JP3799266B2 - 誘導ブリリュアン散乱を利用した雑音光除去方法、雑音光除去装置および光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去技術に関し、特に、誘導ブリリュアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering；ＳＢＳ）を利用して光の状態のまま雑音光を除去する雑音光除去方法および装置、並びに、それを用いた光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムにおいては、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等を用いて構成される光中継器の数を増やしたり、あるいは、ラマン増幅器の導入により中継距離を延ばしたりするなどした、一般にロングホールシステム（Long Haul System）と呼ばれる長距離の光伝送システムが登場してきている。具体的に、信号光の送信部から受信部までの最大距離は、従来のシステムでは５００ｋｍ〜１０００ｋｍ程度であったが、ロングホールシステムでは２０００ｋｍ〜４０００ｋｍを超えるようになる。
【０００３】
ところで、上記のようなロングホールシステムにおいては、ＥＤＦＡで発生する自然放出光によるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）雑音光や、ラマン増幅器で発生する励起光のラマン散乱によるＡＳＳ（Amplified Spontaneous Scattering）雑音光が光中継器ごとに蓄積される。このような雑音光の蓄積は、光ＳＮ比（ＯＳＮＲ）を劣化させ、光受信器における信号光の識別特性を劣化させることになるため、システムの中継距離を延ばすことの制約となる。
【０００４】
上記のＡＳＥやＡＳＳの雑音光成分は、主信号光の波長帯域で数１０ｎｍの幅で発生する。このような雑音光成分に対して現行のシステムは、所要の中継スパンおきに光を電気信号に変換した後に再度変調を行った信号光を生成し送信する手法や、ＷＤＭ信号光を各チャンネルの光信号に分離してから再度合波して送信する手法などを採用することにより、雑音光成分を除去して長距離化を図るようにしている。
【０００５】
図１８は、光／電気変換に基づく雑音光除去を行う従来のＷＤＭ光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この従来システムでは、光送信装置１００が複数の光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）１０１から出力される各波長の光信号を合波器（ＭＵＸ）１０２で波長多重して生成したＷＤＭ信号光を光伝送路１０３に送信し、そのＷＤＭ信号光が光伝送路１０３上に所要の間隔で配置された複数の光中継器１０４で増幅されながら図示しない光受信装置に向けて中継伝送される。このとき、各光中継器で発生し蓄積された雑音光成分は、ｎ個の光中継器おきに配置された雑音光除去装置３００により光／電気変換に基づいて除去される。具体的に雑音光除去装置３００では、ｎ段目の光中継器１０４から出力される雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、分波器（ＤＭＵＸ）３０１で各波長の光信号に分波されて各々に対応した光受信器（ＯＲ）３０２で電気信号に変換される。そして、各光受信器３０２から出力される電気信号に従って変調された各々の波長の光信号が光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）３０３から出力され、合波器（ＭＵＸ）３０４で波長多重される。これにより、雑音光成分の除去されたＷＤＭ信号光が光伝送路１０３に出力されるようになる。
【０００６】
また、図１９は、ＷＤＭ信号光の分波および合波に基づいて雑音光除去を行う従来のＷＤＭ光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この従来システムでも、各光中継器１０４で発生し蓄積された雑音光成分が、ｎ個の光中継器１０４おきに配置された雑音光除去装置４００により、ＷＤＭ信号光の分波および合波に基づいて除去される。具体的に雑音光除去装置４００では、ｎ段目の光中継器１０４から出力される雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、各チャンネルの中心波長に対応した狭い透過帯域を持つ分波器（ＤＭＵＸ）４０１によって分波され、透過帯域外の雑音光成分が除去された各チャンネルの光信号が、合波器（ＭＵＸ）によって合波されて光伝送路１０３に出力されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のＷＤＭ光伝送システムにおける雑音光除去の手法については次のような問題点がある。まず、図１８に示したような光／電気変換に基づく雑音光除去の場合には、雑音光除去装置３００から出力されるＷＤＭ信号光の各波長光にパワーのばらつき（チルト）が発生する可能性があるため、このチルトを補正するための機能を雑音光除去装置３００に具備させる必要がある。具体的には、雑音光除去装置３００について、各チャンネルの信号光ごとにパワーを調整する可変光減衰器や、各波長の光信号パワーをモニタするためのスペクトラム測定ユニット（Spectrum Analyzer Unit；ＳＡＵ）、また、それらに付随する電気回路等を設けることが必要となる。このような雑音光除去装置３００の使用は、システム全体のコスト上昇を招いてしまうことになる。
【０００８】
また、雑音光除去装置３００が配置される中継スパンが長くなると、光／電気変換時に、光受信器３０２の入力光に含まれる雑音光成分が多くなりＯＳＮＲが劣化するため、光受信器３０２における信号識別処理でエラーが発生してしまう可能性もあり問題である。
図１９に示したようなＷＤＭ信号光の分波および合波に基づく雑音光除去の場合には、光／電気変換に基づく雑音光除去の場合に比べて、雑音光除去装置４００に光受信器および光送信器を設ける必要がなくなるものの、前述したような各チャンネルの信号光についてのチルト補正は同様に必要となるため、可変光減衰器やＳＡＵ等を設けることで装置構成が複雑になり、システム全体のコスト上昇を招いてしまうことになる。
【０００９】
また、ＷＤＭ信号光をチャネルごとに分波することによって、信号波長とは異なる波長の雑音光成分は除去できるが、信号波長と同じ波長の雑音光成分は除去することができない。このため、信号波長と同じ波長の雑音光成分は、そのまま信号光と伴に雑音光除去装置４００から光伝送路１０３に送られることになるので、中継数が多くなるとＯＳＮＲが劣化して伝送特性の著しい劣化が生じてしまうようになる。
【００１０】
さらに、雑音光除去装置４００については、前段の光中継器１０４から出力されたＷＤＭ信号光が、３〜６ｄＢ程度の挿入損失を有する分波器４０１および合波器４０２や、数ｄＢ程度の挿入損失を有するチルト補正用の可変光減衰器などを通過して光伝送路１０３に送られることになるため、後段の光中継器１０４に入力される各波長の光信号パワーが、光中継器１０４に用いられる光増幅器の入力ダイナミックレンジを満足しないような小さなパワーになってしまう可能性もある。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光に含まれる雑音光成分を、信号波長と同じ波長成分をも含めて光の状態のまま除去できる簡易な雑音光除去方法、雑音光除去装置および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明にかかる雑音光除去方法は、閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して、光増幅部により前記閾値を超えるパワーまで増幅した信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出すことにより、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去方法において、前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる雑音光除去装置は、閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体と、信号光を前記閾値を超えるパワーまで増幅する光増幅部と、前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して前記光増幅部で増幅された信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出す光入出力部と、を備え、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去装置において、前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されるものである。
