(57)【要約】親局・子局間の光通信において、下り信号光を発生する親局の信号用レーザ光源ｈｉｇｈ  ＬＤの波長を、光ファイバ２を伝搬する上り光信号をラマン増幅する効果を持つ波長とする。光ファイバ２において、子局から親局へ伝送される上り光信号が当該光ファイバ２を伝搬する間に、前記信号用レーザ光源ｈｉｇｈ  ＬＤの下り信号光によって、その上り光信号が増幅される。
2004091123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親局と子局との間を光ファイバで接続した光通信システムにおいて、
下り信号光を発生する信号用光源の波長を、光ファイバを伝搬する上り光信号をラマン増幅する効果を持つ波長とし、光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される上り光信号が当該光ファイバを伝搬する間に、その上り光信号が増幅されることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記光ファイバの少なくとも一部に高非線形性ファイバを使用することを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】
前記下り信号光には、オンオフされる光を使用し、その変調方式には、データの符号０が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動し、符号１が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動する変調方式を使用する請求項１又は請求項２記載の光通信システム。
【請求項４】
前記幹線光ファイバにおいて、上り信号光が増幅される部分の長さが、前記下り信号光のオン状態とオフ状態の組に対応する光ファイバの長さより長い距離である請求項３記載の光通信システム。
【請求項５】
親局において、受光素子に入射する光の波長を選択するための光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光通信システム。
【請求項６】
親局と、受動型光分岐器を備える光分岐局の間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ支線光ファイバで接続したＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムにおいて、
下り信号光を発生する信号用光源の波長を、幹線光ファイバを伝搬する上り光信号をラマン増幅する効果を持つ波長とし、幹線光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される上り光信号が当該幹線光ファイバを伝搬する間に、その上り光信号が増幅されることを特徴とするＰＯＮシステム。
【請求項７】
前記幹線光ファイバの少なくとも一部に高非線形性ファイバを使用することを特徴とする請求項６記載のＰＯＮシステム。
【請求項８】
前記下り信号光には、オンオフされる光を使用し、その変調方式には、データの符号０が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動し、符号１が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動する変調方式を使用する請求項６又は請求項７記載のＰＯＮシステム。
【請求項９】
前記幹線光ファイバにおいて、上り信号光が増幅される部分の長さが、前記下り信号光のオン状態とオフ状態の組に対応する幹線光ファイバの長さより長い距離である請求項８記載のＰＯＮシステム。
【請求項１０】
信号用光源と光合分波器が親局に設置され、信号用光を、光合分波器を通して、親局から光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載のＰＯＮシステム。
【請求項１１】
受動型光分岐器としてスターカプラーを使用する請求項６〜請求項１０のいずれかに記載のＰＯＮシステム。
【請求項１２】
受動型光分岐器として、下り信号光には、スターカプラーを使用し、上り信号光には、波長の違いを利用して上り信号光を合波、分岐することができるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を使用することを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載のＰＯＮシステム。
【請求項１３】
親局と、受動型光分岐器を備える光分岐局の間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ支線光ファイバで接続したＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムにおいて、
光ファイバ（幹線光ファイバ、支線光ファイバを含むものとする。以下この項において同じ）を伝搬する光信号を増幅する効果を持つ波長の増幅用光を発生する増幅用光源と、前記増幅用光を前記光ファイバに注入するための光合分波器とを備え、光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される光信号が当該光ファイバを伝搬する間に、その光信号が増幅されることを特徴とするＰＯＮシステム。
【請求項１４】
光信号を増幅する機能として、ラマン増幅を用い、増幅用光は信号光と反対方向に伝搬することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項１５】
高非線形性ファイバを使用することを特徴とする請求項１３又は請求項１４記載のＰＯＮシステム。
【請求項１６】
光信号を増幅する機能として、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を用い、増幅用光は信号光と同一方向であることを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項１７】
増幅用光源と光合分波器が親局に設置され、増幅用光を、親局から光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項１８】
増幅用光源と光合分波器が光分岐局に設置され、増幅用光を、光合分波器から親局に向けて幹線光ファイバに注入することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項１９】
第２の光合分波器と、第３の光合分波器と、第２の光合分波器と第３の光合分波器とを接続する光路とが光分岐局に設置され、上り信号用幹線光ファイバを伝送する増幅用光を、第２の光合分波器から取り出し、前記光路を通して第３の光合分波器に供給し、第３の光合分波器から親局に向けて下り信号用幹線光ファイバに注入することを特徴とする請求項１７記載のＰＯＮシステム。
【請求項２０】
増幅用光源と光合分波器とが光分岐局に設置され、増幅用光を子局に向けて、受動型光分岐器を通して、支線光ファイバに注入することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項２１】
増幅用光源と光合分波器が親局に設置され、増幅用光を、親局から、光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入し、光分岐局にて、増幅用光を幹線光ファイバに対して全反射させる反射器を設けたことを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項２２】
増幅用光源と光合分波器が親局に設置され、増幅用光を、親局から、光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入し、光分岐局に第２の光合分波器と反射器を設置し、幹線光ファイバを伝送する増幅用光を、第２の光合分波器から取り出し、前記反射器によって全反射させることを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項２３】
光合分波器が光分岐局に設置され、
親局と光分岐局との間に、幹線光ファイバ以外に光ファイバを設け、前記増幅用光源を親局に設置し、増幅用光を、前記光ファイバを通して光合分波器に供給し、増幅用光を、光合分波器から親局に向けて幹線光ファイバに注入することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項２４】
受動型光分岐器としてスターカプラーを使用する請求項１７〜請求項２３のいずれかに記載のＰＯＮシステム。
【請求項２５】
親局と光分岐局との間に、幹線光ファイバ以外に光ファイバを設け、前記増幅用光源を親局に設置し、増幅用光を、前記光ファイバを通して光合分波器の子局側の１光路に、親局に向けて注入することを特徴とする請求項１３記載のＰＯＮシステム。
【請求項２６】
受動型光分岐器として、波長の違いを利用して光を合波、分岐することができるＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を使用することを特徴とする請求項１７〜請求項２３のいずれか又は請求項２５記載のＰＯＮシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、親局と子局との間を光ファイバで接続した光通信システムに関するものである。
