JP3769359B2 - 波長多重光増幅伝送システム及び光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光信号が、光増幅器によって中継、伝送される波長多重光増幅伝送システムと、そのような波長多重光増幅伝送システムで用いられる光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を用いた通信システムの１つに、波長の異なる複数の光信号が多重化されて伝送されるシステムであって、光信号の中継が光増幅器を用いて行われるシステム（以下、波長多重光増幅伝送システムと表記する）がある。
【０００３】
波長多重光増幅伝送システムを構築する際、光受信端局は、レベルが所定範囲にある光信号のみを、通信情報として取り扱うように構成される（任意のレベルの信号が通信情報として認識されるように光受信端局を構成することは出来ない）。このため、光受信端局に入力される光信号（伝送系から出力される光信号）には、そのレベルが所定範囲内になければならないという条件が課せられる。そして、伝送系から出力される光信号のレベルは、その光信号の、伝送系に入力された時点でのレベルとその光信号に対する伝送系の利得によって定まるので、結局、波長多重光増幅伝送システムに用いる伝送系は、利得が波長に依存しないものであることが望まれることになる。
【０００４】
しかしながら、エルビウムドープファイバアンプ（Erbium-doped Fiber Amplifier：EDFA）に代表される伝送系を構成するために使用されている光増幅器は、図８に示したように、利得が波長に応じて変化する利得波長特性を持つ。従って、光増幅器と光ファイバだけで伝送系が構成されていた場合、その伝送系も、利得が波長に応じて変化する利得波長特性を示すことになる。また、その利得波長特性は、伝送系に設けられる光増幅器の数が多いほど、利得の波長依存性が高いものとなる。
【０００５】
このため、光増幅器と光ファイバだけで構成された伝送系を備えた波長多重光増幅伝送システムは、多重化できる光信号数が少ない（信号波長帯域が狭い）、信号波長帯域を狭くすることなく伝送距離を伸ばせない、等の問題を持つシステムとなっていた。
【０００６】
伝送系の利得が波長に依存するために生ずる、このような問題を解消するために、波長多重光増幅伝送システムでは、光フィルタの一種である利得等化器を伝送系内に挿入することによって、伝送系（光増幅器）の利得が波長に依存しないようにすること（利得等化）が行われている。すなわち、伝送系が持つ利得波長特性と同形状の損失波長特性を有する利得等化器を伝送系に挿入することによって伝送系の利得を一定することが行われている。
【０００７】
以下、利得等化器に要求される特性、従来の利得等化器の構成方法（設計方法）を具体的に説明する。
図９に、利得等化器が用いられた波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、利得等化は、通常、複数（一般的には、５〜１０）の光増幅器３１を含む区間毎に１個の利得等化器３２を設けることによって行われる。すなわち、各利得等化器は、対応する区間内に含まれる光増幅器３１と光ファイバとを、利得等化器３２を介さずに接続することによって得られる構成（以下、等化対象部と表記する）の利得波長特性と、形状が一致する（相対値が等しい）波長領域を有する損失波長特性を持つように設計、製造される。
【０００８】
利得等化器を備える波長多重光増幅伝送システムでは、上記波長領域が信号波長帯域として使用されることになるので、当然、利得等化器は、等化対象部の利得波長特性と、広い波長範囲で形状が一致する損失波長特性を持つように設計される必要がある。しかしながら、形状が一致する波長範囲の幅が同じであっても、その位置が異なる場合、利得等化後の光信号のレベルが異なることになる。例えば、等化対象部の利得波長特性と利得等化器の損失波長特性との対応関係が、図１０（ａ）に示したものである場合、利得等化後の光信号は、形状が一致している波長範囲の下限における利得Ｇａに応じたレベルを有することになる。これに対して、等化対象部の利得波長特性と利得等化器の損失波長特性との対応関係が、図１０（ｂ）に示したものである場合、信号波長帯域として使用できる波長範囲の幅は、図１０（ａ）に示した場合と同じになるが、利得等化後の光信号は、利得Ｇａよりも大きな利得Ｇｂに応じたレベルを有することになる。
【０００９】
利得等化後の光信号のレベルは、中継距離を定めるパラメータの１つであるので、高い方が好ましい。すなわち、等化器損失△Ｌｍａｘは小さい方が望ましい。また、利得等化後の光信号のレベルが同じである場合には、信号波長帯域として使用できる波長範囲が広い方が良いことも当然である。このため、利得等化器には、等化対象部の利得がある値以上の波長範囲全域において、利得波長特性と形状が一致する損失波長特性を持つものことが望まれる。
【００１０】
なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示したような、目的とする利得波長特性に対して、損失が“０”となる波長まで形状が等しい損失波長特性を持つ利得等化器が製造されることはない。実際の利得等化器の損失波長特性は、図１１に示したように、損失がある値（Ｌ0；過剰損失と呼ばれる）以上となる部分でのみ、目的とする利得波長特性に形状（相対値）が一致することになる。すなわち、利得等化後の光信号のレベルは、実際には、信号波長帯域の下限波長における利得Ｇａではなく、それより過剰損失Ｌ0分小さい利得Ｇａ′に応じたレベルを有することになる。このため、利得等化器には、この過剰損失ができるだけ小さいことも望まれる。
【００１１】
以下、従来の、利得等化器の製造（設計）方法を説明する。さて、通常の光フィルタ（精度良く作製でき、信頼性が保証されている光フィルタ：例えば、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダフィルタ）は、対称性が高い利得波長特性を持っている。このため、１個の光フィルタで利得等化器を構成した場合、等化対象部（光増幅器）が持つ非対称な利得波長特性を広い波長範囲で補償することはできず、図１１に示してあるような状況が発生していた。
【００１２】
そこで、目的とする利得波長特性により近い形状の損失波長特性を持つ利得等化器を得るために、従来より、周期性を有する損失波長特性を持つ光フィルタを複数個組み合わせるといったことが行われている。
【００１３】
例えば、"First Optoelectrics and Communications Conference Tecnical Digest, July 1996, Makuhari Messe"の第４頁から記載されている技術では、図１２に示したように、FSR(隣接する２つの損失最大波長の差)が、それぞれ、６ｎｍ、２５ｎｍである２つのマッハツェンダフィルタを組み合わせることによって利得等化器を形成している。また、"ELECTRONISC LETTERS 9th June 1994 Vol.30 No 12"のp.982〜983、特開平４−１４７１１４号公報にも、複数のマッハチェンダフィルタを組み合わせて利得等化器を形成している技術が開示されている。
【００１４】
さらに、1996年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会予稿集の第５７８頁には、等化対象であるＥＤＦＡの利得波長特性をフーリエ変換により周期の異なる２つの正弦波に展開し、それら２つの正弦波に応じた損失波長特性を持つ２つのエタロンフィルタを組み合わせることによって利得等化器を形成している技術が開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
