JP2005079532A - Optical repeater and optical relay/transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光ファイバにより伝送される信号光を光増幅する光中継装置及び光中継伝送システムに関するものである。 The present invention relates to an optical repeater and an optical repeater transmission system for optically amplifying signal light transmitted through an optical fiber.
現在、長距離光伝送システムを実現するための光増幅中継方式としては、エルビウムドープファイバ(EDF:Erbium−DopEDFiber)を用いて光増幅する方式が広く普及している.
EDFを用いる光増幅中継方式は、980nmまたは1480nm帯のいずれかの波長の励起光を出力する半導体レーザを励起光源とすることで、信号光の安定した光増幅特性が得られる。また、信号光の増幅効率もよいことから、簡単な構成で低消費電力な光中継装置を実現することができる利点を有している。
At present, as an optical amplification repeater for realizing a long-distance optical transmission system, an optical amplification using an erbium-doped fiber (EDF: Erbium-DopEDFiber) is widely used.
In the optical amplification repeater system using EDF, a stable optical amplification characteristic of signal light can be obtained by using a semiconductor laser that outputs excitation light having a wavelength of either 980 nm or 1480 nm as an excitation light source. Further, since the amplification efficiency of the signal light is good, there is an advantage that an optical repeater with a simple configuration and low power consumption can be realized.
また、EDFを用いる光増幅中継方式は、何らかの原因で信号光のパワーが低下した際には、励起光のパワーを増加させずとも利得が増加して、信号光のパワー低下量を少なく抑える特性を有し、信号光が光中継装置を数段通過した地点では、ほぼ正常な信号光のパワーに復帰する特性を有している。
つまり、光中継装置が入力する信号光のパワーが低い程、高利得となる利得飽和特性を有している。このように、障害耐力に優れる点が実システムの運用時において重要な利点となる。
In addition, the optical amplifying and relaying method using EDF has a characteristic that, when the power of the signal light is reduced for some reason, the gain is increased without increasing the power of the pumping light, and the power reduction amount of the signal light is reduced. At a point where the signal light has passed through several stages of the optical repeater, it has a characteristic of returning to almost normal signal light power.
In other words, the lower the power of the signal light input to the optical repeater, the higher the gain saturation characteristic. Thus, the point which is excellent in fault tolerance becomes an important advantage at the time of operation of a real system.
波長多重光伝送によって大容量伝送を行う場合、Cバンド(C帯)と言われる1530〜1560nmの波長帯を信号波長として選定すると、EDFの増幅効率を最も高めることができ、低消費電力で光中継装置を実現することができる。
波長多重数を増加させて、更なる大容量化を図る場合には、信号光の波長数に応じて光中継装置の高出力化が必要となるが、増幅効率の低いCバンド以外の波長帯に増幅帯域を広げることは、光中継装置の効率低下を招き、高出力化を妨げる要因となる。したがって、信号光の波長間隔を狭くすることでCバンドの利用効率を高め、波長多重数を増加させることが望ましい。
When large-capacity transmission is performed by wavelength multiplexing optical transmission, if the wavelength band of 1530 to 1560 nm, which is called C band (C band), is selected as the signal wavelength, the amplification efficiency of EDF can be maximized, and light can be consumed with low power consumption. A relay device can be realized.
To increase the capacity by increasing the number of wavelength multiplexing, it is necessary to increase the output of the optical repeater according to the number of wavelengths of the signal light, but the wavelength band other than the C band with low amplification efficiency. If the amplification band is widened, the efficiency of the optical repeater will be reduced, which will hinder high output. Therefore, it is desirable to increase the C-band utilization efficiency and increase the number of wavelength multiplexing by narrowing the wavelength interval of the signal light.
また、システム全体の消費電力とコストを抑えた光伝送システムを実現するためには、中継間隔を伸長し、光中継装置の数を少なく抑えることが有効である。そのためにも、光中継装置を高出力化して、信号光をより高いSNR(Signal to Noise Ratio)で中継することが有効である。
ところが、光ファイバに入射する信号光のパワーを過度に高くすると、信号光を伝送する光ファイバ中の非線形現象による伝送特性の劣化が問題となる。光ファイバの有効断面積にも依るが、目安として許容される1波当たりの信号光のパワー上限を0dBmとし、128波の信号光の多重を想定すると、光中継装置の出力は21dBmが上限となる。
In order to realize an optical transmission system that suppresses power consumption and cost of the entire system, it is effective to extend the relay interval and reduce the number of optical repeaters. For this purpose, it is effective to increase the output of the optical repeater and relay the signal light with a higher signal-to-noise ratio (SNR).
