JP4122884B2 - 光中継器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光中継器に関し、特に、一対の光回線における光信号の増幅率を独立に制御可能な光中継器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を伝送する光回線では、その伝送路中に生じた損失を補填するために、所定間隔で配設される光中継器として、光信号を増幅する増幅器が設けられる。増幅器には、光信号を電気信号に変換し、増幅された電気信号を再び光信号に変換する電気的な増幅器や、光信号を光のまま増幅する光増幅器が使用される。特に、海底ケーブルに使用される中継器では、低い消費電力特性が要求されるため、光増幅器が用いられることが多い。光増幅器としては、希土類添加物を混合した光ファイバを使用する光ファイバ増幅器と、光信号を伝搬する伝送路に励起光を照射することで生じるラマン散乱を利用したラマン増幅器とが知られている。
【０００３】
図６は、「日本電信電話株式会社 須藤昭一編 オプトエレクトロニクス社発行、エルビウム添加光ファイバ増幅器」に記載された従来の光中継器の構成を示している。光中継器は、光ファイバ増幅器として構成され、ＷＤＭ（波長分割多重：wavelength division multiplexing）カプラ１０と、アイソレータ３０と、励起光源（ＬＤ）４０と、波長合波カプラ５０と、光カプラ６０と、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）７６と、ＬＤ駆動回路７５とを備える。
【０００４】
アイソレータ３０は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中に配設され、光ファイバ中を伝搬する逆方向の光信号を抑制する。各ＬＤ４０は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２を伝搬する、波長が多重化された光信号を増幅するための励起光を生成する。各ＬＤ４０は、１４８０ｎｍ帯の波長を有し、それぞれ中心波長が異なる値に設定される。ＬＤ駆動回路７５は、各ＬＤ４０のレーザ出力を制御することによって、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を制御する。
【０００５】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に設けられた双方の光カプラ６０は、上り線の光ファイバ７１の光信号をタップしてこれを下り線の光ファイバ７２に入力し、下り線の光ファイバ７２の光信号をタップしてこれを上り線の光ファイバ７１に入力する。この構成を採用することによって、上り線の光ファイバ７１の端局装置で、下り線の光ファイバ７２を伝搬する光信号をモニタすることができ、下り線の光ファイバ７２の端局装置で、上り線の光ファイバ７１を伝搬する光信号をモニタすることができる。
【０００６】
波長合成カプラ５０は、２入力―２出力の光カプラとして構成され、入力端から入力された２つのＬＤ４０が出力する励起光を合波し、合波された励起光を２つの出力端から出力する。波長合成カプラ５０によって合波された励起光は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対応して配設されたＷＤＭカプラ１０から、ＥＤＦ７６に向けてそれぞれ入力される。ＥＤＦ７６は、コア部分に希土類添加物としてエルビウム（Ｅｒ）イオンを添加した光ファイバであり、ＥＤＦ７６では、ＷＤＭカプラ１０から入力された励起光によって、光信号が増幅される。
【０００７】
増幅される光信号の帯域を広げるには、異なる中心波長を有するＬＤ４０の数を増加すればよい。例えば、光中継器がＬＤ４０を４つ有する場合には、ＬＤ４０を２つずつ対にして、２つのＬＤ４０が出力するレーザ光を、波長合波カプラ５０によってそれぞれ合波し、合波されたレーザ光を、さらに波長合波カプラ５０で合波する。これにより、４つのレーザ光が合波された励起光が、ＷＤＭカプラ１０からＥＤＦ７６向けて入力される。ＷＤＭカプラ１０では、後方励起が採用され、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中における光信号の向きに対して逆方向の励起光が照射される。
【０００８】
なお、図６の光中継器は、ラマン散光を利用したラマン増幅によって光信号を増幅することもできる。この場合、ＷＤＭカプラ１０から入力された励起光は、ＥＤＦ７６ではなく、伝送路を構成する上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に直接に入力される。
【０００９】
近年、光ケーブルを使用した伝送システムでは、波長多重技術が進み、光信号に多重する波長数が増加しているため、光増幅器には広帯域な特性が要求されている。この要求に対応するため、光増幅器を広帯域化する技術として、１４８０ｎｍ帯の励起レーザを用いたラマン増幅を行なう光中継器が活発に研究されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、海底ケーブルを中継する光中継器には、低消費電力特性に加えて、更に、高い信頼性が要求される。しかし、上記従来の光中継器では、何らかの理由により、例えば、上り線の光ファイバ７１に励起光を入力するＷＤＭカプラ１０に励起光が入力されない場合には、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅が不可能となる。つまり、単一の故障によって、直ちに光増幅が不可能となり、光伝送に障害なることから、信頼度が低いという問題があった。
【００１１】
また、上記従来の光中継器では、各ＷＤＭカプラ１０には同じ出力の励起光が入力される。このため、上り線の光ファイバ７１における増幅率と、下り線の光ファイバ７２における増幅率とを、独立に制御することができないという問題もあった。例えば１０，０００ｋｍ程度の伝送路に、４０〜５０ｋｍ間隔で２５０段程度の光中継器が配置される場合には、各光中継器や光ファイバの特性の違いにより、上り線の光ファイバ７１の受信端での光信号強度と、下り線の光ファイバ７２の受信端での光信号強度とが、アンバランスになることがある。特に、光増幅器として、ラマン増幅器を使用する場合には、伝送路を構成する光ファイバの特性などの違いによって、光信号の増幅率のばらつきが大きくなる。この場合、光中継器において上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が適切に制御されないと、受信端での光信号の強度や品質が低下するという問題もあった。
【００１２】
本発明は、単一の故障によっては直ちに光伝送の障害とはならないため、信頼度が高い光中継器を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、一対の光回線を伝搬する光信号の増幅率が独立に制御可能であり、且つ、単一の故障によっては直ちに光伝送の障害とはならないため、信頼度が高い、ラマン増幅を行う光中継器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光中継器は、第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する光中継であって、第１の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第１の後方励起用光増幅カプラ及び第１の前方励起用光増幅カプラと、第２の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第２の後方励起用光増幅カプラ及び第２の前方励起用光増幅カプラと、前記第１の後方励起用光増幅カプラ及び前記第２の前方励起用光増幅カプラの双方に第１のレベルの励起光を入力する第１の励起光発生部と、前記第１の前方励起用光増幅カプラ及び前記第２の後方励起用光増幅カプラの双方に第２のレベルの励起光を入力する第２の励起光発生部と、前記第１及び第２のレベルを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光中継器では、第１の光回線及び第２の光回線のそれぞれに、後方励起用光増幅カプラ、及び、前方励起用光増幅カプラが配設される。第１の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第１の励起光発生部からの励起光が入力し、第２の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第２の励起光発生部からの励起光が入力する。また、第１の光回線に配設された前方励起用光増幅カプラには第２の励起光発生部からの励起光が入力し、第２の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第１の励起光発生部からの励起光が入力する。各光回線では、光信号の増幅が２箇所で行われる冗長構成が採られるので、第１又は第２の励起光発生部における単一故障の際にも光信号の増幅が可能となり、光中継器の信頼度が高まる。
