JP4294452B2

JP4294452B2 - 双方向光通信用の光装置

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Publication number: JP4294452B2
Application number: JP2003393172A
Authority: JP
Inventors: 功津山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP2005159586A; EP1542380A2; US7203392B2; US20050111788A1; EP1542380A3

Description

本発明は、光通信において上り（送信）および下り（受信）の各光信号に異なる波長を割り当て、各々の光信号を１本の光ファイバを用いて伝送する双方向光通信に用いる光装置に関する。

近年、送受一体型の光トランシーバの普及により、通信方式においても１本の光ファイバで送受信を同時に行う双方向光通信が注目されている。例えば、自局と相手局の間で双方向の光伝送を行う場合、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術を用いて送信（自局から相手局へ）と受信（相手局から自局へ）とに別々の波長を割り当てることによって、送信および受信を同一の光伝送路を用いて行うことができるようになる。このような双方向光通信は、光伝送路の本数を減らすことが可能であるため、光ファイバの敷設、維持および管理に要するコストを削減できるという効果がある。特に、簡易かつ経済的なＷＤＭネットワークを構築するという点で、波長間隔の広いＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術を用いた双方向光通信が期待されている。そこで、双方向光通信用の光装置においても低コストかつ高機能な装置を実現することが課題となる。

ところで、双方向光通信用の光装置において、例えば、光スペクトルの監視、光増幅または分散補償などの光処理を送信光および受信光に施す場合、そのような光処理を実現する手段を送信側および受信側で共通化することは一般的に難しい。例えば、公知の光ファイバ増幅器等では、通常、励起光の反射による影響を抑えるために光路上に光アイソレータが配置されるため単一方向の光信号しか対応することができない。このような光ファイバ増幅器について双方向の光信号に対応させるために光アイソレータを省略した場合には、信号波長におけるコヒーレントクロストークが発生して伝送特性が劣化してしまう可能性がある。このため、従来の光ファイバ増幅器等の光装置では、例えば図８に示すように、伝送路ファイバを双方向に伝搬する光信号を光サーキュレータ等の光方路選択手段を用いて片方向ずつに分離し、各々の光信号に対して個別に光処理部を設けることが必要となる。したがって、上記のような構成の光装置では、コストや消費電力などの面において双方向光通信によるメリットが生じなくなってしまうという問題点がある。

なお、本明細書中で用いる光処理という表現は、上記のような光スペクトルの監視、光増幅または分散補償などの処理を行うことを意味しており、光信号を使って計算等を行うといった内容を意味してはいない。
上記のような問題点を解決するための技術としては、例えば図９に示すように、光サーキュレータで片方向ずつに分離した各光信号の流れを１組の光合分波器を用いて単一方向化することにより、１つの光処理部で双方向の光信号を処理できるようにした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１２７１２１号公報

しかしながら、上記の図９に示したような従来の構成に関しては、双方向の光信号の流れを単一方向化することによって光処理部を各方向に対応させて個別に設ける必要はなくなるものの、光処理部周辺の構成が複雑になり部品点数が多くなってしまうという欠点がある。このような部品点数の増加は、余分な光信号損失を伴うばかりでなく、装置全体のコスト削減効果も減少させてしまうことになる。光信号損失の低減や装置コストの削減のためには例えば光部品の集積化が有効であるが、光処理部の周辺に配置される光サーキュレータや光合分波器などの各光部品は通常異なるデバイスにより構成されるため、そのような光部品を集積化することは困難である。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、双方向光通信に最適な簡略な構成を実現して小型で低コストかつ低損失の光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る双方向光通信用の光装置は、送信光を送信する光送信部と、前記送信光とは波長の異なる受信光を受信する光受信部と、入力された光の一部を分岐して該分岐光のスペクトルを測定するスペクトル測定手段、及び、分岐されずに前記スペクトル測定手段を通過した光に対して増幅及び波長分散補償の少なくとも一方の光処理を行い出力する光処理手段、を有する光処理部と、第１乃至第３のポートを有し、前記第１のポートに入力される光を前記第３のポートに出力し、前記第２のポートに入力される光を第１のポートに出力する第１光学部品と、前記光送信部から出力される送信光と前記第１光学部品の第３ポートから出力される光とを合波して前記光処理部に出力する第２光学部品と、前記光処理部から出力される光を波長の違いに応じて振り分けて前記第１光学部品の第２のポートと前記光受信部とに出力する第３光学部品と、前記光送信部での各波長の送信光パワーが、前記スペクトル測定手段で測定された前記スペクトルの情報に基づき設定された目標値で一定となるように、前記送信光の各波長に対応して前記光送信部を制御する制御部と、を備えて構成されるものである。

かかる構成の光装置では、光送信部から出力される送信光が第２光学部品に与えられる。この第２光学部品には、第１光学部品の第３のポートから出力された受信光も与えられ、送信光および受信光が合波されて単一方向化された光が、第２光学部品から光アイソレータを有する装置に出力される。そして、その装置に与えられた光は、所定の光処理が施された後に第３光学部品に与えられ、波長に応じて送信光および受信光に振り分けられて、送信光が第１光学部品に出力され、受信光が光受信部に出力されるようになる。

