JP3540217B2

JP3540217B2 - 波長分割多重化システムにおける光学伝送信号の光学パワーを制御する方法及び装置

Info

Publication number: JP3540217B2
Application number: JP28983799A
Authority: JP
Inventors: ベネジクトイーアハートジョゼフモーラーローサー; タイクマンベーンドゥ
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: DE69801663D1; EP0994583B1; US6580539B1; JP2000124859A; EP0994583A1; DE69801663T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学伝送に関し、特に、波長分割多重化光学伝送システムにおける、光学伝送信号の光学パワーを制御する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重化（ＷＤＭ）は、光ファイバ伝送システムの容量を増加させる手段として導入されている。ＷＤＭシステムにおいては、個々の光ファイバは、異なる波長を有する複数の光学信号を搬送している。これらの光学信号を長距離にわたって伝送する場合には、光学信号を周期的に再生する必要がある。現在この再生は、波長を分離しそして光学信号を対応する電気信号に変換し、そして光学信号に再度変換し直すことにより行うか、あるいは光学増幅器（例、Erbium Doped Fibre Amplifiers：ＥＤＦＡ）を用いるかのいずれかで行われている。光学増幅器は、低コストであり光学／電子の再生を行うための波長を分離する必要がなく、すべての使用される波長を増幅できる利点を有する。現在開発中のＷＤＭシステムは、８０チャネル以上を有し、すなわち異なる波長で変調された８０個以上の光学信号を有する（高密度波長分割多重化：Dense Wavelength Division Mulitiplexing：ＤＷＤＭ）。
【０００３】
しかし、ＥＤＦＡを光学伝送信号の再生用に用いた場合には、ＥＤＦＡは、入力パワーの変動に敏感であるために、光学伝送信号の内の１つあるいは複数のチャネルが故障した場合、あるいは光学伝送信号に追加された場合あるいは取り除かれた場合に問題が発生する。このような場合、ＥＤＦＡ内のクロス飽和が、残りのチャネルに対しパワーの変動を引き起こす。そのためこの残ったチャネルが、バーストエラーを受ける。例えば、これらのパワーが光学線形のしきい値を超えてしまう、あるいは、十分なアイ開口を保持するには低すぎるようなエラーをこうむる。
【０００４】
“FAST LINK CONTROL PROTECTION FOR SURVIVING CHANNELS IN MULTIWAVELENGTH OPTICAL NETWORKS”,by J.L.Zyskind et al,著の、第２２回の European Conference on Optical Communication - ECOC'96,Oslo,pages 49 - 52 によれば、光学伝送信号のパワーを制御するために、この光学伝送信号に負荷チャネルを追加することが知られている。制御チャネルの光学パワーを光学伝送信号の全光学パワーを一定となるように制御する、例えば、光学伝送信号のあるチャネルが故障した場合には、制御チャネルの光学パワーを増加させ、光学伝送信号の全光学パワーが一定となるようにする。制御チャネルの光学パワーを変化させるために、制御チャネルを生成するレーザの注入電流を変化させて、レーザを連続波モードで動作させるようにしている。
【０００５】
