JP4806640B2 - 光伝送装置 - Google Patents
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Description
この場合に使用される光増幅器931は、多重化された光信号を一括して増幅するもので、例えば、EDFA(Erbium−doped Fiber Amplifier;エルビウムドープ光ファイバアンプ)などが用いられている。このような光増幅器の制御方法には、2つの方式、光出力一定制御方式と利得一定制御方式があるが、一般的に広く用いられているのが光出力一定制御方式である。
特許文献2では、波長数の増減による利得不足を低減することを目的として、波長数に応じて光増幅器の出力電力を制御する光増幅器が考えられている。
特許文献3には、エルビウム添加ファイバ増幅器の励起電流を直接制御する構成とともに、制御方法のひとつとして、波長数が変化した場合に変化した光信号の光電力をダミー光で供給する構成が記載されている。
特許文献2の技術は、特に波長数が少ない場合に生じ得る、非線形光学効果による信号劣化の問題を解決できない。
またさらに、特に中継地点等に設置される光増幅器が、特定波長の信号のみを取り出したり追加したりする機能を有する構成の場合にも、波長数の増減などによる信号光電力の変動に応じて、容易且つ柔軟に良好な信号電力を維持できる光通信システムの実現を目的とする。
ここで、波長数とは、波長分割多重方式などにより波長ごとに独立にデータ伝送を行うために光ファイバ等で異なる波長の光を同時に伝送する場合の信号光の波長の数である。以下において同様。
から構成されることを特徴とする。
なお、上記の光アドドロップマルチプレクサは、複数設けてもよく、これにより、複数の波長の信号光を取り出したり、複数の波長の信号光を追加したり、ある波長の信号光を取り出すとともに同波長あるいは異なる波長の信号光を追加するように構成することができる。
図1は本実施形態による光伝送システム全体の構成を示したブロック図である。本システムは大別すると、光信号を送信する光送信装置(光伝送装置)10と、光ファイバ等の伝送路および光増幅装置(光伝送装置)31とからなる伝送部30と、光信号を受信する光受信装置50とから成る。本システムは、波長分割多重(WDM;Wavelength Division Multiplexing)方式により、波長数Nの光信号を伝送するものである。なお、波長数Nの構成を図示しているが、波長数は最大でNmaxまで拡張可能である。
光送信装置10において、入力されるN個の電気信号がそれぞれ、N個の電気/光変換器(E/O)11で光信号(波長はλ1,λ2,・・・,λN、それぞれ対応する周波数は、f1,f2,・・・,fN)に変換される。なお、波長λi(i=1,2,・・・,N)と周波数fiとの関係は言うまでもなく、λi=c/fi(cは光速)である。そして、変換された光信号は、各々の波長用の光減衰器13により適切な光電力値へ減衰される。出力光電力は、波長ごとにそれぞれ設定可能となっている。
そして、光合波器16は、各々の光減衰器13と可変光減衰器14とを合波し、多重化された光信号を光伝送部30へ出力する。
まず、波長λctrlは、信号波長λ1〜λNと同一にならないように選択する。さらに、特に、光ファイバ中で発生する非線形光学効果のうち、他の信号に影響する四波混合、相互位相変調、ラマン散乱などの影響を考慮して選択する。
つまり、本システムで使用される光信号周波数(f1,f2,・・・,fN)のうち任意に選択した2周波数をfp、fqとしたとき、fp+fq−fctrlとfp+fctrl−fqのいずれもが本システムで使用される光信号周波数と同一ではない、fctrlを選択する。言い換えると、信号光周波数のうち任意の3つの周波数をfp、fq、frとしたときにfr≠fp+fq−fctrl且つfr≠fp+fctrlfq−fqであるような周波数fctrlを選択して使用する。これにより四波混合の影響を抑えることができる。
つまり、本システムで使用される光信号周波数(f1,f2,・・・,fN)のいずれの周波数からも200GHz以上離れた周波数を、補助用無変調光の周波数fctrlとして選択するようにする。これにより相互位相変調の影響を抑えることができる。
