JP2004151227A - Gain equalizer, optical amplifier, and optical transmission system - Google Patents

Gain equalizer, optical amplifier, and optical transmission system Download PDF

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健一 中本
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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/291Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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    • H04B10/294Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation
    • H04B10/2941Signal power control in a multiwavelength system, e.g. gain equalisation using an equalising unit, e.g. a filter

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gain equalizing technique with which the wavelength characteristics of the light are efficiently compensated with high accuracy by combining a plurality of periodic filters. <P>SOLUTION: The gain equalizer 1a has loss wavelength characteristics exhibiting single wave increasing or decreasing with respect to the wavelength region for compensation and is equipped with a first compensating part 11 to compensate the linear gain component of the wavelength characteristics in the wavelength region for compensation and a second compensating part 12 to compensate the wavelength characteristics in the wavelength region for compensation not compensated in the first compensating part 11 with an optical filter 12A consisting of a plurality of the combined periodic filters cascade connected to the first compensating part 11. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の波長特性を補償するための利得等化技術に関し、特に、複数の周期フィルタの組み合わせにより補償対象波長領域内の波長特性の補償を行う利得等化技術、並びに、それを適用した光増幅器および光伝送システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ファイバ製造技術の向上によって低損失な光ファイバが出現したことで光ファイバ通信システムが実用化されている。また、長距離光伝送を実現させるため、光ファイバ伝送路の損失を補償する技術として、信号光を増幅する光増幅器が実用化されていると共に、伝送路容量を増大させるための技術として、波長多重(WDM)光伝送方式も知られている。このWDM光伝送方式は、1本のファイバを用いて、異なる波長をもつ複数の信号光を多重化して伝送する方式である。
【0003】
ところで、多重化された信号光を一括増幅する光増幅器を使用する場合、光増幅器等の利得の波長依存性(利得波長特性)によって、光増幅器等を通過した後の信号光レベルが波長に応じて異なるようになることが知られている。この光増幅器等で発生する信号光レベルの波長間の偏差は、複数の光増幅器をカスケード接続したシステムの場合、累積されることになる。このように、光増幅器等の利得の波長依存性は、各波長についての信号光レベルの偏差および光信号対雑音比(OSNR)の偏差を発生させることになるため、WDM信号光の伝送距離を制限すると共に受信端での受信感度を劣化させるなどの点で問題となっていた。
【0004】
従来、光増幅器の利得波長特性の補償(利得等化)を行うための様々な技術が提案されている。例えば、下記の特許文献1等においては、透過率の波長軸上における変化周期、すなわち、自由スペクトル領域(FSR)の異なる複数の周期フィルタをカスケード接続して構成した利得等化器を使用して、光増幅器の利得波長特性を補償する技術が提案されている。この従来技術は、フーリエ級数展開法より明らかなように、互いに異なる周期を有する複数の正弦波を重畳することによって任意の形状のフィルタ特性が実現可能になるという原理を基に、波長軸(または光周波数軸)上において正弦波状の可変な透過特性を有するマッハツェンダ形光フィルタ等を周期フィルタとして使用し、FSRの異なる複数の周期フィルタをカスケード接続することで所望のフィルタ特性を持つ利得等化器を実現している。
【0005】
また、下記の特許文献2等においては、上記のように複数の周期フィルタを組み合わせて利得等化器を構成する代わりに、所定の波長帯域内に損失の極大値を有し、その極大値を与える波長を中心に損失波長特性が非対称である光フィルタを用いて、光増幅器の利得波長特性を補償する技術が提案されている。この従来技術では、1つの光フィルタによって光増幅器の利得波長特性を広い波長帯域に亘って等化することができるようになる。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−276154号公報
【特許文献2】
特開2000−354005号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術に関しては次のような問題点がある。すなわち、周期フィルタを用いて光増幅器の利得波長特性を等化する場合、まず初めに、利得等化を行うべき補償対象波長帯域(例えば、信号光波長帯域)に対して実際に利得等化を行う波長帯域が決定され、その波長帯域に対応させて周期フィルタの設計が行われる。具体的には、例えば図25(A)に示すように、信号光波長帯域Δλの両端に対して所要の余裕波長領域Δλが設定され、利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性に応じて、上記信号光波長帯域Δλについての損失(または透過)波長特性が設計される。そして、信号光波長帯域Δλ以外の帯域についても、信号光波長帯域Δλ内の特性が波長軸上で繰り返され、かつ、信号光波長帯域Δλとの境界部分での特性が余裕波長領域Δλにおいて滑らかにつながるように、フィルタ特性が設計される。より詳しくは、信号光波長帯域Δλと余裕波長領域Δλを足し合わせた波長帯域について設計されたフィルタ特性をフーリエ級数展開することで、各々の周期フィルタの特性が設計される。このようなフィルタ設計に従って、周期的な損失波長特性を有する光フィルタの実現が図られ、光増幅器の利得波長特性の補償が行われる。
【0008】
上記のようなフィルタ設計においては、余裕波長帯域Δλを広く設定しすぎると、必要となる周期フィルタの数が多くなってしまうという欠点がある。具体的には、例えば余裕波長帯域Δλを信号光波長帯域Δλの0.5倍に設定した場合、必要となる周期フィルタの数は、余裕波長帯域Δλを設定しないとした場合に比べて、1.5倍となる。このため、余裕波長帯域Δλをなるべく狭く設定する方が効率的である。しかし、図25(B)に例示するように、余裕波長帯域Δλを狭くし過ぎて、実際に利得等化を行う波長帯域を信号光波長帯域と同程度に設定してしまうと、信号光波長帯域Δλの両端部分(具体的には余裕波長領域Δλ)において損失が急激に変化するフィルタ特性が目標値として設計されるようになり、そのようなフィルタ特性を有する光フィルタを精度良く実現することが困難になるという問題が生じる。このような問題は、図25(C)に例示するように、信号光波長帯域Δλの両端部分における光増幅器の利得偏差が大きい場合に対応した光フィルタを設計する際に顕著に表れることになる。
【0009】
前述したように、信号光波長帯域Δλ内のフィルタ特性の形状は、フーリエ級数展開法に基づいてFSRの異なる複数の周期フィルタを合成することにより所要の精度で実現される。また、その信号光波長帯域Δλのフィルタ特性は、信号光波長帯域Δλ以外の領域でも繰り返されることになる。このとき、信号光波長帯域Δλの両端部分における信号光パワーの偏差が大きければ、目標とするフィルタ形状が信号光波長帯域Δλの両端部分で不連続に近い状態となるため、複数の周期フィルタを合成して実際に得られるフィルタ形状と目標とするフィルタ形状との間の誤差が増大する。具体的には、例えば目標とするフィルタ形状がのこぎり波状の場合に、実際に得られるフィルタ形状は滑らかな曲線となってしまう。このような誤差の大きな光フィルタを用いて光増幅器の利得波長特性の補償を行ったときには、信号光波長帯域Δλの両端付近についての補償精度が悪化してしまうことになる。
【0010】
また、例えば図26に示すように、フーリエ級数展開法に基づいて合成される各周期フィルタの損失波長特性100の振幅が大きくなるような場合には、合成後のフィルタ特性101が先の尖った急峻な形状になる。このため、利得等化後に得られる各波長に対応した信号光パワーに細かいうねり(リップル)が残さとして生じるという問題もある。
【0011】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、利得等化を行う光の補償対象波長領域内の波長特性を複数の周期フィルタの組み合わせにより高い精度で効率的に補償することができる利得等化技術を実現すると共に、それを適用した光増幅器および光伝送システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の利得等化器は、光波長特性を補償する利得等化器であって、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第2補償部と、を備えて構成されるものである。ここで、等化とは、光の望ましくない波長特性について、好ましい波長特性と同一になるかまたは近似した特性となるように補償を行うことを意味する。
【0013】
かかる構成の利得等化器では、利得等化を行う光が第1補償部を通過することにより、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分が補償され、また、第1補償部で補償されなかった補償対象波長領域内の波長特性が第2補償部により補償されて、光の波長特性が等化されるようになる。このとき、第1補償部で直線的な利得成分を補償するようにしたことで、補償対象波長領域の両端における信号光パワーの偏差が小さくなる。これにより、複数の周期フィルタの組み合わせにより構成される第2補償部のフィルタ設計を高い精度で効率的に行うことができるようになる。
【0014】
また、上記の利得等化器については、前記第1補償部および前記第2補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、前記第1補償部および前記第2補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、を備えて構成されるようにするのが好ましい。
【0015】
かかる構成によれば、第1、2補償部を通過して利得等化された光の状態に応じて第1、2補償部の可変の損失波長特性がフィードバック制御されるようになり、補償対象波長領域内の波長特性の等化をより高い精度で安定して行うことが可能になる。
【0016】
さらに、上記の利得等化器の具体的な態様として、前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第1補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第1補償部に対するフィードバック制御を行うようにしてもよい。これにより、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分が第1補償部においてより確実に補償されるようになる。
【0017】
本発明の光増幅器および光伝送システムは、上記のような利得等化器の構成を適用して利得波長特性の補償を行うようにしたものであり、その具体的な態様は以下の実施の形態において詳しく説明することにする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0019】
図1は、本発明の第1実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【0020】
図1において、第1実施形態の利得等化器1aは、例えば、第1補償部11、第2補償部12および光路13を有し、第1補償部11と第2補償部12が、入力端子INおよび出力端子OUTの間に光路13を介してカスケード接続される。
【0021】
第1補償部11は、例えば、入力端子INまたは出力端子OUTに接続される図示しない光増幅器について、その利得波長特性の直線的な利得成分に該当する一次チルト成分の補償を行うものである。なお、ここでの一次チルトとは、光増幅器の波長に対する利得特性を直線と見立てたときの利得の傾斜を意味する。また、利得波長特性の一次チルト成分の補償とは、補償対象波長帯域(例えば、信号光波長帯域)に対して、その両端部分における利得の偏差を補償することを意味する。従って、第1補償部11は、言い換えると、光増幅器の利得波長特性に対応して、信号伝送を行う帯域でリニアに変化する波長特性を有し、かつ、その波長特性の傾きが適切に設計されたものである。
【0022】
上記の第1補償部11は、具体的には、波長に対する損失(または透過率)の変化が信号光波長帯域について単調増加または単調減少する光フィルタ(以下、線形光フィルタと呼ぶ)11Aを備える。この線形光フィルタ11Aとしては、例えば、ファブリペローエタロン干渉計型フィルタやファイバブラッググレーティングフィルタ等の長周期フィルタ、または、誘電体多層膜フィルタ若しくは音響光学フィルタを使用することが可能である。なお、長周期フィルタを線形光フィルタ11Aとして用いる場合、その長周期フィルタは、信号光波長帯域よりも広い自由スペクトル領域(FSR)を持ち、周期的な損失波長特性が単調増加または単調減少する領域を信号光波長帯域に対応させて使用されるものとする。
【0023】
線形光フィルタ11Aの具体的な構成の一例として、ここでは図2にファブリペローエタロン干渉計型フィルタの構成を示しておく。図2の構成例では、入力側の光路の一端から出射された信号光がレンズ11Bを介してファブリペローエタロン干渉計型フィルタ11Cに送られ、ファブリペローエタロン干渉計型フィルタ11Cを透過した信号光がレンズ11Dを介して出力側の光路の一端に集光される。
【0024】
第2補償部12は、第1補償部11において一次チルト成分の補償が行われた信号光が光路13を介して入力され、第1補償部11で未補償となった光増幅器の利得波長特性、すなわち、第1補償部11で補償しきれなかった一次チルト成分および2次以上の高次チルト成分(以下、うねり成分とする)を補償するものである。この第2補償部12は、従来の技術と同様にして、フーリエ級数展開法を基に複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタ(以下、フーリエフィルタと呼ぶ)12Aを備える。ここでのフーリエフィルタ12Aは、光増幅器の信号光波長帯域における利得波長特性に応じて決定される基本周期に対して、組み合わされる複数の周期フィルタの自由スペクトル領域(FSR)が1/n倍(ただし、nは整数とする)の条件を満たした光フィルタのことである。フーリエフィルタ12Aを構成する各々の周期フィルタとしては、例えば、上記の図2に示したようなファブリペローエタロン干渉計型フィルタやファイバブラッググレーティングフィルタを使用することが可能である。
【0025】
光路13は、本利得等化器1aの入力端子INおよび第1補償部11の入力端子の間と、第1補償部11の出力端子および第2補償部12の入力端子の間と、第2補償部12の入力端子および利得等化器1aの出力端子OUTの間とを、例えば光ファイバや光導波路等を用いてそれぞれ接続するものである。
【0026】
なお、ここでは、第1補償部11および第2補償部を個別に形成して各々の間を光路13で接続する構成例を示したが、例えば、第1補償部11および第2補償部を一体化して単一デバイスとすることも可能である。
【0027】
ここで、第1補償部11および第2補償部12の各フィルタ特性について詳しく説明する。
【0028】
図3は、利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性(出力ASEスペクトル)の一例を示す図である。図3に示すような利得波長特性に対して、本利得等化器1aでは、図中の一点鎖線で示す一次チルト成分が補償されるように、第1補償部11の線形フィルタ11Aの損失波長特性が設計される。具体的には、図3の利得波長特性について例えば最小二乗線形フィッティング法などの公知の演算処理を適用して一次傾斜値が求められ、その結果に従って利得波長特性の一次チルト成分が打ち消されるように線形フィルタ11Aの損失波長特性の傾き(波長の変化に対して損失が単調増加または単調減少する割合)が決められる。なお、最小二乗線形フィッティング法による一次傾斜値の求め方の詳細に関しては後述することにする。
【0029】
