JP2003258738A - ラマン増幅方式の光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中継伝送路を構成する光ファイバが如何なる
箇所で断線してもその旨通信が可能で、ラマン増幅に係
る非線型特性が良好なラマン増幅方式の光通信システム
を提供する。 【解決手段】 端局と中継器との間の伝送路又は中継器
間の伝送路の、端局及び中継器側に接続される第一の光
ファイバは、第一の非線形実効断面積を有する光ファイ
バとし、該第一の光ファイバの間に接続される第二の光
ファイバは、該第一の光ファイバに対して非線形実効断
面積が広い光ファイバとし、該伝送路を、該伝送路の両
端に接続される該中継器、又は、該中継器及び該端局よ
り双方向励起をして、該伝送路においてラマン増幅を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラマン増幅方式の
光通信システムに係り、特に、中継伝送路を構成する光
ファイバが如何なる箇所で断線してもその旨の通信が可
能で、ラマン増幅に係る非線形特性が良好なラマン増幅
方式の光通信システムに関する。光通信システムが１９
５０年前後に実用化されてから暫くは、長距離の光通信
システムにおいてはリシェイピング（Reshaping)、リタ
イミング（Retiming) 及びリジェネレイティング（Rege
nerating) の所謂３Ｒ機能を有する光再生中継器によっ
て中継を行っていた。

【０００２】この方式では、３Ｒ機能を実現するために
光再生中継器の構成が複雑な上に調整箇所が多く、低コ
スト化が困難であるという問題があった。又、通常の電
磁波の影響を受けないという利点を有する光信号を一旦
電気信号に変換し、波形再生をしてから光信号に再変換
して中継するために、中継に伴う符号誤り率の劣化を防
止するために電気的設計及び実装的設計に十分な配慮を
必要とし、光通信システムの低コスト化は一層困難であ
った。

【０００３】１９８０年代になって、稀土類元素のイオ
ン、特に、エルビウム・イオンをコアに添加したエルビ
ウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が開発さ
れ、光再生中継器にとって代わるようになったばかりで
なく、種々の光通信システムにおいて端局の出力増幅器
として広く用いられるようになった。エルビウム添加光
ファイバを用いた光ファイバ増幅器を光通信システムの
中継器として導入することにより、中継器内の部品点数
を大幅に削減することができ、調整箇所も大幅に減少さ
せることができたので、光通信システムの低コスト化と
共に高信頼度化が図られてきた。

【０００４】並行して、光通信システムに要求される通
信容量が増え続け、一層高速の光通信システムが必要に
なってきた。もとより、光ファイバには波長分散（単に
「分散」と省略されることが多い。）という、電気信号
の伝送における群遅延歪みに該当する波形劣化要因があ
り、伝送速度が速くなればなるほど分散による伝送品質
の劣化が問題になってきた。

【０００５】ここに至って導入されたのが、正の分散ス
ロープを有する光ファイバ（以降、単に「正分散ファイ
バ」と略記する。）と負の分散スロープを有する光ファ
イバ（以降、単に「負分散ファイバ」と略記する。）を
組み合わせて中継伝送路を構成して分散を補償する方式
である。ここで、正分散ファイバはコア径が大きいため
に非線形歪みによる伝送品質の劣化が小さく、負分散フ
ァイバはコア径を小さくして負の分散スロープを実現し
ているために非線形歪みによる伝送品質の劣化が一般的
には問題になる。

【０００６】しかし、中継伝送路の前半に非線形歪みの
影響が少ない正分散ファイバを配置し、中継伝送路の後
半に負分散ファイバを配置すれば、正分散ファイバを伝
送する間に生ずる光信号の減衰のために負分散ファイバ
に入力される光信号のレベルは低くなり、負分散ファイ
バにおける非直線歪みの発生を縮減することができる。
従って、エルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ
増幅器よりなる中継器と、正分散ファイバと負分散ファ
イバとを組み合わせた光伝送路とによって十分な特性の
長距離光通信システムを構成することができた。

【０００７】さて、最近のグローバル化と、インタネッ
トの急激な普及に伴う光通信システムに対する伝送容量
の拡大要求は非常に強いものになっている。これに対応
するために、複数の波長の光を各々異なる電気信号によ
って変調した複数の光信号を１本の光ファイバに多重化
して伝送する波長多重光伝送方式（これはWavelengthDi
vision Multiplexingの頭文字により「ＷＤＭ」と略記
されることが多い。）が実用化された。この技術自体は
１９５０年代には活発に研究されていたので決して新し
いものではないが、高速大容量の光通信システムで実用
化されたのは比較的最近である。こうして、光通信シス
テムの広帯域化による大容量化が進んできた。

【０００８】この広帯域化によってエルビウム添加光フ
ァイバを用いた光ファイバ増幅器よりなる中継器の伝送
帯域に問題が生じたが、光信号に対する優秀な利得等化
器又は損失等化器を付加することにより、エルビウム添
加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器の利得の波長特
性を補償してエルビウム添加光ファイバを用いた光ファ
イバ増幅器の利得が一定になる波長領域を広げてきた。
しかし、更なる大幅な広帯域化の要求に対しては限界に
近いという見方がある。

【０００９】ここで、伝送帯域が広いということで注目
されているのが誘導ラマン散乱（Stimulated Raman Sca
ttering の略で「ＳＲＳ」と略記されることが多い。）
現象を利用したラマン増幅器である。本発明は、ラマン
増幅方式を導入した光通信システムにおいて、広帯域性
という利点に加えて実用的な面から、中継伝送路を構成
する光ファイバが如何なる箇所で断線してもその旨の通
信が可能で、ラマン増幅に係る非線形特性が良好なラマ
ン増幅方式の光通信システムに関するものである。

【００１０】

【従来の技術】図１０は、従来のラマン増幅方式を用い
た光通信システムで、光海底通信システムを想定し、し
かも、上り又は下りの一方のみを図示したものである。
本質的には、本発明の技術の適用分野は光海底通信シス
テムに限定されるものではないが、中継器の配置が必須
で中継伝送路の障害探知が極めて重要になるのが光海底
通信システムであるという意味があるため、まずは光海
底通信システムを想定して説明する。

【００１１】図１０において、１０１及び１０１ａは端
局中継装置で、陸上の伝送路と海底伝送路との境界に設
置される端局中に配置されており、主信号の伝送装置、
監視信号の伝送装置及び海底に敷設される中継器への給
電装置などによって構成されている。１０３及び１０３
ａは正分散ファイバ、１０６及び１０６ａは負分散ファ
イバで、正分散ファイバ１０３と負分散ファイバ１０
６、正分散ファイバ１０３ａと負分散ファイバ１０６ａ
とで１スパンの中継伝送路が構成される。

【００１２】そして、正分散ファイバと負分散ファイバ
によって構成された２つの中継伝送路の境界に中継器が
配置されるが、図１０ではその一部の構成要素のみを図
示している。即ち、１０４ａはラマン励起光を発生する
ラマン励起光源、１０５ａはラマン励起光源１０４ａが
出力するラマン励起光を負分散ファイバ１０６に結合す
るカプラ、１０４ｃはラマン励起光を発生するラマン励
起光源、１０５ｂはラマン励起光源１０４ｃが出力する
ラマン励起光を負分散ファイバ１０６ａに結合するカプ
ラで、それぞれ、中継器の構成要素である。

【００１３】端局中継装置１０１で正規のレベルで送信
された信号光は正分散ファイバ１０３中で減衰してゆく
が、ラマン励起光で励起されている負分散ファイバ１０
６の中を伝播する間にラマン励起光のエネルギーを得て
増幅されるので、負分散ファイバ１０６の出力側では十
分なレベルになって中継される。このレベルは、図１０
には図示をしていない、中継器に配置されている分波器
や利得等化器の損失による信号光の減衰を考慮して決定
されるもので、このためにラマン励起光のレベルと負分
散ファイバ１０６の長さが適切に決められる。

【００１４】図１４は、従来のラマン増幅方式を用いた
光通信システムの１スパンにおける信号光レベルの推移
で、正分散ファイバの長さが３３ｋｍ、負分散ファイバ
の長さが１７ｋｍという一例について示したものであ
る。図１４において、縦軸は信号光パワーで単位はｄＢ
ｍ（１ｍＷを基準としたパワーの単位で、Ｐを信号光パ
ワーとする時、１０log₁₀ （ＰｍＷ／１ｍＷ）によって
求められる。）、横軸は伝送距離で単位はｋｍである。
この場合、正分散ファイバにおいて約６ｄＢの損失が生
ずるので、負分散ファイバにおいてこの損失を補償すれ
ばよく、中継器に損失がない理想的な場合には約６ｄＢ
増幅するだけでよい。しかし、中継器内で先に記載した
損失が生ずるので、それを考慮して増幅しなければなら
ない。この例の場合には、約７ｄＢの損失があることを
想定しているので、約１３ｄＢ増幅する必要がある。

