(57)【要約】【課題】複数の周期光フィルタから構成される利得等化器を用いることなく、所望の利得特性を適応的に実現する。【解決手段】光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、各波長の励起光の出力レベルを制御し、各波長の励起光による単一波長励起ラマン利得特性の線形結合で表される多波長励起ラマン利得特性が所望の利得特性を示すように設定する構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、
前記各波長の励起光の出力レベルを制御し、各波長の励起光による単一波長励起ラマン利得特性の線形結合で表される多波長励起ラマン利得特性が所望の利得特性を示すように設定する構成である
ことを特徴とする利得制御ラマン増幅装置。
【請求項２】
光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、
所望の利得特性Ｇ０（λ）  に対して、全励起光による多波長励起ラマン利得特性Ｇ（λ）を前記各波長Λ０＋Λｊの励起光による単一波長励起ラマン利得ｇ（λ−Λｊ）  の線形結合として
Ｇ（λ）＝ｋ１・ｇ（λ−Λ１）＋ｋ２・ｇ（λ−Λ２）＋…＋ｋｍ・ｇ（λ−Λｍ）と表し、ｋｊ  を各波長の励起光による利得比とするときに、
Σ（Ｇ（λｉ）  −Ｇ０（λｉ））２
が最小になる前記各波長の励起光の利得比ｋｊ  に対応する励起光レベルを設定する励起光出力制御手段を備えた
ことを特徴とする利得制御ラマン増幅装置。
【請求項３】
光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、
前記波長多重信号光のレベルを測定する波長多重信号光レベル測定手段と、
所望の波長多重信号光レベルＰ０（λ）  と測定された前記波長多重信号光レベルＰ（λ）の差分から得られる所望のラマン利得変動ΔＧ０（λ）＝Ｐ（λ）−Ｐ０（λ）に対して、全励起光による多波長励起ラマン利得変動ΔＧ（λ）を前記各波長Λ０＋Λｊ  の励起光による単一波長励起ラマン利得ｇ（λ−Λｊ）  の線形結合として
ΔＧ（λ）＝Δｋ１・ｇ（λ−Λ１）＋Δｋ２・ｇ（λ−Λ２）＋…
＋Δｋｍ・ｇ（λ−Λｍ）
と表し、Δｋｊ  を各波長の励起光の利得比変動とするときに、
Σ（ΔＧ（λｉ）  −ΔＧ０（λｉ））２
が最小になる前記各波長の励起光の利得比変動Δｋｊ  に対応する励起光レベルを設定する励起光出力制御手段と
を備えたことを特徴とする利得制御ラマン増幅装置。
【請求項４】
送信装置から送信された波長多重信号光を光ファイバ伝送路を介して受信装置に伝送する波長多重光伝送システムにおいて、
前記光ファイバ伝送路の途中に、請求項１〜３のいずれかに記載の利得制御ラマン増幅装置を配置し、前記波長多重信号光のラマン増幅および利得制御を行う構成である
ことを特徴とする利得制御ラマン増幅装置を用いた波長多重光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得帯域幅が広帯域であるラマン増幅を行い、かつ利得特性の制御を行う利得制御ラマン増幅装置に関する。また、利得制御ラマン増幅装置を配置した光ファイバ伝送路を介して波長多重信号光を伝送する波長多重光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の波長多重光伝送システムでは、従来のエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）に比べて、低雑音性および広帯域性に優れるラマン増幅が検討されている。このラマン増幅は、励起光の波長よりも約  １００ｎｍ長波長側に利得のピークが現れる。したがって、波長の異なる複数の励起光を用いると、図６に示すように、各励起光波長に対してそれぞれ利得ピークが現れるので、励起光波長に応じた任意の波長帯で利得帯域幅を拡大することができる。なお、複数の励起光による多波長励起ラマン利得特性は、各波長の励起光による単一波長励起ラマン利得の線形結合で表すことができる。
【０００３】
ところで、ラマン増幅装置を用いた波長多重光伝送システムにおいても、多中継系では利得偏差の累積が避けられない。そのため、広帯域に渡って平坦な波長特性を実現するには、従来のＥＤＦＡの場合と同様に利得等化器の使用が必要になってくる。また、利得等化器は、伝送路特性の変化に伴う利得特性の変化に対応するように、適応的な利得制御が可能な構成が必要になる。
【０００４】
このような利得等化器については、特許文献１および非特許文献１において、周期が異なる複数の周期光フィルタ（例えばマッハツェンダ型フィルタやファブリペロ型フィルタ）の組合せを用い、波長多重信号光パワーの波長特性のフーリエ級数展開項に応じて、各周期光フィルタのパラメータを設定することにより利得等化を高精度に行う方法が提案されている。
