JP2014165858A - 光増幅器、光中継伝送装置及び光中継伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 光中継器で使用可能な光増幅器において、増幅すべき複数の波長帯に対応する複数の光信号を、より簡易な構成で一括して増幅するための技術を提供する。
【解決手段】本発明の光増幅器は、それぞれが複数の光信号に対応する複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する、カスケード接続された複数の光増幅部を備え、これらの光増幅部は、複数の光信号が入力される光入力部に対して接続される。また、複数の光増幅部のうちの隣り合う２つの光増幅部の間に、複数の第１光反射部を、光信号の伝搬方向において最後段の光増幅部の後段に、第２光反射部を設けることで、光入力部を介して入力され、光増幅部によって増幅された光信号を、通過してきた光増幅部を再び通過して光入力部を介して出力するように反射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光増幅器、光中継伝送装置及び光中継伝送システムに関し、より具体的には、それぞれ異なる波長帯の複数の光信号を一括して増幅する光増幅器、並びに当該光増幅器を備える光中継伝送装置及び光中継伝送システムに関する。

光アクセス伝送システムの一つに、一本の光伝送路及び通信帯域を複数の加入者で共有するＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが広く知られている。一般にＰＯＮシステムでは、局側の光回線終端装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）から加入者側の光回線終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）へ向かう下り伝送と、ＯＮＵからＯＬＴに向かう上り伝送とで、それぞれ最大で１Ｇｂｐｓの伝送速度で光信号を伝送する。

近年では、通信トラヒックの増大に応えるべく、上り及び下り伝送の最大伝送速度を１０倍に拡大した１０Ｇｂｐｓ級ＰＯＮシステムが提案されている。１０Ｇｂｐｓ級ＰＯＮシステムでは、機器の初期導入コストを抑えるために、既存の光アクセス分配網ＯＤＮ（Optical Distribution Network）を利用し、かつ、１０ＧｂｐｓのＰＯＮ機器を１ＧｂｐｓのＰＯＮ機器と共存させる構成が提案されている。

一方、ＰＯＮシステムのインフラコストを削減するため、ＯＬＴ−ＯＮＵ間の伝送距離を延長し、ＯＬＴの収容加入者数を拡大する技術が提案されている。このようなＰＯＮの長延化を実現するために、半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）や光ファイバ増幅器ＯＦＡ（Optical Fiber Amplifier）のような光増幅器で構成される光中継器をＯＤＮ内に挿入し、挿入した光中継器で上下光信号を中継増幅する技術が知られている。

ＰＯＮシステムでは、上下光信号にそれぞれ異なる波長帯の光を使用し、上り光信号と下り光信号との間の干渉を回避している。更に、１ＧｂｐｓのＰＯＮ機器と１０ＧｂｐｓのＰＯＮ機器とを共存させる構成では、１Ｇｂｐｓの上り及び下り伝送用に２つの波長の光を使用するのに加えて、１０Ｇｂｐｓの下り伝送用に、それらと異なる波長の光を使用する。なお、１０Ｇｂｐｓの上り伝送は、既存１ＧｂｐｓのＰＯＮ機器と同じ波長帯を使用することが一般的である。したがって、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの共存システムにおいて中継増幅を実現するためには、少なくとも３つの波長帯において中継増幅を実行可能な光増幅器がそれぞれ必要となる。

非特許文献１には、ダイプレクサで分離した上下光信号を、それぞれの波長帯に対応した光増幅器で増幅し、ダイプレクサで再度合波して中継増幅する技術が記載されている。また、非特許文献２には、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの共存システムにおける下り伝送に対して、半値幅の広い波長帯域を有するＳＯＡを利用し、２つの波長の下り光信号を一括増幅する技術が記載されている。

ITU-T Recommendation G.986.6, "Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Reach extension"(2008). F. Saliou et al., "Single SOA to Extend Simultaneously the Optical Budget of Coexisting G-PON and 10G-PON,"Proc. of ECOC2010, paper Tu.5.B.5（2010).

非特許文献１に記載の技術を１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの共存システムに適用する場合、それぞれの波長帯の光信号を中継増幅するために、光増幅器を３つ用意しなければならない。また、非特許文献２に記載の技術によっても、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの下り光信号を１つのＳＯＡのみで増幅可能となる一方、上り中継増幅用のＳＯＡと合わせて、依然として２つのＳＯＡが必要となる。このような場合、光中継器の構成が複雑となるだけでなく、各光増幅器を個別に保守・管理する必要があるために、光中継器の保守・管理に要するコストが増大しうる。このため、光中継器のような能動光デバイスを上述のようなＰＯＮシステムに適用するためには、光中継器のサイズを可能な限り小さくするとともに、光中継器の構成として、保守・運用管理ができるだけ容易となる構成を採用することが望ましい。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、光中継器で使用可能な光増幅器において、増幅すべき複数の波長帯に対応する複数の光信号を、より簡易な構成で一括して増幅するための技術を提供することを目的としている。

