(57)【要約】【課題】入力信号光パワーが制限され、光ＳＮＲが制限されるという欠点を解決する。【解決手段】本発明は、分散シフトファイバからなる伝送路とエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、波長多重された信号光を伝送する光ファイバ通信システムにおいて、エルビウム添加ファイバ増幅器として、リン共添加ファイバ増幅器を用い、信号光波長域を従来技術に比べて分散シフトファイバのゼロ分散波長から離れた長波長域（リン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器の利得帯域内の最も長波長側の波長域）に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中継器を介して信号光を中継伝送する光ファイバ通信システムであって、
波長多重された波長域が１５８０ｎｍ以上の信号光を伝送する分散シフトファイバからなる伝送路と、
利得波長域が少なくとも１５７０〜１６２０ｎｍのエルビウム添加ファイバ増幅器と、
を有することを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
前記信号光の波長域幅が２５ｎｍ以上であり、
前記信号光の全波長域をレーザ発振波長域とする、信号光チャネル数に等しい台数の波長可変光源を有する
請求項１記載の光ファイバ通信システム。
【請求項３】
前記エルビウム添加ファイバ増幅器は、
リン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器であり、前記信号光の最短波長における利得と、該信号光の最長波長の利得が等しい
請求項１記載の光ファイバ通信システム。
【請求項４】
前記エルビウム添加ファイバ増幅器の上位準位比率が４９％以下である
請求項３記載の光ファイバ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信システムに係り、特に、光信号を、光増幅器を用いた線形中継器を用いて中継伝送する光ファイバ通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、光増幅中継システムの構成例であり、波長多重された信号光（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing信号光）を、光増幅器を用いて線形中継伝送する光増幅中継システムの構成を示している。但し、簡単のため、多中継伝送路の１区間のみを示している。また、伝送路の例として分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Sifted Fiber）を用いている。ＤＳＦのゼロ分散波長（λ０）の典型値は、１５４０〜１５６０ｎｍ（規格値はこれより若干広い波長範囲を有する）である。すなわち、ゼロ分散波長は、ファイバ毎に規格値以内でばらついている。光増幅器はエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Optical Fiber Amplifier）である。
【０００３】
図２は、波長関係を示す図であり、伝送路ファイバがＤＳＦの場合における分散スペクトルを示している。ＤＳＦのλ０が１５６０ｎｍの場合である。
【０００４】
同図（ａ）に示す従来の技術の増幅器２０では、ＥＤＦＡとしてアルミニウム共添加のＥＤＦＡ（Ａｌ−ＥＤＦＡ）を用いており、信号光波長（λｓ）は、Ａｌ−ＥＤＦＡの利得帯域で制限され、１５７０〜１６５０ｎｍの３５ｎｍである（例えば、非特許文献1参照）。
【非特許文献１】H. Masuda et al., Electron, Lett., Vol. 35, pp. 411-412, 1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３は、ＤＳＦ入力信号光パワーのスペクトルを示す。同図（ａ）に示すように、４光波混合、相互位相変調などのファイバ非線形効果に起因する伝送性能劣化のため、ゼロ分散波長λ０に近い波長ほど、許容される入力信号光パワーは小さい。同図では、この入力信号光パワー制限を、非線形制限の曲線で示している。信号光波長が１５７０〜１６０５ｎｍの場合、入力信号光パワーは最短波長の１５７０ｎｍにおける非線形制限値で決まる。図４は、光信号対雑音比（光ＳＮＲ）のスペクトルを示している。同図（ａ）に示す従来技術の光ＳＮＲは、図３の入力信号光パワーに対応したスペクトルを示している。
【０００６】
上記のように従来技術では、入力信号光パワーが制限され、光ＳＮＲが制限されるという欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、入力信号光パワーが制限され、光ＳＮＲが制限されるという欠点を解決し、信号光波長域の広帯域化とファイバ非線形効果に起因する伝送性能劣化の回避とを両立させることが可能な光ファイバ通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１は、本発明の原理構成図である。
【０００９】
本発明（請求項１）は、中継器を介して信号光を中継伝送する光ファイバ通信システムであって、
波長多重された波長域が１５８０ｎｍ以上の信号光を伝送する分散シフトファイバからなる伝送路１０と、
利得波長域が少なくとも１５７０〜１６２０ｎｍのエルビウム添加ファイバ増幅器２０と、を有する。
【００１０】
