JPH0690115B2 - 単一モ−ド光試験回路 - Google Patents

単一モ−ド光試験回路

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JPH0690115B2
JPH0690115B2 JP20373586A JP20373586A JPH0690115B2 JP H0690115 B2 JPH0690115 B2 JP H0690115B2 JP 20373586 A JP20373586 A JP 20373586A JP 20373586 A JP20373586 A JP 20373586A JP H0690115 B2 JPH0690115 B2 JP H0690115B2
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optical
wavelength
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coupling
signal
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真 住田
泰文 山田
正夫 河内
盛男 小林
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、単一モード光伝送方式における送出光信号パ
ワーレベルのモニタ及び光ファイバ伝送路の障害探索を
回線導通状態で行うための単一モード光試験回路に関す
るものである。
(従来技術とその問題点) 第1図は、この種の光試験回路を用いた光伝送システム
構成を説明する為の図であって、左側は局側、右側は加
入者側である。1と9は電気信号(下り)、2と12は電
気−光変換器、3は光信号(下り)、18は光信号(上
り)、4と7は光合分波器、5は光試験回路、6は光フ
ァイバ伝送路、8と13は光−電気変換器、10は端末装
置、11と14は電気信号(上り)、15は信号レベルモニタ
装置、16は光パルス試験器、17はパルス光である。局側
での電話,ファクシミリ,画像等の電気信号(下り)1
は、電気−光変換器2で波長λなる光信号(下り)3
に変換される。この光信号(下り)3は光合分波器4と
光試験回路5を通過し、光ファイバ伝送路6に送出され
る。光ファイバ伝送路6中を伝搬した光信号(下り)3
は、加入者側において光合分波器7を通り、光−電気変
換器13で電気信号(下り)9に変換され、最終的には電
話,ファクシミリ,画像の情報として端末装置10から出
力される。
一方、加入者側からの電話,ファクシミリ,画像の情報
は、まず電気信号(上り)11として電気−光信号変換器
12に入力され、波長λなる光信号(上り)18に変換さ
れる。光信号(上り)18は光合分波器7を介して光ファ
イバ伝送路6に送出される。この光信号(上り)18は局
側において光試験回路5と光合分波器4を通過し、光−
電気変換器8により電気信号(上り)14になり、加入者
側からの各種情報が局側に送られる。
信号レベルモニタ装置15は光試験回路5と結合をなし、
波長λなる光信号3の光パワーレベルを常時モニタす
るものであり、通常モニタレベルとして光信号(下り)
の数%の光パワーレベルを要する。光パルス試験器16
は、波長λなるパルス光17を光ファイバ伝送路6に送
出し、常時その伝送路の障害点探索を行う。このように
光試験回路5は光信号(下り)3の光パワーレベルモニ
タと光ファイバ伝送路の障害点探索のための光信号を分
岐・挿入する機能を有し、光伝送網の保守並びに信頼性
確保の為不可欠な構成物品である。
第2図に光試験回路5の基本機能を説明するために2波
長双方向通信用光試験回路構成の概略図を示す。ポート
Aは光合分波器4と、ポーチBは光ファイバ伝送路6
と、ポートCは信号レベルモニタ装置15と、ポートDは
光パルス試験器16と、それぞれ、結合をなす。光試験回
路5は、光信号(下り)3の光パワーの一部を信号レベ
ルモニタ装置15に送出する為の光分岐回路1と光ファイ
バ伝送路6の障害点を探索する為の光合分岐回路IIから
成る。光ファイバ伝送路の障害点探索は、ポートDと結
