JPH04120524A - 光伝送システム - Google Patents
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- JPH04120524A JPH04120524A JP2413705A JP41370590A JPH04120524A JP H04120524 A JPH04120524 A JP H04120524A JP 2413705 A JP2413705 A JP 2413705A JP 41370590 A JP41370590 A JP 41370590A JP H04120524 A JPH04120524 A JP H04120524A
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- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明は、光伝送システムに関し、より詳しくは、光増
幅器を有する光伝送システムに関する。 ［０００２］
幅器を有する光伝送システムに関する。 ［０００２］
長距離光通信システムでは、光ファイバ伝送媒体に沿っ
て発生することが知られている損失を充分補償できるよ
うな光信号増幅器が必要である。この増幅器として知ら
れているものを２種類挙げると、集中形増幅器と分布形
増幅器がある。 ［０００３］ 集中形又は離散形増幅器は半導体装置と希土類不純物添
加光ファイバ装置との両方に用いられている。希土類不
純物添加光ファイバ増幅器は、簡単、低コストであり、
現存の光ファイバと共存して結合できることがら、最近
比較的広く知られてきている。局部ポンピング式の希土
類不純物添加光ファイバ増幅器の例については、［エレ
クトロニクス・レター」第２３巻第］９号、１０２６頁
以下（１９８７年）を参照されたい。 ［０００４］ 理論的には、これらの増幅器は、例えばエルビウム（Ｅ
ｒ ３”）のような、局部的に加えられる光信号ポン
ピング源による光ファイバ添加不純物のイオンの誘発放
出を介して、増幅器入力信号の光信号電力を直線的に増
加させる。集中形増幅器は多くの利点を有するが、一方
、これらの増幅器を用いることによって、大きな通信シ
ステム中で一つの増幅部から次の増幅部へと順次累積さ
れる増幅された誘発放出雑音が発生することを見過ごし
てはならない。更に、好ましくないフィードバック効果
を防止するために、増幅器の出力部において光アイソレ
ータ又は類似の装置を用いることも、しばしば必要とな
る。 ［０００５］ 雑音及びフィードバックの問題に対応して、誘発ラマン
散乱又は誘発プリルアン散乱に基づく分布形増幅システ
ムが提案されている。これらのシステムは、アイソレー
タの使用を避け、二方向に作動するようにしている。こ
れらのシステムにより、はぼ均一な分布形増幅が得られ
る。これば、ソリトンを主体とする光システムに特に重
要な特性である。これらの増幅器も分布形増幅器全体に
わたって増幅された誘発放出雑音を発生することが当業
者に知られている。しかし、増幅された誘発放出雑音の
量は高利得集中形増幅器により発生する雑音に比べると
はるかに少ない。 ［０００６］ 二方向ポンピング光ファイバスパンにおけるポンピング
電力を妥当な値にすると、光ファイバのスパンは５０
ｋｍ台に限られる。その理由は、光ファイバの損失係数
に応じて、ポンピング電力が指数関数的減衰を示すため
である。残念ながらこのようにスパンが短いと、据え付
けと保守との両方について光伝送システムのコストが増
大する。 ［０００７］ 現時点では、大抵の電気通信システム設計者は、分布形
増幅部分用又は増幅器開用の光ファイバのスパンとして
、少なくとも１１００ｋ台の長いスパンを指定する。縦
続式集中形増幅器の多段構成でこのような長スパンにわ
たって伝送を行うために、送信機において光ファイバ内
に投入される光信号電力を増大させて長い光ファイバに
おける固有損失を克服することは可能である。 ［０００８］ しかし、このような解決方法では伝送用光ファイバ中で
信号強度が著しく変動することとなり、これは、光ファ
イバそのものにおいて非線形効果を伴う重大問題を発生
させることになり、更には信号増幅器の飽和問題を起こ
すことにもなり得る。信号レベルが不均一なこと（すな
わち、増幅器前の低い信号レベルと増幅器後の非常に高
い信号レベルとの間の不均一）から生じる非線形効果は
、信号搬送にソリトンが用いられている場合に特に有害
である。 ［０００９］ その理由は、衝突のうちの接近部分の影響が衝突のうち
のその後の離脱部分の影響によってほぼ打ち消されるた
めソリトン同士の衝突は均一な増幅システムにとって通
常無害であると考えられているが、集中形増幅器におけ
る非線形効果の場合にはこれとは大きく異なり、衝突の
影響は打ち消し合うよりはむしろ蓄積されることになる
からである。 ［００１０］
て発生することが知られている損失を充分補償できるよ
うな光信号増幅器が必要である。この増幅器として知ら
れているものを２種類挙げると、集中形増幅器と分布形
増幅器がある。 ［０００３］ 集中形又は離散形増幅器は半導体装置と希土類不純物添
加光ファイバ装置との両方に用いられている。希土類不
純物添加光ファイバ増幅器は、簡単、低コストであり、
現存の光ファイバと共存して結合できることがら、最近
比較的広く知られてきている。局部ポンピング式の希土
類不純物添加光ファイバ増幅器の例については、［エレ
クトロニクス・レター」第２３巻第］９号、１０２６頁
以下（１９８７年）を参照されたい。 ［０００４］ 理論的には、これらの増幅器は、例えばエルビウム（Ｅ
ｒ ３”）のような、局部的に加えられる光信号ポン
ピング源による光ファイバ添加不純物のイオンの誘発放
出を介して、増幅器入力信号の光信号電力を直線的に増
加させる。集中形増幅器は多くの利点を有するが、一方
、これらの増幅器を用いることによって、大きな通信シ
ステム中で一つの増幅部から次の増幅部へと順次累積さ
れる増幅された誘発放出雑音が発生することを見過ごし
てはならない。更に、好ましくないフィードバック効果
を防止するために、増幅器の出力部において光アイソレ
ータ又は類似の装置を用いることも、しばしば必要とな
る。 ［０００５］ 雑音及びフィードバックの問題に対応して、誘発ラマン
散乱又は誘発プリルアン散乱に基づく分布形増幅システ
ムが提案されている。これらのシステムは、アイソレー
タの使用を避け、二方向に作動するようにしている。こ
れらのシステムにより、はぼ均一な分布形増幅が得られ
る。これば、ソリトンを主体とする光システムに特に重
要な特性である。これらの増幅器も分布形増幅器全体に
わたって増幅された誘発放出雑音を発生することが当業
者に知られている。しかし、増幅された誘発放出雑音の
量は高利得集中形増幅器により発生する雑音に比べると
はるかに少ない。 ［０００６］ 二方向ポンピング光ファイバスパンにおけるポンピング
電力を妥当な値にすると、光ファイバのスパンは５０
ｋｍ台に限られる。その理由は、光ファイバの損失係数
に応じて、ポンピング電力が指数関数的減衰を示すため
である。残念ながらこのようにスパンが短いと、据え付
けと保守との両方について光伝送システムのコストが増
大する。 ［０００７］ 現時点では、大抵の電気通信システム設計者は、分布形
増幅部分用又は増幅器開用の光ファイバのスパンとして
、少なくとも１１００ｋ台の長いスパンを指定する。縦
続式集中形増幅器の多段構成でこのような長スパンにわ
たって伝送を行うために、送信機において光ファイバ内
