JPH02230220A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮■旦１ 本発明は一般的には，光学信号を伝送するためのフェイ
ルセーフ或はサバイバル網，より詳細には、改良された
光ファイバ電気通信網を提供するためのエレクトロ　オ
ブティック　デバイスに関する。

λ更塵狡亜剪１１ ある位置から別の位置にデータを伝送する多くの通信業
者、会社，政府機関及び社団法人は、二つの遠隔位置の
間で光ファイハを介しての中断されることのないデータ
の伝送を提供すること或は提供されることに関心を持つ
。現在は、光ファイバ内のブレークに起因するサービス
の中断を回避するために、別個の異なる光波経路が使用
されている。例えば，送信端において、ファイバ　ライ
ンか二つに分割され、この二つのファイバの各々は、物
理的に異なる遠隔先への経路を通る。受信端において，
この二つのファイバのうちの一つのファイバ内の光信号
か使用のために選択される。何らかの理由で、受信信号
の中段か発生した場合は、長期間に渡る情報の部分的な
或は完全な損失を回避するために他方、つまり、待機ラ
インからの光学信号を受信するように受信端の所の受信
機かスイッチされる。通常、標準の光波システムにおい
ては、端末、再生器及びその他の装置がＩＸＮ保護され
、従って、長期間に渡る信号中断の主な原因はファイバ
　ケーブルの中断てある。

ダイバース　ルーティングは以下の二つの方法の一つに
よって達成さる，　　Ａ）二つの物理的に別個の光ファ
イバを両方の経路に沿って同一信号を同時に伝送するの
に使用する．このシステムは各々のファイバ経路に対し
て夫々の送信機、受信機，マルチブレクサー等を使用す
ることを必要とする，　　Ｂ）送信機からの光学信号を
溶融（ｆｕｓｅｄ）ファイバ３ｄＢ分割器に結合し、そ
の後、この３ｄＢ分割器の二つの出力をニクの別個の光
学ファイバに接続する。

受信端において、中純な２ｘ２エレクトロ　メカニカル
光学スイッチ（或はニオブ酸リチウム　スイッチ）を使
用してどちらのファイバの信号を使用するかの選択を行
なう． 明らかに，単一の３ｄＢ分割器を使用する方が二つの別
個の完全な送信機及び受信機に対する様々な要素を使用
するより経済的である．但し，３ｄＢ分割器を使用する
ことの主な短所として、これが殆どの光学システムによ
って提供されるよりも損失バジットより過多の損失を導
入するという問題がある．つまり、通常、現存の光波シ
ステムではダイバースルーティングのために３ｄＢ分割
器か使用されるか、これは重大な信号レベルと関連する
問題を起こす． λ川Ω且１ 本発明においては、真の出力信号及び補数出力信号を持
つ方向性結合器変調器が外部変調器を持つ光波システム
内の３ｄＢ分割器と関連する５０％信号損失を最小にす
るために゛使用される。二オブ酸リチウム（ｌｉｔｈｉ
ｕ■旧ｏｂａｔｅ）スイッチからなるこの方向性結合器
変調器か光線をデジタル信号にて変調するのに使用され
る。この方向性結合器変調器は一つの光学入力ポート、
二つの光学出力ポート及び一つの電気制御入力ポートを
持つ．通常、ＣＷモードにて動作するレーザーからのエ
ネルギーは光学入力ポートに供給される．この信号は、
次に，この電気入力ポートに加えられる糖信号によって
変調され，そして、変調された光学信号がこの二つの光
学出力ポートの各々の所に表われる。片方の出力ポート
上の信号は真の信号であり、そして、もう一方の出力ポ
ート上の信号はその補数てある。光学エネルギーの３ｄ
Ｂ分割損失は存在しない．この真の変調された光学出力
信号は、片方の光ファイバに結合され、補数信号は他方
の光ファイバ．に結合される．受信機は，通常、真の信
号を受信するように結合される。

