JP2941550B2 - 光中継装置 - Google Patents
光中継装置Info
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Description
おいて光信号の中継を行う光中継装置に関するものであ
る。
系の構成図を図6に示す。同図において、1a、1b、
1cは光中継装置、2a、2b、2c、2dは給電線、
3a、3b、3c、3d及び4a、4b、4c、4dは
光ファイバ、5は定電流電源、24a、24bは光伝送
端局装置である。送信端並びに受信端に設置された光伝
送端局装置24a、24bの間を結ぶ上記3a、4a等
で表される光ファイバ伝送路3、4中には、上記1a等
で表される多数の光中継装置1が直列に挿入される。こ
こで、各光中継装置1に対する電源の供給は、通常、送
信端又は受信端に設置された定電流電源5により直流定
電流を供給する、定電流給電方式により行われることが
多い。
成図である。この図は『Undersea Light
wave Communications(IEEE
press、1986年刊)、384頁、Fig.5』
に示されたもので、図において、1は光中継装置、2
a、2bは給電線、3a、3b、4a、4bは光ファイ
バ、6a、6bは光中継回路、7は定電圧ダイオードで
ある。なお、図5においては理解を助けるために補足並
びに簡略化を行っている。
は、上り回線用光中継回路6aと、下り回線用光中継回
路6bと、定電圧ダイオード7とから構成される。光フ
ァイバ3aにより入力される上り回線光信号は、光中継
回路6aにより、再生中継又は光増幅中継され、光ファ
イバ3bに出力される。また、光ファイバ4aにより入
力される下り回線光信号は、光中継回路6bにより再生
中継又は光増幅中継され、光ファイバ4bに出力され
る。一方、光中継回路6aと光中継回路6bは、定電圧
ダイオード7に互いに並列に接続される。上記定電圧ダ
イオード7は、給電線2aより入力される直流定電流に
より所定の定電圧を発生し、上記光中継回路6a、6b
に供給する。なお、光中継回路6の詳細は、図5(b)
に示すように励起光源13とトランジスタ15が直列接
続されている。この形式は標準ではあるが、直列接続で
励起するために正規の電圧を常に印加する必要があっ
た。
上のように構成されており、各光中継回路が定電圧発生
用の定電圧ダイオードに互いに並列に接続されているた
めに、まず、上記光中継回路の数、この場合は上り下り
の2回路で、2倍の給電電流が必要である。また、各光
中継回路に使用されるレーザダイオード(LD)に供給
するバイアス電流が温度により大きく変化するために、
上記定電圧ダイオードの発生電圧が変動するという課題
があった。
イバを用いたファイバ形光増幅器で構成した場合は、上
記希土類ドープ光ファイバを高出力の励起用光源(通
常、高出力LDが用いられる)で励起する必要があるた
めに、消費電流が大きく、それに起因した電源電圧変動
も大きかった。したがって、安定した性能の光中継シス
テムを経済的に実現するためには、これらを大幅に低減
する必要があった。
めになされたもので、消費電流が少なく、しかも負荷と
なる各光中継回路の電流が変動しても安定動作が実現で
きる光中継装置を得ることを目的とする。
置は、入力光信号を再生中継又は光増幅中継する光中継
回路と、上記 光中継回路の給電電流量を制御する側流
回路とをまず並列接続して一組とし、この一組を複数組
直列接続して定電流源に接続すると共に、これらに、定
電流源の給電線に接続され、定電圧を生成する定電圧素
子を、並列に接続して光中継装置とした。更に具体的に
は、光の増幅媒質である光ファイバと、上記光ファイバ
に光カプラを介して接続された励起光源とから構成され
る光中継回路と、その光中継回路の励起光源の出力光の
一部を受ける受光素子の受光量により上記励起光源の駆
動電流量を制御する側流電流制御素子をまず並列接続し
て一組とし、その一組を複数組直列接続して定電流源に
接続すると共に、これらに、定電流源の給電線に接続さ
れ、定電圧を生成する定電圧素子を、並列に接続して光
中継装置とした。更に上記励起光源のオープン故障時に
は上記側流電流制御素子を全導通させる保護素子を備え
て光中継装置とした。
びそれに並列接続された側流回路を複数組直列接続し定