上記のような本発明に係る双方向光通信用の光装置によれば、３つの光学部品を組み合わせた簡略な構成によって双方向に伝搬する光信号を単一方向化することができるようになり、光アイソレータを有する１つの装置のみで送信光および受信光を同時に処理することが可能になる。よって、光増幅などの光処理を行う装置周辺の部品点数を減らすことができるため、光信号損失の低減および装置コストの削減を図ることが可能になる。

以下、本発明に係る双方向光通信用の光装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による双方向光通信用の光装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１において、本光装置１は、例えば、光送信部１０、光受信部２０、双方向光学ユニット３０および監視制御部４０を備えて構成される。
光送信部１０は、例えば自装置と１本の伝送路ファイバ２を介して接続された図示しない相手装置との間で双方向の光伝送を行う場合を想定すると、データ入力ポートに与えられるデータ信号に従って、自装置から相手装置に送信する光信号を生成し、その送信光を光出力ポートから双方向光学ユニット３０を介して伝送路ファイバ２に送出する。一方、光受信部２０は、相手装置から伝送路ファイバ２を伝搬して自装置に送られてきた光信号が双方向光学ユニット３０を介して光入力ポートに入力され、その受信光を再生処理して得たデータ信号をデータ出力ポートから出力する。上記の光送信部１０および光受信部２０は、ここでは各々独立した機能ブロックで示しているが、送受一体型の光トランシーバを用いることも勿論可能である。

双方向光学ユニット３０は、例えば、第１〜第３光学部品に相当する光合分波部３１，３２，３３と、入力した光を光アイソレータを介して出力する装置としての光処理部３４と、を有する。各光合分波部３１〜３３は、ここでは、第１〜第３のポートをそれぞれ有し、第１のポート（合波側ポート）に入力されるＷＤＭ光を分波して波長の対応する第２ポート（送信光の波長に対応した分波側ポート）または第３のポート（受信光の波長に対応した分波側ポート）から出力すると共に、第２のポートに入力される光信号と、第３のポートに入力される光信号とを合波して第１のポートから出力することが可能な伝達特性を持つ。

各光合分波部３１〜３３の具体的な構成としては、例えば、アレイ導波路回折格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）またはファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）等を用いた公知の光合分波器を使用することが可能である。ここでは、図１に点線で囲んで示したように、ＡＷＧを用いた３つの光合分波部３１〜３３を同一基板上に集積化した構成を採用している。また、各光合分波部３１〜３３の他の具体例としては、光カプラや光フィルタ等を組み合わせて構成することも可能である。この場合、光合分波部３１には、ハイパスフィルタやローパスフィルタを用いた光カプラ若しくは光サーキュレータを使用することができる。また、光合分波部３２、３３には、ハイパスフィルタやローパスフィルタを用いた光カプラを使用することができる。

各光合分波部３１〜３３のポート間の接続を具体的に説明すると、光合分波部３１は、第１のポートが伝送路ファイバ２の一端に接続される。光合分波部３２は、第２のポートが光送信部１０の光出力ポートに接続され、第３のポートが光合分波部３１の第３のポートに接続され、第１のポートが光処理部３４の光入力ポートに接続される。光合分波部３３は、第１のポートが光処理部３４の光出力ポートに接続され、第２のポートが光合分波部３１の第２のポートに接続され、第３のポートが光受信部２０の光入力ポートに接続される。

光処理部３４は、光入力ポートに与えられる光信号に対して所定の光処理を施して光出力ポートから出力する。この光処理部３４で行われる所定の光処理は、前述したように通常送信側および受信側で共通化することが難しい、例えば、スペクトル測定手段としての光スペクトルの測定、光処理手段としての光増幅または波長分散補償などの処理である。これらの光処理を実現するデバイスは、光信号の伝搬方向に対応させて個別に処理を行うことが必要な単一方向性を有する場合が多い。例えば、光増幅を行う光処理部３４の具体的な構成としては、励起光の反射による影響を抑えるために光路上に光アイソレータが配置された光ファイバ増幅器などが挙げられる。また、波長分散補償を行う場合の具体的な構成としては、ＷＤＭ光を波長に応じて空間的に区別可能な複数の光束に分波するバーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（Virtually Imaged Phased Array：ＶＩＰＡ）を利用した可変分散補償器などが挙げられる。本発明の光処理部３４は、上記のようなデバイスを少なくとも１つ含んで構成される。なお、光処理部３４の具体的な構成例については後述する他の実施形態で詳しく説明することにする。

