JP2004193640A - ラマン増幅器および光中継伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバや信号光のレベルにかかわらず一定の平均利得と波長特性を実現することができ、複雑な装置構成を必要としないラマン増幅器を得ること。
【解決手段】複数の波長の信号光とラマン増幅を受けない参照光とが多重された信号光を伝送するとともに、該信号光をラマン増幅する光ファイバ１と、信号光をラマン増幅するための励起光を出力する励起光源８と、光ファイバ１を伝搬する信号光の一部から信号光と参照光とを分波する分波器５と、分波された信号光のレベルを検出する信号光レベル検出器６ａと、分波された参照光のレベルを検出する参照光レベル検出器６ｂと、検出された参照光のレベルに基づいてラマン利得を所定の値に保つための信号光レベル制御目標値を算出し、算出した信号光レベル制御目標値に検出された信号光のレベルが一致するように励起光源８から出射される励起光の出力を制御する目標信号レベル設定部７ａとを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅効果によって増幅するラマン増幅器およびそのラマン増幅器を用いた光中継伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重された信号光を光増幅中継するためには、光増幅器の持つ利得の波長特性が問題となる。具体的には、伝送路上を伝送する信号光の良好な伝送特性を得るには、伝送路の非線形効果や自然放出光によるＳ／Ｎ比低下などの信号光への影響を抑えるために、波長の異なる各信号光のレベルを所望の範囲内に収める必要がある。そのため、各波長の信号光におけるレベルのばらつきを抑えるように、光増幅器のもつ利得の波長特性を適切に設計する必要がある。このような利得波長特性の改善は、伝送距離を拡大するための有効な手段であるラマン増幅器についても検討されてきている。その結果、たとえば、石英ファイバを用いた波長１．５５μｍ帯の伝送システムを対象として、波長の異なる励起光を多重することにより、８０ｎｍを超える広帯域なラマン増幅特性を実現することができるようになっている。
【０００３】
また、特許文献１には、波長多重した励起光の適切なパワー配分によって、信号波長帯である程度の平坦な利得特性を保持したまま平均利得を可変することができるラマン増幅による光伝送パワーの波長特性制御方法が開示されている。このような方法を用いることで、入力信号光のトータルパワーのレベルにかかわらず、各信号光の出力レベルを一定に保つことができるラマン増幅器が実現可能である。
【０００４】
しかしながら、ラマン増幅器の特徴として、ラマン増幅時の平均利得を変化させると、利得の波長特性も変化してしまうという問題点がある。図５は、光ファイバとしてシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を用い、１４７０ｎｍと１５００ｎｍの後方励起光によって、１５７０〜１６０８ｎｍの信号波長帯を有する信号光にラマン増幅を行った場合のラマン利得の波長特性の一例を示す図である。この図において、横軸は信号光の波長（ｎｍ）を示しており、縦軸はラマン利得（ｄＢ）を示している。ここで、ラマン利得とは、後方励起光を入力する場合と入力しない場合の信号出力レベルの比であり、別名オン・オフ利得ともいわれるものである。この図５には、２つの異なる平均利得を有する利得の波長特性が示されている。破線の曲線は平均利得が７．８ｄＢの場合のラマン利得の波長特性を示しており、その値は左側の縦軸によって示されている。また、実線の曲線は平均利得が３．９ｄＢの場合のラマン利得の波長特性を示しており、その値は右側の縦軸によって示されている。
【０００５】
この図５に示されるように、ラマン利得を励起光のパワーで変化させた場合には、平均利得が大きいほど波長依存性も大きくなる。このことから、複数の励起光源を有するラマン増幅器において、複数波長の励起光のパワー配分を最適調整しても、利得の波長特性に現れる凸凹の大きさを変えずに平均利得だけを変化させることは出来ない。これは、ラマン増幅が持つ本質的な特徴であり、実用上問題となる課題である。したがって、上記の特許文献１では、励起光のパワーを変化させて平均利得を変化させることによって、ラマン増幅によって得られる出力信号光レベルを常に一定に保つようにしているが、実際には平均利得の変化によって利得の波長依存性が変化してしまい、出力信号光を構成する各波長の信号光レベルの平坦性が微妙に失われてしまっているという問題点があった。
