JP4565794B2 - 光増幅装置および光通信システム - Google Patents

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Description

【０００１】
技術分野
本発明は、ラマン増幅器の組み合わせにより信号光の増幅を行う光増幅装置およびそれを用いた光通信システムに関する。
【０００２】
背景技術
一般的な光通信システムでは、例えば図９の下段に示すように、送信局（ＯＳ）と受信局（ＯＲ）の間が伝送路で接続されるとともに、該伝送路上には所要の間隔で複数の光中継器が配置され、信号光が送信局から受信局に中継伝送される。この光通信システムの各光中継器には、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などを用いた光増幅装置が設けられていて、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重（ＷＤＭ）信号光が一括して増幅される。
【０００３】
上記のようなＥＤＦＡを用いた光増幅装置では、入力された信号光の増幅に伴って自然放出（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）光が発生し、そのＡＳＥ光が、増幅された信号光に加算されて出力される。また、上記の光増幅装置では、１波長あたりの出力光が所定値となるように出力一定動作（ＡＬＣ）する場合、トータル出力光パワーが一定になるような制御が行われる。このため、ＥＤＦＡを用いた光増幅装置では、一定のレベルに制御すべき信号光成分に対してＡＳＥ光成分が誤差成分となり、この誤差成分によって、光増幅装置から出力される信号光の１波長あたりの光パワーは減少することになる。
【０００４】
したがって、上記のような光通信システムでは、図９の上段に示すように、ＷＤＭ信号光が光増幅装置で中継増幅されるごとに次段（図ではｋ段目）の光増幅装置への入力信号光パワーが減少して、受信局側における光ＳＮ比が劣化してしまうという問題があった。一般に、ＷＤＭ光通信システムで用いられる光増幅装置は広帯域特性であるため、ＷＤＭ信号光の波長数を例えば１波として使用すると、ＡＳＥ光による信号光パワーの減少量は大きなものとなってしまう。このような信号光波長数が少ないときの信号光パワーの減少に対処するためには、例えば、少数波長時の信号対雑音比（ＳＮＲ）の劣化をあらかじめ見込んでシステムを設計する方法が考えられる。しかし、この場合にはシステムゲインが減少して伝送可能距離が減少してしまうという問題が生じる。
【０００５】
上記の問題を防ぐため、従来の光通信システムでは、例えば、光増幅装置の雑音指数（ＮＦ）、入力光パワー、帯域幅および信号光の波長数に関する情報を用いてＡＳＥ光パワーを算出し、そのＡＳＥ光パワーに相当する分だけ光増幅装置の出力光設定レベルを増加させる、いわゆるＡＳＥ補正が行われてきた（図９の上段を参照のこと）。
【０００６】
ところで、近年、ＥＤＦＡとラマン増幅器とを組み合わせることで、光増幅帯域の拡大や中継損失の低減等を図った光増幅装置の開発が進められている。このようなラマン増幅を利用した光増幅装置では、前述のＡＳＥ光に加えてラマン増幅に起因した雑音光が発生し、増幅された信号光に加算されて出力されるようになる。
【０００７】
上記のラマン増幅による雑音光は、信号光が入力されていない状態でラマン励起光だけを増幅媒体に入射した場合にも発生する雑音光であって、一般的にはポンプ光によるラマン散乱光などと呼ばれているものである。ここでは、ＥＤＦＡで発生する自然放出（ＡＳＥ）光に対し、ラマン増幅器で発生する上記雑音光を自然ラマン散乱（ＡＳＳ：Amplified Spontaneous Raman Scattering）光と呼ぶことにする。
【０００８】
このようなＡＳＳ光の発生および累積は、光通信システムにおいて上述したＡＳＥ光の場合と同様の問題を生じさせることになる。ＥＤＦＡおよびラマン増幅器を組み合わせた光増幅装置に対して、前述した従来のＡＳＥ補正を適用しただけでは、受信局側における光ＳＮ比の劣化を防ぐことは難しく、ＡＳＳ光の影響をも考慮した補正を行う必要がある。
【０００９】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、ラマン増幅器を組み合わせた光増幅装置における出力光の信号対雑音比の劣化を防止し、信号光の伝送特性を向上させた光増幅装置および光通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
発明の開示
上記の目的を達成するため、本発明による光増幅装置の一態様は、ラマン増幅媒体に励起光を供給することでラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置において、前記ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、前記第２光増幅手段への入力光パワーを検出する入力光パワー検出部と、前段の光増幅装置における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率および波長数に関する情報を受信する制御情報受信部と、前記励起光パワー検出部の検出結果に応じて前記第１光増幅手段による雑音光成分を算出し、該算出された前記第１光増幅手段による雑音光成分、前記制御情報受信部で受信された情報および前記入力光パワー検出部の検出結果に応じて、前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、前記制御情報受信部で受信された情報、前記入力光パワー検出部の検出結果および前記第２光増幅手段の雑音指数に応じて、前記第２光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１および第２光増幅手段それぞれにおける信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、並びに、前記制御情報受信部で受信された情報に基づいて、前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を求め、該求められた前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が前記第１光増幅手段で発生する雑音量および信号光の波長数に関係なくほぼ一定となるように、前記第１光増幅手段および前記第２光増幅手段の少なくとも一方の動作状態を制御する計算制御部と、を備えて構成されるものである。
