(57)【要約】【課題】信号光を低損失で伝送でき、簡易な機構で迅速に伝送路障害時経路切り換え可能な小型の光伝送システムを提供する。【解決手段】光送信部１１と光受信部１２との間に主伝送路７と予備伝送路８とを並設して介設する。光送信部１１にフォトリフラクティブ結晶１を設け、該結晶１に信号光と信号光の干渉光を互いに交わる方向から入力すると共に、フォトリフラクティブ結晶１中における信号光と干渉光の２波混合の抑制用の制御光を光受信部１２側から主伝送路７を通して光送信部１１に伝送する。主伝送路７の正常時には主伝送路７を通して制御光をフォトリフラクティブ結晶１に入力して主伝送路７を通して信号光を光受信部１２に伝送し、フォトリフラクティブ結晶１中への入力遮断の異常が主伝送路７に生じたときには前記２波混合によりフォトリフラクティブ結晶１からの出力経路を自動的に変更して予備伝送路８により信号光情報を伝送する。【選択図】        図１
2004165966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信部と光受信部との間に互いに間隔を介して主伝送路と予備伝送路とが並設されて介設され、前記主伝送路の正常時には該主伝送路を通って信号光が前記光送信部から前記光受信部に伝送する光伝送システムであって、前記光送信部にはフォトリフラクティブ媒質と、該フォトリフラクティブ媒質に信号光を入力する信号光入力部と、前記フォトリフラクティブ媒質に前記信号光と交わる方向から前記信号光の干渉光を入力する干渉光入力部が設けられており、前記主伝送路は前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光の出力側に設けられており、前記予備伝送路は前記フォトリフラクティブ媒質中における前記信号光と前記干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に設けられており、前記光受信部には前記フォトリフラクティブ媒質中における前記２波混合を抑制する制御光の入力部が設けられており、前記主伝送路の正常時には前記制御光が前記光受信部から前記主伝送路を通って前記光送信部に伝送して前記フォトリフラクティブ媒質に入力されることにより、該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合が抑制されて前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光が前記主伝送路を通って前記光受信部に伝送し、前記制御光の前記フォトリフラクティブ媒質中への入力遮断の異常が前記主伝送路に生じたときには該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合によりフォトリフラクティブ媒質からの出力経路が自動的に前記予備伝送路側に変更されて前記信号光の情報が前記干渉光に載せられて前記予備伝送路を通って前記光受信部に伝送することを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
光送信部に、制御光検出手段と、該制御光検出手段により検出した制御光レベルに基づいて主伝送路の異常の有無を検出する主伝送路障害検出手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項３】
光送信部と光受信部との間に互いに間隔を介して主伝送路と予備伝送路を並設して介設し、前記光送信部にフォトリフラクティブ媒質を配置し、前記フォトリフラクティブ媒質に前記信号光と該信号光の干渉光を互いに交わる方向から入力し、前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光の出力側に前記主伝送路を設け、前記フォトリフラクティブ媒質中における前記信号光と前記干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に前記予備伝送路を設け、前記フォトリフラクティブ媒質中における前記２波混合の抑制用の制御光を前記光受信部側から前記主伝送路を通して前記光送信部に伝送し、前記主伝送路の正常時には前記主伝送路を通して前記制御光を前記フォトリフラクティブ媒質に入力することにより該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合を抑制し、前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光が前記主伝送路を通して前記光受信部に伝送されるようにし、前記制御光の前記フォトリフラクティブ媒質中への入力遮断の異常が前記主伝送路に生じたときには該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合によりフォトリフラクティブ媒質からの出力経路を自動的に前記予備伝送路側に変更して信号光の情報を前記干渉光に載せて前記予備伝送路を通して前記信号光を前記光受信部に伝送することを特徴とする光伝送方法。
【請求項４】
