WO2005124446A1 - 光増幅装置および光通信システム - Google Patents

Abstract

光増幅装置（１）は、波長多重キャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ低速光増幅器（３）と、波長多重キャリア光のうち一部の波長のキャリア光が入力され、高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ高速光増幅器（２）と、低速光増幅器（３）の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を低速光増幅器（３）および高速光増幅器（２）に分配して供給する共通励起光源（４）とを備え、これにより消費電力、部品コスト、回路実装容積が削減された高信頼性の光増幅装置を提供する。

Description

明 細 書 光増幅装置および光通信システム 技術分野

この発明は、 応答速度の遅レヽ低速光増幅器と、 応答速度の速レ、高速光増幅器と を備える光増幅装置および光増幅装置を用いた光通信システムに関するものであ る。 背景技術

従来の光増幅装置において、 監視制御情報などを信号として変調して送信する ためには、 例えば ! 5特許文献 1および 2に記載されているように、 エルビウムド ープファイバを増幅媒体とする E D F A (Erbium-Doped Fiber Amplifier)の利得 を変調することによってキャリア光の強度を変調する方法が用いられている。 E D F Aは、 キャリア光が伝搬する光ファイバで損失を受けて減衰するのを補償す るための一定の利得を与えるとともに、 信号を強度変調する機能を持っている。 E D F Aの利得の変調は、 励起光の強度を所望の周波数で変調することで実現さ れている。

非特許文献 1 ； NTT R&D, Vol. 43, No. 11, 1994， P. 1191〜1195

非特午文献 2 ； K. Shimizu他， Supervisory signal transmission experiments over 10000km by modulated ASE of EDFAs, " Electronics Letters, 10th,

June, 1993, Vol. 29, No. 12

しかしながら、 E D F Aは励起光の変調に対して高い周波数では利得が追従し ない特性を持っために、 励起光を高い周波数で変調したとしても、 利得は 1 MH z以上の周波数では十分に変調できない。 したがって、 E D F Aでは、 単位時間 当たりに多くの情報を送る 「高速化」 を図るために、 高い周波数で利得を変調し ようとしても、 実現できない。 そこで、 これを解決する めには、 例えば特許文献 1に記載されているように ラマン増幅器を用いれば、 励起光の変調周波数を高くすることで、 利得を高い周 波数で変調することができる。 ところが、 ラマン増幅器は E D F Aに比べると増 幅効率が低く、 キヤリァ光が伝搬する光ファイバで受ける損失を補償するに十分 な利得を与えるためには高い強度の励起光が必要となるため、 現実的には信号を 強度変調する機能しかもつことができない。 '

特許文献 1 ；特開平 1 1 - 3 4 4 7 3 2号公報 ' そこで、 光増幅装置には、 一定の利得を与える E D F Aと、 利得を変調するラ マン増幅器の両方を備えることが考えられるが、 このような構成では、 E D F.A 用の励起光源と、 ラマン増幅器用の励起光源が必要となり、 励起光源数が増えて、 装置構成が複雑となる、 コスト高となる、 装置が大型化する、 消費電力が増加す る、 信頼性が低下するなどの問題 発生する。

本発明は、 上記に鑑みてなされたものであって、 消費電力 ·部品コスト ·回路 実装容積の増加と信頼性の低下につながる励起光源の数の増加を抑制しながらも、 高速な信号の送信を行う光増幅装置および該光増幅装置を用いた光通信システム を得ることを目的とする。 発明の開示

本発明にかかる光増幅装置にあっては、 入力される波長多重キヤリァ光に一定 の手 ϋ得を与えて出力するとともに、 波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキ ャリァ光を強度変調して出力する光増幅装置であって、 前記波長多重キヤリァ光 のうち一部またはすベての波長のキヤリァ光が入力され、 高い周波数の励起光の 変調に対して利得が追従しない特性を持つ、 応答速度が遅い低速光増幅器と、 前 記波長多重キヤリァ光のうち一部の波長のキヤリァ光が入力され、 高い周波数の 励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、 応答速度が速い高速光増幅器 と、 前記低速光増幅器の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を 前記低速光増幅器および前記高速光増幅器に分配して供給する共通励起光源とを 備え、 前記低速光増幅器が前記励起光により実質的に一定の利得をキヤリァ光に 与え、 前記高速光増幅器が前記励起光により変調された利得をキヤリァ光に与え ることを特徴とする。

この発明によれば、 伝送損失を捕償するための低速光増幅器と、 信号変調用高 速増幅器との、 励起光源を共用するようにしており、 これにより高速な信号の送 信を行うことができるとともに、 消費電力、 '部品コスト、 回路実装容積が削減さ れ、 さらに信頼性を向上させることができる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 実施の形態 1の光増幅装置の構成を示すブロック図であり、 第 2図 は、 E D F利得変調効率の特性を示す図であり、 第 3図は、 励起光を強度変調し た場合の時間波形を示す図であり、 第 4図は、 周波数に対する信号電力密度の分 布を示す図であり、 第 5図は、 O ADMの他の内部構成例を示す図であり、 第 6 図は、 実施の形態 2の光増幅装置の共通励起光源の内部構成例を示す図であり、 第 7図は、 実施の形態 2の光増幅装置の共通励起光源の他の内部構成例を示す図 であり、 第 8図は、 実施の形態 3の光増幅装置の構成を示すブロック図であり、 . 第 9図は、 実施の形態 4の光増幅装置の構成を示すブロック図であり、 第 1 0図 は、 実施の形態 5の光増幅装置の構成を示すブロック図であり、 第 1 1図は、 実 施の形態 1〜実施の形態 5の光増幅装置を用いて構成される実施形態 6の光通信 システムを示す図であり、 第 1 2図は、 実施の形態 7の光増幅装置の構成を示す ブロック図であり、 第 1 3図は、 実施の形態 7の光増幅装置を用いて構成される 実施形態 8の光通信システムを示す図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説術するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 実施の形態 1 .

