具有光放大器的光传输装置

摘要

本发明提供了一种考虑由装置内的光学元件引起的损耗的光放大器。较低输出、较低增益的发送端光放大器中，激励光功率在放大过程中，在掺杂光纤内，不全部消耗，存在作为残留激励光的一部分光。将该残留激励光的波长设定为适当地偏离接收端光放大器的激励光波长以使其不同于接收端光放大器的激励光波长，利用波分复用耦合器能够将发送端光放大器的残留激励光，加到接收端光放大器的激励光中，从而能够增加增益以及光输出。因此，不必增加接收端光放大器中使用的激励光源的输出功率(不必使用更高价的高输出激励光源)，可以实现高输出的接收端光放大器。

说明书

技术领域

本发明涉及光传输装置。尤其涉及具有将多个波长的光复用到一根光纤上，并将多个波长统一放大的光放大器的波分复用传输装置(WDM：Wavelength Division Multiplexer)。

背景技术

近年来，为了传输更多的数据，利用将多个不同波长的光信号进行复用的波分复用技术。作为对该波分复用过的光信号进行中继的光传输装置，期待，分歧接收传输数据的多种波长中的一部分波长、插入多种波长中的一部分波长后进行发送的光分插装置(OADM：Optical Add/Drop Multiplexer)，以及将多个波长切换到任意路由的光交叉连接装置(OXC：Optical Cross-Connect)等的出现。今后的长距离核心网、城域网中的光传输装置中的大部分，将会被置换成这种OADM装置或OXC装置。

在使用了OADM装置或OXC装置的光网络中，光放大器不仅放大由于节点间传输路径损耗而低下的光信号，还放大由于光合波器、光分波器、光开关的插入损耗而低下的光信号的功率，确保必要的光SNR(Signal to NoiseRatio)，还需要对光信号进行放大以使光电平位于光接收机的输入动态范围内。这样，光放大器在使用了OADM或OXC的光网络中起重要的作用，今后慢慢普及到光网络全体。因此，为了光网络的发展，用更低廉的成本实现该光放大器是极其地重要。

在光放大器中使用掺杂(dope)光纤时，从激励光源导入到光放大器的激励光提供放大光信号的能量。非专利文献1中，记载有在串联连接的两个光放大器中公用来自一个激励光源的激励光的技术。另外，在专利文献1和专利文献2的图4中，记载有在光信号发送端的光放大器和接收端的光放大器中公用激励光源的技术。

【专利文献1】特开平6-296056号公报

【专利文献2】特开平6-164515号公报

【非专利文献1】H.Nakano，S.Sasaki，“Dispersion-CompensatorIncorporated Optical Fiber Amplifier，”IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS，VOL.7，NO.6，JUNE 1995.

发明内容

在OADM或OXC等进行光信号中继的光传输装置中，不仅在为了确保信号质量确保所必要的光SNR而补偿传输路径光纤中的损耗时使用光放大器，在补偿由于经过装置内的光合分波器、光开关而引起的光信号的损耗时也使用光放大器。但上述现有技术中，不是考虑由装置内的光学元件引起的损耗而使用光放大器，在这样的光传输装置中也要求考虑激励光源的使用，制造低廉的装置。

本发明中为了解决上述问题，针对在光开关等光学元件的输入端、输出端设置的光放大部，将没有在放大经过了光学元件的光信号的光放大部中使用完而剩余的激励光导入到对此时输出到光学元件的光信号进行放大的光放大部。

根据本发明，将在发送端光放大器剩余的残留激励光可以作为用于高输出光的接收光放大器的放大的激励光来再利用，因此可以削减相应的、在接收端光放大器中使用的激励光源的输出功率或可以削减相应数量的激励光源。高输出光放大器的成本由激励光源支配，可以实现低成本化。同时，可以缓和激励光源用的热设计条件，因此具有能够小型化光放大板的效果。光放大器用于今后的光网络的所有节点，因此作为整个系统，光放大器的低成本化、小型化的效果非常大。

