(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の上流側ファイバからの光を入力し第１の下流側ファイバに出力する第１の光増幅器と、第２の上流側ファイバからの光を入力し第２の下流側ファイバに出力する第２の光増幅器を備えた光中継器であって、
前記第１の光増幅器は、
希土類元素がドープされた第１のドープファイバと、
前記第１のドープファイバをポンプする第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第１の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第１のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第１のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第１の抽出用光カプラと、
前記第１の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第１の受光器と、
前記第１のドープファイバの下流側の一端に動作的に接続され、前記第１のポンプ光源から出力された前記第１のポンプ光を前記第１のドープファイバに供給する第１の供給用光カプラとを備え、
前記第２の光増幅器は、
希土類元素がドープされた第２のドープファイバと、
前記第２のドープファイバをポンプする第２のポンプ光を出力する第２のポンプ光源と、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第２の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第２のドープファイバの一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第２のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第２の抽出用光カプラと、
前記第２の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第２の受光器と、
前記第２のドープファイバの他端に動作的に接続され、前記第２のポンプ光源から出力された前記第２のポンプ光を前記第２のドープファイバに供給する第２の供給用光カプラとを備え、
前記第１の抽出用光カプラの第３のポートと前記第２の抽出用光カプラの第３のポートとが動作的に接続されていることを特徴とする光中継器。
【請求項２】
前記第１の抽出用光カプラは、該第２のポートに供給された前記第１のポンプ光の波長の光を該第３のポートのみに出力し、
前記第２の抽出用光カプラは、該第２のポートに供給された前記第２のポンプ光の波長の光を該第３のポートのみに出力することを特徴とする請求項１記載の光中継器。
【請求項３】
第１の上流側ファイバからの光を入力し第１の下流側ファイバに出力する第１の光増幅器と、第２の上流側ファイバからの光を入力し第２の下流側ファイバに出力する第２の光増幅器を備えた光中継器であって、
前記第１の光増幅器は、
希土類元素がドープされ、前記第１の上流側ファイバに動作的に接続された第１のドープファイバと、
前記第１のドープファイバをポンプする第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、
前記第１のドープファイバの下流側の一端に動作的に接続され、前記第１のポンプ光源から出力された前記第１のポンプ光を前記第１のドープファイバに供給する第１の供給用光カプラと、
前記第１の供給用光カプラの下流側の一端に動作的に接続された第１の光アイソレータと、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第１の光アイソレータの下流側の一端に動作的に接続され、該第２のポートは前記第１の下流側ファイバに動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された光を少なくとも該第３のポートに出力する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラの第４のポートに動作的に接続された第１の受光器とを備え、
前記第２の光増幅器は、
希土類元素がドープされ、前記第２の上流側ファイバに動作的に接続された第２のドープファイバと、
前記第２のドープファイバをポンプする第２のポンプ光を出力する第２のポンプ光源と、
前記第２のドープファイバの下流側の一端に動作的に接続され、前記第２のポンプ光源から出力された前記第２のポンプ光を前記第２のドープファイバに供給する第２の供給用光カプラと、
前記第２の供給用光カプラの下流側の一端に動作的に接続された第２の光アイソレータと、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第２の光アイソレータの下流側の一端に動作的に接続され、該第２のポートは前記第２の下流側ファイバに動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された光を少なくとも該第３のポートに出力する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラの第４のポートに動作的に接続された第２の受光器とを備え、
