JP2004104473A - Optical amplification repeater - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを伝送路並びに増幅媒体として使用する分布定数型光増幅技術を適用した光増幅中継器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光通信システムでは、エルビウム添加光ファイバ(以下、「EDF」:Erbium Doped Fiberと呼ぶ)を用いた増幅器を採用するのが一般的であった。このEDF増幅中継器は、C帯と言われる1530〜1570nmの40nmの増幅帯域特性を有するが、光ファイバを長尺化し増幅帯域を長波長側にシフトさせることによりL帯と言われる1570〜1610nmの増幅帯域40nmの増幅特性を有する長波長EDF増幅中継器を併用しても、増幅帯域幅は80nmに制限され、光通信システムの伝送容量の拡大を制限する大きな要因となっていた。
【0003】
また、C帯及びL帯のEDF増幅中継器を併用する場合、異なる波長帯を合分波するための光カプラが必要となるが、合波用光カプラの損失は中継器への入力信号レベルを低下させて、等価的に雑音指数も劣化する。陸上システムのような比較的中継距離が短い光通信システムでは雑音指数の劣化の影響は小さいものの、光海底ケーブルシステムのような中継距離が非常に長い(例えば大洋横断距離)光通信システムでは、雑音指数劣化に伴う信号対雑音比(以下「SNR」と呼ぶ)劣化により、通信品質が著しく低下し通信不能となる場合も生じる。
【0004】
かかる課題を解決する方法として、光ファイバの非線形効果である誘導ラマン散乱現象を利用したラマン増幅器の開発が近年盛んに行われている。ラマン増幅は信号光の波長に対して100nm程度波長が短く光強度が高い光を励起光として用いることで光増幅が可能となる現象である。
【0005】
このラマン増幅では、励起光波長の設定により任意の波長の信号光を選択的に増幅することができ、信号波長の広帯域化が容易である。また、ラマン増幅器は伝送路である光ファイバ自身を増幅媒体として用いることができるため、長手方向に対して分布定数的な増幅が可能となり、集中定数的なEDF増幅中継器に比べてSNR劣化を抑圧し、長距離伝送が可能となるという利点も有する。
【0006】
従って、光ファイバの伝送特性ばらつきが比較的大きい陸上システムに比べて、伝送路ファイバの特性が安定している光海底ケーブルシステムにおいてラマン増幅器を中継器として適用するメリットは大きい。
【0007】
一方、光海底ケーブルシステムでは海底に敷設した中継器や光ファイバケーブルは簡単に修理することができないため、中継器には部品点数の削減と高い信頼性が求められる。
【0008】
図4は、従来の光海底ケーブルシステム用光増幅中継器の構成図である(例えば、特許文献1参照。)。
図4において11a、11bはEDF、2a、2bは励起光源、5a、5bは励起光と信号光とを合波するWDMカプラ、7は励起光源2a、2bの制御回路、9は制御回路7に電力を供給する電源回路、6a、6bはアイソレータ、12a、12bは光フィルタ、8は給電線、10は2つの励起光源2a、2bの出力光P2a、P2bを合波・分波して、均等にあるいは割合調整して分波された2つの励起光P10a、P10bで第1および第2のEDF11a、11bをそれぞれ励起する光合分波器である。
【0009】
EDF11a、11bに代表される希土類添加光ファイバを増幅媒体として採用した場合、励起光が供給されない時には、EDFは光信号の吸収媒体となり信号光が不通となるため、第2の光合分波器10を用いた冗長構成を採用することにより、励起光源2a、2bのいずれか1つが故障しても励起光P10a、P10bの強度は双方同時にゼロにならない。その結果、EDFの利得は減少するが、光信号の普通という致命的なシステム障害の発生を回避することができる。
【0010】
さらに励起光源2aもしくは2bのどちらかが故障した場合に、もう一方の励起光源2aまたは2bの出力を増加できるように制御回路7を設計することで、励起光P10a、P10bの強度を故障前と略同一レベルに設定することも可能である。
【0011】
ここで、前記第2の光合分波器10は2つの入力ポートと2つの出力ポートを有し、どちらかの入力ポートから入射した光信号が2つの出力ポートに各々均等に分配される。前記従来文献には第2の光合分波器10の光信号の分岐比は均等に限定されるものではなく、任意の分岐比であっても同等の効果が得られることが示唆されている。
具体的には、第2の光合分波器10の分岐比が40:60である場合、例えば一方の励起光源2aが故障しても、励起光は故障前に比べて60%減するだけに過ぎないため、上述のようにEDFが光信号の吸収媒体になることはない。
【0012】
しかし、第2の光合分波器10の分岐比が99:1であった場合、一方の励起光源2aが故障すると、励起光は故障前に比べて1%減少するだけだが、P10bは故障前に比べて99%減少することになり、冗長構成を有しない図5の光増幅中継器と同等となって、前述の効果は得られない。このことは、第2の光合分波器10の分岐比は任意に設定されるものではなく、50:50の分岐比及びその近傍に制限されることを示す。これは、前記従来文献において「通常『3dBカプラ』と称されており」との表記があることからも明らかである。
【0013】
また、図6はEDF増幅中継器の増幅利得の特性図である。EDF増幅中継器の利得の入力光強度依存性はセルフヒーリング効果を有し、入力光強度が小さい領域において増幅利得はほぼ一定であるが、入力光強度が増加するにしたがって増幅利得が飽和する。そのため、増幅利得の飽和領域で当該EDF増幅中継器を動作させると、入力光強度の変化に対して出力光強度の変化が抑圧されることになり、出力光強度の安定化することができる。したがって、光ファイバケーブルの伝送路損失ばらつきや、ケーブル切断等の物理的障害が生じた光ファイバケーブルの修理時に生じる損失増加による出力変動を抑圧して、中継器出力を一定に保ち、伝送システムの品質を安定化することができる。
