JP3562610B2 - 光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワーク - Google Patents
光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワーク Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークに係わり、複数のチャネルが一本の光ファイバに高密度（チャネル間隔がＧＨｚオーダー）に光周波数多重された伝送路に接続された通信ノードにおいて、任意のチャネルを選択して光ファイバより分離（ドロップ）あるいは光ファイバに新規のチャネルを多重して付加（アッド）し、それ以外のチャネルについては当該ノードを通過させるために用いられる光周波数アッド・ドロップ回路であって、各種の構成原理の中で光フィルタの透過と反射を同時に利用した技術に関する。特に、双方向光ファイバ伝送に適した光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光フィルタの透過と反射を同時に利用した従来の光周波数アッド・ドロップ回路は、ほとんどが単方向光ファイバ伝送用に設計されている。以下では、このタイプの従来の２つの代表的な構成例と動作を説明し、双方向光ファイバ伝送への適用可能性とその問題点を明らかにする。
【０００３】
図１は、従来の光周波数アッド回路・ドロップ回路の第一の構成例を示すブロック図である。この図において、符号１００は、周波数が異なる複数の光信号（入力信号）が多重されて入力される入力光ファイバ、１０１，１０４は三端子の光サーキュレータ、１０２は入力光ファイバ１００に入力された入力信号のうち、ドロップ信号が出力されるドロップ出力ポート、１０３はある特定の周波数の光信号を反射し、その他の光信号を透過させる光フィルタ（グレーティングファイバ）、１０５は新たに挿入されるアッド信号の入力ポート、１０６はドロップ信号を除く入力信号とアッド信号が出力される出力光ファイバである。
【０００４】
このように構成された回路において、入力光ファイバ１００から入力された入力信号は、光サーキュレータ１０１の作用により全て光フィルタ１０３にルーチングされる。光フィルタ１０３は、特定の光周波数の光信号のみを反射し、残りの光信号は透過させる。そして、この反射された光信号は光フィルタ１０３から光サーキュレータ１０１に再度入力され、該光サーキュレータ１０１の作用によりドロップ出力ポート１０２にルーチングされる。
【０００５】
すなわち、入力信号の中で光フィルタ１０３の中心周波数に合致する光信号（チャネル）はドロップ出力ポート１０２に出力され、光信号のドロップ動作が実現できる。一方、光フィルタ１０３を透過した光信号（その他のチャネル）は、光サーキュレータ１０４に入力されて、出力光ファイバ１０６から出力される。
【０００６】
次に、入力ポート１０５から入力されたアッド信号は、光サーキュレータ１０４の作用により光フィルタ１０３にルーチングされる。このアッド信号の周波数は、光フィルタ１０３の中心周波数に一致するように設定されており、光フィルタ１０３で反射されて光サーキュレータ１０４に戻り、該光サーキュレータ１０４の作用によって出力光ファイバ１０６にルーチングされる。この結果、出力光ファイバ１０６からは、入力光ファイバ１００に入力された入力信号のうちドロップ出力ポート１０２でドロップされたドロップ信号を除く光信号と、入力ポート１０５から入力されたアッド信号とが出力されることになる。
【０００７】
このような光周波数アッド・ドロップ回路は、光サーキュレータ１０１，１０４の非相反性のために、上記入力方向とは反対に出力光ファイバ１０６を入力とし、入力光ファイバ１００を出力とする使い方が原理的に不可能である。なぜならば、出力光ファイバ１０６から入力した光信号は全て入力ポート１０５に出力されるため、アッド・ドロップ回路として動作しないことは明らかである。
【０００８】
そこで、上記光周波数アッド・ドロップ回路を双方向伝送に適用するためには、図２に示す回路構成を採用する必要がある。この図において、符号２００，２１３は、双方向の信号が多重伝送される光ファイバ、２０１，２０６は３端子の光サーキュレータ、２０７，２０８はグレーティング型光フィルタ、２０９〜２１２は光アンプ（このうち２１０，２１２はプリアンプ、２０９，２１１はポストアンプ）、２１４，２１５は上記図１で示した光周波数アッド・ドロップ回路である。
【０００９】
このような回路の場合、光ファイバ２００，２１３を双方向に伝搬する光信号は、光サーキュレータ２０１，２０６の作用によって２つの単方向の光信号に分離され、それぞれについて単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路２１４，２１５に入力されることになる。しかし、この構成は光サーキュレータと光アンプの数が増えるためコストが高くなるという欠点がある。なお、この構成において、光ファイバ２００，２１３に双方向の光アンプを適用し、光アンプの個数を２個に減らすことが可能であるが、この場合以下に説明するような欠点がある。
【００１０】
図３は、上記光ファイバ２００，２１３に双方向の光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路を光ファイバ伝送路を介して接続したネットワークの一部を示す構成例である。この図において、符号３００〜３０２は、双方向の光信号が伝搬する光ファイバ、３０３〜３０５は図２に示した双方向アッド・ドロップ回路、３０６〜３１０は双方向アッド・ドロップ回路３０３〜３０５の両側に設置される双方向光アンプである。
【００１１】
ここで、双方向アッド・ドロップ回路５０３と双方向アッド・ドロップ回路５０４との間の距離は小さく、例えば光ファイバ３０１の損失（伝搬損失）が５ｄＢであると仮定する。一方、双方向アッド・ドロップ回路３０４と双方向アッド・ドロップ回路３０５との距離は大きく、光ファイバ３０２の損失が２０ｄＢであると仮定する。また、各双方向アッド・ドロップ回路３０３〜３０５における損失は全て同じであり、さらに各双方向光アンプ３０６〜３１０の最大出力レベルは０ｄＢｍであると仮定する。
【００１２】
この場合、上記ネットワークにおいて、双方向アッド・ドロップ回路３０５から光ファイバ３０２を伝搬して双方向光アンプ３０９に入力する信号は、２０ｄＢの損失を受けるため、そのレベルは−２０ｄＢｍとなる。これを０ｄＢｍまで増幅するためには、双方向光アンプ３０９のゲインを２０ｄＢとする必要がある。一方、双方向アッド・ドロップ回路３０３から光ファイバ３０１を伝搬した信号は、光ファイバ３０１における損失が小さいために十分高いレベルに保たれたまま双方向アッド・ドロップ回路３０４に入力され、さらに双方向光アンプ３０９に入力される。
【００１３】
しかしここで、双方向光アンプ３０９は、ゲインが２０ｄＢに設定されており、そのまま入力した場合に上記最大出力レベル（０ｄＢｍ）を超過することがある。これを防止するためには、信号レベルを小さく設定する必要がある。すなわち、ノードによっては許容最大出力レベル（この例では０ｄＢｍ）以下の信号レベルとする必要がある。このように双方向光アンプを双方向光ファイバ伝送路と直結する構成では、信号レベルを大きく設定することができないため、光信号の伝送品質を大きく劣化させるという欠点がある（ただし、図２のように各々の伝搬方向に光アンプを設置する構成にはこのような欠点はない）。
【００１４】
次に、図４は、光フィルタの透過と反射を同時に利用した光周波数アッド・ドロップ回路の第２の従来例を示す図である。この図において、符号４００は周波数が異なる複数の光信号が多重されて入力される入力用の光ファイバ、４０１は光信号を閉じ込めて伝搬させる媒体（光伝搬媒体）、４０２，４０５は特定の光周波数の光信号を透過し、その他の光信号を反射する光フィルタ（例えば多層膜フィルタ等）、４０３は光フィルタ４０２を透過した光信号（ドロップ信号）が出力されるドロップ信号出カボート、４０４は光フィルタ４０２で反射された光信号、４０６はアッド信号が入力されるアッド信号入力ポート、４０７は光フィルタ４０５で反射した光信号４０４にアッド信号が付加された光信号、また４０８は出力用の光ファイバである。
【００１５】
光フィルタ４０２，４０５は、その中心周波数に一致する光信号を透過し、それ以外の光周波数の光信号を反射する性質を有し、上記光フィルタ（グレーティングファイバ）１０３とは透過と反射が反対の関係にある。入力用の光ファイバ４００から入力された光信号のうち、光フィルタ４０２の中心周波数に一致する光信号がドロップ信号出カボート４０３からドロップ信号として出力され、それ以外の光信号は光ファイバ４０８に出力される。一方、アッド信号入力ポート４０６から入力されたアッド信号は、光フィルタ４０５の中心周波数にチューニングされているため、該光フィルタ４０５を透過して光ファイバ４０８に出力される。
【００１６】
この従来構成は、上述した図１の従来構成と異なり、その構成要素として非相反性を有するサーキュレータを含まないため、双方向伝送が可能である。すなわち、光ファイバ４０８から光信号を入力すると、該光信号は光信号４０７から光信号４０４の経路を逆方向に通って媒体４０１中を伝搬する。この場合、アッド信号入力ポート４０６がドロップ信号の出力ポートとなり、ドロップ信号出カボート２０３がアッド信号の入力ポートとなる。なお、媒体４０１では、光の可逆性よりドロップ信号出カボート４０３からの光入力は光信号４０４の方向へは伝搬せず、光ファイバ４００の方向へ出力される（反射光のみが光信号４０４の方向へ伝搬する）点が、上記光サーキュレータの作用とは大きく違っていることを付記しておく。
【００１７】
上記図４の従来の単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路を、図２の光周波数アッド・ドロップ回路２１４，２１５に適用することによって、双方向の光周波数アッド・ドロップ回路を実現することができる。この場合、サーキュレータの個数は２個に減少するものの、光アンプの個数は変わらないため、コストが高くなるという欠点がある。
【００１８】
続いて、図５は、上記図４の従来の単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路を用いた双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示す図である。なお、図４に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。この図において、符号５００，５０１は上り／下りのアッド・ドロップ信号を分離する光サーキュレータ、５０２，５０５は入力２から出力２への光信号の伝搬におけるアッド信号の入力ポート並びにドロップ信号の出力ポート、５０４，５０３は入力１から出力１への光信号の伝搬におけるアッド信号の入力ポート並びにドロップ信号の出力ポートである。
【００１９】
このように、当該双方向の光周波数アッド・ドロップ回路は、光ファイバ４００，４０８内を双方向に光信号が伝搬する点、及び光サーキュレータ５００，５０１が付加される点が上記図４の構成と異なっている。光ファイバ４００を入力とし、光ファイバ４０８を出力とする光信号に対しては、ドロップ信号出カボート４０３がドロップ信号の出力ポートとなり、光サーキュレータ５００の作用によって出力ポート５０３にルーチングされる。一方、アッド信号は、入力ポート５０４から光サーキュレータ５０１に入力されて、アッド信号入力ポート４０６にルーチングされる。
【００２０】
反対に、光ファイバ４０８を入力とし、光ファイバ４００を出力とする光信号に対しては、アッド信号入力ポート４０６はドロップ信号の出力ポートとなり、光サーキュレータ５０１の作用によって出力ポート５０５にルーチングされる。一方、入力ポート５０２に入力されたアッド信号は、光サーキュレータ５００の作用によってドロップ信号出カボート４０３にルーチングされる。
【００２１】
ここで、一般に、光フィルタ４０２，４０５は、上記光フィルタ（グレーティングファイバ）１０３とは異なり、反射減衰量が小さい（透過すべき光信号の一部が反射信号の中に混入する）という欠点がある。このようにドロップすべき信号の一部が残ると、その後で付加された同じ周波数の光信号のクロストーク雑音となる（光フィルタ４０２，４０５のチューニング周波数が異なる場合）。この欠点をカバーするため、光フィルタ４０２，４０５のフィルタの中心周波数を一致させる、つまりドロップ信号とアッド信号の周波数を一致させる場合がある。
【００２２】
この場合、ドロップ信号出カボート４０３にドロップされずに光信号４０４の経路方向に反射した光信号は、光フィルタ４０５で再度ドロップされるため、トータルとして反射減衰量が大きくなる。このようにアッド信号とドロップ信号の周波数を同一とした状態で図５の双方向伝送に適用した場合に、上りと下りのアッド信号とドロップ信号の全てが同じ周波数となる。この結果、例えば、アッド信号入力ポート４０５では、光フィルタ４０２においてドロップした上り信号の反射分と下り信号の中で光フィルタ４０２で最初にドロップされた信号がともに出力ポート５０５に出力されるため、クロストーク雑音が発生する。
【００２３】
なお、上記図１に示した構成の引用先は以下の文献である。
Ｃ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｖ．Ｍｉｚｒａｈｉ ”Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ ＡＤＤ／ＤＲＯＰ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ＷＤＭ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ” Ｔｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐｐ．６６−６７（Ｊｕｎｅ ２６−３０， １９９５， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ）
また、第４図に示した構成の引用先は以下の文献である。
Ｇ．Ｂｅｎｄｅｌｌｉ， Ｓ．Ｄｏｎａｔｉ， ａｎｄ Ｒ．Ｌａｎｏ ”Ａ Ｎｅｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｔｕｎｅａｂｌｅ ＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ” ２２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｏｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １５−１９， １９９６， Ｏｓｌｏ Ｎｏｒｗａｙ）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図４の構成は原理的に双方向伝送に適用可能であるが、アッド用とドロップ用の２つの光フィルタ４０２，４０５を異なる周波数に設定した場合においても、また同じ周波数に設定した場合においてもフィルタ特性の不完全性によりクロストーク雑音が発生する。両者とも光周波数が同じクロストーク雑音を発生し、これは同一パワーの異なる周波数のクロストーク雑音よりＳＮ比を大きく劣化させることが知られており、伝送品質の劣化が大きい。
【００２５】
また、図４の構成のように、媒体４０１に対して斜め方向からの入力信号を透過信号と反射信号を分離するタイプの光フィルタは、その通過帯域幅を小さくすると損失が増えると同時に反射減衰特性が劣化するため、チャネル間隔を広くしなければならず、高密度な多重方式には適用できない。また、図５の構成は図２のように伝搬方向毎に独立して光アンプを適用することができず、双方向光アンプが必須となる。この場合、図３の構成の欠点が原理的に避けられなく、またそれに加えて図５の構成では上り方向／下り方向で独立に信号の損失を与えられないので、ノード間で伝送損失のばらつき（すなわち伝送距離のばらつき）がある場合はネットワークが構成できないという致命的な欠点がある。
【００２６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）原理的に双方向伝送に適用可能な光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
（２）回路規模が小さい光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
（３）ネットワークを構成する場合に伝送損失のばらつきがあっても伝送品質の劣化を最小限に抑えることが可能な光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では以下のような手段が採用される。
まず、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第１の手段として、第１の光ポート（入力ポート）に入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポート（出力ポート）ヘ出力する光入出力手段と、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第５の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに通過させる第１の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第６の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第６の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第１の手段は、本願発明で最も基本となる構成であり、入力ポートから出力ポートに、すなわち片方向に光信号（チャネル）が伝送される光周波数多重ネットワークに適用可能なものである。
【００２８】
この場合、上記光入出力手段としては、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力する第２の光サーキュレータからなる構成、つまり２つの３端子光サーキュレータからなる構成が採用される。また、この光入出力手段として、１つの４端子光サーキュレータを用いても良い。
【００２９】
また、この第１の手段に、第１の光周波数及び第２の光周波数の少なくとも一方を可変可能とする、さらに第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタの少なくとも一方に補助光フィルタを縦続接続し、該補助光フィルタは通過させる光信号の光周波数を前記第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタに対して独立して設定するという手段を付加しても良い。さらに、このように各種手段が施された各光周波数アッド・ドロップ回路を、出力ポートと入力ポートとを相互に接続することにより任意の組み合わせで複数縦続接続し、１つの光周波数アッド・ドロップ回路を構成するという手段を採用することが考えられる。
【００３０】
次に、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第２の手段として、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、前記第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートへ出力する光入出力手段と、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１０の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポートに入力された前記第４の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第４の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第２の手段は、第１の光ポートと第４の光力ポートとの間で双方向に光信号（チャネル）を伝送することが可能であり、双方向の光周波数多重ネットワークに適用可能である。
【００３１】
この場合、光入出力手段としては、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータに出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第１の光ポートに出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータとからなる構成、つまり２つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。
【００３２】
一方、光入出力手段として、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに人力された光信号を第４の光サーキュレータヘ出力し、該第４の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートヘ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートヘ出力する第３の光サーキュレータと、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第３の光サーキュレータへ出力する前記第４の光サーキュレータとからなる構成を採用することが考えられる。なお、光入出力手段としては、１つの６端子光サーキュレータを用いても良い。
【００３３】
また、この第２の手段において、第１あるいは第３の光フィルタの少なくとも一方に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを縦続接続し、各々の双方向光アンプのゲインを独立して設定する、さらに光入出力手段を上記第１の光サーキュレータと第２の光サーキュレータとによって構成する場合、これらの間に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを置するという手段を付加しても良い。
【００３４】
光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第３の手段として、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段と、前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第２の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第９の光ポートに入力された前記第３の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第３の光フィルタと、前記第４の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１１の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第５の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第１の光周波数の光信号を第１２の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１２の光ポートに入力された前記第１の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第６の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第３の手段は、第１、第２の光伝送路において生じる光信号の反射信号を、第７あるいは第１０の光ポートに出力させて除去するものである。
【００３５】
この場合、光入出力手段には、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路ヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータと、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータからなる構成、つまり３つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。なお、光入出力手段に１つの８端子光サーキュレータを採用しても良い。
【００３６】