【００１１】
かかる構成では、計算制御部において、励起光パワー検出部により検出したラマン励起光パワーに応じて、第１光増幅手段による雑音光成分の発生量、すなわち、自然ラマン散乱（ＡＳＳ）光のパワーが算出され、該ＡＳＳ光パワーと、制御情報受信部で受信された前段の光増幅装置における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率および波長数に関する情報と、入力光パワー検出部の検出結果とに応じて、第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が算出される。また、算出された第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率と、制御情報受信部での受信情報と、入力光パワー検出部の検出結果と、第２光増幅手段の雑音指数とを用いて、第２光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が算出される。そして、算出された第１および第２光増幅手段それぞれにおける信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率と、制御情報受信部で受信された前段の光増幅装置における信号対雑音比および波長数に関する情報とを基に、第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が求められ、該第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率に応じて、第１光増幅手段および第２光増幅手段の少なくとも一方の動作状態が調整され、第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が第１光増幅手段で発生する雑音量および信号光の波長数に関係なくほぼ一定に制御されるようになる。
【００１２】
さらに、上記の光増幅装置については、第１光増幅手段または第２光増幅手段が、出力光のトータルパワーを一定に制御する出力一定制御部を有し、該出力一定制御部の出力設定レベルを計算制御部が制御するようにしてもよい。また、計算制御部は、第２光増幅手段における増幅利得の設定を制御するようにしても構わない。
【００１３】
加えて、上記の光増幅装置の第２光増幅手段については、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器を備えるようにしてもよい。この場合の具体的な構成としては、増幅波長帯域の略等しい複数の光増幅部を直列に接続したり、あるいは、増幅波長帯域の異なる複数の光増幅部を並列に接続したりすることが可能である。上記のような構成では、計算制御部において、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器による自然放出光（ＡＳＥ光）の発生量が算出されることになる。
【００１４】
本発明による光通信システムは、上述したような光増幅装置を備えた複数の光中継局が、送信局と受信局とを接続する伝送路上に配置されたものである。かかる構成では、信号対雑音比がほぼ一定に制御された信号光が光中継局から出力され中継伝送されるようになるため、受信局において優れた受信感度を得ることが可能となる。
【００１５】
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明に係る光増幅装置および光通信システムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかるＷＤＭ光通信システムの要部構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、本実施形態のＷＤＭ光通信システムは、送信局（ＯＳ）１と受信局（ＯＲ）２の間が伝送路３で接続され、該伝送路３上には所要の間隔でｎ個の光中継器４１,…,４ｋ−１,４ｋ,…,４ｎが配置されていて、ＷＤＭ信号光が送信局１から受信局２に中継伝送される。
【００１７】
送信局１は、波長の異なる複数の光信号を合波したＷＤＭ信号光を発生して伝送路３に送信する一般的な光送信端局である。受信局２は、送信局１から伝送路３および光増幅装置４１〜４ｎを介して伝送されるＷＤＭ信号光を受け、各波長の光信号に分波して受信処理を行う一般的な光受信端局である。
【００１８】
伝送路３は、送信局１、各光中継局４１〜４ｎおよび受信局２の間をそれぞれ接続してＷＤＭ信号光を伝搬する。また、各中継区間の伝送路３には、受信側に位置する光中継局の信号光入力端から出力される励起光が供給され、各々の区間の伝送路３がラマン増幅媒体として機能する。
【００１９】
各光中継局４１〜４ｎは、本発明を適用した光増幅装置をそれぞれ備え、該光増幅装置は、ラマン増幅器（第１光増幅手段）と、希土類元素ドープ光ファイバ増幅器としての例えばＥＤＦＡ（第２増幅手段）とを組み合わせた基本構成を有する。図１には、ｋ段目の光中継局４ｋ内の光増幅装置について具体的な構成が示してある。なお、ｋ段目以外の他の光中継局内の光増幅装置の構成も同一である。ここでは、本発明を適用した光増幅装置が各光中継局４１〜４ｎに備えられる構成としたが、本発明による光通信システムはこれに限らず、複数の各光中継局のうちの少なくとも１つに対して、本発明を適用した光増幅装置が備えられるような構成であってもよい。
【００２０】
