JP2001502143A - 波長分割多重化信号の過増幅を回避するために光学的増幅器連鎖を飽和するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分岐素子後の増幅器連鎖を飽和させるために光学的システム内に存在する雑音を使用する雑音帰還路を具備し、空チャンネルを含むＷＤＭ信号中の情報チャンネルが、それが下流の増幅器を通過するときに、過増幅となることを防止する光学信号処理方法および装置。この方法および装置は、副作用としてＡＳＥ雑音を放出する既存の抜き出し増幅器（４２）を使用する。結合器（４０）は、ＡＳＥ雑音を濾過器（３８）に結合する。濾過されたＡＳＥ雑音は、第２の結合器（３６）によって既存の幹線増幅器（３２）中に供給される。幹線増幅器は、外部雑音発生素子を必要とせずに、増幅器連鎖を飽和させるのに充分な高さのレベルに濾過されたＡＳＥ雑音に対する利得を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】 波長分割多重化信号の過増幅を回避するために光学的増幅器連鎖を飽和するため の方法および装置 発明の分野 本発明は、光学的信号処理に関する。より特定すれば、本発明は、波長分割多 重化信号が光学的パワー増幅器を通過するときに、実際のデータを搬送する残り のチャンネルの過増幅を回避するために、波長分割多重化信号の空チャンネルの 雑音による充満に関する。 発明の背景 すべての光ファイバ交信システムの伝送距離は、ファイバの損失およびばらつ きによって制限される。長距離光波システム（例えば、海中システム）に対して は、この制限は光学的増幅器の使用によって克服される。光学的増幅器は、レー ザによって使用されるのと同一の機構で、誘導放出によって入射光を増幅する。 図４に示されているように、増幅器は、信号パワーが動作点閾値以下に低下した ときに、動作点閾値以上の信号の利得を増幅するために設計されている。 光学的増幅器の１つの利点は、波長分割多重化（ＷＤＭ）信号上で搬送される チャンネルと同じく、それがいくつかの交信チャンネルを同時に増幅するために 使用され得ることである。しかしながら、ＷＤＭ信号が空チャンネルを含んでい るときには、問題が発生する。ＷＤＭ信号が、エルビウムがドープされたファイ バ増幅器（ＥＤＦＡ）のような、光学的増幅器を通過するときに、ＥＤＦＡは残 りのチャンネルを過増幅する。残りのチャンネルの嵩上げされたパ ワーは、誘導ラマン効果（ＳＲＳ）、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）および自己 位相変調（self-phase modulation（ＳＰＭ））のような非線形効果をもたらす 。ＳＲＳおよびＳＢＳは、顕著なファイバ損失となる。ＳＰＭは、エラーの増加 となる情報パルスの部分の要素周波数／波長偏倚となる。 このような状況は、、挿入／抜き出しマルチプレクサ（add/drop multiplexer （ＡＤＭ））または他の形式の分岐素子を使用する光波システムにおいて発生す る。分岐素子は、ＷＤＭ信号を分割し挿入するときに使用する重要素子として知 られている。例えば、ＡＤＭはＷＤＭ信号を多重化し、ラムダ（λ）_iの波長を 所定の目標地に向けて発送する。従って、それはλ_iの波長を残りの波長に加算 し、新たなＷＤＭ信号を形成するために、それらを一緒に多重化する。 もしファイバの切断がＡＤＭの入力部分以前で発生したならば、ＷＤＭ信号は 失われ、ヌル信号がＡＤＭに入力される。ＡＤＭは、λ_iを付加し、ヌル信号と ともにλ_iを多重化し、それを伝送媒体中に送り出す。従って、多重化された信 号は、１つの情報チャンネルを含むが、残りは空のままである。この信号が光学 的増幅器によって処理されたときは、増幅器は、通常の動作点閾値を充分に越え るチャンネルλ_iに対するパワーを増加する。この問題は、従来の光波システム によっては処理されない。 発明の要約 上記に鑑み、光学的増幅器の、同じく多くの空チャンネルを含むＷＤＭ信号の 情報チャンネルの過増幅を防止する方法および装置に対する技術の必要性が存在 する。 本発明は、ＷＤＭ信号の空チャンネルを増幅器連鎖を飽和させる 雑音で充満し、そして、増幅器にＷＤＭ信号の情報チャンネルに対する利得を適 当な動作点まで上昇させるが、雑音発生機構に必要な光学的要素数を最小とする ことによって、この機能を達成する。 本発明は、分岐要素後で一連の増幅器を飽和させるために、光学システム中に 存在する雑音を使用する雑音フィードバックループを具備している。