【0014】
【特許文献1】
特許第2669483号明細書(段落[0018]〜[0024]、第1図)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
以上の通り、励起光源の冗長構成をラマン増幅器に適用することにより、励起光源の故障による性能劣化を抑圧し、光通信システムの信頼性を高めることができる。しかし、伝送路光ファイバケーブル自体を増幅媒体として用いる分布定数的なラマン増幅器を中継器として適用した場合には、光ファイバケーブル切断等の物理的障害の影響は以下のような問題を生じる。
【0016】
図7は、冗長構成を採用した従来のラマン増幅中継器の構成図である。図7において1a、1b、1c、1dは伝送路かつラマン増幅媒体として用いる光ファイバケーブル、2a、2b、2c、2dは励起光源、3a、3bはそれぞれ前記励起光源2aと2b、ならびに2cと2dからの励起光を合波する光合波器、5a、5bは信号光とラマン励起光とを合分波するWDMカプラ、6a、6bは光アイソレータ、7は前記励起光源2a、2b、2c、2dを制御する制御回路、8は給電ケーブル、9は前記給電線8から前記制御回路7へ電源を供給する電源回路、10は前記光合波器3a、3bからの励起光P3a、P3bを合波し、第1の方向(以下「上り方向」とする)の回線用励起光P4aと第2の方向(以下「下り方向」とする)の回線用励起光P4bとに均等に分波する光合分波器である。
【0017】
正常時に励起光源2a、2b、2c、2dからの励起光強度が100mWであった場合、光合波器3aによって励起光P3a、P3bはそれぞれ200mWとなる。なお、説明を簡単にするため、以後の説明では各光部品の損失はないものと仮定する。
【0018】
励起光P3a、P3bはさらに第2の光合分波器10で合波された後、分波される。その結果、上り方向用光ファイバケーブル1aと下り方向用光ファイバケーブル1cに送り出される励起光P5a、P5bはそれぞれ200mWとなる。
【0019】
ここで、光ファイバケーブルの断線障害が発生した場合について考える。
前記ラマン増幅中継器において、入力側にある上り方向用光ファイバケーブル1aと、出力側にある下り方向用光ファイバケーブル1dとは、同一ケーブル束内に収容されている。ラマン増幅中図中左側の継器の直近で断線が生じた場合、上り方向では入力側光ファイバ1aが断線し、下り方向では出力側光ファイバ1dが断線する。ここで、断線した光ファイバケーブルを修復すると損失が増加し、下り方向(光ファイバケーブル1d)では信号光強度が低下するのみであるが、上り方向(光ファイバケーブル1a)では、信号光強度の低下と同時に励起光強度の低下が生じる。その結果、上り方向の信号の伝送品質は、下り方向に比べて著しく劣化してしまう。
【0020】
これに対し、励起光源2a、2b、2c、2dからの励起光強度を増加させることにより、上り方向の信号の伝送品質劣化を回復させることが可能となる。例えば、生じた損失が3dBであった場合、全励起光源の出力を2倍にすれば光ファイバケーブル1aに入力する励起光強度は断線前と同一レベルに戻すことができる。
【0021】
しかし、この場合には、励起光強度の低下が生じていない下り方向の信号入力側の光ファイバケーブル1cにおいても、励起光強度が断線前に比べて2倍に増大される。その結果、光ファイバケーブル1cでは信号光強度が著しく増加し、特に波長多重伝送において問題となる、相互位相変調、四光波混合、および誘導ブリリュアン散乱といった非線形光学効果が発生し、下り方向の信号の伝送品質が劣化する。
【0022】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、光ファイバケーブル断線等の物理的障害に起因した損失増加による伝送品質劣化を抑圧した、分布定数型の光増幅中継器を得ることを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明に係る光増幅中継器は、2線双方向光伝送システムの光増幅中継器であって、第一の信号光に対応した第一の励起光を出力する第一の励起光源と、第二の信号光に対応した第二の励起光を出力する第二の励起光源と、前記第一及び第二の励起光源の出力強度をそれぞれ制御する制御手段と、前記第一の励起光と前記第二の励起光とを、分岐比a:b(ただしa>b)で合分波した第一光信号用励起光と、分岐比b:aで合分波した第二光信号用励起光とを出力する光合分波手段と、前記第一光信号用励起光に基づいて前記第一の方向の信号光を増幅する第一の光増幅手段と、前記第二光信号用励起光に基づいて前記第二の方向の信号光を増幅する第二の光増幅手段とを備える。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本実施の形態1のラマン増幅中継器の構成図である。図1において、1a、1b、1c、1dは伝送路かつラマン増幅媒体として用いる光ファイバケーブル、2a、2b、2c、2dは励起光源、3a、3bはそれぞれ前記励起光源2aと2b、ならびに2cと2dからの励起光を合波する光合波器、4は前記光合波器3aからの励起光P3aと前記光合波器3bからの励起光P3bを合波して、所定の分岐比で上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとを出力する光合分波器、5a、5bは信号光とラマン励起光とを合分波するWDMカプラ、6a、6bは光アイソレータ、7は前記励起光源2a、2b、2c、2dを制御する制御回路、8は給電ケーブル、9は前記給電線8から前記制御回路7へ電源を供給する電源回路、10は前記光合波器3a、3bからの励起光P3a、P3bを合波し、上り方向の回線用励起光P4aと下り方向の回線用励起光P4bとに均等に分波する光合分波器である。
