JPH06222412A - 光伝送装置 - Google Patents
光伝送装置Info
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- JPH06222412A JPH06222412A JP5268354A JP26835493A JPH06222412A JP H06222412 A JPH06222412 A JP H06222412A JP 5268354 A JP5268354 A JP 5268354A JP 26835493 A JP26835493 A JP 26835493A JP H06222412 A JPH06222412 A JP H06222412A
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- H04B10/293—Signal power control
- H04B10/2933—Signal power control considering the whole optical path
- H04B10/2935—Signal power control considering the whole optical path with a cascade of amplifiers
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長分割多重で光信号を長距離にわたり搬送
する光伝送装置において、非線形効果により生じるデー
タ処理能力の限界をできるだけ拡大する。 【構成】 伝送導波路上を伝送され伝送導波路に沿った
減衰により低下する光信号の信号レベルを増幅する光導
波路増幅器が、連続的にほぼ伝送導波路の全長にわたり
分散している。
する光伝送装置において、非線形効果により生じるデー
タ処理能力の限界をできるだけ拡大する。 【構成】 伝送導波路上を伝送され伝送導波路に沿った
減衰により低下する光信号の信号レベルを増幅する光導
波路増幅器が、連続的にほぼ伝送導波路の全長にわたり
分散している。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複数の隣接する光搬
送波長による波長分割多重で光信号を伝送する装置に関
する。
送波長による波長分割多重で光信号を伝送する装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】光伝送線路では一般に、伝送線路の性能
すなわち伝送の際のデータ処理能力を高める努力がなさ
れている。
すなわち伝送の際のデータ処理能力を高める努力がなさ
れている。
【０００３】性能の良い導線依存形伝送線路のために特
に光ガラスファイバが用いられる。光波長１．３μｍ及
び１．５５μｍ（いわゆる光の窓）におけるこのファイ
バでの減衰の小さい領域は、全部で３００００ＧＨｚを
超える一つの伝送帯域幅に相応することが知られてい
る。この帯域のできるだけ大きい部分を利用可能にする
努力がなされている。
に光ガラスファイバが用いられる。光波長１．３μｍ及
び１．５５μｍ（いわゆる光の窓）におけるこのファイ
バでの減衰の小さい領域は、全部で３００００ＧＨｚを
超える一つの伝送帯域幅に相応することが知られてい
る。この帯域のできるだけ大きい部分を利用可能にする
努力がなされている。
【０００４】この種の伝送線路の性能を高めるために種
々の方法が知られている。
々の方法が知られている。
【０００５】データ処理能力はまずデータ信号の電気的
又は光学的時分割多重によるデータ伝送速度の向上によ
り高めることができる。その際一方では電子回路又は光
電子回路中の制御可能なデータ伝送速度に関して限界が
生じ、この限界は現在では最大で１０ギガビット毎秒で
あり、将来はおそらく５０〜１００ギガビット毎秒とな
り、他方では受信感度の低下又は分散に起因する走行時
間効果の増加に基づきデータ伝送速度の増加と共に橋絡
可能な距離が減少する。第１の限界は光増幅器の採用に
よりほぼ解消できるが、しかし第２の限界は回避するこ
とが難しい。改善は分散の少ない特殊なファイバの採用
により達成することができる。伝送のために光ソリトン
の使用（例えばナカザワ（N. Nakazawa ）らの論文「エ
ルビウムをドープしたファイバ増幅器を用いる１０ギガ
ビット毎秒−１２００ｋｍの単一パス・ソリトンデータ
伝送（10Gbits/s-1200km single pass soliton data tr
ansmission using Erbium-doped fiber amplifier
s）」、ＰＤ１１、９２年度光ファイバ会議、１９９２
年２月２〜７日、サンホゼ、カリフォルニア参照）が著
しく有効であるが、しかしまた費用がかかる。ここでは
分散効果がファイバ上の非線形効果により補償される。
又は光学的時分割多重によるデータ伝送速度の向上によ
り高めることができる。その際一方では電子回路又は光
電子回路中の制御可能なデータ伝送速度に関して限界が
生じ、この限界は現在では最大で１０ギガビット毎秒で
あり、将来はおそらく５０〜１００ギガビット毎秒とな
り、他方では受信感度の低下又は分散に起因する走行時
間効果の増加に基づきデータ伝送速度の増加と共に橋絡
可能な距離が減少する。第１の限界は光増幅器の採用に
よりほぼ解消できるが、しかし第２の限界は回避するこ
とが難しい。改善は分散の少ない特殊なファイバの採用
により達成することができる。伝送のために光ソリトン
の使用（例えばナカザワ（N. Nakazawa ）らの論文「エ
ルビウムをドープしたファイバ増幅器を用いる１０ギガ
ビット毎秒−１２００ｋｍの単一パス・ソリトンデータ
伝送（10Gbits/s-1200km single pass soliton data tr
ansmission using Erbium-doped fiber amplifier
s）」、ＰＤ１１、９２年度光ファイバ会議、１９９２
年２月２〜７日、サンホゼ、カリフォルニア参照）が著
しく有効であるが、しかしまた費用がかかる。ここでは
分散効果がファイバ上の非線形効果により補償される。
【０００６】データ処理能力に関する伝送線路の容量増
加の好適な方法は、時分割多重技術に組み合わせた光学
的多チャネル技術である。しかしこの技術の性能は特に
伝送線路上の非線形効果に基づくチャネル間漏話により
制限される。
加の好適な方法は、時分割多重技術に組み合わせた光学
的多チャネル技術である。しかしこの技術の性能は特に
伝送線路上の非線形効果に基づくチャネル間漏話により
制限される。
【０００７】光波長分割多重形の光多チャネル技術で
は、伝送すべき光信号が複数の隣接する光搬送波長上で
伝送される。
は、伝送すべき光信号が複数の隣接する光搬送波長上で
伝送される。
【０００８】しかしながらこの種の伝送装置の性能は複
数のパラメータにより制限される。すなわち光の窓の利
用可能な部分は特に光送信器の利用可能性又は同調範囲
により制限される。最小のチャネル間隔又は搬送波長間
隔は、利用可能な光受信器の選択度（例えばデマルチプ
レクサ又は直接受信の際の光フィルタの分解能、あるい
はヘテロダイン受信の際の中間周波数フィルタ帯域
幅）、変調された光データチャネルの帯域幅並びに伝送
路上の非線形効果に基づくチャネル間漏話により決ま
る。
数のパラメータにより制限される。すなわち光の窓の利
用可能な部分は特に光送信器の利用可能性又は同調範囲
により制限される。最小のチャネル間隔又は搬送波長間
隔は、利用可能な光受信器の選択度（例えばデマルチプ
レクサ又は直接受信の際の光フィルタの分解能、あるい
はヘテロダイン受信の際の中間周波数フィルタ帯域
幅）、変調された光データチャネルの帯域幅並びに伝送
路上の非線形効果に基づくチャネル間漏話により決ま
る。
【０００９】非線形効果に基づくチャネル間漏話はチャ
ネル間隔が小さくかつチャネル数が多い場合に、特に高
い送信出力を用いなければならないときに多チャネル装
置における著しい制約となる。なぜならば大きい距離を
チャネル当たり高いデータ伝送速度により橋絡しようと
するからである。特に３波混合（しばしば４波混合とも
呼ばれる）及びラマン散乱が多チャネル装置の場合の非
線形相互作用を支配する。光ヘテロダイン受信を用いる
伝送装置に与えるこの効果の影響の詳細な計算は、例え
ばクラプリフィー（Andrew R. Chraplyvi ）の論文「光
ファイバ非線形により課せられる光波通信上の制約（Li
mitations on Lightwave Communications Imposed by O
ptical-Fiber Nonlinearities ）」、ジャーナル オブ
ライトウェーブ テクノロジー（J. Lightwave Tech
n. ）、第８巻（１９９０年）、第１５４８〜１５５７
ページに記載されている。
ネル間隔が小さくかつチャネル数が多い場合に、特に高
い送信出力を用いなければならないときに多チャネル装
置における著しい制約となる。なぜならば大きい距離を
チャネル当たり高いデータ伝送速度により橋絡しようと
するからである。特に３波混合（しばしば４波混合とも
呼ばれる）及びラマン散乱が多チャネル装置の場合の非