本発明は、 これを、濾過され増幅された自励発光（ＡＳＥ）雑音を使用することによって達 成される。ＡＳＥ雑音は、増幅過程で発生する。刺激発光の過程による増幅を具 備する共振媒体は、また、自己発光を発生する。自己発光により発生する光は、 レーザ増幅器雑音の基本的な雑音を表す。 本発明は、副作用としてＡＳＥ雑音を放出する既存の抜き出し増幅器を使用す る。結合器は、ＡＳＥ雑音を濾過器に接続する。濾過されたＡＳＥ雑音は、第２ の結合器によって既存の幹線増幅器に供給される。幹線増幅器は、一連の増幅器 を飽和させるために充分高いレベルに、濾過されたＡＳＥ雑音に対する利得を増 加する。従って、本発明は外部の雑音発生素子を要求しない。 以下で明らかになる本発明のこのおよび他の利点および特徴によって、本発明 の性質は、本発明の以下の詳細な記述、付随するクレームならびに添付された数 枚の図面の参照によって、一層明確に理解されるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施例が使用され得るシステムのダイヤグラムである。 図２は、本発明の実施例のダイヤグラムである。 図３（ａ）は、本発明の実施例において使用される増幅されたＡＳＥ雑音信号 の波長対パワーのグラフである。 図３（ｂ）は、ファイバ切断によって生成されるヌル信号に付加される１つの チャンネルλ_iの波長対パワーのグラフである。 図３（ｃ）は、本発明の実施例において使用される増幅されたＡＳＥ雑音信号 に付加される１つのチャンネルλ_iの波長対パワーのグラフである。 図４は、動作点閾値を示す信号の増幅利得対全パワーのグラフである。 詳細な説明 ここで、全体にわたって同じ部分は同じ参照番号で表される図面を詳細に参照 すると、図１に本発明の実施例が適用されるかもしれないシステムのブロック線 図が描かれている。 図１は、光学的交信伝送器１２に入力する伝送される波長分割多重化信号を含 む典型的な光波交信システムを示している。伝送器１２は、ＷＤＭ信号１０を強 度が元の信号を変調する駆動電流に変換する光源ドライバ１４を具備する。光源 ドライバ１４は、典型的には光ファイバである伝送媒体１５中に結合されるエネ ルギを発生する。エネルギは伝送媒体１５を伝播し、ある程度減衰する。この減 衰を補償するために、エネルギは、位相を保持しながら光学場の振幅を増加する 光学的増幅器１６および１８に印加される。増幅されたエネルギはλ_iを抜き出 し、λ_iを挿入する分岐素子１５に伝送される。分岐素子１５を通過後、エネル ギは光学的増幅器２２および２４を通過し、伝送媒体１５に戻される。エネルギ は他端の伝送媒体１５で存在し、大部分は光検出器２６に結合される。光検出器 ２６に吸収される光エネルギは、光電流に変換される。そして、この光電流は受 信器２８中で増幅され、出力端で受信されるＷＤＭ信号３０のために適切な信号 フォーマットに変換される。 図２は、本発明の実施例を示す。４６で表される幹線は、光エネルギを幹線増 幅器３２に通過させる。幹線増幅器３２の例は、ＥＤＦＡである。エネルギは、 分岐素子中に入力される信号から抜き出し線５２を使用してλ_iを抜き出し、幹 線出力から出力される信号に挿入線５４を使用してλ_iを挿入する分岐素子３４ 中を通過する。抜き出し線には抜き出し増幅器４２が接続される。抜き出し増幅 器４２の例は、ＥＤＦＡである。光絶縁器３９を介して結合器４０によって濾過 器３８も抜き出し線に接続される。結合器４０の例は、通常の３デシベル２（ｄ Ｂ）である。濾過器３８は結合器３６によって、４６で表される幹線に接続され る。結合器３６の例は、通常の１０ｄＢ結合器である。 本発明は、以下のように動作する。ＷＤＭ信号は、幹線４６上を幹線増幅器３ ２に向かって搬送される。ファイバ切断５０は、ＷＤＭ信号の喪失を引き起こす 。ヌル信号が幹線増幅器３２を通過し、それは圧縮された動作から利得を増加す る。増幅されたヌル信号は分岐素子３４に入力される。分岐素子３４は、抜き出 し線５２を使用して増幅されたヌル信号からλ_iを抜き出す。光絶縁器４６は光 信号が１方向にだけ進行することを確実にする。抜き出し線５２は、抜き出し増 幅器４２を介してλ_iを通過させる。λ_iが抜き出し増幅器４２を通過するので、 増幅器は後ろ向きＡＳＥ雑音を放出する。これは抜き出し増幅器４２もまた通常 圧縮中であるので発生し、ファイバ切断が抜き出し信号の喪失を引き起こすので 、抜き出し増幅器４２は圧縮から抜き出て、より多くの後ろ向きＡＳＥ雑音を発 生する。