(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光に制御信号を重畳する制御信号重畳装置であって、
当該制御信号に応じた強度変動を具備する励起光を出力する励起光源と、
当該励起光により励起されて、当該信号光をラマン増幅するラマン増幅媒体と、
励起光とラマン増幅前の当該信号光とを合波し、当該ラマン増幅媒体に供給する合波手段と、
当該ラマン増幅媒体の出力光から、信号光成分を抽出すると共に、当該励起光成分を終端する光フィルタ手段と、
当該ラマン増幅媒体によりラマン増幅された信号光の変調度を検出する変調度検出手段と、
当該変調度検出手段により検出された変調度を目標変調度と比較し、その誤差を示す信号を出力する比較手段
とを具備し、当該励起光源が、当該比較手段の出力に従って、当該制御信号に応じた強度変動の振幅を調整し、これにより、当該ラマン増幅媒体によりラマン増幅された信号光の変調度を一定に維持することを特徴とする制御信号重畳装置。
【請求項２】
当該励起光源が、レーザ光源と、当該レーザ光源を駆動する光源駆動手段とからなり、当該駆動手段が、当該制御信号に応じて振幅の変化する駆動電流を当該レーザ光源に印加する請求項１に記載の制御信号重畳装置。
【請求項３】
当該ラマン増幅媒体が、当該励起光が存在しないときに当該信号光に対して低損失の媒体からなる請求項１に記載の制御信号重畳装置。
【請求項４】
当該ラマン増幅媒体が、石英光ファイバからなる請求項３に記載の制御信号重畳装置。
【請求項５】
当該光フィルタ手段が、当該ラマン増幅媒体の出力光のうち、信号光成分を透過すると共に、当該励起光成分を他方向に反射する選択的透過反射素子からなる請求項１に記載の制御信号光重畳装置。
【請求項６】
当該光フィルタ手段が、
当該ラマン増幅媒体の出力光から、信号光成分と当該励起光成分を分離する分離手段と、
当該分離手段により分離された当該励起光成分を終端する光終端手段
とからなる請求項３に記載の制御信号光重畳装置。
【請求項７】
当該制御信号が振幅変調信号であり、当該変調度検出手段が、当該制御信号のデータ値に応じて、当該変調度を示す所定信号をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド手段を具備する請求項１に記載の制御信号重畳装置。
【請求項８】
当該所定信号が、当該ラマン増幅された信号光成分の変動成分の大きさを示す信号である請求項１に記載の制御信号重畳装置。
【請求項９】
当該制御信号が振幅変調信号であり、当該比較手段が、当該制御信号のデータ値に応じて比較結果をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド手段を具備する請求項１に記載の制御信号重畳装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御信号重畳装置に関し、より具体的には、光伝送システムで制御信号を信号光に重畳、即ち多重する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システム、特に、信号光を中間で増幅中継したり、分岐したりする光伝送システムでは、そのための光中継器又は分岐ユニットを遠隔制御する必要がある。また、光ネットワークでは、信号光とは別にネットワーク管理情報を伝送する必要がある。
【０００３】
そのために、従来、ＮＲＺパルス、ＲＺパルス又はソリトン波で信号を伝送する信号光を更に、比較的低い周波数の制御信号で強度変動し、光ファイバ伝送路を伝搬させる構成が提案されている。
【０００４】
制御信号を信号光に重畳又は多重する手段として従来、エルビウム・ドープ光ファイバからなる光増幅器の構成を流用し、そのポンプ光を制御信号で強度変調するようにしたものが知られている。即ち、エルビウム・ドープ光ファイバの利得を制御信号に応じて変動させることで、信号光の強度レベルを制御信号に応じて変動させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エルビウム・ドープ光ファイバはその利得変動がせいぜい１００ｋＨｚ程度までしか追従しない。これでは、制御信号を重畳するには不十分である。
【０００６】
