JP4679651B2 - ラマン増幅器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路に励起光を供給して該伝送路を伝搬する波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器およびその制御方法に関する。

近年の通信トラフィック増加を背景として、光通信伝送装置への需要が高まっている。基幹網で導入されてきた光中継ノードのみならず、最近では地域網についても光通信伝送装置の導入が活発に行われており、さらには加入者系へも光ネットワークが形成されている。このように光通信システムは世界の情報網に対して重要な役割を担っている。

一般的な光通信システムとしては、例えばエルビウム添加ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）などのＷＤＭ用光増幅器を備えた光中継ノードを伝送路上に配置することで、低コストで高い信頼性を有し、かつ、大容量で長距離の伝送を実現した光増幅中継伝送システムが主流である。

このような光増幅中継伝送システムにおいて、ノード間の中継距離が長くなると伝送路の損失が大きくなる。また、光の伝送経路上に様々な機能光部品が配置される場合には、その機能光部品の損失が付加されることで中継損失はさらに大きくなる。このため、各光中継ノードのＷＤＭ用光増幅器への信号光の入力レベルが小さくなり、信号光と雑音光との強度比を表すＯＳＮＲ（Optical Signal-to-Noise Ratio）が低下し、伝送特性が劣化する可能性がある。

このような中継損失の増大による伝送特性の劣化を回避するための１つの手段として、例えば、ＷＤＭ用光増幅器の入力側に位置する伝送路に励起光を供給し、該伝送路を伝搬する信号光を誘導ラマン散乱効果による増幅作用を利用してラマン増幅する分布ラマン増幅器（Distributed Raman Amplifier：ＤＲＡ）が知られている。この分布ラマン増幅器を用いたシステムでは、ＷＤＭ用光増幅器への入力レベルが増加することにより、ＯＳＮＲが増加して伝送特性が改善され、ＷＤＭ信号光を伝送できるスパン数が増えることになる。よって、分布ラマン増幅器は、伝送特性劣化の回避手段として有効であり、実用化の段階に至っている。

図１７は、一般的な分布ラマン増幅を用いたＷＤＭ光通信システムの一例である。ここでは、送信部（Ｔｘ）５０１および受信部（Ｒｘ）５０２が伝送路５０３を介して接続され、該伝送路５０３上に所要の間隔でＥＤＦＡ等の光増幅器５０４が配置されており、さらに、各中継区間の伝送路５０３にラマン増幅用の励起光を注入するための励起光源５０５が設けられている。このようなシステム構成によれば、各励起光源５０５からの励起光によって、各中継区間の伝送路５０３上でＷＤＭ信号光が分布ラマン増幅されて損失が補償されることにより、受信部５０２に到達するＷＤＭ信号光の伝送特性が改善される。

ところで、分布ラマン増幅については、ラマン利得の波長依存性により増幅後の出力光パワーに波長偏差が生じることが知られている。この分布ラマン増幅における出力光パワーの波長偏差は、上記図１７に示したようなＷＤＭ光通信システムでは、各中継区間の光増幅器５０４（インラインアンプ）で拡大されながら累積することになる。このため、図１７の上側に模式的に示したように、受信部５０２に到達するＷＤＭ信号光のパワーには大きな波長偏差が生じる。このような信号光パワーの波長偏差の累積は、伝送路の非線形現象やＯＳＮＲ劣化、受信器の入力範囲超過などにより、ＷＤＭ信号光の伝送特性を劣化させる可能性がある。

上記のようなラマン増幅器の出力光パワーの波長偏差は、例えば、ラマン増幅の励起波長を複数にし、各励起波長での励起光パワーを適切に調整することで低減することが可能である。しかし、励起波長の増加は、ラマン増幅器の光回路構造および制御機構を複雑化させるため、ラマン増幅器のコストを上昇させるという問題がある。この問題に対しては、例えば図１８に示すように、ラマン増幅器の利得波長特性を打ち消すような固定の損失波長特性を有する利得等化器（Gain Equalizer：ＧＥＱ）５０６を中継器毎に挿入する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記のような利得等化器を用いた従来の手法については、例えば、伝送路の種類、ＷＤＭ信号光の波長数、ラマン利得の設定などのシステム条件によって、ラマン増幅器の利得波長特性が大きく変化してしまうため、該ラマン増幅器の出力光パワーの波長偏差を利得等化器により確実に補償することが困難であるという欠点がある。

具体的に、伝送路の種類が異なる場合には、伝送路種類によって有効コア断面積が相違し、該有効コア断面積に応じて非線形現象の生じ方が異なるため、ラマン効果の効率が大きく異なるようになる。例えば、一般的なシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）とノンゼロ分散シフト光ファイバ(Non-Zero Dispersion Shifted Fiber：ＮＺ−ＤＳＦ)とを比較すると、図１９の上段に示すように、有効コア断面積の大きなＳＭＦよりも、有効コア断面積の小さなＮＺ−ＤＳＦの方が高いラマン利得効率が得られる。なお、利得効率は、「利得／励起光トータルパワー」により定義される。このため、図１９の中段に示すように、所要のパワーの励起光を供給したときに得られるラマン利得は、ＳＭＦよりもＮＺ−ＤＳＦの方が大きくなる。所要の励起光パワーに対するラマン利得に差が生じると、図１９の下段に示すように、ラマン利得（出力光パワー）の波長偏差は、ラマン利得に比例して増大する。

図２０は、波長の異なる３つの励起光Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３を伝送路に供給する場合のラマン利得を模式的に示している。この場合、ラマン利得の波長特性は、各励起光に対応した利得を重ね合わせた特性となり、出力光パワーの波長偏差は、該ラマン増幅器に設定される平均利得が大きくなるほど拡大する。このようにラマン増幅器の出力光パワーの波長偏差は、接続される伝送路の種類などのシステム条件によって変化するため、その変化を損失波長特性が固定の利得等化器により補償することは容易ではない。

上記のような従来の手法の欠点に対処するためには、ラマン増幅器の利得を一定にする制御を精度よく実施して、利得波長特性の変化を最小限に抑えることが有効である。ラマン増幅器の利得一定制御を多様なシステム条件に対応させて実現するためには、ラマン増幅器が、微小パワーから過大パワーまでの広範囲に亘る励起光を伝送路に供給できる光回路構造および制御機構を具備することが要求される。

すなわち、所要のラマン利得を得るのに必要な励起光パワーは、前述の図１９の中段に示したように伝送路の種類によって大きく変化し、また、ＷＤＭ信号光の波長数に応じても変化する。さらに、伝送路の励起光が入力される側の端部付近での光損失の発生状況によっても変化する可能性がある。この伝送路の励起光入力側端部付近での光損失としては、例えば、光コネクタ損失、外部等から作用する光ファイバへの圧力若しくはねじりによる損失、または、光ファイバの構造若しくは材料による損失などが挙げられる。上記のような種々の要因を想定してラマン増幅器の利得一定制御を実現するには、ラマン増幅用励起光のパワーの調整範囲を拡大することが必須の条件になる。

しかし、ラマン増幅用励起光のパワー範囲の拡大を阻害する１つの要因として、励起レーザーの不安定発振動作があり、ラマン増幅器の利得一定制御を実現する上での問題となる。ラマン増幅用の励起光源として通常使用される励起レーザーについては、発振しきい値付近および最大絶対定格付近において、出力波長および出力パワーが共に不安定になることが周知である。つまり、励起レーザーが安定に発振動作する範囲には下限および上限の制限がある。この上限を引き上げることは、高出力タイプの励起レーザーの適用により対応できるので、下限を如何にして引き下げるかが課題となる。

励起レーザーの低出力側の不安定発振動作に関しては、発振しきい値を超えた付近の発光領域において、励起レーザーの利得ピーク波長と発振波長にミスマッチが生じ、マルチモード発振とシングルモード発振が不定期に発生するなどして、発振動作が不安定になることが知られている。このような不安定発振動作を回避するために、励起光パワーの下限は、個々の励起レーザーの特性に応じて、決して低くないレベルに設定することが必要になる。この下限レベルを引き下げた場合、励起レーザーが不安定発振動作する可能性が高まり、ラマン増幅用の励起光としての所望のスペクトルまたはパワーが得られないおそれがある。

励起レーザーの不安定発振動作により励起波長が変動すると、ラマン利得のスペクトルも不安定になり、ラマン増幅器の出力光パワーの波長偏差が発生する。また、励起レーザーの不安定発振動作により励起光パワーが変動すると、所望のラマン利得が得られない時間が存在するようになり、システム設計時に想定したラマン増幅によるＯＳＮＲの改善効果が得られなくなる。したがって、励起レーザーの不安定発振動作までを考慮して励起光パワーの調整範囲の拡大（特に、下限の引き下げ）を図り、ラマン増幅器の利得一定制御を実現することが要求される。

分布ラマン増幅器の一般的な励起構成は、例えば図２１に示すように、発振波長の異なる複数の励起光源５１１−１〜５１１−４から出力される各励起光を合波して伝送路５０３に供給し、ＷＤＭ信号光Ｌｓの全波長帯域に対してラマン増幅を行う。また、大きな励起光パワーが得られるように、各励起光源５１１−１〜５１１−４として高出力タイプの励起レーザーを適用すると共に、波長が近接する励起光同士を偏波合成器５１２−１，５１２−２により偏波合成する構成としている。なお、各励起光源５１１−１〜５１１−４の出力パワーは、制御回路５１５により制御され、各偏波合成器５１２−１，５１２−２で偏波合成された各々の励起光は、合波器５１３で合波された後，合波器５１４を介して伝送路５０３に供給される。

上記図２１のような励起構成において、各励起光源５１１−１〜５１１−４それぞれの出力パワーを下限よりも小さくすると、前述した不安定発振動作が発生する。すなわち、分布ラマン増幅器の一般的な励起構成は、前述した励起光パワーの上限の引き上げに配慮された構成になっており、下限の引き下げが課題となる。上記不安定発振動作の発生を回避するためには、例えば、複数ある励起光源５１１−１〜５１１−４の一部を駆動せずに、残りの励起光源を下限以上の出力パワーで駆動して、伝送路５０３に供給する励起光Ｌｐのトータルパワーを引き下げることが有効である。

しかしながら、上記のように複数の励起光源の一部を非駆動とした場合、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーの波長偏差が増大する、または、ラマン利得の偏光依存性が増大するという問題が生じる。この問題について図２２を参照しながら具体的に説明する。