【００１５】以降は、上記と同じ作用によって信号光が
伝送され、端局中継装置１０１ａに到達する。さて、先
に、負分散ファイバはコアが細くて非線形歪み特性に難
点があると記載したが、中継器においてはコアの細さに
よる非線形特性を積極的に利用して誘導ラマン散乱を生
じさせて増幅を行なうものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、従来のラマ
ン増幅方式を用いた光通信システムの第一の問題点で、
光ケーブルに断線があった場合に、断線箇所によっては
その旨の情報を中継器から端局中継装置に向かって送信
できないことを説明するものである。尚、図１１の構成
は図１０において説明したものと全く同じであるので、
図１１の構成について説明することは割愛する。

【００１７】図１１（イ）は、中継器から遠い地点で光
ケーブルが切断された場合で、図１１では負分散ファイ
バ１０６と正分散ファイバ１０３との境界付近で切断さ
れた場合を例に図示している。この場合、ラマン励起光
は負分散ファイバ１０６に結合されて信号光の伝送方向
とは逆方向に伝播してゆくことができる。今は、光ケー
ブルが切断されていて信号光が伝播してこないので、ラ
マン励起光は信号光を増幅することはできないが、光フ
ァイバを構成する物質に分子振動エネルギーを与える結
果自然放出光が発生する。しかも、信号光を増幅するこ
とがないので中継器に到達する該自然放出光のパワーは
比較的大きなものになる。従って、中継器において該ラ
マン励起光を特定の電気信号によって変調しておけば、
該自然放出光を該特定の電気信号によって変調すること
ができ、変調を受けた該自然放出光は後続のスパンで増
幅されながら端局中継装置１０１ａに到達することがで
きる。即ち、この場合には光ケーブルの切断を端局中継
装置１０１ａにいる保守者に伝達することができる。

【００１８】一方、図１１（ロ）は、中継器から近い地
点で光ケーブルが切断された場合で、図１１では負分散
ファイバ１０６と中継器との境界付近で切断された場合
を例に図示している。この場合には、ラマン励起光は負
分散ファイバ１０６に結合されても信号光の伝送方向と
は逆方向に伝播してゆくことができる距離が短い。従っ
て、発生する自然放出光のパワーは小さく、中継器にお
いて該ラマン励起光を特定の電気信号によって変調して
も、該特定の電気信号によって変調された十分なパワー
の自然放出光を得ることができず、この場合には光ケー
ブルの切断を端局中継装置１０１ａにいる保守者に伝達
することができないという問題がある。

【００１９】しかも、中継器から遠い箇所での切断情報
は伝達することができ、近い箇所での切断情報の伝達は
できないといっても、伝達可能な距離と伝達不可能な距
離の区別も正確にはできにくいという問題もある。図１
２は、従来のラマン増幅方式を用いた光通信システムの
１スパンにおける非直線特性で、図１３（イ）に示した
中継伝送路を例にしたものである。尚、図１３（イ）に
おいて、線で示した１０７及び１０７ａが中継器、１０
３が正分散ファイバ、１０６が負分散ファイバである。
中継器１０７及び１０７ａを線で表現したのは、中継伝
送路の中で小さい筈の中継器を通常のブロック表現で表
現刷ると、中継伝送路の長さのイメージを正確に伝えに
くいためである。

【００２０】図１２において、縦軸は非線形量、横軸は
距離である。ここで、非線形量は（信号光のパワー）×
（光ファイバの非線形屈折率）÷（コアの非線形実効断
面積）に比例する。従って、３３ｋｍまでの正分散ファ
イバでは非線形量は極めて小さい値を推移する。３３ｋ
ｍ地点の正分散ファイバと負分散ファイバとの接続点で
は信号光のパワーには変わりがないが、コアの断面積が
この点で不連続であるために、非線形量が階段状に変化
して増加する。

【００２１】以降、３３ｋｍ地点から５０ｋｍ地点の中
継器の方に信号光が伝播するにつれて、ラマン励起光に
よる増幅度が大きくなってゆき、信号光のパワーが増加
してゆく。このため、負分散ファイバ中で生ずる非線形
歪みは次第に大きくなってゆき、中継器との接続点で最
大になる。しかも、先に説明した如く、中継器の損失を
考慮したレベルにまで増幅する必要があり、その分非線
形歪みが大きくなる。

【００２２】ラマン増幅方式の光通信システムでは再生
中継を行なっていないので、中継スパンが多くなると非
線形歪みが累積してゆき、伝送品質の劣化要因になる。
本発明は、かかる問題点に鑑み、ラマン増幅方式の光通
信システムに関し、中継伝送路を構成する光ファイバが
如何なる箇所で断線してもその旨の通信が可能で、ラマ
ン増幅に係る非線形特性が良好なラマン増幅方式の光通
信システムを提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、端局と中
継器との間の伝送路又は中継器間の伝送路の、端局及び
中継器側に接続される第一の光ファイバは、第一の非線
形実効断面積を有する光ファイバとし、該第一の光ファ
イバの間に接続される第二の光ファイバは、該第一の光
ファイバに対して非線形実効断面積が広い光ファイバと
し、該伝送路を、該伝送路の両端に接続される該中継
器、又は、該中継器及び該端局より双方向励起をして、
該伝送路においてラマン増幅を行なうことを特徴とする
ラマン増幅方式の光通信システムである。

【００２４】第一の発明によれば、中継器の両端に接続
される光ファイバは非線形実効断面積が狭い光ファイバ
とし、両端において該非線形実効断面積が狭い光ファイ
バの該中継器とは反対側に接続される光ファイバは非線
形実効断面積が広い光ファイバとするので、非線形実効
断面積が広い光ファイバの両端に非線形実効断面積が狭
い光ファイバを接続してなる中継伝送路のいずれの箇所
で光ケーブルが切断されてもその旨を伝達でき、且つ、
非線形実効断面積が狭い光ファイバで生ずる非線形歪み
を縮減できるラマン増幅方式の光通信システムを実現す
ることが可能になる。

【００２５】第二の発明は、中継器間の伝送路は、該中
継器に接続される第一の光ファイバを第一の非線形実効
断面積を有する光ファイバとし、該第一の光ファイバの
間に接続される第二の光ファイバは、該第一の光ファイ
バに対して非線形実効断面積が広い光ファイバとし、端
局と中継器との間の伝送路は、該中継器に接続される第
一の光ファイバを、第一の非線形実効断面積を有する光
ファイバとし、該第一の光ファイバに接続される第二の
光ファイバを、該第一の光ファイバに対して非線形実効
断面積が広い光ファイバとし、該伝送路を、該伝送路の
両端に接続される該中継器より双方向励起をして、該伝
送路においてラマン増幅を行なうことを特徴とするラマ
ン増幅方式の光通信システムである。

【００２６】第二の発明によれば、該端局と該中継器間
の伝送路では片方向励起によるラマン増幅が行なわれ、
該中継器間の伝送路では双方向励起によるラマン増幅が
行なわれるが、該中継器において中継伝送路のいずれの
箇所で光ケーブルが切断されてもその旨を検出、伝達で
き、且つ、非線形実効断面積が狭い光ファイバで生ずる
非線形歪みを縮減できるラマン増幅方式の光通信システ
ムを実現することが可能になる。

【００２７】第三の発明は、第一の発明又は第二の発明
のいずれかにおける上記中継器は、逆方向ラマン励起用
のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用のラマン励起
光源と、該逆方向ラマン励起光源の出力パワーを一定に
制御する制御回路と、該順方向ラマン励起用のラマン励
起光源の出力を一定に制御すると共に、上位装置から転
送されてくる監視信号を解析結果と入力される信号光の
状態とに応ずる上位装置への応答信号によって該順方向
ラマン励起光源を変調する制御回路とを備える中継器で
あることを特徴とするラマン増幅方式の光通信システム
である。

【００２８】第三の発明における中継器は、逆方向ラマ
ン励起用のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用のラ
マン励起光源と、該逆方向ラマン励起光源の出力パワー
を一定に制御する制御回路と、該順方向ラマン励起用の
ラマン励起光源の出力を一定に制御すると共に、上位装
置から転送されてくる監視信号の解析結果と入力される
信号光の状態とに応ずる上位装置への応答信号によって
該順方向ラマン励起光源を変調する制御回路とを備える
ので、該逆方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力と
該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力とを一定
に保つと共に、上位装置から転送されてくる監視信号の
解析結果と入力される信号光の状態とに応じて中継伝送
路の状態を上位装置に伝達することが可能になる。

【００２９】第四の発明は、第一の発明又は第二の発明
のいずれかにおける上記中継器は、逆方向ラマン励起用
のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用のラマン励起
光源と、該中継器に入力される信号光のパワーを一定に
制御する制御回路と、該順方向ラマン励起用のラマン励
起光源の出力を一定に制御すると共に、上位装置から転
送されてくる監視信号を解析結果と入力される信号光の
状態とに応ずる上位装置への応答信号によって該順方向
ラマン励起光源を変調する制御回路とを備える中継器で
あることを特徴とするラマン増幅方式の光通信システム
である。