故障が発生した場合は、受信機が補数信号を受信するた
めに他方のファイバに結合され、インバータがこの補数
信号を真の信号に変換する。こうして、本発明において
は，損失を生成する３ｄＢ分割器か外部変調器を使用す
る１＋１光波システムから除去される． 夫施１ 第１図には典型的な光波システムが示される．通常、数
個の低速（支流速度）の電気デジタル信号かマルチブレ
クサ−１００内で互いに多重化され、その出力ポートの
所に高容量ライン速度の電気信号が生成される．この支
流速度（ｔｒｉｂｕｔａｒｙ　ｒａｔｅ）の信号はビッ
ト　インターリービング或はブロック　インターリービ
ングによってこの高容量ライン信号を生成することによ
って互いに多重化される。こうして多重化されたデジタ
ル電気信号は、ラインｌ２上を入力ポートに向けて伝送
されるが、これは、レーザビームをデータに従ってレー
ザーｌ４の出力信号を“オン”或は“オフ”にすること
によって変調する。このレーザーのこうして変調された
出力は、遠隔位置に伝送するために、光ファイバ伝送ラ
イン１６（通常シングル　モード　ファイバ）内に結合
される。

遠隔位置において、デジタル形式の光データか光学受信
機１８によって検出され、電気信号に変換される。この
電気信号は，増幅され、リタイミングされ、そして再整
形される。その後，この信号は、デマルチブレクサ−２
０に送られ、ここで，これは，元の支流速度のデジタル
信号を回復するために，その支流速度成分に分解される
．レーザー１４、光学受信機１８及びこの多重化回路は
，集合的に、ライン終端装置と呼ばれる． コスト効率を高くするために、光波伝送システムは、通
常、最大信号ビット　レートを信号再生装置か必要とさ
れる地点までの可能な限り最大限の距離たけ伝送するよ
うに設計される。信号再生か行なわれない場合は、ファ
イバ伝送経路の容量及び長さは、二つの要因、つまり、
システム損失と分散によって制約される。システム損失
は送信機からの信号のパワー、受信機の感度、及びこの
伝送経路の一部であるファイハ及び様々な要素、例えば
，コネクタなどの中の損失によって支配される．光ファ
イバの分散特性もファイバ伝送経路の長さを限定する。

光源か単一周波数を持たない場合は、この分散によって
、ファイバを伝播して行く過程で光パルスの幅が広かり
、このために伝送できる最大ビット速度が低下される。

これに加えて，分散はパルス信号の振幅を小さくし、従
って、結果的に光信号が伝送できる最大距離を低下させ
る減衰のように働く。従って、分散に起因する光学信号
の損失を最小限にするために，レーザー源は、可能な限
り短いバンド輻或は周波数変動（チャーブ）にて動作さ
れるべきである。

第２図には、搬送波の波長の関数としてのシングル　モ
ード　ファイバの典型的な減衰及び分散特性が示される
．この減衰特性は、約１．５５１Ｌｍの波長領域内に最
小損失か存在することを示す．不幸にして、この波長に
おいては、分散がかなり高く、高ビット速度においては
、ファイバの最大長さが、損失によるのではなく、この
現象によって制約される。減衰曲線内の第二の最小は約
１．３１ｇｍの所にある。現在、殆どの光システムは、
この波長領域内で動作される． 現在、内側変調が半導体レーザーを変調するのに使用さ
れている。従って，レーザーは第１図に示されるように
変調データ流内のビットの存在或は不在に従って“オン
”或は“オフ”にされる。動作においては，レーザーが
波長の広がりを最小にするポイントにバイアスされた場
合でも、レーザーをオン及びオフにスイッチすると、通
常、チャーブと呼ばれる数オングストロームの波長の変
動が導入される．レーザー　ビームが単一周波数にいか
に接近していても、チャーブのためにバンド幅か増幅さ
れ、結果としてこれは、長距離伝送システム内の分散の
原因となる． データを変調するためにレーザーをオン及びオフにスイ
ッチするかわりに、デジタル信号は、外部変調器によっ
て光波上に変調することも出来る．第３図においては、
ＣＷモードにて動作する非変調レーザー２２が接続ファ
イバを介して外部変調器２４に結合される．この外部変
調器の出力は，光伝送ファイバ２６に接続される．レー
ザーからの光線を変調するための電気データは外部変調
器の制御ポートに結合される。