制御チャネルは、数十のチャネルのパワー変動を補償しなければならないために、制御チャネルの光学パワーは、データチャネルの光学パワーの数倍以上高い。励起ブリリアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering：ＳＢＳ）として知られる線形効果は、制御チャネル用に用いられる非変調の高パワーの光学信号に対し問題を引き起こす。その理由は、光学パワーがしきい値を超えた後では、ファイバに結合される光学パワーはファイバ内で反射されるからである。いわゆるブリリアンしきい値のレベルは、使用されるファイバの材料、ファイバの長さ、光学信号のパワースペクトラル密度に依存する。１５５０ｎｍの波長と２ＭＨｚ以下のパワースペクトラル密度を有する光学信号に対しては、長さが３０ｋｍのファイバに対するブリリアンしきい値Ｐ_Tは、２−１０ｍＷである。制御チャネルのパワーが高くなるにつれて、制御チャネルを構成する光学信号は、多かれ少なかれ反射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、波長分割多重化光学伝送システムにおいて、光学伝送信号の光学パワーを制御する方法と装置を提供することである。さらに、本発明の第２の目的は、従来技術で公知の欠点を回避する光学パワー制御の方法と装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の目的によれば、本発明は、請求項１に記載した特徴を有する。
【０００８】
本発明の第２の目的によれば、本発明の装置は、請求項５に記載した特徴を有する
【０００９】
本発明の利点は、光学伝送信号の光学パワーを拡大パワースペクトラル密度を有する光学信号を有する制御チャネルの補助により、一定レベルに維持することができ、これにより、ＳＢＳの悪影響を回避できることである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、ＷＤＭシステムは、異なる波長λ₁．．．λ_nの光ソース（例えば、レーザ）を有し、この光は、信号Ｓ₁．．．Ｓ_nにより変調され、異なる光学チャネルを構成する。これらの異なる光学チャネルは、波長分割マルチプレクサ１により組み合わされて（図１の構成ではカプラ２をさらに介して）、光学伝送信号ＯＳを形成する。このＷＤＭシステムはさらに、例えばＥＤＦＡのような光学増幅器４を有し、この光学増幅器４が、例えば光ファイバである伝送パス５を介して伝送するために、光学伝送信号ＯＳを増幅する。
【００１１】
このＷＤＭシステムには、伝送信号ＯＳの光学パワーを制御する装置が組み込まれ、この装置は、カプラ２と制御手段３と例えばレーザのような光ソースλ_xを有し、この光ソースλ_xは、ＷＤＭの光学チャネルに使用される波長とは異なる波長の光を放射する。カプラ２は、光学伝送信号ＯＳのエネルギーの少量を結合して、一定のエネルギーレベルに制御維持する。このカプラ２は、例えば光ファイバＯにより制御手段３に接続される。この制御手段３は、光学伝送信号ＯＳの光学パワーの変動を検出し、この検出された変動に応答して、電気的結合Ｃを介して光りソースλ_xを制御する。この制御方法は、光ソースλ_xの光学パワーが、光学伝送信号ＯＳの光学パワーの検出された変動を補償するよう行われる。光ソースλ_xの出力Ｐは、光ファイバにより波長分割マルチプレクサ１に接続され、光ソースλ_xの光学制御信号を、光学伝送信号ＯＳに追加する。
【００１２】
本発明の背景は、光ソースλ_Ｘにより生成された出力点Ｐでの光学制御信号は、ＳＢＳに起因して、伝送パス５のファイバ内で反射されてはならないことである。このために、ＳＢＳの表すしきい値は、反射を回避するよう増加させなければならない。光学信号の反射は、ファイバ内の光子の振動に起因する散乱により引き起こされる。ファイバ内の相互作用に起因して、光子は、それが熱振動で崩壊するまでの平均寿命を有する。光子の平均寿命がバンド幅Ｂに等しく、未変調光学キャリア信号のＳＢＳしきい値がＰ_SBSである場合には、変調光学信号のスペクトラムパワー密度は、ＳＢＳを回避するためには、Ｐ＝Ｐ_SBS／Ｂ以下でなければならない。そのため本発明によれば、制御チャネルＰの光学パワーは、光学制御信号を生成するために用いられるレーザの出力パワーの損失を生じさせることなく、幅広い周波数範囲にわたって拡散される。これは、光学信号の位相変調により行われる。その理由は、位相変調は、平均出力パワーを減衰することなく、変調光学キャリア信号のスペクトラムを広くするからである。図３、４は、光学キャリア信号の位相変調を行う、容易かつ低価格の方法の技術的背景を示す。
