(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路と光増幅中継器を接続した光増幅中継伝送路を介して、波長多重光信号を送信装置から受信装置へ伝送する波長多重光伝送システムの波長特性の偏差を補償する波長等化装置であって、伝送帯域を含む所定の波長域を基本周期とする前記波長特性の逆特性をフーリエ級数展開した各項をそれぞれ近似する複数ｎ個のフィルタモジュールを直列に接続した波長等化手段と、前記光増幅中継伝送路に所定の間隔で配置される前記波長等化手段の入力または出力の波長特性を測定する波長特性測定手段と、前記波長特性測定手段で測定された波長特性を基に前記波長等化手段の透過率および中心波長を決定する解析手段と、前記解析手段で得られたデータに従って前記各フィルタモジュールの波長特性を制御する制御手段とを備える波長等化装置においてフィードバック制御を行う波長等化装置制御方法であって、
前記各フィルタモジュールの波長特性のフーリエ級数展開項の余分な高次展開項を打ち消しあうように各フィルタモジュールの波長特性を設定する第一の過程と、
前記波長特性測定手段で測定された波長特性に変動が生じた場合、変動後の出力における逆波長特性を算出する第二の過程と、
算出された前記波長特性の逆特性に高速フーリエ変換を施し、各フーリエ級数展開項と前記各フィルタモジュールの現波長特性と足し合わせる第三の過程と、
足し合わした結果得られた波長特性を新たな近似目標として、前記各フィルタモジュールの波長特性を制御する第四の過程とを実行する
ことを特徴とする波長等化装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路および光増幅中継器を接続した光増幅中継伝送路を介して波長多重光信号を伝送する波長多重光伝送システムにおいて、光増幅中継器の利得特性等に起因する波長特性の偏差を補償する波長等化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重光伝送システムには、光増幅中継器の利得特性等に起因する波長特性の偏差がある。この波長特性の偏差は、信号チャネル間のレベル差を生じさせ、特定の信号チャネルでレベルの低下を引き起こす。
【０００３】
従来、この信号チャネル間のレベル差を補償するために、光増幅中継器の利得特性を平坦にする方法や、波長特性を補償する光等化フィルタ（例えばマッハツェンダ型フィルタやファブリペロ型フィルタ）を適当な間隔で光ファイバ伝送路に挿入する方法が検討されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光増幅中継伝送路の波長特性を補償する従来の光等化フィルタの特性は試行錯誤的に決定され、効率的に設計する方法が確立していない。
【０００５】
また、試行錯誤により、ある波長特性に対応する光等化フィルタを構成しても、光信号レベルや光増幅器出力等の変化に応じて波長特性が変化した場合には、光等化フィルタの特性を追従させることができなかった。
【０００６】
本発明は、与えられた波長特性に対応する光等化フィルタを効率よく設計することができ、さらに波長特性の変化にも追従して常に平坦な波長特性を実現することができる波長等化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の波長等化装置制御方法は、光ファイバ伝送路と光増幅中継器を接続した光増幅中継伝送路を介して、波長多重光信号を送信装置から受信装置へ伝送する波長多重光伝送システムの波長特性の偏差を補償する波長等化装置であって、伝送帯域を含む所定の波長域を基本周期とする前記波長特性の逆特性をフーリエ級数展開した各項をそれぞれ近似する複数ｎ個のフィルタモジュールを直列に接続した波長等化手段と、前記光増幅中継伝送路に所定の間隔で配置される前記波長等化手段の入力または出力の波長特性を測定する波長特性測定手段と、前記波長特性測定手段で測定された波長特性を基に前記波長等化手段の透過率および中心波長を決定する解析手段と、前記解析手段で得られたデータに従って前記各フィルタモジュールの波長特性を制御する制御手段とを備える波長等化装置においてフィードバック制御を行うために、各フィルタモジュールの波長特性のフーリエ級数展開項の余分な高次展開項を打ち消しあうように各フィルタモジュールの波長特性を設定し、波長特性測定手段で測定された波長特性に変動が生じた場合、変動後の出力における逆波長特性を算出し、算出された波長特性の逆特性に高速フーリエ変換を施し、各フーリエ級数展開項と各フィルタモジュールの現波長特性と足し合わし、足し合わした結果得られた波長特性を新たな近似目標として、前記各フィルタモジュールの波長特性を制御する。
