(57)【要約】【課題】簡易に光増幅器の利得を制御できるようにする。【解決手段】複数の励起光源７は、信号光を増幅させる効果を有する励起光を発生させる。外部制御光源６は、励起光による信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させる。合波部は、励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を光ファイバ１に対して信号光とは逆の方向に入射する。制御部５は、外部制御光源６による外部制御光の出力を制御する。これにより、複数の励起光源により増幅された信号光の利得が制御できる。【選択図】        図１
2004301991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するための光増幅制御ユニットにおいて、
前記信号光を増幅させる効果を有する励起光を発生させる複数の励起光源と、
前記励起光による前記信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させる外部制御光源と、
前記励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を前記光ファイバに対して前記信号光とは逆の方向に入射する合波部と、
前記外部制御光源による前記外部制御光の出力を制御する制御部と、
を有することを特徴とする光増幅制御ユニット。
【請求項２】
前記外部制御光源は、前記励起光による前記信号光へ利得を低減させる効果を有する前記外部制御光を発生させることを特徴とする請求項１記載の光増幅制御ユニット。
【請求項３】
前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする請求項３記載の光増幅制御ユニット。
【請求項４】
前記信号光のパワーを検出する受光素子を更に有し、
前記制御部は、前記受光素子で受光された前記パワーに基づいて、前記外部制御光の適切なパワーを演算し、演算結果に応じて前記外部制御光源による前記外部制御光の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の光増幅制御ユニット。
【請求項５】
光ファイバ内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するための光増幅制御方法において、
前記信号光を増幅させる効果を有する複数の励起光を発生させ、
前記励起光による前記信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させ、
前記励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を前記光ファイバに対して前記信号光とは逆の方向に入射する、
ことを特徴とする光増幅制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅制御ユニットおよび光増幅制御方法に関し、特にラマン効果を用いた光増幅器およびそれを用いた光増幅制御ユニットおよび光増幅制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重光伝送システムにおける光増幅器には、希土類元素が添加された光増幅器（エルビウム添加光増幅器など）と誘導ラマン散乱効果を用いたラマン増幅器とがある。エルビウム添加光増幅器では、たとえば、エルビウム添加光ファイバと励起光源とを備えたエルビウム添加光ファイバアンプに外部制御光発生装置を接続し、外部制御光により、エルビウム添加光ファイバ内の反転成分を制御する（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、光増幅器が多段で接続した光伝送システムにおいて利得の波長特性が生じた場合、利得の低いチャネルは光信号対雑音比（光ＳＮＲ）が劣化する。また、利得の高いチャネルにおいては、非線形光学効果などにより波形が劣化する。そのため、利得波長特性を平坦にする必要がある。
【０００４】
ラマン増幅器では、複数の異なる波長の励起光源を用いて、各励起光量を調整することで、帯域内の利得波長特性を一定にしている。たとえば、利得平坦化を実現するために、互いに異なる１２波長の光を合波したものを励起光としたラマン増幅器がある（非特許文献１参照）。
【０００５】
図１７は、従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。光ファイバ２０１への入射光λＳはＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ２０２と光カプラ２０３とを経由して出射される。光カプラ２０３では、入射光λＳの一部が受光素子２０４に送られる。受光素子２０４は光を受光し、その光の強度に応じた電気信号を制御部２０５に送る。制御部２０５は、送られた電気信号に基づいて入射光λＳの強度を測定し、光ファイバ２０１に入射すべき励起光源の強度を演算する。そして、制御部２０５は、演算結果に応じた制御信号を励起光源２０６に対して出力する。
【０００６】
励起光源２０６は、制御部２０５からの制御信号に応じた強度の複数の励起光λＰ１〜λＰＮを発生させる。励起光源２０６で発生した励起光λＰ１〜λＰＮは、ＷＤＭカプラ２０２によって光ファイバ２０１に導かれる。すると、光ファイバ２０１内ではラマン散乱が発生し、入射光λＳが増幅される。
