JPH1022931A - 光中継伝送システム - Google Patents
光中継伝送システムInfo
- Publication number
- JPH1022931A JPH1022931A JP8170183A JP17018396A JPH1022931A JP H1022931 A JPH1022931 A JP H1022931A JP 8170183 A JP8170183 A JP 8170183A JP 17018396 A JP17018396 A JP 17018396A JP H1022931 A JPH1022931 A JP H1022931A
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- JP
- Japan
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- optical
- transmission line
- optical fiber
- repeater
- signal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光中継器数を削減して中継間隔を増大させて
も、信号対雑音比の劣化を低減する。 【解決手段】 光中継器内に、光ファイバ伝送路のラマ
ン増幅帯域が信号光波長を含むような条件を有する波長
の励起光を光ファイバ伝送路に入力し、光ファイバ伝送
路の分布損失を補償する手段を備える。
も、信号対雑音比の劣化を低減する。 【解決手段】 光中継器内に、光ファイバ伝送路のラマ
ン増幅帯域が信号光波長を含むような条件を有する波長
の励起光を光ファイバ伝送路に入力し、光ファイバ伝送
路の分布損失を補償する手段を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光中継器を用いて
光ファイバ伝送路における信号光損失を補償する光中継
伝送システムに関する。
光ファイバ伝送路における信号光損失を補償する光中継
伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の光中継伝送システムの光
中継器（光ファイバ増幅器）の基本構成を示す。図にお
いて、光中継器１０は、希土類添加ファイバ１１と、励
起光源１２と、合波カプラ１３とにより構成される。励
起光源１２から出力された励起光は、合波カプラ１３を
介して希土類添加ファイバ１１に入力され、光ファイバ
伝送路１−１から希土類添加ファイバ１１に入力される
信号光を増幅して光ファイバ伝送路１−２に送出する。
希土類添加ファイバ１１としては、一般的にエルビウム
ドープファイバが用いられる。
中継器（光ファイバ増幅器）の基本構成を示す。図にお
いて、光中継器１０は、希土類添加ファイバ１１と、励
起光源１２と、合波カプラ１３とにより構成される。励
起光源１２から出力された励起光は、合波カプラ１３を
介して希土類添加ファイバ１１に入力され、光ファイバ
伝送路１−１から希土類添加ファイバ１１に入力される
信号光を増幅して光ファイバ伝送路１−２に送出する。
希土類添加ファイバ１１としては、一般的にエルビウム
ドープファイバが用いられる。
【０００３】図８は、従来の光中継伝送システムの光信
号レベルダイアグラムを示す。図において、送信器２か
ら送信された光信号は、光ファイバ伝送路１を通過する
ことにより減衰し、光中継器１０で元の光信号レベルま
で増幅される。光信号は、このような減衰と増幅を繰り
返して受信器３に伝達される。このとき、光ファイバ増
幅器を用いた光中継器１０では、光信号の増幅と同時に
自然放出光雑音が発生し、これが各光中継器１０で累積
し、受信器３における信号対雑音比の主たる劣化要因と
なることが知られている（ Journal of Lightwave Tech
nology,vol.LT-9, No.2, pp.170-173) 。自然放出光雑
音電力ＰASE は、増幅器の利得Ｇ、反転分布パラメータ
ｎsp、プランク定数ｈ、光信号周波数ν、光中継器数
ｍ、受信器帯域Ｂとすると、 ＰASE ＝２ｎsp(Ｇ−１)ｈνｍＢ …(1) と表され、光中継器数ｍに応じて大きくなることがわか
る。
号レベルダイアグラムを示す。図において、送信器２か
ら送信された光信号は、光ファイバ伝送路１を通過する
