(57)【要約】【課題】本発明は、親局装置１０から送信された変調光信号と、接続された複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎから送信するプローブ光信号とによって、相互作用を起こすことで、親局装置１０から送信された光信号の光強度を分岐せずとも情報の取得を可能にする。また、心線利用効率を向上させ、かつ、子局装置２０−１〜２０−Ｎから親局装置１０への上り信号の受信方式においても上記と同様の方法にて一心双方向化を達成し経済的な伝送システムを提供することである。【解決手段】本発明に係る光信号伝送システムは、４光波混合波発生素子１０８を備え、第１の波長の光信号４１２と第２の波長の光信号１０５の４光波混合で第３、第４の波長の複製光信号を発生させる。複製光信号の一方を下りに利用し、他方を上りに利用することで、上り下りの一心双方向通信を可能とした点に特徴を有する。【選択図】図１
2009060546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、
前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、
前記第一出力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一入力ポートから出力し、
前記第一入力ポート又は前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートからのプローブ光信号と前記第二入力ポートからの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポートから出力し、
前記第一出力ポートからのプローブ光信号と前記第二入力ポートからの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一入力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポート又は前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する
ことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項２】
前記光信号分岐装置は、
前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号、又は、前記第二入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号のいずれかの偏光状態を変化させる偏光回転子をさらに備え、
前記光信号処理デバイスは、
前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一入力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一出力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一入力ポートに波長分波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送システム。
【請求項３】
前記親局装置は、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を送信し、前記第一出力ポート及び前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する親局送受信器と、
前記親局送受信器の送信する変調光信号及びプローブ光信号を分波して前記幹線側光伝送路の双方向に向けて送信する分配器と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号伝送システム。
【請求項４】
前記子局装置は、前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号、又は、前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号のいずれかを透過させる波長選択部をさらに備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光信号伝送システム。
【請求項５】
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、
前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートからの前記プローブ光信号と前記第二入力ポートからの前記変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポートからの複製光信号を受信する
ことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項６】
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、バス状の幹線側光伝送路に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、
前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートからの前記プローブ光信号と前記第二入力ポートからの前記変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポート又は前記第一入力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポートからの複製光信号が前記幹線側光伝送路上に設けられた反射体で反射された複製光信号を受信するか、又は、前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する
ことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項７】
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記光信号処理デバイスは、
前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一入力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一出力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一入力ポートに波長分波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
を備えることを特徴とする光信号分岐装置。
【請求項８】
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記光信号処理デバイスは、
前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
を備えることを特徴とする光信号分岐装置。
【請求項９】
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備える光信号伝送システムに用いられる子局装置であって、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号、又は、前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号のいずれかを透過させる波長選択部を備えることを特徴とする子局装置。
【請求項１０】
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備える光信号伝送システムに用いられる親局装置であって、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を時分割多重で送信し、前記第一出力ポート及び前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する親局送受信器と、
前記親局送受信器の送信する変調光信号及びプローブ光信号を分波して、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて送信する分配器と、を備える
ことを特徴とする親局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送路における光信号の合分波方式に関するものであり、ｓｉｎｇｌｅ  ｔｏ  ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔの接続からなる１心双方向光伝送システム及び通信障害対策が可能なパッシブ光ネットワークに適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ網及び受動部品を用いて構成される１心双方向光伝送システムは、１本の光ファイバ伝送路で双方向通信が可能なため経済的に優れたシステムである。図２５は、その代表的形態の一つであるバス型における１心双方向光伝送システムの構成を示したものであって、複数の子局装置２０〜２０−Ｎを１本の幹線側光伝送路１３、及び各々の支線側光伝送路１２−１〜１２−（Ｎ−１）でバス型に接続する構成を示したものである。
【０００３】
また、図２６は、複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎを１本の幹線側光伝送路１３、及び各々の支線側光伝送路１２−１〜１２−Ｎで接続するリング型の１心双方向光伝送システムの構成を示したものであり、幹線側光伝送路１３の両端は親局装置１０と接続されている。ここで、Ｎは整数である。
【０００４】
図２５、図２６共に幹線側光伝送路１３と複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎとを接続する各々の支線側光伝送路は、各々光カプラを介して接続されていた。例えば、図２５では、各々の支線側光伝送路１２−１〜１２（Ｎ−１）は、各々光カプラ１４−１〜１４−（Ｎ−１）を介して接続されている。また、図２６では、各々の支線側光伝送路１２−１〜１２−Ｎは、各々光カプラ１４−１〜１４−Ｎを介して接続されていた。このため、下り方向においては、親局装置１０からの信号光強度の一部を各子局装置へ分配することで各子局装置２０−１〜２０−Ｎは、その光信号を受信し、上り信号においては、下り信号とは波長の異なる光信号を各子局装置２０−１〜２０−Ｎが送信し親局装置１０が受信する仕組みとなっていた。