【０００７】
図１８は、従来の励起光源の出力制御方式を示すブロック図である。伝送路２１０内を伝送する信号光は、ＷＤＭカプラ２１１を経由して光カプラ２１２に達する。光カプラ２１２では、信号光の一部が取り出されチャネルモニタ２１３に伝送される。チャネルモニタ２１３は、各チャネルの波長と出力を検知し、各チャネルの波長情報とチャネル出力情報とを、電気信号によって制御部２１４に送る。
【０００８】
制御部２１４では、各励起光源２２１、２２２，２２３の出力パワーを個別に決定する。そして、決定された出力パワーを示す制御情報が、制御部２１４から各励起光源２２１、２２２，２２３に送られる。各励起光源２２１、２２２，２２３は、制御部２１４からの制御情報に従ったパワーの励起光を出力する。
【０００９】
各励起光は、合波器２３１で合波されＷＤＭカプラ２１１に送られる。ＷＤＭカプラ２１１は、合波器から送られた励起光を伝送路２１０に対して、信号光とは逆方向に入射する。
【００１０】
図１９は、従来技術による波長と光出力との関係を示す図である。図１９において、横軸に波長を示しており、縦軸に光出力（利得）を示している。
図１９に示すように、各励起光源２２１，２２２，２２３にて出力が変化する場合、単一励起時の利得スペクトル２４１，２４２，２４３の利得が合成され、複数励起時のラマン利得スペクトル２４４となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１４５５３３号公報（第１図）
【非特許文献１】
Ｙ．  Ｅｍｏｒｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”１００  ｎｍ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｆｌａｔ  ｇａｉｎ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｐｕｍｐｅｄ  ａｎｄ  ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ  ｂｙ  １２−ｗａｖｅｌｅｎｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＷＤＭ  ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ”，  ＯＦＣ’９９，  ＰＤ１９  （１９９９）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ラマン増幅器では、送信機のレベル変動、伝送路ファイバの損失変動を補償するために、光増幅の利得波長特性を保持したまま制御する必要がある。また、高出力な励起光源により、高利得で動作しているラマン増幅器の出力においては、帯域アップグレード及び伝送信号のＡｄｄ／Ｄｒｏｐを行うＯＡＤＭ（光号波・分波器）ノードによる波長数増減等により波長数が変化した場合、利得が変化し運用している信号光に対して影響を及ぼすことが考えられる。
【００１３】
従来の励起光量を調整する光出力制御では、利得平坦化を実現するために用いられた複数の励起光源の比率を考慮してそれぞれ制御しなければならない。そのため、簡易かつ高速に制御することが困難である。たとえば、図１８に示す各励起光源２２１，２２２，２２３にて出力が変化する場合、単一励起時の利得スペクトル２４１，２４２，２４３が重なっている（図１９参照）。そのため、各チャネル出力情報をモニタし、各帯域（チャネル）に与える関係を明らかにして制御する必要がある。あるいは、各励起光源パワーを段階的に制御する必要が生じる。その結果、制御部２１４によって適当な励起光源パワーを演算させるのが困難になっていた。なお、演算の単純化を図り、励起比率を一意に制御した場合は、利得チルトが発生してしまう。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡易に光増幅器の利得を制御することができる光増幅制御ユニットおよび光増幅制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示す様な光増幅制御ユニットが提供される。本発明に係る光増幅制御ユニットは、光ファイバ１内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するためのものである。この光増幅制御ユニットは、複数の励起光源７、外部制御光源６、合波部（ＷＤＭカプラ２，８）、および制御部５を有する。複数の励起光源７は、信号光を増幅させる効果を有する励起光を発生させる。外部制御光源６は、励起光による信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させる。合波部は、励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を光ファイバ１に対して信号光とは逆の方向に入射する。制御部５は、外部制御光源６による外部制御光の出力を制御する。
【００１６】
