(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路である光ファイバの入力端に光源を有し、その光を伝送線路に入射してそれを励起することを前方励起と呼び、また伝送線路出力端に光源を有しその光を伝送線路に注入してそれを励起することを後方励起と呼ぶとき、
前方および後方励起によって、あるいはそのどちらか一方のみによって、伝送線路において分布ラマン利得を発生させ、そのとき中継器として用いられる光増幅器の増幅波長域と、ラマン分布増幅による増幅波長領域とが信号波長領域と一致し、ラマン分布増幅による利得と上記光増幅器の利得の両方を用いて光伝送を行う光伝送システムの設計方法において、
システムパラメータを入力し、トータルの信号光入力およびポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算する第一のステップと、
前記ラマン利得減少量と閾値とを比較して前記ラマン利得減少量が前記閾値未満のときに実行されるステップとして、分布ラマン増幅を行った場合の信号光の光ファイバ内の長手方向のパワー分布を求める第二のステップと、
前記パワー分布から単位長さあたりのパワーの変化率を計算し、光ファイバの長手方向に関して、信号光の光ファイバ損失にポンプ光により励起される信号光のラマン増幅利得を負の損失として加えた等価的な損失分布を求める第三のステップと、
光ファイバの損失として前記等価的な損失分布を用い、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行って復調後の波形を求める第四のステップと
を実行することを特徴とする光伝送システムの設計方法。
【請求項２】
前記数値解析は、シュレディンガー方程式をスプリット・ステップ・フーリエ（ＳＳＦ）法を用いて解くことにより行う請求項１記載の光伝送システムの設計方法。
【請求項３】
伝送線路である光ファイバの入力端に光源を有し、その光を伝送線路に入射してそれを励起することを前方励起と呼び、また伝送線路出力端に光源を有しその光を伝送線路に注入してそれを励起することを後方励起と呼ぶとき、
前方および後方励起によって、あるいはそのどちらか一方のみによって、伝送線路において分布ラマン利得を発生させ、そのとき中継器として用いられる光増幅器の増幅波長域と、ラマン分布増幅による増幅波長領域とが信号波長領域と一致し、ラマン分布増幅による利得と上記光増幅器の利得の両方を用いて光伝送を行う光伝送システムの設計装置において、
システムパラメータを入力し、トータルの信号光入力およびポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算する手段と、前記ラマン利得減少量と閾値とを比較する手段と、分布ラマン増幅を行った場合の信号光の光ファイバ内の長手方向のパワー分布を求める手段と、
前記パワー分布から単位長さあたりのパワーの変化率を計算し、長手方向に関して、信号光の光ファイバ損失にポンプ光により励起される信号光のラマン増幅利得を負の損失として加えた等価的な損失分布を求める手段と、
光ファイバの損失として前記等価的な損失分布を用い、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行って復調後の波形を求める手段と、
前記パワー分布を求める手段および前記損失分布を求める手段および前記復調後の波形を求める手段を前記比較する手段の比較結果にしたがって前記ラマン利得減少量が前記閾値未満のときに有効とする手段と
を備えたことを特徴とする光伝送システムの設計装置。
【請求項４】
前記数値解析は、シュレディンガー方程式をスプリット・ステップ・フーリエ（ＳＳＦ）法により解くことにより行われる請求項３記載の光伝送システムの設計装置。
【請求項５】
前記復調後の波形を求める手段により求めた波形にしたがって光伝送システムの誤り率およびＱ−値を計算する手段を備えた請求項３または４記載の光伝送システムの設計装置。
【請求項６】
所定のハードウェアと、このハードウェアにインストールされた所定の基本ソフトウェアとを備えたコンピュータ装置に、さらにインストールすることによりそのコンピュータ装置を請求項３ないし５のいずれかに記載の光伝送システムの設計装置に相応する装置とするソフトウェアが記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムの設計に利用する。特に、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの設計技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの構成を図６に示す。分布ラマン増幅を用いた光伝送システムでは、伝送線路である光ファイバの入力端または伝送線路出力端に励起光源を有しその光を伝送線路に注入して伝送線路を励起することによって分布ラマン利得を発生させて光伝送を行う。
【０００３】
従来、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの伝送後の復調波形を求めるには、次式で示されるシュレディンガー方程式が用いられる（Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ．Ｂｏｓｔｏｎ：Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８９）。