【００１４】
上記のような雑音光除去方法および装置によれば、光増幅部の出力光パワーと、光増幅部の出力端および誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定される閾値を超えるパワーで誘導ブリリュアン散乱発生媒体に入力された信号光は、誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光として取り出される。一方、閾値に達するまでには増幅されていない、信号波長以外の雑音光成分および信号波長と同じ波長の雑音光成分は、誘導ブリリュアン散乱発生媒体に入力されても誘導ブリリュアン散乱を発生しないため戻り光としては取り出されない。これにより、入力時の信号光に含まれる雑音光成分が、従来の雑音光除去方式に比べて簡易な手法により光の状態まま除去されると共に、スペクトラム幅の狭い信号光を得ることができるようになる。
【００１５】
また、上記の雑音光除去方法および装置については、誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整するようにしてもよい。これにより、雑音光除去後の信号光のレベルを所望の値に合わせることができるようになる。
本発明にかかる光伝送システムは、光送信装置から光伝送路に送信された信号光を、光伝送路上に配置された光中継器で増幅して光受信装置まで中継伝送する光伝送システムであって、前述したような本発明にかかる雑音光除去装置を光伝送路上に少なくとも１つ以上備えて構成されるものである。このような光伝送システムとすることにより、システム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる誘導ブリリュアン散乱（以下、ＳＢＳと略す）を利用した雑音除去方法が適用された光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。なお、上述した従来の光伝送システムの構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１７】
図１において、本光伝送システムは、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光が、光伝送路１０３上に所要の間隔で配置された複数の光中継器１０４で増幅されながら光受信装置１０５に向けて中継伝送されるシステムについて、例えば、ｎ個の中継スパンおきに設置される光中継器として高出力型の光増幅器を備えた光中継器１を設けると共に、その光中継器１の出力側に位置する光伝送路１０３上に雑音光除去ユニット２を挿入した基本構成を備える。
【００１８】
光中継器１は、前段の光中継器１０４から光伝送路１０３を介して送られてくるＷＤＭ信号光を、後述する雑音光除去ユニット２内のダミー伝送路１３においてＳＢＳによる戻り光が発生可能なパワーレベルになるように、高出力型光増幅器で増幅して出力する。この光中継器１に用いられる高出力型の光増幅器としては周知の光増幅器を使用することが可能であり、具体的には、例えば希土類元素ドープ光ファイバ増幅器、ラマン増幅器、半導体光増幅器およびそれらの組み合わせによる光増幅器などを利用することができる。
【００１９】
雑音光除去ユニット２は、例えば、入力端子１０と出力端子１６の間に、光アイソレータ１１、光カプラ（ＣＰＬ）１２、ＳＢＳ発生媒体としてのダミー伝送路１３、無反射終端器（Ｔ）１４およびレベル調整部１５を備えて構成される。なお、ここでは光アイソレータ１１および光カプラ１２が光入出力部として機能する。また、図１にはｎ段目の雑音光除去ユニット２についてのみ具体的な構成を示したが、２ｎ段目の雑音光除去ユニット２の構成についても同様である。
【００２０】
光アイソレータ１１は、入力端子１０と光カプラ１２の間に配置され、入力端子１０から光カプラ１２に進む光を通過し、光カプラ１２から入力端子１０に進む光の通過を阻止する一般的な光部品である。
光カプラ１２は、ここでは例えば３つのポートを有し、図１で左上側に位置する第１ポートに光アイソレータ１１が接続され、図１で右側に位置する第２ポートにダミー伝送路１３が接続され、図１で左下側に位置する第３ポートにレベル調整部１５が接続される。この光カプラ１２は、光アイソレータ１１から第１ポートを介して入力される光を第２ポートを通ってダミー伝送路１３に伝達すると共に、ダミー伝送路１３からの戻り光を第２ポートを介して入力して２分岐し、第１および第３ポートからそれぞれ出力する。このような光カプラ１２の具体例としては、一般的な４つのポートを有する３ｄＢカプラ等を用いることが可能である。４ポートの３ｄＢカプラを使用する場合には、ダミー伝送路１３が接続されるポートと同じ側に位置するポートには無反射終端器などを接続して未使用ポートとし、上記のような光の伝達経路が構成されるようにする。
【００２１】
ダミー伝送路１３は、入力光のパワーが所要の閾値を超えると非線形光学現象の一種であるＳＢＳを発生する光伝送路である。このダミー伝送路１３は、後述するように、カプラ１２を介して一方の端部に与えられるＷＤＭ信号光のうちで１チャンネル当たりの光パワーが閾値を超える成分（信号光成分）についてＳＢＳによる戻り光を発生し、その戻り光を一方の端部から光カプラ１２に出力する。また、１チャンネル当たりの光パワーが閾値よりも小さい成分（一部の信号光成分および雑音光成分）については、ＳＢＳによる戻り光を発生することなく他方の端部に向けて伝搬して無反射終端器１４に出力する。
【００２２】
上記のダミー伝送路１３として、ここでは所要の長さの光ファイバ伝送路を用いるものとする。光ファイバ伝送路の長さは、ＳＢＳによる戻り光を確実に得ることができるように、使用する光ファイバの特性に応じて予め設計されており、具体的には、数ｋｍ〜２０ｋｍ程度とすることが可能である。ダミー伝送路１３として用いる光ファイバの具体例としては、通常の光ファイバ伝送路として利用されている１．３μｍ零分散単一モードファイバ（ＳＭＦ）や分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）等を使用することが可能である。特に、分散補償ファイバを使用すれば入力光のパワーが小さな値（例えば４ｄＢｍ／ｃｈ程度）でもＳＢＳが発生するため、光中継器１の出力レベルを抑えることが可能である。
【００２３】
なお、ここではダミー伝送路１３として所要の長さの光ファイバ伝送路を使用するようにしたが、本発明におけるＳＢＳ発生媒体は上記のような光ファイバを使用した伝送路に限られるものではなく、所要の長さに設計された光導波路を用いてもよい。また、ＳＢＳ発生媒体の形態は、光ファイバや光導波路等を用いたの伝送路に限定されるものではなく、入力光のＳＢＳによる戻り光を有効に得ることができる任意の形態とすることも可能である。
【００２４】
無反射終端器１４は、ダミー伝送路１３の光カプラ１２が接続された一方の端部は異なる他方の端部に接続され、ダミー伝送路１３の通過光を吸収して終端するものである。
レベル調整部１５は、光カプラ１２の第３ポートから出力される光、すなわち、ダミー伝送路１３におけるＳＢＳによる戻り光の一部が入力され、その戻り光を増幅または減衰することにより所要のパワーレベルに調整したＷＤＭ信号光を出力端子１６に出力する。
【００２５】
光送信装置１００と、各雑音光除去ユニット２の前段に位置する各光中継器１以外の他の光中継器１０４と、光受信装置１０５とは、従来の光伝送システムで用いられているもの同様である。具体的には、光送信装置１００は、複数の光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）１０１および合波器（ＭＵＸ）１０２を有し、各光送信器１０１から出力される波長の異なる光信号を合波器（ＭＵＸ）１０２で波長多重して光伝送路１０３に送信する。
【００２６】
各光中継器１０４は、光伝送路１０３を伝送されるＷＤＭ信号光を所要のレベルまで増幅して中継伝送する。各光中継器１０４の出力光レベルは、光中継器１の出力光レベルに比べて十分に低く設定されていて、光伝送路１０３における非線形光学現象の発生が抑制されるようにしてある。
光受信装置１０５は、分波器（ＤＭＵＸ）１０６および複数の光受信器（ＯＲ1〜ＯＲN）を有し、光伝送路１０３を伝搬してきたＷＤＭ信号光を分波器１０６で各チャンネルの信号光ごとに分波し、各々の信号光を対応する光受信器１０７で受信処理する。
【００２７】
次に、上記のような基本構成を備えた光伝送システムの動作について説明する。
本光伝送システムにおいて、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光は、所要の中継間隔で配置された光中継器１０４で順次増幅されながら中継伝送されて、ｎ段目の高出力型光増幅器を備えた光中継器１に到達する。このｎ段目の光中継器１に入力されるＷＤＭ信号光は、１〜（ｎ−１）段目の各光中継器１０４で発生するＡＳＥやＡＳＳなどの雑音光成分が光増幅帯域全体に亘って蓄積した光となっている。光中継器１では、上記のような雑音光を含んだＷＤＭ信号光が、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３においてＳＢＳによる戻り光が発生し得る光パワーレベルに達するまで増幅され、その増幅されたＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２に送られる。