各光中継局４１〜４ｎの光増幅装置は、例えば、ラマン増幅器側の構成要素として、励起光源１０、光カプラ１１，１２，１６、受光器（ＰＤ）１３，１５および計算制御部１４を有し、ＥＤＦＡ側の構成要素として、ＥＤＦＡ２０、受光器（ＰＤ）３０および計算制御部３１を有し、各光中継局間で送受信される監視制御信号（ＯＳＣ）を処理するための構成要素として、光カプラ４０，４２およびＯＳＣ監視部４１を有する。
【００２１】
励起光源１０は、伝送されるＷＤＭ信号光の波長帯域に対応させて予め設定された波長を有するラマン増幅用の励起光（以下、ラマン励起光とする）を発生し、光カプラ１１，１２を介して伝送路３に供給される。光カプラ１１は、励起光源１０から出力されるラマン励起光の一部を分岐してＰＤ１３に伝えるものである。光カプラ１２は、光カプラ１１を通過したラマン励起光を信号光入力端から伝送路３に供給するとともに、伝送路３からのＷＤＭ信号光を通過させてＥＤＦＡ２０側に伝えるものである。ここでは、ラマン励起光がＷＤＭ信号光とは逆方向に伝搬することになり、信号光入力端に接続される伝送路３がラマン増幅媒体となって、伝送路３を伝搬するＷＤＭ信号光がラマン増幅される、いわゆる分布ラマン増幅器（ＤＲＡ：Distributed Raman Amplifier）が構成される。
【００２２】
光カプラ１６は、光カプラ１２とＥＤＦＡ２０の間に配置され、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の一部を分岐してＰＤ１５に伝えるものである。ＰＤ１５は、光カプラ１６の分岐光を基に、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光のパワーを監視し、その結果を計算制御部１４に出力する。また、ＰＤ１３は、光カプラ１１の分岐光を基に、励起光源１０から出力されるラマン励起光のパワーを監視し、その結果を計算制御部１４に出力する。なお、ＰＤ１５をＥＤＦＡ２０の入力光パワーを監視するＰＤ３０で代用し、その監視結果を計算制御部１４に出力することも可能である。
【００２３】
計算制御部１４は、ＰＤ１３からのラマン励起光パワーを基に、ラマン増幅による雑音成分となる自然ラマン散乱光（ＡＳＳ光）のトータルパワーを算出し、さらに、その結果およびＯＳＣ監視部４１から送られてくる各種情報を用いて、ＡＳＳ光に対応した補正比率および出力補正量を計算する。そして、計算制御部１４は、計算した出力補正量に従って、励起光源１０の駆動状態を調整するとともに、その計算結果をＥＤＦＡ側の計算制御部３１に伝える。ここでは、計算制御部１４が、計算手段、出力設定レベル補正手段および伝達手段としての機能を備えることになる。なお、計算制御部１４における計算方法および励起光源１０の調整方法については後述する。
【００２４】
ＥＤＦＡ２０は、光カプラ１２，４０を通過したＷＤＭ信号光を所要のレベルまで増幅して出力する一般的な構成のＥＤＦＡである。図２は、ＥＤＦＡ２０の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【００２５】
図２の構成例に示すＥＤＦＡ２０は、例えば、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を用いた２つの光増幅部を直列に接続するとともに、前段の光増幅部および後段の光増幅部の段間に、可変光減衰器（ＶＯＡ）２７および分散補償ファイバ（ＤＣＦ）２８をそれぞれ挿入した構成からなる。
【００２６】
前段の光増幅部は、ＥＤＦ２１Ａ、励起光源（ＬＤ）２２Ａ、光カプラ２３Ａ，２４Ａ，２４Ａ’、受光器（ＰＤ）２５Ａ，２５Ａ’およびＡＧＣ回路２６Ａを有する。ＥＤＦ２１Ａは、入力端子ＩＮおよび光カプラ２４Ａ，２３Ａを通過したＷＤＭ信号光が入力される。このＥＤＦ２１Ａには、励起光源２２Ａからの励起光が光カプラ２３Ａを介して供給され励起状態とされる。励起光源２２Ａで発生する励起光の波長帯は、例えば、１５５０ｎｍ帯のＷＤＭ信号光に対して、９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯などに設定される。この励起光源２２Ａの駆動状態は、ＡＧＣ回路２６Ａによって制御される。ＡＧＣ回路２６Ａには、光カプラ２４ＡおよびＰＤ２５Ａによって検出される前段光増幅部への入力光パワーと、光カプラ２４Ａ’およびＰＤ２５Ａ’によって検出される前段光増幅部からの出力光パワーとが伝えられ、前段の光増幅部における利得が一定になるように励起光源２２Ａで発生する励起光パワーの自動制御が行われる。
【００２７】
後段の光増幅部は、ＥＤＦ２１Ｂ、励起光源（ＬＤ）２２Ｂ、光カプラ２３Ｂ，２４Ｂ，２４Ｂ’、受光器（ＰＤ）２５Ｂ，２５Ｂ’およびＡＧＣ回路２６Ｂを有し、これらの各部分は前段の光増幅部の対応する部分と同様である。
【００２８】
可変光減衰器２７は、前段の光増幅部から出力されるＷＤＭ信号光を減衰させて分散補償ファイバ２８に出力する。この可変光減衰器２７の光減衰量は、ＡＬＣ回路２７ａによって制御される。ＡＬＣ回路２７ａには、光カプラ２７ｂおよび受光器２７ｃによって検出される後段光増幅部からの出力光パワーが伝えられ、ＥＤＦＡ２０からのトータル出力光パワーが設定レベルに従って一定となるように可変光減衰器２７の光減衰量の自動制御が行われる。分散補償ファイバ２８は、光中継局に接続される伝送路３の波長分散特性を補償するものである。
【００２９】
ＰＤ３０（図１）は、上記のようなＥＤＦＡ２０に入力される入力光パワーを監視し、その結果を計算制御部３１に出力する。なお、ＰＤ３０は図２のＰＤ２５Ａで代用することも可能である。計算制御部３１は、ＰＤ３０から伝えられるＥＤＦＡ２０への入力光パワー、ラマン増幅器側の計算制御部１４における計算結果およびＯＳＣ監視部４１から送られてくる各種情報を用いて、ＡＳＳ光およびＡＳＥ光に対応した補正比率および出力補正量を算出して、その出力補正量に従ってＥＤＦＡ２０の駆動状態を調整する。なお、計算制御部３１における計算方法およびＥＤＦＡ２０の調整方法については後述する。
【００３０】