【００１６】
本発明の光信号伝送システムは、一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、上記光中継器とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光信号伝送システムでは、光中継器として、信頼度が高い光中継器を使用するため、システム全体の信頼度を高めることができる。
【００１８】
また、本発明の光信号伝送システムは、一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、制御部が制御信号に基づいて動作する中継器とを備え、前記一対の端局装置の少なくとも一方が前記制御信号を送信することを特徴とする。
【００１９】
本発明の光信号伝送システムでは、端局装置が光中継器に制御信号を送信し、光中継器の制御部は送信された制御信号に基づいて、第１及び第２の励起光発生部を制御する。このため、第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号の信号レベルを、端局装置からの指令に基づいて調整することができる。
【００２０】
本発明の光中継器では、前記第１及び第２の励起光発生部のそれぞれは、相互に異なる波長を発生する複数の光源から構成されることが好ましく、また、前記第１の励起光発生部の各光源が発生する波長は、前記第２の励起光発生部の光源が発生する波長の何れとも異なると更に好ましい。この場合、各光源における励起光の中心波長の差を大きく設定すると、増幅される光信号の帯域を広くすることができる。
【００２１】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１のレベル及び前記第２のレベルの少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部は、第１の光回線の光信号レベルを所定の値に保つように、自動制御することができる。
【００２２】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第２の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１のレベル及び前記第２のレベルの少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部は、第２の光回線の光信号レベルを所定の値に保つように、自動制御することができる。
【００２３】
本発明の光中継器は、ラマン散光を利用して光信号を増幅することができる。この場合、光中継器は、信号光に励起光を入力することにより発生するラマン散光を利用したラマン増幅の原理で、第１及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する。
【００２４】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の増幅率と、前記第２の光回線における光信号の増幅率とが独立に変化するように、前記第１及び第２のレベルを制御することができる。例えば、制御装置が、第１の励起光発生部のレーザ出力を上げた分だけ、第２の励起光発生部のレーザ出力を下げるように制御すると、第１の光回線では、後方励起による光信号の増幅が減少し、前方励起による光信号の増幅が増加する。同時に、第２の光回線では、後方励起による光信号の増幅が増加し、前方励起による光信号の増幅が減少する。同じ励起光の出力で比較すると、ラマン増幅では、後方励起の利得の方が、前方励起の利得よりも利得が大きいため、第１の光回線では光信号の増幅率が減少し、第２の光回線では光信号の増幅率が増加する。このように、後方励起と前方励起とにおける増幅の利得の差を利用することで、第１及び第２の光回線における増幅率を独立に制御することができる。
【００２５】
また、本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線及び第２の光回線の一方における増幅率を固定し、他方における増幅率を可変とするように、前記第１及び第２のレベルを制御することもできる。この場合、制御部は、一方の光回線における、後方励起による光信号の増幅の変化分と、前方励起による光信号の増幅の変化分との和が０になるように、第１及び第２の励起光発生部の出力レベルの比を制御しつつ、励起光の出力レベルを変化させることで、一方の光回線における光信号の増幅率を変化させずに、他方の光回線における光信号の増幅率を変化させることができる。
【００２６】
本発明の中継器は、前記第１及び第２の光回線中にはそれぞれ希土類添加光ファイバが挿入され、前記第１及び第２の後方励起用光増幅カプラ、並びに、前記第１及び第２の前方励起用光増幅カプラは、前記希土類添加光ファイバに向けて励起光を入力することもできる。この場合、希土類添加光ファイバは、コア部分に希土類イオンが注入された光ファイバとして構成される。光中継器は、特定波長の励起光が照射されると、エネルギー状態が高い状態に遷移し、光を放出して再び元の安定状態に戻るという希土類イオンの性質を利用して、第１及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する。
【００２７】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することができ、前記制御部は、前記第２の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することもできる。この場合、制御信号としては、第１の光回線や第２の光回線中を伝搬する、波長が多重化された光信号のうちの一の波長を割り当てることができる。
【００２８】
本発明の光中継器、及び、光信号伝送システムでは、前記第１の光回線が上り光回線であり、前記第２の光回線が前記第１の光回線に対向する下り光回線であることが好ましい。この場合、光中継器は、上り回線及び下り回線のペアを中継する光中継器として伝送路中に配設される。
【００２９】
本発明の光信号伝送システムでは、前記一対の端局装置の少なくとも一方は、前記第１の光回線又は第２の光回線から受信する光信号のレベルを計測し、該光信号のレベルに基づいて前記制御信号を発生することが好ましい。この場合、端局装置で受信される光信号のレベルに基づいて、光中継器における上り光回線や下り光回線の増幅率を制御することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の光中継器の構成を示している。光中継器は、ラマン増幅を行なう中継器として構成され、励起光源レーザ（ＬＤ）４１、４２から構成される第１の励起レーザ部４５と、ＬＤ４３、４４から構成される第２の励起レーザ部４６と、３ｄＢカプラ２１、２２と、後方励起用のＷＤＭカプラ１１、１３と、前方励起用のＷＤＭカプラ１２、１４と、アイソレータ３１、３２と、ＬＤ駆動回路７５とを備える。
【００３１】
第１及び第２の励起レーザ部を構成するＬＤ４１、４２、４３、及び、４４は、上り線の光ファイバ７１、及び、下り線の光ファイバ７２を伝搬する波長多重光信号を増幅するための励起光を生成する。ＬＤ駆動回路７５は、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６が出力する励起光の出力をそれぞれ制御する。
【００３２】
第１の３ｄＢカプラ２１は、第１の励起レーザ部４５が生成するレーザ光を合波し、合波された励起光を、上り線の光ファイバ７１に配設された後方励起用のＷＤＭカプラ１１、及び、下り線の光ファイバ７２に配設された前方例起用のＷＤＭカプラ１４の双方に、同じレベルの励起光として出力する。第２の３ｄＢカプラ２２は、第２の励起レーザ部４６が生成するレーザ光を合波し、合波された励起光を、下り線の光ファイバ７２に配設された後方励起用のＷＤＭカプラ１３、及び、上り線の光ファイバ７１に配設された前方例起用のＷＤＭカプラ１２の双方に同じレベルの励起光として出力する。
【００３３】
後方励起用のＷＤＭカプラ１１及びＷＤＭカプラ１３はそれぞれ、上り線の光ファイバ７１及び下り線の光ファイバ７２を後方励起で励起する。前方励起用のＷＤＭカプラ１２及びＷＤＭカプラ１４はそれぞれ、上り線の光ファイバ７１及び下り線の光ファイバ７２を前方励起で励起する。アイソレータ３１、３２はそれぞれ、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中に配設され、光ファイバ中を伝搬する逆方向の光信号を抑制する。
【００３４】
