JPH0478827A - 波長多重光通信システム及びそこで用いられる光増幅装置 - 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、光信号を伝送する波長多重光通信システム、
及び波長多重光通信システムに用いられる光信号の減衰
を補償する為の利得制御手段を備えた光増幅装置に関す
る。

［従来の技術］ 近年、光ファシバを伝送路とする光フアイバ伝送システ
ムは、広帯域、低損失、耐電磁誘導性等の多（の利点を
有することから、従来の同軸ケーブルによる伝送システ
ムに代わり幹線系、ＬＡＮの分野で導入が進められてい
る。中でも、波長多重を用いたシステムは、１つの伝送
路で多数の信号を独立に伝送できるという特徴を持って
いる。

通常、光通信システムでは、伝送距離を長くする為に、
或は各分岐での光信号の減衰を補う為に、光信号を、−
旦、電気信号に変換して再生、中継する方法が用いられ
ている。しかし、波長多重を用いたシステムに対しては
、この方法は不適当である。それは、この再生、中継の
度に各波長を分渡し、各々を電気信号に変換しなければ
ならない為である。

一方、最近、研究開発が盛んになっている光増幅器は、
波長多重システムに遺したものとして期待されている。

この光増幅器は、入射してきた波長を各々独立に光信号
のまま増幅し出力するものである。１ｌｌ１５図は、そ
の光入比力特性を示している。この図から分かるように
、光出力は光入力が成る値になるまでは光入力に対して
ほぼ比例して変化しくこの領域を線形領域と呼ぶ）、そ
れ以上では光出力は飽和しほぼ一定値になる（この領域
を飽和領域と呼ぶ）。

また、第６図はこうした光増幅器の利得の波長依存特性
を示している。これから分かるように、波長え３．。か
ら波長え、、８までの利得はほぼ一定になっている。

よって、上記の如き光増幅器はこうした特性を考慮して
用いられるわけであるが、これには、半導体レーザ構造
を有して閾値以下の注入電流で駆動される半導体レーザ
増幅器と光フアイバ増幅器がある。半導体レーザ増幅器
の利得は注入電流で制御され、他方、光フアイバ増幅器
の利得はボンピングの光入力によって制御される。

ところで、光増幅器はその光出力を安定化する為に、利
得制御が行なわれる。第７図に従来の光通信システムに
用いられる光増幅装置の１例のブロック図を示す、この
例では、光増幅器として半導体レーザ増幅器が用いられ
、このシステムでは伝送路上にん１、え２の２波が波長
多重されている。光信号は、伝送路となっている光ファ
イバ７１−１から半導体レーザ増幅器７２に入り、そこ
で増幅されて光分岐器７３を通って一部は受光回路７６
に入り、残りは伝送路となっている光ファイバ７１−２
へ送出される。受光回路７６は信号光の１パルスより十
分に長い時定数の積分機能を持ち、その時定数オーダー
の時間平均の光量に対応した振幅の電圧を出力する。利
得制御回路７７は、受光回路７６の出力電圧を基に駆動
回路７８の出力電流すなわち駆動バイアス電流を制御す
る、この制御は、受光回路７６の出力電圧が予め設定さ
れた値に等しくなるように行なわれる。

この様にして、光信号が入射している時の半導体レーザ
増幅器７２の光出力を常に一定に保つことが行なわれて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の光増幅器を用いた波長多重光通信システ
ムには以下の様な問題があった。前述の光増幅器の利得
制御は、光増幅器に入射して来る全ての波長の光量の総
和が光増幅器の出力端で一定になる様に行なわれる為、
多重される全ての波長が常に光増幅器に入射しているこ
とを前提としている（但し、ここで言う光は伝送信号で
変調されている）。その為、光増幅器に入射して（る波
長の数、つまり伝送路上にある波長の数が変化する場合
には、光増幅器の出力端に出て（る各波長光の光量が変
化してしまう。こうし、た問題の起こるシステム例とし
ては、バースト的に伝送路に光信号が現われるパケット
通信システムがある。

