(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数波長の光信号が多重化された波長多重光信号を受信し、前記複数の波長に含まれる任意の波長の光信号を前記波長多重光信号から分岐して出力し、前記出力した光信号と同じ波長を有する他の光信号を入力され、前記入力された光信号を前記波長多重光信号から前記任意の波長の光信号を分岐した前記波長多重光信号に挿入して出力する光信号伝送装置において、
前記波長多重光信号から前記複数波長に含まれる第1の波長の光信号を分岐して出力する、それぞれ屈折率の異なる複数の誘電体の膜を積層してなるフィルタを有する第１の波長分岐部と、
前記第1の波長分岐部を通過した波長多重光信号から前記複数波長に含まれる第２の波長の光信号を分岐して出力する、それぞれ屈折率の異なる複数の誘電体の膜を積層してなるフィルタを有する第２の波長分岐部と、
前記第２の波長分岐部を通過した波長多重光信号を入力され、前記波長多重光信号に含まれる前記第１の波長分岐部により分岐された前記第1の波長の光信号と前記第２の波長分岐部により分岐された前記第２の波長の光信号の通過を妨げるファイバブラッググレーティングフィルタと、
前記ファイバブラッググレーティングフィルタを通過した波長多重光信号に、前記第１の波長分岐部で分岐された前記第1の波長の光信号または前記第２の波長分岐部で分岐された前記第２の波長の光信号のいずれかを合波する、それぞれ屈折率の異なる複数の誘電体の膜を積層してなるフィルタを有する第１の波長合波部と、
前記第1の波長合波部を通過した波長多重光信号に、前記第1の波長の光信号または前記第２の波長の光信号のいずれかであって前記第1の波長合波部が合波する光信号の波長とは異なる波長の光信号を合波する、それぞれ屈折率の異なる複数の誘電体の膜を積層してなるフィルタを有する第２の波長合波部とを有し、前記ファイバブラッググレーティングフィルタは、前記第２の波長分岐部と前記第１の波長合波部の間に設置されていることを特徴とする光信号伝送装置。
【請求項２】
前記第２の波長分岐部と前記ファイバブラッググレーティングフィルタの間に設置され、前記ファイバブラッググレーティングフィルタから前記第２の波長分岐部へ漏れこむ光信号を減衰する光アイソレータを有することを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
光ファイバ通信の波長多重伝送にかかり、特に複数のノード間で通信を行うために使用する光分岐挿入部の構成おとび、その光分岐挿入部をもつ光ネットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを利用した長距離光伝送では、１本の光ファイバの中に複数の異なる波長に独立した信号を載せる波長多重技術の導入により、１本の光ファイバによる伝送容量が飛躍的に拡張した。例えば、エルビウムを添加した光ファイバの1.5μｍ帯光増幅特性を利用した光ファイバ増幅器と波長多重技術を組み合わせることにより、10Gbit/sのレートを各波長に載せて、160波長を数百km伝送することが可能となっている。
【０００３】
さらに、近年では複数地点間の光信号伝送を共通の光ファイバ伝送路を利用して、多重化された信号の波長毎に往来の地点を変えるために、光信号を電気信号に変換することなく中継して直接結ぶ光分岐挿入（分離多重）技術が導入されるようになった。波長多重化伝送技術と信号光分岐挿入技術を組み合わせるより、共通の光ファイバを利用しながらもあたかも特定２地点ノード間の通信を波長毎に行えることができることから、多地点間で低コストな光伝送が実現できるようになった。
【０００４】
