(57)【要約】    【課題】  自動的に出力信号パワーを一定に保ち、出力スペクトラムを平坦に制御することができるラマン増幅中継器及びこれを用いた光伝送システムを提案する。    【解決手段】  励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅を行うラマン増幅中継器であって、複数のＰＤ６ａ〜６ｄにより励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長であって、信号光の信号帯域内における監視用波長の信号光によって励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃによる信号光パワーを監視することにより、励起光の出力パワーを制御する。【選択図】    図１
2005141099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅を行うラマン増幅中継器において、
前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長であって、前記信号光の信号帯域内における監視用波長の信号光によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光の出力パワーを制御することを特徴とするラマン増幅中継器。
【請求項２】
前記監視波長を、信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値あるいはボトム値に設定することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅中継器。
【請求項３】
前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのボトム値に設定した前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、予め設定した目標値となるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光の負帰還制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のラマン増幅中継器。
【請求項４】
前記目標値が、前記信号帯域内における最小出力信号パワーに基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載のラマン増幅中継器。
【請求項５】
前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値に設定した複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーの差がなくなるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光パワーの負帰還制御を行うことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載のラマン増幅中継器。
【請求項６】
前記監視波長を、少なくとも信号帯域の両端又は両端近傍、中央又は中央近傍の波長に設定したことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅中継器。
【請求項７】
前記監視波長で監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起光のパワーを変化させる負帰還制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のラマン増幅中継器。
【請求項８】
励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅を行うラマン増幅中継器を用いて前記光伝送路上の前記信号光を伝送する光伝送システムであって、
前記ラマン増幅中継器が、前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長であって、前記信号光の信号帯域内における監視用波長の信号光によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光の出力パワーを制御することを特徴とする光伝送システム。
【請求項９】
前記ラマン増幅中継器における前記監視波長を、信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値あるいはボトム値に設定することを特徴とする請求項８に記載の光伝送システム。
【請求項１０】
前記ラマン増幅中継器が、前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのボトム値に設定した前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、予め設定した目標値となるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光の負帰還制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の光伝送システム。
【請求項１１】
前記目標値が、前記信号帯域内における最小出力信号パワーに基づいて設定されることを特徴とする請求項１０に記載の光伝送システム。
【請求項１２】
