JP3877942B2

JP3877942B2 - Optical communication system operating method and optical communication system

Info

Publication number: JP3877942B2
Application number: JP2000214301A
Authority: JP
Inventors: バナージーソナリ; クマールスリバスタバアタル; ウィリアムサルホフジェームス; サンヤン
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2001069085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅器に関し、特に、その種の増幅器を利用する光波システム及びネットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、光波通信システムにおいて、伝送経路における損失を補償する目的で信号のレベルをブーストするインライン増幅器として、トランスミッタ強度を増大させる電力増幅器として、及び、レシーバの前段で信号レベルをブーストする前置増幅器として、一般に用いられている。光ファイバで複合信号として伝播させられる相異なった波長の複数個の光チャネルを組み合わせる波長分割多重化（ＷＤＭ）システムにおいては、光増幅器は、全チャネルを同時に増幅できるという性質のために特に有用である。
【０００３】
エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ増幅器は、その利得特性及び光ファイバとの結合の容易さから、現在のＷＤＭ通信システムにおいて広く用いられている。Ｅｒドープファイバ増幅器は、信号チャネルの光強度がデジタルデータの“１”及び“０”を表現するように変調される強度変調デジタル光通信システムに関して特に望ましい。特に、ゆっくりとした利得ダイナミクスが、Ｅｒドープファイバ増幅器がＷＤＭシステムにおける全ての信号チャネルに対して、強度変調済みビットパターンにおけるビット遷移にかかわらず、一定の利得を実現することを可能にする。しかしながら、長距離伝送アプリケーションにおけるその有用性にもかかわらず、Ｅｒドープファイバ増幅器の欠点もよく知られている。例えば、Ｅｒドープファイバ増幅器は高価であり、結果として、都市内光ネットワークなどのアプリケーションに係る最もコスト効率の良い解を提供するものではない。さらに、Ｅｒドープファイバ増幅器は比較的狭い利用可能な帯域しか有さないため、よりチャネル数の多い、かつ、より広い利用可能帯域を有する新たな光ファイバを用いる、新しい長距離システムにおいては、より問題となりうる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
対照的に、半導体光増幅器は比較的安価であり、広い利得帯域を有し、他のデバイスと容易に集積化されうる。しかしながら、半導体光増幅器はいくつかの制限があり、そのため、現在の光通信システムにおけるその利用が制限されている。特に、半導体光増幅器の高速な利得ダイナミクスと非線型利得特性が問題となりうる。例えば、入力強度が変化するに連れて利得が変化し、現時点での通信システムの変調速度に対しては一定ではなく、よって、モード間歪みや飽和誘起クロストーク、すなわち、交差飽和などの問題を引き起こす。
【０００５】
簡潔に述べれば、交差飽和は、一方のチャネルの強度変調が他のチャネルにとって利用可能な利得の変調を引き起こす場合に発生する。例えば、特定のチャネルの利得が、それ自体の強度によるのみならず、システムにおける他のチャネルの強度によっても飽和する、ということである。交差飽和は強度変調システムにおいて特に問題である。なぜなら、チャネル強度が、ビットパターンに依存して、時間と共に変化するからである。それゆえ、あるチャネルの信号利得がビット毎に変化し、その変化が他のチャネルのビットパターンに依存する。この種の利得揺動は検出エラーを引き起こし、全体としてのビットエラーレート性能を劣化させる。
【０００６】
フィードフォワードあるいはフィードバック利得制御ループ、利得クランプ、及びポンピング光注入法などの利得制御方式が、モード間歪みや交差飽和の効果を低減する目的で提案されてきている。例えば、A.Salehによる“非線型性を低減した光増幅器”という表題の米国特許第５，０１７，８８５号（１９９１年５月２１日付け）、Doerrらによる“歪み及びクロストークを低減した多周波数光信号源”という表題の米国特許第５，５７６，８８１号（１９９６年１１月１９日）、Simonらによる“非線型歪みを低減した進行波半導体光増幅器”という表題の論文（Electronics Letters第３０巻第１号（１９９４年１月））、Tiemeijerらによる“１３００ｎｍ利得クランプＭＱＷレーザー増幅器における相互変調歪みの低減”という表題の論文（IEEE Photonics Technology Letters第７巻第３号（１９９５年３月））、及び、Yoshinoらによる“ポンピング光注入による半導体レーザー増幅器の飽和出力強度の改善”という表題の論文（IEEE Photonics Technology Letters第８巻第１号（１９９６年１月））を参照。これらは本発明の参照文献である。種々の欠点がある中でも、この種の利得制御方式は、フィードバックあるいはフィードフォワードループなどの付加回路が必要になるために、システムのコスト及び複雑さを増大させるという大きな欠点を有している。
【０００７】
あるいは、モード間歪みや交差飽和は、光増幅器を小信号領域、すなわち、非飽和領域で動作させることによって低減させられうる。しかしながら、実際のアプリケーションでは、高出力強度及び他の有効性を実現する目的で、光増幅器を飽和領域で動作させることが望ましい。例えば、ＷＤＭシステムは、高ダイナミックレンジ及び高信号帯雑音比に関して必要とされる高出力強度のために、通常飽和領域で動作する。従って、モード間歪みや交差飽和は、飽和領域で動作する光増幅器を有するシステムにおいて、依然として問題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
光増幅器が飽和領域で動作する際に発生する歪み及びクロストークは、本発明の原理に従って、光増幅器への入力強度の変化によって引き起こされる利得変化を受動的に補償することによって、実質的に低減される。より詳細に述べれば、単一あるいは複数個の光増幅器を有するシステムにおいて、トラフィックを担う他の光チャネルに加えて少なくとも一つの光チャネルを供給することによって、受動的利得制御が実現される。この際、付け加えられた光チャネルは、利得変化の大部分を吸収すなわち受容し、一方、トラフィックを担うチャネルはわずかしかその影響を受けない。
【０００９】
光増幅器の利得帯域のピーク利得領域に近接した波長を有する光チャネルは、通常、最も強く利得変化の影響を受け、利得誘起クロストークに最も敏感であるため、前記付加される光チャネルは、本発明の一実施例においては、利得変化が最大であるそのピーク利得領域あるいはそれに近接した波長が割り当てられる。付加される光チャネルの波長及び初期強度を適切に選択することにより、付加される光チャネルの強度は、トラフィックを担うチャネルの強度レベルの変化に応答して上下する。このようにして、付加される光チャネルは、光増幅器への入力強度の変化によって引き起こされる利得変化を補償する“緩衝（リザボワ）”チャネルのように機能する。
【００１０】
本発明の一実施例に従って、対応する波長での複数個の光チャネルを有する波長分割多重化（ＷＤＭ）信号が、ＷＤＭシステムにおける単一あるいは複数個の半導体光増幅器によって増幅される。リザボワチャネルは、第一半導体光増幅器の前に、最大利得変化が生ずる点あるいはその近傍の波長、例えば、通常、半導体光増幅器の利得スペクトルのより短い波長領域、に挿入される。半導体光増幅器への入力強度が変化する、すなわち、入力されるトラフィックを担うを担うＷＤＭ光チャネルの強度レベルが変化すると、半導体光増幅器での利得変化がリザボワチャネルが位置しているところで最大となる。よって、リザボワチャネルが最大の利得変化を受けることになり、結果として、リザボワチャネルを付加しない場合により、トラフィックを担う光チャネルにおける歪み及びクロストークが受動的に補償される。
【００１１】
モード間歪み及び交差飽和の効果が本発明の原理に従って実質的に低減されるため、飽和領域で動作する光増幅器を有するシステムは、従来技術に係る方式と比較して実質的に改善されたビットエラーレートを実現することが可能となる。さらに、従来技術に係る能動的フィードバック及びフィードフォワードなどの方式の代わりに受動的補償が用いられるため、コスト及び複雑さが実質的に低減される。従って、このような解決法は容易に実装されることが可能であり、コストが主要な考慮事項である大都市領域での光ネットワークアプリケーションにおいて特に有効に利用されうる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本明細書において記述される実施例は半導体光増幅器を有する波長分割多重化（ＷＤＭ）システムにおける利用に特に適しており、この例に則して本発明が説明されているが、本発明の原理が他のタイプの光通信システム及び他のタイプの光増幅器と共に用いられうることは当業者には明らかである。例えば、本発明の原理は、単一の光チャネルを有する光通信システムに対して適用可能であり、また、前述された問題を引き起こすような利得ダイナミクスを有する他のタイプの光増幅器を有するシステムに対しても適用可能である。さらに、本発明の実施例が、データがビット“０”及び“１”を用いて伝送されるデジタル通信を参照して記述されているが、本発明の原理が他の符号化及び変調方式に対しても適用可能であることは明らかである。従って、以下に示される実施例は、例示目的であって本発明を限定するものではない。
【００１３】
本発明の原理を理解するための基礎として、ＷＤＭシステムにおける利得関連問題の概観が以下に提供される。よく知られているように、ＷＤＭシステムにおけるインライン増幅に用いられる光増幅器は、ポンピング効率及びシステム的考察より、通常、飽和領域で動作する。飽和領域においては、増幅器の出力強度は、入力強度のある範囲での変化に対して、実質的に固定されたものとなる。結果として、増幅器の利得は入力強度の変化に関して一定ではない。増幅器の出力強度は、レシーバにおける信号帯雑音比が強度変調済み信号によって伝送されたビットパターンの正確な検出を可能にするよう、充分に高く無ければならない。
【００１４】
前述されているように、半導体光増幅器の固有の非線型性は、システム性能を劣化させる可能性がある。詳細に述べれば、半導体光増幅器の非線型特性のために、モード間歪みと飽和誘起クロストーク、すなわち、交差飽和、という二つの非常に重要かつ有害な効果が生ずる。図１は、出力強度、Ｐ_OUT、がモード間歪みの影響を受けている場合の信号チャネルのアイダイアグラムを示している。より詳細に述べれば、強度レベル１０１は“０”ビットに関する定常的な強度レベルを示しており、強度レベル１０２はチャネル内の“１”ビットの定常的な強度レベルを示している。遷移点１０３に示されているように、送信されるビットパターンにおける“０”から“１”への遷移が発生した場合、“１”ビットの強度レベルがある時間期間だけ定常状態値１０２を越えており、増幅された信号における利得揺らぎが発生したことになる。従って、このタイプの非線型歪みは、信号チャネル内の強度変調に依存するものであるが、ビット検出の問題を引き起こし、システムの全体としてのビットエラーレート性能を劣化させる。
【００１５】
図２は、２チャネルシステムにおける信号チャネルの一方のアイダイアグラムである。例示目的のみのために２チャネルシステムが選択されていることに留意されたい。この例では、信号チャネルの出力強度Ｐ_outが、ＷＤＭシステムにおける所謂クロストーク効果である交差飽和を介して、他のチャネルの状態に依存している。詳細に述べれば、一方のチャネルの出力強度Ｐ_outが、システム内の他方のチャネルの強度変調によって影響を受け、互いのチャネルが独立に変調されているために、ランダムに変動してしまう。図示されているように、強度レベル２０１は“０”ビットに対する強度レベルを、強度レベル２０２はチャネル内の“１”ビットに対応する強度範囲をそれぞれ表わしている。特に、チャネル内の“１”ビットの強度レベルが、システム内の他方のチャネルの強度レベルに従って変化している。
【００１６】
例えば、他方のチャネルが“０”ビットを送信する場合には、図２に示されたチャネルのビット“１”の強度レベルは、実質的にシステム内の強度全てを有するようになるために、範囲２０２のより強い方の端点に位置するようになる。同様に、他方のチャネルが“１”ビットを送信する場合には、図２に示されたチャネルにおける“１”ビットの強度レベルは、システム内の総強度が双方のチャネル間で共有されるために、範囲２０２のより弱い方の端点に位置するようになる。結果として、一方のチャネルに対する信号強度が他方のチャネルにおける変調によって誘起された信号利得揺らぎに従って揺らぐため、このタイプの非線型歪みはビット検出の問題を引き起こし、システムの全体としてのビットエラーレート性能を劣化させる。
【００１７】
前述された実例の各々においては、２ｄＢｍという入力強度が用いられた。さらに、図１に示された例においては、１．２５Ｇビット／毎秒というチャネルレートが用いられ、図２に示された例においては、２．５Ｇビット／秒というチャネルレートが用いられた。これらのパラメータは、例示目的で選択されたものである。
【００１８】
エルビウムドープファイバ増幅器を用いるシステムでは、エルビウムドープファイバ増幅器のゆっくりとした利得ダイナミクスが、考えている変調速度に関しては有利である。なぜなら、この増幅器は、光チャネルにおける“１”及び“０”ビット間の遷移に対して“応答しない”からである。結果として、エルビウムドープファイバ増幅器は平均強度しか関知することが無く、よって、信号チャネルに対して一定の利得を供給する。このため、エルビウムドープファイバ増幅器の利得は線型特性を示し、結果として、モード間歪みや交差飽和は重要な問題点ではない。
【００１９】
これに対して、半導体光増幅器の利得ダイナミクスはエルビウムドープファイバ増幅器のそれよりも遙かに高速である。詳細に述べれば、半導体光増幅器の利得は入力強度が変化するに連れて高速に変化し、結果として、その利得は現時点での通信システムの変調速度に関しては一定ではない。よって、半導体光増幅器は非線型特性を示し、前述されているようなモード間歪みや交差飽和を引き起こし、それらが光通信システムにチャネル内で送信されるビットの検出のエラーを引き起こしうる。従って、本発明の発明者は、前述された問題を解決する必要が存在することを認識し、その解決法によって、単一チャネル及びＷＤＭシステムに関して、より効果で帯域が制限されたエルビウムドープファイバ増幅器の代わりに半導体光増幅器がより適した代替手段となりうることを明らかにする。
【００２０】
本発明の原理に従って、受動的な制御技法が提供され、結果として、モード間歪みや交差飽和が存在する場合においても、半導体光増幅器が波長分割多重化システムにおけるインライン増幅器として実効的に用いられうるようになる。より詳細に述べれば、本発明の発明者は、特定の波長を有する光チャネルを“リザボワ（緩衝剤）”としての機能を実行させる目的で用いることによって、半導体光増幅器を利用するＷＤＭシステムにおいて実質的にエラーフリーの伝送が実現されうることを見出した。このリザボワチャネルは、増幅器への入力強度の変化に応答してＷＤＭ信号内の他の光チャネルと光強度を共有する目的で用いられ、そうすることによって、モード間歪みや交差飽和の結果として半導体光増幅器内に発生する利得変化を実効的に制限する。実際、リザボワチャネルは、トラフィックを担う光チャネル間の入力強度の変化、ビットパターン遷移、他のチャネルからのクロストークなどの結果として発生する、前述された利得変化を補償する。結果として、半導体光増幅器内の利得変化は、ＷＤＭ信号におけるトラフィックを担う他のチャネルに対して、より少ない影響のみを有するようになる。
【００２１】
半導体光増幅器の利得特性を簡潔にまとめておくことは、本発明の原理に従った受動補償効果を実現するリザボワチャネルの適切な波長の選択を理解するために役立つと思われる。図３は、代表的な半導体利得媒体に関する、相異なったキャリア密度レベルｎでの利得スペクトル、すなわち、波長の関数としての利得を示している。例示及び説明を簡潔にする目的で、二つの相異なったキャリア密度レベルｎのみが示されており、以下に記述される。図示されているように、半導体光増幅器の真性利得は平坦ではなく、中心波長における利得ピークが存在してその両側で利得が低下する。
【００２２】
より詳細に述べれば、図３は、キャリア密度ｎ₁及びｎ₂（ｎ₁＞ｎ₂）のそれぞれに対応する二つの利得曲線３０１及び３０２を示している。図示されているように、より高いキャリア密度ｎ₁は、より低いキャリア密度ｎ₂に比較して、より高い利得を実現する。一般に、キャリア密度ｎは、ポンピング電流が一定と仮定すると、入力光強度Ｐ_INの変化した場合に変化する。結果として、図３の曲線３０１及び３０２に示されているように、利得形状は入力強度及び利得ダイナミクスに依存して相異なったものとなる。ここでは、入力強度Ｐ_INの揺らぎによって、利得が曲線３０１と３０２との間で変化するものと仮定する。以下に詳細に記述されているように、これらの利得変化Δｇは、信号歪み及びチャネル間すなわち飽和誘起クロストークなどの前述されている問題を生ずる。利得変化は、複数個の隣接する波長チャネル間で入力強度Ｐ_INが通常一定ではないＷＤＭシステムにおいて特に問題である。
【００２３】
図３において、利得変化Δｇ₀及びΔｇ₁は、それぞれ波長λ₀及びλ₁で測定された、利得曲線３０１と３０２との間の利得シフトを表わしている。図３より、利得変化が利得ピーク、すなわち利得曲線の最高点付近でより大きいこと、よってΔｇ₀＞Δｇ₁、が明らかである。さらに、図３は、利得曲線３０１と３０２との間で測定された利得変化が、より長波長側領域よりもより短波長側領域でより大きいことをも示している。すなわち、利得曲線３０１と３０２との間の距離が、利得ピークの左側の波長領域に関して、利得ピークの右側の波長領域よりも大きい。従って、λ₁＞λ₀（すなわち、λ₀がより短い波長でλ₁がより長い波長）であるため、利得変化は、より短く、かつ、利得ピークにより近い波長λ₀に向かって大きくなる。従って、利得飽和は波長依存性を有しており、ここでは利得ピークの周りの波長に関してより強く、利得ピークから離れるに従って漸次弱くなっていく。よって、歪み及び飽和誘起クロストークも波長依存性を有する。
【００２４】
それゆえ、リザボワチャネルの波長は、リザボワチャネルの強度レベルがＷＤＭ信号における単一あるいは複数個の他の波長の強度レベルの変化に応答して変化するように選択される。前述されているように、半導体光増幅器の利得ピーク近傍の波長を有する光チャネル、すなわち、高利得領域は、最も大きい利得変化を被りやすく、利得誘起クロストークに最も敏感である。よって、リザボワチャネルは、利得スペクトルにおける利得変化が最も大きくなる点あるいはその近傍、すなわち利得ピークあるいはその近傍のより短波長領域に位置する場合が最も効果的である、ということを本発明の発明者は見出した。従って、トラフィックを担う光チャネルは、より長波長領域に位置することが望ましい。
【００２５】
図３を参照すると、リザボワチャネルは、大きな利得変化を有する領域あるいはその近傍、例えば波長λ₀、に割り当てられ、トラフィックを担うチャネルは、利得ピークより長い波長を有する領域、例えば波長λ₁より長波長側、に割り当てられる。ここで、他のシステム設計パラメータが波長割り当て選択に影響を与えうることに留意されたい。例えば、トラフィックを担うチャネルが本発明の原理に従って利得ピークの長波長側の領域に配置される一方で、波長割り当ては、チャネルがシステムにおいて必要とされる充分な利得をどこで得られるかにも依存する。ある種のシステムは位置においては、トラフィックを担う光チャネルを高利得領域の近傍の波長に割り当てることが必要な場合もある。このような場合には、例えば、低データレートあるいは伝送距離が短いなど、他のものよりもより品質劣化を許容することが可能な信号に対してのみ、高利得領域の近傍の波長を割り当てることが望ましい。
【００２６】
