(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された多重光を入力信号と監視信号とに分波する合分波器と、
前記監視信号を電気変換した信号から、重量されている波長数情報を抽出する受信器と、
補償光源を備え、前記監視信号が導出される向きとは逆向きに補償光を前記合分波器に向かって導出する補償光ブロックと、
励起光源を備え、前記入力信号を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器で増幅された入力信号のうちのプローブ光をモニタする第一光受光器と、
前記光増幅器で増幅された入力信号のうちの前記プローブ光の以外の一部の光をトータル光としてモニタする第二光受光器と、
プローブ光基準値と、前記第一光受光器のモニタ結果とを比較し、比較結果に基づいて前記励起光源を制御する第一比較器と、
前記受信器から配送される前記波長数情報に基づいて換算するトータル光基準値と、前記第二光受光器のモニタ結果とを比較し、比較結果に基づいて前記プローブ光基準値を補正する第二比較器と、
補正された前記プローブ光基準値と、予め記憶された初期値プローブ光基準値とを比較し、比較結果に基づいて前記補償光源のレベルを制御する第三比較器とを有することを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記合分波器は、前記補償光ブロックからの前記補償光を、前記入力信号が導出される向きとは逆方向に導出することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記第三比較器は、補正された前記プローブ光基準値と前記初期値プローブ光基準値との比較誤差が０となるように前記補償光源のレベルを制御することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記第一比較器は、前記プローブ光基準値と前記第一光受光器のモニタ結果との比較誤差が０となるように前記励起光源を制御し、前記第二比較器は、前記トータル光基準値と前記第二光受光器のモニタ結果との比較誤差が０となるように前記プローブ光基準値を補正することを特徴とする請求項３に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記受信器と、前記第一光受光器と、前記第二光受光器と、前記第一比較器と、前記第二比較器と、前記第三比較器とを、各々、帯域毎に複数備えることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項６】
複数の前記第三比較器は、補正された前記プローブ光基準値と前記初期値プローブ光基準値との各々の誤差が、平均して最も小さくなるように制御することを特徴とする請求項５に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅装置及び光増幅装置を用いた伝送システムに関わり、特に、波長多重光伝送方式に採用するに好適な光増幅装置及びこの光増幅媒体を用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示す特性は伝送ファイバ入力端と出力端における波長多重光の様子を模式的に示したものである。ファイバ中では（ＳＲＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）と呼ばれる良く知られた現象が生じる。短波長の光がいわゆる励起作用に寄与し、信号が削られると共に、長波の光はいわゆる増幅作用に寄与し全体が増幅されるようになる。この現象は波長数が少ない時や、伝送スパンが少ない時にはほとんど問題にならないが、波長数が高密度になり、伝送スパンが多い場合には、より励起作用が顕著となり、各スパンで信号の削れが積算していくため、極めて深刻な問題となる。例えば、１５スパンの伝送系を考えた場合、各スパン辺りたった１ｄＢの「信号の削れ」が発生しただけで、各スパン辺り１〜７ｄＢの過剰スパン損失が全てのスパンに発生したに匹敵するＳＮ劣化が生じ、著しい伝送劣化を引き起こす。
【０００３】
我々が重要と位置付ける点は、短波長が削られる点である。伝送特性がレベルの平坦度だけで決まるのであれば、次の段のアンプで平坦になるように利得補償すれば良い。しかし、一旦信号が削られてしまうと、その波長の信号光は、１）波長数が少ない時よりも次段のアンプの入力レベルが低下するため、実質的にスパン損失が増えたことになる。２）「信号の削れ」によりＳＮが劣化する。この二つの現象が、同時に特定の短波長に全てのスパンで生じることにより、全システムの伝送特性を著しく劣化させる。
【０００４】
この伝送特性の劣化を防ぐ最も簡単な方法は、各アンプの出力レベルを上げることである。しかし、これには次のような問題があった。１）出力レベルを上げることにより回線投入パワーが増え、光ファイバ内で生じる非線型効果が顕著となり、かえって伝送特性を劣化させる。２）サービス途中で光アンプのゲインを変えることになり、光アンプ特有のゲインチルトが変化し、逆に回線投入パワーが平坦なレベルに管理されない。
【０００５】