監視制御部４０は、光送信部１０および光受信部２０の各動作状態に基づいて双方向光学ユニット３０の光処理部３４を制御すると共に、光処理部３４における処理の結果に応じて光送信部１０または光受信部２０を制御する。
次に、第１実施形態の光装置１の動作について説明する。
上記のような構成を有する光装置１では、例えば、自装置から相手装置に送る送信光に波長λＡが割り当てられ、相手装置から自装置に送られる受信光に波長λＢが割り当てられる。この場合、波長λＡの光信号が光送信部１０で生成されて双方向光学ユニット３０内の光合分波部３２の第２のポートに与えられる。この光合分波部３２の第３のポートには、伝送路ファイバ２を伝搬した後に光合分波部３１の第１のポートに入力されて第３のポートから出力された波長λＢの光信号が与えられる。したがって、光合分波部３２では、波長λＡの光信号と波長λＢの光信号とが合波され、単一方向に整流された各波長λＡ，λＢの光信号が第１のポートから出力されて光処理部３４の光入力ポートに与えられる。

そして、光処理部３４で所要の光処理が施された各波長λＡ，λＢの光信号は、光合分波部３３の第１のポートに与えられ、各波長λＡ，λＢに応じて分波される。光合分波部３３で分波された波長λＡの光信号は、光合分波部３１の第２のポートに与えられて第１のポートから出力され、伝送路ファイバ２に送出される。一方、光合分波部３３で分波された波長λＢの光信号は、光受信部２０の光入力ポートに与えられて一般的な再生処理が行われる。

また、本光装置１では、上記のような流れで双方向の光信号の処理を実行する際、監視制御部４０によって、光送信部１０、光受信部２０および光処理部３４の監視制御が行われる。この監視制御は、例えば、光送信部１０から出力される送信光パワーや光受信部２０に入力される受信光パワーが監視され、その監視情報に応じて光処理部３４の動作が制御される。また、光処理部３４の処理状態が監視され、その監視情報に応じて光送信部１０および光受信部２０の動作が制御される。なお、この監視制御部４０による各部の監視制御については、後述する第２実施形態において具体例を示しながら詳しく説明することにする。

このように第１実施形態の光装置１によれば、３つの光合分波部３１〜３３を組み合わせて用いることによって、１つの光処理部３４のみで双方向の光信号を同時に処理することができるようになる。このような双方向光学ユニット３０の構成は、上述の図９に示した従来の構成と比較すると、２つの光サーキュレータが不要となるため、光処理部３４の周辺に配置される部品点数を減らすことができる。よって、光信号損失の低減および装置コストの削減を図ることが可能になる。

また、３つの光合分波部３１〜３３は同種のデバイスを用いて構成できるため、それらを集積化することが可能であり、特に、光合分波部３１〜３３としてＡＷＧを利用すれば同一の光導波路基板上への集積化が容易に実現可能となる。さらに、光合分波部３１，３２にＡＷＧを用いることによって、双方向の伝送路ファイバ２における送信光の反射光が、受信光として光処理部３４で増幅等されるのを防止することができる。加えて、ＷＤＭカプラや通常の光カプラにより光の合波を行う場合、合波に伴う損失が生じることになるが、ＡＷＧを用いて合波を行うことで上記のような損失の発生を抑えることが可能であり、この効果は特にＷＤＭ光の波長多重数が増加した場合に顕著となる。

なお、光合分波部３１〜３３としてＡＷＧを利用した場合、一般にＡＷＧはチャネルを切り出すフィルタリング特性を有しているため、信号光波長が変動したときやデバイスの温度が変化したときに、信号光の減衰が問題となる。しかしながら、本発明は、例えばＣＷＤＭ通信への適用を想定した場合、各波長の信号光の間隔（チャネル間隔）が各々の信号光の波長幅に対して充分に広いため、ＡＷＧのフィルタ特性の変動や信号光波長の変動が生じても、上記のような信号光の減衰が問題となることはない。

また、光装置１において光処理部３４に使用されるデバイスが光合分波部３１〜３３と集積化可能なものである場合には、双方向光学ユニット３０全体を１つの光部品として製造することも可能となるため、更なる光信号損失の低減および装置コストの削減を図ることができる。
加えて、各光合分波部３１〜３３は、各波長λＡ，λＢの光信号に対して光フィルタとしても作用するため、例えば光処理部３４で光増幅を行う際に発生するＡＳＥなどの雑音成分を除去して、光信号の品質劣化を抑えることも可能になる。

次に、本発明の第２実施形態による双方向光通信用の光装置について説明する。ここでは、上記第１実施形態の具体例として、８波長の光信号を双方向伝送する場合を考える。
図２は、第２実施形態の光装置の構成を示す機能ブロック図である。
図２に示す光装置１では、自装置から相手装置に送る送信光の波長としてλ１〜λ４が割り当てられ、相手装置から自装置に送られる受信光の波長としてλ５〜λ８が割り当てられている。光送受信部１０’は、例えば４つの送受一体型光トランシーバを組み合わせて構成され、各波長λ１〜λ８の光信号を送受信する。この光送受信部１０’の各光トランシーバは、ここでは、光源１１および駆動回路１２によって送信光を発生すると共に、受光素子２１および受信処理回路２２によって受信光を再生処理する。

