JPH04264227A - 光ファイバ伝送路およびその障害検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光増幅器が設けられた光
ファイバ伝送路の試験に利用する。

【０００２】

【従来の技術】コア部分に希土類元素を添加した光ファ
イバ、あるいは端面に反射防止膜を設けた半導体レーザ
は、光増幅器としての利用が可能である。これらの光増
幅器は、光信号を一旦電気信号に変換する従来の再生中
継器と異なり、光信号のまま増幅でき、構成が極めて単
純なので、次世代の光中継伝送系への適用が有望視され
、開発が進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光増幅器は、光信号を
そのまま増幅するので、光パルス試験器から送出された
光試験信号、およびその光試験信号が発生した後方散乱
光を共に増幅できる。したがって原理的には、光パルス
試験器を用いて、光増幅器が挿入された光ファイバ伝送
路の障害点を検出することが可能である。

【０００４】しかし、光増幅器を縦続接続した光中継伝
送系では、次段以降の光増幅器からの反射光のために雑
音が発生することが知られており、この反射光による雑
音を排除するためには、光増幅器の出力側に光アイソレ
ータを配置することが不可欠とされている。このため、
後方散乱光は光アイソレータにより遮断され、光パルス
試験器に戻ることはできない。すなわち、光パルス試験
器を用いて障害点を検出することは不可能となる問題が
あった。反射光による雑音については、例えば、エレク
トロニクス・レターズ、１９８８年第２４巻第９号第５
５１　頁から第５５２　頁（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ，　１９８８，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．９
，ｐｐ．５５１−５５２）　に示されている。

【０００５】本発明は、以上の課題を解決し、光アイソ
レータが用いられている場合でも光パルス試験器による
障害検出が可能な光ファイバ伝送路の試験方法およびそ
の試験方法に適した光ファイバ伝送路を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題が解決するための手段】本発明の第一の観点は、
伝送路上に光アイソレータが設けられた光増幅装置が配
置された光ファイバ伝送路の障害を検出する方法であり
、光ファイバ伝送路の一端から光試験信号を入射し、こ
の光試験信号が透過したときに光アイソレータの光透過
方向を切り替え、この光試験信号によって光ファイバ伝
送路上で発生した後方散乱光を光試験信号の入射端と同
じ側で受信することを特徴とする。

【０００７】本発明の第二の観点は、第一の観点で示し
た試験方法に適した光ファイバ伝送路であり、光アイソ
レータは光透過方向の切り替えが可能な構成であり、光
増幅装置には、伝送路に伝搬する光試験信号を検出して
光アイソレータの光透過方向を切り替える制御手段を備
えたことを特徴とする。光アイソレータは印加される磁
界の方向により偏光方向を異なる方向に回転させるファ
ラディ回転子を内部に含み、制御手段はこのファラディ
回転子に印加される磁界の方向を切り替える手段を含む
ことが望ましい。

【０００８】

【作用】透過、遮断される光の信号方向を変更できる光
アイソレータを使用し、光パルス試験器から送出された
光試験信号が透過した後、光アイソレータの透過、遮断
方向を変更し、透過した光試験信号が発生した後方散乱
光が光アイソレータを透過し、光パルス試験器まで伝搬
させる。これにより、光試験信号を送出した光パスル試
験器で後方散乱光を受信できる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明実施例の光ファイバ伝送路を示
すブロック構成図である。この光ファイバ伝送路は、光
ファイバ１−１　〜１−ｎ　により構成される伝送路上
に光増幅装置２−１　〜２−（ｎ−１）　を備える。光
増幅装置２−１　〜２−（ｎ−１）　には、逆方向に入
射する戻り光、すなわち次段以降の光増幅装置からの反
射光を防止するため、光アイソレータが設けられている
。したがって、通常の通信に使用される光信号は、光フ
ァイバ１−１　から光ファイバ１−ｎ　の方向にしか伝
搬できない。これに対して、光ファイバ１−１　の送信
側に光パルス試験器を接続して光試験信号を入射した場
合には、光増幅装置２−１　〜２−（ｎ−１）　がその
光試験信号を検出すると、それぞれの光アイソレータの
光透過方向を切り替える。このため、光試験信号によっ
て光ファイバ伝送路で発生した後方散乱光が、逆方向に
伝搬して送信側の光パルス試験器で受信される。

