JP5066591B2

JP5066591B2 - 双方向光増幅器及びｐｏｎシステム及びｐｏｎシステムの通信方法

Info

Publication number: JP5066591B2
Application number: JP2010155169A
Authority: JP
Inventors: 正満藤原; 謙一鈴木; 比呂志石井; 健之今井; 勝久田口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: JP2012019353A

Description

本発明は、半導体光増幅器（ＳＯＡ：ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いた双方向光増幅器及びＰＯＮシステム及びＰＯＮシステムの通信方法に関する。

ＩＥＥＥや、ＩＴＵ−Ｔでは、高速のアクセスサービスを経済的に提供するために、ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）の標準化に取り組んでいる。ＩＥＥＥでは、すでに商用化されているＧ−ＥＰＯＮ（ＧｉｇａｂｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ＰＯＮ）、および次世代システムの１０Ｇ−ＥＰＯＮの標準化を終えている。またＩＴＵ−Ｔでは、すでに商用化されているＢ−ＰＯＮ（ＢｒｏａｄｂａｎｄＰＯＮ）、およびＧ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−ｃａｐａｂｌｅＰＯＮ）の標準化を終えており、次世代システムのＸＧ−ＰＯＮの標準化を進めている。これらＰＯＮは、収容局と複数の加入者が、所外に配置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバで結合されるネットワーク構成であり、上り信号光と下り信号光が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。

下り信号光は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、加入者に配置される送受信装置（ＯＮＵ：ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）は、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自身に必要なタイムスロットの信号を取り出す。また、上り信号光は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光スプリッタで結合されてＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光スプリッタまでの光ファイバ、および収容局に配置される送受信装置（ＯＬＴ：ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。

ＧＥ−ＰＯＮ、Ｂ−ＰＯＮ、Ｇ−ＰＯＮは、すでに完成されたシステムであるが、許容される伝送路損失の拡大が課題の一つとなっている。これが実現できれば、光スプリッタの分岐数を増やして収容する加入者の数を増したり、収容エリアを拡げたりして、数的ないしは面的に、収容効率を向上させることが期待できる。これを解決するために、双方向光増幅器を用いて、分岐数を増やした光スプリッタや、長延化された伝送路の損失を補償する方法が提案されている。図１０に、双方向光増幅器を用いたＰＯＮシステムの構成を示す。図に示される通り、双方向光増幅器１５３は、ＯＬＴ５２と光スプリッタ５４を結合する光ファイバ６７上に配置される。図示する通り、双方向光増幅器１５３は、双方向の上り信号光（波長λ_１）と、下り信号光（波長λ_２）を、２つの合分波器６１及び６２を利用して個別の光増幅器１６３及び１６４により双方向増幅する構成である。

ＰＯＮで使用する光増幅器１６３及び１６４として、希土類を添加した光ファイバ増幅器、集中増幅型の光ファイバラマン増幅器、半導体光増幅器などを用いることができる。特にＳＯＡは、小型化、経済化、省電力化において、他の光増幅器に比して利点を有する。しかしながら、増幅過程におけるＳＯＡの応答時間は、ギガクラスの信号のビット長と同程度であるため、入力信号の光強度が大きく、飽和領域で増幅される場合には、各ビットの立ち上がりにおいて光サージが発生するという問題がある。光サージの発生は、信号波形を劣化させるだけでなく、入力過多により受信器の故障を招くことにもなる。

図１１は、光サージの影響を考慮した双方向光増幅器の適用領域を示す。横軸、および縦軸は、それぞれ、ＯＮＵと光増幅器間距離、およびＯＬＴと光増幅器間距離である。信号ビットレート、信号光の消光比、光増幅器の利得、３２分岐光スプリッタ損失は、それぞれ、１０．３１２５Ｇｂ／ｓ、６ｄＢ、２０ｄＢ、１７．５ｄＢである。また、ＯＮＵ出力４ｄＢｍ、ＯＮＵ受信感度−２８．５ｄＢｍ、ＯＬＴ出力２ｄＢｍ、ＯＬＴ受信感度−２８ｄＢｍとした。さらに、飽和領域と未飽和領域の境界に相当するＳＯＡへの入力光強度（Ｐ_ＬＩＭ）、すなわち、光サージによるＳＯＡへの入力光強度の上限を−１３ｄＢｍとした。ＩＥＥＥやＩＴＵ−Ｔで規定されるＰＯＮでは、λ_１およびλ_２は、ぞれぞれ、１３００ｎｍ、１５００ｎｍ付近であることから、光ファイバ損失が、上り信号光と下り信号光とで大きく異なる。ここでは、シングルモード光ファイバの代表的な値として、上り信号光損失０．３５ｄＢ／ｋｍ、下り信号光損失０．２５ｄＢ／ｋｍとした。

