JP3052598B2 - 光増幅による双方向中継装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信システム
用の双方向中継装置に関し、特にレーザ媒質を含み二つ
の光信号を互いに逆方向に伝送している一本の光ファイ
バまたは一個の半導体レーザに光励起をかけてそれら信
号を直接に増幅する双方向中継装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光増幅を用いたこの種の双方向中継器の
一つが、公開特許公報（発明名称，双方向光増幅器，公
開番号，平３−１９４５１８，公開日，平成３年（１９
９１）８月２６日に示されている。この双方向中継器
は、第１の入出力端子から第２の入出力端子（下り方
向）に伝送する波長１．５２μｍないし１．５６μｍの
下り光信号をエルビウムやネオジウム等の稀土類元素を
石英系の光ファイバに添加して活性化した光ファイバで
増幅し、また上り方向に伝送する上記波長の上り光信号
を同じ稀土類元素による光ファイバで増幅する。この双
方向中継器は、単数または複数の上記活性化光ファイバ
に加え、上記上りおよび下り光信号を分離する２つの光
サーキュレータと励起光および自然放出光を遮断する複
数の光フィルタを含む。ここで、上記活性化光ファイバ
は、波長１．４５μｍないし１．５０μｍの励起光で励
起されている。

【０００３】以下、この双方向中継器の構成および動作
の詳細について図５のブロック図を参照して説明する。

【０００４】この双方向中継器は、入出力端子６１に受
けた下り入力光信号Ｓ６１を活性化光ファイバ６３およ
び７３によって増幅し、この光信号Ｓ６１増幅後の下り
出力光信号Ｓ７２を入出力端子７５に生じる。一方、入
出力端子７５に受けた上り入力光信号Ｓ６１ｒは活性化
光ファイバ７３および６３によって増幅され、この光信
号Ｓ６１ｒ増幅後の上り出力光信号Ｓ７２ｒが入出力端
子６１に生じる。ここで、サフィックスｒは上り方向の
光信号であることを示している。

【０００５】まず、この双方向中継器における下り光信
号の増幅動作について説明すると、下り入力光信号Ｓ６
１が光フィルタ６２を介して活性化光ファイバ６３に供
給され、光ファイバ６３は光信号Ｓ６２を光信号Ｓ６３
に増幅する。ここで、光ファイバ６３の電子状態は、合
波器６７および４ポート光サーキュレータ６４を介して
励起光源６６から供給される励起光Ｓ６４により励起さ
れ、反転分布している。光信号Ｓ６３は、光サーキュレ
ータ６４のポート６４ｂに供給されてポート６４ｃに現
われ（光信号Ｓ６６）、さらに光フィルタ６９に供給さ
れる。光フィルタ６９は、光フィルタ６２によって反射
されて活性化光ファイバ６３を逆進する励起光Ｓ６４と
励起光Ｓ６４の励起に伴なって光ファイバ６３に生じる
自然放出光とを遮断し、光信号６６から下り光信号Ｓ６
２の増幅された成分である光信号Ｓ６７を抽出して出力
端に生じる。

【０００６】光信号Ｓ６７と励起光源７１からの励起光
Ｓ６８とが合波器７０によって合波され、合波された光
信号Ｓ６９は４ポート光サーキュレータ７２のポート７
２ａおよび７２ｂを介して活性化光ファイバ７３に供給
される（光信号Ｓ７０）。活性化光ファイバ７３は、光
信号Ｓ７０のうちの励起光Ｓ６８成分で励起され、光信
号Ｓ６７成分を増幅して光信号Ｓ７１を生じる。光信号
Ｓ７１は光フィルタ７４によって励起光Ｓ６８成分と励
起光Ｓ６８成分の励起に伴なって活性化光ファイバ７３
に生じる自然放出光とを遮断され、入出力端子７５には
光信号７１から光信号Ｓ６７の増幅成分を抽出した光信
号Ｓ７２を生じる。