前記第１の光カプラの第３のポートと前記第２の光カプラの第３のポートとが動作的に接続されていることを特徴とする光中継器。
【請求項４】
請求項３記載の光中継器であって、
前記第１の光増幅器は、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第１の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第１のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第１のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第１の抽出用光カプラと、
前記第１の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第３の受光器とを備え、
前記第２の光増幅器は、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第２の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第２のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第２のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第２の抽出用光カプラと、
前記第１の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第４の受光器とを備え、
前記第１の抽出用光カプラの第３のポートと前記第２の抽出用光カプラの第３のポートとが動作的に接続されていることを特徴とする光中継器。
【請求項５】
第１の上流側ファイバからの光を入力し第１の下流側ファイバに出力する第１の光増幅器と、第２の上流側ファイバからの光を入力し第２の下流側ファイバに出力する第２の光増幅器を備えた光中継器であって、
前記第１の光増幅器は、
希土類元素がドープされた第１のドープファイバと、
前記第１のドープファイバをポンプする第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、
前記第１のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、前記第１のポンプ光源から出力された前記第１のポンプ光を前記第１のドープファイバに供給する第１の供給用光カプラと、
前記第１のドープファイバの下流側の一端に動作的に接続された第１の光アイソレータと、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第１の光アイソレータの下流側の一端に動作的に接続され、該第２のポートは前記第１の下流側ファイバに動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された光を少なくとも該第３のポートに出力する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラの第４のポートに動作的に接続された第１の受光器とを備え、
前記第２の光増幅器は、
希土類元素がドープされた第２のドープファイバと、
前記第２のドープファイバをポンプする第１のポンプ光を出力する第２のポンプ光源と、
前記第２のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、前記第２のポンプ光源から出力された前記第２のポンプ光を前記第２のドープファイバに供給する第２の供給用光カプラと、
前記第２のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続された第２の光アイソレータと、
第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第２の光アイソレータの下流側の一端に動作的に接続され、該第２のポートは前記第２の下流側ファイバに動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された光を少なくとも該第３のポートに出力する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラの第４のポートに動作的に接続された第２の受光器とを備え、
前記第１の光カプラの第３のポートと前記第２の光カプラの第３のポートとが動作的に接続されていることを特徴とする光中継器。
【請求項６】
前記第１の上流側ファイバおよび前記第１の下流側ファイバを含む第１の伝送路と、前記第２の上流側ファイバおよび前記第２の下流側ファイバを含む第２の伝送路は、信号光を同じ向きに伝送することを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の光中継器。
