JPS626375B2

JPS626375B2 -

Info

Publication number: JPS626375B2
Application number: JP56183301A
Authority: JP
Inventors: Koichi Minemura; Kunihiko Washio
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1981-11-16
Filing date: 1981-11-16
Publication date: 1987-02-10
Also published as: JPS5884550A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は光フアイバ双方向伝送システム、特
に従来に比べて伝送路距離が長く出来る光フアイ
バ双方向伝送システムに関する。

一本の光フアイバ伝送路の両端にそれぞれ接続
された光送受信機の出力光信号を光フアイバ伝送
路中を双方向に伝送させる光フアイバ双方向伝送
システムは、伝送路の経済化がはかれる等の特長
から短距離から長距離に到る種々の用途が考えら
れている。従来の光フアイバ双方向伝送システム
では、主として光源に発光ダイオードや半導体レ
ーザを用いていたがこれら光源を用いた場合の送
信光レベルは最大でもせいぜい約＋5dBｍ（約３
ｍＷ）であつたために、伝送路距離は十分には長
く出来ないという欠点があつた。

また、光源に高出力のNd：YAGレーザを用い
れば、光フアイバ伝送路内に約＋30dBｍ（約
1W）の信号レベルを入力させることが可能なた
め、長距離伝送が可能であり、例えば波長1.32μ
ｍのNd：YAGレーザを用いた32Mb／ｓの信号の
単一方向100Km伝送の可能性が確認されている。
しかし、Nd：YAGレーザの発振波長のうちで、
光フアイバ長距離伝送に適した光フアイバの低損
失低分散波長領域にあるのは約1.32μｍと約1.34
μｍの波長だけで、波長が近接している。

ところで、光フアイバ双方向伝送システムで長
距離伝送を達成するには、光双方向分波回路の低
損失化をはかることと近端漏洩減衰量を高めるこ
とが重要で、従来はそのために波長多重方式によ
つて双方向伝送を実現していた。しかし、Nd：
YAGレーザの発振波長の約1.32μｍと約1.34μｍ
とでは波長が近接しすぎていて、光双方向分波回
路の損失が大きく、また近端漏洩減衰量が小さい
ために、伝送路距離が十分には長く出来ないとい
う欠点があつた。

この発明の目的は、従来よりも伝送路距離が長
く出来る光フアイバ双方向伝送システムを提供す
ることにある。

この発明によれば、第１の光送受信機と、第２
の光送受信機と、光フアイバ伝送路とを備え、前
記第１の光送受信機の送信信号光を励起光として
前記第２の光送受信機から伝送されてきた信号光
が前記光フアイバ伝送路中で光フアイバ誘導散乱
増幅作用により光増幅されることを特徴とする光
フアイバ双方向伝送システムが得られる。

光フアイバ中の誘導散乱を用いた光増幅につい
ては、例えばエレクトロニクスレターズ
（Electronics Letters）、1980年８月14日発行の
第16巻、第658頁から第660頁に記載の、この発明
の発明者の一人である鷲尾、他による論文に詳述
されている。この論文では、励起光に波長が
1.319μｍ、光レベルが30W以上のNd：YAGレー
ザの光、信号光に波長が1.338μｍまたは1.335μ
ｍ、光レベルが0.26ｍＷ〜6.2ｍＷのNd：YAGレ
ーザの光を用い、励起光と信号光とを長さ30ｍの
単一モードフアイバ中を同方向に伝搬させること
により、光フアイバ誘導散乱増幅で信号光を
30dB以上光増幅させている。上記論文では、励
起光の光レベルが30W以上と高いが、光フアイバ
誘導散乱増幅作用が起こる距離（増幅距離）が長
い場合や、被増幅光の光レベルが低い場合には、
約1W程度の励起光レベルで容易に30dB以上の小
信号光増幅利得が可能である。さらに、上記論文
では、励起光を被増幅光の伝搬方向と同じ方向に
伝搬させているが、増幅距離が長ければ逆の方向
に伝搬させても約1W程度の励起光レベルで30dB
以上の小信号光増幅利得が可能である。さらに、
励起光と被増幅光の伝搬方向が逆のこの場合に、
励起光も被変調光とすれば、光フアイバ双方向伝
送が可能になる。この光フアイバ双方向伝送で
は、光フアイバ伝送路で光フアイバ誘導散乱増幅
作用が起こるために、光増幅のための十分な増幅
距離が確保出来る。