【０００８】
光増幅中継伝送路のある区間の波長特性Ｇ（λ）〔ｄＢ〕が与えられたときに、その逆波長特性−Ｇ（λ）は、フーリエ級数展開により、
【０００９】
【数１】
0003745560.tif 000002
と表される。ここで、Δλは等化帯域、ｎは正の整数である。各フィルタモジュール１−１〜１−ｎには、(1) 式の各項を近似するフィルタ特性を設定する。
【００１０】
図２は、逆波長特性のフーリエ級数展開と近似的構成を示す。波長特性Ｇ(λ)に対する逆波長特性−Ｇ(λ)を第ｎ次の項までフーリエ級数展開することにより、−Ｇ(λ)は基本周期および基本周期の整数倍の分周期をもつ余弦関数に分解できる。一般に、次数ｎを大きくすることにより、任意の精度で−Ｇ(λ)を近似することができる。
【００１１】
波長等化装置制御方法は、(1) 式の第ｎ項を近似するために、
【００１２】
【数２】
0003745560.tif 000003
と設定したマッハツェンダ型フィルタをＮ個直列（Ｎは正の整数）に接続する。
【００１３】
波長等化装置制御方法は、(1) 式の第ｎ項を近似するために、
【００１４】
【数３】
0003745560.tif 000004
と設定したファブリペロ型フィルタをＮ個直列（Ｎは正の整数）に接続する。
【００１５】
ここで、実際のマッハツェンダ型フィルタの特性Ｍ1(θ）およびファブリペロ型フィルタの特性Ｆ1(θ) は、図３に示すように余弦関数から外れているが、係数が十分に小さい場合には、余弦関数のよい近似となる。したがって、フーリエ級数展開の各項を
【００１６】
【数４】
0003745560.tif 000005
のように構成すれば、図４に示すようにフィルタの個数Ｎを増やすことにより近似の精度を高くすることができる。すなわち、波長等化装置通過後の波長等化特性を改善することができる。
【００１７】
波長等化装置制御方法は、(1) 式の第ｎ項を近似するために、上記のマッハツェンダ型フィルタとファブリペロ型フィルタを組み合わせ、その係数を
【００１８】
【数５】
0003745560.tif 000006
と設定する。
【００１９】
ここで、フーリエ級数展開の各項を
【００２０】
【数６】
0003745560.tif 000007
のように構成すれば、１つのマッハツェンダ型フィルタと１つのファブリペロ型フィルタの組み合わせでも、図５に示すようにさらに余弦関数に近い特性を得ることができ、より精度のよい波長等化装置を構成することができる。
【００２１】
また、マッハツェンダ型フィルタやファブリペロ型フィルタに代えて、ファイバグレーティング等の回折格子を用いても同様に波長等化装置を構成することができる。
【００２２】
ところで、ファブリペロ型光フィルタやマッハツェンダ型光フィルタを直列に接続した波長等化装置を実際に構成する際に、現実のフィルタ特性と理想的なフィルタ特性との間にわずかな誤差が生じる場合には、中継数を重ねるにつれて誤差の累積が問題となる。そこで、現実のフィルタ特性の誤差を補正するフィルタの設定法について以下に説明する。
【００２３】
(1) 式に示した波長逆特性−Ｇ(λ)を変形し、
【００２４】
【数７】
0003745560.tif 000008
とする。このとき、(7) 式の第ｉ項に対応する誤差を含むフィルタモジュールの特性Ｅi は、
【００２５】
【数８】
0003745560.tif 000009
と表される。ただし、ｃi は定数であり、ｘ＝α，βとしたときに、
ｘii＝ｘi 
｜ｘij｜<<｜ｘi｜    （ｉ≠ｎ）
である。
【００２６】
ここで、各Ｅi の中で同じ周期の項をまとめると、
【００２７】
【数９】
0003745560.tif 000010
が得られる。 (7)式の第ｉ項と (9)式を比較することにより、
【００２８】
【数１０】