第 1図〜第 5図を用いてこの発明の実施の形態 1を説明する。 第 1図はこの発 明の実施の形態 1の光増幅装置を示す構成図である。 この光増幅装置 1は、 高速 光増幅器 2、 低速光増幅器 3、 共通励起光源 4、 分波器 5、 光アドドロップ器 ( O ADM； Optical Add-Drop Module) 6を備えている。

.この実施の形態 1の光増 i隔装置 1は、 入力される波長多重キヤリァ光の全波長 のキヤリァ信号に一定の利得を与えて出力するとともに、 波長多重キヤリァ光の うちの一部の波長のキヤリァ,光を強度変調して出力するよう動作するものであつ て、 全波長のキャリア信号に一定の利得を与える低速光増幅器 3と、 一部の波長 のキヤリァ光を強度変調して出力する高速光増幅器 2との、 励起光源 4を共通化 することによって、 装置の高信頼化、 低コスト化、 および小型ィ匕を図るようにし たものである。

共通励起光源 4は、 高速光増幅器 2および低速光増幅器 3に共通の励起光源で あり、 励起 L D (励起レーザダイオード） 1 7および合波器 （カップラー） 1 8 を有している。 この場合、 励起光を出力する励起 L Dを 2個備え、 それらの出力 光を合波器 1 8で合波している。 励起 L D (励起レーザダイォード） 1 7は、 変 調信号を用いて励起 L Dを駆動することにより変調信号の変化をそのまま光源の 強度変化にする直接変調方式、 あるいは励起 L D 1 7からの出力光に対し外部か ら変調を加える外部変調方式を用いて、 低速光増幅器 3の利得が追従しない高い 周波数 （例えば 1 MH z以上） で強度変調された励起光を発生する。 合波器 1 8 としては、 例えば、 波長が僅かに異なる光を合波する波長合波器を用い、 2個の 励起 L D 1 7の波長を僅かに違えておくことが考えられる。 また、 合波器 1 8と いして、 直交する 2つの直線偏光を合波する偏波合成器を用いてもよい。

分波器 5は、 共通励起光源 4から出力された励起光を二分し、 各励起光をファ ィパ 5 0 0 , 5 0 1を介して低速光増幅器 3と高速光増幅器 2に入力し、 低速光 増幅器 3と高速光増幅器 2においてキヤリァ光に利得を与える。

低速光増幅器 3は、 低応答速度の光増幅器であり、 この場合 E D F Aによって 実現されている。 低速光増幅器 3は、 エルビウム添加光ファイバ （E D F ) 1 3 と、 WDM合波器 1 4と、 アイソレータ（ISOlator) 1 5と、 利得等化器 (Gain EQualizer) 16とを備えている。 アイソレータ 15は、 EDF 13によって増幅 されたキヤリァ光の逆流を防ぐことにより、 装置の安定ィ匕を図るためのものであ る。 利得等化器 16は、 EDF 13の波長特性を補正する透過特性を持ち、 波長 多重されたキャリア光の強度を揃えるためのものである。 アイソレータ 15、 利 得等化器 16は、 必要に応じて揷入されるものである。

高い周波数で変調された共通励起光源 4からの励起光は、 WDM合波器 14に てキヤリァ光が伝搬する光ファイバに導力れ、 EDF 13にてキヤリァ光に利得 を与える。 EDF 13には、 入力点 100を介して波長多重キャリア光が入力さ れており、 この例では、 ED F 1' 3において、 励起光と波長多重キヤリァ光が反 対方向に伝搬する後方励起 EDF Aを採用している。 エルビウムイオンがドープ されている増幅媒体である EDF 13は、 エルビウムイオン固有の特性によって、 励起光が高レ、周波数で変調されてレ、た場合、 利樁が変調されない特性を持ってい る。 したがって、 この場合ほ、 高い周波数で変調された共通励起光源 4からの励 起光によって、 波長多重キヤリァ光には時間的に変化しない一定の利得が与えら れるのみであり、 その強度は変調されない。

第 2図は、 典型的な EDF Aの EDF利得変調効率特性を示すもので、 EDF の励起光変調周波数を横軸に、 E D F利得-変調効率を縦軸に示している。 "E D F利得変調効率" は、 励起光の強度をある一定の振幅で変調した場合に、 利得が どれだけ変調されるかを示した量である。 第 2図は、 100Hz以下の低い周波 数で変調する場合の利得の振幅を基準（ 0 dB)としており、 変調周波数が高くなる ほど利得の変調振幅が低くなることを表している。 変調周波数が 1 MH zの場合 には、 EDF利得変調効率は一 3 OdB以下、 つまり 1000分の 1以下となつ ているため、 低速変調時の 1000分の 1以下し力利得が変調されず、 利得は実 質的に時間的に変化しない一定値となる。 第 3,図は、 励起光を変調幅 201をも つて強度変調した場合の時間波形の例を示しているが、 上記のことから、 EDF 13では、 励起光を図中の平均強度 200をもって一定の励起光強度とした場合 と実質的に同じ利得が与えられることになる。 高速光増幅器 2は、 高応答速度の光増幅器であり、 この場合、 励起光とキヤリ ァ光が同一方向に伝搬する前方励起ラマン増幅器によって実現されている。 高速 '光増幅器 2は、 WDM合波器 1 0と、 ラマン用ファイバ 1 1と、 励起光除去フィ ルタ 1 2とを備えている。 高速光増幅器 2には、 後述するように、 O ADM 6に よって、 波長多重キャリア光のうちの一部の波長のキャリア光が光フィアバ 5 0 2を介して入力されている。