電流源に接続するように構成したので、上記各光中継回
路及び側流回路に供給される電流の和は一定に保たれ
る。また、いずれかの光中継回路のオープン故障時には
保護素子が導通し、上記側流回路を全導通させて給電電
流を迂回させ、他の光中継回路への給電が断にならない
ようにする。
〜図4を用いて説明する。図1はこの発明の一実施例を
示す構成図であり、図中、1、2a、2b、3a、3
b、4a、4b、6a、6b、7は図5と同一のもので
ある。8a、8bは側流回路、9は定電流源である。
aにより入力される上り回線光信号は、光中継回路6a
により、再生中継又は光増幅中継され、光ファイバ3b
に出力される。また、光ファイバ4aにより入力される
下り回線光信号は、光中継回路6bにより再生中継又は
光増幅中継され、光ファイバ4bに出力される。一方、
光中継回路6aと光中継回路6bは互いに直列に接続さ
れ、各光中継回路6a(又は6b)には、給電される電
流の一部または全部を側流する側流回路8a(又は8
b)がそれぞれ並列に接続されている。上記2組の光中
継回路6a(又は6b)/側流回路8a(又は8b)対
に、さらに直列に定電流源9が接続され、これらが定電
圧ダイオード7に対して負荷回路として並列に接続され
ている。
路6bとは互いに直列に接続されているために、給電線
2aより入力される直流定電流は光中継回路の数に依ら
ず、つまり2回路分ではなくて一回路分の電流で済む。
また、各光中継回路6a(又は6b)と側流回路8a
(又は8b)への供給電流の和は定電流源9により常に
一定に保たれるために、光中継回路6a(又は6b)の
消費電流変動が大きい場合でも上記定電圧ダイオード7
に流れる電流は一定となる。したがって、定電圧ダイオ
ード7より上記光中継回路6a、6b及び側流回路8a
(又は8b)に供給される電圧も一定となるために、安
定な動作が実現できる。
置の詳細構成の一例として、希土類ドープ光ファイバを
用いた光増幅中継方式による場合に適用した一実施例を
示す構成図である。図中、1、2a、2b、3a、3
b、4a、4b、6a、6b、7、8a、8b、9は図
1と同一のものである。10a、10bは希土類ドープ
光ファイバ、11a、11bは光カプラ、12a、12
bは光方向性結合器13a、13bは励起光源、14
a、14bは受光素子、15a、15bは側流電流制御
素子であるトランジスタ、16a、16bは電流制御回
路である。ここで、光中継回路6aは希土類ドープ光フ
ァイバ10a、光カプラ11a、光方向性結合器12
a、励起光源13aで構成されており、光中継回路6b
は希土類ドープ光ファイバ10b、光カプラ11b、光
方向性結合器12b、励起光源13bとから構成され
る。また、側流回路8aは受光素子14a、トランジス
タ15a、電流制御回路16aで構成されており、側流
回路8bは受光素子14b、トランジスタ15b、電流
制御回路16bとから構成される。従来例と比べると、
励起光源14aと側流電流制御素子であるドランジスタ
15aが並列に接続されている差異が大きい。このこと
により相対的に小さな印加電圧に対しても励起光源14
aが動作可能となっている。
回線用の光中継回路6a並びに側流回路8aについて説
明するが、下り回線用の光中継回路6b並びに側流回路
8bの動作も全く同一である。まず光中継回路6aの動
作について示す。希土類ドープ光ファイバ10aは例え
ば希土類元素であるエルビウムを長さ数m〜数十m程度
のシングルモード光ファイバにドープしたものである。
希土類ドープ光ファイバ10aには光カプラ11aが接
続されている。励起光源13aは例えば波長1.48μ
mの半導体レーザ(LD)であり、その出力光は光カプ
ラ11aにより希土類ドープ光ファイバ10aに入力さ
れる。上記励起光源13aの出力光が希土類ドープ光フ
ァイバ10aに入力されると、希土類ドープ光ファイバ
10aは反転分布状態となり、光ファイバ3aにより入
力された波長1.53μmもしくは1.55μmの上り
回線光信号は、誘導放出作用により増幅された後、光方
向性結合器12aを介して光ファイバ3bに出力され
る。
流用トランジスタ15aは、コレクタが上記励起用LD
13aのアノードに、エミッタが同カソードにそれぞれ
接続されており、上記励起用LD13aとトランジスタ
15aに流れる電流の和は電流源9により常に一定に保