【0025】
次に、上記の通り構成される本実施の形態1のラマン増幅中継器の動作について説明する。
各励起光源2a〜2dは、それぞれ光出力100mWで励起光を出力する。3aは励起光源2aと2bを合波し合成励起光P3aを出力する。同様に3bは励起光源2cと2dを合波し合成励起光P3bを出力する。
【0026】
光合分波器4は前記合成励起光P3aを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとを分岐比P5a:P5b=80:20で分岐して出力する。また、光合分波器4は前記合成励起光P3bを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとを分岐比P5a:P5b=20:80で分岐して出力する。
【0027】
上り方向回線用励起光P5aは、WDMカプラ5aに入力され光ファイバケーブル1aから出力された光信号と合成される。増幅後の光信号は光アイソレータ6aを経て、上り方向出力側の光ファイバケーブル1bに出力される。
同様に、下り方向回線用励起光P5bは、WDMカプラ5bに入力され光ファイバケーブル1cから出力された光信号と合成される。増幅後の光信号は光アイソレータ6bを経て、下り方向出力側の光ファイバケーブル1dに出力される。
【0028】
当該ラマン増幅中継器が正常動作をしている場合において、制御回路7は各励起光源2a〜2dに対し、予め設定された光強度(上記の例では100mW)で励起光を出力するように指示する。この場合、上り方向回線用励起光P5a及び下り方向回線用励起光P5bの光強度をそれぞれ200mWとなる。
【0029】
次に、上り方向用光ファイバケーブル1a及び下り方向用光ファイバケーブル1dのラマン増幅中継器直近において、光ファイバケーブルの断線障害が発生し、これを修復する際に損失が増加して、下り方向(光ファイバケーブル1d)では信号光強度が低下し、上り方向(光ファイバケーブル1a)では、信号光強度の低下と同時に励起光強度の低下が生じた場合について考える。ここで、当該修復に伴う各信号光及び励起光の損失増加量は3dBであるものとする。
【0030】
光通信システムの受信局では、光ファイバケーブルの修復に伴う各信号光及び励起光の損失増加量(3dB)を測定する。当該受信局は、上り方向回線用励起光P5aの損失増加量を補償するため、前記ラマン増幅中継器の制御回路7に対して、上り方向に対応した励起光源2a、2bの励起光強度を、100mWから200mWに増大させるための制御コマンドを、制御ケーブル(図1に図示せず)を用いて送信する。
【0031】
制御回路7は、上記制御コマンドに従い励起光源2a、2bの励起光強度を増大させる。この場合、合成励起光P3aの強度は400mWとなり、合成励起光P3bの強度は200mWとなる。
【0032】
光合分波器4は前記合成励起光P3a及びP3aを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとに前述の分岐比に従い分岐する。
即ち上り方向回線用励起光P5aは、合成励起光P3aからの320mW(=400mW×0.8)と、合成励起光P3bからの40mW(=200mW×0.2)の和360mWとなる。一方下り方向回線用励起光P5bは、合成励起光P3aからの80mW(=400mW×0.2)と、合成励起光P3bからの160mW(=200mW×0.8)の和である240mWとなる。
【0033】
その結果、光ケーブル断線の修復に伴う損失増加分3dBを考慮し、光ファイバケーブル1aには180mWの励起光が供給される。一方、光ファイバケーブル1cには240mWの励起光が供給され、上り/下り方向の励起光の分配は正常状態に近い状態となる。
【0034】
図2は、上り方向の入力端直近の光ファイバが断線し、その修復によって3dBの損失増加が生じた場合において、ラマン増幅中継器内の第1の光合分波器4の分岐比によって伝送品質の一指標であるQ値と信号光出力強度がどのように変化するかを表した特性図である。
ここで上記特性図2は、光通信システムの総光ケーブル長12,000km、中継器間隔50km(うち中継器出力側35kmは有効コア断面積が広い正分散ファイバ、中継器入力側15kmは有効コア断面積が狭い負分散ファイバ)、励起光源の出力強度は100mWで、光ファイバケーブル1a、1cと励起光源との間にある光部品の損失和は1dB、ラマン利得は12.3dB、1チャネルあたりの信号光の送信レベルを−5.8dBmであるものと仮定して、シミュレーション演算した結果である。
【0035】
図2より、正常時に13.1dBであったQ値は、3dBの損失増加によって12.8dBにまで劣化する。ここで、3台の中継器により中継処理が行われた後に、上り方向の信号光出力強度が切断修復点以前の光信号強度まで回復するよう、損失増加箇所の下流にある3台の中継器の励起光強度をそれぞれ1dB増加させる補償を行うと、中継処理後の光信号のQ値は13.0dBに回復する。
【0036】
以上のとおり、上り方向の励起光強度変更によって、下り方向のQ値は第1の光合分波器4の分岐比によらずにほぼ一定に回復できる。しかし、前述した図7に示す従来のラマン増幅中継器のように、上り方向回線用励起光と下り方向回線用励起光の強度が同一である場合(第1の光合分波器4の分岐比が50:50である場合)には、下り方向の光信号出力強度は2.5dB増加する。
なお、対向方向(上り方向の入力端直近で断線障害が発生した場合における下り方向)の光信号強度の増加分は、前記第1の光合分波器4の分岐比が60:40の場合は1.8dB、70:30の場合は1.2dB、80:20の場合は0.8dBとなる。
【0037】