図２２の上段に示すように、４つの励起光源５１１−１〜５１１−４の全てを所要の出力パワーで駆動した場合、励起光源５１１−１，５１１−２から出力され偏波合成器５１２−１で偏波合成される短波長側の励起光に対応したピークと、励起光源５１１−３，５１１−４から出力され偏波合成器５１２−２で偏波合成される長波長側の励起光に対応したピークとを有するラマン利得が得られる。このラマン利得の波長特性に従ってＷＤＭ信号光が増幅されることで、各波長の信号光パワーに波長偏差が生じる。しかし、この信号光パワーの波長偏差は、通常、ラマン利得の波長特性を打ち消すように損失波長特性が設計された利得等化器５０６の適用により補償される。なお、ここでは説明を分かり易くするために、各励起光源の出力パワーを同じにしているが、実際には、各励起光の波長配置や信号間ラマン効果などを考慮して、各励起光のパワーに差を持たせることが多い。

一方、４つの励起光源５１１−１〜５１１−４のうち、例えば、短波長側の励起光源５１１−１，５１１−２を駆動せずに、長波長側の励起光源５１１−３，５１１−４を所要の出力パワーで駆動して、伝送路５０３に供給する励起光Ｌｐのトータルパワーを引き下げた場合には、図２２の中段に示すように、ラマン利得の波長特性は、短波長側のピークがなくなり、長波長側にのみピークを有するようになる。このような状態では、ラマン増幅後の信号光パワーの波長偏差が増大し、上記利得等化器５０６の損失波長特性が不適合になるため、短波長側の信号光に伝送エラーが発生する。

また、例えば励起波長が近接する２つの励起光源のうちの一方（ここでは、長波長側の励起光源５１１−３，５１１−４のうちの励起光源５１１−４とする）を駆動しない場合には、図２２の下段に示すように、ラマン利得の波長特性は、短波長側のピークに対して長波長側のピークが低くなる。このような状態でも、上記利得等化器５０６の損失波長特性が不適合になるため、該利得等化器５０６を通過後の信号光パワーに波長偏差が生じると共に、伝送路５０３に供給される励起光Ｌｐの偏光状態に偏りが発生するため、ラマン利得の偏光依存性も増加してしまう。

上記のような問題を考慮すると、上記図２１に示したような一般的な励起構成では、従来、全ての励起光源５１１−１〜５１１−４を駆動し、各々の出力パワーを同時に揃えて増減させることが現実的であった。これは、各励起光源５１１−１〜５１１−４の出力パワーの上限を引き上げて、伝送路５０３に供給する励起光パワーを最大にするには都合がよい。しかしながら、個々の励起光源５１１−１〜５１１−４を出力パワーの下限で駆動しても、多数の励起光が合波されて伝送路５０３に供給されることになるため、励起光Ｌｐのトータルパワーは大きくなり、下限の引き下げ効果は得られない。つまり、伝送路５０３に供給される励起光トータルパワーの下限の引き下げが課題となる。

全ての励起光源５１１−１〜５１１−４を駆動した状態で、伝送路５０３に供給される励起光Ｌｐのトータルパワーを引き下げる手法の一つとして、例えば図２３に示すように、２つの合波器５１３，５１４の間に位置する励起光の光路上に可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）５１６を挿入する構成が考えられる。この構成では、個々の励起光源５１１−１〜５１１−４は、下限以上の出力パワーで駆動されて安定発振動作し、各励起光を偏波合成器５１２−１，５１２−２および合波器５１３で一つに合波した励起光Ｌｐのパワーが可変光減衰器５１６により減衰される。これにより、トータルパワーの小さな励起光Ｌｐを伝送路５０３に安定供給することができる。

また、上記とは別の手法として、例えば、ラマン増幅用の励起光源の出力側にエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を設け、該ＥＤＦの吸収特性により、励起レーザーの不安定発振動作を回避する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この従来の技術では、ＥＤＦに入力する励起光パワーが大きい時はＥＤＦの吸収量が小さくなる一方、励起光パワーが小さい時はＥＤＦの吸収量が大きくなるという物理現象を利用することにより、最小利得時に励起光源を安定動作させると共に、ラマン利得の可変範囲を広げている。

特開２００２−７６４８２号公報 特開２００８−１６４８３６号公報

しかしながら、上記図２３に示した可変光減衰器を適用する構成については、トータルパワーの大きな励起光Ｌｐを伝送路５０３に供給することが必要になった場合、可変光減衰器５１６の挿入損失により、各励起光源の出力パワーが無駄に消費されるため、伝送路５０３への励起光Ｌｐの供給パワーの上限を制限する要因となってしまう。このため、励起光パワーの上限および下限の双方を含めた調整範囲を拡大できないという問題点がある。

また、上記ＥＤＦの吸収特性を利用した従来の技術については、励起光パワーが大きい場合の励起系損失が増えてしまうという問題点がある。すなわち、励起光パワーが小さいときに比べて、励起光パワーが大きいときにはＥＤＦの吸収量が相対的に小さくはなるものの、ＥＤＦの存在自体は励起光源からの出力光に対してパワーの大小に関係なく損失媒体として作用する。また、ＥＤＦにおける励起光の吸収量は、エルビウムの添加濃度やＥＤＦ長の微妙な加減によって変化するため、励起光源の出力側に実際に接続されるＥＤＦの吸収量の個体バラツキも考慮する必要がある。さらに、ＥＤＦのモードフィールド径は、一般的に通常の光部品に付いているシングルモードファイバのモードフィールド径とは異なるため、ＥＤＦと他の光部品を融着スプライスした際にはＥＤＦ両端での損失（約０．５ｄＢ×２箇所）を見込む必要がある。上記のような励起光源の出力側にＥＤＦを設けることで発生する損失および該損失のバラツキを考慮すると、ＥＤＦを設けない場合と比べて、より高出力が得られる励起光源を用意することが必要になるため、ラマン増幅器のコスト上昇を招いてしまう。

また、励起光がＥＤＦの吸収特性による損失を受けることにより、所要の利得を実現するのに必要な励起光源の駆動電流が増加するため、ラマン増幅器の消費電力を増大させるという課題もある。さらに、ラマン増幅器内でのＥＤＦの実装スペースの問題もある。具体的には、長さが数ｍのＥＤＦおよび該ＥＤＦの両端に適用される２個のスプライス保護チューブが、既存のラマン増幅器の構成に追加されることになる。通常、ラマン増幅器は高出力の励起光源を用いるため、他の光部品に比べて広い放熱スペースを確保する必要がある。この点を考慮すると上記のような光部品の追加は実装設計上不向きであり、実装を可能にするためにはラマン増幅器の大型化が避けられない。

なお、励起光パワーの調整範囲の拡大を実現するために、大きい励起光パワー領域に調整して製造（設計）された励起レーザーと、小さい励起光パワー領域に調整して製造（設計）された励起レーザーとをそれぞれ開発すると共に、各々に対応した利得等化器も用意し、伝送路の種類や環境条件に応じて、上記励起レーザーおよび利得等化器を適宜に選択して設置することも考えられる。しかし、この手法は、伝送路の種類等に応じて励起レーザーおよび利得等化器の品種が極端に多くなるため、その管理が非常に煩雑になり、現実的ではない。

また、ラマン利得の波長特性を検出するチルトモニタと、損失波長特性が可変の利得等化器とを適用し、ラマン増幅後の信号光パワーの波長偏差を抑えることで、励起光パワーの下限の引き下げを図ることも考えられる。しかし、この手法は、チルトモニタおよび可変利得等化器の挿入損失により、ＷＤＭ信号光のＯＳＮＲ等の伝送特性が大きく劣化すると共に、該挿入損失を補うためにラマン励起光パワーを増加させることが必要になる。このため、より高出力な励起光源の使用、消費電力の増加、光回路構造および制御機構の複雑化などの観点から、上記手法についても現実的ではない。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、伝送路の種類等のシステム条件に応じて、複数の励起光源を適切に駆動して安定動作させることにより、ラマン利得の一定制御を高い精度で実現できる低コストかつ低消費電力のラマン増幅器およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明はその一態様として、伝送路に励起光を供給し、該伝送路を伝搬する波長多重信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器を提供する。このラマン増幅器は、波長の異なる複数の励起光源を有し、該各励起光源から出力される励起光を前記伝送路に供給するラマン励起光供給部と、前記伝送路を伝搬した光をモニタして、前記伝送路におけるラマン利得を演算するのに必要な情報を取得するモニタ部と、前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、出力波長および出力パワーが時間的に一定になる安定領域で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、該ラマン利得の演算値に基づいて少なくとも前記伝送路の種類を判断し、該判断結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源の駆動状態を制御する制御部と、を備えて構成される。

上記のラマン増幅器では、所定数の励起光源が安定領域で駆動された状態で伝送路におけるラマン利得が演算され、該ラマン利得の演算値に基づいて少なくとも伝送路の種類が判断される。そして、該判断結果に応じて、複数の励起光源のオン／オフが特定されることにより、システム条件に対応した適切な数の励起光源をオン駆動し、該各励起光源を安定領域内で確実に動作させながら、伝送路でのラマン利得を一定に制御することができるようになる。したがって、本ラマン増幅器によれば、システム条件が様々に異なっていても、一般的な励起レーザーを使用してラマン利得の一定制御を高い精度で行うことができるため、ＷＤＭ信号光の長距離伝送を低コストかつ低消費電力で実現することが可能になる。

本発明によるラマン増幅器の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における制御部による励起光源の制御方法を示すフローチャートである。 励起レーザーの安定領域を説明するための図である。 励起光源をオフに切り替える制御の詳細を説明するための図である。 励起光源をオフに切り替えたときのラマン利得の変化を模式的に示した図である。 ＴＥモードおよびＴＭモードが合成されたときの偏波状態を説明する概念図である。 信号間ラマン効果を考慮したラマン利得の波長特性を例示した図である。 ラマン増幅器１による波長偏差の低減効果を具体的に示した図である。 第１実施形態における消費電力の低減効果を説明するための図である。 第１実施形態のラマン増幅器を用いたＷＤＭ光通信システムにおける一中継区間の構成を示すブロック図である。 本発明によるラマン増幅器の第２実施形態の構成を示すブロック図である。 第２実施形態における励起波長のシフト制御の一例を示す図である。 本発明によるラマン増幅器の第３実施形態の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に関連した合波器の他の構成例を示す図である。 第３実施形態における励起光源のオン／オフ制御の一例を示す図である。 第３実施形態に関連し、信号光のビットレートに応じて励起光パワーの制御を行う場合の一例を示す図である。 一般的な分布ラマン増幅を用いたＷＤＭ光通信システムの一例を示す図である。 ラマン増幅器の出力光パワーの波長偏差を利得等化器を用いて低減する従来構成を示す図である。 伝送路の種類の違いによるラマン利得効率等の変化を説明するための図である。 平均利得の違いによるラマン利得の波長特性の変化を模式的に示した図である。 分布ラマン増幅器の一般的な励起構成を示す図である。 図２１において複数の励起光源の一部を非駆動とした場合の問題点を説明する図である。 図２１において可変光減衰器を適用して励起光トータルパワーを引き下げるようにした構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるラマン増幅器の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のラマン増幅器１は、例えば、伝送路２にラマン増幅用の励起光を供給するラマン励起光供給部１０と、伝送路２におけるラマン利得を演算するのに必要な情報を取得するモニタ部２０と、該モニタ部２０で所得される情報を基にラマン利得を演算し、そのラマン利得の演算値に応じてラマン励起光供給部１０を制御する制御部３０と、を備える。

