JP4825128B2

JP4825128B2 - 光増幅装置および光通信システム

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Publication number: JP4825128B2
Application number: JP2006514645A
Authority: JP
Inventors: 俊之十倉; 太一小暮; 克宏清水; 潤一中川; 賢一浅川; 均三ヶ田; 勝義川口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: JPWO2005124446A1; WO2005124446A1

Description

この発明は、応答速度の遅い低速光増幅器と、応答速度の速い高速光増幅器とを備える光増幅装置および光増幅装置を用いた光通信システムに関するものである。

従来の光増幅装置において、監視制御情報などを信号として変調して送信するためには、例えば非特許文献１および２に記載されているように、エルビウムドープファイバを増幅媒体とするＥＤＦＡ(Erbium-Doped Fiber Amplifier)の利得を変調することによってキャリア光の強度を変調する方法が用いられている。ＥＤＦＡは、キャリア光が伝搬する光ファイバで損失を受けて減衰するのを補償するための一定の利得を与えるとともに、信号を強度変調する機能を持っている。ＥＤＦＡの利得の変調は、励起光の強度を所望の周波数で変調することで実現されている。

しかしながら、ＥＤＦＡは励起光の変調に対して高い周波数では利得が追従しない特性を持つために、励起光を高い周波数で変調したとしても、利得は１ＭＨｚ以上の周波数では十分に変調できない。したがって、ＥＤＦＡでは、単位時間当たりに多くの情報を送る「高速化」を図るために、高い周波数で利得を変調しようとしても、実現できない。

そこで、これを解決するためには、例えば特許文献１に記載されているようにラマン増幅器を用いれば、励起光の変調周波数を高くすることで、利得を高い周波数で変調することができる。ところが、ラマン増幅器はＥＤＦＡに比べると増幅効率が低く、キャリア光が伝搬する光ファイバで受ける損失を補償するに十分な利得を与えるためには高い強度の励起光が必要となるため、現実的には信号を強度変調する機能しかもつことができない。

特開平１１-３４４７３２号公報

NTT R&D, Vol.43, No.11, 1994, P.1191〜1195 K. Shimizu他, "Supervisory signal transmission experiments over 10000km by modulated ASE of EDFAs," Electronics Letters, 10th, June, 1993, Vol.29, No. 12

そこで、光増幅装置には、一定の利得を与えるＥＤＦＡと、利得を変調するラマン増幅器の両方を備えることが考えられるが、このような構成では、ＥＤＦＡ用の励起光源と、ラマン増幅器用の励起光源が必要となり、励起光源数が増えて、装置構成が複雑となる、コスト高となる、装置が大型化する、消費電力が増加する、信頼性が低下するなどの問題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力・部品コスト・回路実装容積の増加と信頼性の低下につながる励起光源の数の増加を抑制しながらも、高速な信号の送信を行う光増幅装置および該光増幅装置を用いた光通信システムを得ることを目的とする。

本発明にかかる光増幅装置にあっては、入力される波長多重キャリア光の全波長のキャリア光に一定の利得を与えて出力するとともに、波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光を強度変調して出力する光増幅装置であって、前記波長多重キャリア光のすべての波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、応答速度が遅い低速光増幅器と、前記低速光増幅器から出力される波長多重キャリア光を一部の波長のキャリア光とその他の波長のキャリア光に分波する分波器と、前記分波器から出力される前記波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、応答速度が速い高速光増幅器と、前記低速光増幅器の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を前記低速光増幅器および前記高速光増幅器に分配して供給する共通励起光源と、前記分波器から出力されるその他の波長のキャリア光と、前記高速光増幅器から出力される一部の波長のキャリア光とを合波する合波器と、を備え、前記低速光増幅器が前記励起光により実質的に時間的に変化しない一定の利得をキャリア光に与え、前記高速光増幅器が前記励起光により変調された利得をキャリア光に与えることを特徴とする。

この発明によれば、伝送損失を補償するための低速光増幅器と、信号変調用高速増幅器との、励起光源を共用するようにしており、これにより高速な信号の送信を行うことができるとともに、消費電力、部品コスト、回路実装容積が削減され、さらに信頼性を向上させることができる。

第１図は、実施の形態１の光増幅装置の構成を示すブロック図である。第２図は、ＥＤＦ利得変調効率の特性を示す図である。第３図は、励起光を強度変調した場合の時間波形を示す図である。第４図は、周波数に対する信号電力密度の分布を示す図である。第５図は、ＯＡＤＭの他の内部構成例を示す図である。第６図は、実施の形態２の光増幅装置の共通励起光源の内部構成例を示す図である。第７図は、実施の形態２の光増幅装置の共通励起光源の他の内部構成例を示す図である。第８図は、実施の形態３の光増幅装置の構成を示すブロック図である。第９図は、実施の形態４の光増幅装置の構成を示すブロック図である。第１０図は、実施の形態５の光増幅装置の構成を示すブロック図である。第１１図は、実施の形態１〜実施の形態５の光増幅装置を用いて構成される実施形態６の光通信システムを示す図である。第１２図は、実施の形態７の光増幅装置の構成を示すブロック図である。第１３図は、実施の形態７の光増幅装置を用いて構成される実施形態８の光通信システムを示す図である。