ことにより減衰し、光中継器１０で元の光信号レベルま
で増幅される。光信号は、このような減衰と増幅を繰り
返して受信器３に伝達される。このとき、光ファイバ増
幅器を用いた光中継器１０では、光信号の増幅と同時に
自然放出光雑音が発生し、これが各光中継器１０で累積
し、受信器３における信号対雑音比の主たる劣化要因と
なることが知られている（ Journal of Lightwave Tech
nology,vol.LT-9, No.2, pp.170-173) 。自然放出光雑
音電力ＰASE は、増幅器の利得Ｇ、反転分布パラメータ
ｎsp、プランク定数ｈ、光信号周波数ν、光中継器数
ｍ、受信器帯域Ｂとすると、 ＰASE ＝２ｎsp(Ｇ−１)ｈνｍＢ …(1) と表され、光中継器数ｍに応じて大きくなることがわか
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光中継伝送
システムの全長をＬtot とし、各中継区間長をＬrep と
すると、光中継器数ｍは、 ｍ＝Ｌtot／Ｌrep …(2) と表される。中継利得は、中継区間内の光ファイバ損失
を補償するので、光ファイバの損失係数をαとすると、 Ｇ＝exp(αＬrep) …(3) の関係が成り立つ。式(1) から式(3) により、光中継伝
送システムの全長Ｌtotが与えられたときの自然放出光
雑音と中継利得の関係は、
システムの全長をＬtot とし、各中継区間長をＬrep と
すると、光中継器数ｍは、 ｍ＝Ｌtot／Ｌrep …(2) と表される。中継利得は、中継区間内の光ファイバ損失
を補償するので、光ファイバの損失係数をαとすると、 Ｇ＝exp(αＬrep) …(3) の関係が成り立つ。式(1) から式(3) により、光中継伝
送システムの全長Ｌtotが与えられたときの自然放出光
雑音と中継利得の関係は、
【０００５】
【数１】
【０００６】となる。この式(3),(4) における
【０００７】
【数２】
【０００８】の関係をみると、中継間隔Ｌrep を長くす
るほど自然放出光雑音電力ＰASE が大きくなることがわ
かる。一方、光中継器の光信号出力レベルは、希土類添
加ファイバの効率およびこれを励起する励起光源出力に
より制限されている。また、光信号出力レベルの増大と
ともに光ファイバ伝送路の非線形効果が顕著になるの
で、これによっても光信号出力レベルは制限されてい
る。
るほど自然放出光雑音電力ＰASE が大きくなることがわ
かる。一方、光中継器の光信号出力レベルは、希土類添
加ファイバの効率およびこれを励起する励起光源出力に
より制限されている。また、光信号出力レベルの増大と
ともに光ファイバ伝送路の非線形効果が顕著になるの
で、これによっても光信号出力レベルは制限されてい
る。
【０００９】したがって、光ファイバ増幅器を光中継器
として用いた光中継伝送システムでは、所要の信号対雑
音比を確保するために、中継間隔をある程度以上長くす
ることはできない。また、式(5) によれば、光中継器数
を減らすより、中継間隔を短くする方が自然放出光雑音
電力を小さくでき、信号対雑音比が改善されることがわ
かる。しかし、これでは光中継器数が増えることにな
り、システム全体のコストを上昇させ、信頼性を低下さ
せることになる。
として用いた光中継伝送システムでは、所要の信号対雑
音比を確保するために、中継間隔をある程度以上長くす
ることはできない。また、式(5) によれば、光中継器数
を減らすより、中継間隔を短くする方が自然放出光雑音
電力を小さくでき、信号対雑音比が改善されることがわ
かる。しかし、これでは光中継器数が増えることにな
り、システム全体のコストを上昇させ、信頼性を低下さ
せることになる。
【００１０】本発明は、光中継器数を削減して中継間隔
を増大させても、信号対雑音比の劣化を低減することが
できる光中継伝送システムを提供することを目的とす
る。
を増大させても、信号対雑音比の劣化を低減することが
できる光中継伝送システムを提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の光中継伝送シス
テムは、光中継器内に、光ファイバ伝送路のラマン増幅
帯域が信号光波長を含むような条件を有する波長の励起
光を光ファイバ伝送路に入力し、光ファイバ伝送路の分
布損失を補償する手段を備える。なお、光中継器では、
