JP4085746B2 - Optical transmission system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を伝送する光伝送システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光伝送システムは、光ファイバ伝送路により信号光を伝送することで、大容量の情報を長距離に亘って送受信することができる。また、光ファイバ伝送路の途中に光ファイバ増幅器を設け、この光ファイバ増幅器により信号光を光増幅することで、伝送距離の更なる長距離化が図られている。光ファイバ増幅器は、希土類元素が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として用いたものであり、その希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、所定波長域の信号光を光増幅することができるものである。
【0003】
例えば、大陸間の光伝送システムでは、海底に敷設された光ファイバ伝送路の途中に光ファイバ増幅器が設けられている。したがって、その光ファイバ増幅器に供給すべき励起光は、大陸に設けられた励起光源より出力され、励起光用光ファイバ伝送路により伝送されて光ファイバ増幅器に供給される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、励起光用光ファイバ伝送路により励起光が伝送される間に該励起光が損失を被ることから、長距離に亘って励起光を伝送することができず、それ故、大陸から光ファイバ増幅器の設置位置までの距離を長くすることが困難である。したがって、このような励起光供給方式では、光ファイバ増幅器の設置位置が制限されることから高品質の信号光伝送が困難であり、また、信号光伝送の長距離化に限界がある。
【0005】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光ファイバ増幅器の設置位置の自由度を向上させることができる光伝送システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光伝送システムは、(1) 信号光を伝送する信号光用光ファイバ伝送路と、(2) 信号光用光ファイバ伝送路の途中に設けられ、第1励起光が供給されることにより信号光を光増幅する希土類元素添加光ファイバ増幅器と、(3) 第1励起光を希土類元素添加光ファイバ増幅器へ伝送するとともに、第2励起光を伝送することにより第1励起光をラマン増幅する励起光用光ファイバ伝送路と、(4) 第1励起光および第2励起光を励起光用光ファイバ伝送路へ送出する励起光源部と、(5) 励起光用光ファイバ伝送路中に設けられ、ラマン増幅により生じる記第1励起光の波長の周辺の光を除去する光フィルタとを備えることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、励起光源部より出力された第1励起光および第2励起光は、励起光用光ファイバ伝送路により伝送され、その際に第2励起光により第1励起光がラマン増幅されて、そのラマン増幅された第1励起光が希土類元素添加光ファイバ増幅器に供給される。信号光用光ファイバ伝送路により伝送される信号光は、第1励起光が供給された希土類元素添加光ファイバ増幅器により光増幅される。
また、本発明に係る光伝送システムは、励起光用光ファイバ伝送路中に、ラマン増幅により生じる第1励起光の波長の周辺の光を除去する光フィルタを備えることにより、高品質の信号光伝送を行うことができる。
【0008】
本発明に係る光伝送システムは、励起光用光ファイバ伝送路の波長1.39μm付近のOH基に因る吸収ピークが0.33dB/km以下であり、励起光用光ファイバ伝送路が波長1.48μm付近の第1励起光をラマン増幅するのが好適である。この場合には、第1励起光が波長1.39μm付近の波長のものであっても、低損失で励起光用光ファイバ伝送路を伝搬することができる。例えば、希土類元素添加光ファイバ増幅器がEDFAである場合、第1励起光波長は1.48μmであり、第2励起光波長は1.39μmであり、この第2励起光が波長1.39μm付近であるが、第2励起光は低損失で励起光用光ファイバ伝送路を伝搬することができる。
【0009】
本発明に係る光伝送システムは、信号光用光ファイバ伝送路の少なくとも一部が励起光用光ファイバ伝送路と共通であるのが好適である。この場合には、信号光用光ファイバ伝送路と別に励起光用光ファイバ伝送路を設ける必要がないので、この光伝送システムは安価なものとなる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る光伝送システム1の構成図である。この図に示される光伝送システム1は、光送信器10、光受信器20、光ファイバ増幅器31〜33、信号光伝送用光ファイバ伝送路41〜44、光カプラ51,52、励起光源部61〜64、および、励起光用光ファイバ伝送路71,72を備えている。光送信器10から光受信器20へ至る信号光伝送経路上に順に、光カプラ51、信号光用光ファイバ伝送路41、光ファイバ増幅器31、信号光用光ファイバ伝送路42、光ファイバ増幅器32、信号光用光ファイバ伝送路43、光ファイバ増幅器33、信号光用光ファイバ伝送路44および光カプラ52が設けられている。また、光カプラ51は励起光源部61と接続され、光カプラ52は励起光源部64と接続されている。光ファイバ増幅器31は、励起光用光ファイバ伝送路71を介して励起光源部62と接続されている。光ファイバ増幅器32は、励起光用光ファイバ伝送路72を介して励起光源部63と接続されている。
【0013】
光送信器10は信号光λsを出力する。信号光用光ファイバ伝送路41〜44は、光送信器10より出力された信号光λsを光受信器20へ伝送する。そして、光受信器20は、この信号光λsを受信する。信号光用光ファイバ伝送路41〜44の途中に3つの光ファイバ増幅器31〜33が設けられている。光ファイバ増幅器31〜33それぞれは、希土類元素が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として用いたものであり、その希土類元素を励起し得る波長の第1励起光λp1が供給されることで、所定波長域の信号光λsを光増幅する。
【0014】
励起光源部61〜64それぞれは、上記の第1励起光λp1および第2励起光λp2を合波して出力する。第2励起光λp2は、第1励起光λp1をラマン増幅する為のものである。励起光用光ファイバ伝送路71は、励起光源部62より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2を光ファイバ増幅器31へ向けて伝送するとともに、その伝送の途中で第2励起光λp2により第1励起光λp1をラマン増幅する。励起光用光ファイバ伝送路72は、励起光源部63より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2を光ファイバ増幅器32へ向けて伝送するとともに、その伝送の途中で第2励起光λp2により第1励起光λp1をラマン増幅する。この系において、励起光源部61〜64のうち少なくとも1以上の励起光源部から第1励起光λp1および第2励起光λp2を出射する。伝送距離などによっては、少なくとも1以上の励起光源部から第1励起光λp1のみを出射させる場合もある。
【0015】
