JP2005099198A - ラマン増幅中継器 - Google Patents

Abstract

【課題】 入力された信号光のスペクトラム形状に関係なく、常に信号帯域内において平坦な出力スペクトラムを維持しつつ増幅させることができるラマン増幅中継器を提案する。
【解決手段】 励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器であって、複数のＰＤ７ａ〜７ｄにより励起波長の数より多い数の監視用波長で信号光パワーを監視することにより、励起光を出射する励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの出力パワーを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、励起ＬＤを伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器に関し、特にラマン増幅の制御を可能としたラマン増幅中継器に関する。

インターネットの普及に伴い急伸する通信需要に対応すべく、基幹通信ネットワークを構成する光伝送システムの伝送容量は、近年、驚くべき速度で増加している。

このような急速な大容量化に対応するために、光波長多重技術（ＷＤＭ技術）が確立され、伝送データの大容量化を実現している。しかし、長距離伝送システムにおいて、伝送容量の大容量化とともに中継間隔の延伸は難しい目標であった。

そこで、１波あたりの信号対雑音電力比（光ＳＮ比）を確保し、かつ、ファイバ非線形効果による伝送波形歪みを低減するためにラマン増幅という伝送路の損失を打ち消す伝送方法が提案されている。この方式では、長距離伝送を実現するため、ファイバ非線形効果の低減及び低雑音化とともに平坦な利得特性が要求される。

図８を参照し従来のラマン増幅を用いた中継器の構成と動作について説明する。

図８において、励起ＬＤ（Laser Diode）１３ａ、１３ｂ、１３ｃの波長はそれぞれ、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍ、信号波長帯域は１５７４〜１６０９ｎｍである。励起光は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ１２ａ及び１２ｂにて合波された後、励起ＷＤＭカプラ１１にて光伝送路上の信号光と逆向きに合波される。励起出力点より光伝送路へ出力された励起光は、光伝送路中において励起光より約１３．２ＴＨｚ離れた信号光帯域を増幅する。

まず、適当な伝送路ファイバを用いて、例えば１０ｄＢのラマン増幅後の利得スペクトラムが平坦になるように、波長の異なる励起ＬＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの出力パワーを求めておく。

次に、実際の伝送路ファイバに接続し、各励起ＬＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを伝送路接続前に求めた励起出力パワーで動作させることにより、ラマン増幅を行う。図９に、上記の従来のラマン増幅中継器によりラマン増幅を行った場合の利得スペクトラムを示す。

図９に示すように、図８に示すような構成のラマン増幅中継器では、ラマン増幅後の利得スペクトラムが平坦になるように、波長の異なる励起ＬＤ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの出力パワーを求めても、伝送路ファイバの違いや局舎内損失の違い等によって、信号帯域内における利得スペクトラムを平坦に保つことが困難であった。

このような問題を解消するために、例えば、特開２００１−７７６８号公報（特許文献１）に開示されるラマン増幅による光伝送パワーの波長特性制御方法では、ラマン増幅後の光伝送パワーの波長特性を、例えば２つのＰＤ(Photo Diode)によってモニタしてラマン増幅の利得波長特性を制御する技術が示されている。このような方法を利用することで、伝送路ファイバの違いや局舎内損失の違い等による影響を低減して、利得スペクトラムを平坦に保つものである。
特開２００１−７７６８号公報

上述したように、従来のラマン増幅中継器においては、伝送路ファイバの違いや局舎内損失の違い等によって、信号帯域内における利得スペクトラムを平坦に保つことが困難であるといった問題があった。

また、特許文献１に示されるようなラマン増幅による光伝送パワーの波長特性制御方法では、波長スペクトラムの両サイドだけを監視して波長スペクトラムの傾きだけを制御したり、波長スペクトラムのトップ（パワーの高い部分）の波長だけを制御する内容であるため、例えば傾斜を持ったスペクトラムの信号光が入力されたような場合には、出力スペクトラムの平坦度を良好に保つことができないという問題点があった。

本発明の目的は、入力された信号光のスペクトラム形状に関係なく、常に信号帯域内において平坦な出力スペクトラムを維持しつつ増幅させることができるラマン増幅中継器を提案することにある。

上記目的を達成する本発明は、励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器において、前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光を出射する励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする。

請求項２の本発明のラマン増幅中継器によれば、前記監視波長の少なくとも１つを、ラマン増幅後の信号光のスペクトラムのパワーの低い部分における波長に設定することを特徴とする。

請求項３の本発明のラマン増幅中継器によれば、前記監視波長の少なくとも１つを、ラマン増幅後の信号光のスペクトラムのパワーの高い部分における波長に設定することを特徴とする。

