JPH0354530A - 光中継器及びそれを使った光伝送路網 - 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Ｊ 本発明は、光伝送路網に利用され、伝送される光信号を
増幅する光中継器およびそれを使った光伝送路網に関す
る． 「従来の技術」 例えば海底光ファイバーケーブルを使った従来の海底中
継伝送路網では、長距離伝送のために減衰した光信号を
増幅する海底光中継器を必要とする．第１図は、従来の
光伝送路網に使われる海底光中継器の構戒を示すブロッ
ク図である．図において、海底光ケーブル５１は光信号
を伝送する光ファイバ５２と、中継処理に必要な電力を
供給する給電線５７により構威される．海底光ケーブル
５１の所定の位置に挿入される海底光中継器５０は、光
信号を電気信号に変換する光電気変換回路５３と、この
電気信号を増幅する増幅回路５５と、処理された電気信
号を光信号に変換して光ファイバ５２に出力する電気光
変換回路５４と、これら変換回路５３．５４及び増幅回
路５５に電力を供給する給電回路５６とにより横戒され
る． すなわち、従来の光伝送路網の海底光中継器５０は、減
衰した光信号を一旦電気信号に変換し、電気信号の段階
で増幅処理を行ない、再度光信号に変換して高い信号レ
ベルで送出するようになっていた． 「発明が解決しようとする課題』 このような従来の光伝送路網では海底光中継器５０にお
いて光信号の増幅のために各回路に相当量の電力を供給
する必要があった．したがって、例えば陸上に設置され
た給電装置から海底光中継ｈｓｏまで、絶縁性に優れた
給電線を確保する必要があった． また、海底光中継器５０は長期間無保守で動作しなけれ
ばならないので高い信頼性が要求されている。しかし、
従来の海底光中継器５０を構成する各回路には半導体素
子を含む多くの部品が含まれているので、必要な信頼度
を確保するためには多数の部品個々の信頼度を極めて高
くする必要があり、海底光中継器５０を高価なものにし
、従って全体として光伝送路網を高価なものとしていた
．この発明の目的は上述のような従来の問題点を解決し
、中継器に電力を供給する必要が無く、長期間無保守で
動作する安価な光伝送路網とそれに使われる光中継器を
提供することである。

ｒ諜題を解決するための手段」 この発明によれば、少くとも２つの端局間を結び所定の
波長の信号光を伝送する光信号伝送用の光ファイバを含
む光ケーブルと、前記２つの端局の間において前記光フ
ァイバに直列に挿入される少くとも１つの中継手段と、
その中継手段に外部から励起光を供給する励起光供給手
段とを含む。

前記中継手段は前記信号光が入力される入力端と増幅さ
れた前記信号光を出力する出力端とを有し前記励起光信
号により励起されて前記信号光を増幅する光増幅素子と
、前記光信号伝送用の光ファイバと前記光増幅素子の前
記入力端とを光学的に結合し前記光信号伝送用ファイバ
からの前記信号光を前記光増幅素子に入力するための入
力結合手段と、前記信号伝送用ファイバと前記光増幅素
子の前記出力端とを光学的に結合し前記光増幅素子から
増幅された前記信号光を前記光信号伝送用ファイバに出
力結合する出力結合手段と、前記光増？素子の前記入力
端と前記出力端の少くとも一方に前記励起光供給手段か
らの前記励起光を入射する励起光入射手段とを含む。

「作　用」 このようにこの発明の光伝送路網によれば中継手段は励
起光により励起された光増幅素子により入力光信号を直
接増幅し、しかも励起光は外部から中継手段に与えるの
で中継手段には電力を供給する必要がない。従って保守
を必要とせず長期間に渡って動作可能な光伝送路網を実
現できる。

「実施例」 第２図はこの発明の光伝送路網の一実施例を示す構成図
である。地点ＡとＢの送信端局３０Ａと受信端局３０Ｂ
は直列に挿入された光中継器１０１，ＩＯ■を介して光
ケーブル１．　１＋．１　１．１．　１＊により接続さ
れており、これらの光ケーブルは光信号伝送用光ファイ
バ１２■１２．，ＩＬを内部に有している．更に異なる
地点ＣとＤには管理局３０Ｃ．３０Ｄが設けられ、それ
ぞれ励起光伝送ケーブル１６．．ｌ６■により光中継器
１０，．１０！と接続されている．管理局３０Ｃ．３０
Ｄはそれぞれ励起光ｉｆｉｌ８１．１８ｇからの励起光
ｔ．ｐを励起光伝送ケーブル１６，，１６２の光ファイ
バ１８１，１８２を通して光中継器１０，，ＩＬに供給
する。

例えば送信端局３０Ａは光信号源Ｉ７から信号光ＳＬを
光ファイバ１２．に送出し、送出された信号光ＳＬは光
ケーブル１ｔ＋　の光ファイバ１２，の中を通って光中
継器１０，に与えられる．光中継器ＩＯ，は信号光Ｓｔ
を直接増幅して光ケーブルｌｌｚの光ファイバｌ２．に
送出し、光中継器１０，と同様に構威された光中継器１
０，は受けた信号光を直接増幅して光ケーブル１１，の
光ファイバ１２．に送出する．受信端局３０Ｂは受けた
信号光ＳＬを受光装置ｌ９により電気信号ＳＥに変換す
る． 第３図は第２図の実施例に使用される各光中継器１０＋
．ｌＯ＊の一実施例を光中継器１０，の場合で示す．光
中継器１０，は光信号入力部２０、光信号出力部２１、
及び励起光入力部２２を有しており、光信号入力部２０
と光信号出力部２ｌの？に光増幅素子１４が配置されて
いる。光信号入力部２０、光信号出力部２ｌ及び励起光
入力部２２は光中継器１０，を構成する光学系の信号光
と励起光についての入力端子と出力端子を規定している
ものであり、それぞれ光信号伝送用ファイバ１２＋及び
１２！の終端及び先端と励起光伝送用ファイバ１５＋の
終端でもある．光信号入力部２０と光増幅素子ｌ４の入
力端２３の間の光路Ｐ１には合波器１３１が挿入され、
光増幅素子１４の出力端２４と光信号出力部２１との間
の光路Ｐ．には分波器ｌ３■が配置されている．この光
中継器において、光信号入力部２０側の光ケーブルＩ１
、の光ファイバ１２＋から出射される信号光ＳＬは光路
Ｐ，を通って光増幅素子１４の入力端２３に入射される
．信号光ＳＬは励起光Ｌ，により励起された光増幅素子
１４の中を伝播するにつれて１曽幅され、増幅された信
号光ＳＬは出力端２４から出射され光路Ｐ２を通って光
信号出力部２１側の光ケーブルｌｌｚの光ファイバ１２
、に送出される。

