JP3100386B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、光通信システムに関する。より詳細には、
本発明は、光ファイバ増幅器を含む光ファイバにより構
成された光伝送路を使用して光通信を行うシステムの新
規な構成に関する。 従来の技術 光ファイバを信号伝送路として使用した光通信システ
ムは、伝送路である光ファイバの低損失性と広帯域性と
によって急速な発展を遂げている。このような光通信シ
ステムの分野では、一方でコヒーレント光伝送方式や強
度変調／直接検波方式の研究が活発化する等、技術トレ
ンドの多角化が進んでいる。 このような状況のもとで近年注目を集めている技術の
ひとつに、Er添加光ファイバ等の増幅作用を利用した光
ファイバ増幅器がある。光ファイバ増幅器は、高利得、
低挿入損失、無偏波依存、低雑音、高飽和出力等の数々
の特長を有し、既に1.8Gb/秒で250kmの無中継伝送実験
の成功も報告されている（電子情報通信学会光通信シス
テム研究介OCS 89−３）。また、加入者系の光伝送路に
ついてもその適用が検討されており（テレビジョン学会
技術報告1989）、今後の光通信システムの発展に大きく
寄与するものと期待されている。 第４図は、光増幅器としてEr添加光ファイバを使用し
た光ファイバ増幅器の基本的な構成を模式的に示す図で
ある。 同図中で点線で囲われた光ファイバ増幅器は、送信器
側に始端を接続された光ファイバ31と、終端を受信器側
に接続された光ファイバ32と、光ファイバ31および32の
間に、それぞれ光アイソレータ33、34を介して挿入され
たEr添加光ファイバ35とから構成される。Er添加光ファ
イバ35には、合波光カプラ36aを介して励起光供給手段3
6が結合されている。尚、光ファイバ増幅器における励
起光ASE（Amplified Spontaneous Emission）とを光伝
送路から除去するために、光アイソレータ34の直後にフ
ィルタ35aが挿入されている。 発明が解決しようとする課題 第４図に示した光通信システムにおいて、光アイソレ
ータ33、34は、順方向の光は透過させるが逆方向の光は
透過させないという非相反光素子であり、Er添加光ファ
イバ35のレーザ発振を抑圧する目的で挿入されている。
従って、このシステムでは、受信器側から送信器側に伝
播する光信号は、光アイソレータ33または34によって全
て阻止されてしまう。 ところが、実際に光通信システムを運営するには、ひ
とつの光ファイバ線路に対して双方向の光信号伝送を行
わせたり、OTDRを使用して光伝送路の状態を監視する必
要が生じる場合がある。尚、“OTDR"とは、光ファイバ
内で発生するレーリ後方散乱光を観測することによっ
て、光ファイバの一方の端部で光伝送路全体の断線等の
状態をモニタする手段である。 第５図は、Er添加ファイバによる光ファイバ増幅器を
用いた光通信システムの構成例を示す図である。 同図に示すように、この光通信システムでは、局側
に、OTDR41と光送信器42とが設置され、OTDR41および光
送信器42は、共通の合波光カプラ43を介して光伝送路た
る光ファイバ44に接続されている。光ファイバ44は、光
アイソレータ45を介してEr添加光ファイバ46に接続され
ており、Er添加光ファイバ46の終端は再び光アイソレー
タ47を介してスターカプラ48の入力ポートのひとつに接
続されている。スターカプラ48の出射ポートは、複数の
加入者系光受信器49にそれぞれ接続された光ファイバ49
aに接続されている。尚、実際には光アイソレータ45とE
r添加光ファイバ46とは、合波光カプラ46aを介して接続
されており、半導体レーザ46bにより、Er添加光ファイ
バ46に対して励起用レーザ光を注入することができるよ
うに構成されている。また、光アイソレータ47の直後に
はフィルタ46cが挿入されている。 以上のように構成された光通信システムにおいて、局
側から、例えば1.55μｍ帯で送出された光信号は、途中
で1.48μｍ帯の半導体レーザにより励起されたEr添加光
ファイバ46により増幅された後、スターカプラ48を介し
て各加入者系に伝播される。また、例えば、1.31μｍ帯
の半導体レーザを搭載したOTDR41によって、光ファイバ
44の状態を局側で監視することができる。 しかしながら、この光通信システムにおいては、光フ
ァイバ44、Er添加光ファイバ46およびスターカプラ48に
よって形成された光伝送路に光アイソレータ45および47
が挿入されているので、加入者系から局側に対して光信
号を伝送することはできない。また、同様に、OTDR41が
監視することができる範囲は、局側から第１の光アイソ
レータ45までの間の区間Ａに限られる。 そこで、本発明は、Er添加光ファイバ等を使用した光
ファイバ増幅器を含む光ファイバ線路により構成された
光通信システムであって、なお且つ双方向伝送や後方散
乱光が光線路全体に伝播可能な光伝送路を含む新規な光
通信システムの構成を提供することをその目的としてい
