(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、直列に接続された前段光増幅部及び後段光増幅部を有する複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、
波長分散を補償する波長分散補償手段と、
前記各光増幅手段の前段光増幅部及び後段光増幅部の間から各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記波長分散補償手段に入力するとともに、前記波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、
前記各光増幅手段の前段光増幅部と前記光合分波手段との間にそれぞれ設けられた複数の可変光減衰器と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償機能を備えた光増幅器。
【請求項２】
前記各可変光減衰器は、前記後段光増幅部から出力される光のパワーが一定レベルになるように光減衰量が制御され、
前記前段光増幅部及び前記後段光増幅部は、利得が一定になるように制御されることを特徴とする請求項１記載の波長分散補償機能を備えた光増幅器。
【請求項３】
前記波長分散補償手段が、分散補償ファイバであり、
前記光合分波手段は、前記分散補償ファイバの両端部にそれぞれ接続される２つの光合分波器を有し、前記各光増幅手段から一旦取り出した光のうちの隣り合う波長帯域の光が、異なる前記光合分波器を介して前記分散補償ファイバにそれぞれ入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の波長分散補償機能を備えた光増幅器。
【請求項４】
前記各光合分波器が、光サーキュレータであることを特徴とする請求項３記載の波長分散補償機能を備えた光増幅器。
【請求項５】
光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、
予め設定した波長に対する分散量を基準として、波長分散を補償する第１波長分散補償手段と、
前記各光増幅手段に送られた各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記第１波長分散補償手段に入力するとともに、前記第１波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、
前記第１波長分散補償手段で補償されなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償する第２波長分散補償手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散補償機能を備えた光増幅器。
【請求項６】
光伝送路を介して直列に接続された複数の光増幅中継器を用いて波長多重信号光を多中継伝送する光通信システムにおいて、
前記複数の光増幅中継器は、光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、それら複数の光増幅中継器は第１と第２の構成を有し、
前記第１の構成の光増幅中継器は、予め設定した波長に対する分散量を基準として前記波長多重信号光の波長分散を補償する１つの波長分散補償手段と、前記各光増幅手段に送られた各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記波長分散補償手段に入力するとともに、前記波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、を備え、
前記第２の構成の光増幅中継器は、前記波長分散補償手段で補償されなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償可能な波長分散補償手段を備えたことを特徴とする光通信システム。
【請求項７】
前記第１の構成の光増幅中継器と前記第２の構成の光増幅中継器とが、１つおきに交互に配置されたことを特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の信号光が多重された波長多重信号光を増幅する光増幅器、及び複数の光増幅中継器を介して波長多重信号光を多中継伝送する光通信システムに関し、特に、広帯域の波長多重信号光に対する波長分散を補償可能にする波長分散機能を備えた光増幅器及び光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長多重（ＷＤＭ）光通信システムの研究開発が精力的に進められており、多重する波長数は増加の一途を辿っている。これに伴い、信号帯域もますます広がりつつある。また、光増幅器を線形中継器として使用する光増幅中継伝送方式を適用したＷＤＭ光通信システムの開発も進められている。
【０００３】
このようなＷＤＭ光増幅中継伝送システムにおいては、複数の波長成分を含んだ、例えば１．５３〜１．５６μｍの波長帯（以下、１．５５μｍ帯とする）の信号光を光増幅器で一括して増幅することができ、簡素な構成で大容量かつ長距離の光伝送が可能である。さらに、光増幅器の帯域拡張性に着目し、例えば、１．５７〜１．６０μｍの長波長帯（以下、１．５８μｍ帯とする）を新たな伝送帯域とするシステムも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような光通信システムにおいて、例えば、波長が１．３μｍ付近で零分散となる単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）等で構成される光伝送路を用いて、１．５５μｍ帯の信号光を長距離伝送するような場合、光伝送路の波長分散特性により、高速の伝送速度で信号光を伝送すると波形が歪んでしまうという問題がある。
【０００５】
一般的な１．３μｍ零分散ＳＭＦは、１．５５μｍ付近で約１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散がある。例えば、１．５５μｍの信号光を５０ｋｍ伝送した場合には、９００ｐｓ／ｎｍ（＝１８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］×５０［ｋｍ］）の波長分散が累積することになる。これは、一般に１次の分散と呼ばれ、波長幅１ｎｍ当たり９００ｐｓの遅延差が生じることを意味する。