なお、高増幅利得が得られる被増幅光周波数ν
ｓと励起光周波数νｐとの周波数差（νｐ−ν
ｓ）の最大値は、光フアイバに零分散波長が約
1.3μｍの単一モードフアイバ、励起光に波長が
約1.32μｍの光を使用した場合には約2000cm^-1
（波長差では約0.27μｍに相当）で、比較的大き
い。この値は、光フアイバの分散特性や励起光の
波長を変化させることにより、100cm^-1程度から
3000cm^-1程度まで比較的広範囲に自由に変えるこ
とが出来る。そのため、光フアイバ誘導散乱増幅
作用による光増幅と、波長多重による光フアイバ
双方向伝送が可能なシステムが構成出来る。

この発明の光フアイバ双方向伝送システムでは
第１の光送受信機の光源には約＋30dBｍ以上の
高出力レベルの光源を用い、この光を外部光変調
器で高速変調して送信光信号とすることが出来
る。そのために、送信光レベルは従来のシステム
に比べて約30dB以上高く出来る。一方、第２の
光送受信機の光源には従来と同様に半導体レーザ
が使用可能である。半導体レーザの出力光である
信号光は光フアイバ伝送路中で前記第１の光送受
信機の出力の高レベルの光で励起された光フアイ
バ誘導散乱増幅作用で約30dBの光増幅を受けて
第１の光送受信機の光受信機に達する。

そのために、この発明の光フアイバ双方向伝送
システムでは、両方向ともに許容伝送路損失が従
来に比べて約26dB以上高くとれ、その分だけ伝
送路距離は長く出来る。例えば、損失が約
0.6dB／Kmの光フアイバを伝送路に使用し、伝送
路距離が光フアイバの損失制限の場合には、伝送
路距離は40Km以上長く出来ることになる。

また、この発明の光フアイバ双方向伝送システ
ムでは、２つの光送受信機のうちの一方には、光
源として半導体レーザが使用可能で、半導体レー
ザでは種々の波長のものが開発されているので、
波長が光フアイバ伝送路の低損失波長域にあり、
しかも約1.3μｍの波長のNd：YAGレーザと波長
多重双方向伝送が可能な程度以上の波長差（約
0.05μｍ以上）を有する第２の光送受信機の光源
は容易に入手出来る。また、第１、第２の光送受
信機の光源の波長差が大きく出来るから近端漏洩
減衰量の高い高性能な光双方向分波回路の入手も
容易で、双方伝送に伴なう許容伝送路損失の低下
は非常に小さく出来る。

次にこの発明を実施例により図面を参照して説
明する。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。第１の光送受信機１には第１の光
送信機２、第１の光受信機３、第１の光双方向分
波回路４が設けられている。第１の電気信号入力
端子５にはビツトレイトが100Mb／ｓ、DMI
（Differential Mark Inversion）符号パルスで変
調された２値のパルス信号が入力している。この
パルス信号は第１の光送信機２の駆動回路７で
10Vp−ｐの信号に増幅されたのち、光変調器８
に導びかれている。この光変調器には、Nd：
YAGレーザ９の出力光である波長が1.32μｍ、
出力光レベルが＋35dBｍのレーザ光が導びかれ
ており、前記パルス信号で変調されたのち光フア
イバで第１の光双方向分波回路４に送られてい
る。この第１の光双方向分波回路４は干渉膜フイ
ルタとレンズで構成されており、光変調器８から
の1.32μｍの波長の光を1dBの低損失で光フアイ
バ伝送路１０に送出している。光フアイバ伝送路
１０に送出されている光パルス信号のパルスピー
クレベルは＋30dBｍである。第１の双方向分波
回路４は、第１の光送信機２からの1.32μｍの波
長の光を光フアイバ伝送路１０には低損失で導び
くが、この光が第１の光受信機３に漏れ込む場合
には90dB以上の損失を受けるようになつてい
る。