【００３０】第四の発明における中継器は、逆方向ラマ
ン励起用のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用のラ
マン励起光源と、該中継器に入力される信号光のパワー
を一定に制御する制御回路と、該順方向ラマン励起用の
ラマン励起光源の出力を一定に制御すると共に、上位装
置から転送されてくる監視信号を解析結果と入力される
信号光の状態とに応ずる上位装置への応答信号によって
該順方向ラマン励起光源を変調する制御回路とを備える
ので、該中継器に入力される信号光のパワーを一定に保
つと共に、上位装置から転送されてくる監視信号の解析
結果と入力される信号光の状態とに応じて中継伝送路の
状態を上位装置に伝達することが可能になる。

【００３１】第五の発明は、第一の発明又は第二の発明
のいずれかにおける上記中継器は、逆方向ラマン励起と
順方向ラマン励起とに共通に使用されるラマン励起光源
と、該中継器に入力される信号光のパワーを一定に保つ
と共に、上位装置から転送されてくる監視信号を解析結
果と入力される信号光の状態とに応ずる上位装置への応
答信号によって該ラマン励起光源を変調する制御回路と
を備える中継器であることを特徴とするラマン増幅方式
の光通信システムである。

【００３２】第五の発明における中継器は、逆方向ラマ
ン励起と順方向ラマン励起とに共通に使用されるラマン
励起光源と、該中継器に入力される信号光のパワーを一
定に保つと共に、上位装置から転送されてくる監視信号
を解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上位装
置への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を変調
する制御回路とを備えるので、該中継器に入力される信
号光のパワーを一定に保つと共に、上位装置から転送さ
れてくる監視信号を解析結果と入力される信号光の状態
とに応じて中継伝送路の状態を上位装置に伝達すること
が可能になる。しかも、ラマン励起光源と制御回路とを
縮減することにより該中継器の構成を簡易化することが
できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以降、図面も併用して本発明の技
術を詳細に説明する。図１は、本発明のラマン増幅方式
を用いた光通信システムで、ここでも光海底通信システ
ムを想定し、しかも、上り又は下りの一方のシステムの
みを図示したものである。

【００３４】本質的には、本発明の技術の適用分野は光
海底通信システムに限定されるものではないが、中継器
の配置が必須で中継伝送路の障害探知が極めて重要にな
るのが光海底通信システムであるという意味があるた
め、以降もまずは光海底通信システムを想定して説明を
進めてゆくことにする。図１において、１０１及び１０
１ａは端局中継装置で、陸上の伝送路と海底伝送路との
境界に配置され、主信号の伝送装置、監視制御装置及び
海底に敷設される中継器に電流を供給する給電装置など
によって構成されている。光海底通信システムでは、
「陸揚局」と呼ばれる端局に設置される。

【００３５】１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは
負分散ファイバ、１０３及び１０３ａは正分散ファイバ
で、負分散ファイバ１０２と正分散ファイバ１０３と負
分散ファイバ１０２ａ、負分散ファイバ１０２ｂ正分散
ファイバ１０３ａと負分散ファイバ１０２ｃとで１スパ
ンの中継伝送路が構成される。そして、正分散ファイバ
とその両端に接続された負分散ファイバによって１スパ
ンの中継伝送路が構成され、２スパンの中継伝送路の境
界に中継器が配置されるが、図１ではその一部の構成要
素のみを図示している。

【００３６】即ち、１０４ａはラマン励起光を発生する
ラマン励起光源、１０５はラマン励起光源１０４ａが出
力するラマン励起光を負分散ファイバ１０２ａに信号光
とは逆方向に結合するカプラ、１０４ｂはラマン励起光
を発生するラマン励起光源、１０５ａはラマン励起光源
１０４ｂが出力するラマン励起光を負分散ファイバ１０
２ｂに信号光に対して順方向に結合するカプラで、ラマ
ン励起光源１０４ａ、１０４ｂ、カプラ１０５、１０５
ａとが１つの中継器の構成要素である。

【００３７】又、１０４ｃはラマン励起光を発生するラ
マン励起光源、１０５ｂはラマン励起光源１０４ｃが出
力するラマン励起光を負分散ファイバ１０２ｃに逆方向
に結合するカプラ、１０４ｄはラマン励起光を発生する
ラマン励起光源、１０５ｃはラマン励起光源１０４ｄが
出力するラマン励起光を図示を省略されている負分散フ
ァイバに順方向に結合するカプラで、ラマン励起光源１
０４ｃ、１０４ｄ、カプラ１０５ｂ、１０５ｃとが１つ
の中継器の構成要素である。

【００３８】又、１０４はラマン励起光源で、負分散フ
ァイバ１０２を励起する。即ち、図１では全ての中継伝
送路が同じ構成であることを想定して図示している。た
だ、端局中継装置１０１及び１０１ａにはエルビウム添
加光ファイバによる光ファイバ増幅器などの集中定数型
の光増幅器を設置して信号光を増幅することが可能であ
り、レベル・ダイアグラムを自由に設定することができ
るので、端局中継装置１０１及び１０１ａに接続される
負分散ファイバは必須なものではない。

【００３９】ここで、ラマン励起光源１０４、１０４
ｂ、１０４ｄは信号光と同じ方向にラマン励起光を供給
し、ラマン励起光源１０４ａ、１０４ｃは信号光と逆方
向にラマン励起光を供給する。従って、前者を順方向励
起、後者を逆方向励起という。端局中継装置１０１から
送信された信号光は、負分散ファイバ１０２、正分散フ
ァイバ１０３及び負分散ファイバ１０２ａより構成され
る中継伝送路を伝播し、負分散ファイバ１０２及び１０
２ａによってラマン増幅されて１番目の中継器に到達す
る。該１番目の中継器から送信された信号光は、負分散
ファイバ１０２ｂ、正分散ファイバ１０３ａ及び負分散
ファイバ１０２ｃより構成される中継伝送路を伝播し、
負分散ファイバ１０２ｂ及び１０２ｃによってラマン増
幅されて２番目の中継器に到達する。以降同様に中継さ
れて端局中継装置１０１ａに到達する。

【００４０】従って、図１の構成の場合には、信号光の
レベルは中継伝送路の最初の負分散ファイバにおいて増
加し、中間の正分散ファイバにおいて減衰し、最後の負
分散ファイバにおいて再度増加する。尚、先にも説明し
たように、中継器では損失があるので、それも考慮して
ラマン励起光のパワーと負分散ファイバの長さを設計す
る必要がある。

【００４１】図２は、本発明と従来のラマン増幅方式を
用いた光通信システムの１スパンにおける非線形特性の
比較である。この比較の前提となる、本発明と従来のラ
マン増幅方式との間の非線形特性の差を比較する際の１
スパンの構成を図１３に示している。図１３において、
１０７と１０７ａは中継器である。そして、図１３
（イ）に示す従来の構成の場合には、３３ｋｍの正分散
ファイバ１０３と１７ｋｍの負分散ファイバ１０６とに
よって１スパンの中継伝送路が構成される。一方、図１
３（ロ）に示す本発明の構成の場合には、８．５ｋｍの
負分散ファイバ１０２、３３ｋｍの正分散ファイバ１０
３と８．５ｋｍの負分散ファイバ１０２ａとによって１
スパンの中継伝送路が構成される。

【００４２】ただ、両者で同じ長さの正分散ファイバ１
０３に入力される信号光のレベルを等しくして非線形特
性を比較するために、本発明の構成では正分散ファイバ
１０３から中継器１０７ａの後ろに接続される８．５ｋ
ｍの負分散ファイバまでを１スパンと考える（図１３の
破線がこれを示している。）ことにしている。従って、
中継器間の物理的なスパンとは異なるが、光ファイバ線
形歪み特性を考えるのには何ら差し支えはない。

【００４３】さて、図２において、縦軸は非線形量、横
軸は距離で、実線で示しているのが本発明の場合の非線
形量、破線で示しているのが従来の場合の非線形量であ
る。正分散ファイバには同じレベルの信号光が印加され
るという前提から、正分散ファイバにおける非線形量は
本発明の場合も従来の場合も同じで、極めて微小な量で
推移する。いずれの場合にも、距離３３ｋｍにおいて正
分散ファイバと負分散ファイバとが接続されているの
で、この接続点で非線形量は階段状に増加する。この現
象については図１２の説明において記載した。

【００４４】そして、従来の場合には図１２に示した非
線形歪みと同じである。これは、５０ｋｍ地点に配置さ
れている中継器から供給されるラマン励起光によって１
７ｋｍの負分散ファイバにおいてラマン増幅される結果
発生する非線形歪みであるから、５０ｋｍ地点で最大に
なり、３３ｋｍ地点で階段状に増加した非線形歪みとの
間を結ぶ特性になる。

【００４５】一方、本発明の場合には、先ず４１．５ｋ
ｍ地点に配置されている中継器から供給されるラマン励
起光によって８．５ｋｍの負分散ファイバにおいてラマ
ン増幅されるのに伴う非線形歪みが発生する。従って、
この間の非線形特性は、３３ｋｍ地点で階段状に増加し
た非線形歪みと４１．５ｋｍ地点における非線形歪みの
ピークを結ぶ特性になる。しかも、３３ｋｍ地点と４
１．５ｋｍ地点との間では、本発明の構成の方が強いラ
マン励起光で励起されているので、従来の構成の非線形
歪みより大きな値になる。これが、図２に記載してある
「非線形が増えた領域」である。

