JP2012015692A

JP2012015692A - 光伝送システム

Info

Publication number: JP2012015692A
Application number: JP2010148717A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sugaya; 靖菅谷; Takehiro Fujita; 武弘藤田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP5716300B2; US20120002270A1; US8681420B2

Abstract

【課題】光増幅装置の特性に応じてＰＨＢ（偏波ホールバーニング）が生じる波長範囲の波長を有する信号光に関し、ＯＳＮＲを向上させる。
【解決手段】光伝送システムは、伝送路２へ信号光を送信する光送信装置１と、伝送路２から信号光を受信する光受信装置３と、伝送路２上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置４と、を含んで構成され、光増幅装置４の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、光増幅装置４の利得特性が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号光を光中継する光伝送システムに関する。

近年、光ネットワークの低コスト化が指向され、光電変換を利用しない光中継を採用すると共に、その中継距離の長距離化が図られている。中継距離を長距離化して非再生による中継区間を拡張するには、伝送される信号光の品質改善に着目する必要がある。例えば、光伝送路上に設けられて光中継を行う光増幅装置においては、非特許文献１，２に記載されているように、信号光の波長に応じた偏波ホールバーニング（ＰＨＢ：Polarization Hole Burning）の発生が知られており、増幅する信号光の波長によっては、伝送品質に影響を受け得る。ＰＨＢは、例えば希土類を添加した光ファイバ増幅器（希土類添加光ファイバ増幅器）に関して非特許文献３に記載されているように、励起光及び信号光の偏波状態に依存して光増幅装置の利得が変動する現象である。

パワーレベルの高い信号光が希土類添加光ファイバ増幅器に入力されると、ＰＨＢが発生する波長範囲において、入力された信号光の偏波方向に対して平行な偏波方向をもつ光の利得が削られることになる。希土類添加光ファイバ増幅器における利得の変動は、信号光だけではなく、光ファイバ内で発生する自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）にも影響を及ぼす。ＡＳＥは、無偏光状態の光であって、信号光の偏波方向に対して平行な偏波成分と垂直な偏波成分とを含んでおり、当該ＡＳＥのうちの信号光に平行な偏波成分のみが、ＰＨＢによる利得変動の影響を受けることになる。つまり、ＰＨＢの発生によって、信号光の利得とＡＳＥのうちの信号光に平行な偏波成分の利得とが削られる一方、ＡＳＥのうちの信号光に垂直な偏波成分の利得は削られない。したがって、光ファイバで発生するＡＳＥにおいて、信号光に平行な偏波成分に対する利得と、前記信号光に垂直な偏波成分に対する利得と、に差分が生じ、ＰＨＢが無い場合に比べて、ＡＳＥのうちの信号光に垂直な偏波成分の割合が相対的に増える結果、該当する波長範囲の信号光の伝送品質、特に光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）に影響する。

"Spectral dependence of polarization hole-burning", Davidson C.R. et al., Optical Fiber Communication Conference, 2006 and the 2006 National Fiber Optic Engineers Conference. OFC 2006, 5-10 March 2006 "Polarizetion Dependent Gain in Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Computer Model and Approximate Formulas", Paul Wysocki and Vincent Mazurczyk, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 14, NO. 4, APRIL 1996 「エルビウム添加光ファイバ増幅器」，須藤昭一著，オプトロニクス社発行，ｐｐ５９−６１

上記の光増幅装置の特性に鑑みると、光中継を行う光伝送システムにおいて、信号光の伝送品質に関する改善の余地が残されている。

この課題に対し、次に示す光伝送システムを提案する。

第一の態様に係る光伝送システムは、伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成され、
前記光増幅装置の特性に応じてＰＨＢ（偏波ホールバーニング）が生じる波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、前記光増幅装置の利得特性が制御される。

第二の態様に係る光伝送システムは、伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成され、
前記光送信装置が、前記光増幅装置の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げる偏波制御器を備える。

