(57)【要約】【課題】  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および光増幅器を提供する。【解決手段】  送信器１００から出力された信号光が各段の光増幅器３１０1〜３１０Nと中継伝送路を構成する伝送用光ファイバ８１０１〜８１０Ｎ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、その検出結果と光増幅部の増幅特性、及び増幅情報入力部３１４に格納された出力信号光パワーレベル目標値などに関する情報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。そして、決定された増幅率で増幅が実行され、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。【選択図】  図１
2004364337.tif 000002
【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中継伝送路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あって、
前記複数の光増幅器の夫々は、
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の波長の入力光の増幅率、および、増幅率値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、
前記複数の光増幅器の増幅特性と前記複数の光増幅器間の中継伝送路における伝送損失とに基づいて決定された出力光パワーレベル目標値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
を備えることを特徴とする多段増幅光伝送システム。
【請求項２】
前記複数の光増幅器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、前記複数の光増幅器の夫々から稼働中の増幅率に応じた情報を収集し、前記複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率に基づいて、前記複数の光増幅器の夫々に新たな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前記複数の光増幅器の夫々に指示する増幅情報管理部を更に備える、ことを特徴とする請求項１記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項３】
夫々の前記光増幅器の出力光パワーレベル目標値は、前記光増幅器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前記光増幅器の夫々の出力光パワーレベルであることを特徴とする請求項１または２に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項４】
夫々の前記光増幅器の出力光パワーレベル目標値は、前記光増幅器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前記光増幅器の夫々の出力光パワーレベルである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項５】
前記送信器から出力された信号光は異なる波長の複数の伝送チャンネルを有し、
前記複数の光増幅器の夫々の光増幅部は、増幅特性として、前記複数の波長を含む波長範囲での増幅率の波長依存性の増幅率依存性が更に既知であり、
前記増幅情報管理部は、前記増幅率の波長依存性の増幅率依存性と前記複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率とに基づいて、最終段の光増幅器の出力光における前記信号光の複数の伝送チャンネル夫々の波長成分の光の波長依存性を低減する前記複数の光増幅器の夫々の新たな出力光パワーレベル目標値を算出する、ことを特徴とする請求項２記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項６】
送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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あって、
前記多段増幅光伝送システムを構成する複数の光増幅器の夫々は、
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の波長の入力光の増幅率、および、増幅率値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、励起光強度が制御可能な励起部と、
入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、
予め設定されたレベルダイアグラムに従った出力信号光パワーレベル目標値と前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と
を備えることを特徴とする多段増幅光伝送システム。
【請求項７】
前記複数の光増幅器の夫々は、前記入力レベル情報と、前記決定された自段の増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備える、ことを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項８】
前記複数の光増幅器のうちの初段の光増幅器は、
前記レベルダイアグラムに従った出力信号光のパワーレベル目標値と、前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
前記決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備える、ことを特徴とする請求項７記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項９】
前記光増幅器間で、前記送信器から出力された第１の信号の伝送を媒介する第１の伝送媒体と、
前記光増幅器間での前記レベル情報を担った第２の信号の伝送を媒介する、第２の伝送媒体と
を更に備えることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１０】
前記第１の信号は第１の波長帯域の波長を有し、前記レベル情報を担ったレベル情報（前記第２の信号）は光信号であり、第１の波長帯域とは共有波長の無い第２の波長帯域の波長を有するとともに、前記光増幅器間での前記第１の信号と前記レベル情報（前記第２の信号）との双方の伝送を媒介する光ファイバを更に備える、ことを特徴とする請求項９記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１１】
前記第１の信号の伝送を媒介する第１の伝送媒体は第１の光ファイバであり、前記増幅情報送信部や増幅情報受信部の間で、前記各段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する情報を担った第２の信号の伝送を媒介する、第２の伝送媒体は、第１の光ファイバとは異なる第２の光ファイバであることを特徴とする請求項９記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１２】
前記光増幅器の夫々に設定される出力信号光のパワーレベル目標値は、全て略同一値であることを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１３】
前記光増幅器の夫々に設定される出力信号光のパワーレベル目標値は、中継伝送路を挟んで後段側の光増幅器となるに従って増加することを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１４】
送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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の波長の光の増幅率、および、増幅率値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、励起光強度が制御可能な励起部と、
入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
自段に対し、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、
指定された自段の出力信号光のパワーレベル目標値と、前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて自段の増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
前記入力レベル情報と前記決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して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１５】
前記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、
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１４記載の光増幅器。
【請求項１６】
送信器から出力された信号光を複数の光増幅器と中継伝送路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あって、
前記複数の光増幅器のうち最終段の光増幅器以外の光増幅器それぞれは、
出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、
前記モニタした出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を後段の光増幅器に向けて出力するパワーレベル情報出力部と、
を備え、
前記複数の光増幅器のうち初段の光増幅器以外の光増幅器それぞれは、
供給された励起光の強度と入力光強度とに応じた増幅率で前記信号光を増幅する光増幅部と、
前記励起光を出力し前記光増幅部に供給する励起部と、
入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部と、
前記パワーレベル情報入力部により入力された前記パワーレベル情報が表す前記前段の光増幅器の出力光パワーレベルと前記入力光パワーレベルとに基づいて、前記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前記増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
を備える、
ことを特徴とする多段増幅光伝送システム。
【請求項１７】
前記光増幅器間での前記信号光の伝送を媒介する第１の伝送媒体と、
前記光増幅器間での前記パワーレベル情報を担った信号の伝送を媒介する第２の伝送媒体と、
を更に備えることを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１８】
前記信号光は、第１の波長帯域の波長を有し、前記パワーレベル情報は、第１の波長帯域とは共有波長の無い第２の波長帯域の波長を有するパワーレベル情報光に担われるとともに、
前記光増幅器間での前記信号光と前記パワーレベル情報光との双方の伝送を媒介する光ファイバを更に備える、
ことを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１９】
前記増幅率調整部は、前記増幅率を前記伝送損失に対数の絶対値表示で略等しい値に決定することを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項２０】
前記増幅率調整部は、前記増幅率を前記伝送損失よりも対数の絶対値表示で大きな値に決定することを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項２１】
前記増幅率調整部は、前記入力光パワーレベルと所定の閾値とを大小比較し、前記入力光パワーレベルが前記所定の閾値より小さいときに前記増幅率を０に決定することを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項２２】
前記増幅率調整部は、前記励起部へ指示する励起光の強度を更新する周期より長い周期であって、前記伝送損失の変動に追従し得る周期で、前記増幅率を更新決定することを特徴とする請求項１６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項２３】
送信器から出力された信号光を複数の光増幅器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、
出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、
前記出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を後段の光増幅器に向けて出力するパワーレベル情報出力部と、
供給された励起光の強度と入力光強度とに応じた増幅率で前記信号光を増幅する光増幅部と、
前記励起光を出力し前記光増幅部に供給する励起部と、
入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部と、
前記パワーレベル情報入力部により入力された前記パワーレベル情報が表す前記自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力光パワーレベルと前記自段の入力光パワーレベルとに基づいて、前記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前記増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
を備えることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で使用される多段増幅光伝送システムおよび光増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、非特許文献１に開示の光ファイバ増幅器（以後、従来例１と呼ぶ）が提案されている。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、非特許文献２に開示の光ファイバ増幅器（以後、従来例３と呼ぶ）や、非特許文献３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、非特許文献４（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。
【非特許文献１】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
【非特許文献２】中林 他： １９９４年電子情報通信学会春季大会 Ｃ−３９０
【非特許文献３】御園 他： １９９４年電子情報通信学会秋季大会 Ｂ−９４３
【非特許文献４】寺原 他： １９９２年電子情報通信学会春季大会 Ｂ−９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、光増幅器への入力光のパワーレベルの増減に対応して、光増幅器からの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、次の段の光増幅器への入力光のパワーレベルが大きくなるので、次の段の光増幅器からの出力光のパワーレベルが大きくなる。しかし、次の段の光増幅器からの出力光パワーレベル＝次の段の中継伝送路への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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の多段増幅光伝送システムは、送信器から出力された信号光を複数の光増幅器と中継伝送路とを介して受信器へ伝送する多段増幅光伝送システムであって、複数の光増幅器の夫々が、（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）複数の光増幅器の増幅特性と複数の光増幅器間の中継伝送路における伝送損失とに基づいて、指示された出力光パワーレベル目標値と、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て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を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１の多段増幅光伝送システムでは、各光増幅器の出力光パワーレベルは、励起光強度と入力光強度と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各光増幅器の増幅特性と、光増幅器間の中継伝送路における伝送損失とに基づいて、各光増幅器の出力光パワーレベルを決定し、これらの決定した出力光パワーレベルを各光増幅器に設定する。そして、各光増幅器は、入力光をモニタし、設定された出力光パワーレベルとすべく、励起部が供給する励起光の強度を増幅率調整部が調整する。
【００１８】
