JP3275477B2 - 光送信器 - Google Patents

光送信器

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JP3275477B2
JP3275477B2 JP25056893A JP25056893A JP3275477B2 JP 3275477 B2 JP3275477 B2 JP 3275477B2 JP 25056893 A JP25056893 A JP 25056893A JP 25056893 A JP25056893 A JP 25056893A JP 3275477 B2 JP3275477 B2 JP 3275477B2
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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、光ファイバ通信に利用
される光送信器にかかわり、故障判定を容易にする光送
信器の構成に関する。

【0002】

【従来の技術】光ファイバ通信の基本構成を図1(a)
に示す。ディジタル電気信号は、光送信器により光ディ
ジタル信号に変換され、光ファイバに送り込まれる。光
ファイバを伝搬する光信号は、光ファイバの損失を受
け、伝送距離が進むにつれてその光電力が弱くなる。弱
まった光信号は、光受信器によりディジタル電気信号に
戻される。光増幅器を用いた光ファイバ通信の基本構成
を図1(b)に示す。同図の光送信器は光増幅器をポス
トアンプに使用した構成例であり、同図の光受信器は光
増幅器をプリアンプに使用した構成例である。近年、光
増幅器をポストアンプ、プリアンプに用いた光ファイバ
通信の研究開発が盛んに行われている(例えば、萩本、
青山:光ファイバ増幅器を用いた中継伝送システム、電
子情報通信学会論文誌B−1、VOl.75-B-1、 No.5、頁
246 、1992年)。ポストアンプは光ファイバへの入射光
電力を増大させる。プリアンプは光受信器の感度を向上
させ、より少ない入力光電力での動作を可能にする。ポ
ストアンプ、プリアンプを用いることで長距離の光ファ
イバ通信が行える。また、光増幅器は、入力光信号の伝
送速度や変調方式に左右されることがないので、柔軟な
通信システムを構築することができる。希土類元素であ
るEr を添加した光ファイバを用いた光ファイバ増幅器
は、大きな利得と大きな出力が得られるため、効果が大
きいことが知られている(例えば、島田:Er ドープ光
ファイバ増幅器が光通信システムに与えるインパクト、
O plus E、113 、頁75、1989年)。

【0003】図2に光増幅器を用いた光送信器の構成を
示す。図2(a)は、レーザーダイオード(LD)を入
力電気信号で直接変調することでE/O部を構成してい
る。図2(b)は、LD光源から出力される一定の光電
力を光変調器で変調することでE/O部を構成してい
る。両者の構成とも、E/O部の光出力を光増幅器で増
幅し、光送信器の光出力としている。ポストアンプを用
いない従来の光送信器、および図2(a),(b)の光
送信器にて用いられる一般的なLDモジュールの構成を
図3に示す。発光素子であるLDは、前後に光を出力す
るため、前面の出力をモジュールの出力に用い、背面の
出力をモジュールのモニタに用いている。背面光は光−
電気変換素子により光電力を電気信号に変換する。この
背面光モニタによってLDモジュールの劣化・故障を検
出できる。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】図4に光増幅器の出力
光スペクトルの例を示す。この例の信号光の波長は、1,
553nm である。図4(a)は、信号光入力がある場合の
光増幅器出力スペクトルであり、増幅された信号光スペ
クトルが観測できる。図4(b)は、信号光入力が無い
場合である。図4 (a), (b)の両方に、信号光の波長
特性に比べて広い波長特性を持つ光スペクトルが観測で
きる。これらは光増幅器が出力する雑音光であり、自然
放出光と呼ばれる。自然放出光は、広い波長範囲を持っ
ているのが特徴である。このため、信号光であるレーザ
ー光と異なり、単一波長での光出力は大きくない。しか
し、発光している発光全域での光出力を合わせると大き
な値となる。一例をあげると、信号光入力が無いEr ド
ープ光ファイバ増幅器の自然放出光の波長範囲は30nm程
度であり、その光出力は、数dBmとなることもある
(光出力は、光増幅器の制御方法に依存する)。

