JPH0311322A - 双方向光増幅伝送回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバ中に希土類元素または遷移金属が
添加された光増幅用光ファイバを用いて長距離の光ファ
イバ伝送を実現する双方向光増幅伝送回路に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、Ｎｄ（ネオジム）、Ｅｒ（エルビウム）等の希土
類元素を添加した光ファイバＣ以下、光増幅用光ファイ
バという）は、単一モード光ファイバレーザや光増幅器
として光通信や光センサへの応用が注目されており、こ
れらの応用例について多くの報告がある。

一例として、Ｅ「を添加した光増幅用光ファイバを用い
、波長１．４８μｍの半導体レーザを励起光源として、
波長１．５４μｍの信号光を増幅した実験が報告されて
いる（Ｒ，Ｊ、Ｍｅａｒｓ　ｅｌ　ａｔ；Ｅｌｅｃｔｌ
ｏｎ、Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、２３．ｐ＋）、１０２ｇ−
１０２９（１９８７）　　参照）。

また、最近では光増幅用光ファイバを伝送用単一モード
光ファイバの送信側と受信側に接続することによって、
送信レベル１０ｄＢ、受信感度６ｄＢの改善により、１
．８Ｇｂｌｔ／ｓの２１２に腸伝送に成功しており（ｋ
、Ｈａｇｌｓｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ：ＯＰｃ’１１９．Ｐ
Ｄ１５．１９８９）、光増幅用光ファイバの長距離光伝
送に極めて効果的であることが確認されている。

ところで、このような光伝送系では、全て光ファイバに
て構成することにより、低損失化が実現されるので、シ
ステムの全光ファイバ化が検討されている。

第２図は、光増幅用光ファイバを用いた従来の全光ファ
イバ伝送システムの構成図である。第２図において、１
は伝送用半導体レーザモジュール、２ａ、　　２ｂは光
増幅用半導体レーザモジュール、３．４ａ、４ｂ、５は
カットオフ波長が１．１μｍ〜ｌ。２μｍの標準化され
た単一モード光ファイバ、６ａ、６ｂは波長合分波光フ
ァイバカップラ、７ａ、７ｂはＥ「添加の光増幅用光フ
ァイバ、８は伝送信号光のみを透過させるフィルタ、９
は光検出器で、単一モード光ファイバ５が伝送用光ファ
イバとなっている。

また、第３図は、添加濃度３００ｐｐｍでＥ「を添加し
た光増幅用光ファイバの損失特性と蛍光特性を示す図で
ある。第３図において、実線で示す曲線がｔｉ失時特性
、破線で示す曲線が蛍光特性をそれぞれ示している。

第３図から分かるように、光ファイバ通信に有望視され
ているＥｒ添加の光増幅用光ファイバでは、波長１．５
５μｍ帯の光を増幅でき、光増幅用光（励起光）の波長
スｐとしては１．４７μｍ〜１．４９μｍが最も効率が
よく、この他、波長０．９８μｍ１０゜８０７μｍが有
望な励起光の波長である。

このような構成において、伝送用半導体レーザモジュー
ル１から出射された、例えば、波長１．５５μｍ帯の伝
送信号光と、光増幅用半導体レーザモジュール２ａから
出射された、波長１．４８μｍ帯の励起光は、単一モー
ド光ファイバ３及び４ａをそれぞれ伝搬して、波長合分
波光ファイバカップラ６ａに入射し、ここで合波される
。

この合波された伝送信号光と励起光は、次に、光増幅用
光ファイバ７ａに入射する。これにより、伝送信号光は
、光増幅用光ファイバ７ａを伝搬中に増幅作用を受ける
。増幅された伝送信号光は、伝送用単一モード光ファイ
バ５に導波される。

次に、伝送用単一モード光ファイバ５を伝搬した伝送信
号光は、波長合分波光ファイバカップラ６ｂに入射する
。このとき、波長合分波光ファイバカップラ６ｂには、
光増幅用半導体レーザモジュール２ｂによる波長１．４
８μｍ帯の励起光が入射され、伝送信号光と励起光とが
合波される。この合波光は、次に、光増幅用光ファイバ
７ｂに入射する。これにより、伝送信号光は、伝送用単
一モード光ファイバ５を伝搬中に受けた光損失分が補償
（回復）され、フィルタ８に入射する。

フィルタ８は、信号光のみを透過させ、励起光を遮断し
、伝送信号光のみが光検出器９にて受光され検出される
。

このようにして、伝送信号光の長距離光ファイバ伝送が
行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の構成では、長距離光ファイバ
伝送の実用化には極めて有効であるにも拘らず、一方向
の光増幅機能しか有していない。