本発明は、例えば光増幅器として実現できる。本発明の一態様の係る光増幅器は、それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を一括して増幅する光増幅器であって、前記複数の光信号が入力される光入力部からカスケード接続されており、それぞれが前記複数の光信号に対応する複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、前記複数の光増幅手段のうちの隣り合う２つの光増幅手段の間にそれぞれ設けられ、それぞれが、前記光入力部を介して入力される光信号の伝搬方向において前段に位置する光増幅手段によって増幅された光信号に対応する特定の波長帯の光信号を反射させるとともに、当該特定の波長帯以外の波長帯の光信号を通過させる複数の第１光反射手段と、前記伝搬方向において、前記複数の光増幅手段のうちの最後段の光増幅手段の後段に設けられ、前記複数の光増幅手段を通過した光信号を反射させる第２光反射手段とを備え、前記第１光反射手段及び前記第２光反射手段は、前記複数の光増幅手段によって増幅された複数の光信号が、通過してきた光増幅手段を再び通過して前記光入力部を介して出力されるよう、前記光入力部の方向へ光信号を反射させることを特徴とする。

本発明によれば、光中継器で使用可能な光増幅器において、増幅すべき複数の波長帯に対応する複数の光信号を、より簡易な構成で一括して増幅するための技術を提供できる。これにより、光中継器において光増幅器の監視がより容易になるため、光中継器の保守・運用コストを低減することが可能になる。

本発明の実施例１に係る半導体光デバイスの構成図。 本発明の実施例１に係る光中継伝送システムの概略的な構成を示すブロック図。 光中継増幅前後の光スペクトラムの一例を示す図。 本発明の実施例２に係る半導体光デバイスの構成図。 本発明の実施例３に係る光ファイバ増幅器の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

まず、本発明の実施形態に係る基本概念について説明する。本実施形態では、光中継伝送システム内の光中継器（光中継伝送装置）で使用される光増幅器において、増幅すべき複数の波長帯に対応する複数の光信号を、より簡易な構成で一括して増幅することを狙いとしている。具体的には、本実施形態に係る光増幅器は、それぞれが複数の光信号に対応する複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する、カスケード（縦続）接続された複数の光増幅部で構成される。また、これらのカスケード接続された複数の光増幅部は、複数の光信号が入力される光入力部に対して接続される。

本実施形態では、光入力部を介して入力され、光増幅部によって増幅された光信号を、通過してきた光増幅部を再び通過して光入力部を介して出力させることによって、光入力部を光出力部としても使用する。これにより、光入力部及び光出力部（入出力ポート）を個別に設ける必要がなくなるため、光増幅器をより簡易な構成にすることが可能になる。

これを達成するために、本実施形態では、複数の光増幅部のうちの隣り合う２つの光増幅部の間に、複数の第１光反射部を、光信号の伝搬方向において最後段の光増幅部の後段に、第２光反射部を設ける。第１光反射部は、光信号の伝搬方向において前段に位置する光増幅部によって増幅された光信号に対応する特定の波長帯の光信号を反射させる一方、当該特定の波長帯以外の波長帯の光信号を通過させるように構成されればよい。また、第２光反射部は、複数の光増幅部を最終的に通過してきた光信号を反射させるように構成されればよい。

このように、それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を、波長帯ごとに個別に増幅する複数の光増幅部をカスケード接続するとともに、光入力部と光出力部とを共通化することで、光増幅器の構成をより簡易な構成とすることが可能である。

［実施例１］
以下では、本発明の具体的な実施例について説明する。まず、光増幅器を１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）として構成した例を、実施例１として説明する。

＜光増幅器の構成＞
図１は、本実施例に係る半導体光デバイスの構成図である。本実施例では、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの共存システムに適用する３つの波長帯に対応した半導体光デバイスについて説明するが、波長帯の数に原理上制限はなく、それ以上の波長帯に対応した半導体光デバイスであってもよい。なお、図１に示すＳＯＡ１０は、後述するように、（図２に示す光中継伝送装置１００のような）光中継器に実装可能である。

ＳＯＡ１０は、一端が低反射コーティングなどで形成される、光信号の反射を防ぐための反射防止膜１２で構成され、他端が反射膜２４で構成される。反射膜２４は、ＳＯＡ１０に入射する光信号を全反射させるもので、光反射鏡などで構成される。ＳＯＡ１０に入射する光信号は反射防止膜１２を介してＳＯＡ１０内に入射するため、本実施例において反射防止膜１２は、ＳＯＡ１０の光入力部に相当する。

ＳＯＡ１０は、例えばｐ型ＩｎＰ（インジウム・リン）から成るｐ型半導体１４、ｎ型ＩｎＰから成るｎ型半導体１６、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）から成る活性層１８−１〜１８−３とで構成される。図１に示すように、活性層１８−１〜１８−３は、光信号の伝搬方向において、反射防止膜１２（光入力部）からカスケード接続された構成を有する。活性層１８−１〜１８−３は、上述の複数の光増幅部として機能し、複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号をそれぞれ増幅する。また、反射膜２４は、活性層１８−１〜１８−３のうちで、入力された光信号の伝搬方向において最後段の光増幅部に相当する活性層１８−３の、当該伝搬方向における後段側の表面に設けられる。波長λ₁〜λ₃の３つの光信号は、反射防止膜１２を通過後、活性層１８−１〜１８−３においてそれぞれ増幅され、反射膜２４で全反射した後、反射防止膜１２から出力される。

