JPH0421827A - 光ファイバ通信システム - 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、情報を光のかたちで長大な光ファイバを介し
て伝送する光ファイバ通信システムに関する。

〈従来の技術〉 現在実用化されている光ファイバ通信システムにおいて
は、光ファイバ伝送線路中での損失による信号光の減衰
を補償するために、所定距離ごとに増幅専用の光中継器
が介在されている。その光中継器は、光信号をフォトダ
イオード等のＯ／Ｅ素子によって電気信号に変換し、電
子増幅器によ、って増幅した後、半導体レーザ（ＬＤ）
等のＥ１０素子によって光信号に変換して再び光ファイ
バ伝送線路に送り出すようになっている。

この光中継器は、光信号を一旦電気信号に変換した後、
再び光信号に戻すために、雑音が多くなるとともに光フ
ァイバとの接続の損失が大きく、さらに、装置が大型化
する等の難点がある。

そこで、誘導放出効果をもつ光ファイバを利用した第４
図に示すような光増幅器Ａが提案されている。この光増
幅器Ａは、Ｅｒ（エルビウム）を１１０００ｐｐ程度の
濃度でドーピングした１０ｍ程度の長さの増幅用光ファ
イバａと、この増幅用光ファイバａを上手側の光ファイ
バ伝送線路ｅ１および下手側の光ファイバ伝送線路ｅ２
に接続するための光コネクタｂ、、ｂ２と、増幅用光フ
ァイハａ内のＥｒを励起する半導体レーザ等の励起光源
Ｃと、光ファイバ伝送線路ｅ１を介して伝送されてきた
信号光と励起光源Ｃからの励起光とを混合する合波器ｄ
とを備えている。

合波器ｄで混合された信号光と励起光とは光コネクタｂ
１を介して増幅用光ファイバａに入射し、励起光によっ
て増幅用光ファイバａ内のＥｒを高いエネルギー単位に
励起し、誘導放出によって信号光を増幅する。

このような光増幅器Ａを使用すれば、光信号を電気信号
に変換することなく光の状態のまま直接的に増幅するこ
とができるので、低雑音であるとともに、増幅用光ファ
イバａと光ファイバ伝送線路ｅｌ＋８２　との接続の損
失も少ない上に、装置の小型化、低廉化を図れる等の利
点がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 光ファイバ通信システムの全体の伝送距離が長（なるほ
ど信号光の減衰が大きくなるが、これを補償するために
は、第５図に示すように、光ファイバ伝送線路ｅの所定
距離ごとに上記のような光増幅器Ａを介在しなければな
らないことに変わりはない。そのため、装置の小型化、
低廉化にも自ずと一定の限界がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、誘導放出によって信号光を直接的に増幅する増幅用
光ファイバを光中継器を構成する光増幅器の一要素とし
て用いるのではなくて、光ファイバ伝送線路として増幅
用光ファイバそのものを用いることにより、線路自体で
必要な増幅利得を得ることができるようにして、光中継
器の必要性をなくしてシステム構成の簡素化および低廉
化を図ることを目的とする。

従来、光中継器としての光増幅器の一要素として把握さ
れていた増幅用光ファイバについては、その長さはせい
ぜい１０ｍ程度と短いものであり、また、所定の増幅利
得を得るためのＥｒ濃度は光ファイバのコア部において
１１０００ｐｐ程度の高濃度とするのが常識であった。

このような長さの短い増幅用光ファイバを光ファイバ伝
送線路として用いることは全く考えられてぃなかった。

ところが、本発明者の近時の研究によれば、光ファイバ
のコア部にドーピングするＥ　ｒ　９７４度を低くし、
使用する光ファイバの長さを長くすれば長くするほど、
増幅利得が大きくなることが判明した。

く課題を解決するための手段〉 本発明に係る光ファイバ通信システムは、光ファイバ伝
送線路の送信側端部と受信側端部とのうち少なくとも送
信側端部において、励起光源およびこの励起光源からの
励起光と信号光とを混合する合波器とを備えているとと
もに、前記光ファイバ伝送線路の全部または大部分に、
Ｅｒ（エルビウム）が０．０１〜１ｐｐｍの低濃度状態
でドーピングされたコア部を有する増幅用光ファイバを
用いたことを特徴とするものである。

〈作用〉 本発明では、ドーピングするＥｒｆｌＪ度の下限値を０
．０１ｐｐｍとし、上限値を１ｐｐｍとし、このことに
より増幅利得を充分に高いものとすることができ、増幅
用光ファイバを、光中継器を構成する光増幅器の一要素
としてではなく、光ファイバ伝送線路の全部または大部
分を占める伝送増幅線路として用いることができるよう
になった。