【００２８】
図２は、光中継器１から雑音光除去ユニット２に入力されるＷＤＭ信号光の波長λに対する光パワーＰINの一例を示す図である。図２に示すように、光中継器１では、ＷＤＭ信号光に含まれる１チャンネル当たりの信号光パワーが予め設定したレベルＰ1に達するまでＷＤＭ信号光全体が増幅される。この１チャンネル当たりの出力光パワーＰ1は、ダミー伝送路１３でＳＢＳが発生して有効な戻り光が得られるようになるダミー伝送路１３への入力光パワーの閾値ＰTHと、光中継器１の出力端およびダミー伝送路１３の入力端の間に配置される各光部品（ここでは光アイソレータ１１および光カプラ１２）の挿入損失とに基づいて設定される。なお、図２中の光パワーＰ104は、各段の光中継器１０４で増幅され出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりのパワーを示したものである（Ｐ1＞Ｐ104）。
【００２９】
上記の設定について具体例を挙げておくと、ダミー伝送路１３においてＳＢＳが発生可能になって戻り光が得られるようになる入力光パワーの閾値ＰTHは、ダミー伝送路１３として１．３μｍ零分散ＳＭＦを使用する場合には約１０ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能であり、ＤＳＦを使用する場合には約７ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能であり、ＤＣＦを使用する場合には約４ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能である。光アイソレータ１１の挿入損失を１ｄＢ、光カプラ１２の挿入損失を４ｄＢと見積もるようにすれば、光中継器１の出力光パワーＰ1は、上記の各ダミー伝送路１３に対応した各々の閾値に５ｄＢを加えたレベル以上に設定することができる。なお、光中継器１の出力光パワーＰ1の設定は上記の一例に限られるものではない。
【００３０】
光中継器１から雑音光除去ユニット２の入力端子１１に与えらたＷＤＭ信号光は、図３の太線矢印で示すように、光アイソレータ１１および光カプラ１２を順に通過してダミー伝送路１３の一端に入力される。ダミー伝送路１３では、入力光のうちの上記閾値ＰTHを超えるパワーを持った成分について、ＳＢＳによる戻り光が発生し、その戻り光が入力端から出力されて光カプラ１２に再入力される。一方、ダミー伝送路１３への入力光のうちの閾値ＰTHよりも小さいパワーを持った成分については、ダミー伝送路１３内を入力端とは反対側の端部に向けて伝搬して無反射終端器１４によって吸収される。
【００３１】
ここで、ダミー伝送路１３において発生するＳＢＳによる戻り光について詳しく説明する。
非線形光学現象の一種であるＳＢＳは、高出力の狭帯域光信号を伝送路等に入力させた場合に、入力光とは逆方向に進む散乱光が増幅されて戻ってくる現象であり、その戻り光のパワーは、例えば図４に示すように、入力光パワーＰINおよび変調ビットレートに応じて変化することが知られている。具体的には、入力光パワーＰINが大きいほど戻り光のパワーも大きくなり、入力光パワーＰINがある値以上になると入力光の大半が戻ってくるようになる。また、変調ビットレートが高いほど戻り光のパワーは小さくなる傾向を示す。
【００３２】
このような特性を持つＳＢＳによる戻り光を利用して、ＷＤＭ信号光に蓄積された雑音光を除去するための原理は、例えば図５に示すように、ダミー伝送路１３に入力される各チャンネルの信号がすべて「１」になる発光状態と、すべて「０」になる消光状態とを考えることで容易に説明できる。
図５（Ａ）の左側に示すように、ダミー伝送路１３への入力光がすべて「１」になる場合、各チャンネルの信号光パワーは、ＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルにまで増幅されているため、各々の信号光はＳＢＳによる戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくる。これに対して、信号波長以外の成分、すなわち、各チャンネルの中心波長の中間に位置する累積されたＡＳＥやＡＳＳ等の雑音光成分は、ＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはなく、入力端とは反対側の端部に向けて伝搬する。これにより、図５（Ａ）右側の戻り光パワーＰSBSに示すように、各チャンネルの信号光成分（実線部分）だけが取り出され、雑音光成分（点線部分）が除去されたＷＤＭ信号光を得ることができるようになる。なお、図５（Ａ）に例示した戻り光パワーＰSBSは、前述の図４に示したように信号光の入力パワーおよび変調ビットレートに応じてそのレベルが変化するものである。
【００３３】
一方、図５（Ｂ）の左側に示すようにダミー伝送路１３への入力光がすべて「０」になる場合には、信号波長以外に存在するＡＳＥやＡＳＳ等の雑音光成分は、ＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはない。また、各チャンネルの中心波長付近には雑音光成分のみが存在することになるが、この雑音光成分も上記の場合と同様にＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、ＳＢＳによる戻り光が得られることはない。これにより、図５（Ｂ）の右側に示すように、ＷＤＭ信号光の全波長帯域に存在する雑音光成分（点線部分）を除去することが可能になる。
【００３４】
このようにＳＢＳによる戻り光を利用した雑音光の除去方式によれば、ダミー伝送路１３に入力されるＷＤＭ信号光について、「１」を示す信号光成分のみが取り出され、信号波長以外の雑音光成分および信号光が「０」を示す場合の信号波長の雑音光成分の双方が確実に除去されるようになる。
さらに、ＳＢＳによる戻り光を利用した雑音光の除去方式によれば、戻り光として取り出した信号光のスペクトラムが細くなる（波長成分が少なくなる）という作用効果も生じる。具体的には、例えば図６の左側に示すように、信号光パワーがＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超える波長領域は、信号波長の幅よりも狭くなるので、図６の右側に示すように、戻り光として取り出される信号光成分のスペクトラム幅は入力時よりも細くなる。このような作用効果は、例えば光伝送路１０３における波長分散の影響等が軽減されるため、ＷＤＭ信号光の伝送に有利である。
【００３５】
上記のようにしてダミー伝送路１３で発生したＳＢＳによる戻り光は、光カプラ１２に再び入力されて２分岐され、光アイソレータ１１およびレベル調整部１５にそれぞれ接続する各ポートから出力される。光アイソレータ１１側に出力された戻り光は、光アイソレータ１１で通過が阻止されることによって、光中継器１の増幅動作に影響を及ぼすことが回避される。一方、レベル調整部１５側に出力された戻り光は、レベル調整部１５において、各チャンネルの信号光がそれぞれ増幅または減衰されることにより、例えば図７に示すように、所望のパワーレベルＰOUTに調整されたＷＤＭ信号光が出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力される。そして、光伝送路１０３に出力されたＷＤＭ信号光は、以降、１〜ｎ段目と同様にして光受信装置に向けて中継伝送される。
【００３６】
ここで、上述したような雑音光除去方式におけるＳＢＳ以外の他の非線形光学現象の影響について簡単に説明しておく。
本雑音光除去方式において、ダミー伝送路１３内で入力光のパルスとＳＢＳによる戻り光のパルスとがすれ違うときには、相手のパルスの立ち上がり部と立下り部により相互位相変調（ＸＰＭ）が発生する場合がある。しかし、ＸＰＭにより生じる波長シフトの方向は入力光および戻り光で逆方向となるため、各方向の波長シフトはパルスがダミー伝送路１３を往復することで結果的にキャンセルされることになる。従って、ＳＢＳによる戻り光に対するＸＰＭの影響は殆ど生じないものと考えられる。
【００３７】
また、光中継器１からの高出力の信号光がダミー伝送路１３に入射し、ＳＢＳにより戻ってくるまでの間では、自己位相変調（ＳＰＭ）や４光波混合（ＦＷＭ）が発生する場合がある。しかし、それらにより発生した別波長の光はＳＢＳを起こさないため、ダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはない。従って、ＳＢＳによる戻り光に対するＳＰＭおよびＦＷＭの影響は残らないものと考えられる。
【００３８】
