JPH1022917A - 光増幅装置及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な分散補償器を上り光信号用及び下り光
信号用のそれぞれに個別に用いなければならないため、
光増幅装置の価格が高価になるのを避け得なかった。 【解決手段】１つの分散補償器の両側に光サーキュレー
タをそれぞれ配置し、当該分散補償器を上り光信号及び
下り光信号の共用とする。これにより、上り光信号及び
下り光信号のそれぞれに対して別個に分散補償器を設け
る場合に比して総分散補償量の小型化と、実装スペース
の小型化が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを伝送
路とする長距離光伝送システムで用いて好適な光増幅装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２に、光ファイバを伝送路とする長距
離光伝送システムの従来例を示す。因みに、この伝送シ
ステムは、１０Ｇbit/s 長距離光伝送系を示すものであ
る。なお、当該長距離光伝送系についての文献として
は、文献「”Field experiment of 10Ｇbit/s,360 km t
ransmission through embedded standard(non-ＤＳＦ)f
ibre cables”ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ
7th July 1994 Vol.30 No.14」等がある。

【０００３】伝送システムの概略を説明する。この伝送
システムは、波長1550nm帯の分散が17.5ps/nm/kmである
シングルモードファイバ（ＳＭＦ）を伝送路として用い
るもので、送信装置（Ｔｘ）から伝送路に対して、波長
が1557nm、ビットレートが10Ｇbit/s の光デジタル信号
を送出する構成になっている。なお、送信装置（Ｔｘ）
から受信装置（Ｒｘ）までの距離を例えば 360kmとし、
この例では、３つの光増幅装置で中継している。

【０００４】このシステム構成の場合、シングルモード
ファイバの総分散量を求めると、17.5× 360＝6300ps/n
m となる。この値は、10Ｇbit/s の光デジタル信号が通
常伝送可能であるとされている約1300ps/nm を大きく超
過する値である。このため、かかる分散量の超過を減少
させる何らかの分散補償技術が必要となる。

【０００５】かかる分散補償技術としては、マイナスの
分散量を有する分散補償器を用いる方法が一般的であ
る。ここでは、分散補償器として、分散補償ファイバ
（ＤＣＦ：Dispersion Compensating Fibre ）を用いる
ことにする。このため、図２では、２つの光増幅器の縦
続接続でなる光増幅装置のうち、２つの光増幅器の中間
に分散補償ファイバを配置している。

【０００６】なお、この例では、伝送路の総分散量6300
ps/nm であるため、10Ｇbit/s の伝送を可能にするため
には、各分散補償ファイバの分散量の総和がおよそ−50
00ps/nm の分散特性になるように各分散補償ファイバの
分散量が決定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、現段階で
は、最も実用可能なデバイスとして分散補償ファイバが
分散補償器として用いられている。もっとも、将来的に
は、グレーティングファイバや光フィルタデバイスが当
該分散補償ファイバに置き替わると考えられているが、
光波長帯域の狭さや安定性の問題から、現在、分散補償
ファイバに勝るデバイスはないというのが現状である。

【０００８】従って、分散補償ファイバをかかる分散補
償に用いることになるのだが、この分散補償ファイバは
非常に高価であるという欠点を有している。このため、
図２の光伝送システムのように、上りと下り（East→We
stとWest→East）を有する通常のシステム構成において
は、上りと下りの両方で計10000ps/nm分もの分散を減少
させなければならず、このために、６個の分散補償ファ
イバが必要とされ、伝送システムの導入コストが高くな
るのを避け得ないという問題があった。

【０００９】また、この分散補償ファイバは、10km〜20
kmもの光ファイバをリールに巻き付ける構成となるため
部品寸法が大きくならざるを得ず、高密度な装置実装へ
のネックになっている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の光増幅装置においては、１つの分散補償器
の両側に光サーキュレータ又は光合分波器をそれぞれ配
置し、当該分散補償器を上り光信号及び下り光信号の共
用とする。

