JP2005260013A

JP2005260013A - 雑音除去機能を有する光伝送システム

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Publication number: JP2005260013A
Application number: JP2004069950A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Fujita; 武弘藤田; Motoyoshi Sekiya; 元義関屋; Hidezumi Natori; 秀純名取
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: US20050201754A1; JP4553609B2; US7489876B2

Abstract

【課題】少数波長伝送時においても良好なＯＳＮＲを実現できる簡略な構成で低コストの光伝送システムを提供する。
【解決手段】本光伝送システムは、伝送路上に配置される光増幅器に対応させて雑音除去ユニット１を設ける。この雑音除去ユニット１は、光増幅器の増幅帯域に対して信号光が存在する波長帯域の光を選択的に透過することが可能な透過特性を有し、光増幅器で発生する雑音光のうちの信号光が存在しない波長帯域の雑音光を自動的に除去する機能をもつ。
【選択図】図１

Description

本発明は、光増幅器を用いて信号光を増幅しながら伝送する光伝送システムに関し、特に、光増幅器内で発生する自然放出光による雑音を自動的に除去する機能を有する光伝送システムに関する。

近年のインターネットや電子商取引などの急速な普及により、大容量かつ長距離伝送可能な光伝送技術が望まれ、光波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送技術が注目されている。ＷＤＭ伝送システムでは、光波長多重された信号光を電気信号に変換すること無く光のまま一括増幅する光増幅器がおよそ１００ｋｍ間隔で設置される。

ＷＤＭ伝送システムにて利用される光増幅器としては、エルビウム等の希土類イオンを光ファイバのコア部に添加した希土類添加ファイバ増幅器が主に使用されている。このような希土類添加ファイバ増幅器を用いてＷＤＭ信号光の増幅を行うと、増幅された自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）が増幅器内部で発生する。このＡＳＥは、信号光に重畳されて一種の雑音として働き、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）低下の原因となる。エラーを発生させることなく信号光を伝送するためには、通常、一定値以上のＯＳＮＲが必要であり、上記のようなＯＳＮＲの低下は、システムの性能の劣化に大きく影響する。

現在、光波長多重されるチャンネル数（信号光の波長数）は、実用レベルで１７０波を超え、今後さらに増加する。また、光増幅に利用可能な帯域幅も今後さらに広がることが予想されている。しかしながら、実回線にて上記のような光増幅器等の装置が導入される場合、運用初期段階で接続される波長数はせいぜい１０波程度であることが殆どである。このため、例えば図１４（Ｂ）に示すように、光増幅器の帯域幅に対して、運用波長数が極端に少ない（あるいは運用帯域幅が極端に狭い）場合、光増幅器の入出力のトータル光ワーにおけるＡＳＥに対する信号光の占める割合が極端に小さくなる。その結果、光増幅器の出力における１チャンネルあたりの信号光レベルが、本来の目標値（設計値）に対して低下し、ＯＳＮＲ劣化を引き起こして伝送特性が悪化する。

このようなＷＤＭ伝送システムにおける少数波長運用時の伝送品質劣化を抑制する従来の技術としては、例えば図１５の概念図に示すように、ＡＳＥによる信号光レベルの低下量を計算により予測し、その分だけ光増幅器の増幅率を通常時よりも増加させることによって信号光レベルの低下を補正する手法（ＡＳＥ補正）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２３２４３３号公報

ところで、上記のような従来の技術において、ＡＳＥによる信号光レベルの低下量を計算より求めるためには、少なくとも次のようなパラメータに関する情報が必要となる。
（１）入力信号光パワーおよびそのときの光増幅器の雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）
（２）波長数
（３）光増幅器のＡＳＥ帯域幅
（４）光増幅器が多段接続された場合の累積ＡＳＥ
しかし、これらのパラメータに関する情報を精度良く取得して計算に基づくＡＳＥ補正を実行するためには、上記のような情報を収集および通知する機構と、取得した情報を基にＡＳＥ補正に必要な所要値を演算する手段とが必要になるので、システムの構成および制御が複雑になってしまうという欠点がある。

また、ＡＳＥ補正に必要な所要値を演算にて決定しているため、各パラメータの精度によっては補正値の誤差が大きくなり、伝送品質の劣化原因になるという課題もある。すなわち、補正値の誤差により増幅率の加算量が不足する場合には、信号光のピークレベルが通常（規定値）よりも低くなるため、ＯＳＮＲが急激に劣化する。逆に、補正値の誤差により増幅率の加算量が過剰になる場合には、信号光のピークレベルが規定値よりも高くなるため、伝送路光ファイバ中で発生する四光波混合効果（ＦＷＭ）や相互位相変調効果（ＸＰＭ）などといった非線形光学効果により、情報ビットを構成するパルス波形が劣化する。

