(57)【要約】【課題】信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能な光中継器及び光中継システムを得る。【解決手段】光中継器１０は、第１の光伝送路１２Ａと接続するための第１の端子１４Ａと、第２の光伝送路１２Ｂと接続するための第２の端子１４Ｂと、単方向光増幅器１６から出力された光を入力するための第３の端子１４Ｃと、第１の光伝送路１２Ａ又は第２の光伝送路１２Ｂから入力された光を単方向光増幅器１６へ出力するための第４の端子１４Ｄと、第１の光サーキュレータ２２Ａ、第２の光サーキュレータ２２Ｂ、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、及び第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂを含んで構成され、第１の端子１４Ａ及び第２の端子１４Ｂの光の入出力方向を切り替える光マトリックススイッチ２０と、を備えており、各光サーキュレータ及び各磁気光学効果光スイッチは、たすきがけ状に接続されている。【選択図】図１
2008011195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光伝送路と接続するための第１の端子と、
第２の光伝送路と接続するための第２の端子と、
外部装置から出力された光信号を入力するための第３の端子と、
前記第１の光伝送路又は前記第２の光伝送路から入力された光信号を前記外部装置へ出力するための第４の端子と、
複数の光非相反素子及び複数の光スイッチを含んで構成され、前記第１の端子及び前記第２の端子の光信号の入出力方向を切り替える光マトリックススイッチと、
を備えた光中継器。
【請求項２】
前記光マトリックススイッチは、
前記第１の端子から入力された光信号を前記第４の端子側へ出力すると共に、前記第３の端子側から入力された光信号を前記第１の端子に出力する第１の光非相反素子と、
前記第３の端子側から入力された光信号を前記第２の端子に出力すると共に、前記第２の端子から入力された光信号を前記第４の端子側に出力する第２の光非相反素子と、
前記第３の端子から入力された光信号を前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子の何れかへ選択的に出力する第１の光スイッチと、
前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子の何れかから入力された光信号を前記第４の端子へ選択的に出力する第２の光スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の光中継器。
【請求項３】
前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子は、非完全型の光サーキュレータであることを特徴とする請求項２記載の光中継器。
【請求項４】
前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子は、磁気光学効果光スイッチであることを特徴とする請求項２記載の光中継器。
【請求項５】
前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチは、磁気光学効果光スイッチであることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の光中継器。
【請求項６】
前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチは、ＴＯスイッチであることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の光中継器。
【請求項７】
前記第３の端子から入力された光信号を前記第１の光スイッチへ出力する第１のアイソレータと、
前記第２の光スイッチから入力された光信号を前記第４の端子へ出力する第２のアイソレータと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の光中継器。
【請求項８】
前記複数の光非相反素子及び前記複数の光スイッチを結ぶ光信号の経路の長さが、前記第１の光伝送路及び前記第２の光伝送路を伝送される光信号について設定された伝搬遅延時間に応じて定められたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の光中継器。
【請求項９】
第１の光ファイバーから入力された波長多重された光信号のうち特定波長の光信号を出力すると共に、入力された光信号を波長多重して前記第１の光ファイバーに出力する第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサと、
第２の光ファイバーから入力された波長多重された光信号のうち特定波長の光信号を出力すると共に、入力された光信号を波長多重して前記第２の光ファイバーに出力する第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサと、