【０００７】次に、上り光信号の増幅動作も下り光信号
のそれと変わるところはない。

【０００８】入出力端子７５に受けた光信号Ｓ６１ｒ
は、光フィルタ７４を介して活性化光ファイバ７３で増
幅される（光信号Ｓ６３ｒ）。この増幅光信号Ｓ６３ｒ
は、光サーキュレータ７２のポート７２ｂ，７２ｃおよ
び光フィルタ６８を通過する（光信号Ｓ６７ｒ）。光信
号Ｓ６７ｒと励起光源７１からの励起光Ｓ６４とが合波
器６７によって合波される。この合波された光信号Ｓ６
９ｒは、光サーキュレータ６４のポート６４ａおよび６
４ｂを介して活性化光ファイバ６３に供給される（光信
号Ｓ７０ｒ）。活性化光ファイバ６３は、光信号Ｓ７０
ｒ中の励起光Ｓ６４成分で励起され、光信号Ｓ６７ｒ成
分を増幅して光信号Ｓ７１ｒを生じる。光信号Ｓ７１ｒ
は光フィルタ６２に供給され、光フィルタ６２は、励起
光Ｓ６４成分と励起光Ｓ６４成分の励起に伴なって活性
化光ファイバ６３に生じる自然放出光とを遮断し、光信
号Ｓ６７ｒ成分を増幅した光信号Ｓ７２ｒを光信号Ｓ７
１ｒから抽出して入出力端子６１に生じる。

【０００９】ここで、光フィルタ６２および７４は、通
常、誘電体多層膜により構成される狭帯域フィルタであ
り、光信号Ｓ７１およびＳ７１ｒから光信号Ｓ７２およ
びＳ７２ｒを通過させるとともに励起光Ｓ６４およびＳ
６８成分を遮断するが、光信号Ｓ７２（およびＳ６２）
およびＳ７１ｒ（およびＳ６２ｒ）の波長においても比
較的大きな反射特性を持つ。従って、活性化光ファイバ
６３および７３の増幅入力端または出力端に直接これら
の光フイルタ６２および７４を接続すると、これらの接
続点で光信号Ｓ７１およびＳ７１ｒ，励起光Ｓ６４およ
びＳ６８に大きな多重反射を生じる。この多重反射は、
光信号Ｓ７１およびＳ７１ｒに発振や大きな信号歪みを
生じ、この双方向中継器における光信号の正常な伝送を
妨げることになる。

【００１０】なお、この双方向中継器において、光サー
キュレータ６４および７４は、４端子サーキュレータで
あり、第４のポート６４ｄおよび７２ｄを光無反射終端
器６５および７１でそれぞれ終端している。また、各構
成要素間は、直接あるいは光ファイバを介して光学的に
接続している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の双方向中継器
は、上記活性化光ファイバの増幅出力端に光信号の反射
が多い上記光フィルタを接続しており、上記光フィルタ
と上記稀土類添加光ファイバを含む他の構成要素との間
で上記第１および第２の光信号の多重反射を生じる。こ
のため、上記双方向中継器では、上記光信号により発振
が誘発されたり、発振に到らないまでも大きな信号歪み
を生じ、これら光信号の正常な伝送を阻害する。

【００１２】また、上記双方向中継器は、上記第１およ
び第２の光信号（上りおよび下り光信号）を同一の活性
化光ファイバによって同時に増幅するので、上記第１お
よび第２の光信号の増幅度や光信号出力レベル等を光フ
ァイバ通信システムの要求条件に合わせてそれぞれ別々
に制御をすることが困難であり、融通性のある光ファイ
バ通信システムをつくるのが困難である。

【００１３】従って、本発明の第１の目的は、活性化光
ファイバの光励起または半導体レーザの励起による光信
号の直接増幅を発振や多重反射による信号劣化をひき起
こすことなく達成できる光増幅ベースの双方向中継装置
を提供することにある。

【００１４】本発明の第２の目的は、増幅度や飽和出力
等の光増幅パラメータを上りおよび下り光信号に対して
別々に制御できる光増幅ベースの双方向中継装置を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の光増幅による
双方向中継装置は、第１の信号入出力端子からの第１の
光信号（下り光信号）を第１の光サーキュレータの第２
のポートに供給し、この光サーキュレータの第３のポー
トに生じた上記第１の光信号を第１の光増幅媒体で増幅
する。この増幅された第１の光信号が、第２の光サーキ
ュレータの第１のポートに供給され、さらに、この光サ
ーキュレータの第２のポートに接続されている第２の信
号入出力端子に生じ、この双方向中継器の下り出力光信
号になる。一方、上記第２の信号入出力端子から第２の
光信号（上り光信号）が上記第２の光サーキュレータの
第２のポートに供給され、この光サーキュレータの第３
のポートに生じた上記第２の光信号を第２の光増幅媒体
が増幅する。この増幅された第２の光信号が、上記第１
の光サーキュレータの第１のポートに供給され、さら
に、この光サーキュレータの第２のポートに接続されて
いる上記第２の信号入出力端子に生じ、この双方向中継
装置の上り出力光信号になる。