なお、本実施例（図１）では、説明の便宜上、活性層１８−１〜１８−３を、ｐ型半導体１４及びｎ型半導体１６に比べて大きく図示しているが、実際には、活性層１８−１〜１８−３はｐ型半導体１４及びｎ型半導体１６に比べて十分に狭い。また、反射防止膜１２の反射率は十分に小さいものとし、活性層１８−１〜１８−３は、その内部で共振が起こらないように構成されているものとする。

本実施例における波長λ₁〜λ₃は、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの伝送速度が共存するＰＯＮシステムで用いられる光信号の波長に相当する。具体的には、λ₁は、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの上り伝送に用いる１２６０〜１３６０ｎｍ、λ₂は、１Ｇｂｐｓの下り伝送に用いる１４８０〜１５００ｎｍ、λ₃は、１０Ｇｂｐｓの下り伝送に用いる１５７５〜１５８０ｎｍの波長範囲内の波長とする。

活性層１８−１〜１８−３は、それぞれ波長λ₁〜λ₃の光信号に対して増幅作用を与えるように構成されている。また、各活性層は、結合面２０−１及び２０−２において、バットジョイント手法により光学的に結合されている。活性層１８−１〜１８−３にはそれぞれ、上部電極２６−１〜２６−３と、グランドに接続される下部電極２８とが設けられている。上部電極２６−１〜２６−３には、各波長帯において適切な増幅利得を得るために、ＳＯＡ１０外部のバイアスコントローラなどからプラス極性のバイアス電圧が印加される。

結合面２０−１及び２０−２近傍には、それぞれブラッグ波長λ₁及びλ₂の回折格子で構成された分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）２２−１及び２２−２が設けられる。ＤＢＲ２２−１及び２２−２は、複数の活性層のうちの２つの活性層の間の結合面に設けられた、特定の波長帯の光信号をブラッグ反射させる反射鏡であり、上述の第１光反射部として機能する。

波長λ₁の１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの上り光信号は、反射防止膜１２を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層１８−１において増幅された後に、ＤＢＲ２２−１で反射する。ＤＢＲ２２−１で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層１８−１を再び通過して反射防止膜１２を介して出力される。

波長λ₂の１Ｇｂｐｓの下り光信号は、反射防止膜１２を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層１８−１を通過して、活性層１８−２で増幅された後、ＤＢＲ２２−２で反射する。ＤＢＲ２２−２で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層１８−１及び１８−２を再び通過して、反射防止膜１２を介して出力される。

同様に、波長λ₃の１０Ｇｂｐｓの下り光信号は、反射防止膜１２を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層１８−１及び１８−２を通過して、活性層１８−３で増幅された後、反射膜２４で反射する。なお、反射膜２４は、上述の第２光反射部として機能する。反射膜２４で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層１８−１〜１８−３を再び通過して、反射防止膜１２を介して出力される。

本実施例において、ＤＢＲ２２−１及び２２−２は、光信号の伝搬方向において直前に位置する活性層（光増幅部）によって増幅された光信号に対応する波長帯の光信号を、光入力部の方向へ反射する。ここで、ＤＢＲ２２−１及び２２−２の反射率は、いずれも９０％以上であるとし、１００％に可能な限り近いことが望ましい。ＤＢＲ２２−１及び２２−２と反射膜２４との間で、光信号が多重反射を起こす影響も考えられるが、それぞれの反射率または反射減衰量が十分確保できていれば、その影響を無視することが可能である。なお、上部電極２６−１〜２６−３に印加するバイアス電圧をそれぞれ制御することで、活性層１８−１〜１８−３による光増幅の増幅利得を制御し、各波長帯に適した増幅利得を設定することができる。

＜光中継伝送システムの構成＞
図２は、本実施例に係る光中継伝送システムの概略的な構成を示すブロック図である。本実施例に係る光中継伝送システムは、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎとＯＬＴ１１０との間の伝送路上に、光中継伝送装置１００を備える。光中継伝送装置１００は、ＳＯＡ１０（図１）を備え、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎとＯＬＴ１１０との間で伝送される、それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を、ＳＯＡ１０によって一括して増幅して中継伝送する。

ＯＬＴ１１０は、波長λ₂の１Ｇｂｐｓの下り光信号と、波長λ₃の１０Ｇｂｐｓの下り光信号を送信可能で、かつ、波長λ₁の１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの上り光信号を受信可能である。一方、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎは、１０Ｇｂｐｓまたは１Ｇｂｐｓの上り及び下り光信号を送受信可能であるものとし、それらが混在しているものとする。したがって、伝送速度１ＧｂｐｓのＯＮＵは、波長λ₁の１Ｇｂｐｓ上り光信号を送信可能で、かつ、波長λ₂の１Ｇｂｐｓ下り光信号のみを選択的に受信可能である。また、伝送速度１０ＧｂｐｓのＯＮＵは、波長λ₁の１０Ｇｂｐｓ上り光信号を送信可能で、かつ、波長λ₃の１０Ｇｂｐｓ下り光信号のみを選択的に受信可能である。

