本申请是申请日为2014年3月11日、发明名称为“光发射/接收设备、光通信系统、以及光发射/接收方法”、申请号为：201480016080.8的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种光学模块、光通信系统和光通信方法。
背景技术：
近年来，数字相干光发射技术已投入实际应用中，并且已实现了在具有等于或大于100Gbit/s的速度的超高速单波长信道中容纳各种超高速客户端信号的高可靠长距离大容量的发射。
在图11中示出了通常可用的数字相干光发射/接收设备的方框配置图。通常可用的数字相干光发射/接收设备是由光发射光源10000和光接收光源20000实现的。控制单元50000分别对光发射光源10000和光接收光源20000的光输出功率进行调节，从而使发射和接收特性最佳化。
从光发射功能光源10000输出的光由光调制设备30000进行光调制，并且作为输出信号光输出。从光接收光源20000输出的光与输入到光接收设备40000之中的光信号相干涉以作为本地振荡(LO：本地振荡器)光。
在这种情况下，从光接收光源20000输出的光的波长与输入到光接收设备40000的光信号相干涉，并且因此，波长需要与输出光信号的波长相同。数字相干光发射/接收设备在接收侧上使用波长可变光源作为光源，从而LO光的波长根据输出光信号的波长而变。因此，在输入了波分复用(WDM：波分复用)光信号的情况下，从WDM信号有选择地接收特定波长。
另一方面，在数字相干光发射/接收设备中，对降低电力消耗并且减小尺寸的需要增加了。作为用于降低电力消耗并且减小数字相干光发射/接收设备的尺寸的技术，例如已提议了使得光发射功能光源和光接收功能光源成为公共光源并且减少在数字相干光发射/接收设备上实现的光源的技术。
PTL1公开了一种光通信发射/接收设备，在所述光通信发射/接收设备中，光开关将来自光源的输出光切换到光发射回路或光接收回路并且光分支回路将来自光源的输出光分到光发射回路和光接收回路，虽然这不是数字相干光发射/接收设备。
[专利文献1]日本专利公开No.63-059125
技术实现要素：
技术问题
然而，无法将PTL 1的光发射/接收设备照原样应用于数字相干光发射/接收设备。这是因为在利用光开关来切换输出光的情况下，光无法同时从光源输入到光发射回路和光接收回路。在使用光分支回路的情况下，光可同时输入到光发射回路和光接收回路，但是当对一侧上的光源的光功率进行调节时，另一侧上的光功率也变化。通常，在数字相干光发射/接收设备中，发射侧与接收侧之间的适当光功率是不同的，并且因此，很难将发射侧和接收侧调节到适当光功率。
尤其是，在波长可变光源用于光源的情况下，发射侧和接收侧上的适当功率根据波长而不同，并且最佳功率比也不同。因此，同时将每个波长上的发射侧和接收侧调节到适当光功率这是非常困难的。
本发明的目的是鉴于上述问题而形成的，并且本发明的目的是提供一种即使在光发射侧和光接收侧上的光源成为公共光源的情况下还能够同时使用光发射功能和光接收功能的光发射/接收设备、光通信系统、以及光发射/接收方法。
为了实现上述目的，根据本发明的光发射/接收设备包括：光分支装置，用于将来自光输出装置的光分成第一分光和第二分光；光功率调节装置，用于分别对第一分光的光功率和第二分光的光功率进行调节；光发射装置，用于对光功率被调节的第一分光进行调制，并且输出所调制的第一分光以作为第一光信号；光接收装置，用于通过使光功率被调节的第二分光和从外部给予的第二光信号彼此相干涉而接收第二分光以及第二光信号；以及控制装置，用于根据从光输出装置输出的光的光学特性来控制光功率调节装置。
为了实现上述目的，根据本发明的光通信系统包括：终端侧设备，该终端侧设备包括如上所述的光发射/接收设备；以及局站侧设备，该局站侧设备能够将相干光信号发射到终端侧设备并且能够接收来自终端侧设备的相干光信号。
为了实现上述目的，根据本发明的光发射/接收方法包括：输出光；将输出光分成第一分光和第二分光；根据输出光的光学特性分别对第一分光的光功率以及第二分光的光功率进行调节；对通过对光功率进行调节所获得的第一分光进行调制；输出所调制的第一分光以作为第一光信号；通过使得通过调节光功率所获得的第二分光和从外部给予的第二光信号彼此相干涉而接收第二分光以及第二光信号。
根据本发明，即使在光发射侧和光接收侧上的光源成为公共光源的情况下，还可提供能够同时使用光发射功能和光接收功能的光发射/接收设备、光通信系统、以及光发射/接收方法。