本発明をより詳細に説術するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

実施の形態１．
第１図〜第５図を用いてこの発明の実施の形態１を説明する。第１図はこの発明の実施の形態１の光増幅装置を示す構成図である。この光増幅装置１は、高速光増幅器２、低速光増幅器３、共通励起光源４、分波器５、光アドドロップ器（ＯＡＤＭ；Optical Add-Drop Module)６を備えている。

この実施の形態１の光増幅装置１は、入力される波長多重キャリア光の全波長のキャリア信号に一定の利得を与えて出力するとともに、波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光を強度変調して出力するよう動作するものであって、全波長のキャリア信号に一定の利得を与える低速光増幅器３と、一部の波長のキャリア光を強度変調して出力する高速光増幅器２との、励起光源４を共通化することによって、装置の高信頼化、低コスト化、および小型化を図るようにしたものである。

共通励起光源４は、高速光増幅器２および低速光増幅器３に共通の励起光源であり、励起ＬＤ（励起レーザダイオード）１７および合波器（カップラー）１８を有している。この場合、励起光を出力する励起ＬＤを２個備え、それらの出力光を合波器１８で合波している。励起ＬＤ（励起レーザダイオード）１７は、変調信号を用いて励起ＬＤを駆動することにより変調信号の変化をそのまま光源の強度変化にする直接変調方式、あるいは励起ＬＤ１７からの出力光に対し外部から変調を加える外部変調方式を用いて、低速光増幅器３の利得が追従しない高い周波数（例えば１ＭＨｚ以上）で強度変調された励起光を発生する。合波器１８としては、例えば、波長が僅かに異なる光を合波する波長合波器を用い、２個の励起ＬＤ１７の波長を僅かに違えておくことが考えられる。また、合波器１８といして、直交する２つの直線偏光を合波する偏波合成器を用いてもよい。

分波器５は、共通励起光源４から出力された励起光を二分し、各励起光をファイバ５００,５０１を介して低速光増幅器３と高速光増幅器２に入力し、低速光増幅器３と高速光増幅器２においてキャリア光に利得を与える。

低速光増幅器３は、低応答速度の光増幅器であり、この場合ＥＤＦＡによって実現されている。低速光増幅器３は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１３と、ＷＤＭ合波器１４と、アイソレータ(ISOlator)１５と、利得等化器(Gain EQualizer)１６とを備えている。アイソレータ１５は、ＥＤＦ１３によって増幅されたキャリア光の逆流を防ぐことにより、装置の安定化を図るためのものである。利得等化器１６は、ＥＤＦ１３の波長特性を補正する透過特性を持ち、波長多重されたキャリア光の強度を揃えるためのものである。アイソレータ１５、利得等化器１６は、必要に応じて挿入されるものである。

高い周波数で変調された共通励起光源４からの励起光は、ＷＤＭ合波器１４にてキャリア光が伝搬する光ファイバに導かれ、ＥＤＦ１３にてキャリア光に利得を与える。ＥＤＦ１３には、入力点１００を介して波長多重キャリア光が入力されており、この例では、ＥＤＦ１３において、励起光と波長多重キャリア光が反対方向に伝搬する後方励起ＥＤＦＡを採用している。エルビウムイオンがドープされている増幅媒体であるＥＤＦ１３は、エルビウムイオン固有の特性によって、励起光が高い周波数で変調されていた場合、利得が変調されない特性を持っている。したがって、この場合は、高い周波数で変調された共通励起光源４からの励起光によって、波長多重キャリア光には時間的に変化しない一定の利得が与えられるのみであり、その強度は変調されない。

第２図は、典型的なＥＤＦＡのＥＤＦ利得変調効率特性を示すもので、ＥＤＦの励起光変調周波数を横軸に、ＥＤＦ利得変調効率を縦軸に示している。“ＥＤＦ利得変調効率”は、励起光の強度をある一定の振幅で変調した場合に、利得がどれだけ変調されるかを示した量である。第２図は、１００Ｈｚ以下の低い周波数で変調する場合の利得の振幅を基準(０dB)としており、変調周波数が高くなるほど利得の変調振幅が低くなることを表している。変調周波数が１ＭＨｚの場合には、ＥＤＦ利得変調効率は−３０dB以下、つまり１０００分の１以下となっているため、低速変調時の１０００分の１以下しか利得が変調されず、利得は実質的に時間的に変化しない一定値となる。第３図は、励起光を変調幅２０１をもって強度変調した場合の時間波形の例を示しているが、上記のことから、ＥＤＦ１３では、励起光を図中の平均強度２００をもって一定の励起光強度とした場合と実質的に同じ利得が与えられることになる。