本発明は、光通信システムにおいて、特に、親局と受動型光分岐器を備える光分岐局との間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ支線光ファイバで接続したＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムに関するものである。
【背景技術】  親局と複数の子局との間を、光データ通信ネットワークを使って双方向通信するシステムにおいて、親局と各子局との間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶネットワーク構成が実用化されている（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｔａｒ）。このネットワーク構成では、システム、機器構成は簡単になるが、各子局が１本の光ファイバを占有するので、システムの低価格化を図るのが困難である。
そこで、１本の光ファイバを、複数の子局で共有するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム（ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｔａｒ）ともいう）が提案されている。このＰＯＮシステムは、親局と受動型光分岐器を備える光分岐局との間を幹線光ファイバで接続し、光分岐局と複数の子局との間をそれぞれ支線光ファイバで接続したものである。
ＰＯＮシステムでは、光伝送のために必要とされるパワーを確保するため、光分岐局に光増幅器を組み込んで、光ファイバを伝送する光信号を増幅する構成が提案されている（特開平９−１８１６８６号公報参照）。
ところが、前記の構成では、光分岐局に光増幅器を使用するため、その入手と設置にコストがかかり、また、設置後故障すれば光分岐局に行かなければならず、メンテナンスの手間がかかるという問題がある。
また、ＰＯＮシステムにかぎらず、一般の光通信システムにおいても、親局と複数の子局との間の光ファイバに光増幅器を挿入することが行われているが、光増幅器を使用するため、その入手と設置にコストがかかり、また、設置後故障すれば光増幅器の設置場所まで行かなければならず、メンテナンスの手間がかかるという問題がある。
そこで、単体の光増幅器を使用しないで、増幅機能を、光ファイバに分散して持たせることができれば、メンテナンスが容易になり、かつ、量産によるコストの低下も見込める。
【発明の開示】
そこで、本発明は、光ファイバに光増幅機能を持たせることができる光通信システムを提供することを目的とする。
本発明の光通信システムは、下り信号光を発生する信号用光源の波長を、光ファイバを伝搬する上り光信号をラマン増幅する効果を持つ波長とし、光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される上り光信号が当該光ファイバを伝搬する間に、その上り光信号が増幅されることを特徴とする。
この構成によれば、信号用光源を用いて、上り光信号を増幅する効果を持つ波長の信号用光を発生し、光ファイバを通して、子局に伝送する。これにより、簡単に、当該光ファイバを伝送する上り信号光を増幅することができる。なお、親局・子局の選択は任意であり、ラマン増幅する効果を持つ波長信号用光源を備えるほうを親局とすればよい。
図１５は、ラマン増幅の条件を示すグラフであり、横軸に波長、縦軸に伝搬時の光電力をとっている。信号光と増幅用光は、互いに反対方向に伝搬するものとする。ラマン増幅を行うには、増幅用光の波長は、信号光の波長より約０．１μｍ短ければよい。
さらに、当該増幅の条件として、ラマンゲイン（ｇＲ／Ａｅｆｆ）ＰｐＬｅｆｆが０．１ｄＢ以上であることがこのましい。ここで、（ｇＲ／Ａｅｆｆ）は光ファイバのラマンゲイン係数、Ｐｐは光ファイバに入力されるポンピングパワー、Ｌｅｆｆはポンピング光が作用する光ファイバに沿った実効距離である。
前記光ファイバの少なくとも一部に高非線形性ファイバを使用することが好ましい（請求項２）。高非線形性ファイバとはラマンゲイン（ｇＲ／Ａｅｆｆ）ＰｐＬｅｆｆが４ｄＢ以上の光ファイバをいう。例えばコア径を一般のシングルモード光ファイバよりわずかに細くすることにより製作することができる。高非線形性ファイバを使用すれば、強い非線形効果が得られるので、光信号の増幅利得を高くとることができる。したがって、下り信号光を発生する信号用光源のパワーが比較的弱かったり、距離が短かったりしても、上り信号を増幅することができる。「少なくとも一部」としたのは、高非線形性ファイバを伝送路全体に使用する必要はなく、必要な増幅利得を得るのに十分な距離だけ使用すればよいからである。例えば、長距離伝送する場合などでは、高非線形性ファイバとＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）とを直列に接続し、親局の信号用光源に近い部分を高非線形性ファイバ、遠い部分をＳＭＦで構成すると、効果的である。
前記下り信号光には、オンオフされる光を使用し、その変調方式には、データの符号０が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動し、符号１が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動する変調方式を使用するとよい（請求項３）。こうすれば、オン状態が長時間連続したり、オフ状態が長時間連続したりすることがないため、増幅利得の変動を押えることができ、安定した増幅特性を得ることができる。とくに、オン状態とオフ状態の割合が一定であれば、増幅利得変動を抑制するのに効果的である。
前記光ファイバにおいて、上り信号光が増幅される部分の長さが、前記下り信号光のオン状態とオフ状態の組に対応する光ファイバの長さより長い距離でることが望ましい（請求項４）。例えば、ある長さＬ（ｍ）の光ファイバを、光信号が速度ｃ／ｎ（ｍ／ｓｅｃ）で伝搬するとする。ｃは真空中の光の速度、ｎは光ファイバの実効屈折率とする。１組のオン状態とオフ状態の組で平均αビット伝送する符号化方式を使用し、信号の伝送速度をＡ（ビット／ｓｅｃ）とすると、長さＬ（ｍ）の光ファイバには、
ｎＬＡ／αｃ
組のオン状態とオフ状態が存在する。ここで前記「下り信号光のオン状態とオフ状態の組」の中の約半分では光信号が存在するので、光ファイバの長さＬ（ｍ）を、αｃ／ｎＡ（ｍ）よりも長くすることにより、その光ファイバの長さＬ（ｍ）にわたって安定したラマン増幅を行うことができる。
親局において、受光素子に入射する光の波長を選択するための光フィルタが設けられていることが望ましい（請求項５）。
本発明のＰＯＮシステムは、下り信号光を発生する信号用光源の波長を、幹線光ファイバを伝搬する上り光信号をラマン増幅する効果を持つ波長とし、幹線光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される上り光信号が当該幹線光ファイバを伝搬する間に、その上り光信号が増幅されるものである（請求項６）。
前記の構成によれば、信号用光源を用いて、上り光信号を増幅する効果を持つ波長の信号用光を発生し、幹線光ファイバ、光合分波器を通して、子局に分配する。これにより、簡単に、当該幹線光ファイバを伝送する上り信号光を増幅することができる。
光信号を増幅する機能として、ラマン増幅を用いるので、下り信号用光を伝搬させることにより、当該光ファイバを伝送する上り信号光を分散して増幅することができる。以上のように、光ファイバに光増幅機能を持たせることにより、光分岐局に光増幅器を用意する必要がなく、簡単な構成のＰＯＮシステムを実現することができる。
前記幹線光ファイバの少なくとも一部に高非線形性ファイバを使用することが好ましい（請求項７）。この高非線形性ファイバを用いれば、強い非線形効果が得られるので、比較的弱い増幅光で高利得を得ることができる。したがって、信号用光源の光パワーが比較的低くても済む。なお、長距離伝送する場合などでは、高非線形性ファイバとＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）とを直列に接続し、親局の信号用光源に近い部分を高非線形性ファイバ、遠い部分をＳＭＦで構成すると、一層効果的である。
以上の場合に、下り信号光をオンオフする変調方式には、データの符号０が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動し、符号１が続いたときでもオン状態とオフ状態が変動する変調方式を使用すれば（請求項８）、オン状態の光信号に対してラマン増幅を行えるので、安定した増幅特性を得ることができる。なお、信号光を偏光変調や位相変調する方式を用いれば、光パワーが時間的にほとんど変化しないので、符号方式を考慮することなく、常に安定した増幅が行える。
また、安定した増幅特性を得るには、前記幹線光ファイバにおいて、上り信号光が増幅される部分の長さが、前記下り信号光のオン状態とオフ状態の組に対応する幹線光ファイバの長さより長い距離であることが好ましい（請求項９）。
以下、本発明のＰＯＮシステムの具体的構成を説明する。括弧内の図番は、後述の実施形態で説明するときに用いる対応図番を表す。
