(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向光増幅モジュールにおいて、
第１光増幅器と、
第２光増幅器と、
第３光増幅器と、
第４光増幅器と、
入／出力される上り、または下り光信号に予め設定された信号処理を遂行する中間段素子と、
前記双方向光増幅モジュールの第１入／出力端子に入力される光信号を前記第１光増幅器に提供し、前記第４光増幅器から出力される光信号を前記第１入／出力端子に出力する第１光信号経路設定器と、
前記双方向光増幅モジュールの第２入／出力端子に入力される光信号を前記第２光増幅器に提供し、前記第３光増幅器から出力される光信号を前記第２入／出力端子に出力する第２光信号経路設定器と、
前記第１光増幅器から出力される光信号を前記中間段素子の第１入／出力端に出力し、前記中間段素子の第１入／出力端から出力される光信号を前記第４光増幅器に提供する第３光信号経路設定器と、
前記第２光増幅器から出力される光信号を前記中間段素子の第２入／出力端に出力し、前記中間段素子の第２入／出力端から出力される光信号を前記第３光増幅器に提供する第４光信号経路設定器と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記第１及び第３光信号経路設定器のうち少なくとも一つと前記第２及び第４光信号経路設定器のうち少なくとも一つは、それぞれ入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過または遮断される波長帯域が予め設定された周期に繰り返される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタと同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルターと、
からなることを特徴とする双方向光増幅モジュール。
【請求項２】
前記第１、第４光信号経路設定器は波長選択結合器であり、前記第２、第３光信号経路設定器は光サーキュレータであることを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項３】
前記第１、第２、第３、第４光信号経路設定器は波長選択結合器であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項４】
前記第１、第２、第３、第４光信号経路設定器中の一つは光サーキュレータであり、残りは波長選択結合器であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項５】
前記中間段素子は、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを含めて構成することを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項６】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１波長選択結合器と、
前記第１波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第１光サーキュレータと、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第２光サーキュレータと、
前記第１、第２光サーキュレータの共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、からなることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項７】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の光増幅モジュール。
【請求項８】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１光サーキュレータと、
前記第１光サーキュレータの出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１光サーキュレータの入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第１波長選択結合器と、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第２光サーキュレータと、
前記第１波長選択結合器の共通端子と前記第２光サーキュレータの共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、
からなることを特徴とする双方向光増幅モジュール。
【請求項９】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の光増幅モジュール。
【請求項１０】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１光サーキュレータと、
前記第１光サーキュレータの出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１光サーキュレータの入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第１波長選択結合器と、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２光サーキュレータと、
