JP2002009707A - 光伝送システムおよび光伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距
離光伝送が可能な光伝送システムおよび光伝送方法を提
供する。 【解決手段】 第１波長帯域（例えば波長１．５５μｍ
帯）に含まれる波長λ₁₁〜λ_1Mの各信号光は、光伝送路
９１〜９３の第１方向に伝送され、集中光増幅器６０お
よび中継器８１，８２に含まれる集中光増幅器（例えば
Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器）それぞれにより集中光
増幅される。第２波長帯域（例えば波長１．３μｍ帯）
に含まれる波長λ₂₁〜λ_2Nの各信号光は、光伝送路９１
〜９３の第２方向に伝送されるとともに、分布光増幅用
励起光源７０および中継器８１，８２に含まれる分布光
増幅用励起光源それぞれから出力された分布光増幅用励
起光が供給された光伝送路９１〜９３において分布光増
幅（例えばラマン増幅）される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一の光伝送路で
双方向の光伝送を行う光伝送システムおよび光伝送方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光伝送システムにおける信号光の伝送媒
体である光伝送路として一般に用いられる石英系光ファ
イバは、波長１．５５μｍ付近で伝送損失が最も小さい
ことから、信号光の波長帯域として波長１．５５μｍ帯
が用いられる。また、波長１．５５μｍ帯の信号光を光
増幅する光増幅器（例えば、Ｅｒ元素が光導波領域に添
加された光ファイバを光増幅媒体として用いるＥｒ元素
添加光ファイバ増幅器）を送信器と受信器との間に設け
ることで、更に長距離の光伝送を行うことが可能であ
る。しかし、この光増幅器は集中型のものであることか
ら、光伝送路のうち光増幅器の出力端に近い部分では、
信号光パワーが大きく、非線型光学現象が発生し易く、
信号光の波形が劣化し易い。このような問題点を解決す
るために、例えば、文献１「T. Naito, et al., "1 Ter
abit/s WDM Transmission over 10,000 km", ECOC'99,
PD (1999)」に記載された光伝送システムでは、信号光
の波長帯域として波長１．５５μｍ帯を用い、Ｅｒ元素
添加光ファイバ増幅器を多段に接続することで長距離の
光伝送を行うとともに、各中継区間の下流側より上流側
に実効断面積が大きい光ファイバを用いることで、非線
形光学現象に因る信号光の波形劣化の抑制を図ってい
る。

【０００３】また、光伝送路として一般に用いられるこ
とが多いシングルモード光ファイバは、波長１．３μｍ
付近で波長分散の絶対値が小さく信号光の波形劣化が生
じ難くいことから、信号光の波長帯域として波長１．３
μｍ帯が用いられる場合もある。また、光伝送システム
において用いられる光部品も波長１．３μｍ帯に対応し
たものも多い。例えば、文献２「C. R. Giles, et al.,
"Single-Fiber Access PON using Downstream 1550 nm
WDM Routing and Upstream 1300 nm Power Combining
through a Fiber-Grating Router", ECOC'96, WeB.1.4,
pp.3.27-3.30(1996)」に記載された光伝送システム
は、光伝送路の第１方向に波長１．５５μｍ帯の多波長
の信号光を伝送するとともに、これとは反対の第２方向
に波長１．３μｍ帯の信号光を伝送して、双方向の光伝
送を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記文献１に記載され
た光伝送システムでは、波長１．５５μｍ帯の信号光を
用いて一方向の光伝送を行うことができる。しかし、逆
方向に光伝送を行おうとする場合には、光伝送路のうち
光増幅器の出力端に近い部分では、信号光パワーが大き
いことに加えて、光ファイバの実効断面積が小さいこと
から、非線型光学現象が発生し易く、信号光の波形が劣
化し易い。したがって、この光伝送システムでは、双方
向とも波長１．５５μｍ帯の信号光を用いて長距離光伝
送を行うことが困難である。

【０００５】また、上記文献２に記載されたような異な
る波長帯域を用いて双方向の光伝送を行う光伝送システ
ムでは、Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器を設けることに
より、波長１．５５μｍ帯または波長１．５８μｍ帯の
信号光については光増幅することができるものの、他の
波長帯域（例えば波長１．３μｍ帯や波長１．４５μｍ
帯）の信号光については光増幅することができない。し
たがって、この光伝送システムでは、使用可能な波長帯
域が限られ、また、長距離光伝送を行うことが困難であ
る。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向
に長距離光伝送が可能な光伝送システムおよび光伝送方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光伝送シス
テムは、第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１方向に
伝送するとともに、第１波長帯域と重なる帯域を有しな
い第２波長帯域の信号光を光伝送路の第２方向に伝送し
て、双方向の光伝送を行う光伝送システムであって、第
１方向に伝送される第１波長帯域の信号光を光増幅する
集中光増幅器と、第２方向に伝送される第２波長帯域の
信号光を光増幅する分布光増幅器とを備えることを特徴
とする。