高レヽ周波数で変調された共通励起光源 4からの励起光は、 WDM合波器 1 0に て、 光フィアバ 5 0 2からの一部波長のキャリア光と合波されて、 ラマン用ファ ィバ 1 1に入力される。 そして、 励起光は、 ラマン用ファイバ 1 1において、 一 部波長のキャリア光に、 変調された利得を与え.る。 例えば、 文献 「2 0 0 2年電 子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集 B- 10-107」 に示されているよ うに、 前方励起ラマン増幅器の利得は励起光の変調によって高い周波数で変調可 能であり、 高速光増幅器として適している _P —方、 ラマン用ファイバをキャリア 光と励起光が反対方向に伝搬する後方励起ラマン増幅器では、 E D F Aと同様に、 励起光が高い周波数で変調された場合は、 利得が追従しない特性を持っため、 高 い周波数で利得を変調することができず、 高速光増幅器には適していない。

ラマン用ファイバ 1 1で変調された利得を受けたキャリア光は、 励起光除去フ ィルタ 1 2を通って光ファイバ 5 0 3へ出力される。 励起光除去フィルタ 1 2は、 励起光を透過しなレ、特性を持ち、 高速光増幅器 2から不要な励起光が出力される のを防いでいる。 この励起光除去フィルタ 1 2は、 必要に応じて配置されるもの である。

- O A DM 6は、 分波手段 1 9およぴ合波手段 2 0を有し、 分波手段 1 9によつ て低速光増幅器 3から出力される波長多重されたキヤリァ光のうち、 一部波長の 光だけを抜き出して分波して光フアイバ 5 0 2へ導き、 その他の波長の光を合波 手段 2 0へ出力する。 合波手段 2 0は、 分波手段 1 9から入力される波長多重キ ャリァ光と、 高速光増幅器 2から入力される一部波長のキヤリァ光とを合波して、 出力点 1 0 1へ出力する。 O ADM 6は、 例えば、 所望の波長特性を持つ誘電体多層膜フィルタなどの部 品によって実現される。 また、 O ADM 6は、 第 5図に示すような構成によって も実現される。 第 5図に示す O ADM 6においては、 ファイバグレーティング (Fiber Grating) 2 1と、 サーキユレータ 2 2 , 2 2 'とを備えている。 フアイ バグレーテイング 2 1は特定の一部波長の光のみを反射して、 それ以外の波長の 光を透過する特性を持つ。 光ファイバ 5 0 4から入射したキャリア光は、 サーキ ユレータ 2 2を通過してファイバグレーティング 2 1へ入力し、 一部波長の光は 反射されてサーキユレータ 2 2に再び入力される。 サーキユレータの特性から、 反射光は矢印で示しているように光ファイバ 5 0 2へ出力される。 それ以外の波 長の光は、 ファイバグレーティング 2 1とサーキユレータ 2 2 'を通って、 光 ファイバ 5 0 5へ出力される。 また、 光ファイバ 5 0 2へ出力された光と同じ波 長の光が光ファイバ 5 0 3に入力されると、 サーキュレータ 2 2 'からフアイ バグレーティング 2 1へ至り、 反射されて再ぴサーキユレータ 2 2 'に入力し、 光ファイバ 5 0 5へ出力される。

このように、 ファイバグレーティング 2 1は合波と分波の両方に寄与している。 • ここで、 ファイバグレーティング 2 1が 2個直列に接続されているのは、 反射す べき波長の光を完全に反射するためである。 1個のファイバグレーティングで完 全に反射されない場合でも、 2個目のファイバグレーティングで反射されること 力 ら、 不本意に透過してしまうことを防ぐことができる。 1個のファイバグレー ティングで十分な反射の特性が得られる場合には、 必ずしも 2個は必要ではない。 また、 2個のファイバグレーティングでも不十分な場合には、 3個以上を直列に 接続すればよい。

次に、 動作について説明する。 共通励起光源 4から出力される高い周波数で変 調された励起光は、 分波器 5で二分され、 光ファイバ 5 0 0 , 5 0 1を介してそ れぞれ低速光増幅器 3およぴ高速光増幅器 2に入力される。

一方、 波長多重されたキヤリァ光が入力点 1 0 0を介して低速光増幅器 3に入 力されている。 低速光増幅器 3には、 共通励起光源 4から高い周波数で変調され た励起光が入力されているので、 前述したように、 E D F 1 3においては、 利得 は励起光に追従せず、 時間的に変化しない一定の利得が、 波長多重キャリア光に 与えられることになる。

低速光増幅器 3によって一定の利得が与えられた波長多重キヤリァ光の大半は O ADM 6を通過して、 出力点 1 0 1から出力きれる。 低速光増幅器 3によって 一定の利得が与えられた波長多重キヤリァ光のうちの一部の波長のキヤリァ光は、 O ADM 6で選択的に抜き出されて分波されて、 光ファイバ 5 0 2を介して高速 光増幅器 2に入力される。

高速光増幅器 2においては、 共通励起光源 4から入力される高レ、周波数で変調 された励起光によって、 その利得が高い周波数で変調されているので、 入力した キャリア光が強度変調された後、 光ファイバ 5 0 3を介して O ADM 6に入力さ れる。 O ADM 6では、 光ファイバ 5 0 3を介して入力された強度変調されたキ ャリァ光を他の波長のキヤリァ光と波長多重して、 出力点 1 0 1を介して出力す る。