However, when the power of the signal light incident on the optical fiber is excessively increased, degradation of transmission characteristics due to a nonlinear phenomenon in the optical fiber that transmits the signal light becomes a problem. Although it depends on the effective cross-sectional area of the optical fiber, if the upper limit of the signal light power per wave allowed as a guide is 0 dBm and the multiplexing of 128 wave signal lights is assumed, the output of the optical repeater is 21 dBm. Become.
光中継装置をそれ以上高出力化することなく、中継間隔を伸延する方法としては、光中継装置の雑音特性を改善することで、より高い信号光のSNRで中継することが考えられる。
雑音特性の改善には、信号光を伝送する光ファイバにおけるラマン増幅を併用することが有効である。例えば、以下の特許文献1に開示されている光増幅器は、EDFの雑音特性が比較的悪いLバンドにラマン増幅を併用することで、雑音特性を改善するようにしている。
As a method of extending the repeat interval without further increasing the output of the optical repeater, it is conceivable to repeat with a higher SNR of signal light by improving the noise characteristics of the optical repeater.
In order to improve noise characteristics, it is effective to use Raman amplification in an optical fiber that transmits signal light. For example, an optical amplifier disclosed in
従来の光中継装置は以上のように構成されているので、EDFの雑音特性が比較的悪いLバンドの信号光をラマン増幅することができるが、Cバンドの信号光の増幅特性を改善することができない課題があった。
また、信号光を伝送する光ファイバの障害によって、信号光のパワーが低下する場合には、EDFが本質的に持つ特性によって、波長多重された信号光の間で利得が不揃いとなり、パワーがばらついてしまう課題もあった。
Since the conventional optical repeater is configured as described above, L-band signal light having relatively poor EDF noise characteristics can be Raman-amplified, but C-band signal light amplification characteristics can be improved. There was a problem that could not be done.
In addition, when the power of the signal light is reduced due to the failure of the optical fiber that transmits the signal light, due to the inherent characteristics of the EDF, the gains are not uniform among the wavelength multiplexed signal lights, and the power varies. There was also a problem that ended up.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、Cバンドの信号光の増幅特性を改善することができるとともに、信号光のパワーの低下に対して利得傾斜の発生を抑制することができる光中継装置及び光中継伝送システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can improve the amplification characteristics of C-band signal light and suppress the occurrence of gain tilt with respect to a decrease in signal light power. An object of the present invention is to obtain an optical repeater and an optical repeater transmission system.
この発明に係る光中継装置は、希土類添加光ファイバが光ファイバ中に導入された励起光を利用してC帯の信号光を光増幅するとともに、その励起光の一部を透過させて、光ファイバにおいてC帯の信号光をラマン増幅させるようにしたものである。 In the optical repeater according to the present invention, the rare earth-doped optical fiber amplifies the C-band signal light using the pumping light introduced into the optical fiber and transmits a part of the pumping light to In the fiber, the C-band signal light is Raman-amplified.