附图说明

图1示出了光放大器板结构的一实施例；

图2示出了OADM系统的整体图的一实施例；

图3示出了OADM节点内部结构的一实施例；

图4示出了OADM节点中的光电平图的一实施例；

图5示出了发送光放大器TA的结构的一实施例；

图6示出了接收光放大器RA的结构的一实施例；

图7示出了接收光放大器RA的结构的另一实施例；

图8示出了OXC结构的一实施例；

图9示出了OXC结构的另一实施例。

符号说明

101、102：WDM终端局节点；201：OADM节点；301：中继节点；1222：West侧光放大板；1323：East侧光放大板；12、13、14：发送端光放大器；22、23、24、25：接收端光放大器；13a、22a：输入监视器；13b、22b：输出监视器；13c、22c：增益一定控制电路；130、220：掺铒光纤；131、221、222：激励光源；132、223、224、226：信号/激励光复用滤光器(filter)；13：信号/激励光分离滤光器；225、227：激励光复用滤光器；400：传输路径光纤；31、32、33：合波器；41、42、43：分波器；51：OADM开关；510：2×2开关；511：可变衰减器；61、62：中继光放大器；71：矩阵开关。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式进行说明。

【实施例1】

图1表示OADM系统的全体图。从左开始设有WDM终端局节点101(ET：End Terminal)、OADM节点201、中继节点301(REP：Repeater)以及ET节点102，分别通过传输路径光纤400双向连接。在这里，图中的左侧定义为West侧，右侧定义为East侧。ET节点101为在OADM系统中输出从West侧传输到East侧的光信号的节点，与具有各种不同波长的无线转发器(transponder)连接。来自无线转发器的不同波长的信号分别通过合波器(MUX：Multiplexer)31被波分复用，通过发送端光放大器11传送到一根传输路径光纤400。合波器31复用的波长数因系统而不同，例如，复用从40至80波长左右的光信号。REP节点301将波分复用过的光信号直接通过中继光放大器61(LA：Line Amplifier)进行统一放大，向East侧的ET节点102传输光信号。East侧的ET节点102，通过接收光放大器24统一放大从West侧ET节点101输出的信号或在OADM节点201中插入的信号的波分复用信号，通过分波器(DMUX：Demultiplexer)42将波长分离成各个不同的波长，并输出到对应各个波长的无线转发器。以上，对West→East方向的信号传输进行了叙述，East→West方向也相同。

图2表示OADM节点201的结构。OADM节点201接收来自West侧传输路径光纤400的信号，通过接收端光放大器(RA：Receiver Amplifier)22进行放大后，在OADM开关部51进行插入(Add)/分岐(Drop)或通过(Through)处理，在发送端光放大器(TA：Transmitter Amplifier)13再次进行放大后，输出到East侧传输路径光纤401。逆方向也相同，OADM节点201接收来自East侧传输路径光纤401的信号，通过接收端光放大器23进行放大后，在OADM开关部51进行插入/分歧或通过处理，在发送端光放大器12再次进行放大后，输出到West侧传输路径光纤400。在这里，在与传输路径光纤400之间进行光信号输入输出的发送端光放大器12和接收端光放大器22，统一加载在West侧光放大板1222。另外，在与传输路径光纤401之间进行光信号输入输出的发送端光放大器13和接收端光放大器23，统一加载在East侧光放大板1323。West侧光放大板1222中，发送端光放大器12的残留激励光从传输到传输路径光纤400的波分复用光信号中分离，反向合波到通过了接收端光放大器22的波分复用光信号的行进方向，由此用于接收端光放大器22的放大。另外，East侧光放大板1323中，发送端光放大器13的残留激励光从传输到传输路径光纤401的波分复用光信号中分离，反向合波到通过了接收端光放大器23的波分复用光信号的行进方向，由此用于接收端光放大器23的放大。

发送端光放大器(TA)的输出功率，由于传输路径光纤的非线性效果引起的信号质量恶化的影响而受限制，因而不是发送端光放大器，而是增大接收端光放大器(RA)的输出功率时增加光信噪比，对延长传输距离有效果。因此，接收端光放大器有必要作成高输出，在本实施例中，构成将发送端光放大器的残留激励光能利用到接收端光放大器的光传输装置。在使用例如掺铒(Er)光纤放大器时，光放大器的增益或输出光功率是由该掺铒光纤的Er浓度或长度、激励光功率决定，由光放大器的输入功率决定。

