JPH0387727A - 光ファイバ増幅器を備えた光通信方式 - Google Patents

光ファイバ増幅器を備えた光通信方式

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JPH0387727A
JPH0387727A JP1223172A JP22317289A JPH0387727A JP H0387727 A JPH0387727 A JP H0387727A JP 1223172 A JP1223172 A JP 1223172A JP 22317289 A JP22317289 A JP 22317289A JP H0387727 A JPH0387727 A JP H0387727A
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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】 概要 光ファイバ増幅器を備えた光通信方式に関し、信号光に
よる情報伝送の他に励起光による情報伝送が可能な方式
の提供を目的とし、 希土類元素をドープした希土類ドープファイバに信号光
を励起光と共に伝搬させて上記信号光の増幅を行うよう
にした光ファイバ増幅器を備えた光通信方式において、
励起状態の蛍光寿命よりも短い周期を有する程度の高周
波の変調信号により上記励起光を変調して、信号光によ
る情報伝送の他に励起光をキャリアとした情報伝送を可
能にして構成する。
産業上の利用分野 本発明は光ファイバ増幅器を備えた光通信方式に関し、
さらに詳しくは、希土類元素をドープした希土類ドープ
ファイバを用いてなる光ファイバ増幅器を備えた光通信
方式に関する。
光信号を電気回路によらず直接埴輪する光増幅器は、ピ
ットレートフリーであり大容量化が容易であるという点
及び多チャンネルの一括増幅が可能であるという点から
、今後の光通信システムのキーデバイスとして各研究機
関で盛んに研究されている。この種の光増幅器を備えた
光通信方式としては、光増幅器を光パワーブースタとし
て用い、分岐・挿入損の補償や送信パワーの増加を図っ
たもの、光増幅器を光プリアンプとして用い、受信感度
の改善を図ったもの、光増幅器を光中継器とし、て用い
、中継器の小型化や高信頼化を図ったものなどが提案さ
れており、その方式上の最適化が模索されている。
従来の技術 従来から研究の対象とされている光増Ｉｌｌ！器を大別
すると、■希土類元素（Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ等）をドープ
した光ファイバ（本願明細書中「希土類ドープファイバ
」と称し、この語句は希土類元素をドープした導波路等
の導波構造を含めた広範囲なものとして使用する。）を
用いたもの、■半導体レーザ型のもの、■光ファイバ中
の非線形効果を利用したものになる。このうち、■の希
土類ドープファイバを用いた光増幅器は、偏波依存性が
ないこと、低雑音であること、伝送路との結合損失が小
さいことといった優れた特徴を有している。
ところで、光増幅器を光中継器として用いる場合、その
監視制御機能が不可欠である。従来、■の半導体レーザ
型の光増幅器に適用することができる監視制御方式とし
ては、例えば、Ｅｔｌｉｓ、　Ａ、Ｄ。
ｅｔ　ａＬ、：　５ｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　ｓｙｓｔｅ
ｍ　ｆｏｒ　ｃａｓｃａｄｅｄ　ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ　１ａｓｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｒｅｐｅ
ａｔｅｒｓ、　ＥＬｅｃｔｒｏｎ、　　　Ｌｅｔｔ、、
　　　ＶｏＬ、２５．　　Ｎｏ、５．　　ｐｔ’、３θ
９−３１１（２ｎｄ　Ｈａγｃｈ　７９θ９）、に開示
されているものが知られているが、この方式は半導体レ
ーザ型の光増幅器の注入電流を検出するようにしたもの
なので、そのまま光ファイバ増幅器を備えた光通信方式
に適用することはできない。即ち、光ファイバ増幅器に
適した監視制御方式についての従来技術は見当たらない
。
発明が解決しようとする課題 光ファイバ増幅器を備えた光通信方式においては、光増
幅を行うために励起光を用いているので、もし、信号光
による情報伝送の他に励起光による情報伝送が可能にな
るとすれば、光ファイバ増幅器を光中継器として備えて
いる光通信方式において監視制御が可能になる。また、
希土類ドープファイバに導入される励起光が信号光と同
方向のときだけでなく逆方向のときにも光増幅がなされ
ることから、励起光による情報伝送が可能になるとすれ
ば、これを用いて双方向伝送が可能になる。
本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、信号
