(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路から受信した光信号を増幅する光伝送装置において、
光信号の増幅に用いられる第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
前記第１の励起光を用いて前記光伝送路から受信した光信号を増幅する第１のドープファイバと、
光信号の増幅に用いられる第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記第２の励起光を用いて前記第１のドープファイバから出力された前記光信号を増幅する第２のドープファイバと、
前記第１のドープファイバと前記第２のドープファイバの間に設置され、前記第２のドープファイバへ入力される光信号が通過する光アイソレータと、
光信号の増幅に用いられる第３の励起光を出力する第３の励起光源と、
前記第３の励起光を用いて前記第２のドープファイバから出力された前記光信号を増幅する第３のドープファイバを有し、
前記第１のドープファイバの増幅利得は前記第２のドープファイバの増幅利得よりも小さい、５ｄB乃至１５ｄBの範囲内に設定され、
前記光伝送路と前記第１のドープファイバの間に光アイソレータが設置されていないことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光伝送装置において、
前記第１の励起光源は、前記第１の励起光の大きさが一定となるように前記第１の励起光を出力することを特徴とする光伝送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光伝送装置において、
前記第３のドープファイバの増幅利得は、前記第１のドープファイバの増幅利得と同じまたは前記第１のドープファイバの増幅利得よりも大きく、かつ前記第２のドープファイバの増幅利得よりも小さく設定されていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光伝送装置において、
前記第２のドープファイバと前記第3のドープファイバの間に、分散補償器を有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光伝送装置において、
前記第３のドープファイバの後段に設置されたもう一つの光アイソレータをさらに有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光伝送装置において、
前記第１のドープファイバに入力される前の、前記光信号の一部の出力を検出する第１の光検出器と、
前記第１の光検出器により検出された前記光信号の一部の出力をあらかじめ定められた値と比較し、前記比較した結果に応じて前記第3の励起光源を制御することで前記第3の励起光の大きさを調整する制御部をさらに有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光伝送装置において、
前記第3のドープファイバから出力される光信号の一部の出力を検出する第2の光検出器をさらに有し、
前記制御部は、前記第2の光検出器により検出された前記光信号の一部の出力があらかじめ定められた値に近くなるように、前記第3の励起光源を制御することで前記第3の励起光の大きさを調整することを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光伝送装置および光伝送システムに係り、特に双方向伝送に好適な光伝送装置および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムの低コスト化要求に伴い、一本の光伝送ファイバに波長の異なる信号光を伝送する波長多重光伝送システムが検討されている。特に、相対する局間で双方向に情報のやりとりが必要な場合には一本の伝送ファイバに波長の異なる信号光を双方向に伝送する双方向光伝送システムが適している。このような技術背景において、双方向光伝送システムに適用可能な光増幅器を提供することが重要となっている。
【０００３】
これに関する従来の方式として、特開平６−８５３６９号公報には、ドープファイバ両端に信号光を順方向および逆方向に合分波する手段を具備することにより、１つの光増幅媒体と１つの励起光源とを順方向および逆方向で共用することができ、双方向光伝送システムに適用可能でかつ構成が簡単な光増幅器が記載されている。
【０００４】
また、特開平９−９８１３６号公報には、信号波長多重度の変化があっても、個々の波長出力の制御が可能な光増幅器が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る光増幅器では実使用状態において次のような問題が生じる。
一般に、１本のドープファイバを有する一方向の光増幅器ではドープファイバ前段の信号光入力損失がＳ／Ｎ比劣化の要因となることが知られている。従来技術に係る光増幅器は一方向の光増幅器に比較して、光サーキュレータの異なるファイバへの結合損失および光方向性結合器の異なるファイバへの結合損失により、信号光入力損失が大きくなりＳ／Ｎ比が劣化する。
【０００６】
光増幅器をｋ個用いて多中継伝送する場合、Ｓ／Ｎ比劣化量は段数ｋに比例して増加する。従って、総Ｓ／Ｎ比劣化量に上限のある実際の光伝送システムにおいては、光増幅器のＳ／Ｎ劣化量増加に伴い中継段数が減る。この結果、光伝送距離が短くなる。
【０００７】
例えば、総Ｓ／Ｎ比劣化量１２ｄＢ以下の規定の元で、Ｓ／Ｎ比劣化量４ｄＢの光増幅器と６ｄＢの光増幅器を各々８０ｋｍ間隔で設置した場合、４ｄＢの光増幅器は３段中継により総Ｓ／Ｎ劣化量１２ｄＢ、６ｄＢの光増幅器は２段中継により同じく総Ｓ／Ｎ比劣化量１２ｄＢとなる。つまり、Ｓ／Ｎ劣化量４ｄＢの光増幅器は３段中継できるので、２４０ｋｍ伝送できるのに対し、６ｄＢの光増幅器は２段中継しかできないので、１６０ｋｍの伝送距離に留まってしまう。
【０００８】