ＯＬＴ１１０は、光ファイバ１１２を介して光中継伝送装置１００に接続される。また、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎは、分岐光ファイバ１１８−１〜１１８−ｎを介して光カプラ（ＯＣ：Optical Coupler）１１６に接続され、ＯＣ１１６は光ファイバ１１４を介して光中継伝送装置１００に接続される。光中継伝送装置１００は、前述のＳＯＡ１０を内蔵し、ＯＬＴ１１０が送信する波長λ₂及びλ₃の下り光信号と、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎが送信する波長λ₁の上り光信号をそれぞれ中継増幅する。

ＯＬＴ１１０が送信する波長λ₂及びλ₃の下り光信号は、光ファイバ１１２を伝搬した後、光中継伝送装置１００の光入出力部１０８−１に入射する。光入出力部１０８−１は、光ファイバのコネクタ間接続などでよい。光中継伝送装置１００に入射した下り光信号は、光サーキュレータ１０６−１を介して波長分割多重光カプラ（ＷＤＭ ＯＣ：Wavelength Division Multiplexing OC）１０４−１に入射する。光サーキュレータ１０６−１は、あるポートから入力した光信号を所定のポートからのみ出力する受動光部品である。

同様に、ＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎが送信する波長λ₁の上り光信号は、それぞれ分岐光ファイバ１１８−１〜１１８−ｎを伝搬してＯＣ１１６で時間軸上に多重された後、光ファイバ１１４を介して光中継伝送装置１００の光入出力部１０８−２に入射する。光中継伝送装置１００に入射した上り光信号は、光サーキュレータ１０６−２を介してＷＤＭ ＯＣ１０４−１に入射する。

ＷＤＭ ＯＣ１０４−１は、光中継増幅前の波長λ₁〜λ₃の上り及び下り光信号を波長合波し、合波した光信号を、光サーキュレータ１０６−３を介してＳＯＡ１０に供給する。即ち、光サーキュレータ１０６−３は、ＷＤＭ ＯＣ１０４−１から出力された、波長多重された波長λ₁〜λ₃の複数の光信号を、ＳＯＡ１０の光入力部（反射防止膜１２）を介してＳＯＡ１０に入力する。ＳＯＡ１０は、監視・制御装置１０２により駆動される。監視・制御装置１０２は、バイアスコントローラなどを備え、必要に応じてＳＯＡ１０の動作温度、光入出力パワー、増幅利得などを監視する。なお、監視・制御装置１０２の監視項目に応じて、各種センサを光中継伝送装置１００の内部に適宜設置してもよい。

ＳＯＡ１０は、図１を用いて上述したように、波長λ₁〜λ₃の３つの波長帯の光信号を、一括して中継増幅する。増幅後の光信号は、光サーキュレータ１０６−３を介してＷＤＭ ＯＣ１０４−２に入射する。即ち、光サーキュレータ１０６−３は、ＳＯＡ１０の光入力部（反射防止膜１２）を介して出力された光増幅後の複数の光信号を、ＳＯＡ１０に入力される複数の光信号と分離して、ＷＤＭ ＯＣ１０４−２に出力する。

ＷＤＭ ＯＣ１０４−２は、ＷＤＭ ＯＣ１０４−１と同等の光学特性を持つ受動波長合分波素子であり、増幅された波長λ₁〜λ₃の光信号を波長分波し、波長λ₁の上り光信号を光サーキュレータ１０６−１に、波長λ₂及びλ₃の下り光信号を光サーキュレータ１０６−２にそれぞれ供給（出力）する。増幅された波長λ₁の上り光信号は、光入出力部１０８−１から出射し、光ファイバ１１２を伝搬してＯＬＴ１１０に入射する。同様に、増幅された波長λ₂及びλ₃の下り光信号は、光ファイバ１１４を伝搬後、ＯＣ１１６において分岐され、分岐光ファイバ１１８−１〜１１８−ｎを介してＯＮＵ１２０−１〜１２０−ｎに到達する。

図３は、光中継増幅前後における各波長帯の光信号の光スペクトラムの一例を示す。図３（ａ）に示す光中継増幅前の光スペクトラムは、ＳＯＡ１０による光中継増幅後には同（ｂ）に示すように、各波長帯の光信号にＳＯＡ１０の自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）による雑音が重畳される。ＡＳＥ雑音は、ＰＯＮシステムの光伝送品質を劣化させる恐れがあるが、ＷＤＭ ＯＣ１０４−２を通過後に、例えば図３（ｃ）及び（ｄ）に示す光スペクトラムとなるようにＷＤＭ ＯＣ１０４−２の通過帯域を設計しておくことで、ＡＳＥ雑音の影響を抑えることができる。ただし、ＷＤＭ ＯＣ１０４−１及び１０４−２の通過帯域は、ＰＯＮシステムにおける上下光信号の波長範囲をそれぞれ満足する必要がある。