前記ラマン増幅中継器が、前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値に設定した複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーの差がなくなるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光パワーの負帰還制御を行うことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の光伝送システム。
【請求項１３】
前記ラマン増幅中継器における前記監視波長を、少なくとも信号帯域の両端又は両端近傍、中央又は中央近傍の波長に設定したことを特徴とする請求項８に記載の光伝送システム。
【請求項１４】
前記ラマン増幅中継器が、前記監視波長で監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起光のパワーを変化させる負帰還制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起ＬＤを伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器に関し、特にラマン増幅の制御を可能としたラマン増幅中継器及びこれを用いた光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴い急伸する通信需要に対応すべく、基幹通信ネットワークを構成する光伝送システムの伝送容量は、近年、驚くべき速度で増加している。
【０００３】
このような急速な大容量化に対応するために、光波長多重技術（ＷＤＭ技術）が確立され、伝送データの大容量化を実現している。
【０００４】
しかし、長距離の伝送システムにおいて、伝送容量の大容量化とともに中継間隔の延伸は難しい目標であった。
【０００５】
そこで、1波あたりの信号対雑音電力比(光SN比)を確保し、且つ、ファイバ非線形効果による伝送波形歪みを低減するためにラマン増幅という伝送路の損失を打ち消す伝送方法が提案されている。本方式では、長距離伝送を実現するため、ファイバ非線形効果の低減及び低雑音化と共に、利得と励起光パワーの関係が伝送路の種類等に強く依存するため、WDM伝送において重要な出力スペクトラムの平坦化が要求される。
【０００６】
図１３を参照し従来のラマン増幅を用いた中継器（従来例1）の構成と動作について説明する。
【０００７】
図１３において、励起ＬＤ（Laser Diode）１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの波長はそれぞれ、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍ、信号波長帯域は１５７４〜１６０９ｎｍである。励起光は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ１０２ａ及び１０２ｂにて合波された後、励起ＷＤＭカプラ１０１にて光伝送路上の信号光と逆向きに合波される。励起出力点より光伝送路へ出力された励起光は、光伝送路中において励起光より約１３．２ＴＨｚ離れた信号光帯域を増幅する。
【０００８】
まず、適当な伝送路ファイバを用いて、例えば７ｄＢのラマン増幅後の出力スペクトラムが平坦になるように、波長の異なる励起ＬＤ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの出力パワーを求めておく。
【０００９】
次に、実際の伝送路ファイバに接続し、各励起ＬＤ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを伝送路接続前に求めた励起出力パワーで動作させることにより、ラマン増幅を行う。
【００１０】
図１４に、上記の従来のラマン増幅中継器によりラマン増幅を行った場合の出力スペクトラムを示す。図１４に示すように、従来のラマン増幅中継器ではＰＤ等による出力信号のモニタ制御をしていないため、伝送路ファイバの違いや局社内損失の違いによって、励起ＬＤの制御目標値を定めることができず、信号帯域内での利得スペクトラムを平坦に保つことが難しかった。
【００１１】
さらに、ラマン増幅スペクトラムを平坦化するために、伝送路の利得効率を自動測定して励起光パワーを設定する方式も提案されているが、このような開ループ制御では、環境変化等による伝送路損失の変動が発生した場合や、伝送路内で信号スペクトラムが傾斜した場合等において平坦な出力スペクトラムを得ることは困難であるという問題がある。
【００１２】
上記のような問題を解決するための従来技術である特開２０００−９８４３３号公報（特許文献１）に開示されるラマン増幅中継器（従来例２）について説明する。この特許文献１に示されるラマン増幅中継器では、複数の励起光を発生する励起光手段と入力光または出力光をモニタし、そのモニタ結果に基づいて各励起光パワーを制御する励起光パワー制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
この特許文献１における励起光パワー制御手段は、出力光から分岐したモニタ光を各励起光の波長に各々約１００ｎｍを加えた波長の波長光に分波してそれら波長光をモニタし、各波長光のパワーを制御するものである。ラマン増幅中継器は、励起光の周波数よりも約１３ＴＨｚ低い周波数に利得のピークを持ち約１３ＴＨｚ低い周波数を約１００ｎｍ長い波長とする。
【００１４】
