JP5190132B2 - 光伝送装置 - Google Patents

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Description

本発明は、波長多重技術を用いた光伝送装置および光分岐挿入装置に係り、特に保守性に優れた光伝送装置および光分岐挿入装置に関する。
インターネット技術に代表されるデータ系通信の大容量化に伴い、光伝送システムにおいても急激な情報量の増大とそれに伴う伝送容量の大容量化が期待されている。このような要求に対して、波長の異なる複数の信号光を一本の光ファイバに束ねて通信を行う波長多重技術が適用されている。近年では、距離の離れた2拠点に対して波長多重技術を用いて大容量伝送することのみならず、複数地点間で1波長毎に光信号を分岐・挿入することが可能な光分岐挿入装置による通信ネットワークが構築されつつある。
図1に光分岐挿入装置を用いた光伝送ネットワークのブロック図を示す。光伝送ネットワーク1000は、6台の光分岐挿入装置101が光ファイバ伝送路102を介してリング状に接続された構成である。光分岐挿入装置101は、波長の異なる複数の信号光に対して、1波長ずつ分岐・挿入するかあるいは装置を透過させるかを選択する。図1には波長の異なる5本の光信号λ1〜λ5の始点、終点を示してあり、5本全てに分岐・挿入するノードを自由に選択することができる。
図2に光伝送ネットワークの要部ブロック図を示す。図2は、図1の光ネットワークにおいて光分岐挿入装置A−光分岐挿入装置B−光分岐挿入装置C区間を取り出した装置構成を表している。ただし、光分岐挿入装置AはEast側の機能部のみ、光分岐挿入装置CについてはWest側の機能部のみを図2に記載している。光分岐挿入装置101は光増幅機能部(West)202−2、光増幅機能部(East)202−1、光分岐挿入機能部(West)201−2および光分岐挿入機能部(East)202−1から構成される。光増幅機能部202は、光ファイバ伝送路102からの入力光信号を増幅し光分岐挿入機能部201へ送信する受信光増幅器203、光分岐挿入機能部201からの入力光信号を増幅し光ファイバ伝送路102へ送信する送信光増幅器204から構成される。光分岐挿入機能部201は光カプラ206−2、光分波器207による光分岐部と、光分波器207、光合波器208、光スイッチ209、可変光減衰器210からなる光透過・挿入選択部から構成される。
光分岐挿入装置BにおけるWestからEast方向への光信号の流れを例として、光分岐挿入装置全体の動作を説明する。光分岐挿入装置Aからの受信光信号は光分岐挿入装置Bの光増幅機能部(West)202−1の受信光増幅器203で増幅され、光分岐挿入機能部(West)201−2に送信される。なお、光カプラ206−1と光安全レベル制御部205の動作は、図4を参照して後述する。光分岐挿入機能部(West)201−2では、光カプラ206−2により光信号が二分割され、その一方は光分波器207により更に波長毎の光に分岐され、分岐光ポート260−2から出力される。他方の光信号は、そのまま光分岐挿入機能部間を接続する光ファイバ211を通じて、光分岐挿入機能部(East)201−1に送信される。光分岐挿入機能部(East)201−1では、光分波器207により波長別の光信号に分岐され、光スイッチ209に入力される。光スイッチ209ではWestからの透過光信号または光分岐挿入装置Bの挿入光ポート250−2からの挿入光信号のいずれかを選択して出力する。光スイッチ209の後段に配置されている可変光減衰器210は、各波長の光パワーレベルを全波長均一に揃えるために具備されている。可変光減衰器210により光パワーレベルを揃えた光は、光合波器208で波長多重化され、光増幅機能部(East)202−1に送信される。光増幅機能部(East)202−1は、送信光増幅器204で増幅した後、光ファイバ伝送路102に送信される。