【００１６】なお、上記第１および第２の光増幅媒体
は、エルビウム等の稀土類元素が光ファイバにドープさ
れている活性化光ファバやまたは半導体レーザ増幅器で
構成する。この光増幅媒体が活性化光ファイバである場
合は、励起光を光学的手段によって上記活性化光ファイ
バに供給する。一方、上記光増幅媒体が半導体レーザ増
幅器である場合は、励起電流をこの増幅器の光増幅素子
である半導体レーザ素子に供給する。

【００１７】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１８】図１は本発明の実施例の一つのブロック図
である。

【００１９】この光増幅による双方向中継器１０１は、
波長１．５５２μｍの下り入力光信号Ｓ１を入出力端子
１に受け、上記光信号Ｓ１から生じた光信号Ｓ７をエル
ビウム（以下、Ｅｒ）イオンでドープした光ファイバ１
１によって増幅し、この増幅光信号Ｓ８から生じた光信
号Ｓ１３を入出力端子２０に生じる。また、この双方向
中継器は、波長１．５３６μｍの上り入力光信号Ｓ１ｒ
を入出力端子２０に受け、上記光信号Ｓ１ｒから生じた
光信号Ｓ７ｒをＥｒイオンドープ光ファイバ１１によっ
て増幅し、この増幅光信号Ｓ８ｒから生じた光信号Ｓ１
３ｒを入出力端子１に生じる。ここで、サフィックスｒ
は上り方向の光信号であることを示している。

【００２０】まず、下り光信号に関する増幅および信号
処理動作について説明すると、この双方向中継器１０１
は、入出力端子１に下り入力光信号Ｓ１を受け、この光
信号Ｓ１を光方向性結合器を含む光分岐回路３に供給す
る。光分岐回路３は、光信号Ｓ１の一部，光信号Ｓ２を
ホトダイオード等の光検出素子を含むモニタ２に分岐
し、残りの大部分，光信号Ｓ３を誘電体多層膜等で構成
される光フィルタ５に供給する。モニタ２は、光信号Ｓ
２を電気信号に変換し、この双方向中継器１０１に供給
される下り入力光信号Ｓ１のレベル等，光信号Ｓ１の信
号状態をモニタする。光フィルタ５は波長１．５３６μ
ｍおよび１．５５２μｍを含む１．５５μｍ帯の光を透
過させるとともに波長１．４８μｍ帯の光を遮断するの
で、光信号Ｓ３は光フィルタ５を通過して合波器６に供
給される（光信号Ｓ４）。この光信号Ｓ４とレーザ発振
器を含む励起光源７から生じる波長１．４８μｍの励起
光Ｓ５とが、合波器６により合波される。合波された光
信号Ｓ６は、４ポート光サーキュレータ８のポート８ｂ
に供給され、さらにポート８ｃに生じる（光信号Ｓ
７）。

【００２１】この光信号Ｓ７のうちの励起光Ｓ５成分が
Ｅｒイオンドープ光ファイバ１１の電子状態を反転分布
状態に励起し、この励起状態において光ファイバ１１は
光信号Ｓ４成分を増幅する。Ｅｒイオンドープ光ファイ
バ１１からの増幅光信号Ｓ８は、４ポート光サーキュレ
ータ１３のポート１３ａに供給され、さらにポート１３
ｂに生じる（光信号Ｓ９）。光信号９は、合波器１４を
通過し、さらに光フィルタ１６に供給される（光信号Ｓ
１０）。なお、合波器１４は、後述する上り光信号Ｓ１
０とＥｒイオンドープ光ファイバ１０を励起する波長
１．４８μｍの励起光Ｓ５ｒとを合波する。光フィルタ
１６は、光信号Ｓ１０中の励起光Ｓ５とＥｒイオンドー
プ光ファイバ１１に生じる自然放出光とを遮断し、光信
号Ｓ４成分を増幅した光信号Ｓ１１を抽出して出力端子
に生じる。この光信号Ｓ１１は光分岐回路１８に供給さ
れる。光分岐回路１８は、光信号Ｓ１１の一部，光信号
Ｓ１２をモニタ１７に分岐し、他の大部分を下り出力光
信号Ｓ１３として入出力端子２０に生じる。なお、モニ
タ１７は、光信号Ｓ１２を電気信号に変換し、下り光信
号Ｓ１３（または光信号Ｓ１１）のレベル等，この双方
向中継器１０１の下り光信号に対する動作状態をモニタ
する。

【００２２】この双方向中継器１０１は、通過損失１ｄ
Ｂの合波器６，１４，光分岐回路３，１８および光フィ
ルタ５，１６，通過損失２ｄＢの光サーキュレータ８お
よび１３および変換効率８０％のＥｒイオンドープ光フ
ァイバ１０の使用し、励起光Ｓ５のレベルを＋２０ｄＢ
ｍに設定すると、−２０ｄＢｍの光信号Ｓ１を＋１０ｄ
Ｂｍの光信号Ｓ１３に増幅する。