【０００５】
図７は、従来の波長多重光伝送システムの構成例を示す。図において、送信装置７１から送信された波長多重信号光は、光ファイバ伝送路７２および光増幅中継器７３を介して受信装置７４まで伝送される。ここで、光増幅中継器７３は利得等化器を含むラマン増幅装置であり、それぞれ波長が異なる複数のラマン励起光源７５−１〜７５−ｍと、各波長のラマン励起光を合波する光合波器７６−１と、合波された各ラマン励起光を光ファイバ伝送路７２に入力する光合波器７６−２を備える。さらに、光増幅中継器７３は、複数の周期光フィルタで構成される利得等化器７７と、波長多重信号光パワーの波長特性のフーリエ級数展開項に応じて各周期光フィルタのパラメータを制御する利得等化器制御装置７８を備える。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１９９８８０号公報
【０００７】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｍａｔｓｕｄａ  ｅｔ．ａｌ．，”Ｕｌｔｒａ−ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｒａｍａｎ−ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｔｒａｎｓｏｃｅａｎｉｃ  ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｇａｉｎ  ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ”，  Ｓｕｂ  Ｏｐｔｉｃ  ２００１  ＰＤＰ−４，  ２００１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記文献に記載のフーリエ級数近似に基づいて複数の周期光フィルタを制御する利得等化法を用いれば、解析的に波長特性を等化する利得等化器を構成することが可能である。しかし、広帯域にわたって高精度な利得等化を実現するには多数の周期光フィルタが必要になり、大きな過剰損失が避けられない問題がある。
【０００９】
一方、ラマン増幅は、光ファイバ中で分布的に利得が発生するので、このような利得等化器の過剰損失を補償するには、図７に示すようにＥＤＦＡ等の集中型の光増幅器７９が必要になる。しかし、ラマン増幅システムにＥＤＦＡを挿入すると、ラマン増幅本来の利点であった低雑音性や広帯域性が損なわれる問題がある。
【００１０】
本発明は、複数の周期光フィルタから構成される利得等化器を用いることなく、所望の利得特性を適応的に実現することができる利得制御ラマン増幅装置を提供することを目的とする。また、本発明の利得制御ラマン増幅装置を配置した光ファイバ伝送路を介して波長多重信号光を伝送する波長多重光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の利得制御ラマン増幅装置は、光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、各波長の励起光の出力レベルを制御し、各波長の励起光による単一波長励起ラマン利得特性の線形結合で表される多波長励起ラマン利得特性が所望の利得特性を示すように設定する構成である。
【００１２】
請求項２に記載の利得制御ラマン増幅装置は、光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、所望の利得特性Ｇ０（λ）  に対して、全励起光による多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）を各波長Λ０＋Λｊの励起光による単一波長励起ラマン利得ｇ（λ−Λｊ）  の線形結合として
Ｇ（λ）＝ｋ１・ｇ（λ−Λ１）＋ｋ２・ｇ（λ−Λ２）＋…＋ｋｍ・ｇ（λ−Λｍ）と表し、ｋｊ  を各波長の励起光による利得比とするときに、
Σ（Ｇ（λｉ）  −Ｇ０（λｉ））２
が最小になる各波長の励起光の利得比ｋｊ  に対応する励起光レベルを設定する励起光出力制御手段を備える。
【００１３】
請求項３に記載の利得制御ラマン増幅装置は、光ファイバに波長Λ０  ＋Λｊ  （ｊ＝１，２，…，  ｍ）の複数の励起光を入力し、光ファイバを伝搬する波長多重信号光（信号光波長λｉ  、ｉ＝１，２，…，  ｎ）を増幅するラマン増幅装置において、波長多重信号光のレベルを測定する波長多重信号光レベル測定手段と、所定の波長多重信号光レベルＰ０（λ）  と測定された波長多重信号光レベルＰ（λ）の差分から得られる所定のラマン利得変動ΔＧ０（λ）＝Ｐ（λ）−Ｐ０（λ）に対して、全励起光による多波長励起ラマン利得変動ΔＧ（λ）を各波長Λ０＋Λｊの励起光による単一波長励起ラマン利得ｇ（λ−Λｊ）  の線形結合として
