JP3971332B2 - 光波長分割多重伝送ネットワーク装置、波長ルータおよび送受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長分割多重された複数の光信号を複数の送受信装置間において伝送する光波長分割多重伝送ネットワーク装置、波長ルータおよび送受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複数の光信号を異なる光周波数に割り当てて、これらを1本の光ファイバで伝送するものに光波長分割多重(WDM)伝送システムがある。この光波長分割多重伝送システムは、伝送容量を大幅に増大するだけでなく、波長自体に信号の行き先情報を割り当てられる波長アドレッシングが可能である。さらに、N個の送受信装置を周期的な入出力関係の分波特性を有する波長ルータを中心に配置接続するものに、スター型波長分割多重システムがある。この光波長分割多重伝送システムでは、N波長の光信号を用いるだけで装置間を相互接続するN×Nの信号路を独立に、フルメッシュ接続することが可能な光波長分割多重伝送ネットワーク装置を実現できる。
【0003】
図4は、このような従来の光波長分割多重伝送ネットワーク装置を示す概略図である。図中、符号301〜307は波長多重信号λ1’〜λN’を送受信する送受信装置、308はNポートの入出力を持つ周期的な入出力関係の分波特性を有するN×N波長ルータである。この波長ルータとして例えばアレイ導波路回折格子型合分波回路(AWG)が用いられている。
【0004】
このような従来の光波長分割多重ネットワーク装置では、例えば送受信装置301から一方の光ファイバを介して送信された所定波長の光信号は、波長ルータ308の入力ポートに導かれる。波長ルータ308はこの光信号を波長に応じてスイッチし、出力ポートから例えば送受信装置302へ送信する。一方、この送受信装置302から送信された返信信号は、波長ルータ308および他方の光ファイバを経由して送受信装置301に送られる。また、送受信装置301から送信された別の波長の光信号は、対応する例えば他の送受信装置303、305などへ自動的に配信される。
【0005】
図5は、図4に示す光波長分割多重伝送ネットワーク装置の具体的なブロック図である。同図において、401〜404は送受信装置、405は波長多重信号λ1’〜λN’を受信する受信回路、406は波長多重信号をλ1’〜λN’を送信する送信回路、407は1本の光ファイバに波長多重された波長多重信号を分波するための光分波器、408は送信回路406からの波長の異なる複数の光信号を1本の光ファイバに合波するための光合波器である。
【0006】
また、符号409はN×N波長ルータ(AWG)、410〜413は送受信装置401〜404とN×N波長ルータ409の入出力ポートとを光学的に接続する光ファイバである。また、符号414は送信回路406、光合波器408、光分波器407、N×N波長ルータ409の素子温度を一定の値に保つための温度調整器である。なお、送受信装置402〜404の構成は送受信装置401と同じである。
【0007】
このネットワーク装置では、例えば送受信装置401の送信回路406から出力された異なる波長の光信号を光合波器408で合波し、これを波長多重信号として1本の光ファイバ410を通して波長ルータ409へ送信する。一方、波長ルータ409を介して、他方の例えば送受信装置404から送信された波長多重信号は、別の1本の光ファイバ410を通して送受信装置401へ送られる。この送受信装置401ではその波長多重信号を光分波器407で分波し、分波された各波長の信号を受信回路405で受信する。
【0008】
図6は、波長ルータ409の周期的な入出力関係の分波特性と、フルメッシュ波長分割多重伝送ネットワーク装置における各送受信装置と波長ルータとのポート接続関係を、N=8の場合について示した図である。周期的な入出力関係の分波特性を有する波長ルータは、例えば、非特許文献1に記載の構成により実現できる。ここでは、説明を簡単にするために8×8波長ルータの場合について示している。
【0009】
8入力、8出力の波長ルータのポート間では、8×8=64通りのパスが設定されるが、図に示したような分波特性の周回性により最小限の波長数8で64通りのパスを独立に設定することができる。波長ルータの入出力ポートを各送受信装置に接続することにより、8台の送受信装置間で設定できる全てのパスで独立に信号を送ることができる。
【0010】
また、個々のパスには特定の波長λi’が割り当てられるため、各送受信装置側で受信回路に対応する波長を選択すれば、自動的に信号を目的の受信回路に送られる波長アドレッシング機能を実現できる。なお、レーザの発振波長、あるいは波長ルータの中心波長をλ1’〜λN’として、周波数間隔100GHzのITU−Tグリッド上の波長が用いられる。
【0011】
【非特許文献1】
