JP2005064776A

JP2005064776A - 光伝送システム

Info

Publication number: JP2005064776A
Application number: JP2003291109A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ito; 敏夫伊藤; Rieko Satou; 里江子佐藤; Yuji Akatsu; 祐史赤津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】本発明は、敷設済みのマルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようにする新たな光伝送システムの提供を目的とする。
【解決手段】マルチモードファイバとシングルモードファイバとをそのまま結合するのではなくて、波長変換器を介して結合するようにする。波長変換器は、連続光を使って、入力ポートに入力される光信号を、それの波長とは異なる波長に変換して出力するという動作を行うものであり、入力ポートに入力される光信号の光強度に変動があっても、安定した光強度を持つ別の波長に変換して出力するという動作を行う。これから、マルチモードファイバを伝搬する光信号のモードが変化するようなことがあっても、シングルモードファイバを伝搬する光信号の光強度は安定したものとなり、これにより、マルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭やビル内などで用いられているマルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようにする光伝送システムに関する。

石英ガラスをコアとするマルチモードファイバやプラスチックファイバはコネクタによる接続が容易なため、古くからビル内のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に使用されている。しかしながら、ファイバ中を数十のモードが伝搬することから、モード分散によってパルス幅が広がる結果ビット間の干渉が生じ、例えば１０Ｇｂ／ｓの信号を伝送した場合の最大通信距離は３００ｍ程度である。

しかるに、近年の光ネットワークの発達に伴い、ビル内を越えて遠方（例えば２〜１０ｋｍ）まで光信号を送受信したいという要望が高まっている。

従来では、このような場合、ビル内のマルチモードファイバを除去し、シングルモードファイバを新たに敷設するようにしていた。シングルモードファイバを伝搬する光信号にはモード分散が生じないので、ビット広がりを抑制することができ、例えば５０ｋｍを越える通信も容易となるからである。

しかしながら、従来技術のように、ビル内のすべてのマルチモードファイバをすべてシングルモードファイバに置き換えるようにするのでは、その置き換えが容易ではなく、例えば１億円を越えるような多額の工事費も必要になるという問題がある。

そのため敷設済みのマルチモードファイバを置き換えることなく、長距離伝送を可能にすることが求められている。

この長距離伝送を実現する１つの方法として、マルチモードファイバとシングルモードファイバとを結合する方法を用いることが考えられる。

しかしながら、マルチモードファイバは風や振動などの揺れによって折り曲げられる形態などが時間的に変化すると、伝搬する光信号のモード数、モード間の結合、各モードの強度が変化し、これから、マルチモードファイバとシングルモードファイバとをそのまま結合するような方法を用いていたのでは、マルチモードファイバからシングルモードファイバへ伝送される光信号の光強度が安定しないという別の問題がでてくることになる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、敷設済みのマルチモードファイバを置き換えることなく、敷設済みのマルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようにする新たな光伝送システムの提供を目的とする。

この目的を達成するために、本発明の光伝送システムは、マルチモードファイバを伝搬する光信号を遠方に伝送できるようにするために、（１）マルチモードファイバを入力ポートに接続して、連続光を使って、その入力ポートに入力される光信号を、それの波長とは異なる波長に変換して出力ポートに出力する波長変換器と、（２）波長変換器の出力ポートに接続されて、波長変換器の出力する光信号を遠方に伝送するシングルモードファイバとを備えるように構成する。

この構成を採るときにあって、マルチモードファイバと波長変換器の入力ポートとの間に、シングルモードファイバを備えることがある。

また、この構成を採るときにあって、マルチモードファイバと波長変換器の入力ポートとの間に、基本モードの光信号のみを増幅する半導体光増幅器と、その半導体光増幅器の増幅した光信号を波長変換器の入力ポートに伝送するシングルモードファイバあるいはシングルモードの光導波路とを備えることがある。

このように構成される本発明の光伝送システムでは、マルチモードファイバを伝搬する光信号を遠方に伝送できるようにするために、マルチモードファイバとシングルモードファイバとをそのまま結合するのではなくて、波長変換器を介して結合するようにしている。

波長変換器は、連続光を使って、入力ポートに入力される光信号を、それの波長とは異なる波長に変換して出力するという動作を行うものであり、入力ポートに入力される光信号の光強度に変動があっても、安定した光強度を持つ別の波長に変換して出力するという動作を行う。

これから、本発明の光伝送システムによれば、マルチモードファイバを伝搬する光信号のモードが変化するようなことがあっても、シングルモードファイバを伝搬する光信号の光強度は安定したものとなり、これにより、マルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、敷設済みのマルチモードファイバを置き換えることなく、敷設済みのマルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送することができるようになる。