前記第２光サーキュレータの出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２光サーキュレータの入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第２波長選択結合器と、
前記第１、第２波長選択結合器の共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、からなることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項１１】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１０に記載の光増幅モジュール。
【請求項１２】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１波長選択結合器と、
前記第１波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第３波長選択結合器と、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第４波長選択結合器と、
前記第３、第４波長選択結合器の共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、
からなることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項１３】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１２に記載の光増幅モジュール。
【請求項１４】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータの出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記光サーキュレータの入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第１波長選択結合器と、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第３波長選択結合器と、
前記第１、第３波長選択結合器の共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、からなることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項１５】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１４に記載の光増幅モジュール。
【請求項１６】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１波長選択結合器と、
前記第１波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第１単方向光増幅器の出力端子と前記第４単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された光サーキュレータと、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第２単方向光増幅器の出力端子と前記第３単方向光増幅器の入力端子にそれぞれ入力端子と出力端子が連結された第３波長選択結合器と、
前記光サーキュレータの共通端子と前記第３波長選択結合器の共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記波長選択結合器は、入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域が予め設定された周期に反復される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過、または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタの周期と同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、からなることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項１７】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１６に記載の光増幅モジュール。
【請求項１８】
双方向に進行する下り／上り光信号を増幅するための第１、第２入／出力ポートを備えた双方向光増幅モジュールにおいて、
前記第１入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第１波長選択結合器と、
前記第１波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第１単方向光増幅器と、
前記第１波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第４単方向光増幅器と、