上述したように本光伝送システムによれば、雑音光を除去するノード（中継区間）について、光中継器に設けられる光増幅器を高出力型のものに変更し、ダミー伝送路１３および数点のパッシブ部品からなる雑音光除去ユニット２を設けるだけで雑音光を確実に除去することができるようになるため、従来の光／電気変換や信号光の分波および合波に基づく雑音光除去方式に比べてシステム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。また、ＳＢＳによる戻り光を利用することによって信号波長と同じ波長の雑音光成分を効果的に除去することができるため、光送信装置１００から送信された時の状態に極めて近い状態のＷＤＭ信号光を作り出すことが可能になる。さらに、スペクトラム幅の狭い信号光が得られるため、光伝送路１０３における波長分散等の影響を軽減することもできる。
【００３９】
なお、上述の図１に示した基本構成では、ダミー伝送路１３に対する信号光の入力および戻り光の取り出しを行う光入出力部として光アイソレータ１１および光カプラ１２を設けるようにしたが、本発明における光入出力部の構成はこれに限られるものではない。例えば図８に示すように、光アイソレータ１１および光カプラ１２に代えて光サーキュレータ１７を設けるようにしてもよい。この光サーキュレータ１７は、第１ポートに光アイソレータ１１が接続され、第２ポートにダミー伝送路１３が接続され、第３ポートにレベル調整部１５が接続されて、第１ポートから第２ポートへの方向および第２ポートから第３ポートへの方向に進む光を伝達することが可能な光デバイスである。このような光サーキュレータ１７を使用することによって、雑音光除去ユニット２の構成をより簡略なものにできる。
【００４０】
次に、上述したような基本構成を備えた光伝送システムの具体的な実施形態について説明する。
図９は、第１実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。なお、上述の図１に示した基本構成と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、他の実施形態においても同様とする。
【００４１】
図９において、第１実施形態の光伝送システムは、例えば図１の基本構成について、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５として、ＳＢＳによる戻り光を光増幅器により所要のレベルまで増幅する具体的な構成を適用したものである。上記以外の雑音光除去ユニット２の他の部分の構成および光伝送システム全体の構成は、図１の基本構成の場合と同様である。
【００４２】
具体的にレベル調整部１５に相当する構成は、例えば、光増幅器２０、光カプラ（ＣＰＬ）２１、受光器（ＰＤ）２２、ＡＤコンバータ２３および制御回路２４を含んでなる。
光増幅器２０は、光カプラ１２の第３ポートと雑音光除去ユニット２の出力端子１６との間の光路上に配置され、光カプラ１２で取り出されたＳＢＳによる戻り光を制御回路２４からの出力信号に従った利得で増幅して出力する。この光増幅器２０としては、例えば希土類元素ドープ光ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅器を使用することが可能である。
【００４３】
光カプラ２１は、光増幅器２０から出力端子１６に出力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐して受光器２２に送るものである。受光器２２は、光カプラ２１からの分岐光を受光し、パワーに応じた電気信号を発生してＡＤコンバータ２３に出力する。ＡＤコンバータ２３は、受光器２２からのアナログの電気信号をデジタルに変換して制御回路２４に送る。
【００４４】
制御回路２４は、ＡＤコンバータ２３からの出力信号および光中継器１からの伝送情報に基づいて、光増幅器２０から出力されるＷＤＭ信号光のパワーが目標値になるように、光増幅器２０の増幅動作を制御するための制御信号を生成する。この制御回路２４の具体例としては、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array)等の集積回路を用いることが可能である。
【００４５】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２では、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、光増幅器２０で増幅されて出力端子１６に出力される。このとき光増幅器２０からの出力光の一部が光カプラ２１によって分岐され、トータルパワーが受光器２２によってモニタされて、そのモニタ結果がＡＤコンバータ２３を介して制御回路２４に伝えられる。制御回路２４では、光中継器１から伝えられるチャンネル数や出力レベル目標値等の伝送情報に従い、ＡＤコンバータ２３から伝えられるモニタされたトータルパワーをチャンネル数で割り算した値を基に、光増幅器２０から出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりの光パワーが求められ、その結果が目標値に一致するように光増幅器２０の増幅動作を制御する制御信号が生成される。そして、この制御信号に従って光増幅器２０の利得が調整されることで、前述の図７に示したような各チャンネルの信号光パワーが所望のレベルで揃ったＷＤＭ信号光が、出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力されるようになる。なお、ＳＢＳによる戻り光を光増幅器２０で増幅することによりＡＳＥ等の雑音光が発生することになるが、この光増幅器２０で発生する雑音光は１〜ｎ段目で発生し蓄積した雑音光に比べて僅かであるため、ダミー伝送路１３における雑音光除去の効果は十分に得られることになる。
【００４６】
このように第１実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のレベルが、例えば信号光の変調ビットレートが高い場合などのように小さくなるようなときでも、後段の光増幅器２０によって所望のレベルまで増幅したＷＤＭ信号光を安定して出力することが可能になる。
【００４７】
次に、第２実施形態による光伝送システムについて説明する。
図１０は、第２実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１０において、第２実施形態の光伝送システムは、前述の図９に示した第１実施形態の変形例であって、ＳＢＳによる戻り光をラマン増幅によって所要のレベルまで増幅するようにしたものである。具体的には、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５に相当する構成として、ラマン増幅用の励起光源（ＬＤ）３０、ＷＤＭカプラ３１、ＡＤコンバータ３２、制御回路３３およびメモリ３４を含んでなる。
【００４８】
ラマン増幅用の励起光源３０は、伝送されるＷＤＭ信号光の波長帯域に対応して予め設定された波長帯の励起光を発生し、その励起光をＷＤＭカプラ３１および出力端子１６を介して受信側の光伝送路１０３に供給することで、その光伝送路１０３を伝搬するＷＤＭ信号光のラマン増幅を可能にする。ＡＤコンバータ３２は、励起光源３０の駆動状態を示す電気信号をＡＤ変換して制御回路３３に出力する。
【００４９】
制御回路３３は、ＡＤコンバータ３２からの出力信号、光中継器１からの伝送情報およびメモリ３４の記憶情報に基づいて、光伝送路１０３を伝搬して次段（ｎ＋１段目）の光中継器１０４に入力されるＷＤＭ信号光のパワーが所望のレベルとなるように励起光源３０の駆動状態を制御するための制御信号を生成する。この制御回路２４としては、ＦＰＧＡ等の集積回路を用いることが可能である。また、メモリ３４には、予め調べておいた励起光源の出力光パワーとラマン増幅利得との関係や、次段の光中継器１０４までの伝送距離（＝減衰量）などに関する情報が記憶されているものとする。
【００５０】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２においては、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、ＷＤＭカプラ３１を通過して出力端子１６に接続された光伝送路１０３に出力される。この光伝送路１０３には、制御回路３３によって駆動状態が制御された励起光源３０から出力される励起光がＷＤＭカプラ３１を介して供給されていて、光伝送路１０３を伝搬するＷＤＭ信号光（戻り光）がラマン増幅されながら次段の光中継器１０４に送られる。これにより、所望のレベルにラマン増幅されたＷＤＭ信号光が次段の光中継器１０４に入力されるようになる。なお、ＳＢＳによる戻り光を後段の光伝送路１０３でラマン増幅することによりＡＳＳ雑音光が発生することになるが、このＡＳＳ雑音光は１〜ｎ段目で発生し蓄積した雑音光に比べて僅かであるため、ダミー伝送路１３における雑音光除去の効果は十分に得られることになる。
【００５１】
このように第２実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のレベルが小さくなるようなときでも、後段の光伝送路１０３をラマン増幅媒体として利用することによって、所望のレベルまでラマン増幅したＷＤＭ信号光を次段の光中継器１０４に安定して送ることが可能になる。