【０００６】
この利得の波長依存性を抑えるための手段として、利得等化器の使用が挙げられる。たとえば、実用的な設計としてより少ない波長数の励起光（すなわち、より少ない励起光源）でラマン増幅器を構成する場合には、多くの励起波長数を用いる場合と比較して、ラマン増幅で得られる利得の波長依存性の凹凸が大きくなってしまうので、これを利得等化器で補償することが行われている。ところが、この利得等化器を用いる場合でも、平均利得が変化すると、ラマン利得の波長特性が利得等化器の特性と一致しなくなるため、補償誤差が発生してしまうという問題点があった。また、積極的に平均利得を可変としない場合でも、ラマン増幅を行う光ファイバの利得効率や、光ファイバへの接続経路の損失などの条件の違いによって、同じ励起パワーでも得られる平均利得が異なり、それに伴って波長特性が変化してしまう。そして、この波長特性の変化が、利得等化器の特性と一致しなくなるために、利得等化器の補償誤差の原因となる。
【０００７】
そこで、ラマン利得を一定に制御するために、特許文献２では、増幅器の入力・出力の両方で信号光レベルを測定することによって所望利得への制御を実現していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７７６８号公報（第８〜９頁、第２１〜２３図）
【特許文献２】
特開２００１−１０９０２５号公報（第５〜６頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、信号光を伝送する光ファイバを増幅媒体とするラマン増幅器に上記した特許文献２の方法を適用する場合には、増幅器の入力と出力の両方で信号レベルを測定することから、距離が離れた２地点での信号レベルの測定が必要となるため、遠隔地へ制御信号を伝達する手段を備えた複雑な装置構成となってしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、光ファイバや信号光のレベルにかかわらず、一定の平均利得と波長特性を実現することができ、複雑な装置構成を必要としないラマン増幅器およびそのラマン増幅器を用いた光中継伝送システムを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるラマン増幅器は、複数の波長の信号光とラマン増幅を受けない参照光とが多重された信号光を伝送するとともに、該信号光をラマン増幅する光ファイバと、前記信号光をラマン増幅するための励起光を出力する励起光源と、前記光ファイバを伝搬する前記信号光の一部から信号光と参照光とを分波する分波手段と、前記分波された信号光のレベルを検出する信号光レベル検出手段と、前記分波された参照光のレベルを検出する参照光レベル検出手段と、前記検出された参照光のレベルに基づいて、ラマン利得を所定の値に保つための信号光レベル制御目標値を算出し、算出した前記信号光レベル制御目標値に前記検出された信号光のレベルが一致するように前記励起光源から出射される励起光の出力を制御する目標信号レベル設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるラマン増幅器および光中継伝送システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明にかかるラマン増幅器の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。ラマン増幅器２は、波長１５８０ｎｍ帯の信号光と波長１５１０ｎｍの参照光とが多重された信号光が伝搬する伝送路であるとともに、励起光を入力することでラマン増幅効果を得る伝送路光ファイバ１が入力側に接続され、ラマン増幅された信号光を出力する光ファイバ１３が出力側に接続されている。
【００１４】