【００１０】図２は光増幅装置の詳細を示すブロック構
成図である。ここでは、光増幅のために希土類元素が添
加された光ファイバを用いた場合について説明する。

【００１１】この光増幅装置は、光信号を電気信号に変
換することなく増幅する光増幅器として励起光源２１、
光結合器２２および希土類元素添加光ファイバ２３を備
え、この希土類元素添加光ファイバ２３へ逆方向に入射
する戻り光を防止する光アイソレータ２４を備える。こ
こでこの光増幅装置の特徴とするところは、光アイソレ
ータ２４は光透過方向の切り替えが可能な構成であり、
伝送路に伝搬する光試験信号を検出して光アイソレータ
２４の光透過方向を切り替える制御手段として制御器２
５を備えたことにある。

【００１２】伝送路を伝搬してきた光信号は、光結合器
２２により励起光源２１からの励起光と合波され、希土
類元素添加光ファイバ２３に入射する。希土類元素添加
光ファイバ２３は、励起光により反転分布状態となり、
入射された光信号を増幅する。これだけの構成では、光
増幅装置を多段に接続した場合に、光信号が後続段の光
増幅装置で反射されて前段の光増幅装置に入射し、雑音
を発生する。そこで、希土類元素添加光ファイバ２３の
出力側に光アイソレータ２４を配置し、雑音の発生を抑
圧する。すなわち、光アイソレータ２４により次段以降
の光増幅装置からの反射光（戻り光）を遮断し、励起状
態にある希土類元素添加光ファイバ２３に入射しないよ
うにする。したがって、通常の光信号は一方向にした伝
搬できず、光伝送系は一方向通信のみの伝送系となる。

【００１３】このような一方向通信のみ可能な光増幅装
置を伝送路に適切な間隔で挿入して図１に示したような
光ファイバ伝送路を構成した場合、光ファイバ伝送路に
障害が発生したとき、送信側から光パルス試験器により
光試験信号を伝搬させても、その信号により発生した後
方散乱光は光アイソレータ２４によって遮断されてしま
い、光パルス試験器で後方散乱光を受信できず、障害点
を見つけ出すことはできない。

【００１４】そこで本実施例では、制御器２５により光
試験信号の通過を検知し、光アイソレータ２４内のファ
ラディ回転子に印加される磁界の方向を変更し、光アイ
ソレータ２４の光信号透過、遮断方向を切り替える。

【００１５】初期状態では、光アイソレータ２４は希土
類元素添加光ファイバ２３から制御器２５の方向に伝搬
する光信号を通過するように設定される。このため、図
１に示した光通信伝送路では、送信側に配置された光パ
ルス試験器から出力された光試験信号が、光ファイバ１
−１　、光増幅装置２−１　、光ファイバ１−２　、光
増幅装置２−２　、…、光増幅装置２−（ｎ−１）　、
光ファイバ１−ｎ　の順に伝搬する。 このとき光試験信号が制御器２５を通過するので、制御
器２５は、光試験信号の通過を検知し、光アイソレータ
２４の光信号透過、遮断方向を切り替える。したがって
、光試験信号が通過した光増幅装置では、通常の送信側
から受信側に伝搬する光信号が遮断され、逆方向の光信
号が透過、増幅されるようになる。このため、光試験信
号が光ファイバ１−１　〜１−ｎ　を伝搬するときに発
生した後方散乱光は、光増幅装置２−（ｎ−１）　〜２
−１　を透過して送信側に伝搬する。これにより、送信
側の光パルス試験器で後方散乱光を受信でき、光ファイ
バ伝送路の障害点を検出できる。

【００１６】光アイソレータは現在までに数種類の構成
が提案されており、その基本的な構成および動作につい
て以下に説明する。詳しくは、例えば電子情報通信学会
論文誌、１９７９年、Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｃ　、第５０５
　頁から第５１２　頁に説明されている。

【００１７】図３ないし図６は光アイソレータの基本構
成およびその動作を示す図であり、構成および光路をそ
れぞれの図面の上部に示し、入射方向から見た場合の光
アイソレータ各部での光の偏光状態をそれぞれの図面の
下部に示す。また、常光の光路を実線で表し、異常光を
破線で表す。

【００１８】図３および図４に示した状態は通常の通信
に使用する状態を示す。この状態では、光ファイバ３１
から入射した光が、複屈折結晶３２、ファラディ回転子
３３、旋光子３４および複屈折結晶３５を経由して光フ
ァイバ３６に結合する。しかし、光ファイバ３６からの
光は、光ファイバ３１に結合することはない。