さらに、例えば図１６に示すように光増幅器が多段に接続される場合、各段の光増幅器で発生したＡＳＥは下流に向かうにつれて累積するので、ＡＳＥによる信号光レベルの低下は下流に配置された光増幅器ほど大きくなる。このため、著しいＯＳＮＲ劣化をもたらすことになる。前述したような従来の技術では、下流に配置された光増幅器に入力する累積ＡＳＥのレベルが高くなるため、信号光レベルの低下を補償するための増幅率の加算量が多くなる。よって、接続段数（スパン数）が多い場合には、下流側の光増幅器では、そのハードウェア的な制約から、所要のＡＳＥ補正を実現することができなくなる場合があり、ＡＳＥ補正能力の限界がスパン数を制限する要因となり得る。あるいは、スパン数を増加するためには、上記のような所要のＡＳＥ補正を実現可能な高性能な光増幅器が必要となりコストの上昇を招いてしまうという問題があった。

本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、少数波長伝送時においても良好なＯＳＮＲを実現できる簡略な構成で低コストの光伝送システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明は、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅しながら伝送する光伝送システムにおいて、前記光増幅器の増幅帯域に対して信号光が存在する波長帯域の光を選択的に透過することが可能な透過特性を有し、前記光増幅器で発生する雑音光のうちの信号光が存在しない波長帯域の雑音光を除去する雑音除去手段を備えて構成されることを特徴とする。

かかる構成の光伝送システムでは、光増幅器で発生する雑音光のうちの信号光が存在しない波長帯域の雑音光が雑音除去手段によって自動的に除去されるため、少数波長運用時においても良好なＯＳＮＲが得られるようになる。
上記のような光伝送システムの１つの態様として、前記雑音除去手段は、前記光増幅器の増幅帯域を複数のブロックに分割した各波長帯域について可変の透過率をそれぞれ有し互いに直列に接続された複数のフィルタ部と、運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、信号光が存在する波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最大に制御し、かつ、信号光が存在しない波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最小に制御する制御部と、を備えるようにしてもよい。このような構成では、雑音除去手段に入力される波長多重信号光が、運用中の信号光波長に応じて透過特性の制御された各フィルタ部を順に通過することによって、信号光が存在しない波長帯域の雑音光が自動的に除去されるようになる。

また、前述した光伝送システムの他の態様として、前記雑音除去手段は、透過波長を複数かつ独立に選択することが可能な光フィルタと、運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、運用中の信号光波長が透過波長として選択されるように前記光フィルタを制御する制御部と、を備えるようにしてもよい。このような構成では、雑音除去手段に入力される波長多重信号光が、運用中の信号光波長に応じて透過波長が選択された１つの光フィルタを通過することによって、信号光が存在しない波長帯域の雑音光が自動的に除去されるようになる。

さらに、上記の光伝送システムについては、前記光フィルタで非選択とされ除去された光パワーを測定し、該測定結果に基づいて前記光フィルタで選択された透過光に含まれる雑音光パワーを判断し、該判断結果に応じて前記光増幅器における増幅率の補正制御を行う補正制御手段を備えるようにしてもよい。これにより、信号光が存在しない波長帯域の雑音光の除去に加えて、該除去された雑音光のパワーの測定結果を基に、信号光が存在する波長帯域に残留した雑音光による信号光レベルの低下の補償が行われるようになる。

本発明の雑音除去機能を有する光伝送システムによれば、信号光の存在しない波長帯域の雑音光が雑音除去手段によって自動的に除去されるため、システムの運用初期段階などの少数波長数伝送時においても簡略な構成および制御によって良好なＯＳＮＲを得ることができる。こにより、優れた伝送特性を有する光伝送システムを低コストで実現することが可能になる。また、雑音除去手段による雑音光の除去に加えて、補正制御手段による残留雑音光の補償を行うことにより、より一層良好なＯＳＮＲを実現することが可能になる。

以下、本発明の雑音除去機能を有する光伝送システムを実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。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。
図１は、本発明の一実施形態による雑音除去機能を有する光伝送システムに用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。また、図２は、図１の雑音除去ユニットを用いて構成した光増幅器の一例を示す図である。さらに、図３は、図２の光増幅器を用いて構成した光伝送システムの一例を示す図である。

