JPH08251109A - 自己増幅ネットワーク - Google Patents

自己増幅ネットワーク

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JPH08251109A
JPH08251109A JP8001087A JP108796A JPH08251109A JP H08251109 A JPH08251109 A JP H08251109A JP 8001087 A JP8001087 A JP 8001087A JP 108796 A JP108796 A JP 108796A JP H08251109 A JPH08251109 A JP H08251109A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 増幅媒質のひとつ以上の領域がシステム内の
いくつかまたはすべての光源により光励起される自己増
幅通信システムまたはネットワーク（ＳＡＮＥ）が開示
される。 【解決手段】 光源は、信号光線の光源として、および
増幅領域へ励起光線を供給する励起光源としての、両方
の作用をもつ。伝送媒質には、光ファイバー、あるいは
自由空間または平面導波管伝送媒質を使用することがで
きる。増幅媒質は、ファイバー、導波管または容積位相
の内部におくことができ、またシステム内の離れた場所
に位置する励起光源に併設することができ、あるいは伝
送媒体内に配置することさえ可能である。光増幅器を通
過する励起光の伝送を伴う、あるいは伴わない、固定的
光学通路が使用される。ネットワーク・トポロジー構成
は、ポイント・ツー・ポイント、星形、または環状配列
などに設定することができる。通信のアップリンクやダ
ウンリンクは同じ波長で、または別の波長で操作でき、
利得はアップリンク、ダウンリンク、あるいはその両方
へ作成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本開示は光通信ネットワー
ク、特に、自己増幅光通信のシステムと方法を有するネ
ットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅器は、光通信システムで、そのシ
ステムの帯域幅と距離の積の改善をもたらすために使用
される。光増幅器は、その光通信システムへ信号光も提
供する共用光源により光励起された増幅領域または利得
領域の形式をとることができる。このような光通信シス
テムを、ここでは自己増幅光システムと定義する。この
ような自己増幅を備えた通信ネットワークをここでは自
己増幅ネットワークと定義し、「ＳＡＮＥ」と略称す
る。励起光が信号光と同じ方向で増幅領域を通過する場
合は増幅器が共励起されたといい、励起光と信号光が逆
方向へ進む場合は対向励起されたと呼ぶ。励起光が両方
向から送出される場合は、双方向励起されたと呼ぶ。
【０００３】ネットワーク内のどこへでも増幅領域を設
置できるという自由は、信号対雑音比、信号直線性、お
よびネットワークの強度を最適化するうえで有益であ
る。しかし、電力を供給するため、および保守のための
アクセスの必要から、光源の位置は固定する必要がある
だろう。例として、ＥＵＲＯＰＥＡＮ ＣＯＮＦ． Ｏ
Ｎ ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＭＭ，イタリア、フローレン
ス、１９９４年９月のＰ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ他「遠隔励
起の後置および前置増幅器を使用した２．４８８Ｇｂ／
ｓでの４２３キロメートル無中継器伝送」を参照のこ
と。遠隔励起光増幅器は、受動ネットワーク、すなわち
端末位置以外では電力を必要としないネットワーク内
の、重要な位置に展開することもできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】励起光の輝度が増幅器
の利得緩和時間より長い時間にわたって過度に低くなる
場合に、光励起された増幅器の利得の減少が問題とな
る。これを避けるために、各共用信号／励起光源の変調
方式には長時間の低輝度が回避できるものを選ぶとよ
い。代わりに、各増幅器の低利得の期間が信号を増幅し
ていない時間だけに確実に限定するために、ネットワー
ク多重化プロトコルを選択することもできる。
【０００５】非線形光学に基づく増幅器は、広範な波長
を操作することができる。集合材料でも可能だが、代表
的なものとしては規約石英ファイバーが能動媒質を構成
する。ファイバーの非線形性に基づく増幅器は励起力に
大きく依存し、有用な増幅を得るには相当大きな励起力
を必要とする。ブリルアン散乱は励起力の閾値が最小で
あり、偏光の感度が低い。たとえば、ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＩＣＳ ＬＥＴＴ．，第２４巻、１９８８年、Ｒ．Ｗ．
Ｔｋａｃｈ他の「ＡｌＧａＡｓレーザーを使用したＦＳ
Ｋ信号の光学的復調および増幅」の２６０−２６２ペー
ジは、ポイント・ツー・ポイント・リンクに光増幅およ
び波長チャンネル選択を有するシステムを明らかにして
いる。信号および励起の波長は空間的に接近しており、
これにより同調可能な光源が実現する。ラマン散乱およ
びその他のファイバーの非線形性も、増幅機構に貢献す
ることができる。ラマン散乱は、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯ
ＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、第
５巻１２号、１９９３年１２月、Ｊ．Ｐ．Ｂｌｏｎｄｅ
ｌ他の「遠隔励起された、エルビウムでドープ処理され
たファイバー増幅による予算改善の理論的評価および記
録による実験的証明」の１４３０−１４３３ページで論
じられている例がある。
【０００６】希土類でドープ処理されたファイバーを元
にした増幅器は、物質の特性を生かすために、特定の帯
域内の特定の励起および信号の波長で操作するとよい。
たとえばエルビウム（Ｅｒ）でドープ処理されたファイ
バーは、９８０または１４８０ナノメートルで操作され
るレーザーで励起されたとき、１５５０ナノメートル付
近の波長で、雑音指数良好に信号を増幅する。これらの
励起状態寿命は長く、通常１ミリ秒より長い。
【０００７】スヤマの米国特許第５，２９９，０４８号
は、自己増幅光方式を明らかにする。固定波長励起とし
て、およびポイント・ツー・ポイント・リンクでの信号
光源としても作用するひとつの光源と、希土類でドープ
処理されたファイバーに基づく増幅器の使用が推奨され
る。これらの増幅器は自局で励起され、励起／信号の共
用光源は副搬送波方式で変調される。このときの副搬送
時間は、希土類でドープ処理されたファイバーの蛍光時
間よりかなり短い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】相互接続された複数のト
ランシーバと、少なくとも２個のトランシーバを稼働用
に結合するための利得領域を有する光通信ネットワーク
が開示される。少なくともトランシーバの一つは、信号
光と励起光の両方の役割を担う光線を発生する光源、信
号光と励起光の発生を制御する通信制御モジュール、お
よび入り光を検知するための検知器を有する。利得領域
は信号光を光増幅するための励起光に反応する。この通
信方式は、星形配列、ポイント・ツー・ポイント・リン
ク配列、または環状配列を有するネットワーク内に配置
することができる。
【０００９】開示された具体例では、従来の技術をしの
ぐさまざまな利点が得られる。第一に、利得媒体と光源
との同位置性（すなわち自局励起）によりシステムの最
適感度の制約が回避できる。開示された具体例では、利
得媒質は信号経路に沿って送信機のほうへ移動され、全
体としてのリンクの感度を非常に高めることを可能にし
ている。
【００１０】第二に、自局励起トランシーバの励起光源
の障害は送信機能と同時に受信機能も損なう。ここで示
されたように共励起法を使用することにより、励起光源
が故障した場合でも受信機能は残すことができる。
【００１１】第三に、従来の技術では、上り光は減衰を
起こしながら増幅器を通過し、多重上りチャンネル間の
漏話の可能性も生じる。大きな減衰はアップリンク内で
の信号対騒音比を低下させ、利用可能な励起力も減退さ
せるので、縦続増幅のステージには実用的ではない。
【００１２】第四に、ここに示されたシステムと方法の
利得媒体は、特定の信号および励起波長を提供できる希
土類でドープ処理されたファイバーに限られない。
【００１３】第五に、ここに示されたシステムと方法
は、副搬送波変調の使用に限られず、そのためそれぞれ
に、通常、アナログ・フィルター副搬送波弁別器よりも
簡便で安価なベースバンド・デジタル受信機の使用が可
能になる。
【００１４】第六に、ここに示されたシステムと方法
は、固定波長の光源に基づく従来の技術と異なり、信号
光および励起光を異なる波長で発生させる可変波長光源
の使用により、自己増幅からの双方向利得を提供する。
【００１５】開示された自己増幅通信のシステムおよび
方法の特徴は、以下の６つの本発明の具体的説明の詳細
説明を併記の図とともに参照すれば、より容易に明らか
になり、また理解もしやすいだろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】仕様の詳細を図で参照すると、本
発明による装置には、図１Ａで描かれた、信号光または
励起光あるいはその両方を発する光源１２、光検知器１
４、通信制御モジュール１６、および伝送媒体２０に接
続されたカプラ１８を有するトランシーバ１０が含まれ
る。似た参照数字を付されたものは、要素が似ているか
または同一であることを表す。
【００１７】光源１２には、固定波長の光線を送出する
ために構成された固定波長半導体レーザー・ダイオード
を使用することができる。信号光源には、送出する波長
を変える能力のある可変波長レーザーを使用することも
できる。
【００１８】光検知器１４には、検知された光信号を電
気信号に変換するためのＰＩＮダイオードを使用するこ
とができる。カプラ１８は光源１２からの送出光の方向
を決め、検知器１４への入り光の方向を決める。カプラ
１８には方向性結合器が望ましく、波長分割多重（ＷＤ
Ｍ）のような波長独立でも波長従属でもよい。伝送媒体
２０には、光ファイバー、自由空間、または導波管が使
用できる。
【００１９】通信制御モジュール１６は、オーディオ、
ビデオ、データ、および制御信号などの信号を、トラン
シーバ１０ヘ、またはそれから伝達するために、入力／
出力通信接続２２と接続され、従来の技術である変調、
復調などの通信制御機能を提供する。通信制御モジュー
ル１６には、ブリルアン散乱を行うための信号光および
励起光の波長を調整するために光源１２を制御する同調