合をなす光パルス試験器16からの試験光パルスを干渉膜
フィルタ等の波長選択素子を含む光合分岐回路IIを介し
て光ファイバ伝送路6中へ送出し、この光ファイバ伝送
路長手方向に沿った散乱光のパワー分布の観測により可
能である。この際、パルス光の波長は通信回線を切断す
ることなく障害点探索を行う為、光信号上り及び下りと
異なる波長に設定する必要がある。
光合分岐回路IIを介して観測した後方散乱光の光ファイ
バ伝送路長手方向の強度分布を第3図に示す。同図で障
害発生前は実線で示す後方散乱光の強度分布を得るが、
例えば、A地点にて障害が発生した時は破線で示すレベ
ルまでA地点以降の後方散乱光強度が減少する為、障害
点の測定が可能である。以下に第2図の原理により動作
する従来のバルク形及び導波形光試験回路の概要を記
す。
第4図に従来のバルク形光試験回路の模式図を示す。19
はレンズ付光ファイバコリメータ、20はモニタ光取り出
し用反射面、21は障害点探索のための光パルス入出力用
反射面、22はガラスブロックである。第4図に示すバル
ク形光試験回路では、ガラスブロック22の高精度研磨,
光ファイバへのレンズ取付け、ガラスブロック研磨面へ
の反射面20,22の形成等繁雑な作業及びこれらの個別部
品を高精度に相互の位置関係を保ちつつ固定する高度な
技術を要する為、製造性の低下は避けられず、光試験回
路自体非常に高価なものとなる。また、屈折率が相互に
異なるレンズ及びガラスブロック等の個別素子を基本構
成としている為、その個別素子間を伝搬する際の光のフ
レネル反射による損失並びにレンズ系で構成することに
よる光ファイバ間の結合損失は本質的な問題で不可避と
考えられる。
第5図は従来の導波形光試験回路で、29は光導波路、24
は光信号パワーの一部を取出す為の反射板、25は波長選
択機能を有する干渉膜フィルタ、26は光ファイバ、27は
Si基板である。この導波形光試験回路はSi基板27上に石
英系導波膜を堆積後、フォトリソグラフィ技術により不
要部分を除去し光導波路23を形成したもので、量産性に
富む技術を用いる為、安価な光回路の製造が可能であ
る。又、この導波形光試験回路では、光ファイバ26と結
合をなす各ポート間の光路は、光導波路形成時に確定し
ているため、バルク形光試験回路で必要な繁雑且つ高度
な光軸合わせは不要である利点を有す。以上述べたよう
に実装並びに組立能率に関しては従来のバルク形光試験
回路に比して優れているが、この導波形光試験回路で
は、干渉膜フィルタ25及び反射板24挿入用の光導波路23
中に設けた間隙及び導波路分岐部での導波構造を有して
いない部分での光の放射損失は原理的に不可避である。
この間隙での損失は、マルチモード光導波路で約3dB,単
一モード光導波路で約1dB程度であり、光ファイバ伝送
路の長尺化に対してはさらに光回路を低損失にする必要
がある。
(発明の目的) 本発明の目的は、従来の光試験回路組立に要する素子実
装作業の繁雑さ及び挿入損失特性上の問題を解決した組
立て容易にして且つ低損失な光信号モニタならびに障害
点探索のために適用できる光試験回路を提供することに
ある。
(発明の構成と特徴) 以下本発明を詳細に説明する。
本発明、基板上に形成した隣接する2本の単一モード光
導波路から成る一つの4端子方向性結合器により3波長
の光路切り分けを行うことを最も主要な特徴とする単一
モード光試験回路である。従来の技術では、波長の異な
る光信号並びに光パルスの切り分けもしくは光信号パワ
ーの一部取り出しを干渉膜フィルタ等の個別素子により
行っていた為、それに伴う素子実装上の繁雑な作業は不
可避であった。本発明によれば、基板上に形成した方向
性結合部のみにより波長毎の光路切り分けが可能な為、
素子実装作業を必要としない。又、素子実装に伴う損失
増及び従来の光試験回路固有の不可避な損失がなく低損
失な光試験回路の構成が可能である。
(発明の原理) 第6図は本発明の基礎をなす方向性結合部の動作原理を
説明する為の図であり、29及び30は単一モード光導波路
である。方向性結合器は、数μmオーダに近接し配置し
た2本の平行単一モード光導波路29,30から成り、これ