ＯＳＣ監視部４１は、ＷＤＭ信号光に合波されて前段の光中継局から送られてくる監視制御信号を、例えば、ＥＤＦＡ２０の前段に挿入された光カプラ４０で抽出し、該監視制御信号に含まれる前段の光中継局における補正比率およびＷＤＭ信号光の波長数等に関する情報を識別して、それらの情報を各計算制御部１４，３１にそれぞれ伝える。また、ＯＳＣ監視部４１は、計算制御部３１で算出された自局における補正比率およびＷＤＭ信号光の波長数等に関する情報を含んだ監視制御信号を生成し、ＥＤＦＡ２０の後段に挿入された光カプラ４２を介してＷＤＭ信号光に合波して、次段の光中継局に伝送する。
【００３１】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
まず、各光中継局４１〜４ｎの計算制御部１４，３１における計算方法を具体的に説明する。
【００３２】
ラマン増幅器側の計算制御部１４では、前述したように、ラマン励起光のパワーを基にＡＳＳ光のトータルパワーを算出し、ＡＳＳ光に対応した補正比率および出力補正量が計算される。ラマン増幅によって発生するＡＳＳ光（雑音成分）のトータルパワーは、ラマン励起光のパワーに対して、例えば図３に示すような関係に従って変化することが実験的に確認されている。このような関係を真数値で数式化すると、ＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓ［ｍＷ］は、次の（１）式で表すことが可能である。
【００３３】
【数１】
ただし、Ｐｕ１〜Ｐｕｉは、ラマン増幅用の波長の異なる励起光源がｉ個設けられている場合（本実施形態ではｉ＝１）における各励起光源で発生するラマン励起光パワー［ｍＷ］であり、ｍ１〜ｍｉは、各励起光源に対応した重み付け定数であり、ａ１１，ａ１０〜ａｉ１，ａｉ０は、図３に示したような関係を１次関数で近似したときの定数（算出式係数）である。なお、ここではＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係を１次関数で近似するようにしたが、２次以上の関数で近似して精度を高めることも可能である。
【００３４】
上記（１）式の関係に従い、ＰＤ１３で測定されたラマン励起光パワーを用いてＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓが算出されると、次に、自局（例えばｋ段目とする）におけるＡＳＳ光に対応した補正比率ｂｋの算出が行われる。この補正比率ｂｋは、ラマン増幅の雑音光成分（ＡＳＳ光成分）と信号光成分との比を表すものであり、ラマン増幅に対応した光ＳＮ比の逆数に相当する値となる。具体的に補正比率ｂｋは、ＯＳＣ監視部４１から伝えられる前段の光中継局における補正比率ｂｋ−１、ＷＤＭ信号光の波長数ｗａｖｅ、ラマン増幅器に予め設定しておいた帯域幅ＢＷ、およびＰＤ１５で測定されるラマン増幅されたＷＤＭ信号光のトータルパワー（ＥＤＦＡ２０へのトータル入力光パワー）ＰＴｉｎを用いて、次の（２）式で表される。
【００３５】
【数２】
【００３６】
上記（２）式に従い算出した補正比率ｂｋは、ＥＤＦＡ２０の計算制御部３１に伝えられる。また、ラマン増幅器側の計算制御部１４では、算出した補正比率ｂｋを用いてラマン増幅器の出力補正量Ｅｋの計算が行われる。この出力補正量Ｅｋは、ＡＳＳ光の発生による信号光成分の減少分に対応した補正量であって、次の（３）式に示す関係を用いて計算される。
【００３７】
【数３】
【００３８】
上記（３）式に従い算出した出力補正量Ｅｋにより、計算制御部１４において、ラマン増幅器の動作状態が制御される。具体的には、ＰＤ１５のモニタ結果に従って、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光のトータルパワーが予め定めた出力設定レベルで一定となるように励起光源１０の駆動状態が制御されているような場合においては、出力補正量Ｅｋに対応させて上記の出力設定レベルが調整される。これにより、ラマン増幅器としてのトータル出力光パワーが雑音光の発生による影響を補正したレベルで一定になるように、励起光源１０の駆動状態が制御されるようになる。
【００３９】
一方、ＥＤＦＡ側の計算制御部３１では、ＰＤ３０で測定されるＥＤＦＡ２０のトータル入力光パワーＰＴｉｎおよび予め測定して記憶させておいたＥＤＦＡ２０の雑音指数ＮＦ等を用いて、ＥＤＦＡ２０の雑音成分（ＡＳＥ光）に対応した補正比率ｃｋが算出される。そして、算出した補正比率ｃｋと、ラマン増幅器側の計算制御部１４で算出された補正比率ｂｋおよびＯＳＣ監視部４１から伝えられる前段の光中継局における補正比率ｄｋ−１とを用いて、自局全体における補正比率ｄｋの計算が行われる。
【００４０】
補正比率ｃｋの算出にあたっては、まず、ＯＳＣ監視部４１から伝えられる補正比率ｄｋ−１を用いて、前段の光中継局４ｋ−１におけるＥＤＦＡの出力補正量Ｅｋ−１’が、次の（４）式の関係を用いて計算される。
【００４１】
【数４】
なお、出力補正量Ｅｋ−１’および補正比率ｄｋ−１の初期値Ｅ０’およびｄ０は共に０である。
【００４２】
上記（４）式により、光中継局４ｋ−１におけるＥＤＦＡの出力補正量Ｅｋ−１’が計算されると、ＡＳＥ光に対応した補正比率ｃｋが、次の（５）式の関係を用いて計算される。
【００４３】
【数５】
ただし、ｘはバンドにより異なる定数である。
【００４４】
補正比率ｃｋが計算されると、自局全体における補正比率ｄｋが、次の（６）式の関係を用いて計算される。
【００４５】
【数６】
【００４６】
上記（６）式に従い算出した補正比率ｄｋは、ＯＳＣ監視部４１に伝えられ、ｋ段目の光中継局４ｋにおける補正比率ｄｋとして、ＷＤＭ信号光の波長数等の情報とともに監視制御信号に載せて次段の光中継局に伝送される。また、ＥＤＦＡ側の計算制御部３１では、算出した補正比率ｄｋを用いてＥＤＦＡの出力補正量Ｅｋ’の計算が行われる。この出力補正量Ｅｋは、ＡＳＳ光およびＡＳＥ光の発生による信号光成分の減少分に対応した補正量であって、次の（７）式に示す関係を用いて計算される。
【００４７】
【数７】
【００４８】