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と表し、Δｋｊ  を各波長の励起光の利得比変動とするときに、
Σ（ΔＧ（λｉ）  −ΔＧ０（λｉ））２
が最小になる各波長の励起光の利得比変動Δｋｊ  に対応する励起光レベルを設定する励起光出力制御手段とを備える。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、送信装置から送信された波長多重信号光を光ファイバ伝送路を介して受信装置に伝送する波長多重光伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路の途中に、請求項１〜３のいずれかに記載の利得制御ラマン増幅装置を配置し、波長多重信号光のラマン増幅および利得制御を行う構成である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
波長多重信号光の波長数をｎ、ラマン増幅に用いる励起光の波長数をｍとする。複数の励起光の各波長をΛ０＋Λｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）  とする。波長Λ０  の励起光による単一波長励起ラマン利得をｇ（λ）［ｄＢ］とすると、各波長Λ０＋Λｊの励起光による単一波長励起ラマン利得はｇ（λ−Λｊ）  で表される。このとき、全励起光による多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）は、単一波長励起ラマン利得ｇ（λ−Λｊ）  の線形結合として
Ｇ（λ）＝ｋ１・ｇ（λ−Λ１）＋ｋ２・ｇ（λ−Λ２）＋…＋ｋｍ・ｇ（λ−Λｍ）…（１）
と表される。ここで、ｋｊ  は各波長の励起光による利得比である。
【００１６】
本発明の利得制御ラマン増幅装置は、波長多重信号光の信号光波長λｉ  （ｉ＝１，２，…，ｎ）  における所望の利得特性をＧ０（λｉ）としたときに、波長λｉ  における多波長励起ラマン利得Ｇ（λｉ）  との差（Ｇ（λｉ）  −Ｇ０（λｉ））について、
Σ（Ｇ（λｉ）  −Ｇ０（λｉ））２      …（２）
が最小になるように、最小二乗法を用いて得られる各励起光の利得比ｋｊ  に対応する励起光レベルを設定することにより、多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）が所望の利得特性Ｇ０（λｉ）に近づくように制御できる。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の利得制御ラマン増幅装置を含む波長多重光伝送システムの第１の実施形態を示す。図において、送信装置１１から送信された波長多重信号光は、光ファイバ伝送路１２および光増幅中継器１３を介して受信装置１４まで伝送される。ここで、光増幅中継器１３は、必要に応じて本発明の利得制御ラマン増幅装置を含む。利得制御ラマン増幅装置を含む光増幅中継器１３は、波長が異なる複数のラマン励起光源１５−１〜１５−ｍと、各波長のラマン励起光を合波する光合波器１６−１と、合波された各ラマン励起光を光ファイバ伝送路１２に入力する光合波器１６−２と、各ラマン励起光源１５−１〜１５−ｍの出力を制御する励起光出力制御装置１７を備え、上記のアルゴリズムに従って得られる各励起光の利得比ｋ１  〜ｋｍ  に対応する励起光レベルを制御する。
【００１８】
本実施形態では、波長多重信号光の波長数ｎを１６とし、各信号光波長をλ０  ＋Δλｉ（＝λ０−３０、λ０−２６、λ０−２２、…、λ０＋３０［ｎｍ］）とする。ラマン増幅に用いる励起光の波長数ｍを４とし、各励起光波長をΛ０＋Λｊ（＝Λ０−３３、Λ０−１６、Λ０  、Λ０  ＋３１［ｎｍ］）とする。ただし、λ０  は波長Λ０  の励起光によるラマン利得のピーク波長とする。
【００１９】
波長Λ０  の励起光による単一波長励起ラマン利得ｇ（λ）の実測値をもとに近似的に構成したｇ（λ）を図２に示す。このとき、全励起光による多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）は、単一波長励起ラマン利得ｇ（λ）の線形結合として、式（１）  で表される。ここで、所望の利得特性をＧ０（λ）  ＝１０［ｄＢ］、すなわち平坦な利得特性とすると、波長λ０＋Δλｉにおける多波長励起ラマン利得Ｇ（λ０＋Δλｉ）との差（Ｇ（λ０＋Δλｉ）−１０）について、
Σ（Ｇ（λ０＋Δλｉ）−１０）２      …（３）