以上説明したように、本実施例によれば、複数の波長帯に対応する複数の光信号を、単一の半導体光デバイスで一括して増幅することが可能である。また、本実施例に係るＳＯＡ１０をＰＯＮシステムに適用することで、複数の波長帯に対応する複数の光信号を、単一の半導体光デバイスで中継増幅可能となる。これにより、光中継伝送装置１００（光中継器）において光増幅器の監視がより容易になるため、光中継器の保守・運用コストを低減することが可能になる。更に、ＳＯＡ１０及び監視・制御装置１０２以外は、全て受動光部品のみで光中継伝送装置１００を構成可能である。

なお、本実施例では、ＳＯＡ１０をＰＯＮシステムに適用することを想定し、１２６０〜１３６０ｎｍ、１４８０〜１５００ｎｍ、及び１５７５〜１５８０ｎｍの３つの波長帯を例に説明した。しかし、本実施例に係るＳＯＡ１０によって増幅可能な光信号の波長帯は、これらの波長帯に制限されることはない。このため本実施例に係るＳＯＡ１０は、他の波長帯を使用する光伝送システムにも適用可能である。本実施例に係るＳＯＡ１０によって増幅可能な光信号の数にも制限はない。このため本実施例に係るＳＯＡ１０は、例えば光放送システムで用いられる１．５５μｍ帯、更には将来のＰＯＮシステムで使用される可能性があるその他の波長帯に対しても適用が可能である。

［実施例２］
実施例１では、上述の実施形態を実現するために、光増幅器を単一の半導体光デバイスで構成して、それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を一括して増幅する例について説明してきた。しかし、上述の実施形態は、個別の複数の半導体光デバイスをカスケード接続することによっても実現できる。以下では、そのような例を実施例２として説明する。

図４は、本実施例に係る半導体光デバイスの構成図である。実施例１（図１）と特に異なるのは、本実施例に係るＳＯＡ１０は、実施例１のように１つのＳＯＡとして構成するのではなく、３つのＳＯＡ−１〜３をカスケード（縦続）接続した構成を有する点である。また、本実施例に係るＳＯＡ１０は、ＤＢＲ２２−１及び２２−２に代えて、ＳＯＡ−１とＳＯＡ−２の間、及びＳＯＡ−２とＳＯＡ−３の間にそれぞれ波長選択型ミラー２１４−１及び２１４−２が挿入されている点でも実施例１と異なる。なお、波長選択型ミラー２１４−１及び２１４−２は、ＳＯＡ−１〜３のうちの隣り合う２つのＳＯＡの間に接続された、特定の波長帯の光信号を反射させる反射鏡に相当する。

ＳＯＡ−１〜３は、ＩｎＰなどから成るｐ型半導体２０４−１〜２０４−３及びｎ型半導体２０６−１〜２０６−３と、ＩｎＧａＡｓＰなどから成る活性層２０８−１〜２０８−３と、上部電極２１０−１〜２１０−３及びグランドに接続される下部電極２１２−１〜２１２−３とで構成される。上部電極２１０−１〜２１０−３にプラスのバイアス電圧が印加することで、活性層２０８−１〜２０８−３においてそれぞれ波長λ₁〜λ₃の光信号が増幅される。

また、ＳＯＡ−１及びＳＯＡ−２の両端は、低反射コーティングなどで形成される反射防止膜２００−１〜２００−４で構成される。一方、ＳＯＡ−３は、一端が反射防止膜２００−５で構成され、他端が反射膜２０２で構成される。ＳＯＡ−３のように一端が反射膜で構成されるＳＯＡは、一般に、反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ：Reflective SOA）として知られている。

波長選択型ミラー２１４−１及び２１４−２はそれぞれ、波長λ₁及びλ₂の光信号のみを選択的に全反射させる。なお、波長選択型ミラー２１４−１及び２１４−２の代わりに、ＷＤＭフィルタやファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）などの受動光部品を用いてもよい。

波長λ₁の１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓの上り光信号は、反射防止膜２００−１（光入力部）を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層２０８−１において増幅された後、波長選択型ミラー２１４−１で反射する。波長選択型ミラー２１４−１で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層２０８−１を再び通過して反射防止膜２００−１を介して出力される。

波長λ₂の１Ｇｂｐｓの下り光信号は、反射防止膜２００−１を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層２０８−１を通過して、活性層２０８−２で増幅された後、波長選択型ミラー２１４−２で反射する。波長選択型ミラー２１４−２で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層２０８−１及び２０８−２を再び通過して、反射防止膜２００−１を介して出力される。

同様に、波長λ₃の１０Ｇｂｐｓの下り光信号は、反射防止膜２００−１を介してＳＯＡ１０に入射すると、活性層２０８−１及び２０８−２を通過して、活性層２０８−３で増幅された後、ＳＯＡ−３の反射膜２０２で反射する。なお、ＳＯＡ−３の反射膜２０２は、上述の第２光反射部として機能する。ＳＯＡ−３の反射膜２０２で光入力部の方向へ反射した当該光信号は、通過してきた活性層２０８−１〜２０８−３を再び通過して、反射防止膜２００−１を介して出力される。