図に示される損失限界は、それを超える領域では、光増幅器を用いた場合であっても受信器に入力される信号光強度が受信感度を下回る境界線を示す。上り信号光損失は、下り信号光損失よりも大きいため、光増幅器の適用領域を制限するのは、上り信号光の損失限界である。一方、光サージ限界は、ＳＯＡへの入力光強度がＰ_ＬＩＭを上回る境界線を示す。図では、下り信号光の光サージ限界が図示されているが、上り信号光の光サージ限界は図示されていない。これは、上り信号光は、ＯＮＵから送出された信号が光増幅器に到達するまでに、光スプリッタで大幅に強度が減衰されるからである。結果、光増幅器の適用領域は、上り信号光の損失限界、および下り信号光の光サージ限界で仕切られる領域により規定される。図では、ＯＬＴと光増幅器間の距離が７２ｋｍ以上の場合に、適用領域が示されている。しかしながら、見方を変えれば、ＯＬＴと光増幅器間の距離が７２ｋｍより小さい領域では、この双方向光増幅器は適用できないとも言える。

ＳｈａｍｉｌＡｐｐａｔｈｕｒａｉ，ＤｅｒｅｋＮｅｓｓｅｔ，ＲｕｓｓｅｌｌＤａｖｅｙ，"Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｏｌｅｒａｎｃｅｔｏｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｂｕｒｓｔｐｏｗｅｒｓｉｎＳＯＡａｍｐｌｉｆｉｅｄＧＰＯＮｓｙｓｔｅｍｓ"，ＯＳＡ１−５５７５２−８３０−６

そこで、本発明は、ＰＯＮシステムにおいて、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することにより、その適用領域を拡大した双方向光増幅器及びＰＯＮシステム及びＰＯＮシステムの通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の双方向光増幅器及びＰＯＮシステム及びＰＯＮシステムの通信方法は、ＳＯＡを備える双方向光増幅器を適用したＰＯＮシステムにおいて、当該双方向光増幅器へ入力される下り信号光の光強度を測定し、当該光強度が所定値を超える場合は、減衰器を用いて入力光強度を減衰する、あるいは、光利得クランプ法を用いてクランプ光を増加することによって、下り信号光によって定まる光サージ限界を緩和させることにより、ＰＯＮシステムにおける当該双方向光増幅器の適用可能範囲を拡大し、ＰＯＮシステムの長延化を実現可能とするものである。

具体的には、本願発明の双方向光増幅器は、上り信号光を伝送する上り信号光伝送路と、上り信号光とは異なる波長の下り信号光を伝送する下り信号光伝送路と、前記下り信号光伝送路及び前記上り信号光伝送路よりも下流側に配置された下流側光ファイバから上り信号光が入力され、入力された上り信号光を分波して前記上り信号光伝送路に出力し、前記下り信号光伝送路で伝送された下り信号光が入力され、入力された下り信号光を前記下流側光ファイバに出力する第１の合分波器と、前記下り信号光伝送路及び前記上り信号光伝送路よりも上流側に配置された上流側光ファイバから下り信号光が入力され、入力された下り信号光を分波して前記下り信号光伝送路に出力し、前記上り信号光伝送路で伝送された上り信号光が入力され、入力された上り信号光を前記上流側光ファイバに出力する第２の合分波器と、前記上り信号光伝送路に挿入され、前記上り信号光の強度を増幅する第１のＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、前記下り信号光伝送路に挿入され、前記下り信号光の強度を増幅する第２のＳＯＡと、前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整する光調整器と、前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定し、前記上限値超であると判断すると前記光調整器に調整させる制御回路と、を備え、前記第２のＳＯＡの駆動電流を入力する入力ポートと前記第２のＳＯＡの駆動電源との間に接続され、前記入力ポートから出力される電気信号を分岐する分岐部を備え、前記制御回路は、前記分岐部の分岐する電気信号を用いて、前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。

