JP3688033B2 - 光伝送端末装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ等を介して情報を伝送する光伝送端末装置の係り、特に光送信端末装置、または光受信端末装置として光データを増幅する増幅器の制御、監視、保守システムを総合的に行う際に有用な光伝送端末装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術の進歩と、光伝送路の向上によって大容量の情報を送信及び受信する通信手段として光伝送技術が開発されている。
図５(a) は光伝送路を使用して各種の情報を伝送する一般的な概要図を示したもので、１０は図示されていない情報源から入力された信号を処理して光データとして出力する送信部、２０は出力された光データを増幅して光ファイバ等からなる光伝送路３０に出力する光増幅器である。
【０００３】
前記光増幅器２０は後方励起型とされた光アンプであり、希土類ドープファイバ２４を増幅媒体に変化させるための励起光源２１と、この励起光源２１のポンピング光と、送信部１０から出力されている光データを合波するカップラ２２と、光アイソレータ２３を備え、増幅媒体である希土類ドープファイバによって増幅された光データが光アイソレータ２５を介して光伝送路３０に送出されるように構成されている。
【０００４】
光伝送路３０を介して遠隔的に送信されてきた光データは、受信側に設けられている受信用の光増幅器４０で増幅され、受信部５０によって受信処理がなされ、送信データが復調される。
受信用の光増幅器４０は、前方励起型の光増幅器を構成するものであるが、送信用の光増幅器と同様に光アイソレータ４１、４５、蛍光イオンドープフアイバ４２、合波カップラ４３、励起光源４４によって構成されている。
【０００５】
上記光伝送装置は、送信端末部を構成する送信部１０と送信用の光増幅器２０、および受信端末を構成されている受信用の光増幅器４０と受信部５０が、比較的短い伝送路によって結合されている場合の構成図であるが、もし伝送距離が比較的長い場合は、図５(b) に示すように伝送路の途中で減衰した光信号を増幅する中継器６１、６２、・・・を伝送距離に応じた中継間隔で適当数入れる場合もある。
また、このような伝送ラインを複数チャンネル設けて、より大きな情報量を伝送することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような伝送装置は、送信用の光増幅器または受信用の光増幅器に障害が発生すると、情報の伝送が一旦停止するという問題がある。
特に、光増幅器２０、および４０は光データのパワーを増幅するために、カップラに対して励起用の光を、励起光源２１、及び４４から常時供給しておく必要があるが、励起光源は例えば特定の波長を発光する半導体レーザによって構成されているため、この能動素子である励起用半導体レーザの寿命が光増幅器の信頼性を大きく支配することになる。
【０００７】
また、この励起用半導体レーザ（ダイオード）は経年変化によってその発光効率が徐々に低下し、所望の光エネルギーのレベルが得られなくなるため、適当な時間が経過すると、励起光源を交換する必要があり、このときに通信が寸断することが回避できないという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送端末装置は係る問題点を解消するためになされたものであって、
駆動制御部からの信号によりコントロールされ、励起用半導体レーザから所定の励起光を出力する一対の励起光源と、 上記一対の励起光源から出力された励起光を合成した後、
分配する光カップラーと、該光カップラーから分配出力された各励起光で２系統の光データを増幅する光増幅器とによって構成される光増幅光学ユニットとを備え、
上記一対の各励起光源の出力光強度は、前記各励起光源のいずれか一方の励起光源のみの出力光強度によって、少なくとも前記２系統の光データを増幅する一対の光増幅器を同時に駆動することができる定格の発光パワーとなるように設定されると共に、
上記駆動制御部は、通常、上記一対の励起光源から出力される励起光の合成出力光強度が、上記２系統の光データを増幅する光増幅器を駆動するための定格の発光パワーとなるように制御するようにしたものである。
【０００９】
上記駆動制御部は、通常、上記一対の励起光源から出力される励起光の合成出力光強度が、上記２系統の光データを増幅する光増幅器を駆動するための発光パワーとなるようになるように制御すると共に、励起光源の発光パワーと注入電流をモニタ回路によって常時監視し初期状態と比較することにより、上記一対の励起光源のいずれか一方が所定のレベル以下の発光強度となったときは、当該励起光源に対する交換要求を促すように構成されている。
【００１０】