線形相互作用を支配する。光ヘテロダイン受信を用いる
伝送装置に与えるこの効果の影響の詳細な計算は、例え
ばクラプリフィー（Andrew R. Chraplyvi ）の論文「光
ファイバ非線形により課せられる光波通信上の制約（Li
mitations on Lightwave Communications Imposed by O
ptical-Fiber Nonlinearities ）」、ジャーナル オブ
ライトウェーブ テクノロジー（J. Lightwave Tech
n. ）、第８巻（１９９０年）、第１５４８〜１５５７
ページに記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、複
数の隣接する光搬送波長による波長分割多重で光信号を
特に４０ｋｍ以上の距離にわたり搬送するための光伝送
装置を、非線形効果により生じるデータ処理能力に関す
る容量限界ができるだけ上方に移動させられるように最
適化することにある。
数の隣接する光搬送波長による波長分割多重で光信号を
特に４０ｋｍ以上の距離にわたり搬送するための光伝送
装置を、非線形効果により生じるデータ処理能力に関す
る容量限界ができるだけ上方に移動させられるように最
適化することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、複数の隣接する光搬送波長による波長分割多重で
特に１０ｋｍ以上の距離にわたり光信号を伝送する一つ
の伝送導波路を用いて光信号を伝送する光伝送装置であ
って、伝送導波路がこの上を伝送され伝送導波路に沿っ
て減衰により低下する光信号の信号レベルを増幅する光
導波路増幅器を有するものにおいて、光導波路増幅器が
連続的にほぼ伝送導波路の全長にわたり分散しているこ
とにより解決される。
づき、複数の隣接する光搬送波長による波長分割多重で
特に１０ｋｍ以上の距離にわたり光信号を伝送する一つ
の伝送導波路を用いて光信号を伝送する光伝送装置であ
って、伝送導波路がこの上を伝送され伝送導波路に沿っ
て減衰により低下する光信号の信号レベルを増幅する光
導波路増幅器を有するものにおいて、光導波路増幅器が
連続的にほぼ伝送導波路の全長にわたり分散しているこ
とにより解決される。
【００１２】この発明に基づく装置を用いれば非線形効
果による限界をほぼ回避できるので有利であり、それに
よりこの伝送装置の性能をできるかぎり向上することが
できる。
果による限界をほぼ回避できるので有利であり、それに
よりこの伝送装置の性能をできるかぎり向上することが
できる。
【００１３】請求項１に記載のこの発明は下記の独自の
考慮又は知見に基づいている。
考慮又は知見に基づいている。
【００１４】すなわち伝送線路の受信側端部での光パワ
ーは少なくとも受信器の感度に相応しなければならな
い。仮に理想的な損失のないかつノイズのない伝送媒体
を利用できるならば、そのときは伝送線路の送信側端部
上でも同様に小さいパワーで十分である。
ーは少なくとも受信器の感度に相応しなければならな
い。仮に理想的な損失のないかつノイズのない伝送媒体
を利用できるならば、そのときは伝送線路の送信側端部
上でも同様に小さいパワーで十分である。
【００１５】非線形効果は伝送ファイバ中のパワーと共
に著しく（例えば３波混合の場合には３乗で）増加する
ので、この低いパワーレベルではチャネル数が多くかつ
線路長が大きい場合でさえ、この効果に基づくチャネル
間漏話については何等の問題も生じないと予想される。
しかしながら実際の場合にはガラスファイバは０．２ｄ
Ｂ／ｋｍ〜０．５ｄＢ／ｋｍの減衰値を示すので、伝送
線路が長い場合には送信器側端部上で線路へ入力すべき
光パワーを相応に高くしなければならない。このこと
は、多数の狭く隣接したチャネル又は搬送波長を有する
多チャネル装置及び大きい線路長の場合に非線形効果に
基づく漏話を招くおそれがある。
に著しく（例えば３波混合の場合には３乗で）増加する
ので、この低いパワーレベルではチャネル数が多くかつ
線路長が大きい場合でさえ、この効果に基づくチャネル
間漏話については何等の問題も生じないと予想される。
しかしながら実際の場合にはガラスファイバは０．２ｄ
Ｂ／ｋｍ〜０．５ｄＢ／ｋｍの減衰値を示すので、伝送
線路が長い場合には送信器側端部上で線路へ入力すべき
光パワーを相応に高くしなければならない。このこと
は、多数の狭く隣接したチャネル又は搬送波長を有する
多チャネル装置及び大きい線路長の場合に非線形効果に
基づく漏話を招くおそれがある。
【００１６】チャネル数が非常に多い場合に起こるよう
にラマン散乱が支配的であると、できるだけ均一に低い
パワーレベルが線路全体に沿って達成されるようにファ
イバ線路を縦続接続しなければならない。これに反して
３波混合が最も多くチャネル漏話に関与するならば
（「ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー
（J. Lightwave Techn. ）」、第８巻（１９９０年）、
第１５４８〜１５５７ページによれば約３００のチャネ
ル数まで）、そのときは妨げとなる非線形効果を比較的
高い分散を有するファイバを用いることにより小さく保
つことができる。その際伝送線路は非線形妨害に関して
有効相互作用長Ｌeff （「ジャーナル オブライトウェ
ーブ テクノロジー（J. Lightwave Techn. ）」、第８
巻（１９９０年）、第１５４８〜１５５７ページにおい
ては符号Ｌe を付けられている）の２ないし３倍の長さ
を有するにすぎないかのように振る舞い、有効相互作用
長Ｌeff はファイバ分散の増加と共に小さくなり一般に
８〜１７ｋｍである。
にラマン散乱が支配的であると、できるだけ均一に低い
パワーレベルが線路全体に沿って達成されるようにファ
イバ線路を縦続接続しなければならない。これに反して
３波混合が最も多くチャネル漏話に関与するならば
（「ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロジー
（J. Lightwave Techn. ）」、第８巻（１９９０年）、
第１５４８〜１５５７ページによれば約３００のチャネ
ル数まで）、そのときは妨げとなる非線形効果を比較的
高い分散を有するファイバを用いることにより小さく保
つことができる。その際伝送線路は非線形妨害に関して
有効相互作用長Ｌeff （「ジャーナル オブライトウェ
ーブ テクノロジー（J. Lightwave Techn. ）」、第８
巻（１９９０年）、第１５４８〜１５５７ページにおい
ては符号Ｌe を付けられている）の２ないし３倍の長さ
を有するにすぎないかのように振る舞い、有効相互作用
長Ｌeff はファイバ分散の増加と共に小さくなり一般に
８〜１７ｋｍである。
【００１７】従って複数の隣接する光搬送波長による波
長分割多重で光信号を伝送する伝送線路は、パワーレベ
ルが強い非線形相互作用を有する範囲内でできるだけ低
くなるか又は相互作用長自体が最小となるように最適化
すべきであり、他方では線路の全減衰を光増幅により低
減しなければならない。
長分割多重で光信号を伝送する伝送線路は、パワーレベ
ルが強い非線形相互作用を有する範囲内でできるだけ低
くなるか又は相互作用長自体が最小となるように最適化
すべきであり、他方では線路の全減衰を光増幅により低
減しなければならない。
【００１８】非線形効果の有効相互作用長Ｌeff が伝送
線路に比べて大きい場合に対しては（例えばファイバ分
散が非常に小さい場合又はラマン散乱が支配的であると
きには）、一番有利な解決策は弱くドープされたガラス
ファイバの形の伝送媒体であり、このガラスファイバは
伝送線路に沿って伝送される光信号レベルができる限り
一定のままであるか、又は少なくともポンピングされな
いファイバに比べて緩和された低下を有するように、光
によりポンピングされるということが認識されている。
線路に比べて大きい場合に対しては（例えばファイバ分
散が非常に小さい場合又はラマン散乱が支配的であると
きには）、一番有利な解決策は弱くドープされたガラス
ファイバの形の伝送媒体であり、このガラスファイバは
伝送線路に沿って伝送される光信号レベルができる限り
一定のままであるか、又は少なくともポンピングされな
いファイバに比べて緩和された低下を有するように、光
によりポンピングされるということが認識されている。
【００１９】この一般的な解決構想の具体的な解決策は
請求項１に記載の伝送装置である。請求項２はこの装置
の有利な実施態様に関する。
請求項１に記載の伝送装置である。請求項２はこの装置
の有利な実施態様に関する。
【００２０】請求項２に記載の発明の望ましくかつ有利
な形態は請求項３に記載され、この形態について請求項
４に有利な構成が記載されている。請求項４に記載の装
置の場合には伝送導波路に沿ったできるだけ一定な低い
信号パワーに対する要求が少なくとも第１近似で、ポン
ピング光線が分布低下の方向に対し逆向きにファイバ中
で導かれることにより達成可能である。それにより導波
路に沿ってファイバ減衰のゆえに小さくなるポンピング
光線のパワーに基づき、光増幅の低下がドーパントの濃