光による情報伝送の他に励起光による情報伝送が可能な
、光ファイバ増幅器を備えた光通信方式の提供を目的と
している。
課題を解決するための手段及び作用 第２図に希土類ドープファイバによる光増幅の原理を示
す。２はコア２ａ及びクラッド２ｂから構成された希土
類ドープファイバであり、コア２ａ中にエルビウム（Ｅ
ｒ）等の希土類元素がドープされている。このような希
土類ドープファイバ２に励起光くボンピング光〉が入射
すると、希土類原子が高いエネルギー準位に励起される
。高いエネルギー準位に励起された光ファイバ２中の希
土類原子に信号光が入ってくると、光の誘導放出が生じ
希土類原子が低いエネルギー準位に遷移するが、このと
き信号光のパワーが光ファイバに沿って次第に大きくな
り信号光の増幅が行われる。
ドープされた希土類元素がエルビウム＜Ｅｒ）である場
合において、波長が１．５５μｍ帯の信号光を増幅する
ときには、例えば波長が１．４９μｍ帯のレーザ光を励
起光として用いることができる。また、ドープされた希
土類元素がネオジウム（Ｎｄ）である場合において、波
長が１．３μｍ帯の信号光を増幅するときには、波長が
０．８μｍ帯のレーザ光を励起光として用いることがで
きる。以下の記述では、ドープされた希土類元素がエル
ビウムであるとして本発明を説明する。
波長λＳの信号光に対して所定の波長関係を有する波長
λ、の励起光を希土類ドープファイバに入射させると、
この希土類ドープファイバには、そのスペクトルが第３
図においてＦで示されるような蛍光が信号光のスペクト
ルの近傍に生じる。
この蛍光の強度の変化は励起光の強度の変化と時間的に
完全に一致することはなく、第４図に示すように、例え
ば、時刻ｔｏ　において励起光の入射を中止したとする
と、蛍光の強度は瞬間的に０にはならず、適当な時定数
をもって徐々に減少していく。いま、蛍光の強度ａが励
起光の入射を中止する以前の強度すの１／ｅ（ｅは自然
対数の底）にまで減少するのに要する時間ｒをもって蛍
光寿命と定義すると、時刻ｔｏ　から蛍光寿命ｒが経過
する程度の範囲内では、励起光の入射を中止しているに
も関わらず、信号光に対する不安定な利得変動を伴うこ
となしに増幅作用が継続することが知られている（Ｌａ
ｍｉｎｇ、　Ｒ，１，ｅｔ　ａｔ、：　ＭｕＬｔｉ−ｃ
ｈａｎｎｅｔ　ｃｒｏｓｓｔａＬｋ　ａｎｄ　ｐｕｍｐ
　ｎｏｉｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉ−ｓａｔｉｏｎ　
ｏｆ　Ｅｒ”−ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｒｅ　ａｍｐｌｉｆ
ｉｅｒ　ｐｕｍｐｅｄａｔ　９θθｎｍ、　ＥＬｅｃｔ
ｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、、　Ｖｏｔ、’１５．　Ｎｏ、７
゜ｐｐ、４５５−４５６　（３θｔｈ　Ｍａｒｃｈ　１
９θ９）、〉。
従って、励起状態の蛍光寿命よりも短い周期を有する程
度の高量波の変調信号により励起光を変調した場合には
、この変調の影響は増幅された信号光には現れないこと
になる。
第１図は本発明の原理説明図であり、同図（ａ）は信号
光及び励起光が希土類ドープファイバを同方向に伝搬す
る場合、同図ら）は信号光及び励起光が希土類ドープフ
ァイバを互いに逆方向に伝搬する場合を示している。
本発明方式は、希土類元素をドープした希土類ドープフ
ァイバ２に信号光４を励起光６と共に伝搬させて上記信
号光４の増幅を行うようにした光ファイバ増幅器を備え
た光通信方式において、励起状態の蛍光寿命よりも短い
周期を有する程度の高周波の変調信号８により上記励起
光６を変調して、信号光４による情報伝送の他に励起光
６をキャリアとした情報伝送を可能にしたものである。
尚、ここで希土類元素をドープした希土類ドープファイ
バというのは、前述したように、希土類元素をドープし
た導波路等の導波構造を含む広い概念を意味し、従って
、希土類元素をドープした希土類ドープファイバに信号
光を励起光とともに伝搬させて上記信号光の増幅を行う
ようにした光ファイバ増幅器というのは、光の伝搬媒体
として光ファイバを用いている光増幅器だけでなく、光
の伝搬媒体として先導波路等の導波構造を用いてる光増
幅器を含む。
第１図（ａ）に示したように、信号光及び励起光が希土
類ドープファイバを同方向に伝搬するようにされている
場合には、励起光をキャリアとした光中継器の監視信号
の伝送を行うことができる。
一方、第１図（ロ）に示すように、信号光及び励起光が
希土類ドープファイバを互いに逆方向に伝搬するように
されている場合には、信号光による情報伝送と励起光を
キャリアとした情報伝送とにより双方向伝送が可能にな
る。
実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第５図は本発明を適用した光中継装置の説明図である。
