JPWO2004045116A1 - 光信号のパワーを適切に調節する装置 - Google Patents
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Abstract
本発明による装置は、第1端及び第2端を有し、第1端には光信号が入力され、第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続可能な主光路と;主光路に設けられる光可変減衰器と;光減衰器の減衰を決定する駆動電流を光可変減衰器に供給する駆動回路と;駆動電流にパイロット信号を重畳する回路と;接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと;電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて駆動電流を制御する回路とを備える。光可変減衰器の減衰がパイロット信号により変調され、反射光に含まれるパイロット信号の周波数成分の検出結果に基き減衰が調節される。従来技術のように反射光のパワーを検出する際に雑音となり得る光中継器(光増幅器)からのASEには、パイロット信号の周波数成分は含まれていない。従って、反射光の検出に関して誤動作を防止することができる。
Description
本発明は、一般的に光送信機及び光中継器等の光信号を出力する光通信用装置における安全対策に関し、更に詳しくは光信号のパワーを適切に調節する装置に関する。
近年、低損失(例えば0.2dB/km)な石英系の光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、光信号又は信号光を増幅するための光増幅器が実用に供されている。
従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング(励起)するポンピングユニットとから構成される光増幅器である。
例えば、石英系ファイバで損失が小さい波長1.55μm帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が開発されている。EDFAは、光増幅媒体としてエルビウムドープファイバ(EDF)と、予め定められた波長を有するポンプ光をEDFに供給するためのポンプ光源とを備えている。0.98μm帯あるいは1.48μm帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長1.55μmを含む利得帯域が得られる。
光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重(WDM)がある。WDMが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたWDM信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、WDMを適用することによって、多重数に応じて1本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
このように、光増幅器を線形中継器として用いることによって、従来の再生中継器を用いる場合と比較して、中継器内における部品点数を大幅に削減して、信頼性を確保すると共に、大幅なコストダウンが可能になる。
光通信装置への光増幅及びWDMの適用に伴い、光ファイバ伝送路を伝搬する信号光のパワーが大きくなり、これに対処することが実用上要求される。例えば、大きなパワーを有する信号光が光ファイバ伝送路の接続点等から空気中に放射されると人体に悪影響があるので、これに対する安全対策が必要になる。
そのために、従来は、光可変減衰器が設けられた主光路を有する装置が提案されている。主光路の第1端には光信号が入力され、主光路の第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続される。接続点でのフレネル反射により生じた反射光がフォトディテクタにより検出され、そのパワーが予め定められた閾値を越えると、光可変減衰器での減衰が大きくなるように制御される。
しかしながら、その光ファイバ伝送路に沿って光中継器が設けられており、その光中継器がEDFA等の光増幅器を含んでいる場合、光増幅器で生じるASE(自然放出光)が光ファイバ伝送路を逆走し、前述の反射光に混じってフォトディテクタに入力されてしまうことがあり、誤動作の原因となる。
従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング(励起)するポンピングユニットとから構成される光増幅器である。
例えば、石英系ファイバで損失が小さい波長1.55μm帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が開発されている。EDFAは、光増幅媒体としてエルビウムドープファイバ(EDF)と、予め定められた波長を有するポンプ光をEDFに供給するためのポンプ光源とを備えている。0.98μm帯あるいは1.48μm帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長1.55μmを含む利得帯域が得られる。
光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重(WDM)がある。WDMが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたWDM信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、WDMを適用することによって、多重数に応じて1本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
