JP2855525B2 - 光ファイバ通信システム - Google Patents
光ファイバ通信システムInfo
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- JP2855525B2 JP2855525B2 JP62168630A JP16863087A JP2855525B2 JP 2855525 B2 JP2855525 B2 JP 2855525B2 JP 62168630 A JP62168630 A JP 62168630A JP 16863087 A JP16863087 A JP 16863087A JP 2855525 B2 JP2855525 B2 JP 2855525B2
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、光フィルタ及び光増幅器を用いる光ファイ
バ通信システムに関するものである。 （従来技術とその問題点） 現在、実用化されている光ファイバ通信システムで
は、中継方式として、光信号を一旦電気信号に変換し、
電気信号の状態で増幅、及び、波形整形を行い、再びそ
の増幅された電気信号で半導体レーザを駆動するとい
う、光・電気・光・変換が行われている。この方法で
は、１伝送信号キャリアに対して１つの再生中継回路が
必要になるため、波長多重や周波数多重等による多重化
が困難であった。 一方、光信号を光のままで直接増幅する光増幅を用い
た中継方式では、従来の光・電気・光・変換中継方式に
比較して、中継回路が簡素化される上に、任意な伝送速
度による波長多重信号や周波数多重信号を一つの光増幅
器によって一括して増幅できる等の利点がある。また、
増幅度が光の入射方向に関係なく一定であるため、双方
向の信号光を１つの光増幅器を用いて一括増幅すること
も可能になる。 光増幅の方法としては、主に半導体レーザを用いたも
の、及び光ファイバ内で発生する誘導ラマン散乱現象を
用いた光ファイバラマン増幅があり、増幅度としては30
dB〜40dBが可能である。半導体レーザを用いた光増幅
は、通常の半導体レーザに、しきい値電流以下の電流を
流しておき、その状態で光が入射すると誘導放出により
増幅されるという原理に基づいている。 図１に半導体レーザを光増幅素子として用いた場合の
光増幅特性の実験結果を示す。図において、横軸は、信
号光の光増幅素子からの出射レベルであり、縦軸は光増
幅素子の増幅利得である。この結果より、出射信号光レ
ベルが0dBm程度まで一定の増幅度が得られていることが
分かる。図１は、飽和増幅度が15,20,25dBの場合につい
ての実験結果であるが、飽和増幅度は、30dB程度まで半
導体レーザへの注入電流を制御することによって連続的
に調整可能である。このような光増幅素子を光通信シス
テムに用いると、大西洋及び太平洋等の大洋横断光海底
ケーブル通信システムにおいても、電気信号の介在しな
い、全光通信ネットワークが構成され、光海底ケーブル
を空間と同じように扱うことができるようになる。この
システムが構築された暁には、光の波である特性を用い
たコヒーレント光通信方式の採用により、すでに衛星通
信で行われている多対地間での周波数分割多重通信方式
が可能となる。このように、光増幅は、将来の国際間光
ネットワーク構築のための重要な技術となる。 しかし、光増幅技術はその有用性にもかかわらず、光
増幅素子単体の研究はなされていたものの、光増幅を用
いたシステム設計の検討は、ほとんどなされていなかっ
た。光増幅を用いたシステム設計のうちで一番重要な問
題は、光増幅素子から発生する自然放出光のS/N比への
影響である。自然放出光の発生は、高増幅素子には本質
的なものであり、そのパワースペクトルは、図２に示す
ように、1nm以下の信号光のスペクトル幅に比較して相
当広い。このため、大洋横断光海底ケーブルシステム等
のように長距離光通信システムにおいて多数の光増幅器
が継続接続されるような場合には、自然放出光は蓄積さ
れて信号光のレベル以上にもなる可能性がある。 （発明の目的） 本発明の目的は、光ファイバ伝送路に所望の間隔で複
数個の光増幅中継器を配置した光通信系を用いて、この
自然放出光の影響をおさえ十分なS/N比が得られる光フ
ァイバ長距離通信システムを提供することにある。 （発明の構成） この目的を達成するために、本発明の光ファイバ長距
