JP5336624B2 - 波長誤差検出器及び波長誤差検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、時分割多重光信号に対する波長誤差信号検出器およびそれを用いた波長誤差信号検出方法と波長誤差信号検出回路に関する。

アクセス系光通信システムにおける上り信号多重化方式として、図１２に示すような時分割多重方式が広く用いられている。ここで、ユーザ側装置１０００から局側装置１０１０へ送出される信号を上り信号と呼ぶ。この方式においては、Ｎユーザ装置（Ｎは２以上の整数）１００１−１〜１００１−Ｎは、それぞれユーザ側装置１０００として、光送信器１００３−１〜１００３−Ｎ及びユーザ毎の光信号送出タイミングを制御する送出タイミング制御装置１００４−１〜１００４−Ｎを備え、光カプラ（光合波器）１００６を介し、光ファイバ１００９により、局側装置１０１０として受信タイミング制御器１０１３を伴った受信器１０１１に接続される。

この従来方式では、図１３に示すように、Ｎユーザ全てが同一の通信波長λ₁を用い、ユーザ毎に通信可能な時間を割り当て、送信タイミング及び受信タイミングを制御することにより、時分割多重通信を行うことができる。この従来方式は、単一品種のユーザ側装置を用いることができるため、低コストである利点があるが、伝送速度の高速化に伴い、送信タイミング、受信タイミングの制御が難しくなるという難点がある。

別の上り信号多重化方式として、図１４に示すような波長分割多重方式が提案されている。この方式においては、ユーザ側装置１０００として、Ｎユーザ１００１−１〜１００１−Ｎに対しそれぞれ異なる波長λ₁〜λ_Nを送出する光送信器１００３−１〜１００３−Ｎを備え、ユーザ毎に波長の異なる光信号は、誘電体多層膜フィルタやアレイ導波路回折格子などの波長合波器１００８を用いて合波され、合波された信号は単一の光ファイバに１００９により波長多重伝送され、局側装置１０２０の波長分波器１０２１を用いてＮ波長に分波された後に、波長毎に対応の受信器１０２３−１〜１０２３−Ｎで受信される。

この従来方式においては、図１５に示すように、Ｎユーザに対しそれぞれ異なる波長λ₁〜λ_Nを割り当てられているため、ユーザ毎に独立にサービスを提供可能である利点があるが、波長合波器１００８や波長分波器１０２１は高価であるとともに、ユーザ毎に異なる波長を送出するＮ種類の光送信器１００３−１〜１００３−Ｎ及びＮ個の受信器１０２３−１〜１０２３−Ｎが必要であるという難点がある。

また、この従来方式においては、特に高密度波長分割多重方式においては、全波長を定められた波長（λ₁〜λ_N）に安定化することが重要となる。このことについて図１６を用いて説明する。図１６において、δλ_i（ｉ＝１〜Ｎ）は波長λ_iに対する波長ドリフト量を表す。波長分割多重方式においては、ある信号波長が定められた波長からドリフトすると、その信号波長自体の光パワーの減衰のみならず、隣接する波長へのクロストークとなるため伝送品質が劣化する。これを防止するため、図１４に示すように、Ｎ個の光送信器１００３−１〜１００３−Ｎに対してそれぞれδλ_iを検出する波長誤差信号検出器１００５−１〜１００５−Ｎを備え、これら波長誤差信号検出器により得られた波長誤差信号を用いて対応する光送信器の送出波長を補正する構成がとられている。

また、図１７、図１８に示すように、図１９に示すような、Ｎユーザに対しＭ波（λ_i〜λ_M）を用い、時分割多重された光信号を波長分割多重することで、時分割多重方式と波長分割多重方式の利点を併せ持つハイブリッド構成が考えられる。図１７は光カプラ１００６により合波した構成を示し、図１８は光カプラ１００６，１００７により時分割多重した後に、波長合波器１００８により波長分割多重を行う構成を示している。これらの構成においては、同じ波長を用いていても、ユーザ毎に異なる波長ドリフトが生ずる。

図２０に、波長当たり４ユーザを収容している場合の光スペクトルの例を示す。ここで、δλ_i,j（ｉ＝１〜Ｍ，Ｍ≦Ｎ）は、波長λ_iが割り当てられているｊ番目のユーザの送出波長の波長λ_iからの波長ドリフトを表す。これらの構成においても、高密度波長多重を行う際には、定められた波長へ信号波長を安定化することが必要となる。

（第１の従来技術）
図２１に、第１の従来技術として、非特許文献１に記載されている、従来技術の波長誤差信号検出回路の構成の一例を示す。この波長誤差信号検出回路はＮ個の送出波長の異なる光送信器それぞれについて波長誤差信号を検出する。図２１の波長誤差信号検出回路は光信号入力２１０１の光パワーを分岐する光ビームスプリッタ２１０３、光ビームスプリッタ２１０３の一方の出力に接続して基準となる光パワーを監視するための第１の受光器２１０９、第１の受光器２１０９の出力を増幅する増幅器（アンプ）２１１１、光ビームスプリッタ２１０３の他方の出力に接続して波長基準となる光フィルタ２１０５、光フィルタ２１０５の出力に接続して光フィルタ出力光パワーを監視するための第２の受光器２１０７及び第２の受光器２１０７の出力から増幅器２１１１の出力を引算する引算器２１１３を有する。光フィルタ２１０５としてはエタロンフィルタなどが用いられる。