この発明によれば、希土類添加光ファイバが光ファイバ中に導入された励起光を利用してC帯の信号光を光増幅するとともに、その励起光の一部を透過させて、光ファイバにおいてC帯の信号光をラマン増幅させるように構成したので、C帯の信号光の増幅特性を改善することができるとともに、信号光のパワーの低下に対して利得傾斜の発生を抑制することができる効果がある。 According to the present invention, the rare earth-doped optical fiber amplifies the C-band signal light using the pumping light introduced into the optical fiber, and transmits a part of the pumping light to transmit the C-band signal light in the optical fiber. Since the band-band signal light is amplified by Raman, the amplification characteristic of the C-band signal light can be improved, and the effect of suppressing the occurrence of gain tilt with respect to the decrease in the power of the signal light There is.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による光中継装置を示す構成図であり、図2はこの発明の実施の形態1による光中継伝送システムを示すシステム構成図である。
図において、光送信器1は電気信号をCバンド(C帯)の信号光に変換して送信し、光中継装置2は光送信器1又は前段の光中継装置2から送信された信号光を受信すると、その信号光を増幅して送信する。光受信器3は光中継装置2から送信された信号光を受信すると、その信号光を電気信号に変換する。
1 is a block diagram showing an optical repeater according to
In the figure, an
光ファイバ11a,11bは光送信器1又は前段の光中継装置2から送信されたCバンドの信号光を光中継装置2に伝送し、光ファイバ12a,12bは光中継装置2により増幅された信号光を後段の光中継装置2又は光受信器3に伝送する。
励起光源13は波長が1450〜1470nmの励起光を発振する半導体レーザを備えている。なお、励起光源13は発振した励起光の一部をファイバグレーティングによって反射させて半導体レーザに戻すようにしてもよい。この場合、発振する励起光の波長とパワーを安定化させることができる。
偏波合成器14a,14bは励起光源13の半導体レーザから発振された励起光を合成して3dBカプラ15に出力する。偏波合成器14a,14bによる励起光の合成によって、高出力の励起光が得られるとともに、励起光の無偏光化が図られる。これにより、ラマン増幅利得が信号光の偏光状態によって変動する偏光依存性を低減することができる。
3dBカプラ15は偏波合成器14a,14bから出力された励起光を合波し、合波後の励起光を分配してサーキュレータ16a,16bに出力する。サーキュレータ16a,16bは3dBカプラ15から出力された励起光の伝送方向が光ファイバ11a,11b中を伝送されてきたCバンドの信号光の伝送方向と逆方向になるように、その励起光を光ファイバ中に導入する。
なお、偏波合成器14a,14b、3dBカプラ15及びサーキュレータ16a,16bから励起光導入手段が構成されている。
The
The
The polarization beam combiners 14 a and 14 b synthesize pump light oscillated from the semiconductor laser of the
The 3
The polarization beam combiners 14a and 14b, the 3
希土類添加光ファイバであるEDF17a,17bは光ファイバの途中に挿入され、サーキュレータ16a,16bにより導入された励起光を利用してCバンドの信号光を光増幅するとともに、その励起光の一部を透過させて、光ファイバ11a,11bに与える。
利得等化器18a,18bは波長多重された信号光のパワー偏差を補正するものであって、波長に依存した損失特性を持ち、光ファイバ11a,11bにおけるラマン増幅で得られる利得やEDF17a,17bで得られる利得の波長特性を補正するように設計されている。
EDFs 17a and 17b, which are rare-earth-doped optical fibers, are inserted in the middle of the optical fiber, amplify the C-band signal light using the excitation light introduced by the
The
モニタカプラ19a,19bは光中継装置2から出力する信号光のパワーをモニタするために、その信号光のパワーの一部を分岐する。励起光除去フィルタ20a,20bはモニタカプラ19a,19bの分岐信号に含まれている励起光を除去する。モニタPD21a,21bは光中継装置2から出力する信号光のパワーをモニタする。OTDR経路22はモニタカプラ19aとモニタカプラ19bを接続する光の経路であって、陸上局から信号光を伝送する光ファイバや光中継装置2の状態を監視して、障害点を特定するための監視光を伝送する経路である。
The
励起光バイパス光アイソレータ23a,23bはEDF17a,17bを透過してきた励起光を光ファイバ11a,11bに与えるバイパス経路を備える一方、サーキュレータ16a,16bなどで反射されてEDF17a,17bで増幅された、逆流する信号光を阻止する機能を備えている。
モニタカプラ24a,24bは光中継装置2へ入力する信号光のパワーをモニタするために、その信号光のパワーの一部を分岐する。励起光除去フィルタ25a,25bはモニタカプラ24a,24bの分岐信号に含まれている励起光(光ファイバ11a,11bに反射された励起光)を除去する。モニタPD26a,26bは光中継装置2へ入力する信号光のパワーをモニタする。
The excitation light bypass
The
なお、偏波合成器14a,14b、利得等化器18a,18b、モニタカプラ19a,19b、励起光除去フィルタ20a,20b、モニタPD21a,21b、励起光バイパス光アイソレータ23a,23b、モニタカプラ24a,24b、励起光除去フィルタ25a,25b及びモニタPD26a,26bは必要に応じて使用されるものであり、これらのすべてを備えていなくてもよい。
また、サーキュレータ16a,16bの代わりに、波長合波器を用いて励起光をEDF17a,17bに導くように構成してもよい。
The polarization beam combiners 14a and 14b, the
Moreover, you may comprise so that excitation light may be guide | induced to EDF17a, 17b using a wavelength multiplexer instead of
次に動作について説明する。
光送信器1又は前段の光中継装置2から送信された信号光は、光ファイバ11a,11b中を伝搬して光中継装置2に入力される。その際、信号光は、光ファイバ11a,11bにおいて、損失を受けて減衰する。
これにより、光中継装置2のEDF17a,17bの一端から信号光が入力される。
Next, the operation will be described.