【００２３】次に、この双方向中継器１０１において、
上り光信号の増幅および信号処理動作は、下り光信号に
対するそれと変わるところはない。

【００２４】入出力端子２０からの下り入力光信号Ｓ１
ｒは、光分岐回路３により、一部の光信号Ｓ２ｒがモニ
タ１９に分岐され、他の大部分の光信号Ｓ３ｒが光フィ
ルタ１６に供給される。モニタ２は、光信号Ｓ１ｒのレ
ベル等，この双方向中継器に入力される上り入力光信号
Ｓ１ｒの信号状態をモニタする。光信号Ｓ３ｒは、光フ
ィルタ１６を通過し（光信号Ｓ４ｒ）、この光信号Ｓ４
ｒと励起光源１５から生じる波長１．４８μｍの励起光
Ｓ５ｒとが、合波器１４により合波される。合波された
光信号Ｓ６ｒは、光サーキュレータ１３のポート１３ｂ
に供給され、さらにポート１３ｃに生じる（光信号Ｓ７
ｒ）。

【００２５】この光信号Ｓ７ｒのうちの励起光Ｓ５ｒ成
分がＥｒイオンドープ光ファイバ１０の電子状態を反転
分布状態に励起し、この励起状態において光ファイバ１
０は光信号Ｓ４ｒ成分を増幅する。Ｅｒイオンドープ光
ファイバ１０からの増幅光信号Ｓ８ｒは、光サーキュレ
ータ８のポート８ａに供給され、さらにポート８ｂに生
じる（光信号Ｓ９ｒ）。光信号Ｓ９ｒは合波器６を介し
て光フィルタ５に供給される（Ｓ１０ｒ）。光フィルタ
５は、光信号Ｓ９ｒのうちの励起光Ｓ５成分とＥｒイオ
ンドープ光ファイバ１０に生じる自然放出光とを遮断
し、光信号Ｓ４ｒ成分を増幅した光信号Ｓ１１ｒを抽出
して出力端子に生じる。この光信号Ｓ１１ｒは光分岐回
路３に供給され、この光信号Ｓ１１ｒの一部の光信号Ｓ
１２ｒがモニタ４に供給され、他の大部分が上り出力光
信号Ｓ１３ｒとして入出力端子１に生じる。モニタ１７
は、光信号Ｓ１１ｒのレベル等，この双方向中継器の上
り光信号に対する動作状態をモニタする。このモニタ１
７および上述したモニタ２，４および１９のモニタ出力
は、この双方向中継器１０１の警報送出，励起光源７お
よび１５の制御（従って励起光Ｓ５およびＳ５ｒのレベ
ル制御）等に使われる。

【００２６】なお、この双方向中継器１０１において、
４ポート光サーキュレータ８のポート８ｄおよび４ポー
ト光サーキュレータ１３のポート１３ｄは、この増幅器
１０１の増幅動作について積極的な寄与をしないので、
それぞれ光無反射終端９および１２を接続して終端して
いる。また、これら４ポート光サーキュレータ８および
１３を、それぞれポート８ｄおよび１３ｄを持たない３
ポートサーキュレータに変更しても、この双方向中継器
１０１の機能には殆ど差がないのは明らかである。

【００２７】図１の双方向中継器１０１は、光信号Ｓ７
およびＳ７ｒの増幅媒体であるＥｒイオンドープ光ファ
イバ１０および１１のそれぞれ両端を反射特性のよい光
サーキュレータ８および１３に接続しているので、光信
号Ｓ７，Ｓ７ｒ，Ｓ８およびＳ８ｒ，さらには励起光Ｓ
５およびＳ５ｒ成分についても多重反射を生じることが
なく、増幅された光信号Ｓ８およびＳ８ｒに歪みを生じ
ることがないという利点がある。即ち、下り光信号につ
いて説明すると、合波器１４，光フィルタ１６および光
分岐回路１８によって反射された下り光信号Ｓ９の反射
成分は、合波器１４を逆進したあと光サーキュレータ１
３のポート１３ｂからポート１３ｃに抜け、光ファイバ
１１には戻らないので下り光信号について多重反射を起
さない。上り光信号についても同様である。また、光フ
ァイバ１０および１１は、上り光信号Ｓ７ｒおよび下り
光信号Ｓ７をそれぞれ別々の増幅媒体で増幅する。従っ
て、この双方向中継器１０１は、光ファイバ通信システ
ムの要求条件に合せて上りおよび下り光信号の利得およ
び飽和出力を別々に変えることができ、システム構築の
融通性が高いという利点もある。

