JP3596403B2 - 光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムに係り、特に、互いに波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調し、これらを光波長フィルタ等の光受動部品により多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側では波長多重化された信号光を波長毎に分割し、それらを光電気変換してもとの複数の電気信号に復調する光波長分割多重技術における光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波長分割多重技術は、互いに波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調し、これらを光波長フィルタ等の光受動部品により波長多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側では波長多重化された信号光を波長毎に分離し、それらを光電気変換してもとの複数の電気信号に復調する技術であり、複数の信号の多重分離を光受動部品のみによって容易に行うことができ、伝送システムの大容量化に有効な技術である。
【０００３】
図１１は、従来の光波長分割多重伝送システムの構成を示す。
【０００４】
同図示す光波長分割多重伝送システムは、波長の異なる複数の光を複数の電気信号に変調し、これらを波長多重化して送信する光送信装置１０と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分割し、それらを光電気変換して複数の電気信号に復調する光受信装置２０、光送信装置１０と光受信装置２０を結ぶ１本の光ファイバ伝送路３０から構成される。
【０００５】
光送信装置１０は、波長λ０＋ΔλＧより短い波長の光源とこれらを変調する変調器１１、変調器１１で変調された信号光を合成する合波器１２、集中増幅型光増幅器１３、１４、波長多重フィルタまたは、光カプラ１５、及び受信機１７に増幅された信号光を分波して出力する分波器１６から構成される。
【０００６】
光受信装置２０は、波長分割フィルタまたは、光カプラ２１、集中増幅型光増幅器ＲＬ２２、集中増幅型増幅器ＳＬ２３、増幅された信号光を分波する分波器２４、λ０＋λＧより長い波長の光源を変調する変調器２６から構成される。
【０００７】
伝送路３０は、平均零分散波長λ０の光ファイバの伝送路である。
【０００８】
さらに、光増幅機能を有する光中継装置を光ファイバ伝送路の途中に配置して光ファイバ伝送路における損失を補償する光波長分割多重中継伝送システムが特性・コスト面で有効であり、広く開発されている。
【０００９】
光波長分割多重伝送に使用する複数の信号光は、従来、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得帯域である波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍに配置されることが多かったが、近年の通信トラフィックの増大に対応し、波長帯域の拡大が図られている（例えば、Ｓ．Ａｉｓａｗａら、“Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ ｂａｎｄ， ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ”、１９９８年光ファイバ国際会議、Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ １１）。波長１５７０〜１６１０ｎｍ周辺の増幅には利得シフトエルビウム添加ファイバ増幅器の、また、波長１４５０〜１５２０ｎｍ周辺の増幅にはツリウム添加ファイバ増幅器の開発が進んでいることから、石英系光ファイバの低損失波長領域（ ＜０．３ｄＢ／ｋｍ ）である波長１４５０から１６５０ｎｍの領域を利用した波長多重中継伝送システムを実現できる可能性がある。
【００１０】
しかしながら、特に、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上で、上記のように広帯域の光波長分割多重伝送システムを実現するには、ファイバの分散に関係して生じる種々の非線形効果の影響を最小にするように、システムを設計する必要がある。
【００１１】
以下、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上の広帯域波長多重伝送システムにおいて起こり得るファイバ非線形効果について詳述する。
【００１２】
まず、伝送路ファイバの零分散波長が含まれる領域に配置された信号光は、「四光波混合」を引起し、これによって新たに発生した光が信号光に対する干渉雑音となる。これを抑圧する方法として、信号光の波長を不等間隔に配置し、四光波混合によって新たに発生する光の波長がどの信号光の波長にも一致しないようにする方法が提案されている（Ｆ．Ｆｏｒｇｈｉｅｒｉ ら、“Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｉｎ ＷＤＭ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｕｓｉｎｇ Ｕｎｅｑｕａｌｌｙ Ｓｐａｃｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌｓ”、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ６， ｐｐ． ７５４−７５６， １９９４）。
【００１３】
また、伝送路に励起光を入力し、信号光に分布定数型ラマン増幅利得を与えることで光ファイバに対する信号光の入力パワーを低減し、四光波混合の発生効率を低減させる方法が提案されている（Ｎ．Ｔａｋａｃｈｉｏら、“３２ｘ１０ Ｇｂｐｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ５０ ＧＨｚ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｔｈ ｒｅｇｉｏｎ ｏｖｅｒ ６４０ ｋｍ ｏｆ １．５５−μｍ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒ”、１９９９年光ファイバ国際会議、Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ ９） 。分布定数型ラマン増幅は、励起光波長に対して数ｎｍから１１０ｎｍ 長波長の光に利得を与える。その利得は、励起光から１００ 〜１１０ｎｍ 長波長の領域で最大となり、それより短波長になる従い、徐々に減少する。
また、この四光波混合は、零分散波長が含まれる領域より短波長側に配置された信号光と、同領域より長波長側に配置された信号光との間でも生じる。これによる劣化は、Ｊ．Ｋａｎｉらの論文“Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． １１，ｐｐ． ３７６−３７８， １９９９． に詳述されている。このように、波長の離れた２領域の間で生じる四光波混合による劣化は、同２領域を双方向に伝送させることで抑圧できることが同論文に述べられている。
【００１４】
また、上記のように広波長域を利用した光波長分割多重伝送システムにおいて、起こり得る別の非線形効果に、「誘導ラマン散乱」がある。誘導ラマン散乱は、波長の異なる２つの光が非線形媒質を伝搬した場合に短波長の光が励起光となって長波長の光を増幅させる現象であり、これによって短波長側の信号光が過剰に減衰し、伝送品質劣化となる。石英系光ファイバにおける誘導ラマン散乱の発生効率は、２つの光の波長間隔が大きくなると増大していき、１００ｎｍ 程度で最大となることが知られている。
【００１５】
これらの非線形効果による品質劣化を最小限とする設計法が、Ｊ．Ｋａｎｉらの論文“Ｉｎｔｅｒ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． １７， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ， １９９９．に詳述されている。ここで述べられている方法の概念図を図１２に示す。この方法によると、零分散波長が含まれる領域に配置される信号光は、その波長間隔が不等間隔となるように配置される。さらに、零分散波長が含まれる領域及び、これにより短波長側の領域に配置される信号光は、零分散波長が含まれる領域より長波長側の領域に配置される信号光と、伝送路ファイバを逆向きに伝播させる。つまり、双方向伝送を行う。この設計により、前述の非線形効果による劣化のうち特に四光波混合による劣化が最小化されることが同論文に詳述されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の図１２に示されるシステムでは、零分散波長において波長が不等間隔となるように信号光を配置するために、同領域において高密度かつ大容量な伝送を行うことができないという問題がある。
【００１７】
また、同方法において用いられる双方向伝送は、その運用に複雑性をきたす場合があるという問題がある。
【００１８】
さらに、同方法においては、前述の非線形効果のうち、誘導ラマン散乱によって短波長信号光が受ける過剰損失がもたらす劣化は回避できないという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、４ 光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とするとともに、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現し、かつ、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させることが可能となるような光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理構成図である。
【００２１】
本発明（請求項１）は、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する変調手段１１０及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置１００であって、
光ファイバ伝送路３００に励起光を入力することで該伝送路３００を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長が含まれる領域に配置された光信号の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段１３０を有する。
【００２２】
本発明（請求項２）は、光増幅手段１３０を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを、−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２３】