上り信号光伝送路と、下り信号光伝送路と、第１の合分波器と、第２の合分波器と、第１のＳＯＡと、第２のＳＯＡと、を備えるため、上り信号光及び下り信号光を増幅することができる。光調整器と、制御回路と、を備えるため、第２のＳＯＡに入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整することができる。したがって、本願発明の双方向光増幅器は、ＰＯＮシステムにおいて、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することにより、その適用領域を拡大することができる。

本願発明の双方向光増幅器では、前記制御回路は、前記上限値超であると判断すると、前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値になるように、前記光調整器に調整させてもよい。
下り信号光の光強度が第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値になるときに、第２のＳＯＡの適用領域が最大になる。このため、本発明により、双方向光増幅器の適用領域を最大にすることができる。

具体的には、本願発明のＰＯＮシステムは、複数のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）とが光スプリッタで接続されているＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムであって、前記光スプリッタと前記ＯＬＴの間の光路に、前記第１の合分波器が前記光スプリッタ側に配置され、前記第２の合分波器がＯＬＴ側に配置された状態で、本願発明に係る双方向光増幅器が挿入されている。

複数のＯＮＵとＯＬＴと光スプリッタと双方向光増幅器を備えるため、ＰＯＮシステムにおいて上り信号光及び下り信号光を増幅することができる。本願発明に係る双方向光増幅器を備えるため、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することができる。したがって、本願発明のＰＯＮシステムは、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することにより、その適用領域を拡大することができる。

具体的には、本願発明のＰＯＮシステムの通信方法は、複数のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）とが光スプリッタで接続されているＰＯＮシステムの通信方法であって、前記ＯＬＴと前記光スプリッタの間を接続する光ファイバで伝送される下り信号光を分波して増幅した後に前記光スプリッタに向けて前記光ファイバに出力するとともに、前記光ファイバで伝送される上り信号光を分波して増幅した後に前記ＯＬＴに向けて前記光ファイバに出力する増幅手順を有し、前記増幅手順において、ＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いて下り信号光を増幅し、下り信号光を増幅する前に、前記ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定し、前記上限値超であると判断すると、前記ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整し、前記増幅手順における前記判定の際に、前記ＳＯＡの駆動電流を入力する入力ポートから出力される電気信号を分岐し、分岐する電気信号を用いて、前記ＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。

増幅手順を有するため、ＰＯＮシステムにおいて上り信号光及び下り信号光を増幅することができる。ここで、本願発明のＰＯＮシステムの通信方法は、増幅手順において、ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度がＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整する。したがって、本願発明のＰＯＮシステムの通信方法は、ＰＯＮシステムにおいて、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することにより、ＳＯＡの適用領域を拡大することができる。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、ＰＯＮシステムにおいて、下り信号光に対するＳＯＡの光サージ限界を緩和することにより、その適用領域を拡大した双方向光増幅器及びＰＯＮシステム及びＰＯＮシステムの通信方法を提供することができる。

実施形態１に係るＰＯＮシステムの一例を示す。実施形態１に係る第１のＳＯＡ及び第２のＳＯＡへの入力光強度と利得の関係を示す。双方向光増幅器５３の第１例を示す。双方向光増幅器５３の第２例を示す。双方向光増幅器５３の第３例を示す。本実施形態に係る双方向光増幅器５３の適用領域を示す。減衰量Ｘを１０ｄＢにまで拡大した場合の双方向光増幅器５３の適用領域を示す。双方向光増幅器５３の第４例を示す。実施形態２に係る第１のＳＯＡ及び第２のＳＯＡへの入力光強度と利得の関係を示す。双方向光増幅器を用いたＰＯＮシステムの構成を示す。光サージの影響を考慮した双方向光増幅器の適用領域を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係るＰＯＮシステムの一例を示す。本実施形態に係るＰＯＮシステムは、複数のＯＮＵ５１とＯＬＴ５２とが光スプリッタ５４で接続されているＰＯＮシステムであって、光スプリッタ５４とＯＬＴ５２の間の光路に、双方向光増幅器５３が挿入されている。

本実施形態に係るＰＯＮシステムの通信方法は、ＯＬＴ５２と光スプリッタ５４の間を接続する光ファイバ６７で伝送される波長λ_２の下り信号光を分波して増幅した後に光スプリッタ５４に向けて光ファイバ６７に出力するとともに、光ファイバ６７で伝送される波長λ_１の上り信号光を分波して増幅した後にＯＬＴ５２に向けて光ファイバ６７に出力する増幅手順を有する。増幅手順において、ＳＯＡを備える双方向光増幅器５３を用いて上り信号光及び下り信号光を増幅する。