に投入される光信号電力を増大させて長い光ファイバに
おける固有損失を克服することは可能である。 ［０００８］ しかし、このような解決方法では伝送用光ファイバ中で
信号強度が著しく変動することとなり、これは、光ファ
イバそのものにおいて非線形効果を伴う重大問題を発生
させることになり、更には信号増幅器の飽和問題を起こ
すことにもなり得る。信号レベルが不均一なこと（すな
わち、増幅器前の低い信号レベルと増幅器後の非常に高
い信号レベルとの間の不均一）から生じる非線形効果は
、信号搬送にソリトンが用いられている場合に特に有害
である。 ［０００９］ その理由は、衝突のうちの接近部分の影響が衝突のうち
のその後の離脱部分の影響によってほぼ打ち消されるた
めソリトン同士の衝突は均一な増幅システムにとって通
常無害であると考えられているが、集中形増幅器におけ
る非線形効果の場合にはこれとは大きく異なり、衝突の
影響は打ち消し合うよりはむしろ蓄積されることになる
からである。 ［００１０］
一つには信号増幅レベルの不均一性に対応するための、
又、集中形増幅器の場合に知られるソリトン同士の衝突
問題を改善するための技術として、分布形増幅技術が開
示されている。この分布形増幅技術においては、二方向
の光伝送が復元され、長い光ファイバスパンにわたって
の光信号の均一な増幅が潜在的に長いスパン上で達成で
きる。 ［００１１］ 分布形増幅を行うには、光ファイバのほぼ核心（コア）
部の領域に薄い濃度の希土類添加不純物のある長い光フ
ァイバと、この添加不純物のある光ファイバの一端また
は両端に結合され、ラマン効果とこの希土類添加不純物
からの誘発放射との両方によって光信号の増幅作用を生
じさせるのに適当な波長及び電力を有−ｔ−ルポンピン
グ信号源と、からなる光ファイバ増幅器を用いる。ここ
でいう「薄い濃度」とは、はぼ完全な反転分布になるま
でポンピングを行ったときに、この希土類添加不純物か
ら得られる利得が光ファイバの損失にほぼ等しい、とい
う条件をほぼ満足するような濃度範囲を意味する。 ［００１２］ 成る実施例では均質な光ファイバスパンを用いて均一な
分布形増幅を得ているが別の実施例では、かなり長い長
さ（≧１ｋｍ）の、薄い濃度の添加不純物のある光ファ
イバと、添加不純物のない長い光ファイバとを同じスパ
ン内で組み合わせて用いることによって分布形増幅を得
ている。均−分布形増幅（すなわち利得）は、添加不純
物のない光ファイバにおける発散ラマン効果と、添加不
純物を有する光ファイバにおける発散放射とによって得
られる。 ［００１３］ この方法で分布形増幅を行う場合の欠点は、長さの長い
非標準光ファイバ製品、すなわち薄い濃度の希土類添加
不純物を有するシリカ光ファイバを作る必要があること
である。本発明は、以上の欠点を改善してほぼ均一な増
幅が得られる光増幅器を含む光伝送システムを提供する
ものである。 ［００１４］
又、集中形増幅器の場合に知られるソリトン同士の衝突
問題を改善するための技術として、分布形増幅技術が開
示されている。この分布形増幅技術においては、二方向
の光伝送が復元され、長い光ファイバスパンにわたって
の光信号の均一な増幅が潜在的に長いスパン上で達成で
きる。 ［００１１］ 分布形増幅を行うには、光ファイバのほぼ核心（コア）
部の領域に薄い濃度の希土類添加不純物のある長い光フ
ァイバと、この添加不純物のある光ファイバの一端また
は両端に結合され、ラマン効果とこの希土類添加不純物
からの誘発放射との両方によって光信号の増幅作用を生
じさせるのに適当な波長及び電力を有−ｔ−ルポンピン
グ信号源と、からなる光ファイバ増幅器を用いる。ここ
でいう「薄い濃度」とは、はぼ完全な反転分布になるま
でポンピングを行ったときに、この希土類添加不純物か
ら得られる利得が光ファイバの損失にほぼ等しい、とい
う条件をほぼ満足するような濃度範囲を意味する。 ［００１２］ 成る実施例では均質な光ファイバスパンを用いて均一な
分布形増幅を得ているが別の実施例では、かなり長い長
さ（≧１ｋｍ）の、薄い濃度の添加不純物のある光ファ
イバと、添加不純物のない長い光ファイバとを同じスパ
ン内で組み合わせて用いることによって分布形増幅を得
ている。均−分布形増幅（すなわち利得）は、添加不純
物のない光ファイバにおける発散ラマン効果と、添加不
純物を有する光ファイバにおける発散放射とによって得
られる。 ［００１３］ この方法で分布形増幅を行う場合の欠点は、長さの長い
非標準光ファイバ製品、すなわち薄い濃度の希土類添加
不純物を有するシリカ光ファイバを作る必要があること
である。本発明は、以上の欠点を改善してほぼ均一な増
幅が得られる光増幅器を含む光伝送システムを提供する
ものである。 ［００１４］
本発明による光伝送システムにおいては、希土類添加不
純物のある、シリカを主成分とする短い複数の光ファイ
バ部分と、これに対応する、ほとんど添加不純物のない
、シリカを主成分とする長い複数の光ファイバ部分とを
交互に配置して、損失が補償される光伝送媒体部分と補
償されない光伝送媒体部分とが交互に介在するように光
ファイバスパンを形成する。この光ファイバスパンのい
ずれかの端部から、増幅光ファイバ部に対して遠隔操作
でポンピングを行う。 ［００１５］ 二方向のポンピング、すなわち光ファイバスパンの各端
部からのポンピングを行うことにより、スパン全体にわ
たる信号の光増幅の均一性が増大する。増幅光ファイバ
部の長さは、その部分の添加不純物濃度にほぼ反比例さ
せて変える。 ［００１６］
純物のある、シリカを主成分とする短い複数の光ファイ
バ部分と、これに対応する、ほとんど添加不純物のない
、シリカを主成分とする長い複数の光ファイバ部分とを
交互に配置して、損失が補償される光伝送媒体部分と補
償されない光伝送媒体部分とが交互に介在するように光
ファイバスパンを形成する。この光ファイバスパンのい
ずれかの端部から、増幅光ファイバ部に対して遠隔操作
でポンピングを行う。 ［００１５］ 二方向のポンピング、すなわち光ファイバスパンの各端
部からのポンピングを行うことにより、スパン全体にわ
たる信号の光増幅の均一性が増大する。増幅光ファイバ
部の長さは、その部分の添加不純物濃度にほぼ反比例さ
せて変える。 ［００１６］
本発明により、分布形でなくむしろ準分布形システムに
おいて、はぼ均一な増幅が得られる。一方、本発明の別
の利点としては、直接ポンピング形で高利得の添加不純
物のある光ファイバ増幅器を組み込むことにより一つの
スパン内でいくつもの光ファイバ要素を共存させて使用
できること、各スパンに標準光ファイバ要素を使用でき
ること、システム構成に対して雑音が減少していること
が挙げられる。 ［００１７］
おいて、はぼ均一な増幅が得られる。一方、本発明の別
の利点としては、直接ポンピング形で高利得の添加不純
物のある光ファイバ増幅器を組み込むことにより一つの
スパン内でいくつもの光ファイバ要素を共存させて使用
できること、各スパンに標準光ファイバ要素を使用でき
ること、システム構成に対して雑音が減少していること
が挙げられる。 ［００１７］
文献に記載されている実際に提案された長距離光通信シ
ステムでは、光ファイバスパンの各端に集中形増幅器を
設けることによって中継器を用いずに長い光ファイバス
パンを得ようとしている。図１に光ファイバの各スパン
の後に光集中形増幅器を設けた従来技術の長距離光通信
システムの簡略ブロック図を示す。 ［００１８］ 図中、各集中形増幅器Ｇは、これに続く光ファイバスパ
ンＬ１に供給される光信号電力を直線的に増大させる。 この増幅はアナログ同軸ケーブルシステムにおける通常
