(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導ラマン効果によってラマン増幅媒体内部に利得を生じるラマン増幅を制御する際に、前記ラマン増幅媒体に信号光を注入する信号光入力過程と、前記ラマン増幅媒体から信号光を取り出す信号光出力過程と、前記ラマン増幅媒体に励起光を注入する励起過程と、前記ラマン増幅媒体内部における前記励起光の強度に応じて前記信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生するラマン増幅過程と、前記信号光のパワーを測定するモニタ過程と、前記モニタ過程の測定結果に応じて前記励起過程を制御する制御過程とを含むラマン増幅制御方法において、
前記励起過程は、
前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する前方励起過程と、
前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する後方励起過程と
を含み、
前記モニタ過程の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する過程を有する
ことを特徴とするラマン増幅制御方法。
【請求項２】
前記制御過程では、前記信号光入力過程によって前記ラマン増幅媒体に注入される信号光のパワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する請求項１記載のラマン増幅制御方法。
【請求項３】
前記制御過程では、前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する請求項１または２記載のラマン増幅制御方法。
【請求項４】
ラマン増幅媒体と、
強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果によって利得を発生する励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する励起部と、
前記信号光のパワーを測定するモニタ部と、
前記モニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部と
を備え、
前記励起部は、
前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する前方励起部と、
前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する後方励起部と
を含み、
前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光により前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光により前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備え、
前記前方励起手段は、送信装置に設けられ、
前記後方励起手段は、受信装置に設けられ、
前記ラマン増幅媒体は、前記送信装置と前記受信装置との間の光伝送路としての光ファイバを含む
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光のパワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する手段を備えた請求項４記載の光通信システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する手段を備えた請求項４または５記載の光通信システム。
【請求項７】
ラマン増幅媒体と、
強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果によって利得を発生する励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する励起部と、
前記信号光のパワーを測定するモニタ部と、
前記モニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部と
を備え、
前記励起部は、
前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する前方励起部と、
前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する後方励起部と
を含み、
前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光により前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光により前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備えた
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項８】
ラマン増幅媒体に対して強度に応じて信号光に対し利得を発生する励起光を注入する励起部と、
前記信号光のパワーを測定するモニタ部と、
前記モニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部と
を備え、
前記励起部は、
前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する前方励起部と、
前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する後方励起部と
を含み、
前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備えた
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光のパワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する手段を備えた請求項７または８記載の光増幅装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する手段を備えた請求項７ないし９のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項１１】
前記ラマン増幅媒体は、光ファイバを含み、
この光ファイバの波長分散の絶対値が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である
請求項７ないし１０のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項１２】
前記ラマン増幅媒体は、光ファイバを含み、
前記光ファイバの零分散波長が前記励起光のうち最短ピーク波長を有する励起光のピーク波長以上で最長ピーク波長を有する励起光のピーク波長以下である
請求項７ないし１０のいずれかに記載の光増幅装置。
【請求項１３】
情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、
ラマン増幅媒体に、強度に応じて誘導ラマン効果によって信号光に対し利得を発生する励起光を注入し、前記信号光のパワーを測定し、この測定結果に応じて前記励起光の注入を制御し、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起と
を行う光通信システムもしくは光増幅装置における前記励起光の注入を制御する機能として、
前記測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する機能を実現させる
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１４】
前記制御する機能として、前記信号光のパワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する機能を実現させる請求項１３記載のプログラム。
【請求項１５】
複数波長の励起光を用いる場合の前記制御する機能として、
前記ラマン増幅媒体により取り出される出力光のパワーが波長に対して均一になるように制御する機能を実現させる請求項１３または１４記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に利用する。特に、入力信号光パワーの変動に対する信号品質の劣化を抑える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ:Wavelength Division Multiplex）光伝送システムでは、１本の光ファイバ中に複数の異なる波長を有する信号チャンネルが同時に伝達される。そのためＷＤＭ伝送システムでは波長数を増やすことによりファイバ１本あたりの伝送容量を拡大でき、ファイバ数を節約することが可能である利点を持っている。
【０００３】
ＷＤＭ光伝送システムは主に：（１）送信端に設置される光送信器、（２）受信端に設置される光受信器および（３）光送受信器間を接続する光伝送路によって構成される。光伝送路は、通常、さらに：（Ａ）ＷＤＭ光信号を増幅する複数の光増幅装置（例：エルビウム添加ファイバ増幅器）および（Ｂ）光増幅装置間を接続する複数の伝送路ファイバによって構成される。
【０００４】
光送信器より出力される光信号の信号品質は光伝送路中を伝達することにより劣化する。劣化要因としては主に増幅された自発散乱光（ＡＳＥ:Amplified Spontaneous Emission)および非線形波形歪みが挙げられる。ＡＳＥとは光増幅装置が発生する一定量のランダムな光である。非線形波形歪みとは信号光の光パルスによって誘発される伝送路ファイバの屈折率の時間的変化（非線形屈折率変化）に起因した波形の乱れで、信号光パワーと共に増加する。
【０００５】
ＡＳＥによる信号劣化は伝送路ファイバより出力される信号光パワーが減少すると共に増加する傾向を持つ。なぜなら通常伝送路ファイバの出力端には光増幅装置の入力端が接続されるが、光増幅装置は通常一定量の光雑音を発生するので伝送路ファイバの出力する光パワーが減少すると信号光とＡＳＥとの比、すなわち信号対雑音比（ＳＮＲ: Signal-to-Noise Ratio)が小さくなり、信号劣化が生じるためである。すなわち、ＡＳＥの影響を小さくするためには伝送路ファイバより出力される信号光パワーは高い方が好ましい。
【０００６】
非線形波形歪みによる信号劣化は伝送路ファイバに入力される信号光パワーが増加すると共に増加する傾向を持つ。なぜなら、非線形波形歪みの原因となる非線形屈折率変化は信号パワーと共に増加するためである。したがって、非線形波形歪みの影響を小さくするためには伝送路ファイバに入力される信号光パワーは低い方が好ましい。
【０００７】
したがって両劣化の観点からは、伝送路ファイバの出力信号光パワーは高く、入力信号光パワーは低いことが好ましい。しかしながら、出力信号光パワーと入力信号光パワーは光伝送路の損失を差として一対一の関係にあるため両条件は同時に満たすことはできないトレードオフの関係にある。そこで通常は両者による総合的な劣化が最小になるように信号光パワーが設定される。
【０００８】
最適な信号光パワーにおいても両劣化は完全に除去することはできない。また、両劣化は複数の光増幅装置および伝送路ファイバを通過する間に蓄積し増加するため、通常これら蓄積した両劣化要因によって光伝送システムの最大伝送距離が制限される。
【０００９】
この制限を緩和するためにラマン増幅を利用した方法およびシステムが提案されている。ラマン増幅とは信号光の有する波長とは異なったある特定の波長を有する光（励起光と呼ばれる）を信号光と同時に伝送路ファイバ内に入力することにより伝送路ファイバ内で信号光が増幅される現象を指す。
【００１０】
ラマン増幅を利用したシステムには信号光と逆方向に伝搬する励起光（後方励起光と呼ぶ）を用いて増幅を行う「後方励起」構成と、信号光と同方向に伝搬する励起光（前方励起光と呼ぶ）を用いて増幅を行う「前方励起」構成と、信号光と逆方向に伝搬する励起光と信号光と同方向に伝搬する励起光の両方（前方励起光と後方励起光の両方）を用いて増幅を行う「双方向励起」構成とが存在する。これら３つのいずれの構成のラマン増幅を利用した場合でも伝送路ファイバの入力端の光信号パワーを適切に設定することによりラマン増幅を利用しない構成に比べて信号品質を改善することが可能である。
【００１１】
例えば、図２７を参照して後方励起によって信号品質が改善される様子を説明する。まず、ラマン増幅を適用しないシステムにおける伝送路ファイバ内における信号光パワーを図２７（ａ）に示す。ここでは簡単のため全信号チャンネルの信号光パワーの平均信号光パワーで説明を行う。ここで、伝送路ファイバの出力端より後方励起光を注入すると伝送路ファイバ内で信号光が増幅され伝送路ファイバ内の信号光パワーが図２７（ｂ）のように変化する。その結果、伝送路ファイバより出力される信号光パワーが増加するため出力端に接続される光増幅装置より発生されるＡＳＥの影響が小さくなり、信号品質が改善される。
【００１２】
続いて、図２８を参照して前方励起によって信号品質が改善される様子を説明する。まず、ラマン増幅を適用しないシステムにおける伝送路ファイバ内における信号光パワーを図２８（ａ）に示す。ここで、伝送路ファイバの入力端より前方励起光を注入すると伝送路ファイバ内で信号光が増幅され伝送路ファイバ内の信号光パワーが図２８（ｂ）のように変化する。そこで伝送路ファイバより出力される信号光パワーがラマン増幅適用前と同じになるように入力信号光パワーを下げると図２８（ｃ）のようになる。その結果、伝送路ファイバより出力される信号光パワーを一定に保ったまま（ＡＳＥによる劣化を一定に保ったまま）、入力信号光パワーを下げることが可能となるため非線形波形歪みによる劣化を低減することが可能となり、信号品質が改善される。また、同様に双方向励起を使用した場合は、ＡＳＥの影響および非線形波形歪みによる影響の両方を同時に低減することが可能となる。
【００１３】
