WO2010064561A1 - 光線路切替方法及び装置 - Google Patents

Abstract

　本現用線路１１と迂回線路１２の上流側と下流側の端末同士を光カプラ１３，１４で各々接続し、一方の光カプラ１３に光オシロスコープ１５を、他方の光カプラ１４にチャープパルス光源１６を接続した二重化線路を構成し、迂回線路１２には、現用線路との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を補償するための光路長調整器１７を具備するようにした。チャープパルス光源１６から光周波数がチャープするパルス光を送出させ、当該パルス光が、第２の光カプラ１４で分岐され、現用と迂回線路を各々通過した後、再び第１の光カプラ１３で合波されて光オシロスコープ１５で測定されるようにし、パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように、もしくは、干渉波形の周波数が０になるように光路長調整器１７で光路長を調整する。

Description

光線路切替方法及び装置

　本発明は、光通信線路として現用線路（第１の光通信線路）および迂回線路（第２の光通信線路）による二重化線路を備える光通信切替システムに係り、光伝送信号の二重化によって生じる通信信号品質の劣化を低減し、伝送論理リンクを継続させながら通信サービスを途絶させることなく現用線路の信号を迂回線路に移し替える技術に関する。

　経済的な光通信システムを構築するため、一台の所内伝送装置によって複数の所外伝送終端装置を集約するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが考案されたことで（特許文献１参照）、通信設備のコストが大幅に削減され、光化の動きが本格化している。また、高密度波長多重や高密度時分割多重などの伝送容量の拡大によって、映像や光電話等のようなリアルタイム性を要求されるサービスや付加価値の高いサービスも普及しつつある。

　従来より、所外の光線路設備に対して、道路の拡幅工事や橋の架け替え工事、あるいは他の設備工事（電気や水道などの新設や修理）によって、回線ルートの変更を余儀なく強いられるケースがしばしば発生している（以後、支障移転工事と称する）。このような状況において、上記のようなサービスを支える通信設備に支障移転工事が発生した場合、一度に多くのトラフィックを停止させる工事となることから、多くのユーザヘの影響は計り知れない。その影響を小さくするために工事時期を分けたり、トラフィック量の小さい時間帯、例えば、深夜から早朝に切替工事を実施したりするなど、効率性に欠ける設備運用がなされてきた。

　このような状況の中、光線路の切替接続時間をできる限り短縮させ、通信復旧時間を短くするためのツールが商用化された（特許文献２参照）。しかしながら、本システムをもってしても光線路の一時的な切り離しや、現用線路と迂回線路との光路長の違い（伝送信号の位相差）によって、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避することはできていない。また、光線路設備構築時に伝達ルートを二重化し、伝送装置からこの２つのルートに対して現用信号を予め提供し、切替接続時間をほとんどゼロにした切替を実行しても、ルート長の違いによって、伝送論理リンクのミスマッチを避けられないという問題があった。

　いずれにしても、このような媒体切替の技術的限界を考慮して、ユーザヘの影響（サービス劣化）を最小限に食い止めるように工事期間を分散させ、深夜作業をより一層長期化することは避けられない状況にある。

特開平８－１０２７１０号公報「光伝送装置」 特許第３５７３６０６号公報「光ファイバケーブル３点切替接続システム」

　以上、ＰＯＮシステムの切り替えに代表されるように、所外の光線路設備に対して支障移転工事が発生すると、一度に多数のユーザのサービスを停止させなければならず、その影響は計り知れない。現実にはこの多数のユーザに対してサービス停止の期間（日時）を一致させて了解を得ることは不可能であり、トラフィック量の減少する時間帯、例えば、深夜から早朝に切替工事を実施することを強いられている。このように、サービスに直接影響すると同時に、計画性に欠けるという問題があった。なお、ＳＳ網（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｓｔａｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムのような単数のユーザであったとしても、サービス停止が事実上、困難な専用回線に使用されているケースが多いことから、その状況についてはＰＯＮシステムと変わりはない。

　本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避してサービスを継続できるように、光路長の等しい二重化線路を作り上げることで光伝送信号の位相を一致させることのできる二重化線路の光線路切替方法及び装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために本発明に係る二重化線路の光通信切替システムは以下のような態様の構成とする。
　（１）第１及び第２の光伝送装置間に第１の光伝送線路とは別に第２の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、前記第１の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの一方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第１の光カプラ手段と、前記第２の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの他方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第２の光カプラ手段と、前記第２の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、前記第１の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第２の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備し、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第２の光カプラ手段で分岐させ、前記第１及び第２の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第１の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及びパルス波形の上部で生じる干渉波形を測定して、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整した後、前記第１及び第２の光伝送装置間の光伝送信号を前記第１の光伝送線路から前記第２の光伝送線路へ光伝送信号を二重化しながら移し替えることを特徴とする。

　（２）（１）の構成において、前記第１の光伝送線路と前記第２の光伝送線路の２つのうち少なくとも一方の光伝送線路中に配置され、前記第１光伝送装置と前記第２の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第１の光伝送線路及び前記第２の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させるレベル調整手段をさらに具備することを特徴とする。

　（３）（１）の構成において、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする。
　（４）（１）の構成において、前記試験光源は、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器は、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備え、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする。

　また、本発明に係る二重化線路切替方法は以下のような態様の構成とする。
　（５）第１及び第２の光伝送装置間に第１の光伝送線路とは別に第２の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、前記第１の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの一方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第１の光カプラ手段と、前記第２の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの他方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第２の光カプラ手段と、前記第２の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、前記第１の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第２の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備する光通信切替システムに用いられ、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第２の光カプラ手段で分岐させ、前記第１及び第２の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第１の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及び当該パルス光の波形上部で生じる干渉波形を測定し、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整し、前記第１及び第２の光伝送装置間の光伝送信号を前記第１の光伝送線路から前記第２の光伝送線路へ光伝送信号を二重化しながら移し替えることを特徴とする。

　（６）（５）の構成において、前記試験光源から送出されるパルス光が前記第２の光カプラ手段で分岐され、前記第１の光カプラ手段で合波されており、前記第１光伝送装置と前記第２の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第１の光伝送線路及び前記第２の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させることを特徴とする。

　（７）（５）の構成において、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする。
　（８）（５）の構成において、前記試験光源が、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器が、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備えるとき、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする。

　すなわち、本発明に係る（１）の二重化線路の光通信切替システム及び（５）の二重化線路切替方法では、第１の光伝送線路（現用線路）と第２の光伝送線路（迂回線路）との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を補償する方法として、各々の光伝送線路の上流側と下流側の端末同士を第１及び第２の光カプラ手段で各々接続し、第１の光カプラ手段の残りの光入出力端子に第１の光伝送装置と光測定器（光オシロスコープ）とを接続し、また、第２の光カプラ手段の残りの光入出力端子に第２の光伝送装置と試験光源とを接続した二重化線路を構成した。

　ここで、前記第２の光伝送線路には、当該線路と前記第１の光伝送線路との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器を具備するようにした。

　そして、前記試験光源から、光周波数がチャープするパルス光を送出し、当該パルス光が、前記第２の光カプラ手段で分岐され、前記第１、第２の光伝送線路を各々通過した後、再び前記第１の光カプラ手段で合波されて前記光測定器で測定されるようにした。

　上記構成において、（３）のシステム及び（７）の方法では、当該パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整するものとした。
　また、（４）のシステム及び（８）の方法では、前記第１、第２の光伝送線路の光路長の違いによって生じるパルス光伝送信号の位相差を補償する方法として、前記試験光源から、その光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光（以降、チャープパルス光と称する。）を送出し、当該パルス光が、前記第２の光カプラ手段で分岐され、前記第１、第２の光伝送線路を各々通過した後、再び前記第１の光カプラ手段で合波されて前記光測定器で測定されるとき、当該パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られたある周波数成分を基準として、それが周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の位置に前記空間光通信器を調整するものとした。

　（３），（７）によれば、同一試験光源から送出されたチャープパルス光が二重化線路の第２の光カプラで第１、第２の光伝送線路に分岐された後、第１の光カプラで再び合波されたとき、これらチャープパルス光の到達時間の差が光測定器で観測される。この到達時間差を第２の光伝送線路側に具備された空間光通信器における空間光路長を伸縮させて補償する（粗調整）。さらに、到達時間差を補償したチャープパルス光には、その波形上部に干渉波形が発生しており、この干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように空間光通信器の光路長を微調整することで光路長をｍｍオーダまで一致させられる（微調整）。

　また、（４），（８）によれば、光測定器で前記第１、第２の光伝送線路の光路差を補償する中で、上記（３），（７）の粗調整を実行した後に、チャープパルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換し、このときに得られたある周波数成分を基準として、その周波数成分がゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮させ、再び基準とした前記周波数成分が測定された時点で前記延伸または短縮を停止し、その伸縮長または短縮長の半分の位置に前記空間光通信器を配置することで、光路長をｍｍオーダで一致させられる（微調整）。

　以上のことから、前記第１、第２の光伝送線路の光路長の違いによって生じる伝達時間の差を解消できるため、現用信号の論理リンク状態を継続させサービスを停止させることなく伝送信号の二重化と切替が可能となる。

　第１および第２の光伝送装置から送出された光伝送信号が二重化線路で第１の光伝送線路（現用線路）と第２の光伝送線路（迂回線路）に分岐された後、再び合波されたとき、二重化線路の各々を伝搬してきた光伝送信号にはわずかながら到達時間に差があるため、光伝送信号のもつ光周波数差がビート干渉雑音として発生する。

　このため、上記（２）や（６）のように、第１の光通信線路及び第２の光通信線路のいずれか一方に、光伝送信号のパワーを調整するレベル調整手段を具備してもよい。レベル調整手段を用いて第１の光伝送線路と第２の光伝送線路の各々を伝搬してくる光伝送信号のパワーにレベル差を設けることで、光伝送信号が合波されたときに生じる光ビート干渉雑音を低減させることができ、通信品質の劣化を抑制することができる。

　上記（１）から（８）において、前記空間光通信器は、基準軸方向に対向配置される一対のコーナーキューブと、前記第２の光伝送線路中に挿入される光線路を伝搬する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替える切替手段と、前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差が規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする。