第三の態様に係る光伝送システムは、伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成され、
前記光受信装置が、前記光増幅装置の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光に含まれる信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含めたトータル帯域よりは狭い帯域を通過させる帯域通過フィルタを備える。

第四の態様に係る光伝送システムは、伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成され、
前記光受信装置が、信号光に含まれる信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含めたトータル帯域よりは狭い通過帯域のフィルタを備え、前記光増幅装置の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光の帯域を制限して受信する。

上記提案に係る光伝送システムによれば、偏波成分のＡＳＥが相対的に増加する波長に該当する信号光のパワーが、他の波長の信号光よりも高く設定されるので、該パワーの上昇分、ノイズに対する信号光の比率が増加し、信号光のＯＳＮＲは向上する。したがって、信号光の伝送品質を改善することができる。

また、上記提案に係る光伝送システムによれば、該当する波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げて円偏波に近づけることにより、信号光のＯＳＮＲが向上する。したがって、信号光の伝送品質を改善することができる。

また、上記提案に係る光伝送システムによれば、光受信装置は、信号光を帯域制限して受信することにより、該当する信号光に含まれた信号成分に対するノイズ成分が抑圧されるので、信号光のＯＳＮＲが向上する。したがって、信号光の伝送品質を改善することができる。

第１の実施形態に係る光伝送システムの概略を示すブロック図。第２の実施形態に係る光増幅装置の概略を示すブロック図。図１及び図２に示した光増幅装置の作用を説明するためのグラフ。第３の実施形態に係る光伝送システムの概略を示すブロック図。図４に示した光送信装置の作用を説明するためのグラフ。第４の実施形態に係る光伝送システムの概略を示すブロック図。図６に示した光受信装置の作用を説明するためのグラフ。

図１は、光伝送システムの第１の実施形態を示す。
図１に示す光伝送システムは、光送信装置（Ｔｘ）１から伝送路２へ送信された信号光を受信装置（Ｒｘ）３で受信する光伝送システムで、伝送路２として光ファイバが使用される。伝送路２上には、光中継を行う一つ以上の光増幅装置４が設けられ、また、例えば光分岐挿入を実施するようなノードＮも設置され得る。このような光伝送システムは、少なくとも一対一（point-to-point）、リング、スター、メッシュなどの公知のネットワーク形状を構成し得る。

光増幅装置４は、一例として、希土類添加光ファイバ増幅器の一種であるＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）を用いて構成される。なお、希土類添加光ファイバ増幅器であるＥＤＦＡを例にして説明するが、ＰＨＢを生じ得る他の構造の光増幅器であっても同様に実施可能である。

ＥＤＦＡを用いて構成された光増幅装置４では、ＥＤＦＡの特性に応じた所定の波長範囲においてＰＨＢが発生する。すなわち、ＥＤＦＡの場合、利得のピークを中心に１５２５ｎｍ〜１５３５ｎｍの波長範囲でＰＨＢが発生し、この波長範囲の波長を有する信号光のＯＳＮＲが低下し得る。ＰＨＢの影響を受ける信号光のＯＳＮＲを向上させるために、図１の光伝送システムの場合、光増幅装置４において、その特性に応じて利得のピークを中心にＰＨＢが生じる波長範囲１５２５ｎｍ〜１５３５ｎｍの波長を有する信号光のパワーが、１５２５ｎｍ〜１５３５ｎｍの波長範囲以外の波長、すなわち、Ｃバンドの場合であれば１５３５ｎｍ以上の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、光増幅装置４の利得特性が制御される。なお、上述した波長範囲は、ホールバーニングの深さによって利得のピークを中心に波長範囲が変化することも考えられる。

図１に示す光増幅装置４の場合、図１中の一点鎖線で囲ったグラフに示すように、短波長側で利得が高く、長波長側で利得が低くなるように、利得の波長依存性が設定されている。すなわち、ＰＨＢの生じる波長範囲で利得が高くなるように、光増幅装置４の利得が傾いている。本実施形態の光増幅装置４における利得の波長依存性は、例えば、エルビウムドープファイバへの励起光の供給パワーを調整して反転分布率を変化させることによって制御することができる。

