(57)【要約】【課題】経路の異なる信号光の間に発生する強度の偏差を低減するとともに、光ファイバケーブルの切断や、変調局の増減設などによって波長多重する信号光の数が変動した場合に発生する異なる波長の信号光間の強度偏差を低減する。【解決手段】陸上端局１０ａは、一方の光ファイバケーブルに信号光を送出する信号光源装置１ａと、他方の光ファイバケーブルから受信した信号光を電気信号に変換する受信装置７ｂとを備え、光中継装置５ａ〜５ｈは、光ファイバケーブルでの伝搬損失を補う信号光の増幅機能を備え、海底変調局８ａ〜８ｃは、一方の光ファイバケーブルから当該海底変調局に割り当てられた特定の波長の信号光を分波する分波手段８ａ〜８ｆと、分波された信号光に観測データを変調するとともに、出力する信号光の平均強度が所定の範囲内になるように調整する変調器９ａ〜９ｆと、変調器から出力された信号光を他方の光ファイバケーブルに導く合波手段８ａ〜８ｆとを備えることを特徴とする。【選択図】        図１
2006313782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の陸上端局と、複数の光中継装置と、複数の海底変調局とが少なくとも一対の光ファイバケーブルによって接続され、各海底変調局で取得した観測データを各海底変調局に割り当てられた各特定の波長に変調して、前記光ファイバケーブル、光中継装置を介して陸上端局へ伝送する光伝送システムであって、
前記陸上端局は、
前記一対の光ファイバケーブルのうちの一方に信号光を送出する信号光源装置と、
他方の光ファイバケーブルから受信した信号光を電気信号に変換する受信装置と、
を備え、
前記光中継装置は、
前記光ファイバケーブルでの伝搬損失を補う信号光の増幅機能を備え、
前記海底変調局は、
前記一対の光ファイバケーブルのうちの一方から当該海底変調局に割り当てられた特定の波長の信号光を分波する分波手段と、
前記分波された信号光に観測データを変調するとともに、出力する信号光の平均強度が所定の範囲内になるように調整する変調器と、
該変調器から出力された信号光を他方の光ファイバケーブルに導く合波手段と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記陸上端局は、
前記他方の光ファイバケーブルから受信した各海底変調局からの信号光の強度を測定する強度測定手段と、
前記強度測定手段の測定結果に基づき作成した海底変調局毎の平均強度調整信号を前記一方の光ファイバケーブルを介して前記海底変調局に伝送する手段と、
を備え、
前記各海底変調局の変調器は、
前記陸上端局からの平均強度調整信号に基づいて、前記変調器から出力される信号光の平均強度を調整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】
前記変調器が、
ラマン増幅器と、
前記ラマン増幅器の励起強度を変調する変調手段と、
前記ラマン増幅器の平均励起強度を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記変調器が、
エルビウム添加光ファイバ増幅器と、
前記エルビウム添加光ファイバ増幅器の励起強度を変調する変調手段と、
前記エルビウム添加光ファイバ増幅器の平均励起強度を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記変調器が半導体光増幅器であり、
半導体光増幅器の駆動電流を変調する変調手段と、
半導体光増幅器の平均駆動電流を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記光中継装置が隣接する海底変調局と同一の筐体内に実装されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底に設置したセンサによって、地震、津波、水温、流速などの観測データを光ファイバケーブルを用いて陸上へ伝送する光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海底に設置したセンサによって、地震、津波、水温、流速などを観測し、観測したデータを光ファイバケーブルで陸上へ伝送する海底観測ケーブルシステムが提案されており、この海底観測ケーブルシステムによって、リアルタイムで継続的な海底での観測データ収集が可能となっている。
【０００３】
特許文献１には、そのような海底観測システムにおいて、光／電気変換器と電気／光変換器が陸上端局装置と海底観測装置の両方に備えられ、光ファイバケーブルを介して観測データや観測のための制御信号などを伝送するようにしており、海底観測装置毎に異なる光ファイバが割り当てられて、それぞれの海底観測装置が独立して陸上端局装置と通信を行っている。このため、１つの海底観測装置が故障した場合でも、他の海底観測装置の観測データは影響なく陸上で受信し続けることができる。さらに、このシステムでは、海底観測装置が２台の陸上端局装置のどちらにも観測データを伝送することができる光ファイバケーブルの経路を持っているので、地震などの際に光ファイバケーブルが１箇所で切断してしまった場合でも、観測データを滞りなく陸上へ伝送することができる。つまり、特許文献１で開示されている海底観測システムは、海底観測装置や光ファイバケーブルの障害に強いという特長を持っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２-４０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される従来の技術は、障害耐力に優れる高信頼な観測システムを実現できる反面、海底観測装置の数を増やしてシステムを大規模化することが難しいという課題がある。
