JPH0687101B2 - 多点間光通信用光信号合流分岐装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の端末器とこれらを結ぶ１本の光ファイ
バで構成される光通信システムにおいて、任意の端末器
から出射された光信号を、他の全ての端末器に低損失で
伝送させるための多点間光通信用光信号合流分岐装置に
関するものである。

（従来の技術とその問題点） 従来、通信用ケーブルが故障した時に修理工事をする場
合、あるいはケーブルを布設し、心線を接続する場合に
おいては、数ヶ所のマンホールに人が入り工事を行なう
体制になっているが、それら数ヶ所のマンホール間距離
が離れているため多点間での連絡用通信回線が必要であ
る。

このような場合、現状においてはメタリック心線（銅線
など）２心線を通信用ケーブルルート沿いに張り、各作
業場所においてその心線に通話装置（４号携帯用電話器
など）を取り付け、他者の声が常時聞ける状態にしてお
り、同時にスイッチの切替えにより当事者から他者に話
せるようにしている。

しかし、この方法は通話用心線を通信用ケーブルとは別
に工事ルート上に張るため、作業に手間がかかるものと
なっている。さらに、今後は光ファイバケーブルが非ガ
ス化の傾向にあり、ノンメタル化（光ファイバケーブル
内にメタリック心線を入れない方式）を目指しているこ
とから、通話装置も光ファイバを伝送媒体として用いる
ことができるものが必要となってきている。

現在のところ、光ファイバを伝送媒体として２端末器間
で通話ができる光用通話装置は既に実用化されている
が、３端末器間以上の多点間相互通話については、光分
岐方法の問題が残されている。したがって、低損失な光
分岐方法を用いた多点間相互通話技術が必要となる。

この目的をまず３端末器間で達成する手段として、第２
図（Ａ）に示す波長フィルタを用いた光路切替え方法が
知られている。1,2,3は同一平面上にＴ型に配置された
３本の光ファイバ、4,5,6はロッドレンズ、７は波長λ
１の光を反射し波長λ２の光を透過する半透鏡、８は波
長λ２の光を透過し波長λ３の光を反射する半透鏡、９
は波長λ１の光を透過し波長λ３の光を反射する反射
鏡、10は波長λ３の光を完全反射する半透鏡である。

このような構成において、波長λ１の光を光ファイバ１
から入射するとロッドレンズ４を経て半透鏡７に入射す
る。さらにこの波長λ１の光は半透鏡７で反射し半透鏡
９を透過してロッドレンズ６を経たのち光ファイバ３に
入射する。次に、波長λ２の光を光ファイバ１から入射
するとロッドレンズ４を経て半透鏡７を通過し、さらに
半透鏡８を透過したのちロッドレンズ５を経て光ファイ
バ２に入射する。一方、波長λ３の光を光ファイバ２か
ら入射するとロッドレンズ５を経て半透鏡８に至り、半
透鏡８で反射した光は反射板10で反射したのち半透鏡９
で反射しロッドレンズ６を経て光ファイバ３に入射す
る。以上述べた動作は全て可逆性をもっており、波長λ
1,λ2,λ３の光を用いて相互の通信が可能である。

しかし、以上述べた方法では３つの波長を用いることが
必要であり、実際に３端末器間相互通信を行なう場合、
各端末器に特定の２種類の波長の光源を備えておくこと
が必要となる。また、これら複数の波長を用いる方法は
４端末器間相互通信も５波長を用いて可能となるが、４
端末器間以上になると必要となる波長数が増加し、かつ
波長選択性光素子としての半透鏡7,8,9などが満たすべ
き特性が複雑になり、多点間相互通信は容易に実現でき
ないという欠点を有している。

次に、３端末器間相互通信を１つの波長で行う手段とし
て、第２図（Ｂ）に示すように分岐器を用いて光パワー
を分ける方法が知られている。11,12,13は分岐器を示
す。この分岐器は、１端から入射した光を他端に分けて
出射する機能を有するもので２本の光ファイバの溶融延
伸や結合導波路により作成できる。14,15,16,17,18,19
は各光ファイバの端部、20,21,22は光ファイバを示す。

