JPWO2020080144A1 - 光中継器及び光信号の中継方法 - Google Patents
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Abstract
複数の光源から奇数個のファイバペアのそれぞれに励起光を供給する。光増幅器（Ａ１〜Ａ６）は、光合分波器（Ｃ１１）は、光信号が伝送される２本の光ファイバからなる３個のファイバペアのそれぞれに設けられる。光合分波器（Ｃ１１）は、入力が光源（ＬＳ１、ＬＳ３、ＬＳ５）と接続され、３個の出力を有する。光合分波器（Ｃ１２）は、入力が光源（ＬＳ２、ＬＳ４、ＬＳ６）と接続され、３個の出力を有する。光合分波器（Ｃ２１〜Ｃ２３）は、一方の入力が光合分波器（Ｃ１２）の３個の出力のいずれかと択一的に接続され、他方の入力が光合分波器（Ｃ１２）の３個の出力のいずれかと択一的に接続され、一方の出力が３個のペアのいずれかの一方の光ファイバと択一的に接続され、他方の出力が３個のペアのいずれかの他方の光ファイバと択一的に接続される。
Description
本発明は、光中継器及び光信号の中継方法に関する。
海底光ケーブルシステムなどの光通信システムでは、伝送容量を確保するため、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）システムが用いられる。このシステムにおいては、光伝送路で伝送される光信号の減衰を補償するため、光中継器が光伝送路に挿入される。光中継器で用いられる光増幅器として、光信号を直接的に増幅することができるエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）が知られている。ＥＤＦＡは励起光によって励起されることで光信号を増幅するため、光中継器にはＥＤＦＡに励起光を供給する構成を有する。
励起光を供給する構成として、ＥＤＦＡを有するファイバ光伝送路で伝送される光信号をラマン増幅する構成が知られている（特許文献１）。この構成では、複数の波長を有するラマン励起光がＷＤＭカプラで波長ごとに時分割されて光伝送路に結合される。これにより、光伝送路で伝送される光信号の波長に対応したラマン励起光を時分割で供給することができる。
また、ＥＤＦＡが設けられた４本の光伝送路のそれぞれにＥＤＦＡの励起光を供給する構成が知られている（特許文献２）。この構成では、１つの光源から出力された励起光を、分配比が可変の励起光分配回路によって４本の光伝送路のそれぞれに結合する。これにより、４本の光伝送路のそれぞれに供給される励起光の強度を制御することができる。
さらに、ＥＤＦＡが設けられた複数の光伝送路に、複数の光源から出力された励起光を分配する構成が知られている（特許文献３）。この構成では、光スターカプラが複数の励起光を合波し、合波した光を複数の励起光に分波する。これにより、励起光の波長が異なる場合には異なる利得に対応でき、励起光の波長が同じ場合には一部の光源が故障した場合でも他の光源によって補うことができる。
海底光ネットワークシステムでは、一般に上りの光伝送路と下りの光伝走路とがペア（ファイバペア）として設けられている。そのため、海底光ネットワークシステムで用いられる光中継器では、１ファイバペアあたりで、２本の光伝送路へ励起光を出力する２つの光源が設けられる。また、光中継器は、２つの光源から出力された２つの光を合波し、合波した光を２つに分波して２つの励起光を２本の光伝送路へ出力する冗長構成を有している。これにより、一方の光源が故障しても、他方の光源から２本の光伝送路に励起光を出力することができる。これにより、励起光の光強度は低下するものの、ＥＤＦＡへの励起光の供給を継続することができる。
また、より多数の光源を設け、より多くのファイバペアに励起光を供給する冗長構成を実現することが検討されている。これにより、光源が故障した場合の光中継器の信頼性をより向上させることができる。ファイバペアの数が偶数の場合には、偶数個の光源と２入力２出力の光カプラとを用いることで、冗長構成を実現することができる（例えば、図５を参照）。
しかし、ファイバペアの数が奇数の場合は、２入力２出力の光カプラでは最適な冗長構成を実現することができなかった。そのため、冗長構成の制約によってファイバペアの数が偶数に限定されてしまう。また、例えば、２入力２出力の光カプラのみを用いる場合には、上記したように偶数個の光源と２入力２出力の光カプラとによって偶数のファイバペアに励起光を供給し、残りの１つのファイバペアは冗長構成にできない、又は、ＥＤＦＡ以外の他の光増幅器を用いなければならない。
上記の特許文献１及び２は、そもそも奇数個のファイバペアに励起光を供給することを想定したものではない。また、特許文献３は、光スターカプラが任意の数の光を任意の数の光ファイバに分配できるものの、光スターカプラの具体的構成は不明である。また、光源の数や光ファイバの数が大きくなると、光スターカプラの構造が複雑化することが考えられ、小型化が必須である海底光ネットワークシステムの光中継器に光スターカプラを適用することは困難である。