このように、光増幅器を線形中継器として用いることによって、従来の再生中継器を用いる場合と比較して、中継器内における部品点数を大幅に削減して、信頼性を確保すると共に、大幅なコストダウンが可能になる。
光通信装置への光増幅及びWDMの適用に伴い、光ファイバ伝送路を伝搬する信号光のパワーが大きくなり、これに対処することが実用上要求される。例えば、大きなパワーを有する信号光が光ファイバ伝送路の接続点等から空気中に放射されると人体に悪影響があるので、これに対する安全対策が必要になる。
そのために、従来は、光可変減衰器が設けられた主光路を有する装置が提案されている。主光路の第1端には光信号が入力され、主光路の第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続される。接続点でのフレネル反射により生じた反射光がフォトディテクタにより検出され、そのパワーが予め定められた閾値を越えると、光可変減衰器での減衰が大きくなるように制御される。
しかしながら、その光ファイバ伝送路に沿って光中継器が設けられており、その光中継器がEDFA等の光増幅器を含んでいる場合、光増幅器で生じるASE(自然放出光)が光ファイバ伝送路を逆走し、前述の反射光に混じってフォトディテクタに入力されてしまうことがあり、誤動作の原因となる。
よって、本発明の目的は、光送信機及び光中継器等の光信号を出力する光通信用装置における安全対策を誤動作無く実施することができる装置を提供することである。
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
本発明によると、第1端及び第2端を有し、第1端には光信号が入力され、第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続可能な主光路と、主光路に設けられる光可変減衰器と、光減衰器の減衰を決定する駆動電流を光可変減衰器に供給する駆動回路と、駆動電流にパイロット信号を重畳する回路と、接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて駆動電流を制御する回路とを備えた装置が提供される。
望ましくは、制御する回路は、検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに光減衰器の減衰が大きくなるように駆動電流を制御する。
本発明の他の側面によると、第1端及び第2端を有し、第1端には光信号が入力され、第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続される主光路と、主光路に設けられる光増幅媒体と、光増幅媒体による利得を決定するポンプ光を光増幅媒体に供給するポンプ光源と、ポンプ光源をパイロット信号により変調する回路と、接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて前記ポンプ光源を制御する回路とを備えた装置が提供される。
望ましくは、制御する回路は、検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに光増幅媒体での利得が小さくなるようにポンプ光源を制御する。
本発明では、光可変減衰器の減衰又は光増幅媒体での利得をパイロット信号により変調し、反射光に含まれるパイロット信号の周波数成分の検出結果に基き減衰又は利得を調節するようにしている。従来技術のように反射光のパワーを検出する際に雑音となり得る光中継器(光増幅器)からのASEには、パイロット信号の周波数成分は含まれていない。従って、反射光の検出に関して誤動作を防止することができ、本発明の目的が達成される。
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
本発明によると、第1端及び第2端を有し、第1端には光信号が入力され、第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続可能な主光路と、主光路に設けられる光可変減衰器と、光減衰器の減衰を決定する駆動電流を光可変減衰器に供給する駆動回路と、駆動電流にパイロット信号を重畳する回路と、接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて駆動電流を制御する回路とを備えた装置が提供される。
望ましくは、制御する回路は、検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに光減衰器の減衰が大きくなるように駆動電流を制御する。
本発明の他の側面によると、第1端及び第2端を有し、第1端には光信号が入力され、第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続される主光路と、主光路に設けられる光増幅媒体と、光増幅媒体による利得を決定するポンプ光を光増幅媒体に供給するポンプ光源と、ポンプ光源をパイロット信号により変調する回路と、接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて前記ポンプ光源を制御する回路とを備えた装置が提供される。
望ましくは、制御する回路は、検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに光増幅媒体での利得が小さくなるようにポンプ光源を制御する。