一般に波長多重で長距離光伝送を行う場合、信号光強度が強いことによって生じる四光波混合、相互位相変調、あるいは誘導ブリリュアン散乱といった非線形光学効果によって伝送品質が著しく劣化することになるため、過度の光強度増加は好ましくない。
【0038】
以上の通り、本実施の形態1のラマン増幅中継器によれば、第1の光光合分波器4の分岐比を非均等でかつ、対応する励起光源2a、2bからの励起光の比率が他の励起光源2c、2dより大きくなるように選択することにより、光海底ケーブルシステムのように伝送距離が非常に長く、挿入される中継器の段数が多い光通信システムにおいて、光ファイバケーブルの物理的障害の修復の際に生じる損失増加による通信品質(Q値)の劣化を適切に補償しつつ、光信号出力強度増加に伴う伝送品質劣化も抑圧することが可能である。
【0039】
なお、本実施の形態1では第1の光合分波器4の分岐比が80:20(対向方向については20:80)である場合について説明したが、当該分岐比は60:40から90:10の範囲内で、予備的な実験や計算機シミュレーションに基づいて適切な値が設定され、ラマン利得の設定値や光信号の送信レベルを変えることで適切な分岐比が異なる。
【0040】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、光ファイバーケーブルをラマン増幅媒体とするラマン増幅中継器において、分岐比が均等ではない光合分波器を用いて複数の励起光源の出力を合分波処理したが、本実施の形態2では、EDFケーブルを入力側の伝送路媒体として用いるEDF増幅中継器において分岐比が均等ではない光合分波器を用いる。
なお、本実施の形態2と前記実施の形態1とは、入力側の伝送路媒体がEDFケーブルである点が異なるものであり、その他の構成は同様であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0041】
図3は本実施の形態2のEDF増幅中継器の構成図である。図3にといて、13a、13bは入力側の伝送路媒体として用いられるEDFケーブルである。
【0042】
次に、上記の通り構成される本実施の形態2のEDF増幅中継器の動作について説明する。
各励起光源2a〜2dは、それぞれ光出力100mWで励起光を出力する。3aは励起光源2aと2bを合波し合成励起光P3aを出力する。同様に3bは励起光源2cと2dを合波し合成励起光P3bを出力する。
【0043】
光合分波器4は前記合成励起光P3aを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとを分岐比P5a:P5b=80:20で分岐して出力する。また、光合分波器4は前記合成励起光P3bを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとを分岐比P5a:P5b=20:80で分岐して出力する。
【0044】
当該EDF増幅中継器が正常動作をしている場合において、制御回路7は各励起光源2a〜2dに対し、予め設定された光強度(上記の例では100mW)で励起光を出力するように指示する。この場合、上り方向回線用励起光P5a及び下り方向回線用励起光P5bの光強度をそれぞれ200mWとなる。
【0045】
次に、上り方向用EDFケーブル13a及び下り方向用光ファイバケーブル1dのEDF増幅中継器直近において、光ファイバケーブルの断線障害が発生し、これを修復する際に損失が増加して、下り方向(光ファイバケーブル1d)では信号光強度が低下し、上り方向(EDFケーブル13a)では、信号光強度の低下と同時に励起光強度の低下が生じた場合について考える。ここで、当該修復に伴う各信号光及び励起光の損失増加量は3dBであるものとする。
【0046】
制御回路7は、上記の通り推定された上り方向回線用励起光P5aの損失増加量を補償するため、上り方向に対応した励起光源2a、2bの励起光強度を、100mWから200mWに増大させる。この場合、合成励起光P3aの強度は400mWとなり、合成励起光P3bの強度は200mWとなる。
【0047】
光合分波器4は前記合成励起光P3a及びP3aを入力し、上り方向回線用励起光P5aと下り方向回線用励起光P5bとに前述の分岐比に従い分岐する。
即ち上り方向回線用励起光P5aは、合成励起光P3aからの320mW(=400mW×0.8)と、合成励起光P3bからの40mW(=200mW×0.2)の和360mWとなる。一方下り方向回線用励起光P5bは、合成励起光P3aからの80mW(=400mW×0.2)と、合成励起光P3bからの160mW(=200mW×0.8)の和である240mWとなる。
【0048】
その結果、EDFケーブル13aには180mWの励起光が供給される。一方、光ファイバケーブル1cには240mWの励起光が供給され、上り/下り方向の励起光の分配は正常状態に近い状態となる。
【0049】
以上のように第1の光光合分波器4の分岐比を非均等でかつ、対応する励起光源2a、2bからの励起光の比率が他の励起光源2c、2dより大きくなるように選択することにより、光海底ケーブルシステムのように伝送距離が非常に長く、挿入される中継器の段数が多い光通信システムにおいて、光ファイバケーブルの物理的障害の修復の際に生じる損失増加による通信品質(Q値)の劣化を適切に補償しつつ、光信号出力強度増加に伴う伝送品質劣化も抑圧することが可能である。
【0050】
なお、本実施の形態2では第1の光合分波器4の分岐比が80:20(対向方向については20:80)である場合について説明したが、当該分岐比は60:40から90:10の範囲内で、予備的な実験や計算機シミュレーションに基づいて適切な値が設定されるものであり、光信号の送信レベルを変えることで適切な分岐比が異なる。
【0051】
