JP2014079013A - チューニング可能なレーザーを備える通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】基地局（中央局）（１）および多数の住居／オフィス等のエンドユーザー（２）の場所にあるレーザーの周波数／波長のずれを許容して、エンドユーザーの場所で安価なチューニング可能なレーザー（６）を使用できるようにすること。
【解決手段】第１部分（１）および第２部分（２）を備え、第１部分（１）は第２部分（２）に共通であり、第２部分は、光ファイバー・ケーブル（３）および周波数フィルタ（４；１２、１３）により、第１部分（１）に接続され、第１部分（１）と第２部分（２）とは、レーザー光により情報を交換するように構成される通信システムであって、第１部分（１）は、第２部分（２）から受信した光を分析し、第２部分から光を受信中、第２部分（２）に情報を送信し、情報は、必要に応じて第２部分（２）の周波数／波長を調整するための情報を含み、第２部分（２）は、それによってその周波数／波長を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チューニング可能なレーザーを備える通信システム、特に、通信ユニットに関し、一部の通信ユニットは、エンドユーザーの場所（住居、オフィス、アパート）に設置され、一部の通信ユニットは、エンドユーザーにある多数の前記一部の通信ユニットに共通である。

住居およびオフィス等のエンドユーザーの場所に対し、光ファイバー・ケーブルを介した通信を実現するためには、接続された各エンドユーザーの場所に通信用レーザーを設置することが必要であり、ケーブルの他端に、情報ソースから情報が提供される通信用レーザーを接続することが必要である。このようなレーザーは、通信チャンネル、すなわち周波数または波長を選択するためにチューニング可能でなければならない。

多数のチューニング可能なレーザーが入手可能である。第１のタイプのレーザーは、ＥＣＬレーザー（外部キャビティ・レーザー）として知られている。このレーザーは、増幅チップと、接続可能な光コンポーネントと、１つまたは数個の外部光フィルタとを備える。このようなレーザーでは、コンポーネントの相互の位置合わせの精度が極めて高くなければならない。このことは製造コストと材料コストの双方が高いことを意味する。しかし、ＥＣＬレーザーは、スペクトル純度が極めて高い。

第２のタイプのレーザーは、ＤＦＢレーザー（分散型フィードバック・レーザー）として知られており、ＤＦＢレーザーのアレイが使用される。各ＤＦＢレーザーは、レーザーの温度によりチューニング可能である。ＤＦＢレーザーの各々から放出される光は、ＭＥＭＳミラー（マイクロ電気機械ミラー）か、またはパッシブなＮ：１結合器（Ｎはアレイ内のレーザー数）の使用により、同じ光ファイバーに向けられる。ＭＥＭＳミラーを使用すると、レーザーは振動に影響されやすくなる。

他方、Ｎ：１結合器を使用すると、少なくとも１／Ｎ倍の減衰が生じるため、信号、すなわち光を増幅しなければならない。更に、熱チューニングも低速である。

第３のタイプのレーザーは、ＤＢＲレーザー（分散型ブラッグ反射器）である。ＳＧＤＢＲレーザー（サンプル化格子分散型ブラッグ反射器）、デジタル・スーパーモード（ＤＳ）ＤＢＲレーザーおよびＭＧ−Ｙレーザーは、いずれもモノリシック構成である。すなわちチューニング可能なレーザー全体は、ＩｎＧａＡｓＰ導波器を有するＩｎＰの単一チップからなる。このようなレーザーは、単一ウェーハ上に製造される。このことは製造のコスト効率がよいことを意味する。ＭＧ−Ｙレーザーは、スウェーデン特許公開第５２９４９２号に記載されている。これらのレーザーは１つまたは数個のセクションへの電流注入によりチューニングされるので、チューニングは極めて高速である。これらのレーザーは最小のチューニング可能なレーザーでもある。

市全域の長距離ネットワークへの適用には、トラヒックを中断することなく高い精度でレーザーの周波数または波長を制御しなければならない。このような制御は、長期間実行しなければならない。このようにするには、レーザーの温度を精密に制御し、ある種の周波数基準が利用できなければならない。レーザーの温度を制御する一般的な方法は、ペルチエ冷却器を使用することであるが、高価であり、かつ湿気の影響を受けやすい。このことは装置全体を密閉ユニット内に入れなければならないことを意味する。周波数の安定性に影響し得る反射を抑制するために、すべてのレーザーは光インシュレータも必要とする。

上記条件の結果として、レーザーの製造検査コストが極めて高くなるので、例えば、住宅地区内の多数の住居内のエンドユーザーの場所毎に１つのレーザーを設置することはできない。