【0005】図2(a)および(b)の光送信器におい
て、(1)LDモジュールの劣化・故障によって、その
光出力は低下または断となる。この場合、光増幅器は低
入力または無入力状態となる、(2)LDモジュールと
後段の光部品(光変調器、光増幅器)との間の光接続不
良・断が発生すると、光増幅器は低入力または無入力状
態となる、(3)光送信器を実現する際に、E/Oユニ
ットと光増幅ユニットに分割することがあり、両者の間
は光コードで結ばれ、もし、この光コードの接続不良や
接続忘れが発生すると、光増幅器は低入力または無入力
状態となる、という可能性がある。これらは、全て光増
幅器の入力が定常レベルより低いか、または無入力状態
となる。このため、光増幅器は自然放出光のみを出力
し、光送信器が自然放出光のみを出力する。光送信器が
自然放出光のみを出力した場合、下流の光受信器が、光
電力は入力しているが電気信号を出力できない状態とな
る。また、保守者が光パワーメータにて光送信器の出力
を測定すると、「光送信器は正常である」と誤判断し、
光受信器の故障または光ファイバや光受信器の故障と誤
判断する可能性がある。本来、(1)〜(3)は光送信
器側の問題であるが、光ファイバや光受信器の故障と誤
判断される可能性があった。

【0006】図2(a)および(b)の光送信器におい
て、(4)光送信器の前段にある電気回路の未実装や、
その回路の故障によって光送信器に電気信号が入力され
ないことがある。この場合、E/O部から無変調光が出
力される、という可能性がある。E/O部から無変調光
が出力されると、光増幅器は無変調光をそのまま増幅す
るので、光送信器が無変調光を出力する。光送信器が無
変調光を出力した場合、(1)〜(3)の事態と同様と
なり、本来、光送信器側の問題であるが、光ファイバや
光受信器の故障と誤判断する可能性があった。以上説明
したように、光増幅器をポストアンプに用いた光送信器
では、(1)〜(4)の事態が発生した場合、光送信器
から不必要な光が出力されるため、下流にある光受信器
の故障または光ファイバの断と誤判断される可能性があ
った。この誤判断を解決するためには、保守者が光送信
器の光出力を電気信号に変換し、ディジタル信号成分の
有無を確認すればよい。しかし、このためには多くの測
定器を保守のために要求することになり、現実的ではな
かった。

【0007】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、(1)の事態が発生した場合、E/O部のLDモ
ジュールの背景光モニタの結果からLDモジュールの劣
化・故障を検出し、光増幅器の利得または出力を正常値
から低減値に設定する、(1)〜(3)の事態が発生し
た場合、光増幅器の入力光電力が特定の値以下になった
ことを検出し、光増幅器の利得または出力を正常値から
低減値に設定する、(4)の事態が発生した場合、電気
信号入力断を検出し、光増幅器の利得または出力を正常
値から低減値に設定する、(1)〜(4)のすべての事
態が発生する可能性に対応するため、上記の手段を組み
合わせる、の各種の処置を行う。以上により、光送信器
内において光増幅器より上流側の故障を検出した場合、
光送信器の光出力は低下または断となる。このため、光
送信器の出力低下・断、光受信器の入力低下・断が発生
する。保守者が光パワーメーターで光送信器の出力を測
定すると、「光送信器は正常でない」と判断できるの
で、光受信器の故障または光ファイバ断と誤判断する可
能性はなくなる。

【0008】さらに、光増幅器の入力光電力の有無、光
送信器の電気信号入力の有無を検出した場合、ランプの
点灯/消灯や電圧の変化等によってその状況を保守者に
知らせれば、一層分かりやすく、かつ確実な故障評定が
行える。(3)と(4)の事態は故障ではないため回復
することがある。これに対しては、光増幅器の入力光電
力の回復、光送信器の電気信号入力回復を検出した場
合、光増幅器の利得または出力を低減値から正常値に再
設定すればよい。

【0009】

【作用】上記のように障害状況に応じて光増幅器の利得
または出力を正常値から低減値に設定したり、あるいは
低減値から正常値に設定したりすることにより、故障評
定が容易な光増幅器を用いた光送信器を実現できる。

【0010】

【実施例】添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。まず、請求項1に対応する実施例(1)を説
明する。LD素子の劣化や故障が生じた場合、背面光モ
ニタ出力は低下する。この値をしきい値(あらかじめ設
定しておく)と比較し、しきい値以下であれば、光増幅
器の利得または出力を下げる制御を行う。一般的に光増
幅器は、利得一定制御、出力一定制御、供給エネルギ一
定制御等を行っている。従って、背面光モニタ出力がし
きい値以下であった時、これらの制御目標値を小さく変
更するか、または光増幅器の動作を停止させるかのいず
れかを行えばよい。