本発明の第１の目的は、上述した不具合をなくすことにあり、双方向光伝送システムに適用可能でかつＳ／Ｎ比の劣化を抑え、長距離光伝送に適した光伝送装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、長距離光伝送に適した双方向光伝送システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するため、端局中継装置、中間中継装置を、伝送路に接する少なくとも一つのバッファ光増幅装置と、前記バッファ光増幅装置に接する少なくとも一つのコア光増幅装置とで構成する。この構成によって、伝送路での伝搬によって微弱化した信号光が、光学デバイスの損失を受ける前に、バッファ光増幅装置によって入力信号を増幅することができるので、光伝送装置全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。
【００１０】
これによって、双方向光伝送システムに適用可能でかつＳ／Ｎ比の劣化を抑え、長距離光伝送に適した光伝送装置を達成することができる。さらに、その光伝送装置を利用することにより、長距離光伝送に適した双方向光伝送システムを達成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図１１を用いて説明しよう。
図1に、本発明の第一の実施の形態である光伝送システムの実施例について基本的な機能ブロック図を示す。光伝送システムは、複数の光送信器１を含んだ光送信装置２と、複数の光受信器３を含んだ光受信装置４と、端局中継装置５とから成っている。また、端局中継装置５と中間中継装置と６は、少なくとも一つの伝送路７によって接続されており、この構成によって、光送信装置２−１から光受信装置４−２へ、あるいは、光送信装置２−２から光受信装置４−１へ、信号光は双方向に伝送されている。（以下の図面では、図示の簡単のため２−１を２1と表示する。）
伝送路７の回線状態は、監視装置８より導入された監視光を監視光合分波器９によって伝送路に導入し、次の端局中継装置５あるいは中間中継装置６において監視光合分波器９によって導出された監視光を監視装置８に導入することにより監視している。ただし、監視装置は必須ではなく、取り除いても本発明の効果に影響はない。
【００１２】
伝送路７−１は、端局中継装置５−１内に少なくとも一つ設置されたバッファ光増幅装置１０−１に接続されており、バッファ光増幅装置１０−１は、監視光合分波器９−１を介して少なくとも一つ設置されたコア光増幅装置１１−１に接続されている。さらにコア光増幅装置１１−１は、光合分波器１２−１に接続され、少なくとも一つの光送信器１および光受信器３と接続されている。端局中継装置５−２も同様な構成となっている。
【００１３】
また、伝送路７−１あるいは７−２は、中間中継装置６−１内に少なくとも一つづつ設置されたバッファ光増幅器１０−２あるいは１０−３と接続されている。このバッファ光増幅装置１０−２あるいは１０−３は、監視光合分波器９−２あるいは９−３を介して少なくとも一つ設置されたコア光増幅装置１１−２に接続されている。中間中継装置６−２も同様な構成となっている。
【００１４】
本伝送システム中、中間中継装置６は直列に幾つ設置されても良い。また本構成ではいわゆる双方向伝送システムとしたが、単方向伝送システムの場合にも同様な構成が適用可能である。
【００１５】
この構成によれば、伝送路損失により微弱化した信号光が、光学デバイスの損失を受ける前に、バッファ光増幅装置によって入力信号を増幅することができるので、光伝送装置全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。この結果、長距離光伝送に適した光伝送システムとすることができる。
【００１６】
図２を用いて、本発明の第二の実施の形態である光伝送装置の実施例を説明しよう。図２は、図１に示した双方向光伝送システムのうち、端局中継装置５−１の具体的構成図を示している。図２において、伝送路７−１よりの信号光は、バッファ光増幅器１０−１に導入される。導入された信号光は、光分岐器１３によって一部を分岐される。分岐された信号光は、監視信号光を除去する光フィルタ１４を通過して光検出器１５によって検出されている。検出した入力モニタ信号は、コア光増幅装置１２−１内の光増幅器１６に伝達される。
【００１７】
光分岐器１３を通過した信号光は、光合波器１７によって、励起光源１８よりの励起光と共に合波され、希土類添加光ファイバ１９に導入される。希土類添加光ファイバ１９は、励起光によって励起状態にあるため、信号光は増幅され、監視光合分波器９−１を通過してコア光増幅装置１２−１内の光合分波器２０に導入される。信号光は、光合分波器２０によって、光増幅器１６に導入され増幅された後、光合分波器２１を介して光分岐器２２によって一部を分岐される。分岐された光は光検出器２３によって検出され、出力モニタ信号としてコア光増幅装置１２−１内の光増幅器１６に伝達される。分岐器２２を通過した信号光は、光合分波器１２−１に到達する。光合分波器１２−１では、信号光が所定の波長に分波され、光受信装置４−１（図示せず）に到達する。
【００１８】
なお、ここで光分岐器１３、２２および光検出器２３、１５および光フィルタ１４は必ずしもこの位置になくとも良い。例えば、光増幅器１６の後段や、光合分波器１２−１の後段に各経路毎に複数設置しても良い。
【００１９】
光送信装置２−１（図示せず）よりの逆方向の信号光は、端局中継装置５−１内の光合分波器１２−１によって合波された後、コア光増幅装置１２−１内の光分岐器２２によって一部を分岐され、分岐された光は光検出器２４によって検出され、入力モニタ信号としてコア光増幅装置１２−１内の光増幅器２５に伝達される。
【００２０】
および  光分岐器２２を通過した信号光は、光合分波器２１を介して光増幅器２５によって増幅される。増幅された信号光は、光合波器２０によって監視光合分波器９−１に到達し、監視光合分波器９−１を通過した後バッファ光増幅装置１０−１内の希土類添加光ファイバ１９に前記信号光とは逆方向に導入されて増幅される。増幅された信号光は光合波器１７を通過して光分岐器１３によって一部分岐される。分岐された光は監視信号光を除去する光フィルタ２６を通過して光検出器２７によって検出され、出力モニタ信号としてコア光増幅装置１２−１内の光増幅器２５に伝達される。光分岐器１３を通過した信号光は、伝送路７−１に配送される構成となっている。
【００２１】
