JPH02252330A

JPH02252330A - 波長多重コヒーレント光伝送方式

Info

Publication number: JPH02252330A
Application number: JP1074248A
Authority: JP
Inventors: Kazunobu Suzuki; 和宣鈴木; Masataka Nakazawa; 正隆中沢; Yasuro Kimura; 康郎木村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1990-10-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」この発明は、小型にして高い利得を有するＥｒファイバ
光増幅器を用いた波長多重コヒーレント光伝送方式に関
する。「従来の技術」コヒーレント光伝送方式は、従来の直接変調方式に比べ
て受信感度が改善できるため伝送可能距離を伸ばすこと
ができるという利点がある。また、波長多重伝送を行う
ことにより１本の光ファイバで送れる伝送容量を拡大す
ることができる。第５図は従来の波長多重コヒーレント
光伝送方式による伝送システムの構成例を示したもので
ある。１１．１２，１３．１４はそれぞれ波長１．５３μｏ＋
、１．５４μｍ、１．５５μｍ、１．５６μｍに中心波
長のある周波数安定化光源、２１〜２４はそれぞれの光
源からの出力光を変調する光変調器、３０は光変調器２
１〜２４から出力される各波長の信号光を合波する合波
器、３！は伝送用光ファイバ、３７は伝送用光ファイバ
３Ｉを介して入力される波長多重化信号を各波長成分に
分離する分波器、５１〜５４は各受信信号光の波長に対
応し周波数安定化のなされた局発光源、６１〜６４は分
波器３７からの各信号光と局発光源５１〜５４からの局
発光とを合波する合波器、７１〜７４は光検出器、８１
〜８４はコヒーレント復調回路である。以下、この伝送システムの動作を説明する。波長の各々
異なる周波数安定化光源１１−１４の出力光は、各々光
変調器２１〜２４によって変調される。この場合の光変
調の方式としては、位相変調、周波数変調、振幅変調等
、使用する伝送方式にあわせて使用する。次に、光変調
された４波の信号光は、合波器３０を用いて１本の光フ
ァイバに結合され、波長多重化信号となる。そして、こ
の波長多重化信号は、伝送用光ファイバ３Ｉを介し、受
信側に伝送される。受信側では、分波器３７によって、
波長多重化信号が４つの波長成分に分離される。そして
、各波長の信号光と、それぞれ周波数安定化のなされた
局発光源５１〜５４の出力光とは、合波器６１〜６４に
よって合波され、合波器６１〜６４の出力光が光検出器
７１〜７４によって検出され、その後、コヒーレント復
調回路８１〜８４によって電気信号に復調される。この伝送方式を用いる場合の伝送可能距離は、波長多重
のための合分波器を含む光伝送路の光損失、送り出しレ
ベル、受光感度によって決まる。第５図の伝送方式を、海底光ケーブルを用いた国際通信
のような長距離システムに適用する場合、光中継器の数
を増やす必要があり、システムのコストが上昇してしま
うという問題があった。この問題を解決する方式として
、光増幅器を用いて波長多重化信号を増幅し、ダイナミ
ックレンジを拡大する方式がある。ここで、光増幅器と
しては、誘導ラマン散乱などの光フアイバ中の非線形光
学効果を用いたものがよく使われていた。第６図はその場合の構成を示したものである。同図において、３Ｉは伝送用光ファイバ、３２はラマン
増幅用光ファイバ、３３は励起用光源、３６は信号光と
励起光を合波する合波器である。この構成によれば、伝
