JP3562268B2 - 片方向双方向兼用光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重伝送用の光ファイバ増幅器に係り、特に、２つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方向増幅のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバのコア内にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ等の希土類元素を添加した光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が実用化されている。特に、Ｅｒを添加した光ファイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において高利得、高飽和出力を有することから、種々のシステムへの適用が考えられている。その中でも、１．５３μｍ〜１．６１μｍの波長帯の信号光を１０数波以上用いた高密度波長多重伝送による高速、大容量、長距離伝送システムが注目されている。
【０００３】
図４に、従来の高密度波長多重伝送用の光ファイバ増幅器を示す。この光ファイバ増幅器は、双方向用光増幅器であり、それぞれ３つのポートを有する２つの光サーキュレータを用いて上り方向伝送路と下り方向伝送路とを分離し、それぞれの伝送路に光ファイバ増幅器を形成したものである。図の左から右へ向かうのが上り方向であり、上り方向へは１．５３μｍ〜１．５６μｍの短波長帯（Ｓバンド）の信号光を伝送させ、下り方向へは１．５７μｍ〜１．６１μｍの長波長帯（Ｌバンド）の信号光を伝送させ、それぞれの光ファイバ増幅器で増幅を行うようになっている。
【０００４】
詳しく説明すると、光サーキュレータ４０２，４１４の３つのポートａ端，ｂ端，ｃ端は、ａ端からｂ端、ｂ端からｃ端、ｃ端からａ端がそれぞれ順方向になっている。下流の光伝送路４０１が第１の光サーキュレータ４０２のａ端に接続され、その順方向になるｂ端に上り用のＥｒ添加光ファイバ４０５が接続されると共にＷＤＭカプラ４０７を介して励起光源４０８が結合されている。このＥｒ添加光ファイバ４０５には第２の光サーキュレータ４１４のａ端が接続され、その順方向になるｂ端が上流の光伝送路４１５に接続されている。第２の光サーキュレータ４１４のｂ端から順方向になるｃ端には、下り用のＥｒ添加光ファイバ４１７が接続されると共にＷＤＭカプラ４１８を介して励起光源４１９が結合されている。なお、下り用には、利得等価器４２０が設けられ、さらに、２段目用のＥｒ添加光ファイバ４２１、ＷＤＭカプラ４２２、励起光源４２３が設けられている。２段目のＥｒ添加光ファイバ４２１には第１の光サーキュレータ４０２のｃ端が接続され、その順方向になるａ端は、既に説明したように下流の光伝送路４０１に接続されている。
【０００５】
Ｓバンドの信号光ＵＳ１は、第１の光サーキュレータ４０２のａ端からｂ端を通ってＷＤＭカプラ４０７に入り、このＷＤＭカプラ４０７で励起光源４０８からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４０５で伝送されつつ増幅され、第２の光サーキュレータ４１４のａ端からｂ端を通って信号光ＵＳ２として上流の光伝送路４１５に出力される。
【０００６】
Ｌバンドの信号光ＤＬ１は、第２の光サーキュレータ４１４のｂ端からｃ端を通ってＷＤＭカプラ４１８に入り、このＷＤＭカプラ４１８で励起光源４１９からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４１７で伝送されつつ増幅され、利得等価器４２０を通って次のＷＤＭカプラ４２２に入り、このＷＤＭカプラ４２２で励起光源４２３からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４２１で伝送されつつ増幅され、第１の光サーキュレータ４０２のｃ端からａ端を通って信号光ＤＬ２として下流の光伝送路４０１に出力される。
【０００７】
図４の双方向用光増幅器の特性を図５に示す。上り方向の利得は黒丸で示されている。Ｓバンドの全域で利得が３ｄＢの範囲内にあることがわかる。下り方向の利得は黒角で示されている。Ｌバンドの全域で利得が３ｄＢの範囲内にあることがわかる。上り方向のノイズは白丸で示され、下り方向のノイズは白角で示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ増幅器は、双方向用光増幅器にしか使えない。２つの波長帯の光信号を独立に増幅することはできても、方向が決まっているので、同一方向の２つの波長帯の光信号を増幅する用途には使用できない。
【０００９】
また、一方の波長帯の信号光の反射戻り光が他方の波長帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となっている。このため高い信号対雑音比（高Ｓ／Ｎ）を得ることが難しい。
【００１０】
また、一方の波長帯の光信号が他方の波長帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となっている。このため、Ｓ／Ｎがさらに劣化する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、２つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方向増幅のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、短波長帯Ｓバンド及び長波長帯Ｌバンドの２つの波長帯の信号光を伝送する光伝送路間にＥｒ添加光ファイバを挿入すると共に励起光源を結合させた光増幅器において、下流の光伝送路を３つのポートａ端，ｂ端，ｃ端を有する第１の光サーキュレータのａ端に接続し、この第１の光サーキュレータのａ端から順方向になるｂ端に波長帯別の２つの分岐を有するＷＤＭフィルタを接続し、前記第１の光サーキュレータのｂ端から順方向になるｃ端には反射器を設け、前記ＷＤＭフィルタの両分岐にそれぞれＥｒ添加光ファイバを接続し、一方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に光アイソレータの入口側を接続し、他方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に第２の光サーキュレータのｃ端を接続し、この第２の光サーキュレータのｃ端から順方向になるａ端を前記光アイソレータの出口側に接続し、この第２の光サーキュレータのｂ端に上流の光伝送路を接続し、下流の光伝送路から２つの波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、下流の光伝送路から一方の波長帯の信号光が伝送され、上流の光伝送路から他方の波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて下流の光伝送路へ伝送されるようにしたものである。