一方励起光入力部２２において励起光供給光ケーブル１
６１の光ファイバ１５，から出射される励起光Ｌ，は光
路Ｐ１中に配置された合波器１３１により反射され信号
ＳＬと波長多重されて光増幅素子Ｉ４の入力端２３に入
射される．即ち信号光Ｓ，と励起光Ｌ，は同じ方向で光
増幅素子１４に入力され光増幅素子ｌ４を励起する．こ
の場合の励起方法を順方向励起と呼ぶ．光増幅素子１４
内において励起光Ｌ，は素子ｌ４を励起することにより
消費され、余った励起光は出力端２４から出射される．
この例では余った励起光は光路Ｐ２中に配置された分波
器ｌ３ｇにより光路Ｐ２の外に出しているが、分波器１
３！を設けないで余った励起光を信号光ＳＬと共に信号
出力部２ｌ側の光ファイバ１２ｉに入れてもよい．合波
器１３＋　も分波器１３！も信号光を通過させ励起光を
反射する回し特性の例えばグイクロインクくラーあるい
はファイバカブラーなどにより構成できる．音波器１３
．は方向性光結合器でもよい． 第３図において、光増幅素子１４として例えばエルビウ
ムをドーブした数ｌＯ〜Ｌｏｏｍの長さの石英系ファイ
バを使うことができる．その場合励起光として適する波
長は１．４６〜１．４９μｍである。この波長帯域の励
起光によって励起されたファイバはそれを通る光に対し
波長１．　５　３　５μｍと１．５５μｍで利得がピー
クとなるような増幅特性を示すことが知られている．（
例えばＯＦＧ’８９ＰＯＳＴＤＥＡＤＬＩＩＩＥ　ＰＡ
ＰＥＩＩ　ＴＩＩＵＲＳｆｌＡＹ，　ＦＥＢｌｌＵＡＩ
ＩＹ９．　１！］８９，Ｐロ１５　　”Ａ　　２１２ｋ
ｍ　　ＮＯＮ−　　ＲＥＰＥＡＴＥＤ　　Ｅｒ−３　　
ＤＯＰＥＤ　　ＦＩＢＥＲＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ　ＩＮ
　ＡＮ　ＩＮ／Ｄ［！ＴＥＣＴ［ＯＮ　Ｉ？ＥＰ［！Ａ
ＴＥＩＩ　ＳＹＳＴ［！νＫ．　ＨＡＧＩＭＯＴＯ　ｅ
ｔａｌ），従って第２図の実施例において信号光源ｌ７
は例えば波長１．５５μｍ帯の信号光Ｓｔを送出し、励
起光源１８１，１．８２は例えば波長１．４８μｍ帯の
励起光Ｌｐを送出する。

信号光として１．　５　３　５μｍの波長帯のものを使
うことも可能である．又エルビウム以外の希土類元素を
ドーブしたファイバを使用することにより、他の波長帯
の励起光及び信号光を使用できる。

般に励起光の波長は信号光のそれより短い．箪３図にお
いて励起光Ｌ，を光増幅素子１４の入力端２３から入射
した例を示したが、励起光Ｌ，を第４図に示すように合
波器１３．にょり反射して光増幅素子ｌ４の出力端２４
から信号光Ｓｔと逆方向に光増幅素子ｌ４に入射しても
よい。この場合の励起方法を逆方向励起と呼ぶ．この場
合も前述のように残った励起光を除去するための分波器
１３，を省略してもよい． 光ファイバ増幅素子、例えばエルビウムドーブトファイ
バの励起光電力と利得の関係は例えば順方向励起の場合
を第５図に破線で示すように、励起光の電力がある値（
第５図では約１５ｍＷ）を越えると正になるが、励起光
電力と利得の関係は線形ではなく、ある程度（例えば約
５０ｍＷ）以上励起光電力を増加しても利得はほぼ飽和
に達してしまう．励起光の入力電力をある程度を越えて
増加させると電力の使用効率が低下することを意味して
いる．例えば順方向励起の場合、破線で示すように励起
光電力４０ｍＷで約１８ｄＢの利得が得られるが、８０
ｍＷの励起光電力を入力しても利得は１９ｄＢ程度しか
得られない．また、測定に？れば４０ｍＷの励起光を入
力した場合、約１．６ｍＷの励起光が出力される．即ち
、エルビウムドーブトファイバ内の出力端側に近い部分
では第５図において利得が正となるような十分な励起光
が供給されてないことを意味している。そこで第６図に
示すように外部から供給された励起光Ｌ，，を光分岐器
２６により２つの励起光に分割し、それらをそれぞれ光
路Ｐ　Ｌ　Ｐ　４を通して合波器ｌ３，，ｌ３■に入射
することにより光増幅素子１４の入力端２３側から信号
光Ｓ，と同じ方向に、また出力端２４側から信号光ＳＬ
と逆方向に励起光を光増幅素子１４に同時に供給しても
よい（双方向励起と呼ぶ）．このように構或することに
より、光ファイバ増幅素子内の入力端側及び出力端例の
両方で高い効率の励起を行うことができ、その結果第５
図に実線で示すように利得を改善することができる．例
えば２０ｍＷの励起光をそれぞれ光ファイバ増幅素子の
入力端２３と出力＠２４から同時に供給した場合、図に
示すように２１ｄＢの利得が得られた。しかし４０ｍＷ
の励起光で順方向励？を行った場合は利得は１８ｄＢに
すぎなかった。

