(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを伝送路として用い、該伝送路の途中に、ある信号波長帯に属する光信号を増幅する光増幅装置を備える光伝送システムにおいて、
該光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以上である場合には、該光増幅装置の光増幅帯域に光信号波長を設定し、
該光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以下である場合には、該光増幅装置によって吸収あるいは損失を受ける波長帯域の外に光信号波長を設定する波長設定手段を具備する
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記光伝送システムにおいて、
前記光増幅装置への供給電力の大きさに応じて光送信電力を変える送信電力制御手段を、さらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記光伝送システムにおいて、
前記光増幅装置への供給電力の大きさに応じて、使用する波長多重光信号の波長の数を変える波長数制御手段を、さらに具備する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記光伝送システムにおいて、
前記光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以上である場合と所定の大きさ以下である場合の双方で、双方の光信号の波長を合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長に一致させた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光信号伝送において伝送路損失による光信号電力の減衰を補償し、長距離伝送をするため、図１に示されるように、光増幅装置からなる光中継装置を伝送路の途中に配置する中継伝送システムが一般的に用いられている。光増幅装置として最も一般的に用いられる光ファイバ増幅器は、増幅する光信号の波長よりもエネルギーの大きい波長、すなわち短い波長の励起光を、エルビウム等の稀土類元素を添加した光ファイバに供給し、この励起光電力によって励起された稀土類元素の誘導放出によって光信号を増幅するものである。このような光ファイバ増幅器が増幅することができる光信号波長帯は、稀土類元素のエネルギー準位構造によって決められる固有の値をとることが知られている。
【０００３】
一例として、図２（ａ）に光ファイバ増幅器に用いられる稀土類元素として知られるエルビウムイオンの１．５μｍ付近におけるエネルギー準位図を、また図２（ｂ）にエルビウムイオンの吸収／放出（蛍光）スペクトルの一例を示している。図に示すように、このエルビウムイオンは、受けた励起光を吸収して４｜１５／２準位から４｜１３／２準位に励起される。このとき、その波長が放出スペクトル内の波長をもつ信号光が光増幅装置内に入射すると、誘導放出によりこの信号光を増幅するとともに４｜１３／２準位から４｜１５／２準位に戻る。この励起光吸収ならびに誘導放出が起こる光波長は、エルビウム添加光ファイバにおけるエルビウムイオンの吸収／放出断面積によって決定される。
【０００４】
また、このような希土類添加光ファイバを利用して光増幅を行う場合、この光伝送システムに用いる励起光波長は当該希土類元素イオンの吸収が効率的に行われる波長帯に、光信号波長は誘導放出が起こる波長帯にあることが必要である。なお、エルビウム添加光ファイバを光増幅器として用いる場合、このエルビウムイオンの吸収波長帯と放出波長帯はほぼ一致し、図２（ｂ）に示されるような１．５μｍ付近に加え、１．０μｍ付近等に離散的に存在することが知られている。
【０００５】
ここで、上記の励起光電力を稀土類添加光ファイバに供給するためには、励起光源に電流を流す必要がある。特に海底光伝送システムにおいては、海底に敷設された光増幅装置に送信装置側あるいは受信装置側から、給電線を通じて光増幅装置内の稀土類添加光ファイバと同一筐体内に実装された励起光源に電流を供給する方式が一般的であるが、この方式では高電圧の給電装置が必要となる。一方、海底に敷設された光増幅装置内には稀土類添加光ファイバのみを配置し、送信装置側あるいは受信装置側に設置された励起光源から光ファイバを通じて励起光電力を供給する方式もある。この方式は遠隔励起型システムと呼ばれ、給電線が不要で光増幅装置が簡易な構成になるという特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遠隔地から海底の光増幅装置に十分な励起光電力を供給するためには、陸上部分に高出力の励起光源が必要となり、そのためコストが増大し、また特別な安全対策が必要となる問題がある。