图3表示，OADM节点201的内部结构，从West侧输入的波分复用信号，在接收端光放大器22被统一放大后，由分波器43分离成各个波长的光信号。2×2光开关510，在Add/Drop模式时，分歧、插入各波长的光信号；在Through模式时，使光信号通过。在Add/Drop模式时，分歧、插入的光信号经由与OADM节点201连接的无线转发器，输入或输出到其他装置。此时，OADM系统中，在West侧ET节点101与OADM节点201之间设有光通路。Through模式时，直接通过2×2光开关510传输到East侧，最终连接到East侧ET节点102的无线转发器。此时，OADM系统中，ET节点101与ET节点201之间设有光通路。位于2×2光开关510后段的可变衰减器511，通过自动电平控制(ALC：Automatic Level Control)将输入的光信号设定为所期望的光电平。合波器33对来自可变衰减器511的光信号再次进行波分复用，在发送端光放大器11统一放大波分复用信号后，将该波分复用信号输出到East侧传输路径光纤。

图4表示OADM节点201的光电平图的例子。纵轴为，每一波长(每一信道)的平均光电平[dBm/ch]。设ET节点101输出的光信号的输出电平为Pto。ET节点101输出的电平Pto的光信号，受传输路径光纤400的损耗，成为光电平Pri被发送到OADM节点201。Pri，在接收端光放大器22被放大，达到光电平Pro。Pro由于通过OADM开关51时的损耗，减少到光电平Pti。Pti，在发送端光放大器13再次被放大到光电平Pto，经过传输路径光纤401传输到下一个REP节点301。

在该电平图例子中，为了抑制传输路径光纤400、401的非线性效果的影响，将Pto设定为+1dBm/ch左右，为了确保光SNR(信噪比)，将Pro设定为+7dBm/ch左右的比较高的光电平。即，考虑由OADM开关51引起的损耗，接收端光放大器22被设定为输出比发送端光放大器13更大的光电平的光信号。此时，接收端光放大器22输出的光信号的所有波长的总光电平，当40波长时为+23dBm，当80波长时为+26dBm，作为通常使用的掺铒光纤放大器的光输出电平，非常高。为了达到这样的高输出光电平，激励光源的输出功率需要设定为几百mW～1W等级的高输出。因此，本实施例中，做成将通过发送端光放大器13的剩余的激励光导入到接收端光放大器22的结构。

接着，对发送端光放大器13及接收端光放大器22的结构进行说明。图5表示发送端光放大器13的结构。发送端光放大器13由掺铒光纤130、激励光源131、信号/激励光复用滤光器132以及信号/激励光分离滤光器133构成。右上角的插入图表示，成为放大对象的信号的信号波段和作为激励光的波长的激励波段的关系。在掺铒光纤光放大器的情况下，信号波段为1550nm波段或1580nm波段，激励波段为980nm波段以及1480nm波段。本实施例中，将1480nm的激励波段分成两个波段，第一激励波段λt(例如1460～1475)以及第二激励波段λr(例如1480～1495)，但波段的分割方法不局限于该例子，也可以将980nm波段分成两个波段，或利用980nm波段和1480nm的波段分别作为λr或λt。在这里，图5中的发送端光放大器13的激励光源131使用第一激励波段λt。波分复用光信号和来自激励光源131的激励光，通过信号/激励光复用滤光器132被复用，通过掺铒光纤130后，利用激励光的能量放大波分复用信号。没有在掺铒光纤130中消耗的波段λt的残留激励光，由信号/激励光分离滤光器133分离，从发送端光放大器13输出到接收端光放大器23。

在这里，对发送端光放大器13的增益控制进行说明。为了放大波分复用光，有必要进行为了抑制增益的波长依赖性的变动，使所有波长的总输入功率(Pin)与总输出功率(Pout)的比Pout/Pin为一定值的增益一定控制。图5中，输入监视器13a和输出监视器13b中监视各值，将监视结果通过增益一定控制电路13c反馈到激励光源131后改变输出功率，从而将Pout/Pin控制在一定值。这是一般使用的控制方法。此外，输入监视器13a和输出监视器13b中监视的光信号的大小，可以为波分复用光信号的电平，也可以测定波分复用光信号中包含的光信号的一部分或波分复用光信号中的特定波长的光信号的电平。