図3は、図1の光ネットワークにおいて光分岐挿入装置A−光分岐挿入装置B−光分岐挿入装置C区間における光信号の流れを説明する図である。光信号λ1は、光分岐挿入装置Aの光分岐挿入機能部(East)201−1及び光分岐挿入装置Cの光分岐挿入機能部(West)201−2で分岐・挿入され、光分岐挿入装置Bでは光信号は透過される。同様に、光信号λ2は、光分岐挿入装置A、Bで分岐・挿入される。光信号λ3は、光分岐挿入装置Aでは透過され、光分岐挿入装置Bで分岐・挿入される。光信号λ4は光分岐挿入装置Bで分岐・挿入、光分岐挿入装置Cでは透過される。
図2の光増幅機能部202−1、202−2の受信光増幅器203は光ファイバ伝送路の損失のみならず、光分岐挿入機能部の損失をも併せて光パワー低下を補う機能を有すため、必然的に光パワーレベルが高くなる。受信光増幅器203で1波長あたりの光パワーレベルが+6dBmとすると40波長相当分では光パワーレベルが+22dBm相当と非特許文献1で規定されるレーザ規格クラス3B相当に到達する。このようなレーザ光を直視すると目に障害が残る虞があるため、受信光増幅器203では光ファイバの出力開放を反射光で検出し自動的に光パワーレベルをクラス1相当であるほぼ1波長時の光パワーレベル(=+5dBm程度以下)に低下させる光安全レベル制御機能を具備する。図2では、光カプラ206−1および光安全レベル制御部205を用いて光安全レベル制御機能を実現している。このような光増幅器における光安全レベル制御機能は、特許文献1ないし特許文献3に開示されている。
JIS C 6082、「レーザ製品の安全基準」、日本規格協会
特開平09−200130号公報 特開2001−144687号公報 特開2002−335214号公報
図2の構成にて、光分岐挿入装置Bの光分岐挿入機能部(East)201−1が故障して、該当機能部を交換する必要が生じた場合を想定する。この場合には図3の光信号で主信号断するのはλ1、λ4の2信号であり、本来交換に関係の無いλ2、λ3の光信号は主信号断することは無いはずである。しかし、光分岐挿入機能部(West)201−2と光分岐挿入機能部(East)201−1間で接続されている光ファイバ211を抜去させると、光増幅機能部(West)202−2の光安全レベル制御部205が光ファイバの出力開放を反射光で検出し、受信光増幅器203を、光安全レベル制御してしまう。受信光増幅器203で光レベルを1波長あたり+6dBm出力している場合には、光増幅機能部(West)202−2の受信光増幅器203はλ1、λ2、λ3の3信号を増幅しているため、全光信号の光パワーレベルは+10.8dBmとなる。これが、光分岐挿入機能部間の接続ファイバを抜去することで光安全レベル制御が働き+5dBmまで低下する。即ち1波長あたりの光パワーレベルが+1.2dBmと4.8dB低下することになり、本来交換に関係のないλ2、λ3の光信号に主信号導通に影響を与え主信号断することになってしまう。上記は3波長の光信号について記載したが、仮に本システムが40波長のシステムとすると、同様の計算により光レベルが最大16dB低下することになる。
本問題を解決する最も簡単な方法は、光分岐挿入機能部の受信光増幅器からの入力端に光アイソレータを挿入することである。しかしこの場合には光分岐挿入機能部交換による光ファイバ開放で光安全レベル制御が機能しない。受信光増幅器の出力から光分岐挿入機能部間の接続ファイバまでの光損失は光アイソレータと光カプラのみであり両者の損失は合わせても2dB程度のため、光分岐挿入機能部間の光ファイバ211の抜去で40波長システムでは最大+20dBmを直視し、目の障害の虞がある。従って、光アイソレータを挿入する方法では、光ファイバからの光を直視できなくさせる光ファイバコネクタシャッタのような光遮断機能を構造面で有する必要がある。
本発明は、光分岐挿入装置での装置故障によるパッケージ交換の保守作業において、保守に関係しない主信号に影響を与えない光伝送装置および光分岐挿入装置を提供する。
上述した課題は、伝送路に接続され伝送路から受信した光信号を増幅する光増幅器と、光増幅器の出力光のパワーと光増幅器への反射光のパワーとに基づいて光増幅器を制御する第1の光安全レベル制御部とからなる光増幅機能部と、光増幅機能部と接続され光増幅機能部から受信した光信号を分岐する光カプラと、光カプラの第1の出力の光信号を波長分離する光分波器と、光カプラの第2の出力の光信号入力とする反射光マスク部と、反射光マスク部の出力の光のパワーと反射光マスク部への反射光のパワーとに基づいて反射光マスク部を制御する第2の光安全レベル制御部とからなる光分岐機能部と、からなる光伝送装置により、解決できる。
