JP2022177878A - 光増幅装置、光伝送システム、および光増幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減する。【解決手段】波長多重信号光を受け付け、波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を出力する波長分波手段と、複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ出力する複数の光増幅媒体と、増幅分波多重信号光を合波して出力する波長合波手段と、複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給する複数の励起エネルギー供給手段と、制御手段、とを有し、制御手段は、波長帯の始点となる開始波長、および波長帯に含まれる信号光の個数である波長数が、複数の励起エネルギー供給手段の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長および波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、波長分波手段および波長合波手段を制御する波長合分波制御手段を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、光増幅装置、光伝送システム、および光増幅方法に関し、特に、波長多重通信に用いられる光増幅装置、光伝送システム、および光増幅方法に関する。

光信号の信号強度を増幅する光ファイバ増幅器には、光信号が入力される希土類添加ファイバに励起光源から出力される励起光を入力することによって、光信号の信号強度を増幅する方式としたものがある。例えば、希土類元素の一例としてのエルビウム（Ｅｒ）を光ファイバのコア部分に添加した構造の光ファイバ増幅器が知られている。

光ファイバ通信において低損失波長帯域である１．５５マイクロメートル（μｍ）帯に用いられる光ファイバ増幅器は、上述したような光ファイバのコア部分にエルビウムを添加した構造を有する。そして、０．９８マイクロメートル（μｍ）あるいは１．４８マイクロメートル（μｍ）帯の励起光により光ファイバ中のエルビウムイオンを活性化し、エルビウムの有する１．５５マイクロメートル（μｍ）帯のレーザ遷移を利用する。このような光ファイバ増幅器によれば、半導体レーザダイオードを用いた励起により１．５５マイクロメートル（μｍ）帯の信号光を増幅することができる。

光ファイバ増幅器は、高効率かつ高利得であり、利得がほぼ偏波無依存であることから、光ファイバ通信システムの光信号中継用の増幅器として用いられている。光ファイバ通信システムにおいては、大容量通信を可能とするために複数の波長を多重する波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送技術が採用されており、増幅器は全チャネルの信号光を一括して増幅する。

しかし、波長多重信号光を伝送する光ファイバ伝送中継システムにおいては、光増幅器の利得が波長ごとに異なるため、波長間で光信号の強度に差が生じてしまう。そこで、光信号の利得偏差を減少させるための光利得等化用フィルタを組み込んだ光増幅装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような関連する光増幅装置では、光中継器の出力に利得偏差が発生している場合には、光利得等化フィルタによって光増幅器で生じた利得偏差を等化し、良好な伝送品質が得られる状態に調整することとしている。

特開２００６－０６６８６２号公報

光ファイバ増幅器では、伝送用光ファイバから入射される波長多重（ＷＤＭ）信号光の波長充填率が高くなると、波長間での信号利得ばらつきが大きくなる。そのため、上述した関連する光増幅装置においては、信号利得が最も低い波長においても所望の利得を上回って光増幅されるように光増幅器を設定し、過剰に増幅された波長帯の信号光は後段の利得等化器で減衰させることとしている。

図９に模式的に示すように、入力された波長多重信号光ＷＤＭ０を光伝送路に挿入された関連する光増幅器１０を用いて増幅する場合、信号利得が最も低い波長においても所望利得Ｇ０を上回って光増幅されるように関連する光増幅器１０を設定する。関連する光増幅器１０によって増幅された波長多重信号光ＷＤＭ１のうち、所望利得Ｇ０を上回っている部分（ＷＤＭ１１）は、後段の利得等化器で減衰され等化される。しかしながら、所望利得Ｇ０を上回っている部分を利得等化器で減衰させることは、エネルギー損失となる。

このように、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合、信号利得の波長依存性を低減させると、供給電力資源の利用が非効率になる、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合、信号利得の波長依存性を低減させると、供給電力資源の利用が非効率になる、という課題を解決する光増幅装置、光伝送システム、および光増幅方法を提供することにある。

本発明の光増幅装置は、波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を出力する波長分波手段と、複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ出力する複数の光増幅媒体と、増幅分波多重信号光を合波して出力する波長合波手段と、複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給する複数の励起エネルギー供給手段と、制御手段、とを有し、制御手段は、波長帯の始点となる開始波長、および波長帯に含まれる信号光の個数である波長数が、複数の励起エネルギー供給手段の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長および波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、波長分波手段および波長合波手段を制御する波長合分波制御手段を備える。

