JP2738154B2 - 双方向伝送用光信号処理モジュール - Google Patents

双方向伝送用光信号処理モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一対の光ファイバを用
いて双方向の伝送を行う場合に使用して好適な光信号処
理モジュール、特に、光ファイバ伝送路の試験監視のた
めの光学系を組み込んだ光信号処理モジュールに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、光ファイバ伝送路を利用して光
信号の伝送を行う場合は、回線の信頼性向上の観点か
ら、光ファイバの断線や劣化等に対する充分な予防保全
が重要な課題となる。しかも、伝送路の予防保全を行う
には、通信品質に影響を与えないで使用状態の光ファイ
バ特性を試験し或は監視する必要があり、この種の試験
監視システムとしては、例えば図3に示す方法がある
(富田ほか“光線路の自動故障切分け法”1990年電
子情報通信学会春季全国大会B−890参照)。
【0003】図3において、31は、端末A側の光送信器
(例えば発光素子)、32は、端末B側の光受信器(例え
ば受光素子)、33は、端末A側の光送信器31と端末B側
の光受信器32との間を結合するための光ファイバを夫々
示す。本例では、端末A側に光カプラ34が配備され、か
つ、端末B側に切分器35が配備されている。切分器35
は、例えば干渉膜フィルタをもって構成されており、通
信光(波長λ1 )はそのまま通過し、試験光(波長λ
2 )は反射するような特性を持たせておく。
【0004】試験又は監視は、光パルス試験器36から光
カプラ34を介してパルス状の試験光(波長λ2 )を光フ
ァイバ33に送り込むことによって行う。当該試験光は、
他端側の切分器35まで伝搬した後、当該切分器において
反射し、光カプラ34を介して光パルス試験器36まで戻っ
て来る。従って、当該反射光を計測し、予め測定してお
いた正常な値と比較することにより、光ファイバ33の断
線の有無や劣化の程度等を判定することが出来る。試験
光の波長λ2 は、信号光の波長λ1 と異なるため、たと
え回線使用中に試験や監視を行なったとしても、正常の
光信号伝送機能を妨害することがない。
【0005】しかし、一対の光ファイバを用いて双方向
の伝送を行う場合は、個々のファイバについて試験監視
を行なう必要があり、そのためには、同一性能の光パル
ス試験器36を2組用意する必要がある。この試験器は、
極めて安定した高出力の光を発射する半導体レーザを使
用する必要があるため、このような条件を満足させよう
とすると、非常に高価なシステムになってしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術における前述の問題点を解消し、光ファイバの試験
監視機能と信号光の送受信機能とを纏めて一体化した小
型・高性能の光信号処理モジュールを提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光信号処理
モジュールは、光送信器と一の光ファイバとの間を結
合するための第1の光伝送路と、光受信器と別の光フ
ァイバとの間を結合するための第2の光伝送路と、試
験光を切り替えて制御するための光スイッチ回路と、
当該スイッチ回路と光パルス試験器との間を結合するた
めの第3の光伝送路と、第1の光伝送路との間で第1
の合分波器を形成すると共に当該合分波器と上記スイッ
チ回路との間で光の通路を形成する第4の光伝送路と、
第2の光伝送路との間で第2の合分波器を形成すると
共に当該合分波器と上記スイッチ回路との間で光の通路
を形成する第5の光伝送路とを夫々備えたことを特徴と
する。なお、上記スイッチ回路は、光パルス試験器から
の試験光を切り替えて上記光ファイバのいずれか一方に
選択的に供給すると共に、当該光ファイバ側から反射し
て戻ってくる試験光をパルス試験器に導入するように機
能する。
【0008】本発明の光信号処理モジュールは、波長が
異なる複数の光送信器及び光受信器を使用する場合にも
適用することが出来る。但し、この場合は、光送信器側