また、最近ではラマンアンプなどを用いる方法が検討されているが、これも次のような問題があった。１）信号帯域全体を所定の平坦な利得に増幅するためには複数の発振波長を有する励起光源を適用する必要があるため、高次のチルトが出やすい。２）高出力励起光源が必要となり、信頼性上問題。
【０００６】
また、上記いずれの方法も、波長数が変化した場合のチルトの管理を行うためには、複雑かつ高価な光スペクトラムアナライザを各スパン毎に設置しなければならならず、システムとしての信頼性確保が困難。
等の問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ファイバ中で発生するＳＲＳによるスロープに対して、スロープを補正し、「信号の削れ」に対して、スパン損失を挽回し、同時に伝送特性劣化を高精度かつ高信頼にて自動的に補償制御することが可能な光増幅装置、及びこの光増幅装置を使用した光伝送システムと制御法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、プローブ光モニタとトータル光モニタをもってＳＲＳによる特性変化を観測し、利得プロファイルがあらかじめ定められた変化を生じ得るよう設計された励起ブロックをフィードバック制御することにより、いわゆる「信号の削れ」に伴う信号の落ち込みを防ぐ方式を提供し、ファイバ中で発生するＳＲＳによる伝送特性劣化を高精度かつ高信頼にて自動的に補償制御することが可能な光増幅装置、及びこの光増幅装置を使用した光伝送システムと制御法を実現する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
まず、本発明で応用した先の発明である特開平９−９８１３６（ＵＳＰ５８６４４２２３，ＵＳＰ６０３８０６）に開示された制御方法を整理したい。図２に示した先の制御法によれば、多重光の一つの波長をプローブ光としてモニタし、励起光をフィードバックすると共に、同時に多重光をモニタし、励起光をフィードバックする、お互いの機能を補完し合う制御方式となっている。また、実際用いられる各アンプでは、ゲインチルトなどの影響を受けるため、出来るだけ利得平坦度の高いアンプを用いることが望ましいことと、各アンプ毎に他の信号とは異なるプローブ光のレベルを記憶して制御可能である方法が記載されている。アンプが多段されれば多段されるほど、プローブ光モニタによる高速制御は必要不可欠であり、有効である。
【００１１】
各アンプにおけるプローブ光モニタは、比較器によってあらかじめ定められた基準値になるよう励起光源を制御する。基準値は工場出荷時には例えば＋６ｄＢｍと設定する。ただし、工場出荷時の設定は全てのアンプのゲインチルトが０すなわち利得が平坦であると仮定した場合の設定である。
【００１２】
アンプのゲインチルトが０であり、かつ平坦な多重光が入力されれば、プローブ光以外の全ての多重光も同時に＋６ｄＢｍに制御される。また、各アンプ毎に他の信号とは異なるプローブ光のレベルを記憶して制御可能である方法を応用すれば、例えアンプのゲインチルトが平坦でなくとも、所定のチルトが存在する状態でプローブ光の基準値を記憶すれば同様に制御可能である。
【００１３】
このような、光フィルタにより特定の波長を抽出するプローブ光とトータル光を同時にモニタする方式により、制御装置は、プローブ光による単一の波長レベルに情報と、トータル光によるプローブ光を含んだ全体の光レベルの情報を同時に獲得することができる。しかし、どのように傾きを制御するかの記述はない。
【００１４】
また、特開２００１−７７６８に開示された発明では、特定の波長を抽出するチルトモニタとトータルモニタを同時に行う点は先の発明である特開平９−９８１３６に変わりないが、チルトモニタは最短波と最長波の二つのＡＳＥをモニタすることで構成され傾きを制御する方法が紹介されている。
【００１５】
このような方式を応用し、本方式では、新たに図３に示す光増幅構成２００を適用して制御を行う。入力信号（λ１〜λ１２８）および監視信号（λｓ）が入力光コネクタ０より入力され、「監視信号ならびに補償光合分波器」１に導入される。「監視信号ならびに補償光合分波器」１において、入力信号（λ１〜λ１２８）は光増幅部２に導入され、監視信号（λｓ）は補償光合波器３を通過して監視光受信器４内の受光器５において電気変換された後、受信器６に導入される。
【００１６】
受信器６において、重畳されている波長数情報が抽出され、制御装置７に波長数情報が配送される。ここで用いた監視信号（λｓ）の波長は、１５１０ｎｍである。従って合分波器は、監視信号と補償光を同時に合分波させる帯域合分波フィルタを用いると良い。
【００１７】
一方、光増幅部２に導入された入力信号は励起光合波器８において励起光源９からの励起光と合波された後、増幅媒体としてのエルビウム添加光ファイバ１０に導入され、利得等価フィルタを通過する。利得等価フィルタの特性については後述する。通過後に第一の光分岐器１１によって大部分の光は出力コネクタ１２より出力されるが、一部は分岐され第二の光分岐器１３に導入される。
【００１８】
第二の光分岐器１３によって分岐された片方の光はプローブ光抽出フィルタ１４によりプローブ光（λp）が抽出され、第一の光受光器１５に導入される。分岐されたもう片方の光はそのまま第二の光受光器１６に導入される。