図１乃至図３に示すように、本実施形態の雑音除去機能を有する光伝送システムは、例えば、光送信局１１０および光受信局１２０の間を伝送路１０１によって接続し（図３）、該伝送路１０１上に所要の間隔で光増幅器１００を配置して、光送信局１１０から送信されるＷＤＭ信号光を伝送路１０１および光増幅器１００を介して光受信局１２０まで中継伝送するシステム構成において、各光増幅器１００に雑音除去手段としての雑音除去ユニット１を設けることにより（図２）、各々の光増幅器１００内で発生するＡＳＥによる雑音が自動的に除去されるようにしたものである。

雑音除去ユニット１は、例えば、直列に接続した複数（ここでは４個とする）のフィルタ部１０−１，１０−２，１０−３，１０−４と、各フィルタ部１０−１〜１０−４の可変の透過特性を制御する制御部２０とを備える(図１）。
各フィルタ部１０−１〜１０−４は、例えば図４に示すように、エタロンタイプの帯域除去フィルタを応用して可変の透過特性を実現したものである。具体的には、石英などの光学結晶１１の対向する平行な平面に、金属膜（または誘電体多層膜）を入射光の波長程度の膜厚で蒸着等して反射面１２を形成した一般的なエタロンフィルタを使用する。このエタロンフィルタには、各反射面１２から外側に距離δだけ隔てた位置に、入射光の波長に対して十分な厚さをもつ金属（または誘電体）１３がそれぞれ配置される。各金属（または誘電体）１３は、例えば、精密ねじ、ピエゾ素子またはＭＥＭＳ技術などを応用したアクチュエータ１４に固定されていて、そのアクチュエータ１４の動作に応じて反射面１２との間隔δを変化させることができるようになっている。アクチュエータ１４は、制御電圧発生回路１５から出力される制御電圧によって駆動され、この制御電圧発生回路１５は、制御回路１６からの出力信号に従って制御されている。制御回路１６は、制御部２０から送られてくる間隔δに関する情報を基にメモリ１７に記憶されたデータを参照してアクチュエータ１４の駆動電圧を決定し、その結果を制御電圧発生回路１５に出力する。なお、このような構成のフィルタ部の透過特性については後述する。

制御部２０（図１）は、雑音除去ユニット１の外部から与えられる波長情報に従って、後述するように各フィルタ部１０−１〜１０−４に割り振られた波長帯域に信号光が存在するか否かにより各フィルタ部１０−１〜１０−４の透過特性を制御する信号を生成して出力する。
光増幅器１００（図２）は、例えば、前段増幅器部２−１および後段増幅部２−２を直列に接続した２段構成の段間に、上記の雑音除去ユニット１が配置されている。前段増幅器部２−１および後段増幅部２−２は、ここでは図示しないが希土類添加ファイバに励起光を供給することにより希土類添加ファイバを伝搬する信号光を増幅する一般的な希土類添加ファイバ増幅器が用いられる。前段増幅器部２−１と雑音除去ユニット１の間には分散／チルト補償部３が設けられており、この分散／チルト補償部３は、光増幅器１００に入力される信号光に生じた波長分散や偏波分散を補償する公知の分散補償器や、前段増幅器部２−１および後段増幅部２−２の利得の波長依存性を補償する公知の利得等化器が必要に応じて配置されるものである。

また、光増幅器１００は、雑音除去ユニット１に波長情報を与える手段として、光カプラ４Ａ、光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ：Optical Spectral Analyzer）４Ｂおよびスペクトル解析回路４Ｃを備える。光カプラ４Ａは、前段増幅器部２−１に入力される信号光の一部を分岐し、それをモニタ光として光スペクトルアナライザ４Ｂに送る。光スペクトルアナライザ４Ｂは、光カプラ４Ａからのモニタ光のスペクトル測定を行い、その結果をスペクトル解析回路４Ｃに出力する。スペクトル解析回路４Ｃは、光スペクトルアナライザ４Ｂでの測定結果を解析して、運用中の信号光の波長数や波長配置等を判断し、その結果を波長情報として雑音除去ユニット１の制御部２０に伝える。