周知のように、任意の形状の関数は、周期性を有する幾つかの関数の和によって表し得る。従って、従来のように、周期性を示す損失波長特性を持つ光フィルタを組み合わせれば、どのような形状の損失波長特性を持つ利得等化器をも製造することができる。しかしながら、組み合わされるべき光フィルタの数を増やす程、一般には、過剰損失が大きくなってしまう。このため、従来のような、周期性を示す損失波長特性を有する光フィルタを組み合わせて形成された利得等化器を用いて等化が行える波長範囲（すなわち、信号波長帯域）は、せいぜい、１５ｎｍ程度であった。
【００１６】
そこで、本発明の課題は、従来よりも、広い信号波長帯域を有し、かつ、製造が容易な波長多重光増幅伝送システムを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、そのような波長多重光増幅伝送システムを実現できる光増幅器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、複数の光増幅器と複数の光フィルタとそれらを縦列接続する伝送路と、前記伝送路を介して前記送信局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局とを備える波長多重光増幅伝送システムを構成するに際して、複数の光増幅器として、前記複数の光信号の全ての波長が含まれる波長範囲に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用いる。また、前記複数の光フィルタのそれぞれとして、該波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有するものを用いるとともに、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記複数の光増幅器の利得波長特性とが該波長範囲において相対的に値が一致するようにしておく。
【００１８】
このような構成を採用すれば、良好な利得等化が行える損失波長特性の組み合わせ、すなわち、過剰損失が少ない状態で広い波長範囲にわたり利得等化が行える光フィルタの組み合わせを容易に見い出すことが出来ることになるので、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、従来よりも、簡単に実現できる。
【００１９】
本発明の第２の態様では、波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、複数の光増幅器と複数の利得等化器とそれらを縦列接続する伝送路と、該伝送路を介して前記光送信端局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局を備える波長多重光増幅伝送システムを実現するに際して、複数の光増幅器として、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用いる。また、前記複数の利得等化器のそれぞれは、前記複数の光増幅器のなかの所定数の光増幅器で構成されるブロックの利得等化を行うものとされる。また、各利得等化器は、それぞれ、該波長範囲内に損失最大波長特性を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する複数の光フィルタであって、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記ブロックの利得波長特性とが該波長範囲において相対的に一致している複数の光フィルタを組み合わせて構成する。
【００２０】
すなわち、本発明の第２の態様では、ブロックごとに利得等化が行われるように、波長多重光増幅伝送システムを構成する。この構成を採用すれば、大量の光増幅器を含む伝送系を備えた、優れた性能を有する波長多重光増幅伝送システムを、容易に製造できることになる。
【００２１】
また、本発明では、波長多重光増幅伝送システムを構築するのに使用される、波長多重された複数の光信号を増幅する光増幅器を、
前記光増幅器の光増幅部として、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用い、前記光増幅器の利得等化部として、それぞれ、該波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する複数の光フィルタであって、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記光増幅部の利得波長特性とが該波長範囲において相対的に一致している光フィルタを組み合わせたものを用いる。
【００２２】
このような構成を採用すれば、良好な利得等化が行える損失波長特性の組み合わせ、すなわち、過剰損失が少ない状態で広い波長範囲にわたり利得等化が行える光フィルタの組み合わせを容易に見い出すことが出来るので、広い波長範囲の利得等化が行える光増幅器を実現でき、その結果として、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、従来よりも、簡単に実現できることになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態による波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムは、光送信端局１１と光受信端局１２と伝送系１３とを備える。
【００２４】
光送信端局１１は、それぞれ、チャネル１〜Ｎに対応づけられたＮ個の光送信機１５を含む。各光送信器１５は、対応するチャネル用に割り当てられた波長の、同レベルの光信号を出力する。その結果、光送信端局１１からは、図２に示したように、各送信機１５から出力された光信号を多重化した信号光が出力される。
【００２５】
図１に示したように、光受信端局１２は、チャネル１〜Ｎ用の光信号を受信するためのＮ個の光受信機１６を含む。
また、伝送系１３は、複数の光増幅器２１と複数の等化器２２とそれらの間を接続する伝送路（光ファイバ）から構成される。光増幅器２１としては、等化器２２を除いた伝送系１３の構成要素を縦列接続した構造（等化対象部と表記する）の利得波長特性を、信号波長帯域内に利得が最大となる利得最大波長があり、かつ、信号波長帯域を含む第１波長範囲において利得最大波長からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、利得最大波長を軸とした対称性が、従来の利得等化器の等化対象部よりも悪い利得波長特性とすることが出来る利得波長特性を持つものが使用される。
【００２６】
なお、信号波長帯域内に利得が最大となる利得最大波長があり、かつ、信号波長帯域を含む第１波長範囲において利得最大波長からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性とは、第１波長範囲の下限波長から利得最大波長までは利得が単調に増加し、利得最大波長において利得が最大となり、その後、信号波長帯域の上限波長までは利得が単調に減少する利得波長特性を意味する。以下、説明の便宜上、同じ利得波長特性を、第１波長範囲内で単峰性を示す利得波長特性とも表記する。
【００２７】
等化対象部に、上記のような利得波長特性（第１波長範囲内で単峰性を示し、対称性が悪い利得波長特性）を持たせることは、例えば、１５５８ｎｍ近傍に利得ピークを有するＥＤＦＡを各光増幅器２１として用いることによって実現できる。ＥＤＦＡの利得波長特性は、ＥＤＦ長、ドーパントの種類、ドーパント濃度、励起パワー、利得、ＥＤＦＡの動作状態などに依存するため、１５５８ｎｍ近傍に利得ピークを有するＥＤＦＡは、これらを調整することによって実現することができる。
【００２８】
等化器２２は、それぞれ、幾つかの（少なくとも１つの）光フィルタから構成される。各光フィルタとしては、第２波長範囲内に損失が最大となる損失最大波長があり、かつ、第２波長範囲において損失最大波長からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する光フィルタが用いられる。換言すれば、少なくとも上記第２波長範囲における損失波長特性には周期性が認められない光フィルタ（第２波長範囲内で損失波長特性が単峰性を示す光フィルタ）が用いられる。