第２図で示した実施例によれば励起光源を設置できる適
当な場所Ｃ，Ｄが例えば所望の中継地点から数１００−
の範囲内に得られる限りそのような光中継点を順次設置
することにより長距離の光伝送路網を構成できる利点が
ある．なお、第２図において信号光は地点Ａの送信端局
の３０Ａから地点Ｂの受信端局３０Ｂに伝送する場合に
ついて説明したが、実際には各光ケーブル１１＋，１１
ｔ，１ｈは双方向の光信号伝送を行うために複数の光信
号伝送ファイバを収容しており、また各光中継器１０■
１０８もそれら複数の光信号伝送用ファイバに対応して
それぞれ光増幅素子が設けられるが、以下の他の実施例
についても一方向に信号光ＳＬを伝送する系についての
み説明する．第７図はこの発明の光信号伝送路網の第２
の実施例を示す．この光信号伝送路網においては信号光
ＳＬを送出する送信端局３０Ａと信号光Ｓ，を受ける受
信端局３０Ｂがそれぞれ励起光ｔ，ｐを光中継器１０■
１０■へ供給する。そのようにする？め、光ケーブル１
ｌ１、及び１１，は励起光伝送用光ファイバｌ５，及び
ｌ５■をそれぞれ内部に有しており、端局３０Ａ．３０
Ｂにそれぞれ設けられた励起光源１８，，１８１からの
励起光Ｌ，がそれぞれ光ファイバ１５■１５■を通して
光中継器１０，，１０■へ供給される。例えば光中継器
１０．，ｌｏｔとしては第３、４又は６図のいずれのも
のを使用してもよい。ただし光中継器１０においては光
信号入力部２０と励起光入力部２２は同一の光ケーブル
１１．の端末部であり、光中継器１０，においては光信
号出力部２ｌと励起光入力部２２は同一の光ケーブル１
１３の端末部である． 第８図はこの発明の光信号伝送路網の第３の実施例を示
す．この実施例は第７図の実施例において光中継器を例
えば４個設け、それぞれ送受端局３０Ａ　　３０Ｂから
すべての光中継器に励起光Ｌ，を供給するように＋Ｒ威
した例である．第８図において光中継器１０．は例えば
第９図に示すように供給された励起光Ｌ，の一部を光分
岐器２６？分岐して合波器１３，を介して信号光ＳＬと
共に光増幅素子ｌ４に与えてこれを励起し、残りは励起
光出力部２５から励起光供給用光ファイバｌ５２を通し
て受信端局３０Ｂ側の次段の光中継器１０■へ供給する
．光中継器１０．も第９図に示すものと同様な構或とす
ることができるが、その場合光ケーブル１１＋側が受信
端局３０Ｂに接続され、光ケーブル１１Ｋ側が光中継器
ＩＯ，に接続される．光中継器１０！，１０３について
も第９図のような構成とすることにより更に光中継器の
数を増加することが可能である．どの光中継器ＩＬ〜１
０．においても光増幅素子ｌ４の光信号出力側から励起
光ＬＰを光増幅素子ｌ４に入射してもよい．また励起光
は端局３０Ａ，３０Ｂのいずれか一方のみから供給する
ように構威してもよい． 第１０図は第２図と第８図の実施例を組合せてＩＩ或し
た光信号伝送路網の第４実施例を示す．即ちこの実施例
においては送信端局３０Ａは信号光ＳＬと励起光Ｌ，を
それぞれ光ケーブル１１１に？容された光ファイバ１２
，及び１５１を通して光中継器１０．に送出する。光中
継器１０．は例えば第９図と同様に構成されており、信
号光Ｓ．は光増幅素子１４に入射され、励起光Ｌ，は光
分岐器２６によりその一部が分岐され、合波器１３，に
より信号光ＳＬと共に光増幅素子１４に与えられる。残
りの励起光は光ファイバ１５■を通って次段の光中継器
ｌｏｇへ送られそこの光増幅素子を励起するために使用
される。一方管理局３０Ｃの励起光ｉｌ１１１８■から
励起光Ｌ，が光ケーブル１６の光ファイバｌ５■を通っ
て光中継器＋０３に供給される．光中継器１０，は例え
ば第１１図に示すように光ケーブル１６から供給された
励起光Ｌ，の一部を光分岐器２６により分岐して合波器
１３Ｉに与え、それによって信号光ＳＬと共に光増幅素
子ｌ４に入射され、光増幅素子１４を励起する．残りの
励起光は光ケーブル１１．の光ファイバｔ５ｉを通って
次段の中継器１０．に送られる。以下の段においては複
数の光中継器毎に所望の地点に設置された管理局３０Ｃ
と同様な管理？がその光中継器に接続され、各管理局に
接続された光中継器は供給された励起光Ｌ，を一部分岐
して光増幅のために使用し、残りを次段の光中継器に送
る．更に第１０図における光中継器１０ｚを例えば第１
２図に示すように構威し、光ケーブル１６から供給され
た励起光ＬＰを光分岐器２６で分岐して一部を光増幅素
子１４に供給し、残りの一部を光ケーブル１１．を通し
て受信端局側の次段の光中継器１０．に送出し、最後の
残りを光ケーブル１ｈを通して送信端局側の前段の光中
継Ｆｊｉｏｔに送出してもよい．この構威によれば、管
理局から直接励起光を与えられる光中継器はその励起光
の一部を送信端局３０Ａ側と受信端局３０Ｂ側の各少く
とも１つの光中継器に励起光を供給することができる． 第１２図の構威の光中継器を第２図の実施例に使用すれ
ば各光中継器１０１．１０■の両側に管理局に直線接続
されない光中継器を更に挿入することができることは明
らかである．また第９、１１及び１２図に示す光中継器
において光分岐器２６？ら励起光Ｌ，を光増幅素子１４
の入力端２３から入射しているが、前述のように出力端
２４から入射してもよいことは明らかである。更に第９
、■！及びｌ２図に示す光中継器を例えば第１３、ｌ４
及び１５図に示すように第２の光分岐器２６■を設けて
出力端２４からも励起光を入射するように変形し、それ
ぞれの光増幅素子を双方向励起するようにしてもよい． 第１６図はこの発明の光信号伝送路網の第５実施例を示
す．この実施例においては送信端局３ｏＡ、受信端局３
０Ｂから励起光Ｌ，を光中ｍ器ＩＯ■ｌＯ！へ供給する
が、光ケーブル１１１ｌ１３には励起光を伝送するため
の専用の光ファイバを設けておらず、光信号伝送用光フ
ァイバ１２，．１２ｘを通して励起光Ｌ，が伝送される
．即ち、送信端局３０Ａにおいては例えばグイクロイッ
クミラーにより構成された合波器２７１により信号光Ｓ
Ｌと励起光Ｌ，が合渡されて光ケーブル１１１の光信号
伝送用ファイバ１２，に送出される。

