(57)【要約】    【課題】  非線形光学効果の生じやすさを把握することにより、信号送出パワーをより最適に制御することを可能とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法を提供する。    【解決手段】  光ファイバ伝送路に入射したラマン励起光によってラマン利得を生じさせ、ラマン利得によって生ずるノイズ光パワーを測定し、当該ノイズ光パワーを励起光パワーで除することによってラマン利得効率を取得し、当該ラマン利得効率の値が表す伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路に励起光を入射し、当該励起光によって生じる伝送路の非線形光学効果を測定し、該非線形光学効果の生じやすさにに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項２】
光ファイバ伝送路に入射した誘導ラマン散乱励起光によってラマン利得を生じさせ、ラマン利得によって生ずるノイズ光パワーを測定し、当該ノイズ光パワーを励起光パワーで除することによってラマン利得効率を取得し、当該ラマン利得効率の値が表す伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項３】
励起光パワーを２段階以上に可変し、それに対応するノイズ光パワーの差分を採取して、ラマン利得効率を測定することを特徴とする請求項２に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項４】
3dB以上のラマン利得が得られる励起パワーを用いてラマン利得効率を測定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項５】
ラマン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の励起光を兼用することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項６】
ラマン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器が発するＡＳＥ光(増幅された自然放出光: Amplified Spontaneous Emission Light)を利用することを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項７】
ラマン励起光源として、専用の光源を備え、希土類添加光ファイバ増幅器で増幅した励起光を用いることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項８】
非線形の起こりやすさを調べるためのラマン励起光源として、分布ラマン増幅用のラマン励起光源を用いることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項９】
前記光信号の送出パワーは、非線形光学効果が顕著に生じ始めるよりも少し手前のパワーに設定することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の光信号の送出パワー調整方法。
【請求項１０】
光ファイバ伝送路に励起光を入射し、当該励起光によって生じる伝送路の非線形光学効果を測定し、該非線形光学効果の生じやすさにに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１１】
光ファイバ伝送路に入射したラマン励起光により得られるラマン利得によって生ずるノイズ光パワーを測定し、当該ノイズ光パワーを励起光パワーで除することによってラマン利得率を取得し、当該ラマン利得係数の値に対応する相当する伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１２】
励起光パワーを２段階以上に可変し、それに対応するノイズ光パワーの差分を測定して、ラマン利得効率を算出することを特徴とする請求項１１に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１３】
3dB以上のラマン利得が得られる励起パワーを用いてラマン利得効率を算出することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１４】
ラマン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の励起光を兼用することを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１５】
ラマン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器が発するＡＳＥ光を利用することを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１６】
ラマン励起光源として、専用の光源を備え、希土類添加光ファイバ増幅器で増幅した励起光を用いることを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１７】
非線形の起こりやすさを調べるためのラマン励起光源として、分布ラマン増幅用のラマン励起光源を用いることを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１８】
ノイズ光パワー検出部が、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の反射光モニタと兼用することを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れか１項に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項１９】
光ファイバ伝送路に誘導ブリュアン散乱励起光を入射しつつ反射光パワーを測定し、当該反射光パワーを励起パワーで除して反射率を取得し、前記励起光パワーを変化させることで、誘導ブリュアン散乱により前記反射率が増大する励起光パワーの臨界値を取得し、当該臨界値が表す伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項２０】
