JPH07250031A - 光双方向伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体変調器を用いた反射型双方向伝送方式
の多重方法を改善し、効率的な伝送方式を提供すること
を目的とする。 【構成】 センタ装置は、ユーザ装置宛の信号光を含む
複数の波長の光を送出する光送出手段を具え、一の波長
でセンタ装置からユーザ装置へ信号を送信し、他の波長
でユーザ装置での変調時に用いる連続発振光を供給しす
る。ユーザ装置は、光変調及び光吸収を行う光変調手段
と、前記光伝送路から前記光変調手段に光を供給すると
ともに前記光変調手段からの戻り光を前記光伝送路に導
く光導波手段とを含む。ユーザ装置の光変調手段及び戻
り光を光伝送路に導く光導波手段として、光伝送路に接
続された端面とは異なる端面にミラーを設けた半導体変
調器を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号による双方向通
信に利用する方式、特に、センタ装置に光源を具え、ユ
ーザ装置に光源を置かない光伝送方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光双方向伝送方式では、２本のフ
ァイバをセンタ装置とユーザ装置の間にひく方法が基本
である。しかし、この方法では、ファイバ敷設に、費用
がかかるという問題があった。これを解決するため、セ
ンタ装置とユーザ装置間のファイバを１本にし、送受双
方向は、ピンポン伝送などの多重化技術を用いて行うと
いう方法が取られている。このとき、センタ装置側、ユ
ーザ装置側それぞれに送信器、受信器を必要する。この
方法では、ユーザ装置側においても送受信器を設けるた
め、故障した場合に修理のために駆けつける時間が必要
で復旧時間が長いこと、経済的に高くなること、などの
問題があった。

【０００３】これを解決するため、ユーザ装置からセン
タ装置に信号を送るための光源をユーザ装置に置かない
光伝送方式が提案された（例えば、Electronics Letter
s, vol.22 No.10, pp.517 〜518, 1986)。この方式の場
合、図１１に示すように、センタ装置90から送出される
信号は、ユーザ装置91における方向性結合器92を通りレ
シーバ93で受信される。ユーザ装置からセンタ装置へ送
信する場合、センタ装置から変調していない連続発振光
がユーザ装置へ送られ、ユーザ装置内の方向性結合器92
を経由し、LiNbO₃変調器94に入射する。入射光は、変調
器背面のミラー95により反射されセンタ装置へ送り返さ
れる。光は変調器内を往復して通過するときに、変調さ
れる。しかし、この方法では、素子数が多く、また、素
子間の結合の調整も難しい。なお、96はセンタ装置の方
向性結合器である。また、変調器として半導体を用いる
場合、LiNbO₃変調器の場合と異なり、素子数は変調器一
個でよい。この場合、双方向多重する場合に、時分割を
行なう（ピンポン) 方法、変調する周波数を方向によっ
て変える方法がとられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような双方向多重の方法においては、時分割では、送受
のタイミングを制御するのが難しく、また送信に時間が
かかり、情報量が増えた場合に対応できず、変調周波数
多重では、変調器を検出器として用いた場合の感度がと
れない、などの問題点がある。本発明の目的は、このよ
うな問題を解決し、半導体変調器を用いた反射型双方向
伝送方式において、双方向多重方法の改善により、制御
方法を簡易化し時間を有効に利用し、光検出感度を向上
させた、効率的な伝送方式を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の主たる観点によ
ると、半導体変調器を用いた反射型双方向伝送方式にお
いて、双方向多重の方法として、センタ装置に複数の波
長の光を送出する装置を具え、波長多重を行う。

【０００６】本発明では、センタ装置の電気信号は、電
気光変換器において一の波長の光信号に変換され、光フ
ァイバを経由してユーザ装置にはいり、受信される。ユ
ーザ装置から送信する場合は、センタ装置内の電気光変
換器から送出された他の波長の連続発振レーザ光がユー
ザ装置へ入り、これをユーザ装置で変調し、変調された
反射光は、光ファイバを経由し、センタ装置に戻り、光
電気変換器に入射し、受信される。

【０００７】

【作用】本発明においては、ユーザ装置で半導体変調器
を用いれば、（１）送受を一素子で行なう、（２）送受
時は電圧駆動であるため、電力消費が通常の送信器であ
るレーザに比べて小さい、（３）電源回路が低減でき
る、（４）特性の温度依存性が小さい、（５）送受同時
に行うことができる、等の特徴があり、送受信モジュー
ルの経済化を図ることができ、制御方法の簡便化、時間
の有効利用、光検出感度の向上が可能となる。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示すブロッ
ク図である。センタ装置10は、サーキュレータ12、２つ
の波長を送出する電気光変換器13、光電気変換器14を含
む。ユーザ装置11は、半導体変調器を用いた送受信器15
を含む。両者は光ファイバ16によって結ばれている。ユ
ーザ装置11に使われている半導体変調器を用いた送受信
器15について詳しく説明する。図２にその構造を示す。
基本的には半導体変調器の構造を有しており、導波路型
変調／吸収層23、クラッド層24、高反射膜22、低反射膜
21からなっている。

