(57)【要約】【課題】ＤＣＦで発生したレイリー散乱による影響が光ファイバ増幅器で増幅されることを防止しながら、反射型増幅装置の利点を維持する反射型分散補償光増幅装置を提供する。【解決手段】反射手段を有し、入力された光信号を増幅した後に前記反射手段により反射させて再び増幅する増幅手段３２と、反射手段を有し、増幅手段３２で増幅された光信号を分散補償した後に前記反射手段により反射させてさらに分散補償を遂行する分散補償手段３３と、外部から入力された光信号を増幅手段３２に伝達し、増幅手段３２から出力された光信号を分散補償手段３３に伝達し、分散補償手段３３から出力された光信号を外部へ出力するための光経路変換手段３１と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射手段を有し、入力された光信号を増幅した後に前記第１反射手段により反射させて再び増幅を行う増幅手段と、
第２反射手段を有し、前記増幅手段で増幅された光信号を分散補償した後に前記第２反射手段により反射させてさらに分散補償を遂行する分散補償手段と、
外部から入力された光信号を前記増幅手段に伝達し、前記増幅手段から出力された光信号を前記分散補償手段に伝達し、前記分散補償手段から出力された光信号を外部へ出力する光経路変換手段と、を備えることを特徴とする反射型分散補償光増幅装置。
【請求項２】
増幅手段は、
励起用のポンプ光信号を発生するポンプ光発生手段と、
入力された光信号と前記ポンプ光信号を結合するためのＷＤＭカップリング手段と、
前記ＷＤＭカップリング手段から出力された光信号を増幅し、第１反射手段により反射された光信号を増幅する希土類添加増幅手段と、
前記希土類添加増幅手段を通じて伝達されてきた光信号を反射して前記希土類添加増幅手段に伝達する前記第１反射手段と、を備える請求項１記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項３】
分散補償手段は、
光経路変換手段を通じて入力された増幅後の光信号を分散補償し、第２反射手段により反射された光信号を分散補償する分散補償光ファイバと、
前記分散補償光ファイバを通じて伝達されてきた光信号を反射して前記分散補償光ファイバに伝達する前記第２反射手段と、を備える請求項１または２記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項４】
光経路変換手段は、増幅手段と分散補償手段とを接続し、且つ前記分散補償手段で発生したレイリー散乱が前記増幅手段に影響を与えないようにするサーキュレータである請求項１記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項５】
希土類添加増幅手段は、ＥＤＦＡである請求項２記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項６】
第１反射手段は、ＦＲＭである請求項２記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項７】
第２反射手段は、ＦＲＭである請求項３記載の反射型分散補償光増幅装置。
【請求項８】
分散補償光ファイバは、光信号の分散補償を遂行するために、伝送のために使用されている光ファイバと反対の分散値を有する請求項３記載の反射型分散補償光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)光伝送で高速に分散(dispersion)補償を遂行することができる光増幅装置に関し、特に、増幅のためのＥＤＦＡ(Erbium Doped Fiber Amplifier)の長さと分散補償のためのＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)の長さを１／２に低減した反射型分散補償光増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、急激に増加するデータ量により、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)光伝送システムの伝送容量は増加し続けている。このような伝送容量の増加に応じて、その伝送容量を増加させる方向が続けて研究されている。
【０００３】
