JP4599613B2 - 光分岐挿入スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、光分岐挿入スイッチに関し、より詳細には、波長分割多重通信システムにおけるノードにおいて、任意の波長パスのスイッチングを行うための光分岐挿入スイッチに関する。

波長分割多重（ＷＤＭ）を用いた光ファイバ伝送路を介して、複数のノードをリング状またはバス状に接続した波長分割多重通信システムが知られている。各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長パスの構成を容易に変更することができることから、再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ）システムと呼ばれている。各々のノードのスイッチング動作は、一方の光ファイバ伝送路から入力された任意の波長の光信号を、他方の光ファイバ伝送路に出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路から入力された任意の波長の光信号をノードに接続された端局装置に出力し（ドロップ動作）、端局装置から入力された任意の波長の光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとを有している。このようなスイッチング動作によって、波長パスを、任意のノード間で任意の数だけ設定することができる。従って、波長分割多重通信システムは、トラヒック変動に対して、波長パスの構成を変更することにより柔軟に対応でき、伝送路や端局装置の障害に対して容易に対処できるという特徴がある。

図１に、従来のＲＯＡＤＭシステムのノードの構成を示す。ここでは隣接して接続されている２つのノードを、便宜的にそれぞれ西側ノードおよび東側ノードといい、西側ノードから東側ノードへの信号光の流れを右回り、東側ノードから西側ノードへの信号光の流れを左回りと規定する。右回りの波長多重信号光は、光ファイバ１０５Ｒから前置光増幅器１０４Ｒを介して、光分波器１０２Ｒに入力される。光分波器１０２Ｒは、入力された波長多重信号光を、波長ごとにｎ個の信号光に分離する。光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎは、ｎ個に分離された信号光それぞれに対して、スルーモードまたはアド／ドロップモードで動作する。光合波器１０３Ｒは、光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎからの光信号を波長多重信号光に多重する。波長多重信号光は、後置光増幅器１０６Ｒを介して光ファイバ１０７Ｒから東側ノードへ出力される。左回りの波長多重信号光は、図の符号をＲからＬに変えて、同様に説明することができる（例えば、特許文献１参照）。

図２に、従来の光分岐挿入スイッチの機能を示す。光分岐挿入スイッチ１０１Ｒ−１〜ｎ，１０１Ｌ−１〜ｎ（以下、Ｒ，Ｌを省略し１０１−１〜ｎまたは添字を省略し１０１と記載する）は、２入力２出力光スイッチであり、２つの入力ポート（Ｉｎ，Ａｄｄ）と２つの出力ポート（Ｏｕｔ，Ｄｒｏｐ）とを有する。スルーモードでは、ＩｎポートとＯｕｔポートが接続され、アド／ドロップモードではＩｎポートとＤｒｏｐポートとが接続され、ＡｄｄポートとＯｕｔポートとがそれぞれ接続される。

図３に、従来の光分岐挿入スイッチの詳細な構成を示す。光分岐挿入スイッチ１０１は、Ｉｎポートから入力された信号光を、Ｄｒｏｐポートまたは可変光減衰器（ＶＯＡ）１２２に分岐する光スイッチ１２１と、ＶＯＡ１２２の出力とＡｄｄポートに接続されているＶＯＡ１２３の出力とを選択する光スイッチ１２４とを含む。さらに、光分岐挿入スイッチ１０１は、ＶＯＡ１２２，１２３の減衰量を制御する制御回路（ＣＯＮＴ）１２５と、光スイッチ１２４の出力を分岐する分岐回路１２６と、分岐された出力光をモニタして制御回路１２５にフィードバックする光検出器１２７とを備えている。

光分岐挿入スイッチ１０１は、１枚の石英系光導波路基板により集積されており、光スイッチおよびＶＯＡをマッハツェンダ型干渉計により構成する。この光分岐挿入スイッチ１０１を、右回り（Ｒ）と左回り（Ｌ）にそれぞれｎ個実装することにより、図１に示したノードを構成することができる。