【００１３】
前記一方のＥｒ添加光ファイバを長手方向に分割し、分割されたそれぞれのＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させてもよい。
【００１４】
前記Ｓバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、利得を平坦化するための利得等価器を接続してもよい。
【００１５】
Ｓバンドには波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍ帯、Ｌバンドには波長１．５７μｍ〜１．６２μｍ帯を用いてもよい。
【００１６】
励起光として、波長０．９８μｍ及び波長１．４８μｍのいずれか又は両方を用いてもよい。
【００１７】
前記Ｌバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、信号光の前方及び後方から双方向に励起光源を結合させてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明の片方向双方向兼用光増幅器は、下流の光伝送路１０１が第１の光サーキュレータ１０２のａ端に接続され、この第１の光サーキュレータ１０２のａ端から順方向になるｂ端に波長帯別の２つの分岐を有するＷＤＭフィルタ１０３が接続されることにより、下流の光伝送路１０１からの信号光がＷＤＭフィルタ１０３に入射されるようになっている。また、第１の光サーキュレータ１０２のｂ端から順方向になるｃ端に反射器１０４が設けられることにより、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光がｃ端で折り返されて下流の光伝送路１０１に入射されるようになっている。
【００２０】
Ｓバンドの分岐とＬバンドの分岐とを有するＷＤＭフィルタ１０３の両分岐には、それぞれＥｒ添加光ファイバが接続されている。Ｓバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバを第１のＥｒ添加光ファイバ１０５、Ｌバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバを第２のＥｒ添加光ファイバ１０６とする。従って、Ｓバンド側の分岐に第１のＥｒ添加光ファイバ１０５が接続され、Ｌバンド側の分岐に第２のＥｒ添加光ファイバ１０６が接続される。
【００２１】
第１のＥｒ添加光ファイバ１０５にはＷＤＭフィルタ１０３側よりＷＤＭカプラ１０７を介して励起光源１０８が結合されると共にその反対側に光アイソレータ１０９の入口側が接続されることにより、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅されて光アイソレータ１０９に順方向に入射されるようになっている。
【００２２】
一方、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６にはＷＤＭフィルタ１０３側とその反対側との両方よりそれぞれＷＤＭカプラ１１０，１１１を介して励起光源１１２，１１３が結合されると共に反対側に第２の光サーキュレータ１１４のｃ端が接続されている。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６では、２つの励起光源１１２，１１３からの前方及び後方の双方向励起により、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光かその反対方向の第２の光サーキュレータ１１４のｃ端からからの信号光かが増幅できることになる。
【００２３】
第２の光サーキュレータ１１４のｃ端から順方向になるａ端が光アイソレータ１０９の出口側に接続されることにより、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６から第２の光サーキュレータ１１４を経由した信号光が光アイソレータ１０９に逆方向に入射されるようになっている。光アイソレータ１０９は逆方向の信号光を反射するので、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５からの信号光と第２のＥｒ添加光ファイバ１０６から信号光とがともに第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射されることになる。この第２の光サーキュレータ１１４のｂ端に上流の光伝送路１１５が接続されることにより、光アイソレータ１０９からの信号光が上流の光伝送路１１５に入射され、上流の光伝送路１１５からの信号光が第２の光サーキュレータ１１４のｃ端より第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に入射されるようになっている。
【００２４】
この片方向双方向兼用光増幅器は、下流の光伝送路１０１からの２つの波長帯の信号光をそれぞれのＥｒ添加光ファイバ１０５，１０６で増幅して上流の光伝送路１１５に伝送する片方向増幅機能と、下流の光伝送路１０１からの１つの波長帯の信号光を第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅して上流の光伝送路１１５に伝送し、上流の光伝送路１１５からの別の波長帯の信号光を第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で増幅して下流の光伝送路１０１に伝送する双方向増幅機能とを持つことになる。