また、給電線を通じて光増幅装置に電流を供給する方式、および、光ファイバを通じて励起光電力を供給する方式のいずれにおいても、陸上側からの電力供給手段に故障が生じ、稀土類添加光ファイバに励起光電力が供給されない場合には、光信号は添加稀土類元素の吸収によって極めて過剰な損失を被り、この光信号を受信することはほとんど不可能となるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、光増幅装置を用いた光伝送システムにおいて、光増幅装置への供給電力の大きさに応じた制御により大幅な伝送特性劣化を回避することで、システムの運用性および信頼性の低化を解決できる、簡単な構成の光伝送システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光増幅装置を用いた光伝送システムにおいて、この光増幅装置への電力供給の有無あるいはその大きさを検出し、その結果によって光信号波長を光増幅装置による吸収が起こらない波長へ変えることにより、光増幅装置への電力供給断時あるいは供給電力の低下時においても光信号伝送を可能とすることを最も主要な特徴としている。
【０００９】
ここで、請求項１に記載の発明は、光ファイバを伝送路として用い、該伝送路の途中に、ある信号波長帯に属する光信号を増幅する光増幅装置を備える光伝送システムにおいて、該光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以上である場合には、該光増幅装置の光増幅帯域に光信号波長を設定し、該光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以下である場合には、該光増幅装置によって吸収あるいは損失を受ける波長帯域の外に光信号波長を設定する波長設定手段を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光伝送システムにおいて、前記光伝送システムにおいて、前記光増幅装置への供給電力の大きさに応じて光送信電力を変える送信電力制御手段を、さらに具備することを特徴とするものである。
本発明によれば、信号の伝送品質を一定に保持することが可能となる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光伝送システムにおいて、前記光伝送システムにおいて、前記光増幅装置への供給電力の大きさに応じて、使用する波長多重光信号の波長の数を変える波長数制御手段を、さらに具備することを特徴とするものである。
本発明によれば、各波長の光信号の伝送品質を一定に保持することが可能となる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記光伝送システムにおいて、前記光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以上である場合と所定の大きさ以下である場合の双方で、双方の光信号の波長を合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長に一致させたことを特徴とするものである。
本発明によれば、光増幅装置への電力供給がある場合とない場合の双方の場合で、合波器あるいは分波器を共用することができる。
【００１３】
なお、本発明に係わる光伝送システムは、基本的な光伝送機能は従来からある光送信装置、光ファイバ伝送路、光増幅装置、光受信装置を用いて実現される。すなわち、光送信装置は単一あるいは波長多重信号を発生し、光ファイバ伝送路に送出する。光ファイバ伝送路の途中に挿入された光増幅装置は、その光増幅帯域に属する波長の光信号を所望のレベルに増幅する。そして、光受信装置は光ファイバ伝送路を伝搬後の光信号を受信する。
【００１４】
本発明では、この光伝送システムで使用する光信号波長を、光増幅装置への供給電力の大きさに応じて、すなわち光増幅装置の励起状態に応じて変化させ、光増幅器における光信号の過剰な損失を防ぐことにより、光増幅装置を励起する励起手段に障害が生じたとき、あるいはこの励起手段を設置しない場合でも、この光伝送システムを運用することが可能になり、簡易な構成で、低消費電力かつ低コストな光伝送システムが実現可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施例］
図３は本発明による光伝送システムの第１の実施例を示すブロック図である。以下では、簡単のため単一波長信号伝送の場合を例にして説明するが、もちろん、本発明は波長多重伝送にも適用できる。なお、波長多重伝送の場合は、以下に説明する単一波長信号伝送の場合に対し光信号波長数が異なるのみであることは言うまでもない。
【００１７】
図３に示した本実施例の光伝送システムは、光ファイバ伝送路の途中にエルビウム添加光ファイバを挿入し、これを光受信装置内に設置された遠隔励起光源ユニットＬ３により後方励起し、光増幅装置の一種である光ファイバ増幅器としての機能を持たせる構成である。図３では基本的な遠隔励起による光増幅伝送機能に加え、図３に示した光送信装置内に、図４に示すようにこの光ファイバ増幅器の光増幅利得帯域内の波長λ１と、この光ファイバ増幅器の吸収スペクトル外の波長λ２とを選択するための光源Ｌ１およびＬ２と、これらの光源を切り替えるための光スイッチＳ１と、これらを制御するための制御装置Ｃ１からなっている。さらに、光受信装置内に光送信信号の波長に対応した中心波長λ１およびλ２の光フィルタＦ１およびＦ２と、これらを切り替えるための光スイッチＳ２と、これらを制御するための制御装置Ｃ２を備えている。