高速光増幅器２は、高応答速度の光増幅器であり、この場合、励起光とキャリア光が同一方向に伝搬する前方励起ラマン増幅器によって実現されている。高速光増幅器２は、ＷＤＭ合波器１０と、ラマン用ファイバ１１と、励起光除去フィルタ１２とを備えている。高速光増幅器２には、後述するように、ＯＡＤＭ６によって、波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光が光フィアバ５０２を介して入力されている。

高い周波数で変調された共通励起光源４からの励起光は、ＷＤＭ合波器１０にて、光フィアバ５０２からの一部波長のキャリア光と合波されて、ラマン用ファイバ１１に入力される。そして、励起光は、ラマン用ファイバ１１において、一部波長のキャリア光に、変調された利得を与える。例えば、文献「２００２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集B-10-107」に示されているように、前方励起ラマン増幅器の利得は励起光の変調によって高い周波数で変調可能であり、高速光増幅器として適している。一方、ラマン用ファイバをキャリア光と励起光が反対方向に伝搬する後方励起ラマン増幅器では、ＥＤＦＡと同様に、励起光が高い周波数で変調された場合は、利得が追従しない特性を持つため、高い周波数で利得を変調することができず、高速光増幅器には適していない。

ラマン用ファイバ１１で変調された利得を受けたキャリア光は、励起光除去フィルタ１２を通って光ファイバ５０３へ出力される。励起光除去フィルタ１２は、励起光を透過しない特性を持ち、高速光増幅器２から不要な励起光が出力されるのを防いでいる。この励起光除去フィルタ１２は、必要に応じて配置されるものである。

ＯＡＤＭ６は、分波手段１９および合波手段２０を有し、分波手段１９によって低速光増幅器３から出力される波長多重されたキャリア光のうち、一部波長の光だけを抜き出して分波して光ファイバ５０２へ導き、その他の波長の光を合波手段２０へ出力する。合波手段２０は、分波手段１９から入力される波長多重キャリア光と、高速光増幅器２から入力される一部波長のキャリア光とを合波して、出力点１０１へ出力する。

ＯＡＤＭ６は、例えば、所望の波長特性を持つ誘電体多層膜フィルタなどの部品によって実現される。また、ＯＡＤＭ６は、第５図に示すような構成によっても実現される。第５図に示すＯＡＤＭ６においては、ファイバグレーティング(Fiber Grating)２１と、サーキュレータ２２，２２´とを備えている。ファイバグレーティング２１は特定の一部波長の光のみを反射して、それ以外の波長の光を透過する特性を持つ。光ファイバ５０４から入射したキャリア光は、サーキュレータ２２を通過してファイバグレーティング２１へ入力し、一部波長の光は反射されてサーキュレータ２２に再び入力される。サーキュレータの特性から、反射光は矢印で示しているように光ファイバ５０２へ出力される。それ以外の波長の光は、ファイバグレーティング２１とサーキュレータ２２´を通って、光ファイバ５０５へ出力される。また、光ファイバ５０２へ出力された光と同じ波長の光が光ファイバ５０３に入力されると、サーキュレータ２２´からファイバグレーティング２１へ至り、反射されて再びサーキュレータ２２´に入力し、光ファイバ５０５へ出力される。
このように、ファイバグレーティング２１は合波と分波の両方に寄与している。ここで、ファイバグレーティング２１が２個直列に接続されているのは、反射すべき波長の光を完全に反射するためである。１個のファイバグレーティングで完全に反射されない場合でも、２個目のファイバグレーティングで反射されることから、不本意に透過してしまうことを防ぐことができる。１個のファイバグレーティングで十分な反射の特性が得られる場合には、必ずしも２個は必要ではない。また、２個のファイバグレーティングでも不十分な場合には、３個以上を直列に接続すればよい。

次に、動作について説明する。共通励起光源４から出力される高い周波数で変調された励起光は、分波器５で二分され、光ファイバ５００,５０１を介してそれぞれ低速光増幅器３および高速光増幅器２に入力される。

一方、波長多重されたキャリア光が入力点１００を介して低速光増幅器３に入力されている。低速光増幅器３には、共通励起光源４から高い周波数で変調された励起光が入力されているので、前述したように、ＥＤＦ１３においては、利得は励起光に追従せず、時間的に変化しない一定の利得が、波長多重キャリア光に与えられることになる。

低速光増幅器３によって一定の利得が与えられた波長多重キャリア光の大半はＯＡＤＭ６を通過して、出力点１０１から出力される。低速光増幅器３によって一定の利得が与えられた波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光は、ＯＡＤＭ６で選択的に抜き出されて分波されて、光ファイバ５０２を介して高速光増幅器２に入力される。

