JP2014515903A - 光トランシーバ装置、及び波長分割多重受動光ネットワークシステム - Google Patents

光トランシーバ装置、及び波長分割多重受動光ネットワークシステム Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、自己注入光トランシーバモジュール及び該光トランシーバモジュールに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムを提供する。自己注入光トランシーバモジュールは、利得媒体と、光電変換器と、少なくとも１つのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、部分反射鏡とを有する。少なくとも１つのＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有する。２つの共通ポートのうちの一方は信号送信ポートとして機能し、他方は信号受信ポートとして機能し、信号送信ポートの帯域幅は信号受信ポートの帯域幅よりも少ない。利得媒体及び光電変換器は、ＡＷＧの分岐ポートのうちの１つに接続される。ＡＷＧ及び部分反射鏡は、利得媒体により供給される光信号に対して波長自己注入固定を協調的に実行し、光信号を信号送信ポートを通じて出力するよう構成される。ＡＷＧは、信号受信ポートにより受信される光信号を分岐ポートに逆多重化するよう更に構成される。本発明の実施形態は、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの自己注入光トランシーバモジュールの性能を効率的に向上し得る。

Description

本発明は、通信技術の分野に関し、特に、自己注入光トランシーバモジュール及び該トランシーバに基づく波長分割多重受動光ネットワーク（Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network：ＷＤＭ−ＰＯＮ）システムに関する。
広帯域光ファイバ通信技術は次第に成熟し、アプリケーションコストは年々減少しているので、ファイバアクセスネットワークは、次世代広帯域アクセスネットワークにとって益々競争力を増している。ファイバアクセスネットワークの中でも、受動光ネットワーク（passive optical network：ＰＯＮ）は特に優位性を有する。一般に、図１はＰＯＮシステムの特定の構造を示す。ＰＯＮシステムは、中央局に置かれる光ネットワークユニット（Optical Line Terminal：ＯＬＴ）、分岐／結合又は多重／逆多重のための光分配ネットワーク（Optical Distribution Network：ＯＤＮ）、及びユーザ端に置かれる光回線終端装置（Optical Network Unit：ＯＮＵ）を有する。ＰＯＮは、異なる実装に従って異なる種類に分類できる。ここで、ＷＤＭ技術を用いるＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、大帯域容量、疑似ポイントツーポイント通信の情報セキュリティのような利益により、多くの注目を集めている。しかしながら、ＷＤＭ−ＰＯＮは、ＥＰＯＮ及びＧＰＯＮのようなＴＤＭ（Time Division Multiplexing）技術を用いる光ファイバアクセスネットワークと比べて高コストである。ここで、光源の法外なコストは、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの法外なコストを生じる重要な因子である。
ＷＤＭ−ＰＯＮは、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）又はＷＧＲ（Waveguide Grating Router）をユーザ端において用いる。ユーザ端ＯＮＵに接続されるＡＷＧポート又はＷＧＲポートにおける波長は異なるので、異なるＯＮＵは、異なる波長を有する光トランシーバモジュールを用いる必要がある。このような光トランシーバモジュールは、光通信の分野では有色（colored）光モジュールと称される。ＯＮＵにおける有色光モジュールの使用は、ＯＮＵの一般的使用を機能させず、同時に、オペレータのサービス流通に困難をもたらし、記憶の問題ももたらす。有色ＯＮＵの問題を解決するために、業界ではＷＤＭ−ＰＯＮ無色光源が提案されている。つまり、ＯＮＵトランシーバモジュールは波長と独立であり、放射波長は、接続されるＡＷＧ又はＷＧＲポートの波長に自動的に適応され、ＯＮＵトランシーバモジュールがＡＷＧ又はＷＧＲポートにおいてプラグランドプレイを達成できるようにする。
ＷＤＭ−ＰＯＮの無色ＯＮＵトランシーバモジュールを達成するために、業界では、自己シーディングファイバレーザを含む複数のソリューションが提案されている。図２を参照すると、自己シーディングレーザを用いるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略図を示す。ＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ユーザ端ＯＮＵの自己注入固定レーザにより放射されるマルチモード光信号がＲＮ（Remote Node）にあるＡＷＧによりフィルタリングされた後、対応する波長の光信号のみが、ＲＮ−ＡＷＧを通り抜け、幹線ファイバに配置されたＰＲＭ（Partial Reflection Mirror）に入射できる。ＰＲＭにより、一部の光は反射され、自己注入固定レーザに再注入される。自己注入固定レーザユーザの利得キャビティ（cavity）は、反射光を再び増幅し、増幅した光を送信する。このような往復発振は、複数回行われる。したがって、自己注入固定レーザ及びＰＲＭは、外部キャビティ自己シーディングレーザを一緒に形成し、レーザ共振キャビティがそれらの間に形成され安定した光信号を出力する。ＯＮＴのアップリンクデータが光信号に変調された後、ＯＮＵのアップリンクデータは、更に幹線ファイバを通過し、中央局（Central Office：ＣＯ）にあるＡＷＧにより逆多重化され、次にＯＬＴの対応する受信機（Ｒｘ）へ出力される。同様に、ＯＬＴにより放射されるダウンリンク光信号は、ＲＮ−ＡＷＧにより逆多重化され、次に対応するＯＮＵの受信機へ出力される。
前述のソリューションは無色光トランシーバを達成するが、ＡＷＧは、送信端のキャビティ内フィルタリングと受信端の逆多重化の両方の機能を同時に保証する必要がある。送信端では、ＡＷＧの各チャネルは、自己シーディングレーザのキャビティ内フィルタとして用いられる。これは、ＡＷＧチャネルのフィルタリング曲線が帯域幅を狭め、チャネルの中心波長で最大透過率を有することを必要とする。受信端では、ＡＷＧは逆多重として機能する。これは、ＡＷＧチャネルが広い帯域幅を有し、チャネルの透過曲線が平坦であることを必要とする。２つの矛盾する要求により、自己シーディングレーザに基づく光トランシーバ及びＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、性能が制限され、実際の用途における要求を満たすことができない。
本発明は、自己注入光トランシーバモジュール及び該光トランシーバモジュールに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムを提供する。
本発明の実施形態は、既存技術の粗悪な性能の問題を解決するために、自己注入光トランシーバモジュール及び該光トランシーバモジュールに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムを提供する。
自己注入光トランシーバモジュールは、利得媒体と、光電変換器と、少なくとも１つのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、部分反射鏡とを有し、少なくとも１つのＡＷＧは２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有する。共通ポートのうちの一方は信号送信ポートとして機能し、共通ポートのうちの他方は信号受信ポートとして機能する。信号送信ポートの帯域幅は信号受信ポートの帯域幅よりも少ない。利得媒体及び光電変換器は、ＡＷＧの分岐ポートのうちの１つに接続される。ＡＷＧ及び部分反射鏡は、利得媒体により供給される光信号に対して波長自己注入固定を協調的に実行し、光信号を信号送信ポートを通じて出力するよう構成される。さらに、ＡＷＧは、信号受信ポートにより受信される光信号を対応する分岐ポートに逆多重化するよう更に構成される。
波長分割多重受動光ネットワークシステムは、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールと、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールと、を有し、前記中央局にある前記自己注入光トランシーバモジュール及び前記ユーザ端にある前記自己注入光トランシーバモジュールのそれぞれは、上述の自己注入光トランシーバモジュールを有する。
波長分割多重受動光ネットワークシステムは、中央局にある光回線終端装置と、ユーザ端にある複数の光ネットワークユニットとを有し、前記光回線終端装置はファイバを通じて光ネットワークユニットに接続される。光回線終端装置は、中央局にある複数の自己注入光トランシーバモジュールを有し、前記中央局にある前記自己注入光トランシーバモジュールは、中央局にある共通のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共有する。前記中央局にある前記ＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有する。前記中央局にある各自己注入光トランシーバモジュールは、それぞれ前記中央局にある前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの１つに相応して接続される。前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの一方は前記中央局で信号送信ポートとして機能し、前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの他方は前記中央局で信号受信ポートとして機能する。前記中央局にある前記信号送信ポートの帯域幅は前記中央局にある前記信号受信ポートの帯域幅よりも少ない。
前述の技術的解決策から分かるように、本発明の実施形態で提供される自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧは２つの共通ポート、つまり信号送信ポート及び信号受信ポートを有し、信号送信ポートの帯域幅は信号受信ポートの帯域幅よりも狭く、したがって、ＡＷＧは光信号の送信及び受信にそれぞれ異なる共通ポートを用いても良い。信号送信ポートの帯域幅は狭いので、信号送信ポートの透過ピークは、ＡＷＧチャネルの中心波長と同じであり、それにより、信号送信の性能を効率的に向上する。信号受信ポートに対応するチャネル帯域幅は広い。これは、逆多重化語の受信信号品質が良好であることを保証し得る。したがって、従来技術と比べて、本発明の実施形態で提供される自己注入光トランシーバモジュール及びＷＤＭ−ＰＯＮシステムの性能は向上する。
本発明の実施形態による又は従来技術の技術的解決策をより明確に説明するために、実施形態又は従来技術の説明に必要な図面が以下に簡単に導入される。明らかなことに、以下の説明中の添付の図面は、本発明の一部の実施形態であり、これらの図面に従って当業者により創造的労力を有しないで他の図面も得られる。
受動光ネットワークシステムの概略構造図である。 ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。 本発明の一実施形態による自己注入光トランシーバモジュールの概略的構造図である。 本発明の一実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。
以下に、添付の図面を参照して、本発明の技術的解決策を明確且つ十分に説明する。明らかに、記載される実施形態は、本発明の実施形態の一部のみであり、全ての実施形態ではない。本発明の実施形態に基づき創造的労力を有しないで当業者により得られる全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に包含される。
上述のように、図２に示すＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ＡＷＧは、送信端では内部キャビティを形成する機能及び受信端では逆多重化の機能を引き受ける。２つの機能は帯域幅に関して矛盾する要件を有するので、光信号の送信及び受信に同時に適用する場合、業界では、ＡＷＧの共通ポートの帯域幅を選択するとき、妥協しなければならない。これは、現在の光トランシーバモジュール及び自己シーディングレーザに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムの粗悪な性能をもたらす。
従来のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの粗悪な性能の問題を解決するために、本発明の実施形態は、自己注入光トランシーバモジュールを提供する。この光トランシーバモジュールは、送信機及び受信機を有し得る。
