(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と伝送用光ファイバを順次介して受信器へ伝送する多段増幅光伝送システムで使用される光増幅器であって、
増幅特性として、励起光強度と入力光強度とに応じた信号光波長での入力光の増幅率、および、前記増幅率と発生雑音光のパワーレベルとの関係が既知の光増幅部と、
前記光増幅部に励起光を供給する励起部と、
入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
指示された出力光パワーレベル目標値に関するレベル情報を入力する増幅情報入力部と、
前記レベル情報と前記入力光モニタ部で検出された入力光パワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定された増幅率に応じた前記励起部が供給する励起光強度を調整する増幅率調整部と、
前記決定された増幅率に関する増幅率情報を出力する増幅情報出力部と、
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記光増幅部の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、
前記増幅率調整部で決定された増幅率と前記出力光モニタ部で検出された出力光のパワーレベルとに基づいて、前記励起部が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部と
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段増幅光伝送システムに用いられる光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器としては、高速性の観点から、動作エネルギが光の形態で供給され、入力した信号光を増幅して出力する光ファイバ増幅器が適している。特に、Ｅｒなどの希土類元素が添加された光ファイバを使用した光ファイバ増幅器は、高速性および低ノイズ性で優れている。
【０００３】
そして、各光ファイバ増幅器における利得を一定に制御する観点から、「相田他：電子情報通信学会論文誌 Ｂ−Ｉ，Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｂ−Ｉ，Ｎｏ．５，ｐｐ．２９８−３０３，１９９２年５月」に開示の光ファイバ増幅器（以後、従来例１と呼ぶ）が、また、多波長一括増幅にあたっての各光ファイバ増幅器における利得の波長依存性を低減する観点から、「中林 他：１９９４年電子情報通信学会春季大会 Ｃ−３９０」（以後、従来例２と呼ぶ）や「御園 他：１９９４年電子情報通信学会秋季大会 Ｂ−９４３」に開示の光ファイバ増幅器（以後、従来例３と呼ぶ）が提案されている。
【０００４】
従来例１の光ファイバ増幅器は、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）と利得との関係に注目し、増幅用光ファイバであるエルビウム添加光ファイバの側面からのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）のパワーレベルを検出し、検出パワーレベルに応じて励起光強度を制御して、利得を一定に維持している。
【０００５】
従来例２や従来例３の光ファイバ増幅器は、信号波長帯において所要の利得を設定した場合、信号波長帯における利得の波長依存性が小さくなる増幅特性の材料からなるエルビウム添加の増幅用光ファイバを採用し、所要の利得に維持するべく励起光強度を制御している。
【０００６】
ところで、送信器から受信器への光通信にあたって、長距離の光伝送を必要とする場合には、伝送用光ファイバなどによる光損失を補償するため、送信器と受信器との間に、複数の光ファイバ増幅器などの光増幅器を多段直列に接続した多段増幅光伝送システムを配置することが必須となる。こうした多段増幅光伝送システムでは、信号光のＳＮ比の劣化が小さいことが必須の要素となる。
【０００７】
こうした多段増幅光伝送システムでのＳＮ比の維持の観点から、「寺原 他：１９９２年電子情報通信学会春季大会 Ｂ−９４２」（以後、従来例４と呼ぶ）では、各光ファイバ増幅器の出力時点での信号光のパワーレベルを一定に制御する重畳方式ＡＬＣ（Automatic Level Control）を採用し、各光ファイバ増幅器の出力時点での全出力パワーを一定とする平均値方式ＡＬＣの場合よりも高いＳＮ比を得る多段増幅光伝送システムが開示されている。
【０００８】
従来例４では、信号光にパイロット信号を重畳して、各光ファイバ増幅器の出力時点でのパイロット信号のパワーレベルを一定に制御することにより、各光ファイバ増幅器の出力時点での信号光のパワーレベルを一定に制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光増幅器や多段増幅光伝送システムは上記のように構成されるので、以下のような問題点があった。
【００１０】
従来例１〜３の光増幅器を多段増幅光伝送システムに適用した場合、各光増幅器での利得は一定に制御されているので、入力光のパワーレベルの増減に対応して、出力光のパワーレベルも増減する。
【００１１】
したがって、中継伝送区間の特定の伝送区間での伝送損失が小さいと、入力光のパワーレベルが大きくなるので、出力光のパワーレベルが大きくなる。しかし、出力光パワーレベルが大きくなりすぎると、伝送路である伝送用光ファイバの非線形光学効果に由来する自己位相変調と伝送用光ファイバの波長分散とによる伝送波形歪を引き起こすことになる。
【００１２】
一方、中継伝送区間の特定の伝送区間での伝送損失が大きいと、入力光のパワーレベルが小さくなるので、出力光のパワーレベルが小さくなる。しかし、出力光パワーレベルが小さくなると、出力信号光パワーレベルも小さくなるので、伝送路である伝送用光ファイバ中での発生ノイズが相対的に無視できないものとなり、ＳＮ比が劣化してしまう。
