JP2620392B2 - 光ファイバ増幅器を用いた光通信方式 - Google Patents

光ファイバ増幅器を用いた光通信方式

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JP2620392B2
JP2620392B2 JP2047310A JP4731090A JP2620392B2 JP 2620392 B2 JP2620392 B2 JP 2620392B2 JP 2047310 A JP2047310 A JP 2047310A JP 4731090 A JP4731090 A JP 4731090A JP 2620392 B2 JP2620392 B2 JP 2620392B2
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登 枝川
尚弘 吉田
周 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光ファイバを伝搬してきた光信号を直接光
のまま増幅する光ファイバ増幅器が多段挿入された光フ
ァイバ増幅器を用いた光通信方式に関するものである。
[従来の技術] 光信号を直接増幅する光増幅器として、発振閾値より
も低いバイアスをかけて増幅する半導体レーザ増幅器
と、石英ファイバにエルビウム(Er)等の希土類元素を
ドープした光ファイバを励起光源で励起(ポンピング)
することにより増幅する光ファイバ増幅器等がある。以
下では、光増幅器として、増幅利得が20〜30dB得られる
ことから注目を浴びている石英ファイバにエルビウム
(Er)をドープした光ファイバを励起する光ファイバ増
幅器を例に取り説明する。
第8図は、従来の光ファイバ増幅器の模式図であり、
エルビウムを主ドープ材とするエルビウムドープ光ファ
イバ(以下、単に「ドープファイバ」と称す)1に励起
光源2からの励起光Pと光信号Sとを合波器3で合波
し、誘導放出現象により光信号Sを増幅するものであ
る。
この光ファイバ増幅器4を光ファイバに複数個多段挿
入して構成される光通信システムは、構成が簡単である
こと、伝送速度の制約の無いこと、いわゆるビットフリ
ー伝送が可能であること等多くの特徴を有している。
[発明が解決しようとする課題] 光増幅器4群を用いて長距離の光通信システムを構築
する場合には、中継間隔を長くするために、励起効率が
高く、一定の励起光源2の励起光P出力で高い利得と出
力電力が得られる光増幅器4群が要求される。しかし、
各光増幅器4はそれ自身が広帯域の光雑音を発生するた
め、多くの光増幅器4群を接続しなければならない長距
離光通信システムでは、光増幅器4群から発生する雑音
の累積が大きく、光増幅器4を飽和させる可能性があっ
た。従って、従来は光増幅器4の飽和により、信号の伝
送特性が劣化するという問題点があった。
こゝにおいて、本発明は、上述した従来技術の問題点
を解決するためになされたもので、光増幅器群からの雑
音の累積を低減し、伝送特性の劣化を抑圧することが可
能な光増幅器を用いた光通信方式を提供せんとするもの
である。
[課題を解決するための手段] 前記課題の解決は、本発明の光ファイバ増幅器を用い
た光通信方式が、光ファイバを伝搬してきた光信号を光
のまま増幅する第1の光フアイバ光増幅器が複数多段挿
入されて光通信システムを構成する光ファイバ光増幅器
を用いた光通信方式において、前記複数の第1の光ファ
イバ増幅器のうち少なくとも一つが前記第1の光ファイ
バ増幅器の増幅波長域よりも狭くかつ完全に重ねる増幅
波長域の増幅特性を有する第2の光ファイバ増幅器に置
換挿入されていることを特徴とする、以上の構成手段を
採用することにより達成される。
[作 用] 本発明が前記手段を講じた原理作用について第1図乃
至第3図を参照して説明する。
本発明者等は、増幅特性の異なる光増幅器を組み合わ
せて、一方を増幅器兼雑音低減フィルタとして利用する
ことを考えた。まず、増幅特性の異なる光増幅器を組み
合わせれば、一方が増幅器兼雑音低減フィルタとなる理
由について説明する。
第1図は、本発明に用いる光ファイバ増幅器の励起電
