JP2916210B2 - 光ファイバ伝送システム - Google Patents

光ファイバ伝送システム

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JP2916210B2
JP2916210B2 JP2126802A JP12680290A JP2916210B2 JP 2916210 B2 JP2916210 B2 JP 2916210B2 JP 2126802 A JP2126802 A JP 2126802A JP 12680290 A JP12680290 A JP 12680290A JP 2916210 B2 JP2916210 B2 JP 2916210B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、光ファイバによって光信号を増幅する光
ファイバ増幅器を、光送信器及び光受信器間の光伝送路
に介在してなる光ファイバ伝送システムに関する。
(従来の技術) 現在用いられている光ファイバ伝送システムにあって
は、伝送損失を補償するため、光伝送路中に所定の間隔
で中継器を介在している。この中継器においては、被伝
送信号光を光検出器により電気信号に変換し、この変換
された電気信号を増幅器により増幅した後、半導体レー
ザあるいはLED等によって再び光信号に変換して光伝送
路に送出する構成になっている。以下、このように光/
電気・電気/光の変換過程を含む中継器を電気的中継器
と略す。
一方、最近では光ファイバによる光増幅器(以下、光
ファイバ増幅器と称する)の研究が進み、良好な特性が
得られることが明らかになってきた。このような光ファ
イバ増幅器は、電気的光中継器と異なり、中継に際して
光/電気・電気/光の変換過程を含まず、全光式中継器
ということができる。光ファイバ増幅器を中継器として
用いることは、中継器の小形化、省電力化をもたらす有
望な手段である。
第6図に光ファイバ増幅器を一段用いた光ファイバ伝
送システムの構成を示す。第6図において、送信側には
信号源11があり、この信号源11の出力信号は光送信器12
で変調を受けて波長1.5[μm]帯の信号光となり、光
ファイバによる光伝送路13に送出される。この光伝送路
13は増幅作用を持たず、信号光は伝送損失を受ける。こ
の光伝送路13で伝送損失を受けた信号光は光ファイバ増
幅器14で損失が補償される。
この光ファイバ増幅器14は、励起光源、入力光に励起
光に合波する光合波器及びEr(エルビウム)の光ファイ
バのコアにドープしたErドープ光ファイバとで構成され
るもので、近時、良好な特性が得られるようになったも
のである。第7図に上記光ファイバ増幅器14の内部構成
を示す。第7図において、入力ポート141に入力される
光伝送路13からの信号光は光合波器に142に送られる。
この光合波器142は入力した信号光と励起光源143からの
励起光(例えば波長1.48[μm]帯)を合波するもの
で、この合波光はErドープ光ファイバ144に送出され
る。この光ファイバ144は増幅作用を有するもので、こ
こで増幅された信号光と残存する励起光は出力ポート14
5を介して光ファイバによる光伝送路15へ送出される。
このように光ファイバ増幅器14で損失を補償された信
号光は再び増幅作用を持たない光伝送路15に送出され、
一定の距離を隔てて設置される光受信器16に供給され
る。第8図に光受信器16の入力部分の構成を示す。第8
図において、入力ポート161に入力される光伝送路15か
らの合波光はいったんバンドパスフィルタ162に入力さ
れる。このバンドパスフィルタ162は合波光から励起光
1.48[μm]帯を遮断するためのもので、ここで励起光
が除去された後、信号光は受光素子163に送られ、電気
信号に変換されて受信信号となる。これによって光ファ
イバ伝送システムが形成される。
ところで、上記のような光ファイバ増幅器を用いた全
光式中継器は、その特徴、すなわち光/電気・電気/光
の変換過程を含まないがために、電気的光中継器と比
べ、伝送システムの運用、管理、保守の面で末だ解決す
べき問題が残されている。
すなわち、一般に電気的光中継器では、光/電気変換