具体的に、ラマン励起光供給部１０は、例えば、複数（ここでは、例えば４個とする）の励起光源１１−１，１１−２，１１−３，１１−４、２個の偏波合成器（Polarization Beam Combiner：ＰＢＣ）１２−１，１２−２、励起光合波器１３および信号光／励起光合波器１４を有する。

各励起光源１１−１〜１１−４は、ラマン増幅用の励起光源として一般的な半導体レーザー（励起レーザー）を使用し、該励起レーザーの安定動作時における出力波長が互いに異なるように設定されており、伝送路２を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅することが可能な励起光を発生する。各励起光源１１−１〜１１−４には、制御部３０の後述する制御回路３３から出力される制御信号が与えられ、伝送路２におけるラマン利得が一定となるように、各々の駆動状態が制御される。

偏波合成器１２−１は、各励起光源１１−１，１１−２から異なる偏波状態で出力される各励起光を１つに合成し、それを励起光合波器１３の一方の入力ポートに出力する。また、偏波合成器１２−２は、各励起光源１１−３，１１−４から異なる偏波状態で出力される各励起光を１つに合成し、それを励起光合波器１３の他方の入力ポートに出力する。

励起光合波器１３は、各偏波合成器１２−１，１２−２から各入力ポートに与えられる励起光を１つに合波し、該合波した励起光Ｌｐを信号光／励起光合波器１４に出力する。
なお、ここでは４つの励起光源１１−１〜１１−４から出力される各励起光を２段階に分けて合波する一例を示したが、本発明のラマン増幅器における励起光源の個数および各励起光を合波する構成は上記の一例に限定されるものではない。

信号光／励起光合波器１４は、励起光合波器１３からの励起光Ｌｐを伝送路２に後方側（信号光出力端側）から供給する。伝送路２に供給された励起光Ｌｐは、伝送路２内をＷＤＭ信号光Ｌｓの伝搬方向とは逆方向に伝搬する。また、信号光／励起光合波器１４は、伝送路２を伝送されてきたＷＤＭ信号光Ｌｓおよび該ＷＤＭ信号光Ｌｓと同方向に伝搬する光を後段のモニタ部２０に伝える。なお、ＷＤＭ信号光と同方向に伝搬する光には、後述するＯＳＣ光や利得参照光、ラマン増幅により発生する雑音光などが含まれる。

モニタ部２０は、例えば、分岐器２１およびモニタ回路２２を有する。
分岐器２１は、信号光／励起光合波器１４を通過したＷＤＭ信号光の一部またはＷＤＭ信号光と同方向に伝搬する光をモニタ光Ｌｍとして取り出してモニタ回路２２に送る。

モニタ回路２２は、分岐器２１からのモニタ光Ｌｍのパワー等をモニタすることにより、伝送路２でのラマン利得の演算に必要な情報を取得し、該情報を制御部３０に伝達する。なお、モニタ回路２２で取得される情報の詳細については後述する。

制御部３０は、例えば、ラマン利得演算回路３１、判定回路３２および制御回路３３を有する。
ラマン利得演算回路３１は、モニタ回路２２で取得された情報を用いて、伝送路２でのラマン利得を演算し、該演算結果を示す信号を判定回路３２に出力する。

判定回路３２は、ラマン利得演算回路３１からの出力信号に示されるラマン利得の演算値と、予め設定したラマン利得の目標値とを比較して大小関係を判定し、該判定結果を示す信号を制御回路３３に出力する。ラマン利得の目標値は、本ラマン増幅器１を用いて構成されるＷＤＭ光通信システムの設計条件等に従って設定されるものとする。
なお、上記制御部３０および判定回路３２における各処理は、ＡＤコンバータおよびＣＰＵ等を利用したデジタルの信号処理、或いは、アナログ回路を組み合わせた信号処理により実行することが可能である。

制御回路３３は、ラマン増幅器１の立上げ時に実行される後述する制御シーケンスに従い、判定回路３２での判定結果に応じて、励起光源１１−１〜１１−４のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源から出力される励起光のパワーを調整することにより、伝送路２でのラマン利得を目標値にする制御を行う。また、制御回路３３は、各励起光源１１−１〜１１−４の現在の制御状態（駆動電流または出力パワー）を示す信号を判定回路３２に出力する。

ここで、上記制御部３０による励起光源１１−１〜１１−４の制御方法を図２のフローチャートを参照しながら詳しく説明する。
ラマン増幅器１の立ち上げ動作が開始されると、まず、ステップ１００（図２中Ｓ１００で示し、以下同様とする）において、励起光源１１−１〜１１−４の全てを安定領域の下限で駆動させる制御信号が、制御回路３３から各励起光源１１−１〜１１−４に出力される。

前記安定領域とは、励起光源１１−１〜１１−４として使用される励起レーザーの出力波長および出力パワーが時間的に一定となる動作範囲を意味する。励起レーザーを安定領域内で駆動することにより、該励起レーザーの出力波長は時間的に変動することなく安定となり、また、駆動電流に対する出力パワーの関係は線形となる。つまり、安定領域内の所要の駆動電流を励起光源に与えることにより、時間的に変動しない一定の波長およびパワーを有する励起光が得られることになる。

図３は、励起レーザーの安定領域の具体的な一例を示した図である。ここでは、励起レーザーの出力パワーおよび駆動電流の２つのパラメータを用いて、励起レーザーの動作状態の変化を縦軸方向に表している。図中の括弧内の数値は、サンプルとした励起レーザーにおける出力パワー[ｍＷ]および駆動電流［ｍＡ]にそれぞれ対応した値を示している。ただし、励起レーザーの安定領域がこの数値例に限定されることを意味するものではない。

図３の例では、駆動電流が発振しきい値に対応した５５［ｍＡ］を超えると、励起レーザーの発光が始まり、駆動電流が２８０［ｍＡ］に達するまでの間は、出力波長または出力パワーが時間的に変動する不安定領域となる。そして、駆動電流が２８０［ｍＡ］以上、出力パワーが６５［ｍＷ］以上になると、出力波長および出力パワーが時間的に変動しない安定領域となる。この安定領域は、駆動電流が１１００［ｍＡ］以下、出力パワーが３００［ｍＷ］以下まで連続的に存在する。駆動電流が１１００［ｍＡ］を超えると、駆動電流に対する出力パワーの関係が線形でなくなり、１５００［ｍＡ］の最大絶対定格になるまで励起レーザーの使用は可能ではあるが、出力パワーの安定しない不安定領域となる。

ここで、上記不安定領域について簡単に説明を加えておくと、励起レーザーの発振不安定動作の原因としては、（ａ）レーザーチップと発振波長固定用ファイバグレーティングとのミスマッチング、（ｂ）共振器の長手方向の途中で不適正な反射が起こることによる不安定な発振の誘発、（ｃ）反射戻り光による干渉、（ｄ）ファブリーペロー（Fabry-Perot：ＦＰ）による発振とブラッグ反射による発振とのバランスが高出力領域において優先されて設計されることによる低出力領域でのアンバランス、などが考えられる。一般的に、励起レーザーの機能としては、優先度の高い高出力領域において、出力波長および出力パワーの安定性を十分に確保できることが要求されるため、それに応じて励起レーザーの設計が最適化されている。このような励起レーザーについて、低出力領域においても高出力領域と同じように出力波長および出力パワーの安定性を確保するには、さらに複雑な光回路構造とその高い設計精度が求められると共に、発光効率の高い高品質な結晶、均一性に優れた構造および加工法で作成したチップなどが必要になる。しかしながら、上記のような励起レーザーの実現は容易ではなく、実現できたとしても非常に高コストな励起レーザーとなってしまう。

そこで、第１実施形態の制御部３０においては、ラマン増幅器の立ち上げ時における制御シーケンスに工夫を施すことにより、励起レーザーの低出力領域での出力波長および出力パワーの安定性を確保して、一般的な励起レーザーの使用を可能にする。この制御シーケンスでは、各励起光源１１−１〜１１−４の調整範囲の最小設定値および最大設定値が、各々に使用される励起レーザーの安定領域の下限および上限に対応させて事前に定義される。前述の図３に例示したような励起レーザーが各励起光源１１−１〜１１−４に使用される場合、各励起光源１１−１〜１１−４の調整範囲の最小設定値としては、安定領域の下限に該当する駆動電流：２８０［ｍＡ］または出力パワー：６５［ｍＷ］が定められる。また、最大設定値としては、安定領域の上限に該当する駆動電流：１１００［ｍＡ］または出力パワー：３００［ｍＷ］が定められる。

なお、ここでは励起レーザーの駆動電流または出力パワーの具体的な数値を用いて、安定領域を特定する一例を示したが、これ以外にも、励起レーザーの特性データとして通常使用される発振しきい値および最大絶対定格を基準にして、励起レーザーの安定領域を特定するようにしてもよい。具体的には、励起レーザーの安定領域の下限を発振しきい値のＡ倍（例えば、Ａ＝５など）、上限を最大絶対定格のＢ倍（例えば、Ｂ＝０．８など）とすることが可能である。

上記のようにしてステップ１００（図２）において、励起光源１１−１〜１１−４の全てが調整範囲の最小設定値（安定領域の下限）で駆動されると、該各励起光源１１−１〜１１−４から出力される励起光が、偏波合成器１２−１，１２−２、励起光合波器１３および信号光／励起光合波器１４を介して伝送路２に供給されるようになる。伝送路２には、該励起光によるラマン増幅帯域内に波長設定されたテスト光が上流側から与えられ、該テスト光が伝送路２を伝搬することでラマン増幅される。なお、テスト光は、例えば、伝送路２の信号光入力側に配置されるＷＤＭ用光増幅器の励起光をオンにして発生させた自然放出光（ＡＳＥ）などを利用することが可能である。該ラマン増幅されたテスト光は、信号光／励起光合波器１４を通過してモニタ部２０に入力され、その一部が分岐器２１でモニタ光Ｌｍとして分岐されてモニタ回路２２に送られる。

ステップ１０２では、モニタ回路２２においてモニタ光Ｌｍのパワー等がモニタされ、該モニタ結果が制御部３０のラマン利得演算回路３１に伝えられる。
ステップ１０４では、ラマン利得演算回路３１において、モニタ回路２２でのモニタ結果を用いて、全ての励起光源１１−１〜１１−４を最小設定値で駆動したときの伝送路２でのラマン利得が演算され、該演算結果を示す信号が判定回路３２に出力される。

