JP4458928B2

JP4458928B2 - 光伝送システム

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Publication number: JP4458928B2
Application number: JP2004150061A
Authority: JP
Inventors: 泉横田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: EP1598960A1; US7146071B2; JP2005333425A; EP1598960B1; US20050259990A1

Description

本発明は、光伝送システムに関し、特に光信号を分岐して、少なくとも３つ以上の局間で光信号の伝送を行う光伝送システムに関する。

近年、国際通信の需要は、ビジネスのグローバル化、インターネットの普及などにより、急激に拡大している。このような現状に対し、海底光伝送システムは、衛星通信と並んで重要なものであり、経済的で大容量の海底光伝送システムの早期実現が急務となっている。

海底光伝送システムは、海底に敷設された光ファイバケーブルで局間をつないで光伝送を行うシステムである。この場合、局が少なくとも３つ以上あるシステムでは、局間に光分岐装置が置かれ、光分岐装置によって光信号の分岐が行われる。

また、大洋横断級の海底光伝送などでは、光ファイバケーブルの途中に中継器が設けられるが、この中継器は、局から給電されることで光中継増幅の動作を行っている。光分岐装置では、このような中継器に対する給電経路の切り替えも行う。

図６、図７は従来の海底光伝送システムの構成を示す図である。海底光伝送システム５０は、端局５１、５２、ブランチ局５３、光分岐装置５４から構成される。端局５１、５２、ブランチ局５３は陸上局であり、光分岐装置５４は海中に設置される。

なお、海底光伝送システムにおいては、局間をつなぐ回線には、光信号を流す光ファイバケーブルと、電気を流すメタリックの給電ラインとが含まれるため、図６には光ファイバケーブルによる構成を、図７には給電ラインによる構成を分けて示している。

図６に対し、端局５１、５２は、例えば、それぞれが異なる国における運用局であるならば、伝送区間が長距離に及ぶことになるので、端局５１と光分岐装置５４間の回線Ｌ１、Ｌ２上には（端局と光分岐装置を接続する回線をトランク回線と呼ぶ）、中継器６１〜６４が設置され、端局５２と光分岐装置５４間のトランク回線Ｌ３、Ｌ４上には、中継器６５〜６８が設置される。

トランク回線上の中継器６１〜６８は、端局５１→端局５２へ流れる光信号の増幅を行う中継アンプ６１ａ〜６８ａをそれぞれ持ち、端局５２→端局５１へ流れる光信号の増幅を行う中継アンプ６１ｂ〜６８ｂをそれぞれ持つ。

ここで、トランク回線上に中継器を配置する場合、中継器の間隔（スパン長）をＸとすれば、光分岐装置５４に最も近い位置に配置すべき中継器６２、６４、６５、６７は、一般に、光分岐装置５４からスパン長Ｘの約１／２程度離した位置に配置される。または、２つの区間を合わせた距離が（例えば、{中継器６２と光分岐装置５４との距離}＋{中継器６５と光分岐装置５４との距離}）、ほぼスパン長Ｘになるような位置に配置される。

一方、ブランチ局５３と光分岐装置５４間の回線（ブランチ回線と呼ぶ）Ｌ５、Ｌ６上には中継器７１、７２が設置される。なお、ブランチ局５３は、例えば、端局５１、５２をつなぐ大洋中に存在する島などに設置される。

ブランチ局５３と光分岐装置５４との間隔は、端局〜光分岐装置の伝送距離よりも短い距離となるので、中継器を設けないですむ場合もあるが、海底の地形等の理由により、ケーブル長を伸ばす必要が生じたり、または光伝送品質の向上を図るために、通常は、ブランチ回線にも中継器が設置される（一般にブランチ局〜光分岐装置の距離Ｙがスパン長Ｘの１／２程度より長い場合には、ブランチ回線上にも中継器が配置される）。

ブランチ回線上の中継器７１、７２は、ブランチ局５３→光分岐装置５４への光信号の増幅を行う中継アンプ７１ａ、７２ａをそれぞれ持ち、光分岐装置５４→ブランチ局５３への光信号の増幅を行う中継アンプ７１ｂ、７２ｂをそれぞれ持つ。