の電子式増幅器の場合とほとんど同じである。「光ファ
イバ電気通信、ＩＩｊ（ミラー（Ｓ、 Ｅ、 Ｍｉ ｌ
１ｅｒ）ほか編、８１９〜８２２頁、アカデミツクプ
レス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ） １９８８年
刊）を参照されたい。一般に各増幅器に光アイソレータ
を設けてフィードバック効果を避けるようにしている。 アイソレータが一方向性の装置であるため、これを用い
た光システムも一方向性となる。 ［００１９］ 図１の光増幅システムにおいて、各集中形増幅器は電子
ポンピング半導体増幅器又は光ポンピングファイバ増幅
器を有する。このうち、半導体増幅器は注入担体からの
誘発放出を利用して利得を得ているが、光ファイバ増幅
器は、ラマン又３十 はプリルアン発散散乱あるいは分子Ｄ２又はＥｒ の
ような光ファイバ用添加不純物を利用して利得を得てい
る。光ファイバ増幅器の場合、各集中形増幅器Ｇ１は、
個々のポンピング信号源に局部的に結合されている。 ［００２０３ 局部ポンピング希土類不純物添加光ファイバ増幅器の例
については、ミアズ（Ｍｅａｒｓ） ほかの論文（エ
レクトロニクレター第２３巻第１９号、１０２６頁以下
（１９８７年））を参照されたい。光電子式中継器に代
わるものとして、集中形増幅器は簡単で価格が安いが、
これを用いることで、次の増幅段へ累積される増幅され
た発散放射雑音のような雑音が生じることを見過ごすこ
とはできない。 ［００２月 将来の長距離光通信システム用のシステム設計としては
現在のところ、中継器、再生器、ポンピングレーザ等、
スパン上のシステム要素間の光ファイバスパンを約１０
０ ｋｍという比較的長い距離に指定している。縦続式
集中形増幅器の多段構成でこのような長スパンにわたっ
て伝送を行うために、送信機において光ファイバ内に投
入される光信号電力を増大させて長い光ファイバにおけ
る固有損失を克服することは可能である。 ［００２２］ しかし、このような解決方法では伝送用光ファイバ中で
信号強度が著しく変動することとなり、これは、光ファ
イバそのものにおいて非線形効果を伴う重大問題を発生
させることになり、更には信号増幅器の飽和問題を起こ
すことにもなり得る。 ［００２３］ 遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムにおい
て、添加不純物のある、少なくとも中位利得を有する、
短いスパンの光ファイバをつなぎ合わせて長い伝送光フ
ァイバスパンを形成することにより、人工的に無損失と
した準分布形システムが得られ、これを長スパンの各々
の一端に高利得の集中形増幅器を設ける方式の代りに用
いる。 ［００２４］ この遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムは
又、高利得の集中形増幅器方式よりも雑音が少ない。そ
の理由は、各増幅光ファイバの、添加不純物のある利得
部の発する増幅された発散放射雑音が高利得集中形光フ
ァイバ増幅器よりも少ないからである。これに加えて、
遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムは、分
布形増幅又は利得媒体として、薄い濃度の添加不純物の
ある光ファイバを長い長さで用いる純粋に分布形の増幅
システムよりも対費用効果がよい。 ［００２５］ 下記の実施例においては長スパンについて述べであるが
、本発明は全ての長さ、すなわち、実施例の場合よりも
短いスパン（１ｋｍ≦Ｌ≦１０１００ｋ及び更にはより
長いスパン（Ｌ≧１０１００ｋを含めて適用可能である
ことを当業者は理解されたい。 ［００２６］ 図２に本発明の実施例として、３つの準分布形増幅スパ
ンで送信機１０と受信機１６との間の長距離をほぼカバ
ーする光通信システムを示す。図２においては３つの準
分布形増幅スパンだけが示されているが、スパンの数は
１とＮとの間のいかなる数でもよいことを当業者は理解
されたい。ここに、Ｎは大洋横断光通信システムの例に
みるような、８０ｋｍ単位のスパンで数えて１００台又
はそれ以上の大台の整数である。 ［００２７］ 送信機１０は伝送媒体１１によって第１スパンに光結合
されている。伝送媒体１１としては、光ファイバ、光フ
ァイバとレンズとの組合せ、エア・ギャップ、又は当業
者に周知の、光信号結合に適したその他の導波路デバイ
スを用いる。同様に、受信機１６は伝送媒体１５によっ
て第３スパンに光結合されている。伝送媒体１５として
は、当業者に周知の、光信号結合に適した導波路デバイ
スを用いる。図２の各スパンは、スパン全体をポンピン
グするために、ポンピングレーザを適当な結合要素を介
して準分布形光増幅ファイバのスパンの両端に結合して
構成し、これにより光ファイバの固有損失を最小に抑え
るのに充分な利得を得ている［００２８］ 第１スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１２と、
これに結合器３０を介して光結合されるポンピングレー
ザ２１と、同じく結合器３１を介して光結合されるポン
ピングレーザ２２とから構成される。ポンピングレーザ
２１は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２２は、伝送される
光信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる
。 ［００２９］ 第２スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１３と、
これに結合器３２を介して光結合されるポンピングレー
ザ２２と、同じく結合器３３を介して光結合されるポン
ピングレーザ２３とから構成される。ポンピングレーザ
２２は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２３は伝送される光
信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる。 ［００３０１ 第３スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１４と、
これに結合器３４を介して光結合されるポンピングレー
ザ２３と、同じく結合器３５を介して光結合されるポン
ピングレーザ２４とから構成される。ポンピングレーザ
２３は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２４は、伝送される
光信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる
。 ［００３１］ 本実施例において、２つのスパンの結合部に位置する２
２のようなポンピングレーザは、同じ１個のレーザが一
方のスパンには同方向の遠隔ポンピングを行い、他方の
スパンには反対方向の遠隔ポンピングを行う。これは、
米国特許第１゜６９９．４５２号（第５図）に記載の仕
方と類似である。 ［００３２］ このレーザ２２の代わりに第ル−ザ及び第２レーザの２
個のレーザを用い、第ル−ザが一方のスパンに反対方向
の遠隔ポンピングを行い、第２レーザが一方のスパンに
同方向の遠隔ポンピングを行うことも考えられる。この
組合せ式ポンピングの配置が、米国特許第１．６９９．
４５２号（第６図）及びモレナウアー（Ｌ、 Ｆ、 Ｍ
ｏｌ １ｅｎａｕｅｒ）ほかの論文（ＩＥＥＥ量子エレ
クト０．−クスジャーナル、第ＱＥ−２２巻第１号、１
