(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路ファイバを増幅媒体として当該伝送路ファイバを伝播する多重信号光に対してラマン増幅をおこなう励起光源と、ラマン増幅された多重信号光を増幅する希土類添加型光ファイバ増幅器とを具備した光中継器を複数設けて構築される光中継伝送システムにおいて、
前記励起光源には、異なる発振中心波長の励起光を出力する複数の発光手段が具備され、
前記各光中継器には、
複数の光中継器を経由して終端部の光中継器から出力される多重信号光の利得偏差が、該終端部の光中継器以外の光中継器において軽減され、かつ、該終端部の光中継器において抑圧されるように前記各発光手段が出力する励起光の強度比率を前記各光中継器ごと独立に制御する制御手段と、
前記希土類添加型光ファイバ増幅器によって増幅された後の多重信号光のうち、各励起光の波長からそれぞれストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度を検出することで前記多重信号光の利得偏差を検出する検出手段と、
が具備され、
前記各発光手段が出力する励起光の強度比率が、前記検出手段の検出結果に応じて制御されることを特徴とする光中継伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、希土類添加型光ファイバ増幅器とラマン増幅器とが組み合わされて構成された光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムに関し、特に、光中継器を経ることで生じた利得偏差をラマン増幅器の励起光制御によって抑圧する光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高性能な通信機器の開発と通信インフラの急速な整備とによって、近年、インターネット等のネットワーク上に伝送されるデータはその数の増加ばかりでなく、大容量化する傾向にある。そのため、通信トラヒックの増加が問題となり、その問題を解決するために、１本の光ファイバ上に複数の光信号をそれぞれ異なる波長をキャリアとして伝送する波長多重伝送（ＷＤＭ）を採用した光中継伝送システムが注目されている。
【０００３】
特に、近年の光中継伝送システムでは、システムを構築する光中継器として、従来の希土類添加型光ファイバ増幅器のみを備えたものでなく、希土類添加型光ファイバ増幅器にラマン増幅の構成を組み合わせたタイプのものを採用する動きが活発となっている。
【０００４】
図６は、ＷＤＭを採用した従来の光中継伝送システムの概略構成を示したブロック図である。図６に示す光中継伝送システムでは、まず、送信機１０が、複数の異なる波長の信号光を多重化し、その多重信号光を伝送路ファイバ９内に射出する。伝送路ファイバ９を伝播した多重信号光は、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失し、光中継器３０に入力される。光中継器３０では、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅とラマン増幅による分布型の光増幅によって、入力された多重信号光を増幅し、上記損失したパワーを所定値まで回復させる。
【０００５】
以下に、エルビウム添加ファイバ増幅器３１とラマン増幅について簡単に説明する。まず、エルビウム添加ファイバ増幅器３１とは、希土類元素であるエルビウムを添加した特殊な光ファイバ（エルビウム添加ファイバ）を信号光の増幅媒体として使用し、そのエルビウム添加ファイバ内に波長１４８０ｎｍまたは波長９８０ｎｍの励起レーザを照射すると、信号光である波長１５５０ｎｍ帯の光が増幅されるという原理を応用した増幅器である。
【０００６】
通常、エルビウム添加ファイバ増幅器３１は、エルビウム添加ファイバ、そのエルビウム添加ファイバを励起するための励起光源、光アイソレータおよび光フィルタを備えて構成される（図示略）。
【０００７】
エルビウム添加ファイバ増幅器３１のみで光中継伝送システムを構築した場合には、エルビウム添加ファイバ増幅器３１が集中型の光増幅器であるために、増幅媒体以外の光ファイバにおいて、信号光パワーが損失したり、信号光の歪み等の発生要因となる非線形効果を受けるという欠点がある。さらに、エルビウム添加ファイバ増幅器３１は、添加されたエルビウムのバンドギャップエネルギーによって定まる波長帯での光増幅を可能とするものであることから広帯域化が困難である。
【０００８】
一方、ラマン増幅は、エルビウム添加ファイバ増幅器３１のようにエルビウム添加ファイバといった特殊なファイバを必要とせずに、通常の伝送路ファイバを増幅媒体とする分布型の光増幅をおこなう。ラマン増幅は、少なくとも図６に示すように、伝送路ファイバ９上に設けられる合波器３３と、励起光源３２とを備えて構成される。
【０００９】
