(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光をラマン増幅する分布型ラマン増幅部と、前記光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する集中型ラマン増幅部と、を備えて構成される光伝送システムであって、
前記光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、前記光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、
前記分布型ラマン増幅部および前記集中型ラマン増幅部での各励起光の供給状態を、前記光ファイバ伝送路及び前記光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮して制御する制御手段を備えたことを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記制御手段は、
前記各点での信号光パワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、
該信号光パワー検出部で検出される各点での信号光パワーが、前記光ファイバ伝送路および前記光伝送装置内の増幅媒体を含んだ伝送区間内における非線形光学効果の発生量を予め設定した値以下にする前記各点についての信号光パワーの制御目標値にそれぞれ近づくように、前記分布型ラマン増幅部および前記集中型ラマン増幅部で供給される各励起光のパワーまたは波長を制御する制御部と、
を有することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送装置は、前記集中型ラマン増幅部によってラマン増幅された信号光を増幅する光増幅部を有し、
前記制御手段は、前記各点での信号光パワーに基づいて、前記光増幅部の増幅動作も制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【請求項４】
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記分布型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光ファイバ伝送路に供給し、
前記集中型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光伝送装置内の増幅媒体に供給し、
前記制御手段は、前記集中型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性が、前記分布型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性の逆特性に近づくように各励起光のパワーまたは波長を制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【請求項５】
光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光を分布型ラマン増幅すると共に、前記光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光を集中型ラマン増幅する光伝送方法であって、
前記光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、前記光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、
分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光の供給状態を、前記光ファイバ伝送路及び前記光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮して制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン増幅を利用して信号光を増幅しながら伝送する光伝送システムおよび光伝送方法に関し、特に、非線形光学効果に基づく伝送特性の劣化を有効に抑えるためのラマン増幅の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、波長の異なる複数の光信号を多重化して同一の光ファイバ伝送路により伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送システムにおいて、伝送容量を増大させるためには、より多くの波長の光信号（波長チャネル）を密に多重化することが重要である。しかし、波長チャネルを密に多重化した結果として、光ファイバ伝送路中で４光波混合や相互位相変調などの非線形光学効果が発生し、その非線形光学効果の影響を受けてチャネル間干渉を引き起こし伝送特性が劣化してしまう可能性がある。この伝送特性の劣化を回避するためには、光ファイバへの入力光パワーを低下させて非線形光学効果の発生を抑えることが有効であるが、これは光の信号対雑音比（ＯＳＮＲ）の低下をもたらすことになり、これによって伝送特性を劣化させてしまう可能性もある。
【０００３】
上記のような伝送特性の劣化を抑えるための従来技術としては、例えば、特開２０００−３３０１４５号公報等に開示されているように、一般的な光増幅器を備えた光中継器について、それに接続する光ファイバ伝送路に励起光を供給して分布型ラマン増幅を行うようにすることで、光中継器からの出力光パワー、すなわち、後段の中継区間の光ファイバ伝送路への入力光パワーを下げて非線形光学効果の影響を軽減する技術が提案されている。また、例えば特開２０００−２９９５２２号公報等では、光ファイバ伝送路を増幅媒体とする分布型ラマン増幅と、光中継器内の増幅媒体における集中型ラマン増幅とを組み合わせた光伝送システムも提案されている。このような分布型ラマン増幅と集中型ラマン増幅を併用したシステムは、光ファイバ伝送路で発生する非線形光学効果に基づく伝送特性の劣化を抑えるのにより有効であると考えられる。
【０００４】
なお、ラマン増幅を利用した光伝送方式に関しては、上記以外にもこれまでに様々な技術が提案されている。例えば、特開平１０−７３８５２号公報では、光中継器内に伝送路の損失補償を行うラマン増幅用光部品を備えた光中継伝送システムが開示されている。また、特開平１０−２２９３１号公報では、複数の波長の励起光により伝送路を伝搬する信号光をラマン増幅することで信号帯域を広帯域化した光増幅伝送システムが記載されている。さらに、特開２０００−３１４９０２号公報では、ＯＳＮＲの波長依存性を解決するために短波長側と長波長側の励起光にパワー差をつけるようにした分布型ラマン増幅器が示されている。加えて、特開２００１−１０９０２５号公報では、ラマン増幅器での利得変動の低減および利得媒質ファイバごとの利得ばらつきの低減方法が提案されている。
【０００５】
また、特開平１１−８４４４０号公報では、ラマン増幅部と希土類添加ファイバ増幅部とを組み合わせることによって、利得帯域が平坦かつ広帯域であって伝送路の分散を補償することができる光伝送システムが開示されている。さらに、特開２００１−１５８４５号公報では、分布型ラマン増幅を行う場合に自動的に出力レベルを一定に制御する内容が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した分布型ラマン増幅と集中型ラマン増幅を併用した光伝送システムにおいては、光中継器内で集中型ラマン増幅を生じさせる増幅媒体として、光中継器に接続される一般な光ファイバ伝送路に比べて非線形性が大きくラマン増幅効率の高い分散補償ファイバ等の媒体を利用するのが有効である。分散補償ファイバ等を用いて集中型ラマン増幅を行うようにした場合、システム全体で発生する非線形光学効果に基づく伝送特性劣化を効果的に抑えるためには、光ファイバ伝送路で発生する非線形光学効果だけでなく、光中継器内の分散補償ファイバ等で生じる非線形光学効果の影響をも十分に考慮してシステム設計を行う必要がある。
【０００７】
しかしながら、前述したような従来の技術においては、光ファイバ伝送路で発生する非線形光学効果に基づく伝送特性劣化を低減可能にしているものの、集中型ラマン増幅が行われる光中継器内で発生する非線形光学効果の影響が考慮されていないため、システム全体または各中継区間を１つの単位として生じる伝送特性の劣化を確実に抑えることが難しいという問題点がある。
【０００８】