次に、上記のような構成を備えた光伝送システムの動作について説明する。
まず、雑音除去ユニット１の機能および制御動作について図５乃至図７を参照しながら詳しく説明する。
雑音除去ユニット１の各フィルタ部１０−１〜１０−４に用いられるエタロンフィルタでは、例えば図５に示すように、外部からの光が所要の角度で入射されると、その入射光は平行な反射面１２の間で繰り返し反射され、その多重反射された光の一部は一方の反射面１２（ここでは、図５の実線に示すように外部から光が入射される面とは反対側の面）を透過して相互に干渉する。これにより、エタロンフィルタの透過特性は、その透過率が光の波長（または周波数）に応じて周期的に変化するようになる。図６は、一般的なエタロンフィルタの透過波長特性を例示したものである。

図６における透過帯域の中心波長λ_C（ｍ）は、平行な反射面１２間の距離をｄ、光学結晶１１の屈折率をｎ、反射面の法線と多重反射される光の伝搬方向とのなす角度をθ、次数をｍとして、次の（１）式にて表される。

また、周期的な透過帯域のピーク間隔を示す自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は、次の（２）式で与えられる。

さらに、エタロンフィルタの透過率は、多重反射時の反射率に応じて変化させること可能である。具体的に、エタロンフィルタの透過率Ｔ（λ）は、エタロンフィルタを構成する平行平板の吸収率および反射率をＡおよびＲとして、次の（３）式で表されることが知られている。

なお、上記の（３）式におけるΔは多重反射時の位相シフト量であり、次の（４）式で表される。

本実施形態の雑音除去ユニット１に用いられる各フィルタ部１０−１〜１０−４では、前述の図４に示したように、エタロンフィルタの外側に配置した金属（または誘電体）１３の位置を可変制御することにより多重反射時の反射率Ｒを調整して、エタロンフィルタの透過率を変化させている。この反射率Ｒの調整は、次のような原理に基づいて行われる。即ち、エタロンフィルタの内部において光が多重反射する際に、光の一部がエタロンフィルタの外側に染み出すことが知られている（近接場光）。この近接場光の強度（電場）は、エタロンフィルタの表面からの距離に対して、指数関数的に減衰する。また、その強度は、染み出す側（エタロンフィルタの外側）の屈折率に依存し、屈折率が大きいほど染み出す量は多くなり、逆に、多重反射時の反射率Ｒは減少する。そこで、本実施形態では、アクチュエータ１４により金属（または誘電体）１３の位置を可変制御して、エタロンフィルタとの間の間隔δを調節することで、染み出した近接場光が感じる平均的な屈折率を変えて、多重反射時の反射率Ｒを可変にしている。

図７は、上記のようなエタロンフィルタの透過特性を利用した本実施形態における雑音除去の具体例を示すものである。
本実施形態では、雑音除去ユニット１の各フィルタ部１０−１〜１０−４が光増幅器１００の増幅帯域において異なる領域をそれぞれ担うように、各々のエタロンフィルタの透過中心波長およびＦＳＲが設計される。雑音除去ユニット１の制御部２０では、スペクトル解析回路４Ｃから送られる波長情報に応じて、各フィルタ部１０−１〜１０−４の担当する波長帯域に信号光が存在するか否かが判断され、信号光が存在しない波長帯域については、それに対応するフィルタ部の透過率が最小（減衰率が最大）になるようにアクチュエータ１４を制御する信号が出力される。一方、信号光が存在する波長帯域については、それに対応するフィルタ部の透過率が最大（減衰率が最小）になるようにアクチュエータ１４を制御する信号が出力される。

具体的に、図７の模式図における上段に示したような入力スペクトルを有する信号光が雑音除去ユニット１に与えられる場合には、ＡＳＥの発生帯域に対応する光増幅器１００の増幅帯域を４つのブロックに分割し、各ブロックに対応した各々の波長帯域を短波長側から順にフィルタ部１０−１〜１０−４がそれぞれ担当するように設定すると、信号光が存在する短波長側から３番目の波長帯域に対応したフィルタ部１０−３には、透過率を最大にする信号が制御部２０から伝えられ、その制御信号に従ってメモリ１７に格納された間隔δとアクチュエータ１４の駆動電圧との関係を参照しながらアクチュエータ１４が制御されてエタロンフィルタの透過特性が調整される。なお、フィルタ部１０−３で透過率が最大となった波長帯域には少なくとも１波の信号光が配置されている。これに対して信号光の存在しない短波長側から１、２、４番目の波長帯域に対応したフィルタ部１０−１，１０−２，１０−４は、各々の波長帯域の透過率が最小になるように、アクチュエータ１４が制御される。このように透過特性の制御された各フィルタ部１０−１〜１０−４を入力光が順に通過することによって、雑音除去ユニット１から出力される光は、図７の下段に示すように信号光の存在しない波長帯域のＡＳＥが除去されたスペクトルを有するようになる。