したがって、各中継伝送路における伝搬光について、（i）光強度を大きくし過ぎることによる、中継伝送路で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、中継伝送路内でのＳＮ比の低下を抑制すべく、システム設計時に、各光増幅器の増幅特性および伝送用光ファイバの種類、長さ、および、接続点などから推定される光増幅器間の中継伝送路の伝送損失とを考慮して、各光増幅器の増幅率を決定し、かつ、設定することにより、（i）中継伝送路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、送信器と受信器との間の信号光の伝送を実現する。
【００１９】
なお、各中継伝送路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、各光増幅器の出力するべき出力光パワーレベルは、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。
【００２０】
請求項２の多段増幅光伝送システムは、請求項１記載の多段増幅光伝送システムにおいて、複数の光増幅器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、複数の光増幅器の夫々から稼働中の増幅率に応じた情報を収集し、複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率に基づいて、複数の光増幅器の夫々に新たに出力するべき光パワーレベルを算出し、算出された出力するべき光パワーレベルを複数の光増幅器の夫々に指示する増幅情報管理部を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項２の多段増幅光伝送システムでは、各光増幅器の出力光パワーレベル目標値の設定を、各光増幅器の稼働中に増幅情報管理部が行なう。
【００２２】
システム稼働の初期において、増幅情報管理部は、各光増幅器の稼働初期の出力光パワーレベル目標値を各光増幅器に対して指示する。指示を受けた各光増幅器は、入力光をモニタし、指示された出力光パワーレベル目標値とすべく、励起部が供給する励起光の強度を増幅率調整部が調整する。この調整とともに、各光増幅器は、増幅率調整部が決定した増幅率に応じた情報を増幅情報管理部へ報告する。
【００２３】
増幅情報管理部は、報告を受けた各光増幅器の増幅率と自身が予め指示した各増幅器の出力光パワーレベル目標値とから、各中継伝送路における伝送損失値を求め、求めた各中継伝送路における伝送損失値と光増幅器の増幅特性とから、（i）中継伝送路の非線形光学効果による波形の歪の発生を抑制可能であり、（ii）各光増幅器で発生する雑音光のパワーレベルを考慮した上で、システム全体としてのＳＮ比を確保可能な、各光増幅器の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各光増幅器に指示する。
【００２４】
新たな指示を受けた、各光増幅器は、入力光をモニタし、新たな指示された出力光パワーレベル目標値とすべく、励起部が供給する励起光の強度を増幅率調整部が実時間で調整する。
【００２５】
以後、各光増幅器による増幅率の報告と、増幅情報管理部による各光増幅器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を各光増幅器に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現する。
【００２６】
請求項２の多段増幅光伝送システムでは、請求項１の多段増幅光伝送システムにおいて想定する各中継伝送路の伝送損失の時間変化の略一定性を前提とせず、環境条件などを要因とする各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現する。
【００２７】
また、増幅率調整部による出力光パワーレベルの制御速度と増幅情報管理部による出力光パワーレベルの制御速度とは一致する必要はない。増幅率調整部による出力光パワーレベルの制御速度は速いほど好ましいが、増幅情報管理部による出力光パワーレベルの制御速度は、各中継伝送路の伝送損失の変化速度と同等程度以上であればよい。
【００２８】
請求項３の多段増幅光伝送システムは、請求項１の多段増幅光伝送システムにおいて、夫々の光増幅器の出力光パワーレベル目標値が、光増幅器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、光増幅器の夫々の出力光パワーレベル目標値であることを特徴とする。
【００２９】
請求項３の多段増幅光伝送システムでは、光増幅器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。
【００３０】
請求項４の多段増幅光伝送システムは、請求項１の多段増幅光伝送システムにおいて、夫々の光増幅器の出力光パワーレベル目標値が、光増幅器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、光増幅器の夫々の出力光パワーレベル目標値であることを特徴とする。
【００３１】
中継伝送路に使用される伝送用光ファイバ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。
【００３２】
請求項４の多段増幅光伝送システムでは、送信器側の光増幅器程、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、中継伝送路における非線形光学効果による自己位相変調の発生および波長分散の影響が抑制され、波形歪を低減した好適な光伝送を実行する。
【００３３】
請求項５の多段増幅光伝送システムは、請求項２の多段増幅光伝送システムにおいて、（i）送信器から出力された信号光は、異なる波長成分の複数の伝送チャンネルを有し、（ii）複数の光増幅器の光増幅部は、夫々の増幅特性として、複数の波長を含む波長範囲での増幅率の波長依存性の増幅率依存性が更に既知であり、（iii）増幅情報管理部は、増幅率の波長依存性の増幅率依存性と複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率とに基づいて、最終段の光増幅器の出力光における前記信号光の複数の伝送チャンネル夫々の波長成分の光の波長依存性を低減する前記複数の光増幅器の夫々の新たな出力光パワーレベル目標値を算出することを特徴とする。
【００３４】
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。
【００３５】
請求項５の多段増幅光伝送システムでは、出力光パワーレベルとＳＮ比の観点から、各光増幅器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、増幅情報管理部が各光増幅器の増幅率を適切に指示することにより、各光増幅器が全体として発生する利得の波長依存性の低減を図ることができる。
【００３６】
請求項６の多段増幅光伝送システムは、送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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あって、前記多段増幅光伝送システムを構成する複数の光増幅器の夫々は、（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の波長の入力光の増幅率、および、増幅率値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、励起光強度が制御可能な励起部と、（ｃ）入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、（ｄ）自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、（ｅ）予め設定されたレベルダイアグラムに従った出力信号光のパワーレベル目標値と前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部とを備えることを特徴とする。
【００３７】
ここで、最終段の光増幅器以外の前記複数の光増幅器については、（ｆ）入力レベル情報と前記決定された自段の増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備えることが好適である（請求項７）。
【００３８】
また、前記複数の光増幅器のうちの初段の光増幅器は、（ａ）レベルダイアグラムに従った出力信号光のパワーレベル目標値と、入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を励起部に指示する増幅率調整部と、（ｅ）決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備えることが好適である（請求項８）。
【００３９】
請求項６の多段増幅光伝送システムでは、各光増幅器の出力光パワーレベルの内、システム設計によって決定された信号光の出力パワーレベルを制御しつつ光伝送を行なう。
【００４０】
すなわち、請求項６の多段増幅光伝送システムでは、各光増幅器の信号光の出力パワーレベルは、励起光強度と入力光強度とに応じた信号光の波長の光の増幅率と、増幅率と発生雑音光のパワーレベルという各光増幅器の増幅特性と、想定される各中継伝送路での伝送特性などに応じて、システム設計時にレベルダイアグラムとして決定される。そして、このレベルダイアグラムに従って、出力信号光のパワーレベル目標値が各光増幅器に指示される。
【００４１】
各光増幅器に増幅すべき光が入力すると、各光増幅器は、入力光パワーモニタで検出された入力光パワーレベルと、増幅情報入力部を介して入力した、自段に対して、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報とに基づいて、入力光中の信号光成分のパワーレベルを求める。こうして求めた入力信号光成分のパワーレベルと指示された出力信号光のパワーレベル目標値とから、信号光成分の増幅率を決定し、決定した増幅率となるように励起部が供給する励起光強度を調整する。
【００４２】
各光増幅器は、決定された増幅率で入力光を増幅して出力するとともに、自段の発生雑音光のパワーレベルを考慮して、出力時における信号光成分のパワーレベルと雑音光成分のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する。
【００４３】
出力レベル情報は、（i）各光増幅器の出力時点の信号光成分のパワーレベル値と雑音光成分のパワーレベル値、（ii）各光増幅器の出力時点の信号光成分のパワーレベル値と雑音光成分のパワーレベル値との比の値などを好適に採用できる。
【００４４】
なお、初段増幅器では、前段における光増幅が行なわれないので、入力光に雑音成分が実質的に無いことが想定されるので、他の光増幅器のように増幅情報入力部の実装は必須ではない。
【００４５】
また、最終段増幅器では、後段における光増幅が行なわれないことが想定されるので、他の光増幅器のように増幅情報出力部の実装は必須ではない。
【００４６】
したがって、各中継伝送路における信号光成分について、重畳される信号光の波長の雑音成分を考慮した上で、（i）信号光強度を大きくし過ぎることによる、中継伝送路の非線形光学効果による波形の歪の発生、および、（ii）信号光強度を小さくし過ぎることによる、中継伝送路内でのＳＮ比の低下を抑制するべく、システム設計時に、各光増幅器の増幅特性および伝送用光ファイバの種類、長さ、および接続点の数などから推定される光増幅器間の中継伝送路の伝送損失とを考慮して、各光増幅器の出力信号光成分のパワーレベル目標値を決定し、かつ、設定することにより、（i）中継伝送路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、送信器と受信器との間の信号光の伝送を実行する。
【００４７】
なお、各中継伝送路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、各光増幅器の出力するべき信号光成分のパワーレベルは、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。
【００４８】
また、請求項６〜８の多段増幅光伝送システムでは、想定する各中継伝送路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各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。
【００４９】
各光増幅器間における信号光の伝送とレベル情報の伝送とにあたっては、請求項９の多段増幅光伝送システムのように、（ｈ）光増幅器間での前記信号光の伝送を媒介する第１の伝送媒体と、（ｉ）光増幅器間での前記レベル情報を担った第２の信号の伝送を媒介する、第２の伝送媒体とを更に備えてもよいし、また、請求項１０の多段増幅光伝送システムのように、第１の信号が第１の波長帯域の波長を有し、レベル情報を担った第２の信号が、第１の波長帯域とは共有波長の無い第２の波長帯域の波長を有するとともに、光増幅器間での第１の信号とレベル情報を担う第２の信号との双方の伝送を媒介する光ファイバを更に備えてもよい。
【００５０】
請求項９のように、信号光の伝送媒体とレベル情報の伝送媒体とを別途に用意すると、中継伝送路は、２つの伝送媒体で構成されることになるが、入力ポートによって、情報の種類の識別が可能なので、各光増幅器の構成が簡易とできる。また、レベル情報の伝送は、光伝送に限定されず、電気的な伝送を採用可能である。
【００５１】
一方、請求項１０のように、信号光の伝送媒体とレベル情報の伝送媒体とを同一の光ファイバとすると、中継伝送路は簡易な構成となるが、各光増幅器でのレベル情報の出力にあたって、新たな光送信器が必要となるとともに、レベル情報の入力にあたって、波長弁別による光分岐器が必要となり、光増幅器の構成が多少は複雑なものとなる。
【００５２】
請求項１２の多段増幅光伝送システムは、請求項６の多段増幅光伝送システムにおいて、夫々の光増幅器の出力信号光のパワーレベル目標値は、全て略同一値であることを特徴とする。
【００５３】
請求項１２の多段増幅光伝送システムでは、光増幅器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。
【００５４】
請求項１３の多段増幅光伝送システムは、請求項６の多段増幅光伝送システムにおいて、光増幅器の夫々に設定される信号光成分のパワーレベル目標値は、中継伝送路を挟んで後段側の光増幅器となるに従って増加することを特徴とする。
【００５５】
中継伝送路に使用される伝送用光ファイバは僅かに非線形特性を有しており、高強度の信号光が伝搬すると、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。
【００５６】
請求項１３の多段増幅光伝送システムでは、送信器側の光増幅器程、出力する信号光成分のパワーレベル目標値を小さくし、後段となるに従って光増幅器の出力する信号光成分のパワーレベル目標値を大きくしているので、中継伝送路における非線形光学効果による自己位相変調の発生および波長分散の影響が抑制され、波形歪を低減した好適な光伝送を実行する。
【００５７】
請求項１４の光増幅器は、送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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の波長の光の増幅率、および、増幅率値と発生雑音光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、励起光強度が制御可能な励起部と、（ｃ）入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、（ｄ）中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、（ｅ）指定された出力信号光のパワーレベル目標値と、入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を励起部に指示する増幅率調整部と、（ｆ）前記入力レベル情報と決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部とを備えることを特徴とする。
【００５８】
請求項１４の光増幅器では、入力光パワーレベルおよび増幅情報入力部から入力された前記入力レベル情報に応じて、指示された出力信号光成分の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、入力レベル情報を入力情報部を介して入力可能であり、出力レベル情報を出力情報部を介して出
力可能であるので、請求項６の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。
【００５９】
請求項１５の光増幅器は、請求項１４の光増幅器において、（ｇ）光増幅器の出力光の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ことを特徴とする。
【００６０】
請求項１５の光増幅器では、請求項１４の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、ひいては出力光の信号光成分のパワーレベルの調整が可能となる。
【００６１】
なお、請求項１５の光増幅器において、増幅情報入力部が、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器から出力されたレベル情報および予め設定された情報のいずれか一方を入力レベル情報として択一的に選択する入力選択手段を備え、適宜、選択を設定することとし、（i）自段に対して、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器から出力されたレベル情報を選択することによって、請求項６の多段増幅光伝送システムの初段と最終段を除く光増幅器として好適に採用可能な光増幅器を実現するとともに、（ii）予め設定された情報を選択することによって、請求項６の多段増幅光伝送システムの初段増幅器を実現できるので、同一の構成の光増幅器で、初段増幅器および初段と最終段を除く光増幅器を実現できる。