このようして、 この光増幅装置 1によれぱ、 高速光増幅器 2を通る波長のキヤ リァ光は強度変調されるが、 そうでない波長のキヤリァ光には強度変調されず一 定の利得のみが与えられることになる。

なお、 励起光としては、 1 MH z以上の高いサブキャリア周波数でサブキヤリ ァ変調された信号で励起光を強度変調したものを用レ、たほうが望ましレ、。 すなわ ち、 励起光を変調した結果、 励起光に低い周波数成分が含まれる場合には、 低周 波数成分によつて低速光増幅器 3の利得が変調され'てしまい、 利得が一定でなく なる。 例えば、 第 4図 （a ) のグラフは、 周波数に対する信号電力密度の分布の 例を示しているが、 この場合は、 周波数ゼロ付近の低い周波数成分が存在してい る。 このような信号をそのまま励起光に強度変調するベースバンド変調を行うと、 低速光増幅器 3の利得がある程度変調されてしまう。 そこで、 1 MH z以上の高 いサブキヤリァ周波数を設定し、 その周波数の正弦波の信号で強度変調を施すサ ブキヤリ'ァ変調を行うことで、 電力密度分布は同図 （b ) に示すようになり、 低 い周波数成分をなくすることができる。 このように、 1 MH z以上の高いサブキ ャリァ周波数でサブキヤリァ変調された信号で励起光を強度変調することで、 低 速光増幅器の利得を一定にすることができる。

このように、 実施の形態 1の光増幅装置 1においては、 利得を強度変調する高 速増幅器と一定の利得を与える低速増幅器とから成る応答速度の異なる 2つの光 増幅器を用いた光増幅装置における励起光源を共通化するようにしている。

因みに、 低速光増幅器と高速光増幅器の励起光源が独立していて、 それぞれに 1個の励起 L Dを備える場合には、 どちらか 1個の励起 L Dが故障したときに対 応する光増幅器には励起光が全く供給されなくなり、 光増幅装置の機能を維持す ることができなくなる。，そこで、 信頼性を改善するためにそれぞれの光増幅器の 励起光源に 2個ずつの励起 L Dを備えることが考えられる力 S、 合計で 4個の励起 L Dが必要となり、 部品点数が増加する。

—方、 実施の形態 1の構成では、 励起 L D 1 7のうち 1個が故障した場合でも、 低速光増幅器 3と高速光増幅器 2の両方に半分の強度の励起光が供給されるため、 両光増幅器においてある程度の機能を維持することができる。 したがって、 実施 の形態 1のように、 励起光源を共通ィヒすれば、 高い信頼性の光増幅装置が得られ る。 言い方を変えると、 少ない励起 L Dの数で高い信頼性の光増幅装'置が実現で さる。

また、 実施の形態 1の発明において、 1個の励起 L Dで十分な励起光の強度と 信頼性が得られる場合には、 第 1図の励起 L D 1 7を 1個に削減することも可能 であり、 構成の簡単ィ匕 ·部品点数の削減 ·低コスト化が可能となる。

励起光の波長としては、 1 4 5 0〜1 4 7 O nmの範囲を用いれば、 E D F A とラマン増幅器の両方で 1 5 4 0〜 1 5 6 0 nm付近の波長のキヤリァ光に利得 を与えることができ、 好都合である。

このように実施の形態 1によれば、 利得を強度変調する高速増幅器と一定の利 得を与える低速増幅器とから成る応答速度の異なる 2つの光増幅器を用いた光増 幅装置における励起光源を共通化するようにしているので、 高速な信号の送信を 行うことができるとともに、 消費電力、 部品コスト、 回路実装容積が削減され、 さらに信頼性を向上させることができる。

なお、 上記では、 共通励起光源 4の合波器 1 8と分波器 5は独立した形態を記 載しているが、 これらを 1つの合分波器で実現してもよレ、。 例えば、 入出力共に 2つのポートをもつ光力プラを合分波器として用いれば、 1つの光力ブラで合波 と分波が可能である。'また、 共通励起光源 4に用いる励起光 としては、 L Dの 場合のみを示したが、 他の手段でも良く、 例えば固体レーザや、 光ファイバレー ザなどを用いてもよい。

実施の形態 2 .

第 6図および第 7図を用いてこの発明の実施の形態 2を説明する。 実施の形態

1では、 共通励起光源 4が備える励起 L Dを 2個としたが、 実施の形態では、 共 通励起光源 4が 4個の励起 L Dを備えるようにしている。

第 6図では、 4個の励起 L D 1 7の出力光を合波器 1 8 で合波している。 合波器 1 8 'には、 波長合波器などを用いることができる。

第 7図では、 4個の励起 L D 1 7 の う ちの 2個ずつを偏波合成器

(Polarization Beam Coupler) 1 8 "で合波してから、 合波器 1 8で合波してい る。 偏波合成器 1 8 ' 'を用いると、 第 6図の場合に比べて部品点数は増加するが、 偏光に偏りがない無偏光な励起光が得られる。 励起光が無偏光であれば、 ラマン 増幅器の利得が信号光の偏光に依存する偏光依存性をなくすることができるため、 安定した利得を得ることができ、 高速光増幅器 2の前方励起ラマン増幅器で安定 して信号光を変調することができる。

励起 L D 1 7を 4個用いる第 6図、 第 7図の構成では、 励起光のうち 1個が故 障した場合でも、 低速光増幅器 3と高速光増幅器 2の両方に 4分の 3の強度の励 起光が供給されるため、 故障による利得の低下量を小さく抑えることができる。 また、 2個あるいは 3個の励起 L D 1 7が故障した場合でも、 両光増幅器ともに 半分あるいは 4分の 1の強度の励起光が供給されるため、 最低限の機能を維持す ることができる。 実施の形態 3 . .