上記（７）式に従い算出した出力補正量Ｅｋ’により、計算制御部３１において、ＥＤＦＡ２０の動作状態が制御される。具体的に計算制御部３１では、出力補正量Ｅｋ’に対応させて、ＡＬＣ回路２７ａ（図２）の出力設定レベルが調整される。これによりＥＤＦＡ２０のトータル出力光パワーがＡＳＳ光およびＡＳＥ光の発生による影響を補正したレベルで一定になるように、可変光減衰器２７の光減衰量が制御される。なお、可変光減衰器２７の可変範囲を超えるようなレベル調整が必要になった場合には、前段光増幅部若しくは後段光増幅部のＡＧＣ回路２６Ａ，２６Ｂの設定利得を調整して、励起光源２２Ａ，２２Ｂの駆動状態を制御すればよい。
【００４９】
図４は、本ＷＤＭ光通信システムにおける出力補正の概念を光中継局４ｋに着目して説明した図である。
図４に示すように、前段の光中継局４ｋ−１からは、図の上段左側に表したような状態のＷＤＭ信号光が伝送路３に出力される。そして、伝送路３を伝搬したＷＤＭ信号光は分布ラマン増幅されて光中継局４ｋに送られる。このとき、光中継局４ｋのＥＤＦＡ２０に入力されるＷＤＭ信号光は、図の上段中央に表したようにラマン増幅による雑音成分（ＡＳＳ光）が累積することになる。さらに、ＥＤＦＡ２０で増幅されたＷＤＭ信号光は、図の上段右側に表したようにＥＤＦＡ２０による雑音成分（ＡＳＥ光）が累積することになる。このようなＡＳＳ光およびＡＳＥ光の発生に対して、本実施形態では、算出した出力補正量ＥｋおよびＥｋ’に従ってラマン増幅器およびＥＤＦＡ２０の各出力設定レベルがそれぞれ調整される。これにより、ＡＳＳ光およびＡＳＥ光が発生しても光中継局４ｋから出力されるＷＤＭ信号光についての光ＳＮ比を、信号光の波長数やラマン増幅器で発生する雑音量に関係なくほぼ一定にする自動制御が行われるようになる。
【００５０】
このように第１実施形態のＷＤＭ光通信システムによれば、各光中継局４１〜４ｎ内のラマン増幅器およびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置について、ラマン励起光パワーを基にＡＳＳ光のパワーを算出し、該ＡＳＳ光パワーの情報を反映させた出力補正を行うようにしたことで、各光中継局４１〜４ｎから出力されるＷＤＭ信号光についてのＳＮ比が、信号光の波長数やラマン増幅器で発生する雑音量に関係なくほぼ一定に制御されるようになるため、受信局２における光ＳＮ比の劣化を回避することが可能になる。これにより、ＷＤＭ光通信システムにおける伝送特性の向上を図ることができ、受信局２おいて優れた受信感度を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、上述した第１実施形態では、ラマン増幅器およびＥＤＦＡの両方について出力補正量を計算し、各々の出力設定レベルを調整するようにしたが、本発明はこれに限らず、算出した補正比率ｄｋに応じて、ラマン増幅器側の出力設定レベルまたはＥＤＦＡ側の出力設定レベルのいずれかを調整するようにしてもよい。
【００５２】
また、各光中継局４１〜４ｎについて、励起光源１０の前方から出射されるラマン励起光の一部を光カプラ１１で分岐してＰＤで受光するようにしたが、これ以外にも、例えば図５に示すように、励起光源１０をＬＤとした場合に該ＬＤに内蔵されているＰＤ１３’を用いてラマン励起光を監視し、その結果を計算制御部１４に伝えるようにしてもよい。ＰＤ１３’においてＬＤの後方から出射される光のパワーを検出することによって、ＬＤの前方から出射される励起光のパワーを測定することが可能である。このような構成によりラマン励起光をモニタすることで、光カプラ１１を設ける必要がなくなるため、より大きなパワーのラマン励起光を伝送路に供給することが可能になる。
【００５３】
さらに、各光中継局間を接続する伝送路３をラマン増幅媒体とする構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば図６に示すように、光中継局４ｋの信号光入力端とラマン励起光が合波される光カプラ１２との間に、ラマン増幅媒体１７を挿入するようにしてもよい。挿入するラマン増幅媒体１７としては、励起効率の高いモードフィールド径の小さな光ファイバを用いることが好ましい。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、第２実施形態にかかるＷＤＭ光通信システムの要部構成を示すブロック図である。ただし、第１実施形態の構成と同じ部分には、同一の符号が付してあり、以下同様とする。
【００５５】
図７において、本ＷＤＭ光通信システムの構成が上述の図１に示した第１実施形態の構成と異なる点は、各光中継局４１〜４ｎについて、波長の異なる複数（図ではｉ個）の励起光源１０１〜１０ｉを設け、各励起光源１０１〜１０ｉで発生する各々のラマン励起光をＷＤＭカプラ１８で合波した後に、光カプラ１２を介して伝送路３に供給するようにするとともに、励起光源１０１〜１０ｉで発生する各々のラマン励起光の一部を光カプラ１１１〜１１ｉで分岐して受光器（ＰＤ）１３１〜１３ｉで監視し、それぞれの監視結果を計算制御部５０に送るようにした点である。上記の計算制御部５０は、第１実施形態において用いたラマン増幅器側の計算制御部１４およびＥＤＦＡ側の計算制御部３１の各機能を１つにまとめたものであって、第１実施形態の場合と同様の計算処理を実行し、その計算結果に従って、励起光源１０１〜１０ｉの駆動状態およびＥＤＦＡ２０の駆動状態がそれぞれ制御される。
【００５６】
上述した点以外の第２実施形態の各構成およびその動作については、第１実施形態の場合と同様であるためここでの説明を省略する。
このように第２実施形態では、波長の異なる複数の励起光源１０１〜１０ｉを組み合わせてラマン励起光を発生するような構成についても、各波長のラマン励起光のパワーをモニタすることで、上述の（１）式を用いてラマン増幅による雑音成分を算出することができるため、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００５７】
