JPH0422925A - 光ファイバ伝送システム - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、光ファイバによって光信号を増幅する光フ
ァイバ増幅器を、光送信器及び光受信器間の光伝送路に
介在してなる光ファイバ伝送システムに関する。

（従来の技術） 現在用いられている光ファイバ伝送システムにあっては
、伝送損失を補償するため、光伝送路中に所定の間隔で
中継器を介在している。この中継器においては、被伝送
信号光を光検出器により電気信号に変換し、この変換さ
れた電気信号を増幅器により増幅した後、半導体レーザ
あるいはＬＥＤ等によって再び光信号に変換して光伝送
路に送出する構成になっている。以下、このように光／
電気・電気／光の変換過程を含む中継器を電気的光中継
器と略す。

一方、最近では光ファイバによる光増幅器（以下、光フ
ァイバ増幅器と称する）の研究が進み、良好な特性が得
られることか明らかになってきた。

このような光ファイバ増幅器は、電気的光中継器と異な
り、中継に際して光／電気・電気／光の変換過程を含ま
ず、全光式中継器ということができる。光ファイバ増幅
器を中継器として用いることは、中継器の小形化、省電
力化をもたらす有望な手段である。

第６図に光ファイバ増幅器を一段用いた光ファイバ伝送
システムの構成を示す。第６図において、送信側には信
号源１１があり、この信号源１１の出力信号は光送信器
１２で変調を受けて波長１．５ｃμｍ〕帯の信号光とな
り、光ファイバによる光伝送路１３に送出される。この
光伝送路１３は増幅作用を持たず、信号光は伝送損失を
受ける。この光伝送路１３で伝送損失を受けた信号光は
光ファイバ増幅器１４で損失が補償される。

この光ファイバ増幅器１４は、励起光源、入力光に励起
光を合波する光合波器及びＥｒ（エルビウム）を光ファ
イバのコアにドープしたＥｒドープ光ファイバとで構成
されるもので、近時、良好な特性が得られるようになっ
たものである。第７図に上記光ファイバ増幅器１４の内
部構成を示す。第７図において、入力ポート１４１に入
力される光伝送路１３からの信号光は光合波器１４２に
送られる。

この光合波器１４２は入力した信号光と励起光源１４３
からの励起光（例えば波長１．４８　［μｍ］帯）を合
波するもので、この合波光はＥｒドープ光ファイバ１４
４に送出される。この光ファイバ１４４は増幅作用を有
するもので、ここで増幅された信号光と残存する励起光
は出力ボート１４５を介して先ファイバによる光伝送路
１５へ送出される。

このように先ファイバ増幅器１４で損失を補償された信
号光は再び増幅作用を持たない光伝送路１５に送出され
、一定の距離を隔てて設置される先受信器１６に供給さ
れる。第８図に光受信器１６の入力部分の構成を示す。

第８図において、入力ポート１６１に入力される光伝送
路１５からの合波光はいったんバンドパスフィルタ１６
２に入力される。このバンドパスフィルタ１６２は合波
光から励起光１．４８　［μｍ］帯を遮断するだめのも
ので、ここで励起光が除去された後、信号光は受光素子
１６３に送られ、電気信号に変換されて受信信号となる
。これによって光ファイバ伝送システムが形成される。

ところで、上記のような先ファイバ増幅器を用いた全光
式中継器は、その特徴、すなわち光／電気・電気／光の
変換過程を含まないがために、電気的光中継器と比べ、
伝送システムの運用、管理保守の面で未だ解決すべき問
題か残されている。

すなわち、一般に電気的光中継器では、光／電気変換を
行った後、伝送されてきた信号の状態を電気的手段によ
り監視・処理し、何らかの異常があれば異常であること
を示す情報を付加した後、電気／光変換を行って光ファ
イバに送出している。

