JP2002076482A - 光増幅器,光増幅方法及び光増幅システム - Google Patents
光増幅器,光増幅方法及び光増幅システムInfo
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Abstract
を構成する光増幅器の広帯域化のためのシステム構成に
関する。 【解決手段】光増幅利得帯域幅が異なる光増幅器を複数
組合せるとともに、複数の光増幅利得帯域をカバーする
ラマン増幅器を構成できるように励起光源を複数用いて
ブロック化する。これにより、光増幅器の広帯域化をお
こなうことができる。
Description
一本の光ファイバを伝送する光波長多重(WDM)方式
は、通信システムの一層の大容量化・経済化、および、
柔軟な光ネットワークを実現する有力な手段である。
ネットサービスを支えるバックボーンネットワークの基
幹技術として急速に実用化が進んでいる。
継技術を用いて、中継段において信号光の増幅しながら
長距離伝送を可能としている。光増幅手段としては、希
土類ドープ光ファイバ増幅器(EDFA)やラマン増幅器等が
ある。
幅に使うことが出来るラマン増幅器であり、特に波長分
割多重光の増幅に適するものである。
は、伝送光パワー の上限は伝送路の非線形光学効果に
起因する光波形の劣化やクロストークにより制限され、
また下限は光増幅器から発生する自然放出光等の光雑音
に起因する光SNR(信号対雑音比)の劣化により制限
される。
Mシステムでは、非線型光学効果、及び光SNR制限を
緩和するために、伝送路の損失を補償するために、数十
km程度の間隔で設置する高出力のエルビウムドープフ
ァイバアンプ(EDFA)と併用してラマン増幅器を用いる
技術が有望視されている(1999年電子情報通信学会通信
ソサイエティ大会, 大平他B-10-51 や川上他B-10-54 や
竹田他B-10-99)。
ン増幅器とEDFAの組み合わせることの記載がある
か、伝送を行なう信号光の多重数を増加する場合につい
て検討されていない。
伝送信号帯域を構成する光増幅器に関する発明である。
の広帯域化のための手段である。
り光増幅を行なう第1の光増幅手段と、該第1の光増幅
手段の出力を複数の帯域に分割する帯域手段と、該帯域
分割手段で分割された帯域に対して利得がある複数の第
2光増幅手段を有する。・第2の手段はEDFAの広帯
域化のための手段である。
1の光増幅手段と、該第1波長帯域とは異なる第2の波
長帯域の光を増幅する第2の光増幅手段と、少なくとも
該第1と第2波長帯域の両方の光をラマン増幅するよう
複数の励起光により励起を行なう第3の光増幅手段と、
該第3増幅手段で増幅された光を該第1の波長帯域手段
と第2の波長帯域手段に分離する波長分離手段を設け、
該分離手段の第1波長帯域の光を該第1の光増幅器に入
力されるよう接続し、さらに該分離手段の第2波長帯域
の光を該第2の光増幅器に入力されるよう接続する。 ・第3の手段は複数の励起光によるラマン増幅の利得波
長特性を制御するため手段である。
にラマン利得を発生させる励起光と、該励起光により該
光ファイバ内で発生するラマン利得の波長特性を補正す
るための利得等化器を設ける。 ・第4の手段はラマン増幅媒体より光励起光源への戻り
光防止するため手段である。
にラマン利得を発生させる複数の励起光源と、該複数の
励起光源を合成する第1合成手段と、該光ファイバに該
合成手段からの励起光を入力するための第2合成手段
と、該第1合成手段と該第2合成手段との間に該光ファ
イバから出力された光が該励起光源側に行くことを阻止
する光素子を設ける。 ・第5の手段は光増幅を行なえる波長帯域が決まってい
る光増幅器の増設を容易にするため手段である。
幅する第1光増幅器と、該第1光増幅器の出力光を増幅す
る第2光増幅器を有し、増幅する光の波長帯域が増加し
た場合に該第2光増幅器と異なる波長帯域に利得を有す
る第3光増幅器を第1光増幅器の後段に第2光増幅器と並
列に設け、該第1の光増幅器の励起光を追加して該第3光
増幅器の利得波長帯域増幅するようにする。 ・第6の手段は光増幅を行なえる波長帯域が決まってい
る光増幅器のダイナミックレンジの調整のため手段であ
る。
を行なう第1の光増幅手段と、該第1の光増幅手段の出
力を増幅する第2光増幅手段とを設け、該第1の光増幅
手段は該第2の光増幅手段に入力するパワーを一定に制
御する。 ・第7の手段は伝送路に対応して利得プロファイルを制
御するラマン増幅器の手段である。
接続された光増幅媒体と,該光増幅媒体内で光をラマン
増幅するための複数の励起光源と、該複数の励起光源出
力を該光増幅媒体に結合するための手段とを設け、該伝
送路の条件に対応して該光増幅媒体の利得波長特性を制
御する手段を設ける。
る。図中、1は伝送路、2は制御部、11,12,13,14,15,16,
17,18,19,1Ap1B,1Cは光コネクタ、21,22,23,24,25,26,2
7,28,29,2A,2Bは波長合分波カプラ、31,32,33,34,35は
ビームスプリッタ、41,42,43は光アイソレータ、51,52,
53,54,55,56はファイバグレーティングフィルタ、61,6
2,63は偏光合成カプラ、71,72,73は光減衰器、81,82,8
3,84,85,86は光源、91,92,93,94,95は受光素子、101,10
2はバンドパスフィルタ、81,82,83,84,85,86は励起レー
ザ、601,602,603は励起光源ユニット、121,122はゲイン
イコライザ、400は光素子ブロック、111,112は光増幅ユ
ニット、200は波長特性モニタ部、300はパワーモニタ
部、900はモニタブロックをそれぞれ示す。
1を介して波長合分波カプラ21に接続される。
や分散値が大きい分散補償ファイバDCFやゼロ分散値を
ずらした分散シフトファイバDSFやノンゼロ分散シフト
ファイバNZ-DSFを適用することができる。
め、非線型効果が大きく出るため、ラマン増幅媒体に用
いると集中型の増幅器として構成することも可能であ
る。
多重光(複数の信号光を多重した光)を透過し、励起光を
伝送路1に入力する機能を有している。
ラマン増幅効果が発生して波長多重光の光増幅を行なえ
る。
603から構成される。
ファイバグレーティングフィルタ51,52と偏光合成カプ