【０００６】
この遅延差が伝送特性に影響を及ぼすか否かは、信号光のタイムスロットに関係する。即ち、信号光のタイムスロットが波長分散による遅延差よりも十分に長い場合には伝送波形への影響は小さいが、タイムスロットが遅延差に近くなると波長分散の影響が大きくなって波形が歪むようになる。一般に、１波あたりの信号光の伝送速度がおよそ２．５Ｇｂ／ｓを超えるようになると、波長分散の補償が必要になると考えられている。例えば、信号光の伝送速度が１０Ｇｂ／ｓの場合には、タイムスロットが１００ｐｓとなり、上記の場合の９００ｐｓ／ｎｍの波長分散は伝送特性に非常に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００７】
光ファイバ伝送路の波長分散特性を補償するには、伝送路とは逆の波長分散特性をもつ分散補償器に信号光を通せばよい。９００ｐｓ／ｎｍの波長分散を補償する場合には、−９００ｐｓ／ｎｍの波長分散を有する分散補償器を使用することになる。このような分散補償器としては、例えば、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）などが広く用いられている。
【０００８】
しかしながら、上記のように１．５５μｍでの波長分散を基準として補償を行う場合、信号光の波長帯域が広くなると、１．５５μｍからの波長のずれが大きいほど補償誤差が増大するようになる。即ち、図１１に示すように、１．３μｍ零分散ＳＭＦの波長分散特性が波長に対して傾きを持つため、例えば、１．５３μｍの信号光に対する波長分散は１８−ΔS ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなり、１．５８μｍの信号光に対する波長分散は１８＋Δl ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなる。従って、５０ｋｍ伝送を行った場合には、上記−９００ｐｓ／ｎｍの補償量を有する分散補償器を使用しても、１．５３μｍの信号光に対してはΔS ×５０ｐｓ／ｎｍ分が過補償となり、１．５８μｍの信号光に対してはΔl ×５０ｐｓ／ｎｍ分が未補償となる。このように光ファイバ伝送路の波長分散特性が波長に対して傾きをもつために発生する波長分散を一般に２次の分散と呼び、信号光の波長数が多くなったり波長帯域が広くなると、１次のみならず２次の分散の補償を行うことが必要となる。
【０００９】
上述したように、波長多重信号光の帯域として１．５５μｍ帯や１．５８μｍ帯を使用し、１波の伝送速度が２．５Ｇｂ／ｓを超えるような高速のＷＤＭ光増幅中継伝送システムが要望されており、このようなシステムの実現には、１次及び２次の波長分散の補償を如何にして効率的に行うかが重要な課題となる。また、上記のような広い波長帯域における波長分散補償を一括して行うようなときには、大きなパワーの信号光が分散補償器に送られることが考えられるため、例えば相互位相変調（ＸＰＭ）や４光波混合（ＦＷＭ）等の非線形光学効果が発生し易くなって伝送特性が劣化するおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、広帯域の波長多重信号光に対する波長分散を補償可能にする簡易な構成の光増幅器及び光通信システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の波長分散補償機能を備えた光増幅器の１つの態様としては、光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、直列に接続された前段光増幅部及び後段光増幅部を有する複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、波長分散を補償する波長分散補償手段と、前記各光増幅手段の前段光増幅部及び後段光増幅部の間から各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記波長分散補償手段に入力するとともに、前記波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、前記各光増幅手段の前段光増幅部と前記光合分波手段との間にそれぞれ設けられた複数の可変光減衰器と、を備えて構成されるものである。
【００１２】
かかる構成によれば、光伝送路等から送られてきた波長多重光は、複数の波長帯域に分波された後に各光増幅手段に送られて各波長帯域毎に増幅される。各光増幅手段には前段光増幅部及び後段光増幅部が設けられており、さらに、前段及び後段光増幅部の間には可変光減衰器が設けられている。各光増幅手段における光増幅の際に、前段光増幅部及び可変光減衰器を通過した各波長帯域の光が一旦取り出され合波されて波長分散補償手段に送られ、各波長帯域に対する波長分散が補償された後に、再び各波長帯域に分波されて各光増幅手段の後段光増幅部に戻される。これにより波長分散補償の施された光が各光増幅手段から出力され、それぞれの光を合波した波長多重光が光伝送路等に送出される。従って、波長分散補償機能を備えた光増幅器が簡易な構成により実現されると共に、前段光増幅部及び可変光減衰器でパワーの調整された信号光が波長分散補償手段に入力されるため、非線形光学効果の発生や光ＳＮ比の劣化が抑制されるようになる。
【００１４】
また、前記可変光減衰器は、前記後段光増幅部から出力される光のパワーが一定レベルになるように光減衰量が制御され、前記前段光増幅部及び前記後段光増幅部は、利得が一定になるように制御されるようにするのが好ましい。
【００１５】
加えて、上述した光増幅器については、前記波長分散補償手段が、分散補償ファイバであり、前記光合分波手段は、前記分散補償ファイバの両端部にそれぞれ接続される２つの光合分波器を有し、前記各光増幅手段から一旦取り出した光のうちの隣り合う波長帯域の光が、異なる前記光合分波器を介して前記分散補償ファイバにそれぞれ入力されるようにするのが好ましい。また、前記各光合分波器は光サーキュレータとしてもよい。
