JP3771010B2 - 光増幅のための方法及び該方法を実施するためのシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に波長が異なる複数チャネルの光キャリアを含む波長分割多重信号光を用いた光ファイバ通信に適した光増幅に関し、更に詳しくは、そのような光増幅のための方法及び該方法を実施するために使用するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、信号光を増幅するための光増幅器の使用が提案され或いは実用化されている。
【０００３】
従来知られている光増幅器は、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング（励起）する手段とを備えている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長１．５５μｍ帯を含む利得帯域が得られる。また、半導体チップを光増幅媒体として用いる光増幅器も知られている。この場合、半導体チップに電流を注入することによってポンピングが行われる。
【０００４】
一方、光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭを適用することによって、当該多重数に応じて一本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
【０００５】
ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を組み入れる場合、利得傾斜（ゲインチルト）或いは利得偏差で代表される利得の波長依存性によって伝送距離が制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、波長１．５５μｍの近傍で利得傾斜が生じ、この利得傾斜はＥＤＦＡへの信号光のトータル入力パワー及びポンプ光のパワーに従って変化することが知られている。
【０００６】
光増幅器の利得の波長依存性に対する対策として、利得等化法が知られている。これを図１乃至図３により説明する。
図１は、ＷＤＭが適用される従来の光通信システムの例を示すブロック図である。複数の光送信機（ＯＳ）２（＃１，…，＃Ｎ）から出力された波長が異なる光信号は、光マルチプレクサ４において波長分割多重される。波長分割多重の結果得られたＷＤＭ信号光は光伝送路６に送出される。
【０００７】
光伝送路６は、光ファイバ伝送路７の途中に損失補償用の複数の光増幅器８と１つ以上の利得等化器１０を設けて構成されている。各利得等化器１０は光フィルタによって提供され得る。
【０００８】
光伝送路６により送られてきたＷＤＭ信号光は、光デマルチプレクサ１２によって波長に従って個々の光信号に分離され、光受信機（ＯＲ）１４（＃１…，＃Ｎ）に供給される。
【０００９】
図２を参照すると、図１のシステムにおいて光マルチプレクサ４から光伝送路６に送出されるＷＤＭ信号光のスペクトルの例が示されている。縦軸は光パワー、横軸は波長を表している。ここでは、光送信機２（＃１，…，＃Ｎ）はそれぞれ波長（λ₁ ，…，λ_n ）の光信号を出力するものとしている。プリエンファシスを考慮しなければ、一般的には、各チャネルの光信号の光パワーは等しい。この例では、ＷＤＭ信号光の帯域は、符号１６で示されるように、λ₁ 〜λ_n の波長範囲によって定義される。
【００１０】
図１のシステムにおいて、各光増幅器８がＷＤＭ信号光の帯域１６において利得の波長依存性を有していると、その利得の波長依存性が光伝送路６の全長に渡って累積し、信号電力或いは信号対雑音比（光ＳＮＲ）のチャネル間偏差が生じてしまう。
【００１１】
利得等化法では、各利得等化器１０の特性を、累積した光増幅器８の利得の波長依存性が相殺されるように設定する。
これを図３により具体的に説明する。図３において、符号１８で示される破線は、累積した光増幅器８の利得の波長依存性であり、符号２０で示される実線は、利得等化器１０における損失の波長依存性を示している。図示された例では、ＷＤＭ信号光の帯域１６において、利得の波長依存性が損失の波長依存性によって相殺されており、これにより光伝送路６の全体における利得等化がなされている。
【００１２】
各光増幅器８としてＥＤＦＡが用いられる場合、その利得の波長依存性は、一般的には、波長軸に対して非対称形である。これに対して、各利得等化器１０の構成要素（エレメント）として用いられ得る１つの光フィルタの損失の波長依存性は対称形である。従って、各利得等化器１０が１つの光フィルタだけを含む場合には、累積した光増幅器８の非対称な利得の波長依存性を補償することは不可能である。光フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ及びマッハツェンダフィルタ等が知られており、これらは精度よく作製することができ且つ信頼性が保証されている。
【００１３】
尚、関連する従来技術として、光増幅器の非対称な利得の波長依存性を補償するために、損失の波長依存性が異なる２つ以上の光フィルタを組み合わせて利得等化器を構成することが提案されている。これにより、与えられたＷＤＭ信号光の帯域において利得の波長依存性が高精度に損失の波長依存性によって相殺される。