ラマン増幅器２は、伝送路光ファイバ１を伝搬してきた波長１５８０ｎｍ帯の信号光をラマン増幅するための波長の励起光を発振する励起光源８と、励起光源８からの複数の励起光を合波する合波器９とを備えている。励起光源８は、波長１４５０ｎｍ帯に発振波長を有する半導体レーザなどのレーザ発振器から構成される。ラマン増幅を行う場合には、波長多重される信号光の波長範囲と重ならない波長の１つまたは異なる複数の励起光を用いる。複数の励起光を用いる場合には、このラマン増幅器２を用いる光中継伝送システムで求められる状況に応じて、励起光の数が選択される。そのため、励起光源８には、１つの励起光源、または、複数の同一または異なる波長の励起光を発振するための励起光源が格納されている。
【００１５】
また、ラマン増幅器２は、伝送路光ファイバ１からの信号光の一部を分波する第１の分波器３、第１の分波器３によって分波された信号光からから励起光を除去する励起光除去フィルタ４、分波された信号光から波長の異なる参照光をさらに分波する第２の分波器５、第２の分波器５によって分波された信号光のレベルを検出してレベル測定を行う信号光レベル検出器６ａ、第２の分波器５によって分波された参照光のレベルを検出してレベル測定を行う参照光レベル検出器６ｂ、信号光レベルの検出結果から目標とする信号レベルを設定し、その設定に基づいて励起光源８を制御する目標信号レベル設定部７ａ、参照光レベルの状態が所定値以下の場合に励起光源の出力を低下させる受信光断検出部７ｂをさらに有している。
【００１６】
励起光除去フィルタ４は、伝送路光ファイバ１などで反射されて信号光と同一方向に伝搬してくる励起光の一部が信号光レベル検出器６ａに入力することによって生じる測定誤差を低減するために配置されるものであり、この測定誤差が問題とならない場合には、省略することもできる。
【００１７】
目標信号レベル設定部７ａは、信号光レベルの条件を変化させても、ラマン利得を一定に保つように、すなわち各波長帯の信号光レベルのばらつきを抑えてラマン増幅するように、励起光源８の出力を調整する。ここで、目標信号レベル設定部７ａにおける励起光源８の制御方法について説明する。まず、目標信号レベル設定部７ａは、励起光源８から発振される励起光を実質的に停止して、伝送路光ファイバ１に励起光が入力しない状態において、信号光レベル検出器６ａによって測定された伝送路光ファイバ１からの出力信号光レベルＰｓ＿ｏｆｆと、参照光レベル検出器６ｂによって測定された参照光の初期レベルＰｒｅｆ＿ｉｎｉｔとを測定する。つぎに、あらかじめ設定された所望のラマン増幅利得Ｇに対して、出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎを以下の式（１）となるように設定する。
【００１８】
Ｐｓ＿ｏｎ＝Ｐｓ＿ｏｆｆ×Ｇ×（Ｐｒｅｆ／Ｐｒｅｆ＿ｉｎｉｔ） （１）
【００１９】
ただし、Ｐｒｅｆは参照光レベル検出器６ｂによって逐次測定される値である。また、この式（１）で、信号光レベルＰｓ＿ｏｎ，Ｐｓ＿ｏｆｆおよびＰｓの単位には、ｍＷまたはＷという線形単位を使用して、利得Ｇは線形の倍数を想定しているものであり、ｄＢｍやｄＢの対数単位を使用するものではない。そして、目標信号レベル設定部７ａは、参照光レベル検出器６ｂによって測定された出力参照光レベルＰｒｅｆを用いて上記（１）式にしたがって出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎを算出し、算出した出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎと、信号光レベル検出器６ａによって測定された伝送路光ファイバ１の出力信号光レベルＰｓが出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎと一致するように、励起光源８から出力する励起光のパワーを調整する。
【００２０】
上記（１）式を用いて励起光源８から出力する励起光のパワーの調整として、（Ａ）出力参照光レベルＰｒｅｆがほぼ一定の場合、（Ｂ）出力参照光レベルＰｒｅｆが変化する場合、の２つの場合を想定することができる。まず、（Ａ）の場合は、伝送路光ファイバ１の利得効率が異なったりしない場合や伝送路光ファイバ１に至る経路で励起光が受ける損失が異ならない場合などに該当し、参照光レベル検出器６ｂによって検出される出力参照光レベルＰｒｅｆは常に一定となる。そのため、上記（１）式においても出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎも一定となる。したがって、目標信号レベル設定部７ａは、信号光レベル検出器６ａによって検出された出力信号光レベルＰｓがその制御目標値Ｐｓ＿ｏｎと一致するように励起光源８の出力を制御する。
