(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅する光増幅器であって、
励起光を発生する励起光源と、
前記光信号と前記励起光とを入力し、多重光として出力する第１の波長多重部と、
前記第１の波長多重部から出力される多重光を入力し、入力された多重光に含まれる前記光信号を増幅する第１の希土類添加光ファイバと、
前記第１の希土類添加光ファイバにより増幅された前記光信号と前記第１の希土類添加光ファイバを通過した前記励起光を含む多重光を、前記光信号と前記励起光に分離してそれぞれ出力する波長分離部と、
前記波長分離部から出力された前記光信号を入力し、伝送路光ファイバの分散を補償することによって前記光信号に損失を与える分散補償部と、
前記分散補償部から出力された前記光信号と、前記波長分離部から出力された前記励起光を入力し、多重光として出力する第２の波長多重部と、
前記第２の波長多重部から出力される多重光を入力し、入力された多重光に含まれる前記分散補償部により損失を与えられた前記光信号を増幅する第２の希土類添加光ファイバとを有し、
前記第２の希土類添加光ファイバは入力された前記光信号の、前記分散補償部により与えられた損失を補償することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記分散補償部は、分散補償光ファイバであることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか一に記載の光増幅器であって、
前記分散補償部に直列にバンドパスフィルタを設置することを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１または請求項２のいずれか一に記載の光増幅器であって、
前記分散補償部に直列に光アイソレータを設置することを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
波長多重された光信号を増幅する光増幅器であって、
励起光を発生する励起光源と、
前記光信号と前記励起光とを入力し、多重光として出力する第１の波長多重部と、
前記第１の波長多重部から出力される多重光を入力し、入力された多重光に含まれる前記光信号を増幅する第１の希土類添加光ファイバと、
前記第１の希土類添加光ファイバにより増幅された前記光信号と前記第１の希土類添加光ファイバを通過した前記励起光を含む多重光を、前記光信号と前記励起光に分離してそれぞれ出力する波長分離部と、
前記波長分離部から出力された前記光信号を入力し、光増幅媒質利得の波長依存性を等化することによって前記光信号に損失を与える波長依存性等化フィルタと、
前記波長依存性等化フィルタから出力された前記光信号と、前記波長分離部から出力された前記励起光を入力し、多重光として出力する第２の波長多重部と、
前記第２の波長多重部から出力される多重光を入力し、入力された多重光に含まれる前記波長依存性等化フィルタにより損失を与えられた前記光信号を増幅する第２の希土類添加光ファイバとを有し、
前記第２の希土類添加光ファイバは入力された前記光信号の、前記波長依存性等化フィルタにより与えられた損失を補償することを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項５に記載の光増幅器であって、
前記波長依存性等化フィルタに直列にバンドパスフィルタまたは光アイソレータの少なくともいずれかを設置することを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光通信システムにおいて、光送受信機、光中継器などの光伝送装置に適用される光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、伝送路光ファイバの波長分散による光信号の波形歪を抑圧するために、分散補償ファイバが光受信機または光送信機の中で用いられているが、損失が大きいため、この損失を補償するための光増幅器と併用することが必須となっている。この技術については、文献、オー・エス・エー  オプティカル  ファイバ  コミュニケーション  コンファレンス  ポストデッドライン  ペーパーズ，  １９９２年，  ３６７−３７０頁（ＯＳＡ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  １９９２，  ｐｐ．３６７−３７０）に記載されている。
【０００３】
図１４に、従来の分散補償光送信器１００と分散補償光受信器２００を用いた光ファイバ伝送系の構成を示す。光送信器１００は、エルビウム添加光ファイバ増幅器１０１ａ、分散補償ファイバ１０３ａ、および電気／光変換部１０４から構成されている。また、光受信器２００は、エルビウム添加光ファイバ増幅器２０１ａおよび２０１ｂ、光バンドパスフィルタ２０２ａおよび２０２ｂ、分散補償ファイバ２０３ａおよび２０３ｂ、および光／電気変換部２０５から構成されている。使用されている分散補償ファイバの損失は、それぞれ３．１ｄＢ、１０．６ｄＢ、５．３ｄＢで、光信号レベルが低下する。この損失を補償するために合計３台のエルビウム添加光ファイバ増幅器が使われており、それぞれ別の励起光源を用いて信号光を増幅している。