本発明（請求項３）は、波長多重された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段２３０と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段２６０とを有する光波長分割多重受信装置２００であって、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段２４０を有する。
【００２４】
本発明（請求項４）は、光増幅手段２４０を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを、−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２５】
本発明（請求項５）は、光ファイバ伝送路の途中に配置され、該光ファイバ伝送路における損失を補償するための光中継装置であって、
光ファイバ伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する。
【００２６】
本発明（請求項６）は、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する手段及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段と、を有する光波長分割多重受信装置から構成される光波長分割多重伝送システムであって、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される第１の分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第１の集中定数型光増幅手段と、を有し、光ファイバ伝送路の損失を補償する光増幅手段を、
光波長分割多重送信装置、光波長分割多重受信装置の両方または、いずれか一方に備える。
【００２７】
本発明（請求項７）は、伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺に配置された信号光を含む、短波長側に配置された複数の信号光の増幅に適用される第２の分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第２の集中定数型光増幅手段と、
を有する光中継装置を更に有する。
【００２８】
本発明（請求項８）は、第１、第２の集中定数型光増幅手段を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２９】
上記により、本発明は、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、４ 光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とするとともに、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらを、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
【００３０】
これは、零分散波長が含まれる領域に配置された信号光が生じる四光波混合は、分布増幅を適用して、少なくとも零分散波長近辺の信号光のファイバ伝送路への入力パワーを低減することで、その発生効率を大幅に減ぜられる。
【００３１】
零分散波長が含まれる領域よりも、短波長側に配置された信号光と、零分散波長が含まれる領域よりも長波長側に配置された信号光の間で生じる四光波混合は、分布増幅を適用して同信号光のうち短波長側の信号光のファイバ伝送路への入力パワーを低減することで、その発生効率を大幅に減ぜられる。
【００３２】
誘導ラマン散乱を通じて短波長の信号光が長波長の信号光から受ける過剰損失による伝送品質劣化は、分布定数型増幅で適用される信号光の短波長側に分布定数型光増幅の励起光を入れることにより、その過剰損失が分布ラマン増幅によって補償させるため、減ぜられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す。
【００３４】
同図に示すように、光ファイバの平均零分散波長近辺及びそれより短波長側に配置された複数の信号光の増幅にラマン増幅による分布定数型光増幅を適用し、光ファイバの平均零分散波長近辺より長波長側に配置された信号光の増幅に集中定数型光増幅幅を適用し、少なくとも平均零分散波長近辺の複数の信号光の各々の伝送路入力パワーは、長波長側に配置された複数の信号光の各々の伝送路入力パワーよも低く設定する。
【００３５】
これを実現するために、波長多重システムにおける、光送信装置、光受信装置、光中継装置の一部または全部において、伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とした分布定数型光増幅を行う機能と、同光増幅装置の内部に光増幅媒体を含み、これによって集中定数型光増幅を行う機能を兼ね備えた光増幅機能を備える。
【００３６】
ここで、平均零分散波長近辺及びそれより短波長側に配置された信号光の分布定数型増幅利得を補うために、同光送信装置、光受信装置、光中継装置の一部または、全部において集中定数型増幅を配置してもよい。
【００３７】
また、ここで述べた「平均零分散波長近辺」とは、図２におけるλ０±ΔλＧの領域を示すものとする。
【００３８】
有限のΔλＧを設ける理由の一つは、伝送路ファイバの零分散波長の製造上のばらつきを考慮するものとである。許容される零分散波長の製造ばらつきは、標準化されている値で±２５ｎｍである（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ６５３）。中心波長を狙ってファイバを作製するため、実際のばらつきはこれより少ない場合もある。このばらつきを考慮してΔλＧ を設定する。
【００３９】
有限のΔλＧを設ける理由のもう一つは、四光波混合の発生効率に関するものである。四光波混合による信号劣化が起こり得る領域は、零分散波長λ０±ΔλＧ（ＦＷＭ） であり、ΔλＧ（ＦＷＭ）は有限であることが、例えば、特開平７−１０７０６９「光波長多重伝送方式及び光分散補償方式」に述べられている。同文献に、チャネル数１６、チャネル間隔１５０ＧＨｚ、チャネル当たりの伝送路入力パワー３ｄＢｍ、伝送路長９０ｋｍの場合の数値列として、ΔλＧ（ＦＷＭ）を１０ｎｍ以上とする必要性が述べられている。
【００４０】
上記のような理由から、図２に示したΔλＧ は、凡そ１０〜３５ｎｍ程度とするのがよい。当該伝送路ファイバとして平均零分散波長およそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用い、ΔλＧ＝２０ｎｍとした場合、当該分布定数型光増幅は、波長１４７０ｎｍ以下の励起光を用いて、波長１５７０ｎｍ以下に配置された信号光の増幅に適用され、当該集中定数型光増幅は、波長およそ１５７０ｎｍ以上に配置された信号光の増幅に適用される。
【００４１】
ここで、当該集中定数型光増幅として、波長およそ１５７０ｎｍから１６２０ｎｍの範囲に配置された信号光の増幅には、エルビウム添加光ファイバ増幅器を、波長１６２０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の信号光の増幅には、集中定数型ラマンファイバ増幅器を用いてもよい。
【００４２】
また、波長及び１４５０ｎｍから１５２０ｎｍの範囲に配置された信号光の分布定数型増幅利得は、ツリウム添加光ファイバ増幅器による集中型増幅によって補ってもよい。
さらに、およそ１４５０ｎｍから１５２０ｎｍの範囲に配置された信号光のうち、短波長側のものほど小さくなる分布ラマン増幅利得を、ツリウム添加光ファイバ増幅器による集中型増幅によって補ってもよい。
【００４３】
【実施例】
以下、図面ともに本発明の実施例を説明する。
【００４４】
［第１の実施例］
本実施例では、前述の図２に示すように、零分散波長近辺（波長λ０±ΔλＧ ）を含む短波長側に配置された信号光に分布定数型光増幅を適用し、それ以外の長波長側に配置された信号光に集中定数型光増幅を適用し、また、図２に示すように、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路パワーは、長波長側に配置された信号光の伝送路入力パワーよりも低く設定されるものである。
【００４５】
図３は、本発明の第１の実施例の光波長多重伝送システムの構成を示す。
【００４６】
同図に示すシステムは、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調しこれらを波長多重化して送信する光送信装置１００と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分離し、それらを光電気変換して複数の電気信号に復調する光受信装置２００、及び、光送信装置１００と光受信装置２００を結ぶ１本の光ファイバ伝送路３００からなる。
【００４７】
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長をλ０として、光送信装置１００は、波長λ０＋ΔλＧ 以上の複数の光源１０１と、これらを変調する変調器１１０、変調された信号光を合波する合波器１２０、これらを増幅する集中型光増幅器ＳＬ１３０、波長λ０＋ΔλＧ 以下の複数の光源１０２と、これらを変調する変調器１４０、変調された信号光を合波する合波器１５０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を多重する波長多重フィルタまたは光カプラ１６１、分布定数型増幅のための励起光源１７０、この励起光を伝送路へ送出するための波長多重フィルタまたは、光カプラ１６２及び集中増幅型光増幅器ＳＳ１８０から構成される。
【００４８】
当該光送信装置１００内において、波長λ０＋ΔλＧ 以上の光源は、変調器１１０によって変調され、合波器１２０によって合成された後に、集中型光増幅器ＳＬ１３０によって増幅され、伝送路３００に送出される。
【００４９】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の光源は、変調器１４０によって変調され、合波器１５０によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、合波器１５０の後で当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、及び分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器ＳＳ１８０によって増幅されてもよい。
【００５０】
励起光源１７０は、波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光にラマン増幅を与えるために、波長λ０＋ΔλＧ から１００ｎｍ 程度、または、それ以上短い波長を持つものであり、この励起光源は、複数の波長の異なる励起光源が合成されたものであってもよい。
