JPH1084321A - 光中継器 - Google Patents

光中継器

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JPH1084321A
JPH1084321A JP9124290A JP12429097A JPH1084321A JP H1084321 A JPH1084321 A JP H1084321A JP 9124290 A JP9124290 A JP 9124290A JP 12429097 A JP12429097 A JP 12429097A JP H1084321 A JPH1084321 A JP H1084321A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より小型で、より低コストで、光帯域幅が改
善されてなる、分散均一化された単一及び複数の波長動
作用光中継器を提供する。 【解決手段】 エルビウム添加光ファイバー増幅器(E
DFA)を、ファイバー格子でできた分散等化器(D
E)とともに集積化してなる光中継器について詳述され
ている。分散等化器は、単一の搬送波長で動作する装置
の場合には、平行に連結されてなる2つのファイバー格
子でできており、また複数の波長で動作する波長分割多
重方式の装置の場合には、縦続された2つのファイバー
格子が平行に連結されてなるブランチでできていて、そ
れぞれのブランチが、異なる波長に対してチャーピング
される複数の格子素子を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一および複数の
波長動作用の光中継器に関し、特に搬送波長によって
2.5Gb/s〜10Gb/sのビットレートで動作す
る波長分割多重(WDM)光遠距離通信システムに適用
して有用な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】既存の光ファイバーネットワークは、主
として非分散シフト型ファイバー(NDSF)で構築さ
れている。波長分割多重(WDM)光通信システムにと
って、非分散シフト型ファイバーを介した光信号の伝搬
中に生じる色の分散は、1550nmの波長域で動作す
る光通信システムにおける帯域距離積を制限する主要な
要因となっている。
【0003】1550nm波長域における色の分散補償
は、この制限を克服する興味深い方法である。分散補償
に対する種々の提案や手段がなされている。
【0004】従来は、分散補償型ファイバー(DCF)
を使用する手段が広く用いられている。他の補償手段と
して、ファイバー格子、光干渉計、または複屈折型光フ
ァイバーを接続したものが知られている。
【0005】他の装置から送られてくる信号を伝送する
光ファイバーおよび分散補償素子による伝送損失を克服
するために、その分散補償素子は、エルビウムが添加さ
れた1または2のファイバ増幅器と組み合わせて使用さ
れる。それらファイバ増幅器は、いずれも増幅用のレー
ザーを必要とする。このような組み合わせは、従来よ
り、分散補償型ファイバーと別個の形態あるいは分散補
償型ファイバーと集積された形態のいずれにおいても用
いられている。その結果、中継装置は、高価かつ大規模
なものとなってしまう。
【0006】分散補償型ファイバーに代えて、分散等化
器としてファイバー格子を使用することは、より低コス
ト化の可能性を有している。しかし、格子システムを使
用した公知の分散等化器は、光帯域幅が狭く、結果とし
て搬送周波数のゆらぎに対して過敏であるという欠点を
有している。例えば、Epworthの米国特許第49
53939号「Optical Fibre Tran
smission Systems」には、分散均一化
に対してチャーピングされる(chirped)ブラッグ反射器
および方向性結合器を用いた光ファイバー伝送システム
について記載されている。Epworthは、格子の反
射特性がファイバーの長さに沿って徐々に変化するよう
なファイバーを用いている。そのファイバーの異なる部
分は、異なる周波数の光を反射する。そして、このシス
テムでは、ある程度の帯域幅が生じる。また、実際に、
分散等化器を構成する光ファイバー格子は、いずれもそ
