JPH06258545A

JPH06258545A - 光分波装置

Info

Publication number: JPH06258545A
Application number: JP5047728A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hanatani; 昌一花谷; Hideaki Tsushima; 英明対馬; Hiroaki Inoue; 宏明井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-16
Also published as: US5422968A

Abstract

(57)【要約】【目的】波長多重光大容量伝送システム、波長多重光
信号処理システム等に用いる低損失で低消費電力の光分
波装置を提供する。【構成】光分波入力部に光アンプ３４を設置し、その
後光分波部内の光挿入損で生じる光信号レベルの劣化に
よるＳ／Ｎ比の劣化が所定の誤り率を保証するＳ／Ｎ比
以下になる前に光アンプ３５，３６を設置する。【効果】光分波装置の光挿入損を光アンプにより補償
するすることができ、且つそのアンプ数を最小限にでき
る。その結果、低挿入損失、コンパクト、低消費電力の
光分波装置が実現でき、より波長多重度上げることが可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重した光信号を
用いる光ファイバ伝送システム、光信号処理システム等
において、受信側において各波長毎に光信号を所定の受
信器へ分波する光分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光ファイバ伝送システムの大容量
化は、時分割多重方式のみならず、波長（光周波数）多
重方式の利用に向かっている。図３は光波長多重方式を
用いた加入者系への信号分配システムの例である。局
側、即ちセントラルオフィス又はリモートターモナルは
Ｍチャネルのそれぞれ波長の異なるＤＦＢレーザから成
る光送信器４と波長依存性のないＭ×Ｎスターカプラー
５（この場合、Ｍ＝Ｎ＝１６）とで構成される。各チャ
ネルはレーザへの直接変調により６００Ｍｂｉｔ／ｓ又
は２Ｇｂｉｔ／ｓの信号が重畳された後、該スターカプ
ラー５により１６波多重され且つ光パワーを１６分岐さ
れて、各加入者へ波長多重した光信号を送出する。１６
個のＤＦＢレーザはその発振波長が１５２７−１５５７
ｎｍのもので、各波長間隔は２ｎｍになるように設定し
た。１０ｋｍのファイバ６を伝送後、該光信号は加入者
側に入る。加入者側では１×４の光カップラー７で受信
した波長多重光信号を４ポートに分け、各ポート出力に
付いているエタロン型可変波長フィルタ８により、送ら
れてきた１６波の波長多重光信号のうち所望の波長の光
信号を抽出し光受信器９で電気信号に変換し処理する。
該光カップラー７は用途に応じ、１チャネルのみを使用
することや４チャネル共に使用することができる。該波
長フィルタ８はフリースペクトラム範囲が５２ｎｍ、バ
ンド幅０．２５ｎｍのものを用いた。この方式を用いて
１チャネル当たり２Ｇｂｉｔ／ｓの信号を１６チャネル
伝送を誤り率１０^-9以下で行える。したがって、加入者
は３２Ｇｂｉｔ／ｓの大容量な情報を自由に選択できる
ことになる。

【０００３】この種の従来技術は、例えば、「エレクト
ロニクス・レターズ、２４巻、第１９号、ページ1215−
1217（１９８８）Electronics Letters, vol.24, No.1
9, pp1215-1217(1988)」に述べられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、波長多重信号を多重、分配、分波をするために光カ
プラーや光フィルタなどの受動部品を用いているため、
各部品での光挿入損が生じる問題点がある。図３の例で
は、スターカプラー５で１チャネル当たり平均１４ｄ
Ｂ、１×４カプラー７で８．５ｄＢ、波長フィルタ８で
６ｄＢ、全部で２８．５ｄＢにもなり、ファイバの伝送
損失４ｄＢと比較すると７倍にも相当する。即ち、伝送
距離の制限要因は受動部品の挿入損となり得る。したが
って、加入者系で波長多重度をさらに上げるために光受
動部品の部品点数が増えたり、各光受動部品の挿入損が
増えた場合や、幹線系やＬＡＮ等の伝送距離が１０ｋｍ
以上となる場合では波長多重伝送が不可能になることが
ある。