離通信システムは、光ファイバ伝送路に所望の間隔で複
数個の光増幅中継器が配置された光ファイバ長距離通信
システムにおいて、前記複数個の光増幅中継器の個別又
は数個おきの光増幅器の前又は後に透過光スペクトル幅
B0が100Å以下に設定された光フィルタが設けられて、
前記複数個の光増幅中継器の総合増幅利得Gnが100〜100
00の範囲でありかつ前記透過光スペクトル幅B0と前記各
増幅器の利得Ｇの積GB0の値が該光ファイバ長距離通信
システムで10000以下に定められ、前記複数個の光増幅
中継器の各光増幅器では蓄積された自然放出光のレベル
が0dBm以下に抑圧されて必要なS/N比が確保されている
ことを特徴とする構成を有している。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明の構成図を図３に示す。図において光増幅器３
−２は、上述したように、光信号の増幅に加えて、自然
放出光を発生する。広いパワースペクトルを持った自然
放出光は、信号光の透過するスペクトル幅の狭い光フィ
ルタ３−１によって除去され必要なS/N比が確保され
る。 次に、必要なS/N比を確保するための光フィルタ３−
１の透過スペクトル幅について述べる。利得Ｇの光増幅
器から発生する自然放出光のパワーは、一般に次式で表
わされる。 Ｐ＝B0・（Ｇ−１）・ｈν （１） ここで、B0は光フィルタの透過スペクトル幅（単位は
オングストローム）、ｈはプランクの定数、νは光の周
波数である。ｎ中継の場合には、全自然放出光のパワー
はnPとなる。中継数に対する自然放出光のパワーをGB0
積をパラメータとして求めた結果を図４に示す。蓄積さ
れた自然放出光のパワーがあまり大きくなると、光増幅
素子の増幅特性が乱されるため、自然放出光のパワー
は、少なくとも信号光レベルより低く光増幅素子の増幅
度に飽和が発生するレベル以下におさえられていなけれ
ばならない。光増幅素子の増幅度に飽和特性が発生する
のは図１にみられるように、入射光レベルが0dBm〜10dB
mの範囲であるため、システム設計上は、蓄積された自
然放出光のレベルを0dBm以下に抑えておくことが望まし
い。蓄積された自然放出光レベルと光増幅中継数との関
係についての計算結果を図４に示す。図４に示すよう
に、蓄積された自然放出光レベルは、光増幅中継数，光
フィルタの透過スペクトル幅及び光増幅利得によって異
なるが、例えば中継数が10個以上になる1000km以上の長
距離システムにおいて自然放出光のレベルを0dBm以下に
抑えておくためには、GB0積としては、10000以下に設計
しておくことが必要になる。一方、光増幅器を用いたシ
ステムのS/N比という点から考えると、光増幅器の増幅
度はある程度の範囲に押さえられなければならない。FS
Kヘテロダイン検波方式に光増幅を用いた場合の信号の
誤り率（Pe）は近似的に次式で与えられる。 ここで、Psは光増幅出射信号光レベル、Ｂは伝送速度
（Gb/s）を示す。図５に１中継区間のシステムマージン
を10dB、光ファイバの損失を0.2dB/kmとした時のシステ
ム長Ｌ（km）に対する誤り率10-9を保証する為の全光増
幅器の総合増幅利得Gnの関係を示す。図に示された曲線
はシステム長に対する利得の上限であり、例えば、1000
kmのシステムで、10Gb/sの伝送速度の場合には10-9以下
の誤り率を得るためには利得Gnが1000以下である必要が
あることを示している。この計算結果より、5Gb/s以下
の伝送速度で1000km〜10000kmのシステムにおいては、
全光増幅器の総合増幅利得Gnとしては、100〜10000の範
囲が望ましいことが分かる。以上の検討結果より、例え
ば1000km以上の光通信システムに光増幅器を用いた場合
S/Nも満足し、蓄積された自然放出光のレベルが光信号
レベル以上にならないためにはGB0積として10000以下が
必要であり、Gnとしては100〜10000の範囲であることか
ら、必要となる光フィルタの透過幅は100オングストロ
ーム以下となる。 以上の説明は、光フィルタが全ての光増幅素子に用い
られている場合について説明を行ったが、システム長に
よっては、数個おきに光フィルタを用いることも可能で
ある。 光フィルタとしては、干渉膜を用いた干渉膜フィルタ
やグレーティングによるフィルタ等がある。本発明にお
いては、光フィル３−１が光増幅器３−２の前にある場