送用光ファイバ３１からの波長多重化信号は合波器３６
を経て誘導ラマン増幅用光ファイバ３２へ入射する。こ
の誘導ラマン散乱増幅用光ファイバ３２は励起用光源３
３によって励起され、波長多重化信号の増幅が行われる
。ここで、波長１．５５μｍ帯の信号を増幅する場合は励
起光の波長として１．４５μｍ付近が用いられる。「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した第６図の方式を採用する場合、ラマ
ン増幅用光ファイバで数ｄＢの利得を得るためには、低
損失かつコアのスポットサイズの小さな特殊な光ファイ
バを数１００ｉ以上必要とし、かつ、２００ｍＷ以上の
励起入力を必要とする。このため、半導体レーザを励起
光源とすることが非常に困難であるという問題があった
。この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、
光伝送路の光損失により制限されていたコヒーレント光
通信の伝送可能距離の制限、および従来の光増幅器で困
難とされていた増幅媒体の小型化、励起入力の低減方式
に関する問題点を解決し、伝送距離、伝送容量を拡大し
た波長多重コヒーレント光伝送方式を提供することを目
的としている。「課題を解決するための手段」上記課題を解決するため、第１の発明は、波長１．５３
μｍ〜１．６０μｍに対応する周波数範囲にそのキャリ
ア周波数が存在する数個の信号光を、合波手段を用いて
一本の光ファイバに結合して伝送し、該光ファイバによ
って伝送された信号光を波長選択手段を用いて各信号光
成分に分離し、コヒーレント光検出を行うコヒーレント
光通信方式前記合波手段と光ファイバの間もしくは光フ
ァイバと波長選択子・段との間に、（ａ）波長１．４０μｍ〜１．５０μｍの範囲に発振波
長を有する半導体レーザ、および（ｂ）該半導体レーザの出力光によって励起される希土
類元素Ｅｒ（エルビウム）を添加した単一モード光ファ
イバ　からなる光増幅器を挿入し、該光増幅器に入力さ
れる波長多重化された信号光を一括して増幅するように
したことを特徴としている。また、第２の発明は、前記光増幅器を伝送路中に複数個
挿入することを特徴としている。〈従来の技術との差異〉従来の技術では、伝送可能距離が光ファイＩくの損失、
信号送り出しレベル、受光感度で決められていたが、本
発明は、光増幅器を伝送路中に挿入することにより伝送
可能距離の拡大を図ることができる点が異なる。また、
従来の技術において、誘導ラマン散乱などの光フアイバ
中の非線形光学効果を用いた光増幅の方式と異なり、本
発明は光ファイバのコア部にＥｒを添加し、波長！、５
３μＩＩＩ〜１．５６μＩの帯域内で波長多重化したコ
ヒーレント光信号を増幅できるレーザ媒質をあらかじめ
形成しておく点が本質的に異なる。「作用」上記第１および第２の発明によれば、波長ｌ。５３μｍ〜１．５６μｌの帯域内で波長多重化したコヒ
ーレント光信号がＥｒ添加した光ファイバにおいて一括
して増幅される。従って、前記コヒーレント光の伝送可
能距離を延ばすことができる。誘導ラマン散乱を用いた光増幅の場合には、ファイバ基
が数１００ｍ以上必要であり、励起光入力も２ＱＯｎ＋
Ｗ以上必要であるのに対し、Ｅｒファイバを用いた光増
幅の場合には、数ｍの長さでかつｌ００ａ＋Ｗ以下の励
起光入力に対してｔＯｄＢ程度の高い利得が得られる。「実施例」以下、図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

【実施例１】第１図はこの発明の第１の実施例を説明する図であって