従って、３ｄＢ光カツプラを用いる双方向光通信は、６
ｄＢの損失を伴うので、従来の構成では、双方向の光通
信には適用が困難であるという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、低損失な双方向の長距離光ファイバ伝送シス
テムを実現できる双方向光増幅伝送回路を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、伝送用の低損失
単一モード光ファイバの両端に、希土類元素または遷移
金属が添加されてなる光増幅用光ファイバをそれぞれ配
置した双方向光増幅伝送回路において、前記各光増幅用
光ファイバの両端にそれぞれ接続した波艮合分波光ファ
イバカップラと、前記各光増幅用光ファイバ中で二つの
光増幅開光が互いに相対向して伝搬するように、前記各
波長合分波光ファイバカップラにそれぞれ接続した光増
幅用半導体レーザと、前記伝送用光ファイバを中心とし
て外側の各波長合分波光ファイバカップラにそれぞれ接
続した、伝送信号光に対して３ｄＢ分岐の３ｄＢ光ファ
イバカツプラと、これら３ｄＢ光ファイバカツプラの一
の分岐路にそれぞれ接続した伝送信号光用半導体レーザ
とを備えた。

（作　用） 本発明によれば、各光増幅用光ファイバの両端に接続さ
れた光増幅用半導体レーザによる光増幅用光は、光増幅
用光ファイバ内を相対向して伝搬する。

これにより、伝送用先ファイバの両端に配置された伝送
用の半導体レーザから出射された順方向及び反対方向に
それぞれ伝搬される伝送信号光は、伝送用光ファイバを
伝搬前及び伝搬後に、光増幅用光ファイバ内にて増幅作
用を受ける。このとき、両方向の伝送信号光ともに、同
程度の増幅度をもって増幅作用を受ける。

このように増幅作用を受けた各伝送信号光は、波長合分
波光ファイバカップラを介して、伝送用の光ファイバに
導波され、あるいは波長合分波光ファイバカップラ、３
ｄＢ光ファイバカツプラを介し、例えば、伝送信号光の
みが、フィルタを透過して、各光検出器にて検出される
。

（実施例） 第１図は、本発明に係る双方向光増幅伝送回路の一実施
例を示す構成図である。

第１図において、ｌｌａ、ｌｌｂは伝送用半導体レーザ
モジュールで、波長１．５５μｍの伝送信号光（以下、
単に信号光という）を出射する。

１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは光増幅用半導体レー
ザモジュールで、波長１．４８μｍの光増幅用光（以下
、励起光という）を出射する。

１４ａ、１４ｂは３ｄＢ光ファイバカツプラである。

１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは波長１．５５μｍ７
１．４８μｍの波艮合分波光ファイバカップラである。

１７ａ、１７ｂはＥｒ添加の光増幅用光ファイバで、比
屈折率Δ−０．３％、コア径８μｍ、長さ４５ｍのパラ
メータを有し、Ｅ「の添加濃度は５０ｐｐｍである。

１８は標準化された伝送用単一モード光ファイバ（以下
、伝送用光ファイバという）で、比屈折率Δ−０，３％
、コア径８μｍ１波長１．５５μｍの光に対すル損失は
０．２５ｄＢ／　ｋｍ、長さ１５０ｋｍノパラメータを
有している。

１９ａ、１９ｂは信号光のみを透過させるフィルタ、２
３ａ、２０ｂは光検出器である。また、第１図中、ｒＸ
Ｊ印で示す部分は融着接続部をそれぞれ示している。

第１図においては、伝送用光ファイバ１８の入力側（図
面に向かって左（ｌ１１１）において、伝送用光ファイ
バ１８の一端と波長合分波光ファイバカップラ１６ａの
一の光入出射側の一方の分岐端とが接続され、波長合分
波光ファイバカップラ１６ａの他方の分岐端には光増幅
用半導体レーザモジュール１３ａが接続されている。波
長合分波光ファイバカップラ１６ａの他の光入出射側の
一方の分岐端には、光増幅用光ファイバ１７ａの一端が
接続され、光増幅用光ファイバ１７ａの他端には、波長
合分波光ファイバカップラ１５ａの一の光入出射側の一
の分岐端が接続されている。さらに、波長合分波光ファ
イバカップラ１５ａの他の光入出射側の一方の分岐端に
は、光増幅用半導体レーザモジュール１２ａが接続され
、波長合分波光ファイバカップラ１５ａの他の光入出射
側の他方の分岐端には、３ｄＢ光ファイバカツプラ１４
ａの一の光入出射側の一の分岐端が接続されている。３
ｄＢ先ファイバカツプラ１４ａの他の光入出射側の一の
分岐端には、伝送用半導体レーザモジュール１１ａが接
続され、他方の分岐端には、フィルタ１９ａが配置され
、フィルタ１９ａの光透過側には、光検出器２０ａが配
置されている。