The signal light transmitted from the
As a result, signal light is input from one end of the EDFs 17 a and 17 b of the
一方、励起光源13の半導体レーザが、波長1450〜1470nmの励起光を発振し、偏波合成器14a,14bが励起光源13の半導体レーザから発振された励起光を合成して3dBカプラ15に出力する。
3dBカプラ15は、偏波合成器14a,14bから励起光を受けると、それらの励起光を合波した後、合波後の励起光を分配してサーキュレータ16a,16bに出力する。
サーキュレータ16a,16bは、3dBカプラ15から出力された励起光の伝送方向が光ファイバ11a,11b中を伝送されてきたCバンドの信号光の伝送方向と逆方向になるように、その励起光を光ファイバ中に導入する。
これにより、光中継装置2のEDF17a,17bの他端から励起光が入力される。
On the other hand, the semiconductor laser of the pumping
When receiving the excitation lights from the
The
As a result, excitation light is input from the other ends of the
EDF17a,17bの一端から入力された信号光と、EDF17a,17bの他端から入力された励起光とは、逆方向に伝搬する後方励起の構成となり、EDF17a,17bは、その励起光を利用してCバンドの信号光を光増幅する。
これにより、EDF17a,17bの他端から入力された励起光の一部は、EDF17a,17bにおいて消費されるが、その一部はEDF17a,17bを透過して、光ファイバ11a,11bに到達する。
光ファイバ11a,11bでは、EDF17a,17bを透過した励起光を受けると、伝送中の信号光をラマン増幅する。
The signal light input from one end of the
Thereby, a part of the excitation light input from the other ends of the
In the
光ファイバ11a,11bにおけるラマン増幅は、光中継装置2に入力する前の信号光を増幅し、光中継装置2への入力パワーを高くする効果がある。
光中継装置2に入力した信号光は、上述したように、EDF17a,17bによって増幅される。EDF17a,17bから発生する雑音光によって、ある程度、SNRが劣化するが、入力パワーが高くなることは、そのSNRの劣化量を小さく抑える効果がある。
なお、励起光経路27で光ファイバ11a,11bに至る励起光のパワーは、ラマン増幅の効果を得るためには50mW以上が必要である。ラマン増幅効率のよい20μm2程度のシリカ系光ファイバを想定すると、50mWの励起光でラマン増幅の利得が3dB程度得られる。
それ以上の励起光パワーでは、パワー[mW]に比例してラマン増幅の利得[dB]が増加するため光SNRの改善効果が大きく、低雑音な光増幅が可能である。
The Raman amplification in the
As described above, the signal light input to the
Note that the power of the pumping light reaching the
When the pump light power is higher than that, the gain [dB] of Raman amplification increases in proportion to the power [mW], so that the effect of improving the optical SNR is great, and low-noise optical amplification is possible.
ここで、励起光の波長について説明する。
図3のグラフは、1450nm〜1500nmの波長範囲におけるEDFの特性例である。
縦軸はEDFの1m当たりの利得係数、あるいは、吸収係数を示している。吸収係数はEDFに吸収される効率を表し、利得係数はその逆に放出される効率を表している。
図3に示す波長範囲では、吸収の効率が放出の効率を大きく上回るため、効率よく吸収されることが分かる。
Here, the wavelength of the excitation light will be described.
The graph of FIG. 3 is a characteristic example of EDF in the wavelength range of 1450 nm to 1500 nm.
The vertical axis represents the gain coefficient or absorption coefficient per meter of EDF. The absorption coefficient represents the efficiency absorbed by the EDF, and the gain coefficient represents the efficiency released to the contrary.
In the wavelength range shown in FIG. 3, the absorption efficiency greatly exceeds the emission efficiency, so that it can be seen that the absorption is efficiently performed.