多重化された信号からの波長分離には、大きく２つの方法がとられて来た。一括して総ての波長を分離する方法と特定の波長のみを波長フィルタで切り出す単波長分岐の方法がある。例えば、センターノードでは総ての光信号から電気信号を取り出して処理するため、前者の総ての波長を分離する方法が使われる。しかし、数十あるいは百数十という波長多重された光信号の中から、少数の波長光信号のみしか分離する必要がないローカルノードでは、全ての波長信号を分離し、さらに合波することは経済的でなく、複数のノードを経由する場合には波長フィルタの形状累積現象が起こるなどの問題があった。形状累積の現象とは、一つのフィルタでの形状で0.3dBの損失低下でも、10回透過すると3dBの損失を生じる事になり、トータルでの3dB帯域は一つのフィルタの0.3dB帯域に相当するという、帯域狭窄化の現象である。後者の単波長分岐を組み合わせた構成が経済的であることおよび通過波長信号は波長フィルタによる切り出しがないために波長フィルタの形状累積の影響がないことから、少数の波長光信号のみを分岐挿入する箇所に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
単波長信号光を分岐挿入するためには少なくとも単波長分岐部と単波長挿入部が必要である。単波長分岐部には屈折率差の大きな誘電体層を複数重ねた構造からなる誘電体多層膜フィルタと光ファイバを伝送する光信号が周期的に微妙に屈折率が変化する構造である光ファイバブラッググレーティングフィルタを利用すると方法がある。光は相反性があるため、単波長分岐部の光経路を逆にすることにより単波長挿入部が構成できる。
【０００６】
誘電多層膜フィルタを利用した波長分岐挿入の構成では単波長分岐フィルタを波長多重化された光ファイバに結合し、特定の波長のみを分離、取り出し、他の波長の光信号はそのまま通過して、同じ波長の単波長挿入フィルタに達し、分岐波長と同じ波長の挿入信号光が合波される。誘電体多層膜フィルタは数波長分の膜厚で波長分離や合波が行え、フィルタ構成も多層膜であるため量産性に優れているが、原理的に分岐光の他波長信号光通過経路への遮断特性がよくなく、十数dB程度である。他波長信号光の通過経路への漏れ光は次の挿入フィルタでまた数十dBの損失を受けるが合計でも30dB程度であり、分岐光信号と挿入光信号のコヒーレントクロストーク（同一波長信号間干渉）を生じる。コヒーレントクロストークは1996年電子情報通信学会総合大会ＳＢ−１１−７（ｐ．７４７）によれば、38dB以上の遮断が必要とされている。通常、単波長分岐挿入を使用するシステムでは複数のノードを経由するリング構成や、複数のノードを経由する長距離伝送が多く、中継の繰り返しによる波長間偏差の累積が大きくなり、特定の波長信号についてみると平均既定値よりも光レベルが高くなることがあるため、さらに高い遮断特性が要求される。
【０００７】
従来は遮断特性を改善するために、分岐フィルタと挿入フィルタの間にもう一段同じフィルタを挿入する方法がとられたが、他波長通過信号光の通過損失の増大、すなはち一段のフィルタで1 dB程度の損失が増加、コストの増大を招いた。本構成は、ｓａｎｔｅｃ社カタログ（Components Guide 2000/Ver. 1.5）１２頁に記載がある。
【０００８】
これに対してファイバブラッググレーティングフィルタを利用した波長分岐挿入の構成では1996年電子情報通信学会総合大会SB-11-7(p.747)記載のようにファイバブラッググレーティングが進入経路と同じ光ファイバ中を逆行く反射逆行型のフィルタであるため、分岐光の取り出しや挿入光の合波にはサーキュレータを利用する必要がある。サーキュレータは３つの入力位置と出力位置を光進行方向によって分離できため、逆行光を入射ファイバとは別の分岐光取り出しファイバに出力することができる。ファイバブラッググレーテイングは波長選択性に優れ、分岐光の他波長信号光の通過経路への漏れは40dB以上遮断される。しかし、ファイバブラッググレーティング単体では製造工程の容易でコストは低いにもかかわらず量産効果があまりきかないサーキュレータを必要とするため、分岐挿入機能を得るためにはコストは結果的に高くなる。
【０００９】