一方、伝送用光ファイバ１８の出力側（図面に向かって
右＊）において、伝送用光ファイバ１８の他端と波長合
分波光ファイバカップラ１５ｂの一の光入出射側の一方
の分岐端とが接続され、波裏金分波光ファイバカップラ
１５ｂの一の先人出射側の他方の分岐端には光増幅用半
導体レーザモジュール１２ｂが接続されている。さらに
、波長合分波光ファイバカップラ１５ｂの他の先人出射
側の一の分岐端には光増幅用光ファイバ１７ｂの一端が
接続され、光増幅用光ファイバ１７ｂの他端には波長合
分波光ファイバカップラ１６ｂの一の先人出射側の一方
の分岐端が接続されている。

波長合分波光ファイバカップラ１６ｂの他の先人出射側
の一方の分岐端には、３ｄＢ光ファイバカツプラ１４ｂ
の一の光入射出射側の一方の分岐端が接続され、波長合
分波光ファイバカップラ１６ｂの他の先人出射側の他方
の分岐端には、光増幅用半導体レーザモジュール１３ｂ
が接続されている。

３ｄＢ先ファイバカツプラ１４ｂの他の光入射出射側の
一方の分岐端には、伝送用半導体レーザモジュールｌｌ
ｂが接続され、３ｄＢ光ファイバカツプラ１４ｂの他の
光入射出射側の他方の分岐端には、フィルタ１９ｂが配
置され、フィルタ１９ｂの光透過側には、光検出器２０
ｂが配置されている。

次に、波長１．５５μｍ　７１．４８μｍの波長合分波
光ファイバカップラの構造及びその特性について第４図
乃至第６図に基づいて説明する。

第４図は、２本の光ファイバを融着・延伸によって作製
した光ファイバカップラの構造図である。

ｍ４［ニオＬＮ−で、１５１，１５２　ハ比届折４１Δ
−０，３％。

コア径８μｍの単一モード光ファイバ、１５３は融着・
延伸部である。

このような構造の波長合分波光ファイバカップラの波長
合分波特性は、第５図に示すように、過剰損失０．２ｄ
Ｂ　、波長１．５５μｍ　７１．４８　ａ　ｍのアイソ
レーションは２０ｄＢである。また、第１図中、ｒＸｊ
印で示す１６ケ所の融着接続部の平均損失は０．１８ｄ
［ｌ／　１ケ所を示している。

なお、各光部品の端面反射の影響を防止するために、接
続されていない光ファイバカップラの端面、レーザモジ
ュールの端面、光検出器の端面ば散文傾斜されている。

このような構成にすることにより、伝送信号光は、光増
幅用光ファイバ１７ａ、１７ｂ内において、順方向のみ
ならず反対方向の励起光（光増幅光）による効果もあっ
て、二つの３ｄＢ光ファイバカップラ１３ａ、１３ｂが
有るにも拘らず、上下方向の入力側で波長１．５５μｍ
の光は１３ｄＢの利得を、出力側で１２ｄＢの利得を得
ており、これは第２図に示す従来の構成にて得られてい
た、入力側で１２ｄＢの利得、出力側で１１ｄＢの利得
とほとんど変わりのない結果を示している。

なお、第１図の構成においては、励起光に、波長１．４
８μｍを用いているが、これに限定されるものではなく
、波長１．４８μｍと波長０．９８μｍのように異なる
波長の励起光の組み合わせでも良い。

ただし、この場合、波長１．５５μｍ　／　０．９８μ
ｍの波長合分波光ファイバカップラには、モード変換兼
用波長合分波光ファイバカップラが用いられる。

これは、使用している単一モード光ファイバのカットオ
フ波長は１．２μｍであるため、波長０，９８μｍに対
しては、多モードになるためである。

このような単一モード光ファイバと多モード光ファイバ
を用いて融着・延伸形の光ファイバカップラを実現する
には、一方または両方の光ファイバを予め延伸し、波長
０．９８μｍに対して単一モード条件にした後、融着・
延伸して波長合分波光ファイバカップラとする。従って
、この波長合分波光ファイバカップラは、モード変換の
機能も有することになる。

