JPS6235084B2

JPS6235084B2 -

Info

Publication number: JPS6235084B2
Application number: JP56168545A
Authority: JP
Inventors: Koichi Minemura
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1987-07-30
Also published as: JPS5870652A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は波長多重光フアイバ伝送システム、
特に光源が半導体レーザで多重されるチヤンネル
数が３以上の場合に適する波長多重光フアイバ伝
送システムに関するものである。

光の波長が異なることを利用して複数の光を多
重し、一本の光フアイバで伝送する波長多重光フ
アイバ伝送技術は、伝送路光フアイバの経済的利
用が可能なこと、既存電気回路の壁を破るような
大容量伝送が可能なこと、たとえばチヤンネルの
増設が伝送路光フアイバに関係なく光送受信機や
光合波分波回路の変更だけで出来るといつたよう
にシステム的柔軟性が高いこと、又アナログ信号
とデジタル信号等の異種信号の多重伝送が可能な
こと等の種々の長所を有しており、近距離低速伝
送系から長距離高速伝送系にいたる種々の伝送系
を対象として最近活発に研究開発されている。

光合波回路（光多重回路とも言われる）や光分
波回路としては誘電体多層膜（干渉膜）の光反
射・透過特性が波長依存性を有することを利用し
た干渉膜型や、回折格子で回折される光の角度が
波長依存性を有することを利用した回折格子型の
回路が一般に用いられることが多い。

ところで干渉膜型では、干渉膜のきれがよくな
いために波長間隔が狭くできないという欠点と、
チヤンネル数が多い場合には干渉膜型回路を多段
にしなければならないために挿入損失が大きく且
つ構造が複雑になるという欠点とがあり、したが
つてチヤンネル数の実用的な上限は４程度であ
る。

一方回折格子型では、チヤンネル数を多くする
ことは干渉膜型よりは容易であるが、光が出射さ
れる側の光フアイバのコア径を光が入射される側
の光フアイバのコア径よりも十分に大きくしない
と、光源の波長変化が生じた場合回折された光が
出射側の光フアイバに入力しなくなり、わずかの
波長変化で挿入損失が大きく増加する等の欠点が
ある。ところが回折格子型の光合波回路では、出
射側の光フアイバとなる伝送路光フアイバのコア
径等は、周波数帯域等の観点からシステム設計で
一義的に定まることが多いために、上記の欠点を
この光合波回路で回避しようとして入射側の光フ
アイバのコア径を十分小さくすると、この回路の
外においてこの光フアイバと光源の間の結合効率
が悪くなるという欠点が生じる。特に伝送路光フ
アイバが単一モード光フアイバの場合には、一般
にコア径が10μｍ以下なので、回折格子型の光合
波回路は実現困難な状況にある。なお回折格子型
の光分波回路は、出射側の光フアイバから出力さ
れる光は一般に伝送路光フアイバのコア径よりも
大きい受光径を持つ光検出器に導かれるので、出
射側の光フアイバのコア径を大きくすることは容
易で、10チヤンネル以上のものが開発されてい
る。

以上のような観点から、チヤンネル数が４以下
の波長多重光フアイバ伝送システムでは、一般に
光合波回路には干渉膜型が、光分波回路には干渉
膜型または回折格子型が使用されてきている。そ
してチヤンネル数が５以上のシステムでは、光合
波回路としては回折型は全く使用できず、干渉膜
型も回路の挿入損失が大きいためにシステムの許
容伝送路損失が小さくなつて伝送路距離が短かく
ならざるを得ず、而もこのシステムではチヤンネ
ル間の波長間隔が狭く出来ないから広い波長範囲
が必要であり、このために伝送路光フアイバの損
失の大きい波長範囲も使わざるを得ないために、
伝送路距離はさらに短かくなるという欠点があつ
た。

なお光合波回路に回折格子型を使うことができ
ないのにはもう１つの理由がある。即ちこの場合
には、光源の波長の温度変化により光合波回路の
挿入損失が大きくなるという欠点があつた。その
ために、ある使用温度範囲を考えると、システム
の許容伝送路損失が低くできない、伝送路距離が
長く出来ないという欠点があるからである。特
に、伝送路光フアイバが単一モード光フアイバの
場合には、この欠点は大きく、回折格子型の光合
波回路を使うシステムは不可能であつた。