K.Okamoto,et al.,“32×32 arrayed−waveguide grating multiplexer with uniform−loss and cyclic frequency characteristics,”IEE Electronics Letters,vol.37,1977,pp.1865−1866
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光波長分割多重伝送ネットワーク装置にあっては、波長をアドレスとして使用しており、また全てのノードで同じ波長を使うため、ネットワーク全体で使う波長数(レーザの数)は、例えばN×N個(N=8の場合64個)必要になる。波長ルータ409や光分波器407、光合波器408の透過帯域が0.2nm程度と狭いために、全てのレーザ、光分波器407、光合波器408、波長ルータ409において厳密な波長管理が必要になる。
【0013】
例えば、送信装置に用いられる半導体レーザは、材料であるインジウムリン系化合物半導体の性質から、0.1nm/℃の温度係数を有する。このような波長管理を実現するためには0.01℃程度の素子温度管理が必要になる。
【0014】
これを実現するため、半導体レーザのパッケージの中にサーミスタを配置して素子温度をモニタし、ペルチェ素子を配置し、これら部品を組み込んだ装置内に制御回路を設けて素子の温度制御を行い、発振波長を制御している。また、波長ルータ409や、光合波器408、光分波器407に用いられるアレイ導波路回折格子型の合分波回路も温度依存性を持ち、±1℃程度の温度管理を行っていた。この結果、これら光部品自体のコストが高くなると共に、制御回路を組み込む必要があるため、装置のコストが高くなり、消費電力が大きくなるという問題があった。
【0015】
なお、温度制御なしで動作するレーザを使った波長分割多重ネットワークの従来例として、特開2001−36557号公報に記載の「リング型波長分割多重ネットワークシステム」がある。この従来例では、波長多重チャネルが設けられた光ファイバ伝送リングネットワークにおいて、構成する各ノードでは、1つのブロードバンドフィルタを備えた装置を1台または2台備えている。ブロードバンドフィルタにより、波長多重チャネルから1波長分離することにより情報を抽出し、同じ1波長を加えることにより波長多重チャネルに情報を加えている。従って、各ノードでは通常1波長、多くても2波長しか扱わず、全ての波長を扱うのはハブ装置1つに限られる。その結果、ネットワーク全体で用いることのできる波長数(=レーザの数)は、8ノードの場合、高々16個(8種類×2)に過ぎない。このような従来技術を用いて、64個の波長を扱って波長ルーティング機能を実現し、波長ルータを作成することは困難であり、さらには温度制御機能のないフルメッシュネットワークを実現することは困難であった。
【0016】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、波長ルータや送受信装置に用いる光部品の温度制御を不要にし、装置から温度制御機構を取り除いた、低コストで低消費電力の光波長分割多重伝送ネットワーク装置、波長ルータおよび送受信装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかる光波長分割多重伝送ネットワーク装置は、N本(Nは複数)の入力ポートと、N本の出力ポートとを有する波長ルータと、波長ルータの所定の入出力ポートと光学的に接続されたM台(Mは2以上N以下の整数)の送受信装置とから構成される光波長分割多重伝送ネットワーク装置であって、ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、前記波長ルータが周期的な入出力関係の分波特性を有し、前記送受信装置が、前記波長ルータの所定の1本の出力ポートから入力された光信号をM波長に分波し、分波した光信号をM本の出力ポートから出力する光分波器と、光分波器からのM波長の光信号をM本の入力ポートに受信する受信回路と、M波長の光信号をM本の出力ポートから送信する送信回路と、送信回路のM本の出力ポートから出力されたM波長の光信号を合波し、前記波長ルータの所定の1本の入力ポートへ出力する光合波器とで構成され、前記波長ルータ、光分波器、光合波器の透過帯域が予め9nm以上であり、かつ前記透過帯域の中心波長を予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらしたことを特徴とする。
【0018】
これにより、出荷時の波長ばらつきと、使用状況でのドライバ回路や半導体レーザに流す電流による素子温度の上昇とによって、発振波長が長波長側にシフトするのを、光分波器、光合波器、波長ルータの透過帯域の中心波長を長波側にずらして所定の透過帯域幅以上とすることによりカバーできる。これにより、従来のように送信回路の温度補償のために温度センサや温度制御素子を設けることなく、波長ルータの波長ルーティング機能を安定に維持できる。