【００４６】そして、本発明の場合にはこの地点に中継
器があって信号光のレベルは中継器の損失分だけ低下す
るので、非線形歪みが階段状に小さくなる。その後、中
継器の後段に接続された負分散ファイバにおいて信号光
が増幅されるが、中継器を中心にして逆方向励起と順方
向励起とでは利得のフィギュアが異なることにより、非
線形歪みの増加は従来の場合より緩い傾斜になる。この
ため、４１．５ｋｍ地点から５０ｋｍ地点では本発明の
構成の非線形歪みの方が従来より小さな値になる。これ
が、図２に記載してある「非線形が減った領域」であ
る。

【００４７】「非線形が増えた領域」の面積と「非線形
が減った領域」の面積との差が本発明と従来の非線形歪
みの差に該当するが、逆方向励起のラマン増幅による光
ファイバ線形歪みの分布が線形特性（一次関数）より高
次の関数になるので、「非線形が減った領域」の面積の
方が「非線形が増えた領域」の面積より大きくなる。つ
まり、本発明のラマン増幅方式を用いた光通信システム
の方が非線形歪みを小さく抑えることができる。

【００４８】以降、中継器の構成の詳細を示しながら、
本発明により中継伝送路を構成する光ファイバが如何な
る箇所で断線してもその旨の通信が可能になることも含
めて全体の機能を説明する。図３は、中継器の構成の第
一の実施の形態で、ここでは上りと下りの構成を併せて
図示している。

【００４９】図３において、１及び１ａはラマン励起光
を信号とは逆方向の負分散ファイバに供給するためのカ
プラ、２及び２ａは信号光の一部を分岐する分波器、３
及び３ａは不要な光が逆進することを防止するアイソレ
ータ、４及び４ａは利得等化器（図では、英語のGain E
Qualizerの主要な文字によって「ＧＥＱ」と略記してい
る。以降も、図では同様に記載する。）、５及び５ａは
ラマン励起光を信号と同一方向の負分散ファイバに供給
するためのカプラである。

【００５０】６は分波器２において一部分岐した信号光
を電気信号に変換する光・電気変換器、６ａは分波器２
ａにおいて一部分岐した信号光を電気信号に変換する光
・電気変換器である。図では、（フォト・）ダイオード
の形で示しているが、フォト・ダイオードと該フォト・
ダイオードが光信号を変換した電流を電圧に変換する電
圧変換器を備えたものである。この意味で、以降図面に
おいて「光・電気変換器」を「ＰＤ」と略記することが
ある。

【００５１】７及び７ａは逆方向励起光を発生するラマ
ン励起光源である。図では、（レーザ・）ダイオードの
形で示しているが、レーザ・ダイオードと該レーザ・ダ
イオードに駆動電流を供給する駆動電流供給器を備えた
ものである。この意味で、以降図面において「ラマン励
起光源」を「ＬＤ」と略記することがある。８はラマン
励起光源７の出力光を電気信号に変換する光・電気変換
器、８ａはラマン励起光源７ａの出力光を電気信号に変
換する光・電気変換器である。ここでは、光・電気変換
器８及び８ａを構成するフォト・ダイオードはラマン励
起光源７及び７ａを構成するレーザ・ダイオードのバッ
ク光を受けるフォト・ダイオード、即ち、該レーザ・ダ
イオードと同じモジュール内にマウントされているフォ
ト・ダイオードであることを想定して図示しているが、
該レーザ・ダイオードの出力光を分波器で一部分岐し
て、該レーザ・ダイオードとは異なるモジュールにマウ
ントされているフォト・ダイオードであってもよい。

【００５２】９は光・電気変換器８及び８ａが出力する
電気信号を受けてラマン励起光源７及び７ａの出力を制
御する制御回路＃１である。１３はラマン励起光源７及
び７ａの出力光を合波した上で一方の出力端からカプラ
１にラマン励起光を供給し、もう一方の出力端からカプ
ラ１ａにラマン励起光を供給する合波器である。

【００５３】同様に、１０及び１０ａは順方向励起光を
発生するラマン励起光源である。１１はラマン励起光源
１０の出力光を電気信号に変換する光・電気変換器、１
１ａはラマン励起光源１０ａの出力光を電気信号に変換
する光・電気変換器である。１２は光・電気変換器１１
及び１１ａが出力する電気信号を受けてラマン励起光源
１０及び１０ａの出力を制御すると共に、光・電気変換
器６と光・電気変換器６ａが入力される信号光の一部を
分岐して光・電気変換した出力を受けて端局中継装置
（図３では図示せず。）へのレスポンスを返す制御回路
＃２である。

【００５４】１３ａはラマン励起光源１０及び１０ａの
出力光を合波した上で一方の出力端からカプラ５にラマ
ン励起光を供給し、もう一方の出力端からカプラ５ａに
供給する合波器である。ここで、図１の構成との対応を
つければ、カプラ１、カプラ５、カプラ１ａ及びカプラ
５ａの、中継器内の構成要素に接続される端子とは反対
側の端子に負分散ファイバが接続され、カプラ１にラマ
ン増幅された信号光が入力され、カプラ５から該信号光
が出力され、カプラ１ａにラマン増幅された信号光が入
力され、カプラ５ａから該信号光が出力される。ここ
で、カプラ１に入力されてカプラ５から出力される信号
光の伝送方向を上りと定義し、カプラ１ａに入力されて
カプラ５ａから出力される信号光の伝送方向を下りと定
義しておく。

【００５５】図４は、図３における制御回路＃１の構成
である。図４において、９−１は図３における光・電気
変換器８の出力を整流する整流回路、９−１ａは図３に
おける光・電気変換器８ａの出力を整流する整流回路、
９−３は基準電圧源、９−２は整流回路９−１の出力と
基準電圧源９−３の出力電圧の差を増幅して図３におけ
るラマン励起光源７に供給する差動増幅器、９−２ａは
整流回路９−１ａの出力と基準電圧源９−３の出力電圧
の差を増幅して図３におけるラマン励起光源７ａに供給
する差動増幅器である。

【００５６】今、光・電気変換器８の出力を整流した電
圧を差動増幅器９−２の反転入力端子に供給し、基準電
圧源９−３の出力電圧を差動増幅器９−２の非反転入力
端子に供給しているので、ラマン励起光源７の出力光が
強くなって整流回路９−１の出力電圧が上昇すれば、差
動増幅器９−２の出力電圧が低下してラマン励起光源７
の出力光を抑圧する。この動作は、ラマン励起光源７ａ
についても同様である。

【００５７】従って、図４の構成の制御回路＃１を図３
に適用すれば、カプラ１及びカプラ１ａから負分散ファ
イバに逆方向に供給されるラマン励起光のパワーを一定
に保つことができる。図５は、図３における制御回路＃
２の構成である。図５において、１２−１は図３におけ
る光・電気変換器１１の出力を整流する整流回路、１２
−１ａは図３における光・電気変換器１１ａの出力を整
流する整流回路、１２−４は基準電圧源、１２−３は整
流回路１２−１の出力と基準電圧源１２−４の出力電圧
の差を増幅する差動増幅器、１２−３ａは整流回路１２
−１ａの出力と基準電圧源１２−４の出力電圧の差を増
幅する差動増幅器である。

【００５８】又、１２−２は図３における光・電気変換
器６の出力に重畳されている信号を抽出する信号抽出回
路、１２−１ｂは光・電気変換器６の出力を整流する整
流回路、１２−５は整流回路１２−１ｂの出力が異常に
低いことを検出する微小電圧検出回路、１２−６は信号
抽出回路１２−２の出力と微小電圧検出回路１２−５の
出力を受けて、端局中継装置に送信する信号を生成する
送信信号生成回路である。

【００５９】同様に、１２−２ａは図３における光・電
気変換器６ａの出力に重畳されている信号を抽出する信
号抽出回路、１２−１ｃは光・電気変換器６ａの出力を
整流する整流回路、１２−５ａは整流回路１２−１ｃの
出力が異常に低いことを検出する微小電圧検出回路、１
２−６ａは信号抽出回路１２−２ａの出力と微小電圧検
出回路１２−５ａの出力を受けて、端局中継装置に送信
する信号を生成する送信信号生成回路である。

【００６０】そして、１２−７は差動増幅器１２−３の
出力を送信信号生成回路１２−６の出力によって変調す
る変調回路、１２−７ａは差動増幅器１２−３ａの出力
を送信信号生成回路１２−６ａの出力によって変調する
変調回路である。これらは、差動増幅器の出力を送信信
号生成回路の出力によって変調するタイプの変調回路で
あっても、差動増幅器の出力に送信信号生成回路の出力
を加算するタイプの変調回路であってもよい。ただ、後
者の場合には、加算する２つの信号の直流レベルを一致
させる必要がある。