ステップ１０６では、各励起光源１１−１〜１１−４の駆動状態が制御回路３３から判定回路３２に通知される。これにより、判定回路３２は、各励起光源１１−１〜１１−４の現在の駆動電流または出力パワーに関する情報を取得する。

ステップ１０８では、判定回路３２において、励起光源１１−１〜１１−４の全てが調整範囲の最小設定値で駆動されていることを確認した後、ラマン利得演算回路３１で求められたラマン利得の演算値と、予め設定したラマン利得の目標値とが比較され、目標値に対する演算値の大小関係の判定結果が制御回路３３に通知される。ラマン利得の目標値としては、例えば、前述の図１８、図２１および図２３に示したように、ラマン利得の波長特性をキャンセルする利得等化器が適用されている場合には、該利得等化器の設計時に想定したラマン利得を目標値として設定することが可能である。ラマン利得の演算値が目標値よりも大きいと判定された場合にはステップ１１０に進み、ラマン利得の演算値が目標値以下と判定された場合にはステップ１１２に移る。

ステップ１１０では、ラマン利得の演算値が目標値よりも大きいとの判定結果を受けて、制御回路３３が、最小設定値で駆動していた４つの励起光源１１−１〜１１−４のうちの少なくとも１つをオフの状態、すなわち、駆動電流を発振しきい値未満にして実質的に発光していない状態にする制御を行う。この制御の内容について図４を参照しながら詳しく説明する。

図４は、各励起光源１１−１〜１１−４から出力される励起光のトータルパワーに対する伝送路２でのラマン利得の関係の一例であって、本ラマン増幅器１が、ＳＭＦを使用した伝送路２に接続される場合と、ＮＺ−ＤＳＦを使用した伝送路２に接続される場合とに分けて上記の関係が示してある。図４の上段は、励起光源１１−１〜１１−４の全てを調整範囲の最小設定値で駆動した状態（ステップ１１０を実行する前の状態）での関係を例示している。一方、図４の下段は、例えば、励起光源１１−１，１１−３をオフにし、励起光源１１−２，１１−４を調整範囲の最小設定値で駆動した状態（ステップ１１０を実行した後の状態）での関係を例示している。

図４上段の関係において、伝送路２にＮＺ−ＤＳＦが使用されている場合、ＳＭＦに比べてＮＺ−ＤＳＦのラマン利得効率が大きいため（前述の図１９参照）、全ての励起光源１１−１〜１１−４を調整範囲の最小設定値で駆動したときに得られるラマン利得Ｇｍｉｎは制御目標値Ｇｔを超えてしまう（図中の×印）。この駆動状態を維持した場合、目標値Ｇｔに対する利得過剰分により、上述したようなラマン利得の波長偏差が生じて伝送特性を劣化させる要因になる。全ての励起光源１１−１〜１１−４をオンにしたままでラマン利得を目標値Ｇｔにしようとすると、励起光源１１−１〜１１−４のうちの幾つか若しくは全てを低出力側の不安定領域（前述の図３参照）で動作させなければならなくなる。

一方、伝送路２にＳＭＦが使用されている場合には、全ての励起光源１１−１〜１１−４を調整範囲の最小設定値で駆動した状態でのラマン利得は制御目標値Ｇｔに達していないが、励起光のトータルパワーを調整範囲（各励起光源の調整範囲を合算した範囲）内で増大させることにより、ラマン利得を目標値Ｇｔに一致させることが可能になる（図中の○印）。したがって、全ての励起光源１１−１〜１１−４を調整範囲の最小設定値で駆動したときに、ラマン利得演算回路３１で求められるラマン利得の演算値が目標値よりも大きいか否かを判定するようにすれば、全ての励起光源１１−１〜１１−４を安定領域で駆動したままラマン利得を目標値Ｇｔにできるかが分かる。

ラマン利得の演算値が目標値よりも大きいと判定された場合、４つの励起光源１１−１〜１１−４のうちの少なくとも１つ、図４中段の例では２つの励起光源１１−１，１１−３の駆動状態がオフに切り替えられ、残りの励起光源１１−２，１１−４が調整範囲の最小設定値で駆動される。これにより、図４中段の関係に示すように、励起光のトータルパワーは半減し、その調整範囲も縮小するが、伝送路２にＮＺ−ＤＳＦが使用されている場合に、励起光トータルパワーの調整範囲の最小設定値付近で、ラマン利得を目標値Ｇｔにすることが可能になる（図中の○印）。なお、励起光源１１−１，１１−３をオフにした状態では、伝送路２にＳＭＦが使用されている場合に、励起光１１−２，１１−４を調整範囲の最大設定値で駆動しても、ラマン利得を目標値Ｇｔにできないことになるが（図中の×印）、ＳＭＦの場合は、ステップ１０８の判定でラマン利得の演算値が目標値以下と判定されて、ステップ１１２で全ての励起光源１１−１〜１１−４がオンのままにされるので、問題が生じることはない。つまり、図４下段に示すように、伝送路２に供給される励起光Ｌｐのトータルパワーは、従来の調整範囲と比較して、上限が維持されつつ下限が引き下げられることになる。

図５は、４つの励起光源１１−１〜１１−４のうちの２つの励起光源１１−１，１１−３をオフに切り替えることによるラマン利得の変化を模式的に示したものである。ここでは、各励起光源１１−１〜１１−４が安定領域で駆動されているときに出力される励起光の波長をλ_Ｐ１〜λ_Ｐ４とし、各励起波長にはλ_Ｐ１＜λ_Ｐ２＜λ_Ｐ３＜λ_Ｐ４の関係があるものとしている。全ての励起光源１１−１〜１１−４が最小設定値で駆動されているときには、図５上段に示すように、各波長λ_Ｐ１〜λ_Ｐ４の励起光にそれぞれ対応したラマン利得Ｇ１〜Ｇ４が得られ、各々を重ね合わせたトータルのラマン利得は、波長偏差の比較的小さな特性となっている。このような状態から励起光源１１−１，１１−３をオフに切り替えると、図５下段に示すように、波長λ_Ｐ２，λ_Ｐ４の励起光に対応したラマン利得Ｇ２，Ｇ４が得られることになる。このとき、切り替え後のトータルラマン利得の波長特性を十分に考慮して、４つの励起光源１１−１〜１１−４のうちのどの励起光源をオフにするかを決めることが重要になる。なお、オフにする励起光源の選択方法については、後で具体例を挙げて詳しく説明することにする。

上記のようにして、判定回路３２での判定結果に応じた励起光源１１−１〜１１−４のオン／オフの切り替えが行われると、ステップ１１４に進み、前述したステップ１０２と同様にして、モニタ回路２２においてモニタ光Ｌｍのパワー等がモニタされ、該モニタ結果が制御部３０のラマン利得演算回路３１に伝えられる。そして、ステップ１１６では、ラマン利得演算回路３１において、モニタ回路２２でのモニタ結果を用いて伝送路２でのラマン利得が演算され、該演算結果を示す信号が判定回路３２に出力される。

ステップ１１８では、判定回路３２において、ラマン利得演算回路３１で求められたラマン利得の演算値が目標値と実質的に一致したか否かの判定が行われ、該判定結果が制御回路３３に通知される。ラマン利得の演算値が目標値と実質的に一致していない場合には、ステップ１２０に進み、制御回路３３が、オンにしている励起光源の駆動電流を調整して、伝送路２でのラマン利得が目標値に近づくように、伝送路２への励起光供給状態のフィードバック制御を行う。

上記フィードバック制御は、２つ以上の励起光源がオンである場合、各励起光源から出力される励起光のパワー比が、ラマン利得の波長特性の平坦化を考慮して事前に設計したパワー比に従うように、各々の励起光源の駆動電流を調整するのがよい。このようなフィードバック制御を行うことにより、ラマン利得の波長偏差をより効果的に抑えることが可能になる。そして、ステップ１２０の実行後は前述したステップ１１４に戻って同様の処理が繰り返され、ステップ１１８でラマン利得の演算値と目標値の実質一致が判定されることにより、ラマン増幅器１の立ち上げ時の制御シーケンスが終了する。

なお、各励起光源の駆動状態が調整範囲の最大設定値（または最小設定値）に達しても、ステップ１１８でラマン利得の演算値と目標値の実質一致が判定されない、すなわち、フィードバック制御が収束しない場合には、伝送路２に何等かの異常が生じていると判断してラマン増幅器１からアラームを発出すると共に、異常を判断した時のラマン利得の演算値を外部の装置（例えば、システム管理装置や伝送路上の光アンプなど）に通知するようにしてもよい。

上記のようなステップ１００〜ステップ１２０の制御シーケンスにより、例えば、伝送路２にＳＭＦが使用されている場合には、図４上段の○印に対応した駆動状態でラマン増幅器１の運用が開始され、伝送路２にＮＺ−ＤＳＦが使用されている場合には、図４中段の○印に対応した駆動状態でラマン増幅器１の運用が開始される。つまり、システム条件（図４の例ではラマン増幅器１に接続される伝送路の種類）に応じて適切な数の励起光源を安定領域内で確実に駆動させて、ラマン増幅器１の利得一定制御が行われるようになる。

ここで、前述したステップ１１０において、ラマン利得の演算値が目標値よりも大きい場合にオフにする励起光源の選択方法を、具体的な実施例を示しながら詳しく説明する。
まず、実施例１−１として、伝送路２でラマン増幅するＷＤＭ信号光の波長帯域（以下、主信号帯域と呼ぶ）が１５３０〜１５６５ｎｍのＣ−バンドの場合を想定する。この場合、４つの励起光源を用いてＷＤＭ信号光のラマン増幅を行うものとすると、各励起光源の出力波長λ_Ｐ１〜λ_Ｐ４としては、例えば次のような設定が可能である。なお、ＬＤ１〜ＬＤ４は、図１の励起光源１１−１〜１１−４に対応する。
ＬＤ１：λ_Ｐ１＝１４３０ｎｍ
ＬＤ２：λ_Ｐ２＝１４３５ｎｍ
ＬＤ３：λ_Ｐ３＝１４５５ｎｍ
ＬＤ４：λ_Ｐ４＝１４６０ｎｍ

この設定では、出力波長λ_Ｐ１とλ_Ｐ２、出力波長λ_Ｐ３とλ_Ｐ４がそれぞれ近くになっている。このような場合には、出力波長が近い、すなわち、出力波長の差が相対的に小さい２つの励起光源のうちのいずれか１つをオフにするのが好ましい。具体的には、出力波長λ_Ｐ１，λ_Ｐ３の励起光源ＬＤ１，ＬＤ３をオフにするか、または、出力波長λ_Ｐ２，λ_Ｐ４の励起光源ＬＤ２，ＬＤ４をオフにするのがよい。これにより、オフに切り替えた後もバランスのとれた利得波長特性を実現することが可能になる。