本発明では、光可変減衰器の減衰又は光増幅媒体での利得をパイロット信号により変調し、反射光に含まれるパイロット信号の周波数成分の検出結果に基き減衰又は利得を調節するようにしている。従来技術のように反射光のパワーを検出する際に雑音となり得る光中継器(光増幅器)からのASEには、パイロット信号の周波数成分は含まれていない。従って、反射光の検出に関して誤動作を防止することができ、本発明の目的が達成される。
図1は本発明を適用可能な光ファイバ伝送システムのブロック図;
図2は図1に示される端局2の具体的構成を示すブロック図;
図3は出力パワー制御装置の従来技術を示すブロック図;
図4AはWDM信号光のスペクトルを示す図、図4BはWDM信号光の各チャネルのタイミングチャート;
図5Aは図3に示される装置における出力光P1の光波形図、図5Bは反射光P2の光波形図、図5Cは中継器8からの戻り光P3の波形図;
図6は本発明による装置の実施形態を示すブロック図;
図7は図1等に示される中継器8の構成例を示すブロック図;
図8は本発明に適用される光可変減衰器の動作特性の例を示すグラフ;
図9Aは出力光P1の光波形図、図9Bは反射光P2の光波形図、図9Cは戻り光P3の光波形図;
図10A,10B及び10Cは図8による説明に関連して検波回路46(図6参照)の動作を説明するための図;
図11は本発明による装置の他の実施形態を示すブロック図;そして
図12A,12B及び12Cは図11に示される実施形態における動作を説明するための図である。
図2は図1に示される端局2の具体的構成を示すブロック図;
図3は出力パワー制御装置の従来技術を示すブロック図;
図4AはWDM信号光のスペクトルを示す図、図4BはWDM信号光の各チャネルのタイミングチャート;
図5Aは図3に示される装置における出力光P1の光波形図、図5Bは反射光P2の光波形図、図5Cは中継器8からの戻り光P3の波形図;
図6は本発明による装置の実施形態を示すブロック図;
図7は図1等に示される中継器8の構成例を示すブロック図;
図8は本発明に適用される光可変減衰器の動作特性の例を示すグラフ;
図9Aは出力光P1の光波形図、図9Bは反射光P2の光波形図、図9Cは戻り光P3の光波形図;
図10A,10B及び10Cは図8による説明に関連して検波回路46(図6参照)の動作を説明するための図;
図11は本発明による装置の他の実施形態を示すブロック図;そして
図12A,12B及び12Cは図11に示される実施形態における動作を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明を適用可能な光ファイバ通信システム(装置)のブロック図である。端局2及び4の間に光ファイバ伝送路6を敷設し、光ファイバ伝送路6に沿って複数の中継器8を設けて構成されている。端局2は複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を出力し、これが各中継器8で線形増幅されて端局4まで伝送される。
図2を参照すると、図1に示されるWDM信号光送信用の端局2の構成例が示されている。端局2は、異なる波長を有する光信号を出力する複数の光送信機(TX)10(#1〜#N)と、光送信機10(#1〜#N)から出力された光信号を波長分割多重して、その結果得られたWDM信号光を出力する光マルチプレクサ(MUX)12とを備えている。得られたWDM信号光は、ポストアンプとしての光増幅器14により増幅され、出力パワー制御装置16により適切なパワーに調節されて、光ファイバ伝送路6に送出される。
図3は図2に示される出力パワー制御装置16に対応する従来の出力パワー制御装置16´のブロック図である。光増幅器14の出力ポートに接続される光ファイバ18が光コネクタ20によって主光路22に接続されており、主光路22上には光コネクタ20の側から光可変減衰器24及び光カプラ26がこの順序で設けられている。主光路26の光コネクタ20と反対側の端部は接続点を提供する光コネクタ30により光ファイバ伝送路6に接続される。
光ファイバ18から入力光P0が光可変減衰器24に入力され、光可変減衰器24の減衰によって光コネクタ30から光ファイバ伝送路6に供給される出力光P1のパワーが制御される。光コネクタ30が外れる等して光コネクタ30の接続点での反射光P2が発生すると、反射光P2は光カプラ26を介してその一部としての反射モニタ光P4がフォトディテクタ(PD)32に入力される。フォトディテクタ32は入力された光のパワーに応じた電気信号を出力し、その電気信号出力に基づき駆動電流回路34が光可変減衰器24の減衰を制御する。
図4Aは光増幅器14(図2参照)が出力するWDM信号光のスペクトルを示す図である。横軸は波長、縦軸は光パワーであり、波長軸上で概ね等間隔にNチャネルの光信号が同じパワーであることが理解できる。図4Bは同じく光増幅器14が出力するWDM信号光の各チャネルのタイミングチャートである。
本願発明の優位性を説明するのに有用と思われるので、図5A,5B及び5Cを用いて図3に示される従来装置における問題点を詳細に説明しておく。図5Aは接続点30から光ファイバ伝送路6に出力される出力光P1の光波形、図5Bは反射光P2の光波形、図5Cは中継器8からの戻り光P3の波形をそれぞれ示している。
接続点としてのコネクタ30が外れている場合等、ここで反射が生じると、図5Bに示されるように、出力光P1に対応する光波形を有しそれよりも低いレベルの反射光P2が出力パワー制御装置16´に入力し、フォトディテクタ32によって検出される。
接続点としてのコネクタ30が正常に接続されており光パワーが空気中に放出されない場合には、出力光P1は光ファイバ伝送路6を通って中継器8に入力する。中継器8で正常に信号光の増幅が行われるとそこでASE等の戻り光P3が発生し、これが反射光P2と同じくパワー制御装置16´で検出される。戻り光P3には伝送信号成分が反映されないので、そのパワーは図5Cに示されるように一定である。