ここで、光分岐器２２および光検出器２４は必ずしもこの位置にある必要はない。例えば、光増幅器２５の前段や、光合波器１２−１の前段に各経路毎に複数設置しても良い。また、光分岐器１３および光フィルタ２６と光検出器２７は必ずしもこの位置にある必要はない。例えば、光増幅器２５の後段に設置したり、バッファ光増幅装置の前段あるいは監視光合分波器９−１の前段に設置しても良い。
【００２２】
一方、監視光源（図示せず）よりの監視光は監視光合分波器９−１によって導入されバッファ光増幅装置１０−１を通過して伝送路に導入される。
なお、光増幅器１６、２５は入力モニタ信号および出力モニタ信号によって制御される構成となっている。
【００２３】
従来の端局中継装置では、光増幅器１６の前段に設置される光合波器２０、監視光合分波器９−１および、光増幅器１６内に設置される光アイソレータ等の光学デバイスによる光損失によって、端局中継装置全体の雑音指数が劣化する要因となっていた。本発明のように、伝送路７−１よりの微弱化した信号光が、上記光学デバイスの損失を受ける前に、バッファ光増幅装置１０−１によって入力信号を増幅する構成とした結果、端局中継装置全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。
【００２４】
同時に本構成のバッファ光増装置１０−１によれば、従来の光増幅器では必須であった光アイソレータを使う必要がないため、バッファ光増幅装置１０−１自体の雑音指数劣化をも防ぐことが可能となり、引いては端局中継装置５−１全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。
【００２５】
次に、図３を用いて本発明の第二の実施の形態である光伝送装置の他の実施例を説明しよう。
図３に、図１に示した双方向光伝送システムのうち、中間中継装置６−１の具体的構成図を示す。伝送路７−１よりの信号光は、バッファ光増幅器１０−２に導入される。導入された信号光は、光分岐器２８によって一部分岐され、分岐された信号光は監視信号光を除去する光フィルタ２９を通過して光検出器３０によって検出されている。検出した入力モニタ信号はコア光増幅装置１１−２内の光増幅器３１に伝達される。
【００２６】
光分岐器２８を通過した信号光は、光合波器３２によって、励起光源３３よりの励起光と共に合波され、希土類添加光ファイバ３４に導入される。希土類添加光ファイバ３４は励起光によって励起状態にあるため、信号光は増幅され、監視光合分波器９−２を通過してコア光増幅装置１１−２内の光合分波器３５に導入される。光合分波器３５によって信号光は、光増幅器３６に導入され増幅された後、光合分波器３７を介し監視光合分波器９−３を通過してバッファ光増幅装置１０−３内の希土類添加光ファイバ３８に導入される。
【００２７】
希土類添加光ファイバ３８は、励起光源３９よりの励起光が光合波器４０によって合波され導入され励起状態にあるため、信号光は増幅され光合波器４０を通過して光分岐器４１によって一部分岐される。分岐された光は監視信号光を除去する光フィルタ４２を通過して光検出器４３によって検出され、出力モニタ信号としてコア光増幅装置１１−２内の光増幅器３６に伝達される。光分岐器４１を通過した信号光は、伝送路７−２に配送される。
【００２８】
ただし、光分岐器４１および光フィルタ４２と光検出器４３は必ずしもこの位置にある必要はない。例えば、光増幅器３６の後段に設置したり、バッファ光増幅装置１０−３の前段あるいは監視光合分波器９−３の前段に設置しても良い。
【００２９】
伝送路７−２よりの逆方向の信号光は、バッファ光増幅装置１０−３に導入される。導入された信号光は、光分岐器４１によって一部分岐され、分岐された光は監視信号光を除去する光フィルタ４４を通過して光検出器４５によって検出されている。検出した入力モニタ信号はコア光増幅装置１１−２内の光増幅器３１に伝達される。
【００３０】
光分岐器４１を通過した信号光は、光合波器４０によって、励起光源３９よりの励起光と共に合波され、希土類添加光ファイバ３８に導入される。希土類添加光ファイバ３８は励起光によって励起状態にあるため、信号光は増幅され、監視光合分波器９−３を通過してコア光増幅装置１１−２内の光合分波器３７に導入される。光合分波器３７によって信号光は、光増幅器３１に導入され増幅された後、光合分波器３５を介して監視光合分波器９−２を通過してバッファ光増幅装置１０−２内の希土類添加光ファイバ３４に導入される。希土類添加光ファイバ３４は、励起光源３３よりの励起光が光合波器３２によって合波され導入され励起状態にあるため、信号光は増幅され光合波器３２を通過して光分岐器２８によって一部分岐される。分岐された光は監視信号光を除去する光フィルタ４６を通過して光検出器４７によって検出され、出力モニタ信号としてコア光増幅装置１１−２内の光増幅器３１に伝達される。光分岐器２８を通過した信号光は、伝送路７−１に配送される。
【００３１】
ただし、光分岐器２８および光フィルタ４６と光検出器４７は必ずしもこの位置にある必要はない。例えば、光増幅器３１の後段に設置したり、バッファ光増幅装置１０−２の前段あるいは監視光合分波器９−２の前段に設置しても良い。
【００３２】
一方、監視光源（図示せず）よりの監視光は監視光合分波器９−２、９−３によって導入されバッファ光増幅装置１０−２、１０−３を通過して伝送路７−１、７−２に導入される。なお、光増幅器３１、３６は入力モニタ信号および出力モニタ信号によって制御される構成となっている。
【００３３】
従来の中間中継装置では、光増幅器３１、３６の前段に設置される光合波器２０３５、３７、監視光合分波器９−２、９−３および、光増幅器３１、３６内に設置される光アイソレータ等の光学デバイスによる光損失によって、中間中継装置全体の雑音指数が劣化する要因となっていた。本実施例のように、伝送路７−１、７−２よりの微弱化した信号光が、上記光学デバイスの損失を受ける前に、バッファ光増幅装置１０−２または１０−３によって入力信号を増幅する構成とした結果、中間中継装置全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。
【００３４】
