JP3802793B2 - 遠隔励起光伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔励起を用いた遠隔励起光伝送システムにおいて、１本の光ファイバを上りおよび下りのどちらの方向に適用しても性能差が小さく、長距離伝送に適した遠隔励起光伝送システムに関する。
【０００２】
ここで、遠隔励起とは、無中継光伝送システムの伝送路中に挿入された希土類添加光ファイバ（以下「ＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）」という）に、ＥＤＦに近い方の端局から励起光を供給する形態をいい、励起光源が受信側に設置される場合のＥＤＦを遠隔励起プリアンプ（以下「ＲＰＲＡ」という）、送信側に設置される場合のＥＤＦを遠隔励起ポストアンプ（以下「ＲＰＯＡ」という）という。
【０００３】
【従来の技術】
インターネットの普及により、上りと下りの伝送需要にアンバランスが生じるようになり、状況に合わせた運用が望まれている。１本の光ファイバを上りおよび下りのどちらの方向にも適用可能な技術は、フレキシブルなネットワークを構成する上で非常に有用である。
【０００４】
通常の無中継光伝送システムは、図４に示すように、両端の端局装置１ａ，１ｂと光ファイバ伝送路２から構成される。端局装置１ａは、光送信装置４ａおよび光受信装置５ａと、光ファイバ伝送路２との接続を切り替えるスイッチ６ａを備える。端局装置１ｂは、光送信装置４ｂおよび光受信装置５ｂが備え、光ファイバ伝送路２との接続を切り替えるスイッチ６ｂを備える。この無中継光伝送システムは、１本の光ファイバを上りおよび下りのどちらの方向に適用しても等しい特性が得られる。しかし、遠隔励起を適用した無中継光伝送システムと比較すると、所定の伝送性能を確保できる最大伝送距離は短くなり、適用範囲が狭まってしまう。
【０００５】
また、光ファイバ伝送路を増幅媒体としてラマン増幅を行う無中継光伝送システムは、図５に示すように、両端の端局装置１ａ，１ｂと光ファイバ伝送路２から構成される。端局装置１ａは、光送信装置４ａ、光受信装置５ａおよびスイッチ６ａに加えて、励起光源７ａ，７ａ′と、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ａ，８ａ′を備える。端局装置１ｂは、光送信装置４ｂ、光受信装置５ｂおよびスイッチ６ａに加えて、励起光源７ｂ，７ｂ′と、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ｂ，８ｂ′を備える。ここで、励起光源７ａ，７ｂは、信号光と同方向に励起光を送出して前方励起ラマン増幅を行い、励起光源７ａ′，７ｂ′は、信号光と逆方向に励起光を送出して後方励起ラマン増幅を行う。
【０００６】
このラマン増幅を用いた無中継光伝送システムは、１本の光ファイバを上りおよび下りのどちらの方向に適用しても等しい特性が得られるとともに、図４に示す通常の無中継光伝送システムよりも伝送距離を延ばすことが可能である。しかし、さらなる伝送距離の拡大を図るためには、遠隔励起（特にＲＰＲＡ）を適用した無中継光伝送システムが望まれる。
【０００７】
図６は、ＲＰＲＡを適用した無中継光伝送システムの構成例を示す。図において、ＲＰＲＡを適用した無中継光伝送システムは、両端の端局装置１ａ，１ｂと光ファイバ伝送路２−１，２−２とＥＤＦ３から構成される。端局装置１ａは、光送信装置４ａ、光受信装置５ａおよびスイッチ６ａを備える。端局装置１ｂは、光送信装置４ｂ、光受信装置５ｂおよびスイッチ６ｂに加えて、励起光源７ｂ，７ｂ′と、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ｂ，８ｂ′を備える。ここで、励起光源７ｂは、信号光と同方向に励起光を送出してＥＤＦ３を励起し、励起光源７ｂ′は、信号光と逆方向に励起光を送出してＥＤＦ３を励起する。ＥＤＦ３は端局装置１ｂとの距離Ｌ１の位置に配置され、端局装置１ａから端局装置１ｂの方向に対してはＲＰＲＡとして使用され、端局装置１ｂから端局装置１ａの方向に対してはＲＰＯＡとして使用される。
【０００８】