【００１８】
本実施例では、遠隔励起光源ユニットＬ３内に、この遠隔励起光源の出力を検出するための出力検出装置（図示せず）を備えるものとし、この遠隔励起光源の出力断あるいはその出力の低下を検出し、この情報をもう一方の対向回線（図３では、下り回線）光送信装置内の光変調器Ｍ１へ重畳する構成をとる。なお、この対向回線光送信装置内の光変調器Ｍ１への重畳は一般的に知られている方法を用いて容易に実現可能である（例えば、Ｍ．Ｍｕｒａｋａｍｉ他，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  ｗａｖｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏ．５，１９９６参照）
【００１９】
光送信装置は、光受信装置側からの遠隔励起光源の出力断あるいはその出力の低下の情報を受けると、この情報に基づき光源を切り替える。図３に示した例では、光信号の波長をλ１からλ２に変えるため光源Ｌ１から光源Ｌ２に切り替えている。一方、光受信装置内では、上記出力検出装置による検出結果を制御装置Ｃ２に伝達する。制御装置Ｃ２は、出力検出装置から受けた検出結果に基づき光フィルタをＦ１からＦ２へ切り替える。なお、光フィルタとして中心波長可変形の光フィルタを用いる場合は、複数個の光フィルタを１つの光フィルタで代用可能であることは言うまでもない。
【００２０】
図５は、本実施例による光伝送システムの送信光電力レベルの変化を表したものである。遠隔励起光源の出力が所定の大きさ以上で十分な値の場合には、光ファイバ伝送路の途中に挿入されたエルビウム添加光ファイバの光増幅作用により、光信号は増幅され十分な送信光電力レベルで光受信装置に到達する。一方、何らかの障害により、遠隔励起光源が出力断、あるいはその出力が低下すると、光信号の波長はエルビウム添加光ファイバの吸収スペクトル内にあるので、図５中の点線で示されるようにエルビウム添加光ファイバの、光ファイバとしての基本的な損失以外にエルビウムイオンによる過剰な減衰をさらに受けることになる。
【００２１】
ここで、本実施例によれば、遠隔励起光源が出力断、あるいはその出力が低下した場合に、光信号の波長としてエルビウム添加光ファイバの吸収スぺクトル外の波長を選択し、この波長の光信号を送信するので、この過剰な減衰を回避することが可能となる。さらに、図３に示した光送信装置内の光増幅器Ａ１の光送信電力を、制御装置Ｃ１が、遠隔励起光源の出力断あるいはその出力の低下の情報に基づき上げさせることにより、光受信装置に入射する光信号電力を一定に保持することが可能となる。
【００２２】
［第２の実施例］
図６は本発明の第２の実施例を示す図である。
本実施例では、波長多重光伝送システムにおいて、遠隔励起光源の出力が所定の大きさ以上で十分である場合には、図７に示すように、波長多重信号の各波長をエルビウム添加光ファイバの光増幅利得帯域内の波長に設定し、遠隔励起光源の出力断、あるいはその出力の低下時に光信号波長をエルビウム添加光ファイバの吸収スぺクトル外の波長に選択・設定することは、第１の実施例と同様であるが、本実施例では、遠隔励起光源出力によって波長多重信号の波長数を変化させる点が異なっている。
【００２３】
本実施例では、遠隔励起光源からの出力が十分である場合には、図７に示すようにエルビウム添加光ファイバの光増幅利得帯域の中に入る波長λ１、λ２、λ３、λ４を光信号波長として用い、光受信装置では、波長λ１、λ２、λ３、λ４を分波する分波器１を通じ、それぞれ受信器１、受信器２、受信器３、受信器４で受信する。遠隔励起光源からの出力が所定の大きさ以下で不十分な場合には、光送信装置においてエルビウム添加光ファイバの吸収スぺクトル外の波長λ５およびλ６を光信号の波長として用いるように光スイッチＳ１’を切り替え、光受信装置における受信電力の低下分だけ信号波長数を減らす。
【００２４】
光受信装置では、分波器１から分波器２へ光スイッチＳ２’で切り替え、分波器２で分波された後の波長λ５およびλ６の出力を光スイッチＳ３’で切り替え、それぞれの出力を受信器３および受信器４で受信する。
なお、これら一連の動作を自動的に行わせるための制御装置等の構成は第一の実施例と同様であるからその説明は省略する。
【００２５】
本実施例により、図５に示されるように、遠隔励起光源出力が断、あるいはその出力の低下時に起こるエルビウムイオンによる過剰な減衰を避けることができるが、全光送信電力が一定の場合、光受信装置における入射時の全光電力は遠隔励起光増幅が無い分だけ低下することになる。このため波長多重信号の信号チャネル当たりの信号電力が低下し、信号品質が低下する。本実施例では、遠隔励起光による光増幅利得の減少分だけ波長多重数を減らすことにより、信号チャネル当たりの信号電力を一定に保つことで信号品質の低下を回避することができる。
【００２６】