【請求項７】
前記第１の上流側ファイバおよび前記第１の下流側ファイバを含む第１の伝送路と、前記第２の上流側ファイバおよび前記第２の下流側ファイバを含む第２の伝送路は、信号光を互いに逆向きに伝送することを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の光中継器。
【請求項８】
上記第１及び第２の供給用光カプラ並びに第１及び第２の抽出用光カプラは、それぞれ、一対の光ファイバを融着／延伸して製造される波長カプラからなる請求項１又は２に記載の光中継器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、光海底中継伝送システム等の高信頼性が要求されるシステムに適用される光中継器に関し、さらに詳しくは、冗長性を有する光中継器に関する。
【０００２】
ここで、「冗長性を有する」というのは、高信頼性が要求される装置又はシステムの一部が故障した際、代わりにその機能を果たす代行能力を備えていることをいう。
【０００３】
光中継器を備えた代表的なシステムである光海底中継伝送システムは、大陸間等の海底区間に光ファイバ伝送路を含むケーブルを敷設して光信号を伝送するものであり、減衰した光信号を海底に設置した光中継器で中継することで、減衰等に対する補償が行われる。近年、光増幅器を備えた光中継器が実用段階にあり、その信頼性の向上及び低コスト化が要望されている。
【０００４】
【従来の技術】
光中継器に用いられる光増幅器として、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類元素がドープされたドープファイバと、ポンプ光を出力するポンプ光源と、ドープファイバの信号光入力端又は信号光出力端に動作的に接続されてポンプ光をドープファイバへ供給する光カプラとを備えた光増幅器が公知である。
【０００５】
この光カプラがドープファイバの信号光入力端に動作的に接続されている場合には、信号光及びポンプ光はドープファイバを同じ方向に伝搬し、光カプラがドープファイバの信号光出力端に動作的に接続されている場合には、信号光及びポンプ光はドープファイバを互いに逆向きに伝搬する。いずれの場合にも、ポンプ光によってドープファイバがポンピングされ、このような状態にあるドープファイバへ信号光が供給されると、信号光は増幅される。
【０００６】
尚、光中継器が上り用及び下り用の２系統の光ファイバ伝送路を含む光ケーブルに適用される場合には、上り用及び下り用の光ファイバ伝送路のためにそれぞれ１台ずつ、合計２台の光増幅器が１台の光中継器に内蔵される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ光源として通常使用されるレーザダイオードにあっては、光カプラ等の受動型の光部品に比べて信頼性が低いのが通例である。このため、信頼性の高い光増幅器を提供するために、従来は、ポンプ光源の二重化が行われていた。光増幅器の使用開始に際しては、第１のレーザダイオードからのポンプ光がドープファイバへ供給され、第１のレーザダイオードが故障すると、第２のレーザダイオードに切り替わってその出力光がポンプ光としてドープファイバへ供給される。
【０００８】
第１及び第２のレーザダイオードは共にドープファイバに接続されていることが要求されるので、第１及び第２のレーザダイオードからそれぞれ出力される直線偏光を１つの光路上に結合するために、偏光ビームスプリッタが用いられる。
【０００９】
レーザダイオードは光増幅器の光回路を構成する部品のうち突出して高価であり、偏光ビームスプリッタもそれに次いで高価である。そのため、ポンプ光源を二重化するために、光増幅器の価格が倍増してしまうという問題があった。
【００１０】
よって、本発明の目的は、信頼性が高く且つ低コスト化に適した光中継器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光中継器は、それぞれ信号光を伝送する第１及び第２の光ファイバ伝送路を含む光ケーブルに適用される。
【００１２】
本発明によれば、第１の上流側ファイバからの光を入力し第１の下流側ファイバに出力する第１の光増幅器と、第２の上流側ファイバからの光を入力し第２の下流側ファイバに出力する第２の光増幅器を備えた光中継器であって、前記第１の光増幅器は、希土類元素がドープされた第１のドープファイバと、前記第１のドープファイバをポンプする第１のポンプ光を出力する第１のポンプ光源と、第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第１の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第１のドープファイバの上流側の一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第１のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