【００１３】
従来例４の多段増幅光伝送システムでは、信号光にパイロット信号を重畳しているので、使用できる送信器が特殊なものとなり、既存の送信器が使用できなくなるとともに、パイロット信号の検出用に高精度の波長分岐器などが必要となり、光増幅器の構成が複雑なものとなってしまう。
【００１４】
また、各中継伝送区間での伝送損失が略一定ではなく、中継伝送区間によって伝送損失が変化する場合には、各光ファイバ増幅器の増幅率を変化させる必要がある。しかし、一般に、光ファイバ増幅器の増幅率を変化させると、増幅率の波長依存性も変化することとなり、多波長一括増幅のシステムでは、システム全体としての利得の波長依存性の低減を図ることができない。
【００１５】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、ＳＮ比や波形歪などの伝送特性を良好に維持可能な多段増幅光伝送システムを提供するとともに、こうした多段増幅光伝送システムで好適に採用できる光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と伝送用光ファイバを順次介して受信器へ伝送する多段増幅光伝送システムで使用される光増幅器であって、（ａ）増幅特性として、励起光強度と入力光強度とに応じた信号光波長での入力光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルとの関係が既知の光増幅部と、（ｂ）光増幅部に励起光を供給する励起部と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、（ｄ）指示された出力光パワーレベル目標値に関するレベル情報を入力する増幅情報入力部と、（ｅ）レベル情報と入力光モニタ部で検出された入力光パワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定された増幅率に応じた励起部が供給する励起光強度を調整する増幅率調整部と、（ｆ）決定された増幅率に関する増幅率情報を出力する増幅情報出力部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る光増幅器では、入力光レベルに応じて、指示された出力光パワーレベル目標値とすべく、増幅率調整部が励起部を制御するとともに、この指示された出力すべき光パワーレベルに関する情報を増幅情報入力部で入力可能であり、また、増幅率調整部が決定した増幅率を増幅情報出力部を介して出力可能であるので、多段増幅光伝送システムの光増幅器として好適に採用可能である。
【００１８】
また、本発明に係る光増幅器は、（ｇ）光増幅器の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、（ｈ）増幅率調整部で決定された増幅率と出力光モニタ部で検出された出力光のパワーレベルとに基づいて、励起部が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部とを更に備えるのが好適である。この場合には、光増幅器におけるフィードフォワード制御による出力光パワーレベルの調整に加えて、出力光のパワーレベルをモニタし、このモニタ結果から、フィードバック制御によって出力光パワーレベルの微調整を行なうので、更に正確な出力光パワーレベルの調整が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の説明に先立って、本明細書で使用する用語と、増幅用光ファイバを使用した光増幅器における増幅と雑音光の発生の関係の概要とを説明する。
【００２０】
図１は、各光増幅器の出力時点における、一般的なパワースペクトラムを示すグラフである。各光増幅器の出力時点における出力光は、信号光成分と雑音光成分とから成る。
【００２１】
図２は、増幅用光ファイバを使用した光増幅器における増幅と雑音光の発生との説明図である。図２に示すように、光増幅器に入力する入力光は信号光成分と前段までで発生した雑音光成分とからなり、入力光のパワーレベルＩTIは、入力信号光成分のパワーレベルＩSIと入力雑音光成分のパワーレベルＩNI（＝ＩTI−ＩSI）との和となっている。
【００２２】
増幅率Ａの光増幅器に入力光が入力すると、
ＩSO＝Ａ・ＩSI
ＩNO’＝Ａ・ＩNI
ＩVO＝ＩSO＋ＩNO’＝Ａ・（ＩSI＋ＩNI）
のように光増幅を行なう。
【００２３】
こうした光増幅とともに、光増幅器はＡＳＥにより、自らも雑音光を発生し、増幅光に重畳させる。したがって、発生雑音光のパワーレベルをＩNO”とすると、出力時点での雑音光成分のパワーレベルＩNOは、
ＩNO＝ＩNO’＋ＩNO”
となり、出力光パワーレベルＩTOは、
ＩTO＝ＩSO＋ＩNO
となる。
【００２４】
ところで、光増幅器の発生雑音光のパワーレベルは、入力光のパワーレベルと増幅率との関数であるが、システムでの実使用前に測定可能であるし、製造時の各種パラメータから精度良く予測可能である。
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の多段増幅光伝送システムおよび光増幅器の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
（第１実施形態）
【００２７】