光送信部側で制御光のレベルを検出し、該制御光レベルに基づいて主伝送路の異常の有無を検出することを特徴とする請求項３記載の光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトリフラクティブ２波混合とこれを抑制する制御光を用いて光伝送路の障害時の経路切り換えを自動的に行う光伝送システムおよび光伝送方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
例えば図１０に示すように、フォトリフラクティブ媒質中での２波混合を利用して、伝送路障害時の経路切り換えおよび伝送路障害検出を行う光伝送システムが提案されている（例えば、非特許文献１、２参照。）。
【０００３】
このシステムは、光送信部１１と受信部１２の間に、互いに間隔を介して主伝送路７と予備伝送路８を並設して介設しており、光送信部１１にはフォトリフラクティブ媒質のフォトリフラクティブ結晶１が設けられている。
【０００４】
このフォトリフラクティブ結晶１は経路切り換え用のフォトリフラクティブ結晶である。光送信部１１には、フォトリフラクティブ結晶１に信号光を入力する信号光入力部３と、フォトリフラクティブ結晶１に前記信号光と交わる方向から前記信号光の干渉光（補助光）を入力する干渉光入力部４が設けられている。信号光と干渉光は同波長である。信号光と干渉光が共にフォトリフラクティブ結晶１に入力されると、２波混合（フォトリフラクティブ２波混合）が生じる。
【０００５】
なお、フォトリフラクティブ２波混合は、フォトリフラクティブ効果を用いた最も基本的な応用技術である。フォトリフラクティブ効果とは、光の照射により媒質中に空間電界が発生し、ポッケルス効果を介して媒質の屈折率が変化することである。
【０００６】
フォトリフラクティブ効果を発揮できるフォトリフラクティブ媒質中に、互いに交わる方向からそれぞれコヒーレントな光波を入射すると、その干渉縞に応じた屈折率格子が媒質中に誘起されることになる。この屈折率格子により上記入射された２本の光波のうち片方の光波のエネルギーがもう片方の光波へ移動するようにそれぞれ回折される。
【０００７】
また、上記入射光波のうち増幅される光波及び減衰する光波は、用いられるフォトリフラクティブ媒質の特性及び方位角度、各光波の入射角度に応じて決定される。
【０００８】
なお、上記フォトリフラクティブ２波混合は、この２波混合を抑制する制御光の入力により抑制されるものであり、ここで、上記フォトリフラクティブ効果を介した信号光と干渉光との２波混合の発生と、その抑制について、図８、図９を用いて簡単に説明する。
【０００９】
フォトリフラクティブ効果を発揮できる媒質の一つであるフォトリフラクティブ結晶１は、非点対称な光伝導体であり、光励起により結晶中を自由に移動できる電荷を含んでいる。これらの電荷は、結晶格子中の不純物や欠損から生じている。
【００１０】
図８に示すように、結晶に照射されたビーム１及びビーム２からなる２光波の干渉により、干渉縞ができ、結晶内に周期的な光の強度分布Ｉ（ｘ）が発生する。ここで、光が強めあう所（明の部分）と、光が打ち消しあう所（暗の部分）が存在し、明の部分では、光エネルギーにより電子が、ドナーから伝導体に励起される。
【００１１】
励起されたキャリアは、拡散によりキャリア密度の大きい明部から、励起がほとんど起こらずキャリア密度が小さい暗部へと移動する。明るい部分ほど多くのキャリアが励起されるので、明の部分では励起が再結合を上回り、次第にイオン化されたドナーの密度が増加する。
【００１２】
一方、暗の部分ではその逆のことが起きるため、干渉縞の明暗に応じた電荷密度分布ρ（ｘ）が生じる。その結果、結晶内で電気的平衡が崩れ、空間電界ＥＳＣ（ｘ）が発生し、ポッケルス効果により、空間屈折率変化Δｎ（ｘ）が引き起こされる。この空間屈折率変化は、周期的構造をなしており、回折格子としての役割を果たし、本実施形態例における２波混合のエネルギー移動に用いられる。
【００１３】
そこで、フォトリフラクティブ結晶中にコヒーレントな２光波が入射されたとき、上記のフォトリフラクティブ効果を介して結晶中に形成される屈折率格子により、その２光波自身が回折される。
【００１４】
図９は、この回折によるエネルギー移動を模式化して示しており、図９において、Λは周期的な屈折率格子の波長、ｎ、ｎ’はそれぞれΛ  ／２ごとの平均屈折率、ｒ１、ｒ２、ｔ１、ｔ２は光波Ａ１、Ａ２の振幅反射率及び透過率である。光波の入射角及び回折角はθとする。
【００１５】
ここで、ｎ＞ｎ’の場合、屈折率の大きな領域を透過して、屈折率の小さな領域との境界により回折されたｒ１Ａ１と、回折格子を透過したｔ２Ａ２の位相差は２ｍπである。よって、これらの振幅は、ｒ１Ａ１＋  ｔ２Ａ２で表され、ｒ１Ａ１とｔ２Ａ２の和となり、回折格子通過後のＡ１は増幅する。
【００１６】
一方、屈折率の小さな領域を透過して、屈折率の大きな領域との境界により回折されたｒ２Ａ２と、回折格子を透過したｔ１Ａ１の位相差は（２ｍ＋１）である。よって、これらの振幅はｔ１Ａ１−  ｒ２Ａ２で表され、ｔ１Ａ１とｒ２Ａ２の差となり、格子通過後のＡ２は減衰する。
【００１７】
また、ｎ＜ｎ’の場合は、光の増幅は上記と反対となる。そして、上記増幅及び減衰は、前記の如く、フォトリフラクティブ媒質の特性、結晶方位角、各光波の入射角度、相互作用長等の光学配置により決定されるものであり、上記増幅および減衰の現象を２波混合と呼ぶ。
