JP2011155481A - 光波長分割多重通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】波長０．４μｍ以上１．６μｍ以下の光源および受光回路を用いた、シングルモード・マルチモード共用を可能にする広波長帯域の光ＷＤＭ通信システムを提供すること。
【解決手段】マルチモード光源１３、１４、シングルモード光源１５、１６、光合波器１１、ＤＭパッチファイバ１２からなる送信器１と、光分波器２１、ＤＭパッチファイバ２２、受光回路２３〜２６からなる受信器２と、両者を光学的に接続するＤＭＦ（デュアルモード光ファイバ）伝送路３とから構成されている。ＤＭＦ伝送路３は、送信器１の光合波器１１により合波された光信号を受信器２に伝送するものである。受信器２では、ＤＭＦ伝送路３により伝送された波長多重光信号を光分波器２１にて異なる波長の光信号に分波し、ＤＭパッチファイバ２２を介して受光回路２３〜２６に送り、元の電気信号に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は光波長分割多重通信システムに関し、より詳細には、短波長から長波長までの光源を活用する広波長帯域の光ＷＤＭ（波長分割多重）通信システムに関する。

現在、都市間を結ぶ大容量基幹通信システムとして、シングルモード光ファイバの広い伝送波長帯域を利用して、波長の異なる複数の信号光を用いる光波長分割多重（ＷＤＭ）通信方式が導入されている。特に都市内を比較的安価に結ぶ通信システムとしてＣｏａｒｓｅ ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）通信方式の導入が進められている。

図５に、従来のＣＷＤＭ通信システムの構成を示す。このＣＷＤＭ通信システムは、複数の光源６１、光合波器６２、ＳＭパッチファイバ６３からなる送信器６、光分波器７１、複数の受信回路７２、ＳＭパッチファイバ７３からなる受信器７、およびそれらを結ぶＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）伝送路８から構成されている。尚、ここで用いられる伝搬光は、１．２７〜１．６１μｍの間の１６波長である。

このような従来のＣＷＤＭ通信システムでは、電気信号で直接変調されたシングルモード動作の複数の光源６１から出力される波長の異なる光信号を、ＳＭパッチファイバ６３を介して光合波器６２で合波し、ＳＭＦ伝送路８を介して受信器７側に伝送される。送信器６から送信された光信号は、受信器７内の光分波器７１で波長毎に分波された後、ＳＭパッチファイバ７３を介して受光回路７２で受光されて元の電気信号に変換される。このようなＣＷＤＭ通信システムでは、１波長あたりの伝送速度を毎秒ギガビット（Ｇｂｉｔ／ｓ）程度、適用距離を１０〜２０ｋｍ程度と想定しており、光源６１として温度制御を取り除いて安価な構成にした分岐帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）が主に用いられている。

ＣＷＤＭの伝送に用いられる波長グリッドは、ＩＴＵ−Ｔによって長波長帯の１．２７〜１．６１μｍのあいだに２０ｎｍ（０．０２μｍ）の間隔で定められている（Ｇ．６９４．２）。特に、伝送波長の下限は伝送路に用いられるＩＴＵ−Ｔ規定の１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ（Ｇ．６５２））ケーブルの実効遮断波長（λｃ）によって制限される。つまり、多モード分散が伝送の制限要因となってシングルモード伝送が保証されないため、ＳＭＦの実効遮断波長の上限の規格値である１．２６μｍよりも短い波長の信号光を伝送に使うことはできない。

一方、１μｍ付近の波長を発振波長とする光源としては０．８μｍ帯、１μｍ帯、１．１〜１．２μｍ帯のＶＣＳＥＬ光源がある。このうち、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）や構内通信網などの比較的近距離の光伝送システム（近距離型光伝送システム）では、経済的理由によりマルチモード光源を用い、伝送路としてマルチモード光ファイバを用い、使用波長として８００〜９００ｎｍ程度の短波長帯を用いる構成が開発されてきた。

光源および受光素子からみて、短波長帯が経済的に優れている点は次のような理由による。（１）近年のコンパクトディスク（ＣＤ）等の需要増大に伴って、ＣＤの情報読み出し用として波長７００〜８００ｎｍの光源が大量生産され、本波長領域での光源（ファブリペロ型レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ））が安価に提供されている。また、既存のＬＡＮで実績がある波長８５０ｎｍの垂直面発行レーザダイオオード（ＶＣＳＥＬ）が安価に提供されている。（２）本波長領域では従来、シリコンを用いたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられ、価格や雑音特性の面で優れたものが提供されている。

さらに、最近、シングルモード・マルチモード共用のデュアルモード光ファイバが開発され、同一の光ファイバで短波長帯および長波長帯において良好な伝送特性が報告されている（非特許文献１参照）。

このように０．８μｍ帯、あるいは１．２７〜１．６１μｍ帯のそれぞれどちらか一方の波長帯を用いて、一地点から一地点（Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ）への伝送を行う高速通信方式はそれぞれ既に実用化されている。