なお、光ファイバ伝送路で発生する非線形光学効果を抑えるための技術に関しては、例えば特開平１０−２００５０９号公報等において、光ファイバ伝送路上の分布型増幅媒体の単位長さ当たりの利得を、ＷＤＭ信号光の最大強度が非線形光学効果発生の規定値を下回るように設定する光伝送システムが開示されている。この光伝送システムは光中継器における集中型ラマン増幅を適用したものではないが、ここで設定される非線形光学効果抑制のための制御も、光ファイバ伝送路上で発生する非線形光学効果だけを考慮したものであり、光中継器を含めたシステム全体または各中継区間で発生する非線形光学効果を有効に抑えることは困難である。
【０００９】
ここで、分布型ラマン増幅と集中型ラマン増幅を併用した光伝送システムにおける非線形光学効果の影響について具体的な計算例を挙げて詳しく説明する。
図２２は、分布型ラマン増幅と集中型ラマン増幅を併用したＷＤＭ光伝送システムの一例を示す構成図である。
図２２のＷＤＭ光伝送システムでは、例えば、複数の光送信器（ＯＳ）で発生する波長の異なる光信号が合波器で波長多重されシングルモードファイバ（ＳＭＦ）からなる光ファイバ伝送路に送信されて光受信器（ＯＲ）に向けて伝送される。ここでは、伝送されるＷＤＭ信号光として、Ｃバンド（例えば１５２９ｎｍ〜１５６１ｎｍの波長帯）に１００ＧＨｚの間隔で配置された４０波（λ１〜λ４０）の光信号を含むＷＤＭ信号光を想定することにする。光ファイバ伝送路上には、複数の光中継器が１００ｋｍ間隔で配置され、また、各光中継器の間の光ファイバ伝送路にはＷＤＭ信号光とは逆方向に伝搬する１．４５μｍ帯の励起光が供給されている。各々の光中継器は、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を増幅媒体とする集中型ラマン増幅器とエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を組み合わせた構成とする。光ファイバ伝送路に用いるＳＭＦとしては、信号波長（１．５５μｍ帯）に対する損失が０．２５ｄＢ／ｋｍ、励起波長（１．４５μｍ帯）に対する損失が０．５０ｄＢ／ｋｍ、実効断面積が８０μｍ2、非線形屈折率が２．９×１０-20ｍ2／Ｗ、信号波長に対する分散係数が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープが０．０５７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍの伝送パラメータを仮定し、各中継区間の光ファイバ伝送路で発生する波長分散が各々の光中継器内のＤＣＦで１００％補償されるものとする。
【００１０】
上記のようなシステムモデルおよびパラメータを想定した場合について、光中継器内の集中型ラマン増幅用の励起光パワーに対する１中継区間でのＯＳＮＲおよび当該区間で発生する非線形位相シフト量を計算した結果を図２３に示す。なお、光ファイバ伝送路中の信号光パワーおよびラマン増幅に伴う雑音光パワーについては、文献：H. Kidorf et al., "Pump interactions in a 100-nm bandwidth Raman amplifier", IEEE Photonics Technol. Lett., 11, 530-532 (1999).に記載された関係式を数値的に解くことで求めたものである。また、非線形位相シフト量については、次の（１）式に示す関係に従って計算したものである。
【００１１】
【数１】
0004083444.tif 000002
ただし、上記（１）式において、ΔφNLは非線形位相シフト量、ｎ2（ｚ）は非線形屈折率、Ａeff（ｚ）は実効断面積、Ｐ（ｚ）は位置ｚにおける光パワーである。
【００１２】
図２３の計算結果に示すように、集中型ラマン増幅用の励起光パワーを大きくすることによって、良好なＯＳＮＲを得ることができるようになるが、それとともに非線形位相シフト量が増大してしまうことが分かる。非線形位相シフト量は、１中継区間で生じる非線形光学効果の発生量に対応したパラメータと考えることができ、このパラメータの増大に応じて自己位相変調（ＳＰＭ）や相互位相変調（ＸＰＭ）等の影響が大きくなり、波形劣化を引き起こして伝送特性の劣化を招いてしまうことが予想される。
【００１３】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅を用いた光伝送システムおよび光伝送方法について、光ファイバ伝送路だけでなく光伝送装置内の集中型ラマン増幅媒体を含んだ中継区間内で発生する非線形光学効果を考慮して伝送特性の改善を図るための制御技術を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるラマン増幅を利用した光伝送システムは、光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光をラマン増幅する分布型ラマン増幅部と、光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する集中型ラマン増幅部と、を備えて構成される光伝送システムであって、光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、分布型ラマン増幅部および集中型ラマン増幅部での各励起光の供給状態を、光ファイバ伝送路及び光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮して制御する制御手段を備えるようにしたものである。
【００１５】
かかる構成の光伝送システムによれば、分布型ラマン増幅の行われる光ファイバ伝送路および集中型ラマン増幅の行われる光伝送装置内の増幅媒体の各信号光入出力点における各々の信号光パワーに基づいて、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光の供給状態が制御されることで、光ファイバ伝送路だけでなく光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮したラマン増幅の制御が可能になる。
【００１６】
上記光伝送システムについての具体的な構成として、制御手段は、上記各点での信号光パワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、該信号光パワー検出部で検出される各点での信号光パワーが、光ファイバ伝送路および光伝送装置内の増幅媒体を含んだ伝送区間内における非線形光学効果の発生量を予め設定した値以下にする上記各点についての信号光パワーの制御目標値にそれぞれ近づくように、分布型ラマン増幅部および集中型ラマン増幅部で供給される各励起光のパワーまたは波長を制御する制御部と、を有するようにしてもよい。
【００１７】
このような構成の光伝送システムによれば、光ファイバ伝送路および光伝送装置内の増幅媒体を含んだ伝送区間内で発生する非線形光学効果が所要値以下に抑えられるように各点での信号光パワーが制御されるため、ラマン増幅に伴う非線形光学効果の増大が回避され良好なＯＳＮＲが得られるようになる。
また、上記の光伝送システムについて、光伝送装置は、集中型ラマン増幅部によってラマン増幅された信号光を増幅する光増幅部を有し、制御手段は、上記各点での信号光パワーに基づいて、光増幅部の増幅動作も制御するようにしてもよい。これにより光伝送装置の高出力化を図ることが可能になる。
【００１８】
さらに、前述した光伝送システムについては、分布型ラマン増幅部が、波長の異なる複数の励起光を合波して光ファイバ伝送路に供給し、集中型ラマン増幅部が、波長の異なる複数の励起光を合波して光伝送装置内の増幅媒体に供給し、制御手段は、集中型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性が、分布型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性の逆特性に近づくように各励起光のパワーまたは波長を制御するようにしてもよい。かかる構成によれば、分布型ラマン増幅部と集中型ラマン増幅部の組み合わせにより１つの伝送区間におけるラマン利得の平坦化を図ることが可能になる。
【００１９】
本発明にかかるラマン増幅を利用した光伝送方法は、光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光を分布型ラマン増幅すると共に、光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光を集中型ラマン増幅する光伝送方法であって、光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光の供給状態を、光ファイバ伝送路及び光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮して制御する方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるラマン増幅を用いたＷＤＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。