従来通りの光ファイバ伝送路で生じた信号光損失を補償
する光増幅が行われる。
テムは、光中継器内に、光ファイバ伝送路のラマン増幅
帯域が信号光波長を含むような条件を有する波長の励起
光を光ファイバ伝送路に入力し、光ファイバ伝送路の分
布損失を補償する手段を備える。なお、光中継器では、
従来通りの光ファイバ伝送路で生じた信号光損失を補償
する光増幅が行われる。
【００１２】本発明では、さらに光ファイバ伝送路に上
記の条件の励起光を入力し、所定の利得が得られるよう
にする。これにより、光信号はラマン増幅効果により分
布的に増幅され、光中継器への光信号入力レベルが増大
する。その結果、光中継器では、従来と同じ光信号出力
レベルを得るための中継利得を減少させることができ、
それに伴って自然放出光雑音を減少させることができ、
信号対雑音光の向上を図ることができる。また、中継利
得の減少は、光増幅器を励起する励起光源の出力を軽減
させることできるので、消費電力の低減と信頼性を向上
させることができる。
記の条件の励起光を入力し、所定の利得が得られるよう
にする。これにより、光信号はラマン増幅効果により分
布的に増幅され、光中継器への光信号入力レベルが増大
する。その結果、光中継器では、従来と同じ光信号出力
レベルを得るための中継利得を減少させることができ、
それに伴って自然放出光雑音を減少させることができ、
信号対雑音光の向上を図ることができる。また、中継利
得の減少は、光増幅器を励起する励起光源の出力を軽減
させることできるので、消費電力の低減と信頼性を向上
させることができる。
【００１３】なお、ラマン増幅は非線形効果によるもの
であるとともに分布的に行われるので、これによる雑音
発生量は同利得の集中型増幅器に比べて十分に小さいこ
とが知られている（参考文献：Nonlinear Fiber Optic
s, Academic Press発行）。
であるとともに分布的に行われるので、これによる雑音
発生量は同利得の集中型増幅器に比べて十分に小さいこ
とが知られている（参考文献：Nonlinear Fiber Optic
s, Academic Press発行）。
【００１４】
（第１の実施形態…請求項１）図１は、本発明の光中継
伝送システムの第１の実施形態を示す。図において、光
中継器２０は、希土類添加ファイバ１１、励起光源１
２、合波カプラ１３により構成される光ファイバ増幅器
と、励起光源２１およびその光出力を光ファイバ伝送路
１−１に入力する合波カプラ２２とにより構成される。
光ファイバ増幅器については、従来と同様であるので説
明は省略する。
伝送システムの第１の実施形態を示す。図において、光
中継器２０は、希土類添加ファイバ１１、励起光源１
２、合波カプラ１３により構成される光ファイバ増幅器
と、励起光源２１およびその光出力を光ファイバ伝送路
１−１に入力する合波カプラ２２とにより構成される。
光ファイバ増幅器については、従来と同様であるので説
明は省略する。
【００１５】励起光源２１は、光ファイバ伝送路１−１
に光信号波長でラマン増幅を起こさせるのに適した波長
と、所定の利得を実現するだけの光出力レベルを有す
る。これにより、光ファイバ伝送路１−１から光中継器
２０に入力される光信号を所定のレベルまで増幅するこ
とができる。図２は、本発明の光中継伝送システムの光
信号レベルダイアグラムを示す。
に光信号波長でラマン増幅を起こさせるのに適した波長
と、所定の利得を実現するだけの光出力レベルを有す
る。これにより、光ファイバ伝送路１−１から光中継器
２０に入力される光信号を所定のレベルまで増幅するこ
とができる。図２は、本発明の光中継伝送システムの光
信号レベルダイアグラムを示す。
【００１６】図において、送信器２から送信された光信
号は、光ファイバ伝送路１を通過することにより減衰す
るが、図中実線で示すようにラマン増幅によって分布
的に増幅される。なお、破線は従来の光信号レベルを
示す。これにより、光中継器２０への光信号入力レベル
が増大する。光中継器１０では、元の光信号レベルまで
増幅するが、従来と同じ光信号出力レベルを得るための
中継利得は減少する。それに伴って、図中実線で示す
ように自然放出光雑音も減少する。なお、破線は従来
の自然放出光雑音レベルを示す。光信号は、このような
減衰と増幅を繰り返して受信器３に伝達される。
号は、光ファイバ伝送路１を通過することにより減衰す