らの2本の平行単一モード光導波路は相互に結合し、一
方の光導波路を伝搬する光は、他方の光導波路へ徐々に
そのエネルギーを移行させる。完全にエネルギーを移行
させるに必要な導波路長を完全結合長L(λ)といい、
方向性結合器を構成する2本の平行単一モード光導波路
間の結合効率η(λ)は、結合部全長l,波長λ等で決ま
り、次式で与えられる。
例えば、2つの波長λ,λが単一モード光導波路30
を伝搬している場合、これらの光を切り分ける為の分波
条件は、結合部の長さlが各々の波長に対する完全結合
長L(λ)およびL(λ)の偶数倍又は奇数倍にな
るように設定すればよい。すなわち、次式を満足する整
数値m,nにより波長λ及びλの分波が可能である。
l=(2m+1)・L(λ)=2n・L(λ) (1) 又は l=2nL(λ)=(2m+1)L(λ) (2) 例えば(1)式の場合、波長λの光の方向性結合部で
の結合効率η(λ)は100%,波長λの光の結合効
率η(λ)は0%となり、波長λの光は第6図に示
す単一モード光導波路29を伝搬し、波長λの光は単一
モード光導波路30を伝搬する。
以下に一つの方向性結合器により3波長を合分波する場
合の設計例を述べる。
第7図は、設計に用いた石英系光導波路からなる方向性
結合部の断面図であり、31はコア部、32はクラッド部、
33は基板である。以下述べる設計例では、第7図に示す
方向性結合部のコア部31の屈折率nを1.464,クラッド部
32の屈折率を1.460,コア部形状を10μm×10μmとし
た。
第8図に2つの導波路間隔Sに対する完全結合長L
(λ)の変化を、波長をパラメータとして示す。同図に
おいては、設計例として波長を実用に供されている。1.
2μm,1.3μm,1.55μmとした。例えば、光導波路間隔を
2μmに設定した場合、完全結合長は1.2μmで約2.9m
m,1.3μmで約2.4mm,1.55μmで1.8mmである。このよう
に、完全結合長は各波長により異なる値を示しているこ
とがわかる。
第9図は第7図の光導波路間隔Sを2μmに設定したと
きの方向性結合部の結合部長lを変化させたときの結合
効率η(λ)を前記3波長に対して計算した例である。
図から各々の波長に対して完全結合長L(λ)で決定さ
れる結合部長に対する結合効率の周期が異なる為、結合
部長を選択することにより、3波長の結合効率η(λ)
は1つの方向性結合器で任意似設定できることがわか
る。
一方、光試験回路においては、3つの波長に対し方向性
結合器の結合特性を例えばパルス試験を行う波長に対し
て100%,光信号(上り)に対しては0%、光信号(下
り)に対しては数%に設定する必要がある。このような
要求に対し例えば、第9図に示すように結合部長lを1
4.1mmに設定した場合、波長1.2μmは結合効率100%,
波長1.3μmは結合効率0%,波長1.55μmは結合効率
5%となる。
(実施例) 第10図は光導波路が、製造制御性の高い火災堆積法及び
フォトリソグラフィ技術による石英系導波路からなる本
発明の第1の実施例を示したものであり、図中の点線は
クラッド内に埋込まれた光導波路を示す。第10図に示す
4端子方向性結合器に対し、例えば、前述の導波路構成
では、下り信号の波長λを1.55μmに、上り信号の波
長λを1.3μmに、パルス光の波長λを1.2μmに設
定すれば光試験回路として機能する。この実施例によれ
ば、基板上に形成した光導波回路のみで3波長の合分波
が可能である為、従来のバルク形光試験回路で要した実
装作業は不要であり、回路の信頼性も向上する。
又、第10図において、下り信号のモニタ出力レベルは、 なる関係を満足する整数値m,n,pにより決まる結合長に
方向性結合器の結合部長lを設定することにより0〜10
0%の範囲で任意に選べる。
以上の実施例では石英系光導波路を例に述べたが、LiNb
O3系またはGaAs系等の材料からなる光導波路であっても
適用可能である。
第11図は本発明の第2の実施例を示したものであり、34
及び35は光ファイバ、36は発光素子、37は受光素子、38
はモニタ用受光素子、39は光合分波回路部である。同図
では、第1図に示す光合分波回路4を光試験回路と同一
