JPS6361132A

JPS6361132A - 単一モ−ド光試験回路

Info

Publication number: JPS6361132A
Application number: JP61203735A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sumita; 真住田; Yasubumi Yamada; 泰文山田; Masao Kawachi; 河内　正夫; Morio Kobayashi; 盛男小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1988-03-17
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPH0690115B2

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】（発明の技術分野）本発明は、単一モード光伝送方式における送出光信号パ
ワーレベルのモニタ及び光フアイバ伝送路の障害探索を
回線導通状態で行うための単一モード光試験回路に関す
るものである。

（従来技術とその問題点）第１図は、この種の光試験回路を用いた光伝送システム
構成を説明する為の図であって、左側は局側、右側は加
入者側である。１と９は電気信号（下り）、２と１２は
電気〜光変換器、３は光信号（下り）、１８は光信号（
上り）、４と７は光合分波器、５は光試験回路、６は光
フアイバ伝送路、８と１３は光−電気変換器、１０は端
末装置、１１と１４は電気信号（上り）、１５は信号レ
ベルモニタ装置、１６は光パルス試験器、１７はパルス
光である０局側での電話、ファクシミリ、画像等の電気
信号（下り）１は、電気−光変換器２で波長λ１なる光
信号（下り）３に変換される。この光信号（下り）３は
光合分波器４と光試験回路５を通過し、光フアイバ伝送
路６に送出される。光フアイバ伝送路６中を伝搬した光
信号（下り）３は、加入者側において光合分波器７を通
り、光−電気変換器１３で電気信号（下り）９に変換さ
れ、最終的には電話。

ファクシミリ、画像の情報として端末装置１０から出力
される。

一方、加入者側からの電話、ファクシミリ、画像の情報
は、まず電気信号（上り）１１として電気−光信号変換
器１２に入力され、波長λ２なる光信号（上り）　１８
に変換される。光信号（上り）　１８は光合分波器７を
介して光フアイバ伝送路６に送出される。この光信号（
上り）１８は局側において光試験回路５と光合分波器４
を通過し、光−電気変換器８により電気信号（上り）１
４になり、加入者側からの各種情報が局側に送られる。

信号レベルモニタ装置１５は光試験回路５と結合をなし
、波長λ１なる光信号３の光パワーレベルを常時モニタ
するものであり、通常モニタレベルとして光信号（下り
）の数％の光パワーレベルをを要する。光パルス試験器
１６は、波長λ、なるパルス光１７を光フアイバ伝送路
６に送出し、常時その伝送路の障害点探索を行う。この
ように光試験回路５は光信号（下り）３の光パワーレベ
ルモニタと光フアイバ伝送路の障害点探索のための光信
号を分岐・挿入する機能を有し、光伝送網の保守並びに
信転性確保の為不可欠な構成物品である。

第２図に光試験回路５の基本機能を説明するための２波
長双方向通信用光試験回路構成の概略図を示す。ボート
Ａは光合分波器４と、ボートＢは光フアイバ伝送路６と
、ボートＣは信号レベルモニタ装置１５と、ボートＤは
光パルス試験器１６と、それぞれ、結合をなす。光試験
回路５は、光信号（下り）３の光パワーの一部を信号レ
ベルモニタ装置１５に送出する為の光分岐回路Ｉと光フ
アイバ伝送路６の障害点を探索する為の光合分岐回路■
から成る。光フアイバ伝送路の障害点探索は、ボー）Ｃ
と結合をなす光パルス試験器１６からの試験光パルスを
干渉膜フィルタ等の波長選択素子を含む光合分岐回路■
を介して光フアイバ伝送路６中へ送出し、この光フアイ
バ伝送路長手方向に沿った散乱光のパワー分布の観測に
より可能である。

この際、パルス光の波長は通信回線を切断することなく
障害点探索を行う為、光信号上り及び下りと異なる波長
に設定する必要がある。

光合分岐回路■を介して観測した後方散乱光の光フアイ
バ伝送路長手方向の強度分布を第３図に示す、同図で障
害発生前は実線で示す後方散乱光の強度分布を得るが、
例えば、Ａ地点にて障害が発生した時は破線で示すレベ
ルまでＡ地点以降の後方散乱光強度が減少する為、障害
点の特定が可能である。以下に第２図の原理により動作
する従来のバルク形及び導波形光試験回路の概要を記す
。