例えば、出力光P1のパワーが20dBmである場合、光ファイバ伝送路6での損失が4dBであるとすると、中継器8には16dBmの光が入力される。戻り光P3として4dBm以上の光が発生すると、この光は0dBm以上で出力パワー制御装置16´に入力される。従って、光可変減衰器24の減衰を大きくするための制御の閾値が0dBm(出力光P1のパワーから20dB低い値)に設定されているとすると、戻り光P3によって誤動作してしまうことになる。
そこで、この誤動作を防止するために、本発明では、出力パワー光ファイバ伝送路6に送出される信号光をパイロット信号で変調し、その変調成分が反射光P2には含まれるが中継器8からの戻り光P3には含まれないことを利用して、反射光P2を正確に検出するようにしている。具体的には以下の通りである。
図6は本発明による装置の実施形態を示すブロック図である。この装置は、図3に示される従来装置との対比において、3ポート型の光カプラ26に代えて4ポート型の光カプラ36が用いられている点と、パイロット信号による制御を可能にするための正弦波発振器42並びに同期検波回路44及び46が付加的に設けられている点とで特徴付けられる。
正弦波発振器42から出力されたパイロット信号は駆動電流回路34に供給され、それにより光可変減衰器24の減衰がパイロット信号に従って変化させられる。その結果、主光路22を伝搬する信号光のパワー(強度)がパイロット信号によって変調されることとなる。パイロット信号の周波数は例えば1KHz程度であり、この周波数は信号光における各光信号のビットレートと対比して低速である。
この変調された信号光は光カプラ36を通って光コネクタ30から光ファイバ伝送路6に送出される。接続点としての光カプラ30からの反射光P2は、光カプラ36を介してフォトディテクタ38に入力される。このときに中継器8からの戻り光P3も同じ経路を辿ってフォトディテクタ38に入力される。光可変減衰器24から出力された変調された信号光の一部は、光カプラ36を介してフォトディテクタ40に入力される。
フォトディテクタ38及び40から出力された電気信号はそれぞれ同期検波回路44及び検波回路46に入力される。同期検波回路44は、正弦波発振器42からのパイロット信号を受け、フォトディテクタ38からの電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅を検出し、その検出結果に基いて駆動電流回路34を制御する。検波回路46は、フォトディテクタ40からの電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅に比例した直流成分を検出し、その検出結果に基いて正弦波発振器42を制御する。これらの制御の詳細については後述する。尚、ここでは通常の検波回路が検波回路46として用いられているが、正弦波発振器42からのパイロット信号に基いて動作する同期検波回路を検波回路46として用いてもよい。
図7は図1等に示される中継器8の具体的構成例を示すブロック図である。光ファイバ伝送路6からの出力パワー制御装置16(図2等参照)からの出力信号光P1は光ファイバ伝送路6を通って中継器8の主光路48に供給される。主光路48上には、信号光伝搬方向に光カプラ50、エルビウムドープファイバ(EDF)52及び光カプラ54がこの順に設けられている、ポンプ(励起)光源としてのポンプLDからのポンプ光が光カプラ50を介してEDF52内に供給され、それによりEDF52では信号光に対する利得が生じる。
EDF52内を通過することによって増幅された信号光の大部分は、中継器の出力光P6として下流側の光ファイバ伝送路6に送出され、増幅された信号光の残りは光カプラ54により主光路48から取り出されて出力モニタPD56に供給される。そして、出力モニタPD56の出力電気信号のレベルが一定になるようにポンプLD58の駆動電流がフィードバック制御される。この制御により、中継器の出力光P6のパワーが一定に保たれる。
図7に示される中継器8の具体的構成においては、ポンプ光によるEDF52のポンピングにより、増幅されるべき信号光の有無にかかわらずEDF52においてASEが発生する。このASEはEDF52から信号光入力側及び出力側の双方に向けて出力されるので、そのうちの入力側に出力されたASEが中継器8で生じる戻り光P3となる。
図8を参照すると、図6に示される光可変減衰器24の駆動特性が示されている。縦軸は減衰L、横軸は駆動電流である。駆動電流が増大するのに従って、単位駆動電流変化に対する減衰の変化が大きくなるような特性曲線であることがわかる。
例えばA点を動作点として駆動電流にパイロット信号が重畳された場合、A点における特性曲腺の傾斜に従って減衰の変調における振幅が決定されることになる。この振幅は信号光の強度変調波形における振幅に一対一で対応する。動作点がA点よりも駆動電流の大きな位置(図で右側)に変化すると、信号光の強度変調波形における振幅は大きくなり、これとは逆に動作点がA点よりも駆動電流の小さな位置(図で左側)に変化すると、信号光の強度変調波形における振幅は小さくなる。
従って、図8に示されるような光可変減衰器24の動作特性の非線形性を補償するために、動作点の変化に応じて、正弦波発振回路42から出力されるパイロット信号の振幅を制御することが望ましい。
そのために、図6に示される実施形態では、光ファイバ伝送路6に送出される出力光P1に含まれるパイロット信号成分の振幅に対応する直流分をフォトディテクタ40及び検波回路46により検出し、検出値が一定になるように正弦波発振器42をフィードバック制御しているのである。