マッハツェンダ型干渉計は、２本の入力導波路に接続された３ｄＢカプラと、２本の出力導波路に接続された３ｄＢカプラとの間を、２本のアーム導波路で接続した構成を有している。一方のアーム導波路上には位相調整用の薄膜ヒータが配置されている。導波路を構成している石英系ガラスの屈折率は、熱光学効果によって、温度により変化するので、薄膜ヒータの通電加熱により、２本のアーム導波路の光路差を任意に制御することができる。このように、光路長差、すなわちマッハツェンダ型干渉計の干渉位相条件を変えることにより、一方の入力導波路より入力された信号光を、いずれかの出力先導波路から出力させたり、任意の分岐比で２本の出力導波路に分岐させたりすることができる。従って、光スイッチとしても、可変光減衰器としても動作させることができる。

特開２００４−３７９６８号公報（第５，６図）

現用系／予備系の冗長構成を有する通信システムの切替方式として、片方向切替方式と双方向切替方式とが知られている。双方向切替方式は、切替の単位が送受信のペアで行われるので、通信が確立されるためには、正常な送信と正常な受信がペアとなっている必要がある。ＲＯＡＤＭシステムにおいて、現用系／予備系の冗長構成を双方向切替方式で実現するためには、伝送路の障害に対応できるように、東側ノード経由の送受信対を１ペアにし、かつ、西側ノード経由の送受信対を１ペアにして、現用系／予備系を構成する。

従来の光分岐挿入スイッチ１０１の構成では、西側ノードからの受信と東側ノードへの送信とが同じ光分岐挿入スイッチ１０１Ｒを通り、また、東側ノードからの受信と西側ノードへの送信とが同じ光分岐挿入スイッチ１０１Ｌを通ることになる。このような構成では、光分岐挿入スイッチ１０１Ｒが故障すると、西側ノードからの受信と、東側ノードへの送信が使えなくなる。すなわち、送受信対としては、西側ノード経由および東側ノード経由のいずれも不完全となることから、現用系／予備系の両方とも通信を確立することができなくなる。従って、従来の光分岐挿入スイッチでは、光ファイバ伝送路の障害を救済できるものの、光分岐挿入スイッチの障害を救済することができない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバ伝送路、光分岐挿入スイッチのいずれの障害に対しても、少なくとも１ペアの送受信対が障害の影響を受けない構成となる光分岐挿入スイッチを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ファイバ伝送路を介して接続されるノードに配置された光分岐挿入スイッチにおいて、入力ポート（Ｉｎ）から信号光を入力し、第１スルーポート（ＴｈｒＯｕｔ）とドロップポート（Ｄｒｏｐ）のいずれか一方に出力する第１光スイッチ２２１を含むドロップ処理部２１１と、第２スルーポート（ＴｈｒＩｎ）からの信号光を入力する第１可変光減衰器２２２と、アドポート（Ａｄｄ）からの信号光を入力する第２可変光減衰器２２３と、前記第１可変光減衰器２２２または前記第２可変光減衰器２２３のいずれか一方の出力を選択して、出力ポート（Ｏｕｔ）から信号光を出力する第２光スイッチ２２４とを含むアド処理部２１２とを備え、前記ノード内で前記光分岐挿入スイッチを対向させ、一方の光分岐挿入スイッチの第１スルーポートと他方の光分岐挿入スイッチの第２スルーポートとがそれぞれ接続されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光分岐挿入スイッチにおいて、前記第２光スイッチが前記第１可変光減衰器からの出力を選択しているとき、前記第２可変光減衰器の減衰量が最大に設定され、前記第２光スイッチが前記第２可変光減衰器からの出力を選択しているとき、前記第１可変光減衰器の減衰量が最大に設定されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光分岐挿入スイッチにおいて、前記第２光スイッチ２２４と前記出力ポート（Ｏｕｔ）との間に挿入され、前記アド処理部２１２における信号光のレベルを検出する検出手段２２６，２２７と、該検出手段２２６，２２７で検出された前記レベルに基づいて、当該アド処理部の前記第１および第２可変光減衰器２２２，２２３の減衰量を制御する制御回路２２５とをさらに備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の前記検出手段は、前記出力ポートと前記第２光スイッチとの間に挿入されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチの代わりに、光分岐器を用いることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、光分岐挿入スイッチを西側ノード向けと東側ノード向けとにそれぞれ配置し、西側ノード経由または東側ノード経由の一方を現用系、他方を予備系とする冗長構成をとることができ、光ファイバ伝送路、光分岐挿入スイッチのいずれの障害に対しても、少なくとも１ペアの送受信対が障害の影響を受けない構成が可能となる。