【００１３】
図３は、レーザ、例えば半導体レーザダイオードの出力パワーＰが、光ファイバ内に放射される量と、レーザへの注入電流Ｃとの関係を表すグラフである。第１領域ＬＥＤ内では、半導体レーザダイオードは、光放射ダイオードとして機能する。活性媒体の増幅は、レーザモードを達成するには不十分である。放射された出力パワーＰは、注入電流Ｃに比例し、光学パワーは等方的に放射される。すなわち、放射された全光学パワーのわずかな部分がファイバに結合されだけである。第２領域であるレーザ内（注入電流がしきい値Ｃ_Tを超えた後）では、半導体レーザダイオードはレーザとして機能する。放射された光学パワーは、励起放射により集光され、その大部分は光ファイバ内に結合され、わずかな結合損失があるだけである。
【００１４】
図４は、半導体レーザダイオードに注入される電流Ｃと時間との関係を表すグラフである。注入電流Ｃが図に示される２つのレベルで切り替えられ、一方のレベルはしきい値Ｃ_T以下である場合には、半導体レーザダイオードは、周期Ｔ_IIではレーザとして機能し、周期Ｔ_I内では、発光ダイオードとして機能する。レーザモードが周期Ｔ_I内で崩壊すると、周期Ｔ_IIが開始するごとに、再度設定される。何らかの措置が取られない場合には、新たに設定されたレーザモードで放射された光の位相は、前のレーザモードの位相とは関連のない位相である。このようにして放射された光は、注入電流の関数に従って位相変調され、後続のレーザモードの光の位相差は２πにわたって等しく消失する。レーザモードを崩壊させるのに必要な周期Ｔ_Iは、非常に短い。そのため、半導体レーザダイオードにより放射される光学信号のパワーレベルは、変調によりほとんど影響されない。
【００１５】
図２は、図１の制御手段３の一実施例を表すブロック図である。制御手段３は、例えば光ダイオードである光−電気変換器３１とループフィルタ３２とアナログ／デジタル変換器３３とマイクロコンピュータ３４と電流ソース３５とを有する。ポイントＯでは、光伝送信号ＯＳのエネルギーの一部が光−電気変換器３１に結合され、この光−電気変換器３１が光伝送信号ＯＳを電気信号に変換し、この電気信号をループフィルタ３２に供給している。ループフィルタ３２の出力は、アナログ／デジタル変換器３３に接続され、このアナログ／デジタル変換器３３が光伝送信号ＯＳのパワーレベルを表す二進数をマイクロコンピュータ３４に与える。光伝送信号ＯＳのパワーの変動がある場合には、マイクロコンピュータ３４は、アナログ／デジタル変換器３３の入力を制御する。マイクロコンピュータ３４がこの変動を検出すると、光ソースλ_x（すなわち半導体レーザダイオード）を制御する電気制御信号Ｃとして用いられる電流が、マイクロコンピュータ３４により検出された変動に応じて調整される。光ソースλ_xにより生成された、光学制御信号Ｐを位相変調するために、マイクロコンピュータ３４は、２つの電流レベル（すなわち一方の電流レベルはしきい値Ｃ_T以下であり）の間で電流ソース３５を切り替え、これにより他方の電流レベルが、検出されたパワー変動をそれに応じて調整する。
【００１６】
図２で説明したデジタル制御ループを用いる代わりに、アナログ制御ループを用いることも可能である。アナログ制御ループは、アナログ／デジタル変換器を必要としないために、ループ時間は短くなる。
【００１７】
