JP2003324227A - 波長可変光源装置およびそれを用いた光増幅器 - Google Patents
波長可変光源装置およびそれを用いた光増幅器Info
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Abstract
変化させることのできる波長可変光源装置およびそれを
用いた光増幅器を提供する。 【解決手段】本発明の波長可変光源装置は、入射光の波
長に応じて出射光の伝搬方向が変化する回折格子1と、
端面に高反射ミラー2AHRを有する利得媒体2A内を往
復して増幅された光を回折格子1の反射点Rに向けて互
いに異なる角度で出射する複数の光源21,22と、回折
格子1からの出射光のうちで垂直に入射する光の一部を
反射することにより各光源21,22の高反射ミラー2A
HRとの間で光共振器構成を形成して発振光を生成するハ
ーフミラー3と、ハーフミラー3を透過した発振光を光
ファイバ5のコア端面に集光するレンズ4と、所望の波
長設定に応じて回折格子1の配置角度を変化させる駆動
部1Aと、を備えて構成される。
Description
テムに用いられる波長可変光源装置およびそれを用いた
光増幅器に関し、特に、複数の発振光の波長を広帯域に
亘って連続的に変化させることのできる波長可変光源装
置およびそれを用いて励起系を構成した光増幅器に関す
る。
通信システムにおいて、キーテクノロジーの1つとして
光増幅技術があり、従来のシステムではエルビウム(E
r)ドープファイバ光増幅器(EDFA)等が一般に使
用されている。また、近年のインターネットの普及に伴
ってネットワーク需要が急激に伸長し、光ファイバ通信
システムに対してさらなる大容量化および長距離化が要
求されるようになり、この要求を実現するための主要な
光増幅技術としてラマン増幅器が実用化され始めてい
る。このラマン増幅器とEDFAを併用することによっ
て、EDFAを単体で用いた場合よりも質の高い伝送特
性を実現できるようになるため、長距離伝送システムに
おいては必須の技術になるものとして期待されている。
中型の増幅形態がある。分布定数型は、光ファイバ通信
システムの伝送路(例えば、シリカ系ファイバ等)に励
起光を導入して、伝送路を伝搬する光信号を分布的にラ
マン増幅し、伝送損失の一部を補償する形態である。一
方、集中型は、非線形性の高い媒体(例えば、有効断面
積が小さいシリカ系ファイバ等)に励起光を集中的に導
入して光信号を効率的にラマン増幅する形態である。こ
のようなラマン増幅は、媒質がシリカ系ファイバの場合
には励起光の周波数よりも13.2THz低い周波数に
利得ピークを持つ特性を有することが知られている。こ
のため、ラマン増幅器は、励起光源の波長に応じて任意
の波長の光信号を増幅できるという特長を有する。ま
た、波長の異なる複数の励起光源を用意し、各々の励起
光を合波して増幅媒体に供給するようにした励起系の構
成を採用することにより、広帯域なラマン増幅帯域を実
現することも可能になり、このようなラマン増幅器も実
用化され始めている。
ついては、一般的に、励起光源として半導体レーザ等が
用いられ、各波長の励起光を合波する合波器として干渉
膜、融着カプラまたはマッハツェンダ型光フィルタなど
が用いられる。このような励起系部品が用いられたラマ
ン増幅器について、任意の波長帯域の光信号の増幅を可
能にするために励起波長を広帯域(例えば数nm以上)
に可変にする場合には、当然のことながら励起波長の変
化に対応させて合波器の合波波長特性も可変にする必要
が生じる。
しては、例えば、特開昭56−113102号公報およ
び実開昭60−104804号公報等で公知ものがあ
る。これら従来の合波器は干渉膜を利用した構成であっ
て、具体的には、同一基板上に透過特性の異なる膜を蒸
着し、その基板を可動させることで所定の膜を選択する
というものである。
ような従来の合波器は合波波長特性を任意波長的に連続
的に変化させることができるものではないため、従来の
励起系部品を用いて励起波長を可変にしたラマン増幅器
を構成したとしても、複数の励起光の波長を広帯域に亘
って連続的に可変にすることは実際には困難である。
ば、信号帯域、信号数、信号入力レベルおよび伝送路の
種類等のシステムの運用状況がダイナミックに変化する
ことが想定される。そこで、このようなシステムに適用
されるラマン増幅器については、各信号チャネルの伝送
品質を良好に保つために、ダイナミックに変化するシス
テムの運用状況に応じて、励起光のスペクトル(具体的
には、ピーク波長数、中心波長、帯域幅および励起光パ
ワー等)を精度良く最適化できるようにすることが求め
られる。
ては、例えば特開2001−235772号公報等にも
励起波長を可変にするという記述がある。しかし、この
公知技術における励起波長を可変にする手段は、励起光
源の動作温度を調整して励起波長を変化させるものであ
り、その可変幅は具体的には0.1nm/℃程度の狭帯
域となるため、前述したように励起波長を例えば数nm
以上の広帯域に亘って連続的に可変にすることは難し
く、システム運用状況のダイナミックな変化に柔軟に対
応することは困難である。
で、複数の発振波長を広帯域に亘って連続的に変化させ
ることのできる波長可変光源装置を実現することを目的
とする。また、上記のような波長可変光源装置を用いて
励起系を構成することにより、1台の光増幅器で広いシ
ステム運用範囲をサポートでき、かつ、システムの運用
状況の変化にスムーズに対応できる光増幅器を提供する
ことを目的とする。
め、本発明の可変波長光源装置は、複数の波長可変光を
合波して出力する波長可変光源装置であって、入射光の