図７は、ＲＰＲＡおよびＲＰＯＡを適用した無中継光伝送システムの構成例を示す。図において、両端の端局装置１ａ，１ｂと光ファイバ伝送路２−１，２−２，２−３とＥＤＦ３−１，３−２から構成される。端局装置１ａは、光送信装置４ａ、光受信装置５ａおよびスイッチ６ａに加えて、励起光源７ａ，７ａ′と、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ａ，８ａ′を備える。端局装置１ｂは、光送信装置４ｂ、光受信装置５ｂおよびスイッチ６ｂに加えて、励起光源７ｂ，７ｂ′と、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ｂ，８ｂ′を備える。ここで、励起光源７ａ，７ｂは、信号光と同方向に励起光を送出してＥＤＦ３−１，３−２を励起し、励起光源７ｂ′は、信号光と逆方向に励起光を送出してＥＤＦ３−１，３−２を励起する。ＥＤＦ３−１は端局装置１ａとの距離Ｌ１の位置に配置され、ＥＤＦ３−２は端局装置１ｂとの距離Ｌ２の位置に配置される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常はＲＰＲＡの方がＲＰＯＡよりも無中継伝送距離増大の効果がはるかに大きい。このため、図６の構成では、ＥＤＦ３がＲＰＲＡとして使用される端局装置１ａから端局装置１ｂの方向よりも、ＥＤＦ３がＲＰＯＡとして使用される端局装置１ｂから端局装置１ａの方向の信号伝送距離が制限要因となり、システム長が制限される問題がある。
【００１０】
また、図７の構成では、ＲＰＯＡおよびＲＰＲＡは、一方の信号伝送方向に対して最大伝送距離が延びるような位置に設置されるので、それぞれの位置と端局装置との距離Ｌ１，Ｌ２は等しくない。したがって、設定された方向と逆方向に信号を伝送する場合は、パラメータの設定によっては著しく特性劣化が生じるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上りおよび下りのどちらの方向においても特性差が小さく、長距離伝送に適した遠隔励起光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバ伝送路を介して対向接続される第１の端局装置および第２の端局装置がそれぞれ光送信装置および光受信装置を備え、信号光の伝送方向を切り替えて送受信を行う構成であり、光ファイバ伝送路の第１の端局装置側および第２の端局装置側の所定の位置に、光増幅手段として第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバを挿入し、第１の端局装置に第１の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を備え、第２の端局装置に第２の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を備えた遠隔励起光伝送システムにおいて、第１の端局装置と第１の希土類添加光ファイバとを接続する光ファイバの長さＬ１と、第２の端局装置と第２の希土類添加光ファイバとを接続する光ファイバの長さＬ２との差がＬ１またはＬ２の 10 ％以下に設定され、かつＬ１およびＬ２はそれぞれの希土類添加光ファイバが伝送方向に応じて遠隔励起プリアンプとして作用するときに伝送距離が最大となる最適位置の近傍に設定される構成である。
【００１３】
さらに、第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバに到達する各励起光パワーの差が、いずれか一方に到達する励起光パワーの 10 ％以下に設定される構成としてもよい（請求項２）。ここで、第１の端局装置の励起光源と第２の端局装置の励起光源の出力パワーの差、および長さＬ１の光ファイバと長さＬ２の光ファイバの損失の差が、第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバに到達する各励起光パワーの差に許容される範囲を越えないように設定される構成である（請求項３）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の遠隔励起光伝送システムの実施形態を示す。