また、近年、光信号の変調速度の高まりと高密度波長多重化が進み、10Gbit/sのレートを100GHz間隔や50GHz間隔に多重するシステムの構成が検討されている。この場合、ファイバブラッググレーティングを用いると、次のような大き問題を生じた。波長間隔が狭くなるとファイバブラッググレーティングのフィルタ帯域を狭くするため、グレーティングを形成する屈折率変化を小さくする必要がある。例えば、100GHz間隔向けでは5×10−4程度まで下げる必要がある。この状態で高い遮断特性を得るためには、屈折率変化が下がった分だけ単位領域長での反射係数が下がるため、反射域をより長くとる必要がある。例えば上記例では10mm以上とする必要がある。ところが、このとき10Gbit/sのデジタル信号を入力した場合にグレーティングの入射端からの反射と反射域の深い点からの反射で時間差を生じる。例えば、10mmでは１００ｐｓの遅延を生じるため、ＮＲZ信号の場合の１００ｐｓのパルス幅に対して波形劣化を招くという問題を生じる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記波長間隔の狭い波長多重システムにおける高速変調信号の分岐挿入で生じる波形劣化や低コストでコヒーレントクロストークの発生を抑えるために、多重化された光信号から特定の波長を分岐するフィルタと、他波長通過信号光へ特定の波長を重畳し、挿入するフィルタには誘電体多層膜からなるフィルタを使用し、分岐した光信号の他波長信号光通過経路への漏れを遮断するための遮断フィルタとしてファイバブラッググレーティングフィルタを使用するものである。
【００１１】
誘電体多層膜フィルタは多重反射領域が数μｍと短く、波形の劣化を招くことなくして分岐もしくは挿入ができる。また、本構成ではサーキュレータを使用する必要がなく、ファイバブラッググレーティング単体のコストが低く、通過光に対しては低損失であり、遮断波長光に対しては40dB程度の高い遮断特性が高いという特徴を活かせる。
【００１２】
遮断用に利用するファイバブラッググレーティングからは反射逆行の形で分岐光の漏れ光である通過遮断信号光が戻るため、その戻り光が分岐端への漏れることが懸念される。通常は誘電体多層膜フィルタを２回通過し２０ｄＢ以上減衰し、さらに入力ファイバのコネクタからの反射は通常ガラスファイバ同士が接触するため、反射率は−２０ｄＢとなるが仮にガラスと空気のフレネル反射という最悪値を想定して−14dB以下であるので問題ないが、それでも問題となるような場合には光アイソレータを挿入し、ファイバブラッググレーティングフィルタからの反射逆行光を遮断することにより除去する。
【００１３】
分岐光と挿入光の波形劣化を抑えて分岐光と挿入光のコヒーレントクロストークを低く抑え、通過光の損失を低く抑えた信号光分岐挿入部を使用することにより、信号品質ならびに低コスト化した光ネットワークが実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
一つの実施形態を図１に示す。波長多重化された光信号１−１が光チャネル分岐挿入器１２−１の入射ファイバ１１−１を介して入射する。波長分岐部２２−１では誘電体多層膜フィルタ２３−１からなっており、分岐した特定の波長の信号光２−１が分岐端光ファイバ２１−１を介して出射する。図１は透過型の多層膜フィルタの構成であるが分岐光が反射となるフィルタ構成でもよく、そのときには反射側に分岐端光ファイバ２１−１が接続されることになる。このときの分岐光の分岐端への損失は最大で１．２ｄＢで通過端への損失は最小で１０ｄＢである。
【００１５】
波長分岐部２２−１を通過した他波長信号光および分岐光の漏れ光は分岐光漏れ遮断部３２−１に入射する。分岐光漏れ遮断フィルタはファイバブラッググレーティング３３−１からなる。通過光の損失は最大で０．５ｄＢ、遮断光の損失は４０ｄＢ以上である。
【００１６】
分岐光漏れ遮断部３２−１を通過した他波長信号光は挿入部４２−１に達する。ここでは分岐光と同じ波長を持った挿入信号光４−１が入射端光ファイバ４１−１を介して入射し、挿入用合波フィルタ４３−１を介して通過他波長信号光に多重化される。合波フィルタ４３−１は厚みが数μｍの誘電体多層膜フィルタである。このため、１０Ｇｂｉｔ／ｓの高速変調であっても、ほとんど波形劣化は生じない。挿入信号光の挿入損失は最大で１．２ｄＢであり、他の波長の通過信号光の損失は最大０．８ｄＢである。多重化された信号光１−２は出射用光ファイバ１１−２を介して出射する。また、先の漏れ遮断光の損失は最小で１０ｄＢである。挿入部も分岐部と同様に透過型を図に示しているが反射型でもよい。
