JP3557025B2 - 方向切替型光増幅器と同増幅器を用いたバス型一芯光通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種光通信システムにおいて信号光の増幅に使用可能な方向切替型光増幅器と、この方向切替型光増幅器を用いたバス型一芯光通信システムに関するものである。本発明の方向切替型光増幅器は、一方向のみの光伝送しか存在しない光通信システムにおいて使用することもできるが、例えば冗長系システムとしてのループバック回線が付加されたバス型一芯光通信システムのように、通常は一方向の光伝送しか存在しないが、ときに伝送方向の切り替えが求められるような光通信システムにおいて有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムに使用される光増幅器で、上り方向（子局からセンタ局へ向かう方向）からの信号光と下り方向（センタ局から子局に向かう方向）からの信号光を増幅できるものとして双方向光増幅器があるが、従来、このような双方向光増幅器としては、例えば図６〜８に示すものがあった。
【０００３】
図６に示す双方向光増幅器は、上り側端子Ａと下り側端子Ｂに入力された信号光を、上り側端子Ａと下り側端子Ｂに設けられた光サーキュレータＣ、Ｄに入力して取り出し、夫々の信号光を光アイソレータＥ、エルビウムドープファイバＦ、励起光源Ｇ、励起光源用光合・分波器（ＷＤＭ）Ｈからなる光増幅部Ｉ、Ｊに入力して増幅し、夫々の光増幅部Ｉ、Ｊで増幅された信号光を先の光サーキュレータＣ、Ｄに入力することにより、上り側端子Ａに入力された信号光は下り側端子Ｂに、下り側端子Ｂに入力された信号光は上り側端子Ａに、夫々増幅して出力させる構成となっている。
【０００４】
図７に示す双方向光増幅器は、上り側端子Ａと下り側端子Ｂに入力された信号光を、上り側端子Ａと下り側端子Ｂに設けられた光サーキュレータＣ、Ｄに入力して取り出し、両光を同一波長帯ＷＤＭカプラＬにより合波して光アイソレータＥ、エルビウムドープファイバＦ、励起光源Ｇ、励起光源用光合・分波器Ｈからなる光増幅部Ｋに入力して増幅し、同光増幅部Ｋで増幅された信号光をもう一つの同一波長帯ＷＤＭカプラＭに入力して分離し、分離された信号光の夫々を先の光サーキュレータＣ、Ｄに入力することにより、上り側端子Ａに入力された信号光は下り側端子Ｂに、下り側端子Ｂに入力された信号光は上り側端子Ａに、夫々増幅して出力させる構成となっている。
【０００５】
図８に示す双方向光増幅器は特開平５−２５９５６２号に記載されたものであり、上り側端子Ａと下り側端子Ｂに入力される信号光のいずれか一方をエルビウムドープファイバＦ、励起光源Ｇ、励起光源ＧをエルビウムドープファイバＦに入射させるための光合・分波器Ｈからなる光増幅部で増幅して出力するようになっている。この場合、信号光が上り側端子Ａ、下り側端子Ｂのどちらに入力されているかを、光スイッチＯ、Ｐ及び第２光電気変換器Ｒを介して得られる電気信号により監視制御回路Ｑがモニタし、同監視制御回路Ｑがその検知情報に基づいて光スイッチＯ、Ｐを切り替えて光増幅部Ｋのループ回路構成を切り替え、上り信号光は上り方向に下り信号光は下り方向に夫々増幅するようになっている。またこの双方向増幅器において、励起光源Ｇは第１光電気変換器Ｓにより検出される光信号の入力レベルに応じて出力が調整されるようになっており、増幅器による利得の安定が図られていた。
【０００６】
従来、バス型一芯光通信システムの中継増幅器に光増幅器が使用されたものとしては、例えば図９、図１０に示すものがあった。
【０００７】
図９に示すバス型一芯光通信システムは、センタ局Ｔから伸びる光通信線Ｕの途中の数箇所に光カプラＹを介して子局Ｗが接続されており、また子局Ｗ数個置きに光増幅器Ｖが設置されており、これら光増幅器Ｖで光通信線Ｕに伝送される信号光を中継増幅することにより、センタ局Ｔから遠方にある子局Ｗにもセンタ局Ｔからデータや映像等の信号を中継して伝送できるようになっていた。このようなシステムは光通信線Ｕの伝送距離が長く、また接続される子局Ｗの数が多いシステムで採用されている。
【０００８】