以下の実施例は、上述された本発明の原理を例示するために実行された実験を記述するものである。一般に、パラメータは都市領域ネットワークを代表するものであるように選択された。しかしながら、種々の配置、デバイス、材料、大きさ、パラメータ、動作条件などは例示目的のみで提供されているものであり、本発明の範疇を制限するものではないことに留意されたい。
【００２７】
より詳細に述べれば、図４は、本発明の原理に従った実験的なシステム配置を示したブロック図である。この配置例及び実験では、波長分割多重化システム４００は、トランスミッタ部４０１、伝送部４２０、及びレシーバ部４５０を有している。トランスミッタ部４０１では、導波路ルータ（マルチプレクサ）４０２が、外部キャビティレーザー（ＥＣＬ）（図示せず）によって供給される、波長１５３４．９５ｎｍから１５５９．３６ｎｍの範囲に位置し、チャネル間隔１００ＧＨｚの３２個の信号チャネル（Ｎ＝３２）を組み合わせる目的で用いられた。全てのチャネルはＬｉＮｂＯ₃変調器４０３によって変調され、その後、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４０４によってデコロレート（decorolate）された。データレートは各チャネル毎に２．５Ｇビット／秒で、２³¹−１の擬似乱数シーケンス（ＰＲＢＳ）が用いられた。偏光セレクタ４０５、エルビウムドープファイバ増幅器４０６、及び光減衰器４０７が、公知の技法及び動作原理に従って、トランスミッタ部４０１に用いられた。
【００２８】
リザボワチャネルは、分布帰還型レーザー（ＤＦＢ）４１０などのレーザー光源及び３ｄＢカップラ４１１などのカップラを用いて、伝送部４２０内の第一半導体光増幅器へ入力される前に追加された。分布帰還型レーザー４１０及び３ｄＢカップラ４１１の利用は例示目的のみであって本発明の範疇を限定するものではないことに留意されたい。よって、光チャネルを送信する他の手段、例えば他の公知のレーザー光源及びカップラなどは当業者には明らかであり、本発明の原理に従うものであることが企図されている。伝送部４２０では、標準的な単一モード伝送ファイバ４２５よりなる三つのスパンの前に、各々対応する半導体光増幅器４２１−４２３が配置されている。利得制御を有さない市販の単一段半導体光増幅器がこの実験に用いられた。他のタイプの半導体光増幅器も、本発明の原理に従って、同様に用いられうる。
【００２９】
半導体光増幅器４２１−４２３の小信号利得は、ポンピング電流が４００ｍＡの際に、およそ２０ｄＢであった。この実験では、各増幅器４２１−４２３が強飽和領域で動作しており、総入力強度がおよそ−３ｄＢｍに維持され、利得は１５ｄＢ（小信号利得よりおよそ５ｄＢ低い）、及び、出力強度はおよそ１２ｄＢｍであった。伝送ファイバスパン４２５は、各々４１から４２ｋｍの間の長さを有しており、スパン当たりおよそ９ｄＢの損失を有していた。可変減衰器４２６がそれぞれ各半導体光増幅器４２１−４２３の後段に配置され、総スパン損失をおよそ１５ｄＢとするようにされた。
【００３０】
レシーバ部４５０においては、エルビウムドープファイバ増幅器４５１が前置増幅器として用いられた。バンドパスフィルタ４５２が、適切な測定、例えばＢＥＲ及びアイ測定に関して、一度に単一のチャネルを選択する目的で用いられた。検出器／レシーバ４５３は、３２個のチャネルでのビット検出のために用いられた。
【００３１】
図５及び６は、図４に示された実験は位置において用いられたリザボワチャネルλ_RとＷＤＭ信号のうちのトラフィックを担う光チャネルλ₁−λ₃₂の波長割り当てを示すグラフである。より詳細に述べれば、伝送部の入力端（すなわち、半導体光増幅器４２１に入力される前）での強度スペクトルが図５に示されており、伝送部の出力端（すなわち、半導体光増幅器４２３から出力された後）での強度スペクトルが図６に示されている。リザボワチャネル５０１は、利得変化を低減する目的で、光増幅器の信号帯域すなわち利得スペクトル内に位置させられている。既に示されているように、最も有効に機能させるためには、リザボワチャネル５０１は、利得変化すなわち利得揺らぎが最大である点あるいはその近傍の利得スペクトル内の波長にに配置されるべきである。特に、半導体光増幅器の利得変化が（図３に示されているように）より短波長側でより大きいため、リザボワチャネル５０１は、信号スペクトルの長波長側ではなく短波長側に位置されるべきである。図５及び６で示された実施例においては、リザボワチャネル５０１の波長はおよそ１５３１．７８ｎｍに選択され、一方、トラフィックを担う光チャネル５０２は、１５３４．９５ｎｍから１５５９．３６ｎｍの波長範囲に配置された。ここで、この波長割り当ては例示目的であって本発明の範疇を制限するものではないことに留意されたい。
【００３２】
以下に詳細に記述されるように、リザボワチャネル５０１の初期強度レベル、すなわち入力強度も重要な考慮事項である。一般に、リザボワチャネル５０１の初期強度レベルはトラフィックを担う光チャネル５０２のそれよりも高くすべきである。なぜなら、リザボワチャネル５０１は、入力強度の変化に従って他の光チャネルと強度を共有することができなければならないからである。リザボワチャネル５０１に関する適切な強度レベルを選択する際には、他の公知のパラメータも考慮する必要があることに留意されたい。例えば、リザボワチャネル５０１の強度レベルがあまりにも高すぎると、他のシステム障害、例えば、誘導ブリルアン（Brillioun）散乱（ＳＢＳ）などの強度依存光学障害が、システム性能を劣化させる可能性がある。さらに、リザボワチャネルを供給することによって、他の光チャネルにおいて利用可能な強度が減少させられるというある程度のトレードオフが存在する。従って、リザボワチャネル５０１の適切な強度レベルは、複数個のパラメータに依存する。図５及び６に示された実施例においては、リザボワチャネル５０１の強度は、その入力において、トラフィックを担う光チャネル５０２のそれよりもおよそ１２ｄＢから１３ｄＢ高い、すなわち、トラフィックを担う光チャネル５０２よりもリザボワチャネル５０１の強度の方がおよそ４バイ大きい。
【００３３】
実際の動作においては、リザボワチャネル５０１は受動補償機構として機能し、このことによってトラフィックを担う光チャネルにおける利得変化が実質的に低減される。より詳細に述べれば、リザボワチャネル５０１の波長及びその強度レベルを増幅器の利得ピーク領域の近傍で適切に選択することによって、光増幅器の入力における強度揺らぎ（例えば、トラフィックを担うチャネルの追加あるいは削除、チャネル内のビットパターンの変化など）に起因する利得変化が抑制される。例えば、増幅器への総入力強度が、例えば予想される値よりも減少する場合には、増幅器内の利得変化の結果として、残存するトラフィックを担うチャネルにおける出力強度が通常揺らぐ（増加する）。しかしながら、本発明に従った方式においては、リザボワチャネル５０１の強度が増加して、他の方式では残存するトラフィックを担うチャネルにおいて発生するはずの強度増加を抑制する。逆に、総入力強度が例えば予想される値よりも増大する場合には、残存するトラフィックを担うチャネルにおける出力強度が通常減少する。しかしながら、本発明に従った方式においては、リザボワチャネル５０１の強度が減少して、残存するトラフィックを担うチャネルの強度は減少しない。従って、リザボワチャネル５０１は、トラフィックを担うチャネルの強度レベルが揺らぐ場合にトラフィックを担うチャネルと強度を共有する、受動補償チャネルである。
【００３４】
本発明の原理に従ったリザボワチャネルの動作をさらに理解するために、各々“０”及び“１”ビットによって強度変調されることが可能な四つのトラフィックを担うチャネルを有する、簡略化されたシステム例を考える。この例においては、入力強度の変化はチャネル内のビットパターンの変化の結果であると仮定する。前述されているように、変化は、チャネルの追加／削除の結果としても起こりうる。
【００３５】
リザボワチャネルが用いられない第一のシナリオにおいては、入力強度の変化は、利得変化の結果として、トラフィックを担うチャネルにおける前述された揺らぎを引き起こす。例えば、全チャネルがビット“１”を担っている場合には、総強度Ｐは各チャネルそれぞれに分配されており、各々のチャネルはＰのおよそ１／４の強度を有している。三つのチャネルが“１”を伝達して一つのチャネルが“０”を伝達する場合には、総強度Ｐはビット“１”を担う三つのチャネル間で分配され、それぞれのチャネルはＰのおよそ１／３の強度を有する。同様に、二つのチャネルが“１”を伝達して二つのチャネルが“０”を伝達する場合には、ビット“１”を担うチャネルはＰのおよそ１／２の強度を有する。最後に、三つのチャネルが“０”を伝達して一つのチャネルが“１”を伝達する場合には、ビット“１”を有する一つのチャネルが全強度Ｐを有することになる。よく知られているように、Ｐの１／２からＰへの揺らぎは３ｄＢの強度変化を表わし、極めて大きいものである。結果として、この場合には、強度変化は非常に大きくなる。
【００３６】
本発明の原理に従って、増幅器の利得スペクトルの利得ピークの近傍にリザボワチャネルを配置することにより、強度変化が実質的に低減される。前述された図４から６に示された配置例においては、リザボワチャネルの初期強度レベルは、トラフィックを担うチャネルよりも４倍大きい、すなわちおよそ１２−１３ｄＢ高い。よって、この例では、リザボワチャネルは、トラフィックを担うチャネル四つ全てを組み合わせたものとほぼ等しい強度を初期には有していることになる。
【００３７】
リザボワチャネルにこの初期強度レベルを与えた場合、トラフィックを担うチャネルの全てがビット“１”を伝達する場合には、総強度Ｐはトラフィックを担うチャネルとリザボワチャネルとの間で分配され、トラフィックを担うチャネルが強度Ｐのおよそ１／８を各々有し、リザボワチャネルが強度Ｐのおよそ１／２（すなわち４倍の強度）を有している。トラフィックを担うチャネルのうちの三つがビット“１”を伝達して一つのチャネルがビット“０”を伝達する場合には、総強度Ｐはトラフィックを担うチャネルのうちの三つとリザボワチャネルとの間で分配され、ビット“１”を伝達するトラフィックを担うチャネルが強度Ｐのおよそ１／７を各々有し、リザボワチャネルが残りの強度を有している。特に、リザボワチャネルの強度レベルは、リザボワチャネルが存在しない場合に強度全体を共有することになる、利用可能なトラフィックを担うチャネルが一つ分少ないことを補償するために上昇する。同様に、トラフィックを担うチャネルのうちの二つがビット“１”を伝達して二つのチャネルがビット“０”を伝達する場合には、総強度Ｐはトラフィックを担うチャネルとリザボワチャネルとの間で分配され、トラフィックを担うチャネルが強度Ｐのおよそ１／６を各々有し、リザボワチャネルが残りの強度を有している。この場合には、リザボワチャネルの強度レベルは、リザボワチャネルが存在しない場合に強度全体を共有することになる、利用可能なトラフィックを担うチャネルが二つ分少ないことを補償するために上昇する。最後に、三つのチャネルがビット“０”を伝達して一つのチャネルがビット“１”を伝達する場合には、ビット“１”を伝達する一つのチャネルは総強度Ｐのおよそ１／５を有しており、リザボワチャネルが残存する強度を有する。この場合には、リザボワチャネルの強度レベルは、リザボワチャネルが存在しない場合に強度全体を共有することになる、利用可能なトラフィックを担うチャネルが三つ分少ないことを補償するために上昇する。
【００３８】
リザボワチャネルを有さない場合と比較すると、リザボワチャネルにおいて強度を共有することによって、トラフィックを担うチャネルにおける強度揺らぎの度合が低減されることが明らかである。特に、リザボワチャネルを有さない場合の揺らぎはより激しく、１から１／２、１／３へという具合である。これに対して、トラフィックを担うチャネルの４倍の強度を有するリザボワチャネルを導入することによって、トラフィックを担うチャネルにおける強度揺らぎがより緩やかに、すなわち、１／５から１／６、１／７へという具合になる。
【００３９】
リザボワチャネルはトラフィックを担うチャネルと共に増幅器の入力に供給されるので、リザボワチャネルは、入力強度の変化に基づいて強度を共有することによって、他の光チャネルにおける強度揺らぎを受動的に補償する。よって、本発明の原理は、従来技術における能動制御方式において用いられているようなあらゆる能動フィードバックあるいはフィードフォワード回路を有さずに適用することが可能である。従って、リザボワチャネルは低コストであって複雑ではなく、しかしながら従来技術に係る配置と比較して、入力強度揺らぎの補償に関しては非常に効率的である。
【００４０】
リザボワチャネルは、無変調であっても、必要とされる付加的な機能を実行する目的で変調されていてもよい。例えば、リザボワチャネルは、強度依存誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）などの光非線型性を補償するといった特定の機能を実行する目的で変調されてもよい。さらに、リザボワチャネルは、システムあるいはシステム内のコンポーネントを管理するための制御情報あるいは監督情報を担うテレメトリチャネルとして用いられることも可能である。変調されたリザボワチャネルの他の用法は当業者には明らかである。
【００４１】
リザボワチャネルを有さない場合と有する場合のシステム性能の比較が図７及び８に示されている。より詳細に述べれば、図７及び８は、代表的なチャネルに係るアイダイアグラムを示している。図７に示されているように、リザボワチャネルを用いない場合には、図８に示されているリザボワチャネルを用いた場合と比較して、明らかに大きな歪みを有している（すなわち、より“目”が閉じている）。図８は、リザボワチャネルを用いた場合に、検出器の地点で全てのチャネルに関して“目”が開いていることを示している。
【００４２】
図４に示された配置例における信号伝送に係るビットエラーレート（ＢＥＲ）測定データが図９に示されている。曲線５５０−５５２の各々は、目安として用いられるように、種々のデータ点を通過するように引かれている。図示されているように、曲線５５２は、図４に示されたシステム４００におけるトランスミッタ部４０１からレシーバ部４５０へ伝達部４２０を通過せずに送出される信号のビットエラーレート性能のベースラインを表わしている。すなわち、曲線５５２は、半導体光増幅器４２１−４２３からのモード間歪みや交差飽和の影響が無い場合のビットエラーレート性能を示している。曲線５５０の近傍に示されている測定点より明らかなように、全３２個のチャネルにおける実質的にエラーフリーな伝送が、リザボワチャネルを用いることによって、およそ１ｄＢから２ｄＢの強度ペナルティで実現されている。リザボワチャネルを用いない場合は、曲線５５１に沿って示されている数個の代表的なチャネルに関して、ペナルティがより大きいことが示されている。曲線５５１は、受信される強度が増加すると、ＢＥＲのさらなる低減がなされないような点にＢＥＲが到達する、という重要な事実を示している。従って、曲線５５０（リザボワチャネル有り）と曲線５５１（リザボワチャネル無し）との比較から、リザボワチャネルを用いることによってＢＥＲ性能が実質的に改善されうることが明らかである。
【００４３】
ここで、前述された議論において、半導体光増幅器が強飽和条件下で動作していることが仮定されている、ということに留意されたい。増幅器がより緩やかな飽和条件あるいは線型領域で動作している場合には、歪み及びクロストークはより少なくなる。
【００４４】
本発明の原理は、飽和条件下で動作させられるカスケード接続された半導体光増幅器を用いたＷＤＭシステムにおいて特に有用である。例えば、カスケード接続された半導体光増幅器を有する多スパンシステムにおいては、強度揺らぎは複数のファクタに依存する。その種のファクタの一例は伝送ファイバの分散であり、相異なった信号チャネルにおけるビットの相対的なシフト、すなわち、相異なったチャネルにおけるビットが相異なった速度で伝播することに起因するビット相互の相対的なシフト、が引き起こされる。分散が少ないシステムに関しては、信号がシステム内を伝播するに連れて、強度揺らぎは減少するはずである。しかしながら、より大きな分散を有するシステムにおいては、相異なった光チャネルにおけるビット間の相対的なシフトが、後段の半導体光増幅器の入力強度におけるさらなる揺らぎを引き起こす可能性がある。公知の分散補償技法に加えて、本発明の原理は、分散関連の強度揺らぎを制御する目的で、この種のカスケード接続増幅器配置においても用いられうる。
【００４５】
特定のアプリケーションに依存して本発明の原理に関連して取り扱われなければならない、半導体光増幅器の他のパラメータが存在する。例えば、半導体光増幅器の雑音指数（例えば、通常６ｄＢ以上）及び出力強度（例えば、通常１５ｄＢｍ以下）は、長距離伝送アプリケーションにおいては、他の補助的技法と共に取り扱われなければならない。さらに、例えば四光波混合、自己位相変調、交差位相変調などのファイバベースのシステムにおける他の非線型効果のいくつかを取り扱うための別の技法も用いられうる。結果として、本発明の原理は、ＷＤＭアプリケーションにおける半導体光増幅器の広範な利用を妨げてきた飽和誘起クロストーク効果を処理する。よって、これらの問題が解決されることによって、本発明の原理は、都市内アプリケーションなどのような、ＷＤＭ伝送における低コスト解を実現するために容易に適用されうる。
【００４６】
既に指摘されているように、リンク制御及びポンピング制御などの種々の利得制御方式がエルビウムドープファイバ増幅器及び他の増幅器並びにレーザーに関して研究されてきている。これらの方式においては、利得あるいは総強度がモニタされ、その情報が制御チャネルあるいはポンピングを能動的に制御する目的で使用される。これらの方式の全ては、本発明の原理に従ったリザボワチャネルを用いる半導体光増幅器ベースのシステムにおいても、依然として利用されうる。例えば、これらの方式におけるモニタリング波長は、（もっとも高感度な位置でモニタする目的で）利得ピーク領域あるいはその近傍に配置されるべきである。同様に、制御チャネルは、Ｐ_OUTを一定に維持するためにリザボワチャネルのＰ_INを効果的に変化させる目的で、利得ピーク領域あるいはその近傍に配置されることが最も効果的である。
【００４７】
さらに、本発明の原理に従うリザボワチャネルによって提供される受動補償は、光増幅システムのビットエラーレート性能を改善するための別の技法を補充することも可能である。例えば、リザボワチャネルは、同時に提出された米国特許出願第０９／２５３，２５９号（Chraplyvy 27-13-15-22-14）に記載されている技法と共に用いられうる。この文献は、それ全体が本発明の参照文献であり、その技法においては、システムの検出スレッショルドレベルが、モード間歪みやクロストークが存在する場合においてもより正確な検出を実現するように調節される。
【００４８】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。例えば、本明細書に記載されている種々の実施例の多くはインライン増幅器アプリケーションを指向したものであるが、本発明の原理は、光増幅器が、単一チャネル光通信システムあるいは波長分割多重化システムにおけるトランスミッタの後段の電力増幅器あるいはレシーバの前段の前置増幅器として用いられた場合にも適用可能である。さらに、本明細書に記載されている本発明に係る方法が、半導体光増幅器のみならず、利得ダイナミクスが他のファクタと組み合わせられて前述された利得に関連した問題を生じうる、他のあらゆるタイプの光増幅器に対しても適用可能である。これらの他のファクタには、例えば、増幅される信号の伝送速度（例えば、高データレート）が含まれる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、光増幅器が飽和領域で動作する際に発生する歪み及びクロストークを低減する方法及びそのシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体光増幅器ベースのシステムにおけるモード間歪みの効果を示すアイダイアグラム。
【図２】半導体光増幅器ベースのシステムにおける交差飽和の効果を示すアイダイアグラム。
【図３】代表的な半導体光増幅器の利得スペクトルを模式的に示すグラフ。
【図４】本発明の原理が適用されたＷＤＭシステムの一実施例を模式的に示すブロック図。
【図５】本発明の原理に従ったシステムでの伝送経路内の第一光増幅器への入力スペクトルにおける信号強度をを信号チャネル及びリザボワ補償チャネルに係る波長の関数として示すグラフ。
【図６】本発明の原理に従ったシステムでの伝送経路内の最終増幅器の出力スペクトルにおける信号強度をを信号チャネル及びリザボワ補償チャネルに係る波長の関数として示すグラフ。