【０００８】本発明に係る光伝送方法は、第１波長帯域
の信号光を光伝送路の第１方向に伝送するとともに、第
１波長帯域と重なる帯域を有しない第２波長帯域の信号
光を光伝送路の第２方向に伝送して、双方向の光伝送を
行う光伝送方法であって、第１方向に伝送される第１波
長帯域の信号光を集中光増幅器により光増幅し、第２方
向に伝送される第２波長帯域の信号光を分布光増幅器に
より光増幅することを特徴とする。

【０００９】本発明に係る光伝送システムまたは光伝送
方法によれば、第１波長帯域（例えば波長１．５５μｍ
帯または波長１．５８μｍ帯）の信号光は、光伝送路を
第１方向に伝送されるとともに、集中光増幅器（例えば
Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器）により光増幅される。
一方、第２波長帯域（例えば波長１．３μｍ帯または波
長１．４５μｍ帯）の信号光は、光伝送路を第２方向に
伝送されるとともに、分布光増幅器（例えばラマン増幅
器）により光増幅される。ここで、第１波長帯域と第２
波長帯域とは互いに重なる帯域を有しない。また、第１
方向と第２方向とは互いに異なる方向である。したがっ
て、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距離光伝
送が可能である。なお、第１波長帯域および第２波長帯
域の双方または何れか一方において多波長の信号光を多
重化して光伝送するのが好適であり、この場合には大容
量通信を行うことができる。

【００１０】また、本発明に係る光伝送システムまたは
光伝送方法では、分布光増幅器における分布光増幅用励
起光は光伝送路の第１方向に伝搬することを特徴とす
る。この場合には、分布光増幅器により光増幅される第
２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、分布光
増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互いに逆の
方向となり、これにより、第２波長帯域の信号光と雑音
光との間のビートや雑音光同士のビートなどが抑制され
るので、信号光のＳ／Ｎ比の劣化を回避することができ
る。

【００１１】また、本発明に係る光伝送システムまたは
光伝送方法では、第１波長帯域が分布光増幅器における
分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配置
されないことを特徴とする。この場合には、分布光増幅
器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されるこ
となく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるの
で、想定外の信号光の波形劣化が回避される。特に、第
２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅
利得と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域
のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得とは、
差が５ｄＢ以上であるのが好適である。このようにする
ことで、想定外の信号光の波形劣化が充分に回避され
る。

【００１２】また、本発明に係る光伝送システムまたは
光伝送方法では、光伝送路は、分布光増幅器における分
布光増幅用励起光が供給される地点より第１方向へ遠く
なるほど、分布光増幅の利得係数が大きくなることを特
徴とし、或いは、実効断面積が小さくなることを特徴と
する。これら何れの場合にも、第１方向に伝送されると
ともに集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の
信号光については、集中光増幅器の直ぐ下流側の信号光
パワーが大きいところでは、光伝送路の実効断面積が比
較的大きいので、非線形光学現象に因る信号光の波形劣
化の抑制を図ることができる。一方、第２方向に伝送さ
れるとともに分布光増幅器により光増幅される第２波長
帯域の信号光については、分布光増幅用励起光が第１方
向に伝送されることを考慮して、分布光増幅用励起光の
パワーが小さいところで、光伝送路の分布光増幅の利得
係数が大きく又は実効断面積が小さいので、光伝送路に
おける分布光増幅の効率を比較的大きくすることがで
き、光伝送路の全体における第２波長帯域の信号光のパ
ワー変動を抑えつつ、分布光増幅用励起光を効率よく利
用することができる。このような光伝送路は、分布光増
幅器における分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファ
イバが接続されたものであるのが好適であり、この場合
には、各々の光ファイバを長手方向に均一のものとする
ことができることから、安価かつ容易に光伝送路を構成
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００１４】先ず、本発明に係る光伝送システムおよび
光伝送方法の実施形態について図１〜図５を用いて説明
する。図１は、本実施形態に係る光伝送システム１の構
成図である。この図に示した光伝送システム１は、Ｍ個
の送信器１１₁〜１１_M、Ｎ個の送信器１２₁〜１２_N、Ｍ
個の受信器２１₁〜２１_M、Ｎ個の受信器２２₁〜２２_N、
合波器３１，３２、分波器４１，４２、光カプラ５１〜
５３、集中光増幅器６０、分布光増幅用励起光源７０、
中継器８１，８２、光伝送路９１〜９３を備えている。

【００１５】各送信器１１_mは、第１波長帯域に含まれ
る波長λ_1mの信号光を送出するものである（ｍは１以上
Ｍ以下の任意の整数。以下同様。）。合波器３１は、各
送信器１１_mから送出された波長λ_1mの信号光を合波し
て多重化し、この多重化した第１波長帯域の信号光を集
中光増幅器６０へ出力する。集中光増幅器６０は、合波
器３１から出力された第１波長帯域の信号光を一括光増
幅して光カプラ５１へ出力する。光カプラ５１は、集中
光増幅器６０から出力された第１波長帯域の信号光を光
伝送路９１へ出力する。そして、光カプラ５１から出力
された第１波長帯域の信号光は、光伝送路９１、中継器
８１、光伝送路９２、中継器８２および光伝送路９３を
順に経て光カプラ５２に到達する。光カプラ５２は、光
伝送路９３を伝送してきて到達した第１波長帯域の信号
光を分波器４１へ出力する。分波器４１は、光カプラ５
２から出力された第１波長帯域の信号光を分波して、波
長λ_1mの信号光を受信器２１_mへ出力する。各受信器２
１_mは、分波器４１から出力された波長λ_1mの信号光を
受信する。