波長に応じて出射光の伝搬方向が変化する波長選択デバ
イスと、光を増幅する利得媒体およびその利得媒体の一
端に入射され他端から出射される光を反射して他端に戻
す反射部品をそれぞれ有し、利得媒体内を往復して増幅
された光を波長選択デバイスの所定位置に向けて互いに
異なる角度で出射する複数の光源部と、波長選択デバイ
スからの出射光が入射する光入射面を有し、その光入射
面に対して垂直に入射する光の一部を反射することによ
り、各光源部の反射部品との間でそれぞれ光共振器構成
を形成して発振光を生成する光共振用反射部と、光共振
用反射部を透過した発振光を出力光路に結合させる光結
合部と、光共振用反射部に対する波長選択デバイスの配
置角度を上記の所定位置を中心にして変化させる波長選
択デバイス駆動部と、を備えて構成されるものである。
源部から出射された光が波長選択デバイスの所定位置に
異なる角度で入射されて光共振用反射部の光入射面に向
けて出射され、光共振用反射部の光入射面に垂直に入射
する光のみが反射されて各光源部の反射部品との間で共
振して発振する。光共振用反射部と各光源部の反射部品
との間の光共振器構成により発振する各々の光の波長
は、波長選択デバイス駆動部によって波長選択デバイス
の光共振用反射部に対する配置角度を変化させることで
可変となる。これにより、光共振用反射部を透過し光結
合部を介して出力光路に導かれる光は、波長を広帯域に
亘って連続的に変化させることが可能な複数の発振光を
合波した光となる。
光源部のうちの少なくとも1つ以上の光源部について、
波長選択デバイスの所定位置に向けた光の出射角度を変
化させる光源駆動部を備えるようにしてもよい。これに
より、各光源部に対応した発振波長の間隔についても可
変になる。さらに、上記の可変波長光源装置について
は、出力光路に結合された発振光の波長を検出するモニ
タ部と、そのモニタ部で検出される波長に応じて、波長
選択デバイス駆動部または光源駆動部を制御する制御部
とを備えるようにしてもよい。かかる構成では、出力光
路から実際に出力される合波光の発振波長に応じて波長
選択デバイスの配置角度や各光源部の光出射角度がフィ
ードバック制御されて環境変化等による発振波長の変動
が補正されるようになるため、所望の発振波長の光を安
定して出力することができるようになる。
は、例えばラマン増幅器などの各種の光増幅器の励起光
源として好適である。このような光増幅器によれば、複
数の励起光の波長を広帯域に亘って連続的に変化させる
ことができるため、広範な波長帯域で運用される信号光
の増幅を単一構成の励起光源により実現することが可能
になる。
に基づいて説明する。なお、各図において、同一の構成
要素には同一の符号を付し、その説明を省略することに
する。図1は、本発明による波長可変光源装置の第1実
施形態の構成を示す平面図である。
えば、波長選択デバイスとしての回折格子1と、複数
(ここでは2個とする)の光源21,22と、光共振用反
射部としてのハーフミラー3と、光結合部としてのレン
ズ4と、出力光路としての光ファイバ5と、を備えて構
成される。回折格子1は、例えば、基板の表面に等間隔
dの溝を刻み、その凹凸面に金属膜等を蒸着した、一般
的な反射型の回折格子である。この回折格子1は、後述
する光源21,22およびハーフミラー3で形成される光
共振器構成の中間に配置され、各光源21,22およびハ
ーフミラー3から送られてくる光を金属膜上の反射点R
で反射する。また、上記の回折格子1には駆動部1Aが
設けられている。この駆動部1Aは、反射点Rを中心と
して回折格子1を回転させることが可能であり、その回
転角度は後述するように発振波長に応じて設定される。
駆動部1Aによる回折格子1の駆動は、例えばモータ制
御によって回折格子1を機械的に回転させるなどの周知
の駆動機構を適用することが可能である。このような駆
動機構は、例えば単一波長の波長可変光源等において既
に適用されている。
およびレンズ2Bをそれぞれ有する。利得媒体2Aは、
一方の端面に反射防止膜2AARが形成され、他方の端面
には反射部品としての高反射ミラー2AHRが形成されて
いて、媒体内を伝搬する光の増幅作用を施す構成をと
り、反射防止膜2AARの形成された端面から出射する。
この利得媒体2Aの具体例としては、半導体レーザチッ
プ等の一般的な利得媒体を使用することが可能である。
レンズ2Bは、利得媒体2Aから出射される光をコリメ
ートして回折格子1の反射点Rに向けて送出する。な
お、本実施形態では、各光源21,22が所定の位置にそ
れぞれ固定されていて、出射される光の軸方向は変化し
ないものとする。
て配置され、回折格子1の反射点Rで反射されて垂直に
入射される光の一部を反射して、各光源21,22の高反
射ミラー2AHRとの間でそれぞれ光共振器構成を形成す
る。このハーフミラー3を透過した光は、レンズ4を介
して光ファイバ5のコア端面に集光される。なお、上記
のような構成の波長可変光源装置については、環境温度
の変化による影響を低減するために、回折格子1、光源
21,22、ハーフミラー3およびレンズ4の各光学部品
を一体化して温度を一定に制御するようにしてもよい。
また、環境湿度の変化による影響を低減するために、前
記各光学部品を真空管等の中にパッケージするようにし
てもよい。
る。まず、本波長可変光源装置の動作を理解する上で有
用であると考えられるため、一般的な反射型の回折格子
の基本機能について説明する。反射型の回折格子は、図
2に示すように、その回折格子面に入射する光の波長に
応じて、当該光の反射角度が異なる。この反射角度につ
いては、一般に、回折格子の格子間隔をd、入射光の波