双方向光学ユニット３０内の３つの光合分波部３１〜３３は、それぞれ、各波長λ１〜λ８に対応した８つの分波側ポートと、１つの合波側ポートを有する。なお、各光合分波部３１〜３３のポート間の接続は、前述した第１実施形態における波長λＡに波長λ１〜λ４を対応させ、波長λＢに波長λ５〜λ８を対応させることによって、第１実施形態の場合と同様の接続関係となるため、ここでの説明を省略する。

また、双方向光学ユニット３０内の光処理部３４としては、例えば図３に示すような具体的な構成が適用される。ただし、光処理部の構成は図３の一例に限定されるものではない。
図３の構成例では、光処理部３４が、光入力ポートＩＮに与えられる光信号のスペクトルを測定するためのモニタ回路５０と、モニタ回路５０を通過した光信号を所要のレベルまで増幅して光出力ポートＯＵＴから出力する光増幅回路５１と、を備えて構成される。モニタ回路５０は、光入力ポートＩＮからの光信号の一部を光カプラ５０Ａで分岐して光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）５０Ｂに与え、光スペクトルアナライザ５０Ｂで測定された光スペクトルに関する情報を示す信号を監視制御部４０に出力する。

光増幅回路５１は、モニタ回路５０からの光信号が入力される公知の光増幅器５１Ａと、該光増幅器５１Ａの動作を制御するための制御回路５１Ｂとを備える。光増幅器５１Ａは、例えば、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）５１ａ、励起光源５１ｂ、ＷＤＭカプラ５１ｃおよび光アイソレータ５１ｄを有し、励起光源５１ｂで発生した励起光ＬｐがＷＤＭカプラ５１ｃおよび光アイソレータ５１ｄを介してＥＤＦ５１ａに供給される。制御回路５１Ｂには、光増幅器５１Ａに入力される光信号の一部を光カプラ５１Ｃで分岐して受光器５１Ｄで光電変換した入力モニタ信号と、光増幅器５１Ａから出力される光信号の一部を光カプラ５１Ｅで分岐して受光器５１Ｆで光電変換した出力モニタ信号と、監視制御部４０から送られてくる制御信号とがそれぞれ与えられ、各々の信号に基づいて光増幅器５１Ａの利得を制御するための信号が制御回路５１Ｂから光増幅器５１Ａに出力される。

上記のような構成を有する第２実施形態の光装置１では、光送受信部１０’の各光源１１から出力される波長λ１〜λ４の光信号が、双方向光学ユニット３０内の光合分波部３２の波長λ１〜λ４に対応した分波側ポートにそれぞれ与えられる。この光合分波部３２の波長λ５〜λ６に対応した分波側ポートには、伝送路ファイバ２を伝搬した後に光合分波部３１に入力されて分波された各波長λ５〜λ６の光信号が与えられる。したがって、光合分波部３２では、各波長λ１〜λ８の光信号が合波されて単一方向化されたＷＤＭ光が合波側ポートから出力されて光処理部３４の光入力ポートＩＮに与えられる。

光処理部３４では、まずモニタ回路５０において光合分波部３２からのＷＤＭ光のスペクトルが測定され、その測定結果を示す監視信号が監視制御部４０に伝えられる。モニタ回路５０を通過したＷＤＭ光は、次に光増幅回路５１に与えられ、制御回路５１Ｂによって駆動状態の制御された光増幅器５１Ａにより所要のレベルまで増幅されて、光出力ポートＯＵＴから光合分波部３３の合波側ポートに出力される。光合分波部３３では、光処理部３４からのＷＤＭ光が分波され、波長λ１〜λ４の光信号は光合分波部３１の対応する分波側ポートに与えられて合波側ポートから伝送路ファイバ２に出力される。一方、光合分波部３３で分波された波長λ５〜λ８の光信号は光送受信部１０’の各波長に対応した受光素子２１および受信処理回路２２で再生処理される。

ここで、第２実施形態における双方向光信号の波長配置について詳しく説明する。
一般に双方向光通信では、伝送路上において送信光と受信光が互いに反対方向に伝搬するので、通常の伝送状態では干渉が生じることはないが、例えばコネクタにおける反射等により、逆方向に進む光の強度を無限小とすることはできない。したがって、反対方向に伝搬する送信光および受信光であっても、波長が隣接する光信号間では干渉が問題になる。また、本発明の構成では、双方向光学ユニット３０により送信光と受信光が光処理部３４内で同一方向に伝搬するようにしているので、送信光と受信光の干渉がさらに問題となる。具体的に、波長が隣接する光信号間で生じる干渉に関して、送信光と受信光のように隣接する光信号間のレベル差が大きい場合、送信光のサイドローブと受信光が干渉することによるＳ／Ｎ比の劣化が問題となる。特に、ＣＷＤＭ通信では信号光の波長制御をＤＷＤＭ通信ほど厳密に行っていないため、信号光の波長変動によって上記のような送信光と受信光の干渉が発生する可能性がある。

