JPH0451620A - 光通信システム - 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】

産業上の利用分野 本発明は、光通信システムに関する。より詳細には、本
発明は、光ファイバ増幅器を含む光ファイバにより構成
された光伝送路を使用して光通信を行うシステムの新規
な構成に関する。 従来の技術 光ファイバを信号伝送路として使用した光通信システム
は、伝送路である光ファイバの低損失性と広帯域性とに
よって急速な発展を遂げている。 このような光通信システムの分野では、一方でコヒーレ
ント光伝送方式や強度変調／直接検波方式の研究が活発
化する等、技術トレンドの多角化が進んでいる。 このような状況のもとて近年注目を集めている技術のひ
とつに、Ｅｒ添加光ファイバ等の増幅作用を利用した光
ファイバ増幅器がある。光ファイバ増幅器は、高利得、
低挿入損失、無偏波依存、低雑音、高飽和出力等の数々
の特長を有し、既に１．８Ｇｂ／秒で２５０ｋｍの無中
継伝送実験の成功も報告されている（電子情報通信学会
光通信システム研究会口Ｃ３８９−３）。また、加入者
系の光伝送路についてもその適用が検討されておりくテ
レビジョン学会技術報告１９８９）、今後の光通信シス
テムの発展に大きく寄与するものと期待されている。 第４図は、光増幅器としてＥｒ添加光ファイバを使用し
た光ファイバ増幅器の基本的な構成を模式％式％ 同図中で点線で囲われた光ファイバ増幅器は、送信器側
に始端を接続された光ファイバ３１と、終端を受信器側
に接続された光ファイバ３２と、光ファイバ３１および
３２の間に、それぞれ光アイソレータ３３．３４を介し
て挿入されたＥｒｆｊｓ加光ファイバ３５とから構成さ
れる。Ｅｒ添加光ファイバ３５には、合波光カプラ３６
ａを介して励起光供給手段３６が結合されている。尚、
光ファイバ増幅器における励起光とＡ　Ｓ　Ｅ　（Ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｄ　５ｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ）とを光伝送路から除去するた必に、光アイソレ
ータ３４の直後にフィルタ３５ａが挿入されている。 発明が解決しようとする課題 第４図に示した光通信システムにおいて、光アイソレー
タ３３．３４は、順方向の光は透過させるが逆方向の光
は透過させないという非相反光素子であり、Ｅｒ添加光
ファイバ３５のレーザ発振を抑圧する目的で挿入されて
いる。従って、このシステムでは、受信器側から送信器
側に伝播する光信号は、先アイソレータ３３または３４
によって全て阻止されてしまう。 ところが、実際に光通信システムを運営するには、ひと
つの光フてイバ線路に対して双方向の光信号伝送を行わ
せたり、０ＴＤＲを使用して光伝送路の状態を監視する
必要が生じる場合がある。 尚、”　ＯＴ　Ｄ　Ｒ”　とは、光ファイバ内で発生す
るレーり後方散乱光を観測することによって、光ファイ
バの一方の端部で先任送路全体の断線等の状態をモニタ
する手段である。 第５図は、Ｅｒ添加ファイバによる光ファイバ増幅器を
用いた光通信システムの構成例を示す図である。 同図に示すように、この光通信システムでは、局側に、
ＯＴ　Ｄ　Ｒ４１と光送信器４２とが設置され、０ＴＤ
Ｒ４１および光送信器４２は、共通の合波光カプラ４３
を介して光伝送路たる光ファイバ４４に接続されている
。光ファイバ４４は、光アイソレータ４５を介してＢｒ
添加光ファイバ４６に接続されており、Ｅｒ添加光ファ
イバ４６の終端は再び光アイソレータ４７を介してスタ
ーカプラ４８の入力ボートのひとつに接続されている。 スターカプラ４８の出射ボートは、複数の加入者系光受
信器４９にそれぞれ接続された光ファイバ４９ａに接続
されている。尚、実際には光アイソレータ４５とＢｒ添
加光ファイバ４６とは、合波光カプラ４６ａを介して接
続されており、半導体レーザ４６ｂにより、Ｂｒ添加光
ファイバ４６に対して励起用レーザ光を注入することが