次の表１は、上記実施例１−１における４つの励起光源のオン／オフのパターンと、その効果を纏めたものである。

上記表１に示す通り、励起光パワーの下限を引き下げる効果と、ラマン増幅後の信号光パワーの波長偏差を抑える効果とが同時に得られるようにするには、励起波長が近接する短波長側の２つの励起光源ＬＤ１，ＬＤ２の一方をオフにし、かつ、励起波長が近接する長波長側の２つの励起光源ＬＤ３，ＬＤ４の一方をオフにする、４通りの組み合わせ（表１中の太字斜体）のいずれかを選択する。また、この４通りの組み合わせと比べて効果は劣るが、４つの励起光源のうちの１つを選択的にオフにする４通りの組み合わせ（表１中の斜体）のいずれかを選択しても、励起光パワーの下限を引き下げる効果と、ラマン増幅後の信号光パワーの波長偏差を抑える効果とが同時に得られる。ＮＺ−ＤＳＦ等の利得効率が大きい伝送路に対して、上記８通りの組み合わせ以外は、励起光パワーの下限を引き下げる効果は得られるものの、ラマン増幅後の信号光パワーの波長偏差が増大してしまうため、波長偏差が特に問題視されないシステムを除いて、基本的に選択しないようにするのがよい。

実施例１−２は、主信号帯域がＣ−バンド＋Ｌ−バンドの場合を想定する。この場合、２つの励起光源を追加し、６つの励起光源ＬＤ１〜ＬＤ６を用いて上記信号帯域のラマン増幅を行うものとすると、各励起光源ＬＤ１〜ＬＤ６の出力波長λ_Ｐ１〜λ_Ｐ６としては、例えば次のような設定が可能である。
ＬＤ１：λ_Ｐ１＝１４３０ｎｍ
ＬＤ２：λ_Ｐ２＝１４３５ｎｍ
ＬＤ３：λ_Ｐ３＝１４５０ｎｍ
ＬＤ４：λ_Ｐ４＝１４５５ｎｍ
ＬＤ５：λ_Ｐ５＝１４８５ｎｍ
ＬＤ６：λ_Ｐ６＝１４９０ｎｍ

この設定では、出力波長λ_Ｐ１とλ_Ｐ２、出力波長λ_Ｐ３とλ_Ｐ４、出力波長λ_Ｐ５とλ_Ｐ６がそれぞれ近くになっているので、上記実施例１−１の場合と同様の考え方により、出力波長λ_Ｐ１，λ_Ｐ３，λ_Ｐ５の励起光源ＬＤ１，ＬＤ３，ＬＤ５をオフにするか、または、出力波長λ_Ｐ２，λ_Ｐ４，λ_Ｐ６の励起光源ＬＤ２，ＬＤ４，ＬＤ６をオフにすることで、オフに切り替えた後もバランスのとれた利得波長特性を実現することが可能になる。

実施例２−１は、主信号帯域がＣ−バンドの場合について、各励起光源の出力波長に加えて出力光の偏波状態も考慮し、偏波状態の異なる励起光が合成されて伝送路に供給されるように、オフにする励起光源を選択する。具体的に、ここでは４つの励起光源ＬＤ１〜ＬＤ４の出力光の偏波状態（ＴＥ／ＴＭモード）が、例えば次のように設定されている場合を考える。
ＬＤ１：λ_Ｐ１＝１４３０ｎｍ，ＴＥ
ＬＤ２：λ_Ｐ２＝１４３５ｎｍ，ＴＭ
ＬＤ３：λ_Ｐ３＝１４５５ｎｍ，ＴＭ
ＬＤ４：λ_Ｐ４＝１４６０ｎｍ，ＴＥ

この設定では、出力波長の近い励起光源ＬＤ１とＬＤ２の組合せについてＬＤ１をオフにする場合、該ＬＤ１の出力光はＴＥモードであるので、残りの励起光源ＬＤ３とＬＤ４の組合せについては、出力光がＴＭモードとなるＬＤ３をオフにする。または、励起光源ＬＤ１とＬＤ２の組合せについてＬＤ２をオフにする場合には、該ＬＤ２の出力光はＴＭモードであるので、励起光源ＬＤ３とＬＤ４の組合せについては、出力光がＴＥモードとなるＬＤ４をオフにする。

これにより、４つの励起光源ＬＤ１〜ＬＤ４を全てオンにする場合および２つをオンにする場合のいずれにおいても、出力波長が異なりかつ偏波状態も異なる励起光が組み合わされて合成される。この状態では、図６の概念図に示すように、ＴＥモードとＴＭモードが合成され、かつ、各々の波長が異なることで、合成後の偏波状態がランダム化される。よって、伝送路２に供給される励起光の偏波状態が平均化されるようになるため、励起光の偏波状態に依存したラマン利得の変動を抑えることが可能になる。なお、励起光の偏波状態に依存したラマン利得の変動に関しては、例えば、青海恵之、高橋正樹，「光ファイバラマン増幅における伝搬光の偏光および利得特性」，電子情報通信学会論文誌，Ｃ−Ｉ，Ｖｏｌ．Ｊ７２−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．８，ｐｐ．４７９−４８６，１９８９年８月などに詳しく説明されているので、ここでの説明を省略する。

実施例２−２は、主信号帯域がＣ−バンド＋Ｌバンドの場合について、各励起光源の出力波長に加えて出力光の偏波状態も考慮し、偏波状態の異なる励起光が合成されて伝送路に供給されるように、オフにする励起光源を選択する。具体的に、ここでは６つの励起光源ＬＤ１〜ＬＤ６の出力光の偏波状態（ＴＥ／ＴＭモード）が、例えば次のように設定されている場合を考える。
ＬＤ１：λ_Ｐ１＝１４３０ｎｍ，ＴＥ
ＬＤ２：λ_Ｐ２＝１４３５ｎｍ，ＴＭ
ＬＤ３：λ_Ｐ３＝１４５０ｎｍ，ＴＭ
ＬＤ４：λ_Ｐ４＝１４５５ｎｍ，ＴＥ
ＬＤ５：λ_Ｐ５＝１４８５ｎｍ，ＴＭ
ＬＤ６：λ_Ｐ６＝１４９０ｎｍ，ＴＥ

この設定では、出力波長の近い励起光源ＬＤ１とＬＤ２の組合せについてＬＤ１をオフにする場合、該ＬＤ１の出力光はＴＥモードであるので、残りの励起光源ＬＤ３とＬＤ４の組合せおよび励起光源ＬＤ５とＬＤ６の組合せのうちの一方若しくは双方の出力光がＴＭモードとなるように、ＬＤ３およびＬＤ６をオフにするか、ＬＤ４およびＬＤ５をオフにするか、若しくは、ＬＤ３およびＬＤ５をオフにする。または、励起光源ＬＤ１，ＬＤ２の組合せについてＬＤ２をオフにする場合には、該ＬＤ２の出力光はＴＭモードであるので、残りの励起光源ＬＤ３とＬＤ４の組合せおよび励起光源ＬＤ５とＬＤ６の組合せのうちの一方若しくは双方の出力光がＴＥモードとなるように、ＬＤ３およびＬＤ６をオフにするか、ＬＤ４およびＬＤ５をオフにするか、若しくは、ＬＤ４およびＬＤ６をオフにする。これにより、実施例２−１の場合と同様に、励起光の偏波状態に依存したラマン利得の変動を抑えることが可能になる。

実施例３は、各励起光源の出力波長および偏波状態に加えてラマン利得効率の波長偏差も考慮し、出力波長が最も長波長側にある励起光源は可能な限りオフにしないようにする。上述したように利得効率は、「利得／励起光トータルパワー」により定義される。ラマン利得効率の波長偏差は、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光のうちの長波長側の信号光が短波長側の信号光によるラマン効果を受けて増幅される、いわゆる信号間ラマン効果が主な要因で発生する。

図７は、信号間ラマン効果を考慮したラマン利得の波長特性を例示した図である。図７において、信号間ラマン効果を考慮し、かつ、４つの励起光源を全てオンにする場合、各励起光のパワーは、１段目の左端に示すように、短波長側の励起光源ＬＤ１，ＬＤ２の出力パワーが、長波長側の励起光源ＬＤ３，ＬＤ４の出力パワーよりも大きくなるように設定される。このとき、信号間ラマン効果を受ける前のラマン利得の波長特性は、１段目の中央左側に示すように、短波長側のラマン利得効率が、長波長側のラマン利得効率よりも相対的に高くなる。これに１段目の中央右側に示す信号間ラマン効果が足し合わされることで、１段目の右端に示すようなラマン出力の波長特性が得られるようになる。

そして、信号波長数が少ない場合で信号間ラマン効果が期待できない条件、すなわち、信号帯域の長波長側に少数の信号光のみが存在する条件において、該信号光に対するラマン利得を目標値にするには、長波長側の励起光のパワーを調整することが重要になる。一般的な制御では、図７の２段目に示すように、信号間ラマン効果を受けなくなることによりラマン出力の長波長側の利得が低下するのを補うために、図７の３段目に示すように、長波長側の２つの励起光源ＬＤ３，ＬＤ４の出力パワーを増加させる。

上記実施例３では、ＳＭＦ等の利得効率が小さい伝送路の場合、図７の４段目に示すように、長波長側の２つの励起光源ＬＤ３，ＬＤ４の出力パワーを増加させる。これは、一般的な制御の場合と同様である。一方、ＮＺ−ＤＳＦ等の利得効率が大きい伝送路の場合には、図７の５段目に示すように、信号帯域ＳＢの長波長側のラマン増幅を担う励起光源ＬＤ４をオンの状態に残し、励起光源ＬＤ３と、短波長側の励起光源ＬＤ２（またはＬＤ１）とをオフにして、励起光源ＬＤ４の出力パワーを増加させる。これにより、信号間ラマン効果を受けないことによる長波長側の利得低下を容易に補うことができるようになる。

具体的に、前述した実施例２−１（信号帯域がＣ−バンド）における励起光源ＬＤ１〜ＬＤ４の設定では、ＬＤ１とＬＤ３をオフにするのがよいことになる。また、前述した実施例２−２（信号帯域がＣ−バンド＋Ｌ−バンド）における励起光源ＬＤ１〜ＬＤ６の設定では、ＬＤ１とＬＤ３とＬＤ５とをオフにするか、ＬＤ１とＬＤ４とＬＤ５とをオフにするか、または、ＬＤ２とＬＤ４とＬＤ５とをオフにするのがよいことになる。これにより、信号波長数が少ない場合で信号間ラマン効果が期待できない条件でも、ラマン利得を確実に目標値にすることが可能になる。

上述したように第１実施形態のラマン増幅器１によれば、システム条件が様々に異なっていても、一般的な励起レーザーを使用しながら利得一定制御を高い精度で行うことができるため、上述の図１８に示したような固定の損失波長特性を有する利得等化器などを利用して、ラマン増幅器１の出力光パワーの波長偏差を確実に補償することができる。これにより、ＷＤＭ信号光の長距離伝送が可能になる。

