(57)【要約】【課題】通信用の光回線のみで通信と給電の両方が行える光送受信器を提供する。【解決手段】通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器３であって、光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源１１ａと、記広帯域光から、光信号の波長と異なり、光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象の範囲内で動作する線幅の給電信号β１を抽出する帯域通過フィルタ１１ｂ２と、給電信号β１を、光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する光ファイバ増幅器１１ｃとを備える。【選択図】図７
2020053852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器であって、
光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、
前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタと
を備えることを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
光ファイバ増幅器を備え、
前記光ファイバ増幅器は、前記給電信号を、前記光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する
ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
【請求項３】
前記給電信号は、
前記光信号の波長よりも短い短波長側、又は前記光信号の波長よりも長い長波長側に中心波長を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信器。
【請求項４】
前記給電信号は、
前記光信号の波長よりも短い短波長側と長い長波長側の双方に中心波長を持ち、
前記帯域通過フィルタは、前記双方のそれぞれの中心波長を通過させるエリミネーションフィルタで構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信器。
【請求項５】
前記光ファイバの伝送距離を20km以内とした場合に、
前記給電信号の線幅は52pm以上であり、且つ該給電信号のパワーは31.8dBm以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光送受信器。
【請求項６】
収容局側に配置された光送受信器から加入者宅側に配置された光通信デバイスに給電信号を送出できる光給電システムであって、
前記光送受信器は、
光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、
前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタと
を備え、
前記光通信デバイスは、
前記光信号と前記給電信号を分波する分波カプラと、
前記光信号を受信する第１光信号受信部と、
前記給電信号を電力に変換する給電信号受信部と
を備える
ことを特徴とする光給電システム。
【請求項７】
前記光送受信器は、
光ファイバ増幅器を備え、
前記光ファイバ増幅器は、前記給電信号を、前記光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する
ことを特徴とする請求項６に記載の光給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器と光給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバによるデータ通信サービス（ＦＴＴＨ）網が普及し、ひかり電話に対しては、従来型（メタル回線）の固定電話と同等のサービス水準が求められている。しかし、現在のひかり電話は、停電時に利用できないという問題がある。したがって、災害などにより居住エリアが孤立し、停電が長期化した場合、ひかり電話の利用者は外部との通信手段を失ってしまう。
【０００３】
そこで、光ファイバから電力を供給して遠隔にある機器を動作させる技術が検討されている。例えば非特許文献１に、センター装置から光エネルギーを伝送（給電）し、伝送したエネルギーでカメラを動作させて得た情報を収集する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】光ファイバセンシングシステム製品〔平成30年9月11日検索〕、インターネット（URL: http://WWW.furukawa.co.jp/fitel/system/products/unit.htm）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に開示された技術では、通信とは別に給電用の光回線を必要とするという課題がある。
【０００６】