光増幅装置４において、短波長側で利得が高くなるように波長依存性を設定することにより、図３Ａに示すように、光中継増幅する信号光のＯＳＮＲが向上する。すなわち、光増幅装置４の利得が上記波長依存性を有することにより、短波長側で増幅利得が高く、長波長側で増幅利得が低くなる。したがって、この光増幅装置４により増幅される信号光は、ＰＨＢの発生で利得が削られる波長範囲における信号光パワーに対する増幅率が底上げされ、増幅後の信号光において、ノイズに対する信号光の比率が従来技術に比べて増加する。その結果、図３Ａのグラフにおいて実線で示すように、ＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光に関し、点線で示す従来の場合に比べてＯＳＮＲが向上する。

図１に示す実施形態と同様のＯＳＮＲ向上効果を得られる第２の実施形態に係る光増幅装置４が、図２に示されている。図２に示す実施形態の場合、光増幅装置４の前段に可変利得等化器５が接続され、可変利得等化器５により、各波長の信号光のパワーがそれぞれ制御される。なお、可変利得等化器５は、光増幅装置４の後段に設けることも可能である。可変利得等化器５を設けることによって、図２の実施形態における光増幅装置４は、図１の実施形態のように利得の波長依存性を設定する必要がない。

可変利得等化器５は、一例として、各波長の信号光のパワーをそれぞれ調整する可変減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）を含む構成とすることができる。あるいは、可変利得等化器５は、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）型の光導波路構造を有する光フィルタを複数段に縦列接続して備えた構成とすることができる。この光フィルタ型の可変利得等化器５によると、各段の光フィルタにおける位相差調整によって可変利得等化器５全体の透過波長特性が制御され、該透過波長特性に応じて各波長の信号光のパワーが調整され、パワー調整後の信号光が光増幅装置４に入力される。

可変利得等化器５は、各波長の信号光のパワーをそれぞれ調整し、光増幅装置４でＰＨＢの生じる波長範囲に該当する波長を有する信号光のパワーが、当該波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比べて高くなるように制御する。したがって、可変利得等化器５から出力される信号光は、ＰＨＢの発生で利得が削られる波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、他の波長を有する信号光のパワーよりも高い状態で、光増幅装置４に入力される。その結果、光増幅装置４により増幅される信号光は、ＰＨＢの発生で利得が削られる波長範囲の信号光のパワーが、増幅前に他よりも高いレベルにあるので、ＰＨＢが発生したとしても、レベルの落ち込むホールが浅くなり、ノイズに対する信号光の比率が従来技術に比べて増加する。すなわち、図３Ｂのグラフにおいて実線で示すように、ＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光に関し、点線で示す従来の場合に比べてＯＳＮＲが向上する。

図１及び図２に示す光増幅装置４を中継局として伝送路２上に多数設けた光伝送システムにおいて、中継スパン数に対して信号光のＯＳＮＲが向上する様子を、図３Ｃのグラフに示す。図３Ｃのグラフは、横軸がスパン数の増加を示し、縦軸がＯＳＮＲの値を示す。各中継局において増幅時にＰＨＢの影響が軽減される結果、図３Ｃに実線で示すように、信号光のＯＳＮＲはシステム全域で、点線で示す従来の場合に比べて底上げされ、向上する。

図４は、第３の実施形態に係る光伝送システムであり、伝送路２及び光受信装置３は第１の実施形態と同じである。図４の光伝送システムにおける光送信装置１は、送信される信号光において、光増幅装置４の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げ、該信号光を円偏波に近づける偏波制御器６を、後段に備えている。これにより、図４の実施形態における光増幅装置４は、図１に示す利得の波長依存性を設定しなくともよい。