【０００９】図３に、半導体変調器に逆バイアスを印加
したときの吸収係数の変化を示す。逆バイアスを印加す
るにしたがって、吸収端が長波長側にシフトしていくの
がわかる。実際に動作させる波長λ₁ 、λ₂ を矢印で表
す。逆バイアスを０Ｖと−４Ｖの間で変化させることに
より、波長λ₁ における吸収係数を変化させ、光を変調
することができる。ｏｎ／ｏｆｆ比（消光比）は、約２
０ｄＢである。波長λ ₂ の光に対しては、吸収係数が大
きく、この半導体変調器は光検出器として働く。

【００１０】本方式の送受信時における半導体変調器の
動作について説明する。ユーザ装置から送信をするとき
には、センタ装置から送られてくる波長λ₁ の連続発振
レーザ光が低反射膜21の端面から入射し、導波路型変調
／吸収層23に結合する。この時、端面は低反射膜によっ
て覆われているので、変調／吸収層への結合効率は向上
している。導波路型変調／吸収層へ結合した光は、高反
射膜22で反射し、再び導波路型変調／吸収層を経由して
低反射膜を通過する。吸収層を光が通過するとき、外部
から変調された電圧を印加し、導波路型変調／吸収層の
吸収係数を制御することにより、変調を加える。変調を
加えられた光は、光ファイバを経由してセンタ装置へ送
信さる。

【００１１】センタ装置からの信号を受信する時には、
センタ装置から送られてくる波長λ ₂ の変調されたレー
ザ光が低反射膜21の端面から入射し、導波路型変調／吸
収層23に結合する。導波路型変調／吸収層へ結合した光
は、高反射膜22で反射し、再び導波路型変調／吸収層を
通過する。導波路型変調／吸収層を光が通過するとき、
吸収層内では、波長λ₂ の光は吸収係数が大きいため、
徐々に光が吸収されて光電流に変換され、光電気変換が
行なわれる。

【００１２】本発明では、センタ装置からの電気信号
は、電気光変換器13において波長λ₂の光信号に変換さ
れ、サーキュレータ12を通り、光ファイバ16を経由して
ユーザ装置11にはいり、受信される。ユーザ装置から送
信する場合は、センタ装置10内の電気光変換器13から送
出された波長λ₁ の連続発振レーザ光がユーザ装置11へ
入り、これをユーザ装置11で変調し、変調された反射光
は、光ファイバ16を経由し、センタ装置に戻り、サーキ
ュレータ12を通って光電気変換器14に入射し、受信され
る。この例ではサーキュレータにより電気光変換器及び
光電気変換器と光ファイバとが結合されているので、送
受の光の信号を分離でき、伝送路の損失を低減できる。

【００１３】この実施例では、センタ装置とユーザ装置
間の双方向伝送方式として波長多重を用いている。即
ち、センタ装置からユーザ装置へ信号を送出する光の波
長と、ユーザ装置からセンタ装置への信号を反射光を利
用して送出する光の波長とを分けて通信を行う。この実
施例のタイミングチャートを図４（ａ）及び（ｂ）に示
す。（ａ）図において、Ｔは送信を示し、Ｒは受信を示
す。ＣＷは連続発振レーザ（ＣＷ）光を示す。波長λ₂
を用いたセンタ装置からユーザ装置への送信及び波長λ
₁ を用いたセンタ装置からのＣＷ光を利用したユーザ装
置からセンタ装置への送信を同時に行い、繰り返し、セ
ンタ装置ユーザ装置間で送受信を行なう。（ａ）図で
は、伝播遅延時間の間センタ装置は空いていることにな
る。これに対して、（ｂ）図では、伝播遅延時間を有効
利用し、センタ装置からユーザ装置への次の送信をユー
ザ装置からの送信を待たずに行なう。本実施例の場合、
いずれのタイミングチャートによっても通信可能であ
り、通常のＴＣＭ（時間圧縮多重化）に比べて、送受が
同時にできるため時間の有効利用ができる。