図２に、実施形態１に係る第１のＳＯＡ及び第２のＳＯＡへの入力光強度と利得の関係を示す。図に示されるように、入力光強度の大小により、増幅領域を２つに分けることができる。一つは、入力光強度Ｐ_Ｂが小さく、利得一定増幅（線型増幅）がなされる領域であり、他方は、入力光強度Ｐ_Ａが大きく、利得が飽和する領域である。増幅過程におけるＳＯＡの応答時間は、ギガクラスの信号のビット長と同程度である。したがって、飽和増幅領域に相当する入力光強度Ｐ_Ａを有する矩形の光パルスが、このＳＯＡに入力されると、ビットの立ち上がりにおいて光サージが発生する。

この光サージは、入力光強度が増加するにつれて大きくなる。それら領域の境界に相当する入力光強度をＰ_ＬＩＭと定義する。光サージは、図の挿絵に示される振幅を表す物理量ａ、およびｂを用いて、ｂ／ａにより定量化することができる。実際問題、線型増幅領域と飽和増幅領域を定義通りに区別し、Ｐ_ＬＩＭを正確に把握することは困難である。したがって、Ｐ_ＬＩＭの決定は、光サージを許容できるｂ／ａの値が、０．５ｄＢ以下や、１ｄＢ以下となる値というように、システムを設計する者に委ねられる。

ここで、図１１の場合を考え、ＯＬＴ５２から５２ｋｍ離れた光ファイバ上の位置に双方向光増幅器５３を配置する必要があるものとする。図に示されるように、ＯＬＴ５２と双方向光増幅器５３間の距離が７２ｋｍより小さい範囲では、下り信号光の光サージ限界により、この双方向光増幅器５３の適用領域は存在しない。

ＯＬＴ５２から５２ｋｍ離れた光ファイバ上の位置に双方向光増幅器５３を配置した場合は、例えば、入力光強度Ｐ_Ａを有する下り信号光が、ＳＯＡに入力された場合に相当する。ここで、ＳＯＡの前段において下り信号光の光強度をＸｄＢだけ減衰し、入力光強度Ｐ_ＢがＳＯＡに入力されるようにする。入力光強度Ｐ_Ｂは、Ｐ_ＬＩＭ以下であり、ＳＯＡの線型増幅領域に相当する入力光強度であるので、これによって、光サージの発生を防ぐことができる。ただし、ＸｄＢだけ入力光強度を低減すると、同じだけ利得も減少する。

そこで、本実施形態に係るＰＯＮシステムの通信方法は、増幅手順において、下り信号光を増幅する前に、ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度がＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。そして、上限値超であると判断すると、ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度がＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整する。以下、増幅手順の具体例について説明する。

図３に、双方向光増幅器５３の第１例を示す。双方向光増幅器５３の第１例は、下り信号光及び上り信号光を増幅するための構成を備える。例えば、双方向光増幅器５３の第１例は、上り信号光伝送路６５と、下り信号光伝送路６６と、第１の合分波器６１と、第２の合分波器６２と、第１のＳＯＡ６３と、第２のＳＯＡ６４と、を備える。

第１の合分波器６１は、下り信号光伝送路６６及び上り信号光伝送路６５よりも下流側に配置された下流側光ファイバ６７_Ｄから上り信号光が入力され、入力された上り信号光を分波して上り信号光伝送路６５に出力する。上り信号光伝送路６５は、上り信号光を伝送する。第１のＳＯＡ６３は、上り信号光伝送路に挿入され、上り信号光の強度を増幅する。第２の合分波器６２は、上り信号光伝送路６５で伝送された上り信号光が入力され、入力された上り信号光を上流側光ファイバ６７_Ｕに出力する。

第２の合分波器６２は、下り信号光伝送路６６及び上り信号光伝送路６５よりも上流側に配置された上流側光ファイバ６７_Ｕから下り信号光が入力され、入力された下り信号光を分波して下り信号光伝送路６６に出力する。下り信号光伝送路６６は、上り信号光とは異なる波長の下り信号光を伝送する。第２のＳＯＡ６４は、下り信号光伝送路６６に挿入され、下り信号光の強度を増幅する。第１の合分波器６１は、下り信号光伝送路６６で伝送された下り信号光が入力され、入力された下り信号光を下流側光ファイバ６７_Ｄに出力する。