図１に、本発明の第１の実施形態例を図示する。

同図において、１０１は連続光光源、１０２はシングルモードファイバ、１０３は波長変換器、１０４は出力用シングルモードファイバ、１０５は入力用マルチモードファイバである。

波長変換器１０３は、光電変換することなく、入力される信号光を光のまま波長変換するものであり、例えば以下の方式のものが存在する（例えば、特開２００３−４３４２９参照）。

（１）相互位相変調（ＸＰＭ：cross phase modulation）
（２）相互利得変調（ＸＧＭ：cross gain modulation ）
（３）四光波混合（ＦＷＭ：four wave mixing）
図２に、相互位相変調型の波長変換器１０３の構成を図示する。

同図において、１は連続光（ＣＷ光）入力用のポート、２は出力用のポート、３は信号光入力用のポート、４，５，６は光合分波器、７，８はアーム導波路に介装された半導体光増幅器（ＳＯＡ）、９は光フィルタ、１０は平面光波回路プラットフォームである。

相互位相変調型の波長変換器１０３は、図２に示すように、半導体光増幅器７，８を平面光波回路プラットフォーム１０上に搭載し、マッハツェンダ型の光干渉回路を構成している。

このように構成される相互位相変調型の波長変換器１０３では、波長λc のＣＷ光（連続光）はポート１から入力して、光合分波器４で２分岐され、２本のアーム導波路に入射する。アーム導波路に入ったＣＷ光は各々半導体光増幅器７，８に入力する。そして、半導体光増幅器７，８からの出力光は光合分波器５によって合波され、干渉光がポート２から出力される。

一方、波長λs の信号光はポート３から入力して、光合分波器６を介して片側の半導体光増幅器７へ入射する。すると、半導体光増幅器７の飽和現象によってキャリア密度が減少し、これによって屈折率変化が生じ、半導体光増幅器７を通過するＣＷ光の位相変調を引き起こす。これが、他方の半導体光増幅器８を通過することで位相変調を受けなかったＣＷ光と干渉することによって、ポート２から光フィルタ９を通り出力される波長λc の光の強度変調となる。この結果、信号光の波長λs がＣＷ光の波長λc に乗り移り波長変換が行われる。

このようにして、波長変換器１０３は、光電変換することなく、入力される信号光を光のまま波長変換するのである。

入力用マルチモードファイバ１０５は、例えばビル内に設置済みのマルチモードファイバであり、長さは３００メートル程度である。ビル内の信号速度としては例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓであり、波長は１５５０ｎｍである。

連続光光源１０１は、例えば波長１５５５ｎｍの連続光光源である。波長変換器１０３は、１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号はそのままで、ＸＰＭ・ＸＧＭの場合には波長を１５５０ｎｍから１５５５ｎｍに変換し、ＦＷＭの場合には波長を１５５０ｎｍから１５６０ｎｍに変換する。

ここで重要なことは、波長変換器１０３により波長変換された光信号は出力用シングルモードファイバ１０４に出力される点にある。出力用シングルモードファイバ１０４は長距離伝送が可能であるので、光信号を３００ｍという限界を越えて遠方まで送ることが可能になる。遠方まで送信する光信号は例えば波長多重（ＷＤＭ）等の技術が用いられるが、連続光の波長を変えることで、任意の波長で送信することが可能になる。

このようにして、本発明では、入力用マルチモードファイバ１０５を伝搬する光信号を遠方に伝送できるようにするために、入力用マルチモードファイバ１０５と出力用シングルモードファイバ１０４とをそのまま結合するのではなくて、波長変換器１０３を介して結合するようにしている。

波長変換器１０３は、連続光を使って、入力される光信号を、それの波長とは異なる波長に変換して出力する動作を行うものであり、入力される光信号の光強度に変動があっても、安定した光強度を持つ別の波長に変換して出力するという動作を行う。

これから、本発明によれば、入力用マルチモードファイバ１０５を伝搬する光信号のモードが変化するようなことがあっても、出力用シングルモードファイバ１０４を伝搬する光信号の光強度は安定したものとなり、これにより、マルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようになる。

図３に、本発明の第２の実施形態例を図示する。

同図において、２０１は連続光光源、２０２はシングルモードファイバ、２０３は波長変換器、２０４は出力用シングルモードファイバ、２０５は入力用マルチモードファイバ、２０６はシングルモードファイバである。

第２の実施形態例と第１の実施形態例との違いは、第２の実施形態例では、入力用マルチモードファイバ２０５と波長変換器２０３との間を接続するシングルモードファイバ２０６を備えている点である。