【００２１】
つぎに、（Ｂ）の場合は、伝送路光ファイバ１に至る経路で励起光が受ける損失が異なるような場合、または伝送路光ファイバ１が別の光ファイバへと交換された場合などに該当し、参照光レベル検出器６ｂによって検出される出力参照光レベルＰｒｅｆは変化する。そのため、上記（１）式においても出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎも変化する。したがって、目標信号レベル設定部７ａは、信号光レベル検出器６ａによって検出された出力信号光レベルＰｓがその制御目標値Ｐｓ＿ｏｎと一致するように励起光源８の出力を制御する。たとえば、出力参照光レベルＰｒｅｆが減少した場合には、それにつれて励起光源８の出力が低下するように制御されるが、ラマン増幅利得Ｇを一定に保つように励起光の出力を制御するので、各波長における信号光レベルを一定に保つことができる。
【００２２】
受信光断検出部７ｂは、参照光レベル検出器６ｂで測定される参照光レベルが所定値以下となった場合に、伝送路光ファイバ１が経路途中で外されたと判断し、励起光源８の出力を強制的に所定のレベルまで下げる機能を有する。この機能によって、たとえば、光ファイバ上の点１２で光ファイバ接続点が外されたような場合に、人体にとって危険性のある高レベルの励起光が光ファイバ外に漏出することを防ぐことができる。
【００２３】
さらに、ラマン増幅器２は、ラマン増幅の持つ利得の波長特性を所望の波長特性に補償する利得等化器１０と、ラマン増幅によって増幅された信号光の平均レベルを調整することによって、利得の波長特性を保持しつつ、波長多重されたすべての信号光を所望のレベル範囲内に制御する可変減衰器１４とを設けることができる。ラマン利得を変化させないように信号光の出力を制御しているので、信号光の各波長のレベルのばらつきはラマン増幅の前後で抑えられたものとなっている。そのため、ラマン増幅後の信号光の利得特性は常に一定であり、予め設定された利得等化器１０の特性に一致し、利得等化器１０による補償誤差を抑えることができる。また、このように各波長のレベルのばらつきが抑えられた信号光を可変減衰器１４によって減衰させても、各波長の信号光のレベルのばらつきが変化することがない。なお、これらの利得等化器１０と可変減衰器１４とは、必要に応じて使用することができる。
【００２４】
なお、上述した説明において参照光として、ラマン増幅帯域外の、すなわち励起光からのラマン増幅を受けない波長を有する光が使用される。このため、伝送路光ファイバ１の利得効率が異なったりしない場合や、伝送路光ファイバ１に至る経路で励起光が受ける損失が異ならない場合には、参照光は、ラマン増幅を受ける前後で、励起光のパワーにかかわらず一定のレベルを有している。また、参照光として使用される光は、上述した波長帯の光に限られるものではない。たとえば、光通信システムの監視制御に使用される監視制御光を使用することができる。この監視制御光は、システムを監視または制御するための情報を伝送するために信号光とは別帯域に多重されている光であり、たとえば、ＩＴＵ−Ｔ勧告のＧ．６９２で規定されている１５１０ｎｍ（または、１３１０ｎｍ，１４８０ｎｍ）のＯＳＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｈａｎｎｅｌ）光がこれに該当する。
【００２５】
図２は、上述したラマン増幅器を用いた光中継伝送システムの構成の一例を示すブロック図である。光中継伝送システムは、複数の波長の信号光を出力するための光源や複数の波長の信号光を多重するための合波器などを備える信号光送信部３１と、信号光と同時に送信され、増幅を受けない波長帯の参照光を出力するための参照光光源３２と、信号光と参照光とを合波するための合波器３３と、合波された信号光を伝送する伝送路光ファイバ１と、伝送路光ファイバ１を伝搬してきた信号光を増幅するラマン増幅器２と、信号光を受信し、各波長の光を分波するための分波器などを備える信号光受信部４１と、を備える構成となっている。
【００２６】
つぎに、この実施の形態１のラマン増幅器２および光中継伝送システムの動作について説明する。ここでは最初に励起光源８から出力される励起光の伝送について説明し、つぎに信号光の伝送について説明する。
【００２７】