長をλ、入射光と反射光の間のなす角度をθ、回折次数
をm(正または負の整数)とすると、次の(1)式に示
す関係が成立する。
回折格子を分光器としてではなく合波器として利用す
る。すなわち、本波長可変光源装置では、各光源21,
22から出射される光が回折格子1の反射点Rで反射さ
れてハーフミラー3に入射されるように光学系が構成さ
れ、ハーフミラー3に垂直に入射される光のみが、ハー
フミラー3と各光源21,22の高反射ミラー2AHRとの
間を往復して各光源21,22の利得媒体2Aでそれぞれ
増幅されて発振するようになる。そして、発振した各々
の光の一部がハーフミラー3を透過してレンズ4により
光ファイバ5のコア端面に集光されることで、合波され
た2波の光が光ファイバ5から出力される。
長、すなわち、各光源21,22に対応した発振波長は、
各々の光源21,22の光出射角度と、回折格子1の配置
角度とによって決まる。このため、本波長可変光源装置
では、例えば、所望の発振波長から逆算することによっ
て、各光源21,22の光出射角度および回折格子1の配
置角度が初期値として求められ、その初期値に基づいて
各々の構成部品が所要の位置に配置される。そして、こ
こでは回折格子1が駆動部1Aにより回転することによ
って、各発振波長が広帯域に亘って連続的に変化するよ
うになる。
波長に対応した回折格子1の角度調整について具体的に
説明する。まず、前述の(1)式に示した関係につい
て、反射角度θをテーラ展開(マクローリン展開)して
求めると、次の(2)式となる。ただし、回折次数mは
1次とする。
1から回折格子1を介してハーフミラー3に垂直に入射
される光の波長をλ1からλ1’に変化させる場合、回
折格子1の角度の変化量は上記(2)式を用いて計算す
ることができる。すなわち、ハーフミラー3の法線方向
と光源21の光出射方向とのなす角度が、波長λ1のと
きθ1、波長λ1’のときθ1’になるとすると、各々
の角度θ1,θ1’は、(2)式を用いて次の(3)式
および(4)式で表されることになる。
λ1からλ1’に変化させる場合、回折格子1の角度の
変化量は|θ1−θ1’|となり、この変化量は、上記
の(3)式および(4)式を用いて、次の(5)式で表
すことができる。
0本の割合であり、発振波長を1490nmから139
0nmへ変化させる場合を具体的に考えてみる。この場
合、格子間隔dは、単位をmとして次のようになる。
発振波長λ1が1490nmのときの角度θ1、発振波
長λ1’が1390nmのときの角度θ1’をそれぞれ
求めると、θ1=48.159°およびθ1’=44.
027°になる。従って、上記のような設定条件では、
回折格子の角度を4.132°(=48.159°−4
8.159°)だけ変化させることによって、発振波長
を1490nmから1390nmに変化させることが可
能になる。
の場合について説明した。回折次数が2次以上の高次の
場合については、1次の回折光に対して波長が大きく離
れるため、高次の回折光が1次の回折光に与える影響は
殆どないものと考えられる。ただし、高次の回折光の影
響を考慮する必要がある場合には、例えば、高次の回折
光を遮断することが可能な光フィルタをハーフミラー3
に適用するなどの措置を施すようにしてもよい。
ついてのみ説明したが、他の光源22についても回折格
子1の回転に伴って発振波長が変化する。本実施形態の
構成では、各光源21,22の光出射角度が固定されてい
るので、例えば図3(A)(B)に示すように、光源2
1に対応した発振波長λ1と、光源22に対応した発振波
長λ2とは、回折格子1の回転に伴って一定の波長間隔
A(=λ2−λ1=λ2’−λ1’)を保ちながら発振
波長λ1’,λ2’にシフト(波長変化)することにな
る。
λ1’が、シフト前の発振波長λ2を超えない場合、す
なわち、上記一定の波長間隔Aが、各々の発振波長のシ
フト量Δλ(=λ1’−λ1=λ2’−λ2)よりも広
い場合を示している。一方、図3(B)は、シフト後の
発振波長λ1’が、シフト前の発振波長λ2を超える場
合、すなわち、一定の波長間隔A’が、各々の発振波長
のシフト量よりも狭い場合を示している。
る光パワーの高出力化について簡単に説明する。光出力
パワーの高出力化を図るためには、各光源21,22自体
の高利得化と、各光源21,22の利得媒体2Aの出力端
から光ファイバ5の集光位置までの光学系の低損失化と
が必要になる。前者については、例えば公知の高出力型
半導体レーザ等を各光源21,22に適用することが有効
である。また、後者については、回折格子1の反射低損
失化やレンズ結合効率の最適化、ハーフミラー3から高
反射ミラー2AHRまでの間の共振長の短尺化などを図る
ことが効果的である。具体的に、周知の波長可変光源装
置の光学系の損失は一般的に3〜7dB程度と考えられ
るので、本波長可変光源装置の光学系の損失を例えば7
dBとしても、現在実用化されている高出力型半導体レ
ーザに用いられているチップ(例えば、チップ出力70
0mW)を本波長可変光源装置の利得媒体2Aに適用し
た場合を想定すると、光ファイバ5の集光位置での光パ
ワーは、1発振波長当たり140mW程度になる。従っ
て、複数の光源を用いて構成される本波長可変光源装置
の出力光は、例えば、一般的なラマン増幅器の励起光と
して適用可能なパワーレベルを満足することができる。
装置によれば、駆動部1Aにより回折格子1を回転させ
て配置角度を変化させ、ハーフミラー3に垂直に入射す
る複数の光の波長を変化させるようにしたことで、波長
可変光源と合波器と個別に組み合わせた従来構成に対し
て、それらの機能を一体化させた構成を容易に実現する