したがつて本発明の目的は、チヤンネル数が３
以上の場合に、従来よりも伝送路距離が長く出来
る波長多重光フアイバ伝送システムを提供するこ
とにある。

この発明によれば、互いに発振波長の異なる少
なくとも３個の半導体レーザ、これら半導体レー
ザの出力光の波長多重を行う光合波手段、波長多
重された光を伝搬する伝送路光フアイバ、伝播さ
れた光を波長毎に分波する分波回路、および分波
した各波長の光を検出する光検出器を含む光フア
イバ伝送システムにおいて、前記光合波手段が、
前記半導体レーザの出力光を入力とし、少くとも
１つの波長依存性のある光多重回路を含む光多重
手段と、前記少くとも１つの波長依存性のある光
多重回路の出力及び他の波長依存性のある光多重
回路の出力又は前記入力した半導体レーザの出力
光を合成して前記波長多重された光を出力する波
長依存性のない単一の光多重回路とから成り、而
して前記光多重手段の波長依存性のある光多重回
路に割当てられる少なくとも２つのレーザ光の波
長が、その大きさの順に少なくとも１つはなれて
いることを特徴とする波長多重光フアイバ伝送シ
ステムが得られる。

次に図面を参照して詳細に説明する。

第１図はこの発明の波長多重光フアイバ伝送シ
ステムの最も好ましい実施例の構成を示すブロツ
ク図である。第１〜第６の光送信機１〜６の第１
〜第６の信号入力端子１１〜１６にそれぞれ入力
された電気信号は、第１〜第６の送信回路２１〜
２６でそれぞれ増幅等を受け、第１〜第６の半導
体レーザ３１〜３６にそれぞれ印加されて光信号
に変換される。ここに第１〜第６の半導体レーザ
３１〜３６の出力光の波長λ_１，λ_２，………λ
_６は850nｍ、860nｍ、870nｍ、880nｍ、890nｍ
にそれぞれ設定されている。これら第１〜第６の
半導体レーザ３１〜３６は活性層がGaAsでこの
活性層の両側にAl_XGa_1-XAs層を備えたダブルヘ
テロ構造を有しており、主に活性層中に混入させ
る微量なAlの量を制御することにより前記のよ
うな800nｍ帯の所望の波長の光が出力するよう
にしてある。

上記のような第１〜第６の半導体レーザ３１〜
３６の出力光は第１〜第６の結合回路４１〜４６
によりそれぞれ集光されて第１〜第６の光フアイ
バ５１〜５６にそれぞれ結合される。これらの第
１〜第６の光フアイバ５１〜５６はコア−長軸の
長さが10μｍ、短軸の長さが７μｍの楕円形コア
を有する偏波面保存光フアイバで、これら光フア
イバに直線偏光が入力された場合には同じ偏波面
の直線偏光を出力する特性を有している。

上記の第１〜第６の光フアイバのうち、第１、
第３、第５の光フアイバ５１，５３，５５は干渉
型の波長依存性を有する第１の光多重回路２０１
に接続されており、第１、第３、第５の半導体レ
ーザ３１，３３，３５の出力光の第１図の紙面に
平行な偏波面を有する直線偏光が波長多重されて
第７の光フアイバ５７に導かれ、同様に、第２、
第４、第６の光フアイバ５２，５４，５６は同じ
く干渉膜型の波長依存性を有する第２の光多重回
路２０２に接続されており、第２、第４、第６の
半導体レーザ３２，３４，３６の出力光の第１図
の紙面に垂直な偏波面の直線偏光が波長多重され
て第８の光フアイバ５８に導かれる。ここに第７
および第８の光フアイバはいずれも第１〜第６の
光フアイバと同じ特性を持たせてある。

第７、第８の光フアイバ５７と５８は、波長依
存性がなく偏波面光多重回路構成を持つ第３の光
多重回路２０３に接続されており、互に偏波面の
直交する２つの直線偏光は多重されて伝送路光フ
アイバ５９に導かれている。伝送路光フアイバ５
９はコア径が50μｍ、フアイバ外径が125μｍ、
開口数（N.A.）が0.2の集束型マルチモード光フ
アイバで出来ている。

伝送路光フアイバ５９を伝搬した光は光分岐回
路２０４へ入力する。光分岐回路２０４は回折格
子型の分岐回路であつて、その入力側には伝送路
光フアイバ５９が接続され、また出力側にはコア
径が100μｍ、N.A.が0.25のステツプ型マルチモ
ード光フアイバである第９〜第14の光フアイバ６
１〜６６が接続されていて、伝送路光フアイバ５
９の出力のλ_１〜λ_６の波長の光を分岐して第１
〜第６の光受信機１０１〜１０６にそれぞれ導い
ている。