【００６２】
また、請求項１５の光増幅器において、増幅情報出力部が、出力レベル情報の出力の有無を選択する出力選択手段を備え、適宜選択を設定することとし、（i）出力することを選択することによって、請求項６の多段増幅光伝送システムの初段と最終段を除く光増幅器として好適に採用可能な光増幅器を実現するとともに、（ii）出力しないことを選択することによって、請求項６の多段増幅光伝送システムの最終段増幅器を実現できるので、同一の構成の光増幅器で、最終段増幅器および初段と最終段とを除く光増幅器を実現できる。
【００６３】
請求項１６の多段増幅光伝送システムは、送信器から出力された信号光を複数の光増幅器と中継伝送路と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あって、（１）複数の光増幅器のうち最終段の光増幅器以外の光増幅器それぞれは、(1a)出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、(1b)出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を後段の光増幅器に向けて出力するパワーレベル情報出力部と、を備え、（２）複数の光増幅器のうち初段の光増幅器以外の光増幅器それぞれは、(2a)供給された励起光の強度に応じた増幅率で信号光を増幅する光増幅部と、(2b)励起光を出力し光増幅部に供給する励起部と、(2c)入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、(2d)前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部と、(2e)パワーレベル情報入力部により入力されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器の出力光パワーレベルと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増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を励起部に指示する増幅率調整部と、を備えることを特徴とする。
【００６４】
この多段増幅光伝送システムは、以下のように作用する。複数の光増幅器のうちの最終段の光増幅器以外の光増幅器では、出力光モニタ部によりモニタされた出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報は、パワーレベル情報出力部により、後段の光増幅器に向けて出力される。一方、複数の光増幅器のうち初段の光増幅器以外の光増幅器では、前段の光増幅器から出力されパワーレベル情報入力部に入力したパワーレベル情報が表す前段の光増幅器の出力光パワーレベルと、入力光モニタ部よりモニタされた入力光パワーレベルとに基づいて、増幅率調整部により、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が求められ、その伝送損失に基づいて増幅率が決定され、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給が励起部に指示される。そして、励起部から出力された励起光は、光増幅部に供給され、信号光は、その光増幅部により、決定された増幅率に略等しい増幅率で増幅されて出力される。
【００６５】
したがって、各光増幅器において、入力する信号光の波数が突然変化しても、多波長の信号光それぞれの増幅率は略一定に維持される。また、前段の光増幅器から自段の光増幅器までの伝送経路における伝送損失に応じて自段の光増幅器の増幅率が決定されるので、その伝送損失が変化しても、各光増幅器から出力される各信号光それぞれのパワーレベルは略一定に維持される。
【００６６】
請求項１７の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、光増幅器間での信号光の伝送を媒介する第１の伝送媒体と、光増幅器間でのパワーレベル情報を担った信号の伝送を媒介する第２の伝送媒体と、を更に備えることを特徴とする。この場合、光増幅器から出力された信号光は、第１の伝送媒体を介して、その後段の光増幅器に入力され、また、光増幅器のパワーレベル情報出力部から出力されたパワーレベル情報は、第２の伝送媒体を介して、その後段の光増幅器のパワーレベル情報入力部に入力される。なお、第２の伝送媒体は、光伝送に限られず、電気的な伝送でもよい。
【００６７】
請求項１８の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、信号光は、第１の波長帯域の波長を有し、パワーレベル情報は、第１の波長帯域とは共有波長の無い第２の波長帯域の波長を有するパワーレベル情報光に担われるとともに、光増幅器間での信号光とパワーレベル情報光との双方の伝送を媒介する光ファイバを更に備える、ことを特徴とする。この場合、光増幅器のパワーレベル情報出力部から出力されたパワーレベル情報を担うパワーレベル情報光は、信号光とともに、光ファイバを介して、その後段の光増幅器に入力する。ここで、信号光とパワーレベル情報光とは、波長が互いに異なるので、互いに分離され得る。
【００６８】
請求項１９の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、増幅率調整部は、増幅率を伝送損失に略等しい値に決定することを特徴とする。この場合、信号光について非線形光学効果の抑制が十分であれば、信号光の絶対的な量が確保されて、信号光伝送が行われる。
【００６９】
請求項２０の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、増幅率調整部は、増幅率を伝送損失よりも大きな値に決定することを特徴とする。この場合、光増幅器間の伝送経路が非線形特性を有する場合であっても、その伝送経路の非線形光学効果による自己位相変調の発生および波長分散の影響が抑制され、波形歪が低減された好適な光伝送が実現される。
【００７０】
請求項２１の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、増幅率調整部は、入力光パワーレベルと所定の閾値とを大小比較し、入力光パワーレベルが所定の閾値より小さいときに増幅率を０に決定することを特徴とする。この場合、各光増幅器の前の区間の伝送経路における突然の断線も直ちに検知され、光増幅作用は直ちにシャットダウンされる。
【００７１】
請求項２２の多段増幅光伝送システムは、請求項１６記載の多段増幅光伝送システムにおいて、増幅率調整部は、励起部へ指示する励起光の強度を更新する周期より長い周期であって、伝送損失の変動に追従し得る周期で、増幅率を更新決定することを特徴とする。この場合、増幅率が一定に維持されるとともに、各信号光の出力光パワーレベルも一定に維持される。
【００７２】
請求項２３の光増幅器は、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）出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部と、（ｂ）出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を後段の光増幅器に向けて出力するパワーレベル情報出力部と、を備えることを特徴とする。この光増幅器は、請求項１６記載の多重増幅光伝送システムにおいて、最終段の光増幅器以外の光増幅器として好適に用いられる。
【００７３】
請求項２４の光増幅器は、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）供給された励起光の強度に応じた増幅率で信号光を増幅する光増幅部と、（ｂ）励起光を出力し光増幅部に供給する励起部と、（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）前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部と、（ｅ）パワーレベル情報入力部により入力されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器の出力光パワーレベルと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増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を励起部に指示する増幅率調整部と、を備えることを特徴とする。この光増幅器は、請求項１６記載の多重増幅光伝送システムにおいて、初段の光増幅器以外の光増幅器として好適に用いられる。
【発明の効果】
【００７４】
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。
【００７５】
また、中継伝送路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伝送損失の変化に係わらず略一定に保持され、好適な光伝送を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明におい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。
【００７７】
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が、雑音光成分には信号光波長の入力光に元々含まれていた雑音光も含まれている。そこで、本明細書では、多段増幅光伝送システムを構成する光増幅器のＡＳＥによって発生した信号光波長帯域の雑音光のパワーレベルを雑音光成分パワーレベルと、雑音光以外の信号光波長の光のパワーレベルを信号光成分パワーレベルと、雑音光成分パワーレベルと信号光成分パワーレベルとの和を出力光パワーレベルと表現する。以後、雑音光と表現した場合には、入力信号光波長帯域と略同一の波長帯域の雑音光を指す。
【００７８】
なお、ＡＳＥによって発生した信号光波長以外の波長の光のパワーレベルは、通常受信器側に設けられる波長フィルタの透過波長範囲では、上記の雑音光成分パワーレベルと略同一である。したがって、伝搬光のＳＮ比は、信号光成分パワーレベルと雑音光成分パワーレベルとの比で評価可能である。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
（第１実施形態）
図３は、本発明の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。
【００８５】
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、励起光強度と入力光強度と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。
【００８６】
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、励起光強度と入力光強度と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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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の出力するべき出力光パワーレベルは、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。
【００９５】
（第２実施形態）
図６は、本発明の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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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の出力するべき出力光パワーレベルは、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。
【０１０２】
（第３実施形態）
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情報管理部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。
【０１０３】
図７は、本発明の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情報管理部４００とを備える。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、増幅情報管理部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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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から増幅情報管理部４００へ出力する。
【０１１１】
増幅情報管理部４００は、報告を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率と増幅情報管理部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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
以後、光増幅器３３０1〜３３０Nによる増幅率Ａ1〜ＡNの報告と、増幅情報管理部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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
（第４実施形態）
図１０は、本発明の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、増幅情報管理部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。
【０１１９】
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情報管理部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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
（第５実施形態）
図１１は、本発明の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）増幅情報管理部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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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、増幅情報管理部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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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から増幅情報管理部４００に出力する。
【０１３２】
増幅情報管理部４００は、報告を受けた光増幅器３３０1〜３３０Nの増幅率と増幅情報管理部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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
以後、光増幅器３３０1〜３３０Nによる増幅率の報告と、増幅情報管理部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。
【０１３６】
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、増幅情報管理部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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
（第６実施形態）
本実施形態は、第１乃至第５の実施形態と比べて、信号光伝送に用いられる伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1とは別に設けられた伝送用光ファイバ８２０1〜８２０N-1によりパワーレベル情報を伝送する点で異なる。
【０１３９】
図１３は、本発明の多段増幅光伝送システムの第６実施形態の構成図である。図１３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複数の光増幅器と中継伝送路を介して受信器２００へ順次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３５０1〜３５０Nと、（ｂ）信号光の伝送にあたって、送信器１００と光増幅器３５０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器３５０1〜３５０N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３５０N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）パワーレベル情報の伝送にあたって、光増幅器３５０1〜３５０N間を光学的に接続する伝送用光ファイバ８２０1〜８２０N-1とを備える。
