JP4593080B2

JP4593080B2 - Optical monitoring device

Info

Publication number: JP4593080B2
Application number: JP2003092675A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良; 一久柏原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004301955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光パッシブダブルスター（ＰＤＳ：ＰａｓｓｉｖｅＤｏｕｂｌｅＳｔａｒ）伝送システム等の光通信分野に用いられる光監視用デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）を低価格で導入するため、局内に設置された１つのＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）を多数のユーザーで共用する光ＰＤＳ（ＰａｓｓｉｖｅＤｏｕｂｌｅＳｔａｒ）システムが提案されている。光ＰＤＳシステムは光線路の途中に光スプリッタを接続することにより光線路を光分岐し光線路分岐部と成し、光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側に接続された光分岐線路がユーザーへ引き込まれる。
【０００３】
一般に、光ＰＤＳシステムのような光加入者線路は光線路媒体である光ファイバーや光通信機器の故障の監視を行うため、ＯＴＤＲを用いた光監視システムが導入されている。しかしながら、光ＰＤＳシステムで加入者線路にＯＴＤＲ測定を行うと、各光分岐線路からの反射戻り光を観測してしまい、障害が発生しても各光分岐線路からの反射戻り光が重なり合ったような波形となることから、故障線路や故障位置の特定ができないという問題があった。
【０００４】
そこで、光ＰＤＳ監視方法として、分岐後の光線路長を光分岐線路ごとに異なる長さに設定し、これにより終端反射までの長さが各光分岐線路ごとに割付けられるので、既知の長さにある終端反射の光量の増減を測定することで故障線路を特定できる光分岐線路の長さ管理方式のものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、光分岐線路後の終端反射の反射波長を光分岐線路ごとに割付、可変波長ＯＴＤＲ等で監視を行い、反射光量の増減を測定することことにより故障線路の特定を行う端末反射波長割付方式のものが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、光線路分岐部に通信光と設定波長の監視光を透過する光デバイスを使用し、光分岐線路ごとに監視波長を割付る波長ルーティング方式のものが提案されている（非特許文献３参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
山本他、「分岐形光線路の１．６μｍ帯故障切分け試験技術」１９９４年電子情報通信学会秋季大会Ｂ−８４６
【０００８】
【非特許文献２】
伊藤他、「ＰＤＳ線路における障害監視方式に関する検討」１９９６年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０７３
【０００９】
【非特許文献３】
田中他、「試験波長割当法による分岐光線路の個別損失分布測定」平成８年電気学会電子・通信・システム部門大会Ａ−９−４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案例のうち、分岐線路の長さ管理方式と端末反射波長割付方式は、故障線路の特定はできるものの故障位置の特定が比較的困難であるといった問題があった。一方、波長ルーティング方式は故障線路および故障位置の特定が可能であるが、光デバイスにアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）を使用しており、システムが非常に高価になってしまうといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、故障線路と故障位置のいずれも特定でき、かつ、低価格化を可能とする光監視用デバイスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合流カプラを接続して形成されて複数の光入力端を有する多段光合流カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合流カプラの対応する光入力端との間に介設されて、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタと伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線とを接続して成る光接続回路を有する光導波回路が基板上に形成され、前記多段光分岐カプラと前記多段光合流カプラがそれぞれ所定の分岐比に調整され、前記光位相シフタが所定の位相に調整され、かつ前記光導波回路の自由スペクトル領域が利用されることにより通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有するように形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、多段光分岐カプラと多段光合流カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合流カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
また、第３の発明は、上記第２の発明の構成に加え、多段光分岐カプラの光出力端と多段光合流カプラの光入力端は互いに同じ奇数個ずつ設けられ、これらの各光出力端と対応する光入力端の間に設けられる各光遅延線は互いに異なる長さに形成され、該長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線の光入力側には前記多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部が接続され、該第１段の光分岐カプラの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラの入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラにより光分岐部が形成されており、該光分岐部の出力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光入力側に接続され、前記実質的中心光遅延線の光出力側には前記多段光合流カプラの最終段の光合流カプラの一方の光入力部が接続されており、該最終段の光合流カプラの他方の光入力部には最終段の前段の光合流カプラが接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラにより光合流部が形成されており、該光合流部の光入力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光出力側に接続され、前記光分岐部と前記光合流部はそれぞれ前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
また、第４の発明は、上記第１、第２、第３の発明のいずれか一つの構成に加え、通信波長は１．３１μｍ及び１．５５μｍの少なくとも一方を有し、監視波長は１．６μｍ帯の異なる複数の波長のうち予め設定した一つの波長である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第５の発明は、パッシブダブルスター伝送システムの光線路分岐部内に配された１×Ｎスプリッターの少なくとも１つの分岐スプリッターの出力側に上記第１、第２、第３、第４の発明のいずれか一つの構成の光監視用デバイスが接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例が示されている。図１に示すように、本実施形態例の光監視用デバイスは、図１に示す回路構成を有する光導波回路（光トランスバーサルフィルタ）２を基板１５上に形成した平面導波回路により形成されており、光導波回路２は、多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８を有している。
【００１８】
多段光分岐カプラ５は、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成されており、複数の光出力端１７を有している。多段光合流カプラ８は、複数段の光合流カプラ３を接続して形成されており、複数の光入力端１８を有している。
【００１９】
また、本実施形態例においては、複数の光分岐カプラ１と複数の光合流カプラ３はＹ分岐回路を有している。
【００２０】
前記多段光分岐カプラ５のそれぞれの光出力端１７と多段光合流カプラ８のそれぞれの光入力端１８との間には、直列接続回路が介設されている。直列接続回路は、伝搬光の位相を可変可能な光位相シフタ６と伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線７を直列接続して成る。各光位相シフタ６は１本の光導波路（コア）を有してこの光導波路を局所的に加熱するＴｉＮｉヒーターの位相調節手段４を形成して成る。
【００２１】
多段光分岐カプラ５と多段光合流カプラ８はそれぞれ、多段光分岐カプラ５の光出力端１７の中心配列位置と多段光合流カプラ８の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
【００２２】
また、多段光分岐カプラ５の光出力端１７と多段光合流カプラ８の光入力端１８は互いに同じ奇数個ずつ設けられており、これらの各光出力端１７と対応する光入力端１８間に設けられる光遅延線７は互いに異なる長さに形成されている。
【００２３】
図１中、最下部に設けられている光遅延線７ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線７ｂは光遅延線７ａよりΔＬ長く、下から３番目に設けられている光遅延線７ｃは光遅延線７ａより２ΔＬ長く、下から４番目に設けられている光遅延線７ｄは光遅延線７ａより３ΔＬ長く形成されている。
【００２４】
また、この長さの異なる光遅延線７のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線７ｅは最上部に設けられて、前記光遅延線７ａより４ΔＬ長く形成されている。
【００２５】
さらに、下から５番目以降に設けられている光遅延線７ｆ〜７ｉはそれぞれ順にΔＬずつ長く形成され、光遅延線７ｉは光遅延線７ａより８ΔＬ長く形成されている。なお、図１中に符号は７ａ（最下部）、７ｅ（最上部）、７ｆ（下から５番目）、７ｉ（下から８番目）のみを表示し、他は省略している。
【００２６】
また、上記実質的中心光遅延線７ｅの入力側には前記多段光分岐カプラ５を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）が接続され、該第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の他方の光出力部には第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）の光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラ１により光分岐部が形成されている。
【００２７】
光分岐部の光出力端は多段光分岐カプラ５の光出力端１７（１７ａ〜１７ｄ、１７ｆ〜１７ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光入力側に接続されている。
【００２８】
前記実質的中心光遅延線７ｅの出力側には前記多段光合流カプラ８の最終段の光合流カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）が接続されており、該最終段の光合流カプラ３（３ａ）の他方の光入力部には該最終段の前段の光合流カプラ３（３ｂ）が接続されて、最終段の前段以前の光合流カプラ３により光合流部が形成されている。
【００２９】
光合流部の光入力端は多段光合波カプラ８の光入力端１８（１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ〜１８ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線７ｅを除く対応する光遅延線７（７ａ〜７ｄ、７ｆ〜７ｉ）の光出力側に接続されている。
【００３０】
前記光分岐部と光合流部はそれぞれ、前記光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合流部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
【００３１】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２の構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。
【００３２】
この光トランスバーサルフィルタ２は、前記多段光分岐カプラ５と前記多段光合流カプラ８のそれぞれの分岐比を所望の値に設定し、かつ伝搬光の位相を可変可能な前記光位相シフタ６の位相量を所望の値に可変設定することにより光トランスバーサルフィルタ２の光波長特性を任意に設定可能としている。
【００３３】
ここで、図１に示す光トランスバーサルフィルタ２において、光トランスバーサルフィルタ２の伝達関数Ｇは、（１）式となる。
【数１】