る。 課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、一端を局に結合された幹線系
光ファイバと、始端および終端でそれぞれ光アイソレー
タを介して該幹線系光ファイバに挿入された光ファイバ
増幅器と、始端を該幹線系光ファイバに結合され、終端
を各加入者に結合された加入者系光ファイバとを含む光
ファイバ線路を光信号伝送路として構築されている光通
信システムにおいて、該光ファイバ増幅器の始端側の光
アイソレータよりも局側で、第１の合分波器を介して該
幹線系光ファイバに一端を接続され、該光ファイバ増幅
器の終端側の光アイソレータよりも加入者側で、第２の
合分波器を介して該幹線系光ファイバに他端を接続され
た光ファイバにより形成されたバイパス光線路を含んで
いることを特徴とする光通信システムが提供される。 作用 本発明に係る光通信システムは、光ファイバ増幅器と
並列に、バイパス伝送路となる光ファイバ線路を備えて
いることをその主要な特徴としている。 即ち、光ファイバ増幅器を使用した従来の光ファイバ
線路では、光ファイバ増幅器における発振を防止するた
めに非相反光素子である光アイソレータを使用してい
た。このために、光ファイバ線路は所定の方向の光信号
しか伝播することができなかった。しかしながら、光通
信システムを実際に構築する際には、加入者側から局側
へ信号を伝送する機能やOTDRによって光信号線路の状態
を監視する機能を付加する必要がある場合があり、この
ような場合には光ファイバ増幅器を使用した光伝送路を
使用することができなかった。 これに対して、本発明に係る光通信システムにおいて
は、光ファイバ増幅器とその前後に挿入された光アイソ
レータとを迂回するように接続された光ファイバ線路を
備えている。従って、加入者側から局側に向かって伝播
する光信号は、このバイパス光ファイバ線路を伝播する
ので、双方向の光信号通信が可能になると共に、光ファ
イバ線路全体に対してOTDRによる監視が可能になる。 更に、双方向の信号伝送が可能であることから、スタ
ーカプラ等によって分岐された個々の加入者の信号線路
に対しても、信号線路の異常検出が可能になる。即ち、
具体的に後述するように、予め各加入者に所定のアドレ
スを設定し、局側からの光信号の一部に呼び出しの信号
を付加しておくことにより各加入者を順次呼び出し、応
答のなかった加入者の加入者系光ファイバ線路に異常が
あることを検知することができる。 また、光ファイバ増幅器に対する励起光の供給を、局
側から独立した光ファイバで行うように構成した場合、
この励起光供給用光ファイバを利用して光ファイバ増幅
器の動作状態を監視することも可能である。 即ち、光ファイバ増幅器の出力側端部近傍に分波器を
挿入して、光ファイバ増幅器の出力光信号の一部を抽出
し、これを上述の励起光供給用光ファイバを介して局側
に戻すように構成することにより、通信用の光ファイバ
線路の状態監視とは別に、光ファイバ増幅器の動作状態
を監視することが可能になる。このような光ファイバ増
幅器の監視は、光ファイバ増幅器の障害検出の他に、加
入者系に伝播される光信号の信号品質や信号レベルの安
定化にも利用することができる。 更に、上述のような本発明に係る光通信システムの構
成によれば、フィールドに設置される光ファイバ線路お
よび光ファイバ増幅器をすべて受動素子／部品により構
成することができるので、システムの敷設並びに保守が
容易になると共に、システムの信頼性の点からも有利で
ある。 以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する
が、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の
技術的範囲を何ら限定するものではない。 実施例１ 第１図（ａ）は、本発明に従って構成された光通信シ
ステムの基本的な構成例を示す図である。 同図に示すように、この光通信システムは、局側に、
OTDR1、光受信器２および光送信器３を備え合分波光カ
プラ４を介して幹線系光ファイバ５に接続されている。
ここで、OTDR1と光受信器２とは光スイッチ６を介して
接続されており、合分波光カプラ４に対して選択的に結
合されるように構成されている。 幹線系光ファイバ５は、その途中に光ファイバ増幅器
７を挿入されている。また、光ファイバ増幅器７の直前
には、バイパス光ファイバ８の始端に結合された合分波
器９が挿入されている。 光ファイバ増幅器は、光アイソレータ71および72を介
して光ファイバ５に挿入されたEr添加光ファイバ73と、
合波光カプラ74を介してEr添加光ファイバ73に励起光を
注入することができるように結合された半導体レーザ75
とから主に構成されている。また、光アイソレータ72の
直後にはフィルタ73aが挿入されている。 一方、各加入者は、幹線系光ファイバ５およびバイパ
ス光ファイバ８の終端に結合されたスターカプラ10を介
してそれぞれ接続されている。スターカプラ10に結合さ