さらに、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第４の手段として、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段と、前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第２の光ポートに向けて通過させる第２の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第１の光終端手段に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタと、前記第４の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第９の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポートに入力された前記第３の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させる第５の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第２の光周波数の光信号を第２の光終端手段に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第６の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第４の手段は、上記反射信号を第１あるいは第２の光終端手段に吸収させるものである。
【００３７】
この場合、光入出力手段としては、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を前記第１の光ポートヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータと、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータとからなる構成、つまり３つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。なお、光入出力手段として、１つの８端子光サーキュレータを採用しても良い。
【００３８】
次に、上述した各種の光周波数アッド・ドロップ回路を、光周波数多重ネットワークのノードに適用することにより各種の光周波数多重ネットワークを構成する手段について説明する。
【００３９】
まず、該光周波数多重ネットワークに係わる第１の手段として、上記第１の手段として示した各種の光周波数アッド・ドロップ回路を入力ポートと出力ポートとを光伝送路によって相互に接続することにより、複数任意の組み合わせでループ状に接続するという手段が採用される。このような構成を採用することにより、光信号（チャネル）が各光周波数アッド・ドロップ回路の入力ポートから出力ポートに片方向に伝送される光周波数多重ネットワークが形成される。
【００４０】
また、光周波数多重ネットワークに係わる第２の手段として、上記第２から第４の手段として示した光周波数アッド・ドロップ回路を、第１の光伝送路と第２の光伝送路とを相互に接続することによって、任意の組み合わせでループ状に複数接続するという手段が採用される。この場合、光信号（チャネル）が各光周波数アッド・ドロップ回路の第１の光伝送路と第２の光伝送路との間で双方向に伝送される光周波数多重ネットワークが形成される。
【００４１】
この場合、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを配置するという手段を付加してもよい。また、このような各種手段が講じられた光周波数多重ネットワークに係わる第２の手段において、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に光信号に周波数遷移を与える周波数シフタを配置するという手段を付加しても良い。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図６〜図２２を参照して、本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークの実施形態について説明する。
【００４３】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態〕
まず、図６を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態について説明する。この光周波数アッド・ドロップ回路ａは、光信号の単方向伝送に適用されるものであり、本発明において最も基本となるものである。
【００４４】
図６は、この実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号６００は各々にチャネルを形成する複数の光信号（入力信号）が光周波数多重されて入力される入力ポート、６０１は同様に入力信号が出力される出力ポート、６０２は上記入力ポート６００と出力ポート６０１、及び入力ポート６０３と出力ポート６０４が接続される４端子の光サーキュレータ、６０５は出力ポート６０４に接続される光バンドパスフィルタ、６０８は出力ポート６０３に接続される光バンドパスフィルタ、６０６は上記光バンドパスフィルタ６０５に接続される光アイソレータ、６０９は光バンドパスフィルタ６０８に接続される光アイソレータ、６０７は上記光アイソレータ６０６に接続されるドロップ信号出力ポート，６１０は上記光アイソレータ６０９に接続されるアッド信号入力ポートである。
【００４５】
上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８は、チューニング周波数の光信号のみを透過させ、残りの周波数成分の光信号を反射する性質を有するものであり、チューニング周波数を可変可能なものあるいは固定のものを適用することができる。
【００４６】
入力ポート６００から人力された入力信号は、光サーキュレータ６０２の作用により出力ポート６０４にルーチングされて光バンドパスフィルタ６０５に入力される。光バンドパスフィルタ６０５は、特定の光周波数（特定のチャネル）の光信号のみを透過させ、かつ残りの光周波数（残りのチャネル）の光信号を反射する。この結果、前記特定のチャネルの光信号は、ドロップ信号出力ポート６０７へ出力され、残りのチャネルの光信号は光サーキュレータ６０２の方向に反射される。
【００４７】
光バンドパスフィルタ６０５を透過した透過信号は、光アイソレータ６０６をを透過してドロップ信号出力ポート６０７からドロップ信号として出力される。光アイソレータ６０６は、上記ドロップ信号がその先に接続されているコネクタ（図示略）などによって反射されることを防ぐためのものであり、反射が少ないケースでは省略することができる。
【００４８】
一方、光バンドパスフィルタ６０５から光サーキュレータ６０２に反射されたチャネルの光信号は、該光サーキュレータ６０２の作用より入力ポート６０３にルーチングされる。そして、入力ポート６０３から光バンドパスフィルタ６０８に入力された光信号のうち、該光バンドパスフィルタ６０８のチューニング周波数に一致しない光信号は、再び光サーキュレータ６０２に反射され、該光サーキュレータ６０２の作用より出力ポート６０１から出力される。
【００４９】
さらに、アッド信号入力ポート６１０には光バンドパスフィルタ６０８のチューニング周波数に一致したアッド信号が入力され、該アッド信号は、光アイソレータ６０９及び光バンドパスフィルタ６０８を透過して入力ポート６０３に出力され、光サーキュレータ６０２の作用によって出力ポート６０１にルーチングされ、上記光バンドパスフィルタ６０５によって反射された光信号とともに出力ポート６０１から出力される。
【００５０】
なお、上述した光サーキュレータ６０２から出力ポート６０３に入力されて光バンドパスフィルタ６０８を透過した光信号は、光アイソレータ６０９によって吸収される。しかし、光アイソレータ６０９が設けられない場合、アッド信号入力ポート６１０にドロップ信号として出力されることになる。すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７とアッド信号入力ポート６１０とは、光アイソレータ６０６、６０９を設けないことにより、原理的に光信号の付加（アッド）及び光信号の分離（ドロップ）のどちらにも用いることが可能である。
【００５１】
なお、上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８の通過帯域は、用途により固定でよい場合もあり、必要に応じて可変とすることが考えられる。通過帯域を固定する場合は通過帯域を可変するための駆動回路が不要であるが、アッド信号のチャネルやドロップ信号のチャネルをダイナミックに切り替える用途では、例えば直流電圧で駆動されるファイバファブリペローフィルタや圧電素子で駆動される誘電体フィルタ等が光バンドパスフィルタ６０５，６０８として用いられる。この場合、これら駆動回路の消費電力は僅かなものである。
【００５２】
次に、図７に示す実験結果を参照して、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａの作動を説明する。なお、この図７は、図７（ａ）に示す回路（上記光周波数アッド・ドロップ回路ａの一部分）において、入力ポート６００に入力された入力信号に対して、入力ポート６０３に出力される出力信号とドロップ信号出力ポート６０７に出力されるドロップ信号の特性を示すものである。
【００５３】
この場合、入力信号としては、図７（ｂ）に示すように、所定の周波数間隔を隔てた４つの光信号７０３〜７０６が周波数多重されて入力ポート６００に入力される。図７（ｃ）は、光バンドパスフィルタ６０５を光信号７０３にチューニングした場合におけるドロップ信号のスペクトルを示す特性図である。
【００５４】
この特性図に示すように、入力ポート６００に入力された光信号７０３は僅かにレベルが減衰するものの、特性７０７に示すように十分なレベルでドロップ信号出力ポート６０７に出力され、入力信号のうち他のチャネルの光信号７０４〜７０６は、光バンドパスフィルタ６０５によって反射されるため、非常に僅かなレベルでドロップ信号出力ポート６０７に出力される。すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７には、光バンドパスフィルタ６０５によってチューニングされた光信号７０３のみが選択的に出力される。
【００５５】
一方、入力ポート６０３に出力される出力信号のスペクトル特性は、図７（ｄ）のようになる。このスペクトル特性に示されるように、光信号７０３は、ドロップ信号出力ポート６０７において分離されるため、出力信号としは特性７０８に示すように僅かなレベルとなる。この出力信号のうち、ドロップ信号出力ポート６０７において分離された光信号７０３を除く残りの光信号７０４〜７０６は、特性７０９〜７１１に示すように、入力信号とほぼ同等のレベルで入力ポート６０３に出力されている。なお、この出力信号に現れるドロップ信号の漏れは、実験で使用した部品の不完全性や接続点での反射に起因するものであり、原理的には発生しないものである。
【００５６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態〕
続いて、図８を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態について説明する。上記光周波数アッド・ドロップ回路ａでは１個の４端子の光サーキュレータを用いたが、この実施形態はその変形例であり、図示するように、上記４端子の光サーキュレータ６０２を２つの３端子光サーキュレータ８００，８０１で置き換えた構成となっている。なお、動作は図６の回路構成と同様であり、詳細については省略する。
【００５７】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態〕
次に、図９を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態について説明する。なお、この図において、（ａ）は回路構成を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明する図である。
【００５８】
本実施形態の回路構成は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａにおいて、光バンドパスフィルタ６０５に直列に光バンドパスフィルタ９００を、また光バンドパスフィルタ６０８に直列に光バンドパスフィルタ９０１をそれぞれ追加したものである。各光バンドパスフィルタ９００，９０１は、上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８と同等のものであり、定常状態では光バンドパスフィルタ６０５，６０８と同じ周波数にチューニング（同調）されている。したがって、この回路の動作は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａと全く同様である。
【００５９】
ここで、新たに付加された上記光バンドパスフィルタ９００，９０１の役割について、図９（ｂ）を参照して説明する。この図において、符号９０３〜９０７は、入力信号を形成する各チャネルの光信号（厳密にはその周波数）を示し、また９０８は光信号９０３を分離する光バンドパスフィルタ６０５，９００の通過帯域を示す。
【００６０】
まず、光バンドパスフィルタ９００が設けられていない状態を仮定する。この状態にいて、ドロップ信号として分離される光信号を光信号９０３から光信号９０６に変更するためには、光バンドパスフィルタ６０５の通過帯域９０８を通過帯域９０９にシフトさせる必要がある。
【００６１】
しかし、そのシフトの途中には、図示するように分離対象となっていないチャネルの光信号９０４，９０５が存在し、単純に光バンドパスフィルタ６０５のチュー二シグ周波数を光信号９０８の周波数から光信号９０９の周波数にシフトさせた場合、過渡的に光信号９０４と光信号９０５がドロップ信号出力ポート６０７に出力されてしまう。すなわち、光信号９０４，９０５のチャネルから見れば、一時的に回線障害が発生した状態となり、一般にこのような状態は許容されない。
【００６２】
そこで、このような事態を防ぐために、光バンドパスフィルタ９００が挿入される。光信号９０３の選択中において、光バンドパスフィルタ６０５，９００のチューニング周波数は、各々通過帯域９０８と通過帯域９１０に示すように、光信号９０３の周波数に設定される。そして、この状態から新たに光信号９０６を分離しようとする場合、最初に光バンドパスフィルタ９００の通過帯域を通過帯域９１０から通過帯域９１１に設定し直すことになる。この結果、光信号９０３は光バンドパスフィルタ９００によって反射され、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されなくなる。
【００６３】
さらに、この状態で光バンドパスフィルタ６０５の通過帯域を通過帯域９０８から通過帯域９０９に設定し直す。このとき、光信号９０４と光信号９０５は、光バンドパスフィルタ６０５によって過渡的に選択されるが、光バンドパスフィルタ９００によって反射されるため、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されることはない。このように、光バンドパスフィルタ６０５が光信号９０６にチューニングされると、光バンドパスフィルタ９００が既に光信号９０６にチューニングされているので、光信号９０６はドロップ信号出力ポート６０７に出力される。
【００６４】
すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されるチャネルを変更する場合、２つの光バンドパスフィルタ６０５，９００を交互にチューニングすることにより、他のチャネルを誤って分離する事態（誤動作状態）を避けることができる。このような誤動作を避けるための動作原理は、チャネル（光信号）を付加する場合にも、また分離する場合にも同様に成立するので、光バンドパスフィルタ６０８にも光バンドパスフィルタ９０１が従属接続される。なお、このような手段は、上記図８の回路構成にもそのまま適用可能である。
【００６５】
このように、本実施形態の光周波数アッド・ドロップ回路は、付加／分離（アッド／ドロップ）するチャネルの変更を光バンドパスフィルタのチューニング周波数を変えることにより、他のチャネルに影響を与えることなく容易に実現できるという特徴がある。
【００６６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態〕
ところで、上記各種構成の光周波数アッド・ドロップ回路は、１つのチャネルをアッド（付加）及びドロップ（分離）するものであった。これらの光周波数アッド・ドロップ回路を光周波数多重ネットワークのノードに適用する場合には、１つのノードで複数のチャネルのアッド・ドロップが要求される場合がある。次に説明する光周波数アッド・ドロップ回路は、このような用途に対応可能な光周波数アッド・ドロップ回路の回路構成に係わるものである。
【００６７】
以下、図１０を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態の構成を説明する。なお、本実施形態は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａを２つ縦続接続したものであり、上記図６の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。また、以下の符号６００〜６１０によって示される光周波数アッド・ドロップ回路ａは、６００’〜６１０’によって示される光周波数アッド・ドロップ回路ａ’と全く同等のものである。すなわち、光周波数アッド・ドロップ回路ａと光周波数アッド・ドロップ回路ａ’とは、出力ポート６０１と出力ポート６００’とが接続されて縦続接続されている。
【００６８】
上記各光周波数アッド・ドロップ回路ａ，ａ’は、各々独立にＩチャネルの光信号をアッド・ドロップできるから、全体として２チャネルのアッド・ドロップが可能となる。すなわち、必要に応じて光周波数アッド・ドロップ回路ａを複数縦続接続することにより、任意のチャネル数の光信号のアッド・ドロップに対応することが可能である。
【００６９】
複数のチャネルのアッド・ドロップに対応した第２の手段としては、全体の構成を変えずに、使用する光バンドパスフィルタを既知のトランスバーサル型のフィルタのようにマルチチャネル通過型とすることが考えられる。このような手段は、光バンドパスフィルタの構成が複雑化するが、任意のチャネルのアッド・ドロップが可能である。
【００７０】
また、第３の手段としては、光バンドパスフィルタの通過帯域を広げることである。しかし、この場合は、アッド・ドロップされるチャネルが連続している必要がある。この場合、アッド・ドロップされるチャネルの信号レベルを均等にするため、光バンドパスフィルタの通過帯域は、多チャネルにわたって平坦であることが必要である。
【００７１】
さらに、上記第３の手段に類似した第４の手段として、光バンドパスフィルタの周期性（ＰＳＲ）を利用し、１つの光バンドパスフィルタで一定間隔の複数のチャネルを同時に選択することができる。この手段は、光バンドパスフィルタの通過帯域を上記第３の手段のように広げる必要がない反面、光バンドパスフィルタの周期性の誤差を小さくする必要がある。
【００７２】
このような第３と第４の手段を適用する場合には、何れもアッド・ドロップ用のポートに周波数多重回路及び分離回路が新たに必要となる。以上のように、アッド・ドロップするチャネル数に比例して同一種類の回路を増設するか、あるいは光バンドパスフィルタの通過特性を多チャネル用に変更することによって実現可能である。
【００７３】
〔光周波数多重ネットワークの第１実施形態〕
以上に、単一方向に光信号を伝送する光周波数アッド・ドロップ回路の種々の回路構成について説明してきたが、続いて、これら光周波数アッド・ドロップ回路を用いて双方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークの実施形態について説明する。なお、この光周波数多重ネットワークは、上記図６に示した基本的な光周波数アッド・ドロップ回路ａを組み合わせたものである。
【００７４】
図１１は、当該光周波数多重ネットワークの構成を示すブロック図である。この図に示すように、この光周波数多重ネットワークは、例えば同一構成の４つのノードＡ〜Ｄから構成されており、これら各ノードＡ〜Ｄは光周波数多重された光信号の入カ・出力を行う上記光周波数アッド・ドロップ回路ａから構成されている。
【００７５】
例えば、ノードＢを例にとって説明すると、ノードＢは、光サーキュレータ１１１２、光信号の分離（ドロップ）用の光バンドパスフィルタ１１１３、ドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１１１４、光信号の付加（アッド）用の光バンドパスフィルタ１１１５、アッド信号の反射防止のための光アイソレータ１１１６からなる光周波数アッド・ドロップ回路ａとして構成されている。また、他の各ノードＡ，Ｃ，Ｄも上記ノードＢと全く同様に光周波数アッド・ドロップ回路ａと同様に構成されている。
【００７６】
これら各ノードＡ〜Ｄにおいて、符号１１１７〜１１２０はドロップ信号出力ポート、１１２１〜１１２４はアッド信号入力ポートである。また、１１０４〜１１０９はノード間を接続する光ファイバ、１１１０，１１１１は光アンプである。ノードＡとノードＢとは各々の光サーキュレータを介して光ファイバ１１０８によって接続され、ノードＣとノードＤとは各々の光サーキュレータを介して光ファイバ１１０５によって接続され、またノードＢとノードＣとは各々の光サーキュレータが光ファイバ１１０４，１１０９と光アンプ１１１０とを介して接続され、ノードＣとノードＤとは各々の光サーキュレータが光ファイバ１１０６，１１０７と光アンプ１１１１とを介してそれぞれ接続される。
【００７７】
すなわち、各ノードＡ〜Ｄは、１つのループを構成するように光ファイバ１１０４〜１１０９と光アンプ１１１０，１１１１とによって相互に接続されている。このようにループ状に接続されたノードＡ〜Ｄ間では、光信号がノードＡからノードＢに、ノードＢからはノードＣに、ノードＣからはノードＤに、そしてノードＤからはノードＡに一定方向に伝搬される。そして、光アンプ１１１０はノードＢからノードＣに伝搬される光信号を増幅し、光アンプ１１１１はノードＤからノードＡに伝搬される光信号を増幅する。
【００７８】
このように構成された光周波数多重ネットワークにおいて、例えば、ノードＤとノードＢとの間で双方向のチャネルを設定しようとする場合、最初にループ上で使われていない周波数ｆｂｄが選定される。そして、ノードＤとノードＢの各光バンドパスフィルタが上記周波数ｆｂｄにチューニングされる。この状態で、ノードＤのアッド信号入力ポート１１２３から周波数ｆｂｄの搬送光信号を変調した光信号がアッド信号として入力される。
【００７９】
このアッド信号は、ノードＤの光サーキュレータの作用によって光ファイバ１１０６に伝搬され、光アンプ１１１１によって増幅された後、さらに光ファイバ１１０７を伝搬してノードＡの光サーキュレータに入力される。そして、当該ノードＡの光サーキュレータのルーティング作用と光バンドパスフィルタの反射作用とによって光ファイバ１１０８に導かれてノードＢに入力され、光サーキュレータ１１１２の作用によって光バンドパスフィルタ１１１３に入力され、上述の如く当該アッド信号の周波数ｆｂｄにチューニングされた光バンドパスフィルタ１１１３を透過してドロップ信号出力ポート１１１７から出力される。
【００８０】
逆に、ノードＢのアッド信号入力ポート１１２１から周波数ｆｂｄの搬送光信号を変調した光信号をアッド信号として入力すると、該アッド信号は、ノードＡの光サーキュレータ１１１２の作用によって光ファイバ１１０９に伝搬され、光アンプ１１１０によって増幅された後、光ファイバ１１０４を伝搬してノードＣの光サーキュレータに入力される。そして、当該ノードＣの光サーキュレータのルーティング作用と光バンドパスフィルタの反射作用とによって光ファイバ１１０５に導かれてノードＤに入力され、光サーキュレータの作用によって光バンドパスフィルタに入力され、該アッド信号の周波数ｆｂｄにチューニングされた光バンドパスフィルタを透過してドロップ信号出力ポート１１１９から出力される。
【００８１】
ここで、ノードＢとノードＤ間の上チャネルと下チャネルとの割り当てる周波数（上記周波数ｆｂｄ）は、一般的に同一周波数でなくても良い。この場合、ノードＢ，Ｄにおけるアッド用の光バンドパスフィルタとドロップ用の光バンドパスフィルタの各々のチューニング周波数は異なることになる。
【００８２】
以上のように、このループ状の周波数多重ネットワークにおいては、送信された周波数チャネルを受信側の光バンドパスフィルタで抜き取るという動作であり、受信側の光バンドパスフィルタの故障や同調周波数の誤設定があった場合に、送信された周波数チャネルはループを周回することになる。ただし、ループを一周して送信ノードに戻ってくると、送信の光バンドパスフィルタで必ずドロップされるため、多周回による発振や飽和現象は発生しない。
【００８３】