図３を参照すると、光トランシーバモジュールの送信機は、利得媒体１１、ＡＷＧ２、部分反射鏡１２を有する。ＡＷＧ２は、利得媒体１１に接続される分岐ポート２２、部分反射鏡１２に接続される信号送信ポート１３を有する。分岐ポート２２の波長チャネルは送信機の動作波長に対応する。信号送信ポート１３は、利得媒体１１により供給される光信号を幹線ファイバ４へ送信するよう構成される。光トランシーバモジュールの受信機は、光電変換器２１と、ＡＷＧ２とを有する。ＡＷＧ２は、分岐ポート２２を通じて光電変換器２１に接続される。ＡＷＧ２は、幹線ファイバ４から光信号を受信するよう構成される信号受信ポート２３を更に備えても良い。
本実施形態では、送信機及び受信機は、ＡＷＧ２を供給しても良い。例えば、ＡＷＧ２は、一態様では、送信機により送信された光信号の波長を光トランシーバモジュールの動作波長に制限するよう構成される、送信機のフィルタとして機能しても良い。また、ＡＷＧ２は、別の態様では、幹線ファイバ４から受信した光信号を対応する分岐ポート２２に逆多重化するよう構成され、光信号が光電変換器２１により受信されるようにする、受信機の逆多重化器として機能しても良い。
特定の実施形態では、光トランシーバモジュールは、サーキュレータ１を更に有しても良い。ＡＷＧ２の信号送信ポート１３及び信号受信ポート２３は、サーキュレータ１を通じて幹線ファイバ４に接続されても良い。さらに、部分反射鏡１２は、信号送信ポート１３とサーキュレータ１との間に置かれても良い。サーキュレータ１は、信号送信ポート１３からの光信号を幹線ファイバ４へ供給し、幹線ファイバ４からの光信号を信号受信ポート２３へ供給しても良い。他の代替の実施形態では、サーキュレータは、波長分割多重化器により置き換えられても良い。
さらに、信号送信ポート１３の帯域幅は、信号受信ポート２３の帯域幅よりも狭い。例えば、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅は相対的に狭く、光トランシーバモジュールの送信機のフィルタリング機能を向上させても良い。また、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅は相対的に広く、光トランシーバモジュールの受信機の逆多重化機能を向上させても良い。
具体的には、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの中央局に置かれるＯＬＴの光トランシーバモジュールを例に取ると、自己注入光トランシーバモジュールは、ダウンリンク光信号を、自己注入光トランシーバモジュールに接続された幹線ファイバ４を通じてユーザ端ＯＮＵへ送信し、ユーザ端ＯＮＵからアップリンク光信号を受信しても良い。本発明の一実施形態では、２種類の共通ポート、つまり信号送信ポート１３と信号受信ポート２３が、自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧ２に配置される。信号送信ポート１３はダウンリンク光信号を送信するよう構成され、信号受信ポート２３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。信号送信ポート１３及びＡＷＧ２の対応する分岐ポート２２は自己注入レーザの内部キャビティフィルタを一緒に形成するので、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールにより送信されるダウンリンク光信号の比較的狭いスペクトルの信号品質を向上させるために、本発明の実施形態では、信号送信ポート１３は、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅が相対的に狭く、信号送信ポート１３がチャネルの中心波長で最大透過率（transmissivity）を有するように設計され得る。具体的には、信号送信ポート１３は、狭い３ｄＢ帯域幅を有するガウス型ポートであっても良い。
例えば、アップリンク光信号を受信するよう構成される受信ポート２３では、本発明の実施形態では、信号受信ポート２３は、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅が相対的に広く、つまり信号受信ポート２３の通過帯域波長は広範囲に渡り小さい透過率変動しか有しないように設計され、自己注入光トランシーバモジュールがアップリンク光信号を受信するときに良好な受信性能を有するようにしても良い。具体的には、信号受信ポート２３は、広い３ｄＢ帯域幅を有するフラット型ポートであっても良い。理解されるべきことに、「広い３ｄＢ帯域幅」及び「狭い３ｄＢ帯域幅」は相対的な用語であり、ＡＷＧ２の波長チャネル数に従って特定の帯域幅が構成されても良い。光トランシーバモジュールの性能を保証するために、本発明の実施形態では、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅は少なくとも信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅よりも狭い。
本発明の実施形態をより理解するために、光トランシーバモジュールの動作を以下に簡単に説明する。
具体的には、本発明の一実施形態では、送信機は、利得媒体１１、ＡＷＧ２、部分反射鏡１２を有する。利得媒体１１に接続される分岐ポート２２、及び部分反射鏡１２に接続される信号送信ポート１３は、ＡＷＧ２内に配置される。信号送信ポート１３は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器に更に接続され、サーキュレータ１又は波長分割多重化器は、幹線ファイバ４に更に接続される。このように、自己注入光トランシーバモジュールがダウンリンク光信号を送信するとき、利得媒体１１が刺激され、自然放出（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）光信号を放射し始める。ＡＳＥ光信号がＡＷＧ２の波長チャネルを通過した後、対応する波長チャネルの範囲外の光信号は、フィルタリングされ失われる。したがって、分岐ポート２２及びＡＷＧ２の信号送信ポート１３により決定される通過帯域範囲内の波長を有する光信号のみが、ＡＷＧ２を通過できる。次に、光信号は、信号送信ポート１３を通って部分反射鏡１２へ送信される。ここで、一部の光信号は、部分反射鏡１２により反射され、利得媒体１１に注入され、再び増幅される。このような往復は、複数回実行される。このように、利得媒体１１と部分反射鏡１２との間の光信号の複数回の往復は、共鳴発振増幅を生じ、最終的には、送信機により生成された光信号を信号送信ポート１３及び分岐ポート２２により定められる透過ピーク波長で動作させ、それにより信号送信ポート１３を通じて送信されるダウンリンク光信号を形成する。信号送信ポート１３を通過した後、ダウンリンク光信号は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器を通じて幹線ファイバ４に更に送られ、幹線ファイバ４によりユーザ端にある対応するＯＮＵへ送信される。
本発明の実施形態では、信号送信ポート１３は、送信機内の内部キャビティフィルタを形成するよう機能する。したがって、信号送信ポート１３の帯域幅設計及び最適化は、別個に行われて、所望の帯域幅を比較的狭くする。また、透過ピークは、対応するＡＷＧチャネルの中心波長と同じなので、それにより、信号送信の性能を効率的に向上させる。
したがって、本発明の一実施形態では、送信機は、光電変換器２１及びＡＷＧ２を有しても良い。光電変換器２１に接続される分岐ポート２２、及び信号受信ポート２３は、ＡＷＧ２内に更に配置される。信号受信ポート２３は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器に接続され、サーキュレータ１又は波長分割多重化器は、幹線ファイバ４に更に接続される。このように、アップリンク光信号は、幹線ファイバ４からサーキュレータ１又は波長分割多重化器へ送信され、次に、サーキュレータ１又は波長分割多重化器により信号受信ポート２３に更に導かれる。ＡＷＧ２は、アップリンク光信号を受信機に対応する分岐ポート２２へと逆多重化する。そして、光信号は、ＡＷＧ２の分岐ポート２２を通じて受信機内の光電変換器２１へ送信される。具体的には、本発明の実施形態では、光電変換器２１は光電ダイオードであっても良い。
例えば、自己注入光トランシーバモジュールがアップリンク光信号を受信するとき、幹線ファイバ４により送信されたアップリンク光信号は、サーキュレータ１を通過し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するフラット型信号受信ポート２３に入射し、ＡＷＧ２により対応する分岐ポート２２に逆多重化され、次に、波長分割多重化器により光電変換器２１に供給されても良い。本発明の実施形態では、信号受信ポート２３は別個に構成され信号送信ポート１３とは独立なので、信号受信ポート２３に対応するチャネル帯域幅は比較的広く設計され、信号受信ポート２３の透過曲線は平坦であり、したがって逆多重化後の受信信号品質は良好である。
本発明の実施形態では、２種類の共通ポート、つまり、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート及び比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポートが自己注入光トランシーバモジュールにあるＡＷＧ内に構成されるのでＡＷＧは光信号送信と受信とにそれぞれ異なる共通ポートを用いることができる。さらに、信号送信ポートの３ｄＢ帯域幅は比較的狭く設計され、信号受信ポートの３ｄＢ帯域幅は比較的広く設計され、自己注入光トランシーバモジュールの光信号受信及び送信の品質が保証される。したがって、本発明の実施形態では、帯域幅最適化設計は、自己注入光トランシーバモジュールの信号受信ポートと信号送信ポートとに別個に行うことができる。これは、自己注入光トランシーバモジュールの性能を有意に向上させる。
望ましくは、本発明の一実施形態では、受信機の利得媒体は、具体的には、ＩＬ ＦＰ−ＬＤ（Injection-Locked Fabry-Perot Laser Diode）又はＲＳＯＡ（Reflective Semiconductor Optical Amplifier）を有する。
本発明の一実施形態では、部分反射鏡は、ファラデー回転鏡を更に有しても良い。具体的には、部分反射鏡の前に４５度一方向ファラデーカップが追加され、ファラデー回転鏡（Faraday Rotator Mirror：ＦＲＭ）を形成しても良い。この方法では、送信機により送信されたＡＳＥ光信号がファラデー回転鏡により反射された後に、光信号の偏光方向が９０度回転される。この方法では、レーザトランシーバから放射されたＴＥモードの光信号は、ＦＲＭにより反射された後にＴＭモードになり、放射されたＴＭモードの光信号は、ＴＥにより反射された後にＴＥモードになる。したがって、自己注入レーザトランシーバの偏光利得の相関は小さくなる。これは、本発明の実施形態でランダム偏光干渉に耐える際の自己注入ファイバレーザトランシーバの能力を向上する。
本発明の実施形態で提供される自己注入光トランシーバモジュールは、ＷＤＭ−ＰＯＮシステム内のユーザ端ＯＮＵに更に適用され、自己注入光トランシーバモジュールの特定の構造は、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの構造と同様である。唯一の相違は、ユーザ端ＯＮＵの自己注入光トランシーバモジュールでは、受信機がダウンリンク光信号を受信するよう構成され、送信機がアップリンク光信号を送信するよう構成されることである。さらに、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの利得媒体は、ダウンリンク周波帯に対して利得増幅機能を有し、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの利得媒体は、アップリンク周波帯に対して利得増幅機能を有する。波長分割多重化器は、アップリンク周波帯を多重化しダウンリンク周波帯を逆多重化する機能を有する。
図３に示す実施形態では、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅を信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅より小さくするために、具体的には、ＡＷＧ２の信号送信端にある導波路は、逆円錐構造を有するよう設計される。つまり、ＡＷＧ２のローランド円に近い導波路は狭く、出力端の導波路は広く、したがって信号送信ポートの３ｄＢ帯域幅は狭い。さらに、図３に示す実施形態では、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅より狭い信号送信ポート１３の帯域幅は、幾つかの他の方法で達成されても良い。例えば、信号受信ポートの３ｄＢ帯域幅は、円錐導波路構造、マッハツェンダ干渉計構造、又はマルチモードカプラを信号受信ポート２３に配置することにより、又は複数のＡＷＧをカスケード接続することにより、増大されても良い。