図４は、８波長の双方向光信号に対する２通りの波長配置例を示した図である。
図４（Ａ）に示す第１の波長配置例は、送信光の波長としてλ１，λ３，λ５，λ７を割り当て、受信光の波長としてλ２，λ４，λ６，λ８を割り当て、送信光および受信光が波長グリッド上で交互に配置されるようにした場合を示している。一方、図４（Ｂ）に示す第２の波長配置例は、前述したように送信光の波長としてλ１〜λ４を割り当て、受信光の波長としてλ５〜λ８を割り当て、送信光の波長帯域と受信光の波長帯域とが異なるように設定した場合を示している。なお、ここでは各波長λ１〜λ８が等間隔に配置されるように設定しているが、任意の間隔で配置されるようにしても構わない。

第１の波長配置例の場合、伝送路ファイバ２の帯域を効率的に使用できるという利点がある反面、送信光から受信光への干渉が多いという欠点がある。すなわち、双方向伝送に必要となる波長帯域幅Δλはチャネル数に応じた最適幅で良く、例えば１チャネル（１対向）の場合は最小波長間隔分の帯域で良い。このため、送受信する光信号の増減設に応じて使用する波長帯域を柔軟に制御することができ、伝送路ファイバ２の帯域を効率的に使用することが可能である。しかし、受信光波長のうちのλ３，λ５，λ７の３波は、各々両隣に送信光波長が配置されているため、送信光から受信光への干渉が多く発生する可能性がある。

一方、第２の波長配置例の場合、送信光から受信光への干渉が少ないという利点がある反面、伝送路ファイバ２の帯域を効率的に使用し難いという欠点がある。すなわち、受信光波長のうちの１つの波長λ５のみが、送信光波長のうちの１つの波長λ４に隣接しているため、送信光から受信光への干渉が少なくなる。しかし、双方向伝送に必要となる波長帯域幅Δλは、１チャネルの場合でも最低４間隔(λ１からλ５まで)が必要となるため、伝送路ファイバ２の帯域の使用効率が低くなってしまう。

なお、図２に示した第２実施形態の構成では第２の波長配置例を適用したが、いずれの波長配置例を選択するかはシステムの仕様などに応じて適宜に決めることが可能である。
次に、第２実施形態における監視制御部４０の動作について詳しく説明する。
監視制御部４０では、各波長λ１〜λ４に対応した光源１１から出力される送信光のパワーが監視される。この送信光パワーの監視は、例えば、通常光源１１と一体化されたモニタ用受光器により、送信光とは反対方向に進む後方発出光のパワー（バックパワー）を検出し、その検出結果を示す送信光モニタ信号が監視制御部４０に送られることにより行われる。監視制御部４０では、送信光モニタ信号に基づいて各波長の送信光パワーが検出され、予め設定された送信光パワーの制御目標値とモニタ値の比較が行われる。そして、その比較結果を基に各波長λ１〜λ４の送信光パワーが目標値で一定となるように、各波長に対応した駆動回路１２の動作が制御される。

さらに、監視制御部４０では、光処理部３４のモニタ回路５０でモニタされる光スペクトル情報を利用して各波長の送信光パワーが一括して監視され、各波長の送信光パワーのばらつきが補正されるように、または、伝送路ファイバ２における損失の波長依存性が予め補償されるように、前述の監視制御部４０に予め設定された制御目標値が更新される。
上記のような送信光パワーの監視制御と共に、監視制御部４０では、各波長λ５〜λ８の光信号の受信状態が監視され、各波長に対応する受光素子２１または受信処理回路２２の制御が行われる。具体的に、受信状態の監視は、各波長に対応した受光素子２１で光電変換された信号の一部が受信光モニタ信号として監視制御部４０に送られることにより行われる。監視制御部４０では、受信光モニタ信号に基づいて各波長に対応した信号振幅や信号速度（ビットレート）に関する情報が検出される。そして、その検出情報に応じて、各波長に対応した受光素子２１に印加するバイアスの制御（受光素子２１がＡＰＤの場合の増倍率の制御）や、受信処理回路２２の受信帯域の制御が行われる。

加えて、監視制御部４０では、送信光パワーおよび受信光パワーの監視情報に基づいて、光処理部３４の光増幅回路５１の利得制御も行われる。この利得制御は、例えば、受信光パワーが小さく受信処理回路２２での制御可能範囲外になっている場合に、送信光パワーが規定出力を超えない範囲で光増幅器５１Ａの利得を増大させるといった制御が行われる。

上記のように第２実施形態の光装置１によれば、８波長の双方向光信号についても前述した第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、上記の第２実施形態では、８波長の双方向光信号を処理する場合について説明したが、本発明における双方向光信号の波長数は上記の一例に限定されるものではなく、任意の波長数の双方向光信号について応用することが可能である。また、送信光および受信光の各波長数が同数となるように設定しているが、送信光および受信光に対して異なる波長数を割り当てるようにしてもよい。さらに、送受一体型の光トランシーバが使用される一例を示したが、送受信機能がペアになっていなくても構わない。