前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサと前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサとの間に設けられ、前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサから出力された特定波長の光信号を前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサへ出力すると共に、前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサから出力された特定波長の光信号を前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサへ出力する前記請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光中継器と、
を備えた光中継システム。
【請求項１０】
前記特定波長は、零分散波長近傍の波長であることを特徴とする請求項９記載の光中継システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光中継器及び光中継システムに係り、特に、光ファイバーを伝送媒体とする光ファイバー通信において、一本の光ファイバーにより双方向中継伝送を可能にする光中継器及び光中継システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、同一の光ファイバー伝送路に双方向に光信号を伝搬させることが可能な双方向光通信システムの光中継器が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
現在の通信需要の中心であるインターネットトラフィックは上り・下り回線間のデータ転送量の顕著な非対称性と、ダイナミックな変動を特徴としている。一本の光ファイバーにより双方向中継伝送を可能にする時分割型双方向光中継器は、中継器の増幅方向を切り替えることにより、非対称でダイナミックなトラフィック変動に対応して中継伝送系を再構成し、光ネットワークの経済化と高信頼化に寄与することを狙いとしている。
【０００４】
図７には、相反素子であるミラーやプリズム等を含んで構成された機械的光スイッチ１００を含んで構成された光マトリックススイッチ１０２、単方向光増幅器１０４を用いた従来の時分割型双方向光中継器１０６の概略構成を示した。本構成の時分割型双方向光中継器１０６では、機械式光スイッチ１００が相反素子であるため、光伝送路１０８Ａ、１０８Ｂを伝送される光信号の伝送方向を簡単に切り替えることが可能である。
【０００５】
しかしながら、機械式光スイッチ１００は、切り替え速度が遅い、切り替え可能な累積回数が制限される、切り替えの信頼性が乏しい等の問題があった。
【０００６】
また、図８には、相反素子であるマッハツェンダー干渉計をベースとしたＴＯスイッチを含んで構成された光マトリックススイッチ１１０、単方向光増幅器１０４を用いた従来の時分割型双方向光中継器１１２の概略構成を示した。本構成の時分割型双方向光中継器１１２では、マッハツェンダー干渉計を構成する２つの光パスの環境温度をヒータ１１４Ａ、１１４Ｂにより調整することで光パスを通過する信号光の位相差を制御し、干渉計を光スイッチとして動作させる。また、この構成では、入力光信号と、増幅された出力光信号とが干渉計内の同じ空間に存在している。このため、干渉計内に僅かでも反射や散乱が有ると、入力光と出力光が干渉（多重散乱光干渉）し、信号の品質を低下させる、という問題があった。また、各光パスの温度を常に制御する必要があるため、制御電力を常時消費する、温度変化を介してスイッチ動作が行われるため、切り替え速度が遅い、という問題もあった。
【０００７】
また、図９には、光非相反素子である磁気光学効果光スイッチ１１６、非完全型の光サーキュレータ１１８、及び単方向光増幅器１０４を含んで構成された従来の時分割型双方向光中継器１２０の概略構成を示した。本構成の時分割型双方向光中継器１２０では、機械式光スイッチやＴＯスイッチに比較して高速に伝送方向の切り替えが可能である、自己保持が可能である等の利点がある。
【０００８】
しかしながら、入力光信号と、増幅された出力光信号とが同じファイバー区間内に存在する箇所があり、この区間における反射や散乱により入力光と出力光とが干渉（多重散乱光干渉）し、信号の品質を低下させる、という問題があった。
【特許文献１】特開平９−１８４１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能な光中継器及び光中継システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明の光中継器は、第１の光伝送路と接続するための第１の端子と、第２の光伝送路と接続するための第２の端子と、外部装置から出力された光信号を入力するための第３の端子と、前記第１の光伝送路又は前記第２の光伝送路から入力された光信号を前記外部装置へ出力するための第４の端子と、複数の光非相反素子及び複数の光スイッチを含んで構成され、前記第１の端子及び前記第２の端子の光信号の入出力方向を切り替える光マトリックススイッチと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、複数の光非相反素子及び複数の光スイッチを含んで光マトリックススイッチにより、第１の光伝送路及び第２の光伝送路との接続端子である第１の端子及び第２の端子の光信号の入出力方向を切り替える構成としているため、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能となる。
【００１２】
