JP5305377B2 - ラマン光増幅を用いた光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光アクセス系において、波長多重合分波器（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を用いて、高速光伝送及び柔軟なネットワークを構成するための技術に関し、特に光アクセス系の構成方法のひとつのＷＤＭ−ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に関する。

光アクセス系で、ＷＤＭを用いて、高速光伝送及び柔軟なネットワークを構成するＷＤＭ−ＰＯＮの研究開発が現在世界的に行われている（例えば、非特許文献１参照。）。ＷＤＭ−ＰＯＮでは、光ファイバが光スプリッタで分岐されるＰＯＮトポロジを用い、各加入者側装置に波長を割り当てて伝送するので、局側装置と各加入者側装置との間で高速な或いは長距離の光伝送が可能である。

高速光伝送技術については光中継系で様々な種技術が開発されてきた（例えば、非特許文献２参照。）。そして、光中継系での高速光伝送技術をＷＤＭ−ＰＯＮに適用することも、技術的には可能である。
Ａ．Ｂａｎｅｒｊｅｅ，ｅｔ ａｌ．，"Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＤＭ−ＰＯＮ） ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ａｃｃｅｓｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ"， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｖｏｌ．４，ｎｏ．１１，ｐｐ．７３７−７５８，２００５ Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ，"Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｌｅｃｔｅｄ ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．８，ｎｏ．３，ｐｐ．５４８−５５９，２００２ 特開２００４−２２２３０４号公報

しかしながら、光中継系での高速光伝送技術をＷＤＭ−ＰＯＮに適用すると非常に高価となる。そのため、厳しい経済性を要求される光アクセス系においては、実際に導入することが困難であるという問題が生じる。

また、光アクセス系においては、加入者側装置によっては局側装置との距離が長くなる場合や、光スプリッタでの分岐比が大きくなる場合がある。その場合に、４０Ｇｂｐｓなど高速通信を行うと、信号光の光強度が不足するいわゆるロスバジェットが小さくなるという問題が生じ、２．５Ｇｂｐｓなどで伝送していた光アクセス系の伝送速度が維持できなくなることがある。

そこで、本発明は、ＷＤＭ−ＰＯＮのコストを低減し、信号光の光強度の不足を補うことが可能な光伝送システムの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送システムは、局側装置と、前記局側装置と光ファイバで接続されている複数の加入者側装置と、前記局側装置及び前記複数の加入者側装置の間の信号光を合分波するＷＤＭと、を備え、ＷＤＭ−ＰＯＮトポロジで構成されるラマン光増幅を用いた光伝送システムであって、前記局側装置は、前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号光と同一波長の複数波長の連続光を、前記光ファイバを経由して前記複数の加入者側装置に供給する複数波長の連続光光源と、前記複数波長の連続光光源からの前記複数波長の連続光を励起するポンプ光を、前記光ファイバに供給するポンプ光光源と、を備え、前記複数の加入者側装置は、前記局側装置からの前記連続光を変調して、前記上り信号光として前記局側装置に送出する外部変調器を備え、前記局側装置と前記ＷＤＭの間に、前記局側装置からの前記ポンプ光を反射し、前記複数波長の連続光の増幅を行うと共に前記加入者側装置からの上り信号光の増幅を行う反射フィルタを備えることを特徴とする。

加入者側装置にそれぞれ発振波長の異なる光源が不要であり、加入者側装置が外部変調器を備えていれば双方向光通信が可能になる。また、局側装置からの連続光を局側装置から供給するポンプ光でラマン増幅することで上り信号光の光強度の不足を補うので、加入者側装置ごとでの増幅器が不要になる。ポンプ光の波長や光強度を調整すれば、加入者装置ごとの増幅率も調整できる。そのため、ＷＤＭ−ＰＯＮのコストを低減することができる。
さらに、局側装置の供給する連続光の波長で上り信号光の波長が決定できるので、波長の管理が容易となる。
さらに、下り方向の連続光の増幅だけでなく上り信号の増幅も行うことができる。また、加入者側装置へのポンプ光の入射を防ぐことができるので、通信品質の劣化を防ぐことができる。ポンプ光を光線路の監視に用いることもできる。

本発明に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムでは、前記局側装置は、前記ポンプ光光源を複数備え、前記ポンプ光光源は、それぞれ、前記連続光を励起するポンプ光を前記光ファイバに供給することが好ましい。
複数のポンプ光にて連続光を励起するので、複数のラマン光増幅の利得を合成した増幅特性で連続光を増幅することができる。局側装置と加入者側装置の距離が異なると光損失も異なるが、ラマン光増幅の利得を合成した増幅特性とすることで必要となる利得を調整することができる。