このような光増幅制御ユニットによれば、外部制御光の出力が、制御部５によって出力が制御される。その外部制御光と複数の励起光とが、光ファイバ１に対して信号光とは逆方向に入射される。すると、外部制御光の出力に応じた利得だけ、複数の励起光源により信号光が増幅される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、光ファイバ内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するための光増幅制御方法において、前記信号光を増幅させる効果を有する複数の励起光を発生させ、前記励起光による前記信号光へ利得に影響を与える波長の外部制御光を発生させ、前記励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を前記光ファイバに対して前記信号光とは逆の方向に入射する、ことを特徴とする光増幅制御方法が提供される。
【００１８】
このような光増幅制御方法によれば、外部制御光の出力が、制御部５によって出力が制御される。その外部制御光と複数の励起光とが、光ファイバ１に対して信号光とは逆方向に入射される。すると、外部制御光の出力に応じた利得だけ、複数の励起光源により信号光が増幅される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る励起光制御ユニットの実施の形態を示す図である。本発明の光増幅器における増幅器出力は、励起光と同一方向の外部制御光の出力を調整することにより、簡易に高速制御を実現できる。
【００２０】
図１に示すように本発明に係る光増幅制御ユニットでは、光ファイバ１はＷＤＭカプラ２に接続されている。ＷＤＭカプラ２は、光カプラ３に接続されている。光カプラ３は、入射光λＳ（信号波長λＳ１〜λＳＮ）の出射経路とは別に、受光素子４に接続されている。
【００２１】
受光素子４は、入射した光の強度に応じた電気信号を発生させる素子である。受光素子４としては、たとえば、フォトダイオードがある。受光素子４は、電気的な信号線で制御部５に接続されている。制御部５は、受光素子４で検出された光の強度に応じて外部制御光の強度を演算する回路である。制御部５は、制御信号を伝えるための信号線で外部制御光源６に接続されている。
【００２２】
外部制御光源６は、制御部５からの制御信号に応じて外部制御光λＣ（外部制御光波長λＣ１〜λＣＮ）を発生させる複数の光源である。外部制御光λＣは、励起光λＰ（励起光波長λＰ１〜λＰＮ）による信号光への増幅効果に影響を与える多波長の光である。なお、外部制御光λＣは、入射光λＳの信号帯域付近に設定されており、入射光λＳの増幅に関して直接的には寄与しない。
【００２３】
外部制御光源６は、外部制御光λＣを伝搬させるための伝送路を介してＷＤＭカプラ８に接続されている。
また、励起光λＰを発生する励起光源７が、励起光λＰを伝搬させるための伝送路を介してＷＤＭカプラ８に接続されている。励起光源７は、励起光λＰを発生させる複数の光源である。励起光λＰは、光ファイバ１を伝播する入射光λＳに対してラマン増幅させる多波長の光である。
【００２４】
ＷＤＭカプラ８は、ＷＤＭカプラ２に接続されている。ＷＤＭカプラ８とＷＤＭカプラ２とにより、外部制御光λＣと励起光λＰとを光ファイバ１に導入する合波器が構成されている。
【００２５】
なお、外部制御光源６、励起光源７としては、ファイバラマンレーザ、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）−ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）−ＬＤ、ＦＰ（Ｆａｂｒｙ  Ｐｅｒｏｔ）−ＬＤなどが考えられる。ラマン利得は、信号帯域に対してラマンの利得周波数シフト量［１３．２ＴＨｚ≒１００ｎｍ］を有する。よって、信号帯域付近に設定される外部制御光λＣは、励起光としての目的と異なり、入射光λＳの利得に直接的には影響を与えない。
【００２６】
以上のような構成の励起光制御ユニットでは、以下のようにして入射光λＳを増幅するための励起光λＰ（励起光波長λＰ１〜λＰＮ）が制御される。
光ファイバ１からの入射光λＳはＷＤＭ２と光カプラ３とを経由して出射される。光カプラ３では、入射光λＳの一部が受光素子４に送られる。受光素子４は光を受光し、その光の強度に応じた電気信号を制御部５に送る。制御部５は、送られた電気信号に基づいて入射光λＳの強度を測定し、光ファイバ１に入射すべき励起光源の強度を演算する。そして、制御部５は、演算結果に応じた制御信号を外部制御光源６に対して出力する。
【００２７】
外部制御光源６は、制御部５からの制御信号に応じた外部制御光λＣを発生させる。外部制御光源６で発生した外部制御光λＣは、ＷＤＭカプラ８に入射される。
【００２８】
ＷＤＭカプラ８には、さらに励起光源７から出力された励起光λＰが入射されている。外部制御光λＣと励起光λＰとは、ＷＤＭカプラ８を介してＷＤＭカプラ２に送られる。外部制御光λＣと励起光λＰとは、ＷＤＭカプラ２によって光ファイバ１に導かれる。
【００２９】
光ファイバ１を伝搬する間、励起光λＰに基づく光ファイバ１内でのラマン散乱に起因し、入射光λＳが増幅される。このとき、増幅の利得の量は、外部制御光λＣの強さに応じて変化する。すなわち、励起光λＰによるラマン散乱効果の影響が外部制御光λＣにも及ぶことにより、入射光λＳの利得が減少する。
【００３０】
図２は、信号波長、励起波長、および外部制御光波長の関係を示す図である。図２では、横軸に波長、縦軸にパワーを示している。入射光λＳに含まれる信号波長λＳ１〜λＳＮの帯域から１００ｎｍ程度シフトさせた帯域（周波数で約１３．２ＴＨｚのずれ）に、励起波長λＰ１〜λＰＮが設定される。