外部変調器を使用すると、レーザーをそのＣＷモードに
て、その特性波長内で動作することか可能となる。外部
変調器を使用することの長所としては、Ａ）レーザーの
動作がより安定する．　　Ｂ）チャーブの発生が少なく
なる；　Ｃ）レーザーの設計が変調の問題によって影響
を受けず，レーザーを安定性に対して設計することがで
きる；及び　Ｄ）外部変調器を使用するとレーザーから
の光の位相を保存することかできる等がある。この最後
の要点は、位相変位キーイング（ＰＳＫ）変調技術を使
用するシステム内においては非常に重要である．外部変
調器を使用することの短所は、この変調器がシステム内
の追加のデバイスであり，この変調器をシステム内に置
くことと関連する挿入損失かあることである。

二才ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ，）方向性結合器変調器
は，光学クロスオーバー　スイッチ及び高速外部光学変
調器として使用することができる。第４図には、方向性
結合器変調器の略図か示される．このデハイスはプロキ
シミティ２６及び進行波電極２５内に入れられた二個の
同一の導波路から形成された方向性結合器から成る。こ
れは、この入力端子とともにこの結合器の状態を電気一
光学的に制御するために使用される。簡単に説明すると
、この結合器は、通常１　ｌ結合長に対応する相互作用
長を持つように設計される．この例においては、この結
合器は、ポート２３に電圧が加えられていない状態では
、クロスオーバー状態にある。この結合器はポートに適
当な電圧か加えられると、直進状態にスイッチする。機
能的には，この方向性結合器は、クロスオーハー　スイ
ッチと見成すことができ、基本的に、高速の電気的に動
作される２ｘ２光学スイッチである．この入力ファイハ
上の光は、制御ポートの所に電圧か存在しない時にこの
クロス出力ファイハに結合され：この電気的制御入力ポ
ートに電圧か加えられている時は、方向性出力ファイハ
として機能する。

第５図は単一の経路を通じてデータを伝送するために外
部変調器を使用する典型的な光伝送システムを使用する
．動作において、レーザー２８は、常にオンであり、従
って，単一周波数にて、或はこれヒ接近して動作する。

通常、レーザーからの光学エネ・ルギーは、変調器３０
を通じて出力ファイバ３２に伝送され、次に電気制御入
力ポート３ｌに結合されるデジタル　データの値が二進
の゛Ｏ”である時は，光伝送ファイバ３４に伝送される
．この電気制御入力ポート３ｌの所に二進の“ｌ”が表
われると，レーザーからの光が出力ファイバ３２から出
力ファイバ３６にスイッチされる．ファイバ３６上の光
は屈折率マッチング流体に直接に入るが，この流体は、
受信された光エネルギーを吸収する．出力ファイバ３６
の未使用のエネルギーがこの屈折率マッチング流体内に
終端されない場合は、望ましくない光の反射か発生する
．従って、動作においては、第５図に開示されるシステ
ム内においては光学エネルギーか約５０％の時間失われ
る。