本発明の光増幅方法は、波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を生成し、複数の分波多重信号光を複数の光増幅媒体によってそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ生成し、増幅分波多重信号光を合波し、複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給し、複数の波長帯に分波する際に、波長帯の始点となる開始波長、および波長帯に含まれる信号光の個数である波長数が、励起エネルギーを生成する際の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長および波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、複数の波長帯に分波する。

本発明の光増幅装置、光伝送システム、および光増幅方法によれば、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の別の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の制御部が備えるルックアップテーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置が備える光増幅媒体の利得スペクトルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置の制御部が備えるルックアップテーブルの別の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。 関連する光増幅装置の課題を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光増幅装置１００の構成を示すブロック図である。光増幅装置１００は、波長分波部（波長分波手段）１１０、複数の光増幅媒体１２０、波長合波部（波長合波手段）１３０、複数の励起エネルギー供給部（励起エネルギー供給手段）１４０、および制御部（制御手段）１５０を有する。

波長分波部１１０は、波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を出力する。複数の光増幅媒体１２０は、複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ出力する。波長合波部１３０は、増幅分波多重信号光を合波して出力する。そして、複数の励起エネルギー供給部１４０は、複数の光増幅媒体１２０に励起エネルギーをそれぞれ供給する。

制御部１５０は、波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する波長合分波制御部（波長合分波制御手段）１５１を備える。波長合分波制御部１５１は、波長帯の始点となる開始波長、および波長帯に含まれる信号光の個数である波長数が、最適開始波長および最適波長数となるように、波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する。ここで、最適開始波長および最適波長数は、複数の励起エネルギー供給部１４０の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長および波長数である。

このように、本実施形態による光増幅装置１００は、複数の励起エネルギー供給部１４０の消費電力の総和が最小となる最適開始波長および最適波長数で、波長多重信号光を複数の波長帯に分波し、複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅する構成としている。そのため、本実施形態の光増幅装置１００によれば、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合において、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減することができる。

複数の光増幅媒体１２０はそれぞれ、シングルコア光ファイバを備え、このシングルコア光ファイバはコア部に希土類元素を含む構成とすることができる。波長多重信号光の波長帯域が１．５５マイクロメートル（μｍ）帯である場合、希土類元素として典型的にはエルビウム（Ｅｒ）を用いることができる。すなわち、光増幅媒体１２０は、シングルコア・エルビウム添加光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｏｒｅ Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ：ＳＣ－ＥＤＦ）とすることができる。この場合、波長分波部１１０と、複数の光増幅媒体１２０と、波長合波部１３０とはそれぞれ、シングルモード光ファイバ１６０を用いて結合することができる。また、波長分波部１１０はシングルモード光ファイバ１６０が接続される入力ポート１１１を、波長合波部１３０はシングルモード光ファイバ１６０が接続される出力ポート１３１をそれぞれ備える。

波長分波部１１０および波長合波部１３０として、典型的には波長選択スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ：ＷＳＳ）およびアレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ－Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）のいずれかを用いることができる。波長選択スイッチ（ＷＳＳ）は、波長毎に異なる出力ポートに接続するポートスイッチ機能、波長毎に光強度レベルを調整するアッテネーション機能、波長多重機能、および波長分離機能を有する。

励起エネルギー供給部１４０は、典型的には半導体レーザを備える。波長多重信号光の波長帯域が１．５５マイクロメートル（μｍ）帯である場合、励起エネルギー供給部１４０として、０．９８マイクロメートル（μｍ）帯または１．４８マイクロメートル（μｍ）帯のレーザ光を出力する半導体レーザを用いることができる。

制御部１５０は、図２に示すように、ルックアップテーブル１５２、最小電力算出部（最小電力算出手段）１５３、および励起エネルギー制御部（励起エネルギー制御手段）１５４を備えた構成とすることができる。ルックアップテーブル１５２は、分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる励起エネルギー供給部１４０の消費電力と、開始波長との関係を、信号光の変調多値度および波長数ごとに記憶している。最小電力算出部１５３は、ルックアップテーブル１５２を参照して、最適開始波長および最適波長数を算出する。励起エネルギー制御部１５４は、励起エネルギー供給部１４０の出力を制御する。