この構成によれば、伝送システムの下流において、上流
で異常があったことを検知可能であり、伝送システムの
運用、監視、保守が容易にできる。

しかるに、全光式中継器では、信号の状態を監視・処理
する手段、及び異常を検知して異常発生の情報を付加す
る有効な手段がないため、伝送システムの下流で上流の
異常を有効に検知することができない。このことは全光
式中継器を用いた伝送システムは、主信号を伝送する回
線とは別に監視専用の回線を設けなければ、システムの
運用、管理、保守が困難であることを意味する。

（発明か解決しようとする課題） 以上述べたように従来の全光式中継器を用いた光ファイ
バ伝送システムでは、下流側で上流側の異常を検知する
には主信号伝送回線とは別に監視用回線が必要であり、
容易にシステムの運用、管理、保守を行うことかできな
かった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、別に監視用回線を用いることなく、下流側で上流側の
異常を容易に検知することができ、これによって容易に
運用、管理、保守を行うことのできる光ファイバ伝送シ
ステムを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明は、光送信器から光
受信器への光伝送路に光ファイバによる光ファイバ増幅
器を介在させ、この光ファイバ増幅器に入力する被伝送
信号光に励起光を合波して光増幅することにより伝送損
失を低減する先ファイバ伝送システムにおいて、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光の状態を
モニタして、そのモニタ情報から励起光の異常を検出す
る励起光異常検出手段と、前記光ファイバ増幅器に設け
られ、前記励起光異常検出手段の検出結果に応じて前記
励起光の強度を変調する変調手段と、前記光受信器に設
けられ、被伝送光信号から合波されている励起光を分波
し、分波された励起光の状態から上流の異常の有無を検
出する監視手段とを具備して構成される。

（作用） 上記構成による光ファイバ伝送システムでは、光ファイ
バ増幅器において、伝送系の状態を逐次モニタしてその
異常を検出し、例えば異常検出時に励起光の強度を変調
して信号光に合波し、光受信器において、被伝送光信号
から励起光を分波し、その状態を識別することにより、
上流の異常の有無を判別する。

（実施例） 以下、第１図乃至第４図を参照してこの発明に係る実施
例を説明する。

第１図は第１の実施例を示すものである。第１図におい
て、第５図、第６図と同一部分には同一符号を付して示
し、ここでは異なる部分を中心に説明する。

前記光伝送路１３から送られてくる信号光は光ファイバ
増幅器２１に入射される。この光ファイノく増幅器２１
は入力ポート２１１に接続される光伝送路１３からの信
号光を光合波器２１２に送り、励起光源２１３からの励
起光を合波した後、Ｅｒドープ光ファイバ２１４で光増
幅して、出力ボート２１５より光伝送路１５へ送出する
ようになっている。

上記光ファイバ増幅器２１は、さらに励起光源２１３の
出力状態をモニタして異常を検出するモニタ回路２１６
と、励起光源１６の光出力強度を変調する変調器２１７
を備えている。すなわち、モニタ回路２１Ｂは励起光源
２１３の出力強度が基準レベルからずれた場合にこれを
検出して異常検出信号を発生し、変調器２１７はこの異
常検出信号を受けて励起光源２１３の光出力強度を一定
の周波数で変調するようになっている。

この先ファイバ増幅器２１の出力光は光伝送路１５を介
して光受信器２２に送られる。この先受信器２２は人力
ボート２２１を介して光伝送路１５からの伝送先を人力
すると、この人力光を光分波器２２２に入射する。この
光分波器２２２は入力光から信号光波長を中心とする波
長帯の光を信号受信用受光素子２２３に導き、それ以外
の光（励起光を含む）を伝送路監視用受光素子２２４に
導く。信号受信用受光素子２２３で得られた受光信号は
受信回路に送られ、復調検波される。また、伝送路監視
用受光素子２２４で得られた受光信号は異常検出器２２
５に送られ、ここで励起光の強度変調の有無を検出する
ことによって光ファイバ増幅器２１の異常の有無が検出
される。