同時に本構成のバッファ光増装置１０−２、１０−３によれば、従来の光増幅器では必須であった光アイソレータを使う必要がないため、バッファ光増幅装置１０−２、１０−３自体の雑音指数劣化をも防ぐことが可能となり、ひいては中間中継装置６−１全体の雑音指数劣化を防ぐことが可能となる。
【００３５】
次に、図４ないし図１０を用いて本発明の第二の実施の形態である光伝送装置の他の実施例を説明しよう。
ここで。図４は、端局中継装置の機能を具体的に示したブロック図である。図５は、バッファ光増幅装置を示したブロック図である。図６は、制御装置の機能を具体的に示したブロック図である。また、図８ないし図１０は、中間中継装置による実験結果を示した図である。
【００３６】
図４において、信号光は、λ１＝１５３０．３３ｎｍ、λ２＝１５３１．９０ｎｍ、λ３＝１５３３．４７ｎｍ、λ４＝１５３５．０４ｎｍの４つの波長が含まれ、さらにλｐ１＝１５４３．７３なる波長のプローブ光源４８によってプローブ光が送信されている。また、λ５＝１５５５．７５ｎｍ、λ６＝１５５７．３６ｎｍ、λ７＝１５５８．９８ｎｍ、λ８＝１５６０．６１ｎｍの４つの波長が受信されており、さらにλｐ２＝１５４６．９２なるプローブ光源（図示せず）によってプローブ光が受信されている。
【００３７】
λ１からλ４の各波長は、それぞれ分岐比率５：９５の光分岐器２２−１〜２２−４によって分岐され、それぞれ光検出器２４−１〜２４−４によって検出されている。検出した各波長の入力モニタ信号は、後述する光増幅器２５内の制御装置４９内に伝達されている。光分岐器２２−１〜２２−４を通過した信号光とプローブ光は、光合分波器１２−１内の光合波器５０によって合波され、光増幅器２５内の分散補償器５１を通過する。分散補償器５１は、信号光が伝送路７−１〜７−４を通過することによって生じる分散特性を補償する。分散補償器５１を通過した多重光は、光アイソレータ５２を通過して希土類添加光ファイバ５３に導入される。
【００３８】
希土類添加光ファイバ５３は、励起光源５４である１４８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーから励起光が光合波器５５を介して導入されており、励起状態にある。従って、多重光は、増幅を受け光アイソレータ５６、光合波器２０および監視光合分波器９−１を通過してバッファ光増幅装置１０−１に導入される。監視光合分波器９−１によって１．４８μｍの監視光と信号光が合波されている。
【００３９】
バッファ光増幅装置１０−１内に導入された多重光は、９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザー（励起光源１８）からの励起光が光合波器１７によって希土類添加光ファイバ１９としてのエルビウム添加光ファイバに導入される。エルビウム添加光ファイバ１９は、励起状態となっているが、増幅を受けるのはλ１からλ４の多重光およびプローブ光のみであり、１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後通過する。また励起光源１８は、励起光源１８よりの光出力の一部を検出する光検出器５７によってモニタされ、この励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置５８によって制御する構成となっている。
【００４０】
増幅された多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器１３によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ２６を通過してプローブ光の一部が光検出器２７によって検出される。検出されたプローブ光モニタ信号は前記制御装置４９に伝達される。制御装置４９では前記プローブ光モニタ信号が一定となるように、励起光源５４を制御する構成となっている。このようにプローブ光モニタ信号が一定となるよう制御することによって、信号光λ１からλ４の全ての信号光を一定出力に制御することが可能となる。
【００４１】
つまり、信号光λ１からλ４のうちいずれかの信号が途切れた場合や、信号光λ１からλ４以外の波長の信号光が新たに追加された場合にも、信号光λ１からλ４（例えばλ４が途切れた場合にはλ１からλ３）の光出力は影響を受けず、常に一定にかつ安定に制御することが可能となる。
【００４２】
光分岐器１３を通過した多重光および監視光は伝送路７−１である、シングルモードの伝送ファイバに配送される。
【００４３】
ここで、分散補償器５１は、伝送路の分散特性がシステム全体の伝送特性に影響を与えない場合には、省いても良い。また、分散補償器５１の設置場所は、必ずしもこの位置である必要はない。希土類添加光ファイバ５３、励起光源５４と、光合波器５５の部分は半導体光増幅器で置き換えても良い。この場合、励起光源５４の変わりに励起電流によって増幅率を制御すればよい。同様に、希土類添加光ファイバ１９、励起光源１８と、光合波器１７の部分は半導体光増幅器で置き換えても良い。
【００４４】
一方、伝送ファイバ７−１より送られてきた逆方向の信号光λ５からλ８およびλｐ２の多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器１３によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ１４を通過してプローブ光の一部だけが光検出器１５によって検出される。検出された入力モニタ信号は後述する制御装置５９に伝達される。光分岐器１３を通過した多重光および監視光はバッファ光増幅装置１０−１内の光合波器１７によって、励起光源１８としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と合波され、エルビウム添加光ファイバ１９によって増幅される。ここでも同様に、増幅を受けるのはλ５からλ８およびλｐ２の多重光だけで１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後通過する。通過した１．４８μｍの監視光は、監視光合分波器９−１によって分波され監視光経路に送達される。多重光は、光合波器２０を通過して光増幅器１６内の光アイソレータ６０を通過し、励起光源６１としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と光合波器６２によって合波されてエルビウム添加光ファイバ６３にて増幅される。また励起光源６１は、励起光源６１よりの光出力の一部を検出する光検出器６４によってモニタされこの励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置６５によって制御する構成となっている。