前記第２入／出力ポートに共通端子が連結され双方向に進行する光信号の分離／結合を遂行する第２波長選択結合器と、
前記第２波長選択結合器の出力端子に入力端子が連結された第２単方向光増幅器と、
前記第２波長選択結合器の入力端子に出力端子が連結された第３単方向光増幅器と、
前記第１、第２単方向光増幅器それぞれの出力端子に第１、第２入力端子がそれぞれ連結された第３波長選択結合器と、
前記第３、第４単方向光増幅器それぞれの出力端子に第１、第２入力端子がそれぞれ連結された第４波長選択結合器と、
前記第３、第４波長選択結合器の共通端子間に連結され、分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段中の少なくとも一つを有する中間段素子と、からなり、
前記上り光信号の波長と前記下り光信号の波長とは、互いに隣接して交代に配置され、
前記第１及び第２波長選択結合器は、それぞれ入力端子、出力端子、共通端子を有した一つの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの入力端子に連結され通過または遮断される波長帯域が予め設定された周期に繰り返される第１コームフィルタと、前記光サーキュレータの出力端子に連結され通過または遮断される波長帯域の反復周期は前記第１コームフィルタと同一であり、その絶対値が周期の１／２だけ離れていて、その遮断／通過波長帯域が前記第1コームフィルタの通過／遮断帯域と一致する第２コームフィルタと、
からなることを特徴とする双方向光増幅モジュール。
【請求項１９】
前記単方向光増幅器は、希土類添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、ラマン光増幅器中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１８に記載の光増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は双方向光伝送装置で光ファイバや光素子による光信号の損失を補償する双方向光増幅モジュール(bi-directional optical amplifier)に関するもので、特に双方向光通信の制限要因である多重反射(multiple reflection)を抑制することができる多段双方向光増幅モジュール(multi-stage bi-directional optical amplifier)に関する。
【０００２】
【従来の技術】
双方向光伝送装置では一つ、または二つ以上の多重化された光信号を一つの光ファイバを通じて互いに反対方向に伝達する。従って光ファイバの利用効率を高めることができ、同一の光ファイバを利用して伝送容量を増加させることができ、同一の数のチャネルを受容する場合、光ファイバ内での光非線形(optical non-linearity)現象を減少させることができる利点がある。
【０００３】
一方、双方向光伝送装置では光ファイバのレイリー後方散乱(Rayleigh-back scattering)や光素子などの光反射(optical reflection)により誘発される多重反射光により光信号が劣化する。特に、光ファイバや素子による光信号の損失を補償するために光増幅器を使用する場合、反射光が光増幅器により増幅され、累積され、信号の劣化が深刻化する。
【０００４】
このような光信号の劣化を最小化するためには、光増幅器の利得を制限すべきである。従って、双方向光伝送装置では、多重反射を抑制しながら、効果的に光信号を増幅する光増幅器が必要になる。
【０００５】
図１Ａ乃至図１Ｄは双方向光伝送装置に使用されていた従来の一般的な光増幅モジュールの例示構造図である。図１Ａ乃至図１Ｄに示されたような光増幅モジュールはそれぞれ多重反射光を抑制するための多様な手段を提案する。
【０００６】
先ず、図１Ａに示された双方向光増幅モジュールは米国特許番号第５、８１５、３０８号(名称:Bi-directional Optical Amplifier)に開示されたような構造で、双方向光増幅器(Bi-directional Optical Amplifier)ＢＯＡ１、ＢＯＡ２間に波長可変反射減衰器(Frequency Tunable Reflection Attenuator：ＦＡＲＡ)１１０を挿入して光信号の多重反射を抑制する。波長可変反射減衰器１１０は、方向性結合器(Directional Coupler:ＤＣ)と、通過帯域が異なる二つの帯域通過フィルタ(Optical Band Pass Filter:ＯＢＰＦ)１１２ａ、１１２ｂと、二つの光アイソレーター(Isolator：Ｉｓｏ)１１４ａ、１１４ｂを含む。
【０００７】
前記波長可変反射減衰器１１０は反射光がアイソレーター１１４ａ、１１４ｂや帯域通過フィルタ１１２ａ、１１２ｂにより減衰されるようにする構造を有する。この時、各双方向光増幅器ＢＯＡ１、ＢＯＡ２は、エルビウム添加光ファイバ(Erbium-Doped Fiber amplifier:ＥＤＦ)と、ポンプレーザーダイオド(Pump LD)と、ポンプ光を光ファイバ増幅器に提供するための波長分割多重化器(Wave  length Division Multiplexer:ＷＤＭ)と、を備える。
【０００８】