【００２９】
そのような光フィルタとしては、さまざまなものがあるが、信頼性、製造精度から考えると、誘電体多層膜光フィルタ、エタロンフィルタを用いることが望ましい。
【００３０】
なお、第２波長範囲は、等化対象部が単峰性を示す範囲である第１波長範囲内に含まれる範囲であり、等化対象部の利得が等しくなる２波長によってその上限波長と下限波長が定められる。より具体的には、利得等化のために許容する損失に基づき、この第２波長範囲を定めるために用いる等化対象部の利得を決定し、その後、第２波長範囲が定められる。
【００３１】
伝送系１３を構成するために用いられる光フィルタの数、各光フィルタの損失波長特性は、損失波長特性が第２波長範囲内で単峰性を示す光フィルタを用いるといった条件下、各光フィルタの損失波長特性の加算結果と等化対象部の利得波長特性とが、第２波長範囲内において相対的な値が一致するように、定められる。
【００３２】
このような手順で、定められたデータ（光フィルタの数、各光フィルタの損失波長特性）に基づき製造された複数の光フィルタを、複数の伝送路上に分散して配置することによって、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムは構築される。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図３に、本発明の第２実施形態による波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムは、光送信端局１１と光受信端局１２と伝送系１４を備える。光送信端局１１、光受信端局１２は、それぞれ、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムが備えている光送信端局１１、光受信端局１２と同じものである。
【００３４】
伝送系１４は、複数の光増幅器２１とＭ個の利得等化器２４と複数の伝送路から構成される。また、Ｍ個の利得等化器２４は、それぞれ、複数の光フィルタ２５から構成される。
【００３５】
第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムでは、伝送系１４が、それぞれ、１個の利得等化器２４とＫ（通常、５〜１０）個の光増幅器２１を含むＭ個のブロック２６に分類されている。
【００３６】
各ブロック２６の構成が異なる伝送系１４を実現する際には、ブロック２６毎に、第１実施形態と同様の手順で、そのブロック２６内の利得等化器２４を構成するために用いる光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性が求められる。すなわち、信号波長帯域とすべきものとして定めた所定波長範囲（第２波長領域）内で損失波長特性が単峰性を示す光フィルタだけを用いるといった条件下、各ブロック２６内の利得等化器２４に使用する光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５に与えるべき損失波長特性が求められる。そして、求めた損失波長特性を持つように製造した光フィルタ２５を組み合わせることによって各ブロック２６用の利得等化器２４が構成され、各利得等化器２４を対応するブロック２６内にに組み込むことによって伝送系１３が構成される。
【００３７】
また、各ブロック２６の構成が等しい伝送系１４を実現する際には、ある１つのブロック２６に対して、利得等化器２４を構成するために用いる光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性が求められ、その結果に基づき、各ブロック２６内に同じ構成の利得等化器２４が組み込まれる。
【００３８】
【実施例】
次に、図３に示した波長多重光増幅伝送システムの実施例についての説明を行う。
【００３９】
実施例の波長多重光増幅伝送システムは、光増幅器２１として、高濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡを用い、７台の光増幅器２１（Ｋ＝７）が各ブロック２６に含まれるようにしたシステムである。
【００４０】
高濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡは、利得ピーク波長がおよそ１５５８ｎｍにある、利得波長特性における利得ピーク波長を軸とした対称性が、一般的に用いられている低濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡのそれよりも悪いＥＤＦＡになっている。このため、各ブロック２６内の利得等化器２２を除く部分（利得等化器２２の等化対象部）の利得波長特性も、図４に示してあるように、利得ピーク波長を軸とした対称性が、従来の利得等化器の等化対象部の損失波長特性（図５）についての対象性よりも悪いものとなっている。
【００４１】
このように、利得等化器２２の等化対象部の利得波長特性を、従来とは異なる形状を有するものに設定した後、利得等化器２２の設計（利得等化器２２に設ける光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性の決定）が行われた。
【００４２】
以下、その手順を詳細に説明する。
現在、知られている光フィルタには、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダフィルタ、導波路型フィルタ、ファイバグレーティングなどがある。等化器２２を構成するための光フィルタ２５には、▲１▼経時変化、温度変化が少ないこと（信頼性が保証されていること）、▲２▼損失波長特性に関して高い製造精度が得られること（設計した損失波長特性を持つように製造できること）、などが要求される。上記した各種光フィルタのうち、▲１▼、▲２▼の条件を満たす光フィルタは、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタであると考えられる。このため、本実施例では、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて利得等化器２４を構成することにした。
【００４３】
誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて構成される利得等化器の損失波長特性は、組み合わせる誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、それぞれの損失波長特性の総和となる。すなわち、利得等化器の損失波長特性を示す関数Ｌｇ(λ)は、次式で表される。
【００４４】
Ｌｇ(λ)＝ΣＬｄ(λ)＋ΣＬｅ(λ) …(1)
Ｌｄ(λ)：誘電体多層膜フィルタの損失波長特性を表す関数
Ｌｅ(λ)：エタロンフィルタの損失波長特性を表す関数
また、エタロンフィルタの損失波長特性を示す関数Ｌｅ(λ)［単位：ｄＢ］は、次式で表せることが知られている。
【００４５】
Ｌｅ(λ)＝10log10［1＋(10(Le/10)−1)cos2{π(λ−λm)/FSR｝］ …(2)
なお、（２）式において、λmeは最大損失波長、Ｌe［ｄＢ］は最大最小損失差、FSR(Free Spectral Range)は、隣接する２つの最大損失波長間の波長差である。また、実施例では、エタロンフィルタを単峰性の帯域阻止光フィルタとして用いているので、FSRの値には、利得等化が行われるべき波長帯域Ｂの幅よりも大きいという制限が課せられている。
【００４６】
そして、誘電体多層膜を用いた帯域阻止光フィルタ（シングルキャビティ型）の損失波長特性を表す関数Ｌｅ(λ)［単位：ｄＢ］は、次式で表される。
Ｌｄ(λ)＝-10log10［1＋(10(-Ld/10)−1)／(１＋４((λmd−λ)/W)2)］…(3)
（３）式において、λmdは最大損失波長、Ｌd［ｄＢ］は最大最小損失差、Ｗは阻止帯域幅を表すパラメータである。
【００４７】