本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明は、複数の光源から奇数個のファイバペアのそれぞれに励起光を供給する冗長構成を有する光中継器を提供することを目的とする。
本発明の一態様である光中継器は、励起光を出力する複数の光源と、２本の光伝送路からなるＮ（Ｎは、３以上の奇数）個のペアのそれぞれに設けられ、前記励起光を用いて前記光伝送路により伝送される光信号を増幅する光増幅器と、入力が前記複数の光源の一部と接続され、かつ、Ｎ個の出力を有する第１の光合分波器と、入力が前記複数の光源のうちで前記第１の光合分波器と接続されたもの以外と接続され、かつ、Ｎ個の出力を有する第２の光合分波器と、一方の入力が前記第１の光合分波器の前記Ｎ個の出力のいずれかと択一的に接続され、他方の入力が前記第２の光合分波器の前記Ｎ個の出力のいずれかと択一的に接続され、一方の出力が前記Ｎ個のペアのいずれかの一方の前記光伝送路と択一的に接続され、他方の出力が前記Ｎ個のペアのいずれかの他方の前記光伝送路と択一的に接続される、Ｎ個の第３の光合分波器と、を有するものである。
本発明の一態様である光信号の中継方法は、複数の光源の一部から出力された励起光を合波し、合波した光をＮ（Ｎは、３以上の奇数）個の第１の光に分波し、前記複数の光源の前記一部以外のものから出力された励起光を合波し、合波した光をＮ個の第２の光に分波し、前記Ｎ個の第１の光から択一的に選択したものと、前記Ｎ個の第２の光から択一的に選択したものとを合波し、合波した光を２つに分波し、前記分波された２つの光を、光信号が伝送される２本の光伝送路からなるＮ個のペアから択一的に選択したものへ出力し、前記Ｎ個のペアの２本の光伝送路のそれぞれには、前記励起光を用いて伝送される光信号を増幅する光増幅器が設けられ、前記分波された２つの光の一方は、選択したペアの一方の光伝送路に設けられた前記光増幅器に励起光として入力され、前記分波された２つの光の他方は、前記選択したペアの他方の光伝送路に設けられた前記光増幅器に励起光として入力されるものである。
本発明によれば、複数の光源から奇数個のファイバペアのそれぞれに励起光を供給する冗長構成を有する光中継器を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
実施の形態１
実施の形態１にかかる光中継器について説明する。実施の形態１にかかる光中継器は、例えば、海底光ファイバケーブルで伝送される光信号を中継する海底光中継器として構成される。図１に、実施の形態１にかかる光中継器１００の構成を模式的に示す。また、図２に、実施の形態１にかかる光中継器１００の構成をより詳細に示す。
実施の形態１にかかる光中継器について説明する。実施の形態１にかかる光中継器は、例えば、海底光ファイバケーブルで伝送される光信号を中継する海底光中継器として構成される。図１に、実施の形態１にかかる光中継器１００の構成を模式的に示す。また、図２に、実施の形態１にかかる光中継器１００の構成をより詳細に示す。
光中継器は、光ファイバＦ１〜Ｆ６を含む伝送路を伝送される光信号を増幅するために設けられた光中継器として構成される。光ファイバＦ１〜Ｆ６は２本の光ファイバからなる３つのファイバペアを構成する。具体的には、光ファイバＦ１及びＦ２が１つのファイバペアを構成し、光ファイバＦ３及びＦ４が１つのファイバペアを構成し、光ファイバＦ５及びＦ６が１つのファイバペアを構成する。例えば、光ファイバＦ１、Ｆ３及びＦ５が上り通信用（ＵＰ）であり、光ファイバＦ２、Ｆ４及びＦ６が下り通信用（ＤＯＷＮ）である。
光中継器１００は、光源ＬＳ１〜ＬＳ６、光合分波器Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３、光増幅器Ａ１〜Ａ６を有する。光源ＬＳ１〜ＬＳ６、光合分波器Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３及び光増幅器Ａ１〜Ａ６は、３つのファイバペア（光ファイバＦ１〜Ｆ６）を収容する収容部１０１を構成している。
本実施の形態では、光合分波器Ｃ１１（第１の光合分波器とも称する）及びＣ１２（第２の光合分波器とも称する）は、３入力３出力のカプラとして構成される。光合分波器Ｃ１１及びＣ１２のそれぞれは、３つの入力ポートから入力する光を合波し、合波した光を等しい強度の３つの光に分波し、分波した光をそれぞれ３つの出力ポートから出力する。光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３（それぞれ、第３の光合分波器とも称する）は、２入力２出力のカプラとして構成される。光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３のそれぞれは、２つの入力ポートから入力する光を合波し、合波した光を等しい強度の２つの光に分波し、分波した光をそれぞれ２つの出力ポートから出力する。