図３は、本発明の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの第１実施形態の構成図である。図３に示すように、このシステムは、送信器１００から出力された信号光を受信器２００へ伝送する多段増幅光伝送システムであって、多段直列に接続された光増幅器３１０1〜３１０Nと、送信器１００と光増幅器３１０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器３１０1〜３１０N間を光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０2〜８１０N、および光増幅器３１０Nと受信器２００とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０N+1とを備える。
【００２８】
図４は、光増幅器３１０の構成図である。図４に示すように、光増幅器３１０は、（ａ）増幅特性として、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルが既知の増幅用光ファイバ３１１と、（ｂ）増幅用光ファイバ３１１に励起光を供給する励起部３１２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部３１３と、（ｄ）光増幅器３１０1〜３１０Nの増幅特性と光増幅器３１０1〜３１０N間の伝送用光ファイバ８１０2〜８１０Nにおける伝送損失とに基づいて設定された出力光パワーレベル目標値を格納する増幅情報入力部３１４と、（ｅ）増幅情報入力部３１４に格納された出力光パワーレベル目標値と入力光モニタ部３１３で検出された入力光パワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定された増幅率に応じて励起部３１２が供給する励起光強度を調整する増幅率調整部３１５とを備える。そして、（ｆ）光入力部に配置された光アイソレータ３１６1と、光出力部に配置された光アイソレータ３１６2とを更に備える。
【００２９】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、光増幅器３１０1〜３１０Nの夫々の出力光パワーレベルは、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルという光増幅器３１０1〜３１０Nの夫々の増幅特性と、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における伝送損失とに基づいて、光増幅器の出力光パワーレベル目標値を決定し、これらの決定した出力光パワーレベル目標値を光増幅器３１０1〜３１０Nの夫々の増幅情報入力部３１４に格納する。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、夫々の光増幅器３１０1〜３１０Nの出力光パワーレベル目標値は、増幅用光ファイバ３１１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルが略一定となるように設定されている。
【００３１】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３１０1〜３１０Nを順次介して増幅される。各段の光増幅器３１０1〜３１０Nでは、入力光モニタ部３１３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３１５は、その検出結果と増幅情報入力部３１４に格納された出力光パワーレベル目標値とから増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく励起部３１２が供給する励起光の強度を調整する。
【００３２】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、各段の光増幅器３１０1〜３１０Nから、出力光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が出力される。
【００３３】
したがって、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における信号光の波長の光について、（i）光強度を大きくし過ぎることによる伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1の非線形光学効果による波形の歪の発生、および、（ii）光強度を小さくし過ぎることによる伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1でのＳＮ比の低下を抑制するべく、システム設計時に、光増幅器３１０1〜３１０Nの増幅特性および伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1の種類、長さ、接続点数から推定される光増幅器３１０1〜３１０N間の伝送損失とを考慮して、光増幅器３１０1〜３１０Nの増幅率を決定し、かつ、設定することにより、（i）伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1の非線形光学効果による波形の歪の発生を抑制しつつ、（ii）システム全体としてのＳＮ比を維持しながら、送信器１００と受信器２００との間の信号光の伝送を実行する。
【００３４】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、増幅用光ファイバ３１１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルを略一定とするので、信号光の波長の光について非線形光学効果の抑制が十分であれば、信号光成分の絶対的な量を確保して、信号光伝送が行なわれる。
【００３５】
図５は、光増幅器３１０の変形例である光増幅器３２０の構成図である。図５に示すように、光増幅器３２０は、光増幅器３１０の構成に加えて、（ｇ）増幅用光ファイバ３１１の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部３２１と、（ｈ）増幅率調整部３１５で決定された増幅率と出力光モニタ部３２１で検出された出力光のパワーレベルとに基づいて、励起部３１２が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部３２２とを更に備える。
