(57)【要約】  【課題】遠隔励起光伝送システムにおいて、従来は安定な動作を保証するためには励起光源の出力を低めに設定しなければならず、このシステムの性能を十分に引き出すことが出来なかった。本発明はこの問題を解決し、装置限界に近い高増幅性能を安定して得られる遠隔励起光伝送システムの実現を目的とした。  【解決手段】励起光源出力を増加し、信号伝送波長帯で発振が起きる直前の状態を希土類ドープファイバのゲインピーク帯での発振が起き始めの状態から検出し、その状態を保持するように励起光源出力を制御する構成とした。この展開形としてゲインピーク帯と信号伝送波長帯でのレベル強度比を所定の値となるように励起光源出力を設定する構成についても開示している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号送信器を有する送信端局と、光信号受信器を有する受信端局と、光ファイバで構成された光伝送路と、該光伝送路途中に設置された希土類元素をドープした光ファイバによる光増幅手段と、該希土類元素をドープした光ファイバを励起するための励起光を発生する励起光源手段とを有する光増幅伝送システムにおいて、
前記受信端局は、前記希土類元素をドープした光ファイバを有する前記光増幅手段において最大利得が得られる波長帯すなわちゲインピーク帯を切り出すバンドパスフィルタと、
前記ゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルを検出するピークレベル検出手段と、
前記ゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルが予め設定された一定値を越えず、且つ該一定値に近い値となるように前記励起光源手段の励起光出力を制御する第１の制御手段とを前記受信端局に備えたことを特徴とする遠隔励起光増幅伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、
前記受信端局は、前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを検出する第１のパワーレベル検出手段と、
信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルを検出する第２のパワーレベル検出手段とを備え、
前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを前記信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルで除した、相対的なゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルが予め設定された一定値を越えないように前記励起光源手段の励起光出力を制御する第２の制御手段を備えたことを特徴とする遠隔励起光増幅伝送システム。
【請求項３】
光信号送信器を有する送信端局と、光信号受信器を有する受信端局と、光ファイバで構成された光伝送路とを有する遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、
前記光伝送路は第１および第２の２つの光伝送路を有し、
該第１の光伝送路を構成する第１の光ファイバの途中には希土類元素をドープした光ファイバによる光増幅手段が設置され、
前記受信端局側には、前記希土類元素をドープした光ファイバを第１の光ファイバを通じて励起するための励起光を発生する第１の励起光源手段と、
前記希土類元素をドープした光ファイバを前記第２の光伝送路を構成する第２の光ファイバを通じて励起するための励起光を発生する第２の励起光源手段と、
前記第１および第２の励起光源手段からの光を合成するための合分波器と、
前記希土類元素をドープした光ファイバを有する前記光増幅手段において最大利得が得られる波長帯すなわちゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルを検出する検出手段と、
このゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルが予め設定された一定値を越えないように第１の励起光源出力及び第２の励起光源出力を制御する第３の制御手段とを備えたことを特徴とする遠隔励起光増幅伝送システム。
【請求項４】
請求項３に記載の遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、
前記希土類元素をドープした光ファイバにおいて最大利得が得られる波長帯であるゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを検出する第３のパワーレベル検出手段と、
信号伝送波長帯での受信信号光の平均パワーレベルを検出する第４のパワーレベル検出手段とを備え、
前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを前記信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルで除した相対的なゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルが予め設定された一定値を越えないように前記第１および第２の励起光源手段の出力を制御する第４の制御手段を備えたことを特徴とする遠隔励起光増幅伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠隔励起での過剰利得に伴う伝送品質劣化を防止した光増幅伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔励起プリアンプを用いた長距離光通信システムの実用化が下記非特許文献１において報告されている。この非特許文献１においては、エルビウムドープ光ファイバ（以下、ＥＤＦ）を用いた４００ｋｍの海底ケーブルによる２．５Ｇｈｚ動作のシステムの例である。  
図７に遠隔励起を用いた光伝送システムの構成例を示す。エルビウムドープ光ファイバ（以下、ＥＤＦ）４０で構成される遠隔励起プリアンプ４を、受信端末２側に設置した励起光源２２により励起する。送信端局１に設置された光信号送信器１０から送信されて来た信号光はこの遠隔励起プリアンプ４にて増幅され、また、励起光源２２により、同時にラマン増幅され、受信端局２に信号が到達する。
