JPH06342952A

JPH06342952A - 光ファイバ増幅器および光ファイバ伝送システム

Info

Publication number: JPH06342952A
Application number: JP6048586A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Uno; 智昭宇野; Masahiro Mitsuta; 昌弘光田; Jiyun Odani; 順雄谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】光ファイバを伝送路として用いる光伝送シス
テムに於て、光ファイバを伝搬する波長帯域の異なる複
数の信号光をそれぞれ双方向に増幅することができる双
方向光ファイバ増幅器を提供する。【構成】光ファイバ増幅部１０は波長１．４８μmの
励起用半導体レーザ１１、波長合成・分岐器１２、エル
ビウムドープ光ファイバ１３で構成される。２つの光合
成部２０、３０は、それぞれ光サーキュレータ２１、波
長透過帯域１．５４μm以下の光フィルタ２２、波長透
過帯域１．５５μm以上の光フィルタ２３、光合波器２
４と光サーキュレータ３１、波長透過帯域１．５４μm
以下の光フィルタ３２、波長透過帯域１．５５μm以上
の光フィルタ３３、光合波器３４で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを伝送路と
して用いる光伝送システムに於て、光ファイバを双方向
に伝搬する波長帯域の異なる複数の信号光をそれぞれ増
幅することができる双方向の光ファイバ増幅器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバ増幅器は、希土類添加
光ファイバと、希土類元素を光学的に励起する励起用半
導体レーザ光源と、励起用半導体レーザ光を希土類添加
光ファイバに結合する光合波器と、光アイソレータとで
構成されている。入力信号と励起光が波長多重されて希
土類添加光ファイバ増幅器に入力されると、希土類添加
光ファイバは励起光によって反転分布状態にされ、その
結果信号光が増幅される。そして増幅された信号光が光
フィルタを通って出射される。ここで、希土類としてエ
ルビウムを用いた場合には、励起光として通常0.98μm
帯や1.45-1.5μm帯のレーザ光を使用する。光アイソレ
ータは、光ファイバ増幅器の利得が高い場合に、光ファ
イバ増幅器の内部あるいは外部に残留的に存在する反射
率により光の帰還を生じレーザ発振してしまう問題と、
同様の光の帰還でレーザ発振には至らないまでも雑音が
増加してしまう問題とを解消するために反射光の抑圧に
用いられている。光アイソレータは、相反作用により一
方向に進行する光は透過するが、逆方向に進行する光は
遮断する特性を有し、光ファイバ増幅器への光の帰還を
防ぐことができるが、反面これを用いた光増幅器に於て
は、一方向に進行する信号のみしか増幅できない。

【０００３】これまでに、双方向の光増幅器としては、
図１２に示すように、従来の光増幅器の構成から増幅の
方向性を決定する光アイソレータを省いた構成（下記の
文献１参照）のものが知られていた。

【０００４】図１２において、１０１、１０５は光ファ
イバ、１０２は光波長合波器、１０３は励起用半導体レ
ーザ、１０４は希土類添加ファイバである。この構成で
は光ファイバ伝送路の接続部やコネクタ部での残留反射
率により、上記したような伝送特性の劣化現象が起こる
（文献１：J. Haugen et al.,"Bidirectional Transmis
sion at 622Mb/s Utilizing Erbium-Doped Fiber Ampli
fiers", IEEE Photonics Technology Letters, vol.4,
p913(1992年)）。

【０００５】また双方向の光増幅器およびそれを用いた
システムとして、以下の文献もある。特開平5-224253号
公報、特開平5-227102号公報、および１９９３年電子情
報通信学会春季大会Ｃ−１９８、１９９（4-234,235ペ
ージ）、Ｂ−８８４(4-125ページ)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
文献１の従来例に於ては、光ファイバの接続点や光部品
等からのの伝送路中に内在する種々の残留反射率によ
り、前述したように雑音が増加するあるいは、光増幅器
がレーザ発振してしまう不安定性の問題を基本的に有し
ており、一般的な伝送路に適用されることは難しい。こ
の問題は、文献２に見られるように、一方向の光増幅器
構成においても常に光アイソレータが用いられているこ
とからも明らかである（文献２：島田他, ”光通信シス
テムの新時代を開く光ファイバ・アンプ,高速・長距離
伝送の実験相次ぐ”,NIKKEI ELECTRONICS, p43(1991.7.
1)）。