上記構成において、以下、第２図を参照して異常検出動
作について説明する。

第２図は上記先ファイバ増幅器２１の特性を示すもので
、横軸には励起光の強度、縦軸には光ファイバ増幅器の
利得が示されている。同図かられかるように、励起光の
強度が低い領域■では、励起光の強度を増すに従って光
ファイバ増幅器の利得が増大するが、励起光の強度があ
る値に達すると、それ以上励起光の強度を上げても（励
起光の強度が高い領域■）先ファイバ増幅器の利得は増
大せず、飽和状態となる。

したかって、■の領域で励起光を強度変調すると、信号
光に対する先ファイバ増幅器の利得か変調を受け、その
結果、信号光も強度変調されて受信側での復調に悪影響
を及はす。例えば被伝送信号光がＰ　ＣＭ符号の場合に
は、受信信号のアイ開口の劣化、ジッタの増加を招き、
被伝送信号光かＦＭ信号の場合にはＡ　Ｍ　−Ｐ　Ｍ変
換を招き、受信信号のＳＮ比を劣化させる。しかるに、
■の領域で励起光を変調すれば、信号光に対する光ファ
イバ増幅器の利得は変化を受けず、その結果、信号光も
新たな強度変調を受けず、受信側での復調に悪影響を与
えない。

そこで、この実施例では、光ファイバ増幅器２１ての異
常発生を光受信器２２て検知できるようにするため、光
ファイバ増幅器２１において、励起光源２）３を所定強
度以上で駆動しておき、その出力をモニタ回路２１Ｂで
監視し、異常発生時には変調器２１７で励起光源２１３
の出力強度を所定値以上で変調させるようにしている。

この構成によれば、光受信器２２に送られる合波光は励
起光成分のみが変調されることになる。したがって、先
受信器２２において、光分波器２２２で分離される励起
光成分を監視用受光素子２２４で受光して、異常検出器
２２５て変調の有無を検出することにより、別に監視用
回線を用いなくても、光ファイバ増幅器２１で異常が発
生したことを検知することができる。

尚、上記実施例では、励起光源２１３の変調を異常発生
時に行うようにしたが、逆に正常状態で変調をかけてお
き、異常発生時に変調を停止するようにしても、同様の
効果を得ることができる。

次に、第３図を参照して、この発明に係る他の実施例を
説明する。但し、第３図において第１図と同一部分には
同一符号を付して示し、その説明を省略する。

この実施例では、先ファイバ増幅器２１の励起光の異常
の検出・監視のみてなく、先ファイバ増幅器２１以前の
上流での異常及び光ファイバ増幅器２１の励起光以外（
例えば光ファイバ２１４）の異常検出・監視も可能であ
る。

すなわち、第２図において、入力ポート２１１に入力さ
れる伝送信号光は光分岐器２１８により一部モニタ用の
受光素子２１９に送られる。この受光素子２１９では伝
送信号光のレベルを検出し、その検出信号を変調処理制
御回路２１１０に送る。この変調処理制御回路２１１０
は、受光素子２１９より送られた伝送信号光のレベルが
所定の基準レベルからずれている場合は、光ファイバ増
幅器２１以前（例えば伝送路あるいは光送信器）で異常
が発生していると判別し、またモニタ回路２１６から検
出信号が送られてきた場合は、当該光ファイバ増幅器２
１の励起光源２１３の出力光に異常が発生していると判
別し、各判別状態に応じて変調器２１７の変調周波数を
制御するものである。この場合、変調器２１７はその変
調周波数を可変可能であるものとする。