また、励起光パワー制御手段は、出力光から分岐したモニタ光を励起光と同数に分配して、それらから各励起光の波長に各々約１００ｎｍを加えた各波長光をモニタする。
【特許文献１】特開２０００−９８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、従来のラマン増幅中継器においては、伝送路ファイバの違いや局舎内損失の違い等によって、信号帯域内の光信号に対して平坦な出力スペクトラムを得ることは困難であるといった問題があった。
【００１６】
また、特許文献１に示されるラマン増幅による光伝送パワーの波長特性制御方法では、出力光から分岐したモニタ光を各励起光の波長に各々約１００ｎｍを加えた波長の波長光に分波してそれら波長光をモニタし、各波長光のパワーを制御するものであるため、図１５に示すよう信号帯域から外れた波長の光信号を監視することになる。
【００１７】
信号帯域外の信号を監視すると、ラマン増幅器以外の増幅器（例えば、ＥＤＦＡなど）と併用した場合、監視信号の損失が大きくなって精度の高い増幅制御ができないため正確な監視信号のレベルを測定することが困難となる。その結果、信号帯域内における出力スペクトラムを平坦に制御することが不可能となる。
【００１８】
本発明の目的は、ラマン増幅の制御が簡易化され、それに伴い高速制御も可能となり、環境変化等による伝送路損失変動や、伝送路内で信号スペクトラムが傾斜した場合でも、自動的に出力信号パワーを一定に保ち、出力スペクトラムを平坦に制御することができるラマン増幅中継器及びこれを用いた光伝送システムを提案することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、ラマン増幅器以外の増幅器と併用した場合でも、監視信号の損失を極力抑えることができ、ラマン増幅における監視信号のレベルを正確に測定することができると共に、信号帯域内の信号光を監視するため波長の選別が容易で、それにより製造の簡易化を実現するラマン増幅中継器及びこれを用いた光伝送システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する本発明は、励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅を行うラマン増幅中継器において、前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長であって、前記信号光の信号帯域内における監視用波長の信号光によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光の出力パワーを制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項２による本発明のラマン増幅中継器では、前記監視波長を、信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値あるいはボトム値に設定することを特徴とする。
【００２２】
請求項３による本発明のラマン増幅中継器では、前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのボトム値に設定した前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、予め設定した目標値となるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光の負帰還制御を行うことを特徴とする。
【００２３】
請求項４による本発明のラマン増幅中継器では、前記目標値が、前記信号帯域内における最小出力信号パワーに基づいて設定されることを特徴とする。
【００２４】
請求項５による本発明のラマン増幅中継器では、前記信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値に設定した複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーの差がなくなるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する前記励起光パワーの負帰還制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項６による本発明のラマン増幅中継器では、前記監視波長を、少なくとも信号帯域の両端又は両端近傍、中央又は中央近傍の波長に設定したことを特徴とする。
【００２６】
請求項７による本発明のラマン増幅中継器では、前記監視波長で監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起光のパワーを変化させる負帰還制御を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項８の本発明は、励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅を行うラマン増幅中継器を用いて前記光伝送路上の前記信号光を伝送する光伝送システムであって、前記ラマン増幅中継器が、前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長であって、前記信号光の信号帯域内における監視用波長の信号光によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光の出力パワーを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のラマン増幅中継器及びこれを用いた光伝送システムによれば、以下に述べるような優れた効果が得られる。