なお、上記の第２実施形態では、ラマン増幅器側およびＥＤＦＡ側の各計算制御部を１つにまとめるようにしたが、第１実施形態の場合と同様にラマン増幅器側およびＥＤＦＡ側についてそれぞれ個別に計算制御部を設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、励起光源１０１〜１０ｉの前方から出射される各ラマン励起光の一部を光カプラ１１１〜１１ｉで分岐してＰＤ１３１〜１３ｉで受光するようにしたが、上述の図５に示した場合と同様にして、励起光源の後方から出射される光をモニタするようにしてもよい。あるいは、ＷＤＭカプラ１８で合波されたラマン励起光の一部を分岐し、該分岐光を狭帯域の光フィルタ等を用いて各波長成分に分波して光パワーをモニタするようにしても構わない。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、例えば、波長帯域を１５５０ｎｍ帯としたいわゆるＣバンドのＷＤＭ信号光と、波長帯域を１５８０ｎｍ帯としたいわゆるＬバンドのＷＤＭ信号光とが一括して伝送されるＷＤＭ光通信システムについて考える。
【００６０】
図８は、第３実施形態にかかるＷＤＭ光通信システムに用いられる光中継局の要部構成を示すブロック図である。図には、ｋ段目の光中継局４ｋの具体的な構成のみが示してあるが、他の光中継局の構成もこれと同様である。
【００６１】
図８において、光中継局４ｋは、上述の図７に示した第２実施形態で用いた光中継局４ｋについて、ＥＤＦＡ側の構成をＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応した構成を有するようにしたものである。具体的には、光中継局４ｋに入力し光カプラ１２を通過したＷＤＭ信号光が、ＷＤＭカプラ５１によりＣバンドとＬバンドに分波される。ＣバンドのＷＤＭ信号光は、光カプラ４０Ｃ，３３Ｃを介してＣバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃに送られて増幅され、ＬバンドのＷＤＭ信号光は、光カプラ４０Ｌ，３３Ｌを介してＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌに送られて増幅される。Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの出力光およびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの出力光は、それぞれ光カプラ４２Ｃおよび光カプラ４２Ｌを介してＷＤＭカプラ５２に送られ合波された後に伝送路３に出力される。Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０ＣおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌとしては、例えば上述の図２に示したような具体的な構成を有するようにしてもよい。
【００６２】
また、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃへの入力光の一部が光カプラ３３Ｃで分岐され、該分岐光のパワーが受光器（ＰＤ）３０Ｃで監視され、その結果が計算制御部５０に伝えられる。これと同様にして、Ｌバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌへの入力光の一部も光カプラ３３Ｌで分岐され、該分岐光のパワーが受光器（ＰＤ）３０Ｌで監視され、その結果が計算制御部５０に伝えられる。なお、ここでは、上述の第２実施形態で用いたＰＤ１５がＰＤ３０Ｃ，３０Ｌで代用され、光カプラ１６が光カプラ３３Ｃ，３３Ｌでされているものとする。
【００６３】
さらに、本実施形態では、Ｃバンドに対応した監視制御信号とＬバンドに対応した監視制御信号とがＷＤＭ信号光にそれぞれ合波されて、各光中継局間を伝送されるものとする。光中継局４ｋでは、前段の光中継局４ｋ−１から送られてくるＣバンドに対応した監視制御信号を受信処理するために、例えば、ＷＤＭカプラ５１のＣバンド出力端と光カプラ３３Ｃとの間に光カプラ４０Ｃを設け、該光カプラ４０Ｃで抽出されたＣバンドの監視制御信号がＯＳＣ監視部４１に送られる。また、Ｌバンドの監視制御信号についても、例えば、ＷＤＭカプラ５１のＬバンド出力端と光カプラ３３Ｌとの間に光カプラ４０Ｌを設け、該光カプラ４０Ｌで抽出されたＬバンドの監視制御信号がＯＳＣ監視部４１に送られる。ＯＳＣ監視部４１では、ＣバンドおよびＬバンドのそれぞれについて、監視制御信号に含まれる、前段の光中継局における補正比率およびＷＤＭ信号光の波長数等に関する情報を識別し、それらの情報を計算制御部５０に伝える。また、ＯＳＣ監視部４１は、計算制御部５０で算出された自局における各バンドに対応した補正比率およびＷＤＭ信号光の波長数等に関する情報を含んだ監視制御信号を生成する。そして、Ｃバンドの監視制御信号は、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの後段に挿入された光カプラ４２Ｃを介してＣバンドのＷＤＭ信号光に合波され、Ｌバンドの監視制御信号は、Ｌバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの後段に挿入された光カプラ４２Ｌを介してＬバンドのＷＤＭ信号光に合波される。なお、各バンドの監視制御信号の光波長は、ここでは対応するバンドの外方に配置されているものとする。
【００６４】
上記のような構成を有する光中継局４ｋでは、ＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応した補正比率および出力補正量が計算制御部５０で算出される。具体的には、計算制御部５０において、各バンドごとのＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓＣ，ＡｓｓＬが、各波長のラマン励起光パワーを用い、次の（１Ｃ）式および（１Ｌ）式に従ってそれぞれ算出される。なお、（１Ｃ）式および（１Ｌ）式は、上述の（１）式について、例えば、波長の異なる３つの励起光源を用いた場合（ｉ＝３）に、ポンプ間ラマンの影響を考慮するとともにＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係（図３）を２次関数で近似して精度をより高めた場合の関係式の一例である。