【００４５】
増幅された信号光は、光アイソレータ６６を通過して分散補償器６７に導入され、第二のエルビウム添加光ファイバ６８によって増幅された後、光合波器６９を通過して光アイソレータ７０より出力される。第二のエルビウム添加光ファイバ６９は、９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザー（第二の励起光源７１）からの励起光と合波されて励起状態にある。光アイソレータ７０よりの多重光は、分岐比率５：９５の光分岐器７２によって多重光が一部分岐される。分岐された多重光は、プローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ７３を通過してプローブ光の一部だけが光検出器７４によって検出される。検出された出力モニタ信号は、光増幅器１６内の制御装置５９に伝達され出力モニタ信号が一定となるよう励起光源７１を制御する構成となっている。
【００４６】
光分岐器７２を通過した多重光は、光合分波器１２−１内の光分波器７５によってλ５からλ８の各波長毎に分波され、各波長は、それぞれ分岐比率５：９５の光分岐器２２−５〜２２−８によって分岐され、それぞれ光検出器２３−１〜２３−４によって検出されている。検出した各波長の出力モニタ信号は、光増幅器１６内の制御装置５９内に伝達されている。光分岐器２２−５〜２２−８を通過した各波長の信号光は、端局装置(図示せず)に配送される。
【００４７】
本構成におけるバッファ増幅装置１０−１への伝送路７−１よりの信号入力パワーは、波長当たり−３０ｄＢｍより−５ｄＢｍであり、バッファ増幅装置１０−１の信号増幅利得は約１０ｄＢ程度である。バッファ光増幅装置１０−１内には光アイソレータを設置しないため、光の発振現象に留意しなければならない。従って、バッファ増幅装置１０−１の信号増幅利得は３０ｄＢ以下にすることが望ましいが、より望ましくは１５ｄＢ以下である。また、伝送路７−１よりの信号入力に対する端局中継装置における雑音指数は、バッファ増幅装置１０−１の信号増幅利得を正の利得にすることによって従来方式より明らかに改善されるが、より望ましくは５ｄＢ以上である。
【００４８】
また、コア光増幅装置１１−１、バッファ光増幅装置１０−１の増幅利得配分は、まず伝送路７−１への必要出力パワーより算出することが望ましい。例えば、伝送路への出力パワーを信号波長当たり、＋１１ｄＢｍとするとき、全信号パワー（λ１からλ４およびλｐ１）は＋１８ｄＢｍであるから、励起光源１８のパワーは、このパワーの約１．２５から３．３倍に設定することが望ましい。励起光源のパワーが不足するときは、図５に示すように新たな励起光源１８−ａ、この光出力を検出する光検出器５７−ａ、検出したモニタ信号を一定にする制御装置５８−ａ、および励起光を導入する光合波器１７−ａを設置し、エルビウム添加光ファイバに対して双方向励起としても良い。ただし、伝送路７−１よりの多重光に対して前方励起となる励起光源１８は、いずれにしても設置することが望ましい。
【００４９】
設定された励起光源１８の能力に従って光増幅器２５より配送される多重光のバッファ光増幅装置１０−１への入力パワーを［バッファ光増幅装置１０−１よりの光出力（＋１１ｄＢｍ）−ＸｄＢ］に設定可能である。Ｘの範囲は、０から２０が望ましい。Ｘの値を調節することにより、逆方向すなわち伝送路７−１よりの信号入力パワーに対する信号増幅利得を、上述した、より望ましい値に設定することが可能である。
【００５０】
ここで、光増幅器２５内の励起光源５４は、９８０ｎｍ半導体レーザーを用いても良い。また、光増幅器１６内の励起光源７１は、１４８０ｎｍ半導体レーザーを用いても良い。
ただし、バッファ光増幅装置１０−１内の励起光源１８および光増幅器１６内の励起光源６１−１は９８０ｎｍ半導体レーザーを使用することが最も良い。
【００５１】
次に、制御装置４９の具体的構成例を図６に示す。
制御装置４９内に伝達された出力モニタ信号は、比較器７６によってあらかじめ定められた基準値７７と比較されており、基準値７７との誤差信号を駆動回路７８に伝達することによって励起光源５４（図示せず）を制御する。
【００５２】
また、制御装置４９内に伝達されたλ１からλ４に相当する入力モニタ信号は、それぞれ基準値７９と比較器８０によって比較されており、あらかじめ定められた値より高い場合に正常信号を波長数検出回路８１に伝達し、低い場合には異常信号を伝達する。波長数検出回路８１では、伝達された正常信号の波長数をカウントし、現在伝送可能な波長数を判定する。伝送可能な波長がない場合には、警報を発出する。またこのとき同時に警報は駆動回路７８にも伝達され、これを受けた駆動回路７８は励起光源５４（図示せず）を停止させるよう制御する構成となっている。
【００５３】
制御装置５９内に伝達された出力モニタ信号は比較器８２によってあらかじめ定められた基準値８３と比較されており、基準値８３との誤差信号を駆動回路８４に伝達することによって励起光源７１（図示せず）を制御する。
【００５４】
次に、制御装置５９の具体的構成例を図７に示す。
制御装置５９内に伝達されたλ５からλ８に相当する出力モニタ信号と、λｐ２に相当する入力モニタ信号は、それぞれ基準値８５と比較器８６によって比較されており、あらかじめ定められた値より高い場合に正常信号を波長数検出回路８７に伝達し、低い場合には異常信号を伝達する。波長数検出回路８７では、伝達された正常信号の波長数をカウントし、現在伝送可能な波長数を判定する。伝送可能な波長がない場合には、警報を発出する。またこのとき同時に警報は駆動回路８４にも伝達され、これを受けた駆動回路８４は励起光源７１（図示せず）を停止させるよう制御する構成となっている。
【００５５】
伝送可能な信号が、λｐ２のみの場合にも警報を発出するよう制御しても良い。