なお、Ｎはタップ数（多段光分岐カプラ５の分岐数）、α_ｎ、β_ｎはそれぞれ多段光分岐カプラ５（つまり光出力端１７）と多段光合波カプラ８（つまり光入力端１８）の分岐比、Φ_ｎは光位相シフタ６の位相量を表すものであり、n_ｅｆ _ｆは光導波路（コア）の等価屈折率、ΔLは光遅延線７の光路長差、fは光周波数、cは光速、nはタップ番号であり、jは√（−１）である。
【００３４】
ここで、挿入損失を低減させるため、α_ｎ＝β_ｎとし、γ_ｎ＝α_ｎ ^２＝β_ｎ ^２とおくと、光トランスバーサルフィルタの伝達関数Ｇは、（２）式となる。
【数２】

【００３５】
ここで、ｇ_ｎ＝γ_ｎexp（ｊΦ_ｎ）とおく。γ_ｎは多段光分岐カプラ５の分岐比の２乗（つまり光振幅量比の２乗すなわち光パワーを決定する項）、Φ_ｎは光位相シフタ６の位相量を表し、これらを光トランスバーサルフィルタのタップ係数とする。
【００３６】
ここで、（３）式、（４）式、（５）式とすると（ただし、Ｎ’はサンプリング数、ｌは整数、ｍは正の整数）、
【数３】

【数４】

【数５】

【００３７】
以下の（６）式が導かれる。
【数６】

【００３８】
ここで、所望の光周波数特性Ｇ_ｌ（ここでは通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する波長特性）とすると、（６）式から（７）式の離散的フーリエ変換によりｇ_ｎが求まる。
【数７】