【００６５】
【数８】
ただし、Ｐｕ１〜Ｐｕ３は、各励起光源で発生するラマン励起光パワー、ｃｍ１〜ｃｍ３，ｌｍ１〜ｌｍ３は重み付け係数、ｃｄ０〜ｃｄ２，ｌｄ０〜ｌｄ２は算出式係数、ｃｐ１〜ｃｐ３，ｌｐ１〜ｌｐ３は実効ポンプ係数、ｄ１２,ｄ２３,ｄ３１はポンプ間ラマン係数である。
【００６６】
上記（１Ｃ）式および（１Ｌ）式に従って、各バンドごとのＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓＣ，ＡｓｓＬが計算されると、上述した（２）式を用いて（ただし、ＡｓｓをＡｓｓＣまたはＡｓｓＬとする）、各バンドごとについてのラマン増幅の雑音成分に対応した補正比率ｂｋ（Ｃ），ｂｋ（Ｌ）が算出される。さらに、（３）式を用いて、各バンドごとについてのラマン増幅器の出力補正量Ｅｋ（Ｃ），Ｅｋ（Ｌ）が計算される。そして、計算された出力補正量Ｅｋ（Ｃ），Ｅｋ（Ｌ）に従って、各励起光源の駆動状態が調整され、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光のトータルパワーがＡＳＳ光の影響を補正したレベルで一定に制御されるようになる。
【００６７】
また、計算制御部５０では、上述した（４）（５）式を用いて、各バンド用ＥＤＦＡの雑音成分に対応した補正比率ｃｋ（Ｃ），ｃｋ（Ｌ）が算出され、（６）式を用いて、各バンドごとの自局全体における補正比率ｄｋ（Ｃ），ｄｋ（Ｌ）が算出される。さらに、（７）式を用いて各バンド用ＥＤＦＡの出力補正量Ｅｋ（Ｃ）’，Ｅｋ（Ｌ）’が計算される。そして、計算された出力補正量Ｅｋ（Ｃ）’，Ｅｋ（Ｌ）’に従って、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０ＣおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの駆動状態がそれぞれ制御されるようになる。
【００６８】
このように第３実施形態によれば、ＣバンドおよびＬバンドの各ＷＤＭ信号光が一括して伝送されるＷＤＭ光通信システムについても、各バンドにそれぞれ対応させて出力補正を行うようにしたことで、各光中継局４１〜４ｎから出力されるＣ、ＬバンドのＷＤＭ信号光についてのＳＮ比が、信号光の波長数やラマン増幅器で発生する雑音量に関係なくほぼ一定に制御されるようになるため、受信局２における光ＳＮ比の劣化を回避することが可能になる。これにより、ＷＤＭ光通信システムにおけるＣ、Ｌバンドの伝送特性の向上を図ることができ、受信局２おいて優れた受信感度を得ることが可能となる。
【００６９】
なお、上記の第３実施形態でも、計算制御部を１つにまとめるようにしたが、ラマン増幅器側およびＥＤＦＡ側についてそれぞれ個別に計算制御部を設けるようにしてもよく、さらに、Ｃバンド用ＥＤＦＡとＬバンド用ＥＤＦＡのそれぞれについても個別に計算制御部を設けるようにしても構わない。また、ラマン励起光のモニタ方法は、励起光源の後方から出射される光をモニタするようにしても、あるいは、合波後のラマン励起光の一部を狭帯域の光フィルタ等を用いて再度各波長成分に分波し光パワーをモニタするようにしても構わない。
【００７０】
また、上述した第１〜第３実施形態では、ＥＤＦＡの具体的な構成として、前段増幅部および後段増幅部を有する２段増幅構成を例示したが、本発明に用いられるＥＤＦＡの構成はこれに限定されるものではなく、１段あるいは３段以上の増幅構成とすることが可能である。
【００７１】
産業上の利用可能性
本発明は、光通信に用いられる光増幅装置、各種の光通信システムについて産業上の利用可能性が大であり、特に、ラマン増幅器の組み合わせによりＷＤＭ信号光の増幅を行う光増幅装置、および、そのような光増幅装置を用いたＷＤＭ光通信システムなどに対して有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光通信システムの要部構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の第１実施形態におけるＥＤＦＡの具体的な構成の一例を示すブロック図である。
図３は、ラマン増幅時に雑音成分となる、励起光による自然ラマン散乱光のトータルパワーとラマン増幅用の励起光パワーとの関係を示す図である。
図４は、本発明の第１実施形態における出力補正の概念を説明する図である。
図５は、本発明の第１実施形態に関連して、ラマン増幅用励起光のモニタ方法を代えた他の構成例を示す図である。
図６は、本発明の第１実施形態に関連して、光中継局内にラマン増幅媒体を備えた他の構成例を示す図である。
図７は、第２実施形態にかかる光通信システムの要部構成を示すブロック図である。
図８は、第３実施形態にかかる光通信システムに用いられる光中継局の要部構成を示すブロック図である。
図９は、従来の光通信システムにおけるＡＳＥ補正の概念を説明する図である。

Claims (12)

  1. ラマン増幅媒体に励起光を供給することで前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置において、
    前記ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、
    前記第２光増幅手段への入力光パワーを検出する入力光パワー検出部と、
    前段の光増幅装置における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率および波長数に関する情報を受信する制御情報受信部と、