ことができ、かつ、各光源21,22に対応した発振波長
λ1,λ2を回折格子1の回転角度の設定精度に応じて
広帯域に亘り連続的に変化させることが可能になる。ま
た、各発振波長λ1,λ2の可変波長範囲は、回折格子
1を用いたことによって、従来の光源の温度制御などに
よる場合に比べて極めて広くなり、その上限値は、現在
の技術では利得媒体2Aの利得帯域(例えば、100n
m程度)に応じて決まることになる。さらに、本波長可
変光源装置から出力される光のパワーについても、各光
源21,22の利得媒体2Aにおける利得を例えば駆動電
流の注入量の調整等を行うことにより個別かつ連続的に
制御することが可能である。
デバイスとしての反射型の回折格子を使用する場合を示
したが、本発明はこれに限られるものではなく、透過型
の回折格子やその他の波長選択性を有する公知のデバイ
スを適用することが可能である。図4には、透過型の回
折格子を用いて構成した波長可変光源装置の一例を示し
ておく。
源21,22を用いて発振波長数を2波に設定した場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、光源の設置
数を増やすことで発振波長数を任意に設定することが可
能である。また、発振波長数が予め想定していた数より
も増える場合を考慮して、本波長可変光源装置の光源部
分をユニット化するようにして増設に容易に対応できる
構成を採用してもよい。具体的には、例えば図5に示す
ように、上記の第1実施形態の構成を基本光源ユニット
とし、その基本光源ユニットに対して増設光源ユニット
を組み合わせていくような構成などが可能である。
る発振波長数の設定に関する制約ついて説明しておく。
本波長可変光源装置の発振波長数の上限は、各発振波長
およびそれらの間隔と、回折格子の格子間隔dと、各光
源の大きさおよびその配置(回折格子との距離)との関
係から決まる。具体的には、発振波長間隔が狭くなるほ
ど、各光源同士の回折格子に対する光出射角度の差が狭
くなるので、各々の光源の大きさとその配置の仕方によ
って物理的な限界が生じてくる。
nP系の半導体レーザチップの大きさは、一般に、幅が
250〜300μm、長さが800〜1000μm、高
さが100〜150μmである。このような大きさの半
導体レーザチップを利得媒体として用いた光源21,22
間の最小幅を300μmとし、回折格子1の溝の間隔が
1cmに6500本の割合であって(格子間隔d=1.
54×10-6m)、発振波長が1430nmと1460
nmに設定される場合を想定すると、各光源2 1,22の
配置としては、回折格子1の反射点Rに向けた各々の光
源の光出射角度の差が3.27°(71.65°−6
8.38°)となるようにする必要がある。この場合、
各光源と回折格子との距離は、5.26mm(=300
μm/sin3.27°)程度で済むことになる。しか
しながら、例えば発振波長が1428nmと1430n
mに設定される場合には、各光源の光出射角度の差が
0.2°(68.18°−68.38°)という小さな
値となるように、各々の光源2 1,22を配置する必要が
あり、各光源21,22と回折格子1との距離は約86m
m(=300μm/sin0.2°)となってしまう。
この場合、光の共振長が長くなるため損失の増大や本波
長可変光源(複数の光源および合波器)自身のサイズの
大型化等を招くことになる。従って、本波長可変光源装
置における発振波長間隔としては、数nm以上を確保す
るようにするのが望ましい。
一平面上に配置することを前提として考えた。しかし、
回折格子1の反射点Rとしては、ハーフミラー3を透過
した光が光ファイバ5のコアに光結合可能な所要の領域
の許容度によっては、その反射点Rの領域に応じて各光
源21,22を上記の同一平面上から離して立体的に配置
することも可能である。
振長を比較的長く設定しなければならない場合には光の
スペクトル線幅が細くなるため、必要に応じて、光源の
駆動電流に1MHz程度の変調をかけてスペクトル線幅
を増加させるようにすることも有効である。次に、本発
明による波長可変光源装置の第2実施形態について説明
する。
の構成を示す平面図である。図6において、本波長可変
光源装置は、前述の図1に示した第1実施形態の構成に
ついて、光源21を基準光源として、光源22に駆動部2
Cを設けたものである。なお、上記以外の他の部分の構
成は第1実施形態の場合と同様である。駆動部2Cは、
例えば、図示しない可動ステージ等に光源22を設置
し、その可動ステージをモータ制御などによって移動さ
せることで、光源22の光出射角度を変化させるもので
ある。この駆動部2Cによる光源22の移動は、具体的
には、光源22の光出射面が回折格子1の反射点Rを中
心とした円弧a上に位置するようにして行われる。
は、回折格子1の配置角度に加えて光源22の光出射角
度も可変になるため、光源21に対応した発振波長λ1
に対する光源22に対応した発振波長λ2の関係、すな
わち、発振波長λ1,λ2の波長間隔についても変化さ
せることが可能になる。例えば、図7(A)(B)に示
すように、発振波長を変化させる前における波長λ1,
λ2の間隔Bに対して、変化させた後における波長λ
1’,λ2’の間隔B’を相違させることができるよう
になる。なお、図7(A)は、変化後の発振波長λ1’
が変化前の発振波長λ2を超えない場合を示し、図7
(B)は、変化後の発振波長λ1’が変化前の発振波長
λ2を超える場合を示している。
置によれば、光源22の光出射角度を可変にしたこと
で、発振波長の間隔についても連続的に変化させること