５７頁（１９８６））に記載されている。 ［００３３］ 遠隔ポンピングレーザ２１．２２．２３、及び２４は、
準分布形増幅光ファイバの一連のスパンにおいて伝送光
信号の波長で増幅を行うのに適した波長の連続波（ＣＷ
）又は準連続モードで作動するように選ぶ。、更に、ポ
ンピングを遠隔で行つので、光ファイバスパンはポンピ
ング波長での伝送を維持支援（サポート）することが必
要である。 ［００３４］ 例えば、Ｅｒ３＋を不純物添加した増幅光ファイバによ
って、 １．５３μｍから１．５８μｍまでの波長範囲
での伝送光信号の増幅を可能とするには、 １．４６μ
ｍから １．４８μｍまでの波長範囲のポンピング信号
を必要とする。このように通常１．５μｍで作動する標
準の融着シリカ光ファイバは、遠隔ポンピング信号と伝
送光信号との両方の伝搬をサポートできる。 ［００３５］ ポンピング信号と伝送光信号との間の波長分離を賢明な
判断で選択した場合は、増幅光ファイバにおいて、更に
ラマン効果を介しての増幅も可能であることに留意され
たい。融着シリカ光ファイバにおいては、充分なポンピ
ング電力（約３０ｍＷから１００ｍＷ）を加えた場合、
ポンピング周波数から約３００−４５０ｃｍ’下の比較
的広い周波数帯域にわたって顕著なラマン増幅が得られ
る。 ［００３６］ 得られるラマン利得の大きさは光ファイバに加えられる
ポンピング電力の大きさに直接比例する。例えばモレナ
ウアーほかの上記論文の１６５頁（第１３図）を参照さ
れたい。又、下に述べるように、ラマン利得と光ファイ
バ添加不純物イオンの誘発で得られる利得との両方を得
るには、半導体から得られるような中位のポンピングレ
ーザ電力で充分である。 ［００３７］ 結合器３０．３１．３２．３３．３４、及び３５は、同
業者に周知の標準形方向性結合器である。成る好ましい
実施例においては、波長によって異なる方向性を有する
結合器を用いてポンピング信号を横方向に結合すると同
時に、増幅された伝送光信号を直進方向に結合する。 ［００３８］ これらの結合器は画形式とも、該当する各々のポンピン
グレーザ源からの光電力を、伝送光信号が伝搬する導波
路及び光ファイバに結合する手段を提供すると同時に、
伝送光信号が光ファイバ１１がら光ファイバ１２へ、光
ファイバ１２がら光ファイバ１３へ、又以下同様に、ほ
とんど妨害されずに進行できるようにする手段を提供す
る。 ［００３９］ これらの結合器は、光ファイバ、半導体、及び他の誘電
性導波路（例えばニオブ酸リチウム）デバイスにおいて
実現されている。又、ダイクロイックミラーのような光
学要素部品も光学的結合用に用いられる。 ［００４０１ 準分布形増幅光ファイバ１２．１３、及び１４は、各光
ファイバ中の添加不純物のある短い光ファイバ部分にお
ける添加不純物イオンの誘発から得られる利得を介して
、又、可能性としては増幅光ファイバ全体におけるラマ
ン効果から得られる利得を介して、準分布形増幅により
伝送光信号のほぼ均一な増幅を行うための媒体を提供す
る。準分布形増幅光ファイバはどのような長さにもでき
る。 ［００４１］ エルビウム、ホルミウム、ネオジム、等の希土類添加不
純物は主に光ファイバのコア部領域に導入することが考
えられる。添加不純物イオンを光ファイバのコア部に配
置することにより、与えられたポンピング電力に対して
最大レベルの飽和を得ることが可能である。その理由は
、添加不純物イオンと光信号の光学的な場との間の相互
作用がほぼ最適化されるからである。光ファイバの種類
としては、その伝送特性が１．５μｍ近辺の光信号伝搬
によく適していることから、融着シリカ光ファイバが望
ましい。 ［００４２］ システム全体にわたって伝送性能を改善するには、準分
布形増幅光ファイバの基礎材として、分散偏移形光ファ
イバ又は単一偏波光ファイバ（例えば偏波保持光ファイ
バ）を利用することが望ましい。損失を発生させる可能
性のある源を減少させるために準分布形増幅光ファイバ
を作る場合には、増幅光ファイバにおける添加不純物の
ない光ファイバとある光ファイバとの間の共存性を考慮
すべきである。添加不純物のある光ファイバの製造技術
は当業者に知られており、又、米国特許第１．７８７．
９２７号にも述べられている。同特許の説明内容をここ
に特に引用文献とする。 ［００４３］ シリカを主体とするような光ファイバにおける希土類添
加不純物は、ポンピングによって容易に飽和状態にでき
る。ここで飽和とは、大部分の添加不純物イオンが光学
的に励起された状態にあることを意味する。飽和状態の
希土類添加不純物イオンから得られる利得は、加えられ
たポンピング電力への依存性カミ純粋なラマン利得を用
いたシステムにおける場合よりも著しく少ない。 ［００４４］ 添加不純物イオン数の約９０％が逆転した、すなわちポ
ンピングで約９０％の飽和が得られたと仮定して、添加
不純物のある光ファイバ部分において望ましい大きさの
利得を得るための光ファイバの長さ及び添加不純物の濃
度は次の数１で想定できる。 ［００４５］
ステムでは、光ファイバスパンの各端に集中形増幅器を
設けることによって中継器を用いずに長い光ファイバス
パンを得ようとしている。図１に光ファイバの各スパン
の後に光集中形増幅器を設けた従来技術の長距離光通信
システムの簡略ブロック図を示す。 ［００１８］ 図中、各集中形増幅器Ｇは、これに続く光ファイバスパ
ンＬ１に供給される光信号電力を直線的に増大させる。 この増幅はアナログ同軸ケーブルシステムにおける通常
の電子式増幅器の場合とほとんど同じである。「光ファ
イバ電気通信、ＩＩｊ（ミラー（Ｓ、 Ｅ、 Ｍｉ ｌ
１ｅｒ）ほか編、８１９〜８２２頁、アカデミツクプ
レス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ） １９８８年
刊）を参照されたい。一般に各増幅器に光アイソレータ
を設けてフィードバック効果を避けるようにしている。 アイソレータが一方向性の装置であるため、これを用い
た光システムも一方向性となる。 ［００１９］ 図１の光増幅システムにおいて、各集中形増幅器は電子
ポンピング半導体増幅器又は光ポンピングファイバ増幅
器を有する。このうち、半導体増幅器は注入担体からの
誘発放出を利用して利得を得ているが、光ファイバ増幅
器は、ラマン又３十 はプリルアン発散散乱あるいは分子Ｄ２又はＥｒ の
ような光ファイバ用添加不純物を利用して利得を得てい
る。光ファイバ増幅器の場合、各集中形増幅器Ｇ１は、
個々のポンピング信号源に局部的に結合されている。 ［００２０３ 局部ポンピング希土類不純物添加光ファイバ増幅器の例
については、ミアズ（Ｍｅａｒｓ） ほかの論文（エ
レクトロニクレター第２３巻第１９号、１０２６頁以下
（１９８７年））を参照されたい。光電子式中継器に代
わるものとして、集中形増幅器は簡単で価格が安いが、
これを用いることで、次の増幅段へ累積される増幅され
た発散放射雑音のような雑音が生じることを見過ごすこ
とはできない。 ［００２月 将来の長距離光通信システム用のシステム設計としては
現在のところ、中継器、再生器、ポンピングレーザ等、
スパン上のシステム要素間の光ファイバスパンを約１０
０ ｋｍという比較的長い距離に指定している。縦続式
集中形増幅器の多段構成でこのような長スパンにわたっ
て伝送を行うために、送信機において光ファイバ内に投
入される光信号電力を増大させて長い光ファイバにおけ
る固有損失を克服することは可能である。 ［００２２］ しかし、このような解決方法では伝送用光ファイバ中で
信号強度が著しく変動することとなり、これは、光ファ
イバそのものにおいて非線形効果を伴う重大問題を発生
