JP4517747B2 - 波長多重伝送装置並びにその波長増設方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重伝送装置に関し、とくに波長増設可能な波長多重伝送装置に関する。

大容量の情報伝送が可能である波長多重伝送システムは、広い波長帯域を利用し、波長数も大規模に増設可能であるように設計される。このため、光伝送路の群速度分散特性を補償する分散補償については、利用波長帯域が広いため、個々の波長毎に補償する個別分散補償と、複数の波長を束ねて波長帯域毎にグループ分けし、グループ毎に分散補償する帯域分散補償とを組み合わせて行っている。また、波長数の増設については、光増幅中継器のもつ入力光パワーに対する増幅利得の非線型性を考慮して、導入波長数の少ない設置時には増設信号光の代わりにダミー光を挿入しておく方法が採られている。

上記の分散補償と波長増設について説明する。
光ファイバの群速度分散の特性は、図５（Ａ）に示すように波長の関数になっており、零分散波長に対して長波長側では正の分散、短波長側では負の分散になっている。零分散波長近傍の波長帯をＭ帯（またはＣ帯）、長波長側をＬ帯、短波長側をＳ帯と呼んでいる。
波長が零分散波長から遠ざかるのに比例して分散量は大きくなる。光伝送装置と光伝送路で構成される光伝送システムでの分散補償は、一般的に零分散波長の累積分散値が零となるように伝送路の分散設計をし、光伝送装置は、伝送路で補償し切れなかった残留分をまとめて一括分散補償として与える。零分散波長からずれた波長での累積分散値の補償は、零分散波長近傍（図５（Ａ）のＭ帯）に対しては、波長ごとに必要な分散補償量を与える個別分散補償によって実現している。また、零分散波長から離れた帯域（図５（Ａ）のＬ帯やＳ帯）に対しては、各波長帯域グループ毎に分離した後、一定値の分散補償量を帯域分散補償として共通に与える帯域分散補償と、帯域分散補償で補償し切れなかった分散補償量を各波長個別に与える個別分散補償の組み合わせが採られている。
すなわち、図５（Ａ）において、波長λＬ２に対する分散量は＋ＤＬ２であり、これを零にするためには分散量が−ＤＬ２の分散補償ファイバを用意しないといけないが、λＬ０〜λＬ２の波長帯域に対して、分散量が−ＤＬ１の分散補償ファイバで帯域分散補償を行っておくと、残留するΔＤＬ＝ＤＬ２−ＤＬ１だけ個別に分散補償すればよいことになる。

一方、波長の増設については、波長多重光伝送装置は、サービス開始時には当面必要な波長数でＭ帯だけを用いてサービスを開始し、Ｍ帯だけで波長数が足りなくなった時点で、波長帯域をＬ帯やＳ帯にまで拡大して順次波長数を増やすことが行われている。
Ｍ帯だけでサービスを行っている時と、波長帯域をＬ帯やＳ帯に拡大した、いわゆるフル実装でサービスを行っているときとでは、伝送路内の光パワーに大きな差が発生するため、この差を圧縮するために、Ｍ帯だけでサービスを行っている時は、Ｌ帯およびＳ帯はダミー光（直流光）を伝送路内に送信している。
したがって、Ｌ帯やＳ帯のサービス開始時には、瞬断を起こすことなくダミー光から端局装置が出力する信号光に切り替える必要がある。

無瞬断光スイッチによってダミー光と信号光とを切り替える波長多重伝送装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１記載の波長多重伝送装置の構成を図６に示す。図６の波長多重伝送装置は、波長多重部３００を波長帯毎にグループ分けし、それぞれを一括分散補償する帯域分散補償部４００と、個々の波長個別に分散補償を行う個別分散補償器３１１〜３ｉ１を備える。また、ダミー光を発生する疑似光信号生成部２００と、波長帯増設時に予め挿入されているダミー光を増設信号光に切り替える複数の光信号切替器と、波長多重部３００で信号光とダミー光を切り替え選択する複数の光信号選択器３１２〜３ｉ２を備えている。