【００１１】このように、本発明の光増幅装置において
は、分散補償器を上り光信号及び下り光信号の共用とし
たので、上り光信号及び下り光信号のそれぞれに対して
別個に分散補償器を設ける場合に比して総分散補償量を
半減でき、実装スペースの小型化をも実現することがで
きる。

【００１２】また、本発明においては、光ファイバに光
信号を送出する送信装置と、光ファイバを介して受信し
た光信号を増幅して出力する請求項１又は請求項２に記
載の光増幅装置と、光増幅装置で増幅された光信号を光
ファイバを介して受信する受信装置とで光伝送システム
を構成するようにする。

【００１３】このように、本発明の光伝送システムにお
いては、総分散補償量が小さく安価で、実装スペースも
小さくて済む光増幅装置を用いるので、光伝送システム
導入時のコストを一段と低減することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】 （Ａ）第１の実施形態 （Ａ−１）第１の実施形態の構成 図１に、第１の実施形態に係る光増幅装置の構成を示
す。なお、この光増幅装置は、上り信号及び下り信号の
それぞれとして、共に波長が1557nm、ビットレートが10
Ｇbit/s のものを扱うものとする。

【００１５】この第１の実施形態に係る光増幅装置の特
徴は、ポートＡから入力された信号をポートＢへ増幅し
て出力する上り信号用光増幅装置と、ポートＣから入力
された信号をポートＤへ増幅して出力する下り信号用光
増幅装置の一部伝送路を２つの増幅装置で共用し、その
共用部分に分散補償器２を配置した点である。すなわ
ち、１つの分散補償器２を上り回線と下り回線の両方に
共用することを特徴としている。

【００１６】図１では、前段光増幅器４、光サーキュレ
ータ１、分散補償デバイス２、光サーキュレータ３及び
後段光増幅器５をそれぞれシングルモード光ファイバ
（ＳＭＦ）８を介して接続した部分が上り信号用光増幅
装置であり、前段光増幅器６、光サーキュレータ３、分
散補償デバイス２、光サーキュレータ１及び後段光増幅
器７をシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）８を介して
接続した部分が下り信号用光増幅装置である。

【００１７】ここで、前段増幅器４及び６としては、例
えば、低雑音指数のエルビウムドープ光ファイバ増幅器
でなる低雑音素子が用いられ、後段増幅器５及び７とし
ては、例えば、高出力のエルビウムドープ光ファイバ増
幅器でなる高出力素子が用いられている。

【００１８】分散補償器２は、シングルモード光ファイ
バ８による分散特性を補正するために用いられる光学素
子であり、前述したように所定（例えば、−1250ps/nm
）の分散特性を有する分散補償ファイバが用いられて
いる。

【００１９】光サーキュレータ１及び３は、本実施形態
の特徴である一部伝送路の共用と分離を実現する光学素
子である。光サーキュレータ１は、前段光増幅器４から
入力した上り信号を全て分散補償器２の方向に出力し、
分散補償器２から入力した下り信号を全て後段光増幅器
７の方向に出力するように接続されており、光サーキュ
レータ３は、前段光増幅器６から入力した下り信号を全
て分散補償器２の方向に出力し、分散補償器２から入力
した上り信号を全て後段光増幅器５の方向に出力するよ
う接続されている。

【００２０】この接続を、図３に示す光サーキュレータ
１及び３の構造例を用いて説明する。光サーキュレータ
１及び３はそれぞれ、偏波分離素子、ファラデー回転
子、相反回転子を組み合わせることにより構成されてい
る。例えばポート１から入射した光波は、偏光分離素子
９によって互いに直交する２つの偏光成分（ｐ偏光、ｓ
偏光）に分離された後、ファラデー回転子１０と相反回
転子１１を透過し、他方の偏光分離素子１２に入射され
る。

【００２１】ところで、各偏光成分は、ファラデー回転
子１０と相反回転子１１を透過する際、それぞれ45°の
偏波面回転が加わるので、出力偏波面には入射偏波面に
対して90°の偏波回転が生じることになる。この結果、
各編光成分は偏波分離素子１２によって合成され、ポー
ト２の方向へ出力されることになる。