光カプラ51は、光送信器10より出力された信号光λsを信号光用光ファイバ伝送路41へ出力するとともに、励起光源部61より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2をも信号光用光ファイバ伝送路41へ出力する。光カプラ52は、信号光用光ファイバ伝送路44より到達した信号光λsを光受信器20へ出力するとともに、励起光源部64より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2を信号光用光ファイバ伝送路44へ出力する。
【0016】
信号光用光ファイバ伝送路41は、光カプラ51より出力された信号光λs、第1励起光λp1および第2励起光λp2を光ファイバ増幅器31へ向けて伝送するとともに、その伝送の途中で第2励起光λp2により第1励起光λp1をラマン増幅する。すなわち、この信号光用光ファイバ伝送路41は、励起光用光ファイバ伝送路としても用いられる。光ファイバ増幅器31は、信号光用光ファイバ伝送路41により伝送されてきた信号光λsおよび第1励起光λp1、ならびに、励起光用光ファイバ伝送路71により伝送されてきた第1励起光λp1を入力し、希土類元素添加光ファイバにおいて信号光λsを光増幅し、この光増幅した信号光λsを出力する。
【0017】
信号光用光ファイバ伝送路42は、光ファイバ増幅器31より出力された信号光λsを光ファイバ増幅器32へ向けて伝送する。光ファイバ増幅器32は、信号光用光ファイバ伝送路42により伝送されてきた信号光λs、および、励起光用光ファイバ伝送路72により伝送されてきた第1励起光λp1を入力し、希土類元素添加光ファイバにおいて信号光λsを光増幅し、この光増幅した信号光λsを出力する。
【0018】
信号光用光ファイバ伝送路43は、光ファイバ増幅器32より出力された信号光λsを光ファイバ増幅器33へ向けて伝送する。また、信号光用光ファイバ伝送路44は、光ファイバ増幅器33より出力された信号光λsを光カプラ52へ向けて伝送し、光カプラ52より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2を光ファイバ増幅器33へ向けて伝送するとともに、その伝送の途中で第2励起光λp2により第1励起光λp1をラマン増幅する。すなわち、この信号光用光ファイバ伝送路44は、励起光用光ファイバ伝送路としても用いられる。光ファイバ増幅器33は、信号光用光ファイバ伝送路43により伝送されてきた信号光λs、および、信号光用光ファイバ伝送路44により伝送されてきた第1励起光λp1を入力し、希土類元素添加光ファイバにおいて信号光λsを光増幅し、この光増幅した信号光λsを出力する。
【0019】
図2は、光ファイバ増幅器31の構成図である。この図に示される光ファイバ増幅器31は、光入力端301、光出力端302および励起光入力端303を有し、光入力端301から光出力端302へ向かって順に光アイソレータ310、希土類元素添加光ファイバ320および光カプラ330を備える。光ファイバ増幅器31の光入力端301は信号光用光ファイバ伝送路41に接続され、光出力端302は信号光用光ファイバ伝送路42に接続され、励起光入力端303は励起光用光ファイバ伝送路71に接続される。
【0020】
光アイソレータ310は、光入力端301から光出力端302へ向かう順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光ファイバ320は、希土類元素が光導波領域に添加されたものであり、その希土類元素を励起し得る波長の第1励起光λp1が供給されることで、所定波長域の信号光λsを光増幅することができる。光カプラ330は、光ファイバ320より出力された信号光λsを光出力端302へ出力し、励起光入力端303に入力した第1励起光λp1を光ファイバ320へ出力する。
【0021】
この光ファイバ増幅器31は、光入力端301および励起光入力端303それぞれに入力した第1励起光λp1を光ファイバ320に供給し、光入力端301に入力した信号光λsを光ファイバ320において光増幅して、この光増幅した信号光λsを光出力端302より出力する。
【0022】
光ファイバ増幅器32の構成も、図2に示されたものと同様である。ただし、光ファイバ増幅器32の光入力端301は信号光用光ファイバ伝送路42に接続され、光出力端302は信号光用光ファイバ伝送路43に接続され、励起光入力端303は励起光用光ファイバ伝送路72に接続される。光ファイバ増幅器32は、励起光入力端303に入力した第1励起光λp1を光ファイバ320に供給し、光入力端301に入力した信号光λsを光ファイバ320において光増幅して、この光増幅した信号光λsを光出力端302より出力する。
【0023】
光ファイバ増幅器33の構成は、図2に示されたものから光カプラ330を削除した構成である。光ファイバ増幅器33の光入力端301は信号光用光ファイバ伝送路43に接続され、光出力端302は信号光用光ファイバ伝送路44に接続される。光ファイバ増幅器33は、光出力端302に入力した第1励起光λp1を光ファイバ320に供給し、光入力端301に入力した信号光λsを光ファイバ320において光増幅して、この光増幅した信号光λsを光出力端302より出力する。
【0024】
図3は、励起光源部61の構成図である。同図(a)に示される励起光源部61は、第1励起光源611、第2励起光源612および光合波器620を備える。第1励起光源611は第1励起光λp1を出力する。第2励起光源612は第2励起光λp2を出力する。光合波器620は、第1励起光源611より出力された第1励起光λp1を入力するとともに、第2励起光源612より出力された第2励起光λp2を入力して、これら第1励起光λp1と第2励起光λp2とを合波して出力する。また、同図(b)に示される励起光源部61は、第1励起光源611、第2励起光源612、第1光合波器621および第2光合波器622を備えており、この場合、第1励起光源611より出力された第1励起光λp1が第1光合波器621を経て、また、第2励起光源612より出力された第2励起光λp2が第2光合波器622を経て、これら第1励起光λp1と第2励起光λp2とが合波されて出力される。励起光源部62〜64それぞれの構成も、図3に示されたものと同様である。
【0025】
本実施形態に係る光伝送システム1は以下のように動作する。励起光源部61より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2は、光カプラ51を経て信号光用光ファイバ伝送路41により伝送され、その伝送の際に第1励起光λp1がラマン増幅され、そのラマン増幅された第1励起光λp1が光ファイバ増幅器31に供給される。励起光源部62より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2は、励起光用光ファイバ伝送路71により伝送され、その伝送の際に第1励起光λp1がラマン増幅され、そのラマン増幅された第1励起光λp1が光ファイバ増幅器31に供給される。
【0026】
励起光源部63より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2は、励起光用光ファイバ伝送路72により伝送され、その伝送の際に第1励起光λp1がラマン増幅され、そのラマン増幅された第1励起光λp1が光ファイバ増幅器32に供給される。励起光源部64より出力された第1励起光λp1および第2励起光λp2は、光カプラ52を経て信号光用光ファイバ伝送路44により伝送され、その伝送の際に第1励起光λp1がラマン増幅され、そのラマン増幅された第1励起光λp1が光ファイバ増幅器33に供給される。
【0027】