図２２を用いて、光フィルタ２１０５としてエタロンフィルタを用いた場合の従来回路の動作原理を説明する。図２２は第２受光器２１０７及び第１受光器２１０９における受光パワーの波長依存性を示している。ここで、目標とする波長（波長合波器透過中心波長）において引算器２１１３の出力が０となるように、第１受光器２１０９の後段に配置された増幅器２１１１のゲインを調整する。このとき、目標とする波長からドリフトした光信号２１０１が入力されると、引算器２１１３の出力として、ドリフト量に対応した波長誤差信号２１１９が得られる。

（第２の従来技術）
図２３に、第２の従来技術として、特許文献１に記載されている、従来技術の波長誤差信号検出回路の構成の一例を示す。この波長誤差信号検出回路は、Ｎ個のそれぞれ異なる波長を送出する光送信器２３１１−１〜２３１１−Ｎに対して幾つかの構成部品を共有して波長安定化を行う構成のものである。この構成は、波長合波器２３０７により合波された波長多重光信号を分岐する光カプラ２３０１、分岐された光信号の一方に接続し波長基準となるマッハツェンダフィルタ２３０３、マッハツェンダフィルタ２３０３の透過中心周波数を摂動する発振器２３０５、Ｎ波長を分波する波長分波器２３０９、分波されたＮ波長の光パワーをそれぞれ監視するＮ個の受光器２３１３−１〜２３１３−Ｎ、Ｎ個の掛算器２３１５−１〜２３１５−Ｎ、及びＮ個のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３１７−１〜２３１７−Ｎを含む。

図２４を用いて図２３の従来回路の動作原理を説明する。図２４は、ある受光器（例えば、第２の受光器２３１３−２）における受光パワーの波長依存性を表している。マッハツェンダフィルタ２３０３の透過中心波長を正弦波で摂動することにより、波長分波器２３０９で分波した光信号の受光パワーは、波長ドリフト量に比例する振幅で、その摂動周波数で振動する。この信号について、Ｎ波長に対しそれぞれ同期検波し、それぞれのＬＰＦ出力を検出することで、Ｎ個の光送信器２３１１−１〜２３１１−Ｎの送出波長の波長誤差信号を得ることができる。

特開平９−２６１１８１号公報

A Highly Stable and Reliable Wavelength Monitor Integrated Laser Module Design", J. Lightwave Technol., Vol.22, pp1344-1351, May 2004

しかしながら、図２１に示すような第１の従来技術をユーザ側に適用する場合には、光送信器それぞれについて波長誤差信号を検出する構成であるため、光送信器ごとに波長誤差信号検出回路を備える必要があり、ユーザ側に高価な光部品を用いる必要があるという問題があった。

また、図２３に示すような第２の従来技術においては、第１の従来技術に対し、Ｎ個の光送信器で波長制御回路を共有することができるが、Ｎ個の掛算器やＮ個のＬＰＦを必要として、構成が複雑になるという問題があった。

さらに、第１、第２の従来技術のいずれにおいても、同波長において時分割多重された光信号への適用は考慮されておらず、得られた波長誤差信号がどの光送信器に由来するかを識別できないという解決すべき課題があった。

本発明は、これら従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的は、波長誤差信号の時間変化を検出可能な波長誤差信号検出器を提供すること、その波長誤差信号検出器を用いた時分割多重信号におけるユーザ毎の波長誤差信号の識別が可能な波長誤差信号検出方法および回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の波長誤差信号検出器は、波長基準となる波長基準光を発生する基準光源と、時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波する光カプラと、前記光カプラの出力光を光電変換する受光器と、前記受光器の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する周波数依存性を有するフィルタと、前記フィルタの出力に接続するアナログ−デジタル変換回路とを備え、前記入力光信号と前記波長基準光は前記受光器においてヘテロダイン検波され、前記フィルタは前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換し、前記アナログ−デジタル変換回路はサンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で前記フィルタの出力をモニタすることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項２に記載の波長誤差信号検出器は、波長基準となる波長基準光を発生する基準パルス光源と、時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波する光カプラと、前記光カプラの出力光を光電変換する受光器と、前記受光器の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する周波数依存性を有するフィルタと、前記フィルタの出力に接続するアナログ−デジタル変換回路とを備え、前記入力光信号と前記波長基準光は前記受光器においてヘテロダイン検波され、前記フィルタは前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換し、前記基準パルス光源はサンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で前記波長基準光としての光パルスを出力することを特徴とする。

さらに、請求項１または２に記載の波長誤差信号検出器と、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、任意の１ユーザの信号受信時刻を与える受信タイミング信号選択器とを備え、前記波長誤差信号検出器は、前記受信タイミング信号選択器により与えられた信号受信時刻において、入力光信号に対する波長誤差を検出することで、前記Ｎユーザのうちの任意の１ユーザの送出波長の波長誤差信号を検出することを特徴とする。