0003745560.tif 000011
が得られる。
【００２９】
この(10)式を満たすように各フィルタモジュールのフィルタ特性を設定することにより、所定の特性を有する高精度の波長等化装置を構成することができる。請求項１に記載の波長等化装置制御方法は、波長特性の変化に追従して常に平坦な波長特性を実現するための波長等化装置の制御方法である。すなわち、光増幅中継伝送路に所定の間隔で配置される波長等化装置の出力の波長特性を測定し、波長特性測定手段で測定された波長特性に高速フーリエ変換を施し、波長等化装置の透過率および中心波長を決定する解析し、解析手段で得られたデータに従って波長等化装置の各フィルタモジュールの波長特性を制御する。
【００３１】
請求項１に記載の波長等化装置において、波長特性Ｇ(λ)に対してその逆特性−Ｇ(λ)のフーリエ級数展開によって定義される波長特性Ｑ(λ)をもつ波長等化装置(1) による等化波長特性をＧ2(λ) とすると、
【００３２】
【数１１】
0003745560.tif 000012
と表される。この等化波長特性Ｇ2(λ) は、以上説明した本発明の波長等化装置により平坦な波長特性となる。
【００３３】
次に、Ｇ(λ)に変動が生じてＧ′(λ)となり、変動前の等化波長特性Ｇ2(λ) がＧ2′(λ) に変化した場合には、その逆特性−Ｇ2′(λ) のフーリエ級数展開によって定義される波長等化装置(2) を新たに追加することにより、再び平坦な波長特性が得られる。ここで、波長等化装置(2) の波長特性をＱ′(λ)、新たな等化波長特性をＧ3(λ) とすると、
【００３４】
【数１２】
0003745560.tif 000013
と表される。
【００３５】
通常、波長等化装置(1) ，(2) は、以下の式で表される波長特性Ｑ2(λ) をもつ１つの波長等化装置に統合することができる。
【００３６】
【数１３】
0003745560.tif 000014
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図６は、本発明の波長等化装置の第１の実施形態を示す。
【００３８】
波長多重光伝送システムは、図６(a) に示すように、光ファイバ伝送路１２と光増幅中継器１３を接続した光増幅中継伝送路を介して、送信装置１１から受信装置１４へ波長多重光信号を伝送する構成である。本発明の波長等化装置１５は、この光増幅中継伝送路に所定の間隔で配置され、図１に示したように、直列に接続されたｎ個のフィルタモジュール１−１〜１−ｎで構成される。
【００３９】
図６(b) に示す波長等化装置１５は、各フィルタモジュールが１つまたはＮ個のマッハツェンダ型フィルタ（ＭＺ）を直列に接続した構成である。図６(c) に示す波長等化装置１５は、各フィルタモジュールが１つまたはＮ個のファブリペロ型フィルタ（ＦＰ）を直列に接続した構成である。図６(d) に示す波長等化装置１５は、各フィルタモジュールが１つのマッハツェンダ型フィルタ（ＭＺ）と１つのファブリペロ型フィルタ（ＦＰ）を直列に接続した構成である。
【００４０】
各フィルタモジュールの透過率および中心波長は、波長等化装置１５に入力される波長多重光信号の波長特性に高速フーリエ変換を施し、第ｎ項までのフーリエ級数展開の各項の係数を算出してそれぞれ設定される。
【００４１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の波長等化装置の第２の実施形態を示す。本実施形態の波長等化装置１６は、波長特性の変化に応じてフィルタ特性を可変させることを特徴とし、(a) はフィードバック構成、(b) はフィードフォワード構成を示す。
【００４２】
図において、光分岐器２１で伝送に影響ない程度に分岐された光信号は、波長特性測定手段２２に入力される。波長特性測定手段２２によって測定された時間的な波長特性の情報は、解析手段２３に送られる。解析手段２３は、波長特性に高速フーリエ変換を施し、フーリエ級数展開の各項の係数から各フィルタモジュールの深さおよび中心波長を求め、制御手段２４へ送出する。制御手段２４は、得られた情報を元に各フィルタモジュール１−１〜１−ｎの波長特性（透過率および中心波長）を制御する。