できるように構成されている。また、光アイソレータ４
７の直後にはフィルタ４６ｃが挿入されている。 以上のように構成された光通信システムにおいて、局側
から、例えば１．５５μｍ帯で送出された光信号は、途
中で１．４８μｍ帯の半導体レーザにより励起されたＥ
ｒ添加光ファイバ４６により増幅された後、スターカプ
ラ４８を介して各加入者系に伝播される。また、例えば
、１．３１μｍ帯の半導体レーザを搭載した○ＴＤＲ４
１によって、光ファイバ４４の状態を局側で監視するこ
とができる。 しかしながら、この光通信システムにおいては、光ファ
イバ４４、Ｅｒ添加光ファイバ４６およびスターカプラ
４８によって形成された光伝送路に光アイソレータ４５
および４７が挿入されているので、加入者系から局側に
対して光信号を伝送することはできない。また、同様に
、０ＴＤＲ４１が監視することができる範囲は、局側か
ら第１の光アイソレータ４５までの間の区間Ａに限られ
る。 そこで、本発明は、Ｅｒ添加光ファイバ等を使用した光
ファイバ増幅器を含む光ファイバ線路により構成された
光通信システムであって、なお且つ双方向伝送や後方散
乱光が光線路全体に伝播可能な光伝送路を含む新規な光
通信システムの構成を提供することをその目的としてい
る。 課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、一端を局に結合された幹線系光
ファイバと、始端および終端でそれぞれ光アイソレータ
を介して該幹線系光ファイバに挿入された光ファイバ増
幅器と、始端を該幹線系光ファイバに結合され、終端を
各加入者に結合された加入者系光ファイバとを含む光フ
ァイバ線路を光信号伝送路として構築されている光通信
システムにおいて、該光ファイバ増幅器の始端側の光ア
イソレータよりも局側で、第１の合分波器を介して該幹
線系光ファイバに一端を接続され、該光ファイバ増幅器
の終端側の光アイソレータよりも加入者側で、第２の合
分波器を介して該幹線系光ファイバに他端を接続された
光ファイバにより形成されたバイパス光線路を含んでい
ることを特徴とする光通信システムが提供される。 作用 本発明に係る光通信システムは、光ファイバ増幅器と並
列に、バイパス伝送路となる光ファイバ線路を備えてい
ることをその主要な特徴としている。 即ち、光ファイバ増幅器を使用した従来の光ファイバ線
路では、光ファイバ増幅器における発振を防止するため
に非相反光素子である光アイソレータを使用していた。 このために、光ファイバ線路は所定の方向の光信号しか
伝播することができなかった。しかしながら、光通信シ
ステムを実際に構築する際には、加入者側から局側へ信
号を伝送する機能や○ＴＤＲによって光信号線路の状態
を監視する機能を付加する必要がある場合があり、この
ような場合には光ファイバ増幅器を使用した光伝送路を
使用することができなかった。 これに対して、本発明に係る光通信システムにおいては
、光ファイバ増幅器とその前後に挿入された光アイソレ
ータとを迂回するように接続された光ファイバ線路を備
えている。従って、加入者側から局側に向かって伝播す
る光信号は、このバイパス光ファイバ線路を伝播するの
で、双方向の光信号通信が可能になると共に、光ファイ
バ線路全体に対して０ＴＤＲによる監視が可能になる。 更に、双方向の信号伝送が可能であることから、スター
カプラ等によって分岐された個々の加入者の信号線路に
対しても、信号線路の異常検出が可能になる。即ち、具
体的に後述するように、予め各加入者に所定のアドレス
を設定し、局側からの光信号の一部に呼びａしの信号を
付加しておくことにより各加入者を順次呼び出し、応答
のなかった加入者の加入者系光ファイバ線路に異常があ
ることを検知することができる。 また、光ファイバ増幅器に対する励起光の供給を、局側
から独立した光ファイバで行うように構成した場合、こ
の励起光供給用光ファイバを利用して光ファイバ増幅器
の動作状態を監視することも可能である。 即ち、光ファイバ増幅器の出力側端部近傍に分波器を挿