【００１４】
利得等化法の付加的な詳細については、下記の文献〔１〕を、また、複数光フィルタの組み合わせについては文献〔２〕、〔３〕及び〔４〕を参照されたい。
〔１〕 N. S. Bergano et al., “Wavelength division multiplexing in long-haul transmission systems”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.14,NO.6, JUNE 1996, pp1229-1308
〔２〕 K. Oda et al., “128channel,480km FSK-DD transmission experiment using 0.98μｍ pumped erbiumdoped fibre amplifiers and a tunable gain equaliser ”, ELECTRONICS LETTERS, 9th June 1994, Vol.30, No.12, pp982-983
〔３〕 T. Naito et al.,“85-Gb/s WDM transmission experiment over 7931 km using gain equalization to compensate for asymmetry in EDFA gain characteristics ”, First Optoelectronics and Communications Conference(OECC '96) Technical Digest, July 1996, PD1-2
〔４〕 T. Oguma et al., “Optical gain equalizer for optical fiber amplifier”, 1996年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、B-1093(pp578)
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、従来の利得等化法を適用したシステムにおける伝送後の光スペクトルの例が示されている。いずれの例においても、比較的なだらかな雑音スペクトルに複数の急峻な信号スペクトルが重畳されている。
【００１６】
図４の（Ａ）に示される例では、利得等化を行うことによって、信号電力の偏差が抑圧されている。即ち、信号スペクトルの光パワーピーク値が一致するように利得等化が行われている。この場合、雑音スペクトルを基準とした信号スペクトルの長さで与えられる信号対雑音比、即ち光ＳＮＲはチャネル毎に異なる値になり、光ＳＮＲには偏差が残る。例えば、陸上向けのシステムでは、光ＳＮＲの偏差を許容して、信号電力偏差がなくなるように利得の等化が行われる。
【００１７】
これとは逆に、図４の（Ｂ）に示されるように、信号電力の偏差を許容して光ＳＮＲの偏差が抑圧されるように利得等化を行うことも可能である。
いずれにしても、従来の利得等化法では、信号電力及び光ＳＮＲのいずれか一方にのみ着目し、それについて利得等化が行われていた。
【００１８】
そのため、従来の利得等化法では、信号電力及び光ＳＮＲのいずれか他方に偏差が残り、問題が生じることがあった。例えば、図４の（Ｂ）に示されるように、光ＳＮＲの偏差に関して利得等化を行う場合には、信号電力に偏差が残るため、受信端局において信号レベルダイヤグラムが異なることがシステム構築上問題となる。また、図４の（Ａ）に示されるように、信号電力の偏差に関して利得等化を行う場合には、光ＳＮＲに偏差が残るため、チャネル間で伝送品質がバラツクという問題が生じる。
【００１９】
よって、本発明の目的は、信号電力の偏差及び光ＳＮＲの両方に関して利得等化を行うようにした光増幅のための方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、そのような方法を実施するために使用されるシステムを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、（ａ）信号光を増幅して増幅信号光を得るステップと、（ｂ）該増幅信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように該増幅信号光を利得等化して第１の等化信号光を得るステップと、（ｃ）該第１の等化信号光を増幅して増幅等化信号光を得るステップと、（ｄ）該増幅等化信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように該増幅等化信号光を利得等化して第２の等化信号光を得るステップとを備えた方法方法が提供される。
【００２１】
この方法は、光増幅を複数回行う場合に、その途中で信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように利得等化し、且つ、最後に信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように利得等化を行うようにしている点で特徴付けられる。即ち、利得等化が少なくとも２回行われるのである。この方法によると、後で詳細に説明する原理に従って、信号電力の偏差及び信号対雑音比の偏差の両方に関して容易に利得等化を行うことができるようになる。