本システムでは、使用される光信号波長(λ1,λ2,・・・,λN)のいずれとも約110nmの間隔にならないように、補助用無変調光λctrlを選択する。つまり、複数の信号光波長のうち任意の波長をλrとしたときにλctrlとλrとの差が約110ナノメートルとならないような波長λctrlを選択して使用する。これにより、ラマン散乱による影響を抑えることができる。
例えば、信号光の波長数をN=10として、前述の「ITU−T 勧告G.694」における50GHz間隔グリッドのうち、周波数193.40THz(テラヘルツ)から192.95THzまでのチャネルを使用する場合、これらの周波数に対応する波長は1550.12nmから1553.73nmまでである。よって、この場合には補助用無変調光の波長としては、1440nm〜1444nmおよび1660nm〜1664nmのあたりを避けるようにする。
以上の点を考慮して、その波長多重光通信システムで使用する光増幅器の対応する波長範囲内で波長λctrlを選ぶ。
光受信装置50では、多重化された光信号を光伝送部30から受信し、これを分波器51でλ1からλNまでのN本の各波長の光信号に分波し、この光信号を光/電気変換器(O/E)52で電気信号に変換する。
つまり、光増幅器出力における1波あたりの光信号の電力Pが、波長数Nによらず常にPth以下(P≦Pth)で可能な限り大きくなるように、補助用無変調光電力を制御すればよい。
図2(a)は、光増幅器出力における波長数Nmax(図2(a)に示す例ではNmax>7の場合)の信号光の波長あたりの電力が同一であり、かつ、非線形しきい値以下(つまり、Pamp_out≦N×Pth)である場合の、光増幅器出力におけるスペクトル例を示す。図2(a)に示す状態では、上記の条件から、波長λctrlの補助用無変調光の出力電力Pamp_ctrlは、式(2)によりPamp_ctrl=0であり、Pthよりも十分に小さい。また、各波長λ1,λ2,・・・,λNmaxの信号光の出力電力Pも、Pthよりも十分に小さい値となる。
従来技術における出力一定制御の光増幅器を用いる場合では、信号光の波長数が少なくなったときに1波あたりの利得が大きくなってしまい、非線形光学効果の影響がでる信号光電力まで増加してしまう可能性があった。このような従来技術と比べると、本実施形態による制御では、格段に良い伝送品質を得ることができる。
図示するように、波長数NをNmaxから減少させていくにつれて、光増幅器の出力一定制御により、Pは増加していく。この領域においては、N×P=Pamp_outであり、また、Pctrl=0である。さらに波長数Nを減少させていくと所定の波長数においてPが光信号しきい値電力Pthに達するが、ここからは式(4)に従った制御によりPctrlが徐々に増加していき、その結果、P=Pthと一定に保たれる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図4は、本実施形態による光伝送システム全体の構成を示すブロック図である。本システムは大別すると、光信号を送信する光送信装置(光伝送装置)110と、光ファイバ等の伝送路および光増幅装置(光伝送装置)131とからなる伝送部130と、光信号を受信する光受信装置150とから成る。本システムは、第1の実施形態と同様に波長分割多重方式により、波長数Nの光信号を伝送するものである。なお、波長数Nの構成を図示しているが、波長数は最大でNmaxまで拡張可能である。
光受信装置150は、受信した光信号を分波する分波器151と、分波された各波長(λ1、λ2、・・・、λN)の光信号を電気信号に変換する複数の光/電気変換器(O/E)152とを含む構成である。
この光増幅装置131は、入力信号光を分岐する分岐器134と、入力される信号光電力を検出する入力検出部(入力電力検出手段)135と、入力信号光の波長数を検出する手段である波数カウンタ(波数カウンタ手段)136と、波長λctrlの補助用無変調光のための光源138と、補助用無変調光を減衰して出力電力を調整するための可変光減衰器(ATT)139と、出力電力を制御するための制御部137と、入力信号光と補助用無変調光とを混合するための混合器(合波手段)140と、光増幅器(増幅手段)141と、所定の波長の光を遮断するフィルタ142とを含む構成である(光源138と制御部137と可変光減衰器139が補助用光出力手段)。