【００３１】
また、信号波長λＳ１〜λＳＮの帯域に対して＋３０ｎｍから−３０ｎｍの範囲内に、外部制御光の波長が設定される。図２の例ででは、信号波長λＳ１〜λＳＮの帯域から＋３０ｎｍ程短波長側にシフトさせた波長に外部制御波長λＣ１が設定され、信号波長λＳ１〜λＳＮの帯域の中央に外部制御波長λＣ２が設定され、信号波長λＳ１〜λＳＮの帯域から３０ｎｍ程長波長側にシフトさせた波長に外部制御波長λＣ３が設定されている。
【００３２】
図２に示すように信号波長、励起波長、および外部制御光波長を分布させることで、外部制御光のパワーを制御することで、励起光のパワーを制御できる。ここで、外部制御光として３種類の波長の光を制御することで、励起波長λＰ１〜λＰＮ全体を調整できる。そのため、励起波長λＰ１〜λＰＮのパワーを個別に制御する場合に比べて、励起光の調整が容易となる。
【００３３】
次に、上記のような構成の光増幅制御ユニットを用いた光伝送システムについて説明する。なお、ラマン増幅における光増幅作用は光ファイバ内で発生するため、厳密には励起光制御ユニットと光ファイバとで１つのラマン増幅器を構成するが、以下の説明では、励起光制御ユニットも光増幅器（ラマン増幅器）の１つとして捉えるものとする。
【００３４】
図３は、ラマン増幅器を使用する光ファイバ伝送システムの概略構成図である。なお、図３中、左から右方向をＺ軸方向とする。
光ファイバ伝送システムは、送信部１１〜１５から出力された光信号が合波部２１に入力される。合波部２１は、信号光を合波する。合波部２１による信号の出力側に光増幅器２２が設けられている。光増幅器２２は、伝送路光ファイバ２３を介して光増幅器２４に接続されている。光増幅器２４は、伝送路光ファイバ２５を介して光増幅器２６に接続されている。
【００３５】
光増幅器２６は、ノード２７に接続されている。ノード２７は、光チャネルの追加または削除を行う。ノード２７は、伝送路光ファイバ２８を介して光増幅器２９に接続されている。光増幅器２９は、分波部３０に接続されている。分波部３０は、入力された光信号を分波する。分波部３０は、分波した光信号に対応する複数の受信部４１〜４５に接続されている。
【００３６】
光増幅器２２，２４，２６，２９の構成としては、本発明を適用したラマン増幅器のみであってもよいし、そのラマン増幅器の後段に、エルビウム添加光増幅器などのような希土類添加増幅器を設けてもよい。
【００３７】
このような構成の光ファイバ伝送システムにおいて、各送信部１１〜１５から入力された光信号（信号波長λ１〜λＮ）は、合波部２１で合波される。合波された光信号は、光増幅器２２で増幅され、伝送路光ファイバ２３内を伝搬する。伝送路光ファイバ２３へ入射されてから一定期間は、伝搬中に伝送路損失が発生し、各チャネル出力が低下する。光信号は光増幅器２４に近づき、ラマン増幅の影響範囲内に達すると、各チャネル出力が増加する。
【００３８】
光増幅器２４を通り過ぎた光信号は、同様の伝送路損失とラマン増幅による利得とを受けながら、伝送路光ファイバ２５内を伝搬する。そして、光信号は、光増幅器２６を経由してノード２７に達する。
【００３９】
ノード２７において、任意のチャネルの信号（信号波長λａ，λｃ）が取り出されたり、別のチャネルの信号（信号波長λｄ，λｅ）が追加されたりする。その後、光信号は、ノード２７から伝送路光ファイバ２８に入射され、伝送路光ファイバ２８内を伝送路損失とラマン増幅による利得とを受けながら伝搬する。そして、光信号は、光増幅器２９を経由して分波部３０に入射する。分波部３０では、光信号がチャネル毎の信号に分波され、チャネル毎の受信部４１〜４５に入射する。
【００４０】
図４は、伝送路損失と所要利得の関係を示す図である。図４では、横軸に、Ｚ軸方向の位置を示しており、縦軸にＺ軸方向の位置での各チャネルの出力を示している。
【００４１】
伝搬する光信号は、伝搬距離に応じて伝送路光損失を受けるが、光増幅器の位置に近づくとラマン増幅による利得を得る。
このとき、光増幅器の各チャネル出力レベルを一定に保つ必要がある。たとえば、伝送路光ファイバ２３の伝送で生じる伝送路損失＃１と光増幅器２４に達するまでに生じる所要利得＃１とが等しくなるように、励起光の出力を制御する必要がある。同様に、伝送路光ファイバ２５の伝送で生じる伝送路損失＃２と光増幅器２６に達するまでに生じる所要利得＃２とが等しくなるように、励起光の出力を制御する必要がある。
【００４２】
また、図３の構成においてノード２７によって光チャネルの追加や削除が行われても、光増幅器の利得は波長数が変化した場合でも一定に制御する必要がある。さらに、伝送路損失等が変化した場合においても、光増幅器における利得を変化させて出力レベルを一定に保つ必要がある。
【００４３】
出力レベルの制御は一般的にトータル光出力（＝チャネル出力×波長数）で制御している。よって、波長数が一定の場合においては、トータル出力を一定に制御することで対応できるが、上記で示すノード２７によるチャネルの増減、または断線等で波長数が変化した場合、利得を一定にする制御が必要である。
【００４４】
以下に、外部制御光のパワーに応じた利得の変化について説明する。
図５は、外部制御光のパワーを変化させた場合の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）でのラマン利得の波長特性を示す。図５では、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に利得変化（ｄＢ）を示している。外部制御光の波長は、１５６５ｎｍとした。