調整回路も含めてもよい。同調調整回路は伝送モードで
信号光の波長を設定し、受信モードでは励起光の波長を
設定する。受信信号を最大化するために、同調調整回路
には電子的フィードバックを含むことが望ましい。
【００２０】可変波長光源は、励起と信号でレーザーの
波長を別々に調整することにより、同時にではないが、
両方向へ伝わる信号の増幅を可能にする。この場合、励
起同調の調整が受信信号を最大化する簡単なフィードバ
ック・ループで可能になるため、ＳＡＮＥ端末内での検
知器と光源が同位置にあることは大変便利である。
【００２１】光源１２は変調回路へ接続し、または変調
回路内に組み込むことができ、また検知器１４は復調回
路へ接続し、または復調回路内に組み込むことができ
る。通信制御モジュール１６は変調や復調の機能を制御
するために、従来の方法でそれぞれこれら変調回路およ
び復調回路へ接続される。
【００２２】トランシーバ１０は、１Ａから１５までの
図に示されたシステム構成内で、以下の項目の一つ以上
を実施する目的で信号光および励起光を供給するため
に、共用光源１２を使用した自己増幅を行う際に使用さ
れる。 ａ）少なくとも１個の光学的星形カプラを含むネットワ
ーク内への光増幅器の組み込み、 ｂ）光増幅器の遠隔励起、 ｃ）光増幅器の共励起、 ｄ）上り信号には利用できない電源による光増幅器の励
起、 ｅ）非線形光学に基づく利得媒質の使用、 ｆ）励起光でのベースバンド・デジタル信号、 ｇ）増幅器の雑音性能を高めるための双方向励起、また
は励起反射器の使用、あるいはその両方。励起がいくつ
かの光源で共用される場合は、ネットワークの強度は改
善される。
【００２３】＜自局励起自己増幅トランシーバを使った
星形ネットワーク＞図１Ｃは、１ｘＮ星形カプラ３２と
光ファイバーが使用され得る伝送媒体３４を通じて複数
の端末トランシーバ２８−３０と稼働用に接続された主
トランシーバ２６からなる星形ネットワーク２４を示
す。具体例では、主トランシーバ２６は波長１．５５マ
イクロメートルの信号光でダウンリンク情報を伝送する
図１Ａの非増幅トランシーバ１０であり、各端末トラン
シーバ２８−３０は波長１．４８マイクロメートルでア
ップリンク信号と励起光を提供する図１Ｂに示される自
己増幅トランシーバである。トランシーバ２８−３０
は、たとえば半導体レーザーのような励起光源４０へ、
またフォトダイオード４２へ、波長分割多重（ＷＤＭ）
３８で結合された、エルビウム・ドープ・ファイバーの
ような希土類でドープ処理されたファイバーを含む利得
領域３６を含む。１ｘＮ星形カプラ３２には、ＡＭＰＨ
ＥＮＯＬＲ社が販売するＩＮＴＥＲＦＵＳＥＲのシング
ル・モードＭｘＮ星形カプラを使用することができる。
【００２４】利得領域３６は、１．４８マイクロメート
ルのアップリンク光で励起されたときに１．５５マイク
ロメートルのダウンリンク信号の増幅を行う。この配置
により、双方向への情報の同時伝送、すなわち全二重運
用が可能になる。利得領域３６は励起光源４０と同位置
にあり、可能な限り最小限の励起力水準での操作を可能
にする。
【００２５】固定波長の光源を使用しており、またアッ
プリンク方向への増幅はされないので、開示されたＳＡ
ＮＥ２４は、上り制御のビデオ配信ネットワーク、オー
ディオ、あるいは低速データ通信の場合のように下りト
ラヒックの非励起出力マージンのほうが小さい時に、そ
の長所を最大限に発揮する。入力信号レベルが大きく変
動する状況では、光増幅器としての利得領域３６は、限
られたモードで受信者全体のダイナミック・レンジを改
善するために使用できる。
【００２６】分岐型または星形ネットワーク内の自己増
幅トランシーバの利点はネットワーク構成の属性であ
り、それが利得領域３６にエルビウム・ドープ・ファイ
バーを使用したこの具体例に限られないことが、この分
野に熟練した人なら分かるということが理解できる。こ
のため、前述した自己増幅トランシーバは、半導体や石
英ファイバーのような他の増幅媒体、およびラマン散乱
やその他の非線形ファイバーのような他の増幅機構を使
用するＳＡＮＥにも適用できる。 ＜遠隔励起星形ネットワークＳＡＮＥ＞
【００２７】図２は、分岐受動型加入者星形ネットワー
クの一層の改良を実施するために、遠隔、共励起と組み
合わせた自己増幅を示す。
【００２８】図２に示されるように、ＳＡＮＥ４４は、
利得領域５６を通して複数の端末トランシーバ４８−５
４と活動的に接続された主トランシーバ４６を有する星
形ネットワークであり、そこでは主トランシーバ４６と
端末トランシーバ４８−５４は図１Ａで説明、図示され
た非増幅トランシーバである。トランシーバ４８−５４
はそれぞれ１ｘ４星形カプラ５８−６２に接続されてい
る。具体例では、利得領域５６は、エルビウム・ドープ
・ファイバーのような希土類でドープ処理されたファイ
バーを含む。
【００２９】利得領域５６は主トランシーバ４６とトラ
ンシーバ４８−５４のそれぞれの間に離して設置され
る。利得領域５６をそれぞれの発信源、すなわち信号光
を発する各トランシーバの光源へ向かって信号経路に沿
って移動することで、利得領域５６を各トランシーバの
内部に組み込むよりも、リンクの全体としての感度は大
きく改善される。
【００３０】利得領域５６を端末トランシーバ４８−５
４から離れた場所へおくことは、利得領域５６が端末ト
ランシーバ４８−５４と同じ場所におかれた場合に比べ
て、利得領域５６が下り信号光を９デシベル程度高い電
力レベルで受信することを意味する。この９デシベルの
