JP2014183514A

JP2014183514A - 光ノード

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Publication number: JP2014183514A
Application number: JP2013057763A
Authority: JP
Inventors: Koji Inafune; 浩司稲船; Hitoshi Murai; 仁村井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP6094294B2

Abstract

【課題】雑音指数を低減できる光ノードを提供する。
【解決手段】第１光増幅部と、フィルタ部３４と、光処理部５０と、第２光増幅部９０とを備えて構成される。第１光増幅部は、入力されるポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第１増幅光を出力する。フィルタ部３４は、入力される第１増幅光のうち、シグナル光及びアイドラー光を含む被処理光を出力する。光処理部５０は、入力されるシグナル光に所定の処理を施し、被処理光を減衰させた処理光を出力する。第２光増幅部９０は、入力される処理光に含まれるシグナル光を増幅し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２増幅光を出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ノードに関し、特に、光ノードの入出力部に設けられる光増幅器の低雑音化に関する。

近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。それに対応して光ファイバ等を用いた高速でかつ大容量の光通信ネットワークが整備されつつある。このような光通信ネットワークで用いられる技術として、光波長が異なる搬送波を多重化する波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が注目されている。ＷＤＭを用いることにより、１本の光伝送路に複数の搬送波を並列的に伝搬させることができる。このため、大容量の光通信ネットワークを低コストで構築することができる。

ＷＤＭを用いた光通信ネットワークは、複数の光ノードと、これら光ノード間を接続する、光伝送路とを備えて構成される。この光通信ネットワークでは、各光ノードとして、再構成可能光分岐挿入多重装置（ＲＯＡＤＭ：ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ／ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を備えるＲＯＡＤＭノードが使用される（例えば、非特許文献１参照）。ＲＯＡＤＭノードは、波長多重された搬送波に他の波長の搬送波を挿入したり、波長多重された搬送波から特定波長の搬送波を分岐させたりする機能を有している。

高田篤、高橋哲夫、社家一平著「フォトニックノード技術」ＮＴＴ技術ジャーナル、ｐｐ．２６−２９、２００７年１０月

ここで、上述の非特許文献１に開示されているＲＯＡＤＭノードなど、従来のＲＯＡＤＭノードでは、他の光ノードから受信した光信号は、受信光増幅器で増幅された後、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部に送られる。また、他の光ノード宛の光信号は、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部から送信光増幅器に送られ、送信光増幅器で増幅された後、送信される。これら光増幅器として、エルビウムイオンがコアにドープされた光ファイバを利用した増幅器（ＥＤＦＡ：ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）が用いられる。

しかしながら、受信光増幅器と送信光増幅器として、ＥＤＦＡを用いると、自然放出によって発生した光（自然放出光）による雑音（ＡＳＥ雑音）を、量子限界未満に低減することができない。

そこで、上述の問題点に鑑みて、この出願に係る発明者らが検討を行ったところ、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部の前段に、ＰＩＡ（ＰｈａｓｅＩｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を設け、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部の後段に、ＰＳＡ（ＰｈａｓｅＳｅｎｓｉｔｉｖｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を設けることで、ＥＤＦＡを用いる従来のＲＯＡＤＭノードに比べて、雑音の影響を低減できることを見出した。

従って、この発明の目的は、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部など光処理部の前後に、ＰＩＡ及びＰＳＡを直列に設けることにより、雑音指数を従来構成に比べて低減できる光ノードを提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の光通信ネットワークに設けられる光ノードは、第１光増幅部と、フィルタ部と、光処理部と、第２光増幅部とを備えて構成される。

第１光増幅部は、入力されるポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第１増幅光を出力する。フィルタ部は、入力される第１増幅光のうち、シグナル光及びアイドラー光を含む被処理光を出力する。光処理部は、入力されるシグナル光に所定の処理を施し、被処理光を減衰させた処理光を出力する。第２光増幅部は、入力される処理光に含まれるシグナル光を増幅し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２増幅光を出力する。

この発明の光ノードによれば、当該光ノードで所定の処理を行うために必要な構成要素であり、シグナル光に所定の減衰を与える光処理部の前段に、ＰＩＡとして機能する第１光増幅部を備え、光処理部の後段にＰＳＡとして機能する第２光増幅部を備えて構成される。このＰＩＡ−ＰＳＡカスケード構造のＰＩＡ−ＰＳＡ間にシグナル光に減衰を与える光処理部を備える構成では、量子限界まで雑音指数を改善したＥＤＦＡを用いた場合と比較して、雑音指数が６ｄＢ程度改善する。