ブリュアン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の励起光を兼用すること特徴とする請求項１９に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項２１】
非線形光学効果の生じやすさを調べるためのブリュアン励起光源として、分布ラマン増幅用の励起光源を用いることを特徴とする請求項１９に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法。
【請求項２２】
前記光信号の送出パワーは、前記反射率の増大が生じ始めるよりも少し手前のパワーに設定することを特徴とする請求項１９から請求項２１の何れか１項に記載の光信号の送出パワー調整方法。
【請求項２３】
光ファイバ伝送路にブリュアン励起光を入射しつつ反射光パワーを測定し、当該反射光パワーを励起パワーで除して反射率を取得し、前記励起光パワーを変化させることで、誘導ブリュアン散乱により前記反射率が増大する励起光パワーの臨界値を算出し、当該臨界値が表す伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項２４】
ブリュアン励起光源として、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の励起光を兼用することを特徴とする請求項２３に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項２５】
非線形の起こりやすさを調べるためのブリュアン励起光源として、分布ラマン増幅用の励起光源を用いることを特徴とする請求項２３に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【請求項２６】
前記光信号の送出パワーは、前記反射率の増大が生じ始めるよりも少し手前のパワーに設定することを特徴とする請求項２３から請求項２５の何れか１項に記載の光信号の送出パワー調整装置。
【請求項２７】
反射光パワーの検出部は、希土類添加光ファイバ増幅器で構成された集中型増幅器の反射光モニタと兼用することを特徴とする請求項２３から請求項２６の何れか１項に記載の光信号の送出パワー調整装置。
【請求項２８】
ブリュアン励起光源として、専用の光源を備え、希土類添加光ファイバ増幅器で増幅した光を用いることを特徴とする請求項２３に記載の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置及び光信号の送出パワー調整方法に関し、特に非線形光学効果の生じやすさを把握することにより、信号送出パワーをより最適に制御することを可能とする光信号の送出パワー調整装置及び光信号の送出パワー調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（光ファイバ伝送路への入射パワー最適値）
光ファイバ伝送システムにおいて所要の伝送品質を確保しようとすると、光ファイバ伝送路に入射する信号光パワーに下限が生じる。これは光増幅中継に伴う光ノイズの蓄積（光SNR劣化）によって決まるものであり、光増幅器への入力パワーが低いほど劣化がひどくなる。このことから、入射する信号光パワーの下限が規定される。
【０００３】
一方、光ファイバ伝送時には、光ファイバ中で生じる非線形光学効果が信号品質を劣化させることも知られている。非線形光学効果による現象には幾つかのタイプがある。例えば、光ファイバの屈折率が光強度に応じて変化し、それによってそこを伝搬する光信号が位相変調を被る現象がある。この位相変調成分は、光ファイバ中のGVD(Group Velocity Dispersion：波長分散)のために強度変調に変換され、波形歪みとなる。このような非線形光学効果による劣化は、光ファイバ中の信号光パワーが高いほど生じやすい。従って、光ファイバ伝送システムにおいては、所要の伝送品質を確保しようとすると、光ファイバ伝送路に入射できる信号光パワーに上限が生じることになる。
【０００４】
以上から、光ファイバ伝送路に入射する光信号のパワーには最適値が存在することが分かる。ここで符号誤り率(BER)で伝送システムの信号品質を表現するとすれば、中継器の出力パワーが過大であると非線形光学効果によってBERが悪化し、過小であると光SNR劣化よってBERが悪化する。このトレードオフ関係を如何に緩和し、許容しうる伝送区間ロスを如何に増やすかが当該技術分野における課題となっている。
【０００５】
通常の伝送システム回線設計においては、このパワー設定は、上限値と下限値の間に十分な幅が確保できるように設定し、さらにその幅の中で、非線形劣化の生じる限界（上限値）の一歩手前に設定されるのが通例である。このように、パワーの設定値を上限値寄りに設定する理由は、長期間の運用の間に伝送区間ロスが増加する可能性があり、それに対するマージンを最大限確保するためである。ロス増加の理由としては、伝送路ファイバケーブルの劣化の他に、切断事故の修復による接続箇所の増加などがある。
【０００６】
（入射パワーの個別最適化が望まれる理由）
ところで、伝送路ファイバで非線形現象が生じ始める上限パワーは、伝送路ごとに異なる。その主な原因は、伝送路ファイバ自体の差異と、局舎内ロスである。
【０００７】
まずファイバの種類であるが、現在、基幹伝送網として敷設されている光ファイバの種類には多種多様な品種があり、それらのモードフィールド径（コア径）、GeO2添加量などによって、非線形現象の生じやすさは大きく異なる。さらにこれらのパラメータは、光ファイバのメーカー、その製造時期、さらには製造ロットごとによっても異なっているのが現状である。
【０００８】
もう一つの変動要因として局舎内ロスがある。これは、局舎内の光コネクタ接続ロスなどによって伝送路ファイバに到達する前に信号光パワーが減衰し、結果として非線形現象が起こりにくくなっているように観測される現象である。特に大きな中継局では、信号光出力装置の置かれている部屋から伝送路ファイバまでの間に、数箇所のコネクタ接続が存在し、それに伴うロスが数ｄＢもあることがある。従来、この局舎内ロスは中継器間の区間ロスと区別することは容易ではなく、結果として一体化して扱われている。
【０００９】
（従来の伝送路の非線形光学効果の生じやすさの測定方法）
