JP4393987B2 - 光クロスコネクト装置 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路に挿入され、各光ファイバ伝送路に対して入出力する波長多重光信号を各波長ごとにスイッチングする光クロスコネクト装置に関する。なお、ここでの光クロスコネクト装置は、波長多重光信号を各波長ごとにスイッチングするものであればよく、例えば光アド・ドロップ装置なども含むものとする。

光波長パスを用いた光ネットワークシステムでは、複数の経路間を任意に接続し、回線需要、対地の変化に対して柔軟な構成を実現するために光クロスコネクト装置が用いられる。

図１２は、従来の光クロスコネクト装置の構成例を示す（特許文献１）。図１２(1) において、光スイッチモジュール１０は、Ｎ本の入力ポートとＮ本の出力ポートを有し、各入力ポートから入力する入力光信号１〜Ｎと各出力ポートから出力する出力光信号１〜Ｎを１対１に接続する。

図１２(2) に示す光クロスコネクト装置は、Ｍ本の入力ポートにそれぞれ波長多重光信号が入力され、光分波器１１で各波長の光信号に分波して光スイッチモジュール１０に入力される。また、光スイッチモジュール１０から出力される各波長の光信号は、Ｍ本の出力ポートにそれぞれ対応する光合波器１２で合波され、各出力ポートにそれぞれ波長多重光信号が出力される。各入出力ポートの波長多重数をＴとすると、光スイッチモジュール１０の入出力ポート数ＮはそれぞれＭ×Ｔとなる。

ここで、光スイッチモジュール１０としては、例えば図１３に示す３次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems) 光スイッチが知られている。３次元ＭＥＭＳ光スイッチは、一対のＭＥＭＳミラーと光ファイバアレイを用い、ＭＥＭＳミラーの角度を駆動制御することによりＮ×Ｎのスイッチングが可能な構成である。
特開平６−２９２２４６号公報

ところで、このような光クロスコネクト装置を含む光ネットワークシステムでは、図１４に示すように、光ファイバ伝送路１３の損失による信号電力減衰を補償するための光増幅器１４が用いられるのが一般的である。光増幅器１４は、その光増幅帯域内にある単一あるいは波長多重された複数の光信号を増幅することが可能である。ただし、入力光の有無あるいは光電力の変動によって過渡応答を生じ、その中を通過する光信号に対する利得変動が生じることが知られている。

このような光増幅器の過渡応答は、入力信号電力変動の速度が光増幅器の利得緩和時間に近いほど顕著になる。この利得緩和時間は、例えば最も一般的に用いられているエルビウム添加光ファイバ増幅器の場合では数ｍｓ程度であり、一般には用いられる光増幅器の種類あるいは飽和強度等の動作条件によって変わる。

一方、上記の３次元ＭＥＭＳスイッチ等の一般的な光スイッチの切り替え所要時間は、数ｍｓ程度あるいはそれ以上である。そのため、光スイッチでは、光増幅器の利得緩和時間よりも十分に遅い速度で切り替えることにより、光増幅器の過渡応答の影響を回避することが一般的であった。

本発明は、光増幅器を含む光ネットワークシステムに用いられる光クロスコネクト装置において、光信号切り替えに伴う光増幅器の過渡応答の影響を低減するとともに、高速切り替えを可能とすることにより、光ネットワークシステムの高性能化および高信頼性を確保し、運用性を向上を図ることができる光クロスコネクト装置を提供することを目的とする。

第１の発明の光クロスコネクト装置における制御手段は、所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増加する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え開始タイミングを順次遅らせて切り替えを行う構成である。

第２の発明の光クロスコネクト装置における制御手段は、所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え所要時間が順次長くなるように切り替えを行う構成である。

第３の発明の光クロスコネクト装置における制御手段は、所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増加する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え開始タイミングを順次遅らせ、かつ切り替え所要時間が順次長くなるように切り替えを行う構成である。

第４の発明は、制御手段として、光ネットワークシステムに接続される光増幅器数、各光増幅器の特性および動作条件の情報の通知を受け、その情報を保持および更新する機能を有し、この情報に基づいて複数の波長の光信号の切り替え制御を行う構成とする。