一例として光送信装置１は、半導体レーザ（ＬＤ）等の光源からの光をマッハツェンダ型光変調器によってデータ信号に従い変調するなどの方式で信号光を発生する信号光源を、波長ごとに備える。偏波制御器６は、波長ごとの信号光源のうち、光増幅装置４の特性に応じてＰＨＢの生じる波長範囲の波長を有する信号光を発生する信号光源に対し設けられ、該信号光源から発生される信号光の偏光状態の楕円率を５０％以下に下げ、円偏波に近づける。前述のようにＰＨＢは、光増幅装置４に入力される信号光の偏波状態に依存するので、ＰＨＢの生じる波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げることにより、ＰＨＢの発生を抑制することができる。中継局として設けられた各光増幅装置４においてＰＨＢの発生が抑制されれば、伝送される信号光のＯＳＮＲは、中継スパンを重ねるごとに従来技術に比べて向上する。

図５は、図４に示す光伝送システムにおいて、伝送される信号光のＯＳＮＲが中継スパン数に対して向上する様子を示したグラフである。図５のグラフは、横軸がスパン数の増加を示し、縦軸がＯＳＮＲの値を示す。偏波制御器６による信号光の偏波制御の結果、各中継局の光増幅装置４による増幅時にＰＨＢの発生が抑制されるので、図５に実線で示すように、スパン数が増えるに従って、点線で示す従来の場合に対してＯＳＮＲの向上効果が増していく。

偏波制御器６は、λ／２板及びλ／４板の位相板を組み合わせて構成することができる。光送信装置１の信号光源と偏波制御器６との間は、偏波状態が変化しないように、系を固定するのが好ましい。偏波制御器６から出力される信号光の偏波状態を初期設定するために、点線で示す偏波アナライザ７を初期設定時に接続し、偏波制御器６の出力光をモニタする。立上げ時、偏波アナライザ７により信号光をモニタして偏波制御器６を調整し、信号光の偏波状態を設定する。初期設定が終了すれば、偏波アナライザ７は取り外して、その後の運用を開始することができる。

図６は、第４の実施形態に係る光伝送システムであり、光送信装置１及び伝送路２は第１の実施形態と同じである。図６の光伝送システムにおける光受信装置３は、光増幅装置４の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光の所定帯域を通過させる帯域通過フィルタ８を、前段に備える。これにより、図６の実施形態における光増幅装置４は、図１に示す利得の波長依存性を設定しなくともよい。しかし、図６に示す実施形態の光増幅装置４において、上述の図１に示す実施形態における利得の波長依存性を設定すると、ＯＳＮＲの向上効果がより高まり得る。

一例として光受信装置３は、信号光の波長ごとにそれぞれ受信器を備え、この受信器のうち、光増幅装置４の特性に応じてＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光を受信する受信器の前段に、帯域通過フィルタ８が接続される。帯域通過フィルタ８は、受信される信号光に含まれる信号成分及びノイズ成分に関し、信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含んだトータル帯域よりは狭い帯域を通過させる。すなわち、帯域通過フィルタ８により、ＰＨＢが生じる波長範囲の波長を有する信号光において帯域が制限された後に、受信器において信号光が受信される。

図７に示すように、縦軸が信号光のパワーレベル及び横軸が波長のグラフで信号光を表すと、各波長の信号光は、ＡＳＥ成分を含むノイズ成分と共に受信される。上述のように、ＰＨＢの生じる波長範囲では、信号光及び信号光に対し平行な偏波成分のＡＳＥは利得が削られる一方、信号光に対し垂直な偏波成分のＡＳＥの利得は削られないので、信号光に対し垂直な偏波成分のＡＳＥが相対的に増加することになる。すなわち、ＰＨＢの生じる波長範囲では、各チャネルに付与されたＡＳＥの帯域において、信号光に対し垂直な偏波成分のＡＳＥが相対的に増加する結果、信号光の帯域外のＡＳＥ成分がノイズとして増加し、ＡＳＥ間（ＡＳＥ−ＡＳＥ）ビートノイズとなる。

