JPS6258558B2 - - Google Patents
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- JPS6258558B2 JPS6258558B2 JP55068827A JP6882780A JPS6258558B2 JP S6258558 B2 JPS6258558 B2 JP S6258558B2 JP 55068827 A JP55068827 A JP 55068827A JP 6882780 A JP6882780 A JP 6882780A JP S6258558 B2 JPS6258558 B2 JP S6258558B2
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- Japan
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- optical
- light
- signal
- optical fiber
- repeater
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- 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
- H04B10/29—Repeaters
- 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
- H04B10/2916—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 using Raman or Brillouin amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
- H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光通信用の光中継系に関するものであ
る。
る。
現在考えられている光通信用光中継器は、先ず
光を受光器で検知して電気信号に直し、その電気
信号を増幅した後、その電気信号で再び光を変調
するという方法を用いたものである。このような
光−電気−光の変換過程を有する光中継器を用い
た方法においては、信号用光パルスの減衰は第１
図に示すようになる。第１図において、縦軸は信
号用光パルスレベル、横軸はフアイバの長さ(L)を
示し、A1は第１中継器、A2は第２中継器を示
す。送信側から第１中継器A1に入るまでは、信
号用光パルスはフアイバによつて損失を受けて、
指数関数的に減衰する。第１中継器A1では、上
記の方法により、光−電気−光の変換が行なわ
れ、信号用光パルスは増幅される。第１中継器
A1で増幅された信号用光パルスは、第２中継器
A2に入るまで、再び指数関数的に減衰する。以
下、同様の過程をへて、受信側へと伝送されてい
く。
光を受光器で検知して電気信号に直し、その電気
信号を増幅した後、その電気信号で再び光を変調
するという方法を用いたものである。このような
光−電気−光の変換過程を有する光中継器を用い
た方法においては、信号用光パルスの減衰は第１
図に示すようになる。第１図において、縦軸は信
号用光パルスレベル、横軸はフアイバの長さ(L)を
示し、A1は第１中継器、A2は第２中継器を示
す。送信側から第１中継器A1に入るまでは、信
号用光パルスはフアイバによつて損失を受けて、
指数関数的に減衰する。第１中継器A1では、上
記の方法により、光−電気−光の変換が行なわ
れ、信号用光パルスは増幅される。第１中継器
A1で増幅された信号用光パルスは、第２中継器
A2に入るまで、再び指数関数的に減衰する。以
下、同様の過程をへて、受信側へと伝送されてい
く。
このような従来の方法では、中継器内に電気信
号処理回路があるため、それに必要な部品点数が
多くなつて故障の確率が大きくなり、中継器とし
てみたときに信頼性が低下するという問題があつ
た。また、電気信号によるレーザ光の変調によつ
て発振スペクトルの幅が広がる等の問題もあつ
た。
号処理回路があるため、それに必要な部品点数が
多くなつて故障の確率が大きくなり、中継器とし
てみたときに信頼性が低下するという問題があつ
た。また、電気信号によるレーザ光の変調によつ
て発振スペクトルの幅が広がる等の問題もあつ
た。
本発明の目は、フアイバ内での誘導ラマン効果
を用いて信号光を光で直接増幅することにより、
上記した従来技術の問題を一挙に解決した光中継
系を提供するにある。
を用いて信号光を光で直接増幅することにより、
上記した従来技術の問題を一挙に解決した光中継
系を提供するにある。
まず、本発明の原理について説明する。物質に
一定振動数ν０の光（ポンピング光）を照射し、
散乱された光を分光器を通じて観測すると、ポン
ピング光の他に振動数ν０−νiの光（第１スト
ークス光）あるいはν０−２νi，ν０−３νi，
……の光が含まれているのが観測される。この現
象は一般にラマン効果と呼ばれている。この現象
は、光の単位面積あたりのパワーであるパワー密
度とラマン効果を生じる物質（ラマン物質）のラ
マン利得との積、及び光のラマン物質内での伝搬
距離の両方に比例して大きくなる。
一定振動数ν０の光（ポンピング光）を照射し、