度の相応の増加により相殺されるか又は緩和され、それ
により光増幅が導波路に沿ってほぼ一定にとどまるか、
又は少なくともポンピングされない導波路に比べて緩和
された低下を有することが達成できる。このことは光信
号の信号レベルが導波路に沿って一定にとどまるか、又
は少なくともポンピングされない導波路に比べて緩和さ
れた低下を有するということをもたらす。
な形態は請求項３に記載され、この形態について請求項
４に有利な構成が記載されている。請求項４に記載の装
置の場合には伝送導波路に沿ったできるだけ一定な低い
信号パワーに対する要求が少なくとも第１近似で、ポン
ピング光線が分布低下の方向に対し逆向きにファイバ中
で導かれることにより達成可能である。それにより導波
路に沿ってファイバ減衰のゆえに小さくなるポンピング
光線のパワーに基づき、光増幅の低下がドーパントの濃
度の相応の増加により相殺されるか又は緩和され、それ
により光増幅が導波路に沿ってほぼ一定にとどまるか、
又は少なくともポンピングされない導波路に比べて緩和
された低下を有することが達成できる。このことは光信
号の信号レベルが導波路に沿って一定にとどまるか、又
は少なくともポンピングされない導波路に比べて緩和さ
れた低下を有するということをもたらす。
【００２１】一方向の伝送に対して有利な装置が請求項
５に記載されている。
５に記載されている。
【００２２】請求項４に記載の装置は、ポンピング光線
が請求項５に記載の実施態様の場合とは異なり導波路の
一方の端ではなく他の点で、例えば導波路の長手軸線の
中央で入力されるような構成を含む。ポンピングパワー
がファイバの中央へ入力されるならば、入力されたポン
ピングパワーが中央から相互に逆方向へ導波路の中で伝
搬するのが合目的的である。この場合には導波路各半部
中のドーパント濃度の分布が導波路の中央へ向かう低下
を有するのが合目的的である。ポンピング光線のこの種
の入力及びドーパント濃度のこの種の分布を有する導波
路は双方向へ駆動される伝送線路に対しても適してお
り、その際この分布は合目的的にはファイバの中央に関
して鏡面対称とすべきである。
が請求項５に記載の実施態様の場合とは異なり導波路の
一方の端ではなく他の点で、例えば導波路の長手軸線の
中央で入力されるような構成を含む。ポンピングパワー
がファイバの中央へ入力されるならば、入力されたポン
ピングパワーが中央から相互に逆方向へ導波路の中で伝
搬するのが合目的的である。この場合には導波路各半部
中のドーパント濃度の分布が導波路の中央へ向かう低下
を有するのが合目的的である。ポンピング光線のこの種
の入力及びドーパント濃度のこの種の分布を有する導波
路は双方向へ駆動される伝送線路に対しても適してお
り、その際この分布は合目的的にはファイバの中央に関
して鏡面対称とすべきである。
【００２３】双方向駆動される伝送線路に適しポンピン
グ光線を端面で入力する装置が請求項６に記載され、そ
の際ここでも一般に双方向伝送の場合と同様に、ドーパ
ントの濃度分布が導波路の中央に関し対称であるのが合
目的的である。
グ光線を端面で入力する装置が請求項６に記載され、そ
の際ここでも一般に双方向伝送の場合と同様に、ドーパ
ントの濃度分布が導波路の中央に関し対称であるのが合
目的的である。
【００２４】とりわけ製造技術上の理由から、ドーパン
ト濃度の段階状分布を用い各段に対してドーパントの一
定の濃度を有する固有の導波路区画を用いるのが有利で
あり、その際導波路区画望ましくはファイバ区画が導波
路全体の形成のために相互に連結される。請求項７には
この種の導波路が記載されている。
ト濃度の段階状分布を用い各段に対してドーパントの一
定の濃度を有する固有の導波路区画を用いるのが有利で
あり、その際導波路区画望ましくはファイバ区画が導波
路全体の形成のために相互に連結される。請求項７には
この種の導波路が記載されている。
【００２５】この発明に基づく装置の望ましくかつ有利
な種々の実施態様は請求項８ないし１０に記載されてい
る。
な種々の実施態様は請求項８ないし１０に記載されてい
る。
【００２６】この発明に基づく装置の場合に３波混合が
目立つか又は支配的ならば、３波混合を最小にするため
に分散の比較的大きい伝送導波路を比較的短い補償導波
路と組み合わせて用いることが合目的的である（請求項
１１参照）。この種の補償導波路特に補償光ファイバに
より伝送線路の分散の合計を十分に低く保ち、他方では
３波混合に対する有効相互作用長を小さく保つために
は、伝送導波路自体ができるだけ高い分散を有するべき
である。
目立つか又は支配的ならば、３波混合を最小にするため
に分散の比較的大きい伝送導波路を比較的短い補償導波
路と組み合わせて用いることが合目的的である（請求項
１１参照）。この種の補償導波路特に補償光ファイバに
より伝送線路の分散の合計を十分に低く保ち、他方では
３波混合に対する有効相互作用長を小さく保つために
は、伝送導波路自体ができるだけ高い分散を有するべき
である。
【００２７】注記すれば、光増幅器として働かない従来
のドープされていない導波路の場合に分散を補償するた
めにこの種の補償導波路を前置接続することは、既にプ
ール（C.D. Pool ）らの論文「２モードファイバ中の高
次の空間的モードを用いる広帯域分散補償（Broadband
Dispersion Compensation Using Higher-order Spatial
-mode in a Two-mode Fiber ）」、ＰＤ１３、９２年度
光ファイバ会議、１９９２年２月２〜７日、サンホゼ、
カリフォルニア、から知られている。
のドープされていない導波路の場合に分散を補償するた
めにこの種の補償導波路を前置接続することは、既にプ
ール（C.D. Pool ）らの論文「２モードファイバ中の高
次の空間的モードを用いる広帯域分散補償（Broadband
Dispersion Compensation Using Higher-order Spatial
-mode in a Two-mode Fiber ）」、ＰＤ１３、９２年度
光ファイバ会議、１９９２年２月２〜７日、サンホゼ、
カリフォルニア、から知られている。
【００２８】３波混合が目立つか又は支配的である場合
には、この発明に基づき請求項１２に記載のような光導
波路を用いることもできる。請求項１２に記載の手段に
よりすなわち大きいが逆方向の分散を有する二つの光導
波路の相互接続により、有効相互作用長Ｌeff 及び伝送
導波路の分散の合計を許容される小さい限界内に保つこ
とができる。
には、この発明に基づき請求項１２に記載のような光導
波路を用いることもできる。請求項１２に記載の手段に
よりすなわち大きいが逆方向の分散を有する二つの光導
波路の相互接続により、有効相互作用長Ｌeff 及び伝送
導波路の分散の合計を許容される小さい限界内に保つこ
とができる。
【００２９】請求項１３に記載のように光ファイバ又は
ファイバ区画を光導波路として用いるのが有利である。
ファイバ区画を光導波路として用いるのが有利である。
【００３０】この発明に基づく装置は光ヘテロダイン受
信器と組み合わせて用いられるのが有利である（請求項
１４参照）。
信器と組み合わせて用いられるのが有利である（請求項
１４参照）。
【００３１】
【実施例】次にこの発明に基づく光伝送装置の複数の実
施例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
施例を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
【００３２】図１に示す一方向駆動の伝送装置の場合に
は、ｎ個（ｎは任意の自然数）の別々の光送信器３１、
３２〜３ｎにより異なるチャネル又は搬送波長λ1 〜λ
n 上に発生させられた光信号Ｓ1 〜Ｓn が並列に光結合
器４のｎ個の入力端４１、４２〜４ｎへ供給され、光結
合器４がこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn を唯一の出力端４０上
に集める。この出力端４０は直接に又は図示のように３
波混合を最小にするために中間接続された後述の補償フ
ァイバ２０１を介して、これらの信号Ｓ1 〜Ｓn を入力
するためにファイバ１の入力端１１と結合することがで
きる。
は、ｎ個（ｎは任意の自然数）の別々の光送信器３１、
３２〜３ｎにより異なるチャネル又は搬送波長λ1 〜λ
n 上に発生させられた光信号Ｓ1 〜Ｓn が並列に光結合
器４のｎ個の入力端４１、４２〜４ｎへ供給され、光結
合器４がこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn を唯一の出力端４０上
に集める。この出力端４０は直接に又は図示のように３
波混合を最小にするために中間接続された後述の補償フ
ァイバ２０１を介して、これらの信号Ｓ1 〜Ｓn を入力
するためにファイバ１の入力端１１と結合することがで
きる。
【００３３】このファイバ１中でのパワーレベルを小さ
く保ち、また他方では例えば１０〜５０ＧＨｚのチャネ
ル間隔又は搬送波長間隔を有しできる限り多くの狭く隣
接したチャネル又は搬送波長λ1 〜λn を伝送すべきで