【００２２】
本発明の第２の側面によると、本発明による方法を実施するためのシステムが提供される。このシステムは、信号光を増幅するカスケード接続された複数の光増幅器を備えている。複数の光増幅器のうちの隣り合う２つの光増幅器の間には、第１の光フィルタが設けられる。第１の光フィルタは、信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように信号光を利得等化する。複数の光増幅器の下流側には、第２の光フィルタが設けられる。第２の光フィルタは、信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように信号光を利得等化する。
【００２３】
本発明の第３の側面によると、複数の区間からなる光ファイバスパンと、光ファイバスパンの一端にて信号光を光ファイバスパンへ供給するための第１の端局と、光ファイバスパンの他端にて光ファイバスパンからの信号光を受けるための第２の端局とを備えたシステムが提供される。複数の区間の各々は、本発明の第２の側面によるシステムを備えている。
【００２４】
本発明の第４の側面によると、光分岐／挿入装置により接続された複数の光ファイバスパンを備えたシステムが提供される。各光ファイバスパンは少なくとも１つの区間からなる。この少なくとも１つの区間の各々は、本発明の第２の側面によるシステムを備えている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
図５は本発明による光通信システムの第１実施形態を示すブロック図である。このシステムは、送信用の第１の端局２２と、受信用の第２の端局２４と、端局２２及び２４間に敷設される光ファイバスパン２６とを備えている。
【００２６】
光ファイバスパン２６はカスケード接続された複数の区間２８からなる。
第１の端局２２は、異なる波長の光信号を出力する複数の光送信機２（＃１，…，＃Ｎ）と、これらの光信号を波長分割多重してＷＤＭ信号光を得るための光マルチプレクサ４とを備えている。ＷＤＭ信号光は光ファイバスパン２６へ供給される。
【００２７】
第２の端局２４は、光ファイバスパン２６からのＷＤＭ信号光を波長に従って分離して個々のチャネルの光信号を得るための光デマルチプレクサ１２と、これらの光信号を受けるための複数の光受信機１４（＃１，…，＃Ｎ）とを備えている。
【００２８】
図６は、各区間２８の第１実施形態を示すブロック図である。各区間２８は、カスケード接続された複数のサブ区間３０（＃１，…，＃ｎ）からなる。サブ区間３０（＃１，…，＃ｎ）の各々は、光増幅器３２と、その下流側に設けられる光ファイバ伝送路３４からなる。
【００２９】
この実施形態では、サブ区間３０（＃ｋ）の光ファイバ伝送路３４の途中に第１の光フィルタ３６が設けられている。サブ区間の数がｎであるときに、ｋは１≦ｋ＜ｎを満たす。即ち、第１の光フィルタ３６は最下流側のサブ区間３０（＃ｎ）以外のサブ区間に設けられる。
【００３０】
最下流側のサブ区間３０（＃ｎ）の光ファイバ伝送路３４の途中には第２の光フィルタ３８が設けられる。
第１の光フィルタ３６は、ＷＤＭ信号光における光ＳＮＲのチャネル間偏差が小さくなるようにＷＤＭ信号光を利得等化する。
【００３１】
第２の光フィルタ３８は、ＷＤＭ信号光における信号電力のチャネル間偏差が小さくなるようにＷＤＭ信号光を利得等化する。
ここでは、第１の光フィルタ３６は１つだけ図示されているが、複数のサブ区間に第１の光フィルタ３６をそれぞれ設けてもよい。
【００３２】
図７は、図６の第１実施形態の技術的効果を説明するための比較例を示すブロック図である。図６及び図７を参照して、従来の方法では光ＳＮＲの偏差と信号電力の偏差とを同時に利得等化することができない理由と、この問題が本発明により解決可能であることを説明する。
【００３３】
まず、図７に示されるように、サブ区間３０（＃ｋ）の光ファイバ３４に利得等化器としての１台の光フィルタＯＦが配置されている場合を想定する。ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）チャネルに対する光増幅器利得Ｇ，ｉ及び等化器の損失Γ，ｉを次の式で表現する。
【００３４】
Ｇ，ｉ＝α，ｉＧｏ， Γ，ｉ＝β，ｉΓｏ ・・・（１）
ここで、Ｇｏ及びΓｏは、それぞれ、光増幅器３２の平均利得及びサブ区間の平均損失を表す。通常、損失及び利得がバランスするようの設計されるため、ＧｏΓｏ＝１である。α，ｉ及びβ，ｉは、それぞれ、ｉチャネルにおける光増幅器３２の利得偏差及び光フィルタＯＦの損失偏差を表す。
【００３５】
図示されるように、サブ区間の数がｎであり、ｋ番目のサブ区間３０（＃ｋ）に光フィルタＯＦを配置し、パワーＰｉｎ，ｉの信号光を出力したとすると、出力における信号光パワーＰｏｕｔ，ｉ及び雑音光パワーＰａｓｅ，ｉは次に示すようになる。
【００３６】
Ｐout,i ＝（α，ｉⁿ β，ｉ）Ｐｉｎ，ｉ ・・・(2)