上記構成において、変調処理制御回路２１１０は、例え
ば以ドのような処理を行う。

ます、受光素子２１９の出力レベルをみて、例えばレベ
ルダウンしている場合には、光送信器１２（第１図参照
）あるいは当該光ファイバ増幅器２１までの光伝送路に
異常が生したと判断する。さらに、モニタ回路２１Ｂの
出力レベルをみてレベルダウンしている場合には、励起
光源２１３に異常か生じたと判断する。このような各種
判断が得られた場合には、状況別に変調周波数を選択し
て変調器２１７を駆動制御する。但し、変調周波数の選
択範囲は、光ファイバ増幅器の利得飽和範囲に設定する
。

このような構成によれば、信号光に影響を与えることな
く、異常の種類別に励起光を変調して光受信器に送出す
ることができるので、先受信器側で、分離した励起光の
変調周波数を識別することにより、異常箇所を判別する
ことが可能となる。

これによって、別に監視用回線を用いることなく、下流
側で上流側の異常を容易に検知することができ、容易に
運用、管理、保守を行うことができる。

また、第３図に示すように、Ｅｒドープ光ファイバ２１
４の出力レベルを光分岐器２１１１の分岐後、受光素子
２１１２て検出し、その検出結果を前記変調処理制御回
路２１１０に供給すれば、検出レベルが所定レベル以下
となったとき、光ファイバ増幅器に異常か生じたと判断
することかでき、変調器２１３を通じて、特定の周波数
で励起光を強度変調することによって、出力部異常の情
報を光受信器側に知らせることができる。

ところで、以上の実施例は、いずれも光ファイバ増幅器
が光伝送路内に１個設けられた場合についての例である
が、複数の光ファイバ増幅器を用いた場合について以下
に説明する。

この場合において、上記構成の光ファイバ増幅器をその
まま用いると、前段の光ファイバ増幅器で励振光成分が
変調されているときに当該光ファイバ増幅器でも異常が
生したとすれば、同一の変調周波数で励起光の強度を変
調してしまうため、光受信器でどの光ファイバ増幅器が
異常なのか区別することができない。

第４図は多数の光ファイバ増幅器を用いた場合に、いず
れの光ファイバ増幅器が異常を生じたか先受信器側で識
別可能とする光ファイバ増幅器の実施例を示すものであ
る。但し、第４図において、第１図と同一部分には同一
符号を付して示し、その説明を省略する。

すなわち、この実施例において、第３図に示した実施例
と異なる点は、第３図の光分岐器２１８を光分波器２１
８１に置き換えた点であり、入力ポート２１１に入力さ
れる伝送光は光分波器２１８で信号光成分とそれ以外の
光成分とを分渡し、信号光成分は光合成器２１２に、そ
れ以外の光成分は伝送路監視用の受光素子２１９に送ら
れる。この受光素子２１９で得られた検出信号は、前段
の光ファイバ増幅器で励起光が変調を受けていれば、そ
の変調周波数を有している。この受光素子２１９の検出
信号は前記モニタ回路２］６の励起光異常検出信号と共
に変調処理制御回路２１１０に送られる。

この変調処理制御回路２１１０は受光素子２１９から検
出信号か送られてくれば、前段の光ファイバ増幅器に異
常か発生していると判別し、またモニタ回路２１６から
検出信号か送られてくれば、当該光ファイバ増幅器２１
の励起光源２１３の出力光に異常か発生していると判別
し、各判別状態に応じて変調器２１７の変調周波数を制
御するものである。この場合、変調器２１７はその変調
周波数を可変可能であるものとする。

上記構成において、変調処理制御回路２１１０は、第３
図の実施例の場合と同様に、例えば以下のような処理を
行う。

まず、受光素子２１９の出力レベルをみてレベルダウン
している場合には、前段の光ファイバ増幅器の出力部あ
るいは当該光ファイバ増幅器までの光伝送路に異常が生
じたと判断する。また、受光素子２１９の出力に特定の
周波数信号が得られる場合には、前段の光ファイバ増幅
器の励起光源に異常が生じたと判断する。さらに、モニ
タ回路２１６の出力レベルをみてレベルダウンしている
場合には、励起光源２１３に異常か生じたと判断する。