【００１６】
かかる構成によれば、隣り合う波長帯域の信号光が、異なる光合分波器を介して分散補償ファイバの各端部からそれぞれ入力され、分散補償ファイバ内を互いに異なる方向に伝搬されるようになる。これにより、分散補償ファイバの特定の部分に大きなパワーの信号光が集中するようなことがなくなるとともに、隣り合う波長帯域の光の伝搬方向が対向するようになるため、分散補償ファイバ内での非線形光学効果の発生確率がより低くなる。
【００１７】
また、本発明の波長分散補償機能を備えた光増幅器の他の態様としては、光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、予め設定した波長に対する分散量を基準として、波長分散を補償する第１波長分散補償手段と、前記各光増幅手段に送られた各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記第１波長分散補償手段に入力するとともに、前記第１波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、前記第１波長分散補償手段で補償されなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償する第２波長分散補償手段と、を備えて構成されるものである。
【００１８】
かかる構成によれば、１つの波長分散補償手段で各波長帯域に対する波長分散を補償できない場合には、予め設定した波長に対する分散量を基準として波長分散を補償する第１波長分散補償手段を設けるとともに、該第１波長分散補償手段で補償しきれなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償する第２波長分散補償手段を設けるようにする。これにより各波長帯域に対して波長分散補償を施すことが可能な光増幅器が比較的簡易な構成により実現される。
【００１９】
本発明の光通信システムの１つの態様としては、光伝送路を介して直列に接続された複数の光増幅中継器を用いて波長多重信号光を多中継伝送する光通信システムにおいて、前記複数の光増幅中継器は、光波長に応じて複数の波長帯域に分波し、複数の光増幅手段により前記分波した各波長帯域の光をそれぞれ増幅し、該増幅した光を合波する構成の光増幅器であって、それら複数の光増幅中継器は第１と第２の構成を有し、前記第１の構成の光増幅中継器は、予め設定した波長に対する分散量を基準として前記波長多重信号光の波長分散を補償する１つの波長分散補償手段と、前記各光増幅手段に送られた各々の波長帯域の光を一旦取り出し合波して前記波長分散補償手段に入力するとともに、前記波長分散補償手段から出力される光を前記各波長帯域に分波して前記各光増幅手段に戻す光合分波手段と、を備え、前記第２の構成の光増幅中継器は、前記波長分散補償手段で補償されなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償可能な波長分散補償手段を備えるようにしたものである。特に、前記第１の構成の光増幅中継器と前記第２の構成の光増幅中継器とが、１つおきに交互に配置されるようにするのが好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、複数の光増幅中継器を介して多中継伝送される波長多重信号光が、第１の構成の光増幅中継器を通過する際には、１つの波長分散補償手段により光伝送路の波長分散特性が補償される。ここでの波長分散補償は、予め設定した波長に対する分散量を基準としており、各波長帯域すべてについて十分な分散補償は行われない。このため、波長多重信号光が第２の構成の光増幅中継器を通過する際に、補償しきれなかった波長分散を各波長帯域毎に個別に補償するようにする。これにより、複数の光増幅中継器全体として光伝送路の波長分散特性が補償可能となる。従って、第１の構成の光増幅中継器は簡易な構成となるため、波長分散機能を備えた光通信システムの実現が容易なものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず最初に、例えば１．５５μｍ帯（１．５３〜１．５６μｍ）及び１．５８μｍ帯（１．５７〜１．６０μｍ）を波長帯域とする波長多重信号光の増幅を行う光増幅器として考えられている基本構成について説明する。
【００２４】
一般に使用されている光増幅器、特に、光ファイバ増幅器では、上記のような６０ｎｍを超える広い帯域にわたって等しい利得を得ることは難しい。そこで、例えば波長帯域を１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の２つに分割し、それぞれの帯域で等しい利得が得られる光ファイバ増幅器を用いる構成が考えられている。このような光増幅器の基本構成を図１のブロック図に示す。
【００２５】
図１の光増幅器では、１本の光ファイバから送られてくる波長多重信号光が、ＷＤＭカプラ１で１．５５μｍ帯の光と１．５８μｍ帯の光に分波される。そして、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の各波長多重信号光は、１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２及び１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３にそれぞれ送られて各波長成分がほぼ等しい利得で増幅される。光ファイバ増幅器２，３で増幅された各々の波長多重信号光は、ＷＤＭカプラ４で合波されて１本の光ファイバに出力される。
【００２６】
以下に示す本発明の各実施形態に係る光増幅器は、上記のような基本構成を有する光増幅器について適用されるものであり、１波あたりについて２．５Ｇｂ／ｓを超える伝送速度、例えば１０Ｇｂ／ｓで伝送される波長多重信号光の増幅処理を行う場合に、光増幅器内で波長分散補償を行えるようにしたものである。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る光増幅器の構成を示すブロック図である。ただし、第１の実施形態では、１．３μｍ零分散ＳＭＦの１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯に対する波長分散特性を一括して補償可能な２次分散補償型の分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の使用を前提とする。