図において、本実施形態の遠隔励起光伝送システムは、図７に示す従来構成と同様に、両端の端局装置１ａ，１ｂと光ファイバ伝送路２−１，２−２，２−３とＥＤＦ３−１，３−２から構成される。端局装置１ａは、光送信装置４ａ、光受信装置５ａおよびスイッチ６ａに加えて、励起光源７ａと、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ａを備える。端局装置１ｂは、光送信装置４ｂ、光受信装置５ｂおよびスイッチ６ｂに加えて、励起光源７ｂと、励起光と信号光との合分波を行う合分波器８ｂを備える。
【００１６】
本実施形態では、光送信装置４ａにおいて、スイッチ６ａと光ファイバ伝送路２−１との間に合分波器８ａを配置することにより、励起光源７ａを１つにしている。光送信装置４ｂにおいても同様である。すなわち、励起光源７ａ，７ｂは、信号光の方向に関わらず励起光を送出してＥＤＦ３−１，３−２を励起する。ＥＤＦ３−１は端局装置１ａとの距離Ｌ１の位置に配置され、ＥＤＦ３−２は端局装置１ｂとの距離Ｌ２の位置に配置される。
【００１７】
ここで、端局装置１ａから端局装置１ｂに信号伝送する場合と、端局装置１ｂから端局装置１ａに信号伝送する場合について考える。
【００１８】
端局装置１ａから端局装置１ｂに信号伝送する場合には、端局装置１ａの光送信装置４ａから送出された信号光は、スイッチ６ａを介して合分波器８ａで励起光源７ａからの励起光と合波され、光ファイバ伝送路２−１に送信される。ＥＤＦ３−１は、励起光源７ａからの励起光により励起され、ＲＰＯＡとして作用する。また、励起光源７ａからの励起光は、同時に光ファイバ伝送路２−１を増幅媒体とする前方励起ラマン増幅を行う。さらに、ＥＤＦ３−２は、端局装置１ｂの励起光源７ｂからの励起光により励起され、ＲＰＲＡとして作用する。また、励起光源７ｂからの励起光は、同時に光ファイバ伝送路２−３を増幅媒体とする後方励起ラマン増幅を行う。以上により、端局装置１ａの光送信装置４ａから送信された信号光は、前方励起ラマン増幅、ＲＰＯＡ、ＲＰＲＡ、後方励起ラマン増幅を経て端局装置１ｂに到達し、合分波器８ｂ、スイッチ６ｂを介して光受信装置５ｂで受信される。
【００１９】
一方、端局装置１ｂから端局装置１ａに信号伝送する場合には、端局装置１ｂの光送信装置４ｂから送出された信号光は、スイッチ６ｂを介して合分波器８ｂで励起光源７ｂからの励起光と合波され、光ファイバ伝送路２−３に送信される。そして、同様にＥＤＦ３−２を励起してＲＰＯＡとして作用させ、同時に前方励起ラマン増幅を行い、またＥＤＦ３−１を励起してＲＰＲＡとして作用させ、同時に後方励起ラマン増幅を行う。以上の増幅過程を経て端局装置１ａに到達した信号光は、合分波器８ａ、スイッチ６ａを介して光受信装置５ａで受信される。
【００２０】
ここで、ＲＰＲＡとしての特性は、ＥＤＦに到達する励起光パワーが重要なパラメータとなる。この励起光パワーは、▲１▼励起光源の出力パワー、▲２▼ＥＤＦと受信端との距離（ＲＰＲＡの位置）、▲３▼ＥＤＦと受信端を接続している光ファイバ伝送路の励起光波長に対する損失に依存する。例えば、端局装置１ａから端局装置１ｂに信号伝送する場合では、▲１▼励起光源７ｂの出力パワー、▲２▼ＲＰＲＡの位置：Ｌ２、▲３▼光ファイバ伝送路２−３の励起光波長に対する損失に依存する。したがって、▲１▼と▲３▼を所定値に定めた場合には、ＲＰＲＡの位置（Ｌ２）が励起光パワーを決めるパラメータとなる。
【００２１】
励起光パワーに対する利得特性および雑音特性の一例を図２に示す。利得特性および雑音特性はＥＤＦに入力される励起光パワーに依存し、励起光パワーが小さい領域では、励起光パワーの増加とともに利得および雑音指数がともに向上するが、やがて飽和する。したがって、ＲＰＲＡの位置を必要以上に近づけると、ＲＰＲＡの特性は飽和状態で劣化はしないが、ＲＰＲＡへの信号光入力パワーの低下により、受信端での光ＳＮＲが低下する。そのため、伝送距離が最大となるＲＰＲＡの最適位置は、ＥＤＦに到達した励起光パワーとＲＰＲＡの信号光入力パワーのトレードオフで決まる。
【００２２】