次に、上述した第２実施形態の光装置を用いて、双方向光通信ネットワークのノード装置を構成した応用例について説明する。
図５は、上記ノード装置の構成例を示す図である。このノード装置６０は、例えば、２つの幹線系光伝送路用の光入出力ポートＰ１，Ｐ２と、幹線系光伝送路を伝搬する光信号を加入者側へ分岐する加入者インターフェース用の光入出力ポートＰ３と、を有し、各々の光入出力ポートＰ１〜Ｐ３ごとに上述の図２に示した光装置１が備えられる。各光装置１間は、各々の光送受信部のデータ入力ポートおよびデータ出力ポート間の接続状態を切り替えるためのスイッチ回路６１によって接続されており、任意の光入出力ポートで受信した任意の波長の光信号を、同じく任意の光入出力ポートから任意の波長の光信号に変換して送信することができる。特に、スイッチ回路６１として例えば１２×１２サイズの非閉塞型スイッチを使用することによって、完全なスイッチングノードとしての動作が可能になる。ただし、これはノード装置６０のスイッチ回路６１が非閉塞型の構成に限定されることを意味するものではなく、閉塞型スイッチを用いてもノード装置６０を構成することは可能である。なお、非閉塞型スイッチとは、複数のポート間の接続を任意に切り替えることができるスイッチのことである。

上記のようなノード装置６０によれば、双方向の光信号が入出力される各々の光入出力ポートＰ１〜Ｐ３ごとに行われる所要の光処理を簡略な構成によって実現できるため、小型、低消費電力および低損失のノード装置を安価に提供することが可能になる。
ここで、上記のようなノード装置６０を複数用いて構築した双方向光通信ネットワークについても具体例を挙げて説明を加えておく。

図６は、上記双方向光通信ネットワークの構成例を示した図である。この構成例では、各ノード装置６０の幹線系光伝送路用の光入出力ポートをリング状に接続することで双方向リングネットワークが構成されると共に、各ノード装置６０の加入者インターフェース用の光入出力ポートと、複数の加入者の各光送受信器（Ｔｘ／Ｒｘ）との間を、加入者用に設けた双方向光学ユニット３０（図２参照）を介して接続することによって加入者インターフェース網が構成される。このような構成により、幹線系では１本の光ファイバリングによって双方向のＷＤＭ伝送が行われ、加入者系でもノード装置６０と双方向光学ユニット３０の間で１本の光ファイバによって双方向のＷＤＭ伝送が行われる。

このような双方向光通信ネットワークによれば、簡略な構成のノード装置６０および双方向光学ユニット３０の使用によってネットワーク全体の維持および管理コストを削減することが可能であるため、経済的な双方向光通信ネットワークを提供することができる。
ここで、上記の双方向光通信ネットワークにおける加入者インターフェース網について図７の具体例を参照しながら詳しく説明する。

図７の具体例では、双方向光信号の波長の割り当てが前述の図４（Ｂ）に示した第２の波長配置例に従って行われ、ノード装置６０側から加入者側に送信される光信号の波長としてλ１〜λ４が割り当てられ、逆に加入者側からノード装置６０側に送信される光信号の波長としてλ５〜λ８が割り当てられている。
加入者インターフェース網においては、通常、各加入者が任意の拠点に位置しているため、双方向光学ユニット３０から各々の加入者までの距離はまちまちである。よって、各加入者の光送受信器において必要となる送信光パワーや受信感度等の設定は加入者ごとに異なる。このような状況において、図７に示した加入者インターフェース網では、例えば、双方向光学ユニット３０内の光処理部３４として上述の図３に例示したようなモニタ回路５０を備えるようにすることで、各加入者に対する送信光および受信光のレベルを監視し、その監視結果に応じて遠隔操作により各加入者の光送受信器の送信光パワーや受信感度等を最適制御することが可能である。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）送信光を出力する光送信部と、
前記送信光とは波長の異なる受信光を入力する光受信部と、
光アイソレータを有し、入力した光を前記光アイソレータを介して出力する装置と、
第１乃至第３のポートを有し、前記第１のポートに入力される光を前記第３のポートに出力し、前記第２のポートに入力される光を第１のポートに出力する第１光学部品と、
前記光送信部から出力される送信光と前記第１光学部品の第３ポートから出力される光とを合波して前記装置に出力する第２光学部品と、
前記装置から出力される光を波長の違いに応じて振り分けて前記第１光学部品の第２のポートと前記光受信部とに出力する第３光学部品と、
を備えて構成されたことを特徴とする双方向光通信用の光装置。

（付記２）付記１に記載の光装置であって、
前記第２光学部品は、前記光送信部から出力される送信光に含まれる複数の波長の光信号にそれぞれ対応した複数の分波側ポートと、前記第１光学部品の第３ポートから出力される光に含まれる複数の波長の光信号にそれぞれ対応した複数の分波側ポートと、を有することを特徴とする光装置。

（付記３）付記１に記載の光装置であって、
前記光送信部、前記光受信部および前記装置のうちの少なくとも１つの動作状態に基づいて、前記光送信部、前記光受信部および前記装置のうちの少なくとも１つを制御する監視制御部を備えたことを特徴とする光装置。

