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技術 光線路切替方法及び装置

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 辻村健田中郁昭吉田耕一片山和典東裕司清水正利
出願日 2009年11月24日 (9年7ヶ月経過) 出願番号 2010-541299
公開日 2012年5月10日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 WO2010-064561
状態 特許登録済
技術分野 光通信システム 機械的光制御・光スイッチ
主要キーワード 装置雑音 可変レンジ 迂回線路 垂直可 位相周期 空間経路 調整レンジ 伝達ルート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年5月10日)のものです。
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図面 (20)

課題・解決手段

現用線路11と迂回線路12の上流側と下流側の端末同士光カプラ13,14で各々接続し、一方の光カプラ13に光オシロスコープ15を、他方の光カプラ14にチャープパルス光源16を接続した二重化線路を構成し、迂回線路12には、現用線路との光路長の違いによって生じる光伝送信号位相差補償するための光路長調整器17を具備するようにした。チャープパルス光源16から光周波数チャープするパルス光送出させ、当該パルス光が、第2の光カプラ14で分岐され、現用と迂回線路を各々通過した後、再び第1の光カプラ13で合波されて光オシロスコープ15で測定されるようにし、パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように、もしくは、干渉波形の周波数が0になるように光路長調整器17で光路長を調整する。

概要

背景

経済的な光通信システム構築するため、一台の所内伝送装置によって複数の所外伝送終端装置集約するPON(Passive Optical Network)システム考案されたことで(特許文献1参照)、通信設備コストが大幅に削減され、光化の動きが本格化している。また、高密度波長多重や高密度時分割多重などの伝送容量の拡大によって、映像光電話等のようなリアルタイム性を要求されるサービス付加価値の高いサービスも普及しつつある。

従来より、所外の光線路設備に対して、道路拡幅工事や橋の架け替え工事、あるいは他の設備工事電気や水道などの新設修理)によって、回線ルートの変更を余儀なく強いられるケースがしばしば発生している(以後、支障移転工事と称する)。このような状況において、上記のようなサービスを支える通信設備に支障移転工事が発生した場合、一度に多くのトラフィックを停止させる工事となることから、多くのユーザヘの影響は計り知れない。その影響を小さくするために工事時期を分けたり、トラフィック量の小さい時間帯、例えば、深夜から早朝切替工事を実施したりするなど、効率性欠ける設備運用がなされてきた。

このような状況の中、光線路の切替接続時間をできる限り短縮させ、通信復旧時間を短くするためのツールが商用化された(特許文献2参照)。しかしながら、本システムをもってしても光線路の一時的な切り離しや、現用線路迂回線路との光路長の違い(伝送信号位相差)によって、伝送データの欠落や伝送論理リンクミスマッチを回避することはできていない。また、光線路設備構築時に伝達ルート二重化し、伝送装置からこの2つのルートに対して現用信号を予め提供し、切替接続時間をほとんどゼロにした切替を実行しても、ルート長の違いによって、伝送論理リンクのミスマッチを避けられないという問題があった。

いずれにしても、このような媒体切替の技術的限界を考慮して、ユーザヘの影響(サービス劣化)を最小限に食い止めるように工事期間を分散させ、深夜作業をより一層長期化することは避けられない状況にある。

概要

本現用線路11と迂回線路12の上流側と下流側の端末同士光カプラ13,14で各々接続し、一方の光カプラ13に光オシロスコープ15を、他方の光カプラ14にチャープパルス光源16を接続した二重化線路を構成し、迂回線路12には、現用線路との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を補償するための光路長調整器17を具備するようにした。チャープパルス光源16から光周波数チャープするパルス光送出させ、当該パルス光が、第2の光カプラ14で分岐され、現用と迂回線路を各々通過した後、再び第1の光カプラ13で合波されて光オシロスコープ15で測定されるようにし、パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように、もしくは、干渉波形の周波数が0になるように光路長調整器17で光路長を調整する。

目的

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避してサービスを継続できるように、光路長の等しい二重化線路を作り上げることで光伝送信号の位相を一致させることのできる二重化線路の光線路切替方法及び装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

第1及び第2の光伝送装置間に第1の光伝送線路とは別に第2の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、前記第1の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの一方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第1の光カプラ手段と、前記第2の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの他方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第2の光カプラ手段と、前記第2の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、光周波数チャープするパルス光送出する試験光源と、前記第1の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第2の光伝送線路中に設けられ、当該線路伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備し、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第2の光カプラ手段で分岐させ、前記第1及び第2の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第1の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及びパルス波形の上部で生じる干渉波形を測定して、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整した後、前記第1及び第2の光伝送装置間の光伝送信号を前記第1の光伝送線路から前記第2の光伝送線路へ移し替える光通信切替システム。

請求項2

前記第1の光伝送線路と前記第2の光伝送線路の2つのうち少なくとも一方の光伝送線路中に配置され、前記第1光伝送装置と前記第2の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第1の光伝送線路及び前記第2の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーレベル差を発生させるレベル調整手段をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の光通信切替システム。

請求項3

前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする請求項1又は2記載の光通信切替システム。

請求項4

前記試験光源は、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器は、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備え、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする請求項1又は2記載の光通信切替システム。

請求項5

第1及び第2の光伝送装置間に第1の光伝送線路とは別に第2の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成し、前記第1の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの一方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第1の光カプラ手段と、前記第2の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの他方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第2の光カプラ手段と、前記第2の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、前記第1の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第2の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備する光通信切替システムに用いられ、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第2の光カプラ手段で分岐させ、前記第1及び第2の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第1の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及び当該パルス光の波形上部で生じる干渉波形を測定し、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整し、前記第1及び第2の光伝送装置間の光伝送信号を前記第1の光伝送線路から前記第2の光伝送線路へ移し替える二重化線路切替方法

請求項6

前記試験光源から送出されるパルス光が前記第2の光カプラ手段で分岐され、前記第1の光カプラ手段で合波されており、前記第1光伝送装置と前記第2の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第1の光伝送線路及び前記第2の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させることを特徴とする請求項5に記載の二重化線路切替方法。

請求項7

前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする請求項5又は6記載の二重化線路切替方法。

請求項8

前記試験光源が、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器が、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備えるとき、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする請求項5又は6記載の二重化線路切替方法。

請求項9

前記空間光通信器は、基準軸方向対向配置される一対のコーナーキューブと、 前記第2の光伝送線路中に挿入される光線路伝播する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、 前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、 前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替え切替手段と、 前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光通信切替システム。

請求項10

前記切替手段は、 前記コーナーキューブ間のオフセットを前記基準軸垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項11

前記切替手段は、 前記コーナーキューブ間に入射される光の入射位置を前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項12

前記副光線路は、 段階的に光路長の異なる複数の光導波路と、 前記複数の光導波路のいずれかに前記光を選択的に結合させる選択手段とを備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項13

前記光学系は、コリメータと、 前記光線路を伝播する光を前記コリメータに導出し、このコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する光サーキュレータとを備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項14

前記光学系は、 前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第1および第2のコリメータと、 前記光線路を伝播する光を前記第1のコリメータに導出し、前記第2のコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項15

前記光は、互いに波長の異なる第1および第2の光を含み、 前記光学系は、 前記光線路を伝播する第1および第2の光を波長分離する分離手段と、 第1のコリメータと、 前記波長分離された第1の光を前記第1のコリメータに導出し、この第1のコリメータに再帰した第1の光を前記光線路に導入する光サーキュレータと、 前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第2および第3のコリメータと、 前記波長分離された第2の光を前記第2のコリメータに導出し、前記第3のコリメータに再帰した第2の光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項9記載の光通信切替システム。

請求項16

前記空間光通信器は、前記第2の光伝送線路中に挿入された一対の光入出力ポート間の光線路を2系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送オンオフする一対の光減衰器と、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれn(nは2以上の自然数)系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位光線路長延長する一対の光スイッチ回路と、前記2系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段とを具備することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光通信切替システム。

請求項17

前記光カプラは、伝送光の波長に依存しない特性を有することを特徴とする請求項16記載の光通信切替システム。

請求項18

前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの出射光及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備えることを特徴とする請求項16記載の光通信切替システム。

請求項19

前記光路長調整手段は、前記2系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮されることを特徴とする請求項16記載の光通信切替システム。

請求項20

前記光スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にN個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して20,21,…,2N−1の比率光路差長を有する光ファイバが接続されることを特徴とする請求項16記載の光通信切替システム。

請求項21

基準軸方向に対向配置される一対のコーナーキューブと、光線路を伝播する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、 前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、 前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替える切替手段と、 前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差が規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする空間光通信器。

請求項22

前記切替手段は、 前記コーナーキューブ間のオフセットを前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項23

前記切替手段は、 前記コーナーキューブ間に入射される光の入射位置を前記基準軸に垂直方向に変化させる可動機構を備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項24

前記副光線路は、 段階的に光路長の異なる複数の光導波路と、 前記複数の光導波路のいずれかに前記光を選択的に結合させる選択手段とを備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項25

前記光学系は、コリメータと、 前記光線路を伝播する光を前記コリメータに導出し、このコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する光サーキュレータとを備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項26

前記光学系は、 前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第1および第2のコリメータと、 前記光線路を伝播する光を前記第1のコリメータに導出し、前記第2のコリメータに再帰した光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項27

前記光は、互いに波長の異なる第1および第2の光を含み、 前記光学系は、 前記光線路を伝播する第1および第2の光を波長分離する分離手段と、 第1のコリメータと、 前記波長分離された第1の光を前記第1のコリメータに導出し、この第1のコリメータに再帰した第1の光を前記光線路に導入する光サーキュレータと、 前記基準軸に対して互いに点対称に配置される第2および第3のコリメータと、 前記波長分離された第2の光を前記第2のコリメータに導出し、前記第3のコリメータに再帰した第2の光を前記光線路に導入する手段とを備えることを特徴とする請求項21記載の空間光通信器。

請求項28

一対の光入出力ポート間の光線路を2系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送をオン・オフする一対の光減衰器と、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれn(nは2以上の自然数)系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位で光線路長を延長する一対の光スイッチ回路と、前記2系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段とを具備することを特徴とする空間光通信器。

