JPH02282226A - 光分岐損失補償方式 - Google Patents

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） 本発明は、１ｘＮ光スターカプラを用いたスタ・バス形
式の光ファイバ伝送系に適用される光分岐損失補償方式
に関するものである。

（従来の技術） 第２図は、ｌｘＮ光スターカプラを用いたスター・バス
形式の光ファイバ伝送系の基本構成を示す図である。第
２図において、１は電話局ＴＥＸに配置された光送受信
器、２はき線点ＦＤＰに配置された１ｘＮ光スターカブ
ラ、３−１〜３−Ｎは各加入者ＳＵＢに配置された光送
受信器である。

ｌｘＮ光スターカブラ２は、電話局ＴＥＸ側のポート数
か１、加入者ＳＵＢ側のポート数がＮであり、電話局Ｔ
ＥＸの光送受信器１とは１本の光ファイバ４により接続
され、Ｎ個の各ポートは各加入者ＳＵＢの光送受信器３
−１〜３−ＮとＮ本の光ファイバ５−１〜５−Ｎにより
それぞれ接続されている。また、送受信される信号光の
波長はλ０である。

このような構成において、電話局ＴＥＸの光送受信器１
から送出された信号光は、光ファイバ４を伝搬された後
、光スターカプラ２に入射され、Ｎ分岐される。これら
Ｎ分岐された各信号光は、光ファイバ５−１〜５−Ｎを
それぞれ伝搬されて、加入者ＳＵＢ側の各光送受信器３
−１〜３−Ｎにて受信される。

一方、加入者ＳＵＢの光送受信器３−１〜３Ｎから送出
された信号光は、上記とは逆の紅路を伝送される。即ち
、各光ファイバ５−１〜５−Ｎを伝搬された後、光スタ
ーカップラ２に入射され、合流される。合流された信号
光は、光ファイバ４を伝搬されて、電話局ＴＥＸの光送
受信器１にて受信される。なお、このとき、合流される
各信号光は、光ファイバ４を伝搬中に互いに衝突しない
ように、例えば、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式が適
用される。

このように、光スターカプラを用いたスタバス形式の光
ファイバ伝送系は、同一信号光を複数の加入者ＳＵＢに
同時に分配できるため、ＣＡＴＶのような放送型の光通
信網に適している。また、必要とする光ファイバ４の長
さを節約でき、光加入者系、光ＬＡＮといった光通信分
野への適用を１」指して、活発な研究が行なわれている
。

しかし、この構成において避けられない問題は、光スタ
ーカプラ２にてＮ分岐されると、信号光の光電力もＮ分
の１になるということである。即ち、光スターカプラ２
は、信号光をＮ分岐すると同時に、１０・ｌｏｇ（Ｎ）
　（ｄＢ）の光分岐損失を与える。これは、光ファイバ
１　ｋｍ当たりの損失を１ｄＢとしたときには、伝送距
離が１０・ｌｏｇ（Ｎ）ｋｒｎ短くなることを示してい
る。

この問題の良好な解決策は、第２図の構成において、信
号光の光損失を補償し得る光増幅器を、伝送路に挿入す
る、いわゆる光分岐損失補償方式を採用することである
。

従来、この光分岐損失補償方式に適用可能な光増幅器と
しては、半導体光増幅器、ファイバラマン増幅器、ファ
イバブリリアン増幅器等があった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記各光増幅器は、どちらかというと長
距離大容量光伝送用、即ち、光中継系向きであり、高密
度実装及び低コスト化が必須の光加入者系には不向きで
あった。

例えば、半導体光増幅器は、小型に構成できるという利
点を有するものの、励起は電気（電流）であり、かつ、
偏波依存性を有し、さらには、光ファイバとの結合損失
が大きいといった問題点があった。従って、例えば、先
任送路途中に給電回路を設けたくない場合には、光増幅
器は各光受信器に個別に設ける必要があり（光増幅器は
入力光強度が大きいと飽和するため、光送信器に設置し
ても増幅効果はない）、また、偏波保持用の特殊な光回
路が必要であり、これては、部品点数の増加を招き、ひ
いてはシステムのコス］・高を招くという欠点があった
。

