JP3990685B2 - 循環器と反射器を用いた光分岐/結合器 - Google Patents

循環器と反射器を用いた光分岐/結合器 Download PDF

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Description

本発明は、波長分割多重(wavelength division multiplexing:WDM)システムに係り、特に、多重化した光信号に対して既設波長の光信号を追加または除去するための光分岐/結合器(optical add/drop multiplexer:ADM)に関する。
近年、単心光ファイバ(optical fiber)を介して相異なる波長を有する多数の光信号を伝送する波長分割多重技術が実用化され、これに伴い、超高速及び大容量の光信号が伝送可能になっている。のみならず、光素子技術の発達に伴い、光学的な光信号の経路の設定及び切換え、そして光信号の分岐及び結合が可能になり、その結果として、波長分割多重技術に基づく光通信網の構築が可能になっている。
通常、光分岐/結合器は、一対の波長分割多重化器と、多数の光スイッチ(optical switch)と、備える。波長分割多重化器としては、 光信号の拡張が容易であり、制御が簡単であるほか、集積度(integration)に優れているアレイ導波路回折格子(arrayed−waveguide grating:AWG)が多用されている。光スイッチとしては、2×2光空間スイッチ(space switch)や波長依存性を有する光ファイバ・ブラッグ・グレーティング(optical fiber Bragg grating:FBG)が多用されている。
図1は、従来の技術による光分岐/結合器の構成を示すものである。これを参照すれば、光分岐/結合器は、多重化した光信号を伝送するための光ファイバ110と連結され、それぞれ多数のポートを有する第1及び第2循環器(circulator:C)120,140と、第1ないし第n光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131〜133と、第1及び第2波長分割多重化器150,160とを備える。理解の便宜のために、各循環器120,140の参照符号を“###”としたとき、該循環器120,140の第mポートは“m”となり、“###m”として記述する。この光分岐/結合器に入力されるか、あるいはこれから出力される多重化光信号は相異なる波長を有する多数の光信号を備えるが、第n光信号λnは第n波長を有する。
第1循環器120は第1ないし第3ポート1201〜1203を備え、その第mポートに入力された光信号をそれと隣り合う第(m+1)ポートに出力する。第1循環器120は、第1ポート1201に入力された光信号を第2ポート1202に出力し、第2ポート1202に入力された光信号を第3ポート1203に出力する。
第1ないし第n光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131〜133は、第1及び第2循環器120,140の第2ポート1202,1402の間に連結され、それぞれオン/オフの状態に応じて既設波長の光信号を通過(オフ状態)させたり反射(オン状態)させる。例えば、第2光ファイバ・ブラッグ・グレーティング132は第2光信号のみを反射させ、第n光ファイバ・ブラッグ・グレーティング133は第n光信号λnのみを反射させる。
第1波長分割多重化器150は、第1多重化ポート(multiplexing port:MP)151と、第11ないし第1n逆多重化ポート(demultiplexing port:DP)152〜154とを備える。第1波長分割多重化器150の第1多重化ポート151は、第1循環器120の第3ポート1203と連結される。第1波長分割多重化器150は、第1多重化ポート151に入力された光信号を当該波長に対応する逆多重化ポート152〜154に出力する。例えば、第1波長分割多重化器150は、第1多重化ポート151に入力された第2光信号λ2を第12逆多重化ポート153に出力し、入力された第n光信号λnを第1n逆多重化ポート154に出力する。
第2循環器140は、第1ないし第3ポート1401〜1403を備え、第1ポート1401に入力された光信号を第2ポート1402に出力し、第2ポート1402に入力された光信号を第3ポート1403に出力する。