　前記第２の光伝送線路を伝搬する光伝送信号やチャープパルス光の信号光が一対のコーナーキューブ間の空間に入射される。この空間の間隔を調整手段により光路長を伸縮すればこれら信号光の伝達時間を調整することができるが、それのみでは広範囲にわたる調整レンジを得ることはできない。

 そこで、上記構成によれば切替手段により、コーナーキューブ間での信号光の反射回数が段階的に切り替えられる。これにより光路長を大幅に可変することが可能になる。切り替えに際しては退避手段により信号光が副光線路に退避させられる。

 副光線路は光線路とは並列に設けられるもので、光線路との光路長の差は、例えば±８ｃｍ以内というように通信方式におけるリンク継続のための規定値以下の値を持つ。従って通信サービスを途絶させることなく光路長を調整することが可能になる。

　また、上記（１）から（８）において、他の形態の前記空間光通信器は、前記第２の光伝送線路中に挿入された一対の光入出力ポート間の光線路を２系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送をオン・オフする一対の光減衰器と、前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれｎ（ｎは２以上の自然数）系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位で光線路長を延長する一対の光スイッチ回路と、前記２系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段とを具備することを特徴とする。

　ここで、前記光カプラは、伝送光の波長に依存しない特性を有する態様とする。前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの出射光及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備える態様とする。

　また、前記光路長調整手段は、前記２系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮される態様とする。前記スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にＮ個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して２^０，２^１，…，２^Ｎ－１の比率の光路差長を有する光ファイバが接続される態様とする。

 上記構成によれば、光ファイバによる通過経路の光路長を連続的に変化させることができ、これによって光路長を任意に調整可能な空間光通信器を提供することができる。従って通信サービスを途絶させることなく光路長を調整することが可能になる。

　本発明は、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避してサービスを継続できるように、光路長の等しい二重化線路を作り上げることで光伝送信号の位相を一致させることのできる二重化線路の光線路切替方法及び装置を提供することができる。

本発明が適用される二重化線路において、チャープパルス光が伝搬する様子を示すイメージ図である。 図１に示す二重化線路において、光カプラ１３の合波パルス光における光干渉波形を示すイメージ図である。 図１に示す二重化線路の光路長が一致していく過程の中で、干渉波形の位相周期の変化をイメージした図である。（ａ）は光路差ΔＬが大きいとき、（ｂ）は光路差ΔＬを小さくしていくとき、（ｃ）は光路差ΔＬが略一致したときの図である。 図１に示す二重化線路の光路長を一致させていく過程の中で、干渉波形のもつ周波数スペクトルの変化をイメージした図である。（ａ）は光路差ΔＬが大きいとき、（ｂ）は光路差ΔＬを小さくしていくとき、（ｃ）は光路差ΔＬをさらに小さくし続け、二重化線路の光路差が逆転したときの図である。 本発明に係る光通信切替システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 上記第１の実施形態において、第一分岐線路（現用）に対して迂回線路の光路長を合わせるための調整手順を示すフローチャートである。 上記第１の実施形態のチャープパルス光到達時間差測定による光路長合わせの実験例を示す波形図である。（ａ）は光路差が約９９ｍのパルス波形、（ｂ）は光路差が約３８ｍのパルス波形、（ｃ）は光路差が約１８ｍのパルス波形、（ｄ）は光路差がほぼ一致した合波パルス波形であり、Ａは迂回側パルス波形、Ｂは現用側パルス波形である。 上記第１の実施形態の合波パルス光上部の光干渉測定による光路長合わせの実験例を示す波形図である。（ａ）は光路差が数十ｃｍの干渉波形、（ｂ）は光路差が十数ｃｍの干渉波形、（ｃ）は光路差が数ｃｍの干渉波形、（ｄ）は光路差が数ｍｍの干渉波形である。 上記第１の実施形態において、光路長が一致したとき（干渉波形の上限下限差が最小）のチャープパルス幅とＦＳＯレールガイド目盛との関係を示す図である。 本発明に係る光通信切替システムの第２の実施形態による光路差合わせの調整手順を示すフローチャートである。 本発明で使用したチャープパルス光源によって得られた周波数スペクトルとＦＳＯレールガイド目盛との関係を示す図である。 本発明に係る光通信切替システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図である。 二重化線路を伝搬する光伝送信号のイメージ図である。 ビート干渉を伴う合波光伝送信号波形のイメージ図である。 合波光伝送信号波形のビート雑音の活性状況（計算）を説明する図である。（ａ）は光伝送信号の振幅が同じ場合であり、（ｂ）は光伝送信号の振幅が１０：１の場合である。 下り光伝送信号に対する本発明対策前後の波形を説明する図である。 上り光伝送信号に対する本発明対策前後の波形を説明する図である。 二重化線路を伝搬する光伝送信号のレベル差を変えながらＯＬＴとＯＮＵ間のフレームロスを測定した結果である。 この発明に係る空間光通信器の実施の形態を示す図である。 コーナーキューブ間での反射回数と光路長との関係を示す図である。（ａ）は空間光路長Ｓが２Ｌ≦Ｓ≦４Ｌの場合、（ｂ）は空間光路長Ｓが４Ｌ≦Ｓ≦８Ｌの場合、（ｃ）は空間光路長Ｓが８Ｌ≦Ｓ≦１６Ｌの場合である。 空間光学系の光路図の一例を示す図である。 この発明に係る空間光通信器における空間光学系を示す図である。 この発明に係る空間光通信器における空間光学系を示す図である。 反射回数の切り替えの他の例を示す図である。（ａ）は空間光路長Ｓが２Ｌ≦Ｓ≦４Ｌの場合、（ｂ）は空間光路長Ｓが４Ｌ≦Ｓ≦８Ｌの場合、（ｃ）は空間光路長Ｓが８Ｌ≦Ｓ≦１６Ｌの場合である。 本発明に係る空間光通信器の実施形態を示す図である。 本発明に係る空間光通信器の調整（延伸）方法を説明するための図である。（ａ）は、コーナーキューブ６１３Ａ，６１３ＢをＢ系統側に移動させたときの図である。（ｂ）は、光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＢ系統のみに光を導通させたときの図である。（ｃ）は、コーナーキューブ６１３Ａ，６１３ＢをＡ系統側に移動させたときの図である。（ｄ）は、、光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＡ系統のみに光を導通させたときの図である。 本発明に係る空間光通信器において、片側系統のみが連続延伸機能を有する場合の光路長延伸方法を説明するための図である。（ａ）は、コーナーキューブ６１３Ａ，６１３ＢをＢ系統側に移動させたときの図である。（ｂ）は、光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＢ系統のみに光を導通させたときの図である。（ｃ）は、コーナーキューブ６１３Ａ，６１３ＢをＡ系統側に移動させたときの図である。（ｄ）は、光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＡ系統のみに光を導通させたときの図である。

　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

　まず、本発明の基本とする「光干渉による光路差検出の原理」に係わる、二重化線路の光路差を検出する考え方について、図１及び図２を用いて説明する。
　図１は、チャープパルス光が二重化線路を伝搬する様子を示すイメージ図である。同図において、１１は現用線路、１２は迂回線路であり、各線路の一方端は光カプラ１３に接続され、他方端は光カプラ１４に接続される。光カプラ１３には光オシロスコープ１５が接続され、光カプラ１４にはチャープパルス光源１６が接続される。迂回線路１２には、光路長を増減するための光路長調整器（空間光通信器）１７が介在される。ここで、光路長調整器１７において、Ｘ_１は周波数ω_０に対応する光路長調整位置、Ｘ_２は周波数ω_１に対応する光路長調整位置、Ｘ_３は光路長一致点を示している。

　図２は、光カプラ１３の合波パルス光における光干渉波形を示すイメージ図である。同図において、２１は現用側パルス光のパワー、２２は迂回側パルス光のパワー、２３は現用側パルス光の周波数チャープ曲線、２４は迂回側パルス光の周波数チャープ曲線、２５は光干渉波形、２６は光周波数差（Δω）を示している。

　図１に示すように、チャープパルス光源１６から送出されたチャープパルス光が、現用線路１１と迂回線路１２から構成されるマッハ・ツェンダ型の二重化線路を通過するとき、その光路差ΔＬ（＝Δｔ・ｃ／ｎ）のため異なる光周波数の光が合波され、光オシロスコープ１５では差周波成分Δωの干渉波形（交流成分）として観測される。光カプラ１４によって分岐され、現用線路１１を伝搬するパルス光φ_１と、迂回線路１２を伝搬するパルス光φ_２とを各々平面波で近似すると、次式（１），（２）によって表される。

　φ_１｛Ｌ_１，ω（Ｌ_１）｝
　　　＝Ａ・ｅｘｐ［－ｉ｛ｋ_０・ｎ・Ｌ_１－ω（Ｌ_１）・ｔ＋φ_０｝］　　…（１）
　φ_２｛Ｌ_２，ω（Ｌ_２）｝
　　　＝Ｂ・ｅｘｐ［－ｉ｛ｋ_０・ｎ・Ｌ_２－ω（Ｌ_２）・ｔ＋φ_０｝］　　…（２）
Ｌ_１とＬ_２は現用線路１１と迂回線路１２の光路長、ω（Ｌ_１）とω（Ｌ_２）は光路長Ｌ_１とＬ_２における光周波数、ＡとＢは振幅、ｋ_０は真空中の波数、ｎはコアの屈折率、φ_０は初期位相である。

　ここで、光オシロスコープ１５で測定される電流値Ｉは、上記パルス光φ_１とφ_２を重ね合わせた干渉波の２乗に比例することから、電流値Ｉは次式（３）により与えられる。但し、光－電気の変換効率を１とし、合波時の偏波結合効率も１と仮定する。
　Ｉ＝｜φ_１＋φ_２ ^＊｜^２　　　…（３）
ここで、＊は複素共役を表す。
　式（１），（２）を式（３）に代入すると、次式（４）が得られる。
　Ｉ＝｜Ａ｜^２＋｜Ｂ｜^２±２・｜Ａ｜・｜Ｂ｜・ｃｏｓ（ｋ_０・ｎ・ΔＬ－Δω・ｔ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（４）
但し、ΔＬ＝Ｌ_１－Ｌ_２、Δω＝ω（Ｌ_１）－ω（Ｌ_２）である。

