JPS62170932A

JPS62170932A - 波長多重伝送方式

Info

Publication number: JPS62170932A
Application number: JP61011060A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Yamaguchi; 正泰山口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1987-07-28

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、光信号の伝送方式に関するものであり、更に
詳しくは、それぞれが異なる波長を有する複数の光信号
を多重化して光ファイバ伝送路により伝送する波長多重
伝送方式に関するものである。

〔従来技術〕

光ファイバを用いた光信号伝送方式において、単位光フ
ァイバ当たりの伝送容量を拡大する方法としては、変調
信号の高速化と波長多重化が考えられる。これまでに実
用化された光ファイバ伝送方式は、一本の光ファイバ当
たり一波長の光信号を伝搬させるものが主流であり、主
に信号の高速化により伝送容量の拡大が図られてきた。

しかし、単純な高速化は、光源の変調周波数帯域により
制限され、半導体レーザの直接変調方式ではそろそろ限
界速度に近づきつつある。一方、光の高周波性に着目し
、一本の光ファイバ上を複数の異なる波長を有する光信
号を多重化して伝搬させる波長多重伝送方式を用いると
、波長数分だけ伝送容量を拡大できる。そこで、今後は
、高速化手法に加え、波長多重伝送技術の適用による伝
送容量の拡大が重要な検討課題となる。

波長多重伝送方式においては、伝送容量拡大のために波
長数を増やす必要がある。従来の波長多重伝送方式にお
いて、使用可能な波長数を制限する主な要因は、（１）
光ファイバの伝送波長帯域、（２）光源のスペクトル線
幅と発振波長の安定性、（３）分波／合波器の入出力波
長数（ポート数）である。これらのうち、（１）につい
ては、石英系光ファイバに関するかぎりほぼ理論限界に
近いファイバが実用化されており、これ以上の広帯域化
は望めない。一方、（２）については、単一軸モード発
振するレーザの発振波長を電気的に制御することで改善
可能であり、（３）については、光ファイバで信号を入
出力する形式でも、物理的な大きさを問題にしなければ
、ある程度のポート数拡大は可能である。従って、波長
間隔を狭めることにより一層の多波長化が期待できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように多波長化が可能であるにもかかわらず、こ
れまでに実用化された波長多重伝送方式の波長数は高々
数波長である。この原因は、■半導体レーザの発振波長
の製造ばらつきが大きく、狭い波長間隔を実現するには
レーザの選別が必要となり、コスト高になること、■発
振波長の安定化のための制御回路が複雑であり、多波長
化するとコスト高になること、■分波／合波器の小形化
のため、入出力ボート数に制限があること、などである
。

本発明は、このような問題点を克服し、波長多重伝送方
式における多波長化を図ることを解決すべき問題点とし
ている。従って本発明は、簡単な構成により、多数の波
長の利用が可能な波長多重伝送方式を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明によ
る波長多重伝送方式は、送信側において伝送すべき一連
の情報を情報入力平面上の一次元空間座標に対する透過
率（または反射率）分布の形で入力するもので、この−
次元空間座標と照射光の波長が一対一の対応関係になる
ように、一様なスペクトル分布をもつ光を分光して情報
入力平面に照射し、波長ごとに光強度を変調しスペクト
ル分布を変化させることで透過率（または反射率）分布
をスペクトル分布に変換し、さらにこれを集光し波長多
重化して一本の光ファイバで伝送し、受信側においては
該光信号を分光し情報出力平面上に投影して、−次元空
間座標に対する光強度分布の形で情報を再生するもので
ある。

具体的に説明すると、まず、一様なスペクトル分布をも
つ広帯域光源（例えば白色光源）の出射光を凸レンズと
角度分散素子により分光し、情報入力平面上に波長ごと
に集光する。これにより、光源のスペクトル分布を一次
元空間上の光強度分布に変換し、−次元空間座標と波長
を一対一に対応させる。次に、情報入力平面上に置いた
、伝送すべき一連の情報に対応した透過率（または反射
率）の−次元分布を有する物体により、各波長の光を強
度変調しスペクトル分布を変化させる。さらに、後段に
設けた凸レンズと角度分散素子により、各波長を１点に
集光し伝送用光ファイバに入射する。

