JP4405250B2 - 信号光反射阻止回路および光伝送システム - Google Patents
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Description
この問題を解決するために、上り/下り回線をペアで用い、監視光と信号光とで使い分ける構成が提案されている(特許文献1、2)。また、光ファイバ増幅器内で光サーキュレータを用いて、信号光とその反射光とに異なる経路を辿らせ、信号光の反射光が再度エルビウムドープファイバ(以下、EDFと称する)を通過することを防ぐ構成が複数提案されている(非特許文献1及び特許文献3〜6)。また、特許文献7では、第1の波長では単方向性通過、第2の波長では双方向性通過の光部品を用い、第1の波長をシステム信号、第2の波長をOTDR信号に割り当てる光通信システムが提案されている。
入力された光のうち前記反射阻止帯域外の波長の光のみを透過し前記反射阻止帯域内の波長の光を遮断する透過波長選択回路と、希土類添加ファイバと、共有ポートと非励起波長ポートと励起波長ポートを有し、前記希土類添加ファイバの励起波長とそれ以外の波長を分岐することが出来る第1および第2のWDMカップラとを有し、前記信号光入力ポートは前記第1の光サーキュレータの第2の端子に接続され、前記第2の光サーキュレータの第2の端子は前記第1のWDMカップラの非励起波長ポートに接続され、前記第1のWDMカップラの共有ポートは前記信号光出力ポートに接続され、前記第1の光サーキュレータの第1の端子と前記第2の光サーキュレータの第3の端子とは前記透過波長選択回路を介して接続され、前記第1の光サーキュレータの第3の端子と前記第2の光サーキュレータの第1の端子とは、前記希土類添加ファイバおよび前記第2のWDMカップラの共有ポートおよび前記第2のWDMカップラの非励起波長ポートとを縦列に配列することにより接続され、前記第1のWDMカップラの励起波長ポートと前記第2のWDMカップラの励起波長ポートとは相互に接続され、前記信号光出力ポートから入力された励起光は前記第1のWDMカップラおよび第2のWDMカップラの励起波長ポートを介して前記希土類添加ファイバに到達し、前記反射阻止帯域は波長軸上に1つ以上存在することを特徴とする。
入力された光のうち前記反射阻止帯域外の波長の光のみを透過し前記反射阻止帯域内の波長の光を遮断する透過波長選択回路と、希土類添加ファイバと、共有ポートと非励起波長ポートと励起波長ポートを有し、前記希土類添加ファイバの励起波長とそれ以外の波長を分岐することが出来る第1および第2のWDMカップラとを有し、前記信号光入力ポートは前記第1の光サーキュレータの第2の端子に接続され、前記第2の光サーキュレータの第2の端子は前記第1のWDMカップラの非励起波長ポートに接続され、前記第1のWDMカップラの共有ポートは前記信号光出力ポートに接続され、前記第1の光サーキュレータの第1の端子と前記第2の光サーキュレータの第3の端子とは前記透過波長選択回路を介して接続され、前記第1の光サーキュレータの第3の端子は、前記第2のWDMカップラの非励起波長ポートと接続され、前記第2のWDMカップラの共有ポートと前記第2の光サーキュレータの第1の端子とは、前記希土類添加ファイバを介して接続され、前記第1のWDMカップラの励起波長ポートと前記第2のWDMカップラの励起波長ポートとは相互に接続され、前記信号光出力ポートから入力された励起光は前記第1のWDMカップラおよび第2のWDMカップラの励起波長ポートを介して前記希土類添加ファイバに到達し、前記反射阻止帯域は波長軸上に1つ以上存在することを特徴とする。
初めに、本発明の信号光反射阻止回路の原理を簡単に説明する。
図1に、第1〜第4の4端子を有する4端子の光サーキュレータ1を用いた信号光反射阻止回路3の構成を示す。端子Aから入射された光は、光サーキュレータ1のポート1からポート2へ進み、端子Bへと出力される。一方、端子Bから入射された光は、光サーキュレータ1の第2端子から第3端子へ進み、光フィルタ2へ入射する。端子Bから入射された光が光フィルタ2の透過帯城以外であった場合はここで終端されるが、透過帯域内であった場合は光フィルタ2を透過して再び4端子の光サーキュレータ1へ入力され、端子4および端子1を経由して端子Aから出力する。