【００１９】
第一の光受光器１５によってモニタされたプローブ光は、第一の比較器１７によって、プローブ光基準値１８と比較され、比較した誤差が０になるよう励起光源９を制御する。ただし、プローブ光基準値１８は、工場出荷時にあらかじめ決められたレベルにプローブ光が制御されるようプローブ光基準値[デフォルト]が記憶器に記憶される。
【００２０】
第二の光受光器１６によってモニタされたトータル光は、第二の比較器１９によって、トータル光基準値２０と比較され、比較した誤差が０になるようプローブ光基準値１８を補正制御する。ただし、トータル光基準値２０は、監視光受信器６より配送された波長数情報を受け図１１の表に示す換算を行っており、その時の波長数情報に応じた適切な値を送り出す。
【００２１】
実際に本発明の伝送システムが敷設された時、次にプローブ光基準値１８はプローブ光基準値[初期値]を記憶器２１に記憶させる。一般的に、光アンプのゲインチルトは光アンプのゲインで決まるものであり、波長数のみの要因ではほとんど変化しない。しかし、システム上、非常に微少なゲインチルトの変化を考慮する必要がある場合には、波長数に応じて微少に変化するゲインチルトをあらかじめ記憶する必要があるだろう。この場合は、プローブ光基準値[初期値]を波長数ごとに記憶しても良い。
【００２２】
しかし、多くの場合に光アンプは一定のゲインで用いられる。従って、設定の簡単化のため、ほぼゲインチルト特性を顕在化することが出来、かつＳＲＳの問題がほとんど起きない状態、すなわち、およそ１６波長以下の出来るだけ多い波長数を光アンプに入力しその時のプローブ光基準値[初期値]を記憶器２１に記憶させるだけでも良い。プローブ光を含む間欠的かつ均等な波長配置を投入して記憶させればなお望ましい。
【００２３】
伝送システムが稼動を始め、逐次プローブ光基準値１８が第二の比較器１９によって補正されている状態の値をプローブ光基準値１８[現在値]とする。プローブ光基準値１８[現在値]と記憶器２１に保存されたプローブ光基準値[初期値]を第三の比較器２２によって比較し、比較した誤差が０になるよう補償光ブロック２３よりの補償光レベルを制御する。
【００２４】
補償光ブロック２３内は補償光配分器２４によって複数の補償光２５を制御できるよう構成されており、各補償光２５は補償光合流器２６によって合流された後、補償光合分波器３によって監視光とは逆方向に導入され、監視光ならびに補償光合分波器１によって入力コネクタ０から伝送ファイバへ入力信号とは逆方向に導出される。
【００２５】
一方、補償光は、光カプラ３２により一部分岐され、光受光器によって補償光のレベルをモニタする。モニタ値は、所定の範囲を超えることなきよう、補償光配分器２４に伝達されるよう構成されている。
【００２６】
プローブ光基準値[デフォルト]の値をプローブ光基準値[初期値]の値に変更する理由を説明する。実際の伝送路において、インストール後、光アンプを主因とするゲインチルトが発生する。しかしこの状態でも各アンプの多重光出力は所定の範囲内に管理されることが望ましい。
【００２７】
プローブ光基準値が工場出荷時の設定のままであると、いかなるゲインチルトが発生していてもプローブ光が＋６ｄＢｍになるよう制御されるため、ゲインチルトの状態によってはプローブ光以外の全ての波長が＋６ｄＢｍ以上に制御されたり、逆に全ての波長が＋６ｄＢｍ以下に制御される可能性がある。
【００２８】
こうした現象を防ぐため、本発明では、インストール後にあらためてプローブ光基準値[初期値]を記憶するよう構成している。
【００２９】
次に、本発明では、同時にモニタされているトータル光モニタと、現在投入されている波長数情報を用いて換算し、多重光の平均レベルが現在の波長数に換算してどのレベルになければならないかを換算している。
【００３０】
換算した結果、プローブ光基準値[現在値]が補正されるよう構成されている。例えば発生した第二の比較器の誤差がプラスすなわち多重光モニタが換算したレベルよりも小さい場合には、プローブ光基準値[現在値]を上げる必要があるためプローブ光基準値[現在値]を上方に変化させる。
【００３１】
逆に、発生した誤差がマイナスすなわち多重光モニタが換算したレベルよりも大きい場合には、プローブ光基準値[現在値]を下げる必要があるためプローブ光基準値[現在値]を下方に変化させる。
【００３２】
このように制御することによって、プローブ光基準値[現在値]は、工場出荷時のプローブ光基準値[デフォルト]設定から、インストール直後のプローブ光基準値[初期値]へ、さらに稼動後に波長数が変化した場合に逐次補正するプローブ光基準値[現在値]へと、各アンプに適切な設定に自動的かつ簡単に再設定することが可能となる。
【００３３】
逆にトータル基準値は、インストールが終われば変動する可能性は少ない。また波長数も稀に変化するだけであるからプローブ光基準値を変化させる応答速度はプローブ光のフィードバック速度に比較して充分遅くて良い。
【００３４】
このようにしてゲインチルトがあったとしても全ての多重光は平均レベルに管理され、かつプローブ光によって高速制御が実現されている。