【００５２】
なお、上記の第１、第２実施形態では、光増幅器２０の出力光レベルまたは励起光源３０の駆動状態をモニタしてＷＤＭ信号光に対する利得を制御するようにしたが、ＳＢＳによる戻り光のパワーが実験結果またはシミュレーションなどによって予め分かっている場合には利得を固定にするようにしても構わない。
次に、第３実施形態による光伝送システムについて説明する。
【００５３】
図１１は、第３実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１１において、第３実施形態の光伝送システムは、例えば図１の基本構成について、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５として、ＳＢＳによる戻り光を可変光減衰器により所要のレベルまで減衰させる具体的な構成を適用したものである。上記以外の雑音光除去ユニット２の他の部分の構成および光伝送システム全体の構成は、図１の基本構成の場合と同様である。
【００５４】
具体的にレベル調整部１５に相当する構成は、例えば、可変光減衰器（ＡＴＴ）４０、光カプラ（ＣＰＬ）４１、受光器（ＰＤ）４２、ＡＤコンバータ４３、制御回路４４およびトランジスタ（ＴＲ）４５を含んでなる。
可変光減衰器４０は、光カプラ１２の第３ポートと雑音光除去ユニット２の出力端子１６との間の光路上に配置され、光カプラ１２で取り出されたＳＢＳによる戻り光を可変の減衰量に応じて減衰して出力する。この可変光減衰器４０の減衰量は、制御回路４４からの出力信号をトランジスタ４５によって電流に変換した信号に従って制御される。
【００５５】
光カプラ４１は、可変光減衰器４０から出力端子１６に出力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐して受光器４２に送るものである。受光器４２は、光カプラ４１からの分岐光を受光し、パワーに応じた電気信号を発生してＡＤコンバータ４３に出力する。ＡＤコンバータ４３は、受光器４２からのアナログの電気信号をデジタルに変換して制御回路４４に送る。
【００５６】
制御回路４４は、ＡＤコンバータ４３からの出力信号および光中継器１からの伝送情報に基づいて、可変光減衰器４０から出力されるＷＤＭ信号光のトータルパワーが目標値となるように、可変光減衰器４０の可変の減衰量を制御するための制御信号を生成し、その制御信号をトランジスタ４５を介して可変光減衰器４０に伝達する。この制御回路４４の具体例としては、ＦＰＧＡ等の集積回路を用いることが可能である。
【００５７】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２では、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、可変光減衰器４０で減衰されて出力端子１６に出力される。このとき可変光減衰器４０からの出力光の一部が光カプラ４１によって分岐され、トータルパワーが受光器４２によってモニタされて、そのモニタ結果がＡＤコンバータ４３を介して制御回路４４に伝えられる。制御回路４４では、ＡＤコンバータ４３からのモニタ結果に基づいて、光中継器１から伝えられるチャンネル数や出力レベル目標値等の伝送情報に従い、可変光減衰器４０から出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりの光パワーが求められ、その結果が目標値に一致するように可変光減衰器４０の光減衰量を制御する制御信号が生成される。そして、この制御信号に従って可変光減衰器４０の光減衰量が調整されることで、各チャンネルの信号光パワーが所望のレベルで揃ったＷＤＭ信号光が、出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力されるようになる。
【００５８】
このように第３実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のパワーが、例えば後段の光伝送路１０３において非線形光学現象を生じてしまうような大きなレベルになるときでも、可変光減衰器４０によって非線形光学現象の生じないレベルまで減衰させたＷＤＭ信号光を安定して出力することが可能になる。
【００５９】
なお、上記の第３実施形態では、可変光減衰器４０の出力光レベルをモニタして可変の減衰量を制御するようにしたが、ＳＢＳによる戻り光のパワーが実験結果またはシミュレーションなどによって予め分かっている場合には減衰量が固定の光減衰器を用いるようにしても構わない。
また、上述した第１〜第３実施形態では、光入出力部として光アイソレータ１１および光カプラ１２を使用する構成について適用したが、上述の図８に示したように光入出力部として光サーキュレータ１７を用いる構成についても同様にして応用することが可能である。
【００６０】
次に、第４実施形態による光伝送システムについて説明する。
図１２は、第４実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１２において、第４実施形態の光伝送システムは、例えば図８に示した構成についての応用例であって、高出力型の光中継器１としての機能と、雑音光除去ユニット２内のレベル調整部１５としての機能とを１つの光増幅器で実現するようにしたものである。
【００６１】
具体的には、光伝送システムの例えばｎ段目の光中継器として、上述した雑音光除去ユニット２としての機能を内蔵した光中継器１’を設け、その光中継器１’は、入力端子１０’と出力端子１６’の間に、光サーキュレータ１７’、光増幅器５０、ダミー伝送路１３および無反射終端器（Ｔ）１４を備えて構成される。
【００６２】
光サーキュレータ１７は、ここでは、第１ポートに入力端子１０’が接続され、第２ポートに光増幅器５０が接続され、第３ポートに出力端子１６’が接続されて、第１ポートから第２ポートへの方向および第２ポートから第３ポートへの方向に進む光を伝達することが可能である。
光増幅器５０は、ここでは例えば、２段増幅構成のエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いるものとし、具体的には、第１および第２のエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）５１Ａ，５１Ｂと、各ＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂへの励起光を発生する励起光源５２Ａ，５２Ｂと、各励起光源５２Ａ，５２Ｂからの励起光をＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂに供給するＷＤＭカプラ５３Ａ，５３Ｂと、ＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂの段間に設けられた可変光減衰器５４と、を備えて構成される。また、ここでは図示を省略したが、光増幅器５０から出力されるＷＤＭ信号光パワーのモニタ結果に応じて、励起光源５２Ａ，５２Ｂの駆動状態または可変光減衰器５４の減衰量を制御する制御回路も設けられているものとする。
【００６３】
なお、光増幅器５０の構成は上記の具体例に限定されるものではなく、双方向に伝搬する光を高い利得で増幅可能な任意の構成の光増幅器を用いることが可能である。
ダミー伝送路１３は、光増幅器５０の光サーキュレータ１７とは反対側に位置する入出力端に一端が接続され、他端には無反射終端器１４が接続されている。このダミー伝送路１３および無反射終端器１４は、上述の基本構成において用いたものと同様である。
【００６４】
上記のような構成の光伝送システムでは、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光が、１〜（ｎ−１）段目の光中継器１０４で順次増幅されながら中継伝送されてｎ段目の光中継器１’に入力される。光中継器１’では、雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、入力端子１０’および光サーキュレータ１７を介して光増幅器５０に送られる。この光増幅器５０では、励起光源５２Ａ，５２Ｂからの励起光の供給を受けて励起状態にされた各ＥＤＦ５１Ａ，５１ＢをＷＤＭ信号光が一方向に伝搬することによって、そのＷＤＭ信号光のパワーが、ダミー伝送路１３におけるＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルにまで増幅された後に、ダミー伝送路１３に出力される。そして、ダミー伝送路１３では、閾値ＰTHを超えるパワーを持つ信号波長の信号光成分のみがＳＢＳによる戻り光として光増幅器５０に再入力され、閾値ＰTHに達していない信号波長以外の雑音光成分および信号波長と同じ波長の雑音光成分はダミー伝送路１３を通過して無反射終端器１４に吸収される。
【００６５】
ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光は、光増幅器５０内を入力側に向けて伝搬することにより所要のレベルにまで増幅されて光サーキュレータ１７に出力される。このとき、光増幅器５０から光サーキュレータ１７に出力されるＷＤＭ信号光（戻り光）のパワーがモニタされ、そのモニタ結果に従って、励起光源５２Ａ，５２Ｂの駆動状態または可変光減衰器５４の減衰量が制御されて、ＷＤＭ信号光のパワーが目標値に一致するように調整される。
【００６６】
光増幅器５０から光サーキュレータ１７の第２ポートに送られたＷＤＭ信号光は、光サーキュレータ１７の第３ポートから出力されて、出力端子１６’を介して後段の光伝送路１０３に送出される。
このように第４実施形態による光伝送システムによれば、上述した基本構成の場合と同様の作用効果を得ることができると共に、ＷＤＭ信号光をＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルまで増幅する機能と、ＳＢＳによる戻り光のレベルを調整する機能とが１つの光増幅器５０によって実現されるようになるため、システム構成のさらなる簡略化を図ることが可能になる。
【００６７】
次に、第５実施形態による光伝送システムについて説明する。
第５実施形態の光伝送システムでは、ＳＢＳによる波長シフトの影響を考慮したシステム構成について説明する。ここで、ＳＢＳによる波長シフトとは、入力光の波長に対して、ＳＢＳによる戻り光の波長が１１ＧＨｚ程度（例えば１５５０ｎｍ帯の光では０．０９ｎｍ程度）長波長側にシフトする現象である。このようなＳＢＳによる波長シフトは、例えば、光受信装置におけるＷＤＭ信号光の分波処理に影響を及ぼす可能性がある。
【００６８】
具体的には、例えば図１３の中段に示すように、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光の波長間隔が広いシステム（図の例では４００ＧＨｚ間隔、すなわち、１５５０ｎｍ帯で３．２ｎｍ程度の間隔）の場合、光受信装置１０５内に設けられる分波器１０６のフィルタ特性（各チャンネルに対応した透過帯域幅）も広くできるため、伝送されるＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２を通過する回数が少なければ、上記分波器をそのまま用いて受信されたＷＤＭ信号光から各チャンネルの信号光を取り出すことが可能である。
【００６９】
しかし、図１３の下段に示すように、信号光の波長間隔が狭いシステム（図の例では５０ＧＨｚ間隔、すなわち、１５５０ｎｍ帯で０．４ｎｍ程度の間隔）の場合には、分波器１０６のフィルタ特性も狭くなるため、ＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２を通過する回数がたとえ少なくても、ＳＢＳによる波長シフトの影響により分波器１０６で各チャンネルの信号光を正しく取り出すことが難しくなる。
【００７０】
そこで、第５実施形態の光伝送システムでは、伝送光がシステム全体で雑音光除去ユニットを何回通過するかを基にＳＢＳによる波長シフト量を予め計算し、送信時における各チャンネルの中心波長を上記波長シフト量だけずらしたフィルタ特性を有する分波器を光受信装置内に備えるようにした構成を採用する。
図１４は、第５実施形態の光伝送システムの具体例を示す概念図である。ここでは、伝送光が雑音光除去ユニットを２回通過する場合の一例を具体的に考えることにする。この場合、システム全体でのＳＢＳによる波長シフト量は、１１ＧＨｚ×２＝２２ＧＨｚと計算され、１５５０ｎｍ帯のＷＤＭ信号光を想定すると約０．１８ｎｍとなる。例えば、ＷＤＭ信号光の波長間隔が５０ＧＨｚで、送信時における各チャンネルの中心波長が１５４９．６０ｎｍ、１５５０．００ｎｍ、１５５０．４０ｎｍの各信号光は、受信時には中心波長が１５４９．７８ｎｍ、１５５０．１８ｎｍ、１５５０．５８ｎｍにそれぞれシフトすることになる。従って、光受信装置１０５’内の分波器１０６’としては、透過中心波長が１５４９．７８ｎｍ、１５５０．１８ｎｍ、１５５０．５８ｎｍに位置するフィルタ特性を備えたデバイスを用いるようにする。光受信装置１０５’内の各光受信器１０７については、ＳＢＳにより波長がシフトした信号光がそれぞれ入力されることになるが、各々の光受信器１０７には基本的に波長依存性がないため、ＳＢＳによる波長シフトに応じた変更の必要は特にない。
【００７１】
このような構成を採用することにより、システム全体を伝送されたＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光を分波器１０６’で確実に取り出すことが可能になる。
なお、上記の第５実施形態では、光受信装置１０５’内の分波器１０６’として固定のフィルタ特性を有するデバイスの使用を考えたが、例えば、可変のフィルタ特性を有するデバイスを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば図１５に示すような、温度変化によりフィルタ特性の中心波長が変化するアレイ型導波路格子（Arrayed Waveguide Grating；ＡＷＧ）等を使用することが可能である。ただし、図１５には、ある１つの透過帯に着目した温度変化が示してある。
【００７２】
ＡＷＧを使用する場合、温度変化に対する波長の変動率が０．０１ｎｍ／℃であると仮定すると、前述した伝送光が雑音光除去ユニットを２回通過する一例においては、ＳＢＳによる波長シフト量０．１８ｎｍは制御温度差に換算して０．１８／０．０１＝１８℃となる。従って、ＡＷＧの温度を変化させるヒータやペルチェ等の動作状態を調整して、図１６に示すように、ＡＷＧの制御温度を基準温度から１８℃変化させて透過帯の中心波長を０．１８ｎｍシフトさせれば、雑音光除去ユニットを２回通過したことによる波長変動をデバイス自体を変更することなく光受信装置で吸収することができるようになる。
【００７３】
また、上述した第１〜第５実施形態では、光伝送システムのｎ個の中継スパンおきに高出力型の光中継器および雑音光除去ユニットを配置するようにしたが、システム上でＳＢＳを利用した雑音光除去を実施する位置は上記に限られるものではない。例えば図１７に示すように、光受信装置１０５の直前に高出力型の光中継器１および雑音光除去ユニット２を配置して、光受信装置１０５に入力するＷＤＭ信号光に蓄積した雑音光を一度に除去するようにしてもよい。このようなシステム構成は、例えば伝送途中のノードにおいて信号光が挿入または分岐（Add/Drop）されないようなシステムの場合、基本的に伝送途中での伝送光のＯＳＮＲは関係なく、あくまで光受信装置に入力される際のＯＳＮＲが重要になるため好適である。
【００７４】
さらに、本発明による雑音光除去方式は、上述の図６に示したように、ＳＢＳによる戻り光として取り出した信号光のスペクトラムが細くなる（波長成分が少なくなる）という作用効果が得られるため、光送信装置や光中継器から信号光が送出された直後に本方式を適用して、伝送光の波長広がりを抑圧するという応用例も可能である。
【００７５】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１） 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して、光増幅部により前記閾値を超えるパワーまで増幅した信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出すことにより、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去方法において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去方法。
【００７６】
（付記２） 付記１に記載の雑音光除去方法であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整することを特徴とする雑音光除去方法。
【００７７】
（付記３） 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体と、
信号光を前記閾値を超えるパワーまで増幅する光増幅部と、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して前記光増幅部で増幅された信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出す光入出力部と、を備え、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去装置において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００７８】
（付記４） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整する調整部を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００７９】