図１において、本ＷＤＭ光伝送システムは、例えば、光送信装置１で発生するＷＤＭ信号光を光ファイバ伝送路２に送信し、光ファイバ伝送路２上に所要の間隔で配置した、光伝送装置としての光中継器３でＷＤＭ信号光を増幅しながら光受信装置９まで中継伝送するシステム構成について、各中継区間に対応して光ファイバ伝送路２を増幅媒体とする分布型ラマン増幅器（ＤＲＡ）１０を設けると共に、各光中継器３が内部の分散補償ファイバ（ＤＣＦ）３１を増幅媒体とする集中型ラマン増幅器（ＤＣＦＲＡ）３０を有し、各々の中継区間のＤＲＡ１０および光中継器３の各動作設定が、光ファイバ伝送路２の入出力光パワーおよびＤＣＦＲＡ３０の入出力光パワーに基づいて、１つの中継区間で発生する非線形光学効果の発生量が予め設定した値以下となるように制御されるようにしたものである。
【００２１】
光送信装置１は、複数の光送信器（ＯＳ）１Ａで発生する波長λ１〜λｎの各光信号を合波器１Ｂで多重化して光ファイバ伝送路２に送信する周知の光送信装置である。光ファイバ伝送路２は、例えば、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（ＳＭＦ）や分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）などの一般的な光ファイバを使用することが可能である。
【００２２】
ＤＲＡ１０は、例えば、励起光源（ＬＤ）１１、合波器１２、分波器１３，１５、受光器（ＰＤ）１４，１６および制御回路１７を有する。励起光源１１は、光ファイバ伝送路２を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン効果によって増幅することが可能な波長帯の励起光を発生する。この励起光の波長帯は、ラマン増幅が励起光の周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い周波数に利得ピークを持つという特性に基づいて設定されるものであり、具体的には、例えば１．５５μｍ帯のＷＤＭ信号光に対して１．４５μｍ帯の励起光源を用いることで効率的な増幅が可能となる。合波器１２は、励起光源１１から出力される励起光を光ファイバ伝送路２に与えるものであり、ここでは、光ファイバ伝送路２上の光中継器３の入力端子付近に挿入され、励起光がＷＤＭ信号光の伝搬方向に対して逆方向に伝搬するように光ファイバ伝送路２に与えられるものとする。
【００２３】
分波器１３および受光器１４は、１つの中継区間に対応した光ファイバ伝送路２の信号光入力点ＰAにおける光パワーをモニタするためのものである。具体的に、分波器１３は、前段の中継区間に属する光中継器３の出力端子近傍に位置する光ファイバ伝送路２上に挿入され、前段の光中継器３から出力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ光として受光器１４に伝える。受光器１４は、分波器１３からのモニタ光を受光し、その光パワーに応じた電気信号を制御回路１７に出力する。また、分波器１５および受光器１６は、１つの中継区間に対応した光ファイバ伝送路２の信号光出力点ＰBにおける光パワーをモニタするためのものである。具体的に、分波器１５は、合波器１２と光中継器３の入力端子との間の光ファイバ伝送路２上に挿入され、光ファイバ伝送路２を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ光として受光器１６に伝える。受光器１６は、分波器１５からのモニタ光を受光し、その光パワーに応じた電気信号を制御回路１７に出力する。制御回路１７は、各受光器１４，１６からの出力信号を用いて、光ファイバ伝送路２の信号光入力点ＰAおよび信号光出力点ＰBにおける１波長チャネルあたりの光パワーをそれぞれ求め、後述するように各点ＰA，ＰBでの光パワーに基づいて励起光源１１からの励起光の出力状態を制御する。
【００２４】
光中継器３を構成するＤＣＦＲＡ３０は、例えば、ＤＣＦ３１、励起光源（ＬＤ）３２、合波器３３、分波器３４，３６、受光器（ＰＤ）３５，３７および制御回路３８を有する。ＤＣＦ３１は、光中継器３の入力端子に接続される光ファイバ伝送路２の波長分散および分散スロープを補償するためのものである。このＤＣＦ３１は、光ファイバ伝送路２に用いられる前述したＳＭＦ等に比べて非線形性が大きいので高いラマン増幅効率を得ることができる。
【００２５】
励起光源３２は、ＤＲＡ１０の励起光源１１と同様に、ＷＤＭ信号光に応じた波長帯の励起光を発生し、その励起光を合波器３３を介してＤＣＦ３１に与える。ここでは、合波器３３がＤＣＦ３１の出力端に接続され、励起光がＷＤＭ信号光の伝搬方向に対して逆方向に伝搬するようにＤＣＦ３１に与えられる。
分波器３４および受光器３５は、ＤＣＦ３１の信号光入力点ＰCにおける光パワーをモニタするためのものである。具体的に、分波器３４は、ＤＣＦ３１の入力端に接続され、ＤＣＦ３１に入力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ光として受光器３５に伝える。受光器３５は、分波器３４からのモニタ光を受光し、その光パワーに応じた電気信号を制御回路３８に出力する。また、分波器３６および受光器３７は、ＤＣＦ３１の信号光出力点ＰDにおける光パワーをモニタするためのものである。具体的に、分波器３６は、合波器３３の後段に接続され、ＤＣＦ３１を伝搬して分散補償およびラマン増幅されたＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ光として受光器３７に伝える。受光器３７は、分波器３６からのモニタ光を受光し、その光パワーに応じた電気信号を制御回路３８に出力する。制御回路３８は、各受光器３５，３７からの出力信号を用いて、ＤＣＦ３１の信号光入力点ＰCおよび信号光出力点ＰDにおける１波長チャネルあたりの光パワーをそれぞれ求め、後述するように各点ＰC，ＰDでの光パワーに基づいて励起光源３２からの励起光の出力状態を制御する。
【００２６】
なお、ここでは、ＤＲＡ１０の分波器１３，１５および受光器１４，１６と、ＤＣＦＲＡ３０の分波器３４，３６および受光器３５，３７とが信号光パワー検出部として機能し、また、ＤＲＡ１０の制御回路１７と、ＤＣＦＲＡ３０の制御回路３８とが制御部として機能することになる。
光受信装置９は、光ファイバ伝送路２から出力されるＷＤＭ信号光を分波器９Ａで波長チャネルごとの光信号に分波して、各々に対応した光受信器（ＯＲ）９Ｂで受信処理する周知の光受信装置である。
【００２７】
次に、第１実施形態のＷＤＭ光伝送システムの動作について説明する。
一般に、ＷＤＭ光伝送システムに用いられる各中継区間の光ファイバ伝送路２や光中継器３は、光ファイバの破損、機器の故障、システムのアップグレードなどによって交換または変更等されることが想定される。例えば、光ファイバ伝送路２の長さや使用する光ファイバの種類が変更されると、ＷＤＭ信号光に対する伝送損失や波長分散等の特性が変化するため、光中継器３の利得設定や波長分散補償量等を調整することが必要になる。
【００２８】
このような場合、光ファイバ伝送路２を増幅媒体としたＤＲＡ１０と、光中継器３内のＤＣＦ３１を増幅媒体としたＤＣＦＲＡ３０とを併用したシステム構成では、上述の図２３に示したように、集中型ラマン増幅用の励起光パワーに対して１中継区間でのＯＳＮＲおよび非線形位相シフト量ΔφNLがトレードオフの関係で変化するため、光ファイバ伝送路２およびＤＣＦ３１を含んだ１中継区間全体の光路で発生する非線形光学効果の影響を考慮してＤＲＡ１０および光中継器３の動作設定を行う必要がある。すなわち、従来のように光ファイバ伝送路２で発生する非線形光学効果の影響だけを考慮してＯＳＮＲの最適化を図ったとしても、ＤＣＦ３１での非線形光学効果の増大を招いて波形劣化を引き起こしてしまう可能性があるため、１中継区間の光ファイバ伝送路２およびＤＣＦ３１の双方での非線形光学効果の発生を抑えることが重要になる。
【００２９】
そこで、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムでは、光ファイバ伝送路２の信号光入力点ＰAおよび信号光出力点ＰB、並びに、ＤＣＦ３１の信号光入力点ＰCおよび信号光出力点ＰDに着目し、各点ＰA〜ＰDの光パワーを基に１中継区間での非線形光学効果の発生量（ここでは非線形位相シフト量ΔφNL）が予め設定した値以下となるように、ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各励起光パワーが各々の制御回路１７，３８によってそれぞれ制御される。上記非線形光学効果の発生量の上限値は、システム上で要求される伝送特性に応じて適宜に設定することが可能である。