【００５１】
また、光受信装置２００は、分布定数型増幅のための励起光源２２０、及び、この励起光源を伝送路３００へ送出するための波長多重フィルタ２１０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光とλ０＋ΔλＧ 以下の信号光を多重する波長多重フィルタまたは、光カプラ２３０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光を増幅する集中型光増幅器ＲＬ２４０、集中増幅型光増幅器ＲＳ２５０，これらを分波する分波器２６０、２７０これらを受信する受信機２８０，２９０から構成されている。
【００５２】
当該受信装置２００内において、波長λ０＋ΔλGより長い信号光は、集中型光増幅器ＲＬ２４０によって増幅された後に分波器２６０で波長毎に分波され、受信機２８０で受信される。
【００５３】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、分波器２７０で波長毎に分岐され、受信機２９０で受信される。波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、分波器２７０の後で、当該光受信装置２００の内部で受ける損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器ＲＳ２５０によって増幅されてもよい。
【００５４】
図４は、本発明の第１の実施例の各増幅利得の例を示す。
【００５５】
分布定数型ラマン増幅利得の利得波長特性は、一般には、図４（ｃ）に示したように、短波長側にいくほど減少するが、波長の異なる複数の励起光源を用いることで、同図（ａ）に示したように、比較的平坦な特性を得ることもできる。
【００５６】
前述したように、波長λ０＋ΔλＧ 以下の短波長側に配置された信号光は、同図（ａ）に示したように、分布定数型増幅利得によってすべての損失を補償されてもよいし、同図（ｂ）または、同図（ｃ）に示したように、集中定数型増幅器ＳＳ１８０，ＲＳ２５０によって分布定数型増幅利得を補ってもよい。
【００５７】
また、集中型光増幅器ＳＳ１８０，ＲＳ２５０の利得波長特性は、図４（ｂ）に示したように、ほぼ平坦な分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、ほぼ平坦であってもよいし、同図（ｃ）に示したように、短波長側にゆくほど減少する分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、短波長側にゆくほど高利得な特性であってもよい。
【００５８】
図５は、本発明の第１の実施例の短波長側ほど小さくなる分布ラマン増幅利得を補うための各信号波長における入力パワーを示す。各増幅器の利得の割合を図４（ｃ）のようにした場合、各信号波長の伝送路入力パワーは、図５のように、少なくとも平均零分散波長以下の領域において短波長側にゆくほど大きく設定することになる。
【００５９】
上記において説明した構成により、伝送路３００の零分散波長範囲を含む広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とすることができる。この理由は前述の通りである。
【００６０】
ΔλＧ は、前述した理由により１０〜３５ｎｍであり、例えば、２０ｎｍである。
［第２の実施例］
本実施例では、光ファイバ伝送路における損失を補償するための光中継装置を用いた波長多重多中継伝送システムについて説明する。
【００６１】
図６は、本発明の第２の実施例の波長多重多中継伝送システムの構成を示す。本実施例において、信号光波長と適用される光増幅方式の関係は、前述の第１の実施例と同じであり、図２または、図５に示す概念図のとおりである。
【００６２】
図６に示すシステムにおける光送信装置１００、光受信装置２００は、例えば、前述の第１の実施例と同様の構成である。中継装置４００は、中継装置４００の前段の伝送路３００における分布定数型増幅のための励起光源４０１、この励起光を伝送路３００に送出するための波長多重フィルタ、光サーキュレータまたは、光カプラ４１０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を分離する波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光を増幅する集中型光増幅器Ｌ４３０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を合波する波長多重フィルタまたは、光カプラ４４０、中継装置４００の後段側の伝送路３００における分布定数型増幅のための励起光源４０２、この励起光を伝送路３００に送出するための波長多重フィルタまたは、光カプラ４５０から構成される。
【００６３】
当該中継装置４００において、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０によって分離され、集中型光増幅器Ｌ４３０によって増幅された後に合波器で再び他の波長の光と合波され、次の光ファイバ伝送路３００に送出される。
【００６４】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、波長多重フィルタまたは、光カプラで再び他の波長の光と合波され、次に光ファイバ伝送路３００に送出される。ここで、λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０の後で、当該光中継装置４００の内部で受ける損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｓ４６０によって増幅されてもよい。
【００６５】
各光増幅利得の割合は、第１の実施例と同様に、例えば、図４に示すようになる。
【００６６】
図６に示す構成により、伝送路の零分散波長範囲を含む広い範囲にわたって、信号光を配置する光波長多重多中継伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限にすると共に、零分散波長領域においても、高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
［第３の実施例］
本実施例では、光波長多重伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路として、平均零分散波長がおよそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用いている例を説明する。本実施例では、第１及び第２の実施例で示した光波長多重伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路として、平均例分散波長がおよそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用いている。
図７は、本発明の第３の実施例の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す。同図に示すように、およそ１５７０ｎｍ以下の波長領域に配置された信号光の増幅には、分布定数型光増幅が適用され、およそ１５７０ｎｍ以上の波長領域に配置された信号光の増幅には、集中定数型光増幅が適用される。波長１５７０ｎｍ以下の信号光をラマン増幅を用いて分布定数型増幅するために、１４７０ｎｍ以下の波長領域に励起光を配置する。励起光源は、複数の波長の異なる励起光源が合成されたものであってもよい。
【００６７】
本実施例において、信号光は例えば、波長１４７０ｎｍから１６５０ｎｍの領域に配置される。
【００６８】
図８は、本発明の第３の実施例の光波長多重伝送システムの構成を示す。
【００６９】
同図に示すように、光送信装置１００において、波長１５７０ｎｍ以上の複数の光源は、変調器１２１によって変調され、合波器１３１によって合波された後に、集中型光増幅器Ｌ１１３によって増幅され、伝送路３００に送出される。
【００７０】
波長１５７０ｎｍ以下の光源のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の光源は、変調器１２１によって変調され、合波器１３１によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長１５２０ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の信号光は、例えば、合波器１３１の後で、当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｍ１１１によって増幅されてもよい。
【００７１】
波長１５７０ｎｍ以下の光源のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の光源は、変調器によって変調され、合波器によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長１５２０ｎｍ以下の信号光は、例えば、合波器１３１の後で、当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、および、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｓ１１２によって増幅されてもよい。
【００７２】
集中型光増幅器Ｓ１１２の利得波長特性は、短波長側にゆくほど減少する分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、短波長側にゆくほど高利得な特性であってもよい。
【００７３】
また、同じく、図８に示したように、光中継装置４００において、波長１５７０ｎｍ以上の複数の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、集中型光増幅器Ｌ４７３によって増幅され、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次の伝送路３００に送出される。
【００７４】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次の伝送路３００に送出される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器の前で集中型光増幅器Ｓ４７２によって増幅されてもよい。
【００７５】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次に伝送路３００に送出される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器の前で集中型光増幅器Ｍ４７１によって増幅されてもよい。