させることになり、更には信号増幅器の飽和問題を起こ
すことにもなり得る。 ［００２３］ 遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムにおい
て、添加不純物のある、少なくとも中位利得を有する、
短いスパンの光ファイバをつなぎ合わせて長い伝送光フ
ァイバスパンを形成することにより、人工的に無損失と
した準分布形システムが得られ、これを長スパンの各々
の一端に高利得の集中形増幅器を設ける方式の代りに用
いる。 ［００２４］ この遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムは
又、高利得の集中形増幅器方式よりも雑音が少ない。そ
の理由は、各増幅光ファイバの、添加不純物のある利得
部の発する増幅された発散放射雑音が高利得集中形光フ
ァイバ増幅器よりも少ないからである。これに加えて、
遠隔ポンピング準分布形増幅光ファイバシステムは、分
布形増幅又は利得媒体として、薄い濃度の添加不純物の
ある光ファイバを長い長さで用いる純粋に分布形の増幅
システムよりも対費用効果がよい。 ［００２５］ 下記の実施例においては長スパンについて述べであるが
、本発明は全ての長さ、すなわち、実施例の場合よりも
短いスパン（１ｋｍ≦Ｌ≦１０１００ｋ及び更にはより
長いスパン（Ｌ≧１０１００ｋを含めて適用可能である
ことを当業者は理解されたい。 ［００２６］ 図２に本発明の実施例として、３つの準分布形増幅スパ
ンで送信機１０と受信機１６との間の長距離をほぼカバ
ーする光通信システムを示す。図２においては３つの準
分布形増幅スパンだけが示されているが、スパンの数は
１とＮとの間のいかなる数でもよいことを当業者は理解
されたい。ここに、Ｎは大洋横断光通信システムの例に
みるような、８０ｋｍ単位のスパンで数えて１００台又
はそれ以上の大台の整数である。 ［００２７］ 送信機１０は伝送媒体１１によって第１スパンに光結合
されている。伝送媒体１１としては、光ファイバ、光フ
ァイバとレンズとの組合せ、エア・ギャップ、又は当業
者に周知の、光信号結合に適したその他の導波路デバイ
スを用いる。同様に、受信機１６は伝送媒体１５によっ
て第３スパンに光結合されている。伝送媒体１５として
は、当業者に周知の、光信号結合に適した導波路デバイ
スを用いる。図２の各スパンは、スパン全体をポンピン
グするために、ポンピングレーザを適当な結合要素を介
して準分布形光増幅ファイバのスパンの両端に結合して
構成し、これにより光ファイバの固有損失を最小に抑え
るのに充分な利得を得ている［００２８］ 第１スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１２と、
これに結合器３０を介して光結合されるポンピングレー
ザ２１と、同じく結合器３１を介して光結合されるポン
ピングレーザ２２とから構成される。ポンピングレーザ
２１は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２２は、伝送される
光信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる
。 ［００２９］ 第２スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１３と、
これに結合器３２を介して光結合されるポンピングレー
ザ２２と、同じく結合器３３を介して光結合されるポン
ピングレーザ２３とから構成される。ポンピングレーザ
２２は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２３は伝送される光
信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる。 ［００３０１ 第３スパンは、準分布型増幅光ファイバスパン１４と、
これに結合器３４を介して光結合されるポンピングレー
ザ２３と、同じく結合器３５を介して光結合されるポン
ピングレーザ２４とから構成される。ポンピングレーザ
２３は、伝送される光信号に対して同方向の遠隔ポンピ
ングに用いられ、ポンピングレーザ２４は、伝送される
光信号に対して反対方向の遠隔ポンピングに用いられる
。 ［００３１］ 本実施例において、２つのスパンの結合部に位置する２
２のようなポンピングレーザは、同じ１個のレーザが一
方のスパンには同方向の遠隔ポンピングを行い、他方の
スパンには反対方向の遠隔ポンピングを行う。これは、
米国特許第１゜６９９．４５２号（第５図）に記載の仕
方と類似である。 ［００３２］ このレーザ２２の代わりに第ル−ザ及び第２レーザの２
個のレーザを用い、第ル−ザが一方のスパンに反対方向
の遠隔ポンピングを行い、第２レーザが一方のスパンに
同方向の遠隔ポンピングを行うことも考えられる。この
組合せ式ポンピングの配置が、米国特許第１．６９９．
４５２号（第６図）及びモレナウアー（Ｌ、 Ｆ、 Ｍ
ｏｌ １ｅｎａｕｅｒ）ほかの論文（ＩＥＥＥ量子エレ
クト０．−クスジャーナル、第ＱＥ−２２巻第１号、１
５７頁（１９８６））に記載されている。 ［００３３］ 遠隔ポンピングレーザ２１．２２．２３、及び２４は、
準分布形増幅光ファイバの一連のスパンにおいて伝送光
信号の波長で増幅を行うのに適した波長の連続波（ＣＷ
）又は準連続モードで作動するように選ぶ。、更に、ポ
ンピングを遠隔で行つので、光ファイバスパンはポンピ
ング波長での伝送を維持支援（サポート）することが必
要である。 ［００３４］ 例えば、Ｅｒ３＋を不純物添加した増幅光ファイバによ
って、 １．５３μｍから１．５８μｍまでの波長範囲
での伝送光信号の増幅を可能とするには、 １．４６μ
ｍから １．４８μｍまでの波長範囲のポンピング信号
を必要とする。このように通常１．５μｍで作動する標
準の融着シリカ光ファイバは、遠隔ポンピング信号と伝
送光信号との両方の伝搬をサポートできる。 ［００３５］ ポンピング信号と伝送光信号との間の波長分離を賢明な
判断で選択した場合は、増幅光ファイバにおいて、更に
ラマン効果を介しての増幅も可能であることに留意され
たい。融着シリカ光ファイバにおいては、充分なポンピ
ング電力（約３０ｍＷから１００ｍＷ）を加えた場合、
ポンピング周波数から約３００−４５０ｃｍ’下の比較
的広い周波数帯域にわたって顕著なラマン増幅が得られ
る。 ［００３６］ 得られるラマン利得の大きさは光ファイバに加えられる
ポンピング電力の大きさに直接比例する。例えばモレナ
ウアーほかの上記論文の１６５頁（第１３図）を参照さ
れたい。又、下に述べるように、ラマン利得と光ファイ
バ添加不純物イオンの誘発で得られる利得との両方を得
るには、半導体から得られるような中位のポンピングレ
ーザ電力で充分である。 ［００３７］ 結合器３０．３１．３２．３３．３４、及び３５は、同
業者に周知の標準形方向性結合器である。成る好ましい
実施例においては、波長によって異なる方向性を有する
結合器を用いてポンピング信号を横方向に結合すると同
時に、増幅された伝送光信号を直進方向に結合する。 ［００３８］ これらの結合器は画形式とも、該当する各々のポンピン
グレーザ源からの光電力を、伝送光信号が伝搬する導波
路及び光ファイバに結合する手段を提供すると同時に、
伝送光信号が光ファイバ１１がら光ファイバ１２へ、光
ファイバ１２がら光ファイバ１３へ、又以下同様に、ほ
とんど妨害されずに進行できるようにする手段を提供す
る。 ［００３９］ これらの結合器は、光ファイバ、半導体、及び他の誘電