【００１６】各送信器１２_nは、第２波長帯域に含まれ
る波長λ_2nの信号光を送出するものである（ｎは１以上
Ｎ以下の任意の整数。以下同様。）。合波器３２は、各
送信器１２_nから送出された波長λ_2nの信号光を合波し
て多重化し、この多重化した第２波長帯域の信号光を光
カプラ５２へ出力する。光カプラ５２は、合波器３２か
ら出力された第２波長帯域の信号光を光伝送路９３へ出
力する。そして、光カプラ５２から出力された第２波長
帯域の信号光は、光伝送路９３、中継器８２、光伝送路
９２、中継器８１および光伝送路９１を順に経て光カプ
ラ５１に到達する。光カプラ５１は、光伝送路９１を伝
送してきて到達した第２波長帯域の信号光を光カプラ５
３へ出力する。光カプラ５３は、光カプラ５１から出力
された第２波長帯域の信号光を分波器４２へ出力する。
分波器４２は、光カプラ５３から出力された第２波長帯
域の信号光を分波して、波長λ_2nの信号光を受信器２２
_nへ出力する。各受信器２２_nは、分波器４２から出力さ
れた波長λ_2nの信号光を受信する。

【００１７】分布光増幅用励起光源７０は、波長λ_pの
分布光増幅用励起光を光カプラ５３へ出力する。光カプ
ラ５３は、この分布光増幅用励起光を光カプラ５１へ出
力する。さらに、光カプラ５１は、この分布光増幅用励
起光を光伝送路９１へ出力する。また、後述するよう
に、中継器８１，８２それぞれは、第１波長帯域の信号
光を光増幅する集中光増幅器と、波長λ_pの分布光増幅
用励起光を出力する分布光増幅用励起光源とを有する。

【００１８】第１波長帯域に含まれる波長λ₁₁〜λ_1Mの
各信号光は、光伝送路９１〜９３の第１方向（図１で右
に向かう方向）に伝送され、集中光増幅器６０および中
継器８１，８２に含まれる集中光増幅器それぞれにより
集中光増幅される。例えば、第１波長帯域は、波長１．
５５μｍ帯または波長１．５８μｍ帯であり、各集中光
増幅器は、希土類元素が光導波領域に添加された光ファ
イバを光増幅媒体として用いる希土類元素添加光ファイ
バ増幅器であり、好適にはＥｒ元素添加光ファイバ増幅
器である。

【００１９】第２波長帯域に含まれる波長λ₂₁〜λ_2Nの
各信号光は、光伝送路９１〜９３の第２方向（図１で左
に向かう方向）に伝送されるとともに、分布光増幅用励
起光源７０および中継器８１，８２に含まれる分布光増
幅用励起光源それぞれから出力された分布光増幅用励起
光が供給された光伝送路９１〜９３において分布光増幅
される。すなわち、これらの各要素は第２波長帯域の信
号光に対して分布光増幅器（ラマン増幅器またはブリル
アン増幅器）を構成している。例えば、第２波長帯域
は、波長１．３μｍ帯または波長１．４５μｍ帯であ
る。第２波長帯域が波長１．３μｍ帯であるときには、
分布光増幅用励起光の波長λ_pは１．２μｍ程度であ
り、第２波長帯域が波長１．４５μｍ帯であるときに
は、分布光増幅用励起光の波長λ_pは１．３５μｍ程度
である。

【００２０】図２は、本実施形態に係る光伝送システム
における中継器の１構成例を説明する図である。この図
に示した中継器１００は、図１に示した光伝送システム
１の中継器８１，８２の何れとしても好適に用いられ
る。この中継器１００は、光カプラ１５１〜１５３、集
中光増幅器１６０および分布光増幅用励起光源１７０を
備える。光カプラ１５１は、第１入出力端１００ａに到
達した第１波長帯域の信号光を集中光増幅器１６０へ出
力するとともに、集中光増幅器１６０を経ることなく光
カプラ１５２から到達した第２波長帯域の信号光を第１
入出力端１００ａへ出力する。集中光増幅器１６０は、
光カプラ１５１から到達した第１波長帯域の信号光を光
増幅して光カプラ１５２へ出力する。光カプラ１５２
は、集中光増幅器１６０から到達した第１波長帯域の信
号光を光カプラ１５３へ出力するとともに、光カプラ１
５３から到達した第２波長帯域の信号光を光カプラ１５
１へ出力する。分布光増幅用励起光源１７０は、波長λ
_pの分布光増幅用励起光を光カプラ１５３へ出力する。
光カプラ１５３は、光カプラ１５２から到達した第１波
長帯域の信号光を第２入出力端１００ｂへ出力し、分布
光増幅用励起光源１７０から到達した波長λ_pの分布光
増幅用励起光をも第２入出力端１００ｂへ出力し、ま
た、第２入出力端１００ｂから到達した第２波長帯域の
信号光を光カプラ１５２へ出力する。