請求項４の本発明のラマン増幅中継器によれば、信号光のスペクトラムのパワーの低い部分に設定された前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、予め設定した目標値となるように、前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする。

請求項５の本発明のラマン増幅中継器によれば、信号光のスペクトラムのパワーの高い部分に設定された複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、同じ値となるように、前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする。

請求項６の本発明のラマン増幅中継器によれば、複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーの差がなくなるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する励起光を出射する前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする。

本発明のラマン増幅中継器によれば、以下に述べるような優れた効果が得られる。

入力された信号光のスペクトラム形状に関係なく、常に信号帯域内において平坦な出力スペクトラムを維持しつつ増幅させるものであり、より平坦な出力スペクトラムを得ることができる。その理由は、信号波長帯域内において監視する信号光の数を増やし、出力スペクトラムが平坦になるよう波長の異なる励起ＬＤの出力パワーを調整し、帯域内における信号光の利得を制御するためである。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の好適な実施例による励起ＬＤを伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器の構成を示すブロック図である。

図１に示す本実施例によるラマン増幅中継器は、励起ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ１と、ＷＤＭカプラ２ａ及び２ｂと、励起ＬＤ（Laser Diode）３ａ、３ｂ、３ｃと、分岐カプラ４と、光サーキュレータ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、ＦＢＧ（光ファイバグレーティング：Fiber Bragg Grating）６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、ＰＤ(Photo Diode)７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、ＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、Ｉ／Ｖ変換器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄと、無反射終端８と、制御部１０とを備える。

本実施例のラマン増幅中継器においては、図１に示すように、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの数よりも監視用のＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの数を多い構成、すなわち、励起波長数よりも監視波長数を多くした構成としている。

励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃは、信号光を増幅させるためにそれぞれ波長の異なる励起光を出力する光源であり、波長の異なる光を合波するＷＤＭカプラ２ａ及び２ｂにて合波される。

励起ＷＤＭカプラ１は、光伝送路１００上の信号光と励起光を合波するもので、励起光は信号光と逆向きに合波され、励起出力点より光伝送路１００へ出力される。

分岐カプラ４は、信号入力点より入力された信号光をある比率に分岐するものである。

光サーキュレータ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、３つの光の入出力ポートをもち、ファラデー効果を利用して光の進行方向によって光が結合して出力されるポートが異なるものであり、ＦＢＧ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、ある特定の波長の光のみを反射させるものである。

ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、光信号を電気信号に変換し受光するもので、無反射終端８は入力された光を反射させず無反射状態にするものである。

また、Ｉ／Ｖ変換器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄで変換された電流信号を電圧信号に変換する。

制御部１０は、プログラム制御されたＣＰＵ等で実現され、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからＩ／Ｖ変換器７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを介して出力される電気信号を入力し、その電気信号の値に応じて、後述するように、平坦な信号出力が得られるように、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃのＬＤ駆動回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを制御する。

次いで、上記のように構成される本実施例のラマン増幅中継器の動作について図面を参照して説明する。

図１において、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの波長はそれぞれ、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍ、信号波長帯域は１５７４〜１６０９ｎｍである。ＦＢＧ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにて反射されＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにて受光する信号光波長はそれぞれ、１５７６．４ｎｍ、１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ、１５９８．５ｎｍで、分岐カプラ４の分岐比は１３ｄＢである。

また、励起ＷＤＭカプラ１、光サーキュレータ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及びＦＢＧ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの挿入損失はそれぞれ０．５ｄＢである。

まず、図２に示すスペクトラムの信号光が信号入力点より入射された時に、ラマン増幅を行わない場合を考える。

光伝送路１００上の信号入力点より入射された波長１５７６．４ｎｍの信号光は、励起ＷＤＭカプラ１、分岐カプラ４、光サーキュレータ５ａ、ＦＢＧ６ａ、再度光サーキュレータ５ａを通り、パワー−４４ｄＢｍの信号光となってＰＤ７ａで受光される。

同様に、波長１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ，１５９８．５ｎｍの各信号光はそれぞれ、−４５ｄＢｍ、−４６ｄＢｍ、−４７ｄＢｍの信号光となってＰＤ７ｂ、ＰＤ７ｃ及びＰＤ７ｄにて受光される。

次に、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃを駆動させ、１０ｄＢのラマン利得を得る場合について考える。この時、信号帯域内における利得の最大値を１０ｄＢとし、利得偏差を利得の５％以内とする。励起出力点より光伝送路１００へ出射された励起光は、光伝送路中において励起光より約１３．２ＴＨｚ離れた信号光帯域を増幅するものとする。

増幅され信号入力点より入射された波長１５７６．４ｎｍの信号光は、ＰＤ７ａで受光される。同様に波長１５８３．７ｎｍ、１５９０．８ｎｍ、１５９８．５ｎｍの信号光も増幅されＰＤ７ｂ、７ｃ、７ｄにてそれぞれ受光される。