　ここで、図２からわかるように、光路差がない場合（ΔＬ＝０）、合波される光の周波数もまた一致し、Δω＝０となることから、式（４）の第３項のｃｏｓｉｎｅ部が“１”となり、電流値１から交流成分がなくなる。つまり、電流値Ｉが一定値となることを利用して二重化線路の光路差を検出することができる。

　次に、上記光路差の検出方法（１）について説明する。
　図３は、二重化線路の光路長が一致していく過程の中で、干渉波形の位相周期の変化をイメージしたものである。同図において、３１は合波パルス光、３２～３４は干渉波形の上限下限幅、３５～３７は合波パルス光があると仮定したときの干渉波形の軌跡、３８～４０は干渉波形の振幅である。

　図３から明らかなように、光路差ΔＬが大きいときは、合波パルス光３１の周波数差Δωも大きくなり、結果として位相周期が短くなる（図３（ａ））。次に、光路差ΔＬを小さくしていくと、合波パルス光３１の周波数差Δωも小さくなり、その結果、位相周期が長くなる（図３（ｂ））。さらに、光路差ΔＬがなくなったときは、合波パルス光３１の周波数差Δωもなくなり、結果として位相周期をもつ干渉波形は合成パルスの上部に生じない。

　ここに真の意味で、干渉させないためには、干渉に用いるチャープパルス光の波長が１～２μｍ程度であることから、光路長調整器１７において、少なくともこの波長より短い距離を制御する技術が要求される。しかしながら、このような高い距離精度をもつ光路長調整器を用意したとしても、現実問題として、チャープパルス光自身の光周波数の揺らぎや伝送媒体である光線路の温度変化に伴う伸縮などは避けられないため、完全な直流成分とはならず、位相周期の長い干渉波形の一部として観測されることになる（図３（ｃ））。要するに、合波パルス光３１のトップフロアに現れる干渉は、振幅が等しく（図３中の３８～４０）、位相周期の異なる波形の一部である（図３の３５～３７にその様子を示す）。

　この現実を踏まえて、本発明では、図３（ｃ）に示すように、合波パルス光３１のトップフロアに生じる干渉波形の位相周期をできる限り長くし（少なくとも半周期より長くし）、そのトップフロアを直線に近づけることで光路長合わせを実行させた。この直線に近づけることは、即ち、上限と下限の幅を最小にすることであり、結果として二重化線路の光路長を一致させていることに等しい。

　他の光路差検出方法（２）について説明する。
　図４は、二重化線路の光路長を一致させていく過程の中で、干渉波形のもつ周波数スペクトルの変化をイメージしたものである。同図において、４１は合波パルス光、４２、４２’、４２”は干渉波形、４３は直流成分、４４は現用線路１１と迂回線路１２とを伝搬してきたチャープパルス光の到達時間を一致させた後の干渉波形の周波数（ω_０）、４４’は光路長合わせにより、干渉波形が周波数ゼロへ変化する様子（ω_１）、４４”は光路長合わせにより、干渉波形の周波数がゼロ側へ変化し、再び干渉波形の周波数がω_０に回帰したときの様子である。図４に示すように、光路差ΔＬが大きい場合、合波パルス光４１の位相周期が短くなり、高周波側にある周波数ω_０が観測される（図４（ａ））。次に、光路差ΔＬを小さくしていくと、合波パルス光４１の位相周期が長くなり、周波数スペクトルがω_０からゼロの方向へ移動する（図４（ｂ））。ω_１は、周波数ゼロへ移る途中段階を表したものである。さらに、光路差ΔＬを小さくし続けると、移動中の周波数ω_１は直流成分４３に吸収されてしまい、今度は回帰するような動きで最初のω_０付近にその周波数スペクトルを観測することができる（図４（ｃ））。

　ここで、周波数スペクトルの変化から光路長が一致したことを判定するためには、上記「光干渉による光路差検出の原理」で述べたように干渉波形から交流成分がなくなる位置、即ち、周波数がゼロになる直流成分の位置を検知しなければならない。しかしながら、式（４）に示すように、干渉波形の電流値Ｉには、｜Ａ｜^２や｜Ｂ｜^２という別の直流成分が含まれており、干渉波形の位相周期が長くなることによって得られる周波数ゼロ（直流成分）との区別がつけられない。そこで以下に述べる手法により、前述の周波数ゼロ（直流成分）の点、即ち、現用線路１１と迂回線路１２の光路長が一致する点を間接的に求めることができる。

　光路差ΔＬには、現用線路１１に対して迂回線路１２が長い場合（＋ΔＬ）と短い場合（－ΔＬ）の２つの状態が存在する。この２つの状態に対して、光周波数が線形にチャープするパルス光同士を合波させると、同じ位相周期の干渉波形を得ることができる。つまり、±ΔＬの位置で同じ周波数スペクトルを観測することができる。これは、チャープする光周波数が線形であるため、この時のチャープ量（傾き）をΩ（定数）とすると、現用線路１１と迂回線路１２の光路長によって生じる周波数差Δω（Ｌ）は光路差ΔＬに比例するからである。即ち、次式（５）で与えられる。

　　　Δω（Ｌ）＝Ω・｜ΔＬ｜　（Ｃｏｎｓｔａｎｔ）　　　…（５）
ここで、｜ΔＬ｜は現用線路１１に対する迂回線路１２の上記２つの状態における光路長差を表しており、干渉波形の周波数は同じΩ・｜ΔＬ｜として観測される。
　以上のことから、現用線路１１と迂回線路１２の光路長が一致する点は、上記２つの状態（±ΔＬ）の中間点にあることが分かる。

　つまり、まず基準とする周波数ω_０を決め、それに対応する光路長調整位置Ｘ_１を測定する。そして周波数ゼロの方へ光路長調整器１７を調節し、再び基準とした周波数成分ω_０にそのスペクトルが検出されるまで光路長調整器１７を移動して、それに対応する光路長調整器１７の位置Ｘ_２を測定する。これら２つのω_０は周波数ゼロの位置Ｘ_３から等距離にあることから、位置Ｘ_３は式（６）により与えられる。

　　　Ｘ_３＝（Ｘ_１＋Ｘ_２）／２　　　…（６）
　本方法は、上記「光路差検出方法（１）」の中で説明した干渉波形トップフロアの上限と下限の幅を最小にする方法と比較して、光路差を解消する方向が周波数スペクトルの変化から直ちに明らかになる。また、干渉波形４２、４２’、４２”の振幅の大小にほとんど影響されずに特定できるというメリットがある。

　以下、上記方法に基づく本発明の実施の形態を詳細に説明する。
　（第１の実施形態）
　図５は本発明における光通信切替システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、１１１は所内伝送装置、１１２は試験光遮断フィルタ、１１３は第一分岐部、１１４、１１４’は迂回線路接続用光カプラ、１１５は第一分岐線路（現用）、１１６は第二分岐部、１１７は第二分岐線路、１１８は試験光遮断フィルタ、１１９－１、…、１１９－７は所外終端装置、１２０は測定用ポート、１２１は迂回線路接続用ポート、１２２は光伝送信号遮断フィルタ、１２３は光オシロスコープ、１２４は光伝送信号／試験光合分波器、１２５はＷＤＭ光カプラ、１２６は光スイッチ、１２７は試験光経路、１２８は光伝送信号経路、１２９は光路長調整用ファイバ、１３０はＷＩＣ光カプラ、１３１は空間光通信器、１３２は送受信端、１３３は反射器、１３４は迂回線路、１３５は光アイソレータ、１３６は光路差検出に用いるチャープ光源（試験光源）、１３７は試験光であるチャープパルス光、１３８は第一分岐線路１１５を経由する現用側チャープパルス光、１３９は迂回線路１３４を経由する迂回側チャープパルス光、１４０はそれらチャープパルス光の合波パルス光である。

　１本の光ファイバを第一分岐部１１３で複数の第一分岐線路（現用）１１５に分け（例えば４分岐）、それらの各々を第二分岐部１１６で、更に複数の第二分岐線路１１７に分けることにより（例えば８分岐）、１台の所内伝送装置１１１が複数（３２台）の所外終端装置１１９－１～１１９－７を制御するＰＯＮシステムを構成している。

　このシステムにおいて、第一分岐線路（現用）１１５に工事等が発生した場合、この第一分岐線路（現用）１１５の両端に予め設置された迂回線路接続用光カプラ１１４と１１４’を介して迂回線路１３４を接続して別の通信ルートに変更する。
　ここで、迂回線路１３４の中には、当該線路１３４の接続直後に迂回線路接続用光カプラ１１４と１１４’を通過した光伝送信号が、信号の位相差をもったまま第一分岐線路（現用）１１５からの光伝送信号と二重化しないように光伝送信号／試験光合分波器１２４内に光スイッチ１２６が設けられている。また、この光伝送信号／試験光合分波器１２４には、光伝送信号経路１２８とは別に、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４の光路差を検出するために、試験用の迂回側チャープパルス光１３９を常時、通過させるための試験光経路１２７がＷＤＭ光カプラ１２５とＷＩＣ光カプラ１３０によって構成されている。尚、光路長調整用ファイバ１２９は、光伝送信号／試験光合分波器１２４内の光伝送信号経路１２８と試験光経路１２７の光路長を等しくするためのものである。

　チャープパルス光源１３６を、例えば第二分岐線路１１７の空き心線に設置し、そこからチャープパルス光１３７を送出する。チャープ光源としては、線幅が比較的狭いＤＦＢ－ＬＤが望ましく、直接強度変調するような光パルス試験器等を用いるとよい。
　送出されたチャープパルス光１３７は迂回線路接続用光カプラ１１４’により、現用側チャープパルス光１３８と迂回側チャープパルス光１３９とに分岐され、迂回線路接続用光カプラ１１４によって再び合波されて、測定用ポート１２０から光伝送信号遮断フィルタ１２２を通った後、光オスロスコープ１２３で合波パルス光１４０として測定される。

　空間通信器１３１は、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４との光路差を補償するための空間長可変装置であり、コリメート機能をもつ固定された送受信部１３２と移動可能な反射器１３３とからなり、この反射器１３３を移動させることにより空間光路長を伸縮させる。