一方、ファイバラマン増幅器やファイバブリリアン増幅
器は、励起は光パワーであり、光ファイバ型の増幅器で
あるために、光ファイバとの接続損失が小さいといった
利点を有するものの、分布型の光ファイバ増幅器である
ため、光ファイバ長を長めに設定する必要がある。また
、偏波依存性を有するので、偏波保持用の特殊な回路が
必要となり、小型化が困難であり、実装密度の低下並び
にコスト増を招くという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、高密度実装を実現し得る小型にして簡易な構
成にて光損失を補償でき、しかも、光ファイバ伝送系の
システムコストの低減をも図れる光分岐損失補償方式を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、一方のポート数
が１、他方のポート数がＮ　（Ｎ＝２．３゜・・・）で
ある光スターカプラを用いたスター・バス形式の光ファ
イバ伝送系の光分岐損失補償方式において、前記一方の
ポート側に、入射される励起光強度に応じてポートにお
ける大川射光を増幅する希土類元素添加光ファイバ増幅
器を接続した。

（作　用） 本発明によれば、光ファイバ伝送路を伝搬され、この光
ファイバを伝搬するに伴い、一定の減衰作用を受けた信
号光は、次に、希土類元素添加光ファイバ増幅器に入射
される。

このとき、励起光が所定の強度をもって希土類元素添加
光ファイバ増幅器に入射されていると、励起光は希土類
元素添加光ファイバ増幅器を伝搬中に光ファイバに添加
されている希土類元素を励起する。これに伴い、信号光
は所定の利得をもって増幅されて、低下した強度が回復
される。

このように、増幅作用を受けた信号光は、希土類元素添
加光ファイバ増幅器を出射後、光スタカプラの一方側の
１個のポートに入射され、ここでＮ分岐される。このと
き、信号光は光分岐損失を受けることになるが、信号光
は希土類添加光ファイバ増幅器を通過中に増幅作用を受
けているため、この光分岐損失は、以後の信号光の伝送
への影響を与えることはく、補償されている。

次に、これらＮ分岐された各信号光は、他方側のＮ個の
各ポートよりそれぞれ出射され、次段のＮ本の光ファイ
バ伝送路をそれぞれ伝搬される。

一方、Ｎ本の光ファイバ伝送路を伝搬されてきた信号光
は、上記とは逆の経路を伝送され、光スターカプラにて
合流された後、１本の光ファイバ伝送路を伝搬される。

（実施例） 第コー図は、本発明に係る光分岐損失補償方式を採用し
た光ファイバ伝送系の第１の実施例を示す構成図であっ
て、基本構成を示す第２図と同一構成部分は同一符号を
もって表す。即ち、ＴＥＸは電話局、ＦＤＰはき線点、
ＳＵＢは加入者、１は電話局ＴＥＸに配置された光送受
信器、２はき線点ＦＤＰに配置されたｌｘＮ光スターカ
プラ、３１〜３−Ｎは各加入者ＳＵＢに配置された光送
受信器、４は電話局ＴＥＸの光送受信器１と光スターカ
プラ２が配置された、き線点ＦＤＰ間を接続した光ファ
イバ、５−１〜５−Ｎは光スターカプラ２の加入者ＳＵ
Ｂ側のＮ個の各ポートと各加入者ＳＵＢの光送受信器３
−１〜３−Ｎとを接続した光ファイバである。また、送
受信される信号光の波長λ。は、１．５３〜１．５６μ
ｍである。

６は電話局ＴＥＸに配置された励起光源で、例えば、発
振波長１．４８μｍ（Ａ１）の半導体レザからなり、無
変調光（直流光）である励起光を所定の強度（数十ｍＷ
）で出射する。

７は光ファイバで、励起光源６から出射された励起光が
伝搬される。

８は光合波器で、き線点ＦＤＰにおいて光ファイバ４を
伝搬された信号光と光ファイバ７を伝搬された励起光と
を合波する。

９は希土類元素添加光ファイバ増幅器（以下、光ファイ
バ増幅器という）で、光ファイバに希土類元素、例えば
エルビウム（以下、Ｅｒと表記する）を所定の濃度で添
加して構成されている。この光ファイバ増幅器９は、光
合波器８の合波光ｄ１射側に接続されており、励起光が
所定の強度で入射されていると信号光を所定の利得（〜
２５　ｄ　Ｂ）をもって増幅し、その長さは、数ｍ〜数
十ｍに設定される。