このＡＳＥ雑音はカプラ４０によって濾過器３８に向けられる。 この実施例において、濾過器３８は、約１５５７ｎｍの中心波長を有する約１ ０ナノメートル（ｎｍ）帯域濾過器である。濾過器３ ８は、増幅器連鎖であるが信号チャンネルの外部である利得通過帯域で置き換え られ得る。例として、ＷＤＭ信号が１５５４ｎｍから１５６１ｎｍの８つの信号 チャンネルから構成されているとすると、濾過器の中心波長は１５５０ｎｍであ り、濾過通過帯域（Δλｆ）は約８ｎｍとなろう。 濾過されたＡＳＥ雑音はカプラ４０を通過し、幹線増幅器３２によって増幅さ れる。増幅されたＡＳＥ雑音はλ_iを抜き出す分岐素子３４を通過し、幹線出力 ４８に向かう経路中のλ_i近傍の帯域幅（ｂｗ）の雑音を取り除く。挿入線５４ は、増幅されたＡＳＥ雑音にλ_iを挿入する分岐素子３４中にλ_iを搬送する。こ の結果は、λ_iを除く増幅されたＡＳＥ雑音で充満された全チャンネルを有する ＷＤＭ信号である。従って、ＷＤＭ信号は、増幅器連鎖の下流増幅器を飽和させ 、信号が下流増幅器を通過するときのチャンネルλ_iに対する利得を低減する。 この結果、チャンネルλ_iは、ファイバ切断以前と同様に、その通常動作点を維 持するために増幅される。 このように、幹線増幅器３２の出力は、抜き出し増幅器４２および濾過器３８ を介して、幹線増幅器３２の入力端に帰還される。実際の信号チャンネルが存在 しているときは、帰還損失は増幅器利得より大きい。これは、幹線入力が増幅器 を飽和させているときにも正しい。従って、ＷＤＭ信号中への過剰雑音の導入は 、最小化される。しかしながら、チャンネルがまったく存在しないときは、帰還 損失は利得（小信号利得）よりも小さく、抜き出し増幅器４２からの後ろ向きＡ ＳＥ雑音が発生される。 増幅器連鎖を飽和させるための４６で表される幹線上の適正な雑音レベルを得 ること、即ち、連鎖中の全増幅器において同一の利得を維持することは微妙なこ とであることを認識することは価値のあ ることである。しかしながら、幹線増幅器、抜き出し増幅器、結合器および濾過 器は、自動的に適正な出力パワーを与えるために設計されるであろう。さらに、 分岐素子３４は、分岐素子３４によって受信される全パワーに係わらず、例えば 、全部の、あるいは、部分的なファイバ切断に係わらず、一定の出力を維持する ために構成されなければならない。 図３（ａ）は、本発明の実施例において使用される増幅されたＡＳＥ雑音信号 の波長対パワーのグラフである。ＡＳＥ雑音信号の大きさは、幹線増幅器３２と 抜き出し増幅器４２からのパワーと、帰還損失、および幹線増幅器からの利得圧 縮の関数である。 図３（ｂ）は、ファイバ切断によって生成されるヌル信号に挿入される単一チ ャンネルλ_iの波長対パワーのグラフである。この信号は下流増幅器を通過する ので、このパワーレベルは、増加された利得圧縮によって通常のレベルよりも高 いレベルに嵩上げされる。 図３（ｃ）は、本発明の実施例において使用される増幅されたＡＳＥ雑音に挿 入された単一チャンネルλ_iの波長対パワーのグラフである。この信号は下流増 幅器を通過するので、これは増幅器を飽和させ、従って、チャンネルλ_iに対す る利得を低減する。下流増幅器は、チャンネルλ_iのパワーを通常の動作点に嵩 上げする。 ここに、特に好ましい実施例が描かれ、説明されたけれども、本発明の修正お よび変形は、上述によって言及され、本発明の精神および意図された範囲内にあ ることが望ましい。例えば、本発明の実施例は、単一の情報チャンネルλ_iを含 むＷＤＭ信号について議論しているけれども、本発明はファイバ切断後に残る複 数の情報チャンネルに対しても作用することが望ましい。同様に、ＡＳＥ雑音源 はまた挿入線５４上の増幅器（図２には示されていない）、単独の増幅器、ある いはＤＦＢレーザーのような他の光源であってもよい 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/16 Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．新たなデータがＷＤＭ信号に挿入されたときに、増幅器連鎖を飽和させる ために濾過された雑音を使用する装置であって、 雑音を発生する第１の増幅器と、 前記第１の増幅器から雑音を導き出すために前記第１の増幅器に接続される結 合器と、 前記結合器によって前記第１の増幅器から導き出された雑音を濾過するために 前記結合器に接続される濾過器と、 雑音を増幅して前記増幅器連鎖を飽和させるために前記濾過器に接続される第 ２の増幅器と、を具備する装置。