【００２９】
第１に、単純な負帰還制御によって制御可能であるため、ラマン増幅器の制御は簡易化され、それに伴い高速制御も可能となり、環境変化等による伝送路損失変動や、伝送路内で信号スペクトラムが傾斜した場合でも、自動的に出力信号パワーを一定値に保ち、かつ、信号帯域内における出力スペクトラムを平坦に制御することができるようになる。
【００３０】
第２に、従来のように励起波長から約13.2THz離れた利得のピーク値、すなわち信号帯域外の信号を監視するのではなく、実用性を重視して信号帯域内における数波の出力信号光パワーを監視することにより、ラマン増幅器以外の増幅器と併用した場合でも、監視信号の損失を極力抑えることができ、ラマン増幅における監視信号のレベルを正確に測定することができると共に、信号帯域内の信号光を監視するため波長の選別が容易で、それにより製造の簡易化が実現できる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例による励起ＬＤを伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器を適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。
（実施例の構成）
図１を参照すると、第１の実施例によるおけるラマン増幅中継器は、励起ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ１と、ＷＤＭカプラ２ａ及び２ｂと、励起ＬＤ（Laser Diode）３ａ、３ｂ、３ｃと、分岐カプラ４と、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating：アレイ導波路格子）５と、ＰＤ(Photo Diode)６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、ＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、Ｉ／Ｖ変換器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄと、ラマン増幅制御部１０とを備える。
【００３２】
本実施例のラマン増幅中継器においては、図１に示すように、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの数よりも監視用のＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの数を多くした構成としている。すなわち、励起波長数よりも監視波長数が多い構成となっている。
【００３３】
励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃは、信号光を増幅させるためにそれぞれ波長の異なる励起光を出力する光源であり、波長の異なる光を合波するＷＤＭカプラ２ａ及び２ｂにて合波される。
【００３４】
励起ＷＤＭカプラ１は、光伝送路１００上の信号光と励起光を合波するもので、励起光は信号光と逆向きに合波され、光伝送路１００へ出力される。分岐カプラ４は、入力された信号光をある比率に分岐するものである。
【００３５】
ＡＷＧ５は、導波路を配列状に並べたものであり、１つにまとめた光を複数の波長の光に分けるために用いられる。
【００３６】
ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは光信号を電気信号に変換し受光するものである。また、ラマン増幅制御部１０にてＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにて受光した信号を元に励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの励起光パワーが制御される。
【００３７】
また、Ｉ／Ｖ変換器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは、ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄで変換された電流信号を電圧信号に変換する。
【００３８】
ラマン増幅制御部１０は、プログラム制御されたＣＰＵ等で実現され、ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから出力される電気信号を入力し、その電気信号の値に応じて、後述するように、平坦な出力信号が得られるように、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃのＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを制御して励起光パワーを調整する。
【００３９】
（第１の実施例の動作）
次いで、上記のように構成される第１の実施例によるラマン増幅中継器の動作について図面を参照して説明する。
【００４０】
図１において、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの波長はそれぞれ、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍ、信号波長帯域は１５７４〜１６０９ｎｍである。分岐カプラ４の分岐比は１３ｄＢであり、励起ＷＤＭカプラ１の挿入損失は０．５ｄＢ、またＡＷＧ５の挿入損失は３．５ｄＢである。