入して、光ファイバ増幅器の出力光信号の一部を抽出し
、これを上述の励起光供給用光ファイバを介して局側に
戻すように構成することにより、通信用の光ファイバ線
路の状態監視とは別に、光ファイバ増幅器の動作状態を
監視することが可能になる。このような光ファイバ増幅
器の監視は、光ファイバ増幅器の障害検出の他に、加入
者系に伝播される光信号の信号品質や信号レベルの安定
化にも利用することができる。 更に、上述のような本発明に係る光通信システムの構成
によれば、フィールドに設置される光ファイバ線路およ
び光ファイバ増幅器をすべて受動素子／部品により構成
することができるので、システムの敷設並びに保守が容
易になると共に、システムの信頼性の点からも有利であ
る。 以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。 実施例１ 第１図（ａ）は、本発明に従って構成された光通信シス
テムの基本的な構成例を示す図である。 同図に示すように、この光通信システムは、局側に、０
ＴＤＲ１、光受信器２および光送信器３を備え合分波光
カプラ４を介して幹線系光ファイバ５に接続されている
。ここで、０ＴＤＲ１と光受信器２とは光スィッチ６を
介して接続されており、合分波光カプラ４に対して選択
的に結合されるように構成されている。 幹線系光ファイバ５は、その途中に光ファイバ増幅器７
を挿入されている。また、光ファイバ増幅器７の直前に
は、バイパス光ファイバ８の始端に結合された合分波器
９が挿入されている。 光ファイバ増幅器は、光アイソレータ７１および７２を
介して光ファイバ５に挿入されたＥｒ添加光ファイバ７
３と、合波光カプラ７４を介してＥｒ添加光ファイバ７
３に励起光を注入することができるように結合された半
導体レーザ７５とから主に構成されている。また、光ア
イソレータ７２の直後にはフィルタ７３ａが挿入されて
いる。 一方、各加入者は、幹線系光ファイバ５およびバイパス
光ファイバ８の終端に結合されたスターカプラ１０を介
してそれぞれ接続されている。スターカプラ１０に結合
された加入者系光ファイバ１１の終端に、合分波光カプ
ラ１２を介して結合された光受信器１３および光送信器
１４を備えている。尚、スターカプラ１０としては、波
長に対して分岐比の依存性が少ないものを使用すること
が好ましい。 以上のように構成された光通信システムでは、通常は、
光スィッチ６は、光受信器２側に投入してふき、光送信
器３から、例えば波長１．５５μｍの光信号により信号
伝送を行う。光送信器３から出力された光信号は、合分
波光カプラ４、幹線系光ファイバ５、光増幅器７、スタ
ーカプラ１０および加入者系光ファイバ１１を介して加
入者に伝播される。加入者側では、光受信器１２によっ
てこの光信号を受けることができる。 また、この光通信システムにおいては、加入者側から局
側に対しても信号伝送を行うことができる。即ち、加入
者側の光送信器１４から、例えば波長１．３１μｍで送
出した光信号は、加入者系光ファイバ１１、スターカプ
ラ１０、バイパス光ファイバ８、合波光カプラ９、幹線
系光ファイバ５および合分波光カプラ４を介して局側に
伝播される。局側では、光受信器２によりこの光信号を
受けることができる。 更に、この光通信システムにおける幹線系光ファイバ５
の状態を検査する必要が生じた場合は、光スィッチ６を
０ＴＤＲ１側に切り換えた後、０ＴＤＲ１を動作させる
。 以上説明したように、この光通信システムにおいては、
光ファイバ増幅器を迂回するバイパス光ファイバ８を備
えているので、局側と加入者側との間で双方向に光信号
伝送を行うことができる。 尚、本実施例に係る光通信システムでは、バイパス光フ
ァイバ８の終端をスターカプラ１０の第２のボートに接
続しているので、新たに別の光ファイバ・ケーブルを用
いることなくバイパス光ファイバ線路が形成されている
。 また、０ＴＤＲ１は常時使用しているわけではないので
、第１図ら〕に示すように、他の設備と共用できるよう
にシステムに接続することもできる。 即ち、第１図（ｂ）は、０ＴＤＲ１の接続方法について