第１の抽出用光カプラと、前記第１の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第１の受光器と、前記第１のドープファイバの下流側の一端に動作的に接続され、前記第１のポンプ光源から出力された前記第１のポンプ光を前記第１のドープファイバに供給する第１の供給用光カプラとを備え、前記第２の光増幅器は、希土類元素がドープされた第２のドープファイバと、前記第２のドープファイバをポンプする第２のポンプ光を出力する第２のポンプ光源と、第１ないし第４のポートを有し、該第１のポートは前記第２の上流側ファイバに動作的に接続され、該第２のポートは前記第２のドープファイバの一端に動作的に接続され、該第１のポートへ供給された光を該第２及び第４のポートから出力し、該第２のポートへ供給された前記第２のポンプ光の波長の光を該第３のポートに出力する第２の抽出用光カプラと、前記第２の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第２の受光器と、前記第２のドープファイバの他端に動作的に接続され、前記第２のポンプ光源から出力された前記第２のポンプ光を前記第２のドープファイバに供給する第２の供給用光カプラとを備え、前記第１の抽出用光カプラの第３のポートと前記第２の抽出用光カプラの第３のポートとが動作的に接続されていることを特徴とする光中継器が提供される。
【００１７】
信号光の波長とポンプ光の波長は一般に異なるので、第１及び第２の供給用光カプラ並びに第１及び第２の抽出用光カプラとしては、例えば、分岐比の波長依存性を利用したファイバ融着型の波長カプラを用いることができる。
【００１８】
本発明の光中継器にあっては、第１の抽出用光カプラの交換ポートと第２の抽出用光カプラの交換ポートとを動作的に接続しこれにより第１の光増幅器と第２の光増幅器との間でポンプ光の一部を交換するようにしているので、光中継器の冗長化が可能になる。
【００１９】
第１のポンプ光源が故障したとしても、第２のポンプ光源からのポンプ光が第１の光増幅器へ供給されているので、第１の光増幅器における増幅作用は維持され、一方、第２のポンプ光源が故障したとしても、第１のポンプ光源からのポンプ光が第２の光増幅器へ供給されているので、第２の光増幅器における増幅作用が維持され、従って、この光中継器の信頼性が向上する。また、第１及び第２の光増幅器がそれぞれポンプ光源を２つずつ備えている場合と比較して、光中継器の低コスト化が可能になる。更に、第１の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第１の受光器により第１の光増幅器への信号光の入力レベルをモニタリングすること、第２の抽出用光カプラの第４のポートに動作的に接続された第２の受光器により第２の光増幅器への信号光の入力レベルをモニタリングすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）はそれぞれ本発明を適用可能な光中継伝送システムのブロック図である。図１の（Ａ）は双方向伝送を可能にするために信号光を互いに逆向きに伝送する２系統の光ファイバ伝送路を備えた双方向システムを示しており、図１の（Ｂ）は大容量伝送を可能にするために信号光を同じ向きに伝送する２系統の光ファイバ伝送路を備えた大容量システムを示している。
【００２１】
図１の（Ａ）の双方向システムは、第１の端局２及び第２の端局４と、端局２及び４間に敷設される光ケーブル６と、光ケーブル６の途中に設けられる複数の光中継器８（＃１，＃２）とを備えている。光中継器８は、通常、１システム当たり数台から数十台用いられるが、図では２台の光中継器８（＃１，＃２）のみを示している。
【００２２】
双方向伝送を行うために、端局２及び４は、それぞれ、光送信機１０及び光受信機１２を有しており、光ケーブル６は光ファイバ伝送路１４及び１６を含んでいる。光ファイバ伝送路１４は、第１の端局２から第２の端局４に向かう上り方向に信号光を伝送するために、第１の端局２の光送信機１０と第２の端局４の光受信機１２との間に敷設される。光ファイバ伝送路１６は、第２の端局４から第１の端局２に向かう下り方向に信号光を伝送するために、第２の端局４の光送信機１０と第１の端局２の光受信機１２との間に敷設される。
【００２３】
光中継器８（＃１，＃２）はそれぞれ２台の光増幅器１８及び２０を備えている。各光増幅器１８は光ファイバ伝送路１４の途中に挿入され、各光増幅器２０は光ファイバ伝送路１６の途中に挿入される。
【００２４】
このシステムによると、光ファイバ伝送路１４及び１６において減衰した信号光をそれぞれ光増幅器１８及び２０によって増幅することで、減衰を補償した双方向伝送が可能になる。
【００２５】
図１の（Ｂ）の大容量システムは、送信のための端局２′及び受信のための端局４′と、端局２′及び４′間に敷設される光ケーブル６と、光ケーブル６の途中に設けられる複数の光中継器８′（＃１，＃２）とを備えている。端局２′は２台の光送信機１０を有しており、これに対応して端局４′は２台の光受信機１２を有している。このシステムでは、光ケーブル６に含まれる光ファイバ伝送路１４及び１６は、共に端局２′から端局４′に向かう方向にのみ信号光を伝送し、これに伴って光中継器８′（＃１，＃２）における光増幅器１８及び２０の配置形態が変更されている。