あるので、信号Ｓ1 〜Ｓn の入力のためには例えば一つ
の出力端だけが利用される星形結合器の形の簡単な波長
に無関係な光結合器４で十分である。この種の星形結合
器の挿入損失は原理的には少なくともＬ・ｄＢ＝１０・
ｌｇｎである。
く保ち、また他方では例えば１０〜５０ＧＨｚのチャネ
ル間隔又は搬送波長間隔を有しできる限り多くの狭く隣
接したチャネル又は搬送波長λ1 〜λn を伝送すべきで
あるので、信号Ｓ1 〜Ｓn の入力のためには例えば一つ
の出力端だけが利用される星形結合器の形の簡単な波長
に無関係な光結合器４で十分である。この種の星形結合
器の挿入損失は原理的には少なくともＬ・ｄＢ＝１０・
ｌｇｎである。
【００３４】ファイバ１を通って伝送方向ｒ1 へ伝送さ
れる光信号Ｓ1 〜Ｓn はこのファイバ１の反対側の出力
端１２でこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn の出力のために出力さ
れて光分波器７へ供給される。光分波器７は出力信号Ｓ
1 〜Ｓn をｎ個の別々の光受信器９１、９２〜９ｎへ供
給する。この分波器７は一つの入力端７０及びｎ個の出
力端７１、７２〜７ｎを有し、各出力端はそれぞれ従属
する光受信器９１、９２〜９ｎと結合されている。
れる光信号Ｓ1 〜Ｓn はこのファイバ１の反対側の出力
端１２でこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn の出力のために出力さ
れて光分波器７へ供給される。光分波器７は出力信号Ｓ
1 〜Ｓn をｎ個の別々の光受信器９１、９２〜９ｎへ供
給する。この分波器７は一つの入力端７０及びｎ個の出
力端７１、７２〜７ｎを有し、各出力端はそれぞれ従属
する光受信器９１、９２〜９ｎと結合されている。
【００３５】光分波器７として非波長選択形パワー分配
器が用いられるならば、一方ではこのパワー分配器の各
出力端７１、７２〜７ｎとこの出力端に従属する光受信
器９１、９２〜９ｎとの間に、この受信器９１、９２〜
９ｎに従属する当該搬送波長λ1 〜λn の光信号Ｓ1 〜
Ｓn に対しては透明であるが他の搬送波長の光信号に対
しては透明でない従属する光フィルタ８１、８２〜８ｎ
を配置すべきである。他方ではこのパワー分配器７の場
合にも少なくともＬ・ｄＢ＝１０・ｌｇｎの挿入損失が
生じるので、この損失を補助の光増幅器６により補償す
べきであり、光増幅器６はファイバ１の出力端１２とパ
ワー分配器７との間に配置されるのが有利である。
器が用いられるならば、一方ではこのパワー分配器の各
出力端７１、７２〜７ｎとこの出力端に従属する光受信
器９１、９２〜９ｎとの間に、この受信器９１、９２〜
９ｎに従属する当該搬送波長λ1 〜λn の光信号Ｓ1 〜
Ｓn に対しては透明であるが他の搬送波長の光信号に対
しては透明でない従属する光フィルタ８１、８２〜８ｎ
を配置すべきである。他方ではこのパワー分配器７の場
合にも少なくともＬ・ｄＢ＝１０・ｌｇｎの挿入損失が
生じるので、この損失を補助の光増幅器６により補償す
べきであり、光増幅器６はファイバ１の出力端１２とパ
ワー分配器７との間に配置されるのが有利である。
【００３６】ファイバ１の出力端１２と分波器７との間
に例えば増幅器６とパワー分配器７との間に、光信号Ｓ
1 〜Ｓn を伝送する波長領域に対してだけ透明である補
助フィルタ８０を配置することが更に合目的的である。
それによりこの波長領域外の妨げとなる波長を抑制する
ことができる。
に例えば増幅器６とパワー分配器７との間に、光信号Ｓ
1 〜Ｓn を伝送する波長領域に対してだけ透明である補
助フィルタ８０を配置することが更に合目的的である。
それによりこの波長領域外の妨げとなる波長を抑制する
ことができる。
【００３７】ガラスファイバの形のファイバは、ポンピ
ング光線Ｐを用いたポンピングにより光の増幅をファイ
バ１中で励起できるドーパントをこの発明に基づき僅か
にドープされている。ドーパントとしては伝送波長が
１．５μｍの波長窓内に存在するときには例えばエルビ
ウム（Ｅｒ）が適しており、１．３μｍの波長窓が利用
されるときにはプラセオジム（Ｐｒ）が適している。
ング光線Ｐを用いたポンピングにより光の増幅をファイ
バ１中で励起できるドーパントをこの発明に基づき僅か
にドープされている。ドーパントとしては伝送波長が
１．５μｍの波長窓内に存在するときには例えばエルビ
ウム（Ｅｒ）が適しており、１．３μｍの波長窓が利用
されるときにはプラセオジム（Ｐｒ）が適している。
【００３８】ポンピング光線Ｐはポンピングのためにド
ープされたファイバ１に入力されこのファイバ１中を導
かれる。その際ファイバ１中での光増幅の度合いを決定
するファイバ１中のドーパント濃度ｋZ は、ファイバ１
へ入力される光信号Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐが伝送方
向ｒ1 へポンピングされたファイバ１を通過する際に、
一定にとどまるか又は少なくともポンピングされず従っ
て光を増幅するように働かないファイバ１に比べて緩和
されたこの信号レベルｐの低下を有するような分布１３
を、このファイバ１の長さＬにわたり有することが重要
である。この措置によりとりわけ、チャネル数ｎが多く
かつ線路長が大きいすなわちファイバ１の長さＬが大き
い場合でさえ、非線形効果に基づくチャネル間漏話につ
いての問題が生じないことが期待できるほどに、光信号
Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力端１１での信号
レベルｐが小さく保たれるということを達成できる。
ープされたファイバ１に入力されこのファイバ１中を導
かれる。その際ファイバ１中での光増幅の度合いを決定
するファイバ１中のドーパント濃度ｋZ は、ファイバ１
へ入力される光信号Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐが伝送方
向ｒ1 へポンピングされたファイバ１を通過する際に、
一定にとどまるか又は少なくともポンピングされず従っ
て光を増幅するように働かないファイバ１に比べて緩和
されたこの信号レベルｐの低下を有するような分布１３
を、このファイバ１の長さＬにわたり有することが重要
である。この措置によりとりわけ、チャネル数ｎが多く
かつ線路長が大きいすなわちファイバ１の長さＬが大き
い場合でさえ、非線形効果に基づくチャネル間漏話につ
いての問題が生じないことが期待できるほどに、光信号
Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力端１１での信号
レベルｐが小さく保たれるということを達成できる。
【００３９】この目的に適したドーパントの濃度ｋz の
分布１３は、ファイバ１中を導かれる光信号Ｓ1 〜Ｓn
の伝送方向ｒ1 へ連続的な又は階段状の低下を有する分
布であり、その際低下がファイバ１中のポンピング光線
の伝送方向に対し逆向きに行われる。
分布１３は、ファイバ１中を導かれる光信号Ｓ1 〜Ｓn
の伝送方向ｒ1 へ連続的な又は階段状の低下を有する分
布であり、その際低下がファイバ１中のポンピング光線
の伝送方向に対し逆向きに行われる。
【００４０】図１に示す実施例の場合には（ａ）に示す
ように、光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力
端１１から伝送方向ｒ1 へ階段状に減少する階段状分布
１３が存在する。
ように、光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力
端１１から伝送方向ｒ1 へ階段状に減少する階段状分布
１３が存在する。
【００４１】図１の（ａ）に示すようにファイバ１の入
力端１１に隣接するファイバ区画１1 中のドーパントの
濃度ｋz が最大であり、連続する各区画１1 、１2 ・・
・中で区画ごとに階段状に低下し、遂に濃度は光信号Ｓ
1 〜Ｓn を出力するファイバ１の出力端１２に隣接する
最後の区画１m （ｍは選択可能な自然数）では最小値に
到達する。
力端１１に隣接するファイバ区画１1 中のドーパントの
濃度ｋz が最大であり、連続する各区画１1 、１2 ・・
・中で区画ごとに階段状に低下し、遂に濃度は光信号Ｓ
1 〜Ｓn を出力するファイバ１の出力端１２に隣接する
最後の区画１m （ｍは選択可能な自然数）では最小値に
到達する。
【００４２】これらのファイバ区画１1 〜１m のそれぞ
れの中ではドーパントの濃度ｋz が一定に選ばれるのが
合目的的であり、端面で相互に結合された個々のファイ
バ区画１1 〜１m からファイバ１を集成するのがとりわ
け製造技術上有利である。
れの中ではドーパントの濃度ｋz が一定に選ばれるのが
合目的的であり、端面で相互に結合された個々のファイ
バ区画１1 〜１m からファイバ１を集成するのがとりわ
け製造技術上有利である。
【００４３】ドーパントの濃度ｋz が小さい場合には、
ポンピング光線がなおファイバ１の減衰の著しい緩和を
もたらすところに、ドープされたファイバ区画を組み込
むことが有意義であるにすぎない。