ラマン増幅を利用して信号品質を改善した伝送システムの報告としては、例えば、H. Suzuki et al, Optical Fiber Communication Conference and the International Conference on Integrated Optics and Optical Fiber Communication '99 Technical Digest, ThO4などが知られている。
【００１４】
しかし、ラマン増幅は上記のメカニズムにより信号品質を改善する一方、ラマン増幅特有の雑音を発生することが知られている。ラマン増幅特有の雑音としては例えばラマンＡＳＥが挙げられる。ラマンＡＳＥはラマン増幅の提供する利得と共に急激に増加するのでこれによってラマン増幅が信号品質改善に対し有効に働く最大の利得が制限される。
【００１５】
通常、同一の伝送路ファイバ入力信号光パワーかつ同一のラマン増幅利得である場合は、前方励起構成の場合がラマンＡＳＥ発生量が最も少く、後方励起構成の場合がラマンＡＳＥ発生量が最も多い。双方向励起構成の場合のラマンＡＳＥ発生量は他の２つの構成の中程度である。
【００１６】
ラマンＡＳＥが信号光の信号品質を劣化させる度合いはラマン増幅の増幅媒体となる伝送路ファイバに入力される信号光パワーの減少と共に増加する。したがって低い伝送路ファイバ入力信号光パワーでラマン増幅を使用する場合はラマンＡＳＥによる劣化が著しい。
【００１７】
ラマンＡＳＥなどラマン増幅特有の雑音については、例えば、P. B. Hansen et al, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 1, January 1998, pp.159 - 161に記載されている。
【００１８】
また、ラマン増幅を適用すると伝送路ファイバ内の平均信号光パワーが増加するためラマン増幅を利用しない構成に対して付加的な非線形波形歪みが生じる。通常、同一の伝送路ファイバ入力信号光パワーかつ同一のラマン増幅利得においては、前方励起構成の場合が付加的な非線形波形歪みが最も多く、後方励起構成の場合が付加的な非線形波形歪みが最も少ない。双方向励起構成の場合の付加的な非線形波形歪みは他の２つの構成の中程度である。
【００１９】
例えば、図２８の例で説明すると、図２８（ｂ）のように伝送路ファイバの入力信号光パワーを下げずに前方励起によって利得を与えた場合を考える。この場合には、伝送路ファイバ長手方向で見て信号光はどの点においてもラマン増幅を適用しない場合に比べて高い光パワーで伝達される。したがって非線形波形歪みはラマン増幅なしの場合に比べて大きく発生する。
【００２０】
なお、図２７（ｂ）の後方励起構成の場合のように、光パワーが既に伝送路ファイバの損失によって低下した伝送路ファイバの後半のみで光パワーが上昇し、なおかつ上昇量が少ない場合は、付加的な非線形波形劣化は小さく、ほぼ無視できる。
【００２１】
ラマン増幅は以上のようにラマン増幅特有の雑音および付加的な非線形波形歪みを伴なうものの、これらの影響が小さくなるよう適切に設計をすれば、ラマン増幅を行わない場合と比べて信号品質を改善することが可能となる。
【００２２】
また、ラマン増幅を利用すると、信号品質を改善すると同時に、波長依存損失を有する伝送路ファイバを通過する際に生じる信号光パワーの波長に対する傾き（波長特性）を補償することも可能であることが知られている。ラマン増幅はその利得特性に波長依存性があるため励起光波長および励起光パワーを適切に選択することにより伝送路ファイバの有する損失波長特性と逆の利得特性を実現することができる。
【００２３】
したがって伝送路ファイバをラマン増幅媒体として用いれば、伝送路ファイバより出力されるＷＤＭ信号の光パワーを波長に対して均一に保つことが可能となる。ＷＤＭ信号の光パワーを波長に対して均一に保つことによりすべてのチャンネルにわたって均一の信号品質を提供することが可能となるので有利である。
【００２４】
特に、励起光波長もしくは励起光パワーまたはその両方を時間的に変化させることにより時間的に変動する信号光パワーの波長に対する傾きも補償することが可能である。このようにラマン増幅により損失波長特性を補償する方式については、例えば特開２００１−７７６８号公報などに記載されている。
【００２５】
また、特開２００１−７７６８号公報では、ラマン増幅を用いる場合は伝送路ファイバ出力端における信号光パワーが波長に対して均一になると同時に全出力信号光パワー（全波長チャネルの信号光パワーの総和）が一定に保たれるようにラマン増幅の利得が制御されることが好ましいと指摘されている。その１つの理由としては、伝送路ファイバ出力端にエルビウム添加ファイバ増幅器などの光増幅装置が接続される場合に、その全入力信号光パワーが変化すると一般に利得が波長に対して傾いてしまうためである。利得が波長に対して傾くとすべてのチャンネルにわたって均一の信号品質を提供することが難しくなるので好ましくない。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のラマン増幅に関する技術を利用することにより光伝送システムにおける信号品質を向上することが可能である。また、時間的に変動する伝送路ファイバの損失波長特性を補償することが可能である。しかしながら波長特性が一定のまま伝送路ファイバに対する入力信号光パワーが変動した場合には従来の技術では問題が生じる。
【００２７】
このように信号光パワーが波長特性を一定に保ったまま上下する理由としては、例えば、光中継器内の励起用レーザダイオードが故障して光増幅装置の出力信号光パワーが下がる場合や伝送路ファイバが光クロスコネクトなどによって繋ぎ変えられた結果、伝送路ファイバの損失が変化した場合などが挙げられる。光クロスコネクトとしては光スイッチを用いた自動的なものや光パッチパネルを手動で切り換えるものなどさまざまな形態が考えられる。またさらに、装置に使い回しの理由から、一旦電源を落とした後移動して他の伝送路ファイバに接続された場合等もあるだろう。
【００２８】
例えば、図２９（ａ）のように当初、信号品質の劣化が最小となる最適の信号光パワーで動作していた後方構成のラマン増幅を適用したシステムで、全波長にわたって信号光パワーが図２９（ｂ）のように低下した場合（図には全波長チャネルに対する平均信号光パワーを示す）を考える。この場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。すなわち、励起光が増加する方向に制御が行われラマン増幅による利得が増加する。その結果平均信号パワーは図２９（ｃ）の示すような状態になる。
【００２９】
この状態では、ラマン利得の制御により伝送路ファイバより出力される信号光パワーは一定に保たれるので続く光増幅装置より発生されるＡＳＥによる劣化量に変化は無い。しかし、前述のとおりラマンＡＳＥによる劣化は伝送路ファイバ入力信号光パワーの低減と共に増加する。したがって、全波長にわたる信号光パワーの低下が大きい場合はラマンＡＳＥによる劣化が著しくなってしまう。
【００３０】
この様子を図３１および図３２を参照して実際にシミュレーションによる計算結果を用いて説明する。図３１は横軸に距離をとり、縦軸に平均信号光パワーをとる。例えば、最初は図３１（ａ）に示す信号光パワーでシステムが動作していたものとする。伝送路ファイバとしてはシングルモードファイバ１２５ｋｍを考える。このときに伝送路ファイバに入力される信号光波形および光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を代表の波長チャネルに対し、それぞれ図３２（ａ）および（ｂ）に示す。信号ビットレートは４０ギガビット／秒である。光伝送路を伝搬することによりＡＳＥおよび非線形波形劣化により波形が乱れて信号品質が劣化している様子がわかる。ここで全波長チャネルにわたって信号光パワーが図３１（ｂ）のように低下した場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。すなわち、励起光が増加する方向に制御が行われラマン増幅による利得が増加する。その結果平均信号パワーは図３１（ｃ）の示すような状態になる。この例では入力信号光パワーが１０ｄＢ低下した場合を示す。この入力信号光パワーの低下の結果ラマンＡＳＥによる信号品質劣化が増加し、光伝送路から出力される信号光波形は図３２（ｃ）のようになる。ラマンＡＳＥにより劣化が大きくなっている様子がわかる。また、伝送路損失がファイバの接続切り換え等により１０ｄＢ増加した場合でも同様な劣化が生じる。
【００３１】
もしくは、図３０（ａ）のように当初、信号品質の劣化が最小となる最適の信号光パワーで動作していた前方構成のラマン増幅を適用したシステムで、全波長にわたって信号光パワーが図３０（ｂ）のように上昇した場合を考える。この場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。すなわち、励起光が減少する方向に制御が行われラマン増幅による利得が減少する。その結果、平均信号光パワーは図３０（ｃ）に示すような状態になる。
【００３２】
この状態では、ラマン利得の制御により伝送路ファイバより出力される信号光パワーは一定に保たれるので続く光増幅装置より発生されるＡＳＥによる劣化量に変化は無い。しかし、伝送路ファイバの前半においては信号光パワーの上昇前に比べて光パワーが高くなってしまうため、この部分で生じる付加的な非線形波形劣化が著しい。
【００３３】
この様子を図３３および図３４を参照して実際にシミュレーションによる計算結果を用いて説明する。図３３は横軸に距離をとり、縦軸に平均信号光パワーをとる。例えば、最初は図３３（ａ）に示す信号光パワーでシステムが動作していたものとする。伝送路ファイバとしてはシングルモードファイバ１２５ｋｍを考える。このときに、光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を代表の波長チャネルに対し図３４（ａ）に示す。信号ビットレートは４０ギガビット／秒である。ここで全波長チャネルにわたって信号光パワーが図３３（ｂ）のように上昇した場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。すなわち、励起光が減少する方向に制御が行われラマン増幅による利得が低下する。その結果平均信号パワーは図３３（ｃ）の示すような状態になる。この例では入力信号光パワーが１０ｄＢ上昇した場合を示す。この入力信号光パワーの上昇の結果非線形波形劣化による信号品質劣化が増加し、光伝送路から出力される信号光波形は図３４（ｂ）のようになる。非線形波形劣化が大きくなっている様子がわかる。
【００３４】
この様な非線形波形劣化を抑えるためにはラマン利得を図３０（ｄ）のように抑える必要がある。このようにすると伝送路ファイバ前半で増加した非線形波形歪みは、伝送路ファイバ中後半で図３０（ａ）に比べて減少する非線形波形歪みと釣り合い、光パワーの低下前と同等になる。しかし、この場合には、伝送路ファイバより出力される信号光パワーが低下するため続く光増幅装置の発生するＡＳＥにより信号品質は劣化してしまう。
【００３５】
また、双方向励起の場合に関して従来の技術では、波長特性が一定のまま伝送路ファイバに対する入力信号光パワーが変化した場合における制御方法に関して明確な記述はされていなかった。しかし、仮に入力信号光パワーが低下した場合に前後方励起による利得が同じ割合で増加する単純な制御がなされたとすると、後方励起の部分でやはりラマンＡＳＥの影響で信号品質が劣化してしまう。逆に入力信号パワーが上昇した場合には前方励起の部分で付加的な非線形波形歪みにより信号品質が劣化してしまう。
【００３６】
なお、特開２０００−９８４３３号公報には、入力光または出力光をモニタし、その結果に基づいて励起光パワーを制御して出力光パワーを所定値に保つ出力光パワー制御手段が開示されているが、当該公報にも前方励起および後方励起の割合とラマンＡＳＥとの関係に配慮した制御方法は開示されていない。
【００３７】
このように、従来のラマン増幅を用いた光通信システムあるいは光増幅装置では、前方励起と後方励起との連携に関する制御技術が無いため、さまざまな入力信号光パワーに対応するラマン増幅を用いた装置が存在せず、このような装置を設置する度に試行錯誤の上、最適なポイントを見つけるしかなかった。したがって、装置新設の際に、膨大な手間を要するとともに、設置場所への技術者の派遣等の費用がかかり、現実的ではなかった。
【００３８】
さらには、光クロスコネクトを用いて伝送路を切り替えて用いる場合等のように、伝送路形態が一定ではなく、伝送路形態の変化に伴う伝送路特性の変化が発生する場合には、従来の装置では柔軟に対応することが困難であった。
【００３９】
本発明は、このような背景に行われたものであって、伝送路ファイバに入力される信号光パワーの変動によって生じる信号品質の劣化を抑えることができ、さらに、多様な波長分散特性を有する光ファイバに適用することができるラマン増幅制御方法および光通信システムおよび光増幅装置およびプログラムを提供することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明では、誘導ラマン効果によって内部に利得を生じうるラマン増幅媒体に信号光を注入し、このラマン増幅媒体に同時に前方励起光および後方励起光の両方を注入し、前記ラマン増媒体内部で前記信号光に対して両励起光の強度に応じた誘導ラマン効果による利得を発生させ、前記ラマン増幅媒体から前記信号光を取り出し、さらに、前記信号光の光パワーを測定し、この測定結果に応じて前記励起光の注入条件を制御することを特徴とする。
【００４１】
特に、励起光の注入条件の制御としては、入力される信号光パワーが低下した場合は、前記前方励起光が生じる利得の割合を前記後方励起光が生じる利得に対して増加させる制御が行われ、入力される信号光パワーが上昇した場合は、前記前方励起光が生じる利得の割合を前記後方励起光が生じる利得に対して減少させる制御が行われる。
【００４２】
また、入力される信号光パワーが低下した場合は、前記両励起光による利得の割合を変化させると同時に両励起光の生じる総利得を増加する制御が行われ、入力される信号光パワーが上昇した場合は、前記両励起光による利得の割合を変化させると同時に両励起光の生じる総利得を減少する制御が行われることが望ましい。この制御方法の概要を図２のフローチャートに示す。
【００４３】