（１）〜（３）式から明らかなように、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて構成される等化器の損失波長特性関数Ｌｇ(λ)は、使用する光フィルタの数に応じた数のパラメータ（両者を１つずつ用いる場合には、λme、Ｌe、FSR、λmd、Ｌd、Ｗの６個）を含む波長λの関数となる。この関数で表される波長λにおける損失と、同じ波長における，利得等化器２４を除いた、ブロック２６内の構成要素（光増幅器、伝送路）の総合的な利得との差が、ある波長範囲内の各λに対して一定値となるように各パラメータの値を決定してやれば、当該波長範囲内の各波長に対する利得の等化が行える利得等化器２２が製造できることになる。このようなパラメータの値の決定は、さまざまな手順によって行えるが、本実施例では、以下に記す手順によって各パラメータの値を定めている。
【００４８】
まず、利得等化器２４を除いた、ブロック２６内の構成要素からなる部分（利得等化対象）の総合的な利得波長特性の実測データを基に、利得等化対象の利得偏差波長特性（図４）を求める。本実施例では、等化器損失を７ｄＢ許容することとし、利得偏差ΔＧ(λ)を、波長λにおける利得から、最大利得より７ｄＢ小さい利得を減じた値としている。すなわち、最大利得より７ｄＢ小さい利得が得られる２波長λｓ、λe（λｓ＜λe）で、利得偏差△Ｇ（λ）が“０”となるようにしている。
【００４９】
次いで、計算機解析を行い、λの値がλｓ〜λeの範囲（図４における波長範囲Ｂ）で、ΔＧ(λ)＋Ｌ0とＬｇ(λ)が同じ（極めて近い）値を取るように、各パラメータの値とＬ0の値を求めた。ここで、Ｌ0は、過剰損失量を示すパラメータであり、波長領域Ｂ内のより広い範囲で、Ｌｇ(λ)をΔＧ(λ)＋Ｌ0に一致させるパラメータを得られるようにするために導入されている。既に説明したように、過剰損失は小さい方が好ましいので、本実施例では、Ｌ0の値を小さくでき、光フィルタ数が少なくて済むパラメータを求めるといった条件で、フィッティングを行っている。
【００５０】
その結果、図６に示してある損失波長特性を有する１つのエタロンフィルタと２つの誘電体多層膜フィルタを用いると、同図に示してあるように、過剰損失が約１ｄＢであり、およそ２０ｎｍの幅の波長範囲の利得を等化できることが分かった。
【００５１】
実施例の波長多重光増幅伝送システムは、このようにして得られた損失波長特性を有する製造された、１つのエタロンフィルタと２つの誘電体多層膜フィルタを、光フィルタ２５として用いて構築されている。
【００５２】
ここで、本実施例のように、等化されるべき部分の利得波長特性を、等化対称波長範囲内で単峰性を示し、かつ、対称性の悪いものとしておくとともに、損失波長特性が等化対象波長範囲内で単峰性を示す光フィルタのみを組み合わせて利得等化器を設計すると、良好な結果が得られる理由を簡単に説明しておく。
【００５３】
図４に示した利得波長特性を有する等化対象部に対する、周期的光フィルタだけを用いた利得等化器を設計する場合を考える。この場合、やり方はいろいろあるが、通常、図７（ａ）に示したような損失波長特性を有する光フィルタ（第１の光フィルタ）が含まれ、他の光フィルタ群によって、第１の光フィルタに不足している損失（補償されずに残った損失；残存損失）が補償されることになる。しかしながら、補償対象である利得波長特性の対称性を悪くしてあるため、残留損失波長特性は、周期的光フィルタによって補償しにくい形状となっている。たとえば、周期的光フィルタを用いて、図７（ａ）に示してある残留損失波長特性を補償しようとした場合、図７（ｂ）に示したように、補償されているのだかどうかが分からない状況も生じうる。実際には、多くの周期的光フィルタの組み合わせにより、利得等化が行える状態が達成できるのであるが、多くの光フィルタを用いたのでは、残留損失が大きくなってしまう。
【００５４】
このように、従来の方法では、非対称な利得波長特性を補償しにくいものであったのに対し、本実施例の方法では、周期的光フィルタではなく、等化対象波長範囲内で単峰性を示す損失波長特性を有する光フィルタを用いるので、図６に示したように、非対称な利得波長特性を簡単に、過剰損失が少ない状態で補償することが出来る。換言すれば、本構成を採用すれば、広い波長範囲で利得等化が行える利得等化器を確実に得ることができるので、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、簡単に実現できることになる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを容易に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムの伝送系中を伝送される送信信号光スペクトルを例示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムの概略構成図である。
【図４】本発明の実施例を説明するための高濃度ＡＬ添加ＥＤＦＡを含む等化対象部の利得波長特性図である。
【図５】低濃度ＡＬ添加ＥＤＦＡを含む等化対象部の利得波長特性図である。
【図６】本発明の実施例の利得等化器の構成、性能を示す図である。
【図７】本発明と従来技術の差異を説明するため用いた損失波長特性図である。
【図８】ＥＤＦＡの利得波長特性の説明図である。
【図９】従来の利得等化器を備えた波長多重光増幅伝送システムのブロック図である。
【図１０】利得等化器に要求される特性の説明図である。
【図１１】利得等化器の過剰損失の説明図である。
【図１２】マッハツェンダフィルタを組み合わせた利得等化器の損失波長特性図である。
【符号の説明】
１１ 光送信端局
１２ 光受信端局
１３、１４ 伝送系
１５ 光送信器
１６ 光受信器
２１、３１ 光増幅器
２２ 等化器
２４、３２ 利得等化器
２５ 光フィルタ
２６ ブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光信号が、光増幅器によって中継、伝送される波長多重光増幅伝送システムと、そのような波長多重光増幅伝送システムで用いられる光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を用いた通信システムの１つに、波長の異なる複数の光信号が多重化されて伝送されるシステムであって、光信号の中継が光増幅器を用いて行われるシステム（以下、波長多重光増幅伝送システムと表記する）がある。
【０００３】
波長多重光増幅伝送システムを構築する際、光受信端局は、レベルが所定範囲にある光信号のみを、通信情報として取り扱うように構成される（任意のレベルの信号が通信情報として認識されるように光受信端局を構成することは出来ない）。このため、光受信端局に入力される光信号（伝送系から出力される光信号）には、そのレベルが所定範囲内になければならないという条件が課せられる。そして、伝送系から出力される光信号のレベルは、その光信号の、伝送系に入力された時点でのレベルとその光信号に対する伝送系の利得によって定まるので、結局、波長多重光増幅伝送システムに用いる伝送系は、利得が波長に依存しないものであることが望まれることになる。
【０００４】
しかしながら、エルビウムドープファイバアンプ（Erbium-doped Fiber Amplifier：EDFA）に代表される伝送系を構成するために使用されている光増幅器は、図８に示したように、利得が波長に応じて変化する利得波長特性を持つ。従って、光増幅器と光ファイバだけで伝送系が構成されていた場合、その伝送系も、利得が波長に応じて変化する利得波長特性を示すことになる。また、その利得波長特性は、伝送系に設けられる光増幅器の数が多いほど、利得の波長依存性が高いものとなる。
【０００５】
このため、光増幅器と光ファイバだけで構成された伝送系を備えた波長多重光増幅伝送システムは、多重化できる光信号数が少ない（信号波長帯域が狭い）、信号波長帯域を狭くすることなく伝送距離を伸ばせない、等の問題を持つシステムとなっていた。
【０００６】