図9Aは出力光P1、図9Bは反射光P2、図9Cは戻り光P3のそれぞれの波形の例を示している。図9Aに示されるように、出力パワー制御装置16から出力される出力光P1にあっては、例えば、IGBits/secのビットレートの主信号で変調されている信号光又は各光信号に1KHzのパイロット信号が重畳されている。反射光P2は出力光P1に対してリニアに減衰した波形を有しているので、図9Bに示されるように、反射光P2には主信号による変調成分と重畳されたパイロット信号の成分とが反映されている。これに対して、中継器8からの戻り光P3には、図9Cに示されるように、パイロット信号はほとんど反映されない。
従って、図6に示されるように、反射光P2及び戻り光P3が同時にフォトディテクタ38に入力したときに、同期検波回路44によりパイロット信号の成分を検出することにより、これらを正確に区別して、誤動作無しに光可変減衰器24の減衰を制御することができる。
光可変減衰器24の制御の具体的態様としては、反射光P2に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅が予め定められた値を超えたときに、反射光P2のパワーが増大しコネクタ30の接続点あるいは開放端から空気中に放射される光の量が増えたと判断し、光可変減衰器24の減衰を増大させるというものがある。これにより、コネクタ30から放射されるレーザによって人体等が危険に晒されることを未然に防止することができる。
尚、反射光P2に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅が再び予め定められた値を下回った場合には、光可変減衰器24の減衰は元の値になるように小さくされる。これにより信号光の遮断等のトラブルにつながる恐れは無い。
図10A,10B及び10Cは図8による説明に関連して検波回路46(図6参照)の動作を説明するための図である。図10Aは光カプラ36から前方(信号光と同じ方向)に出力される出力光P5の波形、図10Bは出力光P5を受けるフォトディテクタ40の出力電圧波形、図10Cはフォトディテクタ40の出力を受ける検波回路46の出力電圧波形をそれぞれ示している。
図10Aには示されている伝送信号(主信号)の波形がフォトディテクタ40の出力電圧波形に反映されていないのは(図10B参照)、制御用のフォトディテクタ40が高速応答性を有していないからである。図10Bに示されるパイロット信号の周波数成分の振幅は、図10Cに示される検波回路46の出力電圧(直流)に反映される。従って、検波回路46の出力電圧が一定になるように正弦波発振器42から出力されるパイロット信号の振幅をフィードバック制御することにより、図8により説明した動作点による変調効率の影響を排除することができる。
図11は本発明による装置の他の実施形態を示すブロック図である。ここでは、図6の実施形態において反射光に基き光可変減衰器24の減衰が制御されるのに代えて、反射光に基き光増幅における利得が制御される。そのために、この実施形態では、出力パワー制御装置16Aの構成要素の一部として、図7に示される中継器8の構成の一部が採用されている。
即ち、光可変減衰器24に代えて、信号光に対する利得を得るためのEDF52、光カプラ50及びポンプLD58が設けられており、ポンプLD58に駆動電流を供給するための駆動電流回路64を制御するために、光カプラ36、フォトディテクタ38及び40、正弦波発振器42、同期検波回路44並びに検波回路46が用いられている、この場合における正弦波発振器42からのパイロット信号は駆動電流回路64に供給されて、ポンプLD58の駆動電流がパイロット信号により変調される。
図12Aに示されるように、出力パワー制御装置16から出力される出力光P1にあっては、例えば、1GBits/secのビットレートの主信号で変調されている信号光又は各光信号に1KHzのパイロット信号が重畳されている。
図12Bは、コネクタ30が外れている等して出力光P1が空気中に放出されているときにフォトディテクタ38に入力する光P4の波形を示している。この場合、フォトディテクタ38に入力する光P4の大部分は反射光P2となるので、パイロット信号の周波数成分の振幅は比較的大きい。
図12Cは、コネクタ30が異常無く接続されており、出力光P1が空気中に放出されること無くそのほぼ全部が光ファイバ伝送路6に送出されているときにフォトディテクタ38に入力する光P4の波形を示している。この場合、パイロット信号の周波数成分が含まれる反射光P2に対して同成分がほとんど含まれない中継器8からの戻り光P3が支配的になるので、フォトディテクタ38に入力する光P4におけるパイロット信号の周波数成分の振幅は比較的小さい。
従って、図6に示される実施形態におけるのと同様に、フォトディテクタ38に入力する光P4に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅に基き、ポンプLDの駆動電流を制御することによって、コネクタ30から放射されるレーザによって人体等が危険に晒されることを未然に防止することができる。
尚、図11に示される実施形態では、図2に示される端局2に本発明が適用されているが、図11に示される出力パワー制御装置16Aが信号光に対して利得を生じさせる点に鑑みると、これを中継器8に適用し得ることは当業者にとって容易である。
図1は本発明を適用可能な光ファイバ通信システム(装置)のブロック図である。端局2及び4の間に光ファイバ伝送路6を敷設し、光ファイバ伝送路6に沿って複数の中継器8を設けて構成されている。端局2は複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を出力し、これが各中継器8で線形増幅されて端局4まで伝送される。