本実施例では、励起光の波長を３波用いているため、４波の信号光の値より信号帯域内の利得を平坦に制御することができる。

ＰＤ７ｂとＰＤ７ｄで監視する１５８３．７ｎｍと１５９８．５ｎｍは利得の最小値が得られる波長であるため、制御目標値はそれぞれ−４５ｄＢｍ＋１０ｄＢ＝−３５ｄＢｍ、−４７ｄＢｍ＋１０ｄＢ＝−３７ｄＢｍとなる。

この時、制御部１０がＬＤ駆動回路３０ｂ、３０ｄを制御することにより、ＰＤ７ｂによる検出値を設定するために励起ＬＤ３ｂの出力パワーを変化させ、ＰＤ７ｄによる検出値を設定するために励起ＬＤ３ｃの出力パワーを変化させる。

また、ＰＤ７ａとＰＤ７ｃで監視する１５７６．４ｎｍと１５９０．８ｎｍは利得の最大値が得られる波長であるが、この２波長は利得の絶対値でなく、この２波長での利得が一致するように制御することで信号帯域内において平坦な利得が得られるため、制御目標値はＰＤ７ａとＰＤ７ｃの差が（−４４ｄＢｍ＋Ｇ［ｄＢ］）−（−４６ｄＢｍ＋Ｇ［ｄＢ］）＝２ｄＢであり、ＰＤ７ａ及びＰＤ７ｃの値が（ＰＤ７ａ＜ＰＤ７ｃ＋２）の時、励起ＬＤ３ａの出力パワーを大きくし、（ＰＤ７ａ＞ＰＤ７ｃ＋２）の時励起ＬＤ３ａの出力パワーを小さくするような制御を行う。

上記のような利得制御を行うことにより、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおける受光パワーを制御目標値に合わせることで、ラマン増幅中継器の信号出力点における出力スペクトラムである図３に示すような平坦な出力スペクトラムが得られるものである。

次に、図２に示すスペクトラムの信号光が信号入力点より入射され、利得１０ｄＢのラマン増幅動作時に、何らかの原因により伝送路中の信号スペクトラムが傾き、図４に示す傾斜を持ったスペクトラムの信号光が信号入力点より入射された場合について考える。

まず、図４に示すスペクトラムの信号光が信号入力点より入射された瞬間には、本実施例におけるラマン増幅中継器では、光伝送路１００に入力された信号光を、信号帯域内において平坦な利得で増幅させるために、信号出力点において図５に示すスペクトラムの信号光が出射される。

この時、波長１５８３．７ｎｍの信号光を受光するＰＤ７ｂの値が−３６．２７ｄＢｍ、１５９８．５ｎｍの信号光を受光するＰＤ７ｄで検出される値が−３７．５９ｄＢｍとなり、制御目標値からずれる。ここで、ＰＤ７ｂにて受光する波長１５８３．７ｎｍの信号光パワーが−３５ｄＢｍ、ＰＤ７ｄにて受光する波長１５９８．５ｎｍの信号光パワーが−３７ｄＢｍになるよう、励起ＬＤ３ｂ及びＬＤ３ｃの出力パワーを調整する。

また、ＰＤ７ａ及びＰＤ７ｃにて受光する信号光パワーが（ＰＤ７ａ＜ＰＤ７ｃ＋２）となっているため、ＰＤ７ａ及びＰＤ７ｃの差が２ｄＢという制御目標値に戻るように励起ＬＤ３ａの出力パワーを調整することで、信号出力点における波長１５８３．７ｎｍ及び１５９８．５ｎｍの信号光パワーは−１９ｄＢｍまた、波長１５７６．４ｎｍ及び１５９０．８ｎｍの信号光パワーは−１８．４７ｄＢｍとなる。

図６に、図４に示すスペクトラムの信号光が入射された時、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによる監視制御を行った場合のラマン増幅中継器の信号出力点における出力スペクトラムを示す。ここでは、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにおける受光パワーを制御目標値に合わせることで、信号波長帯域内における最低出力信号パワー＝−１９ｄＢｍ、平坦度＝０．５６ｄＢの出力スペクトラムが得られていることが分かる。

また、図４に示すスペクトラムの信号光が信号入力点より入射された時、ＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによる監視制御をしていない場合は、励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの制御目標値を定めることができないため平坦度も大きく劣化する。その場合の出力スペクトラムの一例を図７に示す。各励起ＬＤ３ａ、３ｂ、３ｃの制御目標値が不明であるため、信号帯域内における最低出力パワー＝−１９．７６ｄＢｍ、平坦度＝１．７２ｄＢの出力スペクトラムであり、図６に示すＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによる監視制御を行った場合に比べ、平坦度が大きく劣化していることが分かる。