【0011】また、LD駆動回路に電気信号が入力しな
い時、LD駆動回路がLDへの出力を低下または停止す
る機能を有する場合について説明する。光送信器の前段
にある電気回路の未実装や、その回路の故障によって光
送信器に電気信号が入力しない時、LD駆動回路はLD
への出力を低下または停止すると、LDの発光電力は低
いか零であり、背面光モニタ出力が低下する。この結
果、光増幅器の利得または出力を下げる制御を行うの
で、光送信器から不必要な光を出力することがなくな
る。

【0012】以上の構成により、LD素子の劣化や故障
が生じた場合、光送信器から不必要な光を出力すること
がなくなり、また、LD駆動回路に電気信号が入力しな
い時、LD駆動回路がLDへの出力を低下または停止す
る機能を有する場合、電気信号が入力しない時、光送信
器から不必要な光を出力することがなくなる。

【0013】光増幅器の入力光電力をモニタする参考例
を示す図5(b)は、図5(a)とは異なり、E/O部
と光増幅器との間に光分岐部を設けている。この光分岐
部はE/O分岐部の光出力の一部を取り出し、入力光電
力モニタ部に導く。入力光電力モニタ分岐部はE/O部
の出力の一部を測定し、この値をしきい値と比較し、し
きい値以下であれば、光増幅器の利得または出力を下げ
る制御を行う。以上の構成により、LD素子の劣化や故
障が生じた場合や、E/Oユニットと光増幅ユニットと
の間の光コードの接続不良や接続忘れが発生した場合、
光送信器から不必要な光を出力することがなくなる。

【0014】次に、請求項2に対応する実施例(2)を
説明する。その構成は実施例(1)と同じであるが、し
きい値比較回路と光出力(利得)制御回路の動作が異な
る。しきい値比較回路が光信号や電気信号の入力と断の
両方を判断する。実施例(1)との差のみ、その動作を
以下に説明する。

【0015】背面光モニタが正常値となり、この値をし
きい値と比較し、しきい値以上であれば電気信号の入力
を判断できる。結果として、電気信号入力により光増幅
器の利得または出力を復帰する制御を行う。以上の構成
により、光送信器の前段にある電気回路の未実装や、そ
の回路の故障によって光送信器に電気信号が入力されな
い場合、光送信器から不必要な光を出力することがなく
なる。また、電気信号が入力しない時、光送信器は正常
な出力を行うことができる。

【0016】図5(b)は参考例を示し、E/Oユニッ
トと光増幅ユニット間の光コードの接続不良や接続忘れ
が発生した場合、光送信器から不必要な光を出力するこ
とはない。E/Oユニットと光増幅ユニット間の光コー
ドの接続不良や接続忘れが解消された場合、入力光電力
モニタ部は正常なE/O部の出力を測定する。この値を
しきい値と比較し、しきい値以上であれば、光増幅器の
利得または出力を下げる制御を行う。以上の構成によ
り、E/Oユニットと光増幅ユニット間の光コードの接
続不良や接続忘れが発生した場合、光送信器から不必要
な光を出力することがなくなる。また、これらが解消さ
れた場合、光送信器は正常な出力を行うことができる。

【0017】請求項3に対応する実施例(3)を説明す
る。

【0018】実施例(2)において、光送信器は、その
前段にある電気回路の未実装や、その回路の故障によっ
て光送信器に電気信号が入力されない場合、光送信器か
ら不必要な光を出力することがない。また、電気信号が
入力した時、光送信器は正常な出力を行うことができ
る。しきい値比較回路は、背面光モニタ出力低下と回復
を判断する。1つのしきい値で低下検出と回復検出を行
うと、背面光モニタ出力がしきい値と同じになった場
合、どちらの制御が行われるか不確実となる。そこで制
御特性を確実にするため、しきい値比較回路に2つのし
きい値を設定し、ヒステリシス特性を持たせる。図6
に、しきい値比較回路の2つのしきい値を示す。