損失は、約６デシベルの分流損失と約３デシベルのファ
イバー減衰からの損失と過剰損失で埋め合わされる。信
号レベルのこの変更は、増幅器の騒音が信号対雑音比を
左右する以前の９デシベル高い利得の効果的な利用を可
能にする。
【００３１】利得領域５６は、各利得領域６４−７０が
端末トランシーバ４８−５４のそれぞれの星形カプラ６
０、６２に割り当てられた、複数の利得領域６４−７０
を含むことがある。各利得領域６４−７０は４個の光源
により励起されるため、このＳＡＮＥ４４は共励起の提
供にあたり良好な障害許容量を発揮する。たとえば利得
領域６４は、星形カプラ６０を通して４個の端末トラン
シーバ４８−５４により励起される。共用励起は、他の
端末トランシーバが主トランシーバ４６からの信号光の
光増幅に必要な励起光を提供するため、最初の端末トラ
ンシーバの励起光発生用の１個の光源の障害が最初の端
末トランシーバの受信を阻害しないようにすることを可
能にする。光源と充電された電池は保守アクセスを容易
にするためトランシーバと同じ場所におかれるが、一方
利得領域５６は保守はほとんどあるいはまったく不要
で、電力も要しない。星形カプラ５８−６２とトランシ
ーバ４８−５４の数、および利得領域６４−７０の数と
位置は、異なるデータ速度およびフォーマット、および
加入者数の違いに応じ、ネットワークが最適になるよう
に調整することができる。特に、利得領域６４−７０が
星形カプラ５８−６２の入力側、出力側のいずれにおか
れても、利得領域６４−７０の励起に充てられる電力
は、基本的には同じである。これは、合わせて６デシベ
ルの損失が４個の光源の合計によりまかなわれるためで
ある。
【００３２】利得領域６４−７０による信号増幅は、通
信制御モジュール１６が、副搬送波、またはマンチェス
ター・コーディングまたは符号分割多重接続（ＣＤＭ
Ａ）などのデジタル・ライン・コーディングなどにより
アップリンクでの過度に長時間の低輝度を回避する変調
技術を提供する限り、トランシーバ４８−５４の少なく
とも１個からの少なくとも１個の励起光によって、継続
的に実施される。輝度変調された単純なベースバンド信
号の実施は、特に動作中のトランシーバが長いゼロの列
を送信したり、休止中のトランシーバが微量電力を発す
る場合のように、上り信号が長時間低輝度状態となる場
合は、規約ＴＤＭＡでは困難だろう。通信制御モジュー
ル１６が高度時分割多重接続（ＴＤＭＡ）プロトコルを
提供すれば、上記の課題は回避される。
【００３３】高度ＴＤＭＡの使用中、休止中のトランシ
ーバは情報を送信していない間、適当な輝度を有する光
を発する。たとえば、３個の変調されない端末トランシ
ーバ４８−５２からの励起電力は、第四の端末トランシ
ーバ５４が変調されている間、最初の利得領域６４内で
利得を得ることができる。
【００３４】信号光のダウンリンク（図２の左から右
へ）は、波長１．５５マイクロメートルで運用され、エ
ルビウム・ドープ・ファイバーで増幅される。アップリ
ンクは１．４８マイクロメートルで運用され、アップリ
ンク励起光の端数だけを吸収するように設計された利得
領域５６の励起を行う。図１Ｃの具体例に示されたとお
り、全二重の運用が達成される。
【００３５】この分野に熟練した人なら、前述された遠
隔励起および共励起は、増幅機構としてラマン散乱およ
びその他の非線形性ファイバーなど、伝送と信号の配信
増幅の両方を行う媒体を含む、別のタイプの増幅媒体を
利用したＳＡＮＥにも適用できることは明らかである。
【００３６】＜縦続可能自己増幅分配器ノードを有する
星形ネットワーク＞図３−４に示されるとおり、図２の
星形ネットワークの別の具体例では、端末トランシーバ
から要求される光の力を削減するために端末トランシー
バからの上り電力を使用する縦続可能自己増幅分配器７
２、８２が採用される。
【００３７】この事例では、図２の１ｘ４星形カプラ５
８−６２および利得領域６４−７０は、図３に示すよう
に、４ｘ４星形カプラ７４、エルビウム・ドープ・ファ
イバーなどの利得領域７６、および２ｘ２ＷＤＭ７８を
含む配置によって置き換えられる。Ａ−Ｄのラベルを付
された４ｘ４星形カプラ７４の上りポート８０は、Ｂと
Ｄの両ポートからの光が利得領域７６を双方向に励起
し、端末の最小出力電力が所与の下り信号レベルになる
ように、利得領域７６およびＷＤＭ７８に接続される。
ポートＣからの信号は、利得領域７６を通らずに上り送
信される。
【００３８】図４に示す具体例では、分配器８２は部分
的双方向励起を行うために励起反射器８４を含む。
【００３９】図５は、４個の入り信号を結合し、その合
計を４個の出力ポートへ実質的に均等に分配する４ｘ４
星形カプラ７４を示す。たとえば、Ａ−Ｄのラベルが付
された入力信号８６は加算機８８で合算され、出力信号
９０として分配される。４ｘ４星形カプラ７４は対称形
で、両方向からの入力を同時に処理することができる。
たとえば、Ｅ−Ｈのラベルが付された入力信号９２を均
等に分配された合計と合算して出力信号９４を算出す
る。
【００４０】図２に示される１ｘ４星形カプラ５８−６
２には、図５に示される４ｘ４星形カプラ７４の３個の
ポートを内部的に終止させて１ｘ４星形カプラとした
り、他のこの分野の既存の同様のデバイスを使用しても
よい。このような１ｘ４星形カプラ・デバイスは、通
常、各１ｘ４星形カプラそれぞれにつき上り電力の４分
の３を浪費する。図３−４に示される自己増幅分配器７