附图说明
图1是用于对根据第一示意性实施例的光发射/接收设备100进行说明的方框配置图。
图2是用于对根据第一示意性实施例的光发射/接收设备100的操作进行说明的流程图。
图3是用于对根据第二示意性实施例的光发射/接收设备100a进行说明的方框配置图。
图4是用于对根据第二示意性实施例的光功率调节单元30进行说明的方框配置图。
图5是存储在根据第二示意性实施例的控制单元60的存储器中的数据表格的示例。
图6是用于对根据第二示意性实施例的光发射/接收设备100a的操作进行说明的流程图。
图7是用于对根据第三示意性实施例的光发射/接收设备100b进行说明的方框配置图。
图8是用于对根据第三示意性实施例的光发射/接收设备100b的操作进行说明的流程图。
图9是用于对根据第四示意性实施例的光通信系统进行说明的系统配置图。
图10A是根据第四示意性实施例的终端侧设备1000和局站侧设备2000在正常状态下发射和接收的光信号的示例。
图10B是根据第四示意性实施例的终端侧设备1000和局站侧设备2000在发生异常期间发射和接收的光信号的示例。
图11是用于对通常可用的数字相干光发射/接收设备进行说明的方框配置图。
具体实施方式
(第一示意性实施例)
参考附图对本发明的示意性实施例进行详细地说明。图1是用于对根据本发明的第一示意性实施例的光发射/接收设备100进行说明的方框配置图。根据本示意性实施例的光发射/接收设备100包括光输出单元1、光分支单元2、光功率调节单元3、光发射单元4、以及光接收单元5。
随后，对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100的操作进行说明。图2是用于对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100的操作进行说明的流程图。光输出单元1输出光(步骤S11)。光分支单元2将从光输出单元1输出的光分成第一分光和第二分光(步骤S12)。光功率调节单元3根据从光输出单元1输出的光的特性对第一分光的光功率以及第二分光的光功率进行单独地调节(S13)。在步骤S13中，通过光功率调节单元3对第一分光和第二分光中的至少一个的光功率进行调节。
光发射单元4对第一分光进行调制以输出调制光以作为光信号(步骤S14)。光接收单元5通过使得第二分光与从光接收设备100的外部输入的信号光彼此相干涉而接收第二分光以及信号光(步骤S15)。
根据本示意性实施例，通过光分支单元2对从光输出单元1输出的光进行分支，并且光功率调节单元3对光功率进行独立地调节，并且因此，光发射单元4和光发射单元5这两者可使用从光输出单元1输出的光。因此，即使光发射侧上的光源以及光接收侧上的光源成为公共光源，根据本示意性实施例的光接收设备100可同时使用光发射功能和光接收功能。
(第二示意性实施例)
随后，对根据本发明的根据本发明的第二示意性实施例进行说明。图3是用于对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100a进行说明的方块配置图。光发射/接收设备100a包括波长可变光源10、光分支单元20、光功率调节单元30、光发射单元40、光接收单元50、以及控制单元60。在图3中，实线箭头表示光的路径，并且虚线箭头表示控制电信号。
波长可变光源10可改变波长，并且输出在WDM通信波长带之内的预定波长的光。光分支单元20是诸如光耦合器的用于分光的光学元件。
在图4中示出了光功率调节单元30的详细方框配置图。光功率调节单元30包括光衰减单元31，32。诸如可变光衰减器的光学元件可用作光衰减单元31，32
发射单元40是诸如LN(铌酸锂)调制设备的具有光调制功能的光学回路。光接收单元50是具有数字相干检测功能的光学回路。
控制单元60根据从波长可变光源10输出的光的光学特性来控制光功率调节单元30。例如，控制单元60可由诸如微计算机的计算单元组成，并且包括用于存储提供于控制单元60之中或者在控制单元60之外的数据表格的存储器。控制单元60根据数据表格来控制波长可变光源10的光输出功率和波长或者光功率调节单元30的光功率调节量。
在图5中示出了存储在控制单元60的存储器中的数据表格的示例。
