JP2018157362A

JP2018157362A - 光増幅装置、波長多重装置及び光分岐装置

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Publication number: JP2018157362A
Application number: JP2017052297A
Authority: JP
Inventors: 優川口; Masaru Kawaguchi; 釣谷　剛宏; Takehiro Tsuritani; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP6693901B2

Abstract

【課題】ダミー光源を使用することなく、各波長パスの品質劣化を防止する。【解決手段】光増幅装置は、入力される第１光信号を増幅して第２光信号を出力する第１増幅手段と、前記第２光信号を１つ以上の第１波長の光信号を含む第３光信号と、所定の波長のうちの前記１つ以上の第１波長以外の第２波長の光信号を含む第４光信号に分離して出力する分離手段と、前記第４光信号を増幅して第５光信号を出力する第２増幅手段と、前記第３光信号と前記第５光信号を合波して出力する合波手段と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、波長多重光通信システムに関する。

波長多重光通信システムでは、通常、需要に応じて波長パス(波長の光信号)を設定する。つまり、波長多重光通信システムにおいては、設定可能な波長パスの最大数と、実際に設定されている波長パスの数（設定数）とが一致しない期間がある。これは、需要見合いに応じて装置を増設することで初期投資を抑えるためである。一方、光増幅装置は、波長パスの最大数に基づき設計されている。例えば、光海底ケーブルシステムで使用されている様な、総利得が一定の光増幅装置では、最大数の波長パスに基づき総利得が設定されているため、設定数が最大数より小さいと、各波長パスの利得が増加し、これにより各波長パスは必要以上に増幅され、却って波長パスの品質が劣化し得る。このため、特許文献１及び２は、波長多重装置にダミー光源を設けることを開示している。設定されていない波長パスの波長の光信号をダミー光源が送信することで、設定されている波長パスに与えられる利得は、波長パスの設定数に拘らず一定となり、波長パスの品質劣化を防止することができる。

特許第５０７６６６０号公報特許第５６４８４２９号公報

しかしながら、必要なダミー光源の数は、波長パスの設定数が増加するに伴い減少し、波長パスの設定数が最大数に達すると総てのダミー光源は不要になる。したがって、ダミー光源を要しない構成が望まれる。

本発明は、ダミー光源を使用することなく、各波長パスの品質劣化を防止する技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、光増幅装置は、入力される第１光信号を増幅して第２光信号を出力する第１増幅手段と、前記第２光信号を１つ以上の第１波長の光信号を含む第３光信号と、所定の波長のうちの前記１つ以上の第１波長以外の第２波長の光信号を含む第４光信号に分離して出力する分離手段と、前記第４光信号を増幅して第５光信号を出力する第２増幅手段と、前記第３光信号と前記第５光信号を合波して出力する合波手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、ダミー光源を使用することなく、各波長パスの品質劣化を防止することができる。

一実施形態による波長多重光通信システムの一部を示す図。一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による波長多重光通信システムの一部を示す図。一実施形態による光分岐装置の構成図。一実施形態による光増幅装置の構成図。一実施形態による波長多重装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、波長多重光通信システムの一部、より詳しくは、波長多重装置１と、波長多重装置１に接続し、波長多重装置１が送信する波長多重光信号を増幅する光増幅装置２を示している。波長多重装置１には、最大で光源＃１から＃６の６つの光源１０が実装される。なお、光源＃１〜＃６は、それぞれ波長＃１〜＃６の連続光を生成するものとする。また、各光源１０は、射出する連続光を図示しない入力電気信号で変調する変調部を有している。よって、各光源１０は、対応する波長の変調光を波長多重部１１に出力する。波長多重部１１は、各光源１０からの変調光を波長多重して波長多重光信号を出力する。図１においては、光源＃１〜光源＃３の計３つの光源１０が波長多重装置１に実装され、光源＃４〜光源＃６は波長多重装置１に実装されていない。つまり、波長多重装置１が出力する波長多重光信号には、図１の参照符号５１で示す様に、波長＃１〜＃３の３つの波長の光信号（実線で表示）が含まれるが、光源＃４〜＃６に対応する波長＃４〜＃６（点線で表示）の光信号は含まれない。