なお、本実施形態では、雑音除去ユニット１内に４つのフィルタ部を設けて光増幅器１００のＡＳＥ帯域を４分割して雑音除去を行うようにしたが、ＡＳＥ帯域の分割数は上記の一例に限定されるものではない。分割数を多くすることによってより精度の高い雑音除去を行うことが可能である。この分割はフィルタ部を多段接続した場合の損失も考慮に入れる必要がある。

本実施形態の光伝送システムでは、伝送路１０１上に所要の間隔で配置される各光増幅器１００に対して、上記のような機能を有する雑音除去ユニット１がそれぞれ具備されるため、各々の光増幅器１００で発生するＡＳＥのうちの信号光が存在しない波長帯域に対応するＡＳＥを自動的に除去することができるようになる。これにより、少数波長運用時においても良好なＯＳＮＲを得ることが可能になる。例えば、信号光の波長数を１波、スパンロスを２５ｄＢ、光増幅器１００の出力レベルを＋３ｄＢｍ／ｃｈ、雑音指数（ＮＦ）を６．８ｄＢ、ＡＳＥ帯域幅を３５ｎｍ、ＡＳＥ帯域の分割数を５（１ブロックあたり７ｎｍの帯域幅）として、スパン数に対するＯＳＮＲの変化を計算した結果を図８に示す。なお、図８には、本発明による雑音除去を行った場合の計算結果（菱形印）の他に、上述した従来技術によるＡＳＥ補正を行った場合の計算結果（四角印）と、ＡＳＥ補正を行わない場合の計算結果（三角印）も併せて示してある。この図８に示す計算結果より、本発明による雑音除去を行うことで、従来の計算に基づくＡＳＥ補正を行った場合とほぼ同等なＯＳＮＲの改善効果が得られることが分かる。本光伝送システムは、従来のようにＡＳＥによる信号光レベルの低下を計算により補正するための情報収集およびそれらを通知する機構を必要とせず、また、ＡＳＥ補正のために光増幅器の増幅率を制御することも基本的に不要であるので、システムの構成および制御を簡素化できるという利点がある。

なお、上記の実施形態では、雑音除去ユニット１の各フィルタ部１０−１〜１０−４の透過特性を制御するための波長情報を取得する手段として、光増幅器１００の入力段に光カプラ４Ａ、光スペクトルアナライザ４Ｂおよびスペクトル解析回路４Ｃを設けて光増幅器１００に入力される信号光のスペクトルをモニタするようにしたが、これ以外にも、例えば図９に示すように、信号光と伴に伝送される監視制御信号チャンネル（ＯＳＣ：Optical Supervisory Channel）を利用して波長情報を取得することも可能である。具体的に図９の構成例では、光増幅器１００への入力光に含まれるＯＳＣが分波器５Ａにより取り出され、受光器（Ｏ／Ｅ）５Ｂで光電変換されてＯＳＣ終端部５Ｃに送られる。ＯＳＣ終端部５Ｃでは、ＯＳＣによって伝達される運用中の信号光の波長数や波長配置に関する情報が識別され、その結果が波長情報として雑音除去ユニット１に与えられる。

また、上記の実施形態では、雑音除去ユニット１が前段光増幅部２−１および後段光増幅部２−２の段間に配置される一例を示したが、例えば図１０に示すように、光増幅器の入力段に雑音除去ユニット１を配置するようにしてもよい。このような雑音除去ユニット１の配置は、伝送路を増幅媒体として利用して信号光のラマン増幅を行う場合に特に有効である。すなわち、前段の希土類添加ファイバ増幅器内で発生するＡＳＥ光と伴に、伝送路におけるラマン増幅によって発生する雑音光も雑音除去ユニット１で同時に除去することができ、次段の希土類添加ファイバ増幅器に対して良好なＯＳＮＲを有する信号光を与えることが可能になる。

次に、本発明の雑音除去機能を有する光伝送システムの他の実施形態について説明する。
図１１は、上記他の実施形態による光伝送システムに用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。なお、図１１の雑音除去ユニットが適用される光増幅器の構成および光伝送システム全体の構成については前述した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。