图6中，表示接收端光放大器22的结构。接收端光放大器22由掺铒光纤220、输出波段λr或波段λt中的任意一个波段的激励光的激励光源221、输出波段λt的激励光的激励光源222、信号/激励光复用滤光器223、信号/激励光复用滤光器224以及激励光复用滤光器225构成。波分复用信号和来自激励光源221的光，通过信号/激励光复用滤光器223被复用，且来自激励光源222的光，也是通过信号/激励光复用滤光器224与波分复用光信号复用，由此通过掺铒光纤220对波分复用光信号进行放大。没有在图1的发送端光放大器12中消耗的波段λt的残留激励光，通过激励光复用滤光器225被复用，通过信号/激励光复用滤光器224利用到掺铒光纤220的放大。在这里，信号/激励光复用滤光器224为，使波段λt的激励光从左到右、波段λr的激励光从下到右、信号波段从右到左通过的滤光器，可以用电介质多层膜来制作。

对接收端光放大器22的增益控制进行说明。输入监视器22a中监视光信号的电平Pin，输出监视器22b中监视光信号的电平Pout，通过增益一定控制电路22c反馈到激励光源221及222后改变输出功率，从而将Pout/Pin控制在一定值。不对从发送端光放大器12输入的残留激励光进行控制，由此防止接收端光放大器22对发送端光放大器12的干扰。另外，即使来自发送端光放大器12的残留激励光的功率有变动时，也通过对激励光源221及222的控制，抑制其变动。此外，增益一定控制电路22c，不仅控制激励光源221及222双方，也可以控制其中的任意一个。    

图7表示，与图6不同结构的接收端光放大器25。与图6的接收端光放大器22不同的是，激励光复用滤光器226及227。激励光复用滤光器227，复用来自发送端光放大器12的波段λt的激励光和来自激励光源222的波段λr的激励光。然后。信号/激励光复用滤光器226，复用来自信号/激励光复用滤光器226的波段λt和波段λr的激励光和信号光。接收端光放大器25的增益控制与图6的说明相同。此外，在一台光传输装置中，可以任意组合接收端光放大器22和25来使用。即，可以在East侧使用接收端光放大器22，在West侧使用接收端光放大器25。

这样，在增益和输出光功率较小时，着眼于存在残留激励光这一点，本发明中考虑将该残留激励光利用到其他光放大器，而且将残留激励光的波长，作成与其他光放大器的激励光的波长不同的波长。这样，将激励光的波长作成不同的波长，由此将来自发送端光放大器的残留激励光和来自激励光源222的激励光通过波分复用耦合器高效率地进行复用，可增加接收端光放大器22、25的增益和输出光功率。

【实施例2】

利用图8及图9的结构图，对本发明的第二实施例进行说明。图8及图9为，OXC节点的结构图，是如下的一种系统：将从路由1到路由6的传输路径光纤输入输出的波分复用光信号按照波长切换到任意的路由，将信号输出到位于其OXC节点本身的客户端装置，输入来自客户端装置的信号。为了简化图，分成图8及图9进行记载。

图8中，接收从路由1、路由2、路由3的传输路径光纤输入的信号，在接收端光放大器22进行放大。分波器43将放大后的光信号，分成按照波长的光信号，该按照波长的光信号和从客户端装置输入的信号在矩阵开关71进行路径切换。各波长的光信号中的一部分将路径切换到客户端装置，其他信号在合波器33被波分复用后输出到路由4、路由5、路由6。发送端光放大器13对输出到路由4、路由5、路由6的光信号再次进行放大。

图9的OXC节点接收从路由4、路由5、路由6的传输路径光纤输入的信号，在接收端光放大器23进行放大后，由分波器43按照波长进行分离。矩阵开关71分别切换该按照波长的光信号和从客户端装置输入的信号的路径，将一部分输出到客户端装置，一部分输出到合波器33。发送端光放大器12将输出到路由1、路由2、路由3的波分复用光信号再次进行放大。

发送端光放大器12和接收端光放大器22如图1所示，加载到路由1(或路由2或路由3)侧光放大板1222，发送端光放大器13和接收端光放大器23加载到路由4(或路由5或路由6)侧光放大板1323。光放大板1222中，发送端光放大器12的残留激励光从主信号分离出来，合波到通过掺铒光纤220的主信号，由此用于接收端光放大器22的放大。另外，光放大板1323中，发送端光放大器13的残留激励光从主信号分离出来，合波到通过掺铒光纤220的主信号，由此用于接收端光放大器23的放大。