第 8図を用いてこの発明の実施の形態 3について説明する。 実施の形態 3では、 低速光増幅器 3として、 励起光とキヤリァ光が同一方向に伝搬する前方励起 E D F Aを用いるようにしている。 これ以外は、 先の実施の形態 1と同様であり、 重 複する説明は省略する。

この構成では、 共通励起光源 4から分波器 5と光ファイバ 5 0 0を介して入力 する高い周波数で変調された励起光は、 WDM合波器 1 4にて波長多重キヤリ了 光が伝搬する光ファイバに導力^ 1、 E D F 1 3にてキャリア光に利得を与える。 この前方励起 E D F Aにおいても、 後方励起 E D F Aを用いる第 1図の場合と同 様に、 共通励起光源 4からは、 高い変調周波数で変調された励起光が入力されて いるので、 キヤリァ光は時間的に変化しない一定の利得が与えられるのみであり、 その強度は変調されない。

実施の形態 4 .

第 9図を用いてこの発明の実施の形態 4について説明する。 実施の形態 4では、 低速光増幅器 3として、 励起光とキヤリァ光が反対方向に伝搬する後方励起ラマ ン増幅器を用いるようにしている。 これ以外は、 先の実施の形態 1と同様であり、 重複する説明は省略する。

この構成では、 共通励起光源 4から分波器 5と光フアイバ.5 0 0を介して入力 される高い周波数で変調された励起光は、 WDM合波器 1 4にて波長多重キヤリ ァ光が伝搬する光ファイバに導かれ、 ラマン用ファイバ 1 3 'にてキヤリァ光 に一定の利得を与える。

前述したように、 例えば、 文献 「2 0 0 2年電子情報通信学会通信ソサイエテ ィ大会講演論文集 B-10- 107」 に示されているように、 ラマン用ファイバをキヤ リァ光と励起光が反対方向に伝搬する後方励起ラマン増幅器は、 E D F Aと同様 に、 励起光の変調に対して利得が高い周波数では追従しない特性を持っため、 低 速光増幅器として用いることができる。 この場合は、 ラマン増幅器固有の特性と して、 E D F Aよりも低雑音で利得を与えることが可能である。 また、 E D F Aの場合には、 利得を与えることができるキャリア光の波長が 1 5 3 0〜 1 5 9 0 n m付近に限られるが、 ラマン増幅器を低速光増幅器 3に用い ることで、 キヤリァ光の波長をそれ以外の波長帯に選ぶことも可能である。 実施の形態 5 .

第 1 0図を用いてこの発明の実施の形態 5について説明する。 実施の形態 1に 'おいては、 低速光増幅器 3をキャリア光の流れの上流側に配し、 高速光増幅器 2 と下流側に配し、 低速光増幅器 3にはすべての波長のキャリア光が入力し、 低速 光増幅器 3から出力されたキヤリァ光のうち一部の波長の光が高速光増幅器 2に 入力されるように構成しているが、 高速光増幅器 2を上流側に配し、 低速光増幅 器 3を下流側に配するようにしてもよい。 つまり、 キャリア光が低速光増幅器 3 に入力する前に、 先に高速光増幅器 2に入力する構成としてもよい。

また、 第 1 0図に示す構成では、 分波手段 1 9によって、 入力点 1 0 0から入 力される波長多重されたキヤリァ光のうち一部の波長の光を高速光増幅器 2に入 力し、 それ以外の波長の光を低速光増幅器 3に入力している。 低速光増幅器 3の 出力光および高速光増幅器 2の出力光は、 合波手段 2 0で合波され、 出力点 1 0 1に出力される。 この場合は、 実施の形態 1とは異なり、 低速光増幅器 3には、 波長多重されたキヤリァ光のうち一部波長のキヤリァ光のみが入力されること なる。

実施の形態 6 .

第 1 1図を用いてこの発明の実施の形態 6について説明する。 この実施の形態 6は、 上記各実施の形態の光増幅装置を用いて構成される光通信システムの形態 を示すものである。

この光通信システムは、 波長多重キャリア光を送信する送信装置 1 0 4と、 実 施の形態 1〜 5に示した 1〜複数の光増幅装置 1と、 キヤリァ光が伝搬する光フ アイバケーブル 1 0 5と、 変調されたキヤリァ光を含む波長多重キヤリァ光を受 信する受信装置 1 0 6とを備えている。

送信装置 1 0 4は、 複数の波長のキャリア光を多重したキャリア光を光フアイ バケーブル 1 0 5に送信する。 光増幅装置 1は、 実施の形態 1〜 5で説明したよ うに、 波長多重キャリア光に一定の利得を与え、 光ファイバケーブル 1 0 5で損 失を受けた損失を補償し、 減衰したキャリア光の強度を回復させるとともに、 波 長多重されたキヤリァ光のうち一部の波長の光のみの強度を変調して出力する機 能を持っている。 受信装置 1 0 6では、 変調されたキヤリァ光を含む波長多重キ ャリァ光を受信する。