前述の如く、現在はサービスの中断を回避するために、
別個の異なる光波経路が提案され、或は使用されている
．第６図は、簡略図にて、変調された光線を生成するた
めの方向性結合器及びこの変調された光線を二つの別個
の光学経路゛に沿って伝送するために二つの光線に分割
するための３ｄＢ分割器を使用する典型的なダイバース
　ルート光学システムを示す。伝送されるべき情報を含
むように変調された光学エネルギーは３ｄＢ分割器３８
に向けられる．分割器３８は受信された光エネルギーの
半分を着信先への第１の経路を通る光ファイバ４０に向
け、そして，受信された光学エネルギーの残りの半分を
同一着信先への第２の経路を通る光ファイバ４２に向け
る。各々のファイ八４０、４２は２×２光学スイッチ４
４に終端する．２×２光学スイッチの一つの出力ファイ
バは光学受信機／復調器４６に結合されるか，これは受
信された光学信号を電気信号に変換し，この信号かデマ
ルチプレクシング或は再生され、その最終的な着信先に
伝送される。２×２光学スイッチの他方の出力ファイハ
は待機モニタに結合される．通常の動作のもとでは、ス
イッチ４４はそのクロス状態にあり，受信機入力ポート
はファイバ４２に接続され、ファイバ４０内の信号か待
機信号として監視されるものと想定する。ファイバ４２
内にブレークが発生すると、２×２スイッチ４４が起動
され、受信機／復調器４６か故障したファイハ４２から
正常なファイバ４０にスイッチされる．第ｅ図に示され
るシステムの主な問題点は、終端スイッチ損失（２Ｘ２
スイッチ４４）が典型的にはｌｄＢのオーダーになるこ
とであり、そして始端分割器３８か３ｄＢ以上の損失を
有することである。

後者の損失は主に３ｄＢ分割器が受けたパワーの半分か
２つのファイバの夫々に送られるということに起因して
いる。

第７図には，本発明の原理に従う構造が示される。損失
を発生する３ｄＢ分割器の必要性が排除されることに注
意する．そのＣＷモードにて動作するレーザー５０が方
向性結合器５４の光ファイバ入力５２に結合されるか、
変調器５４は、第一・及び第二の光ファイバ　ポート５
６及び５８、並びに電気制御入力ポート５９を持つ。ポ
ート５９トの電気信号は、そのライン　レートに多重化
された全ての支流信号を含むデジタル信号である． 光ファイバ出力５６は光ファイバ伝送経路６ｏに接続さ
れ；そして、光ファイバ５８は別個の異なる光ファイバ
伝送経路６２に接続される．この二つの光ファイハ伝送
経路６０、６２は、二つの光学出力，経路６ｌ、６３及
び一つの電気制御ポート６５をサポートする２×２光学
スイッチ６４に終端する．通常の動作においては、制御
ポート６５上に電気信号か存在しない時は，スイッチ６
４はそのクロス状態にあり、光ファイバ６０上の光学信
号はこのスイッチを通って出力ファイバ６ｌにパスされ
、光ファイハ６２上の光信号はこのスイッチを通って出
力ファイバ６３にパスされる．制御ポート６５に加えら
れる電気信号は，スイッチ６４がそのバー（ｂａｒ）つ
まり、通常状態を取るように条件付けし、ファイバ６２
上の光学信号がファイバ６ｌ上に現われるようにする。