光源ＬＳ１、ＬＳ３及びＬＳ５は、光ファイバＦ１１、Ｆ１３及びＦ１５を介して、それぞれ光合分波器Ｃ１１の３つの入力ポートのいずれかと択一的に接続されている。これにより、光源ＬＳ１、ＬＳ３及びＬＳ５は、それぞれ光合分波器Ｃ１１の３つの入力ポートへ、励起光である光ＬＡ１、ＬＡ３及びＬＡ５を出力する。光ＬＡ１、ＬＡ３及びＬＡ５は光合分波器Ｃ１１で合波された後に分波され、３つの出力ポートからそれぞれ光ＬＢ１〜ＬＢ３（それぞれ、第１の光とも称する）が出力される。
光合分波器Ｃ１１の３つの出力ポートは、光ファイバＦ２１〜Ｆ２３を介して、それぞれ光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３の一方の入力ポートと択一的に接続される。これにより、光合分波器Ｃ１１の３つの出力ポートから光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３へ、それぞれ光ＬＢ１〜ＬＢ３が出力される。
光源ＬＳ２、ＬＳ４及びＬＳ６は、光ファイバＦ１２、Ｆ１４及びＦ１６を介して、それぞれ光合分波器Ｃ１２の３つの入力ポートのいずれかと択一的に接続されている。これにより、光源ＬＳ２、ＬＳ４及びＬＳ６は、それぞれ光合分波器Ｃ１２の３つの入力ポートへ、励起光である光ＬＡ２、ＬＡ４及びＬＡ６を出力する。光ＬＡ２、ＬＡ４及びＬＡ６は光合分波器Ｃ１２で合波された後に分波され、３つの出力ポートから光ＬＢ４〜ＬＢ６（それぞれ、第２の光とも称する）がそれぞれ出力される。
光合分波器Ｃ１２の３つの出力ポートは、光ファイバＦ２４〜Ｆ２６を介して、それぞれ光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３の一方の入力ポートと択一的に接続される。これにより、光合分波器Ｃ１２の３つの出力ポートから光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３へ、それぞれ光ＬＢ４〜ＬＢ６が出力される。
光合分波器Ｃ２１は、光合分波器Ｃ１１から出力された光ＬＢ１と光合分波器Ｃ１２から出力された光ＬＢ４とを合波した信号を２つに分波し、励起光ＰＬ１及びＰＬ２を出力する。光合分波器Ｃ２２は、光合分波器Ｃ１１から出力された光ＬＢ２と光合分波器Ｃ１２から出力された光ＬＢ５とを合波した信号を２つに分波し、励起光ＰＬ３及びＰＬ４を出力する。光合分波器Ｃ２３は、光合分波器Ｃ１１から出力された光ＬＢ３と光合分波器Ｃ１２から出力された光ＬＢ６とを合波した信号を２つに分波し、励起光ＰＬ５及びＰＬ６を出力する。
光増幅器Ａ１〜Ａ６は、それぞれ励起光ＰＬ１〜ＰＬ６を用いて、光ファイバＦ１〜Ｆ６によって伝送される光信号Ｓ１〜Ｓ６を直接的に増幅する。光増幅器Ａ１〜Ａ６は、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器などの光増幅器として構成される。
光増幅器Ａ１〜Ａ６は、それぞれ、光合分波器Ｃ１〜Ｃ６とエルビウムドープファイバ光増幅器ＥＤＦ１〜ＥＤＦ６を有する。光合分波器Ｃ１〜Ｃ６は、それぞれ光ファイバＦ１〜Ｆ６に挿入され、かつ、光ファイバＦ３１〜Ｆ３６と択一的に接続される。
光増幅器Ａ１の光合分波器Ｃ１は、光ファイバＦ３１を介して光合分波器Ｃ２１の一方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ１が入力される。光増幅器Ａ２の光合分波器Ｃ２は、光ファイバＦ３２を介して光合分波器Ｃ２１の他方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ２が入力される。光増幅器Ａ３の光合分波器Ｃ３は、光ファイバＦ３３を介して光合分波器Ｃ２２の一方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ３が入力される。光増幅器Ａ４の光合分波器Ｃ４は、光ファイバＦ３４を介して光合分波器Ｃ２２の他方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ４が入力される。光増幅器Ａ５の光合分波器Ｃ５は、光ファイバＦ３５を介して光合分波器Ｃ２３の一方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ５が入力される。光増幅器Ａ６の光合分波器Ｃ６は、光ファイバＦ３６を介して光合分波器Ｃ２３の他方の出力ポートと接続され、励起光ＰＬ６が入力される。
本構成により、励起光ＰＬ１〜ＰＬ６は、光ファイバＦ３１〜Ｆ３６を介して光合分波器Ｃ１〜Ｃ６に入力され、それぞれ光ファイバＦ１〜Ｆ６に結合される。これにより、エルビウムドープファイバ光増幅器ＥＤＦ１〜ＥＤＦ６は励起光ＰＬ１〜ＰＬ６によってそれぞれ励起され、光信号Ｓ１〜Ｓ６が増幅される。増幅された光信号Ｓ１〜Ｓ６は、光ファイバＦ１〜Ｆ６を介して、後段の光部品へ出力され、又は、光中継器１００とは別の中継器や基地局などへ伝送される。