第１及び第２の励起レーザ部４５、４６を構成するＬＤ４１、４２、４３、及び、４４は、ラマン散乱を得るために、中心波長が１４８０ｎｍ帯のレーザとして構成される。また、各レーザは、励起光の干渉による出力変動を抑制し、ラマン増幅における高利得の帯域を拡大するために、互いに異なる発振波長に設定される。上り線の光ファイバ７１では、後方励起用のＷＤＭカプラ１１により光増幅された光信号は、アイソレータ３１を通過し、前方励起用のＷＤＭカプラ１２により、再び光増幅される。下り線の光ファイバ７２も同様に、後方励起用のＷＤＭカプラ１３により光増幅された光信号は、アイソレータ３２を通過し、前方励起用のＷＤＭカプラ１４により、再び光増幅される。
【００３５】
図２は、一般的なラマン増幅の利得特性をグラフとして示している。ラマン増幅では、励起光の中心波長より１００ｎｍ長波長側の光信号が増幅される。同図に示すグラフでは、横軸を波長、縦軸を光増幅の利得とし、実線は後方励起で励起光を入力した場合の利得を、点線は後方励起と同じ出力（パワー）の励起光を前方励起で入力した場合の利得を示している。同図に示すように、励起光の出力が同じであれば、後方励起の方が、前方励起よりも利得が大きいことがわかる。
【００３６】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の増幅率を制御する際には、ＬＤ駆動回路７５は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率が所望の値となるように、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力、及び、第２の励起レーザ部４６のレーザ出力をそれぞれ制御する。このとき、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力の変化分と、第２の励起レーザ部のレーザ出力の変化分とを、同じ値に制御すると、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が同じ値で変化する。また、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力の変化分と、第２の励起レーザ部のレーザ出力の変化分とを、異なる値に制御すると、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が独立に制御できる。
【００３７】
例えば、ＬＤ駆動回路７５が、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力を上げて、第２の励起レーザ部４６のレーザ出力を下げると、上記したように、後方励起による利得と、前方励起による利得とが異なる値になるため、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅率と、下り線の光ファイバ７２における光信号の増幅率とが、異なる幅で変化する。ここで、第１の励起レーザ部４５の出力を上げた分だけ、第２の励起レーザ部４６の出力を下げると、上り線の光ファイバ７１では、後方励起用のＷＤＭカプラ１１における利得の増加分の方が、前方励起用のＷＤＭカプラ１２における利得の減少分よりも大きくなる。このため、上り線の光ファイバ７１における増幅率は増加する。また、下り線の光ファイバ７２では、後方励起用のＷＤＭカプラ１３における利得の減少分の方が、前方励起用のＷＤＭカプラ１４における利得の増加分よりも大きくなり、光信号の増幅率は減少する。
【００３８】
上記制御に代えて、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２のうち、一方の光ファイバにおける光信号の増幅率を固定し、他方の光ファイバにおける光信号の増幅率を変化することもできる。例えば、下り線の光ファイバ７２の後方励起用のＷＤＭカプラ１３における利得の増加分と前方励起用のＷＤＭカプラ１４における利得の減少分とが同じになるように、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６の出力の増減比を制御しつつ、出力の増減幅を変化させることで、下り線の光ファイバ７２における光信号の増幅率を変化させずに、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅率を変化させることができる。
【００３９】
本実施形態例では、光中継器において、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対して、それぞれ後方励起及び前方励起でラマン増幅を行う。このため、光中継器が冗長構成となり、例えば第１の励起レーザ部４５に故障が発生した場合でも、第２の励起レーザ部４６を使用して光増幅を行うことができ、信頼度が高まる。このため、本実施形態例の光中継器を、高い信頼度が要求される海底ケーブルにおける中継器として使用することもできる。端局装置間を接続する上り光回線及び下り光回線を中継器で中継する光信号伝送システムにおいて、本実施形態例の中継器を使用すると、信頼度の高い光信号伝送システムを構築することができる。
【００４０】
また、本実施形態例では、ＬＤ駆動回路７５が第１及び第２の励起レーザ部４５、４６をそれぞれ制御することで、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を所望の値に制御する。光信号の増幅率の制御には、同じ励起出力におけるラマン増幅の後方励起と前方励起との利得差が利用される。第１及び第２の励起レーザ部４５、４６を構成する励起レーザの中心波長を、互いに異なる値に設定することで、励起光間の干渉を防止でき、増幅される光信号の帯域を広げることができる。
【００４１】
図６に示した従来の光中継器において、帯域を広げるためにＬＤ４０を４つ備える構成を採るときには、４つのＬＤ４０に出力を２つずつペアにして合波する際に、波長合波カプラ５０にはレーザ光が出力されない出力端において、レーザ光間の干渉や反射を抑える必要があるが、本実施形態例では、ＬＤ４０を４つ備える構成を採用しながらも、レーザ光間の干渉や反射を抑えるための機構を必要としない。
【００４２】
図３は、本発明の第２実施形態例の光中継器の構成を示している。本実施形態例は、光カプラ６０及びフォトダイオード６１を上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２にそれぞれ備え、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を検出して、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を自動制御する点で、第１実施形態例と相違する。
【００４３】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に設けられた光カプラ６０は、それぞれ光信号の一部を分岐する。各光カプラ６０から分岐された光信号は、各光カプラ６０に対応して配設されたフォトダイオード６１によって、光信号の強度に応じた電気信号に変換される。ＬＤ駆動回路７５は、各フォトダイオード６１からの電気信号を入力し、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を把握する。ＬＤ駆動回路７５は、把握した光信号の強度に応じて、光信号の強度が所定の値となるように、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を調整し、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を制御する。
【００４４】
本実施形態例では、ＬＤ駆動回路７５が、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を把握し、光信号の増幅率を自動制御する。このため、光中継器を多数配置した光信号伝送システムにおいて、光中継器や、ラマン増幅が行なわれる光ファイバなどの特性の違いにより、光信号の増幅率がばらついた場合であっても、光信号の増幅率を所定の値に制御することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第３実施形態例の光中継器を有する光信号伝送システムの構成を示している。本実施形態例の光中継器は、図３に示す光カプラ６０とフォトダイオード６１との間に帯域フィルタ６２を備え、ＬＤ駆動回路７５は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の端部に配置された端局装置１０１から送信される制御信号で制御される点で、上記実施形態例と相違する。
【００４６】