なお、本実施の形態2ではEDF増幅中継器の入力側の伝送媒体としてEDFケーブルを用いたが、このような構成に限定されるものではなく、ツリウム、プラセオジウムといった他の希土類元素を添付した光ファイバを用いても同様の効果を得ることは当然可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光海底ケーブルシステムのように伝送距離が非常に長く、挿入される中継器の段数が多い光通信システムにおいて、光ファイバケーブルの物理的障害の修復の際に生じる損失増加による通信品質(Q値)の劣化を適切に補償しつつ、光信号出力強度増加に伴う伝送品質劣化も抑圧することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のラマン増幅中継器の構成図である。
【図2】本発明の実施の形態1の光合分波器の分岐比と伝送品質(Q値)及び信号光出力強度の関係を表した特性図である。
【図3】本発明の実施の形態2のEDF増幅中継器の構成図である。
【図4】従来例の冗長構成を有するEDF増幅中継器の構成図である。
【図5】従来例の冗長構成のないEDF増幅中継器の構成図である。
【図6】EDF増幅中継器のセルフヒーリング効果を示した説明図である。
【図7】従来例の冗長構成を有するラマン増幅中継器の構成図である。
【符号の説明】
1a、1b、1c、1d 光ファイバケーブル
2a、2b、2c、2d 励起光源
3a、3b 光合波器
4 第1の光合分波器
5a、5b WDMカプラ
6a、6b 光アイソレータ
7 制御回路
8 給電ケーブル
9 電源回路
10 第2の光合分波器
11a、11b EDF
12a、12b 光フィルタ
13a、13b EDFケーブル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplification repeater to which a distributed constant type optical amplification technique using an optical fiber as a transmission line and an amplification medium is applied.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical communication system, an amplifier using an erbium-doped optical fiber (hereinafter, referred to as “EDF”: Erbium Doped Fiber) has been generally adopted. This EDF amplifier repeater has an amplification band characteristic of 40 nm of 1530 to 1570 nm which is called C band, but the optical fiber is lengthened and the amplification band is shifted to a longer wavelength side, so that it is called 1570 to 1610 nm which is called L band. Even when a long-wavelength EDF amplifier repeater having an amplification characteristic of 40 nm is used together, the amplification bandwidth is limited to 80 nm, which is a major factor that limits the expansion of the transmission capacity of the optical communication system.
[0003]
Also, when the C-band and L-band EDF amplifying repeaters are used together, an optical coupler for multiplexing / demultiplexing different wavelength bands is required. However, the loss of the multiplexing optical coupler is caused by the input signal level to the repeater. And the noise figure is equivalently degraded. In an optical communication system having a relatively short relay distance such as a terrestrial system, the influence of noise figure degradation is small. However, in an optical communication system having a very long relay distance (for example, transoceanic distance) such as an optical submarine cable system, noise is reduced. Due to the deterioration of the signal-to-noise ratio (hereinafter referred to as “SNR”) due to the exponential deterioration, the communication quality may be significantly reduced and the communication may be disabled.