【００２６】
このシステムによると、光ケーブル６が２系統の光ファイバ伝送路１４及び１６を有しているので、一系統の光ファイバ伝送路が有する伝送容量を倍増して大容量の信号光伝送が可能になる。
【００２７】
図１の（Ａ）又は図１の（Ｂ）に示されるように少なくとも２台の光増幅器を備えた光中継器に本発明を適用することによって、光中継器又はシステムの冗長化が可能になる。
【００２８】
図２は光中継器に適用可能な従来の光増幅器の例を示すブロック図である。この光増幅器は冗長化のためにポンプ光源として２つのレーザダイオード１０２及び１０４を備えている。
【００２９】
レーザダイオード１０２又は１０４からのポンプ光は、偏光ビームスプリッタ１０６及び波長カプラ１０８をこの順に通ってＥｒ等の希土類元素がドープされたドープファイバ１１０へ供給される。
【００３０】
上流側ファイバ１１２によって伝送される増幅すべき信号光は、光カプラ１１４で分岐され、第１の分岐光はフォトダイオード１１６へ供給され、第２の分岐光がドープファイバ１１０に入力する。ドープファイバ１１０における信号光及びポンプ光の伝搬方向は互いに逆向きである。
【００３１】
ドープファイバ１１０内において増幅された信号光は、波長カプラ１０８及び光アイソレータ１１８をこの順に通って光カプラ１２０で２分岐される。第１の分岐光はフォトダイオード１２４へ供給され、第２の分岐光は下流側ファイバ１２２によって次段の光中継器或いは光受信機へ送られる。
【００３２】
この光増幅器の使用開始に際しては、レーザダイオード１０２及び１０４のいずれか一方が駆動され、長期間にわたる駆動によって当該レーザダイオードが故障した際には、他方のレーザダイオードに切り換えられるようになっている。
【００３３】
従って、この光増幅器を製造するに際しては、レーザダイオード１０２及び１０４の両方からの光がドープファイバ１１０へ供給されるようにしておく必要がある。そのために、この例では、レーザダイオードの出力光が一般に直線偏光であることに鑑み、偏光ビームスプリッタ１０６を用いて２つのレーザダイオード１０２及び１０４からの光が同一光路を通ってドープファイバ１１０へ供給されるようにしているのである。
【００３４】
このようなポンプ光源の二重化による冗長化が高コスト化を伴うことは前述した通りであり、偏波面合わせを伴う光学部品の組み立ては煩雑な作業を必要とする。
【００３５】
このような従来技術の欠点に対処するために、本発明では図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）に示されるようなシステムにおいて光中継器が少なくとも２台の光増幅器を備えている点に着目する。
【００３６】
即ち、２台の光増幅器のうちの一方においてポンプ光源が故障したときに、他方のポンプ光源を両方の光増幅器で共用することにより冗長化を図るものである。ドープファイバにポンプ光が全く供給されない場合、ドープファイバ自体が有する大きな信号光減衰率によって、ポンプ光が故障した光増幅器はそのシステムの致命的な欠陥となるものである。これに対して、本発明により光中継器に冗長性を持たせることによって、このような致命的な欠陥が生じる確率を極めて低く抑えることができる。
【００３７】
図３は本発明の実施形態を示す光中継器のブロック図である。説明の便宜上、この光中継器は、図１の（Ａ）の双方向システムに適用される光中継器８であるとする。
【００３８】
光中継器８は、上りの光ファイバ伝送路１４の途中に挿入される光増幅器１８と、下りの光ファイバ伝送路１６の途中に挿入される光増幅器２０とを有している。上りの光ファイバ伝送路１４のうち、図示された光増幅器１８の信号光伝搬方向上流側の部分を上流側ファイバ１４Ａと称し、下流側の部分を下流側ファイバ１４Ｂと称することにする。また、下りの光ファイバ伝送路１６についても、光増幅器２０のそれぞれ上流側及び下流側部分を上流側ファイバ１６Ａ及び下流側ファイバ１６Ｂと称することにする。
【００３９】
上り用の光増幅器１８は、信号光の主光路に沿って、ポンプ光抽出用の波長カプラ２２と、Ｅｒ等の希土類元素がドープされたドープファイバ２４と、ポンプ光供給用の波長カプラ２６と、光アイソレータ２８と、後述する光ファイバ伝送路破断点探索用及び出力光モニタリング用の光カプラ３０とをこの順に有している。
【００４０】
光増幅器１８は、さらに、ポンプ光源としてのレーザダイオード３２と、信号光を受けるためのフォトダイオード３４及び３６とを有している。
増幅すべき信号光の波長λ１が１．５５μｍ帯にある場合、ドープファイバ２４のドープ元素としては例えばＥｒが選択される。この場合、ポンプ光の波長λ２は例えば１．４８μｍ帯に設定される。信号光の波長λ１及びポンプ光の波長λ２は正確には例えばそれぞれ１５５８ｎｍ及び１４７５ｎｍである。
【００４１】