伝送系の利得が波長に依存するために生ずる、このような問題を解消するために、波長多重光増幅伝送システムでは、光フィルタの一種である利得等化器を伝送系内に挿入することによって、伝送系（光増幅器）の利得が波長に依存しないようにすること（利得等化）が行われている。すなわち、伝送系が持つ利得波長特性と同形状の損失波長特性を有する利得等化器を伝送系に挿入することによって伝送系の利得を一定することが行われている。
【０００７】
以下、利得等化器に要求される特性、従来の利得等化器の構成方法（設計方法）を具体的に説明する。
図９に、利得等化器が用いられた波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、利得等化は、通常、複数（一般的には、５〜１０）の光増幅器３１を含む区間毎に１個の利得等化器３２を設けることによって行われる。すなわち、各利得等化器は、対応する区間内に含まれる光増幅器３１と光ファイバとを、利得等化器３２を介さずに接続することによって得られる構成（以下、等化対象部と表記する）の利得波長特性と、形状が一致する（相対値が等しい）波長領域を有する損失波長特性を持つように設計、製造される。
【０００８】
利得等化器を備える波長多重光増幅伝送システムでは、上記波長領域が信号波長帯域として使用されることになるので、当然、利得等化器は、等化対象部の利得波長特性と、広い波長範囲で形状が一致する損失波長特性を持つように設計される必要がある。しかしながら、形状が一致する波長範囲の幅が同じであっても、その位置が異なる場合、利得等化後の光信号のレベルが異なることになる。例えば、等化対象部の利得波長特性と利得等化器の損失波長特性との対応関係が、図１０（ａ）に示したものである場合、利得等化後の光信号は、形状が一致している波長範囲の下限における利得Ｇａに応じたレベルを有することになる。これに対して、等化対象部の利得波長特性と利得等化器の損失波長特性との対応関係が、図１０（ｂ）に示したものである場合、信号波長帯域として使用できる波長範囲の幅は、図１０（ａ）に示した場合と同じになるが、利得等化後の光信号は、利得Ｇａよりも大きな利得Ｇｂに応じたレベルを有することになる。
【０００９】
利得等化後の光信号のレベルは、中継距離を定めるパラメータの１つであるので、高い方が好ましい。すなわち、等化器損失△Ｌｍａｘは小さい方が望ましい。また、利得等化後の光信号のレベルが同じである場合には、信号波長帯域として使用できる波長範囲が広い方が良いことも当然である。このため、利得等化器には、等化対象部の利得がある値以上の波長範囲全域において、利得波長特性と形状が一致する損失波長特性を持つものことが望まれる。
【００１０】
なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示したような、目的とする利得波長特性に対して、損失が“０”となる波長まで形状が等しい損失波長特性を持つ利得等化器が製造されることはない。実際の利得等化器の損失波長特性は、図１１に示したように、損失がある値（Ｌ0；過剰損失と呼ばれる）以上となる部分でのみ、目的とする利得波長特性に形状（相対値）が一致することになる。すなわち、利得等化後の光信号のレベルは、実際には、信号波長帯域の下限波長における利得Ｇａではなく、それより過剰損失Ｌ0分小さい利得Ｇａ′に応じたレベルを有することになる。このため、利得等化器には、この過剰損失ができるだけ小さいことも望まれる。
【００１１】
以下、従来の、利得等化器の製造（設計）方法を説明する。さて、通常の光フィルタ（精度良く作製でき、信頼性が保証されている光フィルタ：例えば、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダフィルタ）は、対称性が高い利得波長特性を持っている。このため、１個の光フィルタで利得等化器を構成した場合、等化対象部（光増幅器）が持つ非対称な利得波長特性を広い波長範囲で補償することはできず、図１１に示してあるような状況が発生していた。
【００１２】
そこで、目的とする利得波長特性により近い形状の損失波長特性を持つ利得等化器を得るために、従来より、周期性を有する損失波長特性を持つ光フィルタを複数個組み合わせるといったことが行われている。
【００１３】
例えば、"First Optoelectrics and Communications Conference Tecnical Digest, July 1996, Makuhari Messe"の第４頁から記載されている技術では、図１２に示したように、FSR(隣接する２つの損失最大波長の差)が、それぞれ、６ｎｍ、２５ｎｍである２つのマッハツェンダフィルタを組み合わせることによって利得等化器を形成している。また、"ELECTRONISC LETTERS 9th June 1994 Vol.30 No 12"のp.982〜983、特開平４−１４７１１４号公報にも、複数のマッハチェンダフィルタを組み合わせて利得等化器を形成している技術が開示されている。
【００１４】
さらに、1996年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会予稿集の第５７８頁には、等化対象であるＥＤＦＡの利得波長特性をフーリエ変換により周期の異なる２つの正弦波に展開し、それら２つの正弦波に応じた損失波長特性を持つ２つのエタロンフィルタを組み合わせることによって利得等化器を形成している技術が開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
周知のように、任意の形状の関数は、周期性を有する幾つかの関数の和によって表し得る。従って、従来のように、周期性を示す損失波長特性を持つ光フィルタを組み合わせれば、どのような形状の損失波長特性を持つ利得等化器をも製造することができる。しかしながら、組み合わされるべき光フィルタの数を増やす程、一般には、過剰損失が大きくなってしまう。このため、従来のような、周期性を示す損失波長特性を有する光フィルタを組み合わせて形成された利得等化器を用いて等化が行える波長範囲（すなわち、信号波長帯域）は、せいぜい、１５ｎｍ程度であった。
【００１６】
そこで、本発明の課題は、従来よりも、広い信号波長帯域を有し、かつ、製造が容易な波長多重光増幅伝送システムを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、そのような波長多重光増幅伝送システムを実現できる光増幅器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、複数の光増幅器と複数の光フィルタとそれらを縦列接続する伝送路と、前記伝送路を介して前記送信局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局とを備える波長多重光増幅伝送システムを構成するに際して、複数の光増幅器として、前記複数の光信号の全ての波長が含まれる波長範囲に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用いる。また、前記複数の光フィルタのそれぞれとして、該波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有するものを用いるとともに、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記複数の光増幅器の利得波長特性とが該波長範囲において相対的に値が一致するようにしておく。
【００１８】
このような構成を採用すれば、良好な利得等化が行える損失波長特性の組み合わせ、すなわち、過剰損失が少ない状態で広い波長範囲にわたり利得等化が行える光フィルタの組み合わせを容易に見い出すことが出来ることになるので、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、従来よりも、簡単に実現できる。
【００１９】