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、通信用の光回線のみで通信と給電の両方が行える光送受信器と光給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る光送受信器は、通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器であって、光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタとを備えることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る光給電システムは、収容局側に配置された光送受信器から加入者宅側に配置された光通信デバイスに給電信号を送出できる光給電システムであって、前記光送受信器は、光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタとを備え、前記光通信デバイスは、前記光信号と前記給電信号を分波する分波カプラと、前記光信号を受信する第１光信号受信部と、前記給電信号を電力に変換する給電信号受信部とを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通信用の光回線のみで通信と給電の両方が行える光送受信器と光給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光送受信器の機能構成例を示す図である。
【図２】ＳＢＳ閾値とＳＲＳ閾値を、計算した結果を示す図である。
【図３】図１に示す広帯域光源のパワースペクトルの例を示す図である。
【図４】図１に示す帯域通過フィルタの特性例を示す図である。
【図５】図１に示す光送受信器を用いた光給電システムの構成例を示す図である。
【図６】図４に示す光通信デバイスの機能構成例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光送受信器の機能構成例を示す図である。
【図８】光ファイバ増幅器の特性例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光送受信器の機能構成例を示す図である。
【図１０】帯域通過フィルタの他の特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光送受信器１の機能構成例を示す図である。光送受信器１は、例えば加入者収容局側（以降、収容局側と称する）に配置され、加入者側宅に配置される他の光通信デバイスと通信をする例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）システムを構成する。また、光送受信器１は、加入者側宅に配置される他の光通信デバイス（図示せず）へ電力を供給する光給電システムを構成する。光給電システム及び光通信デバイスについては後述する。
【００１３】
光送受信器１は、第１光信号送信部１０、給電信号送信部１１、合波カプラ１２、第１光信号受信部１３、及び光サーキュレータ１４を備える。光送受信器１は、加入者側宅に配置される光通信デバイスに、音声、画像、及び文字情報の何れか又は全てを表す光信号と、給電信号を送信する。
【００１４】
第１光信号送信部１０は、所定の波長の光信号α１を送信する。光信号α１は、通信に用いる光信号であり、例えば1570nmの波長の光信号である。また、光信号α１は、例えば音声信号の振幅を、時間軸方向で標本化し、更に量子化したディジタル信号である。また、光信号α１は、画像信号であれば圧縮したディジタル信号である。
【００１５】
光信号α１は、例えば、線幅を40pm（約5.4GHz）、出力パワーは0dBm（1mW）に設定される。このようにディジタル情報を伝送する光信号α１は、比較的に狭い線幅と小さいパワーである。
【００１６】
給電信号送信部１１は、光信号α１の波長と異なる波長の光信号を出力することで光通信デバイスに電力を供給する給電信号β１を送信する。また、給電信号β１の波長は、光信号α１と干渉しない波長に設定すると良い。給電信号β１の波長は、例えば1530nmとする。なお、給電信号β１のパワーは、光通信デバイスが動作するのに必要十分な大きさにする必要がある。
【００１７】
合波カプラ１２は、波長の異なる第１光信号α１と給電信号β１を１つ（合波信号（α１＋β１））に合波する。合波カプラ１２はＷＤＭカプラである。ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）とは、波長分割多重方式のことである。
【００１８】
光サーキュレータ１４は、合波カプラ１２で合波した合波信号を相手側送受信器に出力し、相手側送受信器から送信される第２光信号α２を第１光信号受信部１３に出力する。
【００１９】
第１光信号受信部１３は、加入者側宅に配置される相手側送受信器である光通信デバイスから第２光信号α２を受信する。第１光信号受信部１３は、受信した第２光信号α２から例えば音声信号の振幅を復調して外部に出力する。第２光信号の波長α２は、第１光信号α１の波長と同じで有っても良いし、異なっていても良い。
【００２０】