なお、請求項２に記載したように、前記光マトリックススイッチは、前記第１の端子から入力された光信号を前記第４の端子側へ出力すると共に、前記第３の端子側から入力された光信号を前記第１の端子に出力する第１の光非相反素子と、前記第３の端子側から入力された光信号を前記第２の端子に出力すると共に、前記第２の端子から入力された光信号を前記第４の端子側に出力する第２の光非相反素子と、前記第３の端子から入力された光信号を前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子の何れかへ選択的に出力する第１の光スイッチと、前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子の何れかから入力された光信号を前記第４の端子へ選択的に出力する第２の光スイッチと、を備えた構成とすることができる。
【００１３】
すなわち、第１の光非相反素子、第２の光非相反素子、第１の光スイッチ、及び第２の光スイッチをたすきがけ状に接続する。そして、第１の光スイッチ及び第２の光スイッチを制御して光マトリックススイッチ内の光の経路を切り替えることにより、第１の光伝送路及び第２の光伝送路を伝送する光信号の伝送方向を切り替えることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載したように、前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子は、非完全型の光サーキュレータである構成としてもよい。
【００１５】
また、請求項４に記載したように、前記第１の光非相反素子及び前記第２の光非相反素子は、磁気光学効果光スイッチである構成としてもよい。これにより、第３の端子及び第４の端子の入出力方向を切り替えることが可能となり、様々な用途に光中継器を用いることができる。
【００１６】
また、請求項５に記載したように、前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチは、磁気光学効果光スイッチである構成としてもよい。
【００１７】
また、請求項６に記載したように、前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチは、ＴＯスイッチである構成としてもよい。
【００１８】
この場合、請求項７に記載したように、前記第３の端子から入力された光信号を前記第１の光スイッチへ出力する第１のアイソレータと、前記第２の光スイッチから入力された光信号を前記第４の端子へ出力する第２のアイソレータと、をさらに備えた構成としてもよい。これにより、光の反射を防止して信号品質の劣化を効果的に防ぐことができる。
【００１９】
また、請求項８に記載したように、前記複数の光非相反素子及び前記複数の光スイッチを結ぶ光信号の経路の長さが、前記第１の光伝送路及び前記第２の光伝送路を伝送される光信号について設定された伝搬遅延時間に応じて定められた構成としてもよい。これにより、光信号の経路の長さを調整することで所望の伝搬遅延時間を設定することができる。
【００２０】
請求項９記載の発明の光中継システムは、第１の光ファイバーから入力された波長多重された光信号のうち特定波長の光信号を出力すると共に、入力された光信号を波長多重して前記第１の光ファイバーに出力する第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサと、第２の光ファイバーから入力された波長多重された光信号のうち特定波長の光信号を出力すると共に、入力された光信号を波長多重して前記第２の光ファイバーに出力する第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサと、前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサと前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサとの間に設けられ、前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサから出力された特定波長の光信号を前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサへ出力すると共に、前記第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサから出力された特定波長の光信号を前記第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサへ出力する前記請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光中継器と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、波長多重された光信号を伝送する波長分割多重伝送システムにおいて、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能となる。
【００２２】
なお、請求項１０に記載したように、前記特定波長は、零分散波長近傍の波長である構成としてもよい。これにより、光中継器を波長分割多重伝送システムに接続される複数の端末間で時刻合わせ用のパルスを伝送するのに用いることができ、精度良く各端末間で時刻合わせを行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能になる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１には、本実施形態に係る光中継器１０の概略構成を示した。同図に示すように、光中継器１０は、第１の光伝送路１２Ａと接続するための第１の端子１４Ａと、第２の光伝送路１２Ｂと接続するための第２の端子１４Ｂと、単方向光増幅器１６から出力された光を入力するための第３の端子１４Ｃと、第１の光伝送路１２Ａ又は第２の光伝送路１２Ｂから入力された光を単方向光増幅器１６へ出力するための第４の端子１４Ｄと、複数の光非相反素子及び複数の光スイッチを含んで構成され、第１の端子１４Ａ及び第２の端子１４Ｂの光の入出力方向を切り替える光マトリックススイッチ２０と、を備えている。