また、本発明（請求項２）は、信号光の波長域幅が２５ｎｍ以上であり、該信号光の全波長域をレーザ発振波長域とする、信号光チャネル数に等しい台数の波長可変光源を有する。
【００１１】
また、本発明（請求項３）は、エルビウム添加ファイバ増幅器２０が、リン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器であり、信号光の最短波長における利得と、該信号光の最長波長の利得が等しいものとする。
【００１２】
また、本発明（請求項４）は、エルビウム添加ファイバ増幅器の上位準位比率が４９％以下であるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように本発明によれば、分散シフトファイバからなる伝送路とエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、波長多重された信号光を伝送する光ファイバ通信システムにおいて、エルビウム添加ファイバ増幅器として、リン共添加ファイバ増幅器を用い、信号光波長域を従来技術に比べて分散シフトファイバのゼロ分散波長から離れた長波長域（リン共添加エルビウム添加ファイバ増幅器の利得帯域内の最も長波長側の波長域）に設定することにより、信号光波長域の広帯域かとファイバ非線形効果に起因する伝送性能劣化の回避とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本実施の形態における光増幅中継システムの構成は、図１０と同様である。
【００１６】
同図に示す光増幅中継システムは、波長多重された波長域が１５８０ｎｍ以上の信号光を伝送する分散シフトファイバからなる伝送路１０と、利得波長域が少なくとも１５７０〜１６２０ｎｍのエルビウム添加ファイバ増幅器２０から構成される。
【００１７】
図２は、波長関係を示す図である。本発明では、光増幅器２０としてＰ−ＥＤＦＡを用いており、利得帯域は１５６５〜１６２０ｎｍをカバーする。本実施の形態では、その利得帯域の一部を利用し、信号光波長λａを１５８５〜１６２０ｎｍとしている。その結果、本実施の形態における信号光波長域内の最小分散値は、従来技術の最小分散値よりかなり大きい。但し、上記信号光波長の限定は、分散シフトファイバのゼロ分散波長のばらつきを考慮して決定している。
【００１８】
図３は、入力信号光パワーのスペクトルを示す。同図において、ゼロ分散波長は１５６０ｎｍである。最短信号光波長における非線形制限入力信号光パワーが従来技術の非線形制限入力信号光パワーより大きいことがわかる。それらの差を△Ｐｓとする。△Ｐｓの例は、約２ｄＢである。本発明の一実施の形態における光ＳＮＲスペクトルを図４に示す。図３の入力信号光パワーに対応して、本実施の形態の光ＳＮＲ（図４（ｂ））は従来技術の光ＳＮＲ（図４（ａ））より大きい。それらの差を△ＯＳＮＲとする。△ＯＳＮＲの例は、約２ｄＢである。
【００１９】
以上述べたように、本実施の形態では、Ｐ−ＥＤＦＡを用いて、信号光波長域を、従来技術に比べ長波長側に設定してあるため、従来技術の欠点が解決され、高い光ＳＮＲが得られた。
【００２０】
図５は、信号光パワースペクトルの比較を示しており、同図（ａ）が、ゼロ分散波長が１５６８ｎｍの場合の本実施の形態における入力信号光パワーのスペクトルである。従来技術では、同図（ｂ）に示すように、特に、信号光最短波長の１５７０ｎｍとゼロ分散波長の１５６８ｎｍが近い。従って、この信号光最短波長近傍の波長域における入力信号光パワーは、ファイバ非線形効果により著しく限定されている。一方、本実施の形態では、信号光最短波長の１５８５とゼロ分散波長の１５６８ｎｍがかなり離れているため、ファイバ非線形効果による劣化は少ない。△Ｐｓの例は、約４ｄＢである。また、△ＯＳＮＲの例は、約４ｄＢである。
【００２１】
図６は、本発明の一実施の形態におけるＰ−ＥＤＦＡの利得スペクトルを示している。上位準位に励起されたイオンの占有比率（上位準位比率）を、４０％，４４％，４８％，５２％とし、１６０５ｎｍ付近の利得極大値を、エルビウム添加ファイバ長を調整して、２０ｄＢに固定している。上位準位比率の値に応じて信号光波長域における利得スペクトルが変化している。但し、その信号光波長域は、ゼロ分散波長より大きく、約１５７０ｎｍ以上である。
【００２２】
Ｐ−ＥＤＦＡの利得波長域は、図６より、１６０５ｎｍ付近の利得極大値２０ｄＢに対して、ｄＢ単位で７０％、１４ｄＢ以上の波長域として、１５６５〜１６２３ｎｍである。
【００２３】
例えば、その信号光波長域は、波長域幅すなわち帯域幅が、２０ｎｍ，３０ｎｍ，３５ｎｍのとき、それぞれ１５８５〜１６１０ｎｍ、１５８５〜１６１５ｎｍ、１５８５〜１６２０ｎｍである。但し、帯域幅は必要とされるＷＤＭチャネル数などを考慮して決める。図７は、本発明の一実施の形態における利得の上位準位比率依存性を示す図である。図６より、１５８５〜１６２０における利得スペクトルは上に凸な曲線であるため、１５８５ｎｍにおける利得と、１６１０ｎｍ，１６１５ｎｍ，１６２０ｎｍにおける利得が等しいとき、それぞれ、帯域幅が２５，３０，３５ｎｍの場合に、信号光帯域内での利得偏差が最小になることがわかった。例えば、帯域幅が、２５，３０，３５ｎｍのとき、最適な上位準位比率はそれぞれ４１．５％、４５．５％、５０％である。また、帯域内最小利得は、それぞれ、１６．５ｄＢ、１７．７ｄＢ、１８．６ｄＢであり、従って利得偏差は、それぞれ、３．５ｄＢ、２．３ｄＢ、１．４ｄＢであった。
【００２４】