【0019】請求項4に対応する実施例(4)を説明す
る。その光送信器の構成を図7に示す。光送信器の電気
信号入力部とE/O部との間に電気信号入力検出回路を
備える。光送信器の前段にある電気回路の未実装や、そ
の回路の故障によって光送信器に電気信号が入力しない
時、電気信号入力検出回路は電気信号入力断を検出す
る。この結果、光増幅器の利得または出力を下げる制御
を行う。電気信号が入力した時、電気信号入力検出回路
は電気信号入力を検出する。この結果、光増幅器の利得
または出力を復帰する制御を行う。以上の構成により、
光送信器の前段にある電気回路の未実装や、その回路の
故障によって光送信器に電気信号が入力されない場合、
光送信器から不必要な光を出力することがなくなる。ま
た、電気信号が入力した時、光送信器は正常な出力を行
うことができる。

【0020】次に参考例を説明する。実施例(2)によ
る図5(b)の構成と実施例(4)による図7の光増幅
器制御手段を組み合わせた光送信器の構成を図8に示
す。電気信号入力の有無、光増幅器の光入力の有無をそ
れぞれのしきい値比較回路が判断する。これらの結果を
光出力(利得)制御回路に入力する。電気信号入力断、
または光増幅器の光入力断により、光増幅器の利得また
は出力を下げる制御が行われる。電気信号を入力し、か
つ光増幅器の光入力がある場合、光増幅器の利得または
出力を復帰する制御を行う。以上の構成により、光送信
器に電気信号が入力されない場合、または光増幅器に光
信号が入力しない場合、光送信器から不必要な光を出力
することがなくなる。また、電気信号が入力し、かつ光
増幅器に光信号が入力した場合、光送信器は正常な出力
を行うことができる。

【0021】さらに別の参考例を説明する。実施例
(5)による図8の光送信器にランプを設置した光送信
器の構成を図9に示す。ランプの代わりに端子を設け、
電圧、電流、抵抗値を変化させてもよい。また、光送信
器が組み込まれる装置に監視・制御用のパーソナルコン
ピュータが接続される場合、またはオペレーションセン
タから光送信器が組み込まれる装置の監視・制御を行う
場合、ランプの代わりに監視・制御線を介して警報メッ
セージを発出してもよい。電気信号入力の有無、光増幅
器の光入力の有無をそれぞれのしきい値比較回路が判断
する。これらの結果による光増幅器の制御は実施例
(5)と同じである。電気入力断を検出した場合、また
は光増幅器の光入力断を検出した場合、光送信器のパッ
ケージ上に実装したランプを点灯させる。電気入力を検
出した場合、または光増幅器の光入力を検出した場合、
ランプを消灯させる。図9では、しきい値比較回路から
ランプの点灯/消灯通知を直接行っているが、しきい値
比較回路の情報を共通部に集め、そこからランプの点灯
/消灯通知を行ってもよい。以上の構成により、光送信
器に電気信号が入力されない場合、または光増幅器に光
信号が入力されない場合、光送信器から不必要な光を出
力することがなくなる。また、電気信号が入力され、か
つ光増幅器に光信号が入力された場合、光送信器は正常
な出力を行うことができる。光送信器のランプを見るこ
とで保守者は光送信器の出力停止原因を判別できる。

【0022】

【発明の効果】従来の光増幅器を用いた光送信器では、
(1)LDモジュールの劣化・故障によって、その光出
力は低下または断となり、この場合、光増幅器は低入力
または無入力状態となる、(2)LDモジュールと後段
の光部品(光変調器、光増幅器)との間の光接続不良・
断が発生すると、光増幅器は低入力または無入力状態と
なる、(3)光送信器を実現する際に、E/Oユニット
と光増幅ユニットに分割することがあり、両者の間は、
光コードで結ばれ、もし、この光コードの接続不良や接
続忘れが発生すると、光増幅器は低入力または無入力状
態となる、(4)光送信器の前段にある電気回路の未実
装や、その回路の故障によって光送信器に電気信号が入
力されないことがあり、この場合、E/O部から無変調
光が出力される、という可能性があるため、光増幅器を
ポストアンプに用いた光送信器では、(1)〜(4)の
事態が発生した場合、光送信器から不必要な光が出力さ
れるので、下流にある光受信器の故障または光ファイバ
の断と誤判断する恐れがあった。上記の問題を解決する
ために、(1)の事態が発生した場合、E/O部のLD
モジュールの背景光モニタの結果からLDモジュールの
劣化・故障を検出し、光増幅器の利得または出力を正常
値から低減値に設定する、(1)〜(3)の事態が発生
した場合、光増幅器の入力光電力が特定の値以下になっ
たことを検出し、光増幅器の利得または出力を正常値か
ら低減値に設定する、(4)の事態が発生した場合、電
気信号入力断を検出し、光増幅器の利得または出力を正
常値から低減値に設定する、(1)〜(4)のすべての
事態が発生する可能性に対応するため、上記の手段を組
み合わせる、の各種の処置を行うことにより、故障判定
が容易な光送信器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図1】図1は光ファイバ通信の構成を示し、図1
(a)はその基本構成、図1(b)は光増幅器を用いた
場合の構成である。