【００１９】このためには、ファラディ回転子３３に印
加される磁界方向を第一の磁界方向に設定する。このと
きファラディ回転子３３は、偏光方向をその光の進行方
向に対して時計方向に４５度回転させる。したがって、
光ファイバ３１側から見た偏光の回転方向は、光ファイ
バ３１から光ファイバ３６の方向に進行する光に対して
は時計方向に４５度となり、逆方向に進行する光に対し
ては反時計方向に４５度となる。これに対して旋光子３
４は、光ファイバ３１側から見ると、光の進行方向によ
らずに偏光方向を時計方向に４５度回転させる。このた
め、光ファイバ３１から入射した光は、ファラディ回転
子３３と旋光子３４とにより偏光方向が９０度変換され
る。しかし、逆方向に進行する光は偏光方向が変化しな
い。

【００２０】光ファイバ３１からの出射光は任意の偏光
状態にあり、光ファイバ３１側から見ると、互いに直交
する二つの偏光の組み合せとして表すことができる。こ
こでは、これらの偏光方向を紙面に垂直（光ファイバ３
１側から見て横）な第一の偏光方向と、紙面に平行（同
じく縦）な第二の偏光方向とで表す。これらの方向に対
して、第一の偏光方向の光が常光として振る舞い、第二
の偏光方向の光が異常光として振る舞うように、複屈折
結晶３２、３５の結晶軸を設定する。常光は複屈折結晶
３２、３５中を直進し、異常光は複屈折結晶３２、３５
中を斜行する。

【００２１】したがって、光ファイバ３１から出射され
た位置Ａで任意の偏光状態にあった光は、複屈折結晶３
２を通過すると、直進した位置Ｂ１　における第一の偏
光方向の光と、斜行してきた位置Ｂ２　における第二の
偏光方向の光とに分離される。これらの二つの光の偏光
方向は、ファラディ回転子３３を通過した位置Ｃ１　、
Ｃ２　でそれぞれ４５度回転し、さらに旋光子３４で４
５度回転する。このため、位置Ｂ１　で第一の偏光方向
を向いていた光は、複屈折結晶３５に入射する位置Ｄ１
　では第二の偏光方向の光となる。また、位置Ｂ２　で
第二の偏光方向を向いていた光は、複屈折結晶３５に入
射する位置Ｄ２　では第一の偏光方向の光となる。この
ため、複屈折結晶３２を常光として通過した光は、複屈
折結晶３５には異常光として入射する。 また、複屈折結晶３２を異常光として通過した光は、複
屈折結晶３５には常光として入射する。このため、位置
Ｄ１　からの光は複屈折結晶３５を斜行し、位置Ｄ２　
からの光は複屈折結晶３５を直進する。これにより、二
つの光が位置Ｅで合波され、光ファイバ３６に入射する
。

【００２２】以上の説明では、光ファイバ３１からの順
方向の光信号がどのように伝搬するかについて説明した
。 次に光ファイバ３６からの逆方向の光信号の伝搬につい
て図４を参照して説明する。

【００２３】光ファイバ３６からの出射光は任意の偏光
状態にあるので、位置Ｅにおける偏光状態は、第一の偏
光方向の光と、第二の偏光方向の光との組み合わせとし
て表すことができる。位置Ｅで任意の偏光状態にあった
光は、複屈折結晶３５を通過すると、位置Ｄ１　におけ
る第二の偏光方向の光と、位置Ｄ２　における第一の偏
光方向の光とに分離される。これらの二つの光は、旋光
子３４を通過するときに４５度回転するものの、ファラ
ディ回転子３３を通過するときに逆方向に４５度回転す
るため、その方向は変化しない。すなわち、位置Ｄ１　
で第一の方向を向いていた偏光は位置Ｂ１　でも第一の
偏光方向の光となり、位置Ｄ２　で第二の偏光方向を向
いていた光は位置Ｂ２　でも第二の偏光方向の光となる
。したがって、複屈折結晶３５を異常光として通過した
光は複屈折結晶３２にも異常光として、また、複複屈折
結晶３５を常光として通過した光は複屈折結晶３２にも
常光として入射される。このため、二つの光は遠く離れ
てしまい、光ファイバ３１には入射されない。

【００２４】このように、ファラディ回転子３３に印加
される磁界の方向を第一の磁界方向にしておけば、この
光アイソレータは、光ファイバ３１から光ファイバ３６
の方向に伝搬する光を透過し、逆方向に伝搬する光を遮
断することができる。

