JPH11503537A - 光ファイバ・ブラッグ格子を用いた多重波長フィルタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチプレクサあるいはデマルチプレクサとして機能することができる、光信号伝送用多重波長光フィルタリング装置であり、この装置は１つの入力ポートを含む、少なくとも４つのポートと複数のシーケンシャル・ポートを有する、少なくとも１つの（第１の）光サーキュレータを有しており、前記シーケンシャル・ポートの最後のものは出力ポートであり、イン−ファイバ・ブラッグ格子（波長選択手段）が、前記出力ポートを除く前記シーケンシャル・ポートのそれぞれと結合されている。サーキュレータは多数の他のサーキュレータに第１のサーキュレータの出力ポートを介してではなく、ブラッグ格子を介してブランチ・オフされていてもよく、その数は第１のサーキュレータのシーケンシャル・ポートの数に依存している。好ましくは同様にシーケンシャル・ポートに波長選択手段を有する少なくとも４ポート・サーキュレータである他のサーキュレータも第１のサーキュレータと同様の方法でブランチ・オフすることができる。この装置は光信号伝送におけるサーキュレータ・ポート間における信号の通過による信号ロスの減少を可能にしてくれる。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバ・ブラッグ格子を用いた多重波長フィルタリング装置 本発明は、多重波長フィルタリング装置に関するものであり、さらに具体的 には、多重チャネル・マルチプレクサ／デマルチプレクサ、および、少なくとも １つの多重ポート光サーキュレータおよび複数のブラッグ光ファイバ格子あるい は他の波長選択手段を用いたマルチプレキシング／デマルチプレキシングの方法 に関するものである。 発明の背景 光学システムは、現在音声および音声情報の通信、および、高速データ伝送 において用いられている。光通信システムが望ましいのは、情報信号チャネルに 用いられる帯域が広いからである。 広い帯域は使えるけれども、既存の光ファイバ・システムの多くは光ファイ バ１本につき１つのチャネルしか用いていない。通常、このチャネルは送信端か ら受信端まで一方向で１３１０ｎｍの波長で伝送が行われ、双方向通信を行うた めには二本目の光ファイバが必要になる。しかしながら、最近の通信量の増大は さらにファイバ資源に対するニーズの増大をもたらしている。こうしたニーズを 満たす１つの方法は、追加光ファイバ・ケーブルを設置することであった。もう １つの方法は何本かのファイバによりチャネルの数を増大することであった。 最近、すでに地中に設置されている既存の光ファイバ・ケーブルに追加的に チャネルを加える技術が広がってきている。これらの技術では既存の一本の光フ ァイバに複数のチャネルを設けることができ、したがって、既存の光ファイバ・ ケーブル・ネットワークの効率の増大を狙いとしているものである。これらの技 術には、波長分割マルチプレキシング（ＷＤＭ）および双方向伝送が含まれてい る。 多数の波長が多重分割され、一本の光ファイバで伝送される場合に、通常、 これらのチャネルは後で個別のチャネル、あるいは、光の波長にデマルチプレッ クスされる必要がある。例えば、一本の光ファイバに沿って波長１１、１２、１ ３、１４、１５および１６（１は１つの波長を示す：ラムダ）の信号を伝送すれ ばコスト効果が高い。しかしながら、光を６つの個別のチャネルに分離するため にはデマルチプレキシング手段が必要になる。このデマルチプレキシングを最小 限のコスト、および、できるだけ少ない信号ロスで行うことが望ましい。 異なった波長の光を分離するために、種々のタイプの光ファイバが考えられ 、また用いられてきている。残念なことに、こうした方式の多くに関連する結合 その他のロスは、装置を満足なものにはしていない。 最近、光ファイバの分野では、イン−ファイバ・ブラッグ格子が広く使われ るようになってきている。光サーキュレータと組み合わせたブラッグ格子を用い た光システムは、１９９４年２月１日付で、Ｄａｖｉｄ Ｉｌｕｂｅｒの名前で 出願され、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｊｅｒｒｏｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｈａｔｂｏｒｏ，Ｐａに 譲渡された米国特許５，２８３，６８６に開示されている。 