【０００７】そこで本発明では、光ファイバを伝搬する
波長帯域の異なる複数の信号光をそれぞれ双方向に増幅
することができる双方向光ファイバ増幅器を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイ
バと、前記希土類元素を光学的に励起する手段とで構成
されるいわゆる光ファイバ増幅部と、３端子の光サーキ
ュレータの内２端子に、それぞれ、前記光ファイバ増幅
部の利得帯域の内から異なる波長透過帯域を選択するた
めの波長帯域（甲）と波長帯域（乙）の光フィルタを介
して、光合波器が光学的に接続されて構成される光合成
部とを、前記光増幅部の光ファイバの両端に、それぞ
れ、前記光合成部の前記光サーキュレータの前記２つの
端子とは異なる端子を介して光合成部を接続した配置構
成からなり、前記光ファイバ増幅部の前記光増幅部とは
異なる端に接続された光合成部の光合波器から入射する
波長帯域（甲）の光は、前記光ファイバ増幅部の他方の
端に接続された光合成部の光合波器から増幅されて出射
し、前記光ファイバ増幅部の他方の端に接続された光合
成部の光合波器から入射する波長帯域（乙）の光は波長
帯域（甲）の光とは逆方向に増幅されて出射するように
構成されている。

【０００９】また他の本発明の光ファイバ増幅器は、希
土類添加光ファイバと、前記希土類元素を光学的に励起
する手段とで構成される光増幅部と、第１の信号光を入
射し、第２の信号光を出射する第１のサーキュレーター
と、前記第２の信号光を入射し、前記第１の信号光を出
射する第２のサーキュレーターと、前記第１,第２の信
号光を入射する第１の光合成分岐器と、前記第１,第２
の信号光を出射する第２の光合成分岐器とを少なくとも
備え、前記第１、第２の光合成分岐器は、前記光増幅部
の利得帯域の内の波長帯域（甲）と波長帯域（乙）の合
分波を行うものであり、第１の３端子光サーキュレータ
の内の１端子は、前記第１の光合成分岐器の波長帯域
（甲）を入射する端子と接続され、第２の３端子光サー
キュレータの内の１端子は、前記第１の光合成分岐器の
波長帯域（乙）を入射する端子と接続され、第１の３端
子光サーキュレータの内の他の１端子は、前記第１の光
合成分岐器の波長帯域（乙）を出射する端子と接続さ
れ、第２の３端子光サーキュレータの内の他の１端子
は、前記第１の光合成分岐器の波長帯域（甲）を出射す
る端子と接続され、前記光増幅部の光ファイバの両端
に、それぞれ、前記第１および第２の光合成分岐器の前
記２つの端子とは異なる端子を接続しており、前記第１
の３端子光サーキュレータの前記２つの端子とは異なる
端子から入射する波長帯域（甲）の光は、前記第２の３
端子光サーキュレータから増幅されて出射し、前記第２
の３端子光サーキュレータから入射する波長帯域（乙）
の光は波長帯域（甲）の光とは逆方向に増幅されて出射
するように構成されている。

【００１０】

【作用】本発明では、双方向の光増幅を行うために、２
つ異なる波長帯域をそれぞれの伝送方向の信号帯域とし
て割り当てることにより、それぞれの信号波長に対して
残留反射率による帰還ループができないようにしてい
る。さらに、波長帯域の異なる両方向の信号光がそれぞ
れ一台の光増幅器からなる光増幅部に入射するように、
光サーキュレータあるいは光波長の合成・分岐器により
光の合成部を構成している。これにより、雑音の増大
や、レーザ発振を引き起こす事無く、双方向の信号光の
増幅を可能にしている。

【００１１】また、増幅部の希土類添加光ファイバ中で
は、指数関数的に増大する各々の方向に進行する信号強
度分布が互いに補完しあうように異なるため、信号間で
の干渉の影響を小さく抑さえることが出来る。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）以下、図面を用いて本発明の第１実施例に
ついて詳細に説明する。図１は第１実施例の構成を示す
模式図である。

【００１３】図１において、１０は光増幅部、２０、３
０は光合成部で有り、１１は波長１．４８μmの励起用
半導体レーザ、１２は波長合成．分岐器、１３はエルビ
ウムドープ光ファイバ、２１と３１は光サーキュレー
タ、２２と３２は波長透過帯域１．５４μm以下の光フ
ィルタ、２３と３３は波長透過帯域１．５５μm以上の
光フィルタ、２４と３４は光合波分波器（光カプラ）、
２５、３５は光ファイバである。４１は光ファイバ２５
に入射する第１の信号光、４２は光ファイバ３５から出
射する増幅された第１の信号光、５１は光ファイバ３５
に入射する第２の信号光、５２は光ファイバ２５から出
射する増幅された第２の信号光である。