【００２５】
２つの波長帯のうちＳバンドには波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍ帯、Ｌバンドには波長１．５７μｍ〜１．６２μｍ帯を用いる。
【００２６】
片方向増幅機能を説明する。下流の光伝送路１０１において、図の左から右へ向かう上り方向に、Ｓバンドの信号光ＵＳ１とＬバンドの信号光ＵＬ１とが伝送されている。これらの信号光ＵＳ１，ＵＬ１が第１の光サーキュレータ１０２のａ端に入射され、ｂ端を通ってＷＤＭフィルタ１０３に入射される。ＷＤＭフィルタ１０３は、それぞれの波長帯の信号光を分離し、Ｓバンドの信号光ＵＳ２を第１のＥｒ添加光ファイバ１０５側に分岐させ、Ｌバンドの信号光ＵＬ２を第２のＥｒ添加光ファイバ１０６側に分岐させる。
【００２７】
分岐されたＳバンドの信号光ＵＳ２は、ＷＤＭカプラ１０７に入射され、このＷＤＭカプラ１０７で励起光源１０８からの励起光と合流され、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で伝送されつつ増幅され、信号光ＵＳ３となる。信号光ＵＳ３は、光アイソレータ１０９を順方向に通って信号光ＵＳ４となり、信号光ＵＳ４は、第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射され、ｂ端を通って上流の光伝送路１１５に入射され信号光ＵＳ５となる。
【００２８】
分岐されたＬバンドの信号光ＵＬ２は、ＷＤＭカプラ１１０に入射され、このＷＤＭカプラ１１０で励起光源１１２からの励起光と合流され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で伝送され、ＷＤＭカプラ１１１に達する。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６には、励起光源１１３からの励起光もＷＤＭカプラ１１１を通して合流され、この励起光は反対方向に伝送される。信号光ＵＬ２は、前方及び後方の双方向励起により増幅され、信号光ＵＬ３となる。信号光ＵＬ３は、第２の光サーキュレータ１１４のｃ端に入射され、ａ端を通って信号光ＵＬ４となる。信号光ＵＬ４は、光アイソレータ１０９で折り返され、第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射され、ｂ端を通って上流の光伝送路１１５に入射され信号光ＵＬ５となる。
【００２９】
このようにして、下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＳ１，ＵＬ１がともに増幅され、信号光ＵＳ５，ＵＬ５として上流の光伝送路１１５に伝送される。
【００３０】
次に、双方向増幅機能を説明する。下流の光伝送路１０１において、上り方向にＳバンドの信号光ＵＳ１が伝送され、上流の光伝送路１１５において、下り方向にＬバンドの信号光ＤＬ１が伝送されている。
【００３１】
Ｓバンドの動作は片方向増幅機能の場合と同じなので、説明を省略する。
【００３２】
Ｌバンドの信号光ＤＬ１は、第２の光サーキュレータ１１４のｂ端に入射され、ｃ端を通って信号光ＤＬ２となる。信号光ＤＬ２は、ＷＤＭカプラ１１１に入射され、このＷＤＭカプラ１１１で励起光源１１３からの励起光と合流され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で伝送され、ＷＤＭカプラ１１０に達する。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６には、励起光源１１２からの励起光もＷＤＭカプラ１１０を通して合流され、この励起光は反対方向に伝送される。信号光ＤＬ２は、前方及び後方の双方向励起により増幅され、信号光ＤＬ３となる。信号光ＤＬ３は、ＷＤＭフィルタ１０３のＬバンド側の分岐に入射し、ＷＤＭフィルタ１０３を通って信号光ＤＬ４となる。信号光ＤＬ４は、第１の光サーキュレータ１０２のｂ端に入射し、ｃ端から出射するが、反射器１０４により反射されてｃ端に入射し、ａ端を通って下流の光伝送路１０１に入射され信号光ＤＬ５となる。
【００３３】
このようにして、下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＳ１が増幅され、信号光ＵＳ５として上流の光伝送路１１５に伝送され、同時に、上流の光伝送路１１５からの下り方向の信号光ＤＬ１が増幅され、信号光ＤＬ５として下流の光伝送路１０１に伝送される。
【００３４】
片方向双方向兼用光増幅器の利点は、増幅された信号光ＵＳ４が第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に漏れることが少ないこと、及び増幅された信号光ＵＬ４が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５に漏れることが少ないことである。従って、互いの波長帯間の干渉が少ないことになる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３６】
図２に示した片方向双方向兼用光増幅器は、図１の構成に代えて、ＷＤＭフィルタのＬバンド側の分岐（この図では上がＬバンド側）に接続された第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に光アイソレータ１０９を接続し、Ｓバンド側の分岐に接続された第１のＥｒ添加光ファイバ１０５に第２の光サーキュレータ１１４のｃ端を接続したものである。第１のＥｒ添加光ファイバ１０５にはＷＤＭフィルタ１０３側よりＷＤＭカプラ１０７を介して励起光源１０８が結合され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６にはＷＤＭフィルタ１０３側とその反対側との両方よりそれぞれＷＤＭカプラ１１０，１１１を介して励起光源１１２，１１３が結合されている。
【００３７】