本実施形態による光増幅装置２は、参照符号５１で示す波長多重光信号を受信し、波長＃１〜＃３の３つの波長の光信号を増幅するとともに、波長＃４〜＃６のダミー光信号を加えた波長多重光信号を出力する。より詳しくは、本実施形態による光増幅装置２は、波長多重光通信システムにおいて使用中である波長の光信号を含む波長多重光信号を受信し、当該使用中である波長の光信号と、波長多重光通信システムにおいて未使用である波長の光信号とを含む波長多重光信号を出力する。したがって、波長多重光通信システムにおいて、光増幅装置２の下流側に接続される各光増幅装置には、常に、波長多重光通信システムにおいて使用する総ての波長の光信号を含む波長多重光信号が入力され、実際に使用している光信号の波長数に拘らず、各波長の光信号の利得を一定にし、光信号の品質を保つことができる。

図２は、本実施形態による光増幅装置２の構成図である。増幅部２０は、例えば、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）であり、図示しない励起光源からの励起光により、入力される波長多重光信号５１（図１）を増幅する。ＥＤＦでは、自然放出光（ＡＳＥ光）と呼ばれる広帯域な雑音成分が生じる。よって、参照符号５２で示す様に、増幅部２０が出力する波長多重光信号は、入力される波長多重光信号５１に含まれる波長＃１〜＃３の光信号にＡＳＥ光が加わったものとなる。波長選択スイッチ２１は、図示しない制御部、或いは、外部の制御装置から制御され、入力される波長多重光信号を波長毎に分離して増幅部２２と合波部２３のいずれかに出力する。ここでは、入力される波長多重光信号５１に含まれる波長＃１〜＃３の光信号（以下、信号光とも呼ぶ。）については合波部２３に出力し、入力される波長多重光信号５１に含まれない波長＃４〜＃６については増幅部２２に出力する様に、波長選択スイッチ２１は設定される。したがって、波長選択スイッチ２１が合波部２３に出力する光信号は参照符号５３に示す様になる。なお、波長選択スイッチ２１が合波部２３に出力する光信号は、信号光＃１〜＃３（網掛けで表示）と、信号光＃１〜＃３と同じ帯域のＡＳＥ光が加わったものであるが、ＡＳＥ光のレベルは、信号光＃１〜＃３に比べて小さいため、図では信号光＃１〜＃３のみを記載している。一方、波長選択スイッチ２１が増幅部２２に出力する信号は、参照符号５４で示す様に、波長＃４〜＃６のＡＳＥ光（以下、ＡＳＥ光＃４〜＃６とも呼び、白抜きで表示する。）になる。なお、波長選択スイッチ２１は、各波長の光信号の帯域通過フィルタとしても機能するため、図２に示す様に、ＡＳＥ光＃４〜＃６は帯域制限される。

増幅部２２は、例えば、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）であり、図示しない励起光源からの励起光により、入力されるＡＳＥ光＃４〜＃６光を増幅する。増幅部２２でもＡＳＥ光が生じるため、増幅部２２が出力する光信号は、参照符号５５で示す様に、増幅されたＡＳＥ光＃４〜＃６と、増幅部２２で生じたＡＳＥ光を含むものとなる。なお、増幅部２２が増幅に与えるパワーは、入力された光信号に優先的に与えられるため、増幅部２２が出力する信号に含まれるＡＳＥ光＃４〜＃６のレベルは、増幅部２２が出力する信号に含まれるＡＳＥ光のレベルより強くなる。合波部２３は、波長選択スイッチ２１からの信号と増幅部２２からの信号を合波し、参照符号５６で示す波長多重光信号を出力する。なお、信号光＃１から＃３やＡＳＥ光＃４〜＃６と比較して、増幅部２２で生じるＡＳＥ光や、増幅部２０で生じる波長＃１〜＃３のＡＳＥ光のレベルは小さいため、波長多重光信号５６においてもＡＳＥ光は省略している。