さらに、請求項１または２に記載の波長誤差信号検出器と、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、該Ｎユーザの光信号に対して少なくとも１回以上波長誤差信号を検出できる検出周期の繰返し周波数のサンプリングトリガ信号を発生して前記波長誤差信号検出器へ供給するサンプリングトリガ信号発生器と、前記波長誤差信号検出器によって得られた波長誤差信号の時系列データを格納するメモリとを備え、前記メモリに格納された波長誤差信号の時系列データを前記Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応させることで、前記Ｎユーザのそれぞれの送出波長の波長誤差信号を検出することを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項５に記載の波長誤差信号検出方法は、基準光源から波長基準となる波長基準光を発生するステップと、光カプラにより時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波するステップと、光受光器により前記入力光信号と前記波長基準光をヘテロダイン検波するステップと、周波数依存性を有するフィルタにより前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換するステップと、サンプリングトリガ信号によりアナログ−デジタル変換回路を駆動することで任意の時間間隔で前記フィルタの出力をモニタするステップとを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項６に記載の波長誤差信号検出方法は、サンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で基準光源から波長基準となる波長基準光パルスを発生するステップステップと、光カプラにより時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光パルスとを合波するステップと、光受光器により前記入力光信号と前記波長基準光パルスをヘテロダイン検波するステップと、周波数依存性を有するフィルタにより前記入力光信号と前記波長基準光パルスとのビート周波数を強度に変換するステップと、前記フィルタの出力をモニタするステップとを備えたことを特徴とする。

ここで、受信タイミング信号選択器により、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、任意の１ユーザの信号受信時刻を与える受信タイミング信号を発生するステップと、前記受信タイミング信号により与えられた信号受信時刻において、入力光信号に対する波長誤差を検出することで、前記Ｎユーザのうちの任意の１ユーザの送出波長の波長誤差信号を検出するステップとをさらに備えることができる。

また、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、該Ｎユーザの光信号に対して少なくとも１回以上波長誤差信号を検出できる検出周期の繰返し周波数のサンプリングトリガ信号を発生するステップと、該サンプリングトリガ信号を用いて得られた前記波長誤差信号の時系列データをメモリに格納するステップと、前記メモリに格納された波長誤差信号の時系列データを前記Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応させることで、前記Ｎユーザのそれぞれの送出波長の波長誤差信号を検出するステップとをさらに備えることができる。

上記構成により、本発明によれば、波長誤差信号の時間変化を検出可能な波長誤差信号検出器を提供すると共に、それを用いた時分割多重信号におけるユーザ毎の波長誤差信号の識別方法を提供できる。また、時分割多重光信号における波長誤差信号検出を局側で行うことでユーザ側装置の簡易化を可能とした時分割多重光通信システムを提供できる。さらに、本発明によれば、Ｍ波のそれぞれにつき時分割多重を行ったシステムにおいて、波長誤差信号検出器をＭ波で共有することによりさらに低コスト化を可能とした波長分割多重光通信システムを提供できる。

本発明の第１実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態における波長誤差信号検出器の動作原理を説明する図であり、（Ａ）は波長と光強度の関係、（Ｂ）は周波数とフィルタの透過率の関係を示す特性図である。 本発明の第３実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態における波長誤差信号検出回路の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態における時分割多重光信号に関する波長誤差信号の識別原理を説明するタイミング図である。 本発明の第５実施形態における波長誤差信号検出回路の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態における時分割多重光信号に関する波長誤差信号の識別原理を説明するタイミング図である。 本発明の第６実施形態における時分割多重光通信システムの回路構成を示すブロック図である。 本発明の第７実施形態における波長分割多重光通信システムの回路構成を示すブロック図である。 本発明の第８実施形態における波長分割多重光通信システムの回路構成を示すブロック図である。 従来技術における時分割多重方式の回路構成を示すブロック図である。 時分割多重光信号を説明するタイミング図である。 従来技術における波長分割多重方式の回路構成を示すブロック図である。 波長分割多重信号を説明するタイミング図ある。 波長分割多重時の波長誤差を説明する特性図である。 時分割多重・波長分割多重方式の回路構成を示すブロック図である。 時分割多重・波長分割多重方式の他の回路構成を示すブロック図である。 時分割多重・波長分割多重ハイブリット信号を説明するタイミング図である。 時分割多重・波長分割多重時の波長誤差を説明する特性図である。 第１の従来技術における波長誤差信号検出回路の回路構成を示すブロック図である。 第１の従来技術における波長誤差信号検出回路の波長誤差信号の識別原理を説明する特性図である。 第２の従来技術における波長誤差信号検出回路の回路構成を示すブロック図である。 第２の従来技術における波長誤差信号検出回路の波長誤差信号の識別原理を説明する特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示す。同図中の実線は光信号を示し、破線は電気信号を示す。本実施形態の波長誤差信号検出器は、光信号１０１のパワーを分岐する光ビームスプリッタ１０３、光ビームスプリッタ１０３の一方の出力を光電変換するモニタ用の第１受光器１０５、第１受光器１０５の出力に接続された増幅器（アンプ）１１１、光ビームスプリッタのもう一方の出力の後段に配置されて波長基準を与える光フィルタ１０７、光フィルタ１０７の出力を光電変換するモニタ用の第２受光器１０９、第２受光器１０９の出力から増幅器１１１の出力を引算する引算器１１３、及びその引算器１１３の出力に接続されたアナログ−デジタル変換回路（ＡＤコンバータ）１１７を有する。