給電信号送信部１１は、広帯域光源１１ａと帯域通過フィルタ１１ｂを備える。広帯域光源１１ａは、光信号α１の波長を含む広帯域光を生成する。広帯域光源１１ａは、例えばＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源で構成される。なお、広帯域光源１１ａは、ＳＬＤ（Superluminesent Diode）光源、及びＳＣ（Super Continuum）光源で構成しても良い。
【００２１】
帯域通過フィルタ１１ｂは、光信号α１の波長と異なり、光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の給電信号β１を抽出する。給電信号β１のパワーは、その線幅を広くすることで大きくすることができる。よって、光通信デバイスが動作するのに必要十分な大きなパワーの給電信号β１を送出するためには、所定の幅以上の線幅にする必要がある。
【００２２】
ただし、光ファイバに大きなパワーを入力すると非線形光学効果が生じる。したがって、給電信号β１のパワーは、光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内に設定する必要がある。
【００２３】
ここで、光ファイバに非線形光学効果が生じる閾値について説明する。
【００２４】
（ＳＢＳとＳＲＳ）
光ファイバの非線形光学効果には、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）と誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering）の二つがある。
【００２５】
ＳＢＳとＳＲＳのそれぞれ閾値は、式（１）、式（２）により算出できる（参考文献１：Govind Agrawal, “Nonlinear Fiber Optics,” Academic Press）。
【００２６】
【数１】
2020053852.tif 000003
【００２７】
【数２】
2020053852.tif 000004
【００２８】
ＳＢＳは、光源の線幅によって、その閾値が変化することが知られている。式（１）中のΔνＢはブリルアン利得帯域幅を示し、ΔνＰは入力光の線幅を示している。ここで、Ｋは偏波の係数、Ａｅｆｆは光ファイバの実効断面積、ｇＢ０はブリルアン利得係数、ｇＲはラマン利得係数、Ｌｅｆｆは実効ファイバ長である。
【００２９】
Ｌｅｆｆは、光ファイバ長Ｌと損失係数αから式（３）で表せる。また、ブリルアン利得係数ｇＢ０は、式（４）で算出できることが知られている（参考文献２：M. Nikles, L. Thevenaz, P. A. Robert, “Brillouin gain spectrum characterization in single-mode optical fibers,” IEEE J. Lightwave Technol., vol. 15, no. 10, pp.1842-1851, 1997.）。
【００３０】
【数３】
2020053852.tif 000005
【００３１】
【数４】
2020053852.tif 000006
【００３２】
式（４）中のｎはファイバ中の屈折率、ｐ１２は光弾性定数、ｃは真空中の光速、λｐは入力光の波長、ρ０は密度、Ｖａは音響波の速度、及びΔνＢはブリルアン利得帯域幅である。
【００３３】
式（１）から明らかなように、ＳＢＳ閾値は、線幅（ΔνＰ）を広げることで大きくできる。また、ＳＲＳ閾値は、式（２）から光ファイバのパラメータのみに依存することが分かる。
【００３４】
光ファイバに、ＳＢＳ閾値を越えるパワーの光を入力すると、入力光は、伝送中に光ファイバ伝送路全体で反射され、入射点に戻る。また、ＳＲＳ閾値を越えるパワーの光を入力すると、格子振動のエネルギーだけずれた光が散乱する現象が生じる。
【００３５】
ここで、ＳＢＳ閾値とＳＲＳ閾値の具体例について検討する。光送受信器１と光通信デバイスを接続する光ファイバを、標準的なＩＴＵ−ＴのG.652.D（参考文献３：ITU-T G.652, “Characteristics of a single-mode optical fibre and cable”）に準拠しているシングルモードファイバと仮定する。
【００３６】
表１に、シングルモードファイバの一般的なパラメータを示す。
【００３７】
【表１】
2020053852.tif 000007
【００３８】
表１に示すように、シングルモードファイバにおいては、波長1550nmにおける光ファイバの実効断面積Ａｅｆｆは80μm2、伝送損失は0.3dB/kmで規定されている。ブリルアン利得係数ｇＢ０は、式（４）から1.64×10-11m/Wと計算される。
【００３９】
ＳＲＳ閾値は、光ファイバのパラメータのみで決定され、伝送距離20kmのＳＲＳ閾値は31.8dBm（1513.56mW）である。ＳＢＳ閾値は、線幅を拡げることで大きくできる。
【００４０】
表２に、伝送距離を20kmに仮定した場合の線幅とＳＢＳ閾値の関係を、式（１）で計算した結果を示す。
【００４１】
【表２】
2020053852.tif 000008
【００４２】
図２は、表１と表２の計算結果を示す図である。図２の横軸は伝送距離［km］、縦軸はＳＢＳとＳＲＳの閾値［dBm］である。
【００４３】