【００１８】
また、一般に、干渉縞を形成する光は互いにコヒーレントな光同士に限られ、フォトリフラクティブ媒質（例えばフォトリフラクティブ結晶）中に誘起される回折格子の強さは、さまざまな光の干渉縞のコントラストに依存する。
【００１９】
ここで、干渉縞の明部の強度をＩＭＡＸ、暗部の強度をＩＭＩＮとすると、コントラストＣは次の（１）式によって表される。
【００２０】
Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ）・・・・・・・・（１）
【００２１】
また、フォトリフラクティブ効果によって発生する回折格子の振幅Δｎは次の（２）式によって与えられ、コントラストＣに比例する関係となる。
【００２２】
Δｎ∝Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ）・・・・・（２）
【００２３】
ここで、上記干渉縞の形成に寄与しない第３の光が照射された場合、干渉縞のコントラストが小さくなり、結果として回折格子が弱められ、消去されていく。
【００２４】
つまり、外部から干渉縞の形成に全く寄与しない別の光Ｉ′が照射された場合、この光（制御光）は干渉縞に対して何も寄与せずに言わば直流成分として働くため、前記ＩＭＡＸはＩＭＡＸ＋Ｉ′となり、ＩＭＩＮはＩＭＩＮ＋Ｉ′となる。これを前記（１）式に代入すると、次の（３）式になる。
【００２５】
Ｃ＝（ＩＭＡＸ−ＩＭＩＮ）／（ＩＭＡＸ＋ＩＭＩＮ＋２Ｉ′）・・・・（３）
【００２６】
（１）式と（３）式を比べれば明らかなように、（３）式の分母は２Ｉ′だけ大きいので、コントラストＣが小さくなり、回折格子振幅Δｎもそれに伴って小さくなる。
【００２７】
したがって、２波混合が行われているフォトリフラクティブ媒質中に、上記２本の光波とインコヒーレントな光波が入射された場合、２光波の干渉縞のコントラストが低下することになり、屈折率格子の生成は抑制され、上記エネルギー移動量は減少する。
【００２８】
このように、２波混合による２つの光波のエネルギー移動はこれら光波とインコヒーレントな光波を入射することにより制御することができ、エネルギー移動量はインコヒーレント光の強度にほぼ反比例して減少する。
【００２９】
上記フォトリフラクティブ効果を用いると、比較的低出力のレーザ光により屈折率格子を形成できるという特長を有しており、光により制御可能な光能動素子への応用が期待されている。
【００３０】
ところで、図１０に示した光伝送システムにおいて、前記主伝送路７は前記フォトリフラクティブ結晶１を通った信号光の出力側に設けられている。また、前記フォトリフラクティブ結晶１は、フォトリフラクティブ２波混合により干渉光が増幅される方位を向いて配置されている。
【００３１】
このため、前記２波混合によって信号光から干渉光へのエネルギー移動が生じ、干渉光が増幅されて前記予備伝送路８に入力される。つまり、予備伝送路８は、フォトリフラクティブ結晶１中における信号光と干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に設けられている。
【００３２】
また、図１０に示すように、前記光受信部１２には受信端入力ポート２０が設けられている。さらに、前記主伝送路７の途中部には、光受信部１２の直前にビームスプリッタ１３が配置され、該ビームスプリッタ１３によって、主伝送路７を伝送する信号光が分岐され、この分岐信号光が制御光増幅部１５に入力される。
【００３３】
制御光増幅部１５には光増幅用のフォトリフラクティブ結晶３１が配置されている。制御光増幅部１５にはポンプ光入力部３２が設けられており、フォトリフラクティブ結晶３１に上記分岐信号光が入力する時にポンプ光が入力され、分岐信号光はポンプ光との２波混合により十分に増幅される。
【００３４】
そして、増幅された分岐信号光が前記制御光（フォトリフラクティブ結晶１中における前記信号光と前記干渉光との２波混合を抑制する光）となって光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１に再入射される。
【００３５】
また、制御光は上記の如く十分に増幅されており、光送信部１１に入力される制御光の入力部は、信号光および干渉光と光路長が十分に離れており、お互いにインコヒーレントであるため、制御光は光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１における信号光と干渉光の２波混合による屈折率格子の生成を効率的に抑制できる。
【００３６】
図１０に示す光伝送システムにおいて、同図の（ａ）に示すように、前記主伝送路７の正常時には、上記の如く、制御光増幅部１５から光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１に制御光が入力されるので、フォトリフラクティブ結晶１における２波混合は抑制され、光送信部１１から発せられた信号光は、主伝送路７を伝送して受信部１２に到達する。
【００３７】