なお、励起光源および合波器を光ファイバ伝送線路の受
信側端部にも設けた場合には、−層高い増幅利得が得ら
れるので、伝送距離をさらに伸ばすことができる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例に係る光ファイバ通信システム
の概略構成図である。

ＰＣＭ変調された１、５５μｍの波長帯の信号光を出射
する発光ダイオードや半導体レーザ（ＬＤ）等の通信用
光源１が信号光入力用光ファイバ２の入射端に設けられ
ている。１．４８μｍの波長帯の励起光を出射する半導
体レーザ（ＬＤ）等の励起光源３が励起光入力用光ファ
イバ４の入射端に設けられている。信号光入力用光ファ
イバ２と励起光入力用光ファイバ４とは合波器５を介し
て接続されている。

合波器５に光コネクタ６を介して伝送増幅線路として構
成された長大な増幅用光ファイバ７が接続され、この増
幅用光ファイハフの他端が光コネクタ１０を介して合波
器１１に接続されている。

１．４８μｍの波長帯の励起光を出射する励起光源１２
が励起光入力用光ファイバ１３の入射端に設けられてい
る。

光ファイバ伝送線路９の送信側端部の励起光入力用光フ
ァイバ４が、増幅用光ファイバ７に対して励起光を信号
光の伝送方向に沿って入射するのに対して、光ファイバ
伝送線路９の受信側端部の励起光入力用光ファイバ１３
は、増幅用光ファイバ７に対して励起光を信号光の伝送
方向とは逆方向に入射し、増幅用光ファイハフに入った
段階からＥｒをポンピングして増幅作用を発揮するよう
になっている。

合波農工１の出力側ファイバ８には、信号光の波長成分
のみを通過させて励起光を除去するフィルタ１４が設け
られ、フィルタ１４を通過した信号光がフォトダイオー
ドなどの受信用光電変換素子１５に入射されるようにな
っている。

増幅用光ファイハフは、マツチド型光ファイバでもコン
ベックス型光ファイバでもよい。マツチド型光ファイバ
は、コアとその外周のクラッドとからなり、コアにＥｒ
をドーピングしたものである。コンベックス型光ファイ
バは、センタコアとその外周のサイドコアと、さらにそ
の外周のクラッドとからなり、センタコアにＥｒをドー
ピングしたものである。なお、コンベックス型光ファイ
バの方が零分散波長の制御性が良いのでより好ましい。

次に、本実施例の光ファイバ通信システムの動作を説明
する。

送信側端部の励起光源３から出射された１、４８μｍ帯
の励起光は、励起光入力用光ファイバ４゜合波器５およ
び光コネクタ６を介して増幅用光ファイハフに順方向（
信号光送信方向）に入射される。また、受信側端部の励
起光源１２から出射された１、４８μｍ帯の励起光は、
励起光入力用光ファイバ１３１合波器１１．光コネクタ
１０を介して増幅用光ファイバ７に逆方向に入射される
。その励起光によって、増幅用光ファイバ７にドーピン
グされているＥｒが励起される（ポンピング）。

この場合、励起光が増幅用光ファイバ７に対して順逆い
ずれの方向から入射されてもポンピング作用は変わらな
い。

このような励起状態で通信用光源１から１．５５μｍ帯
の信号光が出射され、信号光入力用光ファイバ２１合波
器５および光コネクタ６を介して増幅用光ファイハフに
入射されると、この信号光は、増幅用光ファイハフ中を
進行する過程で誘導放出によって増幅される。そして、
増幅された信号光は、光コネクタ１０２合波器１１を介
してフィルタ１４に至り、フィルタ１４を通過して受信
用光電変換素子１５に入射されて電気信号に復調される
。励起光はフィルタ１４によってカットされる。

次に、増幅用光ファイバ７をコンベックス型光ファイバ
とした場合の具体的データを示す。

コンベックス型光ファイバのセンタコアにＥｒをｏ、５
ｐｐｍの濃度となるようにドーピングした。

センタコアの直径は３μｍ１サイドコアの直径は１０μ
ｍ、クラッドの直径は１２５μｍである。

サイドコアは純石英であり、サイドコアに対するセンタ
コアの比屈折率差は０．６５％であり、クラッドに対す
るサイドコアの比屈折率差は０．１５％である。このと
きの零分散波長は１．５４８μｍである。また、カット
オフ波長λ。は１．１９μｍである。

上記の特性を備えた条長が９３７０ｍと１８１９６ｍの
各増幅用光ファイバについて、波長が１゜４８μｍの励
起光で増幅し、励起光パワー〔ｍＷ〕の変化に対する増
幅利得〔ｄＢ〕の変化を調べた。その結果を第２図に示
す。図から明らかなとおり、９３７０ｍ長のファイバ（
Ａ）では励起光パワーが約８ｍＷで、１８１．９６　ｍ
のファイバ（Ｂ）では約１２．５ｍＷで増幅利得と線路
損失とが釣り合い、無損失線路が形成される。従って、
Ｅｒ）７％度が同じであれば増幅用光ファイバの長さに
応じて励起パワーを高める必要があることがわかる。