波長カプラ２２は、上流側ファイバ１４Ａに接続されるポート２２Ａと、ドープファイバ２４の第１端に接続されるポート２２Ｂと、ポンプ光交換用のポート（交換ポート）２２Ｃと、フォトダイオード３４に接続されるポート２２Ｄとを有している。
【００４２】
波長カプラ２２は、ポート２２Ａへ供給された波長λ１の光を二分岐し、比較的大きいパワーを有する第１の分岐光をポート２２Ｂから出力し、残りの比較的小さいパワーの第２の分岐光をポート２２Ｄから出力する。また、波長カプラ２２は、ポート２２Ｂへ供給された波長λ２の光をポート２２Ｃから出力する。
【００４３】
このような特定の機能を有する波長カプラの製造方法及び特性の例を図４により説明する。
一般に、波長カプラは、第１及び第２のファイバを側面融着し、融着部を加熱しながら延伸することによって得られる。融着／延伸部においては、光を導波する２つのコア部が光を閉じ込めておくには不十分なほどに小径になり、且つ２つのコア部が互いに極めて接近するので、これらの間でエバネッセント波結合が生じ、２つの導波構造の間でカップリングが生じる。
【００４４】
図３の波長カプラ２２に対応させると、第１のファイバの両端部がポート２２Ａ及び２２Ｂに相当し、第２のファイバの両端部がポート２２Ｃ及び２２Ｄに相当する。融着／延伸部の構造パラメータを適当に定めることによって、限られた波長範囲内で実質的にカップリングレシオが正弦波関数のように周期性を持って変化することが知られている。
【００４５】
図４は、図３の波長カプラ２２として使用することができる波長カプラの特性例を示す図である。同図において、縦軸は透過率（％）、横軸は波長（ｎｍ）を表す。
【００４６】
ここで、透過率というのは、あるポートから出力される光のパワーの他のあるポートへ入力する光のパワーに対する比のことである。実線の特性は、波長カプラを構成する２本のファイバのうちいずれか一方のファイバの両端間の透過率の波長依存性を示しており、破線の特性は、２本のファイバのうちの一方のファイバから他方のファイバへの透過率の波長依存性を示している。
【００４７】
具体的には、実線の特性は、ポート２２Ａからポート２２Ｂへの透過率若しくはこれと逆の透過率又はポート２２Ｃからポート２２Ｄへの透過率若しくはこれと逆の透過率に対応しており、破線の特性はポート２２Ａからポート２２Ｄへの透過率若しくはこれと逆の透過率又はポート２２Ｃからポート２２Ｂへの透過率若しくはこれと逆の透過率に対応している。以下、実線の特性に対応させてバー透過率と称し、破線の特性に対応させてクロス透過率と称する。
【００４８】
バー透過率は、信号光波長λ１よりもわずかに（例えば２ｎｍ以上）長い波長において１００％となり、ポンプ光波長λ２において０％となる。信号光波長λ１におけるバー透過率は例えば９５％である。
【００４９】
クロス透過率は、バー透過率が１００％及び０％になるときにそれぞれ０％及び１００％になる。信号光波長λ１におけるクロス透過率は例えば５％である。
このような特性を有する波長カプラを図３の波長カプラ２２として用いることによって、ポート２２Ａへ供給された信号光の９５％をドープファイバ２４に入力することができ、残りの５％をフォトダイオード３４で受けることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を劣化させることなしに、光増幅器への信号光の入力レベルをモニタリングすることができる。また、ポート２２Ｂへ供給された波長λ２のポンプ光は、原理的には１００％ポート２２Ｃから出力されるので、これを後述するようにもう１つの光増幅器２０と交換することができる。
【００５０】
再び図３を参照すると、波長カプラ２６は、ドープファイバ２４の第２端に接続されるポート２６Ａと、光アイソレータ２８の入力ポートに接続されるポート２６Ｂと、レーザダイオード３２に接続されるポート２６Ｃとを有している。
【００５１】
波長カプラ２６は、ポート２６Ａへ供給された波長λ１の光をポート２６Ｂから出力し、ポート２６Ｃへ供給された波長λ２の光をポート２６Ａから出力する。
【００５２】
光カプラ３０は、ポート３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及び３０Ｄを有している。ポート３０Ａは光アイソレータ２８の出力ポートに接続され、ポート３０Ｂは下流側ファイバ１４Ｂに接続され、ポート３０Ｄはフォトダイオード３６に接続される。
【００５３】
光カプラ３０は、ポート３０Ａへ供給された波長λ１の光を２分岐し、比較的大きいパワーを有する第１の分岐光をポート３０Ｂから出力し、残りの比較的小さいパワーを有する第２の分岐光をポート３０Ｄから出力する。また、光カプラ３０は、ポート３０Ｂへ供給された波長λ１の光を２分岐し、ポート３０Ａ及び３０Ｃから出力する。
【００５４】
フォトダイオード３６を設けているのは、光増幅器１８において増幅された信号光の出力レベルをモニタリングするためである。
下り用の光増幅器２０は、上り用の光増幅器１８の構成部品にそれぞれ対応して、波長カプラ３８、ドープファイバ４０、波長カプラ４２、光アイソレータ４４、光カプラ４６、レーザダイオード４８、フォトダイオード５０及びフォトダイオード５２を有している。