を行った後、伝送されてきた信号の状態を電気的手段に
より監視・処理し、何らかの異常があれば異常であるこ
とを示す情報を付加した後、電気/光変換を行って光フ
ァイバに送出している。この構成によれば、伝送システ
ムの下流において、上流で異常があったことを検知可能
であり、伝送システムの運用、監視、保守が容易にでき
る。
しかるに、全光式中継器では、信号の状態を監視・処
理する手段、及び異常を検知して異常発生の情報を付加
する有効に手段がないため、伝送システムの下流で上流
の異常を有効に検知することができない。このことは全
光式中継器を用いた伝送システムは、主信号を伝送する
回線とは別に監視専用の回線を設けなければ、システム
の運用、管理、保守が困難であることを意味する。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように従来の全光式中継器を用いた光ファ
イバ伝送システムでは、下流側で上流側の異常を検知す
るには主信号伝送回線とは別に監視用回線が必要であ
り、容易にシステムの運用、管理、保守を行うことがで
きなかった。
この発明は上記の課題を解決するためになされたもの
で、別に監視用回線を用いることなく、下流側で上流側
の異常を容易に検知することができ、これによって容易
に運用、管理、保守を行うことのできる光ファイバ伝送
システムを提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するためにこの発明は、光送信器から
光受信器への光伝送路に光ファイバによる光ファイバ増
幅器を介在させ、この光ファイバ増幅器に入力する被伝
送信号光に励起光を合波して光増幅することにより伝送
損失を低減する光ファイバ伝送システムにあって、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光の状態
をモニタして、そのモニタ情報から励起光の異常を検出
する励起光異常検出手段と、前記光ファイバ増幅器に設
けられ、前記励起光異常検出手段の検出結果に応じて、
前記光ファイバ増幅器の利得が飽和特性を示す領域で前
記励起光の強度を変調する変調手段と、前記光受信器に
設けられ、被伝送光信号から合波されている励起光を分
波し、分波された励起光の状態から上流の異常の有無を
検出する監視手段とを具備して構成される。
(作用) 上記構成による光ファイバ伝送システムでは、光ファ
イバ増幅器において、伝送系の状態を逐次モニタしてそ
の異常を検出し、例えば異常検出時に励起光の強度を変
調し、これを信号光に合波して光受信器に向け伝送す
る。光受信器では、被伝送光信号から励起光を分波して
その状態を識別することにより、上流の異常の有無を判
別することが可能となる。
特に本発明では、上流の異常に係わる情報の伝送を行
うのに、前記励起光に対して強度変調を施すようにして
いる。その際、前記光ファイバ増幅器の利得が飽和特性
を示す領域において、強度変調を施すようにしている。
このようにすることで、励起光と信号光との合波の際
に信号光に何ら影響を与えないようにすることができ、
伝送品質の劣化無しに情報を伝えることが可能となる。
(実施例) 以下、第1図乃至第4図を参照してこの発明に係る実
施例を説明する。
第1図は第1の実施例を示すものである。第1図にお
いて、第6図と同一部分には同一符号を付して示し、こ
こでは異なる部分を中心に説明する。
前記光伝送路13から送られてくる信号光は光ファイバ
増幅器21に入射される。この光ファイバ増幅器21は入力
ポート211に接続される光伝送路13からの信号光を光合
波器212に送り、励起光源213からの励起光を合波した
後、Erドープ光ファイバ214で光増幅して、出力ポート2
15より光伝送路15へ送出するようになっている。
上記光ファイバ増幅器21は、さらに励起光源213の出
力状態をモニタして異常を検出するモニタ回路216と、
励起光源16の光出力強度を変調する変調器217を備えて
いる。すなわち、モニタ回路216は励起光源213の出力強
度が基準レベルからずれた場合にこれを検出して異常検
出信号を発生し、変調器217はこの異常検出信号を受け