れた加入者系光ファイバ11の終端に、合分波光カプラ12
を介して結合された光受信器13および光送信器14を備え
ている。尚、スターカプラ10としては、波長に対して分
岐比の依存性が少ないものを使用することが好ましい。 以上のように構成された光通信システムでは、通常
は、光スイッチ６は、光受信器２側に投入しておき、光
送信器３から、例えば波長1.55μｍの光信号により信号
伝送を行う。光送信器３から出力された光信号は、合分
波光カプラ４、幹線系光ファイバ５、光増幅器７、スタ
ーカプラ10および加入者系光ファイバ11を介して加入者
に伝播される。加入者側では、光受信器12によってこの
光信号を受けることができる。 また、この光通信システムにおいては、加入者側から
局側に対しても信号伝送を行うことができる。即ち、加
入者側の光送信器14から、例えば波長1.31μｍで送出し
た光信号は、加入者系光ファイバ11、スターカプラ10、
バイパス光ファイバ８、合波光カプラ９、幹線系光ファ
イバ５および合分波光カプラ４を介して局側に伝播され
る。局側では、光受信器２によりこの光信号を受けるこ
とができる。 更に、この光通信システムにおける幹線系光ファイバ
５の状態を検査する必要が生じた場合は、光スイッチ６
をOTDR1側に切り換えた後、OTDR1を動作させる。 以上説明したように、この光通信システムにおいて
は、光ファイバ増幅器を迂回するバイパス光ファイバ８
を備えているので、局側と加入者側との間で双方向に光
信号伝送を行うことができる。 尚、本実施例に係る光通信システムでは、バイパス光
ファイバ８の終端をスターカプラ10の第２のポートに接
続しているので、新たに別の光ファイバ・ケーブルを用
いることなくバイパス光ファイバ線路が形成されてい
る。 また、OTDR1は常時使用しているわけではないので、
第１図（ｂ）に示すように、他の設備と共用できるよう
にシステムに接続することもできる。 即ち、第１図（ｂ）は、OTDR1の接続方法について第
１図（ａ）と異なる実施態様を示す図であり、第１図
（ａ）に示した光通信システムにおける局側の構成のみ
を変更して示した図である。従って、第１図（ａ）と同
じ構成要素には同じ参照番号を付している。 同図に示すように、この実施態様においては、OTDR1
は、心線選択光スイッチ1aを介して光スイッチ６に接続
されている。ここで、心線選択光スイッチ1aは、OTDR1
に接続された入力ポートを、複数の出力ポートから選択
されたひとつの出力ポートに結合することができるよう
に構成されており、出力ポートのひとつが光スイッチ６
に接続されている。従って、第１図（ａ）に示す光通信
システムにおいてOTDR1を使用するときのみ、心線選択
光スイッチ1aによってOTDR1と光スイッチ６とを結合
し、それ以外のときは、心線選択光スイッチ1aを適宜切
り換えることによって、心線選択光スイッチ1aに接続さ
れた他の設備でOTDR1を利用することができる。 実施例２ 第２図は、実施例１で説明したシステムを更発展させ
た高機能な光通信システムの構成例を示す図である。
尚、同図において、第１図（ａ）に示した光通信システ
ムと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 同図に示すように、この光通信システムは、第１図
（ａ）に示した光通信システムに対して、光ファイバ増
幅器７に対する励起光を局側から供給するように構成さ
れている点と、光ファイバ増幅器７自体の動作状態を局
側から監視することができるように構成されている点で
機能が向上している。このような機能を付加するため
に、第１図（ａ）に示した光通信システムと異なってい
るシステムの構成は以下のような点である。 即ち、まず、第２図に示すように、この光通信システ
ムにおける局側には、光スイッチ６を介して合分波光カ
プラ４に接続されたOTDR1および光受信器２と、合分波
光カプラ４に共通に結合された光送信器３の他に、光ス
イッチ17に接続されたOTDR18および光受信器19と、後述
する光ファイバ増幅器７に対する励起光を供給するため
の半導体レーザ75とを備えている。光スイッチ17と半導
体レーザ75とは合分波光カプラ15を介して励起光供給用
光ファイバ16に結合されている。 また、幹線系光ファイバ５に挿入された光ファイバ増
幅器７は、励起光供給用光ファイバ16から励起光を供給
されるように構成されていると共に、光ファイバ増幅器
７の出力端近傍から、分波光カプラ76により抽出された
分岐光が、合波光カプラ74を介して、励起光供給用光フ
ァイバ16の終端に注入され、励起光供給用光ファイバ16
を経由して局側まで戻るように構成されている。 以上のように構成された光通信システムは、第１図
（ａ）に示した光通信システムと同じ機能を有している
上に、以下のような特徴を備えている。尚、説明の便宜
のために、以下の記載において、局側から加入者側に向
う光信号の伝播方向を“下り”、加入者側から局側に向