【００６１】もし、送信信号生成回路１２−６と１２−
６ａの出力がないものとすれば、変調回路１２−７と１
２−７ａの出力は、それぞれ、差動増幅器１２−３及び
１２−３ａの出力と同じになるので、図５の構成によっ
て、図３の構成におけるカプラ５及びカプラ５ａに供給
されるラマン励起光のパワーを一定に保つことができる
ことが判る。

【００６２】今、図５の構成の制御回路＃２には、図３
における光・電気変換器６及び６ａからの出力を処理す
る回路が付加されている。これは、下記のように動作す
る。信号光は連続発振光を伝送すべき信号で変調されて
いる以外に、低周波の監視信号によっても変調されてい
る。該信号光を光・電気変換器６及び６ａによって電気
信号に変換した信号は、伝送すべき信号を低周波の監視
信号で変調したものになっている。従って、信号抽出回
路１２−２及び１２−２ａを伝送すべき信号に応答でき
ない回路で構成して、光・電気変換器６及び６ａの出力
の包絡線を検出すれば、該監視信号を抽出することがで
きる。これは、端局中継装置から送られてきたコマンド
である。

【００６３】一方、光・電気変換器６の出力を整流回路
１２−１ｂで整流した後、微小電圧検出回路１２−５で
整流電圧が異常に低い場合を検出できるようになってい
る。これは、整流回路１２−１ｃと微小電圧検出回路１
２−５ａでも同じである。従って、例えば送信信号生成
回路１２−６は、該コマンドを受けた時に微小電圧生成
回路１２−５の出力の論理レベルを判定し、該論理レベ
ルに対応したレスポンスをメモリから選択して出力する
ことができる。もし、図３における光・電気変換器６の
出力が異常に低いのであれば、上りの中継伝送路で切断
が生じた結果であるので、その旨を示すレスポンスを選
択して出力することができる。

【００６４】この送信信号生成回路１２−６の出力を変
調回路１２−７に供給して、差動増幅器１２−３の出力
を変調し、変調回路１２−７の出力を図３のラマン励起
光源１０に供給すれば、ラマン励起光源１０を構成する
レーザ・ダイオードの駆動電流が該レスポンスによって
変動するので、ラマン励起光源１０の出力光であるラマ
ン励起光を変調することができる。

【００６５】ラマン励起光源１０が出力するラマン励起
光はカプラ５及びカプラ５ａに供給される。今は、上り
方向で中継伝送路が切断されたケースを想定しているの
で、カプラ５ａに供給されたラマン励起光は多分役に立
たないが、カプラ５を介して下り方向の負分散ファイバ
にラマン励起光が供給されると、該ラマン励起光は負分
散ファイバにおいて自然放出光を発生させる。そして、
該ラマン励起光は該レスポンスで変調されているので、
該自然放出光も又該レスポンスで変調されたものにな
る。しかも、上り側から信号光がきていないので該ラマ
ン励起光によって発生する自然放出光は信号光がきてい
る時よりパワーが大きいものとなる。

【００６６】従って、該レスポンスで変調された自然放
出光が下り方向でラマン増幅されながら伝送されるの
で、下り側になる端局中継装置に中継伝送路の切断を伝
達することができる。しかも、該レスポンスに発信元の
中継器のＩＤ番号を付加しておけば、どのスパンで切断
が生じたかを端局中継装置で特定することができる。そ
して、切断が中継器から上りの中継伝送路の如何なる距
離の箇所で起きたとしても、下り側の負分散ファイバに
レスポンスで変調されたラマン励起光を供給するので、
切断した旨のレスポンスを必ず端局中継装置に伝達する
ことができる。

【００６７】上では、上りで切断が起きたケースを説明
したが、下り方向で切断が起きても全く同じである。
又、切断が生じていない時には図３の制御回路＃２がそ
の旨のレスポンスを選択してラマン励起光源１０及び１
０ａの出力光を変調し、変調を受けたラマン励起光源１
０及び１０ａの出力光がカプラ５から下り側の負分散フ
ァイバに供給され、カプラ５ａから上り側の負分散ファ
イバに供給されるので、レスポンスは両端の端局中継装
置に伝達される。

【００６８】尚、レスポンスを伝達する時にはラマン励
起光がレスポンスで変調されるためにラマン励起光源に
供給される駆動信号は直流ではなくなるが、レスポンス
を表わす送信信号のマーク率が５０％になるように送信
信号を生成することが可能であるので、ラマン励起光の
平均的なパワーをレスポンスがない場合と同じに制御す
ることが可能であり、ラマン励起光のパワー制御には何
ら支障がない。

【００６９】さて、上の説明では各々のラマン励起光源
が出力するラマン励起光の波長や偏光角については言及
していないが、各々のラマン励起光源が出力するラマン
励起光の波長や偏光角を異ならせることによってラマン
増幅方式を用いた光通信システムの伝送特性を改善する
ことができる。先ず、各々のラマン励起光源が出力する
ラマン励起光の波長を異ならせることによる効果を説明
する。

【００７０】この場合、図３のラマン励起光源７とラマ
ン励起光源７ａの出力光の波長を異ならせ、ラマン励起
光源１０とラマン励起光源１０ａの出力光の波長を異な
らせ、且つ、ラマン励起光源７又はラマン励起光源７ａ
の一方の出力光の波長をラマン励起光源１０又はラマン
励起光源１０ａの一方の出力光の波長に一致させ、ラマ
ン励起光源７又はラマン励起光源７ａのもう一方の出力
光の波長をラマン励起光源１０又はラマン励起光源１０
ａのもう一方の出力光の波長に一致させる。

【００７１】このようにすれば、上り側及び下り側の全
ての負分散ファイバが、波長が異なる２つのラマン励起
光によって全て同じ条件で励起されることになる。そし
て、各々の波長のラマン励起光でラマン増幅される波長
領域が異なるので、ラマン増幅方式の光通信システムで
中継できる波長域を広げることができる。即ち、広帯域
化することができる。

【００７２】上記事項は、図３のようにラマン励起光源
が二重化されている場合に限らず、それ以上に多重化さ
れている場合でも同じである。次いで、各々のラマン励
起光源が出力するラマン励起光の偏光角を異ならせるこ
とによる効果を説明する。ラマン励起光と信号光の偏光
角が等しい場合と、ラマン励起光と信号光の偏光角が９
０度異なる場合とでは、ラマン増幅効率が異なり、前者
の方がラマン増幅効率が高い。そこで、例えば、図３の
ラマン励起光源７とラマン励起光源７ａの出力光の偏光
角を９０度異ならせておき、ラマン励起光源７とラマン
励起光源７ａの出力光を偏波合成して負分散ファイバに
供給すれば、信号光と一方のラマン励起光源の出力光の
偏光角の関係が如何ようであっても、偏波合成されたラ
マン励起光との偏光角の関係を一定に保つことができ
る。実際には、ラマン励起光の偏光角も信号光の偏光角
も回転しながら光ファイバ中を伝播してゆくが、偏波合
成されたラマン励起光との偏光角の関係を一定に保つこ
とができることは同じことである。従って、負分散ファ
イバにおけるラマン増幅効率を安定に保つことができ
る。

【００７３】上記事項は、図３のようにラマン励起光源
が二重化されている場合に限らず、それ以上に多重化さ
れている場合でも同じである。更に、図３ではラマン励
起光源を二重化する構成を示したが、ラマン励起光源を
多重化しなくても、ラマン励起光の波長を異ならせるこ
とと偏光角を異ならせることの効果以外は、同じ機能を
実現することができる。この場合には、１つのラマン励
起光源の出力を分波器で分岐して、各々を２つのカプラ
に供給する構成にすればよい。

【００７４】信頼度の高さを非常に強く求められる光海
底通信システムではラマン励起光源を多重化しないのは
問題であるが、陸上の伝送路で中継器を局舎内に配置で
きる場合には低コスト化という利点が生ずる。図６は、
中継器の構成の第二の実施の形態で、ここでも上りと下
りの構成を併せて図示している。図６の構成は図３の構
成をほんの少し変更しただけのものであるが、変更点だ
けを記載することは理解を助けることにはならないの
で、敢えて全てを説明する。

【００７５】図６において、１及び１ａはラマン励起光
を信号とは逆方向の負分散ファイバに供給するためのカ
プラ、２及び２ａは信号光の一部を分岐する分波器、３
及び３ａは不要な光が逆進することを防止するアイソレ
ータ、４及び４ａは利得等化器、５及び５ａはラマン励
起光を信号と同一方向の負分散ファイバに供給するため
のカプラである。

【００７６】６は分波器２において一部分岐した信号光
を電気信号に変換する光・電気変換器、６ａは分波器２
ａにおいて一部分岐した信号光を電気信号に変換する光
・電気変換器である。図では、（フォト・）ダイオード
の形で示しているが、フォト・ダイオードと該フォト・
ダイオードが光信号を変換した電流を電圧に変換する電
圧変換器を備えたものである。

