JP4626918B2

JP4626918B2 - ラマン光増幅中継器

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Publication number: JP4626918B2
Application number: JP2001058544A
Authority: JP
Inventors: 直政下條
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: US20020122242A1; US6606188B2; JP2002258335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路を伝送される波長多重（ＷＤＭ）信号光を一括して増幅するための光増幅中継技術に関し、特に、複数の伝送系を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅するラマン光増幅中継器およびＷＤＭ光伝送システム等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＷＤＭ光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長をもつ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離の光伝送が実現可能である。
【０００３】
一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムは、例えば図９に示すように、電気信号を光信号に変換する光送信器系１００と、光信号を伝送する光ファイバ伝送路およびその伝送路の損失を補償するために光信号を増幅して次の光伝送路へ送り出す光増幅中継器の組み合わせを繰り返して構成される伝送系１１０と、光信号を電気信号に復調する光受信器系１２０から構成される。
【０００４】
上記のようなＷＤＭ光増幅中継伝送システムにおいて、伝送系１１０の光増幅中継器等に適用される従来のＷＤＭ用光増幅器としては、例えば、希土類元素を添加した光ファイバに励起光を供給する構成の光ファイバ増幅器（rear earth element doped fiber amplifier：ＲＥＤＦＡ）を用いてＷＤＭ信号光を一括増幅する方式が知られている。このＲＥＤＦＡについては、添加した元素によって決定される光増幅帯域によって信号光帯域が制限されるという特徴があった。
【０００５】
一方、誘導ラマン散乱を利用したラマン増幅器は、ＲＥＤＦＡよりも広帯域な信号光波長帯域の増幅を実現することが可能であり、将来の光増幅中継器への適用が有望視されている。しかし、上記のラマン増幅器は、ＲＥＤＦＡよりも比較的大きな励起光パワーを必要とするため、例えば、海底ケーブルシステムなどのように中継器の消費電力が制限されるシステムに適用する場合には、ラマン増幅器に与える励起光を効率よく供給することが重要になる。
【０００６】
従来のラマン増幅器の構成としては、例えば、特開２０００−９８４３３号公報等に開示されたものがある。この従来のラマン増幅器では、ファブリペロー型等の半導体レーザを用いて構成した複数の励起光源から出力される所要波長の励起光が合波されてラマン増幅媒体に供給される。ところで、ＷＤＭ光増幅中継伝送システムに用いられる光増幅中継器については、ある１方向へ伝達されるＷＤＭ信号光のみを増幅するのではなく、伝送容量増大のために別の伝送路を伝搬するＷＤＭ信号光を増幅したり、上り方向および下り方向を伝送される各ＷＤＭ信号光を増幅したりすることが求められる。このような要求の実現は、特に海底ケーブルシステムなどにおいて重要である。
【０００７】
上り／下りの各方向のＷＤＭ信号光を増幅することのできる光増幅中継器をＲＥＤＦＡを用いて実現した従来技術としては、例えば、特開平５−２６８１６６号公報、特開平６−３１４８３３号公報、特開平７−１７６８１３号公報、特開平８−５４５８０号公報、特開平８−３０４８６０号公報、特開２０００−４９４０５号公報および特開２０００−１１４６２５号公報などに記載されたものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の伝送系に対応した光増幅中継器をラマン増幅器を用いて実現する技術は、現状ではまだ具体化されていない。ラマン増幅器は、前述したようにＲＥＤＦＡよりも広帯域な信号光波長帯域の増幅が可能であり、それを用いて複数の伝送系に対応した光増幅中継器の実現を図ることは非常に有用である。
【０００９】
上述したような従来のラマン増幅器を適用して、複数の伝送系に対応した光増幅中継器を実現しようとすると、従来構成が１本の光ファイバ（１つの伝送系）を伝搬するＷＤＭ信号光を増幅するものであるため、各伝送系に対応させて個別にラマン増幅器を設けることになり、多数のラマン増幅用励起光源を駆動することが必要になる。しかし、このような光増幅中継器の構成は、消費電力が制限される海底ケーブルシステムなどでは現実的ではなく、励起効率の改善が課題となる。
【００１０】
また、複数の伝送系のＷＤＭ信号光を１つの光増幅中継器でラマン増幅する場合、各伝送系について、中継器のトータル出力光パワーや、励起光波長に対応した信号光波長帯域の光パワー（或いは利得）、該光パワー（或いは利得）偏差などの重要なパラメータが許容範囲内にそれぞれ入るようにラマン増幅動作が制御されていないと、すべての伝送系のＷＤＭ信号光を所要の誤り率以下で伝送できなくなる可能性があり問題となる。