【0019】
また、請求項2の発明にかかる光波長分割多重伝送ネットワーク装置は、波長ルータを、アレイ導波路回折格子で構成したことを特徴とする。これにより、簡単な構成にて周期的な合分波機能を確実に実現できる。
【0020】
また、請求項3の発明にかかる光波長分割多重伝送ネットワーク装置は、波長ルータを、前記送受信装置から出力される光多重信号を複数波長に分波する複数の光分波器と、光分波器で分波された光信号を他の光分波器で分波された光信号とともに合波する複数の光合波器と、前記複数の光分波器の出力ポートと前記複数の光合波器の入力ポートとの間を、各光分波器の出力ポートがそれぞれ異なる光合波器に接続され、かつ各光合波器の入力ポートには互いに異なる波長の光が入力されるように接続する複数の光ファイバとから構成したことを特徴とする。これにより、光ファイバに光分波器と光合波器とを組み付けるのみで、周期的な合分波機能を持つ波長ルータを簡単に構成できる。
【0021】
また、請求項4の発明にかかる波長ルータは、光波長分割多重伝送ネットワーク装置内で複数の送受信装置に光学的に接続される入出力ポートを持った波長ルータであって、ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、周期的な入出力関係の分波特性を有し、送受信装置の光分波器及び光合波器とともにその透過帯域が予め9nm以上とされ、かつ前記透過帯域の中心波長が予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらされることを特徴とする。これにより、出荷時の波長ばらつきと、使用状況でのドライバ回路や半導体レーザに流す電流による素子温度の上昇とによって、光の発振波長が長波長側にシフトするのを、光分波器、光合波器、波長ルータの透過中心波長を透過帯域幅以上に設定することによりカバーできる。これにより、従来のように送信回路の温度補償のために温度センサや温度制御素子を設けることなく、波長ルータの波長ルーティング機能を安定に保持できる。
【0022】
また、請求項5の発明にかかる波長ルータは、前記送受信装置から出力される光多重信号を複数波長に分波する複数の光分波器と、光分波器で分波された光信号を他の光分波器で分波された光信号とともに合波する複数の光合波器と、前記複数の光分波器の出力ポートと前記複数の光合波器の入力ポートとの間を、各光分波器の出力ポートがそれぞれ異なる光合波器に接続され、かつ各光合波器の入力ポートには互いに異なる波長の光が入力されるように接続する複数の光ファイバとから構成されていることを特徴とする。これにより、光ファイバに光分波器と光合波器とを組み付けることで簡単かつ安価に波長ルータを構成できる。
【0023】
また、請求項6の発明にかかる送受信装置は、ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、前記波長ルータの所定の1本の出力ポートから入力された光信号をM波長に分波し、分波した光信号をM本の出力ポートから出力する光分波器と、M波長の光信号をM本の入力ポートに受信する受信回路と、M波長の光信号をM本の出力ポートから送信する送信回路と、M本の入力ポートから入力されたM波長の光信号を合波し、前記波長ルータの所定の1本の入力ポートへ出力する光合波器とを備え、前記波長ルータ、前記光分波器、前記光合波器の透過帯域が予め9nm以上であり、かつ前記透過帯域の中心波長が予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらされることを特徴とする。これにより、簡単で基本的な光波長の送受信機能を波長ルータを介して実現することができるとともに、光の発振波長のシフトを光分波器および光合波器の透過中心波長を透過帯域幅以上に設定することでカバーでき、従来のように送信回路の温度補償のために温度センサや温度制御素子を設けることなく、波長ルータの波長ルーティング機能を安定に維持できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。
【0026】
図1は、本発明にかかる光波長分割多重伝送ネットワーク装置の実施の形態を示すブロック図である。図中、符号101〜104は送受信装置、105は波長多重信号λ1〜λNを受信する受信回路、106は波長多重信号λ1〜λNを送信する送信回路である。
【0027】
また、符号108は波長の異なる複数の光信号を1本の光ファイバに合波するための光合波器、107は1本の光ファイバに波長多重された波長多重信号を分波するための光分波器、109は波長ルータ、110〜113は送受信装置101〜104と波長ルータ109の入出力ポートとを光学的に接続する光ファイバである。波長ルータ109としては例えばN×Nアレイ導波路回折格子型合分波回路(AWG)が用いられる。なお、送受信装置102〜104の構成は、送受信装置101と同様である。
【0028】