光送信器10より送出された信号光λsは、光カプラ51を経て信号光用光ファイバ伝送路41により伝送され、光ファイバ増幅器31により光増幅されて出力される。光ファイバ増幅器31より出力された信号光λsは、信号光用光ファイバ伝送路42により伝送され、光ファイバ増幅器32により光増幅されて出力される。光ファイバ増幅器32より出力された信号光λsは、信号光用光ファイバ伝送路43により伝送され、光ファイバ増幅器33により光増幅されて出力される。光ファイバ増幅器33より出力された信号光λsは、信号光用光ファイバ伝送路44により伝送され、光カプラ52を経て光受信器20により受信される。
【0028】
このように、本実施形態に係る光伝送システム1では、光ファイバ増幅器31に供給されるべき第1励起光λp1は、励起光源部61より出力され信号光用光ファイバ伝送路41により伝送される間にラマン増幅され、励起光源部62より出力され励起光用光ファイバ伝送路71により伝送される間にラマン増幅されて、光ファイバ増幅器31に供給される。光ファイバ増幅器32に供給されるべき第1励起光λp1は、励起光源部63より出力され励起光用光ファイバ伝送路73により伝送される間にラマン増幅されて、光ファイバ増幅器32に供給される。光ファイバ増幅器33に供給されるべき第1励起光λp1は、励起光源部64より出力され信号光用光ファイバ伝送路44により伝送される間にラマン増幅されて、光ファイバ増幅器33に供給される。
【0029】
したがって、信号光用光ファイバ伝送路41,44または励起光用光ファイバ伝送路71,72により第1励起光λp1が伝送される間に第1励起光λp1が第2励起光λp2によりラマン増幅されるので、その間の実効的な第1励起光λp1の損失が低減され、第1励起光λp1の伝送可能な距離が長くなる。それ故、光送信器10、光受信器20および励起光源部61〜64それぞれの設置位置から、光ファイバ増幅器31〜33の設置位置までの距離を、長くすることが可能である。したがって、光ファイバ増幅器31〜33それぞれの設置位置の自由度を向上させることができ、高品質の信号光伝送が可能となり、また、信号光伝送の長距離化が可能となる。
【0030】
次に、本実施形態に係る光伝送システム1について更に詳細に説明する。光ファイバ増幅器31〜33それぞれに含まれる光増幅媒体としての光ファイバに添加される希土類元素は、Er、Tm、PrおよびNdなどである。例えば、希土類元素としてErが添加された光ファイバ(EDF: Erbium Doped Fiber)を光増幅媒体として用いた光ファイバ増幅器(EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier)は、波長1.48μm帯の第1励起光λp1が供給されることで、波長1.55μm帯の信号光λsを光増幅することができる。
【0031】
第1励起光λp1および第2励起光λp2を伝送する光ファイバ伝送路(信号光用光ファイバ伝送路41,44、励起光用光ファイバ伝送路71,72)は、石英系の光ファイバからなるのが好適である。この場合、これらの光ファイバ伝送路おいて第1励起光λp1をラマン増幅する為の第2励起光λp2は、第1励起光λp1より13.2THz程度だけ小さい光周波数であり、第1励起光λp1より100nm程度だけ短い波長である。例えば、第1励起光λp1が波長1.48μm帯であれば、第2励起光λp2は波長1.39μm帯である。
【0032】
また、一般に石英系光ファイバは波長1.39μm付近においてOH基に因る損失ピークが0.40dB/km程度あるが、本実施形態において第1励起光λp1および第2励起光λp2を伝送する光ファイバ伝送路は、波長1.39μm付近においてOH基に因る損失ピークが0.33dB/km以下であるのが好適である。この損失ピークが小さいことにより、波長1.39μm付近の第2励起光λp2は低損失で伝搬するので、第1励起光λp1をラマン増幅する際の利得が優れたものとなる。
【0033】
第2励起光λp2の入力パワーをPpとし、ラマン増幅用の光ファイバ伝送路の長さをLとし、信号光波長での光ファイバの伝送損失をαsとし、第2励起光λp2の波長での光ファイバ伝送路の伝送損失をαpとし、光ファイバ伝送路のラマン利得係数をgRとし、光ファイバ伝送路の実効断面積をAeffとすると、この光ファイバ伝送路におけるラマン増幅により得られるオンオフ利得Gon-offおよび正味の利得Gnetそれぞれは、
on-off=exp(LeffpR/Aeff) …(1a)
net =exp(LeffpR/Aeff−αsL) …(1b)
ただし、
eff =(1−exp(−αpL))/αp …(1c)
なる式で表される。Leffは光ファイバの実効長を表す。
【0034】
この式から、損失αpを小さくすることで、利得を大きくすることができる。波長1.39μm付近の波長の第2励起光λp2を用いる場合、OH基に因る損失ピークを低減することが効果的である。波長1.39μm付近におけるOH基に因る損失ピークを通常の0.40dB/kmから0.33dB/km以下まで低減することにより、光ファイバ伝送路の実効長Leffを2.50kmから3.03kmまで長くすることができるので、励起効率が2割程度向上する。
【0035】
図4は、光ファイバ伝送路の損失特性および光パワースペクトルを説明する図である。同図(a)は、光ファイバ伝送路により伝送された後の光のパワースペクトルを示し、同図(b)は、光ファイバ伝送路の損失特性を示す。同図(a)および(b)それぞれで、破線は、光ファイバ伝送路の波長1.39μm付近におけるOH基に因る損失ピークが0.40dB/kmである場合を示し、実線は、光ファイバ伝送路の波長1.39μm付近におけるOH基に因る損失ピークが0.33dB/kmである場合を示す。第1励起光λp1の波長は1.48μmであり、第2励起光λp2の波長は1.39μmである。
【0036】
この図から判るように、波長1.39μm付近におけるOH基に因る損失ピークが0.33dB/kmである場合(実線)の方が、光ファイバ伝送路により伝送された後の第2励起光λp2のパワーは大きい。また、波長1.58μmを中心とする波長域にラマン増幅に因る誘導散乱光が発生するが、この誘導散乱光の波長域は信号光λsの波長域と重なる。もし、この誘導散乱光が光ファイバ増幅器に入力すると、異常発振現象が生じて、信号光のSN比劣化の要因となる。
【0037】
そこで、第1励起光λp1および第2励起光λp2を伝送する光ファイバ伝送路(信号光用光ファイバ伝送路41,44、励起光用光ファイバ伝送路71,72)に光フィルタを設けて、この光フィルタにより誘導散乱光を除去するのが好適である。この光フィルタは、第1励起光λp1の波長の周辺の光を除去するものであり、好ましくは、第1励起光λp1の波長の短波長側および長波長側の双方の全ての誘導散乱光を除去するのが好適であり、このようにすることにより、第1励起光λp1のラマン増幅の利得が向上する。この光フィルタは、例えば、光ファイバ伝送路に形成された長周期グレーティングであるのが好適であり、また、誘電体多層膜からなる光フィルタであるのも好適である。このような誘導散乱光除去用の光フィルタを設けることにより、光伝送システム1は高品質の光伝送を行うことができる。なお、光フィルタ設置位置の後段でも誘導散乱光が発生するが、この誘導散乱光は光カプラ51,52その他のWDM光カプラにより除去される。
【0038】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、励起光源部より出力された第1励起光および第2励起光は、励起光用光ファイバ伝送路により伝送され、その際に第2励起光により第1励起光がラマン増幅されて、そのラマン増幅された第1励起光が希土類元素添加光ファイバ増幅器に供給される。信号光用光ファイバ伝送路により伝送される信号光は、第1励起光が供給された希土類元素添加光ファイバ増幅器により光増幅される。
【0039】