２、８２は、そうしなければ結合過程で失われる上り電
力の一部を捕獲し、その捕獲した上り電力を増幅器の励
起のために動力化する。
【００４１】図６−７は、第一の波長の貫通接続とし
て、および第二の波長の交差接続として作用する２ｘ２
ＷＤＭ９６、１０４を図示する。図６では、第一の波長
の各信号９８、１００はＷＤＭ９６の貫通接続１０２を
通過する。図７では、第二の波長の各信号１０６、１０
８は交差接続１１０で交差する。貫通接続される波長は
１．５５マイクロメートル、交差接続される波長は１．
４８マイクロメートルが望ましい。
【００４２】図３に示される双方向励起は、図２の対向
励起ネットワーク位相図が要求するよりも約４デシベル
低い光パワーで端末トランシーバが作動することを可能
にし、効率の改善を達成する。このような効率性は、高
い搬送波対雑音比を達成するために相対的に高い電力レ
ベルで運用しなければならないアナログビデオ配信シス
テムにとって、特に重要な点である。図４に示された反
射励起配列は中程度の効率性を達成し、高い上り電力、
少ない漏話、および縦続可能性という長所もそのままで
ある。端末レーザーへの背面反射が重要な場合は反射励
起構成が使用され、１３端末ネットワーク構成など、端
末の合計数が４の倍数ではないネットワークの構築を可
能にするために、その反射励起構成は２ｘ２星形カプラ
とともに使用される。
【００４３】ポートＣからの上り信号は利得領域７６を
通過しないので真性の損失を被らず、したがってこれは
縦続増幅器のステージとして実用的である。このような
縦続は、多数端末が採用されるときに有利である。加え
て、このような縦続配列は、増幅器を通過する際に別々
の上りチャンネル間の漏話が発生する可能性を排除す
る。
【００４４】図８は、最大６４個の端末トランシーバ１
１８、１２０へ、同時デジタル上りサービスとともにア
ナログビデオなどの高品質の光データを供給するため
に、１個の受動分配器５８と縦続可能増幅分配器の２個
のステージ１１４、１１６を使用する自己増幅星形ネッ
トワーク１１２を示す。
【００４５】図９は、上記図５で説明した４ｘ４カプラ
７４の小型版である既存技術の２ｘ２波長独立３デシベ
ルカプラ１２２を示す。図１０は、８個のエルビウム・
ドープ・ファイバー１３６、１３８を含む８ｘ８星形カ
プラ１３４で８個の遠隔トランシーバ１３０−１３２に
接続された８個のヘッドエンド・トランシーバ１２６−
１２８で構成される、別のＳＡＮＥ１２４の具体例を示
す。
【００４６】このＳＡＮＥ１２４では、各ヘッドエンド
・トランシーバ１２６−１２８は信号を下り１．５５マ
イクロメートルの光バンドで送信し、１．４８マイクロ
メートルのバンドで信号を受信する。各遠隔トランシー
バ１３０−１３２は信号を上り１．４８マイクロメート
ルのバンド（励起光）で送信し、１．５５マイクロメー
トルのバンドで信号を受信する。上り１．４８マイクロ
メートルの光は下り１．５５マイクロメートルの光のた
めの利得を提供するために、エルビウム・ドープ・ファ
イバー１３６、１３８により一部吸収される。
【００４７】さまざまな下り送信機は、時分割多重接続
（ＴＤＭＡ）、副搬送波多重接続（ＳＣＭＡ）、または
波長分割多重接続（ＷＤＭＡ）などのさまざまな多重化
技術を使用して多重化される。さまざまな上り送信機
は、エルビウム・ドープ・ファイバーが約１ミリ秒の蛍
光時間より長い低励起光時間を受信しないように、多重
化され、あるいは前述のように制御される。
【００４８】星形カプラ１３４の容量はシステムの要求
に応じて変化する。また、励起光の共用度を高めより高
い感度を得るために、エルビウム・ドープ・ファイバー
１３６−１３８はヘッドエンド・トランシーバ１２６−
１２８の近くへ移動してもよい。代わりに、必要な励起
電力を削減しファイバーの非線形性の効果を最小化する
ために、エルビウム・ドープ・ファイバー１３６−１３
８は遠隔トランシーバ１３０−１３２の近くへ移動して
もよい。
【００４９】＜ブリルアン増幅に基づくポイント・ツー
・ポイント・リンク＞図１１は、ブリルアン増幅に基づ
くポイント・ツー・ポイントＳＡＮＥ１４０を示す。ト
ランシーバ１４２、１４４は図１Ａのトランシーバにつ
いて説明したのと同じである。これらはブリルアン増幅
を提供するために小径石英ファイバー１４８、１５０を
通って光ファイバー１４６で接続される。
【００５０】カプラ１８には、ＡＭＰＨＥＮＯＬＲ社が
販売するＩＮＴＥＲＦＵＳＥＲ単一モードファイバー光
カプラなどの波長独立３デシベル分岐器が使用できる。
リンクは受動で完全な対称形であり、両方向への利得を
達成する。
【００５１】エルビウム・ドープ・ファイバーと異な
り、非線形ファイバー１４８−１５０は広帯域利得媒質
であるため、増幅はファイバーの導波属性と合致すれば
どんな波長を選んでも達成できる。
【００５２】トランシーバ１４２−１４４の間の送信は
時分割多重であり、単一のファイバーが一時に一方向へ
信号を伝える。順方向送信では、第一のトランシーバ１
４２の光源は信号光源として波長（λSIGNAL）に変調さ
れ同調され、他方、第二のトランシーバ１４４は、光フ
ァイバー１４６の末端の小径石英ファイバー１５０内に
信号光の増幅のための励起光を提供するために、わずか
に短い波長 λPUMP ＝ λSIGNAL − Δλ などの別の励起波長に変調される。送信方向を逆転する
ために、二つのトランシーバの役割が交換される。すな
わち、第二のトランシーバ１４４は信号光を発し、第一