ラ61を有している。
るようファイバグレーティングフィルタ51により1429.7
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ61に
入力する。
るようファイバグレーティングフィルタ52により1433.7
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ61に
入力する。
グフィルタ51と52を通過した光の偏光がそれぞれ直交す
るように、偏光合成して波長合分波カプラ24に出力す
る。
ファイバグレーティングフィルタ53,54と偏光合成カプ
ラ62を有している。
るようファイバグレーティングフィルタ53により1454.0
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ62に
入力する。
るようファイバグレーティングフィルタ54により1458.0
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ62に
入力する。
グフィルタ53と54を通過した光の偏光がそれぞれ直交す
るように、偏光合成して波長合分波カプラ25に出力す
る。
ファイバグレーティングフィルタ55,56と偏光合成カプ
ラ63を有している。
るようファイバグレーティングフィルタ55により1484.5
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ63に
入力する。
るようファイバグレーティングフィルタ56により1488.5
nmの光を帰還し外部共振を行ない、偏光合成カプラ63に
入力する。
グフィルタ55と56を通過した光の偏光がそれぞれ直交す
るように、偏光合成して波長合分波カプラ25に出力す
る。
2,83,84,85,86としてレーザダイオードを用いることを
前提として説明したが、伝送路1で目的とする利得波長
特性が得られれば、図の構成に限定されるものではな
い。
3からの光を透過して、励起光源ユニット602からの光を
反射し励起光源ユニット603と602の光を波長多重して波
長合分波カプラ24入力する。
で波長多重された光波長を通過し、励起光源ユニット60
1からの波長の光を反射しすることで、励起光源ユニッ
ト601からの光と波長合分波カプラ25からの光の波長多
重を行なう。
光素子ブロック400に入力される。
と光アイソレータ43と波長合分波カプラ23で構成され
る。
1,602,603の波長多重光の一部を分岐しモニタブロック9
00に入力する。
波カプラ21により反射された光(信号光のクロストーク
分の光の励起光の戻り光)を励起光源ユニット601,602,6
03に入力しないように阻止する。
分波カプラ21により反射されたクロストーク分の波長多
重光のモニタを行なう為に波長多重光成分を反射して励
起光成分を透過し、波長多重光は光コネクタ12より出力
する。
光素子は伝送路1からの光を励起光源ユニットに入力す
ることを防止する効果がある。
27,28,29と光減衰器71,72,73と受光素子91,92,93から構
成されている。
で分岐された励起光の出力のうち励起光源ユット601の
波長に対応する光を反射し、他の光は透過する。
ット601に対応する光さらには波長合分波カプラ27を介
してフィルタリングされ光減衰器73で所定量減衰させた
後に受光素子93で受光される。
ニットの601の出力パワーを制御部2で制御する。
分波カプラ28に入力され励起光源ユニット602の波長に
対応する光を反射し、残りを透過する。
ット602に対応する光さらには波長合分波カプラ29を介
してフィルタリングされ光減衰器72で所定量減衰させた
後に受光素子92で受光される。
ニットの602の出力パワーを制御部2で制御する。波長合
分波カプラ28を透過した光は励起光源ユニット601の波
長に対応する光であり、この光は光減衰器71で所定量減
衰させた後に受光素子91で受光される。
ニットの603の出力パワーを制御部2で制御する。
た励起光パワーの情報を光増幅ユニット111,112に通知
し、光増幅ユニット111,112で監視制御情報と合わせて
利得制御を行なえるようにする。
は第1の波長帯域(例えば1530乃至1560nm)の光を透過し
て、第2の波長帯域(例えば1570乃至1600nm)の光は反射
する波長合分波カプラ22に入力される。
ト111の増幅利得帯域に対応し、第2の波長帯域は後段の
光増幅ユニット111の増幅利得帯域に対応している。
長帯域の光はビームスプリッタ33で一部分離されバンド
パスフィルタ101で波長合分波カプラ22で分けたバンド
の信号光がある波長帯域を選択し、その選択したパワー
を受光素子95で検出する。
長帯域の光はビームスプリッタ32で一部分離し、波長合
分波カプラ2bにより第2の波長帯域を透過した後に、バ
ンドパスフィルタ102で波長合分波カプラ22で分けたバ
ンドの信号光がある波長帯域を選択し、その選択したパ
ワーを受光素子94で検出する。
タ41に入射される。
幅ユニット111からの光が伝送路1に戻ることを防止す
る。
タ42に入射される。
幅ユニット112からの光が伝送路1に戻ることを防止す
る。
ザ121に入力される。
ニットからの励起光により伝送路1で生じる第1の波長帯
域のラマン増幅利得の波長特性歪みを所定の特定のチル
トを有する直線的な特性、または波長依存すること無く
一定の値になるよう利得等化を行なう。
ザ122に入力される。
ニットからの励起光により伝送路1で生じる第2の波長帯
域のラマン増幅利得の波長特性歪みを所定の特定のチル
トを有する直線的な特性、または波長依存すること無く
一定の値になるよう利得等化を行なう。
3,15を介して光増幅ユニット111に入力される。
増幅し、光コネクタ17,19を介して波長合分波カプラ2A
に入力する。
4,16を介して光増幅ユニット112に入力される。
増幅し、光コネクタ18,1Aを介して波長合分波カプラ2A
に入力する。
からの光を反射し光増幅ユニット112からの光を透過す
ることで、光増幅ユニット111と光増幅ユニット112から
の光を波長多重して光コネクタ1Bより出力する。
らの光はビームスプリッタ34,35で分岐され波長特性モ
ニタ200に入力される。