　なお、試験光遮断フィルタ１１２と１１８は、サービス中においても光路差検出測定が可能なように試験波長のチャープパルス光１３７をカットするものである。また、光伝送信号遮断フィルタ１２２と光アイソレータ１３５は、逆に光路差検出時において光オシロスコープ１２３等に入り込んでくる光伝送信号をカットするものである。

　続いて、図６に示すフローチャートを参照して、上記第一分岐線路（現用）１１５に対して迂回線路１３４の光路長を合わせるための調整手順を説明する。
　まず、チャープパルス光源１３６からチャープパルス光１３７を送出する（ステップＳ１）。このとき、迂回線路１３４を経由して伝搬される光伝送信号が第一分岐線路（現用）１１５の光伝送信号と畳重しないように光スイッチ１２６をオフにして光伝送信号を遮断しておく。

　次に、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ１１４によって再び合流した合波パルス光１４０を光オシロスコープ１２３でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光１３８と迂回側チャープパルス光１３９の到達時間を測定する（ステップＳ２）。そして、到達時間に差がある場合、空間光通信器１３１の反射器１３３で到達時間が一致するように補正する（ステップＳ３，Ｓ４）。このときの光路長合わせの精度としては、主に光オシロスコープ１２３のサンプリング分解能が支配要因となるが、光オシロスコープ１２３のもつ装置雑音、あるいはチャープパルス光波形の劣化具合や光パワーの安定性なども大きく起因しており、数メートルから数十センチメートルが一般的に限界である。

　続いて、更なる光路長合わせのために、合波パルス光１４０の上部に発生している干渉波形の位相周期を監視する（ステップＳ５）。反射器１３３を干渉波形の位相周期が長くなる方向へ移動させ、このときの上限下限差を測定する（ステップＳ６）。測定された上限下限の差が最小になるように反射器１３３を調節する（ステップＳ７，Ｓ８）。このときの光路長合わせの精度としては、反射器１３３の調整精度を含めてミリメートルオーダである。

　以上、上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４がｍｍオーダで一致したことで、光スイッチ１２６を開放して光伝送信号を二重化する（ステップＳ９）。
　図７及び図８に上記光路差合わせの手順を実施した場合の検証結果を示す。

　図７は、チャープパルス光到達時間差測定による光路長合わせの実験例である。Ａは迂回側チャープパルス波形、Ｂは現用側チャープパルス波形である。同図において、（ａ）は、ステップＳ２の「第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ１１４によって再び合流した合波パルス光１４０を光オシロスコープ１２３でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光１３８と迂回側チャープパルス光１３９の到達時間を測定した結果である。その光路差は約９９メートルである。

　次に、（ｂ）～（ｄ）では、空間光通信器１３１の反射器１３３で到達時間が一致するように補正する様子を示している。（ｂ）は光路差が３８ｍ、（ｃ）は１８ｍ、（ｄ）は、数メートルまで光路差を解消しているが、これ以上の距離精度を求めることはできない。

　そこで、図７（ｄ）の合波パルス光１４０の上部に生じた干渉波形に着目して、まず、その位相周期を監視する（ステップＳ５）。反射器１３３を干渉波形の位相周期が長くなる方向へ移動させ、このときの上限下限差を測定する（ステップＳ６）。測定された上限下限の差が最小になるように反射器１３３を調節する（ステップＳ７，Ｓ８）。このようにステップＳ５～Ｓ８に従って光路差合せを実施した結果が図８である。同図において、（ａ）は光路差が数十ｃｍの干渉波形、（ｂ）は光路差が十数ｃｍの干渉波形、（ｃ）は光路差が数ｃｍの干渉波形、（ｄ）は光路差が数ｍｍの干渉波形である。光路差が解消するに応じて干渉波形の位相周期が長くなり、最終的に干渉波形はなくなる様子が確認できた。

　図９は、光路長が一致したとき（干渉波形の上限下限差が最小）のチャープパルス幅とＦＳＯレールガイド目盛との関係である。同図において、１５１はパルス幅２０ｎｓの時、１５２はパルス幅５０ｎｓの時、１５３はパルス幅１００ｎｓの時、１５４はパルス幅２００ｎｓの時、１５５はパルス幅５００ｎｓの時のＦＳＯレールガイド目盛の位置を測定したもので、各パルス幅において各々４回測定し、その最大と最小、および平均を表している。この図より、パルス幅２０ｎｓ（１５１）を除く他のもの（１５２～１５５）は、ＦＳＯレールガイド目盛の９７４～９７５ｍｍの範囲、即ち、１ｍｍ以内の距離精度に収まっていることを確認できる。ここで、パルス幅２０ｎｓ（１５１）の距離精度が他のパルス幅のそれより大きくなっている理由としては、パルス形状が三角波形に近くトップフロアの部分が狭いことから、上限下限差の最小値を求める際に測定誤差が大きくなるためである。

　（第２の実施形態）
　本実施形態では、光路差合わせの手順において、合波パルス光１４０上部における干渉波形の位相周期をフーリエ変換して周波数スペクトルとして光路差を検出する点以外は第１の実施形態と同じ構成であるので、ここでは図５に示す構成図を参照ながら、図１０を用いて、第２の実施形態による光路差合わせの調整手順について説明する。

　まず、チャープパルス光源１３６からチャープパルス光１３７を送出する（ステップＳ１１）。このとき、迂回線路１３４を経由して伝搬される光伝送信号が第一分岐線路（現用）１１５の光伝送信号と畳重しないように光スイッチ１２６をオフにして光伝送信号を遮断しておく。

　次に、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ１１４によって再び合流した合波パルス光１４０を光オシロスコープ１２３でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光１３８と迂回側チャープパルス光１３９の到達時間を測定する（ステップＳ１２）。そして、到達時間に差がある場合、空間光通信器１３１の反射器１３３で到達時間が一致するように補正する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。このときの光路長合わせの精度としては、主に光オシロスコープ１２３のサンプリング分解能が支配要因となるが、光オシロスコープ１２３のもつ装置雑音、あるいはパルス光波形の劣化具合や光パワーの安定性なども大きく起因しており、数メートル～数十センチメートルが一般的に限界である。

　続いて、更なる光路長合わせのために、合波パルス光１４０の上部に発生している干渉波形の周波数スペクトルω_０とそれに対応する反射器１３３の位置Ｘ_１を測定する（ステップＳ１５）。干渉波形の周波数スペクトルω_０がゼロになる方向へ反射器１３３を移動させる。このとき、周波数スペクトルω_０がゼロでない方向へ移動した場合、反射器１３３を逆に移動させる（ステップＳ１７，Ｓ１８）。周波数スペクトルω_０がゼロへ移動した場合、更に反射器１３３を移動し続け、再び干渉波形の周波数スペクトルがω_０になる位置まで動かし続ける（ステップＳ１９）。この周波数スペクトルω_０に対応する反射器１３３の位置Ｘ_２を測定する（ステップＳ２０）。そして、位置（Ｘ_１＋Ｘ_２）／２を算出し、反射器１３３を当該位置にセットする（ステップＳ２１）。

　以上、上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４が一致したことで、光スイッチ１２６を開放して光伝送信号を二重化する（ステップＳ２２）。このときの光路長合わせの精度としては、反射器１３３の調整精度を含めてｍｍオーダである。

　図８、図１０、図１１および図２を用いて上記「光路差合わせの手順」を検証する。
　本実施形態では、光路差合わせの手順において、合波パルス光１４０の上部における干渉波形の位相周期の変化を周波数変化として光路差を検出する点以外は第１の実施形態と同じである。

　図１１は、本発明で使用したチャープパルス光源によって得られた周波数スペクトルとＦＳＯレールガイド目盛との関係である。同図において、１６３はパルス幅５０ｎｓを用いたときの図１０のステップＳ１５における周波数とレールガイド目盛との関係、１６２は同パルス幅での図１０のステップＳ１９における周波数とレールガイド目盛との関係、１６３は同パルス幅での図１０のステップＳ２１における周波数とレールガイド目盛との関係である。

　最初、ステップＳ１５において合波パルス光１４０の上部に発生している干渉波形の周波数スペクトルω _０ は－２５０ＭＨｚで、そのときの反射器１３３の位置Ｘ_１は９１３ｍｍであった。
　次に、ステップＳ１７，Ｓ１８で、干渉波形の周波数スペクトル－２５０ＭＨｚがゼロになる方向へ反射器１３３を移動させた。反射器１３３を更に移動し続け、再び干渉波形の周波数スペクトルが２５０ＭＨｚになる位置Ｘ_２まで動かし続けた（ステップＳ１９）。このときの反射器１３３の位置Ｘ_２が１０３５ｍｍであった（ステップＳ２０）。

　最後に、位置（Ｘ_１＋Ｘ_２）／２を算出し（＝９７４ｍｍ）、反射器１３３を９７４ｍｍの位置にセットした（ステップＳ２１）。
　上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４が一致したことで、光スイッチ１２６を開放して光伝送信号を二重化する（ステップＳ１２）。本実施形態のシステムで得られた光路差合わせの反射器のレールガイド目盛の位置と第１の実施形態で得られた位置とは、ｍｍオーダの精度で一致している。

　（第３の実施形態）
　図１２は、本発明における光通信切替システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図である。本光通信切替システムは、図５の光通信切替システムの光伝送信号／試験光合分波器１２４の代替として光伝送信号／試験光合分波器２２４を具備する。

　光伝送信号／試験光合分波器２２４は、ＷＤＭ光カプラ１２５、ＷＩＣ光カプラ１３０、光アッテネータ１７６、光アッテネータ１７６’、光アッテネータ１７６”、試験光アンプ１８１、上り光伝送信号光アンプ１８２、及び下り光伝送信号光アンプ１８３を有する。ここで、光アッテネータ１７６’、光アッテネータ１７６”、上り光伝送信号光アンプ１８２、及び下り光伝送信号光アンプ１８３が前述のレベル調整手段に相当する。