本発明のＰＯＮシステムの構成として、親局に信号用光源と光合分波器とを設置し、信号用光を、光合分波器を通して、親局から光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入すれば、親局、光分岐局間で、上り光信号を増幅することができる（請求項１０）。子局からの光信号は、長い伝搬路を通り、親局−光分岐局間も、距離が長いことが多いので、この間の光信号の増幅は有効である。
前記システム構成では、受動型光分岐器としてスターカプラーを使用することができる（請求項１１；図４）。この構成によれば、安価なスターカプラーを使用することで、製造・管理コストを低減できる。また全子局が同一波長の光信号を扱えるので、子局の製造コストを抑えることができる。
また、前記システム構成では、受動型光分岐器として、下り信号光には、スターカプラーを使用し、上り信号光には、波長の違いを利用して上り信号光を合波、分岐することができるＡＷＧを使用することができる（請求項１２；図５）。上り信号用にＡＷＧを使用することで、低損失で上り信号光を合波、分離でき、子局の信号用光源の光パワー設計に余裕が出る。
また、本発明のＰＯＮシステムは、光ファイバ（幹線光ファイバ、支線光ファイバを含む）を伝搬する光信号を増幅する効果を持つ波長の増幅用光を発生する増幅用光源と、前記増幅用光を前記光ファイバに注入するための光合分波器とを備え、光ファイバにおいて、親局・子局間で伝送される光信号が当該光ファイバを伝搬する間に、その光信号が増幅されるものである（請求項１３）。
前記の構成によれば、増幅用光源を用いて、光信号を増幅する効果を持つ波長の増幅用光を発生し、光合分波器を通して、光ファイバに注入する。これにより、簡単に、当該光ファイバを伝送する信号光を増幅することができる。
光信号を増幅する機能として、ラマン増幅を用いれば、増幅用光を信号光と反対方向に伝搬させることにより（請求項１４）、当該光ファイバを伝送する信号光を分散して増幅することができる。
ラマン増幅を実現する光ファイバとして，高非線形性ファイバを使用することが可能である（請求項１５）。この高非線形性ファイバを用いれば、強い非線形効果が得られるので、比較的弱い増幅光で高利得を得ることができる。なお、長距離伝送する場合などでは、高非線形性ファイバとＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）とを接続し、増幅用光源に近い部分を高非線形性ファイバ、遠い部分をＳＭＦで構成すると、一層効果的である。
また、ラマン増幅以外に、光信号を増幅する機能として、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を用いれば（請求項１６）、エルビウムイオンの誘導放出を利用することによって、増幅用光と同一方向の信号光を増幅することができる。
以上の場合に、増幅用光を無変調光とすれば、さらに安定した増幅特性を得ることができる。
親局に増幅用光源と光合分波器とを設置し、増幅用光を、親局から光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入すれば、親局、光分岐局間で、光信号を増幅することができる（請求項１７；図６）。子局からの光信号は、長い伝搬路を通り、親局−光分岐局間も、距離が長いことが多いので、この間の光信号の増幅は有効である。
光分岐局に増幅用光源と光合分波器とを設置し、増幅用光を、光合分波器から親局に向けて幹線光ファイバに注入すれば、親局、光分岐局間で、光信号を増幅することができる（請求項１８；図７）。
請求項１７記載の構成に追加して、第２の光合分波器と、第３の光合分波器と、第２の光合分波器と第３の光合分波器とを接続する光路とを光分岐局に設置し、上り信号用幹線光ファイバを伝送する増幅用光を、第２の光合分波器から取り出し、前記光路を通して第３の光合分波器に供給し、第３の光合分波器から親局に向けて下り信号用幹線光ファイバに注入することができる（請求項１９；図８）。
この構成によれば、親局から上り信号用幹線光ファイバを伝送してきた増幅用光を、親局に向けて下り信号用幹線光ファイバに再度注入することにより、下り信号光を増幅できる。ここで、上り信号光と下り信号光を同じ波長にすれば、１つの増幅用光源で、上り下り両方の信号を効率よく増幅することができる。
光分岐局に増幅用光源と光合分波器と設置し、増幅用光を子局に向けて、受動型光分岐器を通して、支線光ファイバに注入するという構成も採用できる（請求項２０；図９）。この構成であれば、光分岐局、子局間の光信号の増幅を行うことができる。
また親局に、増幅用光源と光合分波器を設置し、増幅用光を、親局から、光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入し、光分岐局にて、増幅用光を幹線光ファイバに対して全反射させる反射器を設ければ（請求項２１；図１０）、光分岐局に増幅用光源を設けなくとも、親局に設けた増幅用光源で光信号を増幅することができる。反射器は、例えばＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）で実現できる。
親局に増幅用光源と光合分波器とを設置し、増幅用光を、親局から、光分岐局に向けて幹線光ファイバに注入し、光分岐局に第２の光合分波器と反射器を設置し、幹線光ファイバを伝送する増幅用光を、第２の光合分波器から取り出し、前記反射器によって全反射させるという構成も採用できる（請求項２２；図１１）。光分岐局に増幅用光源を設けなくとも、親局に設けた増幅用光源で光信号を増幅することができる。
光分岐局に光合分波器を設置し、親局と光分岐局との間に、幹線光ファイバ以外に光ファイバを設け、前記増幅用光源を親局に設置し、増幅用光を、前記光ファイバを通して光合分波器に供給し、増幅用光を、光合分波器から親局に向けて幹線光ファイバに注入する構成も可能である（請求項２３；図１２）。この構成では、親局と光分岐局との間に光ファイバを布設することで、増幅用光源を光分岐局に設置する必要がないので、増幅用光源の保守管理が容易にできる。また受動型光分岐器により、光合分波器の動作が得られる。
前記請求項１７〜請求項２３のシステム構成では、受動型光分岐器としてスターカプラーを使用することができる（請求項２４）。安価なスターカプラーを使用することで、製造・管理コストを低減できる。
親局と光分岐局との間に、幹線光ファイバ以外に光ファイバを設け、前記増幅用光源を親局に設置し、増幅用光を、前記光ファイバを通して光合分波器の子局側の１光路に、親局に向けて注入するという構成も可能である（請求項２５；図１３）。
この構成では、親局と光分岐局との間に光ファイバを布設することで、増幅用光源を光分岐局に設置する必要がないので、増幅用光源の保守管理が容易にできる。また受動型光分岐器により、光合分波器の動作が得られる。したがって、受動型光分岐器とは別の光合分波器を用意する必要がなく、光分岐局の構成が簡単になる。
前記請求項１７〜請求項２５（請求項２４を除く）のシステム構成では、光分岐局として、異なる波長の光を合波、分岐することができるＡＷＧを使用することができる（請求項２６）。ＡＷＧを使用することで、低損失で増幅光を分離できる。
以上のように本発明によれば、光ファイバに光増幅機能を持たせることにより、光分岐局に光増幅器を用意する必要がなく、簡単な構成のＰＯＮシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の光増幅機能を有する光通信システムを示すブロック図である。
図２は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。
図３は、本発明の光増幅機能を有するＰＯＮシステムの全体を示すブロック図である。
図４は、親局の信号用Ｈｉｇｈ  ＬＤを利用して、幹線光ファイバを伝搬する上り信号を増幅する本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図５は、信号光を合波分波するのに、下り信号光にスターカプラーを使用し、上り信号光にＡＷＧを使用した本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図６は、親局に増幅用ＬＤを設置して、幹線及び支線光ファイバを伝搬する上り信号を増幅する本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図７は、光分岐局にも増幅用ＬＤを設置して、親局からの下り信号を増幅する本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図８は、親局に増幅用ＬＤを１つ設置するだけで、親局への上り信号と、親局からの下り信号を増幅することのできる本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図９は、図７の構成に追加して、子局から親局へ上り光信号を、光分岐局に設置した増幅用ＬＤｂの光によって増幅するＰＯＮシステムの構成を示す構成図である。