高速光増幅器２においては、共通励起光源４から入力される高い周波数で変調された励起光によって、その利得が高い周波数で変調されているので、入力したキャリア光が強度変調された後、光ファイバ５０３を介してＯＡＤＭ６に入力される。ＯＡＤＭ６では、光ファイバ５０３を介して入力された強度変調されたキャリア光を他の波長のキャリア光と波長多重して、出力点１０１を介して出力する。

このようして、この光増幅装置１によれば、高速光増幅器２を通る波長のキャリア光は強度変調されるが、そうでない波長のキャリア光には強度変調されず一定の利得のみが与えられることになる。

なお、励起光としては、１ＭＨｚ以上の高いサブキャリア周波数でサブキャリア変調された信号で励起光を強度変調したものを用いたほうが望ましい。すなわち、励起光を変調した結果、励起光に低い周波数成分が含まれる場合には、低周波数成分によって低速光増幅器３の利得が変調されてしまい、利得が一定でなくなる。例えば、第４図（ａ）のグラフは、周波数に対する信号電力密度の分布の例を示しているが、この場合は、周波数ゼロ付近の低い周波数成分が存在している。このような信号をそのまま励起光に強度変調するベースバンド変調を行うと、低速光増幅器３の利得がある程度変調されてしまう。そこで、１ＭＨｚ以上の高いサブキャリア周波数を設定し、その周波数の正弦波の信号で強度変調を施すサブキャリア変調を行うことで、電力密度分布は同図（ｂ）に示すようになり、低い周波数成分をなくすることができる。このように、１ＭＨｚ以上の高いサブキャリア周波数でサブキャリア変調された信号で励起光を強度変調することで、低速光増幅器の利得を一定にすることができる。

このように、実施の形態１の光増幅装置１においては、利得を強度変調する高速増幅器と一定の利得を与える低速増幅器とから成る応答速度の異なる２つの光増幅器を用いた光増幅装置における励起光源を共通化するようにしている。

因みに、低速光増幅器と高速光増幅器の励起光源が独立していて、それぞれに１個の励起ＬＤを備える場合には、どちらか１個の励起ＬＤが故障したときに対応する光増幅器には励起光が全く供給されなくなり、光増幅装置の機能を維持することができなくなる。そこで、信頼性を改善するためにそれぞれの光増幅器の励起光源に２個ずつの励起ＬＤを備えることが考えられるが、合計で４個の励起ＬＤが必要となり、部品点数が増加する。

一方、実施の形態１の構成では、励起ＬＤ１７のうち１個が故障した場合でも、低速光増幅器３と高速光増幅器２の両方に半分の強度の励起光が供給されるため、両光増幅器においてある程度の機能を維持することができる。したがって、実施の形態１のように、励起光源を共通化すれば、高い信頼性の光増幅装置が得られる。言い方を変えると、少ない励起ＬＤの数で高い信頼性の光増幅装置が実現できる。

また、実施の形態１の発明において、１個の励起ＬＤで十分な励起光の強度と信頼性が得られる場合には、第１図の励起ＬＤ１７を１個に削減することも可能であり、構成の簡単化・部品点数の削減・低コスト化が可能となる。

励起光の波長としては、１４５０〜１４７０nmの範囲を用いれば、ＥＤＦＡとラマン増幅器の両方で１５４０〜１５６０nm付近の波長のキャリア光に利得を与えることができ、好都合である。

このように実施の形態１によれば、利得を強度変調する高速増幅器と一定の利得を与える低速増幅器とから成る応答速度の異なる２つの光増幅器を用いた光増幅装置における励起光源を共通化するようにしているので、高速な信号の送信を行うことができるとともに、消費電力、部品コスト、回路実装容積が削減され、さらに信頼性を向上させることができる。

なお、上記では、共通励起光源４の合波器１８と分波器５は独立した形態を記載しているが、これらを１つの合分波器で実現してもよい。例えば、入出力共に２つのポートをもつ光カプラを合分波器として用いれば、１つの光カプラで合波と分波が可能である。また、共通励起光源４に用いる励起光源としては、ＬＤの場合のみを示したが、他の手段でも良く、例えば固体レーザや、光ファイバレーザなどを用いてもよい。

実施の形態２．
第６図および第７図を用いてこの発明の実施の形態２を説明する。実施の形態１では、共通励起光源４が備える励起ＬＤを２個としたが、実施の形態では、共通励起光源４が４個の励起ＬＤを備えるようにしている。

第６図では、４個の励起ＬＤ１７の出力光を合波器１８´で合波している。合波器１８´には、波長合波器などを用いることができる。

第７図では、４個の励起ＬＤ１７のうちの２個ずつを偏波合成器(Polarization Beam Coupler)１８''で合波してから、合波器１８で合波している。偏波合成器１８''を用いると、第６図の場合に比べて部品点数は増加するが、偏光に偏りがない無偏光な励起光が得られる。励起光が無偏光であれば、ラマン増幅器の利得が信号光の偏光に依存する偏光依存性をなくすることができるため、安定した利得を得ることができ、高速光増幅器２の前方励起ラマン増幅器で安定して信号光を変調することができる。