【００３６】
光増幅器３２０では、光増幅器３１０におけるフィードフォワード制御による出力光パワーレベルの調整に加えて、出力光のパワーレベルをモニタし、このモニタ結果から、フィードバック制御によって出力光パワーレベルの微調整を行なうので、更に正確な出力光パワーレベルの調整が可能となる。
【００３７】
なお、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における伝送損失値を得るにあたっては、システムの据付け時に実測することも可能である。この場合には、光増幅器３１０1〜３１０Nの出力光パワーレベル目標値は、システムの据付け時に決定され、その後に設定されることになる。
【００３８】
（第２実施形態）
【００３９】
図６は、本発明の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの第２実施形態の構成図である。図６に示すように、このシステムは、第１実施形態と比べて、夫々の光増幅器３１０1〜３１０Nの増幅情報入力部３１４に格納される出力光パワーレベル目標値は、増幅用光ファイバ３１１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルが後段となるに従って増加するように設定されている点が異なる。
【００４０】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、第１実施形態と同様に、送信器１００から出力された信号光が各段の光増幅器３１０1〜３１０Nを順次介して増幅される。各段の光増幅器３１０1〜３１０Nでは、入力光モニタ部３１３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３１５は、その検出結果と増幅情報入力部３１４に格納された出力光パワーレベル目標値とから増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく励起部３１２が供給する励起光の強度を調整する。
【００４１】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、各段の光増幅器３１０1〜３１０Nから、出力光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が出力されるが、各段の光増幅器３１０1〜３１０Nから出力される出力光に含まれる信号光成分のパワーレベルは、後段となる程、大きくなる。
【００４２】
伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1は僅かではあるが非線形特性を有し、伝搬光の光強度密度が高い程、または、伝搬距離が長い程、大きな非線形光学現象が発生し、自己位相変調によって光周波数が変調される。一方、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1は波長分散を有するので、伝搬距離に応じた波形歪が発生する。したがって、多段増幅光伝送システムの光増幅において、光増幅器の出力する信号光の波長の光のパワーレベルが大きい程、または、後の伝搬距離が長い程、すなわち、前段側の光増幅器３１０の信号光の波長の光の出力パワーレベル大きいほど、波形歪が大きくなることになる。
【００４３】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、送信器１００側の光増幅器３１０程、出力する信号光成分のパワーレベルを小さくし、後段となるに従って光増幅器３１０の出力する信号光成分のパワーレベルを大きくしているので、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における非線形光学効果による自己位相変調の発生が抑制されるとともに、波長分散による波形歪が抑制される。すなわち、本実施形態の多段増幅光伝送システムは、システム全体としての利得を同一とした場合には、第１実施形態と比べて、非線形光学効果による自己位相変調に伴う波形歪の低減の点で有利である。
【００４４】
なお、第１実施形態と同様に、光増幅器３１０に代えて、図５に示す光増幅器３２０を使用することができる。
【００４５】
また、第１実施形態と同様に、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における伝送損失値を得るにあたっては、システムの据付け時に実測することも可能である。この場合には、光増幅器３１０1〜３１０Nの出力光パワーレベル目標値は、システムの据付け時に決定され、その後に設定されることになる。
【００４６】
（第３実施形態）
【００４７】
本実施形態は、第１の実施形態と比べて、別途設けられた増幅管理部４００により光増幅器３３０1〜３３０Nそれぞれの出力光パワーレベル目標値が指示される点で異なる。
【００４８】