図１１に示す雑音除去ユニット１’では、雑音の除去に用いる光フィルタとして、透過波長を複数かつ独立に選択できる公知の音響光学可変フィルタ（ＡＯＴＦ：Acousto-Optic Tunable Filter）３０を利用する。具体的には、ここでは図示を省略したが、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ₃）基板上にマッハツェンダ型の導波路と交差指電極（ＩＤＴ：interdigital transducer）とを形成し、選択波長に対応した周波数をもつＲＦ信号を交差指電極に印加することで表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を発生させ、そのＳＡＷによる音響光学効果に基づいて選択波長の光をスルーポートから出力し、その他の波長の光をドロップポートから出力するものである。ここでは、伝送される信号光の全波長数に対応した複数（ここではｎ個とする）のＲＦ発振器３１−１〜３１−ｎを用意し、波長情報の与えられる制御部３３による制御の下で運用中の信号光に対応したＲＦ発振器を駆動し、当該信号光の波長に対応した周波数のＲＦ信号を発生させる。そして、各ＲＦ発振器から出力されるＲＦ信号を多重化回路（ＭＵＸ）３２で多重化してＡＯＴＦ３０のＩＤＴに印加することにより、信号光の存在する波長帯のみがＡＯＴＦ３０で選択されてスルーポートから出力され、信号光の存在しないその他の波長帯域の光すなわちＡＳＥはＡＯＴＦ３０のドロップポートから出力されて終端等される。

これにより、前述した複数のエタロンフィルタを直列に接続した雑音除去ユニット１の場合と同様な雑音自動除去機能が１つのＡＯＴＦ３０を用いて実現されるようになる。また、ＡＯＴＦ３０の透過帯域はエタロンフィルタに比べて非常に狭く信号光のみを効率良く取り出すことができるので、雑音除去能力を向上させることが可能である。さらに、ＡＯＴＦ３０は、印加するＲＦ信号の周波数を適切に選択することにより、複数の波長の信号光を独立に選択（透過）することができるので、エタロンフィルタを用いる場合に比べて波長（チャネル）選択時の自由度を高くすることも可能である。

したがって、上記のようなＡＯＴＦ３０を利用した雑音除去ユニット１’を伝送路１０１上の各光増幅器１００内にそれぞれ配置してＷＤＭ信号光の伝送を行うことにより、各々の光増幅器１００で発生するＡＳＥのうちの信号光が存在しない波長帯域に対応するＡＳＥを高い精度で自動的に除去することができるようになる。これにより、少数波長運用時においても非常に良好なＯＳＮＲを得ることが可能になる。

なお、上記の実施形態では、透過波長を複数かつ独立に選択できる光フィルタとしてＡＯＴＦを利用する場合を示したが、これと同様の機能を実現し得る公知のダイナミックゲインイコライザー（ＧＥＱ）をＡＯＴＦに代えて使用することも可能である。
次に、上記のようなＡＯＴＦを用いて雑音除去を行う光伝送システムの応用例について説明する。

図１２は、上記の応用例による光伝送システムに用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。また、図１３は、図１２の雑音除去ユニットを用いて構成した光増幅器の一例を示す図である。なお、光伝送システム全体の構成については上述の図３に示した場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
図１２に示す雑音除去ユニット１”の特徴は、ＡＯＴＦ３０のドロップポートから出力される光を利用して除去されたＡＳＥ量をモニタし、そのモニタ結果に基づき上述した特許文献１等に記載された従来技術と同様の原理に従ってＡＳＥ補正を行うようにした点である。

具体的には、ＡＯＴＦ３０のドロップポートからの出力光が除去ＡＳＥ量モニタ部４０に送られて、そのＡＯＴＦ３０でドロップされた光パワー、すなわち、除去ＡＳＥの総パワーが測定される。ここでは、除去ＡＳＥ量モニタ部４０でモニタされる除去ＡＳＥの総パワーを、除去ＡＳＥ量Ｐ_ASE-ELと呼ぶことにする。この除去ＡＳＥ量Ｐ_ASE-ELは、差分計算部４１に伝えられる。この差分計算部４１には、計算により求められた光増幅器で発生する総ＡＳＥ量Ｐ_ASE-TOTAL、すなわち、信号光が存在する波長帯域も含めた全増幅帯域で発生するＡＳＥの総パワーが与えられており、その総ＡＳＥ量Ｐ_ASE-TOTALと除去ＡＳＥ量Ｐ_ASE-ELの差分を計算することで、信号光の存在する波長帯域内に残留するＡＳＥ量Ｐ_ASE-RDが求められる。この差分計算部４１で求められた残留ＡＳＥ量Ｐ_ASE-RDは、ＡＳＥ補正量演算部４２に与えられる。ＡＳＥ補正量演算部４２には、運用中の信号光パワー、波長数およびＡＳＥ帯域幅等に関する運用情報が与えられており、その運用情報と差分値計算部４１からの残留ＡＳＥ量Ｐ_ASE-RDとを用い従来技術と同様の原理に従ってＡＳＥ補正量が演算され、その結果が光増幅器１００の制御ユニット９（図１３）に伝えられる。