【０００６】
特許文献１の観測システムでは、海底観測装置の数と同数の光ファイバが必要であるが、１本の海底光ファイバケーブルに束ねられている光ファイバの数は、高々４対〜１６対程度である。多少のファイバ数の増加は技術的には可能ではあるが、そのようなケーブルは、海底使用に耐える信頼性開発などが必要であり、大幅にファイバ数を増加することは容易ではない。また、海底観測装置や光中継装置を収容する耐圧筐体は、海底の水圧や、数ｋＶ以上のケーブル給電電圧に耐えるものでなければならず、光ファイバ数を大幅に増加したり、それに伴って筐体内に実装する光中継装置の数を増加させることは容易ではない。
【０００７】
他に、データを１つの海底観測装置から隣の海底観測装置へ転送していくバケツリレー方式が考えられる。この方式を用いて全ての観測装置のデータを陸上端局装置まで伝送すれば、光ファイバの数や、波長多重の数を増やすことなく多くの海底観測装置を収容することができる。しかし、１つの海底観測装置が故障した場合には、その海底観測装置を経由してバケツリレーで伝送されていくべき他の海底観測装置のデータも伝送不能となり、故障個所によっては観測システム全体の機能停止に陥ることもある。したがって、バケツリレー方式には、海底観測装置の障害に弱いという課題がある。
【０００８】
そこで、波長多重によって１本のファイバに多数の海底観測装置の通信回線を収容することが考えられる。海底観測装置毎に異なる波長の信号光を割り当てることで、それぞれが独立して陸上端局装置と通信を行う。これにより、特許文献１と同様に、１つの海底観測装置が故障した場合でも、他の海底観測装置は影響なく観測データを陸上に伝送し続けることができる。波長多重によって複数の海底観測装置を収容する場合、それに対応する数の波長の信号光を１本の光ファイバ内に多重する必要がある。光ファイバの伝搬損失を補償する光中継装置の増幅帯域が限られていることから、多数の信号光を多重するためには、ある程度狭い波長間隔で信号光を多重する必要がある。そのためには、各信号光の波長が十分安定である必要がある。半導体レーザを信号光源とする場合には、その駆動電流を一定に保つだけでなく、レーザ素子の温度を一定に保つ温度制御や、波長のずれ量をモニタする波長モニタデバイスを用いて温度制御にフィードバックするといった制御が必要となる。ところが、海底設置後の修理や交換が困難な海底観測装置には、陸上の装置に比べて高い信頼性が必要となるため、このような複雑な制御は好ましくない。また、温度制御に使用するペルチェデバイスや、波長モニタデバイスの信頼性も問題となる。
【０００９】
さらに、波長多重された信号光を一括増幅し、光ファイバでの伝搬損失を補償する光中継装置としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ; Erbium doped-fiber amplifier)が通常用いられるが、入射する信号光の総強度が所定の値の場合に、波長間の利得偏差が十分小さくなるように設計される。ところが、ＥＤＦＡにおいては、信号光の総強度が変動すると、波長間の利得偏差が大きくなるという特性をもつ。入射する信号光の波長数の変動に伴って入射総強度が変動すると、異なる波長の信号光間の強度偏差が増大し、信号光の強度が所定の範囲を逸脱するために、信号の伝送特性が劣化することが考えられる。
【００１０】
このように、バケツリレー方式を用い、波長多重によって１本のファイバに多数の海底観測装置の通信回線を収容する方式では、光ファイバケーブルの切断、海底観測装置の故障などの障害や、海底観測装置の増減設などによる波長数の変動に弱いという課題がある。
【００１１】
また、波長多重化した海底観測ケーブルシステムは、障害耐力に優れ、かつ、多くの海底観測装置を収容できる可能性があると期待できるものの、実際にはその実現方法に課題があり、現実的な方式はこれまでに開示されていない。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経路の異なる信号光の間に発生する強度の偏差を低減するとともに、光ファイバケーブルの切断や、変調局の増減設などによって波長多重する信号光の数が変動した場合に発生する異なる波長の信号光間の強度偏差を低減し、障害耐力と拡張性に優れ、多くの観測地点を収容する大規模な海底観測ケーブルシステムを実現することが可能な光伝送システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の陸上端局と、複数の光中継装置と、複数の海底変調局とが少なくとも一対の光ファイバケーブルによって接続され、各海底変調局で取得した観測データを各海底変調局に割り当てられた各特定の波長に変調して、前記光ファイバケーブル、光中継装置を介して陸上端局へ伝送する光伝送システムであって、前記陸上端局は、前記一対の光ファイバケーブルのうちの一方に信号光を送出する信号光源装置と、他方の光ファイバケーブルから受信した信号光を電気信号に変換する受信装置とを備え、前記光中継装置は、前記光ファイバケーブルでの伝搬損失を補う信号光の増幅機能を備え、前記海底変調局は、前記一対の光ファイバケーブルのうちの一方から当該海底変調局に割り当てられた特定の波長の信号光を分波する分波手段と、前記分波された信号光に観測データを変調するとともに、出力する信号光の平均強度が所定の範囲内になるように調整する変調器と、該変調器から出力された信号光を他方の光ファイバケーブルに導く合波手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、海底変調局では、信号光の平均強度が所定の範囲内になるように調整する機能をもつようにしているので、経路の異なる信号光の間に発生する強度の偏差を低減することができるとともに、光ファイバケーブルの切断や、変調局の増減設などによって波長多重する信号光の数が変動した場合に発生する異なる波長の信号光間の強度偏差を低減することができる。