【００３０】
図２は、本ＷＤＭ伝送システムにおいて、ある１つの中継区間における光ファイバ伝送路２の長さが短くなり、それに伴って光中継器３内のＤＣＦ３１の長さも短縮された場合に、その中継区間での非線形位相シフト量ΔφNLが一定値以下になるように制御を行ったときの各点ＰA〜ＰDに対応したレベルダイヤの一例を示したものである。各点ＰA〜ＰDにおける１チャネル当たりの信号光パワーが、図２の実線に示したような状態▲１▼から、光ファイバ伝送路２およびＤＣＦ３１の短縮に応じて、ＤＲＡ１０の励起光パワーとＤＣＦＲＡ３０の励起光パワーとを調整することにより図２の破線に示したような状態▲２▼に制御されることによって、当該中継区間で発生する非線形位相シフト量ΔφNLが状態▲１▼から▲２▼への変化の前後において一定値以下に制御され、非線形光学効果に基づいた伝送特性の劣化が抑制されるようになる。
【００３１】
上記のような制御を実現するための具体的な方法として、本ＷＤＭ光伝送システムでは、まず、使用する光ファイバ伝送路２およびＤＣＦ３１の各特性パラメータに応じ、上述した（１）式の関係に基づいて、非線形位相シフト量ΔφNLを一定値以下にするための条件が求められる。次に、その条件を満たした上で、１中継区間における最大のＯＳＮＲを確保できるようにするために、例えば図３に示すような光ファイバ伝送路２への入力光パワーに対する集中ラマン増幅の最適励起光パワーの関係を求めるなどして、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅の利得配分が最適化される。そして、その利得配分に従って各点ＰA〜ＰDに対応する信号光パワーが計算され、その計算結果が制御目標値としてＤＲＡ１０の制御回路１７とＤＣＦＲＡ３０の制御回路３８とにそれぞれ記憶される。
【００３２】
制御回路１７および制御回路３８では、各受光器１４，１６および３５，３７からの出力信号を基に各点ＰA〜ＰDでの実際の信号光パワーがそれぞれ判断され、それら各点ＰA〜ＰDでの信号光パワーが上記の各制御目標値に近づくように、励起光源１１，３２から出力される各励起光パワーがフィードバック制御されて、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅の各利得が最適化される。これにより、１中継区間において発生する非線形位相シフト量ΔφNLを一定値以下にした上で、最大のＯＳＮＲを確保することができるようになる。
【００３３】
このように第１実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、上記のような制御が各々の中継区間ごとに行われるため、システム全体でのラマン増幅に伴う非線形光学効果の増大を回避して良好なＯＳＮＲを得ることができ、優れた伝送品質を確保することが可能になる。
なお、上記の第１実施形態では、光送信装置１および光受信装置９が光ファイバ伝送路２の両端に接続されるシステム構成を示したが、本発明はこれに限らず、例えばリング状の光ネットワークに対応したシステム構成などについても応用することが可能である。また、集中型ラマン増幅を行う光伝送装置として光ファイバ伝送路２上の光中継器３を想定したが、光中継器だけでなく例えば光受信装置９内に設けられた分散補償ファイバ等を増幅媒体として集中型ラマン増幅を行うようにしてもよい。
【００３４】
さらに、光ファイバ伝送路２およびＤＣＦ３１に与えられる各励起光が信号光の伝搬方向に対して逆方向に伝搬するように設定したが、同じ方向に伝搬するようにしても構わない。加えて、ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０が、それぞれ１つの励起光源１１，３２で発生した励起光を増幅媒体に与える構成としたが、波長の異なる複数の励起光源で発生した励起光を合波して増幅媒体に与える構成としてもよい。複数の励起光源を用いる構成については、後の実施形態において具体的に説明することにする。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態によるＷＤＭ光伝送システムについて説明する。図４は、第２実施形態のＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。なお、前述の図１に示した第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号が付してあり、以降の他の実施形態においても同様とする。
図４において、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、前述した第１実施形態のシステム構成について、各中継区間のＤＣＦＲＡ３０からなる光中継器３に代えて、ＤＣＦＲＡ３０の後段にＥＤＦＡ４０を付加した光中継器４を設け、１つの中継区間を伝搬するＷＤＭ信号光がＤＲＡ１０、ＤＣＦＲＡ３０およびＥＤＦＡ４０によって順に増幅される構成としたものである。上記以外の他の部分の構成については、第１実施形態の場合と同様である。
【００３６】
光中継器４内のＥＤＦＡ４０は、入力端子がＤＣＦＲＡ３０の出力端子と接続され、出力端子が後段の光ファイバ伝送路２の信号光入力端に接続される。このＥＤＦＡ４０は、図示しないが所要の波長帯の励起光の供給を受けて励起されたエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を有し、ＤＣＦＲＡ３０から出力されるＷＤＭ信号光がＥＤＦ内を伝搬するときに生じる誘導放出作用によって所要のレベルまで増幅されて出力される。ここでは、ＥＤＦＡ４０の増幅動作が、後段の中継区間に配置されたＤＲＡ１０の制御回路１７から伝えられる制御信号によって制御されるものとする。このようなＥＤＦＡ４０としては、公知の構成のＥＤＦＡを使用することが可能である。なお、ここではＥＤＦＡを用いるようにしたが、エルビウム以外の他の希土類元素がドープされた光ファイバ増幅器や半導体増幅等をＤＣＦＲＡの後段に設けてもよい。
【００３７】
このような構成のＷＤＭ光伝送システムでは、前述した第１実施形態の場合と同様にして、各々の中継区間ごとに、光ファイバ伝送路１の信号光入出力点ＰA，ＰBにおける各光パワーがモニタされ、また、ＤＣＦ３１の信号光入出力点ＰC，ＰDにおける各光パワーがモニタされる。そして、それら各点ＰA〜ＰDの信号光パワーが、１中継区間で発生する非線形位相シフト量ΔφNLを一定値以下にし、最大のＯＳＮＲを確保できるようにする制御目標値に近づくように、ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各励起光源１１，３２から出力される励起光のパワーが各制御回路１７，３８によってフィードバック制御され、かつ、ＥＤＦＡ４０の増幅動作が次段のＤＲＡ１０の制御回路１７によってフィードバック制御される。これにより、ＤＲＡ１０、ＤＣＦＲＡ３０およびＥＤＦＡ４０の各利得が最適化され、ラマン増幅に伴う非線形光学効果の発生が有効に抑えられるようになる。
【００３８】
上記のように第２実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、ＤＲＡ１０と、ＤＣＦＲＡ３０およびＥＤＦＡ４０を組み合わせた光中継器４とによってＷＤＭ信号光を中継区間ごとに増幅して伝送するシステム構成においても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、光中継器４の高出力化を図ることが可能である。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態によるＷＤＭ光伝送システムについて説明する。
第３実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、前述した第２実施形態の改良例であって、各中継区間の光中継器４についてＤＣＦＲＡを２段構成として、集中型ラマン増幅の増幅特性向上を図るようにしたものである。
図５は、第３実施形態のＷＤＭ光伝送システムに用いられる光中継器の構成を示すブロック図である。
【００４０】
図５において、本実施形態の光中継器４Ａは、２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａと、その後段に接続されたＥＤＦＡ４０とを有する。ＤＣＦＲＡ３０Ａは、後述するように所要の長さに設定された２本のＤＣＦ３１1，３１2を有し、励起光源（ＬＤ）３２1，３２2から出力される各励起光が合波器３３1，３３2を介して各ＤＣＦ３１1，３１2に与えられる。また、ＤＣＦＲＡ３０Ａは、前段のＤＣＦ３１1の信号光入力点ＰCにおける光パワーをモニタするための分波器３４および受光器（ＰＤ）３５と、前段のＤＣＦ３１1の信号光出力点ならびに後段のＤＣＦ３１2の信号光入力点ＰC’における光パワーをモニタするための分波器３４’および受光器（ＰＤ）３５’と、後段のＤＣＦ３１2の信号光出力点ＰDにおける光パワーをモニタするための分波器３６および受光器（ＰＤ）３７とを備え、各受光器３５，３５’,３７の出力信号が制御回路３８に送られ、この制御回路３８によって各励起光源３２1，３２2から出力される励起光のパワーが制御される。