本発明は、レーザー通信システムでよく使用される方法と異なる方法を使用することにより、この問題を解決するものである。

したがって、本発明は、第１部分（１）および多数の第２部分（２）を有する通信ユニットを備え、第２部分（２）は、住居、オフィスまたは同等物等のエンドユーザーの場所に設置されるように構成され、第１部分（１）は、多数の前記第２部分（２）に共通であり、第１部分および各第２部分は、レーザー（Ｔｘ、１７）を備え、各第２部分は、光ファイバー・ケーブル（３）および周波数フィルタ（４；１２、１３）により、第１部分に接続され、第１部分（１）と当該第２部分（２）とは、レーザー光により情報を交換するように構成されることを特徴とする。

以下、本発明についてより詳細に、一部を添付図面と関連させて説明する。

ａは本通信システムの概略を示す。 ｂは光の周波数または波長の関数としての光フィルタ透過の原理を示す。 ｃはある設計の第２部分のブロック図を示す。 本発明の一実施形態を示す。 図２の例におけるエンドユーザーから基地局へのデータ・トラヒックを示す。 図２の例における基地局からエンドユーザーへのデータ・トラヒックを示す。 図２の設計の代わりのものを示す。

図１は、第１部分１（中央局）と多数の第２部分２（エンドユーザー）を有する通信ユニットを備える通信システムを示し、第２部分２は、住居、オフィスまたは同等物等のエンドユーザーの場所に設置されるように構成される。本発明はすべての状況で使用でき、多数のエンドユーザーに中央ユニットが接続される。図１は第２部分２を一つだけ示している。第１部分１は、多数の前記第２部分２に共通であり、第１部分１と第２部分２の双方は１つのレーザーを備える。

各第２部分２は、光ファイバー・ケーブル３および周波数フィルタ４（光フィルタ）により、第１部分１に接続され、第１部分と当該第２部分とは、レーザー光により情報を交換するように構成される。また、図１ａでは、第１部分は、光ファイバー・ケーブル５を介して第２部分２に光を送信できる。

周波数フィルタ４は、第２部分２から第１部分１へのコネクションに設置すればよい。フィルタは、第１部分１から第２部分２へのコネクションに設けてもよいが、絶対条件ではない。フィルタが第１部分１から第２部分２へのコネクションに存在する場合、このフィルタは第２部分２から第１部分１へのコネクションのフィルタと同じフィルタでなくてもよい。

図２が示す例では、第２部分２から第１部分１への通信は、第１部分１から第２部分２への通信とは別の周波数バンドで行われる。

第２部分２の各々は、本発明によれば、１つのチューニング可能なレーザー６（チューニング可能な送信機）を備える。

第１部分１は、図２および図３ａが示すように、受信機７（Ｒｘ）により第２部分２から受信した光を分析するように構成される。第１部分１は、第２部分２から光を受信中、レーザー送信機８（Ｔｘ）により第２部分２へ情報を送信するように構成される。矢印５は、第１部分１から第２部分２へ情報が送信されることを示す。

更に、本発明によれば、第２部分２への前記情報は、必要なときに周波数または波長を調節する命令を含み、第２部分２は、それによってその周波数または波長を変更するように構成される。

基地局（中央局）には、レーザー送信機（Ｔｘ）が設置され、この送信機は、ファイバー３に下り光信号を送信する。この信号は、図３ｂが示すように、一群のエンドユーザー２（エンドユーザー）に近いポイントで異なるファイバー９、１０、１１に分配される。これらのファイバーの各々は、単一のエンドユーザーまで延びている。前記ファイバー３は、例えば１０〜２０ｋｍの長さでよいが、エンドユーザーへの最後のファイバー９、１０、１１は、例えばわずか１００ｍの長さである。当然、この長さは地理的条件により決定される。

波長多重を利用することにより、より良い性能が得られる。このために、基地局の送信機は、異なる周波数または波長の信号を送信するレーザーのアレイを備える。波長マルチプレクサ１２（ＭＵＸ）の助けにより、ファイバー３に異なる信号が挿入される。これら信号は、図３ｂが示すように、波長デマルチプレクサ１３（ＤＥＭＵＸ）によりファイバー３の端で個々の波長に分割される。これは、ＷＤＭ−ＰＯＮシステム（波長分割多重パッシブ光ネットワーク）として知られているものの一例である。

ＷＤＭ−ＰＯＮ技術を利用する１つの利点は、既存のＰＯＮシステムをアップグレードすることが比較的簡単であることである。その理由は、エンドポイント（部分１および部分２）および光を異なる波長に分割する分割ポイントにあるコンポーネントを交換するだけでよいからである。