したがって、障害時などにも信号光の強度を所定の範囲内に収めて良好な伝送特性を得ることができ、障害耐力と拡張性に優れる海底観測ケーブルシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる光伝送システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の光伝送システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、この光伝送システムは、陸上端局１０ａ,１０ｂと、複数の光中継装置５ａ,５ｂ,５ｃ,５ｄ，５ｅ,５ｆ，５ｇ，５ｈと、複数の海底変調局１１ａ,１１ｂ,１１ｃとを備えている。光ファイバケーブル４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄ，４ｅ,４ｆ，４ｇ，４ｈは、これらシステムの構成要素を接続する光伝送路であり、４ａと４ｈ、４ｂと４ｇ、４ｃと４ｆ、４ｄと４ｅが対をなしている。
【００１７】
陸上端局１０ａは、波長多重するための複数の信号光源装置１ａと、ＡＷＧ(arrayed waveguide grating)などによって構成される合波器２ａと、合波後の波長多重信号光を増幅するブースタ光増幅器３ａと、光バンドパスフィルタ６ｂと、受信装置７ｂとを有している。信号光源装置１ａは、波長多重を可能とする波長安定化した光源装置であり、波長ずれをモニタする波長モニタデバイスを備え、ペルチェデバイスで温度制御を施された半導体レーザなどが用いられる。信号光源装置１ａから出射され、合波器２ａで合波されて波長多重化した信号光は、光増幅器３ａで所定の強度まで増幅された後に、光ファイバケーブル４ａへ出射される。
【００１８】
光中継装置５ａは、光ファイバケーブル４ａでの伝搬損失を補償するために、波長多重光を増幅する機能を持っている。多くの場合、光中継装置としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)が用いられる。この場合、隣接する海底観測局の間に配置される光中継装置としては１つの場合を示しているが、隣接する海底観測局の間の距離が長い個所には２つ以上の光中継装置を配置したり、距離が短い個所には光中継装置を配置しないことも可能である。また、この例では、独立した光中継装置として図示しているが、海底変調局１１ａと同一の筐体内に光中継装置を実装することで、筐体の数を減らすことも可能である。
【００１９】
海底変調局１１ａは、合分波器８ａ，８ｆと、変調器９ａ，９ｂとを有している。合分波器８ａは、光ファイバケーブル４ａを介して光中継装置５ａで増幅された信号光から、この海底変調局に割り当てられた特定の波長の信号光のみを分波して変調器９ａに導くと共に、変調器９ｂから出力された信号光を光ファイバケーブル４ｂに導く機能を有し、ＯＡＤＭ(optical add/drop multiplexer)と言われるデバイスを適用することができる。合分波器８ａは、フィルタ型のデバイスからなるＯＡＤＭの他に、ファイバグレーティング(fiber grating)とサーキュレータを組み合わせた構成などでも実現することができる。合分波器８ｆも合分波器８ａと同様の機能を有し、変調器９ａから出力された信号光を光ファイバケーブル４ｈに導くと共に、割り当てられた特定の波長の信号光のみを分波して変調器９ｂに導くものである。合分波器８ａ，８ｆに入射された信号光のうち当該海底変調局に割り当てられた波長以外の信号光は、合分波器８ａ，８ｆを直進通過して、それぞれ光ファイバケーブル４ｂ，４ｈへ入射される。
【００２０】
変調器９ａ，９ｂは、合分波器８ａ，８ｆで分波された信号光の強度を変調するとともに、信号光の平均強度を調整する機能を持つ。ここで変調される信号は、海底変調局に接続されている各種センサなどからのデータや制御信号などであり、地震計、津波計、温度計、流速センサなどの観測センサからの観測データの他に、カメラからの静止画像、動画像データや、陸上局との監視制御に関わる信号なども含まれる。
【００２１】
変調器９ａ，９ｂは、陸上端局１０ａの信号光源装置１ａと距離的に離れていることから、途中の経路における偏波の変動などに対しても無調整で安定した変調特性が得られるものが望ましい。光ファイバを増幅媒体とし、広帯域・低雑音な光増幅特性が得られるラマン増幅器を用いれば、強度変調した励起光によって利得を変調し、被増幅光の強度を変調することができる。また、信号光の平均強度を励起強度によって調整することもできる。信頼性の観点からは、構成が簡単で、増幅用の光ファイバと励起光源は高信頼が期待できることから、海底への適用に耐える高信頼性が十分実現可能である。また、低偏光依存性、低波長依存性という特性も海底変調局に設置する変調器として好ましい。
【００２２】