また、伝送路に接続され伝送路から受信した光信号を増幅する第1の光増幅器と、第1の光増幅器の出力光のパワーと光増幅器への反射光のパワーとに基づいて第1の光増幅器を制御する第1の光安全レベル制御部とからなる光増幅機能部と、光増幅機能部と接続され光増幅機能部から受信した光信号を分岐する光カプラと、光カプラの第1の出力の光信号を波長分離する第1の光分波器と、光カプラの第2の出力の光信号入力とする反射光マスク部と、反射光マスク部の出力の光のパワーと反射光マスク部への反射光のパワーとに基づいて反射光マスク部を制御する第2の光安全レベル制御部とからなる光分岐機能部と、光分離機能部と接続され光分離機能部から受信した光信号を波長分離する第2の光分波器と、第2の光分波器の出力と挿入光ポートとを入力とする複数の光スイッチと、複数の光スイッチの出力を波長多重する光合波器とからなる光挿入機能部と、光挿入機能部と接続され光挿入機能部から受信した光信号を増幅する第2の光増幅器と、からなる光分岐挿入装置により、解決できる。
さらに、受信した波長多重光を増幅する第1の光増幅器を含む受信光増幅部と、波長多重光の一部を波長分離する光分岐部と、波長多重光の他部の波長分離信号を入れ替える光挿入部と、光挿入部からの波長多重光を増幅する第2の光増幅器を含む送信光増幅部とからなり、受信光増幅部の出力部に、反射光をモニタして第1の光増幅器を制御する第1の光安全レベル制御部を設け、光分岐部の出力部に、反射光をモニタして反射光をマスクする反射光マスク部と、反射光マスク部を制御する第2の光安全レベル制御部を設けた光分岐挿入装置により、解決できる。
本発明に拠れば、光伝送装置または光分岐挿入装置での装置故障によるパッケージ交換の保守作業において、保守に関係しない主信号に影響を与えない光伝送装置および光分岐挿入装置を提供することができる。
光分岐挿入装置を用いた光伝送ネットワークのブロック図である。 光伝送ネットワークの要部ブロック図である。 光伝送ネットワークの主信号の流れを説明する図である。 光分岐挿入装置の要部ブロック図である。 光分岐挿入機能部の透過光ファイバ抜去したときの装置動作を説明するタイムチャートである。 光分岐挿入装置の要部ブロック図である。
以下本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。なお、同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
実施例1について、図4および図5を参照して説明する。ここで、図4は、光分岐挿入機能装置の要部ブロック図である。図5は、光分岐挿入機能部の透過光ファイバ抜去したときの装置動作を説明するタイムチャートである。
図4には、光分岐挿入機能装置の光増幅機能部、光分岐挿入機能部双方ともWest側のみ記載している。光部品に関しては、光分岐挿入機能部201−2の透過光出力端に光スイッチ209、光カプラ206−3、反射光モニタ用光検出器401−3、出力光モニタ用光検出器401−4、光終端器406が追加されている。ここで、光カプラ206−3は、光信号を光ファイバ211と光検出器401−4とに分岐し、反射光を光スイッチ209と光検出器401−3とに分岐する。また、光終端器406は光減衰器である。
光分岐挿入機能部201−2は、出力光モニタ用光検出器401−4で光分岐挿入機能部201−2からの出力光パワーに比例した電気信号に変換し、反射光モニタ用光検出器401−3で光分岐挿入機能部間接続光ファイバ211抜去時の反射光パワーに比例した電気信号に変換する。これら光検出器でのモニタ結果を使用して反射レベル演算回路402−2において反射量の計算を行う。反射光レベル演算回路402−2は、
反射量 = 反射光パワー/出力光パワー …(1)