以上、本実施形態では、ＥＤＦ等の光増幅部で生じるＡＳＥ光をダミー光として使用する。よって、ダミー光を出力するためのダミー光源を必要とせず、常に、一定数の波長の光信号を含む波長多重光信号を出力することができる。したがって、光増幅装置２の下流側に接続する各光増幅装置は、従来と同様の光増幅装置であっても、各波長の光信号に与えられる増幅のためのパワーの変動が抑えられ、利得が偏ることで、設定されている波長パスの品質が劣化することを抑えることができる。なお、光増幅装置２は、波長多重光通信システムの最上流側で使用する。よって、図１の波長多重装置１と光増幅装置２とを１つの波長多重装置として構成することもできる。また、本実施形態では、波長選択スイッチ２１が出力する光信号と増幅部２２が出力する光信号を合波部２３で合波したが、合波部２３に代えて、波長選択スイッチを使用することもできる。波長選択スイッチを合波部２３に代えて使用することで、例えば、増幅部２２が増幅を行うＡＳＥ光（図２の例では波長＃４〜６）とは異なる波長の、増幅部２２で生成されるＡＳＥ光（図２の例では波長＃１〜３）が、波長多重光信号５６に含まれない様にすることができる。

＜第二実施形態＞
図１の波長多重装置１は、光源１０を設け、波長多重装置１において変調を行うものであった。ここで、光源１０が障害となると、当該光源１０が射出する光信号は波長多重光信号に含まれなくなる。また、波長多重装置としては、外部の装置から入力される光信号を、そのまま、或いは、波長の変換のみを行って波長多重を行うものもある。このような、場合、波長多重装置を通過する波長パスは、ネットワーク内の他の装置の障害により断となり得る。この場合も、当該波長多重装置が出力する波長多重光信号のある波長の光信号がネットワーク内の他の装置の障害により当該波長多重光信号に含まれなくなる。つまり、波長多重装置が出力する波長多重光信号に含まれる光信号の数は、需要に応じて変化するのみならず、障害によっても変化する。したがって、本実施形態において、光増幅装置２は、入力される波長多重光信号を監視し、使用され得る各波長の光信号のうち、どの波長の光信号が含まれていないかを判定し、判定結果に基づき波長選択スイッチ２１を動的に制御する。

図３は、本実施形態による光増幅装置２の構成図である。なお、既に説明したものと同様の構成要素には同じ参照符号を付与してその説明は省略する。監視制御部２４は、増幅部２０の出力を監視し、光増幅装置２に入力される波長多重光信号に、どの波長の光信号が実際に含まれているかを判定する。より詳しくは、監視制御部２４は、閾値以上の信号レベルがある波長を、光増幅装置２に入力される波長多重光信号に含まれている光信号の波長であると判定し、入力される波長多重光信号に含まれ得る各波長の光信号のうち、レベルが閾値未満の波長の光信号が、含まれていないと判定する。そして、実際に含まれている波長の光信号が合波部２３に出力され、含まれていない波長の光信号が増幅部２２に出力される様に波長選択スイッチ２１を制御する。

以上の構成により、障害が発生し、これにより、波長多重光信号に含まれる光信号の数が変化しても、光増幅装置２が出力する波長多重光信号は、一定数の波長の光信号を含むものとなり、波長多重光信号に含まれる各光信号の品質が劣化することを防ぐことができる。また、監視制御部２４は、入力される波長多重光信号に含まれ得る総ての波長の光信号のレベルが閾値以上である場合、つまり、含まれていない波長の光信号が無い場合、増幅部２２の動作を停止させることができる。これにより、不要なＡＳＥ光のみが増幅部２２で生成されて、合波部２３で合波されることを防ぐことができる。なお、監視制御部２４は、増幅部２０の出力ではなく、増幅部２０の入力を監視する構成であっても良い。