また、分散補償ファイバが付加された場合の光ファイバ増幅器の特性は、分散補償ファイバが前段に設置された場合はその損失分だけ雑音指数が増加し、分散補償ファイバが後段に設置された場合はその損失分だけ光出力が低下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１４に示した従来知られている分散補償光送信器および分散補償光受信器では、分散補償ファイバの損失が大きいために、光信号レベルが低下する。この損失を補償するために光増幅器を用いると、その光増幅器の光出力低下や雑音指数増加等の問題が発生する。この問題を回避するには、別の光増幅器を新たに設置する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、光信号に損失を与える光信号特性補償部を用いても、励起光電力を増加させたり、励起光源数を増加させることなく、光出力低下や雑音指数増加を抑圧する光増幅器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光増幅器では、光増幅媒質を分割し、その分割部に励起光と信号光を分離または多重する波長多重分離部を設置し、励起光はそのまま次段の光増幅媒質に送り込み、信号光はたとえば分散補償ファイバなどの光信号特性補償部を通過した後、次段の光増幅媒質に送り込むことにより、光信号特性補償部の損失による光信号レベルの低下を抑制する。
【０００７】
【作用】
本発明による光増幅器では、光信号特性補償部を通過することにより信号光レベルは低下するが、前段の光増幅媒質で消費されなかった励起光を用いることにより再び次段の光増幅媒質で増幅される。次段の光増幅媒質では、その入力光パワーが低下しているため、非飽和状態に近づき利得は増加する。このため、次段の光増幅媒質の利得を光信号特性補償部の損失値以上に設定することが可能となる。また、前段の光増幅媒質の利得を十分大きく設定することにより、光増幅器の雑音指数はこの前段部でほぼ決定されるため、挿入された光信号特性補償部の損失の雑音指数への影響は抑制される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明による第１の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０１は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａおよび１ｂ、波長多重分離部２および３、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５、光信号特性補償部６により構成される。光信号特性補償部６は、たとえば、伝送路光ファイバの分散を補償する、逆分散特性の高分散ファイバまたはエタロンなどの光共振器などであり、波長多重光伝送方式に対しては光増幅媒質利得の波長依存性等化光フィルタなどである。図において、信号光波長をλsとし実線の矢印で、励起光波長をλpとし破線の矢印で示している。信号光は光アイソレータ４ａおよび波長多重分離部２を通して、励起光は波長多重分離部２を通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、信号光が増幅される。ここで、波長多重分離部２の使用しないポートについては光ファイバの斜め端面化などにより終端している。つぎに、信号光は波長多重分離部３、光信号特性補償部６、波長多重分離部３の順で通過して、励起光は波長多重分離部３のみを通して次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。通常は、希土類添加光ファイバ１ｂでは、信号光が希土類添加光ファイバ１ａにより既に増幅した後であるので大信号入力となり利得飽和状態であり低利得となるが、本実施例の構成では、信号光のみが光信号特性補償部６により損失を被るため信号入力が低下し、希土類添加光ファイバ１ｂは非飽和状態に近づき利得が上昇する。このため、光信号特性補償部６の損失は希土類添加光ファイバ１ｂにより補償され、光増幅器Ａ０１全体で見たときの利得は、光信号特性補償部６の損失が無いときに比べ、その損失分だけ低下しない。
【０００９】
図２を用いて、第１の実施例において得られる効果を説明する。図１の構成の光増幅器を実際に構成し、入力信号光電力に対して、利得および雑音指数（信号と増幅された自然放出光との間のビート雑音成分のみを考慮したもの）を測定した結果である。信号光波長は１５５２ｎｍ、励起光波長は９８０ｎｍである。光信号特性補償部６の損失の影響を調べるために、代わりに光減衰器を挿入し損失をそれぞれ５，１０ｄＢとした。■印は光減衰器での損失を５ｄＢとした場合、▲印は光減衰器での損失を１０ｄＢとした場合、●印は光減衰器を挿入し無い場合（損失０ｄＢ）である。希土類添加光ファイバ１ａに入射する励起光電力は、損失の有無にかかわらず５０ｍＷで一定とした。入力信号光電力が−２０ｄＢｍ以下の範囲において、５ｄＢの損失がある場合の利得低下量は約２ｄＢ、１０ｄＢの損失がある場合の利得低下量は約４ｄＢと損失の１／２以下に抑圧されている。一方、雑音指数の方は、各損失値に対して約５ｄＢ前後でほぼ一定である。
【００１０】
本実験結果は、本発明の第１の実施例の光増幅器において、励起光電力を増加させることなく、光信号特性補償部の損失を補償できる効果があること、また、雑音指数の変化はほとんど見られないことを示している。
【００１１】