？波器２７１としては方向性光結合器を使ってもよい．
光中継器１０，は例えば第１７図に示すように光増幅素
子１４の入力端２３と出力端２４でそれぞれ光ケーブル
１１１．１１ｇの光ファイバ１２，，１２．に光学的に
結合されている。従って光増幅素子ｌ４は光ファイバ１
２，から供給された励起光Ｌ，により励起されて同じ光
ファイバ１２１から入射された信号光ＳＬを増幅し、光
ファイバ１２．へ送出する．光増幅素子ｌ４は例えばほ
ぼ光信号伝送用光ファイバ１２．、１２ｇの径と同じ径
を有する前述と同様のエルビウムドーブトファイバであ
り、入力端２３、出力＠２４で光ファイバ１２．．１２
よと融着されている．その場合、光ケーブルＩｌｌ　と
ｌｌｇは連続した一木のケーブルとして構成し、そのケ
ーブルの中に光増幅素子ｌ４を組込むことができる．一
方第１６図の受信端局３０Ｂにおいて、信号光ＳＬは合
波器２７ｔを通して取出され、励起光ｉｉｔａ■からの
励起光Ｌ，は合波器２７ｇを介して光ケーブル１１３の
光信号伝送用ファイバ１２３に入射され、光中？器１０
，へ供給される。光中継器ｌＯ■も第１６図のものと同
しに構威されている． これら中継器１０．．１０ｆは例えば第１８図に示すよ
うに構成してもよい．この例においては光ケーブル１１
を通して受けた信号光ＳＬと励起光ＬＰのうち後者を合
分波器ｌ３．で一旦分離して、光デバイダー２６１によ
り２つに分割し、分割した一方を合分波器１３１で再び
信号光ＳＬと合波して光増幅素子１４に与える．一方分
割された他方の励起光は更に光デバイダー２６，で２つ
に分割され、一方は合分波器ｌ３■により光増幅素子ｌ
４に入射され、他方は合分波器ｉ３ｉによりケーブル１
１に出射され、次段に送られる．ところで、−Ｓに信号
光のスペクトルは光ファイバの分散の影響を避けるため
狭スベクトルである必要がある。更に光ファイバは非線
形効果（誘導ブリリアン散乱）を有しており、そのため
光ファイバにより伝送することができる光の最大パワー
は単位スペクトル当り一定の大きさに制限される。これ
らのため例えば５０ＭＨＺの帯域幅を有する光信号を使
用する場合、光信号伝送用ファイバへ注入する信号光Ｓ
Ｌの平均電力は例えば数ｍＷ以下に制限される．これに
対し励起光ば狭帯域である必要はないので、帯域幅の広
い励起光を使用すれば比較的大きな電力、例えば数１０
０ｍＷ〜数Ｗオーダの励起光を光ファイバにより伝送す
ることができる．即ち前述の第１〜第５実施例によれば
、送信端局３０Ａにおいて光ファイバｌ２に送出すべき
信号光ＳＬの電力は例えば３ｍＷ程度（帯域５０ＭＨｚ
の信号の場合）に制限されるにもかかわらす各光ファイ
バによる損失に見合う利得で光増幅を行うように各光中
継器に充分な電力の励起光を供給することが可能なため
、長距離の光信号伝送が可能となる。

第１９図は第１６図の実施例において光中継器の数を更
に増加し、任意の光中継器において前段から光信号伝送
用ファイバｌ２を通して供給された励起光のうち一部を
光増幅素子による信号光の増幅に使い、残りの励起光を
光信号伝送用ファイバｌ２に送出して次段の光中継器に
与え、その段の光増幅素子の励起のｋめに使うよう構成
した場合である．各光中継器１０，〜１０，は第１７図
に示すものと同様の構威でよく、例えば光中継器１０．
では、送信端局３０Ａから光信号伝送用ファイバ１２．
を通して供給された励起光ＬＰの一部は光増幅素子１４
を励起し、残りの励起光を次段の光中継器１０ｚへ送出
する。光中継器１０ｇは光中継器１０１から供給された
励起光を使って光増幅素子１４を励起し、残りを次段の
光中継器ＩＯ，に供給する。受信端局３０Ｂからも同様
に励起光が光中継器ｉ　０，，Ｉ　Ｏ．，ｔ　ｏ３へと
供給される．第１９図の実施例において各光中継器１０
．〜１０ｓとして第１８図の構或のものを使うこともで
きるが、第１８図の光中継器は励起光Ｌ，に対し一方向
の伝送しかできないので、例えば光中ｍＨ１０．及び１
０ｓについては光デハイダ−２６＋．２Ｌの方向を回転
する必要がある。各光中継器の光増幅素子において所望
の利得が得られるように、光増幅素子がエルビウムドー
ブトファイバであればそのエルビウムのドーブ量及び／
又？ファイバの長さが適当に選ばれる．例えば各光中継
器における利得は次段の光信号入力部２０におけるＳ／
Ｎが所定値以上となるように選ぶことにより全体として
Ｓ／Ｎの良い伝送路網を実現できる。特に、各伝送路区
間の損失が４．３ｄＢとなる位置毎に光中継器を設け、
各中継器における利得を４．３ｄＢに設定した場合に最
大のＳ／Ｈの伝送路網を実現できる．これは他の実施例
についても同しである。