光フアイバ伝送路１０はコア径が10μｍ、フア
イバ外径が125μｍ、零分散波長が約1.3μｍでシ
リカを材料とする単一モードフアイバで構成され
ている。波長が1.32μｍの前記光パルス信号は光
フアイバ伝送路１０を伝搬したのち、第２の光送
受信機１１の第２の光双方向分波回路１２に入
り、光フアイバで第２の光受信機１３に導びかれ
ている。第２の光受信機１３では、受信した光パ
ルス信号を検波、増幅し、もとの電気信号に復調
したのち、第２の電気信号出力端子１６より送り
出している。

一方、第２の光送受信機１１に設けられている
第２の電気信号入力端子１５には、ビツトレイト
が97Mb／ｓ、デユーテイフアクタが約50％のパ
ルス符号変調された２値のパルス信号が入力して
いる。このパルス信号は第２の光送信機１４に設
けられているInGaAsP半導体レーザにより波長
が1.55μｍの光パルス信号に変換されたのち、光
フアイバで第２の光双方向分波回路１２に導びか
れたのち、光フアイバ伝送路１０に0dBｍの光パ
ルスピークレベルで送出されている。第２の光双
方向分波回路１２は、第１の光双方向分波回路４
と同様に干渉膜フイルタとレンズで構成されてお
り、第２の光送信機１４からの1.55μｍの波長の
光を光フアイバ伝送路１０には1dBの低損失で導
びくが、この光が第２の光受信機１３に漏れ込む
場合には60dB以上の損失を受けるようになつて
いる。

第２の光送受信機１１より光フアイバ伝送路１
０に送出された波長1.55μｍの光パルス信号は光
フアイバ伝送路１０を伝搬して第１の光送受信機
１に達し、第１の光双方向分波回路４を通つて光
フアイバで第１の光受信機３に導びかれている。
この第１の光受信機３では、受信した光パルス信
号を検波、増幅し、もとのパルス信号に復調した
のち、第１の電気信号出力端子６より送り出して
いる。

第１、第２の光受信機３，１３で、符号誤り率
が10^-9以下になる光受信レベルの最小値は、パル
スピーク値で−37dBｍ以下になつている。な
お、この値を光フアイバ伝送路１０の出力端での
値に換算すると−36dBｍ以下になる。ところ
で、第１の光送受信機１から送出されている1.32
μｍの波長の光パルス信号のパルスピークレベル
は＋30dBｍなので、この光パルス信号に対する
許容送受信部間損失は66dBという大きな値にな
る。

一方、第２の光送受信機１１から送出されてい
る1.55μｍの波長の光パルス信号は光フアイバ伝
送路１０を伝搬中、第１の光送受信機１から送出
されている1.32μｍの波長の信号光を励起光とし
た光フアイバ誘導散乱増幅作用により、この光パ
ルス信号が第１の光送受信機１に達するときには
約30dBの光増幅を受ける。そのために、第２の
光送受信機１１から送出されている1.55μｍの波
長の光パルス信号のパルスピーク値0dBｍだが、
光フアイバ誘導散乱増幅による光増幅利得約
30dBを考慮すると、この光パルス信号に対する
許容送受信部間損失は、1.32μｍの波長の光パル
ス信号に対すると同等の約66dBになる。

なお、第１の光送信機２の出力の光パルス信号
が第１の光受信機３に漏れ込むレベルや、第２の
光送信機１４の出力の光パルス信号が第２の光受
信機１３に漏れ込むレベルは、光パルスピーク値
で−60dBｍ以下で、信号光レベルよりも20dB以
上も小さいから符号誤り率をほとんど劣化させな
い。

また、励起光として働く1.32μｍの波長の光
は、被増幅光である1.55μｍの波長の光パルス信
号とは逆方向に伝搬しているし、またDMI符号で
変調された光パルス信号なのでパルスの“１”や
“０”の連続時間が約10ｍｓ以下と小さく、しか
もマーク率が一定であるので、光フアイバ誘導散
乱増幅は数10ｍｓ以上の時間ではほぼ平均的に生
じる。