【図７】補償されていない信号を用いるＷＤＭシステムにおける強度分布と交差飽和を示すアイダイアグラム。
【図８】本発明の原理に従って補償された信号を用いるＷＤＭシステムにおける強度分布と交差飽和を示すアイダイアグラム。
【図９】本発明の原理の例示に対応する図４に示されたシステム配置を用いたビットエラーレートの測定例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０１ “０”ビットに対する定常的な強度レベル
１０２ “１”ビットに対する定常的な強度レベル
１０３遷移点
２０１ “０”ビットに対する定常的な強度レベル
２０２ “１”ビットに対する定常的な強度レベル
４００波長分割多重化システム
４０１トランスミッタ部４０１
４０２マルチプレクサ
４０３変調器
４０４分散補償ファイバ
４０５偏光セレクタ
４０６エルビウムドープファイバ増幅器
４０７可変減衰器
４１０分布帰還型レーザー
４１１３ｄＢカップラ
４２０伝送部
４２１、４２２、４２３半導体光増幅器
４２５伝送ファイバスパン
４２６可変減衰器
４５０レシーバ部
４５１エルビウムドープファイバ増幅器
４５２バンドパスフィルタ
４５３レシーバ
５０１リザボワチャネル
５０２トラフィックを担うチャネル
５５０リザボワチャネルを有する場合のビットエラーレート性能
５５１リザボワチャネルを有さない場合のビットエラーレート性能
５５２測定系のベースライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to optical amplifiers, and more particularly to lightwave systems and networks that utilize such amplifiers.
[0002]
[Prior art]
In an optical wave communication system, an optical amplifier is an in-line amplifier that boosts a signal level for the purpose of compensating for a loss in a transmission path, a power amplifier that increases transmitter strength, and a front-end that boosts a signal level in front of a receiver. It is generally used as an amplifier. In wavelength division multiplexing (WDM) systems that combine multiple optical channels of different wavelengths that are propagated as composite signals in optical fibers, optical amplifiers are particularly useful because of the ability to amplify all channels simultaneously. is there.
[0003]
Erbium (Er) doped fiber amplifiers are widely used in current WDM communication systems because of their gain characteristics and ease of coupling with optical fibers. Er-doped fiber amplifiers are particularly desirable for intensity modulated digital optical communication systems where the optical intensity of the signal channel is modulated to represent “1” and “0” of the digital data. In particular, slow gain dynamics allow an Er-doped fiber amplifier to achieve a constant gain for all signal channels in a WDM system, regardless of bit transitions in the intensity modulated bit pattern. However, despite its usefulness in long-distance transmission applications, the disadvantages of Er-doped fiber amplifiers are well known. For example, Er-doped fiber amplifiers are expensive and, as a result, do not provide the most cost-effective solution for applications such as urban optical networks. In addition, because Er-doped fiber amplifiers have only a relatively narrow usable bandwidth, newer long-haul systems using new optical fibers with higher channel counts and wider available bandwidth are more It can be a problem.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In contrast, semiconductor optical amplifiers are relatively inexpensive, have a wide gain band, and can be easily integrated with other devices. However, semiconductor optical amplifiers have some limitations that limit their use in current optical communication systems. In particular, high-speed gain dynamics and nonlinear gain characteristics of semiconductor optical amplifiers can be problematic. For example, the gain changes as the input intensity changes, and is not constant with respect to the modulation speed of the communication system at the present time. Therefore, problems such as inter-mode distortion and saturation-induced crosstalk, that is, cross-saturation are caused. cause.
[0005]
Briefly, cross-saturation occurs when the intensity modulation of one channel causes the modulation of gain available for the other channel. For example, the gain of a particular channel is saturated not only by its own strength, but also by the strength of other channels in the system. Cross saturation is particularly a problem in intensity modulation systems. This is because the channel strength varies with time depending on the bit pattern. Therefore, the signal gain of one channel changes bit by bit, and the change depends on the bit pattern of the other channel. This type of gain swing causes detection errors and degrades the overall bit error rate performance.
[0006]
Gain control schemes such as feedforward or feedback gain control loops, gain clamps, and pumping light injection methods have been proposed for the purpose of reducing the effects of inter-mode distortion and cross-saturation. See, for example, US Pat. No. 5,017,885 (May 21, 1991) entitled “Optical Amplifier with Reduced Nonlinearity” by A. Saleh, Doerr et al., “Multiple with reduced distortion and crosstalk. US Pat. No. 5,576,881 (November 19, 1996) entitled “Frequency Optical Signal Source”, Simon et al. Entitled “A Traveling Wave Semiconductor Optical Amplifier with Reduced Nonlinear Distortion” (Electronics Letters No. 30 (1) (January 1994), Tiemeijer et al. Entitled "Reduction of intermodulation distortion in 1300 nm gain clamped MQW laser amplifier" (IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 7, No. 3, March 1995). )), And Yoshino et al. Entitled "Improvement of saturation output intensity of semiconductor laser amplifier by pumping light injection" (IEEE Photonics Technology Letters Vol. 8) No. 1 (January 1996)). These are the references of the present invention. Among other disadvantages, this type of gain control scheme has the major disadvantage of increasing the cost and complexity of the system due to the need for additional circuitry such as feedback or feedforward loops.
[0007]
Alternatively, intermode distortion and cross-saturation can be reduced by operating the optical amplifier in the small signal region, i.e., the non-saturated region. However, in practical applications, it is desirable to operate the optical amplifier in the saturation region in order to achieve high output intensity and other effectiveness. For example, WDM systems typically operate in the saturation region because of the high output intensity required for high dynamic range and high signal band noise ratio. Therefore, intermode distortion and cross-saturation remain a problem in systems with optical amplifiers operating in the saturation region.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Distortion and crosstalk that occur when an optical amplifier operates in the saturation region is substantially reduced by passively compensating for gain changes caused by changes in input intensity to the optical amplifier in accordance with the principles of the present invention. Is done. More specifically, passive gain control is achieved in systems having single or multiple optical amplifiers by providing at least one optical channel in addition to other optical channels that carry traffic. In this case, the added optical channel absorbs or accepts most of the gain change, while the channel responsible for traffic is only slightly affected.
[0009]
Since an optical channel having a wavelength close to the peak gain region of the gain band of the optical amplifier is usually most strongly affected by gain change and most sensitive to gain-induced crosstalk, the added optical channel is In one embodiment of the invention, the peak gain region where the gain change is maximum or a wavelength close to it is assigned. By appropriately selecting the wavelength and initial intensity of the added optical channel, the intensity of the added optical channel rises and falls in response to changes in the intensity level of the channel carrying the traffic. In this way, the added optical channel functions like a “buffer” channel that compensates for gain changes caused by changes in input intensity to the optical amplifier.
[0010]
In accordance with one embodiment of the present invention, a wavelength division multiplexed (WDM) signal having a plurality of optical channels at corresponding wavelengths is amplified by one or more semiconductor optical amplifiers in a WDM system. The Reservoir channel is inserted before the first semiconductor optical amplifier at a wavelength where the maximum gain change occurs or in the vicinity thereof, for example, usually in a shorter wavelength region of the gain spectrum of the semiconductor optical amplifier. When the input intensity to the semiconductor optical amplifier changes, that is, when the intensity level of the WDM optical channel responsible for incoming traffic changes, the gain change in the semiconductor optical amplifier is maximum at the location where the reservoir channel is located. Become. Therefore, the Reservoir channel is subjected to the maximum gain change, and as a result, when the Reservoir channel is not added, distortion and crosstalk in the optical channel carrying traffic are passively compensated.
[0011]