まず、励起光の伝送について説明する。ラマン増幅を行う前に、ラマン増幅器２は、最初に励起光源８を出力しない状態でラマン増幅器２に入力される信号光の一部を第１の分波器３によって分波し、さらに第２の分波器５で信号光と参照光を分波する。第２の分波器５で分波された信号光は信号光レベル検出器６ａでその信号光レベルが検出され、その検出値がラマン増幅されていない出力信号光レベルＰｓ＿ｏｆｆとして目標信号レベル設定部７ａに格納される。また、第２の分波器５で分波された参照光は参照光レベル検出器６ｂでその参照光レベルが検出され、その検出値が参照光の初期レベルＰｒｅｆ＿ｉｎｉｔとして目標信号レベル設定部７ａに格納される。
【００２８】
ラマン増幅されていない状態での出力信号光レベルＰｓ＿ｏｆｆと参照光の初期レベルＰｒｅｆ＿ｉｎｉｔを得た後に、光中継伝送システムによる信号光のラマン増幅が行われる。励起光源８から発振された複数の波長の励起光は、合波器９において合波され、信号光の伝搬方向とは逆の方向に出射され、伝送路光ファイバ１で信号光をラマン増幅する。
【００２９】
一方、伝送路光ファイバ１で励起光によってラマン増幅された信号光は、伝送路光ファイバ１を通ってラマン増幅器２に入力すると、第１の分波器３によって信号光の一部が分波される。その後、分波された信号光の一部は、励起光除去フィルタ４によって、分波された信号光中に含まれる励起光源８から出射された励起光の波長成分が除去される。この励起光の波長成分が除去された信号光は、第２の分波器５に入射し、ここで１５８０ｎｍ帯の信号光と１５１０ｎｍ帯の参照光とに分波される。分波された１５８０ｎｍ帯の信号光は信号光レベル検出器６ａで伝送路光ファイバ１からの出力点のみの信号光レベルが検出され、その検出値が出力信号光レベルＰｓとして目標信号レベル設定部７ａに入力される。一方、分波された参照光は参照光レベル検出器６ｂで伝送路光ファイバ１からの出力点のみでの参照光レベルが検出され、その検出値が参照光レベルＰｒｅｆとして目標信号レベル設定部７ａと受信光断検出部７ｂに入力される。
【００３０】
目標信号レベル設定部７ａでは、取得した参照光の初期レベルＰｒｅｆ＿ｉｎｉｔ、ラマン増幅されていない出力信号光レベルＰｓ＿ｏｆｆ、および参照光レベルＰｒｅｆを用いて、上述した（１）式にしたがって出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎを算出し、取得した出力信号光レベルＰｓと比較する。その後、たとえば出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎが取得した出力信号光レベルＰｓよりも大きい場合には、励起光源８のパワーを落として両者の差を無くすように励起光源８を制御し、逆に出力信号レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎが出力信号光レベルＰｓよりも小さい場合には、励起光源８の出力を上げて両者の差を無くすように励起光源８を制御する。そして、目標信号レベル設定部７ａによって制御された出力で励起光源８から励起光が出射され、上述したように信号光をラマン増幅する処理が繰り返し実行される。
【００３１】
また、受信光断検出部７ｂでは、取得した参照光レベルＰｒｅｆが所定値以下、たとえば−４０ｄＢｍ以下、となっているか否かを判断し、所定値以下となっている場合にのみ、上述の目標信号レベル設定部７ａでの制御にかかわらず、強制的に励起光源８の出力を所定のレベルまで下げる。そして、受信光断検出部７ｂによって制御された出力で励起光源８から励起光が出射される。一方、取得した参照光レベルＰｒｅｆが所定値より大きい場合には、受信光断検出部７ｂは励起光源８に対する制御は何も行わない。
【００３２】
つぎに信号光の伝送について説明する。信号光送信部３１に格納された複数の同一または異なる波長を出力する信号光光源によって出力された各信号光が合波器によって多重され１つの信号光として送信される。また、同時に参照光も参照光光源３２から出力され送信される。この信号光と参照光が合波器３３によってさらに１つの信号光に合波され、伝送路光ファイバ１を介してラマン増幅器２に送信される。
【００３３】