第2波長分割多重化器160は、第2多重化ポート161と、第21ないし第2n逆多重化ポート162〜164とを備える。第2波長分割多重化器160の第2多重化ポート161は、第2循環器140の第1ポート1401と連結される。第2波長分割多重化器160は、各波長に対応する逆多重化ポート162〜164に入力された光信号を第2多重化ポート161に出力する。
光分岐/結合器が、入力された光信号から第1光信号λ1を除去し、そして、光信号に第2光信号λ2を追加する場合を例にとって説明すれば、下記の通りである。
制御部(図示せず)は、第1及び第2光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131,132をオン状態に、そして残りの光ファイバ・ブラッグ・グレーティング133をオフ状態に制御する。第1循環器120は、第1ポート1201に入力された光信号を第2ポート1202に出力し、第1光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131は、光信号のうち第1光信号λ1のみを反射させる。そして第1循環器120が、第2ポート1202に入力された前記第1光信号λ1を第3ポート1203に出力する。第1波長分割多重化器150は、第1多重化ポート151に入力された第1光信号λ1を第11逆多重化ポート152に出力する。一方、第1ないし第n光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131〜133を通過した光信号は、第2循環器140の第2ポート1402に入力される。第2波長分割多重化器160は、第22逆多重化ポート163に入力された第2光信号λ2を第2多重化ポート161に出力し、第2循環器140は、第1ポート1401に入力された第2光信号を第2ポート1402に出力する。第2光ファイバ・ブラッグ・グレーティング132は、入力された前記第2光信号λ2を反射させ、第2循環器140は、第2ポート1402に入力された第2光信号を第3ポート1403に出力する。
上述したように、従来の光分岐/結合器は、多数の光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131〜133を直列に接続させているため、追加または除去される光信号が経なければならない光ファイバ・ブラッグ・グレーティングの数は、該当波長に応じて異なる。例えば、第1光信号λ1を除去する場合に第1光信号λ1は第1光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131から反射されるものの、第3光信号λ3を除去する場合に第3光信号λ3は第1及び第2光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131,132をそれぞれ2回ずつ経なければならない。このとき、追加または除去される光信号は、各光ファイバ・ブラッグ・グレーティングを通る時に光損失を生じる。このため、追加または除去される光信号は、該当波長に応じて電力が異なってしまうという不具合が生じる。さらに、通常、各光ファイバ・ブラッグ・グレーティング131〜133を制御するためには周辺温度や引張力を制御するが、この制御にかかる時間が比較的に長時間であるため、高速の切り換えが困難であるといった不具合もある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、追加または除去される光信号の波長とは無関係に動作すると共に、高速の切り換えが行える光分岐/結合器を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、従来のものに比べてコンパクトな構成を有し、しかも製造コストも安い光分岐/結合器を提供するところにある。
前記目的を達成するために、本発明に係る多重化した複数の光信号を伝送するための光ファイバに連結された光分岐/結合器は、光ファイバと連結され、多重化した光信号の経路となる入力及び出力ポート、そして、それぞれ逆多重化した光信号の経路となる多数の逆多重化ポートを有する波長分割多重化部と、波長分割多重化部の逆多重化ポートと一対一に連結されるポートを有する多数の分岐/結合部と、を含み、各分岐/結合部は、第1乃至第7ポートを備え、第p(6以下の自然数)ポートに入力された光信号を第(p+1)ポートへ出力し、第1及び第7ポートが直接連結され、第2ポートが波長分割多重化部の第1逆多重化ポートに連結された循環器と、循環器の第2ポートと第6ポートとを連結し、オン/オフの状態に応じて入力された光信号を通過又は反射させる波長に依存しない反射器とを備え、循環器は、第2ポートに入力された光信号を第3ポートに出力し、反射器により第3ポートに2次的に入力された光信号を第4ポートに出力することにより該光信号を除去し、第5ポートに入力された光信号を反射器と連結された第6ポートに出力し、反射器によって第6ポートに2次入力された光信号が第7、第1、及び第2ポートを順次に経ることによって、該光信号を追加し、分岐/結合部を通過する光信号は、循環器の第2及び第3ポートと、反射器と、循環器の第6、第7、第1、及び第2ポートとを順次に経ることを特徴とする。