図１に示すように、追加／ドロップ用のマルチプレクサ６が伝送パス内に存在する場合には、このマルチプレクサ６内で、光学信号すなわちチャネルが追加されたり取り除かれたりして、光学伝送信号ＯＳを形成し、そして本明細書で説明した、別の装置を用いて光学伝送信号ＯＳの光学パワーを制御する。別の装置の構成要素と機能は、上記に説明した構成要素と機能と同一である。点線とダッシュ（’）で示した構成要素は、アポストロフィー以外は同一である。光学伝送信号ＯＳ’の一部Ｏ’がカプラ２’に接続され、カプラ２’と制御手段３’に接続され、これらはさらに光ソースλ_x’に接続され、そしてこの光ソースλ_x’が波長分割多重化用の光学波長分割マルチプレクサ７に接続される。光学波長分割マルチプレクサ７で光学制御信号Ｐ’を追加する代わりに、追加／ドロップ用のマルチプレクサ６の追加入力を用いることもできる。光学伝送信号ＯＳ’を制御した後、光学伝送信号ＯＳ’’がＥＤＦＡ９により再生され、さらに伝送される。
【００１８】
なお、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解のためで、発明を限定的に解釈すべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による波長分割多重化システムの光学パワーを制御する装置の一実施例を表す図。
【図２】図１に示された、波長分割多重化システムの光学伝送信号の光学パワーを制御する手段を表す図。
【図３】レーザが放射する光学パワーと、レーザ内に注入される電流との関係を表すグラフ。
【図４】本発明による、レーザに注入される電流と、時間の関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１波長分割マルチプレクサ
２カプラ
３制御手段
４光学増幅器
５伝送パス
６マルチプレクサ
７光学波長分割マルチプレクサ
９ＥＤＦＡ
３１光−電気変換器
３２ループフィルタ
３３アナログ／デジタル変換器
３４マイクロコンピュータ
３５電流ソース

Claims

波長分割多重化システムにおける光学伝送信号の光学パワーを制御する方法において、
（Ａ）光学伝送信号の光学パワーの変動を補償するために、可変の光学パワーを有する、光学制御信号を追加するステップと、
（Ｂ）半導体レーザダイオードに供給される電流を変調することで前記光学制御信号を位相変調することにより、前記光学制御信号の関連パワースペクトラム密度を拡散するステップとを有し、前記電流の変調は、前記電流を第１レベルと第２レベルとの間で切り替えることにより行い、前記第１レベルは前記半導体レーザダイオードのレーザモード動作のためのしきい値以下であり、前記第２レベルは前記光学伝送信号の光学パワーの前記変動に従って調整される、波長分割多重化システムにおける光学伝送信号の光学パワーを制御する方法。
波長分割多重化システムにおける光学伝送信号の光学パワーを制御する装置において、
可変の光学パワーを有する光学制御信号（Ｐ；Ｐ’）を生成する、半導体レーザダイオードにより構成された光ソース手段（λ_Ｘ；λ’_Ｘ）と、
前記光学伝送信号（ＯＳ；ＯＳ'）の光学パワーの変動を検出し、検出された前記変動に応答して、前記光ソース手段（λ _Ｘ；λ’ _Ｘ）を制御して前記光学制御信号（Ｐ；Ｐ’）の光学パワーを変化させる制御手段（３；３’）と、
前記光学伝送信号（ＯＳ；ＯＳ’）の光学パワーの変動を補償するために、前記光学伝送信号（ＯＳ；ＯＳ’）に前記光学制御信号（Ｐ；Ｐ’）を追加する追加手段（１；７，６）と、
前記光学制御信号（Ｐ；Ｐ’）の関連パワースペクトラム密度を拡散する手段とを有し、前記拡散する手段は、前記光学制御信号（Ｐ；Ｐ ' ）を位相変調する位相変調手段（３４、３５）を含み、前記位相変調は、前記半導体レーザダイオードに供給される電流（Ｃ）を２つのレベルの間で切り替えることで前記電流（Ｃ）を変調することにより行われ、前記電流（Ｃ）の前記２つのレベルのうちの第１のレベルは、前記半導体レーザダイオードのレーザモード動作のためのしきい値（ C _T ）以下であり、第２レベルは、前記制御手段（３；３ ' ）により検出された、前記光学伝送信号（ＯＳ；ＯＳ ' ）の光学パワーの前記変動に応じて調整される、波長分割多重化システムにおける光学伝送信号の光学パワーを制御する装置。
前記制御手段（３；３’）は、前記光学制御信号（Ｐ；Ｐ’）の関連パワースペクトラム密度を拡散する前記手段を含む請求項２記載の装置。