【００１１】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、複数の伝送系を伝搬するＷＤＭ信号光を高い励起効率で安定してラマン増幅できるラマン光増幅中継器等に関する技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によるラマン光増幅中継器は、ＷＤＭ信号光を伝送する複数の伝送系に対して、各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、各伝送系を伝送される各々のＷＤＭ信号光をラマン増幅するラマン光増幅中継器であって、ＷＤＭ信号光の波長帯域に対応した波長の異なる励起光を発生する複数の励起光発生部と、各励起光発生部に対応した複数の入力ポートおよび各伝送系に対応した複数の出力ポートを有し、各励起光発生部から各入力ポートに入力される各々の励起光を合波し、合波した励起光を分波して各出力ポートからそれぞれ出力する光合分波部と、光合分波部の各出力ポートから出力される各々の励起光を各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給する複数の励起光合波部と、各伝送系について、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光のパワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、光パワー検出部の検出結果に基づいて、各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する制御部と、を備えて構成されるものである。
【００１３】
かかる構成では、複数の励起光発生部で発生する波長の異なる励起光が、光合分波部により合波された後に複数の伝送系に対応した数に分波されて、各伝送系のラマン増幅媒体に供給され、各々のラマン増幅媒体を伝搬するＷＤＭ信号光がラマン増幅される。これにより、複数の励起光が各伝送系のラマン増幅媒体に対して無駄なく、バランスよく供給されるようになるため、複数の伝送系を伝搬する各ＷＤＭ信号光を高い励起効率でラマン増幅できるようになり、低消費電力で小型のラマン光増幅中継器を実現することが可能になる。
【００１４】
また、信号光パワー検出部および制御部を備えた上記の構成によれば、各伝送系についてのラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーに基づいて、光合分波部に送られる各励起光のパワーがフィードバック制御されるようになる。これにより、光合分波部から出力される励起光パワーのばらつきや光伝送路の特性変動などが与えるラマン増幅動作への影響を低減することが可能になり、複数の伝送系を伝搬する各ＷＤＭ信号光を安定してラマン増幅することができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
本発明によるラマン光増幅中継器の具体的な構成として、信号光パワー検出部は、各伝送系について、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光のパワーを、各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、制御部は、信号光パワー検出部で検出される各伝送系の光パワーの利得波長帯域ごとの平均値を演算する平均値演算部と、利得波長帯域ごとに予め設定した目標平均値に対する、平均値演算部で演算される利得波長帯域ごとの光パワーの平均値の差分を求める比較部と、比較部で求められる利得波長帯域ごとの差分の値に応じて、利得波長帯域に対応した励起光波長の励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えることができる。
【００１８】
かかる構成では、各伝送系についてのラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーが励起光波長に対応した利得波長帯域ごとにモニタされて平均値が求められ、各々の利得波長帯域の平均値が目標の値に近づくように、各励起光パワーがフィードバック制御されるようになる。
本発明によるラマン光増幅中継器の別の具体的な構成として、信号光パワー検出部は、各伝送系について、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光のパワーを、各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、制御部は、信号光パワー検出部で検出される各伝送系の光パワーについて、予め設定した基準の利得波長帯域の光パワーに対する、他の利得波長帯域の光パワーの差分をそれぞれ求める比較部と、比較部で求められる各差分の値について利得波長帯域ごとの平均値を演算する平均値演算部と、平均値演算部で演算される利得波長帯域ごとの差分の平均値に応じて、利得波長帯域に対応した励起光波長の励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えるようにしてもよい。
【００１９】
かかる構成では、各伝送系についてのラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーが励起光波長に対応した利得波長帯域ごとにモニタされ、基準の利得波長帯域の光パワーに対する他の利得波長帯域の光パワーの差分が求められる。そして、各伝送系についての差分の平均値を利得波長帯域ごとに演算し、該演算結果を基に各励起光パワーがフィードバック制御されるようになる。これにより、経時的な特性劣化の補償にも対処することが可能になる。
【００２０】
【００２１】
上述したようなラマン光増幅中継器は、送信端局および受信端局の間でＷＤＭ信号光を伝送する複数の伝送系を有し、各伝送系の光伝送路上に光中継局を備えたＷＤＭ光伝送システムにおける、前記光中継局として好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の第１実施形態にかかるラマン光増幅中継器について説明する。図１は、本実施形態にかかるラマン光増幅中継器の構成を示す図である。
【００２３】
図１において、本ラマン光増幅中継器は、例えば、複数の励起光発生部としての４台の励起光源１₁，１₂，１₃，１₄から供給される各励起光を、上り伝送系Ｓ_1Uおよび下り伝送系Ｓ_1Dを組み合わせたファイバペア回線ＳＹＳ₁、並びに、上り伝送系Ｓ_2Uおよび下り伝送系Ｓ_2Dを組み合わせたファイバペア回線ＳＹＳ₂の各伝送系に含まれるラマン増幅媒体に対して、光合分波部としての４×４ポートのスターカプラ２および励起光合波部としての各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dを介してそれぞれ分配する基本構成を有する。