演算がされ、出力光パワーが無い場合には上記演算処理を実施せず一定値の反射量を固定的に出力する。これは、光出力パワーが無い場合も、警報を継続するためである。反射警報判定回路403−2は、上記演算回路の演算結果を1ms周期で周期的に監視しており、予め定めた時間反射量が基準値を上回った場合には反射警報を光スイッチ切替回路405に送出する。警報検出時、光スイッチ切替回路405は、光信号が光終端器406のほうに進行するように光スイッチ209の切替を実施する。光増幅機能部202−2の受信光増幅器203における反射警報検出の原理も光分岐挿入機能部の場合と全く同様である。受信光増幅器203における安全レベル制御回路205と光分岐挿入機能部201−2における安全レベル制御回路の相違点は、光スイッチ切替回路405の代わりに光増幅器制御回路404が実装されている点のみである。受信光増幅器203では、ファイバ抜去による反射警報検出時に光スイッチを切り替える代わりに、光増幅器制御回路404で光増幅器を安全レベルまで出力低下させ出力パワー一定制御を実施する。
図5において、(a)は光分岐挿入機能部の出力ファイバの状態である。(b)は反射演算回路の演算結果である。(c)は反射警報判定回路の出力である。(d)は光スイッチ制御回路の制御信号出力である。(e)は光スイッチ部の透過光出力レベルである。(f)は光増幅機能部の反射演算回路の演算結果である。(g)は反射警報判定回路の出力である。(h)は光増幅器制御回路の制御信号出力である。(i)は光増幅器の出力レベルである。
図5において、時刻0にて光分岐挿入機能部間を接続する光ファイバ211を抜去する。光ファイバ211の抜去と同時に、光分岐挿入機能部の反射演算回路の演算結果と、光増幅機能部の反射演算回路の演算結果が、反射検出に立上る。時間t1後に、光分岐挿入機能部201−2の反射演算結果が反射警報検出レベルに到達してから実際に反射警報判定回路403−2で警報検出を確定させる。ここでt1は保護時間である。同様に、時間t3は同様に光増幅機能部202−2の反射演算結果が反射警報検出レベルに到達してから実際に警報検出確定させるまでの保護時間を表す。t1はt3に対して充分に小さいものとする。時刻t2は光分岐挿入機能部201−2で光スイッチの切替が完了し、光信号が光終端器で終端される時刻を表す。従ってt2−t1が実際に光スイッチのハードウェア上の切替時間となる。なお、t1およびt3は反射警報判定回路403のタイマーで設定する。
時刻0にて光ファイバ抜去した場合には、光分岐挿入機能部201−2、光増幅機能部202−2ともに、ほぼ同時に反射レベル演算回路402で反射警報検出レベルに到達したことを検知する。光分岐挿入機能部201−2と光増幅機能部202−2で動作が異なるのは反射演算した後であり、光分岐挿入機能部201−2では反射警報検出レベルに到達した後、保護時間t1経過後に反射警報判定回路403−2にて反射警報を送出し、光スイッチ切替動作による安全レベル制御動作に移行する。一方、光増幅機能部201−2では保護時間t1経過後では、保護時間t3に到達していないため反射警報を検出しておらず、光増幅器に対する安全レベル制御動作にはまだ移行せず通常動作のままである。光スイッチ切替動作完了した時刻t2では、光分岐挿入機能部201−2では反射警報を検出したままだが、光増幅機能部202−2では光分岐挿入機能部201−2で光が終端されるため、反射光を検出せず反射警報検出レベルを下回ることになる。時刻t2では光増幅機能部202−2の反射警報検出保護時間t3に到達していないため、光増幅機能部は一度も反射光検出による安全光レベル制御動作に入ることなく、通常動作を続けることになる。
なお、光スイッチ部の透過光レベルが安全レベルに下がると光分岐挿入機能部の反射演算回路の出力光パワーが「0」となるが、反射演算回路は一定値の反射量を固定的に出力する。この結果、警報検出を継続する。
光スイッチ209として機械式光スイッチを使用した場合には、光スイッチ209の切替時間t2−t1は1ms程度のため、t1を5msとすると光分岐挿入機能部201−2における安全レベル制御動作移行には6msかかることになる。従って、光増幅機能部202−2における反射警報検出保護時間t3は、6msより十倍程度大きい60msを確保すればよい。なお、60msは、クラス3Bのレーザの目に対する被爆時間として十分短い値である。