田野辺博正、小林勝、長瀬亮、界義久、「ＳＭ／ＭＭ共用デュアルモード光ファイバ」、信学技報、ＯＣＳ２００７−３７、ｐｐ．２７−３２ Shohei Terada, Yu Kakishima, Dai Hanawa, and Kimio Oguchi,"Physical Configuration of the Next Generation Home Network," IEICE Transactions on Communications, Vol. E91-B, No.7, pp. 2169-2177

しかしながら、これらの波長領域の両方にまたがるＷＤＭ通信方式やシステム構成は、現在まで実用化されていない。特に、映像・音声・データ、あるいはアナログ・デジタルなど様々な種類の信号がやり取りされることが想定されているホームネットワークにおいては、１００ｍ以内の比較的短距離ながら、高精細画像の伝送など、Ｇｉｂｔ／ｓクラスの高速の通信を安価に実現することが求められている（非特許文献２参照）。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長０．４μｍ以上１．６μｍ以下の光源および受光回路を用いた、シングルモード・マルチモード共用を可能にする広波長帯域の光ＷＤＭ通信システムを提供することにある。

ＷＤＭ通信方式において、上記の安価な短波長光源や受光回路を用いることができるので、経済的なメリットは非常に大きい。さらに、一般家屋では、壁面内という限られた空間をケーブルが通過するため、増え続ける各種信号の専用ケーブルを全て壁面内に配線するのは困難になっていくが、ＷＤＭ通信方式とすることで配線の省スペース化も可能になる。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電気信号を光信号に変換して出力する複数の光源と、該光源からの波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器とを備えた送信器と、前記送信器内の前記光合波器により合波された光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバを介して伝送された光信号を波長の異なる複数の光信号に分波する光分波器と、該複数の光信号を受光し、電気信号に変換する複数の受光回路とを備えた受信器とを備えた光波長分割多重通信システムにおいて、前記光ファイバがデュアルモードファイバで構成されたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力ポートとＮ本の出力ポートとを有する波長ルータと、前記波長ルータの所定の入出力ポートと光ファイバで接続されたＭ台（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）の送信器および受信器とから構成されるスター型ネットワーク構成を有する光波長分割多重通信システムであって、前記送信器は、電気信号を光信号に変換して出力する複数の光源と、該光源からの波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器とを備え、前記受信器は、光信号を波長毎に分波する光分波器と、該光分波器により分波された波長の異なる複数の光信号を受光し、電気信号に変換する複数の受光回路とを備え、前記光ファイバは、デュアルモードファイバで構成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光波長分割多重通信システムにおいて、前記複数の光源が、少なくとも１つ以上のマルチモード光源と、少なくとも１つ以上のシングルモード光源とで構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光波長分割多重通信システムにおいて、前記光源の波長は、波長１．２６μｍ未満の短波長光源と、波長１．２６μｍ以上の長波長光源とを少なくともそれぞれ含むことを特徴とする。

本発明は、波長０．４μｍ以上１．６μｍ以下の光源および受光回路を用いた、シングルモード・マルチモード共用を可能にする効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る光波長多通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光ＷＤＭ通信システムに用いられる光合波器の構造を示す図である。 本発明の実施形態２に係る４ノードの光ＷＤＭ通信システムの構成を示す図である。 本実施形態２の光ＷＤＭ通信システムにおける送信器Ｎｏｄｅ１〜４と受信器Ｎｏｄｅ１〜４の波長ルータ５７を介した接続関係を示す図である。 従来のＣＷＤＭ通信システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光波長多通信システムの構成を示す。実施形態１の光ＷＤＭ通信システムは、マルチモード光源１３、１４、シングルモード光源１５、１６、光合波器１１、ＤＭパッチファイバ１２からなる送信器１と、光分波器２１、ＤＭパッチファイバ２２、受光回路２３〜２６からなる受信器２と、両者を光学的に接続するＤＭＦ（デュアルモード光ファイバ）伝送路３とから構成されている。

送信器１は、電気信号を光信号に変換して出力する複数のマルチモード光源１３、１４、および複数のシングルモード光源１５、１６と、これら光源からの波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器１１とを備えている。ここで、本実施形態では、マルチモード光源１３として波長０．８μｍ、マルチモード光源１４として波長１．１μｍ、シングルモード光源１５として波長１．３μｍ、シングルモード光源１６として波長１．５μｍの４波を多重する構成を一例として示してある。波長０．８μｍ、および１．１μｍのマルチモード光源１３、１４、および波長１．３μｍおよび１．５μｍのシングルモード光源１５、１６はいずれもＤＭパッチファイバ１２にてそれぞれ光合波器１１に接続されている。

ＤＭＦ伝送路３は、送信器１の光合波器１１により合波された光信号を受信器２に伝送するものである。受信器２では、ＤＭＦ伝送路３により伝送された波長多重光信号を光分波器２１にて異なる波長の光信号に分波し、ＤＭパッチファイバ２２を介して受光回路２３〜２６に送り、元の電気信号に変換する。