本発明の第２の態様では、波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、複数の光増幅器と複数の利得等化器とそれらを縦列接続する伝送路と、該伝送路を介して前記光送信端局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局を備える波長多重光増幅伝送システムを実現するに際して、複数の光増幅器として、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用いる。また、前記複数の利得等化器のそれぞれは、前記複数の光増幅器のなかの所定数の光増幅器で構成されるブロックの利得等化を行うものとされる。また、各利得等化器は、それぞれ、該波長範囲内に損失最大波長特性を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する複数の光フィルタであって、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記ブロックの利得波長特性とが該波長範囲において相対的に一致している複数の光フィルタを組み合わせて構成する。
【００２０】
すなわち、本発明の第２の態様では、ブロックごとに利得等化が行われるように、波長多重光増幅伝送システムを構成する。この構成を採用すれば、大量の光増幅器を含む伝送系を備えた、優れた性能を有する波長多重光増幅伝送システムを、容易に製造できることになる。
【００２１】
また、本発明では、波長多重光増幅伝送システムを構築するのに使用される、波長多重された複数の光信号を増幅する光増幅器を、
前記光増幅器の光増幅部として、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、該波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有するものを用い、前記光増幅器の利得等化部として、それぞれ、該波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、該波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する複数の光フィルタであって、少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記光増幅部の利得波長特性とが該波長範囲において相対的に一致している光フィルタを組み合わせたものを用いる。
【００２２】
このような構成を採用すれば、良好な利得等化が行える損失波長特性の組み合わせ、すなわち、過剰損失が少ない状態で広い波長範囲にわたり利得等化が行える光フィルタの組み合わせを容易に見い出すことが出来るので、広い波長範囲の利得等化が行える光増幅器を実現でき、その結果として、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、従来よりも、簡単に実現できることになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１に、本発明の第１実施形態による波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムは、光送信端局１１と光受信端局１２と伝送系１３とを備える。
【００２４】
光送信端局１１は、それぞれ、チャネル１〜Ｎに対応づけられたＮ個の光送信機１５を含む。各光送信器１５は、対応するチャネル用に割り当てられた波長の、同レベルの光信号を出力する。その結果、光送信端局１１からは、図２に示したように、各送信機１５から出力された光信号を多重化した信号光が出力される。
【００２５】
図１に示したように、光受信端局１２は、チャネル１〜Ｎ用の光信号を受信するためのＮ個の光受信機１６を含む。
また、伝送系１３は、複数の光増幅器２１と複数の等化器２２とそれらの間を接続する伝送路（光ファイバ）から構成される。光増幅器２１としては、等化器２２を除いた伝送系１３の構成要素を縦列接続した構造（等化対象部と表記する）の利得波長特性を、信号波長帯域内に利得が最大となる利得最大波長があり、かつ、信号波長帯域を含む第１波長範囲において利得最大波長からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、利得最大波長を軸とした対称性が、従来の利得等化器の等化対象部よりも悪い利得波長特性とすることが出来る利得波長特性を持つものが使用される。
【００２６】
なお、信号波長帯域内に利得が最大となる利得最大波長があり、かつ、信号波長帯域を含む第１波長範囲において利得最大波長からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性とは、第１波長範囲の下限波長から利得最大波長までは利得が単調に増加し、利得最大波長において利得が最大となり、その後、信号波長帯域の上限波長までは利得が単調に減少する利得波長特性を意味する。以下、説明の便宜上、同じ利得波長特性を、第１波長範囲内で単峰性を示す利得波長特性とも表記する。
【００２７】
等化対象部に、上記のような利得波長特性（第１波長範囲内で単峰性を示し、対称性が悪い利得波長特性）を持たせることは、例えば、１５５８ｎｍ近傍に利得ピークを有するＥＤＦＡを各光増幅器２１として用いることによって実現できる。ＥＤＦＡの利得波長特性は、ＥＤＦ長、ドーパントの種類、ドーパント濃度、励起パワー、利得、ＥＤＦＡの動作状態などに依存するため、１５５８ｎｍ近傍に利得ピークを有するＥＤＦＡは、これらを調整することによって実現することができる。
【００２８】
等化器２２は、それぞれ、幾つかの（少なくとも１つの）光フィルタから構成される。各光フィルタとしては、第２波長範囲内に損失が最大となる損失最大波長があり、かつ、第２波長範囲において損失最大波長からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有する光フィルタが用いられる。換言すれば、少なくとも上記第２波長範囲における損失波長特性には周期性が認められない光フィルタ（第２波長範囲内で損失波長特性が単峰性を示す光フィルタ）が用いられる。
【００２９】
そのような光フィルタとしては、さまざまなものがあるが、信頼性、製造精度から考えると、誘電体多層膜光フィルタ、エタロンフィルタを用いることが望ましい。
【００３０】
なお、第２波長範囲は、等化対象部が単峰性を示す範囲である第１波長範囲内に含まれる範囲であり、等化対象部の利得が等しくなる２波長によってその上限波長と下限波長が定められる。より具体的には、利得等化のために許容する損失に基づき、この第２波長範囲を定めるために用いる等化対象部の利得を決定し、その後、第２波長範囲が定められる。
【００３１】
伝送系１３を構成するために用いられる光フィルタの数、各光フィルタの損失波長特性は、損失波長特性が第２波長範囲内で単峰性を示す光フィルタを用いるといった条件下、各光フィルタの損失波長特性の加算結果と等化対象部の利得波長特性とが、第２波長範囲内において相対的な値が一致するように、定められる。
【００３２】
このような手順で、定められたデータ（光フィルタの数、各光フィルタの損失波長特性）に基づき製造された複数の光フィルタを、複数の伝送路上に分散して配置することによって、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムは構築される。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図３に、本発明の第２実施形態による波長多重光増幅伝送システムの概略構成を示す。図示したように、第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムは、光送信端局１１と光受信端局１２と伝送系１４を備える。光送信端局１１、光受信端局１２は、それぞれ、第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムが備えている光送信端局１１、光受信端局１２と同じものである。
【００３４】
伝送系１４は、複数の光増幅器２１とＭ個の利得等化器２４と複数の伝送路から構成される。また、Ｍ個の利得等化器２４は、それぞれ、複数の光フィルタ２５から構成される。