う光信号の伝播方向を“上り”と表記する。 まず、この光通信システムにおいては、合分波光カプ
ラ４および15並びに幹線系光ファイバ５から加入者系光
ファイバ11に到る光ファイバ伝送路が全て受動素子／受
動部品によって構成されている。従って、光ファイバ伝
送路の信頼性が増すと共に保守も容易である。 また、第１図（ａ）に示した光通信システムと同様
に、幹線系光ファイバ５から加入者系光ファイバ11に到
る光ファイバの状態を、OTDR1によって監視することが
できる他、励起光供給用光ファイバ16を介して、光ファ
イバ増幅器７の動作状態、障害の発生等も以下のように
局側で監視することができる。 光ファイバ増幅器７において、Er添加光ファイバ73で
増幅された光信号の一部、例えば1/100は分波光カプラ7
6で分岐され、モニタ用光ファイバ77を介して励起光供
給用光ファイバ16に結合されている。従って、局内の光
スイッチ17を光受信器19側に投入しておくことにより、
光ファイバ増幅器７による増幅後の光信号の状態を局側
で監視することができる。即ち、光ファイバ増幅器７内
で断線、光部品の破損等が生じて出力が低下すると光受
信器19の受信レベルが低下し、局内で判断できる。ま
た、励起光の光源である半導体レーザ75の駆動電流を、
光受信器19の受信レベルが一定になるように制御するこ
とにより、光ファイバ増幅器７のAGC（Auto Gain Contr
ol）を実現することも可能である。 尚、光ファイバ増幅器７の出力が低下する原因として
は、励起光の光源である半導体レーザ75の障害がある
が、これは半導体レーザ75にモニタ用のフォトダイオー
ドを付加しておくことにより監視できる。また、励起光
供給用光ファイバ16の状態は、光スイッチ17を切り換え
ることによって、OTDR18で監視することができる。局側
の下り用光送信器の動作は、光送信器３にモニタ用のフ
ォトダイオードを設ける等として監視することができ
る。このように、本実施例に係る光通信システムにおい
ては、その光信号の伝播経路の全ての状態を局側で監視
することができる。 但し、スターカプラ10よりも先に加入者系光ファイバ
11で断線等が生じた場合には、どの加入者につながる光
ファイバに障害が発生したのか判らない。そこで、例え
ば、各加入者に予めアドレスを設定しておき、局側から
の光信号の一部に呼び出しの信号を含めて発信して各加
入者を順次呼び出す。各加入者側は、上り用光送信器14
で所定の信号を送出し、これを局内の光受信器２で受信
していくことにより、返事のなかった加入者につながる
加入者系光ファイバ11が断線していることが判断でき
る。 また、上りの光信号に、下り信号の状態を表す信号を
含むようにしておけば、信号線路の状態を常時監視する
ことができる。 尚、例えば、OTDR1、18および加入者側から局側への
上りの光信号に1.31μｍ帯を、局側の光送信器３による
下りの光信号に1.55μｍ帯を、励起光に1.48μｍ帯を、
それぞれ割り当てることにより、これらの双方向通信機
能並びに信号線路および光ファイバ増幅器の監視機能
を、適宜同時に実現することもできる。但し、各機能に
割り当てる光信号波長がこれらに限定されないことは言
うまでもなく、例えば、OTDRと上り信号とで使用する光
信号波長を互いに異なるものとしておくことにより、局
内に設置した光スイッチは、合分波光カプラで代用する
こともできる。また、光ファイバ増幅器を、Er添加光フ
ァイバ以外の素子によって構成することもできる。 実施例３ 第３図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの他の
構成例を示す図であり、基本的な構成とシステムの機能
は、実施例１において第１図（ａ）に示した光通信シス
テムと同じである。尚、第１図（ａ）に示した光通信シ
ステムと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。 即ち、この実施例において、実施例１と異なっている
点は、幹線系光ファイバ５とバイパス光ファイバ８との
結合を光サーキュレータ21および22によって行っている
点である。従って、バイパス光ファイバ８の局側端部
は、合波光カプラ（第１図（ａ）に示した光通信システ
ムでは合波光カプラ９）ではなく、光サーキュレータ21
により幹線系光ファイバ５に結合されている。また、バ
イパス光ファイバ８の加入者側の端部は、スターカプラ
10ではなく、光サーキュレータ22により幹線系光ファイ
バ５に結合されている。 第３図（ｂ）は、本実施例の光通信システムにおいて
合分波光カプラとして使用する光サーキュレータの機能
を説明する図である。 同図に示すように、光サーキュレータ20は３本以上の
入出力ポートＸ、Ｙ、Ｚを備え、あるポートから注入さ
れた光信号を、特定の側で隣接したポートへのみ結合す
る機能を有している。即ち、第３図（ｂ）に示した例で
は、下記のような結合がひとつの素子で実現される。 尚、光サーキュレータについては、『光集積回路（応
用物理学会／光学懇話会編）』