【０００４】
【数１】
0003599657.tif 000002
ここで、αは光ファイバの損失であって長手方向に一定の値を持つ。Ａは信号と励起光が波長多重された光電界の振幅を表す。通常、ポンプ光はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光であり、信号光は単一または複数の変調光である。ｚは光ファイバの長手方向の位置座標を表し、Ｔは時間である。ＴＲは分布ラマン増幅の周波数に対する利得の傾きで、通常５［ｆｓ］程度である。
【０００５】
伝送波形は、上式をスプリット・ステップ・フーリエ（ＳＳＦ）法を用いて数値解析的に解くことで得られる。この方法は、伝送後の波形を計算する方法として広く用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
分布ラマン増幅におけるポンプ光と増幅を行う信号光の関係を図７に示す。図７は、横軸に波長をとり、縦軸に波長光パワーをとる。ポンプ光は、増幅を行う信号光波長と１００ｎｍ程度離れている。したがって、従来の分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの伝送後の復調波形を求めるには、図７に示すように、数値解析を行う波長領域は１００ｎｍ以上が必要となる。
【０００７】
一方、（１）式を用いて分布ラマン増幅を用いない通常の光伝送システムの伝送特性を計算する場合は、信号光のみが存在する波長範囲のみについて解析が行われる。ＳＳＦ法では、解析を行う波長範囲の比の２乗で計算時間が増大する。
【０００８】
分布ラマン増幅を行わない波長多重伝送システムでは、信号波長の存在範囲は３０ｎｍであるとすると、分布ラマン増幅を適用したシステムについての数値解析を行う場合には、およそ１０倍の計算時間を必要とすることになる。このため分布ラマン増幅を用いたシステム設計を困難なものとしている。
【０００９】
本発明は、このような背景に行われたものであって、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの設計を効率的に行うことができる光伝送システムの設計方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の観点は、伝送線路である光ファイバの入力端に光源を有し、その光を伝送線路に入射してそれを励起することを前方励起と呼び、また伝送線路出力端に光源を有しその光を伝送線路に注入してそれを励起することを後方励起と呼ぶとき、前方および後方励起によって、あるいはそのどちらか一方のみによって、伝送線路において分布ラマン利得を発生させ、そのとき中継器として用いられる光増幅器の増幅波長域と、ラマン分布増幅による増幅波長領域とが信号波長領域と一致し、ラマン分布増幅による利得と上記光増幅器の利得の両方を用いて光伝送を行う光伝送システムの設計方法である。
【００１１】
ここで、本発明の特徴とするところは、システムパラメータを入力し、トータルの信号光入力およびポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算する第一のステップと、前記ラマン利得減少量と閾値とを比較して前記ラマン利得減少量が前記閾値未満のときに実行されるステップとして、分布ラマン増幅を行った場合の信号光の光ファイバ内の長手方向のパワー分布を求める第二のステップと、前記パワー分布から単位長さあたりのパワーの変化率を計算し、光ファイバの等価的な長手方向の損失分布を求める第三のステップと、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行い復調後の波形を求める第四のステップとを実行するところにある。
【００１２】
前記数値解析は、シュレディンガー方程式をＳＳＦ法を用いて解くことにより行われ、この際に、光ファイバの損失として前記第三のステップで求めた等価損失を用いることが望ましい。
【００１３】
すなわち、ラマン利得減少量が所定の値以下であるときには、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行うことにより、解析を行う波長範囲を狭くすることができるため、計算に要する時間を短縮することができる。また、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行うことにより、ポンプ光が数値解析に及ぼす影響を除去することができる。
【００１４】
本発明の第二の観点は、前記光伝送システムの設計装置であって、本発明の特徴とするところは、システムパラメータを入力し、トータルの信号光入力およびポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算する手段と、前記ラマン利得減少量と閾値とを比較する手段と、分布ラマン増幅を行った場合の信号光の光ファイバ内の長手方向のパワー分布を求める手段と、前記パワー分布から単位長さあたりのパワーの変化率を計算し、光ファイバの等価的な長手方向の損失分布を求める手段と、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行い復調後の波形を求める手段と、前記パワー分布を求める手段および前記損失分布を求める手段および前記復調後の波形を求める手段を前記比較する手段の比較結果にしたがって前記ラマン利得減少量が前記閾値未満のときに有効とする手段とを備えたところにある。