請求項29

前記光カプラは、伝送光の波長に依存しない特性を有することを特徴とする請求項28記載の空間光通信器。

請求項30

前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの光出射及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備えることを特徴とする請求項28記載の空間光通信器。

請求項31

前記光路長調整手段は、前記2系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮されることを特徴とする請求項28記載の空間光通信器。

請求項32

前記スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にN個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して20,21,…,2N−1の比率の光路差長を有する光ファイバが接続されることを特徴とする請求項28記載の空間光通信器。

技術分野

0001

本発明は、光通信線路として現用線路(第1の光通信線路)および迂回線路(第2の光通信線路)による二重化線路を備える光通信切替システム係り光伝送信号二重化によって生じる通信信号品質劣化を低減し、伝送論理リンクを継続させながら通信サービス途絶させることなく現用線路の信号を迂回線路に移し替える技術に関する。

背景技術

0002

経済的な光通信システム構築するため、一台の所内伝送装置によって複数の所外伝送終端装置集約するPON(Passive Optical Network)システム考案されたことで(特許文献1参照)、通信設備コストが大幅に削減され、光化の動きが本格化している。また、高密度波長多重や高密度時分割多重などの伝送容量の拡大によって、映像光電話等のようなリアルタイム性を要求されるサービス付加価値の高いサービスも普及しつつある。

0003

従来より、所外の光線路設備に対して、道路拡幅工事や橋の架け替え工事、あるいは他の設備工事電気や水道などの新設修理)によって、回線ルートの変更を余儀なく強いられるケースがしばしば発生している(以後、支障移転工事と称する)。このような状況において、上記のようなサービスを支える通信設備に支障移転工事が発生した場合、一度に多くのトラフィックを停止させる工事となることから、多くのユーザヘの影響は計り知れない。その影響を小さくするために工事時期を分けたり、トラフィック量の小さい時間帯、例えば、深夜から早朝切替工事を実施したりするなど、効率性欠ける設備運用がなされてきた。

0004

このような状況の中、光線路の切替接続時間をできる限り短縮させ、通信復旧時間を短くするためのツールが商用化された(特許文献2参照)。しかしながら、本システムをもってしても光線路の一時的な切り離しや、現用線路と迂回線路との光路長の違い(伝送信号位相差)によって、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避することはできていない。また、光線路設備構築時に伝達ルートを二重化し、伝送装置からこの2つのルートに対して現用信号を予め提供し、切替接続時間をほとんどゼロにした切替を実行しても、ルート長の違いによって、伝送論理リンクのミスマッチを避けられないという問題があった。

0005

いずれにしても、このような媒体切替の技術的限界を考慮して、ユーザヘの影響(サービス劣化)を最小限に食い止めるように工事期間を分散させ、深夜作業をより一層長期化することは避けられない状況にある。

先行技術

0006

特開平8−102710号公報「光伝送装置
特許第3573606号公報「光ファイバケーブル3点切替接続システム」

発明が解決しようとする課題

0007

以上、PONシステムの切り替えに代表されるように、所外の光線路設備に対して支障移転工事が発生すると、一度に多数のユーザのサービスを停止させなければならず、その影響は計り知れない。現実にはこの多数のユーザに対してサービス停止の期間(日時)を一致させて了解を得ることは不可能であり、トラフィック量の減少する時間帯、例えば、深夜から早朝に切替工事を実施することを強いられている。このように、サービスに直接影響すると同時に、計画性に欠けるという問題があった。なお、SS網(Single Star Network)システムのような単数のユーザであったとしても、サービス停止が事実上、困難な専用回線に使用されているケースが多いことから、その状況についてはPONシステムと変わりはない。

0008

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避してサービスを継続できるように、光路長の等しい二重化線路を作り上げることで光伝送信号の位相を一致させることのできる二重化線路の光線路切替方法及び装置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

0009

上記目的を達成するために本発明に係る二重化線路の光通信切替システムは以下のような態様の構成とする。
(1)第1及び第2の光伝送装置間に第1の光伝送線路とは別に第2の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、前記第1の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの一方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第1の光カプラ手段と、前記第2の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの他方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第2の光カプラ手段と、前記第2の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、光周波数チャープするパルス光送出する試験光源と、前記第1の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第2の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備し、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第2の光カプラ手段で分岐させ、前記第1及び第2の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第1の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及びパルス波形の上部で生じる干渉波形を測定して、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整した後、前記第1及び第2の光伝送装置間の光伝送信号を前記第1の光伝送線路から前記第2の光伝送線路へ光伝送信号を二重化しながら移し替えることを特徴とする。

0010

(2)(1)の構成において、前記第1の光伝送線路と前記第2の光伝送線路の2つのうち少なくとも一方の光伝送線路中に配置され、前記第1光伝送装置と前記第2の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第1の光伝送線路及び前記第2の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーレベル差を発生させるレベル調整手段をさらに具備することを特徴とする。

0011

(3)(1)の構成において、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする。
(4)(1)の構成において、前記試験光源は、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器は、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備え、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする。

0012

また、本発明に係る二重化線路切替方法は以下のような態様の構成とする。
(5)第1及び第2の光伝送装置間に第1の光伝送線路とは別に第2の光伝送線路を選択的に接続して二重化線路を形成する光通信切替システムであって、前記第1の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの一方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第1の光カプラ手段と、前記第2の光伝送装置の光信号入出力端が第1の光入出力端子に接続され、前記第1及び第2の光伝送線路それぞれの他方側が第2及び第3の光入出力端子に接続される第2の光カプラ手段と、前記第2の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、光周波数がチャープするパルス光を送出する試験光源と、前記第1の光カプラ手段の第4の光入出力端子に接続され、当該端子から出力される前記パルス光を測定する光測定器と、前記第2の光伝送線路中に設けられ、当該線路を伝送するパルス光の伝達時間を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器と、を具備する光通信切替システムに用いられ、前記試験光源から送出されるパルス光を前記第2の光カプラ手段で分岐させ、前記第1及び第2の光伝送線路を各々通過したパルス光を前記第1の光カプラ手段で合波させて前記光測定器に入力し、当該光測定器で各光伝送線路を通過するパルス光の到達時間及び当該パルス光の波形上部で生じる干渉波形を測定し、測定されたパルス光の到達時間を一致させながら前記干渉波形が適正となるように前記空間光通信器の光路長を調整し、前記第1及び第2の光伝送装置間の光伝送信号を前記第1の光伝送線路から前記第2の光伝送線路へ光伝送信号を二重化しながら移し替えることを特徴とする。

0013

(6)(5)の構成において、前記試験光源から送出されるパルス光が前記第2の光カプラ手段で分岐され、前記第1の光カプラ手段で合波されており、前記第1光伝送装置と前記第2の光伝送装置との間で伝送される光伝送信号が前記第1の光伝送線路及び前記第2の光伝送線路の双方を経由する場合に前記光伝送信号のパワーにレベル差を発生させることを特徴とする。

0014

(7)(5)の構成において、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整することを特徴とする。
(8)(5)の構成において、前記試験光源が、前記光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光を送出するものであって、前記光測定器が、前記パルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器を備えるとき、前記干渉波形の適正化は、前記干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られる特定の周波数成分を基準として、その成分が周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の光路長となるように前記空間光通信器を調整することを特徴とする。

0015

すなわち、本発明に係る(1)の二重化線路の光通信切替システム及び(5)の二重化線路切替方法では、第1の光伝送線路(現用線路)と第2の光伝送線路(迂回線路)との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を補償する方法として、各々の光伝送線路の上流側と下流側の端末同士を第1及び第2の光カプラ手段で各々接続し、第1の光カプラ手段の残りの光入出力端子に第1の光伝送装置と光測定器(光オシロスコープ)とを接続し、また、第2の光カプラ手段の残りの光入出力端子に第2の光伝送装置と試験光源とを接続した二重化線路を構成した。

0016

ここで、前記第2の光伝送線路には、当該線路と前記第1の光伝送線路との光路長の違いによって生じる光伝送信号の位相差を空間光路長の伸縮によって補償する空間光通信器を具備するようにした。

0017

そして、前記試験光源から、光周波数がチャープするパルス光を送出し、当該パルス光が、前記第2の光カプラ手段で分岐され、前記第1、第2の光伝送線路を各々通過した後、再び前記第1の光カプラ手段で合波されて前記光測定器で測定されるようにした。

0018

上記構成において、(3)のシステム及び(7)の方法では、当該パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように前記空間光通信器の光路長を調整するものとした。
また、(4)のシステム及び(8)の方法では、前記第1、第2の光伝送線路の光路長の違いによって生じるパルス光伝送信号の位相差を補償する方法として、前記試験光源から、その光周波数が時間的に線形もしくは線形に近い状態でチャープするパルス光(以降、チャープパルス光と称する。)を送出し、当該パルス光が、前記第2の光カプラ手段で分岐され、前記第1、第2の光伝送線路を各々通過した後、再び前記第1の光カプラ手段で合波されて前記光測定器で測定されるとき、当該パルス光の到達時間を一致させながら、そのパルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換し、その際に得られたある周波数成分を基準として、それが周波数ゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮し、再び基準とした前記周波数成分が測定されるまで当該光路長を延伸または短縮し続け、この延伸または短縮させた長さの半分の位置に前記空間光通信器を調整するものとした。

0019

(3),(7)によれば、同一試験光源から送出されたチャープパルス光が二重化線路の第2の光カプラで第1、第2の光伝送線路に分岐された後、第1の光カプラで再び合波されたとき、これらチャープパルス光の到達時間の差が光測定器で観測される。この到達時間差を第2の光伝送線路側に具備された空間光通信器における空間光路長を伸縮させて補償する(粗調整)。さらに、到達時間差を補償したチャープパルス光には、その波形上部に干渉波形が発生しており、この干渉波形の上限下限の大きさが最小となるように空間光通信器の光路長を微調整することで光路長をmmオーダまで一致させられる(微調整)。