さらに、光受信装置２００においては、波長１５７０ｎｍ以上の複数の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、集中型光増幅器Ｌ２４３によって増幅され、分波器２６３によって波長毎に分波された後に、受信機２８３によって受信される。
【００７６】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、分波器２６２によって波長毎に分波された後に、受信機２８２によって受信される。ここで、当該信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器２６２の前段で集中型光増幅器Ｓ２４２によって増幅されてもよい。
【００７７】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、分波器２６２によって波長毎に分波された後に、受信機２８２によって受信される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器２６１の前段で集中型光増幅器Ｍ２４１によって増幅されてもよい。
【００７８】
集中型光増幅器Ｓ２４２は、例えば、およそ１４５０ｎｍ〜１５２０ｎｍの波長領域に利得を与えるツリウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
集中型光増幅器Ｍ２４１は、例えば、およそ１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長領域に利得を与えるエルビウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
集中型光増幅器Ｌ２４３は、例えば、およそ１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長領域に利得を与える利得シフト型のエルビウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
【００７９】
図９は、本発明の第３の実施例における各増幅利得の例を示す。
【００８０】
波長１５７０ｎｍ以上に配置された信号光に対しては、１００％集中定数型光増幅を適用する。波長１５７０ｎｍ以上に配置された信号光のうち、例えば、１５７０ｎｍ〜１６１９０ｎｍ に配置された信号光には、エルビウム添加光増幅器を適用し、１６１０〜１６５０ｎｍに配置された信号光には、集中定数型ラマン増幅器を適用する。
波長１５７０ｎｍ以下に配置された信号光に対しては、分布定数型ラマン光増幅を適用する。このうち、より短波長側の信号光に対しては、短波長になるほど減少する分布定数型ラマン利得を補うために、短波長ほど大きな集中定数型増幅利得を与える。例えば、波長１４７０ｎｍ〜１５２０ｎｍに配置された信号光に、ツリウム添加光増幅器を用いて、短波長側ほど大きな集中定数型増幅利得を与える。
上記により、分散システムファイバを用いて、広い波長範囲にわたって信号光を配置する光波長多重伝送システム及び同多中継伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限にすると共に、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
【００８１】
図１０は、本発明の零分散波長帯と非零分散波長帯におけるチャネル当たりの信号入力パワーと感度劣化の関係を示す。
【００８２】
同図は、２００ＧＨｚ間隔８チャネルの波長多重信号光が４０ｋｍの分散シフトファイバを伝搬した場合の、チャネル当たりのファイバ入力パワーに対する信号受信感度劣化（実験値）を示したものである。
【００８３】
用いた分散シフトファイバの零分散波長は約１５５２ｎｍであり、波長１５５２ｎｍを中心とした零分散波長帯に配置した信号光に対する結果を黒丸で示し、波長１５８５ｎｍを中心とした非零分散波長帯に配置した信号光に対する結果を三角で示す。
【００８４】
同図からわかるように、零分散波長帯に配置した信号光に対して入力パワーを大きくすると、四光波混合の発生により激しい劣化が生じる（この場合、劣化の要因が四光波混合であることは、Ｍ．Ｊｉｎｎｏ らの文献“Ｆｉｒｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １５８０ｎｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３３，ｐｐ． ８８２−８８３に詳述されている）。
【００８５】
同図より、本発明において零分散波長近辺に配置された信号光のファイバ入力パワーは、例えば、−２ｄＢｍ 以下に設定すると効果的であることがわかる（なお、低ければ低いほどよく、−４ｄＢｍ 以下、−６ｄＢｍ 以下、−８ｄＢｍ 以下でもよい）。
【００８６】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とすると共に、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現し、かつ、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光波長多重伝送システムの構成図である。
【図４】本発明の第１の実施例の各増幅利得の零である。
【図５】本発明の第１の実施例の短波長側ほど小さくなる分布ラマン増幅利得を補うための各信号波長における入力パワーを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例の波長多重多中継伝送システムの構成図である。
【図７】本発明の第３の実施例の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例の光波長多重伝送システムの構成図である。
【図９】本発明の第３の実施例の各増幅利得の例である。
【図１０】本発明の零分散波長帯と非零分散波長帯におけるチャネル当たりの信号入力パワーと感度劣化の関係を示す図である。
【図１１】従来の零分散波長領域を含む超広帯域光波長多重伝送システムの概念図である。
【図１２】従来の光波長分割多重伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
１００ 光送信装置
１０１ λ０＋ΔλＧ より長い波長の光源
１０２ λ０＋ΔλＧ より以下の波長の光源
１１０ 変調手段、変調器
１１１ 光増幅器Ｍ
１１２ 光増幅器Ｓ
１１３ 光増幅器Ｌ
１２０ 合波器
１２１ 変調器
１３０ 光増幅手段、集中増幅型光増幅器ＳＬ
１３１ 合波器
１４０ 変調器
１５０ 合波器
１６１ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
１６２ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
１７０ λ０＋ΔλＧ より短波長領域に配置された信号光を分布定数型増幅するための励起光源
１７１ 分布定数型光増幅用励起光源
１８０ 集中増幅型光増幅器ＳＳ
２００ 光受信装置
２１０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
２２０ 分離手段、λ０＋ΔλＧ より短波長領域に配置された信号光を分布定数型増幅するための励起光源
２２１ 分布定数型光増幅用励起光源
２３０ 波長分離フィルタまたは、光カプラ
２４０ 光増幅手段、集中増幅型光増幅器ＲＬ
２４１ 光増幅器Ｍ
２４２ 光増幅器Ｓ
２４３ 光増幅器Ｌ
２５０ 復調手段、集中増幅型光増幅器ＲＳ
２６０，２７０ 分波器
２６１，２６２，２６３ 分波器
２８０，２９０ 受信機
２８１，２８２，２８３ 受信機
３００ 平均零分散波長λ０の光ファイバ伝送路
４００ 光中継装置
４０１ 励起光源
４０２ 分布定数型光増幅用励起光源
４０３ 分布定数型光増幅用励起光源
４１０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
４２０ 波長分離フィルタ
４３０ 集中増幅型光増幅器Ｌ
４４０ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
４５０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
４６０ 集中増幅型光増幅器Ｓ
４７１ 光増幅器Ｍ
４７２ 光増幅器Ｓ
４７３ 光増幅器Ｌ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムに係り、特に、互いに波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調し、これらを光波長フィルタ等の光受動部品により多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側では波長多重化された信号光を波長毎に分割し、それらを光電気変換してもとの複数の電気信号に復調する光波長分割多重技術における光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光波長分割多重技術は、互いに波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調し、これらを光波長フィルタ等の光受動部品により波長多重化して、光ファイバ伝送路に送出し、受信側では波長多重化された信号光を波長毎に分離し、それらを光電気変換してもとの複数の電気信号に復調する技術であり、複数の信号の多重分離を光受動部品のみによって容易に行うことができ、伝送システムの大容量化に有効な技術である。
【０００３】
図１１は、従来の光波長分割多重伝送システムの構成を示す。
【０００４】
同図示す光波長分割多重伝送システムは、波長の異なる複数の光を複数の電気信号に変調し、これらを波長多重化して送信する光送信装置１０と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分割し、それらを光電気変換して複数の電気信号に復調する光受信装置２０、光送信装置１０と光受信装置２０を結ぶ１本の光ファイバ伝送路３０から構成される。
【０００５】
光送信装置１０は、波長λ０＋ΔλＧより短い波長の光源とこれらを変調する変調器１１、変調器１１で変調された信号光を合成する合波器１２、集中増幅型光増幅器１３、１４、波長多重フィルタまたは、光カプラ１５、及び受信機１７に増幅された信号光を分波して出力する分波器１６から構成される。
【０００６】
光受信装置２０は、波長分割フィルタまたは、光カプラ２１、集中増幅型光増幅器ＲＬ２２、集中増幅型増幅器ＳＬ２３、増幅された信号光を分波する分波器２４、λ０＋λＧより長い波長の光源を変調する変調器２６から構成される。
【０００７】
伝送路３０は、平均零分散波長λ０の光ファイバの伝送路である。
【０００８】
さらに、光増幅機能を有する光中継装置を光ファイバ伝送路の途中に配置して光ファイバ伝送路における損失を補償する光波長分割多重中継伝送システムが特性・コスト面で有効であり、広く開発されている。
【０００９】