【０００５】図４は光波長多重方式を用いた幹線系の伝
送システムの基本構成例である。送信側はそれぞれ波長
の異なる光信号を発生する複数の光送信器１０と、これ
らの光信号を合波して一本の光ファイバ１２へ送出する
合波器１１とで構成される。光送信器１０には例えばレ
ーザダイオードが用いられる。受信側は光ファイバ１２
を伝送されてきた光波長多重された信号を波長毎に分離
する光分波器１３と分離された光信号を電気信号に変換
する複数の光受信器１４とで構成される。光受信器１４
には例えばフォトダイオードが用いられる。ここで、前
述の従来例で述べた２Ｇｂｉｔ／ｓ−１６チャネルのシ
ステムを考える。光送信器４の光出力を０ｄＢｍ、光受
信器９の受信感度を−３０ｄＢｍとする。光合波器１
１、光分波器１３には従来例のような挿入損１４ｄＢの
１×１６のスターカプラー、光分波器１３の波長選択部
に挿入損６ｄＢの波長フィルタを用いると全部で３４ｄ
Ｂの挿入損になり、光受信器１４への到達する光パワー
は受信感度以下の−３４ｄＢｍとなり伝送不可能とな
る。

【０００６】このような問題点を解決する手段として光
アンプの導入がある。図５に示すもう一つの従来例はこ
の光アンプを用いたものである（「1990年電子情報通信
学会秋季全国大会Ｂ−780 、pp4-115 」）。送信側は１
チャネル当たり１０Ｇｂｉｔ／ｓのそれぞれ波長の異な
る４個のレーザダイオードから成る光送信器１５と１×
４の光カプラー１６で構成される。４波多重された光信
号は４０ｋｍの一本の光ファイバ１７を伝送後、光フィ
ルタ１８で所望の一波長を抽出、光アンプ１９で光信号
を増幅、さらに光フィルタ２０で光アンプ１９で発生し
た自然放出光の雑音を除去した後、光受信器２１で電気
信号に変換する。ここで光アンプ１９は光カプラー１
６、光ファイバ１７と光フィルタ１８で生じた損失を補
償し光受信器２１の受信感度レベルにまで光信号を増幅
している。このように光アンプは光挿入損の大きい受動
部品を用いるシステムに有効なことがわかる。しかし、
波長多重度さらに上げていくと、本従来例のように１個
程度の光アンプ数ではなく複数の光アンプが光受信器の
前段の光分波部に必要になる。従来このような場合の光
アンプの設定に関しては考察されていない。無闇に光ア
ンプを設定すると光アンプの数量が増えるばかりでな
く、消費電力の増加も免れなくなる。現状の光アンプで
は１個当たり０．５Ｗ以上の電力を消費する。このため
１０個の光アンプを用いると５Ｗ以上の消費電力にな
る。

【０００７】本発明の目的は、光分波器等の受動部品の
挿入損に起因して光信号レベルが光受信器の受信感度以
下になること、このように減衰した光信号を補償する光
アンプを無闇に挿入するとその数が増加すること、さら
にこのアンプ数の増加に伴う消費電力の増加等を解決し
た光分波装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下の手段に
より達成される。即ち、（１）光受信側の光分波部前段
に光アンプを設置し、その後光分波部の光挿入損で生じ
る光信号レベルの劣化によるＳ／Ｎ比の劣化が所定の誤
り率を保証するＳ／Ｎ比以下になる前に光アンプを設置
する。これを光受信器に光信号が到達するまで繰り返
す。（２）同様に光受信側の光分波部前段に光アンプを
設置し、その後光受信器が所定の誤り率を保証する受信
感度レベル以上になるように、光分波部の光受信器側か
らその光挿入損を補償できる位置に光アンプを設定し、
順次光分波部の入力側へと光アンプの設定を繰り返す。
これらの前提条件として、光受信側である光分波部への
入力時の光信号のＳ／Ｎ比は十分ショット雑音より大き
く、且つ所定の誤り率を保証するＳ／Ｎ比よりも大きく
なければならない。この条件を保証するためには光送信
側、光伝送路上に光アンプを挿入する必要があることは
いうまでもない。これらの解決手段は常に所定のＳ／Ｎ
比を念頭に置き、このＳ／Ｎ比が維持できなくなる前に
光アンプを設置して所定のＳ／Ｎ比を維持するようにし
たものである。