散乱された光を分光器を通じて観測すると、ポン
ピング光の他に振動数ν０−νiの光（第１スト
ークス光）あるいはν０−２νi，ν０−３νi，
……の光が含まれているのが観測される。この現
象は一般にラマン効果と呼ばれている。この現象
は、光の単位面積あたりのパワーであるパワー密
度とラマン効果を生じる物質（ラマン物質）のラ
マン利得との積、及び光のラマン物質内での伝搬
距離の両方に比例して大きくなる。
光フアイバの材料として使われているシリカも
ラマン効果を示す物質であり、波長1.06μｍで発
振するYAGレーザを用いた場合、波長1.12μｍ
の第１ストークス光が発生する。数ワツト程度の
弱い光を用いた場合、通常ラマン効果はほとんど
観測されないが、光フアイバの場合、光フアイバ
に入力された光が10μｍ以下の直径の光導波路
（コア）に入るため、微弱な入力光でも単位面積
あたりのパワー密度としては大きな値をとる。さ
らに、光が低損失の光フアイバ中を何Kmも伝搬す
るため、ラマン物質であるフアイバの長さも非常
に長くなり、ラマン現象が容易に観測される。数
ワツト程度の光による光フアイバ内ラマン現象も
すでに報告されている。
ラマン効果を示す物質であり、波長1.06μｍで発
振するYAGレーザを用いた場合、波長1.12μｍ
の第１ストークス光が発生する。数ワツト程度の
弱い光を用いた場合、通常ラマン効果はほとんど
観測されないが、光フアイバの場合、光フアイバ
に入力された光が10μｍ以下の直径の光導波路
（コア）に入るため、微弱な入力光でも単位面積
あたりのパワー密度としては大きな値をとる。さ
らに、光が低損失の光フアイバ中を何Kmも伝搬す
るため、ラマン物質であるフアイバの長さも非常
に長くなり、ラマン現象が容易に観測される。数
ワツト程度の光による光フアイバ内ラマン現象も
すでに報告されている。
ラマン効果は振動数ν０−νiの光（第１スト
ークス光）とポンピング光とが一緒にラマン物質
に入射されるとポンピング光の第１ストークス光
への変換効率が一層高められる。この現象は誘導
ラマン効果と呼ばれている。
ークス光）とポンピング光とが一緒にラマン物質
に入射されるとポンピング光の第１ストークス光
への変換効率が一層高められる。この現象は誘導
ラマン効果と呼ばれている。
本発明は、光フアイバ内における誘導ラマン効
果を用いて、信号光を増幅するものである。
果を用いて、信号光を増幅するものである。
以下に、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。第２図において、送信局１で変調され、光
フアイバ２を伝搬してきた信号用光パルス（振動
数ν０−νi）５は、光中継器３に入射する。光
中継器３は、光フアイバ内で第１ストークス光
（振動数ν０−νi）に変換されるような振動数ν
０をもつ光を発生する光源３ａ（以下、ポンピン
グ光源という）と、例えばハーフミラーからなる
合成器３ｂを有する。光中継器３に入射した信号
用光パルスは、ポンピング光源３ａから発せられ
た振動数ν０のポンピング光と合成器３ｂによつ
て合成され、フアイバ４に送出される。
する。第２図において、送信局１で変調され、光
フアイバ２を伝搬してきた信号用光パルス（振動
数ν０−νi）５は、光中継器３に入射する。光
中継器３は、光フアイバ内で第１ストークス光
（振動数ν０−νi）に変換されるような振動数ν
０をもつ光を発生する光源３ａ（以下、ポンピン
グ光源という）と、例えばハーフミラーからなる
合成器３ｂを有する。光中継器３に入射した信号
用光パルスは、ポンピング光源３ａから発せられ
た振動数ν０のポンピング光と合成器３ｂによつ
て合成され、フアイバ４に送出される。
ポンピング光源３ａから発生した振動数ν０の
ポンピング光は、光フアイバ４を伝搬する過程に
おいて、信号用光パルスと一緒になつた時にだけ
フアイバの誘導ラマン効果によつて効率良く信号
用光パルスへと変換されていく。すなわち、信号
用光パルスはフアイバの誘導ラマン効果によつて
増幅される。
ポンピング光は、光フアイバ４を伝搬する過程に
おいて、信号用光パルスと一緒になつた時にだけ
フアイバの誘導ラマン効果によつて効率良く信号
用光パルスへと変換されていく。すなわち、信号
用光パルスはフアイバの誘導ラマン効果によつて
増幅される。
次に、第３図で連続発振であるポンピング光が
信号用光パルスを増幅していく様子を説明する。
第３図ａは、第２図に示されている合成器３ｂで
合成される前の信号用光パルスとポンピング光と
の関係である。この２つの光が合成器３ｂで合成
されて光フアイバ４中を伝搬すると、第３図ｂに
示されているように、光フアイバ内での誘導ラマ
ン効果により信号用光パルスは増幅される。その
かわり、ポンピング光は信号用光パルスにエネル
ギが変換されるため、レベルが下がることにな
る。
信号用光パルスを増幅していく様子を説明する。
第３図ａは、第２図に示されている合成器３ｂで
合成される前の信号用光パルスとポンピング光と
の関係である。この２つの光が合成器３ｂで合成
されて光フアイバ４中を伝搬すると、第３図ｂに
示されているように、光フアイバ内での誘導ラマ
ン効果により信号用光パルスは増幅される。その
かわり、ポンピング光は信号用光パルスにエネル
ギが変換されるため、レベルが下がることにな
る。
一方、光フアイバには波長により光の伝搬速度