図７は、本発明の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの第３実施形態の構成図である。図７に示すように、このシステムは、送信器１００から出力された信号光を受信器２００へ伝送する多段増幅光伝送システムであって、（ａ）多段直列に接続された光増幅器３３０1〜３３０Nと、（ｂ）送信器１００と光増幅器３３０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器３３０1〜３３０N間を光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０2〜８１０N、および光増幅器３３０Nと受信器２００とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０N+1と、（ｃ）光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々に初期の出力光パワーレベル目標値を指示するとともに、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々から稼働中の増幅率に応じた情報を収集し、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の稼働中の増幅率に基づいて、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々について新たに出力光パワーレベル目標値を算出し、算出された出力光パワーレベル目標値を光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々に指示する増幅管理部４００とを備える。
【００４９】
図８は、光増幅器３３０の構成図である。図８に示すように、光増幅器３３０は、（ａ）増幅特性として、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルが既知の増幅用光ファイバ３３１と、（ｂ）増幅用光ファイバ３３１に励起光を供給する励起部３３２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部３３３と、（ｄ）光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅特性と光増幅器３３０1〜３３０N間の伝送用光ファイバ８１０2〜８１０Nにおける伝送損失とに基づいて設定された出力光パワーレベル目標値を入力し、格納する増幅情報入力部３３４と、（ｅ）増幅情報入力部３３４に格納された出力光パワーレベル目標値と入力光モニタ部３３３で検出された入力光パワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定された増幅率に応じて励起部３３２が供給する励起光強度を調整する増幅率調整部３３５と、（ｆ）増幅率調整部３３５で決定された増幅率に関する増幅率情報を出力する増幅情報出力部３３６とを備える。そして、（ｇ）光入力部に配置された光アイソレータ３３７1と、光出力部に配置された光アイソレータ３３７2とを更に備える。
【００５０】
図７に示すように、本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、夫々の光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値は、増幅用光ファイバ３３１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルが略一定となるように設定されている。
【００５１】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、システム稼働の初期において、増幅管理部４００は、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の出力光パワーレベルとして、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルという光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅特性と、推定される伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における伝送損失とに基づいて、光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値を決定し、そして、決定された出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNを光増幅器３３０1〜３３０Nに指示する。
【００５２】
光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅情報入力部３３４は、指示された出力光パワーレベル目標値を入力し、格納する。
【００５３】
以後、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nを順次介して増幅される。すなわち、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nでは、入力光モニタ部３３３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３３５は、その検出結果と増幅情報入力部３３４に格納された出力光パワーレベル目標値とから増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく励起部３３２が供給する励起光の強度を調整する。
【００５４】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nから、出力光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が出力される。
【００５５】
以上の光増幅動作と並行して、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々は、決定された増幅率Ａ1〜ＡNを増幅情報出力部３３６から増幅管理部４００へ出力する。
【００５６】