図１０に示すバス型一芯光通信システムは、センタ局Ｔから伸びる光通信線Ｕの終端が同センタ局Ｔにループバックされており、この光通信線Ｕの途中の数箇所に光カプラＹを介して複数の子局Ｗが接続され、また子局Ｗ数個置きに光増幅器Ｖが設置されている。このシステムでは光通信線Ｕの途中（図中のＸ箇所）に故障が発生して同故障箇所より先の子局Ｗに信号光が伝送されなくなっても、センタ局Ｔがループバックされた方の光通信線Ｕに信号光を逆向きに伝送することにより故障箇所より先方の子局Ｗに信号光を伝送することができるようになっている。しかしループバックされた光通信線Ｕを通じて子局Ｗに通信を行なうためには、前記光増幅器Ｖが双方向のものである必要があり、同図ではシステム中の光増幅器Ｖが単方向のものとして表示されているが、実際には双方向光増幅器が使用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記の各種光通信システムのうち、双方向光増幅器は次のような問題があった。
図６の双方向光増幅器は、上り下り双方の端子Ａ、Ｂに入力される信号光を増幅可能とするために、光アイソレータＥ、エルビウムドープファイバＦ、励起光源Ｇ、光合・分波器Ｈからなる光増幅部Ｉ、Ｊが２つ必要になり、光増幅器の価格が高くなるという問題があった。
【００１０】
図７の双方向光増幅器は、上り下り双方の端子Ａ、Ｂに入力される信号光を、光アイソレータＥ、エルビウムドープファイバＦ、励起光源Ｇ、光合・分波器Ｈからなる１つの光増幅部Ｋで双方向増幅可能であるが、信号光の合分波に１．５５μｍ同一波長帯ＷＤＭカプラＬ、Ｍを使用するため、信号光の波長がそのＷＤＭカプラＬ、Ｍの特性により制限を受けるという問題があった。また双方の信号光の波長を異なるものに変えなければならないとう問題もあった。
【００１１】
図８の双方向光増幅器は、一つの光増幅部で双方向性を持ち、しかも信号光の波長制限も受けないが、光増幅時にエルビウムドープファイバＦで発生する自然放出光や、反射による戻り光をエルビウムドープファイバＦに入射させないための光アイソレータを必要としないため、実際の使用時には信号光以外の光も増幅され、信号光に悪影響をあたえて光増幅器として使用するのは困難であった。
【００１２】
図９のバス型一芯光通信システムは、光通信線Ｕに切断等の障害が発生した場合、センタ局Ｔは切断された箇所より先にある子局Ｗと通信ができなくなるという問題があった。
【００１３】
図１０のバス型一芯光通信システムは、光増幅器Ｖが双方向性を持っていないとループバックされた光通信線Ｕを通じても全ての子局Ｗと通信することはできず、また双方向性の光増幅器Ｖが使用されているとしても、システムに設けられている光増幅器Ｖが逆方向の信号光に対しても十分な補償増幅をできるように設計されているとはかぎられず（例えば光増幅器Ｖの前後に接続されている子局Ｗの数が異なっている）、この場合はセンタ局Ｔがループバックされた方の光通信線Ｕに信号光を伝送しても全ての子局Ｗに信号光を伝送できず、子局Ｗへの通信に支障を来すことがあった。
【００１４】
本発明の目的は、完全な双方向は必要としないが、少なくとも切り替えにより上り方向の信号光と下り方向の信号光の何方か一方を増幅することができる方向切替型光増幅器を提供し、またこの方向切替型光増幅器を用いたループバック回線を備えたバス型一芯光通信システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の方向切替型光増幅器は図１に示すように、エルビウムドープファイバ１、光アイソレータ２、励起光源３、励起光源３をエルビウムドープファイバ１に入射させるための光合・分波器（ＷＤＭカプラ）４からなる光増幅部５の光通信線６に挿入する入射端７と出射端８との間に、光通信線６への前記光増幅部５の入出射端の挿入方向を正・逆切り替え可能な光スイッチ９を設けてなるものである。
【００１６】
本発明のうち請求項２記載の方向切替型光増幅器は図１に示すように、光通信線６に伝送される信号光の伝送方向を感知して光スイッチ９の切り替えを制御する制御回路１０を設けたものである。
【００１７】
本発明のうち請求項３記載のバス型一芯光通信システムは図２、３に示すように、２以上の子局１１が接続された光通信線６がセンタ局１２にループバック接続されてなるバス型一芯光通信システムにおいて、光通信線６に子局１１を接続するための光カプラ１３の数が前記請求項１又は請求項２の方向切替型光増幅器１４の前後で同数となるように同方向切替型光増幅器１４を光通信線６上に設置してなるものである。
【００１８】
【作用】