【０１４０】
図１４は、光増幅器３５０の構成図である。図１４に示すように、光増幅器３５０は、（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３５１と、（ｂ）増幅用光ファイバ３５１に励起光を供給する励起部３５２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部３５３と、（ｄ）自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部３５４と、（ｅ）指定された出力信号光パワーレベル目標値と、入力光モニタ部３５３で検出された入力光のパワーレベルと、入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を励起部３５２に指示する増幅率調整部３５５と、（ｆ）入力レベル情報と決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部３５６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３５７1と、光出力部に配置された光アイソレータ３５７2とを更に備える。
【０１４１】
増幅情報入力部３５４は、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０から出力されたレベル情報および予め設定された情報Ｄのいずれか一方を入力レベル情報として択一的に選択する入力選択手段３５８を備える。
【０１４２】
増幅情報出力部３５６は、出力レベル情報の出力の有無を選択する出力選択手段３５９を備える。
【０１４３】
初段の光増幅器３５０1では、（i）増幅情報入力部３５４において、入力選択手段３５８によって、予め設定された情報である雑音光成分が無しとの情報Ｄが入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３５６において、出力選択手段３５９によって、出力レベル情報の出力の有が選択される。
【０１４４】
中段の光増幅器３５０2〜３５０N-1では、（i）増幅情報入力部３５４において、入力選択手段３５８によって、自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器から出力されたレベル情報が入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３５６において、出力選択手段３５９によって、出力レベル情報の出力の有が選択される。
【０１４５】
最終段の光増幅器３５０Nでは、（i）増幅情報入力部３５４において、入力選択手段３５８によって、最終段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０から出力されたレベル情報が自段の入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３５６において、出力選択手段３５９によって、自段の出力レベル情報の出力の無が選択される。
【０１４６】
図１３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３５０1〜３５０Nが出力する信号光成分のパワーレベルを略一定としている。また、パワーレベル情報は、自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０の出力時点での信号光成分のパワーレベルと雑音光成分のパワーレベルとの比の値を採用している。なお、パワーレベル情報としては、前段の光増幅器３５０の出力時点での信号光成分のパワーレベル値および雑音光成分のパワーレベル値を採用してもよいし、自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０の出力時点での信号光成分のパワーレベル値および出力光のパワーレベル値を採用してもよい。
【０１４７】
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が光増幅器３５０1に入力する。初段の光増幅器である光増幅器３５０1の場合、前段の光増幅器における雑音光の発生は無いので、実質的に信号光成分のみが入力する。光増幅器３５０1では、入力光のパワーレベルを入力光モニタ３５３で検出し、その検出結果と出力信号光パワーレベル目標値とから増幅率調整部３５５が増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく、励起部３５２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１４８】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、光増幅器３５０1から、出力信号光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの光が増幅対象光として出力される。
【０１４９】
こうした光増幅動作とともに、光増幅器３５０1は、決定された増幅率の光増幅に伴って発生する雑音光のパワーレベルを求めて、出力時点における信号光成分のパワーレベルと雑音光成分パワーレベルとの比を算出し、増幅情報出力部３５６から次段の光増幅器３５０2へ向けて出力する。
【０１５０】
光増幅器３５０2〜３５０Nの夫々は、前段の光増幅器から出力された増幅対象光を入力するとともに、増幅情報入力部３５４が自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３５０から出力されたパワーレベル情報を入力する。光増幅器３５０2〜３５０Nは、増幅対象光を入力し、そのパワーレベルを入力光モニタ３５３で検出する。この検出結果と入力レベル情報とから、入力時点での信号光成分のパワーレベルを求める。そして、入力時点での信号光成分のパワーレベルと出力信号光パワーレベル目標値とから増幅率調整部３５５が増幅率を決定し、決定された増幅率とすべく、励起部３５２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１５１】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、光増幅器３５０2〜３５０Nから、出力信号光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの信号光を含む光が増幅対象光として出力される。
【０１５２】
こうした光増幅動作とともに、光増幅器３５０2〜３５０N-1は、決定された増幅率の光増幅に伴って発生する雑音光のパワーレベルを求めて、出力時点における信号光成分のパワーレベルと雑音光成分パワーレベルとの比を算出し、増幅情報出力部３５６から次段の光増幅器３５０へ向けて出力する。
【０１５３】
こうして、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３５０1〜３５０Nを順次介して増幅される。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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３５１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。
【０１５６】
図１５は、光増幅器３５０の変形例である光増幅器３６０の構成図である。図１５に示すように、光増幅器３６０は、光増幅器３５０の構成に加えて、（ｈ）増幅用光ファイバ３５１の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部３６１と、（ｉ）増幅率調整部３５５で決定された増幅率と出力光モニタ部３６１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３５２が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部３６２とを更に備える。
【０１５７】
光増幅器３６０では、光増幅器３５０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。
【０１５８】
（第７実施形態）
図１６は、本発明の多段増幅光伝送システムの第７実施形態の構成図である。図１６に示すように、このシステムは、第６実施形態と比べて、夫々の光増幅器３５０1〜３５０N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ことが異なる。
【０１５９】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、第６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３５０1〜３５０Nを順次介して増幅される。光増幅器３５０1では、入力光モニタ部３５３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３５５は、この検出結果と出力信号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３５２が供給する励起光の強度を調整する。また、光増幅器３５０2〜３５０N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３５５は、この検出結果と、増幅情報入力部３５４で入力した入力レベル情報と、出力信号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３５２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１６０】
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３５０1〜３５０Nから、出力信号光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの信号光を含む光が出力されるが、各段の光増幅器３５０1〜３５０Nから出力される出力信号光成分のパワーレベルが、後段となる程、大きくなる。
【０１６１】
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３５０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３５０の信号光の波長の光の出力パワーレベルが大きいほど、波形歪が大きくなることになる。
【０１６２】
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３５０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３５０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６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。
【０１６３】
なお、第６実施形態と同様に、光増幅器３５０に代えて、図１５に示す光増幅器３６０を使用することができる。
【０１６４】
（第８実施形態）
図１７は、本発明の多段増幅光伝送システムの第８実施形態の構成図である。図１７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３７０1〜３７０Nと、（ｂ）信号光の伝送にあたって、送信器２００と光増幅器３７０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器３７０1〜３７０N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３７０N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。そして、パワーレベル情報の伝送にあたっては、伝送用光ファイバ８１０2〜８１０Nを使用する。
【０１６５】
図１８は、光増幅器３７０の構成図である。図１８に示すように、光増幅器３７０は、（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３７１と、（ｂ）増幅用光ファイバ３７１に励起光を供給する励起部３７２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部３７３と、（ｄ）自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３７０の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部３７４と、（ｅ）指定された出力信号光パワーレベル目標値と、入力光モニタ部３７３で検出された入力光のパワーレベルと、入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を励起部３７２に指示する増幅率調整部３７５と、（ｆ）入力レベル情報と決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部３７６と、（ｇ）入力光のうち自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器から送られてきた入力レベル情報を分岐する光分波器３８３と、（ｈ）増幅用光ファイバ３７１から出力された光と出力レベル情報とを合波する光合波器３８４とを備える。そして、（ｉ）光入力部に配置された光アイソレータ３７７1と、光出力部に配置された光アイソレータ３７７2とを更に備える。
【０１６６】
増幅情報入力部３７４は、自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３７０から出力されたレベル情報および予め設定された情報Ｄ（入力光に雑音光成分は無しとの情報）のいずれか一方を入力レベル情報として択一的に選択する入力選択手段３７８を備える。
【０１６７】
増幅情報出力部３７６は、出力レベル情報の出力の有無を選択する出力選択手段３７９を備える。
【０１６８】
初段の光増幅器３７０1では、（i）増幅情報入力部３７４において、入力選択手段３７８によって、予め設定された情報である雑音光成分が無しとの情報Ｄが入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３７６において、出力選択手段３７９によって、出力レベル情報の出力の有が選択される。
【０１６９】
中段の光増幅器３７０2〜３７０N-1では、（i）増幅情報入力部３７４において、入力選択手段３７８によって、自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器３７０から出力されたレベル情報が入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３７６において、出力選択手段３７９によって、出力レベル情報の出力の有が選択される。
【０１７０】
最終段の光増幅器３７０Nでは、（i）増幅情報入力部３７４において、入力選択手段３７８によって、前段の光増幅器３７０から出力されたレベル情報が入力レベル情報として選択され、（ii）増幅情報出力部３７６において、出力選択手段３７９によって、出力レベル情報の出力の無が選択される。
【０１７１】
図１７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３７０1〜３７０Nが出力する信号光成分のパワーレベルを略一定としている。また、レベル情報は、前段の光増幅器３７０の出力時点での信号光成分のパワーレベルと雑音光成分のパワーレベルとの比の値を採用している。なお、レベル情報としては、前段の光増幅器３７０の出力時点での信号光成分のパワーレベル値および雑音光成分のパワーレベル値を採用してもよいし、前段の光増幅器３７０の出力時点での信号光成分のパワーレベル値および出力光のパワーレベル値を採用してもよい。
【０１７２】
また、信号光の波長としては、１．５５μｍ帯を使用し、レベル情報伝送の波長としては、１．３μｍ帯を使用している。
【０１７３】
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、光増幅器３７０1に入力する。初段の光増幅器である光増幅器３７０1の場合、前段の光増幅器における雑音光の発生は無いので、実質的に信号光成分のみが入力する。光増幅器３７０1では、入力光モニタ３７３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３７５は、その検出結果と出力信号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３７２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１７４】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、光増幅器３７０1から、出力信号光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの信号光を含む光が増幅対象光として出力される。
【０１７５】
こうした光増幅動作とともに、光増幅器３７０1は、決定された増幅率の光増幅に伴って発生する雑音光のパワーレベルを求めて、出力時点における信号光成分のパワーレベルと雑音光成分パワーレベルとの比を算出し、増幅情報出力部３７６から次段の光増幅器３７０2へ向けて出力する。
【０１７６】