　まず、図１３および図１４を用いて、二重化線路切替システムにおけるビート干渉雑音低減の考え方を説明する。図１３は、二重化線路を伝搬する光伝送信号のイメージ図である。同図において、４９は所内伝送装置、５０と５０’は光カプラ、５１は第１の光伝送線路（現用線路）、５２は光レベル調整器、５３は第２の光伝送線路（迂回線路）、５４は所外終端装置である。

　図１３に示すように所内伝送装置４９から送出され光伝送信号が、現用線路５１と迂回線路５３から構成されるマッハ・ツェンダ型の二重化線路を通過するとき、その光路差ΔＬ（＝Δｔ・ｃ／ｎ）によって、異なる光周波数部分の光伝送信号同士が合波され、所外終端装置５４では差周波数成分Δωのビート干渉雑音を伴いながら受信されることになる。ここで、Δｔは時間差、ｃは光速、ｎは現用線路５１及び迂回線路５３のコアの屈折率である。

　図１４はその時の様子、即ち、二重化線路を伝搬してきた各光伝送信号ビットパルス（１ビット）のパワーと光周波数、およびビート干渉波形をイメージしたものである。同図において、５８は現用側光伝送信号のビットパルス、５９は迂回側光伝送信号のビットパルス、６０は現用側光伝送信号の周波数チャープ曲線、６１は迂回側光伝送信号の周波数チャープ曲線、６２はビート干渉波形、６３は光周波数差（Δω）である。

　いま、光カプラ５０によって分岐され、現用線路５１を伝搬する光伝送信号φ_１と、迂回線路５３を伝搬する光伝送信号φ_２とを各々平面波で近似すると、式（７）と式（８）によって表される。
φ_１｛Ｌ_１，ω（Ｌ_１）｝
　　＝Ａ・ｅｘｐ［－ｉ｛ｋ_０・ｎ・Ｌ_１－ω（Ｌ_１）・ｔ＋φ_０｝］　　・・・（７）
φ_２｛Ｌ_２，ω（Ｌ_２）｝
　　＝Ｂ・ｅｘｐ［－ｉ｛ｋ_０・ｎ・Ｌ_２－ω（Ｌ_２）・ｔ＋φ_０｝］　　・・・（８）
ここで、Ｌ_１とＬ_２は現用線路５１と迂回線路５３の光路長、ω（Ｌ_１）とω（Ｌ_２）は光路長Ｌ_１とＬ_２における光周波数、ＡとＢは振幅、ｋ_０は真空中の波数、ｎはコアの屈折率、φ_０は初期位相である。

　所外終端装置５４で測定される電流値Ｉは、上記光伝送信号φ_１とφ_２を重ね合わせた干渉波の２乗に比例することから、電流値Ｉは式（９）により与えられる。但し、光－電気の変換効率を１とし、合波時の偏波結合効率もビート干渉が最も大きくなることを想定して１と仮定する。
Ｉ＝｜φ_１＋φ_２ ^＊｜^２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
ここで、＊は複素共役を表す。式（７）と式（８）を式（９）に代入すると、次の式（１０）が得られる。
Ｉ＝｜Ａ｜^２＋｜Ｂ｜^２＋２・｜Ａ｜・｜Ｂ｜・ｃｏｓ（ｋ_０・ｎ・ΔＬ－Δω・ｔ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１０）
但し、ΔＬ＝Ｌ_１－Ｌ_２、Δω＝ω（Ｌ_１）－ω（Ｌ_２）である。

　ここで、図１４からわかるように光路差がない場合（ΔＬ＝０）、合波される光伝送信号の周波数もまた一致し、光周波数差６３Δω＝０となることから、式（１０）の第３項のコサイン部が“１”となり、電流値Ｉから交流成分がなくなる。つまり、電流値Ｉが一定値となることが期待される。しかしながら、光伝送線路の長さが周囲の温度環境によって伸縮することや、たとえ光路差が完全に一致（ΔＬ＝０）したとしても光伝送信号源の周波数に揺らぎがあることを考えれば、式（１０）から交流成分（ビート干渉項）がなくなることは、現実的にはあり得ない。

　従って、本発明では光路差ΔＬなどの理由でビート干渉が発生することを前提に、その干渉雑音の低減対策を施している。即ち、式（１０）から明らかなように、ビート干渉を表している第３項（コサイン部）の振幅を小さくすることによって、その干渉雑音を抑制できることがわかる。つまり、二重化線路を伝搬する光伝送信号の強度にレベル差を設けることによって、干渉強度を低減することが可能になる。

　図１５は、図１３における現用線路５１と迂回線路５３とを伝搬する光伝送信号φ_１とφ_２の振幅が、同じ場合（ａ）（｜Ａ｜＝｜Ｂ｜）と、１０：１の場合（ｂ）（｜Ａ｜＝｜Ｂ｜／１０）のビート干渉雑音の発生状況を模擬したものである。但し、２つの光伝送信号の光周波数差Δωは２０ＭＨｚと仮定した。例えば、ＧＥ－ＰＯＮ（１Ｇｂｐｓ）の場合、ビット幅が４ｎｓのパルス列の信号となることから、振幅が同じ場合（ａ）、１ビット幅内の光レベルが急峻に変化し、最悪の場合、光伝送信号のビットパルスが消失する恐れがあることが分かる。一方、振幅比が１０：１の場合（ｂ）、レベル変化が生じているものの、その変化は緩やかであり、光伝送信号のビットパルスが消失することもない。
以上、二重化された光伝送信号にレベル差を設けることによって、ビート干渉に伴う振幅を低減できる。

　図１２の光通信切替システムを詳細に説明する。光伝送信号／試験光合分波器２２４は、ＷＤＭ光カプラ１２５とＷＩＣ光カプラ１３０との間に上り光伝送信号経路１７７、下り光伝送信号経路１７８及び試験光径路１７９の３つの経路をもつ。上り光伝送信号経路１７７は、上り光伝送信号の進む方向に向って上り光伝送信号光アンプ１８２及び光アッテネータ１７６’が配置され、下り光伝送信号経路１７８は、下り光伝送信号の進む方向に向って下り光伝送信号光アンプ１８３及び光アッテネータ１７６”が配置される。また、試験光径路１７９は、試験光の進む方向に向って試験光アンプ１８１及び光アッテネータ１７６が配置される。光伝送信号／試験光合分波器２２４は、これらの構成により上り光伝送信号、下り光伝送信号及び試験光の光パワーを調整することができる。

　いま、空間光通信器１３１で第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４の光路長を一致させ、その状態で、上下光伝送信号の光パワーを各種光アンプ（１８２、１８３）と各光アテネータ（１７６’、１７６”）で制御し、ビート干渉光強度を低減の効果を検証した。

　まず、第一分岐線路（現用）１１５と迂回線路１３４を伝搬する上下光伝送信号の光レベルを同じ程度にした場合と、差を設けた場合の光伝送信号のアイダイヤグラムを測定した。その結果を図１６および図１７に示す。図１６において、２００は下り光伝送信号源（ＤＦＢ－ＬＤ）からの光伝送信号波形、２０１は光伝送信号にレベル差がほとんどない場合の合波波形、２０２は光伝送信号に７：１程度のレベル差を設けたとき合波波形である。また、図１７において、２０３は上り光伝送信号源（ＦＰ－ＬＤ）からの光伝送信号波形、２０４は光伝送信号にレベル差がほとんどない場合の合波波形、２０５は光伝送信号に７：１程度のレベル差を設けたとき合波波形である。図１６及び図１７から明らかなように、両者とも光伝送信号にレベル差を設けた方が、二重化に伴うビート干渉が低減され、光伝送信号源出力時のアイダイヤの形状を維持することができる。但し、上下光伝送信号に用いられている光源の種類が、下り光伝送信号の光源がＤＦＢ－ＬＤであり、上り光伝送信号がＦＰ－ＬＤであることから、前者は二光束干渉に近く、後者は多光束干渉の傾向を示している。

　次に、二重化線路を伝搬する光伝送信号のレベル差を変えながらＯＬＴとＯＮＵ間のフレームロスを測定した。その結果を図１８に示す。同図において、黒丸印は下り光伝送信号のフレームロス、三角印は上り光伝送信号のフレームロスを表している。両者ともに約６ｄＢより大きなレベル差を設けることでフレームロスが略零となり、通信品質の劣化を抑制できている。

　以上のように、第１～３の実施形態によれば、光線路切替時に生じる現用線路と迂回線路との光路差によって生じる伝送時間を補正し、且つ光伝送信号の二重化時に生じる干渉雑音を低減することができることから、現用信号の伝送論理リンク状態を保持し、通信を継続しながら現用線路から迂回線路へ現用信号を移し替えることができる。これによって、多数のユーザに対してサービス停止の期間（時間帯）を意識することなく、また、計画的な支障移転工事が可能となり、１光通信システムにおけるサービスの向上と工事コストの削減が期待できる。

　（空間光通信器の実施形態１）
　続いて、図５及び図１２で説明した空間光通信器１３１について説明する。以下の説明において、「通信光」とは、図５や図１２で説明した光伝送信号とチャープパルス光を含む光である。図１９は、第１の実施形態における空間通信器を示す図である。この装置は、例えば現用路（図示せず）に接続される迂回路Ｄの途中に設けられる。図１９において、迂回回線Ｄは波長無依存性カプラ（ＷＩＣカプラ）５０１，５０２を介して光ファイバ５０３と光ファイバ５０４とに二重化される。光ファイバ５０４は、光ファイバ５０３とは並列に設けられる副光線路である。光ファイバ５０３，５０４にはそれぞれの光パワーを調整可能な光減衰器Ａ３，Ａ４が設けられる。

 光ファイバ５０３を伝搬する通信光は光サーキュレータ５０５を介してコリメータ５０６に導入される。コリメータ５０６で光軸調整された通信光は反射鏡５０７を介してコーナーキューブＣＣＭ２に照射される。コーナーキューブＣＣＭ２は水平可動機構５５０により光軸方向に稼動され、光軸方向に対向するコーナーキューブＣＣＭ１との間隔を調整される。

 一般にコーナーキューブは入射光を全く同一の方向に反射する性質を持つ。つまりコーナーキューブへの入射光は、入射したのと真逆の向きに反射される。従って図１９において、平行を成す入反射光の中間線はコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２の頂点を通過する。