【００１４】ここでエルビウムドープ光ファイバ１３の
利得の波長特性を図２に示す。図に示すように光ファイ
バーは入射光の波長に対して利得特性をもっている。

【００１５】次に光フィルタ２２、２３、３２、３３の
透過率の波長特性を図３に示す。光フィルタ２１、３２
は1.54μｍ以下の波長を透過させるものであり、光フィ
ルタ２３、３３は1.54μｍ以上の波長を透過させるもの
である。このようにフィルタの特性に対応させて、図１
に示した光フィルタ２２、２３、３２、３３は図１の中
に矢印で示している。長い矢印は1.54μｍ以上の波長の
光を透過させ、短い矢印は1.54μｍ以下の波長の光を透
過させるフィルタであるという意味である。

【００１６】波長フィルタ２２、２３、３２、３３の働
きによって得られる本発明の光増幅器の左向きに進行す
る光に対する利得と、右向きに進行する光に対する利得
の波長特性を図４に示す。すなわち、図４は図２と図３
のかけ算で表わされる。すなわち、光フィルタ２２、３
２を透過する光の利得特性は、図４の乙で表わされる波
長帯域であり、光フィルタ２３、３３を透過する光の利
得特性は波長帯域（甲）である。

【００１７】光サーキュレータの働きについては、例え
ば電子通信学会：光・量子エレクトロニクス研究会報告
資料(OQE 79-20, "光ファイバ通信用小型光サーキュ
レータ)、(OQE 78-149, "光サーキュレータがもつ偏光
依存性除去の試み")に報告されているが、簡単に説明す
ると光を一定方向にしか回転させないものである。図１
を用いて説明すると光合波分波器２４から光フィルタ２
１を透過した波長1.54μｍ以下の光が光サーキュレータ
２１に入射したとする。この光は波長合成分岐器１２に
入射することができる。

【００１８】しかし、光合波分波器３４から光フィルタ
３２を透過した波長1.54μｍ以下の光が光サーキュレタ
３１に入射しても、この光は光ファイバ１３には入射す
ることはない。なぜなら光サーキュレータ３１は光を一
定方向にしか回転させないものであるから、この光はサ
ーキュレータ３１でカットされてしまうからである。

【００１９】光ファイバ増幅部１０は波長１．４８μm
の励起用半導体レーザ１１、波長合成．分岐器１２、エ
ルビウムドープ光ファイバ１３で構成される。また２つ
の光合成部２０、３０は、それぞれ光サーキュレータ２
１、波長透過帯域１．５４μm以下の光フィルタ２２、
波長透過帯域１．５５μm以上の光フィルタ２３、光合
波分波器（光カプラ）２４と光サーキュレータ３１、波
長透過帯域１．５４μm以下の光フィルタ３２、波長透
過帯域１．５５μm以上の光フィルタ３３、光合波分波
器（光カプラ）３４で構成されており、それぞれの部分
において空間あるいは光ファイバを用いて光学的に結合
されている。

【００２０】次にこの光ファイバ増幅器に信号光が入射
した場合について説明する。いま、光ファイバ２５の左
側から波長１．５３５μmの信号光４１が入射する。こ
の光４１は光合波・分波器２４で２つの光路に分割され
た後、それぞれ光フィルタ２２、２３を通過して光サー
キュレータ２１に入射する。光フィルタ２２は1.54μｍ
以下の光を透過させるものであるから、この入射信号光
４１はこのフィルタ２２を透過する。しかし光フィルタ
２３の方向に進んだ入射信号光４１は、このフィルタ２
３の持つ特性（図３で説明）からカットされる。

【００２１】光サーキュレータ２１に進んだ入射信号光
４１は、前述したように光サーキュレータの働きによっ
て、光フィルタ２２を通過した信号光のみがエルビウム
光ファイバ１３に入射する。たとえ入射信号光４１が光
フィルタ２３を透過しても光サーキュレータの働きによ
り光増幅部１０には進まない。

