JP5871056B2 - 波長選択スイッチ、可変分散補償器、監視装置、監視方法、光伝送装置及び光伝送システム - Google Patents
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Description
WDM技術を用いた光伝送ネットワークでは、例えば、端局装置や中継装置のほか、信号光を波長単位で通過(スルー)、挿入(アド)、分岐(ドロップ)することのできる光分岐挿入装置(OADM:Optical Add-Drop Multiplexer)が用いられる。
この図1に示す光伝送ネットワーク100は、例えば、光送信局(Tx)200と、複数のOADM400−1〜400−5と、光受信局(Rx)300とをそなえる。なお、以下では、OADM400−1〜400−5を区別しない場合、単にOADM400と称する。
OADM400は、信号光を波長単位で通過、挿入、分岐すべく、例えば、AWG(Arrayed Waveguide Grating)、多層膜フィルタ、FBG(Fiber Bragg Grating)、波長選択スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)などの構成をそなえる。
図2に示すOADM400は、例示的に、光増幅器401と、光カプラ402と、光カプラ403と、WSS404と、光カプラ405と、光増幅器406と、光チャネルモニタ(OCM:Optical Channel Monitor)407とをそなえる。また、OADM400は、例示的に、デマルチプレクサ408と、光受信器(Rx)409と、マルチプレクサ410と、光送信器(Tx)411とを有する。
光カプラ402でパワー分岐された波長多重光のうちの一方は、デマルチプレクサ408によって波長毎に分波され、Rx409で受信される。
光カプラ402でパワー分岐された波長多重光のうちの他方は、WSS404の方路に入力される。また、Tx411などから送信された各信号光も、マルチプレクサ410で合波された後、WSS404に入力される。
ところで、WSS404に入力される波長多重光は、光カプラ403によってパワー分岐されてOCM407に入力され、同様に、WSS404から出力される波長多重光は、光カプラ405によってパワー分岐されてOCM407に入力される。
図3に示すWSS404は、例示的に、出力ポート430と、複数の入力ポート431−1〜431−3と、コリメータ432と、分光素子433と、レンズ434と、ミラーアレイ435とをそなえる。なお、図3に示す3入力1出力型の構成は例示であり、各ポート数はこれに限定されない。
分光素子433によって各波長に分光された光は、そのままでは拡散してしまうので、レンズ434によって再び平行光に変換される。
MEMSミラーは、反射面の傾斜角度が電磁力によって可変な構造となっており、反射面の傾斜角度に応じて反射光が導かれる出力ポートが定まる。なお、図3に例示するWSS404では、MEMSミラーの角度を変えることにより、信号光と出力ポートとの光結合効率を変化させて、減衰量を制御するようにしてもよい。
ところで、上記のような波長選択スイッチの性能を示す指標の1つに、例えば、透過帯域特性がある。
波長選択スイッチの透過帯域は、各波長に対応したMEMSミラーに集光される光のビーム径ωとミラー幅Wの比率(W/ω)が大きいほど、また、中心波長のずれが小さいほど広くなる。つまり、MEMSミラーの幅Wが広く、MEMSミラー上のビーム径ωが小さく、そして、ITU(International Telecommunication Union)グリッドの各波長に対応した光の集光位置がMEMSミラーの中心に一致しているほど、透過帯域は広くなる。なお、ITUグリッドとは国際電気通信連合(ITU)で標準化された波長のことである。
ここで、WSS404内部のミラーアレイ435や、分光素子433などの光素子の劣化や、配置ずれ、充填ガスの組成変化による屈折率のずれ、駆動回路の劣化、不具合などによって、MEMSミラーを所望の角度に制御できなくなることがある。
特に、1波長あたりの信号速度が10G、40G、100G、・・・と高速化されているような現状では、信号光スペクトルは波長方向に太くなる傾向にあり、WSS404の透過帯域の劣化が、より信号品質の低下を引き起こしやすくなってきている。