【００２８】なお、図１の双方向中継器１０１は、光信
号の増幅媒体にＥｒイオンでドープした光ファイバを用
いているが、一般には増幅されるべき光信号の波長によ
って適切な稀土類元素を添加した光ファイバを用いる。
例えば、プラセオジウム（Ｐｒ）イオンでドープした光
ファイバやネオジウム（Ｎｄ）イオンでドープした光フ
ァイバは１．３μｍ帯の光信号を増幅する。

【００２９】図２は、図１のブロック図に示された４ポ
ート光サーキュレータ８の構成図である。

【００３０】周知の４ポート光サーキュレータ８は、無
偏光の光信号Ｓ８１をポート８ａに入力すると、やはり
無偏光の光信号Ｓ８７をポート８ｂに生じる。この光サ
ーキュレータ８は、上述と同様に、ポート８ｂに入力す
る光信号をポート８ｃに生じ、以下、ポート８ｃに入力
する光信号をポート８ｄに、ポート８ｄに入力する光信
号をポート８ａに、光信号をサフィクスのアルファベッ
ト順に循環する。

【００３１】この光サーキュレータ８の動作を詳細に説
明すると、ポート８ａ（偏光ビームスプリッタ８２の一
面）に入射した光信号Ｓ８１は、偏光ビームスプリッタ
８２を直角に曲るＳ偏光（偏波方向が入射面に垂直な
光）ビームの光信号Ｓ８２と、偏光ビームスプリッタ８
２を直進するＰ偏光（偏波方向が入射面に平行な光信
号）ビームの光信号Ｓ８８とに分岐される。信号Ｓ８３
は、さらに直角プリズム８１で反射されてファラデー回
転子８３に供給される（信号Ｓ８４）。この信号Ｓ８４
は、ファラデー回転子８３により偏波面を順方向に４５
°回転されて偏波回転子８４に入射する（信号Ｓ８
５）。信号Ｓ８５は、偏波回転子８４により偏波面を相
反的に４５°回転され、偏波回転子８４の出射端ではＰ
偏光ビームの信号Ｓ８６になる。信号Ｓ８６は、Ｐ偏光
ビームの信号であるので偏光ビームスプリッタ８５を直
進し、全ての信号成分がポート８ｂに生じ、ポート８ｄ
には生じない。一方、偏光ビームスプリッタ８２を直進
した信号Ｓ８８は、ファラデー回転子８３に供給される
（信号Ｓ８９）。この信号Ｓ８９は、ファラデー回転子
８３により偏波面を信号Ｓ８４と同方向に４５°回転さ
れて偏波回転子８４に入射される（信号Ｓ９０）。信号
Ｓ９０は、偏波回転子８４により偏波面を４５°回転さ
れ、偏波回転子８４の出射端ではＳ偏光ビームの信号Ｓ
９１になる。信号Ｓ９１は直角プリズム８６で反射され
て偏光ビームスプリッタ８５に入射される（信号Ｓ９
２）。信号Ｓ９２は、Ｓ偏光ビームの信号であるので偏
光ビームスプリッタ８５で直角に曲げられ、全ての信号
成分がポート８ｂに生じ、ポート８ｄには生じない。従
って、ポート８ａに入射された無偏光の光信号Ｓ８１は
全ての信号成分がポート８ｂに信号Ｓ８７として生じ
る。上述と同様の作用により、ポート８ｃに供給された
光信号は、ポート８ｄに出力される。

【００３２】また、ファラデー回転子８３は、偏波回転
子８４方向から入射される光信号に対しては、上述とは
逆方向に光信号の偏光面を回転させる。従って、ポート
８ｂおよびポート８ｄから入射される光信号は、偏光ビ
ームスプリッタ８５および直角プリズム８６を通過した
後、偏波回転子８４およびファラデー回転子８３によっ
て偏波面を変えられることなく直角プリズム８１および
偏光ビームスプリッタ８２に供給される。この結果、ポ
ート８ｂに供給された光信号はポート８ｃに、ポート８
ｄに供給された光信号はポート８ａに出射される。

【００３３】図３は、この発明の別の実施例のブロック
図である。

【００３４】この光増幅による双方向中継器１０２は、
光信号Ｓ７およびＳ７ｒの増幅媒体を図１の実施例にお
けるＥｒイオンドープ光ファイバ１０および１１からそ
れぞれ半導体レーザモジュール４２および４３に変えて
いる。これら半導体レーザモジュール４２および４３
は、それぞれ励起電流源４１および４４によって電流励
起され、光信号Ｓ７およびＳ７ｒを増幅する。従って、
この双方向中継器１０２では、図１の双方向中継器１０
１では必要な励起光源７，１５，合波器６，１４および
光フィルタ５，１６を省き、光分岐回路３からの光信号
Ｓ３を光サーキュレータ８に直接入力し、光分岐回路１
８からの光信号Ｓ３ｒを光サーキュレータ１３に直接入
力している。