図２において、最も大きな閾値（細い破線）はＳＲＳ閾値を表す。ＳＲＳ閾値よりも小さい閾値を示す特性は、大きい方から順に線幅が30pm、20pm、10pm、5pm、1pmのそれぞれのＳＢＳ閾値を表す。
【００４４】
給電信号β１の線幅を10pmと仮定すると、給電信号のパワーは24.7dBmに設定可能である。また、給電信号β１の線幅を20pmと仮定すると、給電信号のパワーは27.8dBmに設定可能である。また、給電信号β１の線幅を30pmと仮定すると、給電信号β１のパワーは29.6dBmに設定可能である。このように、線幅を広げるとＳＢＳ閾値は大きくなる。
【００４５】
ＳＢＳ閾値とＳＲＳ閾値が一致する線幅を計算（式（１）、（２））すると52pm（但し、伝送線路20km）となる。つまり、ＳＢＳ閾値とＳＲＳ閾値が一致する線幅の場合は、ＳＢＳとＳＲＳの両方の非線形光学現象の影響を受ける。そこで、給電光β１の線幅を、上記の一致する線幅のＮ倍（Ｎ：正の数）に設定すると、表２に示すようにＳＢＳ閾値はＮ倍にすることができる。よって、給電信号β１の線幅を広げることで、ＳＢＳ閾値の影響を無視でき、ＳＲＳ閾値のみを考慮すれば良いことになる。この例の場合、光ファイバの非線形光学効果（ＳＢＳ、ＳＲＳ）の影響を受けずに伝送できるパワーは、ＳＲＳ閾値の31.8dBm（1513.56mW）以下にする必要がある。
【００４６】
つまり、伝送距離を20kmとし、且つ給電信号β１の線幅を52pm以上に設定した場合の給電信号β１のパワーは、ＳＲＳ閾値で制限されることになる。また、図２に示すように伝送距離が短くなると、ＳＲＳ閾値とＳＢＳ閾値は大きくなる特性を示す。よって、給電信号β１は、伝送距離を20km以内とすれば、31.8dBm（1513.56mW）以下のパワーであれば、線形光学現象の範囲内で伝送することができる。
【００４７】
ここで、広帯域光源１１ａと帯域通過フィルタ１１ｂの具体例を示す。図３は、ＳＣ光源のパワースペクトルの一例を示す図である。図３の横軸は波長[nm]、縦軸はパワー[mW/nm]である。図３に示すように、広帯域光源１１ａが発生する広帯域光の波長は、400nm〜2400nmと広範囲である。帯域通過フィルタ１１ｂは、広帯域光の一部の波長の範囲を通過させて給電信号β１を生成する。
【００４８】
帯域通過フィルタ１１ｂの通過帯域は、例えば、光信号α１と干渉しない波長の給電信号β１を通過させる帯域に設定する。光信号α１の波長を1570nmと仮定すると、その波長は遮断した方が良い。
【００４９】
図４は、帯域通過フィルタ１１ｂの特性例を示す図である。図４の横軸は波長[nm]、縦軸は透過率［％］である。図３に示すように、帯域通過フィルタ１１ｂは、例えば、1530nmの波長を中心に線幅約±6nmの波長の範囲を通過させる特性である。なお、光信号α１の波長と給電信号β１の波長の関係は逆転させても構わない。つまり、給電信号β１の波長は、光信号α１の波長より長くても良い。
【００５０】
このような特性（図４）の帯域通過フィルタ１１ｂを用いることで、広帯域光源１１ａの生成する広帯域光から光信号α１の波長と干渉しない給電信号β１を抽出することができる。この例の給電信号β１の波長は1524〜1536nmの範囲である。そして、給電信号β１のパワーは、大凡30mW（2.4mW/nm×12nm）である。
【００５１】
加入者宅側に配置される一般的な光通信デバイスは、1mW程度の電力で動作させることができる。よって、この例の給電信号β１のパワーは、必要十分な値である。
【００５２】
以上説明したように本実施形態に係る光送受信器１は、通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器であって、光信号α１の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源１１ａと、広帯域光から、光信号α１の波長と異なり、光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の給電信号を抽出する帯域通過フィルタ１１ｂとを備える。これにより、光ファイバのＳＢＳ閾値の影響を受けない程度に狭帯域化させた給電信号β１で、加入者宅側に配置された光通信デバイスを給電することができる。したがって、停電時であっても、通信用の光ファイバのみで給電と通信の両方を行うことが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態に係る光送受信器１によれば、給電信号β１は、例えば、光信号α１の波長より短い短波長側に中心波長を持つ。また、給電信号β１は、光信号α１の波長より長い長波長側に中心波長を持つ。これにより、給電信号β１と光信号α１の両方を、通信先の光通信デバイスに送出することができる、と共に、光信号α１のＳＮ比を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る光送受信器１において、光ファイバの伝送距離を20km以内とした場合に、給電信号β１の線幅は52pm以下であり、且つ給電信号β１のパワーは31.6dBm以下である。これにより、給電信号β１を、光ファイバの非線形光学効果（ＳＢＳ、ＳＲＳ）の影響を受けずに伝送することができる。
【００５５】
（光給電システム）