【０００５】
しかし、光カプラを用いた図２５、図２６の光ネットワークでは、幹線側光伝送路から子局装置へ光信号を分岐する為に使用する光カプラの分岐損失が後段の子局装置ほど累積され大きくなる。親局装置から送信する光信号の強度を大きくすれば子局装置の総数を増やすことが可能であるが、親局装置からの送信光強度にも上限があるため、接続可能な子局装置の総数は、この光カプラの分岐損失によって制限されることになる。
【０００６】
また、ネットワーク上でやりとりされる情報の重要度は大小様々である。ネットワークの障害により通信が途絶えても、情報の種類によっては大きな問題にならない場合もある。一方で、通信が途絶えることで業務の停滞を引き起こすと、企業信用問題や生命の問題に関わるような重大な影響を及ぼす場合がある。その為、後者の種類の情報を扱うネットワークにおいては高い信頼性が要求され、障害発生時に即座にバックアップできる体制が整っている必要がある。
【０００７】
図２５、図２６で示される光伝送システムは、１つの親局装置と複数の子局装置間を１本の幹線側光伝送路１３で接続しており、親局装置１０から幹線側光伝送路１３上に設けられた各子局装置２０−１〜２０−Ｎへ情報が流れる経路が一方向のみであるシステムといえる。その為、幹線側光伝送路１３に障害が発生した場合、障害箇所より後段に接続されている全てが孤立し、親局装置１０からの通信が途絶えることになる。
【０００８】
最も単純な障害対策は、システムを二重化することである。しかし、完全二重化は、線路コストが増加することから経済的なネットワークを構築することかできない。
【０００９】
以上より、バス型、リング型の物理トポロジーのように幹線側光伝送路と支線側光伝送路を用いて通信を確立するためには、１心双方向伝送を行うことで低コストな通信方式を確立すると共に、総子局装置数を増加させ、更には通信障害対策を施すことが課題となる。
【００１０】
上記課題を解決する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この発明は、親局装置側で１．３１μｍ及び１．５５μｍの２つの波長を下り波長として使用し、１．３１μｍ、１．５５μｍのいずれか一方の波長をドロップし、他方を透過させるＷＤＭカプラを使用する。１．３１μｍの下り信号を受信する子局装置群と１．５５μｍの下り信号を受信する子局装置群とに分けることで、波長帯毎に独立したネットワークを１本の幹線側光伝送路で達成するものである。これにより、従来の光カプラを利用したバス型配線と比較して、約２倍の子局装置を収容することが可能である。
【００１１】
特許文献１では、下り信号の受信方法について述べられているが、上り信号においても下りとは別波長の光信号を用意し、同様の方式で達成することができる。また、通信障害対策においては、幹線側光伝送路の両端に１．３１μｍ、１．５５μｍの光信号を送信する親局装置をそれぞれ設置し、子局装置側に経路切り替えが可能なスイッチを設け、断線が発生した場合においてもスイッチを切り替えることで受信を可能にするという方式である。
【特許文献１】特開２００２−１７６３９２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来方式は、接続可能な総子局装置数を増加させるため、下り信号にそれぞれ異なる波長の光信号を割り当てる。このため、親局装置では２つの送信器が必要となり送信器コストが２倍となる。また、下り方向に使用する２波長の間隔を大きく取らないと実現できないため、波長利用効率が低い。
【００１３】
更に、障害対策においては、幹線側光伝送路の両端に親局装置を設置し、計４つの送信器が必要なことから、経済的なネットワークを構築できない。また、スイッチング素子を用いているために、通信が途絶えてから復旧するまでの時間がかかってしまい、瞬時切り替えができないという問題が生じてしまう。
【００１４】
以上より、従来技術による幹線側光伝送路を用いた光ネットワークは、接続点に光カプラのような光強度分岐デバイスを設置するため、分岐損失を考慮しなくてはならず、１波長当りの接続可能な子局装置数を増やすことが困難であった。
【００１５】
そこで、上記課題を解決するための本発明の目的は、親局装置から送信された変調光信号と、接続された複数の子局装置から送信するプローブ光信号とによって、相互作用を起こすことで、親局装置から送信された光信号の光強度を分岐せずとも情報の取得を可能にする。また、１波長当りの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させ、かつ、上り信号の受信方式においても上記と同様の方法にて一心双方向化を達成し経済的な伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る光信号伝送システムは、第１、第２の波長の光信号の４光波混合によって発生した第３、第４の波長の複製光信号の双方を利用することによって、上り下りの一心双方向通信を可能とした点に特徴を有する。
【００１７】
本発明に係る光信号伝送システムは、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、前記第一出力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一入力ポートから出力し、前記第一入力ポート又は前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、前記第一入力ポートからのプローブ光信号と前記第二入力ポートからの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポートから出力し、前記第一出力ポートからのプローブ光信号と前記第二入力ポートからの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一入力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポート又は前記第一入力ポートからの複製光信号を受信することを特徴とする。
【００１８】
親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。さらに、リング状の幹線側光伝送路の双方向に変調光信号を送信するので、幹線側光伝送路に障害が発生しても、全ての子局装置が親局装置と通信することができる。
【００１９】
本発明に係る光信号伝送システムでは、前記光信号分岐装置は、前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号、又は、前記第二入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号のいずれかの偏光状態を変化させる偏光回転子をさらに備え、
前記光信号処理デバイスは、前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一入力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一出力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一入力ポートに波長分波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
をさらに備えることが好ましい。偏光回転子によって、第一入力ポートから入力される変調光信号の複製光信号か、又は、第一出力ポートから入力される変調光信号の複製光信号か、の発生を防ぐことができる。この結果、子局装置は、下り信号の複数回にわたる受信を防ぐことができる。
【００２０】
本発明に係る光信号伝送システムでは、前記親局装置は、変調された変調光信号及びプローブ光信号を送信し、前記第一出力ポート及び前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する親局送受信器と、前記親局送受信器の送信する変調光信号及びプローブ光信号を分波して前記幹線側光伝送路の双方向に向けて送信する分配器と、を備えることが好ましい。親局装置が分配器を備えるので、リング状の幹線側光伝送路の双方向に変調光信号を送信することができる。これによって、幹線側光伝送路に障害が発生しても、全ての子局装置が親局装置と通信することができる。
【００２１】
本発明に係る光信号伝送システムでは、前記子局装置は、前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号、又は、前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号のいずれかを透過させる波長選択部をさらに備えることが好ましい。波長選択部によって、子局装置は、光信号処理デバイスにて発生する複数の複製光信号の１のみを下り信号として受信することができる。
【００２２】
本発明に係る光信号伝送システムは、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、前記第一入力ポートからの前記プローブ光信号と前記第二入力ポートからの前記変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポートからの複製光信号を受信することを特徴とする。親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る光信号伝送システムは、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、バス状の幹線側光伝送路に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、並びに、光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備え、