また、その特性は、第６図に示すように、過剰損失０．
２ｄＢで、波長１．５５μｍ　／　０．Ｎｕ　ｍのアイ
ソレージジンは２２ｄＢであった。

以上のように、本実施例によれば、光増幅用光ファイバ
１７ａ、１７ｂ内を伝搬する順方向と反対方向の伝送信
号光を同程度に増幅することができるので、同じ波長を
用いた双方向の低損失な長距離光伝送システムを実現で
きる。また、光増幅用光ファイバ１７ｇ、１７ｂの各両
端には、波長合分波光ファイバカップラ１５ａ、１６ａ
、１５ｂ、１６ｂをそれぞれ接続しているので、一方の
波長合分波光ファイバカップラにて合波された光増幅光
（励起光）は、伝送信号光を増幅後、他方の波長合分波
光ファイバカップラにて分波されるため、光検出器２０
ａ、２０ｂの前段にあるフィルタ１９ａ、１９ｂの特性
を緩和でき、ひいては汎用性に優れた双方向光増幅伝送
回路を実現できる。

なお、本実施例においては、希土類元素を添加した光増
幅用光ファイバを例に説明したが、遷移金属、例えばＴ
ｉ（チタン）、Ｎｉにッケル）を添加した光増幅用光フ
ァイバも適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、前記各光増幅用
光ファイバの両端にぞれぞれ接続した波長合分波光ファ
イバカップラと、前記各光増幅用光ファイバ中で二つの
光増幅用光が互いに相対向して伝搬するように、前記各
波長合分波光ファイバカップラにそれぞれ接続した光増
幅用半導体レーザと、前記伝送用光ファイバを中心とし
て外側の各波長合分波光ファイバカップラにそれぞれ接
続した、伝送信号光に対して３ｄＢ分岐の３ｄＢ光ファ
イバカツプラと、これら３ｄＢ光ファイバカツプラの一
の分岐路にそれぞれ接続した伝送信号充用半導体レーザ
とを備えたので、光増幅用光ファイバ内を伝搬する順方
向と反対方向の伝送信号光を同程度に増幅することがで
き、同じ波長を用いた双方向の低損失な長距離光伝送シ
ステムを実現できる利点がある。

また、光増幅用光ファイバの各両端には、波長合分波光
ファイバカップラをそれぞれ接続しているので、一方の
波長合分波光ファイバカップラにて合波された光増幅光
は、伝送信号光を増幅後、他方の波長合分波光ファイバ
カップラにて分波されるため、光検出器の前段にあるフ
ィルタの特性を緩和でき、ひいては汎用性に優れた双方
向光増幅伝送回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る双方向光増幅伝送回路の一実施例
を示す構成図、第２図は従来の光増幅用光ファイバを用
いた全光ファイバ伝送システムの構成図、第３図はＥｒ
添加の光増幅用光ファイバの損失特性と螢光特性を示す
図、第４図は本発明に係る波長合分波光ファイバカップ
ラの構造図、第５図は本発明に係る波長１．５５μｍ　
／　１．４８μｍの波長合分波光ファイバカップラの波
長合分波特性図、第６図は本発明に係る波長１．５５μ
ｍ　／　０．９８μｍの波長合分波光ファイバカップラ
の波長合分波特性図である。 図中、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・伝送用半導体レーザモジュ
ール、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、　　１３ｂ−・・光増
幅用半導体レーザモジュール、１４ａ、Ｌ４ｂ−３ｄＢ
光ファイバカップラ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ
・・・波長合分波光ファイバカップラ、１７ａ、１７ｂ
光増幅用光ファイバ、１８・・・伝送用単一モード光フ
ァイバ、１９　ｇ　、　　１９　ｂ・・・フィルタ、２
０ａ、２０ｂ・・・光検出器。 波　長（、ｕｍ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 伝送用の低損失単一モード光ファイバの両端に、希土類
   元素または遷移金属が添加されてなる光増幅用光ファイ
   バをそれぞれ配置した双方向光増幅伝送回路において、 前記各光増幅用光ファイバの両端にそれぞれ接続した波
   長合分波光ファイバカップラと、前記各光増幅用光ファ
   イバ中で二つの光増幅用光が互いに相対向して伝搬する
   ように、前記各波長合分波光ファイバカップラにそれぞ
   れ接続した光増幅用半導体レーザと、 前記伝送用光ファイバを中心として外側の各波長合分波
   光ファイバカップラにそれぞれ接続した、伝送信号光に
   対して３ｄＢ分岐の３ｄＢ光ファイバカップラと、 これら３ｄＢ光ファイバカップラの一の分岐路にそれぞ
   れ接続した伝送信号光用半導体レーザとを備えた ことを特徴とする双方向光増幅伝送回路。