【００４５】
この例では、外部制御光パワーが０［ｄＢｍ］の場合の利得変化５１、外部制御光パワーが３［ｄＢｍ］の場合の利得変化５２、外部制御光パワーが６［ｄＢｍ］の場合の利得変化５３、外部制御光パワーが９［ｄＢｍ］の場合の利得変化５４、外部制御光パワーが１２［ｄＢｍ］の場合の利得変化５５、外部制御光パワーが１５［ｄＢｍ］の場合の利得変化５６が示されている。
【００４６】
このように、外部制御光の出力を増加することにより、利得形状を比較的保ったままで、可変することができる。すなわち、外部制御光パワーが強くなるほど、利得が少なくなる。なお、分布型のラマン増幅器では、伝送路光ファイバを増幅媒体に用いていることから、入力レベル情報の即時認識が不可能である。
【００４７】
図６は、増幅器出力に応じた平均ラマン利得の変化を示す図である。この例では、増幅器出力に応じた平均ラマン利得の変化を、外部制御光が有る場合と無い場合とを比較している。また、励起光量一定の状態で波長数が変化して、増幅器出力が変化した場合の例である。図６において、横軸に増幅器出力［ｄＢｍ］が示されており、縦軸に平均ラマン利得が示されている。
【００４８】
外部制御光が無い場合の平均ラマン利得６１は、増幅器出力に応じて変化する。一方、外部制御光が有る場合の平均ラマン利得６２は、増幅器出力が変化してもほぼ一定にすることが可能である。
【００４９】
この例では、励起光量一定の状態で波長数（チャネル数）が変化して、増幅器出力が変化した場合、外部制御光が入力されていないと、ラマン増幅器の利得が大きく変化することが示されている。すなわち、波長数が変化した場合に運用している信号光のレベルは変化する。ただし、波長数が増加することによる利得飽和量は、励起光一定状態だと信号光出力から一意に決定する。
【００５０】
一方、外部制御光が入力されていれば、利得飽和量の状態が維持され、波長数が変化しても、ラマン増幅器の利得はあまり変化しない。このように、外部制御光量と利得制御量は、一定の関係にあるため、出力モニタのみで外部制御光を用いて、高速制御が可能となる。
【００５１】
図７は、外部制御光を用いて利得を変化した場合の増幅器出力の関係を示す図である。図７では、横軸に増幅器出力［ｄＢｍ］が示されており、縦軸に外部制御光出力［ｍＷ］が示されている。
【００５２】
図８は、外部制御光による平均ＯＮ／ＯＦＦ利得変化を示す図である。平均ＯＮ／ＯＦＦ利得とは、「励起光ＯＮ時の出力−励起光ＯＦＦ時の出力」である。この例では、外部制御光の波長が１５６５ｎｍの場合である。図８では、横軸に外部制御光出力［ｄＢｍ］を示し、縦軸に平均ＯＮ／ＯＦＦ利得を示している。このように、外部制御光出力が上がるほど、平均ＯＮ／ＯＦＦ利得が低下する。すなわち、ラマン効果による信号光の増幅効果が低下する。
【００５３】
図９は、増幅出力のＺ軸方向変化の一例を示す図である。図９では、横軸にＺ軸方向のファイバ長（Ｋｍ）を示しており、縦軸に信号光パワー［ｄＢｍ］を示している。図９に示すように、外部制御光なしの場合の信号光パワー７１は、外部制御光（＋１５ｄＢｍ）ありの場合の信号光パワー７２よりも高い値となる。外部制御光は、間接的に、信号光パワーを下げる（増幅における利得を下げる）効果を有していることが分かる。
【００５４】
図１０は、励起出力のＺ軸方向の変化の一例を示す図である。図１０では、横軸にＺ軸方向（長手方向）のファイバ長［Ｋｍ］を示しており、縦軸に励起出力（Ｐｕｍｐ  Ｐｏｗｅｒ）［ｄＢ］を示している。なお、励起光の波長は１４４６ｎｍである。
【００５５】
図１０に示すように、伝送路光ファイバの終端（１３０ｋｍ）から入射した励起出力は、ファイバ内を伝搬するのに従って減少する（１３０ｋｍ→０ｋｍ）。このとき、外部制御光が無い場合の励起出力８１の方が、伝搬した距離にかかわらず外部制御光（＋１５ｄＢｍ）がある場合の励起出力８２より高い値を示す。
【００５６】
図１１は、図１０の部分拡大図である。図１１では、図１０と同様に横軸にＺ軸方向（長手方向）のファイバ長［Ｋｍ］を示しており、縦軸に励起出力（Ｐｕｍｐ  Ｐｏｗｅｒ）［ｄＢ］を示している。但し、Ｚ方向のファイバ長が９０Ｋｍから１３０Ｋｍまでの範囲のみを示している。
【００５７】
図１１に示すように、伝送路光ファイバの終端から一定の範囲内では、励行出力は外部制御光の有無に影響を受けない。終端から一定の距離以上離れると、励起出力が外部制御光の影響を受けて、急激に減少する。
【００５８】
以上のような特性を踏まえて外部制御光源の適切な出力が求められる。以下に、外部励起光の演算処理について説明する。
図１２は、外部制御光の出力制御を行うラマン増幅器の機能ブロック図である。伝送路１００上には、ＷＤＭカプラ１０１と光カプラ１０２とが配置されている。ＷＤＭカプラ１０１は、合波器１２２から送られる光を、伝送路１００に対して信号光と逆方向に送出する。光カプラ１０２は、モニタ１０３に接続されている。光カプラ１０２は、伝送路１００を伝搬してきた光信号の一部をモニタ１０３に送る。
【００５９】
モニタ１０３は、制御部１０４に電気的に接続されている。モニタ１０３は、信号光のトータルの出力を検出し、トータル出力情報を電気信号に変えて制御部１０４に送る。制御部１０４は、信号光のトータル出力情報に基づいて外部励起光源の出力パワーを決定する。制御部１０４は、外部制御光源１２１に接続されており、決定した出力パワーを指示する制御情報を外部制御光源１２１に対して入力する。
