JP2004287307A - ラマン増幅器およびそれを用いたシステム - Google Patents
ラマン増幅器およびそれを用いたシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004287307A JP2004287307A JP2003081796A JP2003081796A JP2004287307A JP 2004287307 A JP2004287307 A JP 2004287307A JP 2003081796 A JP2003081796 A JP 2003081796A JP 2003081796 A JP2003081796 A JP 2003081796A JP 2004287307 A JP2004287307 A JP 2004287307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- power
- output
- raman
- ass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
【課題】自然ラマン散乱光のパワーを高い精度で算出して出力信号光のモニタ値の補正を行い励起光の供給状態を確実に制御できるラマン増幅器を提供する。
【解決手段】本ラマン増幅器は、運用開始前において、運用時に実際に使用する光伝送路２に励起光供給部２０で発生する励起光Ｌｐを供給し、光伝送路２で発生する自然ラマン散乱（ＡＳＳ）光のパワーを出力光モニタ部２０により測定し、その結果を基にＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数をＡＳＳ光処理回路３１で求める。そして、運用開始後には、上記の係数を適用したモデル式に従って、励起光の供給パワーに対応したＡＳＳ光パワーをＡＳＳ光演算回路３３で算出して出力光モニタ部２０で測定される出力光パワーの補正を行い、その補正された出力光パワーに基づいてＡＬＣやシャットダウン制御等を行う。
【選択図】図１
【解決手段】本ラマン増幅器は、運用開始前において、運用時に実際に使用する光伝送路２に励起光供給部２０で発生する励起光Ｌｐを供給し、光伝送路２で発生する自然ラマン散乱（ＡＳＳ）光のパワーを出力光モニタ部２０により測定し、その結果を基にＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数をＡＳＳ光処理回路３１で求める。そして、運用開始後には、上記の係数を適用したモデル式に従って、励起光の供給パワーに対応したＡＳＳ光パワーをＡＳＳ光演算回路３３で算出して出力光モニタ部２０で測定される出力光パワーの補正を行い、その補正された出力光パワーに基づいてＡＬＣやシャットダウン制御等を行う。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により信号光を増幅するラマン増幅器に関し、特に、ラマン増幅によって発生する雑音光の影響を考慮して励起光の供給状態を制御するラマン増幅器およびそれを用いたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて、従来のエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いて信号光を増幅する構成に対してラマン増幅器を適用することは、信号対雑音比を大幅に改善できるなどの効果が得られ有効である。上記のラマン増幅器には、伝送用光ファイバを増幅媒体とする分布型の構成があり、具体的には、励起光源を伝送用光ファイバの信号光出力側に設置する後方励起構成が一般的である。また、分布型ラマン増幅器の他にも、ラマン増幅用光ファイバを増幅媒体とする集中定数型の構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のようなラマン増幅器については、出力される信号光のパワーをモニタすることによって、信号光遮断時のシャットダウン制御や出力一定制御、利得の波長依存性の制御などを行うことが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。なお、シャットダウン制御は、サージによるシステム破壊や光ファイバ切断等によって高パワーの励起光が外部に漏れたとき、その励起光が人体に照射されることを回避するための機能として、通常、光増幅器に備えられている。
【０００４】
上記のような制御に利用される信号光のモニタ値は、例えば、モニタ系の損失、受光素子（ＰＤ）のモニタ電流ばらつき、自然ラマン散乱光などによる誤差が大きくなると、信号光が遮断されていないときにシャットダウン制御が行われたり、信号光出力パワーの誤差が拡大したりするなどの問題が生じることになる。このため、光増幅器から出力される信号光を高い精度でモニタすることが重要となる。また、例えば、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を所要値とする制御を行う場合には、雑音光を除いた本来の信号光出力パワーのみをモニタする技術も必要となる。
【０００５】
一般に、ラマン増幅器では、例えば図１０に示すように、増幅媒体となる光伝送路において、信号光の増幅帯域内にラマン増幅による雑音光が発生するため、出力信号光のモニタは、前段までの中継区間で累積した雑音成分を含んだ信号光と、ラマン増幅による雑音光とを同時に受光することになる。上記のラマン増幅による雑音光は、信号光が入力されていない状態で励起光だけを増幅媒体に入射した場合にも発生する雑音光である。本明細書では、ＥＤＦＡ等の希土類添加ファイバ増幅器で発生する自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）光に対し、ラマン増幅器で発生する上記雑音光を自然ラマン散乱（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＡＳＳ）光と呼ぶことにする。
【０００６】
ラマン増幅器の信号光出力パワーをモニタする従来の技術としては、例えば図１１に示すように、増幅媒体に供給される励起光のパワーを基にラマン増幅器で発生するＡＳＳ光パワーを計算し、そのＡＳＳ光パワーを実際に受光した出力光のモニタ値から差し引いて補正する方法が公知である（例えば、特許文献４参照）。また、信号光パワーとＡＳＳ光パワーを分離する手段として、簡易光スペクトラムアナライザを用いる方法も知られている。ただし、簡易光スペクトラムアナライザを利用する方法については、モニタの精度が低くなると共に、高価なモニタ系になるという欠点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０４９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−７６４８２号公報
【特許文献３】
特開２００２−７２２６２号公報
【特許文献４】
国際公開第０２／２１２０４号パンフレット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅器については、次のような問題点がある。例えば、希土類添加ファイバ増幅器や集中定数型ラマン増幅器のように増幅媒体が管理されている光増幅器では、前述したような公知の方法によって雑音光パワーをほぼ正しく計算することが可能であるが、伝送用光ファイバを増幅媒体とする分布型ラマン増幅器の場合には、伝送用光ファイバのファイバパラメータが未知であることが多いため、予測されるファイバパラメータの値と実際の値とが大きく異なったり、予測し得ない損失が存在したりすることも考えられ、ＡＳＳ光の計算値に大きな誤差が生じる可能性がある。
【０００９】
具体的に、ＡＳＳ光パワーが実際よりも大きく見積もられた場合、シャットダウン処理では、信号光の伝送が可能な状態であるにも拘わらず励起光が停止等させてしまい、信号光の伝送が中断することになる。出力一定制御では、信号光が所要のパワーよりも高いレベルで出力されることになるので、非線形効果の増大による信号波形劣化等を招いてシステムパフォーマンスを低下させる可能性がある。一方、ＡＳＳ光パワーが実際よりも小さく見積もられた場合、シャットダウン処理では、信号光が遮断状態であるにも拘わらず励起光が出力されてしまい、ファイバ切断などが原因で信号断となっている状況では高パワーの励起光が外部に放射されて人体に悪影響を及ぼす虞が考えられる。出力一定制御では、信号光が所要のパワーよりも低いレベルで出力されることになるので、ＯＳＮＲ劣化を招いてしまうことになる。
【００１０】
また、ラマン増幅器の利得の波長依存性を制御する場合については、例えば上述した特許文献３で提案されている方式では、励起光パワーと信号光出力パワーの関係を行列式で表し、その逆行列を用いて各波長で所要の信号光出力パワーが得られるように励起光パワーの設定が行われることになるが、前述したＡＳＳ光の計算の場合と同様にして、増幅媒体となる光ファイバのファイバパラメータが未知である場合が多く、励起光パワーの設定値に大きな誤差が生じる可能性がある。加えて、制御に用いる行列式が実際の敷設ファイバに対応していない場合は、制御が収束するまでに時間が掛かるか若しくは制御が発散してしまい、励起光パワーが定まらないなどの問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、自然ラマン散乱光のパワーを高い精度で算出して出力信号光のモニタ値の補正を行い励起光の供給状態を確実に制御できるラマン増幅器およびそれを用いた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、本発明にかかるラマン増幅器は、増幅媒体で発生するラマン効果によって信号光を増幅するラマン増幅器において、増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、増幅媒体を伝搬して出力される光のパワーを測定する出力光モニタ部と、運用開始前の準備段階において、運用時に実際に使用する増幅媒体に励起光を供給して当該増幅媒体内で発生する自然ラマン散乱光のパワーを前記出力光モニタ部で測定し、該測定された自然ラマン散乱光のパワーに基づいて、運用開始後に自然ラマン散乱光のパワーを計算するためのモデル式の係数を求める自然ラマン散乱光処理部と、該自然ラマン散乱光処理部で求められた係数を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された係数を適用したモデル式に従い、前記励起光供給部により増幅媒体に供給される励起光パワーに応じて、運用開始後に発生する自然ラマン散乱光のパワーを算出する自然ラマン散乱光演算部と、該自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される出力光パワーを補正し、該補正された出力光パワーに基づいて、前記励起光供給部の動作を制御する励起光制御部と、を備えて構成されるものである。
【００１３】
上記のような構成のラマン増幅器では、運用開始前の準備段階における現地調整等の処理として、運用時に実際に使用される増幅媒体を用いた自然ラマン散乱光パワーの測定が行われ、その測定結果に基づいて自然ラマン散乱光パワー計算用のモデル式の係数が求められて、その係数が記憶部に記憶される。そして、運用開始後には、増幅媒体への励起光の供給パワーに応じて、上記の係数を適用したモデル式に従い自然ラマン散乱光のパワーが計算により求めされ、その計算結果を用いて、出力光モニタ部で測定される出力光パワーに対する自然ラマン散乱光パワーの補正が行われ、その補正された出力光パワーを基に励起光供給部の動作制御が実行される。これにより、実際の運用状況に対応した自然ラマン散乱光パワーの補正を行うことができるようになるため、例えば出力一定制御やシャットダウン制御、波長特性偏差の制御などといったラマン増幅器の各種制御を確実に行うことが可能になる。
【００１４】
【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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光伝送路２に対してラマン増幅用の励起光Ｌｐを供給するラマン増幅ユニット１を備え、このラマン増幅ユニット１は、励起光供給部１０、出力光モニタ部２０および制御部３０から構成される。
【００１６】
励起光供給部１０は、例えば、ｎ台の励起光源（ＬＤ）１１−１〜１１−ｎ、合成器１２およびＷＤＭカプラ１３から構成される。各励起光源１１−１〜１１−ｎは、光伝送路２を伝送される信号光Ｌｓをラマン増幅することが可能な所要の波長帯の光をそれぞれ発生して合成器１２に出力する。合成器１２は、各励起光源１１−１〜１１−ｎからの出力光を１つに合成して励起光Ｌｐを生成し、その励起光ＬｐをＷＤＭカプラ１３に出力する。ＷＤＭカプラ１３は、合成器１２から出力される励起光Ｌｐをラマン励起ユニット１の信号光入力端に接続された光伝送路２に出力すると共に、光伝送路２から入力される信号光Ｌｓを後段の出力光モニタ部２０に伝える。このように本ラマン増幅器は、信号光Ｌｓの伝搬方向に対して励起光Ｌｐの伝搬方向が逆方向となる後方励起構成を有する。
【００１７】
上記各励起光源１１−１〜１１−ｎから出力される各々の光の波長は、信号光Ｌｓの波長帯域に対応させて設定される。例えば、石英系光ファイバが光伝送路２として用いられている場合、１５５０ｎｍ帯の信号光Ｌｓに対して短波長側に約１００ｎｍシフトした１４５０ｎｍ帯の波長帯域内に各励起光源１１−１〜１１−ｎの出力波長がそれぞれ設定される。なお、本発明における信号光Ｌｓおよび各励起光源１１−１〜１１−ｎの出力波長は上記の一例に限定されるものではなく、公知のラマン増幅器における波長設定を適用することが可能である。
【００１８】
出力光モニタ部２０は、例えば、分岐器２１、光フィルタ２２および受光素子（ＰＤ）２３から構成される。分岐器２１は、光伝送路２を伝搬した後にＷＤＭカプラ１３を通過した光の一部をモニタ光Ｌｍとして分岐し、そのモニタ光Ｌｍを光フィルタ２２に送る。光フィルタ２２は、信号光Ｌｓの波長帯域に対応した透過帯を有するバンドパスフィルタであって、分岐器２１から送られてくるモニタ光Ｌｍより信号光波長帯域の光を抽出して受光素子２３に出力する。受光素子２３は、光フィルタ２２を通過したモニタ光Ｌｍを受光し、そのパワーに応じてレベルが変化する電気のモニタ信号を生成して制御部３０に出力する。
【００１９】
制御部３０は、例えば、ＡＳＳ光処理回路３１、メモリ３２、ＡＳＳ光演算回路３３、ＡＬＣ回路３４、シャットダウン回路３５、励起光パワー制御回路３６および設定値記憶回路３７から構成される。なお、ここでは、ＡＬＣ回路３４、シャットダウン回路３５および励起光パワー制御回路３６が励起光供給部として機能することになる。
【００２０】
ＡＳＳ光処理回路３１は、出力光モニタ部２０の受光素子２３から出力されるモニタ信号が入力され、後述するように本ラマン増幅器の運用を開始する前の準備段階において、励起光Ｌｐを光伝送路２に供給することで発生するＡＳＳ光のパワーを上記モニタ信号を基に検出し、その検出したＡＳＳ光パワーを用いて、運用開始後におけるＡＳＳ光パワーの計算に使用するモデル式の係数を求め、その結果をメモリ３２に記憶させる。補正演算回路３３は、メモリ３２の記憶情報を読み出して、運用開始後における励起光Ｌｐの供給状態に対応したＡＳＳ光パワーの補正値を上記のモデル式に従って演算する。この補正演算回路３３での演算結果は、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に伝えられる。
【００２１】
ＡＬＣ回路３４は、出力光モニタ部２０の受光素子２３から出力されるモニタ信号と、補正演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値とに基づいて、本ラマン増幅器から出力される信号光Ｌｓのパワーが所要のレベルで一定となるように励起光Ｌｐの供給状態を制御するための信号を生成し、その制御信号を励起光パワー制御回路３６に出力する。シャットダウン回路３５は、受光素子２３からのモニタ信号と、補正演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値とに基づいて、光伝送路２からラマン励起ユニット１に入力される信号光Ｌｓが遮断状態にあるか否かを判定し、遮断状態にある場合には、励起光Ｌｐの供給を停止させるか、または、人体に影響を与えない安全なレベルまで励起光Ｌｐのパワーを抑えるようにする制御信号を生成して励起光パワー制御回路３６に出力する。
【００２２】
励起光パワー制御回路３６は、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態を調整することで光伝送路２に供給される励起光Ｌｐのパワーを制御する回路である。この励起光パワー制御回路３６は、運用を開始する際、設定値記憶回路３７に予め記憶された励起光パワーの設定値に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎを駆動し、その後はＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５からそれぞれ出力される制御信号に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎを制御する。また、上記の励起光パワー制御回路３６は、現在の励起光パワーの設定状態を示す信号をＡＳＳ光演算回路３３に出力する機能を備えている。