さらに、本発明の実施形態では、異なる帯域幅を有する信号送信ポート及び信号受信ポートは、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧを用いることにより達成されても良い。つまり、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧは、それぞれ、信号受信ＡＷＧ及び信号送信ＡＷＧとして機能する。具体的には、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号受信ポートとして動作し、このＡＷＧは信号受信ＡＷＧと称される。比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号送信ポートとして動作し、このＡＷＧは信号送信ＡＷＧと称される。
さらに、本発明の一実施形態では、異なる帯域幅を有する信号送信ポート及び信号受信ポートは、同じ３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧ及び狭い帯域幅を有する１つの周期的フィルタを用いることにより達成されても良い。
具体的には、同じ３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧでは、信号送信ＡＷＧの共通ポートは、狭い３ｄＢ帯域幅を有する周期的フィルタ、例えばFabry-Perotエタロンに接続される。したがって、信号送信ＡＷＧにより送信される光信号は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。他方のＡＷＧは信号受信ＡＷＧとして動作し、信号受信ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅は信号送信ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅よりも広い。
光トランシーバモジュールに基づき、本発明の一実施形態は、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムを更に提供する。ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、中央局に自己注入光トランシーバモジュールを及びユーザ端に自己注入光トランシーバモジュールを有しても良い。上述の実施形態で提供される光トランシーバモジュールは、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユ―ザ端にある自己注入光トランシーバモジュールとして用いられても良い。中央局にある自己注入光トランシーバモジュールはＯＬＴに配置されても良く、ＯＬＴの光トランシーバモジュールとして動作しても良い。ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールはユーザ端に別個に配置されても良く、ＯＮＵの光トランシーバモジュールとして動作しても良い。ＯＬＴの各光トランシーバモジュールは、それぞれのＯＮＵの光トランシーバモジュールに対応する。また、ＯＬＴの光トランシーバモジュールの動作波長は、ＯＮＵの光トランシーバモジュールのうちの対応する１つの動作波長と同じである。
具体的には、図４を参照すると、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールは、ＡＷＧ１０２、及び部分反射鏡１１２を有しても良い。ＡＷＧ１０２は、複数の分岐ポート１２２及び２つの共通ポートを有する。２つの共通ポートは、それぞれ信号受信ポート１２３及び信号送信ポート１１３として構成される。各分岐ポート１２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。信号送信ポート１１３は、ガウス型又は準ガウス型フィルタリング曲線を有し、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。信号受信ポート１２３は、フラット型フィルタリング曲線を有し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する。
ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールは、ＡＷＧ１０２、及び部分反射鏡２１２を有する。ＡＷＧ１０２は、複数の分岐ポート及び２つの共通ポートを有する。２つの共通ポートは、それぞれ信号送信ポート２１３及び信号受信ポート２２３として構成される。各分岐ポート２２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体２１１及び光電変換器２２１に接続される。信号送信ポート２１３は、ガウス型又は準ガウス型フィルタリング曲線を有し、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。信号受信ポート２２３は、フラット型フィルタリング曲線を有し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する。
図４に示す中央局にある自己注入光トランシーバモジュールでは、各分岐ポート１２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。つまり、相応して、ＡＷＧ１０２の分岐ポートは、利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。言い換えると、第１の利得媒体及び第１の光電変換器は第１の分岐ポートに接続され、第２の利得媒体及び第２の光電変換器は第２の分岐ポートに接続され、他の分岐ポートの接続も同様である。ＡＷＧ１０２のローランド円上にある中央局の自己注入光トランシーバモジュール１００の信号送信ポート１１３の位置は、ＡＷＧ２０２のローランド円上にあるユーザ端の自己注入光トランシーバモジュール２００の信号受信ポート２２３の位置に対応する。ＡＷＧ１０２のローランド円上にある中央局の自己注入光トランシーバモジュール１００の信号受信ポート１２３の位置は、ＡＷＧ２０２のローランド円上にあるユーザ端の自己注入光トランシーバモジュール２００の信号送信ポート２１３の位置に対応する。
このように、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール１００により生成されるダウンリンク光信号は、信号送信ポート１１３から部分反射鏡１１２を介して幹線ファイバへ送出され、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール２００の信号受信ポート２２３に入り、ＡＷＧ２０２により対応する分岐ポート２２２へと逆多重化され、次に、ユーザ端にある対応する光トランシーバモジュールの光電変換器２２１に供給されそれにより受信される。同様に、ユーザ端では、部分反射鏡２１２は、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール２００内に構成される。ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールにより生成されるアップリンク光信号は、信号送信ポート２１３から部分反射鏡２１２を介して幹線ファイバへ送信され、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール１００の信号受信ポート１２３に入り、ＡＷＧ１０２により対応する分岐ポート１２２へと逆多重化され、次に、中央局にある対応する光トランシーバモジュールの光電変換器１２１に供給されそれにより受信される。
図５は、本発明の自己注入光トランシーバモジュールに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムの別の実施形態の概略的構造図である。本実施形態では、自己注入光トランシーバモジュールで用いられるＡＷＧは、非波長ゼロホップ（non-wavelength ０-hop）ＡＷＧである。中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの両方は、３２個の受信機及び送信機を有する。ＡＷＧ３０２のローランド円上のＡＷＧ３０２の信号送信ポート３１３の位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上のＡＷＧ４０２の信号送信ポート４１３の位置に対応する。また、ＡＷＧ３０２のローランド円上の信号受信ポート３２３の位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上の信号送信ポート４２３に対応する。一実施形態では、ＡＷＧ３０２の信号受信ポート３１３及び信号送信ポート３１２は、ＡＷＧ３０２の波長チャネルだけ間隔を開けられる。また、ＡＷＧ４０２の信号受信ポート４１３及び信号送信ポート４１２も、ＡＷＧ４０２のチャネルだけ間隔を開けられる。ＡＷＧ３０２のローランド円上のＡＷＧ３０２の２番目乃至３３番目の分岐ポートの位置は、それぞれ、ＡＷＧ４０２のローランド円上のＡＷＧ４０２の１番目乃至３２番目の分岐ポートに対応する。ＡＷＧ３０２の１番目のポートは２番目のポートに隣接する前のポートであり、３４番目のポートは３３番目のポートに隣接する次のポートである。したがって、ダウンリンク光信号が中央局の自己注入光トランシーバモジュール内の利得媒体により送出されるとき、利得媒体がＡＷＧ３０２のｋ番目（ｋ＝１，２，．．．，３２）の分岐ポートに接続され、ユーザ端にある光トランシーバモジュールのＡＷＧ４０２へと通じる場合、ダウンリンク光信号は、ＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポート（つまり、ｋ番目のユーザ）へと逆多重化されなくても良い。この観点から、本実施形態では、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内のｋ番目の利得媒体により送信されるダウンリンク光信号をユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポートに入射させるために、つまり、ダウンリンク光信号がユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内のｋ番目の光電変換器により受信されるように、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧ３０２のファイバ接続が変更され得る。特定のファイバ接続方法について、図５を参照する。
実際には、ＡＷＧ３０２の信号受信ポートと信号送信ポートとの間のチャネル間隔の可能な値は、１、２、３、等であっても良い。中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内のＡＷＧ３０２の利得媒体と分岐ポートとの間の接続方法を設計する際、ＡＷＧ３０２の信号受信ポートと信号送信ポートとの間のチャネル間隔はｍであると仮定される。この場合、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内のｋ番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２内の（ｋ＋２ｍ）番目の分岐ポートに接続されるだけで良い。ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールのｋ番目のユーザにより送信されるアップリンク光信号が中央局にあるｋ番目の受信機に入射できるようにするために、ＡＷＧ３０２のローランド円上にある中央局の自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧ３０２のｍ番目のポートの位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上にあるユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内のＡＷＧ４０２の１番目のポートの位置に対応する。
本実施形態では、中央局にある光トランシーバモジュール内のＡＷＧ３０２の利得媒体と分岐ポートとの間の接続の変更により、ＡＷＧ４０２の分岐ポート及びユーザ端にある光トランシーバモジュール内の利得媒体は、図５に示すように、１対１に対応して接続されるだけで良い。