力に対する増幅利得の特性図である。図において、特性
Aは石英ファイバにエルビウム以外の他の元素をドープ
したもので、他の元素としてアルミナ(Al2O3)やリン
(P)を共ドープする光ファイバ(以下、「光ファイバ
1a」と称す)をもちいた第1の光増幅器4aの増幅特性図
である。なお、光ファイバ1aとして、石英ファイバにエ
ルビウムのほかに他の元素をドープしたものでも良い。
一方、特性Bは石英ファイバにエルビウムのみをドープ
した光ファイバ(以下、「光ファイバ1b」と称す)を用
いる第2の光増幅器4bの増幅特性図である。図から明ら
かなように、ドープ材料により、光増幅器4a,4bの増幅
利得特性を変えることが可能であり、第1の光増幅器4a
は第2の光増幅器4bに比べて、励起効率が高い。
第2図は、第1の光増幅器4a及び第2の光増幅器4bの
増幅特性を比較するためのもので、波長に対する増幅利
得、出力特性をそれぞれ示したものである。図のよう
に、第1の光増幅器4aは、第2の光増幅器4bに比べて波
長域が広く、利得及び出力が大きい。
第3図は増幅利得Gaが大きく、かつ広波長域の第1の
光増幅器4aを光通信システムに複数多段挿入した場合と
増幅利得Gbが小さく、かつ狭波長域の第2の光増幅器4b
を光通信システムに複数多段挿入した場合との比較図で
あり、同図(a)は中継系のレベルダイヤの比較図、同
図(b)は雑音累積の比較図をそれぞれ示す。第3図
(a)においては、光ファイバ1aを用いた第1の光増幅
器4aのみで構成する場合を示すが、光増幅器4aが高高率
であることから、中継間隔Laを長くすることが可能であ
る。しかしながら、増幅帯域が広いために雑音の累積が
大きく、同図(b)に示すように多数の中継を行うと、
光増幅器4aが飽和し信号の中継を行うことが困難とな
る。
一方、光ファイバ1bを用いる第2の光増幅器4bのみを
用いて伝送系を構成する場合であるが、光増幅器4bの効
率が低いため、中継間隔Lbを長くすることが困難であ
る。しかし、雑音の累積は小さく光増幅器4bが飽和する
ことはない。
本発明は上述した原理作用に基づき、中継間隔Laを長
くするために高利得Gaの第1の光増幅器4aを光ファイバ
に複数多段挿入し、第1の光増幅器4aから発生する雑音
を狭帯域の増幅特性を有する低利得Gbの第2の光増幅器
4bを適宜挿入することにより、増幅器兼光雑音低減フィ
ルタとして用いたものである。従って、本発明による光
通信方式は、高効率光増幅器4aの利点と狭帯域光増幅器
4bの利点を組み合わせて構築するものである。なお、以
下ではドープファイバを用いた光ファイバ増幅器4を例
に取り説明するが、他の光増幅器でも良い。
以下に、本発明の原理作用を用いて、具体的な光通信
システムの構築を通して光通信方式を実現する場合の構
成手段について説明する。
[実施例1] 本発明の第1実施例を第4図について説明する。
同図は本実施例によるシステム図であり、予め定めた
光中継間隔毎に本発明の特徴である狭帯域の増幅特性を
有する第2の光増幅器4bを等間隔(または任意の場所)
毎に挿入した光通信システムにより本発明方式を構成し
たものである。
図において、5は光信号Sを送信する送信端局、6は
光信号Sを受信する受信端局、7は光信号Sを伝搬する
光ファイバ、4aは石英光ファイバにエルビウム(Er),
アルミナ(Al2O3)及びリン(P)を少なくともドープ
して比較的広い増幅波長域を有する第1の光ファイバ増
幅器、4bは石英光ファイバにエルビウムのみをドープし
て比較的増幅波長域の狭い第2の光ファイバ増幅器であ
る。なお、各光増幅器4a,4bは左側の送信端局5から伝
送される出力制御信号を受信し、各中継光増幅器4a,4b
の出力が予め定められた参照値に対応して一定となるよ
うに制御されているものとする。
第5図は第1実施例の光通信方式の伝送特性図であ
り、同図(a)は中継系のレベルダイヤ、同図(b)は
雑音累積の様子をそれぞれ示す。第1の光増幅器4aを接
続した区間では、長い中継間隔Laの実現が可能であり、
第2の光増幅器4bが挿入された中継点では増幅効率が低
く、十分な光出力を得ることができないため、この区間