Since the effects of inter-mode distortion and cross-saturation are substantially reduced in accordance with the principles of the present invention, a system having an optical amplifier operating in the saturation region has a substantially improved bit compared to prior art schemes. An error rate can be realized. In addition, cost and complexity are substantially reduced because passive compensation is used instead of conventional techniques such as active feedback and feedforward. Thus, such a solution can be easily implemented and can be used particularly effectively in optical network applications in metropolitan areas where cost is a major consideration.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiments described herein are particularly suitable for use in a wavelength division multiplexing (WDM) system having a semiconductor optical amplifier, and the present invention will be described with reference to this example. It will be apparent to those skilled in the art that the principle can be used with other types of optical communication systems and other types of optical amplifiers. For example, the principles of the present invention can be applied to an optical communication system having a single optical channel, and in systems having other types of optical amplifiers having gain dynamics that cause the problems described above. It can also be applied to. Further, although embodiments of the present invention have been described with reference to digital communications in which data is transmitted using bits “0” and “1”, the principles of the present invention can be applied to other encoding and modulation schemes. It is clear that this is also applicable. Accordingly, the following examples are for illustrative purposes and do not limit the invention.
[0013]
As a basis for understanding the principles of the present invention, an overview of gain related problems in WDM systems is provided below. As is well known, optical amplifiers used for in-line amplification in WDM systems usually operate in the saturation region due to pumping efficiency and system considerations. In the saturation region, the output intensity of the amplifier is substantially fixed with respect to changes in a certain range of input intensity. As a result, the gain of the amplifier is not constant with respect to changes in input intensity. The output intensity of the amplifier must be high enough so that the signal-to-noise ratio at the receiver allows accurate detection of the bit pattern transmitted by the intensity modulated signal.
[0014]
As previously mentioned, the inherent nonlinearity of semiconductor optical amplifiers can degrade system performance. More specifically, due to the non-linear characteristics of semiconductor optical amplifiers, two very important and detrimental effects occur: inter-mode distortion and saturation induced crosstalk, ie cross saturation. FIG. 1 shows the output intensity, P _OUT , Shows an eye diagram of the signal channel when affected by inter-mode distortion. More specifically, intensity level 101 indicates a steady intensity level for “0” bits, and intensity level 102 indicates a steady intensity level for “1” bits in the channel. As indicated by transition point 103, when a transition from “0” to “1” occurs in the transmitted bit pattern, the intensity level of “1” bit exceeds the steady state value 102 for a certain period of time. As a result, gain fluctuation in the amplified signal occurs. Thus, this type of non-linear distortion, which depends on intensity modulation in the signal channel, causes bit detection problems and degrades the overall bit error rate performance of the system.
[0015]
FIG. 2 is an eye diagram of one of the signal channels in a two channel system. Note that a two-channel system has been selected for illustration purposes only. In this example, the output intensity P of the signal channel _out However, it depends on the state of other channels through cross-saturation, which is the so-called crosstalk effect in WDM systems. Specifically, the output intensity P of one channel _out Is affected by the intensity modulation of the other channel in the system and varies randomly because each channel is modulated independently. As shown, intensity level 201 represents the intensity level for "0" bits and intensity level 202 represents the intensity range corresponding to "1" bits in the channel. In particular, the intensity level of the “1” bit in the channel varies according to the intensity level of the other channel in the system.
[0016]
For example, if the other channel transmits a “0” bit, the intensity level of bit “1” of the channel shown in FIG. 2 will have substantially all the intensity in the system, It comes to be located at the stronger end point of the range 202. Similarly, if the other channel transmits a “1” bit, the strength level of the “1” bit in the channel shown in FIG. 2 is because the total strength in the system is shared between both channels. In addition, it comes to be located at the weaker end point of the range 202. As a result, this type of nonlinear distortion causes bit detection problems because the signal strength for one channel fluctuates according to the signal gain fluctuations induced by modulation in the other channel, resulting in overall bit error rate performance of the system. Deteriorate.
[0017]
In each of the examples described above, an input intensity of 2 dBm was used. Further, in the example shown in FIG. 1, a channel rate of 1.25 Gbit / second was used, and in the example shown in FIG. 2, a channel rate of 2.5 Gbit / second was used. These parameters are selected for illustrative purposes.
[0018]
In systems using erbium-doped fiber amplifiers, the slow gain dynamics of erbium-doped fiber amplifiers are advantageous with respect to the modulation rate considered. This is because the amplifier is “not responsive” to transitions between “1” and “0” bits in the optical channel. As a result, the erbium-doped fiber amplifier only knows the average intensity and thus provides a constant gain for the signal channel. For this reason, the gain of an erbium-doped fiber amplifier exhibits a linear characteristic, and as a result, distortion between modes and cross-saturation are not important problems.
[0019]
In contrast, the gain dynamics of semiconductor optical amplifiers are much faster than that of erbium-doped fiber amplifiers. Specifically, the gain of the semiconductor optical amplifier changes rapidly as the input intensity changes, and as a result, the gain is not constant with respect to the modulation rate of the communication system at the present time. Thus, semiconductor optical amplifiers exhibit non-linear characteristics and can cause inter-mode distortion and cross-saturation as described above, which can cause errors in the detection of bits transmitted in the channel to the optical communication system. Accordingly, the inventor of the present invention recognizes that there is a need to solve the above-described problems, and that solution provides a more effective and band-limited erbium-doped fiber amplifier for single channel and WDM systems. It will be clarified that a semiconductor optical amplifier can be a more suitable alternative instead of.
[0020]
In accordance with the principles of the present invention, a passive control technique is provided so that a semiconductor optical amplifier can be effectively used as an in-line amplifier in a wavelength division multiplexing system even in the presence of inter-mode distortion and cross-saturation. It becomes like this. More specifically, the inventor of the present invention uses an optical channel having a specific wavelength for the purpose of performing a function as a “reservoir (buffering agent)”, thereby enabling a substantial effect in a WDM system using a semiconductor optical amplifier. It was found that error-free transmission can be realized. This Reservoir channel is used to share light intensity with other optical channels in the WDM signal in response to changes in the input intensity to the amplifier, and as a result of intermode distortion and cross-saturation. It effectively limits the gain change that occurs in the semiconductor optical amplifier. In fact, the Reservoir channel compensates for the aforementioned gain changes that occur as a result of input intensity changes between the optical channels that carry the traffic, bit pattern transitions, crosstalk from other channels, and the like. As a result, gain changes in the semiconductor optical amplifier will have less effect on other channels that carry traffic in the WDM signal.
[0021]
A concise summary of the gain characteristics of a semiconductor optical amplifier would help to understand the selection of the appropriate wavelength of the Reservoir channel that achieves a passive compensation effect in accordance with the principles of the present invention. FIG. 3 shows the gain spectrum at different carrier density levels n, ie gain as a function of wavelength, for a typical semiconductor gain medium. Only two different carrier density levels n are shown and are described below for the purpose of simplicity of illustration and description. As shown in the figure, the intrinsic gain of the semiconductor optical amplifier is not flat, and there is a gain peak at the center wavelength, and the gain decreases on both sides thereof.
[0022]