特性が判るようバンド内を所定の帯域に分けて受光素子
で受光して、その結果を制御部2に通知する。制御部2は
励起光モニタ部900と受光素子94,95からなる入力モニタ
部300の情報を基にラマン増幅媒体での出力パワ一定制
御及び波長特性のせいぎょをおこなう。
報によりラマン利得プロファイルを制御し、利得波長特
性を制御する。
起光源ユニット601,602,603の励起光出力レベル及び波
長を制御する。
長帯域をそれぞれ増幅する光増幅器で構成した説明を行
なったが、波長合分波カプラ22が2つ以上の帯域に分割
する構成で有っても手も良い。
波カプラ22と2A間の構成をそれぞれ分離した波長帯域数
に合わせた数で構成すればよい。
幅できる波長帯域は異なるが、システム構成は図2のよ
う共通に構成できる。
イバ(EDF)、111-8, 111-9, 111-10,111-11, 111-12, 11
1-23はビームスプリッタ、111-13,111-14は波長多重カ
プラ、111-3,111-4は自動利得制御回路、111-5は自動出
力制御回路、111-24は制御回路、111-6は可変減衰器、1
11-7は分散補償器、111-15,111-17,111-18,111-20,111-
21,111-22は受光素子、111-16,111-19は励起光源、15,1
6,17,18は光コネクタをそれぞれ示す。
光はビームスプリッタ111-23により分岐される。
光は受光素子111-22にて監視制御信号光oscを検出して
制御回路111-24に検出結果を出力する。
ルビウムドープファイバアンプリファイヤ1(EDFA1)に入
力される。
岐する。
光素子111-15に入力される。
変換され入力モニタ等として自動利得制御回路111-3に
出力される。
光を波長多重する波長多重カプラ111-13を介してエルビ
ウムドープファイバ111-1に入力する。
ビームスプリッタ111-9で分岐され受光素子111-17に入
力する。
に出力モニタ値を出力する。
の入力モニタ値と受光素子111-17の出力モニタ値と制御
回路111-24より監視制御信号光oscにより定めためられ
た所定の利得情報を受けて励起光源111-16のレベルを制
御する。
器111-7を介してエルビウムドープファイバアンプリフ
ァイヤ2(EDFA2)に入力される。
に入力した光を分岐する。
光素子111-15に入力さる。
換され入力モニタ値として自動利得制御回路111-4に入
力される。
光を波長多重する波長多重カプラ111-14を介してエルビ
ウムドープファイバ111-2に入力する。
ビームスプリッタ111-11で分岐され受光素子111-20に入
力する。
に出力モニタ値を出力する。
の入力モニタ値と受光素子111-20の出力モニタ値と制御
回路111-24より監視制御信号光OSCにより定めためられ
た所定の利得情報を受けて励起光源111-19のレベルを制
御する。
対して前方励起を行なっているが、後方励起又は双方向
励起を適用することも可能である。
利得波長特性と各増幅ユニット利得波長特性を示す。
の励起光により伝送路1で生じるラマン利得波長特性を
示す。
ン利得プロファイルを示し、Bは励起光源ユニット602に
より生じるラマン利得プロファイルを示し、Cは励起光
源ユニット603により生じるラマン利得プロファイルを
示し、Fは励起光源ユニット601,602,603の利得特性を合
わせた場合の伝送路1での利得特性を示している。
数の励起光源の波長の光を合成した場合の光パワーのピ
ーク値を示している。
イルを重ねることで、特性Fのように、広い帯域でほぼ
均一なラマン利得を得ることができる。
利得波長特性を示す。
性を示し、Eは光増幅ユニット112で生じる利得波長特性
を示す。
ニット111の利得帯域をカバーするように励起光パワー
を制御し、励起光源ユニット602,603により光増幅ユニ
ット112の利得帯域をカバーするように励起光パワーは
制御されている。
し、その説明を省略する。
ックを2つにして、各励起光源ユニットがもたらすラマ
ン利得帯域が各光増幅の個別の光増幅ユニットの増幅利
得帯域に対応するように構成している。
光源ユニットとし、光源81の波長を1425nm, 光源82の波
長を1440nmにし、励起光源ユニット603を第2の励起光源
ユニットとし、光源85の波長を1465nm, 光源82の波長を
1488nmにすることで光増幅ユニット111と112の増幅利得
帯域をそれぞれの励起光源ユニットで利得を得るように
している。
す。
起光源82の光はλ2に対応しており、励起光源85の光は
λ3に対応しており、励起光源86の光はλ4に対応してい
る。
生じ、λ2によりラマン増幅利得プロファイル2が生じ、
λ3によりラマン増幅利得プロファイル3が生じ、λ4に
よりラマン増幅利得プロファイル4が生じる。
と破線のAのような合成利得プロファイルを得ることが
できる。
されると破線Bのような合成利得プロファイルを得るこ
とができる。
ットの利得波長に対応したラマン増幅利得を得ることが
できる。
み合わせることにより、広帯域なラマン増幅器を実現す
るこができる。
励起光について、単一波長の励起光が、同時に複数の光
増幅ユニットが持つ光増幅波長帯域をラマン増幅しない
様な励起波長で構成している。
可能になる。
帯域と個々の光増幅ユニットの増幅利得帯域を合わせる
ことで、信号光の利用帯域の拡大縮小に応じて、光増幅
ユニットの増設または撤去することができる。
幅ユニットに合わせて、励起光源ユニットも増設または
撤去行なうことができる。
トを低く抑え、必要に応じて増設をすることができる。
帯の励起光源ユニットが故障しても、他の光増幅ユニッ
トの運用に影響を与えることなく故障した励起光源ユニ
ットを交換できる特徴がある。
下に説明する。
ユニット111を用いシステムを運用する。
が増加し増幅帯域の拡大が要求された時、光増幅ユニッ
ト112を波長合分波カプラ22,2A間に設けたコネクタ(図
示せず)により増設すし、励起光源ユニット603を動作さ
せる。
ト111と112に独立に対応しているため光増幅ユニット11
1がインサービスの状態でも帯域拡大することができ
る。
ン増幅用励起光源の一例を示し、図1,図4及び図10乃至
図20,図22,図24のシステム構成の励起光を発生するラマ
ン増幅用励起光源の部分に置き換えることができる。