本実施例によれば、ラマン増幅により形成される波長スペクトラムのトップとボトムを４つのＰＤ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにより監視して制御することにより、信号帯域内における信号の最大及び最小出力パワーを規定することができるため、リプルを極力低減したより平坦な出力スペクトラムが得られるものである。

上記の本実施例のラマン増幅中継器においては、入力された信号光のスペクトラム形状に関係なく、常に信号帯域内において平坦な出力スペクトラムを維持しつつ増幅させるものであり、より平坦な出力スペクトラムを得ることができる。その理由は、信号波長帯域内において監視する信号光の数を増やし、出力スペクトラムが平坦になるよう波長の異なる励起ＬＤの出力パワーを調整し、帯域内における信号光の利得を制御するためである。

以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。

上述した本実施例においては、１４６２．４ｎｍ、１４７５．０ｎｍ、１５０３．１ｎｍの異なる励起波長を３波用いているが、本発明は励起波長及び励起波長数を変えても実現可能である。

また、４波の信号光をＰＤにて監視し、波長の異なる３つの励起ＬＤを制御しているが、本発明は、ＰＤにて監視する信号光の数を励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下とすれば、実施例の波長数に限定されるものではない。

本実施例においては、励起ＬＤを制御するために信号光を用いているが、本発明は信号光とは別の監視用信号を用いても実現可能である。

また、本実施例においては、励起ＷＤＭカプラ１の後で、信号光をＰＤにて監視し波長の異なる励起ＬＤを制御しているが、本発明は、信号光を監視するＰＤの設置場所を変えても実現可能である。

本実施例においては、信号波長帯域を１５７４〜１６０９ｎｍとしているが、本発明は実施例の信号波長帯域に限定されず、帯域を変えても実現可能である。

さらに、本実施例においては、信号光を分岐させるカプラの分岐比を１３ｄＢとしているが、本発明は分岐カプラの分岐比に制限されるものではない。

本発明の好適な実施例によるラマン増幅中継器の構成を示すブロック図である。 光伝送路の信号入力点より入射された信号光のスペクトラムを示す図である。 図２に示すスペクトラムの信号光が入射された場合の、本発明の実施例によるラマン増幅中継器によって利得制御を行った時の出力スペクトラムを示す図である。 光伝送路の信号入力点より入射された傾斜を持った信号光のスペクトラムを示す図である。 図４に示すスペクトラムの信号光が入射された瞬間に信号出力点において出射される信号光のスペクトラムを示す図である。 図４に示すスペクトラムの信号光が入射された場合の、本発明の実施例によるラマン増幅中継器によって利得制御を行った時の出力スペクトラムを示す図である。 図４に示すスペクトラムの信号光が入射された場合の、監視制御をしていない時の出力スペクトラムを示す図である。 従来におけるラマン増幅中継器の一構成例を示すブロック図である。 従来におけるラマン増幅中継器によりラマン増幅を行った場合の利得スペクトラムを示す図である。

符号の説明

１：励起ＷＤＭカプラ
２ａ、２ｂ：ＷＤＭカプラ
３ａ、３ｂ、３ｃ：励起ＬＤ
４：分岐カプラ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：光サーキュレータ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：ＦＢＧ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ：ＰＤ
８：無反射終端
１０：制御部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：ＬＤ駆動回路
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ：Ｉ／Ｖ変換器

Claims (6)

1. 励起光を伝送路ファイバに入力した場合のラマン散乱による信号光の増幅作用を用いたラマン増幅中継器において、
   前記励起波長の数と同数以上、且つ、信号光の数と同数以下の監視用波長によって信号光パワーを監視することにより、前記励起光を出射する励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とするラマン増幅中継器。
2. 前記監視波長の少なくとも１つを、ラマン増幅後の信号光のスペクトラムのパワーの低い部分における波長に設定することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅中継器。
3. 前記監視波長の少なくとも１つを、ラマン増幅後の信号光のスペクトラムのパワーの高い部分における波長に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のラマン増幅中継器。
4. 信号光のスペクトラムのパワーの低い部分に設定された前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、予め設定した目標値となるように、前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする請求項２に記載のラマン増幅中継器。
5. 信号光のスペクトラムのパワーの高い部分に設定された複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーが、同じ値となるように、前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする請求項３に記載のラマン増幅中継器。
6. 複数の前記監視波長におけるスペクトラムのパワーの差がなくなるように、前記監視波長の前記信号光を増幅する励起光を出射する前記励起ＬＤの出力パワーを制御することを特徴とする請求項５に記載のラマン増幅中継器。

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