したがって、励起光用光ファイバ伝送路により第1励起光が伝送される間に第1励起光がラマン増幅されるので、その間の実効的な第1励起光の損失が低減され、第1励起光の伝送可能な距離が長くなる。それ故、光送信器,光受信器および励起光源部などの設置位置から、希土類元素添加光ファイバ増幅器の設置位置までの距離を、長くすることが可能である。したがって、希土類元素添加光ファイバ増幅器の設置位置の自由度を向上させることができ、高品質の信号光伝送が可能となり、また、信号光伝送の長距離化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る光伝送システム1の構成図である。
【図2】光ファイバ増幅器31の構成図である。
【図3】励起光源部61の構成図である。
【図4】光ファイバ伝送路の損失特性および光パワーのスペクトルを説明する図である。
【符号の説明】
1…光伝送システム、10…光送信器、20…光受信器、31〜33…光ファイバ増幅器、41〜44…信号光用光ファイバ伝送路、51,52…光カプラ、61〜64…励起光源部、71,72…励起光用光ファイバ伝送路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission system that transmits signal light.
[0002]
[Prior art]
An optical transmission system can transmit and receive a large amount of information over a long distance by transmitting signal light through an optical fiber transmission line. Further, an optical fiber amplifier is provided in the middle of the optical fiber transmission line, and signal light is optically amplified by this optical fiber amplifier, thereby further increasing the transmission distance. The optical fiber amplifier uses an optical fiber in which a rare earth element is added to an optical waveguide region as an optical amplifying medium, and is supplied with pumping light having a wavelength capable of exciting the rare earth element. The signal light can be optically amplified.
[0003]
For example, in an optical transmission system between continents, an optical fiber amplifier is provided in the middle of an optical fiber transmission line laid on the seabed. Therefore, the pumping light to be supplied to the optical fiber amplifier is output from the pumping light source provided on the continent, transmitted through the pumping light optical fiber transmission line, and supplied to the optical fiber amplifier.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the pumping light is lost while the pumping light is transmitted through the optical fiber transmission line for pumping light, the pumping light cannot be transmitted over a long distance. It is difficult to increase the distance to the installation position of the amplifier. Therefore, in such a pumping light supply system, since the installation position of the optical fiber amplifier is limited, high-quality signal light transmission is difficult, and there is a limit to increasing the distance of signal light transmission.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical transmission system capable of improving the degree of freedom of the installation position of the optical fiber amplifier.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The optical transmission system according to the present invention is provided in the middle of (1) an optical fiber transmission line for signal light that transmits signal light, and (2) an optical fiber transmission line for signal light, and is supplied with the first excitation light. And (3) transmitting the first pumping light to the rare earth element-added optical fiber amplifier and transmitting the second pumping light to the first pumping light by Raman. An optical fiber transmission line for pumping light to be amplified; (4) a pumping light source unit for sending the first pumping light and the second pumping light to the optical fiber transmission line for pumping light; and (5) in the optical fiber transmission line for pumping light. And an optical filter for removing light around the wavelength of the first excitation light generated by Raman amplification .