前記光信号分岐装置は、前記第一入力ポートから入力される変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力し、前記第一入力ポートからの前記プローブ光信号と前記第二入力ポートからの前記変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第一出力ポート又は前記第一入力ポートから出力し、
前記親局装置は、前記第一出力ポートからの複製光信号が前記幹線側光伝送路上に設けられた反射体で反射された複製光信号を受信するか、又は、前記第一入力ポートからの複製光信号を受信することを特徴とする。親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【００２４】
本発明に係る光信号分岐装置は、入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記光信号処理デバイスは、
前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一出力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一入力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一出力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一入力ポートに波長分波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
を備えることを特徴とする。
【００２５】
第一入力ポート及び第一出力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第二出力ポートから出力することができる。また、第二入力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第一入力ポート及び第一出力ポートから出力することができる。親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明に係る光信号分岐装置は、入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記光信号処理デバイスは、
前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω１とし、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートからの前記変調光信号及び前記プローブ光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する第１波長合分波回路と、
異なる波長の前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波し、前記第一入力ポートから入力される変調光信号及びプローブ光信号を前記第一出力ポートに波長分波し、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記複製光信号のうち、前記第一入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第二出力ポートに波長分波し、前記第二入力ポートから入力される前記変調光信号の複製光信号を前記第一出力ポートに波長分波する第２波長合分波回路と、
を備えることを特徴とする。
【００２７】
第一入力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第二出力ポートから出力することができる。また、第二入力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第一出力ポートから出力することができる。親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【００２８】
本発明に係る子局装置は、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備える光信号伝送システムに用いられる子局装置であって、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号、又は、前記第一出力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号のいずれかを透過させる波長選択部を備えることを特徴とする。
【００２９】
第一入力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第二出力ポートから出力することができる。また、第二入力ポートから入力される変調光信号をほとんど減衰させることなく、当該変調光信号の複製光信号を第一出力ポートから出力することができる。親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【００３０】
本発明に係る親局装置は、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて時分割多重で送信する親局装置と、
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備え、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記親局装置に縦続接続された１以上の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、プローブ光信号及び変調された変調光信号を、前記第二入力ポートに向けて前記親局装置と同じ時間間隔の時分割多重で送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の子局装置と、を備える光信号伝送システムに用いられる親局装置であって、
変調された変調光信号及びプローブ光信号を時分割多重で送信し、前記第一出力ポート及び前記第一入力ポートからの複製光信号を受信する親局送受信器と、
前記親局送受信器の送信する変調光信号及びプローブ光信号を分波して、リング状の幹線側光伝送路の双方向に向けて送信する分配器と、を備えることを特徴とする。
【００３１】
親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、親局装置の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、各子局装置に変調光信号を伝達して一心双方向通信を行うことができる。このため、１波長あたりの総子局装置数を向上させることで心線利用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
（第１の実施形態）
本実施形態に係る光信号伝送システムの構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る光信号伝送システムの第１例を示す概略構成図である。本実施形態に係る光信号伝送システムは、親局装置１０と、１以上の光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎと、１以上の子局装置２０−１〜２０−Ｎと、を備える。ここで、Ｎは正の整数である。本実施形態では、親局装置１０から送信される光信号４１２が、光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎで分岐されないので、Ｎは任意の整数を選択することができる。
【００３４】
親局装置１０と複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎは、幹線側光伝送路１３でバス型に接続されている。幹線側光伝送路１３上に光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎが設けられており、子局装置２０−１〜２０−Ｎは、それぞれ、光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎによって親局装置１０と接続されている。
【００３５】
図２は、光信号伝送システムの第１例に用いられる光信号分岐装置のピックアップ図である。光信号分岐装置１００−１は、入出力ポートとして第一入力ポート１０９、第二入力ポート４１０ａ、第一出力ポート１１６、第二出力ポート４１０ｂ、光信号処理デバイス１６を備える。以下、光信号分岐装置１００−１について説明するが、光信号分岐装置１００−２〜１００−Ｎについても同様の構成及び機能を有する。
【００３６】
親局装置１０は、光信号４１２をバス状の幹線側光伝送路１３に向けて送信する。光信号４１２は、変調された変調光信号及びプローブ光信号の時分割多重信号である。親局装置１０は、変調光信号を送信することで各子局装置２０−１〜２０−Ｎに情報を送信する。
【００３７】
親局装置１０は、光信号１０５によって送信された情報を受信する。この場合、親局装置１０は、光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎに備わる第一出力ポート１１６又は第一入力ポート１０９からの複製光信号を受信する。第一出力ポート１１６は、幹線側光伝送路１３上の下り側に出力するポートなので、親局装置１０は、第一出力ポート１１６からの複製光信号が幹線側光伝送路１３上に設けられた反射体で反射された複製光信号を受信する。反射体は、例えば、ターミネータ１１８に設けられる。第一入力ポート１０９は幹線側光伝送路１３上の上り側に出力するポートなので、親局装置１０は、光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎに備わる第一入力ポート１０９からの複製光信号を受信する。
【００３８】
図１に示す子局装置２０−１〜２０−Ｎは、図２に示す第二入力ポート４１０ａ及び第二出力ポート４１０ｂを介して支線側光伝送路１０７ａ及び１０７ｂによって光信号処理デバイス１６−１〜１６−Ｎのそれぞれに接続される。光信号１０５を図２に示す第二入力ポート４１０ａに向けて送信する。光信号１０５は、プローブ光信号及び変調された変調光信号である。子局装置２０−１〜２０−Ｎは、光信号１０５を送信することで、プローブ光信号及び変調光信号を、時分割多重で送信する。子局装置２０−１〜２０−Ｎは、それぞれ、図２に示す第二出力ポート４１０ｂからの複製光信号１１３を受信する。