一方、図１０の（ｂ）に示すように、主伝送路７に障害が発生すると、信号光は前記ビームスプリッタ１３へ達することができず、制御光が光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１へ入射されない。したがって、フォトリフラクティブ結晶１中での２波混合は抑制されず、信号光から干渉光へエネルギーが移動し、信号光の情報は干渉光に載って予備伝送路８を伝送することになる。
【００３８】
このように、図１０に示す光伝送システムは、主伝送路７の障害発生時には、主伝送路７から予備伝送路８へと自動的に経路を切り換えることになる。そして、主伝送路７の障害発生時には、光送信部１１から発せられた信号光は、予備伝送路８を伝送して受信部１２へ到達する。
【００３９】
また、このシステムにおいて、光送信部１１に光パワーメータ（図示せず）を設置して、制御光強度を測定することにより、主伝送路７の障害の有無を検出することが可能である。
【００４０】
【非特許文献１】
Ａ．  Ｏｋａｍｏｔｏ，  Ｓ．  Ｈｏｎｍａ，  Ｔ．  Ｋａｉｎｏ，  Ｍ．  Ｔｏｉｓｈｉ：  Ｆａｕｌｔ−ｔｏｌｅｒａｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  ｆｅｅｄ  ｂａｃｋ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ４４１６，ｐｐ．３９６−３９９，  ２００１．
【非特許文献２】
Ｔ．  Ｋａｉｎｏ，  Ａ．  Ｏｋａｍｏｔｏ，  Ｔ．  Ｎａｋａｄａ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｋａｎｅｄａ：
Ｆａｕｌｔ  ｔｏｌｅｒａｎｔ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｏｕｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  ｔｗｏ−ｗａｖｅ  ｍｉｘｎｇ，ＣＬＥＯ／Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｒｉｍ  ２００１  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＤＩＧＥＳＴ  Ｖｏｌｕｍｅ−ＩＩ，ｐｐ．２５６−２５７，２００１−０７
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フォトリフラクティブ結晶１中に誘起される屈折率格子の生成を抑制するためには、一般に、信号光の１０倍程度の光強度を有する制御光が必要である。
【００４２】
したがって、図１０に示したシステムにおいて、主伝送路７の正常時に、前記制御光によってフォトリフラクティブ結晶１中での２波混合を制御するためには、主伝送路７から分岐した分岐信号光を、制御光増幅部１５に設けたフォトリフラクティブ結晶３１中での２波混合によって、フォトリフラクティブ結晶１に入力される信号光の１０倍程度に増幅し、フォトリフラクティブ結晶１に再入射する必要があった。
【００４３】
上記分岐信号光の増幅のためには、分岐信号光とコヒーレントなポンプ光をフォトリフラクティブ結晶３１中に入力する必要があるため、上記光伝送システムにおいては、上記のような分岐信号光の十分な増幅のために、制御光増幅部１５に非常にコヒーレント長の長い高精度なレーザ光源を設けるか、或いはインコヒーレント光をコヒーレント光に変換する機構を必要とした。
【００４４】
また、上記光伝送システムにおいて、上記フォトリフラクティブ結晶３１中での２波混合による増幅には、フォトリフラクティブ結晶固有の時定数程度の遅延が生じるため、結果として、光送信部１１での経路切り換えにおける時間遅延を引き起こす原因となっていた。
【００４５】
なお、フォトリフラクティブ結晶３１を用いずとも光増幅器により光増幅を実現する方法は存在するが、そのような増幅器が必要であるということ自体、デメリットであるため、増幅器を用いることは好ましくない。
【００４６】
さらに、図１０に示したシステムは、主伝送路７を伝送する信号光の一部を分岐して制御光として用いるため、平常時に受信部１２で検出される信号光強度は、光送信部１１が送信した信号光強度からビームスプリッタ１３により分岐された制御光強度を減じたものとなり、信号伝送において大きな損失となっていた。
【００４７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、信号光を低損失で伝送でき、システムの応答速度の低下や大型化等を招くことなく、簡易な機構で伝送路障害時経路切り換えを達成する光伝送システムおよび光伝送方法を提供するものである。