[0007]
According to the present invention, the first pumping light and the second pumping light output from the pumping light source unit are transmitted through the optical fiber transmission line for pumping light, and at this time, the first pumping light is Raman amplified by the second pumping light. Then, the Raman-amplified first pumping light is supplied to the rare earth element-doped optical fiber amplifier. The signal light transmitted through the signal light optical fiber transmission line is optically amplified by a rare earth element-doped optical fiber amplifier supplied with the first pumping light.
In addition, the optical transmission system according to the present invention includes an optical filter that removes light around the wavelength of the first pumping light generated by Raman amplification in the optical fiber transmission line for pumping light. Transmission can be performed.
[0008]
In the optical transmission system according to the present invention, the absorption peak due to the OH group near the wavelength of 1.39 μm of the optical fiber transmission line for pumping light is 0.33 dB / km or less, and the optical fiber transmission line for pumping light has a wavelength of 1 It is preferable to Raman-amplify the first excitation light in the vicinity of .48 μm. In this case, even if the first pumping light has a wavelength in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm, it can propagate through the optical fiber transmission line for pumping light with low loss. For example, when the rare earth element-doped optical fiber amplifier is an EDFA, the first pumping light wavelength is 1.48 μm, the second pumping light wavelength is 1.39 μm, and this second pumping light has a wavelength of around 1.39 μm. However, the second pumping light can propagate through the optical fiber transmission line for pumping light with low loss.
[0009]
In the optical transmission system according to the present invention, it is preferable that at least a part of the optical fiber transmission line for signal light is common to the optical fiber transmission line for excitation light. In this case, it is not necessary to provide an optical fiber transmission line for pumping light separately from the optical fiber transmission line for signal light, so this optical transmission system is inexpensive.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0012]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system 1 according to the present embodiment. The optical transmission system 1 shown in this figure includes an optical transmitter 10, an optical receiver 20, optical fiber amplifiers 31 to 33, optical fiber transmission paths 41 to 44 for signal light transmission, optical couplers 51 and 52, and a pumping light source unit 61. To 64 and optical fiber transmission lines 71 and 72 for pumping light. The optical coupler 51, the optical fiber transmission line 41 for signal light, the optical fiber amplifier 31, the optical fiber transmission line for signal light 42, and the optical fiber amplifier 32 are sequentially arranged on the signal optical transmission path from the optical transmitter 10 to the optical receiver 20. A signal light optical fiber transmission line 43, an optical fiber amplifier 33, a signal light optical fiber transmission line 44, and an optical coupler 52 are provided. The optical coupler 51 is connected to the excitation light source unit 61, and the optical coupler 52 is connected to the excitation light source unit 64. The optical fiber amplifier 31 is connected to the pumping light source unit 62 via the pumping light optical fiber transmission line 71. The optical fiber amplifier 32 is connected to the pumping light source unit 63 via the pumping light optical fiber transmission line 72.
[0013]
The optical transmitter 10 outputs signal light λ s . The signal light optical fiber transmission lines 41 to 44 transmit the signal light λ s output from the optical transmitter 10 to the optical receiver 20. Then, the optical receiver 20 receives this signal light λ s . Three optical fiber amplifiers 31 to 33 are provided in the middle of the signal light optical fiber transmission lines 41 to 44. Each of the optical fiber amplifiers 31 to 33 uses an optical fiber in which a rare earth element is added to an optical waveguide region as an optical amplification medium, and is supplied with first excitation light λ p1 having a wavelength capable of exciting the rare earth element. Thus, the signal light λ s in a predetermined wavelength region is optically amplified.
[0014]
Each of the excitation light source units 61 to 64 combines and outputs the first excitation light λ p1 and the second excitation light λ p2 . The second excitation light λ p2 is for Raman amplification of the first excitation light λ p1 . The optical fiber transmission line 71 for pumping light transmits the first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source unit 62 toward the optical fiber amplifier 31, and the second halfway through the transmission. The first excitation light λ p1 is Raman-amplified by the excitation light λ p2 . The optical fiber transmission path 72 for pumping light transmits the first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source unit 63 toward the optical fiber amplifier 32, and the second halfway through the transmission. The first excitation light λ p1 is Raman-amplified by the excitation light λ p2 . In this system, the first excitation light λ p1 and the second excitation light λ p2 are emitted from at least one of the excitation light sources 61 to 64. Depending on the transmission distance, only the first excitation light λ p1 may be emitted from at least one excitation light source unit.
[0015]
The optical coupler 51 outputs the signal light λ s output from the optical transmitter 10 to the optical fiber transmission line 41 for signal light, and the first pump light λ p1 and the second pump light output from the pump light source unit 61. λ p2 is also output to the optical fiber transmission line 41 for signal light. The optical coupler 52 outputs the signal light λ s arriving from the signal light optical fiber transmission line 44 to the optical receiver 20, and also outputs the first pump light λ p1 and the second pump light λ output from the pump light source unit 64. p2 is output to the optical fiber transmission line 44 for signal light.
[0016]
The optical fiber transmission line 41 for signal light transmits the signal light λ s , the first pumping light λ p1, and the second pumping light λ p2 output from the optical coupler 51 toward the optical fiber amplifier 31 and transmits the signal light. On the way, the first excitation light λ p1 is Raman-amplified by the second excitation light λ p2 . That is, the optical fiber transmission line 41 for signal light is also used as an optical fiber transmission line for pumping light. The optical fiber amplifier 31 includes the signal light λ s and the first pumping light λ p1 transmitted through the signal light optical fiber transmission line 41, and the first pumping light transmitted through the pumping light optical fiber transmission path 71. λ p1 is input, the signal light λ s is optically amplified in the rare earth element-doped optical fiber, and the optically amplified signal light λ s is output.