【朝倉書店刊】の第10章
等に詳しい記載がある。 以上のような機能を有する光サーキュレータ21、22を
使用して構成した光通信システムにおいて、局側の光送
信器３から送出された光信号は、光サーキュレータ21に
おいて光ファイバ増幅器７にのみ結合され、バイパス光
ファイバ８には全く結合されない。また、加入者側から
送出された光信号やOTDRによる後方散乱光は、光サーキ
ュレータ22においてバイパス光ファイバ８にのみ結合さ
れ、光ファイバ増幅器７には全く伝播されない。 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、光アイソレー
タを含む光ファイバ増幅器を伝送路中に使用しているに
もかかわらず、双方向に光信号の伝送が可能な光通信シ
ステムを実現することができる。従って、OTDRによって
光信号線路全体の状態を監視したり、加入者側から局側
への信号伝送が可能となり、光通信システムの保守性お
よび信頼性を向上させることが可能となる。 尚、本発明は、光ファイバ増幅器を使用した光通信シ
ステムの他、例えば光アイソレータを含む半導体レーザ
増幅器を用いた光通信システムにも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの基本的
な構成例を示す図であり、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に示した光通信システム
一実施態様を示す図であり、 第２図は、本発明に係る光通信システムのより高度な具
体例を示す図であり、 第３図（ａ）は、本発明に係る光通信システムの他の構
成例を模式的に示す図であり、 第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示した光通信システム
において使用する光サーキュレータの機能を説明する図
であり、 第４図は、光ファイバ増幅器の基本的な構成を示す図で
あり、 第５図は、光ファイバ増幅器を含む光ファイバ伝送路を
使用して構成された従来の光通信システムの典型的な構
成を示す図である。 〔主な参照番号〕 １、18、41……OTDR、 1a……心線選択光スイッチ、 ２、13、19、49……光受信器、 ３、14、42……光送信器、 ４、12、15……合分波光カプラ、 ５……幹線系光ファイバ、 ６、17……光スイッチ、 ７……光ファイバ増幅器、 ８……バイパス光ファイバ、 ９、46a、74……合波光カプラ、 10、48……スターカプラ、 11……加入者系光ファイバ、 16……励起光供給用光ファイバ、 20、21、22……光サーキュレータ、 31、32……光ファイバ、 33、34、45、47、71、72……光アイソレータ、 35、46、73……Er添加光ファイバ、 35a、46c、73a……フィルタ、 46b……半導体レーザ

フロントページの続き (72)発明者 中里 浩二 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 三川 泉 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−1631（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−188249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−93242（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23628（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129529（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132338（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−140257（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を局に結合された幹線系光ファイバ
   と、始端及び終端でそれぞれ光アイソレータを介して該
   幹線系光ファイバおよび加入者系光ファイバに結合され
   た光ファイバ増幅器と、始端を該光ファイバ増幅器に結
   合され終端を各加入者に結合された加入者系光ファイバ
   とを含む光ファイバ線路を光信号伝送路として構築され
   ている光通信システムにおいて、 該光ファイバ増幅器の始端側の光アイソレータよりも局
   側で、第１の光サーキュレータを介して該幹線系光ファ
   イバに一端を接続され、該光ファイバ増幅器の終端側の
   アイソレータよりも加入者側で、第２光サーキュレータ
   を介して該加入者系光ファイバに他端を接続された光フ
   ァイバにより形成され、加入者側からの信号光のみを伝
   送するバイパス光線路を含んでいることを特徴とする光
   通信システム。