この実施形態では、２つのノード間に設定される上チャネルと下チャネルは、ループに沿って一周することとなり、上チャネルと下チャネルとで経路が異なるという特徴がある。なお、上チャネルと下チャネルで同じ周波数を割り当てた場合にループに沿って光信号が一周することになるため、他の区間ではこの周波数が使えない。
【００８４】
一方、上チャネルと下チャネルとで異なる周波数を割り当てた場合、他の区間で当該周波数と同じ周波数を再利用可能であり、同じ多重数でも設定可能な最大チャネル数が増加して周波数の利用効率が向上する。また、周波数を再利用する場合も受信ノードでのフィルタの故障による多周回による発振や飽和現象は発生しない。なぜなら、他の区間の同じ周波数のアッド回路のバンドパスフィルタによって終端されるためである。
【００８５】
上記の光周波数多重ネットワークにおける上チャネルと下チャネルの経路の不一致は、従来のネットワークの運用上の制約から許容されない場合がある。そのような場合は、光信号の伝搬方向の異なるもう一つのループ状ネットワークを設置し、２つのネットワークをそれぞれ上チャネルと下チャネルの各経路に割り当てる方法がある。ただし、この場合の伝送路長は２倍となる欠点がある。
【００８６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第５実施形態〕
次に、図１２を参照して、上記欠点を解決するため、双方向に光信号を伝送させることが可能な光周波数アッド・ドロップ回路（双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ）の実施形態について説明する。
【００８７】
なお、この双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂは、上記図８に示した光周波数アッド・ドロップ回路の各光サーキュレータ８００，８０１を４端子の光サーキュレータに変更し、該各４端子の光サーキュレータの空いている端子にドロップ信号用の回路素子とアッド信号用の回路素子を図示するように付加することによって、上チャネルと下チャネルとの両方向の光信号に対してアッド・ドロップを可能としたものである。したがって、基本的なアッド・ドロップ動作も図８に示した光周波数アッド・ドロップ回路と同様である。
【００８８】
この図において、符号１２００，１２０１は上チャネルと下チャネルの各光信号が双方向に伝搬される伝送路（例えば光ファイバ）であり、このうち伝送路１２００は４端子の光サーキュレータ１２０３の１つの光ポートに接続され、伝送路１２０１は４端子の光サーキュレータ１２０２の１つの光ポートに接続される。光サーキュレータ１２０２と光サーキュレータ１２０３とは、１つの光ポートによって相互に接続されている。
【００８９】
符号１２０４は上チャネルのドロップ信号用の光バンドパスフィルタであり、、光サーキュレータ１２０２の１つの光ポートに接続され、その他端には上チャネルのドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１２０６が接続され、該光アイソレータ１２０６の他端には上チャネルのドロップ信号を取り出すための出力ポート１２０８が接続される。また、１２０５は上チャネルのアッド信号用の光バンドパスフィルタであり、光サーキュレータ１２０３の１つの光ポートに接続され、その他端には上チャネルのアッド信号の反射防止のための光アイソレータ１２０７が接続され、該光アイソレータ１２０７の他端には上チャネルのアッド信号を入力するための入力ポート１２０９が接続される。
【００９０】
一方、符号１２１０は下チャネルのアッド信号用の光バンドパスフィルタであり、その他端には下チャネルのアッド信号の反射防止のための光アイソレータ１２１２が接続され、該光アイソレータ１２１２の他端には下チャネルのアッド信号を入力するための入力ポート１２１４が接続される。また、１２１１は下チャネルのドロップ信号用の光バンドパスフィルタであり、その他端には下チャネルのドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１２１３が接続され、該光アイソレータ１２１３の他端には下チャネルのドロップ信号を取り出すための出力ポート１２１５が接続されている。
【００９１】
このように構成された双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂによれば、上チャネルと下チャネルの両方向の光信号に対して、特定の光信号のアッド・ドロップ動作を実現することが可能である。
【００９２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第６実施形態〕
なお、この構成において、４端子の光サーキュレータ１１０２，１２０３を、図１３に示すように、１つの６端子光サーキュレータ１３００で置き換えることによって素子点数を減らすことが可能である。また、上記図９に示したように光バンドパスフィルタを２段構成とすることにより、選択するチャネルの変更時に、他の無関係なチャネルの誤選択を避けることも可能である。
【００９３】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態〕
次に、図１４を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態について説明する。なお、本実施形態は、上記図１２に示した双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂの変形例であり、図１２に示した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９４】
図１４において、符号１４００，１４０１は、４端子のサーキュレータであり、光ファイバ１８０２によって相互に接続されている。この回路構成において、光ファイバ１８０２の左側が下チャネルの光信号に対する光周波数アッド・ドロップ回路を形成し、右側が上チャネルの光信号に対する光周波数アッド・ドロップ回路を形成している。
【００９５】
ここで、上記双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂを基本的な機能ブロックとすると、上記図１３の回路構成はそれらを１つに集約した構成に相当し、さらにおこの実施形態の回路構成は上チャネルと下チャネル毎に機能を集約した構成に相当する。原理的には図１２あるいは図１３に示した構成と全く同一であるが、図１本実施形態の構成は、後述するように双方向光アンプを適用する場合に、非常に効率的な構成が可能になる点で極めて重要である。
【００９６】
〔光周波数多重ネットワークの第２実施形態〕
次に、図１５を参照して、上記双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いた光周波数多重ネットワークの第２実施形態について説明する。なお、この実施形態は、双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂと該光周波数アッド・ドロップ回路ｂと全く同一構成の双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ’を双方向性の光アンプを用いてループ状に接続した回路構成になっている。なお、上記図１２において説明した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９７】
図１５において、符号１５００，１５０１は右回りの光周波数多重された光信号が双方向に伝搬される光ファイバ、１５０２，１５０３は左回りの光周波数多重された光信号が双方向に伝搬される光ファイバ、１４０４，１４０５は双方向の光ファイバアンプ、１５０６は上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂによって構成されたノード、１５０７は上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ’によって構成されたノードである。このように、ノード１５０６とノード１５０７とは、光ファイバ１５００，１５０１及び光ファイバアンプ１５０４によって相互に接続されると共に、光ファイバ１５０２，１５０３及び光ファイバアンプ１５０５によっても相互に接続され、全体としてループ状に接続される。
【００９８】
ノード１５０６において、１２０８は左回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２０９は左回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、また１２１４は右回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、１２１５は右回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポートである。同様に、ノード１５０７において、１２１４’は左回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２１５’は左回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、また１２０８’は右回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２０９’は右回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポートである。
【００９９】
光周波数多重ネットワークをこのように構成することにより、各ノード１５０６，１５０７においては、アッド信号を入力する入力ポートを選択することによって光信号の伝送方向を右回りあるいは左回りに設定することができる。また、ドロップ信号においても、出力ポートを選択することによって右回りあるいは左回りの光信号からドロップ信号を分離して取り出すことができる。
【０１００】
このような光周波数多重ネットワークにおいて、ノード１５０６とノード１５０７との間で双方向のチャネルを設定する場合、最初にノード１５０６の入力ポート１２０９からアッド信号を入力し、該アッド信号を左回りで伝送してノード１５０７の出力ポート１２１５’にドロップし、次に入力ポート１２０９’からアッド信号を入力して右回りに伝送して出力ポート１２１５でドロップする。
【０１０１】
すなわち、上チャネルと下チャネルを同一経路に設定することができる。同様にして、入力ポート１２１４’と出力ポート１２０８の間、及び入力ポート１２１０と出力ポート１２０８’の間においても双方向のチャネル（上チャネルと下チャネル）を設定することができる。
【０１０２】
なお、これらの２つの経路の双方向チャネルを、１つの設定チャネルに対して割り当て、一方を故障時の予備ルート（バックアップ）として用いることも可能である。一般に、従来の単一方向のループ状の光周波数多重ネットワークにおいて、このような予備ルートを設定する場合には、２重の光ファイバ伝送路が必要であったが、本発明の双方向の光周波数多重ネットワークでは、単一のループ状光ファイバ伝送路によって実現できるため、経済的に予備ルートを設定することができる。
【０１０３】
また、上記図１１に示したような片方向のループ状の光周波数多重ネットワークの場合、上チャネルと下チャネルとに同じ周波数を割り当てると、その周波数は他の区間で再利用できないという制約があった。しかし、本実施形態の光周波数多重ネットワークの場合には、上チャネルと下チャネルとで同一周波数を割り当てても、他の区間で同じ周波数の再利用が可能となり、設定可能な最大チャネル数を増大させることが可能である。また、図１１の構成と同様に、受信ノードの光バンドパスフィルタの故障に起因する光信号の多周回の現象は、前述の理由によって防止することができる。
【０１０４】
以上のように、上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いることにより、ノードを経済的に構成することができるとともに、片方向の光周波数多重ネットワークに比較して光ファイバ伝送路を半減することが可能であり、また周波数の再利用により設定可能なチャネル数が増大させることができるので、光周波数多重ネットワークを全体として極めて経済的に実現することができる。また、受信ノードの故障に対してフォールトトレラントな動作が可能である。
【０１０５】
続いて、図１６を参照して、上記光ファイバアンプ１５０４，１５０５の内部構成の一例を説明する。なお、光ファイバアンプ１５０４，１５０５は全く同一の構成を有しているので、光ファイバアンプ１５０５を例に取って以下に説明する。この図において、符号１６００は当該光ファイバアンプ１５０５の自然放出光のピーク成分を除去するための高域通過フィルタ、１６０１はエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ、１６０２は信号光と励起用の光信号を合成するためのビームスプリッタ、１６０３はエルビウム添加光ファイバ１６０１の側面より放射される自然放出光を受信するフォトダイオード、１６０４は当該光ファイバアンプ１５０５のゲインを外部より設定するための基準信号（一般には直流電圧レベル）、１６０５はフォトダイオード１６０３の平均レベルと基準信号１６０４のレベルの差分を出力する比較回路、１６０６は該比較回路１６０５の出力を増幅して励起用光源１６０７を駆動する駆動回路、また、励起用光源１６０７はエルビウム添加光ファイバ１６０１を励起するための励起用の光信号を発生するものである。
【０１０６】
当該光ファイバアンプ１５０５のゲインは、エルビウム添加光ファイバ１６０１で発生する自然放出光のパワーに比例するため、フォトダイオード１６０３でそれを検出して設定ゲインに対応した基準信号１６０４と比較し、その誤差分をエルビウム添加光ファイバ１６０１にフィードバックすることによりゲインを設定することができる。なお、この構成は既知の光ファイバアンプの構成であり、その動作は一般によく知られているためこれ以上の詳細な説明は省略する。
【０１０７】
光ファイバアンプ１５０４も上記光ファイバアンプ１５０５と全く同様に構成されているが、光ファイバアンプ１５０４と光ファイバアンプ１５０５とは、ノード１５０６を挟んで鏡像対称に配置されている。ノード間で送受信される光信号が通過する高域通過フィルタ１６００、エルビウム添加光ファイバ１６０１、及びビームスプリッタ１６０２は、全て双方向伝送可能なようにパッシブな光デバイス（受動素子）で構成されているので、各光信号は双方向に伝搬可能であり、エルビウム添加光ファイバ１６０１を通過する際に増幅される。
【０１０８】
ただし、励起用光源１６０７から出射される励起用の光信号の伝搬方向とノード間で送受信される光信号とは、ノード間で送受信される光信号の伝搬方向に応じて同一方向と反対方向とになる場合があり、それぞれ従来から前方励起方式あるいは後方励起方式と呼ばれる状態が存在する。光ファイバアンプの増幅特性は、この方向性によって僅かに異なることが知られており、ある一区間だけに注目すればノード間で送受信される光信号のゲインや雑音は伝搬方向に応じて僅かに相違することになる。
【０１０９】
しかし、あるノード（例えば図１６のノード１５０６）の両側に設置される光ファイバアンプ１５０４，１５０５は、図示するように、ノード１５０６を中心にして対称配置されているので、ノード間で送受信される光信号の伝搬方向による上記相違は互いにキャンセルされる。
【０１１０】
以上のように、上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いることにより、光ファイバと光アンプの個数は片方向伝送の光周波数多重ネットワークの場合に比較して半分でよい。よって、全体として、光周波数多重ネットワークを経済的に構成することができる。また、図１５と同じく周波数の再利用と受信ノードのフォルトトレラントな性質は保存される。
【０１１１】
なお、図１６に示したように、双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂの両側の光ファイバに双方向光アンプを適用する方式は、従来技術の問題点として指摘したように、上チャネルと下チャネルのゲインを独立に設定できないため、伝送品質の過剰な劣化を招く欠点がある。しかし、本光周波数多重ネットワークでは、以下に説明するように双方向光アンプの配置を最適に選ぶことによりこの問題を解決することができる。
【０１１２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態〕
次に、図１７を参照して、双方向光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態について説明する。なお、この回路構成は、図１４に示した双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の変形であり、図１４の構成要素とと同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１１３】
この光周波数アッド・ドロップ回路は、図示するように、光サーキュレータ１２０３と光バンドパスフィルタ１２１１との間に双方向光アンプ１７００を配置し、また光サーキュレータ１２０２と光バンドパスフィルタ１２０４との間にも双方向光アンプ１７０１を配置した構成である。ここで、上チャネルの光信号に対する動作と下チャネルの光信号に対する動作とは同一であり、以下では上チャネルの光信号に対する動作についてのみ説明する。
【０１１４】
この図において、符号１７０３は上チャネルの光信号の通過経路、１７０４は上チャネルの光信号に係わるドロップ信号の経路、また１７０５は上チャネルのアッド信号の経路である。双方向光アンプ１７０１は上記ドロップ信号に対するプリアンプとして動作すると同時に、通過信号に対しては中継アンプ（プリ＋ポスト）として動作する。ここで、当該双方向光周波数アッド・ドロップ回路の出力点Ｐにおける信号レベルが一定となるように双方向光アンプ１７０１のゲインを設定しようとする場合、出力ポート１２０８に出力されるドロップ信号の出力は、出力点Ｐを通過する上チャネルの光信号のＩ／２のレベルとなる。
【０１１５】
しかし、本実施形態の光周波数アッド・ドロップ回路によれば、双方向光アンプ１７００，１７０１のゲインは独立に設定可能であり、光ファイバ１２００，１２０１の光ファイバ長に応じたゲイン設定が可能となるので、上記図３に示した従来の回路構成の問題点を解決することができる。
【０１１６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態〕
続いて、図１８を参照して、上記双方向光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態について説明する。なお、この実施形態は、上記図１４に図１７の構成を組み合わせた回路構成の変形であり、該図１４並びに図１７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１１７】
図１８において、右半分が下チャネル用の光周波数アッド・ドロップ回路に相当し、左半分が下チャネル用の光周波数アッド・ドロップ回路に相当する。光サーキュレータ１４００と光バンドパスフィルタ１２１１との間には双方向光アンプ１７００が配置され、光サーキュレータ１４０１と光バンドパスフィルタ１２０４との間には双方向光アンプ１７０１が配置される。双方向光アンプ１７００，１７０１の作用は上記図１７の構成と同様である。すなわち、双方向光アンプ１７００の作用は下チャネルの光信号及び下チャネルのドロップ信号の増幅であり、双方向光アンプ１７０１の作用は上チャネルの光信号及び上チャネルのドロップ信号の増幅である。
【０１１８】
ここで、上記図１７の光周波数アッド・ドロップ回路はアッド信号を増幅するものではなかった。しかし、この実施形態では、新たに双方向光アンプ１８００が光サーキュレータ１４００と光サーキュレータ１４０１との間に設置される。したがって、双方向光アンプ１８００は、下チャネル用の入力ポート１２１２から入力されたアッド信号に対して、また上チャネル用の入力ポート１２０９から入力されたアッド信号に対して、１台で両方向のポストアンプとして作用する。
【０１１９】
この双方向光アンプ１８００に入力される光信号のレベルは、双方向光アンプ１７００あるいは双方向光アンプ１７０１によって光ファイバ１２００あるいは光ファイバ１２０１の長さに応じた損失分が個別に補償され一定のレベルになっているので、双方向光アンプ１８００は上チャネルの光信号及び下チャネルの光信号に対して同一ゲインでよい。もし、双方向光アンプ１７００，１７０１が配置されず、双方向光アンプ１９００のみが配置された場合、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号のレベルの差は補正されず、上記図３の回路構成で説明した過剰損失の発生とそれに起因する品質劣化が避けられなくなる。
【０１２０】
以上のように、この実施形態の双方向の光周波数アッド・ドロップ回路によれば、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号との伝送損失にばらつきがあっても、これを個別に補償することが可能であり、かつ共通のポストアンプで送出レベルを増幅することができる。この場合、要するに光サーキュレータ及び光アンプの個数はそれぞれ２個と３個であり、構成要素の点数が少ないので、上記図２の従来構成よりも回路規模を小さくすることが可能である。
【０１２１】
また、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号とを光サーキュレータによってほぼ完全に分離できるので、図５の従来構成のように上チャネルの光信号と下チャネルの光信号との問でクロストークが発生しないという特徴がある。さらに、図４の従来例と同じくアッド信号用とドロップ信号用とにそれぞれ光バンドパスフィルタを配置しているので、ドロップ信号の反射分をアッド信号用の光バンドパスフィルタで除去することが可能であり、ドロップ信号の反射に起因するクロストークを最小限に抑えることが可能である。また、この光周波数アッド・ドロップ回路は、これまで説明してきた実施形態と同様に、光アンプを除いてパッシブ素子で構成されているので、また特殊な回路素子を使用することなく市販の部品で構成できるため、低消費電力かつ低コストが実現できる。
【０１２２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１０実施形態〕
ところで、上記図１２に示した双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂにおいて、光ファイバ１２００，１２０１が断線した場合や該光ファイバ１２００，１２０１の光コネクタにおける反射が大きくなった場合等、光信号の伝搬方向とは逆方向に反射信号が伝搬することになる。この反射信号は、本来のチャネルを形成する光信号へのクロストークとなる。以下に、このクロストークを抑圧する光周波数アッド・ドロップ回路の構成について、図１９を参照して説明する。なお、この図において、図１２に示した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１２３】
図１９において、符号１９００ａ〜１９００ｃは４端子の光サーキュレータであり、光サーキュレータ１９００ｂを中心にして３つが縦続接続されている。光サーキュレータ１９００ａの１つの光ポートには上記光ファイバ１２０１が接続され、他の２つの光ポートには上記光バンドパスフィルタ１２１０と光バンドパスフィルタ１９０１が各々接続され、該光バンドパスフィルタ１９０１の他端には光アイソレータ１９０２が接続され、該光アイソレータ１９０２の他端には出力ポート１９０３が接続されている。
【０１２４】
光サーキュレータ１９００ｃの１つの光ポートには上記光ファイバ１２００が接続され、他の２つの光ポートには上記光バンドパスフィルタ１２０５と光バンドパスフィルタ１９０４が各々接続され、該光バンドパスフィルタ１９０４の他端には光アイソレータ１９０５が接続され、該光アイソレータ１９０５の他端には出力ポート１９０６が接続されている。また、光サーキュレータ１９００ｃの残りの２つの光ポートには、上記光バンドパスフィルタ１２０４と光バンドパスフィルタ１２１１とが各々接続されている。
【０１２５】
光バンドパスフィルタ１９０１は光バンドパスフィルタ１２１０と連動してチューニング周波数が同一周波数に設定される光フィルタであり、出力ポート１９０３は入力ポート１２１４から入力されたアッド信号の反射信号が出力される光ポートである。光バンドパスフィルタ１９０１のチューニング周波数は光バンドパスフィルタ１２１０と同一周波数に設定されるので、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号が光ファイバ１２０１に送出されて発生する反射信号は出力ポート１９０１にドロップされる。
【０１２６】