図８は、ラマン増幅器１による波長偏差の低減効果を具体的に示した図である。図８の上段は、横軸をラマン利得とし、縦軸をラマン利得の波長偏差（利得等化器による補償を含む）としている。ＮＺ−ＤＳＦ等の利得効率が大きい伝送路の場合、従来のように全ての励起光源をオンにすると、ラマン利得の目標値が１０ｄＢであるのに対して、実際に得られるラマン利得は１５ｄＢになることが分かる。一方、ラマン増幅器１の場合には、励起光トータルパワーの下限の引き下げにより、目標値と同等の１０ｄＢのラマン利得を実現できることが分かる。また、図８の下段は、上段の図に対応したラマン利得の波長特性を示している。従来のように全ての励起光源をオンにした場合、ラマン利得が目標値より大きく生じているため、利得等化器による補償を含めたラマン利得の波長偏差も増大しており、波長偏差の設計値が０ｄＢであるのに対して、実際には０．６ｄＢの波長偏差が発生することが分かる。一方、ラマン増幅器１の場合には、ラマン利得は目標値と同等の値に制御できているため、ラマン利得の波長偏差も設計値とほぼ同等の０．０５ｄＢという小さな値を実現できることが分かる。上記のような波長偏差は、多スパン伝送により累積されるので、例えば６スパン伝送の場合を想定すると、従来の場合に比べて、ラマン増幅器１は、（０．６−０．０５）ｄＢ×６＝３．３ｄＢに相当する波長偏差の累積を低減することが可能である。よって、ラマン増幅器１を適用したＷＤＭ光通信システムは、ＷＤＭ信号光をより多くのスパンに亘って伝送することができ、システムの長距離化が可能になる。

上記の効果に加えて、本ラマン増幅器１が利得効率の高い伝送路２に接続される場合、駆動する励起光源の数が減るので、ラマン増幅器１の消費電力を低減できるという効果もある。図９は、上記消費電力の低減効果を具体的に示したもので、横軸が励起光源のトータル駆動電流、縦軸が励起光のトータルパワーを表している。ここでも前述した例と同様に、４つの励起光源１１−１〜１１−４の全てをオンにした場合と、２つの励起光源１１−２，１１−４をオンにした場合とを比べている。各々の場合において伝送路が共通であれば、目標利得の実現に要する励起光のトータルパワーは同じになるが、各励起光源を発光状態にするには各々にしきい値電流を与える必要があるので、励起光源を４つオンにするよりも２つオンにする方がトータル駆動電流は少なくて済み、このトータル駆動電流の差に応じて消費電力の低減効果が得られる。

なお、上記の第１実施形態では、ラマン増幅器１の立ち上げ時に、全ての励起光源を安定領域の最小設定値で駆動し、ラマン利得の演算値が目標値よりも大きい場合に、少なくとも１つの励起光源をオフにする一例を説明したが、これとは逆の制御シーケンスを適用することも可能である。具体的には、ラマン増幅器１の立ち上げ初期に、少なくとも１つの励起光源をオフにした状態で、ラマン利得が目標値になるように励起光パワーの制御を行う。このとき、オンの励起光源の駆動状態を安定領域の最大設定値まで増大させてもラマン利得の演算値が目標値より小さくなる場合には、全ての励起光源をオンに切り替えて励起光パワーの制御を行うようにする。

ただし、オンにする励起光源の数が多い程、ラマン利得の波長偏差を小さくでき（前述の図５参照）、かつ、励起光トータルパワーの調整範囲も広くできる（前述の図７参照）ことを考慮すると、上記のような逆の制御シーケンスを適用した場合、オンの励起光源の数が少ない状態でラマン利得を目標値にする制御が優先的に行われることになるので、ラマン増幅器１の運用上は、立ち上げ初期に全ての励起光源をオンにする制御シーケンスの方が好ましい。

次に、上述したような第１実施形態のラマン増幅器１を用いたＷＤＭ光通信システムについて説明する。
図１０は、上記ＷＤＭ光通信システムにおける一中継区間の構成例を示すブロック図である。
図１０において、伝送路２の上流側（図の左側）に位置する光中継ノードには、ＥＤＦＡ等を用いたＷＤＭ用光増幅器３と、上述の図１に示したラマン増幅器１に付随する構成要素として付加される送信側光回路部４０とが備えてられている。また、伝送路２の下流側（図の右側）に位置する光中継ノードには、上述の図１に示したラマン増幅器１と、ＥＤＦＡ等を用いたＷＤＭ用光増幅器３’とが備えられている。

送信側光回路部４０は、例えば、参照光送信器４１、合波器４２、分岐器４３および主信号モニタ４４を有する。
参照光送信器４１は、伝送路２におけるラマン利得を検出するための利得参照光Ｌｒとして、主信号光（ＷＤＭ信号光）Ｌｓの波長帯域外に波長が設定された所要パワーの光を発生し、該利得参照光Ｌｒを合波器４２を介して伝送路２に送信端側から与える。この参照光送信器４１に対応させて、下流側のラマン増幅器１内のモニタ部２０には、上流側からの利得参照光Ｌｒを受信するための分波器２３および参照光受信器２４が設けられている。参照光受信器２４は、分波器２３で取り出された利得参照光Ｌｒを受信して当該パワーを検出し、その検出結果をラマン利得演算回路３１に出力する。なお、上記のような利得参照光Ｌｒを用いてラマン利得の演算等を行う技術に関しては、例えば、特開２００４−１９３６４０号公報および特開２００８−１８２６７９号公報、並びに、本出願人の先願である特願２００８−０２４２３１号および特願２００８−０２４３６４号に記載されており、当該技術を本発明でも利用することが可能である。

分岐器４３は、ＷＤＭ用光増幅器３で増幅され伝送路２に送信される主信号光Ｌｓの一部を取り出して主信号モニタ４４に出力する。主信号モニタ４４は、分岐器４３で取り出された光を用いて、伝送路２に送信される主信号光Ｌｓのパワーを検出し、該検出結果をＯＳＣ送信器３１１に出力する。ＯＳＣ送信器３１１は、システム上の各光中継ノード間で伝達される一般的な監視信号光（Optical Supervisory Channel：ＯＳＣ）を生成し、それを合波器３１２を介して伝送路２に送信する。ここでは、該ＯＳＣに載せて、主信号光Ｌｓの波長情報と共に、主信号モニタ４４の検出された主信号光Ｌｓの送信パワーおよび参照光送信器４１から出力される利得参照光Ｌｒの送信パワーを含んだ情報が下流側の光中継ノードに伝達される。下流側の光中継ノード内には、上流側からのＯＳＣをＷＤＭ用光増幅器３’の手前で取り出す分波器３２１が設けられており、該分波器３２１で取り出されたＯＳＣがＯＳＣ受信器３２２で受信処理される。これにより、主信号光Ｌｓの送信パワーおよび波長情報、利得参照光Ｌｒの送信パワーを含んだ情報が取得され、該情報が利得演算回路３１に伝えられる。

下流側のラマン増幅器１内のモニタ部２０には、前述した分波器２３および参照光受信器２４の他に、分岐器２５、光フィルタ（ＦＩＬ）２６および主信号モニタ２７が設けてある。分岐器２５は、伝送路２を伝搬してラマン増幅された主信号光Ｌｓおよび該主信号光Ｌｓと同方向に伝搬する光（ラマン増幅により発生する雑音光やＯＳＣなど）の一部を分岐して光フィルタ２６に出力する。光フィルタ２６は、分岐器２５からの光に含まれる主信号光Ｌｓ以外の光を除去する。主信号モニタ２７は、光フィルタ２６を通過した光を用いて、伝送路２でラマン増幅された主信号光Ｌｓの受信パワーを検出し、該検出結果をラマン利得演算回路３１に出力する。

上記のような構成のＷＤＭ光通信システムでは、各中継区間の下流側に位置する光中継ノードに備えられたラマン増幅器１において、上述の第１実施形態で説明したような伝送路２の種類等のシステム条件に応じた複数の励起光源の駆動制御が行われる。図１０の構成例における制御では、ラマン利得演算回路３１で実行されるラマン利得の演算処理が、参照光受信器２４、主信号モニタ２７およびＯＳＣ受信器３２２からラマン利得演算回路３１にそれぞれ伝えられる情報を利用して行われ、その演算結果が判定回路３２に伝えられる。

上記のようなＷＤＭ光通信システムによれば、多様なシステム条件にも柔軟に対応して、各中継区間でのラマン増幅器１の利得一定制御が高い精度で行われるようになるため、ラマン利得の波長特性の変化に起因したＷＤＭ信号光の波長偏差の累積を最小限に抑えることができる。よって、ＷＤＭ信号光を良好な品質を保ちながら長距離に亘って中継伝送することが可能になる。

なお、上記ＷＤＭ光通信システムの構成例において、伝送路の種類に関する情報が、ＯＳＣ等を利用して、図示しないシステム管理部からラマン増幅器１の制御部３０に通知されるようにすることも可能である。このような伝送路の種類の通知機能がＷＤＭ光通信システムに具備されている場合には、ラマン増幅器１の立ち上げ初期に各励起光源を駆動して伝送路２でのラマン利得を演算により求め該演算値と目標値の比較判定を行う代わりに、ＯＳＣ等により通知される伝送路の種類に関する情報を利用し、該伝送路の種類に応じて各励起光源のオン／オフ状態を設定するようにしてもよい。このようにすれば、立ち上げ時の制御に要する時間を短縮することが可能になる。また、ラマン利得の演算値と目標値の比較判定結果と伝送路の種類に関する情報とを併用して、各励起光源のオン／オフ設定を行うようにし、制御精度の向上を図ることも可能である。

次に、ラマン増幅器の第２実施形態について説明する。
図１１は、第２実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１１において、本実施形態のラマン増幅器１’は、上述の図１に示した第１実施形態の構成について、各励起光源１１−１〜１１−４の発振波長を可変にしている。このラマン増幅器１’では、第１実施形態の場合と同様にして４つの励起光源１１−１〜１１−４の一部がオフにされた場合に、オンの励起光源の発振波長を、オフにされた励起光源の発振波長側にシフトさせて微調整する制御が行われる。

具体的に、各励起光源１１−１〜１１−４は、レーザー素子１１Ａおよび波長固定器１１Ｂをそれぞれ具備しており、該レーザー素子１１Ａ若しくは波長固定器１１Ｂの温度が制御されるか、または、波長固定器１１Ｂに付加する応力が制御されることにより、出力する励起光の波長をシフト（微調整）することが可能な構成となっている。各励起光源１１−１〜１１−４のオン／オフ制御および発振波長のシフト制御は、制御回路３３から各励起光源１１−１〜１１−４に出力される制御信号に従って行われる。