受信側では、凸レンズと角度分散素子により分光し、情
報出力平面上に波長ごとに集光する。すなわち、受信光
信号のスペクトル分布を一次元空間上の強度分布に変換
する。これにより、送信側の透過率（または反射率）分
布に対応した光の強度分布が情報出力平面上に得られ、
情報が伝送されたことになる。

さらに、電気信号の印加により透過率（または反射率）
の変化する光変調素子を一次元に配列した光変調素子ア
レイを送信側情報入力平面上に、また入射光の強度分布
に比例した電気信号を出力する受光素子を一次元に配列
した受光素子アレイを受信側情報出力平面上に各々配置
することにより、電気信号の送受も可能となる。

本波長伝送方式の特徴は、一様で連続なスペクトル分布
を有する光源を利用することにより、原理的に無限価の
波長を多重化できることであり、大容量の波長多重伝送
方式を実現できる。また、たとえ光源の波長分布が波長
方向に変動しても、使用する波長範囲が含まれていれば
、情報入出力平面上に集光される光の波長と座標の対応
関係は変化しないので、安定な伝送が確保できる。

〔第１の実施例〕第１図は、本発明の第１の実施例としての波長多重伝送
方式を示す構成図である。同図において、１は広帯域点
光源、２，４．６．８．１０．１２はそれぞれ凸レンズ
、３，７．１１はそれぞれ角度分散素子、５は光シヤツ
タアレイ、９は光ファイバ、１３は受光素子アレイ、１
４は電気信号入力端子、１５は電気信号出力端子、であ
る。

第２図は、第１図における光シヤツタアレイ５を構成す
る素子数と受光素子アレイ１３を構成する素子数とが共
に８の場合の各アレイ構成と入出力デーテを示す説明図
であり、λ１〜λ８は波長を示す。第３図は、第１図に
おける光帯域点光源１の一構成例を示す説明図であり、
第３図において、２６は広帯域光源、２７．２８はそれ
ぞれ凸　゛）レンズ、２９はピンホール、である。

次に第１図、第２図、第３図を参照して第１の実施例の
動作を説明する。凸レンズ２は、その焦点上に置いた広
帯域点光源ｌの出射光を平行ビームに変換し、角度分散
素子３に送る。角度分散素子３は、入射平行ビームをそ
の波長に応じた出射角で出射し、凸レンズ４に送る。凸
レンズ４は、レンズ後方の焦点を含み光軸に垂直な平面
（情報入力平面ＰＩ）上に、入射光を波長ごとに集光し
、空間的な一次元スベクトル分布を形成する。すなわち
、凸レンズ２、角度分散素子３、凸レンズ４により分光
器を構成してあり、この分光器により、広帯域点光源１
の出射光のスペクトルを分解し、情報入力平面Ｐｌ上に
投影するわけである。

情報出力平面ｂが配置しである。光シヤツタアレイ５は光変調素子アレ
イの一種であり、第２図（ロ）に示すように、光シャッ
タを一次元に配列したもので、電気信号入力端子１４か
ら入力した電気信号により各シャッタの開閉を個別に制
御できる。今、伝送すべき情報に従ってこの個々のシャ
ッタが「開」または「閉」の状態をとっているとすると
、凸レンズ４で集光された各波長の光のうち、「開」状
態のシャッタに対応した波長の光は通過し、「閉」状態
のシャッタに対応した波長の光は遮断される。

その結果、第２図（ハ）に示すように情報入力平面ＰＬ
（シャッタアレイの出力平面）上に各シャッタの開閉状
態に対応した光強度分布が現われる。

すなわち、光シヤツタアレイで波長ごとに強度変調して
いることになる。

次に、情報入力平面Ｐｌ上に焦点のある凸レンズ６は、
情報入力平面Ｐｌ上の各点から発する各波長の光をそれ
ぞれ平行ビームに変換し、角度分散素子７に送る。角度
分散素子７は、各波長のビームが全て光軸に平行になる
ように、出射角を調整し凸レンズ８に送る。凸レンズ８
は、各波長の光をその焦点上に集光し、光ファイバ９に
入射させる。光ファイバ９に入射した光は、光シヤツタ
アレイ出力の空間的な光強度分布をスペクトル分布に変
換したものであり、波長多重化した光信号として受信端
まで伝送される。