 すなわち、反射鏡５０７で向きを変えられた通信光はコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間で幾度かにわたる反射を繰り返したのち反射鏡５０７に戻り、次いでコリメータ５０６から光サーキュレータ５０５を介して光ファイバ５０３に再結合する。再結合した通信光はＷＩＣカプラ５０２を介して迂回路Ｄに戻る。このように、コリメータ５０６および光サーキュレータ５０５を備える光学系は方向性を有する入出力ポートを形成する。

 一方、光ファイバ５０４の経路途中には、複数の遅延ファイバ５８１～５８４を選択可能なファイバセレクタ５０８が設けられる。つまりファイバセレクタ５０８は、光ファイバ５０４を伝搬する通信光を遅延ファイバ５８１～５８４のいずれかに選択的に結合させる。遅延ファイバ５８１～５８４の光路長は互いに段階的に異なる。

 ところで、図１９において、コーナーキューブＣＣＭ１は垂直可動機構５６０により光軸方向と垂直の方向に稼動するようになっている。これにより、通信光の反射回数を段階的に加減することが可能になる。具体的には、コーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２の互いの頂点の光軸に対する位置ずれ（オフセット）と反射回数との間には一定の関係がある。

 例えば、コリメータ５０７からの通信光を、コーナーキューブＣＣＭ２の頂点からオフセットの３倍だけ離れた位置に光軸に沿って入射させたとする。容易に確認できるようにこの条件下では、コーナーキューブの性質から通信光はコリメータ５０７に再結合する。このとき通信光はコーナーキューブＣＣＭ２を２回反射した後にコーナーキューブＣＣＭ１の頂点に達し、そこで反射されたのち同じルートを逆にたどることになる。従ってコーナーキューブＣＣＭ２を光軸に沿って１ｃｍ移動させると、幾何学的な条件から光路長は８ｃｍ変化することになる。さらにこの実施形態のように、コーナーキューブＣＣＭ１を光軸と垂直方向に移動させることで通信光の反射回数が変化する。反射回数が変わればコーナーキューブＣＣＭ２の単位長さ移動量に対する光路長変化量を切り替えることができる。

 図２０は、コーナーキューブ間での反射回数と光路長との関係を示す図である。水平可動機構５５０による右側のコーナーキューブＣＣＭ２の可動範囲（水平可動範囲）をＬ／２とする。すなわちコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２の頂点の間隔はＬ／２からＬまでの範囲で変化するとする。さらにコリメータ５０６の出射光軸は、コーナーキューブＣＣＭ２の頂点を通過する基準水平軸からＡだけ離間する位置（例えば図中下側）に固定されているものとする。図２０および図２１の光路図に示すように、この実施形態では光サーキュレータ５０５を設けることにより通信光は１つのコリメータ５０６を介して出射／再入射される。

 図２０（ａ）に示すようにコーナーキューブオフセットＶがＡのとき（Ｖ＝Ａ）、通信光はコーナーキューブＣＣＭ１に一度だけ反射されてコリメータ５０６に戻る。よってコーナーキューブＣＣＭ２がＬ／２だけ移動するときの空間光路長Ｓの調整範囲は、２Ｌ≦Ｓ≦４Ｌとなる。同様に、図２０（ｂ）に示すようにＶ＝Ａ／３であれば４Ｌ≦Ｓ≦８Ｌとなる。図２０（ｃ）に示すようにＶ＝Ａ／７であれば８Ｌ≦Ｓ≦１６Ｌとなる。これらをあわせれば、反射回数を切り替えることで空間光路長Ｓを、２Ｌから１６Ｌまでにわたる１４Ｌもの範囲で可変することが可能になる。

 しかしながら各反射回数において右側のコーナーキューブＣＣＭ２を原点回帰させる際、通信光を光ファイバ５０４（図１９）側に退避させる必要がある。またそのとき、光ファイバ５０３，５０４の光路長差が規定値（例えば８ｃｍ）を超えると通信サービスが途絶することになる。

 そこでこの実施形態では、ファイバセレクタ５０８に、この光路差長を解消可能な長さの遅延ファイバを接続するようにする。具体的には、コーナーキューブ間の空間光路長Ｓが例えば図２０（ａ）における最大長Ｓ＝４Ｌの状態で、遅延ファイバ５８１の光路長をこれと一致させるようにする。

 Ｓ＝４Ｌの状態になれば、ファイバセレクタ５０８で遅延ファイバ５８１を選択し、光減衰器Ａ３，Ａ４を操作して通信光を一時的に光ファイバ５０３と５０４に二重化した後、光ファイバ５０３側の通信光を遮断して光ファイバ５０４側のみに通信光を流す。つまり通信光を光ファイバ５０４側に迂回させる。そうして図２０（ａ）の状態［Ｖ＝Ａ，Ｐ＝Ｌ／２，Ｓ＝４Ｌ］から図２０（ｂ）の状態［Ｖ＝Ａ／３，Ｐ＝０，Ｓ＝４Ｌ］に切り替えれば、その後、光ファイバ５０３側に通信光を戻しても光路長は変化しない。

 同様に、コーナーキューブ間の空間光路長Ｓが図２０（ｂ）における最大長Ｓ＝８Ｌの状態で、遅延ファイバ５８２の光路長をこれと一致させるようにする。遅延ファイバ５８２に通信光を流しておけば、図２０（ｂ）の状態［Ｖ＝Ａ／３，Ｐ＝Ｌ／２，Ｓ＝８Ｌ］から図２０（ｃ）の状態［Ｖ＝Ａ／７，Ｐ＝０，Ｓ＝８Ｌ］への切替を、ＷＩＣカプラ１，２間の光路長を変化させることなく実施することができる。

 従って、ファイバセレクタ５０８に上記のような光路長を持つ遅延ファイバ５８１，５８２を用意しておけば、ＷＩＣカプラ５０１，５０２間の光路長を１６Ｌ－２Ｌ＝１４Ｌの範囲で連続的に変化させることが可能になる。換言すれば、有限の可動範囲しかもたないコーナーキューブ可動機構を有効に使用することができる。

 以上述べたように第１の実施形態によれば、対向配置した一対のコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間で通信光を反射させ、その間隔を可変して光路長を調整する空間光通信器において、一方のコーナーキューブＣＣＭ１を光軸と垂直方向に稼動させる垂直可動機構５６０を設け、コーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２のオフセットを可変することで反射回数を切り替えるようにした。これにより水平可動機構５５０の可動範囲が限られたものであっても、それを超える光路長可変レンジを達成することが可能になる。さらにこの実施形態では、切り替えの際に通信光を退避させる光ファイバ５０４にファイバセレクタを設け、退避の前後での光路差長を解消するようにしている。これにより通信光の退避に際して光路長差を規定値内に留めることができ、通信サービスが途絶することも無い。

 光路長を調整するためのコーナーキューブ可動機構を長距離対応とすることは、装置サイズやコスト面から一般には困難である。これに対し第１の実施形態によれば、反射回数を切り替えることで、可動機構調整範囲に比べて大きな光路長調整範囲を得ることができる。これらのことから、光路長を広範囲に変化させることの可能な空間光通信器を提供することが可能となる。

 （空間光通信器の実施形態２）
　図２２は、第２の実施形態における空間通信器を示す図である。この実施形態ではコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２を備える空間光学系に対し２つのコリメータＣ１，Ｃ２を設け、このうちコリメータＣ２を空間光学系への光入射用として、コリメータＣ１を空間光学系から光ファイバ５０３への再結合用として用いるようにする。コリメータＣ１，Ｃ２は、コーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２の光軸に対して点対称な位置に配置される。

 図２２に示す空間光学系の光路は、光軸に垂直、かつコーナーキューブオフセット方向に垂直な方向から観測すると、図２１に示す第１の実施形態における光路と全く同じになる。また、その方向から見たコリメータとコーナーキューブとの位置関係が同じであれば、空間光路長は図２１、図２２ともに同じになる。従って第２の実施形態によっても第１の実施形態と同じ効果を得られる。さらに、図２２においては光サーキュレータを要しないので構成を簡易化できるというメリットもある。

 （空間光通信器の実施形態３）
　図２３は、第３の実施形態における空間通信器を示す図である。図２３の空間通信器は、図２１および図２２に示される２種類の空間通信器を重ね合わせたものといえる。それぞれの空間光学系にはそれぞれ異なる波長が割り当てられる。つまり光サーキュレータ５０５を持つ空間光学系には波長λ２が、光サーキュレータ５０５を持たない空間光学系には波長λ１が割り当てられる。

 光ファイバ５０４には波長λ１，λ２の通信光が流れ、これらはＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ５０９により分波される。波長光λ１はコリメータＣ２から反射鏡５０７を介してコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間の空間に導かれ、反射を繰り返したのちコリメータＣ１に達し、ＷＤＭカプラ５１０を介して光ファイバ５０４に再結合される。波長光λ２はコリメータ５０６から反射鏡５０７を介してコーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間の空間に導かれ、反射を繰り返したのち再度コリメータ５０６に戻り、ＷＤＭカプラ５１０を介して光ファイバ５０４に再結合される。

 上記構成により、様々な波長の光伝送信号が使用される場合に、波長特性に応じた最適な空間光学系を設計することが可能になる。さらに、図２３の構成にさらにもう一組のコリメータを設け、空間光学系を重ね合わせることにより３つ波長に対応する光学系を構成することも可能である。また逆の発想で、同じ波長の光伝送信号を別々の空間経路に割り当てることも可能である。

 以上述べたように本発明によれば、コーナーキューブの可動機構の調整範囲を超える大きな光路長調整範囲を得ることができるようになる。これにより、光回路を一時的に二重化する迂回路を構成する際に通信サービスを途絶させないための光路長調整機構において、光路長を広範囲に変化させることが可能となる。

 なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ファイバコアと空間における光の伝搬速度は異なるので、ファイバ長換算での光線路長の延伸を考える場合には伝搬速度の違いに応じた空間光路長の換算を行うようにしても良い。

 また、可動機構の動かし方やファイバセレクタ５０８の遅延ファイバの組み合わせなどは上述の例に限られるものではなく様々な構成が考えられる。例えば図２４に示すように、コーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間のオフセットを固定し、コリメータ５０６、あるいは反射鏡５０７を光軸と垂直に稼動させるようにしても良い。

