JP2897378B2

JP2897378B2 - 多チャンネル光同時増幅方法

Info

Publication number: JP2897378B2
Application number: JP2232217A
Authority: JP
Inventors: 克己江村
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH04113330A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光周波数多重型の光通信システムにおい
て、光周波数多重された信号光を同時に増幅する多チャ
ンネル光同時増幅方法に関する。

（従来の技術）光周波数多重光通信技術は、従来の超大容量光通信を
実現するために不可欠な技術であり、幹線系のみらず、
光CTVシステム等の分配系への適用も期待されている。
特に分配系への応用を考える場合、そのチャンネル数は
100チャンネル以上にのぼることが考えられる。この多
数のチャンネルを数多くの加入者に分配するためには光
増幅器の利用が有効であり、その検討が各所で進められ
ている（例えば、渋谷らによる1989年電子情報通信学会
春季全国大会論文、SB9−７“コヒーレント光CATVへの
半導体レーザ増幅器の適用の検討”）。この光増幅器と
しては、希土類ドープファイバ増幅器と半導体光増幅器
が主に検討されている。

（発明が解決しようとする課題）光周波数多重された信号光を同時増幅する場合の光増
幅器の入力レベルの最低値は、光領域における各チャン
ネル毎の信号対雑音比（S/N比）で決まる。一方、光増
幅器の入力レベルの最大値は光増幅器の飽和レベルで制
御され、同時増幅するチャンネル数が増えるほど１チャ
ンネル当りの最大入力レベルは小さくなる。従って、同
時増幅するチャンネル数が多い場合には１チャンネル当
りのダイナミックレンジが小さくなり、場合によっては
多数のチャンネルの同時増幅は不可能となる場合があっ
た。この問題を解決する方法としては光増幅器の飽和レ
ベルを増大するのが一番であるが、希土類ドープファイ
バアンプの場合、励起光源の出力によって最大飽和レベ
ルが制限されてしまう。またた半導体光増幅器の場合に
は、その半導体増幅器の構造によって飽和レベルを100m
W以上にすることも可能であるが、この場合は増幅利得
の偏光依存性が大きくなってしまうという問題があっ
た。

そこで本発明の目的は、光増幅器の飽和レベルが制限
され、また利得に偏光依存性がある場合でも同時増幅可
能なチャンネル数を増大することができる多チャンネル
光同時増幅方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の第１の多チャンネル光同時増幅方法は、送信
部において光周波数多重された多チャンネルの信号光を
受信部内の光増幅部で一括同時増幅する多チャンネル光
同時増幅方法であって、前記送信部は直交する２偏光を用いて複数の信号光を
光周波数多重して出力し、前記光増幅部は入力する光周波数多重された信号光を
直交する２つの偏光成分に分離したのち、それぞれの偏
光成分を個別の光増幅器でそれぞれ増幅し、該光増幅器
のそれぞれの出力光を偏光多重して増幅光周波数多重信
号光を得ることを特徴とする。

また本発明の第２の多チャンネル光同時増幅方法は、
送信部において光周波数多重された多チャンネルの信号
光を受信部内の光増幅部で一括同時増幅する多チャンネ
ル光同時増幅方法であって、前記送信部は光周波数多重された信号光の偏光状態を
偏光スクランブラによりスクランブルして出力し、前記光増幅部は入力する光周波数多重された信号光を
直交する２つの偏光成分に分離したのち、それぞれの偏
光成分を個別の光増幅器でそれぞれ増幅し、該光増幅器
のそれぞれの出力光を偏光多重して増幅光周波数多重信
号光を得ることを特徴とする。