雑音除去ユニット１”からのＡＳＥ補正量を示す信号を受けた制御ユニット９では、ＡＳＥ補正量に従って光増幅器１００における増幅率を調整し、残留ＡＳＥによる信号光レベルの低下を補償する。この増幅率の調整は、具体的には、ＡＧＣ回路２Ａ−１，２Ａ−２による前段増幅部２−１または後段増幅部２−２の利得設定を調整したり、ＡＬＣ回路８Ａによる可変アッテネータ（ＡＴＴ）８の減衰量の設定を調整したりすることで行われる。なお、ＡＧＣ回路２Ａ−１，２Ａ−２は、入力モニタ６Ｂおよび出力モニタ７Ｂで測定される入出力光パワーを基に計算される利得が所定値で一定となるように各増幅部２−１，２−２の励起光供給パワーを制御する公知の回路である。また、ＡＬＣ回路８Ａは、出力モニタ７Ｂで測定される出力光のレベルが所定値で一定となるように可変アッテネータ８の減衰量を制御する公知の回路である。

上記のようにＡＯＴＦ３０のドロップポートから出力される光を利用して除去ＡＳＥ量Ｐ_ASE-ELを測定し、その測定結果を基に残留ＡＳＥ量Ｐ_ASE-RDを算出してＡＳＥ補正を行うようにすることで、より一層良好なＯＳＮＲを得ることが可能になる。また、ここで行われるＡＳＥ補正は、雑音除去ユニット１”において信号光が存在しない波長帯域のＡＳＥが除去されているため、従来のＡＳＥ補正に比べてその補正量が小さくなる。したがって、従来、光増幅器の多段接続により累積したＡＳＥのために、ハードウェア的な制約からＡＳＥ補正の限界となってしまうような場合（図１６参照）についても、本発明による雑音除去との併用で対処し得るようになり、ＡＳＥ補正能力不足による伝送可能なスパン数の制約を回避できる可能性が格段に増えるという効果がある。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅しながら伝送する光伝送システムにおいて、
前記光増幅器の増幅帯域に対して信号光が存在する波長帯域の光を選択的に透過することが可能な透過特性を有し、前記光増幅器で発生する雑音光のうちの信号光が存在しない波長帯域の雑音光を除去する雑音除去手段を備えて構成されることを特徴とする光伝送システム。

（付記２）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段は、
前記光増幅器の増幅帯域を複数のブロックに分割した各波長帯域について可変の透過率をそれぞれ有し互いに直列に接続された複数のフィルタ部と、
運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、信号光が存在する波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最大に制御し、かつ、信号光が存在しない波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最小に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光伝送システム。

（付記３）付記２に記載の光伝送システムであって、
前記複数のフィルタ部は、透過率を変化させることのできるエタロンフィルタをそれぞれ含むことを特徴とする光伝送システム。

（付記４）付記３に記載の光伝送システムであって、
前記エタロンフィルタは、入射光を多重反射させる平行な反射面と、該各反射面の外側にそれぞれ配置される金属または誘電体からなる部材と、前記各反射面に対する前記各部材の位置を可変制御するアクチュエータとを有し、該アクチュエータにより前記反射面と前記部材の間隔を調整することで透過率を変化させることを特徴とする光伝送システム。

（付記５）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段は、
透過波長を複数かつ独立に選択することが可能な光フィルタと、
運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、運用中の信号光波長が透過波長として選択されるように前記光フィルタを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光伝送システム。

（付記６）付記５に記載の光伝送システムであって、
前記光フィルタは、音響光学可変フィルタであることを特徴とする光伝送システム。

（付記７）付記５に記載の光伝送システムであって、
前記光フィルタは、ダイナミックゲインイコライザーであることを特徴とする光伝送システム。

（付記８）付記５に記載の光伝送システムであって、
前記光フィルタで非選択とされ除去された光パワーを測定し、該測定結果に基づいて前記光フィルタで選択された透過光に含まれる雑音光パワーを判断し、該判断結果に応じて前記光増幅器における増幅率の補正制御を行う補正制御手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。