【００４１】
ここで、２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａを用いる利点について簡単に説明する。
図６は、上述した第１または第２実施形態で用いたような１段構成のＤＣＦＲＡ３０について、励起光パワーを一定にしてＤＣＦの長さを変化させたときに得られるラマン利得および雑音指数（ＮＦ）の一例を示す図である。図６にあるように、１段構成のＤＣＦＲＡ３０の利得はＤＣＦの長さによって変化し、最大利得を得るための最適な長さが存在することが分かる。従って、光ファイバ伝送路２の波長分散特性を補償するために必要となるＤＣＦ長が長くなるような場合には、ＤＣＦＲＡの構成を２段以上に分けたほうがラマン利得を大きく取ることができる。
【００４２】
図７は、２段構成としたＤＣＦＲＡ３０Ａについて、例えば前段のＤＣＦ３１1および後段のＤＣＦ３１2の合計距離を２０ｋｍで一定にした場合に、励起光トータル出力パワーを一定とした条件の下でＤＣＦ３１1およびＤＣＦ３１2の割合を変化させたときに得られる雑音指数（ＮＦ）の一例を示す図である。図７に示したような設定においては、前段のＤＣＦ３１1の長さを５ｋｍ、後段のＤＣＦ３１2の長さを１５ｋｍに設定することによって、より良い増幅特性が得られるようになる。なお、ＤＣＦ３１1およびＤＣＦ３１2の割合は、上記の一例に限定されるものではなく、システム構成に応じて適宜に設定されるものである。
【００４３】
上記のような２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａを有する光中継器４Ａを各中継区間に設けたＷＤＭ光伝送システムでは、前述した第２実施形態の場合と同様にして、各々の中継区間ごとに、光ファイバ伝送路１の信号光入出力点ＰA，ＰBと、ＤＣＦ３１1の信号光入力点ＰCと、ＤＣＦ３１1の信号光出力点およびＤＣＦ３１2の信号光入力点ＰC’と、ＤＣＦ３１2の信号光出力点ＰDとにおける各々の光パワーがモニタされる。そして、それら各点ＰA〜ＰDの信号光パワーが、１中継区間で発生する非線形位相シフト量ΔφNLを一定値以下にし、最大のＯＳＮＲを確保できるようにする制御目標値に近づくように、ＤＲＡ１０の励起光源１１およびＤＣＦＲＡ３０Ａの各励起光源３２1，３２2からそれぞれ出力される励起光のパワーが各制御回路１７，３８によってフィードバック制御されると共に、ＥＤＦＡ４０の増幅動作が次段のＤＲＡ１０の制御回路１７によってフィードバック制御される。これにより、ＤＲＡ１０、２段構成のＤＣＦＲＡ３０ＡおよびＥＤＦＡ４０の各利得が最適化され、ラマン増幅に伴う非線形光学効果の発生が有効に抑えられるようになる。図８には、本実施形態について上記のような制御を行ったときの１中継区間におけるレベルダイヤの一例を示しておく。
【００４４】
このように第３実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａを有する光中継器４Ａを用いてシステムを構成したことで、第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、ＤＣＦ長が長くなるような場合においても良好な増幅特性を実現することが可能になる。
なお、上記の第３実施形態では、２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａを用いる場合を示したが、３段以上の構成により集中型ラマン増幅を行うようにすることも勿論可能である。また、２段構成のＤＣＦＲＡ３０Ａについて、前段および後段の各ＤＣＦ３１1，３１2にそれぞれ対応させて励起光源３２1，３２2を設けるようにしたが、例えば図９に示すように、１つの励起光源３２から出力される励起光を分波器３２’で２分岐し、各合波器３３1，３３2を介して各々のＤＣＦ３１1，３１2に供給するようにしてもよい。さらに、例えば図１０に示すように、複数の励起光源を組み合わせて合分波した励起光を各ＤＣＦ３１1，３１2に与えるような構成も可能である。図１０の構成例においては、２つの励起光源３２ａ，３２ｂから出力される励起光が偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２ｃで合波されると共に、他の２つの励起光源３２ｄ，３２ｅから出力される励起光がＰＢＳ３２ｆで合波され、ＰＢＳ３２ｃ，３２ｆからの各出力光が光カプラ３２ｇで合波された後に２分岐され、各々の励起光が光アイソレータ３２ｈ1，３２ｈ2を介して各合波器３３1，３３2に送られる。このような励起光源の構成を適用することによって、各ＤＣＦ３１1，３１2に対して波長の揃った高いパワーの励起光をそれぞれ与えることが可能になる。
【００４５】
次に、本発明の第４実施形態によるＷＤＭ光伝送システムについて説明する。第４実施形態のＷＤＭ光伝送システムでは、伝送されるＷＤＭ信号光が複数の波長帯を含む場合、具体的には、例えば１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）の光信号と１５８０ｎｍ帯（Ｌバンド）の光信号とを含むような場合に、各光中継器において波長帯ごとに信号光の増幅が行われるような構成について考えることにする。なお、ここではＣバンドおよびＬバンドの２つの波長帯を含んだＷＤＭ信号光を一例として示すが、本発明はこれに限らず上記以外の他の波長帯や３つ以上の波長帯の光信号を含むＷＤＭ信号光についても同様にして応用することが可能である。
【００４６】
図１１は、第４実施形態のＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１１において、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、例えば上述した第２実施形態のシステム構成について、各中継区間の光中継器４に代えて、ＣバンドおよびＬバンドに個別に対応した増幅構成を有する光中継器５を設けたものである。上記以外の他の部分の構成については、第２実施形態の場合と同様である。
【００４７】
各中継区間の光中継器５は、光ファイバ伝送路２で分布型ラマン増幅されたWDM信号光をＣバンドおよびＬバンドに分波する分波器５０と、バンドごとに分波された各光信号を合波して次の中継区間の光ファイバ伝送路２に出力する合波器５１とを有し、それらの分波器５０および合波器５１の間のＣバンドに対応した光路上にはＣバンド用のＤＣＦＲＡ３０CおよびＥＤＦＡ４０Cが設けられ、Ｌバンドに対応した光路上にはＬバンド用のＤＣＦＲＡ３０LおよびＥＤＦＡ４０Lが設けられている。
【００４８】
なお、各バンドに対応したＤＣＦＲＡ３０C，３０LおよびＥＤＦＡ４０C，４０Lの各々の構成は、第２実施形態で用いたＤＣＦＲＡ３０およびＥＤＦＡ４０の各構成と同様であり、対応する構成要素には各バンドに応じた添え字を付加した同一符号が付してある。
また、ここでは、光ファイバ伝送路２の信号光入出力点ＰA，ＰBをＣ，Ｌバンドごとにそれぞれ分けて考えるものとする。具体的には、光ファイバ伝送路２の信号光出力点ＰAとしては、Ｃバンドについて、前段の中継区間における、ＥＤＦＡ４０Cの出力端子と合波器５１のＣバンド入力ポートとの間に分波器１３Cが配置され、その分波器１３Cで分波された光が受光器１４Cに送られて、Ｃバンド側の信号光入力点ＰAにおける光パワーがモニタされる。また、Ｌバンドについては、前段の中継区間における、ＥＤＦＡ４０Lの出力端子と合波器５１のＬバンド入力ポートとの間に分波器１３Lが配置され、その分波器１３Lで分波された光が受光器１４Lに送られて、Ｌバンド側の信号光入力点ＰAにおける光パワーがモニタされる。各受光器１４C，１４Lからの出力信号は制御回路５２に送られる。
【００４９】
光ファイバ伝送路２の信号光出力点ＰBとしては、Ｃバンドについて、分波器５０のＣバンド出力ポートとＤＣＦＲＡ３０Cの入力端子との間に分波器１５Cが配置され、その分波器１５Cで分波された光が受光器１６Cに送られて、Ｃバンド側の信号光出力点ＰBにおける光パワーがモニタされる。また、Ｌバンドについては、分波器３０のＬバンド出力ポートとＤＣＦＲＡ３０Lの入力端子との間に分波器１５Lが配置され、その分波器１５Lで分波された光が受光器１６Lに送られて、Ｌバンド側の信号光出力点ＰBにおける光パワーがモニタされる。各受光器１６C，１６Lからの出力信号は、ＤＲＡ１０の制御回路１７に送られる。