所望の波長の光信号１０１が入力された際に引算器１１３の出力が０となるように、増幅器１１１のゲインを予め調節することによって、引算器１１３の出力により入力光信号１０１の所望の波長からの波長誤差信号１１９を得ることができる。

ＡＤコンバータ１１７はサンプリングトリガ信号１１５が印加されるサンプリングトリガ端子を備えており、サンプリングトリガ信号１１５により任意の時間間隔で引算器１１３の出力をモニタすることで、従来技術では、測定されていなかった入力光信号に対する波長誤差信号の時間変化を任意の時間間隔で観測できる。

（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示す。同図中の実線は光信号を示し、破線は電気信号を示す。本実施形態の波長誤差信号検出器は、波長基準となる波長基準光を発生する基準光源２０１、時分割多重光信号１０１とその波長基準光とを合波する光カプラ２０５、光カプラ２０５の出力を光電変換する受光器２０７、受光器２０７の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する波長依存性を有するフィルタ２０９、フィルタ２０９の出力に接続したＡＤコンバータ１１７を有する。ＡＤコンバータ１１７はサンプリングトリガ信号１１５が印加されるサンプリングトリガ端子を備えている。

時分割多重光信号１０１と波長基準光は受光器２０７においてヘテロダイン検波される。フィルタ２０９は時分割多重光信号１０１と波長基準光とのビート周波数を強度に変換する。ＡＤコンバータ１１７はサンプリングトリガ信号により任意の時刻でフィルタ２０９の出力をモニタすることで、時分割多重光信号１０１に対する波長誤差信号の時間変化を任意の時間間隔で観測可能となる。

図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、本実施形態の波長誤差信号検出器の動作原理を説明する。なお、以下では説明を簡単にするため、ｆ＝ｃ／λ（ｃは光速度を表す）を用いて、光周波数をｆで表す。図３（Ａ）中の破線aは基準光を示し、実線bは信号光を示す。

図３（Ａ）に示すように、受光器２０７において、基準光源２０１で生成された光周波数ｆ_Lの波長基準光をローカル光源として、目標とする光周波数ｆ_cに対しｆ_c−ｆ_L＝Δｆとなる光周波数とし、光周波数ｆ_S＝ｆ_c＋δｆ_iである時分割多重光１０１をヘテロダイン検波することにより、波長基準光と信号光の中間周波数信号ｆ_S−ｆ_Lが得られる。従って、目標とする光周波数ｆ_Cに対して、得られた中間周波数信号ｆ_S−ｆ_Lから、目標とする周波数ｆ_Cに対する光信号ｆ_S＋δｆ_iの波長ドリフト量δｆ_i＝ｆ_S−ｆ_L−Δｆを検出することができる。また、その得られた波長ドリフト周波数（δｆ_i）は、周波数の増大に伴って透過率が変化するフィルタ２０９を通過させることにより、目標とする光周波数ｆ_Cに対応する強度信号の変化量に変換することができるために、ＡＤコンバータ１１７の出力として波長誤差信号１１９を得ることができる。

このようなフィルタ２０９としては、例えば図３（Ｂ）に示すような、周波数の増大に伴い透過率が一様に減少するフィルタを用いることができる。ＡＤコンバータ１１７はサンプリングトリガ端子が具備されており、任意の時刻においてフィルタ２０９の出力をモニタすることで、波長誤差信号１１９の時間変化を観測することができる。

本実施形態においては、信号光１０１の光強度に対して、基準光源２０１の出力光の光強度を十分に強くすることにより、高感度で波長誤差信号１１９を検出することができる。ここで、波長誤差信号は、図３（Ｂ）に示すように、目標とする光周波数ｆ_Cに対応する強度信号に対する信号光１０１に対応する強度信号の変化量に対応している。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態における波長誤差信号検出器の回路構成を示す。本実施形態の波長誤差信号検出器は、波長基準となる波長基準光を発生する基準パルス光源２０３、時分割多重光１０１とその波長基準光とを合波する光カプラ２０５、光カプラ２０５の出力を光電変換する受光器２０７、受光器２０７の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する周波数依存性を有するフィルタ２０９、フィルタ２０９の出力に接続したＡＤコンバータ１１７を有する。基準パルス光源２０３はサンプリングトリガ信号２０２が印加されるサンプリングトリガ端子を備えている。

基準パルス光源２０３はサンプリングトリガ信号２０２により任意の時刻で波長基準光としての光パルスを出力する。時分割多重光１０１と波長基準光は受光器２０７においてヘテロダイン検波される。フィルタ２０９は時分割多重光１０１と波長基準光とのビート周波数を強度に変換する。