ここで、光増幅装置１００は、複数の光増幅媒体１２０ごとに利得モニタ部（図示せず）を備えた構成とすることができる。利得モニタ部（利得モニタ手段）は、光増幅媒体１２０に入力する分波多重信号光の入力光パワーと、光増幅媒体１２０から出力される増幅分波多重信号光の出力光パワーを測定し、入力光パワーと出力光パワーから、光増幅媒体１２０の利得である測定利得値を算出する。この場合、励起エネルギー制御部１５４は、測定利得値が、複数の信号光のうち光増幅媒体１２０の利得が最小である波長の信号光に要求される光信号対雑音比を充足するために必要な利得値となるように、励起エネルギー供給部１４０を制御することができる。

光増幅装置１００は、図３に示すように、情報取得部（情報取得手段）１７０をさらに有することとしてもよい。情報取得部１７０は、波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を取得する。情報取得部１７０は例えば、光伝送システムのネットワーク管理装置から多重信号光情報を取得する。そして、この多重信号光情報を制御部１５０に通知する。この場合、制御部１５０は、多重信号光情報に基づいて、最適開始波長および最適波長数を算出する。

上述した説明では、複数の光増幅媒体１２０はそれぞれシングルコア光ファイバを備えた構成とした。しかし、これに限らず、図４に示す光増幅装置１０１のように、複数の光増幅媒体１２０が、複数のコア部に希土類元素をそれぞれ添加したマルチコア光ファイバを備えた構成としてもよい。すなわち、複数の光増幅媒体として、複数本のシングルコア・エルビウム添加光ファイバに替えて、一本のマルチコア・エルビウム添加光ファイバ（Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ：ＭＣ－ＥＤＦ）１２１を用いることができる。

この場合、光増幅装置１０１は、マルチコア・エルビウム添加光ファイバ１２１の前後にマルチコア光ファイバ１８０、ファンアウト１８１、およびファンイン１８２が挿入された構成となる。マルチコア光ファイバ１８０は、１本の光ファイバに複数のコアが含まれ、各コアを信号光が独立に伝搬する。ファンアウト１８１は、複数のシングルモード光ファイバ１６０をそれぞれ伝搬した信号光を、１本のマルチコア光ファイバ１８０の複数のコアに結合する。ファンイン１８２は、１本のマルチコア光ファイバ１８０の複数のコアをそれぞれ伝搬した信号光を、複数のシングルモード光ファイバ１６０に結合する。

光増幅装置１０１において、励起エネルギー供給部１４０は、マルチコア・エルビウム添加光ファイバ１２１の複数のコアのそれぞれに励起エネルギーを供給する。この場合、上述した利得モニタ部（図示せず）は、ファンイン１８２と波長合波部１３０を結ぶシングルモード光ファイバ１６０から分岐したコアごとの出力光パワーを測定する構成とすることができる。

次に、本実施形態による光増幅装置１００（１０１）の動作について説明する。

上述したように、光増幅装置１００が備える情報取得部１７０は、多重信号光情報を例えば光伝送システムのネットワーク管理装置から取得する。多重信号光情報には、波長多重信号光に含まれる信号光の変調多値度ごとの多重信号光開始波長、多重信号光波長数、および信号光に対して要求される光信号対雑音比が含まれる。そして、情報取得部１７０は、この多重信号光情報を制御部１５０に通知する。

制御部１５０は波長合分波制御部１５１によって、複数の励起エネルギー供給部１４０の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長（最適開始波長）および波長数（最適波長数）となるように、波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する。このとき、制御部１５０が備える最小電力算出部１５３は、ルックアップテーブル１５２を参照して、最適開始波長および最適波長数を算出する。

ルックアップテーブル１５２は、分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる励起エネルギー供給部１４０の消費電力と、開始波長との関係を、信号光の変調多値度および波長数ごとに記憶している。図５に、ルックアップテーブル１５２の一例を示す。