本実施形態例における光信号伝送システムは、光ファイバの両端に配置される端局装置１０１と、光ファイバを伝搬する光信号を増幅して中継する光中継器１００とを備える。各端局装置１０１は、自身に向けて送信された光信号を受信し、伝送路を挟んで対向する端局装置１０１に向けて光信号を送信する。また、各端局装置１０１は、光中継器１００を制御する制御信号を送信する。制御信号には、波長が多重化された光信号のうち、所定の波長の信号が使用できる。光中継器１００は、端局装置１０１間を接続する伝送路の経路長に応じて、配設される数や配設される間隔が設定される。
【００４７】
図５は、波長が多重化された光信号のスペクトルであり、(ａ)は伝送路を伝搬する光信号を示し、（ｂ）は帯域フィルタ６２を通過した光信号を示している。端局装置１０１から送信され、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２を伝搬する光信号は、同図（ａ）に示すように、複数の波長成分の主信号と、１つの波長が割り当てられた制御信号とで構成される。
【００４８】
光中継器１００では、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対応して配設された帯域フィルタ６２が、光カプラ６０が分岐した、図５（ａ）に示すような光信号のうち、制御信号に割り当てられた所望の波長成分の光信号のみを通過させる。フォトダイオード６１は、帯域フィルタ６２を通過した同図（ｂ）に示すような光信号を電気信号に変換する。ＬＤ駆動回路７５は、電気信号に変換された制御信号に従って、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を制御する。
【００４９】
本実施形態例では、光中継器１００が増幅する光信号の増幅率を、端局装置１０１からの制御信号によって制御する。このため、端局装置１０１は、自身が受信する光信号の強度に応じて、光中継器１００を制御することができ、受信する光信号の強度を、所望のレベルに保つことができる。
【００５０】
なお、上記実施形態例では、光増幅器としてラマン増幅器を例に説明したが、各ＷＤＭカプラ１１、１２、１３、及び、１４に対応してＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）７６などの希土類添加光ファイバを配設することで、光ファイバ増幅器として構成することもできる。また、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６として、それぞれ２つのレーザを備える例を説明したが、第１及び第２の励起レーザ部に配設するレーザは、１以上であればよい。第１及び第２の励起レーザ部に複数のレーザを配設する場合には、各レーザの中心波長を互いに異なる値に設定すると、増幅される光信号の帯域を広げることができる。各ＬＤ４０は、中心波長が１４８０ｎｍ帯のものを例に説明したが、これに限られず、中心波長が１４００ｎｍ〜１５００ｎｍ帯程度のレーザとして構成されてもよい。
【００５１】
第２実施形態例では、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の信号上流側（光中継器の入力側）で光信号を分岐し、分岐した光信号の強度を電気信号に変換する例を説明したが、これに代えて、或いは、これに加えて、信号下流側（光中継器の出力側）で光信号を分岐し、分岐した光信号の強度を電気信号に変換して、ＬＤ駆動回路７５に入力してもよい。第２実施形態例の光中継器を使用した光信号伝送システムでは、全ての光中継器が上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を検出して自動制御する必要はなく、例えば、第１実施形態例の光中継器と、第２実施形態例の光中継器とを交互に配設することもできる。
【００５２】
第３実施形態例では、光信号に制御信号を含ませる例を説明したが、これに代えて、端局装置１０１から他の手段、例えば電気信号を使用して光中継器１００を制御することもできる。端局装置１０１は、全ての光中継器１０１に同じ制御を行なわせる制御信号を送信してもよく、各光中継器に識別番号を設けて、光中継器毎に異なる制御を行なわせる制御信号を送信してもよい。また、自動制御により増幅率を制御する第２実施形態例と、端局装置１０１からの指示に基づいて増幅率を制御する第３実施形態例とを組み合わせることで、端局装置１０１は、光中継器１００に、自動制御、又は、指示値に基づく制御を切り替えて指示することもできる。また、図５に示した光信号伝送システムでは、端局装置１０１間の全ての光中継器１００が、制御信号に基づいて動作する第３実施形態例の光中継器１００で構成されなくてもよい。
【００５３】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の光中継器は、上記実施形態例にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した光中継器も、本発明の範囲に含まれる。例えば、光中継器は、光信号を同じ方向に伝搬する光ファイバを中継してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光中継器は、一対の光回線を伝搬する光信号のそれぞれを後方励起光及び前方励起光で光増幅するため、光中継器が冗長構成となり、設備の信頼度が高まる。また、ラマン増幅を利用した光中継器では、後方励起光における増幅利得と、前方励起光における増幅利得との差を利用することで、一対の光回線の増幅率を独立に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図２】一般的なラマン増幅器における励起光波長と、ラマン利得との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は伝送路を伝搬する光信号のスペクトルを、（ｂ）は帯域フィルタ６２を通過した光信号のスペクトルをそれぞれ示スペクトル線図。
【図６】従来の光中継器の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０〜１４：ＷＤＭカプラ
２１、２２：３ｄＢカプラ
３０〜３２：アイソレータ
４０〜４４：励起レーザ（ＬＤ）
４５、４６：励起レーザ部
５０〜５２：波長合波カプラ
６０：光カプラ
６１：フォトダイオード
６２：帯域フィルタ（Band Pass Filter）
７６：ＥＤＦ
７５：ＬＤ駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は光中継器に関し、特に、一対の光回線における光信号の増幅率を独立に制御可能な光中継器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を伝送する光回線では、その伝送路中に生じた損失を補填するために、所定間隔で配設される光中継器として、光信号を増幅する増幅器が設けられる。増幅器には、光信号を電気信号に変換し、増幅された電気信号を再び光信号に変換する電気的な増幅器や、光信号を光のまま増幅する光増幅器が使用される。特に、海底ケーブルに使用される中継器では、低い消費電力特性が要求されるため、光増幅器が用いられることが多い。光増幅器としては、希土類添加物を混合した光ファイバを使用する光ファイバ増幅器と、光信号を伝搬する伝送路に励起光を照射することで生じるラマン散乱を利用したラマン増幅器とが知られている。
【０００３】
図６は、「日本電信電話株式会社 須藤昭一編 オプトエレクトロニクス社発行、エルビウム添加光ファイバ増幅器」に記載された従来の光中継器の構成を示している。光中継器は、光ファイバ増幅器として構成され、ＷＤＭ（波長分割多重：wavelength division multiplexing）カプラ１０と、アイソレータ３０と、励起光源（ＬＤ）４０と、波長合波カプラ５０と、光カプラ６０と、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）７６と、ＬＤ駆動回路７５とを備える。
【０００４】
アイソレータ３０は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中に配設され、光ファイバ中を伝搬する逆方向の光信号を抑制する。各ＬＤ４０は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２を伝搬する、波長が多重化された光信号を増幅するための励起光を生成する。各ＬＤ４０は、１４８０ｎｍ帯の波長を有し、それぞれ中心波長が異なる値に設定される。ＬＤ駆動回路７５は、各ＬＤ４０のレーザ出力を制御することによって、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を制御する。