一般的に伝送容量を増加させる方法は、伝送チャネル数を拡大する方法とチャネル当り伝送速度を高める方法があるが、伝送チャネル数はその可用容量が限定されているので、これを増加させることは難しい。従って、通常、伝送容量を増加させるためにはチャネル当り伝送速度を高める方法を使用するようになるが、チャネル当り伝送速度がギガビット(gigabit)以上であると、分散(Dispersion)に敏感になる問題点が発生する。
【０００４】
このような分散補償のためにはＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)を使用して分散を補償する方法が広く使用されている。しかし、高速伝送時、分散補償のためのＤＣＦの使用による光信号電力の損失が大きいので、追加的な光増幅器が必要になる。
【０００５】
図１は一般的な分散補償のための光増幅装置の構成図である。
【０００６】
図１に示したように、一般的な従来の分散補償光増幅装置は、入力光信号の状態を励起させるためのポンプ光信号を発生させるポンプＬＤ(Laser Diode)１２、入力光信号とポンプＬＤ１２からのポンプ光信号を結合するためのＷＤＭカプラー１１、ＷＤＭカプラー１１からの光信号を増幅するための希土類添加増幅器１３、及び増幅された光信号を分散補償するためのＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)１４を備える。
【０００７】
より詳細に説明すると、ポンプＬＤ１２は一般的にグランド状態(ground state)の量子力学的状態(quantum mechanical state)をエキサイト(exciting)させるためのポンプ光信号を生成する。このポンプ光信号は希土類添加増幅器１３で増幅しようとする特性波長の光信号である。
【０００８】
希土類添加増幅器１３は一般的にはＥＤＦＡ(Erbium-doped fiber amplifier)を意味し、ＥＤＦＡは希土類イオンのうちの一つである+３価エルビウムイオン(Ｅｒ３+)をシリカ系列の光ファイバに添加し、９８０ｎｍや１４８０ｎｍの光励起で１.５μｍ帯域の光信号の増幅に使用する。ここで、希土類イオン(Rare Earth Ion)とは電子軌道のうち４f軌道に存在する電子の数が１〜１３個である原子として、大部分の場合、イオン化される時に+３価に存在する。このようなイオンの４ｆ〜４ｆ間の電子遷移時、可視光及び赤外線波長領域で蛍光を発生させる代表的なものとして、エルビウム(Ｅｒ)、プラセオジム(Ｐｒ)などがある。
【０００９】
即ち、弱い入力信号光とポンプ光信号がＷＤＭカプラー１１により結合された後、希土類添加増幅器(ここでは、ＥＤＦＡを例に説明する)１３に伝達されると、ＥＤＦＡ１３内で存在するＥｒ３+イオンがポンプ光信号により上位レベルに励起された後、信号光の刺激により下位レベルに遷移しながら１.５５μｍ波長の蛍光を誘導放出する。誘導放出された蛍光は信号光と結合され、このように強度が大きくなった信号光はより強く他のＥｒ３+イオンを刺激して誘導放出により信号光を増幅するようになる。
【００１０】
ＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)１４は１０Gbps以上の光伝送のために要求される波長分割多重化伝送用素子のうちの一つで、一般光ファイバと反対の分散値を有する素子であり、伝送路の中間部分に配置されることにより高速伝送に応じた光ファイバの分散を補償するために使用される。
【００１１】
このように、ＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)を用いた分散補償の短所は、ＤＣＦが、コアの大きさが小さいことから非線形現象により特性劣化の恐れがあり、このためＤＣＦの費用が補償すべき距離にある光ファイバ価格の約１.５倍にも達するということである。また、損失が大きいためこれを補償するための追加の光増幅器が必要であり、温度に応じた損失の変化が存在する。
【００１２】
一方、このような一般的な分散補償光増幅装置を補完するように、反射型分散補償光増幅装置が提示された。
【００１３】
図２は従来技術に従う反射型分散補償光増幅装置の構成図である。
【００１４】
図２に示した従来技術に従う反射型分散補償光増幅装置は、ＤＣＦと希土類添加増幅器の長さを短くしてその費用を低減するためのもので、３ポートサーキュレータ２１と入力光信号を反射して伝送するためのＦＲＭ(Faraday Rotator Mirror)２６とを備える。
【００１５】
