JP2908290B2

JP2908290B2 - 光分岐挿入回路

Info

Publication number: JP2908290B2
Application number: JP7207644A
Authority: JP
Inventors: 雅俊御園; 直也逸見
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2015-07-21
Also published as: JPH0936834A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光伝送路間での信号
の交換技術に係り、特に波長多重信号を扱う光交換技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】リング型波長多重ネットワークのノード
の２つの従来例を、図４と図５にそれぞれ示す。

【０００３】図４に示す従来例は、ワグナー（R.E.Wagn
er）らによる論文（第５回オプトエレクトロニクスコ
ンファレンス(Fifth Optoelectronics Conference(OEC
'94)、論文集第178〜179頁））に記載されたものであ
る。

【０００４】図４を参照して、光伝送路110を流れる信
号光は、光分波器210により各波長毎に分波される。一
部の波長の信号光については、光受信器510によって終
端され、等しい波長の信号光が光送信器610により送信
される。

【０００５】互いに異なる波長を持つ各信号光は、光減
衰器811〜81mによってレベルを等化された後、光合波器
310によって波長多重され、１本の光伝送路120へと送出
される。

【０００６】光分波器210と光合波器310の間の光伝送路
では、１つの光伝送路には１つの波長の信号光しか存在
しないため、各光伝送路中に光減衰器を挿入することに
より各波長の信号光のレベルを独立に制御することがで
きる。

【０００７】各波長の信号光のレベルは、光分波器210
の前と光合波器310に設置されたパワーメータ910、920
によって監視されている。

【０００８】図５に示す従来例は、鳥羽らによる論文
（第20回ヨーロピアン・コンファレンス・オン・オプテ
ィカル・コミュニケーション(20th European Conferenc
e on Optical Communication)、論文集第263〜266頁、1
994）に記載されたものである。

【０００９】図５を参照して、光伝送路110を流れる信
号光は、分岐挿入フィルタに入力される。分岐挿入フィ
ルタ1110としては、アレイ導波路格子を用いている（な
お、アレイ導波路格子およびアレイ導波路格子を用いた
分岐挿入フィルタ構成については上記論文に詳細に記載
されている）。

【００１０】分岐挿入フィルタ1110では、特定の波長の
みが分岐および挿入される。分岐挿入フィルタ1110の出
力は、マッハツェンダ（Mach-Zender）型光フィルタ121
0によりレベル等化を行った後、光伝送路120に出力され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の２つの従来例に
おいて、光合波器、光分波器、分岐挿入フィルタの挿入
損失は波長依存性を持つ。

【００１２】このほか、分岐挿入回路や光伝送路におけ
る損失を補うための、Erドープ光ファイバ増幅器の利得
も波長依存性を持つ。

【００１３】このため、波長多重された光の各チャネル
間にレベル差が生じる。これらを多段に接続すると、こ
のレベル差が蓄積し、大きなものとなる。

【００１４】これを解決する方法として、ワグナー（Wa
gner）らは光減衰器（図４参照）、鳥羽らはマッハツェ
ンダ型フィルタの挿入損失（図５参照）の波長依存性を
利用している。

【００１５】しかし、ワグナー（Wagner）らの方法は、
(1)波長数に等しい光減衰器、分岐挿入回路、光パワー
モニタが必要となるため装置が大きくなるという問題を
有する他、さらに(2)光減衰器を用いるため信号光の損
失が大きいという問題を有している。

【００１６】また、鳥羽らの方法は、(1)分岐挿入フィ
ルタとレベル等化器が必要になるので、装置が大きくな
るという問題を有する他、さらに(2)障害時のループバ
ック等により光レベルに大きな変化が生じたときに対応
できない、(3)フィルタ挿入損失の波長依存性はフィル
タの温度を変えることによって変化させるので応答が遅
い、(4)マッハツェンダ型フィルタの挿入損失の波長に
対する変化は緩やかなため隣接チャネル間の大きなレベ
ル差等には対応できない、(5)フィルタ挿入損失が大き
い、等の各種問題を有している。

【００１７】従って、本発明の目的は、上記従来例の問
題点を解消し、損失がなく、各波長の信号光のレベルを
独立、高速に制御でき、信号光の分岐挿入とレベル等化
をともに行うことができる分岐挿入回路を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、光伝送路から入力された波長多重光を各
波長毎に分波するための光分波器と、前記光分波器の出
力に接続され波長毎に分離された光を伝送するための複
数の光伝送路と、を備え、前記複数の光伝送路がそれぞ
れ、第１の光分岐と、前記第１の光分岐の一の出力に接
続された光受信器と、前記第１の光分岐の他の出力に接
続された半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の出力
に一の入力が接続された第２の光分岐と、前記第２の光
分岐の他の入力に接続された光送信器と、を備え、前記
第２の光分岐の出力に接続された光合波器を備え、前記
光合成器から光伝送路へ波長多重光を出力する、ことを
特徴とする光分岐挿入回路を提供する。