なお、利得のある波長或は、光ファイバに添加した希土
類元素がＥｒの場合、信号光の波長λ。

は１．５３〜１．５６μｍ（励起光の波長λ１は、〜１
，４８μｍ）に制限され、また、利得の大きさにも制限
があり、ある一定レベル（平均値換算で決まる）の光強
度で励起光が入射されると利得が飽和する。（文献：　
Ｋ、ｌ（ａｇｊｍｏｔｏ、　ｅｔ、　ａｌ、”Ａ２１２
１ｖ　Ｎ０Ｎ−ＲＥＰＥＡＴＢＤ　ＴＲＡＮＳＭＩＳＳ
ＩＯＮ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴ　１．８Ｇｂ／ｓ　
ＬＩＳＩＮＧ　ＬＤ　ＰＵＭＰＥＤ　Ｅｒ　””−ＤＯ
ＰＥＤ　ｌコｌ　Ｉ３　Ｅ　ｌ？ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ８
ＩＮ　ＡＮ　ＩＮＤＩＲＩＥｃＴ−ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ
　ＲＥＰＥＡＴＥＲＳＹＳＴＥＭ　　　、　ＯＦＣ’　
　ｌ１ｔ９　Ｐｏ５ｔ、Ｄｅａｄｌｉｎｅ　Ｐａｐｅｒ
、ＰＤｌ、５−１　　参照）。

１０は励起光除去用フィルタで、光ファイバ増幅器９と
光スターカプラ２の電話局ＴＥＸ側の１個のポート間に
接続されており、信号光は透過させ、励起光は遮断する
。

なお、光ファイバ４及び光ファイバ５−１〜５−Ｎの長
さは、通常のこの種のスター・バス形式の光ファイバ伝
送系と同様に、光ファイバの節約のため、大部分を加入
者ＳＵＢで共用する光ファイバ４で占めるようにし、一
方、加入者ＳＵＢ個別の光ファイバ５−１〜５−Ｎは短
くシ、光ファイバ５−１〜５−Ｈによる信号光の受ける
光損失を無視できるように設定しである。

次に、上記構成による動作を説明する。

電話局ＴＥＸの光送受信器１から送出された信号光は、
光ファイバ４を伝搬される。このとき信号光は、光ファ
イバ４を伝搬するに伴い、一定の減衰作用を受けて、き
線点ＦＤ、Ｐに到達する。

方、励起光源６から所定の強度をもって出射された励起
光は、光ファイバ７を伝搬されて、き線点ＦＤＰに到達
する。

このようにして、き線点ＦＤＰに到達した信号光と励起
光は、光合波器８に入射されて合波され、この合波光は
、光ファイバ増幅器９に入射される。

これにより、光ファイバ増幅器９に入射された合波光の
うち、励起光によりＥｒが励起され、これに伴い信号光
は所定の利得をもって増幅される。

次いで、増幅作用を受けた信号光と励起光は、フィルタ
１０に入射され、信号光はそのまま透過し、励起光は遮
断される。フィルタ１０を透過した信号光は、光スター
カプラ２の電話局ＴＥＸ側の１個のポートに入射され、
ここでＮ分岐される。

このとき信号光は、光分岐損失を受けるが、後記する理
由により、この光分岐損失は補償されている。

次に、これらＮ分岐された各信号光は、各光ファイバ５
−１〜５−Ｎを伝搬されて、加入者ＳＵＢ側の各光送受
信器３−１〜３−Ｎにて受信される。

一方、加入者ＳＵＢの光送受信器３−１〜３−Ｎから送
出された信号光は、上記とは逆の経路を伝送される。な
お、このとき、合流される各信号光は、光ファイバ４を
伝搬中に互いに衝突しないように、例えば、ＴＤＭＡ　
（時分割多元接続）方式が適用される。

次に、第１図の構成において、希土類元素添加光ファイ
バ増幅器９の有無による、光ファイバ４の適用距離と光
分岐数との関係を説明する。

ここで、光送受信器１からの信号光の光出力電力をＰｓ
ｏ（ｄＢｍ）、一方、所要品質を満足する加入者ＳＵＢ
側の光送受信器３−１〜３−Ｎにおける最小受光電力を
Ｐ＋＋ｏ（ｄＢｍ）、光ファイバ４により信号光が受け
る損失をＬ４　（ｄＢ）、光ファイバ５（１〜Ｎ）によ
り信号光が受ける損失をＬ５　　（〜０）、光ファイバ
増幅器９の最大利得をＧ（〜２５　ｄ　Ｂ）とすると、
光ファイバ増幅器９が無い場合には下記（３）式のよう
に、一方、光ファイバ増幅器９を構成に付加した場合に
は、下記（７）及び（８）式のように表すことができ１
す る。但し、下記（１）〜（８）式は全てｒｄＢ表示」で
表した式である。