【００２３】
次に、第１実施形態のラマン増幅器の動作について説明する。
図２は、運用開始前の準備段階における動作を説明するためのフローチャートである。
【００２４】
本ラマン増幅器では、例えば、光伝送システムの組み上げ時に行われる現地調整などといった運用開始前の準備段階における処理として、運用時に実際に使用される光伝送路２を用いた測定に基づいて、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数を求める一連の処理が実行される。具体的には、まず、図２のステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのうちの１台が駆動され、その励起光源から出力される励起光Ｌｐを光伝送路２に供給したときに発生するＡＳＳ光のパワーが出力光モニタ部２０により測定される。このＡＳＳ光パワーの測定は、例えば図３の黒丸印に例示したように、励起光Ｌｐの供給パワーを５０ｍＷ、１００ｍＷ、１５０ｍＷ、２００ｍＷ、２５０ｍＷなどのように段階的に変化させて行われる。具体的には、上記の各測定ポイントに対応させて供給パワーの設定された励起光Ｌｐがラマン増幅ユニット１から光伝送路２（準備段階では信号光Ｌｐの入力はない）に与えられると、その励起光Ｌｐのラマン効果によってＡＳＳ光が発生し、励起光Ｌｐとは逆方向に伝搬するＡＳＳ光が光伝送路２からラマン増幅ユニット１に入力され、その一部が分岐器２１でモニタ光Ｌｍとして分岐された後に光フィルタ２２を介して受光素子２３で受光され、光電変換されたモニタ信号がＡＳＳ光処理回路３１に出力される。ＡＳＳ光処理回路３１では、受光素子２３からのモニタ信号を基にＡＳＳ光のパワーが検出され、その検出結果が励起光Ｌｐの供給パワーに対応させてメモリ３２に記憶される。上記のような１台の励起光源を駆動して行われるＡＳＳ光パワーの測定は、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのそれぞれについて順次行われ、すべての測定が完了するとステップ２に進む。
【００２５】
ステップ２では、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのうちの任意の２台が組み合わされて同一パワーで駆動され、各々の出力光を合成した励起光Ｌｐが光伝送路２に供給されて、その励起光Ｌｐにより発生するＡＳＳ光パワーが測定される。２台の励起光源の出力光パワーは、前述した１台の励起光源を駆動した場合の複数の測定ポイントの少なくとも１つ以上に対応させて設定されるものとする（例えば、１００ｍＷ等）。この励起光源を２台組み合わせたときのＡＳＳ光パワーの測定は、前述したステップ１の場合と同様して行われ、ＡＳＳ光処理回路３１で検出されるＡＳＳ光パワーが２台の励起光源の組み合わせとパワーの設定値に対応させてメモリ３２に記憶される。この２台の組み合わせによるＡＳＳ光の測定は、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのすべての組み合わせについて順次行われ、全組み合わせの測定が完了するとステップ３に進む。
【００２６】
ステップ３では、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのすべてを同一のパワーで駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーが測定される。ここでの測定データは、ステップ１、２における測定結果を基にして以降のステップで決定されるＡＳＳ光パワー計算用のモデル式の係数を検証するためのデータとして取得されるものである。なお、検証が不要な場合には、このステップ３の処理を省略することが可能である。
【００２７】
ステップ４では、メモリ３２の記憶データがＡＳＳ光処理回路３１に読み出され、１台の励起光源を駆動した場合に発生するＡＳＳ光のパワーを表すモデル式が、ステップ１で実測されたデータを用いて作成される（図２の実線参照）。ここでは、励起光パワーＰＰに対するＡＳＳ光パワーＰＡＳＳの関係を表すモデル式として次の（１）式に示す２次関数が適用され、これにメモリ３２から読み出した実測値を代入して係数ａ，ｂ，ｃを求めることで、各励起光源１１−１〜１１−ｎにそれぞれ対応したモデル式が作成され、その結果がメモリ３２に記憶される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
ステップ５では、２台の励起光源を駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーについて、１台の励起光源を駆動した場合との比較が行われる。複数台の励起光源を駆動したときに発生するＡＳＳ光のパワーは、１台の励起光源を駆動したとき発生するＡＳＳ光パワーの単純な和とはならない。これはある波長の励起光により生じたＡＳＳ光が他の波長の励起光により利得を受けるためである。
【００３０】
例えば、１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）の信号光を波長の異なる３つの励起光で増幅するラマン増幅器について考えてみる。ここで、３台の励起光源から出力される励起光のパワーを共に１００ｍＷとし、それぞれの励起光によるＣバンドに対応したＡＳＳ光パワーをＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３、任意の２波の励起光の組み合わせによるＡＳＳ光パワーをＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１とする。この場合、２波の励起光によるＡＳＳ光パワーは、一方の励起光によるＡＳＳ光が他方の励起光による利得を得たパワーとなり、双方の励起光の影響を受けたＡＳＳ光のパワーを足し合わせたものになる。このため、２波の励起光によるＡＳＳ光パワーＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１は、次の（２）式に示すような関係式で表すことができる。
【００３１】
【数２】
【００３２】
この（２）式におけるＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、各励起光のＣバンドにおける利得（特にＡＳＳ光に与える利得）であり、以下では、上記Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３をＡＳＳ利得と呼ぶことにする。
【００３３】
上記の（２）式より、ＡＳＳ利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、次の（３）式によって表されることになる。
【００３４】
【数３】
【００３５】
上記（３）式に示すように、１台の励起光源を駆動したときのＡＳＳ光パワーの実測値ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３と、２台の励起光源を組み合わせたときのＡＳＳ光パワーの実測値ＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１とを用いて、ＡＳＳ利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を算出することができる。なお、ここでは、３台の励起光源が設けられる場合を例示したが、４台以上の励起光源が設けられる場合についても、各励起光源を１台ずつ駆動した場合の実測値と、２台を組み合わせて駆動したときの実測値が取得されていれば、各励起光源に対応したＡＳＳ利得を求めることが可能である。
【００３６】
上記のＡＳＳ利得のデシベル（ｄＢ）値が、励起光パワーの１次関数に従うと仮定すると、ＡＳＳ利得の係数を計算することが可能になる。具体的には、ＡＳＳ利得係数をγ１，γ２，γ３とすると、例えば各励起光パワーを１００ｍＷとした場合のＡＳＳ利得係数γ１，γ２，γ３は次の（４）式で表すことができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
この（４）式に従って求めたＡＳＳ利得係数γ１，γ２，γ３が、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数としてメモリ３２に記憶される。
ステップ６では、ステップ５で求めたＡＳＳ利得係数を用いて、ｎ台の励起光源をすべて駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーが計算される。具体的に、３台の励起光源を駆動したときにＣバンドに発生するＡＳＳ光のトータルパワーＰＡＳＳ＿ｔｏｔａｌ（ｍＷ）は、次の（５）式により計算することができる。
【００３９】
【数５】
【００４０】
ただし、ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２，ＰＡＳＳ３の各値は、前述のステップ４で求められた（１）式の係数ａ，ｂ，ｃと、各ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２，ＰＡＳＳ３に対応する励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３の設定値を基に計算されるＡＳＳ光パワーである。
【００４１】
ステップ７では、各波長の励起光の間で生じるラマン効果（ポンプ間ラマン効果）を考慮した実効的な励起光パワーが求められ、その実効的な励起光パワーを用いてＡＳＳ光のトータルパワーが算出される。具体的に、例えばポンプ間ラマン効果によるエネルギー遷移係数をｒとし、３台の励起光源から出力される励起光周波数をｆ１，ｆ２，ｆ３とした場合、各励起光パワーの実効的な強度増加率Δ１，Δ２，Δ３は、次の（６）式で表される。
【００４２】
【数６】
【００４３】
よって、ポンプ間ラマン効果を考慮した実効的な励起光パワーは、次の（７）式の関係に従って表すことができる。
【００４４】
【数７】
【００４５】
したがって、上記の（７）式により求められる実効的な励起光パワーＰＰ１＿ｅｆｆ，ＰＰ２＿ｅｆｆ，ＰＰ３＿ｅｆｆを用いてＡＳＳ光のトータルパワーを算出すると、次の（８）式のようになる。
【００４６】
【数８】
【００４７】
ステップ８では、上記の（８）式に従って算出したＡＳＳ光のトータルパワーと、前述のステップ３ですべての励起光源を駆動して測定したＡＳＳ光パワーとの比較が行われる。ここでは、モデル式を用いた計算値と実測値の差が予め設定した閾値（例えば０．５ｄＢ等）以上であるか否かが判定され、閾値以上の場合にはステップ９に移り、上記のステップ７で用いられるエネルギー遷移係数ｒを見直して、実効的な励起光パワーの補正を行った上でＡＳＳ光トータルパワーを再度計算し、その計算値と実測値の差が閾値より小さくなるまで上記励起光パワーの補正を繰り返す。
【００４８】
上記のようなステップ１〜ステップ９に示した一連の処理を行うことによって、運用開始前の準備段階に、実際に使用する光伝送路２を用いた測定を基に、運用開始後におけるＡＳＳ光パワーの計算に用いるモデル式の係数が求められ、その結果がメモリ３２に記憶されるようになる。
【００４９】
実際の運用が開始される段階になると、本ラマン増幅器では、励起光パワー制御回路３６が、伝送される信号光Ｌｓに応じた励起光パワーの初期設定値を設定値記憶回路３７から読み取り、その設定値に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動が行われる。これにより、所定のパワーを有する励起光Ｌｐが励起光供給部１０から光伝送路２に供給され、光伝送路２を伝搬する信号光Ｌｓがラマン増幅される。このラマン増幅された信号光Ｌｓは、上述の図１０に示したように、ラマン増幅により発生するＡＳＳ光と累積ＡＳＥ光を含んだ光となる。光伝送路２を伝搬した信号光Ｌｓは、ラマン励起ユニット１に入力されてＷＤＭカプラ１３を通過した後、出力光モニタ部２０の分岐器２１でその一部がモニタ光Ｌｍとして分岐され、光フィルタ２２で信号光帯域以外の光成分が除去されて受光素子２３で電気のモニタ信号に変換される。受光素子２３から出力されるモニタ信号は、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５にそれぞれ送られる。
【００５０】
ＡＬＣ回路３４では、受光素子２３からのモニタ信号を基に信号光出力パワーが判断され、その信号光出力パワーについて、上述の図１１に示したようなＡＳＳ光の補正が、ＡＳＳ光演算回路３３から出力される信号によって示される補正値に従って行われる。具体的に、ＡＳＳ光演算回路３３では、前述した準備段階に求めた係数がメモリ３２から読み出され、励起光パワー制御回路３６から伝えられる現在の励起光Ｌｐの供給パワーに対応したＡＳＳ光パワーが上記の（８）式を用いて算出され、その算出結果が補正値としてＡＬＣ回路３４に伝えられる。なお、この補正値は、シャットダウン回路３５にも出力される。ＡＳＳ光パワーの補正値が伝達されたＡＬＣ回路３４では、受光素子２３からのモニタ信号を基に判断した信号光出力パワーからＡＳＳ光パワーの補正値が差し引かれることでＡＳＳ光成分を補正した信号光出力パワーが求められる。そして、補正後の信号光出力パワーが所要のレベルで一定となるように励起光の供給状態を制御するための信号がＡＬＣ回路３４から励起光パワー制御回路３６に出力される。これにより、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態がフィードバック制御され、ラマン増幅器の出力一定制御が行われる。
【００５１】
また、シャットダウン回路３５では、上記ＡＬＣ回路３４の場合と同様にして、ＡＳＳ光成分を補正した信号光出力パワーが求められ、その補正後の信号光出力パワーが予め設定した閾値以下であるか否かが判定される。閾値以下の場合には、信号光Ｌｓが遮断状態にあると判断して励起光Ｌｐの供給を停止させるか、または、励起光Ｌｐのパワーを所定のレベル以下に抑えるための制御信号が、シャットダウン回路３５から励起光パワー制御回路３６に出力される。これにより、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態が制御され、ラマン増幅器のシャットダウン制御が行われる。このシャットダウン制御の精度については、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数が、上述のステップ８およびステップ９の処理にあるように０．５ｄＢ以下の誤差でＡＳＳ光パワーを算出できるように決定されているため、信号光パワーとＡＳＳ光パワーの比の値が約１／１０となっても信号光を検出することが可能である。これは、例えばＡＳＳ光の発生量が−２０ｄＢｍである場合、信号光パワーが約−３０ｄＢｍ（伝送路出力では１波分の信号光パワーに相当）まで小さくなってもそれを検出できるような精度となる。
【００５２】
上記のように第１実施形態のラマン増幅器によれば、運用開始前の準備段階における現地調整処理として、運用時に実際に使用される光伝送路２を用いてＡＳＳ光パワーの測定を行い、その測定結果に基づいてＡＳＳ光パワーを算出するモデル式の係数を決定するようにしたことで、運用時におけるＡＳＳ光パワーの補正を精度良く行うことができるようになるため、ラマン増幅器の出力一定制御やシャットダウン制御を確実に実行することが可能になる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態による光増幅システムの構成を示すブロック図である。
【００５４】
図４において、本実施形態の光増幅システムは、ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を縦続接続した公知の構成を有する光増幅システムについて、前段のラマン増幅器として上述の図１に示した第１実施形態の場合と同様の構成を適用すると共に、そのラマン増幅ユニット１を構成する制御部３０の一部の機能と、後段のＥＤＦＡモジュール３を制御する機能とを共通のＣＰＵ４およびメモリ５によって実現し、ラマン増幅器およびＥＤＦＡが集中管理されるようにしたものである。
【００５５】
ＣＰＵ４は、ラマン増幅ユニット１の受光素子２３から出力されるモニタ信号に応じて、前述した第１実施形態におけるＡＳＳ光処理回路３１に対応した処理を実行し、ＡＳＳ光パワーを算出するためのモデル式の係数を求め、その結果をメモリ５に記憶させる。また、ＣＰＵ４は、励起光パワー制御回路３６から出力される励起光の供給状態を示す信号に応じて、第１実施形態におけるＡＳＳ光演算回路３３に対応した処理を実行し、運用時におけるＡＳＳ光パワーの補正値を演算して、その結果をラマン増幅ユニット１のＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に出力する。さらに、ＣＰＵ４は、ＥＤＦＡモジュール３に関する公知の制御のための信号処理を実行する機能も備え、前段のラマン増幅器で発生するＡＳＳ光パワーの補正値を利用したＥＤＦＡの制御を行うことも可能な構成となっている。