【００４１】
また、ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにて受光する信号光波長は、それぞれ信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値若しくはボトム値であって、例えば、図４に示すラマン増幅の出力スペクトラムの場合には、そのピーク値若しくはボトム値である、１５７６．６ｎｍ（ピーク値）、１５８３．７ｎｍ（ボトム値）、１５９０．８ｎｍ（ピーク値）、１５９８．５ｎｍ（ボトム値）が監視する信号光波長となる。
【００４２】
まず、ラマン増幅を行わない時に、光伝送路１００上の信号出力点において図２に示すスペクトラムの信号光が得られた場合を考える。
【００４３】
分岐カプラ４にて分岐された信号光のうち１５７６．６ｎｍの信号光はＡＷＧ５を通り、信号パワーが−３７ｄＢｍの信号光となってＰＤ６ａにて受光される。
【００４４】
同様に、波長１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ、１５９８．５ｎｍの各信号光もそれぞれ、信号パワーが−３７ｄＢｍの信号光となってＰＤ６ｂ、ＰＤ６ｃ及びＰＤ６ｄにて受光される。
【００４５】
次に、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃを駆動させ光伝送路１００上の信号出力点において、信号帯域内における最小出力信号パワーが−１３ｄＢｍとなる場合について考える。この時、ラマン利得を７ｄＢ（（ラマン増幅時の最小出力信号パワー）−（ラマン増幅無し時の出力信号パワー））とする。
【００４６】
光伝送路１００へ出射された励起光は、光伝送路１００中において励起光より約１３．２ＴＨｚ離れた信号光帯域を増幅するものとする。
【００４７】
ラマン増幅された波長１５７６．６ｎｍの信号光は、ＰＤ６ａで受光される。同様に波長１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ、１５９８．５ｎｍの信号光もラマン増幅されＰＤ６ｂ、６ｃ、６ｄにてそれぞれ受光される。
【００４８】
本実施例では励起光の波長を３波用いているため、４波の信号光の値より出力信号スペクトルを平坦に制御することができる。
【００４９】
ラマン増幅制御部１０における制御内容について説明する。
【００５０】
各励起光パワーを制御するための監視信号は、励起波長から約１３．２ＴＨｚ離れた利得のピーク値ではなく、実用性を重視して信号帯域内におけるラマン増幅スペクトラムのピーク値あるいはボトム値に設定している。
【００５１】
ＰＤ６ｂとＰＤ６ｄで監視する１５８３．７ｎｍと１５９８．５ｎｍの信号光は、それぞれ励起ＬＤ３ｂ、ＬＤ３ｃの波長より１３．９５ＴＨｚ及び１１．９ＴＨｚ離れており、信号帯域内における最小出力信号パワーが得られる波長であるため、制御目標値はそれぞれ、−１３ｄＢｍ−１７ｄＢ＝−３０ｄＢｍ（信号出力点と各ＰＤにて受信される信号レベルの差＝１７ｄＢ）である。
【００５２】
この時、ＰＤ６ｂにて監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起ＬＤ３ｂの励起光パワーを変化させ、またＰＤ６ｄにて監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起ＬＤ３ｃの励起光パワーを変化させる単純な負帰還制御をそれぞれ行う。
【００５３】
また、ＰＤ６ａとＰＤ６ｃで監視する１５７６．６ｎｍと１５９０．８ｎｍの信号光は、それぞれ励起ＬＤ３ａの波長より１４．８５ＴＨｚ及び１６．５５ＴＨｚ離れており、帯域内における最大出力信号パワーが得られる波長である。
【００５４】
この２波長の信号光の出力信号パワーが一致するように制御することで信号帯域内において平坦な出力スペクトラムが得られるため、制御目標値はＰＤ６ａとＰＤ６ｃにおける差が０ｄＢとなる。従って、ＰＤ６ａとＰＤ６ｃにおける差が０ｄＢとなるように、ＰＤ６ａ及びＰＤ６ｃの値が（ＰＤ６ａ＜ＰＤ６ｃ）の時に励起ＬＤ３ａの励起光パワーを大きくし、（ＰＤ６ａ＞ＰＤ６ｃ）の時、励起ＬＤ３ａの励起光パワーを小さくする負帰還制御を行う。
【００５５】
図３は、上述した制御を実現するラマン増幅制御部１０の構成例を示すブロックであり、制御部５１と差分回路２１、制御部５２、制御部５３を備えている。
【００５６】
制御部５２と制御部５３は、それぞれＰＤ６ｂとＰＤ６ｄにて監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起ＬＤ３ｂと励起ＬＤ３ｃの励起光パワーを変化させる単純な負帰還制御を行う。
【００５７】
また、差分回路２１でＰＤ６ａとＰＤ６ｃの出力を差分をとることにより、ＰＤ６ａとＰＤ６ｃにおける差が０ｄＢとなるように、ＰＤ６ａ及びＰＤ６ｃの値が（ＰＤ６ａ＜ＰＤ６ｃ）の時に励起ＬＤ３ａの励起光パワーを大きくし、（ＰＤ６ａ＞ＰＤ６ｃ）の時、励起ＬＤ３ａの励起光パワーを小さくするように制御部５１で負帰還制御を行う。
【００５８】
図４に第１の実施例によるラマン増幅中継器の信号出力点における出力スペクトラムを示す。ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにて監視する各信号光パワーが制御目標値となるように、上記のような監視信号波長に対応した各励起ＬＤの出力パワーの単純負帰還制御を行うことで、信号波長帯域内における最低出力信号パワー＝−１３ｄＢｍ、平坦度＝０．３１ｄＢ以下の出力スペクトラムが得られていることが分かる。