【０００５】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に設けられた双方の光カプラ６０は、上り線の光ファイバ７１の光信号をタップしてこれを下り線の光ファイバ７２に入力し、下り線の光ファイバ７２の光信号をタップしてこれを上り線の光ファイバ７１に入力する。この構成を採用することによって、上り線の光ファイバ７１の端局装置で、下り線の光ファイバ７２を伝搬する光信号をモニタすることができ、下り線の光ファイバ７２の端局装置で、上り線の光ファイバ７１を伝搬する光信号をモニタすることができる。
【０００６】
波長合成カプラ５０は、２入力―２出力の光カプラとして構成され、入力端から入力された２つのＬＤ４０が出力する励起光を合波し、合波された励起光を２つの出力端から出力する。波長合成カプラ５０によって合波された励起光は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対応して配設されたＷＤＭカプラ１０から、ＥＤＦ７６に向けてそれぞれ入力される。ＥＤＦ７６は、コア部分に希土類添加物としてエルビウム（Ｅｒ）イオンを添加した光ファイバであり、ＥＤＦ７６では、ＷＤＭカプラ１０から入力された励起光によって、光信号が増幅される。
【０００７】
増幅される光信号の帯域を広げるには、異なる中心波長を有するＬＤ４０の数を増加すればよい。例えば、光中継器がＬＤ４０を４つ有する場合には、ＬＤ４０を２つずつ対にして、２つのＬＤ４０が出力するレーザ光を、波長合波カプラ５０によってそれぞれ合波し、合波されたレーザ光を、さらに波長合波カプラ５０で合波する。これにより、４つのレーザ光が合波された励起光が、ＷＤＭカプラ１０からＥＤＦ７６向けて入力される。ＷＤＭカプラ１０では、後方励起が採用され、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中における光信号の向きに対して逆方向の励起光が照射される。
【０００８】
なお、図６の光中継器は、ラマン散光を利用したラマン増幅によって光信号を増幅することもできる。この場合、ＷＤＭカプラ１０から入力された励起光は、ＥＤＦ７６ではなく、伝送路を構成する上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に直接に入力される。
【０００９】
近年、光ケーブルを使用した伝送システムでは、波長多重技術が進み、光信号に多重する波長数が増加しているため、光増幅器には広帯域な特性が要求されている。この要求に対応するため、光増幅器を広帯域化する技術として、１４８０ｎｍ帯の励起レーザを用いたラマン増幅を行なう光中継器が活発に研究されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、海底ケーブルを中継する光中継器には、低消費電力特性に加えて、更に、高い信頼性が要求される。しかし、上記従来の光中継器では、何らかの理由により、例えば、上り線の光ファイバ７１に励起光を入力するＷＤＭカプラ１０に励起光が入力されない場合には、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅が不可能となる。つまり、単一の故障によって、直ちに光増幅が不可能となり、光伝送に障害なることから、信頼度が低いという問題があった。
【００１１】
また、上記従来の光中継器では、各ＷＤＭカプラ１０には同じ出力の励起光が入力される。このため、上り線の光ファイバ７１における増幅率と、下り線の光ファイバ７２における増幅率とを、独立に制御することができないという問題もあった。例えば１０，０００ｋｍ程度の伝送路に、４０〜５０ｋｍ間隔で２５０段程度の光中継器が配置される場合には、各光中継器や光ファイバの特性の違いにより、上り線の光ファイバ７１の受信端での光信号強度と、下り線の光ファイバ７２の受信端での光信号強度とが、アンバランスになることがある。特に、光増幅器として、ラマン増幅器を使用する場合には、伝送路を構成する光ファイバの特性などの違いによって、光信号の増幅率のばらつきが大きくなる。この場合、光中継器において上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が適切に制御されないと、受信端での光信号の強度や品質が低下するという問題もあった。
【００１２】
本発明は、単一の故障によっては直ちに光伝送の障害とはならないため、信頼度が高い光中継器を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、一対の光回線を伝搬する光信号の増幅率が独立に制御可能であり、且つ、単一の故障によっては直ちに光伝送の障害とはならないため、信頼度が高い、ラマン増幅を行う光中継器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光中継器は、第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する光中継であって、第１の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第１の後方励起用光増幅カプラ及び第１の前方励起用光増幅カプラと、第２の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第２の後方励起用光増幅カプラ及び第２の前方励起用光増幅カプラと、前記第１の後方励起用光増幅カプラ及び前記第２の前方励起用光増幅カプラの双方に第１のレベルの励起光を入力する第１の励起光発生部と、前記第１の前方励起用光増幅カプラ及び前記第２の後方励起用光増幅カプラの双方に第２のレベルの励起光を入力する第２の励起光発生部と、前記第１及び第２のレベルを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光中継器では、第１の光回線及び第２の光回線のそれぞれに、後方励起用光増幅カプラ、及び、前方励起用光増幅カプラが配設される。第１の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第１の励起光発生部からの励起光が入力し、第２の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第２の励起光発生部からの励起光が入力する。また、第１の光回線に配設された前方励起用光増幅カプラには第２の励起光発生部からの励起光が入力し、第２の光回線に配設された後方励起用光増幅カプラには第１の励起光発生部からの励起光が入力する。各光回線では、光信号の増幅が２箇所で行われる冗長構成が採られるので、第１又は第２の励起光発生部における単一故障の際にも光信号の増幅が可能となり、光中継器の信頼度が高まる。
【００１６】
本発明の光信号伝送システムは、一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、上記光中継器とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光信号伝送システムでは、光中継器として、信頼度が高い光中継器を使用するため、システム全体の信頼度を高めることができる。
【００１８】
また、本発明の光信号伝送システムは、一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、制御部が制御信号に基づいて動作する中継器とを備え、前記一対の端局装置の少なくとも一方が前記制御信号を送信することを特徴とする。
【００１９】
本発明の光信号伝送システムでは、端局装置が光中継器に制御信号を送信し、光中継器の制御部は送信された制御信号に基づいて、第１及び第２の励起光発生部を制御する。このため、第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号の信号レベルを、端局装置からの指令に基づいて調整することができる。
【００２０】
本発明の光中継器では、前記第１及び第２の励起光発生部のそれぞれは、相互に異なる波長を発生する複数の光源から構成されることが好ましく、また、前記第１の励起光発生部の各光源が発生する波長は、前記第２の励起光発生部の光源が発生する波長の何れとも異なると更に好ましい。この場合、各光源における励起光の中心波長の差を大きく設定すると、増幅される光信号の帯域を広くすることができる。
【００２１】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１のレベル及び前記第２のレベルの少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部は、第１の光回線の光信号レベルを所定の値に保つように、自動制御することができる。
【００２２】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第２の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１のレベル及び前記第２のレベルの少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部は、第２の光回線の光信号レベルを所定の値に保つように、自動制御することができる。