第１〜第６の光受信機１０１〜１０６において
は、第９〜第14の光フアイバ６１〜６６の出力光
を第７〜第12の結合回路７１〜７６で第１〜第６
の光検出器８１〜８６にそれぞれ入力させ、ここ
で電気信号に変換したのち、第１〜第６の受信回
路９１〜９６で増幅等を行ない、第１〜第６の電
気信号出力端子１１１〜１１６に送出している。
第１〜第６の光検出器８１〜８６には受光径が
300μｍφのSi−アバランシエフオトダイオード
が用いられている。

以上の説明から分るように、この波長多重光フ
アイバ伝送システムにおける光合波回路を要約し
て説明すると、波長依存性のある光多重回路と、
波長依存性のない光多重回路の組み合せで構成さ
れており、この場合第１の光多重回路では１つお
きの波長の光を波長多重し、第２の光多重回路で
は残りの波長の光を波長多重したのち、これら第
１、第２の光多重回路の出力光を波長依存性のな
い光多重回路で多重するようになつている。従つ
て伝送される光の波長間隔は第１、第２の光多重
回路各々で波長多重される光の波長間隔の1/2に
出来るから、第１、第２の光多重回路各々の使用
波長範囲とほぼ同等の使用波長範囲で第１、第２
の光多重回路各々が多重可能なチヤンネル数の２
倍のチヤンネル数を多重伝送することが出来る。
一方これを別の言い方をすると、伝送するチヤン
ネル数を一定とすれば、使用波長範囲は約1/2に
低減出来るから、伝送路光フアイバの損失の小さ
い波長範囲を使うことが出来るので、伝送路距離
が長く出来る。

次にシステムの性能を具体的に説明すると第１
の光多重回路２０１、第２の光多重回路２０２、
および第３の光多重回路２０３の挿入損失は各々
約1dB、光分波回路２０４の挿入損失は約1.5dB
であつたので、光合波分波回路系の挿入損失は合
計で約3.5dBであつた。また、第１、第２の光多
重回路２０１，２０２各々に必要とされる波長範
囲は、これら光多重回路各々で多重されるチヤン
ネルの波長間隔が20nｍなので、40nｍ（20nｍ×
２）に20nｍの余裕を考えて合計では各々60nｍ
になる。なお、伝送路光フアイバ５９が使用され
る波長範囲は、伝送される各チヤンネルの波長間
隔が10nｍなので、50nｍ（10nｍ×５）に10nｍ
の余裕を考えて60nｍになる。伝送路光フアイバ
５９の損失は波長がλ_１＝840nｍのチヤンネル
に対して最も大きく、約2.8dB／Kmであつた。

一方、第１〜第３の光多重回路からなる光合波
回路系を従来の技術の干渉膜型光多重回路だけで
構成するとすれば、この干渉膜型光多重回路で多
重されるチヤンネルの波長間隔は20nｍなので、
この干渉膜型光多重回路に必要とされる波長範囲
は120nｍになる。また、伝送路光フアイバ５９
が使用される波範囲も干渉膜型光多重回路に必要
な波長範囲に等しい120nｍになる。

一般に広い波長範囲で干渉膜の損失を小さくす
ることはリツプル等の影響で難かしいために、干
渉膜型光多重回路に必要な波長範囲が広いと挿入
損失が大きくなる。例えばチヤンネル数が６、波
長間隔が20nｍ、波長範囲が120nｍの場合の800n
ｍ帯干渉膜型光多重回路の挿入損失は約4dBの値
になる。また、伝送路光フアイバ５９が使用され
る波長範囲が広いとその損失の大きい波長領域も
使わなければならなくなり、或るチヤンネルに対
しては伝送路光フアイバ５９の損失が大きくな
る。例えば、第１〜第６の半導体レーザの出力光
の波長λ_１，λ_２，………λ_６を790nｍ、810n
ｍ、830nｍ、850nｍ、870nｍ、890nｍにそれぞ
れ設定すると、伝送路光フアイバの損失はλ_１＝
790nｍのチヤンネルに対して最も大きくて約
3.5dB／Kmになる。