図3は、第1の実施形態における信号光反射阻止回路3の構成を示すブロック図である。光サーキュレータ1は、第1から第4の4つの端子を有し、端子間で巡回的に光を伝播できるものを使用する。すなわち、第1から第4の4つの端子を持ち、第1の端子から第2の端子、第2の端子から第3の端子、第3の端子から第4の端子及び第4の端子から第1の端子の方向へは光を伝播させ、これ以外の方向へは光を遮断するタイプのものを使用する。逆方向への伝播を完全に阻止することは技術的に困難であるが、透過率−50dB以下であることが望ましい。他の各光学部品の結線は、信号光反射阻止回路3内での反射を避けるために融着もしくは斜め研磨のコネクタで結合する。信号光入力ポート、信号光出力ポートの反射減推量は−50dB以下が望ましい。この実施形態では光フィルタ2としてBPF(バンドパスフィルタ)21を用いているが、BPF21以外にも波長軸上に透過帯城と遮断帯城を各々1つ以上もつ光フィルタでも実現可能である。エタロンで構成してもよいし、AWG(arrayed waveguide grating)の組み合わせによって、波長軸上に周期的な透過帯城と遮断帯城を複数作ってもよく、MEMS(micro electro mechanical systems)を使用したゲインイコライザのような損失を波長ごとに設定できる光デバイスを使っても良い。透過領域における損失は数dB以下、遮断領域の損失は50dB以上であることが望ましい。信号光入力ポートおよび信号光出力ポートの入出力特性と、BPFの光学特性の関連については、前述したとおりである。
図5は、第2の実施形態における信号光反射阻止回路3の構成を示すブロック図である。これは、第1の実施形態における4端子の光サーキュレータ1の代わりに3端子の光サーキュレータを用いたものである。光サーキュレータ4は、第1から第3の3つの端子を有し、端子間で巡回的に光を伝播できるものを使用する。すなわち、第1から第3の3つの端子を持ち、第1の端子から第2の端子、第2の端子から第3の端子、第3の端子から第1の端子の方向へは光を伝播させ、これ以外の方向へは光を遮断するタイプのものを使用する。光サーキュレータ4の透過率やコネクタの反射減推量については第1の実施形態と同様である。この実施形態では光フィルタ2としてBPF21を用いているが、BPF以外にも波長軸上に透過帯域と遮断帯域を各々1つ以上もつ光フィルタでも実現可能である。エタロンで構成してもよいし、AWGの組み合わせによって、波長軸上に周期的な透過帯城と遮断帯域を複数作ってもよく、MEMSを使用したゲインイコライザのような損失を波長ごとに設定できる光デバイスを使っても良い。信号光反射阻止回路3の入出力特性と、BPF21の光学特性の関連については前述のとおりである。第1の実施形態と異なり、第2の実施形態では透過領域における光がBPF21を2回透過するため、損失はdB表記で2倍になる。全反射ミラー5は広い波長領域において反射率がフラットなものが望ましいが、BPF21の遮断領域の波長であれば反射率が低下してもよい。BPF21と全反射ミラー5の組み合わせからなる系の反射減推量は、BPF21の透過領域において数dB以下、光フィルタ2の遮断領域において50dB以上であることが望ましい。
図6は、第3の実施形態における信号光反射阻止回路3の構成を示すブロック図である。これは、第2の実施形態におけるBPF21および全反射ミラー5を、ファイバグレーティング22および光終端9で置き換えたものである。光サーキュレータ4の透過率やコネクタの反射減推量については第1の実施形態と同様である。ファイバグレーティング22は、特定の波長の光を反射するタイプのものであり波長軸上に反射波長を1つ以上もつものであれば良い。信号光反射阻止回路3の入出力特性とファイバグレーティング22の光学特性の関連は、第2の実施形態とほぼ同様である。ただし、第2の実施形態におけるBPF21の透過領域の波長が、第3の実施形態におけるファイバグレーティング22の反射波長に対応し、第2の実施形態におけるBPF21の遮断領域の波長が、第3の実施形態におけるファイバグレーティング22の透過波長に対応している。すなわち、信号光出力ポートから入力された光がファイバグレーティング22の反射波長である場合、この光は光終端9に届くことなく反射され、3端子の光サーキュレータ4のポート3およびポート1を経由して信号光入力ポートから出力される。信号光出力ポートから入力された光がファイバグレーティング22の反射波長ではない場合、この光は光終端9にて終端される。ファイバグレーティング22の反射波長における反射減衰量は数dB以下、光終端9の反射減衰量は50dB以上であることが望ましい。