【００３５】半導体レーザモジュール４２は、上り光信
号Ｓ７ｒを光ファイバ４２５に結合し、この光ファイバ
４２５からの光信号をレンズ４２４によって半導体レー
ザ素子４２３の光信号入力端に結合する。半導体レーザ
素子４２３は、励起電流源４１により励起されているの
で、入力された光信号Ｓ７ｒを増幅して光信号出力端に
生じ、この出力端に生じた光信号はレンズ４２２を介し
て光ファイバ４２１から光信号Ｓ８ｒとして出力され
る。半導体レーザモジュール４３も、上述のモジュール
４２と同様に、下り光信号Ｓ７を増幅して光信号出力端
に光信号Ｓ８を生じる。

【００３６】この図３の双方向中継器１０２は、図１の
双方向中継器１０１に比べて利得と飽和出力が小さい
が、簡単な構造でしかも小型に構成できるという利点が
ある。なお、半導体レーザモジュール４２において、レ
ンズ４２２および４２４は、それぞれ光ファイバ４２１
および４２５と一体に形成されてよい。また、半導体レ
ーザモジュール４３および４２を選ぶことによって、こ
の光増幅中継器１０２は波長１．３μｍおよび１．５μ
ｍの光信号Ｓ１およびＳ１ｒを増幅することができる。

【００３７】図４は、図１の実施例を適用した双方向光
ファイバ中継システムの構成図である。

【００３８】この双方向光ファイバ中継システムは、同
一構成の２つの光送受信ユニット５１ａと５１ｂとをそ
れぞれ端局とする光ファイバ通信システムであり、これ
ら光送受信ユニット５１ａと５１ｂとの間を光ファイバ
５２ａないし５２ｅと光中継器１０１ａないし１０１ｄ
によって縦続接続している。光中継器１０１ａないし１
０１ｄの各各は、図２または図４に示した双方向中継器
１０１または１０２のいずれであってもよい。ここで、
この双方向光中継システムの中継距離が各中継区間ごと
に異なるとき（即ち、光ファイバ５２ａないし５２ｅの
長さが互いに異なるとき）には、光中継器１０１ａない
し１０１ｄの各各の上りおよび下り光信号の出力レベル
をそれぞれの中継距離に合わせて適切に設定するのが望
ましく、上記双方向中継器１０１および１０２使用がこ
のシステム目的に合っている。

【００３９】光送受信ユニット５１ａは、送信回路５１
１が送信データを光信号伝送に適する符号の送信信号に
変換し、発光器５１２はこの符号化された送信信号を波
長１．５５２μｍの光信号に変換する。この光信号は合
波分波器５１３を介して光フアイバ５２ａに下り光信号
として送信される。一方、光ファイバ５２ａからの波長
１．５３６μｍの上り光信号が合波分波器５１３を介し
て受光器５１４に供給される。この光信号は受光器５１
４によって上記送信信号と同様の形式で符号化されてい
る電気信号に変換される。受信回路５１５はこの電気信
号から受信データを生じる。

【００４０】光送受信ユニット５１ｂも、光送受信ユニ
ット５１ａとほぼ同じ動作を行い、光ファイバ５２ｅか
らは波長１．５５２μｍの下り光信号を受け、波長１．
５３６μｍの上り光信号を光ファイバ５２ｅに送信す
る。

【００４１】

【発明の効果】上述のとおり、この発明の光増幅による
双方向中継器は、下り光信号用の増幅媒体（Ｅｒイオン
ドープ光ファイバまたは半導体レーザモジュール）と上
り光信号用の増幅媒体とを備え、これら上りおよび下り
光信号の分離および合波を下り光信号増幅媒体の入力端
および上り光信号増幅媒体の出力端に接続した第１の光
サーキュレータと下り光信号増幅媒体の出力端および上
り光信号増幅媒体の入力端に接続した第２の光サーキュ
レータとよって達成するので、光信号や励起光の反射を
減少させることができ、発振や信号歪みによる光信号の
伝送劣化をなくすることができる。

【００４２】また、この発明の双方向中継装置は、下り
および上り光信号用にそれぞれ別個の増幅媒体を備えて
いるので、光信号の増幅度や飽和出力等の増幅パラメー
タを下りおよび上り光信号それぞれに対して制御するこ
とができ、双方向光通信システムの中継器用に適してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一つのブロック図である。