【００２７】
図２において、本光増幅器は、上述した基本構成について、１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２及び１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３をそれぞれ２段増幅型の構成とし、後段光増幅部に送られる前の各波長帯の信号光を取り出してＷＤＭカプラ１０で一旦合波した後にＤＣＦ１１に送り、ＤＣＦ１１を通過した信号光をＷＤＭカプラ１２で１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯に再び分波して、各光ファイバ増幅部２，３の後段光増幅部に戻すようにしたものである。従って、ここでは、各光ファイバ増幅部２，３が光増幅手段として機能し、ＤＣＦ１１が波長分散補償手段として機能し、ＷＤＭカプラ１０，１２が光合分波手段として機能する。
【００２８】
１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２の構成は、例えば、前段光増幅部としての光ファイバ増幅器２０と、後段光増幅部としての光ファイバ増幅器２４と、各光ファイバ増幅器２０，２４の間に設けられた可変光減衰器（ＡＴＴ）２２とを備えるものとする。また、それぞれの光ファイバ増幅器２０，２４には、増幅利得を一定に制御する自動利得制御（ＡＧＣ）回路２１，２５が設けられ、さらに、ＡＴＴ２２には、後段の光ファイバ増幅器２４から出力される信号光のパワーレベルが一定になるように可変減衰量を制御する自動レベル制御（ＡＬＣ）回路２３が設けられている。各光ファイバ増幅器２０，２４は、例えば図示しないが、０．９８μｍ帯や１．４８μｍ帯の励起光により励起状態とされたエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）に１．５５μｍ帯の信号光を送ることで、１．５５μｍ帯の各波長光をほぼ等しい利得で増幅するものである。
【００２９】
なお、上記の構成は、例えば、本出願人の先願である特開平８−２４８４５５号公報等に記載された光ファイバ増幅器の構成と同様であり、ここでの具体的な説明は省略する。
１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３の構成も、１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２の構成と同様に、ＡＧＣ回路３１，３５を備えた光ファイバ増幅器３０，３４と、ＡＬＣ回路３３を備えた可変光減衰器（ＡＴＴ）３２とを備えるものとする。ただし、各光ファイバ増幅器３０，３４には、公知の１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅器を用いており、１．５８μｍ帯で光増幅作用が生じるように、例えば、１．５５μｍ帯の光ファイバ増幅器と比べてＥＤＦ長を長くしてある等の違いがある。
【００３０】
１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅器の動作原理を簡単に説明すると、１．４８μｍ帯または０．９８μｍ帯の励起光によりＥＤＦ内のエルビウム原子が励起され、ＥＤＦの前半部分で１．５５μｍ帯自然放出光（ＡＳＥ）が発生する。この１．５５μｍ帯ＡＳＥがＥＤＦの後半部分において再吸収されることにより１．５８μｍ帯の誘導放出が生じる。この１．５８μｍ帯の誘導放出断面積は１．５５μｍ帯のものに比べて小さく、また十分に大きな１．５５μｍ帯ＡＳＥを発生させる必要があるため、例えば、ＥＤＦのファイバ長を長くするなどして１．５８μｍ帯の光増幅を実現させている。
【００３１】
各ＷＤＭカプラ１０，１２は、ＷＤＭカプラ１，４と同様に、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の光が所定のポートに入力されると、それらの光を合波して１つのポートから出力し、これとは逆に、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯が合波された光が入力されると、その光を１．５５μｍ帯の光と１．５８μｍ帯の光とに分波して所定のポートから出力するものである。
【００３２】
ＤＣＦ１１は、前述したように、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯を含む広帯域な２次分散補償型の分散補償ファイバとする。具体的には、上述の図１１に示した１．３μｍ零分散ＳＭＦの波長分散特性とは対称的な、負の符号及び負の傾きの波長分散特性を有する分散補償ファイバを用いる。このＤＣＦ１１は、ＳＭＦに比べて損失が大きく、ここでは、例えば長さが１０ｋｍ前後で１０ｄＢ程度の損失があるものとする。
【００３３】
また、本実施形態では、出力側のＷＤＭカプラ４の後段に、光カプラ１３が設けてある。この光カプラ１３は、本光増幅器の出力光となるＷＤＭカプラ４で合波された波長多重信号光の一部を、例えば１０：１の分岐比等で取り出してモニタ光を得るためのものである。
なお、図２では、１．５５μｍ帯用の光増幅器の入力及び出力をコネクタインターフェースであるとしている。このようにすると、単に１．５５μｍ帯用光増幅器の入出力を入れ換えるだけで、後述する図３に示すような双方向光増幅器が実現できる。これは本構成では１．５５μｍ帯，１．５８μｍ帯の両者ともに可変光減衰器によりＡＬＣを実現しているために可能となる。即ち、光増幅器を設定するポイントの入力側と出力側のスパンロスが異なっていても、可変光減衰器がスパンロスの変動を吸収するので、単方向、双方向の選択が可能となるのである。