以上述べたように、本実施例の波長多重光フア
イバ伝送システムでは、光合波分波回路系の挿入
損失が従来よりも約2dB小さく出来た。また、伝
送路光フアイバが使用される波長領域が50nｍ狭
くなつたので、伝送路光フアイバの損失が最も大
きいチヤンネルでは、伝送路光フアイバの損失が
約3.5dB／Kmから約2.8dB／Kmに低下した。これ
らのために、例えばビツトレイトが100Mb／ｓの
場合には、伝送路距離は従来約10Kmであつたの
が、本実施例の構成をとることにより約13Kmと約
３Km長くすることが出来た。

なお、以上の実施例では伝送路光フアイバ５９
にコア径が50μｍ、N.A.が0.2の集束型マルチモ
ード光フアイバを使用したが、コア径が約10μｍ
の単一モード光フアイバ等他のパラメータの光フ
アイバでもよい。また、第３の光多重回路２０３
として偏波面光多重回路を使用したが、波長依存
性のないものなら何でもよい。例えば昭和53年３
月５日発行の昭和53年度電子通信学会総合全国大
会講演論文集分冊４の第４−112頁、第855番に鹿
田他により提案された複レンズ型光多重回路のよ
うなものであつてもよい。そして、このように第
３の光多重回路２０３が偏波面光多重回路でない
場合には、第１〜第８の光フアイバ５１〜５８に
は偏波面保存光フアイバを特に使用しなくてもよ
い。

また、第１〜第６の半導体レーザ３１〜３６は
800nｍ帯の光を出力するAlGaAs半導体レーザで
あるとしたが、半導体レーザの材料はInGaAsP
のような他の材料であつてもよいし、また波長帯
も１μｍ帯のような他の波長帯であつてもよい。

更に伝送チヤンネル数は６チヤンネルとした
が、特に６チヤンネルに限定されるものではな
く、３チヤンネル以上であれば何チヤンネルであ
つてもよい。これと関連して第１〜第６の半導体
レーザ３１〜３６の出力光の波長の波長間隔は
10nｍであるとしたが、この波長間隔はチヤンネ
ル数や使用温度範囲での半導体レーザの波長変化
範囲等を考慮して適当に定められてよく、特に上
記の値に限定されるものではない。

更にまた、光合波回路は、波長依存性のある２
個の第１、第２の光多重回路２０１，２０２と波
長依存性のない第３の光多重回路２０３の組み合
せで構成されるとしたが、波長依存性のある光多
重回路と波長依存性のない光多重回路との組み合
せはその他にも種々可能である。例えば、チヤン
ネル数が３の場合には、波長がλ_１のチヤンネル
１の光と波長がλ_３のチヤンネル３の光とを波長
依存性のある干渉膜型の光多重回路で波長多重し
たのち、この波長多重された光と波長がλ_２（但
し、λ_１＜λ_２＜λ_３）のチヤンネル２の光とを
波長依存性のない光多重回路である偏波面光多重
回路で多重してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による波長多重光フアイバ伝
送システムの最も好ましい実施例の構成を示すブ
ロツク図である。記号の説明：１〜６は光送信機、１１〜１６は
電気信号入力端子、２１〜２６は送信回路、３１
〜３６は半導体レーザ、４１〜４６は結合回路、
５１〜５８は光フアイバ、５９は伝送路光フアイ
バ、６１〜６６は光フアイバ、７１〜７６は結合
回路、８１〜８６は光検出器、９１〜９６は受信
回路、１０１〜１０６は光受信機、１１１〜１１
６は電気信号出力端子、２０１〜２０３は光多重
回路、２０４は光分波回路をそれぞれあらわして
いる。

Claims

【特許請求の範囲】

１互いに発振波長の異なる少なくとも３個の半
導体レーザ、これら半導体レーザの出力光の波長
多重を行う光合波手段、波長多重された光を伝搬
する伝送路光フアイバ、伝播された光を波長毎に
分波する分波回路、および分波した各波長の光を
検出する光検出器を含む光フアイバ伝送システム
において、前記光合波手段が、前記半導体レーザ
の出力光を入力とし、少くとも１つの波長依存性
のある光多重回路を含む光多重手段と、前記少く
とも１つの波長依存性のある光多重回路の出力及
び他の波長依存性のある光多重回路の出力又は前
記入力した半導体レーザの出力光を合成して前記
波長多重された光を出力する波長依存性のない光
多重回路とから成り、而して前記光多重手段の波
長依存性のある光多重回路に割当てられる少なく
とも２つのレーザ光の波長が、その大きさの順に
少なくとも１つはなれていることを特徴とする波
長多重光フアイバ伝送システム。