スイッチ６４はこの制御信号の期間たけこの直通状態に
とどまる．光ファイバの一つ、この場合はファイバ６０
からの信号は，制御信号ポート上に制御信号か存在しな
い場合は、ファイバ６ｌを経て光学受信＠６６にその等
化の電気信号に変換するために向けられる．光学受信［
６６の出力は直接に電気或は電子２ｘｌ或は２×２スイ
ッチ７０のーっの入カポート６９に結合される．光学受
信機６６の出力はまたインバータ（ＮＯＴゲート》７２
を通ってスイッチ７０のもうーっの入カポート７ｌに結
合される．スイッチ７０の出力ポート７５は元の支流速
度信号を回復するためにデマルチブレクサー及びデシン
クロナイザー網７４に接続される．スイッチ７０の出力
ポート７５はまた制御回路７８の入力７７に接続される
．制御ユニット７８の出力ポート７９は電気制御信号を
光学スイッチ６４及びスイッチ７０の制御入力ポートに
供給するために結合される。ポート７９上に電気制御信
号か出現すると、スイッチ６４は待機ライン（この場合
は光ファイバ伝送経路６２）上の光学信号を光学受信機
６６にパスし、スイッチ７０は相補入力（この例では入
力ポート７７）上の電気信号を出力ポート７５にパスす
る． スイッチ６４のもう一つの出力ファイバ６３は光ファイ
バ上の待機信号を監視する待機モニター７６に結合され
る．待機モニター７６の出力ポート８８は制御ユニット
７８上の抑止ポート８２に結合される．待憬モニター７
６は、この代替（ａｌｔｅｒｎａｔｅ）経路上の待機光
学信号が欠陥を持つ或は不在であることを検出すると，
制御ユニット７８をしてシスデムをこの欠陥のある代替
光ケーブル経路にスイッチする動作を抑止する，電気信
号を生成する．動作においては，そのＣＷモードにて動
作するように設計されたレーザー５０からの光学エネル
ギーか方向性結合器変調器５４に向けられ、この制御入
力ポート５９上の電気信号によって変調される．第８図
に示されるように，この電気入力信号がデジタル　デー
タＤＥである場合は、ＤＥ内のビット　パターンに対応
する変調された光ＤＬが出力光ファイバ上に現われる．
制御ポート５９上電圧の出現が“ｌ”を表わすものと想
定すると、光の発生（ｂｒｉｇｈｔの頭文字“Ｂ　Ｉ１
によって示される）は“ｌ”を表わし、光の不在（ｄａ
ｒｋの頭文字′Ｄ”によって示される）は“０″を表わ
す．二オブ酸方向性結合器変調器の動作においては、フ
ァイバ出力５８上の光学信号はファイハ出力５６上の光
学信号の論理ｌの補数である。従って、出力ファイバ５
８上の光学信号は、入力電気信号ＤＥの補数であり、こ
れが第８図にＤＬとして示される。第７図に戻り動作に
おいて、ファイバ６０上に運ばれる光学信号は制御入力
ポート５９上の電気信号に対応し、この補数はファイハ
６２−Ｅを運ばれる．従って，′真”の変調された信号
は、通常使用される光伝送経路６０を介して伝送され、
この真の変調された信号の゛補数”はこの代替光伝送経
路６２を介して伝送される。

この二つの信号は両方の経路を介して同時に伝送さね．
通常の動作の間は、真の光学信号か光学スイッチ６４を
介して光学受信機６６に送られ、ここでこれは電気信号
に変換される．光学受信機の出力は、直接に電気スイッ
チ７０を通ってデマルチプレクサー及びデシンクロナイ
ザー回路７４，及び制御ユニット７８に向けられる。光
ファイバ６０内にブレークが発生すると、制御ユニット
７０は電気スイッチ７０のポート７５上の信号の不在或
は増加したエラー率を検出し，同時的に、スイッチ６４
、７０を起動する．信号を運ぶのにどの経路か使用され
るかとは関係なく、この二つのスイッチはインバータか
スイッチ７０の出力７５の所に正しいデジタル信号が常
に存在することを保証するように適当な時に接続される
ように動作する．上に述べた如く，通常の光ファイバ経
路ｔの信号が欠陥を持つ時に、代替光ファイバ経路６２
上の光学信号が欠陥を持つ時は、待機モニター７６が中
央ユニットの動作を阻０二する。