このような各種判断が得られた場合には、状況別に変調
周波数を選択して変調器２１７を駆動制御する。

但し、変調周波数の選択範囲は、先ファイバ増幅器の利
得飽和範囲に設定する。

このような構成によれば、信号光に影響を与えることな
く、異常の種類別に励起光を変調して光受信器に送出す
ることができるので、光受信器側で、分離した励起光の
変調周波数を識別することにより、異常箇所を判別する
ことか可能となる。

これによって、別に監視用回線を用いることなく、下流
側で上流側の異常を容易に検知することができ、容易に
運用、管理、保守を行うことができる。

また、第３図の実施例と同様に、Ｅｒドープ光ファイバ
２１４の出力レベルを光分岐器２１１１の分岐後、受光
素子２１１２で検出し、その検出結果を前記変調処理制
御回路２１１０に供給すれば、検出レベルが所定レベル
以下となったとき、光ファイバ増幅器に異常が生じたと
判断することができ、変調器２１３を通じて、特定の周
波数で励起光を強度変調することによって、出力部異常
の情報を光受信器側に知らせることができる。

尚、上記の各実施例では、励起光の強度変調に光ファイ
バ増幅器の利得飽和特性を利用したが、光ファイバ増幅
器の利得応答特性を利用するようにしても実施可能であ
る。この手法は、光ファイバ増幅器の利得か追随できな
い領域で励起光強度を変化させるもので、光ファイバ増
幅器を励起する光の強度を高い周波数で変調することに
より、信号光に悪影響を与えることなく、伝送システム
の下流側に光ファイバ増幅器の異常などの運用、監視、
保守の情報を伝達することができる。

すなわち、励起光源を変調した場合、光ファイバ増幅器
の利得の応答は光ファイバ増幅器の材料によって定まる
。例えば、Ｅｒをドープした石英系光ファイバ増幅器の
場合には、利得を大きくとれる１、５［μｍ］帯の波長
において、励起光強度変調に対する利得の応答は、数ｋ
Ｈｚ以上で励起光に追随できなくなる。したがって、例
えば数ｋＨｚの周波数成分を持つような信号で励起光を
強度変調すれば、光ファイバ増幅器の利得は時間的に変
化しないとみなすことができる。逆に、１０　Ｈｚ程度
の信号で励起光を強度変調すれば、光ファイバ増幅器の
利得は励起光の変化に追随してしまい、信号光も強度変
調されて受信側での復調に悪影響を及ぼすことになる。

第４図に一例を示す。第４図（ａ）は無変調時における
信号光パルス列を示すもので、このような信号光に１０
Ｈｚ程度の励起光を合波すると、同図（ｂ）に示すよう
にパルスの振幅が不揃いとなり、復調に悪影響を及ぼし
てしまう。

このようなことから、励起光源を光ファイバ増幅器の利
得が応答できない速度で強度変調すれば、信号光に影響
を与えることなく、励起光の波長のみを変化させること
ができる。したがって、この変調手段によっても、光フ
ァイバ増幅器の異常等の情報を下流に知らせることがで
きる。

尚、いずれの実施例も光ファイバ増幅器での異常発生を
下流に知らせる場合について説明したが、先送信器の出
力部を同様に構成すれば、先送信器自体の送信異常発生
を下流に知らせることもできる。また、変調手段は光フ
ァイバ増幅器の利得飽和特性、応答特性のいずれか一方
を利用すればよいが、両方を同時に利用すれば、信頼性
を向上させることができる。

また、例えば光伝送路か長距離にわたり、先受信器か遠
方に存在し、光伝送路内の各異常の監視を途中の光増幅
器で行う方が都合かよい場合は、異常の有無を検出する
監視手段を光受信器内に設ける代わりに、当該光ファイ
バ増幅器内に設けてもよい。