この片方向双方向兼用光増幅器も片方向増幅機能と双方向増幅機能とを持つが、Ｌバンドの増幅系に光アイソレータ１０９が配置されている。このため、双方向増幅において２つの波長帯の信号光の方向が図１の場合と逆になっている。即ち、Ｌバンドが上り方向、Ｓバンドが下り方向に割り当てられる。下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＬ１は、ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４の如く経由し、ＵＬ５として上流の光伝送路１１５に伝送される。上流の光伝送路１１５からの下り方向の信号光ＤＳ１は、ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４の如く経由し、ＤＳ５として下流の光伝送路１０１に伝送される。
【００３８】
図３に示した片方向双方向兼用光増幅器は、図１の構成に利得等価器を付加したものである。即ち、利得の波長特性を平坦化するために第１のＥｒ添加光ファイバ１０５と光アイソレータ１０９との間に利得等価器１１６を挿入する。波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍの信号光ＵＳ２が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅されて信号光ＵＳ３となるとき、この信号光ＵＳ３の波長１．５３μｍ付近に利得ピークが生じるが、利得等価器１１６はこの利得ピークを抑圧して利得の波長特性を平坦化する。利得等価器１１６は、ファイバグレーティング、干渉膜フィルタ、導波路型フィルタなどによって実現することができる。
【００３９】
以上のように、図１、図２、図３に示した片方向双方向兼用光増幅器の第１の使い方は、上り方向の２つの波長帯の信号光ＵＳ１，ＵＬ１をそれぞれ独立に増幅した後、合流させて出力する片方向光増幅器である。第２の使い方は、上り方向の１つの波長帯の信号光ＵＳ１（或いはＵＬ１）を増幅し、下り方向の別の波長帯の信号光ＤＬ１（或いはＤＳ１）を増幅する双方向光増幅器である。
【００４０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、図２の構成において、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６を長手方向に長さｌ１ ，ｌ２ に分割し、その長さｌ１ のＥｒ添加光ファイバと長さｌ２ のＥｒ添加光ファイバとの間に信号光の順方向に向けた光アイソレータを挿入し、これらＥｒ添加光ファイバによる２段階の増幅を行うようにしてもよい。
【００４１】
図１〜図３において、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５は、Ｅｒ添加量が１００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲、Ａｌ添加量が５０００ｐｐｍ以上のものを用いるのが好ましく、そのファイバ長は１０数ｍから５０ｍの範囲が好ましい。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６は、Ｅｒ添加量が４００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲、Ａｌ添加量が５０００ｐｐｍ以上のものを用いるのが好ましく、そのファイバ長は５０ｍから２５０ｍの範囲が好ましい。励起光源１０８，１１２，１１３には、波長が０．９８μｍ帯のものを用いるか、１．４８μｍ帯のものを用いるか、これら２種の波長帯のものを組み合わせて用いてもよい。また、励起光の光パワは、５０ｍＷ〜１５０ｍＷを用いる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４３】
（１）片方向の２つの波長帯の信号光をそれぞれ独立に増幅した後、合流させて出力する片方向光増幅器の機能と、双方向の異なる波長帯の信号光をそれぞれ独立に増幅する双方向光増幅の機能とを有するので、ひとつの光増幅器を２つの用途に使用することができる。従って、片方向用と双方向用との２種類の光増幅器を作る必要がなく、本発明の片方向双方向兼用光増幅器を用途に合わせて使用すればよくなり、経済的である。
【００４４】
（２）一方の波長帯Ｓバンド（Ｌバンド）の信号光の反射戻り光が他方の波長帯Ｌバンド（Ｓバンド）の増幅系に入射しにくい構成であるため、チャンネル間のクロストーク特性や伝送路の損失特性の劣化がなく、高いＳ／Ｎ特性を得ることができる。
【００４５】
（３）一方の波長帯Ｓバンド（Ｌバンド）の信号光が他方の波長帯Ｌバンド（Ｓバンド）の増幅系に入射しにくい構成であるため、Ｓ／Ｎの劣化が極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図４】従来の双方向用光増幅器の構成図である。
【図５】従来の双方向用光増幅器の利得及びノイズの周波数特性図である。
【符号の説明】
１０１ 下流の光伝送路
１０２ 第１の光サーキュレータ
１０３ ＷＤＭフィルタ
１０４ 反射器
１０５ 第１のＥｒ添加光ファイバ
１０６ 第２のＥｒ添加光ファイバ
１０８，１１２，１１３ 励起光源
１０９ 光アイソレータ
１１４ 第２の光サーキュレータ
１１５ 上流の光伝送路
１１６ 利得等価器
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重伝送用の光ファイバ増幅器に係り、特に、２つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方向増幅のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバのコア内にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ等の希土類元素を添加した光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が実用化されている。特に、Ｅｒを添加した光ファイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において高利得、高飽和出力を有することから、種々のシステムへの適用が考えられている。その中でも、１．５３μｍ〜１．６１μｍの波長帯の信号光を１０数波以上用いた高密度波長多重伝送による高速、大容量、長距離伝送システムが注目されている。