ポンピング光線がなおファイバ１の減衰の著しい緩和を
もたらすところに、ドープされたファイバ区画を組み込
むことが有意義であるにすぎない。
【００４４】ドーパントとしてＥｒ3+を使用する場合に
は、増幅性ファイバ１の最適なＥｒ3+ドーピングが複数
のパラメータに関係する。Ｅｒ3+濃度が与えられた場合
にポンピング波長、半径方向屈折率分布、Ｅｒ3+ドーピ
ングの半径方向分布、ポンピングパワー並びに例えば複
合ドーピングのファイバの化学的組成になお若干関係す
る最適なファイバ長さが存在する。しかしながら与えら
れたファイバ設計に対してはファイバの最適な長さとＥ
ｒ3+濃度との積がほぼ一定である。デジルビル（Emmanu
el Desurvire）らの論文「有効なエルビウムをドープさ
れたファイバ増幅器のための設計最適化（Design Optim
ization for Efficient Erbium-Doped Fiber Amplifier
s ）」、ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロ
ジー（Journal of Lightwave Technology ）」、第８
巻、第１１号、１９９０年１１月、第１７０ページによ
れば、最適な長さとＥｒ3+濃度との積に対する一般的な
値は１ｋｍ×１０17ｃｍ3 ないし１ｋｍ×１０18ｃｍ3
である。このことは例えば１００ｋｍのポンピングされ
たファイバ線路の場合に、Ｅｒ3+濃度は１０15／ｃｍ3
ないし１０16／ｃｍ3 の範囲内に存在すべきであるとい
うことを意味する。この発明の枠内では特に例えば１０
〜１００ｋｍの比較的長いファイバ線路が問題となるの
で、ファイバ線路上でのポンピング光線の減衰をできる
だけ小さく保つためにγ＝１．４７μｍの長いポンピン
グ波長を選ぶべきである。
は、増幅性ファイバ１の最適なＥｒ3+ドーピングが複数
のパラメータに関係する。Ｅｒ3+濃度が与えられた場合
にポンピング波長、半径方向屈折率分布、Ｅｒ3+ドーピ
ングの半径方向分布、ポンピングパワー並びに例えば複
合ドーピングのファイバの化学的組成になお若干関係す
る最適なファイバ長さが存在する。しかしながら与えら
れたファイバ設計に対してはファイバの最適な長さとＥ
ｒ3+濃度との積がほぼ一定である。デジルビル（Emmanu
el Desurvire）らの論文「有効なエルビウムをドープさ
れたファイバ増幅器のための設計最適化（Design Optim
ization for Efficient Erbium-Doped Fiber Amplifier
s ）」、ジャーナル オブ ライトウェーブ テクノロ
ジー（Journal of Lightwave Technology ）」、第８
巻、第１１号、１９９０年１１月、第１７０ページによ
れば、最適な長さとＥｒ3+濃度との積に対する一般的な
値は１ｋｍ×１０17ｃｍ3 ないし１ｋｍ×１０18ｃｍ3
である。このことは例えば１００ｋｍのポンピングされ
たファイバ線路の場合に、Ｅｒ3+濃度は１０15／ｃｍ3
ないし１０16／ｃｍ3 の範囲内に存在すべきであるとい
うことを意味する。この発明の枠内では特に例えば１０
〜１００ｋｍの比較的長いファイバ線路が問題となるの
で、ファイバ線路上でのポンピング光線の減衰をできる
だけ小さく保つためにγ＝１．４７μｍの長いポンピン
グ波長を選ぶべきである。
【００４５】ポンピング光線Ｐは図１の（ａ）に示す分
布１３の場合に光信号Ｓ1 〜Ｓn を出力するファイバ１
の出力端１２からファイバ１中へ入力され、伝送方向と
は逆方向へ信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力
端１１へ向かう方向へファイバを通過する。
布１３の場合に光信号Ｓ1 〜Ｓn を出力するファイバ１
の出力端１２からファイバ１中へ入力され、伝送方向と
は逆方向へ信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファイバ１の入力
端１１へ向かう方向へファイバを通過する。
【００４６】ポンピング光線Ｐの入力はすべての他の場
合と同様に図１に示すファイバ１の場合にも光方向性結
合器により、例えばファイバ１の出力端１２と光増幅器
６との間に配置された方向性結合器５１により行うこと
ができる。方向性結合器５１はポンピング用レーザ５２
により発生させられたポンピング光線Ｐをファイバ１へ
入力する。
合と同様に図１に示すファイバ１の場合にも光方向性結
合器により、例えばファイバ１の出力端１２と光増幅器
６との間に配置された方向性結合器５１により行うこと
ができる。方向性結合器５１はポンピング用レーザ５２
により発生させられたポンピング光線Ｐをファイバ１へ
入力する。
【００４７】ドーパントによるファイバ１のドーピング
が均一な場合には、ポンピング光線Ｐのポンピングパワ
ーがファイバ１の減衰に基づきファイバの出力端１２か
ら入力端１１へ向かう方向へ低下するので、光増幅もこ
の方向へ低下する。しかし実際にはドーパントの濃度ｋ
z はこの方向へ増加するので、この方向における光増幅
の低下は増加へ変換されるか又は補償されるか又は少な
くとも弱められ、このことはこの発明にとって望まし
い。
が均一な場合には、ポンピング光線Ｐのポンピングパワ
ーがファイバ１の減衰に基づきファイバの出力端１２か
ら入力端１１へ向かう方向へ低下するので、光増幅もこ
の方向へ低下する。しかし実際にはドーパントの濃度ｋ
z はこの方向へ増加するので、この方向における光増幅
の低下は増加へ変換されるか又は補償されるか又は少な
くとも弱められ、このことはこの発明にとって望まし
い。
【００４８】図１の（ｄ）では曲線Ｉは入力された信号
Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐが、ドーパントの濃度ｋz の
適当に選ばれた分布１３に基づきファイバ１を通過する
際に一定に保たれるような理想的な状態を示す。曲線II
は信号レベルｐが理想から外れて選ばれた分布１３に基
づきファイバ１を通過する際に確かに低下するが、しか
し曲線III により示されたポンピングされず従って増幅
するように働かないファイバ１の場合ほどは激しくはな
い。
Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐが、ドーパントの濃度ｋz の
適当に選ばれた分布１３に基づきファイバ１を通過する
際に一定に保たれるような理想的な状態を示す。曲線II
は信号レベルｐが理想から外れて選ばれた分布１３に基
づきファイバ１を通過する際に確かに低下するが、しか
し曲線III により示されたポンピングされず従って増幅
するように働かないファイバ１の場合ほどは激しくはな
い。
【００４９】約３００のチャネル数又は搬送波数ｎまで
は制約的作用として支配的である３波混合の補償のため
に、ファイバ１の分散ｄｎ0 ／ｄλ（ｎ0 はファイバの
屈折率であり、λは光の波長を意味する）の図１の
（ｂ）に示された最適な分布１５を用いることができ
る。この分布１５は、光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファ
イバ１の入力端１１に隣接しファイバ１の約半部長Ｌ／
２であるファイバ１の端区画において、分散ｄｎ0 ／ｄ
λの高い値を有する。ファイバ１の残りの部分では分散
ｄｎ0 ／ｄλを同様に高くすべきであるが、しかし信号
ひずみに関する分散効果（走行時間分散）を小さく保つ
ために逆の正負符号を有する。
は制約的作用として支配的である３波混合の補償のため
に、ファイバ１の分散ｄｎ0 ／ｄλ（ｎ0 はファイバの
屈折率であり、λは光の波長を意味する）の図１の
（ｂ）に示された最適な分布１５を用いることができ
る。この分布１５は、光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力するファ
イバ１の入力端１１に隣接しファイバ１の約半部長Ｌ／
２であるファイバ１の端区画において、分散ｄｎ0 ／ｄ
λの高い値を有する。ファイバ１の残りの部分では分散
ｄｎ0 ／ｄλを同様に高くすべきであるが、しかし信号
ひずみに関する分散効果（走行時間分散）を小さく保つ
ために逆の正負符号を有する。
【００５０】このファイバ１の入力端１１に又は両端
に、ファイバ１の分散ｄｎ0 ／ｄλに比べて逆の正負符
号、例えば図１の（ｃ）の場合には負の符号の非常に高
い分散ｄｎ1 ／ｄλを有する補償ファイバ２０１が前置
接続されるときは、図１の（ｂ）に示すファイバ１の代
わりに、このファイバの全長Ｌにわたり一定でありかつ
できるだけ高い分散ｄｎ0 ／ｄλ、すなわちこの分散の
一定の分布１５を有するファイバを用いることができる
ので有利である。
に、ファイバ１の分散ｄｎ0 ／ｄλに比べて逆の正負符
号、例えば図１の（ｃ）の場合には負の符号の非常に高
い分散ｄｎ1 ／ｄλを有する補償ファイバ２０１が前置
接続されるときは、図１の（ｂ）に示すファイバ１の代
わりに、このファイバの全長Ｌにわたり一定でありかつ
できるだけ高い分散ｄｎ0 ／ｄλ、すなわちこの分散の
一定の分布１５を有するファイバを用いることができる