以上のことから、伝送路の非線形の生じやすさを個々の光出力点ごとに把握し、それに基づいて送出パワーを最適化制御できることが望ましいことが分かる。これに関係する従来技術として、例えば特許第２８５６４３５号（特許文献１）および特開２００１−２５１００６号（特許文献２）、ＵＳＰ  ６１２８１１１（特開平１０−２３３７３６号：特許文献３）等がある。
【００１０】
開示技術である特許第2856435号(NTT 岩月氏ら「分布ラマン増幅によるアクティブ伝送路の励起パワー制御」)、特開2001-251006(富士通 寺原氏ら「分布ラマン増幅の励起パワー制御」)は、分布ラマン増幅を用いた伝送システムにおけるラマン励起光パワー（および信号光送出パワー）の調整方法を開示したものである。
【００１１】
特許第2856435号は、分布ラマン増幅の励起光パワーを最適化するための技術である。OTDRを用いて伝送路の損失分布を測定し、理想的な損失分布に近づけるように励起パワーを調整する。
【００１２】
この開示技術は、伝送路ごとに異なる最適励起パワーを算出する手段を提供するが、信号光の送出パワーは固定である。（本開示技術は、信号光送出パワーを常に一定の理想値に維持することを目的としている。）よって、個々の伝送路の状況を把握して信号光送出パワーを最適値に設定する手段は提供されていない。
【００１３】
特開2001-251006は、分布ラマン増幅の励起光パワーと信号光送出パワーを最適化する手段を提供する。ただし個々の伝送路の状況を把握して最適化するのではなく、予め求めておいた最適な関係になるように調整するものである。また、対向局に届いたラマン励起光の残留パワーを測定することで励起光波長の伝送路ロスを求めて、それに応じてラマン励起パワーを補正する技術も開示されている。しかしこれでは伝送路全体のロスしか得ることができず、局舎内ロスなどの局在ロスと伝送路ロスを区別できないという問題がある。よって、個々の伝送路の非線形現象の生じやすさを把握して信号光送出パワーを最適値に設定する手段は提供されていない。
【００１４】
特開平10-233736(USP 6,128,111)(Nortel Kim B. Roberts氏「信号光パワー制御」)は、伝送路ファイバ中で生じる非線形光学効果の一つであるFWM(Four-wave mixing)の発生量をモニタし、それに基づいて伝送路ファイバに送出する信号光パワーを最適値に制御する技術を開示している。FWMの発生量は伝送路の非線形性に依存するので信号光送出パワーを最適値に設定するための指標として用いることが可能である。しかしながらこのFWM発生量はその他の要因によっても変動してしまうために測定精度に問題があった。その他の要因とは位相整合条件（伝送路のGVDやFWMを生む元の光波間の周波数間隔）やFWMを生む元の光波間の相対偏波などのことである。これらを十分に管理しないかぎり、FWM発生量を信号光送出パワーを最適値に設定するための指標として用いることは困難であるという問題があった。また多段の増幅中継システムにおいてはFWM光が累積しないように各中継区間ごとにFWM光を除去する必要があること、大きなGVDを持つ伝送路ではFWM光が生じにくく、非常に高いパワーを入力しないとFWM光がノイズに埋もれて観測できなくなること、などの技術的な問題があり、各ファイバ入射点ごとの最適化を行うには難があった。
【００１５】
（光ファイバ中で生じる散乱現象）
光ファイバに光を入射すると、光ファイバを構成している物質に光が当たって散乱される現象が知られている。その特徴により、レイリー(Rayleigh)散乱、ラマン(Raman)散乱、ブリュアン(Brillouin)散乱などと分類されている。レイリー散乱はガラスが冷え固まるときに固定化されたランダムな密度ゆらぎによって生じる散乱であり、散乱光と入射光の周波数は同一である。これに対して、分子振動や固体の光学的格子振動（光学フォノン）と入射光との相互作用によって散乱光が生じるラマン散乱、固体の音響的格子振動（音響フォノン）と入射光との相互作用によって散乱光が生じるブリュアン散乱では、散乱光の周波数は、入射光の周波数から決まった量だけシフトしている。さらにラマン散乱、ブリュアン散乱は、入射光強度が強くなると格子振動の振動状態が入射光と発生した散乱光との非線形結合により、その差周波数でコヒーレントに励振され、散乱光の誘導放出が起こることが知られている。
【００１６】
シリカガラス光ファイバでは、誘導ラマン散乱は入射光（励起光）から約13THz低周波側に散乱光ピークが生じ、前方、後方どちらにも散乱される。一方、誘導ブリュアン散乱は入射光（励起光）から約11GHz低周波側に散乱光ピークが生じ、後方（励起光入射側）にのみ強く散乱される。
【００１７】
（誘導ラマン散乱とラマン増幅）
誘導ラマン散乱を利用すると、光ファイバ伝送路それ自体に増幅作用を持たせることができる。光ファイバに、信号光と、信号光より周波数が約13THz高いラマン励起光とを同時に入射すると、シリカガラスの誘導ラマン散乱を介して、励起光のエネルギーの一部が信号光に移り、結果として信号光が増幅作用を被る。これをラマン増幅と呼び、その利得をラマン利得と呼ぶ。実際のラマン利得は図６に示すような波長依存性を持っている。さらに分布ラマン増幅と称する場合は、信号光を伝送する光ファイバに励起光を入力し、光ファイバ伝送路自体を増幅媒体としてラマン増幅効果を得る形態を指す。
【００１８】
（ラマン利得効率測定）
ラマン増幅媒体である光ファイバに、あるパワー(W)の励起光を入力したときに発生するラマン利得(dB)を、励起光パワーで規格化したものをラマン利得効率(dB/W)と称する。
【００１９】
ラマン利得効率の測定は、励起パワーが既知であるので、ラマン利得を測定する作業に他ならない。伝送路両端での作業が可能な場合には、ラマン利得は図５のような実直な方法で測定できる。伝送路光ファイバ１００の一方の端にラマン利得効率を測定したい信号波長帯のテスト光源１６０を備え、他方の端に励起波長帯と信号波長帯を合分波するWDM(Wavelength Division Multiplexing)カプラ１１０を備える。WDMカプラ１１０の励起波長帯ポートに励起光源１２０を接続し、信号波長帯ポートに信号光パワーを測定するための受光器１３０を接続する。
【００２０】