【００３９】
ここで、伝達関数の直線位相特性を実現するために、タップ番号ｎは−（Ｎ−１）／２≦ｎ≦（Ｎ−１）／２（Ｎは奇数）、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１（Ｎは偶数）とする。
【００４０】
よって、タップ係数γ_ｎは、以下の（８）式となる。
【数８】

【００４１】
タップ係数Φ_ｎは、以下の（９）式となる。
【数９】

【００４２】
図１に示す光トランスバーサルフィルタ２による監視用デバイスの通信波長と予め設定された監視光透過する波長の合成法を以下に説明する。図２は所望の波長特性と、上記合成法により得られた実際の波長特性を示す。図２中、所望の波長特性は特性線ａ、ｂで示されており、上記合成法により得られる実際の波長特性は特性線ａ’、ｂ’で示されている。
【００４３】
例えば、図２特性線ａとｂに示すような、通信波長領域の１５８０ｎｍに遮断波長を有し、遮断波長１５８０ｎｍ未満の波長から１４５０ｎｍを透過し、一方、監視光は透過中心波長が１６２０ｎｍで半値幅が約５ｎｍの所望の波長特性（所望の光周波数特性Ｇ_ｌ）とすると、上記（６）式、（７）式によりｇ_ｎ、すなわち、タップ係数γ_ｎとΦ_ｎが求まる。
【００４４】
すなわち、例えば、タップ数１０１の場合、タップ係数γ_ｎとΦ_ｎを上記（８）、（９）式から求めると表１に示す値となる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１のタップ係数γ_ｎとΦ_ｎの値を用いて、（６）式より実際の波長特性を求めた（フーリエ・フィティング）結果を、図２の特性線ａ’、ｂ’に示している。特性線ａ、ｂと特性線ａ’、ｂ’を比較すると、特性線ａ’は特性線ａより挿入損失が２５％程度低下しているものの、透過波長特性はほぼ一致していることがわかる。
【００４７】
本発明者は、上記検討結果、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γ_ｎとΦ_ｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することができることに着目し、上記構成の本実施形態例の光監視用デバイスを提案することにした。
【００４８】
また、本実施形態例の光監視用デバイスは、以下のようにして製造される。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を形成する。
【００４９】
その後、図１に示した回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜に光トランスバーサルフィルタパターンを転写し、コア（光導波路）の回路を形成する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、光監視用デバイス２を形成する。
【００５０】
通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍを透過し、かつ監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍの４波長のうちいずれか１波長をそれぞれ透過する光監視用デバイスを作製した。ここで、ΔＬは６．９９μｍ、ＦＳＲは約２９．５ＴＨｚであり、タップ数Ｎは３３としている。
【００５１】
上記の光監視用デバイスでは、フィルタリングする帯域が非常に広いため光トランスバーサルフィルタのＦＳＲを有効に利用して、通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長を透過するよう設定した。
【００５２】
本発明者は、上記に説明した透過波長合成法により、図１に示すような、光トランスバーサルフィルタ２のタップ係数γ_ｎとΦ_ｎを所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する所望の波長特性を合成することで、例えば、図３に示す４種類の波長特性を合成した。
【００５３】
図３の（ａ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５０ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６２０ｎｍを透過し、１６１０ｎｍと１６３０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。また、図３の（ｂ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５０ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６３０ｎｍを透過し、１６２０ｎｍと１６４０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５４】
また、図３の（ｃ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５０ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６４０ｎｍを透過し、１６３０ｎｍと１６５０ｎｍに遮断波長を有する波長特性を示す。さらに、図３の（ｄ）は、通信波長１３１０ｎｍと１５５０ｎｍを透過する波長帯域を有し、監視波長１６５０ｎｍを透過し、１６４０ｎｍと１６６０ｎｍに遮断波長を有する、波長特性を示す。
【００５５】
上記のように、本実施形態例の通信波長と予め設定された監視波長のみを透過する光監視用デバイスを実現できる。
【００５６】
図４に監視波長帯の波長特性の拡大図を示している。図４中、特性線ａは監視波長１．６２μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｂは監視波長１．６３μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｃは監視波長１．６４μｍを透過する波長特性を示し、特性線ｄは監視波長１．６５μｍを透過する波長特性を示している。
【００５７】
図４からわかるように、特性線ａは１．６２μｍに透過中心波長を有し、１．６１μｍと１．６３μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６２μｍを透過し、他の監視波長１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５８】
また、特性線ｂは１．６３μｍに透過中心波長を有し、１．６２μｍと１．６４μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６３μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００５９】
また、特性線ｃは１．６４μｍに透過中心波長を有し、１．６３μｍと１．６５μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６４μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６５μｍは透過しないことがわかる。
【００６０】
また、特性線ｄは１．６５μｍに透過中心波長を有し、１．６４μｍと１．６６μｍに遮断波長を有している。したがって、監視波長１．６５μｍを透過し、他の監視波長１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍは透過しないことがわかる。
【００６１】
上記のように、本実施形態例の通信波長１．３１μｍ及び１．５５μｍと予め設定された監視波長（ここでは１．６２μｍ、１．６３μｍ、１．６４μｍ、１．６５μｍのうちのいずれかの１波長）を透過する光監視用デバイスをそれぞれ実現することができた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、多段光分岐カプラと多段光合流カプラの分岐比を所望の値に設定し、かつ光位相シフタによる位相量をそれぞれ所望の値に設定することにより、通信波長と予め設定された監視波長を透過する波長特性を有する光監視用デバイスを実現できる。この光監視用デバイスを透過する予め設定された監視波長により故障線路と故障位置のいずれも特定でき、高信頼性で、かつ、量産性に適した低価格化を可能とする光監視用デバイスを実現できる。例えば、光ＰＤＳシステムの光線路分岐部内の光スプリッタの各出力側にこの光監視用デバイスを接続することにより、予め設定されたそれぞれの監視光がそれぞれの光分岐線路に伝搬してゆくことになり、故障線路と故障位置を確実に特定できる低価格なすぐれた光監視用デバイスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光監視用デバイスの一実施形態例の光導波回路構成を示す要部構成図である。
【図２】本発明に係わる光監視用デバイスの設定波長特性と合成された波長特性を示すグラフである。
【図３】上記実施形態例の４種類の波長特性を示すグラフである。
【図４】図３の４種類監視波長帯域の波長特性を拡大して示すグラフである。
【符号の説明】
１光分岐カプラ
２光導波回路（光トランスバーサリフィルタ）
３光合流カプラ
４位相調節手段
５多段光分岐カプラ
６光位相シフタ
７光遅延線
８多段光合流カプラ
１５基板
１７光出力端
１８光入力端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical monitoring device used in the optical communication field such as an optical passive double star (PDS) transmission system.
[Background]
[0002]
Currently, in order to introduce FTTH (Fiber To The Home) at a low price, an optical PDS (Passive Double Star) system in which one OLT (Optical Line Terminal) installed in a station is shared by many users has been proposed. In the optical PDS system, an optical splitter is connected in the middle of the optical line to split the optical line into an optical line branch, and the optical branch line connected to each output side of the optical splitter in the optical line branch is a user. Drawn into.
[0003]
In general, an optical subscriber line such as an optical PDS system has been introduced an optical monitoring system using OTDR in order to monitor a failure of an optical fiber or an optical communication device as an optical line medium. However, when OTDR measurement is performed on the subscriber line in the optical PDS system, the reflected return light from each optical branch line is observed, and even if a failure occurs, the reflected return light from each optical branch line overlaps. As a result, the failure line and the failure location cannot be specified.
[0004]
Therefore, as an optical PDS monitoring method, the length of the optical line after branching is set to a different length for each optical branch line, so that the length to the terminal reflection is assigned to each optical branch line, so that the known length There is proposed an optical branching line length management system that can identify a faulty line by measuring an increase or decrease in the amount of terminal reflection light (see Non-Patent Document 1, for example).
[0005]
Also, the terminal reflection wavelength assignment method that assigns the reflection wavelength of the terminal reflection after the optical branch line for each optical branch line, monitors the variable wavelength OTDR, etc., and measures the increase or decrease in the amount of reflected light to identify the fault line Have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
[0006]