【００３５】
さて、波長数が次第に増加していった場合、波長数と、波長の分布に応じて前述したようにＳＲＳが発生する。ＳＲＳの発生により信号出力レベルは次第に傾きを増す。この時、例えＳＲＳによる信号出力レベルのスロープが発生したとしても、トータル光基準値によってプローブ光基準値[現在値]は補正されていくため、プローブ光基準値[現在値]と、プローブ光基準値[初期値]の間に誤差が生じる。
【００３６】
なぜなら、プローブ光基準値[初期値]は、ＳＲＳによる傾きが発生する前に記憶された値であるからである。この時発生した誤差が０となるように補償光ブロックのパワーをフィードバック制御し、伝送ファイバに補償光を送りこむ。これにより信号光は増幅されてＳＲＳによる傾きを補正する方法が本発明の提案である。
【００３７】
本発明の補償光ブロックの調整によって傾きが初期値に戻るようフィードバック制御を行うことにより、全てのスパンの補償光ブロックを独立に制御することが可能である。各補償光ブロックは、あらかじめ利得をスロープ状に増大させるよう設計されており、波長数の度合いに応じてそれぞれ異なる傾きのＳＲＳによる「信号の削れ」が生じていても、励起ブロックを上記のようにフィードバック制御するだけで、簡単に補償可能である。
【００３８】
従来は光スペクトルアナライザなどの複雑かつ高価な測定機材が必要であったが、この方式によれば簡単にかつ自動的に補償が可能である。
【００３９】
従来実用上問題となる点は、補償光を導入することにより新たな伝送路への合波器が必要となる点であった。しかし本発明の構成では、伝送システムに１５１０ｎｍの回線監視光を用いることにより回線監視光と補償光の導入器を「監視信号ならびに補償光合分波器」１によって共用させることが可能となっている。従って、補償光を導入することによる新たな主信号での過剰損失はなく、伝送特性を劣化させることがない。
【００４０】
本発明の第一の特長は、プローブ光とトータル光のレベルを観測して波長を増やしたことによるＳＲＳの影響を逐次観測する点にある。実験室などでは、ＳＲＳによる損失の波長特性は光スペクトラムアナライザと呼ばれる測定機材を用いて観測することが普通である。しかし、実システムでこの複雑な機構を有する測定機材を用いることは、コスト上また信頼性確保上、得策ではない。
【００４１】
先に説明したように、本発明によれば、ＳＲＳによって発生した、初期状態と異なる傾きは、プローブ光とトータル光のレベルを観測することによって簡単に観測できる。
この現象は、ちょうど二人の同じ体重の人間が両端に座る、シーソーを思い浮かべると理解しやすい。通常何も外乱がなければ二人は同じ高さ（光出力レベル）でつりあうが、一人が地面を蹴る等、一旦何らかの外乱（ＳＲＳ）の影響を受けるとたちまち一人は下方（光レベルの低下）へ、もう一人は上方（光レベルの増大）へ動き出す。
【００４２】
しかし、シーソー全体はあくまでも決められた支点を中心に動く（トータル光による補正制御）だけである。この時のシーソーの傾き加減（多重光の出力レベルのスロープ）は、シーソーに乗るどちらかの人間の位置（プローブ光の光レベル）を観測すれば傾きが把握できる。プローブ光とトータル光をモニタしてＳＲＳによって発生した傾きを観測できる理由はこれと類似している。
【００４３】
従って、プローブ光のレベルが初期状態に戻るよう、補償光ブロックからのパワーをフィードバック制御すれば、ＳＲＳによって傾きが変わっても、自動的に追随して補償することが可能となる。
【００４４】
本発明により所要スロープ利得を得るための補償光量はあらゆる伝送ファイバにおいて必ずしも一定ではない。なぜならば、それぞれの伝送ファイバの特性パラメータが異なるためである。
【００４５】
しかし、本発明によれば、スロープ利得特性そのものは伝送ファイバにほとんど依存せず確保することが可能である。従ってそれぞれの伝送ファイバの特性に併せて自動的に補償光量を変えることが可能である点は、極めて制御信頼度が高い。
【００４６】
本構成によれば、単一のプローブ光を抽出するだけで、簡単にかつ低コストで傾きを検出し、かつ平均光出力を所定の範囲に管理することが可能となる。特開平９−９８１３６では傾きの検出方法が開示されていないが、新たに本発明の制御方式を用いることにより傾きの検出が可能となる。
【００４７】
また、特開２００１−７７６８では複数のＡＳＥ波長を抽出する手段がとられているが、光デバイスを削減できる本方式のメリットは新規である。
【００４８】
本発明の第二の特長は、１）出来るだけ少ない波長数でゲインチルトを観測し、プローブ光の初期値を設定した後に、２）ＳＲＳによる傾きを観測し、プローブ光の変化量を観測し、初期値に戻るようフィードバック制御する、順番を確定したことである。
【００４９】
ゲインチルトによる傾きと、ＳＲＳによる傾きは、発生要因が全く異なり、独立に補償することが必須である。しかし、プローブ光は、これら二つの要因によって結果的に発生する「工場出荷設定からの変化」をどちらも同じように観測するため、正確に切り分け出来る方法や、手順が必須である。
【００５０】