このシングルモードファイバ２０６を２ｍほどの長さとすると、入力用マルチモードファイバ２０５を伝搬するさまざまなモードのうちの基本モードのみを選択的に取り出すことが可能になる。さらに、シングルモードファイバ２０６を半径２ｃｍ以下の系で曲げることで基本モード以外のモードをさらに減衰させることも可能である。

第２の実施形態例では、このようにして入力用マルチモードファイバ２０５を伝搬する光信号から基本モードのみを取り出し、さらに波長変換器２０３によって任意の波長に変換したあとで、長距離伝送を行うことが可能になる。

図４に、本発明の第３の実施形態例を図示する。

同図において、３０１は連続光光源、３０２はシングルモードファイバ、３０３は波長変換器、３０４は出力用シングルモードファイバ、３０５は入力用マルチモードファイバ、３０６はシングルモードファイバ、３０７は半導体光増幅器、３０８はシングルモードファイバまたはシングルモードの光導波路である。

第３の実施形態例と第２の実施形態例との違いは、第３の実施形態例では、入力用マルチモードファイバ３０５と波長変換器３０３との間に、半導体光増幅器３０７と、半導体光増幅器３０７の増幅した光信号を波長変換器３０３に伝送するシングルモードファイバあるいはシングルモードの光導波路３０８を備えている点である。

ここで、半導体光増幅器３０７としては、例えば、
１）P.Doussiere, P.Garabedian, C.Graver, D.Bonnevie, T.Fillon, E.Derouin, M.Monnot, J.G.Provost, D.Leclerc, and M.Klenk, "1.55μm polarization independent semiconductor optical amplifier with 25dB fiber to fiber gain",IEEE Photonic Technology Letters,vol.6,no.2,pp.170-172,1994.
があげられる。

第２の実施形態例の場合には、入力用マルチモードファイバ２０５からシングルモードファイバ２０６へ接続する際に、基本モード以外の信号が減衰するために、光強度が大きな損失を受ける。これは、例えば光信号が１０個のモードに同じパワーで分かれていれば、光強度が１０分の１になってしまうことを意味する。

そこで、第３の実施形態例では、入力用マルチモードファイバ３０５からシングルモードファイバ３０６へ接続する際に生ずる光信号の損失をカバーするために、半導体光増幅器３０７によって基本モードを例えば１０倍に増幅してやることで、光信号の損失を防ぐようにしている。

さらに、通常の場合、半導体光増幅器３０７はシングルモードのみと結合し、その他のモードとは結合しない（もしくは結合時の損失が大きい）ため、この構成を用いることで、入力用マルチモードファイバ３０５を伝搬するさまざまなモードのうちの基本モードのみを取り出す選択性がよりよくなる。

また、半導体光増幅器３０７と波長変換器３０３との接続は、シングルモードファイバを用いてもよいし、あるいはシングルモードの光導波路を用いてもよい。後者の場合には、半導体光増幅器３０７と波長変換器３０３とを一体で形成した光モジュールで構成することが可能になる。

本発明では、マルチモードファイバを利用した短距離伝送システムの光信号を遠方に伝送できるようにするときに、その光信号の波長を変換することから、異なる波長を使ってビル内などの光伝送を行っているシステムの間で、データのやり取りを行うことができるようになる。

本発明の第１の実施形態例である。波長変換器の装置構成例である。本発明の第２の実施形態例である。本発明の第３の実施形態例である。

符号の説明

１０１連続光光源
１０２シングルモードファイバ
１０３波長変換器
１０４出力用シングルモードファイバ
１０５入力用マルチモードファイバ

Claims

マルチモードファイバを伝搬する光信号を遠方に伝送する光伝送システムであって、
上記マルチモードファイバを入力ポートに接続して、連続光を使って、その入力ポートに入力される光信号を、それの波長とは異なる波長に変換して出力ポートに出力する波長変換器と、
上記出力ポートに接続されて、上記波長変換器の出力する光信号を遠方に伝送するシングルモードファイバとを備えることを、
特徴とする光伝送システム。
請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
上記マルチモードファイバと上記入力ポートとの間に、シングルモードファイバを備えることを、
特徴とする光伝送システム。
請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
上記マルチモードファイバと上記入力ポートとの間に、基本モードの光信号のみを増幅する半導体光増幅器と、その半導体光増幅器の増幅した光信号を上記入力ポートに伝送するシングルモードファイバあるいはシングルモードの光導波路とを備えることを、
特徴とする光伝送システム。