（光ファイバ増幅器無し） （ＰＳＯＬ４　）　　１０・ｌｏｇ（Ｎ）　　Ｌｓ≧Ｐ
ＲＯ・・　（１） Ｌ５〜０（ｄＢ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・　（２）適用距離子　　分岐数（Ｎ）≦［Ｐ
　ｓｏ　　Ｐ　ＲＯ］［Ｌ２換算］　　［１［１・ｌｏ
ｇ（Ｎ）換算］（光ファイバ増幅器官り） （Ｐ　ｓｏ　　Ｌ　４　）　十Ｇ　　１０・ｌｏｇ（Ｎ
）Ｌ、　≧ＰＲＯ ・・・　（４） Ｌ、〜０（ｄＢ） 但し、最大値、 ［（ＰＳＯＬ４　）　＋Ｇ］　−Ｐｓ。

・・　（５） 適用距離　十　分岐数（Ｎ）≦［ＰＳＯＰＲＯ］　＋Ｇ
［Ｌ４換算］　　［１０・ｌｏｇ（Ｎ）換算］分岐数（
Ｎ）　　≦［Ｐ　ｓｏ　　Ｐ　ＲＯ］　　　　−（８）
［１０・ｌ　ｏｇ　（Ｎ）換算］ なお、上記（６）式は、光ファイバ増幅器９の増幅効果
に飽和限界があることを表している。即ち、光ファイバ
増幅器９の出力は、ＰＳＯで飽和することを示している
。

第３図は、上記（１）式から（８）式に基づく適用距離
と光分岐数（Ｎ）との関係を示す図である。第３図にお
いて、横軸は光ファイバ４の損失Ｌ４　　（ｄＢ）換算
での適用距離を、縦軸は光分岐損失１０−１０ｇ（Ｎ）
（ｄＢ　）換算での光分岐数（Ｎ）をそれぞれ示してい
る。また、■で示す領域が光ファイバ増幅器９を付加し
無い場合の使用可能領域、■で示す領域が光ファイバ増
幅器９を付加したことにより拡大した使用可能領域であ
る。

第３図から分かるように、光ファイバ増幅器９を、光フ
ァイバ伝送系に付加した場合には、付加し無い場合に比
べて、適用距離及び分岐数の使用可能領域は拡大（■−
■＋■）している。

なお、第１図の構成においては、加入者ＳＵＢ側から電
話局ＴＥＸへの信号光に対しても、上記したような効果
が得られる。

例えば、光スターカプラとして、光分布結合型単一モー
ド光スターカプラを用いたスター・バス形式の単一モー
ド光ファイバ伝送系の場合、加入者ＳＵＢから電話局Ｔ
ＥＸへの信号光は、電話局ＴＥＸから加入者ＳＵＢへの
信号光と同様に、光スターカプラ２により、ＩｃＩ・ｌ
ｏｇ（Ｎ）　（ｄＢ）の光分岐損失を受けるか、光ファ
イバ増幅器９により受けた光分岐損失のうちＧ（ｄＢ）
を回復することかできる。但し、１０・＋ｏｇ（Ｎ）≦
Ｇの場合には、光ファイバ増幅器９が飽和状態となるた
めに、受けた光分岐損失を回復することかできる。

以上のように、木筆１の実施例によれば、］ＸＮ光スタ
ーカプラ２を用いた光ファイバ伝送系において、光スタ
ーカプラ２のボート数１のボート側に励起光の入射状態
に応じて、信号光の増幅を行なう希土類元素添加光ファ
イバ増幅器９を接続したので、光ファイバ伝送路の光損
失による強度の低下並びに光スターカプラ２による光分
岐損失（１０・ｌｏｇ（Ｎ））を補償することができ、
また、雑音特性か良いため、良好な光通信を実現できる
。