Further, there has been proposed a wavelength routing system in which an optical device that transmits communication light and monitoring light of a set wavelength is used in the optical line branching section, and a monitoring wavelength is assigned to each optical branching line (see Non-Patent Document 3). ).
[0007]
[Non-Patent Document 1]
Yamamoto et al., “1.6 μm band fault isolation test technology for branched optical lines,” 1994 IEICE Autumn Meeting B-846
[0008]
[Non-Patent Document 2]
Ito et al., "Study on Fault Monitoring Method on PDS Line" 1996 IEICE General Conference B-1073
[0009]
[Non-Patent Document 3]
Tanaka et al., “Individual loss distribution measurement of branched optical lines by test wavelength allocation method”, IEEJ Electronics, Communication and Systems Division Conference A-9-4
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the proposed examples, the branch line length management method and the terminal reflection wavelength allocation method have a problem that although it is possible to specify the failure line, it is relatively difficult to specify the failure position. On the other hand, the wavelength routing method can identify the fault line and the fault location, but uses an arrayed waveguide type diffraction grating (AWG) for the optical device, which causes a problem that the system becomes very expensive. It was.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical monitoring device that can specify both a failure line and a failure position and can reduce the price. It is in.
[0012]
[Means for solving the problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, the first invention is formed by connecting a multi-stage optical branching coupler having a plurality of optical output ends formed by connecting a plurality of stages of optical branching couplers, and a plurality of stages of optical combining couplers. A multistage optical merging coupler having an input terminal, and interposed between each optical output terminal of the multistage optical branching coupler and a corresponding optical input terminal of the multistage optical merging coupler, the phase of propagating light can be varied. An optical waveguide circuit having an optical connection circuit formed by connecting an optical phase shifter and an optical delay line for giving a set time delay to propagating light is formed on a substrate, and the multistage optical branch coupler and the multistage optical junction coupler are respectively is adjusted to a predetermined branching ratio, before Symbol optical phase shifter is adjusted to a predetermined phase, and wavelength characteristic of transmitting a preset monitored wavelength and communication wavelength by the free spectral range of the optical waveguide circuit is used Have And a means for solving the problems with the formed structure.
[0013]
Further, in the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the multistage optical branching coupler and the multistage optical merging coupler are respectively arranged at the center arrangement position of the optical output end of the multistage optical branching coupler and the light of the multistage optical merging coupler. A configuration that is asymmetric with respect to an extension of a line connecting the center arrangement positions of the input ends serves as means for solving the problem.
[0014]
Further, in the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the optical output terminals of the multistage optical branching coupler and the optical input terminals of the multistage optical coupling coupler are provided in the same odd number, and each of these optical output terminals is provided. The optical delay lines provided between the corresponding optical input ends are formed with different lengths, and the optical input side of the substantially central optical delay line having the middle length among the optical delay lines having different lengths. Is connected to one optical output portion of the first-stage optical branching coupler forming the multi-stage optical branching coupler, and the other optical output portion of the first-stage optical branching coupler is connected to the second-stage optical branching coupler. Are connected to each other, and an optical branching unit is formed by the optical branching couplers of the second and subsequent stages, and the output ends of the optical branching units are respectively the corresponding optical delay lines excluding the substantially central optical delay line. It is connected to the optical input side, and the multi-stage optical coupling is connected to the optical output side of the substantially central optical delay line. One optical input unit of the optical merging coupler of the final stage of the coupler is connected, and the optical merging coupler of the previous stage of the final stage is connected to the other optical input part of the optical merging coupler of the final stage. The optical merging coupler is formed by the optical merging coupler before the previous stage, and the optical input ends of the optical merging portions are respectively connected to the optical output sides of the corresponding optical delay lines excluding the substantial central optical delay line, The optical branching portion and the optical confluence portion are formed symmetrically with respect to an extension line of a line connecting the central arrangement position of the light output end of the optical branching portion and the central arrangement position of the light input end of the optical confluence portion, respectively. It is a means to solve the problem with the configuration.
[0015]
In addition to the configuration of any one of the first, second, and third inventions, the fourth invention has a communication wavelength of at least one of 1.31 μm and 1.55 μm, and the monitoring wavelength is 1. A configuration that is one wavelength set in advance among a plurality of different wavelengths in the 6 μm band is a means for solving the problem.
[0016]