【００５６】
なお、第１実施形態において設定値記憶回路３７に記憶させていた励起光パワーの初期設定値に関する情報は、メモリ５に記憶されているものとする。また、上記以外の他の部分の構成および動作については、前述した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００５７】
このように第２実施形態の光増幅システムによれば、ラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせた装置構成についても第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、ラマン増幅器およびＥＤＦＡについて共通のＣＰＵ４およびメモリ５を設けて各々の制御を実行するようにしたことで、装置構成の簡略化を図ることが可能になる。
【００５８】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図５において、本実施形態のラマン増幅器は、上述した第１実施形態のラマン増幅器について、ラマン増幅された信号光Ｌｓの波長特性が所望の特性となるように励起光Ｌｐの供給状態を制御する機能を設けたものである。具体的に、本ラマン増幅器の構成が第１実施形態の場合と異なる部分は、出力光モニタ部２０について、光フィルタ２１を通過したモニタ光Ｌｍをｍ個の波長ブロックに分割してモニタできるように、分波器２４およびｍ個の受光素子２３−１〜２３−ｍを設けると共に、第１実施形態で用いていたＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に代えて励起光パワー演算回路３８を設けるようにした部分である。なお、上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６０】
出力光モニタ部２０に設けられる分波器２４は、光フィルタ２１を通過したモニタ光Ｌｍが１つの入力ポートに与えられ、そのモニタ光Ｌｍをｍ個の波長ブロックに分波し、各波長ブロックの光を対応する出力ポートから受光素子２３−１〜２３−ｍに出力する。各受光素子２３−１〜２３−ｍは、分波器２４の各出力ポートに接続され、分波器２４で波長ブロックごとに分波されたモニタ光Ｌｍを電気のモニタ信号に変換して出力する。各受光素子２３−１〜２３−ｍから出力されるモニタ信号は、ＡＳＳ光処理回路３１および励起光パワー演算回路３８にそれぞれ送られる。
【００６１】
励起光パワー演算回路３８は、各受光素子２３−１〜２３−ｍから出力される各波長ブロックに対応したモニタ信号と、ＡＳＳ光演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値を示す信号とが与えられ、これらの信号に基づいて所望の波長特性を有する出力信号光Ｌｓが得られるような励起光パワーの設定値を演算し、その演算結果を励起光パワー制御回路３６に伝える。
【００６２】
上記のような構成のラマン増幅器では、上述した第１実施形態の場合と同様にして、運用開始前の準備段階において、実際に使用する光伝送路２を用いてＡＳＳ光パワーの測定が行われ、その測定結果に基づいてＡＳＳ光パワー算出用のモデル式の係数がＡＳＳ光処理回路３１で求められ、その係数がメモリ３２に記憶される。そして、準備段階で求めた係数を用いてＡＳＳ光演算回路３３で演算されるＡＳＳ光パワーの補正値を利用して、所望の波長特性の出力信号光Ｌｓを得るための励起光パワーの設定値が演算される。
ここで、励起光パワーの具体的な設定方法を図６のフローチャートを参照しながら説明する。以下の説明では、例えば、出力信号光Ｌｓを３つの波長ブロックに分割して励起光パワーの設定値を演算する場合を考えることにする。ただし、波長ブロックの分割数は上記の一例に限定されるものではない。
【００６３】
まず、図６のステップ１１では、光伝送路２に対して、伝送され得る最大波長数の信号光Ｌｓが実際の運用時と同等のパワーで入力される。
ステップ１２では、励起光Ｌｐが光伝送路２に供給されていない状態で、３つの波長ブロックに分割した出力信号光Ｌｓの各パワーが出力光モニタ部２０により測定される。そして、ステップ１１における信号光Ｌｓの入力パワーと測定された信号光平均出力パワーとを用いて、各波長ブロックに対応した光伝送路２の平均損失Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が算出される。
【００６４】
ステップ１３では、励起光源１１−１〜１１ｎを各波長ブロックに対応したグループごとに駆動して、各々の波長ブロックについての信号光平均出力パワーの測定が行われる。ここでは、各波長ブロックに対応した励起光パワーをＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３とする。そして、各励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３に対応したＡＳＳ光パワーの補正値がＡＳＳ光演算回路３３で演算され、その演算結果が励起光パワー演算回路３８に伝えられる。励起光パワー演算回路３８では、出力光モニタ部２０で測定された各波長ブロックの信号光平均出力パワーについて、ＡＳＳ光演算回路３３で演算された補正値に従いＡＳＳ光成分の補正が行われる。ここでは、ＡＳＳ光補正を行った信号光平均出力パワーをＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３とする。この信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３は、各波長ブロックに対応した励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および上記のステップ１２で算出した損失Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて、次の（９）式に示す関係で表すことができる。
【００６５】
【数９】
【００６６】
したがって、上記の測定によって得られる各値を（９）式に与えることにより、各波長ブロックに対応した比例係数Ａｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）からなる行列が求められるようになる。
【００６７】
ステップ１４では、ステップ１３で求めた比例係数Ａｉｊからなる行列の逆行列を計算することにより、次の（１０）式に示すように、所望の信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を実現するのに必要となる励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を算出するための関係式が導出される。
【００６８】
【数１０】
【００６９】
例えば、上記の（１０）式において信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を同じ値とすれば、ラマン増幅された信号光Ｌｓの波長特性を平坦にするために必要となる、各波長ブロックに対応した励起光パワーの設定値を得ることができるようになる。
【００７０】
ステップ１５では、上記の（１０）式について、ポンプ間ラマン効果を考慮した比例係数が求められる。すなわち、上記の比例係数Ａｉｊは、波長ブロックごとの利得係数であり、ポンプ間ラマン効果が含まれていない係数である。実際には複数の波長ブロックに対応した励起光源を同時に駆動してラマン増幅が行われるため、ポンプ間ラマン効果を考慮した利得係数を求める必要がある。そこで、上記の（１０）式に従って各波長ブロックの励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を求め、すべての波長ブロックに対応した励起光を上記のパワー設定で光伝送路２に供給する。そして、すべての波長ブロックに対応した励起光のパワーを例えば１０ｍＷだけ変化させ、その励起光パワーの変化分に対する信号光平均出力パワーの変化分を測定する。この測定により、次の（１１）式に示すように、励起光パワーの変化分ΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３に対する信号光平均出力パワーの変化分ΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３の関係を表す比例係数比例係数Ｂｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）が求められるようになる。
【００７１】
【数１１】
【００７２】
ステップ１６では、ステップ１５で求めた比例係数Ｂｉｊからなる行列の逆行列を計算することにより、次の（１２）式に示すように、ポンプ間ラマン効果を考慮した関係式が導出される。
【００７３】
【数１２】
【００７４】
具体的に、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の波長特性偏差を小さくするということは、例えば図７に示すように、各波長ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３に対応した信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を所望の目標パワーレベルＰＳ０に近づけることになる。出力光モニタ部２０で測定される信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３と目標パワーレベルＰＳ０との差をΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３とすると、この差ΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３を埋めるために必要となる励起光パワーの差分がΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３となる。
【００７５】
ステップ１７では、上記の差分ΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３が収束するまで、（１２）式を用いて算出した励起光パワーの設定値の補正および信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３の測定が繰り返される。
【００７６】
上記のようなステップ１１〜ステップ１７に示した一連の処理を行うことによって、実際に使用する光伝送路２を用いた測定結果に基づいて、所望の波長特性を有する出力信号光Ｌｓを得るための励起光パワーの設定値が求められるようになる。このような励起光パワーの設定値の演算処理は、本ラマン増幅器の運用を開始する前に実行してその結果をメモリ等に記憶させるようにすることができる。また、運用開始後に励起光パワーの設定値の演算処理を実行して、出力信号光Ｌｓの波長特性の制御を逐次行うようにすることも可能である。
【００７７】
上記のように第３実施形態のラマン増幅器によれば、運用開始前に実際に使用する光伝送路２を用いて係数を決定したモデル式によりＡＳＳ光パワーの補正値を算出し、その補正値を用いて各波長ブロックに対応した励起光パワーの設定値を演算するようにしたことで、出力信号光Ｌｓの波長特性の制御を優れた精度で確実に実行することが可能になる。
【００７８】
なお、上記の第３実施形態では、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に代えて励起光パワー演算回路３８を設けた構成例を示したが、励起光パワー演算回路３８と共にＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５を設けて、各々の制御が同時に行われるようにすることも勿論可能である。また、上述の図４に示した第２実施形態の場合と同様にして、ラマン増幅器とＥＤＦＡを縦続接続した光増幅システムについて、上記の第３実施形態のラマン増幅器を適用することも可能である。この場合の装置構成を図８に例示しておく。
【００７９】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、本発明の第４実施形態による光伝送システムの構成を示す図である。
図９の光伝送システムは、信号光送信装置（ＯＳ）６から信号光受信装置（ＯＲ）７にＷＤＭ信号光を伝送するシステムについて、信号光送信装置６および信号光受信装置７の間を接続する光伝送路２上に所要の中継間隔で配置される複数の光中継器８に、上述したようなＡＳＳ光パワーの補正処理が行われるラマン増幅器を適用したものである。
【００８０】
ここでは、各光中継器８が、第２実施形態の場合のようにラマン増幅ユニット１とＥＤＦＡモジュール３とを縦続接続した構成からなる。また、後段のＥＤＦＡモジュール３は、ＷＤＭ信号光を分波器４１で所要の波長帯に分波し各波長帯に対応したＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂでそれぞれ増幅して合波器４３で合波する構成となっている。さらに、各波長帯に対応したＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂの前後には、前段の光中継器８から信号光と伴に伝えられる副信号光（ＯＳＣ）を取り出す分波器４４Ａ，４４Ｂと、後段の光中継器８に伝える副信号光を合波する合波器４５Ａ，４５Ｂとがそれぞれ配置されている。制御回路５０は、第２実施形態におけるＣＰＵ４およびメモリ５に対応した機能に加えて、分波器４４Ａ，４４Ｂで取り出される前段の光中継器８からの副信号光を受信する機能と、後段の光中継器８に送信する副信号光を生成して合波器４５Ａ，４５Ｂに出力する機能とを備えている。
【００８１】
上記のような光伝送システムでは、各光中継器８を制御するために信号光と伴に伝送される副信号光を利用して、上述の各実施形態で説明したような運用開始前の準備段階におけるＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理や励起光パワーの設定処理を実施するタイミングが各光中継器に通知される。
【００８２】
この副信号光を用いた現地調整の具体的な手順としては、例えば、光伝送システムの組み上げが完了して全システムの電源が投入されると、各光中継器８間で副信号光が正常に伝達されているかの動作確認が行われる。そして、副信号光の動作確認がとれると、信号光送信装置６に最も近い光中継器８について、ＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理が実行される。この係数作成処理が完了すると、それを知らせる副信号光が後段の光中継器８に送信される。２段目の光中継器８では、初段の光中継器８からの副信号光の受信が確認されると、ＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理が実行される。以降これと同様にして各光中継器８での係数作成処理が順次実行される。そして、すべての光中継器８についての係数作成処理が完了すると、信号光送信装置６における全波長の信号光の立ち上げが行われ、各信号光を波長多重したＷＤＭ信号光が光伝送路２に送信される。
【００８３】
信号光送信装置６から光伝送路２へのＷＤＭ信号光の送信開始が副信号光により１段目の光中継器８に通知されると、その１段目の光中継器８では、各励起光パワーの設定値の演算処理が実行される。そして、励起光パワー設定値が演算されると、その光中継器内のラマン増幅ユニット１および各波長帯のＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂが立ち上げられる。１段目の光中継器の立ち上げが完了すると、それを知らせる副信号光が後段の光中継器８に送信され、その副信号光を受信した２段目の光中継器８でも、励起光パワー設定値の演算処理および光増幅器の立ち上げが実行される。以降これと同様にして各光中継器８での励起光パワー設定値の演算処理および光増幅器の立ち上げが順次実行される。そして、すべての光中継器８についての励起光パワー設定値の演算処理が完了したことによって運用開始前の現地調整が終了する。
【００８４】
上記のように第４実施形態の光伝送システムによれば、信号光送信装置６および信号光受信装置７の間の光伝送路２上に配置された複数の光中継器８について運用開始前の現地調整処理を実行するタイミングを副信号光を利用して各光中継器８の間で通知するようにしたことで、光伝送システム全体での現地調整を円滑に行うことが可能になる。
【００８５】