【図２】図１のブロック図に含まれる光サーキュレータ
８の構成図である。

【図３】本発明の別の実施例のブロック図である。

【図４】図１の実施例を適用した双方向光ファイバ中継
システムの構成図である。

【図５】従来技術による双方向中継器のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１，２０，６１，７５ 入出力端子 ２，４，１７，１９ モニタ ３，１８ 光分岐回路 ５，１６，６２，６８，６９，７４ 光フィルタ ６，１４，６７，７０ 合波器 ７，１５，６６，７１ 励起光源 ８，１３，６４，７２ 光サーキュレータ ８ａ〜８ｄ，１３ａ〜１３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，７２ａ
〜７２ｄ ポート ９，１２，６５，７１ 光無反射終端器 １０，１１ エルビウム（Ｅｒ）イオンドープ光ファ
イバ ４１，４４ 励起電流源 ４２，４３ 半導体レーザモジュール ５１ａ，５１ｂ 光送受信ユニット ５２ａ〜５２ｅ，４２１，４２５ 光ファイバ ６３，７３ 活性化光ファイバ ８１，８６ 直角プリズム ８２，８５ 偏光ビームスプリッタ ８３ ファラデー回転子 ８４ 偏波回転子 １０１，１０２ 双方向中継器 １０１ａ〜１０１ｄ 光中継器 ４２２，４２４ レンズ ４２３ 半導体レーザ素子 ５１１ 送信回路 ５１２ 発光器 ５１３ 合波分波器 ５１４ 受光器 ５１５ 受信回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/02 (56)参考文献 特開 昭63−217836（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−124935（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−217129（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29685（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23628（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−217233（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291525（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−5948（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H01S 3/10 H04J 14/00 - 14/08