上記のようにして線形フィルタ11Aの損失波長特性の傾きを決定した第1補償部11に対して、前述の図3に示したようなスペクトルを持つ光が入力されると、第1補償部11から出力される光は、例えば図4に示すようなスペクトルとなる。この第1補償部11からの出力光のスペクトルは、光増幅器の利得波長特性のうねり成分に対応しており、この利得波長特性のうねり成分が補償されるように、第2補償部12のフーリエフィルタ12Aの損失波長特性が設計される。具体的には、図4の信号光波長帯域に対して、所望の余裕波長領域を足し合わせて、基本周期が設計される。その基本周期における損失波長特性に対してフーリエ級数展開法を適用して1/n倍(n=1,2,3,…)のFSRを有する所要数の周期フィルタが設計される。なお、フーリエ級数展開法によるフィルタ特性の求め方の詳細に関しても後述することにする。
【0030】
上記のようにしてフーリエフィルタ12Aについての信号光波長帯域に対する損失波長特性が設計されると、その特性を目標値としてフーリエフィルタ12Aの実現が図られる。このとき実際に構成されるフーリエフィルタ12Aは、複数の周期フィルタのそれぞれの特性を合成したものになるので、目標とする損失波長特性が信号光波長帯域内だけでなく信号光波長帯域外でも繰り返されることになる。このため、上述の図25に示したように信号光波長帯域の両端部分(余裕波長領域)において損失波長特性が滑らかにつながっていないと目標値に対する誤差が増大することになるが、第1補償部11により一次チルト成分の補償が行われるので、余裕波長領域を狭く設定したとしても損失波長特性を滑らかにつなぐことができる。
【0031】
図5は、上記の図4に示した利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタ12Aの損失波長特性を示したものである。ただし、図5では、一次チルト成分を補償した後の特性を滑らかにつなぐことが可能な余裕波長領域の最小値として約1.15nmを設定し、余裕波長領域内の特性は簡単のために直線で近似している。また、ここでは信号光波長帯域内およびそれよりも短波長側の信号光波長帯域外についての3つ分の周期の損失波長特性を示したが、目標値として設計された信号光波長帯域のフィルタ特性は、上記以外の波長領域についても繰り返される。一方、図6は、上記の図3に示した利得波長特性に応じて設計した目標値に従って実現されるフーリエフィルタ、すなわち、従来の場合と同様に一次チルト成分の補償を行うことなく設計を行ったときのフーリエフィルタの損失波長特性を示したものである。ただし、余裕波長領域等の設定については図5の場合と同じ条件としている。
【0032】
図5および図6の比較から明らかなように、第1補償部11により一次チルト成分の補償を行うようにしたことで、第2補償部12に用いられるフーリエフィルタ12Aの損失波長特性は、余裕波長領域において非常に滑らかにつながるようになるため、フィルタ設計した目標値に対して実際に得られるフィルタ特性を精度よく一致させることが可能になる。
【0033】
上記のようなフィルタ特性を有する第1補償部11および第2補償部12が光路13を介してカスケード接続された利得等化器1aでは、例えば、光増幅器で増幅されたWDM信号光が、入力端子INに入力されて第1補償部11および第2補償部12に順に送られることにより、各波長の信号光レベル間に生じた偏差が補償されて、各々の信号光レベルが平坦化されたWDM信号光が出力端子OUTから出力されるようになる。また例えば、光増幅器で増幅される前のWDM信号光が、入力端子INに入力されて第1補償部11および第2補償部12に順に送られることにより、光増幅器で生じ得る信号光レベルの波長間の偏差を予め補償したWDM信号光が出力端子OUTから出力されるようになる。
【0034】
上記のように第1実施形態の利得等化器によれば、光増幅器の利得波長特性の一次チルト成分を線形光フィルタ11Aを用いて補償する第1補償部11と、うねり成分をフーリエフィルタ12Aを用いて補償する第2補償部とをカスケード接続するようにしたことで、光増幅器の利得波長特性を高い精度で確実に補償することが可能になる。また、本利得等化器では、従来に比べて余裕波長領域を非常に狭く設定できるので、フーリエフィルタ12Aを構成するために組み合わされる周期フィルタの数(フィルタ段数)を低減することが可能である。これにより、効率的なフィルタ設計を行うことができるようになる。
【0035】
次に、本発明の第2実施形態による利得等化器について説明する。
【0036】
図7は、第2実施形態の利得等化器の構成を示すブロック図である。なお、前述の図1に示した第1実施形態の構成と同様の部分には同一の符号が付してあり、以下、他の図面においても同様とする。
【0037】
図7において、第2実施形態の利得等化器1bは、例えば、前述の図1に示した第1実施形態の構成について、損失波長特性を変化させることのできる線形光フィルタ11A’を用いた第1補償部11’と、損失波長特性を変化させることのできるフーリエフィルタ12A’を用いた第2補償部12’とを適用すると共に、それら第1補償部11’および第2補償部12’の各フィルタ特性をフィードバック制御するための光分岐部14、光モニタ部15および制御部16を設けたものである。
【0038】
線形光フィルタ11A’は、第1実施形態の場合と同様に、損失(または透過)波長特性が信号光波長帯域について単調増加または単調減少する光フィルタであって、その単調増加または単調減少する割合が可変制御されるようにしたものである。このような可変の特性を有する線形光フィルタ11A’としては、例えば、特開平6−276154号公報等で公知のマッハツェンダ干渉計型フィルタや磁気光学結晶の入出射面に反射膜を形成したエタロン型フィルタ(例えば、特願2002−146643号)などの長周期フィルタを使用することが可能である。
【0039】
上記マッハツェンダ干渉計型フィルタは、例えば図8に示すように、長さの異なる2本の光導波路11S,11Tの入力側および出力側をそれぞれ方向性結合器11U,11Vで接続した構成を有し、方向性結合器11U,11Vに設けられた電極11X,11Yへのバイアス電流を調整することで結合効率を変化させてフィルタの振幅を変化させることが可能であり、また、方向性結合器11U,11V間の光導波路11S上に設けられた電極11Zへのバイアス電流を調整することでフィルタの位相を変化させることが可能である。
【0040】
上記のエタロン型フィルタは、ファラデー回転子などの磁気光学効果を利用した偏光可変制御器の入出射面に反射膜を形成してエタロン型の光フィルタを構成し、そのファラデー回転角を制御することで透過率(または損失)を変化させることが可能となる。また、ファラデー回転子をくさび型の一対の可動な磁気光学結晶で構成し、エタロンの共振器長を制御することで、波長軸上での透過特性を制御することも可能となる。
【0041】
また、可変の特性を有する線形光フィルタ11A’の他の具体例としては、特開平11−271700号公報等に記載された光フィルタを使用することも可能である。この光フィルタは、具体的には、偏光分離部、偏光可変部および偏光波長特性変化素子を備えて構成され、まず、入力される信号光が偏光ビームスプリッタ等を用いた偏光分離部により直交する2つの光に分離され、一方の光の偏光状態が90度回転されて2つの光が同じ偏光状態にされる。そして、ファラデー回転子などの磁気光学効果を利用した偏光可変部により各光の偏光状態を変化させ、偏光状態に応じて透過波長特性が変化する誘電体多層膜フィルタ等の偏光波長特性変化素子に各々の光が入射され、この偏光波長特性変化素子を通過した各光が通過前とは逆の経路をたどって出力される。このような光フィルタでは、偏光可変部における偏光状態の変化量を制御することによって、透過波長特性を可変制御することができる。ただし、上記のような構成の光フィルタでは、単調増加および単調減少のいずれかについての変化の割合しか制御できないため、単調増加および単調減少の変化の割合を同時に制御可能にする場合には、上記の構成を2段に縦列接続する必要がある。
【0042】
フーリエフィルタ12A’は、第1実施形態の場合と同様に、フーリエ級数展開法を基に複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタであって、少なくとも1つ以上の周期フィルタ(望ましくはすべての周期フィルタ)の波長特性を可変制御できるようにしたものである。このような可変の特性を有する周期フィルタとしては、例えば、マッハツェンダ干渉計型フィルタや、前述したような磁気光学結晶の入出射面に反射膜を形成したエタロン型フィルタなどを使用することが可能である。
【0043】
光分岐部14は、例えば、第2補償部12および出力端子OUTの間の光路13上に設けられ、第2補償部12を通過したWDM信号光の一部をモニタ光として分岐して光モニタ部15に送るものである。
【0044】
光モニタ部15は、光分岐部14からのモニタ光について、各波長にそれぞれ対応した信号光パワーまたは光信号対雑音比(OSNR)を検出し、その検出結果を示す信号を制御部16に出力するものである。
【0045】
制御部16は、光モニタ部15からの出力信号に基づいて、光増幅器の利得波長特性を最適な状態で補償できるように、第1補償部11’および第2補償部12’の可変のフィルタ特性をそれぞれフィードバック制御するものである。
【0046】
次に、制御部16によるフィードバック制御の具体的なアルゴリズムについて説明する。ただし、ここでは光増幅器で増幅されて各波長の信号光レベルに偏差の生じたWDM信号光が本利得等化器1bに入力される場合を想定する。具体的に、入力されるWDM信号光としては、いわゆるCバンド領域における80波の信号光を多重化したWDM信号光を考え、この80波の信号光についての光周波数(THz)、光パワー(dBm)および光信号対雑音比(dB)を、光周波数の低い方から順に、ν、PおよびOSNR(ただしi=1〜80)として表すことにする。なお、以下の説明では、光周波数を1つのパラメータとしてフィードバック制御の具体的なアルゴリズムを例示するが、光周波数を波長に置き換えて考えることも勿論可能である。
【0047】
まず、本利得等化器1bの起動時には、第1補償部11’および第2補償部12’が無制御の状態とされ、各々のフィルタ特性が光周波数に対して平坦な特性となるように初期設定される。このような状態では、光増幅器で増幅されて各波長の信号光レベルに偏差の生じたWDM信号光が、その光周波数特性を殆ど変化させることなく第1補償部11’および第2補償部12’を通過し、第2補償部12’から出力されるWDM信号光の一部が光分岐部14でモニタ光として分岐され、そのモニタ光の光周波数νに対応した光パワーPおよび光信号対雑音比OSNRが光モニタ部15で検出されて制御部16に伝えられる。
【0048】
図9は、上記のような起動時にモニタされることになる80波のWDM信号光のスペクトルの一例を示したものである。このような光モニタ部15でのモニタ結果を受けた制御部16では、最初に、第1補償部11’のフィルタ特性の最適化が次のアルゴリズムに従って実行される。
【0049】
第1補償部11’のフィルタ特性を最適化するためには、まず、光モニタ部15でのモニタ結果を基にして、光増幅器の一次チルト成分が計算により求められる。光増幅器の一次チルト成分は、光周波数νと光パワーPとの関係、または、光周波数νと光信号対雑音比OSNRとの関係が一次式:y=C+D×xに従うものと仮定して、最小二乗線形フィッティング法により定数C,Dを決定して求めることができる。この計算は、例えば次に示すような行列式を使用することによって非常に簡単に処理することが可能である。
【0050】
上記の一次式:y=C+D×xに対して光パワーPまたは光信号対雑音比OSNRを当てはめると、P=C+D×νまたはOSNR=C+D×νとなる。これらの関係を行列式にて表現すると、次の(1)式のようになる。
【0051】
【数1】

Figure 2004151227
【0052】
ここで、80波のWDM信号光に対して各々の光周波数の信号光が存在するか否かを表す次の(2)式のような重み行列Wを導入し、最小二乗線形フィッティング法を適用する。
【0053】
【数2】
Figure 2004151227
【0054】
ただし、上記(2)式のwについては、信号光が存在する時にw=1、存在しない時にw=0とする。
【0055】
ここで、上記の(1)式に関して次の(3)式に示す行列A,b,xを定義する。
【0056】
【数3】
Figure 2004151227
【0057】
そして、上記の(1)式〜(3)式の関係を用いて重みつき最小二乗方程式を表すと、次の(4)式のようになる。
【0058】
【数4】
Figure 2004151227
【0059】
この(4)式をxについて解くと次の(5)式となる。
【0060】
【数5】
Figure 2004151227
【0061】
従って、(5)式の行列式を計算することにより、CおよびDの値を求めることができる。
【0062】
上記のような最小二乗線形フィッティング法による(5)式の関係を基に、光モニタ部15でモニタされる各光周波数νに対応した光パワーPまたは光信号対雑音比OSNRの値を用いて、光増幅器の一次チルト成分が計算により求められる。ここでは、具体的な計算過程の一例として、図9に示したスペクトルについて、図10に示すように各光周波数νに対応した光パワーPをそれぞれ読み取り、各々の値を用いて光増幅器の一次チルト成分を計算した結果を示しておく。
【0063】
まず、図10から読み取った各値を前述の(1)式に代入すると、次の(6)式のようになる。
【0064】
【数6】
Figure 2004151227
【0065】
また、図9に示したようにここではすべての光周波数の信号光が存在するため、前述の(2)式におけるw〜w80の値はすべて1となる。これらの関係より、前述の(5)式を演算してxを求めると、次の(7)式のようになる。
【0066】
【数7】
Figure 2004151227
【0067】
従って、図9に示したモニタ結果に対して、光増幅器の利得の一次チルト成分は、図10中の実線で示すように、一次傾斜値D=0.893075(dB/Hz)を持つ直線で近似される。
【0068】
次に、上記のような一次チルト成分が第1補償部11’で補償されるようにフィルタ特性の最適化が図られる。
【0069】
具体的に、ここでは第1補償部11’に用いられる線形光フィルタ11A’として、例えば、利得等化を行う周波数帯域の2倍以上のFSRをもつ長周期フィルタを使用する場合を考える。この場合、長周期フィルタの最適化パラメータはフィルタ特性の振幅および位相となる。このため、長周期フィルタの振幅および位相と一次チルト成分の傾斜値Dとの関係式を求めて、フィルタ特性の最適化を行うことが必要となる。このような線形光フィルタ11A’の最適化は、例えば、以下に示すような最小二乗線形フィッティング法を適用した計算手順に従って行うことが可能である。
【0070】
線形光フィルタ11A’として用いられる長周期フィルタの理論式は、純粋な周期フィルタの理論式で近似することができるとして、次の(8)式のような関係で表される。
【0071】
【数8】
Figure 2004151227
【0072】
ただし、sはフィルタの振幅(真値)、ΔνはフィルタのFSR(THz)、νは光周波数、νはフィルタのボトム周波数(THz)である。なお、上記のボトム周波数は、フィルタの減衰量が0dBになるときの周波数を示す値である。
【0073】
上記の長周期フィルタについても、前述した場合と同様にして、一次式:y=C’+D’×xという関係式を当てはめると、F(ν)=C’+D’×νとなる。この関係式について、信号光の存在する80波に対して最小二乗線形フィッティング法を適用し、次の(9)式に示す行列式を利用する。
【0074】
【数9】
Figure 2004151227
【0075】
なお、第1補償部11’のフィルタ特性の最適化に関しては、すべての光周波数に対してF(ν)は存在するとして設計を行うことができるため、前述の(2)式に示したような重み行列Wを導入する必要はない。
【0076】
ここで、上記の(9)式について次の(10)式に示す行列A,b’,x’を定義する。
【0077】
【数10】
Figure 2004151227
【0078】
上記の(9)式および(10)式の関係を用いて最小二乗方程式を表すと、b’=Ax’となり、この最小二乗方程式をx’について解くと次の(11)式となる。
【0079】
【数11】
Figure 2004151227
【0080】
この(11)式の行列式を計算することで、C’およびD’の値を求めることができる。
【0081】
また、周期フィルタの性質から明らかなように、フィルタの位相を制御することによって、所要の振幅のフィルタから一次傾斜の絶対値が等しい2つの線形光フィルタを実現することができる。このため、前述の(5)式に従って計算された光増幅器の一次チルト成分の傾きの絶対値|D|と、上記の(11)式に従って計算される周期フィルタの傾きの絶対値|D’|とが等しくなるように、フィルタの振幅sの最適化が図られる。実際には、長周期フィルタの振幅sと一次傾斜の絶対値D’との関係式を求め、その関係式に従って|D|=|D’|が成り立つように線形光フィルタ11A’の振幅sを最適化すればよい。
【0082】
長周期フィルタの振幅と一次傾斜の絶対値との関係式は、一般的に複雑なものとなる。このため、(5)式に従って計算された一次傾斜の絶対値|D|からフィルタの振幅sを最適化する際には、制御部16において例えばニュートン法などによる探索を行うことが好適である。また、フィルタの位相については、フィルタの平均挿入損失を最小にするため、(5)式に従って計算された一次傾斜値Dが正の場合には、光周波数νとフィルタのボトム周波数νとが等しくなるようにし(ν=ν)、一方、一次傾斜値Dが負の場合には、光周波数ν80とフィルタのボトム周波数νとが等しくなり(ν80=ν)となるように制御するのが望ましい。
【0083】
ここでは、前述の具体例で計算した一次傾斜値D=0.893075に対応させて、線形光フィルタ11A’の振幅sの最適化を図った計算過程を一例として示しておく。
【0084】
例えば、線形光フィルタ11A’として用いる長周期フィルタのFSRΔνを12THz、ボトム周波数νを191.95THzとすると、上記の(11)式は、次の(12)式のようになる。
【0085】
【数12】
Figure 2004151227
【0086】
上記の(12)式より、|D|=|D’|とするためには、次の(13)式の関係を満たすことが必要となる。
【0087】
【数13】
Figure 2004151227
【0088】
上記の(13)式をsについて解けば、線形光フィルタ11A’の振幅sは0.74974と求まる。
【0089】