なお、上記の第４実施形態では、ラマン増幅器およびＥＤＦＡを備えた光中継器の一例を示したが、本発明はこれに限らず、ラマン増幅器だけでＷＤＭ信号光の増幅を行う構成の光中継器についても同様にして応用することができる。また、光中継器８内のＥＤＦＡモジュール３でＷＤＭ信号光が各波長帯に分波された状態において、前段の光中継器８からの副信号光の受信および後段の光中継器８への副信号光の送信が行われるようにしたが、副信号光の受信および送信は光中継器８内の任意の位置で行うことが可能である。
【００８６】
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。
【００８７】
（付記１）増幅媒体で発生するラマン効果によって信号光を増幅するラマン増幅器において、
増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、
増幅媒体を伝搬して出力される光のパワーを測定する出力光モニタ部と、
運用開始前の準備段階において、運用時に実際に使用する増幅媒体に励起光を供給して当該増幅媒体内で発生する自然ラマン散乱光のパワーを前記出力光モニタ部で測定し、該測定された自然ラマン散乱光のパワーに基づいて、運用開始後に自然ラマン散乱光のパワーを計算するためのモデル式の係数を求める自然ラマン散乱光処理部と、
該自然ラマン散乱光処理部で求められた係数を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された係数を適用したモデル式に従い、前記励起光供給部により増幅媒体に供給される励起光パワーに応じて、運用開始後に発生する自然ラマン散乱光のパワーを算出する自然ラマン散乱光演算部と、
該自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される出力光パワーを補正し、該補正された出力光パワーに基づいて、前記励起光供給部の動作を制御する励起光制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００８８】
（付記２）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光供給部は、波長の異なる複数台の励起光源を有し、
前記自然ラマン散乱光処理部は、前記複数台の励起光源を１台ずつ駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーと、前記複数台の励起光源のうちの２台を組み合わせて駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーとを用いて、前記モデル式の係数を求めることを特徴とするラマン増幅器。
【００８９】
（付記３）付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記自然ラマン散乱光処理部は、前記複数台の励起光源をすべて駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーを用いて、モデル式の係数の検証を行うことを特徴とするラマン増幅器。
【００９０】
（付記４）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体が伝送用光ファイバであり、該伝送用光ファイバの信号光出力側に前記励起光供給部が配置される後方励起構成であることを特徴とするラマン増幅器。
【００９１】
（付記５）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記補正された出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、前記励起光供給部をフィードバック制御することを特徴とするラマン増幅器。
【００９２】
（付記６）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記補正された出力光パワーが予め設定した閾値以下に低下したとき、励起光の供給を停止するか、または、励起光のパワーを所定のレベル以下に抑えるためのシャットダウン制御を行うことを特徴とするラマン増幅器。
【００９３】
（付記７）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記出力光モニタ部は、増幅媒体を伝搬して出力される光を複数の波長ブロックに分割して各々の波長ブロックに対応した出力光のパワーを測定し、
前記励起光制御部は、前記自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される各波長ブロックに対応した出力光のパワーをそれぞれ補正し、該補正された各波長ブロックの出力光パワーに基づいて、ラマン増幅された信号光の波長特性が目標とする波長特性に近づくように、励起光の供給状態を制御することを特徴とするラマン増幅器。
【００９４】
（付記８）付記１に記載のラマン増幅器と、該ラマン増幅器に縦続接続された希土類添加ファイバ増幅器と、を備えて構成されたことを特徴とする光増幅システム。
【００９５】
（付記９）付記８に記載の光増幅システムであって、
前記自然ラマン散乱光処理部および前記自然ラマン散乱光演算部の各機能と、前記希土類添加ファイバ増幅器の動作を制御するための信号処理を実行する機能とを備え、前記ラマン増幅器および前記希土類添加ファイバ増幅器の各動作を集中管理する回路を設けたことを特徴とする光増幅システム。
【００９６】
（付記１０）信号光送信装置から光伝送路に送信された信号光を光伝送路上に配置された光中継器で増幅しながら信号光受信装置まで中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、付記１に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【００９７】
（付記１１）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記光中継器が光伝送路上に複数配置され、
該各光中継器の制御を行うための副信号光を各々の光中継器間で伝送する副信号光伝送部を有し、
前記各光中継器において前記自然ラマン散乱光処理部にモデル式の係数を求める処理を実行させるタイミングおよび前記励起光制御部に前記励起光供給部の制御を実行させるタイミングが、前記副信号光を介して各々の光中継器に通知されることを特徴とする光伝送システム。
【００９８】
（付記１２）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記光中継器が、前記ラマン増幅器に縦続接続された希土類添加ファイバ増幅器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のラマン増幅器によれば、運用時に実際に使用する増幅媒体を用いた測定を運用開始前に行って、計算により自然ラマン散乱光パワーを求めるためのモデル式の係数を取得し、その係数を適用したモデル式に従って自然ラマン散乱光パワーを算出するようにしたことで、実際の運用状況に対応した自然ラマン散乱光パワーの補正を行うことができるようになるため、出力一定制御やシャットダウン制御、波長特性偏差の制御などを確実に実行できるラマン増幅器を提供することが可能になる。また、このようなラマン増幅器を用いて光増幅システムや光伝送システムを構成することにより、システムの運用を適切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実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】上記の第１実施形態について、運用開始前の準備段階における動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップ１におけるＡＳＳ光パワーの測定の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２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５】本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図６】上記の第３実施形態について励起光パワーの設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】上記の第３実施形態における信号光の波長特性制御の具体的な一例を示す図である。
【図８】上記の第３実施形態に関連した他の構成例を示すブロックである。
【図９】本発明の第４実施形態による光伝送システムの構成を示す図である。
【図１０】一般的なラマン増幅器の出力信号光に含まれる雑音光を模式的に示した図である。
【図１１】従来のラマン増幅器における信号光出力パワーのモニタ方式の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１ ラマン増幅ユニット
２ 光伝送路
３ ＥＤＦＡモジュール
４ ＣＰＵ
５，３２ メモリ
６ 信号光送信装置（ＯＳ）
７ 信号光受信装置（ＯＲ）
８ 光中継器
１０ 励起光供給部
１１−１〜１１−ｎ 励起光源
１２ 合成器
１３ ＷＤＭカプラ
２０ 出力光モニタ部
２１ 分岐器
２２ 光フィルタ
２３，２３−１〜２３−ｎ 受光素子（ＰＤ）
２４ 分波器
３０ 制御部
３１ ＡＳＳ光処理回路
３３ ＡＳＳ光演算回路
３４ ＡＬＣ回路
３５ シャットダウン回路
３６ 励起光パワー制御回路
３７ 設定値記憶回路
３８ 励起光パワー演算回路
Ｌｓ 信号光
Ｌｐ 励起光
Ｌｍ モニタ光
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により信号光を増幅するラマン増幅器に関し、特に、ラマン増幅によって発生する雑音光の影響を考慮して励起光の供給状態を制御するラマン増幅器およびそれを用いたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて、従来のエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いて信号光を増幅する構成に対してラマン増幅器を適用することは、信号対雑音比を大幅に改善できるなどの効果が得られ有効である。上記のラマン増幅器には、伝送用光ファイバを増幅媒体とする分布型の構成があり、具体的には、励起光源を伝送用光ファイバの信号光出力側に設置する後方励起構成が一般的である。また、分布型ラマン増幅器の他にも、ラマン増幅用光ファイバを増幅媒体とする集中定数型の構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のようなラマン増幅器については、出力される信号光のパワーをモニタすることによって、信号光遮断時のシャットダウン制御や出力一定制御、利得の波長依存性の制御などを行うことが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。なお、シャットダウン制御は、サージによるシステム破壊や光ファイバ切断等によって高パワーの励起光が外部に漏れたとき、その励起光が人体に照射されることを回避するための機能として、通常、光増幅器に備えられている。
【０００４】
上記のような制御に利用される信号光のモニタ値は、例えば、モニタ系の損失、受光素子（ＰＤ）のモニタ電流ばらつき、自然ラマン散乱光などによる誤差が大きくなると、信号光が遮断されていないときにシャットダウン制御が行われたり、信号光出力パワーの誤差が拡大したりするなどの問題が生じることになる。このため、光増幅器から出力される信号光を高い精度でモニタすることが重要となる。また、例えば、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を所要値とする制御を行う場合には、雑音光を除いた本来の信号光出力パワーのみをモニタする技術も必要となる。
【０００５】
一般に、ラマン増幅器では、例えば図１０に示すように、増幅媒体となる光伝送路において、信号光の増幅帯域内にラマン増幅による雑音光が発生するため、出力信号光のモニタは、前段までの中継区間で累積した雑音成分を含んだ信号光と、ラマン増幅による雑音光とを同時に受光することになる。上記のラマン増幅による雑音光は、信号光が入力されていない状態で励起光だけを増幅媒体に入射した場合にも発生する雑音光である。本明細書では、ＥＤＦＡ等の希土類添加ファイバ増幅器で発生する自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）光に対し、ラマン増幅器で発生する上記雑音光を自然ラマン散乱（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＡＳＳ）光と呼ぶことにする。
【０００６】
ラマン増幅器の信号光出力パワーをモニタする従来の技術としては、例えば図１１に示すように、増幅媒体に供給される励起光のパワーを基にラマン増幅器で発生するＡＳＳ光パワーを計算し、そのＡＳＳ光パワーを実際に受光した出力光のモニタ値から差し引いて補正する方法が公知である（例えば、特許文献４参照）。また、信号光パワーとＡＳＳ光パワーを分離する手段として、簡易光スペクトラムアナライザを用いる方法も知られている。ただし、簡易光スペクトラムアナライザを利用する方法については、モニタの精度が低くなると共に、高価なモニタ系になるという欠点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０４９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−７６４８２号公報
【特許文献３】
特開２００２−７２２６２号公報
【特許文献４】
国際公開第０２／２１２０４号パンフレット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅器については、次のような問題点がある。例えば、希土類添加ファイバ増幅器や集中定数型ラマン増幅器のように増幅媒体が管理されている光増幅器では、前述したような公知の方法によって雑音光パワーをほぼ正しく計算することが可能であるが、伝送用光ファイバを増幅媒体とする分布型ラマン増幅器の場合には、伝送用光ファイバのファイバパラメータが未知であることが多いため、予測されるファイバパラメータの値と実際の値とが大きく異なったり、予測し得ない損失が存在したりすることも考えられ、ＡＳＳ光の計算値に大きな誤差が生じる可能性がある。
【０００９】
具体的に、ＡＳＳ光パワーが実際よりも大きく見積もられた場合、シャットダウン処理では、信号光の伝送が可能な状態であるにも拘わらず励起光が停止等させてしまい、信号光の伝送が中断することになる。出力一定制御では、信号光が所要のパワーよりも高いレベルで出力されることになるので、非線形効果の増大による信号波形劣化等を招いてシステムパフォーマンスを低下させる可能性がある。一方、ＡＳＳ光パワーが実際よりも小さく見積もられた場合、シャットダウン処理では、信号光が遮断状態であるにも拘わらず励起光が出力されてしまい、ファイバ切断などが原因で信号断となっている状況では高パワーの励起光が外部に放射されて人体に悪影響を及ぼす虞が考えられる。出力一定制御では、信号光が所要のパワーよりも低いレベルで出力されることになるので、ＯＳＮＲ劣化を招いてしまうことになる。
【００１０】
また、ラマン増幅器の利得の波長依存性を制御する場合については、例えば上述した特許文献３で提案されている方式では、励起光パワーと信号光出力パワーの関係を行列式で表し、その逆行列を用いて各波長で所要の信号光出力パワーが得られるように励起光パワーの設定が行われることになるが、前述したＡＳＳ光の計算の場合と同様にして、増幅媒体となる光ファイバのファイバパラメータが未知である場合が多く、励起光パワーの設定値に大きな誤差が生じる可能性がある。加えて、制御に用いる行列式が実際の敷設ファイバに対応していない場合は、制御が収束するまでに時間が掛かるか若しくは制御が発散してしまい、励起光パワーが定まらないなどの問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、自然ラマン散乱光のパワーを高い精度で算出して出力信号光のモニタ値の補正を行い励起光の供給状態を確実に制御できるラマン増幅器およびそれを用いた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、本発明にかかるラマン増幅器は、増幅媒体で発生するラマン効果によって信号光を増幅するラマン増幅器において、増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、増幅媒体を伝搬して出力される光のパワーを測定する出力光モニタ部と、運用開始前の準備段階において、運用時に実際に使用する増幅媒体に励起光を供給して当該増幅媒体内で発生する自然ラマン散乱光のパワーを前記出力光モニタ部で測定し、該測定された自然ラマン散乱光のパワーに基づいて、運用開始後に自然ラマン散乱光のパワーを計算するためのモデル式の係数を求める自然ラマン散乱光処理部と、該自然ラマン散乱光処理部で求められた係数を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された係数を適用したモデル式に従い、前記励起光供給部により増幅媒体に供給される励起光パワーに応じて、運用開始後に発生する自然ラマン散乱光のパワーを算出する自然ラマン散乱光演算部と、該自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される出力光パワーを補正し、該補正された出力光パワーに基づいて、前記励起光供給部の動作を制御する励起光制御部と、を備えて構成されるものである。