＜第三実施形態＞
以下では、図２又は図３の光増幅装置２を備えた光分岐装置３について説明する。図４は、例えば、光海底ケーブルシステム等で使用される光分岐装置３の説明図である。光分岐装置３は、所謂、上り方向において、波長多重装置Ａ及び波長多重装置Ｂから波長多重光信号をそれぞれ受信し、それらを合波して波長多重装置Ｃに送信する。図４の例において、波長多重装置Ａは、信号光＃１〜＃３を波長多重した波長多重光信号を送信する。一方、波長多重装置Ｂは、信号光＃４〜＃６を波長多重した波長多重光信号を送信する。そして、光分岐装置３は、これらを合波して信号光＃１〜＃６を含む波長多重光信号を送信する。なお、下り方向において、光分岐装置３は、波長多重装置Ｃから信号光＃１〜＃６の波長多重光信号を受信し、信号光＃１〜＃３を含む波長多重光信号を波長多重装置Ａに送信し、信号光＃４〜＃６を含む波長多重光信号を波長多重装置Ｂに送信する。

図５は、本実施形態による光分岐装置３の構成図である。光増幅装置２−１及び２−２は、例えば、図３の光増幅装置２と同じであり、入力される波長多重光信号を監視する。なお、光増幅装置２−１は波長多重装置Ａからの波長多重光信号を受信し、光増幅装置２−２は波長多重装置Ｂからの波長多重光信号を受信する。図５は、例えば、波長多重装置Ｂと光分岐装置３との間の区間の障害により、波長多重装置Ｂからの波長多重光信号が光増幅装置２−２に入力されなくなったときの各信号を示している。光増幅装置２−２に光信号が入力されなくなったため、光増幅装置２−２の監視制御部２４は、波長＃４〜＃６の総てを増幅部２２に出力する様に波長選択スイッチ２１を制御する。よって、光増幅装置２−２は、ＡＳＥ光＃４〜＃６を含む光信号を出力する。合波装置３１は、光増幅装置２−１及び２−２が出力する光信号を合波する。したがって、光分岐装置３は、波長多重装置Ａ又はＢと光分岐装置３との間の区間の障害に拘らず、常に、波長＃１〜＃６の光信号を含む波長多重光信号を送信する。よって、光分岐装置３から波長多重装置Ｃまでの区間にある光増幅装置が各波長の信号光に与える利得の変動を抑え、利得の変動による品質の劣化を抑えることができる。

＜その他の形態＞
例えば、図４及び図５で説明した光分岐装置３は、上り方向において、通常時には、波長多重装置Ａから受信する信号光＃１〜＃３を含む第１波長多重光信号と、波長多重装置Ｂから受信する信号光＃４〜＃６を含む第２波長多重光信号と、を合波して出力し、障害時には、入力断となった第１波長多重光信号及び／又は第２波長多重光信号の代わりに、ＡＳＥ光を使用するものであった。このような場合、光分岐装置３には、図２、３に示す光増幅装置２に代えて、図６に示す光増幅装置４を使用することができる。

図６において、例えば、増幅部２０には、波長多重装置Ａからの信号光＃１〜＃３を含む第１波長多重光信号が入力される。帯域通過フィルタ２５は、信号光＃１〜＃３の帯域を通過させる帯域通過フィルタであり、通常時には、増幅部２０で増幅された信号光＃１〜＃３を含む第１波長多重光信号を出力する。監視制御部２４は、帯域通過フィルタ２５の出力を監視し、信号レベルが閾値以下になると、第１波長多重光信号が断になったと判定し、増幅部２０の利得を増加させる。これにより、増幅部２０は、参照符号５７で示す様に、所定レベルのＡＳＥ光を出力する。帯域通過フィルタ２５は、入力されるＡＳＥ光の各波長の帯域制限を行い、よって、参照符号５８で示す様に、ＡＳＥ光＃１〜＃３を含む光信号を出力する。なお、監視制御部２４は、帯域通過フィルタ２５の出力レベルに基づき増幅部２０の利得を制御する。より詳しくは、監視制御部２４は、増幅部２０に第１波長多重光信号が入力されているか否かに拘らず、帯域通過フィルタ２５の出力レベルが一定となる様に増幅部２０の利得を制御する。よって、図５の光増幅装置２−１及び２−２に代えて、図６に示す光増幅装置４を使用することで、図４及び図５にて説明した光分岐装置３と同様の動作をする光分岐装置を実現できる。