図１０は、親局に２つの増幅用ＬＤ２，ＬＤ３を設置して、ＬＤ２の光で幹線光ファイバを伝搬する下り信号を増幅し、ＬＤ３の光で幹線及び支線光ファイバを伝搬する上り信号を増幅することのできる本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図１１は、親局に２つの増幅用ＬＤ２，ＬＤ３を設置して、ＬＤ２の光で幹線光ファイバを伝搬する下り信号を増幅し、ＬＤ３の光で幹線及び支線光ファイバを伝搬する上り信号を増幅することのできる本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図１２は、親局に２つの増幅用ＬＤ１，ＬＤ２を設置して、幹線光ファイバを伝搬する上り、下り信号を増幅することのできる本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図１３は、親局に２つの増幅用ＬＤ１，ＬＤ２を設置して、幹線光ファイバを伝搬する上り、下り信号を増幅することのできる本発明のＰＯＮシステムを示す構成図である。
図１４は、ＷＤＭＦの構造を示す斜視図である。
図１５は、ラマン増幅の波長対光パワーの条件を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
Ａ．光通信システム
図１は、本発明の光増幅機能を有する光通信システムを示すブロック図である。局舎内の光通信システム構成部分を「親局」といい、中継局内の光通信システム構成部分を「子局」という。光通信システムは、親局１、子局５、光分岐局６及び加入者宅７を備え、親局１と子局５との間を光ファイバ２で接続している。光ファイバ２はシングルモードファイバを用いている。
親局１から子局５への下り伝送信号及び子局５から親局１への上り伝送信号は、それぞれパケットで構成される。
親局１は、上位のネットワーク（インターネットなど）から送られてくるパケットを受けて、光ネットワークを通して子局５に送り出し、子局５から送られてきたパケットを受信し、上位のネットワークに送り出す機能を有している。
親局１は、光ファイバとの接続端となるメディアコンバータ（Ｍｅｄｉａ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、レイヤ２スイッチ、及び上位のネットワークの接続端となるブロードバンドアクセスルータ等を備えている。
子局５は、ブロードバンド信号を光ネットワークに送受するメディアコンバータ（Ｍｅｄｉａ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、光伝送路終端装置ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）等を備えている。
加入者宅７は、宅内に設置されるパーソナルコンピュータＰＣ、パーソナルコンピュータＰＣのブロードバンド信号を光ネットワークに送受する光加入者線終端装置ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）等を備えている。
前記光通信システムの動作を簡単に説明すると、上位のネットワークから親局１に入ってくる下りパケットは、親局１においてレイヤ２スイッチで所定の処理が行われる。そして、メディアコンバータを通して光ネットワークに送信される。光ネットワークに送信された光信号は、子局５に送信され、子局５は、その光信号を取り込み、パケットを復号解読する。
一方、子局５から送信される上りパケットは、親局１に送信される。親局１では、レイヤ２スイッチで所定の処理が行われた後、ここからブロードバンドアクセスルータを介して上位のネットワークに送信される。
親局１から送信される信号の符号化方法は、データの０や１の状態が長く続いても、高レベルか低レベルかに片寄らない方法を採用する。例えばデータが０のときはビットの中央で高レベルから低レベルへ反転し、データが１のときはビットの中央で低レベルから高レベルへ反転するマンチェスタ符号を採用することができる。また、ＮＲＺ符号を採用するときは、もともとのデータに冗長ビットを付加し、０や１が続かないように変換する方式を用いても同じ効果が得られる。
以下、この光ネットワークに備えられる光増幅機能を説明する。
図２は、親局１のメディアコンバータ及び子局５のメディアコンバータ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成は、親局１のメディアコンバータにハイパワーの信号用レーザダイオード（Ｈｉｇｈ  ＬＤ）を設置して、この光により子局５から親局１までの上り信号を増幅している。
親局１のメディアコンバータは、下り信号用のレーザダイオード（Ｈｉｇｈ  ＬＤ；送信波長１．４μｍ）と、上り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．５μｍ）とを具備している。Ｈｉｇｈ  ＬＤとＰＤとは、ＷＤＭＦ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ；波長分割多重フィルタ）を通して光ファイバ２に接続されている。ＰＤには、受信したい波長のみ通過させるバンドパス光フィルタＢＰＦが付加されている。
ＷＤＭＦは、図１４に示すように、誘電体基板６０に導波路６１，６２をλ型に設け、導波路６１，６２の接点部に誘電体多層膜フィルタ６３を形成した構造を有する。導波路６２を伝搬する波長λ１の光は、接点部で反射され、導波路６１を伝搬する波長λ２の光は、接点部を通過する。反射する波長λ１の範囲、通過する波長λ２の範囲は、誘電体多層膜フィルタ６３の設計により設定することができる。
子局５のメディアコンバータは、上り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ；送信波長１．５μｍ）と、下り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．４μｍ）と、ＷＤＭＦと、ＢＰＦとを具備している。
親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、ＷＤＭＦを通過して、光ファイバ２を通り、子局５のメディアコンバータのＷＤＭＦ、ＢＰＦを通り、ＰＤにより受光される。
子局５の信号用ＬＤからの光は、ＷＤＭＦを通り、光ファイバ２を通って親局１のメディアコンバータに入る。この上り信号用の光は、親局１の中で、ＷＤＭＦにより反射され、親局１のＰＤによって受光される。
前記親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、上り信号用の波長１．５μｍの光より波長が約０．１μｍ短いので、光ファイバ２において、上り信号用の波長１．５μｍの光を増幅することができる。
なお、光ファイバ２の親局側部分の一部、例えば３ｋｍ分を高非線形性ファイバ（ＨＮＬＦ）で、残りの部分をＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）で構成することにより、さらに効果的に上り信号光を増幅できる。
図２の構成において、電力設計例をあげる。光ファイバ２を１００ｋｍとし、親局のメディアコンバータ寄りの４ｋｍの部分をＨＮＬＦで構成し、光分岐局寄りの９６ｋｍの部分をＳＭＦで構成する。
ＨＮＬＦの伝搬損失は、波長１．４μｍで０．７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５μｍで０．５ｄＢ／ｋｍとする。ＳＭＦの伝搬損失は波長１．４μｍで０．４ｄＢ／ｋｍ、波長１．５μｍで０．２ｄＢ／ｋｍとする。
＜下り信号＞
Ｈｉｇｈ  ＬＤの光パワー；２６ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
ＨＮＬＦの伝搬損失；０．７ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝２．８ｄＢ
ＳＭＦの伝搬損失；０．４ｄＢ／ｋｍ×９６ｋｍ＝３８．４ｄＢ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
ＢＰＦの透過損失；１ｄＢ
以上の場合、子局のメディアコンバータでの受信光電力は−１８．２ｄＢｍとなる。
＜上り信号＞
信号用ＬＤの光パワー；０ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
ＳＭＦの伝搬損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×９６ｋｍ＝１９．２ｄＢ
ＨＮＬＦの伝搬損失；０．５ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝２．０ｄＢ
ＳＭＦのラマン利得；１．２ｄＢ→半分０．６Ｂ
ＨＮＬＦのラマン利得；１１．６ｄＢ→半分８．８ｄＢ
ＷＤＭＦの透過／反射損失；１ｄＢ
ＢＰＦの透過損失；１ｄＢ
光ファイバ２のラマン利得を無視する場合、親局のＰＤで受信される上り信号の受信電力は、−２４．２ｄＢｍとなる。
光ファイバ２に下り光パワーの２５ｄＢｍを注入しているので、計算上、光ファイバ２の高非線形性部のラマン利得は１１．６ｄＢ、ＳＭＦ部のラマン利得は１．２ｄＢとなる。しかし、親局のメディアコンバータのＨｉｇｈ  ＬＤは常時発光しているのではない。１０００ＢＡＳＥ−ＬＸの光信号は、ＮＲＺ符号を採用しているが、もともとのデータ８ビットに冗長ビット２ビットを付加し、０や１が続かないように変換しているので、無信号状態でも、０のビット数と１のビット数がほぼ等しくなるように符号化されるため、発光時間を約半分とみなすことができる。すると、光ファイバ２のＨＮＬＦのラマン利得は約半分の８．８ｄＢ、ＳＭＦのラマン利得は約半分の０．６ｄＢとなる。したがって、親局のメディアコンバータのＰＤ受信電力は、−２４．２ｄＢｍに（８．８＋０．６）ｄＢを足した−１４．８ｄＢｍとなる。これは、親局のメディアコンバータにおいて余裕をもって受信できるレベルである。