図６においては、ラマン増幅を後方励起でおこなう場合を示しており、合波器３３によって合波された励起光は、信号光と逆方向に向かって伝送路ファイバ９内を伝播する。伝送路ファイバ９内を高出力の励起光が伝播すると、伝送路ファイバ９の材質特性に基づいて、励起光よりも１１０ｎｍ（ストークス波長）分長波長側にシフトしたラマン散乱光が発生し、誘導ラマン散乱過程を経て、励起光のエネルギーが信号光に遷移する。このエネルギー遷移によって、信号光が増幅される。このようにラマン増幅はすでに敷設されている伝送路ファイバ９を増幅媒体とし、信号光をそのまま増幅させることが可能である。
【００１０】
よって、図６に示す光中継器３０は、エルビウム添加ファイバ増幅器３１の欠点を補うようにラマン増幅をも可能にし、スパン長の長い高信頼の光伝送を実現している。すなわち、図６に示す光中継伝送システムでは、光中継器３０の設置個数は少ないながらも、送信機１０から受信機２０へと十分な大きさの信号光を伝播させることを可能としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多くの光中継器で構築された長距離の光中継伝送システムでは、光中継器の増幅特性と伝送路ファイバによる損失とが波長多重信号光の各信号光に対して一様でないため、多段に中継伝送された後の信号光利得偏差は大きく劣化していた。そして、この信号光利得偏差の劣化により、非線形限界および信号光対雑音強度限界を超える信号光波長が生じ、そのような信号光波長での伝送特性を大きく劣化させてしまうという問題が生じていた。
【００１２】
以下にこの問題点について説明する。まず、ラマン増幅におけるラマン利得Ｇｒは、次式（１）のように定義される。
【数１】
0004141662.tif 000002
なお、上式において、Ｐｐは伝送路ファイバ９に入射される励起光の電力［Ｗ］を表わし、Ｌは光ファイバ長［ｍ］を表わし、ｇｒはラマン利得係数（例えば、１５５０ｎｍにおいて１．０×１０-13［ｍ／Ｗ］）を表わし、Ａｅｆｆは伝送路ファイバ９の有効断面積（例えば約５０μｍ2）を表わし、Ｌｅｆｆは伝送路ファイバ９の実効長を表わし、αは伝送路ファイバ９の損失（例えば、０．４６０５［ｎｅｐｅｒ／ｍ］）を表わし、Ｋは励起光の偏波状態を示す定数（１〜２）を表わす。
【００１３】
一方、エルビウム添加ファイバ増幅器３１の利得Ｇは、次式（２）のように定義される。
【数２】
0004141662.tif 000003
なお、上式において、γは利得係数を表わし、αは吸収係数を表わす。
【００１４】
上記した２つの式からわかるように、ラマン増幅による光増幅とエルビウム添加ファイバ増幅器３１による光増幅はともに、信号光波長によって利得が異なる。すなわち、従来の光中継器３０では、多重信号光の信号光ごとに対応させて複数の励起光源を設けることが現実的ではないことから、すべての信号光のパワーが均一となるように増幅をおこなうことは困難であった。
【００１５】
図７は、上記問題を説明するための説明図である。図７に示すように、送信機１０から射出された直後の多重信号光は、多重化された波長範囲に亘って一様な利得によって増幅されているが、光中継器を経由した後は、上記した式に基づいた利得偏差によって増幅された多重信号光として伝播する。特に、一つの光中継器の利得偏差が微小であっても、中継段数が増加するにしたがってその偏差は蓄積されていくため、結果的に利得帯域が狭まってしまい、受信機２０が受信する直前の多重信号光は多重化された波長範囲に亘って大きく歪んでしまう。
【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光中継器を経ることで生じた利得偏差をラマン増幅における励起光制御によって抑圧する光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光中継伝送システムにあっては、伝送路ファイバを増幅媒体として当該伝送路ファイバを伝播する多重信号光に対してラマン増幅をおこなう励起光源と、ラマン増幅された多重信号光を増幅する希土類添加型光ファイバ増幅器とを具備した光中継器を複数設けて構築される光中継伝送システムにおいて、前記励起光源には、異なる発振中心波長の励起光を出力する複数の発光手段が具備され、前記各光中継器には、複数の光中継器を経由して終端部の光中継器から出力される多重信号光の利得偏差が、該終端部の光中継器以外の光中継器において軽減され、かつ、該終端部の光中継器において抑圧されるように前記各発光手段が出力する励起光の強度比率を前記各光中継器ごと独立に制御する制御手段と、前記希土類添加型光ファイバ増幅器によって増幅された後の多重信号光のうち、各励起光の波長からそれぞれストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度を検出することで前記多重信号光の利得偏差を検出する検出手段と、が具備され、前記各発光手段が出力する励起光の強度比率が、前記検出手段の検出結果に応じて制御されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、各光中継器で完全に多重信号光の利得偏差を抑圧せずとも、終端部の光中継器において抑圧されるように前記各光中継器における各発光手段が出力する励起光の強度比率を各光中継器ごと独立に調節することができる。また、各励起光の波長からそれぞれストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度の検出で、多重信号光の利得偏差を知得することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明にかかる光中継器および光中継伝送システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