第１図（ａ）と異なる実施態様を示す図であり、第１図
（ａ）に示した光通信システムにおける局側の構成のみ
を変更して示した図である。従って、第１図（ａ）と同
じ構成要素には同じ参照番号を付している。 同図に示すように、この実施態様においては、０ＴＤＲ
１は、心線選択光スイッチ１ａを介して光スィッチ６に
接続されている。ここで、心線選択光スイッチｌａは、
０ＴＤＲ１に接続された入力ポートを、複数の出力ポー
トから選択されたひとつの出力ポートに結合することが
できるように構成されており、出力ポートのひとつが光
スィッチ６に接続されている。従って、第１図（ａ）に
示す光通信システムにおいて０ＴＤＲ１を使用するとき
のみ、心線選択光スイッチ１ａによって○ＴＤＲ１と光
スィッチ６とを結合し、それ以外のときは、心線選択光
スイッチ１ａを適宜切り換えることによって、心線選択
光スイッチ１ａに接続された他の設備で０ＴＤＲ１を利
用することができる。 実施例２ 第２図は、実施例１で説明したシステムを更発展させた
高機能な光通信システムの構成例を示す図である。尚、
同図において、第１図（ａ）に示した光通信システムと
同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 同図に示すように、この光通信システムは、第１図（ａ
）に示した光通信システムに対して、光ファイバ増幅器
７に対する励起光を局側から供給するように構成されて
いる点と、光ファイバ増幅器７自体の動作状態を局側か
ら監視することができるように構成されている点で機能
が向上している。 このような機能を付加するために、第１図（ａ）に示し
た光通信システムと異なっているシステムの構成は以下
のような点である。 即ち、まず、第２図に示すように、この光通信システム
における局側には、光スィッチ６を介して合分波光カプ
ラ４に接続された０ＴＤＲ１および光受信器２と、合分
波光カプラ４に共通に結合された光送信器３の他に、光
スィッチ１７に接続された０ＴＤＲ１８および光受信器
１９と、後述する光ファイバ増幅器７に対する励起光を
供給するための半導体レーザ７５とを備えている。光ス
ィッチ１７と半導体レーザ７５とは合分波光カプラ１５
を介して励起光供給用光ファイバ１６に結合されている
。 また、幹線系光ファイバ５に挿入された光ファイバ増幅
器７は、励起光供給用光ファイバ１６から励起光を供給
されるように構成されていると共に、光ファイバ増幅器
７の出力端近傍から、分波光カプラ７６により抽出され
た分岐光が、合波光カプラ７４を介して、励起光供給用
光ファイバ１６の終端に注入され、励起光供給用光ファ
イバ１６を経由して局側まで戻るように構成されている
。 以上のように構成された光通信システムは、第１図（ａ
）に示した光通信システムと同じ機能を有している上に
、以下のような特徴を備えている。尚、説明の便宜のた
めに、以下の記載において、局側から加入者側に向う光
信号の伝播方向を′下り″、加入者側から局側に向う光
信号の伝播方向をパ上り″と表記する。 まず、この光通信システムにおいては、合分波光カプラ
４および１５並びに幹線系光ファイバ５から加入者系光
ファイバ１１に到る光ファイバ伝送路が全て受動素子／
受動部品によって構成されている。従って、光ファイバ
伝送路の信頼性が増すと共に保守も容易である。 また、第１図（ａ）に示した光通信システムと同様に、
幹線系光ファイバ５から加入者系光ファイバ１１に到る
光ファイバの状態を、０ＴＤＲ１によって監視すること
ができる他、励起光供給用光ファイバ１６を介して、光
ファイバ増幅器７の動作状態、障害の発生等も以下のよ
うに局側で監視することができる。 光ファイバ増幅器７において、Ｅｒ添加光ファイバ７３
で増幅された光信号の一部、例えば１　／１００は分波
光カプラ７６で分岐され、モニタ用光ファイバ７７を介
して励起光供給用光ファイバ１６に結合されている。従
って、局内の光スィッチ１７を光受信器１９側に投入し
ておくことにより、光ファイバ増幅器７による増幅後の