変調器９ａで信号を変調された信号光は、合分波器９ａによって、光ファイバケーブル４ａとは逆の光ファイバケーブル４ｈへ折り返し送出される。送出された信号光は、光中継装置５ｈを介して陸上端局１０ａ内の光バンドパスフィルタ６ｂを通過して所定の光のみが抽出された後、受信装置７ｂで光信号が電気信号に変換される。この例では、受信装置７ｂは１台のみとしているが、実際には波長多重した信号光の数に対応する数に分岐した先に受信装置を複数配置して、それぞれが１つの波長の光のみを抽出して受信するようにする。
【００２３】
海底変調局１１ｂ，１１ｃについても、上述した海底変調局１１ａと同様の構成および機能を有し、当該海底変調局に割り当てられた波長の信号光に対して信号を変調し、陸上端局へ折り返し送出する機能を持っている。陸上端局１０ｂについても、上述した陸上端局１０ａと同様の構成および機能を有し、光ファイバケーブル４ｅへ波長多重信号光を送出するとともに、光中継装置５ｄを介して変調された信号光を受信する。
【００２４】
つぎに、各海底変調局で行われる信号光の平均強度の調整機能について説明する。図１において、２０ａは、光中継装置５ａから出力される波長多重された信号光の強度関係を図示したものである。グラフの横軸は波長、縦軸は光強度であり、グラフ中にλ１,λ２,λ３で示した３本の矢印は、それぞれ、海底変調局１１ａ,１１ｂ,１１ｃに割り当てられた波長の信号光の強度を示している。λ１,λ２,λ３は、いずれも陸上端局１０ａから出射されて光ファイバケーブル４ａを経由して光中継装置５ａに至った信号光である。この場合、λ１,λ２,λ３の３つの信号光の強度が等しく揃っている状態が示されている。
【００２５】
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈは、それぞれ光中継装置５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈから出力される波長多重された信号光の強度関係を図示したものであり、２０ａと同様に、λ１,λ２,λ３の矢印で、海底変調局１１ａ,１１ｂ,１１ｃに割り当てられた３波長の信号光の強度が示されている。
【００２６】
２０ｂでは、λ１の信号光強度がλ２、λ３とは不揃いになっている状態が示されている。λ２とλ３は、陸上端局１０ａから出射され、光ファイバケーブル４ａ、光中継装置５ａ、海底変調局１１ａ、光ファイバケーブル４ｂを経由して光中継装置５ｂへ入射した信号光である。一方、λ１は、陸上端局１０ｂから出射され、光ファイバケーブル４ｅ、光中継装置５ｅ、海底変調局１１ｃ,１１ｂなどを経由して光中継装置５ｇへ入射し、海底変調局１１ａ内の合分波器８ｆで分波されて変調器９ｂを通り、さらに合分波器８ａ、光ファイバケーブル４ｂを経由して光中継装置５ｂに入射した信号光である。このように、λ１は、λ２,λ３とは経路が異なるために、光強度がλ２,λ３とは異なっている。２０ｂで図示されている状態では、一例として、λ１の強度がλ２,λ３よりも大きくなっているが、λ１の強度がλ２,λ３よりも小さいこともあり、場合によっては強度がほぼ同一に揃っていることもある。
【００２７】
２０ｃでは、λ２の信号光もλ１,λ３と異なる経路を通ったために、λ１,λ２,λ３の信号光強度がすべて不揃いとなっている。また、２０ｄでは、λ３が経路の異なる信号光に代わっている。２０ｅ,２０ｆ,２０ｇ,２０ｈも、２０ａ,２０ｂ,２０ｃ,２０ｄと同様に、λ１,λ２,λ３の信号光の強度が経路の違いによって不揃いになることが示されている。
【００２８】
このように、波長多重した信号光λ１,λ２,λ３の強度が、伝搬経路の違いによって不揃いになるため、各海底変調局１１ａ〜１１ｃに備えられる変調器９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ,９ｅ,９ｆには、信号光の平均強度を調整する機能が備えられている。ここで、平均強度というのは、時間的な強度の平均値を意味している。つまり、変調による高速な強度の変動ではなく、変調に比べて十分長い時間スケールで見た場合の時間平均という意味である。信号光の強度が不揃いになると、光中継装置５ａ,５ｂ,５ｃ,…,５ｈで増幅される際の信号対雑音比(ＳＮＲ; signal to noise ratio)の劣化量が不揃いとなる。その結果、強度の低い一部の波長の信号光のみの劣化量が大きくなり、信号の伝送特性が劣化する。また、強度の強い一部の波長の信号光のみが光ファイバケーブル４ａ,４ｂ,４ｃ,…,４ｈの中で思わしくない非線形現象の影響を受けて、信号の伝送特性が劣化することもある。このように、良好な信号の伝送を行うためには、信号光の平均強度を所定の範囲内に収めておく必要がある。
【００２９】
例えば、変調器９ａを通る信号光の平均強度を調整して低くすることで、光中継装置５ｈに至るλ１の信号光の強度を低くすることができて、２０ｈに示す光中継装置５ｈでのλ１,λ２,λ３の強度を揃えることができる。同様に、変調器９ｂを通る信号光の平均強度を調整して低くすることで、光中継装置５ｂに至るλ１の信号光の強度を低くすることができて、２０ｂに示す光中継装置５ｂでのλ１,λ２,λ３の強度を揃えることができる。すなわち、変調器９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ,９ｅ,９ｆによって、各波長の信号光の平均強度を調整し、すべての波長の信号光平均強度を所定の範囲内に収めることで、良好な伝送特性を得ることができるようになる。
【００３０】