【００７７】７及び７ａは逆方向励起光を発生するラマ
ン励起光源である。図では、（レーザ・）ダイオードの
形で示しているが、レーザ・ダイオードと該レーザ・ダ
イオードに駆動電流を供給する駆動電流供給器を備えた
ものである。９ａは光・電気変換器６及び６ａが出力す
る電気信号を受けてラマン励起光源７及び７ａの出力を
制御する制御回路＃１ａである。

【００７８】１３はラマン励起光源７及び７ａの出力光
を合波した上で一方の出力端からカプラ１にラマン励起
光を供給し、もう一方の出力端からカプラ１ａにラマン
励起光を供給する合波器である。同様に、１０及び１０
ａは順方向励起光を発生するラマン励起光源である。１
１はラマン励起光源１０の出力光を電気信号に変換する
光・電気変換器、１１ａはラマン励起光源１０ａの出力
光を電気信号に変換する光・電気変換器である。

【００７９】１２は光・電気変換器１１及び１１ａが出
力する電気信号を受けてラマン励起光源１０及び１０ａ
の出力を制御すると共に、光・電気変換器６と光・電気
変換器６ａが入力される信号光の一部を分岐して光・電
気変換した出力を受けて端局中継装置（図３では図示せ
ず。）へのレスポンスを返す制御回路＃２である。即
ち、制御回路＃２は図３における制御回路＃２と同じも
のである。

【００８０】１３ａはラマン励起光源１０及び１０ａの
出力光を合波した上で一方の出力端からカプラ５にラマ
ン励起光を供給し、もう一方の出力端からカプラ５ａに
供給する合波器である。ここで、図１の構成との対応を
つければ、カプラ１、カプラ５、カプラ１ａ及びカプラ
５ａの、中継器内の構成要素に接続される端子とは反対
側の端子に負分散ファイバが接続され、カプラ１にラマ
ン増幅された信号光が入力され、カプラ５から該信号光
が出力され、カプラ１ａにラマン増幅された信号光が入
力され、カプラ５ａから該信号光が出力される。

【００８１】即ち、図６の構成の特徴は、制御回路＃１
ａが光・電気変換器６及び６ａが出力する電気信号を受
けてラマン励起光源７及び７ａの出力を制御する点にあ
る。図７は、図６における制御回路＃１ａの構成であ
る。本質的には図４に示した制御回路＃１と同じである
が、用いる光・電気変換器の出力が異なるので敢えて説
明する。

【００８２】図６において、９−１は図６における光・
電気変換器６の出力を整流する整流回路、９−１ａは図
６における光・電気変換器６ａの出力を整流する整流回
路、９−３は基準電圧源、９−２は整流回路９−１の出
力と基準電圧源９−３の出力電圧の差を増幅して図６に
おけるラマン励起光源７に供給する差動増幅器、９−２
ａは整流回路９−１ａの出力と基準電圧源９−３の出力
電圧の差を増幅して図６におけるラマン励起光源７ａに
供給する差動増幅器である。

【００８３】今、光・電気変換器６の出力を整流した電
圧を差動増幅器９−２の反転入力端子に供給し、基準電
圧源９−３の出力電圧を差動増幅器９−２の非反転入力
端子に供給しているので、入力される信号光のレベルが
高くなって整流回路９−１の出力電圧が上昇すれば、差
動増幅器９−２の出力電圧が低下してラマン励起光源７
の出力光を抑圧する。この動作は、ラマン励起光源７ａ
についても同様である。

【００８４】従って、図７の構成の制御回路＃１ａを図
６に適用すれば、カプラ１及びカプラ１ａにおいて受信
される信号光のレベルが一定になるようにラマン励起光
源７及びラマン励起光源７ａを制御することができる。
図６の制御回路１２の構成は、図３の制御回路１２の構
成と全く同じなので、機能も全く同じである。従って、
図６の制御回路１２の構成と機能に関する説明は割愛す
る。

【００８５】又、ラマン励起光源を多重化した場合の、
組になっているラマン励起光源の出力光の波長を異なら
せることによる効果と組になっているラマン励起光源の
出力光の偏光角を異ならせることによる効果は図３の構
成の場合と全く同じであるので、説明を割愛する。更
に、単一のラマン励起光源を使用する構成も可能で、ラ
マン励起光源の出力光の波長又は偏光角を異ならせるこ
との効果以外は同じである。これについても詳細な説明
は割愛する。

【００８６】図８は、中継器の構成の第三の実施の形態
で、ここでも上りと下りの構成を併せて図示している。
図８の構成は、図３の構成又は図６の構成変更したもの
であるが、変更点だけを記載することは理解を助けるこ
とにはならないので全てを説明する。図８において、１
及び１ａはラマン励起光を信号とは逆方向の負分散ファ
イバに供給するためのカプラ、２及び２ａは信号光の一
部を分岐する分波器、３及び３ａは不要な光が逆進する
ことを防止するアイソレータ、４及び４ａは利得等化
器、５及び５ａはラマン励起光を信号と同一方向の負分
散ファイバに供給するためのカプラである。

【００８７】６は分波器２において一部分岐した信号光
を電気信号に変換する光・電気変換器、６ａは分波器２
ａにおいて一部分岐した信号光を電気信号に変換する光
・電気変換器である。図では、（フォト・）ダイオード
の形で示しているが、フォト・ダイオードと該フォト・
ダイオードが光信号を変換した電流を電圧に変換する電
圧変換器を備えたものである。

【００８８】１０及び１０ａは順方向励起光及び逆方向
励起光を発生するラマン励起光源である。１２ａは光・
電気変換器６及び６ａが出力する電気信号を受けてラマ
ン励起光源１０及び１０ａの出力を制御すると共に、光
・電気変換器６と光・電気変換器６ａが入力される信号
光の一部を分岐して光・電気変換した出力を受けて端局
中継装置（図３では図示せず。）へのレスポンスを返す
制御回路＃２ａである。

【００８９】１３ａはラマン励起光源１０及び１０ａの
出力光を合波した上で２つの出力端からカプラ５にラマ
ン励起光を出力する合波器、１４は合波器１３ａの一方
の出力を分岐して、一方をカプラ１に、もう一方をカプ
ラ５に供給する分波器、１４ａは合波器１３ａのもう一
方の出力を分岐して、一方をカプラ１ａに、もう一方を
カプラ５ａに供給する分波器である。

【００９０】ここで、図１の構成との対応をつければ、
カプラ１、カプラ５、カプラ１ａ及びカプラ５ａの、中
継器内の構成要素に接続される端子とは反対側の端子に
負分散ファイバが接続され、カプラ１にラマン増幅され
た信号光が入力され、カプラ５から該信号光が出力さ
れ、カプラ１ａにラマン増幅された信号光が入力され、
カプラ５ａから該信号光が出力される。

【００９１】ここで、図８の構成の特徴は、図３の制御
回路＃１又は図６の制御回路＃１ａを除去し、制御回路
＃２ａは、光・電気変換器６及び６ａが出力する電気信
号を受けてラマン励起光源１０及び１０ａの出力を制御
すると共に、光・電気変換器６と光・電気変換器６ａが
入力される信号光の一部を分岐して光・電気変換した出
力を受けて端局中継装置へのレスポンスを返すようにし
たことである。

【００９２】図９は、図８における制御回路＃２ａの構
成である。図９において、１２−１は図８における光・
電気変換器６の出力を整流する整流回路、１２−１ａは
図８における光・電気変換器６ａの出力を整流する整流
回路、１２−４は基準電圧源、１２−３は整流回路１２
−１の出力と基準電圧源１２−４の出力電圧の差を増幅
する差動増幅器、１２−３ａは整流回路１２−１ａの出
力と基準電圧源１２−４の出力電圧の差を増幅する差動
増幅器である。

【００９３】又、１２−２は図８における光・電気変換
器６の出力に重畳されている信号を抽出する信号抽出回
路、１２−５は整流回路１２−１の出力が異常に低いこ
とを検出する微小電圧検出回路、１２−６は信号抽出回
路１２−２の出力と微小電圧検出回路１２−５の出力を
受けて、端局中継装置に送信する信号を生成する送信信
号生成回路である。

【００９４】同様に、１２−２ａは図８における光・電
気変換器６ａの出力に重畳されている信号を抽出する信
号抽出回路、１２−５ａは整流回路１２−１ａの出力が
異常に低いことを検出する微小電圧検出回路、１２−６
ａは信号抽出回路１２−２ａの出力と微小電圧検出回路
１２−５ａの出力を受けて、端局中継装置に送信する信
号を生成する送信信号生成回路である。

【００９５】そして、１２−７は差動増幅器１２−３の
出力を送信信号生成回路１２−６の出力によって変調す
る変調回路、１２−７ａは差動増幅器１２−３ａの出力
を送信信号生成回路１２−６ａの出力によって変調する
変調回路である。これらは、差動増幅器の出力を送信信
号生成回路の出力によって変調するタイプの変調回路で
あっても、差動増幅器の出力に送信信号生成回路の出力
を加算するタイプの変調回路であってもよい。ただ、後
者の場合には、加算する２つの信号の直流レベルを一致
させる必要がある。