のトランシーバ１４２は石英ファイバー１４８を励起す
るための励起光を発する。
【００５３】ブリルアン増幅は、受信トランシーバに入
力される信号光に比例して励起光を提供する受信トラン
シーバの可変波長光源１２について、比較的正確な同調
を要求する。各自己増幅トランシーバの可変波長光源１
２および検知器１４は提示した具体例では同じ場所にお
かれているので、正確な同調は、受信する信号光を最大
化するための通信制御モジュール１６の変調制御回路を
通じた既成の方法でのフィードバック・ループで行える
だろう。
【００５４】図２に図示された分岐星形ネットワーク４
４におけると同様に、図１１のポイント・ツー・ポイン
ト・リンク・ネットワーク１４０における利得領域の位
置は、信号対騒音比および励起電力を最適化するために
調整される。モード・フィールド径の小さい光ファイバ
ーが第一の位置に使用される場合は、ブリルアン利得は
第一の位置に集中する。代わって、同型のファイバーの
場合は送信媒体としてと利得領域としての両方の作用を
行うことができる。ファイバー１４６が同型であれば、
利得は励起光を提供する可変波長光源付近で最強となる
が、利得はネットワーク１４０全体に配分される。
【００５５】双方向の利得が要求されなければ固定波長
光源もブリルアン増幅に使用できる。この場合、送信は
両方向へ同時に行われる。すなわち、全二重である。蛍
光時間はまったくなく、またブリルアン散乱の真性反応
時間は比較的短いが、副搬送波またはその他の信号光の
高速変調が行われる。励起光は対向伝搬するので、励起
電力は光ファイバー内の光にとって、走行時間の半分に
平均化される。１０キロメートルの長さでは、走行時間
は約２５マイクロ秒であり、４０キロヘルツ以上であれ
ばどんな周波数での副搬送波の運用も可能にする。
【００５６】小径石英ファイバー１４８、１５０および
前述の可変波長光源のような広帯域利得媒体の利点は、
もっと複雑で分岐したネットワークにも適用できること
が分かった。
【００５７】＜ブリルアン増幅に基づく環状ネットワー
ク＞図１２は、複数の無損失タップ１５４−１６８を含
む環状ネットワーク１５２を示す。
【００５８】受動タップで構築された規約ファイバー・
リングは、タップあたりの損失が大きく、限りのあるシ
ステムの出力マージンがすぐに消耗するため、比較的少
数のユーザーしかサポートしない。光電子再生器を用い
てゼロ損失のタップを構築することはできるが、それら
はデータ速度が高いと相対的に高価であり、タップが１
個でも故障すると環状ネットワークのループ全体が機能
しなくなる。光増幅器を基本とするゼロ損失のタップで
は、１個のトランシーバの動作中の構成部分の故障は、
隣接の増幅器が修正でき、タップを作動させられる程度
の相対的に小さいデシベル数（ｄＢ）の損失しかもたら
さないので、環状ネットワークの強度を高めることがで
きる。
【００５９】図１２の具体例では、環状ネットワーク１
５２は送話状態のノード１５４を１個含み、他方他のノ
ード１５６−１６８は増幅／受話状態である。ノードが
送話状態のとき、その可変波長光源１２は信号波長で信
号光を出力する。ノードが増幅／受話状態のとき、ノー
ドがブリルアン散乱によって信号を増幅でき、送信され
た信号を光学的に受信できるように、その可変波長光源
１２は励起波長で光を出力する。図１３はタップ・ノー
ドの構成部分を示す。
【００６０】図１３によると、図示されたカプラは波長
独立の方向カプラだろう。信号光は入力ポート１７２か
らタップ・ノード１７０へ入り、第一のカプラ１７８を
通した可変波長光源１７６からの励起光で励起された小
径石英ファイバー１７４により増幅される。増幅された
信号光の一部は、検知器１８２での検知のために第二の
カプラ１８０によりタップ・オフされる。検知された信
号は、情報の受信、および通信制御モジュール１８４へ
のフィードバック入力としても使用される。タップされ
ずに残った増幅信号光は、タップ・ノード１７０の残り
をリング１５２へ入れるために、第三のカプラ１８６お
よび出力ポート１８８を通ってタップ・ノード１７０か
ら出る。
【００６１】送信のときは、可変波長光源１７６は通信
制御モジュール１８４により励起波長から信号波長へ再
変調され、生成した信号光は第三のカプラ１８６および
出力ポート１８８を通って送信される。代替例では、タ
ップ・ノード１７０からの送信は受信／増幅とは反対の
方向へ送られ、そのために図１２のリング・ネットワー
ク１５２は、両方向への利得を提供するために交互にお
かれたＳ撚りおよびＺ撚りの両方のタップ・ノードを含
む。代わりに、カプラまたはスイッチを別の配置にして
各タップ・ノードの双方向出力を得ることもできる。
【００６２】開示された自己増幅光通信のシステムおよ
び方法を望ましい具体例を参照しながら個々に図示し説
明してきたが、この分野に熟練した人なら、形式や細部
には本発明の範囲と精神からはずれることなくさまざま
な変更が可能であることが理解されるだろう。たとえば
アナログとデジタルの両方の信号を送受信するハイブリ
ッド・システムのように、ここで開示されたＳＡＮＥ内
の別の組み合わせにより別の光波長が利用できるだろ
う。このような実施例では、下りアナログ通信用に１．
５５マイクロメートルのダウンリンク信号１個、下りデ
ジタル通信用に１．３マイクロメートルのダウンリンク
信号１個のシステム内で、３つの運用波長を使用して２
つのダウンリンク信号提供でき、また上りデジタル通信