次いで、光ＬＡ１〜ＬＡ６、光ＬＢ１〜ＬＢ６及び励起光ＰＬ１〜ＰＬ６の光強度について説明する。ここでは、光ＬＡ１〜ＬＡ６のそれぞれの光強度が「１」であるものとして説明する。この場合、光合分波器Ｃ１１に入力される光ＬＡ１、ＬＡ３及びＬＡ５は合波され、合波された光の強度は「３」となる。合波された光は均等に３つに分波されて、光ＬＢ１〜ＬＢ３として出力される。よって、光ＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、光ＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれは、光ＬＡ１、ＬＡ３及びＬＡ５のそれぞれを１／３ずつ含んでいる。
また、光合分波器Ｃ１２に入力される光ＬＡ２、ＬＡ４及びＬＡ６は合波され、合波された光の強度は「３」となる。合波された光は均等に３つに分波されて、光ＬＢ４〜ＬＢ６として出力される。よって、光ＬＢ４〜ＬＢ６のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、光ＬＢ４〜ＬＢ６のそれぞれは、光ＬＡ２、ＬＡ４及びＬＡ６のそれぞれを１／３ずつ含んでいる。
光合分波器Ｃ２１に入力される光ＬＢ１及びＬＢ４は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、励起光ＰＬ１及びＰＬ２として出力される。よって、励起光ＰＬ１及びＰＬ２のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、励起光ＰＬ１及びＰＬ２のそれぞれは、光ＬＡ１〜ＬＡ６のそれぞれを１／６ずつ含んでいる。
光合分波器Ｃ２２に入力される光ＬＢ２及びＬＢ５は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、励起光ＰＬ３及びＰＬ４として出力される。よって、励起光ＰＬ３及びＰＬ４のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、励起光ＰＬ３及びＰＬ４のそれぞれは、光ＬＡ１〜ＬＡ６のそれぞれを１／６ずつ含んでいる。
光合分波器Ｃ２３に入力される光ＬＢ３及びＬＢ６は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、励起光ＰＬ５及びＰＬ６として出力される。よって、励起光ＰＬ５及びＰＬ６のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、励起光ＰＬ５及びＰＬ６のそれぞれは、光ＬＡ１〜ＬＡ６のそれぞれを１／６ずつ含んでいる。
以上説明したように、光ＬＡ１〜ＬＡ６は、光分配部によって合波、分配されることで、励起光ＰＬ１〜ＰＬ６のそれぞれは、光ＬＡ１〜ＬＡ６を均等に（１／６ずつ）含むこととなる。
本構成は、各ファイバペアの光伝送路の光増幅器に、複数の光源から出力された光を均等に含む励起光が供給される冗長構成を有する。よって、光源の一部が故障しても、励起光の光強度は低下するものの、光増幅器への励起光の出力が途絶えることはない。例えば、本構成では、光源が１つ故障すると、励起光の光強度は５／６になるものの、光増幅器への励起光の出力を継続することができる。よって、本構成によれば、光源が故障しても光信号の中継を継続することができる光中継器を提供することができる。
また、上記した本構成では、２つの３入力３出力の光合分波器Ｃ１１及びＣ１２と、３つの２入力２出力の光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３と、を組み合わせた簡易な構成で、冗長構成を実現することができる。これにより、容易に奇数個のファイバペアに励起光を供給できる冗長構成を実現することができる。
本構成では、３つのファイバペアを有する例について説明したが、５以上の奇数のファイバペアに励起光を供給する構成とすることもできる。
すなわち、光中継器ないしは収容部の構成は、以下のように一般化して表現することができる。Ｎ（Ｎは、３以上の奇数）個のファイバペアに励起光を供給する場合、Ｎ／２個の光源から出力された光を合波して、合波した光をＮ本に分波するＮ入力Ｎ出力の光合分波器（光合分波器Ｃ１１及びＣ１２に対応）を２つ設けてもよい。また、２つのＮ入力Ｎ出力の光合分波器の両方から出力される光を合波し、合波した光を分波した２つの励起光を対応するファイバペアへ出力する２入力２出力の光合分波器（光合分波器Ｃ２１〜Ｃ２３に対応）をＮ個設けてもよい。
実施の形態２
実施の形態２にかかる光中継器について説明する。実施の形態２にかかる光中継器は、実施の形態１にかかる光中継器の変形例である。図３に、実施の形態２にかかる光中継器２００の構成を模式的に示す。光中継器２００は、光中継器１００の光源ＬＳ５及びＬＳ６を除去した構成を有する。光源ＬＳ１〜ＬＳ４、光合分波器Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３及び光増幅器Ａ１〜Ａ６は、３つのファイバペア（光ファイバＦ１〜Ｆ６）を収容する収容部２０１を構成している。