が可能になる。なお、上記の第2実施形態では、光源2
1を基準光源として光源22に駆動部2Cを設けるように
したが、光源22を基準光源として光源21に駆動部2C
を設けるようにしてもよい。また、3つ以上の光源を用
いる場合には、それらの光源のうちの1つを基準光源と
して、残りの光源のうちの少なくとも1つに駆動部2C
を設けるようにすることも可能である。
3実施形態について説明する。図8は、第3実施形態の
波長可変光源装置の構成を示す平面図である。図8にお
いて、本波長可変光源装置は、例えば、前述の図6に示
した第2実施形態の構成について、実際の出力光に基づ
いて各駆動部1A,2Cをフィードバック制御するため
のモニタ部6および制御部7を設けるようにしたもので
ある。
集光された光の一部を分岐し、その分岐光に含まれる各
発振光の波長をモニタする。制御部7は、モニタ部6で
モニタされた各発振波長に基づいて、実際に出力される
光の発振波長が所望の値に一致するように、各駆動部1
A,2Cの駆動状態を調整して回折格子1の配置角度、
さらには光源22の光出射角度をフィードバック制御す
る。この制御部7には、回折格子1の反射点Rに対する
各光源21,22の配置などの光学系に関する情報が予め
設定されていて、その設定情報を基にして、モニタ部6
でモニタされた実際の発振波長と所望の発振波長とのず
れを補正するための回折格子1の配置角度および光源2
2の光出射角度の各制御量が演算される。
際に合波されて出力される光の発振波長に応じて回折格
子1の配置角度と光源22の光出射角度とをフィードバ
ック制御するようにしたことで、例えば環境変化や経時
変化等による発振波長の変動を補正することができるた
め、所望の発振波長の光を安定して出力することが可能
である。
第2実施形態についてフィードバック制御を行うように
したが、上述した第1実施形態についても同様にして応
用することができる。この場合、実際に出力される各発
振光のうちの基準となる1つの発振光の波長をモニタす
ることで、回折格子1の配置角度をフィードバック制御
することが可能である。
て、回折格子1の配置角度および光源22の光出射角度
の各制御量を制御部7で演算するようにしたが、想定さ
れる発振波長に対する各々の制御量をデータベース化し
ておき、モニタ結果に応じてデータベースを参照して回
折格子1の配置角度および光源22の光出射角度を制御
するようにしてもよい。
用いた光増幅器の実施形態について説明する。図9は、
本発明の波長可変光源装置を励起光源として用いたラマ
ン増幅器の構成例を示すブロック図である。図9に示す
ラマン増幅器10は、例えば、光増幅媒体としての光伝
送路11に励起光Pを供給するための波長可変光源装置
12および光サーキュレータ13と、その励起光Pの供
給状態をモニタするための分岐部14および励起光モニ
タ部15と、光伝送路11を伝搬してラマン増幅された
WDM信号光Sをモニタするための分岐部16および信
号光モニタ部17と、信号光モニタ部17のモニタ結果
に基づいて、WDM信号光の伝送品質に関する情報(伝
送品質情報)や本ラマン増幅器10の接続されるシステ
ムの運用状況に関する情報(システム運用情報)を生成
して管理するシステム管理部18と、信号光モニタ部1
7のモニタ結果およびシステム管理部18の管理情報に
応じて、波長可変光源装置12の駆動部を制御する励起
光管理部19と、を備えて構成される。
出願人の先願である特願2002−10298号に記載
したラマン増幅器の構成と基本的に同様であり、本発明
にかかる波長可変光源装置12を励起光源および合波器
として用いた部分が先願発明とは相違するものである。
波長可変光源装置12は、上述した第1実施形態または
第2実施形態による波長可変光源装置を用いたものであ
り、ここでは例えば光源の設置数を一般化してN個と
し、波長の異なるN波の励起光P0〜PNを合波して出力
する。この波長可変光源装置12は、上述したように回
折格子1の配置角度さらには各光源の光出射角度を変化
させることにより、各励起光P0〜PNの波長λ0〜λNを
広帯域に亘って連続的に変化させることが可能であると
共に、各々の光源内の利得媒体2Aにおける利得を例え
ば駆動電流の注入量の調整等を行って変化させることに
より各励起光P0〜PNのパワーを変化させることが可能
である。
置12から出力され分岐部14を通過した励起光Pを光
伝送路11(増幅媒体)に供給するためのものであっ
て、ここでは、励起光Pの伝搬方向がWDM信号光Sの
伝搬方向に対して逆向きとなるように、励起光Pを光伝
送路11に与える。また、光サーキュレータ13は、光
伝送路11を伝搬してラマン増幅されたWDM信号光S
を通過させて出力側の光路に伝える。
いて光伝送路11に励起光を供給するようにしたが、光
サーキュレータ13に代えてWDMカプラ(融着型)や
合波干渉膜等を使用することも可能である。また、光伝
送路11の具体例としては、高非線形ファイバまたはシ
リカ系ファイバ等とすることが可能である。分岐部14
は、波長可変光源装置12から出力される励起光Pの一
部をモニタ光Pmとして分岐して励起光モニタ部15に
出力する。励起光モニタ部15は、分岐部14からのモ
ニタ光Pmを基に励起光Pのパワーおよびスペクトルを
監視し、その結果を励起光管理部19に伝える。
過したWDM信号光Sの一部をモニタ光Smとして分岐
して信号光モニタ部17に出力する。信号光モニタ部1
7は、分岐部16からのモニタ光Smを基にラマン増幅
されたWDM信号光Sの出力状態を監視し、その結果を
システム管理部18に伝える。また、信号光モニタ部1
7は、分岐部16からのモニタ光Smを用いてWDM信