ここで、電気信号は、音声系、またはインターネットプロトコル（ＩＰ）に代表されるデータ系のいずれでもよい。また、アナログ信号、またはデジタル信号のいずれでもよい。マルチモード光源１３、１４として波長０．８〜０．９μｍ、および１μｍ程度の短波長帯の半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）、あるいはシングルモード光源１５、１６として波長１．３〜１．６μｍ程度の長波長帯の半導体レーザ（ＦＰ−ＬＤ、ＤＦＢ−ＬＤ）を用いることができる。

図２に、本発明の実施形態１に係る光ＷＤＭ通信システムに用いられる光合波器の構造を示す。ＤＭＦ４１、レンズ４２、誘電体多層膜フィルタ４３を示している。

実施形態１の光合波器１１において、波長０．８μｍ、１．１μｍ、波長１．３μｍ、１．５μｍの光信号はＤＭＦ４１に接続される。それぞれの波長の光信号はレンズ４２でコリメートされた後、誘電体多層膜フィルタ４３により合波され、レンズ４２で集光されＤＭＦ４１を介してＷＤＭ光として合波器から出力される。

尚、図２において光入出力関係を逆にすることにより、光分波器を構成することができる。また、実施形態１において使用する波長の数は、原理的にはいくつでもよく、ここで示した４波長に限定されるものではない。

（実施形態２）
図３に、本発明の実施形態２に係る４ノードの光ＷＤＭ通信システムの構成を示す。ＷＤＭ信号（λ１〜λ４）を送信する複数の送信器５１と、ＷＤＭ信号（λ１〜λ４）を受信する受信器５２とは、それぞれ入出力ポートを光ファイバ５３、５４で光学的に接続された波長ルータ５７を介して接続されている。波長ルータ５７は、分波器５５、合波器５６、ＤＭＦファイバシート５８から構成されている。

図４に、図３に示した波長ルータ５７の周期的な入出力関係から、本実施形態２の光ＷＤＭ通信システムにおける送信器Ｎｏｄｅ１〜４と受信器Ｎｏｄｅ１〜４の波長ルータ５７を介した接続関係を示す。４つのノードの間に波長パスが形成され、フルメッシュ接続が実現できている。

以上説明したように、本発明によれば、送信機側の光源の波長が、マルチモード光源およびシングルモード光源の混在、あるいは波長１．２６μｍ未満の短波長光源および波長１．２６μｍ以上の長波長光源の混在が可能になり、ＶＣＳＥＬなどの短波長用光源を活用することができ、光ＷＤＭ通信システムを安価に実現することができる。

尚、実施形態２において使用できる波長数は、原理的にはいくつでもよく、ここで示した４波長に限定されるものではない。

１ 送信器
１１ 光合波器
１２、２２ ＤＭパッチファイバ
１３、１４ マルチモード光源
１５、１６ シングルモード光源
２ 受信器
２１ 光分波器
２３〜２６ 受光回路
３ ＤＭＦ伝送路
４１ ＤＭＦ
４２ レンズ
４３ 誘電体多層膜フィルタ
５１ 送信器
５２ 受信器
５３、５４ 光ファイバ
５５ 分波器
５６ 合波器
５７ 波長ルータ
５８ ＤＭＦファイバシート
６ 送信器
６１ 光源
６２ 光合波器
６３、７３ ＳＭパッチファイバ
７ 受信器
７１ 光分波器
７２ 受光回路
８ ＳＭＦ伝送路

Claims (4)

1. 電気信号を光信号に変換して出力する複数の光源と、該光源からの波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器とを備えた送信器と、
   前記送信器内の前記光合波器により合波された光信号を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバを介して伝送された光信号を波長の異なる複数の光信号に分波する光分波器と、該複数の光信号を受光し、電気信号に変換する複数の受光回路とを備えた受信器とを備えた光波長分割多重通信システムにおいて、
   前記光ファイバがデュアルモードファイバで構成されたことを特徴とする光波長分割多重通信システム。
2. Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力ポートとＮ本の出力ポートとを有する波長ルータと、
   前記波長ルータの所定の入出力ポートと光ファイバで接続されたＭ台（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）の送信器および受信器とから構成されるスター型ネットワーク構成を有する光波長分割多重通信システムであって、
   前記送信器は、電気信号を光信号に変換して出力する複数の光源と、該光源からの波長の異なる複数の光信号を合波する光合波器とを備え、
   前記受信器は、光信号を波長毎に分波する光分波器と、該光分波器により分波された波長の異なる複数の光信号を受光し、電気信号に変換する複数の受光回路とを備え、
   前記光ファイバは、デュアルモードファイバで構成されたことを特徴とする光波長分割多重通信システム。
3. 前記複数の光源が、少なくとも１つ以上のマルチモード光源と、少なくとも１つ以上のシングルモード光源とで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長分割多重通信システム。
4. 前記光源の波長は、波長１．２６μｍ未満の短波長光源と、波長１．２６μｍ以上の長波長光源とを少なくともそれぞれ含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長分割多重通信システム。

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