増幅管理部４００は、報告を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率と増幅管理部４００が指示した光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値とから、光増幅器３３０1〜３３０Nの出力時における信号光成分のパワーレベルを求める。こうして求めた信号光成分のパワーレベルのパワーレベルダイアグラムと、実現すべき信号光成分のパワーレベルのパワーレベルダイアグラムとを比較し、相違が有る場合には、実現すべき信号光成分のパワーレベルのパワーレベルダイアグラムとなる光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値を新たに算出する。そして、算出された出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNを光増幅器３３０1〜３３０Nに指示する。
【００５７】
新たな指示を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nは、入力光パワーレベルをモニタし、新たに指示された出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNとすべく、励起部３３２が供給する励起光の強度を増幅率調整部３３５が調整する。
【００５８】
以後、光増幅器３３０1〜３３０Nによる増幅率Ａ1〜ＡNの報告と、増幅管理部４００による光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNの算出と、算出された出力光パワーレベル目標値の光増幅器３３０1〜３３０Nへの指示というフィードバック制御を行なって、好適な多段増幅光伝送を実行する。
【００５９】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、第１実施形態の多段増幅光伝送システムにおいて想定する、中継伝送路としての伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1の伝送損失の時間経過に関する略一定性を前提とせず、環境条件などを要因とする中継伝送路の伝送損失の時間変化が発生しても、好適な多段増幅光伝送を実行することができる。
【００６０】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、増幅用光ファイバ３３１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルを略一定とするので、信号光の波長の光について非線形光学効果の抑制が十分であれば、信号光成分の絶対的な量を確保して、信号光伝送が行なわれる。
【００６１】
図９は、光増幅器３３０の変形例である光増幅器３４０の構成図である。図９に示すように、光増幅器３４０は、光増幅器３３０の構成に加えて、（ｇ）増幅用光ファイバ３３１の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部３４１と、（ｈ）増幅率調整部３３５で決定された増幅率と出力光モニタ部３４１で検出された出力光のパワーレベルとに基づいて、励起部３３２が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部３４２とを更に備える。
【００６２】
光増幅器３４０では、光増幅器３３０におけるフィードフォワード制御による出力光パワーレベルの調整に加えて、出力光のパワーレベルをモニタし、このモニタ結果から、フィードバック制御によって出力光パワーレベルの微調整を行なうので、更に正確な出力光パワーレベルの調整が可能となる。
【００６３】
（第４実施形態）
【００６４】
図１０は、本発明の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの第４実施形態の構成図である。図１０に示すように、このシステムは、第３実施形態と比べて、増幅管理部４００が指示し夫々の光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅情報入力部３３４に格納される出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNは、増幅用光ファイバ３３１の夫々が出力する信号光成分のパワーレベルが後段となるに従って増加するように設定される点が異なる。
【００６５】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、第３実施形態と同様に、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nを順次介して増幅される。各段の光増幅器３１０1〜３１０Nでは、入力光モニタ部３１３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３３５は、この検出結果と増幅管理部４００から指示され増幅情報入力部３３４に格納された出力光パワーレベル目標値とから増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく励起部３３２が供給する励起光の強度を調整する。
【００６６】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nから、出力光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が出力されるが、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nから出力される出力光に含まれる信号光成分のパワーレベルは、後段となる程、大きくなる。
【００６７】
伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1は僅かではあるが非線形特性を有し、伝搬光の光強度密度が高い程、または、伝搬距離が長い程、大きな非線形光学現象が発生し、自己位相変調によって光周波数が変調される。一方、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1は波長分散を有するので、自己位相変調によって光周波数が変調されると、伝搬距離に応じた波形歪が発生する。したがって、多段増幅光伝送システムの光増幅において、光増幅器の出力する信号光の波長の光のパワーレベルが大きい程、または、後の伝搬距離が長い程、すなわち、前段側の光増幅器３３０の信号光の波長の光の出力パワーレベル大きいほど、波形歪が大きくなることになる。
【００６８】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、送信器１００側の光増幅器３３０程、出力する信号光成分のパワーレベルを小さくし、後段となるに従って光増幅器３３０の出力する信号光成分のパワーレベルを大きくしているので、伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における非線形光学効果による自己位相変調の発生が抑制されるとともに、波長分散による波形歪が抑制される。すなわち、本実施形態の多段増幅光伝送システムは、システム全体としての利得を同一とした場合には、第３実施形態と比べて、非線形光学効果による自己位相変調に伴う波形歪の低減の点で有利である。
【００６９】
なお、第３実施形態と同様に、光増幅器３３０に代えて、図９に示す光増幅器３４０を使用することができる。
【００７０】
（第５実施形態）
【００７１】
図１１は、本発明の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの第５実施形態の構成図である。このシステムは、信号光が多波長成分を有し、各光増幅器では多波長一括増幅がなされる。このシステムは、第３実施形態と比べて、（i）夫々の光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅用光ファイバ３３１が、増幅特性として、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、および、増幅率と発生雑音光のパワーレベルに加えて、増幅率の波長依存性の増幅率依存性が既知であること、（ii）増幅管理部４００が指示し夫々の光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅情報入力部３３４に格納される出力光パワーレベル目標値が、最終段の光増幅器の出力光における信号光の夫々の波長成分の光に関するシステムとしての利得の差を低減する値である点が異なる。
【００７２】
発明者の知見によれば、希土類元素添加の増幅用光ファイバでは、一般的に信号光の波長帯域として使用される１．５５μｍ帯において、増幅率が小さいときには、長波長となる程、増幅率が高い傾向がある。一方、増幅率が大きいときには、短波長となる程、増幅率が高い傾向がある。
【００７３】
図１２は、増幅率の波長依存性の増幅率依存性の説明図である。図１２（ａ）は増幅率が小さい場合を、図１２（ｂ）は増幅率が大きい場合を示す。そして、図１２（ａ）の特性を示す増幅率値と、図１２（ｂ）の特性を示す増幅率値との間に増幅率の波長依存性の増幅率依存性が平坦な増幅率が存在する。
【００７４】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、システム稼働の初期において、増幅管理部４００は、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の出力光パワーレベルとして、励起光強度に応じた信号光の波長の光の増幅率、増幅率と発生雑音光のパワーレベル、および、増幅率の波長依存性の増幅率依存性という光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅特性と、推定される伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1における伝送損失とに基づいて、光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値を決定し、そして、決定された出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNを光増幅器３３０1〜３３０Nに指示する。
【００７５】
光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅情報入力部３３４は、指示された出力光パワーレベル目標値を入力し、格納する。
【００７６】
以後、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nを順次介して増幅される。すなわち、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nでは、入力光モニタ部３３３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３３５は、その検出結果と増幅情報入力部３３４に格納された出力光パワーレベル目標値とから増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく励起部３３２が供給する励起光の強度を調整する。
【００７７】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nから、出力光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が出力される。
【００７８】
以上の光増幅動作と並行して、光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々は、決定された増幅率Ａ1〜ＡNを増幅情報出力部３３６から増幅管理部４００に出力する。