具体的には、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールからのダウンリンク光信号は、ＡＷＧ３０２の送信ポート３１２を通じて幹線ファイバに入射し、次に、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内のＡＷＧ４０２の信号受信ポート４２３に入射する。本発明の実施形態では、自己注入光トランシーバモジュールで用いられるＡＷＧは非波長ゼロホップＡＷＧである。つまり、ＡＷＧ３０２の信号送信ポートのチャネルは、ＡＷＧ４０２の信号受信ポートのチャネルと異なる。具体的には、例えば、本実施形態では、チャネル間隔は１である。この場合、ＡＷＧ３０２の（ｋ＋２）番目の分岐ポートにより送信されるダウンリンク光信号は、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内のＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポートへと逆多重化されても良い。したがって、本発明の実施形態の自己注入光トランシーバモジュールが正常に動作できるように、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内のｋ番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２の（ｋ＋２）番目の分岐ポートに更に接続される。例えば、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２の３番目の分岐ポートに接続され、２番目の利得媒体はＡＷＧ３０２の４番目の分岐ポートに接続され、残りの利得媒体とＡＷＧ３０２の分岐ポートとの接続も同様である。この構成では、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールは、３２個の受信機及び送信機を形成するために３２チャネルＡＷＧを用いる。しかしながら、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールでは、３２番目の利得媒体がＡＷＧ３０２の３４番目の分岐ポートに接続される必要があるので、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧ３０２は、少なくとも３４個の分岐ポートを配置される必要がある。実際には、４０チャネルのＡＷＧが用いられても良い。
図６を参照すると、本発明の別の実施形態では、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムにより用いられるＡＷＧは、波長ゼロホップＡＷＧであっても良い。
具体的には、図６に示す実施形態は、図５に対応する実施形態と類似する。相違点は、図６に示す本実施形態の自己注入光トランシーバモジュールのＡＷＧが、波長ゼロホップ（wavelength ０-hop）ＡＷＧであることである。波長ゼロホップＡＷＧが全部でＮ個の分岐ポートを有するとすると、波長ゼロホップＡＷＧのポートは循環特性を有するので、つまり、ｋ番目の波長及び（ｋ＋Ｎ）番目の波長は同じポートで生じ、ＡＷＧのＮ番目のチャネルの波長の次の波長は１番目のチャネルで再び生じ、以下循環が続く。
中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの両方が同じ波長ゼロホップＡＷＧを用い、及びＡＷＧの２つの共通ポートが２つの隣接するチャネルであるとき、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内の１番目の利得媒体により供給されるダウンリンク光信号をＡＷＧ６０２内の１番目の分岐ポートに接続された光電変換器へ送信するために、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内の１番目の利得媒体５１１は、ＡＷＧ５０２内の２番目の分岐ポートに接続されても良い。他の利得媒体の接続方法は、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの最後の利得媒体を除き、１番目の利得媒体の接続方法と同様である。具体的には、２番目の利得媒体はＡＷＧ５０２内の３番目の分岐ポートに接続される必要があり、以降同様である。中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内の最後の利得媒体は、ＡＷＧ５０２内の１番目の分岐ポートに接続される必要がある。このように、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内の光電変換器６２１は、中央局にある自己注入光ファイバトランシーバ５００の利得媒体５１１にそれぞれ対応する。
中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内の２番目の光電変換器は、ＡＷＧ５０２の１番目の分岐ポートに接続され、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュール内の１番目の利得媒体により送信されるアップリンク光信号を受信する。他の光電変換器の接続方法は、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の光電変換器を除き、２番目の光電変換器の接続方法と同様である。具体的には、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの３番目の光電変換器はＡＷＧ５０２内の２番目の分岐ポートに接続される必要があり、残りは同様である。中央局にある自己注入光トランシーバモジュール内の１番目の光電変換器は、ＡＷＧ５０２内の最後の分岐ポートに接続される必要がある。
本発明の別の実施形態では、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２個のＡＷＧが結合され、一方、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号送信ポートとして機能し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する共通ポートは信号受信ポートとして機能する。このように、部分反射器は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの信号送信ポートに接続され、受信信号は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの信号受信ポートに接続される。
具体的には、図７を参照すると、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールは、ＡＷＧ３１及びＡＷＧ４１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有する。ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールは、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つの共通ポートを備えるＡＷＧ５１を用いても良い。
ＡＷＧ３１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート３３を有し、信号送信ポート３３はダウンリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ４１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート４３を有し、信号受信ポート４３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。ＡＷＧ５１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート５３及び比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート５６を有する。
本発明の実施形態では、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの特定の動作は、以下の通りである。中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の利得媒体３２は、１番目の分岐ポート３４を通じて、信号送信ポート３３によりダウンリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ５１の信号受信ポート５６がダウンリンク光信号を受信した後、ダウンリンク光信号は、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の分岐ポート５４に入射し、次に、１番目の光電変換器５２に入射する。
ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の利得媒体５２は、１番目の分岐ポート５４を通じて、信号送信ポート５３によりアップリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ４１の信号受信ポート４３がダウンリンク光信号を受信した後、信号は、ＡＷＧ４１の１番目の分岐ポート４４に入射し、次に、１番目の光電変換器４２に入射する。
さらに、本発明の別の実施形態では、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールは、２つのＡＷＧにより形成されるよう設定されても良い。具体的には、図８を参照すると、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールは、ＡＷＧ６１及びＡＷＧ７１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有しても良い。具体的には、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールは、ＡＷＧ８１及びＡＷＧ９１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有しても良い。
ＡＷＧ６１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート６３を有し、信号送信ポート６３はダウンリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ７１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート７３を有し、信号受信ポート７３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。ＡＷＧ８１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート８３を有し、信号送信ポート８３はアップリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ７１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート９３を有し、信号受信ポート９３はダウンリンク光信号を受信するよう構成される。
本発明の実施形態では、中央局にある自己注入光トランシーバモジュール及びユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの特定の動作は、以下の通りである。中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の利得媒体６２は、１番目の分岐ポート６４を通じて、信号送信ポート６３によりダウンリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ９１の信号受信ポート９３がダウンリンク光信号を受信した後、ダウンリンク光信号は、ＡＷＧ９１の１番目の分岐ポート９４に入射し、次に、１番目の光電変換器９２に入射する。
ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の利得媒体８２は、ＡＷＧ８１の１番目の分岐ポート８４を通じて、信号送信ポート８３によりアップリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ７１の信号受信ポート７３がダウンリンク光信号を受信した後、ダウンリンク光信号は、ＡＷＧ７１の１番目の分岐ポート７４に入射し、次に、中央局にある自己注入光トランシーバモジュールの１番目の光電変換器７２に入射する。
本発明による全ての実施形態において、アップリンク周波帯及びダウンリンク周波帯は、ＡＷＧに隣接するＦＳＲ（Free Spectral Range）周波帯又はＡＷＧに隣接しないＦＳＲ周波帯であっても良い。
この仕様における実施形態は、連続的方法で説明される。各実施形態は他の実施形態との相違点を明らかにし、実施形態の同じ又は類似する部分については、互いに参照が行われる。実施形態で開示する装置は、実施形態で開示した方法に対応するので、該装置の説明は簡単であり、方法の部分の記載を参照する。
開示の実施形態の説明は、当業者が本発明を実装する又は実施することを可能にする。実施形態に対する変更は当業者に明らかであり、ここに定める全体的な原理は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施されても良い。したがって、本発明は、ここで説明した実施形態に限定されず、ここで開示した原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲であると考えられる。
１ サーキュレータ
２、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ ＡＷＧ
４ 幹線ファイバ
１１、３２、５２、６２、８２、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１ 利得媒体（ＬＤ）
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ 部分反射鏡