More specifically, FIG. 3 shows the carrier density n ₁ And n ₂ (N ₁ > N ₂ ) Shows two gain curves 301 and 302 corresponding to each of the above. As shown, higher carrier density n ₁ Is the lower carrier density n ₂ Compared to the above, a higher gain is realized. In general, the carrier density n is determined by assuming that the pumping current is constant. _IN It changes when the change. As a result, as shown by curves 301 and 302 in FIG. 3, the gain shape is different depending on the input intensity and gain dynamics. Here, the input intensity P _IN Suppose that the gain changes between curves 301 and 302 due to fluctuations in. As will be described in detail below, these gain changes Δg cause the aforementioned problems such as signal distortion and channel-to-channel or saturation-induced crosstalk. The gain change is caused by the input intensity P between a plurality of adjacent wavelength channels. _IN This is particularly a problem in WDM systems where the is usually not constant.
[0023]
In FIG. 3, the gain change Δg ₀ And Δg ₁ Is the wavelength λ ₀ And λ ₁ Represents the gain shift between the gain curves 301 and 302 measured at. From FIG. 3 it can be seen that the gain change is greater near the peak of the gain peak, ie the gain curve, and thus Δg ₀ > Δg ₁ Is clear. In addition, FIG. 3 also shows that the gain change measured between gain curves 301 and 302 is greater in the shorter wavelength region than in the longer wavelength region. That is, the distance between the gain curves 301 and 302 is greater for the wavelength region to the left of the gain peak than for the wavelength region to the right of the gain peak. Therefore, λ ₁ > Λ ₀ (Ie, λ ₀ Λ at shorter wavelengths ₁ Is a longer wavelength), the gain change is shorter and the wavelength λ closer to the gain peak. ₀ Get bigger towards. Therefore, gain saturation is wavelength dependent, where it is stronger with respect to the wavelength around the gain peak and gradually weakens away from the gain peak. Therefore, distortion and saturation-induced crosstalk also have wavelength dependence.
[0024]
Therefore, the wavelength of the Reservoir channel is selected such that the intensity level of the Reservoir channel changes in response to changes in the intensity level of one or more other wavelengths in the WDM signal. As described above, an optical channel having a wavelength near the gain peak of a semiconductor optical amplifier, that is, a high gain region, is most likely to undergo the largest gain change and is most sensitive to gain-induced crosstalk. Therefore, the Reservoir channel is most effective when it is located at or near the point where the gain change in the gain spectrum becomes the largest or in the vicinity thereof, that is, the gain peak or the shorter wavelength region near the gain peak. Found. Therefore, it is desirable that the optical channel carrying the traffic is located in a longer wavelength region.
[0025]
Referring to FIG. 3, the Reservoir channel is a region having a large gain change or the vicinity thereof, for example, a wavelength λ. ₀ , And the channel responsible for traffic is in the region having a wavelength longer than the gain peak, eg wavelength λ ₁ Assigned to the longer wavelength side. It should be noted here that other system design parameters can affect wavelength assignment selection. For example, the channel responsible for traffic is placed in the long wavelength region of the gain peak according to the principles of the present invention, while the wavelength assignment also depends on where the channel can get sufficient gain as required in the system. To do. Certain systems may need to assign traffic-bearing optical channels to wavelengths in the vicinity of the high gain region at the location. In such cases, assign a wavelength in the vicinity of the high gain region only to signals that can tolerate more quality degradation than others, such as low data rates or short transmission distances. Is desirable.
[0026]
The following examples describe experiments performed to illustrate the principles of the invention described above. In general, the parameters were chosen to be representative of urban area networks. However, it should be noted that various arrangements, devices, materials, sizes, parameters, operating conditions, etc. are provided for illustrative purposes only and do not limit the scope of the invention.
[0027]
More specifically, FIG. 4 is a block diagram illustrating an experimental system arrangement in accordance with the principles of the present invention. In this arrangement example and experiment, the wavelength division multiplexing system 400 includes a transmitter unit 401, a transmission unit 420, and a receiver unit 450. In the transmitter unit 401, there are 32 waveguide routers (multiplexers) 402 that are supplied by an external cavity laser (ECL) (not shown) in a wavelength range of 1534.95 nm to 1559.36 nm and have a channel spacing of 100 GHz. Of signal channels (N = 32). All channels are LiNbO _Three Modulated by modulator 403 and then decorolated by dispersion compensating fiber (DCF) 404. The data rate is 2.5 Gbit / s for each channel, 2 ³¹ A pseudorandom sequence of 1 (PRBS) was used. A polarization selector 405, an erbium-doped fiber amplifier 406, and an optical attenuator 407 were used in the transmitter unit 401 according to known techniques and operating principles.
[0028]
The Reservoir channel was added before being input to the first semiconductor optical amplifier in the transmission unit 420 using a laser light source such as a distributed feedback laser (DFB) 410 and a coupler such as a 3 dB coupler 411. It should be noted that the use of distributed feedback laser 410 and 3 dB coupler 411 is for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention. Thus, other means for transmitting the optical channel, such as other known laser sources and couplers, will be apparent to those skilled in the art and are intended to be in accordance with the principles of the present invention. In the transmission unit 420, corresponding semiconductor optical amplifiers 421 to 423 are arranged in front of three spans made of the standard single mode transmission fiber 425. A commercially available single-stage semiconductor optical amplifier without gain control was used for this experiment. Other types of semiconductor optical amplifiers can be used as well in accordance with the principles of the present invention.
[0029]
The small signal gain of the semiconductor optical amplifiers 421 to 423 was approximately 20 dB when the pumping current was 400 mA. In this experiment, each amplifier 421-423 operates in the strong saturation region, the total input strength is maintained at approximately -3 dBm, the gain is 15 dB (approximately 5 dB lower than the small signal gain), and the output strength is approximately 12 dBm. Met. The transmission fiber spans 425 each had a length between 41 and 42 km and had a loss of approximately 9 dB per span. A variable attenuator 426 is disposed in the subsequent stage of each semiconductor optical amplifier 421-423 so that the total span loss is approximately 15 dB.
[0030]
In the receiver unit 450, an erbium-doped fiber amplifier 451 is used as a preamplifier. A bandpass filter 452 was used to select a single channel at a time for appropriate measurements, such as BER and eye measurements. A detector / receiver 453 was used for bit detection on 32 channels.
[0031]
FIGS. 5 and 6 show that the Reservoir channel λ used in the experiment shown in FIG. _R And the optical channel λ carrying the traffic of the WDM signal ₁ −λ ₃₂ It is a graph which shows wavelength allocation of. More specifically, FIG. 5 shows an intensity spectrum at the input end of the transmission unit (that is, before being input to the semiconductor optical amplifier 421), and the output end of the transmission unit (that is, from the semiconductor optical amplifier 423). The intensity spectrum after output) is shown in FIG. The Reservoir channel 501 is located within the signal band of the optical amplifier, that is, the gain spectrum, for the purpose of reducing the gain change. As already indicated, in order to function most effectively, the Reservoir channel 501 should be placed at a wavelength in the gain spectrum at or near the point where the gain change or gain fluctuation is maximum. . In particular, because the gain change of the semiconductor optical amplifier is larger on the shorter wavelength side (as shown in FIG. 3), the Reservoir channel 501 is located on the shorter wavelength side rather than the longer wavelength side of the signal spectrum. Should. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the wavelength of the Reservoir channel 501 is selected to be approximately 1531.78 nm, while the optical channel 502 responsible for traffic is located in the wavelength range of 1534.95 nm to 1559.36 nm. It was done. It should be noted here that this wavelength assignment is for illustrative purposes and does not limit the scope of the present invention.
[0032]