【０００３】
図４に、従来の高密度波長多重伝送用の光ファイバ増幅器を示す。この光ファイバ増幅器は、双方向用光増幅器であり、それぞれ３つのポートを有する２つの光サーキュレータを用いて上り方向伝送路と下り方向伝送路とを分離し、それぞれの伝送路に光ファイバ増幅器を形成したものである。図の左から右へ向かうのが上り方向であり、上り方向へは１．５３μｍ〜１．５６μｍの短波長帯（Ｓバンド）の信号光を伝送させ、下り方向へは１．５７μｍ〜１．６１μｍの長波長帯（Ｌバンド）の信号光を伝送させ、それぞれの光ファイバ増幅器で増幅を行うようになっている。
【０００４】
詳しく説明すると、光サーキュレータ４０２，４１４の３つのポートａ端，ｂ端，ｃ端は、ａ端からｂ端、ｂ端からｃ端、ｃ端からａ端がそれぞれ順方向になっている。下流の光伝送路４０１が第１の光サーキュレータ４０２のａ端に接続され、その順方向になるｂ端に上り用のＥｒ添加光ファイバ４０５が接続されると共にＷＤＭカプラ４０７を介して励起光源４０８が結合されている。このＥｒ添加光ファイバ４０５には第２の光サーキュレータ４１４のａ端が接続され、その順方向になるｂ端が上流の光伝送路４１５に接続されている。第２の光サーキュレータ４１４のｂ端から順方向になるｃ端には、下り用のＥｒ添加光ファイバ４１７が接続されると共にＷＤＭカプラ４１８を介して励起光源４１９が結合されている。なお、下り用には、利得等価器４２０が設けられ、さらに、２段目用のＥｒ添加光ファイバ４２１、ＷＤＭカプラ４２２、励起光源４２３が設けられている。２段目のＥｒ添加光ファイバ４２１には第１の光サーキュレータ４０２のｃ端が接続され、その順方向になるａ端は、既に説明したように下流の光伝送路４０１に接続されている。
【０００５】
Ｓバンドの信号光ＵＳ１は、第１の光サーキュレータ４０２のａ端からｂ端を通ってＷＤＭカプラ４０７に入り、このＷＤＭカプラ４０７で励起光源４０８からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４０５で伝送されつつ増幅され、第２の光サーキュレータ４１４のａ端からｂ端を通って信号光ＵＳ２として上流の光伝送路４１５に出力される。
【０００６】
Ｌバンドの信号光ＤＬ１は、第２の光サーキュレータ４１４のｂ端からｃ端を通ってＷＤＭカプラ４１８に入り、このＷＤＭカプラ４１８で励起光源４１９からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４１７で伝送されつつ増幅され、利得等価器４２０を通って次のＷＤＭカプラ４２２に入り、このＷＤＭカプラ４２２で励起光源４２３からの励起光と合流され、Ｅｒ添加光ファイバ４２１で伝送されつつ増幅され、第１の光サーキュレータ４０２のｃ端からａ端を通って信号光ＤＬ２として下流の光伝送路４０１に出力される。
【０００７】
図４の双方向用光増幅器の特性を図５に示す。上り方向の利得は黒丸で示されている。Ｓバンドの全域で利得が３ｄＢの範囲内にあることがわかる。下り方向の利得は黒角で示されている。Ｌバンドの全域で利得が３ｄＢの範囲内にあることがわかる。上り方向のノイズは白丸で示され、下り方向のノイズは白角で示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ増幅器は、双方向用光増幅器にしか使えない。２つの波長帯の光信号を独立に増幅することはできても、方向が決まっているので、同一方向の２つの波長帯の光信号を増幅する用途には使用できない。
【０００９】
また、一方の波長帯の信号光の反射戻り光が他方の波長帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となっている。このため高い信号対雑音比（高Ｓ／Ｎ）を得ることが難しい。
【００１０】
また、一方の波長帯の光信号が他方の波長帯の増幅系に漏れ込みやすい構成となっている。このため、Ｓ／Ｎがさらに劣化する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、２つの波長帯の光信号の片方向増幅及び双方向増幅のいずれにも使用可能な片方向双方向兼用光増幅器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、短波長帯Ｓバンド及び長波長帯Ｌバンドの２つの波長帯の信号光を伝送する光伝送路間にＥｒ添加光ファイバを挿入すると共に励起光源を結合させた光増幅器において、下流の光伝送路を３つのポートａ端，ｂ端，ｃ端を有する第１の光サーキュレータのａ端に接続し、この第１の光サーキュレータのａ端から順方向になるｂ端に波長帯別の２つの分岐を有するＷＤＭフィルタを接続し、前記第１の光サーキュレータのｂ端から順方向になるｃ端には反射器を設け、前記ＷＤＭフィルタの両分岐にそれぞれＥｒ添加光ファイバを接続し、一方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に光アイソレータの入口側を接続し、他方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に第２の光サーキュレータのｃ端を接続し、この第２の光サーキュレータのｃ端から順方向になるａ端を前記光アイソレータの出口側に接続し、この第２の光サーキュレータのｂ端に上流の光伝送路を接続し、下流の光伝送路から２つの波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、下流の光伝送路から一方の波長帯の信号光が伝送され、上流の光伝送路から他方の波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて下流の光伝送路へ伝送されるようにしたものである。
【００１３】
前記一方のＥｒ添加光ファイバを長手方向に分割し、分割されたそれぞれのＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させてもよい。
【００１４】
前記Ｓバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、利得を平坦化するための利得等価器を接続してもよい。
【００１５】