0020

また、(4),(8)によれば、光測定器で前記第1、第2の光伝送線路の光路差を補償する中で、上記(3),(7)の粗調整を実行した後に、チャープパルス光の波形上部で生じる干渉波形を高速フーリエ変換し、このときに得られたある周波数成分を基準として、その周波数成分がゼロ側へ移るように前記空間光通信器の光路長を延伸あるいは短縮させ、再び基準とした前記周波数成分が測定された時点で前記延伸または短縮を停止し、その伸縮長または短縮長の半分の位置に前記空間光通信器を配置することで、光路長をmmオーダで一致させられる(微調整)。

0021

以上のことから、前記第1、第2の光伝送線路の光路長の違いによって生じる伝達時間の差を解消できるため、現用信号の論理リンク状態を継続させサービスを停止させることなく伝送信号の二重化と切替が可能となる。

0022

第1および第2の光伝送装置から送出された光伝送信号が二重化線路で第1の光伝送線路(現用線路)と第2の光伝送線路(迂回線路)に分岐された後、再び合波されたとき、二重化線路の各々を伝搬してきた光伝送信号にはわずかながら到達時間に差があるため、光伝送信号のもつ光周波数差ビート干渉雑音として発生する。

0023

このため、上記(2)や(6)のように、第1の光通信線路及び第2の光通信線路のいずれか一方に、光伝送信号のパワーを調整するレベル調整手段を具備してもよい。レベル調整手段を用いて第1の光伝送線路と第2の光伝送線路の各々を伝搬してくる光伝送信号のパワーにレベル差を設けることで、光伝送信号が合波されたときに生じる光ビート干渉雑音を低減させることができ、通信品質の劣化を抑制することができる。

0024

上記(1)から(8)において、前記空間光通信器は、基準軸方向対向配置される一対のコーナーキューブと、前記第2の光伝送線路中に挿入される光線路を伝搬する光を前記コーナーキューブ間に入射し、当該コーナーキューブ間で反射した光を前記光線路に再結合させる光学系と、前記コーナーキューブ間の間隔を前記基準軸方向に変化させて前記光の反射経路の長さを調整する調整手段と、前記コーナーキューブ間における前記光の反射回数を段階的に切り替える切替手段と、前記反射回数の切り替え時に、前記光線路との光路長差規定値以下の副光線路に前記光を退避させる退避手段とを具備することを特徴とする。

0025

前記第2の光伝送線路を伝搬する光伝送信号やチャープパルス光の信号光が一対のコーナーキューブ間の空間に入射される。この空間の間隔を調整手段により光路長を伸縮すればこれら信号光の伝達時間を調整することができるが、それのみでは広範囲にわたる調整レンジを得ることはできない。

0026

そこで、上記構成によれば切替手段により、コーナーキューブ間での信号光の反射回数が段階的に切り替えられる。これにより光路長を大幅に可変することが可能になる。切り替えに際しては退避手段により信号光が副光線路に退避させられる。

0027

副光線路は光線路とは並列に設けられるもので、光線路との光路長の差は、例えば±8cm以内というように通信方式におけるリンク継続のための規定値以下の値を持つ。従って通信サービスを途絶させることなく光路長を調整することが可能になる。

0028

また、上記(1)から(8)において、他の形態の前記空間光通信器は、前記第2の光伝送線路中に挿入された一対の光入出力ポート間の光線路を2系統の光線路に分岐結合する一対の光カプラと、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、対応する系統の光線路の光伝送オンオフする一対の光減衰器と、前記2系統の光線路中にそれぞれ設けられ、それぞれn(nは2以上の自然数)系統を選択的に切り替え接続する光スイッチを複数段直列に接続し、各光スイッチで一定長を単位に長さ調整された複数の光ファイバを選択的に接続することで、前記一定長単位光線路長延長する一対の光スイッチ回路と、前記2系統の光線路中の少なくともいずれ一方に設けられ、対応する系統の前記光線路の光路長を前記一定長以上に渡って連続的に可変する光路長調整手段とを具備することを特徴とする。

0029

ここで、前記光カプラは、伝送光波長に依存しない特性を有する態様とする。前記光路長調整手段は、前記光線路の一部から出射される光を反射して前記光線路に送り返すコーナーキューブと、このコーナーキューブを前記光線路からの出射光及び反射光軸に沿って移動させる可動機構とを備える態様とする。

0030

また、前記光路長調整手段は、前記2系統それぞれに設けられ、一方の系統の光路長の延伸に伴ってもう一系統の光路長が短縮される態様とする。前記スイッチ回路は、前記光スイッチが直列にN個接続され、それぞれの片方には一定長の光ファイバが、もう片方には前記一定長に対して20,21,…,2N−1の比率光路差長を有する光ファイバが接続される態様とする。

0031

上記構成によれば、光ファイバによる通過経路の光路長を連続的に変化させることができ、これによって光路長を任意に調整可能な空間光通信器を提供することができる。従って通信サービスを途絶させることなく光路長を調整することが可能になる。

発明の効果

0032

本発明は、伝送データの欠落や伝送論理リンクのミスマッチを回避してサービスを継続できるように、光路長の等しい二重化線路を作り上げることで光伝送信号の位相を一致させることのできる二重化線路の光線路切替方法及び装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0033

本発明が適用される二重化線路において、チャープパルス光が伝搬する様子を示すイメージ図である。
図1に示す二重化線路において、光カプラ13の合波パルス光における光干渉波形を示すイメージ図である。
図1に示す二重化線路の光路長が一致していく過程の中で、干渉波形の位相周期の変化をイメージした図である。(a)は光路差ΔLが大きいとき、(b)は光路差ΔLを小さくしていくとき、(c)は光路差ΔLが略一致したときの図である。
図1に示す二重化線路の光路長を一致させていく過程の中で、干渉波形のもつ周波数スペクトルの変化をイメージした図である。(a)は光路差ΔLが大きいとき、(b)は光路差ΔLを小さくしていくとき、(c)は光路差ΔLをさらに小さくし続け、二重化線路の光路差が逆転したときの図である。
本発明に係る光通信切替システムの第1の実施形態の構成を示すブロック図である。
上記第1の実施形態において、第一分岐線路現用)に対して迂回線路の光路長を合わせるための調整手順を示すフローチャートである。
上記第1の実施形態のチャープパルス光到達時間差測定による光路長合わせ実験例を示す波形図である。(a)は光路差が約99mのパルス波形、(b)は光路差が約38mのパルス波形、(c)は光路差が約18mのパルス波形、(d)は光路差がほぼ一致した合波パルス波形であり、Aは迂回側パルス波形、Bは現用側パルス波形である。
上記第1の実施形態の合波パルス光上部の光干渉測定による光路長合わせの実験例を示す波形図である。(a)は光路差が数十cmの干渉波形、(b)は光路差が十数cmの干渉波形、(c)は光路差が数cmの干渉波形、(d)は光路差が数mmの干渉波形である。
上記第1の実施形態において、光路長が一致したとき(干渉波形の上限下限差が最小)のチャープパルス幅とFSレールガイド目盛との関係を示す図である。
本発明に係る光通信切替システムの第2の実施形態による光路差合わせの調整手順を示すフローチャートである。
本発明で使用したチャープパルス光源によって得られた周波数スペクトルとFSOレールガイド目盛との関係を示す図である。
本発明に係る光通信切替システムの第3の実施形態の構成を示すブロック図である。
二重化線路を伝搬する光伝送信号のイメージ図である。
ビート干渉を伴う合波光伝送信号波形のイメージ図である。
合波光伝送信号波形のビート雑音活性状況(計算)を説明する図である。(a)は光伝送信号の振幅が同じ場合であり、(b)は光伝送信号の振幅が10:1の場合である。
下り光伝送信号に対する本発明対策前後の波形を説明する図である。
上り光伝送信号に対する本発明対策前後の波形を説明する図である。
二重化線路を伝搬する光伝送信号のレベル差を変えながらOLTとONU間のフレームロスを測定した結果である。
この発明に係る空間光通信器の実施の形態を示す図である。
コーナーキューブ間での反射回数と光路長との関係を示す図である。(a)は空間光路長Sが2L≦S≦4Lの場合、(b)は空間光路長Sが4L≦S≦8Lの場合、(c)は空間光路長Sが8L≦S≦16Lの場合である。
空間光学系光路図の一例を示す図である。
この発明に係る空間光通信器における空間光学系を示す図である。
この発明に係る空間光通信器における空間光学系を示す図である。
反射回数の切り替えの他の例を示す図である。(a)は空間光路長Sが2L≦S≦4Lの場合、(b)は空間光路長Sが4L≦S≦8Lの場合、(c)は空間光路長Sが8L≦S≦16Lの場合である。
本発明に係る空間光通信器の実施形態を示す図である。
本発明に係る空間光通信器の調整(延伸)方法を説明するための図である。(a)は、コーナーキューブ613A,613BをB系統側に移動させたときの図である。(b)は、光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてB系統のみに光を導通させたときの図である。(c)は、コーナーキューブ613A,613BをA系統側に移動させたときの図である。(d)は、、光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてA系統のみに光を導通させたときの図である。
本発明に係る空間光通信器において、片側系統のみが連続延伸機能を有する場合の光路長延伸方法を説明するための図である。(a)は、コーナーキューブ613A,613BをB系統側に移動させたときの図である。(b)は、光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてB系統のみに光を導通させたときの図である。(c)は、コーナーキューブ613A,613BをA系統側に移動させたときの図である。(d)は、光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてA系統のみに光を導通させたときの図である。

実施例

0034

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

0035

まず、本発明の基本とする「光干渉による光路差検出の原理」に係わる、二重化線路の光路差を検出する考え方について、図1及び図2を用いて説明する。
図1は、チャープパルス光が二重化線路を伝搬する様子を示すイメージ図である。同図において、11は現用線路、12は迂回線路であり、各線路の一方端は光カプラ13に接続され、他方端は光カプラ14に接続される。光カプラ13には光オシロスコープ15が接続され、光カプラ14にはチャープパルス光源16が接続される。迂回線路12には、光路長を増減するための光路長調整器(空間光通信器)17が介在される。ここで、光路長調整器17において、X1は周波数ω0に対応する光路長調整位置、X2は周波数ω1に対応する光路長調整位置、X3は光路長一致点を示している。