図2を参照すると、図1に示されるWDM信号光送信用の端局2の構成例が示されている。端局2は、異なる波長を有する光信号を出力する複数の光送信機(TX)10(#1〜#N)と、光送信機10(#1〜#N)から出力された光信号を波長分割多重して、その結果得られたWDM信号光を出力する光マルチプレクサ(MUX)12とを備えている。得られたWDM信号光は、ポストアンプとしての光増幅器14により増幅され、出力パワー制御装置16により適切なパワーに調節されて、光ファイバ伝送路6に送出される。
図3は図2に示される出力パワー制御装置16に対応する従来の出力パワー制御装置16´のブロック図である。光増幅器14の出力ポートに接続される光ファイバ18が光コネクタ20によって主光路22に接続されており、主光路22上には光コネクタ20の側から光可変減衰器24及び光カプラ26がこの順序で設けられている。主光路26の光コネクタ20と反対側の端部は接続点を提供する光コネクタ30により光ファイバ伝送路6に接続される。
光ファイバ18から入力光P0が光可変減衰器24に入力され、光可変減衰器24の減衰によって光コネクタ30から光ファイバ伝送路6に供給される出力光P1のパワーが制御される。光コネクタ30が外れる等して光コネクタ30の接続点での反射光P2が発生すると、反射光P2は光カプラ26を介してその一部としての反射モニタ光P4がフォトディテクタ(PD)32に入力される。フォトディテクタ32は入力された光のパワーに応じた電気信号を出力し、その電気信号出力に基づき駆動電流回路34が光可変減衰器24の減衰を制御する。
図4Aは光増幅器14(図2参照)が出力するWDM信号光のスペクトルを示す図である。横軸は波長、縦軸は光パワーであり、波長軸上で概ね等間隔にNチャネルの光信号が同じパワーであることが理解できる。図4Bは同じく光増幅器14が出力するWDM信号光の各チャネルのタイミングチャートである。
本願発明の優位性を説明するのに有用と思われるので、図5A,5B及び5Cを用いて図3に示される従来装置における問題点を詳細に説明しておく。図5Aは接続点30から光ファイバ伝送路6に出力される出力光P1の光波形、図5Bは反射光P2の光波形、図5Cは中継器8からの戻り光P3の波形をそれぞれ示している。
接続点としてのコネクタ30が外れている場合等、ここで反射が生じると、図5Bに示されるように、出力光P1に対応する光波形を有しそれよりも低いレベルの反射光P2が出力パワー制御装置16´に入力し、フォトディテクタ32によって検出される。
接続点としてのコネクタ30が正常に接続されており光パワーが空気中に放出されない場合には、出力光P1は光ファイバ伝送路6を通って中継器8に入力する。中継器8で正常に信号光の増幅が行われるとそこでASE等の戻り光P3が発生し、これが反射光P2と同じくパワー制御装置16´で検出される。戻り光P3には伝送信号成分が反映されないので、そのパワーは図5Cに示されるように一定である。
例えば、出力光P1のパワーが20dBmである場合、光ファイバ伝送路6での損失が4dBであるとすると、中継器8には16dBmの光が入力される。戻り光P3として4dBm以上の光が発生すると、この光は0dBm以上で出力パワー制御装置16´に入力される。従って、光可変減衰器24の減衰を大きくするための制御の閾値が0dBm(出力光P1のパワーから20dB低い値)に設定されているとすると、戻り光P3によって誤動作してしまうことになる。
そこで、この誤動作を防止するために、本発明では、出力パワー光ファイバ伝送路6に送出される信号光をパイロット信号で変調し、その変調成分が反射光P2には含まれるが中継器8からの戻り光P3には含まれないことを利用して、反射光P2を正確に検出するようにしている。具体的には以下の通りである。
図6は本発明による装置の実施形態を示すブロック図である。この装置は、図3に示される従来装置との対比において、3ポート型の光カプラ26に代えて4ポート型の光カプラ36が用いられている点と、パイロット信号による制御を可能にするための正弦波発振器42並びに同期検波回路44及び46が付加的に設けられている点とで特徴付けられる。
正弦波発振器42から出力されたパイロット信号は駆動電流回路34に供給され、それにより光可変減衰器24の減衰がパイロット信号に従って変化させられる。その結果、主光路22を伝搬する信号光のパワー(強度)がパイロット信号によって変調されることとなる。パイロット信号の周波数は例えば1KHz程度であり、この周波数は信号光における各光信号のビットレートと対比して低速である。
この変調された信号光は光カプラ36を通って光コネクタ30から光ファイバ伝送路6に送出される。接続点としての光カプラ30からの反射光P2は、光カプラ36を介してフォトディテクタ38に入力される。このときに中継器8からの戻り光P3も同じ経路を辿ってフォトディテクタ38に入力される。光可変減衰器24から出力された変調された信号光の一部は、光カプラ36を介してフォトディテクタ40に入力される。
フォトディテクタ38及び40から出力された電気信号はそれぞれ同期検波回路44及び検波回路46に入力される。同期検波回路44は、正弦波発振器42からのパイロット信号を受け、フォトディテクタ38からの電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅を検出し、その検出結果に基いて駆動電流回路34を制御する。検波回路46は、フォトディテクタ40からの電気信号に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅に比例した直流成分を検出し、その検出結果に基いて正弦波発振器42を制御する。これらの制御の詳細については後述する。尚、ここでは通常の検波回路が検波回路46として用いられているが、正弦波発振器42からのパイロット信号に基いて動作する同期検波回路を検波回路46として用いてもよい。