以上で、基地局からエンドユーザーへの信号について説明した。しかし、このことは、エンドユーザーから基地局への信号トラヒックでも生じる。図３ａが示すこのような信号１４、１５、１６については、前記ＤＥＭＵＸ１３はＭＵＸの性質を持ち、前記ＭＵＸ１２はＤＥＭＵＸの性質を持つ。したがって、ＭＵＸにより光を前記ファイバー３に挿入するためには、どの特定のエンドユーザーから送信される光も、正しい波長を有することが最も重要である。

図３ａおよび３ｂにおいて、異なる添え字を有する記号「Ｖ」は、異なる光の周波数または波長を示す。

エンドユーザーにおいて、汎用トランシーバ（送受信機ユニット）１７を使用可能にしたいという要望がある。そのためには、トランシーバ１７がチューニング可能なレーザー６を備える必要がある。

本発明は、汎用トランシーバ（送受信機ユニット）を可能にする。

レーザーの周波数または波長が時間と共にずれることが一般に知られている。したがって、上記のような通信を可能にするためには、レーザーの制御電流、電圧および／または温度、そしてその周波数または波長も時間と共に変更しなければならない。通信用レーザーがその周波数または波長を維持するように、通信用レーザーの周波数または波長のずれを補償できる種々の装置がこれまで知られているが、そのような装置は高価である。

本発明は、エンドユーザーのレーザーが時間と共にずれることを許容するが、その周波数または波長が、基地局との通信を可能にするために送信すべき周波数または波長となるように、その周波数または波長を（通常、繰り返して）調節可能にする情報をレーザーに提供するというコンセプトに基づく。エンドユーザーのレーザーは、基地局のレーザーからこの情報を得る。

したがって、好ましい実施形態によれば、第２部分のレーザーには周波数基準を含む装置も所定の周波数または波長を維持するための内部装置も設けない。

エンドユーザーの場所にレーザー・トランシーバ（送受信機ユニット）が設置されているとき、レーザーは連続して異なる周波数を送信するように構成される。第２部分２のトランシーバ（送受信機ユニット）１７は、図１ｃが示すように、チューニング可能なレーザー６だけでなく、受信機１８（Ｒｘ）および制御回路１９（制御ロジック）をも備える。レーザー６が送信する周波数は制御回路１９によって制御される。基地局１は、送信されたレーザー光が光フィルタ４；１２、１３を通過すれば、送信されたレーザー光を受信する。レーザー６は、異なる周波数の間で変更されるように構成されている。このことは、ある条件で基地局の受信機で光が受信され、そこで分析されることを意味する。

好ましい実施形態によれば、第１部分１は、第２部分２から受信した光をその周波数または波長に関して直接的または間接的に分析するように構成される。

好ましい実施形態によれば、第１部分、すなわち基地局は、光の強度を測定することによって周波数または波長を間接的に測定するように構成される。図１ｂは、周波数または波長の関数としての受信光パワーの曲線を示す。第１部分１が、期待されるパワーを受信しない場合、第１部分は、第２部分２の周波数または波長の変更を要求する前記情報を第２部分２に送信するように構成される。制御回路１９は、この情報をデコードしてレーザー６の制御電流、電圧および／または温度を変更して周波数または波長を変更するように構成される。

別の好ましい実施形態によれば、第１部分１は、周波数または波長を直接的に測定するように構成される。

好ましい実施形態によれば、周波数または波長が所定の値から偏移した場合、第１部分１は、第２部分２の周波数または波長の変更を要求する情報を第２部分２に送信するように構成され、そうすることによって第２部分２の制御回路１９は、その周波数または波長を変更するように構成され、その周波数または波長の変更後に、第１部分１はその周波数または波長を再び分析し、必要であれば第２部分２の周波数または波長の再変更を要求する追加の情報を第２部分２に送信するように構成される。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、第２部分は、送信される光を周波数変調するように構成され、第１部分は微分を測定し、受信した光の周波数または波長の関数としての受信パワーの微分の符号を決定するように構成される。第２部分から受信した波長がＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ透過中に、フィルタ特性のサイドにある場合、周波数変調は振幅変調に変換される。波長がフィルタ特性のトップにある場合に限り、振幅変調はゼロに等しくなる。第１部分は振幅を測定し、測定結果に基づき、周波数または波長を変更する要求を含む情報を第２部分に送るように構成される。

例えば、制御電流を更に増すことができないために、別の周波数または波長を使用することを第２部分２のレーザーに指示できないことがあり得る。この場合、第１部分のレーザーは第２部分のレーザーのリセットまたは再スタートの要求を含む情報を、第１部分のレーザーが第２部分の制御回路１９に送信するように構成される。代わりに、第２部分が第１部分からの情報を受信した後に、別の正常に機能する構成を選択するようにしてもよい。その構成は、例えば同じ周波数または波長にする別の制御電流の組み合わせを含んでもよい。

