WO2004054140A1

WO2004054140A1 - 光通信のための方法及び光受信機

Info

Publication number: WO2004054140A1
Application number: PCT/JP2002/012986
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Kunimatsu; Hiroya Egoshi
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-06-24
Also published as: JPWO2004054140A1; JP3850857B2

Description

P T/JP2002/012986

明細書光通信のための方法及び光受信機技術分野

本発明は、一般的に光通信のための方法及び光受信機に関し、更に詳しくは高いパワーの信号光に適用可能な光通信のための方法及びその方法の実施に使用する光受信機に関する。背景技術

近年、低損失（例えば 0. 2 d BZk m) な石英系の光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、光信号又は信号光を増幅するための光増幅器が実用に供されている。従来知られているのは、増幅されるべき信号光が供給される光增幅媒体と、光 ±曽幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をボンピング（励起）するボンビングュニッ卜とから構成される光増幅器である。

例えば、石英系ファイバで損失が小さい波長 1 . 5 5 μ m帯の信号光を増幅するために、エルビウムドープファイバ増幅器（E D F A) が開発されている。 E D F Aは、光增幅媒体としてエルビウムドープファイバ（E D F) と、予め定められた波長を有するポンプ光を E D Fに供給するためのポンプ光源とを備えている。 0. 9 8 m帯あるいは 1. 4 8 μ m帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長 1. 5 5 μ tnを含む利得帯域が得られる。

光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（W DM) がある。 WDMが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られた WDM信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けた WDM信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、 W D Mを適用することによって、多重数に応じて 1本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。

光ファイバ通信システムへの光増幅及び W D Mの適用に伴い、光ファイバ伝送路を伝搬する信号光のパヮ一が大きくなり、これに対処することが実用上要求される。例えば、光増幅や W D Mが適用されない従来タイプのシステムでは、光受信機への光入力パワーが最大でも数 d B mであり、それにより光受信機の部品が破壊されることは無かったのであるが、 W D M用の装置やラマン增幅による光增幅器の性能向上等に伴い光受信機への光入力パワーが 1 0数 d B mを超えるようになると、光受信機の部品の耐カを考慮する必要がある。

具体的には、光受信機において光電気変換器として用いられるアバランシェ · フォ卜ダイオードが耐え得る光入力パワーの上限は概ね 5 d B mであるので、 1 0 d B mを超える信号光が入力すると、部品破壊により光受信機が使用不能になるのである。

この問題に対処するために、大きなパワーを有する信号光を所定レベルまで減衰させる光減衰器を光受信機に設けることが提案され得るが、こうすると小さなパワーの信号光を受信することができなくなり、光受信機のダイナミックレンジが著しく劣化する。発明の開示

よって、本発明の目的は、大きな光入力パワーがあっても光/電気変換器等の部品が破壊されるおそれのない光通信のための方法及び光受信機を提供することである。

本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。

本発明によると、信号光を伝送する光フアイバ伝送路を提供するステップと、実質的にそれよりも大きなパワーの光が入力したときにブリュアン散乱を生じさせる閾値を有するリミッタファイバを提供するステップと、光ファイバ伝送路により伝送された信号光をリミッタファイバに入力するステップと、リミッタファィパから出力された信号光を電気信号に変換するステップとを備えた方法が提供される。この方法によると、大きなパワーの光入力があつたときに、リミッタファイバ内でブリュアン散乱が生じて、リミッタファイバを通過する光のパワーが減少するので、光 Z電気変換器等の部品が破壊されることが防止され、本発明の目的が達成される。

本発明の他の側面によると、光フアイバ伝送路により伝送された信号光を受信する光受信機が提供される。この光受信機は、実質的にそれよりも大きなパワーの光が入力したときにブリュアン散乱を生じさせる閾値を有し、信号光が入力されるリミッタファイバと、リミッタフアイパから出力された信号光を電気信号に変換する光 Z電気変換器とを備えている。

例えば、リミッタファイバとしては、光ファイバ伝送路の実効コア面積よりも小さな実効コア面積を有している光ファイバや、ファイバ伝送路の損失よりも小さな損失を有している光ファイバを用いることができる。図面の簡単な説明