【００２４】
励起光源１₁〜１₄は、それぞれ、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dを伝搬するＷＤＭ信号光の波長帯域に対応した波長λ_P1〜λ_P4を有するラマン増幅用の励起光を発生する。各励起光の波長λ_P1〜λ_P4は、ラマン増幅の利得が最大になる波長が励起光の波長より１３．２ＴＨｚ小さい周波数に位置することに基づいて、異なる波長の励起光を組み合わせることにより信号光波長帯域にわたって略平坦なラマン利得が得られるように予め設定されている。
【００２５】
スターカプラ２は、例えば、分岐比（％）が５０：５０である２×２ポートの光カプラを４個組み合わせて構成される。具体的には、励起光源１₁，１₂の各出力ポートが光カプラ２₁の各入力ポートに接続され、励起光源１₃，１₄の各出力ポートが光カプラ２₂の各入力ポートに接続される。また、光カプラ２₁の一方の出力ポートおよび光カプラ２₂の一方の出力ポートが光カプラ２₃の各入力ポートに接続され、光カプラ２₂の他方の出力ポートが光カプラ２₄の一方の入力ポートに接続される。さらに、光カプラ２₁の他方の出力ポートが光カプラ２₄の他方の入力ポートに接続される。これにより、光カプラ２₁，２₂の各入力ポートに入力される各励起光のパワーがそれぞれ１／４に分岐されて光カプラ２₃，２₄の各出力ポートから一様に出力されるようになる。
【００２６】
光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dは、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dの光ファイバ伝送路の途中にそれぞれ挿入され、スターカプラ２の各出力ポートから出力される励起光を、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dのラマン増幅媒体にそれぞれ供給する。ここでは、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dを伝搬するＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に各々の励起光が合波され、各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dの信号光入力ポートに接続される光ファイバ伝送路がラマン増幅媒体として機能する。また、各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dの信号光出力側には、ＷＤＭ信号光と同一方向に伝搬する光を通過させ、逆方向に伝搬する光を阻止する光アイソレータ４_1U，４_2U，４_1D，４_2Dがそれぞれ配置される。なお、これらの光アイソレータ４_1U，４_2U，４_1D，４_2Dは省略することも可能である。
【００２７】
上記のような基本構成を有するラマン光増幅中継器では、４つの励起光源１₁〜１₄から出力される各励起光が、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dのラマン増幅媒体に対して無駄なく、バランスよく供給されるようになる。これにより、４つの伝送系を伝搬する各ＷＤＭ信号光を高い励起効率でラマン増幅できるようになるため、低消費電力で小型のラマン光増幅中継器を実現することが可能になる。
【００２８】
なお、ここでは、４台の励起光源１₁〜１₄からの各励起光を４つの伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dの各ラマン増幅媒体に分配する構成について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ｍ，ｎを２以上の正数として、ｍ台の励起光源からの各励起光をｎ個の伝送系の各ラマン増幅媒体に分配する構成に一般化することが可能である。この場合には、各励起光がｍ×ｎポートのスターカプラおよびｎ個の光合波器を介して各々の伝送系のラマン増幅媒体に供給されることになる。
【００２９】
また、ここでは、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dの光ファイバ伝送路をラマン増幅媒体とする、いわゆる分布ラマン増幅型の構成を示したが、例えば図２に示すように、各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dの信号光入力ポートと光ファイバ伝送路との間に別途ラマン増幅媒体５_1U，５_2U，５_1D，５_2Dを挿入するようにした、いわゆる集中ラマン増幅型の構成とすることも可能である。更に、図２に示すように、例えば、各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dの信号光出力側にＲＥＤＦＡ６_1U，６_2U，６_1D，６_2Dを設けて、ラマン増幅器とＲＥＤＦＡを組み合わせにより光増幅中継器の広帯域化を図る応用も可能である。図２の構成例では、各光分岐器７ _1U ，７ _1D ，７ _2U ，７ _2D が各ＲＥＤＦＡ６ _1U ，６ _2U ，６ _1D ，６ _2D の出力ポート後段にそれぞれ配置され、ラマン増幅され更にＲＥＤＦＡで増幅された後の光パワーが、各伝送系に対応した後述する受光部８ _1U ，８ _1D ，８ _2U ，８ _2D でそれぞれモニタされることになる。
【００３０】