の損失を補償するために光増幅器を必要とする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】チャーピングされたフ
ァイバー格子の光帯域幅は、格子長さに直接比例する。
格子安定性および生産性の一方または両方に基づいて実
際の長さの制限が与えられると、所望の光帯域幅は、格
子チャーピングパラメーター(grating chirp paramete
r) を決定し、同様に、ファイバー格子から分散補償量
を決定する。公知のシステムでは、分散補償量を多くす
ると、与えられた格子長に対する光帯域幅が犠牲となっ
てしまう。
【0008】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、より小型で、より低コストで、光帯域幅が改善され
てなる、分散均一化された単一および複数の波長動作用
光中継器を提供することを主たる目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一つによれば、
光カプラーの第1および第2の出力端子に平行に連結さ
れ、対をなして縦続されてなる第1の長さの光ファイバ
ー格子および第2の長さの光ファイバー格子を有する分
散等化器を具備し、縦続された格子が、第1の長さのフ
ァイバー増幅器と第2の長さのファイバー増幅器との間
に連結されてなる光中継器が提供される。
【0010】従って、分散等化は、縦続された2つの長
さのファイバー格子によってなされ、そのゆえ、その帯
域幅は、単一の格子を用いた場合の同じ分散補償量に対
して2倍になる。共通の増幅用レーザーに接続された2
つの部分からなるファイバー増幅器の間に等化素子が挿
入されていることにより、その等化素子の挿入損失は効
果的に補償される。光中継器は、光損失および色分散の
両方を補償するとともに、分散均一化に対して格子を用
いた従来のシステムと比べて、帯域幅を2倍に広げる。
【0011】好ましくは、ファイバー増幅器は、第1の
長さおよび第2の長さのエルビウム添加ファイバーを有
しており、いずれの長さのファイバーも単一のレーザー
源によりエネルギー供給されるようになっているとよ
い。そして、そのシステムは、各格子と一緒に個別の光
増幅器が組み合わされてなるシステムの代わりに、単一
の供給源によりエネルギー供給される光増幅器を用い
る。その理由は、増幅用レーザー源は1つで十分であ
り、そうすることによってコストが低減されるからであ
る。
【0012】さらには、複数の波長で動作する波長分割
多重システムに対する複数波長用の光中継器であって、
第1および第2の長さの光ファイバー格子が、一続きに
連結されてなる複数の格子素子を有し、その各格子素子
が、複数の動作波長のうちの一波長の光を反射するよう
に設計された光中継器が提供される。各格子は、各波長
でチャーピングされる、縦続された格子素子を有してい
る。従って、波長分割多重方式における光中継器は、適
切に調整された一続きのファイバー格子を連結すること
により構成される。
【0013】例えば、4つの搬送波長に対する分散補償
を行うための光中継器は、縦続された第1および第2の
光ファイバー格子段を具備し、各格子段が、一続きの4
つの光ファイバー格子素子を有しているものである。各
格子素子は、4つの搬送波長のうちの一波長の光を反射
し、かつ他の波長の光を通すように設計されているた
め、各格子素子は、それぞれ、搬送波長のうちの特定の
一波長に対してチャーピングされる。
【0014】従って、縦続されたファイバー格子によ
り、分散均一化と損失補償の両方を実現し、公知のシス
テムと比べて、光帯域幅の改善、小型、およびコスト低
減を実現する光中継器が提供される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る均一な分散
を有する単一および複数の波長動作用光中継器の実施の
形態を図面を参照しながら説明する。
【0016】(実施の形態1)本発明の実施の形態1に
係る光中継器10は、図1にその概略が示されており、
そして単一波長用の分散等化器12を有している。分散
等化器12は、光カプラーを介して平行に接続されてな
る2つの光ファイバー格子14,16、すなわち、4端
子の方向性結合器18の2つの端子に連結された第1光