この方法を提案するのが上記１）、２）の手順である。上記の手順は、１）ＳＲＳの発生しない状態で、ゲインチルトによるプローブ光のデフォルトからの変化を記憶させ、この時の基準値を初期値とし、ゲインチルトによる変化分を分離できる、２）以降波長数を増加させた時の変化は、ゲインチルトによる要因ではなく、逆にＳＲＳのみによるプローブ光の変化であるから、ＳＲＳによる変化分を分離できる、ことを目的としている。
【００５１】
このような手順を踏むことにより、より信頼度の高い高精度な制御を行うことが可能である。
【００５２】
上記の方法によれば、ただ一つのプローブ光を観測し、同時に多重光を観測するだけで、自動的にフィードバック制御を実現することが可能となる。しかし、例えば、プローブ光が、突然停止してしまった場合、また、図４に示すように、光アンプが帯域毎にいくつかのブロックに分けられている場合においては、単一のプローブ光だけでは信頼度が落ちる。
【００５３】
このような場合には、複数のプローブ光をモニタすることが望ましい。例えば、図４に示すように帯域が４つに分離されたアンプで構成されている場合には、４つのプローブ光基準値[初期値]からの誤差が平均して最も小さくなるよう制御しても良い。
【００５４】
また、いずれかのプローブ光基準値[初期値]とプローブ光基準値[現在値]を主体にして制御装置２９で制御し、万が一そのプローブ光が停止した場合には、他のプローブ光基準値[初期値]とプローブ光基準値[現在値]に切り替えるよう制御装置２９で制御しても良い。このようにすれば、実際のシステムにおける信頼度および精度がさらに向上する。
【００５５】
また、プローブ光を複数モニタするよう構成すれば、少なくとも二つ以上のプローブ光のモニタ値を比較することによって、スロープを検出することが可能となる。この場合、トータル光モニタを用いる必要はなくなり、制御回路上の単純化が可能である。この場合であっても、プローブ光基準値[初期値]と、プローブ光基準値[現在値]を比較してスロープの変化を観測することに変わりはない。
【００５６】
本発明の第三の特長は、補償光ブロックによって実現する利得特性において、短波長から長波長にかけてグロスゲインをスロープ上に減少させる利得特性を持たせることにある。つまり、グロスゲインのプロファイルが、単に一次的な傾きの増減に漸近するよう設計された点である。短波長の利得特性を大きく、かつスロープ上にすることによって、伝送ファイバ中で発生するＳＲＳによる信号ピークのスロープ上の損失と逆特性に漸近させることが可能となる。
【００５７】
これにより、ファイバ中で発生するＳＲＳによるスロープの補償を行うことが可能となる。先に説明したように、本発明による効果は、ＳＲＳによるスロープに対して、スロープを補正し、「信号の削れ」に対して、スパン損失を挽回し、同時に伝送特性劣化を高精度かつ高信頼にて自動的に補償制御することである。
【００５８】
本発明の第四の特長は、ゲインスロープを変化させることが可能となるよう、補償光ブロック出力を適切に変化させる構成としたことである。先に説明したように、ＳＲＳは波長数や波長の配置によってその出現スロープは異なり、一旦波長数が変わってしまうと、一定の補償光パワーでは最適な補償が不可能となる。
【００５９】
我々が今回初めて着目した点は、例え波長数状態の変化が起こっても、スロープの傾きに変化が出るだけで、高次のプロファイルはほとんど変化がない点である。このような状態の変化に対して追随できるよう、ゲインスロープを変化させることが重要であると判断した。変化し得る幅は、０〜１０ｄＢあれば充分である。一般的なアンプは、一定の利得に設定することが一般的だが、本発明ではむしろゲインスロープをアクティブに可変させることが可能である。
【００６０】
本発明が一般的な光アンプやラマンアンプと置きかえることが出来ない一つの理由はここにある。例えばもし、従来のラマンアンプのように一定の大きな利得が確保されたとしても、発生したスロープは補正できない。すると、このスロープはスパン全てで積算し、どれだけ大きな利得を確保しても顕著なチルトにより、非線型やＳＮなどの問題が無視できなくなり、全体の伝送特性を劣化させる。補償せずに放置したまま利得だけを確保しようとすれば、おのずと効率が悪くなり、全体のコストも高価となる。
【００６１】
これを実現するために、本発明ではいわゆる単一波長の励起光源によるラマンゲイン特性のピークより長波側の利得スロープ特性を用いる方法を例示する。例えば弊社の波長多重システムで適用される波長帯は１５２９．１６ｎｍ〜１６０４．４６ｎｍである。この波長に適用できるよう、補償光源を用いることが望ましい。
【００６２】
実際に伝送ファイバを用いて補償光ブロックを構成し、ゲインスロープのアクティブな変化を実現させた実験結果を図５に示す。伝送ファイバのパラメータは、いわゆるＮＺＤＳＦ（Ｎｏｎ Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）に一般的な特性（伝送損失：０．２２ｄＢ／ｋｍ、波長分散：５．０−１０．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０６ｐｓ／ｎｍ＾２／ｋｍ）を７５ｋｍ用い、補償光源をそれぞれ発振波長１４２０ｎｍ近隣、１４４０ｎｍ近隣、１４６０ｎｍ近隣、１４９０ｎｍ近隣の補償光源を用い、ブロックを構成した。