テスト光を伝送路に入力し、励起光源を停止した状態で受光器１３０にて検出されるテスト光パワー(P1[dBm])を測定する。次に、励起光源１２０を出力した状態で受光器１３０にて検出されるテスト光パワー(P2[dBm])を測定する。テスト光パワーP2とP1の差分が、テスト光が被ったラマン利得（dB）である。この利得を励起光パワーで規格化して、ラマン利得効率（dB/W）を得る。ここでテスト光と励起光の向きが逆でも同様の測定が可能である。
【００２１】
上記のラマン利得測定手法は、実直な方法ではあるが、伝送路の両端に作業員が入る必要があり、さらにテスト光の用意が必要であることなど、煩雑である。そこでラマン利得のASE光パワーを測定することで、伝送路の片端から、テスト光を用いずにラマン利得を把握する技術が開発され、曽部らによる特許第3578343号に開示されている。
【００２２】
（誘導ブリュアン散乱による反射率の増大）
スペクトル線幅の狭い励起光を用意して、光ファイバに入射するパワーを徐々に増していくと、あるところで光ファイバから反射されて戻ってくる光が急増する現象が知られている。これが誘導ブリュアン散乱による反射率の増大現象である。実際には反射されて戻ってくる光は僅かに（約11GHz程度）周波数シフトしている。
【００２３】
その様子は例えば、R.W.Tkachらによる報告(”Spontaneous Brillouin Scattering for Single-mode optical-fibre characterisation”, Electronics Letters, p.1011, 1986)に開示されている。ファイバ中に添加されているGeO2の量などにより、ブリュアン散乱光の周波数シフト量は約10.6〜11.3GHzの間に分布することが説明されている。
【００２４】
【特許文献１】特許第２８５６４３５号
【特許文献２】特開２００１−２５１００６号
【特許文献３】特開平１０−２３３７３６号
【非特許文献１】”Spontaneous Brillouin Scattering for Single-mode optical-fibre characterisation”, Electronics Letters, p.1011, 1986
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
最も良い受信信号品質を得るためには、伝送路中で生じる非線形現象による信号品質劣化が顕著に生じない範囲で、伝送路ファイバへの信号光送出パワーをなるべく高く設定したい。しかし、信号送出パワーをどこまで上げることができるか、その上限値は各入射点によってまちまちであるのに、それを確認する簡便な方法がないという問題があった。
【００２６】
従来、受信端において信号の品質をモニタする方法は知られていたが、モニタ箇所が伝送システム全体を通じて一箇所しかないので、多中継伝送の場合のように非線形光学効果が生じる箇所が送受信器間に複数箇所ある場合には、それらの中継箇所毎に個別に信号送出パワーを最適化することができないという問題があった。
【００２７】
その結果として、非線形現象が起こりやすいファイバに対して局舎内ロスなしの状態で接続されるような、起こりうる最悪の組み合わせでも支障が生じないよう、信号光送出パワーは低く抑えることを余儀なくされ、その分、伝送システムの性能は低く抑えられてしまうという問題があった。
【００２８】
本発明の目的は、光ファイバ伝送路への入射点ごとに非線形光学効果の生じやすさの把握が可能で、かつ信号伝送状態から配線を変更することなく、作業性、コスト的に優れた光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置及び光信号の送出パワー調整方法を提供することにある。
【００２９】
さらに、本発明の目的は、非線形光学効果の生じやすさを把握することにより、信号送出パワーをより最適に制御することを可能とする光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整装置及び光信号の送出パワー調整方法を提供し、結果として、伝送システムの信号品質を向上させ、伝送距離を伸張するなど、伝送システムの性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成する本発明の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法は、光ファイバ伝送路に励起光を入射し、当該励起光によって生じる伝送路の非線形光学効果を測定し、該非線形光学効果の生じやすさにに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする。
【００３１】
さらに、本発明の光伝送システムにおける光信号の送出パワー調整方法は、光ファイバ伝送路に入射したラマン励起光によってラマン利得を生じさせ、ラマン利得によって生ずるノイズ光パワーを測定し、当該ノイズ光パワーを励起光パワーで除することによってラマン利得効率を取得し、当該ラマン利得効率の値が表す伝送路の非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号の送出パワーを調整することを特徴とする。
【００３２】
（作用）
本発明によれば、非線形光学効果測定系において、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーを測定し、前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、対応する前記ノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を求め、ノイズ光変化量を、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式に代入することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る。そして、制御部が、算出したラマン利得効率の値に基づいて中継増幅器の出力レベルを制御することにより、光信号出力パワーが最適となるように調整する。
【００３３】