ソク図

クク図；

図 3は光ファイバにおける散乱パワー（左縦軸）及 U 力ヮ一

入力パワー（横軸）との関係の例を示すグラフ；

図 4は本発明による光受信機の第 2実施形態を示すブロック図

図 5は本発明による光受信機の第 3実施形態を示すブロック図

図 6は本発明による光受信機の第 4実施形態を示すブロック図そして図 7は本発明による光受信機の第 5実施形態を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。図 1 を参照すると、本発明を適用可能な光ファイバ伝送システムが示されている。このシステムは、送信側の W D M装置 2 と受信側の W D M装置 4の間を光フアイバ伝送路 6で結び、受信側の W D M装置 4を複数の光ファイバ伝送路 8 により電気的処理ュニッ卜 1 0に接続して構成されている。送信側の WDMュニット 2は、複数の光ファィバ伝送路 1 2を介して受けた光信号を波長分割多重して WDM信号光を得るための光マルチプレクサ（MU X) 1 4 と、得られた WDM信号光を増幅する光増幅器（AMP ) 1 6 とを含む。光増幅器 1 6により増幅された WDM信号光は光ファィバ伝送路 6により受信側の WDM装置 4に伝送される。

受信側の WDM装置は、光ファイバ伝送路 6により伝送されて減衰した WDM 信号光を増幅する光増幅器 1 8 と、光増幅器 1 8 により増幅された W DM信号光を波長に従って複数の光信号に分ける光デマルチプレクサ（DMU X) 2 0 とを含む。光デマルチプレクサ 2 0から出力された光信号は、複数の光ファイバ伝送路 8により電気的処理ュニット 1 0に送られる。

電気的処理ュニット 1 0は、光ファイバ伝送路 8により伝送された光信号をそれぞれ電気信号に変換する複数の光/電気（O/E) 変換器 2 2 と、光電気変換器 2 2により変換された電気信号に関して予め定められた処理を行う図示しない回路と、処理を完了した電気信号をそれぞれ光信号に変換する複数の電気光 (E/O) 変換器 2 4 とを含む。電気/光変換器 2 4により変換された光信号は複数の光ファイバ伝送路 2 6によって下流側の装置に伝送される。

このように構成されるシステムにおいては、 WD M及び光増幅の適用により、光ファイバ伝送路 6での信号光のパワーは 1 0数 d B以上になることがある。このように大きなパワーの信号光が装置の立ち上げに際してやメンテナンス時の誤接続等により各光ファイバ伝送路 8を通って電気的処理ュニッ卜 1 0に供給されると、光 Z電気変換器 2 2等が破壊するおそれがある。そこで、光ファイバ伝送路 8及び光/電気変換器 2 2を含む符号 2 8で示される部分に本発明を適用することで、このような部品の破壊を未然に防止することができる。具体的には以下の通りである。

図 2を参照すると、本発明による光受信機の第 1実施形態が示されている。以下の説明では、図 1 に符号 2 8で示される部分を光受信部と称することにする。この実施形態では、光ファイバ伝送路 8の下流側、即ち光ファイバ伝送路 8 と光受信部 2 8 との間にリミッタファイバ 3 0を接続し、光フアイバ伝送路 8及びリミッタファイバ 3 0をこの順に通過した光信号（信号光）を光減衰器（AT T) 3 2により予め定められたレベルまで減衰して光/電気変換器 2 2に入力するようにしている。

図 3を参照すると、一般的なシングルモードファイバの誘導ブリュアン散乱によるリミッタ効果が示されている。横軸はファイバに入力する信号光のパワー ( d B m ) 、縦軸は信号光の入力方向と逆向きに生じる散乱光のパワー（ d B m) 及び信号光の入力方向と同じ向きに通過して出力される光のパワー（ d B m) である。入力する信号光のパワーが 5 d B mを超えるあたりから出力光のパヮ一が飽和してくると共に散乱光のパワーが急激に増大してきていることがわかる。

従って、図 2に示されるようにリミッタファイバ 3 0を光ファイバ伝送路 8の下流側に挿入することによって、概ね 5 d B mのパヮ一でのリミツタ機能が得られることになり、過剰なパヮ一の信号光が光受信部 2 8 に入力することが防止される。また、物理現象としての誘導ブリュアン散乱効果の応答性は極めて高速であるので、光サージ等の急激な光パワーの変化にも容易に対応することができる。次に、リミッタファイバ 3 0がリミッタとして作動する閾値について考察する。誘導ブリュアン散乱の閾値 P _{t h}は次の式で近似される。

P t h = 2 l K A _{e f f} / g L _{e f £}

ここで、 Kは偏波状態の自由度に依存する定数、 A _{e f f} はファイバの有効コア面積、 gはブリュアン利得係数、 L _{e f} f は次式で定義されるファイバの有効長さである。

L _{e f f} = ( 1 — e x p (— a L ) / a )