１３、３３、５３、６３、８３、１１３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３ 信号送信ポート
２１、４２、５５、７２、９２、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１ 光電変換器（Ｒｘ）
２２、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２ 分岐ポート
２３、４３、５６、７３、９３、１２３、２２３、３２３、４２３、５２３、６２３ 信号受信ポート
本発明は、通信技術の分野に関し、特に、光トランシーバ装置及び該トランシーバに基づく波長分割多重受動光ネットワーク（Wavelength Division Multiplexing Passive
Optical Network：ＷＤＭ−ＰＯＮ）システムに関する。
広帯域光ファイバ通信技術は次第に成熟し、アプリケーションコストは年々減少しているので、ファイバアクセスネットワークは、次世代広帯域アクセスネットワークにとって益々競争力を増している。ファイバアクセスネットワークの中でも、受動光ネットワーク（passive optical network：ＰＯＮ）は特に優位性を有する。一般に、図１はＰＯＮシステムの特定の構造を示す。ＰＯＮシステムは、中央局に置かれる光ネットワークユニット（Optical Line Terminal：ＯＬＴ）、分岐／結合又は多重／逆多重のための光分配ネットワーク（Optical Distribution Network：ＯＤＮ）、及びユーザ端に置かれる光回線終端装置（Optical Network Unit：ＯＮＵ）を有する。ＰＯＮは、異なる実装に従って異なる種類に分類できる。ここで、ＷＤＭ技術を用いるＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、大帯域容量、疑似ポイントツーポイント通信の情報セキュリティのような利益により、多くの注目を集めている。しかしながら、ＷＤＭ−ＰＯＮは、ＥＰＯＮ及びＧＰＯＮのようなＴＤＭ（Time Division Multiplexing）技術を用いる光ファイバアクセスネットワークと比べて高コストである。ここで、光源の法外なコストは、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの法外なコストを生じる重要な因子である。
ＷＤＭ−ＰＯＮは、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）又はＷＧＲ（Waveguide Grating Router）をユーザ端において用いる。ユーザ端ＯＮＵに接続されるＡＷＧポート又はＷＧＲポートにおける波長は異なるので、異なるＯＮＵは、異なる波長を有する光トランシーバモジュールを用いる必要がある。このような光トランシーバモジュールは、光通信の分野では有色（colored）光モジュールと称される。ＯＮＵにおける有色光モジュールの使用は、ＯＮＵの一般的使用を機能させず、同時に、オペレータのサービス流通に困難をもたらし、記憶の問題ももたらす。有色ＯＮＵの問題を解決するために、業界ではＷＤＭ−ＰＯＮ無色光源が提案されている。つまり、ＯＮＵトランシーバモジュールは波長と独立であり、放射波長は、接続されるＡＷＧ又はＷＧＲポートの波長に自動的に適応され、ＯＮＵトランシーバモジュールがＡＷＧ又はＷＧＲポートにおいてプラグランドプレイを達成できるようにする。
ＷＤＭ−ＰＯＮの無色ＯＮＵトランシーバモジュールを達成するために、業界では、自己シーディングファイバレーザを含む複数のソリューションが提案されている。図２を参照すると、自己シーディングレーザを用いるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略図を示す。ＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ユーザ端ＯＮＵの自己注入固定レーザにより放射されるマルチモード光信号がＲＮ（Remote Node）にあるＡＷＧによりフィルタリングされた後、対応する波長の光信号のみが、ＲＮ−ＡＷＧを通り抜け、幹線ファイバに配置されたＰＲＭ（Partial Reflection Mirror）に入射できる。ＰＲＭにより、一部の光は反射され、自己注入固定レーザに再注入される。自己注入固定レーザユーザの利得キャビティ（cavity）は、反射光を再び増幅し、増幅した光を送信する。このような往復発振は、複数回行われる。したがって、自己注入固定レーザ及びＰＲＭは、外部キャビティ自己シーディングレーザを一緒に形成し、レーザ共振キャビティがそれらの間に形成され安定した光信号を出力する。ＯＮＴのアップリンクデータが光信号に変調された後、ＯＮＵのアップリンクデータは、更に幹線ファイバを通過し、中央局（Central Office：ＣＯ）にあるＡＷＧにより逆多重化され、次にＯＬＴの対応する受信機（Ｒｘ）へ出力される。同様に、ＯＬＴにより放射されるダウンリンク光信号は、ＲＮ−ＡＷＧにより逆多重化され、次に対応するＯＮＵの受信機へ出力される。
前述のソリューションは無色光トランシーバを達成するが、ＡＷＧは、送信端のキャビティ内フィルタリングと受信端の逆多重化の両方の機能を同時に保証する必要がある。送信端では、ＡＷＧの各チャネルは、自己シーディングレーザのキャビティ内フィルタとして用いられる。これは、ＡＷＧチャネルのフィルタリング曲線が帯域幅を狭め、チャネルの中心波長で最大透過率を有することを必要とする。受信端では、ＡＷＧは逆多重として機能する。これは、ＡＷＧチャネルが広い帯域幅を有し、チャネルの透過曲線が平坦であることを必要とする。２つの矛盾する要求により、自己シーディングレーザに基づく光トランシーバ及びＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、性能が制限され、実際の用途における要求を満たすことができない。
本発明は、光トランシーバ装置及び該光トランシーバ装置に基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムを提供する。
本発明の実施形態は、既存技術の粗悪な性能の問題を解決するために、光トランシーバ 装置及び該光トランシーバ装置に基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムを提供する。
光トランシーバ装置は、利得媒体と、光電変換器と、少なくとも１つのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、部分反射鏡とを有し、少なくとも１つのＡＷＧは２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有する。共通ポートのうちの一方は信号送信ポートとして機能し、共通ポートのうちの他方は信号受信ポートとして機能する。信号送信ポートの帯域幅は信号受信ポートの帯域幅よりも少ない。利得媒体及び光電変換器は、ＡＷＧの分岐ポートのうちの１つに接続される。ＡＷＧ及び部分反射鏡は、利得媒体により供給される光信号に対して波長自己注入固定を協調的に実行し、光信号を信号送信ポートを通じて出力するよう構成される。さらに、ＡＷＧは、信号受信ポートにより受信される光信号を対応する分岐ポートに逆多重化するよう更に構成される。
波長分割多重受動光ネットワークシステムは、中央局にある光トランシーバ装置と、ユーザ端にある光トランシーバ装置と、を有し、前記中央局にある前記光トランシーバ装置及び前記ユーザ端にある前記光トランシーバ装置のそれぞれは、上述の光トランシーバ装 置を有する。
波長分割多重受動光ネットワークシステムは、中央局にある光回線終端装置と、ユーザ端にある複数の光ネットワークユニットとを有し、前記光回線終端装置はファイバを通じて光ネットワークユニットに接続される。光回線終端装置は、中央局にある複数の光トラ ンシーバ装置を有し、前記中央局にある前記光トランシーバ装置は、中央局にある共通のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共有する。前記中央局にある前記ＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有する。前記中央局にある各光トランシーバ装置は、それぞれ前記中央局にある前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの１つに相応して接続される。前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの一方は前記中央局で信号送信ポートとして機能し、前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの他方は前記中央局で信号受信ポートとして機能する。前記中央局にある前記信号送信ポートの帯域幅は前記中央局にある前記信号受信ポートの帯域幅よりも少ない。
前述の技術的解決策から分かるように、本発明の実施形態で提供される光トランシーバ 装置のＡＷＧは２つの共通ポート、つまり信号送信ポート及び信号受信ポートを有し、信号送信ポートの帯域幅は信号受信ポートの帯域幅よりも狭く、したがって、ＡＷＧは光信号の送信及び受信にそれぞれ異なる共通ポートを用いても良い。信号送信ポートの帯域幅は狭いので、信号送信ポートの透過ピークは、ＡＷＧチャネルの中心波長と同じであり、それにより、信号送信の性能を効率的に向上する。信号受信ポートに対応するチャネル帯域幅は広い。これは、逆多重化語の受信信号品質が良好であることを保証し得る。したがって、従来技術と比べて、本発明の実施形態で提供される光トランシーバ装置及びＷＤＭ−ＰＯＮシステムの性能は向上する。
本発明の実施形態による又は従来技術の技術的解決策をより明確に説明するために、実施形態又は従来技術の説明に必要な図面が以下に簡単に導入される。明らかなことに、以下の説明中の添付の図面は、本発明の一部の実施形態であり、これらの図面に従って当業者により創造的労力を有しないで他の図面も得られる。
受動光ネットワークシステムの概略構造図である。 ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。 本発明の一実施形態による光トランシーバ装置の概略的構造図である。 本発明の一実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。 本発明の更に別の実施形態によるＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略的構造図である。
以下に、添付の図面を参照して、本発明の技術的解決策を明確且つ十分に説明する。明らかに、記載される実施形態は、本発明の実施形態の一部のみであり、全ての実施形態ではない。本発明の実施形態に基づき創造的労力を有しないで当業者により得られる全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲に包含される。
上述のように、図２に示すＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ＡＷＧは、送信端では内部キャビティを形成する機能及び受信端では逆多重化の機能を引き受ける。２つの機能は帯域幅に関して矛盾する要件を有するので、光信号の送信及び受信に同時に適用する場合、業界では、ＡＷＧの共通ポートの帯域幅を選択するとき、妥協しなければならない。これは、現在の光トランシーバ装置及び自己シーディングレーザに基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムの粗悪な性能をもたらす。
従来のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの粗悪な性能の問題を解決するために、本発明の実施形態は、光トランシーバ装置を提供する。この光トランシーバ装置は、送信機及び受信機を有し得る。
図３を参照すると、光トランシーバ装置の送信機は、利得媒体１１、ＡＷＧ２、部分反射鏡１２を有する。ＡＷＧ２は、利得媒体１１に接続される分岐ポート２２、部分反射鏡１２に接続される信号送信ポート１３を有する。分岐ポート２２の波長チャネルは送信機の動作波長に対応する。信号送信ポート１３は、利得媒体１１により供給される光信号を幹線ファイバ４へ送信するよう構成される。光トランシーバ装置の受信機は、光電変換器２１と、ＡＷＧ２とを有する。ＡＷＧ２は、分岐ポート２２を通じて光電変換器２１に接続される。ＡＷＧ２は、幹線ファイバ４から光信号を受信するよう構成される信号受信ポート２３を更に備えても良い。
本実施形態では、送信機及び受信機は、ＡＷＧ２を供給しても良い。例えば、ＡＷＧ２は、一態様では、送信機により送信された光信号の波長を光トランシーバ装置の動作波長に制限するよう構成される、送信機のフィルタとして機能しても良い。また、ＡＷＧ２は、別の態様では、幹線ファイバ４から受信した光信号を対応する分岐ポート２２に逆多重化するよう構成され、光信号が光電変換器２１により受信されるようにする、受信機の逆多重化器として機能しても良い。