図３の構成と同様に、波長基準光をローカル光源とする時分割多重光１０１のヘテロダイン検波により、受光器２０７、フィルタ２０９、およびＡＤコンバータ１１７を通じて、時分割多重光と波長基準光との波長誤差に対応した波長誤差信号１１９が得られる。このとき、基準パルス光源２０３にはパルス発振トリガ端子が備えられており、このパルス発振トリガ端子にサンプリングトリガ信号２０２を印加し、任意の時刻において光パルスを基準パルス光源２０３から光カプラ２０５へ出力することで、波長誤差信号１１９の時間変化をＡＤコンバータ１１７の出力側で観測することができる。すなわち、受信タイミング制御回路（図示しない）から出力されるサンプリングトリガ信号２０２の出力時刻において基準パルス光源２０３を駆動することで、波長誤差信号１１９の時間変化をＡＤコンバータ１１７の出力側で観測することができる。

本実施形態においては、前述の本発明の第２実施形態の場合と同様に、信号光１０１の強度に対して基準パルス光源２０３から発生する光パルスの光強度を十分に強くすることで、高感度に波長誤差信号を検出することができるとともに、基準光パルス光源２０３はＡＤコンバータ１１７よりも高速に駆動できるため、波長誤差信号の検出を超高速で行うことができる。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態における、本発明に係る上述した波長誤差信号検出器を用いた波長誤差信号検出回路の回路構成を示す。本実施形態の波長誤差信号検出回路は、時分割多重光信号におけるユーザ毎の波長誤差信号を識別する回路であり、図１、図２、図４のいずれか１つに示した波長誤差信号検出器５０３と、受信タイミング信号５０５のうちのある１ユーザの受信時間を選択する受信タイミング信号選択器５０７とを有する。受信タイミング信号選択器５０７からはその選択された時間のタイミングでサンプリングトリガ信号５０９が波長誤差信号検出器５０３に出力される。

光信号入力５０１として時分割多重信号が入力された際に、受信タイミング信号選択器５０７によりある１ユーザに対応する受信時間において、波長誤差信号波長検出器５０３で誤差信号を検出することで、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）のうちある１ユーザの波長誤差信号５１１を識別することができる。このような受信タイミング信号５０５は、時分割多重信号を分離する際に、一般にメディアアクセス制御副層（ＭＡＣ層）において生成されており、このＭＡＣ層機能を本実施形態において用いることができる。

図６のタイミング図を用いて本実施形態の波長誤差信号検出回路の動作を説明する。図６において横軸は時間を表し、縦軸は波長を表す。Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の光送信器（図示しない）は、それぞれ波長λ₁の光信号を送出するが、それぞれ異なる波長誤差を持っているものと想定する。図６においては、Ｎ＝４の場合を表しており、それぞれの波長誤差信号はδλ_i（ｉ＝１〜４）で表されている。また、ｔ_i（ｉ＝１〜４）は受信タイミングを表し、上述のＭＡＣ層機能で与えられる。時分割多重された光信号入力５０１は、その受信時間があらかじめわかっているため、タイミング信号５０５を用いて、波長誤差信号検出器５０３において、任意に選択されたある１ユーザの信号の受信タイミングで波長誤差信号５１１を検出することで、時分割された光信号５０１において、そのある１ユーザに対応する波長誤差信号５１１を得ることができる。

（第５実施形態）
図７は、本発明の本発明の第５実施形態における、本発明に係る上記の波長誤差信号検出器を用いた波長誤差信号検出回路の他の回路構成を示す。本実施形態の波長誤差信号検出回路は、時分割多重光信号におけるユーザ毎の波長誤差信号を識別する回路であり、図１、図２、図４のいずれか１つに示した波長誤差信号検出器７０５、波長誤差信号検出器７０５へ繰返し周波数ｆｓのサンプリングトリガ信号７０３を供給するサンプリングトリガ信号発生器７０１、および波長誤差信号検出器７０５によって得られた波長誤差信号７０７の時系列データを格納するメモリ７０９を有する。

図８のタイミング図を用いて本実施形態の波長誤差信号検出回路の動作を説明する。図８における記号の意味は図６と同様である。図８に示されているように、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号５０１の入力時に、Ｎユーザの光信号５０１に対して少なくとも１回以上波長誤差信号７０７を検出できる検出周期ｆ_Sでサンプリングトリガ信号発生器７０１を駆動させ、サンプリングトリガ信号発生器７０１から出力した検出周期ｆｓのサンプリングトリガ信号７０３を波長誤差信号検出器７０５に入力する。これにより、波長誤差信号７０７が波長誤差信号検出器７０５から出力され、メモリ７０９に逐次格納される。

時分割多重信号５０１の受信時間は予め分かっているため、Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応する受信タイミング信号７１１を読み出し信号としてメモリ７０９に入力することで、メモリ７０９に格納された波長誤差信号７０７の時系列データを、Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応させて読み出し、Ｎユーザのそれぞれの送出波長の波長誤差信号５１１をメモリ７０９から得ることができる。