図2のネットワーク構成で、光分岐挿入装置Bに本実施例を適用すると、光分岐挿入機能部(East)201−1の装置故障でパッケージ交換が必要になり、光分岐挿入機能部間を接続する光ファイバ211を抜去しても、光増幅機能部(West)202−2では光安全レベル制御動作に入らないため、パッケージ交換に本来無関係な光信号λ2、λ3の光信号には全く影響が無く、尚且つ光分岐挿入機能部(West)202−2の透過光出力は光スイッチ209によって光終端されているため、光ファイバ直視による目の障害の危険性が無く、保守動作実施することが可能となる。ただし、一度光分岐挿入機能部202−2で安全レベル制御に入ると完全に光が終端され反射警報回復を検出することが不可能となるため、保守動作完了時にオペレータ操作で光スイッチを通常経路に戻す必要がある。
なお、図2は双方向ネットワークだが、本実施例は片方向の伝送路用の伝送装置にも適用できる。これは実施例2も同様である。光スイッチ209と光終端器406は、光増幅機能部202−2に反射光を見せないための反射光マスク部といえる。
本実施例に拠れば、光増幅機能部による安全レベル制御を動作させることなく、光分岐挿入機能部単独で光安全レベル制御を動作させることが可能になる。このことにより、保守作業で光分岐挿入機能部を交換するために光ファイバ抜去した場合であっても、光増幅機能部の安全レベル制御は動作しないため、保守作業とは無関係な光信号に対して全く影響を与えることなく、保守作業時の高パワー出力光直視での目の障害の危険性を排除することが可能となる。
実施例2について図6を参照して、説明する。ここで、図6は、光分岐挿入機能装置の要部ブロック図である。図4との相違点は光分岐挿入機能部201−2における光終端機能を光スイッチ209および光終端器406で実現するのでは無く、可変光減衰器270を用いて実施する点および光安全レベル制御部220の光スイッチ切替回路405が光安全レベル制御部230の可変光減衰器制御回路407と置き換わった点が異なる。
動作原理自体も実施例1とほぼ同様であり、反射警報検出した場合に光スイッチ切替により信号光を終端するのでは無く、可変光減衰器270の減衰量を一気に20dB程度増大させることにより信号光を終端する点のみが異なる。
可変光減衰器270として熱光学型可変光減衰器を使用した場合には、可変光減衰器の減衰量変化時間t2−t1は50ms程度のため、光分岐挿入機能部の反射警報検出保護時間t1を5msとすると光分岐挿入機能部における安全レベル制御動作移行には55msかかることになる。従って、光増幅機能部における反射警報検出保護時間t3は55msより10倍程度大きい550ms程度が必要となる。なお、550msは、クラス3Bのレーザの目に対する被爆時間として十分短い値である。また、光可変減衰器270は、光増幅機能部202−2に反射光を見せないための反射光マスク部といえる。
本実施例に拠っても、光増幅機能部による安全レベル制御を動作させることなく、光分岐挿入機能部単独で光安全レベル制御を動作させることが可能になる。このことにより、保守作業で光分岐挿入機能部を交換するために光ファイバ抜去した場合であっても、光増幅機能部の安全レベル制御は動作しないため、保守作業とは無関係な光信号に対して全く影響を与えることなく、保守作業時の高パワー出力光直視での目の障害の危険性を排除することが可能となる。
実施例2の実施例1に対する利点は、可変光減衰器270による終端で透過光は20dB減衰されるだけのため、透過光は完全に遮断されない点にある。透過光は完全には遮断されないため、保守時に抜去した光ファイバを戻すと反射警報回復を検出することが可能となる。従って、実施例1と異なり、保守動作完了時して通常運用動作に戻す際のオペレータ操作が一切不要となり、自動で通常運用に復帰可能である。
101…光分岐挿入装置、102…光ファイバ伝送路、201…光分岐挿入機能部、202…光増幅機能部、203…受信光増幅器、204…送信光増幅器、205…光安全レベル制御部、206…光カプラ、207…光分波器、208…光合波器、209…光スイッチ、210…可変光減衰器、211…光分岐挿入機能部間を接続する光ファイバ、220…光安全レベル制御部、230…光安全レベル制御部、250…挿入光ポート、260…分岐光ポート、270…可変光減衰器、401…モニタ用光検出器、402…反射レベル演算回路、403…反射警報判定回路、404…光増幅器制御回路、405…光スイッチ切替回路、406…光終端器、407…可変光減衰器制御回路、1000…光伝送ネットワーク。