また、前記ラマン増幅媒体としては光ファイバを含み、この光ファイバの分散値の符号が負で、かつこの分散値の絶対値が２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であるように構成することも可能である。
【００４４】
本発明の効果を説明する。例えば、最初、図２５（ａ）に示すように信号品質の劣化が最小となる最適な光パワーにシステムが設定されていたとする。ここで、図２５（ｂ）のように何らかの理由によって波長特性が一定のまま入力信号光パワーが低下した場合は、モニタ過程が信号光パワーの低下を検出し、励起制御過程によって図２５（ｃ）のように前方励起光による利得の割合を上げ、代わりに後方励起光による利得の割合を下げる制御が行われる（同時に出力信号光パワーは一定に制御される）。
【００４５】
従来の技術では、入力信号光パワーの低下により後方励起で発生するラマンＡＳＥにより信号品質の劣化が生じていた。しかし、本発明ではラマンＡＳＥの発生量の大きい後方励起の割合を下げることによりこの劣化を抑えることが可能になった。
【００４６】
この様子を図３５および図３６を参照して実際にシミュレーションによる計算結果を用いて説明する。図３５は横軸に距離をとり、縦軸に平均信号光パワーをとる。例えば、最初は図３５（ａ）に示す信号光パワーでシステムが動作していたものとする。伝送路ファイバとしてはシングルモードファイバ１２５ｋｍを考える。このときに、光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を代表の波長チャネルに対し図３６（ａ）に示す。信号ビットレートは４０ギガビット／秒である。ここで全波長チャネルにわたって信号光パワーが図３５（ｃ）のように低下した場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。ただし、従来の技術においては前方励起および後方励起の利得の割合制御はなされていなかった。したがって、単純に前後方励起による利得の割合が一定のまま総利得が上昇したものとする。その結果平均信号パワーは図３５（ｂ）の示すような状態になる。この例では入力信号光パワーが１０ｄＢ低下した場合を示す。この入力信号光パワーの低下の結果ラマンＡＳＥによる信号品質劣化が増加し、光伝送路から出力される信号光波形は図３６（ｂ）のようになる。ラマンＡＳＥにより劣化が大きくなっている様子がわかる。また、伝送路損失がファイバの接続切り換え等により１０ｄＢ増加した場合でも同様な劣化が生じる。本発明では、入力信号光パワーが低下した場合は図３５（ｄ）に示すように前方励起の割合を上げる。この例では前方励起が生じる利得が後方励起の生じる利得の約２００倍になっている。この結果ラマンＡＳＥによる信号品質劣化は抑圧され、光伝送路から出力される信号光波形は図３６（ｃ）のようになる。従来の技術に比べ、前後方励起の生じる利得の割合を制御したことにより、信号品質劣化が少なくなっている様子がわかる。
【００４７】
また、最初、図２６（ａ）に示すように信号品質の劣化が最小となる最適な光パワーにシステムが設定されていたとする。ここで、図２６（ｂ）のように何らかの理由によって波長特性が一定のまま入力信号光パワーが上昇した場合は、モニタ過程が信号パワーの上昇を検出し、励起制御過程によって図２６（ｃ）のように前方励起光による利得の割合を下げ、代わりに後方励起光による利得の割合を上げる制御が行われる（同時に出力光パワーは一定に制御される）。従来の技術では光パワーの上昇により前方励起で発生する付加的な非線形波形歪みにより信号品質の劣化が生じていた。しかし、本発明では付加的な非線形波形歪みの大きい前方励起の割合を下げることによりこの劣化を抑えている。
【００４８】
この様子を図３７および図３８を参照して実際にシミュレーションによる計算結果を用いて説明する。図３７は横軸に距離をとり、縦軸に平均信号光パワーをとる。例えば、最初は図３７（ａ）に示す信号光パワーでシステムが動作していたものとする。伝送路ファイバとしてはシングルモードファイバ１２５ｋｍを考える。このときに光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を代表の波長チャネルに対し図３８（ａ）に示す。信号ビットレートは４０ギガビット／秒である。ここで全波長チャネルにわたって信号光パワーが図３７（ｂ）のように上昇した場合には、従来の技術であると伝送路ファイバの出力信号光パワーが一定になるように制御がなされる。ただし、従来の技術においては前方励起および後方励起の利得の割合制御がなされていなかった。したがって、単純に前後方励起による利得の割合が一定のまま総利得が減少したものとする。その結果平均信号パワーは図３７（ｃ）の示すような状態になる。この例では入力信号光パワーが１０ｄＢ上昇した場合を示す。この入力信号光パワーの上昇の結果、非線形波形歪みによる信号品質劣化が増加し、光伝送路から出力される信号光波形は図３８（ｂ）のようになる。非線形波形歪みによる信号品質劣化が大きくなっている様子がわかる。本発明では、入力信号光パワーが上昇した場合は図３７（ｄ）に示すように前方励起の割合を下げる。この例では前方励起が生じる利得はほとんど無く、後方励起が生じる利得に対する割合はほぼゼロである。この結果、非線形波形歪みは抑圧され、光伝送路から出力される信号光波形は図３８（ｃ）のようになる。従来の技術に比べ、前後方励起の生じる利得の割合を制御したことにより、信号品質劣化が少なくなっている様子がわかる。
【００４９】
すなわち、本発明の第一の観点は、誘導ラマン効果によってラマン増幅媒体内部に利得を生じるラマン増幅を制御する際に、前記ラマン増幅媒体に信号光を注入する信号光入力過程と、前記ラマン増幅媒体から出力信号光を取り出す信号光出力過程と、前記ラマン増幅媒体に励起光を注入する励起過程と、前記ラマン増幅媒体内部における前記励起光の強度に応じて前記信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生するラマン増幅過程と、前記信号光の光パワーを測定するモニタ過程と、前記モニタ過程の測定結果に応じて前記励起過程を制御する制御過程とを含むラマン増幅制御方法である。
【００５０】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起過程と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起過程とを含み、前記モニタ過程の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する過程を有するところにある。
【００５１】
これにより、伝送路ファイバに入力される信号光パワーの変動によって生じる信号品質の劣化を抑えることができる。したがって、さまざまな入力信号パワーに対応するラマン増幅を用いた装置を実現することができ、装置新設の際の手間と費用を大幅に削減することができる。
【００５２】
さらに、光クロスコネクトを用いて伝送路を切り替えて用いる場合等のように、伝送路形態が一定ではなく、伝送路形態の変化に伴う伝送路特性の変化が発生する場合にも柔軟に対応することができるラマン増幅を用いた装置を実現することができる。
【００５３】
例えば、前記制御過程では、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーに着目し、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御することにより、ＡＳＥ、ラマンＡＳＥ、もしくは非線形波形歪みによる劣化を低減することができる。
【００５４】
あるいは、前記制御過程では、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーに着目し、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが前記ラマン増幅媒体に注入される入力信号光パワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御することができるため、前記信号光パワーの低下あるいは上昇に伴うＡＳＥ、ラマンＡＳＥによる劣化あるいは非線形波形劣化を低減することができる。
【００５５】
あるいは、前記制御過程では、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーおよび前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーの双方に着目し、前記モニタ過程の測定結果に応じて前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御することもできる。これにより、前記信号光パワーの低下あるいは上昇に伴うＡＳＥによる劣化あるいは非線形波形劣化を低減することができる。
【００５６】
あるいは、前記励起過程では、複数波長の励起光を発生し、前記制御過程では、前記モニタ過程の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御することに加え、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが波長に対して均一になるように制御することにより、全ての波長チャネルに対して均一な信号品質を達成することができる。
【００５７】
本発明の第二の観点は光通信システムであって、本発明の特徴とするところは、ラマン増幅媒体と、強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生する励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する励起部と、前記信号光パワーを測定するモニタ部と、このモニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部とを備え、前記励起部は、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起部と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起部とを含み、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起部が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備え、前記前方励起手段は、送信装置に設けられ、前記後方励起手段は、受信装置に設けられ、前記ラマン増幅媒体は、前記送信装置と前記受信装置との間の光伝送路としての光ファイバを含むところにある。
【００５８】
前記制御部は、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する手段を備えることが望ましい。
【００５９】
あるいは、前記制御部は、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御する手段を備えたり、あるいは、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する手段を備えることが望ましい。
【００６０】
あるいは、前記励起部は、複数波長の励起光を発生する手段を備え、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段と、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが波長に対して均一になるように制御する手段とを備えることが望ましい。
【００６１】
さらに、前記光ファイバの分散値の符号が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で負でありかつ前記分散値の絶対値が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることが望ましい。
【００６２】
本発明の第三の観点は光増幅装置であって、本発明の特徴とするところは、ラマン増幅媒体と、強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生する励起光を前記ラマン増幅媒体に注入する励起部と、前記信号光パワーを測定するモニタ部と、前記モニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部と、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起部と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起部とを備え、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備えたところにある。
【００６３】
あるいは、本発明の特徴とするところは、強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生する励起光をラマン増幅媒体に注入する励起部と、前記信号光パワーを測定するモニタ部と、前記モニタ部の測定結果に応じて前記励起部を制御する制御部と、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起部と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起部とを備え、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段を備えたところにある。
【００６４】
前者は、ラマン増幅媒体を構成要件として含み、後者は、ラマン増幅媒体を構成要件として含まない。例えば、前者は、ラマン増幅媒体を含む全ての構成要件を光増幅装置の製作者が用意して一つの筐体内に設置した形態で出荷される場合に適用され、後者は、ラマン増幅媒体を除く構成要件を光増幅装置の制作者が用意し、これを他の場所に既に設置されているラマン増幅媒体に結合することにより一つの光増幅装置が完成する形態で出荷される場合に適用される。
【００６５】