0036

図2は、光カプラ13の合波パルス光における光干渉波形を示すイメージ図である。同図において、21は現用側パルス光のパワー、22は迂回側パルス光のパワー、23は現用側パルス光の周波数チャープ曲線、24は迂回側パルス光の周波数チャープ曲線、25は光干渉波形、26は光周波数差(Δω)を示している。

0037

図1に示すように、チャープパルス光源16から送出されたチャープパルス光が、現用線路11と迂回線路12から構成されるマッハツェンダ型の二重化線路を通過するとき、その光路差ΔL(=Δt・c/n)のため異なる光周波数の光が合波され、光オシロスコープ15では差周波成分Δωの干渉波形(交流成分)として観測される。光カプラ14によって分岐され、現用線路11を伝搬するパルス光φ1と、迂回線路12を伝搬するパルス光φ2とを各々平面波近似すると、次式(1),(2)によって表される。

0038

φ1{L1,ω(L1)}
=A・exp[−i{k0・n・L1−ω(L1)・t+φ0}] …(1)
φ2{L2,ω(L2)}
=B・exp[−i{k0・n・L2−ω(L2)・t+φ0}] …(2)
L1とL2は現用線路11と迂回線路12の光路長、ω(L1)とω(L2)は光路長L1とL2における光周波数、AとBは振幅、k0は真空中の波数、nはコア屈折率、φ0は初期位相である。

0039

ここで、光オシロスコープ15で測定される電流値Iは、上記パルス光φ1とφ2を重ね合わせた干渉波の2乗に比例することから、電流値Iは次式(3)により与えられる。但し、光−電気変換効率を1とし、合波時の偏波結合効率も1と仮定する。
I=|φ1+φ2*|2 …(3)
ここで、*は複素共役を表す。
式(1),(2)を式(3)に代入すると、次式(4)が得られる。
I=|A|2+|B|2±2・|A|・|B|・cos(k0・n・ΔL−Δω・t)
…(4)
但し、ΔL=L1−L2、Δω=ω(L1)−ω(L2)である。

0040

ここで、図2からわかるように、光路差がない場合(ΔL=0)、合波される光の周波数もまた一致し、Δω=0となることから、式(4)の第3項のcosine部が“1”となり、電流値1から交流成分がなくなる。つまり、電流値Iが一定値となることを利用して二重化線路の光路差を検出することができる。

0041

次に、上記光路差の検出方法(1)について説明する。
図3は、二重化線路の光路長が一致していく過程の中で、干渉波形の位相周期の変化をイメージしたものである。同図において、31は合波パルス光、32〜34は干渉波形の上限下限幅、35〜37は合波パルス光があると仮定したときの干渉波形の軌跡、38〜40は干渉波形の振幅である。

0042

図3から明らかなように、光路差ΔLが大きいときは、合波パルス光31の周波数差Δωも大きくなり、結果として位相周期が短くなる(図3(a))。次に、光路差ΔLを小さくしていくと、合波パルス光31の周波数差Δωも小さくなり、その結果、位相周期が長くなる(図3(b))。さらに、光路差ΔLがなくなったときは、合波パルス光31の周波数差Δωもなくなり、結果として位相周期をもつ干渉波形は合成パルスの上部に生じない。

0043

ここに真の意味で、干渉させないためには、干渉に用いるチャープパルス光の波長が1〜2μm程度であることから、光路長調整器17において、少なくともこの波長より短い距離を制御する技術が要求される。しかしながら、このような高い距離精度をもつ光路長調整器を用意したとしても、現実問題として、チャープパルス光自身の光周波数の揺らぎ伝送媒体である光線路の温度変化に伴う伸縮などは避けられないため、完全な直流成分とはならず、位相周期の長い干渉波形の一部として観測されることになる(図3(c))。要するに、合波パルス光31のトップフロアに現れる干渉は、振幅が等しく(図3中の38〜40)、位相周期の異なる波形の一部である(図3の35〜37にその様子を示す)。

0044

この現実を踏まえて、本発明では、図3(c)に示すように、合波パルス光31のトップフロアに生じる干渉波形の位相周期をできる限り長くし(少なくとも半周期より長くし)、そのトップフロアを直線に近づけることで光路長合わせを実行させた。この直線に近づけることは、即ち、上限と下限の幅を最小にすることであり、結果として二重化線路の光路長を一致させていることに等しい。

0045

他の光路差検出方法(2)について説明する。
図4は、二重化線路の光路長を一致させていく過程の中で、干渉波形のもつ周波数スペクトルの変化をイメージしたものである。同図において、41は合波パルス光、42、42’、42”は干渉波形、43は直流成分、44は現用線路11と迂回線路12とを伝搬してきたチャープパルス光の到達時間を一致させた後の干渉波形の周波数(ω0)、44’は光路長合わせにより、干渉波形が周波数ゼロへ変化する様子(ω1)、44”は光路長合わせにより、干渉波形の周波数がゼロ側へ変化し、再び干渉波形の周波数がω0に回帰したときの様子である。図4に示すように、光路差ΔLが大きい場合、合波パルス光41の位相周期が短くなり、高周波側にある周波数ω0が観測される(図4(a))。次に、光路差ΔLを小さくしていくと、合波パルス光41の位相周期が長くなり、周波数スペクトルがω0からゼロの方向へ移動する(図4(b))。ω1は、周波数ゼロへ移る途中段階を表したものである。さらに、光路差ΔLを小さくし続けると、移動中の周波数ω1は直流成分43に吸収されてしまい、今度は回帰するような動きで最初のω0付近にその周波数スペクトルを観測することができる(図4(c))。

0046

ここで、周波数スペクトルの変化から光路長が一致したことを判定するためには、上記「光干渉による光路差検出の原理」で述べたように干渉波形から交流成分がなくなる位置、即ち、周波数がゼロになる直流成分の位置を検知しなければならない。しかしながら、式(4)に示すように、干渉波形の電流値Iには、|A|2や|B|2という別の直流成分が含まれており、干渉波形の位相周期が長くなることによって得られる周波数ゼロ(直流成分)との区別がつけられない。そこで以下に述べる手法により、前述の周波数ゼロ(直流成分)の点、即ち、現用線路11と迂回線路12の光路長が一致する点を間接的に求めることができる。

0047

光路差ΔLには、現用線路11に対して迂回線路12が長い場合(+ΔL)と短い場合(−ΔL)の2つの状態が存在する。この2つの状態に対して、光周波数が線形にチャープするパルス光同士を合波させると、同じ位相周期の干渉波形を得ることができる。つまり、±ΔLの位置で同じ周波数スペクトルを観測することができる。これは、チャープする光周波数が線形であるため、この時のチャープ量(傾き)をΩ(定数)とすると、現用線路11と迂回線路12の光路長によって生じる周波数差Δω(L)は光路差ΔLに比例するからである。即ち、次式(5)で与えられる。

0048

Δω(L)=Ω・|ΔL| (Constant) …(5)
ここで、|ΔL|は現用線路11に対する迂回線路12の上記2つの状態における光路長差を表しており、干渉波形の周波数は同じΩ・|ΔL|として観測される。
以上のことから、現用線路11と迂回線路12の光路長が一致する点は、上記2つの状態(±ΔL)の中間点にあることが分かる。

0049

つまり、まず基準とする周波数ω0を決め、それに対応する光路長調整位置X1を測定する。そして周波数ゼロの方へ光路長調整器17を調節し、再び基準とした周波数成分ω0にそのスペクトルが検出されるまで光路長調整器17を移動して、それに対応する光路長調整器17の位置X2を測定する。これら2つのω0は周波数ゼロの位置X3から等距離にあることから、位置X3は式(6)により与えられる。

0050

X3=(X1+X2)/2 …(6)
本方法は、上記「光路差検出方法(1)」の中で説明した干渉波形トップフロアの上限と下限の幅を最小にする方法と比較して、光路差を解消する方向が周波数スペクトルの変化から直ちに明らかになる。また、干渉波形42、42’、42”の振幅の大小にほとんど影響されずに特定できるというメリットがある。

0051

以下、上記方法に基づく本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図5は本発明における光通信切替システムの第1の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、111は所内伝送装置、112は試験光遮断フィルタ、113は第一分岐部、114、114’は迂回線路接続用光カプラ、115は第一分岐線路(現用)、116は第二分岐部、117は第二分岐線路、118は試験光遮断フィルタ、119−1、…、119−7は所外終端装置、120は測定用ポート、121は迂回線路接続用ポート、122は光伝送信号遮断フィルタ、123は光オシロスコープ、124は光伝送信号/試験光合分波器、125はWDM光カプラ、126は光スイッチ、127は試験光経路、128は光伝送信号経路、129は光路長調整用ファイバ、130はWIC光カプラ、131は空間光通信器、132は送受信端、133は反射器、134は迂回線路、135は光アイソレータ、136は光路差検出に用いるチャープ光源(試験光源)、137は試験光であるチャープパルス光、138は第一分岐線路115を経由する現用側チャープパルス光、139は迂回線路134を経由する迂回側チャープパルス光、140はそれらチャープパルス光の合波パルス光である。

0052

1本の光ファイバを第一分岐部113で複数の第一分岐線路(現用)115に分け(例えば4分岐)、それらの各々を第二分岐部116で、更に複数の第二分岐線路117に分けることにより(例えば8分岐)、1台の所内伝送装置111が複数(32台)の所外終端装置119−1〜119−7を制御するPONシステムを構成している。