より詳細に説明すると、入力光信号２０１は３ポートサーキュレータ２１のポート１に入力され、ポート２を通じてＷＤＭカプラー２２に入力される。ＷＤＭカプラー２２は入力された光信号２０２とポンプＬＤ(Laser Diode)２３から入力されたポンプ光信号、即ち伝達された入力光信号２０２の状態を励起させるための光信号をカップリングして希土類添加増幅器２４に伝達する。
【００１６】
希土類添加増幅器２４はＷＤＭカプラー２２から受信された光信号を増幅し、ＤＣＦ２５は増幅された光信号を受信して分散補償を遂行する。そして、ＦＲＭ２６はこのように増幅及び分散補償された光信号を反射する。
【００１７】
ＦＲＭ２６により反射された光信号はＤＣＦ２５と希土類添加増幅器２４を通じて分散補償と光増幅された後、ＷＤＭカプラー２２を通じて出力される。このようにＷＤＭカプラー２２を通じて出力される光信号２０３は、サーキュレータ２１のポート２とポート３を通じて出力光信号２０４として出力される。
【００１８】
図２の従来技術に従う反射型分散補償光増幅装置を図１の一般分散補償光増幅装置と比較すると、反射を通じて動作を遂行することにより、希土類添加増幅器(例えば、ＥＤＦＡ)とＤＣＦの長さを１／２に低減できる効果がある。即ち、図１での希土類添加増幅器１３の長さがＬ１-１であり、ＤＣＦ１４の長さが Ｌ１-２であれば、図２での希土類添加増幅器２４の長さであるＬ２-１はＬ１-１／２になり、ＤＣＦ２５の長さであるＬ２-２はＬ１-２/２になる。従って、生産費を非常に節減することができ、また、増幅器の長さが短くなるにつれてポンプパワーを低減することができる効果がある。
【００１９】
しかし、光信号が、増幅後に分散補償され、反射された後、さらに分散補償され、増幅されることにより、光ファイバ増幅器の高い光出力信号のＤＣＦ入射で発生する“レイリー散乱(Rayleigh scattering)”の影響を再増幅させるようになり、伝送品質を低下させる問題点がある。
【００２０】
即ち、一回の増幅比(出力／入力)を“α”とし、一回の分散補償時のレイリー散乱による影響を“β”とすると、入力信号“Ｉ”は一回の増幅により“Ｉα”になり、二回の分散補償により“Iα+２β”になり、最後の増幅により“(Iα+２β)α”になる。このように図１で提示した一般的な分散補償光増幅装置に比べて分散補償時のレイリー散乱による影響(２β)が“α”倍増加することがわかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上の技術背景に鑑みて本発明の目的は、ＤＣＦで発生したレイリー散乱による影響が光ファイバ増幅器で増幅されることを防止しながら、反射型増幅装置の利点を維持する反射型分散補償光増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような目的を達成するために本発明の反射型分散補償光増幅装置は、第１反射手段を有し、入力された光信号を増幅した後に第１反射手段により反射させて再び増幅する増幅手段と、第２反射手段を有し、増幅手段で増幅された光信号を分散補償した後に第２反射手段により反射させてさらに分散補償を遂行する分散補償手段と、外部から入力された光信号を増幅手段に伝達し、増幅手段から出力された光信号を分散補償手段に伝達し、分散補償手段から出力された光信号を外部へ出力するための光経路変換手段と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
その増幅手段は、励起用のポンプ光信号を発生するポンプ光発生手段と、入力された光信号とポンプ光信号を結合するためのＷＤＭカップリング手段と、このＷＤＭカップリング手段から出力された光信号を増幅し、さらに、第１反射手段により反射された光信号を増幅する希土類添加増幅手段と、この希土類添加増幅手段を通じて伝達されてきた光信号を反射して希土類添加増幅手段に伝達する第１反射手段と、を備える構成とすることができる。また、分散補償手段は、光経路変換手段を通じて入力された増幅後の光信号を分散補償し、さらに、第２反射手段により反射された光信号を分散補償する分散補償光ファイバと、この分散補償光ファイバを通じて伝達されてきた光信号を反射して分散補償光ファイバに伝達する第２反射手段と、を備える構成とすることができる。さらに、光経路変換手段は、増幅手段と分散補償手段とを接続し、且つ分散補償手段で発生したレイリー散乱が増幅手段に影響を与えないようにするサーキュレータとすることができる。希土類添加増幅手段はＥＤＦＡ、第１反射手段及び第２反射手段はＦＲＭとすることが可能で、分散補償光ファイバは、光信号の分散補償を遂行するために、伝送のために使用されている光ファイバと反対の分散値を有するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、ＤＣＦで発生したレイリー散乱の影響が光増幅器により増幅されることを防止するので、伝送特性が良好であるだけではなく、既存の反射型増幅器(reflective amplifier)の利点をそのままに維持することができる効果がある。