性導波路（例えばニオブ酸リチウム）デバイスにおいて
実現されている。又、ダイクロイックミラーのような光
学要素部品も光学的結合用に用いられる。 ［００４０１ 準分布形増幅光ファイバ１２．１３、及び１４は、各光
ファイバ中の添加不純物のある短い光ファイバ部分にお
ける添加不純物イオンの誘発から得られる利得を介して
、又、可能性としては増幅光ファイバ全体におけるラマ
ン効果から得られる利得を介して、準分布形増幅により
伝送光信号のほぼ均一な増幅を行うための媒体を提供す
る。準分布形増幅光ファイバはどのような長さにもでき
る。 ［００４１］ エルビウム、ホルミウム、ネオジム、等の希土類添加不
純物は主に光ファイバのコア部領域に導入することが考
えられる。添加不純物イオンを光ファイバのコア部に配
置することにより、与えられたポンピング電力に対して
最大レベルの飽和を得ることが可能である。その理由は
、添加不純物イオンと光信号の光学的な場との間の相互
作用がほぼ最適化されるからである。光ファイバの種類
としては、その伝送特性が１．５μｍ近辺の光信号伝搬
によく適していることから、融着シリカ光ファイバが望
ましい。 ［００４２］ システム全体にわたって伝送性能を改善するには、準分
布形増幅光ファイバの基礎材として、分散偏移形光ファ
イバ又は単一偏波光ファイバ（例えば偏波保持光ファイ
バ）を利用することが望ましい。損失を発生させる可能
性のある源を減少させるために準分布形増幅光ファイバ
を作る場合には、増幅光ファイバにおける添加不純物の
ない光ファイバとある光ファイバとの間の共存性を考慮
すべきである。添加不純物のある光ファイバの製造技術
は当業者に知られており、又、米国特許第１．７８７．
９２７号にも述べられている。同特許の説明内容をここ
に特に引用文献とする。 ［００４３］ シリカを主体とするような光ファイバにおける希土類添
加不純物は、ポンピングによって容易に飽和状態にでき
る。ここで飽和とは、大部分の添加不純物イオンが光学
的に励起された状態にあることを意味する。飽和状態の
希土類添加不純物イオンから得られる利得は、加えられ
たポンピング電力への依存性カミ純粋なラマン利得を用
いたシステムにおける場合よりも著しく少ない。 ［００４４］ 添加不純物イオン数の約９０％が逆転した、すなわちポ
ンピングで約９０％の飽和が得られたと仮定して、添加
不純物のある光ファイバ部分において望ましい大きさの
利得を得るための光ファイバの長さ及び添加不純物の濃
度は次の数１で想定できる。 ［００４５］
【数１】
ｎ□−Ｌ”６．３ｘｌＯ”Ｇ
［００４６１
は添加不純物のある光ファイバ部分の長さをｍで表し、
Ｇはこの添加不純物のある短い光ファイバから得られる
望ましい利得の大きさをｄＢで表す。飽和量が変わると
、数１の定乗数も当業者に周知の関係に従って変化する
。 ［００４７］ 鈍物のある光ファイバ部分の添加不純物濃度は約３．３
×１０１６ｃｍ−３とするのが望ましいことがわかる。 しかし、この例における利得を得るためには、この数値
より添加不純物濃度の薄い光ファイバをより長い長さで
用いても、又同様に、添加不純物濃度のより濃い光ファ
イバをより短い長さで用いてもよいことは当業者に周知
である。 ［００４８］ 添加不純物のある短い光ファイバ部分の全利得は準分布
形増幅光ファイバを作るに際しての重要な設計因子であ
ることを理解されたい。これについては以下に述べる。 添加不純物のある短い光ファイバ部分の各々の利得は、
その長さ、添加不純物濃度、及びその部分に加えられる
遠隔ポンピング電力によって決まる。 ［００４９］ 準分布形増幅光ファイバのスパンに遠隔ポンピングを行
うことがら得られる利点を認識するためには、図３に示
す二方向に遠隔ポンピングを行う単一スパン例の作動に
注目するのが最もよい。図３に示すように、この準分布
形増幅光ファイバの例示スパンは、ほとんど添加不純物
のない光ファイバ部分１２−１．１２−３．１２−５１
２−７、及び１２−９と添加不純物のある光ファイバ部
分１２２．１２−４．１２−６、及び１２−８とを交互
に配置して構成されている。 ［００５０］ 添加不純物のある光ファイバ部分は各々、添加不純物の
ない光ファイバ部分に比較すると一般に長さが短いが、
加えられるポンピング信号電力に対して予め定める利得
レベルを得るのに充分な添加不純物濃度と光ファイバ長
さとを有する。この予め定める利得レベルは、通常、添
加不純物のない光ファイバ部分の固有損失に結線部及び
結合器損失を加えた損失を補償するように選ぶ。 ［００５１］ 概して、添加不純物のない光ファイバ部分の距離は数ｋ
ｍ又は数十ｋｍ台であるが、添加不純物のある光ファイ
バ部分は各々、長さが一般に数百ｍよりも短い。 実験の結果から、添加不純物のある、長さの短い光ファ
イバ部分については４０ｍから１００ｍの規模の長さを
選び、添加不純物濃度は約１０１５ｃｍ−３よりも大き
くして、約１ｄＢと６ｄＢとの間の、中位の大きさの利
得を得る。 ［００５２］ 図３に示すスパンの場合、準分布形増幅光ファイバ１２
の長さは約８０ｋｍである。添加不純物のない光ファイ
バ部分の長さは、１０ｋｍ（光、アイ、＜部分１２−１
及び１２−９）と２０ｋｍ（光７フイバ部分１２−３．
１２−５、及び１２−７）に選んだ。添加不純物のある
光ファイバ部分は、望む短い長さとし、添加不純物濃度
はかなり高い値として、予め定めた大きさの利得、すな
わち ２．６ｄＢ （光ファイバ部分１２−２および１
２−８）と ３．４ｄＢ（光ファイバ部分１２−４およ
び１２−６）を得ている。 ［００５３］ 図３において、添加不純物のある光ファイバ部分と添加
不純物のない光ファイバ部分とを連結するために、標準
結線部Ｓを設ける。これらの結線部は、融着結線ロータ
リ結線、等の形式を含むがこれに限らない。準分布形増
幅光ファイバの各スパンを連結するために、結合器Ｃを
設ける。これらの結合器は、図２においては結合器３０
’及び３１に相当する。 ［００５４］ 伝送スパンに準分布形増幅光ファイバを用いることによ
り、付しｌする信号レベル変動を低く維持しながらスパ
ン全体にわたって光ファイバの固有損失を効果的に補償
するのに充分な光信号増幅を得ることが可能となる。図
４は、図３のスパン例における信号相対レベル（ｄＢ）
とスパンに沿った距離Ｚ（ｋｍ）との関係を示す。図３
で二方向ポンピングを行うスパンにおいては、遠隔ポン
ピング信号電力レベルは、スパンの各端部注入時におい
て約５０ｍＷに選ぶ。 ［００５５］ 屈曲線４０が示すように、添加不純物のある光ファイバ
部分に遠隔ポンピングを行って得られる誘発利得はラマ
ン利得と組み合わされてスパンにおける損失を補償する
。距離１０ｋｍ、３０ｋｍ、５０ｋｍ、及び７０ｋｍに
おいて屈曲線４０に見られる信号レベルの瞬間的変化は
、添加不純物のある、長さの短い光ファイバ部分１２−
２．１２−４．１２−６、及び１２−８からそれぞれ得
られる中位利得の結果として生じたものである。 ［００５６］ ラマン利得の大きさは距離とともに指数関数的に減少す
るので、添加不純物のある光ファイバ部分であってその
位置がスパンの中央に近い光ファイバ部分においては、
位置がスパンの端部に近い光ファイバ部分におけるより
も、中位利得のレベルを高くすることが望ましいことを
、当業者は理解されたい。準分布形増幅光ファイバの大
部分の用途には、添加不純物のある光ファイバ部分の利
得を、概して１ｄＢと６ｄＢとの間に成るように設計す
る。 ［００５７］ 光ファイバの共存性がスパンを作る際に考慮すべき重要
事項であると上に述べた。すなわち、添加不純物のある