び偏光依存を無くすため、2つ同じ波長の励起LD を使
用する。
はλ1の波長光出力する2つの励起光源81の出力を偏光面
を直交させて合波する。
は2つの励起光源81に対して同じ波長の光をLDからなる
励起光源81に戻し、LDの後方端面間で外部共振してい
る。
はλ2の波長光出力する2つの励起光源82の出力の偏光面
を直交させて合波する。
は2つの励起光源82に対して同じ波長の光をLDからなる
励起光源82に戻し、LDの後方端面間で外部共振してい
る。
はλ3の波長光出力する2つの励起光源85の出力の偏光面
を直交させて合波する。
は2つの励起光源85に対して同じ波長の光をLDからなる
励起光源85に戻し、LDの後方端面間で外部共振してい
る。
はλ4の波長光出力する2つの励起光源86の出力の偏光面
を直交させて合波する。
は2つの励起光源86に対して同じ波長の光をLDからなる
励起光源86に戻し、LDの後方端面間で外部共振してい
る。
用いて外部共振させるのは、半導体レーザは駆動状態
(駆動電流や環境温度など)によって、発振波長や励起ス
ペクトルが変化するので、これに伴ってラマン利得スペ
クトルも変化してしまう。
に外部共振器(例.ファイバグレイティング)を付けて発
振波長およびスペクトルを固定する。
する際に、半導体レーザの駆動電流を変化させた場合の
中心波長の変動は最大15nm程度にもなり、このためラマ
ン増幅の利得の波長特性も大きく変わってしまう。そこ
で波長固定するための外部共振器が必要になる。
波することで波長多重する。
波することで波長多重する。
を波長多重することで、波長多重された励起光を伝送路
1に送る。
幅ユニット111の帯域に利得をもたらし、励起光源ユニ
ット603の励起光は図1の光増幅ユニット112の帯域に利
得をもたらす。
タ部200,励起光モニタ部900,入力モニタ部300の情報を
個別または組み合わせて励起光の出力,波長, 重心波長
を制御する。
る。
かに異なるようにすることで、励起光により生じるラマ
ン利得の重なりを増加させ、一つの励起光源ユニットの
励起光に生じるラマン利得プロファイルの波長特性を均
一化する。
にし、ラマン増幅の利得プロファイルがほぼ重なる様に
合波する。
依存性を解消すると同時にファイバに入射される励起光
ハ゜ワー を増大させることになる。
れるのは、励起光の偏光と一致す成分のみであるため、
励起光が直線偏光であり、且つ、増幅用ファイバが偏波
保持ファイバでない場合に、信号光と励起光の相対偏光
の変動により利得変動するが、直線偏光の励起光源を偏
光面が直交するように合成することで、変動を回避でき
る。
は、各励起光源の利得プロファイルをほぼ重ならせて、
偏光依存性を解消させる波長間隔であるためである。
いれば)、偏光波依存性の解消と同時に、ラマン増幅帯
域を少しでも広げ利得波長平坦性にも有利になる。
多重する。
波効率を良くするために、波長間隔は6 nm以上とする。
ット601,602の各PBS1,2,3,4からの光を複数の光を一括
して波長多重することができるWDMカプラ8Aを用いて波
長多重する点が相違する。 他の構成及び制御は図6と同
じである。
ット601,602内でPBSを用いずに複数の光を一括して波長
多重することができるWDMカプラ7A,7Bを用いて波長多重
する点が相違する。 他の構成及び制御は図6と同じで
ある。
である。
起光源によりラマン増幅を行なう場合に生じる利得の歪
みを補正するための実施例であり、図1のゲインイコラ
イザ121,122の原理及び変形例の説明である。
いて、ラマン増幅利得プロファイルを複数重ねて、広帯
域なラマン増幅を行う場合に生じる波長に対する利得歪
みを防止するための原理を示す。
のような特性の光を入力する。
り長波長側の光が高い割合になっている。
により偏光を直交して合成し、波長合分波カプラ24で波
長多重して励起光を伝送路1に供給して(b)のようなラマ
ン利得プロファイルを伝送路1内で発生し、波長合分波
カプラ21出力する。
プロファイルは1つの利得ピークを有しており、励起光
源より出力される光の波長の違いによりその利得ピーク
波長が異なる。
ァイルを複数重ねることで、トータルのラマン利得プロ
ファイルは波長に対して凸凹な利得特性が発生する。
るため4つの利得ピークを有している。
ルタ123に入力される。
ザ123は(c)の挿入損失特性を有している。
得プロファイルの凹凸な特性を打ち消して光波長に対し
て直線的な特性を得るための特性を有している。
事で、波長に対して伝送路1で生じるラマン散乱特性お
よび複数の励起光により生じる利得の凹凸を波長に対し
て直線的な(d)の様な特性を得る事ができる。
なる様な特性を示しているが直線的で所定の傾斜が発生
するようフィルタを構成してもよい。
選択しても良いしパワーモニタ部300と波長特性モニタ
部200により検出した値を基に励起光の出力パワーや波
長を制御しても良い。
に光を分岐するためのビームスプリッタの位置は波長合
分波カプラ21以降の位置であれば波長合分波カプラ22の
前段でも、波長合分波カプラ21と2Aの間でも良い。
フィルタや誘電体多層膜フィルタやファブリペローエタ
ロンフィルタ等を用いることができる。
用いることができる。
送路1によるラマン増幅器と1530nm乃至1560nmのEDFA1と
1570nm乃至1600nmのEDFA21とを組み合わせた構成に用い
た場合を示す。
示し、各部の詳細な説明については省略する。
の間にゲインイコライザ123を設けている。
11,112の前段に設け、伝送路1で生じた各光増幅ユニッ
トの利得波長帯域の光パワーをパワーモニタ部300で測
定する。
11,112の後段に設け、各光増幅ユニットの利得波長帯域
の波長特性を波長特性モニタ部200で測定する。
ユニット111,112の後段に設けたが、設ける位置は波長
合分波カプラ21,2Aの間であればどこでも良い。
長帯域に合わせて、モニタしたパワーモニタ300の値と
波長特性モニタ200の値を用いて、光フィルタからなる
ゲインイコライザ123で波長に対して直線的で同じ利得
になる様な特性、又は直線的で所定の傾斜が発生するよ
う制御する。
コライザ123で生じる戻り光をラマン増幅器(伝送路1)側
に行くことを阻止するための光アイソレタ44を設けるこ
とが望ましい。