又は光受信器側において、第1及び第2の光伝送路を少
なくとも二つの光伝送路に分岐し、その各々に光送信器
又は光受信器を結合する必要がある。また、本発明の光
信号処理モジュールは、基板上での集積化が可能な構造
となっているため、薄膜型の光導波路をもって上記の光
伝送路の各々を構成することにより、装置の小型化又は
高機能化を実現することが出来る。
【0009】
【作用】第1の伝送路は、一対の光ファイバの一方と光
送信器との間に介挿して使用され、光送信器からの信号
光(送信光)を当該光ファイバに送出するように機能す
る。また、第2の伝送路は、他方の光ファイバと光受信
器の間に介挿して使用され、当該光ファイバを介して到
来した信号光(受信光)を光受信器へ伝送するように機
能する。
【0010】光パルス試験器から発射された試験光は、
第3の光伝送路を介して光スイッチ回路に導かれ、当該
スイッチ回路によって選択的に切り替えられた後、第4
又は第5の光伝送路及び第1又は第2の合分波器を介し
て第1及び第2の光伝送路のいずれか一方に入る。その
結果、試験光は、一対の光ファイバのいずれか一方に進
入して伝搬し、相手方端末付近に設けた切分器において
反射した後、再び光ファイバ内を伝搬して戻って来る。
当該反射光は、逆のルートで光スイッチ回路に導かれ、
当該スイッチ回路を通った後、第3の光伝送路を介して
光パルス試験器に至り、同試験器によって受信される。
【0011】
【実施例】
〈実施例1〉本発明の光信号処理モジュールの一実施例
を図1に示す。本実施例は、一対の光ファイバ5-1及び5
-2を使用し、波長λ1 の信号光によって情報を双方向に
伝送する場合のモジュールである。光パルス試験器3か
ら供給される波長λ2 の試験光は、光スイッチ回路13に
より、光ファイバ5-1及び5-2のいずれか一方に選択的に
振り分けられ、回線の使用状態で光ファイバの伝送特性
(伝送損失)の評価と破断、劣化等の状態を試験又は監
視することが出来る。
【0012】光信号処理モジュール10は、A−A’断面
図に示すように、基板9の表面に低屈折率層7a(屈折
率nb )を形成し、当該低屈折率層の上に光の伝送路と
して機能するコア層8(屈折率nw )を断面円形状や断
面矩形状に形成した後、全体をクラッド層7b(屈折率
c )で覆うことによって埋込型の導波路構造を構成す
る。基板9は、純粋な石英ガラス又は適当な屈折率制御
用添加物を含んだ石英ガラスのほか、シリコンやGaAs
等の半導体材料、LiNbO3やLiTaO3等の電気光学結
晶、Y3Fe512等の磁性材料、ポリウレタンやエポキ
シ等の高分子材料を適宜選択して使用することが出来
る。
【0013】埋込型導波路は、波長λ1 及び波長λ2
対して単一モードの伝送路となるように構成し、比屈折
率差Δ=(nw−nc)/nw〔或はΔ=(nw−nb)/nw
で定義されるΔの値が0.2%乃至0.8%の範囲となる
ように設定する。コア層8の厚みと幅は、数μm乃至1
2μmの範囲で設定する。低屈折率層7aの厚みは、厚
ければ厚いほど伝搬損失を低減することが出来るため、
通常は10μm以上とすることが望ましい。同様に、ク
ラッド層7aの厚みも、厚ければ厚いほど好ましく、通
常は、15μm乃至数10μmの範囲で設定する。低屈
折率層7a、コア層8及びクラッド層7bの材質は、低
損失材料である石英系ガラス、高分子材料、多成分系ガ
ラス等を使用することが望ましい。
【0014】コア層8は、図1に示すパターンとなるよ
うに形成する。同図において、コア8-1は、光送信器1
と光ファイバ5-1との間を結合するための光伝送路とし
て機能し、コア8-2は、光受信器2と光ファイバ5-2との
間を結合するための光伝送路として機能する。従って、
光送信器1からの波長λ1 の信号光(送信光)は、矢印
11-1で示すようにコア8-1内を伝搬して光ファイバ5-1内
に入り、同ファイバ内を相手方端末に向かって伝搬す
る。一方、光ファイバ5-2内を伝搬して来た相手方端末
からの波長λ1 の信号光(受信光)は、コア8-2内を矢
印11-4で示すように伝搬し、光受信器2によって受信さ
れる。