この様子を第８図で説明する。第８図は、従来の光通信
システムに用いられた光増幅装置内の光増幅器の出力端
での各波長の光量を示している。

この例では２波長（λ１、え２）が多重されたシステム
を取り上げ、第８図（ａ）は光増幅器に波長え１のみが
入射している状態、第８図（ｂ）はえ１、え２の両波長
が入射している状態を示している。前記した様に、光増
幅器の出力端での全波長の光量が一定になる様に利得が
制御される為、え、の光出力は第８図（ａ）では同図（
ｂ）の２倍になっている。つまり、波長え２が光増幅器
に入射するかしないかで、他方の波長え、の出力光量が
変動する。この光量変動はシステムの光レベルに対する
許容量を小さくシ（例えば、光検出器のダイナミックレ
ンジを太き（取る必要が出てくる）、システムに光増幅
装置を用いたことによる伝送路上での光レベルの安定化
の効果を小さくする。この例では、多重する波長数が２
つであったが、多重数が太き（なるにつれてこの光量変
動は大きくなる。

［課題を解決する為の手段］ 従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、伝送路上に
ある信号光の状態がどの様なものであっても光増幅器の
出力端での各波長の光信号の光量が一定に保たれる様な
構造を持つ波長多重光通信システム及びそこに用いられ
る光増幅装置を提供することにある。

この目的を達成する本発明による光増幅器を持つ波長多
重光通信システムにおいては、光増幅装置内の光増幅器
の利得制御用に１波長が別に多重され、各光増幅器の出
力端でこの波長を分岐、分岐して、この波長の光量を用
いて利得制御手段よりこの波長の光量が光増幅器の出力
端で一定になる様に光増幅器の利得が制御される。

また、本発明による光増幅装置においては、光増幅手段
とこの光増幅手段から出力された光から利得制御用の波
長の光を分岐、分波する手段とこの分岐−分波手段から
の出力に基づいて光増幅手段から出力される利得制御用
の波長光の光量が一定になる様に光増幅手段の利得を制
御する手段とが設けられている。

上記の構成によれば、伝送路上の信号光の状態とは無関
係に常に一定のレベルで光増幅器に入る制御波長光の出
力をモニターし、この出力が一定になる様に光増幅器の
利得を制御し、且つこのとき光増幅器は他の波長の信号
光に対しても所定の利得で増幅する様に働くので、伝送
路上の信号光の状態とは無関係に伝送路上にある各信号
光は上記所定の利得でもって増幅されることになる。よ
って、各信号光の光レベルの変動が極力押えられた波長
多重光通信システムが可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明の光通信システムに用いられる光増幅装
置のブロック図である。

同図において、■−１，１−２は光伝送路となる光ファ
イバであり、光は光ファイバ１−１から入り、光ファイ
バ１−２から出ていく、２は、時によって多重度が変化
する波長多重された各波長の光を一括増幅する半導体レ
ーザ増幅器であり、３は該増幅器２の出力光の一部を後
述の利得制御部４に、残りを光ファイバ１−２に導くハ
ーフミラ−などの光分岐器である。利得制御部４は光分
波器５、フォトダイオードなどを含む受光回路６、利得
制御回路７、駆動回路８により構成されている。光分波
器５は、光分岐器３からの光のうち利得制御のための波
長（図示例ではえ、）のみを分波し、これを受光回路６
に入れる。受光回路６は、波長え、の光（本実施例の場
合、この利得制御用に用いる波長え、の光は他の信号光
（波長ええ、）と同じデユーティ比で変調され、０Ｎ１
０ＦＦレベルは等しい）の１パルスより十分に長い時定
数の積分機能を持ち、その時定数オーダの時間平均の光
１に対応した振幅の電圧を出力する。利得制御回路７は
受光回路６の出力電圧を基に、半導体レーザ増幅器２に
順方向バイアス駆動電流を出力する駆動回路８のその出
方電流を制御する。この制御は受光回路６の出力電圧が
予め設定された値に等しくなる様に行なわれる。