図7は、第4の実施形態における信号光反射阻止回路3の構成を示すブロック図である。これは、第2の実施形態におけるBPF21を、第1のAWG23および第2のAWG24で置き換えたものである。光サーキュレータ4の透過率やコネクタの反射減推量については第1の実施形態と同様である。第1のAWG23の入力Paから第2のAWG24の出力Pbを透過可能な波長Λ1〜Λnは、波長軸上で等しい間隔となる。信号光反射阻止回路3の入出力特性と、第1のAWG23および第2のAWG24から成る系の光学特性の関連については第2の実施形態と同様であり、Λ1〜Λnのn種類の波長は双方向に伝播する。図8に、第1のAWG23および第2のAWG24からなる系の透過率(PaからPbへの透過率)の一例を模式図で示す。この例では、WDM伝送に良く用いられるL帯に、複数の透過帯域と遮断帯域を周期的に配置している。この信号光反射阻止回路3を光伝送路内の任意の箇所に設置することにより、双方向に伝播可能な波長と、一方向のみに伝播可能な波長とをL帯上で周期的に配列することができる。
(信号光反射阻止回路を用いた光伝送システムの第1の実施形態)
図9は、前述した信号光反射阻止回路3を用いた第1の実施形態の光伝送システムの構成を示すブロック図である。送信局31は、λ1〜λnの波長の信号光を各々出力するn個の送信器32と、λOTDRの波長のOTDR信号を発するOTDR試験器33を有する。第1のAWG34によって波長λ1〜λnの信号光は合波され、更にWDMカップラ35によってOTDR信号が合波されたうえで、光伝送路51に出力される。光伝送路51は複数の光ファイバと信号光反射阻止回路3とを光コネクタ52で縦列接続して構成される。信号光反射阻止回路3の上流側の光伝送路と下流側の光伝送路との両者に光コネクタ52が含まれる配置が望ましい。前述のように信号光反射阻止回路3の透過帯域は入射光の方向に依存するが、送信局31から受信局41へ進む光とその逆について、λOTDRおよび波長λ1〜λnとともに図10に図示する。光コネクタ52による信号光の反射や、光ファイバ中での信号光のレーリー散乱に由来する多重反射は信号光反射阻止回路3によって阻止されるが、OTDR信号は双方向に伝播するので、OTDR試験は可能となる。この実施形態では、λOTDRの波長のOTDR信号を用いているが、OTDR信号に代えて監視制御信号としても良い。また、OTDR信号や監視制御信号は受信局41側から発するようにしても良い。またこの実施形態では受信局41から送信局31へ進む光に関して、信号光反射阻止回路3の透過帯域を単一のものとしたが、前述した第4の実施形態の信号光反射阻止回路3のように、この方向の透過帯域が複数に分離していてもよい。
図11は、前述した信号光反射阻止回路3を用いた第2の実施形態の光伝送システムの構成を示すブロック図である。送信局31および受信局41の構成は第1の実施形態と同様である。送信局31と受信局41を結ぶ伝送区間は、光伝送路51および集中利得アンプ61で構成される。集中利得アンプ61は従来技術と同様に、EDF62と2つの励起光源63および2つのWDMカップラ64から構成されるが、本実施形態では更に信号光反射阻止回路3を入出力端に配置する。前述のように信号光反射阻止回路3の透過帯域は入射光の方向に依存するが、送信局31から受信局41へ進む光とその逆について、λOTDRおよびλ1〜λnとともに図12に図示する。この実施形態では、受信局41から送信局31へ進む光については、複数の透過帯域と遮断帯域とが周期的に配置されており、信号光λ1〜λnは遮断帯域に配列され、λOTDRは透過帯域の一つに配置されている。光ファイバ中での信号光のレーリー散乱は信号光反射阻止回路3によって遮断されるため、EDF62内での多重反射による発振は阻止されるが、OTDR信号は双方向に伝播するので、OTDR試験は可能となる。また、OTDR信号が信号光の波長と近接しているので、損失に波長依存性のある光学デバイスを合む光伝送システムでも、信号光のパワダイヤを正しく測定することができる。
この実施形態では、λOTDRの波長のOTDR信号を用いているが、OTDR信号に代えて監視制御信号としても良い。また、OTDR信号や監視制御信号は受信局41側から発するようにしても良い。また、この実施形態では受信局41から送信局31へ進む光に関して、信号光反射阻止回路3の透過帯域を複数としたが、伝送システムの損失の波長依存性を無視できる場合は、第1の実施形態の信号光反射阻止回路3のように透過帯域が単一であってもよい。