【００２５】図５および図６はファラディ回転子３３に
印加する磁界の方向を第一の磁界方向とは逆の第二の磁
界方向に設定した場合を示す。

【００２６】この場合に、ファラディ回転子３３は、偏
光方向をその光の進行方向に対して反時計方向に４５度
回転させる。したがって、光ファイバ３１側から見た偏
光の回転方向は、光ファイバ３１から光ファイバ３６の
方向に進行する光に対しては反時計方向に４５度となり
、逆方向に進行する光に対しては時計方向に４５度とな
る。このため、ファラディ回転子３３と旋光子３４とを
組み合わせると、光ファイバ３６から入射した光は偏光
方向が９０度変換されるが、逆方向に進行する光は偏光
方向が変化しない。

【００２７】この状態で光ファイバ３６から複屈折結晶
３５に光を入射する。位置Ｅで任意の偏光状態にあった
光ファイバ３６の出射光は、複屈折結晶３５を通過する
と、位置Ｄ１　における第一の偏光方向の光と、位置Ｄ
２　における第二の偏光方向の光とに分離される。これ
らの二つの光は、旋光子３４とファラディ回転子３３を
通過すると偏光方向が９０度変換される。すなわち、位
置Ｄ１　で第一の偏光方向を向いていた光は、位置Ｂ１
　では第二の偏光方向の光に変換される。また、位置Ｄ
２　で第二の方向を向いていた偏光は、位置Ｂ２　では
第一の偏光方向の光に変換される。このため、複屈折結
晶３５を常光として通過した光は、複屈折結晶３２には
異常光として入射する。また、複屈折結晶３５を異常光
として通過した光は、複屈折結晶３５には常光として入
射する。これにより、複屈折結晶３５で分離された二つ
の光が、逆の過程を経て複屈折結晶３２により合波され
、光ファイバ３１に入射する。

【００２８】光ファイバ３１からの出射光は、位置Ａで
は任意の偏光状態にあるが、複屈折結晶３２を通過する
と、位置Ｂ１　における第一の偏光方向の光と、位置Ｂ
２　における第二の偏光方向の光とに分離される。これ
らの二つの光は、ファラディ回転子３３と旋光子３４と
を通過しても偏光方向は変化しない。すなわち、位置Ｂ
１　で第一の偏光方向を向いていた光は位置Ｄ１　でも
同じ偏光方向の光となり、位置Ｂ２　で第二の偏光方向
を向いていた光は位置Ｄ２　でも第二の偏光方向の光と
なる。したがって、複屈折結晶３２を常光として通過し
た光は複屈折結晶３５にも常光として、また、複屈折結
晶３２を異常光として通過した光は複屈折結晶３５にも
異常光として入射される。このため、二つの光は遠く離
れてしまい、光ファイバ３６には入射されない。

【００２９】このように、ファラディ回転子３３に印加
される磁界方向を第二の磁界方向に設定すれば、第一の
磁界方向に設定したときとは透過および遮断する光の方
向が逆になる。すなわち、ファラディ回転子３３に印加
する磁界の方向を変更すれば、光信号の透過、遮断方向
を変更できる。

【００３０】このような光アイソレータを図２に示した
光アイソレータ２４として使用する場合の光アイソレー
タ２４および制御器２５の構成例を図７に示す。

【００３１】光アイソレータは複屈折結晶２４１　、２
４４　、ファラディ回転子２４２　および旋光子２４３
　を備え、制御器は光分岐器２５１　、光波長フィルタ
２５２　、受光素子２５３　、磁界制御回路２５４　、
電源２５５　および電磁石２５６　を備える。電磁石２
５６　は、ファラディ回転子２４２　の近傍に配置され
、通常は、光ファイバ２４０　からの通信用信号が複屈
折結晶２４１　、ファラディ回転子２４２　、旋光子２
４３　および複屈折結晶２４４　を経由して光ファイバ
２５０　に結合するように磁界を印加する。一般に光増
幅器は数十ｎｍの増幅波長帯域をもっており、この波長
帯域であれば、通信用と光試験信号とに異なった波長の
光信号を使用しても同等の増幅率を得ることができる。 そこで本実施例ではこの波長域内で別々の波長を通信用
の光信号と光試験信号とに割り当てて使用する。

【００３２】光アイソレータの動作は図３ないし図６を
参照して説明した動作と同等であり、ここでは制御器の
動作について説明する。出力側の光ファイバ２５０　に
は光分岐器２５１　が挿入されており、光信号の一部を
取り出し、光波長フィルタ２５２　を通して受光素子２
５３　で検知できる。光波長フィルタ２５２　は、通信
用の光信号を遮断し、光試験信号のみを透過する。この
ため、受光素子２５３　は通常の通信用光信号は検知せ
ず、光試験信号のみを検知する。したがって、通常の通
信状態では初期状態が維持され、通信用光信号は光ファ
イバ２４０　から光ファイバ２５０　に伝搬し、逆方向
に伝搬してきた次段以降の光増幅装置からの反射光はこ
の光アイソレータで遮断され、雑音の発生は抑圧される
。