【００５５】
波長カプラ３８は、波長カプラ２２の各ポートにそれぞれ対応して、ポート３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ及び３８Ｄを有しており、波長カプラ４２は、波長カプラ２６の各ポートにそれぞれ対応して、ポート４２Ａ，４２Ｂ及び４２Ｃを有しており、光カプラ４６は、光カプラ３０の各ポートにそれぞれ対応して、ポート４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ及び４６Ｄを有している。
【００５６】
本発明に特徴的なポンプ光の交換を行うために、波長カプラ２２のポート２２Ｃは、光ファイバ５４によって波長カプラ３８のポート３８Ｃに動作的に接続されている。また、光ファイバ伝送路の破断点の探索等のために、光カプラ３０のポート３０Ｃは光ファイバ５６によって光カプラ４６のポート４６Ｃに動作的に接続されている。
【００５７】
尚、本願明細書において「動作的に接続される」というのは、光ファイバ等により直接光学的に接続される場合を含み、コリメートレンズ系或いは収束レンズ系を用いた空間ビームにより光学的に接続される場合を含み、光フィルタ等の受動光学部品を介して接続される場合をさらに含む。
【００５８】
次に、この光中継器の動作を説明する。光増幅器１８において、レーザダイオード３２からのポンプ光によってドープファイバ２４がポンピングされている状態で、上流側ファイバ１４Ａから信号光がドープファイバ２４へ供給されると、光の誘導放出の原理に従って、ドープファイバ２４内において信号光は増幅される。増幅された信号光は、波長カプラ２６、光アイソレータ２８及び光カプラ３０をこの順に通って下流側ファイバ１４Ｂへ出力される。
【００５９】
光増幅器２０においても同様に、上流側ファイバ１６Ａから供給された信号光は、レーザダイオード４８からのポンプ光によってポンピングされているドープファイバ４０内において増幅され、この増幅された信号光は下流側ファイバ１６Ｂへ出力される。
【００６０】
光増幅器１８において、レーザダイオード３２からのポンプ光によりドープファイバ２４をポンピングするに際して、ポンプ光はその一部がドーパントに吸収されるのであって、全部が吸収されるわけではない。ドープファイバ２４において吸収されずに残ったポンプ光は、波長カプラ２２によって主光路から抽出され、この抽出されたポンプ光はポート２２Ｃから光ファイバ５４を介して波長カプラ３８のポート３８Ｃへ供給される。
【００６１】
一方、波長カプラ３８によって抽出された光増幅器２０のポンプ光は、ポート３８Ｃから光ファイバ５４を介して波長カプラ２２のポート２２Ｃへ供給される。ポート２２Ｃへ供給されたポンプ光は、ポート２２Ｂからドープファイバ２４へ入力する。
【００６２】
従って、ドープファイバ２４へは、レーザダイオード３２からのポンプ光の一部と、レーザダイオード４８からのポンプ光の一部とが供給されていることになる。これと同じように、ドープファイバ４０もレーザダイオード３２及び４８によってポンピングされている。
【００６３】
図５は光増幅器の利得とドープファイバへ供給されるポンプ光のトータルパワーとの関係を示すグラフである。今、レーザダイオード３２及び４８からドープファイバ２４及び４０へそれぞれ供給されるポンプ光のパワーが４０ｍＷであるとし、ドープファイバ２４及び４０において吸収されずに抽出されるポンプ光のパワーが１０ｍＷであるとすると、ドープファイバ２４及び４０はそれぞれ原理的には５０ｍＷのポンプ光によってポンピングされていることになる。
【００６４】
従って、レーザダイオード３２及び４８が正常に動作されている場合には、ドープファイバ２４及び４０について双方向ポンピングがなされていることになる。ここで、双方向ポンピングというのは、ドープファイバの信号光伝搬方向及びその逆方向のいずれにもポンプ光が供給されていることをいう。また、ドープファイバの信号光伝搬方向と同じ方向にポンプ光が供給されていることをフォワードポンピングと称し、ドープファイバの信号光と逆方向にポンプ光が供給されることをバックワードポンピングと称する。
【００６５】
レーザダイオード３２が故障してそのポンプ光出力が零になった場合を想定する。この場合、ドープファイバ２４へはレーザダイオード４８からの抽出されたポンプ光のみが供給され、ドープファイバ２４についてはフォワードポンピングが行われることになる。
【００６６】
このときのポンピングパワーは１０ｍＷであり、光増幅器１８の利得は数ｄＢとなる。この利得は、双方向ポンピングがなされているときの利得が約３０ｄＢであるのに比較して小さいが、その効果は絶大である。なぜならば、光増幅器２０で抽出されたポンプ光が光増幅器１８へ供給されていないとすると、ドープファイバ２４において信号光の極めて大きな減衰が生じ、光増幅器１８がこの光中継器が適用されるシステムにおける致命的な欠陥となるからである。
【００６７】