【００３５】
第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムでは、伝送系１４が、それぞれ、１個の利得等化器２４とＫ（通常、５〜１０）個の光増幅器２１を含むＭ個のブロック２６に分類されている。
【００３６】
各ブロック２６の構成が異なる伝送系１４を実現する際には、ブロック２６毎に、第１実施形態と同様の手順で、そのブロック２６内の利得等化器２４を構成するために用いる光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性が求められる。すなわち、信号波長帯域とすべきものとして定めた所定波長範囲（第２波長領域）内で損失波長特性が単峰性を示す光フィルタだけを用いるといった条件下、各ブロック２６内の利得等化器２４に使用する光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５に与えるべき損失波長特性が求められる。そして、求めた損失波長特性を持つように製造した光フィルタ２５を組み合わせることによって各ブロック２６用の利得等化器２４が構成され、各利得等化器２４を対応するブロック２６内にに組み込むことによって伝送系１３が構成される。
【００３７】
また、各ブロック２６の構成が等しい伝送系１４を実現する際には、ある１つのブロック２６に対して、利得等化器２４を構成するために用いる光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性が求められ、その結果に基づき、各ブロック２６内に同じ構成の利得等化器２４が組み込まれる。
【００３８】
【実施例】
次に、図３に示した波長多重光増幅伝送システムの実施例についての説明を行う。
【００３９】
実施例の波長多重光増幅伝送システムは、光増幅器２１として、高濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡを用い、７台の光増幅器２１（Ｋ＝７）が各ブロック２６に含まれるようにしたシステムである。
【００４０】
高濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡは、利得ピーク波長がおよそ１５５８ｎｍにある、利得波長特性における利得ピーク波長を軸とした対称性が、一般的に用いられている低濃度Ａｌ添加ＥＤＦＡのそれよりも悪いＥＤＦＡになっている。このため、各ブロック２６内の利得等化器２２を除く部分（利得等化器２２の等化対象部）の利得波長特性も、図４に示してあるように、利得ピーク波長を軸とした対称性が、従来の利得等化器の等化対象部の損失波長特性（図５）についての対象性よりも悪いものとなっている。
【００４１】
このように、利得等化器２２の等化対象部の利得波長特性を、従来とは異なる形状を有するものに設定した後、利得等化器２２の設計（利得等化器２２に設ける光フィルタ２５の数、各光フィルタ２５の損失波長特性の決定）が行われた。
【００４２】
以下、その手順を詳細に説明する。
現在、知られている光フィルタには、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダフィルタ、導波路型フィルタ、ファイバグレーティングなどがある。等化器２２を構成するための光フィルタ２５には、▲１▼経時変化、温度変化が少ないこと（信頼性が保証されていること）、▲２▼損失波長特性に関して高い製造精度が得られること（設計した損失波長特性を持つように製造できること）、などが要求される。上記した各種光フィルタのうち、▲１▼、▲２▼の条件を満たす光フィルタは、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタであると考えられる。このため、本実施例では、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて利得等化器２４を構成することにした。
【００４３】
誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて構成される利得等化器の損失波長特性は、組み合わせる誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、それぞれの損失波長特性の総和となる。すなわち、利得等化器の損失波長特性を示す関数Ｌｇ(λ)は、次式で表される。
【００４４】
Ｌｇ(λ)＝ΣＬｄ(λ)＋ΣＬｅ(λ) …(1)
Ｌｄ(λ)：誘電体多層膜フィルタの損失波長特性を表す関数
Ｌｅ(λ)：エタロンフィルタの損失波長特性を表す関数
また、エタロンフィルタの損失波長特性を示す関数Ｌｅ(λ)［単位：ｄＢ］は、次式で表せることが知られている。
【００４５】
Ｌｅ(λ)＝10log10［1＋(10(Le/10)−1)cos2{π(λ−λm)/FSR｝］ …(2)
なお、（２）式において、λmeは最大損失波長、Ｌe［ｄＢ］は最大最小損失差、FSR(Free Spectral Range)は、隣接する２つの最大損失波長間の波長差である。また、実施例では、エタロンフィルタを単峰性の帯域阻止光フィルタとして用いているので、FSRの値には、利得等化が行われるべき波長帯域Ｂの幅よりも大きいという制限が課せられている。
【００４６】
そして、誘電体多層膜を用いた帯域阻止光フィルタ（シングルキャビティ型）の損失波長特性を表す関数Ｌｅ(λ)［単位：ｄＢ］は、次式で表される。
Ｌｄ(λ)＝-10log10［1＋(10(-Ld/10)−1)／(１＋４((λmd−λ)/W)2)］…(3)
（３）式において、λmdは最大損失波長、Ｌd［ｄＢ］は最大最小損失差、Ｗは阻止帯域幅を表すパラメータである。
【００４７】
（１）〜（３）式から明らかなように、誘電体多層膜フィルタとエタロンフィルタとを組み合わせて構成される等化器の損失波長特性関数Ｌｇ(λ)は、使用する光フィルタの数に応じた数のパラメータ（両者を１つずつ用いる場合には、λme、Ｌe、FSR、λmd、Ｌd、Ｗの６個）を含む波長λの関数となる。この関数で表される波長λにおける損失と、同じ波長における，利得等化器２４を除いた、ブロック２６内の構成要素（光増幅器、伝送路）の総合的な利得との差が、ある波長範囲内の各λに対して一定値となるように各パラメータの値を決定してやれば、当該波長範囲内の各波長に対する利得の等化が行える利得等化器２２が製造できることになる。このようなパラメータの値の決定は、さまざまな手順によって行えるが、本実施例では、以下に記す手順によって各パラメータの値を定めている。
【００４８】
まず、利得等化器２４を除いた、ブロック２６内の構成要素からなる部分（利得等化対象）の総合的な利得波長特性の実測データを基に、利得等化対象の利得偏差波長特性（図４）を求める。本実施例では、等化器損失を７ｄＢ許容することとし、利得偏差ΔＧ(λ)を、波長λにおける利得から、最大利得より７ｄＢ小さい利得を減じた値としている。すなわち、最大利得より７ｄＢ小さい利得が得られる２波長λｓ、λe（λｓ＜λe）で、利得偏差△Ｇ（λ）が“０”となるようにしている。
【００４９】
次いで、計算機解析を行い、λの値がλｓ〜λeの範囲（図４における波長範囲Ｂ）で、ΔＧ(λ)＋Ｌ0とＬｇ(λ)が同じ（極めて近い）値を取るように、各パラメータの値とＬ0の値を求めた。ここで、Ｌ0は、過剰損失量を示すパラメータであり、波長領域Ｂ内のより広い範囲で、Ｌｇ(λ)をΔＧ(λ)＋Ｌ0に一致させるパラメータを得られるようにするために導入されている。既に説明したように、過剰損失は小さい方が好ましいので、本実施例では、Ｌ0の値を小さくでき、光フィルタ数が少なくて済むパラメータを求めるといった条件で、フィッティングを行っている。
【００５０】
その結果、図６に示してある損失波長特性を有する１つのエタロンフィルタと２つの誘電体多層膜フィルタを用いると、同図に示してあるように、過剰損失が約１ｄＢであり、およそ２０ｎｍの幅の波長範囲の利得を等化できることが分かった。
【００５１】