ファイバー格子14(FG1)および第2光ファイバー
格子16(FG2)の縦続を備えている。
【0017】分散等化器12は、エルビウムが添加され
た従来のファイバー増幅器(EDFA)の、2つに分割
された第1ファイバー増幅部20(EDFA1)および
第2ファイバー増幅部22(EDFA2)の間に連結さ
れている。それら第1および第2のファイバー増幅部2
0,22(EDFA1,EDFA2)は、典型的に15
00〜2500ppmの高濃度でエルビウムイオンが添
加された光ファイバーでできている。例えば、第1ファ
イバー増幅部20の長さは10〜12mであり、第2フ
ァイバー増幅部22の長さは10〜11mである。すな
わち、標準的な長さである20〜25mのファイバーを
2つの部分に分割したものである。第2ファイバー増幅
部22の長さは、第1ファイバー増幅部20の長さより
も幾分、すなわち1〜2m程度、長いとよい。その理由
は、第2ファイバー増幅部22では、より減衰された増
幅信号によりエネルギーが供給されるからである。
【0018】エルビウムが添加された2つのファイバー
増幅部20,22は、図1に示すように、3つの波長選
択用カプラー26,28,30(WDM1,WDM2,
WDM3)を用いて、単一の増幅用レーザー24により
エネルギー供給されるようになっている。それら波長選
択用カプラー26,28,30(WDM1,WDM2,
WDM3)は、供給エネルギーの約50%を第1ファイ
バー増幅部20(EDFA1)に送るとともに、供給エ
ネルギーの約50%を第2ファイバー増幅部22(ED
FA2)に送るようになっている。
【0019】中継器の手前に接続された光ファイバーか
ら入力された中継前の光信号は、第1光アイソレータ3
2(ISO1)を通過し、第1波長選択用カプラー26
(WDM1)を介して、エルビウムが添加された第1フ
ァイバー増幅部20(EDFA1)を通過する。第1フ
ァイバー増幅部20(EDFA1)を通過した信号は、
第2波長選択用カプラー28(WDM2)を通過し、第
2光アイソレータ34(ISO2)を介して、方向性結
合器18(分散等化器12)の端子1に入力する。その
端子1に入力した光信号は、方向性結合器18(分散等
化器12)の出力端子2,4にそれぞれ接続された第1
光ファイバー格子14(FG1)および第2光ファイバ
ー格子16(FG2)にて反射され、出力端子3からカ
プラーすなわち、方向性結合器18(分散等化器12)
の外部へ出力する。外部に出力された光信号は、もう一
つの波長選択用カプラー30(WDM3)を介して、エ
ルビウムが添加された第2ファイバー増幅部22(ED
FA2)に入力し、もう一つの光アイソレータ36(I
SO3)を介して、中継器外に出力する。
【0020】いずれの光ファイバー格子14,16も、
ファイバーに沿って一次的に減少するピッチが形成され
てなることに起因する一次的なチャーピングを有するフ
ァイバー内のブラッグ格子(Bragg grating)である。第
1光ファイバー格子14は、対応するファイバーの全長
に亘って形成されている。従って、そのファイバーの実
効的な長さは、3cm〜3.3cmであり、ファイバー
内のブラッグ格子の長さに等しい。第2光ファイバー格
子16が形成されたファイバー部分は、全長6cm〜
6.6cmであり、そのファイバーの後半分にのみ第2
光ファイバー格子16が形成されている。従って、第2
光ファイバー格子16の長さも3cm〜3.3cmであ
る。図1に示す単一波長の提案における信号搬送波長λ
sは、図3に示す2つのブランチの等化器の中心波長λ
cに対応している。Δλが2つのブランチのファイバー
格子等化器の帯域幅を示すとして、ファイバー格子14
(FG1)は、その有効屈折率と格子メカニカル・ピリ
オドとの平均的な積が、波長(λc−Δλ/2)/2と
一致するようにチャーピングされており、同時に、ファ
イバー格子16(FG2)は、その有効屈折率と格子メ
カニカル・ピリオドとの平均的な積が、波長(λc+Δ
λ/2)/2と一致するようにチャーピングされてい
る。それゆえ、本発明の実施の形態1の光中継器では、
2つの長さのファイバー格子が縦続されているため、単
一の格子を用いた場合と比較して、同じ分散補償量に対
して帯域幅が2倍(図3参照)になっている。