【００２１】この中継器１００では、光伝送路を経て第
１入出力端１００ａに到達した波長λ₁₁〜λ_1Mの第１波
長帯域の信号光は、光カプラ１５１を経て、集中光増幅
器１６０により光増幅され、光カプラ１５２および１５
３を順に経て、第２入出力端１００ｂより光伝送路へ出
力される。光伝送路を経て第２入出力端１００ｂに到達
した波長λ₂₁〜λ_2Nの第２波長帯域の信号光は、集中光
増幅器１６０を経ることなく、光カプラ１５３，１５２
および１５１を順に経て、第１入出力端１００ａより光
伝送路へ出力される。また、分布光増幅用励起光源１７
０から出力される波長λ_pの分布光増幅用励起光は、光
カプラ１５３を経て、第２入出力端１００ｂより光伝送
路へ出力される。

【００２２】図３は、本実施形態に係る光伝送システム
における中継器の他の構成例を説明する図である。この
図に示した中継器２００も、図１に示した光伝送システ
ム１の中継器８１，８２の何れとしても好適に用いられ
る。この中継器２００は、光サーキュレータ２５１，２
５２、光カプラ２５３、光フィルタ２５４、集中光増幅
器２６０および分布光増幅用励起光源２７０を備える。
光サーキュレータ２５１は、第１入出力端２００ａに到
達した第１波長帯域の信号光を集中光増幅器２６０へ出
力するとともに、光カプラ２５３から到達した第２波長
帯域の信号光を第１入出力端２００ａへ出力する。集中
光増幅器２６０は、光サーキュレータ２５１から到達し
た第１波長帯域の信号光を光増幅して光フィルタ２５４
へ出力する。光フィルタ２５４は、第１波長帯域の信号
光を透過させるが、分布光増幅用励起光源２７０から出
力される波長λ_pの分布光増幅用励起光を反射させる。
光サーキュレータ２５２は、光フィルタ２５４から到達
した光を第２入出力端２００ｂへ出力し、第２入出力端
２００ｂから到達した光を光カプラ２５３へ出力し、ま
た、光カプラ２５３から到達した光を光フィルタ２５４
へ出力する。分布光増幅用励起光源２７０は、波長λ_p
の分布光増幅用励起光を光カプラ２５３へ出力する。光
カプラ２５３は、光サーキュレータ２５２から到達した
第２波長帯域の信号光を光サーキュレータ２５１へ出力
し、分布光増幅用励起光源２７０から到達した波長λ_p
の分布光増幅用励起光を光サーキュレータ２５２へ出力
する。

【００２３】この中継器２００では、光伝送路を経て第
１入出力端２００ａに到達した波長λ₁₁〜λ_1Mの第１波
長帯域の信号光は、光サーキュレータ２５１を経て、集
中光増幅器２６０により光増幅され、光フィルタ２５４
を透過し、光サーキュレータ２５２を経て、第２入出力
端２００ｂより光伝送路へ出力される。光伝送路を経て
第２入出力端２００ｂに到達した波長λ₂₁〜λ_2Nの第２
波長帯域の信号光は、集中光増幅器２６０を経ることな
く、光サーキュレータ２５２、光カプラ２５３および光
サーキュレータ２５１を順に経て、第１入出力端２００
ａより光伝送路へ出力される。また、分布光増幅用励起
光源２７０から出力される波長λ_pの分布光増幅用励起
光は、光カプラ２５３および光サーキュレータ２５２を
順に経て、光フィルタ２５４で反射され、再び光サーキ
ュレータ２５２を経て、第２入出力端２００ｂより光伝
送路へ出力される。

【００２４】図４は、本実施形態に係る光伝送システム
および光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２
波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの
波長配置の１例を説明する図である。この図に示すよう
に、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯域
を有しない。また、第１波長帯域は、分布光増幅用励起
光の波長と第２波長帯域との間に配置されることなく、
第２波長帯域より長波長側にあるのが好適であり、分布
光増幅用励起光の波長λ_pより短波長側にあってもよ
い。

【００２５】例えば、集中光増幅器６０，１６０，２６
０がＥｒ元素添加光ファイバ増幅器であり、分布光増幅
用励起光源７０，１７０，２７０を含む分布光増幅器が
ラマン増幅器であり、集中光増幅器により光増幅される
第１波長帯域の各信号光の波長λ₁₁〜λ_1Mは１５４０ｎ
ｍ〜１５６０ｎｍ程度であり、分布光増幅器により光増
幅される第２波長帯域の各信号光の波長λ₂₁〜λ_2Nは１
４４０ｎｍ〜１４６０ｎｍ程度であり、また、分布光増
幅用励起光の波長λ_pは、第２波長帯域の信号光の波長
より１００ｎｍ程度短い１３５０ｎｍ程度である。