图5的数据表格根据从波长可变光源10输出的每个输出光波长的光输出功率来存储光输出功率以及光衰减单元31，32的衰减量。在这种情况下，“输出光波长”是从波长可变光源10输出的光的波长，“光输出功率”是与输出光的功率有关的信息，“衰减量1，2”分别是光衰减单元31，32的控制值等等。可将在波长可变光源10中所设定的电压值、电流值等等存储为“光输出功率”。
随后，对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100a的操作进行说明。图6是用于对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100a的操作进行说明的流程图。波长可变光源10输出在WDM通信波长带中的预定波长的输出光(步骤S21)。对于控制单元60优选的是对从波长可变光源10输出的光的光功率进行调节以便使从光发射/接收设备100a发射的光信号的发射特性或者由光发射/接收设备100a接收的光信号的接收特性是适当的。
光分支单元20将从波长可变光源10输入的光分成第一分光和第二分光(步骤S22)。光功率调节单元30的光衰减单元31使第一分光的光功率衰减(步骤S23)。另一方面，光功率调节单元30的光衰减单元32使第二分光的光功率衰减(步骤S24)。在步骤S23，S24中，控制单元60对光衰减单元31，32的衰减量进行调节以使从光发射/接收设备100a发射的光信号的发射特性或者由光发射/接收设备100a接收的光信号的接收特性是适当的。
光发射单元40对从光衰减单元31输入的光进行调制，并且将该光输出到光分支插入设备100a的外部(步骤S25)。光接收单元50通过使得从光衰减单元32接收到的光和从外部接收到的光彼此相干涉来接收光(步骤S26)。
根据本示意性实施例的光发射/接收设备100a可以自由地改变所发射的和所接收到的波长。光发射/接收设备100a对光衰减单元31，32的衰减量进行调节以使得每个波长中的光发射和接收特性是适当的。
应该注意的是本示意性实施例并不局限于具有光衰减单元31，32这两者的光发射/接收设备100a。替代地，可以将光发射/接收设备100a配置为包括光衰减单元的任何一个。在这种情况下，控制单元60对波长可变光源10的光输出功率进行调节以使得未被光衰减单元调节的特性(光发射特性或光接收特性)是适当的。
更具体地说，控制单元60对波长可变光源10进行控制以使光发射特性是适当的，并且对光衰减单元32的衰减量进行调节以使光接收特性是适当的。替代地，控制单元60对波长可变光源10进行控制以使光接收特性是适当的，并且对光衰减单元31的衰减量进行调节以使光发射特性是适当的。
此外，在光发射侧或光接收侧上发生异常的情况下，根据本示意性实施例的光发射/接收设备100a中可关闭光发射侧或光接收侧，同时保持未检测到任何异常的一侧上的操作。例如，控制单元60使光衰减单元31，32中的发生故障的光衰减单元的光衰减量足够地增大到不会影响其它设备等等的级别，因而实际上关闭光衰减单元31，32中的出故障的光衰减单元。
(第三示意性实施例)
对根据本发明的第三示意性实施例进行说明。图7是用于对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100b进行说明的方框配置图。根据本示意性实施例的光发射/接收设备100b被配置为向根据第二示意性实施例的光发射/接收设备100a(图3)增加光开关70。
在本示意性实施例中，光开关70将从光发射/接收设备100b的外部提供的信号光输出到光耦合器80和光接收单元50中的一个。
光接收单元50接收通过数字相干检测和直接检测中的任何一个所输入的光信号。
控制单元60监测波长可变光源10。此外，控制单元60控制对光开关70的光路的切换以及对光接收单元50的接收方法的切换。
随后，对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100b的操作进行说明。图8是用于对根据本示意性实施例的光发射/接收设备100b的操作进行说明的流程图。控制单元60监测波长可变光源10(步骤S31)。在波长可变光源10正常操作的情况下(步骤S31：否)，按照与示意性实施例2的操作相同的方式来执行操作。
另一方面，在波长可变光源10中检测到故障的情况下(步骤S31：是)，控制单元60将光接收单元50的接收方法从数字相干检测变为直接检测(步骤S32)。因此，光接收单元50接收强度调制的光信号(步骤S33)。