【００１３】
上記のような構成のラマン増幅器では、運用開始前の準備段階における現地調整等の処理として、運用時に実際に使用される増幅媒体を用いた自然ラマン散乱光パワーの測定が行われ、その測定結果に基づいて自然ラマン散乱光パワー計算用のモデル式の係数が求められて、その係数が記憶部に記憶される。そして、運用開始後には、増幅媒体への励起光の供給パワーに応じて、上記の係数を適用したモデル式に従い自然ラマン散乱光のパワーが計算により求めされ、その計算結果を用いて、出力光モニタ部で測定される出力光パワーに対する自然ラマン散乱光パワーの補正が行われ、その補正された出力光パワーを基に励起光供給部の動作制御が実行される。これにより、実際の運用状況に対応した自然ラマン散乱光パワーの補正を行うことができるようになるため、例えば出力一定制御やシャットダウン制御、波長特性偏差の制御などといったラマン増幅器の各種制御を確実に行うことが可能になる。
【００１４】
【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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光伝送路２に対してラマン増幅用の励起光Ｌｐを供給するラマン増幅ユニット１を備え、このラマン増幅ユニット１は、励起光供給部１０、出力光モニタ部２０および制御部３０から構成される。
【００１６】
励起光供給部１０は、例えば、ｎ台の励起光源（ＬＤ）１１−１〜１１−ｎ、合成器１２およびＷＤＭカプラ１３から構成される。各励起光源１１−１〜１１−ｎは、光伝送路２を伝送される信号光Ｌｓをラマン増幅することが可能な所要の波長帯の光をそれぞれ発生して合成器１２に出力する。合成器１２は、各励起光源１１−１〜１１−ｎからの出力光を１つに合成して励起光Ｌｐを生成し、その励起光ＬｐをＷＤＭカプラ１３に出力する。ＷＤＭカプラ１３は、合成器１２から出力される励起光Ｌｐをラマン励起ユニット１の信号光入力端に接続された光伝送路２に出力すると共に、光伝送路２から入力される信号光Ｌｓを後段の出力光モニタ部２０に伝える。このように本ラマン増幅器は、信号光Ｌｓの伝搬方向に対して励起光Ｌｐの伝搬方向が逆方向となる後方励起構成を有する。
【００１７】
上記各励起光源１１−１〜１１−ｎから出力される各々の光の波長は、信号光Ｌｓの波長帯域に対応させて設定される。例えば、石英系光ファイバが光伝送路２として用いられている場合、１５５０ｎｍ帯の信号光Ｌｓに対して短波長側に約１００ｎｍシフトした１４５０ｎｍ帯の波長帯域内に各励起光源１１−１〜１１−ｎの出力波長がそれぞれ設定される。なお、本発明における信号光Ｌｓおよび各励起光源１１−１〜１１−ｎの出力波長は上記の一例に限定されるものではなく、公知のラマン増幅器における波長設定を適用することが可能である。
【００１８】
出力光モニタ部２０は、例えば、分岐器２１、光フィルタ２２および受光素子（ＰＤ）２３から構成される。分岐器２１は、光伝送路２を伝搬した後にＷＤＭカプラ１３を通過した光の一部をモニタ光Ｌｍとして分岐し、そのモニタ光Ｌｍを光フィルタ２２に送る。光フィルタ２２は、信号光Ｌｓの波長帯域に対応した透過帯を有するバンドパスフィルタであって、分岐器２１から送られてくるモニタ光Ｌｍより信号光波長帯域の光を抽出して受光素子２３に出力する。受光素子２３は、光フィルタ２２を通過したモニタ光Ｌｍを受光し、そのパワーに応じてレベルが変化する電気のモニタ信号を生成して制御部３０に出力する。
【００１９】
制御部３０は、例えば、ＡＳＳ光処理回路３１、メモリ３２、ＡＳＳ光演算回路３３、ＡＬＣ回路３４、シャットダウン回路３５、励起光パワー制御回路３６および設定値記憶回路３７から構成される。なお、ここでは、ＡＬＣ回路３４、シャットダウン回路３５および励起光パワー制御回路３６が励起光供給部として機能することになる。
【００２０】
ＡＳＳ光処理回路３１は、出力光モニタ部２０の受光素子２３から出力されるモニタ信号が入力され、後述するように本ラマン増幅器の運用を開始する前の準備段階において、励起光Ｌｐを光伝送路２に供給することで発生するＡＳＳ光のパワーを上記モニタ信号を基に検出し、その検出したＡＳＳ光パワーを用いて、運用開始後におけるＡＳＳ光パワーの計算に使用するモデル式の係数を求め、その結果をメモリ３２に記憶させる。補正演算回路３３は、メモリ３２の記憶情報を読み出して、運用開始後における励起光Ｌｐの供給状態に対応したＡＳＳ光パワーの補正値を上記のモデル式に従って演算する。この補正演算回路３３での演算結果は、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に伝えられる。
【００２１】
ＡＬＣ回路３４は、出力光モニタ部２０の受光素子２３から出力されるモニタ信号と、補正演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値とに基づいて、本ラマン増幅器から出力される信号光Ｌｓのパワーが所要のレベルで一定となるように励起光Ｌｐの供給状態を制御するための信号を生成し、その制御信号を励起光パワー制御回路３６に出力する。シャットダウン回路３５は、受光素子２３からのモニタ信号と、補正演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値とに基づいて、光伝送路２からラマン励起ユニット１に入力される信号光Ｌｓが遮断状態にあるか否かを判定し、遮断状態にある場合には、励起光Ｌｐの供給を停止させるか、または、人体に影響を与えない安全なレベルまで励起光Ｌｐのパワーを抑えるようにする制御信号を生成して励起光パワー制御回路３６に出力する。
【００２２】
励起光パワー制御回路３６は、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態を調整することで光伝送路２に供給される励起光Ｌｐのパワーを制御する回路である。この励起光パワー制御回路３６は、運用を開始する際、設定値記憶回路３７に予め記憶された励起光パワーの設定値に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎを駆動し、その後はＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５からそれぞれ出力される制御信号に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎを制御する。また、上記の励起光パワー制御回路３６は、現在の励起光パワーの設定状態を示す信号をＡＳＳ光演算回路３３に出力する機能を備えている。
【００２３】
次に、第１実施形態のラマン増幅器の動作について説明する。
図２は、運用開始前の準備段階における動作を説明するためのフローチャートである。
【００２４】
本ラマン増幅器では、例えば、光伝送システムの組み上げ時に行われる現地調整などといった運用開始前の準備段階における処理として、運用時に実際に使用される光伝送路２を用いた測定に基づいて、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数を求める一連の処理が実行される。具体的には、まず、図２のステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのうちの１台が駆動され、その励起光源から出力される励起光Ｌｐを光伝送路２に供給したときに発生するＡＳＳ光のパワーが出力光モニタ部２０により測定される。このＡＳＳ光パワーの測定は、例えば図３の黒丸印に例示したように、励起光Ｌｐの供給パワーを５０ｍＷ、１００ｍＷ、１５０ｍＷ、２００ｍＷ、２５０ｍＷなどのように段階的に変化させて行われる。具体的には、上記の各測定ポイントに対応させて供給パワーの設定された励起光Ｌｐがラマン増幅ユニット１から光伝送路２（準備段階では信号光Ｌｐの入力はない）に与えられると、その励起光Ｌｐのラマン効果によってＡＳＳ光が発生し、励起光Ｌｐとは逆方向に伝搬するＡＳＳ光が光伝送路２からラマン増幅ユニット１に入力され、その一部が分岐器２１でモニタ光Ｌｍとして分岐された後に光フィルタ２２を介して受光素子２３で受光され、光電変換されたモニタ信号がＡＳＳ光処理回路３１に出力される。ＡＳＳ光処理回路３１では、受光素子２３からのモニタ信号を基にＡＳＳ光のパワーが検出され、その検出結果が励起光Ｌｐの供給パワーに対応させてメモリ３２に記憶される。上記のような１台の励起光源を駆動して行われるＡＳＳ光パワーの測定は、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのそれぞれについて順次行われ、すべての測定が完了するとステップ２に進む。
【００２５】
ステップ２では、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのうちの任意の２台が組み合わされて同一パワーで駆動され、各々の出力光を合成した励起光Ｌｐが光伝送路２に供給されて、その励起光Ｌｐにより発生するＡＳＳ光パワーが測定される。２台の励起光源の出力光パワーは、前述した１台の励起光源を駆動した場合の複数の測定ポイントの少なくとも１つ以上に対応させて設定されるものとする（例えば、１００ｍＷ等）。この励起光源を２台組み合わせたときのＡＳＳ光パワーの測定は、前述したステップ１の場合と同様して行われ、ＡＳＳ光処理回路３１で検出されるＡＳＳ光パワーが２台の励起光源の組み合わせとパワーの設定値に対応させてメモリ３２に記憶される。この２台の組み合わせによるＡＳＳ光の測定は、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのすべての組み合わせについて順次行われ、全組み合わせの測定が完了するとステップ３に進む。
【００２６】
ステップ３では、ｎ台の励起光源１１−１〜１１−ｎのすべてを同一のパワーで駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーが測定される。ここでの測定データは、ステップ１、２における測定結果を基にして以降のステップで決定されるＡＳＳ光パワー計算用のモデル式の係数を検証するためのデータとして取得されるものである。なお、検証が不要な場合には、このステップ３の処理を省略することが可能である。
【００２７】
ステップ４では、メモリ３２の記憶データがＡＳＳ光処理回路３１に読み出され、１台の励起光源を駆動した場合に発生するＡＳＳ光のパワーを表すモデル式が、ステップ１で実測されたデータを用いて作成される（図２の実線参照）。ここでは、励起光パワーＰＰに対するＡＳＳ光パワーＰＡＳＳの関係を表すモデル式として次の（１）式に示す２次関数が適用され、これにメモリ３２から読み出した実測値を代入して係数ａ，ｂ，ｃを求めることで、各励起光源１１−１〜１１−ｎにそれぞれ対応したモデル式が作成され、その結果がメモリ３２に記憶される。
【００２８】
【数１】
ステップ５では、２台の励起光源を駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーについて、１台の励起光源を駆動した場合との比較が行われる。複数台の励起光源を駆動したときに発生するＡＳＳ光のパワーは、１台の励起光源を駆動したとき発生するＡＳＳ光パワーの単純な和とはならない。これはある波長の励起光により生じたＡＳＳ光が他の波長の励起光により利得を受けるためである。
【００３０】
例えば、１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）の信号光を波長の異なる３つの励起光で増幅するラマン増幅器について考えてみる。ここで、３台の励起光源から出力される励起光のパワーを共に１００ｍＷとし、それぞれの励起光によるＣバンドに対応したＡＳＳ光パワーをＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３、任意の２波の励起光の組み合わせによるＡＳＳ光パワーをＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１とする。この場合、２波の励起光によるＡＳＳ光パワーは、一方の励起光によるＡＳＳ光が他方の励起光による利得を得たパワーとなり、双方の励起光の影響を受けたＡＳＳ光のパワーを足し合わせたものになる。このため、２波の励起光によるＡＳＳ光パワーＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１は、次の（２）式に示すような関係式で表すことができる。
【００３１】
【数２】
この（２）式におけるＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、各励起光のＣバンドにおける利得（特にＡＳＳ光に与える利得）であり、以下では、上記Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３をＡＳＳ利得と呼ぶことにする。
【００３３】
上記の（２）式より、ＡＳＳ利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３は、次の（３）式によって表されることになる。
【００３４】
【数３】
上記（３）式に示すように、１台の励起光源を駆動したときのＡＳＳ光パワーの実測値ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３と、２台の励起光源を組み合わせたときのＡＳＳ光パワーの実測値ＰＡ１２，ＰＡ２３，ＰＡ３１とを用いて、ＡＳＳ利得Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を算出することができる。なお、ここでは、３台の励起光源が設けられる場合を例示したが、４台以上の励起光源が設けられる場合についても、各励起光源を１台ずつ駆動した場合の実測値と、２台を組み合わせて駆動したときの実測値が取得されていれば、各励起光源に対応したＡＳＳ利得を求めることが可能である。
【００３６】
上記のＡＳＳ利得のデシベル（ｄＢ）値が、励起光パワーの１次関数に従うと仮定すると、ＡＳＳ利得の係数を計算することが可能になる。具体的には、ＡＳＳ利得係数をγ１，γ２，γ３とすると、例えば各励起光パワーを１００ｍＷとした場合のＡＳＳ利得係数γ１，γ２，γ３は次の（４）式で表すことができる。
【００３７】
【数４】
この（４）式に従って求めたＡＳＳ利得係数γ１，γ２，γ３が、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数としてメモリ３２に記憶される。
ステップ６では、ステップ５で求めたＡＳＳ利得係数を用いて、ｎ台の励起光源をすべて駆動したときに発生するＡＳＳ光パワーが計算される。具体的に、３台の励起光源を駆動したときにＣバンドに発生するＡＳＳ光のトータルパワーＰＡＳＳ＿ｔｏｔａｌ（ｍＷ）は、次の（５）式により計算することができる。
【００３９】
【数５】
ただし、ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２，ＰＡＳＳ３の各値は、前述のステップ４で求められた（１）式の係数ａ，ｂ，ｃと、各ＰＡＳＳ１，ＰＡＳＳ２，ＰＡＳＳ３に対応する励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３の設定値を基に計算されるＡＳＳ光パワーである。
【００４１】
ステップ７では、各波長の励起光の間で生じるラマン効果（ポンプ間ラマン効果）を考慮した実効的な励起光パワーが求められ、その実効的な励起光パワーを用いてＡＳＳ光のトータルパワーが算出される。具体的に、例えばポンプ間ラマン効果によるエネルギー遷移係数をｒとし、３台の励起光源から出力される励起光周波数をｆ１，ｆ２，ｆ３とした場合、各励起光パワーの実効的な強度増加率Δ１，Δ２，Δ３は、次の（６）式で表される。
【００４２】
【数６】
よって、ポンプ間ラマン効果を考慮した実効的な励起光パワーは、次の（７）式の関係に従って表すことができる。
【００４４】
【数７】
したがって、上記の（７）式により求められる実効的な励起光パワーＰＰ１＿ｅｆｆ，ＰＰ２＿ｅｆｆ，ＰＰ３＿ｅｆｆを用いてＡＳＳ光のトータルパワーを算出すると、次の（８）式のようになる。
【００４６】
【数８】
ステップ８では、上記の（８）式に従って算出したＡＳＳ光のトータルパワーと、前述のステップ３ですべての励起光源を駆動して測定したＡＳＳ光パワーとの比較が行われる。ここでは、モデル式を用いた計算値と実測値の差が予め設定した閾値（例えば０．５ｄＢ等）以上であるか否かが判定され、閾値以上の場合にはステップ９に移り、上記のステップ７で用いられるエネルギー遷移係数ｒを見直して、実効的な励起光パワーの補正を行った上でＡＳＳ光トータルパワーを再度計算し、その計算値と実測値の差が閾値より小さくなるまで上記励起光パワーの補正を繰り返す。