本発明のうち請求項１記載の方向切替型光増幅器では図１に示すように、エルビウムドープファイバ１、光アイソレータ２、励起光源３、励起光源３をエルビウムドープファイバ１に入射させるための光合・分波器（ＷＤＭカプラ）４からなる光増幅部５の光通信線６に挿入する入射端７と出射端８との間に、光通信線６への前記光増幅部５の入出射端の挿入方向を正・逆切り替え可能な光スイッチ９を設けてなるため、同スイッチ９の切り替えにより光通信線６を伝送される上り方向の信号光や下り方向の信号光を切り替えて一つの光増幅部５で増幅することができる。またこの光増幅器では、信号光の切り替えを光スイッチ９により行なうため、上り方向や下り方向の信号光についてその波長を区別する必要がなく、また信号光について波長制限もないため、波長多重伝送や広帯域伝送の光通信システムに使用することができるという利点がある。
【００１９】
本発明のうち請求項２記載の方向切替型光増幅器では図１に示すように、光通信線６に伝送される信号光の伝送方向を感知して光スイッチ９の切り替えを制御する制御回路１０を設けたため、同制御回路１０が光通信線６に伝送される信号光の方向を自動的に検出して光スイッチ９を切り替え、同信号光を増幅することができる。
【００２０】
本発明のうち請求項３記載のバス型一芯光通信システムでは図２、３に示すように、２以上の子局１１が接続された光通信線６がセンタ局１２にループバック接続されてなるバス型一芯光通信システムにおいて、光通信線６に子局１１を接続するための光カプラ１３の数が前記請求項１又は請求項２の方向切替型光増幅器１４の前後で同数となるように同方向切替型光増幅器１４を光通信線６上に設置されてなるため、ループバックされている光通信線６の途中１箇所で通信障害が発生して同光通信線６が分断されても、夫々の光通信線６において一方はそれまで通りの伝送方向で子局１１に対する通信が継続され、もう一方の光通信線６においては伝送方向を逆転することにより子局１１に対する通信が確保され、しかも方向切替型光増幅器１４の前後で光カプラ１３の数が夫々同数となるよう設定されているため、どの位置で光通信線６に障害がおきても光通信線６に接続されている全ての子局１１と通信を行なうことができる。
【００２１】
【本発明の方向切替型光増幅器の実施の形態】
図１は本発明の方向切替型光増幅器の第１の実施形態例を示したものである。この光増幅器は、エルビウムドープファイバ１、光アイソレータ２、励起光源３、励起光源３をエルビウムドープファイバ１に入射させるための光合・分波器（ＷＤＭカプラ）４からなる光増幅部５を１つ備えており、同光増幅部５の入射端７及び出射端８と、光増幅器１４の第１入出力端子２２及び第２入出力端２３とが、４端子の導波路型の光スイッチ９により接続されている。
【００２２】
図１の光スイッチ９は、第１入出力端子２２に入力される信号光を光増幅部５の入射端７に入力させ、光増幅部５の出射端８から出力される増幅された信号光を第２入出力端子２３に出力させる状態（状態▲１▼）と、第２入出力端子２３に入力される信号光を光増幅部５の入射端７に入力させ、光増幅部５の出射端８から出力される増幅された信号光を第１入出力端子２２に出力させる状態（状態▲２▼）の、２通りに切り替えることができるものである。
【００２３】
図１の光スイッチ制御回路１０は、前記光スイッチ９を駆動してその光導波路を▲１▼の状態、▲２▼の状態に自動切り替えするものであり、第１入出力端子２２又は第２入出力端子２３に入力される信号光を光カプラ２４又は２５で取り出し、この信号光を光／電気変換器２６又は２７で電気信号に変換して、夫々の電気信号の状態をモニタすることにより第１、第２の何方の端子２２、２３に信号光が入力されているかを検知することができるようになっている。そして同光スイッチ制御回路１０は、第１入出力端子２２に信号光が入力されていると判断した場合は、光スイッチ９の導波路を▲１▼の状態にセットし、第２入出力端子２３に信号光が入力されていると判断した場合は、光スイッチ９の導波路を▲２▼の状態にセットして、入出力端子２２又は２３に入力される信号光を光増幅部５の入射端７に入力させて光増幅させ、光増幅された信号光を光増幅部５の出射端８から出射させて反対側の入出力端子２２又は２３から出力するようになっている。
【００２４】
なお、図示されていないが、入力される信号光の信号レベルを検出して励起光源３の出力を可変させ、光増幅部５から出力される信号光のレベルを安定化するための回路（例えばＡＧＣ回路）もこの方向切替型光増幅器１４には付加される。
【００２５】
【使用例】