ここで、 aはファイバの減衰係数、 Lはファイバの長さである。

従って、ファイバの有効コア面積 A _{e f f} を小さくする力、、ファイバの減衰係数 aを小さくする力、ファイバ長さ Lを長くすることによって、閾値を小さくすることができる。換言すれば、これらのパラメータを適切に設定することで、所望の閾値を得ることができるのである。例えば、リミッタファイノく 3 0の有効コァ面積 A _{e f f} 及び減衰係数 aは光ファイバ伝送路 8のそれよりそれぞれ小さく設定され、それにより誘導ブリュアン散乱の閾値が小さくなるようにされる。図 2の実施形態では、リミッタファイバ 3 0に入力する光のパワーが誘導プリュアン散乱の閾値を越えると、通過する光はそれ以上パワーが増大しなくなり、約 1 0 G H z周波数シフトした散乱光（反射光）が生じる。光 Z電気変換器 2 2 のダイナミックレンジが一 5 d B m 1 0 d B mであるとすると、リミッタフアイバ 3 0 を通過する光の最大パワーは 5 d B mであるので、光減衰器 3 2での減衰を 1 0 d B程度に設定しておくことによって、アバランシェフォ卜ダイォ一ド等を用いて構成される光電気変換器 3 2が過大入力で破壊されることを未然に防止することができる。

図 4は本発明による光受信機の第 2実施形態を示すプロック図である。この実施形態は、図 2に示される実施形態と対比して、光フアイバ伝送路 8 とリミッタファイバ 3 0の間に光アイソレータ 3 4を付加的に設けている点で特徴付けられる。光アイソレータ 3 4は図示された向き、即ち光ファイバ伝送路 8からリミツタファイバ 3 0に向かう方向にのみ光を通すように機能する。

この構成によると、リミットファイバ 3 0で信号光伝搬方向と反対向きに導波された散乱光が光ファィバ伝送路 8を通って上流側に伝わらなくなるので、上流側に設けられている他の装置に対する散乱光の悪影響を排除することができる。図 5は本発明による光受信機の第 3実施形態を示すブロック図である。ここでは、図 4に示される実施形態における光アイソレータ 3 4に代えて光サーキユレータ 3 6が用いられている。光サーキユレータ 3 6は 3つのポー卜 3 6 A、 3 6 B及び 3 6 Cを有しており、ポート 3 6 Aに供給された光をポー卜 3 6 Bから出力し、ポート 3 6 Bに供給された光をポート 3 6 Cから出力し、ポート 3 6 Cに供給された光をポート 3 6 Aから出力するように機能する。従って、図示されるように、ポー卜 3 6 Aを光フアイバ伝送路 8に接続し、ポート 3 6 Bをリミッタファイバ 3 0に接続しておくことによって、図 4に示される実施形態と同様の効果を得ることができる。

図 6は本発明による光受信機の第 4実施形態を示すブロック図である。ここでは、図 5に示される実施形態と同様の光サーキユレータ 3 6 を用い、リミッタフアイバ 3 0内で生じた散乱光を光サーキユレータ 3 6 により取り出すようにしている。また、光減衰器 3 2 に代えて、可変光減衰器（VAT T) 3 8が用いられている。光サーキユレータ 3 6のポート 3 6 Cから出力された散乱光は、フォ卜ディテクタ（P D ) 4 0によりそのパワーに応じた電気信号に変換され、制御回路 4 2に供給される。制御回路 4 2は、供給された電気信号に基いて可変光減衰器 3 8を制御する。例えば、散乱光のパワーが小さいときには可変光減衰器 3 8 の減衰が零に又は小さくされ、散乱光のパワーが大きいときには同減衰が大きくされる。この制御により、光受信機の耐力が更に向上すると共に、可変光減衰器 3 8による減衰の変化の分だけ光受信機のダイナミックレンジが拡大される。図 7は本発明による光受信機の第 5実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、信号光の波長と異なる波長を有するリバース光をリミッタファイバ 3 0に信号光伝搬方向と逆の向きに供給するために、その光源としてレーザダイオード（L D ) 4 4を付加的に設けられている。レーザダイオード 4 4は、例えば、光フアイバ伝送路 8からリミッタファイバ 3 0に入力した信号光がリミッタファイバ 3 0内でラマン増幅されるような波長に設定されている。レーザダイォード 4 4から出力されたリバース光は光力プラ 4 6を介してリミッタファイノく 3 0に供給される。