同図には、上りの光伝送路１２と下りの光伝送路１４と
からなる往復光伝送路の途中に単−又は複数（図では３
つ〉の光中継装置１６を備えたシステムが図示されてい
る。光中継装置１６は、上りの光伝送路１２に接続され
た上り中継器１８と下りの光伝送路１４に接続された下
り中継器２０を備え、これら上り中継器１８と下り中継
器２０は一般的な中継機能の他に光中継装置の監視制御
機能を司る監視情報のやりとりを行う。上り及び下り中
継器１８．２０間における監視情報のやりとりは電気信
号によりなされるが、光伝送路１２．１４における監視
情報の伝送は、光中継装置１６に含まれる希土類ドープ
ファイバの励起光によりなされる。
第６図に上り中継器１８のブロック図を示す。
下り中継器２０は上り中継器１８と同一のブロック構成
である。第６図において、上りの光伝送路１２を伝搬し
ている信号光の波長は例えば１．５３６μｍ或いは１．
５５２μｍであり、励起光の波長は例えば１．４９μｍ
である。光増幅に寄与しなかった励起光は上り中継器に
到達することになる。信号光及び励起光は光カブラ２０
で例えば１　：　１．　ＯＯに分配され、少ない方の分
配光が入力信号レベル検出器２２に入力して信号光のレ
ベルが検出される。多い方の分配光は光ファイバ増幅器
２４に入力する。
光ファイバ増幅器２４は合分波器２６とエルビウムをコ
アにドープした希土類ドープファイバ２８とを備えて構
成される。合分波器２６は、光カブラ２０からの信号光
と励起光を合分波して、信号光を希土類ドープファイバ
２８に導き励起光を受信機３２に導くとともに、励起光
源３０からの励起光を希土類ドープファイバ２８に導く
。合分波器２６は合波器及び分波器から構成されていて
も良い。
光ファイバ増幅器２４により増幅された信号光と増幅に
より消費されなかった励起光は、光アイソレータ３４を
介して光カブラ３６に入力する。
光アイソレータ３４を備えているのは、希土類ドープフ
ァイバ２８を含む光経路に共振器構造が形成されて希土
類ドープファイバ２８の利得に基づく発振が生じること
を防止するためである。光カブラ３６は入力した信号光
及び励起光を例えば１：１００に分配し、多い方の分配
光は再び上りの光伝送路１２に導き入れられ、少ない方
の分配光は出力信号レベル検出器３８に入力する。出力
信号レベル検出器３８は、内蔵する光フィルタにより励
起光を取り除き、増幅された信号光のレベルを検出する
。
励起光源３０はこの実施例では半導体レーザからなり、
そこから出力する励起光のパワー又はその平均値は、出
力信号レベル検出器３８からの信号に基づいたＡ、　Ｐ
　Ｃ回路４０の動作によって、上記出力信号レベルが一
定となるように制御される。
この制御により、この上り中継器に人力した信号光のレ
ベルに関わらず常に一定レベルの信号光をこの上り中継
器が出力することができるようになる。
入力信号レベル検出器２２からの入力信号レベル、出力
信号レベル検出器３８からの出力信号レベル並びに励起
光源３０における励起電流（半導体レーデのバイアス電
流〉及び励起光犯力は、上りの監視情報として下り中継
器２０に送られ、そこでの励起光を変調することにより
下りの光伝送路１４に送出されろく第５図も参照〉。
一方、下りの監視情報は、信号処理回路４４を介して上
り中継器１８に取り込まれ、励起光源３０からの励起光
を下りの監視情報に基づいて変調することによって、下
りの監視情報は上りの光伝送路１２を介して伝送される
。以下、この動作を説明する。この上り中継器１８に対
する監視情報の送出命令を受信機３２が受けると、これ
を解読してコントローラ４６に通知する。この解読は、
受信機３２が受けたアドレス情報が予め記憶されている
アドレス情報と一致するか否かを一致検出回路４２によ
り検出することにより行うことができる。コントローラ
４６は、監視情報の送出命令を受けて、信号処理回路４
４からの下りの監視情報に基づいて変調回路４８を制御
し、これにより励起光源３０からの励起光が例えば強度
変調される。このときの変調速度は希土類ドープファイ
バ２８の蛍光寿命の逆数よりも充分大きくしておけば、
励起光源３０からの励起光を変調したとしても、増幅さ
れて上り中継器１８から送出される信号光にこの変調成
分は殆ど現れない。よって、信号光の直接光増幅による
情報伝送の他に、励起光をキャリア（搬送波〉とした監
視情報についての情報伝送が可能である。尚、一致検出
回路４２におけるアドレス情報の一致がなく、下りの監
視情報を上りの光伝送路１２に送出する必要がない場合
には、受信機３２が受信した励起光による伝送情報をコ
ントローラ４６により再生増幅して励起光１３０を変調
するようにしておく。
第７図は本発明を適用して構成される双方向伝送システ
ムのブロック図である。このシステムは、第１端局５０
と第２端局５２との間を１本の光ファイバ５４で接続し
て双方向伝送を可能にしたものである。第１端局５０は
、１．５５μｍ帯の信号光を送信する送信部５６と、１