上記システムにおいて、 複数の光増幅装置 1で変調されるキヤリァ光の波長を 異ならせておけば、 同時に複数の光増幅装置で信号を変調したとしても混信する ことはなく、 受信装置 1 0 6で波長毎に分波してそれぞれの信号を独立して受信 することができる。 すなわち、 1つの光ファイバに複数の光増幅装置が接続され ている場合には、 ある 1つの光増幅装置が信号を変調している時に、 他の光増幅 装置が同時に信号を同じ周波数で変調した場合は、 信号が混信してしまうために、 複数の光増幅装置が同時に信号を変調することができず、 変調できる光増幅装置 は常に 1台に制限しなくてはいけない。 - また、 この場合、 光増幅装置 1は、 1 MH z以上の高い周波数で信号を送信す ることができる。 したがって、 1本の光ファイバケーブル 1 0 5で受信装置 1 0 6に送信できる信号は、 光増幅装置 1台当たり 1 MH z以上であり、 力つ、 複数 の光増幅装置 1から同時に送信することができるため、 従来方式に比べて、 単位 時間当たりに多くの情報を送ることが可能となる。 また、 光増幅装置 1は、 前述 したように、 高い信頼性を備えているため、 光通信システム全体としても高い信 頼性が得られる。

実施の形態 7.

第 1 2図を用いてこの発明の実施の形態 7について説明する。 この実施の形態 7の光増幅装置 1 ,には、 上り回線キャリア光と、 下り回線キャリア光とが入 力されており、 この光増幅装置 1 'は、 上り回線キヤリァ光の入力点 1 0 0と、 上り回線キヤリァ光の出力点 1 0 1と、 下り回線キヤリァ光の入力点 1 0 2と、 下り回線キャリア光の出力点 1 0 3とを有する。 また、 上りおよび下り回線キヤ リァ光の処理のために、 高速光増幅器 2、 低速光増幅器 3および O ADM 6は、 1ペアすなわち 2つ備えられている。 但し、 共通励起光源 4、 および分波器 5に 関しては、 実施の形態 1と同様、 1個のみ設けられている。 すなわち、 1つの共 通励起光源 4によって、 上りおよび下り回線キャリァ光処理用の 1ペアずつの高 速光増幅器 2、 低速光増幅器 3に対し励起光を入力する。 高速光増幅器 2、 低速 光増幅器 3、 共通励起光源 4、 O ADM 6などの機能は、 実施の形態 1と同様で あり、 重複する説明は省略する。

共通励起光源 4から出力される高レ、周波数で変調された励起光は、 分波器 5で 4つに分波され、 光ファイバ 5 0 0、 5 0 1、 5 0 0 ,、 5 0 1 'を介して上 り回線用の低速光増幅器 3、 下り回線用の低速光増幅器 3、 上り回線用の高速光 増幅器 2、 上り回線用の高速光増幅器 2に入力されて、 それぞれにおいてキヤリ ァ光に利得を与える。 前述したように、 低速光増幅器 3， 3では、 励起光により 時間,的に変化しない一定の利得がキヤリァ光に与えられ、 高速光増幅器 2 , 2で は、 励起光により入力したキヤリァ光の強度が変調されることになる。

波長多重されたキヤリァ光が上り回線の入力点 1 0 0から入力されると、 上り 回線用の低速光増幅器 3で増幅され、 ここで一定の利得を与えられる。 キャリア 光の大半は上り回線用の O ADM 6を通過して、 上り回線用の出力点 1 0 1から 出力される。 上り回線用の低速光増幅器 3から出力される波長多重キヤリァ光の うち一部の波長のキヤリァ光は、 上り回線用の O ADM 6で選択的に抜き出され て分波されて、 光ファイバ 5 0 2から上り回線用の高速光増幅器 2に入力される。 上り回線用の高速光増幅器 2で、 そのキャリア光が強度変調された後、 光フアイ ノ 5 0 3 から下り回線用の〇A DM 6に入力され、 ここで下り回線キャリア 光と波長多重されて、 下り回線の出力点 1 0 3へ出力される。

このようにして、 上り回線キャリア光の大半は、 強度変調されずに上り回線用 の低速光増幅器 3で一定の利得のみが与えられ、 上り回線へ出力されるが、 一部 の波長の光は、 高速光増幅着 2を通って強度変調された後、 下り回線へ出力され ることになる。 一方、 波長多重されたキヤリァ光が下り回線の入力点 1 0 2から入力されると、 下り回線用の低速光増幅器 3で増幅され、 ここで一定の利得を与えられる。 キヤ リァ光の大半は下り回線用の O ADM 6を通過して、 下り回線用の出力点 1 0 3 力、ら出力される。 下り回線用の低速光増幅器 3から出力される波長多重キヤリ了 光のうち一部の波長のキヤリァ光は、 下り回,線用の〇 ADM 6で選択的に抜き出 されて分波されて、 光ファイバ 5 0 2から下り回線用の高速光増幅器 2に入力さ れる。 下り回線用の高速光増幅器 2で、 そのキャリア光が強度変調された後、 光 ファイバ 5 0 3から上り回線用の OADM 6に入力され、 ここで上り回線キヤリ ァ光と波長多重されて、 上り回線の出力点 1 0 1 へ出力される。

このようにして、 下り回線キャリア光の大半は、 強度変調されずに下り回線用 の低速光増幅器 3で一定の利得のみが与えられ、 下り回線へ出力されるが、 一部 の波長の光は、 高速光増幅器 2を通って強度変調された後、 上り回線へ出力され ることになる。

なお、 共通励起光源 4としては、 第 6図の形態を適用できるが、 その際に、 入 出力共に 4つのポートをもつ光力プラを合分波器を用いれば、 1つの力ブラで合 波と分波が可能である。

実施の形態 8 .