合について説明したが、光フィルタ３−１が光増幅器３
−２の後方にあっても同様な効果が期待できる。 （発明の効果） 以上述べたように本発明は、光増幅器を用いた光通信
システムにおいて、蓄積された自然放出光のレベルが、
光信号のレベル以下にならないように透過光スペクトル
幅が設定された光フィルタを用いたことを特徴とし、自
然放出光の影響を受けることのない光通信システムを提
供するものである。
バ通信システムに関するものである。 （従来技術とその問題点） 現在、実用化されている光ファイバ通信システムで
は、中継方式として、光信号を一旦電気信号に変換し、
電気信号の状態で増幅、及び、波形整形を行い、再びそ
の増幅された電気信号で半導体レーザを駆動するとい
う、光・電気・光・変換が行われている。この方法で
は、１伝送信号キャリアに対して１つの再生中継回路が
必要になるため、波長多重や周波数多重等による多重化
が困難であった。 一方、光信号を光のままで直接増幅する光増幅を用い
た中継方式では、従来の光・電気・光・変換中継方式に
比較して、中継回路が簡素化される上に、任意な伝送速
度による波長多重信号や周波数多重信号を一つの光増幅
器によって一括して増幅できる等の利点がある。また、
増幅度が光の入射方向に関係なく一定であるため、双方
向の信号光を１つの光増幅器を用いて一括増幅すること
も可能になる。 光増幅の方法としては、主に半導体レーザを用いたも
の、及び光ファイバ内で発生する誘導ラマン散乱現象を
用いた光ファイバラマン増幅があり、増幅度としては30
dB〜40dBが可能である。半導体レーザを用いた光増幅
は、通常の半導体レーザに、しきい値電流以下の電流を
流しておき、その状態で光が入射すると誘導放出により
増幅されるという原理に基づいている。 図１に半導体レーザを光増幅素子として用いた場合の
光増幅特性の実験結果を示す。図において、横軸は、信
号光の光増幅素子からの出射レベルであり、縦軸は光増
幅素子の増幅利得である。この結果より、出射信号光レ
ベルが0dBm程度まで一定の増幅度が得られていることが
分かる。図１は、飽和増幅度が15,20,25dBの場合につい
ての実験結果であるが、飽和増幅度は、30dB程度まで半
導体レーザへの注入電流を制御することによって連続的
に調整可能である。このような光増幅素子を光通信シス
テムに用いると、大西洋及び太平洋等の大洋横断光海底
ケーブル通信システムにおいても、電気信号の介在しな
い、全光通信ネットワークが構成され、光海底ケーブル
を空間と同じように扱うことができるようになる。この
システムが構築された暁には、光の波である特性を用い
たコヒーレント光通信方式の採用により、すでに衛星通
信で行われている多対地間での周波数分割多重通信方式
が可能となる。このように、光増幅は、将来の国際間光
ネットワーク構築のための重要な技術となる。 しかし、光増幅技術はその有用性にもかかわらず、光
増幅素子単体の研究はなされていたものの、光増幅を用
いたシステム設計の検討は、ほとんどなされていなかっ
た。光増幅を用いたシステム設計のうちで一番重要な問
題は、光増幅素子から発生する自然放出光のS/N比への
影響である。自然放出光の発生は、高増幅素子には本質
的なものであり、そのパワースペクトルは、図２に示す
ように、1nm以下の信号光のスペクトル幅に比較して相
当広い。このため、大洋横断光海底ケーブルシステム等
のように長距離光通信システムにおいて多数の光増幅器
が継続接続されるような場合には、自然放出光は蓄積さ
れて信号光のレベル以上にもなる可能性がある。 （発明の目的） 本発明の目的は、光ファイバ伝送路に所望の間隔で複
数個の光増幅中継器を配置した光通信系を用いて、この
自然放出光の影響をおさえ十分なS/N比が得られる光フ
ァイバ長距離通信システムを提供することにある。 （発明の構成） この目的を達成するために、本発明の光ファイバ長距
離通信システムは、光ファイバ伝送路に所望の間隔で複
数個の光増幅中継器が配置された光ファイバ長距離通信
システムにおいて、前記複数個の光増幅中継器の個別又
は数個おきの光増幅器の前又は後に透過光スペクトル幅
B0が100Å以下に設定された光フィルタが設けられて、
前記複数個の光増幅中継器の総合増幅利得Gnが100〜100
00の範囲でありかつ前記透過光スペクトル幅B0と前記各
増幅器の利得Ｇの積GB0の値が該光ファイバ長距離通信