本発明のバッファ光増幅装置１０−１の特徴は、希土類添加光ファイバ１９に双方向から多重光が導入され、双方向に多重光を増幅する点にある。また、伝送路７−１より導入される微弱な多重光に対して大きな損失を受ける前に増幅させる点に特徴がある。
【００５６】
上述したように、制御装置５８によって、励起光源１８出力を一定に制御することにより、バッファ増幅装置１０−１の雑音指数を安定にかつ低く維持することが可能となり、かつほぼ一定の利得を有する光増幅装置として機能させることが可能となる。励起光源１８出力を一定に制御することは、希土類添加光ファイバが一般的に有する利得の波長依存性を縮減し、伝送特性上問題となる利得の波長偏差変動を抑圧する点で重要である。
【００５７】
また上述のように、制御装置４９によってプローブ光の出力を一定に制御することにより、自動的にバッファ光増幅装置１０−１の伝送路７−１への多重光出力を制御することが可能となる。
【００５８】
本実施例において、信号光の入出力特性および雑音指数を測定した結果を図８ないし図１０に示す。この実験では、バッファ光増幅装置へ約＋１１ｄＢｍの信号が導入されることによって伝送路へ、常に＋１７ｄＢｍの信号出力が配送されている。このときバッファ光増幅装置内の励起光源の出力パワーは、信号出力＋１７ｄＢｍの約２．２倍に相当する約１１０ｍＷのパワーが供給されていた。
【００５９】
図８によれば、伝送路よりの入力信号に対する雑音指数が、３．９ｄＢ以下に制御されていることが明らかである。実システムにおける温度変動や、製造上のばらつきを考慮しても、本発明によれば、４．５ｄＢ以下に制御することができる。さらに、実験構成を実システムにおいて維持することによって４．０ｄＢ以下とすることができる。また図９によれば、バッファ光増幅装置の伝送路よりの入力信号ゲインは、約１０ｄＢとなっていることがわかる。
【００６０】
次に、図１１を用いて本発明の第二の実施の形態である光伝送装置の他の実施例を説明しよう。
図１１は、中間中継装置の構成および機能を、より具体的に示したブロック図である。
【００６１】
信号光は、伝送路７−１から、λ１＝１５３０．３３ｎｍ、λ２＝１５３１．９０ｎｍ、λ３＝１５３３．４７ｎｍ、λ４＝１５３５．０４ｎｍの４つの波長が送信されており、さらにλｐ１＝１５４３．７３なるプローブ光が送信されている。また、伝送路７−２から、λ５＝１５５５．７５ｎｍ、λ６＝１５５７．３６ｎｍ、λ７＝１５５８．９８ｎｍ、λ８＝１５６０．６１ｎｍの４つの波長が送信されており、さらにλｐ２＝１５４６．９２なるプローブ光が送信されている。
【００６２】
本具体例が、図４に示した端局中継装置と異なる点は、バッファ光増幅装置１０−２、１０−３が、コア光増幅装置１１−２の両端に設置されている点、またコア光増幅装置１１−２は、図４における光増幅器１６と同様の形態を有する光増幅器３１および３６の二つより構成されている点である。
【００６３】
伝送ファイバ７−１より送られてきた信号光λ１からλ４およびλｐ１の多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器２８によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ２９を通過してプローブ光の一部だけが光検出器３０によって検出される。検出された入力モニタ信号は後述する制御装置５９−２に伝達される。光分岐器２８を通過した多重光および監視光はバッファ光増幅装置１０−２内の光合波器３２によって励起光源３３としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と合波され、希土類添加光ファイバ３４としてのエルビウム添加光ファイバに導入される。この時、エルビウム添加光ファイバ３４は励起状態となっているが、増幅を受けるのはλ１からλ４の多重光およびプローブ光のみであり、１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後通過する。
【００６４】
また励起光源３３は、励起光源３３よりの光出力の一部を検出する光検出器５７−２によってモニタされ、この励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置５８−２によって制御する構成となっている。
【００６５】
通過した１．４８μｍの監視光は、監視光合分波器９−２によって分波され監視光経路に送達される。多重光は、光合波器３５を通過して光増幅器３６内の光アイソレータ６０−２を通過し、励起光源６１−２としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と光合波器６２−２によって合波されて、エルビウム添加光ファイバ６３−２にて増幅される。また励起光源６１−２は、励起光源６１−２よりの光出力の一部を検出する光検出器６４−２によってモニタされ、この励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置６５−２によって制御する構成となっている。
【００６６】
増幅された信号光は光アイソレータ６６−２を通過して分散補償器６７−２に導入され、第二のエルビウム添加光ファイバ６８−２によって増幅された後、光合波器６９−２を通過して光アイソレータ７０−２より出力される。第二のエルビウム添加光ファイバ６８−２は、第二の励起光源７１−２としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と合波されて励起状態にある。光アイソレータ７０−２よりの多重光は、光合波器３７および監視光合分波器９−３を通過してバッファ光増幅装置１０−３に導入される。監視光合分波器９−３によって１．４８μｍの監視光と信号光が合波されている。
【００６７】
バッファ光増幅装置１０−３内に導入された多重光は、励起光源３９としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光が光合波器４０によって希土類添加光ファイバ３８としてのエルビウム添加光ファイバに導入される。エルビウム添加光ファイバ３８は、励起状態となっているが、増幅を受けるのはλ１からλ４の多重光およびプローブ光のみであり、１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後、通過する。