．４９μｍ帯の変調された励起光を受信する受信ｎ６０
と、分波器５８とを備えて構成されている。第２端局５
２は、プリアンプ６２と、１．５５μｍ帯の信号光を受
信する受信［６４と、１．４９μｍ帯の励起光を変調し
て送出する送信部６６とを備えて構成されている。送信
部６６は励起光源６８と励起光源６８の半導体レーザを
強度変調する変調回路７０とを備えている。プリアンプ
６２は、光ファイバ５４に接続された希土類ドープファ
イバ７２と、変調された励起光を希土類ファイバ７２に
送り込むとともに希土類ドープファイバ７２により増幅
された信号光を受信部６４に送り込む合分波器７４とを
備えている。
第１端局５０の送信部５６からの信号光は、分波器５８
を介して光ファイバ５４に送出され、第２端局５２のプ
リアンプ６２により増幅されて受信部６４により受信さ
れる。この場合、プリアンプ６２　（光ファイバ増幅器
〉の作用によって信号光が増幅されるので、受信感度が
増大する。一方、第２端局５２の送信部６６から送出さ
れた変調された励起光は、その変調の影響を与えずに第
１端局５０からの信号光の増幅に寄与した後、光ファイ
バ５４を介して第１端局５０に伝送され、分波器５８を
介して受信部６０に送り込まれ、伝送情報が再生される
。
このように、信号光及び励起光が希土類ドープファイバ
７２を互いに逆方向に伝搬するようにしているので、信
号光による情報伝送と励起光をキャリアとした情報伝送
とにより双方向伝送が達成される。
第２端局５２の送信部６６における励起光源６８の変調
は、第５図及び第６図により説明した実施例と同様に、
希土類ドープファイバの励起状態の蛍光寿命よりも短い
周期を有する程度の高周波の変調信号によりなされてい
る。
希土類ドープファイバが希土類元素としてエルビウムを
ドープした希土類ドープファイバである場合には、励起
状態の蛍光寿命は例えば約１４ｍ５であり、実用上充分
な伝送容量を得ることができる。
発明の詳細 な説明したように、本発明では、励起状態の蛍光寿命よ
りも短い周期を有する程度の高周波の変調信号により励
起光を変調するようにしているので、励起光による信号
光の増幅に悪影響を与えることなしに、信号光による情
報伝送の他に励起光による情報伝送が可能になるという
効果を奏する。その結果、信号光及び励起光が希土類ド
ープファイバを同方向に伝搬するようにされている場合
には、励起光をキャリアとして光中継器の監視信号を容
易に伝送することができるようになり、また、信号光及
び励起光が希土類ドープファイバを互いに逆方向に伝搬
するようにされている場合には、信号光による情報伝送
と励起光による情報伝送とにより双方向伝送が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理説明図、 第２図は希土類ドープファイバによる光増幅の原理を示
す模式図、 第３図は蛍光の説明図、 第４図は蛍光寿命の説明図、 第５図は本発明の実施例における光中継装置の説明図、 第６図は本発明の実施例における上り中継器のブロック
図、 第７図は本発明の実施例における双方向伝送システムの
ブロック図である。 ２．２８．Ｔ２・・・希土類ドープファイバ４・・・信
号光、 ６・・・励起光、 ８・・・変調信号、 １６・・・光中継装置、 １８・・・上り中継器、 ２０・・・下り中継器。 山願人：富士通株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）希土類元素をドープした希土類ドープファイバ（
    ２）に信号光（４）を励起光（６）と共に伝搬させて上
    記信号光（４）の増幅を行うようにした光ファイバ増幅
    器を備えた光通信方式において、 励起状態の蛍光寿命よりも短い周期を有する程度の高周
    波の変調信号（８）により上記励起光（６）を変調して
    、信号光（４）による情報伝送の他に励起光（６）をキ
    ャリアとした情報伝送を可能にしたことを特徴とする光
    ファイバ増幅器を備えた光通信方式。
  2. （２）信号光（４）及び励起光（６）は上記希土類ドー
    プファイバ（２）を同方向に伝搬するようにされ、上記
    励起光（６）をキャリアとした情報伝送は光中継器の監
    視信号の伝送であることを特徴とする請求項１に記載の
    光ファイバ増幅器を備えた光通信方式。
  3. （３）信号光（４）及び励起光（６）は上記希土類ドー
    プファイバ（２）を互いに逆方向に伝搬するようにされ
    、 上記信号光（４）による情報伝送と上記励起光（６）を
    キャリアとした情報伝送とにより双方向伝送がなされる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器を
    備えた光通信方式。
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