波長ルータ109の周期的な入出力関係の分波特性と、本実施の形態のフルメッシュ波長分割多重伝送ネットワーク装置における各送受信装置101〜104と波長ルータ109の入力出力ポートとの接続関係は、図4および図5に示した従来例の波長λ1’〜λN’を波長λ1〜λNに置き換えたものに等しい。ここで、波長λ1〜λNは、間隔20nmのCWDM用ITU−Tグリッド波長を選ぶことができる。
【0029】
本実施の形態で用いている送信回路106の半導体レーザや光合波器108、光分波器107、波長ルータ109は、従来例で用いられている部品と違って、サーミスタ素子やペルチェ素子などの温度モニタ/調整素子をパッケージ内に備えていない。また、各送受信装置101〜104、および波長ルータ109は温度制御機構を備えていない。
【0030】
この光波長分割多重伝送ネットワーク装置では、例えば送受信装置101の送信回路106から出力された異なる波長の光信号を光合波器108で合波し、これを波長多重信号として1本の光ファイバ110を通して波長ルータ109へ送信する。一方、波長ルータ109を介して、他方の例えば送受信装置104から送信された波長多重信号は、別の1本の光ファイバ110を通して送受信装置101へ送られる。この送受信装置101ではその波長多重信号を光分波器107で分波し、各波長の信号を受信回路105で受信する。
【0031】
図2は、本実施の形態の動作を説明するための説明図である。温度制御機構の無いCWDM用半導体レーザは、一般に、20nm間隔のITU−Tグリッド波長に対し、一定の波長ばらつきを持つ状態で製造検査されて出荷される。図2ではその波長ばらつきを±2nmとした。ところが、実際の使用状態では、これら半導体レーザを駆動回路と共に装置に組み込み、信号を入力して動作状態にするため、ドライバ回路や半導体レーザに数十〜数百mAの電流を流す。
【0032】
その結果、素子温度が10〜15℃程度上昇し、半導体レーザの発振波長は1〜1.5nm長波長側にシフトする。さらに装置の設置環境温度が50℃まで上昇した場合、素子温度は65℃程度まで上昇するため、レーザの発振波長は、初期波長のばらつきを考慮すると最大6nm長波長側にシフトすることがわかる。同様に、装置の設置環境温度が0℃程度まで下降した場合、半導体レーザの発振波長は最大3nm短波長側にシフトする。
【0033】
従って、図に示すように光分波器105、光合波器106や波長ルータ109の透過帯域の中心波長を長波長側に1nmずらし、透過帯域幅を9nm以上に設定することにより、波長シフトをカバーできる。その結果、装置の設置場所の環境温度が0〜50℃の間で変化し、半導体レーザの発振波長がシフトしても、波長ルータ109において波長ルーティング機能を保持することが可能になる。このように、この波長ルーティング機能を実現するのに、半導体レーザに素子温度モニタ用の温度センサや温度制御素子を設ける必要がなくなり、装置のローコスト化と省電力化を実現できる。
【0034】
図3は本発明の他の実施の形態を示す波長ルータのブロック図であって、光分波器601、光合波器602、およびそれらを接続する光ファイバ603とから構成されている。この図では説明の簡略化のため、λ1〜λ4までの4波長を使う、4チャネルの波長ルータを示している。符号604は入力光ファイバ、605は出力光ファイバである。
【0035】
この波長ルータでは、波長多重信号が入力光ファイバ604から入力され、光分波器601で分波される。各光分波器601の波長の光は、光ファイバ603を通じて光合波器602に送られ、他の各光分波器601のポートからきた別の波長の光と合波され、出力光ファイバ605から出力される。ここで、光分波器601および光合波器602の透過特性を、図2に示したものと同様の特性にすることにより、温度無調整の波長ルータを前記同様に実現することができる。また、波長ルータを独立した3つの部材、すなわち光分波器601、光合波器602、光ファイバ603の組み合わせで簡単に構成することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば波長ルータ、光分波器、光合波器の透過帯域が送信回路の温度変動による発振波長シフト幅以上であり、かつ透過帯域の中心波長をITU−Tグリッド波長より長波長側にずらしたことで、透過帯域を必要最小限とすることができるとともに、出荷時の波長ばらつきと、使用状況でのドライバ回路や半導体レーザに流す電流による素子温度の変動とによって、発振波長が長波長側にシフトするのを、許容できる。これにより、波長ルータの波長ルーティング機能を安定に保持できる。また、半導体レーザ、光分波器、光合波器、波長ルータには、レーザの発振波長を安定化するために必要とされた温度管理および温度制御のための手段を施す必要なくなり、構成の簡素化とローコスト化とともに、省電力化を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による光波長分割多重伝送ネットワーク装置の概略構成を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態の動作を示す動作説明図