【００３９】
光信号分岐装置１００−１は、幹線側光伝送路１３の途中に第一入力ポート１０９及び第一出力ポート１１６を介在させることによって親局装置１０に縦続接続されている。光信号分岐装置１００−１は、支線側光伝送路１０７ａ及び１０７ｂによって子局装置２０−１と接続される。支線側光伝送路１０７ａは、第二入力ポート４１０ａと光信号発生器２１を接続する。支線側光伝送路１０７ｂは、第二出力ポート４１０ｂと受信器１１７を接続する。光信号処理デバイス１６は、光との相互作用により光信号処理する。
【００４０】
光信号分岐装置１００−１は、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号に光信号処理デバイス１６を通過させて第一出力ポート１１６から出力する。光信号分岐装置１００−１は、第一入力ポート１０９からの変調光信号と第二入力ポート４１０ａからのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号１１３及び１１４のうちの一方、例えば複製光信号１１３、を第二出力ポート４１０ｂから出力する。光信号分岐装置１００−１は、第一入力ポート１０９からのプローブ光信号と第二入力ポート４１０ａからの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号１１３及び１１４のうちの他方、例えば複製光信号１１４を第一出力ポート１１６から出力する。
【００４１】
下り方向においては、光信号分岐装置１００−１が、複製光信号１１３及び１１４のうちの一方、例えば複製光信号１１３を子局装置２０−１へ出力するので、親局装置１０の送信する光信号４１２をほとんど減衰させることなく、各子局装置２０−１に情報伝達することができる。また、複製光信号１１３及び１１４のうちの他方、例えば複製光信号１１４、を親局装置１０へ出力するので、子局装置２０−１の送信する変調光信号をほとんど減衰させることなく、親局装置１０に情報伝達することができる。
【００４２】
光信号処理デバイス１６は、４光波混合波発生素子１０８と、第１波長合分波回路１１２と、第２波長合分波回路１１５と、を備える。４光波混合波発生素子１０８は、例えばχ（３）媒質である。χ（３）媒質とは、３次の非線形光学効果を起こすことができる媒質のことである。４光波混合波発生素子１０８は、第一入力ポート１０９からの光信号の角周波数をω１とし、第二入力ポート４１０ａからの光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の複製光信号を発生する。
【００４３】
第１波長合分波回路１１２は、角周波数ω１とω２とで異なる波長の第一入力ポート１０９からの変調光信号と第二入力ポート４１０ａからのプローブ光信号を波長合波する。
【００４４】
第２波長合分波回路１１５は、第一入力ポート１０９から入力される光信号４１２を第一出力ポート１１６に波長分波する。また、第２波長合分波回路１１５は、４光波混合波発生素子１０８からの合波された複製光信号のうち、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号の複製光信号１１３及び１１４の一方、例えば複製光信号１１３、を第二出力ポート４１０ｂに波長分波する。また、第２波長合分波回路１１５は、第二入力ポート４１０ａから入力される変調光信号の複製光信号１１３及び１１４の他方、例えば複製光信号１１４、を第一出力ポート１１６に波長分波する。
【００４５】
本実施形態では、第２波長合分波回路１１５が、角周波数ω３の複製光信号１１３を第二入出力ポート４１０ｂに波長分波し、角周波数ω４の複製光信号１１４を第一出力ポート１１６に波長分波する例を示した。第２波長合分波回路１１５は、角周波数ω４の複製光信号１１４を第二入出力ポート４１０ｂに波長分波し、角周波数ω３の複製光信号１１３を第一出力ポート１１６に波長分波してもよい。
【００４６】
光信号処理分岐装置１００−１は、第一入力ポート１０９から入力される光信号４１２に光信号処理デバイス１６を通過させて第一出力ポート１１６から出力する。一方、光信号処理分岐装置１００−１は、第一出力ポート１１６から角周波数ω４の複製光信号１１４が入力された場合は、第２波長合分波回路１１５、４光波混合波発生素子１０８、第１波長合分波回路１１２を順に介して、複製光信号１１４を第一入力ポート１０９から出力する。
【００４７】
図３は、本実施形態に係る光信号伝送システムの第２例を示す概略構成図である。図４は、光信号伝送システムの第２例に用いられる光信号分岐装置のピックアップ図である。光信号伝送システムの第２例では、支線側光伝送路１０７ａ及び１０７ｂが１本の支線側光伝送路１０７となっている。また、第二入力ポート４１０ａ及び第二出力ポート４１０ｂが、共通の第二入出力ポート４１０となっている。そして、光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎに光サーキュレータ１１１が備わり、子局装置２０−１〜２０−Ｎに光サーキュレータ１０６が備わる。
【００４８】
本実施形態に係る光信号伝送システムの動作について、図３及び図４を用いて説明する。まず、親局装置１０か幹線側光伝送路１３へ変調光信号を送信し、子局装置２０−１が信号を受信する下り方向の受信方式について説明する。親局装置１０に設置してある親局送受信器１１から、各子局装置２０−１〜２０−Ｎが取得する光信号４１２を幹線側光伝送路１３へ出力する。光信号４１２は、幹線側光伝送路１３中を伝搬し、光信号分岐装置１００−１に入力される。この時、子局装置２０−１に設置してある光信号発生器２１から、光信号１０５を送信する。光信号１０５には時分割多重で無変調光信号としてのプローブ光信号が含まれている。光信号１０５は、子局装置２０−１に設置してある光サーキュレータ１０６を介し支線側光伝送路１０７中を伝搬され、光信号処理デバイス１６に入力される。ここで、光信号処理デバイス１６は、４光波混合波発生素子１０８を備えている。
【００４９】
４光波混合とは３次の非線形光学効果の１つである。４光波混合波発生素子１０８がχ（３）媒質の場合、λ１とλ２という異なる波長の光をχ（３）媒質に入力した場合、それぞれ対応する角周波数をω１、ω２とすると、
（数１）
ω３＝２ω２−ω１
又は
（数２）
ω４＝２ω１−ω２
を満足するような、それぞれの入力光の波長とは異なる波長の光が発生する現象のことである。波長領域に展開した場合は、各角周波数ω１、ω２、ω３、ω４に対して、各波長をλ１、λ２、λ３、λ４とすると、
【数３】
2009060546.tif 000003
【数４】
2009060546.tif 000004
となる。
【００５０】
図５は、λ１＝１５４６ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍとし、χ（３）媒質に非線形光ファイバを用いた場合のスペクトルを示したものである。上記の数３及び数４に代入すると、
（数５）
λ３＝１５５４ｎｍ
（数６）
λ４＝１５４２ｎｍ
となり、４光波混合が起きていることが確認できる。
【００５１】
図４に示す光信号分岐装置は、光ファイバ系で構成されている。光信号分岐装置は、第一入力ポート１０９、第二入出力ポート４１０、第一出力ポート１１６を備える。第一入力ポート１０９は、幹線側光伝送路１３中を伝送する変調光信号である光信号４１２が入力されるポートであり、第二入出力ポート４１０は、子局装置２０−１から送信された支線側光伝送路１０７を伝送する光信号１０５が入力されるポートである。光信号１０５は、第二入出力ポート４１０内に入力された後、光信号処理デバイス１６内に設置されている光サーキュレータ１１１を介し、第１波長合分波回路１１２にて光信号４１２と合波され、４光波混合波発生素子１０８へ入力される。ここでは、光信号４１２の波長をλ１、光信号１０５の波長をλ２とし、光信号４１２の光路を実線矢印、光信号１０５の光路を破線矢印で示してある。
【００５２】
図５にて説明したように、光信号４１２と光信号１０５とが、４光波混合波発生素子１０８に入力されると、４光波混合により光信号４１２の波長λ１、光信号１０５の波長λ２とは異なる波長λ３及びλ４の複製光信号１１３及び１１４が発生する。４光波混合の発生効率は入力する光強度に依存するため、光信号４１２のマークレベルとスペースレベルの光強度に応じて発生効率も異なる。従って、図６に示すように４光波混合により発生した複製光信号１１３及び１１４は、光信号４１２又は光信号１０５の波形を忠実に転写することができる。すなわち、光信号４１２が変調光信号であり、光信号１０５がプローブ光信号であれば、光信号４１２の波形を転写することができる。一方、光信号４１２がプローブ光信号であり、光信号１０５が変調光信号であれば、光信号１０５の波形を転写することができる。
【００５３】
図４に示す４光波混合波発生素子１０８通過後は、第２波長合分波回路１１５によって、波長λ３の複製光信号１１３もしくは波長λ４の複製光信号１１４いずれか一方を下り信号として分波する。本実施形態では、複製光信号１１３を下り信号として分波する場合について説明する。そして、第一出力ポート１１６から光信号４１２を出力する。光信号４１２は、第一出力ポート１１６から幹線側光伝送路１３へ入力し、次ユーザの接続ポイントに設置してある光信号分岐装置１００−２に入力される。
【００５４】
第２波長合分波回路１１５によって分波された複製光信号１１３又は１１４は、光サーキュレータ１１１によって、支線側光伝送路１０７に入力され、更に子局装置２０−１に設置してある光サーキュレータ１０６を介すことで、複製光信号１１３又は１１４のいずれか一方を受信器１１７へ入力する。
【００５５】
上記方法により、子局装置２０−１は、幹線側光伝送路１３中を伝送する光信号４１２の光強度の一部を子局装置へ分配せずとも、親局装置１０の送信した情報を取得することが可能である。
【００５６】
なお、本実施形態では、複製光信号１１３を下り信号として子局装置２０−１へ分波しているが、複製光信号１１４を下り信号として子局装置２０−１が受信しても同様の効果が得られる。また、上記説明は子局装置２０−１が光信号４１２の情報を取得する動作原理を説明したが、その他の各子局装置２０−２〜２０−Ｎでも同様の効果が得られる。最終段の子局装置２０−Ｎの後は、図３に示すような光信号４１２をターミネートするターミネータ１１８を設ければよい。