【００２２】この反対に、ポート２からの入射光に対し
ては、相反回転子１１による偏波面回転とファラデー回
転子１０による回転が打ち消しあって回転子全体での偏
波面回転がなくなるために、偏波分離素子９で合成され
た合成波は、ポート３から出力されることになる。

【００２３】従って、本実施形態で用いる光サーキュレ
ータ１の場合、ポート１を図１のポートＡに接続し、ポ
ート３を図１のポートＤに接続し、ポート２を分散補償
器２に接続すれば良いことが分かる。また、光サーキュ
レータ３の場合、ポート１を図１のポートＣに接続し、
ポート３を図１のポートＢに接続し、ポート２を分散補
償器２に接続すれば良い。

【００２４】なお、この光サーキュレータ１及び３で
は、偏波分離素子９及び１２を、偏光ビームスプリッタ
と複屈折結晶の組み合わせで構成しているので、アイソ
レーションポートに戻り光の漏れ成分が出力されないよ
うになっている。

【００２５】（Ａ−２）第１の実施形態の動作 続いて、かかる構成の光増幅装置による光伝送の様子を
説明する。

【００２６】まず、ポートＡから入力された弱いパワー
の10Ｇbit/s の上り信号は、前段光増幅器４によって約
0dBm 〜＋ 3dBm 位にまで増幅された後、光サーキュレ
ータ１を経て分散補償器２へ送られる。このとき、光サ
ーキュレータ１の光学特性により、上り光信号が後段光
増幅器７の下り光信号の経路に漏洩することはない。

【００２７】分散補償器２を通過した上り光信号は、光
サーキュレータ３を経て後段光増幅器５に入力され、さ
らに、約＋12〜＋15dBm 位まで増幅されてポートＢに出
力される。この場合も、光サーキュレータ３の光学特性
により、上り光信号が前段光増幅器６の下り光信号の経
路に漏洩することはない。

【００２８】逆の場合も同様である。すなわち、ポート
Ｂから入力された下り光信号も、前述と同等の原理によ
り、前段光増幅器６、光サーキュレータ３、分散補償器
２、光サーキュレータ１、後段光増幅器７を経てポート
Ｄに出力される。

【００２９】以上の通り、この光増幅装置は、１つの分
散補償器２を上り回線と下り回線の両方に共用し、上り
信号の増幅にも下り信号の増幅にも使用できる。

【００３０】（Ａ−３）第１の実施形態の効果 以上のように、第１の実施形態によれば、分散補償器２
の両側に光サーキュレータ１及び３を設け、分散補償器
２を上り回線と下り回線とで共用できるようにしたこと
により、光伝送システムに用いられる分散補償器２の総
分散補償量を図２の場合に比して半分（−5000ps/nm ）
にすることができる。この結果、分散補償器の価格の低
下と、これら光増幅装置を用いて構築した光伝送システ
ムの導入コストの低減とを実現することができる。

【００３１】また、分散補償器２が上下方向について１
つで済むため、光増幅装置の一層の小型化を実現するこ
とができる。なお、今回採用した光サーキュレータ１及
び３は、分散補償器２を構成する分散補償ファイバに比
べて各段に安価なデバイスであり、そのサイズも小さい
ため、光増幅装置の小型化と低価格化に有利である。

【００３２】（Ｂ）第２の実施形態 （Ｂ−１）第２の実施形態の構成 図４に、第２の実施形態に係る光増幅装置の構成を示
す。図５に示す光増幅装置は、図１との同一、対応部分
に、同一、対応符号を付して示したものであり、光サー
キュレータ１及び３に替えて、光合分波器１５及び１６
を用いることを除いて同様の構成を有している。すなわ
ち、この第２の実施形態に係る光増幅装置の場合も、１
つの分散補償器２を上り回線と下り回線の両方で共用し
ている点に特徴がある点では共通である。