そして、光増幅器141は、出力一定制御の増幅器であり、混合器140からの出力光を増幅する。混合器140からの出力には、各信号光の波長(λ1,λ2,・・・,λN)成分と補助用無変調光の波長λctrlの成分とが含まれているが、光増幅器141は、各波長の電力比をほぼ維持したまま全体の光電力を増幅する。
フィルタ142は、光増幅器141からの出力のうち、波長λctrlの補助光無変調光のみを遮断し、各信号光を透過する。
図5は、そのような、光増幅装置131の変形構成例を示すブロック図である。図5に示す光増幅装置の特徴は、図4のような波長フィルタを設けず、光増幅器141からの出力をそのまま出力する構成としている点である。これにより、波長λctrlが遮断されず、補助用無変調光を含んだ光信号が伝送路に出力される。
また一方、多段の光増幅器それぞれの出力光電力が同一ではない場合には、多段の増幅器の全てを図4の光増幅装置131に置き換えればよい。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図6は、特定の波長の光信号を取り出す中継点用の光増幅装置の機能構成を示すブロック図である。
この第3の実施形態は、光伝送路中のある地点で特定の波長の光信号を取り出す場合であり、図1に示した構成の光送信装置10や光受信装置50の構成を変えずに、光増幅装置31を図6に示す光増幅装置(光伝送装置)231に置き換えるものである。
光増幅装置231は、入力光から特定波長λkのみを取り出す光アドドロップマルチプレクサ(OADM; Optical Add Drop Multiplexer、光分岐挿入装置)245と、入力光から波長λctrlの補助用無変調光を取り出す光アドドロップマルチプレクサ(補助用光分離手段)247と、補助用無変調光を増幅する光増幅器248と、補助用無変調光を可変的に減衰する可変光減衰器239とを含む構成である。また、制御部237が可変光減衰器239を制御する(光増幅器248と制御部237と可変光減衰器239が補助用光出力手段)。
式(7)は、増幅後の1波長あたりの信号光電力がPthとなり、かつ、増幅前の補助用無変調光電力Pctrlと増幅前のN'多重の信号光の総電力POADM_outとの比が、増幅後の補助用無変調電力Pamp_out−N'×Pthと増幅後の一波長あたりの信号光電力がPthとの比に等しい、という条件に基づくものである。
制御部237が上記のように補助用無変調光電力Pctrlを制御することにより、増幅後の1波長あたりの信号光電力が光信号しきい値電力Pthを超えないようにすることができ、非線形光学効果による影響を受けないようにできる。
これらのような構成にすることで、ある特定の波長の光信号を取り出したり、追加したりしても、他の波長や前後の光伝送路へ影響をおよぼすことなく、安定的な運用ができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図7は、特定の波長の光信号を取り出すとともに特定波長の光信号を挿入する中継点用の光増幅装置の機能構成を示すブロック図である。
図7に示す光増幅装置(光伝送装置)331の構成は、図6に示した光増幅装置231構成と類似であるが、光アドドロップマルチプレクサ345において波長λkの信号光を取り出した後に、波長λjの信号光を追加する光アドドロップマルチプレクサ346を設けている。そして、波長λjの信号光が追加された状態の多重光信号が光アドドロップマルチプレクサ(補助用光分離手段)347に入力される。なお、追加される波長λjの信号光電力は、伝送路側から入力される他の波長の信号光電力と、レベルをそろえるようにする。
制御部337は、式(7)を満たすように補助用無変調光電力Pctrlを制御する。
このような構成にすることで、ある特定の波長の光信号を取り出したり、追加したりしても、他の波長や前後の光伝送路へ影響をおよぼすことなく、安定的な運用ができる。