【００５０】
制御回路５２は、ＤＲＡ１０の制御回路１７およびＤＣＦＲＡ３０C，３０Lの各制御回路３８Ｃ，３８Ｌでそれぞれ求められる各点ＰB〜ＰCでの信号光パワーが伝えられると共に、前段の中継区間に位置する受光器１４C，１４Lからの出力信号が入力されて自段の光ファイバ伝送路２の信号光出力点ＰAでの信号光パワーを求める。そして、各点ＰA〜ＰCでの信号光パワーのモニタ値が予め設定した制御目標値に近づくようにするための制御信号を生成して各制御回路１７，３８C，３８Lにそれぞれ送る。
【００５１】
上記のような構成のＷＤＭ光伝送システムでは、各々の中継区間ごとに、光ファイバ伝送路２を伝搬して分布型ラマン増幅されたＷＤＭ信号が、光中継器５の分波器５０でＣバンドおよびＬバンドに分波され、各バンドの光信号がＤＣＦＲＡ３０C，３０LおよびＥＤＦＡ４０C，４０Lでそれぞれ増幅された後、合波器５１で合波されて後段の光ファイバ伝送路２に出力される。このとき、光ファイバ伝送路２の各バンドに対応した信号光入出力点ＰA，ＰBおよび、各バンドに対応したＤＣＦ３１C，３１Lの各々の信号光入出力点ＰC，ＰDにおける光パワーのモニタ値が制御回路５２に集約され、それらのモニタ値が制御目標値に近づくように、ＤＲＡ１０、ＤＣＦＲＡ３０C，３０LおよびＥＤＦＡ４０C，４０Lの各増幅動作が各制御回路１７，３８C，３８Lによってフィードバック制御される。
【００５２】
このように第４実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、ＷＤＭ信号光をＣバンドおよびＬバンドに分波して別々に増幅するような構成の光中継器５を用いる場合でも、上記のような各バンドに対応した制御が各々の中継区間ごとに行われるため、システム全体でのラマン増幅に伴う非線形光学効果の増大を回避して良好なＯＳＮＲを得ることができ、すべてのバンドで優れた伝送品質を確保することが可能になる。
【００５３】
なお、上記の第４実施形態では、上述した第２実施形態についてＣ，Ｌバンドに対応したシステム構成を考えたが、本発明はこれに限らず、上述の図１に示した第１実施形態の構成、または、図５や図９、図１０に示した第３実施形態の構成についても同様にしてＣ，Ｌバンドに対応させることが可能である。また、ＣバンドおよびＬバンドの各信号光を集中型ラマン増幅する構成としたが、いずれかのバンドの信号光だけを集中型ラマン増幅するような構成についても応用することが可能である。
【００５４】
次に、本発明の第５実施形態によるＷＤＭ光伝送システムについて説明する。
ラマン増幅を行う際、一般に、より多くの励起光源を用意して各々の励起光源の波長を最適に制御することによって、利得帯域における出力光レベル一定あるいは利得一定を実現できることが知られている。しかし、このように多くの励起光源を備えたラマン増幅器はサイズが大きくなると共に高コストになってしまう。そこで、第５実施形態のＷＤＭ光伝送システムでは、分布型ラマン増幅器および集中型ラマン増幅器の１台当たりの励起光源数を抑え、それぞれのラマン増幅器で使用する励起光源の波長を異なるように設定して、１中継区間を伝送した後のＷＤＭ信号光のレベル平坦化を実現させるようにした応用例について説明する。
【００５５】
図１２は、第５実施形態のＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１２において、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、例えば上述の図４に示した第２実施形態の構成について、各中継区間のＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各々の励起光源１１，３２に代えて、複数の励起光源を組み合わせた励起光源部（ＬＤｓ）１１’，３２’をそれぞれ設けたものである。さらに、ここでは、光中継器４から出力されるＷＤＭ信号光のスペクトルをモニタするための分波器６０およびスペクトル分析ユニット（ＳＡＵ）６１を付設して、ＳＡＵ６１でのモニタ結果をＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各制御回路１７，３８に伝え、ＷＤＭ信号光の実際の増幅状態に応じてＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各励起光の設定を制御できるようにしている。上記以外の他の部分の構成については、第２実施形態の場合と同様である。
【００５６】
ＤＲＡ１０の励起光源部１１’は、例えば図１３に示すように、波長の異なる２つの励起光源１１1，１１2および偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１Ａを有し、励起光源１１1から出力される波長λ１の励起光と、励起光源１１2から出力される波長λ２の励起光とがＰＢＳｌｌＡで合波され、合波器１２を介して光ファイバ伝送路２に供給される。
【００５７】
ＤＣＦＲＡ３０の励起光源部３２’は、例えば図１４に示すように、波長の異なる２つの励起光源３２1，３２2および偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２Ａを有し、励起光源３２1から出力される波長λ３の励起光と、励起光源３２2から出力される波長λ４の励起光とがＰＢＳ３２Ａで合波され、合波器３３を介してＤＣＦ３１に供給される。
【００５８】
分波器６０は、例えば、光中継器４の出力端子と後段の中継区間の光ファイバ伝送路２の信号光入力点ＰAとの間に挿入され、光中継器４から出力されるＷＤＭ信号光の一部を分波してＳＡＵ６１に出力する。ＳＡＵ６１は、分波器６０で分波された光のスペクトルをモニタすることが可能な公知の分析ユニットである。ＳＡＵ６１のモニタ結果は、同じ中継区間にあるＤＲＡ１０の制御回路１７およびＤＣＦＲＡ３０の制御回路３８にそれぞれ出力される。
【００５９】
上記のような構成のＷＤＭ光伝送システムでは、各々の中継区間ごとに、各点ＰA〜ＰDにおける信号光パワーのモニタ値が制御目標値に近づくようにＤＲＡ１０、ＤＣＦＲＡ３０およびＥＤＦＡ４０の増幅状態が制御されるのに加えて、例えば図１５に示すようなＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の利得特性を実現させる励起光の制御が行われる。
【００６０】
すなわち、ＤＲＡ１０では、図１５の上段左側に示すようなパワーを持つ波長λ１，λ２の各励起光の組み合わせによって、図１５の上段右側に示すような波長に対するラマン利得が得られる。このＤＲＡ１０の利得特性については、ある一定の波長平坦性が実現されるように、２つの励起光の波長λ１，λ２および光パワーが設定されているものとする。一方、ＤＣＦＲＡ３０では、図１５の中段左側に示すようなパワーを持つ波長λ３，λ４の各励起光の組み合わせによって、図１５の中段右側に示すような波長に対するラマン利得が得られる。このようなＤＣＦＲＡ３０の利得特性は、前段のＤＲＡ１０の利得特性に対して逆の特性を持つように、２つの励起光の波長λ３，λ４または光パワーを設定制御することによって実現される。上記のようなＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各ラマン利得を組み合わせて得られる利得特性は、図１５の下段に示すように、単体での波長依存性が打ち消された略平坦な特性が実現されることになる。
【００６１】
上記のようなＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の組み合わせによる平坦な利得特性を安定して得るために、ここでは、光中継器４から実際に出力されるＷＤＭ信号光のスペクトルが分波器６０およびＳＡＵ６１によってモニタされ、そのモニタ結果を上記ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の各励起光の制御に反映させるための処理が各制御回路１７，３８によって実行される。
【００６２】
このように第５実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、各中継区間のＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０に波長の異なる複数の励起光源を用い、ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０の単体でのラマン利得の波長依存性が互いに打ち消されるように各励起光の設定制御を行うことで、励起光源数の比較的少ないＤＲＡ１０と光中継器４のＤＣＦＲＡ３０との組み合わせにより１中継区間のラマン利得の平坦化が可能になる。また、光中継器４から実際に出力されるＷＤＭ信号光のスペクトルをモニタして、その結果を反映させた制御が行われるようにしたことで、より安定した励起光の制御が可能になるため、伝送品質のさらなる向上を図ることができる。