さらに、希土類元素添加光ファイバ増幅器９は、伝送路
用光ファイバ４と同様の構造パラメータに設定できるた
め、伝送路用光ファイバとの結合損失を小さくすること
ができる。さらにまた、偏波依存がないため偏波保持用
の特殊な光回路が不要であり、しかも、短い光ファイバ
長で使用できるため、小型にして簡易な構成にて信号光
の光損失に対する補償を行ない得る光ファイバ伝送系を
実現できる。

なお、木筆１の実施例では、光ファイバに添加する希土
類元素としてＥｒ　　（エルビウム）を例にとり説明し
たが、これに限定されるものではなく、他の希土類元素
を添加した光ファイバ増幅器を用いても、上記したと同
様の効果を得られることはいうまでもない。この場合、
添加する希土類元素に応じて、励起光の波長は適宜選択
される。

また、信号光と励起光を合波する合波手段としては、光
合波器８に代えて、光カプラを用いても勿論良い。

第４図は、本発明に係る光分岐損失補償方式を採用した
光ファイバ伝送系の第２の実施例を示す構成図である。

木筆２の実施例と前記第１の実施例の異なる点は、第１
の実施例では、信号光を光ファイバ４を伝搬させるとと
もに、励起光を光ファイバ７を伝搬させ、き線点ＦＤＰ
に配置した光合波器８にて信号光と励起光とを合波し、
先ファイバ増幅器９に入射させるように構成したのに対
して、以下のように構成したことにある。

即ち、木筆２の実施例においては、光波長分割多重方式
を採用し、光合波器８ａを電話局ＴＥＸに配置すること
により、励起光源６による励起光と光送受信器１による
信号光を光合波器８ａにて合波した後に、この合波光を
光ファイバ４を伝搬させ、光ファイバ増幅器９に入射さ
せるように構成している。

このような構成にすることにより、前記第１の実施例の
効果に加えて、電話局ＴＥＸと光メタカブ９２間を結ぶ
光ファイバを１本に集約することができ、光ファイバ伝
送系のコストの低減を図ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、一方のポーｌ・
数が］、他方のボート数かＮ　（Ｎ＝２．３゜・・）で
ある光スターカプラの１個のボート側に、入射される励
起光強度に応じてボートにおける入山射光を増幅する希
土類元素添加光ファイバ増幅器を接続したので、光ファ
イバ伝送路の光損失による強度の低下並びに光スターカ
プラによる光分岐損失を補償することができ、また、雑
音特性が良いため、良好な光通信を実現できる。

さらに、希土類添加光ファイバ増幅器は、伝送路用光フ
ァイバと同様の構造パラメータに設定できるため、伝送
路用光ファイバとの結合損失を小さくすることができる
。さらにまた、偏波依存がないため偏波保持用の特殊な
光回路が不要であり、しかも、短い光ファイバ長で使用
できるため、小型にして簡易な構成にて信号光の光損失
に対する補償を行なえ、しかもコストの低減をも図れる
光］　８ 分岐損失補償方式を提供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光分岐損失補償方式を採用した光
ファイバ伝送系の第１の実施例を示す構成図、第２図は
ｌｘＮ光スターカプラを用いたスター・バス形式の光フ
ァイバ伝送系の基本構成を示す図、第３図は本発明に係
る適用距離と光分岐数との関係を示す図、第４図は本発
明に係る光分岐損失補償方式を採用した光ファイバ伝送
系の第２の実施例を示す構成図である。 図中、１・・・電話局ＴＥＸ側光送受信器、２・・・光
スターカプラ、３−１〜Ｂ−Ｎ・・加入者ＳＵＢ側光送
受信器、４．５−１〜５−Ｎ・・・伝送路用光ファイバ
、６・・・励起光源、７・・・励起光用光ファイバ、８
．８ａ・・・光合波器、９・・・Ｅｒ　　（希土類元素
）添加光ファイバ増幅器、１０・・・励起光除去用フィ
ルタ。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　　吉　　口１　　精　　孝１　つ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方のポート数が１、他方のポート数がＮ（Ｎ＝２、３
   、・・・）である光スターカプラを用いたスター・バス
   形式の光ファイバ伝送系の光分岐損失補償方式において
   、 前記一方のポート側に、入射される励起光強度に応じて
   ポートにおける入出射光を増幅する希土類元素添加光フ
   ァイバ増幅器を接続した ことを特徴とする光分岐損失補償方式。