0053

このシステムにおいて、第一分岐線路(現用)115に工事等が発生した場合、この第一分岐線路(現用)115の両端に予め設置された迂回線路接続用光カプラ114と114’を介して迂回線路134を接続して別の通信ルートに変更する。
ここで、迂回線路134の中には、当該線路134の接続直後に迂回線路接続用光カプラ114と114’を通過した光伝送信号が、信号の位相差をもったまま第一分岐線路(現用)115からの光伝送信号と二重化しないように光伝送信号/試験光合分波器124内に光スイッチ126が設けられている。また、この光伝送信号/試験光合分波器124には、光伝送信号経路128とは別に、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134の光路差を検出するために、試験用の迂回側チャープパルス光139を常時、通過させるための試験光経路127がWDM光カプラ125とWIC光カプラ130によって構成されている。尚、光路長調整用ファイバ129は、光伝送信号/試験光合分波器124内の光伝送信号経路128と試験光経路127の光路長を等しくするためのものである。

0054

チャープパルス光源136を、例えば第二分岐線路117の空き心線に設置し、そこからチャープパルス光137を送出する。チャープ光源としては、線幅が比較的狭いDFB−LDが望ましく、直接強度変調するような光パルス試験器等を用いるとよい。
送出されたチャープパルス光137は迂回線路接続用光カプラ114’により、現用側チャープパルス光138と迂回側チャープパルス光139とに分岐され、迂回線路接続用光カプラ114によって再び合波されて、測定用ポート120から光伝送信号遮断フィルタ122を通った後、光オススコープ123で合波パルス光140として測定される。

0055

空間通信器131は、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134との光路差を補償するための空間長可変装置であり、コリメート機能をもつ固定された送受信部132と移動可能な反射器133とからなり、この反射器133を移動させることにより空間光路長を伸縮させる。

0056

なお、試験光遮断フィルタ112と118は、サービス中においても光路差検出測定が可能なように試験波長のチャープパルス光137をカットするものである。また、光伝送信号遮断フィルタ122と光アイソレータ135は、逆に光路差検出時において光オシロスコープ123等に入り込んでくる光伝送信号をカットするものである。

0057

続いて、図6に示すフローチャートを参照して、上記第一分岐線路(現用)115に対して迂回線路134の光路長を合わせるための調整手順を説明する。
まず、チャープパルス光源136からチャープパルス光137を送出する(ステップS1)。このとき、迂回線路134を経由して伝搬される光伝送信号が第一分岐線路(現用)115の光伝送信号と畳重しないように光スイッチ126をオフにして光伝送信号を遮断しておく。

0058

次に、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ114によって再び合流した合波パルス光140を光オシロスコープ123でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光138と迂回側チャープパルス光139の到達時間を測定する(ステップS2)。そして、到達時間に差がある場合、空間光通信器131の反射器133で到達時間が一致するように補正する(ステップS3,S4)。このときの光路長合わせの精度としては、主に光オシロスコープ123のサンプリング分解能が支配要因となるが、光オシロスコープ123のもつ装置雑音、あるいはチャープパルス光波形の劣化具合光パワーの安定性なども大きく起因しており、数メートルから数十センチメートルが一般的に限界である。

0059

続いて、更なる光路長合わせのために、合波パルス光140の上部に発生している干渉波形の位相周期を監視する(ステップS5)。反射器133を干渉波形の位相周期が長くなる方向へ移動させ、このときの上限下限差を測定する(ステップS6)。測定された上限下限の差が最小になるように反射器133を調節する(ステップS7,S8)。このときの光路長合わせの精度としては、反射器133の調整精度を含めてミリメートルオーダである。

0060

以上、上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134がmmオーダで一致したことで、光スイッチ126を開放して光伝送信号を二重化する(ステップS9)。
図7及び図8に上記光路差合わせの手順を実施した場合の検証結果を示す。

0061

図7は、チャープパルス光到達時間差測定による光路長合わせの実験例である。Aは迂回側チャープパルス波形、Bは現用側チャープパルス波形である。同図において、(a)は、ステップS2の「第一分岐線路(現用)115と迂回線路134の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ114によって再び合流した合波パルス光140を光オシロスコープ123でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光138と迂回側チャープパルス光139の到達時間を測定した結果である。その光路差は約99メートルである。

0062

次に、(b)〜(d)では、空間光通信器131の反射器133で到達時間が一致するように補正する様子を示している。(b)は光路差が38m、(c)は18m、(d)は、数メートルまで光路差を解消しているが、これ以上の距離精度を求めることはできない。

0063

そこで、図7(d)の合波パルス光140の上部に生じた干渉波形に着目して、まず、その位相周期を監視する(ステップS5)。反射器133を干渉波形の位相周期が長くなる方向へ移動させ、このときの上限下限差を測定する(ステップS6)。測定された上限下限の差が最小になるように反射器133を調節する(ステップS7,S8)。このようにステップS5〜S8に従って光路差合せを実施した結果が図8である。同図において、(a)は光路差が数十cmの干渉波形、(b)は光路差が十数cmの干渉波形、(c)は光路差が数cmの干渉波形、(d)は光路差が数mmの干渉波形である。光路差が解消するに応じて干渉波形の位相周期が長くなり、最終的に干渉波形はなくなる様子が確認できた。

0064

図9は、光路長が一致したとき(干渉波形の上限下限差が最小)のチャープパルス幅とFSOレールガイド目盛との関係である。同図において、151はパルス幅20nsの時、152はパルス幅50nsの時、153はパルス幅100nsの時、154はパルス幅200nsの時、155はパルス幅500nsの時のFSOレールガイド目盛の位置を測定したもので、各パルス幅において各々4回測定し、その最大と最小、および平均を表している。この図より、パルス幅20ns(151)を除く他のもの(152〜155)は、FSOレールガイド目盛の974〜975mmの範囲、即ち、1mm以内の距離精度に収まっていることを確認できる。ここで、パルス幅20ns(151)の距離精度が他のパルス幅のそれより大きくなっている理由としては、パルス形状が三角波形に近くトップフロアの部分が狭いことから、上限下限差の最小値を求める際に測定誤差が大きくなるためである。

0065

(第2の実施形態)
本実施形態では、光路差合わせの手順において、合波パルス光140上部における干渉波形の位相周期をフーリエ変換して周波数スペクトルとして光路差を検出する点以外は第1の実施形態と同じ構成であるので、ここでは図5に示す構成図を参照ながら、図10を用いて、第2の実施形態による光路差合わせの調整手順について説明する。

0066

まず、チャープパルス光源136からチャープパルス光137を送出する(ステップS11)。このとき、迂回線路134を経由して伝搬される光伝送信号が第一分岐線路(現用)115の光伝送信号と畳重しないように光スイッチ126をオフにして光伝送信号を遮断しておく。

0067

次に、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134の各々を伝搬し、迂回線路接続用光カプラ114によって再び合流した合波パルス光140を光オシロスコープ123でモニタし、そのときの現用側チャープパルス光138と迂回側チャープパルス光139の到達時間を測定する(ステップS12)。そして、到達時間に差がある場合、空間光通信器131の反射器133で到達時間が一致するように補正する(ステップS13,S14)。このときの光路長合わせの精度としては、主に光オシロスコープ123のサンプリング分解能が支配要因となるが、光オシロスコープ123のもつ装置雑音、あるいはパルス光波形の劣化具合や光パワーの安定性なども大きく起因しており、数メートル〜数十センチメートルが一般的に限界である。

0068

続いて、更なる光路長合わせのために、合波パルス光140の上部に発生している干渉波形の周波数スペクトルω0とそれに対応する反射器133の位置X1を測定する(ステップS15)。干渉波形の周波数スペクトルω0がゼロになる方向へ反射器133を移動させる。このとき、周波数スペクトルω0がゼロでない方向へ移動した場合、反射器133を逆に移動させる(ステップS17,S18)。周波数スペクトルω0がゼロへ移動した場合、更に反射器133を移動し続け、再び干渉波形の周波数スペクトルがω0になる位置まで動かし続ける(ステップS19)。この周波数スペクトルω0に対応する反射器133の位置X2を測定する(ステップS20)。そして、位置(X1+X2)/2を算出し、反射器133を当該位置にセットする(ステップS21)。

0069

以上、上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134が一致したことで、光スイッチ126を開放して光伝送信号を二重化する(ステップS22)。このときの光路長合わせの精度としては、反射器133の調整精度を含めてmmオーダである。

0070

図8図10図11および図2を用いて上記「光路差合わせの手順」を検証する。
本実施形態では、光路差合わせの手順において、合波パルス光140の上部における干渉波形の位相周期の変化を周波数変化として光路差を検出する点以外は第1の実施形態と同じである。

0071

図11は、本発明で使用したチャープパルス光源によって得られた周波数スペクトルとFSOレールガイド目盛との関係である。同図において、163はパルス幅50nsを用いたときの図10のステップS15における周波数とレールガイド目盛との関係、162は同パルス幅での図10のステップS19における周波数とレールガイド目盛との関係、163は同パルス幅での図10のステップS21における周波数とレールガイド目盛との関係である。

0072

最初、ステップS15において合波パルス光140の上部に発生している干渉波形の周波数スペクトルω0は−250MHzで、そのときの反射器133の位置X1は913mmであった。
次に、ステップS17,S18で、干渉波形の周波数スペクトル−250MHzがゼロになる方向へ反射器133を移動させた。反射器133を更に移動し続け、再び干渉波形の周波数スペクトルが250MHzになる位置X2まで動かし続けた(ステップS19)。このときの反射器133の位置X2が1035mmであった(ステップS20)。

0073

最後に、位置(X1+X2)/2を算出し(=974mm)、反射器133を974mmの位置にセットした(ステップS21)。
上記光路長合わせの手順により、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134が一致したことで、光スイッチ126を開放して光伝送信号を二重化する(ステップS12)。本実施形態のシステムで得られた光路差合わせの反射器のレールガイド目盛の位置と第1の実施形態で得られた位置とは、mmオーダの精度で一致している。

0074

(第3の実施形態)
図12は、本発明における光通信切替システムの第3の実施形態の構成を示すブロック図である。本光通信切替システムは、図5の光通信切替システムの光伝送信号/試験光合分波器124の代替として光伝送信号/試験光合分波器224を具備する。