特定の実施形態では、光トランシーバ装置は、サーキュレータ１を更に有しても良い。ＡＷＧ２の信号送信ポート１３及び信号受信ポート２３は、サーキュレータ１を通じて幹線ファイバ４に接続されても良い。さらに、部分反射鏡１２は、信号送信ポート１３とサーキュレータ１との間に置かれても良い。サーキュレータ１は、信号送信ポート１３からの光信号を幹線ファイバ４へ供給し、幹線ファイバ４からの光信号を信号受信ポート２３へ供給しても良い。他の代替の実施形態では、サーキュレータは、波長分割多重化器により置き換えられても良い。
さらに、信号送信ポート１３の帯域幅は、信号受信ポート２３の帯域幅よりも狭い。例えば、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅は相対的に狭く、光トランシーバ装置の送信機のフィルタリング機能を向上させても良い。また、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅は相対的に広く、光トランシーバ装置の受信機の逆多重化機能を向上させても良い。
具体的には、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムの中央局に置かれるＯＬＴの光トランシーバ装置を例に取ると、光トランシーバ装置は、ダウンリンク光信号を、光トランシーバ装置に接続された幹線ファイバ４を通じてユーザ端ＯＮＵへ送信し、ユーザ端ＯＮＵからアップリンク光信号を受信しても良い。本発明の一実施形態では、２種類の共通ポート、つまり信号送信ポート１３と信号受信ポート２３が、光トランシーバ装置のＡＷＧ２に配置される。信号送信ポート１３はダウンリンク光信号を送信するよう構成され、信号受信ポート２３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。信号送信ポート１３及びＡＷＧ２の対応する分岐ポート２２は自己注入レーザの内部キャビティフィルタを一緒に形成するので、中央局にある光トランシーバ装置により送信されるダウンリンク光信号の比較的狭いスペクトルの信号品質を向上させるために、本発明の実施形態では、信号送信ポート１３は、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅が相対的に狭く、信号送信ポート１３がチャネルの中心波長で最大透過率（transmissivity）を有するように設計され得る。具体的には、信号送信ポート１３は、狭い３ｄＢ帯域幅を有するガウス型ポートであっても良い。
例えば、アップリンク光信号を受信するよう構成される受信ポート２３では、本発明の実施形態では、信号受信ポート２３は、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅が相対的に広く、つまり信号受信ポート２３の通過帯域波長は広範囲に渡り小さい透過率変動しか有しないように設計され、光トランシーバ装置がアップリンク光信号を受信するときに良好な受信性能を有するようにしても良い。具体的には、信号受信ポート２３は、広い３ｄＢ帯域幅を有するフラット型ポートであっても良い。理解されるべきことに、「広い３ｄＢ帯域幅」及び「狭い３ｄＢ帯域幅」は相対的な用語であり、ＡＷＧ２の波長チャネル数に従って特定の帯域幅が構成されても良い。光トランシーバ装置の性能を保証するために、本発明の実施形態では、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅は少なくとも信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅よりも狭い。
本発明の実施形態をより理解するために、光トランシーバ装置の動作を以下に簡単に説明する。
具体的には、本発明の一実施形態では、送信機は、利得媒体１１、ＡＷＧ２、部分反射鏡１２を有する。利得媒体１１に接続される分岐ポート２２、及び部分反射鏡１２に接続される信号送信ポート１３は、ＡＷＧ２内に配置される。信号送信ポート１３は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器に更に接続され、サーキュレータ１又は波長分割多重化器は、幹線ファイバ４に更に接続される。このように、光トランシーバ装置がダウンリンク光信号を送信するとき、利得媒体１１が刺激され、自然放出（Amplified Spontaneous
Emission：ＡＳＥ）光信号を放射し始める。ＡＳＥ光信号がＡＷＧ２の波長チャネルを通過した後、対応する波長チャネルの範囲外の光信号は、フィルタリングされ失われる。したがって、分岐ポート２２及びＡＷＧ２の信号送信ポート１３により決定される通過帯域範囲内の波長を有する光信号のみが、ＡＷＧ２を通過できる。次に、光信号は、信号送信ポート１３を通って部分反射鏡１２へ送信される。ここで、一部の光信号は、部分反射鏡１２により反射され、利得媒体１１に注入され、再び増幅される。このような往復は、複数回実行される。このように、利得媒体１１と部分反射鏡１２との間の光信号の複数回の往復は、共鳴発振増幅を生じ、最終的には、送信機により生成された光信号を信号送信ポート１３及び分岐ポート２２により定められる透過ピーク波長で動作させ、それにより信号送信ポート１３を通じて送信されるダウンリンク光信号を形成する。信号送信ポート１３を通過した後、ダウンリンク光信号は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器を通じて幹線ファイバ４に更に送られ、幹線ファイバ４によりユーザ端にある対応するＯＮＵへ送信される。
本発明の実施形態では、信号送信ポート１３は、送信機内の内部キャビティフィルタを形成するよう機能する。したがって、信号送信ポート１３の帯域幅設計及び最適化は、別個に行われて、所望の帯域幅を比較的狭くする。また、透過ピークは、対応するＡＷＧチャネルの中心波長と実質的に同じなので、それにより、信号送信の性能を効率的に向上させる。
したがって、本発明の一実施形態では、送信機は、光電変換器２１及びＡＷＧ２を有しても良い。光電変換器２１に接続される分岐ポート２２、及び信号受信ポート２３は、ＡＷＧ２内に更に配置される。信号受信ポート２３は、サーキュレータ１又は波長分割多重化器に接続され、サーキュレータ１又は波長分割多重化器は、幹線ファイバ４に更に接続される。このように、アップリンク光信号は、幹線ファイバ４からサーキュレータ１又は波長分割多重化器へ送信され、次に、サーキュレータ１又は波長分割多重化器により信号受信ポート２３に更に導かれる。ＡＷＧ２は、アップリンク光信号を受信機に対応する分岐ポート２２へと逆多重化する。そして、光信号は、ＡＷＧ２の分岐ポート２２を通じて受信機内の光電変換器２１へ送信される。具体的には、本発明の実施形態では、光電変換器２１は光電ダイオードであっても良い。
例えば、光トランシーバ装置がアップリンク光信号を受信するとき、幹線ファイバ４により送信されたアップリンク光信号は、サーキュレータ１を通過し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するフラット型信号受信ポート２３に入射し、ＡＷＧ２により対応する分岐ポート２２に逆多重化され、次に、波長分割多重化器により光電変換器２１に供給されても良い。本発明の実施形態では、信号受信ポート２３は別個に構成され信号送信ポート１３とは独立なので、信号受信ポート２３に対応するチャネル帯域幅は比較的広く設計され、信号受信ポート２３の透過曲線は平坦であり、したがって逆多重化後の受信信号品質は良好である。
本発明の実施形態では、２種類の共通ポート、つまり、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート及び比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポートが光トランシーバ 装置にあるＡＷＧ内に構成されるのでＡＷＧは光信号送信と受信とにそれぞれ異なる共通ポートを用いることができる。さらに、信号送信ポートの３ｄＢ帯域幅は比較的狭く設計され、信号受信ポートの３ｄＢ帯域幅は比較的広く設計され、光トランシーバ装置の光信号受信及び送信の品質が保証される。したがって、本発明の実施形態では、帯域幅最適化設計は、光トランシーバ装置の信号受信ポートと信号送信ポートとに別個に行うことができる。これは、光トランシーバ装置の性能を有意に向上させる。
望ましくは、本発明の一実施形態では、受信機の利得媒体は、具体的には、ＩＬ ＦＰ−ＬＤ（Injection-Locked Fabry-Perot Laser Diode）又はＲＳＯＡ（Reflective Semiconductor Optical Amplifier）を有する。
本発明の一実施形態では、部分反射鏡は、ファラデー回転鏡を更に有しても良い。具体的には、部分反射鏡の前に４５度一方向ファラデーカップが追加され、ファラデー回転鏡（Faraday Rotator Mirror：ＦＲＭ）を形成しても良い。この方法では、送信機により送信されたＡＳＥ光信号がファラデー回転鏡により反射された後に、光信号の偏光方向が９０度回転される。この方法では、レーザトランシーバから放射されたＴＥモードの光信号は、ＦＲＭにより反射された後にＴＭモードになり、放射されたＴＭモードの光信号は、ファラデー回転鏡により反射された後にＴＥモードになる。したがって、自己注入レーザトランシーバの偏光利得の相関は小さくなる。これは、本発明の実施形態でランダム偏光干渉に耐える際の光トランシーバ装置の能力を向上する。
本発明の実施形態で提供される光トランシーバ装置は、ＷＤＭ−ＰＯＮシステム内のユーザ端ＯＮＵに更に適用され、光トランシーバ装置の特定の構造は、中央局にある光トラ ンシーバ装置の構造と同様である。唯一の相違は、ユーザ端ＯＮＵの光トランシーバ装置では、受信機がダウンリンク光信号を受信するよう構成され、送信機がアップリンク光信号を送信するよう構成されることである。さらに、中央局にある光トランシーバ装置の利得媒体は、ダウンリンク周波帯に対して利得増幅機能を有し、ユーザ端にある光トランシ ーバ装置の利得媒体は、アップリンク周波帯に対して利得増幅機能を有する。ユーザ端に ある光トランシーバ装置のＡＷＧは、アップリンク周波帯を多重化しダウンリンク周波帯を逆多重化する機能を有する。
図３に示す実施形態では、信号送信ポート１３の３ｄＢ帯域幅を信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅より小さくするために、具体的には、ＡＷＧ２の信号送信端にある導波路は、逆円錐構造を有するよう設計される。つまり、ＡＷＧ２のローランド円に近い導波路は狭く、出力端の導波路は広く、したがって信号送信ポートの３ｄＢ帯域幅は狭い。さらに、図３に示す実施形態では、信号受信ポート２３の３ｄＢ帯域幅より狭い信号送信ポート１３の帯域幅は、幾つかの他の方法で達成されても良い。例えば、信号受信ポートの３ｄＢ帯域幅は、円錐導波路構造、マッハツェンダ干渉計構造、又はマルチモードカプラを信号受信ポート２３に配置することにより、又は複数のＡＷＧをカスケード接続することにより、増大されても良い。
さらに、本発明の実施形態では、異なる帯域幅を有する信号送信ポート及び信号受信ポートは、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧを用いることにより達成されても良い。つまり、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧは、それぞれ、信号受信ＡＷＧ及び信号送信ＡＷＧとして機能する。具体的には、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号受信ポートとして動作し、このＡＷＧは信号受信ＡＷＧと称される。比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号送信ポートとして動作し、このＡＷＧは信号送信ＡＷＧと称される。
さらに、本発明の一実施形態では、異なる帯域幅を有する信号送信ポート及び信号受信ポートは、同じ３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧ及び狭い帯域幅を有する１つの周期的フィルタを用いることにより達成されても良い。
具体的には、同じ３ｄＢ帯域幅を有する２つのＡＷＧでは、信号送信ＡＷＧの共通ポートは、狭い３ｄＢ帯域幅を有する周期的フィルタ、例えばFabry-Perotエタロンに接続される。したがって、信号送信ＡＷＧにより送信される光信号は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。他方のＡＷＧは信号受信ＡＷＧとして動作し、信号受信ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅は信号送信ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅よりも広い。
光トランシーバ装置に基づき、本発明の一実施形態は、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムを更に提供する。ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、中央局に複数の光トランシーバ装置を及びユーザ端に複数の光トランシーバ装置を有しても良い。上述の実施形態で提供される光トランシ ーバ装置は、中央局にある光トランシーバ装置及びユ―ザ端にある光トランシーバ装置として用いられても良い。中央局にある光トランシーバ装置はＯＬＴに配置されても良く、ＯＬＴの光トランシーバ装置として動作しても良い。ユーザ端にある光トランシーバ装置はユーザ端に別個に配置されても良く、ＯＮＵの光トランシーバ装置として動作しても良い。ＯＬＴの各光トランシーバ装置は、それぞれのＯＮＵの光トランシーバ装置に対応する。また、ＯＬＴの光トランシーバ装置の動作波長は、ＯＮＵの光トランシーバ装置のうちの対応する１つの動作波長と同じである。
具体的には、図４を参照すると、中央局にある光トランシーバ装置は、ＡＷＧ１０２、及び部分反射鏡１１２を有しても良い。ＡＷＧ１０２は、複数の分岐ポート１２２及び２つの共通ポートを有する。２つの共通ポートは、それぞれ信号受信ポート１２３及び信号送信ポート１１３として構成される。各分岐ポート１２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。信号送信ポート１１３は、ガウス型又は準ガウス型フィルタリング曲線を有し、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。信号受信ポート１２３は、フラット型フィルタリング曲線を有し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する。
ユーザ端にある光トランシーバ装置は、ＡＷＧ２０２、及び部分反射鏡２１２を有する。ＡＷＧ１０２は、複数の分岐ポート２２２及び２つの共通ポートを有する。２つの共通ポートは、それぞれ信号送信ポート２１３及び信号受信ポート２２３として構成される。各分岐ポート２２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体２１１及び光電変換器２２１に接続される。信号送信ポート２１３は、ガウス型又は準ガウス型フィルタリング曲線を有し、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する。信号受信ポート２２３は、フラット型フィルタリング曲線を有し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する。
図４に示す中央局にある光トランシーバ装置では、各分岐ポート１２２は、波長分割多重化器を通じて利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。つまり、相応して、ＡＷＧ１０２の分岐ポートは、利得媒体１１１及び光電変換器１２１に接続される。言い換えると、第１の利得媒体及び第１の光電変換器は第１の分岐ポートに接続され、第２の利得媒体及び第２の光電変換器は第２の分岐ポートに接続され、他の分岐ポートの接続も同様である。ＡＷＧ１０２のローランド円上にある中央局の光トランシーバ装置の信号送信ポート１１３の位置は、ＡＷＧ２０２のローランド円上にあるユーザ端の光トランシー バ装置の信号受信ポート２２３の位置に対応する。ＡＷＧ１０２のローランド円上にある中央局の光トランシーバ装置の信号受信ポート１２３の位置は、ＡＷＧ２０２のローランド円上にあるユーザ端の光トランシーバ装置の信号送信ポート２１３の位置に対応する。
このように、中央局にある光トランシーバ装置により生成されるダウンリンク光信号は、信号送信ポート１１３から部分反射鏡１１２を介して幹線ファイバへ送出され、ユーザ端にある光トランシーバ装置の信号受信ポート２２３に入り、ＡＷＧ２０２により対応する分岐ポート２２２へと逆多重化され、次に、ユーザ端にある対応する光トランシーバ装 置の光電変換器２２１に供給されそれにより受信される。同様に、ユーザ端では、部分反射鏡２１２は、ユーザ端にある光トランシーバ装置内に構成される。ユーザ端にある光ト ランシーバ装置により生成されるアップリンク光信号は、信号送信ポート２１３から部分反射鏡２１２を介して幹線ファイバへ送信され、中央局にある光トランシーバ装置の信号受信ポート１２３に入り、ＡＷＧ１０２により対応する分岐ポート１２２へと逆多重化され、次に、中央局にある対応する光トランシーバ装置の光電変換器１２１に供給されそれにより受信される。
図５は、本発明の光トランシーバ装置に基づくＷＤＭ−ＰＯＮシステムの別の実施形態の概略的構造図である。本実施形態では、光トランシーバ装置で用いられるＡＷＧは、非波長ゼロホップ（non-wavelength ０-hop）ＡＷＧである。中央局にある光トランシーバ 装置及びユーザ端にある光トランシーバ装置の両方は、３２個の受信機及び送信機を有する。ＡＷＧ３０２のローランド円上のＡＷＧ３０２の信号送信ポート３１３の位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上のＡＷＧ４０２の信号送信ポート４１３の位置に対応する。また、ＡＷＧ３０２のローランド円上の信号受信ポート３２３の位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上の信号送信ポート４２３に対応する。一実施形態では、ＡＷＧ３０２の信号受信ポート３１３及び信号送信ポート３１２は、ＡＷＧ３０２の波長チャネルだけ間隔を開けられる。また、ＡＷＧ４０２の信号受信ポート４１３及び信号送信ポート４１２も、ＡＷＧ４０２のチャネルだけ間隔を開けられる。ＡＷＧ３０２のローランド円上のＡＷＧ３０２の２番目乃至３３番目の分岐ポートの位置は、それぞれ、ＡＷＧ４０２のローランド円上のＡＷＧ４０２の１番目乃至３２番目の分岐ポートに対応する。ＡＷＧ３０２の１番目のポートは２番目のポートに隣接する前のポートであり、３４番目のポートは３３番目のポートに隣接する次のポートである。したがって、ダウンリンク光信号が中央局の 光トランシーバ装置内の利得媒体により送出されるとき、利得媒体がＡＷＧ３０２のｋ番目（ｋ＝１，２，．．．，３２）の分岐ポートに接続され、ユーザ端にある光トランシーバ装置のＡＷＧ４０２へと通じる場合、ダウンリンク光信号は、ＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポート（つまり、ｋ番目のユーザ）へと逆多重化されなくても良い。この観点から、本実施形態では、中央局にある光トランシーバ装置内のｋ番目の利得媒体により送信されるダウンリンク光信号をユーザ端にある光トランシーバ装置のＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポートに入射させるために、つまり、ダウンリンク光信号がユーザ端にある光トランシ ーバ装置内のｋ番目の光電変換器により受信されるように、中央局にある光トランシーバ 装置のＡＷＧ３０２のファイバ接続が変更され得る。特定のファイバ接続方法について、図５を参照する。
実際には、ＡＷＧ３０２の信号受信ポートと信号送信ポートとの間のチャネル間隔の可能な値は、１、２、３、等であっても良い。中央局にある光トランシーバ装置内のＡＷＧ３０２の利得媒体と分岐ポートとの間の接続方法を設計する際、ＡＷＧ３０２の信号受信ポートと信号送信ポートとの間のチャネル間隔はｍであると仮定される。この場合、中央局にある光トランシーバ装置内のｋ番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２内の（ｋ＋２ｍ）番目の分岐ポートに接続されるだけで良い。ユーザ端にある光トランシーバ装置のｋ番目のユーザにより送信されるアップリンク光信号が中央局にあるｋ番目の受信機に入射できるようにするために、ＡＷＧ３０２のローランド円上にある中央局の光トランシーバ装置のＡＷＧ３０２のｍ番目のポートの位置は、ＡＷＧ４０２のローランド円上にあるユーザ端にある光トランシーバ装置内のＡＷＧ４０２の１番目のポートの位置に対応する。
本実施形態では、中央局にある光トランシーバ装置内のＡＷＧ３０２の利得媒体と分岐ポートとの間の接続の変更により、ＡＷＧ４０２の分岐ポート及びユーザ端にある光トラ ンシーバ装置内の利得媒体は、図５に示すように、１対１に対応して接続されるだけで良い。
具体的には、中央局にある光トランシーバ装置からのダウンリンク光信号は、ＡＷＧ３０２の送信ポート３１２を通じて幹線ファイバに入射し、次に、ユーザ端にある光トラン シーバ装置内のＡＷＧ４０２の信号受信ポート４２３に入射する。本発明の実施形態では、光トランシーバ装置で用いられるＡＷＧは非波長ゼロホップＡＷＧである。つまり、ＡＷＧ３０２の信号送信ポートのチャネルは、ＡＷＧ４０２の信号受信ポートのチャネルと異なる。具体的には、例えば、本実施形態では、チャネル間隔は１である。この場合、ＡＷＧ３０２の（ｋ＋２）番目の分岐ポートにより送信されるダウンリンク光信号は、ユーザ端にある光トランシーバ装置内のＡＷＧ４０２のｋ番目の分岐ポートへと逆多重化されても良い。したがって、本発明の実施形態の光トランシーバ装置が正常に動作できるように、中央局にある光トランシーバ装置内のｋ番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２の（ｋ＋２）番目の分岐ポートに更に接続される。例えば、中央局にある光トランシーバ装置の１番目の利得媒体は、ＡＷＧ３０２の３番目の分岐ポートに接続され、２番目の利得媒体はＡＷＧ３０２の４番目の分岐ポートに接続され、残りの利得媒体とＡＷＧ３０２の分岐ポートとの接続も同様である。この構成では、ユーザ端にある光トランシーバ装置は、３２個の受信機及び送信機を形成するために３２チャネルＡＷＧを用いる。しかしながら、中央局にある光トランシーバ装置では、３２番目の利得媒体がＡＷＧ３０２の３４番目の分岐ポートに接続される必要があるので、中央局にある光トランシーバ装置のＡＷＧ３０２は、少なくとも３４個の分岐ポートを配置される必要がある。実際には、４０チャネルのＡＷＧが用いられても良い。
図６を参照すると、本発明の別の実施形態では、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムにより用いられるＡＷＧは、波長ゼロホップＡＷＧであっても良い。
具体的には、図６に示す実施形態は、図５に対応する実施形態と類似する。相違点は、図６に示す本実施形態の光トランシーバ装置のＡＷＧが、波長ゼロホップ（wavelength ０-hop）ＡＷＧであることである。波長ゼロホップＡＷＧが全部でＮ個の分岐ポートを有するとすると、波長ゼロホップＡＷＧのポートは循環特性を有するので、つまり、ｋ番目の波長及び（ｋ＋Ｎ）番目の波長は同じポートで生じ、ＡＷＧのＮ番目のチャネルの波長の次の波長は１番目のチャネルで再び生じ、以下循環が続く。
中央局にある光トランシーバ装置及びユーザ端にある光トランシーバ装置の両方が同じ波長ゼロホップＡＷＧを用い、及びＡＷＧの２つの共通ポートが２つの隣接するチャネルであるとき、中央局にある光トランシーバ装置内の１番目の利得媒体により供給されるダウンリンク光信号をＡＷＧ６０２内の１番目の分岐ポートに接続された光電変換器へ送信するために、中央局にある光トランシーバ装置内の１番目の利得媒体５１１は、ＡＷＧ５０２内の２番目の分岐ポートに接続されても良い。他の利得媒体の接続方法は、中央局にある光トランシーバ装置の最後の利得媒体を除き、１番目の利得媒体の接続方法と同様である。具体的には、２番目の利得媒体はＡＷＧ５０２内の３番目の分岐ポートに接続される必要があり、以降同様である。中央局にある光トランシーバ装置内の最後の利得媒体は、ＡＷＧ５０２内の１番目の分岐ポートに接続される必要がある。このように、ユーザ端にある光トランシーバ装置内の光電変換器６２１は、中央局にある自己注入光ファイバトランシーバ５００の利得媒体５１１にそれぞれ対応する。
中央局にある光トランシーバ装置内の２番目の光電変換器は、ＡＷＧ５０２の１番目の分岐ポートに接続され、ユーザ端にある光トランシーバ装置内の１番目の利得媒体により送信されるアップリンク光信号を受信する。他の光電変換器の接続方法は、中央局にある 光トランシーバ装置の１番目の光電変換器を除き、２番目の光電変換器の接続方法と同様である。具体的には、中央局にある光トランシーバ装置の３番目の光電変換器はＡＷＧ５０２内の２番目の分岐ポートに接続される必要があり、残りは同様である。中央局にある 光トランシーバ装置内の１番目の光電変換器は、ＡＷＧ５０２内の最後の分岐ポートに接続される必要がある。
本発明の別の実施形態では、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２個のＡＷＧが結合され、一方、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの共通ポートは信号送信ポートとして機能し、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する共通ポートは信号受信ポートとして機能する。このように、部分反射器は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの信号送信ポートに接続され、受信信号は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有するＡＷＧの信号受信ポートに接続される。
具体的には、図７を参照すると、中央局にある光トランシーバ装置は、ＡＷＧ３１及びＡＷＧ４１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有する。ユーザ端にある光トランシーバ装置は、異なる３ｄＢ帯域幅を有する２つの共通ポートを備えるＡＷＧ５１を用いても良い。