【００４８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光伝送システムは、光送信部と光受信部との間に互いに間隔を介して主伝送路と予備伝送路とが並設されて介設され、前記主伝送路の正常時には該主伝送路を通って信号光が前記光送信部から前記光受信部に伝送する光伝送システムであって、前記光送信部にはフォトリフラクティブ媒質と、該フォトリフラクティブ媒質に信号光を入力する信号光入力部と、前記フォトリフラクティブ媒質に前記信号光と交わる方向から前記信号光の干渉光を入力する干渉光入力部が設けられており、前記主伝送路は前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光の出力側に設けられており、前記予備伝送路は前記フォトリフラクティブ媒質中における前記信号光と前記干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に設けられており、前記光受信部には前記フォトリフラクティブ媒質中における前記２波混合を抑制する制御光の入力部が設けられており、前記主伝送路の正常時には前記制御光が前記光受信部から前記主伝送路を通って前記光送信部に伝送して前記フォトリフラクティブ媒質に入力されることにより、該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合が抑制されて前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光が前記主伝送路を通って前記光受信部に伝送し、前記制御光の前記フォトリフラクティブ媒質中への入力遮断の異常が前記主伝送路に生じたときには該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合によりフォトリフラクティブ媒質からの出力経路が自動的に前記予備伝送路側に変更されて前記信号光の情報が前記干渉光に載せられて前記予備伝送路を通って前記光受信部に伝送する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４９】
また、第２の発明の光伝送システムは、上記第１の発明の構成に加え、前記光送信部に、制御光検出手段と、該制御光検出手段により検出した制御光レベルに基づいて主伝送路の異常の有無を検出する主伝送路障害検出手段とを設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００５０】
さらに、第３の発明の光伝送方法は、光送信部と光受信部との間に互いに間隔を介して主伝送路と予備伝送路を並設して介設し、前記光送信部にフォトリフラクティブ媒質を配置し、前記フォトリフラクティブ媒質に前記信号光と該信号光の干渉光を互いに交わる方向から入力し、前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光の出力側に前記主伝送路を設け、前記フォトリフラクティブ媒質中における前記信号光と前記干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に前記予備伝送路を設け、前記フォトリフラクティブ媒質中における前記２波混合の抑制用の制御光を前記光受信部側から前記主伝送路を通して前記光送信部に伝送し、該主伝送路の正常時には前記主伝送路を通して前記制御光を前記フォトリフラクティブ媒質に入力することにより該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合を抑制し、前記フォトリフラクティブ媒質を通った信号光が前記主伝送路を通して前記光受信部に伝送されるようにし、前記制御光の前記フォトリフラクティブ媒質中への入力遮断の異常が前記主伝送路に生じたときには該フォトリフラクティブ媒質における前記２波混合によりフォトリフラクティブ媒質からの出力経路を自動的に前記予備伝送路側に変更して信号光の情報を前記干渉光に載せて前記予備伝送路を通して前記信号光を前記光受信部に伝送する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００５１】
さらに、第４の発明の光伝送方法は、上記第３の発明の構成に加え、前記光送信部側で制御光のレベルを検出し、該制御光レベルに基づいて主伝送路の異常の有無を検出する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００５３】
図１には、本発明に係る光伝送システムの一実施形態例が、その動作と共に示されている。この光伝送システムは、本発明の光伝送方法の一例を適用しており、このシステムは、図１に示すように、図１０に示した光伝送システムと同様に、光送信部１１と光受信部１２との間に互いに間隔を介して主伝送路７と予備伝送路８とを並設している。
【００５４】
これらの主伝送路７および予備伝送路８は、有線でも無線でもよいが、本実施形態例では、無線の伝送路（つまり、空間内で、光が伝送する経路）としている。
【００５５】
また、本実施形態例も、図１の（ａ）に示すように、主伝送路７の正常時には該主伝送路７を通って信号光が前記光送信部１１から前記光受信部１２に伝送する光伝送システムである。
【００５６】
さらに、光送信部１１には、フォトリフラクティブ結晶１と、信号光入力部３と、干渉光入力部４が設けられ、これらの配置構成も図１０に示した光伝送システムにおける配置構成と同様である。つまり、フォトリフラクティブ結晶１は、信号光と干渉光がこの結晶１中で２波混合を起すように配置されている。
【００５７】
前記主伝送路７は前記フォトリフラクティブ結晶１を通った信号光の出力側に設けられており、前記予備伝送路８は、フォトリフラクティブ結晶１中における信号光と干渉光との２波混合が生じたときに増幅出力される干渉光の出力側に設けられている。