例えば、前述の実施形態では、波長λctrlの補助用無変調光の電力を調整する際に、図1の符号14や図4・図5の符号139の可変光減衰器を用いているが、補助用無変調光の電力の調整は、光源(図1の符号12、図4・図5の符号138)に供給する電流または電圧を制御する方法でも良い。
また、前述の実施形態では、同様に補助用無変調光の電力を調整する際に、図6の符号239、図7の符号339の可変光減衰器を用いているが、代わりに、図6の符号248や図7の符号348の光増幅器の増幅度を制御する方法でも良い。
また、図4・図5の符号140や図6の符号240や図7の符号340の混合器は、波長多重器で置き換えても良い。
11,111 電気/光変換器(E/O)
12 光源
13,113 光減衰器(ATT)
14 可変光減衰器(ATT)
15 制御部
16 光合波器(合波手段)
116 光合波器
30 光伝送部
31,131,231 光増幅装置(光伝送装置)
134,234,334 分岐器
135,235,335 入力検出部(入力電力検出手段)
136,236,336 波数カウンタ(波数カウンタ手段)
137,237,337 制御部
138 光源
139,239,339 可変光減衰器
140,240,340 混合器(合波手段)
141,241,341 光増幅器(増幅手段)
142 波長フィルタ
245,345,346 光アドドロップマルチプレクサ(OADM)
247,347 光アドドロップマルチプレクサ(OADM)(補助用光分離手段)
248,348 光増幅器
50,150 光受信装置
51,151 分波器
52,152 光/電気変換器(O/E)
Claims (5)
- 波長多重された複数の波長の信号光を送出する光伝送装置であって、
前記信号光のいずれの波長とも異なる波長の補助用光を前記信号光の波長数に応じた所定電力で出力する補助用光出力手段と、
複数の前記信号光とともに前記補助用光出力手段から出力される補助用光を合波して出力する合波手段と
前記合波手段から出力される光を増幅する増幅手段と、
を備え、
前記補助用光出力手段は、
入力される光に含まれる信号光と補助用光とを分離する補助用光分離手段と、
前記補助用光分離手段から出力される複数の波長の信号光の電力を検出する入力電力検出手段と、
前記補助用光分離手段から出力される前記信号光の波長数を検出する波数カウンタ手段と、
前記入力電力検出手段が検出した電力と前記波数カウンタ手段が検出した波長数に基づき、前記補助用光分離手段で分離された補助用光が前記信号光の波長数に応じた所定電力になるように制御する制御部と
、を備えることを特徴とする光伝送装置。 - 請求項1に記載の光伝送装置であって、
前記補助用光分離手段の前段に、特定波長の信号光のみを取り出し又は追加する光アドドロップマルチプレクサを設けたことを特徴とする光伝送装置。 - 請求項1または請求項2のいずれかに記載の光伝送装置であって、
前記制御部は、前記増幅手段における所与の増幅器総出力電力と所与の光信号しきい値電力と前記補助用光分離手段から出力される前記信号光の波長数と前記補助用光分離手段から出力される前記信号光の出力電力とに応じて、前記増幅手段における各波長の信号光の出力電力が前記光信号しきい値電力より大きくならないように、前記補助用光の出力電力を制御する
ことを特徴とする光伝送装置。 - 請求項1から3までのいずれかに記載の光伝送装置であって、
前記補助用光の周波数fctrlは、複数の前記信号光の周波数のうち任意の3つの周波数をfp、fq、frとしたときにfr≠fp+fq−fctrl且つfr≠fp+fctrl−fqである周波数fctrlとすることを特徴とする光伝送装置。 - 請求項1から4までのいずれかに記載の光伝送装置であって、
前記補助用光の波長λctrlは、複数の前記信号光の波長のうち任意の波長をλrとしたときにλctrlとλrとの差が略110ナノメートルとならない波長λctrlとすることを特徴とする光伝送装置。
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