【００１９】本発明は、好ましくは、前記第１の光分岐
の一の出力と前記光受信器との間に第２の半導体光増幅
器が挿入され、及び／又は、前記第２の光分岐の他の入
力と前記光送信器との間に第３の半導体光増幅器が挿入
されたことを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明に係る光分岐／挿入回路は、図２に示す
ように、1×2スイッチと、2×1スイッチをもとに構成さ
れている。

【００２１】まず、図２（Ａ）に示した1×2スイッチの
動作について説明する。光ファイバや光導波路などの光
伝送路を分岐させ、分岐後の光線路の両方に光が伝わる
ようにする。分岐比は、1:1、あるいは10:1など要求に
応じて任意の値とすることができる。

【００２２】半導体光増幅器は、電流を注入しないと入
射した光を吸収するが（オフ状態）、電流を注入すると
注入電流の値に応じた利得（入力信号光に対する光学利
得）を持つ（オン状態）。なお、半導体光増幅器の増幅
波長帯は光通信波長に対応して例えば1.5μｍ帯、ある
いは1.3μｍ帯等とされる。

【００２３】２つの出力側光伝送路にそれぞれ挿入され
た２台の半導体光増幅器のうち一方のみをオン状態とす
れば、一方の光伝送路にのみ光を出力することができ
る。

【００２４】また、２台の半導体光増幅器の両方をオン
状態とすれば、両方の光伝送路に光を出力することがで
きる（これを「ブロードキャスト（broadcast）」とい
う）。

【００２５】従って、注入電流を、半導体光増幅器の利
得が分岐損失、伝搬損失などの損失の合計に等しくなる
ような値とすれば、挿入損失のないスイッチとなる。

【００２６】さらに、半導体増幅器への注入電流を大き
くすることにより、増幅作用をあわせ持ったスイッチと
することができる。

【００２７】図２（Ｂ）に示すスイッチは、２入力１出
力のスイッチである。一方の半導体光増幅器のみをオン
状態とすることにより一方の入力の光のみを出力させる
ことができる。

【００２８】また、２つの入力側の光伝送路にそれぞれ
挿入された２台の半導体光増幅器の両方をオン状態とす
ると、２つの入力光伝送路から入力された光が合波さ
れ、一つの光伝送路に出力される。

【００２９】図１に示す光分岐／挿入回路は、図２を参
照して説明した上記1×2スイッチ、2×1スイッチを組み
合わせたものであり、オン状態とする半導体光増幅器を
選択することにより、分岐、挿入、通過、ブロードキャ
スト（broadcast）の各状態間での切替が波長毎に独立
に行える。

【００３０】この光分岐挿入回路の光レベル等化器とし
ての作用について説明する。

【００３１】光分波器によって異なる波長毎に分波され
たあとの各光伝送路において、各半導体光増幅器への注
入電流を調節して各半導体光増幅器の利得（光学利得）
を変化させ、各波長の光のレベルを等しくすることがで
きる。

【００３２】このためには、光レベルを監視する必要が
あるが、光にサブキャリア信号を重畳すれば、半導体光
増幅器の端子電圧変化から光レベルを得ることができる
ということが、マリヨン（D.J.Malyon）らによる論文
（エレクトロニクス・レターズ(Electronics Letter
s)、第25巻、第235頁、1989年）に記載されている。

【００３３】また、光分波器、光合波器およびスイッチ
中の光伝送路を半導体光導波路とすることにより、集積
化を図ることができるので装置が小さくなる。

【００３４】そして、半導体光増幅器の応答速度は、通
常数ns（ナノ秒）であるため、高速な切替（スイッチン
グ）、および光レベル等化が行える。

【００３５】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に説明する。

【００３６】図１は本発明の一実施形態の構成を示す図
である。

【００３７】図１を参照して、光伝送路110には、波長1
548nm、1552nm、1556nm、1560nmの４つの光が波長多重
されている。

【００３８】これらの光は光分波器210によってそれぞ
れ異なる光伝送路131〜134に出力される。すなわち、光
伝送路131〜134の各々にはただ一つの波長の光のみが存
在する。

【００３９】光伝送路134を流れる波長1560nmの光は、
分岐比1:1の光分岐740によって２つの経路に分岐され、
それぞれ半導体光増幅器441、442に入力される。