その波長分割多重化部は、多重化した複数の光信号を伝送するための光ファイバと連結された第1及び第3ポートと、第2ポートとを有し、第n(2以下の自然数)ポートへ入力された光信号を第(n+1)ポートへ出力する終端循環器と、この終端循環器の第2ポートと連結され、多重化した光信号の経路となる多重化ポート及びそれぞれ逆多重化した光信号の経路となる多数の逆多重化ポートを有する波長分割多重化器と、を備えるものとすることができる。この波長分割多重化器は、アレイ導波路回折格子から構成するとよい。
本発明に係る光分岐/結合器は、受動素子である循環器と波長に依存しない反射器を用いることから、追加または除去される光信号の波長とは無関係に動作し、高速の切換えが可能であるほか、制御が容易であるというメリットがある。
さらに、本発明に係る光分岐/結合器は、受動素子である循環器と波長に依存しない反射器を用いることから温度調節装置などの付加装置の数を最少化でき、結果として構成をコンパクト化できると共に、製造コストを下げられるというメリットもある。
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について説明する。本発明を説明するに当って、関連する公知の機能や構成についての具体的な説明は、本発明の要旨を明確にするために省く。
図2ないし図5Bに示された光分岐/結合器は多数のポートを有する循環器を備える。ここで、循環器の参照符号を“###”としたとき、該循環器の第mポートは“m”となり、“###m”として記述する。また、この光分岐/結合器に入力されるか、あるいはこれから出力される多重化した光信号は相異なる波長を有する多数の光信号を備えるが、第n光信号λnは第n波長を有する。
図2は、本発明の好適な第1実施例による光分岐/結合器の構成を示すものである。この光分岐/結合器は、波長分割多重化部220と、波長分割多重化部220と連結された第1ないし第n分岐/結合部250,260,270と、を備える。
波長分割多重化部220は、終端循環器230と波長分割多重化器240を備える。
終端循環器230は、多重化した光信号を伝送するための光ファイバ210と連結される第1及び第3ポート2301,2303と、波長分割多重化器240の多重化ポート241と連結された第2ポート2302と、を備える。終端循環器230は、第1ポート2301に入力された多重化光信号を第2ポート2302に出力し、第2ポート2302に入力された光信号を第3ポート2303に出力する。
波長分割多重化器240は、多重化光信号の経路となる多重化ポート241と、それぞれ逆多重化した光信号の経路となる第1ないし第n逆多重化ポート242〜244と、を備える。波長分割多重化器240は、多重化ポート241に入力された光信号の波長分割逆多重化を行い、逆多重化の行われた各光信号を当該波長に対応する逆多重化ポート242〜244に出力する。例えば、波長分割多重化器240は、第2光信号λ2を第2逆多重化ポート243に出力し、第n光信号λnを第n逆多重化ポート244に出力する。また、波長分割多重化器240は、第1ないし第n逆多重化ポート242〜244に入力された多数の光信号の波長分割多重化を行い、多重化の行われた光信号を多重化ポート241に出力する。波長分割多重化器240としては、光信号の拡張が容易であり、制御が簡単であるほか、集積度に優れているアレイ導波路回折格子を用いることができる。
第1ないし第n分岐/結合部250,260,270は、第1ないし第n逆多重化ポート242〜244と一対一で連結され、それぞれ一対の循環器252,256;262,266;272,276と、波長無依存反射器254,264,274と、を備える。第1ないし第n分岐/結合部250,260,270はいずれも同じ構成を有するため、以下では、第1分岐/結合部250についてのみ説明する。