光ファイバ部分とない光ファイバ部分とを、分散偏移光
ファイバ、又は偏波保持光ファイバ等の類似の形式の光
ファイバから作ることが望ましい。類似の形式の光ファ
イバを選んで共存性を得ることができない場合は、ファ
イバ・テーパを用いる等、モードマツチング技術によっ
て共存性を得ることが可能である。 ［００５８］ 遠隔ポンピング源から遠隔ポンピング源までの距離力巴
約８０ ｋｍの場合の光ファイバスパンについて説明し
たが、光ファイバスパン中の添加不純物のある短い光フ
ァイバ部分から得られる中位利得と、そのスパン距離に
応じたポンピング電力とを適当に組み合わせることによ
り、本発明がより長い距離に対しても適用可能であるこ
とを理解されたい。１個の準分布形増幅光ファイバでカ
バーできる全距離は、１１００ｋよりも長くできると考
えられる。 ［００５９］ 又、図中には明示してないが、添加不純物のある光ファ
イバ部分は、準分布形増幅光ファイバのスパンの最初及
び、又は最後の部分とすることも考えられている。 ［００６０］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 ［００６１］
Ｇはこの添加不純物のある短い光ファイバから得られる
望ましい利得の大きさをｄＢで表す。飽和量が変わると
、数１の定乗数も当業者に周知の関係に従って変化する
。 ［００４７］ 鈍物のある光ファイバ部分の添加不純物濃度は約３．３
×１０１６ｃｍ−３とするのが望ましいことがわかる。 しかし、この例における利得を得るためには、この数値
より添加不純物濃度の薄い光ファイバをより長い長さで
用いても、又同様に、添加不純物濃度のより濃い光ファ
イバをより短い長さで用いてもよいことは当業者に周知
である。 ［００４８］ 添加不純物のある短い光ファイバ部分の全利得は準分布
形増幅光ファイバを作るに際しての重要な設計因子であ
ることを理解されたい。これについては以下に述べる。 添加不純物のある短い光ファイバ部分の各々の利得は、
その長さ、添加不純物濃度、及びその部分に加えられる
遠隔ポンピング電力によって決まる。 ［００４９］ 準分布形増幅光ファイバのスパンに遠隔ポンピングを行
うことがら得られる利点を認識するためには、図３に示
す二方向に遠隔ポンピングを行う単一スパン例の作動に
注目するのが最もよい。図３に示すように、この準分布
形増幅光ファイバの例示スパンは、ほとんど添加不純物
のない光ファイバ部分１２−１．１２−３．１２−５１
２−７、及び１２−９と添加不純物のある光ファイバ部
分１２２．１２−４．１２−６、及び１２−８とを交互
に配置して構成されている。 ［００５０］ 添加不純物のある光ファイバ部分は各々、添加不純物の
ない光ファイバ部分に比較すると一般に長さが短いが、
加えられるポンピング信号電力に対して予め定める利得
レベルを得るのに充分な添加不純物濃度と光ファイバ長
さとを有する。この予め定める利得レベルは、通常、添
加不純物のない光ファイバ部分の固有損失に結線部及び
結合器損失を加えた損失を補償するように選ぶ。 ［００５１］ 概して、添加不純物のない光ファイバ部分の距離は数ｋ
ｍ又は数十ｋｍ台であるが、添加不純物のある光ファイ
バ部分は各々、長さが一般に数百ｍよりも短い。 実験の結果から、添加不純物のある、長さの短い光ファ
イバ部分については４０ｍから１００ｍの規模の長さを
選び、添加不純物濃度は約１０１５ｃｍ−３よりも大き
くして、約１ｄＢと６ｄＢとの間の、中位の大きさの利
得を得る。 ［００５２］ 図３に示すスパンの場合、準分布形増幅光ファイバ１２
の長さは約８０ｋｍである。添加不純物のない光ファイ
バ部分の長さは、１０ｋｍ（光、アイ、＜部分１２−１
及び１２−９）と２０ｋｍ（光７フイバ部分１２−３．
１２−５、及び１２−７）に選んだ。添加不純物のある
光ファイバ部分は、望む短い長さとし、添加不純物濃度
はかなり高い値として、予め定めた大きさの利得、すな
わち ２．６ｄＢ （光ファイバ部分１２−２および１
２−８）と ３．４ｄＢ（光ファイバ部分１２−４およ
び１２−６）を得ている。 ［００５３］ 図３において、添加不純物のある光ファイバ部分と添加
不純物のない光ファイバ部分とを連結するために、標準
結線部Ｓを設ける。これらの結線部は、融着結線ロータ
リ結線、等の形式を含むがこれに限らない。準分布形増
幅光ファイバの各スパンを連結するために、結合器Ｃを
設ける。これらの結合器は、図２においては結合器３０
’及び３１に相当する。 ［００５４］ 伝送スパンに準分布形増幅光ファイバを用いることによ
り、付しｌする信号レベル変動を低く維持しながらスパ
ン全体にわたって光ファイバの固有損失を効果的に補償
するのに充分な光信号増幅を得ることが可能となる。図
４は、図３のスパン例における信号相対レベル（ｄＢ）
とスパンに沿った距離Ｚ（ｋｍ）との関係を示す。図３
で二方向ポンピングを行うスパンにおいては、遠隔ポン
ピング信号電力レベルは、スパンの各端部注入時におい
て約５０ｍＷに選ぶ。 ［００５５］ 屈曲線４０が示すように、添加不純物のある光ファイバ
部分に遠隔ポンピングを行って得られる誘発利得はラマ
ン利得と組み合わされてスパンにおける損失を補償する
。距離１０ｋｍ、３０ｋｍ、５０ｋｍ、及び７０ｋｍに
おいて屈曲線４０に見られる信号レベルの瞬間的変化は
、添加不純物のある、長さの短い光ファイバ部分１２−
２．１２−４．１２−６、及び１２−８からそれぞれ得
られる中位利得の結果として生じたものである。 ［００５６］ ラマン利得の大きさは距離とともに指数関数的に減少す
るので、添加不純物のある光ファイバ部分であってその
位置がスパンの中央に近い光ファイバ部分においては、
位置がスパンの端部に近い光ファイバ部分におけるより
も、中位利得のレベルを高くすることが望ましいことを
、当業者は理解されたい。準分布形増幅光ファイバの大
部分の用途には、添加不純物のある光ファイバ部分の利
得を、概して１ｄＢと６ｄＢとの間に成るように設計す
る。 ［００５７］ 光ファイバの共存性がスパンを作る際に考慮すべき重要
事項であると上に述べた。すなわち、添加不純物のある
光ファイバ部分とない光ファイバ部分とを、分散偏移光
ファイバ、又は偏波保持光ファイバ等の類似の形式の光
ファイバから作ることが望ましい。類似の形式の光ファ
イバを選んで共存性を得ることができない場合は、ファ
イバ・テーパを用いる等、モードマツチング技術によっ
て共存性を得ることが可能である。 ［００５８］ 遠隔ポンピング源から遠隔ポンピング源までの距離力巴
約８０ ｋｍの場合の光ファイバスパンについて説明し
たが、光ファイバスパン中の添加不純物のある短い光フ
ァイバ部分から得られる中位利得と、そのスパン距離に
応じたポンピング電力とを適当に組み合わせることによ
り、本発明がより長い距離に対しても適用可能であるこ
とを理解されたい。１個の準分布形増幅光ファイバでカ
バーできる全距離は、１１００ｋよりも長くできると考
えられる。 ［００５９］ 又、図中には明示してないが、添加不純物のある光ファ
イバ部分は、準分布形増幅光ファイバのスパンの最初及
び、又は最後の部分とすることも考えられている。 ［００６０］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 ［００６１］
以上述べたごとく、本発明によれば、添加不純物のある
短い複数の光ファイバ部分と、これに対応するほとんど
添加不純物のない長い複数の光ファイバ部分とを組み合
わせて光ファイバスパンを形成し、この光ファイバスパ
ンに二方向のポンピングを行うことにより、光ファイバ