また、従来例では、ポンプ光源の故障等によりポンプ光が無くなったり、その強度が大幅に小さくなると、エルビウム・ドープ光ファイバが損失媒体となり、信号光を大幅に減衰させてしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決し、信号光に制御信号を重畳する制御信号重畳装置を提示することを目的とする。
【０００８】
即ち、本発明は、高速に応答できる制御信号重畳装置を提示することを目的とする。
【０００９】
本発明はまた、励起光の障害時にも信号光を実質的に無損失で透過できる制御信号重畳装置を提示することを目的とする。
【００１０】
本発明は更に、信号光自体に非線形効果などの悪影響を与えない制御信号重畳装置を提示することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る制御信号重畳装置は、信号光に制御信号を重畳する制御信号重畳装置であって、当該制御信号に応じた強度変動を具備する励起光を出力する励起光源と、当該励起光により励起されて、当該信号光をラマン増幅するラマン増幅媒体と、励起光とラマン増幅前の当該信号光とを合波し、当該ラマン増幅媒体に供給する合波手段と、当該ラマン増幅媒体の出力光から、信号光成分を抽出すると共に、当該励起光成分を終端する光フィルタ手段と、当該ラマン増幅媒体によりラマン増幅された信号光の変調度を検出する変調度検出手段と、当該変調度検出手段により検出された変調度を目標変調度と比較し、その誤差を示す信号を出力する比較手段とを具備し、当該励起光源が、当該比較手段の出力に従って、当該制御信号に応じた強度変動の振幅を調整し、これにより、当該ラマン増幅媒体によりラマン増幅された信号光の変調度を一定に維持することを特徴とする。
【００１２】
ラマン増幅では、その利得が、一般に制御信号に使用される数１０ＭＨｚまでの周波数にも容易に追従して変動できるので、高速の制御信号を伝送できる。ラマン増幅を利用することにより、変調周波数帯域が広くなり、信号波長帯域も広くとれる。また、偏光依存性も少ない。また、制御信号に応じた強度変調の振幅を調整する手段を設けたので、信号光の強度変調度を一定に維持でき、過変調を防止できる。
【００１４】
励起光源は、レーザ光源と、当該レーザ光源を駆動する光源駆動手段とからなり、当該駆動手段が、当該制御信号に応じて振幅の変化する駆動電流を当該レーザ光源に印加する。これにより、信号光に重畳したい制御信号に応じて強度変動する励起光を簡単に作成できる。
【００１５】
ラマン増幅媒体が、励起光が存在しないときに当該信号光に対して低損失の媒体からなることで、仮に励起光源が故障しても、励起されないラマン増幅媒体が信号光に対する悪影響がきわめて少ない。これにより、信頼性の高いシステムを実現できる。ラマン増幅媒体は、例えば、石英光ファイバからなる。
【００１６】
光フィルタ手段は、ラマン増幅媒体の出力光のうち、信号光成分を透過すると共に、当該励起光成分を他方向に反射する選択的透過反射素子からなる。光フィルタ手段はまた、ラマン増幅媒体の出力光から、信号光成分と当該励起光成分を分離する分離手段と、当該分離手段により分離された当該励起光成分を終端する光終端手段とからなる。
【００１８】
制御信号が振幅変調信号の場合には、制御信号のデータ値に応じて、検出された変調度、当該光フィルタ手段から出力される信号光成分の変動成分の大きさ、又は、比較手段における比較結果をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド手段を設ければよい。
【００１９】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。本実施例では、エルビウム・ドープ光ファイバのような能動的な光増幅媒体に代えて、非線形光学効果によるラマン増幅を利用する。即ち、１０は一定以上の非線形効果を具備する光ファイバ、例えば、通常の石英光ファイバ、又は、モードフィールド径を特に小さくした光ファイバである。光ファイバ１０には、１．５μｍ帯の信号光が入射する。
【００２１】