図１の方向切替型光増幅器１４は、第１、第２の両入出力端子２２、２３に夫々光通信線６を接続して使用する。この場合、第１入出力端子２２に接続される光通信線６から同端子２２に信号光の入力があると、光スイッチ９の導波路が▲１▼の状態になり、信号光が光増幅部５で増幅されて第２入出力端子２３から光通信線６に出力される。また、第２入出力端子２３に接続される光通信線６から同端子２３に信号光の入力があると、光スイッチ９の導波路が▲２▼の状態になり、信号光が光増幅部５で増幅されて第１入出力端子２２から光通信線６に出力される。この方向切替型光増幅器１４は、上り方向の信号光も下り方向の信号光も同じ光増幅部５で光増幅するため、上り方向の信号光に対する利得と下り方向の信号光に対する利得が同一である。従ってこの方向切替型光増幅器１４を用いてシステムを構成するときは、方向切替型光増幅器１４の前後で光カプラ等による光損失が同じになるようにし、システムの伝送方向が切り替えられたときに、方向が切り替えられる前と切り替えられた後で同じように信号光が増幅されて伝送されるようにすることが望ましい。
【００２６】
【本発明のバス型一芯光通信システムの実施の形態１】
図４は本発明のバス型一芯光通信システムの実施形態例である。このシステムはセンタ局１２から伸びる光通信線６に光カプラ１３を取り付けて多数の子局１１が接続されてなる。前記光カプラ１３は光通信線６に伝送される信号光を分岐・分配して取り出すものであり、この光カプラ１３を通じて子局１１は光通信線６に伝送される信号光を受信することができるようになっている。この光通信線６には前記説明した方向切替型光増幅器１４が接続されており、この方向切替型光増幅器１４の前後で光カプラ１３の数が夫々同数になるようにしてある。この例では各方向切替型光増幅器１４の前後に２つづつ光カプラ１３が存在するようにしてある。
【００２７】
このシステムにおいて、センタ局１２は送信端［Ｘ］より信号光を出力するようになっており、送信端［Ｘ］から信号光を出力すると、同信号光が光通信線６に伝送され、光カプラ１３を介して個々の子局１１に受信されると共に、光通信線６の途中の光増幅器１４で適宜レベルに中継増幅されて、最終的にはセンタ局１２の送信端［Ｙ］まで伝送されるようになっている。このシステムで図４（ａ）のＸマークの箇所で通信障害が発生した場合、センタ局１２の送信端［Ｘ］から出力される信号光は番号１〜４までの子局１１でそのまま受信されるが、番号５〜１２までの子局１１では受信されなくなる。この場合、センタ局１２の送信端［Ｙ］から信号光を出力すると、番号＃２〜＃５の光増幅器１４において信号光の増幅方向が切り替わって、光通信線６に伝送される信号光が番号５〜１２の子局１１で受信されるようになる。方向切替型光増幅器５の前後の光カプラ１３数は夫々同じであり、信号光の伝送方向が逆転されても、信号光は逆転される前と同じ状態で光通信線６を伝送され、番号５〜１２の子局１１で受信される。
【００２８】
またこのシステムで図４（ｂ）のＸマークの箇所で通信障害が発生した場合、センタ局１２の送信端［Ｘ］で出力される信号光が一切光通信線６に伝送されなくなり、全子局１１について通信が停止する。この場合は、送信端［Ｙ］より信号光を出力すると、全ての光増幅器１４において信号光の増幅方向が切り替わって、光通信線６に伝送される信号光が番号１〜１２の子局１１で受信されるようになる。
【００２９】
【本発明のバス型一芯光通信システムの実施の形態２】
図５は本発明のバス型一芯光通信システムの実施形態例である。このシステムは機器構成に関して基本的に図４のものと同一であるが、光カプラ１３が子局１１から出力される信号光を光通信線６に合波して伝送させるものであり、子局１１が送信する信号光をセンタ局１２で受信する形態の通信システムである。
【００３０】
図５のシステムにおいて、子局１１より信号光を出力する。信号光は光カプラ１３を介して光通信線６に合波されて伝送され、途中の光増幅器１４で中継増幅されてセンタ局１２の受信端［Ｘ］に入力されるようになっている。このシステムで図５（ｂ）のＸマークの箇所で通信障害が発生した場合、子局１１から送信される信号光がセンタ局１２の受信端［Ｘ］に一切入力されなくなるため、この場合は、前記光カプラ１３の導波路を変更して子局１１からの信号光が光伝送線６を逆向きに伝送されるようにし、これにより方向切替型光増幅器１４の方向性を自動切り替えして、子局１１からの信号光がセンタ局１２の受信端［Ｙ］に入力されるようにする。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の方向切替型光増幅器によれば次のような効果がある。
▲１▼．一つの光増幅部で上り方向の信号光や下り方向の信号光を切り替えて増幅することができる。即ち、光増幅部が一つですむため光増幅器を安価に製造することができる。この光増幅器を用いれば光通信システムの簡素化、低廉価が可能となる。