第1分岐/結合部250の第11循環器252は、第1ないし第4ポート2521〜2524を備え、その第mポートに入力された光信号をこれと隣り合う第(m+1)ポートに出力すべく構成される。第11循環器252の第2ポート2522は、波長分割多重化器240の第1逆多重化ポート242と連結されている。第11循環器252は、第2ポート2522に入力された第1光信号λ1を第3ポート2523に出力し、第3ポート2523に2次的に入力された第1光信号λ1を第4ポート2524に出力することにより、第1光信号λ1を除去する。
第1分岐/結合部250の第1波長無依存反射器254は、第11循環器252の第3ポート2523及び第12循環器256の第2ポート2562と連結され、オン/オフ状態に応じて入力された光信号を通過(オフ状態)させたり反射(オン状態)させる。波長無依存反射器254としては、制御信号に応じて透過率が変わる波長に依存しない両面反射器を用いることができる。
第12循環器256は、第1ポート2561に入力された第1光信号λ1を第2ポート2562に出力し、第2ポート2562に2次的に入力された第1光信号を第3ポート2563に出力することにより、第1光信号を追加する。
本例の光分岐/結合器が、入力された光信号から第1光信号λ1を除去した後、光信号に第1光信号λ1を追加する場合を例にとって説明すれば、下記の通りである。
制御部(図示せず)は、第1分岐/結合部250の第1波長無依存反射器254をオン状態に、残りの第2ないし第n波長無依存反射器264,274をオフ状態に制御する。先ず、第1分岐/結合部250の光信号除去過程について説明すれば、波長分割多重化部220の終端循環器230は、第1ポート2301に入力された光信号を第2ポート2302に出力する。終端循環器230の第2ポート2302は、波長分割多重化器240の多重化ポート241と連結されている。波長分割多重化器240は、入力された光信号の波長分割逆多重化を行い、逆多重化の行われた各光信号を当該波長に対応する逆多重化ポート242〜244に出力する。このため、光信号をなす第1光信号λ1は第1逆多重化ポート242に出力され、第1逆多重化ポート242は第11循環器252と連結されている。第11循環器252は、第2ポート2522に入力された第1光信号λ1を第3ポート2523に出力し、第1波長無依存反射器254は、第1光信号λ1を反射させる。第11循環器252は、第3ポート2523に2次的に(反射して)入力された第1光信号λ1を第4ポート2524に出力することにより、第1光信号λ1を除去する。次いで、第1分岐/結合部250の光信号追加過程について説明すれば、第12循環器256は、第1ポート2561に入力された第1光信号λ1を第2ポート2562に出力し、第1波長無依存反射器254は、第1光信号λ1を反射させる。第12循環器256は、第2ポート2562に2次的に(反射して)入力された第1光信号λ1を第3ポート2563に出力し、第3ポート2563は、第11循環器252の第1ポート2521と連結されている。第11循環器252は、第1ポート2521に入力された第1光信号λ1を第2ポート2522に出力し、波長分割多重化器240は、第1ないし第n逆多重化ポート242〜244に入力された多数の光信号の波長分割多重化を行い、多重化の行われた光信号を多重化ポート241に出力する。終端循環器230は、第2ポート2302に入力された光信号を第3ポート2303に出力する。
図3A及び図3Bは、図2に示された第n分岐/結合部の動作を説明するためのものである。
図3Aは、第n分岐/結合部270が第n光信号λnを除去した後、第n光信号λnを追加する過程を示している。先ず、光信号の除去過程について説明すれば、第n1循環器272は、第2ポート2722に入力された第n光信号λnを第3ポート2723に出力し、第n波長無依存反射器274はオン状態にあるため、入力された第n光信号を反射させる。第n1循環器272は、第3ポート2723に2次的に入力された第n光信号λnを第4ポート2724に出力することにより、第n光信号λnを除去する。次いで、光信号の追加過程について説明すれば、第n2循環器276は、第1ポート2761に入力された第n光信号λnを第2ポート2762に出力し、第n波長無依存反射器274は、第n光信号λnを反射させる。第n2循環器276は、第2ポート2762に2次的に入力された第n光信号λnを第3ポート2763に出力し、第n1循環器272は、第1ポート2721に入力された第n光信号λnを第2ポート2722に出力することにより、第n光信号λnを追加する。
図3Bは、第n分岐/結合部270が第n光信号λnを通過させる過程を示している。これを参照すれば、第n1循環器272は、第2ポート2722に入力された第n光信号λnを第3ポート2723に出力し、第n波長無依存反射器274はオフ状態にあるため、入力された第n光信号λnを通過させる。第n2循環器276は、第2ポート2762に入力された第n光信号λnを第3ポート2763に出力し、第n1循環器272は、第1ポート2721に入力された第n光信号λnを第2ポート2722に出力する。