本発明に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムでは、前記局側装置は、前記加入者側装置からの前記上り信号光の強度をモニターし、前記上り信号光の強度が所定の強度になるように、前記ポンプ光光源の供給するポンプ光の波長又は光強度を調整するポンプ光制御部をさらに備えることが好ましい。
ラマン光増幅の利得を可変制御するＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が可能になる。これにより、上り信号光の伝送状態を良好に維持することができる。

本発明によれば、ＷＤＭ−ＰＯＮのコストを低減し、信号光の光強度の不足を補うことが可能な光伝送システムを提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図１は、本実施形態に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムの構成概略図である。本実施形態に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムは、局側装置１１と各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎの間の信号光がＷＤＭ１２で合分波されるＷＤＭ−ＰＯＮトポロジで構成される。ＷＤＭ１２にはＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いることができる。局側装置１１から光ファイバを経由して各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎに波長λ_ｄ１・・・波長λ_ｄＮの下り信号光を送出する。

局側装置１１は、連続光光源と、ポンプ光光源と、を備える。連続光光源は、局側装置１１から光ファイバを経由して各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎに波長λ_ｕ１・・・波長λ_ｕＮの連続光を供給する。この連続光を上り信号用に利用する。さらに、ポンプ光光源は、局側装置１１から光ファイバに連続光の波長の光を励起する波長λ_ｐのポンプ光を送出する。ラマン増幅により連続光の光強度を増幅することで、上り信号光の光強度の不足を補うことができる。

ラマン増幅では、ポンプ光の波長λ_ｐよりも一定波長差の光を増幅する。このため、ポンプ光の波長λ_ｐは、増幅したい上り信号光の波長λ_ｕｉと一定波長差の波長とする。一定波長差は、例えば、石英ファイバであれば周波数表示で約１２ＴＨｚである。

局側装置１１は、ポンプ光光源を複数備えることが好ましい。複数のポンプ光光源からの複数のポンプ光にて連続光を励起すれば、合成した増幅利得で連続光の光強度を増幅できる。例えば、局側装置１１からのポンプ光が波長λ_ｕｉを増幅することのできる２つの波長のポンプ光光源を用いて供給することで、波長λ_ｕｉを合成した利得で増幅することができる。これにより、局側装置１１から各加入者側装置１３−ｉまでの距離が長距離であっても、十分な光強度の上り信号光を加入者側装置１３−ｉに供給することができる。一方、局側装置１１から各加入者側装置１３−ｉまでの距離が短距離であり、連続光を増幅する必要がなければ、波長λ_ｕｉを増幅可能な波長のポンプ光を光ファイバに送出しなくてもよい。

また、ラマン増幅の利得には波長依存性がある。複数のポンプ光光源からの複数のポンプ光の波長を組み合わせることで、各上り信号光の波長に適した増幅特性とすることができる。これにより、各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎの局側装置１１と間の光損失に適した光強度の上り信号光を供給することができる。このように、上り信号光の波長とポンプ光との波長配置により、加入者側装置ごとの増幅特性を調整することができる。

局側装置１１は、加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎからの波長λ_ｕ１・・・波長λ_ｕＮの上り信号光の強度をモニターして所定の強度となるように、局側装置１１から供給するポンプ光の波長λ_ｐや強度を調整するポンプ光制御部をさらに備えることが好ましい。ポンプ光制御部は、加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎからの波長λ_ｕ１・・・波長λ_ｕＮの上り信号光の強度をモニターし、上り信号光の強度が所定の強度になるように、ポンプ光光源の供給するポンプ光の波長又は光強度を調整する。連続光の増幅率を調整することで、上り信号光の光強度を所定の強度にすることができる。

例えば、ポンプ光制御部は、波長λ_ｕｉの上り信号光の光強度が低下したことを検出すると、波長λ_ｕｉの光を励起する波長のポンプ光の光強度を増加させる。このときのポンプ光の波長は、既存のポンプ光の波長と同一であってもよいし、異なる波長であってもよい。既存のポンプ光の波長と同一であれば、ポンプ光強度を増加させる。既存のポンプ光の波長と異なる場合であれば、波長の異なるポンプ光光源を駆動させてもよいし、既存のポンプ光の波長をシフトさせてもよい。既存のポンプ光の波長をシフトさせることで、ポンプ光光源の数を増やすことなく所望の波長λ_ｕｉの光を励起する波長のポンプ光の光強度を増加させることができる。

図２は、加入者側装置のピックアップ図である。図１に示すＮ個の加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎのうちの任意の加入者側装置１３−ｉは、波長フィルタ２１と、光受信器２２と、外部変調器２３を備える。波長フィルタ２１は、波長λ_ｄｉの下り信号光を分波して光受信器２２に出射し、波長λ_ｕｉの連続光を分波して外部変調器２３に出射する。光受信器２２で下り信号を受信する。