【００２３】
本発明の光中継器は、ラマン散光を利用して光信号を増幅することができる。この場合、光中継器は、信号光に励起光を入力することにより発生するラマン散光を利用したラマン増幅の原理で、第１及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する。
【００２４】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の増幅率と、前記第２の光回線における光信号の増幅率とが独立に変化するように、前記第１及び第２のレベルを制御することができる。例えば、制御装置が、第１の励起光発生部のレーザ出力を上げた分だけ、第２の励起光発生部のレーザ出力を下げるように制御すると、第１の光回線では、後方励起による光信号の増幅が減少し、前方励起による光信号の増幅が増加する。同時に、第２の光回線では、後方励起による光信号の増幅が増加し、前方励起による光信号の増幅が減少する。同じ励起光の出力で比較すると、ラマン増幅では、後方励起の利得の方が、前方励起の利得よりも利得が大きいため、第１の光回線では光信号の増幅率が減少し、第２の光回線では光信号の増幅率が増加する。このように、後方励起と前方励起とにおける増幅の利得の差を利用することで、第１及び第２の光回線における増幅率を独立に制御することができる。
【００２５】
また、本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線及び第２の光回線の一方における増幅率を固定し、他方における増幅率を可変とするように、前記第１及び第２のレベルを制御することもできる。この場合、制御部は、一方の光回線における、後方励起による光信号の増幅の変化分と、前方励起による光信号の増幅の変化分との和が０になるように、第１及び第２の励起光発生部の出力レベルの比を制御しつつ、励起光の出力レベルを変化させることで、一方の光回線における光信号の増幅率を変化させずに、他方の光回線における光信号の増幅率を変化させることができる。
【００２６】
本発明の中継器は、前記第１及び第２の光回線中にはそれぞれ希土類添加光ファイバが挿入され、前記第１及び第２の後方励起用光増幅カプラ、並びに、前記第１及び第２の前方励起用光増幅カプラは、前記希土類添加光ファイバに向けて励起光を入力することもできる。この場合、希土類添加光ファイバは、コア部分に希土類イオンが注入された光ファイバとして構成される。光中継器は、特定波長の励起光が照射されると、エネルギー状態が高い状態に遷移し、光を放出して再び元の安定状態に戻るという希土類イオンの性質を利用して、第１及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する。
【００２７】
本発明の光中継器では、前記制御部は、前記第１の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することができ、前記制御部は、前記第２の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することもできる。この場合、制御信号としては、第１の光回線や第２の光回線中を伝搬する、波長が多重化された光信号のうちの一の波長を割り当てることができる。
【００２８】
本発明の光中継器、及び、光信号伝送システムでは、前記第１の光回線が上り光回線であり、前記第２の光回線が前記第１の光回線に対向する下り光回線であることが好ましい。この場合、光中継器は、上り回線及び下り回線のペアを中継する光中継器として伝送路中に配設される。
【００２９】
本発明の光信号伝送システムでは、前記一対の端局装置の少なくとも一方は、前記第１の光回線又は第２の光回線から受信する光信号のレベルを計測し、該光信号のレベルに基づいて前記制御信号を発生することが好ましい。この場合、端局装置で受信される光信号のレベルに基づいて、光中継器における上り光回線や下り光回線の増幅率を制御することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の光中継器の構成を示している。光中継器は、ラマン増幅を行なう中継器として構成され、励起光源レーザ（ＬＤ）４１、４２から構成される第１の励起レーザ部４５と、ＬＤ４３、４４から構成される第２の励起レーザ部４６と、３ｄＢカプラ２１、２２と、後方励起用のＷＤＭカプラ１１、１３と、前方励起用のＷＤＭカプラ１２、１４と、アイソレータ３１、３２と、ＬＤ駆動回路７５とを備える。
【００３１】
第１及び第２の励起レーザ部を構成するＬＤ４１、４２、４３、及び、４４は、上り線の光ファイバ７１、及び、下り線の光ファイバ７２を伝搬する波長多重光信号を増幅するための励起光を生成する。ＬＤ駆動回路７５は、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６が出力する励起光の出力をそれぞれ制御する。
【００３２】
第１の３ｄＢカプラ２１は、第１の励起レーザ部４５が生成するレーザ光を合波し、合波された励起光を、上り線の光ファイバ７１に配設された後方励起用のＷＤＭカプラ１１、及び、下り線の光ファイバ７２に配設された前方例起用のＷＤＭカプラ１４の双方に、同じレベルの励起光として出力する。第２の３ｄＢカプラ２２は、第２の励起レーザ部４６が生成するレーザ光を合波し、合波された励起光を、下り線の光ファイバ７２に配設された後方励起用のＷＤＭカプラ１３、及び、上り線の光ファイバ７１に配設された前方例起用のＷＤＭカプラ１２の双方に同じレベルの励起光として出力する。
【００３３】
後方励起用のＷＤＭカプラ１１及びＷＤＭカプラ１３はそれぞれ、上り線の光ファイバ７１及び下り線の光ファイバ７２を後方励起で励起する。前方励起用のＷＤＭカプラ１２及びＷＤＭカプラ１４はそれぞれ、上り線の光ファイバ７１及び下り線の光ファイバ７２を前方励起で励起する。アイソレータ３１、３２はそれぞれ、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２中に配設され、光ファイバ中を伝搬する逆方向の光信号を抑制する。
【００３４】
第１及び第２の励起レーザ部４５、４６を構成するＬＤ４１、４２、４３、及び、４４は、ラマン散乱を得るために、中心波長が１４８０ｎｍ帯のレーザとして構成される。また、各レーザは、励起光の干渉による出力変動を抑制し、ラマン増幅における高利得の帯域を拡大するために、互いに異なる発振波長に設定される。上り線の光ファイバ７１では、後方励起用のＷＤＭカプラ１１により光増幅された光信号は、アイソレータ３１を通過し、前方励起用のＷＤＭカプラ１２により、再び光増幅される。下り線の光ファイバ７２も同様に、後方励起用のＷＤＭカプラ１３により光増幅された光信号は、アイソレータ３２を通過し、前方励起用のＷＤＭカプラ１４により、再び光増幅される。
【００３５】
図２は、一般的なラマン増幅の利得特性をグラフとして示している。ラマン増幅では、励起光の中心波長より１００ｎｍ長波長側の光信号が増幅される。同図に示すグラフでは、横軸を波長、縦軸を光増幅の利得とし、実線は後方励起で励起光を入力した場合の利得を、点線は後方励起と同じ出力（パワー）の励起光を前方励起で入力した場合の利得を示している。同図に示すように、励起光の出力が同じであれば、後方励起の方が、前方励起よりも利得が大きいことがわかる。
【００３６】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の増幅率を制御する際には、ＬＤ駆動回路７５は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率が所望の値となるように、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力、及び、第２の励起レーザ部４６のレーザ出力をそれぞれ制御する。このとき、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力の変化分と、第２の励起レーザ部のレーザ出力の変化分とを、同じ値に制御すると、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が同じ値で変化する。また、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力の変化分と、第２の励起レーザ部のレーザ出力の変化分とを、異なる値に制御すると、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における増幅率が独立に制御できる。
【００３７】