【００３４】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、１．３μｍ零分散ＳＭＦ内を伝送されてきた波長多重信号光が本光増幅器のＷＤＭカプラ１に入射されると、その波長多重信号光が波長帯に応じて分波され、１．５５μｍ帯の信号光成分が１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２に送られ、１．５８μｍ帯の信号光成分が１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３に送られる。ここで、波長多重信号光の具体的な一例を挙げると、１．５５μｍ帯の信号光としては、１５３５ｎｍから１５６５ｎｍまでの波長帯に３２波の信号光が多重され、１．５８μｍ帯の信号光としては、１５７５ｎｍから１６０５ｎｍまでの波長帯に３２波の信号光が多重されたものなどとすることができる。なお、本発明の波長多重信号光はこれに限られるものではない。
【００３５】
１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２に入力された信号光は、最初に光ファイバ増幅器２０で所定のレベルまで増幅される。この光ファイバ増幅器２０では、ＡＧＣ回路２１により利得が一定に制御されているため、広い入力レンジで利得の波長特性が一定となる。そして、光ファイバ増幅器２０から出力された信号光は、可変光減衰器２２に送られＡＬＣ回路２３によって制御された光減衰量に応じて減衰される。可変光減衰器２２を通った信号光はＷＤＭカプラ１０に送られる。
【００３６】
また、１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３に入力された信号光も、１．５５μｍ帯の信号光と同様にして、光ファイバ増幅器３０で所定のレベルまで増幅され、可変光減衰器３２で減衰されて、ＷＤＭカプラ１０に送られる。
ＷＤＭカプラ１０では、各可変光減衰器２２，３２から送られてくる各波長帯の信号光が合波されて、ＤＣＦ１１に送られる。合波された信号光は、ＤＣＦ１１を通過することで、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯に対する１次及び２次の波長分散が一括して補償される。この際、信号光は、ＤＣＦ１１の損失を受けて、出力時のパワーが入力時のパワーに比べて約１０ｄＢ程度小さくなる。そして、ＤＣＦ１１から出力された信号光は、ＷＤＭカプラ１２で１．５５μｍ帯と１．５８μｍ帯とに再び分波されて、各波長帯の後段の光ファイバ増幅器２４，３４にそれぞれ送られる。
【００３７】
各光ファイバ増幅器２４，３４では、対応する波長帯の信号光が所定のレベルまで一定の利得で増幅される。増幅された各信号光の一部はＡＬＣ回路２３，３３に戻されて、各光ファイバ増幅部２，３の出力光レベルを一定にする制御が行われる。そして、各々の光ファイバ増幅部２，３から出力される一定レベルに制御された信号光は、ＷＤＭカプラ４にそれぞれ送られる。
【００３８】
ＷＤＭカプラ４では、増幅及び波長分散補償の施された１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の信号光を合波して光カプラ１３に送る。光カプラ１３では、ＷＤＭカプラ４からの波長多重信号光を本光増幅器の出力光として出射するとともに、その一部をモニタ光として分岐する。
このモニタ光は、例えば、本光増幅器から出力される波長多重信号光のスペクトルを監視して、各波長帯の信号光パワーがほぼ等しくなるように各光ファイバ増幅部２，３の動作状態を調整するためなどに利用可能である。これは、例えば、本光増幅器が増設性を具備し、波長多重数の増加に伴って１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３を増設するような場合に、接続状態の確認や動作状態の調整を可能にする手段として特に有用である。或いは、モニタ光から各波長光を抽出してそれぞれの信号波形を監視すれば、波長分散補償が有効に行われているか否かを確認する手段としても利用可能である。
【００３９】
上述したように第１の実施形態によれば、高速に伝送される波長多重信号光を２つの波長帯域に分割して増幅を行う光増幅器について、それぞれの波長帯に対する波長分散を一括して補償可能なＤＣＦを光増幅器内に内蔵させたことにより、波長分散補償機能を備えた光増幅器を簡易な構成により実現することができる。これは、例えば１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯毎にそれぞれＤＣＦを設ける場合と比べると、高価なＤＣＦの数を減らすことができるため、波長分散補償機能を備えた光増幅器の低価格化を可能にするものである。また、非線形光学効果の影響や雑音特性等を考慮すると、前段光増幅部と後段光増幅部との間の信号光を取り出すようにするのが最適である。即ち、後段光増幅部で増幅された各信号光を取り出す場合には、非常に大きなパワーの信号光がコア径の小さいＤＣＦに入力されることになるため、非線形光学効果の発生する確率が高くなってしまう。一方、前段光増幅部で増幅される前の各信号光を取り出す場合には、比較的小さなパワーの信号光が損失の大きなＤＣＦに入力されることになるため、光ＳＮ比が劣化してしまう。従って、前段光増幅部で増幅された後、後段光増幅部で増幅される前の信号光をＤＣＦに送るのが好ましいのである。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の各信号光が同一方向に伝送されるものとしたが、第２の実施形態では、各波長帯の信号光が対向して双方向に伝送される場合について考える。
図３は、第２の実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００４１】
図３において、本光増幅器の構成が第１の実施形態の構成と異なる部分は、１．５５μｍ帯信号光の伝送方向が逆方向（図で右から左）となったのに合わせて、１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２の各構成の配置を反転させた部分である。これ以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