本発明を用いることにより、伝送路の一方の端だけの作業で、かつ信号伝送状態から配線を変更することなく、光ファイバ伝送路の非線形光学効果の生じやすさを把握して、その非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号出力パワーが最適となるように調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように本発明を用いることにより、伝送路の一方の端だけの作業で、かつ信号伝送状態から配線を変更することなく、光ファイバ伝送路の非線形光学効果の生じやすさを把握して、その非線形光学効果の生じやすさに基づいて、光信号出力パワーが最適となるように調整することが可能となる。また、高価な専用機器を必要としないことから、作業性と共にコスト的にも優れた装置を実現することができる。
【００３５】
非線形光学効果の生じやすさを把握することにより、出力側の局舎内ロスの分、出力パワーを上げることが可能となり、伝送システムのマージンを広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
誘導ラマン散乱や誘導ブリュアン散乱の生じやすさと、信号劣化を生じさせる非線形光学効果の生じやすさには強い相関がある。これら誘導散乱現象が生じやすい光ファイバ伝送路は、有害な非線形光学効果も生じやすい。従って、誘導散乱現象の生じやすさを各入射点ごとに測定することができれば、有害な非線形光学効果の生じやすさも把握することができる。この情報に基づいて送出パワーを最適化制御するのが本発明の骨子である。
【００３７】
以下、誘導ラマン散乱と、誘導ブリュアン散乱とに分けて、それらの生じやすさを測定する原理について述べる。
【００３８】
（誘導ラマン散乱による方法）
ラマン利得効率は、まさしく非線形光学効果の起こりやすさを表しているので、その測定により目的が達せられる。特許第3578343号に開示されている技法を用いると、ラマン利得は、ラマン利得の際に併せて生じるノイズ光のパワーを測定することで知ることができる。
【００３９】
ラマン利得Ｇに対するノイズ光パワー発生量を図７に示す。図７においては、λ０=1.55μm、Δλ=1nmである。このようにＧ≧3dBの条件を満たすラマン利得Ｇの領域では、dBmで表したノイズ光パワーと、dBで表した利得Ｇとは、ほぼ比例関係にあることが分かる。従って、あらかじめ、利得Ｇとノイズ光パワーの関係を校正しておけば、ノイズ光パワーからその時のラマン利得Ｇを逆算できる。
【００４０】
このようにして得たラマン利得効率は、伝送路ファイバの非線形現象の生じやすさを表しているので、これに応じて光信号送出パワーを制御することにより、光信号出力パワーを最適に調整することが可能となる。
【００４１】
（誘導ブリュアン散乱による方法）
誘導ブリユアン散乱を励起するためのスペクトル線幅の狭い光源を用意して、光ファイバに入射するパワーを徐々に増していくと、あるパワーPc(mW)で光ファイバからの反射戻り光パワーが急増する。これが誘導ブリュアン散乱による反射率の増大現象であり、図８に示すように、励起光パワーがある値Ｐｃまではほぼ一定の反射率であるが、パワー値Ｐｃを超えると反射率が増大する。
【００４２】
入射光パワーを変化して、誘導ブリュアン散乱によって反射率が増大する励起光パワーの臨界値を測定すれば、その励起光パワーの臨界値の大きさが、非線形光学効果の生じやすさを表していることになる。
【００４３】
よって、励起光パワーの臨界値に応じて光信号の送出パワーを制御すれば、光信号出力パワーを最適に調整することが可能となる。
【００４４】
（励起光の反射光との波長分離）
誘導ラマン散乱、誘導ブリュアン散乱、ともに、散乱光の波長は、入射した励起光の波長とは異なるので、波長分離フィルタを使用して、入射した励起光の単なる反射戻り光と、非線形現象の大きさを表す誘導散乱光との分離を行う。この波長による分離操作は重要である。なぜなら一般の光ファイバ伝送路には、光コネクタ接続点を初めとする反射点が多数あり、またレイリー散乱も存在するので、入射した励起光のうちの一部は常に反射して戻ってきており、一方、非線形光学効果に応じた散乱光パワーは微弱であるため、励起光の反射光に埋もれて検知不能になってしまう怖れがあるためである。
【００４５】
この構成をまとめたものが図９である。WDMカプラ(波長合分波器)２１０により、励起光源２４０からの励起光と散乱光が波長的に分離されて、散乱光だけが受光器２２０に入るようにする。WDMカプラでの励起光の反射光の除去性能が不十分な場合は、追加フィルタ２３０により励起光を十分に除去する。
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４７】
（誘導ラマン散乱による方法）
伝送路にラマン増幅の励起光を入射すると、ラマン利得の量に応じたノイズ光が発生する。このノイズ光パワーの測定値からラマン利得を逆算する。作用の所で説明したように、dBm単位で表したノイズ光パワーと、dB単位で表した利得Ｇとが比例関係にあることを利用して、あらかじめ利得Ｇとノイズ光パワーの関係を校正しておき、ノイズ光パワーからその時のラマン利得Ｇを逆算するものである。以下に詳細な手順を説明する。
【００４８】
図１に示す本発明の第１の実施の形態による光伝送システムにおける光信号送出パワー調整装置は、光伝送路に設置される中継器に適用され、ラマン利得効率を測定する非線形光学効果測定系を中継増幅器とを独立に適用した構成となっている。非線形光学効果測定系２０で得られた情報を元に中継増幅器６０の出力パワーを調整する。
【００４９】
図１において、第１の実施の形態では、受光器２６で得られるノイズ光パワーを制御部５０に入力する。
【００５０】
制御部５０は、校正測定でノイズ光パワー変化量ΔＮを求めた場合と同様にして、伝送路光ファイバ１００のノイズ光パワー変化量ΔＮを算出し、そして、この求められたノイズ光パワー変化量ΔＮと校正測定により求まった係数A、Bを式２に適用することにより、ラマン利得効率を算出する。そして、この算出したラマン利得効率の値に基づいて中継増幅器６０の出力レベルを制御することにより、光信号出力パワーが最適となるように調整する。
【００５１】
制御部５０には、校正測定により求まった係数A、Bと、励起光源２２の励起光の出力パワーの値が予め設定されている。また、制御部５０には、ラマン利得効率の大きさに応じて中継増幅器６０の出力レベルをどのように調整するかが予め設定されている。
【００５２】
図２は、上記制御部５０による光信号送出パワー調整のための制御処理を説明するフローチャートである。