が最小になる各励起光の利得比ｋｊ  を求める。最小二乗法を用いると、式（３）  を最小とする係数（ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４）＝（０．２９５，  ０．３１３，０．１９０，  ０．８２６）が求められる。所望の利得特性Ｇ０（λ）  と、本実施形態で実現される多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）の計算値を図３に示す。
【００２０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の利得制御ラマン増幅装置を含む波長多重光伝送システムの第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態の利得制御ラマン増幅装置を含む光増幅中継器１３に、伝送される波長多重信号光のレベルを測定する波長多重信号光レベル測定装置１８を備え、波長多重信号光レベルが所定のレベル分布になるように励起光出力制御装置１７が各励起光の利得比ｋｊ  を設定するところにある。
【００２１】
ここでは、全励起光による多波長励起ラマン利得Ｇ（λ）が（ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４）＝（０．２９５，  ０．３１３，０．１９０，  ０．８２６）を満足し、波長多重信号光レベルがＰ（λ）＝０［ｄＢｍ］で平坦な特性が実現されているときに、波長多重信号光レベルを
Ｐ０（λ）  ＝ｃｏｓ（２π（λ−λ０）／６０）［ｄＢｍ］
の余弦波状に制御するものとする。Ｐ０（λ）  とＰ（λ）の差分から求められるラマン利得変動は、
ΔＧ０（λ）  ＝ｃｏｓ（２π（λ−λ０）／６０）［ｄＢ］
となる。
【００２２】
全励起光による多波長励起ラマン利得変動ΔＧ（λ）を単一波長励起ラマン利得ｇ（λ）の線形結合として
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で表す。このとき、
Σ（ΔＧ（λ０＋Δλｉ）−ΔＧ０（λ０＋Δλｉ））２                …（５）  が最小になる各励起光の利得比変動Δｋｊ  を求めると、（Δｋ１，Δｋ２，Δｋ３，Δｋ４）＝（−０．１８８，−０．０５８９，０．２７６，−０．１４９  ）となる。所定の波長多重信号光レベルＰ０（λ）  と、本実施形態で実現される波長多重信号光レベルＰ（λ）の計算値を図５に示す。
【００２３】
なお、各波長の励起光レベルの制御のみでは、励起光波長間隔以下の周期の利得特性を制御することはできないが、短い周期の光フィルタを併用することにより解決することができる。一般に、利得変動は波長周期が短くなるほど小さくなるので、その際の光フィルタ損失は十分に小さく、ＥＤＦＡによる損失補償は不用となるので、短い周期の光フィルタとの併用の支障はない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の利得制御ラマン増幅装置は、各波長の励起光の利得比を制御することにより、所望の利得特性または所定の波長多重信号光レベルを実現することができる。これにより、従来の適応利得制御において必要とされていた多数の周期光フィルタを用いた利得等化器が不用となり、その損失補償も不用になるので、ラマン増幅の広帯域性および低雑音性を十分に活かした波長多重光伝送システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の利得制御ラマン増幅装置を含む波長多重光伝送システムの第１の実施形態を示す図。
【図２】単一波長励起ラマン利得ｇ（λ）のプロファイル例を示す図。
【図３】第１の実施形態におけるラマン利得制御例を示す図。
【図４】本発明の利得制御ラマン増幅装置を含む波長多重光伝送システムの第２の実施形態を示す図。
【図５】第２の実施形態におけるラマン利得制御例を示す図。
【図６】単一波長励起ラマン利得特性の線形結合によるラマン利得を示す図。
【図７】従来の波長多重光伝送システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１１  送信装置
１２  光ファイバ伝送路
１３  光増幅中継器
１４  受信装置
１５  ラマン励起光源
１６  光合波器
１７  励起光出力制御装置
１８  波長多重信号光レベル測定装置
【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】
2004264453.tif 000009
【図６】
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【図７】
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