るが、図中実線で示すようにラマン増幅によって分布
的に増幅される。なお、破線は従来の光信号レベルを
示す。これにより、光中継器２０への光信号入力レベル
が増大する。光中継器１０では、元の光信号レベルまで
増幅するが、従来と同じ光信号出力レベルを得るための
中継利得は減少する。それに伴って、図中実線で示す
ように自然放出光雑音も減少する。なお、破線は従来
の自然放出光雑音レベルを示す。光信号は、このような
減衰と増幅を繰り返して受信器３に伝達される。
【００１７】一般に、ラマン増幅は、励起光源周波数に
対して媒質によって決まる一定周波数離れた帯域に利得
をもち、光ファイバの場合は13ＴHz程度であることが知
られている。例えば、1.55μｍ帯の光信号波長を増幅す
るためには、励起光源波長は1.45μｍ付近であることが
必要である。増幅利得ＧA は、ラマン増幅利得係数をｇ
R 、励起光源出力をＰO 、励起光源波長におけるファイ
バ損失係数をαp 、ファイバ長をＬ、ファイバの有効断
面積をＡeff とすると、
対して媒質によって決まる一定周波数離れた帯域に利得
をもち、光ファイバの場合は13ＴHz程度であることが知
られている。例えば、1.55μｍ帯の光信号波長を増幅す
るためには、励起光源波長は1.45μｍ付近であることが
必要である。増幅利得ＧA は、ラマン増幅利得係数をｇ
R 、励起光源出力をＰO 、励起光源波長におけるファイ
バ損失係数をαp 、ファイバ長をＬ、ファイバの有効断
面積をＡeff とすると、
【００１８】
【数３】
【００１９】と表される。なお、各パラメータは、通常
ｇR ＝４×10-14 〔ｍ／Ｗ〕、αp ＝0.25〔dB／ｋ
ｍ〕、Ａeff ＝50〔μｍ2 〕程度である。ここで、ファ
イバ長Ｌ＝100〔ｋｍ〕、励起光源出力ＰO ＝ 100〔ｍ
Ｗ〕とすると、式(6) よりファイバ出力端での光信号利
得は６〔dB〕となる。光信号波長におけるファイバ損失
係数を 0.2〔dB／ｋｍ〕とすれば、 100〔ｋｍ〕の中継
間隔で70〔ｋｍ〕の中継間隔と同等の信号対雑音比が得
られることになる。
ｇR ＝４×10-14 〔ｍ／Ｗ〕、αp ＝0.25〔dB／ｋ
ｍ〕、Ａeff ＝50〔μｍ2 〕程度である。ここで、ファ
イバ長Ｌ＝100〔ｋｍ〕、励起光源出力ＰO ＝ 100〔ｍ
Ｗ〕とすると、式(6) よりファイバ出力端での光信号利
得は６〔dB〕となる。光信号波長におけるファイバ損失
係数を 0.2〔dB／ｋｍ〕とすれば、 100〔ｋｍ〕の中継
間隔で70〔ｋｍ〕の中継間隔と同等の信号対雑音比が得
られることになる。
【００２０】図３は、本発明の光中継伝送システムの一
中継区間における測定結果を示す。ここでは、80〔ｋ
ｍ〕長の光ファイバ伝送路の光信号レベル分布をオプテ
ィカル・タイムドメイン・リフレクトメトリ装置を用い
て測定した。図において、横軸は距離、縦軸は光信号レ
ベルである。ラマン増幅用励起光を光ファイバ伝送路に
入力することにより、出力端における光信号レベルが増
大していることがわかる。
中継区間における測定結果を示す。ここでは、80〔ｋ
ｍ〕長の光ファイバ伝送路の光信号レベル分布をオプテ
ィカル・タイムドメイン・リフレクトメトリ装置を用い
て測定した。図において、横軸は距離、縦軸は光信号レ
ベルである。ラマン増幅用励起光を光ファイバ伝送路に
入力することにより、出力端における光信号レベルが増
大していることがわかる。
【００２１】図４は、本発明の光中継伝送システムにお
ける2400〔ｋｍ〕伝送後の光スペクトル測定結果を示
す。図において、横軸は波長、縦軸は光パワースペクト
ル密度である。ラマン増幅用励起光を入力したときの光
スペクトル（図中実線）と、入力しないときの光スペク
トル（図中破線）を比較すると、本発明による著しい信
号対雑音比の向上が認められる。
ける2400〔ｋｍ〕伝送後の光スペクトル測定結果を示
す。図において、横軸は波長、縦軸は光パワースペクト
ル密度である。ラマン増幅用励起光を入力したときの光
スペクトル（図中実線）と、入力しないときの光スペク
トル（図中破線）を比較すると、本発明による著しい信
号対雑音比の向上が認められる。
【００２２】（第２の実施形態…請求項２）図５は、本
発明の光中継伝送システムの第２の実施形態を示す。本
実施形態の特徴は、第１の実施形態における希土類添加