かかる構成の光増幅器では、１．５５μｍ帯の信号光が、ＷＤＭカプラ４を介して１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部２に送られる。また、１．５８μｍ帯の信号光が、ＷＤＭカプラ１を介して１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部３に送られる。そして、各波長帯の信号光は、第１の実施形態の場合と同様に、光ファイバ増幅器２０，３０でそれぞれ増幅され、可変光減衰器２２，３２でそれぞれ減衰される。可変光減衰器２２から出力された１．５５μｍ帯信号光は、ＷＤＭカプラ１２を介してＤＣＦ１１の図で右側のポートから入力される。一方、可変光減衰器３２から出力された１．５８μｍ帯信号光は、ＷＤＭカプラ１０を介してＤＣＦ１１の図で左側のポートから入力される。ＤＣＦ１１に入力された各波長帯の信号光は、ＤＣＦ１１内を互いに異なる方向に伝搬することで波長分散補償が施される。
【００４２】
ここで、第１の実施形態の作用と異なる点は、ＤＣＦ１１内で非線形光学効果が発生する確率が低く抑えられるという点である。即ち、ＤＣＦ１１での損失が１０ｄＢ程度と大きいため、ＤＣＦ１１内を伝搬する各信号光のパワーは、例えば図４に示すように変化する。従って、入力される各信号光のパワーがたとえ大きくなっても、ＤＣＦ１１内の特定の部分に大きな光パワーが集中するようなことがなくなる。また、ＤＣＦ１１内の各信号光の伝搬方向が逆方向にもなる。これらの相乗効果により、非線形光学効果が発生し難くなるのである。
【００４３】
ＤＣＦ１１を通過した各波長帯の信号光は、ＷＤＭカプラ１０，１２を介して対応する波長帯の各光ファイバ増幅器２４，３４に送られて、所定のレベルまで増幅される。そして、光ファイバ増幅器２４から出力された１．５５μｍ帯信号光は、ＷＤＭカプラ１を介して外部のＳＭＦに出力され、一方、ファイバ増幅器３４から出力された１．５８μｍ帯信号光は、ＷＤＭカプラ４を介して外部のＳＭＦに出力される。
【００４４】
上述したように第２の実施形態によれば、２つの波長帯の信号光が双方向に伝送される場合についても、第１の実施形態の場合と同様にして、波長分散補償機能を備えた光増幅器を簡易な構成により実現することができる。加えて、各波長帯の信号光がＤＣＦの異なるポートから入力されるようになるため、ＤＣＦにおける非線形光学効果の発生確率を低減することができ、より安定した伝送特性を得ることが可能となる。
【００４５】
なお、上記第２の実施形態では、ＷＤＭカプラ１０，１２を介して各波長帯の信号光をＤＣＦ１１に入出射させる構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば図５に示すように、ＷＤＭカプラ１０，１２に代えて光サーキュレータ１４，１５を用いることも可能である。各光サーキュレータ１４，１５は、３つの端子ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 を有し、各端子間において、順方向のｔ1 →ｔ2 、ｔ2 →ｔ3 、ｔ3 →ｔ1 の方向に進む光は低損失で、逆方向に進む光は高損失となる公知の光回路素子である。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態の光増幅器の改良例であって、２つの波長帯の伝送方向が同一方向である場合に、ＤＣＦ１１での非線形光学効果の発生を低減させたものである。
図６は、第３の実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００４７】
図６において、本光増幅器は、第１の実施形態の光増幅器について、１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅器２の可変光減衰器２２から出力される信号光が、ＷＤＭカプラ１２を介してＤＣＦ１１に入力され、ＤＣＦ１１を通過した１．５５μｍ帯の信号光がＷＤＭカプラ１０を介して光ファイバ増幅器２４に送られるように、それぞれの接続を変更したものである。
【００４８】
かかる構成の光増幅器では、第２の実施形態の場合と同様に、各波長帯の光可変減衰器２２，３２から出力された信号光が、それぞれＤＣＦ１１の異なるポートから入力され、ＤＣＦ１１内を互いに逆方向に伝搬するようになる。これにより、ＤＣＦ１１への各入力光パワーがたとえ大きくなっても、大きな光パワーが一方のポート付近に集中するようなことがなく、また、各信号光の伝搬方向が逆向きとなるため、非線形光学効果が発生し難くなる。
【００４９】
このように第３の実施形態によれば、各波長帯の伝送方向が同一方向であっても、ＤＣＦ１１内の伝搬方向だけは対向させるようにしたことで、非線形光学効果の発生確率を低減することができ、より安定した伝送特性を得ることが可能となる。
なお、上記第３の実施形態では、ＷＤＭカプラ１０，１２を介して各波長帯の信号光をＤＣＦ１１に入出射させる構成としたが、上述したように、ＷＤＭカプラ１０，１２に代えて光サーキュレータ１４，１５を用いてもよい。この場合の構成を図７のブロック図に示す。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
上述した第１〜第３の実施形態においては、各波長帯に対する波長分散を一括して補償可能なＤＣＦの使用を前提としていた。以下の第４、５の実施形態においては、このような広い帯域について１次及び２次の波長分散を補償できるＤＣＦが使用できない状況を想定し、第４の実施形態では、１つの光増幅器内部で全帯域に対する波長分散補償を可能にする場合を考える。
【００５１】
図８は、第４の実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
図８に示す光増幅器は、例えば、第１の実施形態の光増幅器について、ＤＣＦ１１に代えて、１．５８μｍ帯に対する補償量が不足するＤＣＦ１１’（第１波長分散補償手段）を用いる場合に、可変光減衰器３２とＷＤＭカプラ１０との間にＤＣＦ１１”（第２波長分散補償手段）を設けたものである。上記以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。