（第６実施形態）
図９は、本発明の第６実施形態における、本発明に係る上記の波長誤差信号検出回路を用いた時分割多重光通信システムの回路構成を示す。本実施形態の時分割多重光通信システムは、局側に波長誤差信号検出器を配置することでユーザ出力信号の波長誤差信号を局側で検出可能な時分割多重光通信システムであり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のユーザ装置９０１−１〜９０１−Ｎ内にあるそれぞれの光送信器９０３−１〜９０３−Ｎ、光送信器９０３−１〜９０３−Ｎの送信タイミングを制御する送信タイミング制御器９０５−１〜９０５−Ｎ、Ｎ個の光送信器出力を合波する第１光カプラ９０７、光ファイバ９０９、第２光カプラ９１１、受信器９１３、本発明に係る図５または図７に示す波長誤差信号検出回路９１５、および前述の受信タイミング信号５０５または７１１を発生する受信タイミング制御器９１７を有する。ここで、ユーザ装置９０１−１〜９０１−Ｎと第１光カプラ９０７はユーザ側装置９００である。また、第２光カプラ９１１、受信器９１３、波長誤差信号検出回路９１５、および受信タイミング制御器９１７は局側装置９１０である。

Ｎ個の光送信器９０３−１〜９０３−Ｎからは、それぞれ送信タイミング制御器９０５−１〜９０５−Ｎにより送信タイミングが制御された波長λ₁の光信号が出力され、第１光カプラ９０７に送出される。これら波長λ₁の光信号を第１光カプラ９０７によって合波することで時分割多重信号が生成される。この時分割多重信号は光ファイバ９０９を伝送したのち、第２光カプラ９１１によって光パワーの一部は波長誤差信号検出回路９１５に入力され、残りの光パワーは受信器９１３に入力される。

ここで、波長誤差信号検出回路９１５を局側装置９２０に配置することで、ユーザ側に波長誤差信号の検出に必要な高価な光部品を設置することなく、ユーザ側光送信器９０３−１〜９０３−Ｎの送出波長誤差を検出することができる。

また、上り信号光強度は受信時には伝送路損失や光カプラ９０７，９１１による損失等により大きく減衰しているが、波長誤差信号検出回路９１５を構成する波長誤差信号検出器５０３または７０５として、特に図２または図４に示す本発明に係る波長誤差検出器を用いることにより、高感度に波長誤差信号を得ることができる。

（第７実施形態）
図１０は、本発明の第７実施形態における、本発明に係る図９に示す時分割多重光通信システムをもとにして構成した波長分割多重光通信システムの回路構成を示す。本実施形態の波長分割多重光通信システムは、光スイツチ（ＳＷ）で波長誤差信号検出回路を共用化した波長分割多重光通信システムであり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のユーザ装置９０１−１〜９０１−Ｎ内にあるそれぞれの光送信器９０３−１〜９０３−Ｎ、光送信器９０３−１〜９０３−Ｎの送信タイミングを制御する送信タイミング制御器９０５−１〜９０５−Ｎ、Ｎ個の光送信器出力を合波する第１光カプラ９０７、光ファイバ９０９、波長分波器９２１、波長分波器９２１により分波されたＭ波（Ｍは２以上の整数）（Ｎ≧Ｍ）それぞれの光パワーの一部を分岐するＭ個の光カプラ９２２−１〜９２２−Ｍ、Ｍ個の受信器９２３−１〜９２３−Ｍ、Ｍ個の受信タイミング制御器９２４−１〜９２４−Ｍ、Ｍ×１光スイッチ（ＳＷ）９２５、制御器９２７、および本発明に係る図５または図７に示す波長誤差信号検出回路９２９を有する。ここで、ユーザ装置９０１−１〜９０１−Ｎと第１光カプラ９０７は、ユーザ側装置９００である。また、波長分波器９２１、光カプラ９２２−１〜９２２−Ｍ、受信器９２３−１〜９２３−Ｎ、受信タイミング制御器９２４−１〜９２４−Ｍ、Ｍ×１光スイッチ（ＳＷ）９２５、制御器９２７、および波長誤差信号検出回路９２９は局側装置９２０である。

Ｎ個の光送信器９０３−１〜９０３−ＮのうちのＭ個の光送信器９０３−１〜９０３−Ｍは，それぞれＭ波長（Ｎ≧Ｍ）のいずれかにおいて送信タイミングを制御した光信号を送出し、これら光信号が光カプラ９０７によって合波されることで時分割多重・波長分割多重ハイブリッド信号が生成される。この時分割多重・波長分割多重ハイブリッド信号は、光ファイバ９０９を伝送したのち、局側装置９２０の波長分波器９２１によってＭ波に分波され、それら分波されたＭ波はそれぞれ光カプラ９２２−１〜９２２−Ｍによってその光パワーの一部がＭ×１光ＳＷ９２５に入力され、残りの光パワーがそれぞれＭ個の受信器９２３−１〜９２３−Ｍに入力される。