【００１４】この実施例では、センタ装置において光電
気変換器及び電気光変換器の切り替えにサーキュレータ
を用いているが、方向性結合器、Ｙ分岐構造のものなど
を用いてもよく、その分岐比は、１：１に限らず、状況
に応じて変えてもよい。ただし、サーキュレータ以外の
ものを用いる場合、送受信とも伝播損失が大きくなるこ
とがある。

【００１５】図５に第２の実施例のブロック図を示す。
この実施例では、光伝送路として、単一モード光ファイ
バ51，52が用いられ、この単一モードファイバにより互
いに接続されたセンタ装置50及びｎ個のユーザ装置54を
具える。センタ装置50から各ユーザ装置54への光伝送路
と、各ユーザ装置54からセンタ装置50への光伝送路とを
共用する。センタ装置50と各ユーザ装置54との間には、
光信号を分配するスターカップラ53を具える。センタ装
置50は、第１の実施例と同様にサーキュレータ、ユーザ
装置宛の信号光を生成する手段として二つの波長の光を
送出する電気光変換回路、ユーザ装置からの信号を受信
するための光電気変換回路を具えている。各ユーザ装置
54は、半導体変調器を用いた送受信器を具えている。

【００１６】この実施例の動作について説明する。セン
タ装置の光電気変換回路から生成されるｉ番目のユーザ
装置への波長λ₂ である信号光Ｐｉは、サーキュレー
タ、単一モード光ファイバ51を経由し、スターカップラ
53にはいる。スターカップラ53においてｎ個のユーザ装
置に対して光信号が分配され、ｉ番目の伝送路では、単
一モードファイバ52を経由してｉ番目のユーザ装置の半
導体変調器へ入射される。

【００１７】次に各ユーザ装置側からセンタ装置側に信
号を送る場合には、センタ装置では波長λ₁ である連続
発振レーザ光を送出し、スターカップラを経由して各ユ
ーザ装置まで到達する。各ユーザ装置では、実施例１の
ように、反射光を変調し、再びスターカップラを経由し
てセンタ装置のサーキュレータを通り、光電気変換回路
に達し、電気信号に変換される。

【００１８】この実施例のタイミングチャートを図６に
示す。センタ装置から各ユーザ装置への波長λ₂ の光信
号はすべてのユーザ装置に伝送される。ユーザ装置から
センタ装置へ信号を送る場合、センタ装置からの波長λ
₁ の連続発振レーザ（ＣＷ）光をユーザ装置において反
射、変調し、センタ装置に送出する。図６においては、
センタ装置と各ユーザ装置が１回送受信したのちに、ま
た、センタ装置からユーザ装置に信号が送られる。各ユ
ーザ装置がセンタ装置から遠く、伝搬するのに時間がか
かる場合、その伝搬遅延時間を有効利用し、センタ装置
からユーザ装置への次の送信をユーザ装置からの送信を
待たずに行なうことも可能である。

【００１９】図７に本発明の第３の実施例のブロック図
を示す。この実施例では、光伝送路として、単一モード
光ファイバ71、72が用いられ、この単一モードファイバ
により互いに接続された、センタ装置70及びｎ個のユー
ザ装置74を具える。センタ装置70から各ユーザ装置74へ
の光伝送路と各ユーザ装置74からセンタ装置70への光伝
送路を共用する。センタ装置と各ユーザ装置の間には、
伝送路切り替え装置として、LiNbO₃光スイッチ73が接続
されている。センタ装置70は、第１の実施例と同様にサ
ーキュレータ、ユーザ装置宛の信号を生成する手段とし
て二つの波長の光を送出する電気光変換回路、ユーザ装
置からの信号を受信するための光電気変換回路を具えて
いる。各ユーザ装置74は、半導体変調器を用いた送受信
器を具えている。

【００２０】次にこの実施例の動作について説明する。
センタ装置70の光電気変換回路から生成されるｉ番目の
ユーザ装置への波長λ₂ の信号光Ｐｉは、サーキュレー
タ、単一モード光ファイバ71を経由し、光スイッチ73に
はいる。LiNbO₃光スイッチ73においてｉ番目の伝送路が
選択され単一モードファイバ72を経由してユーザ装置の
半導体変調器からなる送受信器により電気信号に変換さ
れる。

【００２１】次に各ユーザ装置側からセンタ装置側に信
号を送る場合には、センタ装置では波長λ₁ の連続発振
レーザ光を送出し、光スイッチを経由して各ユーザ装置
まで到達する。各ユーザ装置では、第１の実施例のよう
に、反射光を変調し、変調された反射光は再び光スイッ
チを経由してセンタ装置のサーキュレータを通り、光電
気変換回路に達し電気信号に変換される。送受は、波長
が異なるため、同時に行うことができる。