【００４０】半導体光増幅器442の出力は光受信器540に
接続されている。一方、半導体光増幅器441の出力は光
分岐741に接続されている。

【００４１】また、光源641と光変調器642からなる光送
信器640の出力が半導体光増幅器443を介して光分岐741
に接続されている。

【００４２】光分岐741では、２つの入力光のパワーが
等しく加えられる。

【００４３】光分岐741の出力は、光合波器310に接続さ
れている。他の波長の光が流れる光伝送路131〜133につ
いても同様な構成を介して光合波器310に接続されてい
る。

【００４４】半導体光増幅器442と半導体光増幅器443を
ともにオフ状態とし、半導体光増幅器441をオン状態と
すると、光伝送路110から入射した波長1560nmの光は、
この光分岐挿入回路が設置されたノードにおいて受信さ
れることなく、また新たな信号を加えられることなく光
伝送路120へ出力される（「通過」という）。

【００４５】そして、半導体光増幅器441と半導体光増
幅器442をともにオン状態とし、半導体光増幅器443をオ
フ状態とすると、光伝送路110から入射した波長1560nm
の光は、この光分岐挿入回路が設置されたノードにおい
て受信されると同時に、光伝送路120へと出力される
（「ブロードキャスト（broadcast）」という）。

【００４６】これら２つの場合において、半導体光増幅
器441の利得を、光分波器210、光伝送路134、光分岐74
0、741、光合波器310の損失の合計と等しくすれば、ス
イッチの挿入損失は０（０ｄＢ）となる。

【００４７】また、半導体光増幅器441をオフ状態、半
導体光増幅器442をオン状態とすると、光伝送路110から
入射した波長1560nmの光は、この光分岐挿入回路が設置
されたノードにおいて受信される（「分岐」という）。

【００４８】このとき、半導体光増幅器443をオン状態
とすると、光送信器640を用いて、波長1560nmの信号光
により、受信信号とは異なる新たな信号を光伝送路120
へと出力できる（「挿入」という）。

【００４９】「通過」、及び「ブロードキャスト（broa
dcast）」の場合において、半導体光増幅器443をオフ状
態とするのは、半導体光増幅器441の出力光が、光送信
器640からの光と光分岐741において干渉して信号が劣化
することを回避するためである。

【００５０】なお、この２つの場合（すなわち、通過、
及びブロードキャスト）において、光送信器640から光
が出射されないことが保証できれば、半導体光増幅器44
3は不要である。

【００５１】また、全ての場合（すなわち、通過、ブロ
ードキャスト、分岐、及び挿入）において、光受信器54
0に常に光が入射することが許される場合、半導体光増
幅器442は不要である。

【００５２】半導体光増幅器442と半導体光増幅器443
は、両方とも設置しても、いずれか一方のみ設置して
も、あるいは両方とも設置しなくてもよい。

【００５３】次に、本発明の一実施形態の分岐／挿入回
路の光レベル等化器としての作用効果について説明す
る。

【００５４】信号光を出射する際、光源641を直接変調
する、あるいは光源641からの出力を外部変調器642に入
力することによりサブキャリア信号を重畳する（図１は
後者について示してある）。このサブキャリア重畳は、
すべてのノードのすべての光送信器において行われてい
る。

【００５５】「通過」および「ブロードキャスト（broa
dcast）」の場合、各波長の信号光は半導体光増幅器411
〜441を通過する。

【００５６】前記「作用」の欄で既に説明したように、
各半導体光増幅器の端子電圧を監視することにより、各
半導体光増幅器出力光レベルを知ることができる。

【００５７】これら光レベルがすべて等しくなるように
各半導体光増幅器への注入電流を調節することにより、
光レベル等化が行える。

【００５８】「挿入」の場合には、通過する光のレベル
と、挿入する光のレベルが等しくなるように光送信器64
0、あるいは半導体光増幅器443の出力レベルを制御すれ
ばよい。

【００５９】図３に、本発明の一実施形態を適用してな
る光通信ネットワークの構成例を示す。図３において、
ノード1010からノード1030への通信は、通常、光伝送路
140を介して行われているものとする。

【００６０】そして、光伝送路140に障害が起こったと
きは、経路を切り替え、光伝送路150、160を通じてノー
ド1010からノード1030への通信を行う。

【００６１】この経路切替の際、通過する光増幅器、光
分波器、光合波器などの数が変化するため、波長多重さ
れた光のレベル差に変化が生じるが、本発明の一実施形
態に係る分岐挿入回路を用いれば、上記のようにレベル
を等化することができる。

【００６２】また、図１を参照して、光分波器210、光
伝送路131〜134、光分岐710〜741、半導体光増幅器411
〜443、光合波器310は一枚の半導体基板上に集積化する
ことができるため、装置が小型化される。