また、上記光伝送端末装置は光データを送信する送信端末器、または光データを受信する受信端末装置として使用することができるものとされ、上記駆動制御部は、モニターを備えているコンピュータによって構成することができる。
【００１１】
【作用】
光増幅器を構成する励起光源が少なくとも１対以上設けられ、この複数の励起光源から出力される励起光が光カップラに入力されることにより合成されるように構成する。そして、光カップラから再び適当な分割比で所定のパワーを有する励起光として出力され、この励起光を希土類ドープファイバに入射させることによって送信情報、または受信情報で変調されている入力光データが増幅されるように構成している。
光カップラにより合成された励起光のパワーは一定の値となるように制御されているから、励起光源を形成する励起用半導体レーザの一方がダウンしたときでも、光増幅器に対して必要とされる励起光のパワーが常に確保され、増幅作用が寸断することなく障害を除去することができる。
【００１２】
上記２以上の励起光源は、コンピュータ等の制御部によって常にその出力光パワーが監視され、光カップラによって合波された励起光のレベルが常時一定の発光パワーとなるように制御されとともに、各励起光源の出力特性が例えば、所定のレベルより低下したときは、その情報をモニターまたは警告装置に表示し、障害の発生を未然に防止する機能を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光伝送端末器の外部を概念的に示したもので、１００はコンピューター本体、、１１０はコンピュータで制御される光増幅器を監視、またはその状態を表示するモニタであって、小型なコンピュータシステムによって構成することができる。
２００は、実際に送信する情報を光伝送路に送り出すための全体的な送信装置を示し、２１０はコンピュータ１００からの各種のコマンド信号を受領し、またこの送信装置からの動作データをコンピュータ側に移譲する汎用の計測用ＧＰーＩＢインターフース部を示す。
【００１４】
送信装置２００はこの実施例の場合、３つの区画２２０、２３０、および２４０に分割されている。
各区画２２０、２３０、２４０には光データとして入力されている信号を増幅する光増幅光学ユニット部２２１、２３１、２４１と、１対の励起光源部２２２（Ａ、Ｂ）、２３２（Ａ、Ｂ）、２４２（Ａ、Ｂ）が設けられているが、区画数は任意であり本発明の内容を限定するするものではない。
【００１５】
本実施例の形態では後で述べるように、一つの区画から２系統の光信号が送出できるようになされているが、一つの区画から３以上の光信号が出力されるようにすることも可能である。
送信データは外部に設けられている情報機器３００より直接各光増幅器光学ユニットに供給されるているが、上記インターフエース部２１０を介してコンピュータから直接入力させることもできる。
【００１６】
図２は図１で示した送信装置のある区画の動作を説明するためのブロック図で同一部分は同一符号とされている。
この図で１１０は本発明の光伝送装置を全体的に制御する前記コンピュータ部分を示し、一般的には中央演算装置ＣＰＵ１、各種プログラムが格納されているＲＯＭ、動作データを収集してその結果を演算するためのＲＡＭ、そして、動作データを表示し、また記録するためのモニタ、および記録装置等が含まれている。
【００１７】
２は送信装置２１０のインターフエース部であって、このインブターフエース部２には計測用の汎用インタフエースであるＧＢ−ＩＢ規格のＩ／Ｏボードと、前記した励起光源２２２（Ａ、Ｂ）をコントロールし、その動作を監視するための二つの制御回路３Ａ、３Ｂが設けられている。
【００１８】
また、励起光源２２２Ａ、および２２２Ｂはそれぞれ駆動モニタ回路４Ａ、４Ｂ、ペルチェ素子５Ａ、５Ｂ、サーミスタ６Ａ、６Ｂ、励起用半導体レーザ部７Ａ、７Ｂ、モニタ用の回路８Ａ、８Ｂを構成要素としており、後で述べるようにこれらの各要素が共同して二つの励起光源２２２（Ａ、Ｂ）から出力される励起光の総合出力をほぼ一定のパワーとなるように制御するものである。
【００１９】
光増幅器光学ユニット２２１は、二つの励起光源から出力された励起光が供給されている光カップラ（３ｄＢカップラ）９を備えており、このカップラ９は合成された光を等分に分配して光増幅器１５Ａ、１５Ｂに供給する。
光増幅器１５（Ａ、Ｂ）は良く知られているように、光合波カップラ１１（Ａ、Ｂ）と、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素を光ファイバ中にドープしたエルビウムドープファイバ１３Ａ（Ｂ）を主体として構成され、一方向の光を選択する光アイソレータ１２（Ａ、Ｂ）、１４（Ａ、Ｂ）と組み合わせたものである。
【００２０】
エルビウムドープファイバ光増幅器は入力信号の波長（λ０）と励起光の波長（λ１）を光合波カップラ１１（Ａ、Ｂ）により合波し、Ｅｒをドープした増幅用のエルビウムドープファイバ１３（Ａ、Ｂ）に入力すると、例えば波長１．４８μｍの励起光によって高い準位に電子が励起され、光フアイバ中のＥｒ原子に信号光が入ってくると誘導放出が生じ、信号光のパワーが光フアイバに沿って次第に大きくなる現象を利用したものである。