Ｓバンドには波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍ帯、Ｌバンドには波長１．５７μｍ〜１．６２μｍ帯を用いてもよい。
【００１６】
励起光として、波長０．９８μｍ及び波長１．４８μｍのいずれか又は両方を用いてもよい。
【００１７】
前記Ｌバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、信号光の前方及び後方から双方向に励起光源を結合させてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明の片方向双方向兼用光増幅器は、下流の光伝送路１０１が第１の光サーキュレータ１０２のａ端に接続され、この第１の光サーキュレータ１０２のａ端から順方向になるｂ端に波長帯別の２つの分岐を有するＷＤＭフィルタ１０３が接続されることにより、下流の光伝送路１０１からの信号光がＷＤＭフィルタ１０３に入射されるようになっている。また、第１の光サーキュレータ１０２のｂ端から順方向になるｃ端に反射器１０４が設けられることにより、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光がｃ端で折り返されて下流の光伝送路１０１に入射されるようになっている。
【００２０】
Ｓバンドの分岐とＬバンドの分岐とを有するＷＤＭフィルタ１０３の両分岐には、それぞれＥｒ添加光ファイバが接続されている。Ｓバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバを第１のＥｒ添加光ファイバ１０５、Ｌバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバを第２のＥｒ添加光ファイバ１０６とする。従って、Ｓバンド側の分岐に第１のＥｒ添加光ファイバ１０５が接続され、Ｌバンド側の分岐に第２のＥｒ添加光ファイバ１０６が接続される。
【００２１】
第１のＥｒ添加光ファイバ１０５にはＷＤＭフィルタ１０３側よりＷＤＭカプラ１０７を介して励起光源１０８が結合されると共にその反対側に光アイソレータ１０９の入口側が接続されることにより、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅されて光アイソレータ１０９に順方向に入射されるようになっている。
【００２２】
一方、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６にはＷＤＭフィルタ１０３側とその反対側との両方よりそれぞれＷＤＭカプラ１１０，１１１を介して励起光源１１２，１１３が結合されると共に反対側に第２の光サーキュレータ１１４のｃ端が接続されている。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６では、２つの励起光源１１２，１１３からの前方及び後方の双方向励起により、ＷＤＭフィルタ１０３からの信号光かその反対方向の第２の光サーキュレータ１１４のｃ端からからの信号光かが増幅できることになる。
【００２３】
第２の光サーキュレータ１１４のｃ端から順方向になるａ端が光アイソレータ１０９の出口側に接続されることにより、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６から第２の光サーキュレータ１１４を経由した信号光が光アイソレータ１０９に逆方向に入射されるようになっている。光アイソレータ１０９は逆方向の信号光を反射するので、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５からの信号光と第２のＥｒ添加光ファイバ１０６から信号光とがともに第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射されることになる。この第２の光サーキュレータ１１４のｂ端に上流の光伝送路１１５が接続されることにより、光アイソレータ１０９からの信号光が上流の光伝送路１１５に入射され、上流の光伝送路１１５からの信号光が第２の光サーキュレータ１１４のｃ端より第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に入射されるようになっている。
【００２４】
この片方向双方向兼用光増幅器は、下流の光伝送路１０１からの２つの波長帯の信号光をそれぞれのＥｒ添加光ファイバ１０５，１０６で増幅して上流の光伝送路１１５に伝送する片方向増幅機能と、下流の光伝送路１０１からの１つの波長帯の信号光を第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅して上流の光伝送路１１５に伝送し、上流の光伝送路１１５からの別の波長帯の信号光を第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で増幅して下流の光伝送路１０１に伝送する双方向増幅機能とを持つことになる。
【００２５】
２つの波長帯のうちＳバンドには波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍ帯、Ｌバンドには波長１．５７μｍ〜１．６２μｍ帯を用いる。
【００２６】
片方向増幅機能を説明する。下流の光伝送路１０１において、図の左から右へ向かう上り方向に、Ｓバンドの信号光ＵＳ１とＬバンドの信号光ＵＬ１とが伝送されている。これらの信号光ＵＳ１，ＵＬ１が第１の光サーキュレータ１０２のａ端に入射され、ｂ端を通ってＷＤＭフィルタ１０３に入射される。ＷＤＭフィルタ１０３は、それぞれの波長帯の信号光を分離し、Ｓバンドの信号光ＵＳ２を第１のＥｒ添加光ファイバ１０５側に分岐させ、Ｌバンドの信号光ＵＬ２を第２のＥｒ添加光ファイバ１０６側に分岐させる。
【００２７】
分岐されたＳバンドの信号光ＵＳ２は、ＷＤＭカプラ１０７に入射され、このＷＤＭカプラ１０７で励起光源１０８からの励起光と合流され、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で伝送されつつ増幅され、信号光ＵＳ３となる。信号光ＵＳ３は、光アイソレータ１０９を順方向に通って信号光ＵＳ４となり、信号光ＵＳ４は、第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射され、ｂ端を通って上流の光伝送路１１５に入射され信号光ＵＳ５となる。