つぎに、波長多重する信号光の数が変動する場合について、信号光の平均強度を調整する機能について説明する。図２は、図１と同じ光伝送システムにおいて、海底変調局１１ｂと海底変調局１１ｃとの間の地点２２ａ,２２ｂで光ファイバケーブルが何らかの原因で切断された状態を示している。２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈは、光ファイバが地点２２ａ,２２ｂで切断した状態での光中継装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈを通る信号光の数を示している。
【００３１】
２１ａで示された光中継装置５ａを通る信号光の状態は、図１と比べて変わりなく、λ１,λ２,λ３の３波長となっている。２１ｂで示された光中継装置５ｂを通る信号光の状態では、λ１が欠落しており、λ２,λ３の２つの波長のみとなっている。これは、陸上端局１０ｂから出射され、光ファイバケーブル４ｅ、光中継装置５ｅ、海底変調局１１ｃ，１１ｂなどを経由して光中継装置５ｇへ入射し、海底変調局１１ａ内の合分波器８ｆで分波されて変調器９ｂを通り、合分波器８ａ、光ファイバケーブル４ｂを経由して光中継装置５ｂに至る経路が、地点２２ｂでのファイバ切断によって、寸断されてしまったためである。
【００３２】
２１ｃで示された光中継装置５ｃを通る信号光の状態では、地点２２ａでのファイバ切断によって、λ１,λ２,λ３のすべての信号光が欠落している。２１ｄで示された光中継装置５ｄを通る信号光の状態では、経路を寸断されていないλ３の信号光のみが現れている。２１ｅ,２１ｆ,２１ｇ,２１ｈにも、光中継装置５ｅ,５ｆ,５ｇ,５ｈを通る信号光の数が示されている。
【００３３】
このように、光ファイバが切断されると、光中継装置を通る信号の数が変動する。光中継装置は、波長多重された信号光を一括増幅し、光ファイバでの伝搬損失を補償するものである。光中継装置としては、通常、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いるが、入射する信号光の総強度が所定の値の場合に、波長間の利得偏差が十分小さくなるように設計されている。ところが、入射する信号光の総強度が変動すると、波長間の利得偏差が大きくなるという特性をもっている。入射する信号光の波長数の変動に伴って入射総強度が変動すると、異なる波長の信号光間の強度偏差が増大する。したがって、実際には、波長の異なる信号光の強度は不揃いとなってしまい、２１ａ,２１ｂ,２１ｃ,…,２１ｈで示されているように、残留した信号光の強度が揃った状態とはならない。信号光の強度が不揃いとなるため、一部の信号光の強度が所定の範囲を逸脱して、信号の伝送特性劣化を引き起こす。そこで、変調器９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ,９ｅ,９ｆによって各波長の信号光の平均強度を調整し、波長の異なる信号光間の強度偏差を低減する。これにより、すべての波長の信号光強度を所定の範囲内に収めて伝送特性劣化を低減することができ、良好な伝送特性を得ることができる。
【００３４】
ファイバ切断後も、海底変調局１１ａと陸上端局１０ａの間のλ１の信号光経路が残っているため、海底変調局１１ａから陸上端局１０ａへ観測データなどを伝送することができる。同様に、海底変調局１１ｂから陸上端局１０ａへは、λ２の信号光でデータを伝送することができる。海底変調局１１ｃついては、反対側の陸上端局１０ｂへλ３の信号光でデータを伝送することができる。このように、地点２２ａ,２２ｂでのファイバ切断後も、全ての海底変調局１１ａ,１１ｂ,１１ｃから陸上への観測データの伝送を行うことが可能である。
【００３５】
また、光ファイバケーブルが切断する場合に限らず、海底変調局を増減設するような場合などにも波長多重する信号光の数が変動する。そのような場合にも、光中継装置で発生する信号光間の強度偏差を低減するように、信号光の平均強度を各海底変調局の変調器で調整することで、良好な伝送特性を保つことが可能である。
【００３６】
各海底変調局１１ａ〜１１ｃの変調器９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ,９ｅ,９ｆをラマン増幅器を用いて実現する方法について説明する。図３に示すように、変調器９は、入射端１０１から入射された信号光と、励起光源１０６から合波端１０３を介して入射された励起光とを波長合波器１０４で合波してラマン増幅用光ファイバ１０５に導き、ラマン増幅した信号光を出射端１０２を介して出力する。ラマン増幅用光ファイバ１０５の内部では、励起光の強度に応じてラマン増幅で信号光に利得が与えられ、出射端１０２から出力される。例えば、励起光の波長を１４５０ｎｍ、信号光の波長を１５５０ｎｍとする。ラマン増幅用光ファイバ１０５としては、通常の石英系の光ファイバを用いることができる。いわゆるシングルモードファイバ(ＳＭＦ; single mode fiber)、分散補償ファイバ(ＤＣＦ; dispersion compensating fiber)、負分散ファイバ(ＲＤＦ; reverse dispersion fiber)、高非線形ファイバ(ＨＮＬＦ; highly nonlinear fiber)などの光ファイバを用いることができるが、所要長、利得効率、変調可能速度などに違いがあることから、適切なものを適宜選択して使用する。
【００３７】