Ｐase,i=β,iα,i^n-k (2ｈνB)Nsp,i Σα,i+(2hνB)Nsp,i Σα,i ・・・(3)
ここで、光増幅器３２の１台が出す雑音光パワーＰｎは次式で与えられるものとした。
【００３７】
Ｐｎ＝２ｈνＢ Ｎｓｐ，ｉ Ｇ，ｉ ・・・（４）
但し、（４）式において、ｈνはフォトンエネルギー、Ｂは測定帯域幅、Ｎｓｐ，ｉはｉチャネルにおける反転分布パラメータである。従って、出力における光ＳＮＲをＯＳＮＲｉとすると、ＯＳＮＲｉは次式で与えられることとなる。
【００３８】

今、各チャネルの入力信号光パワーを等しくした場合を考える（即ち、Ｐｉｎ，ｉが定数）。（２）式により、信号電力のチャネル間偏差をなくすための条件が得られる。利得偏差α，ｉは使用する光増幅器によって決まる値である。従って、Ｐｏｕｔ，ｉをｉチャネルに対して一定に保つには、利得偏差α，ｉに応じて光フィルタ損失偏差β，ｉの値を調整すればよいことがわかる。一方、光ＳＮＲのチャネル間偏差をなくすための条件は（５）式で表される。ｈν及びＢは定数である。また、利得偏差α，ｉと同様に、反転分布パラメータＮｓｐ，ｉは信号光波長によって異なり、その値は使用する光増幅器によって決まる値である。
【００３９】
ＯＳＮＲｉをｉチャネルに対して一定に保つには、利得偏差α，ｉ及び反転分布パラメータに応じて損失偏差β，ｉの値を調整すればよいことがわかる。（２）式及び（５）式による条件を同時に満足するβ，ｉは存在しないため、光フィルタＯＦを１台だけ用いた場合には、光ＳＮＲの偏差と信号電力の偏差とを同時になくことはできない。
【００４０】
これに対して、図６の第１実施形態では、第１の光フィルタ３６により光ＳＮＲ偏差をなくした後に、第２の光フィルタ３８により信号電力偏差をなくしている。光フィルタ３６及び３８の各々は受働部品であり、光に対して損失を与えるだけである。雑音光に対しても信号光に対しても、同一波長における損失量は同じであるため、光ＳＮＲは光フィルタの前後で変わらない。従って、第１の光フィルタ３６により一旦光ＳＮＲの偏差をなくしておけば、第２の光フィルタ３８の出力では、光ＳＮＲの偏差がない状態が維持されると共に、第２の光フィルタ３８により信号電力の偏差もなくなる。
【００４１】
ここで、第１の光フィルタ３６と第２の光フィルタ３８の役割を逆にした場合を考える。即ち、第１の光フィルタ３６によって信号電力偏差を抑圧する場合である。この場合には、第２の光フィルタ３８の入力において光ＳＮＲ偏差が残る。
【００４２】
光フィルタの前後では光ＳＮＲは変化しないので、フィルタ３６及び３８を入れ替えた場合には、光ＳＮＲ偏差と信号電力偏差の同時利得等化は不可能であることがわかる。
【００４３】
更に、第２の光フィルタ３８が最下流のサブ区間３０（＃ｎ）以外のサブ区間に配置されている場合を想定する。この場合、フィルタ３６及び３８の損失の波長依存性を同時に変更しながら光ＳＮＲ偏差と信号電力偏差とが共になくなるような解を見い出すことが必要となり、光フィルタの設計が困難になる。
【００４４】
このような理由から、図６に示されるように、信号電力偏差を抑圧するための第２の光フィルタ３８を最下流のサブ区間３０（＃ｎ）に設けることは、フィルタ３６及び３８の各々の設計を容易にする上で極めて有効である。
【００４５】
以上の通り、各区間２８を図６のように構成することによって、各区間２８において信号電力偏差及び光ＳＮＲ偏差の両方を抑圧することができ、且つ、光フィルタ３６及び３８の設計が容易になる。
【００４６】
尚、以上の説明は、端局２２（図５参照）においてプリエンファシスを行っていない場合、即ち各チャネルの信号電力が等しい場合についてのものである。
一般に、１台の光フィルタのみによって光ＳＮＲ偏差を抑圧することができるサブ区間は数区間から１０数区間である。従って、図６に示される実施形態において、第１の光フィルタ３６が１台である場合には、そのようなサブ区間数に設定するのが望ましい。
【００４７】
図５のシステムにおいては、各区間２８について光ＳＮＲ偏差及び信号電力偏差が抑圧されているので、第１の端局２２がプリエンファシスのないＷＤＭ信号光を出力した場合、第２の端局２４では、光ＳＮＲ偏差及び信号電力偏差の小さな状態でＷＤＭ信号光を受けることができるので、本発明の目的が達成される。
【００４８】
また、上述したような利得等化に関する区間２８毎の設定は、システムの管理を容易にする。即ち、光増幅器３２の数が２００にも及ぶ大規模システムにおいては、各区間２８を１つの単位として管理することができるので、システムの設計及び構築が容易になる。
【００４９】
図８は本発明による光通信システムの第２実施形態を示すブロック図である。このシステムは、図５の実施形態と対比して、隣り合う２つの区間２８の間に光分岐装置４０が設けられている点で特徴付けられる。
【００５０】
光分岐装置４０は、光ファイバスパン２６におけるＷＤＭ信号光を分岐信号光として取り出すためのものである。分岐信号光は分岐スパン４２によって第２の端局２４と同じように構成される第３の端局２４′へ送られる。分岐スパン４２はカスケード接続された複数の分岐区間４４からかなる。分岐区間４４は１つでもよい。分岐区間４４は、光ファイバスパン２６の各区間２８と同じように構成することができる。