本実施例に係るＳＯＡ１０（図４）を用いた光中継伝送システムは、実施例１（図２）と同様に実現することが可能である。

本実施例によれば、複数の半導体光デバイスを使用することになるものの、活性層にＤＢＲを形成する必要がなく、既存のＳＯＡやＲＳＯＡを用いることで、ＰＯＮシステムの中継増幅を容易に実現できる。また、ＳＯＡ１０において光入力部及び光出力部（入出力ポート）を個別に設ける必要がないため、光増幅器を簡易な構成にすることが可能になる。

なお、本実施例では、ＳＯＡ−３の活性層２０８−３の、入力された光信号の伝搬方向における後段側の表面に、反射膜２０２を設けているが、以下のように変形可能である。即ち、ＳＯＡ−３に、反射膜２０２に代えて反射防止膜を設けるとともに、ＳＯＡ−３に対して、後段側に波長選択型ミラー２１４−１及び２１４−２のような波長選択型ミラーを接続してもよい。また、波長選択型ミラーは、波長λ₃の光信号のみを選択的に反射させるものでもよいし、波長λ₃を含む、全ての波長の光を反射させるものでもよい。なお、実施例１の反射膜２４についても、これらと同様の変形が可能である。

［実施例３］
複数の波長帯に対応する複数の光信号の増幅には、実施例１及び２のようなＳＯＡに代えて、ＯＦＡを利用する構成も考えられる。例えば、ＰＯＮシステムで使用する波長帯の光信号を増幅可能なＯＦＡとして、１０Ｇｂｐｓ及び１Ｇｂｐｓ上り光信号（λ₁：１２６０〜１３６０ｎｍ）の増幅には、プラセオジム添加光ファイバ増幅器（ＰＤＦＡ：Praseodymium Doped Fiber Amplifier）、１Ｇｂｐｓ下り光信号（λ₂：１４８０〜１５００ｎｍ）の増幅には、ツリウム添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Thulium-Doped Fiber Amplifier）、１０Ｇｂｐｓ下り光信号（λ₃：１５７５〜１５８０ｎｍ）の増幅には、Ｌ帯エルビウム添加光ファイバ増幅器（Ｌ−ＥＤＦＡ：L-band Erbium-Doped Fiber Amplifier）などが適用可能である。

しかし、このような希土類添加型の光ファイバ（光増幅媒体）は、それぞれ固有の波長帯の光を吸収する性質を有している。例えば、ＴＤＦＡでは波長λ₁付近の光を、ＰＤＦＡでは波長λ₃付近の光を、それぞれ吸収してしまう可能性がある。このため、本実施例では、１０Ｇｂｐｓ級のＰＯＮシステムにおける、波長λ₁及びλ₃の上下光信号の中継増幅に着目し、ＰＤＦＡ及びＬ−ＥＤＦＡを組み合せたＯＦＡの構成を例に説明する。

図５は、本発明の実施例３に係る光ファイバ増幅器の構成図である。本実施例に係る光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）３００は、波長λ₃の光信号を増幅する前段のＯＦＡ−１と、波長λ₁の光信号を増幅する後段のＯＦＡ−２の組合せで構成される。波長多重された波長λ₁及びλ₃の光信号は、光入力部（図示せず）を介してＯＦＡ３００に入力されると、まずＯＦＡ−１（のＷＤＭ ＯＣ３０２−１）に入射する。

ＯＦＡ−１において、波長λ₁及びλ₃の光信号は、ＷＤＭ ＯＣ３０２−１によって、光源（ＬＤ：laser Diode）３０４−１から出力される光と更に波長多重された後、希土類添加光ファイバ３０６−１を伝搬し、ＷＤＭ ＯＣ３０２−２に入射する。ＷＤＭ ＯＣ３０２−２は、入射した光信号を波長合分波する受動光部品であり、波長λ₁及びλ₃の光信号を波長選択型ミラー３０８−１に、ＬＤ３０４−１からの光をＬＤ３０４−２に、それぞれ供給する。同様に、ＷＤＭ ＯＣ３０２−２に接続されているＬＤ３０４−２からの光は、希土類添加光ファイバ３０６−１を伝搬後、ＷＤＭ ＯＣ３０２−１において波長分離され、ＬＤ３０４−１に入射する。

希土類添加光ファイバ３０６−１には、波長λ₃の光信号を増幅可能な、エルビウム添加光ファイバなどを用いればよい。ＬＤ３０４−１及びＬＤ３０４−２は、波長λ₃の光信号を増幅するための励起光を出力する励起光源として使用される。本実施例では、高い増幅利得を得るため、ＬＤ３０４−１及びＬＤ３０４−２の両方を用いた双方向励起を行う例を示しているが、そのいずれかを使用しない前方励起または後方励起のみを行ってもよい。また、ＬＤ３０４−１及びＬＤ３０４−２は、λ₃の光信号を増幅可能な１．４８μｍ帯や０．９８μｍ帯の波長の光を励起光として出力できる光源であればよい。