【００１７】
以上より、他波長信号光の通過損失は最大で２．１ｄＢに抑えられ、分岐光の挿入光への干渉擾乱となる漏れは５０ｄＢ以上に減衰させることができる。仮に波長多重信号の波長間レベル偏差が１０ｄＢある場合においても３８ｄＢのコヒーレントクロストークの許容レベルを維持するに必要な４８ｄＢ以下に抑えることができる。
【００１８】
別の実施形態を図２に示す。先の実施形態では１波長の分岐挿入を示したが、ここでは複数の波長の分岐挿入の構成を示す。波長多重化された光信号１−１が光チャネル分岐挿入器１２−１の入射ファイバ１１−１を介して入射する。波長分岐部２２−１では第１の波長を分岐する誘電体多層膜フィルタ２３−１〜第Ｎの波長を分岐する誘電体多層膜フィルタ２３−Ｎからなっており、分岐した特定の波長の信号光２−１〜２−Ｎが分岐端光ファイバ２１−１〜２１−Ｎを介して出射する。第１から第Ｎの波長は別々の任意波長の組み合わせがとれる。図中では透過型の多層膜フィルタの構成であるが分岐光が反射となるフィルタ構成でもよく、そのときには反射側に分岐端光ファイバ２１−１〜２１−Ｎが接続されることになる。このときの分岐光の分岐端への損失は第１の波長の最大で１．２ｄＢで、第Ｎの波長の最大では０．８ｄＢ＊Ｎ＋１．２ｄＢ程度になる。各分岐光漏れの通過端への損失は最小で１０ｄＢである。
【００１９】
波長分岐部２２−１を通過した他波長信号光および分岐光の漏れ光は分岐光漏れ遮断部３２−１に入射する。分岐光漏れ遮断フィルタは各波長に対応した遮断特性を有するファイバブラッググレーティング３３−１〜３３−Ｎからなる。通過光の損失は最大で０．５ｄＢ、各漏れ遮断光の損失は４０ｄＢ以上である。
【００２０】
分岐光漏れ遮断部３２−１を通過した他波長信号光は挿入部４２−１に達する。ここでは分岐光と同じ波長を持った挿入信号光４−１〜４−Ｎが入射端光ファイバ４１−１〜４１−Ｎを介して入射し、挿入用合波フィルタ４３−１〜４３−Ｎを介して通過他波長信号光に多重化される。各波長の挿入用合波フィルタ４３−１〜４３−Ｎは厚みが数μｍの誘電体多層膜フィルタである。このため、１０Ｇｂｉｔ／ｓの高速変調であっても、ほとんど波形劣化は生じない。挿入信号光の最小損失を受ける波長の挿入損失は最大で１．２ｄＢであり、最大の損失を受ける波長の挿入損失は最大で（０．８＊Ｎ＋１．２）ｄＢである。他波長通過信号光の損失は最大で０．８ｄＢ＊Ｎで多重化された信号光１−２は出射用光ファイバ１１−２を介して出射する。ある。また、先の分岐光の漏れ損失は最小で１０ｄＢである。挿入部も分岐部と同様に透過型を図に示しているが反射型でもよい。
【００２１】
以上より、他波長信号光の通過損失は最大で（０．８ｄＢ＊２＊Ｎ＋０．５）ｄＢに抑えられ、分岐光の挿入光への干渉擾乱となる漏れは５０ｄＢ以上に減衰させることができる。仮に波長多重信号の波長間レベル偏差が１０ｄＢある場合においても３８ｄＢのコヒーレントクロストークの許容レベルを維持するに必要な４８ｄＢ以下に抑えることができる。
【００２２】
図２に示した実施形態において、分岐光漏れ遮断時の反射逆行光が分岐光へ漏れ込み、擾乱を起こさないように対処した構成を図３に示す。波長分岐部２２−１を通過した他波長信号光および分岐光の漏れ光は分岐光漏れ遮断部３２−１に入射する。分岐光漏れ遮断フィルタは各波長に対応した遮断特性を有するファイバブラッググレーティング３３−１〜３３−Ｎからなる。通過光の損失は最大で０．５ｄＢ、各遮断光の損失は４０ｄＢ以上である。さて、ファイバブラッググレーティングでは遮断光は進入経路を逆行して入射光ファイバ１１−１へ戻ろうとする。反射逆行光に対して逆行遮断部５−２を挿入することにより、逆行光を強度を３０ｄＢ以上低下させることができる。逆行遮断部は光アイソレータ５−１からなっており、順方向の損失は０．５ｄＢ程度であり問題ない。逆行遮断部を挿入することにより、分岐フィルタ２３−１〜２３−Ｎの分岐光の通過への漏れを１０ｄＢよりも緩和できるので、波長数を増大させたときの生産を挙げることができ、コストの低減を可能とする。
【００２３】