されたファイバグレーティングフィルタの場合は光アイ
ソレータの構成は必須であるが、戻り光が発生しないフ
ィルタの場合は必要ない。
の波長帯域(光増幅ユニット111,112の利得帯域)を少な
くとも通過する特性を有するものとする。図12は図1と
同様に波長合分波カプラ21,2A間に各光増幅ユニット11
1,112に対応している。
ロックの帯域に対応して、波長合分波カプラ21,2Aの間
に設けた場合を示す。
異なり、各励起光源ユニットはそれぞれ各光増幅ユニッ
トの利得波長帯域に対応して設けている点である。
省略する。
ニット内に設けた場合の例を示す。
一部材を示し、個々の説明は省略する。
ように複数の利得帯域に分割した場合の光増幅ユニット
でもよいし、光増幅利得帯域が広ければ本図の構成その
物の単一の光増幅ユニット113でも良い。
構成のようなEDFを2段にした構造で有って、各EDFAの間
には可変減衰器111-6と、分散補償器111-7と、伝送路1
でのラマン増幅の利得等化を行なうためのゲインイコラ
イザ121又は122又は123を有している。
ンイコライザの特性と同じ、光増幅ユニット111,112の
利得帯域に合わせて、伝送路1にて生じるラマン利得プ
ロファイルの利得歪みを打ち消す特性を有する。
ライザの特性と同じ、伝送路1にて生じるラマン利得プ
ロファイルの利得歪みを打ち消す特性を有する。
ユニットの有する利得帯域に対応したラマン利得プロフ
ァイル歪み分を打ち消すのみならず、光増幅ユニット内
のEDF利得波長特性の補償も行なう損失(利得)波長特性
の値を有するものでも良い。
ユニット内のEDFの間であれば何処に設けても良い。
ユニット内のEDFの間に設ければ一段目のEDFAで光が増
幅されているため、低雑音な構成が可能となる。
幅ユニットの出力を調整するための光可変減衰器111-6
の後段に設けると最も低雑音になる。図14はゲインイコ
ライザの利得等化特性を可変制御することで、利得制御
の範囲を拡大することを可能するための実施例である。
システムを共通に説明するように、利得等化のためのゲ
インイコライザ124,124'124''を3つ書いたが、図11の構
成についてはゲインイコライザ124,図12の構成について
はゲインイコライザ124'図13の構成については124''が
適用される。
ン利得の凸凹をゲインイコライザにより利得等化する
が、直線的な利得特性で波長に対して平坦または所定の
チルトを有する特性となるように、波長特性モニタ部20
0の情報により、制御部2で利得励起光源の出力パワーや
波長を調整している。
小の値となった状態は目的とする直線的な特性や平坦化
や所定のチルトの実現ができない。
インイコライザの124,124'124''の等化特性を変化させ
調整することができる。
送路1の後段にラマン増幅特性を制御するためのゲイン
イコライザ123を設けたが、図15の実施例は伝送路1でラ
マン利得が発生する前の伝送路、または、ラマン利得が
発生している間の伝送路1の位置にゲインイコライザ123
を設けることで、ラマン増幅用光源600により伝送路1で
生じる利得の波長特性を前置補償する。
た光信号は中継器内に入力され光増幅ブロック530で(a)
に示す利得波長特性により増幅される。
ンイソレータ47を介してゲインイコライザ123に入力す
る。
(b)の損失特性を有している。
増幅用励起光源600の複数の励起光波長により生じる凸
凹に歪んだラマン増幅利得プロファイルに増幅された時
に、平坦な特性を得る特性である。
の特性で光アイソレータ47'を介して伝送路1に出力され
る。
ている。
より複数の光波長の励起光を入力することで(e)の様な
ラマン利得プロファイルが発生する。
路の損失特性の傾きと量が同じなる場合は(f)のような
平坦な利得特性が得ることができる。
8,9の波長合分波カプラ21以下の励起光を発生する構成
をそれぞれ用いることができる。
じるラマン増幅利得プロファイルの凸凹の歪みに対し
て、ラマン増幅とEDFAによる光増幅を行なう中継器で、
ラマン増幅を行なう励起光波長をずらすことで、受信機
端で平坦な特性を得る例である。
し、その説明は省略する。
至中継器530-3のラマン増幅用励起光源600はそれぞれ一
つ波長の光を伝送路1-1乃至1-3に励起する場合を示す。
はλ1の光を伝送路1-1に入力することで、(a-1)の特性
を得ることができる。
は中継器530-1の励起波長とは異なるλ2の光を伝送路1-
2に入力する。
性と、伝送路1-2内で生じた利得特性総和により(a-2)の
特性を得ることができる。
は中継器530-1,530-2の励起波長とは異なるλ3の光を伝
送路1-3に入力する。
得特性と、伝送路1-3で生じた利得特性の総和により(a-
3)の特性を得ることができる。
の異なる励起光を伝送路に励起してやることで、受信機
502側に行くにしたがって平均化していることが判る。
至中継器530-3のラマン増幅用励起光源600はそれぞれ複
数の波長の光を中継器ごとに異なる波長となるように伝
送路1-1乃至1-3に励起する場合を示している。
平坦していることが判る。
分波カプラ21以下の励起光を発生する構成をそれぞれ用
いることができると供に、図10乃至図15のフィルタを用
いてラマン利得特性を調整する例と組み合わせて用いる
ことができる。
合の励起光の伝送路からの戻りや、波長合分波カプラ21
での信号光の漏れ光が励起光源側へ進むことを防止する
ための光素子を設ける例を図17乃至図19を用いて説明す
る。
下のラマン増幅励起光源の構成において、波長合分波カ
プラ21と波長合分波カプラ24の間に光アイソレータ43か
らなる光学部材を設けた例である。
ら21への光は透過するが、波長合分波カプラ21から24へ
の光は遮断する。
入力した励起光が散乱等により、励起光源側に戻ること
や、各光デバイスの反射による戻りや、波長合分波カプ
ラ21のクロストークによる信号光が励起光源側に進むこ
とを防止する。
により励起光源に対して個別に光アイソレータを設ける
必要が無く経済的である。
ソレータ43の波長特性を考慮した場合の例を示す。
波長差がある。
長特性の光アイソレータが無い場合は図18のように、光
アイソレータ43を励起波長の光をアイソレートする光ア
イソレータを用い、さらに波長合分波カプラ24の特性で