、ｌｌａ、１２ａ、ｆ３ａ、１４ａ、１５ａ。１６ａ　、ｌ　７ａは、それぞれ波長１．５３０μｎ、
ｌ。５３５μｍ、１．５４０μｍ、１．５４５μｍ、１．５
５０μｍ、１．５５５μｍ、１．５６０μ麿に中心波長
のある周波数安定化光源、２１ａ〜２７ａは各光源１１
ａ−１７ａの出力光を変調する光変調器、３０ａは光変
調器１１ａ＝１７ａから出力される各波長の信号光を合
波する合波器、３！は合波器３０ａから出力される波長
多重化信号光を伝送する伝送用光ファイバ、３４はＥｒ
添加光フアイバ増幅器、３５はＥｒ添加光フアイバ増幅
器３４に励起光を供給する励起用光源、３６は伝送用光
ファイバ３１から得られる波長多重化信号光と励起光を
合波する合波器、３７ａはＥｒ添加光フアイバ増幅器３
４によって増幅された波長多重化信号を各波長成分に分
離する分波器、４１〜４７は各々所定の信号波長のみを
透過するフィルタ、５１ａ〜５７ａは各受信信号光の波
長に対応し周波数安定化のなされた局発光源、６Ｌａ〜
６７ａは、フィルタ４１〜４７を介して得られる信号光
と、局発光源５１ａ〜５７ａから出力される局発光とを
、各々合波する合波器、７１．ａ〜７７ａは光検出器、
８■ａ〜８７ａはコヒーレント復調回路である。この伝送システムにおいて、合波器３６としては、波長
ｌ、５３〜１．５６μｍの信号光と波長１゜４０〜１，
５０μｍの励起光が合波できるものを用いる。例えば、
ファイバ型合分波器、グイクロイッタフィルターを使用
した分波器が使用できる。また、Ｅｒ光フアイバ増幅器３４として、Ｅｒａ度１０
００ｐｐｓ＋１長さ１０ｍのＥｒ　ドープ光ファイバを
用いると１ｏＯｉＷの励起光入力に対して、１５ｄＢ以
上の利得が容易に得られる。以下、この伝送システムの動作を説明する。周波数安定
化光源１１ａ＝１７ａの出力光は、各々光変調器２１ａ
〜２７ａによって変調される。そして、光変調された７
波の信号光は、合波器３０ａによって１本の光ファイバ
に結合され、波長多重化信号光となる。さらに、この信
号光は伝送用光ファイバ３１を介し、受信側に伝送され
る。ここで、受信側には、光ファイバ３１の光損失によ
り減衰を受けた信号光が到達する。この信号光は合波器
３６を通じてＥｒ光フアイバ増幅器３４に入射する。そして、Ｅｒ光フアイバ増幅器３４は、１．４０〜１．
５０μｌに発振波長を有するＩｎＧａＡｓＰ半導体レー
ザを用いた励起用光源３５の出力光が合波器３６を通じ
て結合し、励起されることにより増幅動作する。Ｅｒ増幅器３４により増幅された信号光は分波器３７で
７つの波長成分に分離され、さらにフィルタ４１〜４７
を通過する。各波長の信号光は、それぞれ周波数安定化
のなされた局発光源５１ａ〜５７ａの出力光と合波器６
１ａ〜６７ａにおいて各々合波し、光検出器７１ａ〜７
７ａで検出される。その後、コヒーレント復調回路８１
ａ〜８７ａで電気信号に復調される。Ｅｒ光フアイバ増幅器３４の利得が１５ｄ　Ｂ得られた
場合、光検出器への入力信号光レベルが増加するために
、伝送可能距離を延長することができる。波長１．５５
μｍ帯における石英系光ファイバの損失として０．２ｄ
Ｂ／ｋｍ程度のものが得られるため、伝送可能距離は７
５ｋｍ＋延長できることがわかる。第２図に、Ｅｒ光フアイバ増幅器の利得の信号波長依存
性を示す。増幅器として、Ｅｒ濃度１１０００ｐｐ、長
さｌＯｍのＥｒ　ドープ光ファイバを用いると１００ｏ
＋Ｗの励起光入力に対して、■。５３μａ＋から１．５６μｍの波長範囲で１０ｄＢ以上
の利得が得られている。誘導ラマン散乱を用いて５ｄＢ
程度の利得を得ようとすると、光損失が小さく、スポッ
トサイズが小さいファイバが１〜２０ｋｇ＋程度必要で
あり、励起入力として２０（ｌａＷ以上必要であるのに