【００５１】
図８のシステムにおいては、各区間２８及び各分岐区間４４毎に光ＳＮＲ偏差及び信号電力偏差が抑圧されているので、分岐を行うことによる光ＳＮＲ及び信号電力の変化を考慮する必要がない。従って、システムの設計及び構築が容易である。
【００５２】
図１の従来のシステムでは、光分岐装置を追加しようとする場合、その位置に既に利得等化器１０があると、全ての利得等化器の挿入位置及び損失の波長依存性を見直す必要があるが、図８の実施形態では、各区間２８及び各分岐区間４４毎に利得等化法の適用を容易に管理することができるので、光分岐装置４０の前後の区間についてだけ見直しを行えばよい。
【００５３】
尚、図８のシステムに双方向伝送が適用されている場合には、光分岐装置４０に代えて光分岐／挿入装置（光アッド／ドロップ回路）を設ければよい。
図９は本発明による光通信システムの第３実施形態を示すブロックである。このシステムは、図５の実施形態と対比して、最下流の区間２８と第２の端局２４との間に付加区間４６を設けている点で特徴付けられる。
【００５４】
付加区間４６は、図６に示される区間２８において第２の光フィルタ３８を省略した構成を有している。
区間２８毎に利得等化が適切に行われていれば、付加区間４６においては、信号電力偏差はもはや許容できる程度に小さいものとなる。従って、第２の端局２４に最も近い位置にある付加区間４６においては、信号電力偏差を抑圧するための第２の光フィルタ３８を省略することができるのである。
【００５５】
尚、付加区間４６において信号電力偏差を許容することができない場合には、第２の光フィルタ３８に相当する光フィルタを第２の端局２４内に配置してもよい。
【００５６】
図１０は各区間２８の第２実施形態を示すブロック図である。図６の第１実施形態と対比して、第１の光フィルタ３６の下流側に光アッテネータ４８が設けられており、また、第２の光フィルタ３８の下流側に光アッテネータ５０が設けられている。それにより、光増幅器３２の入力レベルが概略同じになる。
【００５７】
具体的には、光アッテネータ５０を設けているのは、当該区間２８の出力信号光電力レベルと次段の区間２８の入力信号光電力レベルを一致させるためである。また、光アッテネータ４８を設けているのは、第１の光フィルタ３６が挿入されているサブ区間３０（＃ｋ）のレベル調整を行うためである。
【００５８】
このような光アッテネータ４８又は５０の適切な調整によって、区間２８を多段接続した場合においても、各区間２８を接続前と同じように動作させることができる。
【００５９】
図１１は各区間２８の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、図１０の光アッテネータ４８及び５０に代えて、それぞれ光アッテネータとして機能する光ファイバ４８′及び５０′が設けられている。この場合、光ファイバ４８′及び５０′の各々の長さにより減衰を調節することができる。
【００６０】
この実施形態では、図１０のように固定点に光アッテネータ４８及び５０を設ける場合と比較して、光ファイバ４８′及び５０′の分だけ各区間２８を長くすることができる。
【００６１】
図６の各区間２８の第１実施形態においては、第１の光フィルタ３６はサブ区間３０（＃１，…，＃（ｎ−１）））のいずれに設けられていてもよいし、複数区間にそれぞれ設けられていてもよいとしたが、望ましくは、１台の第１の光フィルタ３６が区間２８の概略中央に設けられているのがよい。具体的には、第１の光フィルタ３６は光増幅器３２を概略２分する位置に設けられるのがよい。
【００６２】
１台の第１の光フィルタ３６を用いるのがよい第１の理由は、光フィルタには光ファイバと光結合することによる結合損があるので、複数の光フィルタを分けて配置すると、利得等化器全体の損失が増加することにある。１台の第１の光フィルタ３６を用いる第２の理由は、光フィルタの数が少ない方がシステムの構築が容易になる点にある。
【００６３】
次に、第１の光フィルタを区間２８の概略中央に置くのがよい理由を詳細に説明する。
図６の構成において、第１の光フィルタがもしないとした場合、サブ区間３０（＃ｎ）の光増幅器３２までの信号光電力のレベルダイヤグラムは図１２の（Ａ）に示されるようになる。ここでは、ｎ＝６、各光増幅器３２の利得偏差α（λ）は±１ｄＢ以内とした。
【００６４】
利得が平均利得Ｇｏよりも小さくなる波長（即ちα（λ）＜０となる波長）の光信号は、平均利得と同じ利得が得られる波長（即ちα（λ）＝０となる波長）の光信号に比べて大きく減衰する。このとき、ＡＳＥ（増幅された自然放出光；雑音光）の累積に対して信号電力の減衰が大きいため、光ＳＮＲは、利得偏差α（λ）＝０となる波長の光信号に比べて小さくなる。これとは逆に、利得偏差α（λ）＞０となる波長では、信号電力と光ＳＮＲがα（λ）＝０となる波長の光信号に比べて大きくなる。この結果、チャネル間に信号電力の偏差及び光ＳＮＲの偏差が生じる。
【００６５】
このような信号電力偏差及び光ＳＮＲ偏差を抑圧するのが利得等化である。