しかしながら、主信号光の入出力パワーレベルを監視する方法では、波長選択スイッチの透過帯域の劣化を監視することができない。さらに、波長選択スイッチの監視制御の際、常に主信号光が必要となるので、光伝送ネットワークがサービスインされる前には波長選択スイッチの監視制御を行なうことができない。
さらに、入力された光について可変的な分散補償処理を行なうことができる可変分散補償器においても、上記と同様の課題がある。
そこで、本発明は、波長選択スイッチの透過帯域を効率的に監視できるようにすることを目的の1つとする。
なお、上記の各目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の1つとして位置付けることができる。
(8)また、第8の案として、例えば、上記(2)の可変分散補償器をそなえる、光伝送装置を用いることができる。
(9)さらに、第9の案として、例えば、上記(7)または(8)の光伝送装置をそなえる、光伝送システムを用いることができる。
また、可変分散補償器の透過帯域を効率的に監視できるようになる。
波長選択スイッチの監視制御方法の一例について説明する。
例えば、図6に示す波長選択スイッチの監視制御構成は、光カプラ440−1〜440−3と、光アイソレータ441−1〜441−3と、波長選択スイッチ(WSS)404と、光カプラ442と、光スイッチ(SW)443と、光チャネルモニタ(OCM)444と、制御部445とを有する。なお、図6に示す例では、3入力1出力型のWSS404を用いているが、各ポート数はこれに限定されない。また、図6に示す例では、各入力ポートに入力される波長多重光はch#1〜ch#32の信号光を含んでいるが、波長多重数(チャネル数)についてもこれに限定されない。
各MEMSミラーの角度は、例えば、制御部445によって制御され、入力ポート#1〜#3に入力された各波長多重光に含まれる各波長の信号光が、角度制御された上記一のMEMSミラーによって反射され、レンズ434,分光素子433,コリメータ432を経由して出力ポートの方路へ選択的に出射される。
WSS404の監視制御は、例えば、WSS404に入力される信号光のパワーレベルとWSS404から出力される信号光のパワーレベルとを比較することで実施される。
このため、入力ポート#1〜#3に入力される各波長多重光は、光カプラ440−1〜440−3によってSW443の方路へパワー分岐される。また、出力ポートへ出力される波長多重光は、光カプラ442によってSW443の方路へパワー分岐される。
OCM444は、WSS404の各入力信号のパワーレベルとWSS404の出力信号のパワーレベルとをチャネル(波長)毎に監視し、当該監視結果を基に、各波長の信号光が目標のパワーレベルとなるようにWSS404での減衰量を制御する。なお、減衰量の制御は、MEMSミラーの角度を変えることにより、信号光と出力ポートとの光結合効率を変化させることにより行なうことができる。
図7は、WSS404の入出力の一例を示す図である。
この図7に示す例では、ch#1及びch#4の各信号光が波長多重された波長多重光が入力ポート#1から入力されており、ch#2の信号光が入力ポート#2から入力されており、ch#3及びch#5の各信号光が波長多重された波長多重光が入力ポート#3から入力されている。
ところが、OCM444で、図9に例示するような各チャネルの信号光のパワーレベルが検出された場合、出力されるはずのch#3の信号光が出力されていないことが分かる。
また、図10に例示するように、ch#6が追加され、ch#1及びch#4の各信号光が波長多重された波長多重光が入力ポート#1から入力され、ch#2及びch#6の各信号光が波長多重された波長多重光が入力ポート#2から入力され、ch#3及びch#5の各信号光が波長多重された波長多重光が入力ポート#3から入力されているケースを考える。
ところが、OCM444で、図12に例示するような各チャネルの信号光のパワーレベルが検出された場合、出力されるはずのch#3及びch#6の各信号光が出力されていないことが分かる。
WSS404における動作異常の原因としては、例えば、WSS404内部のミラーアレイ435や、分光素子433などの光素子の劣化や、配置ずれ、充填ガスの組成変化による屈折率のずれ、駆動回路の劣化、不具合などが考えられる。
特に、1波長あたりの信号速度が10G、40G、100G、・・・と高速化されているような現状では、信号光スペクトルは波長方向に太くなる傾向にあり、WSS404の透過帯域の劣化が、より信号品質の低下を引き起こしやすくなってきている。
さらに、入力された光について可変的な分散補償処理を行なうことができる可変分散補償器においても、上記と同様の課題がある。