【００６３】
しかしこの実験から問題となるのが複数の補償光源を使用することによる高次のチルト特性である。図５に明らかなように、理想的なスロープ特性に対してこれを逸脱する高次のチルトが発生している。同様に公知例による特性からも、組み合わせによって高次のチルトが発生することが浮き彫りとなっている。
【００６４】
高次のチルトは、単一の伝送路のみの特性であれば、さほど大きくないように見える。しかし、例えば８０ｋｍの伝送路をカスケードに何段も接続して伝送する超長距離伝送など、においては、小さな高次のチルトがそのまま次々に積算する。積算したチルトによって、各伝送路には波長毎に異なるレベルの光が投入され、レベルの大小によって非線型効果のばらつきや、光ＳＮのばらつきなど、波長毎に伝送特性のばらつきを生じさせる。
【００６５】
先に説明したように、超長距離伝送では、各伝送路に投入される全ての波長レベルを一定の範囲内に管理することが伝送特性上重要であるから、上記のばらつきにより、波長によっては伝送不可能となる波長が存在する。
また、今回の実験のように異なる補償光源によって異なる利得特性を得ることは、逆にいずれかの補償光源が異常あるいは停止した場合に、得られる利得特性が変化することを示している。利得特性が変化することによって著しいチルトが発生し、同様に伝送特性は直接に影響を受け、最悪の場合いずれかの波長の信号が伝送不可能となることがある。
【００６６】
また、我々が実験で確認したように、複数の補償光源による特性を重ね合わせることは、大局的にはスロープ状の特性が得られるが、どうしても高次のチルトを消すことが出来ない。高次のチルトは、伝送路が一つである時は問題は小さいが超長距離伝送のように複数の伝送路を連続して伝送する場合にはチルト特性が積算し、非常に大きな利得の山や谷となり、伝送特性を劣化させる。これを防ぐためにさらに多くの種類の補償光源を使ったとしても、本質的な高次のチルトは消滅せず、またコストも増大する。
【００６７】
次に信頼性の問題がある。一般的に用いられているＥＤＦＡの励起光源は、複数使用されることにより、冗長構成が取られている。すなわち、万が一、一つの励起光源が壊れても他の励起光源のバックアップにより伝送品質の変化を起こすことなく回線断絶を防ぐ構成である。
【００６８】
しかし、公知例による複数の励起光源は、極めて綿密に特性を管理される光源であり、ただ一つの励起光源が壊れれば、たちまちチルトが変化し、全体の特性が劣化してしまう。
【００６９】
本発明ではこれを防ぐため、基本的に単一波長の補償光源を用いた。また、補償光源の波長は、１４３０ｎｍ以上、望ましくは、１４５０ｎｍ以上とした。利得特性は一般的にラマンゲインのピークの短波長側を用いる。
【００７０】
なぜなら、短波長側の利得特性は、公知例で適用された長波長側の特性より極めて滑らかで高次のチルトがないためである。さらに短波長側のスロープは非常に帯域が広く、また利得スロープの変化も長波長側に比較して大きい。
【００７１】
次に本発明では、短波長側が損失が小さく、長波長側の利得が大きい、滑らかなスロープ上の透過フィルタを透過させる。このようにすることにより、透過フィルタ通過後の特性は、図９のように滑らかに利得をうることが可能となる。
【００７２】
透過フィルタ前のスロープが平坦な場合、利得透過後の特性は左上がりとなる。透過フィルタ前のスロープが右上がりの場合、透過フィルタ後の特性は平坦となる。つまり補償光による利得特性と利得透過特性とは互いに逆特性にあると考えて良い。
【００７３】
例えばＳＲＳによる影響が顕著に現れている場合、補償光のパワーを下げれば良い。これにより利得特性は多少低減されるがスロープは平坦となる。一方、ＳＲＳによる影響がほとんど現れていない場合、逆に補償光のパワーを上げれば良い。
【００７４】
これにより利得特性は多少増大される一方で同様にスロープは平坦となる。一般的に考えて、ＳＲＳが発生している場合にこそ利得特性を向上させたいが、補償光によりいずれにしても利得を得られるため、特性を劣化させることはない。ＳＲＳの影響が顕著でない場合に利得が上がることも、より伝送特性が向上するだけで何ら問題はない。本発明が獲得する最大の効果は、高次のチルトを持たない、滑らかで広帯域なスロープを獲得し、しかも簡単に傾きを調整でき、簡単な構成でこれを実現できることにある。
【００７５】
補償光源の波長は大まかに言って信号波長帯の中心より長波長側に利得ピークが来るよう設定すれば良い。なぜなら滑らかなスロープを獲得したい波長帯は、信号の削れが起こる、短波長帯だからである。
【００７６】
利得透過フィルタは、プローブ光をモニタする前段にあればどこにあってもかまわない。スロープをＳＲＳによる影響が起きる前の状態に維持する目的は、プローブ光をモニタした後、伝送路に一定の範囲で信号を送出し、ＳＮの劣化、非線形による波形劣化を防ぐためだからである。
【００７７】
また冗長構成を構築する目的などのため、複数の補償光源を用いたい場合には、１）目的の補償信号帯域において、適用する複数の補償光による利得ピークが信号帯域内に入らないよう補償光の波長を選定する。２）複数の励起パワーはできる限り一定の倍率で増減するよう、補償光ブロックならびに制御装置を構成する。ことが重要である。