本発明の光クロスコネクト装置は、所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え開始タイミングを順次遅らせて切り替えることにより、光クロスコネクト装置に接続される光増幅器の既存の光信号に対する過渡応答の影響を最小限に抑えることができる。

また、所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え所要時間が順次長くなるように切り替えることにより、光クロスコネクト装置に接続される光増幅器の既存の光信号に対する過渡応答の影響を最小限に抑えるとともに、切り替えに要する時間を短縮することができる。

また、光ネットワークシステムに接続される光増幅器数、各光増幅器の特性および動作条件等の情報に基づく切り替えを行うことにより、光増幅器の既存の光信号に対する過渡応答の影響に対する最適制御を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の光クロスコネクト装置の第１の実施形態を示す。図において、Ｍ本（ここではＭ＝２）の入力ポートにそれぞれ波長多重光信号が入力され、光分波器１１−１，１１−２で各波長の光信号に分波して光スイッチモジュール１０に入力される。また、光スイッチモジュール１０から出力される各波長の光信号は、Ｍ本の出力ポートにそれぞれ対応する光合波器１２−１，１２−２で合波され、各出力ポートにそれぞれ波長多重光信号が出力される。光クロスコネクト装置の各出力ポートには、光ファイバ伝送路１３−１，１３−２および光増幅器１４−１，１４−２を介して端局装置（図外）または次の光クロスコネクト装置（図外）が接続される。

本実施形態では、光スイッチモジュール１０の各出力ポートにおける複数の波長の光信号を切り替えるときに、その順番と切り替え開始タイミングを制御する光スイッチ制御部１５を備える。ここでは、説明を容易にするために、光分波器１１−１に入力される波長多重光信号は２波とし、そのまま光合波器１２−１に出力され、光分波器１１−２に入力される波長多重光信号は４波とし、当初は光合波器１２−２に出力されているが、その後に４波すべてが光合波器１２−１に切り替えられる場合を想定する。光分波器１１−１，１１−２に入力される波長多重光信号の各波長は、図２に示すように、それぞれλt1，λt2と、λs1，λs2，λs3，λs4とする。従来は、光分波器１１−２に入力される４波を同時に光合波器１２−２から光合波器１２−１に切り替えているが、本実施形態では４波の切り替えに時間差を設けて順番に切り替える。

ここで、光増幅器の過渡応答について説明する。過渡応答は、入力信号の状態によって光増幅器の反転分布状態が変化することに起因する。この反転分布状態のスペクトル特性は、一般に均一広がりと不均一広がりと呼ばれる２つの要因によって支配される。均一広がりは、主に光増幅媒体の光吸収放出に関わる原子の励起状態寿命によって決定されるもので、一定のスペクトル形状を有している。このような均一広がりのみを有する光増幅器に光信号が入射した場合には、入射光強度と均一広がりスペクトル分布のみによって決定されるだけの誘導遷移が起こり、図３に示すように、原子の反転分布が変化することによる利得飽和が起こる。図３では、無信号入力時の均一広がりスペクトルと信号入力時の均一広がりスペクトルを示し、(1),(2) は、入力信号光強度が同じでも、その波長配置がスペクトルの中心に位置するか否かで飽和強度が異なることを示す。すなわち、入力信号光波長が利得スペクトルの中心からずれた場合（図３(2) ）には、飽和強度が小さくなる。

一方、反転分布状態のスペクトル特性の不均一広がりは、光増幅媒体の光吸収放出に関わる原子の状態が歪等により不均一になり、遷移周波数がある分布をもつことに起因する。ほとんどの光増幅媒体は、この均一広がりと不均一広がりの両方を有することが一般的であり、その結果として光増幅器の利得スペクトルは、図４に示すように両者の合成により決定される。

このような利得スペクトルを有する光増幅器にある単一波長の光信号が入力すると、光増幅器利得はこの信号光波長付近で特に強い反転分布の変化を生じる。その結果、利得スペクトルは図５に破線で示すように、この波長付近を中心にその周辺でのみ強い飽和特性を有することになる。すなわち、この利得スペクトルの均一広がり幅の中にある光信号は互いの利得飽和の影響を強く受ける一方で、離れた波長位置にある信号間では互いの存在による利得飽和の影響は比較的小さいことがわかる。