【００２６】
なお、第１の光伝送路１２Ａ及び第２の光伝送路１２Ｂは光ファイバーで構成される。また、単方向光増幅器１６には、例えばエルビウム添加光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いることができる。
【００２７】
光マトリックススイッチ２０は、第１の光サーキュレータ２２Ａ、第２の光サーキュレータ２２Ｂ、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、及び第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂを含んで構成されている。これらの光サーキュレータ及び磁気光学効果光スイッチは、ファラデー効果を利用した所謂非相反素子であり、各々３つのポートを備えている。
【００２８】
第１の光サーキュレータ２２Ａの第１のポート２２Ａ１は第１の端子１４Ａと接続され、第２のポート２２Ａ２は第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの第３のポート２４Ｂ３と接続され、第３のポート２２Ａ３は第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第３のポート２４Ａ３と接続されている。
【００２９】
第２の光サーキュレータ２２Ｂの第１のポート２２Ｂ１は第２の端子１４Ｂと接続され、第２のポート２２Ｂ２は第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの第２のポート２４Ｂ２と接続され、第３のポート２２Ｂ３は第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第２のポート２４Ａ２と接続されている。
【００３０】
また、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第１のポート２４Ａ１は第３の端子１４Ｃと接続され、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの第１のポート２４Ｂ１は第４の端子１４Ｄと接続されている。このように、これらの光サーキュレータ及び磁気光学効果光スイッチは、たすきがけ状に接続されている。
【００３１】
第１の光サーキュレータ２２Ａ及び第２の光サーキュレータ２２Ｂは、非完全型の光サーキュレータであり、図１における矢印Ａ方向に光信号を進行させる。
【００３２】
第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ及び第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂは、光サーキュレータと同様に入力された光を所定方向へ進行させるが、その進行方向を図１において矢印Ｂ１方向又はＢ２方向に切り替え可能な光スイッチである。この切り替えは、図示しない制御部が切り替え信号を磁気光学効果光スイッチに出力することによって行われる。そして、光の進行方向が一度切り替えられると、その後に切り替え信号が出力されない限り、光の進行方向は維持される。すなわち自己保持される。
【００３３】
このように構成された光中継器１０では、第１の光伝送路１２Ａ及び第２の光伝送路１２Ｂに図１において矢印Ｃ１方向に光信号を伝送する場合には、図示しない制御部は、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ及び第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの光の進行方向を矢印Ｂ１方向に切り替える。
【００３４】
この場合、第１の光伝送路１２Ａを矢印Ｃ１方向に伝送された光信号は、第１の端子１４Ａを介して第１の光サーキュレータ２２Ａの第１のポート２２Ａ１に入力される。第１のポート２２Ａ１に入力された光信号は、第２のポート２２Ａ２から出力され、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第３のポート２４Ｂ３に入力される。第３のポート２４Ｂ３に入力された光信号は、第１のポート２４Ｂ１から出力され、第４の端子１４Ｄを介して単方向光増幅器１６に入力される。この単方向光増幅器１６で増幅された光信号は、第３の端子１４Ｃを介して第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第１のポート２４Ａ１に入力される。第１のポート２４Ａ１に入力された光信号は、第２のポート２４Ａ２から出力され、第２の光サーキュレータ２２Ｂの第３のポート２２Ｂ３に入力される。第３のポート２２Ｂ３に入力された光信号は、第１のポート２２Ｂ１から出力され、第２の端子１４Ｂを介して第２の光伝送路１２Ｂへ出力される。
【００３５】
一方、第１の光伝送路１２Ａ及び第２の光伝送路１２Ｂに図１において矢印Ｃ２方向に光信号を伝送する場合には、図示しない制御部は、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ及び第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの光の進行方向を矢印Ｂ２方向に切り替える。
【００３６】