一般的に、 1 5 5 0 n mの帯域では、ラマン効果は + 1 3 T H z (波長換算では約 l O O n m ) シフトした周波数にピークがあり、 4 0 T H z を超える帯域に渡って広く增幅効果が得られる。従って、信号光がリミッタファイバ 3 0内でラマン増幅されることにより、リミッタファイバ 3 0の見かけ上の損失を限りなく零に近づけることができ、前述した原理に従って誘導ブリュアン散乱の閾値を下げることができる。

レーザダイォード 4 4の波長は、上述の実施形態では例えば約 1 6 5 0 n mに設定されるが、誘導ブリュアン散乱で生じる光の波長に一致させてもよい。こうしておくと、リミッタファイバ 3 0内で信号光から散乱光へのパワーシフトが大きくなるので、同じく誘導ブリュアン散乱の閾値を下げることができる。産業上の利用可能性

以上詳述したように、本発明によると、大きな光入力パワーがあっても光電気変換器等の部品が破壊されるおそれのない光通信のための方法及び光受信機の提供が可能になるという効果が生じる。これにより高性能で寿命の長い光通信システム及び光受信機の提供が可能になり、光ファイバ通信の分野の発展に寄与するところが大きい。

Claims

請求の範囲

1 . 信号光を伝送する光ファイバ伝送路を提供するステップと、

実質的にそれよりも大きなパワーの光が入力したときにブリュアン散乱を生じさせる閾値を有するリミッタファィバを提供するステップと、

前記光ファイバ伝送路により伝送された信号光を前記リミッタファイバに入力するステップと、

前記リミッタファイバから出力された信号光を電気信号に変換するステップとを備えた方法。

2 . 前記光ファイバ伝送路と前記リミッタフアイパの間に接続される光ァイソレータを提供するステップを更に備えた請求の範囲第 1項記載の方法。

3 . 前記リミッタファイバから出力された信号光を減衰させるステップを更に備えた請求の範囲第 1項記載の方法。

4 . 前記光ファイバ伝送路と前記リミッタファイバの間に光サーキユレータを接続するステップと、

前記光サーキユレータを介して前記ブリュアン散乱により生じた散乱光を取り出すステップと、

前記散乱光のパワーに応じて前記信号光の減衰を制御するステップとを更に備えた請求の範囲第 3項記載の方法。

5 . 前記リミッタフアイバに前記信号光の波長と異なる波長を有するリバース光を前記信号光の伝搬方向と逆の方向に供給するステップを更に備えた請求の範囲第 1項記載の方法。

6 . 前記リバ一ス光は前記信号光が前記リミッタファイバ内でラマン增幅されるように設定される波長を有している請求の範囲第 5項記載の方法。

7 . 前記リバース光は前記ブリュアン散乱により生じる散乱光の波長と同じ波長を有している請求の範囲第 5項記載の方法。

8 . 光ファイバ伝送路により伝送された信号光を受信する光受信機であって、実質的にそれよりも大きなパワーの光が入力したときにブリュアン散乱を生じさせる閾値を有し、前記信号光が入力されるリミッタファイバと、前記リミッタファイバから出力された信号光を電気信号に変換する光電気変換器とを備えた光受信機。

9 . 前記光ファイバ伝送路と前記リミッタファイバの間に接続される光アイソレ一タを更に備えた請求の範囲第 8項記載の光受信機。

1 0 . 前記リミッタファイバから出力された信号光を減衰させる光減衰器を更に備えた請求の範囲第 8項記載の光受信機。

1 1 . 前記光ファイバ伝送路と前記リミッタファイバの間に接続される光サ一キュレータと、

前記光サ一キユレ一タを介して取り出された前記ブリュアン散乱による散乱光を電気信号に変換するフォトディテクタと、

前記フォトディテクタの出力に基いて前記光減衰器を制御する制御回路とを更に備えた請求の範囲第 1 0項記載の光受信機。

1 2 . 前記リミッタファイバに前記信号光の波長と異なる波長を有するリバ一ス光を前記信号光の伝搬方向と逆の方向に供給する光源を更に備えた請求の範囲第 8項記載の光受信機。

1 3 . 前記リバース光は前記信号光が前記リミッタファイバ内でラマン増幅されるように設定される波長を有している請求の範囲第 1 2項記載の光受信機。

1 4 . 前記リバース光は前記ブリュアン散乱により生じる散乱光の波長と同じ波長を有している請求の範囲第 1 2項記載の光受信機。

1 5 . 前記リミッタファイバは前記光ファイバ伝送路の実効コア面積よりも小さな実効コァ面積を有している請求の範囲第 8項記載の光受信機。

1 6 . 前記リミッタファイバは前記光ファイバ伝送路の損失よりも小さな損失を有している請求の範囲第 8項記載の光受信機。