【0015】光信号処理モジュール10には、方向性結合
器型の光スイッチ回路13を予め形成しておく。この種の
光スイッチ回路は、それ自体公知のものであり、例えば
西原ほか著“光集積回路”(昭和60年2月25日オー
ム社発行)に記載されているものを使用することが出来
る。光スイッチ回路13には、光パルス試験器3との間の
光伝送路を構成するコア8-5が接続されている。
【0016】光スイッチ回路13の出力側には、別の光伝
送路として機能するコア8-3及び8-4が接続されている。
両コアの各々の先端は、適当な間隔をおいてコア8-1及
び8-2の夫々と平行になるように配置されており、当該
コアとの間で方向性結合型の合分波器6-1及び6-2を形成
する。この種の合分波器も、それ自体公知であって例え
ば井本ほか“導波路型光合分波器”電子情報通信学会発
行「信学技報」OQE87−7(47〜53頁)に記載
されているものを使用することが可能である。即ち、信
号光の波長λ1 を1.3μm、試験光の波長λ2 を1.5
5μmとした場合には、コア層8の厚みを8μm、幅を
10μm、コア8-1(又は8-2)とコア8-3(又は8-4)
との間隔3.2μm、結合部の長さを4.965mm、比
屈折率差Δを0.25%に選定することによって合分波
部を構成することが出来る。
【0017】光パルス試験器から出た試験光は、コア8-
5内を伝搬して、方向性結合器型の光スイッチ回路13内
に入る。ここで、光スイッチ回路13の両側の電極14-1及
び14-2間に端子P,P’から電圧Vを印加し、その値を
式(1)を満足するように調整しておくと、当該試験光
は、コア8-3側に進入し、合分波部6-1によってコア8-1
内に結合された後、光ファイバ5-1内を相手方端末に向
かって伝搬する。
【数1】
【0018】光ファイバ5-1内を伝搬した波長λ2 の試
験光は、相手方の端末付近に設けた切分器(波長λ2
光のみを反射させ、それ以外の光を通過させる機能を有
する干渉膜フィルタ。図示せず)において反射し、光フ
ァイバ5-1内を逆方向に伝搬して再びコア8-1内に進入
し、合分波器6-1によってコア8-3側に分波せしめられた
後、光スイッチ回路13を介して矢印12-6で示すように光
パルス試験器3に戻って来る。
【0019】従って、予め光ファイバ5-1が正常に動作
している場合の反射光の光量を測定しておき、実際の反
射光量がどの程度の値だけ変化するかを見ることによっ
て光ファイバ5-1の伝送特性の劣化の度合いを評価する
ことが可能となる。また、送り込んだ試験光とその反射
光との間の遅延時間を計測することにより、光ファイバ
5-1の劣化位置又は破断位置、劣化の度合等を判定する
ことが可能となる。
【0020】光ファイバ5-2の伝送特性を試験又は監視
する場合は、P−P’間に印加する電圧Vを式(2)を
満足する値に調整する。そうすると、光パルス試験器3
からの試験光は、矢印12-7で示すようにコア8-4側に切
り替えられて同コア内を伝搬した後、合分波部6-2及び
コア8-2を介して光ファイバ5-2内に送り出される。そし
て、相手方端末付近に設けた切分器(図示せず)から反
射して来た反射光を光パルス試験器3に戻すことによっ
て、当該光ファイバの伝送特性の評価、劣化或は破断の
状態等を調べることが出来る。
【数2】
【0021】〈実施例2〉図2は、本発明の光信号処理
モジュールの別の実施例を示したものである。本実施例
では、波長λ1 の信号光の他に波長λ3 の別の信号光を
用いて双方向の伝送するための工夫がなされている。換
言すれば、本実施例は、複数の光送信器及び光受信器を
使用することが出来るように光信号処理モジュールを構
成したものであって、そのような目的を実現するため、
追加の光伝送路を構成するコア8-6及び8-7が形成されて
いる。
【0022】光送信器15からの波長λ3 の信号光(第2
の送信光)は、コア8-6内を矢印18-1で示すように伝搬
し、同コアとコア8-1との間で形成された合分波器17-1
によって、光送信器1からの波長λ1 の信号光(第1の
送信光)と結合(合波)された後、光ファイバ5-1内を