図11は、上記のようにして最適化が図られた線形光フィルタ11A’のフィルタ特性を示したものである。ただし、図11の縦軸は線形光フィルタ11A’における減衰量を負の値で表している。また、このような線形光フィルタ11A’を通過して一次チルト成分の補償が行われたWDM信号光は、例えば図12に示すようなスペクトルとなる。ここで、図12のスペクトルについても、各光周波数νに対応した光パワーPをそれぞれ読み取り、上記の場合と同様の手順に従って一次チルト成分を演算してみると、図13に示すように傾きDが略0となっており、第1補償部11’によって一次チルト成分が効率的に補償されていることが分かる。また、図10および図13を比較すると明らかなように、信号光周波数帯域の両端における信号光レベルの偏差も格段に小さく制御できていることが分かる。
【0090】
上記のようなアルゴリズムに従って第1補償部11’のフィルタ特性の最適化が完了すると、次に、第2補償部12’についてのフィルタ特性の最適化が行われる。
【0091】
具体的には、第1補償部11’を通過して一次チルト成分が補償されたWDM信号光が、第2補償部12’を通過し(この時のフィルタ特性は光周波数に対して平坦な状態)、その一部が光分岐部14でモニタ光として分岐されて光モニタ部15に送られる。光モニタ部15では、上記の図12に示したような一次チルト成分補償後のWDM信号光のスペクトルが検出され、各々の光周波数νに対応した光パワーPおよび光信号対雑音比OSNRが制御部16に伝えられる。
【0092】
制御部16では、光モニタ部15でのモニタ結果を基に、一次チルト成分補償後の信号光パワーの光周波数特性に関するフーリエ級数展開が行われ、フーリエフィルタ12A’を構成する複数の周期フィルタそれぞれの振幅および位相が最適化される。このフーリエ級数展開法に基づいた第2補償部12’の最適化のアルゴリズムは、例えば特開2000−199880号公報等に記載された設計手法を適用することが可能であり、ここではその概略について簡単に説明する。
【0093】
フーリエ級数展開法を用いたフィルタ設計では、フーリエフィルタ12A’を構成する複数の周期フィルタのうちで最も長周期のフィルタのFSRを1とすると、他の周期フィルタのFSRは1/n(ただし、nは整数とする)となるように設計される。このとき、最も長周期のフィルタのFSRは、利得等化を行う信号光周波数帯域に余裕周波数帯域を足し合わせて設計される。従来の技術では、通常、余裕周波数帯域は信号光周波数帯域の約半分程度に設定される。しかし、本利得等化器1bにおいては、第1利得等化部11’により信号光周波数帯域の両端部分における信号光レベルの偏差が補償されているため、余裕周波数帯域を非常に狭くすることができる。これにより、フーリエフィルタ12A’の段数の低減を図ることが可能になる。
【0094】
具体的に、前述の図12や図13に示したような一次チルト成分補償後の信号光パワーの光周波数特性について考えると、信号光周波数帯域は3.95THzであり、この信号光周波数帯域に少しの余裕周波数帯域を設け、最も長周期のフィルタのFSRを5.1THzとすることが可能である。この5.1THzを基本周期として、他の周期フィルタのFSRを、例えば、2.55THz、1.7THz、1.275THz、1.02THz、0.85THzおよび0.729THzに設定して合計7段の周期フィルタの組み合わせによりフーリエフィルタ12A’を構成する。7段の周期フィルタの各振幅は、信号光パワーの光周波数特性をフーリエ級数展開した結果に応じて、例えば図14に示すようにそれぞれ個別に設定される。このようにしてFSRおよび振幅の設定された7段の周期フィルタを組み合わせることによって、フーリエフィルタ12A’のフィルタ特性は、図15に示すように7段のフィルタの和に相当する形状に最適化される。なお、ここでは7段構成のフーリエフィルタ12A’を例示したが、本発明におけるフーリエフィルタの段数はこれに限らず、要求される補償精度に応じて適宜に設定することが可能である。
【0095】
上記のようにしてフィルタ特性が最適化された第2補償部12’を通過してうねり成分が補償されたWDM信号光は、例えば図16に示すようなスペクトルとなる。また、図16に示すWDM信号光のスペクトルについて、各光周波数νに対応した光パワーPをそれぞれ読み取ってプロットすると図17のようになる。図16および図17から明らかなように、信号光パワーの光周波数間における偏差が非常に高い精度で補償されており、信号光周波数帯域の全体に亘って平坦な信号光パワーを持つWDM信号光が得られることが分かる。
【0096】
以上のようにして起動時における第1補償部11’および第2補償部12’の各フィルタ特性の最適化が完了した後は、光モニタ部15でのモニタ結果が制御部16に随時フィードバックされ、光増幅器の動作状態の変化やWDM信号光の使用される光周波数の変化などに応じて、起動時と同様のアルゴリズムに従い第1補償部11’および第2補償部12’の各フィルタ特性が最適化される。
【0097】
このように第2実施形態の利得等化器1bによれば、上述した第1実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、第1補償部11’および第2補償部12’の各フィルタ特性を可変にしてフィードバック制御するようにしたことで、光増幅器の利得波長特性の補償をより高い精度で安定して行うことが可能になる。
【0098】
なお、上述した第1、2実施形態の利得等化器1a,1bでは、光増幅器の利得波長特性の一次チルト成分を補償する第1補償部11,11’を入力側に配置し、うねり成分を補償する第2補償部12,12’を出力側に配置してカスケード接続するようにしたが、第1、2補償部の配置を入れ替えて、第2補償部12,12’を入力側に配置し、第1補償部11,11’を出力側に配置してカスケード接続することも可能である。
【0099】
次に、上述したような第1、2実施形態の利得等化器1a,1bを用いて構成した光増幅器について説明する。
【0100】
図18は、本発明の第3実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【0101】
図18において、本光増幅器2aは、例えば、段の光増幅部21,22をカスケード接続して光出力の増大を図るようにした公知の構成の光増幅器について、光増幅部21,22の段間に上述した第1実施形態の利得等化器1aを適用したものである。
【0102】
この光増幅器2aは、具体的には、入力端子INと出力端子OUTの間に順にカスケード接続した、光増幅部21、利得等化器(GEQ)1A、可変光減衰器(VOA)23および光増幅部22と、光増幅部21への入力光パワーをモニタするための光分岐部24Aおよび受光器(PD)25Aと、光増幅部21からの出力光パワーをモニタするための光分岐部24Bおよび受光器25Bと、光増幅部22への入力光パワーをモニタするための光分岐部24Cおよび受光器25Cと、光増幅部22からの出力光パワーをモニタするための光分岐部24Dおよび受光器25Dと、各光分岐部24A〜24Dでのモニタ結果に基づいて光増幅部21,22および可変光減衰器23の動作状態を制御する制御回路26とを備える。
【0103】
制御回路26は、光増幅器2aへの入力光パワーが変動したときでも、各光増幅部21,22の利得波長特性が変化しないように、各々の光増幅部21,22の利得を一定に制御するAGCを行うと共に、後段の光増幅部22に対する入力パワー(および出力パワー)が一定となるように、可変光減衰器23における減衰量を制御して入力ダイナミックレンジの確保を行う。なお、上記のような光増幅器の制御方式は、従来の光増幅器に適用されている制御方式と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【0104】
上記のような構成の光増幅器2aでは、前段および後段の光増幅部21,22の各利得波長特性が、段間に挿入された本発明による利得等化器1aによって高い精度で補償されるようになる。これにより、本光増幅器2aは、入力端子INに入力されるWDM信号光を所望のレベルまで増幅して、波長間における信号光レベルの揃ったWDM信号光を出力端子OUTから出力することができる。
【0105】
次に、本発明の第4実施形態による光増幅器について説明する。
【0106】
図19は、第4実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【0107】
図19において、本光増幅器2bは、例えば、前述したような公知の2段増幅構成の光増幅器について、上述の第2実施形態で説明したフィードバック制御ありの利得等化器1bを設けたものである。
【0108】
この光増幅器2bは、具体的には、前段および後段の光増幅部21,22の段間に、前述の第2実施形態で説明した可変のフィルタ特性を持つ第1補償部11’および第2補償部12’をカスケード接続し、後段の光増幅部22から出力される増幅光の一部を光分岐部24D,14で分岐して光モニタ部15に送り、光モニタ部15でのモニタ結果に基づいて、制御回路26’により第1補償部11’および第2補償部12’の各フィルタ特性をフィードバック制御するようにしたものである。
【0109】
上記の光増幅器2bでは、フィードバック制御が行われる利得等化器1bを適用したことにより、各光増幅部21,22の利得波長特性を広い範囲に亘ってダイナミックに補償できるため、前述した第3実施形態の場合のように各光増幅部21,22に対するAGCを行う必要はなくなり、各光増幅部21,22の出力を一定に制御するAPCを行えばよい。このため、第3実施形態において各光増幅部21,22の前段に配置していた光分岐部24A,24Cおよび受光器25A,25Cは、本実施形態では省略することが可能となる。また、後段の光増幅部22への入力パワーを一定にする必要もなくなるため、第3実施形態において各光増幅部21,22の間に配置していた可変光減衰器23についても、本実施形態では省略することが可能となる。
【0110】
このように第4実施形態の光増幅器によれば、第1、2補償部11’,12’の各フィルタ特性をフィードバック制御する利得等化器1bを適用したことによって、より簡素な構成で安定した光増幅を行うことが可能になる。
【0111】
なお、上述した第3、4実施形態では、前段および後段の光増幅部21,22の間に第1、2補償部を配置した構成について説明したが、本発明の光増幅器の構成はこれに限られるものではない。例えば図20に示す光増幅器2cのように、入力端子INと前段の光増幅部21との間に第1、2補償部11’,12’を配置してもよい。また、例えば図21に示す光増幅器2dのように、後段の光増幅部22と光分岐部24Dの間に第1、2補償部11’,12’を配置することも可能である。ただし、レベルダイヤやOSNR劣化などの点を考慮すると、第1、2補償部11’,12’の挿入位置は、図19に示した光増幅器2bのように、各光増幅部21,22の間とするのが望ましい。
【0112】
次に、上述したような利得等化器1a,1bまたは光増幅器2a〜2dを用いて構成したWDM光伝送システムについて説明する。
【0113】
図22は、本発明の第5実施形態によるWDM光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【0114】
図22に示すWDM光伝送システム3aは、例えば、WDM信号光を送受信する光送信装置31および光受信装置32の間を光伝送路33で接続すると共に、該光伝送路33上に所要の間隔で光増幅器34を配置してWDM信号光を中継伝送する公知のシステム構成について、各中継区間の光増幅器34にそれぞれ対応させて上述の第1、2実施形態に示した利得等化器1aまたは1b(図中はGEQ1として示す)を配置したものである。
【0115】
このようなWDM光伝送システム3aでは、各中継区間の光増幅器34の利得波長特性が各々に対応した利得等化器(GEQ)1によって高い精度で補償されるようになるため、光送信装置31および光受信装置32間におけるWDM信号光の中継伝送を確実に安定して行うことが可能になる。
【0116】
なお、上記第5実施形態のWDM光伝送システムでは、一般的な光増幅器34に対応させて本発明の利得等化器を付設する構成としたが、公知のシステム構成における各中継区間の光増幅器34として、例えば図23に示すWDM光伝送システム3bのように上述の第3、4実施形態に示した光増幅器2a〜2d(図中は光増幅器2として示す)のいずれかを適用するようにしてもよい。
【0117】
また、各々の中継区間ごとに利得等化器を配置して利得等化を行う一例を示したが、2つ以上の中継区間についての利得等化を1つの利得等化器によりまとめて行うことも可能である。この場合、例えば図24に示すWDM光伝送システム3cのように、第1補償部11’と第2補償部12’を異なる中継区間に配置し、すなわち、第1補償部11’および第2補償部12’の間に光増幅器34および光伝送路33が存在するような配置として、異なる中継区間の第1、2補償部11’,12’の各フィルタ特性を制御部16により連動してフィードバック制御することも可能である。
【0118】
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。
【0119】
(付記1) 光の波長特性を補償する利得等化器であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、
該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第2補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【0120】
(付記2) 付記1に記載の利得等化器であって、
前記第1補償部および前記第2補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第1補償部および前記第2補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【0121】
(付記3) 付記1に記載の利得等化器であって、
前記第1補償部は、前記補償対象波長領域よりも広い自由スペクトル領域を持ち、周期的な損失波長特性が前記補償対象波長領域において単調増加または単調減少する長周期フィルタを備えることを特徴とする利得等化器。
【0122】
(付記4) 付記1に記載の利得等化器であって、
前記第2補償部は、自由スペクトル領域が互いに異なる複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタを備えることを特徴とする利得等化器。
【0123】
(付記5) 付記2に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第1補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第1補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
【0124】
(付記6) 付記2に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果についてフーリエ級数展開法を適用し、前記第2補償部の各周期フィルタの振幅および位相がフーリエ級数展開の演算結果に対応するように、前記第2補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
【0125】
(付記7) 付記2に記載の利得等化器であって、
前記光モニタ部は、波長多重信号光の各波長に対応した信号光パワーをモニタし、
前記制御部は、前記光モニタ部でモニタされる各波長の信号光パワーを用いた演算処理により前記補償対象波長領域内の波長特性を判断することを特徴とする利得等化器。
【0126】
(付記8) 付記2に記載の利得等化器であって、
前記光モニタ部は、波長多重信号光の各波長に対応した光信号対雑音比をモニタし、
前記制御部は、前記光モニタ部でモニタされる各波長の光信号対雑音比を用いた演算処理により前記補償対象波長領域内の波長特性を判断することを特徴とする利得等化器。
【0127】
(付記9) 波長多重信号光を一括して増幅する光増幅部と、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅部の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、
該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記光増幅部の利得波長特性を補償する第2補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
【0128】
(付記10) 付記9に記載の光増幅器であって、
前記第1補償部および前記第2補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第1補償部および前記第2補償部を通過した波長多重信号光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記光増幅部の利得波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
【0129】
(付記11) 付記9に記載の光増幅器であって、
前記第1補償部および前記第2補償部は、カスケード接続された複数の光増幅部の各利得波長特性を補償することを特徴とする光増幅器。
【0130】
(付記12) 付記11に記載の光増幅器であって、
前記第1補償部および前記第2補償部は、前記カスケード接続された複数の光増幅部の間に配置されることを特徴とする光増幅器。
【0131】
(付記13) 光伝送路上に配置された光増幅器により波長多重信号光を一括して増幅すると共に、前記光増幅器の利得波長特性を利得等化器により補償して中継伝送する光伝送システムであって、
前記利得等化器は、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅器の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記光増幅器の利得波長特性を補償する第2補償部と、を備えることを特徴とする光伝送システム。
【0132】
(付記14) 付記13に記載の光伝送システムであって、
前記利得等化器は、前記第1補償部および前記第2補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第1補償部および前記第2補償部を通過した波長多重信号光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記光増幅器の利得波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【0133】