号光Sに含まれる監視制御(Supervisory)信号を検出
してシステム管理部18に伝える。
7でモニタされた光SN比や出力レベル等を基に伝送品
質情報を生成すると共に、信号光モニタ部17で検出さ
れた監視制御信号を基にシステム運用情報を生成して励
起光管理部19に送る。なお、具体的な伝送品質情報と
しては、例えば、ラマン増幅されたWDM信号光Sの光
SN比やチャネル間偏差、光パワーレベルなどを挙げる
ことができる。また、具体的なシステム運用情報として
は、例えば、WDM信号光Sの波長帯域や信号光数、光
伝送路への信号光入力レベル、光伝送路の種類などを挙
げることができる。
からの伝送品質情報およびシステム運用情報に応じて、
運用中のサービスに影響を与えることなく運用状況の変
化に対応可能なラマン増幅を実現させるための励起光の
最適な供給状態を算出する。そして、励起光管理部19
は、その算出結果を目標値(初期値)に設定して、波長
可変光源装置12で発生する励起光の波長およびパワー
をそれぞれ制御する。また、励起光管理部19は、励起
光モニタ部15からのモニタ結果に基づいて、実際に供
給される励起光Pが上記の目標値に一致するように波長
可変光源装置12のフィードバック制御を実行する。
作について説明する。本ラマン増幅器10では、基本的
に、励起光管理部19によって波長およびパワーの制御
された励起光Pが、光サーキュレータ13により光伝送
路11に供給されてWDM信号光Sとは逆方向に光伝送
路11内を伝搬する。そして、この励起光Pによるラマ
ン効果によって光伝送路11を伝搬するWDM信号光S
が所要のレベルまで増幅され、そのラマン増幅されたW
DM信号光Sが光サーキュレータ13を通過して出力側
の光路に送られる。このWDM信号光Sには、例えば、
低周波の強度変調や信号光とは別のチャネルの使用など
により監視制御信号が載せられていて、その監視制御信
号が、ここでは分岐部16を介して信号光モニタ部17
によって検出されてシステム管理部18に伝えられる。
システム管理部18では、検出された監視制御信号に基
づいて、前述したようなWDM信号光Sの波長帯域など
の運用状況が判断されてシステム運用情報が生成され
る。
テム運用状況の変化が判断されると、その変化に応じ
て、波長可変光源装置12から出力される励起光Pの供
給状態の最適化が図られる。例えば、WDM信号光Sに
ついて短波長側の信号光が増設されるような場合には、
新たな波長帯域の信号光をラマン増幅するために励起光
の波長を短波長側にシフトさせることが必要になる。具
体的には、システム運用状況の変化として、WDM信号
光Sの波長帯域が1530nm〜1600nmから14
90nm〜1600nmに変更されるとき(いわゆるS
バンドの増設)、波長可変光源装置12の例えば3つの
光源21,22,23に対応した発振波長を変更前の14
30nm,1450nm,1490nmから変更後の1
395nm,1415nm,1455nmにそれぞれシ
フトさせる場合、波長可変光源装置1に用いられる回折
格子の溝間隔が1cmに5000本であるとすると、回
折格子の配置角度を1.437°変化させることによっ
て、上記のような励起波長のシフトを実現することが可
能になる。
ラマン散乱(SRS)効果により、長波長側の信号光は
短波長側の信号光からエネルギーシフトを受けて光パワ
ーが増加することが考えられ、励起波長をシフトさせる
優先度として長波長側よりも短波長側を高く設定するこ
とが有効となる場合がある。このような場合には、回折
格子の配置角度を変化させると共に、各光源の光出射角
度を優先度に従い順に変化させるようにすることで、励
起波長をシフトさせる順番までを制御することが可能に
なる。
ような場合には、光伝送路長が長い方が前述した信号光
のSRS効果をより強く生じるため短波長側の信号光を
より大きく増幅させる必要があり、光伝送路11の増長
に応じて励起波長を短波長側にシフトさせることが必要
になる。具体的に、システム運用状況の変化として、光
伝送路11の増長により1スパンあたりの損失が20d
Bから25dBに変更されるとき、波長可変光源装置1
2の例えば3つの光源21,22,23に対応した発振波
長を変更前の1430nm,1450nm,1490n
mから変更後の1425nm,1445nm,1485
nmにそれぞれシフトさせる場合、波長可変光源装置1
2に用いられる回折格子の溝間隔が1cmに5000本
であるとすると、回折格子の配置角度を0.208°変
化させることによって、上記のような励起波長のシフト
を実現することが可能になる。
信号光数が大きく変化する場合にも、その変化に応じた
励起光の制御が必要である。具体的に、システム運用状
況の変化として、信号光数がフルチャネルの88チャネ
ルから最短波長および最長波長の2チャネルに変更され
るとき、波長可変光源装置12の例えば3つの光源
2 1,22,23に対応した発振波長を変更前の1430
nm,1450nm,1490nmから変更後の142
5nm,1495nmにそれぞれシフトさせる場合、ま
ず、光源22を駆動停止させて波長1450nmの励起
光をオフとする。そして、波長可変光源装置12に用い
られる回折格子の溝間隔が1cmに5000本であると
すると、回折格子の配置角度を0.205°変化させて
光源21に対応した励起波長を1425nmにシフトさ
せた後に、光源23の光出射角度を−0.429°変化
させて励起波長を1495nmにシフトさせるようにす
る。
じた励起波長の具体的な制御方法に関しては、前述した
先願である特願2002−10298号に詳しく開示し
てあるので参照されたい。ここでは、先願で開示した制
