JP2010177346A

JP2010177346A - 光増幅器及び光増幅方法

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Publication number: JP2010177346A
Application number: JP2009016710A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Inui; 哲郎乾; Kazushige Yonenaga; 一茂米永
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】光増幅器において、励起光源からの出力光パワーを可変減衰器で調整することにより高精度で制御性の良い利得制御を実現する。
【解決手段】本発明は、光増幅器が、励起光源と合波器との間に励起光を調節する可変減衰器を有し、該可変減衰器の減衰量を制御することにより、光増幅器の利得制御を実現する。また、光増幅器が、励起光源と合波器との間に励起光を調節する可変減衰器を有し、該可変減衰器の減衰量を制御することにより、光増幅器にて増幅される波長多重信号に一括してトーン変調を重畳するような機能を付加することにより、分散のモニタに使用することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光増幅器及び光増幅方法に係り、特に、光通信システムに適用される光増幅器及び光増幅器による光増幅方法に関する。

光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路の伝送により光パワーの減衰した光信号を増幅するために光増幅器が利用されており、この光増幅する利得を制御するために、利得制御技術が広く用いられている。

従来の励起光源の励起電流制御による利得制御を行う光増幅器（ＥＤＦＡ）を図１４に示す。同図に示す光増幅器は、励起光源１、アイソレータ２，５、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）３、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)光カプラ４から構成され、励起光源１において励起電流を直接制御することにより励起光パワーの調整を行う利得制御が行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１８４７１９号公報

従来の光増幅器における利得制御の方法として、励起電流を直接制御することにより励起光パワーを調整する方法が用いられてきた。

従来の方法では、励起光源における出力光パワー対入力電流の線形性が問題となる場合があり得る。線形性が悪い場合には、目標とする励起光パワーから値がずれることになりかねない。このため、精度の高い利得制御法が望まれていた。

また、光レベル調整に一般的によく用いられている可変減衰器を使用することにより、励起光パワーのレベル調整が容易になり、利得制御の制御性の向上が期待できる。

更に新たな機能として主信号にトーン変調を重畳させる場合には、励起光源の電流制御だけで構成すると１つのデバイスで励起光パワー制御とトーン変調制御の２つの制御を同時に行う必要があり、制御回路が複雑になると共に、障害時の切り分けが難しくなるという課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光増幅器において、励起光源からの出力光パワーを可変減衰器で調整することにより高精度で制御性の良い利得制御を実現し、更にトーン変調等の新たな機能を容易に具備することが可能な光増幅器及び光増幅方法を提供することを目的とする。

図１は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項１）は、光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器であって、励起光源と合波器との間に励起光を調節する光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器であって、
励起光源と前記合波器との間に前記励起光を調節する光強度調整手段を具備する。

また、本発明（請求項２）の光増幅器は、光強度調整手段として、可変減衰器を用いる。

また、本発明（請求項３）の光増幅器は、光強度変調手段として、強度変調器を用いる。

また、本発明（請求項４）の光増幅器は、希土類ドープ光ファイバ増幅器である。

また、本発明（請求項５）の光増幅器は、誘導ラマン散乱効果を用いたラマン増幅器である。

また、本発明（請求項６）の光増幅器は、光増幅器の入力と出力の光パワーの比を一定に保つように自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）を用いて光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、光増幅器の利得制御を実現する。

また、本発明（請求項７）の光増幅器は、光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、光増幅器にて増幅される波長多重信号に一括してトーン変調を重畳する。

本発明（請求項８）は、光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器における光増幅方法であって、
光増幅器が、励起光源と合波器との間に励起光を調節する光強度調整手段を有し、該光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、光増幅器の利得制御を実現する。

本発明（請求項９）は、光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器における光増幅方法であって、
光増幅器が、励起光源と合波器との間に励起光を調節する光強度調整手段を有し、該光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、光増幅器にて増幅される波長多重信号に一括してトーン変調を重畳する。

上記のように本発明によれば、励起光源の出力部に可変減衰器を備えることにより、励起光源における励起電流の調整でなく、可変減衰器による励起光パワーを調整することにより、高精度で制御性の良い利得制御ができるようになる。

更に、本発明の利得制御を用いて、光増幅器の出力光（ＷＤＭ信号）にトーン変調信号を重畳させることが可能であるため、トーン変調が重畳された波長多重信号を分波して、各波長チャネルのトーン信号の遅延差から各波長チャネルの分散値の測定を自動かつインサービスで行う分散モニタ方法が可能となり、励起光源では励起光パワー制御のみ、可変減衰器ではトーン変調のみを行えばよいため、制御回路が複雑にならず、障害時の切り分けが容易で運用性の向上が期待できる。