EDFで最も効率よく増幅を行うためには、信号光は1530〜1560nmのCバンドとし、励起光は効率よく励起光を吸収する1470〜1490nm、または、980nm帯を選択する。
しかし、この実施の形態1では、後述するように、ラマン増幅の効率も勘案して、EDFの吸収率がやや低い1450〜1470nmの波長帯を励起波長とするのがよい。
図3に示すように、1450〜1470nmの範囲でも、EDFの吸収率が極端に低下するものではないため、EDFによって十分に信号光の光増幅が可能である。また、EDFにおける励起光の吸収率が低めであることによって、EDFを透過する励起光パワーが多くなる。その結果、ラマン増幅による利得が高くなって、雑音特性の改善に寄与することになり、本発明の利にかなっている。
In order to perform amplification most efficiently with the EDF, the signal light is set to a C band of 1530 to 1560 nm, and the excitation light is selected from the 1470 to 1490 nm band or the 980 nm band that efficiently absorbs the excitation light.
However, in the first embodiment, as described later, in consideration of the efficiency of Raman amplification, the wavelength band of 1450 to 1470 nm where the absorption rate of EDF is slightly low is preferably used as the excitation wavelength.
As shown in FIG. 3, even in the range of 1450 to 1470 nm, the absorption rate of EDF does not extremely decrease, so that signal light can be sufficiently amplified by EDF. Further, since the absorption rate of the excitation light in the EDF is low, the excitation light power that passes through the EDF increases. As a result, the gain due to Raman amplification is increased, which contributes to the improvement of noise characteristics, which is advantageous for the present invention.
図4のグラフは、励起光波長が1440nm,1450nm,1460nm,1470nmの4通りについて、1530〜1560nmの信号光に対するラマン増幅利得の一例を示したものである。ただし、ここでいうラマン増幅利得は、励起光を入力することによって信号光が高くなる割合である。例えば、ラマン増幅利得が5dBであることは、光ファイバから出力される信号光のパワーが、励起光が光ファイバに入力されない場合に比べて、励起光を入力することによって5dB高くなることを意味する。
ただし、ここでは、ラマン増幅を行う光ファイバとして、有効断面積20μm2のシリカ系光ファイバを想定し、光ファイバに入力する励起光のパワーが100mWの場合である。
1450nm,1460nmを励起光波長とする場合には、高いラマン増幅利得が得られる一方、1440nmを励起光波長とする場合には、信号光に十分なラマン利得が得られない。また、励起波長が1470nmより長い領域では、単調にラマン増幅利得が低くなる。したがって、励起波長を1450〜1470nmの範囲とすることで、ラマン増幅による雑音特性の改善効果が大きく得られる。
The graph of FIG. 4 shows an example of Raman amplification gain for signal light of 1530 to 1560 nm for four types of pumping light wavelengths of 1440 nm, 1450 nm, 1460 nm, and 1470 nm. However, the Raman amplification gain here is a ratio at which the signal light is increased by inputting the excitation light. For example, the Raman amplification gain of 5 dB means that the power of the signal light output from the optical fiber is increased by 5 dB by inputting the pumping light as compared with the case where the pumping light is not input to the optical fiber. To do.
However, here, a silica-based optical fiber having an effective cross-sectional area of 20 μm 2 is assumed as an optical fiber for performing Raman amplification, and the power of pumping light input to the optical fiber is 100 mW.
When 1450 nm and 1460 nm are used as the pumping light wavelengths, a high Raman amplification gain is obtained. On the other hand, when 1440 nm is used as the pumping light wavelength, a sufficient Raman gain cannot be obtained for the signal light. In the region where the excitation wavelength is longer than 1470 nm, the Raman amplification gain decreases monotonously. Therefore, by setting the excitation wavelength in the range of 1450 to 1470 nm, the effect of improving noise characteristics by Raman amplification can be greatly obtained.
次に、EDFの設計について説明する。
図5のグラフは、EDF吸収量を横軸に示している。このEDF吸収量は、波長1550nmの微弱な光をEDFに入力した際に吸収される量を示したものであり、EDFへのエルビウムイオンのドープ濃度やEDFの長さの設計で決まる値である。EDFに入力する励起光の波長を1460nm、パワーを250mWと仮定した場合の特性を計算した値を縦軸に示している。
Next, the design of the EDF will be described.
The graph of FIG. 5 shows the EDF absorption amount on the horizontal axis. This EDF absorption amount indicates the amount absorbed when weak light having a wavelength of 1550 nm is input to the EDF, and is a value determined by the design of the erbium ion doping concentration in the EDF and the length of the EDF. . The vertical axis shows the values calculated for the characteristics assuming that the wavelength of the excitation light input to the EDF is 1460 nm and the power is 250 mW.