【００２２】したがって光フィルタ２２を透過した光４
１だけが光増幅部１０の波長合成分岐器１２に進んで増
幅される。

【００２３】増幅された信号光４１は他端に配置された
光サーキュレータ３１により光フィルタ３２の方向のみ
に出射し、光フィルタ３３の方向には出射しない。この
信号光４１の波長は光フィルタ３２の帯域内（1.54μｍ
以下）であるので、損失を受けずに、光合波・分波器３
４に入射し、光合波・分波器３４を経て光ファイバ３５
の右側へ増幅され、増幅した信号光４２として出射す
る。

【００２４】一旦出射した信号光４２が、外部の何らか
の反射により、光合波・分波器３４の右側から再び光合
波・分波器３４に入射した場合、この光は光フィルタ３
２を通るが光サーキュレータ３１に入射しても光ファイ
バ１３には進まないので、増幅器の雑音等の特性に影響
を与えない。また光フィルタ３３に進んでもこの光はこ
のフィルタ３３の帯域外であるので十分に減衰されてか
ら光増幅部１０に入射するので増幅されず増幅器の雑音
等の特性に影響を与えない。

【００２５】同様に、光ファイバ３５の右側から入射す
る波長１．５５５μmの信号光５１は、光合波・分波器
３４で２つの光路に分割された後、それぞれ光フィルタ
３２、３３を通過して光サーキュレータ３１に入射す
る。この時光サーキュレータの働きにより、３３の光フ
ィルタを通過した信号光のみがエルビウム光ファイバ１
３に入射し増幅される。増幅された信号光５１は他端に
配置された光サーキュレータ２１により、光フィルタ２
３の方向のみに出射する。この信号光５１の波長は光フ
ィルタ２３の帯域内（帯域1.54μｍ以上）であるので、
損失を受けずに、光合波・分波器２４を経て光ファイバ
２５の左側へ増幅された信号光５２として出射する。

【００２６】外部からの反射により、光合波・分波器２
４の左側へ一旦出射した信号光が再び光合波・分波器２
４に左側から入射した場合、光フィルタ２２を通る光は
光フィルタ２２の帯域外であるために十分に減衰されて
から光サーキュレータ２１を通過して、エルビウム光フ
ァイバ１３に入射するので増幅器の雑音等の特性に影響
を与えない。また光フィルタ２３を通る光は光サーキュ
レータ２１の働きにより、エルビウム光ファイバ１３の
方向に進まず増幅器の雑音等の特性に影響を与えない。

【００２７】今、光増幅器の外部に反射がある場合の光
の帰還による影響を考察する。信号光の波長をl、外部
のパワー反射率をR、エルビウム光ファイバのパワー増
幅度をG、光フィルタのパワー透過率をT1(l)、T2(l)と
すると、反射による信号光は、利得＝（R×G×T1(l)×T
2(l))2だけ増幅される。

【００２８】利得＝１の条件がエルビウム光ファイバが
レーザ発振を開始するしきい値条件である。今、R=0.00
1、 G=10000、 T1(l)=1、 T2(l)=0.01とすれば、利得＝
0.01となり、レーザ発振条件よりも十分に小さいことが
分かる。この場合双方向の光増幅機能を有しながらも、
外部の反射率のよって増幅器の雑音等の特性に影響を与
えないことがわかる。

【００２９】一方、従来例の説明で用いた図１２の構成
においては、T1=T2=1として、利得＝100となりレーザ発
振条件を越えてしまい、外部反射の影響が顕著であるこ
とが分かり、本発明が、従来例との比較において非常に
有効であることが定量的に理解される。

【００３０】（実施例２）次に、本発明の第２実施例に
ついて図５、６、７を用いて説明する。なお、以下の説
明において、既説明と同一の箇所には同一の番号を附
し、説明を省略する。図５は第２実施例の構成を示す模
式図である。第１の実施例と異なるのは、図５におい
て、２６と３６に光波長の合成・分岐器を使用している
点である。この光波長の合成分岐器２６と３６は一種の
波長フィルタであり、ある一定の波長を決まった方向へ
導くものである。ここでは光波長の合成分岐器２６は、
1.54μｍ以下の波長を光フィルタ２２へ導き、1.54μｍ
以上の波長を光フィルタ２３へ導く機能を有している。
図５では第１の信号光４１の波長が1.535μｍであるか
らその光は合成分岐器２６により光フィルタ２２の方向
だけに進む。第１の実施例では光ファイバから入射する
光は光合成分波器２４にいったん入ってから光フィルタ
２２、２３に入射していたので、これに比べると第２の
実施例では光波長の合成分岐器を用いるので光の利用効
率が大きくできる。