第２図（Ｂ）の構成における動作を説明すると、まず端
部14から光を入射したとき分岐器11で光パワーが光ファ
イバ20,21に分離し、分岐器12,13によりこれらの一部が
端部16および18に出射する。このとき、端部17,19にも
信号光の一部が出射するが、これらの光は通信に用いら
れず捨てられる。また、端部18から光を入射すると分岐
器13で光パワーが光ファイバ21及び22に分離し、さらに
分岐器11,12によりこれらの一部が端部14および16に出
射する。この場合もやはり、端部15,17から信号光の一
部が出射し、これらの光は通信に用いられず捨てられ
る。この方法を用いると端部14,16,18のいずれを入力端
子として用いても光パワーが分岐することによる損失
（分岐損失）は、分岐器11,12,13の分岐比が1:1（光パ
ワーが半分ずつ分岐する構造）の場合、２つの分岐器を
通過して他端へ出射するため、3dB×２の分岐損失が存
在する。つまり、この分岐装置は端部15,17,19で通信に
用いられずに失われる光パワーがあり実用上あまり適し
ていない。

また、この分岐構成を用いて多点間通信を行う場合、第
２図（Ｃ）に示すように前述した分岐器11,12,13を含む
分岐装置23がポート24,25間で多数存在し、全ての分岐
器の分岐比が1:1ならば、１端から出た光信号が分岐装
置を１つ通過するごとに6dBずつ損失が増えていき、微
弱な光信号が他端に出射されることになる。したがっ
て、各装置ごとに通信に用いられず失われる光パワーが
あるため、分岐器を用いる方法は多点間通信には適して
いない。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、多点間において
任意の１端末器からの光信号が他の全ての端末器に伝送
され、かつ各分岐部で生じる分岐損失を低減できる多点
間光通信用光信号合流分岐装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、複数のノードで端末
器により分割された１本の光ファイバを介した光通信方
式において、各ノードに配置された端末器は送受信部
と、前記光ファイバと接続するための第１及び第２の光
入出射ポートと前記送受信部とのインターフェースポー
トとの３つのポートを有する光信号合分波部とにより構
成されており、前記送受信部は合分配用素子に接続され
た送信器及び受光器とで成り、送信器は送信用光源と該
送信用光源の偏光状態制御素子とにより構成されてお
り、また、前記光信号合分波部は特定の偏波光を透過さ
せるための第１及び第２の偏光分離プリズムと、第１の
偏光分離プリズムで反射する、前記透過偏光とは偏波面
が直交する偏波面をもつ光を透過させて前記送受信部と
のインターフェースポートに導く第３の偏光分離プリズ
ムと、前記送受信部から入射した光のうち、第３の偏光
分離プリズムで反射する偏光成分の光路を変えるための
反射鏡と、前記反射鏡で反射した光の偏光方向を90゜回
転させるための1/2波長板とにより構成されており、か
つ、前記1/2波長板通過光は前記第２の偏光分離プリズ
ムに入射した後反射して前記第２の光入出射ポートに導
かれるように光軸が調整されていることを特徴とする。

（作用） 本発明によれば光信号の偏波特性を用い、分岐部に偏光
ビームスプリッタ（PBS）を用いることにより特定の偏
波成分を分岐損失なく通過させ、ただ１つの波長の光を
用いて低損失な多点間通信を実現できる。

（実施例） 第１図は、本発明の第１の実施例を示すものであって、
偏波保持ファイバを介した３端末器間光通信方式を示し
たものである。26,39,41はLD光源、27,40,42は1/4波長
板、28,37,43は半透鏡、29,38,44は受光器、30,31,32は
偏光ビームスプリッタ（PBS）、33は反射板、34は1/2波
長板を示す。各端末器を結ぶ伝送媒体35,36としては、
偏波保持ファイバ（PANDAファイバなど）を用いてい
る。

ここで、波長板は入射光ビームのＰ成分とＳ成分との間
に位相差を与える複屈折素子で位相板ともいう。第３図
に示すように位相差π/2を与えるものを1/4波長板とい
い、これは直線偏波光（光の進行方向に対して垂直な面
上で、特定の方向のみに振動する光）を円偏光に、逆に
円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。また、第４
図に示すように位相差πを与えるものを1/2波長板とい
い、これは直線偏波光をそれと直交する直線偏波光に変
換する機能を有するものである。偏光ビームスプリッタ
は、第５図に示すように光をＳ成分とＰ成分に分離して
取り出せる機能を有したものである。

