線ｂは１．６３μｍに透過中心波長を有し、１．６２μｍと１．６４μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６３μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５９】
また、特性線ｃは１．６４μｍに透過中心波長を有し、１．６３μｍと１．６５μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６４μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００６０】
また、特性線ｄは１．６５μｍに透過中心波長を有し、１．６４μｍと１．６６μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６５μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍは透過しないことがわかる。
【００６１】
上記のように、本実施形態例の通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長（ここでは１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍのうちのいずれかの１波長）を透過する光監視用デバイスをそれぞれ実現することができた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、多段光分岐カプラと多段光合流カプラの分岐比を所望の値に設定し、かつ光位相シフタによる位相量をそれぞれ所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有する光監視用デバイスを実現できる。この光監視用デバイスを透過する予め設定された監視波長により故障線路と故障位置のいずれも特定でき、高信頼性で、かつ、量産性に適した低価格化を可能とする光監視用デバイスを実現できる。例えば、光ＰＤＳシステムの光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側にこの光監視用デバイスを接続することにより、予め設定されたそれぞれの監視光がそれぞれの光分岐線路に伝搬してゆくことになり、故障線路と故障位置を確実に特定できる低価格なすぐれた光監視用デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例の光導波回路構成を示す要部構成図である。
【図２】本発明に係わる光監視用デバイスの設定波長特性と合成された波長特性を示すグラフである。
【図３】上記実施形態例の４種類の波長特性を示すグラフである。
【図４】図３の４種類監視波長帯域の波長特性を拡大して示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光分岐カプラ
２ 光導波回路（光トランスバーサリフィルタ）
３ 光合流カプラ
４ 位相調節手段
５ 多段光分岐カプラ
６ 光位相シフタ
７ 光遅延線
８ 多段光合流カプラ
１５ 基板
１７ 光出力端
１８ 光入力端
Claims (5)
- 複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合流カプラを接続して形成されて複数の光入力端を有する多段光合流カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合流カプラの対応する光入力端との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタと伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線とを接続して成る光接続回路を有する光導波回路が基板上に形成され、前記多段光分岐カプラと前記多段光合流カプラがそれぞれ所定の分岐比に調整されており、かつ前記光位相シフタが所定の位相に調整されていることにより通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有するように形成したことを特徴とする光監視用デバイス。
- 多段光分岐カプラと多段光合流カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合流カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光監視用デバイス。
- 多段光分岐カプラの光出力端と多段光合流カプラの光入力端は互いに同じ奇数個ずつ設けられ、これらの各光出力端と対応する光入力端の間に設けられる各光遅延線は互いに異なる長さに形成され、該長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線の光入力側には前記多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部が接続され、該第１段の光分岐カプラの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラの入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラにより光分岐部が形成されており、該光分岐部の出力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光入力側に接続され、前記実質的中心光遅延線の光出力側には前記多段光合流カプラの最終段の光合流カプラの一方の光入力部が接続されており、該最終段の光合流カプラの他方の光入力部には最終段の前段の光合流カプラが接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラにより光合流部が形成されており、該光合流部の光入力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光出力側に接続され、前記光分岐部と前記光合流部はそれぞれ前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光監視用デバイス。
- 通信波長は１．３１μｍ及び１．５５μｍの少なくとも一方を有し、監視波長は１．６μｍ帯の異なる複数の波長のうち予め設定した一つの波長であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の光監視用デバイス。
- パッシブダブルスター伝送システムの光線路分岐部内に配された１×Ｎスプリッターの少なくとも１つの分岐スプリッターの出力側に請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の光監視用デバイスが接続されていることを特徴とする光監視用デバイス。
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