第４図に従来のバルク形光試験回路の模式図を示す。１
９はレンズ付光ファイバコリメータ、２０はモニタ光取
り出し用反射面、２１は障害点探索のための光パルス入
出力用反射面、２２はガラスブロックである。第４図に
示すバルク形光試験回路では、ガラスブロック２２の高
精度研磨、光ファイバへのレンズ取付け、ガラスブロッ
ク研磨面への反射面２０、２２の形成等繁雑な作業及び
これらの個別部品を高精度に相互の位置関係を保ちつつ
固定する高度な技術を要する為、製造性の低下は避けら
れず、光試験回路自体非常に高価なものとなる。また、
屈折率が相互に異なるレンズ及びガラスブロック等の個
別素子を基本構成としている為、その個別素子間を伝搬
する際の光のフレネル反射による損失並びにレンズ系で
構成することによる光フアイバ間の結合損失は本質的な
問題で不可避と考えられる。

第５図は従来の導波形光試験回路で、２３は光導波路、
２４は光信号パワーの一部を取出す為の反射板、２５は
波長選択機能を有する干渉膜フィルタ、２６は光ファイ
バ、２７はＳｔ基板である。この導波形光試験回路はＳ
ｔ基板２７上に石英系導波膜を堆積後、フォトリソグラ
フィ技術により不要部分を除去し先導波路２３を形成し
たもので、量産性に冨む技術を用いる為、安価な光回路
の製造が可能である。

又、この導波形光試験回路では、光ファイバ２６と結合
をなす各ボート間の光路は、光導波路形成時に確定して
いるため、バルク形光試験回路で必要な繁雑且つ高度な
光軸合わせは不要である利点を有す０以上述べたように
実装並びに組立能率に関しては従来のバルク形光試験回
路に比して優れているが、この導波形光試験回路では、
干渉膜フィルタ２５及び反射板２４挿入用の先導波路２
３中に設けた間隙及び導波路分岐部での導波構造を有し
ていない部分での光の放射損失は原理的に不可避である
。この間隙での損失は、マルチモード先導波路で約３　
ｄＢ、単一モード光導波路で約１ｄＢ程度であり、光フ
アイバ伝送路の長尺化に対してはさらに光回路を低損失
にする必要がある。

（発明の目的）本発明の目的は、従来の光試験回路組立に要する素子実
装作業の繁雑さ及び挿入損失特性上の問題を解決した組
立て容易にして且つ低損失な光信号モニタならびに障害
点探索のために適用できる光試験回路を提供することに
ある。

（発明の構成と特徴）以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、基板上に形成した隣接する２本の単一モード
光導波路から成る一つの４端子方向性結合器により３波
長の光路切り分けを行うことを最も主要な特徴とする単
一モード光試験回路である。

従来の技術では、波長の異なる光信号並びに光パルスの
切り分けもしくは光信号パワーの一部取り出しを干渉膜
フィルタ等の個別素子により行っていた為、それに伴う
素子実装上の繁雑な作業は不可避であった０本発明によ
れば、基板上に形成した方向性結合部のみにより波長毎
の光路切り分けが可能な為、素子実装作業を必要としな
い。又、素子実装に伴う損失増及び従来の光試験回路固
有の不可避な損失がなく低損失な光試験回路の構成が可
能である。

（発明の原理）第６図は本発明の基礎をなす方向性結合部の動作原理を
説明する為の図であり、２９及び３０は単一モード光導
波路である。方向性結合器は、数μＩオーダに近接し配
置した２本の平行単一モード光導波路２９．３０から成
り、これらの２本の平行単一モード先導波路は相互に結
合し、一方の先導波路を伝搬する光は、他方の光導波路
へ徐々にそのエネルギーを移行させる。完全にエネルギ
ーを移行させるに必要な導波路長を完全結合長Ｌ（λ）
といい、方向性結合器を構成する２本の平行単一モード
先導波路間の結合効率η（λ）は、結合部全長ｌ。

波長λ等で決まり、次式で与えられる。

例えば、２つの波長λ１．λ２が単一モード光導波路３
０を伝搬している場合、これらの光を切り分ける為の分
波条件は、結合部の長さｌが各々の波長に対する完全結
合長しくλＩ）およびＬ（λ２）の偶数倍又は奇数倍に
なるように設定すればよい。すなわち、次式を満足する
整数値ｍ、　　ｎにより波長λ１及びλｆの分波が可能
である。