Ｍ×１光ＳＷ９２５の出力は波長誤差信号検出回路９２９に入力される。ここで、波長誤差信号検出回路はＭ波に対し同等の性能を有するとする。一般に、波長分割多重光伝送システムでは等間隔に波長が配置される。このような等間隔に配置されたＭ波に対して同等の性能を得るには、波長誤差信号検出回路において用いられる波長誤差信号検出器において、Ｍ波に対し同等の波長基準を与える光デバイスを用いればよい。第１実施形態に示されている波長誤差信号検出器においては、光フィルタとして透過率が周期的な波長依存性を有するエタロンフィルタやマッハツェンダ型フィルタなどを用いることができる。また、第２実施形態及び第３実施形態に示されている波長誤差信号検出器においては、基準光源及び基準パルス光源として等間隔に配置された波長を出力する多波長光源やモードロックレーザなどを用いることができる。また、Ｍ波がそれぞれ任意の波長である場合には、第１実施形態に示されている波長誤差信号検出器においては光フィルタとして波長可変光フィルタを用いることができ、第２実施形態及び第３実施形態に示されている波長誤差信号検出器においては、基準光源及び基準パルス光源として波長可変光源を用いることができる。

受信器９２３−１〜９２３−Ｍにおいては、Ｍ波それぞれに対し、受信タイミング制御器９２４−１〜９２４−Ｍからの受信タイミング制御信号によりユーザ毎の信号が識別される。Ｍ個の受信タイミング制御器９２４−１〜９２４−Ｍで生成される受信タイミング制御信号は制御器９２７にも入力される。

制御器９２７においては、波長λ_i（i＝１〜Ｍ）について波長誤差信号を検出する場合は、Ｍ×１光ＳＷ９２５の出力を波長λ_iに設定すると共に、波長λ_iを受信する受信器９２３−iに接続されている受信タイミング制御器９２４−iにおいて生成される受信タイミング制御信号を用いて波長誤差信号検出回路９２９を駆動することで、波長λ_iについての波長誤差信号を検出する。このように構成することで、複数のＭ波を用いた波長分割多重光通信システムにおいて、波長誤差信号検出回路９２９を１個に、即ち波長誤差信号検出器を１個に集約することができる。

また、本実施形態ではユーザ信号の多重化に単一の光カプラ９０７を用いた場合について説明したが、本発明はこれに関らず、例えば、背景技術の項で説明した図１８に示したような、複数の光カプラを用いて時分割多重した後で、波長合波器を用いて波長分割多重してもよい。

（第８実施形態）
図１１は、本発明の第８実施形態における、本発明に係る図９に示す時分割多重光通信システムをもとにして構成したさらに他の波長分割多重光通信システムの回路構成を示す。本実施形態の波長分割多重光通信システムは、波長選択器で波長誤差信号検出回路を共用化した波長分割多重光通信システムであり、図１０の本発明の第７実施形態の波長分割多重光通信システムと相違する点は、図１０では局側装置９２０の波長分波器９２１の後段（出力側）に配置されていたＭ個の光カプラ９２２−１〜９２２−Ｍ及びＭ×１光ＳＷ９２５を取り除き、局側装置９３０の波長分波器９２１の前段（入力側）に伝送路９０９の光信号の一部を分波する単一の光カプラ９１１を設置し、その光カプラ９１１の出力を制御器９２７に接続された波長選択器９３５に入力し、波長選択器９３５の出力を本発明に係る図５または図７に示す波長誤差信号検出回路９２９に入力する点である。

制御器９２７においては、波長λ_i（i＝１〜Ｍ）について波長誤差信号を検出する場合は、波長λ_iを受信する受信器９２３−iに接続されている受信タイミング制御器９２４−iにおいて生成される受信タイミング制御信号を用いて、波長選択器９３５の出力タイミングを波長λ_iに選択させることで、Ｍ波のうち１波である波長λ_iについての波長誤差信号を波長誤差信号検出回路９２９で検出する。

このように、波長選択器９３０によってＭ波のうち１波を選択することで、波長分波器９２１による損失がなく波長誤差信号検出回路９２９から波長誤差信号を得られるとともに、波長分波器９２１の透過帯域に依存せずに波長誤差信号検出回路９２９から波長誤差信号を得ることができる。

（他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器を有する装置に適用してもよい。

１０１ 光信号、時分割多重光信号
１０３ 光ビームスプリッタ
１０５ 第１受光器
１０７ 光フィルタ
１０９ 第２受光器
１１１ 増幅器（アンプ）
１１３ 引算器
１１５ サンプリングトリガ信号
１１７ アナログ−デジタル変換回路（ＡＤコンバータ）
１１９ 波長誤差信号
２０１ 基準光源
２０３ 基準パルス光源
２０５ 光カプラ
２０７ 受光器
２０９ フィルタ
５０１ 光信号入力、時分割多重信号
５０３ 波長誤差信号検出器
５０７ 受信タイミング信号選択器
５０９ サンプリングトリガ信号
７０１ サンプリングトリガ信号発生器
７０３ サンプリングトリガ信号
７０５ 波長誤差信号検出器
７０７ 波長誤差信号
７０９ メモリ
９００ ユーザ側装置
９０１−１〜９０１−Ｎ ユーザ装置
９０３−１〜９０３−Ｎ 光送信器
９０５−１〜９０５−Ｎ 送信タイミング制御器
９０７ 第１光カプラ
９０９ 光ファイバ
９１０ 局側装置
９１１ 第２光カプラ
９１３ 受信器
９１５ 波長誤差信号検出回路
９１７ 受信タイミング制御器
９２０ 局側装置
９２１ 波長分波器
９２２−１〜９２２−Ｍ 光カプラ
９２３−１〜９２３−Ｍ 受信器
９２４−１〜９２４−Ｍ 制御器
９２５ Ｍ×１光スイッチ（ＳＷ）
９２７ 制御器
９２９ 波長誤差信号検出回路
９３０ 局側装置
９３５ 波長選択器