増幅手順では、さらに、下り信号光を増幅する前に、制御回路１３が、第２のＳＯＡ６４に入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。そして、上限値超であると判断すると、下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値以下になるように、さらに好ましくは第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値になるように、下り信号光の光強度を調整する。

例えば、双方向光増幅器５３の第１例は、光調整器１１と、光分岐部１２と、制御回路１３と、を備え、以下のように動作する。増幅手順における判定の際に、光分岐部１２は、下り信号光伝送路６６のうちの第２のＳＯＡ６４の前段に挿入され、下り信号光の一部を分岐し、分岐した光を制御回路１３に入力する。制御回路１３は、光分岐部１２の分岐する光を用いて、第２のＳＯＡ６４に入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。例えば、制御回路１３は、入力された光を光電気変換して光強度を計測する。

そして、制御回路１３は、上限値超であると判断すると、光調整器１１に調整させる。例えば、制御回路１３は、光減衰器に下り信号光を減衰させる。これにより、増幅手順における調整の際に、光調整器１１は、下り信号光の光強度を、第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値以下に調整する。一方、制御回路１３は、上限値以下であると判断すると、光調整器１１の調整を停止する。例えば、制御回路１３は、光減衰器に下り信号光を減衰させない。これにより、増幅手順における調整の際に、光調整器１１は、下り信号光の光強度を、第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値以下に調整しない。

例えば、制御回路１３の計測値、光分岐部１２の分岐比、光減衰器の固有損失を考慮して、第２のＳＯＡ６４への入力光強度を換算し、換算値が入力光強度Ｐ_ＬＩＭを超える場合に、制御信号を光減衰器に伝達する。制御信号を伝達された光減衰器は、第２のＳＯＡ６４への入力光強度が、Ｐ_ＬＩＭとなるように、下り信号光の光強度を減衰する。

図４に、双方向光増幅器５３の第２例を示す。双方向光増幅器５３の第２例は、光調整器１１、光分岐部１２及び制御回路１３に代えて、光調整器２１と、光分岐部２２と、制御回路２３と、を備える。光分岐部２２は、第２のＳＯＡ６４の後段に配置されている点において、光分岐部１２と異なる。例えば、光分岐部２２は、第２のＳＯＡ６４と第１の合分波器６１との間の光路に挿入される。制御回路２３は、第２のＳＯＡ６４への入力光強度に対する出力光強度の関係を予め記憶しておき、記憶しておいた関係を用いて第２のＳＯＡ６４の入力光強度の換算を行う。これにより、制御回路２３は、第２のＳＯＡ６４に入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。

図５に、双方向光増幅器５３の第３例を示す。双方向光増幅器５３の第３例は、第２のＳＯＡ６４を駆動する電流の入力ポート３５と電流源３４との間の電気回路上に配置される点において、双方向光増幅器５３の第１例及び第２例の構成と異なる。駆動電流を印加した状態で、第２のＳＯＡ６４に下り信号光が入力されると、入力光強度に比例した電流が、入力ポート３５から流れ出る。この電流値から、第２のＳＯＡ６４への入力光強度の換算を行うことができる。

具体的には、双方向光増幅器５３の第３例は、光調整器１１、光分岐部１２及び制御回路１３に代えて、光調整器３１と、分岐部３２と、制御回路３３と、電流源３４と、を備える。電流源３４は、第２のＳＯＡ６４を駆動する。分岐部３２は、第２のＳＯＡ６４の入力ポート３５と第２のＳＯＡ６４の電流源３４との間に接続され、入力ポート３５から出力される電気信号を分岐する。分岐部３２としては、強度分岐器だけでなく、図の挿絵にあるように、サーキュレータや、バイアスＴを用いることができる。

そして、増幅手順における判定の際に、分岐部３２が第２のＳＯＡ６４の駆動電流を入力する入力ポート３５から出力される電気信号を分岐する。そして、制御回路３３が、分岐部３２の分岐する電気信号を用いて、第２のＳＯＡ６４に入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する。

光調整器３１は、例えば、第２のＳＯＡ６４と第２の合分波器６２との間の光路に挿入され、光を減衰させる光減衰器である。この場合、制御回路３３は、上限値超であると判断すると光減衰器に下り信号光を減衰させ、上限値以下であると判断すると光減衰器に下り信号光の減衰を停止させる。