【００５７】
次いで、各子局装置２０−１〜２０−Ｎが親局装置１０へ信号を送信する上り方向において説明をする。本実施形態では、各子局装置２０−１〜２０−Ｎが送信する上り又は下り方向の信号は、同一の波長λ１を用いて時分割多重することで、一心双方向化を実現することが可能である。また、各子局装置２０−１〜２０−Ｎからの上り方向の通信は、時分割多重を用いてもよいし、波長多重を用いてもよい。
【００５８】
上り方向においては、上記で説明した親局装置１０、子局装置２０−１〜２０−Ｎの送信する変調光信号のパターンが逆転する。即ち、親局装置１０からは波長λ１の無変調光信号であるプローブ光信号４１９を送信し、各子局装置２０−１〜２０−Ｎからは波長λ２の変調された変調光信号である光信号４２０を送信する。図７に上り又は下り方向における親局装置１０と各子局装置２０−１〜２０−Ｎの送信する変調光信号の一例を示す。親局装置１０から送信されたプローブ光信号４１９及び子局装置２０−１〜２０−Ｎから送信された変調光信号である光信号４２０は、図４に示す下り方向と同様の過程にて４光波混合波発生素子１０８へ入力され、４光波混合によりプローブ光信号４１９の波長λ１、変調光信号である光信号４２０の波長λ２とは異なる波長λ３及びλ４の新しい複製光信号４２１及び４２２が、複製光信号１１３及び１１４の代わりに発生する。
【００５９】
図８は、４光波混合を利用した上り方向の説明図である。図４に示す４光波混合波発生素子１０８通過後は、第２波長合分波回路１１５によって、図８に示すように、波長λ１のプローブ光信号４１９と、４光波混合によって発生した波長λ３の複製光信号４２１又は波長λ４の複製光信号４２２のいずれか一方と、を上り信号として第一出力ポート１１６から幹線側光伝送路１３へ出力する。ここで、上り信号は、下りに割り当てていない波長の信号である。
【００６０】
なお、上りに割り当てられた複製光信号４２１もしくは複製光信号４２２は、親局装置１０から遠ざかる方向に幹線側光伝送路１３中を伝送することになる。上り信号を親局装置１０が受信する方法として、図９に示すように光信号処理デバイス１６内に上り信号を反射する機能を有する反射手段４２３を設けて、特定の波長を反射することで親局装置１０は上り信号を受信することが可能である。
【００６１】
例えば、特定の波長が波長λ４であれば、反射手段４２３は、複製光信号４２２を反射し、複製光信号４２１を透過する。特定の波長が波長λ３であれば、反射手段４２３は、複製光信号４２１を反射し、複製光信号４２２を透過する。特定の波長が波長λ４の場合、複製光信号４２２は、反射手段４２３によって反射された後、第２波長合分波回路１１５、４光波混合波発生素子１０８及び第１波長合分波回路１１２を順に通過して、第一入力ポート１０９から幹線側光伝送路１３へ出力される。これによって、親局装置１０は、第一入力ポート１０９からの複製光信号４２２を、上り信号として受信することができる。
【００６２】
反射手段４２３は第２波長合分波回路１１５出力後の支線側光伝送路１２４ならば、どの場所に設けても同様の効果が得られる。または、図３に示すターミネータ１１８に、波長λ３又はλ４の光信号を反射する機能を持たせても同様の効果が得られる。反射する機能を有するものには、例えば、誘電体多層膜フィルタ又はＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）が挙げられる。
【００６３】
上記説明は図３に示す子局装置２０−１が、変調光信号の情報を親局装置１０へ送信する動作原理を説明した。その他の各子局装置２０−２〜２０−Ｎでも同様の効果が得られる。また、上記で説明した上り信号において、親局装置１０は下りと同様の波長λ１を使用しているが、新たに上り用に波長λ５のプローブ光信号を親局装置１０から送信し、各光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎで波長λ５と波長λ２とで４光波混合を起こし、発生した波長λ６又は波長λ７の何れか一方を上り信号として割り当ててもよい。
【００６４】
（第２の実施形態）
図１０は、本実施形態の光の相互作用を利用する光信号伝送システムの構成を示す概略構成図である。第１の実施形態と異なる点は、親局装置１０と複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎが幹線側光伝送路１３でリング型に接続されている点である。
【００６５】
本実施形態に係る光信号伝送システムは、親局装置１０と、１以上の光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎと、１以上の子局装置２０−１〜２０−Ｎと、を備える。親局装置１０及び子局装置２０−１〜２０−Ｎの機能及び動作については、第１の実施形態と同じである。光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎについて、図１０及び図４を用いて説明する。
【００６６】
図４に示す光信号分岐装置は、入出力ポートとして第一入力ポート１０９、第一出力ポート１１６及び第二入出力ポート４１０、並びに、光信号処理デバイス１６を備える。幹線側光伝送路１３の途中に第一入力ポート１０９及び第一出力ポート１１６を介在させることによって親局装置１０に縦続接続されている。
【００６７】
下り方向について説明する。この場合、光信号４１２が変調光信号であり、光信号１０５がプローブ光信号である。光信号分岐装置１６は、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号である光信号４１２に光信号処理デバイス１６を通過させて第一出力ポート１１６から出力する。第一入力ポート１０９からの光信号４１２と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号である光信号１０５との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号１１３及び１１４の一方、例えば複製光信号１１３、を第二入出力ポート４１０から支線側光伝送路１０７へ出力する。複製光信号１１３は光信号４１２の複製なので、受信器１１７は光信号４１２の情報を受信することができる。
【００６８】
上り方向について説明する。この場合、光信号４１２がプローブ光信号であり、光信号１０５が変調光信号である。第一入力ポート１０９からのプローブ光信号である光信号４１２と第二入出力ポート４１０からの変調光信号である光信号１０５との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号１１３及び１１４のうちの一方、例えば複製光信号１１４、を第一出力ポート１１６から出力する。複製光信号１１４は変調光信号である光信号１０５の複製なので、親局送受信器１１は変調光信号である光信号１０５の情報を受信することができる。
【００６９】
下り方向においては第１の実施形態で説明した過程を経て各子局装置２０−１〜２０−Ｎは親局装置１０の送信した情報を取得することが可能である。また、上り方向においては、リング型の網構成となっているため、第１の実施形態に設置したような光信号４１２をターミネートする手段（図１及び図３の符号１１８）や上り信号を反射する反射手段（図９の符号４２３）を設けなくとも親局装置１０は上り信号を受信することが可能である。
【００７０】
このように、網構成をリング型にしても第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。なお、図１０では光信号４１２が幹線側光伝送路１３中を反時計回り方向に伝搬する様子を示しているが、光信号４１２の伝搬する方向は時計回りであってもよい。また、第１の実施形態でも示したように、新たに上り用に波長λ５のプローブ光信号を親局装置１０から送信し、各光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎで波長λ５と波長λ２との４光波混合を起こし、発生した波長λ６及びλ７の何れか一方を上り信号として割り当ててもよい。
【００７１】
（第３の実施形態）
図１１は、本実施形態に係る光信号伝送システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る光信号伝送システムは、第２の実施形態で説明したリング型のシステムで幹線側光伝送路の障害に対応する。第２の実施形態に係る光信号伝送システムと異なる点は、親局装置１０の親局送受信器１１から送信された波長λ１の光信号４１２を、所定の光強度分岐比率にて、第２光信号２０２と第３光信号２０３とに分配する分配器２０４を設置した点である。分配器２０４によって、幹線側光伝送路１３上を時計回り方向に伝送される第２光信号２０２と、反時計回り方向に伝送される第３光信号２０３は、各光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎへ双方向から入力される。この時、第２光信号２０２及び第３光信号２０３の角周波数は、光信号４１２の光強度を分配しただけなのでω１である。
【００７２】
図１２は、本実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置のピックアップ図である。光信号処理分岐装置１００−１内を示しており、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる点は、子局装置２０−１から送信される波長λ２すなわち角周波数ω２の光信号１０５を所定の光強度分比率にて、時計回り方向に伝送する第５光信号２０６と、反時計回りに伝送する第６光信号２０７とに分配する分配器２０８を備える点である。この時、第５光信号２０６及び第６光信号２０７の角周波数は、光信号１０５の光強度を分配しただけなのでω２である。
【００７３】
まず、幹線側光伝送路１３上に障害が発生していない通常時の動作を説明する。図１２において、４光波混合波発生素子１０８へ右方向から入力される光信号は、波長λ１すなわち角周波数ω１の第２光信号２０２と、波長λ２すなわち角周波数ω２の第６光信号２０７である。一方、４光波混合波発生素子１０８へ左方向から入力される光は、波長λ１すなわち角周波ω１の第３光信号２０３と波長λ２すなわち角周波数ω２の第５光信号２０６である。