(付記15) 付記14に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送路上に複数の光増幅器が配置され、波長多重信号光が複数の中継区間を伝送されるとき、
前記利得等化器は、各中継区間にそれぞれ配置されることを特徴とする光伝送システム。
【0134】
(付記16) 付記14に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送路上に複数の光増幅器が配置され、波長多重信号光が複数の中継区間を伝送されるとき、
前記利得等化器は、前記第1補償部および前記第2補償部が異なる中継区間に配置されることを特徴とする光伝送システム。
【0135】
(付記17) 光の波長特性を補償する利得等化方法であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有する第1補償部により、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償し、
前記第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせからなる第2補償部により、前記第1補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償することを特徴とする利得等化方法。
【0136】
(付記18) 付記17に記載の利得等化方法であって、
前記第1補償部および前記第2補償部を通過した光をモニタし、
該モニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、
該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御することを特徴とする利得等化方法。
【0137】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の利得等化技術によれば、利得等化を行う光について、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を第1補償部で補償し、その第1補償部で補償されなかったうねり成分を第2補償部で補償するようにしたことで、利得等化を高い精度で効率的に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【図2】同上第1実施形態に用いられる線形光フィルタの具体的な構成の一例を示す図である。
【図3】同上第1実施形態において利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性の一例を示す図である。
【図4】同上第1実施形態において第1補償部で一次チルト成分が補償された後の利得波長特性を示す図である。
【図5】図4の利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタの損失波長特性を示す図である。
【図6】図3の利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタ(従来技術)の損失波長特性を示す図である。
【図7】本発明の第2実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【図8】同上第2実施形態に用いられる線形光フィルタの具体的な構成の一例を示す図である。
【図9】同上第2実施形態において起動時にモニタされるWDM信号光のスペクトル例を示す図である。
【図10】図9について光周波数に対応した光パワーを読み取り一次チルト成分を計算した結果を示す図である。
【図11】図10の結果に対応して最適化された線形光フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図12】図11の線形光フィルタを通過して一次チルト成分が補償されたWDM信号光のスペクトルを示す図である。
【図13】図12について光周波数に対応した光パワーを読み取り一次チルト成分を計算した結果を示す図である。
【図14】上記第2実施形態においてフーリエフィルタを構成する複数の周期フィルタの特性例を示す図である。
【図15】図14の各周期フィルタの組み合わせによって得られるフーリエフィルタの特性を示す図である。
【図16】図15のフーリエフィルタを通過してうねり成分が補償されたWDM信号光のスペクトルを示す図である。
【図17】図16について光周波数に対応した光パワーを読み取った結果を示す図である。
【図18】本発明の第3実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図19】本発明の第4実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図20】同上第4実施形態に関連する他の構成例を示すブロック図である。
【図21】同上第4実施形態に関連する別の構成例を示すブロック図である。
【図22】本発明の第5実施形態によるWDM光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図23】同上第5実施形態に関連する他のシステム構成例を示すブロック図である。
【図24】同上第5実施形態に関連する別のシステム構成例を示すブロック図である。
【図25】従来の利得等化器に関する問題点を説明するための図である。
【図26】従来の利得等化器に関する他の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1A,1B 利得等化器(GEQ)
11,11’ 第1補償部
11A 線形光フィルタ
12,12’ 第2補償部
12A フーリエフィルタ
13 光路
14 光分岐部
15 光モニタ部
16 制御部
2A〜2D 光増幅器
21,22 光増幅部
23 可変光減衰器(VOA)
24A〜24D 光分岐部
25A〜25D 受光器(PD)
26 制御回路
IN 入力端子
OUT 出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gain equalization technique for compensating for wavelength characteristics of light, and more particularly, to a gain equalization technique for compensating for wavelength characteristics in a compensation target wavelength region by a combination of a plurality of periodic filters, and application thereof. The present invention relates to an optical amplifier and an optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, optical fiber communication systems have been put into practical use with the emergence of low-loss optical fibers due to improvements in optical fiber manufacturing technology. In addition, in order to realize long-distance optical transmission, an optical amplifier for amplifying signal light has been put to practical use as a technology for compensating for loss in an optical fiber transmission line, and a wavelength for increasing the transmission line capacity has been used as a technology for increasing the transmission line capacity. Multiplexed (WDM) optical transmission systems are also known. This WDM optical transmission method is a method of multiplexing and transmitting a plurality of signal lights having different wavelengths using one fiber.
[0003]
By the way, when using an optical amplifier that collectively amplifies multiplexed signal light, the signal light level after passing through the optical amplifier or the like depends on the wavelength due to the wavelength dependence (gain wavelength characteristic) of the gain of the optical amplifier or the like. Is known to be different. The deviation between the wavelengths of the signal light levels generated by the optical amplifiers and the like is accumulated in a system in which a plurality of optical amplifiers are cascaded. As described above, the wavelength dependence of the gain of an optical amplifier or the like causes a deviation of the signal light level and a deviation of the optical signal-to-noise ratio (OSNR) for each wavelength. This poses a problem in that it restricts and deteriorates the receiving sensitivity at the receiving end.
[0004]
Conventionally, various techniques for compensating for gain wavelength characteristics of an optical amplifier (gain equalization) have been proposed. For example, in the following Patent Document 1 and the like, a change period on the wavelength axis of the transmittance, that is, a gain equalizer configured by cascading a plurality of periodic filters having different free spectral regions (FSR) is used. Techniques for compensating for gain wavelength characteristics of optical amplifiers have been proposed. As is apparent from the Fourier series expansion method, this conventional technique is based on the principle that a filter characteristic of an arbitrary shape can be realized by superimposing a plurality of sine waves having different periods from each other on the wavelength axis (or A gain equalizer having a desired filter characteristic by cascading a plurality of periodic filters having different FSRs using a Mach-Zehnder type optical filter having a sinusoidal variable transmission characteristic on the optical frequency axis) as a periodic filter. Has been realized.
[0005]
In the following Patent Document 2 and the like, instead of configuring a gain equalizer by combining a plurality of periodic filters as described above, a maximum value of a loss is provided in a predetermined wavelength band, and the maximum value is determined. There has been proposed a technique for compensating for the gain wavelength characteristic of an optical amplifier using an optical filter whose loss wavelength characteristic is asymmetric about a given wavelength. In this prior art, the gain wavelength characteristic of the optical amplifier can be equalized over a wide wavelength band by one optical filter.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-276154
[Patent Document 2]
JP 2000-354005 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described related art has the following problems. That is, when equalizing the gain wavelength characteristic of an optical amplifier using a periodic filter, first, gain equalization is actually performed on a compensation target wavelength band (for example, a signal light wavelength band) to be subjected to gain equalization. A wavelength band to be performed is determined, and a periodic filter is designed in accordance with the wavelength band. Specifically, for example, as shown in FIG. S Wavelength region Δλ required for both ends of M Is set, and the signal light wavelength band Δλ is set according to the gain wavelength characteristic of the optical amplifier to be subjected to gain equalization. S The loss (or transmission) wavelength characteristic for is designed. And the signal light wavelength band Δλ S For other bands, the signal light wavelength band Δλ S Are repeated on the wavelength axis, and the signal light wavelength band Δλ S The characteristic at the boundary with the margin wavelength region Δλ M The filter characteristics are designed so as to provide a smooth connection. More specifically, the signal light wavelength band Δλ S And the marginal wavelength region Δλ M By performing Fourier series expansion of the filter characteristics designed for the wavelength band obtained by adding the above, the characteristics of each periodic filter are designed. According to such a filter design, an optical filter having a periodic loss wavelength characteristic is realized, and the gain wavelength characteristic of the optical amplifier is compensated.