帯域通過フィルタ８は、図７に示すように、信号成分の波長のみを含む信号帯域よりは広く、且つ信号成分及びノイズ成分を含むトータル帯域よりは狭い帯域を通過帯域としている。したがって、帯域通過フィルタ８による帯域制限の結果、ＰＨＢの生じる波長範囲の波長を有する信号光は、信号成分の帯域外のＡＳＥ成分が抑圧される（図７中の斜線部が抑圧される）。すなわち、帯域通過フィルタ８を設けることによって、信号光に対し垂直な偏波成分のＡＳＥの増加に起因するＡＳＥ間ビートノイズが低下し、信号光のＯＳＮＲが向上する。

以上の実施形態に関する付記を以下に開示する。

（付記１）
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、前記光増幅装置の利得特性が制御される、光伝送システム。

（付記２）
付記１記載の光伝送システムであって、
前記光増幅装置の利得の波長に対する傾斜が、前記波長範囲において利得が高くなるように傾けられる、光伝送システム。

（付記３）
付記１記載の光伝送システムであって、
前記波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、信号光のパワーを調整する可変利得等化器が、前記光増幅装置の前段又は後段に接続される、光伝送システム。

（付記４）
付記１〜３のいずれかに記載の光伝送システムであって、
前記光増幅装置がエルビウム添加光ファイバ増幅器を用いて構成され、偏波ホールバーニングが生じる波長範囲が１５２５ｎｍ〜１５３５ｎｍである、光伝送システム。

（付記５）
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光送信装置は、前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げる偏波制御器を備える、光伝送システム。

（付記６）
付記５記載の光伝送システムであって、
前記偏波制御器は、前記信号光の偏光状態の楕円率を５０％以下に下げる、光伝送システム。

（付記７）
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光受信装置は、前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光に含まれる信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含めたトータル帯域よりは狭い帯域を通過させる帯域通過フィルタを備える、光伝送システム。

（付記８）
付記７記載の光伝送システムであって、
前記光増幅装置がエルビウム添加光ファイバ増幅器を用いて構成され、
前記帯域通過フィルタに、１５２５ｎｍ〜１５３５ｎｍの波長範囲の波長を有する信号光が入力される、光伝送システム。

（付記９）
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光受信装置は、信号光に含まれる信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含めたトータル帯域よりは狭い通過帯域のフィルタを備え、前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光の帯域を制限して受信する、光伝送システム。

１光送信装置
２伝送路
３光受信装置
４光増幅装置
５可変利得等化器
６偏波制御器
７偏波アナライザ
８帯域通過フィルタ

Claims

伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、前記光増幅装置の利得特性が制御される、光伝送システム。
請求項１記載の光伝送システムであって、
前記光増幅装置の利得の波長に対する傾斜が、前記波長範囲において利得が高くなるように傾けられる、光伝送システム。
請求項１記載の光伝送システムであって、
前記波長範囲の波長を有する信号光のパワーが、前記波長範囲以外の波長を有する信号光のパワーに比較して高くなるように、信号光のパワーを調整する可変利得等化器が、前記光増幅装置の前段又は後段に接続される、光伝送システム。
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光送信装置は、前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光の偏光状態の楕円率を下げる偏波制御器を備える、光伝送システム。
伝送路へ信号光を送信する光送信装置と、前記伝送路から信号光を受信する光受信装置と、前記伝送路上に一つ以上設けられて信号光を増幅する光増幅装置と、を含んで構成される光伝送システムであって、
前記光受信装置は、前記光増幅装置の特性に応じて偏波ホールバーニングが生じる波長範囲の波長を有する信号光に含まれる信号成分の帯域よりは広く且つ該信号成分に対するノイズ成分を含めたトータル帯域よりは狭い帯域を通過させる帯域通過フィルタを備える、光伝送システム。