励起光源駆動装置１０７は、励起光源１０６を制御するものであり、変調電流生成回路１０９、強度調整電流生成回路１１０および励起光源駆動回路１０８を備えている。変調電流生成回路１０９は、変調用の信号電流を生成し、強度調整電流生成回路１１０は、信号光の平均強度を調整する電流を生成する。励起光源駆動回路１０８では、変調電流生成回路１０９および強度調整電流生成回路１１０で生成された電流から励起光源１０６を駆動する電流を生成し、励起光源１０６を駆動する。
【００３８】
信号光の変調と平均強度調整の両方を変調器９で行うための、励起光源１０６の駆動制御について説明する。図４は、ラマン増幅用光ファイバ１０５に励起光を入射することで信号光に与えられる利得の例を示している。横軸の励起強度は、ラマン増幅用光ファイバ１０５に入射する励起光の強度であり、縦軸のラマン利得は、ラマン増幅によって信号光に与えられる利得である。ラマン利得がＧ0，Ｇ1[ｄＢ]となる２つの励起状態を往復するように励起光を変調すれば、信号光の強度を変調することができるが、その変調度ｍc[％]は、下式のようになる。
【数１】
2006313782.tif 000003
【００３９】
例えば、図４のＡ１，Ｂ１で示す点の励起強度では、信号光に与えられる利得はそれぞれ１．０ｄＢ，３．０ｄＢである。Ａ１とＢ１の２つ励起状態を往復するように励起光を変調する場合、Ｇ0＝１．０ｄＢ、Ｇ1＝３．０ｄＢであり、信号光の変調度は、上式からｍc＝２３％となる。次に、図５のＡ２，Ｂ２で示す２点を考えると、ラマン利得はそれぞれＧ0＝２．５ｄＢ、Ｇ1＝４．５ｄＢである。この２点を往復するように励起光を変調する場合の信号光の変調度はｍc＝２３％であり、図４のＡ１，Ｂ１の２点の変調時と同じである。
【００４０】
つまり、Ｇ1−Ｇ0＝２.０ｄＢの関係を保ったままでラマン利得を１.５ｄＢ（Ｇ0：１．０→２．５、Ｇ1：３．０→４．５）増加させると、信号光の変調度は２３％のまま変わらず、ラマン利得を１.５ｄＢだけ大きくすることができる。これにより、信号光の送出レベルを１.５ｄＢ高くすることができる。したがって、Ｇ1−Ｇ0を一定に保ったまま励起強度を調整することにより、信号光の平均強度を調整することができる。また、Ｇ1−Ｇ0を調整することにより、所望の信号光変調度を得ることができる。励起光源駆動回路１０８では、強度調整電流生成回路１１０からの電流に応じてラマン利得がＧ0となる励起強度に制御しながら、変調電流生成回路１０９からの電流に応じてＧ1−Ｇ0が所望の一定の値となるよう励起強度を制御すればよい。
【００４１】
このように、実施の形態１では、陸上局に設置された波長安定化光源装置を用いて波長多重を行い、海底に設置された多数の変調局で信号光に観測データなどを変調し、信号光の強度を適切に調整した後に、陸上局へ折り返し伝送し、陸上局の受信装置で信号光に変調された信号を電気信号に変換することで、海底の多地点で観測された種々のデータなどを陸上局で受信することができる。また、海底変調局では、信号光の強度を調整する機能を持っており、経路の異なる信号光の間に発生する強度の偏差を低減することができる。また、光ファイバケーブルの切断や、変調局の増減設などによって波長多重する信号光の数が変動した場合にも、海底変調局の変調器で信号光の強度を調整することで、異なる波長の信号光間の強度偏差を低減することができる。したがって、障害時などにも信号光の強度を所定の範囲内に収めて良好な伝送特性を得ることができ、障害耐力と拡張性に優れる海底観測ケーブルシステムを実現する光伝送システムが得られる。また、実施の形態１においては、ラマン増幅器によって、信号光を変調しながら、信号光の平均強度を調整するようにしたので、構成が簡単となり、増幅用の光ファイバと励起光源は高信頼性が期待できることから、海底への適用に耐える高信頼な変調器が実現できる。また、数十MHz以上の高速な変調を行うことができることや、低偏光依存性、低波長依存性という特性も、海底変調局に設置する変調器として適している。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態１では、変調器９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ,９ｅ,９ｆの実現方法として、ラマン増幅器を用いる場合を挙げたが、その他の方法も可能である。その１つとして、エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いることが可能である。エルビウム添加光ファイバ増幅器の場合、ラマン増幅器のように、数十MHz以上の高い周波数で変調することはできず、数十kHzまでの変調に限られる。しかしながら、ラマン増幅用光ファイバに比べてエルビウム添加光ファイバ(ＥＤＦ; Erbium doped-fiber)は短尺で十分な増幅特性が得られることから、小型実装が可能という利点がある。また、ラマン増幅器と異なる特性として、励起光が入射しない非励起状態において増幅器利得が負となり、損失になる。したがって、励起強度を適切に制御することによって、信号光の平均強度を広い範囲に調整することが可能という利点をもつ。その他の駆動方法は、ラマン増幅器の場合と同様であり、励起強度を変調したり平均励起強度を調整することによって、信号光の変調と平均強度の調整が可能である。
【００４３】
実施の形態３．
もう１つの変調器の実現方法として、半導体光増幅器(ＳＯＡ; semiconductor optical amplifier)が可能である。このＳＯＡにおいても、駆動電流を変調しながら、平均電流を制御することで、信号光の変調と平均強度の調整を行うことができる。半導体光増幅器は、ラマン増幅器と同様に高速変調が可能である上に、ラマン増幅器に比べて小型化が可能である。偏光依存性、信頼性の点で、すぐに適用することは難しいものの、今後の開発によって特性が改善し、適用できるようになると考えられる。