光増幅器３７０2〜３７０Nの夫々は、前段の光増幅器から出力された増幅対象光を入力するとともに、増幅情報入力部３７４は、前段の光増幅器３７０から出力されたレベル情報を入力する。光増幅器３７０2〜３７０Nは、増幅対象光を入力し、その入力光パワーレベルを入力光モニタ３７３で検出する。この検出結果と入力レベル情報とから、入力時点での信号光成分のパワーレベルを求める。そして、増幅率調整部３７５は、入力時点での信号光成分のパワーレベルと出力信号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３７２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１７７】
そして、決定された増幅率で光増幅が実行され、光増幅器３７０2〜３７０Nから、出力信号光パワーレベル目標値に略等しいパワーレベルの信号光を含む光が増幅対象光として出力される。
【０１７８】
こうした光増幅動作とともに、光増幅器３７０2〜３７０N-1は、決定された増幅率の光増幅に伴って発生する雑音光のパワーレベルを求めて、出力時点における信号光成分のパワーレベルと雑音光成分パワーレベルとの比を算出し、増幅情報出力部３５６から次段の光増幅器３７０へ向けて出力する。
【０１７９】
こうして、送信器１００から出力された信号光は、各段の光増幅器３７０1〜３７０Nを順次介して増幅される。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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３７１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。
【０１８２】
図１９は、光増幅器３７０の変形例である光増幅器３８０の構成図である。図１９に示すように、光増幅器３８０は、光増幅器３７０の構成に加えて、（ｉ）増幅用光ファイバ３７１の出力光のパワーレベルをモニタする出力光モニタ部３８１と、（ｊ）増幅率調整部３７５で決定された増幅率と出力光モニタ部３８１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３７２が供給する励起光強度を微調整する励起光微調整部３８２とを更に備える。
【０１８３】
光増幅器３８０では、光増幅器３７０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。
【０１８４】
（第９実施形態）
図２０は、本発明の多段増幅光伝送システムの第９実施形態の構成図である。図２０に示すように、このシステムは、第８実施形態と比較して、夫々の光増幅器３７０1〜３７０N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ことが異なる。
【０１８５】
本実施形態の多段増幅光伝送システムでは、第８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３７０1〜３７０Nを順次介して増幅される。光増幅器３７０1では、入力光モニタ部３７３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３７５は、この検出結果と出力信号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３７２が供給する励起光の強度を調整する。光増幅器３７０2〜３７０Nでは、入力光モニタ部３７３は、入力光のパワーレベルを検出し、増幅率調整部３７５は、この検出結果と、増幅情報入力部３７４で入力した入力レベル情報と、出力信号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３７２が供給する励起光の強度を調整する。
【０１８６】
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３７０1〜３７０N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信号光を含む光が出力されるが、各段の光増幅器３７０1〜３７０N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が、後段となる程、大きくなる。
【０１８７】
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３７０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３７０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。
【０１８８】
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３７０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３７０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８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。
【０１８９】
なお、第８実施形態と同様に、光増幅器３７０に代えて、図１９に示す光増幅器３８０を使用することができる。
【０１９０】
（第１０実施形態）
図２１は、本発明の多段増幅光伝送システムの第１０実施形態の構成図である。この図に示すように、本システムは、送信器１１０から出力された信号光を受信器２１０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５１０1〜５１０Nと、（ｂ）信号光の伝送にあたって、送信器１１０と光増幅器５１０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器５１０1〜５１０N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５１０Nと受信器２１０とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０N+1と、（ｃ）パワーレベル情報の伝送にあたって、光増幅器５１０1〜５１０N間を光学的に接続する伝送用光ファイバ８２０1〜８２０N-1とを備える。
【０１９１】
図２２は、光増幅器５１０の構成図である。この図に示すように、光増幅器５１０は、（ａ）供給された励起光の強度に応じた増幅率で信号光を増幅する増幅用光ファイバ５１１と、（ｂ）増幅用光ファイバ５１１に励起光を供給する励起部５１２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部５１３と、（ｄ）出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部５１４と、（ｅ）前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部５１５と、（ｆ）出力光モニタ部５１４によりモニタされた出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を出力するパワーレベル情報出力部５１６と、（ｇ）パワーレベル情報入力部５１５により入力されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５１０の出力光パワーレベルと、入力光モニタ部５１３によりモニタされた入力光パワーレベルとに基づいて、前段の光増幅器５１０から自段の光増幅器５１０に到るまでの伝送用光ファイバ８１０における信号光の伝送損失を求め、その伝送損失に基づいて増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を励起部５１２に指示する増幅率調整部５１７とを備える。そして、（ｈ）光入力部に配置された光アイソレータ５１８1と、光出力部に配置された光アイソレータ５１８2とを更に備える。
【０１９２】
なお、初段の光増幅器５１０1では、入力光モニタ部５１３、パワーレベル情報入力部５１５および増幅率調整部５１７は不要であり、励起部５１２は一定強度の励起光を増幅用光ファイバ５１１に供給して、増幅用光ファイバ５１１は一定増幅率Ｇ1で信号光を光増幅すればよい。また、最終段の光増幅器５１０Nでは、パワーレベル情報出力部５１６は不要である。
【０１９３】
本実施形態に係る多段増幅光伝送システムでは、送信器１１０からは、互いに波長の異なる複数の信号光それぞれが、互いに略等しい強度で出力される。そして、これら多波長の信号光それぞれは、伝送用光ファイバ８１０1を経て初段の光増幅器５１０1に入力し、この光増幅器５１０1により互いに略等しい増幅率Ｇ1で一括増幅され、伝送用光ファイバ８１０2へ出力される。また、この光増幅器５１０1の出力光パワーレベルは出力光モニタ部５１４によりモニタされ、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報が増幅率調整部５１７により生成され、そして、そのパワーレベル情報がパワーレベル情報出力部５１６により伝送用光ファイバ８２０1へ出力される。
【０１９４】
２段目以降の各光増幅器５１０i（i=2,…,N）では、以下のように作用する。すなわち、前段の光増幅器５１０i-1から出力され伝送用光ファイバ８１０iを経て到達した多波長の信号光それぞれは、自段の光増幅器５１０iの光アイソレータ５１８1を経て増幅用光ファイバ５１１に入力するとともに、入力光モニタ部５１３により入力光パワーレベルがモニタされる。また、前段の光増幅器５１０i-1のパワーレベル情報出力部５１６から出力され伝送用光ファイバ８２０i-1を経て到達したパワーレベル情報は、自段の光増幅器５１０iのパワーレベル情報入力部５１５に入力して受信される。
【０１９５】
そして、受信されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５１０i-1における出力光パワーレベルと、自段の光増幅器５１０iにおける入力光パワーレベルとに基づいて、増幅率調整部５１７により、伝送用光ファイバ８１０iにおける信号光の伝送損失αiが求められる。さらに、増幅率調整部５１７により、この伝送損失αi（対数の絶対値表示、以下同じ）に基づいて、自段の光増幅器５１０iにおける増幅率目標値Ｇi（対数の絶対値表示、以下同じ）が決定される。
【０１９６】
そして、増幅率調整部５１７により、その決定された増幅率目標値Ｇiに応じた強度の励起光を出力するよう励起部５１２が指示され、その励起光は増幅用光ファイバ５１１に供給される。したがって、多波長の信号光それぞれは、増幅用光ファイバ５１１において増幅率目標値Ｇiに略等しい増幅率で光増幅され、光アイソレータ５１８1を経て、伝送用光ファイバ８１０i+1へ出力される。
【０１９７】
なお、増幅率調整部５１７において、増幅用光ファイバ５１１に供給される励起光の強度と増幅率との関係が既知であれば、増幅率目標値Ｇiに基づいて供給すべき励起光の強度を求めて励起部５１２に指示すればよい。また、そうでなくても、増幅率調整部５１７により、入力光モニタ部５１３によりモニタされた入力光パワーレベルと、出力光モニタ部５１４によりモニタされた出力光パワーレベルとに基づいて、実際の増幅率を求め、その実際の増幅率が増幅率目標値Ｇiに略等しくなるように、励起部５１２から増幅用光ファイバ５１１に供給される励起光の強度をフィードバック制御してもよい。
【０１９８】
また、光増幅器５１０iの出力光パワーレベルは出力光モニタ部５１４によりモニタされ、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報が増幅率調整部５１７により生成され、そして、そのパワーレベル情報がパワーレベル情報出力部５１６により伝送用光ファイバ８２０iへ出力される。
【０１９９】
最終段の光増幅器５１０Nにおいても同様に、増幅用光ファイバ５１１から出力された多波長の信号光それぞれは、伝送用光ファイバ８１０N+1へ出力される。ただし、最終段の光増幅器５１０Nでは、パワーレベル情報の出力は不要である。そして、その多波長の信号光それぞれは、受信器２１０に入力し、互いに分岐されて受信される。
【０２００】
このような多段増幅光伝送システムの全体の利得は、各光増幅器５１０1〜５１０Nそれぞれの増幅率Ｇ1〜ＧNそれぞれ、および、各伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1それぞれの伝送損失α1〜αN+1それぞれを、総合したものとなる。
【０２０１】
ここで、各光増幅器５１０iの増幅率調整部５１７により決定される増幅率目標値Ｇiは伝送損失αiに略等しい値にするのが好適である。このようにすれば、各段の光増幅器５１０iそれぞれにおいて、前段の光増幅器５１０i-1から自段の光増幅器５１０iに到るまでの伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失αiを補償して、出力される多波長の信号光の強度を略一定に維持することができる（図２１の下段を参照）。
【０２０２】
あるいは、増幅率目標値Ｇiを伝送損失αiよりも大きな値とするのも好適である。このようにすれば、後段となるに従って光増幅器５１０iから出力される信号光の強度が大きくなるので、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、システム全体としての利得を同一とした場合には、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。
【０２０３】
次に、２段目以降の各光増幅器５１０i（i=2,…,N）の作用および増幅率目標値Ｇiの決定方法について更に詳細に説明する。図２３は、光増幅器５１０の作用の説明図である。
【０２０４】
送信器１１０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互いに略等しく、また、その信号光の波数（図２３（ａ））は、時刻Ｔ1で減少するものとする。このとき、前段の光増幅器５１０i-1から出力される信号光のパワーレベル（図２３（ｂ））は、時刻Ｔ1前では略一定であり、時刻Ｔ1で突然に減少し、時刻Ｔ1以降では略一定となる。前段の光増幅器５１０i-1のパワーレベル情報出力部５１６から出力されて自段の光増幅器５１０iのパワーレベル情報入力部５１５に入力するパワーレベル情報は、このような出力光パワーレベルを表すものである。
【０２０５】
自段の光増幅器５１０iに入力して入力光モニタ部５１３によりモニタされた信号光のパワーレベル（図２３（ｃ））は、伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失の変動の影響を受けて変化するとともに、時刻Ｔ1における信号光の波数の減少に伴って減少する。また、この図では、伝送用光ファイバ８１０iは時刻Ｔ2で断線し、入力光パワーレベルは時刻Ｔ2以降では０になるとしている。
【０２０６】
そして、伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失αi（図２３（ｄ））は、パワーレベル情報入力部５１５に入力したパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５１０i-1の出力光パワーレベル（図２３（ｂ））と、自段の光増幅器５１０iの入力光モニタ部５１３によりモニタされた入力光パワーレベル（図２３（ｃ））とに基づいて、増幅率調整部５１７により求められる。このように、伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失αiは、信号光の波数が減少する時刻Ｔ1においても略連続的に変化する。しかし、時刻Ｔ2以降では、入力光パワーレベルが０になったことが検知されるのに伴い、伝送損失αiの算出は不要である。
【０２０７】
自段の光増幅器５１０iの増幅率目標値Ｇi（図２３（ｅ））は、増幅率調整部５１７により、伝送損失αi（図２３（ｄ））に略等しい値に決定される。このとき、増幅率目標値Ｇiの値が更新される周期は、光増幅器５１０iの増幅率を一定に維持するフィードバックループにおいて励起部５１２から出力される励起光の強度が更新される周期より長く、且つ、伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失αiの変動に追従することができる程度に充分に短いのが好適である。また、伝送用光ファイバ８１０iに断線が生じた時刻Ｔ2以降では、入力光パワーレベルが所定の閾値以下になったことが検知されるのに伴い、増幅率目標値Ｇiは０にされる。
【０２０８】
光増幅器５１０iでは、このようにして決定された増幅率目標値Ｇi（図２３（ｅ））に応じた強度の励起光が励起部５１２から増幅用光ファイバ５１１に供給されることにより、入力した多波長の信号光（図２３（ｃ））は、増幅用光ファイバ５１１において一括増幅されて出力される。このとき、多波長の信号光それぞれは、互いに略同一の増幅率で増幅され、出力光パワーレベル（図２３（ｆ））は、時刻Ｔ1前では略一定であり、時刻Ｔ1で減少し、時刻Ｔ1以降では略一定となり、そして、時刻Ｔ2以降では０になる。なお、断線する時刻Ｔ2前では、自段の光増幅器５１０iの出力光パワーレベル（図２３（ｆ））は、前段の光増幅器５１０i-1の出力光パワーレベル（図２３（ｂ））と略一致する。
【０２０９】