今、信号電力を利得等化するために、光フィルタ（等化器）をサブ区間３０（＃ｋ）に挿入した場合を想定する。信号電力偏差を等化するために、光フィルタの損失の波長依存性とｎ個の光増幅器３２の利得の波長依存性とが相殺されるようにする。更に、光フィルタが挿入された区間３０（＃ｋ）では、光フィルタの平均損失に相当する分だけ光ファイバを短縮すると仮定した。このような仮定により、光フィルタが挿入されたサブ区間３０（＃ｋ）の損失Γ（λ）は、次式で与えられる。
【００６６】
Γ（λ)=Γo+α（λ）×n,Γo:平均区間損失、Γo(dB)=-1 x Go(dB) ・・・(6)
図１２の（Ｂ）に、光フィルタを区間２８の概略中央に配置した場合（ｎ＝６に対してｋ＝３の例）のレベルダイヤグラムを示す。最下流における光増幅器３２の出力において、各チャネルの信号電力は等しくなる。
【００６７】
また、この例では、全区間に渡る信号光出力電力の平均が各波長の利得偏差によらず一定となるため、光ＳＮＲの偏差はある程度抑圧される。
図１２の（Ｃ）に、最上流のサブ区間３０（＃１）に光フィルタを配置した場合（ｎ＝６に対してｋ＝１の例）のレベルダイヤグラムを示す。図１２の（Ｂ）の例と同様、最下流の光増幅器３２の出力において、信号電力偏差は抑圧される。しかしながら、この例では、全区間に渡る信号光出力電力の平均が各波長の利得偏差によって異なるため、光ＳＮＲの偏差は図１２の（Ｂ）の例よりも大きくなることになる。
【００６８】
従って、等化器の挿入位置を区間２８の概略中央とした場合に、光ＳＮＲの偏差を最小にすることができる。また、各区間における光増幅器３２の出力電力のチャネル間偏差が等化器を概略中央に配置したときに最小になる、という点もこのような等化器配置の長所である。
【００６９】
以上の説明では、信号光電力が等しくなるように光フィルタを設計して、光ＳＮＲの偏差を最小にするように等化器の挿入位置を決めた。これとは逆に、あるサブ区間に光フィルタを配置し、光ＳＮＲが等しくなるように光フィルタの損失の波長依存性を決定する場合（即ち本発明による場合）について考える。光ＳＮＲの偏差を抑圧するため、光フィルタの損失の波長依存性を（６）式の状態から変化させる場合、光フィルタが挿入されるサブ区間の損失Γ（λ）は次式で与えられる。
【００７０】
Γ（λ）＝Γｏ＋α（λ）×ｎ×ｒ（λ） ・・・（７）
ここでｒ（λ）は、信号電力等化用の光フィルタと光ＳＮＲ等化用の光フィルタの損失差を表す係数である。信号電力について等化したときのｒ（λ）の値は１である。
【００７１】
もし、信号電力について等化した後に残る光ＳＮＲ偏差が大きければ、光ＳＮＲについて等化するときに、ｒ（λ）の値を１から大きくずらす必要がある。これは、光ＳＮＲについて等化した後の信号電力偏差を大きくすることを意味する。
【００７２】
従って、「光ＳＮＲについて等化したときにｒ（λ）が１からずれないような等化器挿入間隔」が「光ＳＮＲ偏差について等化したときに、信号電力偏差が最も小さくなる等化器挿入区間」であり、これは、「信号電力について等化したときに、光ＳＮＲ偏差が最も小さくなる等化器挿入区間」に等しいことがわかる。以上の考察から、光ＳＮＲについて等化を行った場合、信号電力偏差が最も小さくなるのは、光フィルタを区間２８の概略中央に配置した場合である。
【００７３】
図６に示されるような各区間２８において、第１の光フィルタ３６の挿入位置を区間２８の概略中央とすることにより、第２の光フィルタ３８における信号電力偏差が最小化されているので、その結果、第２の光フィルタ３８の損失は小さくて済むことがわかる。また、このような理由から、図９により説明したように、第２の光フィルタ３８が省略された付加区間４６を追加することができるのである。
【００７４】
ところで、図５のシステムにおいては、区間２８への入力信号電力が等しく信号電力偏差がない場合においても、信号光帯域外の光スペクトルによって、各区間２８に含まれる光増幅器３２の動作が変化する場合がある。
【００７５】
例えば、図１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように２つの入力光スペクトルに違いがある場合を想定する。いずれのスペクトルにおいても、信号電力は等しく、信号電力偏差はない。しかしながら、図１３の（Ａ）に示されるスペクトルでは雑音光がないのに対比して、図１３の（Ｂ）に示されるスペクトルでは、信号光帯域外に大きな雑音光スペクトルが見られる。
【００７６】
光増幅器の利得偏差及び反転分布パラメータは全入力電力が同じだとしても入力光スペクトルによって異なるため、このようなスペクトルの違いによって、各区間２８の光増幅器３２の動作が変化するような状況が生じる。この問題を避けるためには、各第２の光フィルタ３８が信号光の帯域を除く帯域の雑音光を遮断する手段を含むようにすればよい。具体的には次の通りである。
【００７７】
光増幅器としてＥＤＦＡを用いた場合、図１４に示されるように、信号光の帯域は一般的に１．５５μｍ帯（１．５４〜１．５８μｍ）に設定される。複数のＥＤＦＡをカスケード接続した場合における光スペクトルにおいては、各区間２８の動作状態を変化させる要因となるＡＳＥのピークが１．５３μｍ帯（１．５２〜１．５４μｍ）において観測される。
【００７８】
また、信号光の帯域では、図示された例では、右上がりの利得傾斜が生じている。