【００２５】
即ち、希土類添加増幅器の長さとＤＣＦの長さを１／２に低減することができ、希土類添加増幅器のポンプＬＤのパワー(power)を低減することができ、ＦＲＭを使用することにより入力光信号の任意の偏光(polarization)状態が維持され、ＰＭＤも補償することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００２７】
図３は本発明に従う反射型分散補償光増幅装置の構成例を示した図である。
【００２８】
図３を参照すると、反射型分散補償光増幅装置は、入力された光信号を増幅するための増幅部３２、増幅された光信号に対して分散補償を遂行するための分散補償部３３、及び入力された光信号を増幅部３２に伝達し、これにより増幅された光信号を分散補償部３３に伝達し、分散補償部３３から分散補償された光信号を出力端に伝達するためのサーキュレータ３１を備える。
【００２９】
本発明では、従来の反射型光増幅装置の問題点を解消するために２個の反射部(reflection unit)を設け、増幅と分散補償をそれぞれ遂行するようにすることにその特徴がある。
【００３０】
図３を参照すると、入力された光信号３０１は４ポートサーキュレータ３１を通じて増幅部３２の入力光信号３０２として伝達され、増幅部３２で増幅された光信号３０３は４ポートサーキュレータ３１を通じて分散補償部３３の入力光信号３０４として伝達され、分散補償部３３で分散補償された光信号３０５は４ポートサーキュレータ３１を通じて出力光信号３０６として出力される。
【００３１】
図３に示した増幅部３２は、図４でより詳細に示す。図４は本発明に従う反射型分散補償光増幅装置に使用される増幅部３２の詳細構成例である。
【００３２】
図４を参照すると、 増幅部３２は、入力光信号３０２の状態を励起させるためのポンプ光信号を発生させるポンプＬＤ(Laser Diode)３２-２、入力光信号３０２とポンプＬＤ３２-２からのポンプ光信号を結合するためのＷＤＭカプラー３２-１、 ＷＤＭカプラー３２-１の出力光信号を増幅するための希土類添加増幅器３２-３、及び増幅された光信号を反射して希土類添加増幅器３２-３を通じて光増幅を再遂行し、出力光信号３０３を発生するためのＦＲＭ３２-４を備える。
【００３３】
一方、図３に示した分散補償部３３は、図５でより詳細に示す。図５は本発明に従う反射型分散補償光増幅装置に使用される分散補償部３３の詳細構成例である。
【００３４】
図５を参照すると、 分散補償部３３は、増幅された入力光信号３０４の光ファイバの分散補償を遂行するためのＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)３３-１、及び分散補償された光信号を反射し、ＤＣＦ(Dispersion Compensating Fiber)３３-１を利用してさらに分散補償を遂行して分散補償された光信号３０５を発生するためのＦＲＭ３３-２を備える。
【００３５】
特に、増幅部３２と分散補償部３３で使用したように、反射体としてＦＲＭ(Faraday Rotator Mirror)３２-４，３３-２を使用すると、希土類添加増幅器３２-３やＤＣＦ３３-１により生成され得るＰＭＤ(Polarization Mode Dispersion)を補償することができる。ＦＲＭは入射光信号と反射光信号の偏光(polarization)が互いに直交(orthogonal)するようにする。ファイバの構造的な限界や外部からの影響により光信号がファイバを進行する時、ファイバ内のＸ軸とＹ軸の進行速度に差異が発生し、相対的な時間遅延(time delay)による位相差が発生してＰＭＤが生じ得る。ＦＲＭを使用すると、入射光信号に対して偏光が９０°である光信号が反射され、入射光信号と同一の経路を反対に進行しながら時間遅延による位相差が相殺されるので、入力光信号の任意の(arbitrary)偏光(polarization)状態を維持することができ、ＰＭＤ(Polarization Mode Dispersion)を補償することができる。ただし、本発明で使用可能な反射体がＦＲＭに限定されるものではない。