【００５３】
図２を参照して、制御部５０による手順を説明すると、まず、受光器２６からのノイズ光のパワーを入力し（ステップ７０１）、そのノイズ光パワーと励起光の出力パワーとからノイズ光パワー変化量ΔＮを算出する（ステップ７０２）。
【００５４】
次いで、算出したノイズ光パワー変化量ΔＮと校正測定により求まった係数A、Bを式２に適用することにより、ラマン利得効率を算出する（ステップ７０３）。
【００５５】
最後に、算出したラマン利得効率の値に基づいて中継増幅器６０の出力レベルを制御する（ステップ７０４）。ラマン利得効率は、一方で有害な非線形光学効果の生じやすさをも示しているため、ラマン利得効率の大きさに応じて中継増幅器６０の出力レベルを制御すれば、光信号出力パワーが最適となるように調整することが可能となる。中継増幅器６０による出力レベルとしては、例えば、非線形光学効果（ラマン利得効率）が顕著に生じ始めるよりも少し手前の出力レベルに設定する。
【００５６】
第１の実施の形態の構成では、励起光源２２の波長として任意の波長を選ぶことができる。図１の構成においては、励起波長を光信号の波長と重ならないように選択し、WDMカプラ２１で合波しているが、もし、励起光の波長が信号光波長と重なる場合は、WDMカプラ２１の部分を光スイッチで置き換えることにより解決することができる。
【００５７】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示しており、高いパワーが必要な励起光を得るために、低パワーな励起光源２２と中継増幅器６０を組み合わせた構成となっている。光信号と励起光とを選択的に切り換える光スイッチ６５によって、低パワーな励起光源２２の励起光を中継増幅器６０によって増幅し、パワーの高い励起光を得ることができるようになっている。この場合の励起波長は中継増幅器60の増幅帯域に限定される。その他の構成については、上述した第１の実施の形態と同じである。
【００５８】
中継増幅器６０の入力を遮断して、中継増幅器60内部で生じるＡＳＥ光源（増幅された自然放出光）を用いるようにしても良い。励起光の波長は、中継増幅器６０の波長範囲に限定される。
【００５９】
図４は、本発明の第３の実施の形態を示しており、希土類添加光ファイバ増幅器からなる中継増幅器７０の励起光源を、一時的に伝送路ラマン励起光源に利用するように構成している。
【００６０】
図４において、希土類添加光ファイバ増幅器からなる中継増幅器７０は、前中段増幅器７１、WDMカプラ７２、希土類添加光ファイバ７３、WDMカプラ７４、分岐器７５、励起光源７６、７７を備えてなり、この実施の形態では、励起光源７６を光スイッチ８０で切り換えることにより、ラマン利得効率を求めるための励起光源として利用する。
【００６１】
また、制御部５０は、第１の実施の形態と同じように、受光器２６からのノイズ光パワーを入力してノイズ光パワー変化量ΔＮを算出し、そして、この求められたノイズ光パワー変化量ΔＮと校正測定により求まった係数A、Bを式２に適用することにより、ラマン利得効率を算出する。そして、この算出したラマン利得効率の値に基づいて中継増幅器７０の励起光源７６の励起光パワーを制御することにより、中継増幅器７０からの光信号出力パワーが最適となるように調整する。
【００６２】
ここで、励起波長の選び方について説明する。ラマン増幅に伴う自然放出光ノイズは、励起光から約13THz(1.55um帯では約100nm)長波側に最も強く出現する。そこでノイズが生じる波長帯のパワーを効率良く測定できるように、励起光を選ぶことが好ましい。
【００６３】
励起光の候補としては、１．本発明のための専用の励起光源、２．希土類添加光ファイバ増幅器の励起光源、３．ラマン増幅のための励起光源、４．希土類添加光ファイバ増幅器のＡＳＥ光、などが考えられる。専用光源以外は、他用途との兼用なので、波長の自由度は限定される。
【００６４】
一方、誘導散乱による反射戻り光パワーの検出器としては、増幅器の反射光モニタの利用が望ましい。これは本来、増幅器出力光の反射光をモニタするという目的のため、増幅波長以外をモニタ可能かどうかによって利用可能かどうかが決まる。現在一般的に使われている光増幅器において、増幅波長以外の波長を確実に検出できる組合せは以下の表１に示す通りとなる。
【００６５】
【表１】
2006287649.tif 000003
【００６６】
簡単に内容を説明する。
まずEDFA用励起光源は、1470〜1490nmあたりの波長が用いられることが多く、それを伝送路ファイバに入射した時の誘導ラマン散乱光の波長は、主にL-bandの信号帯域に入ってくる。従って、L-band EDFAにおいては、自身の反射光モニタで検知可能である。このモニタは本来はL-band信号光の反射光の存在を検知するものであるが、前述の誘導ラマン散乱光の検知と共用できることになる。C-band EDFAにおいては、自身の反射光モニタに入ってくるパワーはあまり多くは期待できない。その場合、もしL-bandを使用しないのであれば、反射モニタに入る波長帯域をL-bandまで広げておけば、前述のL-band EDFA同様に誘導ラマン散乱光の検知と、反射光モニタの共用が可能である。
【００６７】
次に、ラマン増幅用励起光源との共用を考える。この場合は、誘導ラマン散乱光の波長は各EDFAの帯域に一致するので、反射モニタとの共用に好都合である。
【００６８】
最後に、EDFAのASE光や、弱い光をEDFAで増幅した光での励起であるが、この場合、誘導ラマン散乱光の波長は極めて長波長側に行ってしまい、L-band EDFAの出力で励起した場合、検知は困難となる。C-band EDFAの出力で励起した場合は、誘導ラマン散乱光はL-band SVの波長帯域に入ってくるので、L-band SVに反射モニタを設ければ、共用で測定できる。
【００６９】
信号光を送出する装置自身がノイズ光パワーをモニタできるのが望ましい。その観点では、その信号送出装置の信号波長帯をラマン増幅可能な励起波長を送出するのが望ましいことになる。
【００７０】
表１にあるように、Ｃ帯EDFAでは、励起波長は1450nm付近が望ましく、その専用光源を持つか、分布ラマン増幅用の励起光源を用いるのが最適である。Ｌ帯EDFAでは、励起波長は1480nm付近が望ましく、EDFA用励起光源と波長が一致するので、それを兼用させるか、分布ラマン増幅用の励起光源を用いるのが最適である。EDFAのASE光や、該EDFAで増幅可能な低パワー光源を増幅した光では、ノイズ光の波長域が1640nmよりも長波側になってしまい、通常のフォトダイオードでは検出が困難になる。