【０００３】
励起光源２２の出力増大とともに、遠隔励起プリアンプ４の利得及びラマン増幅の利得も増大するが、光伝送路を構成する光ファイバ３−１，３−２では、レーリー散乱と呼ばれる散乱光も増大し、この散乱光が遠隔励起プリアンプ４による増幅やラマン増幅を受けてやがて図８の受信光スペクトルに示すように信号波長帯（１．５６μｍ帯）に発振状態の部分が生じ、信号伝送特性の著しい劣化が生じる。
【０００４】
この発振状態は、光ファイバの損失特性、レーリー散乱特性、ＥＤＦへの励起パワー対利得特性、励起光源出力、信号入力パワーなどの各パラメータが関係する。長距離伝送を行うためには、遠隔励起プリアンプ４の利得及びラマン増幅の利得は大きいほど有利であり、このため、励起光源２２の出力をなるべく増大させることが望ましい。一方では、励起光源２２の出力増大により信号波長帯に発振状態となる部分が生じるため、励起光源２２の出力にはある最適値が存在する。運用時の波長多重伝送数の変更、光ファイバ３−１，３−２の損失の経年変化や光伝送路の修理に伴う遠隔励起プリアンプ４と励起光源２２間の光ファイバ損失の変動、ＥＤＦ利得特性の温度変動等により、励起光源２２出力の最適値は変化するが、従来の遠隔励起を用いた光伝送システムは、励起光源２２出力は固定であり、想定されるさまざまな変動があっても発振状態に至らないよう、励起光源２２出力を低めに設定していた。
【０００５】
【非特許文献１】O.  Harada,  A.  Westenberg,  ”400km-Worid’s  Longest  Repeaterless  Submarine  Cable  System  Operating  at  2.5Gbit/s  in  Indonesia”  4th  Annual  Asia  Pacific  Fibre  Optics  ‘97  Conference
【非特許文献２】E.  Desvurvire,  “Erbium-doped  fiber  amplifiers,”  Wiley-interscience  1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来は励起光源出力を固定とした場合、想定されるさまざまな変動があっても信号波長帯に発振状態の部分が生じないよう、励起光源２２の出力を低めに設定する必要があり、このため遠隔励起光伝送システムの性能を十分引き出すことができなかった。
【０００７】
本発明は遠隔励起光伝送システムにおいて構成部品等における各パラメータに変動が生じても、伝送特性が安定でかつ伝送距離の増大を図った光伝送システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、励起光源出力を増加させると、光ファイバ損失が最も小さい信号伝送波長帯での発振が生じる前に、希土類ドープファイバによる光増幅器において最大利得が得られる波長帯であるゲインピーク帯の利得が増加し（例えば、前記非特許文献２の（FIGURE2.9））、受信光中に含まれる雑音成分によりゲインピーク帯で最初に発振が生じるという現象を利用し、このゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルあるいは、ゲインピーク帯の受信雑音平均パワーレベルと信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルとの比を検出し、信号伝送波長帯での発振が生じない範囲で励起光出力が最大となるように励起光出力を制御する構成を基本としている。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１においては、光信号送信器を有する送信端局と、光信号受信器を有する受信端局と、光ファイバで構成された光伝送路と、該光伝送路途中に設置された希土類元素をドープした光ファイバによる光増幅手段と、該希土類元素をドープした光ファイバを励起するための励起光を発生する励起光源手段とを有する光増幅伝送システムにおいて、
前記受信端局は、前記希土類元素をドープした光ファイバを有する前記光増幅手段において最大利得が得られる波長帯すなわちゲインピーク帯を切り出すバンドパスフィルタと、前記ゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルを検出するピークレベル検出手段と、前記ゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルが予め設定された一定値を越えず、且つ該一定値に近い値となるように前記励起光源手段の励起光出力を制御する第１の制御手段とを前記受信端局に備えた遠隔励起光増幅伝送システムについて規定している。
【００１０】
請求項２においては、請求項１に記載の遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、前記受信端局は、前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを検出する第１のパワーレベル検出手段と、信号伝送波長帯での受信信号光の平均パワーレベルを検出する第２のパワーレベル検出手段とを備え、前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを前記信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルで除した、相対的なゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルが予め設定された一定値を越えないように前記励起光源手段の励起光出力を制御する第２の制御手段を備えた遠隔励起光増幅伝送システムについて規定している。
【００１１】