以上の構成のラマン光増幅中継器については、スターカプラ２を構成する各光カプラ２₁〜２₄の分岐比の誤差によって、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dのラマン増幅媒体に分配される励起光のパワーにばらつきが生じてしまう可能性がある。このような励起光パワーのばらつきは、中継数が少なくシステム長の短いＷＤＭ光増幅中継伝送システムではそれほど問題とはならない。しかしながら、大洋横断などの数千ｋｍに及ぶシステムでは、１つの伝送系に注目した場合に、上記の励起光パワーのばらつきや光伝送路の特性変動などの要因によって、中継器出力パワーが偶然に連続して増大、または、減少する可能性があり、その結果、多段中継後の光受信器直前でのＷＤＭ信号光の波長間における着信レベル差が増大してしまう可能性がある。また、複数の伝送系のＷＤＭ信号光が１つのラマン光増幅中継器で増幅されるため、各伝送系について、中継器のトータル出力光パワーや、励起光波長に対応した信号光波長帯域の光パワー（或いは利得）、該光パワー（或いは利得）偏差などの重要なパラメータが許容範囲内にそれぞれ入るようにラマン増幅動作が制御されていないと、すべての伝送系のＷＤＭ信号光を所要の誤り率以下で伝送できなくなってしまう可能性もある。そこで、本実施形態では、上記のような事項を考慮してラマン増幅動作の安定化を図る。
【００３１】
図１において、本ラマン光増幅中継器は、例えば、各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dを伝搬するＷＤＭ信号光の中継器出力パワーをモニタするための信号光パワー検出部としての光分岐器７_1U，７_1D，７_2U，７_2Dおよび受光部８_1U，８_1D，８_2U，８_2Dと、各受光部８_1U，８_1D，８_2U，８_2Dのモニタ結果に基づいて、各励起光源１₁〜１₄から出力される励起光のパワーを調整する制御部としてのコントローラ１０とを有する。
【００３２】
各光分岐器７_1U，７_1D，７_2U，７_2Dは、例えば、各光アイソレータ４_1U，４_1D，４_2U，４_2Dを通過して各伝送系Ｓ_1U，Ｓ_1D，Ｓ_2U，Ｓ_2Dに送出されるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、該分岐光を対応する受光部８_1U，８_1D，８_2U，８_2Dにそれぞれ出力する。なお、ここでは各光分岐器７_1U，７_1D，７_2U，７_2Dを各光アイソレータ４_1U，４_1D，４_2U，４_2Dの出力ポート側に配置する構成としたが、各光合波器３_1U，３_2U，３_1D，３_2Dの信号光出力ポートと各光アイソレータ４_1U，４_1D，４_2U，４_2Dの入力ポートとの間に各光分岐器７_1U，７_1D，７_2U，７_2Dを配置してもよい。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
図３は、本実施形態にかかるラマン光増幅中継器の要部構成を示すブロック図である。なお、ここでは、ラマン光増幅中継器の基本構成をｍ台の励起光源１₁〜１_mおよびｎ個の伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nに一般化した場合を考えることにする。
【００４６】
図３において、本ラマン光増幅中継器では、ｎ個の伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nそれぞれについて、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光の一部を光分波器で分岐して得たモニタ光のパワーが、ｍ台の励起光源１₁〜１_mの励起光波長にそれぞれ対応したラマン利得の波長帯域に区分されてモニタされる。この光パワーをモニタする利得波長帯域の区分としては、各励起光源１₁〜１_mが担当する信号光の波長帯域λ１〜λｍ、すなわち、各波長λ_P1〜λ_Pmの励起光によってラマン増幅される信号光の主な波長帯域λ１〜λｍが予め設定される。具体的には、各波長帯域λ１〜λｍの中心波長が、該当する励起光の波長λ_P1〜λ_Pmより１３．２ＴＨｚ小さい周波数に対応した波長に略一致するように利得波長帯域を設定することが可能である。ここでは、伝送系Ｓ₁について、ＷＤＭ信号光の各波長帯域λ１〜λｍに対応した光パワーをモニタする構成として受光部８₁（λ１），８₁（λ２），…，８₁（λｍ）が設けられ、これと同様にして、各伝送系Ｓ₂〜Ｓ_nについて、受光部８₂（λ１），８₂（λ２），…，８₂（λｍ）〜８_n（λ１），８_n（λ２），…，８_n（λｍ）がそれぞれ設けられる。
【００４７】
受光部８₁（λ１）の具体的な構成としては、例えば図４に示すように、光分岐器７₁で分岐された伝送系Ｓ₁のＷＤＭ信号光をバンドパス光フィルタＢＰＦに通すことで波長帯域λ１成分を抽出し、該抽出した光を受光素子ＰＤで受光して電流信号に変換し、受光素子ＰＤと接地端子との間に接続した抵抗器Ｒの端子間電圧Ｖ_OUTを波長帯域λ１の光パワーを示す信号としてコントローラ１０に出力する回路構成などとすることができる。なお、受光部８₁（λ１）以外の他の受光部についても、モニタする波長帯域に対応させてバンドパス光フィルタＢＰＦの通過帯域を変えることで、上記受光部８₁（λ１）の具体的な構成と同様とすることが可能である。また、ここでは、ＷＤＭ信号光から各波長帯域λ１〜λｍ成分を抽出するデバイスとしてバンドパス光フィルタＢＰＦを用いるようにしたが、これ以外にも、例えばアレイ型導波路格子（ＡＷＧ）などの光デバイスを用いてもよく、または、光スペクトルアナライザ等を使用して各波長帯域λ１〜λｍの光パワーを測定することも可能である。
【００４８】
各受光部８₁（λ１）〜８_n（λｍ）のモニタ結果は、それぞれコントローラ１０に送られて、波長帯域λ１〜λｍごとに平均値処理され、各励起光源１₁〜１_mの駆動状態が制御される。本実施形態で用いられるコントローラ１０は、例えば図３に示すように、各励起光源１₁〜１_mにそれぞれ対応させて、平均値演算部２１₁〜２１_m、記憶部２２₁〜２２_m、比較部２３₁〜２３_mおよび電流駆動部１４₁〜１４_mを設けた構成などとすることができる。平均値演算部２１₁には、各伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nの波長帯域λ１に対応した受光部８₁（λ１）〜８_n（λ１）で得られる光パワーのモニタ値が送られ、これと同様にして、各平均値演算部２１₂，…，２１_mには、各伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nの波長帯域λ２，…，λｍに対応した受光部８₁（λ２）〜８_n（λ２），…，８₁（λｍ）〜８_n（λｍ）で得られる光パワーのモニタ値がそれぞれ送られる。