【００６０】
外部制御光源１２１は、合波器１２２に接続されている。そして、外部制御光源１２１は、予め選定された波長の外部制御光を、制御部１０４で決定されたパワーで合波器１２２に向けて出力する。
【００６１】
また、合波器１２２には、複数の励起光源１１１，１１２，１１３が接続されている。励起光源１１１，１１２，１１３は、チャネル毎の信号光をラマン効果によって増幅させるための励起光を合波器１２２に向けて出力する。さらに、合波器１２２は、ＷＤＭカプラ１０１に接続されている。そして、合波器１２２は、各励起光源１１１，１１２，１１３と外部制御光源１２１とから出力された光（励起光と外部制御光）を合波して、ＷＤＭカプラ１０１に対して出射する。
【００６２】
このような構成のラマン増幅器によれば、信号光のトータル出力情報がモニタ１０３で検出され、制御部１０４に送られる。そして、制御部１０４では、トータル出力情報に基づいて外部制御光の出力パワーを演算し、外部制御光源１２１を制御する。すると、指定されたパワーの外部制御光が励起光と合波され、伝送路１００に逆方向に出射される。
【００６３】
このように、外部制御光による制御においては、外部制御波長をあらかじめ選定しておくことにより、トータル出力情報をモニタし、外部制御光のパワーを単純に制御することで出力制御が可能となる。
【００６４】
以下に、励起比率調整制御、励起一定制御、外部制御光の出力制御それぞれにより信号光の出力制御を行ったときのチルト出力例を示す。
図１３は、励起比率調整制御を行ったときのチルト変化を示す図である。励起比率調整制御では、利得変動量が０［ｄＢ］のときのチルト変化は０［ｄＢ］である。利得変動量が−１．１４［ｄＢ］のときのチルト変化は０．１５［ｄＢ］である。利得変動量が−２．３３［ｄＢ］のときのチルト変化は０．２６［ｄＢ］である。利得変動量が−３．５５［ｄＢ］のときのチルト変化は０．３６［ｄＢ］である。利得変動量が−６．０７［ｄＢ］のときのチルト変化は０．６１［ｄＢ］である。利得変動量が−８．６４［ｄＢ］のときのチルト変化は０．８７［ｄＢ］である。利得変動量が−１１．２２［ｄＢ］のときのチルト変化は１．１５［ｄＢ］である。利得変動量が−１３．７９［ｄＢ］のときのチルト変化は１．４０［ｄＢ］である。利得変動量が−１６．３４［ｄＢ］のときのチルト変化は１．６３［ｄＢ］である。利得変動量が−１８．８６［ｄＢ］のときのチルト変化は１．８２［ｄＢ］である。
【００６５】
図１４は、励起一定制御を行ったときのチルト変化を示す図である。励起一定制御では、利得変動量が０［ｄＢ］のときのチルト変化は０［ｄＢ］である。利得変動量が−１．１１［ｄＢ］のときのチルト変化は０．３３［ｄＢ］である。利得変動量が−２．２７［ｄＢ］のときのチルト変化は０．６５［ｄＢ］である。利得変動量が−３．４７［ｄＢ］のときのチルト変化は０．９７［ｄＢ］である。利得変動量が−５．９５［ｄＢ］のときのチルト変化は１．５６［ｄＢ］である。利得変動量が−８．５０［ｄＢ］のときのチルト変化は２．０６［ｄＢ］である。利得変動量が−１１．０７［ｄＢ］のときのチルト変化は２．４４［ｄＢ］である。利得変動量が−１３．６６［ｄＢ］のときのチルト変化は２．６８［ｄＢ］である。利得変動量が−１６．２４［ｄＢ］のときのチルト変化は２．７６［ｄＢ］である。利得変動量が−１８．８０［ｄＢ］のときのチルト変化は２．６５［ｄＢ］である。
【００６６】
図１５は、外部制御光の出力制御を行ったときのチルト変化を示す図である。外部制御光の出力制御では、利得変動量が０［ｄＢ］のときのチルト変化は０［ｄＢ］である。利得変動量が−０．０１［ｄＢ］のときのチルト変化は０．００［ｄＢ］である。利得変動量が−０．１４［ｄＢ］のときのチルト変化は０．０２［ｄＢ］である。利得変動量が−１．２７［ｄＢ］のときのチルト変化は０．１４［ｄＢ］である。利得変動量が−２．３１［ｄＢ］のときのチルト変化は０．２６［ｄＢ］である。利得変動量が−３．９１［ｄＢ］のときのチルト変化は０．４４［ｄＢ］である。利得変動量が−６．０８［ｄＢ］のときのチルト変化は０．７２［ｄＢ］である。利得変動量が−８．７３［ｄＢ］のときのチルト変化は１．１４［ｄＢ］である。利得変動量が−１１．７５［ｄＢ］のときのチルト変化は１．８０［ｄＢ］である。
【００６７】
図１６は、制御種別毎の利得変動量に対する出力チルト変化量を示す図である。図１６では、横軸に利得変動量［ｄＢ］を示しており、縦軸に出力チルト変化量を示している。励起比率調整制御の場合の出力チルト変化量９１は、ほぼ直線を示している。励起一定制御の場合の出力チルト変化量９２は、励起比率調整制御の場合に比べ、非常に大きな値を示している。外部制御光の出力制御の場合の出力チルト変化量９３は、利得変動量が０に近い時は、励起比率調整制御の場合と同様の特性を示している。そして、外部制御光の出力制御の場合の出力チルト変化量９３は、利得変動量が０から遠ざかると、励起比率調整制御の場合に比べ徐々に大きな値となる。
【００６８】
以上で説明したように、外部制御光源を用いることで光増幅器の利得の簡易な高速制御が可能となる。すなわち、励起光の波長数よりも少ない数の外部制御光によってラマン効果による利得を制御できるため、光増幅の制御が容易となる。