図５は、本実施形態に係る光送受信器１を用いた光給電システム１００の構成例を示す図である。図５は、停電時に収容局側１１０に配置された光送受信器１から加入者宅側１２０に配置された光通信デバイス２に電力を供給し、光送受信器１と光通信デバイス２の間で通信できるようにしたものである。
【００５６】
なお、光送受信器１と光通信デバイス２は、説明の便宜上の理由で、その名称を変えている。光通信デバイス２は、例えば、光送受信器１と音声通話を行うものであり、その具体例については後述する。
【００５７】
収容局側１１０は、ＯＬＴ（光加入者線終端装置）１１１、４分岐スプリッタ１１２、及び光送受信器１を備える。４分岐スプリッタ１１２の１つのポート１１２ａは光ファイバ１１４を介して８分岐スプリッタ１１５に接続される。
【００５８】
収容局側１１０に配置される光送受信器１は、ポート１１２ａと８分岐スプリッタ１１５を接続する光ファイバ１１４に、図示を省略しているカプラを介して光ファイバ１１３で接続される。なお、光送受信器１は、ＯＬＴ１１１と４分岐スプリッタ１１２の間の光ファイバに、図示を省略しているカプラを介して接続するようにしても良い。
【００５９】
加入者宅側１２０に向けてＯＬＴ１１１を通過する光信号は、４分岐スプリッタ１１２と８分岐スプリッタ１１５によって３２分岐される。その３２分岐された８分岐スプリッタ１１５の１つのポート１１５ａは、ＯＮＵ（光回線終端装置）１２２で終端する。
【００６０】
加入者宅側１２０は、光切替スイッチ１２１、ＯＮＵ１２２、及び光通信デバイス２を備える。図４では、ＯＮＵ１２２に接続される加入者（利用者）のパーソナルコンピュータ等の表記は省略している。
【００６１】
８分岐スプリッタ１１５のポート１１５ａとＯＮＵ１２２の間に、光切替スイッチ１２１が光ファイバを介して直列に接続される。光切替スイッチ１２１は、ＯＮＵ１２２と光通信デバイス２を切り替えて８分岐スプリッタ１１５のポート１１５ａに接続する。
【００６２】
光切替スイッチ１２１の切り替えは、例えば加入者が行う。通常時は、ポート１１５ａはＯＮＵ１２２に接続される。加入者は、停電時に光送受信器２をポート１１５ａに接続させるように光切替スイッチ１２１を切り替える。なお、光切替スイッチ１２１の切り替えは、停電時に自動的に行うようにしても良い。
【００６３】
停電時、光送受信器１は、光ファイバ１１３、カプラ、光ファイバ１１４、８分岐スプリッタ１１５、及び光切替スイッチ１２１を介して接続される光通信デバイス２に合波信号（給電信号β１と第１光信号α１）を送信する。給電信号β１は、停電時に光通信デバイス２が動作する電力を光（光パワー）で供給する。
【００６４】
（光通信デバイス）
図６は、光通信デバイス２の機能構成例を示す図である。図６に示す光通信デバイス２は、例えば光送受信器１と音声通話を行うもの（以降、光送受信器２と称する）を例に説明する。
【００６５】
光送受信器２は、第２光信号送信部２０、光サーキュレータ２１、分波カプラ２２、第２光信号受信部２３、給電信号受信部２４、及び蓄電池２５を備える。第２光信号送信部２０は、所定の波長の光信号α２を送信する。光信号α２の波長は、例えば1310nmである。
【００６６】
第２光信号受信部２３は、光信号α１（1570nm）を受信する。第２光信号受信部２３は、受信したディジタル信号から、例えば音声信号の振幅を復調して外部に出力する。
【００６７】
光サーキュレータ２１は、第２光信号α２を相手側送受信器へ出力し、相手側送受信器（光送受信器１）から送信される所定の波長の第１光信号α１と該第１光信号α１の波長と異なる波長に最大利得を持ち自らを動作させる電力に変換される給電信号β１とを合波した合波信号（α１＋β１）を分波カプラ２２に出力する。
【００６８】
分波カプラ２２は、第１光信号α１と給電信号β１を分波する。第２光信号受信部２３は、第１光信号α１を受信する。給電信号受信部２４は、光送受信器１から受信した給電信号β１を、自らを動作させる電力に変換する。給電信号β１を変換した電力は、蓄電池２５に蓄えても良いし、そのまま光送受信器２の各機能構成部を動作させる電力として使用しても良い。
【００６９】
以上説明したように本実施形態に係る光給電システム１００は、収容局側１１０に配置された光送受信器１から加入者宅側１２０に配置された光送受信器（光通信デバイス）２に給電信号β１を送出できる光給電システムであって、光送受信器１は、第１光信号α１の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源１１ａと、広帯域光から、第１光信号α１の波長と異なり、光送受信器２が必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバ１１４の線形光学現象が生じる範囲内で動作する線幅の給電信号β１を抽出する帯域通過フィルタ１１ｂとを備え、光送受信器（通信デバイス）２は、第１光信号α１と給電信号β１を分波する分波カプラ２２と、第１光信号α１を受信する第２光信号受信部２３と、給電信号β１を電力に変換する給電信号受信部とを備える。
【００７０】
これにより、収容局側１１０の光送受信器１から加入者宅側１２０の光送受信器２に電力を供給することができ、停電時においても収容局１１０と加入者宅側１２０の間で通信することができる。つまり、通信用の光ファイバ１１４（光回線）のみで通信と給電の両方が行える作用効果が得られる。