そこで、本例では、以下に例示する監視制御方法を提案する。
図13に一実施形態に係る波長選択スイッチの監視制御システムを示す。なお、図13では、例示的に、3入力1出力型のWSS3についての監視制御システムを図示しているが、入力ポート数及び出力ポート数はこの組み合わせに限定されない。また、図13では、各入力ポートに入力される波長多重光がそれぞれch#1〜ch#32の信号光を含む例について図示しているが、波長多重数(チャネル数)についてもこれに限定する意図はない。
このため、WSS3は、入力光を平行化するコリメータ31と、コリメータ31からの光を波長毎に分波する分光素子32と、分光素子32からの入射光を集光するレンズ33と、レンズ33からの入射光を所望の角度に反射するミラーアレイ34とをそなえる。
ここで、図13に例示する監視制御システムでは、入力ポート#1〜#3から入力された波長多重信号光が、それぞれ、光サーキュレータ2−1〜2−3を通過して、WSS3に入力される。
WSS3から出力された波長多重信号光は、光サーキュレータ4を通過し、出力ポートから出力される。なお、図13に示す例では、WSS3から出力された波長多重信号光は、光サーキュレータ4を通過後、光カプラ6によってSW8の方路へパワー分岐されている。
この可変波長光源5から出力された監視光(図13中の白抜き矢印参照)は、光サーキュレータ4を介してWSS3の出力側(波長多重信号光の出力側)からWSS3に入射される。WSS3に入射された監視光は、WSS3内の分光素子32及びレンズ33によって、波長に応じたMEMSミラーに入射され、当該MEMSミラーで反射されて、信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬して、WSS3の入力側(波長多重信号光の入力側)から出力される。
ここで、WSS3の透過帯域(挿入損失特性)を監視光によりモニタするため、監視処理部10は、図14に例示するように、波長多重信号光に含まれる波長帯域(例えばch#1〜ch#32)を監視光が網羅できるように、可変波長光源5の出力波長を変化させる(掃引制御する)。
そして、WSS3の入力側(波長多重信号光の入力側)から出力された監視光は、光サーキュレータ2−1〜2−3によって光カプラ7の方路へ導かれ、光カプラ7で合波されて、SW8へ入力される。
SW8は、入力された光を選択的にOCM9に出力し、OCM9は、SW8から入力された光をモニタする。
WSS3は、原理的に、複数の入力ポートから同一波長の信号光が入力された場合には、当該信号光を同時に出力することはできない。例えば、ch#1の信号光が入力ポート#1に入力された場合、他の入力ポート#2,#3から入力されたch#1の信号光は出力ポートから出力されないように、各MEMSミラーが出力ポートに結合される。そのため、光サーキュレータ2−1〜2−3から同一波長の信号光が同時に出力されることはないため、光サーキュレータ2−1〜2−3からの各出力光を光カプラ7で合波して、OCM9でモニタすることができる。
OCM9は、例えば、可変波長光源5により生成された監視光のパワーレベルとWSS3から出力された監視光のパワーレベルとの比較結果に基づいて、WSS3の透過帯域特性を監視する。当該監視結果は、監視処理部10に通知される。
具体的には例えば、監視処理部10は、透過帯域が劣化していない状態(初期状態)のWSS3の透過帯域特性に関する情報(波長対パワーレベル等)をメモリなどに保持しておき、OCM9から通知されるWSS3の透過帯域に関するモニタ結果と初期状態のWSSの透過帯域特性に関する情報とを比較する。
なお、監視処理部10がWSS3の透過帯域が劣化していると判定する際の上記閾値については、例えば、変調方式、信号速度、伝送スパン数等に応じて、適宜決定されるようにしてもよい。具体的には例えば、伝送シミュレーションなどにより決定される許容ペナルティ値に基づいて、上記閾値が決定されてもよい。
この図17に示すように、例えば、チャネル数の増減時,光伝送システム構成の変更時などの不定期なタイミングや所定の監視周期などの定期的なタイミングで、監視制御処理が開始されると(ステップS10)、監視制御装置1は、現時点が監視光のモニタ期間内であるかどうかを判定する(ステップS11)。
一方、現時点が監視光のモニタ期間内であると判定した場合(ステップS11のYesルート)、監視制御装置1は、SW8の出力設定を監視ポート側に切り替えて、SW8が光カプラ7から入力されるWSS3からの監視光出力をOCM9へ出力できるようにSW8を制御する(ステップS12)。