【００６９】
（付記１）  光ファイバ内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するための光増幅制御ユニットにおいて、
前記信号光を増幅させる効果を有する励起光を発生させる複数の励起光源と、
前記励起光による前記信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させる外部制御光源と、
前記励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を前記光ファイバに対して前記信号光とは逆の方向に入射する合波部と、
前記外部制御光源による前記外部制御光の出力を制御する制御部と、
を有することを特徴とする光増幅制御ユニット。
【００７０】
（付記２）  前記外部制御光源は、前記励起光による前記信号光へ利得を低減させる効果を有する前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記１記載の光増幅制御ユニット。
【００７１】
（付記３）  前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記３記載の光増幅制御ユニット。
（付記４）  前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域の＋３０ｎｍから−３０ｎｍの範囲内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記３記載の光増幅制御ユニット。
【００７２】
（付記５）  前記外部制御光源は、複数設けられていることを特徴とする付記１記載の光増幅制御ユニット。
（付記６）  全ての前記外部制御光源は前記信号光の波長地域の＋３０ｎｍから−３０ｎｍの範囲内の波長の前記外部制御光を発生させ、一部の前記外部制御光源は前記信号光の波長地域内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記５記載の光増幅制御ユニット。
【００７３】
（付記７）  前記信号光のパワーを検出する受光素子を更に有し、
前記制御部は、前記受光素子で受光された前記パワーに基づいて、前記外部制御光の適切なパワーを演算し、演算結果に応じて前記外部制御光源による前記外部制御光の出力を制御することを特徴とする付記１記載の光増幅制御ユニット。
【００７４】
（付記８）  前記励起光源は、前記光ファイバ内で前記信号光のラマン増幅を生じさせる波長の前記励起光を発生させることを特徴とする付記１記載の光増幅制御ユニット。
【００７５】
（付記９）  光ファイバ内を伝搬する信号光に対して生じさせる光増幅を制御するための光増幅制御方法において、
前記信号光を増幅させる効果を有する複数の励起光を発生させ、
前記励起光による前記信号光への増幅効果に影響を与える波長の外部制御光を発生させ、
前記励起光と前記外部制御光とを合波し、合波された光を前記光ファイバに対して前記信号光とは逆の方向に入射する、
ことを特徴とする光増幅制御方法。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、外部制御光によって複数の励起光源が信号光に与える利得を制御するようにしたため、複数の励起光源の出力を直接制御する場合に比べ簡易な方法で所望の利得が得られるように光増幅を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光増幅制御ユニットの実施の形態を示す図である。
【図２】信号波長、励起波長、および外部制御光波長の関係を示す図である。
【図３】ラマン増幅器を使用する光ファイバ伝送システムの概略構成図である。
【図４】伝送路損失と所要利得の関係を示す図である。
【図５】外部制御光のパワーを変化させた場合の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）でのラマン利得の波長特性を示す図である。
【図６】増幅器出力に応じた平均ラマン利得の変化を示す図である。
【図７】外部制御光を用いて利得を変化した場合の増幅器出力の関係を示す図である。
【図８】外部制御光による平均ＯＮ／ＯＦＦ利得変化を示す図である。
【図９】増幅出力のＺ軸方向変化の一例を示す図である。
【図１０】励起出力のＺ軸方向の変化の一例を示す図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】外部制御光の出力制御を行うラマン増幅器の機能ブロック図である。
【図１３】励起比率調整制御を行ったときのチルト変化を示す図である。
【図１４】励起一定制御を行ったときのチルト変化を示す図である。
【図１５】外部制御光の出力制御を行ったときのチルト変化を示す図である。
【図１６】制御種別毎の利得変動量に対する出力チルト変化量を示す図である。
【図１７】従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
【図１８】従来の励起光源の出力制御方式を示すブロック図である。
【図１９】従来技術による波長と光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２  ＷＤＭカプラ
３  光カプラ
４  受光素子
５  制御部
６  外部制御光源
７  励起光源
【図１】
2004301991.tif 000003