【００４８】
上記のようなステップ１〜ステップ９に示した一連の処理を行うことによって、運用開始前の準備段階に、実際に使用する光伝送路２を用いた測定を基に、運用開始後におけるＡＳＳ光パワーの計算に用いるモデル式の係数が求められ、その結果がメモリ３２に記憶されるようになる。
【００４９】
実際の運用が開始される段階になると、本ラマン増幅器では、励起光パワー制御回路３６が、伝送される信号光Ｌｓに応じた励起光パワーの初期設定値を設定値記憶回路３７から読み取り、その設定値に従って各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動が行われる。これにより、所定のパワーを有する励起光Ｌｐが励起光供給部１０から光伝送路２に供給され、光伝送路２を伝搬する信号光Ｌｓがラマン増幅される。このラマン増幅された信号光Ｌｓは、上述の図１０に示したように、ラマン増幅により発生するＡＳＳ光と累積ＡＳＥ光を含んだ光となる。光伝送路２を伝搬した信号光Ｌｓは、ラマン励起ユニット１に入力されてＷＤＭカプラ１３を通過した後、出力光モニタ部２０の分岐器２１でその一部がモニタ光Ｌｍとして分岐され、光フィルタ２２で信号光帯域以外の光成分が除去されて受光素子２３で電気のモニタ信号に変換される。受光素子２３から出力されるモニタ信号は、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５にそれぞれ送られる。
【００５０】
ＡＬＣ回路３４では、受光素子２３からのモニタ信号を基に信号光出力パワーが判断され、その信号光出力パワーについて、上述の図１１に示したようなＡＳＳ光の補正が、ＡＳＳ光演算回路３３から出力される信号によって示される補正値に従って行われる。具体的に、ＡＳＳ光演算回路３３では、前述した準備段階に求めた係数がメモリ３２から読み出され、励起光パワー制御回路３６から伝えられる現在の励起光Ｌｐの供給パワーに対応したＡＳＳ光パワーが上記の（８）式を用いて算出され、その算出結果が補正値としてＡＬＣ回路３４に伝えられる。なお、この補正値は、シャットダウン回路３５にも出力される。ＡＳＳ光パワーの補正値が伝達されたＡＬＣ回路３４では、受光素子２３からのモニタ信号を基に判断した信号光出力パワーからＡＳＳ光パワーの補正値が差し引かれることでＡＳＳ光成分を補正した信号光出力パワーが求められる。そして、補正後の信号光出力パワーが所要のレベルで一定となるように励起光の供給状態を制御するための信号がＡＬＣ回路３４から励起光パワー制御回路３６に出力される。これにより、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態がフィードバック制御され、ラマン増幅器の出力一定制御が行われる。
【００５１】
また、シャットダウン回路３５では、上記ＡＬＣ回路３４の場合と同様にして、ＡＳＳ光成分を補正した信号光出力パワーが求められ、その補正後の信号光出力パワーが予め設定した閾値以下であるか否かが判定される。閾値以下の場合には、信号光Ｌｓが遮断状態にあると判断して励起光Ｌｐの供給を停止させるか、または、励起光Ｌｐのパワーを所定のレベル以下に抑えるための制御信号が、シャットダウン回路３５から励起光パワー制御回路３６に出力される。これにより、各励起光源１１−１〜１１−ｎの駆動状態が制御され、ラマン増幅器のシャットダウン制御が行われる。このシャットダウン制御の精度については、ＡＳＳ光パワーを計算するためのモデル式の係数が、上述のステップ８およびステップ９の処理にあるように０．５ｄＢ以下の誤差でＡＳＳ光パワーを算出できるように決定されているため、信号光パワーとＡＳＳ光パワーの比の値が約１／１０となっても信号光を検出することが可能である。これは、例えばＡＳＳ光の発生量が−２０ｄＢｍである場合、信号光パワーが約−３０ｄＢｍ（伝送路出力では１波分の信号光パワーに相当）まで小さくなってもそれを検出できるような精度となる。
【００５２】
上記のように第１実施形態のラマン増幅器によれば、運用開始前の準備段階における現地調整処理として、運用時に実際に使用される光伝送路２を用いてＡＳＳ光パワーの測定を行い、その測定結果に基づいてＡＳＳ光パワーを算出するモデル式の係数を決定するようにしたことで、運用時におけるＡＳＳ光パワーの補正を精度良く行うことができるようになるため、ラマン増幅器の出力一定制御やシャットダウン制御を確実に実行することが可能になる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態による光増幅システムの構成を示すブロック図である。
【００５４】
図４において、本実施形態の光増幅システムは、ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を縦続接続した公知の構成を有する光増幅システムについて、前段のラマン増幅器として上述の図１に示した第１実施形態の場合と同様の構成を適用すると共に、そのラマン増幅ユニット１を構成する制御部３０の一部の機能と、後段のＥＤＦＡモジュール３を制御する機能とを共通のＣＰＵ４およびメモリ５によって実現し、ラマン増幅器およびＥＤＦＡが集中管理されるようにしたものである。
【００５５】
ＣＰＵ４は、ラマン増幅ユニット１の受光素子２３から出力されるモニタ信号に応じて、前述した第１実施形態におけるＡＳＳ光処理回路３１に対応した処理を実行し、ＡＳＳ光パワーを算出するためのモデル式の係数を求め、その結果をメモリ５に記憶させる。また、ＣＰＵ４は、励起光パワー制御回路３６から出力される励起光の供給状態を示す信号に応じて、第１実施形態におけるＡＳＳ光演算回路３３に対応した処理を実行し、運用時におけるＡＳＳ光パワーの補正値を演算して、その結果をラマン増幅ユニット１のＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に出力する。さらに、ＣＰＵ４は、ＥＤＦＡモジュール３に関する公知の制御のための信号処理を実行する機能も備え、前段のラマン増幅器で発生するＡＳＳ光パワーの補正値を利用したＥＤＦＡの制御を行うことも可能な構成となっている。
【００５６】
なお、第１実施形態において設定値記憶回路３７に記憶させていた励起光パワーの初期設定値に関する情報は、メモリ５に記憶されているものとする。また、上記以外の他の部分の構成および動作については、前述した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００５７】
このように第２実施形態の光増幅システムによれば、ラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせた装置構成についても第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、ラマン増幅器およびＥＤＦＡについて共通のＣＰＵ４およびメモリ５を設けて各々の制御を実行するようにしたことで、装置構成の簡略化を図ることが可能になる。
【００５８】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図５は、本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図５において、本実施形態のラマン増幅器は、上述した第１実施形態のラマン増幅器について、ラマン増幅された信号光Ｌｓの波長特性が所望の特性となるように励起光Ｌｐの供給状態を制御する機能を設けたものである。具体的に、本ラマン増幅器の構成が第１実施形態の場合と異なる部分は、出力光モニタ部２０について、光フィルタ２１を通過したモニタ光Ｌｍをｍ個の波長ブロックに分割してモニタできるように、分波器２４およびｍ個の受光素子２３−１〜２３−ｍを設けると共に、第１実施形態で用いていたＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に代えて励起光パワー演算回路３８を設けるようにした部分である。なお、上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６０】
出力光モニタ部２０に設けられる分波器２４は、光フィルタ２１を通過したモニタ光Ｌｍが１つの入力ポートに与えられ、そのモニタ光Ｌｍをｍ個の波長ブロックに分波し、各波長ブロックの光を対応する出力ポートから受光素子２３−１〜２３−ｍに出力する。各受光素子２３−１〜２３−ｍは、分波器２４の各出力ポートに接続され、分波器２４で波長ブロックごとに分波されたモニタ光Ｌｍを電気のモニタ信号に変換して出力する。各受光素子２３−１〜２３−ｍから出力されるモニタ信号は、ＡＳＳ光処理回路３１および励起光パワー演算回路３８にそれぞれ送られる。
【００６１】
励起光パワー演算回路３８は、各受光素子２３−１〜２３−ｍから出力される各波長ブロックに対応したモニタ信号と、ＡＳＳ光演算回路３３で演算されたＡＳＳ光パワーの補正値を示す信号とが与えられ、これらの信号に基づいて所望の波長特性を有する出力信号光Ｌｓが得られるような励起光パワーの設定値を演算し、その演算結果を励起光パワー制御回路３６に伝える。
【００６２】
上記のような構成のラマン増幅器では、上述した第１実施形態の場合と同様にして、運用開始前の準備段階において、実際に使用する光伝送路２を用いてＡＳＳ光パワーの測定が行われ、その測定結果に基づいてＡＳＳ光パワー算出用のモデル式の係数がＡＳＳ光処理回路３１で求められ、その係数がメモリ３２に記憶される。そして、準備段階で求めた係数を用いてＡＳＳ光演算回路３３で演算されるＡＳＳ光パワーの補正値を利用して、所望の波長特性の出力信号光Ｌｓを得るための励起光パワーの設定値が演算される。
ここで、励起光パワーの具体的な設定方法を図６のフローチャートを参照しながら説明する。以下の説明では、例えば、出力信号光Ｌｓを３つの波長ブロックに分割して励起光パワーの設定値を演算する場合を考えることにする。ただし、波長ブロックの分割数は上記の一例に限定されるものではない。
【００６３】
まず、図６のステップ１１では、光伝送路２に対して、伝送され得る最大波長数の信号光Ｌｓが実際の運用時と同等のパワーで入力される。
ステップ１２では、励起光Ｌｐが光伝送路２に供給されていない状態で、３つの波長ブロックに分割した出力信号光Ｌｓの各パワーが出力光モニタ部２０により測定される。そして、ステップ１１における信号光Ｌｓの入力パワーと測定された信号光平均出力パワーとを用いて、各波長ブロックに対応した光伝送路２の平均損失Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が算出される。
【００６４】
ステップ１３では、励起光源１１−１〜１１ｎを各波長ブロックに対応したグループごとに駆動して、各々の波長ブロックについての信号光平均出力パワーの測定が行われる。ここでは、各波長ブロックに対応した励起光パワーをＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３とする。そして、各励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３に対応したＡＳＳ光パワーの補正値がＡＳＳ光演算回路３３で演算され、その演算結果が励起光パワー演算回路３８に伝えられる。励起光パワー演算回路３８では、出力光モニタ部２０で測定された各波長ブロックの信号光平均出力パワーについて、ＡＳＳ光演算回路３３で演算された補正値に従いＡＳＳ光成分の補正が行われる。ここでは、ＡＳＳ光補正を行った信号光平均出力パワーをＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３とする。この信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３は、各波長ブロックに対応した励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および上記のステップ１２で算出した損失Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて、次の（９）式に示す関係で表すことができる。
【００６５】
【数９】
したがって、上記の測定によって得られる各値を（９）式に与えることにより、各波長ブロックに対応した比例係数Ａｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）からなる行列が求められるようになる。
【００６７】
ステップ１４では、ステップ１３で求めた比例係数Ａｉｊからなる行列の逆行列を計算することにより、次の（１０）式に示すように、所望の信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を実現するのに必要となる励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を算出するための関係式が導出される。
【００６８】
【数１０】
例えば、上記の（１０）式において信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を同じ値とすれば、ラマン増幅された信号光Ｌｓの波長特性を平坦にするために必要となる、各波長ブロックに対応した励起光パワーの設定値を得ることができるようになる。
【００７０】
ステップ１５では、上記の（１０）式について、ポンプ間ラマン効果を考慮した比例係数が求められる。すなわち、上記の比例係数Ａｉｊは、波長ブロックごとの利得係数であり、ポンプ間ラマン効果が含まれていない係数である。実際には複数の波長ブロックに対応した励起光源を同時に駆動してラマン増幅が行われるため、ポンプ間ラマン効果を考慮した利得係数を求める必要がある。そこで、上記の（１０）式に従って各波長ブロックの励起光パワーＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を求め、すべての波長ブロックに対応した励起光を上記のパワー設定で光伝送路２に供給する。そして、すべての波長ブロックに対応した励起光のパワーを例えば１０ｍＷだけ変化させ、その励起光パワーの変化分に対する信号光平均出力パワーの変化分を測定する。この測定により、次の（１１）式に示すように、励起光パワーの変化分ΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３に対する信号光平均出力パワーの変化分ΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３の関係を表す比例係数比例係数Ｂｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３）が求められるようになる。
【００７１】
【数１１】
ステップ１６では、ステップ１５で求めた比例係数Ｂｉｊからなる行列の逆行列を計算することにより、次の（１２）式に示すように、ポンプ間ラマン効果を考慮した関係式が導出される。
【００７３】
【数１２】
具体的に、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の波長特性偏差を小さくするということは、例えば図７に示すように、各波長ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３に対応した信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３を所望の目標パワーレベルＰＳ０に近づけることになる。出力光モニタ部２０で測定される信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３と目標パワーレベルＰＳ０との差をΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３とすると、この差ΔＰＳ１，ΔＰＳ２，ΔＰＳ３を埋めるために必要となる励起光パワーの差分がΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３となる。
【００７５】
ステップ１７では、上記の差分ΔＰＰ１，ΔＰＰ２，ΔＰＰ３が収束するまで、（１２）式を用いて算出した励起光パワーの設定値の補正および信号光平均出力パワーＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３の測定が繰り返される。
【００７６】
上記のようなステップ１１〜ステップ１７に示した一連の処理を行うことによって、実際に使用する光伝送路２を用いた測定結果に基づいて、所望の波長特性を有する出力信号光Ｌｓを得るための励起光パワーの設定値が求められるようになる。このような励起光パワーの設定値の演算処理は、本ラマン増幅器の運用を開始する前に実行してその結果をメモリ等に記憶させるようにすることができる。また、運用開始後に励起光パワーの設定値の演算処理を実行して、出力信号光Ｌｓの波長特性の制御を逐次行うようにすることも可能である。