たれる。また、励起用LD13aの出力の一部を受光す
る受光素子14aの受光電流を入力とし、受光量に応じ
て出力電流を制御する電流制御回路16aの出力がトラ
ンジスタ15aのベースに接続される。ここで、電流制
御回路16aは、上記受光素子14aの受光電流が常に
一定となるように該トランジスタ15aの電流を負帰還
制御することにより、励起用LD13aの光出力を常に
一定に保つ。このようにして、印加電圧最小で、しかも
励起電流の変動分のみをトランジスタ15aが受け持つ
ことにより、励起電流損失最小の動作が可能となる。
電流制御回路16aの他の詳細構成の一例を示すもの
で、図中、7、13a、14a、15aは図2と同一の
ものである。17aは定電流源、18a、19aはダー
リントン接続されたトランジスタ、20aはトランジス
タ、21a、22aは抵抗、23aはN個(N≧1)の
直列接続されたダイオードから成る障害対策回路であ
る。
3aの出力光の一部を受光する受光素子14aは、アノ
ードがトランジスタ15aのコレクタに、カソードがト
ランジスタ18aのベースに接続された抵抗21aの一
端に接続されている。トランジスタ18aのベースに
は、上記抵抗21aと、負極端子が定電圧ダイオード7
のアノードに接続された基準電流発生用の定電流源17
aの正極端子が接続されている。また、トランジスタ1
8aのコレクタには定電圧ダイオード7のカソードに接
続された抵抗22aの一端が接続されている。また、ト
ランジスタ20aは、ベースがトランジスタ19aのコ
レクタに、エミッタが定電圧ダイオード7のカソード
に、コレクタがトランジスタ15aのベース及び障害対
策回路23aの一端に接続されている。さらに、障害対
策回路23aの他端は定電圧ダイオ−ド7に接続されて
いる。なお、電流制御回路16bも全く同様の構成で実
現できる。ここで、図3はトランジスタ15aにNPN
トランジスタを用いた場合の構成例であるが、PNPト
ランジスタを用いた場合には、トランジスタ19aのコ
レクタをトランジスタ15aのベースにPNPトランジ
スタ20aを介さず直接に接続すればよい。
で、各変数を以下の様に定義する。 Pout :励起光源用LD13aの光出力レベル Iref :基準電流発生用定電流源17aの基準電流 α :受光素子14aの受光感度 β1 :ダーリントントランジスタ18a、19a
の電流増幅率 β2 :トランジスタ20aの電流増幅率 β3 :トランジスタ15aの電流増幅率 η :励起光源用LD13aの微分量子効率 Ild :励起光源用LD13aの直流バイアス電流 Ith :励起光源用LD13aの閾値電流 Ip :受光素子14aの受光電流 Itr :トランジスタ15aのコレクタ電流 Ib :障害対策回路23aの電流 It :定電流源9の電流
正常動作時の光出力Poutは次式で表される。 Pout=[Iref+ (It−Ith)/β1・β2・β3−Ib/β1・β2)] /[α・{1+1/(α・β1・β2・β3・η)}] (5) 励起光源用LD13aが正常動作時には障害対策回路2
3aに流れる電流Ibは漏電流程度であり、ほとんど無
視できる。
充分大きな値となるように設計すると、次の(6)、
(7)式が成立する。 α・β1・β2・β3・η>>1 (6) β1・β2>>1 (7) その結果、(5)式は次の(8)式で近似できる。 Pout=Iref/α (8) 上式より、励起光源用LD13aの光出力Poutは、
受光素子14aの受光感度αの変動を抑えるように設計
すれば、上記励起光源用LD13aの微分量子効率η及
びしきい値電流1thの温度変化による光出力の変動は
抑圧され、基準電流Irefによって定まる所定の一定
値に制御できることが分かる。
カソード端子間でオープン故障を起こした時に、障害対
策回路23aを構成するN個(N≧1)の直列接続され
たダイオードがONするように設計すると、この時、ト
ランジスタ15aのコレクタ電流Itrは飽和し、次の
(9)式で表される。 Itr=β3・Ib=It (9) すなわち、励起光源用LD13aがオープン故障を起こ
した場合にも、定電流源9で規定される全電流Itをト
ランジスタ15aに側流することができ、他方の光中継
回路16bの光出力が断になるのを防ぐことができる。
efと励起光源用LDの平均光出力電力Poutとの関