光増幅器２０で抽出されたポンプ光を用いて光増幅器１８のドープファイバ２４をポンピングしておくことによって、上述のようなドープファイバにおける極めて大きな減衰を補償して、システムダウンを防止することができる。例えば、ポンプ光源が故障した光増幅器において数ｄＢ程度の利得が生じていさえすれば、その光中継器の利得の不足分を他の光中継器により補填することができ、ポンプ光源の故障による伝送特性の劣化を最小限に抑えることができる。
【００６８】
このように本実施形態によると、光中継器の冗長化を可能にして信頼性が向上し、しかもこの光中継器は図２の従来技術のようにポンプ光源を二重化する場合と比較して構成を簡単にすることができ、少なくとも２つの光増幅器を備えた光中継器の低コスト化が可能になる。
【００６９】
ところで、光中継伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路の保守を行うために、光ファイバ伝送路の障害点（接続不完全な箇所や破断点等）の有無、さらにはその位置決定の技術が重要である。この種の障害点の探索や損失の測定を目的として、ＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）やＯＦＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が行われる。ＯＴＤＲは、光パルスに対する反射光の時間変化からファイバ内の状態を評価するものであり、ＯＦＤＲは強度変調光を用いその変調周波数を掃引し、反射光中の変調成分の振幅及び位相からファイバ内の状態を評価するものである。ここでの反射光には、フレネル反射光及び後方レーリー散乱光が含まれる。
【００７０】
ＯＴＤＲ或いはＯＦＤＲ（以下ＯＴＤＲで代表する）を実施する場合、光ファイバ伝送路の一端から光を入射し、戻ってきた反射光を検知する必要があるので、主光路に光アイソレータが挿入されている場合、これらの技術を適用することができなくなる。例えば、図３の光中継器の光増幅器１８においては、主光路中に光アイソレータ２８が挿入されているので、このままではＯＴＤＲを実施することができない。光増幅器１８が光アイソレータ２８を有しているのは、光増幅媒体であるドープファイバ２４を含む光共振器構造が構成されて発振等の不都合が生じることを防止するためである。
【００７１】
そこで、本実施形態では、光カプラ３０のポート３０Ｃと光カプラ４６のポート４６Ｃとを光ファイバ５６で接続することにより、ＯＴＤＲを可能にしているのである。
【００７２】
今、図３に示されるシステムの部分において、上りの光ファイバ伝送路１４の下流側ファイバ１４Ｂに障害点があるとする。上流側ファイバ１４Ａからの障害点探索用の光は、光増幅器１８を通って下流側ファイバ１４Ｂの障害点に到達する。反射光は下流側ファイバ１４Ｂを図中の右から左方向に伝搬して光増幅器１８へ供給される。この反射光は光カプラ３０で分岐され、その一方は光アイソレータ２８で阻止され、他方はポート３０Ｃから出力される。
【００７３】
ポート３０Ｃから出力された反射光は、光ファイバ５６及び光カプラ４６をこの順に通って下りの光ファイバ伝送路の下流側ファイバ１６Ｂへ伝わる。
従って、本実施例によると、主光路に光アイソレータが挿入されている場合であっても、ＯＴＤＲを適用して障害点の探索等を行うことができる。
【００７４】
以上説明した実施形態では、例えば、図３の光増幅器１８において、ポンプ光抽出用の波長カプラ２２及びポンプ光供給用の波長カプラ２６をそれぞれドープファイバ２４の上流側及び下流側に配置しているが、これらの配置を逆にしてもよい。このような逆の配置形態が採用される場合には、入力レベルモニタリング用のフォトダイオードをポンプ光供給用の波長カプラに付随させると共にそれに伴う変更を施すのがよい。
【００７５】
また、双方向システムに適用可能な光中継器の実施形態のみを説明したが、本発明の光中継器は図１の（Ｂ）に示されるような大容量システムにも適用可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、信頼性が高く且つ低コスト化に適した光中継器の提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能な光中継伝送システムのブロック図である。
【図２】光増幅器（従来例）のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を示す光中継器のブロック図である。
【図４】図３の光中継器に適用可能な波長カプラの特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における利得とポンプ光パワーの関係の例を示すグラフである。
【符号の説明】
８  光中継器
１８，２０  光増幅器
２２，２６，３８，４２  波長カプラ
２４，４０  ドープファイバ
３２，４８  レーザダイオード
２８，４４  光アイソレータ
３０，４６  光カプラ
３４，３６，５０，５２  フォトダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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