【0021】両光ファイバー格子14,16とも、15
30〜1560nm域で機能する場合には、入力する光
信号に対して反射モードとなり、入力信号のスペクトル
幅内のより短い波長の光は、より長い波長の光よりも、
格子内でより遠くまで到達する。その結果、信号のスペ
クトル幅内のより長い波長の光とより短い波長の光との
間に生じる群遅延が補償される。
【0022】図1に概略的に示された2つの帯域の分散
等化器は、搬送波長のゆらぎΔλ−Δλsを許容し得
る。ここで、Δλは分散等化器12の光帯域幅を表し、
Δλsはデータ信号の光スペクトル幅を表す。信号搬送
波長が2つのブランチの等化器の中心波長よりも低くな
る場合には、第1光ファイバー格子14(FG1)の分
散補償機能が優勢となり、また、信号搬送波長が2つの
ブランチの等化器の中心波長よりも高くなる場合には、
第2光ファイバー格子16(FG2)の分散補償機能が
優勢となる。光アイソレータ32,34,36(ISO
1,ISO2,ISO3)は、反対方向への反射信号が
前段の素子の動作に影響するのを防ぐために設けられて
いる。各アイソレータ32,34,36の挿入損失は、
好ましくは0.5dBよりも低く、反対方向への減衰
は、30dBよりも高いとよい。従来の波長分割多重カ
プラー(波長選択用カプラー)26,28,30(WD
M1,WDM2,WDM3)は、光ファイバー20,2
2に増幅用エネルギーを注入するために設けられてい
る。3dBの方向性結合器(分散等化器)12は、2つ
のブランチのファイバー格子14,16を接続するのに
使用されている。
【0023】方向性結合器18の端子1と端子3の間で
測定された方向性結合器18およびファイバー格子1
4,16による全挿入損失は、7dB〜9dBであっ
た。増幅信号は、信号経路を介して分散等化器12(方
向性結合器18)を迂回し、第2波長選択用カプラー2
8(WDM2)から第3波長選択用カプラー30(WD
M3)に直接送られる。各波長選択用カプラー(WDM
カプラー)26,28,30による光挿入損失は、いず
れも0.9dB〜1.2dBである。
【0024】この光中継器は、中継器に接続されて中継
前の光信号が伝搬されてくる、最大長約80〜105k
mで、色の全分散が1700〜1800ps/nmの光
ファイバーに起因する損失および色の分散の両方を補償
することができる。
【0025】増幅用レーザーの全光パワーは、中心波長
980nmで13〜16dBmの範囲内であった。エル
ビウムが添加された第1ファイバー増幅部20および第
2ファイバー増幅部22の全利得は、27〜33dBの
範囲内である。入力信号は、搬送波長において−15d
Bmよりも低くなかった。
【0026】従って、分散等化素子の挿入損失は、好ま
しくは同じ増幅用レーザーを共有する2つのファイバー
増幅部20,22の間に分散等化素子が挿入されている
ことにより、効果的に補償される。
【0027】この提案は、波長分割多重方式の動作に対
しても拡張され得る。すなわち、複数の波長を用い、複
数のファイバー格子を、各格子段において適切に調整し
て一続きに連結することによってなされる。
【0028】(実施の形態2)そこで、図2には、本発
明の実施の形態2の4波長動作用の光中継器100が示
されている。この光中継器100は、図1に示された光
中継器10と同様のものであり、例えば分散等化器11
2、共通のレーザー源124によりエネルギー供給され
るエルビウム添加の第1ファイバー増幅部120および
第2ファイバー増幅部122のように、図1に示した光
中継器10と同様の構成要素には、百番代で下2桁が同
じ参照符号が付されている。波長選択用カプラーおよび
光アイソレータは、実施の形態1のものと同様に設けら
れている。実施の形態2の光中継器100が、実施の形
態1の光中継器10と異なるのは以下の点である。すな
わち、図1に示すように各ブランチにそれぞれ設けられ
た単一の格子14,16が縦続されている代わりに、実
施の形態2の光中継器100では、図3に示すように、
各格子ブランチ114,116がそれぞれ4つの一続き
のファイバー格子でできていて、4組の格子対が効果的
に縦続されており、いずれの格子対も特定の搬送波長用
に設計されているという点である。4波長用光中継器の