【００２６】分布光増幅用励起光の波長λ_pが１３５０
ｎｍであれば、ラマン増幅の利得スペクトルは、ピーク
波長が１４５０ｎｍ付近であり、第２波長帯域の各信号
光の波長１４４０ｎｍ〜１４６０ｎｍの範囲で充分な利
得を有し、一方、第１波長帯域の各信号光の波長１５４
０ｎｍ〜１５６０ｎｍの範囲では利得を有しない。した
がって、このような波長配置とすることで、分布光増幅
器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されるこ
となく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅される。

【００２７】図５は、本実施形態に係る光伝送システム
および光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２
波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの
波長配置の他の例を説明する図である。この図に示した
波長配置は、図４に示したものと比較して、分布光増幅
用励起光が多波長となっている点で先ず異なる。この場
合も、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯
域を有しない。また、第１波長帯域は、分布光増幅用励
起光の波長と第２波長帯域との間に配置されることな
く、第２波長帯域より長波長側にあるのが好適であり、
分布光増幅用励起光の波長λ_p1〜λ_pKより短波長側にあ
ってもよい。

【００２８】例えば、集中光増幅器６０，１６０，２６
０がＥｒ元素添加光ファイバ増幅器であり、分布光増幅
用励起光源７０，１７０，２７０を含む分布光増幅器が
ラマン増幅器であり、集中光増幅器により光増幅される
第１波長帯域の各信号光の波長λ₁₁〜λ_1Mは１５３０ｎ
ｍ〜１５６５ｎｍ程度であり、分布光増幅器により光増
幅される第２波長帯域の各信号光の波長λ₂₁〜λ_2Nは１
４３０ｎｍ〜１４８０ｎｍ程度であり、また、分布光増
幅用励起光の波長λ_p1〜λ_pKは、第２波長帯域の信号光
の波長より１００ｎｍ程度短い１３１０ｎｍ〜１３７０
ｎｍ程度である。

【００２９】分布光増幅用励起光の波長λ_p1〜λ_pKが１
３１０ｎｍ〜１３７０ｎｍであって各波長のパワーが適
切に設定されることにより、ラマン増幅の利得スペクト
ルは、第２波長帯域の各信号光の波長１４３０ｎｍ〜１
４８０ｎｍの範囲で偏差が小さい充分な利得を有し、一
方、第１波長帯域の各信号光の波長１５３０ｎｍ〜１５
６５ｎｍの範囲では利得を有しない。したがって、この
ような波長配置とすることで、分布光増幅器により、第
１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２
波長帯域の信号光のみが均一に光増幅される。

【００３０】以上のように、本実施形態に係る光伝送シ
ステム１および光伝送方法によれば、第１波長帯域の波
長λ₁₁〜λ_1Mの信号光は、光伝送路９１〜９３を第１方
向に伝送されるとともに、集中光増幅器６０，１６０，
２６０により光増幅される。一方、第２波長帯域の波長
λ₂₁〜λ_2Nの信号光は、光伝送路９１〜９３を第２方向
に伝送されるとともに、分布光増幅用励起光源７０，１
７０，２７０を含む分布光増幅器により光増幅される。
したがって、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長
距離光伝送が可能である。

【００３１】また、分布光増幅器における分布光増幅用
励起光は、光伝送路９１〜９３の第１方向に伝搬するの
が好適である。すなわち、分布光増幅器により光増幅さ
れる第２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、
分布光増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互い
に逆の方向にするのが好適である。このようにすること
により、第２波長帯域の信号光と雑音光との間のビート
や雑音光同士のビートなどが抑制されるので、信号光の
Ｓ／Ｎ比の劣化を回避することができる。

【００３２】また、第１波長帯域の波長λ₁₁〜λ_1Mは、
分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長λ_pと
第２波長帯域の波長λ₂₁〜λ_2Nとの間に配置されないの
が好適である。このようにすることで、分布光増幅器に
より、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることな
く、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるので、想
定外の信号光の波形劣化が回避される。さらに、第２波
長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得
と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域のう
ちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得との差を５
ｄＢ以上とすることにより、想定外の信号光の波形劣化
が充分に回避される。

【００３３】次に、本実施形態に係る光伝送システム１
および光伝送方法の具体的な実施例について説明する。
第１実施例の光伝送システムおよび光伝送方法は、Ｍ＝
Ｎ＝２として、λ₁₁＝１５３５ｎｍとし、λ₁₂＝１５５
０ｎｍとし、λ₂₁＝１３００ｎｍとし、λ₂₂＝１３１０
ｎｍとし、λ_p＝１２１０ｎｍとし、集中光増幅器６０
をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。また、光カプ
ラ５１と光カプラ５２との間に中継器を設けることな
く、光カプラ５１と光カプラ５２との間を長さ１５０ｋ
ｍのシングルモード光ファイバで接続した。このような
構成で各信号光をビットレート２．５Ｇｂ／ｓで伝送し
たところ、各信号光で受信エラーが生じないことが確認
された。一方、分布光増幅用励起光源７０より分布光増
幅用励起光を供給しなかった場合には、第２波長帯域の
波長λ₂₁およびλ₂₂それぞれの信号光については受信エ
ラーが多発した。