特開２００３−２２４５４１号公報（第４−６頁、図１）

波長多重する波長帯域が複数の帯域から構成される従来の波長多重装置では、上述の如く帯域毎にまず波長多重し、その後その複数の波長多重信号を一つの伝送光信号に合波する。そして、複数のダミー光（ダミー光の数は波長帯の収容波長数以下）を端局装置からの信号光の代わりに挿入する構成を採っている。
このため、波長多重装置の初期導入時にサービス要求が少なく、一つの波長帯だけでサービスを行っている状態においても、将来の伝送容量アップグレ−ドをインサービス状態で可能にするために、ダミー光を伝送路に供給するのに必要なＣＷ光発生部や、波長多重部のみならず、帯域分散補償手段も予め装備して置いている。
帯域分散補償手段は、本来は、Ｌ帯やＳ帯のサービス開始時に、端局装置、個別分散補償手段とともに実装すればよい。しかしながら、帯域分散補償手段を実装するためには、波長多重部と帯域合波部との間の接続を一度切断する必要がある。このためＣＷ光発生部からのダミー光の伝送路への出力が一時遮断されてしまい、インサービス状態で帯域分散補償手段を実装するのは不可能である。
このため、一つの波長帯だけの初期サービス開始時には不要な他の波長帯の帯域分散補償手段を予め実装しておく必要があり、このことが、初期設備コストを上昇させる要因となっている。

また、特許文献１が開示する従来の波長多重伝送装置では、拡張して運用を開始する新たな波長帯の出力と予め挿入されているダミー光生成部出力とを切り替えて光合波器（帯域合波部）に入力する光信号切替手段を備えている。これによって、波長数の増設がインサービス状態で行え、一つの波長帯だけでサービスを行っている状態の時、帯域分散補償手段を含め拡張する波長帯での信号光を束ねる合波器等を一切実装しなくて済むことが発明の効果として上げられている。
しかし、上記のダミー光は、帯域合波部だけに供給されているのではなく、各帯域で複数波長を多重する波長多重部にも供給される。このため、高出力のダミー光源とダミー光源出力を分岐する分岐素子や分岐された各ダミー光源の一方の分岐出力を合波して帯域合波部に供給するための合波器や光配線等多数の光部品を必要とし、やはり初期設備コストを上昇させる。
本発明は、このような従来の波長多重伝送装置のもつ課題に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、より簡便な構成であって、運用する波長の増設がインサービスの状態で可能であり、初期設備コストの安い波長多重伝送装置とその波長増設方法を提供することにある。

本発明の波長多重伝送装置は、入力された光を分岐して第１の出力と第２の出力とに出力する光カプラと、波長帯域で多重された光を一括して分散補償する帯域分散補償手段と、第１の入力に入力された光と第２の入力に入力された光とのいずれかを選択して出力する光スイッチを備え、第１の出力は、分散補償手段を経由して第１の入力に接続され、第２の出力は、第２の入力に接続される。

また、本発明の波長多重伝送装置の波長増設方法は、入力された光を分岐して第１の出力と第２の出力とに出力する第１のステップと、第１の出力を、波長帯域で多重された光を一括して分散補償する第２のステップと、第２の出力を第２の入力に入力する第３のステップと、第１の入力に入力された光と第２の入力に入力された光とのいずれかを選択して出力する第４のステップと、を備える。