【図3】本発明の実施の他の形態による波長ルータを示すブロック図
【図4】従来の波長分割多重伝送ネットワーク装置を示す概略図
【図5】従来の波長分割多重伝送ネットワーク装置を示すブロック図
【図6】従来の波長ルータの周期的な入出力関係の分波特性、および従来装置における各送受信装置と波長ルータとのポート接続関係を示す説明図
【符号の説明】
101〜104:送受信装置、105:受信回路、106:送信回路、107:光分波器、108:光合波器、109:波長ルータ、110〜113:光ファイバ、601:光分波器、602:光合波器、603:光ファイバ。
Claims (6)
- N本(Nは複数)の入力ポートと、N本の出力ポートとを有する波長ルータと、波長ルータの所定の入出力ポートと光学的に接続されたM台(Mは2以上N以下の整数)の送受信装置とから構成される光波長分割多重伝送ネットワーク装置であって、
ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、
前記波長ルータが周期的な入出力関係の分波特性を有し、
前記送受信装置が、
前記波長ルータの所定の1本の出力ポートから入力された光信号をM波長に分波し、分波した光信号をM本の出力ポートから出力する光分波器と、
光分波器からのM波長の光信号をM本の入力ポートに受信する受信回路と、
M波長の光信号をM本の出力ポートから送信する送信回路と、
送信回路のM本の出力ポートから出力されたM波長の光信号を合波し、前記波長ルータの所定の1本の入力ポートへ出力する光合波器とで構成され、
前記波長ルータ、光分波器、光合波器の透過帯域が予め9nm以上であり、かつ前記透過帯域の中心波長を予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらした
ことを特徴とする光波長分割多重伝送ネットワーク装置。 - 前記波長ルータが、
アレイ導波路回折格子で構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長分割多重伝送ネットワーク装置。 - 前記波長ルータが、
前記送受信装置から出力される光多重信号を複数波長に分波する複数の光分波器と、
光分波器で分波された光信号を他の光分波器で分波された光信号とともに合波する複数の光合波器と、
前記複数の光分波器の出力ポートと前記複数の光合波器の入力ポートとの間を、各光分波器の出力ポートがそれぞれ異なる光合波器に接続され、かつ各光合波器の入力ポートには互いに異なる波長の光が入力されるように接続する複数の光ファイバとから構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長分割多重伝送ネットワーク装置。 - 光波長分割多重伝送ネットワーク装置内で複数の送受信装置に光学的に接続される入出力ポートを持った波長ルータであって、
ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、
周期的な入出力関係の分波特性を有し、
送受信装置の光分波器及び光合波器とともにその透過帯域が予め9nm以上とされ、かつ前記透過帯域の中心波長が予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらされる
ことを特徴とする波長ルータ。 - 前記送受信装置から出力される光多重信号を複数波長に分波する複数の光分波器と、
光分波器で分波された光信号を他の光分波器で分波された光信号とともに合波する複数の光合波器と、
前記複数の光分波器の出力ポートと前記複数の光合波器の入力ポートとの間を、各光分波器の出力ポートがそれぞれ異なる光合波器に接続され、かつ各光合波器の入力ポートには互いに異なる波長の光が入力されるように接続する複数の光ファイバとから構成される
ことを特徴とする請求項4に記載の波長ルータ。 - 光波長分割多重伝送ネットワーク装置内で波長ルータの入出力ポートに光学的に接続された送受信装置であって、
ITU−T勧告G.694.2のCWDMに適用され、
前記波長ルータの所定の1本の出力ポートから入力された光信号をM波長に分波し、分波した光信号をM本の出力ポートから出力する光分波器と、
M波長の光信号をM本の入力ポートに受信する受信回路と、
M波長の光信号をM本の出力ポートから送信する送信回路と、
M本の入力ポートから入力されたM波長の光信号を合波し、前記波長ルータの所定の1本の入力ポートへ出力する光合波器とを備え、
前記波長ルータ、前記光分波器、前記光合波器の透過帯域が予め9nm以上であり、かつ前記透過帯域の中心波長が予めITU−Tグリッド波長より1nm長波長側にずらされる
ことを特徴とする送受信装置。
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