【００３１】光ファイバ増幅部１０は第１の実施例と同
様に１１、１２、１３で構成される。また２つの光合成
部２０、３０は、それぞれと２１、２２、２３、２６
と、３１、３２、３３、３６で構成される。

【００３２】図６(a)に、信号光４１として３波長から
なる異なるデジタル信号、信号光５１として１波長から
なるアナログ信号を加えた時の信号強度の波長分布を信
号光の構成例として示す。

【００３３】一般にアナログ信号は十分な信号雑音比を
得る為に、デジタル信号よりも高い信号強度を必要とす
るので、光増幅ファイバの利得飽和による長波長側への
利得ピークの移動を考慮して、長波長側に設定される。
これは図６(b)に示すように信号強度の大きい光と、小
さい光の入射には利得の違いがある。信号強度の大きい
光の利得分布をみると低波長側に比べて長波長側の方が
利得が大きいことが明らかである。したがってアナログ
信号は大きい信号強度が必要であるため長波長側に設定
されている。

【００３４】また、デジタル信号はそれ程高い信号強度
を必要としないので、１台の光増幅部による双方向増幅
作用に於ても、信号間での干渉効果は殆ど起こらない。
これは図６(c)のように右側に進むアナログ信号の信号
強度と、左側に進むデジタル信号との大きさにはかなり
の差があるからである。

【００３５】このように、信号を設定することにより、
低雑音で、低歪みのアナログ信号伝送と、同時にデジタ
ル信号を双方向に伝送することができる。このような信
号波長構成は、光によるCATV等の親局から家庭端末へ
の、映像伝送等の一括放送が前述したアナログ信号でな
され、家庭端末からのデータ信号等が前述したデジタル
信号によりなされる場合等に用いられる。

【００３６】図７に、信号光４１として２波長からなる
異なるデジタル信号をLED（発光ダイオード）で、信号
光５１として１波長からなるアナログ信号を加えた時の
信号強度の波長分布を信号光の構成例として示す。

【００３７】LD（半導体レーザ）光で複数の信号を伝送
する場合には、光の周波数差によるビートが発生し雑音
成分となるが、複数の信号光源として、LEDを用いるこ
とによりビートの発生を抑圧することができる。この場
合も図６(a)で説明したと同様に、一般にアナログ信号
はデジタル信号よりも高い信号強度を必要とするので、
光増幅ファイバの利得飽和による長波長側への利得ピー
クの移動を考慮して、長波長側に設定される。

【００３８】このように、信号を設定することにより、
低雑音で、低歪みのアナログ信号伝送と、同時にデジタ
ル信号を双方向に伝送することができる。

【００３９】（実施例３）以下、図面を用いて本発明の
第３実施例について詳細に説明する。図８は第３実施例
の構成を示す模式図である。なお、以下の説明におい
て、既説明と同一の箇所には同一の番号を附す。

【００４０】光ファイバ増幅部１０は、第１の実施例と
同様に光合成部２０、波長１．４８μmの励起用半導体
レーザ１１、波長合成・分岐器１２、エルビウムドープ
光ファイバ１３で構成される。光合成部２０は、光サー
キュレータ２１と３１、波長合成・分岐器２６と３６、
光ファイバ２５と３５で構成される。４１は光ファイバ
２５に入射する第１の信号光、４２は光ファイバ３５か
ら出射する増幅された第１の信号光、５１は光ファイバ
３５に入射する第２の信号光、５２は光ファイバ２５か
ら出射する増幅された第２の信号光である。光サーキュ
レータ２１と３１は実施例１と、波長合成・分岐器２３
と３６は実施例２と同等の特性である。

【００４１】次にこの光ファイバ増幅器に信号光が入射
した場合について説明する。いま、光ファイバ２５の左
側から波長１．５３５μmの信号光４１が入射する。こ
の光４１は光サーキュレータ２１に入射すると、前述し
たように光サーキュレータの働きにより光ファイバ２５
からの信号光のみが波長合成・分岐器２６へ入射し、波
長１．５６０μmの信号光５１と合波された後、光ファ
イバ増幅部１０に入射する。波長合成・分岐器２６は図
３の特性を有するため、波長１．５３５μmと１．５６
０μmの信号光を低損失で合成することができる。

【００４２】増幅された信号光４１は他端に配置された
波長合成・分岐器３６により光サーキュレータ３１の方
向のみに出射し、光サーキュレータ２１の方向には出射
しない。この信号光４１は光サーキュレータ３１に入射
すると、光サーキュレータの働きにより増幅された信号
光のみが光ファイバ３１の方向へ透過し、増幅された信
号光４２として出射する。