ので有利である。
【００５１】ファイバ１の長さＬに比べて短い補償ファ
イバ２０１の長さｌ1 、及び結合器４の出力端４０のそ
ばの光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力する入力端２１１及びファ
イバ１の入力端１１のそばのこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn を
出力する出力端２１２と結合されたこの補償ファイバ２
０１の分散ｄｎ1 ／ｄλの量｜ｄｎ1 ／ｄλ｜は、ファ
イバ１及び補償ファイバ２０１の分散の合計がファイバ
１の分散ｄｎ0 ／ｄλより小さい、望ましくはゼロに等
しいように選ばれている。
イバ２０１の長さｌ1 、及び結合器４の出力端４０のそ
ばの光信号Ｓ1 〜Ｓn を入力する入力端２１１及びファ
イバ１の入力端１１のそばのこれらの信号Ｓ1 〜Ｓn を
出力する出力端２１２と結合されたこの補償ファイバ２
０１の分散ｄｎ1 ／ｄλの量｜ｄｎ1 ／ｄλ｜は、ファ
イバ１及び補償ファイバ２０１の分散の合計がファイバ
１の分散ｄｎ0 ／ｄλより小さい、望ましくはゼロに等
しいように選ばれている。
【００５２】図２に示された双方向の伝送装置は、ドー
パントの濃度ｋz の線路に関し対称な別の分布を有する
ファイバ２において、かつ光信号Ｓ1 〜Ｓn ばかりでな
くポンピング光線Ｐもファイバ２の両端２１、２２へ入
力され、信号Ｓ1 〜Ｓn がこれらの両端２１、２２から
受信されることにより、図１に示す伝送装置とは異なっ
ている。このために図１に示す装置に比べて下記のもの
すなわち、 − ｎ個の搬送波長λ1 〜λn で光信号Ｓ1 〜Ｓn を発
生させるｎ個の補助の別々の光送信器３１′〜３ｎ′、 − 信号Ｓ1 〜Ｓn が供給されるｎ個の入力端４１′、
４２′〜４ｎ′と、これらの信号Ｓ1 〜Ｓn が集められ
補助の方向性結合器６０及び例えば補助の補償ファイバ
２０２を介して図１のファイバ１の出力端１２に相応す
るファイバ２の出力端２２と結合された出力端４０′と
を備える補助の光結合器４′、 − 別の補助の光結合器６０′及び例えば補償ファイバ
２０１を介して、図１のファイバ１の入力端１１に相応
するファイバ２の入力端２１と結合された補助の光増幅
器６′、 − 補助の光フィルタ８０′を通って補助の光増幅器
６′に結合された入力端７０′と、それぞれ固有の補助
の光フィルタ８１′〜８ｎ′を介して各一つの従属する
光受信器９１′〜９ｎ′と結合されたｎ個の出力端７
１′、７２′〜７ｎ′を備える補助の光分波器７′、及
び − 例えば補助のポンピングレーザ５２′により発生さ
せられたポンピング光線Ｐを、図１のファイバ１の入力
端１１に相応するファイバ２の入力端２１を通って入力
する別の補助の光方向性結合器５１′が追加して設けら
れる。
パントの濃度ｋz の線路に関し対称な別の分布を有する
ファイバ２において、かつ光信号Ｓ1 〜Ｓn ばかりでな
くポンピング光線Ｐもファイバ２の両端２１、２２へ入
力され、信号Ｓ1 〜Ｓn がこれらの両端２１、２２から
受信されることにより、図１に示す伝送装置とは異なっ
ている。このために図１に示す装置に比べて下記のもの
すなわち、 − ｎ個の搬送波長λ1 〜λn で光信号Ｓ1 〜Ｓn を発
生させるｎ個の補助の別々の光送信器３１′〜３ｎ′、 − 信号Ｓ1 〜Ｓn が供給されるｎ個の入力端４１′、
４２′〜４ｎ′と、これらの信号Ｓ1 〜Ｓn が集められ
補助の方向性結合器６０及び例えば補助の補償ファイバ
２０２を介して図１のファイバ１の出力端１２に相応す
るファイバ２の出力端２２と結合された出力端４０′と
を備える補助の光結合器４′、 − 別の補助の光結合器６０′及び例えば補償ファイバ
２０１を介して、図１のファイバ１の入力端１１に相応
するファイバ２の入力端２１と結合された補助の光増幅
器６′、 − 補助の光フィルタ８０′を通って補助の光増幅器
６′に結合された入力端７０′と、それぞれ固有の補助
の光フィルタ８１′〜８ｎ′を介して各一つの従属する
光受信器９１′〜９ｎ′と結合されたｎ個の出力端７
１′、７２′〜７ｎ′を備える補助の光分波器７′、及
び − 例えば補助のポンピングレーザ５２′により発生さ
せられたポンピング光線Ｐを、図１のファイバ１の入力
端１１に相応するファイバ２の入力端２１を通って入力
する別の補助の光方向性結合器５１′が追加して設けら
れる。
【００５３】図２のダッシュを付けた符号を備える各部
分は、数字的に同じであるがしかしダッシュを付けられ
ていない符号を備えた前記部分と同じ機能を有する。入
力端２２２をファイバ２の出力端２２に結合され出力端
２２１では方向性結合器５１、６０と結合された補助の
補償ファイバ２０２は、同様に機能及び構造において補
償ファイバ２０１と同じである。
分は、数字的に同じであるがしかしダッシュを付けられ
ていない符号を備えた前記部分と同じ機能を有する。入
力端２２２をファイバ２の出力端２２に結合され出力端
２２１では方向性結合器５１、６０と結合された補助の
補償ファイバ２０２は、同様に機能及び構造において補
償ファイバ２０１と同じである。
【００５４】図２に示す双方向に駆動される伝送装置の
場合には、光増幅が十分な場合に結合個所又はファイバ
端で発生する反射によって装置全体がレーザとして振動
を開始することさえも招くという問題が発生するおそれ
のあることに注意すべきである。それゆえにこの種の個
所では例えば端面のコーティング、浸漬及び／又は斜め
研磨により達成可能な低い光反射に留意しなければなら
ない。加えるにファイバ２の両側の望ましくはレーザ送
信器から成る光送信器を光アイソレータ１００、１０
０′又はサーキュレータにより減結合するのが有利であ
る。
場合には、光増幅が十分な場合に結合個所又はファイバ
端で発生する反射によって装置全体がレーザとして振動
を開始することさえも招くという問題が発生するおそれ
のあることに注意すべきである。それゆえにこの種の個
所では例えば端面のコーティング、浸漬及び／又は斜め
研磨により達成可能な低い光反射に留意しなければなら
ない。加えるにファイバ２の両側の望ましくはレーザ送
信器から成る光送信器を光アイソレータ１００、１０
０′又はサーキュレータにより減結合するのが有利であ
る。
【００５５】フィルタ８０、８０′により、自然発生的
な放射に基づき光増幅器６、６′並びに増幅性ファイバ
２から生じるノイズを制限することができる。
な放射に基づき光増幅器６、６′並びに増幅性ファイバ
２から生じるノイズを制限することができる。
【００５６】ファイバ２自体は図２の（ａ）に示すドー
パントの濃度ｋz の分布１３、１４を有する。この分布
１３、１４に従いドーパントの濃度ｋz はファイバ２の
入力端２１からファイバ２の中央Ｌ2 まで階段状に増加
し、そしてその中央Ｌ2 から出力端２２まで階段状に減
少する。
パントの濃度ｋz の分布１３、１４を有する。この分布
１３、１４に従いドーパントの濃度ｋz はファイバ２の
入力端２１からファイバ２の中央Ｌ2 まで階段状に増加
し、そしてその中央Ｌ2 から出力端２２まで階段状に減
少する。
【００５７】３波混合の影響を最小にするためにファイ
バ２はできるだけ高い分散、例えば図２の（ｂ）に示す
分布１５による分散を有するべきである。
バ２はできるだけ高い分散、例えば図２の（ｂ）に示す
分布１５による分散を有するべきである。
【００５８】図２の（ｃ）はファイバ２又は補償ファイ
バ２０１、２０２の分布１５、２１６、２２６を定性的
に示す。
バ２０１、２０２の分布１５、２１６、２２６を定性的
に示す。
【００５９】図２の（ｄ）では曲線IVが定性的に、双方
向伝送の際にドーパントの濃度ｋzの分布が最適に選ば
れた場合に達成可能であり伝送方向ｒ1 又はｒ2 とは無
関係な入力信号Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐの最も小さい
低下を示す。曲線Ｖは図２の（ａ）に示す分布１３、１
４により達成可能な信号レベルｐの低下を示し、この低
下は曲線III により示されたポンピングされていない従
って増幅性に働かないファイバ２の場合のように激しく
はない。
向伝送の際にドーパントの濃度ｋzの分布が最適に選ば
れた場合に達成可能であり伝送方向ｒ1 又はｒ2 とは無
関係な入力信号Ｓ1 〜Ｓn の信号レベルｐの最も小さい
低下を示す。曲線Ｖは図２の（ａ）に示す分布１３、１
４により達成可能な信号レベルｐの低下を示し、この低
下は曲線III により示されたポンピングされていない従
って増幅性に働かないファイバ２の場合のように激しく
はない。
【００６０】図３は、伝送線路に沿ったガラスファイバ
のドーピングが一定であり、その代わりに複数の区画が
別個に光によりポンピングされるような変形された装置
を示す。図示のポンピング装置は対称な双方向伝送に対
し最適に設計されている。なぜならば伝送装置全体が線
路中央に関して対称に設計されているからである。
のドーピングが一定であり、その代わりに複数の区画が
別個に光によりポンピングされるような変形された装置
を示す。図示のポンピング装置は対称な双方向伝送に対