前記制御部は、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光のパワーが増加するにしたがい前記前方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光にに生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する手段を備えることが望ましい。
【００６６】
あるいは、前記制御部は、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御する手段を備えたり、あるいは、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する手段を備えることが望ましい。
【００６７】
あるいは、前記励起部は、複数波長の励起光を発生する手段を備え、前記制御部は、前記モニタ部の測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する手段と、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが波長に対して均一になるように制御する手段とを備えることが望ましい。
【００６８】
さらに、前記ラマン増幅媒体は光ファイバを含み、この光ファイバの分散値の符号が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で負でありかつ前記分散値の絶対値が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることが望ましい。
【００６９】
さらに、前記前方励起部が発生する複数波長の励起光のうち任意の２つの励起光に対してピーク波長が小さい方の励起光のピーク波長λｍｉｎおよびピーク波長が大きい方の励起光のピーク波長λｍａｘが信号光の波長帯域の最短波長λｓｈｏｒｔおよび信号光の波長帯域の最長波長λｌｏｎｇと、
λｓｈｏｒｔ＞λｍｉｎ＊λｍａｘ／（２λｍｉｎ−λｍａｘ）
もしくは、
λｍｉｎ＊λｍａｘ／（２λｍｉｎ−λｍａｘ）＞λｌｏｎｇ
の関係を満たすように前記励起光の波長を配置する手段を備えることもできる。
【００７０】
あるいは、前記前方励起部が発生する複数波長の励起光のうちピーク波長が
λｍｉｎ＜λｍｉｄ＜λｍａｘ
を満たす任意の３つの励起光が信号光の波長帯域の最短波長λｓｈｏｒｔおよび信号光の波長帯域の最長波長λｌｏｎｇと、
0003899893.tif 000002
の関係を満たすように前記励起光の波長を配置する手段を備えることもできる。
【００７１】
あるいは、前記前方励起部の発生する励起光同士の間または励起光と入力光信号の間もしくはその両方で生じる非線形効果によって発生する光波のパワーが前記信号光の波長帯域内にて、前記ラマン増幅媒体のあらゆる点で前記信号光のパワーより２０ｄＢ以上小さく、すなわち１００分の１以下になるよう前記励起光の波長またはパワーもしくはその両方を配置もしくは設定する手段を備えることもできる。例えば、前記非線形効果は四光波混合（ＦＷＭ）である。
【００７２】
この場合には、前記ラマン増幅媒体は、光ファイバを含み、この光ファイバの波長分散の絶対値が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることができる。
【００７３】
あるいは、前記ラマン増幅器は、光ファイバを含み、前記光ファイバの零分散波長が前記励起光のうち最短ピーク波長を有する励起光のピーク波長以上で最長ピーク波長を有する励起光のピーク波長以下であることができる。
【００７４】
このように、励起光同士の間または励起光と入力信号光との間もしくはその両方で非線形効果によって発生する光波の波長が入力信号光が存在する波長帯域内に含まれないよう励起光の波長を配置することにより、もしくは励起光同士の間または励起光と入力信号光との間もしくはその両方で非線形効果によって発生する光波が前記信号光に与える信号劣化を小さく抑えることにより、多様な波長分散特性を有する光ファイバに本発明の光増幅装置を適用することができる。また、このような励起光の波長の配置を本発明の光通信システムに応用すれば、多様な光ファイバに本発明の光通信システムを適用することができる。
【００７５】
本発明の第四の観点はプログラムであって、本発明の特徴とするところは、情報処理装置にインストールすることにより、その情報処理装置に、強度に応じて信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生する励起光をラマン増幅媒体に注入し、前記信号光の光パワーを測定し、この測定結果に応じて前記励起光の注入を制御し、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起と、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起とを行う光通信システムもしくは光増幅装置における前記励起光の注入を制御する機能として、前記測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する機能を実現させるところにある。
【００７６】
前記制御する機能として、前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーが増加するにしたがい前記前方励起が前記信号光に生じる利得の割合を前記後方励起光が前記信号光に生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する機能を実現させることが望ましい。
【００７７】
あるいは、前記制御する機能として、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが前記ラマン増幅媒体に注入される信号光パワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御する機能を実現させることが望ましい。
【００７８】
あるいは、複数波長の励起光を用いる場合の前記制御する機能として、前記測定結果に応じて前記前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する前記後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御する機能と、前記ラマン増幅媒体より取り出される信号光パワーが波長に対して均一になるように制御する機能とを実現させることが望ましい。
【００７９】
あるいは、前記制御する機能として、前記後方励起光が前記信号光に生じる利得を一定に保ったまま前記前方励起光が前記信号光に生じる利得を制御する機能を実現させることが望ましい。
【００８０】
本発明のプログラムは記録媒体に記録されることにより、前記情報処理装置は、この記録媒体を用いて本発明のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本発明のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接前記情報処理装置に本発明のプログラムをインストールすることもできる。
【００８１】
これにより、コンピュータ装置等の情報処理装置により、伝送路ファイバに入力される信号光パワーの変動によって生じる信号品質の劣化を抑えることができる光通信システムおよび光増幅装置を実現することができる。
【００８２】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の光通信システムを図１、図４、図６、図７、図１２を参照して説明する。図１は本発明第一実施例の光通信システムおよび光増幅装置の構成図である。図４は本発明第二実施例の光通信システムおよび光増幅装置の構成図である。図６は本発明第四実施例の光通信システムおよび光増幅装置の構成図である。図７は本発明第五実施例の光通信システムおよび光増幅装置の構成図である。図１２は本発明第七実施例の光通信システムおよび光増幅装置の構成図である。
【００８３】
本発明の光通信システムは、図１〜図１２に示すように、ラマン増幅媒体としての光ファイバ１と、強度に応じて前記信号光に対し誘導ラマン効果による利得を発生する励起光を光ファイバ１に注入する励起部２と、光ファイバ１に注入される信号光または光ファイバ１より取り出される信号光もしくはその両方の光パワーを測定するモニタ部としての光パワーメータ３、３ａ、３ｄもしくは光スペクトルアナライザ３−１、３−１ｂ、３−１ｃと、このモニタ部の測定結果に応じて励起部２を制御する励起電流制御回路４、４ａと、前記信号光の進行方向と同方向に伝搬する前方励起光を注入する前方励起部としての励起レーザ・ダイオード（以下、励起ＬＤと記す）２ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａと、前記信号光の進行方向と逆方向に伝搬する後方励起光を注入する後方励起部としての励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂとを備え、励起電流制御回路４、４ａは、光パワーメータ３、３ａ、３ｄもしくは光スペクトルアナライザ３−１、３−１ｂ、３−１ｃの測定結果に応じて励起ＬＤ２ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａで注入する前方励起光が前記信号光に生じる利得に対する励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂで注入する後方励起光が前記信号光に生じる利得の割合を制御し、励起ＬＤ２ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａおよびＷＤＭカプラ８ａは、送信装置に設けられ、励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂおよびＷＤＭカプラ８ｂは、受信装置に設けられ、光ファイバ１は、前記送信装置と前記受信装置との間の光伝送路としての光ファイバを含むことを特徴とする光通信システムである。
【００８４】
図１および図４に示す第一および第二実施例では、励起電流制御回路４は、入力信号光５のパワーを光パワーメータ３または３ａにより測定し、そのパワーが増加するにしたがい励起ＬＤ２ａにより生じる利得の割合を励起ＬＤ２ｂにより生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する。
【００８５】
図６に示す第四実施例では、励起電流制御回路４ａは、光ファイバ１より出力される出力信号光６のパワーを光パワーメータ３ａにより測定し、そのパワーが光ファイバ１に入力される入力信号光パワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御する。
【００８６】
図７に示す第五実施例では、励起部２は、複数波長の励起光を発生する複数の励起ＬＤ２１ａ〜２４ａ、２１ｂ〜２４ｂを備え、励起電流制御回路４は、光スペクトルアナライザ３−１の測定結果に応じて励起ＬＤ２１ａ〜２４ａで注入される励起光が信号光５に生じる利得に対する励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｄで注入される励起光が信号光６に生じる利得の割合を制御し、さらに、光ファイバ１より出力される信号光６のパワーが波長に対して均一になるように制御する。
【００８７】
図１２に示す第七実施例では、励起電流制御回路４は、光スペクトルアナライザ３−１ｂおよび３−１ｃにより測定される励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂで注入する励起光が信号光に生じる利得を一定に保ったまま光スペクトルアナライザ３−１ａの測定結果に応じて励起ＬＤ２１ａ〜２４ａで注入する励起光が信号光に生じる利得を制御する。また、光ファイバ１の分散値の符号が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で負でありかつ前記分散値の絶対値が前記信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上である。
【００８８】
本発明の光通信システムは、励起ＬＤ２ａ、２１ａ〜２４ａおよびＷＤＭカプラ８ａは、送信装置に設けられ、励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ〜２４ｂおよびＷＤＭカプラ８ｂは、受信装置に設けられ、光ファイバ１は、前記送信装置と前記受信装置との間の光伝送路としての光ファイバ１を含む。これに対し、励起ＬＤ２ａ、２１ａ〜２４ａ、ＷＤＭカプラ８ａ、励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ〜２４ｂ、ＷＤＭカプラ８ｂ、光ファイバ１を１つの装置内に収容すればラマン増幅を用いた１つの光増幅装置になる。
【００８９】
本発明の光通信システムもしくは光増幅装置で用いる励起電流制御回路４、４ａあるいは入力光パワー算出手段４ｂは、情報処理装置としてのコンピュータ装置により実現することができる。すなわち、コンピュータ装置にインストールすることにより、そのコンピュータ装置に、本発明の光通信システムもしくは光増幅装置における励起電流制御回路４、４ａあるいは入力光パワー算出手段４ｂに相応する機能として、光パワーメータ３、３ａ、３ｄあるいは光スペクトルアナライザ３−１、３−１ａ、３−１ｂ、３−１ｃの測定結果に応じて励起ＬＤ２ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａで注入する励起光が信号光に生じる利得に対する励起ＬＤ２ｂ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂで注入する励起光が信号光に生じる利得の割合を制御する機能を実現させるプログラムをコンピュータ装置にインストールすることにより、そのコンピュータ装置により、励起電流制御回路４、４ａあるいは入力光パワー算出手段４ｂに相応する機能を実現することができる。
【００９０】