「EDFA筐体利得(1)」は、EDFを内蔵する光中継装置2において信号光が増幅される利得であるが、EDF吸収量を多く設計する程、高い値が得られることが分かる。
その一方で、光中継装置2から出力されて光ファイバ11a,11bに至る励起光のパワーである「筐体出力励起光パワー」は、EDF吸収量が小さい程、大きい値となり、それに応じて光ファイバ11a,11bで得られるラマン増幅の利得である「ラマン利得(2)」も大きくなる。
光中継装置2の雑音指数(NF)に、ラマン増幅による雑音特性改善効果を加味した「中継器等価NF」は、「ラマン利得」の増加に対応して小さくなっており、雑音特性が改善することが分かる。
The “EDFA housing gain (1)” is a gain by which the signal light is amplified in the
On the other hand, the “housing output pumping light power”, which is the power of the pumping light output from the
“Repeater Equivalent NF”, which is obtained by adding the noise characteristic improvement effect by Raman amplification to the noise figure (NF) of the
「EDFA筐体利得(1)」と「ラマン利得(2)」の合計である「スパン利得(1)+(2)」は、この実施の形態1の光中継装置2で得られる信号光の全利得を示したものであるが、EDF吸収量が大きい程大きく、効率よく利得が得られる。逆に、EDF吸収量が小さい程「中継器等価NF」は小さくなり、ラマン増幅による雑音特性の改善効果が高いことを示している。
また、励起光源を高出力化することによっても、「筐体出力励起光パワー」が大きくなり、「中継器等価NF」を小さくすることができる。EDFのみの光増幅では雑音特性の改善は困難であったが、この実施の形態1の光中継装置2では、このように適切なEDF吸収量と励起光パワーに設計することによって、雑音特性の低減設計が可能である。
“Span gain (1) + (2)”, which is the sum of “EDFA housing gain (1)” and “Raman gain (2)”, is the signal light obtained by the
Further, by increasing the output of the pumping light source, the “housing output pumping light power” can be increased, and the “repeater equivalent NF” can be decreased. Although it is difficult to improve the noise characteristics by optical amplification using only the EDF, the
次に、光中継装置2の障害耐力について説明する。
信号光を伝送する光ファイバや、光ファイバに接続されている光中継装置2の劣化・修理などの障害によって、信号光のパワーが低下する場合を想定する。
図6のグラフは、何らかの原因で光ファイバ11a,11bに入力する信号光のパワーが低下した際について、利得の波長特性の変化量を示した計算値である。
1540〜1560nmの波長範囲で、等パワーで多重された信号光が正常なパワーで入力した場合、適切な利得等化器18a,18bによって全信号光が等しい利得を得るように設計されている場合を考えている。
Next, the fault tolerance of the
A case is assumed in which the power of the signal light is reduced due to a failure such as deterioration or repair of the optical fiber that transmits the signal light or the
The graph of FIG. 6 is a calculated value indicating the amount of change in the wavelength characteristic of the gain when the power of the signal light input to the
When signal light multiplexed with equal power in the wavelength range of 1540 to 1560 nm is input with normal power, all signal lights are designed to obtain equal gain by
励起光源13の出力パワーは、信号光の入力パワーにかかわらず一定とする。入力する信号光のパワーが3,6,10dBだけ低下した場合について、各波長の信号光が受ける利得をプロットしているが、ここで、グラフの縦軸は、波長1550nmの利得を基準とした相対値である。
信号光のパワーが3,6,10dBと低下量が大きくなるにしたがって利得の変動量が大きくなり、−0.025,−0.044,−0.064dB/nmの利得傾斜が発生していることが分かる。
The output power of the
As the power of the signal light is increased to 3, 6, and 10 dB, the amount of fluctuation in the gain increases, and gain tilts of −0.025, −0.044, and −0.064 dB / nm are generated. I understand that.
一方、図7のグラフは、同じく信号光のパワー低下に対して、ラマン増幅を用いずにEDFのみで光中継装置2を構成した場合の特性例を示している。
3,6,10dBの低下量に対して、−0.05,−0.09,−0.13dB/nmの利得傾斜が発生しているが、これは、実施の形態1の場合における図6と比べて、2倍程度に大きい量である。このように、この実施の形態1では、障害によって信号光のパワーが低下した場合に発生する利得傾斜の大きさを小さく抑える効果が得られる。
On the other hand, the graph of FIG. 7 shows a characteristic example in the case where the
The gain slopes of −0.05, −0.09, and −0.13 dB / nm are generated with respect to the decrease amounts of 3, 6, and 10 dB, which are the same as those in the first embodiment. The amount is about twice as large. As described above, according to the first embodiment, an effect of suppressing the magnitude of the gain tilt generated when the power of the signal light is reduced due to the failure can be obtained.