（付記９）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段が前記光増幅器内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。

（付記１０）付記９に記載の光伝送システムであって、
前記光増幅器に入力される波長多重信号光のスペクトルをモニタし、該モニタ結果を
基に運用中の信号光に関する波長情報を生成して前記雑音除去手段に与える波長情報生成手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。

（付記１１）付記９に記載の光伝送システムであって、
前記光増幅器に波長多重信号光と伴に入力される監視制御信号チャネルをモニタし、該モニタ結果を基に運用中の信号光に関する波長情報を生成して前記雑音除去手段に与える波長情報生成手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。

（付記１２）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段が前記光増幅器の入力端に接続されたことを特徴とする光伝送システム。

（付記１３）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光増幅器は、希土類添加ファイバ増幅器であることを特徴とする光伝送システム。

（付記１４）付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光増幅器が伝送路上で多段に接続され、該各光増幅器に対応させて前記雑音除去手段が配置されたことを特徴とする光伝送システム。

本発明の一実施形態による光伝送システムに用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。図１の雑音除去ユニットを用いて構成した光増幅器の一例を示す図である。図２の光増幅器を用いて構成した光伝送システムの一例を示す図である。図１の雑音除去ユニットを構成する各フィルタ部の具体例を示す図である。図１の雑音除去ユニットの機能を説明するための図である。エタロンフィルタの透過波長特性を説明するための図である。図１の雑音除去ユニットにおける各フィルタ部の透過特性の一例を示した図である。図３の光伝送システムにおいてスパン数に対するＯＳＮＲの変化を計算した結果を示す図である。図１の雑音除去ユニットを用いた光増幅器の他の構成例を示す図である。図１の雑音除去ユニットを光増幅器の入力段に配置した一例を示す図である。本発明の他の実施形態による光伝送システムに用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。図１１の光伝送システムに関連した応用例に用いられる雑音除去ユニットの構成を示す図である。図１２の雑音除去ユニットを用いて構成した光増幅器の一例を示す図である。従来の少数波長伝送時におけるＯＳＮＲ劣化を説明するための図である。従来のＡＳＥ補正の概念を説明するための図である。従来の光増幅器が多段接続されたシステムについて、累積ＡＳＥによるＯＳＮＲ劣化を説明するための図である。

符号の説明

１，１’，１”…雑音除去ユニット
２−１，２−２…増幅部
４Ａ…光カプラ
４Ｂ…光スペクトルアナライザ
４Ｃ…スペクトル解析回路
５Ａ…分波器
５Ｂ…受光器
５Ｃ…ＯＳＣ終端部
１０−１〜１０−４…フィルタ部
１１…光学結晶
１２…反射面
１３…金属（または誘電体）
１４…アクチュエータ
１５…制御電圧発生回路
１６…制御回路
１７…メモリ
２０，３３…制御部
３０…音響光学可変フィルタ
３１−１〜３１−ｎ…ＲＦ発振器
３２…多重化回路
４０…除去ＡＳＥ量モニタ部
４１…差分計算部
４２…ＡＳＥ補正量演算部

Claims

光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅しながら伝送する光伝送システムにおいて、
前記光増幅器の増幅帯域に対して信号光が存在する波長帯域の光を選択的に透過することが可能な透過特性を有し、前記光増幅器で発生する雑音光のうちの信号光が存在しない波長帯域の雑音光を除去する雑音除去手段を備えて構成されることを特徴とする光伝送システム。
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段は、
前記光増幅器の増幅帯域を複数のブロックに分割した各波長帯域について可変の透過率をそれぞれ有し互いに直列に接続された複数のフィルタ部と、
運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、信号光が存在する波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最大に制御し、かつ、信号光が存在しない波長帯域に対応した前記フィルタ部の透過率を最小に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記雑音除去手段は、
透過波長を複数かつ独立に選択することが可能な光フィルタと、
運用中の信号光に関する波長情報に基づいて、運用中の信号光波長が透過波長として選択されるように前記光フィルタを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
請求項３に記載の光伝送システムであって、
前記光フィルタで非選択とされ除去された光パワーを測定し、該測定結果に基づいて前記光フィルタで選択された透過光に含まれる雑音光パワーを判断し、該判断結果に応じて前記光増幅器における増幅率の補正制御を行う補正制御手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。
請求項１に記載の光伝送システムであって、
前記光増幅器は、希土類添加ファイバ増幅器であることを特徴とする光伝送システム。