上述した低信号光分岐挿入時波形劣化、高分岐光漏れ遮断の信号光分岐挿入器をローカルノードに有する光リングネットワークシステムの構成例を図４に示す。リングは反時計回りに信号を伝播する光ファイバ伝送路６０と時計回りに伝播する光ファイバ６１からなる。以下反時計回りの光ファイバ伝送路６０に沿った光信号について記述するが、時計回りの光ファイバ伝送路６１においても同様である。
【００２４】
センタノード６−１では全ての波長信号λ１〜λ８を挿入する。波長多重化された光信号１−１は最初のローカルノード６−２で単波長λ１のセンターノードからの光信号を分岐すると共に、センターノードへの送信光信号λ１を挿入する。このとき、最初の実施例の単波長に対応した誘電体多層膜フィルタを分岐部と挿入部にファイバブラッググレーティングを分岐光漏れ遮断に用いることにより、１０Ｇｂｉｔ／ｓのレートの信号であってもフィルタによる波形劣化なほとんどなく、コヒーレントクロストークの影響もない高い伝送品質を保ことができる。２番目ローカルノード６−３でＮ＝２の２波長λ２、λ３の信号光を３番目のローカルノード６−４では単波長λ４の信号光、４番目のローカルノード６−５では３つの波長λ５、λ６、λ７の信号光、５番目のローカルノード６−６では単波長λ８の分岐挿入を行う。分岐挿入にあたり、単波長あるいはＮ波長に対応した誘電体多層膜フィルタと分岐光漏れ遮断用ファイバブラッググレーティングを用いた信号光分岐挿入器を使用する。これによって、高い信号品質を保った光ネットワークシステムを構築できる。また、センタノードからの波長λ８の信号光はローカルノード６−６で分岐するまでに４つのノードを経由し、その間にレベル偏差が累積する。最悪４ｄＢ高い光レベルになり得るが、分岐挿入部の分岐光の漏れの遮断は５０ｄＢ程度までとれるので３８ｄＢの許容干渉レベルより遥かに漏れ光レベルは低くなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、分岐光の遮断特性が悪いフィルタを用いても、漏れ光と挿入光との間のコヒーレントクロストークを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単波長に対応した誘電体多層膜フィルタを分岐部と挿入部にファイバブラッググレーティングを分岐光漏れ遮断部に有する信号光分岐挿入器
【図２】Ｎ個の波長に対応した誘電体多層膜フィルタを分岐部と挿入部にファイバブラッググレーティングを分岐光漏れ遮断部に有する信号光分岐挿入器
【図３】ファイバブラッググレーティングからの遮断光の逆行を阻止する光アイソレータを有する信号光分岐挿入器
【図４】低信号光分岐挿入時波形劣化、高分岐光漏れ遮断の信号光分岐挿入を有する光リングネットワークシステム
【符号の説明】
１−１：波長多重化された光信号、１−２：多重化された信号光、２−１：最初に分岐した特定の波長の信号光、２−Ｎ：Ｎ番目に分岐した特定の波長の信号光、４−１：最初の分岐光と同じ波長を持った挿入信号光、４−Ｎ：Ｎ番目の分岐光と同じ波長を持った挿入信号光、５−１：光アイソレータ、５−２：逆行遮断部、６−１：センタノード、６−２：最初のローカルノード、６−３：２番目のローカルノード、６−４：３番目のローカルノード、６−５：４番目のローカルノード、６−６：５番目のローカルノード、１１−１：入射ファイバ、１１−２：出射用光ファイバ、１２−１：光チャネル分岐挿入器、２１−１：分岐端光ファイバ、２２−１：波長分岐部、２３−１：誘電体多層膜フィルタ、３２−１：分岐光漏れ遮断部、３３−１：ファイバブラッググレーティング、２３−１〜２３−Ｎ：第Ｎの波長を分岐する誘電体多層膜フィルタ、３３−Ｎ：Ｎ番目の波長に対応した遮断特性を有するファイバブラッググレーティング、４１−１：入射端光ファイバ、４１−Ｎ：Ｎ番目の入射端光ファイバ、４２−１：挿入部、４３−１：最初の波長の挿入用合波フィルタ、４３−Ｎ：Ｎ番目の波長の挿入用合波フィルタ、６０：反時計回りに信号を伝播する光ファイバ伝送路、６１：時計回りに伝播する光ファイバ伝送路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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