第２０図は第１９図の変形実施例であり、この実施例に
おいても各ケーブル１１，〜ＩＩｓは励起光専用の光フ
ァイバを有しておらず光信号伝送用ファイバを通して信
号光ＳＬと励起光Ｌ，が伝送さわる。ここでは光中継器
の１０，とｌｏｚに対しては第１９図の場合と同様に送
信端局３０Ａの励起光ｉｌＩｌｌ　ｓ，から光ケーブル
ＩＩＩ，１１■の光信号伝送用ファイバＩ２１，１２よ
を順次介して励起光Ｌ，が供給される．光中継器１０ｓ
は例えば第３図において分波器ｌ３■を設けない構成の
ものを使用することができ、管理局３０Ｃの励起？７１
ｇｉａ■からケーブルｌ６を通して励起光Ｌ，が供給さ
れる。光中継器１０３の光増幅素子で光増幅に消費され
た励起光以外の残りの励起光は第２０図の光ケーブル１
１４の光信号伝送用フ１イハ１２４を通して光中継器ｌ
Ｏ，に供給され、増幅素子の励起のために使用される。

あるいは第２１図に示す光中継器を使ってもよい．第２
１図の光中継器では管理局３０Ｃから供給された励起光
Ｌ，を光デバイダー２６１により２つに分岐し、一方を
合波器ｌ３により信号光ＳＬと共に光増幅素子Ｉ４に供
給し、他方を方向性光結合器２６，により増幅された信
号光と多重化し次段に送出する．勿論、方向性光結合器
２６■のかわりにダイクロイックミラーのような合波器
を使ってもよい。

光中継器複数個毎に第３又は２ｌ図のような光中継器を
設けて上述のようにそれぞれ管理局から励起光Ｌ，を供
給するように構成し、長距離の伝送網を実現することが
可能である． ところで第１６．１９及び２０図で示した実施例のよう
に同一の光信号伝送用ファイバを通して信号光Ｓｔと励
起光Ｌ，とを畳重して伝送する場合は、光ファイバの材
質と、励起光及び信号光の波長を適当に選ぶことにより
光ファイバ内におけるラマン増幅効果を期待することが
できる．例えば、石英の光ファイバを使用した場合、信
号光は１．５５μｍの波長帯、励起光は１．４５〜１．
４９μｍの波長帯を使用する．第２２図は１つの光中継
器を介して３１０−の伝送実験を行った伝送実験装置の
ブロノク図を示し、第２３図はその伝送路上の所定の地
点において測定した信号光の電力を示している。実験装
置では送信側装置３０Ａにおいて１．８Ｇビット／ｓｅ
ｃの信号を駆動回路３ｌに与えて、その出力により分布
帰還型レーザダイオード（ＤＦＢＬＤ）１７を駆動する
．レーザダイオード１７の出力光信号はエルビウムドー
ブトファイバを用いた光増幅器１４１　で増幅して合波
器２７１に与え、レーザダ、イオード１８，からの励起
光と波長多重されて分散シフト石英光ファイバ１２＋の
一端に入射される．なお、光増幅器１４，のための励起
光源は図示していない．光ファイバ？２，の長さは２７
６ｋ＋ａであり、その他端は光中継器１０を構成する光
増幅器ｌ４■であるエルビウムｉ−ブトファイバの入力
端２３に接続されている。光増幅器１４，の出力端２４
は光ファイバ１２ｌと同し材料の光ファイバ１２■の一
端に接続され、その他端から出力される信号光は受｛ｉ
側装置３０Ｂの合波器２７，及び信号光以外を除去する
狭帯域の光フィルタ３２を通してアバランシェフォトダ
イオード（ＡＰＤ）１９に与えられ、電気信号に変換さ
れる，ＡＰＤ１９の出力は受信藷３３に与えられ波形整
形及びリタイミングされて信号が再生される． 第２３図はレーザダイオードｌ７の出力点ＰＩ．光増幅
器１４，の出力点Ｐ！、光ファイバＩ２の送信側装置３
０Ａからあらかじめ決めたいくつかの距離の地点Ｐ，〜
ＰＳ、光中継器１０の入力点Ｐ６と出力点Ｐ，、受信側
装置３０Ｂの入力点Ｐ．及びＡＰＤｌ９の入力点Ｐ，の
それぞれにおける光信号電力を測定した結果をそれぞれ
対応する測定点Ｐ１〜Ｐ９で示す．破線はあらかじめ測
定したこの光ファイバの伝送損失、０．　２　ｄＢ／ｂ
、を表す直線を示す．送信側装置３０ＡではＤＦＢレー
ザダイオード１７の出力（Ｐ，）は光増幅器＋４，によ
り約１７ｄＢ増幅され光ファイバ１２，に入射される．
注目すべき点は光ファイバによる伝送損失にもかかわら
ず送信側から約２０ｋｌ地点までほぼ信号光のレベルが
一定であることである（Ｐ，〜Ｐ，）．これはこの２０
−の区間において信号光はラマン増幅を受けたためであ
り、送信側装置３０Ａからの励起光Ｌ，はこの区間にお
いてラマン増幅のために消費されてしまい２０ｋｌ地点
を越えてからはラマン増幅は小さくなり（Ｐ，〜Ｐ．）
、ファイバの伝送損失０．　２　ｄＢ／ｋｍの影響がで
てくる，，Ｏ〜５０ｋｌ区間で得られたラマン利得は４
．３ｄＢであった．このことは前に説明したように光フ
ァイバがその非線形特性のために光電力伝送能力に限界
があるにもかかわらずその限界より４．３ｄＢ大きな信
号光電力を伝送できた事と等価である． 光中継器１０では受信側装置３０Ｂから励起光？，を供
給され光増幅器ｌ４■により信号光は約１３、２ｄＢの
利得の増幅を受け（Ｐ．〜Ｐ？）光ファイバｌ２■に送
出される。光ファイバｌ２■においても信号光はマラン
増幅を受けその利得は約５．５ｄＢであった．尚、図に
示すようにこの実験では光フィルタ３２を使用している
ためＡＰＤｌ９の入力点Ｐ，で信号光レベルがわずかに
落ちている．このようにラマン増幅効果を利用して光伝
送路網を設計することによりラマン利得だけで合計９．
８ｄＢの利得を得ている。もう１つ重要なことは送信側
においては送出信号光の電力は例えば２０ｍＷ（実験例
の帯域２７Ｇ｝｛ｚの場合）と大きいので、信号光がま
だあまり減衰していないような送信側３０Ａに近い地点
に光中ｔｉｌｌ２Ｓを設けて大きな利得で信号光の増幅
を行なうには非常に大きな電力の励起光を必要とする．
それに対し、送信側から長距離の地点のような光ファイ
バの伝送損失により信号光レベルが非常に小さくなった
地点では、大きな利得の光増幅を行うに必要な励起光の
電力はわずかである．従って例えば第１６図の実施例の
場合、光中継器１０＋　と１０．に対する励起光はいず
れも受信端局３０Ｂから供給し、送信端局３０Ａから送
出する励起光はラマン利得を得るためにのみ使用するよ
うＩｊＩ威してもよい．ところで第１６．１９．２０及
び２２図の実施例のように光信号伝送用ファイバ中を励
起光と信号光を同じ方向または逆方向に伝送する場合ラ
マン増幅効果を期待することができるが、ラマン利得は
信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが平行な時に最
大となり、直交すると１（Ｏｄｅ）となる．光ファイバ
中を伝播する光の偏波方向は通常変動するので、直線偏
波の励起光を用いるとラマン利得が変動することになる
．このようなラマン利得の変動を避けるための端局の構
威を第２４図に示す． 第２４図は受信端局３０Ｂの構戒例であり、互いに独立
して動作する励起光源１８ａと１８ｂは互いに直交する
偏波方向を有する励起光ＬＰを出力し、これらは偏波結
合器２７ｂにより互いに偏波方向の直交関係を保ったま
ま重畳される．重畳？れた励起光は合波器２７ａにより
反射されて光信号伝送用ファイバｌ２に送出される。こ
のように偏波方向が互いに直交する多重化された２つの
励起光を光ファイバ１２に入射すれば、それぞれの偏波
方向が常に等しい変動を受けることになるので、２つの
励起光の偏波方向の直交性が保たれており、従ってそれ
ら２つの偏波方向に対する信号光の偏波成分の和は一定
となり、ラマン利得の変動は生しない． 第２５図は第１６．１９及び２０図における例えば光中
継器１０，の他の構成例を示す．この光中継器１０１で
は光増幅素子ｌ４の入力端２３側と出力端２４例の少く
とも一方、この例では両方に信号光ＳＬと励起光Ｌ，を
透過しその他のノイズ光を遮断する帯域通過光学フィル
タ３２，．３２■が設けられる．このように各光中継器
に帯域通過光学フィルタを設けることにより光増幅素子
ｉ４で発生した信号帯域以外のノイズ光がそれぞれの光
中継器で順次累積されていくことを防ぐことができＳ／
Ｎの高い伝送路を構威することができる。