一方、ＲＰＯＡはできる限り送信端近くに設置する方が、信号光もＲＰＯＡ用のＥＤＦへ到達する励起光も増大し、光ＳＮＲを向上させる観点からは望ましい。しかし、ＲＰＯＡの出力信号が増大しすぎると、光ファイバの非線形光学効果により伝送信号に波形歪み劣化が生じてしまうので、この劣化が生じない範囲内で最も送信端近くに設置する。
【００２３】
このように、ＲＰＲＡとＲＰＯＡの最適位置決定方法は異なるが、一般にＲＰＯＡの最適位置よりもＲＰＲＡの最適位置の方が長い。すなわち、図１において、端局装置１ａから端局装置１ｂに信号伝送する場合にはＬ１＜Ｌ２となり、端局装置１ｂから端局装置１ａに信号伝送する場合にはＬ１＞Ｌ２となる。ただし、ＲＰＯＡの位置が最適位置よりも長くなったとしても特性劣化は緩やかであるので、ＲＰＲＡの最適位置にＲＰＯＡの位置を合わせても、ＲＰＯＡにおける特性劣化は小さい。
【００２４】
以上の点から、まず上り下りのどちらの方向に適用しても特性差が小さい伝送システムを構成するためには、ＲＰＲＡの位置とＲＰＯＡの位置をほぼ等しくする（Ｌ１≒Ｌ２）。例えば、両位置の差分（｜Ｌ１−Ｌ２｜）をＲＰＲＡの最適位置の±10％以下に設定する。このとき、励起光源７ａ，７ｂの出力パワーが等しく、光ファイバ伝送路２−１，２−３の励起光波長に対する損失が等しい場合には、ＥＤＦ３−１，３−２に到達する励起光パワーがほぼ等しくなる。また、例えば光ファイバ伝送路２−１，２−３の励起光波長に対する損失が異なる場合（Ｌ１とＬ２が異なる場合を含む）には、励起光源７ａ，７ｂの出力パワーをその違いを補償するように設定することにより、ＥＤＦ３−１，３−２に到達する励起光パワーがほぼ等しくなるように調整可能である。
【００２５】
このようにＬ１≒Ｌ２とした上で、ＲＰＯＡの位置の許容範囲の広さを考慮し、ＲＰＲＡとしての最適位置に設定することにより、片方向の伝送時にＲＰＲＡの位置およびＲＰＯＡの位置をそれぞれ最適化した場合と比較しても性能低下の小さい伝送システムを構成することができる。
【００２６】
図３は、ＥＤＦと受信端との距離（ＲＰＲＡの位置）Ｌに対する最大伝送距離の計算例を示す。光ファイバの損失は一様（信号光に対しては0.19dB/km 、励起光に対しては0.23dB/km)とし、長さが等しい場合は損失も等しいものとする。また、励起光源出力は28dBｍ、信号光出力は19dBｍとする。
【００２７】
図において、Ａは、図１に示す構成（Ｌ１＝Ｌ２）による特性である。最大伝送距離Ａmax が得られるＲＰＲＡの最適位置はＬ＝85ｋｍである。ＲＰＲＡの位置Ｌが10％短くなった場合の最大伝送距離はＡ(-10) 、ＲＰＲＡの位置Ｌが10％長くなった場合の最大伝送距離はＡ(+10) であるが、ＲＰＲＡの最適位置における最大伝送距離Ａmax に対する低下は５ｋｍ以下であり、許容範囲である。
【００２８】
Ｂは、図７に示す構成（Ｌ１≠Ｌ２）において、信号光が端局装置１ａから端局装置１ｂに伝送される場合で、ＲＰＲＡおよびＲＰＯＡをそれぞれ最適位置（Ｌ２をＲＰＲＡの最適位置85ｋｍ、Ｌ１をＲＰＯＡの最適位置45ｋｍ）に設定した場合の特性である。Ｂに対してＡmax がやや低下しているのは、特性ＡがＬ１＝Ｌ２とし、かつＥＤＦ３−２をＲＰＲＡとしての最適位置に設定したために、ＥＤＦ３−１がＲＰＯＡとしての最適位置にならなかったものであるが、その最大伝送距離の低下は５ｋｍ以下である。
【００２９】
Ｃは、Ｂの構成で信号光を端局装置１ｂから端局装置１ａに伝送させた場合の特性である。ＢとＣの違い（Ｂ＞Ｃ）は、特性ＢにおけるＲＰＲＡおよびＲＰＯＡが特性Ｃでは逆にＲＰＯＡおよびＲＰＲＡとなり、特性ＢにおいてＲＰＯＡにとって最適位置に設定された値が、特性ＣにおけるＲＰＲＡにとって最適位置から大きく変化したためである。
【００３０】
Ｄは、図６に示す構成において、信号光が端局装置１ａから端局装置１ｂに伝送される場合の特性である。ＥＤＦ３がＲＰＲＡとして作用するために、その位置に応じて最大伝送距離が大きく変化する。Ｅは、図６に示す構成において、信号光が端局装置１ｂから端局装置１ａに伝送される場合の特性である。ＥＤＦ３がＲＰＯＡとして作用するために、その位置に応じて最大伝送距離の変化は小さい。したがって、図６の構成では、信号光の方向により最大伝送距離に大差がつきやすく、両方向の伝送には適していない。