また、システムの初期運用時に伝送容量を多く必要としない場合には、遠隔励起により光増幅を行うエルビウム添加光ファイバを海底に敷設した上で、本実施例のように、システムの最大容量よりも少ない波長数で励起光源なしのまま初期運用することにより、一般に非常に高価な高出力遠隔励起光源を使用しない構成による初期運用時の低コスト化が可能である。
【００２７】
［第３の実施例］
図８は本発明の第３の実施例を示す図である。
本実施例では、遠隔励起光源の出力の大きさに応じて、光源波長を光スイッチＳ１”で切り替える点では前述した第１および第２の実施例と同様であるが、遠隔励起光源の出力が所定の大きさ以上で十分である場合に使用する光信号波長をλ１、λ２、λ３、λ４、波長間隔を△λ、合波器あるいは分波器のポート数をＮとし、またｍを任意の整数としたとき、図９に示すように遠隔励起光源の出力断あるいはその出力が低下した場合（出力が不十分である場合）に使用する光信号波長λ５、λ６を、それぞれλ３＋△λ×ｍＮ、λ４＋△λ×ｍＮとするものである。
【００２８】
このように設定することで、光増幅装置への供給電力が所定の大きさ以上で十分である場合と所定の大きさ以下で不十分である場合の双方で使用する光信号波長に対して、同一の合波器あるいは分波器を兼用することを可能とする。すなわち、本実施例では第２の実施例で示したような複数の合波器あるいは分波器を必要とせず、またこれらの出力を切り替える光スイッチも必要としないので、より簡易にシステムを構成することができる。
【００２９】
第３の実施例では、上記のように、合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長が等間隔（Δλ）に並んでいるものとして、波長間隔を△λとし光信号波長λ１〜λ６を設定している。これは、光信号波長λ１〜λ６を、合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長と一致させるように設定しているものである。すなわち、合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長が等間隔でない場合であっても、光信号波長λ１〜λ６を、合波器あるいは分波器の入出力透過特性における最大透過波長に一致するように設定することにより、同一の合波器あるいは分波器を兼用することが可能となる。
【００３０】
なお、以上に説明した各実施例では、遠隔励起型光増幅装置を利用した光伝送システムの場合を例に説明しているが、給電線を用いて光増幅装置に電力供給するような構成の場合にも全く同様の手法が使えることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係わる光伝送システムは、光ファイバ伝送路の途中に光増幅装置を挿入した構成において、光増幅装置への供給電力の大きさに応じて、すなわち光増幅装置の励起状態に応じて、光信号波長、送信電力、波長多重信号の波長数を、適宜変化させることにより、励起がなされていない光増幅装置による光送信信号の過剰な減衰を回避することができ、また、システムの運用性の向上、低コスト化が図られ、その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光伝送システムの概要を説明する図である。
【図２】（ａ）光増幅装置の一種であるエルビウム添加光ファイバによる励起光吸収と誘導放出動作の説明図、（ｂ）同エルビウム添加光ファイバの吸収スぺクトルと放出スぺクトルの一例である。
【図３】本発明に係わる光伝送システムの第１の実施例である。
【図４】本発明に係わる光伝送システムの第１の実施例における光信号波長と光増幅装置の吸収スぺクトルと放出スぺクトルの関係を表す図である。
【図５】本発明に係わる光伝送システムの第１の実施例における光信号電力の伝送方向の変化を表す図である。
【図６】本発明に係わる光伝送システムの第２の実施例である。
【図７】本発明に係わる光伝送システムの第２の実施例における光信号波長と光増幅装置の吸収スぺクトルと放出スぺクトルの関係を表す図である。
【図８】本発明に係わる光伝送システムの第３の実施例を表す図である。
【図９】本発明に係わる光伝送システムの第３の実施例における合波器あるいは分波器の入出力透過特性と光信号波長の関係を表す図である。
【符号の説明】
Ｌ１，Ｌ２…光源
Ｌ３…遠隔励起光源ユニット
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ１”…光スイッチ
Ｆ１，Ｆ２…光フィルタ
Ｃ１…制御装置
Ｍ１…光変調器
【図１】
0003618670.tif 000002
【図２】
0003618670.tif 000003
【図３】
0003618670.tif 000004
【図４】
0003618670.tif 000005
【図５】
0003618670.tif 000006
【図６】
0003618670.tif 000007
【図７】
0003618670.tif 000008
【図８】
0003618670.tif 000009
【図９】
0003618670.tif 000010