図１Ｂに示されたような双方向光増幅モジュール(C.H.Kim and Y.C.Chung,  2.5Gb/s x 16-Channel bi-directional ＷＤＭ transmission system using bi-directional Erbium-doped fiber amplifier based on spectrally-inter  leaved synchronized  Etalon  Filters, IEEE  Photon. Technol. Lett., vol.  11, no.6, pp.745-747, June 1999)は、双方向に進行する光信号を増幅するために、二つの２段単方向光増幅器(two-stage uni-directional amplifier)と光サーキュレータ(optical circulator)(Cir)を結合して構成されており、各２段単方向光増幅器を構成する二つの光ファイバ増幅器(ＥＤＦ)の中間段(mid-stage)にそれぞれ挿入された通過波長が異なる同期化されたエタロンフィルタ(Etalon Filter)と光サーキュレータにより多重反射光が抑制される。
【０００９】
図１Ｃに開示された光増幅モジュール(S.Radic, A.Srivastava, T.Nielsen, J.Centanni, and C. Wolf, 25Ghz interleaved bi-directional transmission at 10Gb/s, in Proc. Optical Amplifier and Their Applications'2000, PD7, 2000)は、二つの２段単方向光増幅器(two-stage uni-directional amplifier)を波長交互結合器(wavelength interleaver)(ＩＬ)と結合して構成されており、それぞれの単方向光増幅器内部で光増幅器(ＵＯＡ)に設けられる光アイソレーターと波長交互結合器により多重反射光が抑制される。
【００１０】
図１Ｄの双方向光増幅モジュールは米国特許番号第６、０１８、４０４号(名称:Bi-directional Optical Telecommunication System Comprising a Bi- directional Optical Amplifier)に開示されたような構造で、双方向に進行する光波を波長選択結合器(ＷＳＣ:Wavelength Selective Coupler)を通じて分離した後、さらに他の波長選択性結合器を利用して二つの信号が同一の方向に進行するように結合し、一つの単方向光増幅器に増幅するようになる。単方向光増幅器の出力は波長選択性結合器により分離された後、それぞれ異なる波長選択性結合器に入力され双方向に進行するようになる。これを図１Ｄのように一点鎖線の矢印に表示する。先ず、前記光信号は波長選択性第１結合器１４１を通過し、第２結合器１４２で反射され単方向光増幅器１５０に入力され、単方向光増幅器１５０から出力された後、第３結合器１４３で反射され第４結合器１４４を通過して右側方向に進行するようになる。このような光増幅モジュールでは波長選択性結合器と単方向光増幅器内部に使用される光アイソレーターにより多重反射光が抑制される。
【００１１】
一方、双方向光伝送装置の容量増大のために、単位チャネルの伝送速度(bit rate)を高めるか、多重化されるチャネル数を増加させようとすると、分散補償光ファイバ(ＤＣＦ:Dispersion Compensating Fiber)と光増幅器利得平坦化器(gain flattening filter)などを使用すべきである。一般的にこのような素子は光信号対雑音比の低下を最小化するために、多段(multi-stage)光増幅器の中間段(mid-stage)に挿入されるが、前記図１Ａ乃至図１Ｄに提示された従来の光増幅モジュールはこれらを効果的に受容できないとの欠点がある。
【００１２】
例えば、図１Ａに示されたような光増幅モジュールでは双方向に進行する光信号が一つの光増幅器ＢＯＡ１、ＢＯＡ２で同時に増幅されることができる。しかし、レイリー後方散乱が一般的な単一モード光ファイバ(single mode fiber)より大きな分散補償光ファイバを採用する場合、多重反射による光増幅器利得制限と信号劣化を克服するために、分散補償光ファイバを波長可変反射減衰器ＦＴＲＡ１１０内部に使用すべきである。従って光信号の進行方向別に別の中間段素子が必要である。特に、このような光増幅モジュールは二つの双方向光増幅器ＢＯＡ１、ＢＯＡ２を使用するが、双方向光増幅器は光アイソレーターの設置なし構成されるので、レージング(lasing)や、不安定な現象が生じる恐れがある。
【００１３】
図１Ｂ及び図１Ｃに示されたような光増幅モジュールでは、光信号の進行方向別にそれぞれの２段単方向光増幅器を使用するので、中間段素子も信号の進行方向に従って別に必要である。
【００１４】
図１Ｄに示されたような光増幅モジュールでは一つの光増幅器が双方向に進行する光信号を同時に増幅するので、一つの分散補償光ファイバのみ使用して双方向に進行する光信号を増幅し、色分散を補償することができるが、双方向に進行する光信号が分散補償光ファイバ内で同一方向に進行するので、分散補償光ファイバの非線形性により信号が劣化される可能性がある。特に、一つの単方向光増幅器を使用するために、双方向に進行する光波を先ず波長選択性結合器を使用して同一の方向に進行するように結合した後、増幅するようになるので雑音指数(noise figure)が悪い欠点がある。
【００１５】