【００７４】
ここで、下り方向への情報伝達の場合、第２光信号２０２及び第３光信号２０３が変調光信号であり、第６光信号２０７及び第５光信号２０６がプローブ光信号である。一方、上り方向への情報伝達の場合、第２光信号２０２及び第３光信号２０３がプローブ光信号であり、第６光信号２０７及び第５光信号２０６が変調光信号である。
【００７５】
光信号処理デバイス２０５は、４光波混合波発生素子と、第１波長合分波回路２１３と、第２波長合分波回路２１４と、を備えることが好ましい。４光波混合波発生素子１０８は、第一入力ポート１０９及び第一出力ポート１１６からの光信号の角周波数をω１とし、第二入出力ポート４１０からの光信号の角周波数をω２とした場合、４光波混合により、変調光信号を情報複製した角周波数ω３＝２ω２―ω１、およびω４＝２ω１―ω２の複製光信号を発生する。
【００７６】
図１３は、本実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置の第２例を示すピックアップ図である。第２光信号２０２、第３光信号２０３、第５光信号２０６及び第６光信号２０７が４光波混合波発生素子１０８を通過した後の光信号を説明している。第２光信号２０２と第６光信号２０７との４光波混合により角周波数ω７の第７光信号２４９と、角周波数ω８の第８光信号２５０が発生する。一方、第３光信号２０３と第５光信号２０６との４光波混合により角周波数ω７の第９光信号２５１と、角周波数ω８の第１０光信号２５２が発生する。
【００７７】
この時、角周波数間には、
（数７）
第７光信号２４９：ω７＝２ω２−ω１
（数８）
第８光信号２５０：ω８＝２ω１−ω２
（数９）
第９光信号２５１：ω７＝２ω２−ω１
（数１０）
第１０光信号２５２：ω８＝２ω１−ω２
の関係が成立する。
【００７８】
図１４は、光信号処理デバイスに入出力される信号のスペクトル関係図であり、（ａ）はω１＞ω２の場合を示し、（ｂ）はω２＞ω１の場合を示す。４光波混合波発生素子１０８を通過後のスペクトルは、数５〜数１０により発生した第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１、第１０光信号２５２となり、角周波数ω１と角周波数ω２間の大小関係によって異なる。第７光信号２４９と第９光信号２５１は角周波数となり、第８光信号２５０と第１０光信号２５２は同じ角周波数となる。
【００７９】
第１波長合分波回路２１３、第２波長合分波回路２１４は、第７光信号２４９と第９光信号２５１、第８光信号２５０と第１０光信号２５２をそれぞれ１組とすると、第７光信号と第９光信号もしくは第８光信号と第１０光信号はいずれか一組の波長をそれぞれ、下り信号として分岐し、他方の１組の波長を上り信号とすればよい。
【００８０】
下り方向の場合、光信号処理分岐装置は、第一入力ポート１０９からの変調光信号である第３光信号２０３と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号である第５光信号２０６との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号である第９光信号２５１及び第１０光信号２５２のうちのいずれか一方、例えば複製光信号である第９光信号２５１、を第二入出力ポート４１０から出力する。また、下り方向の場合、光信号処理分岐装置は、第一出力ポート１１６からの変調光信号、例えば第２光信号２０２、と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号、例えば第６光信号２０７との４光波混合により当該変調光信号である第２光信号２０２を情報複製した複製光信号である第７光信号２４９及び第８光信号２５０のうちのいずれか一方、例えば第７光信号２４９、を第二入出力ポート４１０から出力する。
【００８１】
上り方向の場合、光信号処理分岐装置は、第一入力ポート１０９からのプローブ光信号である第３光信号２０３と第二入出力ポート４１０からの変調光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号である第９光信号２５１及び第１０光信号２５２のいずれか他方、例えば第１０光信号２５２、を第一出力ポート１１６から出力する。また、上り方向の場合、光信号処理分岐装置は、第一出力ポート１１６からのプローブ光信号である第２光信号２０２と第二入出力ポート４１０からの変調光信号である第６光信号２０７との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号である第７光信号２４９及び第８光信号２５０のうちのいずれか他方、例えば第８光信号２５０、を第一入力ポート１０９から出力する。
【００８２】
第１波長合分波回路２１３は、角周波数ω１とω２とで異なる波長の第一入力ポート１０９からの変調光信号である第３光信号２０３と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号である第５光信号２０６を波長合波する。さらに、第１波長合分波回路２１３は、第一出力ポート１１６から入力される変調光信号及びプローブ光信号を第一入力ポート１０９に波長分波する。さらに、第１波長合分波回路２１３は、４光波混合波発生素子１０８からの合波された複製光信号である第７光信号２４９及び第８光信号２５０のうち、第一出力ポート１１６から入力される変調光信号の複製光信号、例えば第７光信号２４９、を第二入出力ポート４１０に波長分波し、第二入出力ポート４１０から入力される変調光信号の複製光信号、例えば第８光信号２５０、を第一入力ポート１０９に波長分波する。
【００８３】
第２波長合分波回路２１４は、角周波数ω１とω２とで異なる波長の第一出力ポート１１６からの変調光信号である第２光信号２０２と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号である第６光信号２０７を波長合波する。また、第２波長合分波回路２１４は、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号及びプローブ光信号を第一出力ポート１１６に波長分波する。また、第２波長合分波回路２１４は、４光波混合波発生素子１０８からの合波された複製光信号である第９光信号２５１及び第１０光信号２５２のうち、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号の複製光信号、例えば複製光信号である第９光信号２５１、を第二入出力ポート４１０に波長分波する。また、第２波長合分波回路２１４は、第二入出力ポート４１０から入力される変調光信号の複製光信号、例えば第１０光信号２５２、を第一出力ポート１１６に波長分波する。
【００８４】
光信号処理分岐装置は、第一入力ポート１０９から入力される変調光信号である第３光信号２０３に光信号処理デバイス２０５を通過させて第一出力ポート１１６から出力する。一方、光信号処理分岐装置は、第一出力ポート１１６から入力される変調光信号である第２光信号２０２に光信号処理デバイス２０５を通過させて第一入力ポート１０９から出力する。本実施形態に係る光信号伝送システムでは、光信号処理分岐装置が第２光信号２０２及び変調光信号である第３光信号２０３の強度を分岐しない。
【００８５】
即ち、第１波長合分波回路２１３及び第２波長合分波回路２１４は、図１５に示すような透過特性を持つものを使用すればよい。但し、図１５はω１＞ω２として、第７光信号と第９光信号を下り信号としてポート２から出力し、図１１に示す支線側光伝送路１０７から受信器１１７入力され、第８光信号と第１０光信号を上り信号として、ポート１から出力し幹線側光伝送路１３へ入力した場合の合分波器特性を示している。
【００８６】
図１３に示す第１波長合分波回路２１３及び第２波長合分波回路２１４によって分波された各々の光信号は、分配器２０８で合波され第二入出力ポート４１０から支線側光伝送路１０７へ出力される。支線側光伝送路１０７を伝搬し、図１１に示す子局装置２０−１に設置してある光サーキュレータ１０６によって受信器１１７へ入力される。
【００８７】
親局装置１０は、変調された変調光信号及びプローブ光信号を送信し、第一出力ポート１１６及び第一入力ポート１０９からの複製光信号を受信する親局送受信器１１と、親局送受信器１１の送信する光信号４１２を分波して幹線側光伝送路１３の双方向に向けて送信する分配器２０４と、を備えることが好ましい。親局装置１０が分配器２０４を備えるので、リング状の幹線側光伝送路１３の双方向に変調光信号及びプローブ光信号を送信することができる。これによって、幹線側光伝送路１３に障害が発生しても、全ての子局装置が親局装置と通信することができる。
【００８８】
子局装置２０−１〜２０−Ｎは、第一入力ポート１０９からの変調光信号と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した複製光信号である第９光信号２５１及び第１０光信号２５２、又は、第一出力ポート１１６からの変調光信号と第二入出力ポート４１０からのプローブ光信号との４光波混合により当該変調光信号を情報複製した第７光信号２４９及び第８光信号２５０のいずれかを透過させる波長選択部をさらに備えることが好ましい。波長選択部は、例えば、光サーキュレータ１０６である。第７光信号２４９及び第９光信号２５１を下り信号として用いる場合、光サーキュレータ１０６は、複製光信号である第７光信号２４９及び第９光信号２５１の波長の信号を選択的に受信器に入力する。第７光信号２４９及び第９光信号２５１のいずれかのみを発生させる偏光回転子と併用することで、子局装置２０−１〜２０−Ｎは、光信号処理デバイス２０５にて発生する複数の第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１、第１０光信号２５２のうちの１のみを下り信号として受信することができる。
【００８９】
幹線側光伝送路１３上を時計回りに伝搬する第２光信号２０２と反時計回りに伝搬する第３光信号２０３には、伝搬遅延時間差が生じる。このため、図１１に示す受信器１１７が受信する２つの光信号には、設置している光信号分岐装置１００−１〜１００Ｎの設置位置によって遅延時間差が生じ、受信器１１７後段でクロック・データ抽出を行うことができない。また、伝搬遅延時間差がない場合においても、図１４から明らかなように、受信器１１７の受信する第７光信号と第９光信号は角周波数が等しい。