信号光の波長(長波長側の光)が戻るポート側に信号光波
長を阻止する光アイソレー49を設けることで、波長合分
波カプラ21のクロストークによる信号光が励起光源側に
進むことを防止することができる。
クロストークを波長合分波カプラ23により取り出しモニ
タとして用いることで、波長合分波カプラ21のクロスト
ークによる信号光が励起光源側に進むことを防止する例
である。
反射してモニタポート側に出力する波長特性を有してい
る。
信号光を終端する。
2または光パワーメータ703を接続して信号光の状態を測
定することができる。
光源への光を阻止することで、励起光のレイリー散乱や
信号光の漏れ光や波長合分波カプラのクロストークによ
る戻り光を励起光源に入力させないことで、励起光源の
動作を安定させ劣化を防止する。
3,14,15,16,20,23,24の励起光用光源に用いることがで
きる。
(モードフィールド径や挿入損失),信号光の入力パワー
及び伝送路長等がそれぞれ異なる。
光通信システムに応じて求められる所要の所利得特性が
光通信システム毎に異なる。
うための励起波長やその波長間隔を設定する必要があ
る。
して、伝送路1で生じるラマン利得プロファイルを調整
する場合場合の具体例を光源86の制御より行なう例を示
す。
半導体レーザの動作温度を変化させて、発振波長を可変
にする。
の変化は 0.45 nm/℃程度であり、そこで、例えば動作
温度を10℃変化させて、温度コントロールすることで、
励起光の中心波長を4.5 nm変化させることができ、これ
により、ラマン増幅の利得波長特性を調整できる。
外部共振器用のファイバブラッググレイティングフィル
タ56に温度制御や応力を加えて、発振波長を可変にする
ことも可能である。
56は動作温度の変化による中心波長の変化は 0.01 nm/
℃程度である。
フィルタ56はそれぞれ個別又は組み合わせて波長制御を
行なうことができる。
ィングフィルタ56で波長制御行なう構成しているが、制
御を行なう光源及び外部共振器はどの波長のでも良い
し、全ての波長を含む複数の光源を及び外部共振器の波
長を制御しても良い。
より構成されたラマン増幅器の励起光を発生させる場合
については中心波長が他の励起光波長に比べて長波長側
にある励起光源について、発振波長を可変にできる構成
や制御を適用することが望ましい。
ン散乱効果とラマン利得プロファイルの形状より説明で
きる。
値が異なる一般的な伝送路ファイバ3種の損失波長特性
を示す。
性の差分が大きくなる傾向がある。
ついても、入力条件や伝送路長により、その発生量は異
なるが、この差分についても中心波長帯より最長波長側
が大きくなる傾向がある。
得ピークから短波長側に比べて長波長側は傾斜が急な傾
向があるため、最も長波長側のラマン利得プロファイル
は他の励起光により生じる利得の重なりが少なく、単一
波長によるラマン増幅となり、複数波長による利得波長
特性の調整自由度が少なくなる可能性がある。
ることで最も効果的に利得条件を生業することができ、
異なるシステム条件に対応できる光増幅器を構成でき
る。
光の波長調整を併用することで、さらにシステム条件の
変化に対して柔軟に対応できるラマン増幅器を実現する
ことができる。
ト内の励起光ハ゜ワー の調整をユニット内の長波長側の励
起光源を用いて行なう例を示す。
波長に分割して構成して、該各励起光ハ゜ワーの比を変化さ
せることで、発振波長の重心波長を可変をさらに容易に
できる。
振器用のファイバブラッググレイティングを備えて、発
振波長を固定にして行うと制御性が向上する。
行い、その結果をEDFAからなる光増幅ユニットで光増幅
を行なう場合のラマン増幅の利得制御について説明をす
る。
はEDFAの入力側に備える構成では主信号系の一部を分岐
して出力光をパワーモニタ300と波長特性モニタ200でモ
ニタして、制御回路2により複数波長の各励起光パワー
の調整を行なうことにより、以下の制御が可能である。 (1) 制御部2は伝送路1で生じたラマン散乱効果による
信号光の波長特性を平坦化するように制御する。
るには、励起光発生手段の励起波長について短波長側の
励起光パワーをより多く提供できる様にする。
数を増やしたり、長波長側より高い光出力が可能な光源
を適用する構成にし、パワーモニタ300と波長特性モニ
タ200の結果をもとに、ラマン増幅および光増幅器の利
得値や利得波長特性に対応して、制御を行なうことで、
光増幅ユニットへ波長平坦性の優れた入力光を提供でき
る。 (2) 制御部1は光増幅器ユニット111,112,113のEDFAに
入力する光がEDFAの入力ダイナミックレンジの上限値以
下で一定の値になるように制御する。
入力ダイナミックレンジを超える大きな光パワーが入力
すると光増幅の雑音特性が劣化する。
入力ダイナミックレンジを超えない範囲でラマン増幅を
生じさせることが光通信システムの伝送特性を良好に保
つ要素になる。
一定制御を行なう場合ラマン増幅により入力光を所定の
レベルに一定にすることで、実質的にSNの良い状態でダ
イナミックレンジを拡大したことになる。
は、利得一定制御や出力一定制御、もしくは両方の制御
をかけて運用する。
通信システムの伝送特性を向上することができる。 (3) 制御部2は伝送路1で生じるラマン増幅の利得を調
整し、EDFAを用いた光増幅ユニットへの入力光が常に一
定になるように様に制御する。
なった時の構成の1例である。
し、その説明を省略する。
るため、利得一定制御を行っている。
が変化した場合にEDFA出力も変化する事を防止するた
め、図2,13のように、光可変減衰器111-6により光増幅
ユニット111,112,113の出力が出力一定制御になるよう
制御を行なっている。
タ部200のモニタ結果により、伝送路1のラマン増幅によ
りEDFAへの入力する一定にすることで、EDFAの利得一定
制御のみで、EDFAの出力を一定にできるため、光可変減
衰器を不要にできる。
構成例である。
幅ユニット内に設けている分散補償器を設けた場合を示
す。
11-7の前段に配置し、光増幅器ユニット111または112ま
たは113の前段に分散補償器を111-7を配置する。
出力光をモニタして、分散補償ファイバの入力光のトー
タルパワーが所定値になるように制御する。
所定以上になると、非線形の影響により信号光の伝送特