システムで10000以下に定められ、前記複数個の光増幅
中継器の各光増幅器では蓄積された自然放出光のレベル
が0dBm以下に抑圧されて必要なS/N比が確保されている
ことを特徴とする構成を有している。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明の構成図を図３に示す。図において光増幅器３
−２は、上述したように、光信号の増幅に加えて、自然
放出光を発生する。広いパワースペクトルを持った自然
放出光は、信号光の透過するスペクトル幅の狭い光フィ
ルタ３−１によって除去され必要なS/N比が確保され
る。 次に、必要なS/N比を確保するための光フィルタ３−
１の透過スペクトル幅について述べる。利得Ｇの光増幅
器から発生する自然放出光のパワーは、一般に次式で表
わされる。 Ｐ＝B0・（Ｇ−１）・ｈν （１） ここで、B0は光フィルタの透過スペクトル幅（単位は
オングストローム）、ｈはプランクの定数、νは光の周
波数である。ｎ中継の場合には、全自然放出光のパワー
はnPとなる。中継数に対する自然放出光のパワーをGB0
積をパラメータとして求めた結果を図４に示す。蓄積さ
れた自然放出光のパワーがあまり大きくなると、光増幅
素子の増幅特性が乱されるため、自然放出光のパワー
は、少なくとも信号光レベルより低く光増幅素子の増幅
度に飽和が発生するレベル以下におさえられていなけれ
ばならない。光増幅素子の増幅度に飽和特性が発生する
のは図１にみられるように、入射光レベルが0dBm〜10dB
mの範囲であるため、システム設計上は、蓄積された自
然放出光のレベルを0dBm以下に抑えておくことが望まし
い。蓄積された自然放出光レベルと光増幅中継数との関
係についての計算結果を図４に示す。図４に示すよう
に、蓄積された自然放出光レベルは、光増幅中継数，光
フィルタの透過スペクトル幅及び光増幅利得によって異
なるが、例えば中継数が10個以上になる1000km以上の長
距離システムにおいて自然放出光のレベルを0dBm以下に
抑えておくためには、GB0積としては、10000以下に設計
しておくことが必要になる。一方、光増幅器を用いたシ
ステムのS/N比という点から考えると、光増幅器の増幅
度はある程度の範囲に押さえられなければならない。FS
Kヘテロダイン検波方式に光増幅を用いた場合の信号の
誤り率（Pe）は近似的に次式で与えられる。 ここで、Psは光増幅出射信号光レベル、Ｂは伝送速度
（Gb/s）を示す。図５に１中継区間のシステムマージン
を10dB、光ファイバの損失を0.2dB/kmとした時のシステ
ム長Ｌ（km）に対する誤り率10-9を保証する為の全光増
幅器の総合増幅利得Gnの関係を示す。図に示された曲線
はシステム長に対する利得の上限であり、例えば、1000
kmのシステムで、10Gb/sの伝送速度の場合には10-9以下
の誤り率を得るためには利得Gnが1000以下である必要が
あることを示している。この計算結果より、5Gb/s以下
の伝送速度で1000km〜10000kmのシステムにおいては、
全光増幅器の総合増幅利得Gnとしては、100〜10000の範
囲が望ましいことが分かる。以上の検討結果より、例え
ば1000km以上の光通信システムに光増幅器を用いた場合
S/Nも満足し、蓄積された自然放出光のレベルが光信号
レベル以上にならないためにはGB0積として10000以下が
必要であり、Gnとしては100〜10000の範囲であることか
ら、必要となる光フィルタの透過幅は100オングストロ
ーム以下となる。 以上の説明は、光フィルタが全ての光増幅素子に用い
られている場合について説明を行ったが、システム長に
よっては、数個おきに光フィルタを用いることも可能で
ある。 光フィルタとしては、干渉膜を用いた干渉膜フィルタ
やグレーティングによるフィルタ等がある。本発明にお
いては、光フィル３−１が光増幅器３−２の前にある場
合について説明したが、光フィルタ３−１が光増幅器３
−２の後方にあっても同様な効果が期待できる。 （発明の効果） 以上述べたように本発明は、光増幅器を用いた光通信
システムにおいて、蓄積された自然放出光のレベルが、
光信号のレベル以下にならないように透過光スペクトル
幅が設定された光フィルタを用いたことを特徴とし、自
然放出光の影響を受けることのない光通信システムを提
供するものである。