[0004]
As a method for solving such a problem, development of a Raman amplifier using stimulated Raman scattering phenomenon, which is a nonlinear effect of an optical fiber, has been actively performed in recent years. Raman amplification is a phenomenon in which light amplification is possible by using light having a short wavelength of about 100 nm and high light intensity with respect to the wavelength of signal light as excitation light.
[0005]
In this Raman amplification, signal light of an arbitrary wavelength can be selectively amplified by setting the pumping light wavelength, and it is easy to broaden the signal wavelength. In addition, since the Raman amplifier can use the optical fiber itself, which is the transmission line, as an amplifying medium, it can amplify in a distributed manner in the longitudinal direction, and can reduce the SNR degradation as compared with a lumped EDF amplifier repeater. It also has the advantage of suppressing power and enabling long-distance transmission.
[0006]
Therefore, there is a great advantage in applying the Raman amplifier as a repeater in an optical submarine cable system in which the characteristics of the transmission line fiber are stable, as compared with a terrestrial system in which the dispersion of the transmission characteristics of the optical fiber is relatively large.
[0007]
On the other hand, in an optical submarine cable system, a repeater or an optical fiber cable laid on the sea floor cannot be easily repaired, so that the repeater is required to have a reduced number of parts and high reliability.
[0008]
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional optical amplifying repeater for an optical submarine cable system (for example, see Patent Document 1).
In FIG. 4, 11a and 11b are EDFs, 2a and 2b are pump light sources, 5a and 5b are WDM couplers for multiplexing pump light and signal light, 7 is a control circuit for the
[0009]
When a rare earth-doped optical fiber typified by the
[0010]
Further, by designing the
[0011]
Here, the second optical multiplexer /
Specifically, when the branching ratio of the second optical multiplexer /
[0012]
However, when the branching ratio of the second optical multiplexer /
[0013]
FIG. 6 is a characteristic diagram of the amplification gain of the EDF amplification repeater. The dependency of the gain of the EDF amplifier repeater on the input light intensity has a self-healing effect. The amplification gain is almost constant in a region where the input light intensity is small, but the gain is saturated as the input light intensity increases. Therefore, when the EDF amplification repeater is operated in the saturation region of the amplification gain, the change in the output light intensity is suppressed with respect to the change in the input light intensity, and the output light intensity can be stabilized. Therefore, fluctuations in transmission path loss of optical fiber cables and output fluctuations caused by an increase in loss that occurs when repairing optical fiber cables that have suffered a physical failure such as cable disconnection are suppressed, and the output of the repeater is kept constant. Quality can be stabilized.
[0014]
[Patent Document 1]
Patent No. 2669483 (paragraphs [0018] to [0024], FIG. 1)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, by applying the redundant configuration of the pump light source to the Raman amplifier, it is possible to suppress the performance deterioration due to the failure of the pump light source and to enhance the reliability of the optical communication system. However, when a distributed constant Raman amplifier using the transmission line optical fiber cable itself as an amplifying medium is applied as a repeater, the influence of a physical obstacle such as an optical fiber cable disconnection causes the following problems.
[0016]
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional Raman amplification repeater employing a redundant configuration. In FIG. 7,
[0017]
When the intensity of the pumping light from the pumping
[0018]
The pump lights P3a and P3b are further multiplexed by the second optical multiplexer /
[0019]
Here, consider a case where a disconnection failure of the optical fiber cable has occurred.
In the Raman amplification repeater, the upstream optical fiber cable 1a on the input side and the downstream optical fiber cable 1d on the output side are housed in the same cable bundle. If a disconnection occurs immediately near the left splicer in the figure during Raman amplification, the input optical fiber 1a is disconnected in the upward direction, and the output optical fiber 1d is disconnected in the downward direction. Here, when the broken optical fiber cable is repaired, the loss increases, and only the signal light intensity decreases in the downward direction (optical fiber cable 1d), but the signal light intensity decreases in the upward direction (optical fiber cable 1a). At the same time as the decrease, the intensity of the excitation light decreases. As a result, the transmission quality of the signal in the upstream direction is significantly degraded as compared with the transmission quality in the downstream direction.
[0020]
On the other hand, by increasing the intensity of the pumping light from the pumping
[0021]
However, in this case, even in the optical fiber cable 1c on the downstream signal input side where the intensity of the excitation light does not decrease, the intensity of the excitation light is doubled as compared to before the disconnection. As a result, the signal light intensity is significantly increased in the optical fiber cable 1c, and non-linear optical effects such as cross-phase modulation, four-wave mixing, and stimulated Brillouin scattering, which are particularly problematic in wavelength division multiplexing transmission, occur, and the downstream signal Transmission quality deteriorates.