し最適に設計されている。なぜならば伝送装置全体が線
路中央に関して対称に設計されているからである。
【００６１】この発明に基づくファイバによりヘテロダ
イン受信器を備える伝送装置を実現できるので特に有利
である。なぜならば比較的高い受信器感度が達成され、
光増幅器のノイズが中間周波数フィルタにより制限さ
れ、かつ非常に狭いチャネル間隔を中間周波数フィルタ
の高い選択性に基づき達成できるからである。
イン受信器を備える伝送装置を実現できるので特に有利
である。なぜならば比較的高い受信器感度が達成され、
光増幅器のノイズが中間周波数フィルタにより制限さ
れ、かつ非常に狭いチャネル間隔を中間周波数フィルタ
の高い選択性に基づき達成できるからである。
【００６２】この発明に基づく装置により、１００のチ
ャネル又は搬送周波数をそれぞれ２．５又は５ギガビッ
ト毎秒のデータ伝送速度により少なくとも１００〜２０
０ｋｍの距離にわたって伝送できる最適化された伝送装
置が可能となる。特にこの発明に基づく装置により性能
の良い長距離通話伝送線路及び海底ケーブルを実現する
ことができる。
ャネル又は搬送周波数をそれぞれ２．５又は５ギガビッ
ト毎秒のデータ伝送速度により少なくとも１００〜２０
０ｋｍの距離にわたって伝送できる最適化された伝送装
置が可能となる。特にこの発明に基づく装置により性能
の良い長距離通話伝送線路及び海底ケーブルを実現する
ことができる。
【００６３】要約すれば以上で非常に高いデータ処理能
力を可能にする伝送装置を説明した。この伝送装置の中
心部分は第１に伝送線路に沿ってできるだけ一定の低い
信号レベルを可能にする装置であり、第２に３波混合に
対する有効相互作用長をできるだけ小さく保つ装置であ
る。
力を可能にする伝送装置を説明した。この伝送装置の中
心部分は第１に伝送線路に沿ってできるだけ一定の低い
信号レベルを可能にする装置であり、第２に３波混合に
対する有効相互作用長をできるだけ小さく保つ装置であ
る。
【００６４】できるだけ一定なパワーレベルに対する要
求は、例えばＥｒをドープしたファイバ増幅器の形の光
増幅器によるファイバ線路の減衰補償により達成するこ
とができる。通常の公知の装置ではこのために一般にそ
れぞれ例えば５０〜１００ｋｍのファイバ線路の後ろ
に、信号レベルを回復するために光増幅器が挿入され
る。０．２〜０．２５ｄＢ／ｋｍの一般的なファイバ減
衰の場合には、このことは常にこの線路区画上で１０〜
２５ｄＢの信号レベルの変動を招く。この発明に基づき
線路の減衰補償は伝送ファイバ自体が増幅器の一部とし
て構成されることにより達成される。このためにファイ
バは例えばＥｒイオンにより弱くドープされかつ光によ
りポンピングされる。理想的な場合にはドーパントの濃
度と伝送線路に沿った光のポンピングパワー密度との積
は、増幅又は信号レベルが線路に沿って一定となるよう
に選ぶべきである。
求は、例えばＥｒをドープしたファイバ増幅器の形の光
増幅器によるファイバ線路の減衰補償により達成するこ
とができる。通常の公知の装置ではこのために一般にそ
れぞれ例えば５０〜１００ｋｍのファイバ線路の後ろ
に、信号レベルを回復するために光増幅器が挿入され
る。０．２〜０．２５ｄＢ／ｋｍの一般的なファイバ減
衰の場合には、このことは常にこの線路区画上で１０〜
２５ｄＢの信号レベルの変動を招く。この発明に基づき
線路の減衰補償は伝送ファイバ自体が増幅器の一部とし
て構成されることにより達成される。このためにファイ
バは例えばＥｒイオンにより弱くドープされかつ光によ
りポンピングされる。理想的な場合にはドーパントの濃
度と伝送線路に沿った光のポンピングパワー密度との積
は、増幅又は信号レベルが線路に沿って一定となるよう
に選ぶべきである。
【００６５】ポンピングパワーがファイバ線路の一端か
ら例えば伝送線路の送信側から入力されると、ポンピン
グパワーはファイバの吸収に基づき線路に沿って低下す
る。従ってドーピングの濃度は同じ程度にポンピングパ
ワーの伝搬方向に沿って、ポンピングパワーとドーピン
グとの積がどこでも一定であるように増さなければなら
ない。
ら例えば伝送線路の送信側から入力されると、ポンピン
グパワーはファイバの吸収に基づき線路に沿って低下す
る。従ってドーピングの濃度は同じ程度にポンピングパ
ワーの伝搬方向に沿って、ポンピングパワーとドーピン
グとの積がどこでも一定であるように増さなければなら
ない。
【００６６】変形案として結合された二つの光導波路を
備える伝送ファイバを用いることができる。その際光デ
ータ信号は第１にドープされた従って増幅性の導波路中
で導かれ、光ポンピングパワーは第２のドープされてい
ない導波路中で導かれ、伝送線路に沿った両導波路の結
合は一定のポンピングパワーがデータ信号用の望ましく
は一定にドーピングされた第１の導波路中で達成される
ように変更される。
備える伝送ファイバを用いることができる。その際光デ
ータ信号は第１にドープされた従って増幅性の導波路中
で導かれ、光ポンピングパワーは第２のドープされてい
ない導波路中で導かれ、伝送線路に沿った両導波路の結
合は一定のポンピングパワーがデータ信号用の望ましく
は一定にドーピングされた第１の導波路中で達成される
ように変更される。
【００６７】長さ方向に可変のドーピング及び二つの導
波路の可変の結合を備えるガラスファイバの製造は技術
的に厄介であるので、理想的な解決策はこの発明では、
種々のしかし一定のドーピングを含む複数のファイバ区
画が縦続接続されるか、又は同一のドーピングのファイ
バを備え連続する線路区画が異なった強さでポンピング
されるということにより近似される。
波路の可変の結合を備えるガラスファイバの製造は技術
的に厄介であるので、理想的な解決策はこの発明では、
種々のしかし一定のドーピングを含む複数のファイバ区
画が縦続接続されるか、又は同一のドーピングのファイ
バを備え連続する線路区画が異なった強さでポンピング
されるということにより近似される。
【００６８】一つの伝送ファイバを介してデータ信号を
双方向へ伝送する場合には、原理的にこの原理に基づく
最適化は有効性が少ない。伝送線路が対称に駆動される
すなわち両伝送方向へデータ処理能力が等しい（データ
伝送速度が等しくチャネル数が等しい）ならば、ドーピ
ングの推移又はポンピングパワーの推移は線路中央に関
して対称でなければならない。
双方向へ伝送する場合には、原理的にこの原理に基づく
最適化は有効性が少ない。伝送線路が対称に駆動される
すなわち両伝送方向へデータ処理能力が等しい（データ
伝送速度が等しくチャネル数が等しい）ならば、ドーピ
ングの推移又はポンピングパワーの推移は線路中央に関
して対称でなければならない。
【００６９】３波混合に対する有効相互作用長の最小化
は、少なくとも高い信号パワーレベルの範囲内で高い分
散を有するファイバが用いられ、それにより非線形性に
より生じた波がもはや干渉性に重ならないことにより満
たすことができる。他方では高い分散が伝送長さが大き
い場合にデータ信号の許容できない走行時間ひずみ従っ
てチャネル当たり許容されるデータ伝送速度の著しい制
限を招くので、伝送線路の分散の合計すなわちファイバ
線路全体にわたっての分散の積分を十分に低く保たなけ
ればならない。このことは伝送線路の一部上では正の分
散を有するファイバが用いられ、線路の残りの部分上で
は負の分散を有するファイバが用いられ、それにより線
路の分散の合計が十分に低くなることにより達成でき
る。分散のこの補償は非常に高い逆の分散を有し固有の
伝送ファイバに前置又は後置接続された比較的短いファ
イバによっても達成することができる。
は、少なくとも高い信号パワーレベルの範囲内で高い分
散を有するファイバが用いられ、それにより非線形性に
より生じた波がもはや干渉性に重ならないことにより満
たすことができる。他方では高い分散が伝送長さが大き
い場合にデータ信号の許容できない走行時間ひずみ従っ
てチャネル当たり許容されるデータ伝送速度の著しい制
限を招くので、伝送線路の分散の合計すなわちファイバ
線路全体にわたっての分散の積分を十分に低く保たなけ
ればならない。このことは伝送線路の一部上では正の分
散を有するファイバが用いられ、線路の残りの部分上で
は負の分散を有するファイバが用いられ、それにより線
路の分散の合計が十分に低くなることにより達成でき
る。分散のこの補償は非常に高い逆の分散を有し固有の
伝送ファイバに前置又は後置接続された比較的短いファ
イバによっても達成することができる。
【００７０】伝送線路ができるだけ一定のパワーレベル
に対する要求に関して完全には最適化されておらず、そ
のためパワーレベルが伝送線路に沿って激しく変動する
ときには、少なくとも高い信号パワーレベルを有する線
路区画上では高い分散を有するファイバが用いられるよ
うに配慮すべきである。
に対する要求に関して完全には最適化されておらず、そ
のためパワーレベルが伝送線路に沿って激しく変動する
ときには、少なくとも高い信号パワーレベルを有する線
路区画上では高い分散を有するファイバが用いられるよ
うに配慮すべきである。
【００７１】補助的な改善が光ヘテロダイン受信の採用
により可能になる。この受信方法により達成可能な一般