【００４３】同様に、光ファイバ３５の右側から入射す
る波長１．５６０μmの信号光５１は、光サーキュレー
タに入射した後、光合波・分波器２６で１．５３５μm
の信号光４１と合波され、光増幅部１０に入射し増幅さ
れる。増幅された信号光５１は他端に配置された波長合
波・分岐器３６により波長１．５６０μmの信号光５１
のみが光サーキュレータ２１の方向へ透過し、光サーキ
ュレータ２１により光ファイバ２５の左側へ増幅された
信号光５２として出射する。

【００４４】小信号入力の場合の利得は30dB以上になる
が、ＥＤＦ端には反射減衰量-60dB以下の光アイソレー
タがあるため、増幅器の雑音等の特性に影響を与えな
い。このように、本実施例に於いては光アイソレータを
ＥＤＦの両端に使用し反射の影響を除去出来るため、ア
ナログ信号を伝送する場合には特性劣化の防止に顕著な
効果がある。

【００４５】さらに、信号光の合波・分岐器として、従
来はすべて波長合成器を用いていた。これは一台あたり
-20〜-30dB程度の信号光の分岐比しか得られないため、
特にアナログ信号伝送時には雑音特性の劣化が生じた
り、分岐比を十分に得るために複数台の波長合成器を縦
続接続することにより光損失が大きくなるなどの問題が
生じていた。

【００４６】しかしながら、図８に示す本実施例で用い
た光サーキュレータは、端子間の漏れ光が-70dB以下と
非常に少ないため、光伝送路（光ファイバ）との入出力
部分に用いている波長合成器と置き換えることにより、
構成を単純化し、なおかつ70dB以上の分岐比を得ること
ができるという優れた特性が得られる。

【００４７】図９に、エルビウムドープ光ファイバ（Ｅ
ＤＦ）中の各点での反転分布係数を示す。ＥＤＦの両端
から双方向の信号光を入射する場合には、一方の信号光
の入射部付近において他方の信号光がもっとも増大する
ため、反転分布が低下し雑音指数（ＮＦ）の劣化を生じ
る。

【００４８】これに対し、実施例３の構成に於いてはＥ
ＤＦに同じ方向から信号光が入射するため、信号光入射
部では両方の信号光が共に微小であるため反転分布が低
下せず、ＮＦの劣化も生じにくい。この双方向光増幅器
の構成は、特にＮＦを重視するシステムに於いては有効
であることがこれより分かる。

【００４９】（実施例４）図６(a)に、信号光４１とし
て３波長からなる異なるデジタル信号、信号光５１とし
て１波長からなるアナログ信号を加えた時の信号強度の
波長分布を信号光の構成例として示す。

【００５０】前述のようにアナログ信号は十分な信号雑
音比を得る為に、デジタル信号よりも高い信号強度を必
要とするので、光増幅ファイバの利得飽和による長波長
側への利得ピークの移動を考慮して、長波長側に設定さ
れる。これは図６(b)に示すように信号強度の大きい光
と、小さい光の入射には利得の違いがある。信号強度の
大きい光の利得分布をみると低波長側に比べて長波長側
の方が利得が大きいことが明らかである。したがってア
ナログ信号は大きい信号強度が必要であるため長波長側
に設定されている。

【００５１】また、デジタル信号はそれ程高い信号強度
を必要としないので、入力光量は小さくてもよい。従っ
て、１台の光増幅部による双方向増幅作用に於ても、信
号間での干渉効果は殆ど起こらない。これは図７のよう
にアナログ信号の信号強度と、デジタル信号との大きさ
にかなりの差があるからである。

【００５２】ただし、長波長側の信号光の入力光量が大
きく、そのために飽和が生じる場合には、図１０(a)の
ように短波長側の信号にも飽和が生じ、利得が低下す
る。図１０(b)は、反対に短波長側の信号光の入力光量
が大きい場合を示しているが、図１０(a)より利得飽和
が生じ難いことが分かる。これは大入力の短波長側の光
は長波長側の光に対して、励起光として働き、吸収され
るからである。