【００７７】
上記のように第３実施形態のラマン増幅器によれば、運用開始前に実際に使用する光伝送路２を用いて係数を決定したモデル式によりＡＳＳ光パワーの補正値を算出し、その補正値を用いて各波長ブロックに対応した励起光パワーの設定値を演算するようにしたことで、出力信号光Ｌｓの波長特性の制御を優れた精度で確実に実行することが可能になる。
【００７８】
なお、上記の第３実施形態では、ＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５に代えて励起光パワー演算回路３８を設けた構成例を示したが、励起光パワー演算回路３８と共にＡＬＣ回路３４およびシャットダウン回路３５を設けて、各々の制御が同時に行われるようにすることも勿論可能である。また、上述の図４に示した第２実施形態の場合と同様にして、ラマン増幅器とＥＤＦＡを縦続接続した光増幅システムについて、上記の第３実施形態のラマン増幅器を適用することも可能である。この場合の装置構成を図８に例示しておく。
【００７９】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、本発明の第４実施形態による光伝送システムの構成を示す図である。
図９の光伝送システムは、信号光送信装置（ＯＳ）６から信号光受信装置（ＯＲ）７にＷＤＭ信号光を伝送するシステムについて、信号光送信装置６および信号光受信装置７の間を接続する光伝送路２上に所要の中継間隔で配置される複数の光中継器８に、上述したようなＡＳＳ光パワーの補正処理が行われるラマン増幅器を適用したものである。
【００８０】
ここでは、各光中継器８が、第２実施形態の場合のようにラマン増幅ユニット１とＥＤＦＡモジュール３とを縦続接続した構成からなる。また、後段のＥＤＦＡモジュール３は、ＷＤＭ信号光を分波器４１で所要の波長帯に分波し各波長帯に対応したＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂでそれぞれ増幅して合波器４３で合波する構成となっている。さらに、各波長帯に対応したＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂの前後には、前段の光中継器８から信号光と伴に伝えられる副信号光（ＯＳＣ）を取り出す分波器４４Ａ，４４Ｂと、後段の光中継器８に伝える副信号光を合波する合波器４５Ａ，４５Ｂとがそれぞれ配置されている。制御回路５０は、第２実施形態におけるＣＰＵ４およびメモリ５に対応した機能に加えて、分波器４４Ａ，４４Ｂで取り出される前段の光中継器８からの副信号光を受信する機能と、後段の光中継器８に送信する副信号光を生成して合波器４５Ａ，４５Ｂに出力する機能とを備えている。
【００８１】
上記のような光伝送システムでは、各光中継器８を制御するために信号光と伴に伝送される副信号光を利用して、上述の各実施形態で説明したような運用開始前の準備段階におけるＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理や励起光パワーの設定処理を実施するタイミングが各光中継器に通知される。
【００８２】
この副信号光を用いた現地調整の具体的な手順としては、例えば、光伝送システムの組み上げが完了して全システムの電源が投入されると、各光中継器８間で副信号光が正常に伝達されているかの動作確認が行われる。そして、副信号光の動作確認がとれると、信号光送信装置６に最も近い光中継器８について、ＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理が実行される。この係数作成処理が完了すると、それを知らせる副信号光が後段の光中継器８に送信される。２段目の光中継器８では、初段の光中継器８からの副信号光の受信が確認されると、ＡＳＳ光の補正計算用の係数作成処理が実行される。以降これと同様にして各光中継器８での係数作成処理が順次実行される。そして、すべての光中継器８についての係数作成処理が完了すると、信号光送信装置６における全波長の信号光の立ち上げが行われ、各信号光を波長多重したＷＤＭ信号光が光伝送路２に送信される。
【００８３】
信号光送信装置６から光伝送路２へのＷＤＭ信号光の送信開始が副信号光により１段目の光中継器８に通知されると、その１段目の光中継器８では、各励起光パワーの設定値の演算処理が実行される。そして、励起光パワー設定値が演算されると、その光中継器内のラマン増幅ユニット１および各波長帯のＥＤＦＡ４２Ａ，４２Ｂが立ち上げられる。１段目の光中継器の立ち上げが完了すると、それを知らせる副信号光が後段の光中継器８に送信され、その副信号光を受信した２段目の光中継器８でも、励起光パワー設定値の演算処理および光増幅器の立ち上げが実行される。以降これと同様にして各光中継器８での励起光パワー設定値の演算処理および光増幅器の立ち上げが順次実行される。そして、すべての光中継器８についての励起光パワー設定値の演算処理が完了したことによって運用開始前の現地調整が終了する。
【００８４】
上記のように第４実施形態の光伝送システムによれば、信号光送信装置６および信号光受信装置７の間の光伝送路２上に配置された複数の光中継器８について運用開始前の現地調整処理を実行するタイミングを副信号光を利用して各光中継器８の間で通知するようにしたことで、光伝送システム全体での現地調整を円滑に行うことが可能になる。
【００８５】
なお、上記の第４実施形態では、ラマン増幅器およびＥＤＦＡを備えた光中継器の一例を示したが、本発明はこれに限らず、ラマン増幅器だけでＷＤＭ信号光の増幅を行う構成の光中継器についても同様にして応用することができる。また、光中継器８内のＥＤＦＡモジュール３でＷＤＭ信号光が各波長帯に分波された状態において、前段の光中継器８からの副信号光の受信および後段の光中継器８への副信号光の送信が行われるようにしたが、副信号光の受信および送信は光中継器８内の任意の位置で行うことが可能である。
【００８６】
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。
【００８７】
（付記１）増幅媒体で発生するラマン効果によって信号光を増幅するラマン増幅器において、
増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、
増幅媒体を伝搬して出力される光のパワーを測定する出力光モニタ部と、
運用開始前の準備段階において、運用時に実際に使用する増幅媒体に励起光を供給して当該増幅媒体内で発生する自然ラマン散乱光のパワーを前記出力光モニタ部で測定し、該測定された自然ラマン散乱光のパワーに基づいて、運用開始後に自然ラマン散乱光のパワーを計算するためのモデル式の係数を求める自然ラマン散乱光処理部と、
該自然ラマン散乱光処理部で求められた係数を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された係数を適用したモデル式に従い、前記励起光供給部により増幅媒体に供給される励起光パワーに応じて、運用開始後に発生する自然ラマン散乱光のパワーを算出する自然ラマン散乱光演算部と、
該自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される出力光パワーを補正し、該補正された出力光パワーに基づいて、前記励起光供給部の動作を制御する励起光制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００８８】
（付記２）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光供給部は、波長の異なる複数台の励起光源を有し、
前記自然ラマン散乱光処理部は、前記複数台の励起光源を１台ずつ駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーと、前記複数台の励起光源のうちの２台を組み合わせて駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーとを用いて、前記モデル式の係数を求めることを特徴とするラマン増幅器。
【００８９】
（付記３）付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記自然ラマン散乱光処理部は、前記複数台の励起光源をすべて駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーを用いて、モデル式の係数の検証を行うことを特徴とするラマン増幅器。
【００９０】
（付記４）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体が伝送用光ファイバであり、該伝送用光ファイバの信号光出力側に前記励起光供給部が配置される後方励起構成であることを特徴とするラマン増幅器。
【００９１】
（付記５）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記補正された出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように、前記励起光供給部をフィードバック制御することを特徴とするラマン増幅器。
【００９２】
（付記６）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光制御部は、前記補正された出力光パワーが予め設定した閾値以下に低下したとき、励起光の供給を停止するか、または、励起光のパワーを所定のレベル以下に抑えるためのシャットダウン制御を行うことを特徴とするラマン増幅器。
【００９３】
（付記７）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記出力光モニタ部は、増幅媒体を伝搬して出力される光を複数の波長ブロックに分割して各々の波長ブロックに対応した出力光のパワーを測定し、
前記励起光制御部は、前記自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される各波長ブロックに対応した出力光のパワーをそれぞれ補正し、該補正された各波長ブロックの出力光パワーに基づいて、ラマン増幅された信号光の波長特性が目標とする波長特性に近づくように、励起光の供給状態を制御することを特徴とするラマン増幅器。
【００９４】
（付記８）付記１に記載のラマン増幅器と、該ラマン増幅器に縦続接続された希土類添加ファイバ増幅器と、を備えて構成されたことを特徴とする光増幅システム。
【００９５】
（付記９）付記８に記載の光増幅システムであって、
前記自然ラマン散乱光処理部および前記自然ラマン散乱光演算部の各機能と、前記希土類添加ファイバ増幅器の動作を制御するための信号処理を実行する機能とを備え、前記ラマン増幅器および前記希土類添加ファイバ増幅器の各動作を集中管理する回路を設けたことを特徴とする光増幅システム。
【００９６】
（付記１０）信号光送信装置から光伝送路に送信された信号光を光伝送路上に配置された光中継器で増幅しながら信号光受信装置まで中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、付記１に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【００９７】
（付記１１）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記光中継器が光伝送路上に複数配置され、
該各光中継器の制御を行うための副信号光を各々の光中継器間で伝送する副信号光伝送部を有し、
前記各光中継器において前記自然ラマン散乱光処理部にモデル式の係数を求める処理を実行させるタイミングおよび前記励起光制御部に前記励起光供給部の制御を実行させるタイミングが、前記副信号光を介して各々の光中継器に通知されることを特徴とする光伝送システム。
【００９８】
（付記１２）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記光中継器が、前記ラマン増幅器に縦続接続された希土類添加ファイバ増幅器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のラマン増幅器によれば、運用時に実際に使用する増幅媒体を用いた測定を運用開始前に行って、計算により自然ラマン散乱光パワーを求めるためのモデル式の係数を取得し、その係数を適用したモデル式に従って自然ラマン散乱光パワーを算出するようにしたことで、実際の運用状況に対応した自然ラマン散乱光パワーの補正を行うことができるようになるため、出力一定制御やシャットダウン制御、波長特性偏差の制御などを確実に実行できるラマン増幅器を提供することが可能になる。また、このようなラマン増幅器を用いて光増幅システムや光伝送システムを構成することにより、システムの運用を適切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実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】上記の第１実施形態について、運用開始前の準備段階における動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップ１におけるＡＳＳ光パワーの測定の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２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５】本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図６】上記の第３実施形態について励起光パワーの設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】上記の第３実施形態における信号光の波長特性制御の具体的な一例を示す図である。
【図８】上記の第３実施形態に関連した他の構成例を示すブロックである。
【図９】本発明の第４実施形態による光伝送システムの構成を示す図である。
【図１０】一般的なラマン増幅器の出力信号光に含まれる雑音光を模式的に示した図である。
【図１１】従来のラマン増幅器における信号光出力パワーのモニタ方式の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１ ラマン増幅ユニット
２ 光伝送路
３ ＥＤＦＡモジュール
４ ＣＰＵ
５，３２ メモリ
６ 信号光送信装置（ＯＳ）
７ 信号光受信装置（ＯＲ）
８ 光中継器
１０ 励起光供給部
１１−１〜１１−ｎ 励起光源
１２ 合成器
１３ ＷＤＭカプラ
２０ 出力光モニタ部
２１ 分岐器
２２ 光フィルタ
２３，２３−１〜２３−ｎ 受光素子（ＰＤ）
２４ 分波器
３０ 制御部
３１ ＡＳＳ光処理回路
３３ ＡＳＳ光演算回路
３４ ＡＬＣ回路
３５ シャットダウン回路
３６ 励起光パワー制御回路
３７ 設定値記憶回路
３８ 励起光パワー演算回路
Ｌｓ 信号光
Ｌｐ 励起光
Ｌｍ モニタ光
Claims (5)
- 増幅媒体で発生するラマン効果によって信号光を増幅するラマン増幅器において、
増幅媒体に励起光を供給する励起光供給部と、
増幅媒体を伝搬して出力される光のパワーを測定する出力光モニタ部と、
運用開始前の準備段階において、運用時に実際に使用する増幅媒体に励起光を供給して当該増幅媒体内で発生する自然ラマン散乱光のパワーを前記出力光モニタ部で測定し、該測定された自然ラマン散乱光のパワーに基づいて、運用開始後に自然ラマン散乱光のパワーを計算するためのモデル式の係数を求める自然ラマン散乱光処理部と、
該自然ラマン散乱光処理部で求められた係数を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された係数を適用したモデル式に従い、前記励起光供給部により増幅媒体に供給される励起光パワーに応じて、運用開始後に発生する自然ラマン散乱光のパワーを算出する自然ラマン散乱光演算部と、
該自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される出力光パワーを補正し、該補正された出力光パワーに基づいて、前記励起光供給部の動作を制御する励起光制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光供給部は、波長の異なる複数台の励起光源を有し、
前記自然ラマン散乱光処理部は、前記複数台の励起光源を１台ずつ駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーと、前記複数台の励起光源のうちの２台を組み合わせて駆動したときに前記出力光モニタ部で測定される自然ラマン散乱光のパワーとを用いて、前記モデル式の係数を求めることを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
前記出力光モニタ部は、増幅媒体を伝搬して出力される光を複数の波長ブロックに分割して各々の波長ブロックに対応した出力光のパワーを測定し、