本実施形態では、以上のように、各光増幅器５１０iにおいて増幅率が一定に制御されるので、入力する信号光の波数が突然変化しても、各光増幅器５１０iにおける各信号光それぞれの増幅率は略一定に維持される。また、前段の光増幅器５１０i-1から自段の光増幅器５１０iまでの伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiに応じて自段の光増幅器５１０iの増幅率目標値Ｇiが決定されるので、伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiが変動しても、各光増幅器５１０iから出力される各信号光それぞれのパワーレベルは略一定に維持される。また、伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiが常に監視されているので、伝送用光ファイバ８１０iの突然の断線も直ちに検知され、光増幅作用は直ちにシャットダウンされるので好適である。また、増幅率目標値Ｇiの値が更新される周期を、励起部５１２から出力される励起光の強度が更新される周期より長くすれば、増幅率一定と各信号光の出力光パワーレベル一定とを両立し得るので好適である。
【０２１０】
（第１１実施形態）
図２４は、本発明の多段増幅光伝送システムの第１１実施形態の構成図である。この図に示すように、本システムは、送信器１１０から出力された信号光を受信器２１０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５２０1〜５２０Nと、（ｂ）信号光の伝送にあたって、送信器１１０と光増幅器５２０1とを光学的に接続する伝送用光ファイバ８１０1、光増幅器５２０1〜５２０N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５２０Nと受信器２１０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。そして、パワーレベル情報の伝送にあたっては、伝送用光ファイバ８１０2〜８１０Nを使用する。
【０２１１】
図２５は、光増幅器５２０の構成図である。この図に示すように、光増幅器５２０は、（ａ）供給された励起光の強度に応じた増幅率で信号光を増幅する増幅用光ファイバ５２１と、（ｂ）増幅用光ファイバ５２１に励起光を供給する励起部５２２と、（ｃ）入力光パワーレベルをモニタする入力光モニタ部５２３と、（ｄ）出力光パワーレベルをモニタする出力光モニタ部５２４と、（ｅ）前段の光増幅器から出力されたパワーレベル情報を入力するパワーレベル情報入力部５２５と、（ｆ）出力光モニタ部５２４によりモニタされた出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報を出力するパワーレベル情報出力部５２６と、（ｇ）パワーレベル情報入力部５２５により入力されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５２０の出力光パワーレベルと、入力光モニタ部５２３によりモニタされた入力光パワーレベルとに基づいて、前段の光増幅器５２０から自段の光増幅器５２０に到るまでの伝送用光ファイバ８１０における信号光の伝送損失を求め、その伝送損失に基づいて増幅率を決定し、その決定された増幅率に応じた強度の励起光の供給を励起部５２２に指示する増幅率調整部５２７と、（ｈ）入力光のうち前段の光増幅器から送られてきたパワーレベル情報を分岐する光分波器５３１と、（ｉ）増幅用光ファイバ３７１から出力された光とパワーレベル情報とを合波する光合波器５３２とを備える。そして、（ｊ）光入力部に配置された光アイソレータ５２８1と、光出力部に配置された光アイソレータ５２８2とを更に備える。
【０２１２】
なお、初段の光増幅器５２０1では、入力光モニタ部５２３、パワーレベル情報入力部５２５、増幅率調整部５２７および光分波器５３１は不要であり、励起部５２２は一定強度の励起光を増幅用光ファイバ５２１に供給して、増幅用光ファイバ５２１は一定増幅率Ｇ1で信号光を光増幅すればよい。また、最終段の光増幅器５２０Nでは、パワーレベル情報出力部５２６および光合波器５３２は不要である。
【０２１３】
本実施形態に係る多段増幅光伝送システムでは、送信器１１０からは、互いに波長の異なる複数の信号光それぞれが、互いに略等しい強度で出力される。そして、これら多波長の信号光それぞれは、伝送用光ファイバ８１０1を経て初段の光増幅器５２０1に入力し、この光増幅器５２０1により互いに略等しい増幅率Ｇ1で一括増幅され、伝送用光ファイバ８１０2へ出力される。また、この光増幅器５２０1の出力光パワーレベルは出力光モニタ部５２４によりモニタされ、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報が増幅率調整部５２７により生成され、そして、そのパワーレベル情報を担ったパワーレベル情報光は、パワーレベル情報出力部５２６により出力され、光合波器５２４を介して伝送用光ファイバ８１０2へ出力される。なお、このパワーレベル情報光は、送信器１１０から出力される多波長の信号光の波長帯域（例えば、１．５５μｍ帯）とは共有波長の無い波長帯域（例えば、１．３μｍ帯）の波長を有するものである。
【０２１４】
２段目以降の各光増幅器５２０i（i=2,…,N）では、以下のように作用する。すなわち、前段の光増幅器５２０i-1から出力され伝送用光ファイバ８１０iを経て到達した多波長の信号光およびパワーレベル情報光それぞれは、自段の光増幅器５２０iの光分波器５３１により互いに分岐される。そのうち多波長の信号光それぞれは、光アイソレータ５２８1を経て増幅用光ファイバ５２１に入力するとともに、入力光モニタ部５２３により入力光パワーレベルがモニタされる。また、前段の光増幅器５２０i-1のパワーレベル情報出力部５２６から出力されたパワーレベル情報光は、自段の光増幅器５２０iのパワーレベル情報入力部５２５に入力して受信される。
【０２１５】
そして、受信されたパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５２０i-1における出力光パワーレベルと、自段の光増幅器５２０iにおける入力光パワーレベルとに基づいて、増幅率調整部５２７により、伝送用光ファイバ８１０iにおける信号光の伝送損失αiが求められる。さらに、増幅率調整部５２７により、この伝送損失αiに基づいて、自段の光増幅器５２０iにおける増幅率目標値Ｇiが決定される。
【０２１６】
そして、増幅率調整部５２７により、その決定された増幅率目標値Ｇiに応じた強度の励起光を出力するよう励起部５２２が指示され、その励起光は増幅用光ファイバ５２１に供給される。したがって、多波長の信号光それぞれは、増幅用光ファイバ５２１において増幅率目標値Ｇiに略等しい増幅率で光増幅され、光アイソレータ５２８1を経て、伝送用光ファイバ８１０i+1へ出力される。
【０２１７】
なお、増幅率調整部５２７において、増幅用光ファイバ５２１に供給される励起光の強度と増幅率との関係が既知であれば、増幅率目標値Ｇiに基づいて供給すべき励起光の強度を求めて励起部５２２に指示すればよい。また、そうでなくても、増幅率調整部５２７により、入力光モニタ部５２３によりモニタされた入力光パワーレベルと、出力光モニタ部５２４によりモニタされた出力光パワーレベルとに基づいて、実際の増幅率を求め、その実際の増幅率が増幅率目標値Ｇiに略等しくなるように、励起部５２２から増幅用光ファイバ５２１に供給される励起光の強度をフィードバック制御してもよい。
【０２１８】
また、光増幅器５２０iの出力光パワーレベルは出力光モニタ部５２４によりモニタされ、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報が増幅率調整部５２７により生成される。そして、そのパワーレベル情報を担うパワーレベル情報光は、パワーレベル情報出力部５２６により出力され、光合波器５３２を介して伝送用光ファイバ８１０iへ出力される。
【０２１９】
最終段の光増幅器５２０Nにおいても同様に、増幅用光ファイバ５２１から出力された多波長の信号光それぞれは、伝送用光ファイバ８１０N+1へ出力される。ただし、最終段の光増幅器５２０Nでは、パワーレベル情報の出力は不要である。そして、その多波長の信号光それぞれは、受信器２１０に入力し、互いに分岐されて受信される。
【０２２０】
このような多段増幅光伝送システムの全体の利得は、各光増幅器５２０1〜５２０Nそれぞれの増幅率Ｇ1〜ＧNそれぞれ、および、各伝送用光ファイバ８１０1〜８１０N+1それぞれの伝送損失α1〜αN+1それぞれを、総合したものとなる。
【０２２１】
ここで、各光増幅器５２０iの増幅率調整部５２７により決定される増幅率目標値Ｇiは伝送損失αiに略等しい値にするのが好適である。このようにすれば、各段の光増幅器５２０iそれぞれにおいて、前段の光増幅器５２０i-1から自段の光増幅器５２０iに到るまでの伝送用光ファイバ８１０iの伝送損失αiを補償して、出力される多波長の信号光の強度を略一定に維持することができる（図２４の下段を参照）。
【０２２２】
あるいは、増幅率目標値Ｇiを伝送損失αiよりも大きな値とするのも好適である。このようにすれば、後段となるに従って光増幅器５２０iから出力される信号光の強度が大きくなるので、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、システム全体としての利得を同一とした場合には、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。
【０２２３】
なお、各光増幅器５２０iそれぞれにおける増幅率目標値Ｇiの決定方法は、第１０実施形態の場合と同様である。
【０２２４】
本実施形態でも、以上のように、各光増幅器５２０iにおいて増幅率が一定に制御されるので、入力する信号光の波数が突然変化しても、各光増幅器５２０iにおける各信号光それぞれの増幅率は略一定に維持される。また、前段の光増幅器５２０i-1から自段の光増幅器５２０iまでの伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiに応じて自段の光増幅器５２０iの増幅率目標値Ｇiが決定されるので、伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiが変動しても、各光増幅器５２０iから出力される各信号光それぞれのパワーレベルは略一定に維持される。また、伝送用光ファイバ８１０iにおける伝送損失αiが常に監視されているので、伝送用光ファイバ８１０iの突然の断線も直ちに検知され、光増幅作用は直ちにシャットダウンされるので好適である。また、増幅率目標値Ｇiの値が更新される周期を、励起部５２２から出力される励起光の強度が更新される周期より長くすれば、増幅率一定と各信号光の出力光パワーレベル一定とを両立し得るので好適である。
【０２２５】
（第１２実施形態）
図２６は、本発明の多段増幅光伝送システムの第１２実施形態の構成図である。この図に示すように、本システムは、送信器１３０から受信器２３０へ信号光を伝送する経路上に光ＡＤＭ（Add/Drop Multiplexer）６００が設けられ、また、この光ＡＤＭ６００との間で信号光を送受信する送受信器７００が設けられた多段増幅光伝送システムである。
【０２２６】
送信器１３０から光ＡＤＭ６００への信号光伝送経路上には光増幅器５２０1が備えられており、これらは、伝送用光ファイバ８１０1および８１０2により光学的に接続されている。光ＡＤＭ６００から受信器２３０への信号光伝送経路上には光増幅器５２０4が備えられており、これらは、伝送用光ファイバ８１０3および８１０4により光学的に接続されている。光ＡＤＭ６００から送受信器７００への信号光伝送経路上には光増幅器５２０6が備えられており、これらは、伝送用光ファイバ８１０5および８１０6により光学的に接続されている。また、送受信器７００から光ＡＤＭ６００への信号光伝送経路上には光増幅器５２０7が備えられており、これらは、伝送用光ファイバ８１０7および８１０8により光学的に接続されている。
【０２２７】
送信器１３０は、波長λ1〜λiおよびλi+1〜λjの信号光を出力するものである。光ＡＤＭ６００は、送信器１３０から出力された信号光および送受信器７００から出力された信号光を入力し、そのうち波長λ1〜λiの信号光を送受信器７００に向けて出力し、波長λi+1〜λjおよびλj+1〜λkの信号光を受信器２３０に向けて出力する。送受信器７００は、光ＡＤＭ６００から出力された波長λ1〜λiの信号光を入力するとともに、波長λj+1〜λkの信号光を光ＡＤＭ６００に向けて出力する。受信器２３０は、光ＡＤＭ６００から出力された波長λi+1〜λjおよびλj+1〜λkの信号光を入力する。
【０２２８】
光ＡＤＭ６００は、光増幅器５２０2，５２０3、５２０5および５２０8、光分波器６１０、光合波器６２０、ならびに、これらの間を光学的に接続する光ファイバを有している。光増幅器５２０2は、光増幅器５２０1から出力され伝送用光ファイバ８１０2を経て到達した多波長の信号光（波長λ1〜λi，λi+1〜λj）を入力し一括増幅して出力する。光分波器６１０は、その多波長の信号光のうち、波長λ1〜λiの信号光を光増幅器５２０5へ向けて出力し、波長λi+1〜λjの信号光を光合波器６２０へ向けて出力する。光増幅器５２０5は、光分波器６１０から出力された波長λ1〜λiの信号光を入力し一括増幅して伝送用光ファイバ８１０5へ出力する。光増幅器５２０8は、光増幅器８１０8から出力され伝送用光ファイバ８１０8を経て到達した多波長の信号光（波長λj+1〜λk）を入力し一括増幅して出力する。光合波器６２０は、光分波器６１０から出力された波長λi+1〜λjの信号光および光増幅器５２０8から出力された波長λj+1〜λkの信号光を合波して出力する。光増幅器５２０3は、光合波器６２０から出力された多波長の信号光（波長λi+1〜λj、λj+1〜λk）を入力し一括増幅して、伝送用光ファイバ８１０3へ出力する。
【０２２９】
したがって、本システムでは、波長λ1〜λiの信号光は、送信器１３０から光ＡＤＭ６００等を経て受信器２３０へ伝送され、波長λi+1〜λjの信号光は、送信器１３０から光ＡＤＭ６００等を経て送受信器７００へ伝送され、また、波長λj+1〜λkの信号光は、送受信器７００から光ＡＤＭ６００等を経て受信器２３０へ伝送される。
【０２３０】
本システムに用いられる各光増幅器５２０の構成は、図２５で説明したものと同様である。光増幅器５２０1は、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報光を伝送用光ファイバ８１０2に出力し、光増幅器５２０2は、そのパワーレベル情報光を入力する。光増幅器５２０3は、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報光を伝送用光ファイバ８１０3に出力し、光増幅器５２０4は、そのパワーレベル情報光を入力する。光増幅器５２０5は、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報光を伝送用光ファイバ８１０5に出力し、光増幅器５２０6は、そのパワーレベル情報光を入力する。また、光増幅器５２０7は、その出力光パワーレベルを表すパワーレベル情報光を伝送用光ファイバ８１０8に出力し、光増幅器５２０8は、そのパワーレベル情報光を入力する。
【０２３１】
次に、光増幅器５２０1〜５２０8それぞれの増幅率目標値Ｇ1〜Ｇ8それぞれの決定方法について説明する。以下では、光増幅器５２０pから光増幅器５２０qに到るまでの伝送経路における伝送損失をαpqで表す。
【０２３２】
すなわち、光増幅器５２０1から光増幅器５２０2に到るまでの伝送用光ファイバ８１０2における伝送損失をα12で表し、光増幅器５２０3から光増幅器５２０4に到るまでの伝送用光ファイバ８１０3における伝送損失をα34で表し、光増幅器５２０5から光増幅器５２０6に到るまでの伝送用光ファイバ８１０5における伝送損失をα56で表し、光増幅器５２０7から光増幅器５２０8に到るまでの伝送用光ファイバ８１０8における伝送損失をα78で表す。これら伝送損失α12，α34，α56およびα78それぞれは、図２５で説明した方法と同様に、光増幅器５２０2，５２０4，５２０6および５２０8それぞれの増幅率調整部５２７により、それぞれの前段の光増幅器から出力され自段の光増幅器に入力したパワーレベル情報光が表す前段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求められる。
【０２３３】
また、光増幅器５２０2から光増幅器５２０3に到るまでの伝送経路（光分波器６１０および光合波器６２０を含む）における伝送損失をα23で表し、光増幅器５２０2から光増幅器５２０5に到るまでの伝送経路（光分波器６１０を含む）における伝送損失をα25で表し、光増幅器５２０8から光増幅器５２０3に到るまでの伝送経路（光合波器６２０を含む）における伝送損失をα83で表す。これら伝送損失α23，α25およびα83それぞれは、光ＡＤＭ６００内の伝送経路における伝送損失であるから、容易に測定することが可能であり、また、その伝送経路の長さが短いことから、その値の変動が殆ど無視することができるほどに小さく、したがって、既知の一定値として扱うことができる。
【０２３４】
光増幅器５２０1の増幅率目標値Ｇ1は以下のようにして決定される。送信器１３０とこの光増幅器５２０1との間に他の光増幅器が存在しない場合には、増幅率目標値Ｇ1は、一定値に固定される。そうでない場合には、その増幅率調整部５２７により、前段の光増幅器から出力され光増幅器５２０1に入力したパワーレベル情報光が表す前段の光増幅器の出力光パワーレベルと、光増幅器５２０1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光増幅器５２０1までの伝送用光ファイバ８１０1の伝送損失α01が求められ、増幅率目標値Ｇ1は、この伝送損失α01に略等しい値として決定される。
【０２３５】
同様に、光増幅器５２０7の増幅率目標値Ｇ7は以下のようにして決定される。送受信器７００とこの光増幅器５２０7との間に他の光増幅器が存在しない場合には、増幅率目標値Ｇ7は、一定値に固定される。そうでない場合には、その増幅率調整部５２７により、前段の光増幅器から出力され光増幅器５２０7に入力したパワーレベル情報光が表す前段の光増幅器の出力光パワーレベルと、光増幅器５２０7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光増幅器５２０7までの伝送用光ファイバ８１０7の伝送損失α07が求められ、増幅率目標値Ｇ7は、この伝送損失α07に略等しい値として決定される。