受信側では、凸レンズ１０は、その焦点上に置いた光フ
ァイバ９の出射端から放射される出射光を平行ビームに
変換し、角度分散索子１１に送る。

角度分散素子１１は、入射平行ビームをその波長に応じ
た出射角で出射し、凸レンズ１２に送る。

凸レンズ１２は、凸レンズ後方の焦点を含み光軸に垂直
な平面（情報出力平面Ｐ２）上に、入射光を波長ごとに
集光し、空間的な一次元スベクトル分布を形成する。こ
の分布は、座標上の光強度のみに着目すれば、送信側の
光シヤツタアレイで生成した空間的光強度分布と相似な
光強度分布を有しており、受信信号を光強度分布の形で
情報出力平面Ｐ２上に再生したことになる。

情報出力平面Ｐ２上には、受光素子アレイ１３が配置し
である。受光素子アレイ１３は、第２図（ニ）に示すよ
うに、受光素子を一次元に配列したもので、個々の受光
素子に入射した光パワーに比例した電気信号を各受光素
子で発生し、電気信号出力端子１５から出力する。

本実施例における角度分散素子３．７．１１としては、
プリズムや回折格子などが使用できる。

また、光シヤツタアレイ５は、電磁石を利用した機械的
シャッタを一次元に配列することで容易に実現できる。

さらに、受光素子アレイ１３はファクシミリにおいて画
像入力に用いられている一次元配列ＣＯＤ　（Ｃｈａｒ
ｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）を使用すればよ
い。

広帯域点光源１は、すでに説明したように第３図に示す
ような構成で実現できる。凸レンズ２７はその焦点上に
配置した広帯域光源２６の出射光を集め並行ビームにす
る。凸レンズ２日はその焦点上に配置したピンホール２
９にその並行ビームを集光する。この場合、ピンホール
２９を十分小さなものにすれば、ピンホールからの出射
光を点光源からの出射光とみなすことができる。なお、
広帯域光源としては、広い範囲の波長を利用する場合に
はハロゲンランプを、また、狭い範囲の波長を利用する
場合には発光ダイオードなどを使用すればよい。

〔第２の実施例〕第４図は、本発明の第２の実施例としての波長多重伝送
方式を示す構成図である。同図において、１６は広帯域
点光源、６，８．１０．１２．１７．１８はそれぞれ凸
レンズ、７．１１は角度分散素子、５は光シヤツタアレ
イ、９．１９．２３は光ファイバ、１３は受光素子アレ
イ、１４は電気信号入力端子、１５は電気信号出力端子
、２０は光結合器、２１は光結合器２０の光源入力端子
、２２は送信側端子、２４は受信側端子、２５は反射鏡
、である。

本実施例は、第１図に示す第１の実施例における凸レン
ズ２、角度分散素子３、凸レンズ４からなる分光器を、
第４図における凸レンズ６、角度分散素子７、凸レンズ
８からなる分光器で代用したものであり、受信側の構成
、動作は第１図と全く同じである。

次に第４図により第２の実施例の動作を説明する。凸レ
ンズ１７は、その焦点上に置いた広帯域点光源１６の出
射光を平行ビームに変換し凸レンズ１８に送る。・凸レ
ンズ１８は、平行ビームを集光し、その焦点上に入射端
のある光ファイバ１９に入射させる。光ファイバ１９は
、この光を光結合器２０の光源入力端子２１に導く。光
結合器２０は、光源入力端子２１から入射した光を送信
側端子２２に接続された光ファイバ２３に出力する。

光ファイバ２３の反対側の端は凸レンズ８の焦点上に位
置しており、ここから出射した光を凸レンズ８で平行ビ
ームに変換し、角度分散素子７に送る。角度分散素子７
は、入射平行ビームをその波長に応じた出射角で出射し
、凸レンズ６に送る。

凸レンズ６は、レンズ左の焦点を含み光軸に垂直な平面
（情報入力平面ＰＩ）上に、入射光を波長ごとに集光し
、空間的な一次元スベクトル分布を形成する。

情報入力平面Ｐｌ上には、光シヤツタアレイ５が配置し
である。光シヤツタアレイ５は入力電気信号に応じて個
々のシャッタを開閉し、入力情報を光シャ７タアレイ５
の左側に光強度分布の形で出力する。光シヤツタアレイ
５の左側には、反射鏡２５を密着させてあり、反射鏡２
５は、光シヤツタアレイ５により変調された光を反射し
、再び光シヤツタアレイ５に入射させる。この時点で光
シヤツタアレイ５の各シャッタの開閉状態は変化してお
らず、光強度分布は保存されたまま、光は右方向に進む
。