（作用）ここでは本発明における光増幅部の構成について説明
する。第２図は本発明の光増幅部の構成を示す図であ
る。本発明の光増幅部の構成については、単一チャンネ
ルの信号を偏光無依存で増幅する増幅器として、タムラ
らによる1989年ヨーロッパ光通信会議（ECOC′89）の論
文MoB4−６″ロング−ホウルトランスミッションエ
クスペリメントユージングポラリゼーションイン
センシティブ−タイプオプティカルアンプリファイ
アモヂュール″にも述べられている。この光増幅部は
偏光ビームスプリッタ301,304と光増幅器302,303で構成
され、入力された信号光は偏光ビームスプリッタ301で
直交する２つの偏光に分離される。もし送信部において
光周波数多重時に直交する２偏光を均等に使っていたと
すると、光増幅部の偏光ビームスプリッタ301で光周波
数多重信号光はほぼ1:1の強度比に分離される。偏光分
離された信号はそれぞれ特性の揃った２つの光増幅器30
2,303で増幅される。このとき、光増幅器302,303への入
力光の偏光が管理されているから、光増幅器に偏光依存
性があってもかまわない（光増幅器の最大の飽和出力が
得られる偏光状態に信号光の偏光を合わせて入射させる
ことにより多きなダイナミックレンジを確保することが
できる）。各光増幅器302,303の出力は、偏光ビームス
プリッタ304により偏光合成される。このとき、信号光
の偏光状態が管理されているから、100％の効率での合
成が可能となる。一方、光増幅器302,303から出力され
る雑音の偏光依存性は小さいから、偏光ビームスプリッ
タ304での合成により雑音成分のほぼ半分はカットされ
る。従って、偏光ビームスプリッタ304で合成された後
の雑音成分は、２つの光増幅器302,304の出力の合成で
あってもそのレベルはひとつの光増幅器から出力される
雑音成分とほぼ等しい。このため本発明の偏光分離型の
光増幅器においても、その最小入力レベルは単一の光増
幅器を用いる場合と等しくなる。一方、信号光は２つの
光増幅器302,303で増幅されているから、１チャンネル
当りの飽和出力レベルは倍になる。この結果、光周波数
多重時に偏光を利用し、第２図の構成の光増幅部を用い
ることにより、信号光のダイナミックレンジを２倍に拡
大できることになる。また送信部で光周波数多重を行っ
たのち、この周波数多重信号光の偏光状態をスクランブ
ルすることによっても偏光ビームスプリッタ301で信号
光の強度を1:1に分けることができるから同様の議論が
成り立つ。

（実施例）つぎに、本発明の実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。本実施例では、100波の信号光の光周波数多重の例
について説明する。100波の信号光１〜100は、まず隣合
う信号光どうしが偏光多重器101〜150で偏光多重され
る。例えば、信号光1,2は偏光多重器101で、信号光3,4
は偏光多重器102でそれぞれ偏光多重される。各偏光多
重器の出力は50×１の光合波器201で合波される。この
結果、光合波器201の出力には信号光１から信号光100ま
でが、隣合う周波数成分の信号の偏光が互いに直交する
形で含まれている。この光合波器201の出力は、光ファ
イバ202を伝搬したのち光増幅部300に入射される。光増
幅部300では、まず偏光ビームスプリッタ301により入射
信号光の偏光が２つに分けられる。送信部で偏光多重を
利用しているから、偏光分離されたふたつの偏光成分の
強度はほぼ等しくなる。偏光分離された信号光はそれぞ
れの偏光毎に光増幅器302,303で増幅される。増幅され
た信号光は偏光ビームスプリッタ304で偏光合成されて
出力される。

本実施例においては、光増幅器302,303として量子井
戸型の半導体光増幅器を用いた。この半導体光増幅器の
飽和出力パワーは100mWと十分に大きいが、偏光依存性
が10dB以上見られる。しかし、本実施例では光増幅部30
0が偏光保存ファイバを用いてモジュール化してあり、
偏光保存ファイバの固有軸が偏光ビームスプリッタ301,
304の軸方向及び半導体光増幅器302,303の最大飽和出力
軸に一致するように配置してあるから、半導体光増幅器
302,303は常に最適動作状態を保つことができる。

本実施例では、各チャンネルは600Mb/sで変調されて
おり、半導体光増幅器への所要最小入力レベルは各チャ
ンネル当り−22dBmである。一方、各半導体光増幅器30
2,303の飽和レベルは＋20dBmであり、偏光ビームスプリ
ッタ301でパワーが２分されること、半導体光増幅器の
利得が15dBであることを考慮すると、１チャンネル当り
の最大入力レベルは−12dBmとなる。この結果、本実施
例においては100チャンネル同時増幅時においても各チ
ャンネル当り10dBのダイナミックレンジを確保すること
ができる。これは、本実施例の構成により、偏光依存性
はあるが高飽和出力の半導体光増幅器の使用が可能にな
ったことによるところが大きい。