御方法の基本的な内容について図10のフローチャート
に従い簡単に説明しておくことにする。まず、図10の
ステップ1(図中S1で示し、以下同様とする)におい
て、運用状況の変化を示すシステム運用情報がシステム
管理部18から励起光管理部19に伝えられると、ステ
ップ2では、運用状況の変化後における励起光Pの最適
な供給状態が励起光管理部19において算出される。こ
の最適な供給状態の算出は、例えば、励起光管理部19
に予め登録設定されたデータベースを参照するなどし
て、変化後のシステム運用状況に対応した励起光Pの波
長およびパワーの最適値が求められる。
9において、運用状況の変化前の励起光Pの供給状態か
らステップ2で算出した変化後の励起光Pの供給状態へ
の移行方法が判断され、運用中のサービスに影響を与え
ることなく所要の伝送品質を保持し得るような励起光P
の波長およびパワーの変更手順が決定される。そして、
ステップ4では、励起光管理部19によって、ステップ
3で決定した変更手順に従い、運用状況の時間的な変化
と同期をとりながら、励起光Pの供給状態がステップ2
で算出した変化後の最適値に達するまで、波長可変光源
装置12の動作が制御される。
タ部15のモニタ結果に応じて実際に供給されている励
起光Pの状態が目標値に一致するように、波長可変光源
装置12のフィードバック制御が行われる。さらにこれ
と同時に、信号光モニタ部17のモニタ結果を基にシス
テム管理部18で生成される伝送品質情報に応じて、実
際にラマン増幅されたWDM信号光Sの伝送品質が良好
に保たれるように励起光Pの供給状態が微調整される。
光Pの供給状態の変更手順については、第1段階とし
て、変化前の励起光Pの波長設定から変化後の励起光P
の波長設定への変更方法を判断し、第2段階として、運
用中の各チャネル光の伝送品質の保持に配慮した励起光
Pの波長およびパワーの変更手順を決定するのがよい。
上記の第1段階においては、例えば、変化前の各励起波
長と、最適値として算出した変化後の各励起波長との差
分を求め、その差分が小さな励起波長に対応させて光源
の波長設定を変更するのが望ましい。ただし、求めた差
分が励起光源の波長可変幅を超える場合には、新たな光
源を立ち上げるものとする。
ステム運用状況の時間的な変化に同期して、各励起光P
1〜PNについての波長およびパワーの調整が同時進行で
実施されるように、波長可変光源装置12の調整手順が
決められるものとする。また、各励起光P1〜PNに対す
る調整の優先度を設定し、すなわち、伝送品質に与える
影響が小さい励起光に対する調整の優先度を低くして、
運用中の各チャネル光についての伝送品質の保持が図ら
れるように変更手順が決められるのが望ましい。
えば、運用状況の変化前における励起光の波長が変化後
の信号光の波長に一致するか若しくは近接するような場
合に、当該励起光に対する制御の優先度を他の励起光よ
りも高く設定して、その励起光の波長が上記信号光の運
用開始前にシフトされるようにすることが考えられる。
また例えば、運用状況が変化していく過程にある信号光
帯域についてのラマン利得を担う励起光に対する制御の
優先度を他の励起光よりも高く設定することにより、運
用状況の変化への対応がより確実に行われるようにする
ことも考えられる。
行うためには、例えば、優先度の設定と想定される調整
方法に関する情報を予めデータベース化しておき、この
情報を基に波長可変光源装置12の配置設定の変更手順
を決定するようにする。上記の想定される調整方法とし
ては、例えば、ある励起光の波長をシフトさせる場合、
シフト前の波長の励起光が担っていた波長帯域のラマン
利得が減少することになるので、そのシフト前の波長に
より近い波長の励起光のパワーを増加させるように調整
を行うことが考えられる。また例えば、ある波長の励起
光のパワーを増加させる場合、その波長により近い波長
の励起光のパワーを減少させるようにしてもよい。
N波の発振波長を広帯域に亘って連続的に変化させるこ
とのできる波長可変光源装置12を励起光源として用い
るようにしたことで、システムの運用状況がダイナミッ
クに変化する場合でも、その変化に応じて各励起光P1
〜PNの波長およびパワーが最適化されるため、運用中
のサービスに影響を与えることなくラマン増幅の状態を
変更することが可能である。これにより、広範な波長帯
域に亘り運用されるWDM信号光に柔軟に対応できるラ
マン増幅器の実現が可能になる。
源として用いた光増幅器は、上記のような構成のラマン
増幅器に限定されるものではなく、公知の構成のラマン
増幅器に適用することができ、さらには、波長の異なる
複数の励起光を用いる各種の光増幅器とすることも可能
である。以上、本明細書で開示した主な発明について以
下にまとめる。
出力する波長可変光源装置であって、入射光の波長に応
じて出射光の伝搬方向が変化する波長選択デバイスと、
光を増幅する利得媒体および該利得媒体の一端に入射さ
れ他端から出射される光を反射して他端に戻す反射部品
をそれぞれ有し、前記利得媒体内を往復して増幅された
光を前記波長選択デバイスの所定位置に向けて互いに異
なる角度で出射する複数の光源部と、前記波長選択デバ
イスからの出射光が入射する光入射面を有し、該光入射
面に対して垂直に入射する光の一部を反射することによ
り、前記各光源部の反射部品との間でそれぞれ光共振器
構成を形成して発振光を生成する光共振用反射部と、前
記光共振用反射部を透過した発振光を出力光路に結合さ
せる光結合部と、前記光共振用反射部に対する前記波長
選択デバイスの配置角度を前記所定位置を中心にして変
化させる波長選択デバイス駆動部と、を備えて構成され