まず、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムについて説明する。実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムは、利得偏差が生じている多重信号光に対し、その利得偏差が低減するような励起光強度でラマン増幅をおこなうことを特徴としている。
【００２９】
図１は、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１において、図６と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１に示す光中継伝送システムでは、図６に示したようなｎ段の光中継器３０に替えて、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎが設けられている。第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎのそれぞれは、図６に示した光中継器３０と同様に、エルビウム添加ファイバ増幅器による光増幅とラマン増幅による光増幅とを組み合わせた構成である。
【００３０】
但しここでは、各第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎ内のラマン増幅用の励起光源は、互いに異なる中心波長によって発振する少なくとも２つの半導体レーザとそれら半導体レーザから出力された励起光を合波する光カプラとを備えているとする。特に、それら半導体レーザは、前段の光中継器および伝送路ファイバを経由することで利得偏差をともなうことになった多重信号光に対し、その利得偏差が低減される強度で発振するように設定される。
【００３１】
以下に、実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作について説明する。図２は、実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作を説明するための説明図である。まず、図１において、送信機１０が、複数の異なる波長の信号光を多重化し、その多重信号光を伝送路ファイバ９内に射出する。この状態では、図２（ａ）に示すように、多重化された波長範囲に亘って一様な出力値を示す。
【００３２】
伝送路ファイバ９を伝播した多重信号光は、図２（ｂ）に示すように、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失した後で、第１の光中継器３０−１に入力される。第１の光中継器３０−１および第２〜ｎの光中継器３０−２〜３０−ｎにおけるラマン増幅は、後方励起によるものであるため、まず、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅がおこなわれる前に、励起光源３２から合波器３３を経由して出力される励起光によってラマン増幅による光増幅がおこなわれる。このラマン増幅により所定の大きさまで増幅された多重信号光は、つづいて、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅によって増幅され、上記損失したパワーが所定値まで回復される。なお、この状態の多重信号光は、図２（ｃ）に示すように、利得偏差をともなっている。
【００３３】
第１の光中継器３０−１を経由することで利得偏差をともなって増幅された多重信号光は、図２（ｄ）を示すように、再度、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失する。特に、この損失によってパワーが低下した多重信号光は、上記利得偏差を依然としてともなっている。そして、この多重信号光は、次段の第２の光中継器３０−２に入力される。
【００３４】
第２の光中継器３０−２では、入力される多重信号光に対し、第１の光中継器３０−１と同様に、まず、励起光源４２から合波器４３を経由して出力される励起光によって、ラマン増幅による光増幅をおこなう。ここで、このラマン増幅は、つづいておこなわれるエルビウム添加ファイバ増幅器４１の利得偏差を考慮して、第２の光中継器３０−２から出力される多重信号光の利得偏差が軽減されるような増幅特性でおこなう。換言すれば、上述した式（２）に基づいて生じるエルビウム添加ファイバ増幅器４１の利得偏差が相殺される利得分布で増幅するように、ラマン増幅用の励起光源４２の半導体レーザ間の強度比率が調節されている。