そして、監視制御装置1は、OCM9により、WSS3の主信号光の入力側から出力される監視光のパワーレベルを測定する(ステップS14)。
ここで、監視光の波長が上記波長帯域の長波長端であると判定すると(ステップS15のYesルート)、監視制御装置1は、監視制御処理を終了する(ステップS18)。
これにより、監視制御装置1は、監視光の波長を変化させながら、WSS3から出力される監視光のパワーレベルをモニタすることができ、WSS3における波長多重信号光に関する透過帯域を監視することが可能となる。
図20に示す例では、DPSK(Differential Phase Shift Keying)変調された40Gbpsの主信号光,DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)変調された40Gbpsの主信号光,NRZ(Non-Return-to-Zero)変調された10Gbpsの主信号光のそれぞれについて、透過帯域劣化量とペナルティとの関係を伝送シミュレーションにより測定し、所定のペナルティ許容値に対する閾値Tha,Thb,Thcを算出している。
また、信号光が疎通した状態でも、信号光に影響を与えることなく、波長選択スイッチの透過帯域の劣化状況を監視することができる。
さらに、信号光がなくても波長選択スイッチの透過帯域を監視することができるので、新たな信号光の増設を行なう前であっても、当該信号光に対応する透過帯域が正常か否かを確認することが可能となる。
なお、上述した実施形態における監視制御装置1及び波長選択スイッチ3の各構成及び各機能は、必要に応じて取捨選択してもよいし、適宜組み合わせて用いてもよい。即ち、本発明の機能を発揮できるように、上記の各構成及び各機能を取捨選択したり、適宜組み合わせて用いたりしてもよい。
具体的には例えば、本発明は、図21に例示するような、VIPA(Virtually Imaged Phased Array)型波長分散補償器20においても適用可能である。VIPA型波長分散補償器20は、例えば、光サーキュレータ21と、光ファイバ22と、コリメートレンズ23と、シリンドリカルレンズ24と、VIPA板25と、集光レンズ26と、3次元ミラー27とをそなえる。VIPA板25は、例えば、ガラス板の一方の面に半透過膜を形成するとともに、ガラス板の他方の面に反射膜を形成したエタロンとして構成されてもよい。
即ち、VIPA型波長分散補償器20は、入力側から入力された入力光を1次元方向に集光させる光学系と、相対する平行な2つの平面を有し、一方の平面上に照射窓および第1反射面が形成され、他方の平面上に第2反射面が形成され、前記光学系により1次元方向に集光された光が前記照射窓を通って前記第1反射面及び第2反射面の間に入射され、前記入射された光が各反射面で多重反射されながらその一部が前記第2反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、前記光部品の第2反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻すことにより出力側から出力させる反射器とを有する可変分散補償器の一例として機能する。
また、WSS3の透過帯域の劣化は急激に起こる可能性は少ないと考えられるので、上述した実施形態では、主信号光のモニタと監視光のモニタとを同一のOCM9で行なっているが、将来的に波長のスイッチングが頻繁に起るようになると、その切り替えよりも早くOCM9でモニタするか、主信号光モニタ用のOCMと監視光モニタ用のOCMとを個別に配置してもよい。
200 光送信器(Tx)
300 光受信器(Rx)
400−1〜400−5 光分岐挿入装置(OADM)
401,406 光増幅器
402,403,405 光カプラ
404 波長選択スイッチ(WSS)
407 光チャネルモニタ(OCM)
408 デマルチプレクサ
409 光受信器(Rx)
410 マルチプレクサ
411 光送信器(Tx)
430 出力ポート
431−1〜431−3 入力ポート
432 コリメータ
433 分光素子
434 レンズ
435 ミラーアレイ
440−1〜440−3,442 光カプラ
441−1〜441−3 光アイソレータ
443 光スイッチ(SW)
444 光チャネルモニタ(OCM)
445 制御部
1,1´,1´´ 監視制御装置
2−1〜2−3,4 光サーキュレータ