【００２８】
分岐されたＬバンドの信号光ＵＬ２は、ＷＤＭカプラ１１０に入射され、このＷＤＭカプラ１１０で励起光源１１２からの励起光と合流され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で伝送され、ＷＤＭカプラ１１１に達する。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６には、励起光源１１３からの励起光もＷＤＭカプラ１１１を通して合流され、この励起光は反対方向に伝送される。信号光ＵＬ２は、前方及び後方の双方向励起により増幅され、信号光ＵＬ３となる。信号光ＵＬ３は、第２の光サーキュレータ１１４のｃ端に入射され、ａ端を通って信号光ＵＬ４となる。信号光ＵＬ４は、光アイソレータ１０９で折り返され、第２の光サーキュレータ１１４のａ端に入射され、ｂ端を通って上流の光伝送路１１５に入射され信号光ＵＬ５となる。
【００２９】
このようにして、下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＳ１，ＵＬ１がともに増幅され、信号光ＵＳ５，ＵＬ５として上流の光伝送路１１５に伝送される。
【００３０】
次に、双方向増幅機能を説明する。下流の光伝送路１０１において、上り方向にＳバンドの信号光ＵＳ１が伝送され、上流の光伝送路１１５において、下り方向にＬバンドの信号光ＤＬ１が伝送されている。
【００３１】
Ｓバンドの動作は片方向増幅機能の場合と同じなので、説明を省略する。
【００３２】
Ｌバンドの信号光ＤＬ１は、第２の光サーキュレータ１１４のｂ端に入射され、ｃ端を通って信号光ＤＬ２となる。信号光ＤＬ２は、ＷＤＭカプラ１１１に入射され、このＷＤＭカプラ１１１で励起光源１１３からの励起光と合流され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６で伝送され、ＷＤＭカプラ１１０に達する。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６には、励起光源１１２からの励起光もＷＤＭカプラ１１０を通して合流され、この励起光は反対方向に伝送される。信号光ＤＬ２は、前方及び後方の双方向励起により増幅され、信号光ＤＬ３となる。信号光ＤＬ３は、ＷＤＭフィルタ１０３のＬバンド側の分岐に入射し、ＷＤＭフィルタ１０３を通って信号光ＤＬ４となる。信号光ＤＬ４は、第１の光サーキュレータ１０２のｂ端に入射し、ｃ端から出射するが、反射器１０４により反射されてｃ端に入射し、ａ端を通って下流の光伝送路１０１に入射され信号光ＤＬ５となる。
【００３３】
このようにして、下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＳ１が増幅され、信号光ＵＳ５として上流の光伝送路１１５に伝送され、同時に、上流の光伝送路１１５からの下り方向の信号光ＤＬ１が増幅され、信号光ＤＬ５として下流の光伝送路１０１に伝送される。
【００３４】
片方向双方向兼用光増幅器の利点は、増幅された信号光ＵＳ４が第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に漏れることが少ないこと、及び増幅された信号光ＵＬ４が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５に漏れることが少ないことである。従って、互いの波長帯間の干渉が少ないことになる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３６】
図２に示した片方向双方向兼用光増幅器は、図１の構成に代えて、ＷＤＭフィルタのＬバンド側の分岐（この図では上がＬバンド側）に接続された第２のＥｒ添加光ファイバ１０６に光アイソレータ１０９を接続し、Ｓバンド側の分岐に接続された第１のＥｒ添加光ファイバ１０５に第２の光サーキュレータ１１４のｃ端を接続したものである。第１のＥｒ添加光ファイバ１０５にはＷＤＭフィルタ１０３側よりＷＤＭカプラ１０７を介して励起光源１０８が結合され、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６にはＷＤＭフィルタ１０３側とその反対側との両方よりそれぞれＷＤＭカプラ１１０，１１１を介して励起光源１１２，１１３が結合されている。
【００３７】
この片方向双方向兼用光増幅器も片方向増幅機能と双方向増幅機能とを持つが、Ｌバンドの増幅系に光アイソレータ１０９が配置されている。このため、双方向増幅において２つの波長帯の信号光の方向が図１の場合と逆になっている。即ち、Ｌバンドが上り方向、Ｓバンドが下り方向に割り当てられる。下流の光伝送路１０１からの上り方向の信号光ＵＬ１は、ＵＬ２，ＵＬ３，ＵＬ４の如く経由し、ＵＬ５として上流の光伝送路１１５に伝送される。上流の光伝送路１１５からの下り方向の信号光ＤＳ１は、ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４の如く経由し、ＤＳ５として下流の光伝送路１０１に伝送される。
【００３８】
図３に示した片方向双方向兼用光増幅器は、図１の構成に利得等価器を付加したものである。即ち、利得の波長特性を平坦化するために第１のＥｒ添加光ファイバ１０５と光アイソレータ１０９との間に利得等価器１１６を挿入する。波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍの信号光ＵＳ２が第１のＥｒ添加光ファイバ１０５で増幅されて信号光ＵＳ３となるとき、この信号光ＵＳ３の波長１．５３μｍ付近に利得ピークが生じるが、利得等価器１１６はこの利得ピークを抑圧して利得の波長特性を平坦化する。利得等価器１１６は、ファイバグレーティング、干渉膜フィルタ、導波路型フィルタなどによって実現することができる。
【００３９】
以上のように、図１、図２、図３に示した片方向双方向兼用光増幅器の第１の使い方は、上り方向の２つの波長帯の信号光ＵＳ１，ＵＬ１をそれぞれ独立に増幅した後、合流させて出力する片方向光増幅器である。第２の使い方は、上り方向の１つの波長帯の信号光ＵＳ１（或いはＵＬ１）を増幅し、下り方向の別の波長帯の信号光ＤＬ１（或いはＤＳ１）を増幅する双方向光増幅器である。