のみ中継間隔Lbが短くなる。第2の光増幅器の挿入個数
は、第1の光増幅器4aと第2の光増幅器4bの増幅特性に
よって大きく存在されるが、通常、第1の光増幅器4aが
10台以上に対して第2の光増幅器4bを1台挿入する程度
である。従って、平均的な中継間隔としては、従来と比
べてそれほど短くならず、経済性の面でもそれほど問題
が生じない。一方、雑音の累積は、第5図(b)に示す
ように、第1の光増幅器4aを用いる区間では雑音累積が
増加するが、第2の光増幅器4bが挿入された出力では、
増幅帯域が制限されて雑音電力を減少させることができ
る。このため、光通信システムに沿って累積する雑音
は、飽和することなく、伝送特性の劣化を防止すること
が可能となる。
なお、第1の光増幅器4aと第2の光増幅器4bの構成
は、使用する光ファイバと出力制御回路の参照値の設定
が異なるのみである。従って、混在作用することによる
技術的問題はなく、かつ、上記の説明のように、理想的
な光通信方式を構成することができる。
[実施例2] 本発明の第2実施例を第6図について説明する。
同図は本実施例に使用する光中継増幅器4′であり、
第1の光増幅器及び第2の光増幅器の構成図である。
図において、4a′は石英光ファイバにエルビウム(E
r),アルミナ(Al2O3)及びリン(P)を少なくともド
ープした光ファイバ1aに励起光源2からの励起光Pによ
り励起する第1の光ファイバ増幅器、4b′は石英光ファ
イバにエルビウムのみをドープした光ファイバ1bに励起
光源2からの励起光Pにより共通励起する第2の光増幅
器である。すなわち、第2実施例では、第2の光増幅器
4b′の励起光源2を省略し第1の光増幅器4aの励起光源
2と共用させることにより、増幅特性に差を持たせたも
のである。
励起光源2により、まず、光ファイバ1aが励起され高
効率の増幅特性と高い出力特性を実現する。一方、光フ
ァイバ1aを通過して弱まった励起光Pは光ファイバ1bを
励起し、狭帯域の増幅特性を実現する。光ファイバ1bで
は基本的に大きな増幅度を必要としないため、ファイバ
1aを通過し、電力が若干低下した励起光Pでも十分に目
的を達成することができる。なお、実施例2の光中継増
幅器4′を用いて光通信方式を構成する場合には、第1
の光増幅器4aを複数挿入したのち、第1の光増幅器4a′
と第2の光増幅器4b′とが一体化された第6図の光中継
増幅器4′を一つとして、ある中継器間隔ごとに適宜挿
入すれば、実施例1と同様の効果を得ることが出来る。
[実施例3] 本発明の第3実施例を第7図について説明する。
同図は、本実施例であり、比較的距離の短い光通信方
式のシステム構成図である。第7図では、比較的距離の
短い光通信システムに、第1の光増幅器4aのみを用いて
伝送系を構成し、受信端局6′に設置した第2の光増幅
器4b″で雑音累積が飽和しないように構成したものであ
る。本実施例は、飽和が生じる程中継数が多くはない場
合に適用可能である。
[発明の効果] かくして、本発明を第1の光増幅器の増幅波長域より
も狭い増幅波長域の増幅特性を有する第2の光増幅器を
適宜光通信システムに挿入することにより、雑音累積の
飽和を防止することができる。
そして他の特徴的効果事項をも次に列挙する。
第1の増幅器4aを、石英光ファイバにエルビウム(E
r),アルミナ(Al2O3)及びリン(P)を少なくともド
ープした光ファイバ増幅器で構成することにより、比較
的広い増幅波長域を有する光ファイバ増幅器を簡単に実
現することができる。
第2の増幅器4b,4b′,4″を、石英光ファイバにエル
ビウムのみをドープした光ファイバ増幅器で構成するこ
とにより、比較的増幅波長域の狭い光ファイバ増幅器を
簡単に実現することができる。
第1の光増幅器及び第2の光増幅器が光ファイバ増幅
器で構成され、かつ第2の光増幅器の励起光源を直前の
前記第1の光増幅器の励起光源と共用するように構成す
ることにより、第1の光増幅器と第2の光増幅器とを一
体化することができる。
第1の光増幅器を第2の増幅器よりも多く光通信シス
テムに挿入して光通信方式を構成することにより、中継
器間隔を長くできる。