て励起光源213の光出力強度を一定の周波数で変調する
ようになっている。
この光ファイバ増幅器21の出力光は光伝送路15を介し
て光受信器22に送られる。この光受信器22は入力ポート
221を介して光伝送路15からの伝送光を入力すると、こ
の入力光を光分波器222に入射する。この光分波器222は
入力光から信号光波長を中心とする波長帯の光を信号受
信用受光素子223に導き、それ以外の光(励起光を含
む)を伝送路監視用受光素子224に導く。信号受信用受
光素子223で得られた受光信号は受信回路に送られ、復
調検波される。また、伝送路監視用受光素子224で得ら
れた受光信号は異常検出器225に送られ、ここで励起光
の強度変調の有無を検出することによって光ファイバ増
幅器21の異常の有無が検出される。
上記構成において、以下、第2図を参照して異常検出
動作について説明する。
第2図は上記光ファイバ増幅器21の特性を示すもの
で、横軸には励起光の強度、縦軸には光ファイバ増幅器
の利得が示されている。同図からわかるように、励起光
の強度が低い領域では、励起光の強度を増すに従って
光ファイバ増幅器の利得が増大するが、励起光の強度が
ある値に達すると、それ以上励起光の強度を上げても
(励起光の強度が高い領域)光ファイバ増幅器の利得
は増大せず、飽和状態となる。
したがって、の領域で励起光を強度変調すると、信
号光に対する光ファイバ増幅器な利得が変調を受け、そ
の結果、信号光も強度変調されても受信側での復調に悪
影響を及ぼす。例えば被伝送信号光がPCM符号の場合に
は、受信信号のアイ開口の劣化、ジッタの増加を招き、
被伝送信号光がFM信号の場合にはAM−PM変換を招き、受
信信号のSN比を劣化させる。しかるに、の領域で励起
光を変調すれば、信号光に対する光ファイバ増幅器の利
得は変化を受けず、その結果、信号光も新たな強度変調
を受けず、受信側での復調に悪影響を与えない。
そこで、この実施例では、光ファイバ増幅器21での異
常発生を光受信器22で検知できるようにするため、光フ
ァイバ増幅器21において、励起光源213を所定強度以上
で駆動しておき、その出力をモニタ回路216で監視し、
異常発生時には変調器217で励起光源213の出力強度を所
定値以上で変調させるようにしている。この構成によれ
ば、光受信器22に送られる合波光は励起光成分のみが変
調されることになる。したがって、光受信器22におい
て、光分波器222で分離される励起光成分を監視用受光
素子224で受光して、異常検出器225で変調の有無を検出
することにより、別に監視用回線を用いなくても、光フ
ァイバ増幅器21で異常が発生したことを検知することが
できる。
尚、上記実施例では、励起光源213の変調を異常発生
時に行うようにしたが、逆に正常状態で変調をかけてお
き、異常発生時に変調を停止するようにしても、同様の
効果を得ることができる。
次に、第3図を参照して、この発明に係る他の実施例
を説明する。但し、第3図において第1図と同一部分に
は同一符号を付して示し、その説明を省略する。
この実施例では、光ファイバ増幅器21の励起光の異常
の検出・監視のみでなく、光ファイバ増幅器21以前の上
流での異常及び光ファイバ増幅器21の励起光以外(例え
ば光ファイバ214)の異常検出・監視も可能である。
すなわち、第3図において、入力ポート211に入力さ
れる伝送信号光は光分岐器218により一部モニタ用の受
光素子219に送られる。この受光素子219では伝送信号光
のレベルを検出し、その検出信号を変調処理制御回路21
10に送る。この変調処理制御回路2110は、受光素子219
より送られた伝送信号光のレベルが所定の基準レベルか
らずれている場合は、光ファイバ増幅器21以前(例えば
伝送路あるいは光送信器)で異常が発生していると判別
し、またモニタ回路216から検出信号が送られてきた場
合は、当該光ファイバ増幅器21の励起光源213の出力光
に異常が発生していると判別し、各判別状態に応じて変
調器217の変調周波数を制御するものである。この場
合、変調器217はその変調周波数を可変可能であるもの
とする。
上記構成において、変調処理制御回路2110、例えば以
下のような処理を行う。