また、この分散モニタ方法により測定した分散値に基づき、可変分散補償器を制御することにより、自動分散補償方法を提供することが可能となる。

本発明の原理構成図である。本発明の第1の実施の形態における光増幅器の構成図である。本発明の第２の実施の形態における光増幅器の構成図である。本発明の第３の実施の形態における光増幅器（ラマン増幅）の構成図である。本発明の第４の実施の形態におけるトーン変調重畳回路を備えた光増幅器の構成図である。本発明の第４の実施の形態における光増幅器を用いた分散モニタの構成図である。相対群遅延から分散を計算する概念図である。本発明の第５の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。本発明の第６の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。本発明の第７の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。本発明の第８の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。本発明の第９の実施の形態における光増幅器の構成図である。本発明の第１０の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。従来の励起光源の励起電流制御による利得制御を行う光増幅器の構成図である。

［第１の実施の形態］
図２は、本発明の第１の実施の形態における光増幅器の構成を示す。同図において図１４と同一構成部分には同一符号を付す。

同図に示す光増幅器は、光増幅媒体としてエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）３を用いる増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：EDFA）の場合である。

励起光源１として、1.48μｍ帯半導体レーザを用い、励起光源１から出力される励起光（1.48μｍ帯）と主信号（Ｃバンド（1530nm〜1565nm）及びＬバンド（1565nm〜1625nm）の波長帯）を合波する合波器としてＷＤＭカプラ４を用いる。その1.48μm帯半導体レーザとＷＤＭカプラ４の間に可変減衰器（VOA ：Variable Optical Attenuator）６を具備する構成とする。

可変減衰器６の減衰量を外部から制御することにより、ＥＤＦ３への入力励起光パワーを調整可能とする。可変減衰器６への外部制御は、例えば、一般的に外部制御回路として用いられるＶＯＡドライバを用いて電圧制御することにより実現する。

ＥＤＦＡはＥＤＦ３への入力励起光パワーを調整することにより利得を制御することが可能なため、可変減衰器の減衰量制御による光増幅器の利得制御を実現することができる。

なお、光増幅媒体として、エルビウムを用いた光ファイバ（ＥＤＦ）だけでなく、他の希土類物質をドーパントとして用いたものでも本発明の光増幅器の利得制御方法は実現可能である。ドーパントとして、ツリウムやプラセオジウム等の希土類物質を用いることができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態における光増幅器の構成を示す。

同図に示す光増幅器は、図２の構成に、フォトディテクタ（PD）７，９と、自動利得制御（ＡＧＣ）回路８、合分波器１０，１１を設けた構成である。

同図の光増幅器では、入力部と出力部にそれぞれ設けられた合波器１０，１１を用いて、主信号光を一部分岐し、ＰＤ７，９で受光することにより光パワーをモニタする。入力部側のＰＤ７と出力部側のＰＤ９で受ける光パワーの比を一定に保つようにＡＧＣ回路８を用いて可変減衰器６の減衰量制御を行うことにより自動利得制御が可能となる。

この自動利得制御により利得を一定に保つことで、ある区間のファイバ断障害等により波長数が変動した場合であっても波長毎のゲインは一定に保つことができるため、安定的な光通信システムを実現することができる。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態における光増幅器の構成を示す。

本実施の形態では、光伝送用光ファイバにおける誘導ラマン散乱効果を用いるラマン増幅器について述べる。以下では、一例として、後方励起型ラマン増幅器の場合を示す。図４に示す光増幅器は伝送用光ファイバ２１と、励起光源１、可変減衰器６、ＷＤＭカプラ４からなる受信ノード２０から構成される。

ラマン増幅器は、誘導ラマン散乱という光ファイバの非線形現象を利用するものであり、励起光の約100nm長波長側の帯域に増幅が得られる。特別な光ファイバを必要とせず、励起光波長を変えることにより任意の波長を増幅できるという特徴がある。すなわち、伝送用光ファイバ２１を増幅媒体とすることができる。

図４において、Ｃバンド(1530nm〜1565nm)及びＬバンド（1565nm〜1625nm）の波長帯を励起する励起光源１として主信号から約100nm短波長側の半導体レーザを用いる。また、主信号と励起光を合波する合波器としてＷＤＭカプラ４を用いる。そしてこの励起光源１とＷＤＭカプラ４の間に可変減衰器６を具備させる構成とする。

可変減衰器６の減衰量を外部から制御することにより、増幅媒体としての伝送用光ファイバ２１への励起光パワーを調整可能とする。可変減衰器６への外部制御は、例えばＶＯＡドライバを用いて電圧制御することにより実現できる。