１　　＝　（２ｍ＋１）　　・　Ｌ（λ　＋）　＝２ｎ
　　−Ｌ（λ　２　）　　　　　　　（１）又は／＝２ｎＬ（λｚ）　＝　（２ｍ＋１）Ｌ（λＩ）　　
　　　（２）例えば（１１式の場合、波長λ１の光の方
向性結合部での結合効率η（λ、）は１００％、波長λ
２の光の結合効率η（λｔ）は０％となり、波長λ１の
光は第６図に示す単一モード光導波路２９を伝搬し、波
長λ２の光は単一モード光導波路３０を伝搬する。

以下に一つの方向性結合器により３波長を合分波する場
合の設計例を述べる。

第７図は、設計に用いた石英系光導波路からなる方向性
結合部の断面図であり、３１はコア部、３２はクラッド
部、３３は基板である。以下述べる設計例では、第７図
に示す方向性結合部のコア部３１の屈折率ｎを１．４６
４．クラッド部３２の屈折率を１．４６０゜コア部形状
を１０μｍＸ１０μｍとした。

第８図に２つの導波路間隔Ｓに対する完全結合長しくλ
）の変化を、波長をパラメータとして示す。

同図においては、設計例として波長を実用に供されてい
る１、２μｍ、　１．３μｒｅ、　１．５５μＩとした
。例えば、光導波路間隔を２μｍに設定した場合、完全
結合長は１．２　ｐ　ｒｅで約２．９ｍ、　１．３μｓ
で約２．４ｍ。

１．５５μｍで１．８ｎである。このように、完全結合
長は各波長により異なる値を示していることがわかる。

第９図は第７図の光導波路間隔Ｓを２μｍに設定したと
きの方向性結合部の結合部長ｌを変化させたときの結合
効率η（λ）を前記３波長に対して計算した例である０
図から各々の波長に対して完全結合長Ｌ（λ）で決定さ
れる結合部長に対する結合効率の周期が異なる為、結合
部長を選択することにより、３波長の結合効率η（λ）
は１つの方向性結合器で任意に設定できることがわかる
。

一方、光試験回路においては、３つの波長に対し方向性
結合器の結合特性を例えばパルス試験を行う波長に対し
て１００％、光信号（上？Ｊ）に対しては０％、光信号
（下り）に対しては数％に設定する必要がある。このよ
うな要求に対し例えば、第９図に示すように結合部長ｌ
を１４．ｈｎに設定した場合、波長１．２μｍは結合効
率１００％、波長１．３μｍは結合効率Ｏ％、波長１．
５５μｍは結合効率５％となる。

（実施例）第１０図は光導波路が、製造制御性の高い火災堆積法及
びフォトリソグラフィ技術による石英系導波路からなる
本発明の第１の実施例を示したものであり、図中の点線
はクラッド内に埋込まれた光導波路を示す。第１０図に
示す４端子方向性結合器に対し、例えば、前述の導波路
構成では、下り信号の波長λ、を１．５５μｍに、上り
信号の波長λ２を１．３μｍに、パルス光の波長λ３を
１．２μｍに設定すれば光試験回路として機能する。こ
の実施例によれば、基板上に形成した先導波回路のみで
３波長の合分波が可能である為、従来のバルク形光試験
回路で要した実装作業は不要であり、回路の信顛性も向
上する。

又、第１０図において、下り信号のモニタ出力レベルは
、！！、　＝　（２ｍ−１）　・Ｌ（λ＋）＝２ｎＬ（λ
ｚ）＝ｐ−Ｌ（λ３）＋　−５ｉｎ−’（ｆｉ　）Ｌ（
λ、）π 又は１　＝　　（２ｍ−１）　・Ｌ（λυ＝２ｎ−Ｌ（７ｇ
）＝ｐ！、、（λ３）−−５ｉｎ−’（ｆｉ　）Ｌ（λ
３） π なる関係を満足する整数値ｍ、ｎ、ｐにより決まる結合
長に方向性結合器の結合部長ｌを設定することにより０
〜１００％の範囲で任意に選べる。

以上の実施例では石英系先導波路を例に述べたが、Ｌｉ
ＮｂＯ５系またはＧａＡｓ系等の材料からなる光導波路
であっても適用可能である。

第１１図は本発明の第２の実施例を示したものであり、
３４及び３５は光ファイバ、３６は発光素子、３７は受
光素子、３８はモニタ用受光素子、３９は光合分波回路
部である。同図では、第１図に示す光合分波回路４を光
試験回路と同一基板内に同時形成し機能の複合化を図っ
たものである。