Ｂ．ＰＯＮシステム
図３は、本発明の光増幅機能を有するＰＯＮシステムを示すブロック図である。局舎内のＰＯＮシステム構成部分を「親局」といい、加入者宅内のＰＯＮシステム構成部分を「子局」という。ＰＯＮシステムは、親局１、複数の子局５、及び光分岐局（リモートノードともいう）３を備え、親局１と光分岐局３との間を一芯の幹線光ファイバ２で接続し、光分岐局３と複数の子局５との間をそれぞれ支線光ファイバ４で接続している。幹線光ファイバ２と支線光ファイバ４とを総称して「光ファイバ」という。光ファイバはシングルモードファイバを用いている。
親局１から子局５への下り伝送信号及び子局５から親局１への上り伝送信号は、それぞれパケットで構成される。
親局１は、上位のネットワーク（インターネットなど）から送られてくるパケットを受けて、光ネットワークを通して子局５に送り出し、子局５から送られてきたパケットを受信し、上位のネットワークに送り出す機能を有している。
親局１は、光ファイバとの接続端となる光伝送路終端装置ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）、レイヤ２スイッチ、及び上位のネットワークの接続端となるブロードバンドアクセスルータ等を備えている。
子局５は、宅内に設置されるパーソナルコンピュータＰＣ、パーソナルコンピュータＰＣのブロードバンド信号を光ネットワークに送受する光加入者線終端装置ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）等を備えている。
前記ＰＯＮシステムの動作を簡単に説明すると、上位のネットワークから親局１に入ってくる下りパケットは、親局１においてレイヤ２スイッチで所定の処理が行われる。そして、光伝送路終端装置ＯＬＴを通して光ネットワークに送信される。光ネットワークに送信された光信号は、光分岐局３で分岐され、光分岐局３につながる一部又は全部の子局５に送信されるが、送信先アドレスの合致した子局５がその光信号を取り込み、パケットを復号解読する。
一方、子局５から送信される上りパケットは、光分岐局３を経由して親局１に送信される。親局１では、レイヤ２スイッチで所定の処理が行われた後、ここからブロードバンドアクセスルータを介して上位のネットワークに送信される。
親局１から送信される信号の符号化方法は、データの０や１の状態が長く続いても、高レベルか低レベルかに片寄らない方法を採用する。例えばデータが０のときはビットの中央で高レベルから低レベルへ反転し、データが１のときはビットの中央で低レベルから高レベルへ反転するマンチェスタ符号を採用することができる。また、ＮＲＺ符号を採用するときは、もともとのデータに冗長ビットを付加し、０や１が続かないように変換する方式を用いて同じ効果が得られる。
以下、この光ネットワークに備えられる光増幅機を実現するための構成を説明する。
図４は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、光分岐局３及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成は、ＯＬＴにハイパワーの信号用レーザダイオード（Ｈｉｇｈ  ＬＤ）を設置して、光分岐局３から親局１までの上り信号を増幅している。
光伝送路終端装置ＯＬＴは、下り信号用のレーザダイオード（Ｈｉｇｈ  ＬＤ；送信波長１．４μｍ）と、上り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．５μｍ）とを具備している。Ｈｉｇｈ  ＬＤとＰＤとは、ＷＤＭＦ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ；波長分割多重フィルタ）を通して幹線光ファイバ２に接続されている。
ＷＤＭＦは、図１４に示すように、誘電体基板６０に導波路６１，６２をλ型に設け、導波路６１，６２の接点部に誘電体多層膜フィルタ６３を形成した構造を有する。導波路６２を伝搬する波長λ１の光は、接点部で反射され、導波路６１を伝搬する波長λ２の光は、接点部を通過する。反射する波長λ１の範囲、通過する波長λ２の範囲は、誘電体多層膜フィルタ６３の設計により設定することができる。
子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵは、上り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ；送信波長１．５μｍ）と、下り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．４μｍ）を具備している。
光分岐局３は、幹線光ファイバ２と、支線光ファイバ４とをつなぐ、光合分波のためのスターカップラーを備えている。
親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、ＷＤＭＦを通過して、幹線光ファイバ２を通り光分岐局３に入り、ここでスターカップラーにより複数（例えば３２）に分波されて、支線光ファイバ４にそれぞれ伝搬され、各子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵのＰＤにより受光される。
子局５の信号用ＬＤからの光は、支線光ファイバ４を通って光分岐局３に入射され、ここでスターカップラーにより合波されて幹線光ファイバ２を通り親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴに入る。この上り信号用の光は、ＯＬＴの中で、ＷＤＭＦにより反射され、親局１のＰＤによって受光される。
前記親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、上り信号用の波長１．５μｍの光より波長が約０．１μｍ短いので、幹線光ファイバ２において、上り信号用の波長１．５μｍの光を増幅することができる。
なお、幹線光ファイバ２の親局側部分の、例えば３ｋｍ分を高非線形性ファイバで、残りの部分をＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）で構成することにより、さらに効果的に上り信号光を増幅できる。
ラマン増幅を用いる場合、強いパワーの信号用光が必要となり、安全上の配慮が必要となるが、本構成では、伝送路・スターカップラーにより増幅光が減衰されるため、一般加入者が触れる可能性の高い加入者宅及びＯＮＵでの信号用光のパワーは十分減衰しており、安全上の配慮が不要か、若しくは簡単な配慮で済むようになる。
図４の構成において、電力設計例をあげる。幹線光ファイバ２を１２ｋｍとし、そのＯＬＴ寄りの３ｋｍの部分を高非線形性ファイバで構成し、光分岐局寄りの９ｋｍの部分をＳＭＦで構成する。支線光ファイバ４は４ｋｍとする。
＜下り信号＞
ＯＬＴのＨｉｇｈ  ＬＤの光パワー；２４ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．７ｄＢ／ｋｍ×３ｋｍ＝２．１ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．４ｄＢ／ｋｍ×９ｋｍ＝３．６ｄＢ
スターカップラーの分波／合波損失；１８．５ｄＢ
支線光ファイバ４の伝搬損失；０．４ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝１．６ｄＢ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
＜上り信号＞
ＯＮＵの信号用ＬＤの光パワー；０ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
支線光ファイバ４の伝搬損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝０．８ｄＢ
スターカップラーの分波／合波損失；１８．５ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×９ｋｍ＝１．８ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２のラマン利得：０．７５ｄＢ→半分０．４ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．５ｄＢ／ｋｍ×３ｋｍ＝１．５ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２のラマン利得；６．８ｄＢ→半分４．６ｄＢ
ＷＤＭＦの透過／反射損失；１ｄＢ
以上の場合、ＯＮＵからの上り信号光が支線光ファイバ４を伝搬してスターカップラーを通過した地点で、信号電力は−２０．３ｄＢｍとなる。
幹線光ファイバ２のラマン利得を無視する場合、親局のＰＤで受信される上り信号の受信電力は、−２４．６ｄＢｍである。