図13は、前述した信号光反射阻止回路3を用いた第3の実施形態の光伝送システムの構成を示すブロック図である。送信局31および受信局41の構成は第1の実施形態と同様に送信器32とOTDR試験器33を合むが、本実施形態では更に、伝送区間内のEDF72を遠隔励起するための励起光源36を合む。この励起光の波長λpはEDF72を励起できる波長であれば良いが、ここでは1.48μmとする。この励起波長を選ぶことにより、EDF72だけでなく、光伝送路内でのラマン増幅によっても、信号光は利得を受ける。励起光λpは、WDMカップラ35によって、信号光λ1〜λnおよびOTDR信号λOTDRと合波される。送信局31と受信局41を結ぶ伝送区間は光伝送路51および遠隔励起ユニット71から構成される。遠隔励起ユニット71は従来の遠隔励起構成と同様にEDF72を有するが、本実施形態では更に信号光反射阻止回路3を入出力端に配置する。前述のように信号光反射阻止回路3の透過帯域は入射光の方向に依存するが、送信局31から受信局41へ進む光とその逆について、λOTDR、λpおよびλ1〜λnとともに図14に図示する。光コネクタによる信号光の反射や、光ファイバ中での信号光のレーリー散乱に由来する多重反射は信号光反射阻止回路3によって遮断されるため、EDF72内での多重反射による発振は阻止されるが、OTDR信号は双方向に伝播するので、OTDR試験は可能となる。また、受信局41および送信局31から送信される励起光は、信号光反射阻止回路3によって遮断されることなく、全区間を伝播することが出来るので、光伝送路内での信号光のラマン増幅を効率よく行うことができる。
この実施形態では、λOTDRの波長のOTDR信号を用いているが、OTDR信号に代えて監視制御信号としても良い。また、OTDR信号や監視制御信号は受信局41側から発するようにしても良い。
図13に示す信号光反射阻止回路3を用いた光伝送システムでは、信号光反射阻止回路3の透過帯域がやや複雑であり、また巡回型の光サーキュレータ(すなわち、巡回的に光を伝播されるタイプで第1のポートから光を取り出せる光サーキュレータ)を用意する必要があった。ここでは、より簡便な構成(第1から第3の3つの端子を持ち、第1の端子から第2の端子へは光が伝播するが逆方向には伝播せず、また第2の端子から第3の端子へは光が伝播するが逆方向には伝播しない構成である第1および第2の光サーキュレータを用いた構成)で信号光の反射阻止とOTDR試験を可能とする遠隔励起ユニット71について説明する。
信号光入力ポートから入力された信号光は第1および第2の光サーキュレータ73,74と、EDF72と、共有ポート(励起波長とそれ以外の波長を入出力できるポート)、非励起波長ポート(非励起波長のみを入出力できるポート)及び励起波長ポート(励起波長のみを入出力できるポート)を有する第1および第2のWDMカップラ76,77とを経由して信号光出力ポートヘ出力する。2つのWDMカップラ76,77は励起光波長を分岐する分岐路(図中ではpumpと示す)を有するが信号光はこの分岐路には進まず第2の光サーキュレータを通過する。
外部から信号光が反射して信号光出力ポートに逆流した場合、第2の光サーキュレータ74を通過してBPF75に到達するが、信号光はここで遮断される。
信号光入力ポートから入力された励起光は第1の光サーキュレータ73を経由してEDF72を励起する。信号光出力ポートから入力された励起光は第1および第2のWDMカップラ76,77の励起波長用の分岐路(pump)を経由してEDF72を励起する。
なお、図15に示すEDF72と第2のWDMカップラ77を図17に示す位置に配置する(EDF72と第2のWDMカップラ77の接続順番が逆)ようにしてもよい。
信号光入力ポートから入力されたOTDR光は、信号光と同様にEDF72を通過して最終的には信号光出力ポートから出力される。外部からOTDR光が反射して信号光出力ポートに入力した場合、第2の光サーキュレータ74を通過してBPF75に到達するが、OTDR光はこれを通過し、第1の光サーキュレータ73を経由して信号光入力ポートから送信局へ送り返される。
なお、図16に示すEDF72と第2のWDMカップラ77を図18に示す位置に配置する(EDF72と第2のWDMカップラ77の接続順番が逆)ようにしてもよい。
21…BPF、 22…ファイバグレーティング、
23…第1のAWG、 24…第2のAWG、
3…信号光反射阻止回路、 4…3端子の光サーキュレータ、
5…全反射ミラー、 9…光終端、
31…送信局、 32…送信器、