光ノードの構成及び動作の概略を説明するための模式図である。第１光ノードを説明するための概略構成図である。第１光ノードにおけるスペクトルの一例を示す図である。第２光ノードを説明するための概略構成図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（光ノードの概略）
図１を参照して、この発明の光ノードの概略を説明する。図１は、光ノードの構成及び動作の概略を説明するための模式図である。

光ノード１０は、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）信号の送受信を行う光通信ネットワークにおいて用いられ、第１光増幅部４０、フィルタ部３４、光処理部５０、第２光増幅部９０、出力側分波部８２及びインタフェース部３６を備えて構成される。

光ノード１０は、他の光ノードから受信したシグナル光Ｓ１のうち、自己の光ノード１０宛のシグナル光を分岐してクライアント装置１００に送る。また、他の光ノードから受信したシグナル光のうち、自己の光ノード１０宛以外の光信号と、クライアント装置１００から受け取った他の光ノード宛の光信号を含むシグナル光を他の光ノードに送信する。

なお、光ノード１０とクライアント装置１００が電気信号のやり取りを行う構成の場合は、各光ノード１０のインタフェース部３６は、光／電気（Ｏ／Ｅ）変換機能と、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換機能を備える。

第１光増幅部４０は、ＰＩＡとして用いられ、入力されるポンプ光及びシグナル光Ｓ３３に基づいてアイドラー光を生成し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第１増幅光Ｓ４１を出力する。

フィルタ部３４は、入力される第１増幅光Ｓ４１のうち、シグナル光及びアイドラー光を含む被処理光Ｓ３５を出力する。ここでは、フィルタ部３４がポンプ光を遮断する構成例を示しているが、ポンプ光を、シグナル光及びアイドラー光から分岐して、第２光増幅部９０に送る構成にしても良い。

光処理部５０は、入力される被処理光Ｓ３５に所定の処理を施して処理光を生成する。例えば、光処理部５０は、所定の処理として、自己の光ノード宛のシグナル光を分岐させてインタフェース部３６に送り、インタフェース部３６から受け取った他の光ノード宛のシグナル光を所定のチャネルに挿入させる。なお、光処理部５０は受け取った自己の光ノード宛以外のシグナル光を通過させる。

ここで、光処理部５０を通過するシグナル光は、光処理部５０が備える合分波器などの構成要素において減衰する。また、アイドラー光にも、シグナル光と同程度の減衰が与えられる。このように、光処理部５０で、減衰し、さらに、所定の処理が施されたシグナル光及びアイドラー光は、処理光として光処理部５０から出力される。

第２光増幅部９０は、ＰＳＡとして用いられ、入力されるポンプ光及び処理光に含まれるシグナル光を増幅し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２増幅光Ｓ３９を出力する。

第２光増幅部９０から出力された第２増幅光は、出力側分波部８２によって分波され、シグナル光Ｓ８３ａのみが光ノード１０から出力される。従って、光ノード１０から出力されるシグナル光に、ポンプ光及びアイドラー光が付加されない。その結果、例えば光通信ネットワークにおいて、シグナル光とともにポンプ光やアイドラー光が出力された場合に生じる、周波数利用効率の低下、又は光強度の増大過多によって生じるファイバヒューズといった問題を防止することができる。