0075

光伝送信号/試験光合分波器224は、WDM光カプラ125、WIC光カプラ130、光アッテネータ176、光アッテネータ176’、光アッテネータ176”、試験光アンプ181、上り光伝送信号光アンプ182、及び下り光伝送信号光アンプ183を有する。ここで、光アッテネータ176’、光アッテネータ176”、上り光伝送信号光アンプ182、及び下り光伝送信号光アンプ183が前述のレベル調整手段に相当する。

0076

まず、図13および図14を用いて、二重化線路切替システムにおけるビート干渉雑音低減の考え方を説明する。図13は、二重化線路を伝搬する光伝送信号のイメージ図である。同図において、49は所内伝送装置、50と50’は光カプラ、51は第1の光伝送線路(現用線路)、52は光レベル調整器、53は第2の光伝送線路(迂回線路)、54は所外終端装置である。

0077

図13に示すように所内伝送装置49から送出され光伝送信号が、現用線路51と迂回線路53から構成されるマッハ・ツェンダ型の二重化線路を通過するとき、その光路差ΔL(=Δt・c/n)によって、異なる光周波数部分の光伝送信号同士が合波され、所外終端装置54では差周波数成分Δωのビート干渉雑音を伴いながら受信されることになる。ここで、Δtは時間差、cは光速、nは現用線路51及び迂回線路53のコアの屈折率である。

0078

図14はその時の様子、即ち、二重化線路を伝搬してきた各光伝送信号ビットパルス(1ビット)のパワーと光周波数、およびビート干渉波形をイメージしたものである。同図において、58は現用側光伝送信号のビットパルス、59は迂回側光伝送信号のビットパルス、60は現用側光伝送信号の周波数チャープ曲線、61は迂回側光伝送信号の周波数チャープ曲線、62はビート干渉波形、63は光周波数差(Δω)である。

0079

いま、光カプラ50によって分岐され、現用線路51を伝搬する光伝送信号φ1と、迂回線路53を伝搬する光伝送信号φ2とを各々平面波で近似すると、式(7)と式(8)によって表される。
φ1{L1,ω(L1)}
=A・exp[−i{k0・n・L1−ω(L1)・t+φ0}] ・・・(7)
φ2{L2,ω(L2)}
=B・exp[−i{k0・n・L2−ω(L2)・t+φ0}] ・・・(8)
ここで、L1とL2は現用線路51と迂回線路53の光路長、ω(L1)とω(L2)は光路長L1とL2における光周波数、AとBは振幅、k0は真空中の波数、nはコアの屈折率、φ0は初期位相である。

0080

所外終端装置54で測定される電流値Iは、上記光伝送信号φ1とφ2を重ね合わせた干渉波の2乗に比例することから、電流値Iは式(9)により与えられる。但し、光−電気の変換効率を1とし、合波時の偏波結合効率もビート干渉が最も大きくなることを想定して1と仮定する。
I=|φ1+φ2*|2 ・・・(9)
ここで、*は複素共役を表す。式(7)と式(8)を式(9)に代入すると、次の式(10)が得られる。
I=|A|2+|B|2+2・|A|・|B|・cos(k0・n・ΔL−Δω・t)
・・・(10)
但し、ΔL=L1−L2、Δω=ω(L1)−ω(L2)である。

0081

ここで、図14からわかるように光路差がない場合(ΔL=0)、合波される光伝送信号の周波数もまた一致し、光周波数差63Δω=0となることから、式(10)の第3項のコサイン部が“1”となり、電流値Iから交流成分がなくなる。つまり、電流値Iが一定値となることが期待される。しかしながら、光伝送線路の長さが周囲の温度環境によって伸縮することや、たとえ光路差が完全に一致(ΔL=0)したとしても光伝送信号源の周波数に揺らぎがあることを考えれば、式(10)から交流成分(ビート干渉項)がなくなることは、現実的にはあり得ない。

0082

従って、本発明では光路差ΔLなどの理由でビート干渉が発生することを前提に、その干渉雑音の低減対策を施している。即ち、式(10)から明らかなように、ビート干渉を表している第3項(コサイン部)の振幅を小さくすることによって、その干渉雑音を抑制できることがわかる。つまり、二重化線路を伝搬する光伝送信号の強度にレベル差を設けることによって、干渉強度を低減することが可能になる。

0083

図15は、図13における現用線路51と迂回線路53とを伝搬する光伝送信号φ1とφ2の振幅が、同じ場合(a)(|A|=|B|)と、10:1の場合(b)(|A|=|B|/10)のビート干渉雑音の発生状況模擬したものである。但し、2つの光伝送信号の光周波数差Δωは20MHzと仮定した。例えば、GE−PON(1Gbps)の場合、ビット幅が4nsのパルス列の信号となることから、振幅が同じ場合(a)、1ビット幅内の光レベルが急峻に変化し、最悪の場合、光伝送信号のビットパルスが消失する恐れがあることが分かる。一方、振幅比が10:1の場合(b)、レベル変化が生じているものの、その変化は緩やかであり、光伝送信号のビットパルスが消失することもない。
以上、二重化された光伝送信号にレベル差を設けることによって、ビート干渉に伴う振幅を低減できる。

0084

図12の光通信切替システムを詳細に説明する。光伝送信号/試験光合分波器224は、WDM光カプラ125とWIC光カプラ130との間に上り光伝送信号経路177、下り光伝送信号経路178及び試験光径路179の3つの経路をもつ。上り光伝送信号経路177は、上り光伝送信号の進む方向に向って上り光伝送信号光アンプ182及び光アッテネータ176’が配置され、下り光伝送信号経路178は、下り光伝送信号の進む方向に向って下り光伝送信号光アンプ183及び光アッテネータ176”が配置される。また、試験光径路179は、試験光の進む方向に向って試験光アンプ181及び光アッテネータ176が配置される。光伝送信号/試験光合分波器224は、これらの構成により上り光伝送信号、下り光伝送信号及び試験光の光パワーを調整することができる。

0085

いま、空間光通信器131で第一分岐線路(現用)115と迂回線路134の光路長を一致させ、その状態で、上下光伝送信号の光パワーを各種光アンプ(182、183)と各光アテネータ(176’、176”)で制御し、ビート干渉光強度を低減の効果を検証した。

0086

まず、第一分岐線路(現用)115と迂回線路134を伝搬する上下光伝送信号の光レベルを同じ程度にした場合と、差を設けた場合の光伝送信号のアイダイヤグラムを測定した。その結果を図16および図17に示す。図16において、200は下り光伝送信号源(DFB−LD)からの光伝送信号波形、201は光伝送信号にレベル差がほとんどない場合の合波波形、202は光伝送信号に7:1程度のレベル差を設けたとき合波波形である。また、図17において、203は上り光伝送信号源(FP−LD)からの光伝送信号波形、204は光伝送信号にレベル差がほとんどない場合の合波波形、205は光伝送信号に7:1程度のレベル差を設けたとき合波波形である。図16及び図17から明らかなように、両者とも光伝送信号にレベル差を設けた方が、二重化に伴うビート干渉が低減され、光伝送信号源出力時のアイダイヤの形状を維持することができる。但し、上下光伝送信号に用いられている光源の種類が、下り光伝送信号の光源がDFB−LDであり、上り光伝送信号がFP−LDであることから、前者は二光束干渉に近く、後者は多光束干渉の傾向を示している。

0087

次に、二重化線路を伝搬する光伝送信号のレベル差を変えながらOLTとONU間のフレームロスを測定した。その結果を図18に示す。同図において、黒丸印は下り光伝送信号のフレームロス、三角印は上り光伝送信号のフレームロスを表している。両者ともに約6dBより大きなレベル差を設けることでフレームロスが略となり、通信品質の劣化を抑制できている。

0088

以上のように、第1〜3の実施形態によれば、光線路切替時に生じる現用線路と迂回線路との光路差によって生じる伝送時間を補正し、且つ光伝送信号の二重化時に生じる干渉雑音を低減することができることから、現用信号の伝送論理リンク状態を保持し、通信を継続しながら現用線路から迂回線路へ現用信号を移し替えることができる。これによって、多数のユーザに対してサービス停止の期間(時間帯)を意識することなく、また、計画的な支障移転工事が可能となり、1光通信システムにおけるサービスの向上と工事コストの削減が期待できる。

0089

(空間光通信器の実施形態1)
続いて、図5及び図12で説明した空間光通信器131について説明する。以下の説明において、「通信光」とは、図5図12で説明した光伝送信号とチャープパルス光を含む光である。図19は、第1の実施形態における空間通信器を示す図である。この装置は、例えば現用路(図示せず)に接続される迂回路Dの途中に設けられる。図19において、迂回回線Dは波長無依存性カプラ(WICカプラ)501,502を介して光ファイバ503と光ファイバ504とに二重化される。光ファイバ504は、光ファイバ503とは並列に設けられる副光線路である。光ファイバ503,504にはそれぞれの光パワーを調整可能な光減衰器A3,A4が設けられる。

0090

光ファイバ503を伝搬する通信光は光サーキュレータ505を介してコリメータ506に導入される。コリメータ506で光軸調整された通信光は反射鏡507を介してコーナーキューブCCM2に照射される。コーナーキューブCCM2は水平可動機構550により光軸方向に稼動され、光軸方向に対向するコーナーキューブCCM1との間隔を調整される。

0091

一般にコーナーキューブは入射光を全く同一の方向に反射する性質を持つ。つまりコーナーキューブへの入射光は、入射したのと真逆の向きに反射される。従って図19において、平行を成す入反射光中間線はコーナーキューブCCM1,CCM2の頂点を通過する。

0092

すなわち、反射鏡507で向きを変えられた通信光はコーナーキューブCCM1,CCM2間で幾度かにわたる反射を繰り返したのち反射鏡507に戻り、次いでコリメータ506から光サーキュレータ505を介して光ファイバ503に再結合する。再結合した通信光はWICカプラ502を介して迂回路Dに戻る。このように、コリメータ506および光サーキュレータ505を備える光学系は方向性を有する入出力ポートを形成する。