励起ＬＤ１７を４個用いる第６図、第７図の構成では、励起光のうち１個が故障した場合でも、低速光増幅器３と高速光増幅器２の両方に４分の３の強度の励起光が供給されるため、故障による利得の低下量を小さく抑えることができる。また、２個あるいは３個の励起ＬＤ１７が故障した場合でも、両光増幅器ともに半分あるいは４分の１の強度の励起光が供給されるため、最低限の機能を維持することができる。

実施の形態３．
第８図を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、低速光増幅器３として、励起光とキャリア光が同一方向に伝搬する前方励起ＥＤＦＡを用いるようにしている。これ以外は、先の実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

この構成では、共通励起光源４から分波器５と光ファイバ５００を介して入力する高い周波数で変調された励起光は、ＷＤＭ合波器１４にて波長多重キャリア光が伝搬する光ファイバに導かれ、ＥＤＦ１３にてキャリア光に利得を与える。この前方励起ＥＤＦＡにおいても、後方励起ＥＤＦＡを用いる第１図の場合と同様に、共通励起光源４からは、高い変調周波数で変調された励起光が入力されているので、キャリア光は時間的に変化しない一定の利得が与えられるのみであり、その強度は変調されない。

実施の形態４．
第９図を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、低速光増幅器３として、励起光とキャリア光が反対方向に伝搬する後方励起ラマン増幅器を用いるようにしている。これ以外は、先の実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

この構成では、共通励起光源４から分波器５と光ファイバ５００を介して入力される高い周波数で変調された励起光は、ＷＤＭ合波器１４にて波長多重キャリア光が伝搬する光ファイバに導かれ、ラマン用ファイバ１３´にてキャリア光に一定の利得を与える。

前述したように、例えば、文献「２００２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集B-10-107」に示されているように、ラマン用ファイバをキャリア光と励起光が反対方向に伝搬する後方励起ラマン増幅器は、ＥＤＦＡと同様に、励起光の変調に対して利得が高い周波数では追従しない特性を持つため、低速光増幅器として用いることができる。この場合は、ラマン増幅器固有の特性として、ＥＤＦＡよりも低雑音で利得を与えることが可能である。

また、ＥＤＦＡの場合には、利得を与えることができるキャリア光の波長が１５３０〜１５９０ｎｍ付近に限られるが、ラマン増幅器を低速光増幅器３に用いることで、キャリア光の波長をそれ以外の波長帯に選ぶことも可能である。

実施の形態５．
第１０図を用いてこの発明の実施の形態５について説明する。実施の形態１においては、低速光増幅器３をキャリア光の流れの上流側に配し、高速光増幅器２と下流側に配し、低速光増幅器３にはすべての波長のキャリア光が入力し、低速光増幅器３から出力されたキャリア光のうち一部の波長の光が高速光増幅器２に入力されるように構成しているが、高速光増幅器２を上流側に配し、低速光増幅器３を下流側に配するようにしてもよい。つまり、キャリア光が低速光増幅器３に入力する前に、先に高速光増幅器２に入力する構成としてもよい。

また、第１０図に示す構成では、分波手段１９によって、入力点１００から入力される波長多重されたキャリア光のうち一部の波長の光を高速光増幅器２に入力し、それ以外の波長の光を低速光増幅器３に入力している。低速光増幅器３の出力光および高速光増幅器２の出力光は、合波手段２０で合波され、出力点１０１に出力される。この場合は、実施の形態１とは異なり、低速光増幅器３には、波長多重されたキャリア光のうち一部波長のキャリア光のみが入力されることになる。

実施の形態６．
第１１図を用いてこの発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６は、上記各実施の形態の光増幅装置を用いて構成される光通信システムの形態を示すものである。

この光通信システムは、波長多重キャリア光を送信する送信装置１０４と、実施の形態１〜５に示した１〜複数の光増幅装置１と、キャリア光が伝搬する光ファイバケーブル１０５と、変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を受信する受信装置１０６とを備えている。

送信装置１０４は、複数の波長のキャリア光を多重したキャリア光を光ファイバケーブル１０５に送信する。光増幅装置１は、実施の形態１〜５で説明したように、波長多重キャリア光に一定の利得を与え、光ファイバケーブル１０５で損失を受けた損失を補償し、減衰したキャリア光の強度を回復させるとともに、波長多重されたキャリア光のうち一部の波長の光のみの強度を変調して出力する機能を持っている。受信装置１０６では、変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を受信する。