Furthermore, a fifth invention is the first, second, third, or fourth invention on the output side of at least one branch splitter of a 1 × N splitter disposed in an optical line branch of a passive double star transmission system. The optical monitoring device having any one of the configurations is connected as a means for solving the problem.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An exemplary embodiment of an optical monitoring device according to the present invention is shown. As shown in FIG. 1, the optical monitoring device of this embodiment is formed by a planar waveguide circuit in which an optical waveguide circuit (optical transversal filter) 2 having the circuit configuration shown in FIG. The optical waveguide circuit 2 includes a multistage optical branching coupler 5 and a multistage optical junction coupler 8.
[0018]
The multi-stage optical branching coupler 5 is formed by connecting a plurality of stages of optical branching couplers 1 and has a plurality of optical output terminals 17. The multistage optical merging coupler 8 is formed by connecting a plurality of optical merging couplers 3 and has a plurality of optical input ends 18.
[0019]
In the present embodiment, the plurality of optical branch couplers 1 and the plurality of optical junction couplers 3 have Y branch circuits.
[0020]
A series connection circuit is interposed between each optical output end 17 of the multistage optical branching coupler 5 and each optical input end 18 of the multistage optical junction coupler 8. The series connection circuit is formed by connecting an optical phase shifter 6 capable of changing the phase of propagating light and an optical delay line 7 for imparting a set time delay to the propagating light. Each optical phase shifter 6 has a single optical waveguide (core) and is formed with a phase adjusting means 4 for a TiNi heater that locally heats the optical waveguide.
[0021]
Each of the multistage optical branching coupler 5 and the multistage optical junction coupler 8 is an extension of a line connecting the center arrangement position of the light output end 17 of the multistage optical branching coupler 5 and the center arrangement position of the optical input end 18 of the multistage optical junction coupler 8. On the other hand, it is formed asymmetrically.
[0022]
Further, the optical output end 17 of the multi-stage optical branching coupler 5 and the optical input ends 18 of the multi-stage optical combining coupler 8 are provided in the same odd number, and between these optical output ends 17 and the corresponding optical input ends 18. The provided optical delay lines 7 are formed with different lengths.
[0023]
In FIG. 1, the optical delay line 7a provided second from the bottom with respect to the optical delay line 7a provided in the lowermost part is longer than the optical delay line 7a by ΔL and is provided third from the bottom. The optical delay line 7c is longer by 2ΔL than the optical delay line 7a, and the optical delay line 7d provided fourth from the bottom is longer by 3ΔL than the optical delay line 7a.
[0024]
Of the optical delay lines 7 having different lengths, the substantially central optical delay line 7e having the middle length is provided at the uppermost part and is formed 4ΔL longer than the optical delay line 7a.
[0025]
Further, the optical delay lines 7f to 7i provided from the fifth onward from the bottom are formed longer by ΔL in order, and the optical delay line 7i is formed 8ΔL longer than the optical delay line 7a. In FIG. 1, only the symbols 7a (lowermost part), 7e (uppermost part), 7f (fifth from the bottom), and 7i (the eighth from the bottom) are displayed, and the others are omitted.
[0026]
Further, one optical output portion (that is, the optical output end 17e) of the first-stage optical branching coupler 1 (1a) forming the multi-stage optical branching coupler 5 is connected to the input side of the substantially central optical delay line 7e. The optical input unit of the second-stage optical branching coupler 1 (1b) is connected to the other optical output unit of the first-stage optical branching coupler 1 (1a), so that the second-stage and subsequent optical branching couplers are connected. 1 forms an optical branching portion.
[0027]
The optical output terminal of the optical branching unit forms the optical output terminal 17 (17a-17d, 17f-17i) of the multistage optical branching coupler 5, and the corresponding optical delay line 7 (except for the substantial central optical delay line 7e). 7a to 7d and 7f to 7i).
[0028]
One optical input section (that is, the optical input end 18e) of the optical coupling coupler 3 (3a) at the final stage of the multi-stage optical coupling coupler 8 is connected to the output side of the substantially central optical delay line 7e. The optical input coupler 3 (3b) of the preceding stage is connected to the other optical input section of the optical coupler 3 (3a) of the final stage, and the optical combining section 3 is connected by the optical coupler 3 before the final stage. Is formed.
[0029]
The optical input terminal of the optical combining unit forms the optical input terminal 18 (18a to 18d, 18f to 18i) of the multistage optical multiplexing coupler 8, and each of the corresponding optical delay lines 7 (except for the substantially central optical delay line 7e). 7a to 7d and 7f to 7i).
[0030]
The optical branching unit and the optical converging unit are formed symmetrically with respect to an extension line of a line connecting the central array position of the light output end of the optical branching unit and the central array position of the light input end of the optical converging unit, respectively. ing.
[0031]
The present embodiment is configured as described above. In determining the configuration of the present embodiment, the present inventor has performed arbitrary waveform filter synthesis by the configuration of the optical transversal filter 2 as shown in FIG. A study to formulate was conducted.
[0032]
This optical transversal filter 2 sets the respective branching ratios of the multistage optical branch coupler 5 and the multistage optical junction coupler 8 to a desired value, and the phase of the optical phase shifter 6 capable of changing the phase of propagating light. The optical wavelength characteristic of the optical transversal filter 2 can be arbitrarily set by variably setting the amount to a desired value.
[0033]
Here, in the optical transversal filter 2 shown in FIG. 1, the transfer function G of the optical transversal filter 2 is expressed by equation (1).
[Expression 1]