【００７１】
（誘導ブリュアン散乱による方法）
スペクトル線幅の狭い励起光を用意して、光ファイバに入射するパワーを徐々に増していくと、あるところで光ファイバから反射されて戻ってくる光が急増する現象が知られている。これが誘導ブリュアン散乱による反射率の増大現象であり、図８に示すように、励起光パワーがある値Pcまではほぼ一定の反射率であるが、パワー値Pcを超えると反射率が増大する。
【００７２】
この反射率の増大は非線形光学効果によって生じるものであり、励起光のパワーを変化させて、誘導ブリュアン散乱によって反射率が増大する励起光パワーの臨界値を測定することにより、伝送路の非線形光学効果の生じやすさを把握することができる。
【００７３】
よって、励起光パワーの臨界値に応じて光信号の送出パワーを制御すれば、光信号出力パワーを最適に調整することが可能となる。
【００７４】
誘導ブリュアン散乱を利用した第４の実施の形態の構成を、図１０に示す。
【００７５】
本実施の形態の構成は、図１に示す第１の実施の形態の構成とほぼ同じであり、本実施の形態では、受光器２６で得られる反射光から反射率を検出する。
【００７６】
制御部５０は、受光器２６からの反射光パワーから反射率を算出し、そして、そして反射率の増大が発生した時の励起光パワーの値を臨界値として求める。
【００７７】
そして、求めた励起光パワーの臨界値の大きさに応じて、非線形光学効果の生じやすさを判定し、中継増幅器６０の出力レベルを制御することにより、光信号出力パワーが最適となるように調整する。
【００７８】
制御部５０には、求められた励起光パワーの臨界値の大きさに応じて中継増幅器６０の出力レベルをどのように調整するかが予め設定されている。
【００７９】
図１１は、上記制御部５０による光信号送出パワー調整のための制御処理を説明するフローチャートである。
【００８０】
図１１を参照して、制御部５０による手順を説明すると、まず、受光器２６からの反射光のパワーを入力し（ステップ１５０１）、その反射光パワーと励起光の出力パワーとから反射率を算出する（ステップ１５０２）。
【００８１】
次いで、反射率の増大が発生したかどうかを判別し（ステップ１５０３）、発生していなければ、励起光パワーを変化させて（ステップ１５０４）、ステップ１５０１に戻って反射率を算出する。
【００８２】
反射率の増大が発生した場合、その時の励起光パワーを臨界値として求め（ステップ１５０５）、その励起光パワーの臨界値に応じて中継増幅器６０の出力レベルを調整する（ステップ１５０６）。求めた励起光パワーの臨界値は、有害な非線形光学効果の生じやすさを示しているため、その臨界値の大きさに応じて中継増幅器６０の出力レベルを制御すれば、光信号出力パワーが最適となるように調整することが可能となる。中継増幅器６０による出力レベルとしては、例えば、非線形光学効果が顕著に生じ始める（反射率が増大する）よりも少し手前の出力レベルに設定する。
【００８３】
図１０の構成においては、励起波長を光信号の波長と重ならないように選択し、WDMカプラ２１で合波しているが、もし、励起光の波長が信号光波長と重なる場合は、WDMカプラ２１の部分を光スイッチで置き換えることにより解決することができる。
【００８４】
また、図３と同様に、高いパワーが必要な励起光を得るために、低パワーな励起光源と中継増幅器を組み合わせた構成とすることも可能である。さらに、図４と同様の構成によっても実現することが可能である。
【００８５】
なお、励起光源として、分布ラマン増幅用の励起光源と兼用することができるのは言うまでもない。
【００８６】
上記のように、当該伝送路の非線形の生じやすさを得ることができたら、次にそれを元に光増幅器の送出パワーに負帰還することで、伝送システムの性能を最適化することができる。以下ではこの部分を説明する。
【００８７】
（光増幅器の送出パワー調整手段）
光増幅器の出力パワー調整手段としては、大きく二つ考えられる。一つは光増幅媒体へ入力する励起パワーを調整する方法、もう一つは光増幅器と直列に接続したVOA(Variable optical attenuator, 光可変減衰器)で損失を与える方法である。
【００８８】
励起パワーを増減する方法は、典型的な励起光源が半導体レーザダイオードであるため、駆動電流を変化させることによって励起パワーを容易に調整できる。ただし励起パワーを変化させると波長方向の利得の均一性（＝利得平坦度）が悪化する可能性があるので、特性を十分に把握してから用いる必要がある。VOAを用いる方法は、利得平坦度とは無関係に利得を変化できるので制御しやすいが、損失を与えすぎてSN劣化を起こさないように注意する必要がある。結果としてVOAで与える可能性のあるロス量よりも十分大きい利得をもった光増幅器をVOAよりも前に配置する構成が理想となる。
【００８９】
（光増幅器の送出パワー制御アルゴリズム）
光増幅器の送出パワー制御器では、予め定められた計算式に、別途指示された計算式内の係数と、上述のようにして得られた「伝送路の非線形の生じやすさ(Ｐｃ)」に代入して送出パワーを算出し、設定する。
光増幅器の送出パワーには、その増幅器に固有の上限値があるので、その上限値に達したら上限値でクリップする動作も計算式内に含まれている。
【００９０】
「伝送路の非線形の生じやすさ(Ｐｃ)」には元々、既定値が指示されており、測定値がなければ既定値が用いられる。測定すると測定値が不揮発メモリに書き込まれ、その値が使えるようになる。測定値を既定値で初期化する機能も備えている。
【００９１】
「伝送路の非線形の生じやすさ(Ｐｃ)」の既定値は、基本的には伝送路光ファイバの種類の情報から決める。伝送路ファイバに局舎内ロスなしで接続したときのＰｃを最悪条件（Ｐｃが最も低くなるケース）と考え、それを既定値として用いる。従って、現場のＰｃは、最悪のＰｃ値に局舎内ロスを足したものに近い値になる。
【００９２】
本実施の形態では、受光器２６としてフォトダイオード(Photo Diode)を用いたが、信号波長帯光パワーの直流成分を測定する機能を有する他のデバイス、測定器の適用も可能である。例えば、アバランシフォトダイオード(Avalanche Photo Diode :APD)、カロリーメータ(Calorie Meter)、光パワーメータ(Optical Power Meter)等の適用が有効である。