？様に第３．４．６．９．１１〜１５．１８．２１図に
示す光中継器において光増幅素子１４の入力端２３側及
び出力端２４側の少くとも一方に信号光ＳＬの帯域のみ
をｉ３遇する帯域通過光学フィルタを挿入するか、又は
合波器１３．，＋３■の少くとも一方は信号光ＳＬの帯
域のみを透過し、それ以外の帯域の光を反射する特性の
ものを使用することにより同様の効果を得ることができ
る．あるいはこれら前述の各種の光中継器における光フ
ァイバ増幅素子ｌ４を第２６図に示すように中間で切断
してそこに上述の帯域通過光学フィルタ３２を挿入して
もよい． 前述のエルビウムドープトファイバの例のように２つ以
上の異なる波長の光に対し増幅作用を有すことを利用し
て波長多重された２つ以上の信号光の伝送を行う場合は
、光増幅素子は各波長に対し異る利得を有し、又、各伝
送路区間における損失も波長によって異なるのが昔通で
ある．このよ・シな場合、どの光中継器においても各波
長に対し利得調整を行わないでそのまま各信号光を増幅
す？と、それぞれの波長の信号光の間で利得のハラツキ
が増大し、ついにはある波長の信号光に対しては光増幅
素子の線形動作範囲を超えてしまい、正常な信号光の伝
送が不可能となる．そこで、第２５図の光学フィルタ３
２１、３２■又は第２６図の光学フィルタ３２としてそ
れぞれの波長の信号光に対し所望の透過特性を有するも
のを使用することにより、各波長の信号光に対する増幅
素子の利得と光信号伝送用ファイバの損失の和がほぼ同
しになるようにする．あるいは第２７図に示すように光
増幅素子ｌ４の出力光を分波器３５により信号光波長帯
中のそれぞれの波長の信号光Ｓ１〜Ｓ．と励起光Ｌ，に
分離し、それぞれの信号光Ｓ，−Ｓ．のレベルを光学減
衰器３７．〜３７、により調整する．これらレベル調整
された信号光Ｓ１〜Ｓ７とバイパス３８に出力された励
起光Ｌ，は合波器３６により合波されて光信号伝送用フ
ァイバ１２へ入射される．なお第２７図において励起光
し，は信号光送出側の光ファイバ１２から合波器３６に
入射してもよい． 第２８図は第１６．１９及び２０図において使われる光
中継器の他の構成例を示す．光増幅器が挿入された伝送
路ではその光増幅器の利得と、信号光の伝送方向にある
光学的接続点などからの光増幅器への反射率との積が１
より大きいと発振を起こし、正常な信号伝送を行うこと
ができない．この実施例においては励起光の波長帯に対
しては双方向性を有し、信号光の波長帯に対してはその
反射光が戻らないように一方向性を有するようにするた
め、光増幅素子ｌ４の出力端２４側に２つの合分波器３
５．３６を設けその間に例えば磁界中におかれたＹＩＧ
と偏光子の組合せのような一方向性素子４ｌを設ける．
光増幅素子ｌ４から出力された信号光は合分波路３５、
一方向性素子４ｌ及び合分波器３６を通って光信号伝送
用ファイバｌ２に送出されるが、送出した信号光の反射
戒分は一方向性素子４ｌにより遮断され、光増幅素子１
４に戻ることはできない．一方、光信号伝送用ファイバ
ｌ２から合分波器３６に入射した励起光はバイパスファ
イバ３８を通って合分波器３５に与えられ、光増幅素子
ｌ４に供給される．このように一方向性素子４１は信号
光に対しアイソレークとして動作する．このようなアイ
ソレータ４Ｉを第３．４，６，９．１１〜１５．１８２
１図等に示す光中継器とにおける光増幅素子ｌ４の出力
側の信号光路中に設けても同様の効果を得ることができ
る． 「発明の効果』 以上説明したようにこの発明の光伝送ＩＩｌ網における
光中継器は外部から供給された励起光によって励起され
、信号光を直線増幅することができる光増幅素子を使用
しており、半導体電子デバイスは使用されてない．従っ
て信頼性が高く、長期にわたって保守を必要としない光
伝送路網を経済的に実現できる．更に光中継器の光増幅
素子を双方向励起することにより信号光に対する利得の
改善が可能となり、それだけ光中継器の間隔を長くする
ことが可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光伝送路網を示すブロック図、第２図は
この発明の光伝送路網の第１実施例を示すブロック図、
第３図は第２図の光伝送路網において使用される光中継
器の一例を示す構成図、第４図は光中継器の他の構戒例
を示す図、第５図は光増幅素子の励起光入力電力と利得
の関係を示すグラフ、第６図は光中継器の更に他の構成
例を示す図、第７図はこの発明の光伝送路網の第２実施
例を示すブロック図、第８図はこの発明の光伝送路網の
第３実施例を示すブロック図、第９図は第８図の光伝送
路網において使用される光中継器の一例を示す構戒図、
第１Ｏ図はこの発明の光伝送路網の第４実施例を示すブ
ロック図、第１１図は第１Ｏ図の光伝送路網に使用され
る光中継器の一例を示すｌ或図、第１２図は第１０図の