[0017]
The signal light optical fiber transmission line 42 transmits the signal light λ s output from the optical fiber amplifier 31 toward the optical fiber amplifier 32. The optical fiber amplifier 32 receives the signal light λ s transmitted through the optical fiber transmission line for signal light 42 and the first pumping light λ p1 transmitted through the optical fiber transmission path 72 for pumping light, and enters the rare earth The signal light λ s is optically amplified in the element-doped optical fiber, and the optically amplified signal light λ s is output.
[0018]
The signal light optical fiber transmission line 43 transmits the signal light λ s output from the optical fiber amplifier 32 toward the optical fiber amplifier 33. Further, the signal light optical fiber transmission line 44 transmits the signal light λ s output from the optical fiber amplifier 33 toward the optical coupler 52, and the first pumping light λ p1 and the second pump light output from the optical coupler 52. The pump light λ p2 is transmitted toward the optical fiber amplifier 33, and the first pump light λ p1 is Raman-amplified by the second pump light λ p2 during the transmission. That is, the optical fiber transmission line for signal light 44 is also used as an optical fiber transmission line for excitation light. The optical fiber amplifier 33 receives the signal light λ s transmitted through the signal light optical fiber transmission line 43 and the first pumping light λ p1 transmitted through the signal light optical fiber transmission line 44, and inputs a rare earth element. The signal light λ s is optically amplified in the element-doped optical fiber, and the optically amplified signal light λ s is output.
[0019]
FIG. 2 is a configuration diagram of the optical fiber amplifier 31. The optical fiber amplifier 31 shown in this figure has an optical input end 301, an optical output end 302, and an excitation light input end 303. From the optical input end 301 toward the optical output end 302, an optical isolator 310, a rare earth element added An optical fiber 320 and an optical coupler 330 are provided. The optical input terminal 301 of the optical fiber amplifier 31 is connected to the optical fiber transmission line 41 for signal light, the optical output terminal 302 is connected to the optical fiber transmission line 42 for signal light, and the pumping light input terminal 303 is an optical fiber for pumping light. Connected to the transmission line 71.
[0020]
The optical isolator 310 allows light to pass in the forward direction from the light input end 301 to the light output end 302, but does not allow light to pass in the reverse direction. Optical fiber 320, which rare earth element is doped in the optical waveguide region, since the first excitation light lambda p1 wavelength capable of exciting the rare-earth element is supplied, the signal light lambda s of predetermined wavelength region Optical amplification can be performed. The optical coupler 330 outputs the signal light λ s output from the optical fiber 320 to the optical output end 302, and outputs the first pumping light λ p1 input to the pumping light input end 303 to the optical fiber 320.
[0021]
The optical fiber amplifier 31 supplies the first pumping light λ p1 input to the optical input end 301 and the pumping light input end 303 to the optical fiber 320, and the signal light λ s input to the optical input end 301 to the optical fiber 320. The optically amplified signal light λ s is output from the optical output end 302.
[0022]
The configuration of the optical fiber amplifier 32 is the same as that shown in FIG. However, the optical input terminal 301 of the optical fiber amplifier 32 is connected to the optical fiber transmission line for signal light 42, the optical output terminal 302 is connected to the optical fiber transmission line 43 for signal light, and the pumping light input terminal 303 is used for pumping light. Connected to the optical fiber transmission line 72. The optical fiber amplifier 32 supplies the first pumping light λ p1 input to the pumping light input end 303 to the optical fiber 320, and optically amplifies the signal light λ s input to the optical input end 301 in the optical fiber 320. The optically amplified signal light λ s is output from the optical output terminal 302.
[0023]
The configuration of the optical fiber amplifier 33 is a configuration in which the optical coupler 330 is deleted from the configuration shown in FIG. The optical input end 301 of the optical fiber amplifier 33 is connected to the optical fiber transmission line 43 for signal light, and the optical output end 302 is connected to the optical fiber transmission line 44 for signal light. The optical fiber amplifier 33 supplies the first pumping light λ p1 input to the optical output end 302 to the optical fiber 320, and optically amplifies the signal light λ s input to the optical input end 301 in the optical fiber 320. The amplified signal light λ s is output from the optical output end 302.
[0024]
FIG. 3 is a configuration diagram of the excitation light source unit 61. The excitation light source unit 61 shown in FIG. 6A includes a first excitation light source 611, a second excitation light source 612, and an optical multiplexer 620. The first excitation light source 611 outputs the first excitation light λ p1 . The second excitation light source 612 outputs the second excitation light λ p2 . The optical multiplexer 620 receives the first pumping light λ p1 output from the first pumping light source 611 and the second pumping light λ p2 output from the second pumping light source 612, and inputs the first pumping light λp2. The light λ p1 and the second excitation light λ p2 are combined and output. Moreover, the excitation light source unit 61 shown in FIG. 6B includes a first excitation light source 611, a second excitation light source 612, a first optical multiplexer 621, and a second optical multiplexer 622. The first excitation light λ p1 output from the first excitation light source 611 passes through the first optical multiplexer 621, and the second excitation light λ p2 output from the second excitation light source 612 passes through the second optical multiplexer 622. The first excitation light λ p1 and the second excitation light λ p2 are combined and output. The configuration of each of the excitation light source units 62 to 64 is the same as that shown in FIG.
[0025]
The optical transmission system 1 according to the present embodiment operates as follows. The first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source 61 are transmitted through the optical coupler 51 through the optical fiber transmission line 41 for signal light, and the first pumping light λ is transmitted during the transmission. p1 is Raman-amplified, and the Raman-amplified first pumping light λ p1 is supplied to the optical fiber amplifier 31. The first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source unit 62 are transmitted by the pumping light optical fiber transmission line 71, and the first pumping light λ p1 is Raman amplified during the transmission. The Raman-amplified first pumping light λ p1 is supplied to the optical fiber amplifier 31.
[0026]
The first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source unit 63 are transmitted by the pumping light optical fiber transmission path 72, and the first pumping light λ p1 is Raman amplified during the transmission. The Raman-amplified first pumping light λ p1 is supplied to the optical fiber amplifier 32. The first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 output from the pumping light source unit 64 are transmitted through the optical coupler 52 through the optical fiber transmission line 44 for signal light, and the first pumping light λ is transmitted during the transmission. p1 is Raman-amplified, and the Raman-amplified first pumping light λ p1 is supplied to the optical fiber amplifier 33.