As will be described in detail below, the initial strength level of the Reservoir channel 501, ie, the input strength, is also an important consideration. In general, the initial intensity level of the Reservoir channel 501 should be higher than that of the optical channel 502 responsible for traffic. This is because the Reservoir channel 501 must be able to share intensity with other optical channels according to changes in input intensity. Note that other known parameters must also be considered when selecting an appropriate intensity level for the Reservoir channel 501. For example, if the intensity level of the Reservoir channel 501 is too high, other system disturbances, such as intensity-dependent optical disturbances such as stimulated Brillioun scattering (SBS), can degrade system performance. In addition, there is some trade-off that by providing a Reservoir channel, the intensity available in other optical channels is reduced. Accordingly, the appropriate intensity level of the Reservoir channel 501 depends on a plurality of parameters. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the strength of the Reservoir channel 501 is approximately 12 dB to 13 dB higher at the input than that of the optical channel 502 that carries the traffic, ie, the optical channel 502 that carries the traffic. However, the strength of the Reservoir channel 501 is about 4 by larger.
[0033]
In actual operation, the Reservoir channel 501 functions as a passive compensation mechanism, which substantially reduces gain changes in the optical channel that carries the traffic. More specifically, by appropriately selecting the wavelength of the Reservoir channel 501 and its intensity level in the vicinity of the gain peak region of the amplifier, intensity fluctuations at the input of the optical amplifier (eg, addition or deletion of channels carrying traffic) ), A change in gain due to a change in the bit pattern in the channel) is suppressed. For example, if the total input strength to the amplifier decreases, for example, below an expected value, the output strength in the channel carrying the remaining traffic will typically fluctuate (increase) as a result of gain changes in the amplifier. However, in the method according to the present invention, the strength of the Reservoir channel 501 increases, and in other methods, the increase in strength that should occur in the channel that carries the remaining traffic is suppressed. Conversely, if the total input strength increases, for example, beyond an expected value, the output strength in the channel carrying the remaining traffic will usually decrease. However, in the system according to the present invention, the strength of the Reservoir channel 501 is reduced, and the strength of the channel carrying the remaining traffic is not reduced. Accordingly, the Reservoir channel 501 is a passive compensation channel that shares the strength with the channel that carries the traffic when the strength level of the channel that carries the traffic fluctuates.
[0034]
To further understand the operation of the Reservoir channel in accordance with the principles of the present invention, a simplified having four traffic-bearing channels each capable of being intensity modulated by “0” and “1” bits. Consider an example system. In this example, it is assumed that the change in input intensity is the result of a change in the bit pattern in the channel. As described above, changes may also occur as a result of channel addition / deletion.
[0035]
In the first scenario where the Reservoir channel is not used, a change in input strength will cause the aforementioned fluctuations in the channel carrying traffic as a result of the gain change. For example, when all the channels carry bit “1”, the total intensity P is distributed to each channel, and each channel has an intensity of about 1/4 of P. If three channels transmit "1" and one channel transmits "0", the total strength P is distributed among the three channels carrying bit "1", each channel being approximately P It has 1/3 strength. Similarly, if two channels transmit “1” and two channels transmit “0”, the channel carrying bit “1” has approximately half the strength of P. Finally, if three channels transmit “0” and one channel transmits “1”, then one channel with bit “1” will have full strength P. As is well known, the fluctuation from 1/2 to P of P represents an intensity change of 3 dB and is extremely large. As a result, in this case, the intensity change is very large.
[0036]
In accordance with the principles of the present invention, placing the Reservoir channel near the gain peak of the gain spectrum of the amplifier substantially reduces the intensity change. In the arrangements shown in FIGS. 4 to 6 described above, the initial strength level of the Reservoir channel is four times greater than the channel responsible for traffic, ie approximately 12-13 dB higher. Thus, in this example, the Reservoir channel initially has approximately the same strength as a combination of all four channels carrying traffic.
[0037]
Given this initial strength level for the Reservoir channel, if all of the channels responsible for traffic carry bit “1”, the total strength P is distributed between the channel responsible for traffic and the Reservoir channel, The channels carrying traffic each have approximately 1/8 of the strength P, and the Reservoir channel has approximately 1/2 of the strength P (ie, 4 times the strength). If three of the channels carrying traffic carry bit “1” and one channel carries bit “0”, then the total strength P is the sum of three of the channels carrying traffic and the Reservoir channel. Channels that are distributed among them and carry traffic carrying bit "1" each have approximately 1/7 of the strength P, and the Reservoir channel has the remaining strength. In particular, the strength level of the Reservoir channel is raised to compensate for the fact that there is one less channel carrying available traffic that will share the overall strength when there is no Reservoir channel. Similarly, if two of the channels carrying traffic carry bit “1” and the two channels carry bit “0”, the total strength P is between the channel carrying the traffic and the reservoir channel. And the channels carrying traffic each have approximately 1/6 of the strength P and the Reservoir channel has the remaining strength. In this case, the strength level of the Reservoir channel is raised to compensate for the fact that there are two fewer channels carrying available traffic that would share the entire strength when there is no Reservoir channel. . Finally, if three channels transmit bit “0” and one channel transmits bit “1”, then one channel transmitting bit “1” has approximately 1/5 of the total strength P. It has the strength that the Reservoir channel remains. In this case, the strength level of the Reservoir channel is raised to compensate for the fact that there are three fewer channels carrying available traffic that would share the entire strength in the absence of the Reservoir channel. .
[0038]
Compared to the case where there is no Reservoir channel, it is clear that sharing the strength in the Reservoir channel reduces the degree of strength fluctuation in the channel carrying the traffic. In particular, the fluctuation without the Reservoir channel is more severe, such as from 1 to 1/2 and 1/3. On the other hand, by introducing a Reservoir channel having a strength four times that of the channel that carries the traffic, the intensity fluctuation in the channel that carries the traffic becomes more gradual, that is, 1/5 to 1/6, 1/7. And so on.
[0039]
Since the Reservoir channel is fed to the amplifier input along with the traffic-bearing channel, the Reservoir channel passively compensates for intensity fluctuations in other optical channels by sharing the intensity based on changes in input intensity. . Thus, the principles of the present invention can be applied without any active feedback or feedforward circuit as used in the active control schemes of the prior art. Therefore, the Reservoir channel is low cost and not complicated, however, it is very efficient in terms of compensation for input intensity fluctuations compared to prior art arrangements.
[0040]
The Reservoir channel may be unmodulated or modulated to perform the required additional functions. For example, the Reservoir channel may be modulated to perform certain functions such as compensating for optical nonlinearities such as intensity dependent stimulated Brillouin scattering (SBS). Furthermore, the Reservoir channel can also be used as a telemetry channel that carries control information or supervisory information for managing the system or components within the system. Other uses of the modulated Reservoir channel will be apparent to those skilled in the art.
[0041]
A comparison of system performance with and without the Reservoir channel is shown in FIGS. More specifically, FIGS. 7 and 8 show eye diagrams for representative channels. As shown in FIG. 7, when the Reservoir channel is not used, there is clearly a large distortion as compared with the case where the Reservoir channel shown in FIG. 8 is used (ie, , More "eyes" are closed). FIG. 8 shows that when the Reservoir channel is used, the “eyes” are open for all channels at the detector point.