【００６３】
なお、上記の第５実施形態では、ＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０のそれぞれについて、波長の異なる２つの励起光源を組み合わせるようにしたが、３つ以上の励起光源を組み合わせるようにしてもよい。また、上述した第２実施形態についてラマン利得の平坦化を図る構成を考えたが、本発明はこれに限らず上述した他の実施形態についても同様にして応用することが可能である。
【００６４】
例えば、上述の図１１に示したＣ，Ｌバンド対応の第４実施形態について、第５実施形態の場合と同様にしてラマン利得の平坦化を図るようにした場合を簡単に説明しておく。この場合、各中継区間のＤＲＡ１０に用いられる励起光源部１１’としては、例えば図１６に示すように、波長の異なる６つの励起光源１１1，１１1’，１１2，１１2’，１１3，１１3’と、３つの偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１Ａ1，１１Ａ2，１１Ａ3と、２つの合波器１１Ｂ，１１Ｃとを有し、励起光源１１2，１１2’から出力されＰＢＳｌｌＡ2で合波された波長λ２，λ２’の各励起光と、励起光源１１3，１１3’から出力されＰＢＳｌｌＡ3で合波された波長λ３，λ３’の各励起光とが合波器１１Ｂで合波され、さらに、その合波器１１Ｂの出力光と、励起光源１１1，１１1’から出力されＰＢＳｌｌＡ1で合波された波長λ１，λ１’の各励起光とが合波器１１Ｃで合波されて、合波器１２を介して光ファイバ伝送路２に与えられる構成とする。
【００６５】
また、Ｃバンド用のＤＣＦＲＡ３０Cに用いられる励起光源部３２C’としては、例えば図１７に示すように、波長の異なる４つの励起光源３２C4，３２C4’，３２C5，３２C5’と、２つの偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２ＡC4，３２ＡC5と、合波器３２ＢCとを有し、励起光源３２C4，３２C4’から出力されＰＢＳ３２ＡC4で合波された波長λ４，λ４’の各励起光と、励起光源３２C5，３２C5’から出力されＰＢＳ３２ＡC5で合波された波長λ５，λ５’の各励起光とが合波器３２ＢCで合波されて、合波器３３Cを介してＤＣＦ３１Cに与えられる構成とする。
【００６６】
さらに、Ｌバンド用のＤＣＦＲＡ３０Lに用いられる励起光源部３２L’としては、例えば図１８に示すように、波長の異なる４つの励起光源３２L6，３２L6’，３２L7，３２L7’と、２つの偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２ＡL6，３２ＡL7と、合波器３２ＢLとを有し、励起光源３２L6，３２L6’から出力されＰＢＳ３２ＡL6で合波された波長λ６，λ６’の各励起光と、励起光源３２L7，３２L7’から出力されＰＢＳ３２ＡL7で合波された波長λ７，λ７’の各励起光とが合波器３２ＢLで合波されて、合波器３３Lを介してＤＣＦ３１Lに与えられる構成とする。
【００６７】
そして、上記のような構成のＤＲＡ１０では、図１９の上段に示すようなパワーを持つ波長λ１，λ１’，λ２，λ２’，λ３，λ３’の各励起光の組み合わせによって、図１９の下段に示すような、ある一定の波長平坦性が実現されたＣバンドおよびＬバンドの利得波長特性が得られる。一方、Ｃバンド用のＤＣＦＲＡ３０Cでは、図２０の上段左側に示すようなパワーを持つ波長λ４，λ４’，λ５，λ５’の各励起光の組み合わせによって、図２０の上段右側に示すような、ＤＲＡ１０のＣバンド側の利得波長特性に対して逆の特性を持つラマン利得が得られる。また、Ｌバンド用のＤＣＦＲＡ３０Lでは、図２０の下段左側に示すようなパワーを持つ波長λ６，λ６’，λ７，λ７’の各励起光の組み合わせによって、図２０の下段右側に示すような、ＤＲＡ１０のＬバンド側の利得波長特性に対して逆の特性を持つラマン利得が得られる。上記のようなＤＲＡ１０およびＤＣＦＲＡ３０C，３０Lの単体のラマン利得を組み合わせて得られる利得特性は、図２１に示すように、各バンドについての単体での波長依存性が打ち消された略平坦な特性が実現されるようになる。
【００６８】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６９】
（付記１）  光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光をラマン増幅する分布型ラマン増幅部と、前記光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する集中型ラマン増幅部と、を備えて構成される光伝送システムであって、
前記光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、前記光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、前記分布型ラマン増幅部および前記集中型ラマン増幅部での各励起光の供給状態を制御する制御手段を備えたことを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７０】
（付記２）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記制御手段は、
前記各点での信号光パワーをそれぞれ検出する信号光パワー検出部と、
該信号光パワー検出部で検出される各点での信号光パワーが、前記光ファイバ伝送路および前記光伝送装置内の増幅媒体を含んだ伝送区間内における非線形光学効果の発生量を予め設定した値以下にする前記各点についての信号光パワーの制御目標値にそれぞれ近づくように、前記分布型ラマン増幅部および前記集中型ラマン増幅部で供給される各励起光のパワーまたは波長を制御する制御部と、
を有することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７１】
（付記３）  付記２に記載の光伝送システムであって、
前記制御部は、前記伝送区間内における光の信号対雑音比を最大にする前記分布型ラマン増幅部および前記集中型ラマン増幅部の利得配分に応じて、前記各点についての信号光パワーの制御目標値が設定されることを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７２】
（付記４）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送装置は、前記集中型ラマン増幅部によってラマン増幅された信号光を増幅する光増幅部を有し、
前記制御手段は、前記各点での信号光パワーに基づいて、前記光増幅部の増幅動作も制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７３】
（付記５）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記集中型ラマン増幅部は、前記光伝送装置内の分散補償ファイバに励起光を供給することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７４】
（付記６）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記集中型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光伝送装置内の増幅媒体に供給することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７５】
（付記７）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記集中型ラマン増幅部は、前記光伝送装置内の複数の増幅媒体に励起光をそれぞれ供給して該各増幅媒体を順に伝搬する信号光をラマン増幅することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７６】
（付記８）  付記７に記載の光伝送システムであって、
前記集中型ラマン増幅部は、共通の励起光源から出力される励起光を分波して前記複数の増幅媒体にそれぞれ供給することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７７】
（付記９）  付記７に記載の光伝送システムであって、
前記集中型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光源から出力される各励起光を合波した後に分波して前記複数の増幅媒体にそれぞれ供給することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７８】