上述したように、一つの光ファイバを通じて双方向に光信号を伝達する双方向光伝送技術は、制限された光ファイバを利用して光伝送装置及び光通信網の容量を増加させるための効率的な方案である。しかし、光ファイバでのレイリー後方散乱や各種光反射により誘発される多重反射により光伝送装置及び光通信網の性能が制限される欠点がある。特に、光増幅器を使用する光伝送装置及び光通信網では多重反射光が増幅され累積され、多重反射光により光増幅器の利得が制限される。
【００１６】
従って双方向光伝送装置を具現するためには、上述した問題点を解決すると共に、多重反射を抑制することができる新たな構造の光増幅器が必要である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、内部多重反射を抑制しながら、増幅器の利得を増加させることができる双方向光増幅器を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、より低費用に構成することができる双方向光増幅器を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、分散補償光ファイバなどでもたらす非線形現象と安定性を改善することができる双方向光増幅器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために本発明は、双方向光増幅モジュールにおいて、第１、第２、第３、第４光増幅器と、入／出力される上り(upward)、または下り(downward)光信号に予め設定された信号処理を遂行する中間段素子と、双方向光増幅モジュールの第１入／出力端子に入力される光信号を第１光増幅器に提供し、第４光増幅器から出力される光信号を第１入／出力端子に出力する第１光信号経路設定器と、双方向光増幅モジュールの第２入／出力端子に入力される光信号を第２光増幅器に提供し、第３光増幅器から出力される光信号を第２入／出力端子に出力する第２光信号経路設定器と、第１光増幅器から出力される光信号を中間段素子の第１入／出力端に出力し、中間段素子の第１入／出力端から出力される光信号を第４光増幅器に提供する第３光信号経路設定器と、第２光増幅器から出力される光信号を中間段素子の第２入／出力端に出力し、中間段素子の第２入／出力端から出力される光信号を第３光増幅器に提供する第４光信号経路設定器と、からなることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の発明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００２２】
本発明の一実施形態による双方向光増幅モジュールは図２のように構成される。図２に示されたような光増幅モジュールで第１入／出力端子Ｐ１には、左側から右側に進行する下り光信号が入力され、右側から左側に進行する増幅された上り光信号が出力され、第２入／出力端子Ｐ２には上り光信号が入力され、増幅された下り光信号が出力される。
【００２３】
第１入／出力端子Ｐ１に入力された下り信号は第１波長選択結合器ＷＳＣ１を通じて第１単方向光増幅器ＵＯＡ１(Uni-directional Optical Amplifier)で増幅された後、第１光サーキュレータＣｉｒ１を通じて中間段素子(mid-stage device)２１１に入力される。中間段素子２１１を通過した下り信号は第２光サーキュレータＣｉｒ２を通じて第３単方向光増幅器ＵＯＡ３で増幅された後、第２波長選択結合器ＷＳＣ２を通じて第２入／出力端子Ｐ２に出力される。
【００２４】
一方、第２入／出力端子Ｐ２に入力された上り信号は、第２波長選択結合器ＷＳＣ２を通じて第２単方向光増幅器ＵＯＡ２で増幅された後、第２光サーキュレータＣｉｒ２を通じて中間段素子２１１に入力される。中間段素子２１１を通過した上り信号は第１光サーキュレータＣｉｒ１を通じて第４単方向光増幅器ＵＯＡ４で増幅された後、第１波長選択結合器ＷＳＣ１を通じて第１入／出力端子Ｐ１に出力される。
【００２５】
前記のような本発明による光増幅モジュールに挿入される中間段素子２１１には、分散補償光ファイバや光ファイバ利得平坦化用素子、光増幅器の雑音累積を抑制する光増幅器雑音除去フィルタ(ＡＳＥ rejection filter)、そして光信号のパワーを調節するための可変減衰器などが使用されることができる。
【００２６】
また前記光増幅モジュールに使用される単方向光増幅器ＵＯＡ１、ＵＯＡ２、ＵＯＡ３、ＵＯＡ４は半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier)、エルビウム(Er)、プエルトリコ(Pr)、またはツリウム(Tm)などを利用した各種希土類添加光ファイバ増幅器、ラマン(Raman)光増幅器中のいずれか一つである。このような光増幅器は一方向に進行する光信号を増幅できるように内部に光アイソレーター(optical isolator)が使用されることができる。
【００２７】
図２に示されたような波長選択結合器ＷＳＣ１、ＷＳＣ２は、光増幅モジュールの入／出力端子Ｐ１、Ｐ２に連結された共通端子ａと、第１、第２単方向光増幅器ＵＯＡ１、ＵＯＡ２の入力端子に連結された出力端子ｂと、第３、第４単方向光増幅器ＵＯＡ３、ＵＯＡ４の出力端子に連結された入力端子ｃと、を含む。前記共通端子ａと出力端子ｂの間には特定波長の光信号が伝送され、前記共通端子ａと入力端子ｃ間には前記特定波長の光信号を除外した、その他の波長の光信号のみが伝達されることができる。