本発明のプログラムは、コンピュータ装置に、図１および図４に示す第一および第二実施例の励起電流制御回路４に相応する機能として、入力信号光５のパワーが増加するにしたがい励起ＬＤ２ａにより生じる利得の割合を励起ＬＤ２ｂにより生じる利得に対して減少する方向に前記前方および後方励起光を制御する機能を実現させる。
【００９１】
本発明のプログラムは、コンピュータ装置に、図６に示す第四実施例の励起電流制御回路４ａに相応する機能として、光ファイバ１より出力される出力信号光６のパワーが光ファイバ１に入力される入力信号光５のパワーによらず一定となるように前記前方および後方励起光を制御する機能を実現させる。
【００９２】
また、図７に示す第五実施例のように、励起部２は、複数波長の励起光を発生する励起ＬＤ２１ａ〜２４ａ、２１ｂ〜２４ｂを備え、本発明のプログラムはコンピュータ装置に、励起電流制御回路４に相応する機能として、光スペクトルアナライザ３−１の測定結果に応じて励起ＬＤ２１ａ〜２４ａで注入される励起光が信号光に生じる利得に対する励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂで注入される励起光が信号光に生じる利得の割合を制御する機能と、励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂより出力される出力信号光６のパワーが波長に対して均一になるように制御する機能とを実現させる。
【００９３】
本発明のプログラムは、コンピュータ装置に、図１２に示す第七実施例の励起電流制御回路４に相応する機能として、光スペクトルアナライザ３−１ｂおよび３−１ｃにより測定された励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂで注入する励起光が信号光に生じる利得を一定に保ったまま光スペクトルアナライザ３−１ａの測定結果に応じて励起ＬＤ２１ａ〜２４ａで注入する励起光が信号光に生じる利得を制御する機能を実現させる。
【００９４】
本発明のプログラムは記録媒体に記録されることにより、コンピュータ装置は、この記録媒体を用いて本発明のプログラムをインストールすることができる。あるいは、本発明のプログラムを保持するサーバからネットワークを介して直接コンピュータ装置に本発明のプログラムをインストールすることもできる。
【００９５】
これにより、コンピュータ装置により、伝送路ファイバに入力される信号光パワーの変動によって生じる信号品質の劣化を抑えることができる光通信システムおよび光増幅装置を実現することができる。
【００９６】
以下では、本発明実施例をさらに詳細に説明する。
【００９７】
（第一実施例）
本発明第一実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図１を参照して説明する。第一実施例では、光ファイバ１がラマン増幅媒体、励起ＬＤ２ａおよび励起ＬＤ２ｂがそれぞれ前方励起部および後方励起部、光パワーメータ３がモニタ部、そして励起電流制御回路４が制御部に対応する。図面左側より入力された入力光信号５はカプラ７によって分岐され、そのほとんどがＷＤＭカプラ８ａを介して光ファイバ１に入射し、一部は光パワーメータ３に入射する。
【００９８】
入力信号光５としては例えばＷＤＭ信号光が挙げられる。光パワーメータ３によって入力信号光５の光パワーが測定され、測定結果は励起電流制御回路４に送られる。励起電流制御回路４は入力信号光５の光パワーの測定結果に応じて励起ＬＤ２ａおよび２ｂの励起電流を制御する。励起ＬＤ２ａおよび２ｂは励起電流に応じた励起光を発生する。２つの励起ＬＤより発生された励起光はそれぞれＷＤＭカプラ８ａおよび８ｂを介して光ファイバ１にそれぞれ信号光と同方向および信号光と逆方向に入力される。両励起光はそれぞれの強度に応じて光ファイバ１内部で誘導ラマン効果を介して信号光に利得を生じる。利得を受けた信号光は光カプラ８ｂを通過し出力信号光６として図面右側より取り出される。
【００９９】
第一実施例における制御方法を図２のフローチャートを参照しながら説明する。まず、信号光が励起ＬＤ２ａおよび２ｂの発生する励起光の生じる利得によって増幅され、かつ光パワーメータ３によって入力信号光５のパワーがモニタされている状態（ステップ１）で、入力信号光５のパワー変動が光パワーメータ３によって検出されたとする（ステップ２）。
【０１００】
検出された入力信号光５のパワー変動がパワーの低下である場合（ステップ３）には、励起ＬＤ２ａの出力する前方励起光が信号光に与える利得の割合が励起ＬＤ２ｂの出力する後方励起光が信号光に与える利得に対し、増加する方向の励起電流制御が励起電流制御回路４によって行われる（ステップ４ａ）。
【０１０１】
より具体的な制御形態としては、励起電流制御回路４に、各入力信号パワーに対してあらかじめ励起電流値が保存されたテーブルを備えておき、入力信号パワーに対してこのテーブルを検索した結果得られた励起電流値に応じた励起電流がＬＤ２ａおよび２ｂに対して付与される。このような電流制御の結果、前方励起の生じる利得の割合が増加し、後方励起で発生するラマンＡＳＥによる劣化が抑えられる。
【０１０２】
逆に検出された入力信号光５のパワーの変動がパワーの上昇である場合（ステップ３）には、励起ＬＤ２ａの出力する前方励起光が信号光に与える利得の割合が、励起ＬＤ２ｂの出力する後方励起光が信号光に与える利得に対し、減少する方向の励起電流制御が励起電流制御回路４によって行われる（ステップ４ｂ）。このような電流制御の結果、前方励起で発生する付加的な非線形波形歪みによる劣化が抑えられる。
【０１０３】
前述の各入力信号パワーに対してあらかじめ励起電流制御回路４に保存されている励起電流値は、両励起光の生じる利得の割合を適切に変化させると同時に、出力光信号光６の光パワーが入力信号パワーの変動に対し一定になるような値に設定されている。
【０１０４】
第一実施例で使用した光パワーメータ３は、全信号光パワーの総和を測定する既存の技術であるフォトダイオードのようなものでも構わないし、各波長チャネルの信号光パワーを個別に測定可能な既存の技術である光スペクトルアナライザのようなものでも構わない。
【０１０５】
また、第一実施例および以降に示す他の実施例でも同様に、励起部２、励起電流制御回路４、４ａ、入力光パワー算出手段４ｂを形成する一部もしくは全ての部品群は互いに物理的に遠隔な場所に配置されていても構わない。特に、励起ＬＤ２ａのような前方励起手段と、ＬＤ励起２ｂのような後方励起手段とを互いに数十ｋｍ遠隔に配置される構成も考えられる。これにより、励起ＬＤ２ａを送信装置に備え、励起ＬＤ２ｂを受信装置に備えた光通信システムを構成することができる。これに対し、励起部２、励起電流制御回路４、４ａ、入力光パワー算出手段４ｂを形成する全ての部品を一つの装置内に収容すれば、ラマン増幅を用いた一つの光増幅装置として構成することができる。
【０１０６】
また、励起ＬＤとしてはファイバ・ブラッグ・グレーティングを外部共振器として有する半導体ＬＤを使用する。このような構成のＬＤを使用する場合には、図３に示すように、共振器を構成するファイバ・ブラッグ・グレーティング１５とＬＤ素子１２との中間にはアイソレータを配置することができないため、別途、アイソレータ１４を接続する。これは第一実施例に限ったことではなく、以下記載のすべての実施例に対し同じである。アイソレータを挿入することにより励起ＬＤより出力される励起光パワーが時間的に安定化するため、それにより生じる利得も安定化することが可能となる。
【０１０７】
（第二実施例）
本発明第二実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図４を参照して説明する。第二実施例では、励起ＬＤ２ａおよび２ｂより出力される励起光はそれぞれカプラ７ｂおよび７ｃにより一部取り出され、それぞれパワーメータ３ｂおよび３ｃに入力される。
【０１０８】
第一実施例では励起電流制御回路４に各入力信号光パワーに対して励起電流値があらかじめ保存されていたが、第二実施例ではその代わりに励起光パワーの目標値があらかじめ保存されている。第二実施例では光パワーメータ３ｂおよび３ｃにより検出される前方励起光および後方励起光のそれぞれのパワー値が励起光パワーの目標値と一致する方向に両励起ＬＤの励起電流を変化する制御が励起電流制御回路４によって行われる。
【０１０９】
なお、保存される励起光パワーの目標値は、システムの起動時に一度あるいは定期的もしくは常時、ファイバの特性を測定することによって最適な値に書き換わるような形態を採る。
【０１１０】
励起光パワーの目標値は、入力信号光５のパワーが低下するにしたがい、励起ＬＤ２ａの出力する前方励起光が信号光に与える利得の割合が、励起ＬＤ２ｂの出力する後方励起光が信号光に与える利得に対し、増加するパワー値に設定されている。
【０１１１】
また、励起パワーの目標値は両励起光の生じる利得の割合を適切に変化させると同時に、出力信号光６のパワーが入力信号光５のパワーによらず一定になるような値に設定する。
【０１１２】
第二実施例のように励起電流制御回路４に各入力信号光パワーに対して励起電流値の代わりに励起光パワーの目標値を保存しておくと、経年変化により励起ＬＤの励起電流対出力励起光パワー特性が変化しても所望の利得割合を達成することが可能となる。
【０１１３】
（第三実施例）
本発明第三実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図５を参照して説明する。第三実施例では、光ファイバ１がラマン増幅媒体、励起ＬＤ２ａ、カプラ７ｂおよび光パワーメータ３ｂが前方励起部、励起ＬＤ２ｂ、カプラ７ｃおよび光パワーメータ３ｃが後方励起部、光パワーメータ３ａおよび３ｄがモニタ部、そして励起電流制御回路４が制御部に対応する。第三実施例においては光パワーメータ３ａにおいて入力信号光５のパワーが測定されることに加え、出力信号光６のパワーが光パワーメータ３ｄによって測定される。
【０１１４】
まず、入力信号光５のパワーに応じて、励起電流制御回路４は、励起ＬＤ２ａおよび２ｂより出力される励起光パワーをあらかじめ保存されている目標値に設定する。続いて光パワーメータ３ｄによって測定される出力信号光６のパワーの値に応じ、その値があらかじめ決められた値に到達する方向に励起ＬＤ２ａおよび２ｂの励起電流を制御する。
【０１１５】
出力信号光６のパワーの値に応じる制御は、より具体的には、例えば両励起ＬＤより出力される光パワー比は一定に保ったまま総励起パワーを上下させる。もしくは、出力信号光６のパワーの値に応じる制御は、前方励起光もしくは後方励起光のどちから片方のみに対して行う。
【０１１６】
また、各入力信号光パワーに対して両励起光の光パワーの目標値をあらかじめ保存する代わりに、両励起光の光パワーの割合のみを保存しておいてもよい。この場合には、励起制御は光パワーメータ３ｂおよび３ｃより測定される両励起ＬＤのパワー比があらかじめ保存された割合を保ちながら、光パワーメータ３ｄで測定される出力信号光６のパワーが設定された値に保たれるように励起電流が制御される。
【０１１７】
第三実施例によれば、仮にあらかじめ保存してある励起光パワーの目標値として出力信号光６のパワーが一定になるような値が設定されているとしても、伝送路ファイバの損失の固体差などにより実際得られる出力信号光６のパワーが所望の値とずれてしまうことがありうる。第三実施例では出力信号光６のパワーがモニタされているのでより確実に出力信号光６のパワーを所望の値に近づけることが可能となる。
【０１１８】
（第四実施例）
本発明第四実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図６を参照して説明する。第四実施例では、光ファイバ１がラマン増幅媒体、励起ＬＤ２ａ、カプラ７ｂおよび光パワーメータ３ｂが前方励起部、励起ＬＤ２ｂ、カプラ７ｃおよび光パワーメータ３ｃが後方励起部、光パワーメータ３ａがモニタ部、そして入力光パワー算出手段４ｂおよび励起電流制御回路４ａが制御部に対応する。
【０１１９】
第四実施例では、入力信号光５のパワーは光ファイバ１より後方に配置された光パワーメータ３ａの出力信号光６のパワーの測定結果および励起ＬＤ２ａおよび２ｂから出力されている励起光パワーの測定結果（パワーメータ３ｂおよび３ｃによる）にもとづき入力光パワー算出手段４ｂにて計算により推測される。制御部１６には各入力信号光５のパワーに対し、前方および後方励起光パワーの割合があらかじめ保存されており、このパワーの割合にもとづいた制御が行われる。
【０１２０】
より具体的には、まず光パワーメータ３ａより測定される出力信号光６のパワーおよび光パワーメータ３ｂ、３ｃで測定される励起ＬＤ２ａ、２ｂの励起光パワーより入力信号光５のパワーが計算によって推測される。この入力信号光５のパワーに対応するあらかじめ制御部１６に保存された前方および後方励起光パワーの割合と光パワーメータ３ｂ、３ｃで測定される励起ＬＤ２ａ、２ｂの光パワーの割合が比較され、この２つの値がある一定量以上異なる場合は、励起ＬＤ２ａおよび２ｂに対して励起電流の制御が行われる。
【０１２１】
例えば、励起ＬＤ２ａより出力される前方励起光パワーの割合が保存されている割合より高い場合は、両励起ＬＤ２ａおよび２ｂより出力される総励起光パワーを一定に保ったまま、ＬＤ２ａの光パワーを下げる励起電流制御を行う（その分ＬＤ２ｂの光パワーを上げる励起電流制御を行う）。
【０１２２】
上記の制御に加え、第四実施例では、光パワーメータ３ａで測定される出力信号光パワーがある設定値に一致するような制御がなされる。そのためには、前記の制御により、推測される入力信号光パワーに対して適切な両励起光の光パワー割合が達成された後、その割合を保ったまま総励起パワーを上下させ、所望の出力信号光６のパワーが得られるように励起電流制御を行えばよい。
【０１２３】
第四実施例では、第三実施例と比較すると、入力信号光５のパワーのモニタ用の光パワーメータおよびこの光パワーメータに信号光を分岐するためのカプラが省けるため、システム構成を単純化することが可能となる。
【０１２４】
（第五実施例）