[0027]
The signal light λ s transmitted from the optical transmitter 10 is transmitted through the optical coupler 51 through the optical fiber transmission line 41 for signal light, and is optically amplified by the optical fiber amplifier 31 and output. The signal light λ s output from the optical fiber amplifier 31 is transmitted through the signal light optical fiber transmission line 42, optically amplified by the optical fiber amplifier 32, and output. The signal light λ s output from the optical fiber amplifier 32 is transmitted through the signal light optical fiber transmission line 43, optically amplified by the optical fiber amplifier 33, and output. The signal light λ s output from the optical fiber amplifier 33 is transmitted through the signal light optical fiber transmission path 44 and received by the optical receiver 20 through the optical coupler 52.
[0028]
Thus, in the optical transmission system 1 according to the present embodiment, the first pumping light λ p1 to be supplied to the optical fiber amplifier 31 is output from the pumping light source unit 61 and transmitted through the optical fiber transmission line 41 for signal light. In the meantime, Raman amplification is performed, and Raman amplification is performed while being output from the pumping light source unit 62 and transmitted through the pumping light optical fiber transmission line 71, and is supplied to the optical fiber amplifier 31. The first pumping light λ p1 to be supplied to the optical fiber amplifier 32 is Raman-amplified while being output from the pumping light source unit 63 and transmitted through the pumping light optical fiber transmission path 73, and is supplied to the optical fiber amplifier 32. The The first pumping light λ p1 to be supplied to the optical fiber amplifier 33 is Raman-amplified while being output from the pumping light source unit 64 and transmitted through the signal light optical fiber transmission path 44, and is supplied to the optical fiber amplifier 33. The
[0029]
Therefore, the first excitation light lambda p1 while the first excitation light lambda p1 is transmitted by the signal Hikari Mitsumochi fiber transmission line 41, 44 or excitation Hikari Mitsumochi fiber transmission line 71, 72 by the second excitation light lambda p2 Since the Raman amplification is performed, the loss of the effective first pumping light λ p1 during the period is reduced, and the transmission distance of the first pumping light λ p1 is increased. Therefore, the distances from the installation positions of the optical transmitter 10, the optical receiver 20, and the excitation light source units 61 to 64 to the installation positions of the optical fiber amplifiers 31 to 33 can be increased. Accordingly, the degree of freedom of the installation positions of the optical fiber amplifiers 31 to 33 can be improved, high-quality signal light transmission can be performed, and signal light transmission can be extended.
[0030]
Next, the optical transmission system 1 according to the present embodiment will be described in more detail. The rare earth elements added to the optical fibers as the optical amplification media included in the optical fiber amplifiers 31 to 33 are Er, Tm, Pr, Nd, and the like. For example, an optical fiber amplifier (EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier) using an optical fiber (EDF: Erbium Doped Fiber) doped with Er as a rare earth element as an optical amplification medium is a first pumping light λ having a wavelength of 1.48 μm. By supplying p1, the signal light λ s in the wavelength 1.55 μm band can be optically amplified.
[0031]
Optical fiber transmission lines (signal light optical fiber transmission lines 41 and 44 and pumping light optical fiber transmission lines 71 and 72) for transmitting the first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2 are silica-based optical fibers. Preferably it consists of. In this case, the second pumping light λ p2 for Raman amplification of the first pumping light λ p1 in these optical fiber transmission lines has an optical frequency smaller by about 13.2 THz than the first pumping light λ p1 . It is a wavelength shorter by about 100 nm than one excitation light λ p1 . For example, if the first excitation light λ p1 is in the wavelength 1.48 μm band, the second excitation light λ p2 is in the wavelength 1.39 μm band.
[0032]
In general, a silica-based optical fiber has a loss peak due to the OH group of around 0.40 dB / km in the vicinity of a wavelength of 1.39 μm. In this embodiment, the first pump light λ p1 and the second pump light λ p2 are transmitted. In the optical fiber transmission line, the loss peak due to the OH group is preferably 0.33 dB / km or less near the wavelength of 1.39 μm. Since the loss peak is small, the second pumping light λ p2 near the wavelength of 1.39 μm propagates with a low loss, so that the gain when Raman amplifying the first pumping light λ p1 is excellent.
[0033]
The input power of the second pumping light λ p2 is P p , the length of the optical fiber transmission line for Raman amplification is L, the transmission loss of the optical fiber at the signal light wavelength is α s, and the second pumping light λ p2 If the transmission loss of the optical fiber transmission line at a wavelength of α is α p , the Raman gain coefficient of the optical fiber transmission line is g R, and the effective area of the optical fiber transmission line is A eff , the Raman in this optical fiber transmission line is On-off gain G on-off and net gain G net obtained by amplification are
G on-off = exp (L eff P p g R / A eff) ... (1a)
G net = exp (L eff P p g R / A eff -α s L) ... (1b)
However,
L eff = (1−exp (−α p L)) / α p (1c)
It is expressed by the following formula. L eff represents the effective length of the optical fiber.
[0034]
From this equation, the gain can be increased by reducing the loss α p . When the second excitation light λ p2 having a wavelength near 1.39 μm is used, it is effective to reduce the loss peak due to the OH group. By reducing the loss peak due to the OH group near the wavelength of 1.39 μm from the normal 0.40 dB / km to 0.33 dB / km or less, the effective length L eff of the optical fiber transmission line is increased from 2.50 km to 3. Since the length can be increased to 03 km, the excitation efficiency is improved by about 20%.