まず、受光素子219の出力レベルをみて、例えばレベ
ルダウンしている場合には、光送信器12(第1図参照)
あるいは当該光ファイバ増幅器21までの光伝送路に異常
が生じたと判断する。さらに、モニタ回路216の出力レ
ベルをみてレベルダウンしている場合には、励起光源21
3に異常が生じたと判断する。このような各種判断が得
られた場合には、状況別に変調周波数を選択して変調器
217を駆動制御する。但し、変調周波数の選択範囲は、
光ファイバ増幅器の利得飽和範囲に設定する。
このような構成によれば、信号光に影響を与えること
なく、異常の種類別に励起光を変調して光受信器に送出
することができるので、光受信器側で、分離した励起光
の変調周波数を識別することにより、異常箇所を判別す
ることが可能となる。これによって、別に監視用回線を
用いることなく、下流側で上流側の異常を容易に検知す
ることでき、容易に運用、管理、保守を行うことができ
る。
また、第3図に示すように、Erドープ光ファイバ214
の出力レベルを光分岐器2111の分岐後、受光素子2112で
検出し、その検出結果を前記変調処理制御回路2110に供
給すれば、検出レベルが所定レベル以下となったとき、
光ファイバ増幅器に異常が生じたと判断することがで
き、変調器213を通じて、特定の周波数で励起光を強度
変調することによって、出力部異常の情報を光受信器側
に知らせることができる。
ところで、以上の実施例は、いずれも光ファイバ増幅
器が光伝送路内に1個設けられた場合についての例であ
るが、複数の光ファイバ増幅器を用いた場合について以
下に説明する。
この場合において、上記構成の光ファイバ増幅器をそ
のまま用いると、前段の光ファイバ増幅器で励起光成分
が変調されているときに当該光ファイバ増幅器でも異常
が生じたとすれば、同一の変調周波数で励起光の強度を
変調してしまうため、光受信器でどの光ファイバ増幅器
が異常なのか区別することができない。
第4図は多数の光ファイバ増幅器を用いた場合に、い
ずれの光ファイバ増幅器が異常を生じたか光受信器側で
識別可能とする光ファイバ増幅器の実施例を示すもので
もある。但し、第4図において、第3図と同一部分には
同一符号を付して示し、その説明を省略する。
すなわち、この実施例において、第3図に示した実施
例と異なる点は、第3図の光分岐器218を光分岐器2181
に置き換えた点であり、入力ポート211に入力される伝
送光は光分波器218で信号光成分とそれ以外の光成分と
を分波し、信号光成分は光合成器212に、それ以外の光
成分は伝送路監視用の受光素子219に送られる。この受
光素子219で得られた検出信号は、前段の光ファイバ増
幅器で励起光が変調を受けていれば、その変調周波数を
有している。この受光素子219の検出信号は前記モニタ
回路216の励起光異常検出信号と共に変調処理制御回路2
110送られる。
この変調処理制御回路2110は受光素子219から検出信
号が送られてくれば、前段の光ファイバ増幅器に異常が
発生していると判別し、またモニタ回路216から検出信
号が送られてくれば、当該光ファイバ増幅器21の励起光
源213の出力光に異常が発生していると判別し、各判別
状態に応じて変調器217の変調周波数を制御するもので
ある。この場合、変調器217はその変調周波数を可変可
能であるものとする。
上記構成において、変調処理制御回路2110は、第3図
の実施例の場合と同様に、例えば以下のような処理を行
う。
まず、受光素子219の出力レベルをみてレベルダウン
している場合には、前段の光ファイバ増幅器の出力部あ
るいは当該光ファイバ増幅器までの光伝送路に異常が生
じたと判断する。また、受光素子219の出力に特定の周
波数信号が得られる場合には、前段の光ファイバ増幅器
の励起光源に異常が生じたと判断する。さらに、モニタ
回路216の出力レベルをみてレベルダウンしている場合
には、励起光源213に異常が生じたと判断する。このよ
うな各種判断が得られた場合には、状況別に変調周波数
を選択して変調器217を駆動制御する。但し、変調周波
数の選択範囲は、光ファイバ増幅器の利得飽和範囲に設
定する。
このような構成によれば、信号光に影響を与えること