【００７１】
以上説明した光送受信器１は、広帯域光源１１ａの広帯域光から給電信号β１を抽出するものである。よって、光送受信器２を動作させるのに必要十分な光パワーを送出することは出来る。しかし、より大きなパワーが求められた場合は、対応することができない。そこで次に、より大きな光パワーを送出するのに好適な本発明に係る他の実施形態について説明する。
【００７２】
〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る光送受信器３の機能構成例を示す図である。図７に示す光送受信器３は、光送受信器１（図１）に対して給電信号送信部３１を備える点で異なり、光送受信器１よりも大きな光パワーを送出することができる。
【００７３】
給電信号送信部３１は、広帯域光源１１ａ、帯域通過フィルタ１１ｂ２、及び光ファイバ増幅器１１ｃで構成される。広帯域光源１１ａは、参照符号から明らかなように光送受信器１と同じである。
【００７４】
帯域通過フィルタ１１ｂ２は、広帯域光源１１ａが生成する広帯域光から、第１光信号α１の波長と異なり、光ファイバ１１４のＳＢＳ閾値の影響を受けない線幅の給電信号β１を抽出する。
【００７５】
帯域通過フィルタ１１ｂ２の特性は、通過帯域の透過率が高くなくても構わない。その理由は、帯域通過フィルタ１１ｂ２で広帯域光から抽出した給電信号β１を、光ファイバ増幅器１１ｃで増幅するからである。よって、通過帯域の透過率は、図３に示したように100％に近い値でなくても構わない。
【００７６】
図８は、光ファイバ増幅器１１ｃの特性例を示す図である。図８の横軸は波長[nm]、縦軸は増幅利得[dB]である。図８において実線で示す特性はＥｒ添加ファイバ、破線はＡＩ/Ｅｒ添加ファイバ、及び一点鎖線はフッ化物ファイバの利得特性を示す。
【００７７】
図８に示すように、比較的に平坦な利得特性を示すＡＩ/Ｅｒ添加ファイバとフッ化物ファイバに対して、Ｅｒ添加ファイバは1530nmの波長にピークを持ち1570nmではほとんど利得がない特性を示す。第１光信号α１の波長1570nmでは、ほとんど利得がないため第１光信号α１に雑音を生じさせずに、給電信号β１を増幅できる。なお、ＡＳＥ雑音を生じる場合は、給電信号送信部１１と合波カプラ１２の間にフィルタを付加しても良い。
【００７８】
光ファイバ増幅器１１ｃは、給電信号β１を、光ファイバ１１４の誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する。これにより光ファイバ１１４の非線形光学効果（ＳＢＳ,ＳＲＳ）の影響を受けずに光パワーを伝送できる。
【００７９】
本実施形態に係る光送受信器３によれば、広帯域光源１１ａ、帯域通過フィルタ１１ｂ２、及び光ファイバ増幅器１１ｃの組み合わせによって、給電信号β１を、上記のＳＲＳ閾値に迫るパワー（31.8dBm）に増幅することも可能である。
【００８０】
したがって、光送受信器１よりも大きなパワーの給電信号β１を送出することができる。また、ＳＢＳ閾値に対しては帯域通過フィルタ１１ｂ２、ＳＲＳ閾値に対しては光ファイバ増幅器１１ｃが、それぞれ作用するので設計の自由度を向上させる効果も得られる。
【００８１】
本実施形態に係る光送受信器３は、光給電システム１００（図５）における光送受信器１と置き換えることができる。光送受信器３で構成した光給電システムは、通信用の光ファイバ１１４（光回線）のみで通信と給電の両方が行える作用効果に加えて、より大きなパワーの給電信号β１を加入者宅側１２０に送出することができる。また、その光給電システムは、光給電システムの設計の自由度も向上させることができる。
【００８２】
なお、光ファイバ増幅器１１ｃは、給電信号β１をＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅するものである。場合によっては、光ファイバ増幅器１１ｃだけでは給電信号β１のパワーをＳＲＳ閾値以下にできない場合も有り得る。
【００８３】
例えば、帯域通過フィルタ１１ｂで抽出された給電信号β１を、光ファイバ増幅器１１ｃで増幅したパワーがＳＲＳ閾値を越えてしまう場合である。その場合は、光ファイバ増幅器１１ｃと合波カプラ１２の間に、光アッテネータ（図７に図示せず）を設けるようにしても良い。つまり、光ファイバ増幅器１１ｃは、光ファイバ増幅器と光アッテネータ（図示せず）の組みで構成しても良い。
【００８４】
〔第３実施形態〕
図９は、本発明の第３実施形態に係る光送受信器４の機能構成例を示す図である。図９に示す光送受信器４は、光送受信器１（図１）と光送受信器２（図６）の全ての機能構成部を備える。
【００８５】
光送受信器４は、第１光信号送信部１０、給電信号送信部１１、合波カプラ１２、光サーキュレータ１４、分波カプラ２２、第２光信号受信部２３、給電信号受信部２４、及び蓄電池２５を備える。
【００８６】