【００３３】従って、図４では、前段光増幅器４、光合
分波器１５、分散補償デバイス２、光合分波器１６及び
後段光増幅器５をそれぞれシングルモード光ファイバ
（ＳＭＦ）８を介して接続した部分が上り信号用光増幅
装置となり、前段光増幅器６、光合分波器１６、分散補
償デバイス２、光合分波器１５及び後段光増幅器７をシ
ングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）８を介して接続した
部分が下り信号用光増幅装置となる。

【００３４】なお、この第２の実施形態の場合、上り光
信号（East→West）の波長λ１と下り光信号（West→Ea
st）の波長λ２（≠λ１）とが互いに異なる波長の光信
号である点が第１の実施形態と相違している。ここで
は、上り光信号の波長λ１を1552nmとし、下り光信号の
波長λ２を1557nmとする。なお、光信号のビットレート
は上り下り共に10Ｇbit/s とする。

【００３５】続いて、かかる波長を異にする光信号の分
波と合波に用いられる光合分波器１５及び１６の構成を
説明する。これら２つの光合分波器１５及び１６は、い
ずれも波長の違いによって透過率が０又は１となる波長
多重分離機能光学素子でなり、光合分波器１５は、波長
λ１の光信号のみを前段光増幅器４の方向から分散補償
器２の方向に低損失にて通過し、波長λ２の光信号のみ
を分散補償器２の方向から後段光増幅器７の方向に低損
失にて通過させるようになっている。

【００３６】他方、光合分波器１６は、波長λ２の光信
号のみが前段光増幅器６の方向から分散補償器２の方向
に低損失にて通過し、波長λ１の光信号のみを分散補償
器２の方向から後段光増幅器５の方向に低損失にて通過
するようになっている。

【００３７】なお、この実施形態における波長多重分離
機能光素子は、誘電体多層膜フィルタを用いて構成され
ている。この誘電体多層膜フィルタを用いた光合分波器
１５の構造例を図５に示す。光合分波器１５は、誘電体
多層膜フィルタによる干渉フィルタ１７と、その両側に
配置されたロッドレンズ１８及び１９でなる。

【００３８】ここで、ロッドレンズ１２及び１３は、１
／４ピッチ収束性ロッドレンズでなり、コリメータレン
ズ及び集光レンズとして動作している。また、干渉膜フ
ィルタ１７は、波長λ１の光信号を反射し、波長λ２の
光信号を透過するものが用いられる。因みに、この干渉
膜フィルタ１７の光学特性を逆にしたものが、光合分波
器１６である。

【００３９】（Ｂ−２）第２の実施形態の動作 続いて、かかる構成の光増幅装置による光伝送の様子を
説明する。

【００４０】まず、ポートＡから入力された波長λ１の
弱いパワーの10Ｇbit/s の上り信号は、前段光増幅器４
によって約 0dBm 〜＋ 3dBm 位にまで増幅された後、光
合分波器１５を経て分散補償器２へ送られる。このと
き、光合分波器１５の光学特性により、上り光信号が後
段光増幅器７の下り光信号の経路に漏洩することはな
い。

【００４１】分散補償器２を通過した上り光信号は、光
合分波器１６を経て後段光増幅器５に入力され、さら
に、約＋12〜＋15dBm 位まで増幅されてポートＢに出力
される。この場合も、光サーキュレータ３の光学特性に
より、上り光信号が前段光増幅器６の下り光信号の経路
に漏洩することはない。

【００４２】逆の場合も同様である。すなわち、ポート
Ｂから入力された下り光信号も、前述と同等の原理によ
り、前段光増幅器６、光合分波器１５、分散補償器２、
光合分波器光１６、後段光増幅器７を経てポートＤに出
力される。

【００４３】以上の通り、この光増幅装置は、１つの分
散補償器２を上り回線と下り回線の両方に共用し、上り
信号の増幅にも下り信号の増幅にも使用できる。

【００４４】（Ｂ−３）第２の実施形態の効果 以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形
態の場合と同様、分散補償器２の両側に光合分波器１５
及び１６を設け、分散補償器２を上り回線と下り回線と
で共用できるようにしたことにより、光伝送システムの
導入コストの低減と実装スペースの削減を可能にする光
増幅装置を得ることがでる。