ファイバ１１を励起するための励起光源１２と、光ファ
イバ伝送路１−１でラマン増幅するための励起光源２１
を同一波長帯とし、各励起光を希土類添加ファイバ１１
および光ファイバ伝送路１−１に入力するための合波カ
プラ１３，２２を兼用させたところにある。これによ
り、構成の簡略化と合波カプラの挿入損失の低減を図る
ことができる。
発明の光中継伝送システムの第２の実施形態を示す。本
実施形態の特徴は、第１の実施形態における希土類添加
ファイバ１１を励起するための励起光源１２と、光ファ
イバ伝送路１−１でラマン増幅するための励起光源２１
を同一波長帯とし、各励起光を希土類添加ファイバ１１
および光ファイバ伝送路１−１に入力するための合波カ
プラ１３，２２を兼用させたところにある。これによ
り、構成の簡略化と合波カプラの挿入損失の低減を図る
ことができる。
【００２３】（第３の実施形態…請求項１）図６は、本
発明の光中継伝送システムの第３の実施形態を示す。第
１の実施形態および第２の実施形態では、光中継器２０
の入力側に接続された光ファイバ伝送路１−１に、ラマ
ン増幅のための励起光を入力する構成を示した。図６に
示す第３の実施形態では、光中継器２０の出力側に接続
された光ファイバ伝送路１−２に、ラマン増幅のための
励起光を入力する構成を示す。
発明の光中継伝送システムの第３の実施形態を示す。第
１の実施形態および第２の実施形態では、光中継器２０
の入力側に接続された光ファイバ伝送路１−１に、ラマ
ン増幅のための励起光を入力する構成を示した。図６に
示す第３の実施形態では、光中継器２０の出力側に接続
された光ファイバ伝送路１−２に、ラマン増幅のための
励起光を入力する構成を示す。
【００２４】なお、光中継器２０の光ファイバ増幅器が
後方励起型であり、励起光源１２と励起光源２１が同一
波長帯にあれば、第２の実施形態と同様に２つの合波カ
プラ１３，２２を兼用させることができる。また、光中
継器２０の入力側および出力側の双方から、光ファイバ
伝送路１−１，１−２にそれぞれラマン増幅のための励
起光を入力する構成であってもよい。
後方励起型であり、励起光源１２と励起光源２１が同一
波長帯にあれば、第２の実施形態と同様に２つの合波カ
プラ１３，２２を兼用させることができる。また、光中
継器２０の入力側および出力側の双方から、光ファイバ
伝送路１−１，１−２にそれぞれラマン増幅のための励
起光を入力する構成であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光中継伝
送システムは、光ファイバ伝送路中で光信号のラマン増
幅を起こさせることにより、自然放出光雑音を減少させ
ることができ、信号対雑音光の向上を図ることができ
る。これによって、光中継伝送システムにおける中継間
隔に対する要求条件を大幅に緩和することができ、光中
継器の削減によってシステム全体のコストを低減させ、
信頼性を向上させることができる。
送システムは、光ファイバ伝送路中で光信号のラマン増
幅を起こさせることにより、自然放出光雑音を減少させ
ることができ、信号対雑音光の向上を図ることができ
る。これによって、光中継伝送システムにおける中継間
隔に対する要求条件を大幅に緩和することができ、光中
継器の削減によってシステム全体のコストを低減させ、
信頼性を向上させることができる。
【図１】本発明の光中継伝送システムの第１の実施形態
を示す図。
を示す図。
【図２】本発明の光中継伝送システムの光信号レベルダ
イアグラム。
イアグラム。
【図３】本発明の光中継伝送システムの一中継区間にお
ける測定結果を示す図。
ける測定結果を示す図。
【図４】本発明の光中継伝送システムにおける2400〔ｋ
ｍ〕伝送後の光スペクトル測定結果を示す図。
ｍ〕伝送後の光スペクトル測定結果を示す図。
【図５】本発明の光中継伝送システムの第２の実施形態
を示す図。
を示す図。
【図６】本発明の光中継伝送システムの第３の実施形態
を示す図。
を示す図。
【図７】従来の光中継伝送システムの光中継器（光ファ
イバ増幅器）の基本構成を示す図。
イバ増幅器）の基本構成を示す図。
【図８】従来の光中継伝送システムの光信号レベルダイ
アグラム。
アグラム。
１ 光ファイバ伝送路 ２ 送信器 ３ 受信器 １０，２０ 光中継器 １１ 希土類添加ファイバ １２，２１ 励起光源 １３，２２ 合波カプラ
Claims (2)