１２は１．４μｍ帯のレーザ・ダイオードであり、光ファイバ１０でラマン増幅を生じさせるためのポンプ光源として機能する。ラマン増幅は、励起光に対して約１００ｎｍ長波長側に最大利得を具備するので、励起光の波長は、１．５μｍ帯信号光に対して１．４μｍ帯でよい。但し、長距離光ファイバ伝送システムで使用される１．５５μｍ帯で最大利得を得るには、励起光の波長は１．４５μｍが望ましいが、１．４８μｍであっても、十分に使用可能である。実際上、レーザ・ダイオード１２の発振波長は、１．４４μｍ乃至１．４９μｍでよく、１．４８μｍ帯レーザ・ダイオードは、既に多くの実績があり、比較的安価に入手できる。
【００２２】
１４はレーザ・ダイオード１２を連続レーザ発振させる光源駆動回路であり、光源駆動回路１４からレーザ・ダイオード１２に印加される駆動電流は、伝送したい制御信号により変調されている。例えば、光源駆動回路１４は、レーザ・ダイオード１２のレーザ発振閾値より高いバイアス電流に制御信号（又はその振幅を調整した信号）を重畳した電流を、駆動電流としてレーザ・ダイオード１２に印加する。
【００２３】
制御信号自体は、連続的な搬送波を位相シフト・キーイングにより変調した位相変調信号又は周波数シフト・キーイングにより変調した周波数変調信号である。
【００２４】
レーザ・ダイオード１２から出力される励起光は、波長分割多重光カップラ１６により、光ファイバ１０に導入される。ラマン増幅によって制御信号を１．５μｍ帯信号光に重畳するには、増幅しようとする１．５μｍ帯信号光と励起光とを同方向に進行させる必要がある。そのために、ＷＤＭカップラ１６は、光ファイバ１０の、信号光の入力側に配置される。
【００２５】
光ファイバ１０の、信号光の出力側には、１．５μｍ帯信号光を透過する光フィルタ１８が配置されている。光ファイバ１０を透過した１．４μｍ帯励起光が光ファイバ１０に戻ると、ラマン増幅利得が不安定となり、１．５μｍ帯信号光に重畳された制御信号成分の強度が低下したり、あるいは変動する現象が生じうるので、光フィルタ１８は、１．４μｍ帯光成分を終端（即ち、無透過及び無反射）する必要がある。例えば、光フィルタ１８を、図示したように、１．５μｍ帯光成分を透過し、１．４μｍ帯光成分を光ファイバ１０への導波方向以外に反射するエタロンなどの干渉フィルタとすればよい。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）は、各部の信号波形を示す。図２（ａ）は光源駆動回路１４に印加される制御信号の波形を示す。図２（ｂ）は、レーザ・ダイオード１２から出力される励起光の光強度を示す。光源駆動回路１４からレーザ・ダイオード１２に印加される駆動電流が、レーザ・ダイオード１２を連続レーザ発振させる閾値電流以上で、図２（ａ）に示す制御信号により振幅変調されているので、レーザ・ダイオード１２から出力される励起光（図２（ｂ））は、制御信号（図２（ａ））の振幅変化に応じて、その光強度が変動する。
【００２７】
図２（ｃ）は、光ファイバ１０に入力する１．５μｍ帯信号光の強度変化を示す。実際には、非常に高い周波数でのＮＲＺパルス、ＲＺパルス又はソリトン・パルスのパルス列からなるが、そのビット・レートに比べれば、制御信号（図２（ａ））の変化は非常に緩やかであるので、図２（ｃ）では、あたかも信号光の強度に変化が無いかのように図示してある。
【００２８】
図２（ｃ）に示す信号光と、図２（ｂ）に示す励起光がＷＤＭカップラ１６により合波されて、光ファイバ１０に入力し、光ファイバ１０を同方向に伝搬する。その際に、光ファイバ１０の非線形光学効果のラマン増幅が発生する。図３は、ラマン増幅の励起光強度の変動に対する利得の変化を示す。光ファイバ１０は図２（ｂ）に示す１．４μｍ励起光により励起されて、図２（ｄ）に示す１．５μｍ帯信号光を増幅する光増幅媒体として作用する。このとき、光ファイバ１０の利得は、図２（ｂ）に示す励起光の強度変化に応じて変動する。これにより、１．５μｍ帯信号光の強度が、励起光（図２（ｂ））の強度変動に応じて変動することになる。
【００２９】
図２（ｄ）は、光ファイバ１０（又は光フィルタ１８）から出力される１．５μｍ帯信号光の強度変化を示す。図２（ｄ）で、実線は、１．４μｍ帯励起光が存在する場合の、１．５μｍ帯信号光の強度変化を示し、一点鎖線はラマン増幅による平均強度を示し、破線は、１．４μｍ帯励起光が存在しない場合の、１．５μｍ帯信号光の強度変化を示す。一点鎖線は、１．４μｍ帯励起光のみで制御信号が印加されていない場合の信号光強度でもある。１．４μｍ帯励起光が存在しない場合、１．５μｍ帯信号光は、光ファイバ１０の固有の損失により減衰するのみであり、その損失も時間により変動することはない。破線より上の部分が、１．４μｍ帯励起によるラマン増幅の寄与分である。