従来の技術に基づくマルチプレクサよりロスが少ない多重チャネル信号をデ マルチプレキシングすることができる多重チャネル・デマルチプレクサを提供す ることが本発明の目的である。 本発明の他の目的は、通常直列タイプのアーキテクチャに関連しているロス をできるだけ少なくするような方法で構成された多重チャネル・デマルチプレク サを提供することである。 本発明の１つの例によれば、光信号伝送用多重波長光ファイバ装置は、少な くとも４つのポートを有し、その４つのポートのうちの１つが複数の波長の光を 受け入れるための入力ポートとなっており、もう１つのポートが出力ポート、そ して他のポートのうちの、少なくとも２つが１つの異波長選択要素、好ましくは イン−ファイバ・ブラッグ格子に結合され、そうした要素のそれぞれが異なった 伝送特性を有している光サーキュレータにより構成されている。 本発明の他の例によれば、この装置はさらに１つの入力ポートを有する第２ の光サーキュレータと、この装置の波長選択手段の１つを第２の光アーキテクチ ャの入力装置に結合させるための手段を含んでいる。 好ましくは、上記光サーキュレータの、それぞれは少なくとも４つのポート を有している。結合されたサーキュレータの数は第１および第２のサーキュレー タと同様に重要な意味を持つ場合がある。理解を容易にするために、他のサーキ ュレータの入力ポートに結合された１つのサーキュレータの格子を介しての、本 発明によるサーキュレータの結合は、図１に示されている直列結合とは反対に“ ブランチング”あるいは“パラレル・カップリング（並列結合）”と呼ぶことに する。 本発明の波長選択手段（好ましくはイン−ファイバ・ブラッグ格子リフレク タ）は、１つの特定の波長を反射して他のすべての信号は伝送させるか、あるい は、１つの特定の波長だけを伝送させて、他のすべての信号を反射させるか、の いずれかの特定の方式の必要性に応じて選択される。 本発明による方式は、マルチプレクサおよびデマルチプレクサのいずれのモ ードにおいても動作できる。 図面の簡単な説明 本発明に係る具体的な実施の形態を以下の図面を参照して説明する、 図１は、ブラッグ光ファイバ格子を利用した直列連鎖３ポート光サーキュレ ータを有する８チャネル・デマルチプレクサの構成図であり、 図２は、本発明に係る６ポート／５−チャネル・デマルチプレクサの構成図 であり、 図３は、並列構成の２つの６ポート光サーキュレータの構成図であり、 図４は、２１チャネルをデマルチプレキシングできる５つの６ポート光サー キュレータの構成図であり、 図５は、図１とは他の実施の形態で接続した形態で示される多重３ポート光 サーキュレータの構成図である。 詳細な説明 図１は、本発明の好ましい実施の形態の図示および比較のために、７つの３ ポート光サーキュレータおよび７つのイン−ファイバ・ブラッグ格子を用いた８ チャネル・デマルチプレクサを示している。これらのサーキュレータは８チャネ ルをデマルチプレックスするために直列でつながれている。７つのサーキュレー タのそれぞれのポート２は異なった波長の光を通過させるために異なったハイ− パス・ブラッグ・ファイバ格子に結合されている。動作時には、λ１、λ２、． ．．λ８の複数の波長がこの装置の入力ポート、左側に示す入力端のポート１に 供給される。光はポート１からポート２に、そしてＧ８の符号が付されたブラッ グ格子に伝わる。波長λ８の光は格子Ｇ８を通過し、他の残りの波長λ１、λ２ ．．．λ７はポート２からポート３に反射され（サーキュレートし）、そして第 １の光サーキュレータＣ１から出力されて、第２の光サーキュレータＣ２に伝わ る。同様の方法で、波長λ１、λ２、．．．λ６の波長の光はＣ２のポート１か らポート２に伝わる。波長λ７の光は格子Ｇ７を介して伝わり、他の波長λ１、 λ２、．．．λ６は後方に反射され、ポート２からポート３に回され、第２の光 サーキュレータＣ２を出て、第３の光サーキュレータＣ３に伝わる。これらの直 列プロセスは最後の波長λ１の光がサーキュレータのチェーンの最後のサーキュ レータＣ７のポート３に出力される。 この設計は、その意図された機能は果たすが、重大な制約条件も内在してい る。例えば、波長λ７の光をデマルチプレキシングするためには、その光はポー ト１からＣ１のポート２へ、ポート２からＣ１のポート３へ、そしてＣ１のポー ト３からＣ２のポート１へ、さらにポート１からＣ２のポート２へと伝わらなけ ればならない。ポート２から第１のサーキュレータのポート３、およびポート１ からつぎの隣接のサーキュレータのポート２への光の流れに関連したロスは一部 の例ではあってはならないものである。