【００７９】
増幅管理部４００は、報告を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率と増幅管理部４００が指示した光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値とから、非線形光学効果による信号光成分の波形歪の抑制やＳＮ比の確保を図りつつ、信号光の夫々の波長成分の光に関するシステムとしての利得の差を低減する光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅率を求め、求めた増幅率に応じた新たな出力光パワーレベル目標値を算出する。そして、算出された出力光パワーレベル目標値Ｌ1〜ＬNを光増幅器３３０1〜３３０Nに指示する。
【００８０】
発明者の知見によれば、希土類元素添加の増幅用光ファイバでは、一般的に信号光の波長帯域として使用される１．５５μｍ帯において、増幅率が小さいときには、長波長となる程、増幅率が高い傾向がある。一方、増幅率が大きいときには、短波長となる程、増幅率が高い傾向がある。この性質に基づいて、各段の光増幅器３３０1〜３３０Nの夫々の増幅率を調整することにより、多波長一括増幅された信号光に関するシステムとしての利得傾きを低減することができる。
【００８１】
新たな指示を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nは、入力光パワーレベルをモニタし、新たに指示された出力光パワーレベル目標値に等しいパワーレベルの光を出力すべく、励起部３３２が供給する励起光の強度を増幅率調整部３３５が調整する。
【００８２】
以後、光増幅器３３０1〜３３０Nによる増幅率の報告と、増幅管理部４００による光増幅器３３０1〜３３０Nの出力光パワーレベル目標値の算出と、算出された出力光パワーレベル目標値の光増幅器３３０1〜３３０Nへの指示というフィードバック制御を行なって、好適な多段増幅光伝送を実行する。
【００８３】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率を信号光の夫々の波長成分の光に関するシステムとしての利得の差を低減するので、波形歪やＳＮ比の観点から、光増幅器３３０1〜３３０Nでの増幅率が波長依存性を有さざるを得ない場合であっても、増幅管理部４００が光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率を適切に指示することにより、システム全体の利得の波長依存性の平坦化を図ることができる。
【００８４】
なお、第３実施形態と同様に、光増幅器３３０に代えて、図９に示す光増幅器３４０を使用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の多段増幅光伝送システムおよび光増幅器によれば、システムの全体設計における伝搬光のパワーレベルダイアグラムに基づいて、各光増幅器が光増幅を行ない、中継伝送路の非線形光学効果による波形歪の抑制やＳＮ比の確保を行なうので、好適な光伝送を実現することができる。
【００８６】
また、伝送用光ファイバを挟んで前段側の光増幅器の出力光パワーレベルと自段の光増幅器の入力光パワーレベルとに基づいて、前段の光増幅器から自段の光増幅器に到るまでの伝送経路における伝送損失を求め、その伝送損失に基づいて自段の光増幅器の増幅率を決定し、その決定された増幅率で信号光を増幅するので、各光増幅器から出力される多波長の信号光それぞれのパワーレベルは略一定に保持され、好適な光伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光増幅器の出力時点における、一般的なパワースペクトラムを示すグラフである。
【図２】増幅用光ファイバを使用した光増幅器における増幅と雑音光の発生との説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図４】図３の光増幅器の構成図である。
【図５】図４の光増幅器の変形例の構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図８】図７の光増幅器の構成図である。
【図９】図８の光増幅器の変形例の構成図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の光増幅器が用いられる多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図１２】増幅率の波長依存性の増幅率依存性の説明図である。
【符号の説明】
１００…送信器、２００…受信器、３１０，３２０，３３０，３４０，…光増幅器、３１１，３３１…増幅用光ファイバ、３１２，３３２…励起部、３１３，３３３…入力光モニタ部、３１４，３３４…増幅情報入力部、３１５，３３５…増幅率調整部、３３６…増幅情報出力部、３１６，３３７…光アイソレータ、３２１，３４１…出力光モニタ部、３２２，３４２…励起光微調整部、４００…増幅管理部。
【図１】
0003628482.tif 000002
【図２】
0003628482.tif 000003
【図３】
0003628482.tif 000004
【図４】
0003628482.tif 000005
【図５】
0003628482.tif 000006
【図６】
0003628482.tif 000007
【図７】
0003628482.tif 000008
【図８】
0003628482.tif 000009
【図９】
0003628482.tif 000010
【図１０】
0003628482.tif 000011
【図１１】
0003628482.tif 000012
【図１２】
0003628482.tif 000013