【００３４】第２実施例の光伝送システムおよび光伝送
方法は、Ｍ＝３として、λ₁₁＝１５８０ｎｍとし、λ₁₂
＝１５８１ｎｍとし、λ₁₃＝１５８２ｎｍとし、集中光
増幅器６０をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。ま
た、Ｎ＝１として、第２波長帯域の信号光の波長λ₂₁お
よび分布光増幅用励起光の波長λ_pそれぞれを可変と
し、第２波長帯域の信号光の波長λ₂₁をラマン増幅の利
得スペクトルのピーク波長とし、第２波長帯域の信号光
の波長λ₂₁におけるラマン増幅の利得が１０ｄＢとなる
ようにした。また、光カプラ５１と光カプラ５２との間
に中継器を設けることなく、光カプラ５１と光カプラ５
２との間を長さ８０ｋｍの分散シフト光ファイバ（波長
１５５０ｎｍ付近で波長分散が零になる光ファイバ）で
接続した。

【００３５】このような構成で、第２波長帯域の信号光
の波長λ₂₁および分布光増幅用励起光の波長λ_pそれぞ
れを変更して、各信号光を伝送した。図６は、第２実施
例の光伝送システムの信号光伝送特性を示すグラフであ
る。同図（ａ）は、各信号光および分布光増幅用励起光
それぞれの波長配置を示す。同図（ｂ）は、第２波長帯
域の信号光の波長λ₂₁とラマンゲイン差（波長λ₂₁およ
び波長λ₁₁それぞれでのラマンゲインの差）との関係を
示す。また、同図（ｃ）は、第２波長帯域の信号光の波
長λ₂₁と第１波長帯域の波長λ₁₁の信号光のパワーペナ
ルティとの関係を示す。

【００３６】このグラフから判るように、第１波長帯域
の波長λ₁₁の信号光のパワーペナルティを１ｄＢ以下と
するためには、第２波長帯域の信号光の波長λ₂₁を１５
６０ｎｍ以下として、第２波長帯域の波長λ₂₁でのラマ
ンゲインより第１波長帯域の波長λ₁₁でのラマンゲイン
を５ｄＢ以上小さくする必要がある。第２波長帯域の信
号光が多波長である場合を考えると、第２波長帯域のう
ちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得より、この
最長波長より長波長側にある第１波長帯域のうちの最短
波長での分布光増幅器の光増幅利得を５ｄＢ以上小さく
する必要がある。このようにすることで、第１波長帯域
の信号光の伝送特性が確保される。

【００３７】なお、第１波長帯域の波長λ₁₁でのラマン
ゲインが大きくなると、この波長λ ₁₁の信号光のパワー
ペナルティが大きくなる原因として、非線形光学現象の
１種である四光波混合に因り信号光の波形劣化が生じた
こと、また、波長λ₁₁の信号光の２重反射光が光増幅さ
れて生じたノイズに因り信号光の波形劣化が生じたこと
が考えられる。

【００３８】第３実施例の光伝送システムおよび光伝送
方法は、Ｍ＝１６として、第１波長帯域の信号光の波長
λ₁₁〜λ_1Mを１５８０ｎｍ〜１５９３ｎｍの範囲で１０
０ＧＨｚ間隔として、第１波長帯域の各信号光をビット
レート１０Ｇｂ／ｓで伝送した。Ｎ＝４として、第２波
長帯域の信号光の波長λ₂₁〜λ_2Nを１５３０ｎｍ〜１５
４０ｎｍの範囲で２．５ｎｍ間隔とした。集中光増幅器
６０をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。分布光増
幅用励起光の波長λ_pを１４４０ｎｍとした。

【００３９】また、図７に示すように、光カプラ５１と
光カプラ５２との間に中継器を設けることなく、光カプ
ラ５１と光カプラ５２との間をシングルモード光ファイ
バ９４および分散補償光ファイバ９５で接続した。分散
補償光ファイバ９５は、波長１．５５μｍで波長分散が
負であって、波長１．５５μｍで波長分散が正であるシ
ングルモード光ファイバ９４の波長分散を補償するもの
である。シングルモード光ファイバ９４と分散補償光フ
ァイバ９５とを互いに融着接続して、シングルモード光
ファイバ９４を光カプラ５１の側に設け、分散補償光フ
ァイバ９５を光カプラ５２の側に設けた。

【００４０】シングルモード光ファイバ９４は、長さが
５５ｋｍであり、ラマンゲイン係数ｇ_R1が２．４×１０
^-8／Ｗであり、実効断面積Ａ_eff1が８０μｍ²であっ
た。分散補償光ファイバ９５は、長さが２５ｋｍであ
り、ラマンゲイン係数ｇ_R2が２．０×１０^-7／Ｗであ
り、実効断面積Ａ_eff2が２０μｍ²であった。すなわ
ち、光カプラ５１と光カプラ５２との間の光伝送路を、
分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種の光
ファイバが接続されたものとすることで、分布光増幅器
における分布光増幅用励起光が供給される地点より第１
方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きくな
るようにし、また、実効断面積が小さくなるようにし
た。