【００４９】
各平均値演算部２１₁〜２１_mでは、該当する受光部からそれぞれ送られてくる光パワーの平均値が演算されて、その演算結果が比較部２３₁〜２３_mに伝えられる。各比較部２３₁〜２３_mでは、平均値演算部２１₁〜２１_mから出力される光パワーの平均値と、記憶部２２₁〜２２_mに記憶された目標平均値とが比較され、その差分を示す信号が電流駆動部１４₁〜１４_mに出力される。なお、各記憶部２２₁〜２２_mには、平均値演算部２１₁〜２１_mで演算される光パワーの平均値についての目標値（目標平均値）が、該当する波長帯域に対応させて記憶されている。
【００５０】
そして、各電流駆動部１４₁〜１４_mでは、比較部２３₁〜２３_mから出力される差分信号に応じて、励起光源１₁〜１_mに与える駆動電流の値が増減される。これにより、各波長帯域λ１〜λｍに対応した光パワーの平均値が目標平均値に近づくように、各励起光源１₁〜１_mで発生する各波長λ_P1〜λ_Pmの励起光パワーが制御されるようになる。
【００５１】
このように第１実施形態によれば、各伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nに対応したラマン増幅後のＷＤＭ信号光のパワーを、各励起光源１₁〜１_mが担当する波長帯域λ１〜λｍごとにモニタして平均値を求め、各々の波長帯域λ１〜λｍの平均値が目標の値に近づくように、各励起光源１₁〜１_mの駆動状態を自動制御したことによって、前述したようなスターカプラ２の分岐比の誤差による励起光パワーのばらつきや光伝送路の特性変動などが与えるラマン増幅動作への影響を波長帯域λ１〜λｍごとに効果的に低減して、ラマン増幅動作を高い精度で制御することが可能になる。これにより、ｎ個の伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nを伝搬する各ＷＤＭ信号光を高い励起効率でより安定してラマン増幅することができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態にかかるラマン光増幅中継器について説明する。本実施形態では、前述した第１実施形態のラマン光増幅中継器に用いられるコントローラ１０の変形例について説明する。図５は、本実施形態のラマン光増幅中継器に用いられるコントローラの構成例を示すブロック図である。
【００５３】
図５において、本ラマン光増幅中継器に用いられるコントローラ１０では、例えば、ｍ台の励起光源１₁〜１_mのうちから適宜に選択した１台を基準の励起光源１_kに設定し、ｎ個の伝送系Ｓ₁，…，Ｓ_nそれぞれについて、基準の励起光源１_kが担当する信号光の波長帯域λｋに対応した受光部８₁（λｋ），…，８_n（λｋ）でモニタされる光パワーと、それ以外の他の受光部でモニタされる光パワーとが、比較部３１₁（λ１）〜３１₁（λｍ），…，３１_n（λ１）〜３１_n（λｍ）で比較されて、基準の波長帯域λｋの光パワーに対する他の波長帯域の光パワーの差分がそれぞれ求められる。
【００５４】
そして、各伝送系Ｓ₁，…，Ｓ_nの波長帯域λ１に対応した比較部３１₁（λ１），…，３１_n（λ１）の各出力信号が平均値演算部３２₁に送られて差分の平均値が演算され、これと同様にして、各波長帯域λ２〜λｍにそれぞれ対応した差分の平均値が各平均値演算部３２₂〜３２_mで演算される。各平均値演算部３２₁〜３２_mで演算された差分の平均値は対応する電流駆動部１４₁〜１４_mにそれぞれ入力され、各励起光源１₁〜１_mに与える駆動電流の値が、入力された差分の平均値に従って増減される。なお、基準の励起光源１_kに対応する電流駆動部１４_kには、例えば、予め設定した基準値を与えて一定の駆動電流が励起光源１_kに供給されるようにする。これにより、基準の波長帯域λｋの光パワーに対して他の波長帯域の光パワーが近づくように、各励起光源１₁〜１_mで発生する各波長λ_P1〜λ_Pmの励起光パワーがフィードバック制御されるようになる。
【００５５】
このように第２実施形態によれば、各伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nに対応したラマン増幅後のＷＤＭ信号光のパワーを、各励起光源１₁〜１_mが担当する波長帯域λ１〜λｍごとにモニタし、基準の波長帯域λｋの光パワーに対する他の波長帯域の光パワーの差分を求め、各波長帯域に対応させて差分の平均値を演算して各励起光源１₁〜１_mの駆動状態を自動制御したことによって、前述したようなスターカプラ２の分岐比の誤差による励起光パワーのばらつきや光伝送路の特性変動などが与えるラマン増幅動作への影響を波長帯域λ１〜λｍごとに効果的に低減して、ラマン増幅動作を高い精度で制御することが可能になる。特に、基準の波長帯域λｋの光パワーに対する他の波長帯域の光パワーの差分を求めるようにしたことで、経時的な特性劣化の補償にも対処することが可能である。これにより、ｎ個の伝送系Ｓ₁〜Ｓ_nを伝搬する各ＷＤＭ信号光を高い励起効率でより一層安定してラマン増幅することができる。
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【００６３】
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
なお、上述した第１及び第２実施形態では、各励起光源に供給する駆動電流の値を増減させることにより各々の励起光パワーを制御するようにしたが、励起光パワーを制御する手段はこれに限られるものではない。例えば、各励起光源の出力ポート後段に可変光減衰器を挿入し、該可変光減衰器の光減衰量をコントローラからの制御信号に従って変化させることで、スターカプラに入力される励起光のパワーを制御することも可能である。
【００６８】