【００９３】
本実施の形態では受光器４０として、光パワーメータ(Optical Power Meter)を用いたが、信号波長帯光パワーを測定する機能を有する他の測定器、デバイスの適用も有効である。たとえば、光スペクトラムアナライザ（Optical Spectrum Analyzer）、PINフォトダイオード(PIN Photo Diode：Pin-PD)、アバランシフォトダイオード(Avalanche Photo Diode :APD)、カロリーメータ(Calorie Meter)等の適用が有効である。
【００９４】
本実施の形態では、励起光の後方散乱光が受光器に入力することを防ぐために誘電体多層膜(dielectric)型WDMカプラを用いたが、励起光波長帯をカットし、信号光波長帯を透過する光フィルタリング機能を有する他のデバイスの適用も有効である。例えば、グレーティング(Grating)タイプ波長フィルタ、ファブリペロー(Fabry-Perot)タイプ波長フィルタ、マッハツェンダ(Mach-Zehnder)干渉計タイプ波長フィルタ等の適用が有効である。
【００９５】
本実施の形態では、妨害光をカットする妨害光除去フィルタ２７として誘電体多層膜(dielectric)型フィルタを用いたが、妨害光波長をカットし、測定に十分なノイズ光を透過するフィルタリング機能を有する他のデバイスの適用も有効である。例えば、グレーティング(Grating)タイプ波長フィルタ、ファブリペロー(Fabry-Perot)タイプ波長フィルタ、マッハツェンダ(Mach-Zehnder)干渉計タイプ波長フィルタ等の適用が有効である。
【００９６】
本実施の形態では、タップカプラ２３としてファイバ融着型カプラを用いたが、励起光源波長帯、被増幅波長帯および利得測定波長を透過し、かつ所望の分岐比に分岐する機能をもつ他のデバイスの適用も有効である。例えば、誘電体多層膜(dielectric)型カプラの適用が有効である。
【００９７】
本実施の形態では励起光源２２として、ファイバーグレーティング(Fiber Grating)で波長を狭窄化したファブリペロー(Fabry-Perot)レーザーを適用したが、十分なパワーを出力することのできる波長可変なレーザーの適用も有効である。
【００９８】
本実施の形態では、ノイズ光変化量からラマン利得効率を算出する式２の一次式の各係数A、Bを校正測定により求めて、本測定においてその一次式にノイズ光変化量を代入してラマン利得効率を算出する方式を説明したが、測定対象におけるノイズ光変化量からラマン利得効率を算出する一次式（式２）の係数A、Bが分かっている場合においては、校正測定を行なう必要はない。つまり、予め分かっている各係数A、Bを用いて測定系に式２の一次式を設定することにより、測定系は、測定対象の光ファイバのノイズ光変化量をその設定された一次式に代入して、その測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することができる。
【００９９】
本実施の形態では伝送路光ファイバ１００としてSMFを用いたが、NZDSF、1.55μm分散シフトファイバ(Dispersion Shifted Fiber : DSF)等の適用も可能である。
【０１００】
また、本実施例では、前方励起ラマン増幅の構成で本発明を説明したが、伝送路の非線形性が伝送路の前端と後端でほぼ等しいとしてよい場合は、後方励起ラマン増幅の構成でも本発明の適用が可能である。別経路の制御線などを用いて前段に情報を伝えればよい。
【０１０１】
以上好ましい実施の形態及び実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による誘導ラマン散乱を利用した光信号の送出パワー調整装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による制御部の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による光信号の送出パワー調整装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による光信号の送出パワー調整装置の構成を示す図である。
【図５】伝送路両端での作業を必要とする従来のラマン利得効率測定方法を説明する図である。
【図６】ラマン利得プロファイルを説明する図である。
【図７】ラマン利得とノイズ光発生量の相関関係を説明する図である。
【図８】誘導ブリュアン散乱における励起光パワーと反射率との関係を示す図である。
【図９】励起光の反射光との波長分離における構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による誘導ブリュアン散乱を利用した光信号の送出パワー調整装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態による制御部の処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
２０：測定系
２１、２４：WDMカプラ
２２：励起光源
２３：タップカプラ
２５：光終端器
２６、４０：受光器
２７：妨害光除去フィルタ
３０、１６０：テスト光源
５０、９０：制御部
６０、７０：中継増幅器
１００：伝送路光ファイバ
１１０：WDMカプラ
１２０：励起光源
１３０：受光器
２１０：WDMカプラ
２２０：受光器
２３０：追加フィルタ
２４０：励起光源
【図１】
2006287649.tif 000004
【図２】
2006287649.tif 000005
【図３】
2006287649.tif 000006
【図４】
2006287649.tif 000007
【図５】
2006287649.tif 000008
【図６】
2006287649.tif 000009
【図７】
2006287649.tif 000010
【図８】
2006287649.tif 000011
【図９】
2006287649.tif 000012
【図１０】
2006287649.tif 000013
【図１１】
2006287649.tif 000014