このような光増幅器は光ファイバの最低損失帯である例えば１．５５μｍ帯で高性能な増幅特性が得られ、比較的遠距離の伝送線路で情報の交換を行わせることができる。
【００２１】
以下、上記のブロック図の動作を説明する。コンピュータ部１１０に格納されているプログラムが送信モードとなっているときは、インターフエースボードを介して各励起光源２２２（Ａ、Ｂ）が駆動され、例えば、励起光源内に設けられている半導体レーザが発光状態になる。
この半導体レーザの発光パワーは、例えば図３に示すＩ−Ｌ特性にみられるように、注入電流（ｉ）と比例して発光パワーが増加するが、このＩ−Ｌ特性はＧＰ−ＩＢインタフエースを介してコンピュータ側のメモリにレーザの初期状態として記憶される。半導体レーザの発光パワーはサーミスタ、またはペルチェ素子等により温度設定、注入電流の設定等が行われるが、モニタ回路により常に監視されており、初期状態と比較することにより、励起用半導体レーザの最適な注入電流が設定される。
【００２２】
そしてこれらの各種制御情報が制御回路、インタフエースボード、ＣＰＵに帰還されるフイードバックサーボにより、二つの励起光源２２２（Ａ、Ｂ）から出力される半導体レーザの合成出力パワーが一定となるようコントロールされている。
また、励起光源２２２（Ａ、Ｂ）から出力された光は光増幅光学ユニットのカップラ９に入力され合成される共に、この合成光がほぼ等量の光に分配されてそれぞれ光増幅器１５（Ａ、Ｂ）に供給される。
そして、この光増幅器１５（Ａ、Ｂ）に入力されている光データＡ、光データＢ（送信情報を光信号に変調した信号）を前記したエルビウムドープフアイバ内で増幅し、伝送線路に送出している。
【００２３】
ところで、上記した装置は伝送情報の有る無しに係わらず、常時運転されることを要求されているので、励起光を出力している半導体レーザが劣化すると、図３の点線に示したように経年変化と共に発光パワーが減少する。
しかしながら、本発明の場合は、例えば、定格の５０％の出力パワーで励起されている励起光源が、２台配置されており、制御部３（Ａ、Ｂ）によってこれらの発光パワーの合成値が１００％なるようにコントロールされているから、例えば、一方の半導体レーザの発光パワーの劣化を、他方の半導体レーザの発光パワーによってカバーすることが可能になる。
【００２４】
また、一方の半導体レーザからの出力パワーが例えば図３の規定レベルＴｈに以下とになると、この発光量がモニタ側で検知され交換要求等を出すことができる。
すなわち、半導体レーザによって所望の１００％の発光パワーが維持できないとコンピュータ側で判断したときは、劣化している方の半導体レーザの交換要求を表示し、励起光源２２２Ａ、またが２２２Ｂのいづれかの交換を促す。
そしてこの表示または警告に従ってオペレータが性能の劣化した励起光源を除去すると共に、例えば新しい半導体レーザが装着されている励起光源を装着する。
従って、両方の励起光源が同時にダウンしない限り本発明の場合は情報の伝送が寸断されることはない。
【００２５】
なお、交換要求が出され、一方の励起光源が取り外されたときは、他方の励起光源がフルの駆動状態（１００％）になるように制御され、また、新規の励起光源が装着され２基の励起光源から励起光が出力される状態になると、半導体レーザ光の発光状態や、温度を監視しているモニタ回路からの制御データによって自動的に上記した通常状態（５０％）の動作状に転換される。
【００２６】
上記実施例の形態は１対の励起光願から２チャンネル分の伝送路の情報を出力する場合に付いて述べたが、３以上の励起光源を光カップラによって合成し、所望の数の伝送路に対する光増幅器に供給できるようにシステムを構築することもできる。
また、上記した装置は従来例で説明したように受信側に設けられている光伝送端末装置の受信用の光増幅器に適応することができることはいうまでもない。
【００２７】
図４は本発明の他の実施例を示す端末装置であって、送信用の光増幅器１５Ａに対して、情報機器３００から光データＡが供給され、伝送線路（下り線）に送出されるともに、伝送線路（上り線）より送信されてきた光信号は光データＢとして受信用とされている光増幅器１５Ｂに入力されるように構成する。
そしてこの受信用の光増幅器１５Ｂで増幅された光データＢが情報機器３００に対して供給され、相互に通信ができるようにしたものである。
励起光源２２２（Ａ、Ｂ）はラック方式で本体から簡単に着脱できるようになされているので、図４に示すように、１台の端末装置によって伝送線路の上り線と、下り線の光情報を増幅する光増幅器を駆動し管理するように使用することもできる。
【００２８】