【００６８】
また励起光源３９は、励起光源３９よりの光出力の一部を検出する光検出器５７−３によってモニタされこの励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置５８−３によって制御する構成となっている。増幅された多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器４１によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ４２を通過してプローブ光の一部が光検出器４３によって検出される。検出されたプローブ光モニタ信号は前記制御装置５９−２に伝達される。制御装置５９−２では前記プローブ光モニタ信号が一定となるように、励起光源７１−２を制御する構成となっている。このようにプローブ光モニタ信号が一定となるよう制御することによって、信号光λ１からλ４の全ての信号光を一定出力に制御することが可能となる。
【００６９】
信号光λ１からλ４のうちいずれかの信号が途切れた場合や、信号光λ１からλ４以外の波長の信号光が新たに追加された場合にも、信号光λ１からλ４（例えばλ４が途切れた場合にはλ１からλ３）の光出力は影響を受けず、常に一定にかつ安定に制御することが可能となる。
光分岐器４１を通過した多重光および監視光は伝送路７−２である、シングルモードの伝送ファイバに配送される。
【００７０】
希土類添加光ファイバ３４、６３−２、６８−２、３８、励起光源３３、６１−２、７１−２、３９と、光合波器３２、６２−２、６９−２、４０の部分は半導体光増幅器で置き換えても良い。この場合励起光源３３、６１−２、７１−２、３９の代わりに励起電流によって増幅率を制御すればよい。
【００７１】
一方、伝送ファイバ７−２より送られてきた逆方向の信号光λ５からλ８およびλｐ２の多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器４１によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ４４を通過してプローブ光の一部だけが光検出器４５によって検出される。検出された入力モニタ信号は後述する制御装置５９−３に伝達される。
【００７２】
光分岐器４１を通過した多重光および監視光はバッファ光増幅装置１０−３内の光合波器４０によって励起光源３９としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と合波され、希土類添加光ファイバ３８としてのエルビウム添加光ファイバに導入され、エルビウム添加光ファイバ３８は励起状態となっているが、増幅を受けるのはλ５からλ８の多重光およびプローブ光のみであり、１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後通過する。
【００７３】
また励起光源３９は、励起光源３９よりの光出力の一部を検出する光検出器５７−３によってモニタされこの励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置５８−３によって制御する構成となっている。通過した１．４８μｍの監視光は、監視光合分波器９−３によって分波され監視光経路に送達される。多重光は、光合波器３７を通過して光増幅器３１内の光アイソレータ６０−３を通過し、励起光源６１−３としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と光合波器６２−３によって合波されてエルビウム添加光ファイバ６３−３にて増幅される。また励起光源６１−３は、励起光源６１−３よりの光出力の一部を検出する光検出器６４−３によってモニタされこの励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置６５−３によって制御する構成となっている。
【００７４】
増幅された信号光は光アイソレータ６６−３を通過して分散補償器６７−３に導入され、第二のエルビウム添加光ファイバ６８−３によって増幅された後、光合波器６９−３を通過して光アイソレータ７０−３より出力される。第二のエルビウム添加光ファイバ６８−３は、第二の励起光源７１−３としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光と合波されて励起状態にある。光アイソレータ７０−３よりの多重光は、光合波器３５および監視光合分波器９−２を通過してバッファ光増幅装置１０−２に導入される。監視光合分波器９−２によって１．４８μｍの監視光と信号光が合波されている。
【００７５】
バッファ光増幅装置１０−２内に導入された多重光は、励起光源３３としての９８０ｎｍ近隣に発振波長を有する半導体レーザーからの励起光によって励起状態にあるエルビウム添加光ファイバ３４に導入され、λ５からλ８の多重光およびプローブ光のみ増幅を受け、１．４８μｍの監視光は、若干の損失を受けた後、通過する。
【００７６】
また励起光源３３は、励起光源３３よりの光出力の一部を検出する光検出器５７−２によってモニタされこの励起光源モニタ信号が一定となるよう、制御装置５８−２によって制御する構成となっている。増幅された多重光と、１．４８μｍの監視光は、分岐比率５：９５の光分岐器２８によって一部分岐されプローブ光を通過させる狭帯域光フィルタ４６を通過してプローブ光の一部が光検出器４７によって検出される。
【００７７】
検出されたプローブ光モニタ信号は前記制御装置５９−３に伝達される。制御装置５９−３では前記プローブ光モニタ信号が一定となるように、励起光源７１−３を制御する構成となっている。このようにプローブ光モニタ信号が一定となるよう制御することによって、信号光λ５からλ８の全ての信号光を一定出力に制御することが可能となる。信号光λ５からλ８のうちいずれかの信号が途切れた場合や、信号光λ５からλ８以外の波長の信号光が新たに追加された場合にも、信号光λ５からλ８（例えばλ８が途切れた場合にはλ５からλ７）の光出力は影響を受けず、常に一定にかつ安定に制御することが可能となる。
【００７８】