（発明の効果）以上説明したように、従来は、光信号モニタ用分岐回路
及び障害点探索用分岐回路の２つの回路から光試験回路
が構成されていたのに対し、本発明では一つの４端子方
向性結合器でモニタ光の抽出並びにパルス光の送出・受
入が行える為、回路構成が非常に簡略化された。その結
果個別素子を集合した構造の従来回路に比して大幅な実
装能率向上を可能とした。

又、光試験回路の対向する端子間が１本の単一モード光
導波路のみで結合している為、従来のものに比して損失
特性の大幅改善及び素子実装に伴う損失増の抑制が可能
となった。本発明による光試験回路の作製技術は量産性
に冨むフォトリソグラフィ技術により支えられているこ
とにより、光通信網の経済的な構築に寄与することは大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光試験回路を用いた光伝送システム構成例を示
すブロック図、第２図は光試験回路構成図、第３図は光
線路障害位置モニタ例を示す略図、第４図は従来のバル
ク形光試験回路構成例を示す斜視図、第５図は従来の導
波形光試験回路構成例を示す斜視図、第６図は方向性結
合器の機能を説明する為の方向性結合部構成例を示す略
図、第７図は方向性結合器の結合部断面図、第８図は光
導波路間隔と完全結合長の関係を示す特性図、第９図は
結合部長と結合効率の関係を示す特性図、第１０図は本
発明の第１の実施例を示す斜視図、第１１図は光合分波
回路を備えた本発明の第２の実施例を示す斜視図である
。１、・・・電気信号（下り）、　２・・・電気光変換器
、３・・・光信号（下り）、　４・・・光合分波器、５
・・・光試験回路、　６・・・光フアイバ伝送路、７・
・・光合分波器、　８・・・光−電気変換器、９・・・
電気信号（下り）、　１０・・・端末装置、１１・・・
電気信号（上り）、　１２・・・電気−光変換器、１３
・・・光−電気変換器、　１４・・・電気信号（上り）
、１５・・・信号レベルモニタ装置、１６・・・光パル
ス試験器、　１７・・・パルス光、　１８・・・光信号
（上り）、１９・・・レンズ付光ファイバ、　２０・・
・モニタ光取出し用反射面、　２１・・・光パルス入出
力用反射面、２２・・・ガラスブロック、　２３・・・
先導波路、２４・・・反射板、　２６・・・干渉膜フィ
ルタ、２７・・・光ファイバ、　２日・・・Ｓｉ基板、
　２９・・・単一モド先導波路、　３０・・・単一モー
ド先導波路、３１・・・コア部、　３２・・・クラッド
部、　３３・・・基板、３４・・・光ファイバ、　３５
・・・光ファイバ、　３６・・・発光素子、　３７・・
・受光素子、　３８・・・モニタ用受光素子、　３９・
・・光合分波回路部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長λ＿１およびλ＿２の光信号を入力および出
力する第１の端子と、波長λ＿１およびλ＿２の光信号を出力および入力する
第２の端子と、前記第１の端子と、波長λ＿１の光信号が結合し、かつ
信号レベルモニタ装置が接続される第３の端子と、前記第２の端子と波長λ＿３の光信号が結合しかつ光パ
ルス試験器が接続される第４の端子とを有する４端子方
向性結合器からなる単一モード光試験回路であって、前
記４端子方向性結合器の結合部長をｌ、任意の波長λに
対する完全結合長をＬ（λ）及び４端子方向性結合器の
結合効率をη（λ）としたとき、これら変数は、η（λ
）＝ｓｉｎ＾２（πｌ／２Ｌ（λ））の関係で与えられ
、この時波長λ＿１の結合効率η（λ＿１）を略１００％に、波
長λ＿２の結合効率η（λ＿２）略０％に、波長λ＿３
の結合効率をη（０％≦η≦１００％）にする前記結合
部長ｌの条件がｌ＝（２ｍ−１）・Ｌ（λ＿１）＝２ｎ・Ｌ（λ＿２）
＝ｐ・Ｌ（λ＿３）＋［２／π］−ｓｉｎ＾−＾１（√
η）Ｌ（λ＿３）又はｌ＝（２ｍ−１）・Ｌ（λ＿１）＝２ｎ・Ｌ（λ＿２）
＝ｐ・Ｌ（λ＿３）−［２／π］−ｓｉｎ＾−＾１（√
η）Ｌ（λ＿３）なる関係を満足する整数値ｍ、ｎ、ｐ
により決まる結合部長ｌであることを特徴とする単一モ
ード光試験回路。