ＡＷＧ３１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート３３を有し、信号送信ポート３３はダウンリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ４１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート４３を有し、信号受信ポート４３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。ＡＷＧ５１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート５３及び比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート５６を有する。
本発明の実施形態では、中央局にある光トランシーバ装置及びユーザ端にある光トラン シーバ装置の特定の動作は、以下の通りである。中央局にある光トランシーバ装置の１番目の利得媒体３２は、１番目の分岐ポート３４を通じて、信号送信ポート３３によりダウンリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ５１の信号受信ポート５６がダウンリンク光信号を受信した後、ダウンリンク光信号は、ユーザ端にある光トランシーバ装置の１番目の分岐ポート５４に入射し、次に、１番目の光電変換器５２に入射する。
ユーザ端にある光トランシーバ装置の１番目の利得媒体５２は、１番目の分岐ポート５４を通じて、信号送信ポート５３によりアップリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ４１の信号受信ポート４３がアップリンク光信号を受信した後、アップリンク光信号は、ＡＷＧ４１の１番目の分岐ポート４４に入射し、次に、１番目の光電変換器４２に入射する。
さらに、本発明の別の実施形態では、中央局にある光トランシーバ装置及びユーザ端にある光トランシーバ装置は、２つのＡＷＧにより形成されるよう設定されても良い。具体的には、図８を参照すると、中央局にある光トランシーバ装置は、ＡＷＧ６１及びＡＷＧ７１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有しても良い。具体的には、ユーザ端にある光トランシーバ装置は、ＡＷＧ８１及びＡＷＧ９１を有し、これら２つのＡＷＧはそれぞれ異なる３ｄＢ帯域幅を有しても良い。
ＡＷＧ６１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート６３を有し、信号送信ポート６３はダウンリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ７１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート７３を有し、信号受信ポート７３はアップリンク光信号を受信するよう構成される。ＡＷＧ８１は、比較的狭い３ｄＢ帯域幅を有する信号送信ポート８３を有し、信号送信ポート８３はアップリンク光信号を送信するよう構成される。ＡＷＧ７１は、比較的広い３ｄＢ帯域幅を有する信号受信ポート９３を有し、信号受信ポート９３はダウンリンク光信号を受信するよう構成される。
本発明の実施形態では、中央局にある光トランシーバ装置及びユーザ端にある光トラン シーバ装置の特定の動作は、以下の通りである。中央局にある光トランシーバ装置の１番目の利得媒体６２は、１番目の分岐ポート６４を通じて、信号送信ポート６３によりダウンリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ９１の信号受信ポート９３がダウンリンク光信号を受信した後、ダウンリンク光信号は、ＡＷＧ９１の１番目の分岐ポート９４に入射し、次に、１番目の光電変換器９２に入射する。
ユーザ端にある光トランシーバ装置の１番目の利得媒体８２は、ＡＷＧ８１の１番目の分岐ポート８４を通じて、信号送信ポート８３によりアップリンク光信号を幹線ファイバへ送信する。ＡＷＧ７１の信号受信ポート７３がアップリンク光信号を受信した後、アッ プリンク光信号は、ＡＷＧ７１の１番目の分岐ポート７４に入射し、次に、中央局にある 光トランシーバ装置の１番目の光電変換器７２に入射する。
本発明による全ての実施形態において、アップリンク周波帯及びダウンリンク周波帯は、ＡＷＧに隣接するＦＳＲ（Free Spectral Range）周波帯又はＡＷＧに隣接しないＦＳＲ周波帯であっても良い。
この仕様における実施形態は、連続的方法で説明される。各実施形態は他の実施形態との相違点を明らかにし、実施形態の同じ又は類似する部分については、互いに参照が行われる。実施形態で開示する装置は、実施形態で開示した方法に対応するので、該装置の説明は簡単であり、方法の部分の記載を参照する。
開示の実施形態の説明は、当業者が本発明を実装する又は実施することを可能にする。実施形態に対する変更は当業者に明らかであり、ここに定める全体的な原理は、他の実施形態で実施されても良い。
１ サーキュレータ
２、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ ＡＷＧ
４ 幹線ファイバ
１１、３２、５２、６２、８２、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１ 利得媒体（ＬＤ）
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ 部分反射鏡
１３、３３、５３、６３、８３、１１３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３ 信号送信ポート
２１、４２、５５、７２、９２、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１ 光電変換器（Ｒｘ）
２２、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２ 分岐ポート
２３、４３、５６、７３、９３、１２３、２２３、３２３、４２３、５２３、６２３ 信号受信ポート

Claims (12)

  1. 利得媒体と、光電変換器と、少なくとも１つのアレイ導波路回折格子（arrayed waveguide grating：ＡＷＧ）と、部分反射鏡と、を有し、
    前記少なくとも１つのＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有し、前記共通ポートの一方は信号送信ポートとして機能し、前記共通ポートの他方は信号受信ポートとして機能し、前記信号送信ポートの帯域幅は前記信号受信ポートの帯域幅より狭く、
    前記利得媒体及び前記光電変換器は前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの１つに接続され、前記ＡＷＧ及び前記部分反射鏡は、前記利得媒体により供給される光信号に対して波長自己注入固定を協調的に実行し、前記信号送信ポートを通じて前記光信号を出力するよう構成され、前記ＡＷＧは、前記信号受信ポートにより受信される光信号を対応する分岐ポートに逆多重化するよう更に構成される、
    自己注入光トランシーバモジュール。
  2. サーキュレータ又は波長分割多重化器を更に有し、前記ＡＷＧの前記信号受信ポート及び前記信号送信ポートは、前記サーキュレータ又は前記波長分割多重化器を通じて幹線ファイバに結合され、前記部分反射鏡は、前記サーキュレータ又は前記波長分割多重化器と前記信号送信ポートとの間に接続される、請求項１に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  3. 前記信号送信ポートはガウス型ポートであり、前記信号受信ポートはフラット型ポートである、請求項１に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  4. 前記信号送信ポートの透過ピークは前記ＡＷＧの対応するチャネルの中心波長と同じであり、前記信号受信ポートの透過曲線はフラット型透過曲線である、請求項３に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  5. 前記信号受信ポートはマッハツェンダ干渉計構造、円錐型導波路構造又はマルチモードカプラを有し、前記信号送信ポートは逆円錐型導波路構造を有する、請求項１に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  6. 前記部分反射鏡は、ファラデー回転鏡を有する、請求項１に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  7. 前記少なくとも１つのＡＷＧは、信号送信ＡＷＧ及び信号受信ＡＷＧを有し、前記信号受信ＡＷＧの共通ポートは信号受信ポートとして機能し、前記信号送信ＡＷＧの共通ポートは信号送信ポートとして機能する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  8. 周期的フィルタを更に有し、前記周期的フィルタは、前記信号送信ＡＷＧの前記共通ポートに接続され、前記信号送信ＡＷＧの前記共通ポートの帯域幅を減少するよう構成され、前記信号送信ＡＷＧの前記共通ポートの前記帯域幅は前記信号受信ＡＷＧの前記共通ポートの帯域幅より少ない、請求項７に記載の自己注入光トランシーバモジュール。
  9. 中央局にある自己注入光トランシーバモジュールと、ユーザ端にある自己注入光トランシーバモジュールと、を有し、前記中央局にある前記自己注入光トランシーバモジュール及び前記ユーザ端にある前記自己注入光トランシーバモジュールは、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の自己注入光トランシーバモジュールを有する、波長分割多重受動光ネットワークシステム。
  10. 中央局に置かれる光回線終端装置とユーザ端に置かれる複数の光ネットワークユニットとを有し、前記光回線終端装置は、ファイバを通じて前記光ネットワークユニットに接続され、
    前記光回線終端装置は、前記中央局に複数の自己注入光トランシーバモジュールを有し、前記中央局にある前記自己注入光トランシーバモジュールは、前記中央局にあるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共有し、前記中央局にある前記ＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有し、前記中央局にある各自己注入光トランシーバモジュールは、それぞれ前記中央局にある前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの１つに相応して接続され、前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの一方は前記中央局において信号送信ポートとして機能し、前記中央局にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの他方は前記中央局において信号受信ポートとして機能し、前記中央局の前記信号送信ポートの帯域幅は、前記中央局の前記信号送信ポートの帯域幅よりも少ない、波長分割多重受動光ネットワークシステム。
  11. 前記中央局にある各自己注入光トランシーバモジュールは、利得媒体と、部分反射鏡と、光電変換器とを有し、前記利得媒体及び前記光電変換器は、前記中央局にある前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの対応する１つに接続され、前記中央局にある前記ＡＷＧ及び前記部分反射鏡は、前記利得媒体により供給される光信号に対して波長自己注入固定を協調的に実行し、前記光信号を前記信号送信ポートを通じて対応する光ネットワークユニットへ送信し、前記中央局にある前記ＡＷＧは、前記信号受信ポートにより受信される光信号を対応する分岐ポートに逆多重化するよう更に構成される、請求項１０に記載の波長分割多重受動光ネットワークシステム。
  12. 各光ネットワークユニットは前記ユーザ端に自己注入光トランシーバモジュールを有し、前記ユーザ端にある前記自己注入光トランシーバモジュールは、前記ユーザ端にあるＡＷＧを共有し、前記ユーザ端にある前記ＡＷＧは、２つの共通ポートと複数の分岐ポートとを有し、前記ユーザ端にある各自己注入光トランシーバモジュールは、それぞれ前記ユーザ端にある前記ＡＷＧの前記分岐ポートのうちの１つに相応して接続され、前記ユーザ端にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの一方は前記ユーザ端において信号送信ポートとして機能し、前記ユーザ端にある前記ＡＷＧの前記共通ポートのうちの他方は前記ユーザ端において信号受信ポートとして機能し、前記ユーザ端の前記信号送信ポートの帯域幅は、前記ユーザ端の前記信号受信ポートの帯域幅よりも少ない、請求項１０又は１１に記載の波長分割多重受動光ネットワークシステム。
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