送信された信号光は、伝送路光ファイバ１を通過する際に、上述した方法によって、信号光と参照光の出力レベルに応じて制御されたラマン増幅器２の励起光源８から出力される励起光によってラマン増幅される。増幅された信号光はラマン増幅器２へと入力し、その一部が上述した励起光源８の制御を行うための信号用として第１の分波器３によって分波されるが、残りの信号光はそのまま光ファイバ上を伝搬し、利得等化器１０で所望の波長特性に補償される。さらに、信号光は、可変減衰器１４で各信号光の平均レベルが調整される。そして、利得の波長特性を保持しつつ、波長多重されたすべての信号光を所望のレベル範囲内に制御した信号光が光ファイバ１３を介して出力される。
【００３４】
このラマン増幅器２の次段にもラマン増幅器２がある場合には、同様の処理が繰り返し行われる。そして、最終段のラマン増幅器２から出力された信号光は、信号光受信部４１に入力される。信号光受信部４１では、分波器によって多重された信号光が波長ごとに分波され、それぞれの信号光はたとえば電気信号に変換されて所定の機器に対して出力される。
【００３５】
この実施の形態１によれば、各波長の信号光と参照光が波長多重された信号光を分波して検出した信号光レベルと参照光レベルから、ラマン増幅利得が所定値となるように出力信号光レベルの制御目標値を算出し、この制御目標値に基づいて励起光源の出力を制御するように構成したので、伝送路光ファイバ１の利得効率が異なったり、伝送路光ファイバ１に至る経路で励起光が受ける損失が異なったりするような場合でも、励起光源８の出力パワーを適切に調整して、所望のラマン増幅利得を得ることができるという効果を有する。これによって、従来の技術で述べた図５に示すような利得の波長特性の変化が発生することがなく、常に所定の波長特性を有する信号光の出力が得られる。したがって、利得等化器１０を使用する場合でも、各波長の信号光レベルが変化しないので、所望の波長特性に補償することができる。
【００３６】
また、信号光の経路上で経時的に損失が変動するような場合でも、それらの変動を参照光レベル検出器６ｂで参照光レベルＰｒｅｆとして検出し、出力信号光レベルの制御目標値Ｐｓ＿ｏｎに反映させるように構成したので、所望のラマン利得を保持することもできるという効果を有する。たとえば、伝送路光ファイバ１として接続する光ファイバがＳＭＦから分散シフトファイバ（ＤＳＦ）に変わる場合、ファイバの利得効率が大きく変わるために励起光の所要パワーも異なるが、この方法で制御することによって、ＳＭＦの場合と等しい所望のラマン利得を得ることができる。
【００３７】
実施の形態２．
図３は、この発明にかかるラマン増幅器の実施の形態２の概略構成を示す図である。この実施の形態２のラマン増幅器は、実施の形態１の図１において、利得等化器１０と可変減衰器１４との間に第１の利得一定エルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、第１の利得一定ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）という）１５ａを配置し、さらに可変減衰器１４の後段に第２の利得一定ＥＤＦＡ１５ｂを配置したことを特徴とする。以下では、実施の形態１の図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００３８】
図４は、利得一定ＥＤＦＡの概略構成の一例を示す図であり、補償光制御方式の利得一定ＥＤＦＡを示している。この利得一定ＥＤＦＡ１５は、主信号光を入力する信号光入力端子１０１と、増幅後の主信号光を出力する信号光出力端子１０２と、増幅媒体であるエルビウム添加光ファイバ１０３と、エルビウム添加光ファイバ１０３を励起するための励起光源１０４と、励起光源１０４からの励起光と信号光とを合波または分波するための励起光合分波器１０５とを備える。また、利得一定ＥＤＦＡ１５は、信号光入力端子１０１から入力した信号光波長帯の信号光を分岐または結合する光分岐結合器１０８ａと、分波された信号光のうち必要な波長帯の光のみを透過する光フィルタ１１７と、信号光波長帯における感度を有する光検出器１１６と、光検出器１１６によって検出されたＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光のパワーに応じて利得を制御する利得制御回路１０９と、信号光波長帯域にあり、信号光波長とは異なった補償用光源１１４と、補償用光およびプローブ光をエルビウム添加光ファイバ１０３に結合するための光カプラ１１５と、をさらに備えている。
【００３９】