2´−1〜2´−3,4´ 光カプラ
3 波長選択スイッチ(WSS)
5 可変波長光源
5´ 広帯域光源
6,7 光カプラ
8 光スイッチ(SW)
9 光チャネルモニタ(OCM)
10 監視処理部
11 制御部
20 VIPA型波長分散補償器
21 光サーキュレータ
21−1 入力ポート
21−2 出力ポート
22 光ファイバ
23 コリメートレンズ
24 シリンドリカルレンズ
25 VIPA板
26 集光レンズ
27 3次元ミラー
Claims (11)
- 入力側から入力された波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長の信号光を各波長に対応する偏向部にそれぞれ供給し、各偏向部の偏向量をそれぞれ制御することにより各波長の信号光を選択的に出力側から出力する波長選択スイッチにおいて、
前記波長多重光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を生成する光源と、
前記光源により生成された前記監視光を前記波長選択スイッチの前記出力側から入力する監視光入力部と、
前記監視光入力部により前記波長選択スイッチの前記出力側から入力されて、前記波長選択スイッチ内を前記の各波長の信号光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記波長選択スイッチの前記入力側から出力される前記監視光を抽出する監視光抽出部と、
前記監視光抽出部により抽出された前記監視光をモニタするモニタ部と、をそなえ、
前記モニタ部は、前記光源により生成された前記監視光のパワーレベルと前記監視光抽出部により抽出された前記監視光のパワーレベルとの比較結果に基づいて、前記波長選択スイッチの透過帯域特性を監視する、
ことを特徴とする、波長選択スイッチ。 - 入力側から入力された入力光を1次元方向に集光させる光学系と、相対する平行な2つの平面を有し、一方の平面上に照射窓および第1反射面が形成され、他方の平面上に第2反射面が形成され、前記光学系により1次元方向に集光された光が前記照射窓を通って前記第1反射面及び第2反射面の間に入射され、前記入射された光が各反射面で多重反射されながらその一部が前記第2反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、前記光部品の第2反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻すことにより出力側から出力させる反射器とを有する可変分散補償器において、
前記入力光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を生成する光源と、
前記光源により生成された前記監視光を前記可変分散補償器の前記出力側から入力する監視光入力部と、
前記監視光入力部により前記可変分散補償器の前記出力側から入力されて、前記可変分散補償器内を前記入力光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記可変分散補償器の前記入力側から出力される前記監視光を抽出する監視光抽出部と、
前記監視光抽出部により抽出された前記監視光をモニタするモニタ部と、をそなえる、ことを特徴とする、可変分散補償器。 - 入力側から入力された波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長の信号光を各波長に対応する偏向部にそれぞれ供給し、各偏向部の偏向量をそれぞれ制御することにより各波長の信号光を選択的に出力側から出力する波長選択スイッチの監視装置において、
前記波長多重光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を生成する光源と、
前記光源により生成された前記監視光を前記波長選択スイッチの前記出力側から入力する監視光入力部と、
前記監視光入力部により前記波長選択スイッチの前記出力側から入力されて、前記波長選択スイッチ内を前記の各波長の信号光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記波長選択スイッチの前記入力側から出力される前記監視光を抽出する監視光抽出部と、
前記監視光抽出部により抽出された前記監視光をモニタするモニタ部と、をそなえ、
前記モニタ部は、前記光源により生成された前記監視光のパワーレベルと前記監視光抽出部により抽出された前記監視光のパワーレベルとの比較結果に基づいて、前記波長選択スイッチの透過帯域特性を監視する、