実施の形態２にかかる光中継器について説明する。実施の形態２にかかる光中継器は、実施の形態１にかかる光中継器の変形例である。図３に、実施の形態２にかかる光中継器２００の構成を模式的に示す。光中継器２００は、光中継器１００の光源ＬＳ５及びＬＳ６を除去した構成を有する。光源ＬＳ１〜ＬＳ４、光合分波器Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３及び光増幅器Ａ１〜Ａ６は、３つのファイバペア（光ファイバＦ１〜Ｆ６）を収容する収容部２０１を構成している。
光中継器２００は、光中継器１００と比べて、光源が２個少なくなっている。そのため、励起光ＰＬ１〜ＰＬ６の光強度は「４／６」となる。このように、用途に応じて、３入力３出力のカプラに接続される光源の数を削減しても、励起光の光強度は低下するものの、各ファイバペアに励起光を供給することができる。
実施の形態１ではファイバペアの数の２倍の数の光源が設けられていたが、本実施の形態で説明したように、光源の数は、ファイバペアの数の２倍に限定されないことが理解できる。
実施の形態３
実施の形態３にかかる光中継器について説明する。実施の形態３にかかる光中継器は、実施の形態１にかかる光中継器１００よりも多くのファイバペアを収容できる光中継器として構成される。
実施の形態３にかかる光中継器について説明する。実施の形態３にかかる光中継器は、実施の形態１にかかる光中継器１００よりも多くのファイバペアを収容できる光中継器として構成される。
ファイバペアの数が多い場合には、上記したような２入力２出力のカプラを用いた偶数個のファイバペアに励起光を供給する冗長構成と、実施の形態１にかかる奇数個のファイバペアに励起光を供給する冗長構成とを組み合わせてもよい。これにより、奇数個のファイバペアに励起光を供給することができる。例えば、本構成にかかる冗長構成によってＮ個のファイバペアに励起光を供給し、２入力２出力のカプラのみを用いた一般的な冗長構成によってＭ（Ｍは、２以上の偶数）個のファイバペアに励起光を供給してもよい。この場合、任意の（Ｎ＋Ｍ）個のファイバペアに励起光を供給する冗長構成を有する光中継器を提供することができる。
図４に、実施の形態３にかかる光中継器３００の構成を模式的に示す。光中継器３００は、一例として、８つのファイバペアを収容する構成（すなわち、Ｎ＝３×２、Ｍ＝２）を有し、２つの奇数ペア収容部３０１及び３０２と、１つの偶数ペア収容部３０３と、を有する。
奇数ペア収容部３０１及び３０２は、光中継器１００の収容部１０１と同様の構成を有し、３つのファイバペアを収容する。奇数ペア収容部３０１は、ファイバペアＰ１１（光ファイバＦ１及びＦ２のペアに対応）、ファイバペアＰ１２（光ファイバＦ３及びＦ４のペアに対応）、ファイバペアＰ１３（光ファイバＦ５及びＦ６のペアに対応）を収容する。奇数ペア収容部３０２は、ファイバペアＰ２１（光ファイバＦ１及びＦ２のペアに対応）、ファイバペアＰ２２（光ファイバＦ３及びＦ４のペアに対応）、ファイバペアＰ２３（光ファイバＦ５及びＦ６のペアに対応）を収容する。偶数ペア収容部３０３は、２つのファイバペアＰ３１及びＰ３２を収容する。
以下、偶数ペア収容部３０３について説明する。図５に、実施の形態３にかかる偶数ペア収容部３０３の構成を模式的に示す。偶数ペア収容部３０３は、光源ＬＳＡ１〜ＬＳＡ４、光合分波器Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１及びＣ４２、光増幅器ＡＡ１〜ＡＡ４を有する。
光合分波器Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１及びＣ４２は、２入力２出力のカプラとして構成される。光合分波器Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１及びＣ４２のそれぞれは、２つの入力ポートから入力する光を合波し、合波した光を均等に２つに分波し、分波した光をそれぞれ２つの出力ポートから出力する。
光源ＬＳＡ１及びＬＳＡ３は、光ファイバＦＡ１１及びＦＡ１３を介して、それぞれ光合分波器Ｃ３１（第４の光合分波器とも称する）の２つの入力ポートのいずれかと択一的に接続されている。これにより、光源ＬＳＡ１及びＬＳＡ３は、それぞれ光合分波器Ｃ３１の２つの入力ポートへ光ＬＣ１及びＬＣ３を出力する。光ＬＣ１及びＬＣ３は光合分波器Ｃ３１で合波された後に分波され、２つの出力ポートからそれぞれ光ＬＤ１及びＬＤ２が出力される。
光合分波器Ｃ３１の２つの出力ポートは、光ファイバＦＡ２１及びＦＡ２２を介して、それぞれ光合分波器Ｃ４１及びＣ４２（それぞれ、第６の光合分波器とも称する）の一方の入力ポートと択一的に接続される。これにより、光合分波器Ｃ３１の２つの出力ポートから光合分波器Ｃ４１及びＣ４２へ、それぞれ光ＬＤ１及びＬＤ２が出力される。