動作原理は、実施の形態1の単一波長用光中継器の動作
原理と同じであるが、各ファイバー格子段において波長
選択が行われる点で異なる。各段のそれぞれのファイバ
ー格子は、対応する搬送波長を反射し、他の搬送波長に
ついては反射せずに伝送するという機能を有する。
【0029】例えば、図2において、FG1aおよびF
G2aで示された格子は搬送波長λa用に設計されてお
り、FG1bおよびFG2bで示された格子は搬送波長
λb用に設計されており、FG1cおよびFG2cで示
された格子は搬送波長λc用に設計されており、FG1
dおよびFG2dで示された格子は搬送波長λd用に設
計されている。従って、各格子FG1a,FG1b,F
G1c,FG1dは、それぞれ、前述した原理によっ
て、搬送波長(λa−Δλ/2)/2、(λb−Δλ/
2)/2、(λc−Δλ/2)/2および(λd−Δλ
/2)/2に一致するように、チャーピングされる。ま
た、各格子FG2a,FG2b,FG2c,FG2d
は、それぞれ、搬送波長(λa+Δλ/2)/2、(λ
b+Δλ/2)/2、(λc+Δλ/2)/2および
(λd+Δλ/2)/2に一致するように、チャーピン
グされる。
【0030】実際には、搬送波長の相互の波長間隔は、
3nmよりも小さい。光等化器は、各搬送波長に対して
独立して動作し、特定の搬送波長とその波長に対応して
いない格子との相互作用は無視し得る程度である。図2
に示されたシステムの全利得は32dBmである。
【0031】実際にコンパクトな装置の中に、動作の安
定性の低下を招くことなく、限定された長さの分散格子
ファイバーを収容することができれば、このシステム
は、4波長よりもさらに多くの波長で動作するシステム
にも拡張され得る。
【0032】上述した各実施の形態では、ファイバーの
分散格子には、所望のブラッグ共鳴の中心波長に対して
等しい平均ピッチを有する一次的なチャーピングが提供
され、信号キャリア光学波長ガイドの有効屈折率を1/
2にする。その格子のチャーピング量は、0.23nm
〜0.25nmの範囲内である。FG2およびFG2a
の格子を除いて、各格子の長さは、0.25nm〜0.
27nmの光帯域幅でもって、3.0cm〜3.3cm
である。FG2およびFG2aの格子を形成する部分の
長さは、6.0cm〜6.6cmである。この長さの前
半分が格子のない普通のファイバーであり、後半分がフ
ァイバーに形成された格子に相当する。2つのブランチ
のファイバー格子対の全光帯域幅は、0.42nm〜
0.47nmである。
【0033】従って、上述された図1,2に示す光中継
器は、該中継器に接続され中継前の光信号が伝搬され
る、例えば80km〜105km長で全色分散が170
0〜1800ps/nmの光ファイバーに起因する損失
および色の分散を補償する。
【0034】増幅用レーザーの全光パワーは、中心波長
980nmにおいて13〜16dBmの範囲内である。
第1ファイバー増幅部(EDFA1)および第2ファイ
バー増幅部(EDFA2)の全利得は、27dB〜33
dBの範囲である。入力信号レベルは、搬送波長におい
て−15dBmよりも低くはならない。
【0035】従って、光カプラーの第1および第2出力
端子に平行に連結された、少なくとも2つの縦続されて
なる光ファイバー格子によって提供される単一波長およ
び複数波長用の分散均一化機能を有し、光ファイバー格
子でできた分散補償器の狭い光帯域幅を広げる共通のエ
ネルギー供給源に連結された第1および第2のファイバ
ー増幅部の間に連結され、単一のエネルギー供給源とと
もにファイバー増幅器(EDFA)を用いたコンパクト
で効果的な装置の場合に分散補償器により生じる光損失
を補償する光中継器が提供される。
【0036】以上、本発明の特定の実施の形態について
詳述したが、これらの実施の形態の種々の変形および変
更が、特許請求の範囲の記載から明らかとなる本発明の
技術的範囲に含まれることはいうまでもない。
【0037】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る光
中継器によれば、各波長に対して2つの格子部分を設け
たことにより、単一の格子を用いたものと比べて、等化
器の光帯域幅が改善されて、実効帯域幅が2倍となる。
さらには、分散等化器の格子は、単一の増幅用レーザー