このような利得一定ＥＤＦＡ１５の利得安定化方式の動作について説明する。励起光源１０４から出力された励起光は、励起光合分波器１０５を介してエルビウム添加光ファイバ１０３に入力する。また、信号光入力端子１０１から入力した信号光は光分岐結合器１０８を介してエルビウム添加光ファイバ１０３に入力し、励起光合分波器１０５および光カプラ１１５を介して信号光出力端子１０２から増幅した信号光として取り出される。エルビウム添加光ファイバ１０３での利得の変動はエルビウム添加光ファイバ１０３で発生するＡＳＥ光の変動として検出することができるため、光フィルタ１１７を介して取り出されたＡＳＥ光パワーを光検出器１１６で検出し、その検出値が一定になるように、光カプラ１１５と励起光合分波器１０５とを介してエルビウム添加光ファイバ１０３に入力させる補償光パワーを制御することにより利得を安定にすることができる。
【００４０】
このように利得が一定となるように利得一定ＥＤＦＡ１５内で発振される励起光のパワーが制御された第１および第２の利得一定ＥＤＦＡ１５ａ，１５ｂは、入力信号光のレベルにかかわらず利得の波長特性も一定に保持される。このため、可変減衰器１４で信号光レベルを調整することで、波長多重されたすべての信号光を所望のレベル範囲に収めることができる。
【００４１】
なお、図３では、第１の利得一定ＥＤＦＡ１５ａを可変減衰器１４の入力側に、第２の利得一定ＥＤＦＡ１５ｂを可変減衰器１４の出力側の２箇所に配置した構成としているが、どちらか一方のみとする構成も可能である。また、利得等化器１０を第１または第２の利得一定ＥＤＦＡ１５ａ，１５ｂに内蔵することも可能である。さらに、利得一定ＥＤＦＡ１５内部に利得等化器が設けられている場合には、利得一定ＥＤＦＡ１５内部の利得等化器と共通化することもできる。さらにまた、上述した説明ではエルビウム添加光ファイバを用いた利得一定ＥＤＦＡ１５の場合を説明したが、エルビウム以外の希土類添加光増幅器を使用してもよいし、第１および第２の利得一定ＥＤＦＡ１５ａ，１５ｂとして、光ファイバ増幅器でなく導波路型の光増幅器を使用してもよい。
【００４２】
また、この実施の形態２のラマン増幅器２を実施の形態１の図２に示した光伝送中継システムに用いることも可能である。
【００４３】
この実施の形態２によれば、光中継伝送システムとして従来使用されている利得一定ＥＤＦＡ１５での増幅に加え、ラマン増幅器をさらに備えるように構成したので、伝送路光ファイバ１の利得効率が異なったり、伝送路光ファイバ１に至る経路で励起光が受ける損失が異なったりするような場合でも、励起光源８の出力は適切に調整され、所望のラマン増幅利得を得ることができ、増幅された信号光の伝送距離を伸ばすことができるとともに、信号光をロスを抑えながら利得一定の状態でさらに増幅することができるという効果を有する。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１と２において、励起光源８からの励起光は信号光と反対方向に伝搬させる例のみを挙げたが、励起光を信号光と同一方向に伝搬させる場合にも、伝送路光ファイバ１からの信号出力のみをモニタすることによって、ラマン利得が一定の制御を実現することができる。また、上述した説明ではラマン増幅媒体となる光ファイバ１は信号光の伝送路を前提としたが、集中定数型の光増幅器と同様に装置内に収納した光ファイバを用いてラマン増幅器を有するものであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、出力点のみで信号レベルを測定することによって利得一定のラマン増幅器を実現し、さらに、このラマン増幅器を光中継伝送システムに適用することで、光ファイバや信号光のレベルにかかわらず、一定の平均利得と波長特性を実現する光中継伝送システムを得ることができる。そして、一定の利得で増幅された信号光のレベルを、たとえば、可変減衰器などの手段を用いて所望のレベルに調整することで、波長多重されたすべての信号光を所望のレベル範囲内に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるラマン増幅器の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】この発明による光中継伝送システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図３】この発明によるラマン増幅器の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＤＦＡの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】平均利得の違いによるラマン利得の波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