【０００９】したがって、光アンプの性能を最大限有効
に利用するため、光分波部で生じる光挿入損を最小限に
することができ、光アンプ数の増加に伴う部品点数の増
加、価格の上昇、消費電力の増加などの問題がなくな
る。

【００１０】

【作用】本発明の方法では、光分波部入力部まず光アン
プを設置してＳ／Ｎ比を上げた後、伝送品質である所定
の誤り率を保証するＳ／Ｎ比を維持し、且つ最小限の光
アンプ数で光分波部の光挿入損を補償できるので、コン
パクトでかつ低消費電力の光分波器を構築できる。上記
の手段は従来の個別部品を用いても容易に実現でき、ま
たモノリシック集積化も可能である。

【００１１】

【実施例】以下、図１に示す本発明の一実施例を説明を
する。光ファイバ１を伝送してきたλ１〜λｎの波長多
重された光信号は光分波装置２に入力する。光分波装置
２の入力部には、利得Ｇ、雑音指数Ｆの光アンプ３４が
設置されている。この場合、エルビウムが注入された光
ファイバアンプを用いた。増幅された光多重信号は光分
波器に入る。挿入損失のＬ各々の光分波器は１×２光カ
プラとそれぞれの出力ポートに波長通過特性の異なる誘
電体多層膜を用いた光フィルタを組み合わせて所望の波
長の光信号を抽出できるものを用いた。この分波器をツ
リー構造に設置していくことにより、最終的にλ１〜λ
ｎの波長多重された光信号はそれぞれ所定の光受信器へ
入力されることになる。ｍ段の光分波器を通過後の光信
号のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）は次のように表される。

【００１２】

【数１】ＳＮＲ＝４ＧＳ₀／〔ｅ（Ｇ−１）ＦｍＬＢ〕 …（数１）ここで、Ｓ₀は光アンプへの入力光パワー、ｅは素電
荷、Ｂは伝送速度である。このＳＮＲが（ｍ＋１）段の
光分波器を通過後、所定の誤り率を満足するＳＮＲrq
（例えば誤り率１０^-9を満たすＳＮＲrqは６である。）
以下になる場合、ｍ段目の光分波器後に光アンプ３５を
挿入する。光受信器へ光信号を送る直前の光アンプ３６
の設置は後段の光受信器の雑音を考慮する必要がある。
即ち、

【００１３】

【数２】ＳＮＲ＝４（ＧＳ₀／ｍＬ）²／｛〔ｅ（Ｇ−１）Ｆ（ＧＳ₀／ｍＬ）＋ｉｎ〕Δｆ｝ …（数２）ここで、ｉｎは受信器の雑音、Δｆは受信器の帯域幅で
ある。この（２）式で決まるＳＮＲがＳＮＲrq以上と以
下にならない位置に光アンプを挿入すれば良い。このよ
うにして光アンプを設置していけば常に所定のＳＮＲを
維持できることは図２に示すＳ／Ｎ比レベルダイアグラ
ムを見れば一目瞭然である。