第２光増幅部９０は、光処理部５０を通過するシグナル光に対しては、ＰＳＡとして動作する。ここで、第２光増幅部９０に入力される雑音は、光処理部５０を通過するチャネルのシグナル光の帯域においては、第１光増幅部４０で生じた相関雑音と、第１光増幅部４０と第２光増幅部９０の間での減衰により付加された無相関雑音からなる。ここで相関とは、シグナル光の帯域に存在する雑音と、そのシグナル光から生成したアイドラー光の帯域に存在する雑音との間に相関があることを意味する。また、無相関とは、シグナル光の帯域に存在する雑音と、そのシグナル光から生成したアイドラー光の帯域に存在する雑音との間に相関が無いことを意味する。以下の説明では、このような状態の雑音を、それぞれ相関雑音、無相関雑音と記す。第１光増幅部４０で生じた相関雑音は、第１光増幅部４０と第２光増幅部９０の間で減衰するため、第２光増幅部９０に入力される雑音は、無相関雑音が支配的となる。相関雑音は、ＰＳＡとしての動作条件を満たすため、シグナル光と同じ利得で増幅される。一方、無相関雑音は、ＰＳＡとしての動作条件を満たさないため、シグナル光よりも３ｄＢ低い利得で増幅される。例えば、ＰＳＡ動作時の利得が１０ｄＢであり、第１光増幅部４０及び第２光増幅部９０間で１０ｄＢの減衰を与えたとき、第２光増幅部９０の雑音指数が−２．６ｄＢ程度になるという報告がされている（Ｚ．Ｔｏｎｇｅｔａｌ．，ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ．，ｖｏｌ．１８，ｎｏ．１５，ｐ．１５４２６，２０１０）。

この光ノード１０によれば、当該光ノード１０で所定の処理を行うために必要な構成要素であり、シグナル光に所定の減衰を与える光処理部５０の前段に、ＰＩＡとして機能する第１光増幅部４０を備え、光処理部５０の後段にＰＳＡとして機能する第２光増幅部９０を備えて構成される。このＰＩＡ−ＰＳＡ間にシグナル光に減衰を与える光処理部５０を備える構成では、量子限界まで雑音指数を改善したＥＤＦＡを用いた光ノードと比較して、雑音指数が６ｄＢ程度改善する。

（第１実施形態）
図２及び図３を参照して、この発明の第１実施形態の光ノード（以下、第１光ノード）について説明する。図２は、第１光ノードを説明するための概略構成図である。図２では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。各構成要素間は、例えば光ファイバや光導波路で接続されていても良いし、いわゆる空間結合で接続されていても良い。

図３は、第１光ノードにおけるスペクトルの一例を示す図である。図３では、横軸に波長を取って示し、縦軸に信号強度を任意単位で取って示している。シグナル光を、ｎ個のＷＤＭチャネルを有するＷＤＭ信号とする。ここで、第ｋ（ｋは、１〜ｎの整数）チャネルの搬送波波長をλ_ｓｋ、第ｋチャネルのシグナル光から生成されたアイドラー光の搬送波波長をλ_ｉｋ、ポンプ光の波長をλ_ｐとすると、１／λ_ｉｋ＝２／λ_ｐ−１／λ_ｓｋとなる。

以下の説明では、第２チャネル（ｃｈ２）のシグナル光を分岐してクライアント装置へ送り、クライアント装置から受け取ったシグナル光を第３チャネル（ｃｈ３）に挿入し、他のチャネルのシグナル光を、第１光ノード１２を通過させる例を説明する。

各チャネルのシグナル光は、データ信号に応じて、搬送波の位相及び強度のいずれか一方又は双方に変調を施された信号である。

また、ここでは、シグナル光の偏波が時間的に安定している状態の構成例を示している。なお、第１光増幅部及び第２光増幅部を構成する非線形光学デバイスなど、偏波依存性のある構成部品に対して偏波ダイバーシティ構成を採用したり、偏波安定化装置を導入したりすることで、偏波無依存化することができる。

第１光ノード１２は、ポンプ光源２０、ポンプ光分波部３０、第１合波部３２、第１光増幅部４０、光処理部５０、第２合波部３８、第２光増幅部９０、出力側分波部８２、光位相シフタ制御装置８４、位相シフタ７０及び分散補償器８０を備えて構成されている。

入力ポートから第１光ノード１２に入力されたシグナル光Ｓ１は、先ず、第１合波部３２に送られる。第１合波部３２は、シグナル光Ｓ１とポンプ光Ｓ３１ａとを合波する。第１合波部３２として、例えばＷＤＭ合分波器（ＷＤＭｃｏｕｐｌｅｒ／ｄｉｖｉｄｅｒ）を用いることができる。

ポンプ光Ｓ３１ａは、ポンプ光源２０で生成される。

ポンプ光源２０は、例えば外部共振器光源２２、光増幅器２４及びバンドパスフィルタ２６を備えて構成されている。ポンプ光の位相雑音はシグナル光に付加される。このため、ポンプ光源２０には、周波数スペクトルの線幅が十分に細い外部共振器光源２２を用いることが望ましい。例えば、外部共振器光源２２として、シグナル光Ｓ１と偏波面が一致するレーザダイオード出力光を生成するレーザダイオードが用いられる。