図５において、縦軸は上述の消費電力であり、横軸は波長多重信号光を複数の波長帯に分波したときの各波長帯の始点となる開始波長の位置を示す。なお、横軸の開始波長位置は、図６に例示した光増幅媒体の利得スペクトルにおける波長位置（「１」～「８」）に対応している。図５中の数字は信号光の波長数を示しており、例えば「６０ＷＤＭ」は波長数が６０である波長多重信号光の場合を表している。なお図５には、各信号光の変調多値度は全帯域で同一である場合の例を示す。ここで、変調多値度は信号光の変調方式によって定まり、変調方式は例えば８ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）である。

図５からわかるように、消費電力は開始波長位置によって変化している。これは、光増幅媒体の利得スペクトルにおいて、長波長側ほど利得が大きく光増幅率が大きいことに起因している（例えば図６を参照）。例えば、波長数が６０である波長多重信号光（６０ＷＤＭ）を増幅する場合、開始波長位置が「４」の方が、開始波長位置が「３」である場合よりも増幅帯域の長波長側であるため、光増幅率が大きくなる。そのため、開始波長位置が「４」である場合の方が、より少ない消費電力で所望の光出力強度を得ることができる。したがって、「開始波長位置」が長波長側になるほど「消費電力」は減少する傾向となる。

最小電力算出部１５３は、ルックアップテーブル１５２を参照して、波長多重信号光（９６ＷＤＭ）をいくつの帯域に分波するか、また各帯域あたりにいくつの波長数を割り当てると各励起エネルギー供給部１４０の合計消費電力が最小になるかを算出する。この場合、最小電力算出部１５３は、組み合わせを総当たり的に検討することにより算出する構成とすることができる。

図５に示したルックアップテーブル１５２の例で具体的に説明する。図５中の破線丸印は、波長多重信号光を分割しない場合の消費電力を示す。ここでは、多重信号光波長数が９６である波長多重信号光（９６ＷＤＭ）の場合を例として示す。丸印は、多重信号光波長数９６である波長多重信号光（９６ＷＤＭ）を分割した場合のそれぞれの消費電力であり、合計消費電力が最小になる組み合わせを示す。ここでは例として、開始波長位置が「１」であり波長数が２４である波長多重信号光（以下、「２４ＷＤＭ」等と記載する）、開始波長位置が「３」の３６ＷＤＭ、および開始波長位置が「６」の３６ＷＤＭに３分割した場合の消費電力を示す。

このように本実施形態の光増幅装置１００によれば、利得が波長ごとに異なる特性を有する光増幅媒体を用いて、例えば光増幅率が大きい波長帯の光信号と光増幅率が小さい波長帯の光信号とに分波した後に、複数の光増幅媒体１２０で個別に増幅することができる。そのため、光増幅率が波長帯ごとに過大または過小となることなく、適切な光増幅率で増幅することが可能になる。すなわち、本実施形態の光増幅装置１００によれば、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合において、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減することができる。

図５では、各信号光の変調多値度は全帯域で同一（例えば８ＱＡＭ）である場合の例を示した。これに限らず、各信号光の変調多値度が波長帯域によって異なる場合であっても本実施形態による光増幅装置１００を用いることができる。このような場合におけるルックアップテーブル１５２の例を図７に示す。

図７において、実線は図５と同じであり、信号光の変調方式が例えば８ＱＡＭである場合における励起エネルギー供給部１４０の消費電力と開始波長との関係を示す。一方、破線は、８ＱＡＭよりも変調多値度が大きい信号光、例えば変調方式が１６ＱＡＭである場合における励起エネルギー供給部１４０の消費電力と開始波長との関係を示す。

図７に示した例では、開始波長位置「１」側、すなわち光増幅媒体１２０の増幅率が小さい波長帯域に変調多値度が小さい８ＱＡＭの信号光が配置されている。そして、開始波長位置「８」側、すなわち光増幅媒体１２０の増幅率が大きい波長帯域に変調多値度が大きい１６ＱＡＭの信号光が配置されている。このような場合、制御部１５０は、８ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域と１６ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域とに、波長多重信号光を分割するように、波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、励起エネルギー供給部１４０の消費電力を低減することができる。その理由を以下に説明する。