を共有する2つのファイバー増幅部の間に配置される。
それによって、この装置は、個別の部品を用いて構成さ
れた同等の性能を有するシステムと比べて、低コストで
より小型であるにもかかわらず、分散補償と損失補償の
両方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における単一波長用の光
中継器を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態2における波長分割多重方
式での複数波長用の光中継器を示す図である。
【図3】実施の形態1の2つのブランチファイバーの格
子等化器に対する光帯域幅および分散曲線を示す図であ
る。
【符号の説明】
10,100 光中継器 12,112 分散等化器 14,16 光ファイバー格子 18 方向性結合器 20,22,120,122 ファイバー増幅部 26,28,30 波長選択用カプラー 24、124 増幅用レーザー 32,34,36 光アイソレータ 114,116 格子ブランチ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 3/36 (72)発明者 ミロラッド クビジェティック カナダ国,ケイ2エッチ 8ワイ2 オン タリオ,ネピーン,フォレスタ クレセン ト 36−ディ (72)発明者 ダグラス エス.バービッジ カナダ国,ケイ2エム 1エム2 オンタ リオ,カナタ,パロミノ ドライブ 62

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光カプラーの第1および第2の出力端子
    に平行に連結され、対をなして縦続されてなる第1の長
    さの光ファイバー格子および第2の長さの光ファイバー
    格子を有する分散等化器を具備し、 縦続された格子は、第1の長さのファイバー増幅器と第
    2の長さのファイバー増幅器との間に連結されているこ
    とを特徴とする光中継器。
  2. 【請求項2】 第1の長さのファイバー増幅器および第
    2の長さのファイバー増幅器は、単一の増幅用レーザー
    源に連結されていることを特徴とする請求項1に記載の
    光中継器。
  3. 【請求項3】 複数の波長で動作する波長分割多重シス
    テムに対する複数波長用の光中継器であって、 第1および第2の長さの光ファイバー格子は、一続きに
    連結されてなる複数の格子素子を有し、 その各格子素子は、複数の動作波長のうちの一波長の光
    を反射するように設計されていることを特徴とする請求
    項1に記載の光中継器。
  4. 【請求項4】 4つの搬送波長に対して縦続されてなる
    分散補償は、縦続された第1および第2の光ファイバー
    格子段によってなされ、 各格子段は、一続きの4つの光ファイバー格子素子を具
    備し、 その各格子素子は、4つの搬送波長のうちの一波長の光
    を反射し、かつ他の波長の光を通すように設計されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の光中継器。
  5. 【請求項5】 各格子は、一次的なチャーピングを有す
    るファイバー内のブラッグ格子であることを特徴とする
    請求項1に記載の光中継器。
  6. 【請求項6】 Δλが2つのブランチのファイバー格子
    等化器の帯域幅を示すとして、前記第1の格子は、その
    有効屈折率と格子メカニカル・ピリオドとの平均的な積
    が、波長(λc−Δλ/2)/2と一致するようにチャ
    ーピングされており、前記第2のファイバー格子は、そ
    の有効屈折率と格子メカニカル・ピリオドとの平均的な
    積が、波長(λc+Δλ/2)/2と一致するようにチ
    ャーピングされていることを特徴とする請求項1に記載
    の光中継器。
  7. 【請求項7】 ファイバー増幅器は、第1の長さおよび
    第2の長さの、エルビウムが添加されてなるファイバー
    を有していることを特徴とする請求項1に記載の光中継
    器。
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