前記励起光制御部は、前記自然ラマン散乱光演算部で算出された自然ラマン散乱光のパワーを用いて、前記出力光モニタ部で測定される各波長ブロックに対応した出力光のパワーをそれぞれ補正し、該補正された各波長ブロックの出力光パワーに基づいて、ラマン増幅された信号光の波長特性が目標とする波長特性に近づくように、励起光の供給状態を制御することを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器と、該ラマン増幅器に縦続接続された希土類添加ファイバ増幅器と、を備えて構成されたことを特徴とする光増幅システム。
- 信号光送信装置から光伝送路に送信された信号光を光伝送路上に配置された光中継器で増幅しながら信号光受信装置まで中継伝送する光伝送システムにおいて、
前記光中継器が、請求項１に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003081796A JP2004287307A (ja) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | ラマン増幅器およびそれを用いたシステム |
| EP05009323A EP1560305B1 (en) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
| EP05009322A EP1560304B1 (en) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
| CN 200810088365 CN101304285B (zh) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | 具有激射光控制功能的光放大器和使用该光放大器的光传输系统 |
| CN 200810088366 CN101304286B (zh) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | 光传输方法、光传输系统和喇曼放大器 |
| US10/798,267 US7505197B2 (en) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
| DE602004001078T DE602004001078T2 (de) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | Optischer Verstärker mit Kontrollfunktionen des Pumplichts, und optisches Übertragungssystem das diesen Verstärker verwendet |
| EP04005961A EP1460737B1 (en) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
| CNB2004100286804A CN100487548C (zh) | 2003-03-13 | 2004-03-12 | 具有激射光控制功能的光放大器和使用该光放大器的光传输系统 |
| US12/320,938 US7719758B2 (en) | 2003-03-13 | 2009-02-09 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
| US12/659,027 US8054455B2 (en) | 2003-03-13 | 2010-02-23 | Optical amplifier provided with control function of pumping light, and optical transmission system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003081796A JP2004287307A (ja) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | ラマン増幅器およびそれを用いたシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004287307A true JP2004287307A (ja) | 2004-10-14 |
Family
ID=33295231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003081796A Pending JP2004287307A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-25 | ラマン増幅器およびそれを用いたシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004287307A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006237613A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | At & T Corp | 光ファイバ増幅器における高速動的利得制御 |
| WO2006137123A1 (ja) | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Fujitsu Limited | ラマン光増幅器 |
| JP2008153558A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Nec Corp | 光伝送システム及びその信号スペクトラム補正方法 |
| JP2009186599A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置、光通信装置および光通信方法 |
| US8139285B2 (en) | 2008-01-28 | 2012-03-20 | Fujitsu Limited | Raman amplifying device and control method |
| JP2014171232A (ja) * | 2014-04-21 | 2014-09-18 | Fujitsu Ltd | 光伝送装置および光伝送システム |
| US8879145B2 (en) | 2012-11-29 | 2014-11-04 | Fujitsu Limited | Raman amplifier |
| EP2882116A1 (en) | 2013-12-03 | 2015-06-10 | Fujitsu Limited | Apparatus and method for creating calibration coefficient used to monitor optical signal-to-noise ratio |
| US11165501B2 (en) | 2016-02-19 | 2021-11-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Excitation light source apparatus and optical transmission system |
| US11211764B2 (en) | 2018-06-04 | 2021-12-28 | Fujitsu Limited | Raman optical amplifier and raman optical amplification method |
| US11509394B2 (en) | 2020-08-04 | 2022-11-22 | Fujitsu Limited | Controller and control method for Raman amplifier |
| US11637635B1 (en) * | 2021-12-07 | 2023-04-25 | Ciena Corporation | Calibrating a Raman amplifier by maximizing gain and minimizing intermodulation effects |
-
2003
- 2003-03-25 JP JP2003081796A patent/JP2004287307A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006237613A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | At & T Corp | 光ファイバ増幅器における高速動的利得制御 |
| US7835067B2 (en) | 2005-06-20 | 2010-11-16 | Fujitsu Limited | Raman amplifier |
| WO2006137123A1 (ja) | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Fujitsu Limited | ラマン光増幅器 |
| JP2008153558A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Nec Corp | 光伝送システム及びその信号スペクトラム補正方法 |
| US8139285B2 (en) | 2008-01-28 | 2012-03-20 | Fujitsu Limited | Raman amplifying device and control method |
| JP2009186599A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Fujitsu Ltd | 光増幅装置、光通信装置および光通信方法 |
| JP4555352B2 (ja) * | 2008-02-04 | 2010-09-29 | 富士通株式会社 | 光通信装置および光通信方法 |
| US8879145B2 (en) | 2012-11-29 | 2014-11-04 | Fujitsu Limited | Raman amplifier |
| EP2882116A1 (en) | 2013-12-03 | 2015-06-10 | Fujitsu Limited | Apparatus and method for creating calibration coefficient used to monitor optical signal-to-noise ratio |
| US9413455B2 (en) | 2013-12-03 | 2016-08-09 | Fujitsu Limited | Apparatus and method for creating calibration coefficient used to monitor optical signal-to-noise ratio |
| JP2014171232A (ja) * | 2014-04-21 | 2014-09-18 | Fujitsu Ltd | 光伝送装置および光伝送システム |
| US11165501B2 (en) | 2016-02-19 | 2021-11-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Excitation light source apparatus and optical transmission system |
| US11211764B2 (en) | 2018-06-04 | 2021-12-28 | Fujitsu Limited | Raman optical amplifier and raman optical amplification method |
| US11509394B2 (en) | 2020-08-04 | 2022-11-22 | Fujitsu Limited | Controller and control method for Raman amplifier |
| US11637635B1 (en) * | 2021-12-07 | 2023-04-25 | Ciena Corporation | Calibrating a Raman amplifier by maximizing gain and minimizing intermodulation effects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4565794B2 (ja) | 光増幅装置および光通信システム | |
| JP4393741B2 (ja) | ラマン増幅を利用した光増幅装置およびその制御方法 | |
| US6683712B2 (en) | Optical amplification apparatus using Raman amplification | |
| JP4626918B2 (ja) | ラマン光増幅中継器 | |
| US7554718B2 (en) | Fast dynamic gain control in an optical fiber amplifier | |
| WO2001010063A1 (fr) | Repetiteur d'amplification optique et systeme d'emission et de repetition d'amplification optique | |
| JP4612038B2 (ja) | 光増幅装置および光伝送システム | |
| JP4046602B2 (ja) | ラマン増幅器および光中継伝送システム | |
| JP2004287307A (ja) | ラマン増幅器およびそれを用いたシステム | |
| US7898732B2 (en) | Fast dynamic gain control in a bidirectionally-pumped Raman fiber amplifier | |
| WO2015109449A1 (zh) | 确定拉曼光放大器的增益的方法、装置和拉曼光放大器 | |
| EP1788730A1 (en) | Optical amplification unit with span loss tilt compensation | |
| US20070109628A1 (en) | Fast Dynamic Gain Control in Cascaded Raman Fiber Amplifiers | |
| JP2004064500A (ja) | 光中継器 | |
| EP2474110B1 (en) | Optical fiber amplifier compromising an embedded filter and a control method with improved feedforward control performance | |
| JP2002344054A (ja) | 光増幅装置および光伝送システム | |
| EP1696524B1 (en) | Fast dynamic gain control in an optical fiber amplifier | |
| JP2004301991A (ja) | 光増幅制御ユニットおよび光増幅制御方法 | |
| JP3811134B2 (ja) | 光増幅器 | |
| US20070109623A1 (en) | Fast Dynamic Gain Control in a Bidirectionally-Pumped Raman Fiber Amplifier | |
| JP2004056572A (ja) | 光直接増幅器 | |
| US20070109624A1 (en) | Fast Dynamic Gain Control in Cascaded Raman Fiber Amplifiers | |
| JP2004296581A (ja) | 光増幅装置およびその制御方法 | |
| JP6103159B1 (ja) | 光増幅装置 | |
| EP1868030B1 (en) | Optical amplification apparatus using Raman amplification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050819 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080422 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080619 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080902 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081104 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091013 |