（付記４）付記１に記載の光装置であって、
前記送信光および前記受信光は、波長の異なる複数の光信号をそれぞれ含み、
前記第１光学部品、前記第２光学部品および前記第３光学部品は、前記送信光に含まれる複数の光信号の各波長に対応した複数の分波側ポートと、前記受信光に含まれる複数の光信号の各波長に対応した複数の分波側ポートと、１つの合波側ポートと、をそれぞれ有することを特徴とする光装置。

（付記５）波長の異なる複数の光信号が双方向に伝搬する光伝送路に接続された複数の光入出力ポートを有し、該複数の光入出力ポートにそれぞれ入出力される光信号の切り替えを行うノード装置であって、
付記１に記載の光装置が前記複数の光入出力ポートにそれぞれ対応させて複数設けられ、該複数の光装置の各第１光学部品の第１のポートが対応する光入出力ポートに接続されると共に、
前記複数の光装置の各光送信部の送信データ入力ポートおよび各光受信部の受信データ出力ポートの間の接続を任意に切り替えることが可能なスイッチ回路を備えて構成されたことを特徴とするノード装置。

（付記６）光送信部から出力される送信光に対して所定の光処理を施して光伝送路へ送出すると共に、送信光とは異なる波長を有し前記光伝送路を送信光とは逆方向に伝搬した受信光に対して前記所定の光処理を施して光受信部に与える双方向光通信用の光装置であって、
単一方向に伝搬する光信号に対して前記所定の光処理を施す光処理部と、
送信光および受信光の各波長にそれぞれ対応した複数の分波側ポート、並びに、１つの合波側ポートを有し、各分波側ポートに入力される送信光または受信光を合波して合波側ポートから出力すると共に、合波側ポートに入力される波長多重光を分波して波長の対応する分波側ポートから出力することが可能な伝達特性を持つ、第１〜第３の光合分波部と、を備え、
前記第１の光合分波部は、合波側ポートが前記光伝送路の一端に接続され、
前記第２の光合分波部は、送信光の波長に対応した分波側ポートが前記光送信部の光出力ポートに接続され、受信光の波長に対応した分波側ポートが前記第１の光合分波部の受信光の波長に対応した分波側ポートに接続され、合波側ポートが前記光処理部の光入力ポートに接続され、
前記第３の光合分波部は、合波側ポートが前記光処理部の光出力ポートに接続され、送信光の波長に対応した分波側ポートが前記第１の光合分波部の送信光の波長に対応した分波側ポートに接続され、受信光の波長に対応した分波側ポートが前記光受信部の光入力ポートに接続されたことを特徴とする双方向光通信用の光装置。

（付記７）付記６に記載の光装置であって、
前記第１〜第３の光合分波部が共通の光デバイスを用いて集積化されたことを特徴とする光装置。

（付記８）付記７に記載の光装置であって、
前記第１〜第３の光合分波部は、アレイ導波路回折格子を利用してそれぞれ構成されたことを特徴とする光装置。

（付記９）付記６に記載の光装置であって、
前記光処理部は、入力される光信号のスペクトルをモニタする機能を備えたことを特徴とする光装置。

（付記１０）付記６に記載の光装置であって、
前記光処理部は、入力される光信号を増幅して出力する機能を備えたことを特徴とする光装置。

（付記１１）付記６に記載の光装置であって、
前記光処理部は、入力される光信号の分散補償機能を備えたことを特徴とする光装置。

（付記１２）付記６に記載の光装置であって、
前記光送信部、前記光受信部および前記光処理部のうちの少なくとも１つの動作状態を監視し、該監視情報に基づいて前記光送信部、前記光受信部および前記光処理部のうちの少なくとも１つを制御する監視制御部を備えて構成されたことを特徴とする光装置。

（付記１３）付記１２に記載の光装置であって、
前記光処理部は、入力される光信号のスペクトルをモニタする機能を備え、
前記監視制御部は、前記光処理部のモニタされる光信号のスペクトル情報に基づいて、前記光送信部から出力される送信光のパワーを制御することを特徴とする光装置。

（付記１４）付記１２に記載の光装置であって、
前記光処理部は、入力される光信号を増幅して出力する機能を備え、
前記監視制御部は、前記光送信部から出力される送信光パワーおよび前記光受信部に入力される受信光パワーに基づいて、前記光処理部における光増幅の利得を制御することを特徴とする光装置。

（付記１５）付記６に記載の光装置であって、
送信光および受信光が波長の異なる複数の光信号をそれぞれ含み、
前記第１〜第３の光合分波部は、送信光に含まれる複数の光信号の各波長に対応した複数の分波側ポートと、受信光に含まれる複数の光信号の各波長に対応した複数の分波側ポートと、１つの合波側ポートと、をそれぞれ有することを特徴とする光装置。

（付記１６）付記１５に記載の光装置であって、
送信光に含まれる複数の光信号は、受信光に含まれる複数の光信号が配置される波長帯域とは異なる波長帯域に配置されることを特徴とする光装置。

（付記１７）付記１５に記載の光装置であって、
送信光に含まれる複数の光信号の各波長と、受信光に含まれる複数の光信号の各波長とが、波長グリッド上で交互に配置されることを特徴とする光装置。