以上の原理に基づき、図１および図２において、波長λt1，λt2の各光信号が光合波器１２−１で合波されて光増幅器１４−１に入力されている状況で、波長λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号を光合波器１２−２から光合波器１２−１に切り替える波長数増加の場合について、図６を参照して説明する。なお、波長λt1，λt2，λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号が光合波器１２−１で合波されて光増幅器１４−１に入力されている状況で、波長λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号を光合波器１２−１から光合波器１２−２に切り替える波長数減少の場合についても同様である。ここでは、光増幅器１４−１に入力されている光信号の中で、切り替えによっても変わらない波長λt1，λt2の各光信号を「既存の光信号」という。

図６(1) に示すように、波長λs1の光信号は、波長λt1，λt2の既存の光信号に近接しているため、これらの信号は互いにそれぞれの均一広がりの範囲内に存在することになる。したがって、光増幅器１４−１に波長λs1の光信号が新たに加わる場合には、この信号電力変化による過渡応答が生じ、波長λt1，λt2の既存の光信号がその影響を強く被ることになる。一方、図６(2) に示すように、波長λs4の光信号は、波長λt1，λt2の既存の光信号から離れているため、これらの信号は互いにそれぞれの均一広がりの範囲外に存在することになる。したがって、光増幅器１４−１に波長λs4の光信号が新たに加わっても、この信号電力変化による過渡応答が波長λt1，λt2の既存の光信号に大きな影響を与えることはない。このように、光増幅器への入力信号波長数の増減が既存の光信号に与える影響は、互いの波長が近接しているほど大きい。

また、一般に増減する信号数の既存信号数に対する比率が大きくなるほど増大する。例えば、既存信号数が 100の場合に新たに１つの信号が加わる場合よりも、単一波長信号に対して１つの信号が加わる場合の影響の方が大きくなる。

以上のことから、既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する場合には、複数の波長の光信号を同時に切り替えるのではなく、１波ずつ切り替える方がよいことがわかる。そのとき、最初に切り替える光信号の影響が最も大きくなることを考慮する必要がある。

そこで本実施形態では、図７に示すように、波長λt1，λt2の既存の光信号から最も離れた波長配置にあり、切り替えの影響が最も小さい波長λs4の光信号を最初に切り替え、以下波長配置の離れた順に時間差を設けて切り替える。これにより、波長λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号の切り替えに伴う波長λt1，λt2の既存の光信号への影響を最小限に抑えることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態は、光スイッチモジュール１０における各波長対応の切り替え所要時間と光出力の関係を示す切り替え特性は同一とし、その切り替え開始タイミングに時間差を設け、所定の波長順に切り替えるものであった。

本実施形態では、切り替え所要時間（切り替えの立ち上がり時間）が短くなるほど光増幅器の過渡応答による影響が大きくなることから、各波長対応の切り替え所要時間に差を設け、所定の波長順に切り替えることを特徴とする。光クロスコネクト装置の構成、信号波長数、波長配置等は第１の実施形態と同様とし、光スイッチ制御部１５が各波長対応の切り替え所要時間と順番を制御するものとする。

本実施形態における信号光切り替えは、図８に示すように、波長λt1，λt2の既存の光信号から最も離れた波長配置にあり、切り替えの影響が最も小さい波長λs4の光信号の切り替え所要時間を最短のｔrs4 とし、以下波長配置の離れた順に切り替え所要時間を長くする。すなわち、波長λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号の切り替え所要時間をｔrs1,ｔrs2,ｔrs3,ｔrs4 としたときに、
ｔrs1 ＞ｔrs2 ＞ｔrs3 ＞ｔrs4
となるように制御する。これにより、波長λs1，λs2，λs3，λs4の各光信号の切り替えに伴う波長λt1，λt2の既存の光信号への影響を最小限に抑えることができるとともに、切り替えに要する全体の時間を短縮することが可能となる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態の信号光切り替え例を示す。本実施形態では、第１の実施形態と第２の実施形態を合わせ、既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する場合に、既存の光信号の波長から遠い方から順番に切り替え開始タイミングを遅らせ、かつ切り替え所要時間を長くするように制御する。これにより、第１の実施形態のように各波長対応の切り替え所要時間を均一にするよりも、切り替えに要する全体の時間を短縮することが可能となる。