【００４０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、図２の構成において、第２のＥｒ添加光ファイバ１０６を長手方向に長さｌ１ ，ｌ２ に分割し、その長さｌ１ のＥｒ添加光ファイバと長さｌ２ のＥｒ添加光ファイバとの間に信号光の順方向に向けた光アイソレータを挿入し、これらＥｒ添加光ファイバによる２段階の増幅を行うようにしてもよい。
【００４１】
図１〜図３において、第１のＥｒ添加光ファイバ１０５は、Ｅｒ添加量が１００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲、Ａｌ添加量が５０００ｐｐｍ以上のものを用いるのが好ましく、そのファイバ長は１０数ｍから５０ｍの範囲が好ましい。第２のＥｒ添加光ファイバ１０６は、Ｅｒ添加量が４００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの範囲、Ａｌ添加量が５０００ｐｐｍ以上のものを用いるのが好ましく、そのファイバ長は５０ｍから２５０ｍの範囲が好ましい。励起光源１０８，１１２，１１３には、波長が０．９８μｍ帯のものを用いるか、１．４８μｍ帯のものを用いるか、これら２種の波長帯のものを組み合わせて用いてもよい。また、励起光の光パワは、５０ｍＷ〜１５０ｍＷを用いる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４３】
（１）片方向の２つの波長帯の信号光をそれぞれ独立に増幅した後、合流させて出力する片方向光増幅器の機能と、双方向の異なる波長帯の信号光をそれぞれ独立に増幅する双方向光増幅の機能とを有するので、ひとつの光増幅器を２つの用途に使用することができる。従って、片方向用と双方向用との２種類の光増幅器を作る必要がなく、本発明の片方向双方向兼用光増幅器を用途に合わせて使用すればよくなり、経済的である。
【００４４】
（２）一方の波長帯Ｓバンド（Ｌバンド）の信号光の反射戻り光が他方の波長帯Ｌバンド（Ｓバンド）の増幅系に入射しにくい構成であるため、チャンネル間のクロストーク特性や伝送路の損失特性の劣化がなく、高いＳ／Ｎ特性を得ることができる。
【００４５】
（３）一方の波長帯Ｓバンド（Ｌバンド）の信号光が他方の波長帯Ｌバンド（Ｓバンド）の増幅系に入射しにくい構成であるため、Ｓ／Ｎの劣化が極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す片方向双方向兼用光増幅器の構成図である。
【図４】従来の双方向用光増幅器の構成図である。
【図５】従来の双方向用光増幅器の利得及びノイズの周波数特性図である。
【符号の説明】
１０１ 下流の光伝送路
１０２ 第１の光サーキュレータ
１０３ ＷＤＭフィルタ
１０４ 反射器
１０５ 第１のＥｒ添加光ファイバ
１０６ 第２のＥｒ添加光ファイバ
１０８，１１２，１１３ 励起光源
１０９ 光アイソレータ
１１４ 第２の光サーキュレータ
１１５ 上流の光伝送路
１１６ 利得等価器
Claims (6)
- 短波長帯Ｓバンド及び長波長帯Ｌバンドの２つの波長帯の信号光を伝送する光伝送路間にＥｒ添加光ファイバを挿入すると共に励起光源を結合させた光増幅器において、下流の光伝送路を３つのポートａ端，ｂ端，ｃ端を有する第１の光サーキュレータのａ端に接続し、この第１の光サーキュレータのａ端から順方向になるｂ端に波長帯別の２つの分岐を有するＷＤＭフィルタを接続し、前記第１の光サーキュレータのｂ端から順方向になるｃ端には反射器を設け、前記ＷＤＭフィルタの両分岐にそれぞれＥｒ添加光ファイバを接続し、一方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に光アイソレータの入口側を接続し、他方のＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させると共に第２の光サーキュレータのｃ端を接続し、この第２の光サーキュレータのｃ端から順方向になるａ端を前記光アイソレータの出口側に接続し、この第２の光サーキュレータのｂ端に上流の光伝送路を接続し、下流の光伝送路から２つの波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、下流の光伝送路から一方の波長帯の信号光が伝送され、上流の光伝送路から他方の波長帯の信号光が伝送されてきた場合には、一方の波長帯の信号光が一方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて上流の光伝送路へ伝送され、かつ他方の波長帯の信号光が他方のＥｒ添加光ファイバで増幅されて下流の光伝送路へ伝送されるようにしたことを特徴とする片方向双方向兼用光増幅器。
- 前記一方のＥｒ添加光ファイバを長手方向に分割し、分割されたそれぞれのＥｒ添加光ファイバに励起光源を結合させたことを特徴とする請求項１記載の片方向双方向兼用光増幅器。
- 前記Ｓバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、利得を平坦化するための利得等価器を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の片方向双方向兼用光増幅器。
- Ｓバンドには波長１．５３μｍ〜１．５６５μｍ帯、Ｌバンドには波長１．５７μｍ〜１．６２μｍ帯を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の片方向双方向兼用光増幅器。
- 励起光として、波長０．９８μｍ及び波長１．４８μｍのいずれか又は両方を用いることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の片方向双方向兼用光増幅器。
- 前記Ｌバンドを増幅するＥｒ添加光ファイバに、信号光の前方及び後方から双方向に励起光源を結合させたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の片方向双方向兼用光増幅器。
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