また、上述した第１及び第２実施形態では、各励起光源から出力される励起光をスターカプラ２の各入力ポートに直接導く構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図６に示すように、各励起光源１₁〜１₄として、波長が略等しく偏波状態が直交した励起光を発生する２つの励起光源の組み合わせをそれぞれ考え、各組の励起光源から出力される励起光を偏波合成カプラ１Ｃ₁〜１Ｃ₄で偏波合成してスターカプラ２の各入力ポートに送るようにしてもよい。この場合には、ラマン利得の偏波依存性を解消することが可能になると共に、スターカプラ２の各入力ポートに与えられる励起光パワーを増加させることができるようになる。また、例えば図７に示すように、各励起光源１₁〜１₄の出力ポートとスターカプラ２の入力ポートとの間に光ファイバブラッググレーティングフィルタ１Ｇ₁〜１Ｇ₄を挿入して、励起光波長の安定化を図るようにしてもよい。なお、光ファイバブラッググレーティングフィルタ１Ｇ₁〜１Ｇ₄としては、対応する励起光源の発振波長を中心とする狭帯域（例えば、３ｄＢ帯域幅＜１ｎｍ等）で低い反射率（例えば、＜１〜１５％等）を有するものを用いることが好ましい。
【００６９】
加えて、上述した第１及び第２実施形態では、スターカプラ２から出力された各励起光を光合波器を用いて各伝送系のラマン増幅媒体に供給する構成を示したが、例えば図８に示すように、光合波器に代えて光サーキュレータ３’_1U，３’_2U，３’_1D，３’_2Dを用いるようにしてもよい。また、本発明によるラマン光増幅中継器は、上述の第１及び第２実施形態でそれぞれ説明した励起光パワーの制御モードの双方を組み合わせ、注目するパラメータに応じて各制御モードを切り替えて実行するような応用も可能である。このときの制御モードの切り替えは、例えば、監視制御機能を有する光中継器とした場合には、端局からの制御によって行うことも可能である。
【００７０】
（付記１）波長多重信号光を伝送する複数の伝送系に対して、該各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光をラマン増幅するラマン光増幅中継器であって、前記波長多重信号光の波長帯域に対応した波長の異なる励起光を発生する複数の励起光発生部と、該各励起光発生部に対応した複数の入力ポートと、前記各伝送系に対応した複数の出力ポートとを有し、前記各励起光発生部から前記各入力ポートに入力される各々の励起光を合波し、該合波した励起光を分波して前記各出力ポートからそれぞれ出力する光合分波部と、該光合分波部の各出力ポートから出力される各々の励起光を前記各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給する複数の励起光合波部と、備えて構成されることを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７１】
（付記２）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、該光パワー検出部の検出結果に基づいて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する制御部と、を備えて構成されることを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７２】
（付記３）付記２に記載のラマン光増幅中継器であって、前記信号光パワー検出部は、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のトータル光パワーをそれぞれ検出し、前記制御部は、前記信号光パワー検出部で検出される各伝送系についてのトータル光パワーの平均値を演算する平均値演算部と、予め設定した目標平均値に対する前記平均値演算部で演算されるトータル光パワーの平均値の差分を求める比較部と、該比較部で求められる差分の値に応じて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７３】
（付記４）付記３に記載のラマン光増幅中継器であって、前記制御部は、前記比較部で求められる差分の値に対して、前記各励起光発生部にそれぞれ対応した重み付け補正を行う補正部を有し、前記励起光パワー制御部が、前記補正部で重み付け補正された値に応じて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御することを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７４】
（付記５）付記２に記載のラマン光増幅中継器であって、前記信号光パワー検出部は、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーを、前記各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、前記制御部は、前記信号光パワー検出部で検出される各伝送系についての光パワーを前記利得波長帯域ごとにまとめて平均値を演算する平均値演算部と、前記利得波長帯域に対応させて予め設定した目標平均値に対する、前記平均値演算部で演算される前記利得波長帯域ごとの光パワーの平均値の差分を求める比較部と、該比較部で求められる前記利得波長帯域ごとの差分の値に応じて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７５】
（付記６）付記２に記載のラマン光増幅中継器であって、前記信号光パワー検出部は、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーを、前記各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、前記制御部は、前記信号光パワー検出部で検出される各伝送系の光パワーについて、予め設定した基準の利得波長帯域の光パワーに対する、他の利得波長帯域の光パワーの差分をそれぞれ求める比較部と、該比較部で求められる各差分の値を前記利得波長帯域ごとにまとめて平均値を演算する平均値演算部と、該平均値演算部で演算される前記利得波長帯域ごとの差分の平均値に応じて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７６】