また、本発明によれば、検出手段と制御回路とをさらに備えたので、光分岐挿入スイッチ単独で出力される信号光のレベルを制御することができる。従って、光分岐挿入スイッチを同一パッケージで構成すれば、制御信号の伝達に無駄な遅延時間を生じること無く制御することができる。

さらに、本発明によれば、アド処理部において、第２光スイッチが一方の可変光減衰器からの出力を選択しているとき、他方の可変光減衰器の減衰量を大きく設定し、光ゲートスイッチとして機能させることにより、第２スルーポート側の消光比を大きく確保することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態では、対向するノードに対する信号光の送受信の２方向の波長パスを１つの光分岐挿入スイッチで切り換えるようにする。

図４に、本発明の一実施形態にかかる光分岐挿入スイッチの構成を示す。光分岐挿入スイッチ２０１Ｗ，２０１Ｅ（以下、Ｗ，Ｅを省略し２０１と記載する。ポートの名称等も同様である。）は、Ｉｎポートから入力された信号光を、ＤｒｏｐポートまたはＴｈｒＯｕｔポートに分岐する光スイッチ２２１を有する。このブロックをＤｒｏｐＳＷ２１１という。

また、光分岐挿入スイッチ２０１は、ＴｈｒＩｎポートに接続されているＶＯＡ２２２の出力とＡｄｄポートに接続されているＶＯＡ２２３の出力とを選択する光スイッチ２２４と、ＶＯＡ２２２，２２３の減衰量を制御する制御回路（ＣＯＮＴ）２２５とを有する。さらに、Ｏｕｔポートへの出力光を分岐する分岐回路２２６と、分岐された出力光のレベルを検出し、その検出結果を制御回路２２５にフィードバックする光検出器２２７とを備えている。このブロックをＡｄｄＳＷ２１２という。

光分岐挿入スイッチ２０１は、石英系光導波路により集積されており、光スイッチおよびＶＯＡをマッハツェンダ型干渉計により構成する。

スルーモード時には、ＤｒｏｐＳＷ２１１においてＩｎポートとＴｈｒＯｕｔポートとが接続され、ＡｄｄＳＷ２１２においてＴｈｒＩｎポートとＯｕｔポートとがそれぞれ接続される。アド／ドロップモード時には、ＤｒｏｐＳＷ２１１においてＩｎポートとＤｒｏｐポートとが接続され、ＡｄｄＳＷ２１２においてＡｄｄポートとＯｕｔポートとがそれぞれ接続される。

光分岐挿入スイッチ２０１を、西側ノード向け２０１Ｗと東側ノード向け２０１Ｅにそれぞれ配置して、ＴｈｒＯｕｔＷポートとＴｈｒＩｎＥポートとを接続し、ＴｈｒＯｕｔＥポートとＴｈｒＩｎＷとを接続する。ＤｒｏｐＷポートおよびＡｄｄＷポートと、ＤｒｏｐＥポートおよびＡｄｄＥポートとは、それぞれ送受信対として端局装置に接続される。光分岐挿入スイッチ２０１Ｗ，２０１Ｅをそれぞれスルーモードに設定すると、このノードを通過するように、右回りと左回りの通信路が生成される。一方、光分岐挿入スイッチ２０１Ｗ，２０１Ｅをそれぞれアドドロップモードに設定すると、西側ノード経由の送受信号対と東側ノード経由の送受信号対とが、端局装置に接続される。端局装置からみると、西側ノード経由または東側ノード経由の一方を現用系、他方を予備系とする冗長構成をとることができる。

この構成によれば、現用系と予備系の光ファイバ伝送路が異なるノードを経由することから、双方向切替方式を適用した場合でも、光ファイバ伝送路の故障を救済することができる。また、光分岐挿入スイッチは、現用系と予備系がそれぞれ別の光分岐挿入スイッチに収容されていることから、双方向切替方式を適用した場合でも、光分岐挿入スイッチの故障を救済することができる。従って、光ファイバ伝送路の障害と光分岐挿入スイッチの障害とを救済することができる。