本発明第五実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図７を参照して説明する。第五実施例では、光ファイバ１がラマン増幅媒体、励起ＬＤ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、ＷＤＭカプラ８ｃ、ＰＢＳ(Polarization Beam Splitter)１０ａ、１０ｂ、カプラ７ｂ、７ｃおよび光パワーメータ３ａ、３ｂが前方励起部、励起ＬＤ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、ＷＤＭカプラ８ｄ、ＰＢＳ１０ｃ、１０ｄ、カプラ７ｄ、７ｅおよび光パワーメータ３ｃ、３ｄが後方励起部、光スペクトルアナライザ３−１がモニタ部、そして励起電流制御回路４が制御部に対応する。
【０１２５】
第五実施例では、励起ＬＤ２１ａおよび２２ａより発生される励起光はＰＢＳ１０ａによって偏波多重され、励起ＬＤ２３ａおよび２４ａより発生される励起光はＰＢＳ１０ｂによって偏波多重され、偏波多重された励起光はＷＤＭカプラ８ｃによってさらに波長多重され、ＷＤＭカプラ８ａを介して光ファイバ１に信号光と同方向に入力される。また、励起ＬＤ２１ｂおよび２２ｂより発生される励起光はＰＢＳ１０ｃによって偏波多重され、励起ＬＤ２３ｂおよび２４ｂより発生される励起光はＰＢＳ１０ｄによって偏波多重され、偏波多重された励起光はＷＤＭカプラ８ｄによってさらに波長多重され、ＷＤＭカプラ８ｂを介して光ファイバ１に信号光と逆方向に入力される。
【０１２６】
なお、励起ＬＤ２１ａ〜２４ａおよび励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂより発生される励起光の波長は互いにすべて異なっても、もしくは一部異なってもよい。例えば図に示す例では、励起ＬＤ２１ａと２２ａは同波長λ１、励起ＬＤ２３ａと２４ａは同波長λ２、励起ＬＤ２１ｂと２２ｂは同波長λ３、励起ＬＤ２３ｂと２４ｂは同波長λ４の場合を示している。
【０１２７】
第五実施例の構成では、光スペクトルアナライザ３−１によって各波長チャネルの信号光パワーが測定される。その測定結果に応じて前方励起光が生じる利得の後方励起光が生じる利得に対する割合を制御する。
【０１２８】
より具体的な制御方法の例を以下に示す。まず、光スペクトルアナライザ３−１によって各波長チャンネルの信号光パワーが測定される。励起電流制御回路４では入力信号光パワーの波長に対する傾きおよび総入力信号光パワーに対してあらかじめ励起電流制御回路４に保存されている励起光パワーの目標値を用いて、励起ＬＤ２１ａ〜２４ａおよび２１ｂ〜２４ｂの励起電流を制御する。目標の励起パワーに達したかは光パワーメータ３ａ〜３ｄの測定値を用いて判断される。
【０１２９】
励起電流制御回路４に保存される励起光パワーの目標値は短波側の入力信号光パワーが低くなるにしたがって（短波下がりの傾きの度合いが大きくなるにしたがって）、短波側の励起光の励起光パワーが高くなるように設定されている。また総入力信号光パワーが大きくなるにしたがって、前方励起光の生じる平均利得（各波長チャネルに対する利得の平均値）の割合が後方励起光の生じる平均利得に対し、減少するように設定されている。
【０１３０】
第五実施例では、このような目標値にしたがって励起パワーを制御する結果、入力信号光５のパワーの変動に対する劣化を抑えることができると同時に、出力信号光６のパワーを波長に対して均一に保つことが可能となる。信号光パワーを波長に対して均一に保つことによりすべてのチャンネルにわたって均一の信号品質を提供することが可能となるので有利である。
【０１３１】
また、励起電流制御回路４に保存された励起パワーの目標値は、出力信号光６のパワーが波長に対して均一になると同時に、出力信号光６の総パワーが入力信号光５のパワーによらず一定に保たれるような値に設定されている。
【０１３２】
なお、ＰＢＳ１０ａ〜１０ｄはラマン増幅の利得の偏波依存性を低減するために挿入されるもので、利得の偏波依存性が問題ない場合は除いてもよく、例えば励起部を図８のようにＰＢＳがある場合の半分の数のＬＤから構成してもよい。もしくは２つの励起ＬＤ２１ａ、２２ａまたは２３ａ、２４ａまたは２１ｂ、２２ｂまたは２３ｂ、２４ｂと１つのＰＢＳ１０ａまたは１０ｂまたは１０ｃまたは１０ｄの代わりに、図９に示すように、既存の技術であり励起光の偏光度を下げるデポラライザ１７ａまたは１７ｂまたは１７ｃまたは１７ｄと１つの励起ＬＤ２１ａまたは２２ａまたは２１ｂまたは２２ｂを使用した構成も考えられる。または、２つの励起ＬＤと１つのＰＢＳの組とデポラライザと１つの励起ＬＤの組が混在した構成も考えられる。
【０１３３】
また、第五実施例では前方励起光および後方励起光はそれぞれ２波長ずつで構成したが３波長以上の構成も可能である。ただし、その場合はＷＤＭカプラ８ｃか８ｄもしくは入力ポート数が必要に応じて３以上になる。前方励起光の波長数と後方励起光の波長数は一致してもしなくてもよい。
【０１３４】
また、第五実施例のように複数の励起波長を用いた構成でも第三実施例と同様に、入力信号光５のパワーに加えて出力信号光６のパワーをモニタし出力信号光６のパワーをより確実に一定に保つ制御が加わった構成も考えられる。また、第四実施例と同様に入力信号光５のパワーの代わりに出力信号光６のパワーをモニタし入力信号光５のパワーを推測する構成も考えられる。
【０１３５】
（第六実施例）
本発明第六実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図１０を参照して説明する。第六実施例では、光ファイバ１がラマン増幅媒体、励起ＬＤ２１、２２、２３、２４、カプラ７ｂ、ＰＢＳ１０ａ、ＰＢＳ１０ｂ、アッテーネータ１１ａおよび１１ｂが励起部、光スペクトルアナライザ３−１がモニタ部、そして励起電流制御回路４が制御部に対応する。
【０１３６】
第六実施例は、前方励起手段と後方励起手段を共有した構成である。第六実施例の構成では励起ＬＤ２１および２２より発生する波長λ１の励起光はＰＢＳ１０ａにより偏波多重され、励起ＬＤ２３および２４より発生された波長λ２の励起光はＰＢＳ１０ｂにより偏波多重される。偏波多重された各波長の励起光はカプラ７ｂによって多重分離され、各波長の励起光がほぼ一対一の割合で合成された励起光が２つの出力ポートからほぼ同程度のパワーで出力される。合成波の一方はアッテネータ１１ａ、ＷＤＭカプラ８ａを介して光ファイバ１に入力信号光５と同方向に入力され、両波長の合成波の他方はアッテネータ１１ｂ、ＷＤＭカプラ８ｂを介して光ファイバ１に出力信号光６と逆方向に入力される。
【０１３７】
第六実施例では、光スペクトルアナライザ３−１の測定結果にしたがって前方励起光の生じる利得の割合を、後方励起光の生じる利得の割合に対して変化させる際は、アッテネータ１１ａおよび１１ｂを制御しアッテネータが各励起光に対して生じる損失を変化させる。特に、両励起光の光パワー比を一定に保ったまま総光パワーを増減させるにはアッテネータの損失量を一定のまま励起ＬＤ２１〜２４の出力する励起光パワーを増減させればよい。また、アッテネータ１１ａもしくは１１ｂのどちらか片方を省いた構成も考えられる。
【０１３８】
また、励起光が３波長以上の場合は励起部を図１１で置き換えた構成が可能である。この構成では異なる波長の励起光を一旦ＷＤＭカプラ８ｃで合波した後、カプラ７ｂで前方励起用および後方励起用に分波する構成となっている。
【０１３９】
（第七実施例）
本発明第七実施例の光通信システムおよび光増幅装置を図１２を参照して説明する。第七実施例では、分散補償ファイバ１ａおよび１ｂがラマン増幅媒体、励起ＬＤ２１ａ〜２４ａ、ＰＳＢ１０ａ、１０ｂおよびＷＤＭカプラ８ｃが前方励起部、励起ＬＤ２１ｂから２４ｂ、ＰＳＢ１０ｃ、１０ｄおよびＷＤＭカプラ８ｄが後方励起部、光スペクトルアナライザ３−１ａ、３−１ｂ、３−１ｃがモニタ部、そして励起電流制御回路４が制御部に対応する。分散補償ファイバとは分散値が信号光の波長帯域内の少なくとも一部で負であり、かつ前記分散値の絶対値が信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上である光ファイバを指す。
【０１４０】
第七実施例では、図面左側より入力された入力信号光５はカプラ７ａによって分岐され、そのほとんどがＷＤＭカプラ８ａを介して分散補償ファイバ１ａに入射し、一部は光スペクトルアナライザ３−１ａに入射する。光スペクトルアナライザ３−１ａは入力信号光５のパワーを各波長チャンネルに対して測定し、測定結果を励起電流制御回路４に送る。励起電流制御回路４は入力信号光５のパワーの測定結果に応じて励起ＬＤ２１ａ〜２４ａおよび励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂの励起電流を制御する。励起ＬＤ２１ａ〜２４ａおよび励起ＬＤ２１ｂ〜２４ｂは励起電流に応じた励起光を発生する。
【０１４１】
これら２組の励起ＬＤ２１ａ〜２４ａおよび２１ｂ〜２４ｂより発生された２組の励起光はそれぞれＷＤＭカプラ８ａおよびＷＤＭカプラ８ｂを介して分散補償ファイバ１ａおよび１ｂにそれぞれ信号光と同方向および逆方向に入力される。両励起光はそれぞれの強度に応じて分散補償ファイバ１ａおよび１ｂ内部で誘導ラマン効果により信号光に利得を生じる。利得を受けた光信号はＷＤＭカプラ８ｂ、アイソレータ１４ｃおよびカプラ７ｃを介し出力信号光６として図面右側より取り出される。
【０１４２】
分散補償ファイバ１ａに入射されたかかる入力信号光は分散補償ファイバ１ａで前方励起光によってラマン増幅された後、カプラ７ｂを介して一部取り出され、その光パワーは光スペクトルアナライザ３−１ｂによって測定される。その光パワーの測定結果および光スペクトルアナライザ３−１ａの測定結果に応じて前方励起光の励起電流が制御される。
【０１４３】
具体的には励起電流制御回路４にはあらかじめ、光スペクトルアナライザ３−１ａで測定される各入力信号光５のパワーに対し、光スペクトルアナライザ３−１ｂで測定される分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーに対する目標値が設定されており、励起電流制御はこの目標値を達成する方向で制御が行われる。
【０１４４】
分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーの目標値としては入力信号光５のパワーが増加すると共に減少する値に設定されている。この結果、入力信号光５のパワーが増加した場合は分散補償ファイバ１ａで前方励起が生じる利得を下げることが可能となり、入力信号光５のパワーの増加による付加的な非線形波形歪みを低減することが可能となる。
【０１４５】
また、全ての入力信号光５のパワーに対して同一の目標信号光パワーを分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーとして設定する制御方法が考えられる。この場合には、入力信号光５のパワーを測定する必要が無くなるため、光スペクトルアナライザ３−１ａおよびカプラ７ａを省くことが可能となる。
【０１４６】
また、第七実施例では、前方励起光として複数の波長を利用して励起を行っているため、分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーを波長に対して均一に近づける制御も同時に可能となる。具体的には光スペクトルアナライザ３−１ｂによって測定される分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーの波長に対する傾きが短波下がりの場合はより短波の波長を有する励起光の励起電流を増加すればよい。
【０１４７】
分散補償ファイバ１ａで増幅された出力信号光６はカプラ７ｂを介して分散補償ファイバ１ｂに入力される。分散補償ファイバ１ｂに入射された入力信号光５は、後方励起光によってラマン増幅された後、カプラ７ｃを介して一部取り出され、そのパワーが光スペクトルアナライザ３−１ｃによって測定される。このとき、光スペクトルアナライザ３−１ｃによって検出される光パワーがあらかじめ設定された一定の光パワーになるように後方励起光のパワーが制御される。
【０１４８】
特に、分散補償ファイバ１ａより出力される信号光パワーの目標値が入力信号光５のパワーに対して一定値に保たれるような制御がなされている場合は、分散補償ファイバ１ｂ内で信号光が得る利得は一定に保たれる制御がされていることになり、分散補償ファイバ１ａ内で信号光が得る利得のみが入力信号光５のパワーに応じて変化する。このような制御の結果、入力信号光５のパワーに応じて前方および後方励起光の生じる利得の割合の制御をすることが可能となる。
【０１４９】
また、第七実施例では、ラマン増幅媒体として分散補償ファイバを利用しているので、ラマン増幅と同時に分散補償も行うことが可能なため有利である。さらに、アイソレータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃなどは、その数を増やしたり、減らしたり、また挿入場所を変えた構成が可能である。また、前述した他の実施例でも適切な場所に１つ以上のアイソレータを挿入した構成は容易に想像可能である。
【０１５０】
また、カプラ７ｂと分散補償ファイバ１ｂの間に既存の技術である無反射終端器の接続されたＷＤＭカプラなど前方励起光が分散補償ファイバ１ｂに入力されることを阻止する手段を設けた構成も考えられる。このような構成では光スペクトルアナライザ３−１ｂで測定される光パワーもしくは光スペクトルアナライザ３−１ｃで測定される光パワーのうち高い方の光パワーが分散補償ファイバ２ｂ内部の最大光パワーとなることが保証されるため、分散補償ファイバ内の最大光パワーを制限したい場合に有利である。最大光パワーを制限すると、内部で生じる非線形波形歪みを制限できるため有利である。
【０１５１】
（第八実施例）
本発明第八実施例を図１３ないし図２４を参照して説明する。第七実施例では、ラマン増幅媒体にあたる光ファイバ１、１ａ、１ｂの分散値が信号光の波長帯域内の少なくとも一部で負であり、かつ前記分散値の絶対値が信号光の波長帯域内の少なくとも一部で２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であるとして説明したが、第八実施例では、信号光の波長帯域内で２〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の分散を有するファイバにラマン増幅を適用する実施例を説明する。これにより多様な波長分散特性を有する光ファイバに本発明の光通信システムおよび光増幅装置を適用することができる。