 図２４（ａ）～（ｃ）は、反射鏡５０７を光軸に垂直に移動させる様子を示す。反射鏡５０７が光軸から離れるにつれ反射回数が増加し、図２０（ａ）～（ｃ）と同様の状態を実現することができる。すなわち、コーナーキューブＣＣＭ１，ＣＣＭ２間に入射される通信光の入射位置を光軸に垂直方向に変化させることによっても反射回数を可変とすることができ、水平可動機構５５０の調整範囲を超える光路長調整範囲を得ることが可能になる。

 （空間光通信器の実施形態４）
　図２５は第４の実施形態における空間通信器を示す図である。図２５において、６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１はそれぞれ長さの異なる２種類の光ファイバを選択可能な光スイッチであり、Ａ系統、Ｂ系統でそれぞれＮ段直列に接続される。各系統において、光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１それぞれの片側には、ある一定の長さの短い光ファイバ（例えばａ＝０．１ｍ）が、もう片方には１＋０．１ｍ，２＋０．１ｍ，４＋０．１ｍ，…，２^Ｎ－１＋０．１ｍの長さの光ファイバが接続されており、各系統の光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１ではそれぞれ独立にファイバの選択が可能になっている。

 ここで、光スイッチ間それぞれの長さを無視すれば、光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによって光スイッチ全体の長さを０．１×Ｎｍから２^Ｎ－１＋０．１×Ｎｍまで１ｍ刻みで変化させることができることになる。

 最後の光スイッチ６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_Ｎ－１の一端はそれぞれコリメータ６１２Ａ_１，６１２Ｂ_１に接続されており、これより出力される光ビームはそれぞれコーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂにより反射されてもう一つのコリメータ６１２Ａ_２，６１２Ｂ_２に入力され、さらに光減衰器６１４Ａ，６１４Ｂへと導かれる。コーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂはコリメータ６１２Ａ_１，６１２Ｂ_１，６１２Ａ_２，６１２Ｂ_２の光軸方向に可動となっており、Ａ，Ｂ系統それぞれのコリメータ間６１２Ａ_１－６１２Ａ_２，６１２Ｂ_１－６１２Ｂ_２の光路長を連続的に変化させることが可能となっている。

 このように、本装置では、光線路が２系統（Ａ，Ｂ）用意され、波長無依存（ＷＩＣ）カプラ６５１，６５２により並列に結合され、一組の光の入出力ポート６６１，６６２に接続されている。コーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂは背面同士が接合されて一体化されており、その可動機構は共有され、一方の系統の光路長が延伸されているとき、もう一系統の光路長は短縮される構成となっている。

 図２６は、図２５の実施形態において、光入出力ポート６６１，６６２間の光路長を連続的に延伸して行く場合の各光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１の切り替えタイミングやコーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂのポジショニングについて説明するための図である。尚、光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦは、それぞれ光の導通と遮断を意味している。

 コーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂの可動範囲を０．５ｍとすれば、一組のコリメータ間の空間距離変化量は１ｍとなる。最初にＡ系統のみを導通しており、その光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１は全て短いファイバ（ａ＝０．１ｍ）を選択し、コーナーキューブ６１３Ａ／６１３ＢはＡ系統側の空間光路長が最短となる位置にあるものとする。これより、図２６（ａ）に示すように、コーナーキューブ６１３Ａ，６１３ＢをＢ系統側に移動させると、Ａ系統の光路長は１ｍだけ延伸される。

 ここで、Ｂ系統の光スイッチ６１１Ｂ_０の選択を１ｍとし、他の光スイッチ６１１Ｂ_１～６１１Ｂ_Ｎ－１の選択をａｍとすれば、両系統の光路長は一致する。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＢ系統のみに光を導通させる（図２６（ｂ））。この状態からコーナーキューブ６１３Ａ／６１３ＢをＡ系統側に移動させると、Ｂ系統の光路長が１ｍだけ延長されるので、Ａ系統の初期状態に対して２ｍだけ光路長が延伸されたことになる（図２６（ｃ））。そこでＡ系統の光スイッチ６１１Ａ_１の選択を２ｍとし、他の光スイッチ６１１Ａ_０，６１１Ａ_２～６１１Ａ_Ｎ－１の選択をａｍとすれば、両系統の光路長が一致するため、それぞれの光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮ／ＯＦＦを、一時的に二重化状態を経て相互に切り替え、Ａ系統にのみ光を導通させることができる（図２６（ｄ））。

 以下、同様の動作をさせることにより、初期状態に対して最大２^Ｎｍまでの連続的な光路長延長が可能となる。両系統の光線路はコーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂの往復によってそれぞれ２ｍづつ延伸されていくので、光スイッチの代わりにそれぞれａｍと１ｍのファイバを用意しておけばよい。一方、光ファイバと空間中では光の伝搬速度が異なり、ファイバコアの屈折率を１．４６とするとき、ファイバ長での１ｍは空間長換算で１．４６ｍとなる。このため、コーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂの可動範囲はこれに応じて設定しなければならない。また、光ファイバの各ファイバ長が必ずしも設計値通りではない場合には、両系統で光路長を一致させるときに誤差が発生する恐れがある。しかしながら、この課題はコーナーキューブ６１３Ａ／６１３Ｂの可動範囲にある程度の余裕を持たせておき、その停止位置を二重化の都度、調整して誤差を吸収するようにするような仕組みを導入すれば解決することができる。

 尚、本発明では２種類の光ファイバを選択する光スイッチを用いているが、この構成に限るものではなく、例えば３種類の選択が可能な光スイッチを用いた３進法等の表現を基にした長さを持つ光ファイバ群に対するスイッチングも同様な考え方で構成可能である。また、光路長を連続的に変化させるためのコーナーキューブ可動機構を２系統で共有化しているが、両系統で別々の構成としたり、片方の系統のみに設置したりする方法でも本実施形態と同様な効果を得ることができる。

 （空間光通信器の実施形態５）
 図２７は、片側のみコーナーキューブを配置したときの光路長延伸法を示している。この場合もコーナーキューブの可動範囲は０．５ｍであるが、一往復で光路長が１ｍだけ延伸されることになる。最初にＡ系統のみを導通しており、その光スイッチ６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１は全て短いファイバ（ａ＝０．１ｍ）を選択し、コーナーキューブ６１３ＡはＡ系統側の空間光路長が最短となる位置にあるものとする。これより、図２７（ａ）に示すように、コーナーキューブ６１３ＡをＢ系統側に移動させると、Ａ系統の光路長は１ｍだけ延伸される。

 ここで、Ｂ系統の光スイッチ６１１Ｂ_０の選択を１ｍとし、他の光スイッチ６１１Ｂ_１～６１１Ｂ_Ｎ－１の選択をａｍとすれば、両系統の光路長は一致する。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＢ系統のみに光を導通させる（図２７（ｂ））。この状態からコーナーキューブ６１３ＡをＡ系統側に移動させ、Ａ系統の光スイッチ６１１Ａ_０の選択を１ｍとし、他の光スイッチ６１１Ａ_１～６１１Ａ_Ｎ－１の選択をａｍとすると、両系統の光路長は一致する（図２７（ｃ））。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器６１４Ａ，６１４ＢのＯＮとＯＦＦを切り替えてＡ系統のみに光を導通させることができる（図２７（ｄ））。

 以上説明したように、本空間光通信器を用いれば、光線路の光路長を連続的に変化させることが可能となる。これにより、例えば支障移転などの現用線路への工事が必要な場合、通信光を一時的に二重化する迂回路を構成する際に、通信サービスを途絶させないための光路長調整機構を提供できる。線路長の調整範囲が数百メートルに及ぶような場合でも、２進法をベースとしたファイバ長を有する光スイッチ群を用意することにより、コーナーキューブとコリメータの組み合わせによって構築されるような連続的光路長可変機構をコンパクトなものにすることができる。

 尚、上記実施形態では２進法の場合を例にして説明したが、本空間光通信器は２進法に限らず、ｎ（≧３）進法をベースとした光スイッチ群でも実現可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、ｎ＝２として、１段目がａ，ａ＋１、２段目がａ，ａ＋２、３段目がａ，ａ＋４、…となっているが、ｎ＝３の場合には、１段目がａ，ａ＋１，ａ＋２、２段目がａ，ａ＋３，ａ＋６、３段目がａ，ａ＋９、ａ＋１８、…のようになる。