なお、第１光増幅部及び第２光増幅部を構成する非線形光学デバイスにおいて、誘導ブリルアン散乱の影響が問題になる場合など、周波数スペクトルの線幅を大きくすることが必要な場合もある。この場合は、１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ程度の１つ以上の正弦波で駆動した光位相変調器を用いて位相変調を施せばよい。

ポンプ光の波長は、シグナル光の波長帯域外に設定されなければならない。例えば、シグナル光の波長帯域がＣバンド（１５３０−１５６５ｎｍ）の場合、ポンプ光の波長はＣバンドと分離が可能な波長として、例えば、１５２５ｎｍ又は１５７０ｎｍとするのが良い。

なお、第１光増幅部４０及び第２光増幅部９０において、少なくともパラメトリック増幅が生じる程度のポンプ光強度が必要である。このため、レーザダイオード出力光は、光増幅器２４によって強度が増幅される。光増幅器２４としては、例えばＥＤＦＡが用いられる。

光増幅器２４で増幅されたレーザダイオード出力光は、バンドパスフィルタ２６に送られる。バンドパスフィルタ２６では、透過波長が、ポンプ光Ｓ２１の波長帯域と一致する波長帯域に設定される。そして、バンドパスフィルタ２６において、ポンプ光の波長帯域外に存在するＡＳＥ雑音が十分に低減された後、レーザダイオード出力光が、ポンプ光Ｓ２１としてポンプ光源２０から出力される。

ポンプ光Ｓ２１は、第１合波部３２の前段に設けられたポンプ光分波部３０に送られる。ポンプ光分波部３０は、ポンプ光Ｓ２１を２分岐して、一方を第１合波部３２に送り（Ｓ３１ａ）、他方を光位相シフタ７０に送る（Ｓ３１ｂ）。第１合波部３２に入力されたポンプ光Ｓ３１ａは、ＰＩＡとして動作する第１光増幅部４０の動力源となる。また、光位相シフタ７０に入力されたポンプ光Ｓ３１ｂは、ＰＳＡとして動作する第２光増幅部９０の動力源となる。

第１合波部３２は、シグナル光Ｓ１とポンプ光Ｓ３１ａとを合波し、シグナル光とポンプ光とを含む第１合波光Ｓ３３を出力する（図３（Ａ））。第１合波光Ｓ３３は、第１光増幅部４０に入力される。

第１光増幅部４０は、ＰＩＡとして用いられ、シグナル光を増幅するとともに、第１合波光Ｓ３３に含まれるシグナル光の波長変換光としてアイドラー光を生成する（図３（Ｂ））。アイドラー光の位相は、入力したシグナル光とポンプ光の位相により決まり、シグナル光とアイドラー光は相関のある状態である。ここでは、第３チャネル（ｃｈ３）は空きチャネルとなっている。このため、シグナル光及びアイドラー光の波長λ_ｓ３及びλ_ｉ３の成分が含まれていない。

第１光増幅部４０は、許容されるポンプ光強度で、十分な利得と、帯域幅が得られる必要がある。これを満たすデバイスとして、高非線形ファイバや、ＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ）導波路を用いることができる。なお、第１光増幅部４０は高非線形ファイバやＰＰＬＮ導波路を用いた構成に限定されない。十分な利得と帯域幅が得られるのであれば、シリコン細線導波路などを用いても良い。第１光増幅部の具体的な構成例については後述する。

第１光増幅部４０から出力された第１増幅光Ｓ４１は、フィルタ部３４に送られる。フィルタ部３４は、入力される第１増幅光のうち、シグナル光及びアイドラー光を含む被処理光を出力する。被処理光は、光処理部５０に送られる。この第１光ノード１２では、フィルタ部３４は、ポンプ光を遮断する。

光処理部５０は、例えば、アイドラー光減衰器５２及びアイドラー光フィルタ部５４と、公知のＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０を備えて構成される。被処理光のうちシグナル光は、光路切換部であるＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０に送られる。一方、被処理光のうちアイドラー光は、アイドラー光減衰器５２に送られる。

ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０は、当該光ノード宛のシグナル光を分岐させてクライアント装置に送る処理、及び、クライアント装置から受け取った、他の光ノード宛のシグナル光を所定のチャネルに挿入させる処理を行う。

ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０は、例えば、分波器６２、ドロップ用スイッチ６４、アッド用スイッチ６６及び合波器６８を備えている。

ドロップ用スイッチ６４及びアッド用スイッチ６６は、それぞれチャネル数ｎと同じ数だけ設けられる。波長多重信号は、分波器６２でチャネルごとにｎ分岐される。第ｋチャネルの信号は、第ｋのドロップ用スイッチ６４−ｋに送られる。

第ｋのドロップ用スイッチ６４−ｋは、分波器６２から受け取った第ｋチャネルの信号の送り先を第ｋのアッド用スイッチ６６−ｋとインタフェース部３６のいずれかに切り換える。また、第ｋのアッド用スイッチ６６−ｋは、合波器６８へ送る第ｋチャネルの信号の送り元を、第ｋのドロップ用スイッチとインタフェース部３６のいずれかに切り換える。第１〜ｎのアッド用スイッチ６６−１〜ｎから出力される第１〜ｎチャネルの光信号は、合波器６８で合波されて、シグナル光となる。

このように、ｎ個のドロップ用スイッチ６４−１〜ｎと、ｎ個のアッド用スイッチ６６−１〜ｎの切換により、当該光ノード宛の光信号をシグナル光から分岐させてクライアント装置に送る処理、及び、クライアント装置から受け取った、他の光ノード宛の光信号をシグナル光に挿入させる処理が実現される。

なお、シグナル光は、これら、分波器６２、ドロップ用スイッチ６４−１〜ｎ、アッド用スイッチ６６−１〜ｎ及び合波器６８を通過する間に減衰する。

一方、被処理光に含まれるアイドラー光は、アイドラー光減衰器５２及びアイドラー光フィルタ部５４を経て、処理光として出力される。アイドラー光減衰器５２は、アイドラー光減衰器５２及びアイドラー光フィルタ部５４を通過するアイドラー光の減衰量が、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０を通過するシグナル光の減衰量と同レベルになるように設定される。この結果、処理光のシグナル光とアイドラー光は、光処理部５０において、同程度の減衰を受ける。

アイドラー光フィルタ部５４は、被処理光に含まれる当該光ノード宛のシグナル光、すなわち、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０で分岐されるシグナル光に対応する波長成分のアイドラー光を遮断する。

ここでは、光処理部５０が、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０、アイドラー光減衰器５２及びアイドラー光フィルタ部５４を備えて構成される例について説明したが、この例に限定されず、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部のみを備え、アイドラー光減衰器及びアイドラー光フィルタ部を備えない構成にしても良い。この場合、アイドラー光もシグナル光と同じく、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部に送られ、ドロップ用スイッチをアイドラー光フィルタ部として用いることができる。ドロップ用スイッチの制御により、当該光ノード宛のシグナル光に対応するアイドラー光成分をインタフェース部３６に送れば、このアイドラー光成分をアイドラー光から除去できる。また、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部を通過するアイドラー光は、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部を通過するシグナル光と同様の減衰を受ける。

ＲＯＡＤＭ光スイッチ部６０の各スイッチや、アイドラー光フィルタ部５４の透過帯域は、第１光ノード１２が備える制御手段（図示を省略する）からの指示で設定される。制御手段は、例えばＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）などを用いて構成される。

ここで、当該光ノード宛のシグナル光は、光処理部５０にて分岐されている。このため、当該光ノード宛のシグナル光に対応して発生したアイドラー光が第２光増幅部９０に入力されると、このアイドラー光に対して、第２光増幅部９０がＰＩＡとして機能し、シグナル光に不要な信号を発生させる恐れがある。これを防ぐため、第１光ノード１２では、アイドラー光フィルタ部５４が、対応する波長のアイドラー光を遮断している。この例では、第２チャネルのシグナル光が分岐されている。従って、アイドラー光フィルタ部５４は、波長λ_ｉ２（＝２／λ_ｐ−１／λ_ｓ２）のアイドラー光を遮断している。