性が劣化してしまうためである。
Bm/ch以上になると非線形の影響が出る。
過ぎると、信号光が雑音光に埋もれてしまい、S/Nが悪
くなり伝送特性が劣化する。
影響がない上限値の入力パワーになる様に制御する。
する様にも各励起波長の励起光ハ゜ワーの発生状態(重心波
長や励起光ハ゜ワー )を調整して制御する。
制御することで、システム毎に応じて変化する所要特性
(ラマン増幅および光増幅器の利得値や利得波長特性,分
散補償値)に対応して、単一品種のラマン増幅器および
光増幅器で所要特性を保持できるとともに、EDFAのダイ
ナミックレンジの拡大や調整、及びEDFAの持つ利得特性
を補償することができる。
域に対応して設け、各励起光源の出力値を制御すること
で、EDFAを広帯域化、複数の励起光によるラマン増
幅の利得波長特性の補償、ラマン増幅媒体より光励起光
源への戻り光を防止、光増幅を行なえる波長帯域が決ま
っている光増幅器の増設の容易化、光増幅を行なえる波
長帯域が決まっている光増幅器のダイナミックレンジの
調整、伝送条件が異なるシステム(伝送路長、伝送路損
失、入力パワー、信号数等)に対応して利得プロファイ
ルを制御することができる。
ムスプリッタ、 111-13,111-14は波長多重カプラ 111-3,111-4は自動利得制御回路 111-5は自動出力制御回路 111-24は制御回路 111-6は可変減衰器 111-7は分散補償器 111-15,111-17,111-18,111-20,111-21,111-22は受光素
子 111-16,111-19は励起光源 15,16,17,18は光コネクタ
Claims (38)
- 【請求項1】波長の異なる複数の励起光により光増幅を
行なう第1の光増幅手段と、 該第1の光増幅手段の出力を複数の帯域に分割する帯域
分割手段と、 該帯域分割手段で分割された帯域に対して利得がある複
数の第2光増幅手段を有することを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項2】第1の波長帯域の光を増幅する第1の光増
幅手段と、 該第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を増幅
する第2の光増幅手段と、 少なくとも該第1と第2波長帯域の両方の光をラマン増
幅するよう複数の励起光により励起を行なう第3の光増
幅手段と、 該第3増幅手段で増幅された光を該第1の波長帯域手段
と第2の波長帯域手段に分離する波長帯域分離手段を設
け、 該波長帯域分離手段の第1の波長帯域の光を該第1の光
増幅器に入力されるよう接続し、さらに該分離手段の第
2の波長帯域の光を該第2の光増幅器に入力されるよう
接続したことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項3】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段は第1の波長帯域の光を増幅するた
めの励起光と、第2の波長帯域の光を増幅するための励
起光は異なる光源とすることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項4】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段は第1の波長帯域の光を増幅するた
めの励起光を複数の異なる光源で構成すると供に、該第
2の波長帯域の光を増幅するための励起光を複数の異な
る光源で構成したことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項5】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の該複数の励起光は複数の光源から
の光を偏波合成し増幅媒体に供給することを特徴とする
光増幅器。 - 【請求項6】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の該複数の励起光は複数の光源から
の光を波長多重し増幅媒体に供給することを特徴とする
光増幅器。 - 【請求項7】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の該複数の励起光は複数の光源から
の光を偏波合成し、 該偏波合成された光の波長を異ならせて複数設け、 該複数の波長の異なる偏波合成された光を波長多重して
増幅媒体に供給することを特徴とする光増幅器。 - 【請求項8】請求項2記載の光増幅器において、 該波長帯域分離手段と該第1の光増幅手段の間に利得等
化器を設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項9】請求項2記載の光増幅器において、 該波長帯域分離手段と該第1の光増幅手段の間と該波長
帯域分離手段と該第2の光増幅手段の間にそれぞれ利得
等化器を設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項10】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段と該波長帯域分離手段との間に利得
等化器を設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項11】請求項2に於いて、 該第3の光増幅手段の利得を可変等化する可変利得等化
器を設ける事を特徴とする光増幅器。 - 【請求項12】請求項2に於いて、該第3の光増幅手段
の利得を等化する利得等化器を該第1の光増幅手段と第
2の光増幅手段内に設ける事を特徴とする光増幅器。 - 【請求項13】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段は該第1及び第2光増幅手段に入力
するパワーを一定に制御することを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項14】請求項2記載の光増幅器において、 第3の光増幅手段は利得条件を該複数の励起光のレベル