（付記７）付記５または６に記載のラマン光増幅中継器であって、前記信号光パワー検出部は、前記複数の伝送系のうちのいずれか１つの伝送系を選択してラマン増幅後の波長多重信号光のパワーを検出し、前記制御部は、前記信号光パワー検出部で選択された伝送系についての検出結果のみに基づいて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御することを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７７】
（付記８）付記２に記載のラマン光増幅中継器であって、前記制御部は、励起光パワーの制御方式が異なる複数の制御モードを切り替える機能を備えたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７８】
（付記９）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各励起光発生部は、複数の励起光源から出力される励起光を偏波合成カプラで合成して出力することを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００７９】
（付記１０）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各励起光発生部は、励起光波長に対応した狭帯域の光ファイバブラッググレーティングフィルタを含むことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００８０】
（付記１１）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記光合分波部は、所定の分岐比を有する２×２ポートの光カプラを組み合わせて構成したスターカプラであることを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００８１】
（付記１２）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各励起光合波部に接続される前記各伝送系の光伝送路をラマン増幅媒体とする分布ラマン増幅型の構成としたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００８２】
（付記１３）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各励起光合波部と前記各伝送系の光伝送路との間にラマン増幅媒体を接続する集中ラマン増幅型の構成としたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００８３】
（付記１４）付記１に記載のラマン光増幅中継器であって、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光を増幅する希土類元素添加光ファイバ増幅器を組み合わせたことを特徴とするラマン光増幅中継器。
【００８４】
（付記１５）送信端局および受信端局の間で波長多重信号光を伝送する複数の伝送系を有し、該各伝送系の光伝送路上に光中継局を備えた波長多重光伝送システムにおいて、前記光中継局が、付記１に記載のラマン光増幅中継器を有することを特徴とする波長多重光伝送システム。
【００８５】
（付記１６）送信端局および受信端局の間で波長多重信号光を伝送する複数の伝送系を有し、該各伝送系の光伝送路上に複数の光中継局を備えた波長多重光伝送システムにおいて、前記複数の光中継局が、付記７に記載のラマン光増幅中継器を有し、前記複数の伝送系に対応した個数の光中継局を１つの単位として、前記各伝送系を順次選択して励起光パワーの制御を行うことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【００８６】
（付記１７）波長多重信号光を伝送する複数の伝送系に対して、該各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光をラマン増幅するときの励起光供給方法であって、前記波長多重信号光の波長帯域に対応した波長の異なる複数の励起光を発生し、該発生した複数の励起光を合波した後に前記複数の伝送系に対応した数に分波し、該分波した各励起光を前記各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給することを特徴とするラマン増幅の励起光供給方法。
【００８７】
（付記１８）波長多重信号光を伝送する複数の伝送系に対して、該各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光をラマン増幅するときの励起光制御方法であって、前記波長多重信号光の波長帯域に対応した波長の異なる複数の励起光を発生し、該発生した複数の励起光を合波した後に前記複数の伝送系に対応した数に分波し、該分波した各励起光を前記各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給し、前記各伝送系のラマン増幅媒体でラマン増幅された波長多重信号光のパワーをそれぞれ検出し、該検出した各伝送系の波長多重信号光パワーに基づいて、前記発生する各励起光のパワーを制御することを特徴とするラマン増幅の励起光制御方法。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン光増幅中継器によれば、波長の異なる複数の励起光を光合分波部および励起光合波部を介して複数の伝送系のラマン増幅媒体に供給するようにしたことで、各伝送系を伝搬するＷＤＭ信号光を高い励起効率でラマン増幅できるようになり、低消費電力で小型のラマン光増幅中継器を実現することが可能になる。また、信号光パワー検出部および制御部を設けて各励起光のパワーをフィードバック制御するようにしたことで、光合分波部から出力される励起光パワーのばらつきや光伝送路の特性変動などが与えるラマン増幅動作への影響を低減することが可能になり、複数の伝送系を伝搬するＷＤＭ信号光の安定したラマン増幅を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるラマン光増幅中継器の構成を示す図である。