係の実測例を図4に示す。ここで、P1、P2は側流回
路8a内の基準電流発生用定電流源17aの電流Ire
fを変化したときの励起光源用LD13a、13bの光
出力をそれぞれ示す。図4より、励起光源用LD13a
の光出力P1は基準電流Irefに比例して変化し、か
つ、いかなる値のときでも、他方の励起光源用LD13
bの光出力には影響を与えないことが分かる。
下り用計2個の場合について説明したが、予備用を考慮
した場合などさらに個数が増えた場合についても同様の
構成で同等の機能を実現することができる。また、希土
類ドープ光ファイバに入力される励起光の励起方向が信
号光と逆方向である場合について説明したが、同一方向
である場合にも全く同様の効果を奏する。
回路と、その光中継回路の給電電流量を制御する側流回
路とをまず並列接続して一組とし、更にこれらの組を複
数組直列接続して定電流源に接続すると共に、これら
に、定電流源の給電線に接続され、定電圧を生成する定
電圧素子を、並列に接続するように構成したので、光中
継回路が複数の場合でも一回路の場合と同一の消費電力
で済み、かつ各光中継回路と側流回路への供給電流の和
が一定に保たれるために、全体の消費電力が少なく、か
つ、光中継回路の消費電流変動があっても安定な動作が
実現できるという効果がある。
成図である。
回路並びに側流回路の詳細構成例を示す構成図である。
御回路の詳細構成例を示す構成図である。
流と励起光源の平均光出力電力との関係を示す特性図で
ある。
例を示す構成図である。
ンジスタ 20a トランジスタ 21a、22a 抵抗 23a 障害対策回路 24a、24b 光伝送端局装置
Claims (3)
- 【請求項1】入力光信号を再生中継又は光増幅中継する
光中継回路と上記光中継回路の給電電流量を制御する側
流回路とを並列接続して一組とし、上記光中継回路と側
流回路の一組を複数直列接続し、かつ、上記複数組の光
中継回路と側流回路に対して直列に定電流源を接続する
と共に、これらに、定電流源の給電線に接続され、定電
圧を生成する定電圧素子を、並列に接続することを特徴
とする光中継装置。 - 【請求項2】 光の増幅媒質である光ファイバと、上記
光ファイバに光カプラを介して接続された励起光源とか
ら構成される光中継回路と、上記光中継回路の励起光源
の出力光の一部を受ける受光素子の受光量により上記受
光源の駆動電流量を制御する側流電流制御素子とを並列
接続して一組とし、上記光中継回路と側流電流制御素子
の一組を複数直列接続し、かつ、上記複数組の光中継回
路と側流電流制御素子に対して直列に定電流源を接続す
ると共に、これらに、定電流源の給電線に接続され、定
電圧を生成する定電圧素子を、並列に接続することを特
徴とする光中継装置。 - 【請求項3】 上記光中継回路の励起光源がオ−プン
故障時には側流電流制御素子を全導通させる保護素子を
備えたことを特徴とする請求項2に記載の光中継装置。
Priority Applications (1)
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JPH05268167A JPH05268167A (ja) | 1993-10-15 |
JP2941550B2 true JP2941550B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=13223176
Family Applications (1)
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JP4063229A Expired - Lifetime JP2941550B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光中継装置 |
Country Status (1)
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-
1992
- 1992-03-19 JP JP4063229A patent/JP2941550B2/ja not_active Expired - Lifetime
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