光信号の状態を局側で監視することができる。即ち、光
ファイバ増幅器７内で断線、光部品の破損等が生じて出
力が低下すると光受信器１９の受信レベルが低下し、局
内で判断できる。また、励起光の光源である半導体レー
ザ７５の駆動電流を、光受信器１９の受信レベルが一定
になるように制御することにより、光ファイバ増幅器７
のＡ　Ｇ　Ｃ（Ａｕｔｏ　Ｇａ１ｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）
を実現することも可能である。 尚、光ファイバ増幅器７の出力が低下する原因としては
、励起光の光源である半導体レーザ７５の障害があるが
、これは半導体レーザ７５にモニタ用のフォトダイオー
ドを付加しておくことにより監視できる。また、励起光
供給用光ファイバ１６の状態は、光スィッチ１７を切り
換えることによって、０ＴＤＲ１８で監視することがで
きる。局側の下り用光送信器の動作は、光送信器３にモ
ニタ用のフォトダイオードを設ける等として監視するこ
とができる。このように、本実施例に係る光通信システ
ムにおいては、その光信号の伝播経路の全ての状態を局
側で監視することができる。 但し、スターカプラ１０よりも先の加入者系光ファイバ
１１て断線等が生じた場合には、どの加入者につながる
光ファイバに障害が発生したのか判らない。そこで、例
えば、各加入者に予めアドレスを設定しておき、局側か
らの光信号の一部に呼び出しの信号を含めて発信して各
加入者を順次呼び出す。各加入者側は、上り用光送信器
１４で所定の信号を送出し、これを局内の光受信器２で
受信していくことにより、返事のなかった加入者につな
がる加入者系光ファイバ１１が断線していることが判断
できる。 また、上りの光信号に、下り信号の状態を表す信号を含
むようにしておけば、信号線路の状態を常時監視するこ
とができる。 尚、例えば、０ＴＤＲ１，１８および加入者側から局側
への上りの′光信号に１，３１μｍ帯を、局側の光送信
器３による下りの光信号に１．５５μｍ帯を、励起光に
１．４８μｍ帯を、それぞれ割り当てることにより、こ
れらの双方向通信機能並びに信号線路および光ファイバ
増幅器の監視機能を、適宜同時に実現することもできる
。但し、各機能に割り当てる光信号波長がこれらに画定
されないことは言うまでもなく、例えば、０ＴＤＲと上
り信号とて使用する光信号波長を互いに異なるものとし
ておくことにより、局内に設置した光スィッチは、合分
波光カプラで代用することもできる。また、光ファイバ
増幅器を、Ｅｒ添加光ファイバ以外の素子によって構成
することもできる。 実施例３ 第３図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの他の構
成例を示す図であり、基本的な構成とシステムの機能は
、実施例１において第１図（ａ）に示した光通信システ
ムと同じである。尚、第１図（ａ）に示した光通信シス
テムと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 即ち、この実施例において、実施例１と異なっている点
は、幹線系光ファイバ５とバイパス光ファイバ８との結
合を光サーキュレータ２１および２２によって行ってい
る点である。従って、バイパス光ファイバ８の局側端部
は、合波光カプラ（第１図（ａ）に示した光通信システ
ムでは合波光カプラ９）ではなく、光サーキュレータ２
１により幹線系光ファイバ５に結合されている。また、
バイパス光ファイバ８の加入者側の端部は、スターカプ
ラ１０てはなく、光サーキュレータ２２により幹線系光
ファイバ５に結合されている。 第３図（ｂ）は、本実施例の光通信システムにおいて合
分波光カブラとして使用する光サーキュレータの機能を
説明する図である。 同図に示すように、光サーキュレータ２０は３本以上の
人出カポ−＋−ｘ、ｙ、ｚを備え、あるボートから注入
された光信号を、特定の側で隣接したポートへのみ結合
する機能を有している。即ち、第３図（ｂ）に示した例