この場合、第２の光伝送路１２Ｂを矢印Ｃ２方向に伝送された光信号は、第２の端子１４Ｂを介して第２の光サーキュレータ２２Ｂの第１のポート２２Ｂ１に入力される。第１のポート２２Ｂ１に入力された光信号は、第２のポート２２Ｂ２から出力され、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第２のポート２４Ｂ２に入力される。第２のポート２４Ｂ２に入力された光信号は、第１のポート２４Ｂ１から出力され、第４の端子１４Ｄを介して単方向光増幅器１６に入力される。この単方向光増幅器１６で増幅された光信号は、第３の端子１４Ｃを介して第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａの第１のポート２４Ａ１に入力される。第１のポート２４Ａ１に入力された光信号は、第３のポート２４Ａ３から出力され、第１の光サーキュレータ２２Ａの第３のポート２２Ａ３に入力される。第３のポート２２Ａ３に入力された光信号は、第１のポート２２Ａ１から出力され、第１の端子１４Ａを介して第１の光伝送路１２Ａへ出力される。
【００３７】
このように、本実施形態では、非相反素子である２つの光サーキュレータ及び２つの磁気光学効果光スイッチをたすきがけ状に接続して光マトリックススイッチを構成している。このため、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えが可能となる。また、伝送方向の切り替えを簡単かつ高速に行うことができると共に、切り替えが自己保持されるため、電力消費を抑制することができる。
【００３８】
なお、２つの光サーキュレータ及び２つの磁気光学効果光スイッチを結ぶ光の経路の長さによって、光信号の伝搬遅延時間が変化する。従って、第１の光伝送路１２Ａ及び第２の光伝送路１２Ｂを伝送される光信号について所望の伝搬遅延時間を設定する場合、その設定した伝搬遅延時間に応じて２つの光サーキュレータ及び２つの磁気光学効果光スイッチを結ぶ光の経路の長さ（たすきがけの長さ）を定めるようにしてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
図２には、本実施形態に係る光中継器３０の構成を示した。光中継器３０が図１に示した光中継器１０と異なる点は、第１の光サーキュレータ２２Ａ、第２の光サーキュレータ２２Ｂに代えて、第３の磁気光学効果光スイッチ２４Ｃ、第４の磁気光学効果光スイッチ２４Ｄを設けた点であり、その他は光中継器１０と同一である。各磁気光学効果光スイッチは、図示しない制御部により、光の進行方向を矢印Ｂ１方向又はＢ２方向に切り替えられる。
【００４１】
このような光中継器３０では、第３の磁気光学効果光スイッチ２４Ｃ、第４の磁気光学効果光スイッチ２４Ｄの光の進行方向を矢印Ｂ２方向に設定した場合には、第１実施形態で説明した光中継器１０と同様の動作となる。すなわち、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの光の進行方向をＢ１方向にすれば、矢印Ｃ１方向に光信号を伝送させることができ、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂの光の進行方向をＢ２方向にすれば、矢印Ｃ２方向に光信号を伝送させることができる。
【００４２】
一方、第３の磁気光学効果光スイッチ２４Ｃ、第４の磁気光学効果光スイッチ２４Ｄの光の進行方向を矢印Ｂ１方向に設定した場合には、第３の端子１４Ｃを出力端子とし、第４の端子１４Ｄを入力端子とすることができる。すなわち、４つの磁気光学効果光スイッチで光マトリックススイッチを構成したことにより、第３の端子１４Ｃ及び第４の端子１４Ｄの光の入出力方向を切り替えることができる。従って、第３の端子１４Ｃ及び第４の端子１４Ｄに接続する装置を単方向光増幅器１６ではなく、例えば他のネットワークシステムに接続する等、様々な用途に光中継器３０を用いることが可能となる。
【００４３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
図３には、本実施形態に係る光中継器４０の構成を示した。光中継器３０が図１に示した光中継器１０と異なる点は、第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂに代えて、第１のＴＯスイッチ２６Ａ、第２のＴＯスイッチ２６Ｂを設けた点であり、その他は光中継器１０と同一である。
【００４５】
各ＴＯスイッチは、マッハツェンダー干渉計をベースとした光スイッチであり、第１のＴＯスイッチ２６Ａは、第１のヒータ２８Ａ及び第２のヒータ２８Ｂを備えている。また、第１のＴＯスイッチ２６Ａの第１のポート２６Ａ１は第３の端子１４Ｃと接続されており、第２のポート２６Ａ２は第２の光サーキュレータ２２Ｂの第３のポート２２Ｂ３と接続されており、第３のポート２６Ａ３は第１の光サーキュレータ２２Ａの第３のポート２２Ａ３と接続されている。
【００４６】
第２のＴＯスイッチ２６Ｂは、第１のヒータ３０Ａ及び第２のヒータ３０Ｂを備えている。また、第２のＴＯスイッチ２６Ｂの第１のポート２６Ｂ１は第４の端子１４Ｄと接続されており、第２のポート２６Ｂ２は第２の光サーキュレータ２２Ｂの第２のポート２２Ｂ２と接続されており、第３のポート２６Ｂ３は第１の光サーキュレータ２２Ａの第２のポート２２Ａ２と接続されている。
【００４７】
図示しない制御部は、各ＴＯスイッチのヒータのオンオフを制御することにより、第１実施形態で説明した光中継器１０の第１の磁気光学効果光スイッチ２４Ａ、第２の磁気光学効果光スイッチ２４Ｂと同様に、光の進行方向を切り替える。これにより、第１の光伝送路１２Ａ、第２の光伝送路１２Ｂを伝送される光信号の進行方向を切り替えることができる。