上記システムにおいて、複数の光増幅装置１で変調されるキャリア光の波長を異ならせておけば、同時に複数の光増幅装置で信号を変調したとしても混信することはなく、受信装置１０６で波長毎に分波してそれぞれの信号を独立して受信することができる。すなわち、１つの光ファイバに複数の光増幅装置が接続されている場合には、ある１つの光増幅装置が信号を変調している時に、他の光増幅装置が同時に信号を同じ周波数で変調した場合は、信号が混信してしまうために、複数の光増幅装置が同時に信号を変調することができず、変調できる光増幅装置は常に１台に制限しなくてはいけない。

また、この場合、光増幅装置１は、１ＭＨｚ以上の高い周波数で信号を送信することができる。したがって、１本の光ファイバケーブル１０５で受信装置１０６に送信できる信号は、光増幅装置１台当たり１ＭＨｚ以上であり、かつ、複数の光増幅装置１から同時に送信することができるため、従来方式に比べて、単位時間当たりに多くの情報を送ることが可能となる。また、光増幅装置１は、前述したように、高い信頼性を備えているため、光通信システム全体としても高い信頼性が得られる。

実施の形態７．
第１２図を用いてこの発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７の光増幅装置１´には、上り回線キャリア光と、下り回線キャリア光とが入力されており、この光増幅装置１´は、上り回線キャリア光の入力点１００と、上り回線キャリア光の出力点１０１と、下り回線キャリア光の入力点１０２と、下り回線キャリア光の出力点１０３とを有する。また、上りおよび下り回線キャリア光の処理のために、高速光増幅器２、低速光増幅器３およびＯＡＤＭ６は、１ペアすなわち２つ備えられている。但し、共通励起光源４、および分波器５に関しては、実施の形態１と同様、１個のみ設けられている。すなわち、１つの共通励起光源４によって、上りおよび下り回線キャリア光処理用の１ペアずつの高速光増幅器２、低速光増幅器３に対し励起光を入力する。高速光増幅器２、低速光増幅器３、共通励起光源４、ＯＡＤＭ６などの機能は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

共通励起光源４から出力される高い周波数で変調された励起光は、分波器５で４つに分波され、光ファイバ５００、５０１、５００´、５０１´を介して上り回線用の低速光増幅器３、下り回線用の低速光増幅器３、上り回線用の高速光増幅器２、上り回線用の高速光増幅器２に入力されて、それぞれにおいてキャリア光に利得を与える。前述したように、低速光増幅器３，３では、励起光により時間的に変化しない一定の利得がキャリア光に与えられ、高速光増幅器２，２では、励起光により入力したキャリア光の強度が変調されることになる。

波長多重されたキャリア光が上り回線の入力点１００から入力されると、上り回線用の低速光増幅器３で増幅され、ここで一定の利得を与えられる。キャリア光の大半は上り回線用のＯＡＤＭ６を通過して、上り回線用の出力点１０１から出力される。上り回線用の低速光増幅器３から出力される波長多重キャリア光のうち一部の波長のキャリア光は、上り回線用のＯＡＤＭ６で選択的に抜き出されて分波されて、光ファイバ５０２から上り回線用の高速光増幅器２に入力される。上り回線用の高速光増幅器２で、そのキャリア光が強度変調された後、光ファイバ５０３´から下り回線用のＯＡＤＭ６に入力され、ここで下り回線キャリア光と波長多重されて、下り回線の出力点１０３へ出力される。

このようにして、上り回線キャリア光の大半は、強度変調されずに上り回線用の低速光増幅器３で一定の利得のみが与えられ、上り回線へ出力されるが、一部の波長の光は、高速光増幅器２を通って強度変調された後、下り回線へ出力されることになる。

一方、波長多重されたキャリア光が下り回線の入力点１０２から入力されると、下り回線用の低速光増幅器３で増幅され、ここで一定の利得を与えられる。キャリア光の大半は下り回線用のＯＡＤＭ６を通過して、下り回線用の出力点１０３から出力される。下り回線用の低速光増幅器３から出力される波長多重キャリア光のうち一部の波長のキャリア光は、下り回線用のＯＡＤＭ６で選択的に抜き出されて分波されて、光ファイバ５０２から下り回線用の高速光増幅器２に入力される。下り回線用の高速光増幅器２で、そのキャリア光が強度変調された後、光ファイバ５０３から上り回線用のＯＡＤＭ６に入力され、ここで上り回線キャリア光と波長多重されて、上り回線の出力点１０１へ出力される。

このようにして、下り回線キャリア光の大半は、強度変調されずに下り回線用の低速光増幅器３で一定の利得のみが与えられ、下り回線へ出力されるが、一部の波長の光は、高速光増幅器２を通って強度変調された後、上り回線へ出力されることになる。

なお、共通励起光源４としては、第６図の形態を適用できるが、その際に、入出力共に４つのポートをもつ光カプラを合分波器を用いれば、１つのカプラで合波と分波が可能である。