に１０ｄＢの感度増加は、伝送線路上のパワーレベルを
更に下げ従って非線形効果を更に低減するために利用す
ることができる。また受信器の中間周波数部分での分散
効果を、相応の逆向きの分散により電子的に補償するこ
とができる。
により可能になる。この受信方法により達成可能な一般
に１０ｄＢの感度増加は、伝送線路上のパワーレベルを
更に下げ従って非線形効果を更に低減するために利用す
ることができる。また受信器の中間周波数部分での分散
効果を、相応の逆向きの分散により電子的に補償するこ
とができる。
【図１】この発明に基づく光伝送装置の一実施例の回路
図及び線図。
図及び線図。
【図２】光伝送装置の異なる実施例の回路図及び線図。
【図３】光伝送装置の更に異なる実施例の回路図及び線
図。
図。
１、２ 伝送導波路 ２０１、２０２ 補償導波路 ｋz ドーパント濃度 Ｐ ポンピング光線 ｒ1 、ｒ2 伝送方向 Ｓ1 〜Ｓn 光信号 λ1 〜λn 光搬送波長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/00
Claims (14)
- 【請求項１】 複数の隣接する光搬送波長（λ1 〜λ
n ）による波長分割多重で特に１０ｋｍ以上の距離にわ
たり光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）を伝送する一つの伝送導波路
（１、２）を用いて光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）を伝送する光
伝送装置であって、伝送導波路（１、２）がこの上を伝
送され伝送導波路（１、２）に沿って減衰により低下す
る光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）の信号レベル（ｐ）を増幅する
光導波路増幅器を有するものにおいて、光導波路増幅器
が連続的にほぼ伝送導波路（１、２）の全長にわたり分
散していることを特徴とする光伝送装置。 - 【請求項２】 伝送導波路（１、２）がポンピング光線
（Ｐ）を用いた光ポンピングにより励起される伝送導波
路（１、２）中での光増幅を達成するためにドーパント
をドープされた導波路から成り、この導波路へポンピン
グ光線（Ｐ）が入力されることを特徴とする請求項１記
載の装置。 - 【請求項３】 ドーパントの濃度（ｋz ）と伝送導波路
（１、２）へ入力されこの導波路（１、２）中を導かれ
るポンピング光線（Ｐ）のポンピングパワー密度との積
が、伝送導波路（１、２）に沿ってほぼ一定であること
を特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 ドーパントの濃度（ｋz ）が伝送導波路
（１、２）中を導かれる光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）の伝送方
向（ｒ1 、ｒ2 ）へ連続的な又は階段状の低下（１３、
１４）を有し、ポンピング光線（Ｐ）がこの低下の範囲
内でこの伝送方向（ｒ1 、ｒ2 ）に対し逆向きに伝送導
波路（１、２）中を導かれることを特徴とする請求項３
記載の装置。 - 【請求項５】 光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）を導波路（１）へ
入力する伝送導波路（１）の一方の端（１１）から、導
波路（１）に沿って、入力され導波路（１）を通って導
かれる光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）を出力する導波路（１）の
反対側の端（１２）まで、ドーパントの濃度（ｋz ）が
連続的に又は階段状に低下し、ポンピング光線（Ｐ）が
光信号を出力する反対側の端（１２）を通って導波路
（１）へ入力され、導波路（１）を通って光信号（Ｓ1
〜Ｓn ）を入力する一方の端（１１）へ導かれることを
特徴とする請求項４記載の光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）の一方
向伝送装置。 - 【請求項６】 ドーパントの濃度（ｋz ）が、光信号を
入出力するファイバ（２）の一方の端（２１、２２）か
ら伝送導波路（２）の中央（Ｌ2 ）まで連続的に又は階
段状に増加し、中央（Ｌ2 ）から光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）
を出入力する反対側の端（２２、２１）まで連続的に又
は階段状に減少し、ポンピング光線（Ｐ）が一方の端
（２１、２２）を介してばかりでなく反対側の端（２
２、２１）をも介して導波路（２）へ入力され、相互に
逆方向（ｒ1 、ｒ2 ）へファイバ（２）中を導かれるこ
とを特徴とする請求項４記載の光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）の
双方向伝送装置。 - 【請求項７】 伝送導波路がドーパントの濃度（ｋz ）
の階段状分布（１３、１４）を有し、分布（１３、１
４）の各段に対して固有の導波路区画（１1 〜１m ）が
設けられ、これらの区画中ではこの段に従属するドーパ
ント濃度（ｋz）が一定であり、これらの導波路区画
（１1 〜１m ）がドーパント濃度（ｋz ）の階段状分布
（１３、１４）に応じて端面で相互に連結されているこ
とを特徴とする請求項４ないし６の一つに記載の装置。 - 【請求項８】 ポンピング光線（Ｐ）がほぼ伝送導波路
（１、２）の全長（Ｌ）上で横からこの導波路（１、
２）中へ一定の又は局部的に可変な結合度により入力さ
れることを特徴とする請求項１ないし４の一つに記載の
装置。 - 【請求項９】 ポンピング光線が、伝送導波路（１、
２）に沿って導かれこの導波路（１、２）に光学的に結
合されドープされていない導波路中を導かれることを特
徴とする請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 伝送導波路（１、２）中のドーパント
の濃度（ｋz ）が一定であり、ドープされていない導波
路のドープされた伝送導波路（１、２）との結合は、ド
ープされた伝送導波路（１、２）へ入力されるポンピン
グ光線のポンピングパワーがこのドープされた導波路
（１、２）中で一定であるように、このドープされた導
波路（１、２）に沿って変化することを特徴とする請求
項９記載の装置。 - 【請求項１１】 光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）を入力するファ
イバ（１、２）の一方の端（１１、１２）には、伝送導
波路（１、２）の分散（ｄｎ0 ／ｄλ）に比べて逆の正
負符号の分散（ｄｎ1 ／ｄλ）を有する補償導波路（２
０１、２０２）が前置接続され、その際伝送導波路
（１、２）の長さ（Ｌ）に比べて短い補償導波路（２０
１、２０２）の長さ（ｌ1 、ｌ2 ）及び補償導波路（２
０１、２０２）の逆の正負符号の分散（ｄｎ1 ／ｄλ）
は、伝送導波路（１、２）及び補償導波路（２０１、２
０２）の分散の合計が伝送導波路（１、２）の分散（ｄ
ｎ0／ｄλ）より小さいように選ばれていることを特徴
とする請求項１ないし１０の一つに記載の装置。 - 【請求項１２】 伝送導波路（１、２）が一つの半部上
で一つの正負符号の分散を有し、他の半部上で逆の正負
符号の分散を有することを特徴とする請求項１ないし１
０の一つに記載の装置。 - 【請求項１３】 伝送導波路（１、２）が一つの光ファ
イバ又は一つの光ファイバの複数の区画から成ることを
特徴とする請求項１ないし１１の一つに記載の装置。 - 【請求項１４】 光ヘテロダイン受信器と組み合わせ
て、装置により伝送される光信号（Ｓ1 〜Ｓn ）の受信
のために用いることを特徴とする請求項１ないし１３の
一つに記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4232877.2 | 1992-09-30 | ||
| DE4232877 | 1992-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222412A true JPH06222412A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=6469294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5268354A Pending JPH06222412A (ja) | 1992-09-30 | 1993-09-29 | 光伝送装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5392377A (ja) |
| EP (1) | EP0590379B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06222412A (ja) |
| DE (1) | DE59306835D1 (ja) |
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