なく、異常の種類別に励起光を変調して光受信器に送出
することができるので、光受信器側で、分離した励起光
の変調周波数を識別することにより、異常箇所を判別す
ることが可能となる。これによって、別に監視用回線を
用いることなく、下流側で上流側の異常を容易に検知す
ることができ、容易に運用、管理、保守を行うことがで
きる。
また、第3図の実施例と同様に、Erドープ光ファイバ
214の出力レベルを光分岐器2111の分岐後、受光素子211
2で検出し、その検出結果を前記変調処理制御回路2110
に供給すれば、検出レベルが所定レベル以下となったと
き、光ファイバ増幅器に異常が生じたと判断することが
でき、変調器213を通じて、特定の周波数で励起光を強
度変調することによって、出力部異常の情報を光受信器
側に知らせることができる。
尚、上記の各実施例では、励起光の強度変調に光ファ
イバ増幅器の利得飽和特特性を利用したが、光ファイバ
増幅器の利得応答特性を利用するようにしても実施可能
である。この手法は、光ファイバ増幅器の利得が追随で
きない領域で励起光強度を変化させるもので、光ファイ
バ増幅器を励起する光の強度を高い周波数で変調するこ
とより、信号光に悪影響を与えることなく、伝送システ
ムの下流側に光ファイバ増幅器の異常などの運用、監
視、保守の情報を伝達することができる。
すなわち、励起光源を変調した場合、光ファイバ増幅
器の利得の応答は光ファイバ増幅器の材料によって定ま
る。例えば、Erをドープした石英系光ファイバ増幅器の
場合には、利得を大きくとれる1.5[μm]帯の波長に
おいて、励起光強度変調に対する利得の応答は、数kHz
以上で励起光に追随できなくなる。したがって、例えば
数kHzの周波数成分を持つような信号で励起光を強度変
調すれば、光ファイバ増幅器の利得は時間的に変化しな
いとみなすことごできる。逆に、10Hz程度の信号で励起
光を強度変調すれば、光ファイバ増幅器の利得は励起光
の変化に追随してしまい、信号光も強度変調されて受信
側での復調に悪影響を及ぼすことになる。
第5図に一例を示す。第5図(a)は無変調時におけ
る信号光パルス列を示すもので、このような信号光に10
Hz程度の励起光を合波すると、同図(b)に示すように
パルスの振幅が不揃いとなり、復調に悪影響を及ぼして
しまう。
このようなことから、励起光源を光ファイバ増幅器の
利得が応答できない速度で強度変調すれば、信号光に影
響を与えることなく、励起光の波長のみを変化させるこ
とができる。したがって、この変調手段によっても、光
ファイバ増幅器の異常等の情報を下流に知らせることが
できる。
尚、いずれの実施例も光ファイバ増幅器での異常発生
を下流に知らせる場合について説明したが、光送信器の
出力部を同様に構成すれば、光送信器自体の送信異常発
生を下流を知らせることもできる。また、変調手段は光
ファイバ増幅器の利得飽和特性、応答特性のいずれか一
方を利用すればよいが、両方を同時に利用すれば、信頼
性を向上させることができる。
また、例えば光伝送路が長距離にわたり、光受信器が
遠方に存在し、光伝送路内の各異常の監視を途中の光増
幅器で行う方が都合がよい場合は、異常の有無を検出す
る監視手段を光受信器内に設ける代わりに、当該光ファ
イバ増幅器内に設けてもよい。
その他、この発明の要旨を変更しない範囲で種々変形
しても同様に実施可能であることはいうまでもない。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、別に監視用回線を用
いることなく、下流側で上流側の異常を容易に検知する
ことができ、これによって容易に運用、管理、保守を行
うことのできる光ファイバ伝送システムを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る光ファイバ伝送システムの一実
施例を示すブロック図、第2図は同実施例の変調手段を
説明するための特性図、第3図及び第4図はそれぞれこ
の発明に係る他の実施例を示すブロック図、第5図は同
実施例の変調手段を説明するための波形図、第6図は従
来の光ファイバ伝送システムの基本構成を示すブロック