光信号の流れを簡単に説明すると、例えば、端局５１が出力したトランク回線Ｌ１上の光信号は、中継アンプ６１ａ、６２ａで増幅されて光分岐装置５４で受信され、光分岐装置５４ではスルーで出力し、トランク回線Ｌ３上の中継アンプ６５ａ、６６ａで増幅されて端局５２で受信される。また、端局５１が出力したトランク回線Ｌ２上の光信号は、中継アンプ６３ａ、６４ａで増幅されて光分岐装置５４で受信され、光分岐装置５４ではブランチ局５３側へ分岐して、ブランチ回線Ｌ５上の中継アンプ７１ｂで増幅されてブランチ局５３で受信される。

一方、図７は給電ラインから見たシステム構成である。端局５１、５２はそれぞれ給電装置５１ａ、５２ａを有し、ブランチ局５３は、給電装置５３ａを有する。なお、給電ラインについては、トランク回線Ｌ１に対応する給電ラインＬｓ１、トランク回線Ｌ３に対応する給電ラインＬｓ３、ブランチ回線Ｌ５に対応する給電ラインＬｓ５として、これら給電ラインに関連する構成のみを示している。

中継器６１は、中継アンプ６１ａに給電を施す給電部６１ａ−ｓと、中継アンプ６１ｂに給電を施す給電部６１ｂ−ｓを含む。同様にして、中継器６２、６５、６６、７１はそれぞれ、中継アンプ６２ａ、６５ａ、６６ａ、７１ａに給電を施す給電部６２ａ−ｓ、６５ａ−ｓ、６６ａ−ｓ、７１ａ−ｓとを含み、中継アンプ６２ｂ、６５ｂ、６６ｂ、７１ｂに給電を施す給電部６２ｂ−ｓ、６５ｂ−ｓ、６６ｂ−ｓ、７１ｂ−ｓを含む。

光分岐装置５４は、給電経路の切り替えを行うスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を有する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の端子接続の関係は、ａ端子とｅ端子、ｂ端子とｃ端子、ｄ端子とｆ端子は固定ラインで接続する。また、スイッチＳＷ４のｈ端子は接地される。

図のスイッチング状態は、スイッチＳＷ１ではａ端子に、スイッチＳＷ２はオープン、スイッチＳＷ３ではｅ端子にスイッチングされているので、給電ラインＬｓ１と給電ラインＬｓ３はつながり、給電装置５１ａ（＋）→給電装置５２ａ（−）の方向に電流が流れて、中継器６１、６２、６５、６６に給電される。

また、スイッチＳＷ４はｈ端子にスイッチングされているので、給電ラインＬｓ５には、給電装置５３ａ（＋）→接地（ＧＮＤ）の方向に電流が流れて、中継器７１が給電される。このような状態で、回線上のすべての中継器は稼動できるので、端局５１、５２、ブランチ局５３間で光通信を行うことが可能になる。

図８は回線障害が発生した場合の給電経路の切り替え状態を示す図である。図に示す位置に回線障害が発生した場合には、すべての局間における通信が不通になる。このため、光分岐装置５４では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチング切り替えを行って、通信が可能な範囲でサービスを継続しなければならない。

この場合、スイッチング状態としては、スイッチＳＷ１ではｂ端子に、スイッチＳＷ２はｃ端子に、スイッチＳＷ４ではｇ端子にスイッチングが変更され、また、ブランチ局５３内の給電装置５３ａはマイナス電源に変更する。

したがって、給電ラインＬｓ１と給電ラインＬｓ５がつながり、給電装置５１ａ（＋）→給電装置５３ａ（−）の方向に電流が流れて、中継器６１、６２、７１に給電され、端局５１とブランチ局５３間での通信が継続可能となる。