【００２２】この実施例のタイミングチャートを図８に
示す。図８においては、ｉ番目の光スイッチがｏｎした
時にセンタ装置とｉ番目のユーザ装置が接続され、２波
長を用いて送受信が行われる。以後順番にスイッチがｏ
ｎしてセンタ装置と各ユーザ装置の信号の送受が行われ
る。本実施例では、光スイッチとしてLiNbO₃光スイッチ
73を用いているが、他の材料を用いた光スイッチでもよ
い。

【００２３】次に本発明の第４の実施例について説明す
る。図９にブロック図を示す。第２の実施例とほぼ同じ
であるが、各ユーザ装置に波長を選別する光フィルタ55
を具えている。また、センタ装置50の電気光変換器で
は、二つの波長の光ではなく、ｎ個の波長の光を送出す
る電気光変換器を用いている。本実施例では、今迄述べ
てきた実施例とは異なり、ＣＷ光と変調光で波長を分け
るのではなく、各ユーザ装置ごとに波長を割当てて、送
受信を行う。

【００２４】図１０に、この実施例のタイミングチャー
トを示す。センタ装置からユーザ装置に送信する際に
は、各ユーザ装置毎に割り当てられたｎ個の波長の信号
光を送出する。各ユーザ装置では光フィルタ54により自
分の割り当てられた波長の光を選別し、検出する。各ユ
ーザ装置からセンタ装置へ信号を送る場合には、センタ
装置において、伝搬時間を考慮したタイミングで連続発
振光が送出され、各ユーザ装置の光フィルタにより、選
別された光は反射時に変調されセンタ装置に送出され
る。この実施例の場合、各ユーザ装置はセンタ装置へ信
号を送る際、センタ装置側で各ユーザ装置での反射送出
タイミングを考慮して連続発振光を送出するため、ユー
ザ装置でタイミング制御することがなく、ユーザ装置を
簡略化できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光双方向
伝送方式においては、光源を備えないユーザ装置におけ
る、制御方法の簡便化、時間の有効利用、光検出感度の
向上等を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図である。

【図２】半導体変調器を用いた送受信器を示す図であ
る。

【図３】動体変調器の吸収係数の電圧依存性および動作
波長を説明する図である。

【図４】第１の実施例におけるタイミングチャートであ
る。

【図５】第２の実施例のブロック図である。

【図６】第２の実施例のタイミングチャートである。

【図７】第３の実施例のブロック図である。

【図８】第３の実施例のタイミングチャートである。

【図９】第４の実施例のブロック図である。

【図１０】第４の実施例のタイミングチャートである。

【図１１】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】 １０，５０，７０ センタ装置 １１，５４，７４ ユーザ装置 １２ サーキュレータ １３ 電気光変換器 １４ 光電気変換器 １５ 送受信器 １６，５１，５２，７１，７２ 単一モード光ファイバ ２１ 低反射膜 ２２ 高反射膜 ２３ 変調／吸収層 ２４ クラッド ５３ スターカップラ ７３ 光スイッチ ５５ 波長フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｊ 14/06 Ｈ０４Ｂ 10/152 10/142 10/04 10/06 7739−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｌ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 双方向の光伝送路により互いに接続され
   たセンタ装置及びユーザ装置を具え、 前記センタ装置は、前記ユーザ装置宛の信号光を含む複
   数の波長の光を送出する光送出手段を具え、 前記ユーザ装置は、光変調及び光吸収を行う光変調手段
   と、前記光伝送路から前記光変調手段に光を供給すると
   ともに前記光変調手段からの戻り光を前記光伝送路に導
   く光導波手段とを具えることを特徴とする光双方向伝送
   方式。
2. 【請求項２】 ユーザ装置の光変調手段及び戻り光を光
   伝送路に導く光導波手段として、光伝送路に接続された
   端面とは異なる端面にミラーを設けた半導体変調器を具
   備することを特徴とする請求項１に記載の双方向伝送方
   式。
3. 【請求項３】 センタ装置では、二つの波長の光を送出
   する手段を有し、第１の波長をセンタ装置からユーザ装
   置へ信号を送信するために用い、第２の波長をユーザ装
   置での変調時に用いる光を供給するために用いることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の光双方向伝送方式。
4. 【請求項４】 スターカップラを用いて複数のユーザ装
   置に光信号を分配することを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の光双方向伝送方式。
5. 【請求項５】 光スイッチを用いて複数のユーザ装置に
   光信号を分配することを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の光双方向伝送方式。
6. 【請求項６】 各ユーザ装置に光フィルタを具えること
   を特徴とする請求項４に記載の光双方向伝送方式。