光分岐器２８を通過した多重光および監視光は伝送路７−１である、シングルモードの伝送ファイバに配送される。
希土類添加光ファイバ３４、６３−３、６８−３、３８、励起光源３３、６１−３、７１−３、３９と、光合波器３２、６２−３、６９−３、４０の部分は半導体光増幅器で置き換えても良い。この場合励起光源３３、６１−３、７１−３、３９の変わりに励起電流によって増幅率を制御すればよい。
【００７９】
本構成におけるバッファ増幅装置１０−２、１０−３への伝送路７−１、７−２よりの信号入力パワーは、波長当たり−３０ｄＢｍより−５ｄＢｍであり、バッファ増幅装置１０−２、１０−３の信号増幅利得は約１０ｄＢ程度である。バッファ光増幅装置１０−２、１０−３内には光アイソレータを設置しないため、光の発振現象に留意しなければならない。従って、バッファ増幅装置１０−２、１０−３の信号増幅利得は３０ｄＢ以下にすることが望ましいが、より望ましくは１５ｄＢ以下である。また、伝送路７−１、７−２よりの信号入力に対する中間中継装置における雑音指数は、バッファ増幅装置１０−２、１０−３の信号増幅利得を正の利得にすることによって従来方式より明らかに改善されるが、より望ましくは５ｄＢ以上である。
【００８０】
また、コア光増幅装置１１−２、バッファ光増幅装置１０−２、１０−３の増幅利得配分は、まず伝送路７−１、７−２への必要出力パワーより算出することが望ましい。例えば、伝送路７−１、７−２への出力パワーを信号波長当たり、＋１１ｄＢｍとするとき、全信号パワー（λ１からλ４およびλｐ１あるいはλ５からλ８およびλｐ２）は＋１８ｄＢｍであるから、励起光源３３、３９のパワーは、このパワーの約１．２５から３．３倍に設定することが望ましい。励起光源のパワーが不足するときは、図５に示すように新たな励起光源１８−ａ、この光出力を検出する光検出器５７−ａ、検出したモニタ信号を一定にする制御装置５８−ａ、および励起光を導入する光合波器１７−ａを設置し、エルビウム添加光ファイバに対して双方向励起としても良い。ただし、伝送路７−１、７−２よりの多重光に対して前方励起となる励起光源３３、３９は、いずれにしても設置することが望ましい。
【００８１】
設定された励起光源３３、３９の能力に従って光増幅器３１、３６より配送される多重光のバッファ光増幅装置１０−２、１０−３への入力パワーを［バッファ光増幅装置１０−２、１０−３よりの光出力（＋１１ｄＢｍ）−ＸｄＢ］に設定可能である。Ｘの範囲は、０から２０が望ましい。Ｘの値を調節することにより、逆方向すなわちバッファ光増幅装置１０−２は伝送路７−１より、バッファ光増幅装置１０−３は７−２よりの信号入力パワーに対する信号増幅利得を、上述した、より望ましい値に設定することが可能である。
【００８２】
ここで、光増幅器３１、３６内の励起光源７１−２、７１−３は、高出力励起に有利な、１４８０ｎｍ半導体レーザーを用いても良い。
ただし、バッファ光増幅装置１０−２、１０−３内の励起光源３３、３９および光増幅器３１、３６内の励起光源６１−２、６１−３は９８０ｎｍ半導体レーザーの使用が好ましい。
【００８３】
以上、端局中継装置５−１は、端局中継装置５−２に、中間中継装置６−１は中間中継装置６−２、６−３等に同様にして適用可能であることは言うまでもない。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、端局中継装置、中間中継装置によって構成される、光伝送システムにおいて、長距離伝送可能で信頼性の高い光伝送装置を提供することができた。また、信頼性の高い長距離光伝送システムを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の双方向光伝送システムの基本的な機能ブロック図である。
【図２】  本発明の実施例の端局中継装置の機能を示すブロック図である。
【図３】  本発明の実施例の中間中継装置の機能を示すブロック図である。
【図４】  本発明の実施例の端局中継装置の構成と機能を具体的に示すブロック図である。
【図５】  本発明の実施例のバッファ光増幅装置を示すブロック図である。
【図６】  本発明の実施例の制御装置の構成と機能を具体的に示すブロック図である。
【図７】  本発明の実施例の制御装置の構成と機能を具体的に示すブロック図である。
【図８】  本発明の実施例の端局中継装置による実験結果を示す図である。
【図９】  本発明の実施例の端局中継装置による実験結果を示す図である。
【図１０】  本発明の実施例の端局中継装置による実験結果を示す図である。
【図１１】  本発明の実施例の中間中継装置の構成と機能を具体的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１…光送信器、２…光送信装置、３…光受信器、４…光受信装置、５…端局中継装置、６…中間中継装置、７…伝送路、８…監視装置、９…監視光合分波器、１０…バッファ光増幅装置、１１…コア光増幅装置、１２、２０、２１、３５、３７…光合分波器、１３、２２、２８、４１、７２…光分岐器、１４、２６、２９、４２、４４、４６、７３…帯域通過光フィルタ、１５、２３、２４、２７、３０、４３、４５、４７、５７、６４、７４…光検出器、１６、２５、３１、３６…光増幅器、１７、３２、４０、５０、５５、６２、６９…光合波器、１８、３３、３９、５４、６１、７１…励起光源、１９、３４、３８、５３、６３、６８…希土類添加光ファイバ、４８…ブローブ光源、４９、５８、５９、６５…制御装置、５１、６７…分散補償器、５２、５６、６０、６６、７０…光アイソレータ、７５…光分波器、７６、８０、８２、８６…比較器、７７、７９、８３、８５…基準値、７８、８４…駆動回路、８１、８７…波長数検出回路１００・・・第１の端局、１０１・・・光サーキュレータ、１０２・・・光方向性結合器、１０３・・・ドープファイバ、１０４・・・レーザダイオード、１０５・・・光サーキュレータ、１０６・・・光方向性結合器、１０７・・・第２の端局、１０８・・・光伝送路、１０９・・・光伝送路。
【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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