    前記励起光パワー検出部の検出結果に応じて前記第１光増幅手段による雑音光成分を算出し、該算出された前記第１光増幅手段による雑音光成分、前記制御情報受信部で受信された情報および前記入力光パワー検出部の検出結果に応じて、前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、前記制御情報受信部で受信された情報、前記入力光パワー検出部の検出結果および前記第２光増幅手段の雑音指数に応じて、前記第２光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１および第２光増幅手段それぞれにおける信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、並びに、前記制御情報受信部で受信された情報に基づいて、前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を求め、該求められた前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が前記第１光増幅手段で発生する雑音量および信号光の波長数に関係なくほぼ一定となるように、前記第１光増幅手段および前記第２光増幅手段の少なくとも一方の動作状態を制御する計算制御部と、を備えて構成されたことを特徴とする光増幅装置。
  2. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記計算制御部で求められた前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率および波長数を含む情報を後段の光増幅装置に送信する制御情報送信部を備えたことを特徴とする光増幅装置。
  3. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記励起光パワー検出部は、励起光源の前方から出射される光を基に励起光パワーを検出することを特徴とする光増幅装置。
  4. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記励起光パワー検出部は、励起光源の後方から出射される光を基に励起光パワーを検出することを特徴とする光増幅装置。
  5. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段が、出力光のトータルパワーを一定に制御する出力一定制御部を有し、前記計算制御部は、前記出力一定制御部の出力設定レベルを制御することを特徴とする光増幅装置。
  6. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記計算制御部は、前記第２光増幅手段における増幅利得の設定を制御することを特徴とする光増幅装置。
  7. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第１光増幅手段が、出力光のトータルパワーを一定に制御する出力一定制御部を有し、前記計算制御部は、前記出力一定制御部の出力設定レベルを制御することを特徴とする光増幅装置。
  8. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段は、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器を備えたことを特徴とする光増幅装置。
  9. 請求項８に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段は、増幅波長帯域の略等しい複数の光増幅部を直列に接続した構成を有することを特徴とする光増幅装置。
  10. 請求項８に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段は、増幅波長帯域の異なる複数の光増幅部を並列に接続した構成を有することを特徴とする光増幅装置。
  11. 請求項１に記載の光増幅装置を備えた複数の光中継局が、送信局と受信局とを接続する伝送路上に配置されたことを特徴とする光通信システム。
  12. ラマン増幅媒体に励起光を供給することで前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段と有する複数の光中継局を備えて構成された光通信システムであって、
    前記複数の光中継局は、それぞれ、
    前記ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、
    前記第２光増幅手段への入力光パワーを検出する入力光パワー検出部と、
    前段の光中継局における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率および波長数に関する情報を受信する制御情報受信部と、
    前記励起光パワー検出部の検出結果に応じて前記第１光増幅手段による雑音光成分を算出し、該算出された前記第１光増幅手段による雑音光成分、前記制御情報受信部で受信された情報および前記入力光パワー検出部の検出結果に応じて、前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、前記制御情報受信部で受信された情報、前記入力光パワー検出部の検出結果および前記第２光増幅手段の雑音指数に応じて、前記第２光増幅手段における信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を算出し、該算出された前記第１および第２光増幅手段それぞれにおける信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率、並びに、前記制御情報受信部で受信された情報に基づいて、前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率を求め、該求められた前記第２光増幅手段から出力される信号光の信号対雑音比もしくはその逆数に相当する補正比率が前記第１光増幅手段で発生する雑音量および信号光の波長数に関係なくほぼ一定となるように、前記第１光増幅手段および前記第２光増幅手段の少なくとも一方の動作状態を制御する計算制御部と、を備えることを特徴とする光通信システム。
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