例えば、ＬＤ駆動回路７５が、第１の励起レーザ部４５のレーザ出力を上げて、第２の励起レーザ部４６のレーザ出力を下げると、上記したように、後方励起による利得と、前方励起による利得とが異なる値になるため、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅率と、下り線の光ファイバ７２における光信号の増幅率とが、異なる幅で変化する。ここで、第１の励起レーザ部４５の出力を上げた分だけ、第２の励起レーザ部４６の出力を下げると、上り線の光ファイバ７１では、後方励起用のＷＤＭカプラ１１における利得の増加分の方が、前方励起用のＷＤＭカプラ１２における利得の減少分よりも大きくなる。このため、上り線の光ファイバ７１における増幅率は増加する。また、下り線の光ファイバ７２では、後方励起用のＷＤＭカプラ１３における利得の減少分の方が、前方励起用のＷＤＭカプラ１４における利得の増加分よりも大きくなり、光信号の増幅率は減少する。
【００３８】
上記制御に代えて、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２のうち、一方の光ファイバにおける光信号の増幅率を固定し、他方の光ファイバにおける光信号の増幅率を変化することもできる。例えば、下り線の光ファイバ７２の後方励起用のＷＤＭカプラ１３における利得の増加分と前方励起用のＷＤＭカプラ１４における利得の減少分とが同じになるように、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６の出力の増減比を制御しつつ、出力の増減幅を変化させることで、下り線の光ファイバ７２における光信号の増幅率を変化させずに、上り線の光ファイバ７１における光信号の増幅率を変化させることができる。
【００３９】
本実施形態例では、光中継器において、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対して、それぞれ後方励起及び前方励起でラマン増幅を行う。このため、光中継器が冗長構成となり、例えば第１の励起レーザ部４５に故障が発生した場合でも、第２の励起レーザ部４６を使用して光増幅を行うことができ、信頼度が高まる。このため、本実施形態例の光中継器を、高い信頼度が要求される海底ケーブルにおける中継器として使用することもできる。端局装置間を接続する上り光回線及び下り光回線を中継器で中継する光信号伝送システムにおいて、本実施形態例の中継器を使用すると、信頼度の高い光信号伝送システムを構築することができる。
【００４０】
また、本実施形態例では、ＬＤ駆動回路７５が第１及び第２の励起レーザ部４５、４６をそれぞれ制御することで、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を所望の値に制御する。光信号の増幅率の制御には、同じ励起出力におけるラマン増幅の後方励起と前方励起との利得差が利用される。第１及び第２の励起レーザ部４５、４６を構成する励起レーザの中心波長を、互いに異なる値に設定することで、励起光間の干渉を防止でき、増幅される光信号の帯域を広げることができる。
【００４１】
図６に示した従来の光中継器において、帯域を広げるためにＬＤ４０を４つ備える構成を採るときには、４つのＬＤ４０に出力を２つずつペアにして合波する際に、波長合波カプラ５０にはレーザ光が出力されない出力端において、レーザ光間の干渉や反射を抑える必要があるが、本実施形態例では、ＬＤ４０を４つ備える構成を採用しながらも、レーザ光間の干渉や反射を抑えるための機構を必要としない。
【００４２】
図３は、本発明の第２実施形態例の光中継器の構成を示している。本実施形態例は、光カプラ６０及びフォトダイオード６１を上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２にそれぞれ備え、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を検出して、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を自動制御する点で、第１実施形態例と相違する。
【００４３】
上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に設けられた光カプラ６０は、それぞれ光信号の一部を分岐する。各光カプラ６０から分岐された光信号は、各光カプラ６０に対応して配設されたフォトダイオード６１によって、光信号の強度に応じた電気信号に変換される。ＬＤ駆動回路７５は、各フォトダイオード６１からの電気信号を入力し、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を把握する。ＬＤ駆動回路７５は、把握した光信号の強度に応じて、光信号の強度が所定の値となるように、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を調整し、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の増幅率を制御する。
【００４４】
本実施形態例では、ＬＤ駆動回路７５が、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を把握し、光信号の増幅率を自動制御する。このため、光中継器を多数配置した光信号伝送システムにおいて、光中継器や、ラマン増幅が行なわれる光ファイバなどの特性の違いにより、光信号の増幅率がばらついた場合であっても、光信号の増幅率を所定の値に制御することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第３実施形態例の光中継器を有する光信号伝送システムの構成を示している。本実施形態例の光中継器は、図３に示す光カプラ６０とフォトダイオード６１との間に帯域フィルタ６２を備え、ＬＤ駆動回路７５は、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の端部に配置された端局装置１０１から送信される制御信号で制御される点で、上記実施形態例と相違する。
【００４６】
本実施形態例における光信号伝送システムは、光ファイバの両端に配置される端局装置１０１と、光ファイバを伝搬する光信号を増幅して中継する光中継器１００とを備える。各端局装置１０１は、自身に向けて送信された光信号を受信し、伝送路を挟んで対向する端局装置１０１に向けて光信号を送信する。また、各端局装置１０１は、光中継器１００を制御する制御信号を送信する。制御信号には、波長が多重化された光信号のうち、所定の波長の信号が使用できる。光中継器１００は、端局装置１０１間を接続する伝送路の経路長に応じて、配設される数や配設される間隔が設定される。
【００４７】
図５は、波長が多重化された光信号のスペクトルであり、(ａ)は伝送路を伝搬する光信号を示し、（ｂ）は帯域フィルタ６２を通過した光信号を示している。端局装置１０１から送信され、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２を伝搬する光信号は、同図（ａ）に示すように、複数の波長成分の主信号と、１つの波長が割り当てられた制御信号とで構成される。
【００４８】
光中継器１００では、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２に対応して配設された帯域フィルタ６２が、光カプラ６０が分岐した、図５（ａ）に示すような光信号のうち、制御信号に割り当てられた所望の波長成分の光信号のみを通過させる。フォトダイオード６１は、帯域フィルタ６２を通過した同図（ｂ）に示すような光信号を電気信号に変換する。ＬＤ駆動回路７５は、電気信号に変換された制御信号に従って、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６のレーザ出力を制御する。
【００４９】
本実施形態例では、光中継器１００が増幅する光信号の増幅率を、端局装置１０１からの制御信号によって制御する。このため、端局装置１０１は、自身が受信する光信号の強度に応じて、光中継器１００を制御することができ、受信する光信号の強度を、所望のレベルに保つことができる。
【００５０】
なお、上記実施形態例では、光増幅器としてラマン増幅器を例に説明したが、各ＷＤＭカプラ１１、１２、１３、及び、１４に対応してＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）７６などの希土類添加光ファイバを配設することで、光ファイバ増幅器として構成することもできる。また、第１及び第２の励起レーザ部４５、４６として、それぞれ２つのレーザを備える例を説明したが、第１及び第２の励起レーザ部に配設するレーザは、１以上であればよい。第１及び第２の励起レーザ部に複数のレーザを配設する場合には、各レーザの中心波長を互いに異なる値に設定すると、増幅される光信号の帯域を広げることができる。各ＬＤ４０は、中心波長が１４８０ｎｍ帯のものを例に説明したが、これに限られず、中心波長が１４００ｎｍ〜１５００ｎｍ帯程度のレーザとして構成されてもよい。