[0022]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a distributed constant type optical amplifying repeater that suppresses transmission quality deterioration due to an increase in loss due to a physical failure such as a broken optical fiber cable. The purpose is to get.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, an optical amplifying repeater according to the present invention is an optical amplifying repeater of a two-wire bidirectional optical transmission system, wherein a first pump corresponding to a first signal light is provided. A first pumping light source that outputs light, a second pumping light source that outputs a second pumping light corresponding to the second signal light, and an output intensity of the first and second pumping light sources, respectively. A control means, a first optical signal pump light obtained by multiplexing and demultiplexing the first pump light and the second pump light at a branch ratio a: b (where a> b), and a branch ratio b: a Optical multiplexing / demultiplexing means for outputting the second optical signal excitation light multiplexed / demultiplexed in the first optical amplification means for amplifying the signal light in the first direction based on the first optical signal excitation light And second optical amplification means for amplifying the signal light in the second direction based on the second optical signal pump light.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of the Raman amplification repeater according to the first embodiment. In FIG. 1,
[0025]
Next, the operation of the Raman amplification repeater according to the first embodiment configured as described above will be described.
Each of the
[0026]
The optical multiplexer /
[0027]
The uplink pump light P5a is input to the
Similarly, the downstream line pump light P5b is combined with the optical signal input to the
[0028]
When the Raman amplification repeater is operating normally, the
[0029]
Next, in the vicinity of the Raman amplification repeater of the upstream optical fiber cable 1a and the downstream optical fiber cable 1d, a disconnection failure of the optical fiber cable occurs. Consider a case where the signal light intensity decreases in the (optical fiber cable 1d) and the pump light intensity decreases simultaneously with the signal light intensity in the upstream direction (optical fiber cable 1a). Here, it is assumed that the amount of increase in loss of each signal light and pump light accompanying the restoration is 3 dB.
[0030]
The receiving station of the optical communication system measures the loss increase (3 dB) of each signal light and pump light accompanying the restoration of the optical fiber cable. In order to compensate for the loss increase of the uplink line pumping light P5a, the receiving station sends the pumping light intensity of the pumping
[0031]
The
[0032]
The optical multiplexer /
That is, the upstream line pump light P5a is a total of 360 mW of 320 mW (= 400 mW × 0.8) from the combined pump light P3a and 40 mW (= 200 mW × 0.2) from the combined pump light P3b. On the other hand, the downlink line pump light P5b is 240 mW, which is the sum of 80 mW (= 400 mW × 0.2) from the combined pump light P3a and 160 mW (= 200 mW × 0.8) from the combined pump light P3b.
[0033]
As a result, 180 mW of excitation light is supplied to the optical fiber cable 1a in consideration of a loss increase of 3 dB due to restoration of the optical cable disconnection. On the other hand, the pump light of 240 mW is supplied to the optical fiber cable 1c, and the distribution of the pump light in the up / down direction is in a state close to a normal state.
[0034]
FIG. 2 shows the transmission quality by the branching ratio of the first optical multiplexer /
Here, FIG. 2 shows that the total optical cable length of the optical communication system is 12,000 km, the repeater interval is 50 km (of which 35 km is the positive dispersion fiber with a large effective core area on the repeater output side, and 15 km is the effective core cutoff on the repeater input side). Negative dispersion fiber having a small area), the output intensity of the pump light source is 100 mW, the sum of losses of the optical components between the optical fiber cables 1a and 1c and the pump light source is 1 dB, the Raman gain is 12.3 dB, and the per channel This is the result of a simulation operation assuming that the transmission level of the signal light is -5.8 dBm.
[0035]
As shown in FIG. 2, the Q value which was 13.1 dB at the time of normal operation is degraded to 12.8 dB due to a loss increase of 3 dB. Here, after the relaying process is performed by the three repeaters, the three repeaters downstream of the loss increase point so that the signal light output intensity in the upstream direction recovers to the optical signal intensity before the disconnection restoration point. Is performed, the Q value of the optical signal after the relay processing is restored to 13.0 dB.
[0036]
As described above, by changing the pumping light intensity in the upward direction, the Q value in the downward direction can be recovered to almost constant regardless of the branching ratio of the first optical multiplexer /
The increase in the optical signal strength in the opposite direction (downward direction when a disconnection failure occurs immediately near the input end in the upward direction) is determined when the branching ratio of the first optical multiplexer /
[0037]
In general, when performing long-distance optical transmission by wavelength division multiplexing, transmission quality is significantly degraded by nonlinear optical effects such as four-wave mixing, cross-phase modulation, or stimulated Brillouin scattering caused by high signal light intensity. An increase in light intensity is not preferred.
[0038]
As described above, according to the Raman amplification repeater of the first embodiment, the splitting ratio of the first optical multiplexer /
[0039]
In the first embodiment, the case where the branching ratio of the first optical multiplexer /
[0040]
In the first embodiment, in a Raman amplification repeater using an optical fiber cable as a Raman amplification medium, the outputs of a plurality of pumping light sources are subjected to multiplexing / demultiplexing processing by using an optical multiplexer / demultiplexer having a non-uniform branching ratio. In the second embodiment, an optical multiplexer / demultiplexer in which the branching ratio is not uniform is used in an EDF amplifying repeater that uses an EDF cable as a transmission line medium on the input side.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the transmission path medium on the input side is an EDF cable, and other configurations are the same. The description is omitted by attaching the reference numerals.