　尚、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

　１１：現用線路
　１２：迂回線路
　１３，１４：光カプラ
　１５：光オシロスコープ
　１６：チャープパルス光源
　１７：光路長調整器
　２１：現用側パルス光のパワー
　２２：迂回側パルス光のパワー
　２３：現用側パルス光の周波数チャープ曲線
　２４：迂回側パルス光の周波数チャープ曲線
　２５：干渉光波形
　２６：光周波数差（Δω）
　３１：合波パルス光
　３２～３４：干渉波形の上限下限幅
　３５～３７：合波パルス光があると仮定したときの干渉波形の軌跡
　３８～４０：干渉波形の振幅
　４１：合波パルス光
　４２，４２’，４２”：干渉波形
　４３：直流成分
　４４：干渉波形の周波数（ω_０）
　４４’：干渉波形が周波数ゼロへ変化する様子（ω１）　
　４４”：再び干渉波形の周波数がω_０になったときの様子
　４９：所内伝送装置
　５０、５０’：光カプラ
　５１：第１の通信線路（現用線路）
　５２：光レベル調整器
　５３：第２の通信線路（迂回線路）
　５４：所外終端装置
　５８：現用側通信光のビットパルス
　５９：迂回側通信光のビットパルス
　６０：現用側通信光の周波数チャープ曲線
　６１：迂回側通信光の周波数チャープ曲線
　６２：光ビート干渉波形
　６３：光周波数差（Δω）
　７６、７６’、７６”：光アッテネータ
　１１１：所内伝送装置
　１１２：試験光遮断フィルタ
　１１３：第一分岐部
　１１４，１１４’：迂回線路接続用光カプラ
　１１５：第一分岐線路（現用）
　１１６：第二分岐部
　１１７：第二分岐線路
　１１８：試験光遮断フィルタ
　１１９－１，…，１１９－７：所外終端装置
　１２０：測定用ポート
　１２１：迂回線路接続用ポート
　１２２：光伝送信号遮断フィルタ
　１２３：光オシロスコープ
　１２４：光伝送信号／試験光合分波器
　１２５：ＷＤＭ光カプラ
　１２６：光スイッチ
　１２７：試験光経路
　１２８：光伝送信号経路
　１２９：光路長調整用ファイバ
　１３０：ＷＩＣ光カプラ
　１３１：空間光通信器
　１３２：送受信端
　１３３：反射器
　１３４：迂回線路
　１３５：光アイソレータ
　１３６：チャープパルス光源
　１３７：チャープパルス光
　１３８：現用側パルス光
　１３９：迂回側パルス光
　１４０：合波パルス光
　１５１：パルス幅２０ｎｓ
　１５２：パルス幅５０ｎｓ
　１５３：パルス幅１００ｎｓ
　１５４：パルス幅２００ｎｓ
　１５５：パルス幅５００ｎｓ
　１６１：図１０のステップＳ１５における周波数とレールガイド目盛との関係
　１６２：図１０のステップＳ１９における周波数とレールガイド目盛との関係
　１６３：図１０のステップＳ２１における周波数とレールガイド目盛との関係
　１７７：上り光伝送信号経路
　１７８：下り光伝送信号経路
　１７９：試験光経路
　１８１：試験光アンプ
　１８２：上り光伝送信号光アンプ
　１８３：下り光伝送信号光アンプ
　２００：下り通信光源（ＤＦＢ－ＬＤ）からの通信光波形
　２０１：通信光にレベル差がほとんどない場合の合波波形
　２０２：通信光に７：１のレベル差を設けたとき合波波形
　２０３：上り通信光源（ＦＰ－ＬＤ）からの通信光波形
　２０４：通信光にレベル差がほとんどない場合の合波波形
　２０５：通信光に７：１のレベル差を設けたとき合波波形
　２２４：光伝送信号／試験光合分波器
　Ｄ：迂回路
　５０１，５０２：波長無依存性カプラ
　５０３，５０４：光ファイバ
　Ａ３，Ａ４：光減衰器
　５０５：光サーキュレータ
　５０６：コリメータ
　５０７：反射鏡
　ＣＣＭ１，ＣＣＭ２：コーナーキューブ
　５５０：水平可動機構
　５６０：垂直可動機構
　５０８：ファイバセレクタ
　５８１～５８４：遅延ファイバ
　Ｃ１，Ｃ２：コリメータ
　５０９，５１０：ＷＤＭカプラ
　６１１Ａ_０～６１１Ａ_Ｎ－１，６１１Ｂ_０～６１１Ｂ_Ｎ－１：光スイッチ
　６１２Ａ_１，６１２Ｂ_１，６１２Ａ_２，６１２Ｂ_２：コリメータ
　６１３Ａ／６１３Ｂ，６１３Ａ：コーナーキューブ
　６１４Ａ，６１４Ｂ：光減衰器
　６５１，６５２：波長無依存（ＷＩＣ）カプラ
　６６１，６６２：光入出力ポート

Claims (32)

1. 　第１及び第２の光伝送装置間に第１の光伝送線路とは別に第２の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、
   　前記第１の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの一方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第１の光カプラ手段と、
   　前記第２の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの他方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第２の光カプラ手段と、
   　前記第２の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、
   　前記第１の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、
   　前記第２の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、
   　を具備し、
   　前記試験光源から送出されるパルス光を前記第２の光カプラ手段で分岐させ、前記第１及び第２の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第１の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及びパルス波形の上部で生じる干渉波形を測定して、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整した後、前記第１及び第２の光伝送装置間の光伝送信号を前記第１の光伝送線路から前記第２の光伝送線路へ移し替える光通信切替システム。
2. 　前記第１の光伝送線路と前記第２の光伝送線路の２つのうち少なくとも一方の光伝送線路中に配置され、前記第１光伝送装置と前記第２の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第１の光伝送線路及び前記第２の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させるレベル調整手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の光通信切替システム。
3. 　前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の光通信切替システム。
4. 　前記試験光源は、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、
   　前記光測定器は、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備え、
   　前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の光通信切替システム。
5. 　第１及び第２の光伝送装置間に第１の光伝送線路とは別に第２の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成し、
   　前記第１の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの一方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第１の光カプラ手段と、前記第２の光伝送装置の光信号入出力端が第１の光入出力端子に接続され、前記第１及び第２の光伝送線路それぞれの他方側が第２及び第３の光入出力端子に接続される第２の光カプラ手段と、前記第２の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、前記第１の光カプラ手段の第４の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第２の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備する光通信切替システムに用いられ、
   　前記試験光源から送出されるパルス光を前記第２の光カプラ手段で分岐させ、
   　前記第１及び第２の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第１の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、
   　当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及び当該パルス光の波形上部で生じる干渉波形を測定し、
   　測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整し、
   　前記第１及び第２の光伝送装置間の光伝送信号を前記第１の光伝送線路から前記第２の光伝送線路へ移し替える二重化線路切替方法。
6. 　前記試験光源から送出されるパルス光が前記第２の光カプラ手段で分岐され、前記第１の光カプラ手段で合波されており、前記第１光伝送装置と前記第２の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第１の光伝送線路及び前記第２の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させることを特徴とする請求項５に記載の二重化線路切替方法。
7. 　前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする請求項５又は６記載の二重化線路切替方法。
8. 　前記試験光源が、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、
   　前記光測定器が、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備えるとき、
   　前記干渉波形の適正化は、
   　前記干渉波形を高速フーリエ変換し、
   　その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、
   　再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、
   　この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする請求項５又は６記載の二重化線路切替方法。
9. 　前記空間光通信器は、
   　基準軸方向に対向配置される一対のコーナーキューブと、
    前記第２の光伝送線路中に挿入される光線路を伝播する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、
    前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、
    前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替える切替手段と、
    前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差が規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光通信切替システム。
10. 前記切替手段は、
     前記コーナーキューブ間のオフセットを前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
11. 前記切替手段は、
     前記コーナーキューブ間に入射される光の入射位置を前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
12. 前記副光線路は、
     段階的に光路長の異なる複数の光導波路と、
     前記複数の光導波路のいずれかに前記光を選択的に結合させる選択手段とを備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
13. 前記光学系は、
     コリメータと、
     前記光線路を伝播する光を前記コリメータに導出し、このコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する光サーキュレータとを備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
14. 前記光学系は、
     前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第１および第２のコリメータと、
     前記光線路を伝播する光を前記第１のコリメータに導出し、前記第２のコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
15. 前記光は、互いに波長の異なる第１および第２の光を含み、
     前記光学系は、
     前記光線路を伝播する第１および第２の光を波長分離する分離手段と、
     第１のコリメータと、
     前記波長分離された第１の光を前記第１のコリメータに導出し、この第１のコリメータに再帰した第１の光を前記光線路に導入する光サーキュレータと、
     前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第２および第３のコリメータと、
     前記波長分離された第２の光を前記第２のコリメータに導出し、前記第３のコリメータに再帰した第２の光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項９記載の光通信切替システム。
16. 　前記空間光通信器は、
    　前記第２の光伝送線路中に挿入された一対の光入出力ポート間の光線路を２系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、
    　前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送をオン・オフする一対の光減衰器と、
    　前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれｎ（ｎは２以上の自然数）系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位で光線路長を延長する一対の光スイッチ回路と、
    　前記２系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段と
    を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光通信切替システム。
17. 前記光カプラは、伝送光の波長に依存しない特性を有することを特徴とする請求項１６記載の光通信切替システム。
18. 前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの出射光及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備えることを特徴とする請求項１６記載の光通信切替システム。
19. 前記光路長調整手段は、前記２系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮されることを特徴とする請求項１６記載の光通信切替システム。
20. 前記光スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にＮ個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して２^０，２^１，…，２^Ｎ－１の比率の光路差長を
    有する光ファイバが接続されることを特徴とする請求項１６記載の光通信切替システム。
21. 基準軸方向に対向配置される一対のコーナーキューブと、
     光線路を伝播する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、
     前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、
     前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替える切替手段と、
     前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差が規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする空間光通信器。
22. 前記切替手段は、
     前記コーナーキューブ間のオフセットを前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
23. 前記切替手段は、
     前記コーナーキューブ間に入射される光の入射位置を前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
24. 前記副光線路は、
     段階的に光路長の異なる複数の光導波路と、
     前記複数の光導波路のいずれかに前記光を選択的に結合させる選択手段とを備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
25. 前記光学系は、
     コリメータと、
     前記光線路を伝播する光を前記コリメータに導出し、このコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する光サーキュレータとを備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
26. 前記光学系は、
     前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第１および第２のコリメータと、
     前記光線路を伝播する光を前記第１のコリメータに導出し、前記第２のコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
27. 前記光は、互いに波長の異なる第１および第２の光を含み、
     前記光学系は、
     前記光線路を伝播する第１および第２の光を波長分離する分離手段と、
     第１のコリメータと、
     前記波長分離された第１の光を前記第１のコリメータに導出し、この第１のコリメータに再帰した第１の光を前記光線路に導入する光サーキュレータと、
     前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第２および第３のコリメータと、
     前記波長分離された第２の光を前記第２のコリメータに導出し、前記第３のコリメータに再帰した第２の光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項２１記載の空間光通信器。
28. 一対の光入出力ポート間の光線路を２系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、
    　前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送をオン・オフする一対の光減衰器と、
    　前記２系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれｎ（ｎは２以上の自然数）系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位で光線路長を延長する一対の光スイッチ回路と、
    　前記２系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段と
    を具備することを特徴とする空間光通信器。
29. 前記光カプラは、伝送光の波長に依存しない特性を有することを特徴とする請求項２８記載の空間光通信器。
30. 前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの光出射及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備えることを特徴とする請求項２８記載の空間光通信器。
31. 前記光路長調整手段は、前記２系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮されることを特徴とする請求項２８記載の空間光通信器。
32. 前記スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にＮ個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して２^０，２^１，…，２^Ｎ－１の比率の光路差長を
    有する光ファイバが接続されることを特徴とする請求項２８記載の空間光通信器。

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