【００９０】
ここで、図１１に示す受信器１１７は波長が等しい２つの光を受信することになり、干渉により信号波形が劣化する。その為、各子局装置２０−１〜２０−Ｎは、図１６に示すように受信する２つの光信号の内、いずれか一方を除去するための手段として偏波制御装置２１５を設けていることが好ましい。４光波混合波発生素子に入力される２つの光の偏波状態が直交している場合は４光波混合が起きないので、第２光信号２０２と第６光信号２０７又は第３光信号２０３と第５光信号２０６の光の偏波状態が直交している場合は複製光信号が発生しない。受信器１１７がどちらか一組の光信号の内のいずれか一方の光信号を受信するために、受信した信号の一部をモニタリングし、その結果を偏波コントローラ等の偏波制御装置２１５に入力してプローブ光信号の偏光状態を制御することが好ましい。ここで、偏波制御装置２１５は送信器２１６内に挿入されているが、送信器２１６外に設置しても同様の効果が得られる。
【００９１】
図１７は、本実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置の第１例の偏光状態を示す説明図である。入力される第２光信号２０２と第３光信号２０３が同一直線偏光状態の場合、第２光信号２０２と第６光信号２０７、及び第３光信号２０３と第５光信号２０６は、それぞれ偏光状態が直交関係を満たしている。このため、４光波混合波発生素子１０８で光波混合が起きず、第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１及び第１０光信号２５２が発生しない。
【００９２】
上記、第２光信号２０２及び第３光信号２０３の偏光状態がある関係を満たすことによって、第２光信号２０２と第６光信号２０７及び第３光信号２０３と第５光信号２０６の両組共に４光波混合か起きなくなってしまうという問題を解決する手段として、図１８に示すように、入力ポート１１６の直後に偏光回転子２１７を設置していることが好ましい。偏光回転子２１７は、第一入力ポート１０９から入力される第３光信号２０３、第一出力ポート１１６から入力される第２光信号２０２、又は、第二入出力ポート４１０から入力される光信号のいずれかの偏光状態を変化させることが好ましい。例えば図１９に示すように、偏光回転子２１７は、複屈折結晶を利用したλ／４板２１８とガーネット等の強磁性体から成るファラデー回転素子２１９で構成される。偏光回転子２１７によって、図１８に示す第一入力ポート１０９から入力される変調光信号である第３光信号２０３と第二入出力ポート４１０から入力される第５光信号２０６との複製光信号か、又は、第一出力ポート１１６から入力される変調光信号である第２光信号２０２と第二入出力ポート４１０から入力されるプローブ光である光信号２０７との複製光信号が同時発生する状態を防ぐことができる。この結果、子局装置２０は、下り信号の複数回にわたる受信を防ぐことができる。
【００９３】
通常のアクセス系ネットワークで用いられる幹線側光伝送路１３はシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）であり、幹線側光伝送路１３にて伝送される第２光信号２０２及び２０３、並びに、光信号分岐装置１００−１中で伝送される第５光信号２０６及び２０７の偏波状態は常に変動しているため、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、偏波制御は特に必要ない。
【００９４】
これに対して、第３の実施形態のように、親局装置１０、子局装置２０−１〜２０−Ｎともに時計回り、反時計回りの光信号を送信する構成とした場合には、断線障害が発生していなければ、子局装置２０−１〜２０−Ｎの受信器１１７は、４光波混合によって発生した２つの光信号（図１４参照。）を受信することになる。例えば、図１４における角周波数ω７を下り信号に割り当てるならば、第７光信号２４９と第９光信号２５１が受信器１１７に入力されることになる。
【００９５】
以下、角周波数ω７を下りの複製光信号に割り当てた場合について説明する。子局装置の受信器１１７に角周波数が等しい、すなわち波長が等しい第７光信号２４９、第９光信号２５１を入力すると次の２つの問題が生じる。第１に、親局装置が送信した時計回りの第２光信号２０２と反時計回りの第３光信号２０３は、子局装置が設置された位置によって４光波混合波発生素子１０８に到着する時刻が異なるため、発生する４光波混合にも時間遅延差が生じ、データ抽出することができなくなる。第２に、角周波数が等しいすなわち波長が等しいため、干渉によって波形劣化が生じ、図２１（ａ）に示す「偏波制御なし」のアイパターンのように、受信器１１７において正確なクロック・データ抽出ができなくなる。
【００９６】
第３の実施形態では、これら２つの問題を解消するために、偏波状態が直交状態であれば４光波混合が生じないことを利用して、第２光信号２０２と第６光信号２０７の組又は第３光信号２０３と第５光信号２０６の組の何れか１組の偏波状態を直交状態にする。例えば、第２光信号２０２と第６光信号２０７を偏波直交状態にすれば、複製光信号である第７光信号２４９及び第８光信号２５０が発生しなくなる。この結果、受信器１１７は、下り光信号として、角周波数ω７の第９光信号２５１のみを受信することができ、上記２つの問題を解決することができる。
【００９７】
さらに、偏光回転子を用いる理由、及び偏光回転子がλ／４板とファラデー回転素子とで構成される理由を、図２０を用いて説明する。
【００９８】
（ｉ）偏光回転子を設置しない場合
偏光回転子を設置しない場合は、図１２において第２光信号２０２及び第３光信号２０３が同一直線偏光状態で４光波混合波発生素子１０８に入力されると、両光共に直交状態を満たすため４光波混合が起きず、図１４に示す複製光信号である第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１及び第１０光信号２５２が発生しないという問題が生じる。
【００９９】
（ｉｉ）偏光回転子がλ／４板のみで構成される場合
第２光信号２０２が円偏光状態でλ／４板２１８に入力されると、図２０（ａ）に示すように、λ／４板２１８の出力後は直線偏光状態となり図１７に示すように両光共に直交関係を満たしてしまう。このため、４光波混合波発生素子１０８で４光波混合が起きず、第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１及び第１０光信号２５２が発生しないという問題が生じる。
【０１００】
（ｉｉｉ）偏光回転子がファラデー回転素子のみで構成される場合
第２光信号２０２がファラデー回転素子２１９の偏光回転角θだけ傾いた直線偏光状態で入力されると、図２０（ｂ）に示すように、出力後はθだけ回転した直線偏光状態となり、図１７に示すように両光共に直交関係を満たしてしまう。このため、４光波混合が起きず、第７光信号２４９、第８光信号２５０、第９光信号２５１及び第１０光信号２５２が発生しないという問題が生じる。
【０１０１】
そこで、図１９に示すように、偏光回転子２１７を、λ／４板２１８とファラデー回転素子２１９とで構成することによって、上記（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）の何れかの偏光状態でλ／４板２１８に入力されてもファラデー回転素子２１９からの出力後の偏光状態は、楕円偏光状態、もしくはファラデー回転角θだけ回転した直線偏光状態で出力される。このため、第２光信号２０２と第６光信号２０７又は第３光信号２０３と第５光信号２０６の何れか一組の偏光状態の直交関係を満たしつつ４光波混合を起こすことが可能である。
【０１０２】
また、上記（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）の何れかの偏光状態を満たさない任意の偏光状態で入力された場合においても、ファラデー回転素子２１９出力後は楕円偏光状態で出力されるため、何れか一組の偏光状態の直交関係を満たしつつ４光波混合を起こすことが可能である。また、図１８では、第２光信号２０２の偏光状態を変化させるために偏光回転子２１７を設置しているが、第３光信号２０３、第５光信号２０６、第６光信号２０７の何れか１つの偏光状態を変化させるために、偏光回転子２１７を設置しても同様の効果が得られる。
【０１０３】
図２１は、子局装置の受信した複製光信号のアイパターンの一例であり、（ａ）は偏波制御なしの場合、（ｂ）は偏波制御ありの場合を示す。図１１と同様の系を構築し、親局装置が変調光信号を送信し、子局装置の受信器が複製光信号を受信した。偏波制御なしの場合は、図２１（ａ）に示すように、親局装置が送信した情報を抽出することができない場合があった。偏波制御ありの場合は、図２１（ｂ）に示すように、親局装置が送信した情報を抽出することができた。偏波コントローラによって偏光状態を制御することで、子局装置は、幹線側光伝送路１３中を時計回りに伝送する第２光信号２０２及び反時計回りに伝送する第３光信号２０３の光強度の一部を子局装置へ分配せずとも情報を取得することが可能である。
【０１０４】
ここで、図２２に示すように、幹線側光伝送路１３上に断線２２０が発生した場合の子局装置２０−１の動作について説明する。断線２２０が発生したことにより、子局装置２０−１のために設置してある光信号分岐装置１００−１には幹線側光伝送路１３中を時計回りに伝送する第２光信号２０２が入力されないことになる。その結果、４光波混合波発生素子１０８中へ右方向から入力される光は波長λ２すなわち角周波数ω２の第６光信号２０７のみである。４光波混合波発生素子１０８へ左方向から入力される光は、波長λ１すなわち角周波数ω１の第３光信号２０３と、波長λ２すなわち角周波数ω２の第５光信号２０６である。
【０１０５】
４光波混合波発生素子１０８通過後は、図２３に示すように、第３光信号２０３と第５光信号２０６との４光波混合により角周波数ω７の第９光信号２５１、角周波数ω８の第１０光信号２５２が発生する。４光波混合によって発生した第９光信号２５１と第１０光信号２５２のいずれか一方を下り信号として合分波器２１４によって分波し、支線側光伝送路１０７に入力し、更に子局装置に設置してある光サーキュレータ１０６を介すことで受信器１１７へ入力する。