第 1 3図は、 実施の形態 7の光増幅装置を用いた光通信システムの構成を示す ものであり、 上り回線およぴ下り回線の 2系統が設けられている。 ' この光通信システムは、 波長多重された上り回線キャリア光を送信する送信装 置 1 0 4と、 波長多重された下り回線キャリア光を送信する送信装置 1 0 4 ' と、 実施の形態 7に示した 1〜複数の光増幅装置 1 ' と、 上り回線キヤリァ光 が伝搬する光ファイバケーブル 1 0 5と、 下り回線キャリア光が伝搬する光ファ ィバケーブル 1 0 5 'と、 波長多重された上り回線キャリア光を受信する受信 装置 1 0 6と、 波長多重された下り回線キャリア光を受信する受信装置 1 0 6 'と、 各光増幅装置 1 に接続される観測装置 1 0 7とを有している。

送信装置 1 0 4は、 複数の波長のキヤリァ光を多重したキヤリァ光を上り回線 の光ファイバケーブル 1 0 5に送信する。 光増憚装置 1 ,では、 実施の形態 7 で述べたように、 ¾¾長多重キヤリァ光に一定の利得を与え、 光ファイバケープノレ 1 0 5で損失を受けた損失を補償し、 減衰したキャリア光の強度を回復させて、 上り回線の光ファイバケーブル 1 0 5へ出力するとともに、 波長多重されたキヤ リア光のうち一部の波長の光のみの強度を変調し、 逆方向の下り回線の光フアイ バケーブル 1 0 5 'へ出力する。

つまり、 送信装置 1 0 4から送信されて、 上り回線の光ファイバケーブル 1 0 5を介して光増幅装置 に入力され、 変調されたキャリア光は、 下り回線の光 ファイバケーブル 1 0 5 'を介して受信装置 1 0 6 へ至る。 一方、 送信装置 1 0 4から送信されて、 上り回線の光ファイバケーブル 1 0 5を介して光増幅装 置 1 ,に入力きれ、 一定の利得のみを与えられて変調されない波長のキャリア 光については、 上り回 if泉の光ファイバケープレ 1 0 5へ出力されて、 受信装置 1 0 6へ至る。

同様に、 送信装置 1 0 4 は、 複数の波長のキャリア光を多重したキャリア 光を下り回線の光ファイバケーブル 1 0 5 'に送信する。 光増幅装置 1 'では、 実施の形態 7で述べたように、 波長多重キヤリァ光に一定の利得を与え、 光ファ ィパケーブル 1 0 5 'で損失を受けた損失を補償し、 減衰したキヤリァ光の強 度を回復させて、 下り回線の光ファイバケーブル 1 0 5 ' へ出力するとともに、 波長多重されたキヤリァ光のうち一部の波長の光のみの強度を変調し、 逆方向の 上り回線の光ファイバケーブル 1 0 5へ出力する。

つまり、 送信装置 1 0 4 から送信されて、 下り回線の光ファイバケーブル 1 0 5 'を介して光増幅装置'に入力され、 変調されたキャリア光は、 下り回 線の光ファイバケーブル 1 0 5 'を介して受信装置 1 0 6 へ至る。 一方、 送信 装置 1 0 4 から送信されて、 下り回線の光ファイバケーブル 1 0 5 を介し て光増幅装置 1 'に入力され、 一定の利得のみを与えられて変調されない波長 のキヤリァ光については、 下り回線の光フアイバケーブル 1 0 5へ出力されて、 受信装置 1 0 6 'へ至る。 このように、 光増幅装置 1 にて変調されたキャリア光のみ、 逆方向回線の 光ファイバへ折り返されて、 送信装置に近い側の受信装置に送り返されるため、 何らかの障害で光ファイバケーブル 1 0 5、 1 0 5 'が断線したような場合で も、 断線の手前で折り返されたキャリア光が受信装置に届き、 システムの機能を 維持することができる。 さらに、 実施の形態 7の光増幅装置 1 は、 上り回線 と下り回線に同時に信号を変調して送信する構成であるため、 光フアイバケープ ' ノレ 1 0 5， 1 0 5 'の断線箇所が 1箇所であれば、 上り回線か下り回線のどちら かで変調した信号を送信し、 受信装置 1 0 6か 1 0 6 のどちらかに届けるこ とができるので、 高い信頼性を備えている。 '

第 1 3図の光通信システムにおいて、 複数の光増幅装置 1で変調されるキヤリ ァ光の波長を異ならせておけば、 同時に複数の光増幅装置で信号を変調したとし ても混信することはなく、 受信装置 1 0 6， 1 0 6 'で波長毎に分波してそれ ぞれの信号を独立して受信することができる。 また、 第 1 3図の光通信'システム において、 1本の光ファイバケーブル 1 0 5で受信装置に送信できる信号は、 光 増幅装置 1台当たり 1 MH _Z以上であり、 かつ、 複数の光増幅装置から同時に送 信することができるため、 従来の方式に比べて単位時間当たりに多くの情報を送 ることが可能となる。 また、 光増幅装置 1 ,は、 前述したように、 高い信頼性 を備えているため、 光通信システム全体としても高い信頼性が得られる。