【００５３】アナログ信号の伝送歪特性は充分に小さ
く、かつ信号間での干渉が生じないことが必要である
が、利得特性の干渉が生じない条件であれば歪特性の干
渉はほとんど起こらない。これは光ファイバ増幅部で生
じる歪は、ゲインチルトにより決まるからである。図１
１(a)は、短波長側の信号光の入力光量に対する長波長
側信号光のＣＳＯ歪を示す図であるが、前述の図１１
(a)と比較すると、ほぼ利得が低下するのと同じ条件で
歪特性も劣化し始めていることが分かる。図１１(b)は
短波長側の信号光をアナログ変調した場合の、長波長側
の入力光量に対するＣＳＯ歪特性を示すが、図１０(b)
同様に歪特性の劣化が図１１(a)より生じ易いことが分
かる。

【００５４】歪特性劣化に対する許容度は、アナログ信
号に対しては厳しいが、デジタル信号の伝送特性に対し
ては比較的緩やかである。従って、長波長側の信号光に
アナログ信号を、短波長側の信号光にデジタル信号を割
り当てれば、ともに良好な伝送特性が得られ、かつ波長
多重されるディジタル信号の数が増減し入力光量が変化
する場合にも、安定したアナログ伝送特性が保証される
ことになる。

【００５５】このように、信号を設定することにより、
低雑音で、低歪みのアナログ信号伝送と、同時にデジタ
ル信号を双方向に伝送することができる。このような信
号波長構成は、光によるCATV等の親局から家庭端末へ
の、映像伝送等の一括放送が前述したアナログ信号でな
され、家庭端末からのデータ信号等が前述したデジタル
信号によりなされる場合等に用いられる。

【００５６】なお、本実施例では、波長帯域（甲）の信
号光として、１波長からなるアナログ信号光のみを示し
たが、同時に波長帯域（甲）内の他の波長を用いて、他
の複数のアナログあるいはデジタルの信号光を伝送する
ことができる。また、同様に、波長帯域（乙）の信号光
として、複数の波長の信号光を伝送できることはいうま
でもない。

【００５７】また本実施例では、希土類のエルビウムが
添加された1.5ミクロン帯の光増幅器について述べた
が、本発明は、ネオヂウムやプラセオジウム等の他希土
類を用いた異なる波長帯の光増幅器についても同様の効
果が得られる物であり、何等、その構成材料等に制限を
加えるものではない。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１台の光ファイバ増幅部を用いた簡単な構成で、光ファ
イバに異なる２方向から入射する複数の異なる信号光を
それぞれ増幅する高性能な双方向光ファイバ増幅器を提
供できる効果がある。

【００５９】また本発明によれば、１台の光ファイバ増
幅部を用いた簡単な構成で、光ファイバに同じ方向から
入射する複数の異なる信号光をそれぞれ増幅する高性能
な双方向光ファイバ増幅器を提供できる効果がある。

【００６０】また、本発明によれば、ディジタル信号の
チャンネル数が増減する場合にも、安定したアナログ伝
送特性を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図

【図２】本発明の実施例に於ける、エルビウム添加光フ
ァイバの増幅利得の波長依存性を示す図

【図３】本発明の実施例に於ける、光フィルタ透過率の
波長依存性を示す図

【図４】本発明の実施例に於ける、光フィルタ挿入後の
利得の波長依存性を示す図

【図５】本発明の第２実施例の構成図

【図６】本発明の第２実施例に於ける光信号波長の構成
図

【図７】本発明の第２実施例に於ける光信号波長の構成
図

【図８】本発明の第３実施例の構成図

【図９】本発明の第３実施例に於ける、エルビウムドー
プ光ファイバ中の反転分布状態を表す図

【図１０】本発明の第４実施例に於ける利得特性を表す
図

【図１１】本発明の第４実施例に於けるＣＳＯ歪特性を
表す図

【図１２】従来例の双方向光増幅器の構成図

【符号の説明】１０光増幅部１１励起用半導体レーザ１２波長合成器１３エルビウムドープ光ファイバ１４光アイソレータ１５光アイソレータ２０光合成部２１光サーキュレータ２２波長帯域（甲）の光フィルタ２３波長帯域（乙）の光フィルタ２４光合波器２５光ファイバ２６波長合成・分岐器３０光合成部３１光サーキュレータ３２波長帯域（甲）の光フィルタ３３波長帯域（乙）の光フィルタ３４光合波器３５光ファイバ３６波長合成・分岐器