[0008]
In the above filter design, the marginal wavelength band Δλ M Is too wide, the number of required periodic filters increases. Specifically, for example, the marginal wavelength band Δλ M Is the signal light wavelength band Δλ S When set to 0.5 times the number of required periodic filters, the margin wavelength band Δλ M Is 1.5 times larger than the case where is not set. Therefore, the surplus wavelength band Δλ M It is more efficient to set as small as possible. However, as illustrated in FIG. 25B, the marginal wavelength band Δλ M If the wavelength band for actually performing gain equalization is set to be substantially the same as the signal light wavelength band, the signal light wavelength band Δλ S (Specifically, the marginal wavelength region Δλ M In (2), the filter characteristic in which the loss changes abruptly is designed as a target value, and there is a problem that it is difficult to accurately realize an optical filter having such a filter characteristic. Such a problem is caused by the signal light wavelength band Δλ as illustrated in FIG. S Will be noticeable when designing an optical filter corresponding to the case where the gain deviation of the optical amplifier at both end portions is large.
[0009]
As described above, the signal light wavelength band Δλ S The shape of the filter characteristic in is realized with the required accuracy by synthesizing a plurality of periodic filters having different FSRs based on the Fourier series expansion method. Also, the signal light wavelength band Δλ S Has a signal light wavelength band Δλ S It will be repeated in other areas. At this time, the signal light wavelength band Δλ S If the deviation of the signal light power at both ends is large, the target filter shape becomes the signal light wavelength band Δλ. S Is almost discontinuous at both ends, the error between the filter shape actually obtained by combining a plurality of periodic filters and the target filter shape increases. Specifically, for example, when the target filter shape is a saw-tooth waveform, the actually obtained filter shape becomes a smooth curve. When the gain wavelength characteristic of the optical amplifier is compensated using such an optical filter having a large error, the signal light wavelength band Δλ S The compensation accuracy in the vicinity of both ends will be degraded.
[0010]
Also, for example, as shown in FIG. 26, when the amplitude of the loss wavelength characteristic 100 of each periodic filter synthesized based on the Fourier series expansion method becomes large, the combined filter characteristic 101 is sharp. The shape becomes steep. For this reason, there is also a problem that fine waviness (ripple) is generated as residue in the signal light power corresponding to each wavelength obtained after gain equalization.
[0011]
The present invention has been made by paying attention to the above problem, and it is possible to efficiently compensate the wavelength characteristics of the light to be subjected to gain equalization in the compensation target wavelength region with high accuracy by combining a plurality of periodic filters. It is an object of the present invention to realize a gain equalization technique and to provide an optical amplifier and an optical transmission system to which the technique is applied.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the gain equalizer of the present invention is a gain equalizer that compensates for optical wavelength characteristics, and has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or monotonically decreases with respect to a wavelength region to be compensated. Due to the combination of the first compensator for compensating for the linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region and a plurality of periodic filters cascaded to the first compensator, the first compensator is not compensated. And a second compensator for compensating for wavelength characteristics in the compensation target wavelength region. Here, “equalization” means that compensation is performed so that undesired wavelength characteristics of light become the same or approximate to the preferable wavelength characteristics.
[0013]
In the gain equalizer having such a configuration, since the light for gain equalization passes through the first compensator, the linear gain component of the wavelength characteristic in the wavelength region to be compensated is compensated. The wavelength characteristic in the wavelength region to be compensated which is not compensated by the above is compensated by the second compensator, and the wavelength characteristic of the light is equalized. At this time, since the linear gain component is compensated by the first compensating unit, the deviation of the signal light power at both ends of the compensation target wavelength region is reduced. Accordingly, the filter design of the second compensator configured by combining a plurality of periodic filters can be efficiently performed with high accuracy.
[0014]
Further, in the gain equalizer, the first compensator and the second compensator have variable loss wavelength characteristics, respectively, and the light that has passed through the first compensator and the second compensator is An optical monitoring unit for monitoring, and a wavelength characteristic in the wavelength region to be compensated is determined based on a monitoring result of the optical monitoring unit. Each loss of the first compensation unit and the second compensation unit is determined according to the determination result. It is preferable that the control unit includes a control unit that performs feedback control of the wavelength characteristic.
[0015]
According to this configuration, the variable loss wavelength characteristics of the first and second compensators are feedback-controlled according to the state of the light that has passed through the first and second compensators and gain-equalized. It is possible to stably equalize the wavelength characteristics in the wavelength region with higher accuracy.
[0016]
Further, as a specific mode of the gain equalizer, the control unit applies a least-squares linear fitting method to a monitoring result of the optical monitoring unit to apply a primary slope value of a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region. And the feedback control to the first compensator may be performed such that the loss wavelength characteristic of the first compensator monotonically increases or decreases at a rate corresponding to the primary slope value. Accordingly, the linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region is more reliably compensated for in the first compensation unit.
[0017]
The optical amplifier and the optical transmission system according to the present invention are configured to compensate for the gain wavelength characteristic by applying the configuration of the gain equalizer as described above. Will be described in detail.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the gain equalizer according to the first embodiment of the present invention.
[0020]
In FIG. 1, the gain equalizer 1a according to the first embodiment includes, for example, a first compensator 11, a second compensator 12, and an optical path 13, and the first compensator 11 and the second compensator 12 receive input signals. A cascade connection is made between the terminal IN and the output terminal OUT via the optical path 13.
[0021]
The first compensator 11 compensates, for example, a primary tilt component corresponding to a linear gain component of the gain wavelength characteristic of an optical amplifier (not shown) connected to the input terminal IN or the output terminal OUT. Here, the primary tilt means a slope of the gain when the gain characteristic with respect to the wavelength of the optical amplifier is regarded as a straight line. The compensation of the primary tilt component of the gain wavelength characteristic means that a gain deviation at both ends of a compensation target wavelength band (for example, a signal light wavelength band) is compensated. Therefore, in other words, the first compensator 11 has a wavelength characteristic that changes linearly in the band for signal transmission corresponding to the gain wavelength characteristic of the optical amplifier, and the slope of the wavelength characteristic is appropriately designed. It was done.
[0022]
Specifically, the first compensator 11 includes an optical filter (hereinafter, referred to as a linear optical filter) 11A whose change in loss (or transmittance) with respect to wavelength monotonically increases or decreases with respect to the signal light wavelength band. . As the linear optical filter 11A, for example, a long-period filter such as a Fabry-Perot etalon interferometer type filter or a fiber Bragg grating filter, or a dielectric multilayer filter or an acousto-optic filter can be used. When a long-period filter is used as the linear optical filter 11A, the long-period filter has a free spectrum region (FSR) wider than the signal light wavelength band, and a region where the periodic loss wavelength characteristic increases or decreases monotonically. Are used corresponding to the signal light wavelength band.
[0023]
As an example of a specific configuration of the linear optical filter 11A, FIG. 2 shows a configuration of a Fabry-Perot etalon interferometer type filter. In the configuration example of FIG. 2, the signal light emitted from one end of the optical path on the input side is sent to the Fabry-Perot etalon interferometer type filter 11C via the lens 11B and transmitted through the Fabry-Perot etalon interferometer type filter 11C. Is focused on one end of the optical path on the output side via the lens 11D.
[0024]
The second compensator 12 receives the signal light whose primary tilt component has been compensated in the first compensator 11 via the optical path 13 and gain wavelength characteristics of the optical amplifier that has not been compensated in the first compensator 11. In other words, it compensates for the primary tilt component and the secondary or higher-order tilt component (hereinafter referred to as a swell component) that could not be completely compensated by the first compensating unit 11. The second compensator 12 includes an optical filter (hereinafter, referred to as a Fourier filter) 12A configured by combining a plurality of periodic filters based on a Fourier series expansion method in the same manner as in the related art. In the Fourier filter 12A, the free spectral range (FSR) of a plurality of periodic filters combined is 1 / n times the fundamental period determined according to the gain wavelength characteristic in the signal light wavelength band of the optical amplifier. Here, n is an integer). As each of the periodic filters constituting the Fourier filter 12A, for example, a Fabry-Perot etalon interferometer type filter or a fiber Bragg grating filter as shown in FIG. 2 can be used.
[0025]
The optical path 13 is provided between the input terminal IN of the gain equalizer 1a and the input terminal of the first compensator 11, between the output terminal of the first compensator 11 and the input terminal of the second compensator 12, The input terminal of the compensator 12 and the output terminal OUT of the gain equalizer 1a are connected to each other using, for example, an optical fiber or an optical waveguide.
[0026]
Here, the configuration example in which the first compensating unit 11 and the second compensating unit are individually formed and connected to each other by the optical path 13 has been described. For example, the first compensating unit 11 and the second compensating unit are It is also possible to integrate them into a single device.
[0027]
Here, each filter characteristic of the first compensator 11 and the second compensator 12 will be described in detail.
[0028]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a gain wavelength characteristic (output ASE spectrum) of an optical amplifier to be subjected to gain equalization. With respect to the gain wavelength characteristic shown in FIG. 3, the gain equalizer 1a compensates for the loss of the linear filter 11A of the first compensator 11 so that the first-order tilt component indicated by the dashed line in the figure is compensated. Characteristics are designed. Specifically, for the gain wavelength characteristic of FIG. 3, a first-order slope value is obtained by applying a known operation process such as a least-squares linear fitting method, and the first-order tilt component of the gain wavelength characteristic is canceled according to the result. The slope of the loss wavelength characteristic of the linear filter 11A (the rate at which the loss monotonically increases or monotonously decreases with respect to the change in wavelength) is determined. The details of how to determine the primary slope value by the least squares linear fitting method will be described later.
[0029]
When the light having the spectrum as shown in FIG. 3 is input to the first compensating unit 11 which determines the slope of the loss wavelength characteristic of the linear filter 11A as described above, the first compensating unit 11 The light output from has a spectrum as shown in FIG. 4, for example. The spectrum of the output light from the first compensator 11 corresponds to the undulation component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier, and the Fourier transform of the second compensator 12 is performed so that the undulation component of the gain wavelength characteristic is compensated. The loss wavelength characteristic of the filter 12A is designed. Specifically, the fundamental period is designed by adding a desired margin wavelength region to the signal light wavelength band of FIG. A required number of periodic filters having an FSR of 1 / n times (n = 1, 2, 3,...) Are designed by applying the Fourier series expansion method to the loss wavelength characteristic in the fundamental period. The details of how to obtain the filter characteristics by the Fourier series expansion method will be described later.
[0030]
When the loss wavelength characteristic of the Fourier filter 12A with respect to the signal light wavelength band is designed as described above, the Fourier filter 12A is realized using the characteristic as a target value. At this time, the Fourier filter 12A actually configured is a composite of the respective characteristics of the plurality of periodic filters, so that the target loss wavelength characteristic is repeated not only within the signal light wavelength band but also outside the signal light wavelength band. Will be. For this reason, as shown in FIG. 25 described above, if the loss wavelength characteristics are not smoothly connected at both end portions (margin wavelength region) of the signal light wavelength band, an error with respect to the target value increases. Since the primary tilt component is compensated by the unit 11, even if the margin wavelength region is set narrow, the loss wavelength characteristics can be smoothly connected.
[0031]
FIG. 5 shows the loss wavelength characteristics of the Fourier filter 12A designed according to the gain wavelength characteristics shown in FIG. However, in FIG. 5, about 1.15 nm is set as the minimum value of the surplus wavelength region in which the characteristics after compensating the primary tilt component can be smoothly connected, and the characteristics in the surplus wavelength region are linear for simplicity. Is approximated. Although the loss wavelength characteristics of three periods within the signal light wavelength band and outside the signal light wavelength band on the shorter wavelength side are shown here, the filter of the signal light wavelength band designed as the target value is shown. The characteristics are repeated for other wavelength regions. On the other hand, FIG. 6 shows a Fourier filter realized according to the target value designed according to the gain wavelength characteristic shown in FIG. 3, that is, the design is performed without compensating the primary tilt component as in the conventional case. 4 shows the loss wavelength characteristics of the Fourier filter when the wavelength is changed. However, the setting of the margin wavelength region and the like is set to the same condition as the case of FIG.
[0032]
As is clear from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, the loss wavelength characteristic of the Fourier filter 12A used in the second compensator 12 is marginal because the first compensator 11 compensates for the primary tilt component. Since the connection is very smooth in the wavelength region, it is possible to accurately match the actually obtained filter characteristic with the target value for which the filter is designed.