ＡｄｄＳＷ２１２において、光スイッチ２２４がＴｈｒＩｎポートに接続されているＶＯＡ２２２の出力を選択しているとき（スルーモード）は、ＶＯＡ２２３の減衰量を大きく設定し、光ゲートスイッチとして機能させることにより、Ａｄｄポート側の消光比を大きく確保することができる。同様に、光スイッチ２２４がｄｄポートに接続されているＶＯＡ２２３の出力を選択しているとき（アド／ドロップモード）は、ＶＯＡ２２２の減衰量を大きく設定し、光ゲートスイッチとして機能させることにより、ＴｈｒＩｎポート側の消光比を大きく確保することができる。通常、光スイッチ２２４Ｗ，２２４Ｅがアド／ドロップモードを選択しているとき、光スイッチ２２１Ｅ，２２１Ｗは、Ｄｒｏｐポートへの出力を選択しているので、スルーモードを選択したときの経路においては、スイッチ２２１の消光比が加わるので、更に高消光比を確保することができる。

隣接するノードへ所定の光パワーで出力するために、光検出器２２７により光分岐挿入スイッチ２０１から出力される信号光の光パワーを測定する。測定結果に基づいて、スルーモード時にはＶＯＡ２２２の減衰量を、アド／ドロップモード時にはＶＯＡ２２３の減衰量を制御回路２２５で制御する。このようにして、同一の光分岐挿入スイッチ内で閉じた制御を行うことができる。従って、制御信号の伝達に無駄が無くなり、高速なレベル制御を行うことができる。本実施形態では、光分岐挿入スイッチを同一パッケージで構成しており、パッケージ間を跨る場合に必要となる信号伝達の無駄な遅延時間を生じること無く制御することができる。

光スイッチ２２１，２２４は、マッハツェンダ型干渉計により構成したが、１入力２出力の光分岐器で構成してもよい。ただし、ＤｒｏｐＳＷ２１１における挿入損失が増え、アド／ドロップモード時に、光スイッチ２２１で得られていた消光比が得られなくなる。一方、光分岐器は、マッハツェンダ型干渉計の光スイッチよりもコスト低減を図ることができる。

本実施形態では、Ｏｕｔポートと光スイッチ２２４との間に分岐回路２２６を配置して、光検出器２２６を接続している。この位置は、スルーモードとアド／ドロップモードの双方のモードにおいて、１個の光検出器によりモニタを行うことができ、光検出器の数を最小にすることができる。光検出器の位置は、例えば、光スイッチ２２４とＶＯＡ２２２，２２３との間に配置してもよい。この場合は、光検出器の数が２個必要となる。また、ＶＯＡ２２２，２２３とＴｈｒＩｎポート、Ａｄｄポートとの間に配置してもよい。この場合は、光検出器の数が２個必要となるとともに、ＶＯＡ２２２，２２３の制御がフィードフォワード制御になるので、ＶＯＡの減衰量誤差を排除できないと云う問題がある。

本実施形態では、光分岐挿入スイッチ２０１は、石英系光導波路で構成した。これは、石英系光導波路が集積性や低コスト化に優れるためである。他の実現手段、例えば、微小機械式の光スイッチ、可変減衰器を組み合わせて構成しても、光ファイバ伝送路の障害と光分岐挿入スイッチの障害とを救済することができるなど、本実施形態と同じ効果を得ることができる。

図５に、本発明の一実施形態にかかるノードの構成を示す。右回りの波長多重信号光は、光ファイバ２０５Ｗから前置光増幅器２０４Ｗを介して、光分波器２０２Ｗに入力される。光分波器２０２Ｗは、入力された波長多重信号光を、波長ごとにｎ個の信号光に分離する。光分岐挿入スイッチ２０１Ｗ−１〜ｎは、ｎ個に分離された信号光それぞれに対して、スルーモードでは光分岐挿入スイッチ２０１Ｅ−１〜ｎへ、アド／ドロップモードでは端局装置へスイッチングする。光合波器２０３Ｅは、光分岐挿入スイッチ２０１Ｅ−１〜ｎからの光信号を波長多重信号光に多重する。波長多重信号光は、後置光増幅器２０６Ｅを介して光ファイバ２０７Ｅから東側ノードへ出力される。左回りの波長多重信号光は、図の符号のＷとＥとを変えて、同様に説明することができる。