また、第２図のグラフを見れば、曲線（Ａ）（Ｂ）で示
すいずれの増幅用光ファイバも励起光パワーをいくらあ
げても増幅利得は飽和してくることがわかる。この飽和
した増幅利得をその長さの光ファイバの最大利得とし、
この最大利得の変化を光ファイバのＥ　ｒ　ｔＭ度×長
さ（ｐ　ｐ　ｍ　−ｍ）をパラメータとして測定したも
のを第３図に示す。

図によれば、約１６０００ｐｐｍ−ｍで最大利得はピー
クを示す。

−ａに長距離伝送とは１０ｋｍ以上のものをいい、実用
されているＥｒを１ζ−プしない光ファイバ線路の減衰
量は０．２ｄＢ／ｋｍ程度である。従って線路長を１０
ｋｍとすれば減衰量は２ｄＢ／１０ｋｍとなる。他に、
ドープしたＥｒによる減衰量等を加味しても、１０ｋｍ
の総減衰量は１０ｄＢ’ａ４ａえることはない。ここで
、第３図を見ると、線路損失１０ｄＢと釣り合う最大利
得を得るための濃度×長さの値は１００１００００ｐｐ
であるから、Ｅｒ濃度が０．５　ｐｐｍの増幅用光ファ
イバを用いる場合には、線路の条長としては２０ｋｍの
ものを用いればよいことが分かる。従って、長距離伝送
用として１０ｋｍ条長の線路を設計する場合、Ｅｒ濃度
はｉｐｐｍとすれば良いことがわかる。換言すれば、１
ｐｐｍを越えたＥｒｆｆ１．度とした光ファイバは、長
距離伝送用としては実用的ではないわけである。

一方、Ｅｒ９１度を１ｐｐｍ以下とすれば、伝送距離は
長くなるが、あまりＥｒ濃度を低くすると、最大利得が
低下する。さらに、長距離伝送を安定して行うためには
Ｅｒ濃度は最低でも０．０１ｐｐｍは必要となる。なお
、この時の伝送距離は１０”ｋｍとなる。

さらに、本実施例では、零分散波長を信号光波長帯１．
５５μｍを中心とする１、４９〜１．６０μｍの波長域
に存在させるようにセンタコアとサイドコアとの比屈折
率差およびコア径比を適当に定めであるので、無損失線
路長を充分に長いものとしても信号歪みのない長距離伝
送が可能となっている。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
受信側端部側の合波器１１、励起光源１】　１ ２および励起光入力用光ファイバ１３を省略してもよい
し、光ファイバ伝送線路９の全体をＥｒをドーピングし
た増幅用光ファイバ７のみで構成してもよく、また、光
コネクタ６．１０の間にＥｒをドープしない通常の伝送
用光ファイバを部分的に介挿しても良い。

さらに、本実施例ではＥｒを単独でドープした光ファイ
バを用いているが、さらに、これに加えてへ１等を共に
ドープしたものであってもよい。

−イボ　ｑ　　句 〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

すなわち、光ファイバ伝送線路の全部または大部分に、
Ｅｒ（エルビウム）が０．０１〜ｉｐｐｍの低濃度状態
でドーピングされた増幅用光ファイバを伝送増幅線路と
して用いるごとにより、この伝送増幅線路自体で必要な
増幅利得を確保することができる。したがって、増幅専
用の光中継器の必要性をな（してシステム構成の簡素化
および低廉化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光ファイバ通信システ
ムの概略構成図、第２図はその励起光パワーに対する信
号光増幅利得の特性図、第３図は、Ｅｒ？Ｍ度と伝送距
離の積に対する最大増幅利得の特性図、第４図は従来例
の増幅専用の光中継器の構成図、第５図は光ファイバ伝
送線路中に複数の光中継器を設けた状態の構成図である
。 ３．１２・・・励起光源 ５．１１・・・合波器 ７・・・増幅用光ファイバ ９・・・光ファイバ伝送線路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ伝送線路の送信側端部と受信側端部と
   のうち少なくとも送信側端部において、励起光源および
   この励起光源からの励起光と信号光とを混合する合波器
   を備えているとともに、前記光ファイバ伝送線路の全部
   または大部分に、Ｅｒ（エルビウム）が０．０１〜１ｐ
   ｐｍの低濃度状態でドーピングされたコア部を有する増
   幅用光ファイバを用いたことを特徴とする光ファイバ通
   信システム。