図３は、本発明による第２の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０２は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａおよび１ｂ、波長多重分離部２、３ａおよび３ｂ、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５、光信号特性補償部６により構成される。信号光は光アイソレータ４ａおよび波長多重分離部２を通して、励起光は波長多重分離部２を通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、信号光が増幅される。つぎに、信号光は波長多重分離部３ａ、光信号特性補償部６、波長多重分離部３ｂの順で通過して、励起光は波長多重分離部３ａおよび３ｂのみを通して次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００１２】
図４は、本発明による第３の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０３は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａおよび１ｂ、波長多重分離部２および３、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５、光信号特性補償部６により構成される。信号光は光アイソレータ４ａを通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、波長多重分離部２、希土類添加光ファイバ１ｂ、波長多重分離部３の順で通過した励起光により増幅される。つぎに、信号光は波長多重分離部３、光信号特性補償部６、波長多重分離部３の順で通過して、波長多重分離部２を通して励起されている次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００１３】
図５は、本発明による第４の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０４は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａおよび１ｂ、波長多重分離部２ａ、２ｂおよび３、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５ａおよび５ｂ、光信号特性補償部６により構成される。信号光は光アイソレータ４ａおよび波長多重分離部２ａを通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、波長多重分離部２ａを通した第１の励起光（５ａ）と、波長多重分離部２ｂ、希土類添加光ファイバ１ｂ、波長多重分離部３の順で通過した第２の励起光（５ｂ）により増幅される。つぎに、信号光は波長多重分離部３、光信号特性補償部６、波長多重分離部３の順で通過して、第１の励起光は波長多重分離部３、第２の励起光は波長多重分離部２を通して次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００１４】
図６は、本発明による第５の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０５は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａおよび１ｂ、波長多重分離部２ａ、２ｂおよび３、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５、光信号特性補償部６、反射ミラー７により構成される。信号光は光アイソレータ４ａおよび波長多重分離部２ａを通して希土類添加光ファイバ１ａに入射される。励起光は波長多重分離部２ａを通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、また、希土類添加光ファイバ１ａにおいて消費されなかった励起光は波長多重分離部３、希土類添加光ファイバ１ｂ、波長多重分離部２ｂを通して反射ミラー７で反射し、再び同じ経路を通って希土類添加光ファイバ１ａに入射され、信号光が増幅される。つぎに、信号光は波長多重分離部３、光信号特性補償部６、波長多重分離部３の順で通過して、励起光は波長多重分離部３、励起光の反射成分は波長多重分離部２ｂを通して次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。本実施例では、励起光を反射させて利用するため、さらに高効率な増幅効果が得られる。
【００１５】
図７は、本発明による第６の実施例の光増幅器の構成図である。光増幅器Ａ０６は、光増幅媒質である希土類添加光ファイバ１ａ、１ｂおよび１ｃ、波長多重分離部２、３ａおよび３ｂ、光アイソレータ４ａおよび４ｂ、励起光源５、光信号特性補償部６ａおよび６ｂにより構成される。信号光は光アイソレータ４ａおよび波長多重分離部２を通して希土類添加光ファイバ１ａに入射される。励起光は波長多重分離部２を通して希土類添加光ファイバ１ａに入射され、信号光が増幅される。つぎに、信号光は波長多重分離部３ａ、光信号特性補償部６ａ、波長多重分離部３ａの順で通過して、励起光は波長多重分離部３ａを通して次段の希土類添加光ファイバ１ｂに入射され、信号光は再び増幅される。さらに、信号光は波長多重分離部３ｂ、光信号特性補償部６ｂ、波長多重分離部３ｂの順で通過して、励起光は波長多重分離部３ｂを通して次段の希土類添加光ファイバ１ｃに入射され、信号光は再び増幅される。このように、光増幅媒質の数は必ずしも２ではなく、３以上の複数個でよい。本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。さらに、本実施例では、複数個の光信号特性補償部を光増幅器に組み込むことが可能になり、複合的特性補償が実現できる効果がある。