【００４８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第３実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図４には、本実施形態に係る光中継器５０の構成を示した。光中継器５０が図３に示した光中継器４０と異なる点は、第１のＴＯスイッチ２６Ａと第３の端子１４Ｃとの間に第１のアイソレータ５２Ａが設けられ、第２のＴＯスイッチ２６Ｂと第４の端子１４Ｄとの間に第２のアイソレータ５２Ｂを設けた点であり、その他は光中継器４０と同一である。
【００５０】
このように、第１のアイソレータ５２Ａ及び第２のアイソレータ５２Ｂを設けることにより、光の反射を防止することができ、信号品質の信頼性をより高めることができる。
【００５１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第５実施形態では、上記実施形態で説明した光中継器を波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムに適用した光中継システムについて説明する。
【００５２】
図５には、光中継システム６０の概略構成を示した。同図に示すように、光中継システム６０は、第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａ、第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂ、単方向光増幅器６４、光中継器６６１、光中継器６６２を含んで構成されている。なお、光中継器６６１、６６２は、第１実施形態〜第４実施形態で説明した光中継器を用いることができる。
【００５３】
第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａは、第１の光ファイバー６８Ａから入力された波長多重された光信号のうち光中継器６６１に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６１に、光中継器６６２に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６２に出力すると共に、単方向光増幅器６４、光中継器６６１、光中継器６６２から入力された複数の波長の光信号を波長多重して第１の光ファイバー６８Ａに出力する。
【００５４】
第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂは、第２の光ファイバー６８Ｂから入力された波長多重された光信号のうち単方向光増幅器６４に出力すべき特定波長の光信号を単方向光増幅器６４に、光中継器６６１に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６１に、光中継器６６２に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６２に出力すると共に、光中継器６６１、光中継器６６２から入力された複数の波長の光信号を波長多重して第２の光ファイバー６８Ｂに出力する。
【００５５】
なお、本実施形態では上記のような構成としているが、単方向光増幅器や光中継器は、伝送される光信号の波長の数だけ設けることができる。
【００５６】
このように、波長分割多重伝送システムの光中継に本実施形態に係る光中継システム６０を適用することにより、波長分割多重伝送システムにおいて、信号品質の劣化や信頼性の低下を招くことなく伝送方向の切り替えを簡単かつ高速に行うことができる。
【００５７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、上記第５実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。第６実施形態では、上記第５実施形態で説明した波長分割多重伝送システムに適用される光中継システムにおいて、上記実施形態で説明した光中継器を時刻分配用、すなわち時刻合わせ用に用いる場合について説明する。
【００５８】
図６には、光中継システム７０の概略構成を示した。同図に示すように、光中継システム７０は、第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａ、第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂ、単方向光増幅器６４１、単方向光増幅器６４２、光中継器６６を含んで構成されている。なお、光中継器６６は、第１実施形態〜第４実施形態で説明した光中継器を用いることができる。
【００５９】
第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａは、第１の光ファイバー６８Ａから入力された波長多重された光信号のうち単方向光増幅器６４２に出力すべき特定波長の光信号を単方向光増幅器６４２に、光中継器６６に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６に出力すると共に、単方向光増幅器６４１、光中継器６６から入力された複数の波長の光信号を波長多重して第１の光ファイバー６８Ａに出力する。
【００６０】