Incidentally, N is the number of taps (the number of branches of the multistage optical branch coupler _5), α _{_n,} β _n are each multistage optical branch coupler 5 (i.e. light output end 17) and the multi-stage optical multiplexing coupler 8 (that light input end 18) The branching ratio, Φ _n represents the phase amount of the optical phase shifter 6, n _ef _f is the equivalent refractive index of the optical waveguide (core), ΔL is the optical path length difference of the optical delay line 7, f is the optical frequency, c Is the speed of light, n is the tap number, and j is √ (−1).
[0034]
Here, in order to reduce insertion loss, if α _n = β _n and γ _n = α _n ² = β _n ² , the transfer function G of the optical transversal filter is expressed by equation (2).
[Expression 2]

[0035]
Here, g _n = γ _n exp (jΦ _n ) is set. γ _n represents the square of the branching ratio of the multistage optical branching coupler 5 (that is, the square of the optical amplitude ratio, ie, a term that determines the optical power), and Φ _n represents the phase amount of the optical phase shifter 6, which are optical transversal. The tap coefficient of the filter.
[0036]
Here, assuming that the expressions (3), (4), and (5) are used (where N ′ is the sampling number, l is an integer, and m is a positive integer),
[Equation 3]

[Expression 4]

[Equation 5]

[0037]
The following equation (6) is derived.
[Formula 6]

[0038]
Here, if a desired optical frequency characteristic G _l (here, a wavelength characteristic that transmits only a communication wavelength and a preset monitoring wavelength) is assumed, gn is _expressed by the discrete Fourier transform of Expressions (6) to (7). I want.
[Expression 7]

[0039]
Here, in order to realize the linear phase characteristic of the transfer function, the tap number n is − (N−1) / 2 ≦ n ≦ (N−1) / 2 (N is an odd number), −N / 2 ≦ n ≦ N / 2-1 (N is an even number).
[0040]
Therefore, the tap coefficient γ _n is _expressed by the following equation (8).
[Equation 8]

[0041]
The tap coefficient Φ _n is _expressed by the following equation (9).
[Equation 9]