光源ＬＳＡ２及びＬＳＡ４は、光ファイバＦＡ１２及びＦＡ１４を介して、それぞれ光合分波器Ｃ３２（第５の光合分波器とも称する）の２つの入力ポートのいずれかと択一的に接続されている。これにより、光源ＬＳＡ２及びＬＳＡ４は、それぞれ光合分波器Ｃ３２の２つの入力ポートへ光ＬＣ２及びＬＣ４を出力する。光ＬＣ２及びＬＣ４は光合分波器Ｃ３２で合波された後に分波され、２つの出力ポートからそれぞれ光ＬＤ３及びＬＤ４が出力される。
光合分波器Ｃ３２の２つの出力ポートは、光ファイバＦＡ２３及びＦＡ２４を介して、それぞれ光合分波器Ｃ４１及びＣ４２の他方の入力ポートと択一的に接続される。これにより、光合分波器Ｃ３２の２つの出力ポートから光合分波器Ｃ４１及びＣ４２へ、それぞれ光ＬＤ３及びＬＤ４が出力される。
光合分波器Ｃ４１は、光合分波器Ｃ３１から出力された光ＬＤ１と光合分波器Ｃ４２から出力された光ＬＤ３とを合波した信号を２つに分波し、光ファイバＦＡ３１及びＦＡ３２を介して、励起光ＰＬＡ１及びＰＬＡ２を出力する。光合分波器Ｃ４２は、光合分波器Ｃ３１から出力された光ＬＤ２と光合分波器Ｃ４２から出力された光ＬＤ４とを合波した信号を２つに分波し、光ファイバＦＡ３３及びＦＡ３４を介して、励起光ＰＬＡ３及びＰＬＡ４を出力する。
光増幅器ＡＡ１〜ＡＡ４は、それぞれ励起光ＰＬＡ１〜ＰＬＡ４を用いて、光ファイバＦＡ１〜ＦＡ４によって伝送される光信号ＳＡ１〜ＳＡ４を直接的に増幅する。なお、光ファイバＦＡ１及びＦＡ２のペアがファイバペアＰ３１、光ファイバＦＡ３及びＦＡ４のペアがファイバペアＰ３２に対応する。光増幅器ＡＡ１〜ＡＡ４は、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器などの光増幅器として構成される。光増幅器ＡＡ１〜ＡＡ４は、実施の形態１にかかる光増幅器Ａ１〜Ａ４と同様の構成を有するものであり、その詳細については説明を省略する。
次いで、光ＬＣ１〜ＬＣ４、光ＬＤ１〜ＬＤ４及び励起光ＰＬＡ１〜ＰＬＡ４の光強度について説明する。ここでは、光ＬＣ１〜ＬＣ４のそれぞれの光強度が「１」であるものとして説明する。この場合、光合分波器Ｃ３１に入力される光ＬＣ１及びＬＣ３は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、光ＬＤ１及びＬＤ２として出力される。よって、光ＬＤ１及びＬＤ２のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、光ＬＤ１及びＬＤ２のそれぞれは、光ＬＣ１及びＬＣ３のそれぞれを１／２ずつ含んでいる。
また、光合分波器Ｃ３２に入力される光ＬＣ２及びＬＣ４は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、光ＬＤ３及びＬＤ４として出力される。よって、光ＬＤ３及びＬＤ４のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、光ＬＤ３及びＬＤ４のそれぞれは、光ＬＣ２及びＬＣ４のそれぞれを１／２ずつ含んでいる。
光合分波器Ｃ４１に入力される光ＬＤ１及びＬＤ３は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、励起光ＰＬＡ１及びＰＬＡ２として出力される。よって、励起光ＰＬＡ１及びＰＬＡ２のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、励起光ＰＬＡ１及びＰＬＡ２のそれぞれは、光ＬＣ１〜ＬＣ４のそれぞれを１／４ずつ含んでいる。
光合分波器Ｃ４２に入力される光ＬＤ２及びＬＤ４は合波され、合波された光の強度は「２」となる。合波された光は均等に２つに分波されて、励起光ＰＬＡ３及びＰＬＡ４として出力される。よって、励起光ＰＬＡ３及びＰＬＡ４のそれぞれの光強度は「１」となる。換言すれば、励起光ＰＬＡ３及びＰＬＡ４のそれぞれは、光ＬＣ１〜ＬＣ４のそれぞれを１／４ずつ含んでいる。
以上説明したように、光ＬＣ１〜ＬＣ４が光合分波器によって合波、分波されることで、励起光ＰＬＡ１〜ＰＬＡ４のそれぞれは、光ＬＣ１〜ＬＣ４を均等に（１／４ずつ）含むこととなる。
偶数ペア収容部３０３は、各ファイバペアの光伝送路の光増幅器に、複数の光源から出力された光を均等に含む励起光が供給される冗長構成を有する。よって、光源の一部が故障しても、励起光の光強度は低下するものの、光増幅器への励起光の出力が途絶えることはない。例えば、本構成では、光源が１つ故障すると、励起光の光強度は３／４になるものの、光増幅器への励起光の出力を継続することができる。よって、本構成によれば、光源が故障しても光信号の中継を継続することができる光中継器を提供することができる。
以上より、光中継器３００は、奇数ペア収容部３０１及び３０２のそれぞれが３つのファイバペアを収容し、偶数ペア収容部３０３が２つのファイバペアを収容する構成を有することが理解できる。
海底に設けられる光中継器の場合、実用上、光中継器に収容できるファイバペアは８ペア程度である。この場合、光中継器３００の構成を用いることで、好適に８つのファイバペアを収容することが可能である。