次に、この実施の形態1では、利得傾斜の発生が小さく抑えられる原理を説明する。
信号光のパワーが低下すると、EDF17a,17bにおいて、信号光の増幅に消費される励起光が減少し、光ファイバ11a,11bに出力される励起光が増加する。その結果、ラマン増幅の利得が大きくなり、EDF17a,17bへ入力する信号光のパワー低下量が抑えられるため、利得傾斜の発生を小さく抑えられる。
信号光のパワー低下量に応じてEDF17a,17bにて利得傾斜が発生することは、図7に示した通りであり、EDFが持つ本質的な特性である。このように、利得傾斜の発生を小さく抑える効果が、信号光と逆方向に伝搬するEDF17a,17bを透過した励起光を用いてラマン増幅を行う実施の形態1の構成によって得られる。
Next, in the first embodiment, the principle that the occurrence of the gain tilt is suppressed to be described.
When the power of the signal light decreases, the pumping light consumed for amplification of the signal light decreases in the
As shown in FIG. 7, the occurrence of gain tilt in the
また、この実施の形態1では、ラマン増幅利得は、図4に示すように波長が長い程、高い特性を持つが、光ファイバ11a,11bへ出力される励起光の増加によって、この傾向は強くなる。
例えば、励起光波長が1460nmの場合について、光ファイバ11a,11bに至る励起光のパワーが100,150,200mWに対して得られるラマン増幅の利得を図8に示す。
励起光パワーが100mWから150,200mWと増加するに伴って利得が増加するが、それに伴って利得傾斜も0.11dB/nmから、0.16,0.22db/nmと大きくなる。この傾向は、図7のようなEDFで発生する利得傾斜を打ち消す方向である。つまり、信号光のパワー低下時に光ファイバ11a,11bに至る励起光のパワーが増加することで、ラマン増幅の利得が持つ利得傾斜は、EDF17a,17bにて発生する利得傾斜を補償する効果があり、光中継装置全体としての利得傾斜の発生量を小さくすることができる。ここでは、励起波長が1460nmの場合を一例として説明したが、励起光の波長が1450〜1470nmの範囲であれば、同様の効果が得られる。
Further, in the first embodiment, the Raman amplification gain has a higher characteristic as the wavelength is longer as shown in FIG. 4, but this tendency is strong due to the increase of the pumping light output to the
For example, FIG. 8 shows the Raman amplification gain obtained when the pumping light wavelength reaches 1460 nm and the power of the pumping light reaching the
The gain increases as the pumping light power increases from 100 mW to 150,200 mW, and the gain slope increases from 0.11 dB / nm to 0.16, 0.22 db / nm. This tendency is in the direction of canceling the gain gradient generated in the EDF as shown in FIG. That is, when the power of the signal light decreases, the power of the pumping light reaching the
波長多重中継伝送システムにおいて発生した利得傾斜は、信号光間のパワーのばらつきとなり、一部の信号光については、正常時のパワーから外れることが伝送特性劣化につながる。システム設計時には、光ファイバの損失増加などによって運用中に発生する劣化を見込んだマージンを確保する必要があるが、利得傾斜の発生量が小さいこの実施の形態1の光中継装置2を用いる場合は、マージンが小さく、システム性能に無駄のない設計が可能となる。
The gain gradient generated in the wavelength division multiplex repeater system results in variations in power between the signal lights, and for some signal lights, deviating from the normal power leads to deterioration of transmission characteristics. At the time of system design, it is necessary to secure a margin that anticipates degradation that occurs during operation due to an increase in optical fiber loss, etc., but when using the
次に、励起光源13の障害について説明する。
励起光源13は、ラマン増幅とEDF17a,17bに対して共通化された励起光源であるため、一部の半導体レーザの出力が低下した場合でも、その影響を小さく抑えることができる。励起光源の数を従来の光中継装置と比べて増加させずとも、高信頼性が得られる構成である。
Next, the failure of the
Since the pumping
次に、励起光バイパスアイソレータ23a,23bについて説明する。