光フアイバ誘導散乱増作用が起こる増幅距離は
数10ｍｓの伝搬時間に相当する距離（約５ｍ）よ
りも十分に長いから、光増幅利得が第１の電気信
号入力端子５に入力する信号の符号の変化によつ
て変るということはほとんどない。また、長距離
光フアイバ伝送システムでは、光フアイバ伝送路
１０を伝搬してきた信号光はその出射端の近くで
は微弱なレベルに減少している。そのために、光
フアイバ出射端の近くで光フアイバ誘導散乱増幅
作用による約30dBの光増幅が行なわれても、励
起光である1.32μｍの波長の光から被増幅光であ
る1.55μｍの波長の光へのエネルギーの移動はわ
ずかで、これによる励起光である1.32μｍの波長
の光のレベル低下はほとんど問題にならない。な
お、励起光として働く波長1.32μｍの信号光は光
フアイバ伝送路１０を伝搬していくと光フアイバ
の損失によりレベルが低下していくから、光フア
イバ誘導散乱増幅作用は第１の光送受信機１の近
くでは起こるが、第２の光送受信機１１に近い方
では起こらない。

従来の光フアイバ双方向伝送システムでは、第
１、第２の光送信機２，１４の光源に半導体レー
ザや発光ダイオードを使用していたが、ビツトレ
イトが前記実施例と同等の100Mb／ｓの場合、許
容送受信部間損失は約40dB以下であつた。従つ
て、前記実施例では従来に比べて約26dBの許容
伝送路損失の改善が出来ている。光フアイバ伝送
路１０に損失が0.6dB／Km以下のものを使用すれ
ば、前記実施例では伝送路距離は従来に比べて40
Km以上長く出来る。

また、前記実施例では1.32μｍの波長の信号光
を、光フアイバ誘導散乱増幅を起こさせる励起光
にも使用しているので、励起用の光源を特別に使
用しないでよいという特長もある。

なお、前記実施例で第１の電気信号入力端子５
に信号が入力されないときには、Nd：YAGレー
ザ９の出力光は光変調器８で変調を受けずに低損
失でこの光変調器８を通過するように、光変調器
８のバイアスレベルを設定しておいてもよい。こ
のようにすれば、第１の電気信号入力端子５に信
号が入力されないときにも、第１の光送受信機１
からは光が送出されて光フアイバ誘導散乱増幅が
可能なので、時分割の双方向伝送が可能になる。

また、前記実施例で第１の光送信機２のNd：
YAGレーザ９の波長は1.32μｍ、第２の光送信
機１４の出力光の波長は1.55μｍであるとした
が、第１の光送受信機１の送出光により第２の光
送受信機１１から伝送されてきた光信号が光フア
イバ伝送路１０の中で光フアイバ誘導散乱増幅さ
れると共に、波長多重双方向伝送が可能な限り、
他の波長であつてもよい。

なお、第１の電気信号入力端子５に入力してい
る信号はDMI符号パルスで変調された２値のパル
ス信号であるとしたが、CMI符号やバイフエーズ
符号等の一般的な1B2Bタイプの符号でもよい
し、また一般的にmBnBタイプの符号でもよい。
第２の電気信号入力端子１５に入力する信号に
は、前記のような信号を用いてもよいし、また多
値のパルス信号でもよいし、アナログ信号でもよ
い。

この発明によれば以上説明したように、従来よ
りも伝送路距離が長くできる光フアイバ双方向伝
送システムが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。１，１１……光送受信機、２，１４……光送信
機、３，１３……光受信機、４，１２……光双方
向分波回路、５，１５……電気信号入力端子、
６，１６……電気信号出力端子、７……駆動回
路、８……光変調器、９……Nd：YAGレーザ、
１０……光フアイバ伝送路。

Claims

【特許請求の範囲】

１第１の光送受信機と、第２の光送受信機と、
光フアイバ伝送路とを備え、前記第１の光送受信
機の送信信号光を励起光として前記第２の光送受
信機から伝送されてきた信号光が前記光フアイバ
伝送路中で光フアイバ誘導散乱増幅作用により光
増幅されることを特徴とする光フアイバ双方向伝
送システム。