[0042]
FIG. 9 shows bit error rate (BER) measurement data related to signal transmission in the arrangement example shown in FIG. Each of the curves 550-552 is drawn through various data points to be used as a guide. As shown, curve 552 represents a baseline of bit error rate performance of a signal sent from transmitter unit 401 to receiver unit 450 without passing through transmission unit 420 in system 400 shown in FIG. ing. That is, the curve 552 shows the bit error rate performance when there is no influence of inter-mode distortion or cross saturation from the semiconductor optical amplifier 421-423. As is evident from the measurement points shown in the vicinity of curve 550, a substantially error-free transmission in all 32 channels is achieved with an intensity penalty of approximately 1 dB to 2 dB by using the Reservoir channel. ing. Without the Reservoir channel, the penalty is shown to be greater for several representative channels shown along curve 551. Curve 551 shows the important fact that as the received strength increases, the BER reaches a point where no further reduction of the BER is made. Thus, from a comparison of curve 550 (with the Reservoir channel) and curve 551 (without the Reservoir channel), it is clear that the BER performance can be substantially improved by using the Reservoir channel.
[0043]
It should be noted here that in the foregoing discussion, it is assumed that the semiconductor optical amplifier is operating under strong saturation conditions. Distortion and crosstalk are less when the amplifier is operating in milder saturation conditions or linear regions.
[0044]
The principles of the present invention are particularly useful in WDM systems using cascaded semiconductor optical amplifiers that are operated under saturation conditions. For example, in a multi-span system with cascaded semiconductor optical amplifiers, intensity fluctuations depend on multiple factors. An example of such a factor is the dispersion of the transmission fiber, the relative shift of the bits in different signal channels, i.e. the bit-to-bit differences caused by the propagation of bits in different channels at different speeds. A relative shift is caused. For systems with low dispersion, intensity fluctuations should decrease as the signal propagates through the system. However, in systems with greater dispersion, the relative shift between bits in different optical channels can cause further fluctuations in the input intensity of subsequent semiconductor optical amplifiers. In addition to known dispersion compensation techniques, the principles of the present invention can also be used in this type of cascaded amplifier arrangement for the purpose of controlling dispersion related intensity fluctuations.
[0045]
There are other parameters of semiconductor optical amplifiers that must be handled in connection with the principles of the present invention, depending on the particular application. For example, the noise figure (eg, typically 6 dB or more) and output intensity (eg, typically 15 dBm or less) of a semiconductor optical amplifier must be handled along with other ancillary techniques in long distance transmission applications. In addition, other techniques for handling some of the other nonlinear effects in fiber-based systems, such as four-wave mixing, self-phase modulation, cross-phase modulation, etc. can also be used. As a result, the principles of the present invention address saturation induced crosstalk effects that have prevented widespread use of semiconductor optical amplifiers in WDM applications. Thus, by solving these problems, the principle of the present invention can be easily applied to realize a low-cost solution in WDM transmission, such as in-city applications.
[0046]
As already pointed out, various gain control schemes such as link control and pumping control have been studied for erbium-doped fiber amplifiers and other amplifiers and lasers. In these schemes, gain or total intensity is monitored and that information is used to actively control the control channel or pumping. All of these schemes can still be utilized in a semiconductor optical amplifier based system using a Reservoir channel according to the principles of the present invention. For example, the monitoring wavelength in these systems should be placed at or near the gain peak region (for the purpose of monitoring at the most sensitive position). Similarly, the control channel is P _OUT Reservoir channel P in order to maintain a constant _IN It is most effective to arrange in the gain peak region or in the vicinity thereof for the purpose of effectively changing.
[0047]
Further, the passive compensation provided by the Reservoir channel according to the principles of the present invention can supplement other techniques for improving the bit error rate performance of an optical amplification system. For example, the Reservoir channel can be used with the techniques described in co-filed US patent application Ser. No. 09 / 253,259 (Chraplyvy 27-13-15-22-14). This document is entirely a reference to the present invention, in which the detection threshold level of the system is adjusted to achieve more accurate detection even in the presence of inter-mode distortion and crosstalk. The
[0048]
The above description relates to one embodiment of the present invention, and various modifications of the present invention can be considered by those skilled in the art, all of which are included in the technical scope of the present invention. The For example, while many of the various embodiments described herein are directed to inline amplifier applications, the principles of the present invention are such that an optical amplifier can be a single channel optical communication system or wavelength division multiplexing system. The present invention can also be applied to a case where it is used as a power amplifier subsequent to a transmitter or a preamplifier preceding a receiver. Furthermore, the method according to the present invention described herein is not limited to semiconductor optical amplifiers, but any other type in which gain dynamics can be combined with other factors to create the aforementioned gain related problems. The present invention can also be applied to other optical amplifiers. These other factors include, for example, the transmission rate of the amplified signal (eg, high data rate).
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a method and a system for reducing distortion and crosstalk generated when an optical amplifier operates in a saturation region are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an eye diagram showing the effect of intermode distortion in a semiconductor optical amplifier based system.
FIG. 2 is an eye diagram showing the effect of cross saturation in a semiconductor optical amplifier based system.
FIG. 3 is a graph schematically showing a gain spectrum of a typical semiconductor optical amplifier.
FIG. 4 is a block diagram schematically showing an embodiment of a WDM system to which the principle of the present invention is applied.
FIG. 5 is a graph showing the signal strength in the input spectrum to the first optical amplifier in the transmission path in a system according to the principles of the present invention as a function of wavelength for the signal channel and the Reservoir compensation channel.
FIG. 6 is a graph showing signal strength in the output spectrum of the final amplifier in the transmission path in a system according to the principles of the present invention as a function of wavelength for the signal channel and the Reservoir compensation channel.
FIG. 7 is an eye diagram showing intensity distribution and cross saturation in a WDM system using uncompensated signals.
FIG. 8 is an eye diagram showing intensity distribution and cross-saturation in a WDM system using signals compensated according to the principles of the present invention.
9 is a graph showing an example of bit error rate measurement using the system arrangement shown in FIG. 4 corresponding to an illustration of the principles of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 Constant intensity level for “0” bits
102 Stationary intensity level for “1” bit
103 Transition point
201 Constant intensity level for “0” bits
202 Steady intensity level for “1” bit
400 wavelength division multiplexing system
401 Transmitter unit 401
402 Multiplexer
403 modulator
404 dispersion compensating fiber
405 Polarization selector
406 Erbium-doped fiber amplifier
407 Variable attenuator
410 Distributed feedback laser
411 3dB coupler
420 Transmitter
421, 422, 423 Semiconductor optical amplifier
425 Transmission fiber span
426 Variable attenuator
450 Receiver
451 Erbium-doped fiber amplifier
452 Bandpass filter
453 receiver
501 Reservoir channel
502 Channel responsible for traffic
550 Bit error rate performance with Reservoir channel
551 Bit error rate performance without Reservoir channel
552 Baseline of measurement system