0093

一方、光ファイバ504の経路途中には、複数の遅延ファイバ581〜584を選択可能なファイバセレクタ508が設けられる。つまりファイバセレクタ508は、光ファイバ504を伝搬する通信光を遅延ファイバ581〜584のいずれかに選択的に結合させる。遅延ファイバ581〜584の光路長は互いに段階的に異なる。

0094

ところで、図19において、コーナーキューブCCM1は垂直可動機構560により光軸方向と垂直の方向に稼動するようになっている。これにより、通信光の反射回数を段階的に加減することが可能になる。具体的には、コーナーキューブCCM1,CCM2の互いの頂点の光軸に対する位置ずれオフセット)と反射回数との間には一定の関係がある。

0095

例えば、コリメータ507からの通信光を、コーナーキューブCCM2の頂点からオフセットの3倍だけ離れた位置に光軸に沿って入射させたとする。容易に確認できるようにこの条件下では、コーナーキューブの性質から通信光はコリメータ507に再結合する。このとき通信光はコーナーキューブCCM2を2回反射した後にコーナーキューブCCM1の頂点に達し、そこで反射されたのち同じルートを逆にたどることになる。従ってコーナーキューブCCM2を光軸に沿って1cm移動させると、幾何学的な条件から光路長は8cm変化することになる。さらにこの実施形態のように、コーナーキューブCCM1を光軸と垂直方向に移動させることで通信光の反射回数が変化する。反射回数が変わればコーナーキューブCCM2の単位長さ移動量に対する光路長変化量を切り替えることができる。

0096

図20は、コーナーキューブ間での反射回数と光路長との関係を示す図である。水平可動機構550による右側のコーナーキューブCCM2の可動範囲(水平可動範囲)をL/2とする。すなわちコーナーキューブCCM1,CCM2の頂点の間隔はL/2からLまでの範囲で変化するとする。さらにコリメータ506の出射光軸は、コーナーキューブCCM2の頂点を通過する基準水平軸からAだけ離間する位置(例えば図中下側)に固定されているものとする。図20および図21の光路図に示すように、この実施形態では光サーキュレータ505を設けることにより通信光は1つのコリメータ506を介して出射/再入射される。

0097

図20(a)に示すようにコーナーキューブオフセットVがAのとき(V=A)、通信光はコーナーキューブCCM1に一度だけ反射されてコリメータ506に戻る。よってコーナーキューブCCM2がL/2だけ移動するときの空間光路長Sの調整範囲は、2L≦S≦4Lとなる。同様に、図20(b)に示すようにV=A/3であれば4L≦S≦8Lとなる。図20(c)に示すようにV=A/7であれば8L≦S≦16Lとなる。これらをあわせれば、反射回数を切り替えることで空間光路長Sを、2Lから16Lまでにわたる14Lもの範囲で可変することが可能になる。

0098

しかしながら各反射回数において右側のコーナーキューブCCM2を原点回帰させる際、通信光を光ファイバ504(図19)側に退避させる必要がある。またそのとき、光ファイバ503,504の光路長差が規定値(例えば8cm)を超えると通信サービスが途絶することになる。

0099

そこでこの実施形態では、ファイバセレクタ508に、この光路差長を解消可能な長さの遅延ファイバを接続するようにする。具体的には、コーナーキューブ間の空間光路長Sが例えば図20(a)における最大長S=4Lの状態で、遅延ファイバ581の光路長をこれと一致させるようにする。

0100

S=4Lの状態になれば、ファイバセレクタ508で遅延ファイバ581を選択し、光減衰器A3,A4を操作して通信光を一時的に光ファイバ503と504に二重化した後、光ファイバ503側の通信光を遮断して光ファイバ504側のみに通信光を流す。つまり通信光を光ファイバ504側に迂回させる。そうして図20(a)の状態[V=A,P=L/2,S=4L]から図20(b)の状態[V=A/3,P=0,S=4L]に切り替えれば、その後、光ファイバ503側に通信光を戻しても光路長は変化しない。

0101

同様に、コーナーキューブ間の空間光路長Sが図20(b)における最大長S=8Lの状態で、遅延ファイバ582の光路長をこれと一致させるようにする。遅延ファイバ582に通信光を流しておけば、図20(b)の状態[V=A/3,P=L/2,S=8L]から図20(c)の状態[V=A/7,P=0,S=8L]への切替を、WICカプラ1,2間の光路長を変化させることなく実施することができる。

0102

従って、ファイバセレクタ508に上記のような光路長を持つ遅延ファイバ581,582を用意しておけば、WICカプラ501,502間の光路長を16L−2L=14Lの範囲で連続的に変化させることが可能になる。換言すれば、有限の可動範囲しかもたないコーナーキューブ可動機構を有効に使用することができる。

0103

以上述べたように第1の実施形態によれば、対向配置した一対のコーナーキューブCCM1,CCM2間で通信光を反射させ、その間隔を可変して光路長を調整する空間光通信器において、一方のコーナーキューブCCM1を光軸と垂直方向に稼動させる垂直可動機構560を設け、コーナーキューブCCM1,CCM2のオフセットを可変することで反射回数を切り替えるようにした。これにより水平可動機構550の可動範囲が限られたものであっても、それを超える光路長可変レンジを達成することが可能になる。さらにこの実施形態では、切り替えの際に通信光を退避させる光ファイバ504にファイバセレクタを設け、退避の前後での光路差長を解消するようにしている。これにより通信光の退避に際して光路長差を規定値内に留めることができ、通信サービスが途絶することも無い。

0104

光路長を調整するためのコーナーキューブ可動機構を長距離対応とすることは、装置サイズやコスト面から一般には困難である。これに対し第1の実施形態によれば、反射回数を切り替えることで、可動機構調整範囲に比べて大きな光路長調整範囲を得ることができる。これらのことから、光路長を広範囲に変化させることの可能な空間光通信器を提供することが可能となる。

0105

(空間光通信器の実施形態2)
図22は、第2の実施形態における空間通信器を示す図である。この実施形態ではコーナーキューブCCM1,CCM2を備える空間光学系に対し2つのコリメータC1,C2を設け、このうちコリメータC2を空間光学系への光入射用として、コリメータC1を空間光学系から光ファイバ503への再結合用として用いるようにする。コリメータC1,C2は、コーナーキューブCCM1,CCM2の光軸に対して点対称な位置に配置される。

0106

図22に示す空間光学系の光路は、光軸に垂直、かつコーナーキューブオフセット方向に垂直な方向から観測すると、図21に示す第1の実施形態における光路と全く同じになる。また、その方向から見たコリメータとコーナーキューブとの位置関係が同じであれば、空間光路長は図21図22ともに同じになる。従って第2の実施形態によっても第1の実施形態と同じ効果を得られる。さらに、図22においては光サーキュレータを要しないので構成を簡易化できるというメリットもある。

0107

(空間光通信器の実施形態3)
図23は、第3の実施形態における空間通信器を示す図である。図23の空間通信器は、図21および図22に示される2種類の空間通信器を重ね合わせたものといえる。それぞれの空間光学系にはそれぞれ異なる波長が割り当てられる。つまり光サーキュレータ505を持つ空間光学系には波長λ2が、光サーキュレータ505を持たない空間光学系には波長λ1が割り当てられる。

0108

光ファイバ504には波長λ1,λ2の通信光が流れ、これらはWDM(Wavelength division multiplexing)カプラ509により分波される。波長光λ1はコリメータC2から反射鏡507を介してコーナーキューブCCM1,CCM2間の空間に導かれ、反射を繰り返したのちコリメータC1に達し、WDMカプラ510を介して光ファイバ504に再結合される。波長光λ2はコリメータ506から反射鏡507を介してコーナーキューブCCM1,CCM2間の空間に導かれ、反射を繰り返したのち再度コリメータ506に戻り、WDMカプラ510を介して光ファイバ504に再結合される。

0109

上記構成により、様々な波長の光伝送信号が使用される場合に、波長特性に応じた最適な空間光学系を設計することが可能になる。さらに、図23の構成にさらにもう一組のコリメータを設け、空間光学系を重ね合わせることにより3つ波長に対応する光学系を構成することも可能である。また逆の発想で、同じ波長の光伝送信号を別々の空間経路に割り当てることも可能である。

0110

以上述べたように本発明によれば、コーナーキューブの可動機構の調整範囲を超える大きな光路長調整範囲を得ることができるようになる。これにより、光回路を一時的に二重化する迂回路を構成する際に通信サービスを途絶させないための光路長調整機構において、光路長を広範囲に変化させることが可能となる。

0111

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ファイバコアと空間における光の伝搬速度は異なるので、ファイバ長換算での光線路長の延伸を考える場合には伝搬速度の違いに応じた空間光路長の換算を行うようにしても良い。

0112

また、可動機構の動かし方やファイバセレクタ508の遅延ファイバの組み合わせなどは上述の例に限られるものではなく様々な構成が考えられる。例えば図24に示すように、コーナーキューブCCM1,CCM2間のオフセットを固定し、コリメータ506、あるいは反射鏡507を光軸と垂直に稼動させるようにしても良い。

0113

図24(a)〜(c)は、反射鏡507を光軸に垂直に移動させる様子を示す。反射鏡507が光軸から離れるにつれ反射回数が増加し、図20(a)〜(c)と同様の状態を実現することができる。すなわち、コーナーキューブCCM1,CCM2間に入射される通信光の入射位置を光軸に垂直方向に変化させることによっても反射回数を可変とすることができ、水平可動機構550の調整範囲を超える光路長調整範囲を得ることが可能になる。

0114

(空間光通信器の実施形態4)
図25は第4の実施形態における空間通信器を示す図である。図25において、611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1はそれぞれ長さの異なる2種類の光ファイバを選択可能な光スイッチであり、A系統、B系統でそれぞれN段直列に接続される。各系統において、光スイッチ611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1それぞれの片側には、ある一定の長さの短い光ファイバ(例えばa=0.1m)が、もう片方には1+0.1m,2+0.1m,4+0.1m,…,2N−1+0.1mの長さの光ファイバが接続されており、各系統の光スイッチ611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1ではそれぞれ独立にファイバの選択が可能になっている。