【００５８】
本実施形態例の特徴的な構成は、前記光受信部１２に、フォトリフラクティブ結晶１中における前記２波混合を抑制する制御光の入力部５を設け、前記主伝送路７の正常時には、この制御光がフォトリフラクティブ結晶１の２波混合を抑制し、主伝送路７の異常によりフォトリフラクティブ結晶１に制御光の入力遮断が生じた時には、フォトリフラクティブ結晶１中の２波混合が発生するように構成したことである。
【００５９】
つまり、本実施形態例では、主伝送路７の正常時には、前記制御光が前記光受信部１２から前記主伝送路７を通って前記光送信部１１に伝送して前記フォトリフラクティブ結晶１に入力される。そのため、フォトリフラクティブ結晶１における前記２波混合が抑制されて前記フォトリフラクティブ結晶１を通った信号光は主伝送路７を通って光受信部１２に伝送する。
【００６０】
なお、制御光はレーザ光源２５から出力され、信号光と同波長であり、偏光ビームスプリッタ２２によって回折されて主伝送路７に入力される。
【００６１】
一方、図１の（ｂ）に示すように、前記制御光の前記フォトリフラクティブ結晶１中への入力遮断の異常が主伝送路７に生じたときには制御光が遮られ、光送信部１１に配置されたフォトリフラクティブ結晶１に到達することができない。
【００６２】
制御光がフォトリフラクティブ結晶１に入力されない時には、フォトリフラクティブ結晶１における前記２波混合によりフォトリフラクティブ結晶１からの出力経路が自動的に前記予備伝送路８側に変更され、前記信号光の情報が、前記２波混合により増幅された干渉光に載せられて、前記予備伝送路８を通って前記光受信部１２に伝送する。
【００６３】
以上のように、本実施形態例では、主伝送路７の障害発生時には一切の電子回路やメカニカルな動作を用いず、信号光の情報伝送経路（通信経路）を、自動的に主伝送路７から予備伝送路８へと切り換えることになる。
【００６４】
また、主伝送路７の障害復旧時には、光受信部１２からの制御光が再び主伝送路７上を光送信部１１に向けて伝送し、光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１に入射することになる。
【００６５】
そうすると、フォトリフラクティブ結晶１中に形成された屈折率格子はこの制御光により弱められ、信号光から干渉光への２波混合によるエネルギー移動は抑制される。この結果、障害復旧時には通信経路が予備伝送路８から主伝送路７へ自動的に切り換えられる。
【００６６】
また、前記干渉光は、図２に示す構成により、信号光の光源（レーザ光源）３７から分岐して形成されている。図２の（ａ）に示す構成は、光変調器３８によって光信号を生成する前に光源３７からビームスプリッタ１４により分岐した光を干渉光としている。
【００６７】
また、図２の（ｂ）に示す構成は、光変調器３８によって光信号を生成後にビームスプリッタ１４により分岐した光を干渉光としている。これらのどちらの構成を適用してもよい。
【００６８】
また、いずれの場合にも、干渉光の分岐比は非常に小さくてよく、例えば干渉光の分岐比を１パーセント以下としても本実施形態例の光伝送システムの動作を行うことができる。そのため、本実施形態例において、干渉光生成による信号の損失は小さい。
【００６９】
なお、図２に示した構成は、あらかじめ別の方法で用意された光信号に対しても適用可能である。つまり、例えば図２の（ｂ）の構成において、レーザ光源３７と変調器３８を光送信部１１の外に設けて光送信部１１に接続してもよい。
【００７０】
また、図１に示すように、本実施形態例において、光送信部１１には、ビームスプリッタ２１と制御光検出手段９と、該制御光検出手段９により検出した制御光レベルに基づいて主伝送路７の異常の有無を検出する主伝送路障害検出手段１９が設けられている。
【００７１】
偏光ビームスプリッタ２１は、信号光入力部３から入力される信号光を透過してフォトリフラクティブ結晶１中に導き、かつ、フォトリフラクティブ結晶１を通って偏光ビームスプリッタ２１に入力される制御光を回折して制御光検出手段９に導く。
【００７２】
主伝送路障害検出手段１９は、例えば制御光検出手段９により検出した制御光レベルが予め定めた設定レベルより小さいときには主伝送路７に異常があると判断する。
【００７３】
本実施形態例では、このようにして、光送信部１１で、偏光ビームスプリッタ２１を介して制御光検出手段９が制御光強度（制御光レベル）を測定することにより、伝送路障害の有無やその程度を検出することができ、かつ、主伝送路障害検出手段１９により主伝送路７の異常の有無を検出することができる。
【００７４】
（実施例）
以下、本発明のより具体的な実施例について述べる。この実施例は、図１に示した構成を有しており、制御光の光源２５と図２に示した信号光の光源３７は波長５１４．５ｎｍのレーザ光源により形成されている。また、フォトリフラクティブ結晶１は、ＢａＴｉＯ３結晶により形成されている。信号光の入射強度は１００ｍＷ、干渉光の入射強度は１ｍＷであり、これら２光波の相互作用長は５ｍｍである。
【００７５】
この実施例において、主伝送路７の正常時（平常時）には光受信部１２から発せられた制御光が主伝送路７を伝送し、光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１に入射されている。