本発明の波長多重伝送装置によれば、波長多重手段に波長多重信号を分岐出力する手段を設け、且つ帯域多重手段の直前に光スイッチを設置することにより、一つの波長帯だけでのサービス時には他の波長帯のための帯域分散補償手段の実装が不要となって、初期設備コストを抑制する効果がある。
また、本発明の波長多重伝送装置の波長増設方法は、信号光の迂回路を設けて信号光を迂回させ、その間に帯域分散補償手段を波長多重手段と帯域多重手段との間に実装し、光スイッチを切り替えて、帯域分散補償手段を介した信号光を帯域多重手段に出力する。このため、新たに拡張して運用する波長帯のサービス開始時には、インサービスの状態での切り替えが可能となる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の波長多重伝送装置の構成を示す。波長多重伝送装置は、Ｌ帯の信号光波長を多重してＬ帯域の波長多重信号群を構成する帯域形成部２と、Ｍ帯の帯域形成部３と、Ｓ帯の帯域形成部４と、各帯域形成部出力の波長多重信号を合波する帯域合波部３０と、光スイッチ８０と、光スイッチ８２から構成される。光スイッチ８０は、Ｌ帯の帯域形成部２と帯域合成部３０の間に設けられる。また、光スイッチ８２はＳ帯の帯域形成部３と帯域合成部３０の間に設けられる。
光スイッチ８０、８２は、２入力の一方を選択して出力する２×１の無瞬断光スイッチである。この光スイッチには、電気光学効果や熱光学効果や磁気光学効果や半導体中の光−キャリヤ相互作用等の物理光学効果を用いた方向性結合器型導波路光スイッチや分岐ゲート型光スイッチを利用することができる。
Ｌ帯の帯域形成部２は、波長多重部５と、帯域分散補償手段２０から構成される。
帯域分散補償手段２０は、波長多重部５出力に分散補償を一括して付与し、一般に分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensating Fiber）（図示せず）と、分散補償ファイバの損失分を補償する光アンプ（図示せず）とで構成される。Ｓ帯の帯域形成部４は、波長多重部７と帯域分散補償手段２２から構成される。Ｍ帯は帯域分散補償が不要なので帯域形成部３に帯域分散補償手段を備えない。
Ｌ帯の波長多重部５は、ＣＷ光発生部５０−１〜５０−ｐと、端局装置６０−１〜６０−ｐと、個別分散補償手段７０−１〜７０−ｐと、光スイッチ４０−１〜４０−ｐと、波長合波器１０とから構成される。波長合波器１０は、主信号出力とモニタ光出力の２つの出力を持つ。ｐ個の各光スイッチは、２×１光スイッチであり、入力にはＣＷ光発生部５０のダミー光出力と、個別分散補償手段７０を透過した端局装置６０の光出力が入力され、出力は波長合波器１０に接続される。光スイッチ４０は、配設されている帯域の波長多重部がインサービスの状態の場合には、端局装置６０からの信号出力が断となった時、信号断を検出しスイッチをＣＷ光発生部に自動的に切り替え、ダミー光を波長合波器１０に接続する。また、後述のように配設されている帯域の波長多重部が、波長数の増設によって、アウトオブサービスから稼働状態に移る時、それまで接続していたダミー光から端局装置６０の出力に切り替えて波長合波器１０に出力する。
Ｍ帯の波長多重部６とＬ帯の波長多重部７の構成は、Ｌ帯の波長多重部５と同様の構成であって、ＣＷ光発生部や端局装置等の各構成要素をＭ帯ではｎ台、Ｓ帯ではｋ台づつ収容している。図１の態様は、波長数が最大に増設されたフル実装の状態を表している。
光スイッチ８０は、Ｌ帯の帯域形成部１を稼働開始するため帯域分散補償手段２０を実装する時に一時迂回経路の形成を行うための無瞬断切り替えスイッチである。また光スイッチ８２は、Ｓ帯に関して同様の機能を果たす。Ｍ帯は、帯域分散補償が不要なので光スイッチは実装されない。
帯域合波部３０は、Ｌ帯、Ｍ帯、Ｓ帯の各波長多重信号を一つの光信号に合波した光出力１を光伝送路へ送出する。