請求項３においては、光信号送信器を有する送信端局と、光信号受信器を有する受信端局と、光ファイバで構成された光伝送路とを有する遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、前記光伝送路は第１および第２の２つの光伝送路を有し、該第１の光伝送路を構成する第１の光ファイバの途中には希土類元素をドープした光ファイバによる光増幅手段が設置され、前記受信端局側には、前記希土類元素をドープした光ファイバを第１の光ファイバを通じて励起するための励起光を発生する第１の励起光源手段と、前記希土類元素をドープした光ファイバを前記第２の光伝送路を構成する第２の光ファイバを通じて励起するための励起光を発生する第２の励起光源手段と、前記第１および第２の励起光源手段からの光を合成するための合分波器と、前記希土類元素をドープした光ファイバを有する前記光増幅手段において最大利得が得られる波長帯すなわちゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルを検出する検出手段と、このゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルが予め設定された一定値を越えないように第１の励起光源出力及び第２の励起光源出力を制御する第３の制御手段とを備えた遠隔励起光増幅伝送システムについて規定している。
【００１２】
請求項４においては、請求項３に記載の遠隔励起光増幅伝送システムにおいて、前記希土類元素をドープした光ファイバにおいて最大利得が得られる波長帯での受信雑音平均パワーレベルを検出する第３のパワーレベル検出手段と、信号伝送波長帯での受信信号の平均パワーレベルを検出する第４のパワーレベル検出手段とを備え、前記ゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルを前記信号伝送波長帯での受信信号平均パワーレベルで除した相対的なゲインピーク帯での受信雑音平均パワーレベルが予め設定された一定値を越えないように前記第１および第２の励起光源手段の出力を制御する第４の制御手段を備遠隔励起光増幅伝送システムについて規定している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による励起光源の調節方法を採用することにより、遠隔励起光増幅伝送システムにおける、信号伝送波長帯での発振が生じない範囲で励起光源の出力が最大となるように励起光出力を制御することにより、経時変化に対して伝送特性が安定で、かつ伝送距離の増大を図った光伝送システムを実現することが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明においては、信号波長帯の発振に至る直前の状態を検出し、信号波長伝送帯が発振に至らないよう励起光源の出力を制御することにより、各パラメータの変動が生じても、発振による信号伝送特性劣化が生じない範囲（図２および図８の両条件の間）に励起光源の出力を設定することが出来る構成としている。以下、図により詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１に本発明による遠隔励起光増幅伝送システムの実施の形態１を示す。  
本システムは光信号送信器１０を含む送信端局１と、光信号受信器２１を含む受信端局２と、光伝送路である光ファイバ３−１および３−２と、この光伝送路の途中に希土類元素をドープした光ファイバ４０による光増幅手段である遠隔励起プリアンプ４と、希土類元素をドープした光ファイバの励起光源手段となる励起光源２２を受信端局２内に有する構成となっている。
【００１６】
励起光源２２はカップラ２０および２３を経て、遠隔励起プリアンプ４を構成するエルビウムドープ光ファイバ（以下ＥＤＦと略記）４０を励起し、光信号送信器１０からの信号を増幅すると共に、光ファイバ３−２を増幅媒体としたラマン増幅によっても信号を増幅する。これらの光増幅は、励起光源２２の出力の増加と共に増加する。ここで、ＥＤＦ４０に到達する励起光源２２のパワーが過剰となり、ＥＤＦ４０における利得および光ファイバ３−２におけるラマン増幅の利得の和が光ファイバ３−２の損失、およびレーリー散乱の減衰量の和より大きくなった場合、遠隔励起プリアンプ４と受信端局２との間において発振が生じる。
【００１７】
励起光源２２の出力増加と共に最初は、図２の例に示すようなＥＤＦ４０のゲインピーク帯である１．５３μｍ帯で受信光中の雑音成分により発振が起きるが、この段階では信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振は起きておらず、信号伝送上の品質劣化は生じていない。さらに励起光源２２の出力を増加させた場合は、図３の例に示すように、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での信号スペクトル近辺にも発振が生じる。
【００１８】
本発明では、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振を防止し、かつ十分な励起を行うため、以下に示す制御手段を受信端局２内に設けた構成とすることにより対処した。  
すなわち、受信端局２側において、カップラ２３で信号の一部を分岐し、バンドパスフィルタ２４により、ゲインピーク帯である１．５３μｍ帯のスペクトル成分を切り出し、雑音成分を含む光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器（光／電気変換器）２５とピークレベル検出器２６とで構成されたピークレベル検出手段により、ゲインピーク帯での受信雑音ピークパワーレベルを検出する。
【００１９】
この雑音ピークレベルが予め設定された一定の値を越えず、かつこの一定値の近傍値となるように、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２７の出力により励起光源２２の出力制御を行う第１の制御手段を本遠隔励起光増幅伝送システムは有している。これにより、１．５３μｍ帯では若干の発振を許すが、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振を防止することができ、信号帯域での発振を生じることなく通信可能な最大の光増幅を実現できる。
【００２０】
（実施の形態２）
図４に本発明による遠隔励起光増幅伝送システムの実施の形態２を示す。  