【００２８】
前記図２に示された光増幅モジュールで双方向に伝達されることができる光信号の波長は、波長選択結合器の信号伝達特性により決定される。前記波長選択結合器を通じて伝達される光信号の波長を区分する方法は、帯域分割(band-  split)方式、または波長交互(wavelength-interleaved)方式中のいずれか一つである。帯域分割方式は互いに反対方向に進行する下り信号と上り信号の波長を相異なる帯域に配置するものであり、波長交互方式は互いに反対方向に進行する下り信号と上り信号の波長を隣接して交互に配置するものである。
【００２９】
このような波長選択結合器の構造及び動作について、図３Ａ乃至図３Ｄを参照してより詳細に説明する。図３Ａは帯域分割方式に配置された双方向信号を分離／結合することができる波長選択結合器の例である。前記波長選択結合器は、共通端子ａと出力端子ｂ間と、前記共通端子ａと入力端子ｃを通じて伝達されることができる光信号の波長が相異なる帯域にある場合に使用される。このような波長選択結合器の代表的な例が波長分割多重化器(ＷＤＭ:Wavelength Division Multiplexer)である。
【００３０】
図３Ａに示されたような帯域分割方式に配置された双方向信号を分離／結合することができる波長選択結合器は、図３Ｂに示されたように一つの光サーキュレータと二つの帯域通過フィルタに具現することができる。この場合、前記帯域通過フィルタは通過帯域と遮断帯域が互いに反対である。即ち、前記波長選択結合器は一つの入力端子ｃ、出力端子ｂ、共通端子ａを有した一つの光サーキュレータＣｉｒと、一つの入力端子、出力端子を有し特定波長帯域の光信号は通過させ、その外の波長帯域の光信号は遮断する第１帯域通過フィルタＢＦ１と、一つの入力端子、出力端子を有し、前記第１帯域通過フィルタＢＦ１と通過及び遮断帯域が反対である第２帯域通過フィルタＢＦ２に構成される。前記光サーキュレータＣｉｒの出力端子ｂは前記第１帯域通過フィルタＢＦ１の入力端子に連結され、前記光サーキュレータＣｉｒの入力端子ｃは前記第２帯域通過フィルタＢＦ２の出力端子に連結される。
【００３１】
図３Ｃは波長交互方式に配置された双方向信号を分離／結合することができる波長選択結合器の例である。前記波長選択結合器は、共通端子ａと出力端子ｂ間、前記共通端子ａと入力端子ｃ間を通じて伝達されることができる光信号の波長が互いに隣接して交互に配置される場合に使用される。前記のような波長選択結合器の代表的な例が波長交互結合器(wavelength interleaver)である。
【００３２】
波長交互方式に配置された双方向信号を分離／結合することができる波長選択結合器は図３Ｄに示されたように、一つの光サーキュレータと、二つのコームフィルタに具現することができる。この場合、前記帯域通過フィルタは同一の周期に通過帯域が反復されるが、通過帯域の絶対値が周期の半ばほど互いに離れる。即ち、前記波長選択結合器は一つの入力端子ｃ、出力端子ｂ、共通端子ａを有した一つの光サーキュレータＣｉｒと、一つの入力端子、出力端子を有し、通過または遮断される波長帯域が一定周期に反復される一つの第１コームフィルタＣＦ１と、前記第１コームフィルタＣＦ１の通過／遮断帯域と遮断／通過帯域が一致する第２コームフィルタＣＦ２に構成される。前記光サーキュレータＣｉｒの出力端子ｂは前記第１コームフィルタＣＦ１の入力端子に連結され、前記光サーキュレータＣｉｒの入力端子ｃは前記コームフィルタＣＦ２の出力端子に連結される。
【００３３】
図４は図２の双方向光増幅モジュールで多重反射による相対強度雑音(ＲＩＮ:Relative Intensity Noise)の発生経路を示したもので、図４では下り信号のみに対して示したが、上り信号に対しても類似な相対強度雑音発生経路が存在する。図４でＲ１とＲ２は双方向光増幅器の二つ入／出力端子Ｐ１、Ｐ２でそれぞれ測定した伝送用光ファイバの光反射率を示し、前記伝送用光ファイバはレイリー後方散乱による光反射を含む。
【００３４】
本発明による光増幅モジュールを使用した双方向光伝送装置で発生される主な相対強度雑音発生経路は二つの形態がある。第１相対強度雑音ＲＩＮ１は、双方向光増幅モジュールの左側に連結された伝送用光ファイバと中間段素子２１１での反射により発生される。この経路では中間段素子２１１に入力された下り信号の一部分が反射された後、第４単方向光増幅器ＵＯＡ４で増幅され、第１波長選択結合器ＷＳＣ１を通過した後、さらに伝送用光ファイバでＲ１ほど反射され、下り信号と組み合わせることにより発生される。この経路で発生される相対強度雑音は第１波長選択結合器ＷＳＣ１で一度減衰される。
【００３５】
第２相対強度雑音ＲＩＮ２は、中間段素子２１１と双方向光増幅モジュールの右側に連結された伝送光ファイバでの反射により発生する。この経路では伝送用光ファイバでＲ２ほど反射された下り信号が第２波長選択結合器ＷＳＣ２を通過した後、第２単方向光増幅器ＵＯＡ２で増幅され、さらに中間段素子２１１で反射され、下り信号と組み合わせることにより発生する。この経路で発生される相対強度雑音は第２波長選択結合器ＷＳＣ２で一度減衰される。
【００３６】