【図2】図2は光増幅器を用いた光送信器の構成を示
し、図2(a)はLD直接変調によりE/O部を構成し
た例、図2(b)はLD光源と光変調器によりE/O部
を構成した例である。

【図3】図3は一般的なLDモジュールの構成を示して
いる。

【図4】図4は光増幅器の出力光スペクトルの例を示
し、図4(a)は信号光入力がある場合の光増幅器の出
力光スペクトル、図4(b)は信号光入力がない場合の
光増幅器の出力光スペクトルである。

【図5】図5は実施例(1),(2)の光送信器を示
し、図5(a)は背面光をモニタする場合、図5(b)
は参考例である光増幅器の入力光電力をモニタする場合
である。

【図6】図6は実施例(3)のしきい値の変化を示して
いる。

【図7】図7は実施例(4)の光送信器の構成を示して
いる。

【図8】図8は実施例(5)の光送信器の構成を示して
いる。

【図9】図9は実施例(6)の光送信器の構成を示して
いる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/28 (72)発明者 関 秀敏 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−266245(JP,A) 特開 平5−130043(JP,A) 特開 昭63−257343(JP,A) 特開 平2−305042(JP,A) 特開 平4−188686(JP,A) 特開 平5−129695(JP,A) 特開 平4−293024(JP,A) 特開 平4−132428(JP,A) 実開 平3−105050(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 9/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の光電力を出力するレーザダイオー
    ドと、レーザダイオードの出力を光変調する光変調器
    と、入力した電気信号に応じて前記光変調器を駆動する
    光変調器駆動回路とを有するE/O部の光出力が光増幅
    器の入力に接続された光送信器において、 前記E/O部に含まれるレーザダイオードの背面光電力
    が特定の値以下になったとき、前記光増幅器の利得又は
    出力を正常値から低減値に設定する手段を具えることを
    特徴とする光送信器。
  2. 【請求項2】 一定の光電力を出力するレーザダイオー
    ドと、レーザダイオードの出力を光変調する光変調器
    と、入力した電気信号に応じて前記光変調器を駆動する
    光変調器駆動回路とを有するE/O部の光出力が光増幅
    器の入力に接続された光送信器において、 前記E/O部に含まれるレーザダイオードの背面光電力
    が特定の値以下になったとき前記光増幅器の利得又は出
    力を正常値から低減値に設定すると共に、前記レーザダ
    イオードの背面光電力が前記特定の値以上になったとき
    前記光増幅器の利得又は出力を低減値から正常値へ復帰
    させる手段を具えることを特徴とする光送信機器。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の光送信器において、前
    記レーザダイオードの背面光電力を所定の閾値と比較す
    る比較回路を具え、当該比較回路がヒステリス回路を有
    することを特徴とする光送信器。
  4. 【請求項4】 一定の光電力を出力するレーザダイオー
    ドと、レーザダイオードの出力を光変調する光変調器
    と、入力した電気信号に応じて前記光変調器を駆動する
    光変調器駆動回路とを有するE/O部の光出力が光増幅
    器の入力に接続された光送信器において、 前記E/O部に入力する電気信号断を検出したとき前記
    光増幅器の利得又は出力を正常値から低減値に設定する
    と共に、前記E/O部に入力する電気信号を検出したと
    き前記光増幅器の利得又は出力を低減値から正常値に設
    定する手段を具えることを特徴とする光送信器。
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