を変えることにより変化させることを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項15】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の該複数の励起光源の温度を変える
ことにより該第3の光増幅手段の利得特性を変化させる
ことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項16】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の該複数の励起光源にそれぞれ外部
共振器を設け、該外部共振器の温度可変または応力を与
えてその応力可変を行なうことで、該第3の光増幅手段
の利得特性を変化させることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項17】請求項2記載の光増幅器において、 該第3の光増幅手段の第1の波長帯域を増幅するための
該複数の励起光源の波長間隔を制御することで、該第3
の光増幅手段の利得特性を変化させることを特徴とする
光増幅器。 - 【請求項18】光ファイバと、 該光ファイバ内にラマン利得を発生させる励起光と、 該励起光により該光ファイバ内で発生するラマン利得の
波長特性を補正するための利得等化器を設けたことを特
徴とする光増幅器。 - 【請求項19】請求項18に於いて、該励起光は複数の
波長の光で有る事を特徴とする光増幅器。 - 【請求項20】請求項18に於いて、該利得等化器は該
光ファイバで生じるラマン利得を波長に対して一定にな
るよう等化する事を特徴とする光増幅器。 - 【請求項21】請求項18に於いて、該利得等化器は該
光ファイバの後段に設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項22】請求項18に於いて、該利得等化器は該
光ファイバでラマン利得が生じる前の光を等化する事を
特徴とする光増幅器。 - 【請求項23】請求項18に於いて、該利得等化器は該
光ファイバで増幅された光を等化する事を特徴とする光
増幅器。 - 【請求項24】請求項18に於いて、該利得等化器は可
変利得等化器である事を特徴とする光増幅器。 - 【請求項25】光ファイバと、 該光ファイバ内にラマン利得を発生させる複数の励起光
源と、 該複数の励起光源を合成する第1合成手段と、 該光ファイバに該合成手段からの励起光を入力するため
の第2合成手段と、 該第1合成手段と該第2合成手段との間に該光ファイバ
から出力された光が該励起光源側に行くことを阻止する
光素子を設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項26】請求項25の該光増幅器に於いて、 該光素子は光アイソレータであることを特徴とする。
- 【請求項27】請求項25の該光増幅器に於いて、 該光素子は励起によりラマン利得が発生する帯域の波長
を取り出す波長分離素子であることを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項28】励起光により入力光をラマン増幅する第
1光増幅器と、 該第1光増幅器の出力光を増幅する第2光増幅器を有し、 増幅する光の波長帯域が増加した場合に該第2光増幅器
と異なる波長帯域に利得を有する第3光増幅器を第1光増
幅器の後段に第2光増幅器と並列に設け、 該第1の光増幅器の励起光を追加して該第3光増幅器の利
得波長帯域増幅することを特徴とする光増幅方法。 - 【請求項29】複数の励起光によりラマン増幅を行なう
第1の光増幅手段と、 該第1の光増幅手段の出力を増幅する第2光増幅手段
と、 を設け、該第1の光増幅手段は該第2の光増幅手段に入
力するパワーを一定に制御することを特徴とする光増幅
器。 - 【請求項30】請求項29に於いて、 該第2光増幅手段は第1の波長帯域を増幅する第1の増幅
部と第2の波長帯域を増幅する第2の増幅部を設け、 該第1の光増幅手段は第1の増幅手段に入力される光パワ
ーを一定にすると供に、該第2の光増幅部に入力するパ
ワーを一定となるよう利得を制御することを特徴とする
光増幅器。 - 【請求項31】伝送路を兼ねるまたは伝送路に接続され
た光増幅媒体と,該光増幅媒体内で光をラマン増幅する
ための複数の励起光源と、 該複数の励起光源出力を該光増幅媒体に結合するための
手段とを設け、 該伝送路の条件に対応して該光増幅媒体の利得波長特性
を制御する手段を設けたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項32】請求項31に於いて、 該複数の励起光パワーのレベルを変えることにより変化
させることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項33】請求項31に於いて、 該複数の励起光源の温度を変えることにより該光増幅媒
体の利得特性を変化させることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項34】請求項31に於いて、 該複数の励起光源にそれぞれ外部共振器を設け、 該外部共振器の温度または応力を可変し、該光増媒体の
利得特性を変化させることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項35】請求項31に於いて、 特定の波長帯域にラマン増幅利得特性が重なるように該
複数の励起光源の波長間設定し、該励起光源間の波長間
隔を制御することで、該光増幅媒体の利得特性を変化さ
せることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項36】複数の伝送区間に分割される伝送路と、
該伝送路の少なくとも2つの該伝送区間には各区間でラ
マン増幅を行なうために設けた励起光源と、該各励起光
源は該各伝送区間ごとに異なる波長にすることを特徴と
する光増幅システム。 - 【請求項37】請求項36において、 該各伝送区間内に設けられた該励起光源は複数の励起光
源からなることを特徴とする光増幅システム。 - 【請求項38】請求項36において、 各スパン間に希土類元素ドープファイバからなる光増幅
器を設けた特徴とする光増幅システム。
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