その他、この発明の要旨を変更しない範囲で種々変形し
ても同様に実施可能であることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、別に監視用回線を用い
ることなく、下流側で上流側の異常を容易に検知するこ
とができ、これによって容易に運用、管理、保守を行う
ことのできる光ファイバ伝送システムを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光ファイバ伝送システムの一実
施例を示すブロック図、第２図は同実施例の変調手段を
説明するための特性図、第３図及び第４図はそれぞれこ
の発明に係る他の実施例を示すブロック図、第５図は同
実施例の変調手段を説明するための波形図、第６図は従
来の光ファイバ伝送システムの基本構成を示すブロック
図、第８図は第７図のシステムの光ファイバ増幅器の構
成を示すブロック図、第７図は第６図のシステムの光受
信器の入力部の構成を示すブロック図である。 １１・・・信号源、１２・・・先送信器、１３・・・光
伝送路、１４、２１・・・先ファイバ増幅器、１５・・
・光伝送路、１．６．２２・・・光受信器、１．４１　
２１１・・・入力ポート、１４２　、２１２・・・光合
波器、１４３　、２１３・・・励起光源、１４４　、２
１４−Ｅ　ｒドープ光ファイバ、１４５　、２１５・・
・出力ポート、２１６・・・モニタ回路、２１７・・・
変調器、２１８・・・光分岐器、２１９・・・伝送路監
視用受光素子、 ２１１Ｏ・・・変調処理制御回路、２１１１・・・光分
岐器、２１１２・・・受光素子、２１８１・・・光分波
器。 第 図 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光送信器から光受信器への光伝送路に光ファイバ
   による光ファイバ増幅器を介在させ、この光ファイバ増
   幅器に入力する被伝送信号光に励起光を合波して光増幅
   することにより伝送損失を低減する光ファイバ伝送シス
   テムにおいて、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光の状態を
   モニタして、そのモニタ情報から励起光の異常を検出す
   る励起光異常検出手段と、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光異常検出
   手段の検出結果に応じて前記励起光の強度を変調する変
   調手段と、 前記光受信器に設けられ、被伝送光信号から合波されて
   いる励起光を分波し、分波された励起光の状態から上流
   の異常の有無を検出する監視手段と、 を具備したことを特徴とする光ファイバ伝送システム。
2. （２）前記変調手段は、前記光ファイバ増幅器の利得が
   飽和特性を示す領域で前記励起光の強度を変調すること
   を特徴とする請求項１記載の光ファイバ伝送システム。
3. （３）前記変調手段は、前記被伝送信号光の周波数帯域
   より十分高い周波数で前記励起光を強度変調することを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバ伝送システム。
4. （４）前記光ファイバ増幅器は、入力光から励起光を分
   波し、分波された励起光の状態から上流の異常を検出す
   る入力異常検出手段を備え、この手段で異常が検出され
   たとき前記励起光の強度変調を行うようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の光ファイバ伝送システム。
5. （５）前記光ファイバ増幅器は、出力光をモニタして、
   そのモニタ情報から光ファイバ増幅器の出力異常を検出
   する出力異常検出手段を備え、この手段で異常が検出さ
   れたとき前記励起光の強度変調を行うようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバ伝送システム。
6. （６）前記光ファイバ増幅器は、入力光から励起光を分
   波し、分波された励起光の状態から上流の異常を検出す
   る入力異常検出手段と、出力光をモニタして、そのモニ
   タ情報から光ファイバ増幅器の出力異常を検出する出力
   異常検出手段と、前記入力検出手段、出力異常検出手段
   、励起光異常検出手段の各異常検出情報から、状況に応
   じて前記変調手段の変調周波数を選択的に切換制御する
   変調処理制御手段とを備え、 前記光受信器は、前記分波された励起光の変調周波数を
   識別する周波数識別手段を備えることを特徴とする請求
   項１記載の光ファイバ伝送システム。