増幅媒体である伝送用光ファイバ２１への入力励起光パワーを調整することにより利得を制御することが可能なため、可変減衰器６の減衰量制御によるラマン増幅器の利得制御を実現することができる。

［第４の実施の形態］
本実施の形態では、可変減衰器の減衰量にトーン信号を重畳させることが可能な光増幅器を用いて分散モニタを行う例を説明する。

図２に示した光増幅器の励起光源１とＷＤＭカプラ４との間に具備した可変減衰器６の減衰量に正弦波状に時間的変化を持たせたトーン信号を重畳した量とすることにより、光増幅器の出力光（ＷＤＭ信号）にトーン変調信号を重畳させることが可能である。

トーン変調重畳回路を具備した光増幅器の構成例を図５に示す。同図に示す光増幅器は、可変減衰器６において周波数ｆ１のトーン変調を重畳する。この際、利得制御は、励起光源１の励起電流制御にて行う。トーン変調が利得制御に影響を及ぼさないようにするため、フィルタ回路１２，１３をＡＧＣ回路８の両端に具備して、トーン変調成分を除去することが可能である。

このようなトーン変調を重畳させることが可能な光増幅器を用いると、光波長多重伝送システムにおける分散モニタを実現することができる。

図６は、本発明の第４の実施の形態における光増幅器を用いた分散モニタの構成を示す。同図に示す分散モニタは、送信ノード３０と受信ノード４０が光ファイバ伝送路５０を介して接続されている。

光波長多重伝送システムの送信ノード３０の光増幅器３１としてトーン変調信号（周波数：ｆ１[Hz]）を重畳したＥＤＦＡを用いる。光ファイバ伝送路５０を伝送してきた各波長チャネルの信号光を受信ノード４０において光合分波器４１を用いて分波し、波長チャネル毎に光／電気（Ｏ／Ｅ）変換回路としてのフォトダイオード（ＰＤ）４２によって信号を受信する。送信ノード３０のＥＤＦＡ３１によってトーン信号を重畳された波長チャネル毎の信号は、光ファイバ伝送路５０の波長分散によって、受信ノード４０への到達時間が異なる。遅延比較回路４３により、この波長チャネル毎に受信したトーン信号の到達時間差（遅延）を信号の位相差から測定する。例えば、図７に示すように、波長チャネルλ_n-1、λ_nにおける相対群遅延がそれぞれτ_n-1、τ_nの場合、波長チャネルλ_n-1とλ_n間の平均分散値は、
Ｄ_n-1=（τ_n−τ_n-1）／（λ_n−λ_n-1）
と表される。

各波長チャネルにおいて同様に、各波長チャネル間の平均分散値Ｄ_１，Ｄ_２，…，Ｄ_ｎ−１
が求められ、それを結んだ線を外挿することにより、各波長チャネル(λ₁，λ₂，…，λ_n-1，λ_n)における分散値

が求められる。このように相対群遅延から、各波長チャネルにおける分散値が求められる。

以上により、本発明の光増幅器を用いて分散モニタ方法を実現することができる。

以下では、光増幅器を用いた自動分散補償システムについて説明する。

［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。同図のシステムは、図６の受信ノード４０の遅延比較回路４３に代えて遅延比較／制御回路４５を備え、可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Tunable Optical Dispersion compensator）４６を付加した構成である。

同図に示すように、遅延比較／制御回路４５が遅延比較光ファイバ伝送路５０の分散値をモニタした後、その分散を補償するように、ＴＯＤＣ４６をフィードバック制御する。これにより、自動分散補償を実現することができ、特に、分散トレランスの小さい１波長チャネル当たり４０Gbit/s以上の超高速波長多重伝送システムの実現に有益である。

［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。同図に示すシステムは、可変分散補償器（ＴＯＤＣ）４６を受信ノード４０の光カプラ４１による分岐後の部分に備えたものである。遅延比較／制御回路４５が分散モニタ後に、この可変分散補償器４６にフィードバック制御することにより、波長多重信号を一括で自動分散補償することができる。

［第７の実施の形態］
図１０は、本発明の第７の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。同図に示すシステムは、可変分散補償器（ＴＯＤＣ）４６を受信ノード４０の各波長チャネルへの分波後の部分に備えたものである。遅延比較／制御回路４５が分散モニタ後に、この可変分散補償器４６にフィードバック制御することにより、各波長チャネル個別に自動分散補償することができる。