たことを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記複数の光源部のうちの少なくとも1
つ以上の光源部について、前記波長選択デバイスの所定
位置に向けた光の出射角度を変化させる光源駆動部を備
えたことを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記出力光路に結合された発振光の波長
を検出するモニタ部と、前記モニタ部で検出される波長
に応じて、前記波長選択デバイス駆動部を制御する制御
部とを備えたことを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記出力光路に集光された発振光の波長
を検出するモニタ部と、前記モニタ部で検出される長に
応じて、前記波長選択デバイス駆動部および光源駆動部
の少なくとも一方を制御する制御部とを備えたことを特
徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記波長選択デバイスは、回折格子であ
ることを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記回折格子は、反射型の構成であるこ
とを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記回折格子は、透過型の構成であるこ
とを特徴とする波長可変光源装置。
装置であって、前記各光源部は、半導体レーザーを含む
ことを特徴とする波長可変光源装置。
装置を励起光源として用いたことを特徴とする光増幅
器。
あって、前記波長可変光源装置から出力される励起光を
光伝送路上のシリカ系ファイバを用いた増幅媒体に供給
し、該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅すること
を特徴とする光増幅器。
であって、信号光の伝送に関する運用状況を示す情報を
基に、当該運用状況の時間的な変化に同期して、前記波
長可変光源装置による励起光の供給状態を制御すること
を特徴とするラマン増幅器。
源装置によれば、波長選択デバイスの配置角度や各光源
部の光出射角度を変化させて光共振用反射部の光入射面
に垂直に入射する光の波長を可変にしたことで、波長を
広帯域に亘って連続的に変化させることが可能な複数の
発振光を合波した光が容易に得られるようになる。この
ような本発明の可変波長光源装置を光増幅器の励起光源
として用いれば、広範な波長帯域で運用される信号光の
増幅を単一構成の励起光源によって実現することが可能
になる。
の構成を示す平面図である。
るための図である。
一例を示す図であって、(A)は各発振波長の波長間隔
が各々のシフト量よりも広い場合、(B)は各発振波長
の波長間隔が各々のシフト量よりも狭い場合を示す図で
ある。
格子を用いた波長可変光源装置の一例を示す構成図であ
る。
ニット化して増設にも対応可能とした一例を示す構成図
である。
の構成を示す平面図である。
一例を示す図であって、(A)は変化後の発振波長λ
1’が変化前の他の発振波長λ2を超えない場合、
(B)は変化後の発振波長λ1’が変化前の他の発振波
長λ2を超える場合を示す図である。
の構成を示す平面図である。
いたラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
状況の変化に応じた励起波長の具体的な制御方法の一例
を説明するためのフローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】複数の波長可変光を合波して出力する波長
可変光源装置であって、 入射光の波長に応じて出射光の伝搬方向が変化する波長
選択デバイスと、 光を増幅する利得媒体および該利得媒体の一端に入射さ
れ他端から出射される光を反射して他端に戻す反射部品
をそれぞれ有し、前記利得媒体内を往復して増幅された
光を前記波長選択デバイスの所定位置に向けて互いに異
なる角度で出射する複数の光源部と、 前記波長選択デバイスからの出射光が入射する光入射面
を有し、該光入射面に対して垂直に入射する光の一部を
反射することにより、前記各光源部の反射部品との間で
それぞれ光共振器構成を形成して発振光を生成する光共
振用反射部と、 前記光共振用反射部を透過した発振光を出力光路に結合
させる光結合部と、 前記光共振用反射部に対する前記波長選択デバイスの配
置角度を前記所定位置を中心にして変化させる波長選択
デバイス駆動部と、 を備えて構成されたことを特徴とする波長可変光源装
置。 - 【請求項2】請求項1に記載の波長可変光源装置であっ
て、 前記複数の光源部のうちの少なくとも1つ以上の光源部
について、前記波長選択デバイスの所定位置に向けた光
の出射角度を変化させる光源駆動部を備えたことを特徴
とする波長可変光源装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の波長可変光源装置であっ
て、 前記出力光路に結合された発振光の波長を検出するモニ
タ部と、 前記モニタ部で検出される波長に応じて、前記波長選択
デバイス駆動部を制御する制御部とを備えたことを特徴
とする波長可変光源装置。 - 【請求項4】請求項1に記載の波長可変光源装置であっ
て、 前記波長選択デバイスは、回折格子であることを特徴と
する波長可変光源装置。 - 【請求項5】請求項1に記載の波長可変光源装置を励起
光源として用いたことを特徴とする光増幅器。
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