[0035]
FIG. 4 is a diagram for explaining the loss characteristic and optical power spectrum of the optical fiber transmission line. The figure (a) shows the power spectrum of the light after transmitted by the optical fiber transmission line, and the figure (b) shows the loss characteristic of the optical fiber transmission line. In each of FIGS. 4A and 4B, the broken line indicates a case where the loss peak due to the OH group in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm of the optical fiber transmission line is 0.40 dB / km, and the solid line indicates the optical fiber. The case where the loss peak due to the OH group in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm of the transmission line is 0.33 dB / km is shown. The wavelength of the first excitation light λ p1 is 1.48 μm, and the wavelength of the second excitation light λ p2 is 1.39 μm.
[0036]
As can be seen from this figure, when the loss peak due to the OH group in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm is 0.33 dB / km (solid line), the second pumping light after being transmitted through the optical fiber transmission line. The power of λ p2 is large. In addition, stimulated scattered light due to Raman amplification is generated in a wavelength region centered on a wavelength of 1.58 μm, and the wavelength region of the stimulated scattered light overlaps the wavelength region of the signal light λ s . If the stimulated scattered light is input to the optical fiber amplifier, an abnormal oscillation phenomenon occurs, which causes a deterioration of the SN ratio of the signal light.
[0037]
Therefore, an optical filter is provided in the optical fiber transmission lines (the optical fiber transmission lines 41 and 44 for signal light and the optical fiber transmission lines 71 and 72 for pumping light) that transmit the first pumping light λ p1 and the second pumping light λ p2. Thus, it is preferable to remove the stimulated scattered light by this optical filter. This optical filter removes light around the wavelength of the first excitation light λ p1 , and preferably all stimulated scattering on both the short wavelength side and the long wavelength side of the wavelength of the first excitation light λ p1. It is preferable to remove light. By doing so, the gain of Raman amplification of the first pumping light λ p1 is improved. For example, the optical filter is preferably a long-period grating formed in an optical fiber transmission line, and is also preferably an optical filter made of a dielectric multilayer film. By providing such an optical filter for removing induced scattered light, the optical transmission system 1 can perform high-quality optical transmission. In addition, although the stimulated scattered light is generated at the subsequent stage of the optical filter installation position, the stimulated scattered light is removed by the optical couplers 51 and 52 and other WDM optical couplers.
[0038]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the first pumping light and the second pumping light output from the pumping light source unit are transmitted through the optical fiber transmission line for pumping light. Thus, the first pumping light is Raman-amplified, and the Raman-amplified first pumping light is supplied to the rare earth element-doped optical fiber amplifier. The signal light transmitted through the signal light optical fiber transmission line is optically amplified by a rare earth element-doped optical fiber amplifier supplied with the first pumping light.
[0039]
Accordingly, since the first pumping light is Raman-amplified while the first pumping light is transmitted through the pumping light optical fiber transmission line, the loss of the effective first pumping light during the period is reduced, and the first pumping light is reduced. The distance that can be transmitted becomes longer. Therefore, it is possible to increase the distance from the installation position of the optical transmitter, the optical receiver, and the excitation light source unit to the installation position of the rare earth element-doped optical fiber amplifier. Therefore, the degree of freedom of the installation position of the rare earth element-doped optical fiber amplifier can be improved, high-quality signal light transmission is possible, and signal light transmission can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system 1 according to the present embodiment.
2 is a configuration diagram of an optical fiber amplifier 31. FIG.
3 is a configuration diagram of an excitation light source unit 61. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining loss characteristics of an optical fiber transmission line and a spectrum of optical power.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmission system, 10 ... Optical transmitter, 20 ... Optical receiver, 31-33 ... Optical fiber amplifier, 41-44 ... Optical fiber transmission line for signal light, 51, 52 ... Optical coupler, 61-64 ... Excitation Light source part, 71, 72 ... Optical fiber transmission line for excitation light.

Claims (3)

信号光を伝送する信号光用光ファイバ伝送路と、
前記信号光用光ファイバ伝送路の途中に設けられ、第1励起光が供給されることにより前記信号光を光増幅する希土類元素添加光ファイバ増幅器と、
前記第1励起光を前記希土類元素添加光ファイバ増幅器へ伝送するとともに、第2励起光を伝送することにより前記第1励起光をラマン増幅する励起光用光ファイバ伝送路と、
前記第1励起光および前記第2励起光を前記励起光用光ファイバ伝送路へ送出する励起光源部と
前記励起光用光ファイバ伝送路中に設けられ、ラマン増幅により生じる前記第1励起光の波長の周辺の光を除去する光フィルタと
を備えることを特徴とする光伝送システム。
An optical fiber transmission line for signal light that transmits signal light;
A rare earth element-doped optical fiber amplifier that is provided in the middle of the optical fiber transmission line for signal light and optically amplifies the signal light by being supplied with first excitation light;
An optical fiber transmission line for pumping light that transmits the first pumping light to the rare earth element-doped optical fiber amplifier and Raman-amplifies the first pumping light by transmitting the second pumping light;
A pumping light source unit for sending the first pumping light and the second pumping light to the optical fiber transmission line for pumping light ;
An optical transmission system comprising: an optical filter provided in the optical fiber transmission line for pumping light and configured to remove light around the wavelength of the first pumping light generated by Raman amplification .
前記励起光用光ファイバ伝送路の波長1.39μm付近のOH基に因る吸収ピークが0.33dB/km以下であり、前記励起光用光ファイバ伝送路が波長1.48μm付近の前記第1励起光をラマン増幅することを特徴とする請求項1記載の光伝送システム。  The absorption peak due to the OH group in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm of the optical fiber transmission line for pumping light is 0.33 dB / km or less, and the first optical fiber transmission line for the pumping light has a wavelength of about 1.48 μm. 2. The optical transmission system according to claim 1, wherein the pumping light is Raman-amplified. 前記信号光用光ファイバ伝送路の少なくとも一部が前記励起光用光ファイバ伝送路と共通であることを特徴とする請求項1記載の光伝送システム。  2. The optical transmission system according to claim 1, wherein at least a part of the optical fiber transmission line for signal light is common with the optical fiber transmission line for excitation light.
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