同様に、光バンドパスフィルタ１９０４は、光バンドパスフィルタ１２０５と連動してチューニング周波数が同一周波数に設定される光フィルタであり、出力ポート１９０６は入力ポート１２０９から入力されたアッド信号の反射信号が出力されるである。光バンドパスフィルタ１９０４は、チューニング周波数は光バンドパスフィルタ１２０５と同一周波数に設定されるので、入力ポート１２０９から入力されたアッド信号が光ファイバ１２００に送出されて発生する反射信号は出力ポート１９０６にドロップされる。
【０１２７】
このように本実施形態の双方向光周波数アッド・ドロップ回路によれば、アッド信号の反射信号を容易に除去することができる。また、上記３つの４端子サーキュレータ１９００ａ〜１９００ｃを１つの８端子光サーキュレータに置き換えることにより、素子点数を削減することができる。
【０１２８】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態〕
次に、図２０を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態について説明する。本実施形態は、上記図１４の回路構成を応用することによりアッド信号の反射信号を除去するものである。なお、この図において、図１４と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１２９】
図２０において、符号２０００は４端子の光サーキュレータ、２００１，２００は上記反射信号をドロップさせる光バンドパスフィルタ、２００３，２００４はドロップした反射信号を吸収するための終端回路（第１，第２の光終端手段）である。この図に示すように、本実施形態の回路構成は、光サーキュレータ１４００と光サーキュレータ１４０１との間に４端子の光サーキュレータ２０００を配置し、該光サーキュレータ２０００の余った２つの端子に、光バンドパスフィルタ２００１と終端回路２００３の直列回路と光バンドパスフィルタ２００２と終端回路２００４の直列回路とをそれぞれ接続したものである。
【０１３０】
ここで、入力ポート１２０９ら入力されたアッド信号の反射信号を吸収するのが光バンドパスフィルタ２００１であり、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号の反射信号を吸収するのが光バンドパスフィルタ２００２である。これら２組の光バンドパスフィルタ１２０５，２００１と光バンドパスフィルタ１２１０，２００２は、各々連動してチューニング周波数が設定できるように構成されており、各チューニング周波数がそれぞれ同一周波数に設定されるようになっている。
【０１３１】
例えば、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号は、光バンドパスフィルタ１２１０から光サーキュレータ１４００、さらに光サーキュレータ２０００から光サーキュレータ１４０１を経由して光ファイバ１２０１に出力される。一方、該アッド信号が光ファイバ１２０１で反射されて発生する反射信号は、光ファイバ１２０１から光サーキュレータ１４０１、さらに光サーキュレータ２０００を経由して光バンドパスフィルタ２００２に入力され、該光バンドパスフィルタ２００２が上記光バンドパスフィルタ１２１０と同一のチューニング周波数に設定されているので、光バンドパスフィルタ２００２を通過して終端回路２００４によって吸収される。
【０１３２】
なお、これ以外の反射信号は入力されたノードまで伝送されて、そこに設置された反射吸収用のフィルタで除去されることになる。なお、このような反射信号の吸収作用を実現するためには、上チャネルと下チャネルとで同一光周波数（波長）の信号を重複して使用できないという制限が必要である。
【０１３３】
〔光周波数多重ネットワークの第３実施形態〕
次に、光周波数多重ネットワークの第３実施形について説明する。以上の説明では、光周波数アッド・ドロップ回路を構成する各種光デバイスは、反射を除いて理想的な特性を有するものであると仮定している。しかし、現実の光デバイスは、製造誤差などの要因によりドロップ信号の一部がアッド信号に混入してクロストークが発生する場合がある。
【０１３４】
特に、アッド信号とドロップ信号に同じ周波数を割り当てた場合や、同じ周波数を光周波数多重ネットワークの中で繰り返して使用する場合は、光信号の周波数と同じ周波数成分のクロストーク（コヒーレント・クロストーク）が発生する。このクロストークは、光バンドパスフィルタにより阻止されることなく、光信号と同じ経路にルーチングされ、かつ周波数の異なるクロストークより著しい品質劣化（符号誤り等）を引き起こすことが知られている。
【０１３５】
ここで、このようなクロストークについて、図２１を参照して説明する。まず、図２１（ａ）に示す光周波数多重ネットワークを参照して、クロストークの発生について説明する。この図において、符号２１００〜２１０３は、本実施形態の双方向の光周波数アッド・ドロップ回路からなるノードであり、２１０３〜２１０７は光ファイバ伝送路である。２１０８はノード２１００に、また２１１１はノード２１０２にそれぞれ設けられたアッド信号用の入力ポートであり、２１１２はノード２１００に、また２１１０はノード２１０２にそれぞれ設けられたドロップ信号用の出力ポートである。
【０１３６】
また、符号２１０９はノード２１００の入力ポート２１０８から入力され、ノード２１０２の出力ポート２１１０に出力されるチャネルの伝送経路を示し、同様に２１１３はノード２１０２の入力ポート２１１１から入力され、ノード２１００の出力ポート２１１２に出力されるチャネルの伝送経路を示す。
【０１３７】
いま、これら２つのチャネルの光周波数が同一に設定されていると仮定すると、入力ポート２１１１で入力されたアッド信号は、出力ポート２１１２でドロップ信号として出力されるが、その一部は上記伝送経路２１０９と同様な波線経路２１１４を通って出力ポート２１１０からドロップ信号に対するクロストーク信号２１１５として出力されることになる。
【０１３８】
入力ポート２１０８から出力ポート２１１２に直接、あるいは入力ポート２１１１から出力ポート２１１０に直接のように、同一ノード内において入力ポート側から出力ポート側へのクロストーク経路も考えられるが、一般に光アイソレータのアイソレーションは十分大きいため、通常この種のクロストークは無視できる。クロストーク信号２１１５は、出力ポート２１１０に出力されるドロップ信号と同一周波数であるため、出力ポート２１１０用の光バンドパスフィルタを通過してしまう。
【０１３９】
続いて、図２１（ｂ）は、上記図２１（ａ）の光周波数多重ネットワークにおいて光ファイバ伝送路の途中（あるいはノード内でもよい）に周波数シフタ２１２０，２１２１を挿入したものである。この周波数シフタ２１２０，２１２１は、通過する光信号に微小な周波数（∂ｆ）の周波数偏移を与えるものであり、例えば上記図４に示した光フィルタ４０２，４０５（ＡＯフィルタ）を用いて光信号にドップラーシフトを与えることで実現される。一般に、この微小な周波数∂ｆは、伝送される光信号のビットレートと同等以上（光バンドパスフィルタの通過帯域以上）かつチャネルの周波数間隔以下に設定される。
【０１４０】
この結果、上チャネルと下チャネルの両チャネルの光信号に対して周波数∂ｆの周波数偏移が同様に与えられ、よって出力ポート２１１０，２１１２の各々のドロップ信号の中心周波数は周波数∂ｆだけ周波数偏移する。一方、出力ポート２１２２におけるクロストーク成分（波線経路２１２２で示される信号成分）は、周波数シフタ２２１２０での周波数∂ｆの周波数偏移に加えて、さらに周波数シフタ２１２１で周波数∂ｆの周波数偏移（合計して周波数２∂ｆの周波数偏移）を受ける。
【０１４１】
したがって、出力ポート２１１０から出力されるクロストーク信号２１２３は、さらに周波数∂ｆの周波数偏移を受けるので、上チャネルと下チャネルのチャネル周波数が同じ場合にクロストーク信号２１２３はノード２１０２内の光バンドパスフィルタによって減衰されることになる。このように周波数シフタ２１２０，２１２１をループ内に設置することにより、同一周波数のクロストークの影響を軽減することができる。なお、一般に周波数シフタは双方向に光信号を通過させるので、上記図１５に示した双方向の光周波数多重ネットワークにも適用することができる。
【０１４２】
〔光周波数多重ネットワークの第４実施形態〕
最後に、図２２を参照して、上記図１５の双方向の光周波数多重ネットワークにクロストーク抑圧用の上記周波数シフタを適用した構成例について説明する。なお、図２２において、図１５に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１４３】
図２２において、符号２２００は上記光ファイバアンプ１５０４に代えて光ファイバ１５００と光ファイバ１５０１との間に、また２２０１は上記光ファイバアンプ１５０５に代えて光ファイバ１５０２と光ファイバ１５０３との間にそれぞれ配置される周波数シフタである。２２０２はノード１５０７からノード１５０６に光信号が伝送される上チャネル、２２０３はノード１５０６からノード１５０７に光信号が伝送される下チャネル、２２０４は出力ポート１５１１から出力されるドロップ信号に起因して発生するクロストーク信号、２２０５は出力ポート１５１３から出力されるドロップ信号に起因して発生するクロストーク信号である。
【０１４４】
これらのクロストーク信号２２０４，２２０５は、周波数シフタ２２００，２２０１が存在しない場合に、図示するようにお互いに他の出力ポート１５１１，１５１３のドロップ信号に混入する。しかし、このようなループ状の光周波数多重ネットワークの途中に、周波数シフタ２２００，２２０１を配置することにより、まず各チャネルの光信号は周波数シフタ２２００の作用によって上チャネル２２０２と下チャネル２２０３共に周波数∂ｆの周波数偏移を受ける。
【０１４５】
そして、クロストーク信号２２０４，２２０５は、周波数シフタ２２０１の作用によって、さらに周波数∂ｆの周波数偏移を受ける。この結果、各出力ポート１５１１，１５１３には、周波数∂ｆの周波数偏移を受けたドロップ信号と周波数２∂ｆの周波数偏移を受けたクロストーク信号とが出力される。すなわち、各出力ポート１５１１，１５１３において、ドロップ信号の周波数とクロストーク信号２２０４，２２０５の周波数との差は周波数∂ｆとなり、クロストーク信号２２０４，２２０５は各ノード１５０６，１５０７のドロップ信号用の光バンドパスフィルタによって減衰されることになる。
【０１４６】
以上のように、双方向伝送の場合にも、周波数シフタを光周波数多重ネットワークのループ内に配置することにより、同一周波数のクロストーク信号の影響を軽減することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークによれば、以下のような効果を奏する。
（１）まず、回路構成が簡単であり、よって回路規模を小さくすることができる。特に、光入出力手段として１つの多端子光サーキュレータを適用することにより、回路を構成する素子の素子点数をさらに削減することが可能である。
【０１４８】
（２）一般的なパッシブ・光デバイスのみで構成することが可能であり、低コスト、小型、低消費電力を実現することができる。また、光フィルタの通過周波数を可変とすることにより、任意の光周波数の光信号（チャネル）を選択的に分離あるいは付加することができるので、チャネル選択のため新たに回路を付加する必要がなく、よって回路規模を小型化することが可能である。
【０１４９】
（３）アッド・ドロップの対象となるチャネルの光信号のみが光フィルタを通過し、それ以外の光信号は光フィルタで反射されるため、平坦な周波数伝達特性を有する。このため、任意の周波数配置の光周波数多重ネットワークにも共通的に適用できる。また、多段の光周波数アッド・ドロップ回路を通過しても光信号の通過帯域が狭くならないため、信号レベルの低下や波形歪が生じない。
【０１５０】
（４）複数段縦続接続することによって付加あるいは分離するチャネル数を増やすことができるので、拡張性に優れている。
（５）光信号を双方向に伝送する光周波数多重ネットワークを構成することが可能であり、よって片方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークに比較して光ファイバ（光ファイバケーブル）の数を削減することができる。
【０１５１】
（６）双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを適用することにより、光伝送路に伝送損失のばらつきがあっても、各方向の光信号の伝送レベルを一定に保つことができる。したがって、光周波数多重ネットワークの伝送品質の劣化を最小限に抑えることが可能である。
【０１５２】
（７）光周波数アッド・ドロップ回路をループ状に接続して光周波数多重ネットワークを構成した場合、受信側の光フィルタの故障に対してフォルトトレランス性を有する。
（８）双方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークにおいて、通過周波数が独立に設定される専用の光フィルタを介して各方向の光信号が分離されるので、各方向の光信号のクロストークが小さい。また、周波数シフタを使用することによってもクロストークの影響を低減することができる。
【０１５３】
（９）光信号の付加側及び分離側の各光フィルタを同じ通過周波数にチューニングすることにより、クロストークの抑圧特性を改善することが可能である。
（１０）上記双方向光アンプを各方向の光信号が伝送される光伝送路に挿入することにより、両方向の光信号を増幅することができるので、容易に伝送レベルの低下を補償することができると共に、光ファイバの数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過と反射を用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の第１構成例を示すブロック図である。
【図２】上記第１構成例をベースとした双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】双方向アンプを用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】透過と反射を用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の第２構成例を示すブロック図である。
【図５】上記第２構成例をベースとした双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態の動作を説明する説明図である。
【図８】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態の構成を示すブロック図及びその動作を説明する説明図である。
【図１０】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第６実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光ファイバアンプの内部構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１０実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークにおいて発生するクロストークにに対する説明図及び光周波数多重ネットワークの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
ａ，ａ’，ｂ……光周波数アッド・ドロップ回路
６００，６０３，６００’，６０３’……入力ポート
６０１，６０４，６０１’，６０４’１９０３，１９０６……出力ポート
６０２，８００，８０１，６０２’１２０２，１２０３，１３００，１４００，１４０１，１９００ａ〜１９００ｃ，１９０２，１９０５，２０００……光サーキュレータ（光入出力手段）
６０５，６０８，１２０４，１２０５，１２１０，１２１１，１９０１，１９０４，２００１，２００２……光バンドパスフィルタ（光フィルタ）
９００，９０１……光バンドパスフィルタ（補助光フィルタ）
６０６，６０９，６０６’，６０９’，１２０６，１２０７，１２１２，１２１３……光アイソレータ
６０７，６０７’，１１１７〜１１２０……ドロップ信号出力ポート
６１０，６１０’，１１２１〜１１２４……アッド信号入力ポート
１１０５〜１１０９，１２００，１２０１，１５００〜１５０３…… 光ファイバ １１１０，１１１１……光アンプ
１５０４、１５０５……光ファイバアンプ
１７００，１７０１，１８００……双方向光アンプ
２００３，２００４……終端回路（光終端手段）
２１２１，２１２２，２２００、２２０１……周波数シフタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークに係わり、複数のチャネルが一本の光ファイバに高密度（チャネル間隔がＧＨｚオーダー）に光周波数多重された伝送路に接続された通信ノードにおいて、任意のチャネルを選択して光ファイバより分離（ドロップ）あるいは光ファイバに新規のチャネルを多重して付加（アッド）し、それ以外のチャネルについては当該ノードを通過させるために用いられる光周波数アッド・ドロップ回路であって、各種の構成原理の中で光フィルタの透過と反射を同時に利用した技術に関する。特に、双方向光ファイバ伝送に適した光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光フィルタの透過と反射を同時に利用した従来の光周波数アッド・ドロップ回路は、ほとんどが単方向光ファイバ伝送用に設計されている。以下では、このタイプの従来の２つの代表的な構成例と動作を説明し、双方向光ファイバ伝送への適用可能性とその問題点を明らかにする。
【０００３】
図１は、従来の光周波数アッド回路・ドロップ回路の第一の構成例を示すブロック図である。この図において、符号１００は、周波数が異なる複数の光信号（入力信号）が多重されて入力される入力光ファイバ、１０１，１０４は三端子の光サーキュレータ、１０２は入力光ファイバ１００に入力された入力信号のうち、ドロップ信号が出力されるドロップ出力ポート、１０３はある特定の周波数の光信号を反射し、その他の光信号を透過させる光フィルタ（グレーティングファイバ）、１０５は新たに挿入されるアッド信号の入力ポート、１０６はドロップ信号を除く入力信号とアッド信号が出力される出力光ファイバである。
【０００４】
このように構成された回路において、入力光ファイバ１００から入力された入力信号は、光サーキュレータ１０１の作用により全て光フィルタ１０３にルーチングされる。光フィルタ１０３は、特定の光周波数の光信号のみを反射し、残りの光信号は透過させる。そして、この反射された光信号は光フィルタ１０３から光サーキュレータ１０１に再度入力され、該光サーキュレータ１０１の作用によりドロップ出力ポート１０２にルーチングされる。
【０００５】
すなわち、入力信号の中で光フィルタ１０３の中心周波数に合致する光信号（チャネル）はドロップ出力ポート１０２に出力され、光信号のドロップ動作が実現できる。一方、光フィルタ１０３を透過した光信号（その他のチャネル）は、光サーキュレータ１０４に入力されて、出力光ファイバ１０６から出力される。
【０００６】
次に、入力ポート１０５から入力されたアッド信号は、光サーキュレータ１０４の作用により光フィルタ１０３にルーチングされる。このアッド信号の周波数は、光フィルタ１０３の中心周波数に一致するように設定されており、光フィルタ１０３で反射されて光サーキュレータ１０４に戻り、該光サーキュレータ１０４の作用によって出力光ファイバ１０６にルーチングされる。この結果、出力光ファイバ１０６からは、入力光ファイバ１００に入力された入力信号のうちドロップ出力ポート１０２でドロップされたドロップ信号を除く光信号と、入力ポート１０５から入力されたアッド信号とが出力されることになる。
【０００７】
このような光周波数アッド・ドロップ回路は、光サーキュレータ１０１，１０４の非相反性のために、上記入力方向とは反対に出力光ファイバ１０６を入力とし、入力光ファイバ１００を出力とする使い方が原理的に不可能である。なぜならば、出力光ファイバ１０６から入力した光信号は全て入力ポート１０５に出力されるため、アッド・ドロップ回路として動作しないことは明らかである。
【０００８】
そこで、上記光周波数アッド・ドロップ回路を双方向伝送に適用するためには、図２に示す回路構成を採用する必要がある。この図において、符号２００，２１３は、双方向の信号が多重伝送される光ファイバ、２０１，２０６は３端子の光サーキュレータ、２０７，２０８はグレーティング型光フィルタ、２０９〜２１２は光アンプ（このうち２１０，２１２はプリアンプ、２０９，２１１はポストアンプ）、２１４，２１５は上記図１で示した光周波数アッド・ドロップ回路である。
【０００９】
このような回路の場合、光ファイバ２００，２１３を双方向に伝搬する光信号は、光サーキュレータ２０１，２０６の作用によって２つの単方向の光信号に分離され、それぞれについて単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路２１４，２１５に入力されることになる。しかし、この構成は光サーキュレータと光アンプの数が増えるためコストが高くなるという欠点がある。なお、この構成において、光ファイバ２００，２１３に双方向の光アンプを適用し、光アンプの個数を２個に減らすことが可能であるが、この場合以下に説明するような欠点がある。
【００１０】
図３は、上記光ファイバ２００，２１３に双方向の光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路を光ファイバ伝送路を介して接続したネットワークの一部を示す構成例である。この図において、符号３００〜３０２は、双方向の光信号が伝搬する光ファイバ、３０３〜３０５は図２に示した双方向アッド・ドロップ回路、３０６〜３１０は双方向アッド・ドロップ回路３０３〜３０５の両側に設置される双方向光アンプである。
【００１１】
ここで、双方向アッド・ドロップ回路５０３と双方向アッド・ドロップ回路５０４との間の距離は小さく、例えば光ファイバ３０１の損失（伝搬損失）が５ｄＢであると仮定する。一方、双方向アッド・ドロップ回路３０４と双方向アッド・ドロップ回路３０５との距離は大きく、光ファイバ３０２の損失が２０ｄＢであると仮定する。また、各双方向アッド・ドロップ回路３０３〜３０５における損失は全て同じであり、さらに各双方向光アンプ３０６〜３１０の最大出力レベルは０ｄＢｍであると仮定する。
【００１２】
この場合、上記ネットワークにおいて、双方向アッド・ドロップ回路３０５から光ファイバ３０２を伝搬して双方向光アンプ３０９に入力する信号は、２０ｄＢの損失を受けるため、そのレベルは−２０ｄＢｍとなる。これを０ｄＢｍまで増幅するためには、双方向光アンプ３０９のゲインを２０ｄＢとする必要がある。一方、双方向アッド・ドロップ回路３０３から光ファイバ３０１を伝搬した信号は、光ファイバ３０１における損失が小さいために十分高いレベルに保たれたまま双方向アッド・ドロップ回路３０４に入力され、さらに双方向光アンプ３０９に入力される。
【００１３】
しかしここで、双方向光アンプ３０９は、ゲインが２０ｄＢに設定されており、そのまま入力した場合に上記最大出力レベル（０ｄＢｍ）を超過することがある。これを防止するためには、信号レベルを小さく設定する必要がある。すなわち、ノードによっては許容最大出力レベル（この例では０ｄＢｍ）以下の信号レベルとする必要がある。このように双方向光アンプを双方向光ファイバ伝送路と直結する構成では、信号レベルを大きく設定することができないため、光信号の伝送品質を大きく劣化させるという欠点がある（ただし、図２のように各々の伝搬方向に光アンプを設置する構成にはこのような欠点はない）。
【００１４】
次に、図４は、光フィルタの透過と反射を同時に利用した光周波数アッド・ドロップ回路の第２の従来例を示す図である。この図において、符号４００は周波数が異なる複数の光信号が多重されて入力される入力用の光ファイバ、４０１は光信号を閉じ込めて伝搬させる媒体（光伝搬媒体）、４０２，４０５は特定の光周波数の光信号を透過し、その他の光信号を反射する光フィルタ（例えば多層膜フィルタ等）、４０３は光フィルタ４０２を透過した光信号（ドロップ信号）が出力されるドロップ信号出カボート、４０４は光フィルタ４０２で反射された光信号、４０６はアッド信号が入力されるアッド信号入力ポート、４０７は光フィルタ４０５で反射した光信号４０４にアッド信号が付加された光信号、また４０８は出力用の光ファイバである。
【００１５】
光フィルタ４０２，４０５は、その中心周波数に一致する光信号を透過し、それ以外の光周波数の光信号を反射する性質を有し、上記光フィルタ（グレーティングファイバ）１０３とは透過と反射が反対の関係にある。入力用の光ファイバ４００から入力された光信号のうち、光フィルタ４０２の中心周波数に一致する光信号がドロップ信号出カボート４０３からドロップ信号として出力され、それ以外の光信号は光ファイバ４０８に出力される。一方、アッド信号入力ポート４０６から入力されたアッド信号は、光フィルタ４０５の中心周波数にチューニングされているため、該光フィルタ４０５を透過して光ファイバ４０８に出力される。