実施の形態８．
第１３図は、実施の形態７の光増幅装置を用いた光通信システムの構成を示すものであり、上り回線および下り回線の２系統が設けられている。

この光通信システムは、波長多重された上り回線キャリア光を送信する送信装置１０４と、波長多重された下り回線キャリア光を送信する送信装置１０４´と、実施の形態７に示した１〜複数の光増幅装置１´と、上り回線キャリア光が伝搬する光ファイバケーブル１０５と、下り回線キャリア光が伝搬する光ファイバケーブル１０５´と、波長多重された上り回線キャリア光を受信する受信装置１０６と、波長多重された下り回線キャリア光を受信する受信装置１０６´と、各光増幅装置１´に接続される観測装置１０７とを有している。

送信装置１０４は、複数の波長のキャリア光を多重したキャリア光を上り回線の光ファイバケーブル１０５に送信する。光増幅装置１´では、実施の形態７で述べたように、波長多重キャリア光に一定の利得を与え、光ファイバケーブル１０５で損失を受けた損失を補償し、減衰したキャリア光の強度を回復させて、上り回線の光ファイバケーブル１０５へ出力するとともに、波長多重されたキャリア光のうち一部の波長の光のみの強度を変調し、逆方向の下り回線の光ファイバケーブル１０５´へ出力する。

つまり、送信装置１０４から送信されて、上り回線の光ファイバケーブル１０５を介して光増幅装置´に入力され、変調されたキャリア光は、下り回線の光ファイバケーブル１０５´を介して受信装置１０６´へ至る。一方、送信装置１０４から送信されて、上り回線の光ファイバケーブル１０５を介して光増幅装置１´に入力され、一定の利得のみを与えられて変調されない波長のキャリア光については、上り回線の光ファイバケーブル１０５へ出力されて、受信装置１０６へ至る。

同様に、送信装置１０４´は、複数の波長のキャリア光を多重したキャリア光を下り回線の光ファイバケーブル１０５´に送信する。光増幅装置１´では、実施の形態７で述べたように、波長多重キャリア光に一定の利得を与え、光ファイバケーブル１０５´で損失を受けた損失を補償し、減衰したキャリア光の強度を回復させて、下り回線の光ファイバケーブル１０５´へ出力するとともに、波長多重されたキャリア光のうち一部の波長の光のみの強度を変調し、逆方向の上り回線の光ファイバケーブル１０５へ出力する。

つまり、送信装置１０４´から送信されて、下り回線の光ファイバケーブル１０５´を介して光増幅装置´に入力され、変調されたキャリア光は、下り回線の光ファイバケーブル１０５´を介して受信装置１０６へ至る。一方、送信装置１０４´から送信されて、下り回線の光ファイバケーブル１０５´を介して光増幅装置１´に入力され、一定の利得のみを与えられて変調されない波長のキャリア光については、下り回線の光ファイバケーブル１０５へ出力されて、受信装置１０６´へ至る。

このように、光増幅装置１´にて変調されたキャリア光のみ、逆方向回線の光ファイバへ折り返されて、送信装置に近い側の受信装置に送り返されるため、何らかの障害で光ファイバケーブル１０５、１０５´が断線したような場合でも、断線の手前で折り返されたキャリア光が受信装置に届き、システムの機能を維持することができる。さらに、実施の形態７の光増幅装置１´は、上り回線と下り回線に同時に信号を変調して送信する構成であるため、光ファイバケーブル１０５,１０５´の断線箇所が１箇所であれば、上り回線か下り回線のどちらかで変調した信号を送信し、受信装置１０６か１０６´のどちらかに届けることができるので、高い信頼性を備えている。

第１３図の光通信システムにおいて、複数の光増幅装置１で変調されるキャリア光の波長を異ならせておけば、同時に複数の光増幅装置で信号を変調したとしても混信することはなく、受信装置１０６，１０６´で波長毎に分波してそれぞれの信号を独立して受信することができる。また、第１３図の光通信システムにおいて、１本の光ファイバケーブル１０５で受信装置に送信できる信号は、光増幅装置１台当たり１ＭＨｚ以上であり、かつ、複数の光増幅装置から同時に送信することができるため、従来の方式に比べて単位時間当たりに多くの情報を送ることが可能となる。また、光増幅装置１´は、前述したように、高い信頼性を備えているため、光通信システム全体としても高い信頼性が得られる。

さらに、第１３図のように、地震・津波・温度などを観測する観測装置１０７を光増幅装置１´に接続すると、観測した情報を信号として光増幅装置１´にてキャリア光を変調し、受信装置１０６、１０６´に送信する遠隔観測システムを実現することができる。また、光ファイバケーブル１０５,１０５´が海底に設置された海底ケーブルであり、送信装置１０４,１０４´と受信装置１０６、１０６´が陸上局に設置される海底ケーブルシステムである場合には、単位時間当たりに多くの海底観測情報を陸上局に送ることが可能で、高い信頼性を備えた海底観測ケーブルシステムが実現できる。