図4は、本発明の好適な第2実施例による光分岐/結合器の構成を示している。これを参照すれば、本例の光分岐/結合器は、波長分割多重化部320と、波長分割多重化部320と連結された第1ないし第n分岐/結合部350,360,370と、を備える。光分岐/結合器は図2に示された光分岐/結合器と類似した構成を有し、単に各分岐/結合部350,360,370の構成のみ異なるため、重複する記述は省く。
第1ないし第n分岐/結合部350,360,370は、波長分割多重化器340の第1ないし第n逆多重化ポート342〜344と一対一で連結され、それぞれ循環器352,362,372と波長無依存反射器354,364,374を備える。第1ないし第n分岐/結合部350,360,370はいずれも同じ構成を有するため、以下では第1分岐/結合部350についてのみ説明する。
第1分岐/結合部350の第1循環器352は、その第pポートに入力された光信号をこれと隣り合う第(p+1)ポートに出力すべく構成される。第1分岐/結合部350の第1循環器352は第1ないし第7ポート3521〜3527を備え、第1循環器332の第2ポート3522は波長分割多重化器340の第1逆多重化ポート342と連結されている。第1循環器352は、第2ポート3522に入力された第1光信号λ1を第3ポート3523に出力し、第3ポート3523に2次的に(反射して)入力された第1光信号λ1を第4ポート3524に出力することにより、第1光信号λ1を除去する。第1循環器352は、第5ポート3525に入力された第1光信号λ1を第6ポート3526に出力し、第6ポート3526に入力された第1光信号λ1を第7ポート3527に出力する。第7ポート3527は、第1ポート3521と連結されており、第1循環器352は、第1ポート3521に入力された第1光信号λ1を第2ポート3522に出力することにより、第1光信号λ1を追加する。
第1分岐/結合部350の第1波長無依存反射器354は、第1循環器352の第3ポート3523及び第6ポート3526と連結され、オン/オフ状態に応じて入力された光信号を通過(オフ状態)させたり反射(オン状態)させる。第1波長無依存反射器354としては、制御信号に応じて透過率が変わる波長に依存しない両面反射器を用いることができる。
この例の光分岐/結合器が、入力された光信号から第1光信号λ1を除去した後、光信号に第1光信号λ1を追加する場合を例にとって説明すれば、下記の通りである。
制御部(図示せず)は、第1分岐/結合部350の第1波長無依存反射器354をオン状態に、残りの第2ないし第n波長無依存反射器364,374をオフ状態に制御する。先ず、第1分岐/結合部350の光信号除去過程について説明すれば、波長分割多重化部320の終端循環器330は、第1ポート3301に入力された光信号を第2ポート3302に出力し、第2ポート3302は、波長分割多重化器340の多重化ポート341と連結されている。波長分割多重化器340は、入力された光信号の波長分割逆多重化を行い、逆多重化の行われた各光信号を当該波長に対応する逆多重化ポート342〜344に出力する。このため、光信号をなす第1光信号λ1は第1逆多重化ポート342に出力され、第1逆多重化ポート342は第1分岐/結合部350の第1循環器352と連結されている。第1循環器352は、第2ポート3522に入力された光信号を第3ポート3523に出力し、第1波長無依存反射器354は第1光信号λ1を反射させる。第1循環器352は、第3ポート3523に2次的に(反射して)入力された第1光信号λ1を第4ポート3524に出力することにより、第1光信号λ1を除去する。第1循環器352は、第5ポート3525に入力された第1光信号λ1を第6ポート3526に出力し、第1波長無依存反射器354は、第1光信号λ1を反射させる。第1循環器352は、第6ポート3526に2次的に(反射して)入力された第1光信号λ1を第7ポート3527に出力し、第7ポート3527は、第1ポート3521と連結されている。第1循環器352は、第1ポート3521に入力された第1光信号λ1を第2ポート3522に出力し、波長分割多重化器340は、第1ないし第n逆多重化ポート342〜344に入力された多数の光信号の波長分割多重化を行い、多重化の行われた光信号を多重化ポート341に出力する。終端循環器330は、第2ポート3302に入力された光信号を第3ポート3303に出力する。