第１図において、端末器１からの出射光の経路を実線
で、端末器２からの出射光の経路を一点鎖線で、端末器
３からの出射光の経路を破線で示している。

本発明の動作は、まず端末器１のLD光源26から出射した
直線偏波光が、1/4波長板27を通過することにより円偏
波光に変換される。つぎに、半透鏡28を反射した光は偏
波保持ファイバ35を通過し、第１のPBS30で直交する２
つの直線偏波成分に分かれ、Ｐ偏光成分 は透過し、第２のPBS31を経たのち偏波保持ファイバ36
を通過して端末器３側へいく。一方、Ｓ偏光成分 は第１のPBS30で反射され、第３のPBS32を透過して半透
鏡37をへて端末器２の受光器38に入射する。なお、端末
器１のLD光源26から出射した直線偏波光の偏光方向が第
１のPBS30の主軸に対して45゜傾くように設定すれば1/4
波長板27を省くことも可能である。

また、端末器２の光源39から出射した直線偏波光は1/4
波長板40を通過して円偏光となる。その光は半透鏡37を
反射し第３のPBS32に入射する。

ここでＳ偏光成分は、第３のPBS32を透過したのち第１
のPBS30で反射して、偏波保持ファイバ35を通過したの
ち端末器１側へ送られる。一方、Ｐ偏光成分は第３のPB
S32で反射し、さらに反射板33で反射した後、1/2波長板
34でＳ偏光成分に変わり、第２のPBS33で反射した後偏
波保持ファイバ36を通過して端末器３側へ伝搬する。端
末器３の光源41から出射した直線偏波光は、1/4波長板4
2を通過して円偏波光となり、半透鏡43で反射して偏波
保持ファイバ36を通過したのち第３のPBS31に入る。そ
のうちＳ偏光成分は第２のPBS31で反射したのち、1/2波
長板34でＰ偏光成分に変わり、反射板33で反射したのち
第３のPBS32で反射して、半透鏡37を通過した後端末器
２の受光器38に入射する。一方、Ｐ偏光成分は第２のPB
S31および第１のPBS30を透過して、偏波保持ファイバ35
を通過したのち端末器１側に伝搬する。以上において、
端末器2,3の1/4波長板も前に述べた理由と同じく省くこ
とが可能である。

すなわち、本実施例では理解しやすい例として偏光状態
制御素子に1/4波長板を用いた場合を説明しているが、
一般に直線偏光を楕円偏光に変換するか、またはその主
軸方向を変更できるものなら何でもよく、例えば最も単
純には回転機構付き1/2波長板を用いることもできる。

本実施例のように、光の偏光特性を利用しPBSを用いて
光を分離する手法を用いると、PBSにおいてＰ偏光成分
およびＳ偏光成分に対して100％近い透過率および反射
率を容易に得ることができ、分岐により通信に寄与せず
捨てられる損失をほぼなくすことができる。即ち、本実
施例において、例えば端末器１の光源26からの出射光は
1/4波長板27で円偏光に変換され第１のPBS30に到達し、
ここで２つの直交する偏波に分離するため3dBの損失を
生じるが、従来の分岐器を用いる場合の損失値6dB（第
２図（Ｂ）参照）に比べ3dB低減できる。以上のように
して、３端末器間の相互通信か低損失で可能となる。第
６図は、本発明の第２の実施例を示す図であって、伝送
媒体54,55,56としてGI型ファイバを用いてｎ点間光通信
を行う場合（ｎ≧３）を示したものである。なお、前記
実施例と同一構成部分は同一符号をもって表わしその説
明を省略する。図中45,46,47はPBS、48は反射板、49は1
/2波長板、50は光源、51は1/4は波長板、52は半透鏡、5
3は受光器である。

本発明の動作は、GI型ファイバ54,55,56の偏波混合効果
（入力直線偏波光をランダム偏波光に変換する機能）を
利用したものであり、まず端末器１と端末器ｎの間で、
端末器１の光源26から出射した光は半透鏡28で反射し
て、伝送用GIファイバ54に入射し、端末器２の第１のPB
S30に達する。この間光の偏光状態はGI型ファイバの多
モード性による偏波混合効果によりランダム偏光とな
る。この光のうち、Ｓ偏光成分は第１のPBS30で反射し
端末器２の第３のPBS32に入射し、PBS32を無損失で透過
した後半透鏡37を経て受光器38に入射する。一方、第１
のPBS30を透過したＰ偏光成分は第２のPBS31を無損失で
透過し、GI型ファイバ55内に入射する。このように、端
末器１からGI型ファイバ54を介して端末器２に入射した
光は、端末器２の受光器38及びGI型ファイバ55に分配す
るための合分配用素子での損失を除き全て有効に用いら
れる。この合分配用素子における損失は、前述した従来
法においても生じるもので本発明に特有のものではな
い。具体的な合分配用素子としては、半透鏡、導波型合
分波素子あるいは通常は受信器と結合しており送信時の
み光路を送信器に切替えるスイッチ等により構成でき
る。