【００７８】
１）に留意することにより、図５に顕在化したような、利得ピークによる高次のチルトは補償信号帯域内に現れなくなり、同時に信頼性を向上させることが可能となる。
【００７９】
２）に留意することにより、特定の補償光源による利得特性だけが顕在化して滑らかなスロープ形状が崩れることなしに、信頼性を向上させることが可能となる。
【００８０】
また、例えば１２ｎｍ程度の狭い帯域のみ、スロープを補償すれば良い場合の実験結果を図６および図７に示す。図６においては、伝送ファイバのパラメータは、いわゆるＮＺＤＳＦ（Ｎｏｎ Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ）に一般的な特性（伝送損失：０．２２ｄＢ／ｋｍ、波長分散：５．０−１０．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０６ｐｓ／ｎｍ＾２／ｋｍ）を７５ｋｍ用いた。
【００８１】
図７においては、ＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）に一般的な特性（伝送損失：０．２７ｄＢ／ｋｍ、波長分散：１５．０−２０．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ：０．０６ｐｓ／ｎｍ＾２／ｋｍ）を７５ｋｍ用いた。
【００８２】
図６におけるそれぞれのグラフは、a） ＮＺＤＳＦにおいて始めの１６波長以外に長波長側に９６波長が投入された場合、b） ＮＺＤＳＦにおいて本発明の補償光によって制御された場合、の光スペクトルをそれぞれ示している。また、図７におけるそれぞれのグラフは、ａ）ＳＭＦにおいて始めの１６波長以外に長波長側に９６波長が投入された場合、ｂ）ＳＭＦにおいて本発明の補償光によって制御された場合、の光スペクトルをそれぞれ示している。
【００８３】
なお、本実験で使用した励起波長は、１４５３ｎｍであり、補償光による制御時、すなわち図６および図７の（ｂ）における所要電流は、それぞれ３２０ｍＡ、４６０ｍＡであった。
【００８４】
上記結果より、極めて簡単に発明の効果が得られることと、異なる伝送ファイバであっても自動的にフィードバック制御されることにより、実際に所要補償光パワーが異なっても結果的にほとんど変わらない補償結果が得られていることが観測される。
【００８５】
また、この実験によって観測された本発明のもう一つの重要な効果は、補償によって発生してしまうゲインチルトをも自動的に補償することが可能であるというである。例えば一般的に実験で用いた１２ｎｍの帯域はＢｌｕｅバンドと呼ばれている。このＢｌｕｅバンドにおいて、補償を行うことによって初期の入力レベルよりも入力が高くなった場合、光アンプのゲインは小さくなる方向に変化する。
【００８６】
この時、ゲインチルトは長波長側に向かって緩やかに右上がりに変化してしまう。例えばこの実験では約０．４ｄＢ右上がりに変化していた。しかし、本構成によれば、適切に補償光が制御されており、補償光による傾きはやや大きく、すなわちおよそ０．４ｄＢ逆のスロープ利得が自動的に得られており、結果として補償による二次的な弊害をも防ぎ得る構成となっている。
【００８７】
本発明の第五の特長は、スロープ調整のみに特化できるよう、グロスゲインを０〜１０ｄＢと低く抑えたことである。従来のラマン増幅方式のように利得を大きくすると、弊害が生じる。５ｄＢ以上の利得を確保しようとすれば、利得平坦性を定められた範囲、例えば０．５ｄＢといった相対的に狭い範囲内に確保することが難しくなる。このような利得平坦性の劣化により、著しい伝送特性の変化が起きる。
【００８８】
このような現象を防ぐため、本発明では極力必要利得を抑え、スロープのレベルと同程度の利得を確保できるよう構成されている。例えば通常起きるＳＲＳの損失レベルは0から−５ｄＢの範囲内であり、この範囲をスロープ状に補償出来るよう０〜１０ｄＢ程度に構成されている。このようにグロスゲインを抑えることにより、スロープが高次のチルトを有し、目標スロープを外れる度合いを相対的に抑えることが可能となり、伝送特性に著しい劣化を引き起こす平坦性への影響を抑制することが可能となる。
【００８９】
また、現在敷設されている一般的なファイバは、限界利得効率や波長依存性は異なるものの、低いレベルの利得やスロープ形状については同等で、しかも多少の違いは顕在化しないようグロスゲインを低く抑えている。
【００９０】
ラマンアンプが本質的に直面している課題は、１）励起光が高出力で信頼性・安全性が確保できない、２）伝送ファイバのメーカ・品種が異なると、たちまち利得波長依存性が変化してしまう、などの課題をいずれも回避させた方法であることが認識される。
【００９１】
本発明の第六の特長は、低出力補償光源を用いることにある。補償光源の低出力化は、システムの信頼性確保上極めて重要である。なぜならば、通常顧客回線は、Ｂｕｌｋｈｅａｄと称される光コネクタや、スプライス、で接続されている。また、局舎やフィールドにおいて一定の曲率でファイバの曲げが存在する。
【００９２】