偶数ペア収容部３０３は、２つのファイバペアを収容するものとして説明したが、４以上の偶数のファイバペアに励起光を供給する構成とすることもできる。
すなわち、偶数ペア収容部の構成は、以下のように一般化して表現することができる。Ｍ（Ｍは、２以上の偶数）個のファイバペアに励起光を供給する場合、Ｍ／２個の光源から出力された光を合波して、合波した光をＭ本に分波するＭ入力Ｍ出力の光合分波器（光合分波器Ｃ３１及びＣ３２に対応）を２つ設けてもよい。また、２つのＭ入力Ｍ出力の光合分波器の両方から出力される光を合波し、合波した光を分波した２つの励起光を対応するファイバペアへ出力する２入力２出力の光合分波器（光合分波器Ｃ４１及びＣ４２に対応）をＭ個設けてもよい。
本実施の形態では、奇数ペア収容部を２つ、偶数ペア収容部を１つ設ける構成について説明したが、奇数ペア収容部の数は任意の数であってもよく、偶数ペア収容部の数も任意の数であってもよい。また、奇数ペア収容部が収容するファイバペアの数は、実施の形態１で説明したように、３以外の任意の奇数であってもよい。
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、光中継器に設けられた複数の部品が光ファイバで接続されるものとして説明したが、これは例示に過ぎない。光中継器に設けられた複数の部品を接続する光ファイバの一部又は全部は、光ファイバ以外の光導波路であってもよい。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、光中継器に設けられた複数の部品が光ファイバで接続されるものとして説明したが、これは例示に過ぎない。光中継器に設けられた複数の部品を接続する光ファイバの一部又は全部は、光ファイバ以外の光導波路であってもよい。
上述の実施の形態３では、奇数ペア収容部３０１及び３０２が収容部１０１と同様の構成を有するものとして説明したが、奇数ペア収容部３０１及び３０２の両方又は一方は収容部２０１と同様の構成を有してもよい。
上述の実施の形態では、光合分波器Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３が合波した光を均等に分波するものとして説明したが、ファイバペアの光増幅器が要求する励起光の強度に対応して、合波した光を均等ではない比率で分波してもよい。
なお、上述の実施の形態で説明した光源と光増幅部とを配置し、かつ、光分配部を配置することで、上述の実施の形態にかかる光中継器を製造する方法を実現できることは、言うまでもない。また、光中継器を適用して光信号を増幅することで、光信号を中継する方法を実現できることは、言うまでもない。
上述の実施の形態にかかる光中継器において光源が故障した場合、励起光の光強度を維持するため、故障していない光源が出力する光の光強度を、許容される範囲内で増大させてもよい。この場合、光中継器に制御部を設け、制御部が光源の故障を検知し、故障していない光源を制御してもよい。
上述の実施の形態では、コアに希土類元素が添加されたファイバ型光増幅器の例として、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）について説明した。しかし、これは例示に過ぎず、例えば、エルビウム（Ｅｒ）以外の、Ｎｄ（ネオジム）、Ｙｂ（イットリビウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｌａ（ランタン）などの他の希土類元素がコアに添加されたファイバ型光増幅器を適用してもよい。
上述の実施の形態では、複数の光源が設けられているが、光源が出力する光の波長は特に限定されない。つまり、光源が出力する光の波長は同じであってもよいし、光源の一部又は全部が出力する光の波長は異なっていてもよい。
上述の実施の形態のかかる光中継器は、海底光ネットワークシステムにおいて用いられるものとして説明したが、光中継器の用途はこれに限定されるものではない。例えば、海底光ネットワークシステム以外の、陸上に設置される光ネットワークシステムにおいて用いられてもよい。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１８年１０月１８日に出願された日本出願特願２０１８−１９６８２７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１００、２００、３００ 光中継器
１０１、２０１ 収容部
３０１、３０２ 奇数ペア収容部
３０３ 偶数ペア収容部
Ａ１〜Ａ６、ＡＡ１〜ＡＡ４ 光増幅器
Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１、Ｃ４２ 光合分波器
ＥＤＦ１〜ＥＤＦ６ エルビウムドープファイバ光増幅器
Ｆ１〜Ｆ６、Ｆ１１〜Ｆ１６、Ｆ２１〜Ｆ２６、Ｆ３１〜Ｆ３６、ＦＡ１〜ＦＡ４、ＦＡ１１〜ＦＡ１４、ＦＡ２１〜ＦＡ２４、ＦＡ３１〜ＦＡ３４ 光ファイバ