【００９６】もし、送信信号生成回路１２−６と１２−
６ａの出力がないものとすれば、変調回路１２−７と１
２−７ａの出力は、それぞれ、差動増幅器１２−３及び
１２−３ａの出力と同じになるので、図８の構成によっ
て、図６の構成における制御回路＃１ａの動作と同じよ
うに、入力される信号光のレベルを一定に保つことがで
きることが判る。

【００９７】さて、信号光は連続発振光を伝送すべき信
号で変調されている以外に、低周波の監視信号によって
も変調されている。該信号光を光・電気変換器６及び６
ａによって電気信号に変換した信号は、伝送すべき信号
を低周波の監視信号で変調したものになっている。従っ
て、信号抽出回路１２−２及び１２−２ａを伝送すべき
信号に応答できない回路で構成して、光・電気変換器６
及び６ａの出力の包絡線を検出すれば、該監視信号を抽
出することができる。これは、端局中継装置から送られ
てきたコマンドである。

【００９８】一方、光・電気変換器６の出力を整流回路
１２−１で整流した後、微小電圧検出回路１２−５で整
流電圧が異常に低い場合を検出できるようになってい
る。これは、整流回路１２−１ａと微小電圧検出回路１
２−５ａでも同じである。従って、例えば送信信号生成
回路１２−６は、該コマンドを受けた時に微小電圧生成
回路１２−５の出力の論理レベルを判定し、該論理レベ
ルに対応したレスポンスをメモリから選択して出力する
ことができる。もし、図８における光・電気変換器６の
出力が異常に低いのであれば、上りの中継伝送路で切断
が生じた結果であるので、その旨を示すレスポンスを選
択して出力することができる。

【００９９】この送信信号生成回路１２−６の出力を変
調回路１２−７に供給して、差動増幅器１２−３の出力
を変調し、変調回路１２−７の出力を図３のラマン励起
光源１０に供給すれば、ラマン励起光源１０を構成する
レーザ・ダイオードの駆動電流が該レスポンスによって
変動するので、ラマン励起光源１０の出力光であるラマ
ン励起光を変調することができる。

【０１００】ラマン励起光源１０が出力するラマン励起
光は全てのカプラ１、１ａ、５及び５ａに供給される。
今は、上り方向で中継伝送路が切断されたケースを想定
しているので、カプラ５ａに供給されたラマン励起光は
多分役に立たないが、カプラ１及び５を介して負分散フ
ァイバにラマン励起光が供給されると、該ラマン励起光
は負分散ファイバにおいて自然放出光を発生させる。そ
して、該ラマン励起光は該レスポンスで変調されている
ので、該自然放出光も又該レスポンスで変調されたもの
になる。しかも、上り側から信号光がきていないので該
ラマン励起光によって発生する自然放出光は信号光がき
ている時よりパワーが大きいものとなる。

【０１０１】従って、該レスポンスで変調された自然放
出光が下り方向でラマン増幅されながら伝送されるの
で、下り側にある端局中継装置に中継伝送路の切断を伝
達することができる。しかも、該レスポンスに発信元の
中継器のＩＤ番号を付加しておけば、どのスパンで切断
が生じたかを端局中継装置で特定することができる。そ
して、切断が中継器から上りの中継伝送路の如何なる距
離の箇所で起きたとしても、下り側の負分散ファイバに
レスポンスで変調されたラマン励起光を供給するので、
切断した旨のレスポンスを必ず端局中継装置に伝達する
ことができる。

【０１０２】上では、上りで切断が起きたケースを説明
したが、下り方向で切断が起きても全く同じである。
又、切断が生じていない時には図８の制御回路＃２ａが
その旨のレスポンスを選択してラマン励起光源１０及び
１０ａの出力光を変調し、変調を受けたラマン励起光源
１０及び１０ａの出力光がカプラ１から上り側の負分散
ファイバに供給され、カプラ５から下り側の負分散ファ
イバに供給され、カプラ５ａから上り側の負分散ファイ
バに供給され、カプラ１ａから下り側の負分散ファイバ
に供給されるので、レスポンスは両端の端局中継装置に
伝達される。

【０１０３】尚、レスポンスを伝達する時にはラマン励
起光がレスポンスで変調されるためにラマン励起光源に
供給される駆動信号は直流ではなくなるが、レスポンス
を表わす送信信号のマーク率が５０％になるように送信
信号を生成することが可能であるので、ラマン励起光の
平均的なパワーをレスポンスがない場合と同じに制御す
ることが可能であり、ラマン励起光のパワー制御には何
ら支障がない。

【０１０４】又、ラマン励起光源を多重化した場合の、
組になっているラマン励起光源の出力光の波長を異なら
せることによる効果と組になっているラマン励起光源の
出力光の偏光角を異ならせることによる効果は図３及び
図６の構成の場合と全く同じであるので、説明を割愛す
る。更に、単一のラマン励起光源を使用する構成も可能
で、ラマン励起光源の出力光の波長又は偏光角を異なら
せることの効果以外は同じである。これについても詳細
な説明は割愛する。

【０１０５】（付記１） 端局と中継器との間の伝送
路又は中継器間の伝送路の、端局及び中継器側に接続さ
れる第一の光ファイバは、第一の非線形実効断面積を有
する光ファイバとし、該第一の光ファイバの間に接続さ
れる第二の光ファイバは、該第一の光ファイバに対して
非線形実効断面積が広い光ファイバとし、該伝送路を、
該伝送路の両端に接続される該中継器、又は、該中継器
及び該端局より双方向励起をして、該伝送路においてラ
マン増幅を行なうことを特徴とするラマン増幅方式の光
通信システム。

【０１０６】（付記２） 中継器間の伝送路は、該中
継器に接続される第一の光ファイバを第一の非線形実効
断面積を有する光ファイバとし、該第一の光ファイバの
間に接続される第二の光ファイバは、該第一の光ファイ
バに対して非線形実効断面積が広い光ファイバとし、端
局と中継器との間の伝送路は、該中継器に接続される第
一の光ファイバを、第一の非線形実効断面積を有する光
ファイバとし、該第一の光ファイバに接続される第二の
光ファイバを、該第一の光ファイバに対して非線形実効
断面積が広い光ファイバとし、該伝送路を、該伝送路の
両端に接続される該中継器より双方向励起をして、該伝
送路においてラマン増幅を行なうことを特徴とするラマ
ン増幅方式の光通信システム。

【０１０７】（付記３） 付記１又は付記２のいずれ
かに記載のラマン増幅方式の光通信システムであって、
上記中継器は、逆方向ラマン励起用のラマン励起光源
と、順方向ラマン励起用のラマン励起光源と、該逆方向
ラマン励起光源の出力パワーを一定に制御する制御回路
と、該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力を一
定に制御すると共に、上位装置から転送されてくる監視
信号を解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上
位装置への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を
変調する制御回路とを備える中継器であることを特徴と
するラマン増幅方式の光通信システム。

【０１０８】（付記４） 付記１又は付記２のいずれ
かに記載のラマン増幅方式の光通信システムであって、
上記中継器は、逆方向ラマン励起用のラマン励起光源
と、順方向ラマン励起用のラマン励起光源と、該中継器
に入力される信号光のパワーを一定に制御する制御回路
と、該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力を一
定に制御すると共に、上位装置から転送されてくる監視
信号を解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上
位装置への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を
変調する制御回路とを備える中継器であることを特徴と
するラマン増幅方式の光通信システム。

【０１０９】（付記５） 付記項１又は付記２のいず
れかに記載のラマン増幅方式の光通信システムであっ
て、上記中継器は、逆方向ラマン励起と順方向ラマン励
起とに共通に使用されるラマン励起光源と、該中継器に
入力される信号光のパワーを一定に保つと共に、上位装
置から転送されてくる監視信号を解析結果と入力される
信号光の状態とに応ずる上位装置への応答信号によって
該ラマン励起光源を変調する制御回路とを備える中継器
であることを特徴とするラマン増幅方式の光通信システ
ム。

【０１１０】（付記６） 付記３乃至付記５のいずれ
かに記載のラマン増幅方式の光通信システムであって、
上記ラマン励起光源を複数の励起光源を組み合わせて構
成し、各々の励起光源が出力する励起光の波長を異なら
せることを特徴とするラマン増幅方式の光通信システ
ム。

【０１１１】（付記７） 付記３乃至付記４のいずれ
かに記載のラマン増幅方式の光通信システムであって、
上記ラマン励起光源を複数の励起光源を組み合わせて構
成し、各々の励起光源が出力する光の偏光角を異ならせ
て、各々の励起光源が出力する光を偏波合成してラマン
励起光を生成することを特徴とするラマン増幅方式の光
通信システム。

【０１１２】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、ラマ
ン増幅方式の光通信システムに関し、中継伝送路を構成
する光ファイバが如何なる箇所で断線してもその旨の通
信が可能で、ラマン増幅に係る非線形特性が良好なラマ
ン増幅方式の光通信システムを実現することが可能にな
り、もとより広帯域であるラマン増幅方式の特徴を生か
した光通信システムの広帯域化と併せて、光通信システ
ム技術の発達に大きく寄与することができる。