【００４４】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４の構成図であり、海底変調局の内部構成を示すものである。実施の形態４においては、変調器９ａ,９ｂを前述のラマン増幅器で構成するとともに、変調器９ａ,９ｂの出口側にラマン増幅器から漏出してくる励起光を分波する分波器２３ａ，２３ｂを設けるようにしている。分波器２３ａ，２３ｂで分波されたラマン増幅器から漏出してくる励起光は、光経路２５ａ,２５ｂを経由し、合波器２４ａ,２４ｂを介して光ファイバケーブル４ａ,４ｇへ入射される。
【００４５】
光ファイバケーブル４ａ,４ｇへ入射する励起光の強度が十分高ければ、光ファイバケーブル４ａ,４ｇにおいてラマン増幅によって信号光を増幅することができる。これによって、波長多重された信号光の強度を調整し、信号光の波長数が変動した場合に発生する光中継装置５ａ,５ｂへの入射強度の変動を低減する効果を得ることができる。
【００４６】
実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５を示すシステム構成図である。この実施の形態５においては、海底変調局１１ａと海底変調局１１ｂとの間に分岐装置５１を挿入しており、また海底変調局１１ｄ，１１ｅ、陸上端局１０ｃなどが追加されている。分岐装置５１は、波長分波器５２ａと波長合波器５２ｂを備えている。
【００４７】
光ファイバケーブル４ｂ,光中継装置５ｂから波長分波器５２ａに入射した信号光は、波長によって海底変調局１１ｂあるいは１１ｄへの経路を取る。光中継装置５ｆ、海底変調局１１ｂを経て波長合波器５２ｂに入射した信号光と、光中継装置５ｍ、海底変調局１１ｄを経て波長合波器５２ｂに入射した信号光は、ともに光ファイバケーブル４ｇへ出射される。
【００４８】
このように、海底変調局と海底変調局との間に分岐装置５１を設けることで、光ファイバケーブルを分岐して、海底変調局１１ｄ,１１ｅ,陸上端局１０ｃを追加することができ、海底の所望の位置に観測センサなどを配置した観測ケーブルシステムを構成することが可能である。この例では、５つの海底変調局１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ,１１ｅと、３つの陸上端局１０ａ,１０ｂ,１０ｃを備えたシステムを示しているが、もっと多くの海底変調局と陸上端局を備えた光伝送システムも実現可能である。
【００４９】
実施の形態６．
図８は本発明の実施の形態６を示すシステム構成図であり、実施の形態１あるいは実施の形態５を変形し、その一部のみを示している。陸上端局１０ａは、光バンドパスフィルタ６ｂ、分岐器１１１、受信装置７ｂ、強度測定手段１１２、強度調整信号生成回路１１３、変調電流生成回路１１４、信号光源駆動回路１１５、信号光源装置１ａ、合波器２ａ、光増幅器３ａを備えている。
【００５０】
陸上端局１０ａでは、光バンドパスフィルタ６ｂを通過した受信信号光の一部を分岐器１１１で分岐して強度測定手段１１２に導く。強度測定手段１１２は、信号光の強度を測定し、その測定結果を強度調整信号生成回路１１３に出力する。強度調整信号生成回路１１３では、強度測定手段１１２の測定結果に基づいて、各海底変調局１１ａ，…に備えられている変調器９ａに対して、信号光平均強度の調整指示を与えるための平均強度調整信号を生成し、生成した平均強度調整信号を変調電流生成回路１１４に出力する。変調電流生成回路１１４は、入力された平均強度調整信号で変調された電流を生成して、信号光源駆動回路１１５に出力する。
【００５１】
信号光源装置１ａの信号光源として半導体レーザが使用されている場合、信号光源駆動回路１１５は、半導体レーザから出力される信号光の平均強度に応じた直流電流に、変調電流生成回路１１４で生成された変調電流を重畳したものを駆動電流として半導体レーザを駆動するようにしており、出力される信号光の強度に平均強度調整信号が変調されることになる。このような信号光が、信号光源装置１ａから出射され、合波器２ａ、光増幅器３ａ、光ファイバケーブル４ａ、光中継装置５ａを介して海底変調局１１ａに到達する。
【００５２】
海底変調局１１ａに入射された信号光は、合分波器８ａを介して変調器９ａに導かれる。変調器９ａは、分岐器１１６と、受信器１１７と、強度調整電流生成回路１１０、変調電流生成回路１０９、励起光源駆動回路１０８を含む励起光源駆動装置１０７と、励起光源１０６と、合波器１０４と、ラマン増幅用光ファイバ１０５などを備えている。
【００５３】
変調器９ａに入力された信号光の一部は分岐器１１６で分岐されて受信器１１７に入射される。受信器１１７では、信号光に含まれる平均強度調整信号が電気信号として再生され、励起光源駆動装置１０７へ伝えられる。励起光源駆動装置１０７には、変調電流生成回路１０９と強度調整電流生成回路１１０が備えられており、強度調整電流生成回路１１０では受信器１１７から伝えられた平均強度調整信号に基づいた強度調整電流を生成する。
【００５４】
海底に設置された地震計、津波計、カメラなどの観測センサ１１８から観測データが入力される変調電流生成回路１０９では、この観測データに応じた変調電流を生成する。励起光源駆動回路１０８では、強度調整電流生成回路１１０からの強度調整電流に変調電流生成回路１０９からの変調電流を重畳して、この強度調整電流に変調電流が重畳された電流を駆動電流として半導体レーザなどで構成される励起光源１０６を駆動する。