ＬＡ１〜ＬＡ６、ＬＢ１〜ＬＢ６、ＬＣ１〜ＬＣ４、ＬＤ１〜ＬＤ４ 光
ＬＳ１〜ＬＳ６、ＬＳＡ１〜ＬＳＡ４ 光源
ＰＬ１〜ＰＬ６、ＰＬＡ１〜ＰＬＡ４ 励起光
Ｓ１〜Ｓ６、ＳＡ１〜ＳＡ４ 光信号
１０１、２０１ 収容部
３０１、３０２ 奇数ペア収容部
３０３ 偶数ペア収容部
Ａ１〜Ａ６、ＡＡ１〜ＡＡ４ 光増幅器
Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１〜Ｃ２３、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ４１、Ｃ４２ 光合分波器
ＥＤＦ１〜ＥＤＦ６ エルビウムドープファイバ光増幅器
Ｆ１〜Ｆ６、Ｆ１１〜Ｆ１６、Ｆ２１〜Ｆ２６、Ｆ３１〜Ｆ３６、ＦＡ１〜ＦＡ４、ＦＡ１１〜ＦＡ１４、ＦＡ２１〜ＦＡ２４、ＦＡ３１〜ＦＡ３４ 光ファイバ
ＬＡ１〜ＬＡ６、ＬＢ１〜ＬＢ６、ＬＣ１〜ＬＣ４、ＬＤ１〜ＬＤ４ 光
ＬＳ１〜ＬＳ６、ＬＳＡ１〜ＬＳＡ４ 光源
ＰＬ１〜ＰＬ６、ＰＬＡ１〜ＰＬＡ４ 励起光
Ｓ１〜Ｓ６、ＳＡ１〜ＳＡ４ 光信号
Claims (7)
- 励起光を出力する複数の光源と、
２本の光伝送路からなるＮ（Ｎは、３以上の奇数）個のペアのそれぞれに設けられ、前記励起光を用いて前記光伝送路により伝送される光信号を増幅する光増幅器と、
入力が前記複数の光源の一部と接続され、かつ、Ｎ個の出力を有する第１の光合分波器と、
入力が前記複数の光源のうちで前記第１の光合分波器と接続されたもの以外と接続され、かつ、Ｎ個の出力を有する第２の光合分波器と、
一方の入力が前記第１の光合分波器の前記Ｎ個の出力のいずれかと択一的に接続され、他方の入力が前記第２の光合分波器の前記Ｎ個の出力のいずれかと択一的に接続され、一方の出力が前記Ｎ個のペアのいずれかの一方の前記光伝送路と択一的に接続され、他方の出力が前記Ｎ個のペアのいずれかの他方の前記光伝送路と択一的に接続される、Ｎ個の第３の光合分波器と、を備える、
光中継器。 - 前記第１の光合分波器は、前記複数の光源の半数と接続され、
前記第２の光合分波器は。前記複数の光源のうちで前記第１の光合分波器と接続されたもの以外の半数と接続される、
請求項１に記載の光中継器。 - 前記第１〜第３の光合分波器の一部又は全部は、入力された光を合波し、合波した光を同じ強度の光に分波して出力する、
請求項１又は２に記載の光中継器。 - 前記光源の数は、２Ｎ個以下である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光中継器。 - Ｎは３である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光中継器。 - 前記複数の光源、前記光増幅器、前記第１及び第２の光合分波器、前記Ｎ個の第３の光合分波器からなる、前記Ｎ個のペアを収容する１つ以上の第１の収容部と、
光信号が伝送される２本の光伝送路からなるＭ（Ｍは、２以上の偶数）個のペアを収容する１つ以上の第２の収容部と、を有し、
前記第２の収容部は、
励起光を出力する複数の光源と、
前記Ｍ個のペアのそれぞれに設けられ、前記励起光を用いて前記光伝送路により伝送される前記光信号を増幅する光増幅器と、
入力が前記複数の光源の一部と接続され、かつ、Ｍ個の出力を有する第４の光合分波器と、
入力が前記複数の光源のうちで前記第４の光合分波器と接続されたもの以外と接続され、かつ、Ｍ個の出力を有する第５の光合分波器と、
一方の入力が前記第４の光合分波器の前記Ｍ個の出力のいずれかと択一的に接続され、他方の入力が前記第５の光合分波器の前記Ｍ個の出力のいずれかと択一的に接続され、一方の出力が前記Ｍ個のペアのいずれかの一方の前記光伝送路と択一的に接続され、他方の出力が前記Ｍ個のペアのいずれかの他方の前記光伝送路と択一的に接続される、Ｍ個の第６の光合分波器と、を備える、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光中継器。 - 複数の光源の一部から出力された励起光を合波し、合波した光をＮ（Ｎは、３以上の奇数）個の第１の光に分波し、
前記複数の光源の前記一部以外のものから出力された励起光を合波し、合波した光をＮ個の第２の光に分波し、
前記Ｎ個の第１の光から択一的に選択したものと、前記Ｎ個の第２の光から択一的に選択したものとを合波し、合波した光を２つに分波し、
前記分波された２つの光を、光信号が伝送される２本の光伝送路からなるＮ個のペアから択一的に選択したものへ出力し、
前記Ｎ個のペアの２本の光伝送路のそれぞれには、前記励起光を用いて伝送される光信号を増幅する光増幅器が設けられ、
前記分波された２つの光の一方は、選択したペアの一方の光伝送路に設けられた前記光増幅器に励起光として入力され、
前記分波された２つの光の他方は、前記選択したペアの他方の光伝送路に設けられた前記光増幅器に励起光として入力される、
光信号の中継方法。
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