【０１０６】
第３の実施形態において、図２２のように、幹線側光伝送路１３に断線が生じた場合、例えば、子局装置２０−１には時計回りの下り信号２０２が供給されなくなる。そのため、図２３において、４光波混合波発生素子１０８には左方向からの第３光信号２０３、２０６のみが入力され、４光波混合によって、新たな第９光信号２５１、第１０光信号２５２が発生する。本実施形態では、４光波混合によって発生した第９光信号２５１、第１０光信号２５２のいずれか一方を上り光信号に割り当てるが、発生した第９光信号２５１、第１０光信号２５２は、いずれも反時計回りに進むため、このような断線が生じた状態では、親局装置１０には届かない。このように、断線等の障害時においては、親局装置１０は４光波混合によって発生した上り光信号を受信することができなくなるため、親局装置１０は、上り光信号として子局装置から送信された光信号１０５を受信することで、障害時においても一心双方向通信を可能としている。
【０１０７】
以上より、図２２に示すように、幹線側光伝送路１３に断線２２０が生じた場合においても、子局装置２０−１は、親局装置１０の送信した光信号４１２によって情報を取得することが可能である。また、親局装置１０は、子局装置２０−１の送信した光信号１０５によって情報を取得することが可能である。
【０１０８】
上記説明は、幹線側光伝送路１３に断線２２０が生じた為に光信号処理デバイス２０５に対して時計回りの第２光信号２０２が供給されない場合について説明したか、反時計回りの第３光信号２０３が断線により供給されない場合においても同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
図２４は、子局装置の受信した複製光信号のスペクトル及びアイパターンの一例であり、（ａ）は時計回りの変調光信号が断線により供給されない場合、（ｂ）は反時計回りの変調光信号が断線により供給されない場合を示す。図１２と同様の系を構築し、親局装置が変調光信号を送信し、子局装置の受信器が複製光信号を受信した。ここで、第３光信号２０３及び第５光信号２０６の波長は、例えば、それぞれ波長λ１＝１５４６ｎｍ及び波長λ２＝１５５０ｎｍである。そして、発生した第９光信号２５１と第１０光信号２５２の内、波長λ７＝１５５４ｎｍの第９光信号２５１を下り信号として割り当てている。
【０１１０】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、各光信号分岐装置１００−１〜１００−Ｎに対して時計回りの第２光信号２０２が断線により供給されない、もしくは反時計回りの第３光信号２０３が断線により供給されない場合においても、下り信号のスペクトル及びアイパターンを確認できる。各子局装置２０−１〜２０−Ｎは親局装置１０の送信した情報を取得することか可能である。上り信号についても同様に、時計回りの光信号２０２が断線により供給されない、もしくは反時計回りの第３光信号２０３が断線により供給されない場合においても、親局装置１０は、各子局装置２０−１〜２０−Ｎの送信した情報を取得することが可能である。
【０１１１】
上り方向においては、第１の実施形態と同様に、親局装置１０は４光波混合により発生した下り信号に割り当てられていない光信号と各子局装置２０−１〜２０−Ｎから送信される変調された角周波数ω２の上り信号（図７の符号４２０）の角周波数すなわち波長が異なることを利用する。例えば、図１５の第１波長合分波回路２１３、第２波長合分波回路２１４の透過特性を利用するならば、角周波数ω７を上り信号に割り当てているため、角周波数ω８が上り信号に割り当てられる。この場合、ＷＤＭフィルタ等の波長分波装置を導入することで、何れか一方の上り信号を受信すればよい。上記方法を採用している理由は、通常時においては、４光波混合により発生した上り信号を親局装置１０は受信すればよいが、障害時においては図２２及び図２３から明らかなように、４光波混合により発生した上り信号を親局装置１０は受信することができない。その為、第１の実施形態の図７に示すように、親局装置１０は子局装置２０−１からの上り光信号４２０を受信することで故障時においても一心双方向通信が可能となる。
【０１１２】
以上説明したように、本発明の第１の効果は、親局装置１０から送信された変調光信号と、接続された複数の子局装置２０−１〜２０−Ｎから送信するプローブ光信号とによって、相互作用を起こすことで、親局装置１０から送信された変調光信号の光強度を分岐せずとも各子局装置２０−１〜２０−Ｎの情報の取得を可能にし、１波長当りの総子局装置数を向上させる。さらに、上り信号の受信方式においても上記と同様の方法にて一心双方向化を達成し、経済的な伝送システムを提供する。
【０１１３】
第２の効果は、幹線側光伝送路１３に障害が発生した場合であっても、障害箇所より後段に接続されている子局装置に対して親局装置１０からの通信が途絶えることを防ぐ通信障害対策を提供することである。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
１心双方向光伝送システム及び通信障害対策が可能なパッシブ光ネットワークに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】第１の実施形態に係る光信号伝送システムの第１例を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光信号伝送システムの第１例に用いられる光信号分岐装置のピックアップ図である。
【図３】第１の実施形態に係る光信号伝送システムの第２例を示す概略構成図である。
【図４】第１の実施形態に係る光信号伝送システムの第２例に用いられる光信号分岐装置内における下り方向の一例を示すピックアップ図である。
【図５】４光波混合のスペクトル図である。
【図６】４光波混合を利用した下り方向の説明図である。
【図７】親局装置及び子局装置の送信する上り方向及び下り方向における変調光信号の波形の一例である。
【図８】４光波混合を利用した上り方向の説明図である。
【図９】第１の実施形態に係る光信号伝送システムの第２例に用いられる光信号分岐装置内における上り方向の一例を示すピックアップ図である。
【図１０】第２の実施形態に係る光信号伝送システムを示す概略構成図である。
【図１１】第３の実施形態に係る光信号伝送システムを示す概略構成図である。
【図１２】第３の実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置内における光信号処理デバイスの通過前の光信号の状態の一例を示すピックアップ図である。
【図１３】第３の実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置内における光信号処理デバイスの通過後の光信号の状態の一例を示すピックアップ図である。
【図１４】光信号処理デバイスに入出力される信号のスペクトル関係図であり、（ａ）はω１＞ω２の場合を示し、（ｂ）はω２＞ω１の場合を示す。
【図１５】第１波長合分波回路及び第２波長合分波回路の透過特性の一例である。
【図１６】子局装置の一例を示す構成図である。
【図１７】第３の実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置の第１例の偏光状態を示す説明図である。
【図１８】第３の実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置の第２例における光信号処理デバイスの通過前の光信号の状態の一例を示すピックアップ図である。
【図１９】偏光回転子の一例を示す概略構成図である。
【図２０】偏光回転子の機能の一例を示す説明図であり、（ａ）は偏光回転子２１７がλ／４板のみで構成される場合、（ｂ）は偏光回転子がファラデー回転素子のみで構成される場合を示す。
【図２１】子局装置の受信した複製光信号のアイパターンの一例であり、（ａ）は偏波制御なしの場合、（ｂ）は偏波制御ありの場合を示す。
【図２２】幹線側光伝送路上に断線が発生した場合の子局装置の動作の一例を示す説明図である。
【図２３】第３の実施形態に係る光信号伝送システムに用いられる光信号分岐装置の第２例における光信号処理デバイスの通過後の光信号の状態の一例を示すピックアップ図である。
【図２４】子局装置の受信した複製光信号のスペクトル及びアイパターンの一例であり、（ａ）は時計回りの変調光信号が断線により供給されない場合、（ｂ）は反時計回りの変調光信号が断線により供給されない場合を示す。
【図２５】バス型における１心双方向光伝送システムの一例を示す構成図である。
【図２６】複数の子局装置を１本の幹線側光伝送路及び各々の支線側光伝送路で接続するリング型の１心双方向光伝送システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０  親局装置
１１  親局送受信器
１２  支線側光伝送路
１３  幹線側光伝送路
１４  光カプラ
１６  光信号処理デバイス
２０  子局装置
２１  光信号発生器
１００  光信号分岐装置
４１２  光信号
１０５  光信号
１０６  光サーキュレータ
１０７、１０７ａ、１０７ｂ  支線側光伝送路
１０８  ４光波混合波発生素子
１０９  第一入力ポート
４１０、４１０ａ、４１０ｂ  第二入出力ポート
１１１  光サーキュレータ
１１２  第１波長合分波回路
１１３、１１４  複製光信号
１１５  第２波長合分波回路
１１６  第一出力ポート
１１７  受信器
１１８  ターミネータ
４１９  プローブ光信号
４２０  光信号
４２１、４２２  複製光信号
４２３  反射手段
１２４  支線側光伝送路
２０２  第２光信号
２０３  第３光信号
２０４  分配器
２０５  光信号処理デバイス
２０６  第５光信号
２０７  第６光信号
２０８  分配器
２４９  第７光信号
２５０  第８光信号
２５１  第９光信号
２５２  第１０光信号
２１３  第１波長合分波回路
２１４  第２波長合分波回路
２１５  偏波制御手段
２１６  送信器
２１７  偏光回転子
２１８  λ／４板
２１９  ファラデー回転素子
２２０  断線
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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