が異なるという分散特性がある。このため、現在
得られている光フアイバでは、信号用光パルスの
波長を1.12μｍ，ポンピング光の波長を1.0.μｍ
とすると、この両者の間には約1.5n sec／Kmの
速度差があり、ポンピング光と信号用光パルスと
の時間的位置関係は、第３図ｃに示されているよ
うに、伝搬するに従いずれていく。
が異なるという分散特性がある。このため、現在
得られている光フアイバでは、信号用光パルスの
波長を1.12μｍ，ポンピング光の波長を1.0.μｍ
とすると、この両者の間には約1.5n sec／Kmの
速度差があり、ポンピング光と信号用光パルスと
の時間的位置関係は、第３図ｃに示されているよ
うに、伝搬するに従いずれていく。
例えば、伝送速度は300Mbit／sec、中継器間
隔100Kmの場合、ポンピング光と信号用光パル
スとの間には中継器間で0.15μsecの時間差が生
じる。一方、信号用光パルスの間隔は約3.3n sec
であるため、ポンピング光のあるポイントに注目
した場合、100Kmの間に約45個のパルスがその
ポイントを通過することになる。
隔100Kmの場合、ポンピング光と信号用光パル
スとの間には中継器間で0.15μsecの時間差が生
じる。一方、信号用光パルスの間隔は約3.3n sec
であるため、ポンピング光のあるポイントに注目
した場合、100Kmの間に約45個のパルスがその
ポイントを通過することになる。
本実施例の光中継系では、上記のようなメカニ
ズムで信号光が増幅されるので、ポンピング光は
変調する必要がなく、連続発振でよい。連続発振
されたポンピング光の全てのエネルギは信号用光
パルスの増幅に寄与する。
ズムで信号光が増幅されるので、ポンピング光は
変調する必要がなく、連続発振でよい。連続発振
されたポンピング光の全てのエネルギは信号用光
パルスの増幅に寄与する。
次に、上記した本発明の一実施例の光フアイバ
内における増幅過程を第４図で説明する。第４図
において、ａは本発明の光中継系による信号用光
パルスのレベル変化を示し、縦軸は信号用光パル
スレベル、横軸Ｌは光フアイバの長さを示す。送
信側から送られてきた信号用光パルスは光フアイ
バによつて損失を受け、第１中継器A1に入るま
では光フアイバ長に対して指数関数的に減衰して
いく。
内における増幅過程を第４図で説明する。第４図
において、ａは本発明の光中継系による信号用光
パルスのレベル変化を示し、縦軸は信号用光パル
スレベル、横軸Ｌは光フアイバの長さを示す。送
信側から送られてきた信号用光パルスは光フアイ
バによつて損失を受け、第１中継器A1に入るま
では光フアイバ長に対して指数関数的に減衰して
いく。
減衰した信号用光パルスは、本発明の第１中継
器A1にてポンピング光と合成されると、誘導ラ
マン効果と光の分散特性により、第１中継器A1
から所定の長さの所A2まで光フアイバ中で増幅
される。
器A1にてポンピング光と合成されると、誘導ラ
マン効果と光の分散特性により、第１中継器A1
から所定の長さの所A2まで光フアイバ中で増幅
される。
一方、第１中継器A1で発生したポンピング光
は、第４図ｂに示されているように、信号用光パ
ルスへのパワー移動と、光フアイバによつて受け
る損失とにより減衰してゆき、ある点A2から誘
導ラマン効果を起こさなくなる。このため、点
A2から次の中継器A3までは、信号用光パルス
は、光フアイバによつて損失を受け、指数関数的
に減衰する。
は、第４図ｂに示されているように、信号用光パ
ルスへのパワー移動と、光フアイバによつて受け
る損失とにより減衰してゆき、ある点A2から誘
導ラマン効果を起こさなくなる。このため、点
A2から次の中継器A3までは、信号用光パルス
は、光フアイバによつて損失を受け、指数関数的
に減衰する。
すなわち、前記第１中継器A1からA2までは、
信号用光パルスが誘導ラマン効果と分散特性によ
り増幅される増幅用光フアイバということがで
き、前記点A2を越えた後は信号用光パルスを単
に伝送する光フアイバということができる。
信号用光パルスが誘導ラマン効果と分散特性によ
り増幅される増幅用光フアイバということがで
き、前記点A2を越えた後は信号用光パルスを単
に伝送する光フアイバということができる。
以上のように、本発明による信号光の増幅のメ
カニズムは、従来のものとは全く異なる。第１図
と第４図ａを比較すれば明らかなように、従来の
方法では中継器がある一点でのみ増幅作用が行な
われるのに対して、本発明のものでは、中継器か
らある点A2までのフアイバ内で増幅される。
カニズムは、従来のものとは全く異なる。第１図
と第４図ａを比較すれば明らかなように、従来の
方法では中継器がある一点でのみ増幅作用が行な
われるのに対して、本発明のものでは、中継器か
らある点A2までのフアイバ内で増幅される。
本実施例において、ポンピング光の光フアイバ
内入力を1W，光フアイバの損失を0.5dB／Km，
光フアイバのラマン利得を0.92×10-11cm／ｗと
し、第３図ａの第１中継器A1における信号用光
パルスのレベルを−40dBm（１×10-7w）として
計算すると、中継器間隔A1〜A3は120Kmとな
る。
内入力を1W，光フアイバの損失を0.5dB／Km，
光フアイバのラマン利得を0.92×10-11cm／ｗと