上記のような構成のラマン増幅器１’では、上述した第１実施形態の場合と同様な立ち上げ時の制御シーケンスにより、利得効率の大きな伝送路２が接続されている場合に、４つの励起光源１１−１〜１１−４のうちの少なくとも１つの励起光源がオフにされる。ここでは、例えば図１２の中段に示すように、励起光源１１−２（ＬＤ２）と、励起光源１１−３（ＬＤ３）とがオフにされ、励起光源１１−１（ＬＤ１）と、励起光源１１−４（ＬＤ４）とがオンにされる場合を想定して説明を行う。この状態では、励起光源ＬＤ２，ＬＤ３がオフになったことにより、全ての励起光源１１−１〜１１−４がオンのときのラマン利得の波長特性が若干変化する。このため、利得等化器による波長特性の補償が設計時の想定からずれることにより、僅かではあるが信号光パワーに波長偏差が生じる。図１２の中段右側は、信号帯域ＳＢの両端付近のレベルが中央付近のレベルより若干高くなる様子を強調して示している。

上記波長偏差は、前述したようにより多くのスパンを伝送されることで累積してＷＤＭ信号光の伝送特性を劣化させる可能性がある。そこで、本実施形態のラマン増幅器１’では、図１２の下段左側に示すように、オンの励起光源ＬＤ１の発振波長が、オフにした励起光源ＬＤ２の発振波長側にシフトされることで長波長側に微調整される。また、これと同時に、オンの励起光源ＬＤ４の発振波長が、オフにした励起光源ＬＤ３の発振波長側にシフトされることで短波長側に微調整される。各励起光源ＬＤ１，ＬＤ４の発振波長のシフト量は、各励起光源のオン／オフの組み合わせに対応させて予め設定しておくことが可能である。また、モニタ回路２２でラマン利得の波長特性をモニタし、該モニタ結果が設計時の特性に近づくように、各励起光源ＬＤ１，ＬＤ４の発振波長のシフト量をフィードバック制御するようにしてもよい。上記のような各励起光源ＬＤ１，ＬＤ４の発振波長のシフト制御によって、図１２の下段右側に示すように、利得等化器による補償後の信号光パワーの波長偏差がより小さく抑えられるようになる。

なお、上記第２実施形態では、４つの励起光源のうちのＬＤ２，ＬＤ３をオフにする一例を示して説明を行ったが、上述した第１実施形態における励起光源の選択方法（実施例１〜３）に対応した励起光源の組み合わせについても、上記のような励起波長のシフト制御を応用することが可能である。

次に、ラマン増幅器の第３実施形態について説明する。
図１３は、第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１３において、本実施形態のラマン増幅器１”は、例えば、ｎ個の励起光源１１−１〜１１−ｎの発振波長がほぼ等間隔に配置されており、該各励起光源１１−１〜１１−ｎからそれぞれ出力される励起光が、導波路型合波器１５を用いて１つに合波される。該導波路型合波器１５で合波された励起光Ｌｐは、上述した第１，２実施形態の場合と同様に、信号光／励起光合波器１４を介して伝送路２に供給される。

複数の励起光の波長配置は、一般的に合波器の性能および特性に制限される。上述した第１，２実施形態の場合、励起光合波器１３の性能および特性に応じて、励起光帯域が短波長側および長波長側の２つのブロックに分割され、各々のブロック毎に偏波合成器を適用することにより全体で４つの励起光源を組み合わせた、一般的な励起構成が適用されていた。この一般的な励起構成では、励起光の波長数が比較的少なく、かつ、短波長側の励起波長と長波長側の励起波長との間隔が多少広くなるので、励起光の波長配置に応じたラマン利得の波長特性が発生する。このラマン利得の波長特性を抑えるために、ラマン増幅器１”は、例えば、マッハツェンダ干渉計型の光導波路を利用した導波路型合波器１５を適用することで、励起光源の数を増やし、かつ、励起光の波長配置をほぼ等間隔とする。これにより、各励起光源を所要の出力パワーで駆動した場合のラマン利得は、ほぼフラットな波長特性を有するようになる。このため、ラマン利得の波長特性の補償を行う利得等化器が基本的に不要になる。

なお、ここでは、導波路型合波器１５を用いて各励起光を合波する構成例を示したが、該導波路型合波器１５および信号光／励起光合波器１４に代えて、例えば図１４に示すようなスラント型ファイバグレーティングを利用した合波器１５’を適用することも可能である。この合波器１５’は、伝送路２に繋がる光路上の所要位置に、ｎ個の励起光源１１−１〜１１−ｎにそれぞれ対応したスラント型ファイバグレーティングが形成されており、各励起光源から出力される励起光が、レンズ系を介して対応するスラント型ファイバグレーティングに照射されることにより、各励起光が光路内に導かれて伝送路２に供給される。

上記のような構成のラマン増幅器１”においても、上述した第１実施形態の場合と同様な立ち上げ時の制御シーケンスにより、利得効率の大きな伝送路２が接続されている場合に、ｎ個の励起光源１１−１〜１１−ｎのうちの少なくとも１つの励起光源がオフにされる。ここでは、例えば図１５に示すように、１０個の励起光源（ＬＤ１〜ＬＤ１０）が設けられている場合を想定すると、ＳＭＦ等の利得効率の小さな伝送路が接続されている場合（図１５の上段）、全ての励起光源がオンにされ、ラマン利得が目標値となるように各励起光源の出力パワーが一律に制御されることにより、信号帯域ＳＢに亘りほぼフラットな波長特性を有するラマン利得が実現される。

一方、ＮＺ−ＤＳＦ等の利得効率の大きな伝送路が接続されている場合（図１５の下段）には、例えば、短波長側から３，４番目の励起光源ＬＤ３，ＬＤ４および７，８番目の励起光源ＬＤ７，ＬＤ８がオフにされ、ラマン利得が目標値となるように、残りのオンの励起光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ５，ＬＤ６，ＬＤ９，ＬＤ１０の出力パワーが一律に制御される。これにより、全ての励起光源をオンにした場合と比べると多少の波長偏差は生じるものの、信号帯域ＳＢに亘り十分にフラットな波長特性を有するラマン利得が実現される。

なお、上記の例では、オフにする励起光源としてＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ７，ＬＤ８を選択するようにしたが、１０個の励起光源のうちのいずれを選択してオフにするかは、伝送路２に供給される励起光のトータルパワーとラマン利得の波長特性とを考慮して、適宜に決めることが可能である。

また、上記ラマン増幅器１”においては、幾つかの励起光源をオフにしても比較的フラットな波長特性を有するラマン利得が得られるので、立ち上げ初期において、全ての励起光源を安定領域の下限で駆動させるのではなく、予め定めた少なくとも１つの励起光源をオフにし、残りの励起光源を安定領域内で駆動して立ち上げ行うようにしてもよい。この場合、ラマン利得の目標値に対して演算値が大きいと判定されることで、オフにする励起光源をさらに増やす一方、演算値が小さいと判定されることで、オフにされていた励起光源をオンにして、目標値のラマン利得が実現されるようにする。

さらに、励起光源のオン／オフ制御を行った後に、オンの励起光源の出力パワーを一律に制御することで、目標値のラマン利得が実現されるようにしたが、例えば、上記ラマン増幅器１”に入力されるＷＤＭ信号光が異なるビットレートの信号光を含む場合には、相対的に高速なビットレートの信号光が配置されている帯域のラマン増幅を担う励起光源の出力のパワーが、相対的に低速なビットレートの信号光が配置されている帯域のラマン増幅を担う励起光源の出力のパワーよりも大きくなるようにして、高速な信号光ほどラマン利得を増大させてＯＳＮＲの改善を図るようにしてもよい。

具体的には、例えば、１０Ｇｂ／ｓの信号光と４０Ｇｂ／ｓの信号光とが混在するＷＤＭ信号光がラマン増幅器１”に入力される場合、各信号光について同等の伝送特性を実現するためには、１０Ｇｂ／ｓの信号光のＯＳＮＲに比べて、４０Ｇｂ／ｓの信号光のＯＳＮＲは４倍（６ｄＢ）の改善が必要になる。

そこで、例えば図１６の左上に示すような波長配置で１０Ｇｂ／ｓの信号光と４０Ｇｂ／ｓの信号光とが混在したＷＤＭ信号光を想定し、１０個の励起光源ＬＤ１〜ＬＤ１０を全てオンにして上記ＷＤＭ信号光のラマン増幅を行う場合を考えてみる。この場合、１０Ｇｂ／ｓの信号光のラマン増幅を主に担う励起光源は、ＬＤ１，ＬＤ２およびＬＤ６，ＬＤ７が該当し、４０Ｇｂ／ｓの信号光のラマン増幅を主に担う励起光源は、ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５およびＬＤ８，ＬＤ９，ＬＤ１０が該当する。なお、各信号光のビットレートに関する情報は、前述したＯＳＣを利用するなどして取得することが可能である。

このため、図１６の左下に示すように、励起光源ＬＤ１，ＬＤ２およびＬＤ６，ＬＤ７の各出力パワーに対して、励起光源ＬＤ３〜ＬＤ５およびＬＤ８〜ＬＤ１０の各出力パワーが大きくなるように、各々の励起光源の駆動状態が制御される。これにより、図１６の右下に示すように、信号帯域内において４０Ｇｂ／ｓの信号光が配置される領域のラマン利得が他の領域よりも増大し、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光に含まれる４０Ｇｂ／ｓの信号光のＯＳＮＲが、１０Ｇｂ／ｓの信号光のＯＳＮＲよりも相対的に改善する。よって、ビットレートの異なる信号光が混在したＷＤＭ信号光を、より長距離に亘って伝送することが可能になる。

なお、上記のような信号光のビットレートに応じた励起光パワーの制御は、励起波長がほぼ等間隔に配置された第３実施形態だけでなく、一般的な励起構成が適用された第１，２実施形態についても有効である。

また、上述したラマン増幅器の第１〜３実施形態の説明では、ラマン増幅器の立ち上げ時に、図２に示したような制御シーケンスを実行して、複数の励起光源の駆動状態を最適化するようにしたが、ラマン増幅器の運用中にも同様な最適化を行うようにすることも可能である。具体的には、ラマン増幅器の運用中に実施される利得一定制御において、オンにしている各励起光源の駆動状態を調整範囲の最大設定値にしても、ラマン利得が目標値よりも小さくなる場合に、オフにしている励起光源の少なくとも１つをオンに切り替えて当該出力パワーを徐々に増やす制御を行い、目標値のラマン利得を実現するようにしてもよい。

または、上記とは逆に、ラマン増幅器の運用中に実施される利得一定制御において、オンにしている各励起光源の駆動状態を調整範囲の最小設定値にしても、ラマン利得が目標値よりも大きくなる場合に、オンにしている励起光源の少なくとも１つをオフに切り替え、残りのオンの励起光源の出力パワーを徐々に増やす制御を行い、目標値のラマン利得を実現するようにしてもよい。上記のような運用中における励起光源のオン／オフの切り替え制御を適用することにより、通信サービスの運用中に伝送路の利得効率が過渡的に変化するような場合でも、該変化に迅速に対応することが可能になる。