対して、Ｅｒ光フアイバ増幅器を用いることにより増幅
部の構成を大幅に小型化できる効果がある。さらに、利
得帯域幅が比較的広いため波長多重の数を増やすことが
可能である。例えば、波長間隔を２ｎｍに設定し、各々
の信号を５Ｇｂ／ｓで変調するとすれば、Ｅ「光フアイ
バ増幅器の帯域内に４０波多重して伝送できるので、１
本の光ファイバで合計２００Ｇｂ／ｓの情報を送ること
ができる。

【実施例２］第３図は、本発明の第２の実施例を説明する図であって
、第１図と同一の符号を付した部分は、第１図と同一の
ものを示す。この伝送システムを動作させる場合、波長１゜５３０μ
ａ＋、１．５３５μｍ、１．５４０μｍ、１．５４５μ
ｍ、１．５５０μｍ、１．５５５μｍ、１．５６０μｍ
に中心波長のある周波数安定化光源１１ａ〜１７ａの出
力光を光変調器２１ａ〜２７ａで変調し、これらの変調
信号を合波器３０ａで合波し波長多重化信号を作る。つ
ぎに、この信号をＥｒ光フアイバ増幅器３４で増幅する
。Ｅｒ光フアイバ増幅器３４は、発振波長が１．４μｍ
〜１．５μｍの半導体レーザを用いた励起用光源３５の
出力を合波器３６を通じて結合することにより増幅動作
を行う。通常のＤＦＢレーザを用いた周波数安定化光源
ＩＩＩＩＷ程度の出力しか得られないが、Ｅｒ光フアイ
バ増幅器３４で増幅することにより１波当たり数ｍＷの
出力を得ることが可能である。実際には増幅器３４め出
力で、１波当たり１０ｍＷ程度の出力が容易に得られる
が、伝送用光フアイバ３！内で誘導プリルアン散乱が発
生するために伝送可能な出力は制限される。光フアイバ
増幅器３４の出力ｌ波当たりで５＋ｎＷの出力が得られ
るとき、伝送用光ファイバ３Ｉの入力光レベルで７ｄＢ
改善できる。この改善量は伝送用光ファイバの損失を０
．２ｄＢ／ｋＩ１１としたとき３５ｋｍの伝送可能距離
の拡大に相当する。光ファイバ３１の受信端では、信号
光を分波器３７ａで７つの波長成分に分離し、それぞれ
の波長成分について局発光源５１ａ〜５７ａの出力光と
、合波器６１〜６７によって各々合波し、光検出器７１
〜７７で検出し、その後コヒーレント復調回路８１〜８
７で電気信号に復調する。本実施例に示した方式では、伝送用光フアイバ３１内を
信号光とＥｒ添加光フアイバ内で吸収されない励起光の
一部が伝搬するが、波長１．４〜１．５μｍの励起光波
長における光ファイバ３１の損失が信号光波長の損失値
に比べて０．０５ｄＢ／ｋｍ程度大きいため、２００ｋ
ｍ伝送後には１０ｄＢの損失値の差が生じる。そのため
、受光側では、励起光のパワーは、信号光と同等もしく
はそれ以下となり、分波器３７ａからもれる励起光成分
を非常に小さくすることができ、受信感度の劣化を避け
ることができる。【実施例３】第４図は、本発明の第３の実施例を示す図であって、第
１図と同じ記号のものは第１の実施例と同じものを示す
。第４図において、３１ａおよび３１ｂは伝送用光ファ
イバを示す。この伝送システムを動作させる場合、まず第１の実施例
と同様な方式で波長多重化信号光を作り、伝送用光フア
イバ３１ａ中を伝搬させる。伝送用光ファイバ３１ａを
伝搬する間に光損失のために減衰した信号光を、Ｅｒ添
加光ファイノ（３４、励起用光源３５、合波器３６で構
成される光増幅器を用いて増幅する。この光増幅器は１
５ｄＢ程度の利得は比較的小さな励起光入力に対゛して
容易に得られるため、この増幅器を１段もしくは複数段
使用することにより、伝送用光ファイノ＜３１ａで減衰
した信号レベルを送信時レベルに回復することができる
。この増幅した信号を次の伝送用光フアイバ３Ｉｂ中を
伝搬させ、受信端で各波長成分に分離したうえ、コヒー