（付記５） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部は、前記戻り光を増幅する光増幅器を含むことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８０】
（付記６） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部は、前記戻り光を減衰させる光減衰器を含むことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８１】
（付記７） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部から出力される戻り光のパワーを検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づいて前記調整部の動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８２】
（付記８） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光伝送路の形態を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８３】
（付記９） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光ファイバを用いたものであることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８４】
（付記１０） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光導波路を用いたものであることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８５】
（付記１１） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、前記光増幅部で増幅された信号光が入力される一端とは反対側に位置する他端が無反射終端処理されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８６】
（付記１２） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記光入出力部は、少なくとも３つのポートを有する光カプラと、光アイソレータとを備え、前記光増幅部で増幅された信号光が前記光カプラの第１ポートに入力され第２ポートから前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に出力され、前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光が前記光カプラの第２ポートに入力され２分岐されて第１ポートおよび第３ポートから出力され、前記光カプラの第１ポートから出力される戻り光の前記光増幅部への伝達が前記光アイソレータによって阻止されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８７】
（付記１３） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記光入出力部は、前記光増幅部の光出力端と前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の光入力端との間に配置された光サーキュレータを有することを特徴とする雑音光除去装置。
【００８８】
（付記１４） 光送信装置から光伝送路に送信された信号光を、前記光伝送路上に配置された光中継器で増幅して光受信装置まで中継伝送する光伝送システムであって、
付記３に記載の雑音光除去装置を前記光伝送路上に少なくとも１つ以上備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【００８９】
（付記１５） 付記１４に記載の光伝送システムであって、
前記光受信装置は、前記光伝送路を伝送された信号光を波長に応じて分波する分波器を有し、該分波器は、前記雑音光除去装置で発生する誘導ブリリュアン散乱による波長シフト量に応じて透過帯の中心波長が設定されたフィルタ特性を持つことを特徴とする光伝送システム。
【００９０】
（付記１６） 付記１５に記載の光伝送システムであって、
前記分波器は、フィルタ特性が調整可能なアレイ型導波路格子を含むことを特徴とする光伝送システム。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるＳＢＳを利用した雑音光除去技術によれば、光増幅部の出力光パワーと、光増幅部の出力端および誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定される閾値を超えるパワーの信号光を誘導ブリリュアン散乱発生媒体に与え、ＳＢＳによる戻り光を信号光として取り出すようにしたことで、従来の雑音光除去方式に比べて簡易な手法により信号光に含まれる雑音光成分を光の状態のまま除去することができる。このような雑音光除去技術を光伝送システムに適用すれば、システム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。また、ＳＢＳによる戻り光を利用することによって信号波長と同じ波長の雑音光成分を効果的に除去することができるため、送信時の状態に極めて近い状態の信号光を作り出すことが可能になる。さらに、スペクトラム幅の狭い信号光が得られるため、光伝送路における波長分散等の影響を軽減することも可能になる。加えて、ＳＢＳによる戻り光のパワーを調整するようにすれば、雑音光除去後の信号光のレベルを所望の値に合わせることができ、また、実伝送路での非線形光学現象の発生を低減させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＳＢＳを利用した雑音除去方法が適用された光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光伝送システムにおいて、雑音光除去ユニットに入力されるＷＤＭ信号光の波長に対する光パワーの一例を示す図である。
【図３】図１の光伝送システムにおける信号光の伝達経路を示す図である。
【図４】入力光パワーに対するＳＢＳによる戻り光パワーの関係を変調ビットレートに応じて示した図である。
【図５】本発明のＳＢＳを利用した雑音光除去の原理を説明する図であって、（Ａ）は各チャンネルの信号がすべて「１」になる発光状態、（Ｂ）は各チャンネルの信号がすべて「０」になる消光状態を示す。
【図６】本発明のＳＢＳを利用した雑音光除去において信号光スペクトラムを細くする効果を説明する図である。
【図７】図１の光伝送システムにおいて、雑音光除去ユニットから出力されるＷＤＭ信号光の波長に対する光パワーの一例を示す図である。
【図８】図１の光伝送システムの基本構成に関連する他の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１３】ＳＢＳによる波長シフトの影響を説明する図である。
【図１４】本発明の第５実施形態による光伝送システムの具体例を示す概念図である。
【図１５】第５実施形態に関連して、分波器に使用可能なＡＷＧの温度特性を説明する図である。
【図１６】図１５のＡＷＧを使用した場合のフィルタ特性の制御例を示す図である。
【図１７】本発明の各実施形態に関連して、光受信装置の直前で雑音光除去を実施するようにした一例を示す図である。
【図１８】光／電気変換に基づく雑音光除去を行う従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】信号光の分波および合波に基づいて雑音光除去を行う従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１’ 光中継器（高出力型）
２ 雑音光除去ユニット
１０ 入力端子
１１ 光アイソレータ
１２ 光カプラ（ＣＰＬ）
１３ ダミー伝送路
１４ 無反射終端器（Ｔ）
１５ レベル調整部
１６ 出力端子
１７ 光サーキュレータ
１００ 光送信装置
１０３ 光伝送路
１０４ 光中継器
１０５ 光受信装置
１０６，１０６’ 分波器（ＤＭＵＸ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去技術に関し、特に、誘導ブリリュアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering；ＳＢＳ）を利用して光の状態のまま雑音光を除去する雑音光除去方法および装置、並びに、それを用いた光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムにおいては、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等を用いて構成される光中継器の数を増やしたり、あるいは、ラマン増幅器の導入により中継距離を延ばしたりするなどした、一般にロングホールシステム（Long Haul System）と呼ばれる長距離の光伝送システムが登場してきている。具体的に、信号光の送信部から受信部までの最大距離は、従来のシステムでは５００ｋｍ〜１０００ｋｍ程度であったが、ロングホールシステムでは２０００ｋｍ〜４０００ｋｍを超えるようになる。