[0041]
FIG. 3 is a configuration diagram of the EDF amplification repeater according to the second embodiment. In FIG. 3,
[0042]
Next, the operation of the EDF amplifying repeater according to the second embodiment configured as described above will be described.
Each of the
[0043]
The optical multiplexer /
[0044]
When the EDF amplifying repeater is operating normally, the
[0045]
Next, in the vicinity of the EDF amplifier repeater of the
[0046]
The
[0047]
The optical multiplexer /
That is, the upstream line pump light P5a is a total of 360 mW of 320 mW (= 400 mW × 0.8) from the combined pump light P3a and 40 mW (= 200 mW × 0.2) from the combined pump light P3b. On the other hand, the downlink line pump light P5b is 240 mW, which is the sum of 80 mW (= 400 mW × 0.2) from the combined pump light P3a and 160 mW (= 200 mW × 0.8) from the combined pump light P3b.
[0048]
As a result, 180 mW of excitation light is supplied to the
[0049]
As described above, the branching ratio of the first optical multiplexer /
[0050]
In the second embodiment, the case where the branching ratio of the first optical multiplexer /
[0051]
In the second embodiment, the EDF cable is used as the transmission medium on the input side of the EDF amplification repeater. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the optical fiber to which other rare earth elements such as thulium and praseodymium are attached. It is naturally possible to obtain the same effect by using a fiber.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an optical communication system having a very long transmission distance and a large number of inserted repeaters, such as an optical submarine cable system, when repairing a physical failure of an optical fiber cable, It is possible to appropriately compensate for the deterioration of the communication quality (Q value) due to the increase in the loss and to suppress the deterioration of the transmission quality due to the increase in the output intensity of the optical signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a Raman amplification repeater according to
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a branching ratio, transmission quality (Q value), and signal light output intensity of the optical multiplexer / demultiplexer according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of an EDF amplification repeater according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional EDF amplifying repeater having a redundant configuration.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional EDF amplifying repeater without a redundant configuration.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a self-healing effect of the EDF amplification repeater.
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional Raman amplification repeater having a redundant configuration.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, 1c, 1d
12a,
Claims (6)
第一の信号光に対応した第一の励起光を出力する第一の励起光源と、
第二の信号光に対応した第二の励起光を出力する第二の励起光源と、
前記第一及び第二の励起光源の出力強度をそれぞれ制御する制御手段と、
前記第一の励起光と前記第二の励起光とを、分岐比a:b(ただしa>b)で合分波した第一光信号用励起光と、分岐比b:aで合分波した第二光信号用励起光とを出力する光合分波手段と、
前記第一光信号用励起光に基づいて前記第一の方向の信号光を増幅する第一の光増幅手段と、
前記第二光信号用励起光に基づいて前記第二の方向の信号光を増幅する第二の光増幅手段とを備えたことを特徴とする光増幅中継器。An optical amplification repeater for a two-wire bidirectional optical transmission system,
A first pumping light source that outputs a first pumping light corresponding to the first signal light,
A second pumping light source that outputs a second pumping light corresponding to the second signal light,
Control means for controlling the output intensity of the first and second excitation light sources,
A first optical signal pumping light obtained by multiplexing / demultiplexing the first pumping light and the second pumping light at a branching ratio a: b (where a> b), and a multiplexing / demultiplexing at a branching ratio b: a Optical multiplexing / demultiplexing means for outputting the pumping light for the second optical signal,
First optical amplification means for amplifying the signal light in the first direction based on the first optical signal excitation light,
An optical amplifying repeater comprising: a second optical amplifier that amplifies the signal light in the second direction based on the second optical signal pump light.
第一及び第二の光増幅手段は、信号光を伝送して光増幅中継器に入力するとともに、各々対応する第一光信号用励起光若しくは第二光信号用励起光に基づいて前記信号光をラマン増幅処理する光ファイバケーブルを有する構成とされたことを特徴とする、請求項1ないし4の何れかに記載の光増幅中継器。The first and second pump light sources output pump light having a predetermined wavelength for stimulated Raman amplification of the signal light,
The first and second optical amplifying means transmit the signal light and input it to the optical amplifying repeater, and the signal light based on the corresponding first optical signal pumping light or second optical signal pumping light, respectively. The optical amplifying repeater according to any one of claims 1 to 4, further comprising an optical fiber cable for performing Raman amplification processing on the optical fiber.
第一及び第二の励起光源は、前記希土類添加光ファイバを励起させる所定波長の励起光を出力する構成とされたことを特徴とする、請求項1ないし4の何れかに記載の光増幅中継器。The first and second optical amplifying means transmit the signal light and input it to the optical amplifying repeater, and the signal light based on the corresponding first optical signal pumping light or second optical signal pumping light, respectively. Having a rare earth doped optical fiber cable for amplifying the
The optical amplification repeater according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second pumping light sources are configured to output pumping light of a predetermined wavelength for pumping the rare-earth-doped optical fiber. vessel.
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