【００５９】
次に、伝送路内で発生するラマンチルトの影響により図５に示すスペクトラムの信号光が信号出力点にて得られた場合を考える。
【００６０】
まず、図５に示すスペクトラムの信号光が信号出力点より出射された瞬間には、本実施例におけるラマン増幅中継器では信号出力点において図６に示すスペクトラムの信号光が出射される。
【００６１】
この時、波長１５８３．７ｎｍの信号光を受光するＰＤ６ｂの値が−２８．４６ｄＢｍ、１５９８．５ｎｍの信号光を受光するＰＤ６ｄの値が−２７．５９ｄＢｍとなり、制御目標値からずれる。ここで、ＰＤ６ｂとＰＤ６ｄにて受光する波長１５８３．７ｎｍ及び１５９８．５ｎｍの信号光パワーがそれぞれ−３０ｄＢｍになるよう、励起ＬＤ３ｂ及び励起ＬＤ３ｄの励起光パワーを制御する。
【００６２】
また、ＰＤ６ａ及びＰＤ６ｃにて受光する信号光パワーが（ＰＤ６ａ＜ＰＤ６ｃ）となっているため、ＰＤ６ａ及びＰＤ６ｃの差が０ｄＢという制御目標値に戻るように励起ＬＤ３ａと励起ＬＤ３ｃの出力パワーを制御することで、信号出力点における波長１５８３．７ｎｍ及び１５９８．５ｎｍの信号光パワーは−１３ｄＢｍまた、波長１５７６．４ｎｍ及び１５９０．８ｎｍの信号光パワーは−１２．６４ｄＢｍとなる。
【００６３】
各励起ＬＤを単純負帰還制御することでラマン増幅制御が簡易化され、高速制御が可能となり、伝送路内で信号スペクトラムが傾斜した場合でも自動的に出力スペクトラムを平坦に制御することが可能である。図６に示すスペクトラムの信号光に対して本実施例によるラマン増幅制御を行った場合の信号出力点における出力スペクトラムを図７に示す。帯域内における最低出力信号パワー＝−１３ｄＢｍ、平坦度＝０．３６ｄＢが得られていることが分かる。
【００６４】
さらに、環境変化等による伝送路損失の変動により図８に示すスペクトラムの信号光が信号出力点にて得られた場合を考える。
【００６５】
図８に示すスペクトラムの信号光が信号出力点より出射された瞬間には、本発明におけるラマン増幅器では信号出力点において図９に示すスペクトラムの信号光が出射される。
【００６６】
この時、波長１５８３．７ｎｍと１５９８．５ｎｍの信号光を受光ＰＤ６ｂ及びＰＤ６ｄの値が−３２ｄＢｍとなり、制御目標値からずれる。そこで、ＰＤ６ｂとＰＤ６ｄにて受光する信号光パワーがそれぞれ−３０ｄＢｍになるよう、励起ＬＤ３ｂ及び励起ＬＤ３ｄの出力パワーを制御する。
【００６７】
また、ＰＤ６ａ及びＰＤ６ｃにて受光する信号光パワーの差が０ｄＢという制御目標値になるよう励起ＬＤ３ａと励起ＬＤ３ｃの出力パワーを制御することで、信号出力点における波長１５８３．７ｎｍ及び１５９８．５ｎｍの信号光パワーは−１３ｄＢｍまた、波長１５７６．４ｎｍ及び１５９０．８ｎｍの信号光パワーは−１２．５６ｄＢｍとなる。
【００６８】
各励起ＬＤを単純負帰還制御することでラマン増幅制御が簡易化され、高速制御が可能となり、伝送路内で損失が変動した場合でも自動的に出力信号パワーを一定値に、かつ、出力スペクトラムを平坦に制御することが可能である。図９に示すスペクトラムの信号光に対して本実施例によるラマン増幅制御を行った場合の信号出力点における出力スペクトラムを図１０に示す。帯域内における最低出力信号パワー＝−１３ｄＢｍ、平坦度＝０．４４ｄＢが得られていることが分かる。
【００６９】
従来のように信号帯域外の信号を監視すると、ラマン増幅器以外の増幅器と併用した場合に損失が大きく正常に増幅できないため正確な監視信号のレベルを測定することが困難であったが、上述した第１の実施例では、各励起ＬＤを制御するために、励起波長から約１３．２ＴＨｚ離れた利得のピーク値ではなく、実用性を重視して信号帯域内における、数波の出力信号光パワーを監視することにより、ラマン増幅の際に監視信号のレベルを正確に知ることができ、信号帯域内の信号光を監視するため波長選別が容易となり、これにより製造の簡易化が可能となる。
【００７０】
また、単純な負帰還制御によって制御可能であるため、ラマン増幅器の制御は簡易化され、それに伴い高速制御も可能となり、環境変化等による伝送路損失変動や、伝送路内で信号スペクトラムが傾斜した場合でも、自動的に出力信号パワーを一定に保つことができ、かつ、信号帯域内における出力スペクトラムを平坦に制御することができるようになる。
【００７１】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例によるラマン増幅中継器について図１１を参照して詳細に説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の第２の実施例によるラマン増幅中継器を適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【００７３】
図１１を参照すると、第２の実施例によるおけるラマン増幅中継器は、励起ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ１と、ＷＤＭカプラ２ａ及び２ｂと、励起ＬＤ（Laser Diode）３ａ、３ｂ、３ｃと、分岐カプラ４と、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating：アレイ導波路格子）５と、ＰＤ(Photo Diode)６ａ、６ｂ、６ｃと、ＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、Ｉ／Ｖ変換器６０ａ、６０ｂ、６０ｃと、ラマン増幅制御部１０とを備える。