相手方端末の向かって伝搬する。一方、光ファイバ5-2
内を伝搬して来た波長λ1 の信号光(第1の受信光)及
び波長λ3 の信号光(第2の受信光)は、コア8-2とコ
ア8-7の間で形成された合分波器17-2によって分波さ
れ、夫々矢印11-4及び18-6に示す如く、光受信器2及び
光受信器16によって受信される。
【0023】合分波器17-1及び17-2は、波長λ3 の信号
光を合波又は分波し、波長λ1 の信号光はそのまま通過
させる構成のものであり、λ1 及びλ3 の値が決まれ
ば、コア8の厚み、幅、コア間隔、結合部の長さ、Δの
値を決めることが出来る。その設計については、先の参
考文献を引用することによって実現することが可能であ
る。本実施例のモジュールは、一対の光ファイバの各々
に対して、波長が異なる二つの信号光を伝搬させるよう
にしたものであるが、光送信器及び光受信器を更に増設
し、三つ以上の信号光を用いることも可能である。
【発明の効果】本発明の光信号処理モジュールによれ
ば、単一の光パルス試験器を用いて一対の光ファイバ伝
送路を試験監視することが出来るほか、集積化・量産化
に適した薄膜導波路構造を採用することが可能であるた
め、小型かつ高性能で信頼性が高い光通信システムを経
済的に構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の双方向伝送用光信号処理モジュールの
第1の実施例を示す概略図。
【図2】本発明の双方向伝送用光信号処理モジュールの
第2の実施例を示す概略図。
【図3】従来の光ファイバ試験方法を説明するための系
統図。
【符号の説明】
1…光送信器、2…光受信器、3…光パルス試験器、5
…光ファイバ、6…合分波器、7a…低屈折層、7b…
クラッド層、8…コア層、9…基板、13…光スイッチ回
路、14…電極、15…光送信器、16…光受信器、17…合分
波器、31…光送信器、32…光受信器、33…光ファイバ、
34…光カプラ、35…切分器、36…光パルス試験器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04B 10/08 H04B 9/00 K

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光送信器と一の光ファイバとの間を結合す
    るための第1の光伝送路と、光受信器と別の光ファイバ
    との間を結合するための第2の光伝送路と、試験光を切
    り替えて制御するための光スイッチ回路と、当該スイッ
    チ回路と光パルス試験器との間を結合するための第3の
    光伝送路と、第1の光伝送路との間で第一の合分波器を
    形成すると共に当該合分波器と上記スイッチ回路との間
    で光の通路を形成する第4の光伝送路と、第2の光伝送
    路との間で第2の合分波器を形成すると共に当該合分波
    器と上記スイッチ回路との間で光の通路を形成する第5
    の光伝送路とを夫々備え、かつ、上記スイッチ回路は、
    光パルス試験器からの試験光を切り替えて上記光ファイ
    バのいずれか一方に選択的に供給すると共に、当該光フ
    ァイバ側から反射して戻ってくる試験光をパルス試験器
    に導入するように機能するものであることを特徴とする
    双方向伝送用光信号処理モジュール。
  2. 【請求項2】第1及び第2の光伝送路の各々は、光送信
    器側又は光受信器側において少なくとも二つの光伝送路
    に分岐され、異なる波長の複数の光送信器又は光受信器
    を結合することが出来るように形成されていることを特
    徴とする請求項1に記載の双方向伝送用光信号処理モジ
    ュール。
  3. 【請求項3】第1乃至第5の光伝送路は、一の基板上に
    集積配置した薄膜型の光導波路をもって構成されている
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の双方向
    伝送用光信号処理モジュール。
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