Claims

A method of amplifying one or more optical signals,
Amplifying the Reservoir optical signal together with one or more optical signals, wherein the intensity level of the Reservoir optical signal changes in response to a change in the intensity level of the one or more optical signals; The Reservoir optical signal is located in the vicinity of the maximum gain change region in the gain spectrum of the optical amplifier and is four times larger than the intensity level of the one or more optical signals so as to reduce disturbances due to gain changes in A method comprising steps having an intensity level.

The method of claim 1 , wherein the optical amplifier comprises a semiconductor optical amplifier.

The method of claim 1, wherein one or more of the optical signals are WDM signals having a plurality of optical channels of respective wavelengths within the gain spectrum of the optical amplifier.

The method of claim 3 , wherein
When the input intensity level of one or more of the plurality of optical channels decreases, the intensity level of the Reservoir optical signal increases to reduce changes in the intensity levels of the other of the plurality of optical channels And
When the input intensity level of one or more of the plurality of optical channels increases, the intensity level of the Reservoir optical signal decreases to reduce changes in the intensity levels of the other of the plurality of optical channels. A method characterized by:

4. The method according to claim 3 , wherein the wavelength of the Reservoir optical signal is positioned on a shorter wavelength side of the gain spectrum relative to wavelengths of the plurality of optical channels in the WDM signal.

In a method of compensating for gain changes in an optical communication system, at least one optical channel having a first wavelength in the gain spectrum of at least one optical amplifier is amplified by the at least one optical amplifier, the method comprising:
Providing a Reservoir optical channel having a second wavelength that is amplified by the at least one optical amplifier, wherein the intensity level of the Reservoir optical channel is responsive to a change in signal strength of the first optical channel. The second wavelength is located in the vicinity of the maximum gain change region in the gain spectrum of the at least one optical amplifier so as to reduce disturbances due to gain changes in the signal of the first optical channel . how to, characterized in that said Rizabowa optical signal has a 4-fold greater initial strength level than the strength level of the first optical signal.

7. The method of claim 6 , wherein the change in intensity level of the Reservoir optical channel passively compensates for gain changes induced by changes in the signal intensity level of the first optical channel.

In a method for compensating for gain variations in a wavelength division multiplexing (WDM) system, a WDM signal having a plurality of optical channels of each wavelength in the gain spectrum is amplified by a plurality of optical amplifiers, the method comprising:
Providing an optical channel of a selected wavelength for amplification by the plurality of optical amplifiers, wherein the selected wavelength is an intensity level of the optical channel of the selected wavelength. A step located in the gain peak region within the gain spectrum to vary in response to a change in intensity level of one or more of them to compensate for a gain change in the amplified WDM signal. Method.

A change in the intensity level of the optical channel of the selected wavelength passively compensates for a gain change induced by a change in intensity level of the one or more of the plurality of optical channels; The method of claim 8 .

In an optical communication system including at least one optical amplifier for amplifying a first optical signal in an optical communication path,
An optical transmitter for transmitting a Reservoir optical signal in the optical communication path, wherein the Reservoir optical signal has an intensity level of the Reservoir optical signal changed in response to a change in the intensity level of the first optical signal; The Reservoir optical signal is positioned in the vicinity of a gain peak region in the gain spectrum of the at least one optical amplifier so as to reduce an obstacle caused by a gain change in the first optical signal , and the Reservoir optical signal is An optical communication system characterized by having an initial intensity level four times greater than the intensity level of the optical signal.

Optical communication system of claim 1 or 10, wherein the change of the intensity level of the Rizabowa light channel is passively compensate for gain variations induced by changes in intensity level of said first optical channel.

Wherein an optical communication system is a wavelength division multiplexing (WDM) system, according to claim 10, wherein the Ru WDM signal der having a plurality of optical channels of said first respective wavelength optical signals within the gain spectrum An optical communication system according to claim 1.