0115

ここで、光スイッチ間それぞれの長さを無視すれば、光スイッチ611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1のON/OFFの組み合わせによって光スイッチ全体の長さを0.1×Nmから2N−1+0.1×Nmまで1m刻みで変化させることができることになる。

0116

最後の光スイッチ611AN−1,611BN−1の一端はそれぞれコリメータ612A1,612B1に接続されており、これより出力される光ビームはそれぞれコーナーキューブ613A/613Bにより反射されてもう一つのコリメータ612A2,612B2に入力され、さらに光減衰器614A,614Bへと導かれる。コーナーキューブ613A/613Bはコリメータ612A1,612B1,612A2,612B2の光軸方向に可動となっており、A,B系統それぞれのコリメータ間612A1−612A2,612B1−612B2の光路長を連続的に変化させることが可能となっている。

0117

このように、本装置では、光線路が2系統(A,B)用意され、波長無依存(WIC)カプラ651,652により並列に結合され、一組の光の入出力ポート661,662に接続されている。コーナーキューブ613A/613Bは背面同士が接合されて一体化されており、その可動機構は共有され、一方の系統の光路長が延伸されているとき、もう一系統の光路長は短縮される構成となっている。

0118

図26は、図25の実施形態において、光入出力ポート661,662間の光路長を連続的に延伸して行く場合の各光スイッチ611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1の切り替えタイミングやコーナーキューブ613A/613Bのポジショニングについて説明するための図である。尚、光減衰器614A,614BのONとOFFは、それぞれ光の導通と遮断を意味している。

0119

コーナーキューブ613A/613Bの可動範囲を0.5mとすれば、一組のコリメータ間の空間距離変化量は1mとなる。最初にA系統のみを導通しており、その光スイッチ611A0〜611AN−1は全て短いファイバ(a=0.1m)を選択し、コーナーキューブ613A/613BはA系統側の空間光路長が最短となる位置にあるものとする。これより、図26(a)に示すように、コーナーキューブ613A,613BをB系統側に移動させると、A系統の光路長は1mだけ延伸される。

0120

ここで、B系統の光スイッチ611B0の選択を1mとし、他の光スイッチ611B1〜611BN−1の選択をamとすれば、両系統の光路長は一致する。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてB系統のみに光を導通させる(図26(b))。この状態からコーナーキューブ613A/613BをA系統側に移動させると、B系統の光路長が1mだけ延長されるので、A系統の初期状態に対して2mだけ光路長が延伸されたことになる(図26(c))。そこでA系統の光スイッチ611A1の選択を2mとし、他の光スイッチ611A0,611A2〜611AN−1の選択をamとすれば、両系統の光路長が一致するため、それぞれの光減衰器614A,614BのON/OFFを、一時的に二重化状態を経て相互に切り替え、A系統にのみ光を導通させることができる(図26(d))。

0121

以下、同様の動作をさせることにより、初期状態に対して最大2Nmまでの連続的な光路長延長が可能となる。両系統の光線路はコーナーキューブ613A/613Bの往復によってそれぞれ2mづつ延伸されていくので、光スイッチの代わりにそれぞれamと1mのファイバを用意しておけばよい。一方、光ファイバと空間中では光の伝搬速度が異なり、ファイバコアの屈折率を1.46とするとき、ファイバ長での1mは空間長換算で1.46mとなる。このため、コーナーキューブ613A/613Bの可動範囲はこれに応じて設定しなければならない。また、光ファイバの各ファイバ長が必ずしも設計値通りではない場合には、両系統で光路長を一致させるときに誤差が発生する恐れがある。しかしながら、この課題はコーナーキューブ613A/613Bの可動範囲にある程度の余裕を持たせておき、その停止位置を二重化の都度、調整して誤差を吸収するようにするような仕組みを導入すれば解決することができる。

0122

尚、本発明では2種類の光ファイバを選択する光スイッチを用いているが、この構成に限るものではなく、例えば3種類の選択が可能な光スイッチを用いた3進法等の表現を基にした長さを持つ光ファイバ群に対するスイッチングも同様な考え方で構成可能である。また、光路長を連続的に変化させるためのコーナーキューブ可動機構を2系統で共有化しているが、両系統で別々の構成としたり、片方の系統のみに設置したりする方法でも本実施形態と同様な効果を得ることができる。

0123

(空間光通信器の実施形態5)
図27は、片側のみコーナーキューブを配置したときの光路長延伸法を示している。この場合もコーナーキューブの可動範囲は0.5mであるが、一往復で光路長が1mだけ延伸されることになる。最初にA系統のみを導通しており、その光スイッチ611A0〜611AN−1は全て短いファイバ(a=0.1m)を選択し、コーナーキューブ613AはA系統側の空間光路長が最短となる位置にあるものとする。これより、図27(a)に示すように、コーナーキューブ613AをB系統側に移動させると、A系統の光路長は1mだけ延伸される。

0124

ここで、B系統の光スイッチ611B0の選択を1mとし、他の光スイッチ611B1〜611BN−1の選択をamとすれば、両系統の光路長は一致する。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてB系統のみに光を導通させる(図27(b))。この状態からコーナーキューブ613AをA系統側に移動させ、A系統の光スイッチ611A0の選択を1mとし、他の光スイッチ611A1〜611AN−1の選択をamとすると、両系統の光路長は一致する(図27(c))。このため、一時的な二重化を経てそれぞれの光減衰器614A,614BのONとOFFを切り替えてA系統のみに光を導通させることができる(図27(d))。

0125

以上説明したように、本空間光通信器を用いれば、光線路の光路長を連続的に変化させることが可能となる。これにより、例えば支障移転などの現用線路への工事が必要な場合、通信光を一時的に二重化する迂回路を構成する際に、通信サービスを途絶させないための光路長調整機構を提供できる。線路長の調整範囲が数百メートルに及ぶような場合でも、2進法ベースとしたファイバ長を有する光スイッチ群を用意することにより、コーナーキューブとコリメータの組み合わせによって構築されるような連続的光路長可変機構コンパクトなものにすることができる。

0126

尚、上記実施形態では2進法の場合を例にして説明したが、本空間光通信器は2進法に限らず、n(≧3)進法をベースとした光スイッチ群でも実現可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、n=2として、1段目がa,a+1、2段目がa,a+2、3段目がa,a+4、…となっているが、n=3の場合には、1段目がa,a+1,a+2、2段目がa,a+3,a+6、3段目がa,a+9、a+18、…のようになる。

0127

尚、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

0128

11:現用線路
12:迂回線路
13,14:光カプラ
15:光オシロスコープ
16:チャープパルス光源
17:光路長調整器
21:現用側パルス光のパワー
22:迂回側パルス光のパワー
23:現用側パルス光の周波数チャープ曲線
24:迂回側パルス光の周波数チャープ曲線
25:干渉光波
26:光周波数差(Δω)
31:合波パルス光
32〜34:干渉波形の上限下限幅
35〜37:合波パルス光があると仮定したときの干渉波形の軌跡
38〜40:干渉波形の振幅
41:合波パルス光
42,42’,42”:干渉波形
43:直流成分
44:干渉波形の周波数(ω0)
44’:干渉波形が周波数ゼロへ変化する様子(ω1)
44”:再び干渉波形の周波数がω0になったときの様子
49:所内伝送装置
50、50’:光カプラ
51:第1の通信線路(現用線路)
52:光レベル調整器
53:第2の通信線路(迂回線路)
54:所外終端装置
58:現用側通信光のビットパルス
59:迂回側通信光のビットパルス
60:現用側通信光の周波数チャープ曲線
61:迂回側通信光の周波数チャープ曲線
62:光ビート干渉波形
63:光周波数差(Δω)
76、76’、76”:光アッテネータ
111:所内伝送装置
112:試験光遮断フィルタ
113:第一分岐部
114,114’:迂回線路接続用光カプラ
115:第一分岐線路(現用)
116:第二分岐部
117:第二分岐線路
118:試験光遮断フィルタ
119−1,…,119−7:所外終端装置
120:測定用ポート
121:迂回線路接続用ポート
122:光伝送信号遮断フィルタ
123:光オシロスコープ
124:光伝送信号/試験光合分波器
125:WDM光カプラ
126:光スイッチ
127:試験光経路
128:光伝送信号経路
129:光路長調整用ファイバ
130:WIC光カプラ
131:空間光通信器
132:送受信端
133:反射器
134:迂回線路
135:光アイソレータ
136:チャープパルス光源
137:チャープパルス光
138:現用側パルス光
139:迂回側パルス光
140:合波パルス光
151:パルス幅20ns
152:パルス幅50ns
153:パルス幅100ns
154:パルス幅200ns
155:パルス幅500ns
161:図10のステップS15における周波数とレールガイド目盛との関係
162:図10のステップS19における周波数とレールガイド目盛との関係
163:図10のステップS21における周波数とレールガイド目盛との関係
177:上り光伝送信号経路
178:下り光伝送信号経路
179:試験光経路
181:試験光アンプ
182:上り光伝送信号光アンプ
183:下り光伝送信号光アンプ
200:下り通信光源(DFB−LD)からの通信光波形
201:通信光にレベル差がほとんどない場合の合波波形
202:通信光に7:1のレベル差を設けたとき合波波形
203:上り通信光源(FP−LD)からの通信光波形
204:通信光にレベル差がほとんどない場合の合波波形
205:通信光に7:1のレベル差を設けたとき合波波形
224:光伝送信号/試験光合分波器
D:迂回路
501,502:波長無依存性カプラ
503,504:光ファイバ
A3,A4:光減衰器
505:光サーキュレータ
506:コリメータ
507:反射鏡
CCM1,CCM2:コーナーキューブ
550:水平可動機構
560:垂直可動機構
508:ファイバセレクタ
581〜584:遅延ファイバ
C1,C2:コリメータ
509,510:WDMカプラ
611A0〜611AN−1,611B0〜611BN−1:光スイッチ
612A1,612B1,612A2,612B2:コリメータ
613A/613B,613A:コーナーキューブ
614A,614B:光減衰器
651,652:波長無依存(WIC)カプラ
661,662:光入出力ポート

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