このように本発明による光増幅モジュールを使用した双方向光伝送装置で発生される相対強度雑音は、波長選択結合器ＷＳＣ１、ＷＳＣ２によりそれぞれ減衰される。従って、双方向光伝送装置と通信網の制限要因である多重反射による相対強度雑音を低減できるだけではなく、分散補償光ファイバのようなレイリー後方散乱と光反射を含む中間段素子を使用しても、これらによる相対強度雑音の累積を低減することができる。
【００３７】
図５Ａ乃至図５Ｅは、本発明による双方向光増幅モジュールの他の実施形態である。先ず図５Ａに示された光増幅モジュールは、図２に示された光増幅モジュールで第１波長選択結合器ＷＳＣ１と第１光サーキュレータＣｉｒ１の位置を置き換えたものである。また図５Ｂに示された光増幅モジュールは、図５Ａの光増幅モジュールで第２波長選択結合器ＷＳＣ２と第２光サーキュレータＣｉｒ２の位置を置き換えたものである。このような図５Ａ、図５Ｂに示された光増幅モジュールで発生される相対強度雑音は、図２の光増幅モジュールで発生される相対強度雑音と同一である。
【００３８】
一方、図２に示されたような光増幅モジュールで二つの光サーキュレータをそれぞれ二つの波長選択結合器に置き換えると、発生される相対強度雑音を一層低減することができる。即ち、図５Ｃに示されたような光増幅モジュールではそれぞれの相対強度雑音ＲＩＮ１、ＲＩＮ２が示されたように置き換えられた第３、第４波長選択結合器ＷＳＣ３、ＷＳＣ４によりもう一度減衰される。
【００３９】
また前記図５Ｃに示された光増幅モジュールで第１波長選択結合器ＷＳＣ１を光サーキュレータＣｉｒ１に置き換えて、図５Ｄに示されたような光増幅モジュールを具現するか、第３波長選択結合器ＷＳＣ３を光サーキュレータＣｉｒ１に置き換えて図５Ｅに示されたような光増幅モジュールを具現することができる。
【００４０】
図６は、本発明の特徴による双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造図であり、前記図２乃至図５に示されたような光増幅モジュールを総括的に示した。図６を参照すると、光増幅モジュールは第１入／出力端子Ｐ１と第１端子１が連結され入力される下り信号を第３端子３に出力し、第２端子２に入力される上り信号を第１端子１に出力する第１光信号経路設定器ＰＳ１と、第１光信号経路設定器ＰＳ１の第３端子に出力される下り信号を増幅する第１光増幅器ＯＡ１と、第１光信号経路設定器ＰＳ１の第２端子に入力される上り光信号を増幅する第４光増幅器ＯＡ４と、第１光増幅器ＯＡ１で増幅され出力される下り光信号を第２端子２に受信して第１端子１に出力し、第１端子に入力される上り光信号を、第３端子３を通じて第４光増幅器ＯＡ４に出力する第２光信号経路設定器ＰＳ２と、からなる。
【００４１】
また前記光増幅モジュールは第２入／出力端子Ｐ２と第１端子１が連結され入力される上り信号を第３端子３に出力し、第２端子２に入力される下り信号を第１端子１に出力する第４光信号経路設定器ＰＳ４と、第４光信号経路設定器ＰＳ４の第３端子に出力される上り信号を増幅する第２光増幅器ＯＡ２と、第４光信号経路設定器ＰＳ４の第２端子に入力される下り光信号を増幅する第３光増幅器ＯＡ３と、第２光増幅器ＯＡ２で増幅され出力される上り光信号を第２端子２に受信して第１端子１に出力し、第１端子に入力される下り光信号を、第３端子３を通じて第３光増幅器ＯＡ３に出力する第３光信号経路設定器ＰＳ３と、からなる。
【００４２】
また、前記第２、第３光信号経路設定器ＰＳ２、ＰＳ３それぞれの第１端子と両端子が連結され入／出力される上り、または下り信号に予め設定された信号処理を遂行する中間段素子２１１を備える。この時、前記中間段素子２１１は分散補償のための手段、光増幅器利得平坦化のための手段、光増幅器の雑音累積除去及び光信号のパワー調節のための手段、またはこれらの組合になされる。前記でそれぞれの光信号経路設定器は波長選択結合器、または光サーキュレータである。
【００４３】
前記図６に示されたような構成を有する光増幅モジュールで光信号の経路を説明すると、先ず下り光信号は、第１入／出力端子Ｐ１→第１光信号経路設定器ＰＳ１→第１光増幅器ＯＡ１→第２光信号経路設定器ＰＳ２→中間段素子２１１→第３光信号経路設定器ＰＳ３→第３光増幅器ＯＡ３→第４光信号経路設定器ＰＳ４→第２入／出力端子ＰＳ２に進行するようになる。上り光信号は、第２入／出力端子Ｐ２→第４光信号経路設定器ＰＳ４→第２光増幅器ＯＡ２→第３光信号経路設定器ＰＳ３→中間段素子２１１→第２光信号経路設定器ＰＳ２→第４光増幅器ＯＡ４→第１光信号経路設定器ＰＳ１→第１入／出力端子ＰＳ１に進行するようになる。
【００４４】
図７は、本発明による双方向光増幅モジュールのさらに他の実施形態である。図７を参照すると、光増幅モジュールの第１入／出力端子Ｐ１に入力された下り信号(一点鎖線)は、第１波長選択結合器ＷＳＣ５を通じて第５単方向光増幅器ＵＯＡ５で増幅された後、第７波長選択結合器ＷＳＣ７で上り信号(点線)と合わせた後、中間段素子２１１に入力される。中間段素子２１１を通過した下り信号は、第８波長選択結合器ＷＳＣ８で上り信号と分離された後、第７単方向光増幅器ＵＯＡ３で増幅された後、第６波長選択結合器ＷＳＣ６を通じて光増幅モジュールの第２入／出力端子Ｐ２を通じて出力される。
【００４５】
光増幅モジュールの第２入／出力端子Ｐ２に入力された上り信号は、第６波長選択結合器ＷＳＣ６を通じて第６単方向光増幅器ＵＯＡ６で増幅された後、第７波長選択結合器ＷＳＣ７で下り信号と合わせた後、中間段素子２１１に入力される。中間段素子２１１を通過した上り信号は、第８波長選択結合器ＷＳＣ８で下り信号と分離された後、第８単方向光増幅器ＵＯＡ８で増幅された後、第５波長選択結合器ＷＳＣ５を通じて光増幅モジュールの第１入／出力端子Ｐ１を通じて出力される。