【００３０】
図２（ｄ）において、一点鎖線と破線の差がラマン増幅利得に相当する。制御信号を１．５μｍ信号光に重畳する場合、励起光強度の変調度を０％とすれば、光ファイバ１０から出力される１．５μｍ信号光の強度は一点鎖線のレベルで一定になる。一方、励起光強度の変調度を１００％としても、光ファイバ１０から出力される信号光の最小強度は、励起光が無い場合の信号光強度（破線）より小さくなることは無い。よって、励起光パワーを調整してラマン増幅利得を制限すれば、１．５μｍ信号光の強度変調度、即ち、重畳される制御信号の振幅を制限できる。即ち、ラマン増幅利得を０．５ｄＢとすると、増幅率は１．１２２倍であり、制御信号の半振幅値の最大値は０．１２２となり、１．５μｍ信号光の最大強度変調度は約１１％に制限される。また、ラマン増幅利得を０．２ｄＢとすると、最大強度変調度は約４．５％に制限される。このようにラマン増幅利得を制限することにより、１．５μｍ信号光における制御信号成分が過変調状態になることを防止できる。
【００３１】
光フィルタ１８の代わりに、図４に示すような分波器構成も利用可能である。光ファイバ１０の出力側に近接して、１．４μｍ帯光成分のみを抽出する波長分割多重カップラ２２を配置する。波長分割多重カップラ２２は、光ファイバ１０上を伝搬する光（１．５μｍ帯信号光と１．４μｍ帯励起光）から１．４μｍ帯光成分のみを抽出する。抽出された１．４μｍ帯光成分は光終端装置２４により終端される。１．５μｍ帯信号光はそのまま、光ファイバ１０を伝搬して外部の光ファイバ伝送路に出力される。
【００３２】
図５は、１．５μｍ帯信号光に対する強度変調度を一定に維持できる実施例の概略構成ブロック図を示す。ラマン増幅後の１．５μｍ帯信号光の変調度を測定し、その変調度が一定になるように１．４μｍ帯レーザ・ダイオードの駆動電流の振幅を調整する。図１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００３３】
分波器３０は、光フィルタ１８から出力される１．５μｍ帯信号光を２分割し、ほとんどをそのまま外部に出力すると共に、残りを受光素子３２に入力する。受光素子３２は、入力光を電気信号に変換する。
【００３４】
受光素子３２の出力は低域通過フィルタ３４と帯域通過フィルタ３６に印加される。低域通過フィルタ３４は受光素子３２の出力からＤＣ成分を抽出して演算回路４０に印加する。帯域通過フィルタ３６は、受光素子３２の出力から制御信号の周波数成分を抽出し、検波回路３８が帯域フィルタ３６の出力を検波して、演算回路４０に印加する。これにより、演算回路４０には、光フィルタ１８から出力される１．５μｍ帯信号光のＤＣ成分とＡＣ成分の各強度値が入力されることになる。
【００３５】
演算回路４０は両入力から変調度を算出して、比較回路４２に印加する。比較回路４２は、演算回路４０から供給される変調度を目標変調度と比較し、その誤差を示す信号を出力する。光源駆動回路４４は、光源駆動回路１４と同様に、レーザ・ダイオード１２のレーザ発振閾値電流以上において、入力する制御信号を反映して振幅の変化する駆動電流を生成してレーザ・ダイオード１２に印加するが、更に、比較回路４２からの誤差信号に応じて駆動電流の変動振幅を調整する。
【００３６】
このような帰還制御により、１．５μｍ帯信号光の強度変調度を一定に維持できる。これにより、１．５μｍ帯信号光における制御信号成分の変調度を安定に保つことができる。
【００３７】
上記各実施例では、ラマン増幅の励起光源となるレーザ・ダイオード１２の駆動電流を制御信号により変調したが、ラマン増幅の励起光の強度を制御信号に応じて変調してもよいことは明かである。
【００３８】
上記各実施例では、ラマン増幅を用いて信号光に制御信号を重畳するので、仮に、ラマン増幅の励起光源に故障が生じても、ラマン増幅媒体は信号光に対して無損失又は低損失であり、信号光に対する悪影響がきわめて少なく、信頼性が高い。
【００３９】
ラマン増幅では、その利得が一般に制御信号に使用される数１０ＭＨｚまでの周波数にも容易に追従して変動できるので、高速の制御信号を伝送できる。ラマン増幅を利用することにより、変調周波数帯域が広くなり、信号波長帯域も広くとれる。また、偏光依存性も少ない。