第２図は本発明の光通信システムの動作を示す為の模擬
的なシステム構成例を示している。ここに示すのは、左
を上流、右を下流とする一方向通信のシステムである。

同図中、各ブロックを結ぶ実線は光ファイバであり、９
は、伝送路の最上流にありシステム内の半導体レーザ増
幅器２の利得制御の為の波長え、の光を送出している制
御波長送信装置であり、１０−１〜１ｏ−３は発光手段
、受光手段などを含む光ノニドであり、伝送路からの光
を分岐して一部を取り込みそして通信用の波長え１、え
２の光の送出を行なう。光ノード１０−１〜１０−３は
信号を第２図左側から取り込み右側から送出する。１１
−１〜１１−３は夫々光ノード１０−１〜１ｏ−３によ
り通信を行なう端局装置であり、１２−１〜１２−２は
第１図に示す様な光増幅装置であり、伝送路、光ノード
１Ｏ−１〜１０−３での光損失を補う為に各光ノード１
０−１〜１０−３の間に置かれている。

第２図の構成のシステムでの波長の伝送状態を示す図で
あるのが第３図である。第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）
は典型的な３つの状態を示している。図中、矢印は光の
伝送方向を示し、その矢印の上にその光ファイバを伝わ
っている波長が示されている。第３図（ａ）はシステム
内で通信が行なわれていない状態、同図（ｂ）は端局装
置１１−１が波長え、で送信を行なっている状態、同図
（ｃ）は更に端局装置１１−２が波長え２で送信を行な
っている状態を示す。

第４図は、本発明の光通信システムに用いられている半
導体レーザ増幅器２の出力端での各波長え１、え１、え
２の光出力を示す図であり、第４図（ａ）は第３図（ａ
）における光増幅装置１２−１〜１２−２の増幅器２の
光出力、第４区（ｂ）は第３図（ｂ）における光増幅装
置１２−１〜１２−２及び第３図（ｃ）における光増幅
装置１２−１の増幅器２の光出力、第４区（ｃ）は第３
図（ｃ）における光増幅装置１２−２の増幅器２の光出
力を示す。

以上の第１図乃至第４図及び先に触れた第５図と第６図
を基に本発明の光通信システムの動作について説明する
。

本実施例では、光増幅器２として、利得が比較的広い波
長域に互って利得スペクトルを有する進行波型半導体レ
ーザ増幅器を用い、既に述べた如（、通信に用いる波長
をえ３、え２、半導体レーザ増幅器２の利得制御に用い
る波長をえ、とじている。

これらの３つの波長λ１、え２、ん、の０Ｎ１０ＦＦレ
ベルは等しく、また利得制御用の波長え１は通信用の波
長え１、え、と同じデユーティ比で変調されている。３
つの波長え１、え２、えヨのＯＮレベルの総和は、第５
図に示す半導体レーザ増幅器２の線形領域内に設定され
、これらえ、λ２え、は第６図に示す半導体レーザ増幅
器２の波長−利得特性におけるえ３．。からλ、、８ま
での波長範囲に入っていて３つの波長え１、先２．え、
に対する半導体レーザ増幅器２の利得は等しくなってい
る。

制御用波長え、は制御波長送信装置９により常に伝送路
上に送られているが、通信用波長え１、λ２は不連続信
号の通信に用いられ常に伝送路上にあるわけではない。

第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）に夫々示した場合で言え
ば、システム内の下流側の光増幅装置１２−２に入射し
ている波長は、第３図（ａ）ではえ、のみ、（ｂ）では
え１、λ１、（ｃ）ではλ１、え１、え２である。