（付記１８）波長の異なる複数の光信号が双方向に伝搬する光伝送路に接続可能な複数の光入出力ポートを有し、該複数の光入出力ポートにそれぞれ入出力される光信号の切り替えを行う双方向光通信用のノード装置であって、
付記６に記載の光装置が、前記複数の光入出力ポートにそれぞれ対応させて複数設けられ、該各光装置の第１の光合分波部の合波側ポートが対応する光入出力ポートに接続されると共に、
前記複数の光装置の各光送信部の送信データ入力ポートおよび各光受信部の受信データ出力ポートの間の接続を任意に切り替えることが可能なスイッチ回路を備えて構成されたことを特徴とするノード装置。

（付記１９）付記１８に記載のノード装置であって、
前記スイッチ回路が非閉塞型の構成であることを特徴とする双方向光通信用のノード装置。

（付記２０）付記１８に記載のノード装置を複数備えて構成されたことを特徴とする双方向光通信ネットワーク。

（付記２１）付記２０に記載の双方向光通信ネットワークであって、
前記複数のノード装置は、各々の光入出力ポートが幹線系の光伝送路および加入者インターフェース用の光伝送路にそれぞれ接続され、
前記加入者インターフェース用の光伝送路の加入者側には、付記６に記載の光装置が備えられたことを特徴とする双方向光通信ネットワーク。

本発明の第１実施形態による双方向光通信用の光装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第２実施形態による双方向光通信用の光装置の構成を示す機能ブロック図である。上記第２実施形態に適用される光処理部の具体例を示す構成図である。８波長の双方向光信号に対する波長配置例を示す図である。上記第２実施形態の光装置を用いてノード装置を構成した応用例を示す図である。図５のノード装置を利用した双方向光通信ネットワークの一例を示す図である。図６の双方向光通信ネットワークにおける加入者インターフェース網の具体例を示す図である。従来の双方向光通信用の光装置の構成を示す図である。双方向光信号の流れを単一方向化するようにした従来の光装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…光装置
２…伝送路ファイバ
１０…光送信部
１０’…光送受信部
１１…光源
１２…駆動回路
２０…光受信部
２１…受光素子
２２…受信処理回路
３０…双方向光学ユニット
３１，３２，３３…光合分波部
３４…光処理部
４０…監視制御部
５０…モニタ回路
５１…光増幅回路
６０…ノード装置
６１…スイッチ回路

Claims

送信光を送信する光送信部と、
前記送信光とは波長の異なる受信光を受信する光受信部と、
入力された光の一部を分岐して該分岐光のスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、分岐されずに前記スペクトル測定手段を通過した光に対して増幅及び波長分散補償の少なくとも一方の光処理を行い出力する光処理手段と、を有する光処理部と、
第１乃至第３のポートを有し、前記第１のポートに入力される光を前記第３のポートに出力し、前記第２のポートに入力される光を前記第１のポートに出力する第１光学部品と、
前記光送信部から出力される送信光と前記第１光学部品の第３ポートから出力される光とを合波して前記光処理部に出力する第２光学部品と、
前記光処理部から出力される光を波長の違いに応じて振り分けて前記第１光学部品の第２のポートと前記光受信部とに出力する第３光学部品と、
前記光送信部での各波長の送信光パワーが、前記スペクトル測定手段で測定された前記スペクトルの情報に基づき設定された目標値で一定となるように、前記送信光の各波長に対応して前記光送信部を制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする双方向光通信用の光装置。
請求項１に記載の光装置であって、
前記光処理部は、前記波長分散補償のための可変分散補償器を前記光処理手段に含むことを特徴とする光装置。
請求項１に記載の光装置であって、
前記制御部は、前記光送信部における前記送信光のパワー及び前記光受信部における前記受信光のパワーを監視し、該監視した情報を基に、前記光処理手段における前記増幅処理の利得制御を行うことを特徴とする光装置。
請求項１に記載の光装置であって、
前記光処理部は、前記スペクトル測定手段として光スペクトルアナライザを有し、該光スペクトルアナライザにより測定した前記各波長のスペクトルの情報を前記制御部へ送出することを特徴とする光装置。
請求項１に記載の光装置であって、
前記制御部は、前記光受信部での前記受信光の受信状態を監視し、各波長に応じて印加バイアス及び受信帯域の少なくとも一方を制御することを特徴とする光装置。
複数の光入出力ポートを有し、請求項１に記載の光装置が前記複数の光入出力ポートにそれぞれ対応させて複数設けられ、該複数の光装置の各第１光学部品の第１のポートが対応する前記光入出力ポートに接続されると共に、当該複数の光装置の各光送信部の送信データ入力ポート及び各光受信部の受信データ出力ポートの間の接続を切り替えるスイッチ回路を備えることにより、前記複数の光入出力ポートにそれぞれ入出力される光信号の切り替えを行うノード装置、が複数設けられ、
該ノード装置のそれぞれが光伝送路を介して接続されたことを特徴とする双方向光通信ネットワーク。