▲２▼．光増幅部にエルビウムドープファイバＦで発生する自然放出光や、反射による戻り光を同エルビウムドープファイバＦに入射させないための光アイソレータを設けているため、増幅された信号光の品質が損なわれない。
▲３▼．上り方向の信号光と下り方向の信号光を光スイッチにより切り替えて光増幅部に入力するため、上りの信号光と下りの信号光の波長を分ける必要がない。また光合・分波器のように機器の特性による波長制限もない。従って、この方向切替型光増幅器を用いて光通信システムを構築すると、システムの設計自由度が高まり、システム設計の簡略化、低廉価が可能となる。
▲４▼．信号光の入力方向が自動的に検出されてそれにあわせた方向性で光増幅が行なわれるので、同光増幅器を用いて光通信システムを構築した場合、センタ局等から光増幅器に制御指令等を送らなくても光増幅器の増幅方向が自動的に切り替わるため、システムの構成が簡素化され、低廉価が可能となる。
【００３２】
本発明のバス型一芯光通信システムによれば次のような効果がある。
▲１▼．光通信線がループバックされているため、同光通信線に切断等の障害が発生しても、同光通信線に接続されている全ての子局について通信を維持することができる。つまり、システムの信頼性が向上される。
▲２▼．方向切替型光増幅器の前後に設置されている光カプラの数を夫々同数としてあるため、信号光が逆転されても、逆転される前の状態と同じ状態で信号光が伝送される。つまり、システムの信頼性が向上される。
▲３▼．子局からセンタ局に信号光が送信される上り信号光に対して光増幅を行なうようなシステム（図５）も、センタ局から子局に信号光が伝送される下り信号光に対して光増幅を行なうようなシステム（図４）も、何方も通信システムとして実現可能であり、また光増幅器に波長制限がないため、波長多重通信システムや広帯域通信システムも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方向切替型光増幅器の実施形態例を示した回路図。
【図２】本発明のバス型一芯光通信システムの基本構成例を示した概略図。
【図３】本発明のバス型一芯光通信システムの他の基本構成例を示した概略図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明のバス型一芯光通信システムの第１の実施形態例を示した概略図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明のバス型一芯光通信システムの第１の実施形態例を示した概略図。
【図６】従来の双方向光増幅器の一例を示した回路図。
【図７】従来の双方向光増幅器の他の例を示した回路図。
【図８】従来の双方向光増幅器のさらに他の例を示した回路図。
【図９】従来のバス型一芯光通信システムの一例を示した概略図。
【図１０】従来のバス型一芯光通信システムの他の例を示した概略図。
【符号の説明】
１ エルビウムドープファイバ
２ 光アイソレータ
３ 励起光源
４ 光合・分波器
５ 光増幅部
６ 光通信線
７ 入射端
８ 出射端
９ 光スイッチ
１０ 制御回路
１１ 子局
１２ センタ局
１３ 光カプラ
１４ 方向切替型光増幅器

Claims (3)

1. エルビウムドープファイバ（１）、光アイソレータ（２）、励起光源（３）、励起光源（３）をエルビウムドープファイバ（１）に入射させるための光合・分波器（ＷＤＭカプラ）（４）からなる光増幅部（５）の光通信線（６）に挿入する入射端（７）と出射端（８）との間に、光通信線（６）への前記光増幅部（５）の入出射端の挿入方向を正・逆切り替え可能な光スイッチ（９）を設けてなることを特徴とする方向切替型光増幅器。
2. 前記光通信線（６）に伝送される信号光の伝送方向を感知して光スイッチ（９）の切り替えを制御する制御回路（１０）を設けたことを特徴とする請求項１記載の方向切替型光増幅器。
3. ２以上の子局（１１）が接続された光通信線（６）がセンタ局（１２）にループバック接続されてなるバス型一芯光通信システムにおいて、光通信線（６）に子局（１１）を接続するための光カプラ（１３）の数が前記請求項１又は請求項２の方向切替型光増幅器（１４）の前後で同数となるように同方向切替型光増幅器（１４）を光通信線（６）上に設置してなることを特徴とするバス型一芯光通信システム。

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