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/24 10/16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類添加光ファイバと、前記希土類元素
を光学的に励起する手段とで構成される光増幅部と、３端子の光サーキュレータの内２端子に、それぞれ、前
記光増幅部の利得帯域の内から異なる波長透過帯域を選
択するための波長帯域（甲）と波長帯域（乙）の光フィ
ルタを介して、光合波器が光学的に接続されて構成され
る光合成部とを少なくとも備え、前記光増幅部の光ファイバの両端に、それぞれ、前記光
合成部の前記光サーキュレータの前記２つの端子とは異
なる端子を介して前記光合成部が接続されており、前記光増幅部の異なる端に接続された光合成部の光合波
器から入射する波長帯域（甲）の光は、前記光増幅部の
他方の端に接続された光合成部の光合波器から増幅され
て出射し、前記光増幅部の他方の端に接続された光合成
部の光合波器から入射する波長帯域（乙）の光は波長帯
域（甲）の光とは逆方向に増幅されて出射するように構
成されることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】請求項１における前記光合波器が、光波長
の合成・分岐器であることを特徴とする光ファイバ増幅
器。
【請求項３】請求項１または２に記載の前記光ファイバ
増幅器の両側に、前記光合成部の光合波器を介して接続
する光ファイバで構成する光ファイバ伝送路を用いて、
前記（甲）と（乙）の波長帯域のそれぞれの波長帯域か
らなる少なくとも２つの信号光を互いに双方向に伝送す
ることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項４】請求項３に記載の光ファイバ伝送システム
に於て、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち長波長側
の波長帯域に少なくとも１つのアナログ変調された信号
光を伝送し、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち短波
長側の波長帯域に複数のデジタル変調された信号光を伝
送することによってなる双方向の光ファイバ伝送システ
ム。
【請求項５】請求項４に記載の光ファイバ伝送システム
に於て、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち短波長側
の波長帯域の複数のデジタル変調された信号光が、発光
ダイオードを光源とするものであることを特徴とする光
ファイバ伝送システム。
【請求項６】希土類添加光ファイバと、前記希土類元素
を光学的に励起する手段とで構成される光増幅部と、第１の信号光を入射し、第２の信号光を出射する第１の
サーキュレーターと、前記第２の信号光を入射し、前記第１の信号光を出射す
る第２のサーキュレーターと、前記第１,第２の信号光を入射する第１の光合成分岐器
と、前記第１,第２の信号光を出射する第２の光合成分岐器
とを少なくとも備え、前記第１、第２の光合成分岐器は、前記光増幅部の利得
帯域の内の波長帯域（甲）と波長帯域（乙）の合分波を
行うものであり、第１の３端子光サーキュレータの内の１端子は、前記第
１の光合成分岐器の波長帯域（甲）を入射する端子と接
続され、第２の３端子光サーキュレータの内の１端子は、前記第
１の光合成分岐器の波長帯域（乙）を入射する端子と接
続され、第１の３端子光サーキュレータの内の他の１端子は、前
記第１の光合成分岐器の波長帯域（乙）を出射する端子
と接続され、第２の３端子光サーキュレータの内の他の１端子は、前
記第１の光合成分岐器の波長帯域（甲）を出射する端子
と接続され、前記光増幅部の光ファイバの両端に、それぞれ、前記第
１および第２の光合成分岐器の前記２つの端子とは異な
る端子を接続しており、前記第１の３端子光サーキュレータの前記２つの端子と
は異なる端子から入射する波長帯域（甲）の光は、前記
第２の３端子光サーキュレータから増幅されて出射し、前記第２の３端子光サーキュレータから入射する波長帯
域（乙）の光は波長帯域（甲）の光とは逆方向に増幅さ
れて出射するように構成されることを特徴とする光ファ
イバ増幅器。
【請求項７】請求項６に記載の前記光ファイバ増幅器の
両側に、前記光合成部の光合波器を介して接続する光フ
ァイバで構成する光ファイバ伝送路を用いて、前記
（甲）と（乙）の波長帯域のそれぞれの波長帯域からな
る少なくとも２つの信号光を互いに双方向に伝送するこ
とを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項８】請求項６に記載の光ファイバ伝送システム
に於て、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち長波長側
の波長帯域に少なくとも１つのアナログ変調された信号
光を伝送し、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち短波
長側の波長帯域に複数のデジタル変調された信号光を伝
送することによってなる双方向の光ファイバ伝送システ
ム。
【請求項９】請求項６に記載の光ファイバ伝送システム
に於て、前記（甲）と（乙）の波長帯域のうち短波長側
の波長帯域の複数のデジタル変調された信号光が、発光
ダイオードを光源とするものであることを特徴とする光
ファイバ伝送システム。