用に１．４８マイクロメートルで運用するシステム内で
アップリンク信号１個が提供できる。
【００６３】したがって、以上で提案したような修正お
よびその他の修正は、本発明の範囲内で考慮される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】ＳＡＮＥ内での使用に適した光トランシーバ
を示す。
【図１Ｂ】トランシーバに包含された利得領域のある自
己増幅トランシーバを示す。
【図１Ｃ】自局励起星形ネットワーク構成内のＳＡＮＥ
を示す。
【図２】遠隔励起星形ネットワーク構成内のＳＡＮＥを
示す。
【図３】自己増幅を使用した能動分配器ノードを示す。
【図４】図３の分配器ノードに代わる具体例を示す。
【図５】４ｘ４星形カプラを示す。
【図６】波長分割多重（ＷＤＭ）を使用した貫通接続を
示す。
【図７】ＷＤＭを使用した交差接続を示す。
【図８】縦続可能自己増幅分配器の多重ステージを有す
る自己増幅星形ネットワークを示す。
【図９】波長独立カプラを示す。
【図１０】多重ヘッドエンドを有する星形ネットワーク
構成内のＳＡＮＥを示す。
【図１１】可変波長光源およびブリルアン増幅を採用し
たポイント・ツー・ポイント・リンク構成内のＳＡＮＥ
を示す。
【図１２】無損失増幅タップ・ノードに基づく環状ネッ
トワーク構成内のＳＡＮＥを示す。
【図１３】図１２のＳＡＮＥの自己増幅タップ・ノード
を示す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/00 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｅ 10/20 Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (72)発明者 トーマス ハンチングトン ウッド アメリカ合衆国 07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，ヘザー ヒル ウェイ 20

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光通信ネットワークであって、 星形構成で接続された少なくとも３個のトランシーバ
    と、 前記少なくとも３個のトランシーバのうち少なくとも２
    個を稼働用に結合するための利得領域と、前記少なくと
    も３個のうち少なくとも１個のトランシーバであって、 信号光および励起光として作用する光線を発生する光源
    と、 信号光と励起光の発生を制御する通信制御モジュール
    と、 入力光を検知する検知器とを有するトランシーバと、 前記利得領域であって、信号光を光学的に増幅するため
    に前記励起光に反応する利得領域とを含む光通信ネット
    ワーク。
  2. 【請求項２】 少なくとも１個のトランシーバが利得領
    域を含む請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  3. 【請求項３】 利得領域が励起光源から離れた場所に位
    置する請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  4. 【請求項４】 利得領域が複数の励起光源からの励起光
    に反応する請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  5. 【請求項５】 副搬送波信号によって利得領域を通過す
    る光の走行時間の半分より大きい変調速度で光源を変調
    する手段をさらに含む請求項１に記載の光通信ネットワ
    ーク。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも３個のトランシーバが上
    りリンクと下りリンクへの接続用に複数のヘッドエンド
    ・トランシーバと複数の遠隔トランシーバをさらに含む
    請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  7. 【請求項７】 前記利得領域が、第一の方向と反対の第
    二の方向へ伝搬する信号光を光増幅するために第一の方
    向へ伝搬する前記励起光に反応する請求項１に記載の光
    通信ネットワーク。
  8. 【請求項８】 利得領域が希土類でドープ処理された光
    ファイバーを含む請求項１に記載の光通信ネットワー
    ク。
  9. 【請求項９】 利得領域がエルビウムでドープ処理され
    た光ファイバーを含む請求項８に記載の光通信ネットワ
    ーク。
  10. 【請求項１０】 利得領域が信号光の光増幅において非
    線形性を有する媒質を含む請求項１に記載の光通信ネッ
    トワーク。
  11. 【請求項１１】 非線形媒質がブリルアン散乱によって
    信号光を光増幅する請求項１０に記載の光通信ネットワ
    ーク。
  12. 【請求項１２】 非線形媒質がラマン散乱によって信号
    光を光増幅する請求項１１に記載の光通信ネットワー
    ク。
  13. 【請求項１３】 前記利得領域の利得緩和時間を平均化
    し、前記励起光を最小レベルに維持するための手段をさ
    らに含む請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  14. 【請求項１４】 前記維持手段が高度時分割多元接続