【００７６】
このとき、図３の特性線ａに示されるように、信号光の１０倍程度の強度（ここでは約１０００ｍＷ）を持つ制御光がフォトリフラクティブ結晶１に入射されていれば、このフォトリフラクティブ結晶１中での２光波のエネルギー移動は十分に抑制され（つまり、図３の特性線ｂに示すように干渉光強度は抑制され）、信号光は回折されることなく主伝送路７上を受信端に向けて伝搬する。
【００７７】
また、この実施例において、主伝送路７上に障害が発生した場合、光受信部１２から発せられた制御光はこの障害により遮られ、光送信部１１のフォトリフラクティブ結晶１まで到達しない。
【００７８】
そうすると、フォトリフラクティブ結晶１中では２波混合が起こり、図４の特性線ａに示されるように、信号光と干渉光の相互作用長が５ｍｍ程度で、フォトリフラクティブ結晶１から出力される信号光強度が減少し、信号光のエネルギーが干渉光にほぼ完全に移動して、フォトリフラクティブ結晶１から出力される干渉光強度が同図の特性線ｂに示すようになる。
【００７９】
したがって、信号光の情報は、干渉光に載って予備伝送路８を伝送し、光受信部１２に到達することになる。
【００８０】
図５は、主伝送路７の正常時（平常時）、主伝送路７の障害発生時および復旧時（平常時）に、主伝送路７および予備伝送路８を伝搬する信号光強度の時間応答特性をシミュレーションにより求めた結果を示している。特性線ａが主伝送路７を伝搬する光の強度、特性線ｂが予備伝送路８を伝搬する光の強度を示す。
【００８１】
この図に示されるように、シミュレーションによる光伝送開始０秒から、開始後２０秒の間の平常時には、信号光の大部分が主伝送路７上を伝送して受信端まで到達しているが、主伝送路７に障害が発生して制御光が遮断されると、数秒で通信経路が主伝送路７から予備伝送路８に切りかわっている。また、主伝送路７の障害が復旧すると、再び通信経路が予備伝送路８から主伝送路７に切りかわっている。
【００８２】
また、本発明者は、上記シミュレーション結果を検証するために、図６に示す実験系を形成し、以下の実験を行った。フォトリフラクティブ結晶１として５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのＢａＴｉＯ３結晶を用い、レーザ光源４０としてアルゴンイオンレーザ（可視域５１４．５ｎｍ緑）を用いた。この実験系においては、レーザ光源４０から発振するレーザ光を分岐して、信号光、干渉光、制御光として用いている。
【００８３】
つまり、この実験系においては、以下のような光学系を適用している。レーザ光源４０の出力側に第１のミラー４１を設けてレーザ光を反射させ、この反射レーザ光を第１の半波長板２６に入射した後、第１の偏光ビームスプリッタ２７に入射している。そして、第１の偏光ビームスプリッタ２７を透過した光を第２の半波長板２８に入射し、第２の偏光ビームスプリッタ２９に入射している。
【００８４】
第２の偏光ビームスプリッタ２９を透過した光は、第２のミラー４２で反射した後、第３の半波長板３３を通して信号光としてフォトリフラクティブ結晶１に入射する。また、第２の偏光ビームスプリッタ２９で回折した光は、第３のミラー４３で反射した後、第４の半波長板３４を通して干渉光としてフォトリフラクティブ結晶１に入射する。
【００８５】
光受信部１２には、主伝送路７を伝送した信号光強度を検出する第１の光パワーメーター４７と、予備伝送路８を伝送した干渉光強度を検出する第２の光パワーメーター４８を設けている。
【００８６】
また、前記第１の偏光ビームスプリッタ２７で回折した光は第４のミラー４４で反射した後、第５のミラー４５で反射し、制御光として用いられる。この制御光は、第３の偏光ビームスプリッタ３０を回折し、主伝送路７を光受信部１２側から光送信部１１側に向けて伝搬する。
【００８７】
ここで、信号光の入射強度は３５．１ｍＷ、干渉光の入射強度は３．７ｍＷ、制御光の入射強度は３１５ｍＷである。また、シャッター４６は、主伝送路７の障害の有無を実験的に形成するための手段である。
【００８８】
この実験系において、図７に示すように、実験開始（０秒）から実験開始後４０秒の間の平常時には、フォトリフラクティブ結晶１中での２波混合が制御光により十分に抑制され、信号光の大部分が主伝送路７上を伝送している。なお、図７において、特性線ａが主伝送路７を伝搬する光の強度、特性線ｂが予備伝送路８を伝搬する光の強度を示す。
【００８９】
ここで、実験開始から約４０秒後にシャッター４６により主伝送路７を遮断すると、制御光がフォトリフラクティブ結晶１に入射されず、フォトリフラクティブ結晶１中での２波混合により信号光のエネルギーが干渉光へ移動し、主伝送路７から予備伝送路８への通信経路の切り換えが達成されている。
【００９０】
また、実験開始から約１２０秒後に、シャッター４６を開放し、主伝送路７が正常になると、再び制御光がフォトリフラクティブ結晶１に入射され、通信経路が予備伝送路８から主伝送路７へと切り換えられている。
【００９１】
このように、上記実験系により、上記実施例の光線路切り換え応答性を確認することができた。