[0033]
In the gain equalizer 1a in which the first compensator 11 and the second compensator 12 having the above filter characteristics are cascaded via the optical path 13, for example, the WDM signal light amplified by the optical amplifier is input. By being input to the terminal IN and being sent to the first compensating unit 11 and the second compensating unit 12 in order, the deviation occurring between the signal light levels of the respective wavelengths is compensated, and each signal light level is flattened. The WDM signal light is output from the output terminal OUT. Further, for example, the WDM signal light before being amplified by the optical amplifier is input to the input terminal IN and sequentially sent to the first compensating unit 11 and the second compensating unit 12, so that the signal light level that can be generated in the optical amplifier is reduced. The WDM signal light whose wavelength deviation has been compensated in advance is output from the output terminal OUT.
[0034]
As described above, according to the gain equalizer of the first embodiment, the first compensator 11 that compensates the primary tilt component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier using the linear optical filter 11A, and the swell component is the Fourier filter 12A By cascade-connecting the second compensating unit for compensating by using, the gain wavelength characteristic of the optical amplifier can be reliably compensated with high accuracy. Further, in the present gain equalizer, the margin wavelength region can be set very narrow as compared with the conventional case, so that the number of periodic filters (the number of filter stages) combined to configure the Fourier filter 12A can be reduced. . As a result, efficient filter design can be performed.
[0035]
Next, a gain equalizer according to a second embodiment of the present invention will be described.
[0036]
FIG. 7 is a block diagram illustrating the configuration of the gain equalizer according to the second embodiment. The same parts as those in the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the same applies to other drawings.
[0037]
7, a gain equalizer 1b according to the second embodiment uses, for example, a linear optical filter 11A ′ that can change the loss wavelength characteristic in the configuration of the first embodiment illustrated in FIG. A first compensator 11 'and a second compensator 12' using a Fourier filter 12A 'capable of changing a loss wavelength characteristic are applied, and the first compensator 11' and the second compensator 12 'are used. An optical branching unit 14, an optical monitoring unit 15, and a control unit 16 for performing feedback control of each filter characteristic are provided.
[0038]
The linear optical filter 11A ′ is an optical filter whose loss (or transmission) wavelength characteristic increases or decreases monotonically in the signal light wavelength band, as in the first embodiment, and the ratio of the monotonically increasing or monotonically decreasing loss. Is variably controlled. Examples of the linear optical filter 11A ′ having such variable characteristics include, for example, a Mach-Zehnder interferometer-type filter known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-276154 and an etalon-type filter having a reflection film formed on the input / output surface of a magneto-optical crystal. A long-period filter such as a filter (for example, Japanese Patent Application No. 2002-146643) can be used.
[0039]
As shown in FIG. 8, for example, the Mach-Zehnder interferometer type filter has a configuration in which the input and output sides of two optical waveguides 11S and 11T having different lengths are connected by directional couplers 11U and 11V, respectively. By adjusting the bias current to the electrodes 11X and 11Y provided in the directional couplers 11U and 11V, it is possible to change the coupling efficiency and thereby change the amplitude of the filter. , 11V, the phase of the filter can be changed by adjusting the bias current to the electrode 11Z provided on the optical waveguide 11S.
[0040]
The above etalon-type filter forms a etalon-type optical filter by forming a reflection film on an input / output surface of a polarization variable controller using a magneto-optical effect such as a Faraday rotator, and controls the Faraday rotation angle. With this, the transmittance (or loss) can be changed. In addition, by forming the Faraday rotator with a pair of wedge-shaped movable magneto-optical crystals and controlling the resonator length of the etalon, it is possible to control the transmission characteristics on the wavelength axis.
[0041]
Further, as another specific example of the linear optical filter 11A 'having variable characteristics, an optical filter described in JP-A-11-271700 or the like can be used. This optical filter is specifically configured to include a polarization separation unit, a polarization variable unit, and a polarization wavelength characteristic changing element. First, input signal lights are orthogonalized by a polarization separation unit using a polarization beam splitter or the like. The light is separated into two lights, and the polarization state of one light is rotated by 90 degrees, so that the two lights have the same polarization state. Then, the polarization state of each light is changed by a polarization variable part utilizing a magneto-optical effect such as a Faraday rotator, and the polarization wavelength characteristic changing element such as a dielectric multilayer filter in which the transmission wavelength characteristic changes according to the polarization state. Each light is made incident, and each light that has passed through the polarization wavelength characteristic changing element is output along a path reverse to that before the light passed. In such an optical filter, the transmission wavelength characteristic can be variably controlled by controlling the amount of change in the polarization state in the polarization variable section. However, in the optical filter having the above-described configuration, only the rate of change in either the monotone increase or the monotone decrease can be controlled. Must be connected in cascade in two stages.
[0042]
The Fourier filter 12A ′ is an optical filter configured by combining a plurality of periodic filters based on the Fourier series expansion method, as in the first embodiment, and includes at least one or more periodic filters (preferably all The wavelength characteristic of the periodic filter can be variably controlled. As the periodic filter having such variable characteristics, for example, a Mach-Zehnder interferometer type filter or an etalon type filter having a reflection film formed on the input / output surface of the magneto-optical crystal as described above can be used. is there.
[0043]
The optical branching unit 14 is provided, for example, on the optical path 13 between the second compensating unit 12 and the output terminal OUT, and branches a part of the WDM signal light passing through the second compensating unit 12 as monitor light to perform optical monitoring. It is sent to the unit 15.
[0044]
The optical monitoring unit 15 detects signal light power or optical signal-to-noise ratio (OSNR) corresponding to each wavelength of the monitor light from the optical branching unit 14 and outputs a signal indicating the detection result to the control unit 16. Is what you do.
[0045]
The control unit 16 controls the variable filters of the first compensation unit 11 ′ and the second compensation unit 12 ′ based on the output signal from the optical monitoring unit 15 so that the gain wavelength characteristic of the optical amplifier can be compensated in an optimal state. The characteristics are respectively feedback controlled.
[0046]
Next, a specific algorithm of the feedback control by the control unit 16 will be described. However, it is assumed here that the WDM signal light amplified by the optical amplifier and having a deviation in the signal light level of each wavelength is input to the gain equalizer 1b. Specifically, as the input WDM signal light, a WDM signal light obtained by multiplexing 80 signal lights in a so-called C band region is considered, and the optical frequency (THz) and the optical power (THz) of the 80 wave signal lights are considered. dBm) and the optical signal-to-noise ratio (dB) i , P i And OSNR i (Where i = 1 to 80). In the following description, a specific algorithm of feedback control is described using the optical frequency as one parameter, but it is of course possible to replace the optical frequency with a wavelength.
[0047]
First, at the time of starting the gain equalizer 1b, the first compensator 11 'and the second compensator 12' are set in a non-control state, so that each filter characteristic becomes flat with respect to the optical frequency. Initialized. In such a state, the WDM signal light, which has been amplified by the optical amplifier and has a deviation in the signal light level of each wavelength, has the first compensating unit 11 'and the second compensating unit 12 with almost no change in the optical frequency characteristics. , A part of the WDM signal light output from the second compensator 12 ′ is split as monitor light by the optical splitter 14, and the optical frequency ν of the monitor light i Optical power P corresponding to i And optical signal to noise ratio OSNR i Is detected by the optical monitor unit 15 and transmitted to the control unit 16.
[0048]
FIG. 9 shows an example of the spectrum of the 80-wave WDM signal light to be monitored at the time of starting as described above. In the control unit 16 having received the monitoring result of the optical monitoring unit 15, first, the filter characteristics of the first compensating unit 11 'are optimized according to the following algorithm.
[0049]
In order to optimize the filter characteristics of the first compensator 11 ', first, the primary tilt component of the optical amplifier is calculated based on the monitoring result of the optical monitor 15. The primary tilt component of the optical amplifier is the optical frequency ν i And optical power P i Or the optical frequency ν i And optical signal to noise ratio OSNR i The constants C and D can be determined and determined by the least-squares linear fitting method, assuming that the relationship with follows a linear equation: y = C + D × x. This calculation can be handled very simply, for example, by using the following determinant:
[0050]
Optical power P for the above linear equation: y = C + D × x i Or optical signal to noise ratio OSNR i Is applied, P i = C + D × ν i Or OSNR i = C + D × ν i It becomes. When these relationships are expressed by a determinant, the following expression (1) is obtained.
[0051]
(Equation 1)
Figure 2004151227
[0052]
Here, a weight matrix W as shown in the following equation (2), which indicates whether or not signal light of each optical frequency exists, for 80 WDM signal lights is introduced, and the least squares linear fitting method is applied. I do.
[0053]
(Equation 2)
Figure 2004151227
[0054]
Where w in the above equation (2) i For w when signal light is present i = 1, w when not present i = 0.
[0055]
Here, matrices A, b, and x shown in the following equation (3) are defined for the above equation (1).
[0056]
[Equation 3]
Figure 2004151227
[0057]
When the weighted least squares equation is expressed using the relations of the above equations (1) to (3), the following equation (4) is obtained.
[0058]
(Equation 4)
Figure 2004151227
[0059]
When this equation (4) is solved for x, the following equation (5) is obtained.
[0060]
(Equation 5)
Figure 2004151227
[0061]
Therefore, the values of C and D can be obtained by calculating the determinant of equation (5).
[0062]
Each optical frequency ν monitored by the optical monitor unit 15 based on the relationship of the expression (5) by the least squares linear fitting method as described above. i Optical power P corresponding to i Or optical signal to noise ratio OSNR i Is used to calculate the primary tilt component of the optical amplifier. Here, as an example of a specific calculation process, for the spectrum shown in FIG. 9, as shown in FIG. i Optical power P corresponding to i Are read, and the results of calculating the primary tilt component of the optical amplifier using the respective values are shown.
[0063]
First, when the values read from FIG. 10 are substituted into the above-described equation (1), the following equation (6) is obtained.
[0064]
(Equation 6)
Figure 2004151227
[0065]
In addition, as shown in FIG. 9, since signal lights of all optical frequencies are present here, w 1 ~ W 80 Are all 1. From these relations, when x is obtained by calculating the above equation (5), the following equation (7) is obtained.
[0066]
(Equation 7)
Figure 2004151227
[0067]
Therefore, with respect to the monitoring result shown in FIG. 9, the primary tilt component of the gain of the optical amplifier is a straight line having a primary slope value D = 0.893075 (dB / Hz) as shown by a solid line in FIG. Approximated.
[0068]
Next, the filter characteristics are optimized so that the first-order tilt component as described above is compensated for by the first compensator 11 '.
[0069]
Specifically, here, a case is considered in which, for example, a long-period filter having an FSR twice or more as large as the frequency band for performing gain equalization is used as the linear optical filter 11A 'used in the first compensator 11'. In this case, the optimization parameters of the long-period filter are the amplitude and phase of the filter characteristics. For this reason, it is necessary to obtain a relational expression between the amplitude and phase of the long-period filter and the inclination value D of the primary tilt component to optimize the filter characteristics. Such optimization of the linear optical filter 11A 'can be performed, for example, according to a calculation procedure to which a least squares linear fitting method as shown below is applied.
[0070]
The theoretical equation of the long-period filter used as the linear optical filter 11A 'is expressed by the following equation (8), assuming that it can be approximated by the theoretical equation of a pure periodic filter.
[0071]
(Equation 8)
Figure 2004151227
[0072]
Here, s is the amplitude (true value) of the filter, Δν is the FSR (THz) of the filter, ν is the optical frequency, ν b Is the bottom frequency (THz) of the filter. Note that the above bottom frequency is a value indicating the frequency when the attenuation of the filter becomes 0 dB.
[0073]
Also for the long-period filter described above, by applying a linear expression: y = C ′ + D ′ × x as in the case described above, F (ν i ) = C ′ + D ′ × ν i It becomes. With respect to this relational expression, the least squares linear fitting method is applied to 80 waves in which the signal light exists, and the determinant expressed by the following expression (9) is used.
[0074]
(Equation 9)
Figure 2004151227
[0075]
With respect to the optimization of the filter characteristics of the first compensator 11 ′, F (ν i ) Can be designed as if it exists, so there is no need to introduce a weight matrix W as shown in the above equation (2).
[0076]
Here, a matrix A, b ', x' shown in the following equation (10) is defined for the above equation (9).
[0077]
(Equation 10)
Figure 2004151227
[0078]
When the least squares equation is expressed using the relations of the above equations (9) and (10), b ′ = Ax ′. When this least squares equation is solved for x ′, the following equation (11) is obtained.
[0079]
[Equation 11]
Figure 2004151227
[0080]
By calculating the determinant of the equation (11), the values of C ′ and D ′ can be obtained.
[0081]
Further, as is apparent from the properties of the periodic filter, by controlling the phase of the filter, it is possible to realize two linear optical filters having the same absolute value of the first-order gradient from the filter having the required amplitude. Therefore, the absolute value | D | of the gradient of the primary tilt component of the optical amplifier calculated according to the above equation (5) and the absolute value | D '| of the slope of the periodic filter calculated according to the above equation (11) The filter amplitude s is optimized so that Actually, a relational expression between the amplitude s of the long-period filter and the absolute value D ′ of the primary gradient is obtained, and the amplitude s of the linear optical filter 11A ′ is set according to the relational expression so that | D | = | D ′ | It should be optimized.