次に、端末器２の光源39を発した直線偏波光は、1/4波
長板40で円偏光となり、半透鏡37で反射して第３のPBS3
2に入射する。ただし、光源39の偏光方向を第３のPBS32
の主軸に対し45゜傾くように配置することにより1/4波
長板40を省くことができる。この光のうち、Ｓ偏光成分
は第３のPBS32で透過し第１のPBS30で反射して、GI型フ
ァイバ54を通過した後端末器１側へ入る。一方、第３の
PBS32で反射したＰ偏光成分は、反射板33で反射したの
ち1/2波長板34でＳ偏光成分に変わり、第２のPBS31で反
射してGI型ファイバ55を通過した後端末器３側へ入る。
また、端末器３側からGI型ファイバ55を経て第２のPBS3
1に入射した光は、第２のPBS31でＳ偏光成分が反射し、
1/2波長板34でＰ偏光成分に変わり、反射板33で反射し
た後第３のPBS32で反射し、半透鏡37を透過して端末器
２の受光器38に入射する。一方、第２のPBS31で透過し
たＰ偏光成分は、第１のPBS30を透過し、GI型ファイバ5
4を通過したのち端末器１側へ入る。以下同様に、任意
の端末器から出射した光は、同様な動作を繰り返して他
の全ての端末に伝搬される仕組みになっている。

本実施例の特徴は任意の端末器から光信号を出射したと
き、伝送媒体となるGI型ファイバが偏波混合効果を持つ
ことを利用し、１つのPBSで特定の偏光成分が取り出さ
れた後でも再び伝送媒体上で２つの偏光成分をもち、つ
ぎのPBSでも分離可能となり、全ての端末器に伝搬でき
る点にある。さらに、本発明においては各端末器ごとに
光偏波を分離する場合、最初のPBSで3dBの損失を生じる
が、従来の分岐器を用いた場合のように、通信に用いら
れることなく無駄に捨てられる光電力はなく、従来の分
岐装置を用いる場合の損失値6dB（第２図（Ｂ）参照）
に比べ各端末器ごと3dBずつ損失が低減できることにな
る。以上により、ｎ点間（ｎ≧３）での相互通信が低損
失で可能となる。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明によれば、単一波長の光源で
多点間（３端末器以上）の相互光伝送が容易に実現で
き、かつ分岐部で通信に寄与しない無駄な損失が生じな
いため、従来方式に比べて同一ダイナミックレンジ内に
おいて、より長距離の伝送が可能になるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図
（Ａ）は従来の光路切替器の説明図、第２図（Ｂ）は分
岐器を用いた分岐装置の説明図、第２図（Ｃ）は分岐装
置を用いた多点間通信の説明図、第３図は1/4波長板の
原理図、第４図は1/2波長板の原理図、第５図は偏光ビ
ームスプリッタの原理図、第６図は本発明の第２の実施
例を示す構成図である。 33,48……反射板 26,39,41,50……光源 27,40,42,51……1/4波長板 28,37,43,52……半透鏡 29,38,44,53……受光器 30,31,32,45,46,47……偏光ビームスプリッタ 34,49……1/2波長板 35,36……偏波保持ファイバ 54,55,56……GI型ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のノードで端末器により分割された１
   本の光ファイバを介した光通信方式において、各ノード
   に配置された端末器は送受信部と、前記光ファイバと接
   続するための第１及び第２の光入出射ポートと前記送受
   信部とのインターフェースポートとの３つのポートを有
   する光信号合分波部とにより構成されており、前記送受
   信部は合分配用素子に接続された送信器及び受光器とで
   成り、送信器は送信用光源と該送信用光源の偏光状態制
   御素子とにより構成されており、また、前記光信号合分
   波部は特定の偏波光を透過させるための第１及び第２の
   偏光分離プリズムと、第１の偏光分離プリズムで反射す
   る、前記透過偏光とは偏波面が直交する偏波面をもつ光
   を透過させて前記送受信部とのインターフェースポート
   に導く第３の偏光分離プリズムと、前記送受信部から入
   射した光のうち、第３の偏光分離プリズムで反射する偏
   光成分の光路を変えるための反射鏡と、前記反射鏡で反
   射した光の偏光方向を90゜回転させるための1/2波長板
   とにより構成されており、かつ、前記1/2波長板通過光
   は前記第２の偏光分離プリズムに入射した後反射して前
   記第２の光入出射ポートに導かれるように光軸が調整さ
   れていることを特徴とする多点間光通信用光信号合流分
   岐装置。