【００１６】
この従来構成は、上述した図１の従来構成と異なり、その構成要素として非相反性を有するサーキュレータを含まないため、双方向伝送が可能である。すなわち、光ファイバ４０８から光信号を入力すると、該光信号は光信号４０７から光信号４０４の経路を逆方向に通って媒体４０１中を伝搬する。この場合、アッド信号入力ポート４０６がドロップ信号の出力ポートとなり、ドロップ信号出カボート２０３がアッド信号の入力ポートとなる。なお、媒体４０１では、光の可逆性よりドロップ信号出カボート４０３からの光入力は光信号４０４の方向へは伝搬せず、光ファイバ４００の方向へ出力される（反射光のみが光信号４０４の方向へ伝搬する）点が、上記光サーキュレータの作用とは大きく違っていることを付記しておく。
【００１７】
上記図４の従来の単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路を、図２の光周波数アッド・ドロップ回路２１４，２１５に適用することによって、双方向の光周波数アッド・ドロップ回路を実現することができる。この場合、サーキュレータの個数は２個に減少するものの、光アンプの個数は変わらないため、コストが高くなるという欠点がある。
【００１８】
続いて、図５は、上記図４の従来の単一方向の光周波数アッド・ドロップ回路を用いた双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示す図である。なお、図４に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。この図において、符号５００，５０１は上り／下りのアッド・ドロップ信号を分離する光サーキュレータ、５０２，５０５は入力２から出力２への光信号の伝搬におけるアッド信号の入力ポート並びにドロップ信号の出力ポート、５０４，５０３は入力１から出力１への光信号の伝搬におけるアッド信号の入力ポート並びにドロップ信号の出力ポートである。
【００１９】
このように、当該双方向の光周波数アッド・ドロップ回路は、光ファイバ４００，４０８内を双方向に光信号が伝搬する点、及び光サーキュレータ５００，５０１が付加される点が上記図４の構成と異なっている。光ファイバ４００を入力とし、光ファイバ４０８を出力とする光信号に対しては、ドロップ信号出カボート４０３がドロップ信号の出力ポートとなり、光サーキュレータ５００の作用によって出力ポート５０３にルーチングされる。一方、アッド信号は、入力ポート５０４から光サーキュレータ５０１に入力されて、アッド信号入力ポート４０６にルーチングされる。
【００２０】
反対に、光ファイバ４０８を入力とし、光ファイバ４００を出力とする光信号に対しては、アッド信号入力ポート４０６はドロップ信号の出力ポートとなり、光サーキュレータ５０１の作用によって出力ポート５０５にルーチングされる。一方、入力ポート５０２に入力されたアッド信号は、光サーキュレータ５００の作用によってドロップ信号出カボート４０３にルーチングされる。
【００２１】
ここで、一般に、光フィルタ４０２，４０５は、上記光フィルタ（グレーティングファイバ）１０３とは異なり、反射減衰量が小さい（透過すべき光信号の一部が反射信号の中に混入する）という欠点がある。このようにドロップすべき信号の一部が残ると、その後で付加された同じ周波数の光信号のクロストーク雑音となる（光フィルタ４０２，４０５のチューニング周波数が異なる場合）。この欠点をカバーするため、光フィルタ４０２，４０５のフィルタの中心周波数を一致させる、つまりドロップ信号とアッド信号の周波数を一致させる場合がある。
【００２２】
この場合、ドロップ信号出カボート４０３にドロップされずに光信号４０４の経路方向に反射した光信号は、光フィルタ４０５で再度ドロップされるため、トータルとして反射減衰量が大きくなる。このようにアッド信号とドロップ信号の周波数を同一とした状態で図５の双方向伝送に適用した場合に、上りと下りのアッド信号とドロップ信号の全てが同じ周波数となる。この結果、例えば、アッド信号入力ポート４０５では、光フィルタ４０２においてドロップした上り信号の反射分と下り信号の中で光フィルタ４０２で最初にドロップされた信号がともに出力ポート５０５に出力されるため、クロストーク雑音が発生する。
【００２３】
なお、上記図１に示した構成の引用先は以下の文献である。
Ｃ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｖ．Ｍｉｚｒａｈｉ ”Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ ＡＤＤ／ＤＲＯＰ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ＷＤＭ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ” Ｔｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐｐ．６６−６７（Ｊｕｎｅ ２６−３０， １９９５， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ）
また、第４図に示した構成の引用先は以下の文献である。
Ｇ．Ｂｅｎｄｅｌｌｉ， Ｓ．Ｄｏｎａｔｉ， ａｎｄ Ｒ．Ｌａｎｏ ”Ａ Ｎｅｗ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｔｕｎｅａｂｌｅ ＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ” ２２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｏｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １５−１９， １９９６， Ｏｓｌｏ Ｎｏｒｗａｙ）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図４の構成は原理的に双方向伝送に適用可能であるが、アッド用とドロップ用の２つの光フィルタ４０２，４０５を異なる周波数に設定した場合においても、また同じ周波数に設定した場合においてもフィルタ特性の不完全性によりクロストーク雑音が発生する。両者とも光周波数が同じクロストーク雑音を発生し、これは同一パワーの異なる周波数のクロストーク雑音よりＳＮ比を大きく劣化させることが知られており、伝送品質の劣化が大きい。
【００２５】
また、図４の構成のように、媒体４０１に対して斜め方向からの入力信号を透過信号と反射信号を分離するタイプの光フィルタは、その通過帯域幅を小さくすると損失が増えると同時に反射減衰特性が劣化するため、チャネル間隔を広くしなければならず、高密度な多重方式には適用できない。また、図５の構成は図２のように伝搬方向毎に独立して光アンプを適用することができず、双方向光アンプが必須となる。この場合、図３の構成の欠点が原理的に避けられなく、またそれに加えて図５の構成では上り方向／下り方向で独立に信号の損失を与えられないので、ノード間で伝送損失のばらつき（すなわち伝送距離のばらつき）がある場合はネットワークが構成できないという致命的な欠点がある。
【００２６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）原理的に双方向伝送に適用可能な光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
（２）回路規模が小さい光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
（３）ネットワークを構成する場合に伝送損失のばらつきがあっても伝送品質の劣化を最小限に抑えることが可能な光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークを提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では以下のような手段が採用される。
まず、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第１の手段として、第１の光ポート（入力ポート）に入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポート（出力ポート）ヘ出力する光入出力手段と、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第５の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに通過させる第１の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第６の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第６の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第１の手段は、本願発明で最も基本となる構成であり、入力ポートから出力ポートに、すなわち片方向に光信号（チャネル）が伝送される光周波数多重ネットワークに適用可能なものである。
【００２８】
この場合、上記光入出力手段としては、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力する第２の光サーキュレータからなる構成、つまり２つの３端子光サーキュレータからなる構成が採用される。また、この光入出力手段として、１つの４端子光サーキュレータを用いても良い。
【００２９】
また、この第１の手段に、第１の光周波数及び第２の光周波数の少なくとも一方を可変可能とする、さらに第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタの少なくとも一方に補助光フィルタを縦続接続し、該補助光フィルタは通過させる光信号の光周波数を前記第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタに対して独立して設定するという手段を付加しても良い。さらに、このように各種手段が施された各光周波数アッド・ドロップ回路を、出力ポートと入力ポートとを相互に接続することにより任意の組み合わせで複数縦続接続し、１つの光周波数アッド・ドロップ回路を構成するという手段を採用することが考えられる。
【００３０】
次に、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第２の手段として、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、前記第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートへ出力する光入出力手段と、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１０の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポートに入力された前記第４の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第４の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第２の手段は、第１の光ポートと第４の光力ポートとの間で双方向に光信号（チャネル）を伝送することが可能であり、双方向の光周波数多重ネットワークに適用可能である。
【００３１】
この場合、光入出力手段としては、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータに出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第１の光ポートに出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータとからなる構成、つまり２つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。
【００３２】
一方、光入出力手段として、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに人力された光信号を第４の光サーキュレータヘ出力し、該第４の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートヘ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートヘ出力する第３の光サーキュレータと、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第３の光サーキュレータへ出力する前記第４の光サーキュレータとからなる構成を採用することが考えられる。なお、光入出力手段としては、１つの６端子光サーキュレータを用いても良い。
【００３３】
また、この第２の手段において、第１あるいは第３の光フィルタの少なくとも一方に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを縦続接続し、各々の双方向光アンプのゲインを独立して設定する、さらに光入出力手段を上記第１の光サーキュレータと第２の光サーキュレータとによって構成する場合、これらの間に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを置するという手段を付加しても良い。
【００３４】
光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第３の手段として、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段と、前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第２の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第９の光ポートに入力された前記第３の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第３の光フィルタと、前記第４の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１１の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射させる第５の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第１の光周波数の光信号を第１２の光ポートに通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１２の光ポートに入力された前記第１の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第６の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第３の手段は、第１、第２の光伝送路において生じる光信号の反射信号を、第７あるいは第１０の光ポートに出力させて除去するものである。
【００３５】
この場合、光入出力手段には、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路ヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータと、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータからなる構成、つまり３つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。なお、光入出力手段に１つの８端子光サーキュレータを採用しても良い。
【００３６】
さらに、光周波数アッド・ドロップ回路に係わる第４の手段として、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段と、前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタと、前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第２の光ポートに向けて通過させる第２の光フィルタと、前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第１の光終端手段に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタと、前記第４の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第９の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタと、前記第５の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポートに入力された前記第３の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させる第５の光フィルタと、前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第２の光周波数の光信号を第２の光終端手段に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第６の光フィルタとを具備する手段が採用される。この第４の手段は、上記反射信号を第１あるいは第２の光終端手段に吸収させるものである。
【００３７】
この場合、光入出力手段としては、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を前記第１の光ポートヘ出力する第１の光サーキュレータと、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータと、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータとからなる構成、つまり３つの４端子光サーキュレータからなる構成が採用される。なお、光入出力手段として、１つの８端子光サーキュレータを採用しても良い。
【００３８】
次に、上述した各種の光周波数アッド・ドロップ回路を、光周波数多重ネットワークのノードに適用することにより各種の光周波数多重ネットワークを構成する手段について説明する。
【００３９】
まず、該光周波数多重ネットワークに係わる第１の手段として、上記第１の手段として示した各種の光周波数アッド・ドロップ回路を入力ポートと出力ポートとを光伝送路によって相互に接続することにより、複数任意の組み合わせでループ状に接続するという手段が採用される。このような構成を採用することにより、光信号（チャネル）が各光周波数アッド・ドロップ回路の入力ポートから出力ポートに片方向に伝送される光周波数多重ネットワークが形成される。
【００４０】
また、光周波数多重ネットワークに係わる第２の手段として、上記第２から第４の手段として示した光周波数アッド・ドロップ回路を、第１の光伝送路と第２の光伝送路とを相互に接続することによって、任意の組み合わせでループ状に複数接続するという手段が採用される。この場合、光信号（チャネル）が各光周波数アッド・ドロップ回路の第１の光伝送路と第２の光伝送路との間で双方向に伝送される光周波数多重ネットワークが形成される。
【００４１】
この場合、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを配置するという手段を付加してもよい。また、このような各種手段が講じられた光周波数多重ネットワークに係わる第２の手段において、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に光信号に周波数遷移を与える周波数シフタを配置するという手段を付加しても良い。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図６〜図２２を参照して、本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路及びそれを用いた光周波数多重ネットワークの実施形態について説明する。
【００４３】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態〕
まず、図６を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態について説明する。この光周波数アッド・ドロップ回路ａは、光信号の単方向伝送に適用されるものであり、本発明において最も基本となるものである。
【００４４】
図６は、この実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号６００は各々にチャネルを形成する複数の光信号（入力信号）が光周波数多重されて入力される入力ポート、６０１は同様に入力信号が出力される出力ポート、６０２は上記入力ポート６００と出力ポート６０１、及び入力ポート６０３と出力ポート６０４が接続される４端子の光サーキュレータ、６０５は出力ポート６０４に接続される光バンドパスフィルタ、６０８は出力ポート６０３に接続される光バンドパスフィルタ、６０６は上記光バンドパスフィルタ６０５に接続される光アイソレータ、６０９は光バンドパスフィルタ６０８に接続される光アイソレータ、６０７は上記光アイソレータ６０６に接続されるドロップ信号出力ポート，６１０は上記光アイソレータ６０９に接続されるアッド信号入力ポートである。
【００４５】
上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８は、チューニング周波数の光信号のみを透過させ、残りの周波数成分の光信号を反射する性質を有するものであり、チューニング周波数を可変可能なものあるいは固定のものを適用することができる。
【００４６】
入力ポート６００から人力された入力信号は、光サーキュレータ６０２の作用により出力ポート６０４にルーチングされて光バンドパスフィルタ６０５に入力される。光バンドパスフィルタ６０５は、特定の光周波数（特定のチャネル）の光信号のみを透過させ、かつ残りの光周波数（残りのチャネル）の光信号を反射する。この結果、前記特定のチャネルの光信号は、ドロップ信号出力ポート６０７へ出力され、残りのチャネルの光信号は光サーキュレータ６０２の方向に反射される。
【００４７】
光バンドパスフィルタ６０５を透過した透過信号は、光アイソレータ６０６をを透過してドロップ信号出力ポート６０７からドロップ信号として出力される。光アイソレータ６０６は、上記ドロップ信号がその先に接続されているコネクタ（図示略）などによって反射されることを防ぐためのものであり、反射が少ないケースでは省略することができる。
【００４８】
一方、光バンドパスフィルタ６０５から光サーキュレータ６０２に反射されたチャネルの光信号は、該光サーキュレータ６０２の作用より入力ポート６０３にルーチングされる。そして、入力ポート６０３から光バンドパスフィルタ６０８に入力された光信号のうち、該光バンドパスフィルタ６０８のチューニング周波数に一致しない光信号は、再び光サーキュレータ６０２に反射され、該光サーキュレータ６０２の作用より出力ポート６０１から出力される。
【００４９】
さらに、アッド信号入力ポート６１０には光バンドパスフィルタ６０８のチューニング周波数に一致したアッド信号が入力され、該アッド信号は、光アイソレータ６０９及び光バンドパスフィルタ６０８を透過して入力ポート６０３に出力され、光サーキュレータ６０２の作用によって出力ポート６０１にルーチングされ、上記光バンドパスフィルタ６０５によって反射された光信号とともに出力ポート６０１から出力される。
【００５０】
なお、上述した光サーキュレータ６０２から出力ポート６０３に入力されて光バンドパスフィルタ６０８を透過した光信号は、光アイソレータ６０９によって吸収される。しかし、光アイソレータ６０９が設けられない場合、アッド信号入力ポート６１０にドロップ信号として出力されることになる。すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７とアッド信号入力ポート６１０とは、光アイソレータ６０６、６０９を設けないことにより、原理的に光信号の付加（アッド）及び光信号の分離（ドロップ）のどちらにも用いることが可能である。
【００５１】
なお、上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８の通過帯域は、用途により固定でよい場合もあり、必要に応じて可変とすることが考えられる。通過帯域を固定する場合は通過帯域を可変するための駆動回路が不要であるが、アッド信号のチャネルやドロップ信号のチャネルをダイナミックに切り替える用途では、例えば直流電圧で駆動されるファイバファブリペローフィルタや圧電素子で駆動される誘電体フィルタ等が光バンドパスフィルタ６０５，６０８として用いられる。この場合、これら駆動回路の消費電力は僅かなものである。