幹線光ファイバ２に下り光パワー２３ｄＢｍを注入しているので、計算上、幹線光ファイバ２の高非線形性部のラマン利得は６．８ｄＢ、ＳＭＦ部のラマン利得は０．７５ｄＢとなる。しかし、ＯＬＴのＨｉｇｈ  Ｌｄは常時発光しているのではない。１０００ＢＡＳＥ−ＬＸの光信号は、ＮＲＺ符号を採用しているが、もともとのデータ８ビットに冗長ビット２ビットを付加し、０や１が続かないように変換しているので、無信号状態でも、０のビット数と１のビット数がぼぼ等しくなるように符号化されるため、発光時間を約半分とみなすことができる。すると、幹線光ファイバ２の高非線形性部のラマン利得は約半分の４．６ｄＢ、ＳＭＦ部のラマン利得は約半分の０．４ｄＢとなる。したがって、親局のＯＬＴのＰＤ受信電力は、幹線光ファイバ２での利得（４．６＋０．４）ｄＢが加わって、−１９．６ｄＢｍとなる。これは、ＯＬＴにおいて余裕をもって受信できるレベルである。
なお、ＯＬＴのＨｉｇｈ  ＬＤの光がＯＮＵに到達した場合の、ＯＮＵでの受信電力は、−３．８ｄＢｍとなる。これは、加入者が触れても安全なパワーとなっている。
図５は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、光分岐局３、及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成では、ＯＬＴにハイパワーの信号用レーザダイオード（Ｈｉｇｈ  ＬＤ；送信波長１．４μｍ）と、複数の上り信号用受光ダイオード（ＰＤ１〜ＰＤＮ；受信波長１．５μｍ帯）とを設置している。さらに、ＯＬＴに入ってきた上り信号光を波長分割するＡＷＧを設置している。ＡＷＧとＨｉｇｈ  ＬＤとは、ＷＤＭＦを通して幹線光ファイバ２に接続されている。
光分岐局３では、ＷＤＭＦとＡＷＧとが設置されている。ＷＤＭＦは、Ｈｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光を反射し、スターカップラーに供給する。スターカップラーは、支線光ファイバ４１を通して下り信号光を各ＯＮＵに送り出す。ＡＷＧは、支線光ファイバ４２を伝搬してきた上り信号を合波し、幹線光ファイバ２に送り出す。
親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、ＷＤＭＦを通過して、幹線光ファイバ２を通り光分岐局３に入り、ここで、ＷＤＭＦで反射されて、スターカップラーにより複数（例えば３２）に分波されて、支線光ファイバ４１にそれぞれ伝搬され、各子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵのＰＤにより受光される。
子局５のＯＮＵの信号用ＬＤからの波長１．５μｍ帯の光は、支線光ファイバ４２を通って光分岐局３に入射され、ここでＡＷＧにより波長多重（ＷＤＭ）されて、ＷＤＭＦを通って、幹線光ファイバ２を伝搬し親局１のＯＬＴに入る。この上り信号用の光は、ＯＬＴの中で、ＷＤＭＦにより反射され、さらにＡＷＧによって波長ごとに分波され、親局１のＰＤ１〜ＰＤＮのいずれかによって受光される。
前記親局１のＨｉｇｈ  ＬＤからの波長１．４μｍの光は、上り信号用の波長１．５μｍ帯の光より波長が約０．１μｍ短いので、幹線光ファイバ２において、上り信号用の波長１．５μｍ帯の光を増幅することができる。
さらに、この構成では上り光信号の合波、分波に損失の少ないＡＷＧを用いているので、ＯＮＵの信号用ＬＤのパワーを少ないものにでき、一般加入者が触れる可能性の高い加入者宅及びＯＮＵでの安全が確保しやすくなる。
図５の構成において、電力設計例をあげる。幹線光ファイバ２を２０ｋｍとし、そのＯＬＴ寄りの３ｋｍの部分を高非線形性ファイバで構成し、光分岐局寄りの１７ｋｍの部分をＳＭＦで構成する。支線光ファイバ４１，４２の長さは４ｋｍとする。
＜下り信号＞
ＯＬＴのＨｉｇｈ  ＬＤの光パワー；２４ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．７ｄＢ／ｋｍ×３ｋｍ＝２．１ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．４ｄＢ／ｋｍ×１７ｋｍ＝６．８ｄＢ
スターカップラーの分波／合波損失；１８．５ｄＢ
支線光ファイバ４の伝搬損失；０．４ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝１．６ｄＢ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
＜上り信号＞
ＯＮＵの信号用ＬＤの光パワー；０ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過損失；１ｄＢ
支線光ファイバ４の伝搬損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×４ｋｍ＝０．８ｄＢ
ＡＷＧの分波／合波損失；６ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×１７ｋｍ＝３．４ｄＢ
ＳＭＦ幹線光ファイバ２のラマン利得；０．８４ｄＢ→半分０．４ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２の伝搬損失；０．５ｄＢ／ｋｍ×３ｋｍ＝１．５ｄＢ
高非線形性幹線光ファイバ２のラマン利得；６．８ｄＢ→半分４．６ｄＢ
ＡＷＧの分波／合波損失；６ｄＢ
ＷＤＭＦの透過／反射損失；１ｄＢ
以上の場合、ＯＮＵからの上り信号光が支線光ファイバ４を伝搬してＡＷＧを通過した地点で、信号電力は−６．８ｄＢｍとなる。
幹線光ファイバ２のラマン利得を無視する場合、親局のＰＤで受信される上り信号の受信電力は、−１９．７ｄＢｍである。
幹線光ファイバ２に下り光パワー２３ｄＢｍを注入しているので、計算上、幹線光ファイバ２の高非線形性部のラマン利得は６．８ｄＢ、ＳＭＦ部のラマン利得は０．８４ｄＢとなる。しかし、ＯＬＴのＨｉｇｈ  Ｌｄは常時発光しているのではない。１０００ＢＡＳＥ−ＬＸの光信号は、無信号状態でも、０のビット数と１のビット数がほぼ等しくなるように符号化されるため、発光時間を約半分とみなす。すると、幹線光ファイバ２の高非線形性部のラマン利得は約半分の４．６ｄＢ、ＳＭＦ部のラマン利得は約半分の０．４ｄＢとなる。したがって、親局のＯＬＴのＰＤ受信電力は、幹線光ファイバ２での利得（４．６＋０．４）ｄＢが加わって、−１４．７ｄＢｍとなる。これは、ＯＬＴにおいて余裕をもって受信できるレベルである。
なお、ＯＬＴのＨｉｇｈ  ＬＤの光がＯＮＵに到達した場合の、ＯＮＵでの受信電力は、−７ｄＢｍとなる。これは、加入者が触れても安全なパワーとなっている。
下り光信号の符号にマンチェスタ符号を使用し、実効屈折率が１．４６、長さ１０ｋｍの光ファイバで、１０Ｍｂｐｓの通信速度で信号を伝搬するとする。このとき、光ファイバの中には、約５００ビットの情報が存在する。符号化にてマンチェスタ符号を使用するため、符号化するデータによるものの１組のオン状態とオフ状態の組合せで１ビット若しくは２ビットを符号化することができる。すると前記光ファイバ内に２５０組から５００組のオン状態とオフ状態の組合せが存在することになる。約半分はオン状態であり、約半分はオフ状態ビットであるため、その光ファイバ全体でラマン増幅にておよそ半分のゲインを得ることができる。
なお、１０００ＢＡＳＥ−ＬＸでは８ビットの情報を、物理層で冗長度を持たせて１０ビットに変換して通信している。この符号の中でごく一部の例外を除き、少なくとも２回のオン状態と２回のオフ状態が存在し、オン状態とオフ状態がほぼ半分ずつになるように配置されている。したがって、１０００ＢＡＳＥ−ＬＸでは、前後の情報にもよるが、８ビットの情報を符号化するためには、ごく一部の例外を除き、少なくとも２組のオン状態とオフ状態の組合せが必要と考えることができる。伝送速度が１Ｍビット／秒であるので、８ビットの情報が占める光ファイバの長さは約１．６ｍとなり、１組のオン状態とオフ状態の組合せが占める長さは約０．８ｍ以下と考えることができる。
図６は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、光分岐局３及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成は、ＯＬＴに増幅用レーザダイオード（ＬＤ）を設置して、光分岐局３から親局１までの上り信号を増幅している。
親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴは、下り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ；送信波長１．３μｍ）と、上り信号増幅用レーザダイオード（増幅用ＬＤ；送信波長１．４μｍ）と、上り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．５μｍ）を具備している。増幅用ＬＤとＰＤとは、ＷＤＭＦ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ；波長分割多重フィルタ）を通して幹線光ファイバ２２に接続されている。
子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵは、上り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ；送信波長１．５μｍ）と、下り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．３μｍ）を具備している。