では、下記のような結合がひとつの素子で実現される。 尚、光サーキュレータについては、「光集積回路（応用
物理学会／光学懇話全編）」

【朝倉書店刊】の第１０章
等に詳しい記載がある。 以上のような機能を有する光サーキュレータ２１．２２
を使用して構成した光通信システムにおいて、局側の光
送信器３から送出された光信号は、光サーキュレータ２
１において光ファイバ増幅器７にのみ結合され、バイパ
ス光ファイバ８には全く結合されない。また、加入者側
から送出された光信号や０ＴＤＲによる後方散乱光は、
光サーキュレータ２２においてバイパス光ファイバ８に
のみ結合され、光ファイバ増幅器７には全く伝播されな
い。 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、光アイソレータ
を含む光ファイバ増幅器を伝送路中に使用しているにも
かかわらず、双方向に光信号の伝送が可能な光通信シス
テムを実現することができる。従って、○ＴＤＲによっ
て光信号線路全体の状態を監視したり、加入者側から局
側への信号伝送が可能となり、光通信システムの保守性
および信頼性を向上させることが可能となる。 尚、本発明は、米ファイバ増幅器を使用した光通信シス
テムの他、例えば光アイソレータを含む半導体レーザ増
幅器を用いた光通信システムにも適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの基本的
な構成例を示す図であり、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に示した光通信システム
一実施態様を示す図であり、 第２図は、本発明に係る光通信システムのより高度な具
体例を示す図であり、 第３図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの他の構
成例を模式的に示す図であり、 第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示した光通信システム
において使用する光サーキユレータの機能を説明する図
であり、 第４図は、光ファイバ増幅器の基本的な構成を示す図で
あり、 第５図は、光ファイバ増幅器を含む光ファイバ伝送路を
使用して構成された従来の光通信システムの典型的な構
成を示す図である。 〔主な参照番号〕 １．１８．４１・・・０ＴＤＲ。 １ａ・・・心線選択光スイッチ、 ２．１３．１９．４９・・・光受信器、３．１４．４２
・・・光送信器、 ４．１２．１５・・・合分波光カプラ、５・・・幹線系
光ファイバ ６．１７・・・光スィッチ、 ７・・・光ファイバ増幅器、 ８・・・バイパス光ファイバ、 ９．４６ａ、７４・・・合波光カプラ、１０．４８・・
・スターカプラ、 １１・・・加入者系光ファイバ、 １６・・・励起光供給用光ファイバ、 ２０．２１．２２・・・光サーキュレータ、３１．３２
・・・光ファイバ、 ３３．３４．４５．４７．７１．７２・・・光アイソレ
ータ、３５．４６．７３・・・Ｅｒ添加光ファイバ３５
ａ、４６ｃ、７３ａ・・・フィルタ、４６ｂ・・・半導
体レーザ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端を局に結合された幹線系光ファイバと、始端
   および終端でそれぞれ光アイソレータを介して該幹線系
   光ファイバに挿入された光ファイバ増幅器と、始端を該
   幹線系光ファイバに結合され終端を各加入者に結合され
   た加入者系光ファイバとを含む光ファイバ線路を光信号
   伝送路として構築されている光通信システムにおいて、 該光ファイバ増幅器の始端側の光アイソレータよりも局
   側で、第１の合分波器を介して該幹線系光ファイバに一
   端を接続され、該光ファイバ増幅器の終端側の光アイソ
   レータよりも加入者側で、第２の合分波器を介して該幹
   線系光ファイバに他端を接続された光ファイバにより形
   成されたバイパス光線路を含んでいることを特徴とする
   光通信システム。