従って、第２の光フィルタ３８の特性としては、破線で示されるに、利得傾斜を相殺して信号電力偏差を抑圧するようなものに設定される。また、信号光の帯域を除く帯域の雑音光、特に１．５３μｍ帯のＡＳＥを遮断するような特性が第２の光フィルタ３８に与えられる。これにより、各区間２８の動作が一律になり、システムの設計及び構築が容易になる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、信号電力の偏差及び光ＳＮＲ（信号対雑音比）の偏差の両方に関して利得等化を行うようにした光増幅のための方法及び該方法を実施するためのシステムの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＷＤＭが適用される光通信システム（従来技術）の例を示すブロック図である。
【図２】図１のシステムにおけるＷＤＭ信号光のスペクトルの例を示す図（従来技術）である。
【図３】利得等化法の説明図（従来技術）である。
【図４】利得等化により信号電力の偏差（Ａ）及び光ＳＮＲの偏差（Ｂ）が抑圧される様子を示す図である。
【図５】本発明による光通信システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図６】各区間２８の第１実施形態を示すブロック図である。
【図７】図６の第１実施形態の効果を説明するための比較例を示すブロック図である。
【図８】本発明による光通信システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明による光通信システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１０】各区間２８の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１１】各区間２８の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１２】信号電力のレベルダイヤグラムを示す図である。
【図１３】入力光スペクトルの２つの例を示す図である。
【図１４】ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）を用いた場合における光スペクトルの例を示す図である。
【符号の説明】
２２ 第１の端局
２４ 第２の端局
２６ 光ファイバスパン
２８ 区間
３０（＃１，…，＃ｎ） サブ区間
３２ 光増幅器
３４ 光ファイバ伝送路
３６ 第１の光フィルタ
３８ 第２の光フィルタ

Claims (20)

1. （ａ）信号光を増幅して増幅信号光を得るステップと、
   （ｂ）該増幅信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように該増幅信号光を利得等化して第１の等化信号光を得るステップと、
   （ｃ）該第１の等化信号光を増幅して増幅等化信号光を得るステップと、
   （ｄ）該増幅等化信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように該増幅等化信号光を利得等化して第２の等化信号光を得るステップとを備えた方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   上記信号光は波長が異なる複数チャネルの光キャリアを含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光であり、
   上記各偏差は上記ＷＤＭ信号光におけるチャネル間偏差である方法。
3. 信号光を増幅するカスケード接続された複数の光増幅器と、
   該複数の光増幅器のうちの隣り合う２つの光増幅器の間に設けられ上記信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第１の光フィルタと、
   上記複数の光増幅器の下流側に設けられ上記信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第２の光フィルタとを備えたシステム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、
   上記信号光は波長が異なる複数チャネルの光キャリアを含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光であり、
   上記各偏差は上記ＷＤＭ信号光におけるチャネル間偏差であるシステム。
5. 請求項３に記載のシステムであって、
   上記第１の光フィルタは上記複数の光増幅器を概略２分する位置に設けられるシステム。
6. 請求項３に記載のシステムであって、
   上記第２の光フィルタは上記信号光の帯域を除く帯域の雑音光を遮断する手段を含むシステム。
7. 請求項３に記載のシステムであって、
   上記信号光は１．５５μｍ帯に含まれる波長を有しており、
   上記各光増幅器はエルビウムドープファイバ増幅器であり、
   上記第２の光フィルタは１．５３μｍ帯の雑音光を遮断する手段を含むシステム。
8. 複数の区間からなる光ファイバスパンと、