図６に、本実施形態に係る双方向光増幅器５３の適用領域を示す。第２のＳＯＡ６４への入力光強度の減衰量Ｘは５．１ｄＢとした。図に示されるように、下り信号光の光サージ限界が緩和され、ＯＬＴ５２と第２のＳＯＡ６４の間の距離が５２ｋｍ以上の範囲にまで双方向光増幅器５３の適用領域が拡大される。これにより、ＯＬＴ５２から５２ｋｍ離れた光ファイバ６７上の位置に双方向光増幅器５３を配置することが可能となる。同時に、第２のＳＯＡ６４の利得が２０ｄＢから１４．９ｄＢまで低下するため、下り信号光の損失限界が図の左下に移動するが、損失限界については、依然として上り信号光が制限要因であることに変わりない。

図７に、減衰量Ｘを１０ｄＢにまで拡大した場合の双方向光増幅器５３の適用領域を示す。図に示されるように、ＯＬＴ５２と第２のＳＯＡ６４の間の距離が３２ｋｍ以上の範囲にまで下り信号光の光サージ限界が緩和される。一方で、同時に、第２のＳＯＡ６４の利得が２０ｄＢから１０ｄＢまで低下するため、上り信号光に代わって、下り信号光の損失限界が適用領域の制限要因となり、適用領域の一部が非適用領域化されることになる。したがって、減衰量Ｘは、第２のＳＯＡ６４への入力光強度がＰ_ＬＩＭに等しくなるよう最小限に留めることが望ましい。

（実施形態２）
本実施形態に係るＰＯＮシステムは、双方向光増幅器５３の第４例を備える。双方向光増幅器５３の第４例は、下り信号光を増幅する第２のＳＯＡ６４に、利得クランプ法を適用することを特徴とする。利得クランプ法とは、増幅される信号光とは異なる波長の光（クランプ光）を信号光と同時に光増幅器に入射することで、線型増幅領域を拡大させる技術である。

図８に、双方向光増幅器５３の第４例を示す。双方向光増幅器５３の第４例は、増幅手順における調整の際に、第２のＳＯＡ６４に入力される下り信号光の光強度が第２のＳＯＡ６４の未飽和領域の上限値以下になるように、クランプ光Ｃを増加させる。例えば、双方向光増幅器５３の第４例は、光調整器としてのクランプ光源４１と、光分岐部４２と、制御回路４３と、を備える。

クランプ光源４１は、第２のＳＯＡ６４にクランプ光Ｃを供給する。制御回路４３は、上限値超であると判断するとクランプ光源４１にクランプ光Ｃの供給量を増加させ、上限値以下であると判断するとクランプ光源４１にクランプ光Ｃの供給量を減少させる。光分岐部４２及び制御回路４３の配置及び動作は、双方向光増幅器５３の第１例と同様である。

このように、クランプ光源４１を配置する点が、実施形態１の構成と異なる。図では、クランプ光源４１の出力は、第２のＳＯＡ６４の出力側から入射される場合を例示しているが、第２のＳＯＡ６４の出力側に光フィルタを配置し、信号光とクランプ光Ｃを分離する等の手段を用いれば、第２のＳＯＡ６４の入力側から入射してもよい。

図９に、実施形態２に係る第１のＳＯＡ及び第２のＳＯＡへの入力光強度と利得の関係を示す。第２のＳＯＡ６４にクランプ光Ｃを供給することで、第２のＳＯＡ６４の線型増幅領域を拡大させることができる。これにより、入力光強度Ｐ_ＬＩＭであった境界の入力光強度を、新たな入力光強度Ｐ_ＬＩＭ＿Ｎに高めることができる。

ただし、波長λ_２の下り信号光と同時に波長λ_３のクランプ光Ｃも増幅されるために、下り信号光の利得は減少する。ＯＬＴ５２から５２ｋｍ離れた光ファイバ６７上の位置に双方向光増幅器５３を配置した場合は、例えば、入力光強度Ｐ_Ａを有する下り信号光が、第２のＳＯＡ６４に入力された場合に相当する。入力光強度Ｐ_Ａは、飽和増幅領域に相当するので、増幅信号のビットの立ち上がり部分に光サージが発生する。