１６ＱＡＭの信号光と８ＱＡＭの信号光のように、異なる変調多値度の信号光が混在して波長多重されている場合、変調多値度が大きい信号光（１６ＱＡＭ）の信号の方が必要となる光信号対雑音比が大きく、そのため光増幅利得も大きくする必要がある。したがって、変調多値度が大きい信号光の信号品質を保つために、変調多値度が大きい信号光が所望の利得を満たすように光増幅される。このとき、波長多重信号光に混在している変調多値度が小さい信号光（８ＱＡＭ）は、変調多値度が大きい信号光よりも所望の利得は小さいにもかかわらず、変調多値度が大きい信号光が所望の利得を満たすように光増幅をされるため、過剰に増幅された状態となる。したがって、過剰に増幅するために用いられる励起エネルギーは損失となるので、供給電力資源の利用効率を低下させることになる。しかし、本実施形態の光増幅装置１００によれば、８ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域と１６ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域とに波長多重信号光を分割し、それぞれの波長帯域に属する信号光を複数の光増幅媒体１２０で個別に増幅する。その結果、上述した励起エネルギーの損失を削減し、励起エネルギー供給部１４０の消費電力を低減することができる。

上記説明では、制御部１５０は、８ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域と１６ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域とに、波長多重信号光を分割するように、波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する例を示した。しかし、これに限らず、制御部１５０は、８ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域および１６ＱＡＭの信号光が配置されている波長帯域のそれぞれにおいて、各励起エネルギー供給部１４０の合計消費電力が最小になるように制御する構成としてもよい。これは、変調方式が８ＱＡＭから１６ＱＡＭに変わると要求される光信号対雑音比が異なるため、１６ＱＡＭの信号光が配置される波長帯域では必要な利得レベルが変化し、開始波長および波長数の最適状態が変化するからである。すなわち、制御部１５０は、それぞれの波長帯域において合計消費電力が最小になる最適開始波長および最適波長数を算出し、算出した最適開始波長および最適波長数となるように波長分波部１１０および波長合波部１３０を制御する構成としてもよい。上述したように、各信号光の変調多値度が全帯域で同一（８ＱＡＭ）である場合には、開始波長位置が「１」の２４ＷＤＭ、開始波長位置が「３」の３６ＷＤＭ、および開始波長位置が「６」の３６ＷＤＭに３分割した場合に合計消費電力が最小となる（図５参照）。それに対して、信号光の波長帯域の一部において１６ＱＡＭの信号光が配置されている場合、合計消費電力が最小になる組み合わせは、例えば図７の丸印で示すようになる。すなわち、開始波長位置が「１」の２４ＷＤＭ、開始波長位置が「３」の３６ＷＤＭ、開始波長位置が「４」の２４ＷＤＭ、および開始波長位置が「６」の１２ＷＤＭに４分割した場合、合計消費電力が最小になる。

次に、本実施形態による光増幅方法について説明する。

本実施形態による光増幅方法においては、まず、波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を生成する。この複数の分波多重信号光を複数の光増幅媒体によってそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ生成する。そして、この増幅分波多重信号光を合波する。また、複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給する。ここで、複数の波長帯に分波する際に、波長帯の始点となる開始波長、および波長帯に含まれる信号光の個数である波長数が、最適開始波長および最適波長数となるように、複数の波長帯に分波する。最適開始波長および最適波長数は、励起エネルギーを生成する際の消費電力の総和が最小となる場合における開始波長および波長数である。

上述した複数の波長帯に分波する際に、ルックアップテーブルを参照して、最適開始波長および最適波長数を算出することとしてもよい。ここで、ルックアップテーブルは、分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる励起エネルギーを生成する際の消費電力と、開始波長との関係を、信号光の変調多値度および波長数ごとに記憶している。

また、光増幅媒体に入力する分波多重信号光の入力光パワーと、光増幅媒体から出力される増幅分波多重信号光の出力光パワーを測定し、入力光パワーと出力光パワーから、光増幅媒体の利得である測定利得値を算出することとしてもよい。そして、この測定利得値が、複数の信号光のうち光増幅媒体の利得が最小である波長の信号光に要求される光信号対雑音比を充足するために必要な利得値となるように励起エネルギーを生成する構成とすることができる。

さらに、波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を取得することとしてもよい。この場合、この多重信号光情報に基づいて、最適開始波長および最適波長数を算出する構成とすることができる。