【０２３６】
また、光増幅器５２０4の増幅率目標値Ｇ4は、その前段の光増幅器５２０3から自段の光増幅器５２０4に到るまでの伝送用光ファイバ８１０3の伝送損失α34に基づいて、その増幅率調整部５２７により、Ｇ4＝α34で決定される。同様に、光増幅器５２０6の増幅率目標値Ｇ6は、その前段の光増幅器５２０5から自段の光増幅器５２０6に到るまでの伝送用光ファイバ８１０5の伝送損失α56に基づいて、その増幅率調整部５２７により、Ｇ6＝α56で決定される。
【０２３７】
さらに、光ＡＤＭ６００内にある光増幅器５２０2，５２０3，５２０5および５２０8それぞれの増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8それぞれは、Ｇ2＋Ｇ5＝α12＋α25Ｇ2＋Ｇ3＝α12＋α23Ｇ8＋Ｇ3＝α78＋α83により決定される。すなわち、送信器１３０から送受信器７００へ伝送される波長λ1〜λiの信号光については、光増幅器５２０2、光分波器６１０、光増幅器５２０5およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ2＋Ｇ5−α25）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12に基づいて決定される。また、送信器１３０から受信器２３０へ伝送される波長λi+1〜λjの信号光については、光増幅器５２０2、光分波器６１０、光合波器６２０、光増幅器５２０3およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ2＋Ｇ3−α23）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12に基づいて決定される。さらに、送受信器７００から受信器２３０へ伝送される波長λj+1〜λkの信号光については、光増幅器５２０8、光合波器６２０、光増幅器５２０3およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ8＋Ｇ3−α83）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78に基づいて決定される。
【０２３８】
しかし、増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8それぞれは、上記３式のみによっては一意的に決定することができない。そこで、増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8のうちの何れか１つが先ず決定され、これに基づいて他の３つが決定される。例えば、光増幅器５２０2の増幅率目標値Ｇ2は、一定の値に決定されてもよいし、或いは、前段の光増幅器５２０1の出力光パワーレベルと自段の光増幅器５２０2の入力光パワーレベルとに基づいて求められた伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12に等しい値に決定されてもよい。
【０２３９】
このように先ず光増幅器５２０2の増幅率目標値Ｇ2が決定される場合、増幅率目標値Ｇ2および伝送損失α12に関する情報は、光増幅器５２０2から光増幅器５２０3へ伝送され、光増幅器５２０3の増幅率目標値Ｇ3は、増幅率目標値Ｇ2ならびに伝送損失α12およびα23に基づいて決定される。また、増幅率目標値Ｇ2および伝送損失α12に関する情報は、光増幅器５２０2から光増幅器５２０5へも伝送され、光増幅器５２０5の増幅率目標値Ｇ5は、増幅率目標値Ｇ2ならびに伝送損失α12およびα25に基づいて決定される。さらに、増幅率目標値Ｇ3に関する情報は、光増幅器５２０3から光増幅器５２０8へ伝送され、光増幅器５２０8の増幅率目標値Ｇ8は、増幅率目標値Ｇ3ならびに伝送損失α78およびα83に基づいて決定される。
【０２４０】
このように、増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8それぞれは、互いに関連付けられて決定されるので、光ＡＤＭ６００内にある光増幅器５２０2，５２０3，５２０5および５２０8それぞれは、自段の増幅率目標値および前段から自段までの伝送損失を他の光増幅器へ伝送する手段、および、他の光増幅器から伝送されてきた増幅率目標値および伝送損失を受信する手段を設ける必要がある。具体的には、これらの手段は、パワーレベル情報出力部５２６およびパワーレベル情報入力部５２５により信号光の伝送経路と同一の経路を経て伝送することとしてもよいし、別途設けられた専用の伝送経路を経て伝送することとしてもよいし、また、光ＡＤＭ６００内に別途設けられた管理部により増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8それぞれを決定することとしてもよい。
【０２４１】
次に、本システムの作用および増幅率目標値の決定方法について更に詳細に説明する。図２７は、本システムの作用の説明図である。
【０２４２】
送信器１３０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互いに略等しいものとする。また、送信器１３０から、時刻Ｔ1前では、波長λi+1〜λjの信号光が出力され、時刻Ｔ1以降は、波長λ1〜λiおよびλi+1〜λjの信号光が出力されるものとする。すなわち、送信器１３０の出力光パワーレベル（図２７（ａ））は、時刻Ｔ1で突然に大きくなる。
【０２４３】
また、同様に、送受信器７００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互いに略等しいものとする。また、送受信器７００から、時刻Ｔ2前では、信号光が全く出力されず、時刻Ｔ2以降は、波長λj+1〜λkの信号光が出力されるものとする。すなわち、送受信器７００の出力光パワーレベル（図２７（ｂ））は、時刻Ｔ2で突然に現れる。
【０２４４】
伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12（図２７（ｃ））は、光増幅器５２０2のパワーレベル情報入力部５２５に入力したパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５２０1の出力光パワーレベルと、自段の光増幅器５２０2の入力光モニタ部５２３によりモニタされた入力光パワーレベルとに基づいて、増幅率調整部５２７により求められ、その値は時間的に変化するものとする。
【０２４５】
また、同様に、伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78（図２７（ｄ））は、光増幅器５２０8のパワーレベル情報入力部５２５に入力したパワーレベル情報が表す前段の光増幅器５２０7の出力光パワーレベルと、自段の光増幅器５２０8の入力光モニタ部５２３によりモニタされた入力光パワーレベルとに基づいて、増幅率調整部５２７により求められ、その値も時間的に変化するものとする。
【０２４６】
このような条件の下では、光増幅器５２０2の入力光パワーレベル（図２７（ｅ））は、伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12（図２７（ｃ））の変動の影響を受けて変化するとともに、時刻Ｔ1における送信器１３０から出力される信号光の波数の増加に伴って増加する。また、光増幅器５２０2の増幅率目標値Ｇ2を一定値とすれば、光増幅器５２０2の出力光パワーレベルの時間変化も、この図と同様のものとなる。
【０２４７】
光増幅器５２０2から出力される多波長の信号光のうち波長λ1〜λiの信号光は、光分波器６１０を経て光増幅器５２０5に入力する。したがって、光増幅器５２０5の入力光パワーレベル（図２７（ｆ））は、時刻Ｔ1以降に現れ、また、伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12（図２７（ｃ））の変動の影響を受けて変化する。
【０２４８】
光増幅器５２０5の増幅率目標値Ｇ5（図２７（ｇ））は、前段の光増幅器５２０2の増幅率目標値Ｇ2（今の場合は一定値）ならびに伝送損失α12（図２７（ｃ））およびα25（一定値とみなし得る）に基づいて決定される。なお、光増幅器５２０3の増幅率目標値Ｇ3も、この図と同様のものとなる。このとき、増幅率目標値Ｇ5の値が更新される周期は、光増幅器５２０5の増幅率を一定に維持するフィードバックループにおいて励起部５２２から出力される励起光の強度が更新される周期より長く、且つ、伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12の変動に追従することができる程度に充分に短いのが好適である。
【０２４９】
光増幅器５２０5では、このようにして決定された増幅率目標値Ｇ5（図２７（ｇ））に応じた強度の励起光が励起部５２２から増幅用光ファイバ５２１に供給されることにより、入力した多波長の信号光は、増幅用光ファイバ５２１において一括増幅されて出力される。このとき、時刻Ｔ1以降に現れる多波長の信号光（波長λ1〜λi）それぞれは、互いに略同一の増幅率で増幅され、出力光パワーレベル（図２７（ｈ））は、時刻Ｔ1前では０であり、時刻Ｔ1以降では略一定となる。そして、このような波長λ1〜λiの信号光が、光増幅器５２０6を経て送受信器７００に到達する。
【０２５０】
一方、光増幅器５２０8の入力光パワーレベル（図２７（ｉ））は、時刻Ｔ2以降に送受信器７００から信号光（波長λj+1〜λk）が出力されるのに伴って、時刻Ｔ2前では０であったものが、時刻Ｔ2以降で突然に現れ、また、伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78（図２７（ｄ））の変動の影響を受けて変化する。
【０２５１】
光増幅器５２０8の増幅率目標値Ｇ8（図２７（ｊ））は、光増幅器５２０3の増幅率目標値Ｇ3（図２７（ｇ）と同様のもの）ならびに伝送損失α78（図２７（ｄ））およびα83（一定値とみなし得る）に基づいて決定される。このとき、増幅率目標値Ｇ8の値が更新される周期は、増幅率目標値Ｇ3の値が更新される周期と同一であり、光増幅器５２０8の増幅率を一定に維持するフィードバックループにおいて励起部５２２から出力される励起光の強度が更新される周期より長く、且つ、伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78の変動に追従することができる程度に充分に短い。
【０２５２】
光増幅器５２０8では、このようにして決定された増幅率目標値Ｇ8（図２７（ｊ））に応じた強度の励起光が励起部５２２から増幅用光ファイバ５２１に供給されることにより、入力した多波長の信号光は、増幅用光ファイバ５２１において一括増幅されて出力される。このとき、時刻Ｔ2以降に現れる多波長の信号光（波長λj+1〜λk）それぞれは、互いに略同一の増幅率で増幅される。しかし、出力光パワーレベル（図２７（ｋ））は、時刻Ｔ2以降に現れるが、必ずしも一定とはならない。
【０２５３】
光増幅器５２０3の入力光パワーレベル（図２７（ｌ））は、光増幅器５２０2から出力され光分波器６１０および光合波器６２０を経て入力した波長λi+1〜λjの信号光の入力光パワーレベルと、光増幅器５２０8から出力され光合波器６２０を経て入力した波長λj+1〜λkの信号光の入力光パワーレベルとの和となる。すなわち、時刻Ｔ2前では、光増幅器５２０3の入力光パワーレベルは、光増幅器５２０2から出力され光分波器６１０および光合波器６２０を経て入力した波長λi+1〜λjの信号光の入力光パワーレベルのみであり、伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12の変動の影響を受けて変化する。また、時刻Ｔ2以降では、光増幅器５２０3の入力光パワーレベルは、光増幅器５２０8から出力され光合波器６２０を経て入力した波長λj+1〜λkの信号光の入力光パワーレベルを更に加えたものとなり、伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78の変動の影響を更に受ける。
【０２５４】
光増幅器５２０3の増幅率目標値Ｇ3は、前段の光増幅器５２０2の増幅率目標値Ｇ2（今の場合は一定値）ならびに伝送損失α12（図２７（ｃ））およびα23（一定値とみなし得る）に基づいて決定され、光増幅器５２０5の増幅率目標値Ｇ5と同様に変化するものとなる。このとき、増幅率目標値Ｇ3の値が更新される周期は、増幅率目標値Ｇ2の値が更新される周期と同一であり、光増幅器５２０3の増幅率を一定に維持するフィードバックループにおいて励起部５２２から出力される励起光の強度が更新される周期より長く、且つ、伝送用光ファイバ８１０2および８１０8それぞれの伝送損失α12およびα78それぞれの変動に追従することができる程度に充分に短い。
【０２５５】
光増幅器５２０3では、このようにして決定された増幅率目標値Ｇ3に応じた強度の励起光が励起部５２２から増幅用光ファイバ５２１に供給されることにより、入力した多波長の信号光は、増幅用光ファイバ５２１において一括増幅されて出力される。このとき、多波長の信号光（波長λi+1〜λj，λj+1〜λk）それぞれは、互いに略同一の増幅率で増幅され、出力光パワーレベル（図２７（ｍ））は、信号光の波数に依るものとなり、時刻Ｔ2前で略一定であり、時刻Ｔ2以降でも略一定となる。そして、光増幅器５２０3から出力された波長λi+1〜λjおよびλj+1〜λkの信号光は、光増幅器５２０4を経て受信器２３０に到達する。
【０２５６】
なお、本実施形態においても、各光増幅器の入力光パワーレベルが所定の閾値以下になったことが検知された場合には、その光増幅器の増幅率目標値を０にして、その光増幅器をシャットダウンするのが好適である。特に、光ＡＤＭ６００内の入力側にある光増幅器５２０2の入力光パワーレベルが所定の閾値以下になったことが検知された場合には、伝送用光ファイバ８１０2が断線したものと判断して、増幅率目標値Ｇ2を０にし、光増幅器５２０2をシャットダウンし、また、同じく入力側にある光増幅器５２０8の入力光パワーレベルが所定の閾値以下になったことが検知された場合には、伝送用光ファイバ８１０8が断線したものと判断して、増幅率目標値Ｇ8を０にし、光増幅器５２０8をシャットダウンする。ただし、入力側にある光増幅器５２０2および５２０8の一方のみがシャットダウンされても、出力側にある光増幅器５２０3の増幅率目標値Ｇ3は、シャットダウン直前の値を保持するのが好適である。このようにすることにより、断線している伝送経路からのノイズ光等の流入が阻止されるとともに、断線していない伝送経路を経て入力した信号光は、光ＡＤＭ６００を経て所定の方向へ出力され得る。
【０２５７】
また、本実施形態においても、増幅率目標値をその前の区間の伝送損失よりも大きな値とするのも好適である。ただし、本実施形態においては、光増幅器５２０2から光増幅器５２０5までを含んで１つの光増幅器とみなし、光増幅器５２０2から光増幅器５２０3までを含んで１つの光増幅器とみなし、光増幅器５２０8から光増幅器５２０3までを含んで１つの光増幅器とみなす。このようにすれば、後段となるに従って光増幅器から出力される信号光の強度が大きくなるので、伝送用光ファイバ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、システム全体としての利得を同一とした場合には、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。
【０２５８】
以上のようにして光増幅器５２０1〜５２０8それぞれの増幅率目標値Ｇ1〜Ｇ8それぞれが決定されると、光ＡＤＭ６００外にある光増幅器５２０1、５２０4、５２０6および５２０7それぞれの増幅率が一定に制御され、また、光ＡＤＭ６００を各信号光の波長毎に１つの光増幅器とみなしたときの増幅率も一定に制御されるので、入力する信号光の波数が突然変化しても、各光増幅器における各信号光それぞれの増幅率は略一定に維持される。また、前段の光増幅器から自段の光増幅器までの伝送経路における伝送損失に応じて自段の光増幅器の増幅率目標値が決定されるので、その伝送損失が変動しても、各光増幅器から出力される各信号光それぞれのパワーレベルは略一定に維持される。また、伝送経路における伝送損失が常に監視されているので、伝送経路の突然の断線も直ちに検知され、光増幅作用は直ちにシャットダウンされるので好適である。また、増幅率目標値Ｇiの値が更新される周期を、励起部５２２から出力される励起光の強度が更新される周期より長くすれば、増幅率一定と各信号光の出力光パワーレベル一定とを両立し得るので好適である。
【図面の簡単な説明】
【０２５９】
【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。
【図１３】本発明の第６実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図１４】図１３の光増幅器の構成図である。
【図１５】図１４の光増幅器の変形例の構成図である。
【図１６】本発明の第７実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図１７】本発明の第８実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図１８】図１７の光増幅器の構成図である。
【図１９】図１８の光増幅器の変形例の構成図である。
【図２０】本発明の第９実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図２１】本発明の第１０実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図２２】図２１の光増幅器の構成図である。