   該光ファイバスパンの一端にて信号光を該光ファイバスパンへ供給するための第１の端局と、
   該光ファイバスパンの他端にて該光ファイバスパンからの上記信号光を受けるための第２の端局とを備え、
   上記複数の区間の各々は、
   各々上記信号光を増幅するための複数の光増幅器と、
   該複数の光増幅器のうちの隣り合う２つの光増幅器の間に設けられ上記信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第１の光フィルタと、
   上記複数の光増幅器の下流側に設けられ上記信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第２の光フィルタとを備えているシステム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、
   上記信号光は波長が異なる複数チャネルの光キャリアを含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光であり、
   上記各偏差は上記ＷＤＭ信号光におけるチャネル間偏差であるシステム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、
    上記第１の端局は、波長が異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信機と、該複数の光信号を波長分割多重して上記ＷＤＭ信号光を出力する光マルチプレクサとを含み、
    上記第２の端局は、上記ＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける光デマルチプレクサと、該複数の光信号をそれぞれ受ける光受信機とを含むシステム。
11. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記複数の区間のうちの隣り合う２つの区間の間に設けられ上記信号光から分岐信号光を得るための光分岐装置と、
    その一端が上記光分岐装置に接続される少なくとも１つの分岐区間と、
    該分岐区間の他端にて該分岐区間からの上記分岐信号光を受けるための第３の端局とを更に備えたシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、
    上記各分岐区間は上記各区間の上記光増幅器並びに上記第１及び第２の光フィルタにそれぞれ相当するエレメントを含むシステム。
13. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記複数の区間と上記第２の端局との間に設けられる付加区間を更に備え、
    該付加区間は上記各区間の上記光増幅器及び上記第１の光フィルタにそれぞれ相当するエレメントを含むシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムであって、
    上記第２の端局は上記第２の光フィルタに相当するエレメントを含むシステム。
15. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記第１及び第２の光フィルタの各々の下流側に設けられ上記信号光に減衰を与える光アッテネータを更に備え、それにより上記複数の光増幅器の入力レベルが概略同じになるシステム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、
    上記光アッテネータは光ファイバからなり、該光ファイバの長さにより上記減衰が調節されるシステム。
17. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記各第１の光フィルタは当該区間の上記複数の光増幅器を概略２分する位置に設けられるシステム。
18. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記各第２の光フィルタは上記信号光の帯域を除く帯域の雑音光を遮断する手段を含むシステム。
19. 請求項８に記載のシステムであって、
    上記信号光は１．５５μｍ帯に含まれる波長を有しており、
    上記各光増幅器はエルビウムドープファイバ増幅器であり、
    上記各第２の光フィルタは１．５３μｍ帯の雑音光を遮断する手段を含むシステム。
20. 光分岐／挿入装置により接続された複数の光ファイバスパンを備え、
    該各光ファイバスパンは少なくとも１つの区間からなり、
    該少なくとも１つの区間の各々は、
    各々上記信号光を増幅するための複数の光増幅器と、
    該複数の光増幅器のうちの隣り合う２つの光増幅器の間に設けられ上記信号光の信号対雑音比の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第１の光フィルタと、
    上記複数の光増幅器の下流側に設けられ上記信号光の信号電力の波長に関する偏差が小さくなるように該信号光を利得等化するための第２の光フィルタとを備えているシステム。

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