光分岐局３は、幹線光ファイバ２１と、支線光ファイバ４１とをつなぐ、光分波のためのスターカップラー３１と、支線光ファイバ４２と幹線光ファイバ２２とをつなぐ、光合波のためのスターカップラー３２とを備えている。
親局１の信号用ＬＤからの光は、幹線光ファイバ２１を通り光分岐局３に入り、ここでスターカップラー３１により複数（例えば３２）に分波されて、支線光ファイバ４１にそれぞれ接続され、各子局５のＰＤにより受光される。
子局５の信号用ＬＤからの光は、支線光ファイバ４２を通って光分岐局３に入射され、ここでスターカップラー３２により合波されて幹線光ファイバ２２を通り親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴに入る。この上り信号用の光は、ＯＬＴの中で、ＷＤＭＦにより反射され、親局１のＰＤによって受光される。一方、親局１の増幅用ＬＤから照射された波長１．４μｍの光は、ＷＤＭＦを通過して、幹線光ファイバ２２を伝搬し、さらにスターカップラー３２で分波されて支線光ファイバ４２を伝搬する。この波長１．４μｍの光は、上り信号用の波長１．５μｍの光より波長が約０．１μｍ短いので、この間に、上り信号用の波長１．５μｍの光を増幅することができる。
なお、幹線光ファイバ２２の局側部分の、例えば３ｋｍ分を高非線形性ファイバで、残りの部分をＳＭＦで構成することにより、さらに効果的に上り信号光を増幅できる。
ラマン増幅を用いる場合、強いパワーの増幅用光が必要となり、安全上の配慮が必要となるが、本構成では、伝送路・スターカップラーにより増幅光が減衰されるため、一般加入者が触れる可能性の高い加入者宅及びＯＮＵでの増幅用光のパワーは十分減衰しており、安全上の配慮が不要か、若しくは簡単な配慮で済むようになる。
図６の構成において、電力設計例を説明する。
ＯＬＴの信号用ＬＤの光電力；０ｄＢｍ
ＯＬＴの増幅用ＬＤの光電力；２５ｄＢｍ
幹線光ファイバ２１の損失；０．３ｄＢ／ｋｍ×６ｋｍ
幹線光ファイバ２１のラマン利得；０．３５ｄＢ／ｋｍ×６ｋｍ
スターカップラー３１の分波／合波損失；１８．５ｄＢ
支線光ファイバ４１の損失；０．２ｄＢ／ｋｍ×１ｋｍ
ＯＮＵの信号用ＬＤの光電力；−８ｄＢｍ
ＷＤＭＦの透過／反射損失；０．５ｄＢ
以上の場合、ＯＮＵからの上り信号光が支線光ファイバ４１を伝搬してスターカップラー３１を通過した地点で、信号電力は−２６．７ｄＢｍとなる。
ＯＬＴの増幅用ＬＤがない場合、親局に到達した上り信号の、ＯＬＴのＰＤ受信電力は、−２９ｄＢｍである。
ＯＬＴの増幅用ＬＤを発光させた場合、親局のＯＬＴのＰＤ受信電力は、幹線光ファイバ２１での利得２．１ｄＢが加わって、−２６．９ｄＢｍとなる。
なお、ＯＬＴの増幅用ＬＤの光が、スターカップラー３１で分波されて、ＯＮＵに到達した場合の、子局での受信電力は、４ｄＢｍとなる。これは、加入者が触れても安全なパワーとなっている。
図７は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、光分岐局３、及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成では、図６の構成に加えて、光分岐局３にも増幅用ＬＤを設置して、親局１からの下り信号を増幅している。
図６から追加された部分のみを説明すると、光分岐局３に、増幅用ＬＤ（送信波長１．２μｍ）が設置され、増幅用ＬＤからの増幅光は、ＷＤＭＦを通して下り幹線光ファイバ２１に接続されている。ＯＬＴから下り幹線光ファイバ２１を伝搬する信号光は、ＷＤＭＦで反射され、スターカップラー３１に入る。一方、親局１の増幅用ＬＤから照射された増幅用光は、ＷＤＭＦを通過して、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２１を伝搬する。この増幅用光の波長１．２μｍは、下り信号用の波長１．３μｍの光より、波長が約０．１μｍ短いので、この間に、下り信号用の光を増幅することができる。
なお、本実施例では、光分岐局に増幅用ＬＤを設置しているが、ＯＬＴでも光分岐局でもない別の局を用意し、そこに増幅用ＬＤを集中的に設置することも可能である。この場合、例えばＯＬＴから離れた一部地域にＯＮＵが集中し、その地域の光分岐局同士の距離が短い場合に、各光分岐局ごとに増幅用ＬＤを設置する必要がなくなり、コストを低減できる。
図８は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、光分岐局３、及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成では、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴに増幅用ＬＤを１つ設置するだけで、親局１への上り信号と、親局１からの下り信号を増幅できる。
親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴの構成は、図６，図７を用いて説明したのと全く同様である。ただし、増幅用ＬＤの送信波長が１．２μｍであるところが違っている。
光分岐局３においては、ＷＤＭＦが２つ設けられている。１つのＷＤＭＦａは、ＯＬＴの増幅用ＬＤからの光を反射させて、もう一つのＷＤＭＦｂに入力している。このＷＤＭＦｂに入力された光は、下り幹線光ファイバ２１を通してＯＬＴまで到達する。この増幅用光の波長１．２μｍは、下り信号用の波長１．３μｍの光より、波長が約０．１μｍ短いので、この間に、下り信号用の光を増幅することができる。なお、親局１の信号用ＬＤからの波長１．３μｍの光は、ＷＤＭＦｂで反射されてスターカップラー３１に入っている。
この構成によれば、親局１の増幅用ＬＤの光を、光分岐局３の２つのＷＤＭＦａ，ＷＤＭＦｂを経由して、下りと上りの幹線光ファイバに通すことによって、親局１からの下り信号を増幅することができる。これによって、親局１の増幅用ＬＤによって上り増幅光を供給できるため、光分岐局３を無電源化しながら、下り信号光を増幅することができる。
なお、上り信号光を下り信号光と同じ波長１．３μｍにすれば、１つの増幅用ＬＤで、上り下り両方の信号を効率よく増幅することができる。
なお、本実施例では、光分岐局にはＷＤＭＦとスターカップラーとを２つずつ用意したが、スターカップラーの代わりにＡＷＧを使用する場合は、ＡＷＧのうちの増幅用光の波長にあたるもの同士を接続することによって、同様の効果を得ることができる。
図９は、図７の構成に追加して、子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵから親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴへ上り光信号を、光分岐局３に設置した増幅用ＬＤｂの光によって増幅するＰＯＮシステムの構成を示している。
図７から追加された部分のみを説明すると、光分岐局３に、増幅用ＬＤｂ（送信波長１．２μｍ）が設置され、増幅用ＬＤｂからの増幅光は、ＷＤＭＦを通してスターカップラー３２に入り分波されて、各子局５への支線光ファイバ４２に伝搬される。ＯＮＵの信号用ＬＤからの上り信号（送信波長１．３μｍ）は、光分岐局３に到達する間に、支線光ファイバ４２の中で、前記増幅光により、増幅される。
なお、本実施例では、ＷＤＭＦと、１対Ｎのスターカップラーとを使用したが、２対Ｎのスターカップラーのみでも同様の効果を実現できる。この場合、光パワーは半減するものの、ＷＤＭＦが不要となるため低価格化、小型化が実現できる。
以下の例では、光信号を双方向に伝搬させるシングルモード光ファイバを用いている。
図１０は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成は、ＯＬＴに２つの増幅用ＬＤ２，ＬＤ３を設置して、ＬＤ２の光を親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する下り信号を増幅し、ＬＤ３の光で、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２、及び光分岐局３と子局５の間の支線光ファイバ４を伝搬する上り信号を増幅している。
親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴは、下り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ１；送信波長１．５μｍ）と、下り信号増幅用レーザダイオード（増幅用ＬＤ２；送信波長１．４μｍ）と、上り信号増幅用レーザダイオード（増幅用ＬＤ３；送信波長１．２μｍ）と、受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．３μｍ）と、３つのＷＤＭＦａ〜ＷＤＭＦｃを具備している。増幅用ＬＤ２の光は、第１のＷＤＭＦａで反射され、第３のＷＤＭＦｃで反射され、光分岐局３まで幹線光ファイバ２を伝搬していく。増幅用ＬＤ３の光は、第２のＷＤＭＦｂ、第３のＷＤＭＦｃを通過して、光分岐局３まで幹線光ファイバ２を伝搬していく。