図４に示される本発明の別の実行可能な実施例は、上記実施形態とは大きく異なって、光アド／ドロップ・マルチプレクサ２１、２２、２３（ＯＡＤＭ）を有するファイバー・リング２０を使用してエンドユーザー２４、２５、２６を接続する。ＯＡＤＭは、入力光ファイバーからの１つまたは数個の周波数を抽出し、出力ファイバーに向けて他の周波数を送信する。ＯＡＤＭは、入力ファイバーから抽出された周波数と同じ周波数を有する新しい信号を出力ファイバーに追加してもよい。基地局にはＭＵＸ２７およびＤＥＭＵＸ２８が設置される。

本発明は、イントロダクションに記載した課題を解決でき、基地局があるエンドユーザーからの光を受信しているとき基地局によって制御が実行されるため、エンドユーザーの場所にあるレーザーの周波数または波長のずれを許容することにより、エンドユーザーの場所で安価なチューニング可能なレーザーを使用できるようにする。

以上で、多数の実施形態について説明した。しかし、これらの実施形態は、エンドユーザーの場所にあるレーザーをその周波数または波長に関して、基地局に設置されるレーザーにより制御するという効果を得るために加えられる光コンポーネントに関してこれらの実施形態を変えることができることは明らかである。

したがって、本発明は、特許請求の範囲内で変えることができるので、上記実施形態に限定されると考えるべきではない。

Claims (11)

1. 第１部分（１）および多数の第２部分（２）を有する通信ユニットを備え、第２部分（２）は、住居、オフィスまたは同等物等のエンドユーザーの場所に設置されるように構成され、第１部分（１）は、多数の前記第２部分（２）に共通であり、第１部分および各第２部分は、レーザー（Ｔｘ、１７）を備え、各第２部分は、光ファイバー・ケーブル（３）および周波数フィルタ（４；１２、１３）により、第１部分に接続され、第１部分（１）と当該第２部分（２）とは、レーザー光により情報を交換するように構成される、通信システムにおいて、
   第２部分（２）の各々は、チューニング可能なレーザー（６）を備え、第１部分（１）は、第２部分（２）から受信した光を分析するように構成され、第１部分（１）は、第２部分から光を受信中、第２部分（２）に情報を送信するように構成され、前記情報は、必要に応じて第２部分（２）がその周波数または波長を調整するための情報を含み、第２部分（２）は、それによってその周波数または波長を変更するように構成される通信システム。
2. 第１部分（１）は、第２部分（２）から受信した光を、その周波数または波長に関して直接的または間接的に分析するように構成される、請求項１に記載の通信システム。
3. 第２部分（２）のレーザー（６）には、周波数基準を含む装置も所定の周波数または波長を維持するための内部装置も設けられていない、請求項１または２に記載の通信システム。
4. 第２部分（２）は、レーザー（６）の制御電流、電圧および／または温度を制御することによってその周波数または波長を制御するための制御回路（１９）を備え、制御回路（１９）は、第２部分の周波数または波長の変更要求を含む情報を第１部分（１）から第２部分が受信したときに、レーザー（６）の周波数または波長を変更するように構成される、請求項１、２または３に記載の通信システム。
5. 周波数または波長が所定の値から偏移した場合に、第１部分（１）は、第２部分（２）の周波数または波長の変更を要求する情報を第２部分（２）に送信するように構成され、第２部分（２）の制御回路（１９）は、その周波数または波長を変更するように構成され、その周波数または波長の変更後、第１部分（１）は、再びその周波数または波長を分析し、必要ならば第２部分（２）の周波数または波長の再変更を要求する追加の情報を第２部分（２）に送信するように構成される、請求項４に記載の通信システム。
6. 第１部分（１）は、光の強度を測定することにより、その周波数または波長を間接的に測定するように構成される、請求項２、３、４または５に記載の通信システム。
7. 第１部分（１）は、その周波数または波長を直接的に測定するように構成される、請求項２、３、４または５に記載の通信システム。
8. 第２部分（２）は、送信される光を周波数変調するように構成され、第１部分（１）は、その周波数または波長の関数としての受信パワーの微分を測定するように構成される、請求項２、３、４または５に記載の通信システム。
9. 第１部分（１）は、固定波長のレーザーのアレイを備える、請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の通信システム。
10. 第１部分（１）は、チューニング可能なレーザーを備える、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９に記載の通信システム。
11. マルチプレクサ（１２）およびデマルチプレクサ（１３）は、第１部分（１）と第２部分（２）との間に存在し、マルチプレクサおよびデマルチプレクサは、前記第１部分から当該第２部分へ、およびその逆へ光を導くように構成される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０に記載の通信システム。

Images