の固有損失が最小に抑えられ、スパン全体にわたってほ
ぼ均一な光増幅が得られる。
短い複数の光ファイバ部分と、これに対応するほとんど
添加不純物のない長い複数の光ファイバ部分とを組み合
わせて光ファイバスパンを形成し、この光ファイバスパ
ンに二方向のポンピングを行うことにより、光ファイバ
の固有損失が最小に抑えられ、スパン全体にわたってほ
ぼ均一な光増幅が得られる。
【図１】
光ファイバの各スパンの後に集中形光増幅器を設けた従
来技術の長距離光波通信システムの簡略ブロック図であ
る。
来技術の長距離光波通信システムの簡略ブロック図であ
る。
【図２】
本発明の遠隔ポンピング準分布形増幅を用いた多スパン
長距離光波通信システムの実施例を示す説明図である。
長距離光波通信システムの実施例を示す説明図である。
【図３】
本発明の遠隔ポンピング準分布形増幅を示す図２のシス
テムの光ファイバのスパンの実施例を示す説明図である
。
テムの光ファイバのスパンの実施例を示す説明図である
。
【図４】
図３の光ファイバのスパン実施例における光信号の信号
レベルとスパン距離との関係を示す線図である。
レベルとスパン距離との関係を示す線図である。
１０ 送信機
１１．１５ 伝送媒体
１２．１３．１４ 準分布形増幅光ファイバ１２−１
．１２−３．１２−５．１２−７．１２−９ ほとん
ど添加不純物のない光ファイバ部分 １２−２．１２−４．１２−６．１２−８ 添加不純
物のある光ファイバ部分１６ 受信機 ２１．２２，２３．２４ ポンピングレーザ３０．３
１，３２，３３，３４．３５ 結合器Ｓ 結線部 Ｃ結合器 Ｇ１ 集中形増幅器 Ｌｌ 光ファイバスパン
．１２−３．１２−５．１２−７．１２−９ ほとん
ど添加不純物のない光ファイバ部分 １２−２．１２−４．１２−６．１２−８ 添加不純
物のある光ファイバ部分１６ 受信機 ２１．２２，２３．２４ ポンピングレーザ３０．３
１，３２，３３，３４．３５ 結合器Ｓ 結線部 Ｃ結合器 Ｇ１ 集中形増幅器 Ｌｌ 光ファイバスパン
【図１】
【図２】
図面
【図３】
【図４】
Claims (16)
- 【請求項１】第１の波長を有する第１の光波を増幅する
光伝送システムにおいて、 第１の端部及び第２の端部を有し、ほとんど添加不純物
のないｎ個の光ファイバ部分と添加不純物のある少なく
ともｎ−１個の光ファイバ部分とを交互に配置して構成
し、これら添加不純物のないｎ個の光ファイバ部分は各
々固有損失を有し、これら添加不純物のある光ファイバ
部分は、１０ｄＢより小さい中位の利得を得るように、
各々１ｋｍより短い予め定めた長さと１０＾１＾４ｃｍ
＾−＾３より高い濃度の希土類添加不純物イオンとを有
し、前記ｎは２より大きい整数であり、前記添加不純物
のある少なくともｎ−１個の光ファイバ部分の利得は前
記添加不純物のないｎ個の光ファイバ部分の固有損失を
ほぼ補償するようにした光ファイバと、 前記添加不純物のある少なくともｎ−１個の光ファイバ
部分の各々における前記添加不純物イオンを励起状態に
させてそこから誘発放出を起こさせるための、第２の波
長を有する第１のポンピング信号の信号源と、前記第１
のポンピング信号を前記光ファイバの第１の端部に光結
合させる手段と、からなることを特徴とする光伝送シス
テム。 - 【請求項２】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３＾
＋を含むようにしたことを特徴とする請求項１のシステ
ム。 - 【請求項３】前記第１の波長と第２の波長との差異が前
記光ファイバにおいて第１の光波信号のラマン利得を発
生させるに充分な大きさを有するようにしたことを特徴
とする請求項１のシステム。 - 【請求項４】前記添加不純物のある光ファイバ部分の利
得が前記光ファイバの中央から前記第１及び第２の端部
へ向かつてそれぞれ減少するようにしたことを特徴とす
る請求項１のシステム。 - 【請求項５】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３＾
＋を含むようにしたことを特徴とする請求項４のシステ
ム。 - 【請求項６】更に、前記添加不純物イオンを励起状態に
させてそこから誘発放出を起こさせるための、前記第２
の波長を有する第２のポンピング信号の信号源と、 前記第２のポンピング信号を前記光ファイバの第２の端
部に光結合させる手段と、からなることを特徴とする請
求項１のシステム。 - 【請求項７】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３＾
＋を含むようにしたことを特徴とする請求項６のシステ
ム。 - 【請求項８】前記第１の波長と第２の波長との差異が前
記光ファイバにおける第１の光波信号のラマン利得を発
生させるに充分な大きさを有するようにしたことを特徴
とする請求項６のシステム。 - 【請求項９】前記添加不純物のある光ファイバ部分の利
得が前記光ファイバの中央から前記第１及び第２の端部
へ向かってそれぞれ減少するようにしたことを特徴とす
る請求項６のシステム。 - 【請求項１０】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３
＾＋を含むようにしたことを特徴とする請求項９のシス
テム。 - 【請求項１１】第１の波長を有する第１の光波を増幅す
る光伝送システムであって、 第１の端部及び第２の端部を有し、順次連結された第１
、第２、及び第３の光ファイバ部分からなり、これら第
１及び第３の光ファイバ部分はほとんど添加不純物がな
く且つ各々固有損失を有し、この第２の光ファイバ部分
は、１０ｄＢより小さい中位の利得を得るように、１ｋ
ｍより短い長さと１０＾１＾４ｃｍ＾−＾３より高い濃
度の希土類添加不純物イオンとを有し、前記第２の光フ
ァイバ部分の利得は前記第１及び第３の光ファイバ部分
の固有損失をほぼ補償するようにした光ファイバと、 前記第２の光ファイバ部分における前記添加不純物イオ
ンを励起状態にさせてそこから誘発放出を起こさせるた
めの、第２の波長を有する第１のポンピング信号の信号
源と、 前記第１のポンピング信号を前記光ファイバの第１の端
部に光結合させる手段と、からなることを特徴とするシ
ステム。 - 【請求項１２】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３
＾＋を含むようにしたことを特徴とする請求項１１のシ
ステム。 - 【請求項１３】前記第１の波長と第２の波長との差異が
前記光ファイバにおける第１の光波信号のラマン利得を
発生させるに充分な大きさを有するようにしたことを特
徴とする請求項１２のシステム。 - 【請求項１４】更に、前記添加不純物イオンを励起状態
にさせてそこから誘発放出を起こさせるための、前記第
２の波長を有する第２のポンピング信号の信号源と、前
記第２のポンピング信号を前記光ファイバの第２の端部
に光結合させる手段と、からなることを特徴とする請求
項１１のシステム。 - 【請求項１５】前記希土類添加不純物イオンがＥｒ＾３
＾＋を含むようにしたことを特徴とする請求項１４のシ
ステム。 - 【請求項１６】前記第１の波長と第２の波長との差異が
前記光ファイバにおける第１の光波信号のラマン利得を
発生させるに充分な大きさを有するようにしたことを特
徴とする請求項１４のシステム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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