光分岐局３では、バンドエリミネーション型の光通過フィルタＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）３４が挿入されている。この光通過フィルタは、波長１．４μｍの光を反射させ、それ以外の波長の光を通過させる。このため、増幅用ＬＤ２からの波長１．４μｍの光は反射されて親局１に戻る。これにより、信号用ＬＤ１の波長１．５μｍの光は、幹線光ファイバ２を伝搬するときに戻ってきた増幅用ＬＤ２の波長１．４μｍの光により増幅される。これによって、親局１の増幅用ＬＤ２によって上り増幅光を供給できるため、光分岐局３を無電源化しながら、下り信号光を増幅することができる。
増幅用ＬＤ３からの波長１．２μｍの光はＦＢＧ３４を通過して、光合分波器として機能するスターカップラー３３で分波されて、各子局５までの支線光ファイバ４を伝送する。
子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵは、上り信号用のレーザダイオード（信号用ＬＤ；送信波長１．３μｍ）と、下り信号用受光ダイオード（ＰＤ；受信波長１．５μｍ）と、ＷＤＭＦとを搭載している。支線光ファイバ４から伝搬してきた下り信号は、ＷＤＭＦで反射してＰＤに送られる。信号用ＬＤからの光は、ＷＤＭＦを通過して支線光ファイバ４を上り方向に伝搬する。
この信号用ＬＤからの上り信号用光の波長は１．３μｍであり、増幅用ＬＤ３からの下り増幅用光の波長は１．２μｍであるので、この信号用ＬＤからの上り信号用光は、光分岐局３と子局５の間の支線光ファイバ４を伝搬する間に増幅されるとともに、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する間に増幅される。
図１１は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ及び子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成では、親局１に２つの増幅用ＬＤ２，ＬＤ３を設置して、ＬＤ２の光で親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する下り信号を増幅し、ＬＤ３の光で親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２、及び光分岐局３と子局５の間の支線光ファイバ４を伝搬する上り信号を増幅している。
図１０と相違する点は、下り信号用のレーザダイオードＬＤ１の送信波長が１．３μｍであり、受光ダイオードＰＤの受信波長が１．５μｍであり、増幅用ＬＤ２の送信波長が１．２μｍであり、増幅用ＬＤ３の送信波長が１．４μｍとなっていることと、光分岐局３に、ＷＤＭＦｄと、バンド反射型の光反射フィルタＦＢＧ３４と、両素子を接続する光ファイバ３５が設置されていることである。このＷＤＭＦｄは、波長１．２μｍの光を反射させ、それ以外の波長の光を通過させる。光反射フィルタＦＢＧ３４は、ＷＤＭＦｄから反射された波長１．２μｍの光を全反射させる。
このため、増幅用ＬＤ２からの波長１．２μｍの光は、ＷＤＭＦｄに戻り、幹線光ファイバ２を伝搬して親局１に戻る。これにより、信号用ＬＤ１の波長１．３μｍの光は、幹線光ファイバ２を伝搬するときに、戻ってきた増幅用ＬＤ２の波長１．２μｍの光により増幅される。これによって、親局１の増幅用ＬＤ２によって上り増幅用光を供給できるため、光分岐局３を無電源化しながら、下り信号光を増幅することができる。
増幅用ＬＤ３からの波長１．４μｍの光は通過して、光合分波器として機能するスターカップラー３３で分波されて、各子局５までの支線光ファイバ４を伝送する。
子局５は、上り信号用ＬＤの送信波長が１．５μｍであり、下り信号用ＰＤの受信波長が１．３μｍと、図１０と逆になっているところが相違しているのみである。
この信号用ＬＤからの波長１．５μｍの上り信号用光は、光分岐局３と子局５の間の支線光ファイバ４を伝搬する間に、増幅用ＬＤ３からの波長１．４μｍの光で増幅され、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する間にも増幅用ＬＤ３からの波長１．４μｍの光で増幅される。
なお、前記ＦＢＧ３４に代えて、ＷＤＭＦｄからの反射光を伝搬させる光ファイバ３５の端面を、金属膜コーティングなどで反射処理してもよい。これによりＷＤＭＦｄから反射された波長１．２μｍの光を全反射させることができる。
また、本実施例では、スターカップラーの前のＷＤＭＦにて増幅用光を抽出しているが、光合分波器３３としてＡＷＧを使用する場合には、該当増幅用光を抽出するポートに全反射させるデバイス（ＦＢＧ、全反射するように端面加工された光ファイバなど）を設置することでも、同様の効果を得ることができる。
図１２は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ、子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成では、親局１に２つの増幅用ＬＤ１，ＬＤ２を設置して、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する上り、下り信号を増幅している。
親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴは、信号用の８つのレーザダイオード（信号用ＬＤ１〜ＬＤ８；送信波長１．５μｍ帯）と、下り信号増幅用レーザダイオード（増幅用ＬＤ２；送信波長１．４μｍ）と、上り信号増幅用レーザダイオード（増幅用ＬＤ１送信波長１．２μｍ）と、８つの受光ダイオード（ＰＤ１〜ＰＤ８；受信波長１．３μｍ帯）と、２つのＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒａｔｉｎｇ）と、２つのＷＤＭＦを搭載している。
前記８つの送信信号は、ＡＷＧにより波長多重（ＷＤＭ）されて、幹線光ファイバを伝搬する。受信信号はＡＷＧにより波長ごとに分波されて各ＰＤにより受光される。
また、親局１と光分岐局３との間に単独に光ファイバ２３が配設されている。
光分岐局３では、ＷＤＭＦとＡＷＧとが設置されている。ＷＤＭＦは、増幅用ＬＤ２からの波長１．４μｍの光を反射し、他の光は通過させる。ＡＷＧ波、幹線光ファイバ２を伝搬してきた下り信号を波長ごとに分波し、支線光ファイバ４を通して各ＯＮＵに送り出す。
この構成の動作を説明する。増幅用ＬＤ２の波長１．４μｍの光は、単独に配設された光ファイバ２３を通して光分岐局３に達し、光分岐局３でＷＤＭＦにより反射されて幹線光ファイバ２を上り方向に伝搬して、親局１に戻る。
増幅用ＬＤ１の波長１．２μｍの光は、２つのＷＤＭＦを通過して、幹線光ファイバ２を下り方向に伝搬していく。
一方、親局１の信号用ＬＤ１〜ＬＤ８のいずれか（例えば信号用ＬＤ１とする）から出射された波長１．５μｍ帯の光信号は、ＡＷＧを通って、ＷＤＭＦで反射されて、幹線光ファイバ２を出て行く。この伝搬時に、増幅用ＬＤ２の波長１．４μｍの戻り光により増幅される。これによって、親局１の増幅用ＬＤ２によって上り増幅光を供給できるため、光分岐局３を無電源化しながら、下り信号光を増幅することができる。
子局５から出て、光分岐局３に達した波長１．３μｍの光は、光分岐局３の中のＡＷＧ、ＷＤＭＦを通過して、幹線光ファイバ２を伝搬して親局１に到達する。この幹線光ファイバ２の伝搬時に、増幅用ＬＤ１の波長１．２μｍの光により増幅される。
このように、上り下りの光信号ともに、増幅用ＬＤ１，ＬＤ２の光により増幅することができる。
なお、幹線光ファイバ２に高非線形性ファイバを、もう一方の光ファイバ２３にＳＭＦを使用するとさらに効果的である。
図１３は、親局１の光伝送路終端装置ＯＬＴ子局５の光加入者線終端装置ＯＮＵ相互の接続状態を示すネットワーク構成図である。この構成は、図１２と同様、親局１に２つの増幅用ＬＤ１，ＬＤ２を設置して、親局１と光分岐局３との間の幹線光ファイバ２を伝搬する上り、下り信号を増幅している。
図１２と異なるところは、光分岐局３において、ＷＤＭＦを設置するのに代えて、単独に配設された光ファイバ２３を伝搬してきた増幅用ＬＤ２の光を、子局５からの光と同様、ＡＷＧの子局５側の一分岐から、ＡＷＧに入れていることである。
これにより、光分岐局３・親局１間の幹線光ファイバ２に、親局１に向かって波長１．４μｍの増幅用の光を伝搬させることができる。したがって、親局１から出る波長１．５μｍの下り信号用光を増幅することができる。これによって、親局１の増幅用ＬＤ２によって上り増幅光を供給できるため、光分岐局３を無電源化しながら、下り信号光を増幅することができる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態では、子局のＯＮＵには、上り信号用ＬＤと下り信号用ＰＤをそれぞれ具備していたが、上り信号用ＬＤを省略し、下り信号として入射される光を３ｄＢカップラーで分波して、波長を変える変調処理（特開２００１−１７７５０５号参照）を行って、上り信号光として利用してもよい。また、受光ダイオードＰＤの前段に光フィルタを設置してもよい。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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