一方、中継器等で適用可能な光増幅機能の従来技術としては、希土類ドープファイバに励起光を入射し、残留励起光を反射させて、残留励起光も希土類ドープファイバに入射させて光増幅する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特開平０９−１７９１５２号公報（段落番号〔００７２〕〜〔００９０〕，第１図）特開２００１−１１７１２６号公報（段落番号〔００４６〕〜〔００４８〕，第１図）

上記で説明したような、海底光伝送システム５０では、ブランチ回線Ｌ５、Ｌ６に中継器７１、７２があるため、ブランチ局５３からの給電が必要となる。また、光分岐装置５４では、回線障害が発生したような場合でも、通信サービスを可能な範囲で継続させるために、給電経路の切り替え制御を行っているので、常に高圧状態に置かれている。このため、光分岐装置５４は、耐高圧製の構造及び耐高圧な電気リレー（真空リレー等）が必要になり、高価な装置となる。また、ブランチ局５３には給電装置５３ａが存在するため、システム全体の価格が高価になる。

ここで、ブランチ回線Ｌ５、Ｌ６に中継器７１、７２を配置しないことが可能になれば、光分岐装置５４内に給電切り替え機能が不要となり、またブランチ局５３にも給電装置５３ａが不要になるので、安価なシステムが構築できることになる。

しかし、ブランチ局５３と光分岐装置５４とが、中継増幅なしに接続することになるため、ブランチ局５３に設置される光送受信機能に要求される仕様が厳しくなる。これを回避するには、光分岐装置５４をできるだけブランチ局５３に近づけて伝送距離を短くすればよいが、海底の地形状態やケーブルルート上の問題から、現実的には光分岐装置５４をブランチ局５３に近づけることが難しい場合が多く、従来では、経済的な海底光伝送システムを構築することが困難であった。

一方、上記の従来技術（特開平０９−１７９１５２号公報、特開２００１−１１７１２６号公報）では、希土類ドープファイバに励起光を入射し、さらに残留励起光も使用することで、装置への入力光信号を増幅しているが、これらの技術は励起光の効率的な利用のみに着目しており、中継器を不要とするシステム構築についての考慮はなされていない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、中継器を配置することなく伝送距離を伸長し、経済的で高品質の光伝送を行う光伝送システムを提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光信号を分岐して、少なくとも３つ以上の局間で光信号の伝送を行う光伝送システム１において、分岐された後の受信光信号が流れる光ファイバに励起光を入射して、光ファイバを増幅媒体とした光増幅を行う光励起部３１−１、３１−２を含み、光分岐地点と無中継の光伝送を行うブランチ局３０と、ブランチ局３０が発出し、回線上を流れてきた励起光を、ブランチ局３０からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体４１ｃを励起させて、ブランチ局３０からの送信光信号のパワーを増幅する光増幅部４１−１、４１−２と、ブランチ局３０から送信された光信号の分岐及び他局から送信された光信号の分岐を行う光分岐部４２と、から構成される光分岐装置４０と、を有することを特徴とする光伝送システム１が提供される。

ここで、ブランチ局３０は、分岐された後の受信光信号が流れる光ファイバに励起光を入射して、光ファイバを増幅媒体とした光増幅を行う光励起部３１−１、３１−２を含み、光分岐地点と無中継の光伝送を行う。光分岐装置４０は光増幅部４１−１、４１−２及び光分岐部４２を有し、光増幅部４１−１、４１−２は、ブランチ局３０が発出し、回線上を流れてきた励起光を、ブランチ局３０からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体４１ｃを励起させて、ブランチ局３０からの送信光信号のパワーを増幅する。光分岐部４２は、ブランチ局３０から送信された光信号の分岐及び他局から送信された光信号の分岐を行う。

本発明の光伝送システムは、ブランチ局が発出し、回線上を流れてきた励起光を、ブランチ局からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体を励起し、ブランチ局からの送信光信号のパワーを増幅させる構成とした。これにより、中継器を配置することなく伝送距離を伸長し、経済的で高品質の光伝送を行うシステムの構築が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の光伝送システムの原理図である。光伝送システム１は、光信号を分岐して、少なくとも３つ以上の局間で光信号の伝送を行うシステムであり、例えば、海底光伝送システム等に適用される。