【０１１３】即ち、第一の発明によれば、中継器の両端
に接続される光ファイバは非線形実効断面積が狭い光フ
ァイバとし、両端において該非線形実効断面積が狭い光
ファイバの該中継器とは反対側に接続される光ファイバ
は非線形実効断面積が広い光ファイバとするので、非線
形実効断面積が広い光ファイバの両端に非線形実効断面
積が狭い光ファイバを接続してなる中継伝送路のいずれ
の箇所で光ケーブルが切断されてもその旨を伝達でき、
且つ、非線形実効断面積が狭い光ファイバで生ずる非線
形歪みを縮減できるラマン増幅方式の光通信システムを
実現することが可能になる。

【０１１４】又、第二の発明によれば、該端局と該中継
器間の伝送路では片方向励起によるラマン増幅が行なわ
れ、該中継器間の伝送路では双方向励起によるラマン増
幅が行なわれるが、該中継器において中継伝送路のいず
れの箇所で光ケーブルが切断されてもその旨を検出、伝
達でき、且つ、非線形実効断面積が狭い光ファイバで生
ずる非線形歪みを縮減できるラマン増幅方式の光通信シ
ステムを実現することが可能になる。

【０１１５】又、第三の発明における中継器は、逆方向
ラマン励起用のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用
のラマン励起光源と、該逆方向ラマン励起光源の出力パ
ワーを一定に制御する制御回路と、該順方向ラマン励起
用のラマン励起光源の出力を一定に制御すると共に、上
位装置から転送されてくる監視信号の解析結果と入力さ
れる信号光の状態とに応ずる上位装置への応答信号によ
って該順方向ラマン励起光源を変調する制御回路とを備
えるので、該逆方向ラマン励起用のラマン励起光源の出
力と該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力とを
一定に保つと共に、上位装置から転送されてくる監視信
号の解析結果と入力される信号光の状態とに応じて中継
伝送路の状態を上位装置に伝達することが可能になる。

【０１１６】又、第四の発明の中継器は、逆方向ラマン
励起用のラマン励起光源と、順方向ラマン励起用のラマ
ン励起光源と、該中継器に入力される信号光のパワーを
一定に制御する制御回路と、該順方向ラマン励起用のラ
マン励起光源の出力を一定に制御すると共に、上位装置
から転送されてくる監視信号を解析結果と入力される信
号光の状態とに応ずる上位装置への応答信号によって該
順方向ラマン励起光源を変調する制御回路とを備えるの
で、該中継器に入力される信号光のパワーを一定に保つ
と共に、上位装置から転送されてくる監視信号の解析結
果と入力される信号光の状態とに応じて中継伝送路の状
態を上位装置に伝達することが可能になる。

【０１１７】又、第五の発明の中継器は、逆方向ラマン
励起と順方向ラマン励起とに共通に使用されるラマン励
起光源と、該中継器に入力される信号光のパワーを一定
に保つと共に、上位装置から転送されてくる監視信号を
解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上位装置
への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を変調す
る制御回路とを備えるので、該中継器に入力される信号
光のパワーを一定に保つと共に、上位装置から転送され
てくる監視信号を解析結果と入力される信号光の状態と
に応じて中継伝送路の状態を上位装置に伝達することが
可能になる。しかも、ラマン励起光源と制御回路とを縮
減することにより該中継器の構成を簡易化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のラマン増幅方式を用いた光通信シス
テム。

【図２】 本発明と従来のラマン増幅方式を用いた光通
信システムの１スパンにおける非線形特性の比較。

【図３】 中継器の構成の第一の実施の形態。

【図４】 図３における制御回路＃１の構成。

【図５】 図３における制御回路＃２の構成。

【図６】 中継器の構成の第二の実施の形態。

【図７】 図６における制御回路＃１ａの構成。

【図８】 中継器の構成の第三の実施の形態。

【図９】 図８における制御回路＃２ａの構成。

【図１０】 従来のラマン増幅方式を用いた光通信シス
テム。

【図１１】 従来のラマン増幅方式を用いた光通信シス
テムの第一の問題点。

【図１２】 従来のラマン増幅方式を用いた光通信シス
テムの１スパンにおける非直線特性。

【図１３】 本発明と従来のラマン増幅方式との間の非
線形特性の差を比較する際の１スパンの構成。

【図１４】 従来のラマン増幅方式を用いた光通信シス
テムの１スパンにおける信号光レベルの推移。

【符号の説明】

１、１ａ カプラ ２、２ａ 分波器 ３、３ａ アイソレータ ４、４ａ 利得等化器 ５、５ａ カプラ ６、６ａ 光・電気変換器 ７、７ａ ラマン励起光源 ８、８ａ 光・電気変換器 ９ 制御回路＃１ ９ａ 制御回路＃１ａ １０、１０ａ ラマン励起光源 １１、１１ａ 光・電気変換器 １２ 制御回路＃２ １２ａ 制御回路＃２ａ １３、１３ａ 合波器 １４、１４ａ 分波器 ９−１、９−１ａ 整流回路 ９−２、９−２ａ 差動増幅器 ９−３ 基準電圧源 １２−１、１２−１ａ、１２−１ｂ、１２−１ｃ 整流
回路 １２−２、１２−２ａ 信号抽出回路 １２−３、１２−３ａ 差動増幅器 １２−４ 基準電圧源 １２−５、１２−５ａ 微小電圧検出回路 １２−６、１２−６ａ 送信信号生成回路 １２−７、１２−７ａ 変調回路 １０１、１０１ａ 端局中継装置 １０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 負分散ファイ
バ １０３、１０３ａ 正分散ファイバ １０４、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ ラ
マン励起光源 １０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ カプラ １０６、１０６ａ 負分散ファイバ １０７、１０７ａ 中継器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 EB12 HA24 5F072 AB09 AK06 HH03 JJ05 JJ08 JJ09 QQ07 YY17 5K002 AA06 CA01 CA09 CA13 EA05 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端局と中継器との間の伝送路又は中継
   器間の伝送路の、該端局及び該中継器に接続される第一
   の光ファイバは、第一の非線形実効断面積を有する光フ
   ァイバとし、 該第一の光ファイバの間に接続される第二の光ファイバ
   は、該第一の光ファイバに対して非線形実効断面積が広
   い光ファイバとし、 該伝送路を、該伝送路の両端に接続される該中継器、又
   は、該中継器及び該端局より双方向励起をして、該伝送
   路においてラマン増幅を行なうことを特徴とするラマン
   増幅方式の光通信システム。
2. 【請求項２】 中継器間の伝送路は、該中継器に接続
   される第一の光ファイバを第一の非線形実効断面積を有
   する光ファイバとし、 該第一の光ファイバの間に接続される第二の光ファイバ
   は、該第一の光ファイバに対して非線形実効断面積が広
   い光ファイバとし、 端局と中継器との間の伝送路は、該中継器に接続される
   第一の光ファイバを、第一の非線形実効断面積を有する
   光ファイバとし、 該第一の光ファイバに接続される第二の光ファイバを、
   該第一の光ファイバに対して非線形実効断面積が広い光
   ファイバとし、 該伝送路を、該伝送路の両端に接続される該中継器より
   双方向励起をして、該伝送路においてラマン増幅を行な
   うことを特徴とするラマン増幅方式の光通信システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれかに記
   載のラマン増幅方式の光通信システムであって、 上記中継器は、 逆方向ラマン励起用のラマン励起光源と、 順方向ラマン励起用のラマン励起光源と、 該逆方向ラマン励起光源の出力パワーを一定に制御する
   制御回路と、 該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力を一定に
   制御すると共に、上位装置から転送されてくる監視信号
   を解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上位装
   置への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を変調
   する制御回路とを備える中継器であることを特徴とする
   ラマン増幅方式の光通信システム。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２のいずれかに記
   載のラマン増幅方式の光通信システムであって、 上記中継器は、 逆方向ラマン励起用のラマン励起光源と、 順方向ラマン励起用のラマン励起光源と、 該中継器に入力される信号光のパワーを一定に制御する
   制御回路と、 該順方向ラマン励起用のラマン励起光源の出力を一定に
   制御すると共に、上位装置から転送されてくる監視信号
   を解析結果と入力される信号光の状態とに応ずる上位装
   置への応答信号によって該順方向ラマン励起光源を変調
   する制御回路とを備える中継器であることを特徴とする
   ラマン増幅方式の光通信システム。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２のいずれかに記
   載のラマン増幅方式の光通信システムであって、 上記中継器は、 逆方向ラマン励起と順方向ラマン励起とに共通に使用さ
   れるラマン励起光源と、 該中継器に入力される信号光のパワーを一定に保つと共
   に、上位装置から転送されてくる監視信号を解析結果と
   入力される信号光の状態とに応ずる上位装置への応答信
   号によって該ラマン励起光源を変調する制御回路とを備
   える中継器であることを特徴とするラマン増幅方式の光
   通信システム。