（第４の実施形態）
光増幅器における入力信号波長数の変動に伴う過渡応答は、接続される光増幅器数が多くなるほど顕著になる。また、その過渡応答時間は、用いられる光増幅器の特性、入力信号波長数、入力信号電力、利得などの動作条件等のパラメータに依存する。

本実施形態では、図１０に示すように、例えば光クロスコネクト装置の出力ポートに接続される各光増幅器１４から特性や動作条件等の情報を制御チャネルを用いて光スイッチ制御部１５に転送する。光スイッチ制御部１５は、その情報を保持し、かつ変化時に更新する機能を有し、これらの情報に従って各波長対応の順番、切り替え開始タイミング、切り替え所要時間等を上記実施形態に基づき、光増幅器の過渡応答の影響が最小化し、また切り替えに要する時間が最短になるように制御する。

なお、図１０では、各光増幅器１４から制御チャネルを用いて光スイッチ制御部１５に情報が転送される例を示したが、例えば端局装置１６で各光増幅器における情報をとりまとめて光スイッチ制御部１５に転送したり、あるいは転送する情報を入力信号波長数に限定するような場合には、一部の光増幅器１４または端局装置１６から光スイッチ制御部１５に転送するようにしてもよい。

また、制御チャネルを用いる代わりに、図１１に示すように、対向回線を用いて必要な情報を光スイッチ制御部１５に転送するようにしてもよい。

本発明の光クロスコネクト装置の第１の実施形態を示す図。 信号波長配置例を示す図。 光増幅器の利得スペクトルが均一広がりのみを有する場合の特性を示す図。 光増幅器の利得スペクトルが均一広がりと不均一広がりを有する場合の特性を示す図。 単一波長の光信号入力時の光増幅器の特性を示す図。 既存の光信号と切り替え光信号の均一広がりスペクトルの関係を示す図。 第１の実施形態の信号光切り替え例を示す図。 第２の実施形態の信号光切り替え例を示す図。 第３の実施形態の信号光切り替え例を示す図。 第４の実施形態の構成例を示す図。 第４の実施形態の変形例を示す図。 従来の光クロスコネクト装置の構成例を示す図。 ３次元ＭＥＭＳ光スイッチの構成例を示す図。 光ネットワークシステムの構成例を示す図。

符号の説明

１０ 光スイッチモジュール
１１ 光分波器
１２ 光合波器
１３ 光ファイバ伝送路
１４ 光増幅器
１５ 光スイッチ制御部
１６ 端局装置

Claims (4)

1. 光ファイバ伝送路および光増幅器を介して波長多重光信号を伝送する光ネットワークシステムに配置され、前記波長多重光信号の各波長の光信号の方路を切り替える光クロスコネクト装置において、
   所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増加する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え開始タイミングを順次遅らせて切り替えを行う制御手段を備えた
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
2. 光ファイバ伝送路および光増幅器を介して波長多重光信号を伝送する光ネットワークシステムに配置され、前記波長多重光信号の各波長の光信号の方路を切り替える光クロスコネクト装置において、
   所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増減する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え所要時間が順次長くなるように切り替えを行う制御手段を備えた
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
3. 光ファイバ伝送路および光増幅器を介して波長多重光信号を伝送する光ネットワークシステムに配置され、前記波長多重光信号の各波長の光信号の方路を切り替える光クロスコネクト装置において、
   所定の方路に接続されている既存の光信号に対して複数の波長の光信号を増加する切り替えを行うときに、既存の光信号から波長間隔が大きい順に、切り替え開始タイミングを順次遅らせ、かつ切り替え所要時間が順次長くなるように切り替えを行う制御手段を備えた
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光クロスコネクト装置において、
   前記制御手段は、前記光ネットワークシステムに接続される光増幅器数、各光増幅器の特性および動作条件の情報の通知を受け、その情報を保持および更新する機能を有し、この情報に基づいて前記複数の波長の光信号の切り替え制御を行う構成である
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。

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