【００４１】このような構成で各信号光を伝送したとこ
ろ、第１波長帯域の信号光および第２波長帯域の信号光
の何れも支障なく光伝送を行うことができた。しかし、
光伝送路への分布光増幅用励起光の供給を行わなかった
場合には、第１波長帯域の信号光の光伝送には何ら影響
が現れなかったが、第２波長帯域の信号光の光伝送では
受信エラーが多発した。また、第２波長帯域の信号光に
対して集中光増幅器を配置しても受信特性は改善したか
った。

【００４２】第１方向に伝送されるとともに集中光増幅
器により光増幅される第１波長帯域の信号光について
は、集中光増幅器の直ぐ下流側の信号光パワーが大きい
ところに、実効断面積が比較的大きいシングルモード光
ファイバ９４を用いることで、非線形光学現象に因る信
号光の波形劣化の抑制を図ることができる。一方、第２
方向に伝送されるとともに分布光増幅器により光増幅さ
れる第２波長帯域の信号光については、分布光増幅用励
起光が第１方向に伝送されることを考慮して、分布光増
幅用励起光のパワーが小さいところに、分布光増幅の利
得係数が大きく実効断面積が小さい分散補償光ファイバ
９５を用いた。このようにすることで、分散補償光ファ
イバ９５における分布光増幅の効率を比較的大きくする
ことができるので、光カプラ５１と光カプラ５２との間
の光伝送路の全体における第２波長帯域の信号光のパワ
ー変動を抑えつつ、分布光増幅用励起光を効率よく利用
することができる。

【００４３】第４実施例の光伝送システムおよび光伝送
方法は、上記の第３実施例のシングルモード光ファイバ
９４および分散補償光ファイバ９５に替えて、光カプラ
５１と光カプラ５２との間の光伝送路として光ファイバ
９６を設けたものである。図８に示すように、光カプラ
５２に近いほど、光ファイバ９６は、ラマンゲイン係数
が大きく、実効断面積が小さい。すなわち、光カプラ５
１と光カプラ５２との間の光伝送路を、分布光増幅器に
おける分布光増幅特性が長手方向に変化するように、分
布光増幅器における分布光増幅用励起光が供給される地
点より第１方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数
が大きくなるようにし、また、実効断面積が小さくなる
ようにした。具体的には、光ファイバ９６の分布光増幅
の利得係数を、光カプラ５１に接続される一端で２．１
×１０^-8／Ｗとし、光カプラ５２に接続される他端で
５．７×１０^-8／Ｗとした。また、光ファイバ９６の実
効断面積を、光カプラ５１に接続される一端で５５μｍ
²とし、光カプラ５２に接続される他端で４５μｍ²とし
た。このような光ファイバ９６は、コア領域へのＧｅ添
加量や屈折率プロファイルを長手方向に変化させること
で実現することができる。このような構成で各信号光を
伝送したところ、第３実施例の場合と同様の結果が得ら
れた。

【００４４】なお、第３実施例のものと第４実施例のも
のとを比較すると、第３実施例では、異なる２種以上の
光ファイバを接続したものであって、各々の光ファイバ
を長手方向に均一のものとすることができることから、
安価かつ容易に光伝送路を構成することができる。一
方、第４実施例では、分布光増幅器における分布光増幅
特性が長手方向に変化する光ファイバを用いることか
ら、分布光増幅特性の長手方向分布を適切に調整するこ
とで、所望の特性を得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、第１波長帯域の信号光は、光伝送路を第１方向
に伝送されるとともに、集中光増幅器により光増幅され
る。一方、第２波長帯域の信号光は、光伝送路を第２方
向に伝送されるとともに、分布光増幅器により光増幅さ
れる。ここで、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに
重なる帯域を有しない。また、第１方向と第２方向とは
互いに異なる方向である。したがって、使用可能な波長
帯域が広く且つ双方向に長距離光伝送が可能である。ま
た、第１波長帯域および第２波長帯域の双方または何れ
か一方において多波長の信号光を多重化して光伝送する
のが好適であり、この場合には大容量通信を行うことが
できる。

【００４６】また、分布光増幅器における分布光増幅用
励起光は光伝送路の第１方向に伝搬するのが好適であ
り、この場合には、分布光増幅器により光増幅される第
２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、分布光
増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互いに逆の
方向となり、これにより、第２波長帯域の信号光と雑音
光との間のビートや雑音光同士のビートなどが抑制され
るので、信号光のＳ／Ｎ比の劣化を回避することができ
る。

【００４７】また、第１波長帯域が分布光増幅器におけ
る分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配
置されないのが好適であり、この場合には、分布光増幅
器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されるこ
となく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるの
で、想定外の信号光の波形劣化が回避される。特に、第
２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅
利得と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域
のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得とは、
差が５ｄＢ以上であるのが好適であり、このようにする
ことで、想定外の信号光の波形劣化が充分に回避され
る。