（付記１０）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送装置は、複数の波長帯に応じて信号光を分波する分波部と、該分波部で分波された各波長帯の信号光に対応した複数の光路とを有し、
前記集中型ラマン増幅部は、前記複数の光路のうちの少なくとも１つの光路上の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００７９】
（付記１１）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記分布型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光ファイバ伝送路に供給することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００８０】
（付記１２）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記分布型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光ファイバ伝送路に供給し、
前記集中型ラマン増幅部は、波長の異なる複数の励起光を合波して前記光伝送装置内の増幅媒体に供給し、
前記制御手段は、前記集中型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性が、前記分布型ラマン増幅部によるラマン増幅の利得波長特性の逆特性に近づくように各励起光のパワーまたは波長を制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送システム。
【００８１】
（付記１３）  光ファイバ伝送路に励起光を供給して該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光を分布型ラマン増幅すると共に、前記光ファイバ伝送路に接続する光伝送装置内の増幅媒体に励起光を供給して該増幅媒体を伝搬する信号光を集中型ラマン増幅する光伝送方法であって、
前記光ファイバ伝送路に対する信号光入力点および信号光出力点、並びに、前記光伝送装置内の増幅媒体に対する信号光入力点および信号光出力点におけるそれぞれの信号光パワーに基づいて、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光の供給状態を制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送方法。
【００８２】
（付記１４）  付記１３に記載の光伝送方法であって、
前記各点での信号光パワーをそれぞれ検出し、
該検出した各点での信号光パワーが、前記光ファイバ伝送路および前記光伝送装置内の増幅媒体を含んだ伝送区間内における非線形光学効果の発生量を予め設定した値以下にする前記各点についての信号光パワーの制御目標値にそれぞれ近づくように、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光のパワーまたは波長を制御することを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送方法。
【００８３】
（付記１５）  付記１４に記載の光伝送方法であって、
前記伝送区間内における光の信号対雑音比を最大にする分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅の利得配分に応じて、前記各点についての信号光パワーの制御目標値が設定されることを特徴とするラマン増幅を利用した光伝送方法。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅を利用した光伝送システムおよび光伝送方法は、分布型ラマン増幅の行われる光ファイバ伝送路および集中型ラマン増幅の行われる光伝送装置内の増幅媒体の各信号光入出力点における各々の信号光パワーに基づいて、分布型ラマン増幅および集中型ラマン増幅のための各励起光の供給状態を制御するようにしたことによって、光ファイバ伝送路だけでなく光伝送装置内の増幅媒体で発生する非線形光学効果の影響を考慮したラマン増幅の制御が可能になる。これにより、ラマン増幅に伴う非線形光学効果の増大を回避して良好なＯＳＮＲを得ることができ、優れた伝送品質を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるラマン増幅を用いたＷＤＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態において、１中継区間の光ファイバ伝送路長が変化したときの各点での信号光レベルの変化を示す図である。
【図３】第１実施形態において、非線形位相シフト量を一定値以下としたときの光ファイバ伝送路への入力光パワーに対する集中型ラマン増幅の最適励起光パワーの関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるＷＤＭ光伝送システムに用いられる光中継器の構成を示すブロック図である。
【図６】１段構成のＤＣＦＲＡについて、励起光パワーを一定にしてＤＣＦの長さを変化させたときに得られるラマン利得および雑音指数の一例を示す図である。
【図７】２段構成のＤＣＦＲＡについて、励起光トータル出力パワーを一定とした条件の下で前後段のＤＣＦ長の割合を変化させたときに得られる雑音指数の一例を示す図である。
【図８】第３実施形態における１中継区間のレベルダイヤの一例を示す図である。
【図９】第３実施形態に関連して、２段構成のＤＣＦＲＡについての他の構成例を示す図である。
【図１０】第３実施形態に関連して、２段構成のＤＣＦＲＡについての別の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態によるＷＤＭ光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１３】第５実施形態に用いられるＤＲＡの励起光源部の一例を示す図である。
【図１４】第５実施形態に用いられるＤＣＦＲＡの励起光源部の一例を示す図である。
【図１５】第５実施形態におけるＤＲＡおよびＤＣＦＲＡの利得波長特性を説明するための図である。
【図１６】第５実施形態に関連して、Ｃ，Ｌバンド対応のシステム構成に応用した場合におけるＤＲＡの励起光源部の一例を示す図である。
【図１７】第５実施形態に関連して、Ｃ，Ｌバンド対応のシステム構成に応用した場合におけるＣバンド用ＤＣＦＲＡの励起光源部の一例を示す図である。
【図１８】第５実施形態に関連して、Ｃ，Ｌバンド対応のシステム構成に応用した場合におけるＬバンド用ＤＣＦＲＡの励起光源部の一例を示す図である。
【図１９】図１６の励起光源部を有するＤＲＡ単体の利得波長特性を説明するための図である。
【図２０】図１７の励起光源部を有するＣバンド用ＤＣＦＲＡおよび図１８の励起光源部を有するＬバンド用ＤＣＦＲＡについての単体での利得波長特性を説明するための図である。
【図２１】図１９および図２０の各単体での利得波長特性を組み合わせた特性を示す図である。
【図２２】従来の分布型ラマン増幅と集中型ラマン増幅を併用したＷＤＭ光伝送システムの一例を示す構成図である。
【図２３】図２２の従来のＷＤＭ光伝送システムについて、集中型ラマン増幅用の励起光パワーに対する１中継区間でのＯＳＮＲおよび非線形位相シフト量を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
１    光送信装置
２    光ファイバ伝送路
３，４    光中継器
９    光受信装置
１０    分布型ラマン増幅器（ＤＲＡ）
１１，３２，３２1，３２2    励起光源
１１’，３２’，３２1’，３２2’    励起光源部
１２，３３，３３1，３３2，５１    合波器
１３，１５，３４，３４’，３６，５０，６０    分波器
１４，１６，３５，３５’，３７    受光器
１７，３８，３８C，３８L，５２    制御回路
３０，３０C，３０L    集中型ラマン増幅器（ＤＣＦＲＡ）
３１，３１1，３１2    分散補償ファイバ（ＤＣＦ）
４０，４０C，４０L    エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
６１    スペクトル分析ユニット（ＳＡＵ）
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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