光伝送システム１は、端局１１、１２、ブランチ局３０、光分岐装置４０を有し、端局１１は、トランク回線Ｌ１、Ｌ２で光分岐装置４０と接続し、端局１２は、トランク回線Ｌ３、Ｌ４で光分岐装置４０と接続し、また、ブランチ局３０は、ブランチ回線Ｌ５、Ｌ６で光分岐装置４０と接続する。

トランク回線Ｌ１上には中継器２１、２２が設置し、トランク回線Ｌ２上には中継器２３、２４が設置する。トランク回線Ｌ３上には中継器２５、２６が設置し、トランク回線Ｌ４上には中継器２７、２８が設置する。また、ブランチ回線Ｌ５、Ｌ６には、中継器は設置されず、無中継伝送が行われる。

ブランチ局３０は、光励起部３１−１、３１−２を含み、光分岐装置４０と無中継の光伝送を行う。光励起部３１−１、３１−２は、光分岐部４２で分岐された後の光信号（ブランチ局３０が受信する受信光信号）が流れる光ファイバに励起光を入射して、光ファイバを増幅媒体とした光増幅を行う。

光分岐装置４０は、光増幅部４１−１、４１−２、光分岐部４２から構成される。光増幅部４１−１、４１−２は、ブランチ局３０が発出した、回線上を流れてきた励起光を、ブランチ局３０からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体４１ｃを励起させて、ブランチ局３０からの送信光信号のパワーを増幅させる。

光分岐部４２は、ブランチ局３０から送信された光信号の分岐を行ったり（例えば、ブランチ局３０から送信された増幅後の光信号を、端局１１側へ分岐する）、他局から送信された光信号の分岐を行う（例えば、端局１１→ブランチ局３０の分岐、または端局１１→端局１２の分岐等）。

なお、光分岐部４２は、光ファイバ毎に経路を分岐してもよいし（上述した図６のシステムのように）、またはシステムがＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）伝送を行う場合には、波長毎に分岐・挿入を行うＯＡＤＭ（Optical Add Drop Multiplex）制御を行ってもよい。すなわち、端局１１、１２間での波長多重信号に対して、その中の特定波長をブランチ局３０へＤｒｏｐしたり、またはブランチ局３０からの波長信号をＡｄｄしたりする。

次にブランチ局３０と光分岐装置４０の構成及び動作について説明する。図２はブランチ局３０と光分岐装置４０の構成を示す図である。なお、光増幅部４１−１と光分岐部４２を介して、端局１１とブランチ局３０とが分岐接続している構成部分のみ示す。

端局１１と光分岐装置４０は、トランク回線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂで接続し、回線上には中継器２３、２４が設置する。中継器２３は、中継アンプ２３ａ、２３ｂを含み、中継器２４は、中継アンプ２４ａ、２４ｂを含む。ブランチ局３０と光分岐装置４０は、ブランチ回線Ｌ５ａ、Ｌ５ｂで接続する。

なお、トランク回線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ上の中継器２３、２４の中継区間（以下、通常スパン長と呼ぶ）を６０ｋｍ、中継器２４と光分岐装置４０間の間隔を３０ｋｍ、ブランチ回線Ｌ５ａ、Ｌ５ｂのブランチ局３０と光分岐装置４０との間隔を通常スパン長と同じ６０ｋｍとする（従来システムでは、ブランチ回線上に中継器を必要とするが、本発明では不要となる）。

ブランチ局３０は、光励起部３１−１、光受信部３２、光送信部３３から構成される。光励起部３１−１は、励起光源３１ａと合波器３１ｂを含む。光分岐装置４０は、光増幅部４１−１、光分岐部４２から構成される。光増幅部４１−１は、分波器４１ａ、合波器４１ｂ、増幅媒体４１ｃを含む。