    （ＴＤＭＡ）を含む請求項１３に記載の光通信ネットワ
    ーク。
  15. 【請求項１５】 前記維持手段がデジタル・ライン・コ
    ーディングの実施手段を含む請求項１３に記載の光通信
    ネットワーク。
  16. 【請求項１６】 デジタル・ライン・コーディングの実
    施手段が符号分割多重を含む請求項１５に記載の光通信
    ネットワーク。
  17. 【請求項１７】 前記維持手段が信号光の副搬送波変調
    を含む請求項１３に記載の光通信ネットワーク。
  18. 【請求項１８】 前記利得領域を有するカプラと、１個
    の上りポートと複数の下りポートを有する前記カプラと
    をさらに含む請求項１に記載の光通信ネットワーク。
  19. 【請求項１９】 前記利得領域を双方向に励起するため
    の手段をさらに含む請求項１８に記載の光通信ネットワ
    ーク。
  20. 【請求項２０】 前記双方向に励起する手段が波長依存
    多重（ＷＤＭ）を含む請求項１９に記載の光通信ネット
    ワーク。
  21. 【請求項２１】 前記双方向に励起する手段が励起反射
    器を含む請求項１９に記載の光通信ネットワーク。
  22. 【請求項２２】 前記カプラが、上り光が前記利得領域
    を通過しない少なくとも１つの経路を含む請求項１８に
    記載の光通信ネットワーク。
  23. 【請求項２３】 前記カプラと接続するための第二のカ
    プラをさらに含む請求項１８に記載の光通信ネットワー
    ク。
  24. 【請求項２４】 光通信ネットワークであって、 第一、第二のトランシーバであって、 信号光および励起光として作用する光線を発生する光源
    と、 信号光および励起光の発生を制御する通信制御モジュー
    ルと、 入力光を検知する検知器とをそれぞれ含むトランシーバ
    と、 信号光を光増幅するために前記励起光に反応する利得領
    域であって、その増幅は非線形性を有する媒質により提
    供される利得領域とを含む光通信ネットワーク。
  25. 【請求項２５】 利得領域が励起光源から離れた場所に
    位置する請求項２４に記載の光通信ネットワーク。
  26. 【請求項２６】 非線形媒質がブリルアン散乱により信
    号光を光増幅する請求項２４に記載の光通信ネットワー
    ク。
  27. 【請求項２７】 非線形媒質がラマン散乱により信号光
    を光増幅する請求項２４に記載の光通信ネットワーク。
  28. 【請求項２８】 生成された光を適切な励起および信号
    波長へ調整するためのフィードバックを提供するため
    に、少なくとも１個の通信制御モジュールがそれぞれの
    検知器と可変波長光源とに接続された同調調整回路を含
    む請求項２４に記載の光通信ネットワーク。
  29. 【請求項２９】 利得領域がブリルアン散乱により信号
    光を光学的に増幅する請求項２８に記載の光通信ネット
    ワーク。
  30. 【請求項３０】 前記利得領域が、第一の方向と反対の
    第二の方向へ伝搬する信号光を光増幅するために第一の
    方向へ伝搬する前記励起光に反応する請求項２８に記載
    の光通信ネットワーク。
  31. 【請求項３１】 光通信ネットワークであって、 環状構成に配置された相互接続された複数のトランシー
    バと、 前記複数のトランシーバのうち少なくとも２個を稼働用
    に結合するための利得領域と、前記複数のうち少なくと
    も１個のトランシーバであって、 信号光および励起光として作用する光線を発生する光源
    と、 信号光および励起光の発生を制御する通信制御モジュー
    ルと、 入力光を検知する検知器とを含むトランシーバと、 信号光を光増幅するための前記励起光に反応する利得領
    域とを含む光通信ネットワーク。
  32. 【請求項３２】 複数のトランシーバのそれぞれが信号
    光線を光増幅するために環状構成の中でタップ・ノード
    として活動する請求項３１に記載の光通信ネットワー
    ク。
  33. 【請求項３３】 複数のトランシーバがそれぞれ複数の
    利得領域の一つを含む請求項３１に記載の光通信ネット
    ワーク。
  34. 【請求項３４】 環状構成を通過する信号光の双方向光
    増幅のために、複数のトランシーバにはＳ撚りトランシ
    ーバとＺ撚りトランシーバを含む請求項３１に記載の光
    通信ネットワーク。
  35. 【請求項３５】 光通信ネットワークであって、 光伝送媒質により接続された少なくとも２個のトランシ
    ーバと、 少なくとも２個の前記トランシーバを稼働用に結合する
    利得領域と、前記トランシーバのうちの少なくとも１個
    のトランシーバであって、 信号光および励起光として作用する光線を発生する光源
    と、 信号光および励起光の発生を制御する通信制御モジュー
    ルと、 入力光を検知する検知器とを含むトランシーバと、 信号光を光増幅するための励起光に反応する利得領域
    で、励起光源から離れた場所に位置する利得領域とを含
    む光通信ネットワーク。
JP8001087A 1995-01-09 1996-01-09 自己増幅ネットワーク Withdrawn JPH08251109A (ja)

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