【図２】同上第１実施形態に関連して、集中ラマン増幅型でＲＥＤＦＡと組み合わせた場合の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるラマン光増幅中継器の要部構成（コントローラの具体的な構成例）を示す図である。
【図４】同上第１実施形態に用いる受光部の具体的な構成例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるラマン光増幅中継器の要部構成（コントローラの具体的な構成例）を示す図である。
【図６】本発明の各実施形態に関連して、偏波合成した励起光をスターカプラに与えるようにした場合の構成例を示す図である。
【図７】本発明の各実施形態に関連して、光ファイバブラッググレーティングフィルタを用いて励起光波長を安定化させた場合の構成例を示す図である。
【図８】本発明の各実施形態に関連して、光サーキュレータを用いて励起光をラマン増幅媒体に与えるようにした場合の構成を示す図である。
【図９】一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１₁〜１_m励起光源
２スターカプラ
２₁〜２₄２×２ポート光カプラ
３_1U，３_2U，３_1D，３_2D光合波器
４_1U，４_2U，４_1D，４_2D光アイソレータ
５_1U，５_2U，５_1D，５_2Dラマン増幅媒体
６_1U，６_2U，６_1D，６_2DＲＥＤＦＡ
７_1U，７_1D，７_2U，７_2D光分岐器
８_1U，８_1D，８_2U，８_2D，８₁〜８_n，
８₁（λ１）〜８_n（λｍ），８（λ１）〜８（λｍ）受光部
９光スイッチ
１０コントローラ
１１，２１₁〜２１_m，３２₁〜３２_m平均値演算部
１２，２２₁〜２２_m，４１₁〜４１_m記憶部
１３，２３₁〜２３_m，３１₁（λ１）〜３１_n（λｍ），４２₁〜４２_m比較部
１４₁〜１４_m電流駆動部
１５₁〜１５₄乗算部
ＳＹＳ１，ＳＹＳ２ファイバペア回線
Ｓ_1U，３_2U，３_1D，３_2D，Ｓ₁〜Ｓ_n伝送系
Ｗ₁〜Ｗ₄重み係数

Claims

波長多重信号光を伝送する複数の伝送系に対して、該各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光をラマン増幅するラマン光増幅中継器であって、
前記波長多重信号光の波長帯域に対応した波長の異なる励起光を発生する複数の励起光発生部と、
該各励起光発生部に対応した複数の入力ポートと、前記各伝送系に対応した複数の出力ポートとを有し、前記各励起光発生部から前記各入力ポートに入力される各々の励起光を合波し、該合波した励起光を分波して前記各出力ポートからそれぞれ出力する光合分波部と、
該光合分波部の各出力ポートから出力される各々の励起光を前記各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給する複数の励起光合波部と、
前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、
該光パワー検出部の検出結果に基づいて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する制御部と、を備えて構成され、
前記信号光パワー検出部は、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーを、前記各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、
前記制御部は、前記信号光パワー検出部で検出される各伝送系の光パワーの前記利得波長帯域ごとの平均値を演算する平均値演算部と、前記利得波長帯域ごとに予め設定した目標平均値に対する、前記平均値演算部で演算される前記利得波長帯域ごとの光パワーの平均値の差分を求める比較部と、該比較部で求められる前記利得波長帯域ごとの差分の値に応じて、前記利得波長帯域に対応した励起光波長の励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えることを特徴とするラマン光増幅中継器。
波長多重信号光を伝送する複数の伝送系に対して、該各伝送系のラマン増幅媒体に励起光をそれぞれ供給し、前記各伝送系を伝送される各々の波長多重信号光をラマン増幅するラマン光増幅中継器であって、
前記波長多重信号光の波長帯域に対応した波長の異なる励起光を発生する複数の励起光発生部と、
該各励起光発生部に対応した複数の入力ポートと、前記各伝送系に対応した複数の出力ポートとを有し、前記各励起光発生部から前記各入力ポートに入力される各々の励起光を合波し、該合波した励起光を分波して前記各出力ポートからそれぞれ出力する光合分波部と、
該光合分波部の各出力ポートから出力される各々の励起光を前記各伝送系のラマン増幅媒体にそれぞれ供給する複数の励起光合波部と、
前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、
該光パワー検出部の検出結果に基づいて、前記各励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する制御部と、を備えて構成され、
前記信号光パワー検出部は、前記各伝送系について、ラマン増幅後の波長多重信号光のパワーを、前記各励起光発生部の励起光波長に対応した各々の利得波長帯域に区分してそれぞれ検出し、
前記制御部は、前記信号光パワー検出部で検出される各伝送系の光パワーについて、予め設定した基準の利得波長帯域の光パワーに対する、他の利得波長帯域の光パワーの差分をそれぞれ求める比較部と、該比較部で求められる各差分の値について前記利得波長帯域ごとの平均値を演算する平均値演算部と、該平均値演算部で演算される前記利得波長帯域ごとの差分の平均値に応じて、前記利得波長帯域に対応した励起光波長の励起光発生部からそれぞれ出力される励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、を備えることを特徴とするラマン光増幅中継器。