［第８の実施の形態］
図１１は、本発明の第８の実施の形態における光増幅器を用いた自動分散補償システムの構成図である。同図に示すシステムは、入力側の光増幅器６１、可変分散補償器（ＴＯＤＣ）６２，光スイッチ（光スイッチモジュール）６３、遅延比較／制御回路６５、出力側の光増幅器６４から構成される。同図に示すように、一般的にＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)システム等のノード内に具備されている光スイッチには、波長チャネル毎の光パワーを監視するために、光スイッチ（光スイッチモジュール）６３内に、Ｏ／Ｅ変換回路であるフォトダイオード（ＰＤ）６３１を用いている。この光スイッチ内部のＰＤ６３１を用いることにより、波長チャネル毎のトーン信号を検出し、波長分散のモニタをすることも可能である。

本実施の形態によれば、特別に分散モニタ用のＯ／Ｅ変換回路等を用いることなく、通常使用する光スイッチの光パワーモニタ部分を使用して分散測定が可能となる。さらに、光パワーモニタ後の可変減衰器（ＶＯＡ）６３２の制御周波数がトーン変調周波数より高い場合には、ＶＯＡによりトーン強度変調を元のトーン変調が重畳していない信号にレベル調整できる。そのため、次のスパンにおいて前スパンの周波数（ｆ１）の影響を防ぐことができる。

光スイッチ６３には、熱光学効果を用いたスイッチ（ＴＯ−ＳＷ：Thermo Optics-Switch）、波長ブロッカ、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）等の各種光スイッチを用いることができる。

［第９の実施の形態］
上記の第１〜第４の実施の形態では、励起光源からの出力光を可変減衰器６を用いて調整する例を示したが、図１２に示すように、可変減衰器６の代わりに励起光源からの出力光の強度を変調するための強度変調器７０を用いても同様の効果を得ることができる。図１２では、構成の一例として図２に対応する構成を示しているが、図３、図４、図５の構成についても同様に強度変調器７０を用いることが可能である。

［第１０の実施の形態］
上記の第５〜第８の実施の形態では、可変減衰器の減衰量にトーン信号を重畳させる光増幅器を用いる例を示しているが、図１３に示すように、前述の図１２の強度変調器を有する光増幅器を用いることも可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

本発明は、光通信システムに適用される光増幅器、光増幅器を用いた光ファイバ伝送路の分散値のモニタ、及び、光増幅器を用いた自動分散補償に適用可能である。

１励起光源
２アイソレータ
３増幅媒体、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：Erbium Doped Fiber）
４合波器、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)光カプラ
５アイソレータ
６可変減衰器
７，９フォトディテクタ
８自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）回路
１０，１１合分波器
１２，１３フィルタ回路
２０受信ノード
２１伝送用光ファイバ
３０送信ノード
３１光増幅器
４０受信ノード
４１光合分波器
４２，６３１フォトダイオード
４３遅延比較回路
４４光増幅器
４５遅延比較／制御回路
４６，６２可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Tunable Optical Dispersion compensator）
５０光ファイバ伝送路
６０受信ノード
６１，６４光増幅器
６３光スイッチ
６３２可変減衰器（VOA ：Variable Optical Attenuator）
７０強度変調器

Claims

光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器であって、
前記励起光源と前記合波器との間に前記励起光を調節する光強度調整手段を具備することを特徴とする光増幅器。
前記光強度調整手段として、可変減衰器を用いる
請求項１記載の光増幅器。
前記光強度変調手段として、強度変調器を用いる
請求項１記載の光増幅器。
前記光増幅器は、
希土類ドープ光ファイバ増幅器である
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光増幅器。
前記光増幅器は、
誘導ラマン散乱効果を用いたラマン増幅器である
請求項１乃至３のいずれか１項記載の光増幅器。
光増幅器の入力と出力の光パワーの比を一定に保つように自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）を用いて前記光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、前記光増幅器の利得制御を実現する
請求項１記載の光増幅器。
前記光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、前記光増幅器にて増幅される波長多重信号に一括してトーン変調を重畳する
請求項１記載の光増幅器。
光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器における光増幅方法であって、
前記光増幅器が、前記励起光源と前記合波器との間に前記励起光を調節する光強度調整手段を有し、該光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、前記光増幅器の利得制御を実現することを特徴とする光増幅方法。
光増幅媒体と励起光源と該励起光源からの励起光を該増幅媒体に入力する合波器を有する光増幅器における光増幅方法であって、
前記光増幅器が、前記励起光源と前記合波器との間に前記励起光を調節する光強度調整手段を有し、該光強度調整手段の出力の光強度を制御することにより、前記光増幅器にて増幅される波長多重信号に一括してトーン変調を重畳することを特徴とする光増幅方法。