以上説明したように、本実施形態による光増幅装置１００、１０１および光増幅方法によれば、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８に、本実施形態による光伝送システム１０００の構成を示す。光伝送システム１０００は、光中継装置１１００およびネットワーク管理装置１２００を有する。具体的には図８に示すように、光伝送システム１０００は、第１の端局１００１と第２の端局１００２を結ぶ伝送用光ファイバ１００３に挿入される光中継装置１１００を備え、ネットワーク管理装置１２００によって制御される。

光中継装置１１００は、第１の実施形態による光増幅装置１００（１０１）を備える。光増幅装置１００（１０１）は、伝送用光ファイバ１００３を伝播する光信号を増幅する。

ネットワーク管理装置１２００は、第１の端局１００１から送信される波長多重信号光の各波長帯における変調多値度を決定する。そしてネットワーク管理装置１２００は、変調多値度ごとに多重信号光情報を生成し、変調多値度ごとの多重信号光情報を光中継装置１１００が備える光増幅装置に通知する。ここで、多重信号光情報には、波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とが含まれる。

このとき、ネットワーク管理装置１２００は、波長多重信号光を構成する複数の信号光を、変調多値度が同一の信号光が同一の波長帯域に含まれるように管理する。そして、ネットワーク管理装置１２００は、変調多値度が同一の信号光を同一の波長帯域で送信するように第１の端局１００１を制御する。

また、ネットワーク管理装置１２００は、光増幅装置が備える光増幅媒体の利得が大きい波長帯域に変調多値度が大きい信号光を、光増幅媒体の利得が小さい波長帯域に変調多値度が小さい信号光を割り当てる構成とすることができる。

なお、光伝送システム１０００においては一般的に、一本の伝送用光ファイバ１００３に複数個の光中継装置１１００が挿入される。この場合、複数の光中継装置１１００がそれぞれ備える光増幅装置の波長分波部および波長合波部の合分波比は、複数の光中継装置１１００において同一である構成とすることができる。これに限らず、波長分波部および波長合波部の合分波比は、複数の光中継装置１１００において互いに異なる構成としてもよい。

上述したように、本実施形態による光伝送システム１０００の光中継装置１１００は、第１の実施形態による光増幅装置１００（１０１）を備える。ここで光増幅装置１００（１０１）は、複数の励起エネルギー供給部１４０の消費電力の総和が最小となる最適開始波長および最適波長数で、波長多重信号光を複数の波長帯に分波し、複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅する構成としている。そのため、本実施形態の光伝送システム１０００によれば、光増幅器を用いて波長多重信号光を増幅する場合において、供給電力資源の利用効率を向上させつつ、信号利得の波長依存性を低減することができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、前記波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を出力する波長分波手段と、前記複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ出力する複数の光増幅媒体と、前記増幅分波多重信号光を合波して出力する波長合波手段と、前記複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給する複数の励起エネルギー供給手段と、制御手段、とを有し、前記制御手段は、前記波長帯の始点となる開始波長、および前記波長帯に含まれる前記信号光の個数である波長数が、前記複数の励起エネルギー供給手段の消費電力の総和が最小となる場合における前記開始波長および前記波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、前記波長分波手段および前記波長合波手段を制御する波長合分波制御手段を備える光増幅装置。

（付記２）前記制御手段は、前記分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる前記励起エネルギー供給手段の消費電力と、前記開始波長との関係を、前記信号光の変調多値度および前記波長数ごとに記憶しているルックアップテーブルと、前記ルックアップテーブルを参照して、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出する最小電力算出手段、とを備える付記１に記載した光増幅装置。

（付記３）前記光増幅媒体に入力する前記分波多重信号光の入力光パワーと、前記光増幅媒体から出力される前記増幅分波多重信号光の出力光パワーを測定し、前記入力光パワーと前記出力光パワーから、前記光増幅媒体の利得である測定利得値を算出する利得モニタ手段をさらに有し、前記制御手段は、励起エネルギー制御手段を備え、前記励起エネルギー制御手段は、前記測定利得値が、前記複数の信号光のうち前記光増幅媒体の利得が最小である波長の信号光に要求される光信号対雑音比を充足するために必要な利得値となるように励起エネルギー供給手段を制御する付記２に記載した光増幅装置。