光送受信器４は、参照符号から明らかなように光送受信器１と光送受信器２の全ての機能構成部を備える。つまり、光送受信器３は、所定の波長の第１光信号α１を送信する第１光信号送信部１０と、第１光信号α１の波長と異なる波長にパワーのピークを持ち相手側送受信器に電力を供給する給電信号β１を送信する給電信号送信部１１と、第１光信号α１と給電信号β１を合波する合波カプラ１２と、合波カプラ１２で合波した合波信号（α１＋β１）を相手側送受信器に出力し、相手側送受信器から送信される所定の波長の第２光信号α２と該第２光信号α２の波長と異なる波長にパワーのピークを持ち自らを動作させる電源となる被給電信号β２を合波した合波信号（α２＋β２）を分波カプラ２２に出力する光サーキュレータ１４と、第２光信号α２と被給電信号β２を分波する分波カプラ２２と、第２光信号α２を受信する第２光信号受信部２３と、被給電信号β２を電力に変換する給電信号受信部２４と、被給電信号β１を変換した電力を蓄える蓄電池２５を備える。なお、給電信号β１と被給電信号β２の波長は同じで有っても良いし、異なっていても良い。
【００８７】
光送受信器４は、加入者宅側に配置しても良い。その場合、加入者宅側に配置された光送受信器４から、収容局側に配置された光送受信器４に電力を供給することも可能である。
【００８８】
なお、光送受信器４は、光送受信器１、光送受信器２、及び光送受信器３で得られる全ての効果を奏する。また、光送受信器４の給電信号送信部１１は、給電信号送信部３１に置き換えても良い。
【００８９】
以上説明したように第１実施形態に係る光送受信器１は、光ファイバ１１４のＳＢＳ閾値の影響を受けない程度に狭帯域化させた給電信号β１で、加入者宅側１２０に配置された光送受信器２に給電することができる。
【００９０】
また、第２実施形態に係る光送受信器３を構成する給電信号送信部３１は、帯域通過フィルタ１１ｂ２と光ファイバ増幅器１１ｃを備え、ＳＢＳ閾値に対しては帯域通過フィルタ１１ｂ２が作用し、ＳＲＳ閾値に対しては光ファイバ増幅器１１ｃが作用する。したがって、大きなパワーの給電信号β１を送出することができる。また、光送受信器３の設計の自由度を向上させることができる。
【００９１】
また、第３実施形態に係る光送受信器４は、光ファイバ１１４を挟んで双方向に給電信号を送出することができる。したがって、加入者宅側１２０から収容局側１１０に給電することも可能である。
【００９２】
また、光給電システム１００によれば、通信用の光ファイバ１１４（光回線）のみで通信と給電の両方が行える作用効果が得られる。
【００９３】
なお、広帯域光源１１ａを、広帯域光のパワーが光信号α１と給電信号β１の波長の範囲で一様に低下する特性（図３）、つまり1200nm以上の波長域でパワーが低下する特性を持つ実施形態で説明を行ったがこの例に限定されない。広帯域光の特性は、光信号α１を挟んで短波長側と長波長側の双方にパワーのピークを持つ場合も有り得る。その場合、帯域通過フィルタ１１ｂは、例えばエリミネーションフィルタで構成すると良い。
【００９４】
図１０は、エリミネーションフィルタの通過特性の例を示す図である。図１０の横軸と縦軸の関係は、図３と同じである。図１０に例示する特性を持つ帯域通過フィルタ１１ｂで、広帯域光に含まれる光信号α１（1570nm）を遮断（減衰）し、光信号α１の両外側のパワーのピークを中心とする所定の線幅の給電信号を抽出するようにしても良い。
【００９５】
つまり、給電信号は、光信号α１の波長よりも短い短波長側と長い長波長側の双方に中心波長を持ち、帯域通過フィルタ１１ｂは、双方のそれぞれの中心波長を通過させるエリミネーションフィルタで構成される。これにより、広帯域光源１１ａが生成する広帯域光から、給電信号を効率良く抽出することができる。
【００９６】
また、停電時に加入者宅側のＯＮＵ１２２と光送受信器２を切り替える光切替スイッチ１２１を、加入者が操作する例で説明を行ったがこの例に限定されない。光切替スイッチ１２１の切り替えは、収容局側１１０から行うようにしても良い。
【００９７】
また、収容局側１１０において、光送受信器１を４分岐スプリッタ１１２と８分岐スプリッタ１１５の間に配置する例で説明したが、ＯＬＴ１１１と４分岐スプリッタ１１２の間に光送受信器１を配置しても良い。このように本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の光送受信器１,２,３，４及び光給電システム１００は、光ファイバネットワークを用いて停電時にも利用できる光通信の方法として広く利用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、３、４：光送受信器（光通信デバイス）
１０：第１光信号送信部
１１：給電信号送信部
１２：合波カプラ
１３：第１光信号受信部
１４、２１：光サーキュレータ
２０：第２光信号送信部
２２：分波カプラ
２３：第２光信号受信部
２４：給電信号受信部
２５：蓄電池
１００：光給電システム
１１０：加入者収容局側（収容局側）
１１１：ＯＬＴ（光加入者線終端装置）
１１２：４分岐スプリッタ
１１２ａ、１１５ａ：ポート
１１３、１１４：光ファイバ
１１５：８分岐スプリッタ
１２０：加入者宅側
１２１：光切替スイッチ
１２２：ＯＮＵ（光回線終端装置）
【図１】
2020053852.tif 000009
【図２】
2020053852.tif 000010
【図３】
2020053852.tif 000011
【図４】
2020053852.tif 000012