【００１４】次に上述の方法によれば、必要な光アンプ
数が少なくなることを示す。例えば光分波装置２の入力
部での光信号のＳ／Ｎ比に余裕があり、一段めの光分波
器後に光アンプを挿入したとすると、次段以降の光アン
プの設置位置は順次一段ずつくり下がるためツリー構造
を採用するこのような光分波装置では本実施例に比べて
必要な光アンプ数が増加することがわかる。

【００１５】図６に本発明によるもう一つの実施例を示
す。光分波装置３は図１に示した実施例と同様に複数の
光アンプと複数の分波器からなる。光ファイバ１により
伝送されてきた波長多重信号をまず増幅するために、初
段に光アンプ３７を設置する。次に（２）式に基付いて
所定のＳ／Ｎ比を確保できる光受信器からもっとも離れ
た位置に光アンプ３８を設置する。その後は、この光ア
ンプの位置を基準に順次所定のＳ／Ｎ比を確保できるよ
う（１）式に基付いて光アンプの位置を設定した。本実
施例は１２８波多重の光信号の分波装置で、丁度図７の
Ｓ／Ｎ比レベルダイアグラムに示すように、光アンプは
受信器側から数えて４段目の分波器前に置けば良く、後
の３段分の分波器の光損失は初段の光アンプが補償し
た。したがって、光アンプ数は最小の７個で済んだ。

【００１６】今までの説明では光アンプにはファイバア
ンプを、光分波器には光カプラーと波長フィルタの組合
せを用いたが、これら光アンプ、光分波器にはどのよう
な型のデバイスを用いても構わないことは言うまでもな
い。例えば光アンプには半導体型光アンプを用いても同
様の効果が得られる。また、光分波器にはスターカプラ
ーに波長フィルタを組み合わせたものや誘電体多層膜、
グレーティング、エタロン（ファブリーペロー型を含
む）、超音波等を用いて分波する方式も同様の効果が得
られる。これを構成する材料は誘電体、ファイバ、半導
体などどれを用いても良い。光アンプと光分波器を共に
導波路型で半導体で形成すればモノリシック集積が可能
になる。

【００１７】図８は図３に示した従来のデバイスを用
い、本発明の方式に従って構成した光分波装置により可
能になった１６波光多重方式による３２Ｇｂｉｔ／ｓ−
８０ｋｍ伝送の幹線系システムである。送信器４は従来
例で述べたものと同一である。送信器４より送られる１
チャネルあたり２Ｇｂｉｔ／ｓの光信号は８０ｋｍの光
ファイバ２３を伝送後、光分波装置２７に入る。光ファ
イバの伝送損失は２０ｄＢである。光分波装置２７で
は、先ず入力した光信号は利得２０ｄＢ、雑音指数４ｄ
Ｂの光ファイバアンプ２４で増幅され、光ファイバアン
プ２４の雑音を除去する光フィルタ２５を通過後、１×
１６スターカプラー２２で１６分岐される。その後、波
長フィルタ８により所定の波長の光信号のみを各チャネ
ルの光ファイバアンプ２４に入れる。光アンプの雑音除
去用光フィルタ２６を通過後、光受信器９で電気信号に
変換される。光アンプを用いたことで光受信器９への光
入力パワーは受信感度−３０ｄＢｍ以上の−２４ｄＢｍ
となり、このような３２Ｇｂｉｔ／ｓ大容量伝送システ
ムを構築することができた。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、光分波装置内で生じる
光挿入損失を所定の誤り率を保証するＳ／Ｎ比を維持す
るようにして光アンプ挿入していくので、光アンプ数を
最小限にすることができる。その結果、低損失で、且つ
光アンプなどの部品点数を少なくできるため、低消費電
力、低価格、高信頼性の光分波装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例。