【００５２】
ＤＣＦ１１’は、例えば、１．５５μｍ帯の予め設定した波長に対する分散量を基準として補償量が設定されており、１．５５μｍ帯に対する１次及び２次の波長分散補償については可能であるが、１．５８μｍ帯に対する波長分散補償を十分に行うことができず未補償分が生じるようなものとする。ＤＣＦ１１”は、その補償量がＤＣＦ１１’の未補償分に対応させて調整されたものである。従って、１．５８μｍ帯の信号光は、ＤＣＦ１１”及び１１’をそれぞれ通過させることで、１次及び２次の波長分散が補償されるようになる。
【００５３】
このように、全波長帯域に対する分散補償を１つのＤＣＦで一括して行うことができない場合、２つのＤＣＦ１１’，１１”を設けることで比較的簡易な構成の１つの光増幅器により全波長帯域に対する分散補償を行うことができる。
なお、上記第４の実施形態では、可変光減衰器３２とＷＤＭカプラ１０との間にＤＣＦ１１”を設けるようにしたが、ＤＣＦ１１”の配置はこれに限らず、例えばＷＤＭカプラ１２と光ファイバ増幅器３４との間などとしてもよい。
【００５４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態では、ＳＭＦを介して直列に接続された複数の光増幅中継器により、全波長帯域に対する波長分散補償を可能にする光通信システムを考える。
図９は、第５の実施形態に係る光通信システムの概略構成を示す図である。
図９において、本光通信システムは、例えば、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯に配置された波長の異なるＮ波の信号光を発生する光送信器Ｔｘ１〜ＴｘＮから送信された信号光をマルチプレクサ（ＭＵＸ）で多重して１本のＳＭＦに出力し、該波長多重信号光をｎ個の光増幅中継器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎで順次増幅しながら伝送した後に、デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）で各波長毎に分波して対応する光受信器Ｒｘ１〜ＲｘＮで受信する構成である。
【００５５】
この光通信システムで用いられる光増幅中継器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎのうちの、例えば奇数番目の光増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…（第１の構成の光増幅中継器）は、上述した第１の実施形態の構成（図２参照）と同様とする。ただし、これら光増幅中継器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…に用いられる各ＤＣＦ１１は、各波長帯に対する波長分散を一括して補償できるだけの十分に広い帯域を有していないため、未補償または過補償が生じるものとする。
【００５６】
一方、補正用光増幅中継器としての偶数番目の光増幅中継器ＡＭＰ２，ＡＭＰ４，…（第２の構成の光増幅中継器）は、例えば図１０に示すような構成とする。
図１０において、偶数番目の光増幅中継器ＡＭＰ２，ＡＭＰ４，…は、１．５５μm 帯及び１．５８μm 帯のそれぞれについて、各可変光減衰器２２，３２から出力された信号光をＤＣＦ１６，１７をそれぞれ介して各光ファイバ増幅器２４，３４に送る構成とする。各ＤＣＦ１６，１７は、前段のＳＭＦにおける波長分散及び前段の光増幅中継器で補償できなかった波長分散とを各波長帯毎に個別に補償するために設けられたものである。
【００５７】
各ＤＣＦの具体的な設定例を挙げると、奇数番目の光増幅中継器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…に用いるＤＣＦについて、使用波長帯のほぼ中心となる１．５７μｍ前後の波長に対する分散量を基準としたものとすると、１．５５μｍ帯に対しては過補償が生じ、１．５８μｍ帯に対しては未補償が生じる。この場合には、偶数番目の光増幅中継器ＡＭＰ２，ＡＭＰ４，…に用いる１．５５μｍ帯用ＤＣＦ１６として、過補償分に対応した正の波長分散を有するものを用い、１．５８μｍ帯用ＤＣＦ１７として、未補償分に対応した負の波長分散を有するものを用いるようにする。
【００５８】
或いは、奇数番目の光増幅中継器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…に用いるＤＣＦについて、１．５３μｍ前後の波長に対する分散量を基準としたものとすると、１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯に対してそれぞれ未補償が生じる。この場合には、偶数番目の光増幅中継器ＡＭＰ２，ＡＭＰ４，…に用いる各ＤＣＦ１６，１７として、各波長帯に対する未補償分にそれぞれ対応した負の波長分散を有するものを用いるようにする。
【００５９】
このような光通信システムでは、奇数番目の光増幅中継器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…については、単一のＤＣＦを用いた比較的簡易な構成とすることができ、それら奇数番目の光増幅中継器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，…で補償できなかった波長分散は、各波長帯毎にＤＣＦを設けた偶数番目の光増幅中継器ＡＭＰ２，ＡＭＰ４，…で補償されるようになる。従って、光通信システム全体として、より少ない数のＤＣＦで広い帯域に対する分散補償を行うことができ、高速かつ広帯域で伝送特性に優れた光通信システムが低コストで実現可能となる。
【００６０】
なお、上記第５の実施形態では、複数の光増幅中継器について、単一のＤＣＦでは補償しきれなかった波長分散を補うための光増幅中継器を１つおきに配置する構成としたが、本発明はこれに限らず、複数の光増幅中継器のうちの少なくとも１つの光増幅中継器が、補償しきれなかった波長分散をまとめて補うようにしてもよい。ただし、波長分散の影響による波形歪みは分布定数的に発生するので、上記実施形態のように分散補償をこまめに行うようにした方が、より優れた伝送特性を得ることができる。