以上のように、本発明にかかる光増幅装置は、光信号を伝送する海底ケーブルシステム、地震・津波・温度などを観測する海底観測ケーブルシステムに有用である。

Claims

入力される波長多重キャリア光の全波長のキャリア光に一定の利得を与えて出力するとともに、波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光を強度変調して出力する光増幅装置であって、
前記波長多重キャリア光のすべての波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、応答速度が遅い低速光増幅器と、
前記低速光増幅器から出力される波長多重キャリア光を一部の波長のキャリア光とその他の波長のキャリア光に分波する分波器と、
前記分波器から出力される前記波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、応答速度が速い高速光増幅器と、
前記低速光増幅器の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を前記低速光増幅器および前記高速光増幅器に分配して供給する共通励起光源と、
前記分波器から出力されるその他の波長のキャリア光と、前記高速光増幅器から出力される一部の波長のキャリア光とを合波する合波器と、
を備え、前記低速光増幅器が前記励起光により実質的に時間的に変化しない一定の利得をキャリア光に与え、前記高速光増幅器が前記励起光により変調された利得をキャリア光に与えることを特徴とする光増幅装置。
前記低速光増幅器はエルビウムドープファイバを増幅媒体とするＥＤＦＡであり、前記高速光増幅器は前方励起ラマン増幅器であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光増幅装置。
前記低速光増幅器は後方励起ラマン増幅器であり、前記高速光増幅器は前方励起ラマン増幅器であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光増幅装置。
前記励起光の波長が１４５０〜１４７０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光増幅装置。
前記励起光の変調周波数が１ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光増幅装置。
１ＭＨｚ以上の周波数にサブキャリア変調された信号で前記励起光を強度変調することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の光増幅装置。
波長多重キャリア光を送信する送信装置と、
前記送信装置からの波長多重キャリア光を受信し、変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を送信する請求の範囲第１項に記載の１〜複数の光増幅装置と、
前記１〜複数の光増幅装置を介して変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を受信する受信装置と、
を光ファイバケーブルで接続して構成したことを特徴とする光通信システム。
入力される波長多重される上り回線キャリア光および下り回線キャリア光に一定の利得を与えて出力するとともに、一部の波長のキャリア光を強度変調して出力する光増幅装置であって、
波長多重された上り回線キャリア光のすべての波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、応答速度が遅い第１の低速光増幅器と、
波長多重された下り回線キャリア光のすべての波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、応答速度が遅い第２の低速光増幅器と、
前記第１の低速光増幅器から出力される波長多重された上り回線キャリア光を一部の波長のキャリア光とその他の波長のキャリア光に分波する第１の分波器と、
前記第２の低速光増幅器から出力される波長多重された下り回線キャリア光波長多重キャリア光を一部の波長のキャリア光とその他の波長のキャリア光に分波する第２の分波器と、
前記第１の分波器から出力される波長多重された上り回線キャリア光のうち一部の波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、応答速度が速い第１の高速光増幅器と、
前記第２の分波器から出力される波長多重された下り回線キャリア光のうち一部の波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、応答速度が速い第２の高速光増幅器と、
前記第１及び第２の低速光増幅器の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を前記第１，第２の低速光増幅器および前記第１，第２の高速光増幅器に分配して供給する共通励起光源と、
前記第１の低速光増幅器の出力と前記第２の高速光増幅器の出力を合波して上り回線に出力する第１の合波器と、
前記第２の低速光増幅器の出力と前記第１の高速光増幅器の出力を合波して下り回線に出力する第２の合波器と、
を備え、前記第１および第２の低速光増幅器が前記励起光により実質的に時間的に変化しない一定の利得をキャリア光に与え、前記第１および第２の高速光増幅器が前記励起光により変調された利得をキャリア光に与えることを特徴とする光増幅装置。
波長多重された上り回線キャリア光を送信する第１の送信装置と、
波長多重された下り回線キャリア光を送信する第２の送信装置と、
前記第１および第２の送信装置からの波長多重キャリア光を受信し、変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を上り回線および下り回線に出力する請求の範囲第８項に記載の１〜複数の光増幅装置と、
前記１〜複数の光増幅装置を介して変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を上り回線から受信する第１の受信装置と、
前記１〜複数の光増幅装置を介して変調されたキャリア光を含む波長多重キャリア光を下り回線から受信する第２の受信装置と、
を光ファイバケーブルで接続して構成したことを特徴とする光通信システム。
前記１〜複数の光増幅装置に夫々接続され、各光増幅装置に観測情報を入力する観測装置を更に備え、
前記光増幅装置は、観測装置からの観測情報を用いて一部の波長のキャリア光を変調することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の光通信システム。