【００３５】
図３は、実施の形態１にかかる光中継器の動作を説明するための説明図である。例えば、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎにおいて、各励起光源が波長ａを発振中心波長とする半導体レーザＡと波長ｂを発振中心波長とする半導体レーザＢを備えているとすると、まず、第１の光中継器３０−１では、入力直前の多重信号光の偏差は無視できる程度であるため、半導体レーザＡと半導体レーザＢは、図３（ａ）に示すように、ともに同じ強度で発振する。この発振によるラマン増幅とつづいておこなわれるエルビウム添加ファイバ増幅器３１による光増幅によって、同図（ａ）の出力プロファイル１０１で示すように、第１の光中継器３０−１から出力される多重信号光は、結果的に、波長ｂ側の出力が低下するような利得偏差をともなう。
【００３６】
つぎに、第２の光中継器３０−２では、上記した利得偏差が軽減されるように、例えば半導体レーザＢの出力強度を高く設定して、波長ｂ側の出力を高めるようにラマン増幅をおこなう。この第２の光中継器３０−２でも、ラマン増幅後のエルビウム添加ファイバ増幅器４１による光増幅によって、多少の利得偏差が生ずるため、図３（ｂ）の出力プロファイル１０２に示すように、結果的には、利得偏差がともなう。但し、この状態の多重信号光の利得偏差は、第１の光中継器３０−１を経由した直後よりも軽減されている。
【００３７】
さらに、第３の光中継器３０−３の励起光源においても、第２の光中継器３０−２の励起光源４２と同様な強度比率で調節された半導体レーザＡおよびＢを備えているため、図３（ｂ）の出力プロファイル１０２において、波長ｂ側の出力を高めるようなラマン増幅がおこなわれる。そして、そのラマン増幅後の多重信号光に対しても、第３の光中継器３０−３のエルビウム添加ファイバ増幅器による光増幅がおこなわれ、結果的に、図３（ｃ）の出力プロファイル１０３を得る。
【００３８】
このように、各光中継器によるラマン増幅において、その励起光を形成する複数の半導体レーザの強度比率は、利得偏差が軽減されるような値に調節されている。特に、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎを経由した最終的な多重信号光の出力プロファイル、すなわち受信機２０の直前の多重信号光が、図２（ｅ）および（ｆ）に示すように、多重化された波長に亘って一様な出力となるように、上記励起光源内の半導体レーザ間の強度比率を決定することで、利得偏差による劣化の小さい光伝送を実現することができる。
【００３９】
以上に説明したとおり、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムによれば、伝送路ファイバ９に伝播された多重信号光に対し、エルビウム添加ファイバ増幅器による集中型の光増幅とラマン増幅による分布型の光増幅とをおこなう光中継器を複数個備えて構築された光中継伝送システムにおいて、各光中継器内のラマン増幅用の励起光源を構成する複数の半導体レーザの各強度比率が、入力された多重信号光の利得偏差が軽減されるように調節されているので、信号光利得偏差を回復することができ、中継段数の多い長距離の光中継伝送システムであっても、多重信号光の利得偏差が蓄積されてしまうのを防止でき、伝送特性を改善することが可能になる。
【００４０】
実施の形態２．
つぎに、実施の形態２にかかる光中継器および光中継伝送システムについて説明する。実施の形態２にかかる光中継器および光中継伝送システムは、実施の形態１において説明した光中継器において、多重信号光の出力をモニタした結果に応じて、ラマン増幅用の励起光源を構成する各半導体レーザの出力強度を制御することを特徴としている。
【００４１】
光中継伝送システムの構成については、図１に示したとおりなのでその説明を省略し、ここでは光中継器の構成についてのみ説明する。図４は、実施の形態２にかかる光中継器の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
図４において、光中継器２００は、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０による集中型の光増幅と、ラマン増幅による分布型の光増幅とを組み合わせておこなう。特に、光中継器２００は、発振中心波長の異なる２つの半導体レーザ２６１および２６２と、それら半導体レーザ２６１および２６２から出力される励起光を合波する光カプラ２６３とで構成される励起光源を備えており、上記ラマン増幅は、その励起光源から出力された励起光が、合波器２２０を介して後方に位置する伝送路ファイバ９に向けて射出されることによりおこなわれる。
【００４３】