ここで、光分岐挿入スイッチ２０１Ｗ，２０１Ｅは、別々の保守交換パッケージ２０８Ｗ，２０８Ｅに収容する。このように保守交換パッケージを構成することにより、光ファイバ伝送路の障害と光分岐挿入スイッチのパッケージ障害とを救済することができる。

また、光分岐挿入スイッチ２０１と、光分波器２０２と、光合波器２０３とが、同一の保守交換パッケージ２０８に収容されている。これは、光分岐挿入スイッチ２０１と光分波器２０２との間、および光分岐挿入スイッチ２０１と合波器２０３との間の接続コネクタを省くためである。この構成によれば、保守時のコネクタ接続作業が軽減される。光ファイバ伝送路の障害と光分岐挿入スイッチ等のパッケージ障害とに対する耐性という観点では、例えば、光分岐挿入スイッチ２０１と、光分波器２０２と、光合波器２０３とが、別々のパッケージで構成されていてもよい。図５に示したように、西側ノード向けと東側ノード向けとにわけて、別々のパッケージに構成しておくことが重要である。

本実施形態では、ＤｒｏｐＷポートおよびＡｄｄＷポートとは、端局装置に接続されているが、接続先はこれに限るものではなく、例えば、ノード装置内のトランスポンダと呼ばれる送受信モジュールであってもよく、装置構成に応じて異なる。

従来のＲＯＡＤＭシステムのノードを示す構成図である。 従来の光分岐挿入スイッチの機能を示す図である。 従来の光分岐挿入スイッチの詳細を示す構成図である。 本発明の一実施形態にかかる光分岐挿入スイッチを示す構成図である。 本発明の一実施形態にかかるノードを示す構成図である。

符号の説明

１０１，２０１ 光分岐挿入スイッチ
１０２，２０２ 光分波器
１０３，２０３ 光合波器
１０４，２０４ 前置光増幅器
１０５，１０７，２０５，２０７ 光ファイバ
１０６，２０６ 後置光増幅器
１２１，１２４，２２１，２２４ 光スイッチ
１２２，１２３，２２２，２２３ ＶＯＡ
１２５，２２５ 制御回路（ＣＯＮＴ）
２０８ 保守交換パッケージ
２１１ ＤｒｏｐＳＷ
２１２ ＡｄｄＳＷ

Claims (5)

1. 光ファイバ伝送路を介して接続されるノードに配置された光分岐挿入スイッチにおいて、
   入力ポートから信号光を入力し、第１スルーポートとドロップポートのいずれか一方に出力する第１光スイッチを含むドロップ処理部と、
   第２スルーポートからの信号光を入力する第１可変光減衰器と、アドポートからの信号光を入力する第２可変光減衰器と、前記第１可変光減衰器または前記第２可変光減衰器のいずれか一方の出力を選択して、出力ポートから信号光を出力する第２光スイッチとを含むアド処理部とを備え、
   前記ノード内で前記光分岐挿入スイッチを対向させ、一方の光分岐挿入スイッチの第１スルーポートと他方の光分岐挿入スイッチの第２スルーポートとがそれぞれ接続されることを特徴とする光分岐挿入スイッチ。
2. 前記第２光スイッチが前記第１可変光減衰器からの出力を選択しているとき、前記第２可変光減衰器の減衰量が最大に設定され、前記第２光スイッチが前記第２可変光減衰器からの出力を選択しているとき、前記第１可変光減衰器の減衰量が最大に設定されることを特徴とする請求項１に記載の光分岐挿入スイッチ。
3. 前記第２光スイッチと前記出力ポートとの間に挿入され、前記アド処理部における信号光のレベルを検出する検出手段と、
   該検出手段で検出された前記レベルに基づいて、当該アド処理部の前記第１および第２可変光減衰器の減衰量を制御する制御回路と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光分岐挿入スイッチ。
4. 前記検出手段は、前記出力ポートと前記第２光スイッチとの間に挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の光分岐挿入スイッチ。
5. 前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチの代わりに、光分岐器を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光分岐挿入スイッチ。

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