これらのサーキュレータは直列につなが れているので、これらのロスは７つのサーキュレータを介して流れ、累積的な出 力／入力ロスを６回受けるλ１の波長の光の場合より深刻となる。 好ましいことではないが、図１の３ポート・サーキュレータを、その対応す る格子を介してサーキュレータＣ２の入力ポートに接続されるのが、その出力ポ ートではなく、サーキューレータＣ１のポート２であるように接続することは考 えられる。後者は、図５に示されているように、サーキュレータＣ３などの入力 ポートに結合されたそれぞれの格子を経由してつぎのサーキュレータ、例えば、 Ｃ３に結合することが可能である。 その結果できるシステムは、例えば、つぎのような形態で機能を果たすこと ができる。すなわち、信号λ１、．．．λ８がサーキュレータＣ１のポートを介 して送られ、第２のポートに回される。波長λ２−λ７はその格子を通過して、 Ｃ２の入力ポートに伝わる一方、波長λ８の光はその格子から反射され、サーキ ュレータＣ１の出力ポートにサーキュレートされる。波長λ２、．．．λ７の光 はその後連続するサーキュレータのそれぞれの第２のポートに結合された選択さ れた格子によって望む通りに分離されることになる。 こうした操作モードは有益であると考えられ、上に述べた実施の形態は本発 明の一部を構成することを意図してはいるが、図１の直列システムの場合と同様 に欠陥、すなわち、デマルチプレックスされる波長の数と比較してポートからポ ートへの通路の数が比較的大きいことから伝送ロスが比較的高いという欠陥を有 している。この“仮定的”シナリオの最大のロスについて、以下に検討する。 図２は、デマルチプレクサ・モードで動作する６ポート光サーキュレータを 有する本発明の装置を示している。信号λ１、λ２、．．．λ５の組み合わせが 入力ポート１に送られ、第２のポート２にサーキュレートされ、それによって波 長λ５の光はポート２と結合された格子を介して送られる。残りの信号はその格 子から反射されて、つぎのポート３、４、５および６にサーキュレートされる。 図２で分かる通り、波長λ４、λ３、λ２およびλ１の光が、比較的少ないポー ト間通路を介して、伝送、分離される。“最長伝送”波長λ１は全部で５つのポ ート間経路を通過することになり、それに伴う信号ロスを受けることになる。し たがって、ここで検討されるすべてのシナリオでのブラッグ格子によるロスが同 じであるとして無視されるのであれば、波長λｎに対する最大ロスは、以下の式 で表すことができる。 Ｘｍａｘ＝Ｘｓ（ｎ−１） ここで、Ｘｓは１つのポート間パスでのロスであり、ｎはデマルチプレックスさ れる波長の数である。 比較して言えば、５つの波長で構成されている同様の組み合わせ信号は、図 １のシステム経由でデマルチプレックスされる場合、１１のポート間ロスを受け ることになる。ここで、波長λｎ（１＝最低３）の最大ロスは、以下の式で示す ことができる。 Ｘｍａｘ＝Ｘｓ（３ｎ−４） ここでの記号は上の式と同じとする。 図５（格子をつぎのサーキュレータの入力ポートに接続することによって図 １を結合したもの）の構成で、“最長波長”の最大ロスは、以下の式で示される ことになる。 Ｘｍａｘ＝Ｘｓ（２ｎ−３） このことから、多重光信号において組み合わせられるいずれか実際的な数の 波長の場合、図１の構成でロスは一番高く、図２の構成でロスが一番低くなると いうことは容易に導き出せる。しかしながら、この結論はポート間ロスが３ポー ト・サーキュレータと４ポートあるいはそれ以上のポートのサーキュレータの場 合に同じであるという仮定に基づいている。この仮定は正確ではないかもしれな いが、４以上のいずれのポート数の場合でも、本発明の構成が先行技術に基づく システムと比較して信号ロスを少なくしてくれると考えるのは妥当である。 図３は、デマルチプレクサ・モードで動作する２つのサーキュレータ・シス テムを示しており、参照番号は図２の場合と同様である。第１のサーキュレータ Ｃ１はＣ１のポート２でブラッグ格子を介して第２のサーキュレータＣ２にブラ ンチ・オフされる。この場合も、光信号λ１、λ２、．．．λ９は図１の構成と 比較すれば、比較的少ないポート間ロスでデマルチプレックスされることが分か る。両方のサーキュレータ共同じ数のポート（図示されている実施の形態では６ ）を持つことができるが、その数が違っていてもよい。好適に、ここで述べてい るように信号ロスを最少限化するためには、少なくとも第１のサーキュレータ（ 図３に示すようなデマルチプレクサ・モードにおけるＣ１）は１つの入力ポート 、２つの連続するサーキュレイティング・ポート、および、１つの出力ポートを 含む最低４つのポートをもっていなければならない。 