【００７４】
本実施例のラマン増幅中継器においては、図１１に示すように、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの数を監視用のＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃの数と同じ構成としている。すなわち、励起波長数と監視波長数が同じ構成となっている。
【００７５】
第２の実施例によるラマン増幅中継器は、監視用のＰＤを３つとし、ラマン増幅制御部１０を、それぞれが励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃのＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを制御して励起光パワーを調整する制御部６１、６２、６３で構成した点で、第１の実施例と相違する。第１の実施例と同じ構成要素については、共通の符号を付している。
（第２の実施例の動作）
励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの波長はそれぞれ、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍ、信号波長帯域は１５７４〜１６０９ｎｍである。分岐カプラ４の分岐比は１３ｄＢであり、励起ＷＤＭカプラ１の挿入損失は０．５ｄＢまた、ＡＷＧ５の挿入損失は３．５ｄＢである。
【００７６】
また、ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃにて受光する信号光波長は、それぞれ信号帯域内の両端（両端近傍の値でもよい）と中央（真中でも、中央近傍の値でもよい）の値である。例えば、図示の例では、１５７４．５４ｎｍ（左端の値）、１５９１．２６ｎｍ（中央の値）、１６０８．７６ｎｍ（右端の値）である。
【００７７】
まず、ラマン増幅を行わない時に、光伝送路１００の信号出力点において図２に示すスペクトラムの信号光が得られた場合を考える。
【００７８】
分岐カプラ４にて分岐された１５７４．５４ｎｍの信号光はＡＷＧ５を通り、信号パワーが−が３６ｄＢｍとなってＰＤ６ａにて受光される。同様に波長１５９１．２６ｎｍ、１６０８．７６ｎｍの各信号光もそれぞれ、信号パワーが−３７ｄＢｍとなってＰＤ６ｂ及びＰＤ６ｃ及びにて受光される。
【００７９】
次に、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃを駆動させ信号出力点において、信号帯域内における最小出力信号パワーが−１３ｄＢｍとなる場合について考える。この時、ラマン利得を７ｄＢ（(ラマン増幅時の最小信号パワー）−（ラマン増幅無し時の信号パワー)）とする。
【００８０】
光伝送路１００へ出射された励起光は、光伝送路１００中において励起光より約１３．２ＴＨｚ離れた信号光帯域を増幅する。ラマン増幅された波長１５７４．５４ｎｍの信号光は、ＰＤ６ａで受光される。同様に波長１５９１．２６ｎｍ、１６０８．７６ｎｍの信号光もラマン増幅されＰＤ６ｂ、６ｃにてそれぞれ受光される。
【００８１】
本実施例では、励起光の波長数と同数である３波の信号光の値を用いて出力信号スペクトルを平坦に制御している。
【００８２】
各励起光パワーを制御するための監視信号は、励起波長から約１３．２ＴＨｚ離れた利得のピーク値ではなく、実用性を重視して信号帯域内の両端と中央に設定している。
【００８３】
ＰＤ６ａとＰＤ６ｃで監視する１５７４．５４ｎｍと１６０８．７６ｎｍの信号光は、それぞれ励起ＬＤ３ａ、ＬＤ３ｃの波長より１４．５５ＴＨｚ及び１３．０５ＴＨｚ離れており、制御目標値はそれぞれ、−１３ｄＢｍ−１７ｄＢ＝−３０ｄＢｍ（信号出力点と各ＰＤにて受信される信号レベルの差＝１７ｄＢ）である。
【００８４】
この時、制御部６１と制御部６３が、ＰＤ６ａにて監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起ＬＤ３ａの励起光パワーを変化させ、ＰＤ６ｃにて監視される各信号光パワーが制御目標値となるように励起ＬＤ３ｃの励起光パワーを変化させる単純な負帰還制御をそれぞれ行う。
【００８５】
また、ＰＤ６ｂで監視する１５９１．２６ｎｍは、励起ＬＤ３ｂの波長より１４．８５ＴＨｚ離れている。ＰＤ６ｂで監視する波長は信号帯域の中央の波長であり、平均的な評価データによると、この波長での出力パワーをラマン利得×０．０１だけ高く制御することで信号帯域内において平坦な利得が得られることが分かっているため、制御目標値を−３７ｄＢｍ＋７ｄＢ＋７ｄＢ×０．０１＝−２９．９３ｄＢｍとする。そこで、制御部６２が、ＰＤ６ｂにて監視される各信号光パワーがこの制御目標値となるように、励起ＬＤ３ｂの励起光パワーを変化させる負帰還制御を行う。
【００８６】
図２に示すスペクトラムの信号光に対して本実施例によるラマン増幅制御を行った場合の信号出力点における出力スペクトラムを図１２に示す。ＰＤ６ａ、６ｂ、６ｃ、にて監視する各信号光パワーが制御目標値となるように、監視信号波長に対応した各励起ＬＤ出力パワーの単純負帰還制御を行うことで、平坦度＝０．３１ｄＢ以下の出力スペクトラムが得られていることが分かる。
【００８７】