光波長分割多重伝送に使用する複数の信号光は、従来、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得帯域である波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍに配置されることが多かったが、近年の通信トラフィックの増大に対応し、波長帯域の拡大が図られている（例えば、Ｓ．Ａｉｓａｗａら、“Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ ｂａｎｄ， ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ”、１９９８年光ファイバ国際会議、Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ １１）。波長１５７０〜１６１０ｎｍ周辺の増幅には利得シフトエルビウム添加ファイバ増幅器の、また、波長１４５０〜１５２０ｎｍ周辺の増幅にはツリウム添加ファイバ増幅器の開発が進んでいることから、石英系光ファイバの低損失波長領域（ ＜０．３ｄＢ／ｋｍ ）である波長１４５０から１６５０ｎｍの領域を利用した波長多重中継伝送システムを実現できる可能性がある。
【００１０】
しかしながら、特に、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上で、上記のように広帯域の光波長分割多重伝送システムを実現するには、ファイバの分散に関係して生じる種々の非線形効果の影響を最小にするように、システムを設計する必要がある。
【００１１】
以下、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上の広帯域波長多重伝送システムにおいて起こり得るファイバ非線形効果について詳述する。
【００１２】
まず、伝送路ファイバの零分散波長が含まれる領域に配置された信号光は、「四光波混合」を引起し、これによって新たに発生した光が信号光に対する干渉雑音となる。これを抑圧する方法として、信号光の波長を不等間隔に配置し、四光波混合によって新たに発生する光の波長がどの信号光の波長にも一致しないようにする方法が提案されている（Ｆ．Ｆｏｒｇｈｉｅｒｉ ら、“Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｉｎ ＷＤＭ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｕｓｉｎｇ Ｕｎｅｑｕａｌｌｙ Ｓｐａｃｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌｓ”、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ６， ｐｐ． ７５４−７５６， １９９４）。
【００１３】
また、伝送路に励起光を入力し、信号光に分布定数型ラマン増幅利得を与えることで光ファイバに対する信号光の入力パワーを低減し、四光波混合の発生効率を低減させる方法が提案されている（Ｎ．Ｔａｋａｃｈｉｏら、“３２ｘ１０ Ｇｂｐｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ５０ ＧＨｚ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｔｈ ｒｅｇｉｏｎ ｏｖｅｒ ６４０ ｋｍ ｏｆ １．５５−μｍ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｉｂｅｒ”、１９９９年光ファイバ国際会議、Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ ９） 。分布定数型ラマン増幅は、励起光波長に対して数ｎｍから１１０ｎｍ 長波長の光に利得を与える。その利得は、励起光から１００ 〜１１０ｎｍ 長波長の領域で最大となり、それより短波長になる従い、徐々に減少する。
また、この四光波混合は、零分散波長が含まれる領域より短波長側に配置された信号光と、同領域より長波長側に配置された信号光との間でも生じる。これによる劣化は、Ｊ．Ｋａｎｉらの論文“Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． １１，ｐｐ． ３７６−３７８， １９９９． に詳述されている。このように、波長の離れた２領域の間で生じる四光波混合による劣化は、同２領域を双方向に伝送させることで抑圧できることが同論文に述べられている。
【００１４】
また、上記のように広波長域を利用した光波長分割多重伝送システムにおいて、起こり得る別の非線形効果に、「誘導ラマン散乱」がある。誘導ラマン散乱は、波長の異なる２つの光が非線形媒質を伝搬した場合に短波長の光が励起光となって長波長の光を増幅させる現象であり、これによって短波長側の信号光が過剰に減衰し、伝送品質劣化となる。石英系光ファイバにおける誘導ラマン散乱の発生効率は、２つの光の波長間隔が大きくなると増大していき、１００ｎｍ 程度で最大となることが知られている。
【００１５】
これらの非線形効果による品質劣化を最小限とする設計法が、Ｊ．Ｋａｎｉらの論文“Ｉｎｔｅｒ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． １７， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ， １９９９．に詳述されている。ここで述べられている方法の概念図を図１２に示す。この方法によると、零分散波長が含まれる領域に配置される信号光は、その波長間隔が不等間隔となるように配置される。さらに、零分散波長が含まれる領域及び、これにより短波長側の領域に配置される信号光は、零分散波長が含まれる領域より長波長側の領域に配置される信号光と、伝送路ファイバを逆向きに伝播させる。つまり、双方向伝送を行う。この設計により、前述の非線形効果による劣化のうち特に四光波混合による劣化が最小化されることが同論文に詳述されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の図１２に示されるシステムでは、零分散波長において波長が不等間隔となるように信号光を配置するために、同領域において高密度かつ大容量な伝送を行うことができないという問題がある。
【００１７】
また、同方法において用いられる双方向伝送は、その運用に複雑性をきたす場合があるという問題がある。
【００１８】
さらに、同方法においては、前述の非線形効果のうち、誘導ラマン散乱によって短波長信号光が受ける過剰損失がもたらす劣化は回避できないという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、４ 光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とするとともに、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現し、かつ、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させることが可能となるような光波長分割多重送信装置及び光波長分割多重受信装置及び光中継装置及び光波長分割多重伝送システムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理構成図である。
【００２１】
本発明（請求項１）は、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する変調手段１１０及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置１００であって、
光ファイバ伝送路３００に励起光を入力することで該伝送路３００を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長が含まれる領域に配置された光信号の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段１３０を有する。
【００２２】
本発明（請求項２）は、光増幅手段１３０を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを、−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２３】
本発明（請求項３）は、波長多重された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段２３０と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段２６０とを有する光波長分割多重受信装置２００であって、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段２４０を有する。
【００２４】
本発明（請求項４）は、光増幅手段２４０を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを、−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２５】
本発明（請求項５）は、光ファイバ伝送路の途中に配置され、該光ファイバ伝送路における損失を補償するための光中継装置であって、
光ファイバ伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する。
【００２６】
本発明（請求項６）は、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する手段及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段と、を有する光波長分割多重受信装置から構成される光波長分割多重伝送システムであって、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される第１の分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第１の集中定数型光増幅手段と、を有し、光ファイバ伝送路の損失を補償する光増幅手段を、
光波長分割多重送信装置、光波長分割多重受信装置の両方または、いずれか一方に備える。
【００２７】
本発明（請求項７）は、伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺に配置された信号光を含む、短波長側に配置された複数の信号光の増幅に適用される第２の分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第２の集中定数型光増幅手段と、
を有する光中継装置を更に有する。
【００２８】
本発明（請求項８）は、第１、第２の集中定数型光増幅手段を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを−２ｄＢｍ 以下に設定する。