また、クライアント装置から受け取ったシグナル光のチャネルのうち、当該光ノードから他の光ノード宛のチャネルは、空チャネルとなっていて、被処理光に含まれていない。すなわち、処理光には、対応するアイドラー光がない。この例では、第３チャネルのシグナル光が被処理光では空チャネルとなっていて、第１光ノード１２において挿入されている。従って、第３チャネルのシグナル光に対応する波長λ_ｉ３（＝２／λ_ｐ−１／λ_ｓ３）のアイドラー光が、処理光に含まれていない。従って、この処理光が第２光増幅部９０に入力されると、第２光増幅部９０は、第３チャネルのシグナル光に対してはＰＩＡとして機能する。このため、第３チャネルのシグナル光の、第２光増幅部９０における利得は、通過するシグナル光の利得よりも６ｄＢ低い。

従って、挿入される光信号は、インタフェース部３６において、他の波長成分に対して、例えば、６ｄＢ程度高い信号強度に調整するのが良い（図３（Ｃ））。

光処理部５０で生成された処理光は第２合波部３８に送られる。ここで、第２光増幅部９０で、ＰＳＡの良好な特性を得るために、フィルタ部３４と、第２合波部３８の間では、シグナル光と、アイドラー光の伝播時間が等しくなるように構成されるのが良い。

また、第２合波部３８には、光源２０から、ポンプ光分波部３０及び光位相シフタ７０を経て、ポンプ光も入力される。

光位相シフタ７０は、２φｐ−φｓ−φｉで与えられる、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光の相対位相が一定となるように、ポンプ光の位相を調整する。なお、φｐ、φｓ及びφｉは、それぞれ、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光の位相を示している。周辺機器の機械的な振動や環境温度の変化等に起因して、相対位相には、揺らぎが生じることがある。そこで、光位相シフタ７０において、ポンプ光Ｓ３１ｂの位相を調整することによって、相対位相を一定にする。ここでは、後述する光位相シフタ制御装置８４から送られる制御信号Ｓ８５に基づき、第２光増幅部９０において、シグナル光の増幅利得が最大となるように、相対位相を調整する。なお、光位相シフタ７０として、例えばピエゾ圧電素子を利用したファイバーストレッチャー等の光位相シフタを用いることができる。

光位相シフタ７０において位相が調整されたポンプ光は第２合波部３８に送られる。

第２合波部３８は、処理光に含まれるシグナル光及びアイドラー光と、ポンプ光とを合波して、第２合波光Ｓ３９を生成する。第２合波光Ｓ３９は、第２合波部３８から出力されて、分散補償器８０に送られる。

分散補償器８０は、第２合波光Ｓ３９の波長分散を補償する。分散補償器８０によって波長分散が補償された分散補償光は、第２光増幅部９０に入力される。

後述する第２光増幅部９０では、第２合波光Ｓ３９に含まれるシグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相に基づいた増幅利得で、シグナル光を増幅する。そして、上述したように、光位相シフタ７０でポンプ光の位相を調整することによって、第２光増幅部９０において、シグナル光の増幅利得が最大となるように、相対位相が調整されている。しかしながら、光処理部５０において波長分散が生じた場合には、第２合波光Ｓ３９に含まれるシグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相は、シグナル光の波長に依存した値となる。その結果、第２光増幅部９０におけるシグナル光の増幅利得がシグナル光の波長に依存し、平坦な利得特性が得られない。そこで、分散補償器８０を利用して、第２合波光Ｓ３９の波長分散を補償することによって、相対位相を一定に保つことができる。そして、第２光増幅部９０におけるシグナル光の増幅利得を安定化させる（図３（Ｄ））。

なお、利得の波長依存性が問題とならない程度であれば、分散補償器を設けない構成としても良い。

第２光増幅部９０は、ＰＳＡとして用いられ、第２合波光Ｓ３９に含まれるシグナル光を増幅し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２増幅光Ｓ９１を出力する。第２光増幅部９０は、第１光増幅部４０と同様に構成することができる。第２光増幅部９０の構成例については、後述する。

第２光増幅部９０から出力された第２増幅光Ｓ９１は、出力側分波部８２に送られる。

出力側分波部８２は、第２増幅光Ｓ９１に含まれるシグナル光、ポンプ光、及びアイドラー光を分波する。出力側分波部８２として、例えばＷＤＭ合分波器を用いることができる。