図４は、図３に示すものと同様の５つのサーキュレータ・システムを示して いる。第１のサーキュレータの４つのブラッグ格子のすべては関連するサーキュ レータＣ２、Ｃ３およびＣ４の入力ポートに結合されている。これらに関連して いるサーキュレータはそれぞれ図４に示されているように６つのポートを持って いてもよいが、最低３ポートであれば、それよりも少ないポート数であってもよ い。 この場合も、ポート間ステップの数と、それに関連した信号ロスが比較的少 ないことは明らかである。例えば、“最長伝送波長”である波長１２はサーキュ レータＣ１の入力ポートとサーキュレータＣ５の出力ポート６との間でわずか１ ０ポート間ステップしか通過しない。 上に述べた構成のすべては、上述したように、マルチプレキシング・モード で動作することができる。例えば、図２の基本的な実施の形態はポート２、３、 ．．．６を入力ポート、そしてポート１を出力ポートとして用いることにより、 そのように動作できる。他の構成は、望ましい場合それぞれ変更することが可能 である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 くれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光信号伝送のための多重波長光フィルタリング装置において、 １つの入力ポートを含む、少なくとも４つサーキュレータ・ポートと前記第１ のポートからサーキュレート方向でのつぎのシーケンシャル・ポートに光信号を サーキュレートするための複数のシーケンシャル・ポートを有しており、前記シ ーケンシャル・ポートの最後のポートが出力ポートである第１の光サーキュレー タと、 前記光信号の選択された部分だけを反射して、前記光信号の他の部分は伝送さ せるための、前記出力ポートを除く前記シーケンシャル・ポートのそれぞれに結 合された波長選択手段と、 を備えることを特徴とする多重波長光フィルタリング装置。 ２．前記波長選択手段が、格子リフレクタであることを特徴とする請求項１に記 載の多重波長光フィルタリング装置。 ３．さらに、１つの入力ポートを含む、少なくとも３つのポートを有する第２の 光サーキュレータと、 前記装置の前記波長選択手段の１つを前記第２の光サーキュレータの前記入力 ポートに結合する手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多重波長光フィルタリング装置。 ４．前記波長選択手段の１つが、前記第１の光サーキュレータのサーキュレーテ ィング方向の２番目のポートと結合されていることを特徴とする請求項３に記載 の多重波長光フィルタリング装置。 ５．前記装置のうちの第１のものの前記波長選択手段の、少なくとも１つが前記 装置のうちの他のものの入力ポートに結合されている、請求項１に記載の少なく とも２つの装置により構成されたことを特徴とするシステム。 ６．前記波長選択手段のうちの１つが、前記第１のサーキュレータのサーキュレ ーティング方向の第２のポートに結合されていることを特徴とする請求項５に記 載のシステム。 ７．前記入力ポートおよび前記第１の光サーキュレータのシーケンシャル・ポー トを介して光信号を受信し、前記第１の光サーキュレータの前記出力ポートを介 して組み合わされた信号を伝送することを特徴とする請求項３に記載の多重波長 光フィルタリング装置。 ８．前記入力ポートを介して前記光信号を受信し、前記シーケンシャル・ポート のそれぞれおよび前記出力ポートを介してフィルタリングされた信号を伝送する ことを特徴とする請求項３に記載の多重波長光フィルタリング装置。 ９．前記格子リフレクタが、イン−ファイバ・ブラッグ格子であることを特徴と する請求項２に記載の多重波長光フィルタリング装置。 １０．光信号伝送用の多重波長光フィルタリング装置において、 それぞれ１つの入力ポート、少なくとも１つのサーキュレーティング・ポート 、および、出力ポートを有する複数の光サーキュレータと、 前記サーキュレーティング・ポートのそれぞれに結合された波長選択手段と、 前記光サーキュレータの１つの波長選択手段を前記光サーキュレータの他のも のの入力ポートに結合するための手段と、 を備えたことを特徴とする多重波長光フィルタリング装置。 １１．前記波長選択手段が、イン−ファイバ・ブラッグ格子であることを特徴と する請求項１０に記載の多重波長光フィルタリング装置。