レント光検波及び復調を行う。このような構成となっているため、伝送用光ファイバの
損失により決められていたコヒーレント光伝送方式の伝
送可能距離は３Ｒ中継器の間に光増幅器を挿入すること
により大幅に延長することが出来る。「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、波長Ｉ。４〜１．５μｍに発振波長を有する半導体レーザで励振
を行うＥｒ光フアイバ増幅器を伝送路中に挿入すること
により、波長多重化したコヒーレント光信号を一括して
増幅するようにしたので、波長多重コヒーレント光伝送
のダイナミックレンジを大幅に拡大できるという利点を
有する。また、本発明における光フアイバ増幅器は、比
較的小出力の半導体レーザを励起に用い、増幅用光フア
イバ内に反転分布をつくって増幅を行うという原理に基
づいているため、高利得でしかも小型の増幅器を構成で
きるという利点がある。Ｅｒ光フアイバ増幅器は、１．
５３μｍ”１．５６μｍの波長で利得をもつため、同時
に送ることのできる波長の種類数を従来の技術に比べて
大幅に増やすことができる。さらに、本発明の技術は、長距離大容量通信のみならず
ＣＡＴＶ等の多チヤンネル通信への応用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による波長多重コヒーレ
ント光伝送方式を適用した伝送システムのブロック図、
第２図は同実施例におけるＥｒ光フアイバ増幅器の増幅
度の波長依存性を示す図、第３図は本発明の第２の実施
例による伝送システムのブロック図、第４図は本発明の
第３の実施例による伝送システムのブロック図、第５図
は従来の波長多重コヒーレント伝送方式を説明する図、
第６図は誘導ラマン散乱を用いた光増幅器の構成を説明
する図である。１１ａ＝１７ａ・・・・・・周波数安定化光源、２１ａ
〜２７ａ・・・・・・光変調器、３Ｑａ・・・・・・合
波器、３１゜３１ａ　、３　ｌｂ・・・・・・伝送用光
ファイバ、３４・・・・・・波長多重信号光増幅用Ｅｒ
添加光フアイバ増幅器、３５・・・・・・Ｅｒファイバ
増幅器励起用光源、３６・・・・・・波長多重信号光と
励起用光源を合波する合波器、３７ａ・・・・・・波長
多重化信号を各波長成分に分離する分波器、４１ａ〜４
７ａ・・・・・・各々の信号波長のみを透過するフィル
タ、５１ａ〜５７ａ・・・・・・各々の信号光波長に対
する周波数安定化した局発光源、６１ａ〜６７ａ・・・
・・・信号光と局発光を合波する合波器、７１ａ〜７７
ａ・・・・・・光検出器、８１ａ〜８７ａ・・・・・・
コヒーレント復調回路。出願人　　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長１．５３μｍ〜１．６０μｍに対応する周波
数範囲にそのキャリア周波数が存在する数個の信号光を
、合波手段を用いて一本の光ファイバに結合して伝送し
、該光ファイバによって伝送された信号光を波長選択手
段を用いて各信号光成分に分離し、コヒーレント光検出
を行うコヒーレント光通信方式において、前記合波手段と光ファイバの間もしくは光ファイバと波
長選択手段との間に、（ａ）波長１．４０μｍ〜１．５０μｍの範囲に発振波
長を有する半導体レーザ、および（ｂ）該半導体レーザの出力光によって励起される希土
類元素Ｅｒを添加した単一モード光ファイバからなる光
増幅器を挿入し、該光増幅器に入力される波長多重化された信号光を一括
して増幅するようにしたことを特徴とする波長多重コヒ
ーレント光伝送方式。
（２）前記光増幅器を伝送路中に複数個挿入することを
特徴とする請求項第１記載の波長多重コヒーレント光伝
送方式。