【００６１】
また、上述した第１〜５の実施形態では、波長多重信号光を１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の２つの波長帯域に分波する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、上記以外の波長帯や３以上の波長帯域に波長多重信号光を分波するようにしても構わない。
ここで、図２、３、５〜８及び１０に示した各々の光ファイバ増幅器及びＡＧＣ回路の具体的な構成例を、図１２のブロック図を用いて説明しておく。
【００６２】
図１２において、左方から入力された各波長帯域の光は、第１の分岐カプラにより分岐され、第１フォトダイオード（ＰＤ）で受光されて、入力光レベルがＡＧＣ制御回路で検出される。一方、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）に送られ増幅された光は、第２の分岐カプラにより分岐され、第２ＰＤで受光されて、出力光レベルがＡＧＣ制御回路で検出される。
【００６３】
ＡＧＣ制御回路は、第１ＰＤ及び第２ＰＤで受光された光レベルを基に、光ファイバ増幅器のゲインを所定のゲイン（通常は一定のゲイン）になるように、ＥＤＦを励起するための励起光源である第１レーザダイオード（ＬＤ）及び第２ＬＤの光出力レベルを制御する。第１ＬＤ及び第２ＬＤからの出力は、第１のＷＤＭカプラ及び第２のＷＤＭカプラによりＥＤＦにそれぞれ入力される。
【００６４】
第１の分岐カプラと第１のＷＤＭカプラの間及び第２のＷＤＭカプラと第２の分岐カプラの間には、光アイソレータ（ＩＳＯ）がそれぞれ設けられている。第１ＬＤ、第２ＬＤとしては、０．９８μｍ帯のレーザ及び１．４８μｍ帯のレーザをそれぞれ使用することができるが、望ましくは、第１ＬＤに０．９８μｍ帯のレーザを使用し、第２ＬＤに１．４８μｍ帯のレーザを使用するのが良い。
【００６５】
また、図２、３、５〜８及び１０の可変光減衰器は、電気的制御により光減衰量を可変にするものがよく、例えば、磁気光学結晶のファラデー回転角を制御して減衰量を可変にする光減衰器を利用することが望ましい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長分散補償機能を備えた光増幅器によれば、広帯域光を複数の波長帯域に分波して増幅を行う光増幅器について、それぞれの波長帯域に対する波長分散を補償可能な波長分散補償手段を光増幅器内に内蔵させ、各光増幅手段の前段光増幅部および可変光減衰器でパワーの調整された各波長帯域の光が波長分散補償手段に入力されるようにしたことにより、非線形光学効果の発生や光ＳＮ比の劣化を抑制可能な波長分散補償機能を備えた光増幅器を簡易な構成により実現することができる。加えて、隣り合う波長帯域の光を分散補償ファイバの異なる端部から入力して、分散補償ファイバ内の各波長帯域の光の伝搬方向が逆向きになるようにしたことで、分散補償ファイバ内における非線形光学効果の発生がより低減され、伝送特性の安定化を図ることが可能となる。
【００６７】
また、各波長帯域に対する波長分散を１つの波長分散補償手段で補償しきれない場合には、その補償できなかった波長分散を各波長帯毎に個別に補う第２波長分散補償手段を設けることで、すべての波長帯域に対する分散補償を１つの光増幅器内で行うことが可能である。
本発明の光通信システムによれば、複数の光増幅中継器のうちの第１の構成の光増幅中継器については、１つの波長分散補償手段を用いた比較的簡易な構成とすることができ、それらの光増幅中継器で補償できなかった波長分散については、第２の構成の光増幅中継器において各波長帯毎に個別に補償を行うようにしたことで、複数の光増幅中継器全体として各波長帯域に対する分散補償を行うことができる。従って、波長分散補償機能を備えた光通信システムの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１．５５μｍ帯及び１．５８μｍ帯の波長多重信号光を増幅する光増幅器の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図４】同上第２の実施形態における各波長帯の信号光パワーのＤＣＦ内での変化の様子を示す図である。
【図５】同上第２の実施形態に関して、光サーキュレータを使用した場合の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図７】同上第３の実施形態に関して、光サーキュレータを使用した場合の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】同上第５の実施形態に用いる偶数番目の光増幅中継器の構成を示すブロック図である。
【図１１】１．３μｍ零分散ＳＭＦの波長分散特性を示す図である。
【図１２】光ファイバ増幅器とＡＧＣ回路の具体的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４，１０，１２…ＷＤＭカプラ
２…１．５５μｍ帯用光ファイバ増幅部
３…１．５８μｍ帯用光ファイバ増幅部
１１，１１’，１１”，１６，１７…分散補償ファイバ（ＤＣＦ）
１３…光カプラ
１４，１５…光サーキュレータ
２０，２４，３０，３４…光ファイバ増幅器
２１，２５，３１，３５…ＡＧＣ回路
２２，３２…可変光減衰器（ＡＴＴ）
２３，３３…ＡＬＣ回路
【図１】
0003769129.tif 000002
【図２】
0003769129.tif 000003
【図３】
0003769129.tif 000004
【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】
0003769129.tif 000009
【図９】
0003769129.tif 000010
【図１０】
0003769129.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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