図5A及び図5Bは、図4に示された第n分岐/結合部の動作を説明するためのものである。
図5Aは、第n分岐/結合部370が第n光信号λnを除去した後、第n光信号λnを追加する過程を示している。先ず、光信号の除去過程を説明すれば、第n循環器372は、第2ポート3722に入力された第n光信号λnを第3ポート3723に出力し、第n波長無依存反射器374はオン状態にあるため、入力された第n光信号λnを反射させる。第n循環器372は、第3ポート3723に2次的に入力された第n光信号λnを第4ポート3724に出力することにより、第n光信号λnを除去する。第n循環器372は、第5ポート3725に入力された第n光信号λnを第6ポート3726に出力し、第n波長無依存反射器374は、入力された第n光信号λnを反射させる。第n循環器372は、第6ポート3726に2次的に入力された第n光信号λnを第7ポート3727に出力し、第1ポート3721に入力された第n光信号λnを第2ポート3722に出力することにより、第n光信号λnを追加する。
図5Bは、第n分岐/結合部370が第n光信号λnを通過させる過程を示している。第n循環器372は、第2ポート3722に入力された第n光信号λnを第3ポート3723に出力し、第n波長無依存反射器374はオフ状態にあるため、入力された第n光信号λnを通過させる。第n循環器372は、第6ポート3726に入力された第n光信号λnを第7ポート3727に出力し、第1ポート3721に入力された第n光信号λnを第2ポート3722に出力する。
従来の技術による光分岐/結合器の構成を示す図。 本発明の好適な第1実施例による光分岐/結合器の構成を示す図。 図2における第n分岐/結合部の動作を説明するための図。 本発明の好適な第2実施例による光分岐/結合器の構成を示す図。 図4における第n分岐/結合部の動作を説明するための図。
符号の説明
220,320 波長分割多重化部
230,330 終端循環器
240,340 波長分割多重化器
250,260,270,350,360,370 分岐/結合部
252,256,262,266,272,276,352,362,372 循環器
254,264,274,354,364,374 波長無依存反射器

Claims (3)

  1. 多重化した複数の光信号を伝送するための光ファイバに連結された光分岐/結合器において、
    前記光ファイバと連結され、多重化した光信号の経路となる入力及び出力ポート、そして、それぞれ逆多重化した光信号の経路となる多数の逆多重化ポートを有する波長分割多重化部と、
    前記波長分割多重化部の逆多重化ポートと一対一に連結されるポートを有する多数の分岐/結合部と、を含み、前記各分岐/結合部は、
    第1乃至第7ポートを備え、第p(6以下の自然数)ポートに入力された光信号を第
    (p+1)ポートへ出力し、前記第1及び第7ポートが直接連結され、第2ポートが前記波長分割多重化部の第1逆多重化ポートに連結された循環器と、
    前記循環器の第2ポートと第6ポートとを連結し、オン/オフの状態に応じて入力された光信号を通過又は反射させる波長に依存しない反射器とを備え、
    前記循環器は、第2ポートに入力された光信号を第3ポートに出力し、前記反射器により第3ポートに2次的に入力された光信号を第4ポートに出力することにより該光信号を除去し、第5ポートに入力された光信号を前記反射器と連結された第6ポートに出力し、前記反射器によって前記第6ポートに2次入力された光信号が第7、第1、及び第2ポートを順次に経ることによって、該光信号を追加し、前記分岐/結合部を通過する光信号は、前記循環器の第2及び第3ポートと、前記反射器と、前記循環器の第6、第7、第1、及び第2ポートとを順次に経ることを特徴とする光分岐/結合器。
  2. 波長分割多重化部は、
    多重化した複数の光信号を伝送するための光ファイバと連結された第1及び第3ポートと、第2ポートとを有し、第n(2以下の自然数)ポートへ入力された光信号を第(n+1)ポートへ出力する終端循環器と、
    前記終端循環器の第2ポートと連結され、多重化した光信号の経路となる多重化ポート及びそれぞれ逆多重化した光信号の経路となる多数の逆多重化ポートを有する波長分割多重化器と、を備える請求項に記載の光分岐/結合器。
  3. 前記波長分割多重化器は、アレイ導波路回折格子を備える請求項に記載の光分岐/結合器。
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