基板内に同時形成し機能の複合化を図ったものである。
(発明の効果) 以上説明したように、従来は、光信号モニタ用分岐回路
及び障害点探索用分岐回路の2つの回路から光試験回路
が構成されていたのに対し、本発明では一つの4端子方
向性結合器でモニタ光の抽出並びにパルス光の送出・受
入が行える為、回路構成が非常に簡略化された。その結
果個別素子を集合した構造の従来回路に比して大幅な実
装能率向上を可能とした。
又、光試験回路の対向する端子間が1本の単一モード光
導波路のみで結合している為、従来のものに比して損失
特性の大幅改善及び素子実装に伴う損失増の抑制が可能
となった。本発明による光試験回路の作製技術は量産性
に富むフォトリソグラフィ技術により支えられているこ
とにより、光通信網の経済的な構築に寄与することは大
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は光試験回路を用いた光伝送システム構成例を示
すブロック図、第2図は光試験回路構成図、第3図は光
線路障害位置モニタ例を示す略図、第4図は従来のバル
ク形光試験回路構成例を示す斜視図、第5図は従来の導
波形光試験回路構成例を示す斜視図、第6図は方向性結
合器の機能を説明する為の方向性結合部構成例を示す略
図、第7図は方向性結合器の結合部断面図、第8図は光
導波路間隔と完全結合長の関係を示す特性図、第9図は
結合部長と結合効率の関係を示す特性図、第10図は本発
明の第1の実施例を示す斜視図、第11図は光合分波回路
を備えた本発明の第2の実施例を示す斜視図である。 1……電気信号(下り)、2……電気光変換器、 3……光信号(下り)、4……光合分波器、 5……光試験回路、6……光ファイバ伝送路、 7……光合分波器、8……光−電気変換器、 9……電気信号(下り)、10……端末装置、 11……電気信号(上り)、12……電気−光変換器、 13……光−電気変換器、14……電気信号(上り)、 15……信号レベルモニタ装置)、16……光パルス試験
器、17……パルス光、18……光信号(上り)、 19……レンズ付光ファイバ、20……モニタ光取出し用反
射面、21……光パルス入出力用反射面、 22……ガラスブロック、23……光導波路、 24……反射板、26……干渉膜フィルタ、 27……光ファイバ、28……Si基板、29……単一モード光
導波路、30……単一モード光導波路、 31……コア部、32……クラッド部、33……基板、 34……光ファイバ、35……光ファイバ、36……発光素
子、37……受光素子、38……モニタ用受光素子、39……
光合分波回路部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河内 正夫 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 小林 盛男 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】波長λおよびλの光信号を入力および
    出力する第1の端子と、 波長λおよびλの光信号を出力および入力する第2
    の端子と、 前記第1の端子と波長λの光信号により結合しかつ信
    号レベルモニタ装置が接続される第3の端子と、 前記第2の端子と波長λの光信号により結合しかつ光
    パルス試験器が接続される第4の端子とを有する4端子
    方向性結合器からなる単一モード光試験回路であって、 前記4端子方向性結合器の結合部長をl、任意の波長λ
    に対する完全結合長をL(λ)及び4端子方向性結合器
    の結合効率をη(λ)としたとき、これら変数は、 の関係で与えられ、この時 波長λの結合効率η(λ)を略100%に、波長λ
    の結合効率η(λ)を略0%に、波長λの結合効率
    η(λ)を0%η(λ)100%)にする前記結
    合部長lの条件が なる関係を満足する整数値m,n,pにより決まる結合部長
    lであることを特徴とする単一モード光試験回路。
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