【図５】
2020053852.tif 000013
【図６】
2020053852.tif 000014
【図７】
2020053852.tif 000015
【図８】
2020053852.tif 000016
【図９】
2020053852.tif 000017
【図１０】
2020053852.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月17日(2019.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器であって、
前記光送受信器により送受信される光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、
前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値と誘導ブリルアン散乱による制限を受けるＳＢＳ閾値とが一致する線幅のＮ倍の線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタと
を備えることを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
光ファイバ増幅器を備え、
前記光ファイバ増幅器は、前記給電信号を、前記光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する
ことを特徴とする請求項１に記載の光送受信器。
【請求項３】
前記給電信号は、
前記光信号の波長よりも短い短波長側、又は前記光信号の波長よりも長い長波長側に中心波長を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信器。
【請求項４】
前記給電信号は、
前記光信号の波長よりも短い短波長側と長い長波長側の双方に中心波長を持ち、
前記帯域通過フィルタは、前記双方のそれぞれの中心波長を通過させるエリミネーションフィルタで構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信器。
【請求項５】
前記光ファイバの伝送距離を20km以内とした場合に、
前記給電信号の線幅は52pm以上であり、且つ該給電信号のパワーは31.8dBm以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光送受信器。
【請求項６】
収容局側に配置された光送受信器から加入者宅側に配置された光通信デバイスに給電信号を送出できる光給電システムであって、
前記光送受信器は、
前記光送受信器により送受信される光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、
前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値と誘導ブリルアン散乱による制限を受けるＳＢＳ閾値とが一致する線幅のＮ倍の線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタと
を備え、
前記光通信デバイスは、
前記光信号と前記給電信号を分波する分波カプラと、
前記光信号を受信する第１光信号受信部と、
前記給電信号を電力に変換する給電信号受信部と
を備える
ことを特徴とする光給電システム。
【請求項７】
前記光送受信器は、
光ファイバ増幅器を備え、
前記光ファイバ増幅器は、前記給電信号を、前記光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値以下のパワーに増幅する
ことを特徴とする請求項６に記載の光給電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一態様に係る光送受信器は、通信先の光通信デバイスに給電信号を送出できる光送受信器であって、前記光送受信器により送受信される光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値と誘導ブリルアン散乱による制限を受けるＳＢＳ閾値とが一致する線幅のＮ倍の線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタとを備えることを要旨とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、本発明の一態様に係る光給電システムは、収容局側に配置された光送受信器から加入者宅側に配置された光通信デバイスに給電信号を送出できる光給電システムであって、前記光送受信器は、前記光送受信器により送受信される光信号の波長を含む広帯域光を生成する広帯域光源と、前記広帯域光から、前記光信号の波長と異なり、前記光通信デバイスが必要とするパワーが得られ、且つ光ファイバの誘導ラマン散乱による制限を受けるＳＲＳ閾値と誘導ブリルアン散乱による制限を受けるＳＢＳ閾値とが一致する線幅のＮ倍の線幅の前記給電信号を抽出する帯域通過フィルタとを備え、前記光通信デバイスは、前記光信号と前記給電信号を分波する分波カプラと、前記光信号を受信する第１光信号受信部と、前記給電信号を電力に変換する給電信号受信部とを備えることを要旨とする。