ここで、ブランチ局３０の受信端の直前には、光信号Ｄ１と励起光Ｒを合波する合波器３１ｂを設け、受信する光信号Ｄ１とは逆方向に励起光Ｒが流れるように（後方励起を行うように)、励起光源３１ａをつなげる。励起光Ｒはブランチ回線Ｌ５ａ上を流れ、この励起光Ｒにより、ブランチ回線Ｌ５ａの伝送路であるファイバ中で光信号Ｄ１はラマン増幅を得る。また、光信号Ｄ１は合波器３１ｂを介して、光受信部３２で受信される。

ラマン増幅とは、物質内の振動現象により入射光と異なる波長の光が散乱される物理現象を利用して、光ファイバ伝送路全体に強い励起光を入射させて、光ファイバの伝送路自体を増幅媒体として光増幅を行うものである。

ラマン散乱による利得のピークは、長波長側に約１００ｎｍ周波数がシフトした位置になる。すなわち、入射する励起光の約１００ｎｍ長波長側の光信号を励起することになるので、例えば、１．５５μｍの波長の光信号を増幅するためには、励起光は約１００ｎｍ短波側の１．４５〜１．４８μｍ帯付近の波長の励起光を、光ファイバ伝送路に入射させることになる。

励起光Ｒは、ラマン増幅ですべて消費されるわけではなく、余った光はそのまま光ファイバ（ブランチ回線Ｌ５ａ）中を伝送して、光分岐装置４０の光増幅部４１−１へ入力される。

光増幅部４１−１内の分波器４１ａでは、ブランチ局３０から送信された励起光Ｒを分波器４１ａと合波器４１ｂをつなぐラインＬ０へ分波する。合波器４１ｂは、分波された励起光Ｒ（ラマン増幅後に余った励起光）を、対回線（ブランチ回線Ｌ５ｂ）から送信される光信号Ｄ２と合波する。このとき、励起光Ｒと光信号Ｄ２の伝送方向は互いに逆向きになるように合波する。

また、ブランチ回線Ｌ５ｂ上には、希土類元素をドープしたファイバ（例えば、エルビウム（Ｅｒ³⁺）を添加したＥＤＦ（Erbium-Doped Fiber）など）を、折り返し励起光Ｒが入射される位置に設置する（以下、増幅媒体４１ｃをＥＤＦ４１ｃと呼ぶ）。

ここで、ＥＤＦにｐｕｍｐ光を照射して光信号を進行させると、そのとき生じる誘導放出によって、光信号のレベルは増幅する。本発明では、ラインＬ０を流れる折り返し励起光Ｒ１を、ＥＤＦ４１ｃのｐｕｍｐ光として使用することで、ブランチ局３０から送信される光信号Ｄ２のパワーを増幅させる。

このように、本発明によれば、ブランチ回線Ｌ５ａを流れる光信号Ｄ１は、励起光Ｒによるラマン増幅が施され、ブランチ回線Ｌ５ｂを流れる光信号Ｄ２は、折り返し励起光Ｒ１が入射するＥＤＦ４１ｃによって増幅されるので、光分岐装置４０とブランチ局３０を接続するブランチ回線上には中継器が不要となる。このため、従来設置されていた光分岐装置４０内の高価な給電スイッチや、ブランチ局３０内の給電装置も不要となり、従来システムと比べ大幅にコストダウンを図ることができ、経済的なシステムの構築が可能になる。

なお、上記で説明した従来技術（特開平０９−１７９１５２号公報、特開２００１−１１７１２６号公報）でも、折り返し励起光（残留励起光）をＥＤＦに入射する構成を持つが、従来技術の場合は、励起光源から発出された励起光（ＥＤＦ用ｐｕｍｐ光）をＥＤＦに入射して、ＥＤＦの一端から出力した励起光をミラーで反射させて、ＥＤＦに再入射させるものである。したがって、回線上を流れてきたラマン励起光を利用しているのではなく、ＥＤＦのｐｕｍｐ光を装置内で折り返して再び使用して、１本の回線上の光信号の増幅のみを行っている。