さらに、 第 1 3図のように、 地震 '津波 ·温度などを観測する観測装置 1 0 7 を光増幅装置 1 'に接続すると、 観測した情報を信号として光増幅装置 1一に てキヤリァ光を変調し、 受信装置 1 0 6、 1 0 6 'に送信する遠隔観測システ ムを実現することができる。 また、 光ファイバケーブル 1 0 5 , 1 0 5 'が海底 に設置された海底ケーブルであり、 送信装置 1 0 4， 1 0 4 と受信装置 1 0 6、 1 0 6 'が陸上局に設置される海底ケーブルシステムである場合には、 単位時 間当たりに多くの海底観測情報を陸上局に送ることが可能で、 高い信頼性を備え た海底観測ケーブルシステムが実現できる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明にかかる光増幅装置は、 光信号を伝送する海底ケーブル システム、 地震 ·津波 ·温度などを観測する海底観測ケーブルシステムに有用で ある。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入力される波長多重キヤリァ光に一定の利得を与えて出力するとともに、 波長多重キヤリァ光のうちの一部の波長のキヤリァ光を強度変調して出力する光 増幅装置であって、

前記波長多重キヤリァ光のうち一部またはすベての波長のキヤリァ光が入力さ れ、 高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、 応答速度 が遅い低速光増幅器と、

前記波長多重キヤリァ光のうち一部の波長のキヤリァ光が入力され、 高い周波 数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、 応答速度が速い高速光増 幅器と、

前記低速光増幅器の利得が追従しない高い周波数で強度変調された励起光を前 記低速光増幅器およぴ前記高速光増幅器に分配して供給する共通励起光源と、 を備え、 前記低速光増幅器が前記励起光により実質的に一定の利得をキヤリァ 光に与え、 前記高速光増幅器が前記励起光により変調された利得をキヤリァ光に 与えることを特徴とする光増幅装置。

2 . 前記低速光増幅器はエルビゥムドープフアイバを増幅媒体とする E D F A であり、'前記高速光増幅器は前方励起ラマン増幅器であることを特徴とする請求 の範囲第 1項に光増幅装置。

3 . 前記低速光増幅器は後方励起ラマン増幅器であり、 前記高速光増幅器は前 方励起ラマン増幅器であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅装 置。

4 . 前記励起光の波長が 1 4 5 0〜 1 4 7 0 n mの範囲にあることを特 ί敷とす る請求の範囲第 1項に記載の光増幅装置。

5 . 前記励起光の変調周波数が 1 MH z以上であることを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の光増幅装置。

6 . 1 MH z以上の周波数にサブキヤリァ変調された信号で前記励起光を強度 変調することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光増幅装置。

7 . 波長多重キャリア光を送信する送信装置と、

前記送信装置からの波長多重キヤリァ光を受信し、 変調されたキヤリァ光を含 む波長多重キヤリァ光を送信する請求の範囲第 1項に記載の 1〜複数の光増幅装 置と、

前記 1〜複数の光増幅装置を介して変調されたキヤリァ光を含む波長多重キヤ リア光を受信する受信装置と、

を光フアイバケーブルで接続して構成したことを特徴とする光通信システム。

8 . 入力される波長多重される上り回線キヤリァ光および下り回線キヤリァ光 に一定の利得を与えて出力するとともに、 一部の波長のキヤリァ光を強度変調し て出力する光増幅装置であって、

波長多重された上り回線キヤリァ光のうち一部またはすベての波長のキヤリァ 光が入力され、 高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しない特性を持つ、 応答速度が遅い第 1の低速光増幅器と、

波長多重された下り回線キヤリァ光のうち一部またはすベての波長のキヤリ了 光が入力され、 高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従しなレ、特性を持つ、 応答速度が遅レ、第 2の低速光増幅器と、

波長多重された上り回線キヤリァ光のうち一部の波長のキヤリァ光が入力され、 高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、 応答速度が速い 第 1の高速光増幅器と、 波長多重された下り回線キヤリァ光のうち一部の波長のキヤリァ光が入力され、 高い周波数の励起光の変調に対して利得が追従する特性を持つ、 応答速度が速い 第 2の高速光増幅器と、

前記第 1及び第 2の低速光増幅器の利得が追従しなレ、高！/、周波数で強度変調さ 5 れた励起光を前記第 1 , 第 2の低速光増幅器および前記第 1， 第 2の高速光増幅 器に分配して供給する共通励起光源と、

前記第 1の低速光増幅器の出力と前記第 2の高速光増幅器の出力を合波して上 り回線に出力する第 1の合波器と、

前記第 2の低速光増幅器の出力と前記第 1の高速光増幅器の出力を合波して下 10. り回線に出力する第 2の合波器と、

を備え、 前記第 1および第 2の低速光増幅器が前記励起光により実質的に一定 の利得をキヤリァ光に与え、 前記第 1および第 2の高速光増幅器が前記励起光に より変調された利得をキヤリァ光に与えることを特徴とする光増幅装置。

15 9 . 波長多重された上り回線キヤリァ光を送信する第 1の送信装置と、

波長多重された下り回線キヤリァ光を送信する第 2の送信装置と、

前記第 1および第 2の送信装置からの波長多重キャリァ光を受信し、 変調され たキヤリァ光を含む波長多重キヤリァ光を上り回線および下り回線に出力する請' 求の範囲第 8項に記載の 1〜複数の光増幅装置と、

20 前記 1〜複数の光増幅装置を介して変調されたキヤリァ光を含む波長多重キヤ リァ光を上り回線から受信する第 1の受信装置と、

前記 1〜複数の光増幅装置を介して変調されたキヤリァ光を含む波長多重キヤ リア光を下り回線から受信する第 2の受信装置と、

を光フアイパケーブルで接続して構成したことを特徴とする光通信システム。

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1 0 . 前記 1〜複数の光増幅装置に夫々接続され、 各光増幅装置に観測情報を 入力する観測装置を更に備え、 前記光増幅装置は、 観測装置からの観測情報を用いて一部の波長のキヤリァ光 を変調することを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光通信システム。