Claims (8)

1. 波長基準となる波長基準光を発生する基準光源と、
   時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラの出力光を光電変換する受光器と、
   前記受光器の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する周波数依存性を有するフィルタと、
   前記フィルタの出力に接続するアナログ−デジタル変換回路とを備え、
   前記入力光信号と前記波長基準光は前記受光器においてヘテロダイン検波され、前記フィルタは前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換し、前記アナログ−デジタル変換回路はサンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で前記フィルタの出力をモニタすることを特徴とする波長誤差信号検出器。
2. 波長基準となる波長基準光を発生する基準パルス光源と、
   時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラの出力光を光電変換する受光器と、
   前記受光器の出力に接続して周波数の増大に伴って透過率が変化する周波数依存性を有するフィルタと、
   前記フィルタの出力に接続するアナログ−デジタル変換回路とを備え、
   前記入力光信号と前記波長基準光は前記受光器においてヘテロダイン検波され、前記フィルタは前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換し、前記基準パルス光源はサンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で前記波長基準光としての光パルスを出力することを特徴とする波長誤差信号検出器。
3. 請求項１または２に記載の波長誤差信号検出器と、
   Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、任意の１ユーザの信号受信時刻を与える受信タイミング信号選択器とを備え、
   前記波長誤差信号検出器は、前記受信タイミング信号選択器により与えられた信号受信時刻において、入力光信号に対する波長誤差を検出することで、前記Ｎユーザのうちの任意の１ユーザの送出波長の波長誤差信号を検出することを特徴とする波長誤差信号検出回路。
4. 請求項１または２に記載の波長誤差信号検出器と、
   Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、該Ｎユーザの光信号に対して少なくとも１回以上波長誤差信号を検出できる検出周期の繰返し周波数のサンプリングトリガ信号を発生して前記波長誤差信号検出器へ供給するサンプリングトリガ信号発生器と、
   前記波長誤差信号検出器によって得られた波長誤差信号の時系列データを格納するメモリとを備え、
   前記メモリに格納された波長誤差信号の時系列データを前記Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応させることで、前記Ｎユーザのそれぞれの送出波長の波長誤差信号を検出することを特徴とする波長誤差信号検出回路。
5. 基準光源から波長基準となる波長基準光を発生するステップと、
   光カプラにより時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光とを合波するステップと、
   光受光器により前記入力光信号と前記波長基準光をヘテロダイン検波するステップと、
   周波数依存性を有するフィルタにより前記入力光信号と前記波長基準光とのビート周波数を強度に変換するステップと、
   サンプリングトリガ信号によりアナログ−デジタル変換回路を駆動することで任意の時間間隔で前記フィルタの出力をモニタするステップと
   を備えたことを特徴とする波長誤差信号検出方法。
6. サンプリングトリガ信号により任意の時間間隔で基準光源から波長基準となる波長基準光パルスを発生するステップステップと、
   光カプラにより時分割多重光信号である入力光信号と前記波長基準光パルスとを合波するステップと、
   光受光器により前記入力光信号と前記波長基準光パルスをヘテロダイン検波するステップと、
   周波数依存性を有するフィルタにより前記入力光信号と前記波長基準光パルスとのビート周波数を強度に変換するステップと、
   前記フィルタの出力をモニタするステップと
   を備えたことを特徴とする波長誤差信号検出方法。
7. 受信タイミング信号選択器により、Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、任意の１ユーザの信号受信時刻を与える受信タイミング信号を発生するステップと、
   前記受信タイミング信号により与えられた信号受信時刻において、入力光信号に対する波長誤差を検出することで、前記Ｎユーザのうちの任意の１ユーザの送出波長の波長誤差信号を検出するステップと
   をさらに備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の波長誤差信号検出方法。
8. Ｎユーザ（Ｎは２以上の整数）による時分割多重光信号の入力時に、該Ｎユーザの光信号に対して少なくとも１回以上波長誤差信号を検出できる検出周期の繰返し周波数のサンプリングトリガ信号を発生するステップと、
   該サンプリングトリガ信号を用いて得られた前記波長誤差信号の時系列データをメモリに格納するステップと、
   前記メモリに格納された波長誤差信号の時系列データを前記Ｎユーザそれぞれに対する受信時刻に対応させることで、前記Ｎユーザのそれぞれの送出波長の波長誤差信号を検出するステップと
   をさらに備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の波長誤差信号検出方法。

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