この様な種々の状態で各波長の光出力を常に一定に保つ
為に、半導体レーザ増幅器２の利得制御は次の如（行な
われる。システム内の各増幅装置１２−１〜１２−２に
おいて、内部の半導体レザ増幅器２の出力端で出力光の
分岐、分波を行ない制御用波長え、のみを受光回路６に
入れる。波長光、の光は各増幅器２に入る時は常に一定
のレベルで入る様に設計されているので（即ち、制御波
長送信装置９から、直接、各増幅器２に入るのと同等な
状態で入る様になっている）、また各増幅器２は各波長
光に対して同じ利得を持つ様に構成されているので、増
幅器２から出力された波長え、の光は増幅器２の利得状
態を直接反映していることになる。

従って、光増幅装置内部の利得制御回路７が、受光回路
６の出力（これは増幅器２の利得状態に対応している）
が予め設定された値（これは増幅器２の所定の利得状態
に対応している）になる様に駆動回路８の出力電流を制
御すれば、半導体レーザ増幅器２の利得状態が所定の状
態に保持されることになる。受光回路６の出力が増幅器
２の利得状態に対応することは、受光回路６の積分時定
数がλ１の変調の周期より十分長いことでも保証されて
いる。また、波長λ１のみを分岐して受光回路６で受光
している為、半導体レーザ増幅器２の利得制御は他の通
信用波長え、　　え２が伝送路上に有るか無いかの影響
を受けない。

よって、光増幅装置１１−１〜１１−３の出力端での波
長え、の光出力は、通信状態とは無関係に常に一定で等
しい。前述した様に、このシステムでは半導体レーザ増
幅器２の各波長え１、ええ２に対する利得が同じである
から、波長んヨに対する利得を一定にしていると言うこ
とは他の通信用波長え３、え、に対する利得も一定に保
たれることになる。

以上の様にして、パケット通信の如き不連続信号を伝送
させた場合においても、光増幅器２の出力端での各波長
の光信号の光量を一定に保つことが可能になり、各波長
の光の光レベルの変動が小さな波長多重光通信システム
が実現される。

上記実施例において、各波長え１、ん７、え２の光信号
のＯＮ１０　Ｆ　Ｆレベルを等しくしたが、各波長光の
ＯＮレベルの総和が半導体レーザ増幅器２の線形領域の
光入力範囲（第５図参照）にあるならば、必ずしも等し
い必要はない。

また、通信用の波長をえ１、え、の２波としたが、光量
の総和が半導体レーザ増幅器２の線形領域の光入力範囲
に有るならば、この数を限定されるものではない（但し
、光ノード１０−１〜１０−３中の光源となる半導体レ
ーザ及び波長フィルタの性能により制限されることはあ
る）。

制御用波長え、とその他の波長の波長大小関係も全（制
限されるものではあく、これらの波長が第６図の利得一
定範囲に有ればよい。用いられる各機能手段についても
、光増幅器として半導体レーザ増幅器２を用いたが、光
フアイバ増幅器などを用いてもよい。但し、この場合は
、第１図の光増幅装置のブロック図において、駆動回路
８は光フアイバ増幅器をボンピングする為のポンプ光を
出す発光回路に置き換えられる。

システム構成についても、光ノード１０−１〜１０−３
間に光増幅装置を配置したバス型を用いたが、複数の光
増幅装置が伝送路に直列に配置されるシステムであるな
らばどの様なシステムにも本発明の考え方は適用できる
。