上記のように、本発明の増幅器は、特に信号光の波長域幅が２５ｎｍ以上の場合に有効である。逆に、信号光の波長域幅が２５ｎｍ未満の場合には、従来技術のように、Ａｌ−ＥＤＦＡを用いても本実施の形態のようにゼロ分散波長から離れた波長域に信号光波長を設定できる。例えば、信号光の波長域幅が２０ｎｍの場合には、信号光の波長域を１５８５〜１６０５ｎｍとすればよい。
【００２５】
本実施の形態の光ファイバ通信システムにおいて、送信器が波長可変光源を有する場合にも、従来技術では得られないメリットがある。すなわち、従来技術において、Ｐ−ＥＤＦＡの利得帯域を利用して１５７０〜１６２０ｎｍを使用した場合、帯域幅が５０ｎｍになるため、波長可変光源３０のレーザ発振波長幅も５０ｎｍにする必要がある。ところが、このように、広帯域な波長可変光源は、作製が難しく、高価であるといった難点がある。一方、本実施の形態では、信号光波長域を１５８５ｎｍ以上もしくは１５８０ｎｍ以上としているため、最大波長幅は１５８０〜１６２０ｎｍですむ。従って、作製が容易で安価な波長可変光源３０を用いることができる。すなわち、本実施の形態では、全ての信号光波長域をカバーする波長可変光源３０を、光信号チャネル数分だけ用意している。また、Ｐ−ＥＤＦＡでは、図６の利得スペクトルからわかるように、１５８０〜１６２０ｎｍの信号光波長域に平坦利得が生じる励起条件では、同時に少なくとも、１５６５〜１６２０ｎｍの信号光波長域に平坦利得が生じているという特徴を有する。
【００２６】
上述の特徴から、信号光波長を長波長域に設定し、かつ利得偏差が小さくなるように、上位準位比率と信号光波長域を選択することが可能である。例えば、所要帯域幅が３０ｎｍのとき、信号光波長域を１６００〜１６３０ｎｍとし、１５８５〜１６１５ｎｍの場合に比べ、より長波長域に設定した場合、図６より、利得偏差がかなり大きくなり、Ｐ−ＥＤＦＡの雑音指数及び励起効率が劣化するという欠点が生じる。従って、図３の伝送路ファイバ入力信号光パワーの向上特性と、Ｐ−ＥＤＦＡの雑音指数及び励起効率を考慮すれば、帯域幅２５〜３５ｎｍにおける最短信号光波長は、１５８０〜１５９５ｎｍとすることが望ましい。
【００２７】
図８は、本発明の一実施の形態におけるピーク利得の上位準位比率依存性を示す図であり、１５５０〜１５８０ｎｍにおけるピーク利得の上位準位比率依存性を示している。例えば、図６において、ピーク利得は、上位準位比率が４０〜５２％のとき、１５６０〜１５７０ｎｍの間に存在する。図８において、ピーク利得は上位準位比率と共に増大し、１６０５ｎｍ近傍のピーク利得が２０ｄＢのとき、上位準位比率が４６．８％及び４９％のときそれぞれ、３０ｄＢ及び３４ｄＢとなる。但し、それらの利得はそれぞれ２０ｄＢの１．５倍及び１．７倍である。ピーク利得が大きすぎると、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーが増大し、Ｐ−ＥＤＦＡの雑音指数及び励起効率を劣化させる。従って、上位準位比率は４９％以下であることが望ましい。
【００２８】
図９は、本発明の一実施の形態における上位準位比率の帯域依存性を示す図であり、図７と図８の関係から求めた利得偏差を最小とする上位準位比率の帯域幅依存性を示している。但し、信号光最短波長は、１５８５ｎｍとした。この図から、帯域幅に依存した最適な上位準位比率が存在することがわかる。
【００２９】
以上述べたように、本実施の形態では、Ｐ−ＥＤＦＡを用いることにより、従来技術で考慮されなかった信号光波長域の広帯域化と、ファイバ非線形効果に起因する伝送性能劣化の回避を両立させている。また、信号光波長域の広帯域化と、波長可変光源の経済化を両立させている。さらに、信号光波長域の広帯域化と、利得偏差の低減、及び雑音指数の抑圧を両立させている。
【００３０】
上記の実施の形態ではＥＤＦＡがＰ−ＥＤＦＡの場合を示したが、Ｐ−ＥＤＦＡ以外のテルライトＥＤＦＡやビスマスＥＤＦＡであっても同様の効果が得られる。
【００３１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、光増幅器を用いた線形中継器を用いて中継伝送する光ファイバ通信システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】従来技術と本発明の波長関係を示す図である。
【図３】従来技術と本発明のＤＳＦ入力信号光パワースペクトルを示す図である。
【図４】従来技術と本発明の光ＳＮＲスペクトルを示す図である。
【図５】従来技術と本発明の信号パワースペクトルの比較を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるリン共添加ＥＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態における利得の上位準位比率依存性を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態におけるピーク利得の上位準位比率依存性を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態における上位準位比率の帯域依存性を示す図である。
【図１０】光増幅中継システムの構成例である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  伝送路
２０  エルビウム添加ファイバ増幅器
３０  波長可変電源
【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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