図２は、波長合波器１０の構成を示す。波長合波器１１、１２も同形である。
図２（Ａ）は、波長合波器の第１の実施例のブロック図である。波長合波器１０は、合波器１００と、光カプラ１０３−１と、光アンプ１０４からなる。合波器１００は、Ｌ帯の主信号またはダミー光を波長多重する。一般にはアレイ導波路格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）が使われる。光カプラ１０３−１は、入力ａより入力された光信号を、出力ａと出力ｂに分岐して出力する。分岐比率は１：１であり、このため、３ｄＢの損失が発生する。光アンプ１０４は、合波器１００と光カプラ１０３−１の損失分を補償する。合波器１０の２つの出力のうち、光アンプ１０４からの出力を主信号出力、光カプラ１０３の出力ｂからの出力をモニタ光出力とする。
図２（Ｂ）は、波長合波器の第２の実施例のブロック図である。波長合波器１０は、奇数波長合波器１０１と、偶数波長合波器１０２と、光カプラ１０３−２と、光アンプ１０４からなる。奇数波長合波器１０１は、Ｌ帯の奇数波長の主信号またはダミー光を波長多重する。偶数波長合波器１０１は、Ｌ帯の偶数波長の主信号またはダミー光を波長多重する。これらにはアレイ導波路格子（ＡＷＧ）が使われる。光カプラ１０３−２は、Ｌ帯の奇数波長の光信号と偶数波長の光信号を合波し、合波された光信号を出力ａと出力ｂに分岐して出力する。分岐比率は１：１であり、このため、３ｄＢの損失が発生する。光アンプ１０４は、合波器１０１および１０２と光カプラ１０３−２の損失分を補償する。合波器１０の２つの出力のうち、光アンプ１０４からの出力を主信号出力、光カプラ１０３の出力ｂからの出力をモニタ光出力とする。

本発明の波長多重伝送装置の波長増設のための帯域分散補償手段実装手順を説明する。
図１の波長多重伝送装置が全波長フル稼働状態であるとした時、図３は、Ｍ帯だけを用いてサービスを開始している状態を示す。ここでは、Ｌ帯、Ｓ帯は、端局装置を装備しておらず、代わりにＣＷ発生部５０−１〜５０−ｐ及び５２−１〜５２−ｋの発生するダミー光を挿入している。やがて使用する波長が増え、Ｌ帯、Ｓ帯の波長も用いる必要が出てくると、端局装置６０−１〜６０−ｐ、６２−１〜６２−ｋ、個別分散補償手段７０−１〜７０−ｐ、７２−１〜７２−ｋとともに、帯域分散補償手段２０、２２を実装してサービスを提供する（図１）。
このとき、帯域分散補償手段２０は、Ｌ帯波長多重部５の波長合波器１０と光スイッチ８０との間に実装することになる。また、帯域分散補償手段２２は、Ｓ帯波長多重部７の波長合波器１２と光スイッチ８２の間に実装することになる。波長合波器１０（または１２）と光スイッチ８０（または８２）との間には、ＣＷ光発生部５０−１〜５０−ｐ（または、５２−１〜５２−ｋ）からのダミー光が流れており、これらを遮断することなく行う必要がある。

図４は、帯域分散補償手段２０の実装の手順を示す図であり、波長合波器１０は簡略化して光カプラ１０３以降のみを表記してある。
図４（ａ）：光スイッチ８０は、入力ｃ側に接続されている。すなわち、光信号（ＣＷ光発生部５０−１〜５０−ｐからのダミー光）は、波長合波器１０の主信号出力から、光スイッチ８０の入力ｃを経て帯域合波部３０へ流れている。
図４（ｂ）：波長合波器１０のモニタ光出力からの光出力を、あらかじめ用意した光ファイバ１０６、光アンプ１０５、光ファイバ１０７を介して光スイッチ８０の、入力ｄ側に接続する。
光アンプ１０５は、光アンプ１０４と同じ性能を持ち、光アンプ１０４と同様に波長多重部１００又は１０１、１０２および光カプラ１０３の損失分を補償するために挿入される。光ファイバ１０６、光アンプ１０５、光ファイバ１０７は、通常、装置納入時に予備部品として納入されるので、これらを使用するとよい。
図４（ｃ）：光スイッチ８０を、入力ｄ側に切り替え、波長合波器１０のモニタ光出力からの光信号（ＣＷ光発生部５０−１〜５０−ｐからのダミー光）を受けるようにする。光スイッチ８０は無瞬断切り替え可能なスイッチを使用しているので切り替えによる信号断は生じない。
図４（ｄ）：波長合波器１０と光スイッチ８０との間に帯域分散補償手段２０を実装する。
図４（ｅ）：光スイッチ８０を、再び入力ｃ側に切り替え、帯域合波部３０が光多重部１０の主信号出力からの光信号（ＣＷ光発生部５０−１〜５０−ｐからのダミー光）を、帯域分散補償手段２０を介して受けるようにする。
図４（ｆ）：光ファイバ１０６、光アンプ１０５、光アンプ１０７を除去する。
以上で帯域分散補償手段の実装を無瞬断で行うことができ、端局装置６０−１〜６０−ｐと個別分散補償手段７０−１〜７０−ｐを実装後、光スイッチ４０を個別分散補償手段７０側に切り替えることにより、Ｌ帯の使用が可能になる。Ｓ帯の増設も同様である。