信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振に至る前に、ＥＤＦ４０の最大利得が得られる波長帯、すなわちゲインピーク帯である１．５３μｍ帯の利得の増加が、他の波長帯より顕著であることが前記非特許文献２の図２．９（FIGURE2.9）に示されている。本実施の形態２においては、この現象を利用し、１．５３μｍ帯の受信雑音平均パワーレベルと信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯の受信信号平均パワーレベルとの比が予め定められた一定の値を越えないように励起光源２２の出力を制御する構成とした。
【００２１】
受信端局２側において、カップラ２３−１で信号の一部を分岐した後、さらにカップラ２３−２で信号を２分岐し、一方は１．５３μｍ帯のバンドパスフィルタ２４を、他方は、１．５６μｍ帯のバンドパスフィルタ２８を通す。その後、それぞれのバンド毎にＯ／Ｅ変換器２５−１および２５−２により電気信号に変換した後、除算器２９により、１．５３μｍ帯の受信雑音平均パワーレベルと信号伝送波長帯の１．５６μｍ帯における信号の受信信号平均パワーレベルとの比を算出する。
【００２２】
この算出した比が予め設定された一定の値を越えず、且つ、この一定値の近傍値となるようにデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２７により励起光源２２の出力制御を行うことにより第２の制御手段を構成している。これより、１．５３μｍ帯では若干の発振を許容するが、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振を防止することができ、安定な高増幅での通信が可能となる。
【００２３】
（実施の形態３）
図５に本発明による遠隔励起光増幅伝送システムの実施の形態３を示す。  
本実施の形態３においては、実施の形態１の構成を示す図１および実施の形態２の構成を示す図４の励起光源２２を第１の励起光源２２−１とし、さらに第２の励起光源２２−２を併用する構成としている。このため、この第２の励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−２の他に第２の励起光をＥＤＦ４０に供給するための専用の光ファイバ３−３を用い、それに伴い、遠隔励起プリアンプ４にはこれら二つの励起光を合成するための合分波器４１を、また第２の励起光源２２−２を受信端局２に配置する。
【００２４】
励起光源２２の出力を制御するための制御信号検出方法は、実施の形態１の場合と同様で、検出した受信雑音ピークパワーレベルが予め設定された一定の値を越えず、かつこの一定値の近傍値となるように、ＤＳＰ２７より、励起光源２２−１および２２−２の両方の出力を制御する第３の制御手段を備えている。これより、実施の形態１と同様、１．５３μｍ帯では若干の発振を許すが、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振を防止することができる。
【００２５】
（実施の形態４）
図６に本発明による遠隔励起光増幅伝送システムの実施の形態４を示す。  
本実施の形態４は、励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−２の他に、前記実施の形態３の場合と同様に第３および第４の励起光源手段を励起光源として使用する場合の他の構成について示している。
【００２６】
すなわち、図５同様に励起光をＥＤＦ４０に供給するための専用の光ファイバ３−３を用い、それに伴い、合分波器４１を遠隔励起プリアンプに、また受信端末２側に励起光源２２−２を配置する構成としている。励起光源の出力を制御するための制御信号検出方法は、実施の形態２と同様である。
【００２７】
検出したゲインピーク帯である１．５３μｍ帯の受信雑音平均パワーレベルと信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯の受信信号平均パワーレベルとの比が予め定められた一定の値を越えず、かつこの一定値の近傍値となるように、ＤＳＰ２７より、励起光源２２−１、２２−２の両方の出力を制御する第４の制御手段を備えている。
【００２８】
これより、実施の形態２と同様、１．５３μｍ帯では若干の発振をある程度許容しながら、信号伝送波長帯である１．５６μｍ帯での発振を防止した高い光増幅を安定に実行することができる。さらに、実施の形態３の場合と同様、励起光源を２光源とすることにより、実質的に光パワーを向上し、通信距離をさらに延長することを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による実施の形態１を示すシステム構成図。
【図２】励起光源の出力増加によるゲインピーク帯が発振状態になった時のスペクトル図。
【図３】励起光源の出力増加によるゲインピーク帯および信号伝送波長帯で発振が生じた場合のスペクトル図。
【図４】本発明による実施の形態２を示すシステム構成図。
【図５】本発明による実施の形態３を示すシステム構成図。
【図６】本発明による実施の形態４を示すシステム構成図。
【図７】従来の遠隔励起光増幅伝送システムの構成図。
【図８】ゲインピーク帯にも、信号伝送波長帯にも発振が生じていない場合のスペクトル図。
【符号の説明】
【００３０】
１：送信端局                    ２：受信端局
３−１，３−２，３−３：光ファイバ
４：遠隔励起プリアンプ        １０：光信号送信器
２０：分波器                    ２１：光信号受信器
２２，２２−１，２２−２：励起光源
２３、２３−１，２３−２：カップラ
２４：ＥＤＦゲインピーク帯バンドパスフィルタ
２５，２５−２，２５−２：光−電気変換器
２６：ピークレベル検出器
２７：ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
２８：信号波長帯バンドパスフィルタ
２９：除算回路
４０：エルビウムドープファイバ
４１：合分波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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