ここで、第２のＳＯＡ６４に入射されるクランプ光Ｃを出力、もしくは、すでに出力されていた場合は、その出力を増大させる。これにより、第２のＳＯＡ６４の線型増幅領域が拡大され、同じ入力光強度に対しても線型増幅が可能となる。例えば、下り信号光の光強度はＰ_Ａのまま変わらず、飽和増幅領域に位置するＡ点が線型増幅領域に位置するＢ点に移動する。結果、増幅信号の光サージの発生を防ぎ、ＯＬＴ５２から７２ｋｍより近い光ファイバ６７上の位置に双方向光増幅器５３を配置することが可能となる。

なお、光分岐部４２及び制御回路４３に代えて、図４に示す光分岐部２２及び制御回路２３を用いてもよいし、図５に示す分岐部３２及び制御回路３３を用いても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１、２１、３１、４１：光調整器
１２、２２、４２：光分岐部
１３、２３、３３、４３：制御回路
３２：分岐部
３４：電流源
３５：入力ポート
５１：ＯＮＵ
５２：ＯＬＴ
５３、１５３：双方向光増幅器
５４：光スプリッタ
６１：第１の合分波器
６２：第２の合分波器
６３：第１のＳＯＡ
６４：第２のＳＯＡ
６５：上り信号光伝送路
６６：下り信号光伝送路
６７：光ファイバ
６７_Ｄ：下流側光ファイバ
６７_Ｕ：上流側光ファイバ
１００：収容局
１６３、１６４：光増幅器

Claims

上り信号光を伝送する上り信号光伝送路と、
上り信号光とは異なる波長の下り信号光を伝送する下り信号光伝送路と、
前記下り信号光伝送路及び前記上り信号光伝送路よりも下流側に配置された下流側光ファイバから上り信号光が入力され、入力された上り信号光を分波して前記上り信号光伝送路に出力し、前記下り信号光伝送路で伝送された下り信号光が入力され、入力された下り信号光を前記下流側光ファイバに出力する第１の合分波器と、
前記下り信号光伝送路及び前記上り信号光伝送路よりも上流側に配置された上流側光ファイバから下り信号光が入力され、入力された下り信号光を分波して前記下り信号光伝送路に出力し、前記上り信号光伝送路で伝送された上り信号光が入力され、入力された上り信号光を前記上流側光ファイバに出力する第２の合分波器と、
前記上り信号光伝送路に挿入され、前記上り信号光の強度を増幅する第１のＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、
前記下り信号光伝送路に挿入され、前記下り信号光の強度を増幅する第２のＳＯＡと、
前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整する光調整器と、
前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定し、前記上限値超であると判断すると前記光調整器に調整させる制御回路と、
を備え、
前記第２のＳＯＡの駆動電流を入力する入力ポートと前記第２のＳＯＡの駆動電源との間に接続され、前記入力ポートから出力される電気信号を分岐する分岐部を備え、
前記制御回路は、前記分岐部の分岐する電気信号を用いて、前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定する双方向光増幅器。
前記制御回路は、前記上限値超であると判断すると、前記第２のＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記第２のＳＯＡの未飽和領域の上限値になるように、前記光調整器に調整させる
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向光増幅器。
複数のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）とが光スプリッタで接続されているＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムであって、
前記光スプリッタと前記ＯＬＴの間の光路に、前記第１の合分波器が前記光スプリッタ側に配置され、前記第２の合分波器がＯＬＴ側に配置された状態で、請求項１又は２に記載の双方向光増幅器が挿入されている
ことを特徴とするＰＯＮシステム。
複数のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）とが光スプリッタで接続されているＰＯＮシステムの通信方法であって、
前記ＯＬＴと前記光スプリッタの間を接続する光ファイバで伝送される下り信号光を分波して増幅した後に前記光スプリッタに向けて前記光ファイバに出力するとともに、前記光ファイバで伝送される上り信号光を分波して増幅した後に前記ＯＬＴに向けて前記光ファイバに出力する増幅手順を有し、
前記増幅手順において、
ＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いて下り信号光を増幅し、
下り信号光を増幅する前に、前記ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定し、
前記上限値超であると判断すると、前記ＳＯＡに入力される下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値以下になるように調整し、
前記増幅手順における前記判定の際に、前記ＳＯＡの駆動電流を入力する入力ポートから出力される電気信号を分岐し、分岐する電気信号を用いて、前記ＳＯＡに入力される前記下り信号光の光強度が前記ＳＯＡの未飽和領域の上限値超であるか否かを判定するＰＯＮシステムの通信方法。