【００５１】
第２実施形態例では、上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２の信号上流側（光中継器の入力側）で光信号を分岐し、分岐した光信号の強度を電気信号に変換する例を説明したが、これに代えて、或いは、これに加えて、信号下流側（光中継器の出力側）で光信号を分岐し、分岐した光信号の強度を電気信号に変換して、ＬＤ駆動回路７５に入力してもよい。第２実施形態例の光中継器を使用した光信号伝送システムでは、全ての光中継器が上り線及び下り線の光ファイバ７１、７２における光信号の強度を検出して自動制御する必要はなく、例えば、第１実施形態例の光中継器と、第２実施形態例の光中継器とを交互に配設することもできる。
【００５２】
第３実施形態例では、光信号に制御信号を含ませる例を説明したが、これに代えて、端局装置１０１から他の手段、例えば電気信号を使用して光中継器１００を制御することもできる。端局装置１０１は、全ての光中継器１０１に同じ制御を行なわせる制御信号を送信してもよく、各光中継器に識別番号を設けて、光中継器毎に異なる制御を行なわせる制御信号を送信してもよい。また、自動制御により増幅率を制御する第２実施形態例と、端局装置１０１からの指示に基づいて増幅率を制御する第３実施形態例とを組み合わせることで、端局装置１０１は、光中継器１００に、自動制御、又は、指示値に基づく制御を切り替えて指示することもできる。また、図５に示した光信号伝送システムでは、端局装置１０１間の全ての光中継器１００が、制御信号に基づいて動作する第３実施形態例の光中継器１００で構成されなくてもよい。
【００５３】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の光中継器は、上記実施形態例にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した光中継器も、本発明の範囲に含まれる。例えば、光中継器は、光信号を同じ方向に伝搬する光ファイバを中継してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光中継器は、一対の光回線を伝搬する光信号のそれぞれを後方励起光及び前方励起光で光増幅するため、光中継器が冗長構成となり、設備の信頼度が高まる。また、ラマン増幅を利用した光中継器では、後方励起光における増幅利得と、前方励起光における増幅利得との差を利用することで、一対の光回線の増幅率を独立に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図２】一般的なラマン増幅器における励起光波長と、ラマン利得との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３実施形態例の光中継器の構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は伝送路を伝搬する光信号のスペクトルを、（ｂ）は帯域フィルタ６２を通過した光信号のスペクトルをそれぞれ示スペクトル線図。
【図６】従来の光中継器の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０〜１４：ＷＤＭカプラ
２１、２２：３ｄＢカプラ
３０〜３２：アイソレータ
４０〜４４：励起レーザ（ＬＤ）
４５、４６：励起レーザ部
５０〜５２：波長合波カプラ
６０：光カプラ
６１：フォトダイオード
６２：帯域フィルタ（Band Pass Filter）
７６：ＥＤＦ
７５：ＬＤ駆動回路
Claims (14)
- 第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する光中継器であって、
第１の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第１の後方励起用光増幅カプラ及び第１の前方励起用光増幅カプラと、
第２の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第２の後方励起用光増幅カプラ及び第２の前方励起用光増幅カプラと、
前記第１の後方励起用光増幅カプラ及び前記第２の前方励起用光増幅カプラの双方に第１のレベルの励起光を入力する第１の励起光発生部と、
前記第１の前方励起用光増幅カプラ及び前記第２の後方励起用光増幅カプラの双方に第２のレベルの励起光を入力する第２の励起光発生部と、
前記第１及び第２のレベルを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１の励起光発生部の出力の変化分と、前記第２の励起光発生部の出力の変化分とを、異なる値に制御することにより、前記第１の光回線における光信号の増幅率と、前記第２の光回線における光信号の増幅率とが独立に変化するように、前記第１及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することを特徴とする光中継器。 - 第１の光回線及び第２の光回線を伝搬する光信号を増幅する光中継器であって、
第１の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第１の後方励起用光増幅カプラ及び第１の前方励起用光増幅カプラと、
第２の光回線中に光信号伝搬方向に順次に挿入される第２の後方励起用光増幅カプラ及び第２の前方励起用光増幅カプラと、
前記第１の後方励起用光増幅カプラ及び前記第２の前方励起用光増幅カプラの双方に第１のレベルの励起光を入力する第１の励起光発生部と、
前記第１の前方励起用光増幅カプラ及び前記第２の後方励起用光増幅カプラの双方に第２のレベルの励起光を入力する第２の励起光発生部と、
前記第１及び第２のレベルを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１の励起光発生部の出力及び第２の励起光発生部の出力の増減比を制御しつつ、出力の増減幅を変化させることにより、前記第１の光回線及び第２の光回線の一方における増幅率を固定し、他方における増幅率を可変とするように、前記第１及び第２のレベルの少なくとも一方を制御することを特徴とする光中継器。 - 前記制御部は、前記第２の光回線における光信号の信号レベルの検出値に基づいて、前記第１のレベル及び前記第２のレベルの少なくとも一方を制御する、請求項１又は２に記載の光中継器。
- 前記第１及び第２の励起光発生部のそれぞれは、相互に異なる波長を発生する複数の光源から構成される、請求項１〜３の何れかに記載の光中継器。
- 前記第１の励起光発生部の各光源が発生する波長は、前記第２の励起光発生部の光源が発生する波長の何れとも異なる、請求項４に記載の光中継器。
- 前記光中継器は、ラマン散乱光を利用して光信号を増幅する、請求項１〜５の何れかに記載の光中継器。
- 前記第１及び第２の光回線中にはそれぞれ希土類添加光ファイバが挿入され、前記第１及び第２の後方励起用光増幅カプラ、並びに、前記第１及び第２の前方励起用光増幅カプラは、前記希土類添加光ファイバに向けて励起光を入力する、請求項１〜５の何れかに記載の光中継器。
- 前記制御部は、前記第１の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御する、請求項１〜７の何れかに記載の光中継器。
- 前記制御部は、前記第２の光回線を伝搬する光信号中に含まれる制御信号に基づいて、前記第１のレベル及び第２のレベルの少なくとも一方を制御する、請求項１〜７の何れかに記載の光中継器。
- 前記第１の光回線が上り光回線であり、前記第２の光回線が前記第１の光回線に対向する下り光回線である、請求項１〜９の何れかに記載の光中継器。
- 一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、請求項１〜７の何れかに記載の光中継器とを備えることを特徴とする光信号伝送システム。
- 一対の端局装置と、該一対の端局装置の間を接続する第１の光回線及び第２の光回線と、請求項８又は９に記載の光中継器とを備え、前記一対の端局装置の少なくとも一方が前記制御信号を送信することを特徴とする光信号伝送システム。
- 前記一対の端局装置の前記少なくとも一方は、前記第１の光回線又は第２の光回線から受信する光信号のレベルを計測し、該光信号のレベルに基づいて前記制御信号を発生する、請求項１２に記載の光信号伝送システム。
- 前記第１の光回線が上り光回線であり、前記第２の光回線が前記第１の光回線に対向する下り光回線である、請求項１１〜１３の何れかに記載の光信号伝送システム。
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