以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【００８８】
第１及び第２の実施例においては、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍの異なる励起波長を３波用いているが、本発明は励起波長及び励起波長数を変えても実現可能である。
【００８９】
第１及び第２の実施例においては、励起ＬＤを制御するために信号光を用いているが、本発明は、信号光とは別の監視用信号を用いても実現可能である。
【００９０】
第１及び第２の実施例においては、４波あるいは３波の信号光をＰＤにて監視し、波長の異なる励起ＬＤを制御しているが、本発明は、ＰＤにて監視する信号光の数を励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下とすればよく、実施例の波長数に限定されるものではない。
【００９１】
各励起光パワーを制御するための監視信号を第１の実施例では１５７６．６ｎｍ、１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ、１５９８．５ｎｍ、第２の実施例では１５７４．５４ｎｍ、１５９１．２６ｎｍ、１６０８．７６ｎｍとしているが、本発明は実施例で示した監視信号の波長に制限されるものではない。
【００９２】
本実施例においては、励起ＷＤＭカプラ１の後で、信号光をＰＤにて監視し波長の異なる励起ＬＤを制御しているが、本発明は、信号光を監視するＰＤの設置場所を変えても実現可能である。
【００９３】
本実施例においては、信号波長帯域を１５７４〜１６０９ｎｍとしているが、本発明は信号波長帯域を変えても実現可能である。
【００９４】
本実施例においては、励起ＬＤを制御するための監視信号を分岐カプラ４の後で、ＡＷＧ５を用いて各波長の光に分けているが、本発明は監視信号の取り出し方において実施例に制限されるものではない。
【００９５】
本実施例においては、信号光を分岐させるカプラの分岐比を１３ｄＢとしているが、本発明は分岐カプラの分岐比について実施例に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施例によるラマン増幅中継器を適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ラマン増幅を行わない時に光伝送路上の信号出力点において得られた信号光のスペクトラムを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例によるラマン増幅中継器のラマン増幅制御部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図２に示すスペクトラムの信号光が入射された場合の、第１の実施例によるラマン増幅中継器によって増幅制御を行った時の出力スペクトラムを示す図である。
【図５】伝送路内で発生するラマンチルトの影響により信号出力点にて得られた信号光のスペクトラムを示す図である。
【図６】図５に示すスペクトラムの信号光が信号出力点より出射された瞬間に、本実施例におけるラマン増幅中継器から信号出力点において出射される信号光のスペクトラムを示す図である。
【図７】図６に示すスペクトラムの信号光に対して本実施例によるラマン増幅制御を行った場合の信号光のスペクトラムを示す図である。
【図８】環境変化等による伝送路損失の変動により信号出力点にて得られた信号光のスペクトラムを示す図である。
【図９】図８に示すスペクトラムの信号光が信号出力点より出射された瞬間に、本実施例におけるラマン増幅中継器から信号出力点において出射される信号光のスペクトラムを示す図である。
【図１０】図９に示すスペクトラムの信号光に対して本実施例によるラマン増幅制御を行った場合の信号光のスペクトラムを示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例によるラマン増幅中継器を適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】図２に示すスペクトラムの信号光が入射された場合の、第２の実施例によるラマン増幅中継器によって増幅制御を行った時の出力スペクトラムを示す図である。
【図１３】従来におけるラマン増幅中継器の一構成例を示すブロック図である。
【図１４】従来におけるラマン増幅中継器によりラマン増幅を行った場合の出力スペクトラムを示す図である。
【図１５】従来の信号帯域から外れた波長の光信号を監視する場合の例を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１：励起ＷＤＭカプラ
２ａ、２ｂ：ＷＤＭカプラ
３ａ、３ｂ、３ｃ：励起ＬＤ
４：分岐カプラ
５：ＡＷＧ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：ＰＤ
１０：ラマン増幅制御部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：ＬＤ駆動回路
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ：Ｉ／Ｖ変換器
２１：差分回路
５１、５２、５３：制御回路
６１、６２、６３：制御回路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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