【００２９】
上記により、本発明は、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、波長１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、４ 光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とするとともに、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらを、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
【００３０】
これは、零分散波長が含まれる領域に配置された信号光が生じる四光波混合は、分布増幅を適用して、少なくとも零分散波長近辺の信号光のファイバ伝送路への入力パワーを低減することで、その発生効率を大幅に減ぜられる。
【００３１】
零分散波長が含まれる領域よりも、短波長側に配置された信号光と、零分散波長が含まれる領域よりも長波長側に配置された信号光の間で生じる四光波混合は、分布増幅を適用して同信号光のうち短波長側の信号光のファイバ伝送路への入力パワーを低減することで、その発生効率を大幅に減ぜられる。
【００３２】
誘導ラマン散乱を通じて短波長の信号光が長波長の信号光から受ける過剰損失による伝送品質劣化は、分布定数型増幅で適用される信号光の短波長側に分布定数型光増幅の励起光を入れることにより、その過剰損失が分布ラマン増幅によって補償させるため、減ぜられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す。
【００３４】
同図に示すように、光ファイバの平均零分散波長近辺及びそれより短波長側に配置された複数の信号光の増幅にラマン増幅による分布定数型光増幅を適用し、光ファイバの平均零分散波長近辺より長波長側に配置された信号光の増幅に集中定数型光増幅幅を適用し、少なくとも平均零分散波長近辺の複数の信号光の各々の伝送路入力パワーは、長波長側に配置された複数の信号光の各々の伝送路入力パワーよも低く設定する。
【００３５】
これを実現するために、波長多重システムにおける、光送信装置、光受信装置、光中継装置の一部または全部において、伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とした分布定数型光増幅を行う機能と、同光増幅装置の内部に光増幅媒体を含み、これによって集中定数型光増幅を行う機能を兼ね備えた光増幅機能を備える。
【００３６】
ここで、平均零分散波長近辺及びそれより短波長側に配置された信号光の分布定数型増幅利得を補うために、同光送信装置、光受信装置、光中継装置の一部または、全部において集中定数型増幅を配置してもよい。
【００３７】
また、ここで述べた「平均零分散波長近辺」とは、図２におけるλ０±ΔλＧの領域を示すものとする。
【００３８】
有限のΔλＧを設ける理由の一つは、伝送路ファイバの零分散波長の製造上のばらつきを考慮するものとである。許容される零分散波長の製造ばらつきは、標準化されている値で±２５ｎｍである（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ６５３）。中心波長を狙ってファイバを作製するため、実際のばらつきはこれより少ない場合もある。このばらつきを考慮してΔλＧ を設定する。
【００３９】
有限のΔλＧを設ける理由のもう一つは、四光波混合の発生効率に関するものである。四光波混合による信号劣化が起こり得る領域は、零分散波長λ０±ΔλＧ（ＦＷＭ） であり、ΔλＧ（ＦＷＭ）は有限であることが、例えば、特開平７−１０７０６９「光波長多重伝送方式及び光分散補償方式」に述べられている。同文献に、チャネル数１６、チャネル間隔１５０ＧＨｚ、チャネル当たりの伝送路入力パワー３ｄＢｍ、伝送路長９０ｋｍの場合の数値列として、ΔλＧ（ＦＷＭ）を１０ｎｍ以上とする必要性が述べられている。
【００４０】
上記のような理由から、図２に示したΔλＧ は、凡そ１０〜３５ｎｍ程度とするのがよい。当該伝送路ファイバとして平均零分散波長およそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用い、ΔλＧ＝２０ｎｍとした場合、当該分布定数型光増幅は、波長１４７０ｎｍ以下の励起光を用いて、波長１５７０ｎｍ以下に配置された信号光の増幅に適用され、当該集中定数型光増幅は、波長およそ１５７０ｎｍ以上に配置された信号光の増幅に適用される。
【００４１】
ここで、当該集中定数型光増幅として、波長およそ１５７０ｎｍから１６２０ｎｍの範囲に配置された信号光の増幅には、エルビウム添加光ファイバ増幅器を、波長１６２０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の信号光の増幅には、集中定数型ラマンファイバ増幅器を用いてもよい。
【００４２】
また、波長及び１４５０ｎｍから１５２０ｎｍの範囲に配置された信号光の分布定数型増幅利得は、ツリウム添加光ファイバ増幅器による集中型増幅によって補ってもよい。
さらに、およそ１４５０ｎｍから１５２０ｎｍの範囲に配置された信号光のうち、短波長側のものほど小さくなる分布ラマン増幅利得を、ツリウム添加光ファイバ増幅器による集中型増幅によって補ってもよい。
【００４３】
【実施例】
以下、図面ともに本発明の実施例を説明する。
【００４４】
［第１の実施例］
本実施例では、前述の図２に示すように、零分散波長近辺（波長λ０±ΔλＧ ）を含む短波長側に配置された信号光に分布定数型光増幅を適用し、それ以外の長波長側に配置された信号光に集中定数型光増幅を適用し、また、図２に示すように、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路パワーは、長波長側に配置された信号光の伝送路入力パワーよりも低く設定されるものである。
【００４５】
図３は、本発明の第１の実施例の光波長多重伝送システムの構成を示す。
【００４６】
同図に示すシステムは、波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調しこれらを波長多重化して送信する光送信装置１００と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分離し、それらを光電気変換して複数の電気信号に復調する光受信装置２００、及び、光送信装置１００と光受信装置２００を結ぶ１本の光ファイバ伝送路３００からなる。
【００４７】
光ファイバ伝送路３００の平均零分散波長をλ０として、光送信装置１００は、波長λ０＋ΔλＧ 以上の複数の光源１０１と、これらを変調する変調器１１０、変調された信号光を合波する合波器１２０、これらを増幅する集中型光増幅器ＳＬ１３０、波長λ０＋ΔλＧ 以下の複数の光源１０２と、これらを変調する変調器１４０、変調された信号光を合波する合波器１５０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を多重する波長多重フィルタまたは光カプラ１６１、分布定数型増幅のための励起光源１７０、この励起光を伝送路へ送出するための波長多重フィルタまたは、光カプラ１６２及び集中増幅型光増幅器ＳＳ１８０から構成される。
【００４８】
当該光送信装置１００内において、波長λ０＋ΔλＧ 以上の光源は、変調器１１０によって変調され、合波器１２０によって合成された後に、集中型光増幅器ＳＬ１３０によって増幅され、伝送路３００に送出される。
【００４９】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の光源は、変調器１４０によって変調され、合波器１５０によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、合波器１５０の後で当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、及び分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器ＳＳ１８０によって増幅されてもよい。
【００５０】
励起光源１７０は、波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光にラマン増幅を与えるために、波長λ０＋ΔλＧ から１００ｎｍ 程度、または、それ以上短い波長を持つものであり、この励起光源は、複数の波長の異なる励起光源が合成されたものであってもよい。
【００５１】
また、光受信装置２００は、分布定数型増幅のための励起光源２２０、及び、この励起光源を伝送路３００へ送出するための波長多重フィルタ２１０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光とλ０＋ΔλＧ 以下の信号光を多重する波長多重フィルタまたは、光カプラ２３０、波長λ０＋ΔλＧ 以上の信号光を増幅する集中型光増幅器ＲＬ２４０、集中増幅型光増幅器ＲＳ２５０，これらを分波する分波器２６０、２７０これらを受信する受信機２８０，２９０から構成されている。
【００５２】
当該受信装置２００内において、波長λ０＋ΔλGより長い信号光は、集中型光増幅器ＲＬ２４０によって増幅された後に分波器２６０で波長毎に分波され、受信機２８０で受信される。
【００５３】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、分波器２７０で波長毎に分岐され、受信機２９０で受信される。波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、分波器２７０の後で、当該光受信装置２００の内部で受ける損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器ＲＳ２５０によって増幅されてもよい。
【００５４】
図４は、本発明の第１の実施例の各増幅利得の例を示す。
【００５５】
分布定数型ラマン増幅利得の利得波長特性は、一般には、図４（ｃ）に示したように、短波長側にいくほど減少するが、波長の異なる複数の励起光源を用いることで、同図（ａ）に示したように、比較的平坦な特性を得ることもできる。
【００５６】
前述したように、波長λ０＋ΔλＧ 以下の短波長側に配置された信号光は、同図（ａ）に示したように、分布定数型増幅利得によってすべての損失を補償されてもよいし、同図（ｂ）または、同図（ｃ）に示したように、集中定数型増幅器ＳＳ１８０，ＲＳ２５０によって分布定数型増幅利得を補ってもよい。
【００５７】
また、集中型光増幅器ＳＳ１８０，ＲＳ２５０の利得波長特性は、図４（ｂ）に示したように、ほぼ平坦な分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、ほぼ平坦であってもよいし、同図（ｃ）に示したように、短波長側にゆくほど減少する分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、短波長側にゆくほど高利得な特性であってもよい。