更に、制御波長え、を常に送り続ける制御波長送信装置
９の機能は、伝送路上において最上流にある光ノード１
０−１等に持たせることも可能である。

波長え、の信号形態ないし変調方式についても一定であ
れば特に限定されず、また他の波長の信号光の変調方式
についても時間平均したレベルが一定のものであれば特
に限定されない。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、光増幅装置内の光
増幅器の利得制御の為に通信用の波長とは別に新たに１
波長を多重し、この波長の光量が光増幅器の出力端で一
定になる様に光増幅器の利得を制御しているので、光増
幅器を用いた波長多重光通信システムでパケット通信の
様な不連続信号を伝送された場合においても、光増幅器
の出力端での各波長の光信号の光量を一定に保つことが
可能になる。従って、光レベルの変動が小さ（抑えられ
た波長多重光通信システムが実現されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光通信システムに用いられる光増幅装
置のブロック図、第２図は本発明の光通信システムのシ
ステム構成図、第３図は第２図のシステムにおける各種
の波長伝送状態を示す図、第４図は第２図のシステムに
おける半導体レーザ増幅器の出力端での第３図の各状態
に対応した各波長の光量を示す図、第５図は光増幅器の
光入出力特性を示す図、第６図は光増幅器の利得の波長
特性を示す図、第７図は従来の光増幅装置のブロック図
、第８図は従来の光通信システムにおける光増幅装置内
の光増幅器の出力端での各波長の光量を示す図である。 ■−１，１−２・・・・・光ファイバ、２・・・・・半
導体レーザ増幅器、３・・・・・光分岐器、４・・・：
・利得制御部、５・・・・・光分波器、６・・・・・受
光回路、７・・・・・利得制御回路、８・・・・・駆動
回路、９・・・・・制御波長送信装置、１０−１．１０
−２．１０−３・・・・・光ノード、１１−１．１１−
２．１１−３・・・・・端局装置、１２−１．１２−２
・・・・・光増幅装置 第 図 躊明の七通舊〉ス干ム；＝用１）られ七〜丘廟ｈ■湊装
置のフ゛ロ゛ツク図第３図 オζ侘Ｉ用のだ１ｖ菖シスデム２゛め波長の檄泗−＆、
包と示°丁図（ａ）　システム内ζ蓮儂が行われ７〜１
ない状′態ノ ノ −３（ｂ）時！Ｈｉｌｌ−１がλ１で力（儂２行−Ｚ口
る釈匙（Ｃ）−一鳴唾６龍１１−１す（χ１で一一内１
１シｌ暖ａｎ−２＋款プきζ°χ２ｚ−Ｍ二儂に才ｔ、
７１１Ｓ）氷；胃！しく８）入ｍの什セ＼入潰士 波長→ （ｂ）入ｍ 入１力＼゛入身キ ＪＲ馴−會 ＋Ｃ） 入ｍ、λ１．λ２か入射− 波蚤一 殆 図 光（峠か表の光入ピカ胛Ｕ℃とポす７ 第 図 紐の兇ｊ４泡３ステムＩて甲いらルる’ｉｍ置の）′口
・・ノブ図第 図 光１１１目翫のｆｌｌｌの波七■轡嗅ｔとガセＣ凹χｍ
１ｎ χｍｄｘ 浪蚤→ 第 図 （ａ）χ１のＪ−ＦｔＪで入射 （ｂ） 入１゜ χ２のＨが゛人身キ 波長−や

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光増幅器を持つ波長多重光通信システムにおいて、
   光増幅装置内の光増幅器の利得制御用に１波長の光を別
   に多重し、各光増幅器の出力端で該波長光を分岐、分波
   して、該波長光の光量を用いて利得制御手段により該波
   長光の光量が一定になる様に該光増幅器の利得を制御す
   ることを特徴とする波長多重光通信システム。 ２、当該システムの最上流に上記利得制御用の波長光を
   常に送り続ける制御波長送信手段が設けられている請求
   項１記載の光通信システム。 ３、前記光増幅器は波長多重された各波長光に対して同
   じ利得を有する様に構成されている請求項１記載の光通
   信システム。 ４、請求項１、２又は３記載の光通信システムに用いら
   れる光増幅装置であつて、光増幅手段と該光増幅手段か
   ら出力された光から利得制御用の波長の光を分岐、分波
   する手段と該分岐・分波手段からの出力に基づいて該光
   増幅手段から出力される上記利得制御用の波長光の光量
   が一定になる様に該光増幅手段の利得を制御する手段を
   有することを特徴とする光増幅装置。