【図２】本発明の一実施例のＳ／Ｎ比レベルダイアグラ
ム。

【図３】従来例の光波長多重方式による信号分配システ
ム。

【図４】光波長多重方式による幹線系伝送システム基本
構成例。

【図５】光アンプを用いた光波長多重方式伝送システム
の従来例。

【図６】本発明のもう一つの実施例。

【図７】本発明のもう一つの実施例のＳ／Ｎ比レベルダ
イアグラム。

【図８】本発明を用いた波長多重伝送システム。

【符号の説明】

１…光ファイバ、２…本発明の実施例、３…本発明のも
う一つの実施例、４…光送信器、５…１６×１６スター
カプラー、６…１０ｋｍ光ファイバ、７…１×４光カプ
ラー、８…エタロン型波長フィルタ、９…光受信器、１
０…光送信器、１１…光合波器、１２…光ファイバ、１
３…光分波器、１４…光受信器、１５…光送信器、１６
…４×１光カプラー、１７…５０ｋｍ光ファイバ、１８
…光フィルタ、１９…光アンプ、２０…光フィルタ、２
１…光受信器、２２…１６×１スターカプラー、２３…
８０ｋｍ光ファイバ、２４…光アンプ、２５…光フィル
タ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長多重された光信号を入力し、所定の波
長の光信号を予め定めれた光受信器に導入する光分波装
置において、上記光信号の入力部に光アンプを配置し、
上記光分波装置内で生じる光損失により上記光アンプの
出力である光信号のＳ／Ｎ比劣化が所定の誤り率を保証
するＳ／Ｎ比以下になる前に他の光アンプを配置したこ
とを特徴とする光分波装置。
【請求項２】請求項１に記載の光分波装置において、上
記光受信器へ光信号を送る直前の光アンプはその出力が
次段の光受信器の受信感度以上となるように配置される
ことを特徴とする光分波装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の光分波装置におい
て、上記アンプを飽和出力に達しない範囲で利得調整す
ることを特徴とする光分波装置。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載の光分波装置に
おいて、上記光アンプにファイバ型アンプを用いたこと
を特徴とする光分波装置。
【請求項５】請求項１、２又は３に記載の光分波装置に
おいて、上記光アンプに半導体光アンプを用いたことを
特徴とする光分波装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の光分波
装置において、上記光分波は誘電体多層膜を用いた波長
フィルタで行うことを特徴とする光分波装置。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載の光分波
装置において、上記光分波はエタロン又はファブリーペ
ロー共振器を用いた波長フィルタで行うことを特徴とす
る光分波装置。
【請求項８】請求項１乃至５のいずれかに記載の光分波
装置において、上記光分波は方向性結合器を用いた波長
フィルタで行うことを特徴とする光分波装置。
【請求項９】請求項１乃至５のいずれかに記載の光分波
装置において、上記光分波はグレーティングを用いた波
長フィルタで行うことを特徴とする光分波装置。
【請求項１０】請求項１乃至５のいずれかに記載の光分
波装置において、音響光学効果を用いた波長フィルタで
行うことを特徴とする光分波装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の光
分波装置において、誘電体基板を用いて波長フィルタを
形成したことを特徴とする光分波装置。
【請求項１２】請求項１乃至１０のいずれかに記載の光
分波装置において、光ファイバを用いて波長フィルタを
形成したことを特徴とする光分波装置。
【請求項１３】請求項１乃至１０のいずれかに記載の光
分波装置において、半導体を用いて波長フィルタを形成
したことを特徴とする光分波装置。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の光
分波装置において、光カプラーを用いて光分岐を行うこ
とを特徴とする光分波装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の光分波装置におい
て、光カプラーがスター型になっていることを特徴とす
る光分波装置。
【請求項１６】請求項１乃至１４のいずれかに記載の光
分波装置において、半導体でモノリシック集積されてい
ることを特徴とする光分波装置。
【請求項１７】請求項１乃至１６のいずれかに記載の光
分波装置を使用することを特徴とする光受信器、光受信
システム。
【請求項１８】請求項１乃至１６のいずれかに記載の光
分波装置を使用することを特徴とする光波長多重伝送シ
ステム。