【００４６】
このような図７に示されたような光増幅モジュールでは、上り信号と下り信号が中間段素子２１１を共有するが、中間段素子２１１内で同一の方向に進行するとの点が他の実施形態と異なる。
前記のような構成により本発明の特徴による双方向光増幅モジュールが構成されることができる。
【００４７】
【発明の効果】
上述したような本発明による光増幅器は、下記のような利点がある。
一番目、本発明による光増幅モジュールの構造では、双方向に信号する光信号が一つの中間段素子を双方向に通過する。従って、各方向別に別の中間段素子が必要ではないので、安価な双方向光増幅モジュールを提供することができ、製造費用を低減することができる。
【００４８】
二番目、本発明による光増幅モジュールは、中間段素子で発生する信号の劣化を最小化できるように構成される。例えば、中間段素子として分散補償光ファイバが使用される場合、分散補償光ファイバはコアの面積が小さく、レイリー後方散乱が一般的な単一モード光ファイバより大きいので、双方向に進行する光信号を劣化させることができる。本発明による光増幅モジュールで波長選択結合器により相対強度雑音の発生を減衰させ、分散補償光ファイバ内で光信号が双方向に通過するように構成することにより、光非線形現象の発生を低減することができる。
【００４９】
三番目、本発明による双方向光増幅モジュールは、内部に光アイソレーターを有した単方向光増幅器を使用して具現されることにより、光増幅器のレージング現象を防止し、安定性を改善することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明したが、本発明はこの特定の実施形態に限るものでなく、各種の変形及び修正が本発明の範囲を逸脱しない限り、該当分野における通常の知識を持つ者により可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  一般的な双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造例示図である。
【図１Ｂ】  一般的な双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造例示図である。
【図１Ｃ】  一般的な双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造例示図である。
【図１Ｄ】  一般的な双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造例示図である。
【図２】  本発明の一実施形態による双方向光増幅モジュールの構造例示図である。
【図３Ａ】  図２に示された波長選択結合器の構造図である。
【図３Ｂ】  図２に示された波長選択結合器の構造図である。
【図３Ｃ】  図２に示された波長選択結合器の構造図である。
【図３Ｄ】  図２に示された波長選択結合器の構造図である。
【図４】  図２の双方向光増幅モジュールで多重反射による相対強度雑音(ＲＩＮ：Relative Intensity Noise)の発生経路を示した図である。
【図５Ａ】  本発明の他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図５Ｂ】  本発明の他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図５Ｃ】  本発明の他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図５Ｄ】  本発明の他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図５Ｅ】  本発明の他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図６】  本発明のさらに他の実施形態による双方向光増幅モジュールの構造図である。
【図７】  本発明の特徴による双方向光伝送装置の光増幅モジュールの構造図である。
【符号の説明】
２１１  中間段素子
【図１Ａ】
0003770841.tif 000002
【図１Ｂ】
0003770841.tif 000003
【図１Ｃ】
0003770841.tif 000004
【図１Ｄ】
0003770841.tif 000005
【図２】
0003770841.tif 000006
【図３Ａ】
0003770841.tif 000007
【図３Ｂ】
0003770841.tif 000008
【図３Ｃ】
0003770841.tif 000009
【図３Ｄ】
0003770841.tif 000010
【図４】
0003770841.tif 000011
【図５Ａ】
0003770841.tif 000012
【図５Ｂ】
0003770841.tif 000013
【図５Ｃ】
0003770841.tif 000014
【図５Ｄ】
0003770841.tif 000015
【図５Ｅ】
0003770841.tif 000016
【図６】
0003770841.tif 000017
【図７】
0003770841.tif 000018