なお、本実施形態では各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎに１心の光ファイバを用いて伝送することも可能であり、また２心の光ファイバを用いて伝送することも可能である。１心の光ファイバとすれば、コストを低減することができる。２心の光ファイバとすれば、上り方向と下り方向で異なる光ファイバを用いることができる。波長λ_ｕｉの下り方向の連続光と波長λ_ｕｉの上り信号光の伝送を別の光ファイバとすることで、各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎにおける光結合損失を減少させることができる。

各加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎに２心の光ファイバを用いて伝送する場合、局側装置１１からＷＤＭ１２までは、１心であってもよいし、２心であってもよい。局側装置１１からＷＤＭ１２までが１心であれば、下り方向及び上り方向共に共通のＷＤＭを用いることができる。局側装置１１からＷＤＭ１２までが２心であれば、下り方向と上り方向で異なる光ファイバを使用することができる。波長λ_ｕｉの下り方向の連続光と波長λ_ｕｉの上り信号光の伝送を別の光ファイバとすることで、局側装置１１における光結合損失を減少させることができる。

外部変調器２３は、波長フィルタ２１からの波長λ_ｕｉの連続光を上り信号で変調し、上り信号光として局側装置１１に送出する。外部変調器２３は、例えば、ＬＮ（リチウムナイオベート）変調器、ＬＴ（リチウムタンタレート）変調器などの導波路型変調器や、光吸収半導体変調器などの電界吸収型変調器である。これにより、図１に示す局側装置１１は、加入者側装置１３−ｉからの上り信号を受信することができる。

ポンプ光は加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎでは不要であり、通信機能の障害となる可能性がある。そこで、図１に示す本実施形態に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムでは、局側装置１１とＷＤＭ１２の間に、局側装置１１からのポンプ光を反射する反射フィルタを備えることが好ましい。反射フィルタをさらに備えることで、加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎでの通信機能の障害を防止することができる。また、ラマン増幅が信号光と同一の方向のポンプ光でも逆方向のポンプ光でも増幅されるという性質を利用して、反射フィルタで反射されたポンプ光を上り方向のラマン増幅の利得向上に再度利用することができる。また、ポンプ光の波長を下り信号光の増幅可能な波長とすれば、下り信号光もラマン増幅することが可能である。

反射フィルタは、例えば、ＷＤＭ１２の局側装置１１と接続される伝送用の光ファイバとＷＤＭの間にＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を配置する。ＦＢＧを用いることで、安価に実現できる。ポンプ光の波長の変更や、ポンプ光の数を変更する場合に備えて、反射波長を容易に変更できるものが好ましい。例えば、反射フィルタにＦＢＧ付き光ファイバを用いることが好ましい。

本発明は、高速光伝送及び柔軟なネットワークを構成することができる。特に、光アクセス系の構成方法のひとつのＷＤＭ−ＰＯＮに利用することができる。

本実施形態に係るラマン光増幅を用いた光伝送システムの構成概略図である。 Ｎ個の加入者側装置１３−１・・・１３−Ｎのうちの任意の加入者側装置１３−ｉのピックアップ図である。

符号の説明

１１ 局側装置
１２ ＷＤＭ
１３−１、１３−ｉ、１３−Ｎ 加入者側装置
２１ 波長フィルタ
２２ 光受信器
２３ 外部変調器

Claims (3)

1. 局側装置と、前記局側装置と光ファイバで接続されている複数の加入者側装置と、前記局側装置及び前記複数の加入者側装置の間の信号光を合分波するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）と、を備え、ＷＤＭ−ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）トポロジで構成されるラマン光増幅を用いた光伝送システムであって、
   前記局側装置は、
   前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号光と同一波長の複数波長の連続光を、前記光ファイバを経由して前記複数の加入者側装置に供給する複数波長の連続光光源と、
   前記複数波長の連続光光源からの前記複数波長の連続光を励起するポンプ光を、前記光ファイバに供給するポンプ光光源と、を備え、
   前記複数の加入者側装置は、
   前記局側装置からの前記連続光を変調して、前記上り信号光として前記局側装置に送出する外部変調器を備え、
   前記局側装置と前記ＷＤＭの間に、前記局側装置からの前記ポンプ光を反射し、前記複数波長の連続光の増幅を行うと共に前記加入者側装置からの上り信号光の増幅を行う反射フィルタを備える
   ことを特徴とするラマン光増幅を用いた光伝送システム。
2. 前記局側装置は、前記ポンプ光光源を複数備え、
   前記ポンプ光光源は、それぞれ、前記連続光を励起するポンプ光を前記光ファイバに供給することを特徴とする請求項１に記載のラマン光増幅を用いた光伝送システム。
3. 前記局側装置は、前記加入者側装置からの前記上り信号光の強度をモニターし、前記上り信号光の強度が所定の強度になるように、前記ポンプ光光源の供給するポンプ光の波長又は光強度を調整するポンプ光制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のラマン光増幅を用いた光伝送システム。

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