【００４３】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の波長等化装置の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第２の実施形態で示した波長等化装置１６で得られた各フィルタモジュールの制御情報により、その前後に配置される波長等化装置１７の各フィルタモジュールの透過率および中心波長を制御するところにある。波長等化装置１７は、波長特性が可変のフィルタモジュールを備えるだけで、波長特性の変化に対応する等化処理を行うことができる。
【００４４】
ここで、波長特性が可変のフィルタモジュールの具体例について、図９を参照して説明する。図９(a) は、マッハツェンダ型フィルタ３１の光路中に屈折率が可変する屈折率変移媒質３２−１，３２−２を挿入した例を示す。制御手段２４の制御により屈折率を可変させる屈折率変移媒質３２としては、例えばリチウムナイオベイト（ＬiＮbＯ3 ）を用いることができる。
【００４５】
図９(b) は、ファブリペロ型フィルタの光路中に利得を制御できる増幅媒体を挿入した例を示す。制御手段２４の制御により利得を制御できるファブリペロ型フィルタにおける増幅媒体としては、例えば両端面に反射コーティング３３−１，３３−２を施した半導体光増幅器３４を用いることができる。
【００４６】
図９(c) は、利得を制御できる増幅機能を備えた回折格子を用いた例を示す。ここでは、エルビウム添加・ファイバグレーティング３５と励起光源３６を用い、エルビウム添加・ファイバグレーティング３５に入力する励起光パワーを制御手段２４により制御する。
【００４７】
以上説明したように、本発明の波長等化装置制御方法は、光増幅中継伝送路のある点における波長特性が与えられた場合に、その特性を補償する逆波長特性を効率的に設計することができる。特に、伝送距離が長くなる場合、従来の経験的な波長等化器の設定法では平坦な波長特性を長距離維持することが困難になるので、本発明のような明確な設計法がもたらす効果は大きい。
【００４８】
また、本発明の波長等化装置制御方法は、光増幅中継伝送路の波長特性に時間的変化が生じても、各フィルタモジュールの透過率および中心波長を適当に設定することができ、常に平坦な波長特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長等化装置の基本構成を示す図。
【図２】逆波長特性のフーリエ級数展開と近似的構成を示す図。
【図３】マッハツェンダ型フィルタとファブリペロ型フィルタの特性を示す図。
【図４】フィルタ特性と余弦関数との誤差とフィルタ数の関係を示す図。
【図５】本発明装置による波長等化誤差とフーリエ級数展開の次数の関係を示す図。
【図６】本発明の波長等化装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明の波長等化装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の波長等化装置の第３の実施形態を示すブロック図。
【図９】波長特性が可変のフィルタモジュールの具体例を示す図。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ  フィルタモジュール
１１  送信装置
１２  光ファイバ伝送路
１３  光増幅中継器
１４  受信装置
１５，１６，１７  波長等化装置
２１  光分岐器
２２  波長特性測定手段
２３  解析手段
２４  制御手段
３１  マッハツェンダ型フィルタ
３２  屈折率変移媒質
３３  反射コーティング
３４  半導体光増幅器
３５  エルビウムドープ・ファイバグレーティング
３６  励起光源
【図１】
0003745560.tif 000015
【図２】
0003745560.tif 000016
【図３】
0003745560.tif 000017
【図４】
0003745560.tif 000018
【図５】
0003745560.tif 000019
【図６】
0003745560.tif 000020
【図７】
0003745560.tif 000021
【図８】
0003745560.tif 000022
【図９】
0003745560.tif 000023