此外，控制单元60基于所接收到的强度调制的光信号将光开关70的光路从光接收单元50变为光耦合器80(步骤S34)，因此，将从光发射/接收设备100b的外部给予的信号光输入到光耦合器80。光耦合器80通过光功率调节单元30将从外部给予的信号光代替从波长可变光源10给予的光输出到光发射单元40。
光发射单元40对从外部给予光发射/接收设备100b的信号光代替从波长可变光源10输入的光进行强度调制，并且输出强度调制的信号光(步骤S35)。光发射/接收设备100b输出强度调制的光信号，从而将状态通知等等发射到通信中的另一方。输入到光发射/接收设备100b的信号光优选是连续光，因为它是通过光发射单元40而回环并调制的。
根据本示意性实施例，即使在波长可变光源10发生故障的情况下，光接收单元50可接收强度调制的光信号。此外，即使在波长可变光源10发生故障的情况下，输入到光发射/接收设备100b的信号光被回环到光发射单元40，并且因此，可发射强度调制的光信号。因此，即使在光发射侧和光接收侧的光源成为公共光源的配置中波长可变光源10发生故障的情况下，根据本示意性实施例的光发射/接收设备100b可同时使用光发射功能和光接收功能。
(第四示意性实施例)
对根据本发明的第四示意性实施例进行说明。根据所述本示意性实施例的光通信系统包括根据第三示意性实施例的光发射/接收设备100b。图9是用于对根据本示意性实施例的光通信系统进行说明的系统配置图。在图9的光通信系统中，光发射/接收设备100b提供于终端侧设备1000中，并且与局站侧设备2000一起执行光发射和接收。
在根据本示意性实施例的光通信系统中，终端侧设备1000按照与在第三示意性实施例中所说明的光发射/接收设备100b相同的方式进行操作。另一方面，局站侧设备2000与终端侧设备1000一起发射并接收相干光信号。此后，在终端侧设备1000的光发射/接收设备100b中发生了某种故障的情况下，发射并接收强度调制的光信号代替相干光信号，以便在终端侧设备1000与局站侧设备2000之间发射并接收与异常有关的信息。
在图10A中示出了当终端侧设备1000正常操作时所发射和所接收的光信号。在图10A中，当终端侧设备1000正常操作时，终端侧设备1000和局站侧设备2000发射并接收数字相干光信号。
在图10B中示出了在终端侧设备1000中当波长可变光源10发生故障时所发射和所接收的光信号。在图10B中，终端侧设备1000的波长可变光源10发生故障，使得终端侧设备1000无法发射数字相干光信号，并且无法接收来自局站侧设备2000的数字相干光信号(t1)。当波长可变光源10发生故障时，如在第三示意性实施例中所说明的，终端侧设备1000将光接收单元50的接收方法从数字相干检测切换到直接检测。
另一方面，局站侧设备2000无法接收数字相干光信号，并且因此，认识到在终端侧设备1000中发生某种异常(t2)。在这种情况下，局站侧设备2000停止发射数字相干光信号，并且以预定周期来发射低比特率的导频信号以作为强度调制的光信号(t3)。此外，局站侧设备2000丢弃接收侧回路(前端)的接收频带，并且截止高频噪声，以便降低最小接收灵敏度，并且发射与接收之间的动态范围扩大了。
终端侧设备1000将接收方法切换到直接检测，以便终端侧设备1000可接收从局站侧设备2000输出的导频信号(t3)。在终端侧设备1000接收到从局站侧设备2000输出的导频信号的情况下，终端侧设备1000使用所接收到的导频信号以与所述局站侧设备2000同步。
此后，在局站侧设备2000以预定周期发射导频信号之后，局站侧设备2000完成导频信号的发射，并且开始发射诸如ALL-High信号的连续光(t4)。在这种情况下，局站侧设备2000通过降低比特率而以低速通信将强度调制的连续光发射到终端侧设备1000，以便确保相对于由于光的回环所造成的特性劣化而言的容限。
终端侧设备1000根据将从局站侧设备2000输出的强度调制的光信号从导频信号切换到连续光的时间点将光开关70的光路从光接收单元50切换到光耦合器80(t4)。因此，将从局站输出侧设备2000输入的连续光引导到光耦合器80。
在通过光功率调节单元30对输入到光耦合器80的连续光的光功率进行调节之后，光发射单元40对连续光进行强度调制，并且将其作为强度调制的光信号发射到局站侧设备2000。