さらに、実施の形態２にかかる光中継器では、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０から出力された多重信号光を、光カプラ２３０を介して入力するとともに、その強度を検出するモニタ２５０を備えている。図５は、このモニタ２５０における検出動作を説明するための説明図である。図５に示すように、モニタ２５０は、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０によって増幅された後の多重信号光のうち、ラマン増幅用の励起光源が出力する励起光、すなわち半導体レーザ２６１の発振中心波長ａと半導体レーザ２６２の発振中心波長ｂとからそれぞれストークス波長（１１０ｎｍ）程度長波長側に離れた位置の信号光の強度を選択的に検出する。
【００４４】
このように選択に検出するのは、ラマン増幅帯域のうち、励起光源の強度ピークとなる励起光波長からストークス波長程度離れた波長の信号光の強度は、それら励起光波長による増幅寄与率が支配的であり、その部分においては、他の波長の励起光によって増幅された信号光の強度重ね合わせ分を無視することができるからである。すなわち、多重信号光の波長範囲のすべてに亘って信号光強度を検出せずとも、上述したように、多重信号光の波長範囲のうち、励起光源の発振中心波長の数だけ検出すれば、励起光源内の各半導体レーザの強度比率に起因する多重信号光の利得偏差の情報を知得することができる。
【００４５】
モニタ２５０によって検出された結果は、制御回路２４０に入力され、制御回路２４０は、入力された検出結果に応じて、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０から出力される多重信号光の利得偏差が軽減されるような強度比率で励起光源の半導体レーザ２６１および２６２の強度を変更する。
【００４６】
以上に説明したとおり、実施の形態２にかかる光中継器および光中継システムによれば、光中継器２００内において、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０により増幅された後の多重信号光のうち、励起光源の発振中心波長からストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度を検出し、その検出結果に応じて、光中継器２００から出力される多重信号光の利得偏差が軽減される強度比率で励起光源の各半導体レーザの出力強度を帰還制御するので、光中継器２００から、光増幅されかつ利得偏差の小さい多重信号光を出力することができ、結果的に、中継段数の多い長距離の光中継伝送システムであっても、多重信号光の利得偏差が蓄積されてしまうのを防止でき、伝送特性を改善することが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、各光中継器で完全に多重信号光の利得偏差を抑圧せずとも、伝送路の終端部で最終的に利得偏差が抑圧されるような範囲で、各光中継器の励起光源の励起光の強度を各光中継器ごと独立に調節することができ、光中継伝送システム全体において、利得偏差の蓄積による伝送品質の劣化を軽減することができるという効果を奏する。また、多重信号光の利得偏差をモニタする検出手段として、ラマン増幅をおこなう励起光の波長からストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度をモニタし、モニタされた信号光強度が設定された値となるように各励起光が制御される制御手段を備えることで、より簡単な検出手段の構成で、信号光の利得偏差を抑圧し、伝送特性を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】  実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作を説明するための説明図である。
【図３】  実施の形態１にかかる光中継器の動作を説明するための説明図である。
【図４】  実施の形態２にかかる光中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図５】  実施の形態２にかかる光中継器のモニタにおける検出動作を説明するための説明図である。
【図６】  ＷＤＭを採用した従来の光中継伝送システムの概略構成を示したブロック図である。
【図７】  従来の光中継伝送システムの問題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
９  伝送路ファイバ、１０  送信機、２０  受信機、３０，３０−１〜３０−ｎ，２００  光中継器、３１，４１，２１０  エルビウム添加ファイバ増幅器、３２，４２  励起光源、３３，４３，２２０  合波器、２３０，２６３  光カプラ、２４０  制御回路、２５０  モニタ、２６１，２６２  半導体レーザ。
【図１】
0004141662.tif 000004
【図２】
0004141662.tif 000005
【図３】
0004141662.tif 000006
【図４】
0004141662.tif 000007
【図５】
0004141662.tif 000008
【図６】
0004141662.tif 000009
【図７】
0004141662.tif 000010