【００４５】さらに、第２の実施形態では、光信号の合
分波に干渉膜フィルタを用いたので、通過帯域外の波長
成分を有効に除去することができ、当該帯域に波長域を
有する光ノイズを有効に低減することができるという格
別の効果も有する。

【００４６】（Ｃ）他の実施形態 (C-1) なお、上述の実施形態において説明した光増幅装
置は、図６に示すように、光増幅器を伝送経路上に用い
る光伝送システムのいかなる光増幅装置、例えば、伝送
路の途中に配置する光ライン増幅装置２１、２２、Ｔｘ
側に配置する光ブースター増幅装置やＲｘ側に配置する
光プリ増幅装置２０、２３にも適用できる。

【００４７】(C-2) また、上述の第１及び第２の実施形
態においては、１つの波長の上り光信号と１つの波長の
下り光信号を例にとって説明したが、複数の波長の上り
光信号と複数の波長の下り光信号をもつ波長多重（ＷＤ
Ｍ）光伝送システムにも適用し得る。

【００４８】(C-3) さらに、上述の第２の実施形態にお
いては、光合分波器として、図５に示す構造のものを用
いる場合について述べたが、他の構成のものにも適用し
得る。例えば、図７に示すように、ハーフミラー２４
と、コリメート用レンズ２５とで構成する４ポート型の
光合分波器を適用しても良い。このようにしても、上述
の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、１つの
分散補償器の両側に光サーキュレータ又は光合分波器を
それぞれ配置し、当該分散補償器を上り光信号及び下り
光信号の共用としたことにより、上り光信号及び下り光
信号のそれぞれに対して別個に分散補償器を設ける場合
に比して総分散補償量の小型化と、実装スペースの小型
化を実現することができる。

【００５０】また、以上のように、本発明によれば、総
分散補償量が小さく安価であり、加えて実装スペースが
小さくて済む請求項１又は請求項２に記載の光増幅装置
を光ファイバを介して受信された光信号の増幅に用いる
ことにより、光伝送システムを一層安価に導入すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る光増幅装置の全体構成を
示すブロック図である。

【図２】従来の光増幅装置を用いて構築した長距離光伝
送システムを示すブロック図である。

【図３】光サーキュレータの光学構造例を示す断面図で
ある。

【図４】第２の実施形態に係る光増幅装置の全体構成を
示すブロック図である。

【図５】光合分波器の光学構造例を示す断面図である。

【図６】実施形態に係る光増幅装置を用いて構築した長
距離光伝送システムを示すブロック図である。

【図７】光合分波器の他の光学構造例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１、 ３…光サーキュレータ、２…分散補償器、４、
５、６、７…光増幅器、８…シングルモード光ファイ
バ、９、１２…偏波分離素子、１０…ファラデー回転
子、１１…相反回転子、１３、１４…プリズム、１５、
１６…光合分波器、１７…干渉膜フィルタ、１８、１９
…ロッドレンズ、２０、２３…光ブースター・プリ増幅
装置、２１、２２…光ライン増幅装置、２４…ハーフミ
ラー、２５…コリメート用レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 学 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの分散補償器の両側に光サーキュレ
   ータをそれぞれ配置し、当該分散補償器を上り光信号及
   び下り光信号の共用とすることを特徴とする光増幅装
   置。
2. 【請求項２】 １つの分散補償器の両側に光合分波器を
   それぞれ配置し、当該分散補償器を上り光信号と下り光
   信号の共用とすることを特徴とする光増幅装置。
3. 【請求項３】 光ファイバに光信号を送出する送信装置
   と、 光ファイバを介して受信した光信号を増幅して出力する
   請求項１又は請求項２に記載の光増幅装置と、 上記光増幅装置で増幅された光信号を光ファイバを介し
   て受信する受信装置とを備えることを特徴とする光伝送
   システム。