[0082]
The relational expression between the amplitude of the long-period filter and the absolute value of the primary gradient is generally complicated. For this reason, when optimizing the filter amplitude s from the absolute value | D | of the primary gradient calculated according to the equation (5), it is preferable that the control unit 16 performs a search by, for example, the Newton method. In addition, regarding the phase of the filter, in order to minimize the average insertion loss of the filter, when the first-order gradient value D calculated according to the equation (5) is positive, the optical frequency ν 1 And the bottom frequency ν of the filter b Is equal to (ν 1 = V b On the other hand, when the primary slope value D is negative, the optical frequency ν 80 And the bottom frequency ν of the filter b Is equal to (ν 80 = V b ) Is desirably controlled.
[0083]
Here, a calculation process for optimizing the amplitude s of the linear optical filter 11A 'in accordance with the primary gradient value D = 0.893075 calculated in the above specific example will be described as an example.
[0084]
For example, the FSRΔν of the long-period filter used as the linear optical filter 11A ′ is 12 THz, and the bottom frequency ν b Is 191.95 THz, the above equation (11) becomes the following equation (12).
[0085]
(Equation 12)
Figure 2004151227
[0086]
From the above equation (12), in order to satisfy | D | = | D '|, it is necessary to satisfy the following equation (13).
[0087]
(Equation 13)
Figure 2004151227
[0088]
If the above equation (13) is solved for s, the amplitude s of the linear optical filter 11A 'is obtained as 0.74974.
[0089]
FIG. 11 shows the filter characteristics of the linear optical filter 11A ′ optimized as described above. However, the vertical axis in FIG. 11 represents the attenuation in the linear optical filter 11A 'by a negative value. The WDM signal light that has passed through the linear optical filter 11A 'and compensated for the primary tilt component has a spectrum as shown in FIG. 12, for example. Here, also for the spectrum of FIG. i Optical power P corresponding to i Are read, and the primary tilt component is calculated according to the same procedure as above. As shown in FIG. 13, the slope D is substantially zero as shown in FIG. It can be seen that the compensation has been made. Further, as is apparent from a comparison between FIG. 10 and FIG. 13, it can be seen that the deviation of the signal light level at both ends of the signal light frequency band can be controlled to be extremely small.
[0090]
When the optimization of the filter characteristics of the first compensator 11 'is completed according to the above algorithm, the filter characteristics of the second compensator 12' are optimized.
[0091]
Specifically, the WDM signal light having passed through the first compensator 11 'and having the primary tilt component compensated passes through the second compensator 12' (the filter characteristics at this time are flat with respect to the optical frequency. State), a part of which is branched by the optical branching unit 14 as monitor light and sent to the optical monitoring unit 15. The optical monitor unit 15 detects the spectrum of the WDM signal light after the primary tilt component compensation as shown in FIG. i Optical power P corresponding to i And optical signal to noise ratio OSNR i Is transmitted to the control unit 16.
[0092]
The control unit 16 performs Fourier series expansion on the optical frequency characteristic of the signal light power after the first-order tilt component compensation based on the monitoring result of the optical monitoring unit 15, and each of the plurality of periodic filters constituting the Fourier filter 12 A ′ Are optimized. As an algorithm for optimizing the second compensator 12 ′ based on the Fourier series expansion method, for example, a design method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-199880 or the like can be applied. A brief description will be given.
[0093]
In the filter design using the Fourier series expansion method, when the FSR of the longest cycle filter among the plurality of periodic filters constituting the Fourier filter 12A ′ is 1, the FSR of the other periodic filters is 1 / n (where, n is an integer). At this time, the FSR of the filter having the longest period is designed by adding a margin frequency band to a signal light frequency band for performing gain equalization. In the prior art, the spare frequency band is usually set to about half of the signal light frequency band. However, in the gain equalizer 1b, since the deviation of the signal light level at both ends of the signal light frequency band is compensated by the first gain equalizer 11 ', the marginal frequency band can be made very narrow. it can. This makes it possible to reduce the number of stages of the Fourier filter 12A '.
[0094]
Specifically, considering the optical frequency characteristics of the signal light power after the first-order tilt component compensation as shown in FIG. 12 and FIG. 13, the signal light frequency band is 3.95 THz. It is possible to provide a little extra frequency band and set the FSR of the filter with the longest period to 5.1 THz. With this 5.1 THz as the basic period, the FSR of the other periodic filters is set to, for example, 2.55 THz, 1.7 THz, 1.275 THz, 1.02 THz, 0.85 THz and 0.729 THz, for a total of seven stages. The Fourier filter 12A 'is configured by a combination of the periodic filters. The amplitudes of the seven-stage periodic filters are individually set, for example, as shown in FIG. 14, according to the result of Fourier series expansion of the optical frequency characteristics of the signal light power. By combining the FSR and the seven-stage periodic filter whose amplitude is set in this way, the filter characteristic of the Fourier filter 12A 'is optimized to a shape corresponding to the sum of the seven-stage filters as shown in FIG. You. Here, the Fourier filter 12A 'having a seven-stage configuration is illustrated, but the number of stages of the Fourier filter in the present invention is not limited to this, and can be appropriately set according to the required compensation accuracy.
[0095]
The WDM signal light that has passed through the second compensator 12 ′ whose filter characteristics have been optimized as described above and whose undulation component has been compensated has, for example, a spectrum as shown in FIG. Further, regarding the spectrum of the WDM signal light shown in FIG. i Optical power P corresponding to i Are read and plotted, respectively, as shown in FIG. As is clear from FIGS. 16 and 17, the deviation between the optical frequencies of the signal light power is compensated with very high accuracy, and the WDM signal light has a flat signal light power over the entire signal light frequency band. Is obtained.
[0096]
After the optimization of each filter characteristic of the first compensator 11 'and the second compensator 12' at the time of startup as described above, the monitoring result of the optical monitor 15 is fed back to the controller 16 as needed. According to the change of the operation state of the optical amplifier or the change of the optical frequency used for the WDM signal light, the filter characteristics of the first compensator 11 ′ and the second compensator 12 ′ are changed according to the same algorithm as at the time of startup. Optimized.
[0097]
As described above, according to the gain equalizer 1b of the second embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment is obtained, and in addition, the first compensator 11 ′ and the second compensator 12 ′ are provided. By performing the feedback control by making each filter characteristic variable, it is possible to stably compensate the gain wavelength characteristic of the optical amplifier with higher accuracy.
[0098]
In the gain equalizers 1a and 1b of the first and second embodiments described above, the first compensators 11 and 11 'for compensating the primary tilt component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier are arranged on the input side, and the undulation component is provided. Are arranged on the output side to perform cascade connection. However, the arrangement of the first and second compensating sections is exchanged, and the second compensating sections 12, 12 ′ are arranged on the input side. It is also possible to arrange them and arrange the first compensating units 11 and 11 ′ on the output side for cascade connection.
[0099]
Next, an optical amplifier configured using the gain equalizers 1a and 1b of the first and second embodiments as described above will be described.
[0100]
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of the optical amplifier according to the third embodiment of the present invention.
[0101]
In FIG. 18, the present optical amplifier 2a is, for example, an optical amplifier having a known configuration in which the optical amplifiers 21 and 22 are connected in cascade to increase the optical output. In this case, the gain equalizer 1a of the first embodiment described above is applied.
[0102]
Specifically, the optical amplifier 2a includes an optical amplifier 21, a gain equalizer (GEQ) 1A, a variable optical attenuator (VOA) 23, and an optical amplifier 21, which are cascade-connected in sequence between an input terminal IN and an output terminal OUT. Amplifying section 22, optical branching section 24A and optical receiver (PD) 25A for monitoring input optical power to optical amplifying section 21, and optical branching section 24B for monitoring output optical power from optical amplifying section 21 And a light receiver 25B, an optical splitter 24C and a light receiver 25C for monitoring the input light power to the optical amplifier 22, and an optical splitter 24D and a light receiver for monitoring the output light power from the optical amplifier 22. And a control circuit 26 that controls the operation states of the optical amplifiers 21 and 22 and the variable optical attenuator 23 based on the monitoring results of the optical branching units 24A to 24D.
[0103]
The control circuit 26 controls the gain of each of the optical amplifiers 21 and 22 to be constant so that the gain wavelength characteristic of each of the optical amplifiers 21 and 22 does not change even when the input optical power to the optical amplifier 2a changes. AGC is performed, and the input dynamic range is controlled by controlling the amount of attenuation in the variable optical attenuator 23 so that the input power (and output power) to the optical amplifier 22 at the subsequent stage is constant. Note that the control method of the optical amplifier as described above is the same as the control method applied to the conventional optical amplifier, and the description is omitted here.
[0104]
In the optical amplifier 2a having the above-described configuration, the gain wavelength characteristics of the front and rear optical amplifiers 21 and 22 are compensated with high accuracy by the gain equalizer 1a according to the present invention inserted between the stages. become. Thereby, the present optical amplifier 2a can amplify the WDM signal light input to the input terminal IN to a desired level and output the WDM signal light having the same signal light level between the wavelengths from the output terminal OUT. .
[0105]
Next, an optical amplifier according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0106]
FIG. 19 is a block diagram illustrating the configuration of the optical amplifier according to the fourth embodiment.
[0107]
In FIG. 19, the present optical amplifier 2b is, for example, provided with the gain equalizer 1b with feedback control described in the above-described second embodiment, for an optical amplifier having a known two-stage amplification configuration as described above. is there.
[0108]
Specifically, the optical amplifier 2b includes a first compensator 11 'and a second compensator 11' having a variable filter characteristic described in the above-described second embodiment between the optical amplifiers 21 and 22 at the front and rear stages. The compensating unit 12 'is cascaded, and a part of the amplified light output from the optical amplifying unit 22 at the subsequent stage is branched by the optical branching units 24D and 14 and sent to the optical monitoring unit 15. Based on the above, the filter characteristics of the first compensator 11 'and the second compensator 12' are feedback-controlled by the control circuit 26 '.
[0109]
In the above optical amplifier 2b, the gain wavelength characteristic of each of the optical amplifiers 21 and 22 can be dynamically compensated over a wide range by applying the gain equalizer 1b that performs the feedback control. It is not necessary to perform AGC on each of the optical amplifiers 21 and 22 as in the case of the embodiment, and it is sufficient to perform APC for controlling the output of each optical amplifier 21 and 22 to be constant. For this reason, the optical splitters 24A and 24C and the light receivers 25A and 25C which are arranged in front of the optical amplifiers 21 and 22 in the third embodiment can be omitted in the present embodiment. In addition, since it is not necessary to make the input power to the optical amplifier 22 in the subsequent stage constant, the variable optical attenuator 23 disposed between the optical amplifiers 21 and 22 in the third embodiment is also used in this embodiment. In the form, it can be omitted.
[0110]
As described above, according to the optical amplifier of the fourth embodiment, the gain equalizer 1b that performs feedback control of each filter characteristic of the first and second compensating units 11 'and 12' is applied, so that the configuration is stabilized with a simpler configuration. This makes it possible to perform the amplified light amplification.
[0111]
In the third and fourth embodiments described above, the configuration in which the first and second compensators are disposed between the optical amplifiers 21 and 22 in the preceding and subsequent stages has been described. However, the configuration of the optical amplifier of the present invention is not limited to this. It is not limited. For example, as in an optical amplifier 2c shown in FIG. 20, first and second compensators 11 'and 12' may be arranged between the input terminal IN and the optical amplifier 21 in the preceding stage. Further, for example, like the optical amplifier 2d shown in FIG. 21, the first and second compensating units 11 'and 12' can be arranged between the optical amplifying unit 22 and the optical branching unit 24D at the subsequent stage. However, in consideration of the level diagram, OSNR degradation, and the like, the insertion positions of the first and second compensating units 11 'and 12' are determined by the positions of the optical amplifying units 21 and 22 as in the optical amplifier 2b shown in FIG. It is desirable to be between.
[0112]
Next, a WDM optical transmission system configured using the above-described gain equalizers 1a and 1b or the optical amplifiers 2a to 2d will be described.
[0113]
FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration of a WDM optical transmission system according to a fifth embodiment of the present invention.
[0114]
The WDM optical transmission system 3a illustrated in FIG. 22 connects, for example, an optical transmission device 31 and an optical reception device 32 that transmit and receive WDM signal light with an optical transmission line 33 and has a predetermined interval on the optical transmission line 33. In the known system configuration in which the optical amplifier 34 is arranged and the WDM signal light is relayed and transmitted, the gain equalizer 1a or the gain equalizer 1a or the 1b (shown as GEQ1 in the figure).
[0115]
In such a WDM optical transmission system 3a, the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 34 in each relay section is compensated with high accuracy by the corresponding gain equalizer (GEQ) 1, so that the optical transmitter 31 In addition, the relay transmission of the WDM signal light between the optical receivers 32 can be performed reliably and stably.
[0116]
In the WDM optical transmission system of the fifth embodiment, the gain equalizer of the present invention is provided in correspondence with the general optical amplifier 34. However, the optical amplifier of each relay section in the known system configuration is used. As 34, for example, any one of the optical amplifiers 2a to 2d (shown as the optical amplifier 2 in the figure) shown in the third and fourth embodiments as in the WDM optical transmission system 3b shown in FIG. You may.