増幅された波長λ₃の光信号は、波長選択型ミラー３０８−１において全反射されてＷＤＭ ＯＣ３０２−２に再び入射し、希土類添加光ファイバ３０６−１を伝搬して更に増幅される。増幅された波長λ₃の光信号は、その後、ＷＤＭ ＯＣ３０２−１及び光入力部（図示せず）を介して出力される。波長選択型ミラー３０８−１は、波長λ₃の光信号のみを選択的に全反射する。波長選択型ミラー３０８−１の代わりに、ＷＤＭフィルタやＦＢＧなどの受動光部品を用いてもよい。

一方、波長λ₁の光信号は、ＯＦＡ−１において、希土類添加光ファイバ３０６−１を、増幅されることなくそのまま伝搬し、更に波長選択型ミラー３０８−１も反射されることなく通過して、ＯＦＡ−２（のＷＤＭ ＯＣ３０２−３）に入射する。ＯＦＡ−２において、なお、波長λ₁の光信号は、希土類添加光ファイバ３０６−１でほとんど吸収されることはない。

ＯＦＡ−２において、波長λ₁の光信号は、ＷＤＭ ＯＣ３０２−３によって、ＬＤ３０４−３から出力される光と波長多重された後、希土類添加光ファイバ３０６−２を伝搬し、ＷＤＭ ＯＣ３０２−４に入射する。ＷＤＭ ＯＣ３０２−４は、波長λ₁の光信号を波長選択型ミラー３０８−２に、ＬＤ３０４−３からの光をＬＤ３０４−４に、それぞれ供給する。同様に、ＷＤＭ ＯＣ３０２−４に接続されているＬＤ３０４−４からの光は、希土類添加光ファイバ３０６−２を伝搬後、ＷＤＭ ＯＣ３０２−３において波長分離され、ＬＤ３０４−３に入射する。

希土類添加光ファイバ３０６−２には、波長λ₁の光信号を増幅可能な、プラセオジム添加光ファイバなどを用いればよい。ＬＤ３０４−３及びＬＤ３０４−４は、波長λ₁の光信号を増幅するための励起光を出力する励起光源として使用される。本実施例では、高い増幅利得を得るため、ＬＤ３０４−３及びＬＤ３０４−４の両方を用いた双方向励起を行う例を示しているが、そのいずれかを使用しない前方励起または後方励起のみを行ってもよい。また、ＬＤ３０４−３及びＬＤ３０４−４は、λ₁の光信号を増幅可能な０．９８μｍ帯の波長の光を励起光として出力できればよい。

増幅された波長λ₁の光信号は、波長選択型ミラー３０８−２において全反射されてＷＤＭ ＯＣ３０２−４に再び入射し、希土類添加光ファイバ３０６−２を伝搬して更に増幅される。増幅された波長λ₁の光信号は、その後、ＷＤＭ ＯＣ３０２−３及び波長選択型ミラー３０８−１を通過し、ＷＤＭ ＯＣ３０２−２を介して希土類添加光ファイバ３０６−１に入射する。増幅された波長λ₁の光信号は、希土類添加光ファイバ３０６−１を、増幅されることなくそのまま通過し、ＷＤＭ ＯＣ３０２−１及び光入力部（図示せず）を介して出力される。

波長選択型ミラー３０８−２は、波長λ₁の光信号のみを選択的に全反射するものでもよいし、波長λ₁を含めた全ての光を反射するものであってもよい。波長選択型ミラー３０８−２の代わりに、ＷＤＭフィルタやＦＢＧなどの受動光部品を用いてもよい。なお、本実施例で、ＷＤＭ ＯＣ３０２−１〜４は、ＬＤ３０４−１〜４（励起光源）から出力された励起光を、光増幅のために希土類添加光ファイバ３０６−１及び３０６−２（光増幅媒体）に供給する供給手段の一例である。

本実施例では、波長λ₁の光信号は、希土類添加光ファイバ３０６−１においてほとんど吸収されずに伝搬可能であるが、波長λ₃の光信号は希土類添加光ファイバ３０６−２に吸収される可能性がある。このため、本実施例で想定したような条件下では、ＯＦＡ−１及びＯＦＡ−２は図５に示した順番に配置することが望ましいであろう。

本実施例に係るＯＦＡ３００（図４）を用いた光中継伝送システムは、例えば、図２に示すＳＯＡ１０に代えてＯＦＡ３００を用いることで、実施例１（図２）と同様に実現することが可能である。即ち、ＯＦＡ３００において入出力される光信号は、図２と同様、ＯＦＡ３００の外部に光サーキュレータを設けるなどによって分離可能である。本実施例によれば、ＯＦＡ３００を、１０ＧｂｐｓのＰＯＮシステムのＯＤＮ内に挿入することによって、ＰＯＮシステムをＯＬＴ−ＯＮＵ間の伝送距離を延長することができる。また、入出力ポートを個別に設ける必要がないため、増幅すべき複数の波長帯に対応する複数の光信号を、より簡易な構成で一括して増幅することができる。