図7は図1等に示される中継器8の具体的構成例を示すブロック図である。光ファイバ伝送路6からの出力パワー制御装置16(図2等参照)からの出力信号光P1は光ファイバ伝送路6を通って中継器8の主光路48に供給される。主光路48上には、信号光伝搬方向に光カプラ50、エルビウムドープファイバ(EDF)52及び光カプラ54がこの順に設けられている、ポンプ(励起)光源としてのポンプLDからのポンプ光が光カプラ50を介してEDF52内に供給され、それによりEDF52では信号光に対する利得が生じる。
EDF52内を通過することによって増幅された信号光の大部分は、中継器の出力光P6として下流側の光ファイバ伝送路6に送出され、増幅された信号光の残りは光カプラ54により主光路48から取り出されて出力モニタPD56に供給される。そして、出力モニタPD56の出力電気信号のレベルが一定になるようにポンプLD58の駆動電流がフィードバック制御される。この制御により、中継器の出力光P6のパワーが一定に保たれる。
図7に示される中継器8の具体的構成においては、ポンプ光によるEDF52のポンピングにより、増幅されるべき信号光の有無にかかわらずEDF52においてASEが発生する。このASEはEDF52から信号光入力側及び出力側の双方に向けて出力されるので、そのうちの入力側に出力されたASEが中継器8で生じる戻り光P3となる。
図8を参照すると、図6に示される光可変減衰器24の駆動特性が示されている。縦軸は減衰L、横軸は駆動電流である。駆動電流が増大するのに従って、単位駆動電流変化に対する減衰の変化が大きくなるような特性曲線であることがわかる。
例えばA点を動作点として駆動電流にパイロット信号が重畳された場合、A点における特性曲腺の傾斜に従って減衰の変調における振幅が決定されることになる。この振幅は信号光の強度変調波形における振幅に一対一で対応する。動作点がA点よりも駆動電流の大きな位置(図で右側)に変化すると、信号光の強度変調波形における振幅は大きくなり、これとは逆に動作点がA点よりも駆動電流の小さな位置(図で左側)に変化すると、信号光の強度変調波形における振幅は小さくなる。
従って、図8に示されるような光可変減衰器24の動作特性の非線形性を補償するために、動作点の変化に応じて、正弦波発振回路42から出力されるパイロット信号の振幅を制御することが望ましい。
そのために、図6に示される実施形態では、光ファイバ伝送路6に送出される出力光P1に含まれるパイロット信号成分の振幅に対応する直流分をフォトディテクタ40及び検波回路46により検出し、検出値が一定になるように正弦波発振器42をフィードバック制御しているのである。
図9Aは出力光P1、図9Bは反射光P2、図9Cは戻り光P3のそれぞれの波形の例を示している。図9Aに示されるように、出力パワー制御装置16から出力される出力光P1にあっては、例えば、IGBits/secのビットレートの主信号で変調されている信号光又は各光信号に1KHzのパイロット信号が重畳されている。反射光P2は出力光P1に対してリニアに減衰した波形を有しているので、図9Bに示されるように、反射光P2には主信号による変調成分と重畳されたパイロット信号の成分とが反映されている。これに対して、中継器8からの戻り光P3には、図9Cに示されるように、パイロット信号はほとんど反映されない。
従って、図6に示されるように、反射光P2及び戻り光P3が同時にフォトディテクタ38に入力したときに、同期検波回路44によりパイロット信号の成分を検出することにより、これらを正確に区別して、誤動作無しに光可変減衰器24の減衰を制御することができる。
光可変減衰器24の制御の具体的態様としては、反射光P2に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅が予め定められた値を超えたときに、反射光P2のパワーが増大しコネクタ30の接続点あるいは開放端から空気中に放射される光の量が増えたと判断し、光可変減衰器24の減衰を増大させるというものがある。これにより、コネクタ30から放射されるレーザによって人体等が危険に晒されることを未然に防止することができる。
尚、反射光P2に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅が再び予め定められた値を下回った場合には、光可変減衰器24の減衰は元の値になるように小さくされる。これにより信号光の遮断等のトラブルにつながる恐れは無い。
図10A,10B及び10Cは図8による説明に関連して検波回路46(図6参照)の動作を説明するための図である。図10Aは光カプラ36から前方(信号光と同じ方向)に出力される出力光P5の波形、図10Bは出力光P5を受けるフォトディテクタ40の出力電圧波形、図10Cはフォトディテクタ40の出力を受ける検波回路46の出力電圧波形をそれぞれ示している。
図10Aには示されている伝送信号(主信号)の波形がフォトディテクタ40の出力電圧波形に反映されていないのは(図10B参照)、制御用のフォトディテクタ40が高速応答性を有していないからである。図10Bに示されるパイロット信号の周波数成分の振幅は、図10Cに示される検波回路46の出力電圧(直流)に反映される。従って、検波回路46の出力電圧が一定になるように正弦波発振器42から出力されるパイロット信号の振幅をフィードバック制御することにより、図8により説明した動作点による変調効率の影響を排除することができる。