【００９２】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることなく様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では信号光と干渉光と制御光は同一波長としたが、制御光は信号光や干渉光と異なる波長の光としてもかまわない。
【００９３】
また、上記実施形態例においては、主伝送路７、予備伝送路８の途中部に他の光部品等を配置せずに光伝送システムを構成したが、制御光が光送信部１１に到達することを阻害しない限りにおいては、主伝送路７および予備伝送路８の途中に、鏡やレンズなどの光学素子や光増幅器などの装置を配置してもよい。
【００９４】
さらに、上記実施形態例では、主伝送路７および予備伝送路８はすべて無線の経路としたが、主伝送路７および予備伝送路８は、全て、あるいは部分的に導波路の構成を有していてもよい。
【００９５】
さらに、上記実施形態例では、フォトリフラクティブ媒質はフォトリフラクティブ結晶１としたが、フォトリフラクティブ媒質はフォトリフラクティブ結晶に限定されるものではなく、フォトリフラクティブ効果を有する有機媒質や液晶等を用いる構成としてもよい。
【００９６】
さらに、上記実施形態例では、光送信部１１に制御光検出手段９と主伝送路障害検出手段１９を設けたが、これらの構成要素は省略することもできる。ただし、これらの構成要素を設けると、主伝送路７の障害の有無を迅速に検出できるので好ましい。
【００９７】
【発明の効果】
本発明の光伝送システムおよび光伝送方法によれば、光送信部と光受信部の間に、主伝送路と予備伝送路を並設して設け、光送信部に設けたフォトリフラクティブ媒質による２波混合を利用し、この２波混合を抑制する制御光を光受信部から光送信部に向けて主伝送路によって送信するだけで、主伝送路の正常時には前記２波混合を抑制して信号光を主伝送路により伝送し、主伝送路の異常時には前記２波混合によって光伝送経路を切り換え、信号を予備伝送路により伝送できる。そのため、本発明は、簡単な構成で伝送路障害時の経路切り換えを自動的に行える光伝送システムを安価に実現することができる。
【００９８】
また、本発明によれば、光信号の経路切り換えに電気信号を使用することを要せず、光で光を制御する構成であるため、耐電磁干渉性や対発熱性に優れた性能を発揮することができるし、制御光には一切変調をかける必要がなく、また、送信端において制御光と他の光との間のコヒーレンスも必要としないため、安価な装置により制御光を生成することができる。
【００９９】
さらに、本発明によれば、例えば増幅用のフォトリフラクティブ媒質等は必要なく、１個のフォトリフラクティブ媒質を設けて形成できるので、制御光発生時の時間遅延が生じず、より高速な伝送路障害検出及び経路切り換えを安価に実現できる。
【０１００】
さらに、本発明によれば、制御光形成のために信号光を主伝送路内で分岐する機構を設ける必要がないため、光送信部から送信される光信号を効率良く光受信部へ到達させることができる。
【０１０１】
さらに、本発明によれば、伝送路障害時の経路切り換えおよび伝送路障害検出を、信号光のビットレートに依存することなく行うことができるため、様々なビットレートの伝送路に適応することができる。
【０１０２】
さらに、本発明において、光送信部側で制御光レベルを検出して主伝送路の異常の有無を検出する構成によれば、容易に主伝送路の異常の有無を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光伝送システムの一実施形態例の構成と動作を模式的に示す要部構成図である。
【図２】上記実施形態例に適用される光送信部における信号光と干渉光の分岐構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】制御光強度に応じた、フォトリフラクティブ結晶からの信号光出力強度と干渉光出力強度の違いを示すグラフである。
【図４】信号光と干渉光の相互作用長に応じた、フォトリフラクティブ結晶からの信号光出力強度と干渉光出力強度の違いを示すグラフである。
【図５】本発明に係る光伝送システムの実施例における光伝送路切り換え応答特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】上記実施例の実験系を示す説明図である。
【図７】上記実験系を用いて求めた上記実施例における光伝送路切り換え応答特性の実験結果を示すグラフである。
【図８】フォトリフラクティブ２波混合の説明図である。
【図９】フォトリフラクティブ２波混合のエネルギー移動の概念図である。
【図１０】従来の光伝送システムの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  フォトリフラクティブ結晶
３  信号光入力部
４  干渉光入力部
５  制御光の入力部
７  主伝送路
８  予備伝送路
９  制御光検出手段
１１  光送信部
１２  光受信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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