根据本示意性实施例，使用其有利之处在于实现了低功耗并且尺寸降低的光发射/接收设备100b，并且因此，可以低成本建立该系统并很容易地操作。即使当波长可变光源10发生故障时，也可在终端侧设备1000与局站侧设备2000之间进行光通信，并且可执行诸如状态通知的通信。应该注意的是可将根据本示意性实施例的光通信系统应用于ROADM(可重构光分/插复用器)通信系统等等。
如上所述的每个示意性实施例是示出了本发明的示例，并且在本发明中，可以实现除了在示意性实施例中所示的之外的各种配置。可以将上述示意性实施例中的一些或所有描述为在以下补充说明中所示，但是并不局限于此。
(补充说明1)
一种光发射/接收设备包括：光输出单元；光分支单元，用于将来自所述光输出单元的光分成第一分光和第二分光；光功率调节单元，用于对所述第一分光的光功率与所述第二分光的光功率的比值进行调节；光发射单元，用于对所述第一分光进行调制，并且输出所调制的第一分光以作为第一光信号；以及光接收单元，用于通过使所述第二分光和从外部给予的第二光信号彼此相干涉而接收所述第二分光以及所述第二光信号。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的光发射/接收设备，其中，所述光输出单元是波长可变光源，并且所述光发射/接收设备进一步包括控制单元，所述控制单元用于根据从所述波长可变光源输出的输出光的波长来控制所述光功率调节装置。
(补充说明3)
根据补充说明1或2所述的光发射/接收设备，其中，所述光功率调节单元包括用于使所述第一分光的光功率衰减的第一光衰减单元以及用于使所述第二分光的光功率衰减的第二光衰减单元中的一个或两个，并且所述控制单元根据所述波长可变光源的光输出功率来控制所述第一或第二光衰减单元的衰减量。
(补充说明4)
根据补充说明1至3中的任一项所述的光发射/接收设备，进一步包括光开关，所述光开关用于切换第二光信号并且将所述第二光信号输出到所述光接收单元和所述分支单元中的任何一个，其中，所述光接收单元接收强度调制的信号，并且所述分支单元将所述第二光信号输出到所述光发射单元，并且所述光发射单元对所述第二光信号进行强度调制并输出所述第二光信号。
(补充说明5)
根据补充说明4的光发射/接收设备，其中，所述控制单元监测并且检测所述光输出单元的故障，并且在所述控制单元检测到所述光输出单元中的故障的情况下，所述控制单元将所述光接收单元的接收方法切换到直接检测。
(补充说明6)
一种光通信系统，该光通信系统包括根据补充说明1至5中的任一项所述的光发射/接收设备以及用于将光信号发射到终端侧设备以及接收来自所述终端侧设备的所述光信号的局站侧设备。
(补充说明7)
一种光发射/接收方法，包括：输出光；将输出的光分成第一分光和第二分光；对所述第一分光的光功率与所述第二分光的光功率的比值进行调节；对通过调节光功率获得的所述第一分光进行调制；输出所调制的第一分光以作为第一光信号；以及通过使所述第二分光和从外部给予的第二光信号彼此相干涉而接收所述第二分光以及所述第二光信号。
(补充说明8)
根据补充说明7所述的光发射/接收方法，其中，根据所述输出的光的光输出功率来控制第一或第二光衰减单元的衰减量。
(补充说明9)
根据补充说明7或8所述的光发射/接收方法，包括：监测所述输出的光；在检测到故障的情况下将用于接收所述第二光信号的方法变为直接检测；并且调制并输出所述第二光信号的至少一部分。
(补充说明10)
一种用于光发射/接收设备的程序包括：监测故障；在检测到故障的情况下将用于接收从外部输入的信号光的方法从相干检测切换到直接检测；以及对从外部输入的光信号的至少一部分进行调制并输出。
本申请的发明并不局限于上述示意性实施例，并且甚至在不脱离本发明的宗旨的情况下存在设计变化时，这种设计的变化也包含在本发明之中。本申请的发明要求基于2013年3月15日提交的日本专利申请No.2013-053440的优先权，并且通过参考将其整个公开引入到这里。
本申请的发明不仅可应用到用于处理数字相干光信号的光发射/接收设备，而且还广泛地应用到包括用于发射并接收各种光信号的光发射/接收设备的通信网络。
参考符号列表
1 光输出单元
2 光分支单元
3 光功率调节单元
4 光发射单元
5 光接收单元
10 波长可变光源
20 光分支单元
30 光功率调节单元
40 光发射单元
50 光接收单元
60 控制单元
31，32 光衰减单元
70 光开光
80 光耦合器
100,100a,100b 发射/接收设备
1000 终端侧设备
2000 局站侧设备