分波されたシグナル光Ｓ８３ａは、第１光ノード１２から出力される。また、アイドラー光Ｓ８３ｂは、光位相シフタ制御装置８４に送られる。

なお、第２光増幅部９０から出力された後において、ポンプ光は不要であるため、例えば、出力側分波部８２において遮断しても良いし、出力側分波部８２から図示しない他の経路へ送って放出しても良い。

光位相シフタ制御装置８４は、例えば強度検出手段及び制御信号生成手段を含んで構成されている（図示せず）。

光位相シフタ制御装置８４は、強度検出手段において、入力されたアイドラー光Ｓ８３ｂの強度を検出する。既に説明したように、アイドラー光は、第２光増幅部９０において、シグナル光の増幅利得に対応した増幅利得で増幅されている。従って、アイドラー光の増幅利得が最大となるとき、シグナル光の増幅利得も最大となるので、アイドラー光の強度が最大となるように、光位相シフタを制御する。この光位相シフタの制御は、従来公知のため、ここでは説明を省略する。光位相シフタ制御装置８４は、強度検出手段においてアイドラー光Ｓ８３ｂの強度を検出することによって、アイドラー光の強度が最大となるときの、第２増幅光Ｓ９１の相対位相を決定する。そして、制御信号生成手段によって、アイドラー光の強度が最大となる相対位相を通知する制御信号Ｓ８５を生成し、上述した光位相シフタ７０に送る。

ここでは、ＲＯＡＤＭ光スイッチ部の前後にＰＩＡ及びＰＳＡを設ける構成について説明したが、これに限定されない。光ノードを通過するシグナル光が光−電気−光変換を介することのない、光ノードであれば、光処理部５０の前後にＰＩＡ及びＰＳＡを設けることで、ＲＯＡＤＭ光スイッチと同様に、従来のＥＤＦＡを用いた構成と比較してＳＮ比が改善される。

また、入力ポート及び出力ポートがそれぞれ１つの１方路の光ファイバ伝送で用いられる光ノードを説明したが、図３に示すように、アイドラー光の経路制御機能を付加することにより、入力ポート及び出力ポートの少なくとも一方が複数であるＮ方路に拡張することもできる。

なお、ここでは、ＰＩＡとして機能する第１光増幅部４６、ＰＳＡとして機能する第２光増幅部９０を１つ備える構成例について説明したが、例えば２つ以上の第１光増幅部４６、第２光増幅部９０を並列に備える構成とすることもできる（図示せず）。非線形光学デバイスに入力するポンプ光のパワーは、その材料の性質により制限されるため、シグナル光に対して十分な利得が達成できない場合がある。並列に備えた構成はこれの解決策となる。

（光増幅部）
第１光増幅部４６と第２光増幅部９０は、非線形光学デバイスであり、光パラメトリック増幅器として動作する。上述したように、例えば、高非線形ファイバ、またはＰＰＬＮ導波路を用いる。高非線形ファイバでは四光波混合、ＰＰＬＮではＳＨＧ／ＤＦＧ（二次高長波光発生／差周波光発生）カスケード波長変換が、パラメトリック増幅器の動作原理となる。

入力光として、シグナル光及びポンプ光が入力されると、光パラメトリック増幅器は、ＰＩＡとして機能する。一方、入力光として、シグナル光、アイドラー光及びポンプ光が入力され、シグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相が一定に制御・維持されている場合は、光パラメトリック増幅器はＰＳＡとして機能する。

例えば、高非線形ファイバを用いる場合においては、非線形定数が例えば１０Ｗ^−１ｋｍ^−１以上であり、１００ｍ〜１０００ｍ程度の長さを有し、ゼロ分散波長がポンプ光の波長付近に存在し、及び分散スロープが小さいこと、十分な利得と帯域幅が得られる。また、偏波保持特性を有することが望ましい。

（第２実施形態）
図４を参照して、この発明の第２実施形態の光ノード（以下、第２光ノード）について説明する。図４は、第２光ノードを説明するための概略構成図である。

第２光ノード１４は、ポンプ光源２０で生成されたポンプ光Ｓ２１が分岐されずに、第１合波部３２に送られる点が第１光ノードと異なっている。このため、フィルタ部３４では、第１増幅光Ｓ４１からポンプ光を分岐して光位相シフタ７０に送る。なお、ポンプ光は、光位相シフタ７０に送られるまでに減衰する。このため、光増幅部７４として例えばＥＤＦＡを用いてポンプ光を増幅し、さらに、バンドパスフィルタ７６を用いてＡＳＥ雑音を除去した後、第２合波部３８に送る。この構成においても、第１光ノードと同様の効果が得られる。