【００１５】
前記数値解析は、シュレディンガー方程式をＳＳＦ法を用いて解くことにより行われ、この際に、光ファイバの損失として前記損失分布を求める手段で求めた等価損失を用いることが望ましい。
【００１６】
前記復調後の波形を求める手段により求めた波形にしたがって光伝送システムの誤り率およびＱ−値を計算する手段を備える構成とすることもできる。
【００１７】
本発明の第三の観点は、所定のハードウェアと、このハードウェアにインストールされた所定の基本ソフトウェアとを備えたコンピュータ装置に、さらにインストールすることによりそのコンピュータ装置を本発明の光伝送システムの設計装置に相応する装置とするソフトウェアが記録された記録媒体である。
【００１８】
これにより、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの設計を効率的に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の光伝送システムの設計装置の構成を図１を参照して説明する。図１は本発明実施例の設計装置のブロック構成図である。
【００２０】
本発明実施例の光伝送システムの設計装置は、図１に示すように、システムパラメータを入力するパラメータ入力部１と、この入力されたシステムパラメータにしたがってトータルの信号光入力およびポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算し、前記ラマン利得減少量と閾値とを比較する計算範囲判定部２と、分布ラマン増幅を行った場合の信号光の光ファイバ内の長手方向のパワー分布を求めるパワー分布計算部４１と、前記パワー分布から単位長さあたりのパワーの変化率を計算し、光ファイバの等価的な長手方向の損失分布を求める損失分布計算部４２と、信号光が存在する周波数範囲に限定して数値解析を行い復調後の波形を求める復調波形計算部４３とを含む限定範囲計算部４と、この限定範囲計算部４を計算範囲判定部２の比較結果にしたがって前記ラマン利得減少量が前記閾値未満のときに有効とする選択部３とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記数値解析は、シュレディンガー方程式をＳＳＦ法を用いて解くことにより行われ、この際に、復調波形計算部４３では、光ファイバの損失として損失分布計算部４２で求めた等価損失を用いる。さらに、復調波形計算部４３では、求めた復調後の波形にしたがって光伝送システムの誤り率およびＱ−値も併せて計算する。なお、選択部３は、前記ラマン利得減少量が前記閾値以上のときには、全範囲計算部５を選択する。この全範囲計算部５は、従来より知られている方法により復調波形、誤り率、Ｑ−値を計算する。
【００２２】
本発明実施例の光伝送システムの設計装置は、所定のハードウェアと、このハードウェアにインストールされた所定の基本ソフトウェアとを備えたコンピュータ装置に、さらにインストールすることによりそのコンピュータ装置を本発明実施例の光伝送システムの設計装置に相応する装置とするソフトウェアが記録された記録媒体によりコンピュータ装置に当該ソフトウェアをインストールすることにより実現する。
【００２３】
以下では、本発明実施例をさらに詳細に説明する。
【００２４】
ここでは、信号光を増幅することによる励起光のパワーの減衰（ポンプデプレッション）が無視できる場合を考える。ポンプデプレッションが無視できるとき、前方励起のみによってラマン増幅を行った場合の信号パワーは解析的に次式で表される（Ｙ．Ａｏｋｉ，”Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．７，ｐｐ．１２２５−１２３９，１９８８．またはＫ．Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，”Ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ｔｈｅｏｒｙ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．３，ｎｏ．，ｐｐ．６８８−６９４，１９８５．）。
【００２５】
【数２】
0003599657.tif 000003
ここで、Ｚは光ファイバの位置座標であり、Ｐｓｉｇ（Ｚ）、Ｐｓｉｇ（Ｏ）はそれぞれ光ファイバ内の信号光パワーと入力信号光パワーである。αｓ、αｐはそれぞれ信号光およびポンプ光に対する光ファイバ損失である。ＬｅｆｆはＥｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｌｅｎｇｔｈであり、光ファイバの長さがＬであるとき次式で表される。
【００２６】
【数３】
0003599657.tif 000004
また、Ｇｆｏｒｗｏｒｄは前方励起におけるラマン増幅利得であり、ラマン増幅を用いない場合と用いた場合とにおける光ファイバ出力Ｐｓｉｇ（Ｌ）の比で定義される。一方、後方励起のみを行った場合の信号パワーは、次式で表される。
【００２７】
【数４】
0003599657.tif 000005