光伝送路網に使われる光中継器の他の例を示す横威図、
第１３図は第９図の光中継器の変形実施例を示す構成図
、第１４図は第１１図の光中継器の変形実施例を示す横
威図、第１５図は第１２図の光中継器の変形実施例を示
す構或図、第１６図はこの発明の光伝送路網の第５実施
例を示すブロック図、第？７図は第１６図の光伝送Ｉ８
ｗ４に使用される光中継器の一例を示す構威図、第１８
図は第１７図の光中継器の変形実施例を示す構威図、第
１９図はこの発明の光伝送路の第６実施例を示すブロッ
ク図、第２０図はこの発明の光伝送路網の第７実施例を
示すブロソク図、第２１図は第２０図において使用され
る光中継器の例を示すＩＩＩ戊図、第２２図は実験のた
めに構威したこの発明の光伝送路網のブロック図、第２
３図は第２２図の実験光伝送路網における各地点の測定
信号光レベルを示すグラフ、第２４図は励起光源の他の
構成例を示すブロック図、第２５図はこの発明の光中継
器の他の例を示す構威図、第２６図はこの発明の光中継
器の他の例を示す構成図，．第２７図はこの発明の光中
継器の更に他の例を示す構成図、第２８図はこの発明の
光中継器の更に他の例を示す構戒図である． ５０：光中継器、５１：光ケーブル、５３：光電気変換
器、５４：電気光変換器、５５：増幅器、５６：給電回
路、１０，１０．，１０■，・・・：？中継器、３０Ａ
：送信端局、３０Ｂ：受信端局、３０Ｃ，３０Ｄ：管理
局、１１，１１１ｈ・・・：光ケーブル、１２，１．２
，，１２ｇ・・・：光信号伝送用ファイバ、Ｉ３Ｉ．１
３ｚ　　：合分波器、１４：光増幅素子、１５１，１５
２・・・：励起光供給ファイバ、１６，１６．，１６■
・・・：励起光供給光ケーブル、ｌ７：光信号源、ｌＬ
．１８ｔ．１８−，１８ｂ　　：励起光源、ｌ９：受光
装置、２〇二光信号入力部、２１：光信号出力部、２２
：励起光入力部、２３：光増幅素子の入力端、２４：光
増幅素子の出力端、２５・励起光出力部、２６，２６．
．２６よ　：光分岐器、２７．，２７■．２７．：合分
波器、２７ｈ　：偏波結合器、３ｌ：駆動回路、３２．
３２１３２■　：光フィルタ、３３：受信器、３５：分
波器、３６：合波器、３７．〜３７．：光減衰器、４１
：光アイソレータ．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２つの端局間を結び所定の波長の信号光
   を伝送する光信号伝送用ファイバを含む光ケーブルと、 前記２つの端局間において前記光信号伝送 用ファイバに直列に挿入された少くとも１つの光中継手
   段と、 前記光中継手段に外部から励起光を供給す る励起光供給手段、 とを含み 前記光中継手段は 前記信号光が入力される入力端と増幅され た前記信号光を出力する出力端とを有し前記励起光によ
   り励起されて前記信号光を増幅する光増幅手段と、 前記光信号伝送用ファイバと前記光増幅手 段の前記入力端とを光学的に結合し、前記光信号伝送用
   ファイバから与えられた前記信号光を前記光増幅手段に
   入力するための入力結合手段と、 前記光信号伝送用ファイバと前記光増幅手 段の前記出力端とを光学的に結合し前記光増福手段によ
   り増幅された前記信号光を前記光信号伝送用ファイバに
   出力する出力結合手段と、及び 前記光増幅手段の前記入力結合手段と前記 出力結合手段の少くとも一方を通して前記励起光を前記
   光増幅手段に入射する励起光入射手段、 とを含む 光伝送路網。 ２、前記励起光供給手段は前記２つの端局とは異なる場
   所に設けられた前記励起光を発生する励起光源手段と、
   前記励起光源手段と前記光中継手段の前記励起光入射手
   段と互いに接続し、前記励起光源手段からの前記励起光
   を伝送して前記光中継手段に供給するための励起光伝送
   用ファイバを有する励起光供給ケーブルを含む請求項１
   記載の光伝送路網。 ３、前記励起光供給手段は前記２つの端局の少くとも一
   方に設けられ前記励起光を発生する励起光源手段と、前
   記励起光源手段と前記光中継手段の前記励起光入射手段
   とを互いに接続し前記励起光源手段からの前記励起光を
   伝送して前記光中継手段に供給するため前記光ケーブル
   内に設けられた励起光伝送用ファイバとを含む請求項１
   記載の光伝送路網。 ４、前記光中継手段はそれぞれ異なる場所で前記光信号
   伝送用ファイバに直列に挿入されて少くとも２つ設けら
   れ、前記励起光供給手段は前記２つの端局の一方に設け
   られた前記励起光を発生する励起光源手段と、前記励起
   光源手段と第１の前記光中継手段の前記励起光入射手段
   とを互いに接続し前記励起光源手段からの前記励起光を
   伝送して前記第１の光中継手段に供給するため前記光ケ
   ーブル内に設けられた第１励起光伝送用ファイバと、前