他の構成については、第１光ノードと同様なので重複する説明を省略する。

１０，１２，１４：光ノード
２０：ポンプ光源
２２：レーザダイオード
２４：光増幅器
２６、７６：バンドパスフィルタ
３０：ポンプ光分波部
３２：第１合波部
３４：フィルタ部
３６：インターフェース部
３８：第２合波部
４０：第１光増幅部
７４：光増幅部
５０：光処理部
５２：アイドラー光減衰器
５４：アイドラー光フィルタ部
６０：ＲＯＡＤＭ光スイッチ部
６２：分波器
６４：ドロップ用スイッチ
６６：アッド用スイッチ
６８：合波器
７０：光位相シフタ（位相調整部）
８０：分散補償器
８２：出力側分波部
８４：光位相シフタ制御装置
９０：第２光増幅部
１００：クライアント装置

Claims

光通信ネットワークに設けられる光ノードであって、
入力されるポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第１増幅光を出力する第１光増幅部と、
入力される前記第１増幅光のうち、シグナル光及びアイドラー光を含む被処理光を出力するフィルタ部と、
入力される前記シグナル光に所定の処理を施し、前記被処理光を減衰させた処理光を出力する光処理部と、
入力される前記処理光に含まれるシグナル光を増幅し、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２増幅光を出力する第２光増幅部と
を備えることを特徴とする光ノード。
前記光処理部は、当該光ノード宛の光信号をシグナル光から分岐させ、及び、当該光ノードから他の光ノード宛の光信号をシグナル光に挿入させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ノード。
前記光処理部は、前記第１光増幅部において、前記被処理光に含まれる当該光ノード宛の光信号の波長成分に基づいて生成された、アイドラー光を除去する
ことを特徴とする請求項２に記載の光ノード。
前記光処理部は、
当該光ノード宛の光信号をシグナル光から分岐させ、及び、当該光ノードから他の光ノード宛の光信号をシグナル光に挿入させる光路切換部と、
アイドラー光を減衰させる減衰器と、
前記被処理光に含まれる当該光ノード宛の光信号の波長成分に基づいて生成されたアイドラー光を除去するフィルタ部と
を備えることを特徴とする請求項３に記載の光ノード。
前記光処理部は、
当該光ノード宛の光信号をシグナル光から分岐させ、前記被処理光に含まれる当該光ノード宛の光信号の波長成分に基づいて生成されたアイドラー光の波長成分を当該アイドラー光から分岐させ、及び、当該光ノードから他の光ノード宛の光信号をシグナル光に挿入させる光路切換部
を備えることを特徴とする請求項３に記載の光ノード。
前記光通信ネットワークは、波長多重信号を伝送するネットワークであり、
前記光処理部は、当該光ノードから他の光ノード宛の光信号を、シグナル光の他の波長成分に対して増幅した後に、シグナル光に挿入する
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の光ノード。
前記第２光増幅部の後段に設けられ、前記第２増幅光に含まれるシグナル光を当該光ノードの外部に出力する出力側分波部
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ノード。
光位相制御部で生成される制御信号に応答して、前記第２増幅部に入力されるポンプ光の位相を変更する位相調整部を備え、
前記出力側分波部は、アイドラー光を前記光位相制御部に送る
ことを特徴とする請求項７に記載の光ノード。
前記第１光増幅部の前段に設けられた、ポンプ光とシグナル光を合波して、ポンプ光及びシグナル光を含む第１の合波光を前記第１光増幅部に送る第１合波部と、
前記光処理部と前記第２光増幅部の間に設けられた、ポンプ光と処理光を合波して、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光を含む第２の合波光を前記第２光増幅部に送る第２合波部と
を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ノード。
前記第１合波部の前段に設けられ、ポンプ光を２分岐して、一方を前記第１合波部に送り、他方を前記位相調整部に送る分波部
を備えることを特徴とする請求項９に記載の光ノード。
前記フィルタ部は、前記第１増幅光に含まれるポンプ光を前記位相調整部に送る
ことを特徴とする請求項９に記載の光ノード。