【００５８】
図５は、本発明の第１の実施例の短波長側ほど小さくなる分布ラマン増幅利得を補うための各信号波長における入力パワーを示す。各増幅器の利得の割合を図４（ｃ）のようにした場合、各信号波長の伝送路入力パワーは、図５のように、少なくとも平均零分散波長以下の領域において短波長側にゆくほど大きく設定することになる。
【００５９】
上記において説明した構成により、伝送路３００の零分散波長範囲を含む広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とすることができる。この理由は前述の通りである。
【００６０】
ΔλＧ は、前述した理由により１０〜３５ｎｍであり、例えば、２０ｎｍである。
［第２の実施例］
本実施例では、光ファイバ伝送路における損失を補償するための光中継装置を用いた波長多重多中継伝送システムについて説明する。
【００６１】
図６は、本発明の第２の実施例の波長多重多中継伝送システムの構成を示す。本実施例において、信号光波長と適用される光増幅方式の関係は、前述の第１の実施例と同じであり、図２または、図５に示す概念図のとおりである。
【００６２】
図６に示すシステムにおける光送信装置１００、光受信装置２００は、例えば、前述の第１の実施例と同様の構成である。中継装置４００は、中継装置４００の前段の伝送路３００における分布定数型増幅のための励起光源４０１、この励起光を伝送路３００に送出するための波長多重フィルタ、光サーキュレータまたは、光カプラ４１０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を分離する波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光を増幅する集中型光増幅器Ｌ４３０、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光と波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光を合波する波長多重フィルタまたは、光カプラ４４０、中継装置４００の後段側の伝送路３００における分布定数型増幅のための励起光源４０２、この励起光を伝送路３００に送出するための波長多重フィルタまたは、光カプラ４５０から構成される。
【００６３】
当該中継装置４００において、波長λ０＋ΔλＧ より長い信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０によって分離され、集中型光増幅器Ｌ４３０によって増幅された後に合波器で再び他の波長の光と合波され、次の光ファイバ伝送路３００に送出される。
【００６４】
波長λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、波長多重フィルタまたは、光カプラで再び他の波長の光と合波され、次に光ファイバ伝送路３００に送出される。ここで、λ０＋ΔλＧ 以下の信号光は、例えば、波長分離フィルタまたは、光カプラ４２０の後で、当該光中継装置４００の内部で受ける損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｓ４６０によって増幅されてもよい。
【００６５】
各光増幅利得の割合は、第１の実施例と同様に、例えば、図４に示すようになる。
【００６６】
図６に示す構成により、伝送路の零分散波長範囲を含む広い範囲にわたって、信号光を配置する光波長多重多中継伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限にすると共に、零分散波長領域においても、高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
［第３の実施例］
本実施例では、光波長多重伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路として、平均零分散波長がおよそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用いている例を説明する。本実施例では、第１及び第２の実施例で示した光波長多重伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路として、平均例分散波長がおよそ１５５０ｎｍである分散シフトファイバを用いている。
図７は、本発明の第３の実施例の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す。同図に示すように、およそ１５７０ｎｍ以下の波長領域に配置された信号光の増幅には、分布定数型光増幅が適用され、およそ１５７０ｎｍ以上の波長領域に配置された信号光の増幅には、集中定数型光増幅が適用される。波長１５７０ｎｍ以下の信号光をラマン増幅を用いて分布定数型増幅するために、１４７０ｎｍ以下の波長領域に励起光を配置する。励起光源は、複数の波長の異なる励起光源が合成されたものであってもよい。
【００６７】
本実施例において、信号光は例えば、波長１４７０ｎｍから１６５０ｎｍの領域に配置される。
【００６８】
図８は、本発明の第３の実施例の光波長多重伝送システムの構成を示す。
【００６９】
同図に示すように、光送信装置１００において、波長１５７０ｎｍ以上の複数の光源は、変調器１２１によって変調され、合波器１３１によって合波された後に、集中型光増幅器Ｌ１１３によって増幅され、伝送路３００に送出される。
【００７０】
波長１５７０ｎｍ以下の光源のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の光源は、変調器１２１によって変調され、合波器１３１によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長１５２０ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の信号光は、例えば、合波器１３１の後で、当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｍ１１１によって増幅されてもよい。
【００７１】
波長１５７０ｎｍ以下の光源のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の光源は、変調器によって変調され、合波器によって合波された後に、伝送路３００に送出される。波長１５２０ｎｍ以下の信号光は、例えば、合波器１３１の後で、当該光送信装置１００の内部で受けた損失を補償するため、および、分布定数型増幅利得を補うために、集中型光増幅器Ｓ１１２によって増幅されてもよい。
【００７２】
集中型光増幅器Ｓ１１２の利得波長特性は、短波長側にゆくほど減少する分布定数型ラマン増幅利得を補償する形で、短波長側にゆくほど高利得な特性であってもよい。
【００７３】
また、同じく、図８に示したように、光中継装置４００において、波長１５７０ｎｍ以上の複数の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、集中型光増幅器Ｌ４７３によって増幅され、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次の伝送路３００に送出される。
【００７４】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次の伝送路３００に送出される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器の前で集中型光増幅器Ｓ４７２によって増幅されてもよい。
【００７５】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、波長合波フィルタまたは、光カプラによって他の信号光と再び合波された後、次に伝送路３００に送出される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器の前で集中型光増幅器Ｍ４７１によって増幅されてもよい。
さらに、光受信装置２００においては、波長１５７０ｎｍ以上の複数の信号光は、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、集中型光増幅器Ｌ２４３によって増幅され、分波器２６３によって波長毎に分波された後に、受信機２８３によって受信される。
【００７６】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以下の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離され、分波器２６２によって波長毎に分波された後に、受信機２８２によって受信される。ここで、当該信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器２６２の前段で集中型光増幅器Ｓ２４２によって増幅されてもよい。
【００７７】
波長１５７０ｎｍ以下の複数の信号光のうち、例えば、波長１５２０ｎｍ以上の複数の信号光は、図８に示すように、波長分離フィルタまたは、光カプラによって分離された後に、分波器２６２によって波長毎に分波された後に、受信機２８２によって受信される。ここで、同信号光は、当該光受信装置２００の内部で受けた損失を補償するため、及び、分布定数型増幅利得を補うために、例えば、分波器２６１の前段で集中型光増幅器Ｍ２４１によって増幅されてもよい。
【００７８】
集中型光増幅器Ｓ２４２は、例えば、およそ１４５０ｎｍ〜１５２０ｎｍの波長領域に利得を与えるツリウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
集中型光増幅器Ｍ２４１は、例えば、およそ１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長領域に利得を与えるエルビウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
集中型光増幅器Ｌ２４３は、例えば、およそ１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍの波長領域に利得を与える利得シフト型のエルビウム添加光増幅器であってもよく、また、励起光波長の選択により任意の波長領域に利得を与えることができる集中定数型ラマン増幅器であってもよく、また、これらの組み合わせであってもよい。
【００７９】
図９は、本発明の第３の実施例における各増幅利得の例を示す。
【００８０】
波長１５７０ｎｍ以上に配置された信号光に対しては、１００％集中定数型光増幅を適用する。波長１５７０ｎｍ以上に配置された信号光のうち、例えば、１５７０ｎｍ〜１６１９０ｎｍ に配置された信号光には、エルビウム添加光増幅器を適用し、１６１０〜１６５０ｎｍに配置された信号光には、集中定数型ラマン増幅器を適用する。