【００４８】また、光伝送路は、分布光増幅器における
分布光増幅用励起光が供給される地点より第１方向へ遠
くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きくなるのが好
適であり、或いは、実効断面積が小さくなるのが好適で
ある。これら何れの場合にも、第１方向に伝送されると
ともに集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の
信号光については、非線形光学現象に因る信号光の波形
劣化の抑制を図ることができる。一方、第２方向に伝送
されるとともに分布光増幅器により光増幅される第２波
長帯域の信号光については、光伝送路における分布光増
幅の効率を比較的大きくすることができ、光伝送路の全
体における第２波長帯域の信号光のパワー変動を抑えつ
つ、分布光増幅用励起光を効率よく利用することができ
る。このような光伝送路は、分布光増幅器における分布
光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接続された
ものであるのが好適であり、この場合には、各々の光フ
ァイバを長手方向に均一のものとすることができること
から、安価かつ容易に光伝送路を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る光伝送システムの構成図であ
る。

【図２】本実施形態に係る光伝送システムにおける中継
器の１構成例を説明する図である。

【図３】本実施形態に係る光伝送システムにおける中継
器の他の構成例を説明する図である。

【図４】本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送
方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信
号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の１
例を説明する図である。

【図５】本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送
方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信
号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の他
の例を説明する図である。

【図６】第２実施例の光伝送システムおよび光伝送方法
の信号光伝送特性を示すグラフである。

【図７】第３実施例の光伝送システムの構成の一部を示
す図である。

【図８】第４実施例の光伝送システムの構成の一部を示
す図である。

【符号の説明】

１…光伝送システム、１１₁〜１１_M…送信器、１２₁〜
１２_N…送信器、２１₁〜２１_M…受信器、２２₁〜２２_N
…受信器、３１，３２…合波器、４１，４２…分波器、
５１〜５３…光カプラ、６０…集中光増幅器、７０…分
布光増幅用励起光源、８１，８２…中継器、９１〜９６
…光伝送路、１００…中継器、１５１〜１５３…光カプ
ラ、１６０…集中光増幅器、１７０…分布光増幅用励起
光源、２００…中継器、２５１，２５２…光サーキュレ
ータ、２５３…光カプラ、２５４…光フィルタ、２６０
…集中光増幅器、２７０…分布光増幅用励起光源、

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１
   方向に伝送するとともに、前記第１波長帯域と重なる帯
   域を有しない第２波長帯域の信号光を前記光伝送路の第
   ２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送システ
   ムであって、 前記第１方向に伝送される前記第１波長帯域の信号光を
   光増幅する集中光増幅器と、 前記第２方向に伝送される前記第２波長帯域の信号光を
   光増幅する分布光増幅器とを備えることを特徴とする光
   伝送システム。
2. 【請求項２】 前記分布光増幅器における分布光増幅用
   励起光は前記光伝送路の前記第１方向に伝搬することを
   特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
3. 【請求項３】 前記第１波長帯域が前記分布光増幅器に
   おける分布光増幅用励起光の波長と前記第２波長帯域と
   の間に配置されないことを特徴とする請求項１記載の光
   伝送システム。
4. 【請求項４】 前記第２波長帯域のうちの最長波長での
   前記分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長
   波長側にある前記第１波長帯域のうちの最短波長での前
   記分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
5. 【請求項５】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器にお
   ける分布光増幅用励起光が供給される地点より前記第１
   方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きくな
   ることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
6. 【請求項６】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器にお
   ける分布光増幅用励起光が供給される地点より前記第１
   方向へ遠くなるほど、実効断面積が小さくなることを特
   徴とする請求項１記載の光伝送システム。
7. 【請求項７】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器にお
   ける分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接
   続されたものであることを特徴とする請求項５または６
   に記載の光伝送システム。
8. 【請求項８】 第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１
   方向に伝送するとともに、前記第１波長帯域と重なる帯
   域を有しない第２波長帯域の信号光を前記光伝送路の第
   ２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送方法で
   あって、 前記第１方向に伝送される前記第１波長帯域の信号光を
   集中光増幅器により光増幅し、 前記第２方向に伝送される前記第２波長帯域の信号光を
   分布光増幅器により光増幅することを特徴とする光伝送
   方法。
9. 【請求項９】 前記分布光増幅器における分布光増幅用
   励起光は前記光伝送路の前記第１方向に伝搬することを
   特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
10. 【請求項１０】 前記第１波長帯域が前記分布光増幅器
    における分布光増幅用励起光の波長と前記第２波長帯域
    との間に配置されないことを特徴とする請求項８記載の
    光伝送方法。
11. 【請求項１１】 前記第２波長帯域のうちの最長波長で
    の前記分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より
    長波長側にある前記第１波長帯域のうちの最短波長での
    前記分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上で
    あることを特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
12. 【請求項１２】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器に
    おける分布光増幅用励起光が供給される地点より前記第
    １方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きく
    なることを特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
13. 【請求項１３】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器に
    おける分布光増幅用励起光が供給される地点より前記第
    １方向へ遠くなるほど、実効断面積が小さくなることを
    特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
14. 【請求項１４】 前記光伝送路は、前記分布光増幅器に
    おける分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが
    接続されたものであることを特徴とする請求項１２また
    は１３に記載の光伝送方法。