[0117]
Also, an example has been shown in which a gain equalizer is arranged for each relay section to perform gain equalization. However, gain equalization for two or more relay sections is collectively performed by one gain equalizer. Is also possible. In this case, for example, as in the WDM optical transmission system 3c shown in FIG. 24, the first compensator 11 'and the second compensator 12' are arranged in different relay sections, that is, the first compensator 11 'and the second compensator 11' The arrangement is such that the optical amplifier 34 and the optical transmission line 33 exist between the sections 12 ′, and the filter characteristics of the first and second compensating sections 11 ′ and 12 ′ in different relay sections are fed back by the control section 16 in conjunction with each other. It is also possible to control.
[0118]
The main inventions disclosed in the present specification are summarized below.
[0119]
(Supplementary Note 1) A gain equalizer that compensates for wavelength characteristics of light,
A first compensator that has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or monotonically decreases with respect to the compensation target wavelength region, and compensates for a linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region;
A second compensator for compensating a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region that is not compensated by the first compensator by a combination of a plurality of periodic filters cascaded with the first compensator;
A gain equalizer characterized by comprising:
[0120]
(Supplementary Note 2) The gain equalizer according to Supplementary Note 1, wherein
The first compensator and the second compensator each have variable loss wavelength characteristics,
An optical monitoring unit that monitors light passing through the first compensation unit and the second compensation unit;
A control for judging a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region based on a monitoring result of the optical monitoring unit, and performing feedback control of each loss wavelength characteristic of the first compensating unit and the second compensating unit in accordance with the judgment result. Department and
A gain equalizer characterized by comprising:
[0121]
(Supplementary Note 3) The gain equalizer according to Supplementary Note 1, wherein
The first compensator has a long-spectrum filter having a free spectrum region wider than the wavelength region to be compensated, and a periodic loss wavelength characteristic monotonically increasing or decreasing in the wavelength region to be compensated. Gain equalizer.
[0122]
(Supplementary Note 4) The gain equalizer according to Supplementary Note 1, wherein
The gain equalizer, wherein the second compensator includes an optical filter configured by combining a plurality of periodic filters having different free spectral regions.
[0123]
(Supplementary note 5) The gain equalizer according to supplementary note 2, wherein
The control unit calculates a first-order slope value of a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region by applying a least-squares linear fitting method to a monitoring result of the optical monitoring unit, and the loss wavelength characteristic of the first compensation unit is the A gain equalizer, wherein feedback control is performed on the first compensator so as to monotonically increase or decrease at a rate corresponding to the primary slope value.
[0124]
(Supplementary Note 6) The gain equalizer according to Supplementary Note 2, wherein
The control unit applies a Fourier series expansion method to a monitoring result of the optical monitor unit, and controls the second compensating unit so that an amplitude and a phase of each periodic filter of the second compensating unit correspond to a calculation result of the Fourier series expansion. A gain equalizer performing feedback control for a compensator.
[0125]
(Supplementary note 7) The gain equalizer according to supplementary note 2, wherein
The optical monitoring unit monitors signal light power corresponding to each wavelength of the wavelength multiplexed signal light,
The gain equalizer, wherein the control unit determines a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region by arithmetic processing using signal light power of each wavelength monitored by the optical monitor unit.
[0126]
(Supplementary note 8) The gain equalizer according to supplementary note 2, wherein
The optical monitoring unit monitors an optical signal-to-noise ratio corresponding to each wavelength of the wavelength multiplexed signal light,
The gain equalizer, wherein the control unit determines a wavelength characteristic in the wavelength region to be compensated by an arithmetic process using an optical signal-to-noise ratio of each wavelength monitored by the optical monitor unit.
[0127]
(Supplementary Note 9) An optical amplification unit that collectively amplifies the wavelength multiplexed signal light,
A first compensator that has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or monotonically decreases with respect to the wavelength region to be compensated, and compensates for a linear gain component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier;
A second compensator for compensating for a gain wavelength characteristic of the optical amplifier, which is not compensated for by the first compensator, by a combination of a plurality of periodic filters cascaded to the first compensator;
An optical amplifier, comprising:
[0128]
(Supplementary note 10) The optical amplifier according to supplementary note 9, wherein
The first compensator and the second compensator each have variable loss wavelength characteristics,
An optical monitoring unit that monitors the wavelength multiplexed signal light that has passed through the first compensation unit and the second compensation unit;
A control unit that determines a gain wavelength characteristic of the optical amplifying unit based on a monitoring result of the optical monitoring unit and performs feedback control of each loss wavelength characteristic of the first compensating unit and the second compensating unit according to the determined result When,
An optical amplifier, comprising:
[0129]
(Supplementary Note 11) The optical amplifier according to supplementary note 9, wherein
The optical amplifier, wherein the first compensator and the second compensator compensate each gain wavelength characteristic of a plurality of cascade-connected optical amplifiers.
[0130]
(Supplementary Note 12) The optical amplifier according to supplementary note 11, wherein
The optical amplifier according to claim 1, wherein the first compensator and the second compensator are disposed between the cascade-connected optical amplifiers.
[0131]
(Supplementary Note 13) An optical transmission system that amplifies wavelength multiplexed signal light collectively by an optical amplifier disposed on an optical transmission line, and compensates for a gain wavelength characteristic of the optical amplifier by a gain equalizer, and performs relay transmission. hand,
The gain equalizer has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or decreases in a compensation target wavelength region, and a first compensator that compensates for a linear gain component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier; An optical transmission system comprising: a second compensator for compensating a gain wavelength characteristic of the optical amplifier that is not compensated for by the first compensator by a combination of a plurality of periodic filters cascaded to the compensator. .
[0132]
(Supplementary note 14) The optical transmission system according to supplementary note 13, wherein
In the gain equalizer, the first compensator and the second compensator each have a variable loss wavelength characteristic,
An optical monitoring unit that monitors the wavelength multiplexed signal light that has passed through the first compensation unit and the second compensation unit;
A control unit for determining a gain wavelength characteristic of the optical amplifier based on a monitoring result of the optical monitoring unit, and performing feedback control of each loss wavelength characteristic of the first compensation unit and the second compensation unit according to the determination result; ,
An optical transmission system, comprising:
[0133]
(Supplementary note 15) The optical transmission system according to supplementary note 14, wherein
When a plurality of optical amplifiers are arranged on the optical transmission line and the wavelength multiplexed signal light is transmitted through a plurality of relay sections,
The optical transmission system according to claim 1, wherein the gain equalizer is disposed in each relay section.
[0134]
(Supplementary note 16) The optical transmission system according to supplementary note 14, wherein
When a plurality of optical amplifiers are arranged on the optical transmission line and the wavelength multiplexed signal light is transmitted through a plurality of relay sections,
The optical transmission system of the gain equalizer, wherein the first compensator and the second compensator are arranged in different relay sections.
[0135]
(Supplementary Note 17) A gain equalization method for compensating for wavelength characteristics of light,
The first compensator having a monotonically increasing or monotonically decreasing loss wavelength characteristic for the compensation target wavelength region compensates for a linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region,
A second compensator comprising a combination of a plurality of periodic filters connected in cascade to the first compensator compensates for wavelength characteristics in the compensation target wavelength region which are not compensated by the first compensator. Gain equalization method.
[0136]
(Supplementary note 18) The gain equalization method according to supplementary note 17, wherein
Monitoring the light passing through the first compensator and the second compensator,
Based on the monitoring result, determine a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region,
A gain equalization method, wherein feedback control is performed on each loss wavelength characteristic of the first compensator and the second compensator in accordance with the result of the determination.
[0137]
【The invention's effect】
As described above, according to the gain equalization technique of the present invention, for the light to be subjected to gain equalization, the linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region is compensated by the first compensator, and the Since the swell component that has not been compensated by the first compensator is compensated by the second compensator, gain equalization can be efficiently performed with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a gain equalizer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific configuration of a linear optical filter used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a gain wavelength characteristic of an optical amplifier to be subjected to gain equalization in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing gain wavelength characteristics after a first-order tilt component has been compensated by a first compensator in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a loss wavelength characteristic of a Fourier filter designed according to the gain wavelength characteristic of FIG. 4;
6 is a diagram showing a loss wavelength characteristic of a Fourier filter (prior art) designed according to the gain wavelength characteristic of FIG. 3;
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a gain equalizer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a specific configuration of a linear optical filter used in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a spectrum of a WDM signal light monitored at the time of startup in the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a result of reading optical power corresponding to an optical frequency and calculating a primary tilt component in FIG. 9;
11 is a diagram illustrating filter characteristics of a linear optical filter optimized according to the result of FIG. 10;
12 is a diagram illustrating a spectrum of a WDM signal light that has passed through the linear optical filter of FIG. 11 and has been compensated for a primary tilt component.
FIG. 13 is a diagram showing a result of reading optical power corresponding to an optical frequency and calculating a primary tilt component in FIG. 12;
FIG. 14 is a diagram illustrating a characteristic example of a plurality of periodic filters forming a Fourier filter in the second embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating characteristics of a Fourier filter obtained by combining the periodic filters in FIG. 14;
FIG. 16 is a diagram illustrating a spectrum of a WDM signal light that has passed through the Fourier filter of FIG. 15 and has a swell component compensated.
17 is a diagram showing a result of reading optical power corresponding to an optical frequency in FIG.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of an optical amplifier according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of an optical amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing another configuration example related to the fourth embodiment.
FIG. 21 is a block diagram showing another configuration example related to the fourth embodiment.
FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration of a WDM optical transmission system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a block diagram showing another system configuration example related to the fifth embodiment.
FIG. 24 is a block diagram showing another example of the system configuration related to the fifth embodiment.
FIG. 25 is a diagram for explaining a problem with a conventional gain equalizer.
FIG. 26 is a diagram for explaining another problem related to the conventional gain equalizer.
[Explanation of symbols]
1A, 1B gain equalizer (GEQ)
11, 11 'First compensation unit
11A Linear optical filter
12, 12 'Second compensator
12A Fourier filter
13 Light Path
14 Optical branching section
15 Optical monitor
16 control unit
2A-2D optical amplifier
21,22 Optical amplifier
23 Variable Optical Attenuator (VOA)
24A to 24D Optical branching unit
25A to 25D photo detector (PD)
26 Control circuit
IN input terminal
OUT output terminal

Claims (5)

光の波長特性を補償する利得等化器であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、
該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第2補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
A gain equalizer that compensates for wavelength characteristics of light,
A first compensator that has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or monotonically decreases with respect to the compensation target wavelength region, and compensates for a linear gain component of the wavelength characteristic in the compensation target wavelength region;
A second compensator for compensating a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region that is not compensated by the first compensator by a combination of a plurality of periodic filters cascaded with the first compensator;
A gain equalizer characterized by comprising:
請求項1に記載の利得等化器であって、
前記第1補償部および前記第2補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第1補償部および前記第2補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第1補償部および前記第2補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
The gain equalizer according to claim 1, wherein
The first compensator and the second compensator each have variable loss wavelength characteristics,
An optical monitoring unit that monitors light passing through the first compensation unit and the second compensation unit;
A control for judging a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region based on a monitoring result of the optical monitoring unit, and performing feedback control of each loss wavelength characteristic of the first compensating unit and the second compensating unit in accordance with the judgment result. Department and
A gain equalizer characterized by comprising:
請求項2に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第1補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第1補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
The gain equalizer according to claim 2, wherein
The control unit calculates a first-order slope value of a wavelength characteristic in the compensation target wavelength region by applying a least-squares linear fitting method to a monitoring result of the optical monitoring unit, and the loss wavelength characteristic of the first compensation unit is the A gain equalizer, wherein feedback control is performed on the first compensator so as to monotonically increase or decrease at a rate corresponding to the primary slope value.
波長多重信号光を一括して増幅する光増幅部と、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅部の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、
該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記光増幅部の利得波長特性を補償する第2補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
An optical amplifying unit that amplifies the wavelength multiplexed signal light collectively;
A first compensator that has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or monotonically decreases with respect to the wavelength region to be compensated, and compensates for a linear gain component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier;
A second compensator for compensating for a gain wavelength characteristic of the optical amplifier, which is not compensated for by the first compensator, by a combination of a plurality of periodic filters cascaded to the first compensator;
An optical amplifier, comprising:
光伝送路上に配置された光増幅器により波長多重信号光を一括して増幅すると共に、前記光増幅器の利得波長特性を利得等化器により補償して中継伝送する光伝送システムであって、
前記利得等化器は、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅器の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第1補償部と、該第1補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第1補償部で未補償となる前記光増幅器の利得波長特性を補償する第2補償部と、を備えることを特徴とする光伝送システム。
An optical transmission system for amplifying wavelength-multiplexed signal light collectively by an optical amplifier disposed on an optical transmission path, and for relay transmission by compensating a gain wavelength characteristic of the optical amplifier by a gain equalizer,
The gain equalizer has a loss wavelength characteristic that monotonically increases or decreases in a compensation target wavelength region, and a first compensator that compensates for a linear gain component of the gain wavelength characteristic of the optical amplifier; An optical transmission system comprising: a second compensator for compensating a gain wavelength characteristic of the optical amplifier that is not compensated for by the first compensator by a combination of a plurality of periodic filters cascaded to the compensator. .
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