尚、上記実施形態の説明では、３つの波長帯域はＬ帯、Ｍ帯、Ｓ帯のＭ帯が零分散波長を含む場合について説明した。必ずしもこれに限られるものではなく、全ての波長帯が零分散波長を含まない場合であっても本発明は有効である。この場合は、サービスを開始する波長帯にも帯域分散補償手段を設けて運用を開始し、波長増設については上記の実施形態と同様に行えばよい。

本発明の波長多重伝送装置の構成ブロック図である。 本発明の波長多重伝送装置が備える波長合波器の構成ブロック図である。 本発明の波長多重伝送装置の初期運用開始時の構成ブロック図である。 本発明の波長多重伝送装置の波長増設のための帯域分散補償手段の実装手順を説明する図である。 光伝送路の波長分散特性と波長帯を説明する図である。 従来の波長多重伝送装置の構成ブロック図である。

符号の説明

１ 光出力
２ 帯域形成部
３ 帯域形成部
４ 帯域形成部
５ 波長多重部
７ 波長多重部
１０ 波長合波器
１１ 波長合波器
２０ 帯域分散補償手段
３０ 帯域合波部
４０ 光スイッチ
５０ ＣＷ光発生部
６０ 端局装置
７０ 個別分散補償手段
８０ 光スイッチ
１００ 合波器
１０３ 光カプラ
１０４ 光アンプ
１０５ 光アンプ
１０６ 光ファイバ
１０７ 光ファイバ

Claims (8)

1. 入力された光を分岐して第１の出力と第２の出力とに出力する光カプラと、
   波長帯域で多重された光を一括して分散補償する帯域分散補償手段と、
   第１の入力に入力された光と第２の入力に入力された光とのいずれかを選択して出力する光スイッチを備え、
   前記第１の出力は、前記分散補償手段を経由して前記第１の入力に接続され、前記第２の出力は、前記第２の入力に接続される、
   ことを特徴とする波長多重伝送装置。
2. 前記第１の出力と前記第１の入力との間に、波長帯域に多重された光を一括して増幅する第１の光アンプが配され、
   前記第２の出力と前記第２の入力との間に、波長帯域に多重された光を一括して増幅する第２の光アンプが配されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載された波長多重伝送装置。
3. サービスに供される光信号が前記光カプラに入力されている場合は、前記光スイッチは前記第１の入力に入力された光を選択して出力する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載された波長多重伝送装置。
4. 前記光信号は、前記光信号に含まれる各波長毎の分散を補償する個別分散補償手段を経由して前記光カプラに入力される、
   ことを特徴とする請求項３に記載された波長多重伝送装置。
5. 入力された光を分岐して第１の出力と第２の出力とに出力する第１のステップと、
   前記第１の出力を、波長帯域で多重された光を一括して分散補償する第２のステップと、
   前記第２の出力を前記第２の入力に入力する第３のステップと、
   前記第１の入力に入力された光と前記第２の入力に入力された光とのいずれかを選択して出力する第４のステップと、
   を備えることを特徴とする波長多重伝送装置の波長増設方法。
6. 前記第１の出力を、波長帯域に多重された光を一括して増幅する第５のステップと、
   前記第２の出力を、波長帯域に多重された光を一括して増幅する第６のステップと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載された波長多重伝送装置の波長増設方法。
7. 前記第４のステップは、
   サービスに供される光信号が前記光カプラに入力されている場合は、前記第１の入力に入力された光を選択して出力する、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載された波長多重伝送装置の波長増設方法。
8. 前記光信号に含まれる各波長毎の分散を個別に補償する第７のステップを備えることを特徴とする、請求項７に記載された波長多重伝送装置の波長増設方法。

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