【００５２】
次に、図７に示す実験結果を参照して、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａの作動を説明する。なお、この図７は、図７（ａ）に示す回路（上記光周波数アッド・ドロップ回路ａの一部分）において、入力ポート６００に入力された入力信号に対して、入力ポート６０３に出力される出力信号とドロップ信号出力ポート６０７に出力されるドロップ信号の特性を示すものである。
【００５３】
この場合、入力信号としては、図７（ｂ）に示すように、所定の周波数間隔を隔てた４つの光信号７０３〜７０６が周波数多重されて入力ポート６００に入力される。図７（ｃ）は、光バンドパスフィルタ６０５を光信号７０３にチューニングした場合におけるドロップ信号のスペクトルを示す特性図である。
【００５４】
この特性図に示すように、入力ポート６００に入力された光信号７０３は僅かにレベルが減衰するものの、特性７０７に示すように十分なレベルでドロップ信号出力ポート６０７に出力され、入力信号のうち他のチャネルの光信号７０４〜７０６は、光バンドパスフィルタ６０５によって反射されるため、非常に僅かなレベルでドロップ信号出力ポート６０７に出力される。すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７には、光バンドパスフィルタ６０５によってチューニングされた光信号７０３のみが選択的に出力される。
【００５５】
一方、入力ポート６０３に出力される出力信号のスペクトル特性は、図７（ｄ）のようになる。このスペクトル特性に示されるように、光信号７０３は、ドロップ信号出力ポート６０７において分離されるため、出力信号としは特性７０８に示すように僅かなレベルとなる。この出力信号のうち、ドロップ信号出力ポート６０７において分離された光信号７０３を除く残りの光信号７０４〜７０６は、特性７０９〜７１１に示すように、入力信号とほぼ同等のレベルで入力ポート６０３に出力されている。なお、この出力信号に現れるドロップ信号の漏れは、実験で使用した部品の不完全性や接続点での反射に起因するものであり、原理的には発生しないものである。
【００５６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態〕
続いて、図８を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態について説明する。上記光周波数アッド・ドロップ回路ａでは１個の４端子の光サーキュレータを用いたが、この実施形態はその変形例であり、図示するように、上記４端子の光サーキュレータ６０２を２つの３端子光サーキュレータ８００，８０１で置き換えた構成となっている。なお、動作は図６の回路構成と同様であり、詳細については省略する。
【００５７】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態〕
次に、図９を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態について説明する。なお、この図において、（ａ）は回路構成を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明する図である。
【００５８】
本実施形態の回路構成は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａにおいて、光バンドパスフィルタ６０５に直列に光バンドパスフィルタ９００を、また光バンドパスフィルタ６０８に直列に光バンドパスフィルタ９０１をそれぞれ追加したものである。各光バンドパスフィルタ９００，９０１は、上記光バンドパスフィルタ６０５，６０８と同等のものであり、定常状態では光バンドパスフィルタ６０５，６０８と同じ周波数にチューニング（同調）されている。したがって、この回路の動作は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａと全く同様である。
【００５９】
ここで、新たに付加された上記光バンドパスフィルタ９００，９０１の役割について、図９（ｂ）を参照して説明する。この図において、符号９０３〜９０７は、入力信号を形成する各チャネルの光信号（厳密にはその周波数）を示し、また９０８は光信号９０３を分離する光バンドパスフィルタ６０５，９００の通過帯域を示す。
【００６０】
まず、光バンドパスフィルタ９００が設けられていない状態を仮定する。この状態にいて、ドロップ信号として分離される光信号を光信号９０３から光信号９０６に変更するためには、光バンドパスフィルタ６０５の通過帯域９０８を通過帯域９０９にシフトさせる必要がある。
【００６１】
しかし、そのシフトの途中には、図示するように分離対象となっていないチャネルの光信号９０４，９０５が存在し、単純に光バンドパスフィルタ６０５のチュー二シグ周波数を光信号９０８の周波数から光信号９０９の周波数にシフトさせた場合、過渡的に光信号９０４と光信号９０５がドロップ信号出力ポート６０７に出力されてしまう。すなわち、光信号９０４，９０５のチャネルから見れば、一時的に回線障害が発生した状態となり、一般にこのような状態は許容されない。
【００６２】
そこで、このような事態を防ぐために、光バンドパスフィルタ９００が挿入される。光信号９０３の選択中において、光バンドパスフィルタ６０５，９００のチューニング周波数は、各々通過帯域９０８と通過帯域９１０に示すように、光信号９０３の周波数に設定される。そして、この状態から新たに光信号９０６を分離しようとする場合、最初に光バンドパスフィルタ９００の通過帯域を通過帯域９１０から通過帯域９１１に設定し直すことになる。この結果、光信号９０３は光バンドパスフィルタ９００によって反射され、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されなくなる。
【００６３】
さらに、この状態で光バンドパスフィルタ６０５の通過帯域を通過帯域９０８から通過帯域９０９に設定し直す。このとき、光信号９０４と光信号９０５は、光バンドパスフィルタ６０５によって過渡的に選択されるが、光バンドパスフィルタ９００によって反射されるため、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されることはない。このように、光バンドパスフィルタ６０５が光信号９０６にチューニングされると、光バンドパスフィルタ９００が既に光信号９０６にチューニングされているので、光信号９０６はドロップ信号出力ポート６０７に出力される。
【００６４】
すなわち、ドロップ信号出力ポート６０７に出力されるチャネルを変更する場合、２つの光バンドパスフィルタ６０５，９００を交互にチューニングすることにより、他のチャネルを誤って分離する事態（誤動作状態）を避けることができる。このような誤動作を避けるための動作原理は、チャネル（光信号）を付加する場合にも、また分離する場合にも同様に成立するので、光バンドパスフィルタ６０８にも光バンドパスフィルタ９０１が従属接続される。なお、このような手段は、上記図８の回路構成にもそのまま適用可能である。
【００６５】
このように、本実施形態の光周波数アッド・ドロップ回路は、付加／分離（アッド／ドロップ）するチャネルの変更を光バンドパスフィルタのチューニング周波数を変えることにより、他のチャネルに影響を与えることなく容易に実現できるという特徴がある。
【００６６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態〕
ところで、上記各種構成の光周波数アッド・ドロップ回路は、１つのチャネルをアッド（付加）及びドロップ（分離）するものであった。これらの光周波数アッド・ドロップ回路を光周波数多重ネットワークのノードに適用する場合には、１つのノードで複数のチャネルのアッド・ドロップが要求される場合がある。次に説明する光周波数アッド・ドロップ回路は、このような用途に対応可能な光周波数アッド・ドロップ回路の回路構成に係わるものである。
【００６７】
以下、図１０を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態の構成を説明する。なお、本実施形態は、上記光周波数アッド・ドロップ回路ａを２つ縦続接続したものであり、上記図６の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。また、以下の符号６００〜６１０によって示される光周波数アッド・ドロップ回路ａは、６００’〜６１０’によって示される光周波数アッド・ドロップ回路ａ’と全く同等のものである。すなわち、光周波数アッド・ドロップ回路ａと光周波数アッド・ドロップ回路ａ’とは、出力ポート６０１と出力ポート６００’とが接続されて縦続接続されている。
【００６８】
上記各光周波数アッド・ドロップ回路ａ，ａ’は、各々独立にＩチャネルの光信号をアッド・ドロップできるから、全体として２チャネルのアッド・ドロップが可能となる。すなわち、必要に応じて光周波数アッド・ドロップ回路ａを複数縦続接続することにより、任意のチャネル数の光信号のアッド・ドロップに対応することが可能である。
【００６９】
複数のチャネルのアッド・ドロップに対応した第２の手段としては、全体の構成を変えずに、使用する光バンドパスフィルタを既知のトランスバーサル型のフィルタのようにマルチチャネル通過型とすることが考えられる。このような手段は、光バンドパスフィルタの構成が複雑化するが、任意のチャネルのアッド・ドロップが可能である。
【００７０】
また、第３の手段としては、光バンドパスフィルタの通過帯域を広げることである。しかし、この場合は、アッド・ドロップされるチャネルが連続している必要がある。この場合、アッド・ドロップされるチャネルの信号レベルを均等にするため、光バンドパスフィルタの通過帯域は、多チャネルにわたって平坦であることが必要である。
【００７１】
さらに、上記第３の手段に類似した第４の手段として、光バンドパスフィルタの周期性（ＰＳＲ）を利用し、１つの光バンドパスフィルタで一定間隔の複数のチャネルを同時に選択することができる。この手段は、光バンドパスフィルタの通過帯域を上記第３の手段のように広げる必要がない反面、光バンドパスフィルタの周期性の誤差を小さくする必要がある。
【００７２】
このような第３と第４の手段を適用する場合には、何れもアッド・ドロップ用のポートに周波数多重回路及び分離回路が新たに必要となる。以上のように、アッド・ドロップするチャネル数に比例して同一種類の回路を増設するか、あるいは光バンドパスフィルタの通過特性を多チャネル用に変更することによって実現可能である。
【００７３】
〔光周波数多重ネットワークの第１実施形態〕
以上に、単一方向に光信号を伝送する光周波数アッド・ドロップ回路の種々の回路構成について説明してきたが、続いて、これら光周波数アッド・ドロップ回路を用いて双方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークの実施形態について説明する。なお、この光周波数多重ネットワークは、上記図６に示した基本的な光周波数アッド・ドロップ回路ａを組み合わせたものである。
【００７４】
図１１は、当該光周波数多重ネットワークの構成を示すブロック図である。この図に示すように、この光周波数多重ネットワークは、例えば同一構成の４つのノードＡ〜Ｄから構成されており、これら各ノードＡ〜Ｄは光周波数多重された光信号の入カ・出力を行う上記光周波数アッド・ドロップ回路ａから構成されている。
【００７５】
例えば、ノードＢを例にとって説明すると、ノードＢは、光サーキュレータ１１１２、光信号の分離（ドロップ）用の光バンドパスフィルタ１１１３、ドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１１１４、光信号の付加（アッド）用の光バンドパスフィルタ１１１５、アッド信号の反射防止のための光アイソレータ１１１６からなる光周波数アッド・ドロップ回路ａとして構成されている。また、他の各ノードＡ，Ｃ，Ｄも上記ノードＢと全く同様に光周波数アッド・ドロップ回路ａと同様に構成されている。
【００７６】
これら各ノードＡ〜Ｄにおいて、符号１１１７〜１１２０はドロップ信号出力ポート、１１２１〜１１２４はアッド信号入力ポートである。また、１１０４〜１１０９はノード間を接続する光ファイバ、１１１０，１１１１は光アンプである。ノードＡとノードＢとは各々の光サーキュレータを介して光ファイバ１１０８によって接続され、ノードＣとノードＤとは各々の光サーキュレータを介して光ファイバ１１０５によって接続され、またノードＢとノードＣとは各々の光サーキュレータが光ファイバ１１０４，１１０９と光アンプ１１１０とを介して接続され、ノードＣとノードＤとは各々の光サーキュレータが光ファイバ１１０６，１１０７と光アンプ１１１１とを介してそれぞれ接続される。
【００７７】
すなわち、各ノードＡ〜Ｄは、１つのループを構成するように光ファイバ１１０４〜１１０９と光アンプ１１１０，１１１１とによって相互に接続されている。このようにループ状に接続されたノードＡ〜Ｄ間では、光信号がノードＡからノードＢに、ノードＢからはノードＣに、ノードＣからはノードＤに、そしてノードＤからはノードＡに一定方向に伝搬される。そして、光アンプ１１１０はノードＢからノードＣに伝搬される光信号を増幅し、光アンプ１１１１はノードＤからノードＡに伝搬される光信号を増幅する。
【００７８】
このように構成された光周波数多重ネットワークにおいて、例えば、ノードＤとノードＢとの間で双方向のチャネルを設定しようとする場合、最初にループ上で使われていない周波数ｆｂｄが選定される。そして、ノードＤとノードＢの各光バンドパスフィルタが上記周波数ｆｂｄにチューニングされる。この状態で、ノードＤのアッド信号入力ポート１１２３から周波数ｆｂｄの搬送光信号を変調した光信号がアッド信号として入力される。
【００７９】
このアッド信号は、ノードＤの光サーキュレータの作用によって光ファイバ１１０６に伝搬され、光アンプ１１１１によって増幅された後、さらに光ファイバ１１０７を伝搬してノードＡの光サーキュレータに入力される。そして、当該ノードＡの光サーキュレータのルーティング作用と光バンドパスフィルタの反射作用とによって光ファイバ１１０８に導かれてノードＢに入力され、光サーキュレータ１１１２の作用によって光バンドパスフィルタ１１１３に入力され、上述の如く当該アッド信号の周波数ｆｂｄにチューニングされた光バンドパスフィルタ１１１３を透過してドロップ信号出力ポート１１１７から出力される。
【００８０】
逆に、ノードＢのアッド信号入力ポート１１２１から周波数ｆｂｄの搬送光信号を変調した光信号をアッド信号として入力すると、該アッド信号は、ノードＡの光サーキュレータ１１１２の作用によって光ファイバ１１０９に伝搬され、光アンプ１１１０によって増幅された後、光ファイバ１１０４を伝搬してノードＣの光サーキュレータに入力される。そして、当該ノードＣの光サーキュレータのルーティング作用と光バンドパスフィルタの反射作用とによって光ファイバ１１０５に導かれてノードＤに入力され、光サーキュレータの作用によって光バンドパスフィルタに入力され、該アッド信号の周波数ｆｂｄにチューニングされた光バンドパスフィルタを透過してドロップ信号出力ポート１１１９から出力される。
【００８１】
ここで、ノードＢとノードＤ間の上チャネルと下チャネルとの割り当てる周波数（上記周波数ｆｂｄ）は、一般的に同一周波数でなくても良い。この場合、ノードＢ，Ｄにおけるアッド用の光バンドパスフィルタとドロップ用の光バンドパスフィルタの各々のチューニング周波数は異なることになる。
【００８２】
以上のように、このループ状の周波数多重ネットワークにおいては、送信された周波数チャネルを受信側の光バンドパスフィルタで抜き取るという動作であり、受信側の光バンドパスフィルタの故障や同調周波数の誤設定があった場合に、送信された周波数チャネルはループを周回することになる。ただし、ループを一周して送信ノードに戻ってくると、送信の光バンドパスフィルタで必ずドロップされるため、多周回による発振や飽和現象は発生しない。
【００８３】
この実施形態では、２つのノード間に設定される上チャネルと下チャネルは、ループに沿って一周することとなり、上チャネルと下チャネルとで経路が異なるという特徴がある。なお、上チャネルと下チャネルで同じ周波数を割り当てた場合にループに沿って光信号が一周することになるため、他の区間ではこの周波数が使えない。
【００８４】
一方、上チャネルと下チャネルとで異なる周波数を割り当てた場合、他の区間で当該周波数と同じ周波数を再利用可能であり、同じ多重数でも設定可能な最大チャネル数が増加して周波数の利用効率が向上する。また、周波数を再利用する場合も受信ノードでのフィルタの故障による多周回による発振や飽和現象は発生しない。なぜなら、他の区間の同じ周波数のアッド回路のバンドパスフィルタによって終端されるためである。
【００８５】
上記の光周波数多重ネットワークにおける上チャネルと下チャネルの経路の不一致は、従来のネットワークの運用上の制約から許容されない場合がある。そのような場合は、光信号の伝搬方向の異なるもう一つのループ状ネットワークを設置し、２つのネットワークをそれぞれ上チャネルと下チャネルの各経路に割り当てる方法がある。ただし、この場合の伝送路長は２倍となる欠点がある。
【００８６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第５実施形態〕
次に、図１２を参照して、上記欠点を解決するため、双方向に光信号を伝送させることが可能な光周波数アッド・ドロップ回路（双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ）の実施形態について説明する。
【００８７】
なお、この双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂは、上記図８に示した光周波数アッド・ドロップ回路の各光サーキュレータ８００，８０１を４端子の光サーキュレータに変更し、該各４端子の光サーキュレータの空いている端子にドロップ信号用の回路素子とアッド信号用の回路素子を図示するように付加することによって、上チャネルと下チャネルとの両方向の光信号に対してアッド・ドロップを可能としたものである。したがって、基本的なアッド・ドロップ動作も図８に示した光周波数アッド・ドロップ回路と同様である。
【００８８】
この図において、符号１２００，１２０１は上チャネルと下チャネルの各光信号が双方向に伝搬される伝送路（例えば光ファイバ）であり、このうち伝送路１２００は４端子の光サーキュレータ１２０３の１つの光ポートに接続され、伝送路１２０１は４端子の光サーキュレータ１２０２の１つの光ポートに接続される。光サーキュレータ１２０２と光サーキュレータ１２０３とは、１つの光ポートによって相互に接続されている。
【００８９】
符号１２０４は上チャネルのドロップ信号用の光バンドパスフィルタであり、、光サーキュレータ１２０２の１つの光ポートに接続され、その他端には上チャネルのドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１２０６が接続され、該光アイソレータ１２０６の他端には上チャネルのドロップ信号を取り出すための出力ポート１２０８が接続される。また、１２０５は上チャネルのアッド信号用の光バンドパスフィルタであり、光サーキュレータ１２０３の１つの光ポートに接続され、その他端には上チャネルのアッド信号の反射防止のための光アイソレータ１２０７が接続され、該光アイソレータ１２０７の他端には上チャネルのアッド信号を入力するための入力ポート１２０９が接続される。
【００９０】
一方、符号１２１０は下チャネルのアッド信号用の光バンドパスフィルタであり、その他端には下チャネルのアッド信号の反射防止のための光アイソレータ１２１２が接続され、該光アイソレータ１２１２の他端には下チャネルのアッド信号を入力するための入力ポート１２１４が接続される。また、１２１１は下チャネルのドロップ信号用の光バンドパスフィルタであり、その他端には下チャネルのドロップ信号の反射防止のための光アイソレータ１２１３が接続され、該光アイソレータ１２１３の他端には下チャネルのドロップ信号を取り出すための出力ポート１２１５が接続されている。
【００９１】
このように構成された双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂによれば、上チャネルと下チャネルの両方向の光信号に対して、特定の光信号のアッド・ドロップ動作を実現することが可能である。
【００９２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第６実施形態〕
なお、この構成において、４端子の光サーキュレータ１１０２，１２０３を、図１３に示すように、１つの６端子光サーキュレータ１３００で置き換えることによって素子点数を減らすことが可能である。また、上記図９に示したように光バンドパスフィルタを２段構成とすることにより、選択するチャネルの変更時に、他の無関係なチャネルの誤選択を避けることも可能である。
【００９３】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態〕
次に、図１４を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態について説明する。なお、本実施形態は、上記図１２に示した双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂの変形例であり、図１２に示した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９４】
図１４において、符号１４００，１４０１は、４端子のサーキュレータであり、光ファイバ１８０２によって相互に接続されている。この回路構成において、光ファイバ１８０２の左側が下チャネルの光信号に対する光周波数アッド・ドロップ回路を形成し、右側が上チャネルの光信号に対する光周波数アッド・ドロップ回路を形成している。
【００９５】
ここで、上記双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂを基本的な機能ブロックとすると、上記図１３の回路構成はそれらを１つに集約した構成に相当し、さらにおこの実施形態の回路構成は上チャネルと下チャネル毎に機能を集約した構成に相当する。原理的には図１２あるいは図１３に示した構成と全く同一であるが、図１本実施形態の構成は、後述するように双方向光アンプを適用する場合に、非常に効率的な構成が可能になる点で極めて重要である。
【００９６】
〔光周波数多重ネットワークの第２実施形態〕
次に、図１５を参照して、上記双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いた光周波数多重ネットワークの第２実施形態について説明する。なお、この実施形態は、双方向の光周波数アッド・ドロップ回路ｂと該光周波数アッド・ドロップ回路ｂと全く同一構成の双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ’を双方向性の光アンプを用いてループ状に接続した回路構成になっている。なお、上記図１２において説明した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００９７】
図１５において、符号１５００，１５０１は右回りの光周波数多重された光信号が双方向に伝搬される光ファイバ、１５０２，１５０３は左回りの光周波数多重された光信号が双方向に伝搬される光ファイバ、１４０４，１４０５は双方向の光ファイバアンプ、１５０６は上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂによって構成されたノード、１５０７は上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂ’によって構成されたノードである。このように、ノード１５０６とノード１５０７とは、光ファイバ１５００，１５０１及び光ファイバアンプ１５０４によって相互に接続されると共に、光ファイバ１５０２，１５０３及び光ファイバアンプ１５０５によっても相互に接続され、全体としてループ状に接続される。
【００９８】
ノード１５０６において、１２０８は左回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２０９は左回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、また１２１４は右回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、１２１５は右回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポートである。同様に、ノード１５０７において、１２１４’は左回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２１５’は左回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポート、また１２０８’は右回りの光信号から分離されたドロップ信号が出力される入力ポート、１２０９’は右回りの光信号に付加するアッド信号が入力される入力ポートである。