- 【請求項１】 光ファイバ伝送路内に光中継器を配置
し、光ファイバ伝送路で生じた信号光損失を補償する光
中継伝送システムにおいて、 前記光中継器内に、前記光ファイバ伝送路のラマン増幅
帯域が信号光波長を含むような条件を有する波長の励起
光を出力する励起光源と、この励起光を前記光ファイバ
伝送路に入力する結合手段とを備えたことを特徴とする
光中継伝送システム。 - 【請求項２】 光中継器として光ファイバ増幅器を用
い、この光ファイバ増幅器に入力する励起光と光ファイ
バ伝送路に入力する励起光を同一波長帯とし、各励起光
を光ファイバ増幅器および光ファイバ伝送路に入力する
結合手段を兼用した構成であることを特徴とする請求項
１に記載の光中継伝送システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17018396A JP3487572B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光中継伝送システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17018396A JP3487572B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光中継伝送システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022931A true JPH1022931A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3487572B2 JP3487572B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=15900234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17018396A Expired - Lifetime JP3487572B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 光中継伝送システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3487572B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021203A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-14 | Fujitsu Limited | Optical amplifier and optical communication system |
| US6452721B2 (en) | 2000-06-13 | 2002-09-17 | Fujitsu Limited | Method, device, and system for evaluating characteristics of optical fiber transmission line |
| US6480326B2 (en) | 2000-07-10 | 2002-11-12 | Mpb Technologies Inc. | Cascaded pumping system and method for producing distributed Raman amplification in optical fiber telecommunication systems |
| US6512628B1 (en) | 2000-03-06 | 2003-01-28 | Fujitsu Limited | Distributed optical amplifier, amplifying method, and optical communication system |
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1996
- 1996-06-28 JP JP17018396A patent/JP3487572B2/ja not_active Expired - Lifetime
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