   記第１光中継手段内で一端に前記第１光中継手段に供給
   された前記励起光の一部が入射され、他端が第２の前記
   光中継手段の前記励起光入射手段に接続され前記第１及
   び第２光中継手段との間において前記光ケーブル内に設
   けられた第２励起光伝送用ファイバを含む請求項１記載
   の光伝送路網。 ５．前記光中継手段はそれぞれ異なる場所で前記光信号
   伝送用ファイバに直列に挿入されて少くとも２つ設けら
   れ、前記励起光供給手段は前記２つの端局とは異なる場
   所に設けられた前記励起光を発生する励起光源手段と、
   前記励起光源手段と第１の前記光中継手段の前記励起光
   入射手段を互いに接続し前記励起光源手段からの前記励
   起光を伝送して前記第１光中継手段に供給するための第
   １励起光伝送用ファイバを有する励起光伝送ケーブルと
   、前記第１光中継手段内で一端に前記第１光中継手段に
   供給された前記励起光の一部が入射され、他端が第２の
   前記光中継手段の前記励起光入射手段に接続され前記第
   １及び第２光中継手段との間において前記光ケーブル内
   に設けられた前記励起光の一部を前記第２中継手段に伝
   達するための第２励起光伝送用ファイバを含む請求項１
   記載の光伝送路網。 ６、前記励起光供給手段は前記２つの端局の少くとも一
   方に設けられた前記励起光を発生する励起光源手段と、
   前記励起光源手段からの前記励起光を前記光信号伝送用
   ファイバに入射する合波手段とを含み、前記光中継手段
   の前記励起光入射手段は前記入力結合手段と前記出力結
   合手段の少なくともいずれか一方を兼ねている請求項１
   記載の光伝送路網。 ７、前記光中継手段は異なる場所で前記光信号伝送用フ
   ァイバに直列に挿入されて少くとも２つ設けられ、前記
   励起光供給手段は前記２つの端局の少くとも一方に設け
   られた前記励起光を発生する励起光源手段と、前記励起
   光源手段から前記励起光を前記光信号伝送用ファイバに
   光合的に結合して第１の前記光中継手段に前記励起光を
   送出するための合波手段と、前記第１光中継手段に供給
   された前記励起光の一部を前記第１光中継手段と第２の
   前記光中継手段との間の前記光信号伝送用ファイバに光
   学的に結合して前記第２中継手段へ送出するための励起
   光結合手段を含み、各前記第１及び第２光中継手段の前
   記励起光入射手段は前記入力結合手段と前記出力結合手
   段の少なくともいずれか一方を兼ねている請求項１記載
   の光伝送路網。 ８．前記光中継手段はそれぞれ異なる場所で前記光信号
   伝送用ファイバに直列に挿入されて少くとも２つ設けら
   れ、前記励起光供給手段に前記２つの端局とは異なる場
   所に設けられた前記励起光を発生する励起光源手段と、
   前記励起光源手段と第１の前記光中継手段の前記励起光
   入射手段を互いに接続し前記励起光源からの前記励起光
   を伝送して前記第１光中継手段に供給するための励起光
   伝送用ファイバを有する励起光伝送ケーブルと、前記第
   １光中継手段に供給された前記励起光の一部を分岐する
   手段と、前記分岐された励起光を前記第１中継手段と第
   ２の前記中継手段との間を接続する前記光信号伝送用フ
   ァイバに光学的結合して前記第２中継手段へ送出する励
   起送出手段とを含む請求項１記載の光伝送路網。 ９、前記信号光の波長帯と前記励起光の波長帯は前記光
   信号伝送用ファイバ中において前記励起光が前記信号光
   に対しラマン増幅効果を与えると共に前記励起光が前記
   光増幅手段を励起し前記信号光を増幅することができる
   ように選ばれている請求項６又は７記載の光伝送路網。 １０、光信号伝送用光ファイバに直列に挿入され、信号
   光を中継するための光中継器であり、 前記光中継器は、 前記信号光が入力される入力端と前記信号 光を増幅して出力する出力端を有し、励起光によって励
   起されて前記信号光を増幅する光増幅手段と、 入力側の前記光信号伝送用ファイバと前記 光増幅手段の前記入力端とを光学的に結合し、前記光信
   号伝送用ファイバから与えられた前記信号を前記光増幅
   手段に入力するための入力結合手段と、 出力側の前記光信号伝送用ファイバと前記 光増幅手段の前記出力端とを光学的に結合し前記光増幅
   手段により増幅された前記信号光を前記光信号伝送用フ
   ァイバに出力結合する出力結合手段と、及び 外部から供給された前記励起光を第１及び 第２励起光に分岐する分岐手段、 とを含み、前記入力結合手段と前記出力結合手段は前記
   第１及び第２励起光をそれぞれ前記増幅手段の前記入力
   端及び前記出力端に入射する第１及び第２励起光入射手
   段を含む。