【図面の簡単な説明】
図１は半導体レーザを光増幅素子として用いた場合の光
増幅特性例図、図２は光増幅素子から発生する自然放出
光特性例図、図３は本発明の実施例を示すブロック図、
図４は中継数に対する自然放出光のパワー理論特性図、
図５はシステム長に対する誤り率10-9を保証するための
光増幅器の増幅利得例を示す特性例図である。 ３−１……光フィルタ、３−２……光増幅器。
増幅特性例図、図２は光増幅素子から発生する自然放出
光特性例図、図３は本発明の実施例を示すブロック図、
図４は中継数に対する自然放出光のパワー理論特性図、
図５はシステム長に対する誤り率10-9を保証するための
光増幅器の増幅利得例を示す特性例図である。 ３−１……光フィルタ、３−２……光増幅器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｈ０４Ｂ 10/17
(72)発明者 岩本 喜直
東京都目黒区中目黒２丁目１番23号 国
際電信電話株式会社研究所内
(56)参考文献 特開 昭62−88387（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．光ファイバ伝送路に所望の間隔で複数個の光増幅中
継器が配置された光ファイバ長距離通信システムにおい
て、前記複数個の光増幅中継器の個別又は数個おきの光
増幅器の前又は後に透過光スペクトル幅B0が100Å以下
に設定された光フィルタが設けられて、前記複数の光増
幅中継器の全光増幅器の総合増幅利得Gnが100〜10000の
範囲でありかつ前記透過光スペクトル幅B0と前記各増幅
器の利得Ｇの積GB0の値が該光ファイバ長距離通信シス
テムで10000以下に定められ、前記複数個の光増幅中継
器の各光増幅器では蓄積された自然放出光のレベルが0d
Bm以下に抑圧されて必要なS/N比が確保されていること
を特徴とする光ファイバ長距離通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62168630A JP2855525B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 光ファイバ通信システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62168630A JP2855525B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 光ファイバ通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6413503A JPS6413503A (en) | 1989-01-18 |
| JP2855525B2 true JP2855525B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=15871610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62168630A Expired - Lifetime JP2855525B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 光ファイバ通信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2855525B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53120544A (en) * | 1977-03-30 | 1978-10-21 | Toshiba Corp | Optical transmitter |
| JPS5834407A (ja) * | 1981-08-25 | 1983-02-28 | Nec Corp | 光伝送路 |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP62168630A patent/JP2855525B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6413503A (en) | 1989-01-18 |
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