これに対して、本発明では、一方の回線から流れてきたラマン励起光を、他方の対回線側へ折り返して、対回線側に設置してあるＥＤＦに折り返し励起光を入射するものであり、このような構成にすることで、上り回線と下り回線の光増幅を相互に関連付けた増幅制御が可能となり、上り／下り回線に対して、一方の回線はラマン増幅、他方の回線はＥＤＦによる光増幅が行われるので、両回線が効率よく光増幅され、結果として上り／下り回線上に中継器が不要となるものである。

次に図２で示したシステムに対して、具体的な数値を示して、励起光Ｒによるラマン増幅を行った場合と行わない場合との動作を示して、ブランチ回線上に中継器が不要となる理由について説明する。

図３は初期条件として与える設定値を示す図である。光ファイバ伝送路の損失、通常スパン長、中継器入力／出力パワー、ブランチ局入力／出力パワーを図に示すような値に決めておく。

まず、ブランチ局３０に入力する光信号Ｄ１のパワー（図２の位置Ｐ１におけるブランチ局入力パワー）について考える。
（ａ）励起光Ｒによるラマン増幅が行われない場合
ブランチ局入力パワーは、（中継アンプ２４ａの出力パワー）−（中継器２４からブランチ局３０までの光ファイバ伝送路の距離）×（光信号伝送時のファイバ損失）であるから、＋１３ｄＢｍ−（３０ｋｍ＋６０ｋｍ）×０．２１ｄＢ／ｋｍ＝−５．９ｄＢｍとなる。

（ｂ）励起光Ｒによるラマン増幅が行われる場合
ブランチ局入力パワーは、（中継アンプ２４ａの出力パワー）−（中継器２４からブランチ局３０までの光ファイバ伝送路の距離）×（光信号伝送時のファイバ損失）＋（励起光Ｒを入射したときの光信号Ｄ１が受けるゲイン）である。

ここで、本発明のシステムで入射すべき励起光Ｒのパワーについて説明する。図４は励起光パワー（Ｗ）とラマン増幅利得（ｄＢ）の関係を示す図である。横軸が励起光パワー（Ｗ）、縦軸がラマン増幅利得（ｄＢ）である。

−２０ｄＢｍ程度のパワーの小さい光信号に対して、後方ラマン励起（信号光の向きとは逆方向に励起光を入射する）を行った際の、励起光パワーとラマン増幅のゲインとの関係を曲線Ｋ１に示す。

曲線Ｋ１から例えば、励起光パワーが１Ｗのとき、光信号は２０ｄＢのゲインを受けることがわかる（光信号は２０ｄＢ分パワーが高くなるということ。すなわち、−２０ｄＢｍのパワーの入力光信号は、−２０ｄＢｍ→０ｄＢｍ（＝−２０ｄＢｍ＋２０ｄＢ）と大きくなる）。このように、光信号パワーが充分に小さい場合（−２０ｄＢｍ以下）は、１Ｗの励起光に対して、２０ｄＢ以上のゲインが得られる。

一方、図２のシステムで励起光がない場合には、上記の（ａ）で示したように、光信号パワーは−５ｄＢｍ程度であり、パワーの比較的大きな光信号Ｄ１が入力するため、同じ励起光パワーでもゲインは小さくなる。この場合、１０ｄＢ以下と推定すると、−５ｄＢｍ程度のパワーの大きな光信号に対して、後方ラマン励起を行った際の、励起光パワーとラマン増幅のゲインとの関係は曲線Ｋ２（予想曲線）で表せる。曲線Ｋ２から、励起光パワーが１Ｗのとき、光信号は１０ｄＢのゲインを受けることがわかる。

したがって、励起光Ｒによるラマン増幅が行われる場合、“励起光Ｒを入射したときの光信号Ｄ１が受けるゲイン”は、励起光源３１ａの出力を１Ｗとしたときには１０ｄＢとなる。

したがって、ブランチ局入力パワーは、（中継アンプ２４ａの出力パワー）−（中継器２４からブランチ局３０までの光ファイバ伝送路の距離）×（光信号伝送時のファイバ損失）＋（励起光Ｒを入射したときの光信号Ｄ１が受けるゲイン）＝＋１３ｄＢｍ−（３０ｋｍ＋６０ｋｍ）×０．２１ｄＢ／ｋｍ＋１０ｄＢ＝＋４．１ｄＢｍとなり、図３の初期条件で示したブランチ局入力パワー（＋３ｄＢｍ）を超えているので、中継増幅せずにブランチ局入力条件を満たしており、ブランチ回線Ｌ５ａ上には中継器なしに光伝送できることが示された。