第1の光増幅器が光ファイバの伝送路区間で挿入さ
れ、第2の光増幅器が受信端局6′に挿入することによ
り、短い光通信方式を簡単に構成することができる。
従って、本発明は簡素な技術改良により、高増幅効率
で雑音累積の少ない光伝送路が実現できるので、長距離
の光海底ケーブルのみならず、陸上の基幹伝送路など光
増幅器を用いる光通信方式に適用可能である。
【図面の簡単な説明】 第1図乃至第3図は本発明の原理作用図であり、第1図
は励起電力に対する利得特性図、第2図は波長に対する
利得特性図、第3図(a)(b)は同一の光増幅器を複
数挿入した場合の中継レベルダイヤ及び雑音累積図、第
4図は本発明による第1実施例で狭帯域の第2の光増幅
器を適宜挿入した場合の光通信システムの構成図、第5
図(a)(b)は同実施例の中継レベルダイヤ及び雑音
累積図、第6図は本発明の第2実施例に用いる光中継増
幅器4′の構成図、第7図は本発明による第3実施例で
受信端局に第2の光増幅器4b″を挿入した場合の光通信
システムの構成図、第8図は従来の光通信システム図で
ある。 1……ドープファイバ 1a,1b,7……光ファイバ 2……励起光源、3……合波器 4,4′……光ファイバ増幅器 4a……第1の光ファイバ増幅器 4b,4b′,4b″……第2の光ファイバ増幅器 5……送信端局、6,6′……受信端局 Ga,Gb……増幅利得、La,Lb……中継間隔 P……励起光、S……光信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/00 H01S 3/094 (72)発明者 若林 博晴 東京都新宿区西新宿2丁目3番2号 国 際電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−152819(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバを伝搬してきた光信号を光のま
    ま増幅する第1の光フアイバ光増幅器が複数多段挿入さ
    れて光通信システムを構成する光ファイバ光増幅器を用
    いた光通信方式において、 前記複数の第1の光ファイバ増幅器のうち少なくとも一
    つが前記第1の光ファイバ増幅器の増幅波長域よりも狭
    くかつ完全に重なる増幅波長域の増幅特性を有する第2
    の光ファイバ増幅器に置換挿入されていることを特徴と
    する光ファイバ増幅器を用いた光通信方式。
  2. 【請求項2】前記第1の光ファイバ増幅器が、石英光フ
    ァイバにエルビウム(Er),アルミナ(Al2O3)及びリ
    ン(P)を少なくともドープした光ファイバ増幅器であ
    ることを特徴とする請求項1記載の光増幅器を用いた光
    通信方式。
  3. 【請求項3】前記第2の光ファイバ増幅器が、石英光フ
    ァイバにエルビウムのみをドープした光ファイバ増幅器
    であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅
    器を用いた光通信方式。
  4. 【請求項4】前記第1の光ファイバ増幅器及び第2の光
    ファイバ増幅器が、前記第2の光ファイバ増幅器の励起
    光源を省略して直前の前記第1の光ファイバ増幅器の励
    起光源と共用するように構成されていることを特徴とす
    る請求項1記載の光ファイバ増幅器を用いた光通信方
    式。
  5. 【請求項5】前記第1の光ファイバ増幅器が、前記第2
    の光ファイバ増幅器よりも多く挿入されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅器を
    用いた光通信方式。
  6. 【請求項6】前記第1の光ファイバ増幅器が、光ファイ
    バの伝送路区間で挿入され、前記第2の光ファイバ増幅
    器が受信側の端局内にのみ挿入されていることを特徴と
    する請求項1記載の光ファイバ増幅器を用いた光通信方
    式。
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