【００３１】
以上により、図１に示す本実施形態の構成において、ＲＰＲＡおよびＲＰＯＡの位置をほぼ等しく（Ｌ１≒Ｌ２）、かつＲＰＲＡとしての最適位置に設定することにより、上りおよび下りのどちらの方向に適用しても性能差がなく、かつ片方向でＲＰＲＡおよびＲＰＯＡをそれぞれ最適位置に設定した場合（図３のＢ）と比較しても、性能低下の小さい光伝送システムを実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の遠隔励起光伝送システムは、上りおよび下りのどちらの方向に適用しても特性差が小さく、かつ伝送距離の拡大に効果の大きいＲＰＲＡが最適動作する位置に配置されるので、両方向への使用を前提とした無中継光伝送システムにおけるシステム長を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠隔励起光伝送システムの実施形態を示すブロック図。
【図２】励起光パワーに対する利得特性および雑音特性の一例を示す図。
【図３】ＥＤＦと受信端との距離（ＲＰＲＡの位置）Ｌに対する最大伝送距離の計算例を示す図。
【図４】通常の無中継光伝送システムの構成例を示すブロック図。
【図５】ラマン増幅を行う無中継光伝送システムの構成例を示すブロック図。
【図６】ＲＰＲＡを適用した無中継光伝送システムの構成例を示すブロック図。
【図７】ＲＰＲＡおよびＲＰＯＡを適用した無中継光伝送システムの構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 端局装置
２ 光ファイバ伝送路
３ ＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）
４ 光送信装置
５ 光受信装置
６ スイッチ
７ 励起光源
８ 合分波器

Claims (3)

1. 光ファイバ伝送路を介して対向接続される第１の端局装置および第２の端局装置がそれぞれ光送信装置および光受信装置を備え、信号光の伝送方向を切り替えて送受信を行う構成であり、前記光ファイバ伝送路の前記第１の端局装置側および前記第２の端局装置側の所定の位置に、光増幅手段として第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバを挿入し、前記第１の端局装置に前記第１の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を備え、前記第２の端局装置に前記第２の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源を備えた遠隔励起光伝送システムにおいて、
   前記第１の端局装置と前記第１の希土類添加光ファイバとを接続する光ファイバの長さＬ１と、前記第２の端局装置と前記第２の希土類添加光ファイバとを接続する光ファイバの長さＬ２との差がＬ１またはＬ２の 10 ％以下に設定され、かつＬ１およびＬ２はそれぞれの希土類添加光ファイバが伝送方向に応じて遠隔励起プリアンプとして作用するときに伝送距離が最大となる最適位置の近傍に設定される構成である
   ことを特徴とする遠隔励起光伝送システム。
2. 請求項１に記載の遠隔励起光伝送システムにおいて、
   前記第１の希土類添加光ファイバおよび前記第２の希土類添加光ファイバに到達する各励起光パワーの差が、いずれか一方に到達する励起光パワーの 10 ％以下に設定される構成である
   ことを特徴とする遠隔励起光伝送システム。
3. 請求項２に記載の遠隔励起光伝送システムにおいて、
   前記第１の端局装置の励起光源と前記第２の端局装置の励起光源の出力パワーの差、および前記長さＬ１の光ファイバと前記長さＬ２の光ファイバの損失の差が、前記第１の希土類添加光ファイバおよび前記第２の希土類添加光ファイバに到達する各励起光パワーの差に許容される範囲を越えないように設定される構成である
   ことを特徴とする遠隔励起光伝送システム。

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