１ 伝送路光ファイバ、２ ラマン増幅器、３ 第１の分波器、４ 励起光除去フィルタ、５ 第２の分波器、６ａ 信号光レベル検出器、６ｂ 参照光レベル検出器、７ａ 目標信号レベル設定部、７ｂ 受信光断検出部、８ 励起光源、９ 合波器、１０ 利得等化器、１１，１３ 光ファイバ、１４ 可変減衰器、１５，１５ａ，１５ｂ 利得一定ＥＤＦＡ、３１ 信号光送信部、３２ 参照光光源、３３ 合波器、４１ 信号光受信部、１０１ 信号光入力端子、１０２信号光出力端子、１０３ エルビウム添加光ファイバ、１０４ 利得一定ＥＤＦＡ内の励起光源、１０５ 励起光合分波器、１０８ 光分岐結合器、１０９ 利得制御回路、１１４ 補償用光源、１１５ 光カプラ、１１６ 光検出器、１１７ 光フィルタ。

Claims (7)

1. 複数の波長の信号光とラマン増幅を受けない参照光とが多重された信号光を伝送するとともに、該信号光をラマン増幅する光ファイバと、
   前記信号光をラマン増幅するための励起光を出力する励起光源と、
   前記光ファイバを伝搬する前記信号光の一部から信号光と参照光とを分波する分波手段と、
   前記分波された信号光のレベルを検出する信号光レベル検出手段と、
   前記分波された参照光のレベルを検出する参照光レベル検出手段と、
   前記検出された参照光のレベルに基づいて、ラマン利得を所定の値に保つための信号光レベル制御目標値を算出し、算出した前記信号光レベル制御目標値に前記検出された信号光のレベルが一致するように前記励起光源から出射される励起光の出力を制御する目標信号レベル設定手段と、
   を備えることを特徴とするラマン増幅器。
2. 前記目標信号レベル設定手段は、ラマン増幅されていない信号光の信号レベルをＰｓ＿ｏｆｆ、前記参照光のレベルをＰｒｅｆ＿ｉｎｉｔ、前記信号光がラマン増幅されている状態での前記参照光のレベルをＰｒｅｆ、およびラマン利得をＧとした場合に、前記信号レベル制御目標値Ｐｓ＿ｏｎを、
   Ｐｓ＿ｏｎ＝Ｐｓ＿ｏｆｆ×Ｇ×（Ｐｒｅｆ／Ｐｒｅｆ＿ｉｎｉｔ）
   となるように、前記励起光源から出射される励起光の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
3. 前記参照光は、光通信システムで使用される監視制御光であることを特徴とする請求項１または２に記載のラマン増幅器。
4. ラマン増幅された前記信号光の利得の波長依存性を補償する利得等化器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のラマン増幅器。
5. 前記ラマン増幅器の出力信号光を所定の利得で増幅する希土類添加光ファイバ増幅器と、
   前記希土類添加光ファイバ増幅器によって増幅された信号光レベルを所定値に調整する可変減衰器と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のラマン増幅器。
6. 前記参照光のレベルが所定値より低くなった場合に、前記目標信号レベル設定手段による前記励起光源の制御に優先して、前記励起光源から出射される励起光の出力を強制的に所定値以下に下げる受信光断検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のラマン増幅器。
7. 波長の異なる信号光を出力し、これらの信号光を波長多重して送信する信号光送信手段と、
   前記信号光の波長帯と重ならない波長の参照光を出力する参照光出力手段と、
   前記参照光出力手段から出力された参照光に基づいて、前記信号光送信手段から出力された信号光をラマン増幅する請求項１〜６のいずれか１つに記載のラマン増幅器と、
   ラマン増幅された信号光を受信する信号受信手段と、
   を備えることを特徴とする光中継伝送システム。

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