【０１５２】
従来技術では、信号光の波長帯域において２〜８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の分散を有するファイバにラマン増幅を適用すると問題が生じる。なぜなら、信号光の波長帯域の波長近辺では分散が充分大きくても励起光の波長近辺ではファイバの分散が小さ過ぎて四光波混合が効率良く生じてしまうためである。したがって、励起光間および励起光と信号光との間で生じる四光波混合により励起光のエネルギー成分が信号光に移動して干渉し信号品質を劣化させてしまう可能性がある。特にラマン増幅が前方励起構成の場合にこの問題は顕著である。
【０１５３】
第八実施例は、ラマン増幅の際に使用する励起光波長またはパワーもしくはその両方を適切に設定することにより信号光の波長帯域に四光波混合により光波が発生することを抑えて信号の品質劣化を回避することができる実施例を説明する。
【０１５４】
（その１）
図１３に示す例では、図面左側から入射する入力信号光５はＷＤＭカプラ８ａを介し光ファイバ１に入射する。励起レーザダイオード（以下、励起ＬＤと記す）２１ａおよび２２ａより発生されるピーク波長λ１の励起光はＰＢＳ(Polarization Beam Splitter)１０ａに、互いに直交した偏波で入射し、偏波多重される。同様にして励起ＬＤ２３ａおよび２４ａより発生されるピーク波長λ２（＞λ１）の励起光はＰＢＳ１０ｂによって偏波多重される。偏波多重されたλ１およびλ２の励起光はＷＤＭカプラ１８ａによって波長多重される。波長多重された励起光はＷＤＭカプラ８ａを介し光ファイバ１に前記信号光と同方向に入射される。前記波長多重された励起光は誘導ラマン効果により前記信号光に利得を生じる。利得を受けた前記信号光は出力信号光６として図面右側より出射する。
【０１５５】
ここで入力信号光５と前記励起光の波長は以下に説明する関係にある。例えば図１４のように入力信号光５の波長帯域の最短波長がλｓｈｏｒｔ、入力信号光５の波長帯域の最長波長がλｌｏｎｇであったとする。このとき、本実施例では励起光のピーク波長λ１とλ２は以下の式を満たすように設定される。
【０１５６】
λｓｈｏｒｔ＞λ１＊λ２＊（２λ１−λ２）
もしくは、
λ１＊λ２＊（２λ１−λ２）＞λｌｏｎｇ
この結果、励起波長間で生じる四光波混合により
波長λＦＷＭ＝λ１＊λ２／（２λ１−λ２）
に生じる光波は信号光と干渉しないため、励起光間の四光波混合により発生する光波による信号劣化を回避することが可能となる。なお、図１４は横軸に波長をとり縦軸に信号光パワーをとる。
【０１５７】
ここで、波長配置制御部４０により実行される具体的な励起波長決定の流れを図１８のフローチャートに示す。まず、入力信号光５の波長帯域を決定する。続いてその波長帯域の少なくとも一部にラマン利得を生じるようにラマン励起光源の波長を配置する。続いて、励起波長が前記の条件式を満たすかを確認する。条件式を満たす場合は四光波混合による信号劣化は回避されているので各励起光のパワーおよび入力信号光５のパワーを決定する。条件式を満たない場合は、励起光の配置を変更する。例えば励起光数を減らすことも考えられる。また励起光の配置変更だけでは条件式を満たすことができない場合は信号光の波長帯域を変更する。
【０１５８】
例えば励起ピーク波長λ１＝１４２５ｎｍ、λ２＝１４５０ｎｍであったとする。この場合には、励起光間の四光波混合により発生する光の波長はλＦＷＭ＝１４７６ｎｍである。例えば長さ４０ｋｍの非零分散シフトファイバにファイバ前方よりλ１、λ２の光を１００ｍＷずつ入射した場合のファイバ出力端における光スペクトルを図１５に示す。図１５は横軸に波長をとり縦軸にパワーをとる。スペクトルの分解能は２ｎｍである。この図より波長１４７６ｎｍにおいて２ｎｍあたり約−２１ｄＢｍのパワーを持つ光波が励起光間の四光波混合により発生している様子が分かる。この光波は波長１４７６ｎｍ（Ｓバンド）の信号光と干渉し、信号品質を劣化させる可能性がある。この問題は本発明にしたがいＳバンドの信号光の最短波長を１４７６ｎｍより大きな波長に設定することで解決することができる。
【０１５９】
ここでは、波長配置制御部４０は、図１８のフローチャートに示す励起波長決定手順を入力信号光５の波長帯域決定毎に実行するとして説明したが、波長配置制御部４０を簡単化する構成として、高速演算処理能力を有するコンピュータ装置により、図１８のフローチャートに示す励起波長決定手順をあらかじめ複数の入力信号光５の波長帯域毎に行って励起波長を決定しておき、その結果に基づき、複数の入力信号光５の波長帯域に対応する複数の励起波長が記録されたテーブルを作成し、このテーブルを波長配置制御部４０に設置し、波長配置制御部４０の処理としては、単に、決定された入力信号光５の波長帯域に対応する励起波長をテーブルから検索して励起波長を決定するようにすることもできる。
【０１６０】
なお、図１５のスペクトル上では波長１４７６ｎｍ近辺の２ｎｍあたりに約−２１ｄＢ程度の四光波混合による光が発生しているように見えるが、この値は実は波長１４６７ｎｍ近辺に四光波混合により発生した光波、およびその他の光波（主にラマンＡＳＥなど）のパワーの和である。したがって、実際発生している四光波混合による光波のパワーを計算するためには以下の式の様にその他の光波のパワーを差し引く必要がある。すなわち、
四光波混合によって発生する光波のパワー［Ｗ］＝
（スペクトルアナライザ上のパワー［Ｗ］）−（その他の光波のパワー［Ｗ］）
である。しかし、スペクトルからはすべての光波のパワーの和の情報しか得られないためその他の光波のパワーは通常推測により求める。その他の光波のパワーの代表的な推測方法としては図１６に示すように、その近辺の波長におけるその他の光波のパワーより直線近似で求める方法が挙げられる。図１６は横軸に波長をとり縦軸に光波のパワーをとる。この方法では四光波混合により発生した光波の波長の近辺（Ａ点およびＢ点）におけるその他の光波のパワーの値を直線で結び、推測したい点（Ｃ点）におけるその他の光波のパワーの値をその直線上の値として近似する。例えば、図１５の例では１４７０ｎｍにおけるその他の光波のパワーは
−４６．４ｄＢｍ（２．２９×１０-8Ｗ）
１４８２ｎｍにおけるその他の光波のパワーは
−４５．１ｄＢｍ（３．０９×１０-8Ｗ）
であるので１４７６ｎｍにおけるその他の光波のパワーは
−４５．７ｄＢｍ（２．６９×１０-8Ｗ）
と推測される。したがって、前述のとおり１４７６ｎｍにおけるスペクトルアナライザ上のパワーは
−２１．４ｄＢｍ（７．２４×１０-6）
であるため、四光波混合による光のパワーは
0003899893.tif 000003
となる。本例ではその他の光波のパワーが低かったのでスペクトルアナライザ上のパワーと四光波混合により発生する光波のパワーの差はほとんど無いが、その他の光波のパワーが比較的高い後述の例などの場合には差が大きくなるためこのような計算をきちんと行う必要がある。
【０１６１】
（その２）
図１７に示す例では、図面左側から入射する入力信号光５はＷＤＭカプラ８ａを介し光ファイバ１に入射する。励起ＬＤ２１ａおよび２２ａより発生されるピーク波長λ１の励起光はＰＢＳ(Polarization Beam Splitter)１０ａに互いに直交した偏波で入射し、偏波多重される。同様にして励起ＬＤ２３ａおよび２４ａより発生されるピーク波長λ２（＞λ１）の励起光はＰＢＳ１０ｂによって偏波多重される。同様にして励起ＬＤ２５ａおよび２６ａより発生されるピーク波長λ３（＞λ２＞λ１）の励起光はＰＢＳ１０ｃによって偏波多重される。偏波多重されたλ１、λ２およびλ３の励起光はＷＤＭカプラ１８ａによって波長多重される。波長多重された励起光はＷＤＭカプラ８ａを介し光ファイバ１に入力信号光５と同方向に入射される。前記波長多重された励起光は誘導ラマン効果により前記信号光に利得を生じる。利得を受けた前記信号光は出力信号光６として図面右側より出射する。
【０１６２】
ここで入力信号光５と前記励起光の波長は以下に説明する関係にある。例えば図１４のように入力信号光５の波長帯域の最短波長がλｓｈｏｒｔ、入力信号光５の波長帯域の最長波長がλｌｏｎｇであったとする。このとき、励起光のピーク波長λ１、λ２およびλ３は以下の式を満たすように設定される。
λｓｈｏｒｔ＞λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
もしくは、
λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）＞λｌｏｎｇ
この結果、励起波長間で生じる四光波混合により
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
に生じる光波は入力信号光５と干渉しないため、励起光間の四光波混合により発生する光波による信号劣化を回避することが可能となる。
【０１６３】
例えば励起ピーク波長λ１＝１４２５ｎｍ、λ２＝１４６５ｎｍ、λ３＝１４９５ｎｍであったとする。この場合には、励起光間の四光波混合により発生する光の波長はλＦＷＭ＝１５３９ｎｍである。例えば長さ４０ｋｍの非零分散シフトファイバにファイバ前方よりλ１、λ２およびλ３の光をそれぞれ２５０ｍＷ、１００ｍＷおよび１００ｍＷ入射した場合のファイバ出力端における光スペクトルを図２０に示す。図２０は横軸に波長をとり縦軸にパワーをとる。スペクトルの分解能は２ｎｍである。この図より波長１５３９ｎｍにおいて２ｎｍあたり約−４１ｄＢｍ（その他の光波のパワーを推測して差し引いた値）のパワーを持つ光波が励起光間の四光波混合により発生している様子が分かる。この光は波長１５３９ｎｍ（Ｃバンド）の信号光と干渉し、信号品質を劣化させる可能性がある。この問題は本発明にしたがいＣバンドの最短波信号を１５３９ｎｍより大きな波長に設定する、もしくは励起光をλ１およびλ２の２波長構成にすることで解決することができる。ただし、２波長構成とする場合は四光波混合により発生する光波の波長は１５０７ｎｍとなるので、入力信号光５の波長帯域はこの波長と重ならないよう設定する必要がある。
【０１６４】
（その３）
図１７に示す例で、励起光波長がλ１、λ２（＞λ１）およびλ３（＞λ２＞λ１）であり、光ファイバ１の長手方向のどのような部分においても、励起光間の四光波混合によって生じる
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
の光波のパワーがλＦＷＭと近い波長の信号光パワーより２０ｄＢ以上小さく、すなわち１００分の１以下になるよう、励起光波長および励起光パワーもしくはその両方を設定する。この結果、励起波長間で生じる四光波混合により
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
に生じる光波は入力信号光５と干渉し信号品質劣化を生じるが、その影響は小さく抑えることができる。
【０１６５】
波長配置制御部４０が実行する具体的な励起波長決定の流れを図１９のフローチャートに示す。まず、入力信号光５の波長帯域を決定する。続いてその波長帯域の少なくとも一部にラマン利得を生じるようにラマン励起光源の波長を配置する。続いて、入力信号光５のパワーおよび各励起光パワーを設定する。その後、光ファイバの長手方向のどのような部分においても、励起光間の四光波混合によって生じる
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
の光波のパワーがλＦＷＭと近い波長の入力信号光５のパワーより２０ｄＢ以上小さく１００分の１以下になっているかを実験的もしくは計算により確認する。条件式を満たす場合は四光波混合による信号劣化は小さく抑えられているので設定は終了する。条件式を満たさない場合は、励起光のパワーを変更する（励起光のパワーを下げる）。励起光パワーの変更だけでは条件式を満たすことができない場合は入力信号光５のパワー、励起光の波長配置および入力信号光５の波長配置を変更する。
【０１６６】
ここでは、波長配置制御部４０は、図１９のフローチャートに示す励起波長決定手順を入力信号光５の波長帯域決定毎に実行するとして説明したが、波長配置制御部４０を簡単化する構成として、高速演算処理能力を有するコンピュータ装置により、図１９のフローチャートに示す励起波長決定手順をあらかじめ複数の入力信号光５の波長帯域毎に行って励起波長を決定しておき、その結果に基づき、複数の入力信号光５の波長帯域に対応する複数の励起波長およびパワーが記録されたテーブルを作成し、このテーブルを波長配置制御部４０に設置し、波長配置制御部４０の処理としては、単に、決定された入力信号光５の波長帯域に対応する励起波長およびパワーをテーブルから検索して励起波長およびパワーを決定するようにすることもできる。
【０１６７】
例えば、励起ピーク波長λ１＝１４２５ｎｍ、λ２＝１４６５ｎｍ、λ３＝１４９５ｎｍであったとする（この場合には、励起光間の四光波混合により発生する光の波長はλＦＷＭ＝１５３９ｎｍである）。また、入力信号光５の最短波は１５３０ｎｍであり、最長波は１６０５ｎｍであるとする。この場合には、励起光間の四光波混合によって発生する光波が入力信号光５と干渉し信号品質を大きく劣化させる可能性がある。
【０１６８】
例えば、ラマン増幅媒体を非零分散シフトファイバ４０ｋｍとしてλ１、λ２およびλ３の励起光をそれぞれ約２５０ｍＷ、約１００ｍＷおよび約１００ｍＷ注入した場合には図２０に示すとおり、波長１５３９ｎｍにおいて２ｎｍあたり約−４１ｄＢｍの光波が励起光間の四光波混合により発生する。このときのラマン利得はシミュレーション計算によると図２１に示すように約８ｄＢである。図２１は横軸に波長をとり縦軸にラマン利得をとる。また、このラマン増幅媒体の信号光波長における損失は約８ｄＢである。したがって、ラマン増幅媒体への入力信号入力光５のパワーが１波長チャンネルあたり−５ｄＢｍであったとすると、ファイバ出力端における信号光パワーは
−５−８＋８＝−５ｄＢｍ
となる。一方、励起光間の四光波混合により発生する光波のパワーは前述のとおりファイバ出力端で約−４１ｄＢｍであるので、信号光との比は約３６ｄＢと見積もられる。本発明ではこの入力信号光５のパワーと前記四光波混合により発生する光波のパワーとの比が２０ｄＢ以上になるように励起波長またはパワーもしくはその両方を配置もしくは設定するものである。例えば、ラマン増幅媒体への入力信号光５のパワーが１波長チャンネルあたり−２５ｄＢｍであったとするとファイバ出力端における信号光パワーは