励起光バイパスアイソレータ23a,23bは、励起光をバイパスして信号光のみの逆流を阻止する光アイソレータであるが、励起光がEDF17a,17bから出力されて光ファイバ11a,11bへ至るのを妨げないために、励起光をバイパスする機能を有している。
例えば、励起光バイパスアイソレータ23a,23bを図9のように構成すると、励起光波長を分離する波長分波器32と波長合波器31によって、励起光がアイソレータ本体33を迂回する経路36→34→35を通る。順方向の信号光は、経路35からアイソレータ本体33を経て経路36へ通過するが、逆流する信号光は、経路36からアイソレータ本体33に入力して阻止される。
Next, the excitation
The pumping
For example, when the pumping
励起光バイパスアイソレータ23a,23bが必要となるのは、サーキュレータ16a,16bの入力端でわずかに反射された信号光がEDF17a,17bで増幅され、光ファイバ11a,11bで反射された後に、再びEDF17a,17bで増幅されることで発振状態となり、増幅特性が不安定となるような場合である。
光ファイバ11a,11bでラマン増幅を行う実施の形態1では、ラマン増幅によって光ファイバ11a,11bからの反射光のパワーが比較的強くなることから、発振によって不安定となる可能性が高く、励起光バイパスアイソレータ23a,23bの挿入が有効である。
The pumping
In the first embodiment in which Raman amplification is performed using the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、EDF17a,17bが励起光を利用してCバンドの信号光を光増幅するとともに、その励起光の一部を透過させて、光ファイバ11a,11bにおいてCバンドの信号光をラマン増幅させるように構成したので、Cバンドの信号光の増幅特性を改善することができるとともに、信号光のパワーの低下に対して利得傾斜の発生を抑制することができる効果を奏する。
つまり、この実施の形態1の光中継装置2は、EDF17a,17bの高効率性・障害耐力に、ラマン増幅の持つ低雑音特性を組合せた特性を持ち、中継間隔を伸延する効果がある。また、信号光のパワー低下に対しては、利得傾斜の発生を抑制する特性もあわせもつため、信頼性にも優れた方式を実現することができる。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the
That is, the
なお、EDF17a,17bとしては、Al(アルミニウム)、P(リン)などをエルビウムと共にドープすることで、利得の波長特性・増幅効率などを改善したEDFを用いても、この実施の形態1の効果が得られることは明らかである。
以上において、励起光の波長は、1450〜1470nmの範囲にある1つの波長のみを用いる場合を述べたが、複数の波長を励起光として用いる場合にも、この実施の形態1の効果が得られることは明らかである。
As the
Although the case where only one wavelength in the range of 1450 to 1470 nm is used as the wavelength of the excitation light has been described above, the effect of the first embodiment can be obtained even when a plurality of wavelengths are used as the excitation light. It is clear.
1 光送信器、2 光中継装置、3 光受信器、11a,11b 光ファイバ、12a,12b 光ファイバ、13 励起光源、14a,14b 偏波合成器(励起光導入手段)、15 3dBカプラ(励起光導入手段)、16a,16b サーキュレータ(励起光導入手段)、17a,17b EDF(希土類添加光ファイバ)、18a,18b 利得等化器、19a,19b モニタカプラ、20a,20b 励起光除去フィルタ、21a,21b モニタPD、22 OTDR経路、23a,23b 励起光バイパス光アイソレータ、24a,24b モニタカプラ、25a,25b 励起光除去フィルタ、26a,26b モニタPD、27 励起光経路、31 波長合波器、32 波長分波器、33 アイソレータ本体、34〜36 経路。 1 optical transmitter, 2 optical repeater, 3 optical receiver, 11a, 11b optical fiber, 12a, 12b optical fiber, 13 excitation light source, 14a, 14b polarization beam combiner (excitation light introducing means), 15 3 dB coupler (excitation) Light introduction means), 16a, 16b circulator (excitation light introduction means), 17a, 17b EDF (rare earth doped optical fiber), 18a, 18b gain equalizer, 19a, 19b monitor coupler, 20a, 20b excitation light removal filter, 21a , 21b Monitor PD, 22 OTDR path, 23a, 23b Excitation light bypass optical isolator, 24a, 24b Monitor coupler, 25a, 25b Excitation light removal filter, 26a, 26b Monitor PD, 27 Excitation light path, 31 Wavelength multiplexer, 32 Wavelength demultiplexer, 33 isolator body, 34 to 36 paths.
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