【００５５】
したがって、励起光源１０６から出力される励起光は、観測センサ１１８での観測データが変調されかつ、陸上端局１０ａの強度調整信号生成回路１１３で生成された平均強度調整信号に応じた平均強度となっている。合波器１０４では、分岐器１１６を経由した信号光と、励起光源１０６からの励起光が合波され、これらがともにラマン増幅用光ファイバ１０５に入力されてラマン増幅されることになる。ラマン増幅された観測データを含む信号光は、合分波器８ｆ、光ファイバケーブル４ｈ、光中継装置５ｈを介して陸上端局１０ａに送信される。
【００５６】
信号光を受信した陸上端局１０ａでは、光バンドパスフィルタ６ｂを通過した信号光の一部を分岐器１１１で分岐して強度測定手段１１２に導く。強度測定手段１１２では、信号光の強度を測定し、強度調整信号生成回路１１３では、その測定結果に基づいて平均強度調整信号を生成する。
【００５７】
なお、図８では、変調器９ａのみを詳しく示しているが、変調器９ｂについても同様であり、陸上端局１０ｂあるいは１０ｃから伝送された平均強度調整信号に応じて信号光の強度を調整する。また、図８では、海底変調局１１ａのみについて説明したが、他の海底変調局においても、同様の方法で信号光の調整を行うようにしている。
【００５８】
このように実施の形態６によれば、陸上端局１０ａでは、受信した各海底変調局からの信号光の強度を測定し、この測定強度に基づいて作成した平均強度調整信号を信号光に重畳させて各海底変調局に送信し、各海底変調局ではこの受信した信号光に含まれる平均強度調整信号に基づいて平均強度を調整するようにしているので、信号光の強度を所定の範囲内に収めることができ、良好な観測データの伝送特性を得ることができる。
【００５９】
なお、本発明は、光ファイバケーブル、海底変調局、観測センサなどがすべて海底面に設置されている場合に限らず、一部あるいはすべてが海底に埋設されていたり、あるいは、海底からある程度浮いた水中に設置されている場合にも適用可能である。また、本発明は、光ファイバケーブルは２本、すなわち１対の場合のみを示しているが、光ファイバケーブルが２対以上あり、それらがすべて同一のケーブルとして束ねられている場合にも適用可能である。さらに、複数の光中継装置、海底変調局が同一の筐体内に実装されている場合でも、本発明の範囲内である。さらに、上記では、光中継装置としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いる場合のみを例として挙げたが、一部あるいはすべての光中継装置が他の手段で実現されていてもよい。例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器とラマン増幅を併用した光中継装置であってもよく、さらには、ラマン増幅のみで光中継装置を実現することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる光伝送システムは、海底に設置したセンサによって、地震、津波、水温、流速などを観測し、観測したデータを光ファイバケーブルを用いて陸上へ伝送する海底観測ケーブルシステムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１の光伝送システムの構成および各光中継装置での出力光を示す図である。
【図２】実施の形態１の光伝送システムにおいて、或る地点で光ファイバケーブルの断線が発生した場合の、各光中継装置での出力光を示す図である。
【図３】海底変調局の変調器の内部構成を示すブロック図である。
【図４】ラマン増幅用光ファイバにおける励起強度とラマン利得との関係を示す図である。
【図５】ラマン増幅用光ファイバにおける励起強度とラマン利得との関係を示す図である。
【図６】実施の形態４の光伝送システムにおいて、海底変調局の内部構成を示す図である。
【図７】実施の形態５の光伝送システムの構成を示す図である。
【図８】実施の形態６の光伝送システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ  信号光源装置
２ａ  合波器
３ａ  光増幅器
４ａ〜４ｈ  光ファイバケーブル
５ａ〜５ｈ  光中継装置
６ｂ  光バンドパスフィルタ
７ｂ  受信装置
８ａ，８ｆ  合分波器
９ａ，９ｂ，９  変調器
１０ａ〜１０ｃ  陸上端局
１１ａ〜１１ｅ  海底変調局
２３ａ，２３ｂ  分波器
２４ａ  合波器
５１  分岐装置
５２ａ  波長分波器
５２ｂ  波長合波器
１０１  入射端
１０２  出射端
１０３  合波端
１０４  合波器
１０５  ラマン増幅用光ファイバ
１０６  励起光源
１０７  励起光源駆動装置
１０８  励起光源駆動回路
１０９  変調電流生成回路
１１０  強度調整電流生成回路
１１１  分岐器
１１２  強度測定手段
１１３  強度調整信号生成回路
１１４  変調電流生成回路
１１５  信号光源駆動回路
１１６  分岐器
１１７  受信器
１１８  観測センサ
【図１】
2006313782.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006313782.tif 000006
【図４】
2006313782.tif 000007
【図５】
2006313782.tif 000008
【図６】
2006313782.tif 000009
【図７】
2006313782.tif 000010
【図８】
2006313782.tif 000011