−２５−８＋８＝−２５ｄＢｍ
であり、入力信号光５のパワーと前記四光波混合などにより発生する光波のパワーとの比が１６ｄＢとなり、２０ｄＢを下回ってしまう。この場合には、四光波混合により発生する光波が信号に与える劣化が著しくなってしまう。これを回避するためには、本発明にしたがって各励起光のパワーを下げ四光波混合により発生する光波の発生量を下げる、または励起光の波長を変更して信号光の波長帯域内に四光波混合により光波が発生しないようにする、もしくはその両方を行って劣化を低減することが有効である。
【０１６９】
例えば、λ１、λ２およびλ３の励起光パワーがそれぞれ約２５０ｍＷ、約１００ｍＷおよび約１００ｍＷであった設定からそれぞれ約１５０ｍＷ、約５０ｍＷおよび約５０ｍＷに下げることを考える。この場合１５３９ｎｍに四光波混合により発生する光波のパワーは図２２に示すとおり、その他の光波のパワーを除いて約−５０ｄＢｍとなる。図２２は横軸に波長をとり縦軸にパワーをとる。また、図２３のシミュレーション結果によるとこのときのラマン利得は約４．５ｄＢである。図２３は横軸に波長をとり縦軸にラマン利得をとる。したがって、入力信号光５のパワーが１波長チャンネルあたり−２５ｄＢｍであったとしても上記と同様の計算により入力信号光５のパワーと前記四光波混合により発生する光波のパワーとの比が２１．５ｄＢとなり２０ｄＢ以上となる。このように本発明にしたがい励起光パワーを適切に設定することにより、四光波混合により発生する光波による信号劣化の影響を抑えることが可能となる。
【０１７０】
（その４）
図２４に示す例は、図１７に示す構成がＮ個接続（Ｎは２以上の整数）された構成であり、光ファイバ１１ないし１Ｎの長手方向のどのような部分においても、励起光間の四光波混合によって生じる
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
の光波のパワーがλＦＷＭと近い波長の入力信号光５のパワーより２０ｄＢ以上小さく１００分の１以下になるよう、励起光波長および励起光パワーもしくはその両方を設定する。この結果、励起波長間で生じる四光波混合により
波長λＦＷＭ＝λ３＊λ２＊λ１／（λ２＊λ１−λ３＊λ２＋λ３＊λ１）
に生じる光波は信号光と干渉し信号品質劣化を生じるが、その影響は小さく抑えることができる。
【０１７１】
例えば図１７の構成例と同様に、励起ピーク波長はλ１＝１４２５ｎｍ、λ２＝１４６５ｎｍ、λ３＝１４９５ｎｍで、それぞれ約２５０ｍＷ、約１００ｍＷおよび約１００ｍＷを注入したとする（この場合には、励起光間の四光波混合により発生する光波の波長はλＦＷＭ＝１５３９ｎｍである）。複数スパン伝送する際、四光波混合により発生する光波の発生量は蓄積し、最悪の場合Ｎ倍となる。したがってＮが１００スパン（２０ｄＢ）であるとすると励起光間の四光波混合により発生する光波のパワーは
−４１＋２０＝−２１ｄＢｍ
と見積もることができる。したがって入力信号光５のパワーが１波長チャネルあたり−５ｄＢｍであったとすると、入力信号光５のパワーと前記四光波混合により発生する光波のパワーとの比が１６ｄＢとなり、２０ｄＢを下回ってしまう。この場合には、四光波混合により発生する光波が入力信号光５に与える劣化が著しくなってしまう。これを回避するためには、本発明にしたがって各励起光のパワーを下げ四光波混合により発生する光波の発生量を下げる、または励起光の波長を変更して入力信号光５の波長帯域内に四光波混合により光が発生しないようにする、もしくはその両方を行って劣化を低減することが有効である。
【０１７２】
（実施例まとめ）
本発明の第一の効果として、ラマン増幅媒体に入力する入力信号光パワーが変動しても信号品質の変動を抑えられる。その理由はまず、入力信号光パワーが低下した場合はラマンＡＳＥの発生量の少ない前方励起による利得の割合を増やして、ラマンＡＳＥによる信号劣化を抑えているためである。また逆に、入力信号光パワーが上昇した場合は付加的な非線形波形歪みの発生量の少ない後方励起による利得の割合を増やして非線形波形歪みによる信号劣化を抑えているためでもある。
【０１７３】
第二の効果として、前方励起光および後方励起による利得の割合を変化させてラマンＡＳＥおよび非線形波形歪みによる信号品質劣化を抑えていると同時に、ラマン増幅媒体より出力される信号パワーが一定に保たれる。出力が一定に保たれることにより、この出力にエルビウム添加ファイバ増幅器などをつないだ場合でも波長に対して均一な利得特性を得ることが可能となる。
【０１７４】
第三の効果として、前方励起光および後方励起による利得の割合を変化させてラマンＡＳＥおよび非線形波形歪みによる信号品質劣化を抑えていると同時に、入力信号の持つ信号パワーの波長に対する傾きも同時に補償することが可能である。すなわち、入力信号光パワーが波長に対して傾いていても出力信号光パワーは波長に対して均一になる。その結果、すべての波長チャンネルにおいて均一の信号品質を達成することが可能となる。
【０１７５】
第四の効果として、前方励起光および後方励起による利得の割合を変化させてラマンＡＳＥおよび非線形波形歪みによる信号品質劣化を抑えていると同時に、分散補償が可能である。なぜなら、本発明ではラマン増幅媒体として分散補償ファイバを使用することが可能なためである。
【０１７６】
第五の効果として、励起光同士の間または励起光と入力信号光との間もしくはその両方で非線形効果によって発生する光波の波長が入力信号光が存在する波長帯域内に含まれないよう励起光の波長を配置することにより、多様な波長分散特性を有する光ファイバに本発明の光増幅装置を適用することができる。また、このような励起光の波長の配置を本発明の光通信システムに応用すれば、多様な波長分散特性を有する光ファイバに本発明の光通信システムを適用することができる。
【０１７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、伝送路ファイバに入力される信号光パワーの変動によって生じる信号品質の劣化を抑えることができ、さらに、多様な波長分散特性を有する光ファイバに適用することができる光通信システムおよび光増幅装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図２】本発明実施例の励起電流制御回路の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明実施例の励起ＬＤの好ましい構成を示すブロック構成図。
【図４】本発明第二実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図５】本発明第三実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図６】本発明第四実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図７】本発明第五実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図８】本発明第五実施例における励起部の代替構成を示すブロック構成図。
【図９】本発明第五実施例における励起部の代替構成を示すブロック構成図。
【図１０】本発明第六実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図１１】本発明第六実施例における励起部の代替構成を示すブロック構成図。
【図１２】本発明第七実施例の光通信システムおよび光増幅装置のブロック構成図。
【図１３】本発明第八実施例のラマン増幅装置（その１）のブロック構成図。
【図１４】信号光の波長を示す図。
【図１５】四光波混合により発生する光波のパワーを示す図。
【図１６】ラマンＡＳＥなど四光波混合により発生する光波以外の光波のパワーを推測する代表的な方法を説明するための図。
【図１７】本発明第八実施例のラマン増幅装置（その２）のブロック構成図。
【図１８】波長配置制御部により実行される具体的な励起波長決定の流れを示すフローチャート。
【図１９】波長配置制御部により実行される具体的な励起波長決定の流れを示すフローチャート。
【図２０】四光波混合により発生する光波のパワーを示す図。
【図２１】ラマン利得のシミュレーション計算結果を示す図。
【図２２】四光波混合により発生する光のパワーを示す図。
【図２３】ラマン利得のシミュレーション計算結果を示す図。
【図２４】本発明第八実施例のラマン増幅装置（その４）のブロック構成図。
【図２５】入力信号光パワー低下の際、本発明の制御により信号光パワーがどのように変化するかを表した図。
【図２６】入力信号光パワー上昇の際、本発明の制御により信号光パワーがどのように変化するかを表した図。
【図２７】後方励起のラマン増幅における信号光パワーの変化を表す図。
【図２８】前方励起のラマン増幅における信号光パワーの変化を表す図。
【図２９】後方励起における従来の技術の制御により信号光パワーがどのように変化するかを表した図。
【図３０】前方励起における従来の技術の制御により信号光パワーがどのように変化するかを表した図。
【図３１】ラマン増幅を用いた光伝送システムのシミュレーションによる計算結果を示す図。
【図３２】光伝送路に入力される信号光波形および光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を示す図。
【図３３】ラマン増幅を用いた光伝送システムのシミュレーションによる計算結果を示す図。
【図３４】光伝送路に入力される信号光波形および光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を示す図。
【図３５】ラマン増幅を用いた光伝送システムのシミュレーションによる計算結果を示す図。
【図３６】光伝送路に入力される信号光波形および光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を示す図。
【図３７】ラマン増幅を用いた光伝送システムのシミュレーションによる計算結果を示す図。
【図３８】光伝送路に入力される信号光波形および光伝送路から出力される信号光波形の計算結果を示す図。
【符号の説明】
１、１１、１Ｎ  光ファイバ
１ａ、１ｂ  分散補償ファイバ
２  励起部
２ａ、２ｂ、２１、２２、２３、２４、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、２１Ｎａ、２２Ｎａ、２３Ｎａ、２４Ｎａ、２５Ｎａ、２６Ｎａ  励起ＬＤ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  光パワーメータ
３−1、３−１ａ、３−１ｂ、３−１ｃ  光スペクトルアナライザ
４、４ａ  励起電流制御回路
４ｂ  入力光パワー算出手段
５  入力信号光
６  出力信号光
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ  カプラ
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、１８ａ、８１ａ、８Ｎａ、１８１ａ、１８Ｎａ  ＷＤＭカプラ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０Ｎａ、１０Ｎｂ、１０Ｎｃ  ＰＢＳ１１ａ、１１ｂ  アッテネータ
１２  ＬＤ素子
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  アイソレータ
１５  ファイバ・ブラッグ・グレーティング
１６  制御部
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ  デポラライザ
４０、４０Ｎ  波長配置制御部
【図１】
0003899893.tif 000004
【図２】
0003899893.tif 000005
【図３】
0003899893.tif 000006
【図４】
0003899893.tif 000007
【図５】
0003899893.tif 000008
【図６】
0003899893.tif 000009
【図７】
0003899893.tif 000010
【図８】
0003899893.tif 000011
【図９】
0003899893.tif 000012
【図１０】
0003899893.tif 000013
【図１１】
0003899893.tif 000014
【図１２】
0003899893.tif 000015
【図１３】
0003899893.tif 000016
【図１４】
0003899893.tif 000017
【図１５】
0003899893.tif 000018
【図１６】
0003899893.tif 000019
【図１７】
0003899893.tif 000020
【図１８】
0003899893.tif 000021
【図１９】
0003899893.tif 000022
【図２０】
0003899893.tif 000023
【図２１】
0003899893.tif 000024
【図２２】
0003899893.tif 000025
【図２３】
0003899893.tif 000026
【図２４】
0003899893.tif 000027
【図２５】
0003899893.tif 000028
【図２６】
0003899893.tif 000029
【図２７】
0003899893.tif 000030
【図２８】
0003899893.tif 000031
【図２９】
0003899893.tif 000032
【図３０】
0003899893.tif 000033
【図３１】
0003899893.tif 000034
【図３２】
0003899893.tif 000035
【図３３】
0003899893.tif 000036
【図３４】
0003899893.tif 000037
【図３５】
0003899893.tif 000038
【図３６】
0003899893.tif 000039
【図３７】
0003899893.tif 000040
【図３８】
0003899893.tif 000041