次に中継アンプ２４ｂの入力パワー（図２の位置Ｐ２におけるパワー）について考える。なお、１Ｗの励起パワーを発出する励起光源３１ａを使用したものとする。
（ａ）励起光Ｒによるラマン増幅が行われない場合
中継アンプ入力パワーは、（ブランチ局３０からの光信号Ｄ２の送信出力パワー）−（ブランチ局３０から中継器２４までの光ファイバ伝送路の距離）×（光信号伝送時のファイバ損失）であるから、＋１３ｄＢｍ−（６０ｋｍ＋３０ｋｍ）×０．２１ｄＢ／ｋｍ＝−５．９ｄＢｍとなる。

（ｂ）励起光Ｒによるラマン増幅が行われる場合
最初に、ＥＤＦ４１ｃへ入射される折り返し励起光Ｒ１のゲインを求める。折り返し励起光Ｒ１のゲインは、（励起光パワー）−（ブランチ回線長）×（励起光伝送時のファイバ損失）−（分波器４１ａと合波器４１ｂによる損失）で求まり、“分波器４１ａと合波器４１ｂによる損失”を０．５ｄＢとすると、３０ｄＢ−６０ｋｍ×０．３ｄＢ−０．５ｄＢ＝１１．５ｄＢとなる。

ここで、励起光パワーの１Ｗをデシベルに換算して３０ｄＢｍとした。なお換算式は、ＹｄＢｍ＝１０×Ｌｏｇ₁₀（ＸｍＷ／１ｍＷ）である。例えば、１ｍＷならばＸ＝１として、Ｙ＝１０×Ｌｏｇ₁₀１＝１０×０＝０ｄＢｍ、２ｍＷならばＸ＝２として、Ｙ＝１０×Ｌｏｇ₁₀２＝１０×０．３０１・・・＝３ｄＢｍとなる。したがって、１ＷならばＹ＝１０×Ｌｏｇ₁₀（１／１０^-3）＝１０×Ｌｏｇ₁₀１０³＝３０ｄＢｍである。

次に折り返し励起光Ｒ１をＥＤＦ４１ｃに入射したときのＥＤＦ４１ｃのゲインを求める。図５は励起光パワー（ｍＷ）とＥＤＦのゲイン（ｄＢ）の関係を示す図である。横軸に励起光パワー（ｍＷ）、縦軸にＥＤＦのゲイン（ｄＢ）をとる。曲線Ｋ３は、光信号入力が０ｄＢｍで励起光波長１．４８μｍ帯のときの、励起光パワーに対するＥＤＦゲインを示している。

ここで、折り返し励起光Ｒ１のゲイン１１．５ｄＢをＷ単位に換算すると、１１．５ｄＢ＝１０×Ｌｏｇ₁₀（ＸｍＷ／１ｍＷ）であるから、１１．５／１０＝Ｌｏｇ₁₀（ＸｍＷ／１ｍＷ）⇔１０^11.5/10＝ＸｍＷ／１ｍＷとなり、Ｘ＝１ｍＷ×１４．１・・・＝１４ｍＷとなる。

図５の横軸の１４ｍＷに対応する縦軸の値を見ると、６．９ｄＢ程度となる。すなわち、１Ｗの励起光源３１ａを使用したときに、６０ｋｍの回線を流れた後の折り返し励起光Ｒ１によるＥＤＦ４１ｃのゲインは６．９ｄＢと求められた。