【００３３】光試験信号が到来した場合には、その信号
は光波長フィルタ２５２　を透過し、受光素子２５３　
に達する。受光素子２５３　が光試験信号のパルスを検
出すると、磁界制御回路２５４　は電源２５５　に制御
信号を送り、電磁石２５６　に供給している電流の方向
を変更させる。これによりファラディ回転子２４２　に
印加される磁界の方向が変更され、光アイソレータが光
ファイバ２４０　から光ファイバ２５０　への通常の通
信に用いられる方向の光信号の伝搬を遮断し、逆方向の
光信号を透過するようになる。したがって、光ファイバ
２４０　から光アイソレータを透過して光ファイバ２５
０　に伝搬していった光試験信号が発生した後方散乱光
が、光アイソレータを透過して光ファイバ２４０　の方
向に伝搬し、光パルス試験器で受信される。

【００３４】磁界制御回路２５４　はまた、光アイソレ
ータの透過方向を通常の通信とは逆方向に設定してから
一定時間経過した後、電源２５５　から電磁石２５６　
に供給する電流方向を再び初期状態の方向に戻す。これ
により、一定時間の後に、光パルス試験器から同じ試験
を繰り返すことができ、平均化処理によって障害点をよ
り正確に特定することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バ伝送路およびその障害検出方法は、光パルス試験器か
ら出力された光試験信号により、光アイソレータが透過
、遮断する光信号の方向を変更する。これにより、光試
験信号により発生した後方散乱光たは、光アイソレータ
に遮断されることなく光ファイバ伝送路を伝搬し、光パ
ルス試験器で逆方向に伝搬した後方散乱光を受信できる
。したがって、光アイソレータを設けることが不可欠で
ある光増幅器を挿入した光ファイバ伝送路においても、
光パルス試験器によりその障害点を検出することが可能
となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例の光ファイバ伝送路を示すブ
ロック構成図。

【図２】　　光増幅装置の詳細を示すブロック構成図。

【図３】　　通常の通信状態における光アイソレータの
光伝搬を示す図。

【図４】　　通常の通信状態における光アイソレータの
光遮断を示す図。

【図５】　　ファラディ回転子に印加する磁界を逆方向
にしたときの光アイソレータの光伝搬を示す図。

【図６】　　ファラディ回転子に印加する磁界を逆方向
にしたときの光アイソレータの光遮断を示す図。

【図７】　　光アイソレータおよび制御器の構成例を示
す図。

【符号の説明】

１−１　〜１−ｎ　、３１、３６、２４０　、２５０　
光ファイバ２−１　〜２−（ｎ−１）　　　光増幅装置
２１　　　　励起光源 ２２　　　　光結合器 ２３　　　　希土類元素添加光ファイバ２４　　　　光
アイソレータ ２５　　　　制御器 ３２、３５、２４１　、２４４　　　　　複屈折結晶３
３、２４２　　　　　ファラディ回転子３４、２４３　
　　　　旋光子 ２５２　　　　　光波長フィルタ ２５３　　　　　受光素子 ２５４　　　　　磁界制御回路 ２５５　　　　　電源 ２５６　　　　　電磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　伝送路上に光増幅装置を備え、この光
   増幅装置には、光信号を電気信号に変換することなく増
   幅する光増幅器と、この光増幅器に逆方向に入射する戻
   り光を防止する光アイソレータとを備えた光ファイバ伝
   送路において、前記光アイソレータは光透過方向の切り
   替えが可能な構成であり、前記光増幅装置にはさらに、
   伝送路に伝搬する光試験信号を検出して前記光アイソレ
   ータの光透過方向を切り替える制御手段を備えたことを
   特徴とする光ファイバ伝送路。
2. 【請求項２】　　光アイソレータは印加される磁界の方
   向により偏光方向を異なる方向に回転させるファラディ
   回転子を内部に含み、制御手段はこのファラディ回転子
   に印加される磁界の方向を切り替える手段を含む請求項
   １記載の光ファイバ伝送路。
3. 【請求項３】　　請求項１または２に記載の光ファイバ
   伝送路の障害を検出する方法において、前記光ファイバ
   伝送路の一端から光試験信号を入射し、この光試験信号
   が透過したときに光アイソレータの光透過方向を切り替
   え、この光試験信号によって前記光ファイバ伝送路上で
   発生した後方散乱光を前記一端で受信することを特徴と
   する光ファイバ伝送路の障害検出方法。