光学信号に対するフェイルセーフ或はサハイハル網を提
供するために開示された本発明は、ファイハ分割器か通
常外部変調レーザーに続くどのようなアーキテクチャー
にも使用することができる．従って、本発明は光ファイ
バ伝送ラインに対するフェイルセイフ保護を提供するの
に使用できる．これはまた端末、再生器、及び光学信号
の伝送に使用されるその他の装置に対するフェイルセー
フ保護を片方の装置が故障した時に光学信号を複製装置
に選択的にスイッチすることによって提供するために使
用できる。これはまたそこに使用されろ全ての重要な要
素に対する冗長（１＋１）保護を提供するために使用て
き、従ワて，これはこれらユニットの入力ポートが光学
再生器或は送信機を持つ場合は，ジュアルファイバ　フ
才トニック交差接続内の保護スイッチングを簡素化する
のに使用できる．この明細書内で用語，光、光学或は光
学エネルギーか使用された場合、これは赤外から紫外、
或は他のファイバを介して伝送できる電磁スペクトルの
波長の光子エネルギ一を包括すると解釈されるべきであ
る．本発明は、又、外部変調器が使用された場合は、二
つの異なるレーザー波長入　及び入２がデジタルシステ
ムの１及び０を表わすのに使用される周波数偏位キーイ
ング（ＦＳＸ）技術によってデジタル信号を変調するの
にも使用できる。この場合は、この代替経路は、こ信号
の補数を運ぶのに使用され、ここでは，入，及びん。の
論理レベル“１″及び“２″への指定が逆転される。上
に説明の同一のエレクトロ　オブティ・ンク回路が着信
先にて元の信号を回復するのに使用できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な光波システムを示す図：第２図は搬送
波の波長の関数としての典型的な減衰及び分散特性を示
す図： 第３図はＣＷモード　レーザーの出力の外部変調器を示
す図； 第４図は二オブ酸リチウム方向性結合器変調器を示す図
； 第５図はニオブ醜リチウム外部変調器を持つ光学システ
ムを示す図； 第６図は典型的なダイバーズ　ルート光学システムを示
す図； 第７図は本発明の原理に従うタイハース　ルート光学シ
ステムを示す図；そして 第８図は変調器の動作を示す図である。 〈主要部分の符号の説明〉 ５０　　　・・・　　レーザー ５４　　・・・　　変調器 ６０、６２　　・・・　　光ファイバ ６３　　・・・　　光学スイッチ ６６　　・・・　　光学受信機 ７０　　・・・　　電気スイッチ ７６　　・・・　　スタンドバイモニター７８　　・・
・　　制御ユニット ＦＩ０．３ 電気Ｄ脚データ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学網において、該網が 光学エネルギーを生成するためのレーザー、光学信号を
   第一の出力ポートに、そして該光学信号の補数を第二の
   出力ポートに同時的に伝送するように結合された制御ポ
   ートを持つ方向性結合器変調器、 該第一のポートから該光学エネルギーを受信するように
   結合された第一の伝送網、 該第二のポートから該補数の光学エネルギーを受信する
   ように結合された第二の伝送網、 受信された光学信号を電気信号に変換するための光学受
   信機、 該第一及び第二の伝送網に結合され、該第一の伝送網上
   の光学信号のみを該光学受信機にパスする光学スイッチ
   、及び 該光学スイッチを選択的に起動して該第二の伝送網上の
   光学信号のみを該光学受信機にパスするように結合され
   た制御手段を含むことを特徴とする光学網。 ２、該光学受信機から出力信号を受信するように結合さ
   れた第一の入力端子、該光学受信機からインバータを介
   して該出力信号を受信するように結合された第二の入力
   端子、及び通常該第一の入力ポート上の信号を受信する
   ように結合された出力ポートが更に含まれ、該電気スイ
   ッチが該制御手段が該光学スイッチを選択的に起動した
   時に、出力ポートを該第一の入力ポートから該第二の入
   力ポートに選択的にスイッチするために該制御手段に結
   合されることを特徴とする請求項１に記載の光学網。 ３、該光学スイッチと該制御ユニットとの間に位置し、
   該第二の伝送網上の光学信号が該第二の伝送網内の欠陥
   を示した時に、該制御手段が光学スイッチ及び該電気ス
   イッチを起動することを阻止するように結合された監視
   手段が更に含まれることを特徴とする請求項２に記載の
   光学網。 ４、該光学スイッチが光学２×２方向性結合器スイッチ
   からなることを特徴とする請求項３に記載の光学網。 ５、該第一及び第二の伝送網が光学ファイバからなるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の光学網。 ６、該レーザーがそのＣＷモードにて動作するように結
   合され、該方向性結合器変調器が該レーザーからの光学
   エネルギーを変調するように結合され、該方向性結合器
   の該制御ポートが該レーザービーム上に変調されるべき
   データを表わす電気信号を受信するように結合されるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の光学網。