実施例の波長多重光増幅伝送システムは、このようにして得られた損失波長特性を有する製造された、１つのエタロンフィルタと２つの誘電体多層膜フィルタを、光フィルタ２５として用いて構築されている。
【００５２】
ここで、本実施例のように、等化されるべき部分の利得波長特性を、等化対称波長範囲内で単峰性を示し、かつ、対称性の悪いものとしておくとともに、損失波長特性が等化対象波長範囲内で単峰性を示す光フィルタのみを組み合わせて利得等化器を設計すると、良好な結果が得られる理由を簡単に説明しておく。
【００５３】
図４に示した利得波長特性を有する等化対象部に対する、周期的光フィルタだけを用いた利得等化器を設計する場合を考える。この場合、やり方はいろいろあるが、通常、図７（ａ）に示したような損失波長特性を有する光フィルタ（第１の光フィルタ）が含まれ、他の光フィルタ群によって、第１の光フィルタに不足している損失（補償されずに残った損失；残存損失）が補償されることになる。しかしながら、補償対象である利得波長特性の対称性を悪くしてあるため、残留損失波長特性は、周期的光フィルタによって補償しにくい形状となっている。たとえば、周期的光フィルタを用いて、図７（ａ）に示してある残留損失波長特性を補償しようとした場合、図７（ｂ）に示したように、補償されているのだかどうかが分からない状況も生じうる。実際には、多くの周期的光フィルタの組み合わせにより、利得等化が行える状態が達成できるのであるが、多くの光フィルタを用いたのでは、残留損失が大きくなってしまう。
【００５４】
このように、従来の方法では、非対称な利得波長特性を補償しにくいものであったのに対し、本実施例の方法では、周期的光フィルタではなく、等化対象波長範囲内で単峰性を示す損失波長特性を有する光フィルタを用いるので、図６に示したように、非対称な利得波長特性を簡単に、過剰損失が少ない状態で補償することが出来る。換言すれば、本構成を採用すれば、広い波長範囲で利得等化が行える利得等化器を確実に得ることができるので、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを、簡単に実現できることになる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも、広い信号波長帯域を有する波長多重光増幅伝送システムを容易に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態の波長多重光増幅伝送システムの伝送系中を伝送される送信信号光スペクトルを例示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態の波長多重光増幅伝送システムの概略構成図である。
【図４】本発明の実施例を説明するための高濃度ＡＬ添加ＥＤＦＡを含む等化対象部の利得波長特性図である。
【図５】低濃度ＡＬ添加ＥＤＦＡを含む等化対象部の利得波長特性図である。
【図６】本発明の実施例の利得等化器の構成、性能を示す図である。
【図７】本発明と従来技術の差異を説明するため用いた損失波長特性図である。
【図８】ＥＤＦＡの利得波長特性の説明図である。
【図９】従来の利得等化器を備えた波長多重光増幅伝送システムのブロック図である。
【図１０】利得等化器に要求される特性の説明図である。
【図１１】利得等化器の過剰損失の説明図である。
【図１２】マッハツェンダフィルタを組み合わせた利得等化器の損失波長特性図である。
【符号の説明】
１１ 光送信端局
１２ 光受信端局
１３、１４ 伝送系
１５ 光送信器
１６ 光受信器
２１、３１ 光増幅器
２２ 等化器
２４、３２ 利得等化器
２５ 光フィルタ
２６ ブロック
Claims (6)
- 波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、
複数の光増幅器と複数の光フィルタとそれらを縦列接続する伝送路と、
前記伝送路を介して前記送信局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局と
を備え、
前記複数の光増幅器は、前記複数の光信号の全ての波長が含まれる波長範囲に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、前記波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有し、
前記複数の光フィルタのそれぞれは、前記波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、前記波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有し、
少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記複数の光増幅器の利得波長特性とが前記波長範囲において相対的に値が一致している
ことを特徴とする波長多重光増幅伝送システム。 - 波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して送信するための光送信端局と、
複数の光増幅器と複数の利得等化器とそれらを縦列接続する伝送路と、
該伝送路を介して前記光送信端局が送信した前記複数の光信号を受信する光受信端局を備え、
前記複数の光増幅器は、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、前記波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有し、
前記複数の利得等化器のそれぞれは前記複数の光増幅器の所定数のブロックの利得等化を行い、かつ、前記利得等化器は複数の光フィルタで構成され、前記光フィルタのそれぞれは前記波長範囲内に損失最大波長特性を有し、かつ、前記波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有し、
少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記ブロックの利得波長特性とが前記波長範囲において相対的に一致している
ことを特徴とする波長多重光増幅伝送システム。 - 前記複数の光増幅器のそれぞれが、利得ピーク波長が１５５８nm近傍にあるエルビウムドープファイバアンプである
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長多重光増幅伝送システム。 - 前記複数の光フィルタの少なくとも１つが、誘電体多層膜フィルタである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の波長多重光増幅伝送システム。 - 前記複数の光フィルタのそれぞれが、エタロンフィルタあるいは誘電体多層膜フィルタである
ことを特徴とする請求項４記載の波長多重光増幅伝送システム。 - 波長多重された複数の光信号を増幅する光増幅器に於いて、
前記光増幅器の光増幅部は、前記複数の光信号の総ての波長が含まれる波長領域に利得が最大となる利得最大波長値があり、かつ、前記波長範囲において前記利得最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い利得が単調に減少する利得波長特性であって、前記利得最大波長値を軸とした利得波長特性が非対称な利得波長特性を有し、
前記光増幅器の利得等化部は複数の光フィルタで構成され、前記光フィルタのそれぞれは前記波長範囲内に損失最大波長値を有し、かつ、前記波長範囲において前記損失最大波長値からの隔たりが大きくなるに従い損失が単調に減少する損失波長特性を有し、
少なくとも２つの異なる損失波長特性を有する前記複数の光フィルタの損失波長特性を加算することによって得られる損失波長特性と前記光増幅部の利得波長特性とが前記波長範囲において相対的に一致している構成としたことを特徴とする光増幅器。
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