[0042]
A method for synthesizing the communication wavelength of the monitoring device by the optical transversal filter 2 shown in FIG. 1 and a preset wavelength for transmitting the monitoring light will be described below. FIG. 2 shows the desired wavelength characteristics and the actual wavelength characteristics obtained by the above synthesis method. In FIG. 2, desired wavelength characteristics are indicated by characteristic lines a and b, and actual wavelength characteristics obtained by the synthesis method are indicated by characteristic lines a ′ and b ′.
[0043]
For example, as shown by the characteristic lines a and b in FIG. 2, the communication wavelength region has a cutoff wavelength of 1580 nm and transmits 1450 nm from a wavelength less than the cutoff wavelength of 1580 nm, while the monitoring light has a transmission center wavelength of 1620 nm and a half wavelength. Assuming that the desired wavelength characteristic (desired optical frequency characteristic G _l ) with a value width of about 5 nm is obtained, g _n , that is, tap coefficients γ _n and Φ _n are obtained by the above expressions (6) and (7).
[0044]
That is, for example, when the number of taps is 101, when the tap coefficients γ _n and Φ _n are obtained from the above equations (8) and (9), the values shown in Table 1 are obtained.
[0045]
[Table 1]

[0046]
Using the values of tap coefficients γ _n and Φ _n in Table 1, the actual wavelength characteristics obtained from the equation (6) (Fourier fitting) are shown in characteristic lines a ′ and b ′ in FIG. Yes. When the characteristic lines a and b are compared with the characteristic lines a ′ and b ′, it can be seen that although the insertion loss of the characteristic line a ′ is about 25% lower than that of the characteristic line a, the transmission wavelength characteristics are almost the same. .
[0047]
As a result of the above examination, the present inventor sets the tap coefficients γ _n and Φ _n of the optical transversal filter 2 as shown in FIG. Focusing on the fact that desired wavelength characteristics can be synthesized, the optical monitoring device of the present embodiment having the above-described configuration is proposed.
[0048]
In addition, the optical monitoring device of this embodiment is manufactured as follows. First, an underclad film and a core film made of quartz glass are formed on a silicon substrate using a flame hydrolysis deposition method.
[0049]
Thereafter, the optical transversal filter pattern is transferred to the core film by photolithography and reactive ion etching through a photomask on which the circuit shown in FIG. 1 is drawn, thereby forming a core (optical waveguide) circuit. Thereafter, an overcladding film made of quartz glass is formed again using the flame hydrolysis deposition method, and the optical monitoring device 2 is formed.
[0050]
An optical monitoring device that transmits the communication wavelengths 1.31 μm and 1.55 μm and transmits any one of the four wavelengths of the monitoring wavelengths 1.62 μm, 1.63 μm, 1.64 μm, and 1.65 μm is manufactured. did. Here, ΔL is 6.99 μm, FSR is about 29.5 THz, and the number of taps N is 33.
[0051]
In the above optical monitoring device, since the band to be filtered is very wide, the FSR of the optical transversal filter is effectively used so that the communication wavelengths 1.31 μm and 1.55 μm are transmitted through the preset monitoring wavelengths. did.
[0052]
The inventor sets the communication wavelength in advance by setting the tap coefficients γ _n and Φ _n of the optical transversal filter 2 as shown in FIG. 1 to desired values by the transmission wavelength synthesis method described above. by combining the desired wavelength characteristic of transmitting a monitoring wavelength which is, for example, to synthesize four kinds of wavelength characteristics shown in FIG.
[0053]
FIG. 3A shows wavelength characteristics having a wavelength band that transmits the communication wavelengths 1310 nm and 1550 nm, transmitting the monitoring wavelength 1620 nm, and having cutoff wavelengths at 1610 nm and 1630 nm. FIG. 3B shows wavelength characteristics having a wavelength band that transmits the communication wavelengths 1310 nm and 1550 nm, transmitting the monitoring wavelength 1630 nm, and having cutoff wavelengths at 1620 nm and 1640 nm.
[0054]
FIG. 3C shows a wavelength characteristic having a wavelength band that transmits the communication wavelengths 1310 nm and 1550 nm, transmitting the monitoring wavelength 1640 nm, and having cutoff wavelengths at 1630 nm and 1650 nm. Further, FIG. 3D shows wavelength characteristics having a wavelength band that transmits the communication wavelengths 1310 nm and 1550 nm, transmitting the monitoring wavelength 1650 nm, and having cutoff wavelengths at 1640 nm and 1660 nm.
[0055]
As described above, it is possible to realize an optical monitoring device that transmits only the communication wavelength of the present embodiment and a preset monitoring wavelength.
[0056]
FIG. 4 shows an enlarged view of the wavelength characteristics of the monitoring wavelength band. In FIG. 4 , a characteristic line a indicates a wavelength characteristic that transmits a monitoring wavelength of 1.62 μm, a characteristic line b indicates a wavelength characteristic that transmits a monitoring wavelength of 1.63 μm, and a characteristic line c transmits a monitoring wavelength of 1.64 μm. The wavelength characteristic is shown, and the characteristic line d shows the wavelength characteristic that transmits the monitoring wavelength of 1.65 μm.
[0057]
As can be seen from FIG. 4 , the characteristic line a has a transmission center wavelength at 1.62 μm and cutoff wavelengths at 1.61 μm and 1.63 μm. Therefore, it can be seen that the monitoring wavelength of 1.62 μm is transmitted and the other monitoring wavelengths of 1.63 μm, 1.64 μm, and 1.65 μm are not transmitted.
[0058]
The characteristic line b has a transmission center wavelength at 1.63 μm and cutoff wavelengths at 1.62 μm and 1.64 μm. Therefore, it can be seen that the monitoring wavelength of 1.63 μm is transmitted and the other monitoring wavelengths of 1.62 μm, 1.64 μm, and 1.65 μm are not transmitted.
[0059]
The characteristic line c has a transmission center wavelength at 1.64 μm and cut-off wavelengths at 1.63 μm and 1.65 μm. Therefore, it can be seen that the monitoring wavelength of 1.64 μm is transmitted and the other monitoring wavelengths of 1.62 μm, 1.63 μm, and 1.65 μm are not transmitted.
[0060]
The characteristic line d has a transmission center wavelength at 1.65 μm and cutoff wavelengths at 1.64 μm and 1.66 μm. Therefore, it can be seen that the monitoring wavelength of 1.65 μm is transmitted and the other monitoring wavelengths of 1.62 μm, 1.63 μm, and 1.64 μm are not transmitted.
[0061]
As described above, the communication wavelengths of the present embodiment example are 1.31 μm and 1.55 μm and a preset monitoring wavelength (here, any one of 1.62 μm, 1.63 μm, 1.64 μm, 1.65 μm) Optical monitoring devices that transmit one wavelength) can be realized.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, the communication wavelength is preset by setting the branching ratio of the multistage optical branching coupler and the multistage optical combining coupler to a desired value, and setting the phase amount by the optical phase shifter to a desired value. An optical monitoring device having wavelength characteristics that transmits the monitored wavelength can be realized. An optical monitoring device that can identify both a failure line and a failure location by a preset monitoring wavelength that passes through this optical monitoring device, and that is highly reliable and can be reduced in price for mass production. realizable. For example, by connecting this optical monitoring device to each output side of the optical splitter in the optical line branching section of the optical PDS system, each preset monitoring light propagates to the respective optical branching line. Therefore, it is possible to realize an excellent optical monitoring device at a low price that can reliably identify the failure line and the failure location.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part configuration diagram showing an optical waveguide circuit configuration of an embodiment of an optical monitoring device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a set wavelength characteristic and a synthesized wavelength characteristic of an optical monitoring device according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing four types of wavelength characteristics in the embodiment.
4 is a graph showing enlarged wavelength characteristics of the four types of monitoring wavelength bands in FIG. 3; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Optical branching coupler 2 Optical waveguide circuit (optical transversal filter)
3 optical coupling coupler 4 phase adjusting means 5 multistage optical branching coupler 6 optical phase shifter 7 optical delay line 8 multistage optical coupling coupler 15 substrate 17 optical output end 18 optical input end