第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂは、第２の光ファイバー６８Ｂから入力された波長多重された光信号のうち単方向光増幅器６４１に出力すべき特定波長の光信号を単方向光増幅器６４１に、光中継器６６に出力すべき特定波長の光信号を光中継器６６に出力すると共に、単方向光増幅器６４２、光中継器６６から入力された複数の波長の光信号を波長多重して第２の光ファイバー６８Ｂに出力する。
【００６１】
ここで、単方向光増幅器６４１、６４２は、通常の光通信用に用いられ、波長分散が多少存在する波長領域の光信号を増幅する。すなわち、第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａ、第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂは、単方向光増幅器６４１、６４２に出力すべき特定波長の光信号として、通常の光通信用である波長分散が多少存在する波長領域の光信号を単方向光増幅器６４１、６４２に出力する。
【００６２】
一方、光中継器６６は、時刻合わせ用として、零分散波長近傍の波長領域の光信号を増幅する。すなわち、第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ａ、第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ６２Ｂは、光中継器６６に出力すべき特定波長の光信号として、時刻合わせ用である零分散波長近傍の波長領域（例えば１５４９ｎｍ〜１５５１ｎｍ）の光信号を光中継器６６に出力する。
【００６３】
零分散波長は、光の伝搬速度の波長依存性が零になり、光伝送波形の劣化が最も小さい波長であるため、本実施形態ではこれを時刻合わせ用に用いる。これにより、波長分割多重伝送システムに接続される図示しない各端末間で時刻合わせ用のパルスを伝送して遅延時間を測定することにより時刻合わせを行う際に、各端末の時刻を精度良く合わせることができる。
【００６４】
次に、時刻分配システムの概念及び本発明者が行った時刻同期の精度の実験結果について説明する。
【００６５】
図１０には、時刻分配システムの概念図を示した。同図に示すように、時刻分配システムでは、双方向伝送路としてのファイバ伝送路８０の途中に時分割型双方向中継器である光中継器６６が時刻分配用に設けられている。そして、基準時計８２を有する親局と従属時計８４を有する子局との間で同期パルス（タイミング信号）を一条双方向伝送し、双方向伝送路の絶対遅延時間とその変動をキャンセルする。
【００６６】
本発明者は、双方向伝送路の長さが１０００ｋｍの場合の時刻分配で、１ｐｓ程度の時刻確度が可能か否かを推定した。
【００６７】
まず、空調された実験室に５０ｋｍの長さのシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の途中に光中継器６６を設置して時刻分配用のパルスを伝送し、室温と伝搬遅延時間の変動との関係を調べた。なお、光中継器６６としては、第１実施形態で説明した光中継器１０と同一構成の光中継器を使用した。
【００６８】
測定結果を図１１に示す。同図に示すように、室温と伝搬遅延時間との間にある程度相関があるのが判る。そして、伝搬遅延時間の変化率は、０．０１（ｐｓ／ｋｍ／ｓ）であった。
【００６９】
この伝搬遅延時間の変化率に基づき、１０００ｋｍの時刻分配の精度（時刻確度）を２つの推定方法により求めた。第１の推定方法では、次式により時刻確度を求めた。
【００７０】
時刻確度（ｐｓ）＝分配距離（ｋｍ）×伝搬遅延時間の変化率（ｐｓ／ｋｍ／ｓ）                        ×安全係数×分配距離の往復時間（ｍｓ）    ・・・（１）
なお、第１の推定方法では、実験室よりも実際の環境条件の方が悪いことを想定し、安全係数を５に設定した。これは、実験室の温度が１°Ｃであるのに対し実際の環境では５°Ｃになると想定したことによる。また、分配距離は１０００（ｋｍ）、伝搬遅延時間の変化率は０．０１（ｐｓ／ｋｍ／ｓ）、分配距離の往復時間は、すなわち切り替え周期であり、往路５ｍｓと復路５ｍｓとの和である１０ｍｓとした。従って、上記（１）式により、時刻確度は０．５（ｐｓ）となる。
【００７１】
第２の推定方法では、次式により時刻確度を求めた。
【００７２】
時刻確度＝分配距離の平方根×伝搬遅延時間の変化率×安全係数×分配距離の往復時間                    ・・・（２）
なお、単位は（１）式と同様である。第２の推定方法では、実験室よりも実際の環境条件の方が悪いことを想定し、安全係数を４０に設定した。これは、実験室の温度が１°Ｃであるのに対し実際の環境では４０°Ｃになると想定したことによる。また、分配距離、伝搬遅延時間の変化率、分配距離の往復時間は、第１の推定方法と同一である。従って、上記（２）式により、時刻確度は０．１３（ｐｓ）となる。
【００７３】
次に、伝搬遅延時間の遅延時間差の変動について測定した結果について説明する。図１２に示すように、５０ｋｍの長さのファイバ伝送路８０の途中に光中継器６６を設置し、切り替え周期を１分として、すなわち往路と復路を１分間毎に切り替えてパルスを伝送し、その遅延時間差を測定した。その結果を図１３に示す。τＥ  ＴＯ  Ｗが往路の遅延時間、τＷ  ＴＯ  Ｅが復路の遅延時間である。同図に示すように、遅延時間差の変動は、ほぼ±１００ｐｓ以内となっている。この値は、実験に使用したオシロスコープと信号発生器の性能により定める値であると考えられる。
【００７４】
なお、この場合、分配距離が５０（ｋｍ）、伝搬遅延時間の変化率が０．０１（ｐｓ／ｋｍ／ｓ）、分配距離の往復時間、すなわち切り替え周期が６０（ｓ）であるので、時刻確度を上記（１）式により算出すると３０（ｐｓ）となる。
【００７５】