【００６３】なお、本発明においては、各光伝送路にお
ける波長多重数は上記実施形態で説明した「４」に限定
されるものでなく、3、4、8、16、32、100等、任意の自
然数とすることができる。また、入力光の波長は、1.5
μｍ帯だけでなく、例えば1.3μｍ帯など半導体光増幅
器が作製できる波長であれば良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光信号の分岐、挿入、通過の各状態の切替が行なえるだ
けでなく、ブロードキャストすることもできる。そし
て、本発明によれば、これらの各状態において、スイッ
チの挿入損失をなくすことができるばかりでなく、さら
に所定の利得を持たせることもできる。

【００６５】また、本発明によれば、各波長毎に分波さ
れたあとの各光伝送路において、それぞれの伝送路に接
続された半導体光増幅器の利得を変化させることによ
り、分岐された各波長の光のレベルを等しくすることが
できる。

【００６６】さらに、本発明によれば、光分波器、光合
波器、光導波路を半導体基板上に作成することにより、
装置を小型化することができるという効果を有する。

【００６７】さらにまた、本発明によれば、スイッチの
能動素子として半導体光増幅器を用いているので、所要
時間が数ns（ナノ秒）程度の高速な切替、光レベル等化
が行えるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光分岐挿入回路の構
成を示す図である。

【図２】（Ａ）半導体光増幅器を用いた1×2スイッチの
構成原理を説明するための図である。（Ｂ）半導体光増幅器を用いた2×1スイッチの構成原理
を説明するための図である。

【図３】本発明の一実施形態の適用例を説明するための
図であり、光伝送路に障害が起きた際の、光経路の迂回
を示す図である。

【図４】従来の光分岐挿入回路の構成を示す図である。

【図５】従来の光分岐挿入回路の構成を示す図である。

【符号の説明】

110、120、131、132、133、134、140、150、160 光伝
送路 210 光分波器 310 光合波器 411〜443 半導体光増幅器 510〜540 光受信器 610〜640 光送信器 710〜741 光分岐 811〜81m 光減衰器 910、920 パワーメータ 1010、1020、1030 ノード 1110 分岐挿入フィルタ 1210 マッハツェンダ型光フィルタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送路から入力された波長多重光を各波
長毎に分波するための光分波器と、前記光分波器の出力
に接続され波長毎に分離された光を伝送するための複数
の光伝送路と、を備え、前記複数の光伝送路がそれぞれ、第１の光分岐と、前記第１の光分岐の一の出力に接続された光受信器と、前記第１の光分岐の他の出力に接続された半導体光増幅
器と、前記半導体光増幅器の出力に一の入力が接続された第２
の光分岐と、前記第２の光分岐の他の入力に接続された光送信器と、を備え、前記第２の光分岐の出力に接続された光合波器を備え、前記光合波器から光伝送路へ波長多重光を出力する、ことを特徴とする光分岐挿入回路。
【請求項２】前記第１の光分岐の一の出力と前記光受信
器との間に第２の半導体光増幅器が挿入され、及び／又
は、前記第２の光分岐の他の入力と前記光送信器との間
に第３の半導体光増幅器が挿入されたことを特徴とする
請求項１記載の光分岐挿入回路。
【請求項３】前記光送信器が光源と光変調器とを備えた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光分岐挿入回
路。
【請求項４】入力された波長多重光を各波長毎に分波す
るための光分波器と、前記光分波器の出力にそれぞれ接続され波長毎に分離さ
れた光を伝送するための複数の光伝送路と、前記複数の光伝送路内をそれぞれ伝送された光を入力と
し、これらを合波して出力する光合波器と、を備え、前記複数の光伝送路はそれぞれ、前記光分波器の出力端
に入力端が接続された１入力２出力型光分岐と、前記光
合波器の入力端に出力端が接続された２入力１出力型光
分岐と、を備え、前記１入力２出力型光分岐の一の出力端と前記２入力１
出力型光分岐の一の入力端との間に挿入されてなる半導
体光増幅器を備え、前記１入力２出力型光分岐の他の出力端は直接又は第２
の半導体光増幅器を介して光受信器に接続され、前記２入力１出力型光分岐の他の入力端には直接又は第
３の半導体光増幅器を介して光送信器の出力端が接続さ
れ、前記半導体光増幅器のオン／オフ状態、前記光受信器へ
の光信号の入力の有無、及び前記光送信器の出力光の前
記２入力１出力型光分岐の他の入力端への伝送の有無を
選択的に切替えて、通過、ブロードキャスト、分岐、及
び挿入のいずれかを選択することを特徴とする光分岐挿
入回路。