Claims

A multi-stage optical branching coupler formed by connecting a plurality of stages of optical branching couplers and having a plurality of optical output ends, and a multi-stage optical branching coupler formed by connecting a plurality of stages of optical junction couplers and having a plurality of optical input ends And an optical phase shifter capable of changing the phase of propagating light and propagating light, which are interposed between the respective optical output terminals of the multistage optical branching coupler and the corresponding optical input terminals of the multistage optical junction coupler. An optical waveguide circuit having an optical connection circuit formed by connecting an optical delay line for providing a time delay is formed on a substrate, and the multistage optical branch coupler and the multistage optical junction coupler are adjusted to a predetermined branch ratio, respectively. And the optical phase shifter is adjusted to a predetermined phase so as to have a wavelength characteristic that transmits a communication wavelength and a preset monitoring wavelength ,
The optical output end of the multistage optical branching coupler and the optical input end of the multistage optical junction coupler are provided with the same odd number, and each optical delay line provided between each optical output end and the corresponding optical input end is A first-stage optical branch that forms the multistage optical branch coupler on the optical input side of a substantially central optical delay line that is formed in different lengths and has a middle length among the optical delay lines having different lengths. One optical output unit of the coupler is connected, and the other optical output unit of the first-stage optical branching coupler is connected to the input unit of the second-stage optical branching coupler, so that the optical branching couplers in the second and subsequent stages are connected. The optical branching unit is formed by the optical branching unit, and the output ends of the optical branching unit are respectively connected to the optical input sides of the corresponding optical delaying lines excluding the substantial central optical delaying line, On the output side, one light of the last-stage optical combining coupler of the multi-stage optical combining coupler is provided. Is connected to the other optical input unit of the optical coupler of the final stage, and the optical optical coupler of the previous stage of the final stage is connected to the optical optical coupler. And the optical input ends of the optical converging portions are respectively connected to the optical output sides of the corresponding optical delay lines excluding the substantial central optical delay line, and the optical delay lines excluding the substantial central optical delay line are Arranged in length order, the optical branching unit and the optical converging unit are respectively extended with respect to an extension line connecting the central array position of the light output end of the optical splitting unit and the central array position of the light input end of the optical converging unit An optical monitoring device characterized in that it is formed in line symmetry.

2. The communication wavelength according to claim 1, wherein the communication wavelength is at least one of 1.31 μm and 1.55 μm, and the monitoring wavelength is a preset wavelength among a plurality of different wavelengths in a 1.6 μm band. Optical monitoring device.

An optical monitoring device according to claim 1 or 2, wherein an optical monitoring device according to claim 1 or 2 is connected to an output side of at least one branching splitter of a 1 × N splitter disposed in an optical line branching portion of a passive double star transmission system. Monitoring device.