（付記４）前記波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、前記複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、前記複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を取得し、前記多重信号光情報を前記制御手段に通知する情報取得手段をさらに有し、前記制御手段は、前記多重信号光情報に基づいて、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出する付記１から３のいずれか一項に記載した光増幅装置。

（付記５）前記複数の光増幅媒体はそれぞれ、シングルコア光ファイバを備え、前記シングルコア光ファイバはコア部に希土類元素を含む付記１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置。

（付記６）前記複数の光増幅媒体は、複数のコア部に希土類元素をそれぞれ添加したマルチコア光ファイバを備える付記１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置。

（付記７）付記１から６のいずれか一項に記載した光増幅装置を備えた光中継装置と、ネットワーク管理装置、とを有し、前記ネットワーク管理装置は、前記波長多重信号光を構成する前記複数の信号光を、変調多値度が同一の前記信号光が同一の波長帯域に含まれるように管理する光伝送システム。

（付記８）前記ネットワーク管理装置は、前記光増幅媒体の利得が大きい波長帯域に前記変調多値度が大きい信号光を、前記光増幅媒体の利得が小さい波長帯域に前記変調多値度が小さい信号光を割り当てる付記７に記載した光伝送システム。

（付記９）前記ネットワーク管理装置は、前記波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、前記複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、前記複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を、前記変調多値度ごとに生成し、前記変調多値度ごとの前記多重信号光情報を前記光増幅装置に通知する付記７または８に記載した光伝送システム。

（付記１０）波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、前記波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を生成し、前記複数の分波多重信号光を複数の光増幅媒体によってそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ生成し、前記増幅分波多重信号光を合波し、前記複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給し、前記複数の波長帯に分波する際に、前記波長帯の始点となる開始波長、および前記波長帯に含まれる前記信号光の個数である波長数が、前記励起エネルギーを生成する際の消費電力の総和が最小となる場合における前記開始波長および前記波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、前記複数の波長帯に分波する光増幅方法。

（付記１１）前記複数の波長帯に分波する際に、ルックアップテーブルを参照して、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出し、前記ルックアップテーブルは、前記分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる前記励起エネルギーを生成する際の消費電力と、前記開始波長との関係を、前記信号光の変調多値度および前記波長数ごとに記憶している付記１０に記載した光増幅方法。

（付記１２）前記光増幅媒体に入力する前記分波多重信号光の入力光パワーと、前記光増幅媒体から出力される前記増幅分波多重信号光の出力光パワーを測定し、前記入力光パワーと前記出力光パワーから、前記光増幅媒体の利得である測定利得値を算出し、前記測定利得値が、前記複数の信号光のうち前記光増幅媒体の利得が最小である波長の信号光に要求される光信号対雑音比を充足するために必要な利得値となるように前記励起エネルギーを生成する付記１１に記載した光増幅方法。

（付記１３）前記波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、前記複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、前記複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を取得し、前記多重信号光情報に基づいて、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出する付記１０から１２のいずれか一項に記載した光増幅方法。

（付記１４）前記波長分波手段および前記波長合波手段はそれぞれ、波長選択スイッチおよびアレイ導波路回折格子のいずれかであり、前記励起エネルギー供給手段は、半導体レーザを備える付記１から６のいずれか一項に記載した光増幅装置。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００、１０１ 光増幅装置
１１０ 波長分波部
１１１ 入力ポート
１２０ 光増幅媒体
１２１ マルチコア・エルビウム添加光ファイバ
１３０ 波長合波部
１３１ 出力ポート
１４０ 励起エネルギー供給部
１５０ 制御部
１５１ 波長合分波制御部
１５２ ルックアップテーブル
１５３ 最小電力算出部
１５４ 励起エネルギー制御部
１６０ シングルモード光ファイバ
１７０ 情報取得部
１８０ マルチコア光ファイバ
１８１ ファンアウト
１８２ ファンイン
１０００ 光伝送システム
１００１ 第１の端局
１００２ 第２の端局
１００３ 伝送用光ファイバ
１１００ 光中継装置
１２００ ネットワーク管理装置
１０ 関連する光増幅器

Claims (10)