ただし、Ｇｂａｃｋｗａｒｄは後方励起におけるラマン増幅利得であり、ラマン増幅を用いない場合と用いた場合との光ファイバ出力Ｐｓｉｇ（Ｌ）の比で定義される。したがって、前方と後方励起の両方を用いた場合の光ファイバ内信号分布は、（２）式と（４）式より次式で表される。
【００２８】
【数５】
0003599657.tif 000006
このとき次式を考える。
【００２９】
【数６】
0003599657.tif 000007
（６）式は、ラマン増幅を用いた場合の光ファイバの単位長さあたりの信号光の変化すなわち等価的損失（／ｋｍ）を表しており、（５）式を用いて次のように書ける。
【００３０】
【数７】
0003599657.tif 000008
（７）式は、分布ラマン増幅を行ったときの信号光の等価的な損失を示すものである。ここで、（５）式を用いて計算した信号光の光ファイバの長手方向のパワー分布を図２に示す。図２では、横軸に光ファイバ入力端からの距離［ｋｍ］をとり、縦軸に正規化信号光パワーをとり、前方励起および後方励起による分布ラマン利得はそれぞれ１０ｄＢであり、光ファイバの長さは８０ｋｍであり、信号光損失は０．２ｄＢ／ｋｍであり、ポンプ光損失は０．３ｄＢ／ｋｍである。また、（７）式を用いて計算した等価損失の計算例を図３に示す。図３では、横軸に光ファイバ入力端からの距離［ｋｍ］をとり、縦軸に等価損失［ｄＢ／ｋｍ］をとる。
【００３１】
ポンプ光が入力信号光に比較して充分小さく、信号光を増幅することによるポンプ光の減衰が無視できれば、信号光とＣＷ光であるポンプ光との相互作用は無視することができ、信号光とポンプ光とは独立に取り扱うことができる。したがって、信号光の長手方向の損失あるいはパワー分布が分かれば、信号光の存在する範囲のみに限って数値解析を行うことで、伝送後の波形を求めることが可能となる。すなわち、信号光の存在する波長範囲のみにおいて次式で示したシュレディンガー方程式をＳＳＦ法を用いて数値解析的に解けばよい。
【００３２】
【数８】
0003599657.tif 000009
ここで重要なのは、（８）式は信号光が存在する波長範囲のみについて考えている点である。また、αｅｑは（８）式に示す信号光の等価損失である。本解析方法の波長範囲を図４に示す。図４では、横軸に波長をとり、縦軸に波長光パワーをとる。
【００３３】
次に、本方法を用いた光伝送システムの設計装置の計算手順の一例を図５に示す。この手順を図１に示した装置構成に対応させて説明すると、パラメータ入力部１には、伝送速度、波長数、ポンプパワー入力、信号光パワー入力等のシステムパラメータが入力される。計算範囲判定部２では、トータルの信号光入力、ポンプパワーからポンプデプレッションによるラマン利得の減少量を計算し、その減少量を閾値０．５ｄＢと比較する。利得減少が０．５ｄＢ以上であれば、本方法は適用しないので、計算範囲判定部２は、選択部３に、従来方法による全範囲計算部５を選択するように指示する。利得減少が０．５ｄＢ未満であれば、本方法を適用するので、計算範囲判定部２は、選択部３に、本方法による限定範囲計算部４を選択するように指示する。限定範囲計算部４のパワー分布計算部４１では、（５）式を用いて信号分布を計算する。損失分布計算部４２では、（７）式を用いて信号の等価損失を計算する。復調波形計算部４３では、信号のみの波長領域において（８）式にＳＳＦ法を適用して伝送後の復調波形を計算する。なお、復調波形計算部４３では、求めた伝送後の復調波形により誤り率、Ｑ−値も併せて計算する。
【００３４】
本実施例においては、ポンプデプレッションによるラマン利得減少量が０．５ｄＢにおいて本方法の適用を判断している場合を示しているが、これは必要となる精度により変更が可能である。この０．５ｄＢは一例であり、アイ開口劣化を１ｄＢ以下となるように設計する場合には、ポンプデプレッションによるラマン利得減衰量が１ｄＢ以下とすることが望ましいのでこの値を用いている。また、ポンプデプレッションの判断を行うためのラマン利得の計算方法は先に挙げた文献に示されている（１）式と（２）式を数値解析を用いて解くことにより計算可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムを効率良く設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の光伝送システムの設計装置のブロック構成図。
【図２】ラマン分布増幅を用いたときの光ファイバ内信号光パワー分布を示す図。
【図３】ラマン分布増幅を用いたときの光ファイバ等価損失を示す図。
【図４】本発明の計算方法における計算範囲を示す図。
【図５】本発明の計算手順を示す図。
【図６】分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの構成例を示す図。
【図７】従来の計算方法における計算範囲を示す図。
【符号の説明】
１  パラメータ入力部
２  計算範囲判定部
３  選択部
４  限定範囲計算部
５  全範囲計算部
４１  パワー分布計算部
４２  損失分布計算部
４３  復調波形計算部
【図１】
0003599657.tif 000010
【図２】
0003599657.tif 000011
【図３】
0003599657.tif 000012
【図４】
0003599657.tif 000013
【図５】
0003599657.tif 000014
【図６】
0003599657.tif 000015
【図７】
0003599657.tif 000016