補償光パワーが著しく大きい場合、単位面積当たりの光パワーが増大し、場合によってはＢｕｌｋｈｅａｄ部分やファイバ内に焼損や損失劣化などの甚大な障害を引き起こすことが考えられる。
【００９３】
こうした現象を回避するために本発明では低出力補償光源を用い、全出力パワーを２００ｍＷ以下にするよう設計されている。また励起光のパワーモニタが付けられている。これにより励起光の所要強度を監視すると共に一定限度以上に励起光が上昇することを防いでいる。
【００９４】
本発明の第七の特長は、ファイバ中で発生したＳＲＳの影響を次のアンプで増幅する前に補償することである。先に説明したように、各スパンにおいて、雑音光は短波から長波まで均一に減衰するのに対して、信号光は、短波側がより減衰度合いが大きい。このような多重光が光アンプに入力され、増幅されると、例え光アンプのゲイン特性が平坦であっても、信号ピークレベルが傾いてしまう。
【００９５】
これでは、信号ピークを一定の範囲内に管理することが困難となるため、伝送特性に著しい劣化を引き起こす。本発明によれば、各伝送ファイバでおきるＳＲＳをそのファイバで補償することが可能となり、後段の光アンプに初期値と異なるスロープを送り出さない。このようにすれば伝送特性を維持することが可能となる。
【００９６】
本発明の第八の特長は、各スパンの調整を回線の上流側から順次行うよう設計した点である。図８に示すように、波長数情報が上流から転送されてくるにしたがって補正を開始するように設定する。ＳＲＳは前述したように各スパンで独立に発生する。発生した「傾き」は次々と積算していくため、各スパンでランダムに調整していては、それぞれが干渉しあって高速かつ効率的設定が出来ない。
【００９７】
最も効率的な方法は、上流から順に調整を完了させていくことである。本発明では、波長数情報が上流から流れてくることを利用してこの情報をトリガに各スパンの調整を開始するよう構成されている。このように設定すれば、効率的に調整することが可能となる。一方、投入されている波長数に応じて補償光量を変化させても良い。この方式であれば、特にスロープを観測するモニタ手段は必要なく、構成は簡単である。
この方式を説明した図を、図１０に示す。上流から配送されてきた波長数情報により現在の波長数をモニタする。記憶器２１には波長数に対応した補償光制御量が格納されており、モニタした波長数情報に対応した補償光制御量を補償項調節器３０によって補償光ブロックに伝達するよう構成されている。
【００９８】
しかし、上述したように、あらゆる伝送ファイバにおいて所要スロープ利得を得るための補償光量が一定とは限らないから、補償精度が落ちるなどの問題はあらかじめ想定しなければならない。例えば、あらかじめ伝送ファイバの特性を入手し、そのファイバによる補償光量対、所要利得のデータを想定しておくなどの精度劣化を補完する手段をとることが望ましい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ファイバ中で発生するＳＲＳによるスロープに対して、それを補正するとともにスパン損失を挽回し、同時に伝送特性劣化を高精度かつ高信頼にて自動的に補償制御することが可能な光増幅装置、及びこの光増幅装置を使用した光伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＲＳによって発生する現象を模式的に説明した図である。
【図２】特開平９−９８１３６に開示されたプローブ光とトータル光を同時にモニタする制御方法を示した図である。
【図３】本発明の補償光ブロックを制御する構成図である。
【図４】増幅帯域を複数に分離した光増幅装置において本発明の方式を適用した場合の構成図である。
【図５】本発明の補償光ブロックによる利得特性を示す図である。
【図６】本発明の構成による効果をNZDSFにおいて検証した特性図である。
【図７】本発明の構成による効果をSMFにおいて検証した特性図である。
【図８】伝送システムの上流から制御を行う方法を示した図である。
【図９】本発明におけるフィルタ通過後の特性を示す図である。
【図１０】本発明における波長数だけで補償光ブロックを制御する構成を示した図である。
【図１１】本発明における波長数情報から基準値への変換の一例を示す図である。
【符号の説明】
０…入力光コネクタ、１…監視信号ならびに補償光合分波器、２…光増幅部、３…補償光合波器、４…監視光受信器、５…受光器、６…受信機、７…制御装置、８…励起光合波器、９…励起光源、１０…エルビウム添加光ファイバ、１１…光分岐器、１２…出力コネクタ、１３…光分岐器、１４…プローブ光抽出フィルタ、１５…光受光器、１６…光受光器、１７…比較器、１８…プローブ光基準値、１９…比較器、２０…トータル光基準値、２１…記憶器、２２…比較器、２３…補償光ブロック、２４…補償光配分器、２５…補償光源、２６…補償光合流器、２７…波長帯域分岐器、２８…波長帯域合波器、２９…制御装置、３０…補償光調節器、１００…伝送路、２００…光増幅構成
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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