【００１６】
図８〜１０は、本発明による第７〜９の実施例の光増幅器の構成図である。図１に示した第１の実施例と同様の構成であるが、光部品４ｃを光信号特性補償部６の入力部（図８）、出力部（図９）、または入出力部（図１０）に設置している。まず、この光部品４ｃが光アイソレータである場合について説明する。光信号特性補償部６は、たとえば分散補償光ファイバであるため、そのファイバのレーリー散乱や光コネクタからの反射光が光増幅媒質内に戻り、光信号の増幅特性を劣化せしめる場合がある。光アイソレータを挿入することにより、これらの反射光が抑圧される。この光アイソレータは光増幅媒質１ｂから光増幅媒質１ａに進行、増幅する逆方向の自然放出光を遮断する。したがって、より高利得、低雑音な光増幅器が構成できる効果がある。
【００１７】
つぎに、光部品４ｃが光バンドパスフィルタである場合について説明する。この光バンドパスフィルタは信号光波長近傍の光のみを等化させるフィルタであり、信号帯域外の余分な増幅された自然放出光が次段または前段の光増幅媒質に入射されることを抑制し、同様により高利得、低雑音な光増幅器が構成できる効果がある。
【００１８】
さらに、光部品４ｃが光アイソレータと光バンドパスフィルタを直列に接続した複合光部品である場合、上に述べた光アイソレータ挿入の効果と光バンドパスフィルタ挿入の効果が同時に得られ、さらに高利得、低雑音な光増幅器が構成できる効果がある。
【００１９】
図１１は、本発明による光増幅器を用いた光伝送システムの第１の実施例の構成図である。光送信機１００、伝送路光ファイバ１０６、光受信機２００から構成され、該光送信機１００は、電気／光変換部１０４、光信号特性補償部を組み込んだ光増幅器１０５により構成される。光増幅器１０５は、第１〜第９の実施例に示したいずれかの光増幅器である。本実施例によれば、光送信機において、光信号特性補償部を組み込んだことによる光増幅器の利得または雑音特性劣化を抑圧した光伝送系を構成できる効果がある。
【００２０】
図１２は、本発明による光増幅器を用いた光伝送システムの第２の実施例の構成図である。光送信機１００、伝送路光ファイバ１０６、光受信機２００から構成され、該光受信機２００は、光信号特性補償部を組み込んだ光増幅器２０６、光／電気変換部２０５により構成される。光増幅器２０６は、第１〜第９の実施例に示したいずれかの光増幅器である。本実施例によれば、光受信機において、光信号特性補償部を組み込んだことによる光増幅器の利得または雑音特性劣化を抑圧した光伝送系を構成できる効果がある。
【００２１】
図１３は、本発明による光増幅器を用いた光伝送システムの第３の実施例の構成図である。光送信機１００、伝送路光ファイバ１０６、光増幅中継器３００、光受信機２００から構成される。光増幅中継器３００は、第１〜第９の実施例に示したいずれかの光増幅器である。本実施例によれば、光増幅中継器において、光信号特性補償部を組み込んだことによる光増幅器の利得または雑音特性劣化を抑圧した光伝送系を構成できる効果がある。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光電力を増加させたり、励起光源数を増加させることなく、光信号特性補償部の損失を補償し、光出力低下や雑音指数増加を抑圧する光増幅器を構成できる効果がある。したがって、分散補償などの新機能を追加しながら、利得低下や雑音指数増加が抑制された、簡易な構成で安価な光増幅器が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例の光増幅器の構成図。
【図２】  第１の実施例の光増幅器における効果を示す説明図。
【図３】  第２の実施例の光増幅器の構成図。
【図４】  第３の実施例の光増幅器の構成図。
【図５】  第４の実施例の光増幅器の構成図。
【図６】  第５の実施例の光増幅器の構成図。
【図７】  第６の実施例の光増幅器の構成図。
【図８】  第７の実施例の光増幅器の構成図。
【図９】  第８の実施例の光増幅器の構成図。
【図１０】  第９の実施例の光増幅器の構成図。
【図１１】  光伝送システムの第１の実施例の構成図。
【図１２】  光伝送システムの第２の実施例の構成図。
【図１３】  光伝送システムの第３の実施例の構成図。
【図１４】  分散補償光ファイバを光送受信器に用いた光伝送系構成の従来例。
【符号の説明】
Ａ０１〜Ａ０９，１０５，２０６：光増幅器、１ａ，１ｂ，１ｃ：希土類添加光ファイバ、２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ：波長多重分離部、４ａ，４ｂ：光アイソレータ、４ｃ：光部品、５，５ａ，５ｂ：励起光源、６，６ａ，６ｂ： 光信号特性補償部、７：反射ミラー、１００：光送信機、１０６：伝送路光ファイバ、２００：光受信機、１０４：電気／光変換部、２０５：光／電気変換部、１０１ａ，２０１ａ，２０２ｂ：エルビウム添加光ファイバ増幅器、１０３ａ， ２０３ａ，２０３ｂ：分散補償光ファイバ、２０２ａ，２０２ｂ：光バンドパスフィルタ、３００：光増幅中継器。
【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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