Claims (14)

1. それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を一括して増幅する光増幅器であって、
   前記複数の光信号が入力される光入力部からカスケード接続されており、それぞれが前記複数の光信号に対応する複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、
   前記複数の光増幅手段のうちの隣り合う２つの光増幅手段の間にそれぞれ設けられ、それぞれが、前記光入力部を介して入力される光信号の伝搬方向において前段に位置する光増幅手段によって増幅された光信号に対応する特定の波長帯の光信号を反射させるとともに、当該特定の波長帯以外の波長帯の光信号を通過させる複数の第１光反射手段と、
   前記伝搬方向において、前記複数の光増幅手段のうちの最後段の光増幅手段の後段に設けられ、前記複数の光増幅手段を通過した光信号を反射させる第２光反射手段と
   を備え、
   前記第１光反射手段及び前記第２光反射手段は、前記複数の光増幅手段によって増幅された複数の光信号が、通過してきた光増幅手段を再び通過して前記光入力部を介して出力されるよう、前記光入力部の方向へ光信号を反射させることを特徴とする光増幅器。
2. 前記複数の光増幅手段は、それぞれが前記複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する、光学的に結合された複数の活性層を備える半導体光デバイスとして構成され、
   前記複数の第１光反射手段のそれぞれは、前記複数の活性層のうちの２つの活性層の間の結合面に設けられた、前記特定の波長帯の光信号をブラッグ反射させる反射鏡である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記複数の光増幅手段のそれぞれは、前記複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する活性層を含む、個別の半導体光デバイスとして構成され、
   前記複数の第１光反射手段のそれぞれは、前記複数の光増幅手段のうちの隣り合う２つの光増幅手段の間に接続された、前記特定の波長帯の光信号を反射させる反射鏡である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
4. 前記第２光反射手段は、前記最後段の光増幅手段に相当する活性層の、前記伝搬方向における後段側の表面に設けられた反射膜であることを特徴とする請求項２または３に記載の光増幅器。
5. 前記第２光反射手段は、前記最後段の光増幅手段に対して前記伝搬方向における後段側に接続された反射鏡であることを特徴とする請求項２または３に記載の光増幅器。
6. 前記複数の光増幅手段に対してそれぞれ設けられ、各光増幅手段による光増幅の増幅利得を制御するためのバイアス電圧を各光増幅手段に印加する複数のバイアス電圧印加手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光増幅器。
7. 前記光入力部は、光信号の反射を防ぐための反射防止膜で構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光増幅器。
8. 前記複数の光増幅手段のそれぞれは、
   前記光入力部を介して入力された光信号が入力され、前記複数の波長帯のうちの１つの波長帯の光信号を増幅する希土類添加型の光増幅媒体と、
   前記光増幅媒体による光増幅に対応した波長の励起光を出力する励起光源と、
   前記励起光源から出力された励起光を、前記光増幅のために前記光増幅媒体に供給する供給手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
9. 前記複数の第１光反射手段のそれぞれは、前記伝搬方向において直前に位置する光増幅手段によって増幅された光信号に対応する波長帯の光信号を、前記光入力部の方向へ反射させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光増幅器。
10. 前記第２光反射手段は、前記複数の光信号に対応する複数の波長帯を含む、全ての波長帯の光信号を、前記光入力部の方向へ反射させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光増幅器。
11. 前記第２光反射手段は、前記伝搬方向において直前に位置する光増幅手段によって増幅された光信号に対応する波長帯の光信号のみを、前記光入力部の方向へ反射させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光増幅器。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光増幅器を備え、
    複数の加入者側の光回線終端装置と局側の光回線終端装置との間で伝送される、それぞれ異なる波長帯の、波長多重された複数の光信号を、前記光増幅器によって一括して増幅して中継伝送することを特徴とする光中継伝送装置。
13. 前記加入者側の光回線終端装置から前記局側の光回線終端装置へ伝送される上り光信号と、前記局側の光回線終端装置から前記加入者側の光回線終端装置へ伝送される下り光信号とを波長多重する合波手段と、
    前記光増幅器に接続されており、前記合波手段から出力された、波長多重された複数の光信号を、前記光増幅器の光入力部を介して当該光増幅器に入力するとともに、前記増幅器から前記光入力部を介して出力された光増幅後の複数の光信号を、前記光増幅器に入力される複数の光信号と分離して出力する入出力手段と、
    前記入出力手段から出力された前記光増幅後の前記波長多重された複数の光信号を、上り光信号及び下り光信号に分波して出力する分波手段と
    を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の光中継伝送装置。
14. 複数の加入者側の光回線終端装置と局側の光回線終端装置との間の伝送路上に、請求項１２または１３に記載の光中継伝送装置を備え、
    前記複数の加入者側の光回線終端装置と前記局側の光回線終端装置との間で伝送される複数の光信号を、前記光中継伝送装置によって中継伝送することを特徴とする光中継伝送システム。

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