33…OTDR試験器、 34…第1のAWG、
35…WDMカップラ、 36…励起光源、
41…受信局、 42…受信器、
43…第2のAWG、 44…励起光源、
45…WDMカップラ、 51…光伝送路、
52…光コネクタ、 61…集中利得アンプ、
62…EDF、 63…励起光源、
64…WDMカップラ、 71…遠隔励起ユニット、
72…EDF、 73…第1の光サーキュレータ、
74…第2の光サーキュレータ、 75…BPF、
76…第1のWDMカップラ
Claims (11)
- 反射阻止帯域内の波長の光は単一方向にのみ伝達し、反射阻止帯域外の波長の光は双方向に伝達する信号光反射阻止回路であって、
前記反射阻止帯域内の波長の信号光を入力する信号光入力ポートと、
前記信号光を出力する信号光出力ポートと、
第1から第4の4つの端子を持ち、第1の端子から第2の端子、第2の端子から第3の端子、第3の端子から第4の端子及び第4の端子から第1の端子の方向へは光を伝播させ、これ以外の方向へは光を遮断する光サーキュレータと、
入力された光のうち前記反射阻止帯域外の波長の光のみを透過し前記反射阻止帯域内の波長の光を遮断する透過波長選択回路とを有し、
前記信号光入力ポートは前記光サーキュレータの第1の端子に接続され、
前記光サーキュレータの第2の端子は前記信号光出力ポートに接続され、
前記光サーキュレータの第3の端子の出力は前記透過波長選択回路へ入力され、
前記透過波長選択回路の出力は前記4端子光サーキュレータの第4の端子に入力され、
前記反射阻止帯域は波長軸上に1つ以上存在することを特徴とする信号光反射阻止回路。 - 前記透過波長選択回路は、前記反射阻止帯域内の波長の光を遮断しかつ前記反射阻止帯域外の波長の光を透過させる干渉型光フィルタを有することを特徴とする請求項1に記載の信号光反射阻止回路。
- 前記透過波長選択回路は、
1つの入力端子と複数nの出力端子を有する分波用AWGと、
複数nの入力端子と1つの出力端子を有する合波用AWGとを有し、
前記透過波長選択回路へ入力された光は前記分波用AWGの入力端子に入力され、
前記分波用AWGのn個の出力端子は前記合波用AWGのn個の入力端子に各々接続され、
前記合波用AWGの出力端子から出力された光を前記透過波長選択回路の出力とし、
前記分波用AWGの出力端子からは前記反射阻止帯域外の波長の光のみが分波されて出力され、
前記合波用AWGの出力端子からは前記反射阻止帯域外の波長の光のみが合波されて出力されることを特徴とする請求項1に記載の信号光反射阻止回路。 - 1つ以上の波長の信号光を送信する送信局と、該信号光を受信する受信局と、前記送信局と前記受信局とを結ぶ伝送区間を有する光伝送システムであって、
前記伝送区間は2つ以上の光伝送路と1以上の請求項1乃至3のいずれかに記載の信号光反射阻止回路とが縦列に接続された構成であり、
前記信号光の波長は前記反射阻止帯域内にあることを特徴とする光伝送システム。 - 前記送信局または前記受信局内にOTDR試験器を有し、
前記OTDR試験器から出力されるOTDR信号は前記信号光と波長多重されて同一の光伝送区間を前記信号光と同一方向または逆方向に伝播し、
前記OTDR信号の波長は前記反射阻止帯域外にあることを特徴とする請求項4に記載の光伝送システム。 - 前記送信局または前記受信局内に監視制御光送信器を有し、
前記監視制御光送信器から出力される監視制御光は前記信号光と波長多重されて同一の光伝送区間を前記信号光と同一方向または逆方向に伝播し、
前記監視制御光の波長は前記反射阻止帯域外にあることを特徴とする請求項4に記載の光伝送システム。 - 前記伝送区間は更に1つ以上の光増幅手段を有することを特徴とする請求項4に記載の光伝送システム。
- 前記光増幅手段は集中利得光型の光アンプであることを特徴とする請求項7に記載の光伝送システム。
- 前記光増幅手段は前記光伝送路に利得を持たせた分布増幅型の光アンプであることを特徴とする請求項7に記載の光伝送システム。
- 前記光増幅手段は前記送信局または前記受信局から送信された励起光によって遠隔励起される希土類元素ドープファイバであることを特徴とする請求項7に記載の光伝送システム。
- 前記光増幅手段に用いられる励起光の波長は、前記反射阻止帯城外であることを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の光伝送システム。
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