図、第8図は第7図のシステムの光ファイバ増幅器の構
成を示すブロック図、第7図は第6図のシステムの光受
信器の入力部の構成を示すブロック図である。 11……信号源、12……光送信器、13……光伝送路、 14,21……光ファイバ増幅器、15……光伝送路、 16,22……光受信器、141,211……入力ポート、 142,212……光合波器、143,213……励起光源、 144,214……Erドープ光ファイバ、 145,215……出力ポート、216……モニタ回路、 217……変調器、218……光分岐器、 219……伝送路監視用受光素子、 2110……変調処理制御回路、2111……光分岐器、 2112……受光素子、2181……光分波器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−87727(JP,A) 特開 平3−83427(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/10 H01S 3/06 G02F 1/35 501 H04B 10/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光送信器から光受信器への光伝送路に光フ
    ァイバによる光ファイバ増幅器を介在させ、この光ファ
    イバ増幅器に入力する被伝送信号光に励起光を合波して
    光増幅することにより伝送損失を低減する光ファイバ伝
    送システムにおいて、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光の状態を
    モニタして、そのモニタ情報から励起光の異常を検出す
    る励起光異常検出手段と、 前記光ファイバ増幅器に設けられ、前記励起光異常検出
    手段の検出結果に応じて、前記光ファイバ増幅器の利得
    が飽和特性を示す領域で前記励起光の強度を変調する変
    調手段と、 前記光受信器に設けられ、被伝送光信号から合波されて
    いる励起光を分波し、分波された励起光の状態から上流
    の異常の有無を検出する監視手段と、 を具備したことを特徴とする光ファイバ伝送システム。
  2. 【請求項2】前記変調手段は、前記被伝送信号光の周波
    数帯域より十分高い周波数で前記励起光を強度変調する
    ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ伝送システ
    ム。
  3. 【請求項3】前記光ファイバ増幅器は、入力光から励起
    光を分波し、分波された励起光の状態から上流の異常を
    検出する入力異常検出手段を備え、この手段で異常が検
    出されたとき前記励起光の強度変調を行うようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の光ファイバ伝送システ
    ム。
  4. 【請求項4】前記光ファイバ増幅器は、出力光をモニタ
    して、そのモニタ情報から光ファイバ増幅器の出力異常
    を検出する出力異常検出手段を備え、この手段で異常が
    検出されたとき前記励起光の強度変調を行うようにした
    ことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ伝送システ
    ム。
  5. 【請求項5】前記光ファイバ増幅器は、入力光から励起
    光を分波し、分波された励起光の状態から上流の異常を
    検出する入力異常検出手段と、出力光をモニタして、そ
    のモニタ情報から光ファイバ増幅器の出力異常を検出す
    る出力異常検出手段と、前記入力検出手段、出力異常検
    出手段、励起光異常検出手段の各異常検出情報から、状
    況に応じて前記変調手段の変調周波数を選択的に切換制
    御する変調処理制御手段とを備え、 前記光受信器は、前記分波された励起光の変調周波数を
    識別する周波数識別手段を備えることを特徴とする請求
    項1記載の光ファイバ伝送システム。
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