次に、本発明者が零分散波長のばらつき、分散スロープ、トランスポンダの光源波長の制御精度を考慮した時刻確度を推定した結果について説明する。
【００７６】
この推定では、分散シフトファイバ（ＳＭＦ／ＤＳ）の零分散波長のばらつきの範囲を１５５０±５（ｎｍ）、すなわちばらつき範囲の下限を１５４５（ｎｍ）、ばらつき範囲の上限を１５５５（ｎｍ）とし、零分散波長の近傍の分散スロープを０．０８（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２）とし、往路の基準パルスの波長と復路（トランスポンダの出力光）のパルスの波長誤差を０．００１（ｎｍ）とした。
【００７７】
そして、時刻確度を下記（３）式、（４）式により求め、時刻確度の範囲を求めた。
【００７８】
時刻確度（ｐｓ）＝分配距離（ｋｍ）×零分散波長のばらつき（光源波長−ばらつき範                    囲の下限）（ｎｍ）×分散スロープ（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２）×
波長誤差（ｎｍ）                    ・・・（３）
時刻確度（ｐｓ）＝分配距離（ｋｍ）×零分散波長のばらつき（光源波長−ばらつき範                    囲の上限）（ｎｍ）×分散スロープ（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２）×
波長誤差（ｎｍ）                    ・・・（４）
例えば分配距離を１０００ｋｍ、光源波長を１５５１ｎｍとした場合に、時刻確度を（３）式により求めると０．４８（ｐｓ）となる。一方、光源波長を１５４９ｎｍとした場合に時刻確度を（４）式により求めると−０．４８（ｐｓ）となる。
【００７９】
このように、光源波長の範囲、すなわち伝送帯域を１５４９〜１５５１（ｎｍ）に限定すると、光ファイバの零分散波長のばらつきと往路・復路の波長誤差を考慮しても、分配距離１０００ｋｍで波長分散に起因する時刻同期の誤差を０．５（ｐｓ）程度とすることが可能であることがわかった。
【００８０】
なお、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の時刻同期の誤差は±数ｎｓ程度であるので、本発明の光中継器を時刻分配に用いることにより、高精度に時刻合わせを行うことができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態に係る光中継器の概略構成図である。
【図２】第２実施形態に係る光中継器の概略構成図である。
【図３】第３実施形態に係る光中継器の概略構成図である。
【図４】第４実施形態に係る光中継器の概略構成図である。
【図５】第５実施形態に係る光中継システムの概略構成図である。
【図６】第６実施形態に係る光中継システムの概略構成図である。
【図７】従来例に係る光中継器の概略構成図である。
【図８】従来例に係る光中継器の概略構成図である。
【図９】従来例に係る光中継器の概略構成図である。
【図１０】時刻分配システムの概念図である。
【図１１】伝搬遅延時間と室温との関係を示すグラフである。
【図１２】伝搬遅延時間の変動に関する測定について説明するための図である。
【図１３】伝搬遅延時間と遅延時間差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０、３０、４０、５０      光中継器
１２Ａ      第１の光伝送路
１２Ｂ      第２の光伝送路
１４Ａ      第１の端子
１４Ｂ      第２の端子
１４Ｃ      第３の端子
１４Ｄ      第４の端子
１６      単方向光増幅器（外部装置）
２０      光マトリックススイッチ
２２Ａ      第１の光サーキュレータ（第１の光非相反素子）
２２Ｂ      第２の光サーキュレータ（第２の光非相反素子）
２４Ａ      第１の磁気光学効果光スイッチ（第１の光スイッチ）
２４Ｂ      第２の磁気光学効果光スイッチ（第２の光スイッチ）
２４Ｃ      第３の磁気光学効果光スイッチ
２４Ｄ      第４の磁気光学効果光スイッチ
２６Ａ      第１のＴＯスイッチ
２６Ｂ      第２のスイッチ
５２Ａ      第１のアイソレータ
５２Ｂ      第２のアイソレータ
６０、７０      光中継システム
６２Ａ      第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ
６２Ｂ      第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ
６４      単方向光増幅器
６６      光中継器
６８Ａ      第１の光ファイバー
６８Ｂ      第２の光ファイバー
【図１】
2008011195.tif 000003
【図２】
2008011195.tif 000004
【図３】
2008011195.tif 000005
【図４】
2008011195.tif 000006
【図５】
2008011195.tif 000007
【図６】
2008011195.tif 000008
【図７】
2008011195.tif 000009
【図８】
2008011195.tif 000010
【図９】
2008011195.tif 000011
【図１０】
2008011195.tif 000012
【図１２】
2008011195.tif 000013
【図１１】
2008011195.tif 000014
【図１３】
2008011195.tif 000015