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。本実施例も100チャンネルの光周波数多重システム
に適用したものである。本実施例では、信号光１〜50を
まず偏光を揃えた上で光合波器201で合波する。また、
信号光51〜100もやはり偏光を揃えた上で光合波器203で
合波する。光合波器201,203の出力は偏光多重器101で偏
光多重され、光ファイバ202を通して光増幅器300へ送ら
れる。光増幅器300構成は第１の実施例と同様である
が、本実施例では、光増幅器302,303としてエルビウム
ドープ光ファイバ増幅器を用いている。

本実施例の場合、エルビウムドープ光ファイバ増幅器
を用いているから、偏光依存性はないがその飽和パワー
が励起光源のパワーによって制限され＋12dBmである
（利得18dB）。本実施例に用いるエルビウムドープ光フ
ァイバ増幅器は、半導体光増幅器に比べて低雑音である
から600Mb/sの信号に対する許容最小入力レベルは−24d
Bmである。この結果、１つのエルビウムドープ光ファイ
バ増幅器を用いる場合には受信感度の劣化無しに100チ
ャンネルの同時増幅は不可能であるが、本実施例の構成
により100チャンネルの同時増幅が可能になる。

第４図は本発明の第３の実施例を示す図である。本実
施例では、まず信号光１〜100を光合波器201で合波す
る。この光合波器201の出力は、偏光スクランブラ210で
偏光状態がスクランブルされる。ここで偏光スクランブ
ラ210は、LiNbO₃デバイスであり、各チャンネルのビッ
トレイト600Mb/sに対して十分に速い速度4GHzで動作し
ている。偏光スクランブルされた光周波数多重信号光
は、光ファイバ202を伝搬して光増幅器300に入射され
る。このとき光周波数に異なった信号光がファイバ202
を伝搬することにより偏光スクランブラ210では時間的
に同期して変化していた各チャンネルの偏光状態が時間
的に平均化される。すなわち異なった光周波数のチャン
ネルの偏光状態は異なった位相で変化することになる。
ここで光増幅部300の構成は、第１の実施例と同様であ
る。本実施例においても第１の実施例と同様に、十分な
ダイナミックレンジを確保した上で100チャンネルの同
時増幅が可能である。

なお、本発明には、以上の実施例の他にも様々な変形
例が考えられる。まず偏光スクランブルを用いる第３の
実施例において、光増幅部300にエルビウム等の希土類
ドープファイバ増幅器を用いることも可能である。ま
た、第１、第２および第３の実施例では送信部が一箇所
の場合を考えていたが、送信光源が分散して存在する場
合でも全信号が合波された時点で偏光状態が２つの偏光
間で均一に存在するようにすれば本発明を適用すること
ができる。また、第１、第２および第３の実施例では光
増幅部300がひとつの場合について述べてきたが、光増
幅部300の出力は２つの偏光成分を均等に含んでいるか
ら、分配系等では光増幅部を多段に接続する構成も可能
である。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明によれば、光周波数多
重された信号を多チャンネル同時増幅する場合に、十分
なダイナミックレンジを確保することができる増幅方法
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の光増幅部の構成を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例を示すブロック図、第４図は本発明の第
３の実施例を示すブロック図である。 101,102,…,150…偏光多重器、201,203…光合波器、202
…光ファイバ、210…偏光スクランブラ、300…光増幅
部、301,304…偏光ビームスプリッタ、302,303…光増幅
器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信部において光周波数多重された多チャ
ンネルの信号光を受信部内の光増幅部で一括同時増幅す
る多チャンネル光同時増幅方法において、前記送信部は直交する２偏光を用いて複数の信号光を光
周波数多重して出力し、前記光増幅部は入力する光周波数多重された信号光を直
交する２つの偏光成分に分離したのち、それぞれの偏光
成分を個別の光増幅器でそれぞれ増幅し、該光増幅器の
それぞれの出力光を偏光多重して増幅光周波数多重信号
光を得ることを特徴とする多チャンネル光同時増幅方
法。
【請求項２】送信部において光周波数多重された多チャ
ンネルの信号光を受信部内の光増幅部で一括同時増幅す
る多チャンネル光同時増幅方法において、前記送信部は光周波数多重された信号光の偏光状態を偏
光スクランブラによりスクランブルして出力し、前記光増幅部は入力する光周波数多重された信号光を直
交する２つの偏光成分に分離したのち、それぞれの偏光
成分を個別の光増幅器でそれぞれ増幅し、該光増幅器の
それぞれの出力光を偏光多重して増幅光周波数多重信号
光を得ることを特徴とする多チャンネル光同時増幅方
法。