し、第３図ａの第１中継器A1における信号用光
パルスのレベルを−40dBm（１×10-7w）として
計算すると、中継器間隔A1〜A3は120Kmとな
る。
上記の実施例においては、第１ストークス光を
用いた場合について説明したが、本発明は第２ス
トークス光、第３ストークス光、……および反ス
トークス光に対しても応用することができる。
用いた場合について説明したが、本発明は第２ス
トークス光、第３ストークス光、……および反ス
トークス光に対しても応用することができる。
以上のように、本発明によれば、低損失光フア
イバと光フアイバ内での誘導ラマン効果および分
散特性とにより光増幅器系が作られるので、中継
器内に電気信号処理回路を必要としない。このた
め、本発明は従来のものに比べて、光中継器の故
障の確率が低下したり、光中継器内の光源を変調
する必要がない等の利点があり、安定かつ信頼性
の高い光中継系を実現することができる。
イバと光フアイバ内での誘導ラマン効果および分
散特性とにより光増幅器系が作られるので、中継
器内に電気信号処理回路を必要としない。このた
め、本発明は従来のものに比べて、光中継器の故
障の確率が低下したり、光中継器内の光源を変調
する必要がない等の利点があり、安定かつ信頼性
の高い光中継系を実現することができる。
第１図は従来の光中継器を用いた時の信号用光
パルスレベルとフアイバ長との関係を示す特性
図、第２図は本発明の一実施例である光中継系の
概略図、第３図は本発明による信号光の増幅過程
を説明するためのタイミングチヤート、第４図
ａ，ｂはそれぞれ、本発明の光中継系における信
号用光パルスレベルとポンピング光レベルのフア
イバ長に対する特性図を示す。 １……送信機、２，４……光フアイバ、３……
光中継器、３ａ……ポンピング光源、３ｂ……合
成器、５……信号用光パルス。
パルスレベルとフアイバ長との関係を示す特性
図、第２図は本発明の一実施例である光中継系の
概略図、第３図は本発明による信号光の増幅過程
を説明するためのタイミングチヤート、第４図
ａ，ｂはそれぞれ、本発明の光中継系における信
号用光パルスレベルとポンピング光レベルのフア
イバ長に対する特性図を示す。 １……送信機、２，４……光フアイバ、３……
光中継器、３ａ……ポンピング光源、３ｂ……合
成器、５……信号用光パルス。
Claims (1)
- １ 連続発振により振動数ν０の一定レベルのポ
ンピング光を発生するポンピング用光源と、該ポ
ンピング光の第ｎ次ストークス光（ｎ＝１、２、
……、ｎ）である振動数（ν０−νo）の光を含
む信号用光パルスと、前記信号用光パルスと前記
ポンピング光とを合成する合成器と、該合成器に
よつて合成された信号用光パルスとポンピング光
とを伝搬するための光フアイバ伝送路とを具備
し、該光フアイバ伝送路を、該光フアイバ伝送路
内において前記信号用光パルスと前記ポンピング
光との伝搬速度が異なるという分散特性と誘導ラ
マン効果とによつて前記信号用光パルスが増幅さ
れる数十キロメートルの長さを有する増幅用光フ
アイバと、該増幅された信号用光パルスを単に伝
送するための光フアイバとから構成したことを特
徴とする光通信用光中継系。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6882780A JPS56165437A (en) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | Optical repeating system for optical communication |
| US06/260,463 US4401364A (en) | 1980-05-26 | 1981-05-04 | Optical repeater system for optical communication |
| GB8114457A GB2077909B (en) | 1980-05-26 | 1981-05-12 | Optical repeater system for optical communication |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6882780A JPS56165437A (en) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | Optical repeating system for optical communication |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56165437A JPS56165437A (en) | 1981-12-19 |
| JPS6258558B2 true JPS6258558B2 (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=13384921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6882780A Granted JPS56165437A (en) | 1980-05-26 | 1980-05-26 | Optical repeating system for optical communication |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4401364A (ja) |