以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 伝送路に励起光を供給し、該伝送路を伝搬する波長多重信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器であって、
波長の異なる複数の励起光源を有し、該各励起光源から出力される励起光を前記伝送路に供給するラマン励起光供給部と、
前記伝送路を伝搬した光をモニタして、前記伝送路におけるラマン利得を判断するのに必要な情報を取得するモニタ部と、
前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、出力波長および出力パワーが時間的に一定になる安定領域で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を判断し、該判断結果に基づいて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源の駆動状態を制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。

（付記２） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記制御部は、
立ち上げ時に、前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、前記安定領域の下限または上限で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算する演算回路と、
該演算回路におけるラマン利得の演算値および予め設定した目標値の大小関係の判定を行う判定回路と、
該判定回路における判定結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にする制御回路と、
を有することを特徴とするラマン増幅器。

（付記３） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記演算回路は、立ち上げ時に、前記複数の励起光源の全てを前記安定領域の下限で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、
前記制御回路は、前記演算回路におけるラマン利得の演算値が前記目標値よりも大きいことが前記判定回路において判定されたとき、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにし、残りのオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記４） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記演算回路は、立ち上げ時に、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにし、残りの励起光源を前記安定領域の上限で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、
前記制御回路は、前記演算回路におけるラマン利得の演算値が前記目標値よりも小さいことが前記判定回路において判定されたとき、前記複数の励起光源の全てをオンにし、該各励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記５） 付記２〜４のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力波長の差が相対的に小さい２つの励起光源のうちの一方をオフにし、他方をオンにすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記６） 付記５に記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力光の偏波状態が異なる励起光源を少なくとも１つずつオンにすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記７） 付記５または６に記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力波長が最も長波長側にある励起光源が、オンにする励起光源の中に含まれるようにすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記８） 付記２〜７のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記特定したオンの励起光源から出力される各励起光のパワー比が事前に設計した所定の値となるように、該各励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御することを特徴とするラマン増幅器。

（付記９） 付記２〜８のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記特定したオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御しても、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にできないとき、前記伝送路の異常を判断してアラームを発出すると共に、該異常を判断した時のラマン利得の演算値を外部に通知することを特徴とするラマン増幅器。

（付記１０） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記制御部は、前記伝送路の種類に関する情報が外部から通知されるとき、該伝送路の種類に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定することを特徴とするラマン増幅器。

（付記１１） 付記１〜１０のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御部は、立ち上げ後の運用中に、オンにしている各励起光源を前記安定領域の上限で駆動しても、前記伝送路におけるラマン利得が予め設定した目標値より小さくなる場合に、オフにしている励起光源の少なくとも１つをオンに切り替えて当該出力パワーが徐々に増えるように駆動状態を制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記１２） 付記１〜１０のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御部は、立ち上げ後の運用中に、オンにしている各励起光源を前記安定領域の下限で駆動しても、前記伝送路におけるラマン利得が予め設定した目標値よりも大きくなる場合に、オンにしていた励起光源の少なくとも１つをオフに切り替え、残りのオンの励起光源の出力パワーが徐々に増えるように駆動状態を制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にすることを特徴とするラマン増幅器。

（付記１３） 付記２〜１２のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、オンにする励起光源のうちで、前記オフにする励起光源に対して波長が隣り合う励起光源の波長を、前記オフにする励起光源の波長側にシフトさせることを特徴とするラマン増幅器。

（付記１４） 付記１〜１３のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記ラマン励起光供給部は、前記複数の励起光源から出力される各励起光の波長配置がほぼ等間隔であることを特徴とするラマン増幅器。

（付記１５） 付記１〜１４のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
前記制御部は、前記波長多重信号光にビットレートの異なる信号光が混在するとき、該信号光の波長およびビットレートに対応させて、前記特定したオンの励起光源の出力パワーを制御することを特徴とするラマン増幅器。

（付記１６） 波長の異なる複数の励起光源から出力される励起光を伝送路に供給し、該伝送路を伝搬する波長多重信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器の制御方法であって、
前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、出力波長および出力パワーが時間的に一定になる安定領域で駆動する過程と、
前記伝送路を伝搬した光をモニタして、前記伝送路におけるラマン利得を判断するのに必要な情報を取得する過程と、
該取得した情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を判断する過程と、
該判断結果に基づいて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定する過程と、
該特定したオンの励起光源の駆動状態を制御する過程と、
を含むことを特徴とする制御方法。

（付記１７） 付記１６に記載の制御方法であって、
前記励起光源を駆動する過程は、立ち上げ時に、前記所定数の励起光源を前記安定領域の下限または上限で駆動し、
前記ラマン利得を判断する過程は、前記取得した情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、該ラマン利得の演算値および予め設定した目標値の大小関係を判定し、
前記複数の励起光源のオン／オフを特定する過程は、前記大小関係の判定結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、
前記励起光源の駆動状態を制御する過程は、前記特定したオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にする、ことを特徴とする制御方法。

（付記１８） 付記１７に記載の制御方法であって、
前記励起光源を駆動する過程は、前記複数の励起光源の全てを前記安定領域の下限で駆動し、
前記大小関係を判定する過程は、前記ラマン利得の演算値が前記目標値よりも大きいか否かを判定し、
前記複数の励起光源のオン／オフを特定する過程は、前記ラマン利得の演算値が前記目標値よりも大きいと判定されたとき、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにすることを特徴とする制御方法。

（付記１９） 付記１７に記載の制御方法であって、
前記励起光源を駆動する過程は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにし、残りの励起光源を前記安定領域の上限で駆動し、
前記大小関係を判定する過程は、前記ラマン利得の演算値が前記目標値よりも小さいか否かを判定し、
前記複数の励起光源のオン／オフを特定する過程は、前記ラマン利得の演算値が前記目標値よりも小さいと判定されたとき、前記複数の励起光源の全てをオンにすることを特徴とする制御方法。

１，１’，１”…ラマン増幅器
２…伝送路
３，３’…ＷＤＭ用光増幅器
１０…ラマン励起光供給部
１１−１〜１１−４…励起光源
１１Ａ…レーザー素子
１１Ｂ…波長固定器
１２−１，１２−２…偏波合成器（ＰＢＣ）
１３…励起光合波器
１４…信号光／励起光合波器
１５…導波路型合波器
１５’…スラント型ファイバグレーティングを用いた合波器
２０…モニタ部
２１，２５，４３…分岐器
２２…モニタ回路
２３，３２１…分波器
２４…参照光受信器
２６…光フィルタ（ＦＩＬ）
２７，４４…主信号モニタ
３０…制御部
３１…ラマン利得演算回路
３２…判定回路
３３…制御回路
４０…送信側光回路部
４１…参照光送信器
４２，３１２…合波器
３１１…ＯＳＣ送信器
３２２…ＯＳＣ受信器
Ｌｓ…ＷＤＭ信号光（主信号光）
Ｌｐ…励起光
Ｌｍ…モニタ光
Ｌｒ…利得参照光
Ｌｏｓｃ…監視制御光

Claims (10)

1. 伝送路に励起光を供給し、該伝送路を伝搬する波長多重信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器であって、
   波長の異なる複数の励起光源を有し、該各励起光源から出力される励起光を前記伝送路に供給するラマン励起光供給部と、
   前記伝送路を伝搬した光をモニタして、前記伝送路におけるラマン利得を演算するのに必要な情報を取得するモニタ部と、
   前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、出力波長および出力パワーが時間的に一定になる安定領域で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、該ラマン利得の演算値に基づいて少なくとも前記伝送路の種類を判断し、該判断結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源の駆動状態を制御する制御部と、
   を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
2. 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
   前記制御部は、
   立ち上げ時に、前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、前記安定領域の下限または上限で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算する演算回路と、
   該演算回路におけるラマン利得の演算値および予め設定した目標値の大小関係の判定を行う判定回路と、
   該判定回路における判定結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定し、該特定したオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にする制御回路と、
   を有することを特徴とするラマン増幅器。
3. 請求項２に記載のラマン増幅器であって、
   前記演算回路は、立ち上げ時に、前記複数の励起光源の全てを前記安定領域の下限で駆動した状態において、前記モニタ部で取得される情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算し、
   前記制御回路は、前記演算回路におけるラマン利得の演算値が前記目標値よりも大きいことが前記判定回路において判定されたとき、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにし、残りのオンの励起光源の駆動状態を前記安定領域内で制御して、前記伝送路におけるラマン利得を前記目標値にすることを特徴とするラマン増幅器。
4. 請求項２または３に記載のラマン増幅器であって、
   前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力波長の差が相対的に小さい２つの励起光源のうちの一方をオフにし、他方をオンにすることを特徴とするラマン増幅器。
5. 請求項４に記載のラマン増幅器であって、
   前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力光の偏波状態が異なる励起光源を少なくとも１つずつオンにすることを特徴とするラマン増幅器。
6. 請求項４または５に記載のラマン増幅器であって、
   前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、出力波長が最も長波長側にある励起光源が、オンにする励起光源の中に含まれるようにすることを特徴とするラマン増幅器。
7. 請求項２〜６のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
   前記制御回路は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源をオフにするとき、オンにする励起光源のうちで、前記オフにする励起光源に対して波長が隣り合う励起光源の波長を、前記オフにする励起光源の波長側にシフトさせることを特徴とするラマン増幅器。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
   前記ラマン励起光供給部は、前記複数の励起光源から出力される各励起光の波長配置がほぼ等間隔であることを特徴とするラマン増幅器。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載のラマン増幅器であって、
   前記制御部は、前記波長多重信号光にビットレートの異なる信号光が混在するとき、該信号光の波長およびビットレートに対応させて、前記特定したオンの励起光源の出力パワーを制御することを特徴とするラマン増幅器。
10. 波長の異なる複数の励起光源から出力される励起光を伝送路に供給し、該伝送路を伝搬する波長多重信号光を分布ラマン増幅するラマン増幅器の制御方法であって、
    前記複数の励起光源のうちの所定数の励起光源を、出力波長および出力パワーが時間的に一定になる安定領域で駆動する過程と、
    前記伝送路を伝搬した光をモニタして、前記伝送路におけるラマン利得を演算するのに必要な情報を取得する過程と、
    該取得した情報を用いて前記伝送路におけるラマン利得を演算する過程と、
    該ラマン利得の演算値に基づいて少なくとも前記伝送路の種類を判断し、該判断結果に応じて、前記複数の励起光源のうちでオンにする励起光源とオフにする励起光源とを特定する過程と、
    該特定したオンの励起光源の駆動状態を制御する過程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。

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