図11は本発明による装置の他の実施形態を示すブロック図である。ここでは、図6の実施形態において反射光に基き光可変減衰器24の減衰が制御されるのに代えて、反射光に基き光増幅における利得が制御される。そのために、この実施形態では、出力パワー制御装置16Aの構成要素の一部として、図7に示される中継器8の構成の一部が採用されている。
即ち、光可変減衰器24に代えて、信号光に対する利得を得るためのEDF52、光カプラ50及びポンプLD58が設けられており、ポンプLD58に駆動電流を供給するための駆動電流回路64を制御するために、光カプラ36、フォトディテクタ38及び40、正弦波発振器42、同期検波回路44並びに検波回路46が用いられている、この場合における正弦波発振器42からのパイロット信号は駆動電流回路64に供給されて、ポンプLD58の駆動電流がパイロット信号により変調される。
図12Aに示されるように、出力パワー制御装置16から出力される出力光P1にあっては、例えば、1GBits/secのビットレートの主信号で変調されている信号光又は各光信号に1KHzのパイロット信号が重畳されている。
図12Bは、コネクタ30が外れている等して出力光P1が空気中に放出されているときにフォトディテクタ38に入力する光P4の波形を示している。この場合、フォトディテクタ38に入力する光P4の大部分は反射光P2となるので、パイロット信号の周波数成分の振幅は比較的大きい。
図12Cは、コネクタ30が異常無く接続されており、出力光P1が空気中に放出されること無くそのほぼ全部が光ファイバ伝送路6に送出されているときにフォトディテクタ38に入力する光P4の波形を示している。この場合、パイロット信号の周波数成分が含まれる反射光P2に対して同成分がほとんど含まれない中継器8からの戻り光P3が支配的になるので、フォトディテクタ38に入力する光P4におけるパイロット信号の周波数成分の振幅は比較的小さい。
従って、図6に示される実施形態におけるのと同様に、フォトディテクタ38に入力する光P4に含まれるパイロット信号の周波数成分の振幅に基き、ポンプLDの駆動電流を制御することによって、コネクタ30から放射されるレーザによって人体等が危険に晒されることを未然に防止することができる。
尚、図11に示される実施形態では、図2に示される端局2に本発明が適用されているが、図11に示される出力パワー制御装置16Aが信号光に対して利得を生じさせる点に鑑みると、これを中継器8に適用し得ることは当業者にとって容易である。
以上詳述したように、本発明によると、光送信機及び光中継器等の光信号を出力する光通信用装置における安全対策を誤動作無く実施することができる装置を提供することが可能になる。また、本発明により光通信用装置の誤動作が防止されることにより、中継器からの戻り光を防止するための光アイソレータ等の高価な光デバイスが不要になり、装置の簡略化及び低価格化が可能になる。
Claims (8)
- 第1端及び第2端を有し、前記第1端には光信号が入力され、前記第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続可能な主光路と、
前記主光路に設けられる光可変減衰器と、
前記光減衰器の減衰を決定する駆動電流を前記光可変減衰器に供給する駆動回路と、
前記駆動電流にパイロット信号を重畳する回路と、
前記接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、
前記電気信号に含まれる前記パイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて前記駆動電流を制御する回路とを備えた装置。 - 前記制御する回路は、前記検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに前記光減衰器の減衰が大きくなるように前記駆動電流を制御する請求の範囲第1項記載の装置。
- 前記制御する回路は、前記パイロット信号及び前記フォトディテクタから出力された電気信号が供給される同期検波回路を含む請求の範囲第1項記載の装置。
- 前記接続点にて前記主光路に接続された光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられた少なくとも一つの光中継器とを更に備え、
各中継器は自然放出光を発生し得る光増幅器を含む請求の範囲第1項記載の装置。 - 第1端及び第2端を有し、前記第1端には光信号が入力され、前記第2端は接続点にて光ファイバ伝送路に接続される主光路と、
前記主光路に設けられる光増幅媒体と、
前記光増幅媒体による利得を決定するポンプ光を前記光増幅媒体に供給するポンプ光源と、
前記ポンプ光源をパイロット信号により変調する回路と、
前記接続点からの反射光を受け、そのパワーに応じた電気信号を出力するフォトディテクタと、
前記電気信号に含まれる前記パイロット信号の周波数成分を検出し、その周波数成分に基いて前記ポンプ光源を制御する回路とを備えた装置。 - 前記制御する回路は、前記検出された周波数成分の振幅が予め定められた閾値を超えたときに前記光増幅媒体での利得が小さくなるように前記ポンプ光源を制御する請求の範囲第5項記載の装置。
- 前記制御する回路は、前記パイロット信号及び前記フォトディテクタから出力された電気信号が供給される同期検波回路を含む請求の範囲第5項記載の装置。
- 前記接続点にて前記主光路に接続された光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられた少なくとも一つの光中継器とを更に備え、
各中継器は自然放出光を発生し得る光増幅器を含む請求の範囲第5項記載の装置。
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