ことを特徴とする、監視装置。 - 入力側から入力された入力光を1次元方向に集光させる光学系と、相対する平行な2つの平面を有し、一方の平面上に照射窓および第1反射面が形成され、他方の平面上に第2反射面が形成され、前記光学系により1次元方向に集光された光が前記照射窓を通って前記第1反射面及び第2反射面の間に入射され、前記入射された光が各反射面で多重反射されながらその一部が前記第2反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、前記光部品の第2反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻すことにより出力側から出力させる反射器とを有する可変分散補償器の監視装置において、
前記入力光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を生成する光源と、
前記光源により生成された前記監視光を前記可変分散補償器の前記出力側から入力する監視光入力部と、
前記監視光入力部により前記可変分散補償器の前記出力側から入力されて、前記可変分散補償器内を前記入力光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記可変分散補償器の前記入力側から出力される前記監視光を抽出する監視光抽出部と、
前記監視光抽出部により抽出された前記監視光をモニタするモニタ部と、をそなえる、ことを特徴とする、監視装置。 - 入力側から入力された波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長の信号光を各波長に対応する偏向部にそれぞれ供給し、各偏向部の偏向量をそれぞれ制御することにより各波長の信号光を選択的に出力側から出力する波長選択スイッチの監視方法において、
前記波長多重光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を前記波長選択スイッチの前記出力側から入力し、
前記波長選択スイッチの前記出力側から入力されて、前記波長選択スイッチ内を前記の各波長の信号光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記波長選択スイッチの前記入力側から出力される前記監視光をモニタし、
前記波長選択スイッチの前記出力側から入力する前記監視光のパワーレベルと、前記波長選択スイッチの前記入力側において前記モニタされた前記監視光のパワーレベルと、の比較結果に基づいて、前記波長選択スイッチの透過帯域特性を監視する、
ことを特徴とする、監視方法。 - 入力側から入力された入力光を1次元方向に集光させる光学系と、相対する平行な2つの平面を有し、一方の平面上に照射窓および第1反射面が形成され、他方の平面上に第2反射面が形成され、前記光学系により1次元方向に集光された光が前記照射窓を通って前記第1反射面及び第2反射面の間に入射され、前記入射された光が各反射面で多重反射されながらその一部が前記第2反射面を透過して出射され、該出射光が干渉することにより波長に応じて進行方向の異なる光束が形成される分波機能を備えた光部品と、前記光部品の第2反射面から異なる方向に出射される各波長の光束を反射して前記光部品に戻すことにより出力側から出力させる反射器とを有する可変分散補償器の監視方法において、
前記入力光に含まれる波長を少なくとも有する監視光を前記可変分散補償器の前記出力側から入力し、
前記可変分散補償器の前記出力側から入力されて、前記可変分散補償器内を前記入力光の伝搬方向とは逆方向に伝播し、前記可変分散補償器の前記入力側から出力される前記監視光をモニタする、
ことを特徴とする、監視方法。 - 請求項1に記載の波長選択スイッチをそなえる、
ことを特徴とする、光伝送装置。 - 請求項2記載の可変分散補償器をそなえる、
ことを特徴とする、光伝送装置。 - 請求項7又は8に記載の光伝送装置をそなえる、
ことを特徴とする、光伝送システム。 - 前記光源が、複数の波長の光を出力する可変波長光源である、ことを特徴とする、請求項3に記載の監視装置。
- 前記可変波長光源の出力波長を、前記波長多重光の波長帯域において掃引制御する監視処理部をそなえる、ことを特徴とする、請求項10に記載の監視装置。
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