【００４０】
図５に示す実施例では、制御信号が一定振幅になっている周波数シフト・キーイング変調信号又は位相シフト・キーイング変調信号である場合には、問題無いが、例えば、振幅シフト・キーイング（ＡＳＫ）変調信号の場合には、制御信号が断続的になるので、図５に示す構成のままでは、信号光の変調度を一定にできない。
【００４１】
この問題を解決するには、検波回路３８の時定数をＡＳＫのデータ変調速度より十分長くすればよい。この場合、制御信号が時間的に一定振幅である場合に比べ、例えばマーク率が１／２の場合で検波回路３８の出力が半分の値（１のときと０のときの平均値）になるが、１の時の変調度を実測して、これが初期値になるように変調度設定値を調整すればよい。
【００４２】
別の方法として、図５に示す回路構成を図６に示すように変更してもよい。図５と同じ構成要素には同じ符号を付してある。具体的には、演算回路４０の出力と比較回路４２の入力との間に、サンプル・ホールド回路５０を設け、送信しようとする制御データ（２値信号）５２が１のときに、演算回路４０の出力をサンプリングし、制御データが０の間、ホールドするようにした。
【００４３】
振幅変調回路５４は、送信すべき制御データ５２により搬送波５６をＡＳＫ変調し、制御信号（ＡＳＫ変調信号）を光源駆動回路４４に印加する。制御データ５２はまた、遅延回路５８によりタイミング調整されてパルス整形回路６０に印加される。遅延回路５８は、光ファイバ１０の伝搬遅延及び回路遅延などを補償するために設けられており、演算回路４０の変調度測定結果と、サンプル・ホールド回路５０のサンプル・ホールドとの間のタイミングをとるのに使用される。パルス整形回路６０は、遅延回路５８からの制御データ・パルスを波形整形してサンプル・ホールド回路５０のサンプル・ホールドのためのトリガー・パルスを生成し、サンプル・ホールド回路５０の制御端子に印加する。サンプル・ホールド回路５０は、このトリガー・パルスに従って上述のように動作する。パルス整形回路６０は、制御データ５２のパルス立ち上がり及び立ち下がり時に、制御ループ系の過渡的な応答を避けるためにサンプリング・タイミングをずらす目的で設けられている。制御データ５２がＮＲＺパルスの場合、パルス整形回路６０は、ＮＲＺパルスをＲＺパルスに変換する回路でもよい。
【００４４】
サンプル・ホールド回路５０は検波回路３８と演算回路４０の間に置いてもよい。更には、比較回路４２と光源駆動回路４４の間に置いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、非常に簡単な構成で信号光に制御信号を重畳できる。しかも、そのための励起光源に故障が生じても、信号光に対する悪影響が極めて小さい。変調周波数帯域を広くとれ、信号波長帯域も広く、更には、偏光依存性が低い。また、信号光の強度変調度を簡単な構成で制御でき、制御信号成分の変調度を安定に保つことができる。ラマン増幅利得を制限することによって過変調を容易に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】  図１に示す実施例の各部の波形図である。
【図３】  ラマン増幅の励起光強度対利得変動を示す特性図である。
【図４】  光フィルタ１８に代替する光装置の概略構成ブロック図である。
【図５】  本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。
【図６】  本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０：光ファイバ
１２：１．４μｍ帯レーザ・ダイオード
１４：光源駆動回路
１６：ＷＤＭカップラ
１８：光フィルタ
２２：波長分割多重カップラ
２４：光終端装置
３０：分波器
３２：受光素子
３４：低域通過フィルタ
３６：帯域フィルタ
３８：検波器
４０：演算回路
４２：比較回路
４４：光源駆動回路
５０：サンプル・ホールド回路
５２：制御データ
５４：振幅変調回路
５６：搬送波
５８：遅延回路
６０：パルス整形回路
【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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