また、図２において一方の励起光源の代わりにモニタ用のボードを差し込み、このモニタ用のボードを介して伝送線路異常、情報の監視等を行うように構成することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光伝送端末装置は、一台の光伝送端末装置に、１対の励起光源と、この励起光源の出力を合成し、分配する光カップラ装置と、この光カップラ装置の出力を一定光量とするように制御する制御システムを備え、光カップラから分配された光を励起光として動作する一対の光増幅器を設け、前記一対の励起光源の合成発光出力パワーが所定の光強度となるように制御しているから、特に、発光レーザダイオードが劣化、
またはダウンすることによって通信が寸断することを確実に防止することができるという効果を有する。
【００３０】
また、インタフエースを介してプログラムされてるコマンドで、励起光源の状態を監視し、また、この監視情報が励起光源の全ての動作をコントロールするようにソフトを組むことにより、伝送路の試験、分析、保守等を汎用のコンピュータを使用して構築し、装置全体のコストダウンと増幅器の信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送端末装置の概要図を示す回路図である。
【図２】本発明の光送信装置のブロック図を示す図である。
【図３】半導体レーザの特性を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図５】従来から行われている光通信を行う伝送路及び、端末装置の概要図である。
【符号の説明】
７（Ａ、Ｂ）励起用半導体レーザ
９ 光カップラ
１５（Ａ、Ｂ）光増幅器
１１０ コンピュータ
２１０ 制御部
２２２Ａ、２２２Ｂ 励起光源
２２１ 光増幅器光学ユニット

Claims (3)

1. 駆動制御部からの信号によりコントロールされ、励起用半導体レーザから所定の励起光を出力する一対の励起光源と、
   上記一対の励起光源から出力された励起光を合成した後、分配する光カップラーと、該光カップラーから分配出力された各励起光で２系統の光データを増幅する光増幅器とによって構成される光増幅光学ユニットとを備え、
   上記一対の各励起光源の出力光強度は、前記各励起光源のいずれか一方の励起光源のみの出力光によって、少なくとも前記２系統の光データを増幅する一対の光増幅器を同時に駆動することができる定格の発光パワーとなるように設定されると共に、
   上記駆動制御部は、通常、上記一対の励起光源から出力される励起光の合成出力光強度が、上記２系統の光データを増幅する光増幅器を駆動するための定格の発光パワーとなるように制御することを特徴とする光伝送端末装置。
2. 駆動制御部からの信号によりコントロールされ、励起用半導体レーザから所定の励起光を出力する一対の励起光源と、
   上記一対の励起光源から出力された励起光を合成した後、分配する光カップラーと、該光カップラーから分配出力された各励起光で２系統の光データを増幅する光増幅器とによって構成される光増幅光学ユニットとを備え、
   上記一対の各励起光源の出力光強度は、前記各励起光源のいずれか一方の励起光源のみの出力光強度によって、少なくとも前記２系統の光データを増幅する一対の光増幅器を同時に駆動することができる定格の発光パワーとなるように設定されると共に、
   上記駆動制御部は、上記各励起光源の発光パワーと注入電流をモニタ回路によって常時監視し、初期状態と比較することによって、上記一対の励起光源のいずれか一方が所定のレベル以下の発光強度となったときを検出し、交換要求を促すように構成されていることを特徴とする光伝送端末装置。
3. 駆動制御部からの信号によりコントロールされ、励起用半導体レーザから所定の励起光を出力する一対の励起光源と、
   上記一対の励起光源から出力された励起光を合成した後、分配する光カップラーと、該光カップラーから分配出力された各励起光で２系統の光データを増幅する光増幅器とによって構成される光増幅光学ユニットとを備え、
   上記一対の各励起光源の出力光強度は、前記各励起光源のいずれか一方の励起光源のみの出力光強度によって、少なくとも前記２系統の光データを増幅する一対の光増幅器を同時に駆動することができる定格の発光パワーとなるように設定されると共に、
   上記駆動制御部は、通常、上記一対の励起光源から出力される励起光の合成出力光強度が、上記２系統の光データを増幅する一対の光増幅器を同時に駆動するための定格の発光パワーとなるように制御し、励起光源の発光パワーと注入電流をモニタ回路によって常時監視し、上記一対の励起光源のいずれか一方が所定のレベル以下の発光強度となったときは、当該励起光源に対する交換要求を促すように構成されていることを特徴とする光伝送端末装置。

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