【００３６】
本発明に従う反射型分散補償光増幅装置の動作を詳細に説明すると、サーキュレータ３１の一番目ポートに入力された光信号３０１は、二番目ポートに接続された増幅部３２に入射される(３０２)。
【００３７】
図４を参照すると、増幅部３２のＷＤＭカプラー３２-１は二番目ポートから入射された光信号３０２とポンプＬＤ３２-２のポンプ光を結合して、希土類添加増幅器３２-３に伝達する。そして、希土類添加増幅器３２-３の出力端にはＦＲＭ３２-４が接続されており、増幅された光信号をさらに反射させる。ＦＲＭ３２-４は入射された光信号と反射された光信号の偏光(polarization)が直交(orthogonal)するようにする。そして、反射された光信号はさらに希土類添加増幅器３２-３により増幅された後、サーキュレータ３１の二番目ポートに戻って(３０３)、サーキュレータ３１の三番目ポートに接続された分散補償部３３に入射される(３０４)。
【００３８】
サーキュレータ３１の三番目ポートに接続されたＤＣＦ３３-１に入射された光信号３０４は、ＤＣＦ３３-１により分散補償が遂行された後、ＤＣＦ３３-１の出力端に接続されたＦＲＭ３３-２により反射される。そして、反射された光信号はさらにＤＣＦ３３-１を通過して分散補償を遂行した後、サーキュレータ３１の三番目ポートに対する入力光信号３０５になり、サーキュレータ３１の四番目ポートから出力光信号３０６として出力される。
【００３９】
このように、４ポートサーキュレータを使用して入出力端と増幅部、分散補償部を分けて動作させる本発明に従う反射型分散補償光増幅装置は、光信号が希土類添加増幅器を２回通過するようになるので、希土類添加増幅器の長さ及びポンプＬＤのパワー(power)を低減することができる。また、入射された光信号と反射された光信号の偏光(polarization)を直交(orthogonal)するようにするＦＲＭの特性のため、サーキュレータの二番目ポートに入射された光信号３０２の任意の偏光(polarization)状態が維持されるので、希土類添加増幅器によるＰＭＤも補償される。
【００４０】
同様に、光信号がＤＣＦを２回通過するので、ＤＣＦの長さを１／２に低減することができる。そして、ＦＲＭにより反射されるので、サーキュレータの三番目ポートに入射された光信号３０４の任意の偏光(polarization)状態が維持され、ＤＣＦによるＰＭＤも補償される。そして、ＤＣＦで発生した“レイリー散乱(Rayleigh Scattering)”の影響は、サーキュレータの特性により、分散後の光信号が光増幅器部分に再入射されないので、図２に示した従来の反射型分散補償光増幅装置に比べて伝送特性が向上する。
【００４１】
このような本発明は、ＤＣＦで発生したレイリー散乱の影響が光増幅器により増幅されることを防止するので、伝送特性が良好であるだけではなく、既存の反射型増幅器(reflective amplifier)の利点をそのままに維持することができる効果がある。
【００４２】
即ち、希土類添加増幅器の長さとＤＣＦの長さを１／２に低減することができ、希土類添加増幅器のポンプＬＤのパワー(power)を低減することができ、ＦＲＭを使用することにより入力光信号の任意の偏光(polarization)状態が維持され、ＰＭＤも補償することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一般的な分散補償光増幅装置の構成図。
【図２】従来の反射型分散補償光増幅装置の構成図。
【図３】本発明に従う反射型分散補償光増幅装置の構成図。
【図４】本発明に従う反射型分散補償光増幅装置に使用される増幅部の詳細構成図。
【図５】本発明に従う反射型分散補償光増幅装置に使用される分散補償部の詳細構成図。
【符号の説明】
【００４４】
３１  サーキュレータ（４ポート）
３２  増幅部
３２−１  ＷＤＭカプラー
３２−２  励起光源
３２−３  希土類添加増幅器（ＥＤＦＡ）
３２−４  反射手段（ＦＲＭ）
３３  分散補償部
３３−１  分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）
３３−２  反射手段（ＦＲＭ）
【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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