【００９９】
光周波数多重ネットワークをこのように構成することにより、各ノード１５０６，１５０７においては、アッド信号を入力する入力ポートを選択することによって光信号の伝送方向を右回りあるいは左回りに設定することができる。また、ドロップ信号においても、出力ポートを選択することによって右回りあるいは左回りの光信号からドロップ信号を分離して取り出すことができる。
【０１００】
このような光周波数多重ネットワークにおいて、ノード１５０６とノード１５０７との間で双方向のチャネルを設定する場合、最初にノード１５０６の入力ポート１２０９からアッド信号を入力し、該アッド信号を左回りで伝送してノード１５０７の出力ポート１２１５’にドロップし、次に入力ポート１２０９’からアッド信号を入力して右回りに伝送して出力ポート１２１５でドロップする。
【０１０１】
すなわち、上チャネルと下チャネルを同一経路に設定することができる。同様にして、入力ポート１２１４’と出力ポート１２０８の間、及び入力ポート１２１０と出力ポート１２０８’の間においても双方向のチャネル（上チャネルと下チャネル）を設定することができる。
【０１０２】
なお、これらの２つの経路の双方向チャネルを、１つの設定チャネルに対して割り当て、一方を故障時の予備ルート（バックアップ）として用いることも可能である。一般に、従来の単一方向のループ状の光周波数多重ネットワークにおいて、このような予備ルートを設定する場合には、２重の光ファイバ伝送路が必要であったが、本発明の双方向の光周波数多重ネットワークでは、単一のループ状光ファイバ伝送路によって実現できるため、経済的に予備ルートを設定することができる。
【０１０３】
また、上記図１１に示したような片方向のループ状の光周波数多重ネットワークの場合、上チャネルと下チャネルとに同じ周波数を割り当てると、その周波数は他の区間で再利用できないという制約があった。しかし、本実施形態の光周波数多重ネットワークの場合には、上チャネルと下チャネルとで同一周波数を割り当てても、他の区間で同じ周波数の再利用が可能となり、設定可能な最大チャネル数を増大させることが可能である。また、図１１の構成と同様に、受信ノードの光バンドパスフィルタの故障に起因する光信号の多周回の現象は、前述の理由によって防止することができる。
【０１０４】
以上のように、上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いることにより、ノードを経済的に構成することができるとともに、片方向の光周波数多重ネットワークに比較して光ファイバ伝送路を半減することが可能であり、また周波数の再利用により設定可能なチャネル数が増大させることができるので、光周波数多重ネットワークを全体として極めて経済的に実現することができる。また、受信ノードの故障に対してフォールトトレラントな動作が可能である。
【０１０５】
続いて、図１６を参照して、上記光ファイバアンプ１５０４，１５０５の内部構成の一例を説明する。なお、光ファイバアンプ１５０４，１５０５は全く同一の構成を有しているので、光ファイバアンプ１５０５を例に取って以下に説明する。この図において、符号１６００は当該光ファイバアンプ１５０５の自然放出光のピーク成分を除去するための高域通過フィルタ、１６０１はエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ、１６０２は信号光と励起用の光信号を合成するためのビームスプリッタ、１６０３はエルビウム添加光ファイバ１６０１の側面より放射される自然放出光を受信するフォトダイオード、１６０４は当該光ファイバアンプ１５０５のゲインを外部より設定するための基準信号（一般には直流電圧レベル）、１６０５はフォトダイオード１６０３の平均レベルと基準信号１６０４のレベルの差分を出力する比較回路、１６０６は該比較回路１６０５の出力を増幅して励起用光源１６０７を駆動する駆動回路、また、励起用光源１６０７はエルビウム添加光ファイバ１６０１を励起するための励起用の光信号を発生するものである。
【０１０６】
当該光ファイバアンプ１５０５のゲインは、エルビウム添加光ファイバ１６０１で発生する自然放出光のパワーに比例するため、フォトダイオード１６０３でそれを検出して設定ゲインに対応した基準信号１６０４と比較し、その誤差分をエルビウム添加光ファイバ１６０１にフィードバックすることによりゲインを設定することができる。なお、この構成は既知の光ファイバアンプの構成であり、その動作は一般によく知られているためこれ以上の詳細な説明は省略する。
【０１０７】
光ファイバアンプ１５０４も上記光ファイバアンプ１５０５と全く同様に構成されているが、光ファイバアンプ１５０４と光ファイバアンプ１５０５とは、ノード１５０６を挟んで鏡像対称に配置されている。ノード間で送受信される光信号が通過する高域通過フィルタ１６００、エルビウム添加光ファイバ１６０１、及びビームスプリッタ１６０２は、全て双方向伝送可能なようにパッシブな光デバイス（受動素子）で構成されているので、各光信号は双方向に伝搬可能であり、エルビウム添加光ファイバ１６０１を通過する際に増幅される。
【０１０８】
ただし、励起用光源１６０７から出射される励起用の光信号の伝搬方向とノード間で送受信される光信号とは、ノード間で送受信される光信号の伝搬方向に応じて同一方向と反対方向とになる場合があり、それぞれ従来から前方励起方式あるいは後方励起方式と呼ばれる状態が存在する。光ファイバアンプの増幅特性は、この方向性によって僅かに異なることが知られており、ある一区間だけに注目すればノード間で送受信される光信号のゲインや雑音は伝搬方向に応じて僅かに相違することになる。
【０１０９】
しかし、あるノード（例えば図１６のノード１５０６）の両側に設置される光ファイバアンプ１５０４，１５０５は、図示するように、ノード１５０６を中心にして対称配置されているので、ノード間で送受信される光信号の伝搬方向による上記相違は互いにキャンセルされる。
【０１１０】
以上のように、上記双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂを用いることにより、光ファイバと光アンプの個数は片方向伝送の光周波数多重ネットワークの場合に比較して半分でよい。よって、全体として、光周波数多重ネットワークを経済的に構成することができる。また、図１５と同じく周波数の再利用と受信ノードのフォルトトレラントな性質は保存される。
【０１１１】
なお、図１６に示したように、双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂの両側の光ファイバに双方向光アンプを適用する方式は、従来技術の問題点として指摘したように、上チャネルと下チャネルのゲインを独立に設定できないため、伝送品質の過剰な劣化を招く欠点がある。しかし、本光周波数多重ネットワークでは、以下に説明するように双方向光アンプの配置を最適に選ぶことによりこの問題を解決することができる。
【０１１２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態〕
次に、図１７を参照して、双方向光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態について説明する。なお、この回路構成は、図１４に示した双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の変形であり、図１４の構成要素とと同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１１３】
この光周波数アッド・ドロップ回路は、図示するように、光サーキュレータ１２０３と光バンドパスフィルタ１２１１との間に双方向光アンプ１７００を配置し、また光サーキュレータ１２０２と光バンドパスフィルタ１２０４との間にも双方向光アンプ１７０１を配置した構成である。ここで、上チャネルの光信号に対する動作と下チャネルの光信号に対する動作とは同一であり、以下では上チャネルの光信号に対する動作についてのみ説明する。
【０１１４】
この図において、符号１７０３は上チャネルの光信号の通過経路、１７０４は上チャネルの光信号に係わるドロップ信号の経路、また１７０５は上チャネルのアッド信号の経路である。双方向光アンプ１７０１は上記ドロップ信号に対するプリアンプとして動作すると同時に、通過信号に対しては中継アンプ（プリ＋ポスト）として動作する。ここで、当該双方向光周波数アッド・ドロップ回路の出力点Ｐにおける信号レベルが一定となるように双方向光アンプ１７０１のゲインを設定しようとする場合、出力ポート１２０８に出力されるドロップ信号の出力は、出力点Ｐを通過する上チャネルの光信号のＩ／２のレベルとなる。
【０１１５】
しかし、本実施形態の光周波数アッド・ドロップ回路によれば、双方向光アンプ１７００，１７０１のゲインは独立に設定可能であり、光ファイバ１２００，１２０１の光ファイバ長に応じたゲイン設定が可能となるので、上記図３に示した従来の回路構成の問題点を解決することができる。
【０１１６】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態〕
続いて、図１８を参照して、上記双方向光アンプを適用した光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態について説明する。なお、この実施形態は、上記図１４に図１７の構成を組み合わせた回路構成の変形であり、該図１４並びに図１７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１１７】
図１８において、右半分が下チャネル用の光周波数アッド・ドロップ回路に相当し、左半分が下チャネル用の光周波数アッド・ドロップ回路に相当する。光サーキュレータ１４００と光バンドパスフィルタ１２１１との間には双方向光アンプ１７００が配置され、光サーキュレータ１４０１と光バンドパスフィルタ１２０４との間には双方向光アンプ１７０１が配置される。双方向光アンプ１７００，１７０１の作用は上記図１７の構成と同様である。すなわち、双方向光アンプ１７００の作用は下チャネルの光信号及び下チャネルのドロップ信号の増幅であり、双方向光アンプ１７０１の作用は上チャネルの光信号及び上チャネルのドロップ信号の増幅である。
【０１１８】
ここで、上記図１７の光周波数アッド・ドロップ回路はアッド信号を増幅するものではなかった。しかし、この実施形態では、新たに双方向光アンプ１８００が光サーキュレータ１４００と光サーキュレータ１４０１との間に設置される。したがって、双方向光アンプ１８００は、下チャネル用の入力ポート１２１２から入力されたアッド信号に対して、また上チャネル用の入力ポート１２０９から入力されたアッド信号に対して、１台で両方向のポストアンプとして作用する。
【０１１９】
この双方向光アンプ１８００に入力される光信号のレベルは、双方向光アンプ１７００あるいは双方向光アンプ１７０１によって光ファイバ１２００あるいは光ファイバ１２０１の長さに応じた損失分が個別に補償され一定のレベルになっているので、双方向光アンプ１８００は上チャネルの光信号及び下チャネルの光信号に対して同一ゲインでよい。もし、双方向光アンプ１７００，１７０１が配置されず、双方向光アンプ１９００のみが配置された場合、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号のレベルの差は補正されず、上記図３の回路構成で説明した過剰損失の発生とそれに起因する品質劣化が避けられなくなる。
【０１２０】
以上のように、この実施形態の双方向の光周波数アッド・ドロップ回路によれば、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号との伝送損失にばらつきがあっても、これを個別に補償することが可能であり、かつ共通のポストアンプで送出レベルを増幅することができる。この場合、要するに光サーキュレータ及び光アンプの個数はそれぞれ２個と３個であり、構成要素の点数が少ないので、上記図２の従来構成よりも回路規模を小さくすることが可能である。
【０１２１】
また、上チャネルの光信号と下チャネルの光信号とを光サーキュレータによってほぼ完全に分離できるので、図５の従来構成のように上チャネルの光信号と下チャネルの光信号との問でクロストークが発生しないという特徴がある。さらに、図４の従来例と同じくアッド信号用とドロップ信号用とにそれぞれ光バンドパスフィルタを配置しているので、ドロップ信号の反射分をアッド信号用の光バンドパスフィルタで除去することが可能であり、ドロップ信号の反射に起因するクロストークを最小限に抑えることが可能である。また、この光周波数アッド・ドロップ回路は、これまで説明してきた実施形態と同様に、光アンプを除いてパッシブ素子で構成されているので、また特殊な回路素子を使用することなく市販の部品で構成できるため、低消費電力かつ低コストが実現できる。
【０１２２】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１０実施形態〕
ところで、上記図１２に示した双方向光周波数アッド・ドロップ回路ｂにおいて、光ファイバ１２００，１２０１が断線した場合や該光ファイバ１２００，１２０１の光コネクタにおける反射が大きくなった場合等、光信号の伝搬方向とは逆方向に反射信号が伝搬することになる。この反射信号は、本来のチャネルを形成する光信号へのクロストークとなる。以下に、このクロストークを抑圧する光周波数アッド・ドロップ回路の構成について、図１９を参照して説明する。なお、この図において、図１２に示した構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１２３】
図１９において、符号１９００ａ〜１９００ｃは４端子の光サーキュレータであり、光サーキュレータ１９００ｂを中心にして３つが縦続接続されている。光サーキュレータ１９００ａの１つの光ポートには上記光ファイバ１２０１が接続され、他の２つの光ポートには上記光バンドパスフィルタ１２１０と光バンドパスフィルタ１９０１が各々接続され、該光バンドパスフィルタ１９０１の他端には光アイソレータ１９０２が接続され、該光アイソレータ１９０２の他端には出力ポート１９０３が接続されている。
【０１２４】
光サーキュレータ１９００ｃの１つの光ポートには上記光ファイバ１２００が接続され、他の２つの光ポートには上記光バンドパスフィルタ１２０５と光バンドパスフィルタ１９０４が各々接続され、該光バンドパスフィルタ１９０４の他端には光アイソレータ１９０５が接続され、該光アイソレータ１９０５の他端には出力ポート１９０６が接続されている。また、光サーキュレータ１９００ｃの残りの２つの光ポートには、上記光バンドパスフィルタ１２０４と光バンドパスフィルタ１２１１とが各々接続されている。
【０１２５】
光バンドパスフィルタ１９０１は光バンドパスフィルタ１２１０と連動してチューニング周波数が同一周波数に設定される光フィルタであり、出力ポート１９０３は入力ポート１２１４から入力されたアッド信号の反射信号が出力される光ポートである。光バンドパスフィルタ１９０１のチューニング周波数は光バンドパスフィルタ１２１０と同一周波数に設定されるので、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号が光ファイバ１２０１に送出されて発生する反射信号は出力ポート１９０１にドロップされる。
【０１２６】
同様に、光バンドパスフィルタ１９０４は、光バンドパスフィルタ１２０５と連動してチューニング周波数が同一周波数に設定される光フィルタであり、出力ポート１９０６は入力ポート１２０９から入力されたアッド信号の反射信号が出力されるである。光バンドパスフィルタ１９０４は、チューニング周波数は光バンドパスフィルタ１２０５と同一周波数に設定されるので、入力ポート１２０９から入力されたアッド信号が光ファイバ１２００に送出されて発生する反射信号は出力ポート１９０６にドロップされる。
【０１２７】
このように本実施形態の双方向光周波数アッド・ドロップ回路によれば、アッド信号の反射信号を容易に除去することができる。また、上記３つの４端子サーキュレータ１９００ａ〜１９００ｃを１つの８端子光サーキュレータに置き換えることにより、素子点数を削減することができる。
【０１２８】
〔光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態〕
次に、図２０を参照して、光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態について説明する。本実施形態は、上記図１４の回路構成を応用することによりアッド信号の反射信号を除去するものである。なお、この図において、図１４と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１２９】
図２０において、符号２０００は４端子の光サーキュレータ、２００１，２００は上記反射信号をドロップさせる光バンドパスフィルタ、２００３，２００４はドロップした反射信号を吸収するための終端回路（第１，第２の光終端手段）である。この図に示すように、本実施形態の回路構成は、光サーキュレータ１４００と光サーキュレータ１４０１との間に４端子の光サーキュレータ２０００を配置し、該光サーキュレータ２０００の余った２つの端子に、光バンドパスフィルタ２００１と終端回路２００３の直列回路と光バンドパスフィルタ２００２と終端回路２００４の直列回路とをそれぞれ接続したものである。
【０１３０】
ここで、入力ポート１２０９ら入力されたアッド信号の反射信号を吸収するのが光バンドパスフィルタ２００１であり、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号の反射信号を吸収するのが光バンドパスフィルタ２００２である。これら２組の光バンドパスフィルタ１２０５，２００１と光バンドパスフィルタ１２１０，２００２は、各々連動してチューニング周波数が設定できるように構成されており、各チューニング周波数がそれぞれ同一周波数に設定されるようになっている。
【０１３１】
例えば、入力ポート１２１４から入力されたアッド信号は、光バンドパスフィルタ１２１０から光サーキュレータ１４００、さらに光サーキュレータ２０００から光サーキュレータ１４０１を経由して光ファイバ１２０１に出力される。一方、該アッド信号が光ファイバ１２０１で反射されて発生する反射信号は、光ファイバ１２０１から光サーキュレータ１４０１、さらに光サーキュレータ２０００を経由して光バンドパスフィルタ２００２に入力され、該光バンドパスフィルタ２００２が上記光バンドパスフィルタ１２１０と同一のチューニング周波数に設定されているので、光バンドパスフィルタ２００２を通過して終端回路２００４によって吸収される。
【０１３２】
なお、これ以外の反射信号は入力されたノードまで伝送されて、そこに設置された反射吸収用のフィルタで除去されることになる。なお、このような反射信号の吸収作用を実現するためには、上チャネルと下チャネルとで同一光周波数（波長）の信号を重複して使用できないという制限が必要である。
【０１３３】
〔光周波数多重ネットワークの第３実施形態〕
次に、光周波数多重ネットワークの第３実施形について説明する。以上の説明では、光周波数アッド・ドロップ回路を構成する各種光デバイスは、反射を除いて理想的な特性を有するものであると仮定している。しかし、現実の光デバイスは、製造誤差などの要因によりドロップ信号の一部がアッド信号に混入してクロストークが発生する場合がある。
【０１３４】
特に、アッド信号とドロップ信号に同じ周波数を割り当てた場合や、同じ周波数を光周波数多重ネットワークの中で繰り返して使用する場合は、光信号の周波数と同じ周波数成分のクロストーク（コヒーレント・クロストーク）が発生する。このクロストークは、光バンドパスフィルタにより阻止されることなく、光信号と同じ経路にルーチングされ、かつ周波数の異なるクロストークより著しい品質劣化（符号誤り等）を引き起こすことが知られている。
【０１３５】
ここで、このようなクロストークについて、図２１を参照して説明する。まず、図２１（ａ）に示す光周波数多重ネットワークを参照して、クロストークの発生について説明する。この図において、符号２１００〜２１０３は、本実施形態の双方向の光周波数アッド・ドロップ回路からなるノードであり、２１０３〜２１０７は光ファイバ伝送路である。２１０８はノード２１００に、また２１１１はノード２１０２にそれぞれ設けられたアッド信号用の入力ポートであり、２１１２はノード２１００に、また２１１０はノード２１０２にそれぞれ設けられたドロップ信号用の出力ポートである。
【０１３６】
また、符号２１０９はノード２１００の入力ポート２１０８から入力され、ノード２１０２の出力ポート２１１０に出力されるチャネルの伝送経路を示し、同様に２１１３はノード２１０２の入力ポート２１１１から入力され、ノード２１００の出力ポート２１１２に出力されるチャネルの伝送経路を示す。
【０１３７】
いま、これら２つのチャネルの光周波数が同一に設定されていると仮定すると、入力ポート２１１１で入力されたアッド信号は、出力ポート２１１２でドロップ信号として出力されるが、その一部は上記伝送経路２１０９と同様な波線経路２１１４を通って出力ポート２１１０からドロップ信号に対するクロストーク信号２１１５として出力されることになる。
【０１３８】
入力ポート２１０８から出力ポート２１１２に直接、あるいは入力ポート２１１１から出力ポート２１１０に直接のように、同一ノード内において入力ポート側から出力ポート側へのクロストーク経路も考えられるが、一般に光アイソレータのアイソレーションは十分大きいため、通常この種のクロストークは無視できる。クロストーク信号２１１５は、出力ポート２１１０に出力されるドロップ信号と同一周波数であるため、出力ポート２１１０用の光バンドパスフィルタを通過してしまう。
【０１３９】
続いて、図２１（ｂ）は、上記図２１（ａ）の光周波数多重ネットワークにおいて光ファイバ伝送路の途中（あるいはノード内でもよい）に周波数シフタ２１２０，２１２１を挿入したものである。この周波数シフタ２１２０，２１２１は、通過する光信号に微小な周波数（∂ｆ）の周波数偏移を与えるものであり、例えば上記図４に示した光フィルタ４０２，４０５（ＡＯフィルタ）を用いて光信号にドップラーシフトを与えることで実現される。一般に、この微小な周波数∂ｆは、伝送される光信号のビットレートと同等以上（光バンドパスフィルタの通過帯域以上）かつチャネルの周波数間隔以下に設定される。
【０１４０】
この結果、上チャネルと下チャネルの両チャネルの光信号に対して周波数∂ｆの周波数偏移が同様に与えられ、よって出力ポート２１１０，２１１２の各々のドロップ信号の中心周波数は周波数∂ｆだけ周波数偏移する。一方、出力ポート２１２２におけるクロストーク成分（波線経路２１２２で示される信号成分）は、周波数シフタ２２１２０での周波数∂ｆの周波数偏移に加えて、さらに周波数シフタ２１２１で周波数∂ｆの周波数偏移（合計して周波数２∂ｆの周波数偏移）を受ける。
【０１４１】
したがって、出力ポート２１１０から出力されるクロストーク信号２１２３は、さらに周波数∂ｆの周波数偏移を受けるので、上チャネルと下チャネルのチャネル周波数が同じ場合にクロストーク信号２１２３はノード２１０２内の光バンドパスフィルタによって減衰されることになる。このように周波数シフタ２１２０，２１２１をループ内に設置することにより、同一周波数のクロストークの影響を軽減することができる。なお、一般に周波数シフタは双方向に光信号を通過させるので、上記図１５に示した双方向の光周波数多重ネットワークにも適用することができる。
【０１４２】
〔光周波数多重ネットワークの第４実施形態〕
最後に、図２２を参照して、上記図１５の双方向の光周波数多重ネットワークにクロストーク抑圧用の上記周波数シフタを適用した構成例について説明する。なお、図２２において、図１５に示した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１４３】
図２２において、符号２２００は上記光ファイバアンプ１５０４に代えて光ファイバ１５００と光ファイバ１５０１との間に、また２２０１は上記光ファイバアンプ１５０５に代えて光ファイバ１５０２と光ファイバ１５０３との間にそれぞれ配置される周波数シフタである。２２０２はノード１５０７からノード１５０６に光信号が伝送される上チャネル、２２０３はノード１５０６からノード１５０７に光信号が伝送される下チャネル、２２０４は出力ポート１５１１から出力されるドロップ信号に起因して発生するクロストーク信号、２２０５は出力ポート１５１３から出力されるドロップ信号に起因して発生するクロストーク信号である。
【０１４４】