【図２３】図２１の光増幅器の作用の説明図である。
【図２４】本発明の第１１実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図２５】図２４の光増幅器の構成図である。
【図２６】本発明の第１２実施形態の多段増幅光伝送システムの構成図である。
【図２７】図２６の多段増幅光伝送システムの作用の説明図である。
【符号の説明】
【０２６０】
１００，１１０，１２０…送信器、２００，２１０，２２０…受信器、３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０…光増幅器、３１１，３３１，３５１，３７１…増幅用光ファイバ、３１２，３３２，３５２，３７２…励起部、３１３，３３３，３５３，３７３…入力光モニタ部、３１４，３３４，３５４，３７４…増幅情報入力部、３１５，３３５，３５５，３７５…増幅率調整部、３３６，３５６，３７６…増幅情報出力部、３１６，３３７，３５７，３７７…光アイソレータ、３２１，３４１，３６１，３８１…出力光モニタ部、３２２，３４２，３６２，３８２…励起光微調整部、３８３…光分波器、３８４…光合波器、４００…増幅情報管理部、５１０，５２０…光増幅器、５１１，５２１…増幅用光ファイバ、５１２，５２２…励起部、５１３，５２３…入力光モニタ部、５１４，５２４…出力光モニタ部、５１５，５２５…パワーレベル情報入力部、５１６，５２６…パワーレベル情報出力部、５１７，５２７…増幅率調整部、５１８，５２８…光アイソレータ、５３１…光分波器、５３２…光合波器、６００…光ＡＤＭ、６１０…光分波器、５２０…光合波器、８１０，８２０…伝送用光ファイバ。
【図１】
2004364337.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月30日(2004.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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中継伝送路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あって、
前記複数の光増幅器の夫々は、
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、
前記複数の光増幅器の増幅特性と前記複数の光増幅器間の中継伝送路における伝送損失とに基づいて決定された出力光パワーレベル目標値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
を備えることを特徴とする多段増幅光伝送システム。
【請求項２】
前記複数の光増幅器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、前記複数の光増幅器の夫々から稼働中の増幅率に応じた情報を収集し、前記複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率に基づいて、前記複数の光増幅器の夫々に新たな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前記複数の光増幅器の夫々に指示する増幅情報管理部を更に備える、ことを特徴とする請求項１記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項３】
夫々の前記光増幅器の出力光パワーレベル目標値は、前記光増幅器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前記光増幅器の夫々の出力光パワーレベルであることを特徴とする請求項１または２に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項４】
夫々の前記光増幅器の出力光パワーレベル目標値は、前記光増幅器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前記光増幅器の夫々の出力光パワーレベルである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項５】
前記送信器から出力された信号光は異なる波長の複数の伝送チャンネルを有し、
前記複数の光増幅器の夫々の光増幅部は、増幅特性として、前記複数の波長を含む波長範囲での増幅率の波長依存性の増幅率依存性が更に既知であり、
前記増幅情報管理部は、前記増幅率の波長依存性の増幅率依存性と前記複数の光増幅器の夫々の稼働中の増幅率とに基づいて、最終段の光増幅器の出力光における前記信号光の複数の伝送チャンネル夫々の波長成分の光の波長依存性を低減する前記複数の光増幅器の夫々の新たな出力光パワーレベル目標値を算出する、ことを特徴とする請求項２記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項６】
送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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あって、
前記多段増幅光伝送システムを構成する複数の光増幅器の夫々は、
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、励起光強度が制御可能な励起部と、
入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、
予め設定されたレベルダイアグラムに従った出力信号光パワーレベル目標値と前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と
を備えることを特徴とする多段増幅光伝送システム。
【請求項７】
前記複数の光増幅器の夫々は、前記入力レベル情報と、前記決定された自段の増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備える、ことを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項８】
前記複数の光増幅器のうちの初段の光増幅器は、
前記レベルダイアグラムに従った出力信号光のパワーレベル目標値と、前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルとに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
前記決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部を更に備える、ことを特徴とする請求項７記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項９】
前記光増幅器間で、前記送信器から出力された第１の信号の伝送を媒介する第１の伝送媒体と、
前記光増幅器間での前記レベル情報を担った第２の信号の伝送を媒介する、第２の伝送媒体と
を更に備えることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１０】
前記第１の信号は第１の波長帯域の波長を有し、前記レベル情報を担ったレベル情報（前記第２の信号）は光信号であり、第１の波長帯域とは共有波長の無い第２の波長帯域の波長を有するとともに、前記光増幅器間での前記第１の信号と前記レベル情報（前記第２の信号）との双方の伝送を媒介する光ファイバを更に備える、ことを特徴とする請求項９記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１１】
前記第１の信号の伝送を媒介する第１の伝送媒体は光ファイバであり、前記増幅情報送信部や増幅情報受信部の間で、前記各段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する情報を担った第２の信号の伝送を媒介する第２の伝送媒体は、第１の光ファイバとは異なる伝送媒体であることを特徴とする請求項９記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１２】
前記光増幅器の夫々に設定される出力信号光のパワーレベル目標値は、全て略同一値であることを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１３】
前記光増幅器の夫々に設定される出力信号光のパワーレベル目標値は、中継伝送路を挟んで後段側の光増幅器となるに従って増加することを特徴とする請求項６記載の多段増幅光伝送システム。
【請求項１４】
送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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、励起光強度が制御可能な励起部と、
入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、
自段に対し、中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、
指定された自段の出力信号光のパワーレベル目標値と、前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて自段の増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部と、
前記入力レベル情報と前記決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して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１５】
前記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、
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１４記載の光増幅器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、次の段の光増幅器への入力光のパワーレベルが小さくなるので、次の段の光増幅器からの出力光パワーレベル＝次の段の中継伝送路への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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項１の多段増幅光伝送システムは、送信器から出力された信号光を複数の光増幅器と中継伝送路とを介して受信器へ伝送する多段増幅光伝送システムであって、複数の光増幅器の夫々が、（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）複数の光増幅器の増幅特性と複数の光増幅器間の中継伝送路における伝送損失とに基づいて、指示された出力光パワーレベル目標値と、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て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を備えることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
請求項６の多段増幅光伝送システムは、送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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あって、前記多段増幅光伝送システムを構成する複数の光増幅器の夫々は、（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、励起光強度が制御可能な励起部と、（ｃ）入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、（ｄ）自段に対して中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、（ｅ）予め設定されたレベルダイアグラムに従った出力信号光のパワーレベル目標値と前記入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を前記励起部に指示する増幅率調整部とを備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
請求項９のように、信号光の伝送媒体とレベル情報の伝送媒体とを別途に用意すると、中継伝送路は、２つの伝送媒体で構成されることになるが、入力ポートによって、情報の種類の識別が可能なので、各光増幅器の構成が簡易とできる。また、レベル情報の伝送は、光伝送に限定されず、電気的な伝送を採用可能である（請求項１１）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
請求項１４の光増幅器は、送信器から出力された信号光を、複数の光増幅器と中継伝送路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、励起光強度が制御可能な励起部と、（ｃ）入力光のパワーレベルをモニタする入力光モニタ部と、（ｄ）中継伝送路を挟んで前段側の光増幅器の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する入力レベル情報を受信する増幅情報入力部と、（ｅ）指定された出力信号光のパワーレベル目標値と、入力光モニタ部で検出された入力光のパワーレベルと、前記入力レベル情報とに基づいて増幅率を決定し、決定した増幅率に応じた励起光の供給を励起部に指示する増幅率調整部と、（ｆ）前記入力レベル情報と決定された増幅率とに基づいて、自段の出力時における信号光のパワーレベルと雑音光のパワーレベルとに関する出力レベル情報を生成して出力する増幅情報出力部とを備えることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
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が、雑音光成分には信号光波長の入力光に元々含まれていた雑音光も含まれている。そこで、本明細書では、多段増幅光伝送システムを構成する光増幅器のＡＳＥによって発生した信号光波長帯域の雑音光のパワーレベルを雑音光成分パワーレベルと、雑音光成分パワーレベル以外の信号光波長の光のパワーレベルを信号光成分パワーレベルと、雑音光成分パワーレベルと信号光成分パワーレベルとの和を出力光パワーレベルと表現する。以後、雑音光と表現した場合には、入力信号光波長帯域と略同一の波長帯域の雑音光を指す。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３７】
さらに、光ＡＤＭ６００内にある光増幅器５２０2，５２０3，５２０5および５２０8それぞれの増幅率目標値Ｇ2，Ｇ3，Ｇ5およびＧ8それぞれは、
Ｇ2＋Ｇ5＝α12＋α25、
Ｇ2＋Ｇ3＝α12＋α23、
Ｇ8＋Ｇ3＝α78＋α83
により決定される。すなわち、送信器１３０から送受信器７００へ伝送される波長λ1〜λiの信号光については、光増幅器５２０2、光分波器６１０、光増幅器５２０5およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ2＋Ｇ5-α25）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12に基づいて決定される。また、送信器１３０から受信器２３０へ伝送される波長λi+1〜λjの信号光については、光増幅器５２０2、光分波器６１０、光合波器６２０、光増幅器５２０3およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ2＋Ｇ3-α23）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０2の伝送損失α12に基づいて決定される。さらに、送受信器７００から受信器２３０へ伝送される波長λj+1〜λkの信号光については、光増幅器５２０8、光合波器６２０、光増幅器５２０3およびこれらの間の伝送経路が１つの光増幅器とみなされ、その全体の増幅率目標値（Ｇ8＋Ｇ3-α83）が、その前の区間の伝送用光ファイバ８１０8の伝送損失α78に基づいて決定される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６０】
１００，１１０，１２０…送信器、２００，２１０，２２０…受信器、３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０…光増幅器、３１１，３３１，３５１，３７１…増幅用光ファイバ、３１２，３３２，３５２，３７２…励起部、３１３，３３３，３５３，３７３…入力光モニタ部、３１４，３３４，３５４，３７４…増幅情報入力部、３１５，３３５，３５５，３７５…増幅率調整部、３３６，３５６，３７６…増幅情報出力部、３１６，３３７，３５７，３７７…光アイソレータ、３２１，３４１，３６１，３８１…出力光モニタ部、３２２，３４２，３６２，３８２…励起光微調整部、３８３…光分波器、３８４…光合波器、４００…増幅情報管理部、５１０，５２０…光増幅器、５１１，５２１…増幅用光ファイバ、５１２，５２２…励起部、５１３，５２３…入力光モニタ部、５１４，５２４…出力光モニタ部、５１５，５２５…パワーレベル情報入力部、５１６，５２６…パワーレベル情報出力部、５１７，５２７…増幅率調整部、５１８，５２８…光アイソレータ、５３１…光分波器、５３２…光合波器、６００…光ＡＤＭ、６１０…光分波器、６２０…光合波器、８１０，８２０…伝送用光ファイバ。