Claims (8)

  1. 伝送路に接続され該伝送路から受信した光信号を増幅する光増幅器と、
    前記光増幅器の出力光のパワーと前記光増幅器への反射光のパワーとに基づいて前記光増幅器を制御する第1制御部と、
    前記光増幅器からの光信号を分岐する光カプラと、
    前記光カプラの第1の出力を波長分離する光分波器と、
    前記光カプラの第2の出力の入力をうける光スイッチと、
    前記光スイッチの出力の光のパワーと前記光スイッチへの反射光のパワーとに基づいて前記光スイッチを制御する第2制御部とからなり、
    前記第1制御部は、前記光増幅器への反射光が第1基準値を超えるときに第1反射警報を生成し、第1の保護時間後に、前記第1反射警報の検出を判断し、前記第1反射警報を検出するときに、前記光増幅器の出力を安全レベルまで低下させるように制御し、
    前記第2制御部は、前記光スイッチへの反射光が第2基準値を超えるときに第2反射警報を生成し、第2の保護時間後に、前記第2反射警報の検出を判断し、前記第2反射警報を検出するときに、前記光スイッチの透過光の出力を下げるように制御し、
    前記第2の保護時間は、前記第1の保護時間より小さくすることにより、前記第1制御部は、前記第2反射警報を検出するときに前記光増幅器の出力光を維持するように制御することを特徴とする光伝送装置。
  2. 請求項1に記載の光伝送装置であって、
    前記第2制御部の制御により、前記光スイッチを経由する光信号の入力を受ける光減衰器をさらに含むことを特徴とする光伝送装置。
  3. 請求項2に記載の光伝送装置であって、
    前記光減衰器は光終端器であることを特徴とする光伝送装置。
  4. 請求項2に記載の光伝送装置であって、
    前記第2制御部は、前記光スイッチを制御して、前記光増幅器の方向への光入射を防止することを特徴とする光伝送装置。
  5. 伝送路に接続され該伝送路から受信した光信号を増幅する光増幅器と、
    前記光増幅器の出力光のパワーと前記光増幅器への反射光のパワーとに基づいて前記光増幅器を制御する第1制御部と、
    前記光増幅器からの光信号を分岐する光カプラと、
    前記光カプラの第1の出力を波長分離する光分波器と、
    前記光カプラの第2の出力の入力をうける可変光減衰器と、
    前記可変光減衰器の出力の光のパワーと前記可変光減衰器への反射光のパワーとに基づいて前記可変光減衰器を制御する第2制御部とからなり、
    前記第1制御部は、前記光増幅器への反射光が第1基準値を超えるときに第1反射警報を生成し、第1の保護時間後に、前記第1反射警報の検出を判断し、前記第1反射警報を検出するときに、前記光増幅器の出力を安全レベルまで低下させるように制御し、
    前記第2制御部は、前記光減衰器への反射光が第2基準値を超えるときに第2反射警報を生成し、第2の保護時間後に、前記第2反射警報の検出を判断し、前記第2反射警報を検出するときに、前記光減衰器の透過光の減衰量を増加させるように制御し、
    前記第2の保護時間は、前記第1の保護時間より小さくすることにより、前記第1制御部は、前記第2反射警報を検出するときに前記光増幅器の出力光を維持するように制御することを特徴とする光伝送装置。
  6. 請求項5に記載の光伝送装置であって、
    前記第2制御部は、前記可変光減衰器を制御して、前記光増幅器の方向への光入射を減衰することを特徴とする光伝送装置。
  7. 請求項5に記載の光伝送装置であって、
    前記第2制御部は、前記可変光減衰器を制御して、その減衰量を前記光増幅器の方向への光入射を終端する量にすることを特徴とする光伝送装置。
  8. 請求項5に記載の光伝送装置であって、
    前記第2制御部は、前記可変光減衰器を制御して、前記可変光減衰器からの透過光を完全に遮断しないことを特徴とする光伝送装置。
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