1. 波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、前記波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を出力する波長分波手段と、
   前記複数の分波多重信号光をそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ出力する複数の光増幅媒体と、
   前記増幅分波多重信号光を合波して出力する波長合波手段と、
   前記複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給する複数の励起エネルギー供給手段と、
   制御手段、とを有し、
   前記制御手段は、前記波長帯の始点となる開始波長、および前記波長帯に含まれる前記信号光の個数である波長数が、前記複数の励起エネルギー供給手段の消費電力の総和が最小となる場合における前記開始波長および前記波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、前記波長分波手段および前記波長合波手段を制御する波長合分波制御手段を備える
   光増幅装置。
2. 前記制御手段は、
   前記分波多重信号光を、要求される光信号対雑音比を充足して増幅する際に必要となる前記励起エネルギー供給手段の消費電力と、前記開始波長との関係を、前記信号光の変調多値度および前記波長数ごとに記憶しているルックアップテーブルと、
   前記ルックアップテーブルを参照して、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出する最小電力算出手段、とを備える
   請求項１に記載した光増幅装置。
3. 前記光増幅媒体に入力する前記分波多重信号光の入力光パワーと、前記光増幅媒体から出力される前記増幅分波多重信号光の出力光パワーを測定し、前記入力光パワーと前記出力光パワーから、前記光増幅媒体の利得である測定利得値を算出する利得モニタ手段をさらに有し、
   前記制御手段は、励起エネルギー制御手段を備え、
   前記励起エネルギー制御手段は、前記測定利得値が、前記複数の信号光のうち前記光増幅媒体の利得が最小である波長の信号光に要求される光信号対雑音比を充足するために必要な利得値となるように励起エネルギー供給手段を制御する
   請求項２に記載した光増幅装置。
4. 前記波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、前記複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、前記複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を取得し、前記多重信号光情報を前記制御手段に通知する情報取得手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記多重信号光情報に基づいて、前記最適開始波長および前記最適波長数を算出する
   請求項１から３のいずれか一項に記載した光増幅装置。
5. 前記複数の光増幅媒体はそれぞれ、シングルコア光ファイバを備え、前記シングルコア光ファイバはコア部に希土類元素を含む
   請求項１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置。
6. 前記複数の光増幅媒体は、複数のコア部に希土類元素をそれぞれ添加したマルチコア光ファイバを備える
   請求項１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載した光増幅装置を備えた光中継装置と、
   ネットワーク管理装置、とを有し、
   前記ネットワーク管理装置は、前記波長多重信号光を構成する前記複数の信号光を、変調多値度が同一の前記信号光が同一の波長帯域に含まれるように管理する
   光伝送システム。
8. 前記ネットワーク管理装置は、前記光増幅媒体の利得が大きい波長帯域に前記変調多値度が大きい信号光を、前記光増幅媒体の利得が小さい波長帯域に前記変調多値度が小さい信号光を割り当てる
   請求項７に記載した光伝送システム。
9. 前記ネットワーク管理装置は、前記波長多重信号光の波長帯域の始点となる多重信号光開始波長と、前記複数の信号光の波長の個数である多重信号光波長数と、前記複数の信号光のそれぞれに対して要求される光信号対雑音比とを含む多重信号光情報を、前記変調多値度ごとに生成し、前記変調多値度ごとの前記多重信号光情報を前記光増幅装置に通知する
   請求項７または８に記載した光伝送システム。
10. 波長が異なる複数の信号光を含む波長多重信号光を受け付け、前記波長多重信号光を複数の波長帯に分波して複数の分波多重信号光を生成し、
    前記複数の分波多重信号光を複数の光増幅媒体によってそれぞれ増幅して増幅分波多重信号光をそれぞれ生成し、
    前記増幅分波多重信号光を合波し、
    前記複数の光増幅媒体に励起エネルギーをそれぞれ供給し、
    前記複数の波長帯に分波する際に、前記波長帯の始点となる開始波長、および前記波長帯に含まれる前記信号光の個数である波長数が、前記励起エネルギーを生成する際の消費電力の総和が最小となる場合における前記開始波長および前記波長数である最適開始波長および最適波長数となるように、前記複数の波長帯に分波する
    光増幅方法。

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