これらのクロストーク信号２２０４，２２０５は、周波数シフタ２２００，２２０１が存在しない場合に、図示するようにお互いに他の出力ポート１５１１，１５１３のドロップ信号に混入する。しかし、このようなループ状の光周波数多重ネットワークの途中に、周波数シフタ２２００，２２０１を配置することにより、まず各チャネルの光信号は周波数シフタ２２００の作用によって上チャネル２２０２と下チャネル２２０３共に周波数∂ｆの周波数偏移を受ける。
【０１４５】
そして、クロストーク信号２２０４，２２０５は、周波数シフタ２２０１の作用によって、さらに周波数∂ｆの周波数偏移を受ける。この結果、各出力ポート１５１１，１５１３には、周波数∂ｆの周波数偏移を受けたドロップ信号と周波数２∂ｆの周波数偏移を受けたクロストーク信号とが出力される。すなわち、各出力ポート１５１１，１５１３において、ドロップ信号の周波数とクロストーク信号２２０４，２２０５の周波数との差は周波数∂ｆとなり、クロストーク信号２２０４，２２０５は各ノード１５０６，１５０７のドロップ信号用の光バンドパスフィルタによって減衰されることになる。
【０１４６】
以上のように、双方向伝送の場合にも、周波数シフタを光周波数多重ネットワークのループ内に配置することにより、同一周波数のクロストーク信号の影響を軽減することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークによれば、以下のような効果を奏する。
（１）まず、回路構成が簡単であり、よって回路規模を小さくすることができる。特に、光入出力手段として１つの多端子光サーキュレータを適用することにより、回路を構成する素子の素子点数をさらに削減することが可能である。
【０１４８】
（２）一般的なパッシブ・光デバイスのみで構成することが可能であり、低コスト、小型、低消費電力を実現することができる。また、光フィルタの通過周波数を可変とすることにより、任意の光周波数の光信号（チャネル）を選択的に分離あるいは付加することができるので、チャネル選択のため新たに回路を付加する必要がなく、よって回路規模を小型化することが可能である。
【０１４９】
（３）アッド・ドロップの対象となるチャネルの光信号のみが光フィルタを通過し、それ以外の光信号は光フィルタで反射されるため、平坦な周波数伝達特性を有する。このため、任意の周波数配置の光周波数多重ネットワークにも共通的に適用できる。また、多段の光周波数アッド・ドロップ回路を通過しても光信号の通過帯域が狭くならないため、信号レベルの低下や波形歪が生じない。
【０１５０】
（４）複数段縦続接続することによって付加あるいは分離するチャネル数を増やすことができるので、拡張性に優れている。
（５）光信号を双方向に伝送する光周波数多重ネットワークを構成することが可能であり、よって片方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークに比較して光ファイバ（光ファイバケーブル）の数を削減することができる。
【０１５１】
（６）双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプを適用することにより、光伝送路に伝送損失のばらつきがあっても、各方向の光信号の伝送レベルを一定に保つことができる。したがって、光周波数多重ネットワークの伝送品質の劣化を最小限に抑えることが可能である。
【０１５２】
（７）光周波数アッド・ドロップ回路をループ状に接続して光周波数多重ネットワークを構成した場合、受信側の光フィルタの故障に対してフォルトトレランス性を有する。
（８）双方向に光信号を伝送する光周波数多重ネットワークにおいて、通過周波数が独立に設定される専用の光フィルタを介して各方向の光信号が分離されるので、各方向の光信号のクロストークが小さい。また、周波数シフタを使用することによってもクロストークの影響を低減することができる。
【０１５３】
（９）光信号の付加側及び分離側の各光フィルタを同じ通過周波数にチューニングすることにより、クロストークの抑圧特性を改善することが可能である。
（１０）上記双方向光アンプを各方向の光信号が伝送される光伝送路に挿入することにより、両方向の光信号を増幅することができるので、容易に伝送レベルの低下を補償することができると共に、光ファイバの数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過と反射を用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の第１構成例を示すブロック図である。
【図２】上記第１構成例をベースとした双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】双方向アンプを用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】透過と反射を用いた従来の光周波数アッド・ドロップ回路の第２構成例を示すブロック図である。
【図５】上記第２構成例をベースとした双方向の光周波数アッド・ドロップ回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１実施形態の動作を説明する説明図である。
【図８】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第３実施形態の構成を示すブロック図及びその動作を説明する説明図である。
【図１０】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第６実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第７実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光ファイバアンプの内部構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第８実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第９実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１０実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数アッド・ドロップ回路の第１１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークにおいて発生するクロストークにに対する説明図及び光周波数多重ネットワークの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明に係わる光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワークにおいて、光周波数多重ネットワークの第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
ａ，ａ’，ｂ……光周波数アッド・ドロップ回路
６００，６０３，６００’，６０３’……入力ポート
６０１，６０４，６０１’，６０４’１９０３，１９０６……出力ポート
６０２，８００，８０１，６０２’１２０２，１２０３，１３００，１４００，１４０１，１９００ａ〜１９００ｃ，１９０２，１９０５，２０００……光サーキュレータ（光入出力手段）
６０５，６０８，１２０４，１２０５，１２１０，１２１１，１９０１，１９０４，２００１，２００２……光バンドパスフィルタ（光フィルタ）
９００，９０１……光バンドパスフィルタ（補助光フィルタ）
６０６，６０９，６０６’，６０９’，１２０６，１２０７，１２１２，１２１３……光アイソレータ
６０７，６０７’，１１１７〜１１２０……ドロップ信号出力ポート
６１０，６１０’，１１２１〜１１２４……アッド信号入力ポート
１１０５〜１１０９，１２００，１２０１，１５００〜１５０３…… 光ファイバ １１１０，１１１１……光アンプ
１５０４、１５０５……光ファイバアンプ
１７００，１７０１，１８００……双方向光アンプ
２００３，２００４……終端回路（光終端手段）
２１２１，２１２２，２２００、２２０１……周波数シフタ
Claims (21)
- 第１の光ポート（入力ポート：６００）に入力された光信号を第２の光ポート（６０４）ヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポート（６０３）ヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポート（出力ポート：６０１）ヘ出力する光入出力手段（６０２）と、
前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第５の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに通過させる第１の光フィルタ（６０５）と、
前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第６の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第６の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタ（６０８）と、
第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタの少なくとも一方に縦続接続される補助光フィルタ（９００，９０１）を備え、
該補助光フィルタは通過させる光信号の光周波数が前記第１の光フィルタあるいは第２の光フィルタに対して独立して設定可能である
ことを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項１記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段が光サーキュレータであることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項１記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段は、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータ（８０１）ヘ出力する第１の光サーキュレータ（８００）と、該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力する前記第２の光サーキュレータとからなることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項１ないし３いずれかに記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、第１の光周波数及び第２の光周波数の少なくとも一方が可変可能であることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項１ないし４いずれかに記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、出力ポートと入力ポートとを相互に接続することにより、任意の組み合わせで複数縦続接続してなることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、前記第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートへ出力する光入出力手段（１３００）と、
前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポート（１２１５）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタ（１２１１）と、
前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポート（１２１２）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第２の光フィルタ（１２１０）と、
前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポート（１２０８）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタ（１２０４）と、
前記第６の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１０の光ポート（１２０９）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポートに入力された前記第４の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第４の光フィルタ（１２０５）とを具備することを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項６記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段が光サーキュレータであることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項６記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段は、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートに出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートに出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータ（１２０２）に出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第１の光ポートに出力する第１の光サーキュレータ（１２０３）と、
該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータとからなることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項６記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段は、第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートヘ出力し、該第２の光ポートに人力された光信号を第４の光サーキュレータ（１４０１）ヘ出力し、該第４の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートヘ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を第１の光ポートヘ出力する第３の光サーキュレータ（１４００）と、
該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートヘ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第３の光サーキュレータへ出力する前記第４の光サーキュレータとからなることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 第１の光伝送路（１２００）から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路（１２０１）へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段（１９００ａ〜１９００ｃ）と、
前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポート（１９０６）に通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタ（１９０４）と、
前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポート（１２１５）に通過させると共にその他の光信号を反射させる第２の光フィルタ（１２１１）と、
前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第９の光ポート（１２１４）に通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第９の光ポートに入力された前記第３の光周波数の光信号を第３の光ポートに通過させる第３の光フィルタ（１２１０）と、
前記第４の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポート（１９０３）に通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタ（１９０１）と、
前記第５の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第１１の光ポート（１２０８）に通過させると共にその他の光信号を反射させる第５の光フィルタ（１２０４）と、
前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第１の光周波数の光信号を第１２の光ポート（１２０７）に通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１２の光ポートに入力された前記第１の光周波数の光信号を第６の光ポートに通過させる第６の光フィルタ（１２０５）とを具備することを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項１０記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段が光サーキュレータであることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項１０記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段は、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路ヘ出力する第１の光サーキュレータ（１９００ｃ）と、
該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータ（１９００ｂ）と、
該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータ（１９００ｃ）とからなる、ことを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 第１の光伝送路（１２００）から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートから入力された光信号を第２の光伝送路（１２０１）へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光伝送路へ出力する光入出力手段（１４００，２０００，１４０１）と、
前記第１の光ポートに入力された光信号のうち第１の光周波数の光信号を第７の光ポート（１２１５）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第１の光フィルタ（１２１１）と、
前記第２の光ポートに入力された光信号のうち第２の光周波数の光信号を第８の光ポート（１２１４）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第８の光ポートに入力された前記第２の光周波数の光信号を第２の光ポートに向けて通過させる第２の光フィルタ（１２１０）と、
前記第３の光ポートに入力された光信号のうち第３の光周波数の光信号を第１の光終端手段（２００３）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第３の光フィルタ（２００１）と、
前記第４の光ポートに入力された光信号のうち第４の光周波数の光信号を第９の光ポート（１２０８）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第４の光フィルタ（１２０４）と、
前記第５の光ポートに入力された光信号のうち前記第３の光周波数の光信号を第１０の光ポートに向けて通過させると共にその他の光信号を反射し、かつ、第１０の光ポート（１２０９）に入力された前記第３の光周波数の光信号を第５の光ポートに向けて通過させる第５の光フィルタ（１２０５）と、
前記第６の光ポートに入力された光信号のうち前記第２の光周波数の光信号を第２の光終端手段（２００４）に向けて通過させると共にその他の光信号を反射させる第６の光フィルタ（２００２）と、を具備することを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項１３記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段が光サーキュレータであることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項１３記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、光入出力手段は、第１の光伝送路から入力された光信号を第１の光ポートヘ出力し、該第１の光ポートに入力された光信号を第２の光ポートへ出力し、該第２の光ポートに入力された光信 号を第２の光サーキュレータへ出力し、該第２の光サーキュレータから入力された光信号を前記第１の光ポートヘ出力する第１の光サーキュレータ（１４００）と、
該第１の光サーキュレータから入力された光信号を第３の光ポートへ出力し、該第３の光ポートに入力された光信号を第３の光サーキュレータへ出力し、該第３の光サーキュレータから入力された光信号を第６の光ポートへ出力し、該第６の光ポートに入力された光信号を前記第１の光サーキュレータへ出力する前記第２の光サーキュレータ（２０００）と、
該第２の光サーキュレータから入力された光信号を第２の光伝送路へ出力し、該第２の光伝送路から入力された光信号を第４の光ポートへ出力し、該第４の光ポートに入力された光信号を第５の光ポートへ出力し、該第５の光ポートに入力された光信号を前記第２の光サーキュレータへ出力する前記第３の光サーキュレータ（１４０１）とからなることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。 - 請求項６ないし９いずれかに記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、第１あるいは第３の光フィルタの少なくとも一方には、双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプ（１７００，１７０１）が縦続接続され、各々の双方向光アンプはゲインが独立して設定されることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 請求項８または１６記載の光周波数アッド・ドロップ回路において、第１の光サーキュレータと第２の光サーキュレータとの間には、双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプ（１８００）が配置されることを特徴とする光周波数アッド・ドロップ回路。
- 複数の請求項１ないし５に記載の光周波数アッド・ドロップ回路（ノードＡ〜Ｄ）を、入力ポートと出力ポートとを光伝送路（１１０４〜１１０９）によって相互に接続することにより、任意の組み合わせでループ状に接続して構成されることを特徴とする光周波数多重ネットワーク。
- 複数の請求項６ないし１３記載の光周波数アッド・ドロップ回路（１５０６，１５０７）を、第１の光伝送路と第２の光伝送路とを相互に接続することによって、任意の組み合わせでループ状に複数接続して構成されることを特徴とする光周波数多重ネットワーク。
- 請求項１９記載の光周波数多重ネットワークにおいて、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に双方向に光信号を入出力すると共に該光信号を増幅する双方向光アンプ（１５０４，１５０７）が配置されることを特徴とする光周波数多重ネットワーク。
- 請求項１９または２０記載の光周波数多重ネットワークにおいて、各光周波数アッド・ドロップ回路の間に光信号に周波数遷移を与える周波数シフタ（２２００，２２０１）が配置されることを特徴とする光周波数多重ネットワーク。
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| JP33875096A JP3562610B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 光周波数アッド・ドロップ回路およびそれを用いた光周波数多重ネットワーク |
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