したがって、中継アンプ２４ｂの入力パワーは、（ブランチ局３０からの光信号Ｄ２の送信出力パワー）−（ブランチ局３０から中継器２４までの光ファイバ伝送路の距離）×（光信号伝送時のファイバ損失）＋（ＥＤＦ４１ｃのゲイン）であるから、ＥＤＦ４１ｃのゲインを６．０ｄＢとすると（条件を厳しくして６．９よりも小さい値とした）、＋１３ｄＢｍ−（６０ｋｍ＋３０ｋｍ）×０．２１ｄＢ／ｋｍ＋６．０ｄＢ＝０．１ｄＢｍとなる。図３の初期条件で示した中継器入力パワー（＋０．１ｄＢｍ）と同じ値であるので、中継増幅せずに中継アンプ入力条件を満たしており、ブランチ回線Ｌ５ｂ上には中継器なしに光伝送できることが示された。

以上説明したように、本発明によれば、ブランチ局３０に高出力の励起光源３１ａを配置して、受信信号光をラマン増幅し、さらに光分岐装置４０内のブランチ局３０からの送信側ラインにＥＤＦ４１ｃを配置して、励起光を装置内で折り返して、ＥＤＦ４１ｃに入射することにより、ブランチ局３０からの送信光信号パワーを増幅させる構成とした。

これにより、ブランチ回線Ｌ５の距離が、通常スパン長程度あっても、ブランチ回線Ｌ５に中継器を配置せずに、かつブランチ局３０への光信号入力パワーのレベルを下げずに、さらにブランチ局３０からの送信パワーを大きくすること無く、中継アンプ２４ｂへの光入力パワーレベルを保つことができる。

また、ブランチ局３０の入力光信号をラマン増幅させるための励起光及びブランチ局３０からの送信光信号パワーを光分岐装置４０内に配置したＥＤＦで増幅させるための励起光は共通化でき、その励起光源３１ａはブランチ局３０に配置するため、ブランチ回線Ｌ５に給電する必要が無く、経済的なシステムを構築することが可能になる。

本発明の光伝送システムの原理図である。ブランチ局と光分岐装置の構成を示す図である。初期条件として与える設定値を示す図である。励起光パワーとラマン増幅の関係を示す図である。励起光パワーとＥＤＦのゲインの関係を示す図である。従来の海底光伝送システムの構成を示す図である。従来の海底光伝送システムの構成を示す図である。回線障害が発生した場合の給電経路の切り替え状態を示す図である。

符号の説明

１光伝送システム
１１、１２端局
２１〜２８中継器
３０ブランチ局
３１−１、３１−２光励起部
４０光分岐装置
４１−１、４１−２光増幅部
４１ｃ増幅媒体
４２光分岐部
Ｌ１〜Ｌ４トランク回線
Ｌ５、Ｌ６ブランチ回線

Claims

光信号を分岐して、少なくとも３つ以上の局間で光信号の伝送を行う光伝送システムにおいて、
分岐された後の受信光信号が流れる光ファイバに励起光を入射して、光ファイバを増幅媒体とした光増幅を行う光励起部を含み、光分岐地点と無中継の光伝送を行うブランチ局と、
ブランチ局が発出し、回線上を流れてきた励起光を、ブランチ局からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体を励起させて、ブランチ局からの送信光信号のパワーを増幅する光増幅部と、ブランチ局から送信された光信号の分岐及び他局から送信された光信号の分岐を行う光分岐部と、から構成される光分岐装置と、
を有することを特徴とする光伝送システム。
光信号の伝送を行う光分岐装置において、
局が発出した回線上を流れてきた励起光を、局からの送信光信号が流れる対回線側へ折り返して、対回線上に設置した光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体を励起させて、局からの送信光信号のパワーを増幅する光増幅部と、
局から送信された光信号の分岐を行う光分岐部と、
を有することを特徴とする光分岐装置。
光信号の増幅を行う光増幅装置において、
局が発出した回線上を流れてきた励起光を、局からの送信光信号が流れる対回線側へ分波して励起光を折り返す分波器と、
対回線上に設置し、折り返された励起光と、局からの送信光信号とを合波する合波器と、
対回線上に設置し、前記合波器から出力された折り返し励起光を受けて、局からの送信光信号を励起してパワーを増幅する、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体と、
を有することを特徴とする光増幅装置。