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも第１，第２および第３のポー
   トを備え前記第１のポートから順に第２，第３，さらに
   該第１のポートの方向に光を循環させる第１の光サーキ
   ュレータと、 少なくとも第１，第２および第３のポートを備え前記第
   １のポートから順に第２，第３，さらに該第１のポート
   の方向に光を循環させる第２の光サーキュレータと、 第１の信号入出力端子から入力された第１の光信号を前
   記第１の光サーキュレータの第２のポートに供給すると
   ともに前記第２のポートから出力される増幅された第２
   の光信号を前記第１の信号入出力端子から出力する第１
   の光信号伝送手段と、 前記第１の光サーキュレータの第３のポートから出力さ
   れる前記第１の光信号を増幅して前記第２の光サーキュ
   レータの第１のポートに供給する第１の増幅媒体と、 前記第１の増幅媒体を励起する第１の励起光を出力する
   第１の励起光源と、 前記第１の信号入出力端子と前記第１の光サーキュレー
   タの前記第２のポートとの間に配置され、前記第１の励
   起光を前記第１の光信号に合波する第１の合波器と、 前記第２の信号入出力端子から入力された前記第２の光
   信号を前記第２の光サーキュレータの第２のポートに供
   給するとともに前記第２のポートから出力される増幅さ
   れた前記第１の光信号を前記第１の信号入出力端子から
   出力する第２の光信号伝送手段と、 前記第２の光サーキュレータの第３のポートに生じる前
   記第２の光信号を増幅して前記第１の光サーキュレータ
   の第１のポートに供給する第２の増幅媒体手段と、前記第１の励起光と同じ波長帯にあり、 前記第２の増幅
   媒体を励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源
   と、 前記第２の信号入出力端子と前記第２の光サーキュレー
   タの前記第２のポートとの間に配置され、前記第２の励
   起光を前記第２の光信号に合波する第２の合波器とを備
   えていることを特徴とする光増幅による双方向中継装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１光信号の波長と前記第２の光信
   号の波長とが、互いに相異なることを特徴とする請求項
   １記載の光増幅による双方向中継装置。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の光サーキュレータ
   が、３ポート光サーキュレータであることを特徴とする
   請求項１記載の光増幅による双方向中継装置。
4. 【請求項４】 前記第１の光サーキュレータおよび前記
   第２の光サーキュレータはそれぞれ、さらに第４のポー
   トを備え前記第１のポートから順に第２，第３，第４，
   さらに該第１のポートの方向に光を循環させる４ポート
   光サーキュレータであって、 さらに前記第４のポートを終端する光終端手段を含んで
   いることを特徴とする請求項１記載の光増幅による双方
   向中継装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の増幅媒体手段が、
   それぞれ第１および第２の稀土類元素添加光ファイバで
   あることを特徴とする請求項２記載の光増幅による双方
   向中継装置。
6. 【請求項６】 前記第１の稀土類元素添加光ファイバお
   よび前記第２の稀土類元素添加光ファイバが、それぞれ
   エルビウムイオンドープ光ファイバであることを特徴と
   する請求項５記載の光増幅による双方向中継装置。
7. 【請求項７】 前記第１の励起光源および第２の励起光
   源が、それぞれ半導体レーザ発振器であることを特徴と
   する請求項６記載の光増幅による双方向中継装置。
8. 【請求項８】 前記第１の光信号伝送手段が、前記第１
   の信号入出力端子に接続され前記第１および第２の光信
   号を通過させるとともに前記第１の励起光の通過を阻止
   する第１の光フィルタを含み、 前記第２の光信号伝送手段が、前記第２の信号入出力端
   子に接続され前記第１および第２の光信号を通過させる
   とともに前記第２の励起光の通過を阻止する第２の光フ
   ィルタを含んでいることを特徴とする請求項６記載の光
   増幅による双方向中継装置。
9. 【請求項９】 前記第１の光信号伝送手段が、前記第１
   の信号入出力端子と前記第１の光フィルタとの間に挿入
   され前記第１の光信号および前記第２の光信号を監視す
   る第１のモニタ手段をさらに含み、 前記第２の光信号伝送手段が、前記第２の信号入出力端
   子と前記第２の光フィルタとの間に挿入され前記第１の
   光信号および前記第２の光信号を監視する第２のモニタ
   手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項８記載
   の光増幅による双方向中継装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の光信号伝送手段が、前記第
    １の信号入出力端子と前記第１の光サーキュレータの第
    ２のポートとの間に挿入され前記第１の光信号および前
    記第２の光信号を監視する第１のモニタ手段をさらに含
    み、 前記第２の光信号伝送手段が、前記第２の信号入出力端
    子と前記第２の光サーキュレータ手段の第２のポートと
    の間に挿入され前記第１の光信号および前記第２の光信
    号を監視する第２のモニタ手段をさらに含んでいること
    を特徴とする請求項９記載の光増幅による双方向中継装
    置。
11. 【請求項１１】 前記第１の光信号を第１の光信号入出
    力端子に生ずるとともに前記第２の光信号を前記第１の
    光信号入出力端子に受ける第１の光送受信回路手段と、 第２の光信号入出力端子に前記第１の光信号を受けると
    ともに前記第２の光信号を前記第２の光信号入出力端子
    に生ずる第２の光送受信回路手段と、 前記第１の光信号入出力手段と前記第２の光信号入出力
    手段との間に光ファイバを介して縦続に接続される少く
    とも１台の請求項１記載の光増幅による双方向中継装置
    とを備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
12. 【請求項１２】 前記第１の光信号を第１の光信号入出
    力端子に生ずるとともに前記第２の光信号を前記第１の
    光信号入出力端子に受ける第１の光送受信回路手段と、 第２の光信号入出力端子に前記第１の光信号を受けると
    ともに前記第２の光信号を前記第２の光信号入出力端子
    に生ずる第２の光送受信回路手段と、 前記第１の光信号入出力手段と前記第２の光信号入出力
    手段との間に光ファイバを介して縦続に接続される少な
    くとも１台の請求項６記載の光増幅による双方向中継装
    置とを備えていることを特徴とする光ファイバ伝送シス
    テム。
13. 【請求項１３】 前記第１の光信号を第１の光信号入出
    力端子に生ずるとともに前記第２の光信号を前記第１の
    光信号入出力端子に受ける第１の光送受信回路手段と、 第２の光信号入出力端子に前記第１の光信号を受けると
    ともに前記第２の光信号を前記第２の光信号入出力端子
    に生ずる第２の光送受信回路手段と、 前記第１の光信号入出力手段と前記第２の光信号入出力
    手段との間に光ファイバを介して縦続に接続される少な
    くとも１台の請求項９記載の光増幅による双方向中継装
    置とを備えていることを特徴とする光ファイバ伝送シス
    テム。
14. 【請求項１４】 前記第１の光信号を第１の光信号入出
    力端子に生ずるとともに前記第２の光信号を前記第１の
    光信号入出力端子に受ける第１の光送受信回路手段と、 第２の光信号入出力端子に前記第１の光信号を受けると
    ともに前記第２の光信号を前記第２の光信号入出力端子
    に生ずる第２の光送受信回路手段と、 前記第１の光信号入出力手段と前記第２の光信号入出力
    手段との間に光ファイバを介して縦続に接続される少な
    くとも１台の請求項１１記載の光増幅による双方向中継
    装置とを備えていることを特徴とする光ファイバ伝送シ
    ステム。