さらに、図６に示す光増幅装置４は、光分岐装置のみならず、波長多重装置にも使用できる。図７は、図６の光増幅装置４を使用した波長多重装置の構成を示している。図６の波長多重装置は、１つの基板に３つの光源（変調機能を含む）と、３つの光源が出力する光変調信号を波長多重する波長多重部が実装されている。図７において、基板６１−１は実装されているが、基板６１−２及び６１−３は未実装である。また、図６の光増幅装置４は、各基板それぞれに対応して実装され、図７では、光増幅装置４−１〜４−３として示されている。光増幅装置４−１に対応する基板６１−１は実装されているため、光増幅装置４−１は、信号光＃１〜＃３を含む波長多重光信号を増幅して出力する。一方、光増幅装置４−２及び４−３に対応する基板６１−２及び６１−３は実装されていないため、光増幅装置４−２及び４−３は、ＡＳＥ光＃４〜＃６と、ＡＳＥ光＃７〜＃９を出力する。したがって、波長多重部１１は、基板の実装状態に拘らず、常に、波長＃１〜＃９の光信号を出力する。

２０、２２：増幅部、２１：波長選択スイッチ、２３：合波部

Claims

入力される第１光信号を増幅して第２光信号を出力する第１増幅手段と、
前記第２光信号を１つ以上の第１波長の光信号を含む第３光信号と、所定の波長のうちの前記１つ以上の第１波長以外の第２波長の光信号を含む第４光信号に分離して出力する分離手段と、
前記第４光信号を増幅して第５光信号を出力する第２増幅手段と、
前記第３光信号と前記第５光信号を合波して出力する合波手段と、
を備えていることを特徴とする光増幅装置。
入力される第１光信号を増幅して第２光信号を出力する第１増幅手段と、
前記第２光信号を１つ以上の第１波長の光信号を含む第３光信号と、所定の波長のうちの前記１つ以上の第１波長以外の第２波長の光信号を含む第４光信号に分離して出力する分離手段と、
前記第４光信号を増幅して第５光信号を出力する第２増幅手段と、
前記第３光信号に含まれる前記１つ以上の第１波長の光信号と前記第５光信号に含まれる前記第２波長の光信号を合波して出力する合波手段と、
を備えていることを特徴とする光増幅装置。
前記１つ以上の第１波長の光信号は、前記第１光信号に含まれる信号光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅装置。
前記第１光信号又は前記第２光信号を監視することで前記第２波長の光信号を判定して前記分離手段を制御する制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅装置。
前記制御手段は、前記第２波長の光信号がないと、前記第２増幅手段の動作を停止させることを特徴とする請求項４に記載の光増幅装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅装置を含むことを特徴とする波長多重装置。
第１光増幅装置と、
第２光増幅装置と、
前記第１光増幅装置と前記第２光増幅装置の出力を合波して出力する合波装置と、
を備えている光分岐装置であって、
前記第１光増幅装置は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅装置であり、
前記第２光増幅装置は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅装置であることを特徴とする光分岐装置。
複数の波長の光信号を含む第１光信号を増幅して第２光信号を出力する増幅手段と、
前記第２光信号が入力され、前記複数の波長の光信号それぞれを通過させる帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタの出力を監視し、監視結果に基づき前記増幅手段の利得を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする光増幅装置。
前記制御手段は、前記増幅手段に前記第１光信号が入力されているか否かに拘らず前記帯域通過フィルタの出力が一定となる様に前記増幅手段の利得を制御することを特徴とする請求項８に記載の光増幅装置。
請求項８又は９に記載の光増幅装置を含むことを特徴とする波長多重装置。
第１光増幅装置と、
第２光増幅装置と、
前記第１光増幅装置と前記第２光増幅装置の出力を合波して出力する合波装置と、
を備えている光分岐装置であって、
前記第１光増幅装置は、請求項８又は９に記載の光増幅装置であり、
前記第２光増幅装置は、請求項８又は９に記載の光増幅装置であることを特徴とする光分岐装置。