これにより後の動作は、第一の実施例のそれとほぼ同様
であり、情報入力平面Ｐｌ上に焦点のある凸レンズ６は
、情報入力平面Ｐ１上の各点から発する各波長の光をそ
れぞれ平行ビームに変換し、角度分散素子７に送る。角
度分散素子７は、各波長のビームが全て光軸に平行にな
るように、出射角を調整レンズ８に送る。凸レンズ８は
、各波長の光をその焦点上に集光し、焦点上に入射端が
位置した光ファイバ２３に入射させる。光ファイバ２３
は、入射光を光結合器２０の送信側端子２２に送る。光
結合器２０は、送信側端子２２から入射した光を受信端
子２４に出力する。受信側端子２４に入射端の接続され
た光ファイバ９は光信号を受信端まで伝送する。

凸レンズ１２．は、レンズ後方の焦点を含み光軸に垂直
な平面（情報出力平面Ｐ２）上に、入射光を波長ごとに
集光し、送信側の光シヤツタアレイで生成した空間的光
強度分布と相似な光強度分布を再生する。情報出力子面
Ｐ２上そこは、受光素子アレイ１３が配置してあり、受
光素子アレイ１３は空間的光強度分布を電気信号に変換
し、電気信号出力端子１５から出力する。

本実施例における光結合器２０としては、現在一般に使
用されている光ファイバ形結合器やハーフミラ−形結合
器が使用できる。反射鏡２５としては、通常光学機器に
使用される全反射鏡を使用すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、一様で連続なス
ペクトル分布を有する光源のスペクトルを空間的に展開
し、光変調素子アレイで各波長ごとに強度変調した後、
再び一点に集光し、光ファイバで伝送することにより多
数の波長が利用でき、簡単な構成で大容量の波長多重伝
送方式を実現できる。

また、情報入出力平面上に集光される光の波長と座標の
対応関係は変化しないため、たとえ光源の波長分布が波
長方向に変動しても、使用する波長範囲が含まれていれ
ば、常に安定な伝送が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図
は、第１図、第４図における光シヤツタアレイと受光素
子アレイの構成ならびに入出力データを示す説明図、第
３図は、第１図、第４図における広帯域点光源の一構成
例を示す説明図、第４図は、本発明の第２の実施例を示
す構成図、である。符号の説明１．１６・・・広帯域点光源、２．４．６，８．１０，
１２．１７．１８．２７．２８・・・凸レンズ、３．７
．１１・・・角度分散素子、５・・・光シヤツタアレイ
、９．１９．２３・・・光ファイバ、１３・・・受光素
子アレイ、１４・・・電気信号入力端子、１５・・・電
気信号出力端子、２ｏ・・・光結合器、２１・・・光源
入力端子、２２・・・送信側端子、２４・・・受信側端
子、２５・・・反射鏡、２６・・・広帯域光源、２９・
・・ピンホール、λ１〜λ８・・・波長゛代理人　弁理
士　並　木　昭　夫代理人　弁理士　松　崎　　　清第２図受光パワー第３図２６広帯塙光漁

Claims

【特許請求の範囲】１）それぞれ異なる波長を有する複数の光信号を多重化
して光ファイバ伝送路を介して伝送する波長多重伝送方
式において、広帯域光源と、該広帯域光源からの出射光を分光して情
報入力平面上に投影する際、該情報入力平面上でその一
次元空間座標と出射光の波長が一対一の対応関係をもつ
ように投影する第１の投影手段と、前記情報入力平面上
でその一次元空間座標に沿って位置していて各々が各波
長の前記出射光を入射される複数個の光変調素子からな
り、その各変調素子の光透過率または反射率が、印加さ
れる電気信号に応じて変化するようにした一次元光変調
素子アレイと、前記光変調素子アレイからの出射光を一
点に集束し光ファイバの一端に入射させる手段と、該光
ファイバの他端からの出射光を分光して情報出力平面上
に投影する第２の投影手段と、前記情報出力平面上に位
置していて該平面上に前記第２の投影手段により投影さ
れた個々の波長の光パワをそれぞれ入射されて電気信号
に変換する複数個の受光素子からなる受光素子アレイと
、を具備して成ることを特徴とする波長多重伝送方式。