| JP (1) | JPS56165437A (ja) |
| GB (1) | GB2077909B (ja) |
Families Citing this family (55)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4616898A (en) * | 1980-03-31 | 1986-10-14 | Polaroid Corporation | Optical communication systems using raman repeaters and components therefor |
| JPS5853243A (ja) * | 1981-09-25 | 1983-03-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光伝送方式 |
| GB2116391B (en) * | 1982-02-25 | 1985-08-14 | Western Electric Co | Single-mode optical fibre telecommunication apparatus |
| JPS59126696A (ja) * | 1983-01-10 | 1984-07-21 | Nec Corp | 光通信用光増幅装置 |
| GB2151868B (en) * | 1983-12-16 | 1986-12-17 | Standard Telephones Cables Ltd | Optical amplifiers |
| JPS6114624A (ja) * | 1984-06-29 | 1986-01-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光フアイバによる光増幅装置 |
| US4784450A (en) * | 1984-10-15 | 1988-11-15 | Hughes Aircraft Company | Apparatus for generating and amplifying new wavelengths of optical radiation |
| EP0186299B1 (en) * | 1984-12-13 | 1990-04-18 | Stc Plc | Optical amplifier |
| US4794598A (en) * | 1986-07-18 | 1988-12-27 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Synchronously pumped ring fiber Raman laser |
| US4708421A (en) * | 1985-02-08 | 1987-11-24 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | In-line fiber optic memory |
| US4738503A (en) * | 1985-02-08 | 1988-04-19 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junion University | In-line fiber optic memory |
| US4815804A (en) * | 1985-02-08 | 1989-03-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | In-line fiber optic memory and method of using same |
| JPH0833564B2 (ja) * | 1985-05-09 | 1996-03-29 | ブリティシュ・テレコミュニケ−ションズ・パブリック・リミテッド・カンパニ | 光ホモダイン検波方法および装置 |
| US4699452A (en) * | 1985-10-28 | 1987-10-13 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Optical communications system comprising Raman amplification means |
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| USH499H (en) | 1986-09-02 | 1988-07-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | System and method for linearly amplifying optical analog signals by backward Raman scattering |
| JPH0727149B2 (ja) * | 1986-11-04 | 1995-03-29 | 沖電気工業株式会社 | 光結合器 |
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