【図２】
2004301991.tif 000004
【図３】
2004301991.tif 000005
【図４】
2004301991.tif 000006
【図５】
2004301991.tif 000007
【図６】
2004301991.tif 000008
【図７】
2004301991.tif 000009
【図８】
2004301991.tif 000010
【図９】
2004301991.tif 000011
【図１０】
2004301991.tif 000012
【図１１】
2004301991.tif 000013
【図１２】
2004301991.tif 000014
【図１３】
2004301991.tif 000015
【図１４】
2004301991.tif 000016
【図１５】
2004301991.tif 000017
【図１６】
2004301991.tif 000018
【図１７】
2004301991.tif 000019
【図１８】
2004301991.tif 000020
【図１９】
2004301991.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月15日(2004.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする請求項２記載の光増幅制御ユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
外部制御光源６は、制御部５からの制御信号に応じて外部制御光λC（外部制御光波長λC1〜λCM）を発生させる複数の光源である。外部制御光λCは、励起光λP（励起光波長λP1〜λPN）による信号光への増幅効果に影響を与える多波長の光である。なお、外部制御光λCは、入射光λSの信号帯域付近に設定されており、入射光λSの増幅に関して直接的には寄与しない。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
以上のような構成の励起光制御ユニットでは、以下のようにして入射光λSを増幅するための励起光λP（励起光波長λP1〜λPN）が制御される。
光ファイバ１からの入射光λSはＷＤＭカプラ２と光カプラ３とを経由して出射される。光カプラ３では、入射光λSの一部が受光素子４に送られる。受光素子４は光を受光し、その光の強度に応じた電気信号を制御部５に送る。制御部５は、送られた電気信号に基づいて入射光λSの強度を測定し、光ファイバ１に入射すべき励起光源の強度を演算する。そして、制御部５は、演算結果に応じた制御信号を外部制御光源６に対して出力する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、信号波長λS1〜λSNの帯域に対して＋３０ｎｍから−３０ｎｍの範囲内に、外部制御光の波長が設定される。図２の例では、信号波長λS1〜λSNの帯域から＋３０nm程短波長側にシフトさせた波長に外部制御波長λC1が設定され、信号波長λS1〜λSNの帯域の中央に外部制御波長λC2が設定され、信号波長λS1〜λSNの帯域から３０nm程長波長側にシフトさせた波長に外部制御波長λC3が設定されている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
次に、上記のような構成の光増幅制御ユニットを用いた光伝送システムについて説明する。なお、ラマン増幅における光増幅作用は光ファイバ内で発生するため、厳密には光増幅制御ユニットと光ファイバとで１つのラマン増幅器を構成するが、以下の説明では、光増幅制御ユニットも光増幅器（ラマン増幅器）の１つとして捉えるものとする。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
以上のような特性を踏まえて外部制御光源の適切な出力が求められる。以下に、外部制御光の演算処理について説明する。
図１２は、外部制御光の出力制御を行うラマン増幅器の機能ブロック図である。伝送路１００上には、ＷＤＭカプラ１０１と光カプラ１０２とが配置されている。ＷＤＭカプラ１０１は、合波器１２２から送られる光を、伝送路１００に対して信号光と逆方向に送出する。光カプラ１０２は、モニタ１０３に接続されている。光カプラ１０２は、伝送路１００を伝搬してきた光信号の一部をモニタ１０３に送る。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
モニタ１０３は、制御部１０４に電気的に接続されている。モニタ１０３は、信号光のトータルの出力を検出し、トータル出力情報を電気信号に変えて制御部１０４に送る。制御部１０４は、信号光のトータル出力情報に基づいて外部制御光源の出力パワーを決定する。制御部１０４は、外部制御光源１２１に接続されており、決定した出力パワーを指示する制御情報を外部制御光源１２１に対して入力する。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
（付記３）  前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記２記載の光増幅制御ユニット。
（付記４）  前記外部制御光源は、前記信号光の波長地域の＋３０ｎｍから−３０ｎｍの範囲内の波長の前記外部制御光を発生させることを特徴とする付記３記載の光増幅制御ユニット。