波長１５７０ｎｍ以下に配置された信号光に対しては、分布定数型ラマン光増幅を適用する。このうち、より短波長側の信号光に対しては、短波長になるほど減少する分布定数型ラマン利得を補うために、短波長ほど大きな集中定数型増幅利得を与える。例えば、波長１４７０ｎｍ〜１５２０ｎｍに配置された信号光に、ツリウム添加光増幅器を用いて、短波長側ほど大きな集中定数型増幅利得を与える。
上記により、分散システムファイバを用いて、広い波長範囲にわたって信号光を配置する光波長多重伝送システム及び同多中継伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限にすると共に、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現すること、また、これらをすべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させるという条件のもとに実現することができる。
【００８１】
図１０は、本発明の零分散波長帯と非零分散波長帯におけるチャネル当たりの信号入力パワーと感度劣化の関係を示す。
【００８２】
同図は、２００ＧＨｚ間隔８チャネルの波長多重信号光が４０ｋｍの分散シフトファイバを伝搬した場合の、チャネル当たりのファイバ入力パワーに対する信号受信感度劣化（実験値）を示したものである。
【００８３】
用いた分散シフトファイバの零分散波長は約１５５２ｎｍであり、波長１５５２ｎｍを中心とした零分散波長帯に配置した信号光に対する結果を黒丸で示し、波長１５８５ｎｍを中心とした非零分散波長帯に配置した信号光に対する結果を三角で示す。
【００８４】
同図からわかるように、零分散波長帯に配置した信号光に対して入力パワーを大きくすると、四光波混合の発生により激しい劣化が生じる（この場合、劣化の要因が四光波混合であることは、Ｍ．Ｊｉｎｎｏ らの文献“Ｆｉｒｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １５８０ｎｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂａｎｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３３，ｐｐ． ８８２−８８３に詳述されている）。
【００８５】
同図より、本発明において零分散波長近辺に配置された信号光のファイバ入力パワーは、例えば、−２ｄＢｍ 以下に設定すると効果的であることがわかる（なお、低ければ低いほどよく、−４ｄＢｍ 以下、−６ｄＢｍ 以下、−８ｄＢｍ 以下でもよい）。
【００８６】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、分散シフトファイバ、または、ノンゼロ分散シフトファイバ上において、例えば、１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍのような広い範囲にわたって信号光を配置する光波長分割多重伝送システムにおいて、四光波混合、誘導ラマン散乱がもたらす品質劣化を最小限とすると共に、零分散波長領域においても高密度な波長多重を実現し、かつ、すべての信号光を光ファイバ伝送路の同一の方向へ伝播させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光波長多重伝送システムの構成図である。
【図４】本発明の第１の実施例の各増幅利得の零である。
【図５】本発明の第１の実施例の短波長側ほど小さくなる分布ラマン増幅利得を補うための各信号波長における入力パワーを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例の波長多重多中継伝送システムの構成図である。
【図７】本発明の第３の実施例の信号光波長と適用される光増幅方式の関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例の光波長多重伝送システムの構成図である。
【図９】本発明の第３の実施例の各増幅利得の例である。
【図１０】本発明の零分散波長帯と非零分散波長帯におけるチャネル当たりの信号入力パワーと感度劣化の関係を示す図である。
【図１１】従来の零分散波長領域を含む超広帯域光波長多重伝送システムの概念図である。
【図１２】従来の光波長分割多重伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
１００ 光送信装置
１０１ λ０＋ΔλＧ より長い波長の光源
１０２ λ０＋ΔλＧ より以下の波長の光源
１１０ 変調手段、変調器
１１１ 光増幅器Ｍ
１１２ 光増幅器Ｓ
１１３ 光増幅器Ｌ
１２０ 合波器
１２１ 変調器
１３０ 光増幅手段、集中増幅型光増幅器ＳＬ
１３１ 合波器
１４０ 変調器
１５０ 合波器
１６１ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
１６２ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
１７０ λ０＋ΔλＧ より短波長領域に配置された信号光を分布定数型増幅するための励起光源
１７１ 分布定数型光増幅用励起光源
１８０ 集中増幅型光増幅器ＳＳ
２００ 光受信装置
２１０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
２２０ 分離手段、λ０＋ΔλＧ より短波長領域に配置された信号光を分布定数型増幅するための励起光源
２２１ 分布定数型光増幅用励起光源
２３０ 波長分離フィルタまたは、光カプラ
２４０ 光増幅手段、集中増幅型光増幅器ＲＬ
２４１ 光増幅器Ｍ
２４２ 光増幅器Ｓ
２４３ 光増幅器Ｌ
２５０ 復調手段、集中増幅型光増幅器ＲＳ
２６０，２７０ 分波器
２６１，２６２，２６３ 分波器
２８０，２９０ 受信機
２８１，２８２，２８３ 受信機
３００ 平均零分散波長λ０の光ファイバ伝送路
４００ 光中継装置
４０１ 励起光源
４０２ 分布定数型光増幅用励起光源
４０３ 分布定数型光増幅用励起光源
４１０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
４２０ 波長分離フィルタ
４３０ 集中増幅型光増幅器Ｌ
４４０ 波長多重フィルタまたは、光カプラ
４５０ サーキュレータまたは、波長多重フィルタ
４６０ 集中増幅型光増幅器Ｓ
４７１ 光増幅器Ｍ
４７２ 光増幅器Ｓ
４７３ 光増幅器Ｌ
Claims (8)
- 波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する手段及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置であって、
光ファイバ伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された光信号の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
前記光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段を有することを特徴とする光波長分割多重送信装置。 - 前記光増幅手段を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを−２dBm以下に設定する請求項１記載の光波長分割多重送信装置。
- 波長多重された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段とを有する光波長分割多重受信装置であって、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
前記光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有する光増幅手段を有することを特徴とする光波長分割多重受信装置。 - 前記光増幅手段を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを−２dBm以下に設定する請求項３記載の光波長分割多重受信装置。
- 光ファイバ伝送路の途中に配置され、該光ファイバ伝送路における損失を補償するための光中継装置であって、
光ファイバ伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される分布定数型光増幅手段と、
前記光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される集中定数型光増幅手段と、を有することを特徴とする光中継装置。 - 波長の異なる複数の光を複数の電気信号により変調する手段及び変調された信号光を波長多重化して送信する手段を有する光波長分割多重送信装置と、波長多重化された複数の信号光を波長毎に分離する分離手段と、分離された信号光を光電気変換して複数の電気信号に復調する復調手段と、を有する光波長分割多重受信装置から構成される光波長分割多重伝送システムであって、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長が含まれる領域に配置された信号光の場合、少なくとも該信号光のファイバ伝送路へのパワーを零分散波長近辺以外の信号光以外の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、また、平均零分散波長が含まれる領域よりも短波長側に配置された信号光の場合、該信号光のファイバ伝送路へのパワーを平均零分散波長が含まれる領域よりも長波長側の信号光のファイバ伝送路へのパワーに対して低く設定し、複数の信号光の増幅に適用される第１の分布定数型光増幅手段と、
光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺以外の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第１の集中定数型光増幅手段と、を有し、光ファイバ伝送路の損失を補償する光増幅手段を、
前記光波長分割多重送信装置、前記光波長分割多重受信装置の両方または、いずれか一方に備えることを特徴とする光波長分割多重伝送システム。 - 光ファイバ伝送路に励起光を入力することで伝送路を光増幅媒体とし、該光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺に配置された信号光を含む、短波長側に配置された複数の信号光の増幅に適用される第２の分布定数型光増幅手段と、
前記光ファイバ伝送路の平均零分散波長近辺の、長波長側に配置された信号光の増幅に適用される第２の集中定数型光増幅手段と、を有する光中継装置を更に有する請求項６記載の光波長分割多重伝送システム。 - 前記第１の集中定数型光増幅手段と前記第２の集中定数型光増幅手段を用いて、少なくとも零分散波長近辺に配置された信号光の伝送路入力パワーを、−２dBmに設定する請求項６または、７記載の光波長分割多重伝送システム。
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