【０００３】
ところで、上記のようなロングホールシステムにおいては、ＥＤＦＡで発生する自然放出光によるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）雑音光や、ラマン増幅器で発生する励起光のラマン散乱によるＡＳＳ（Amplified Spontaneous Scattering）雑音光が光中継器ごとに蓄積される。このような雑音光の蓄積は、光ＳＮ比（ＯＳＮＲ）を劣化させ、光受信器における信号光の識別特性を劣化させることになるため、システムの中継距離を延ばすことの制約となる。
【０００４】
上記のＡＳＥやＡＳＳの雑音光成分は、主信号光の波長帯域で数１０ｎｍの幅で発生する。このような雑音光成分に対して現行のシステムは、所要の中継スパンおきに光を電気信号に変換した後に再度変調を行った信号光を生成し送信する手法や、ＷＤＭ信号光を各チャンネルの光信号に分離してから再度合波して送信する手法などを採用することにより、雑音光成分を除去して長距離化を図るようにしている。
【０００５】
図１８は、光／電気変換に基づく雑音光除去を行う従来のＷＤＭ光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この従来システムでは、光送信装置１００が複数の光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）１０１から出力される各波長の光信号を合波器（ＭＵＸ）１０２で波長多重して生成したＷＤＭ信号光を光伝送路１０３に送信し、そのＷＤＭ信号光が光伝送路１０３上に所要の間隔で配置された複数の光中継器１０４で増幅されながら図示しない光受信装置に向けて中継伝送される。このとき、各光中継器で発生し蓄積された雑音光成分は、ｎ個の光中継器おきに配置された雑音光除去装置３００により光／電気変換に基づいて除去される。具体的に雑音光除去装置３００では、ｎ段目の光中継器１０４から出力される雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、分波器（ＤＭＵＸ）３０１で各波長の光信号に分波されて各々に対応した光受信器（ＯＲ）３０２で電気信号に変換される。そして、各光受信器３０２から出力される電気信号に従って変調された各々の波長の光信号が光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）３０３から出力され、合波器（ＭＵＸ）３０４で波長多重される。これにより、雑音光成分の除去されたＷＤＭ信号光が光伝送路１０３に出力されるようになる。
【０００６】
また、図１９は、ＷＤＭ信号光の分波および合波に基づいて雑音光除去を行う従来のＷＤＭ光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。この従来システムでも、各光中継器１０４で発生し蓄積された雑音光成分が、ｎ個の光中継器１０４おきに配置された雑音光除去装置４００により、ＷＤＭ信号光の分波および合波に基づいて除去される。具体的に雑音光除去装置４００では、ｎ段目の光中継器１０４から出力される雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、各チャンネルの中心波長に対応した狭い透過帯域を持つ分波器（ＤＭＵＸ）４０１によって分波され、透過帯域外の雑音光成分が除去された各チャンネルの光信号が、合波器（ＭＵＸ）によって合波されて光伝送路１０３に出力されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のＷＤＭ光伝送システムにおける雑音光除去の手法については次のような問題点がある。まず、図１８に示したような光／電気変換に基づく雑音光除去の場合には、雑音光除去装置３００から出力されるＷＤＭ信号光の各波長光にパワーのばらつき（チルト）が発生する可能性があるため、このチルトを補正するための機能を雑音光除去装置３００に具備させる必要がある。具体的には、雑音光除去装置３００について、各チャンネルの信号光ごとにパワーを調整する可変光減衰器や、各波長の光信号パワーをモニタするためのスペクトラム測定ユニット（Spectrum Analyzer Unit；ＳＡＵ）、また、それらに付随する電気回路等を設けることが必要となる。このような雑音光除去装置３００の使用は、システム全体のコスト上昇を招いてしまうことになる。
【０００８】
また、雑音光除去装置３００が配置される中継スパンが長くなると、光／電気変換時に、光受信器３０２の入力光に含まれる雑音光成分が多くなりＯＳＮＲが劣化するため、光受信器３０２における信号識別処理でエラーが発生してしまう可能性もあり問題である。
図１９に示したようなＷＤＭ信号光の分波および合波に基づく雑音光除去の場合には、光／電気変換に基づく雑音光除去の場合に比べて、雑音光除去装置４００に光受信器および光送信器を設ける必要がなくなるものの、前述したような各チャンネルの信号光についてのチルト補正は同様に必要となるため、可変光減衰器やＳＡＵ等を設けることで装置構成が複雑になり、システム全体のコスト上昇を招いてしまうことになる。
【０００９】
また、ＷＤＭ信号光をチャネルごとに分波することによって、信号波長とは異なる波長の雑音光成分は除去できるが、信号波長と同じ波長の雑音光成分は除去することができない。このため、信号波長と同じ波長の雑音光成分は、そのまま信号光と伴に雑音光除去装置４００から光伝送路１０３に送られることになるので、中継数が多くなるとＯＳＮＲが劣化して伝送特性の著しい劣化が生じてしまうようになる。
【００１０】
さらに、雑音光除去装置４００については、前段の光中継器１０４から出力されたＷＤＭ信号光が、３〜６ｄＢ程度の挿入損失を有する分波器４０１および合波器４０２や、数ｄＢ程度の挿入損失を有するチルト補正用の可変光減衰器などを通過して光伝送路１０３に送られることになるため、後段の光中継器１０４に入力される各波長の光信号パワーが、光中継器１０４に用いられる光増幅器の入力ダイナミックレンジを満足しないような小さなパワーになってしまう可能性もある。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光に含まれる雑音光成分を、信号波長と同じ波長成分をも含めて光の状態のまま除去できる簡易な雑音光除去方法、雑音光除去装置および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明にかかる雑音光除去方法は、閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して、光増幅部により前記閾値を超えるパワーまで増幅した信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出すことにより、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去方法において、前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる雑音光除去装置は、閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体と、信号光を前記閾値を超えるパワーまで増幅する光増幅部と、前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して前記光増幅部で増幅された信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出す光入出力部と、を備え、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去装置において、前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されるものである。
【００１４】
上記のような雑音光除去方法および装置によれば、光増幅部の出力光パワーと、光増幅部の出力端および誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定される閾値を超えるパワーで誘導ブリリュアン散乱発生媒体に入力された信号光は、誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光として取り出される。一方、閾値に達するまでには増幅されていない、信号波長以外の雑音光成分および信号波長と同じ波長の雑音光成分は、誘導ブリリュアン散乱発生媒体に入力されても誘導ブリリュアン散乱を発生しないため戻り光としては取り出されない。これにより、入力時の信号光に含まれる雑音光成分が、従来の雑音光除去方式に比べて簡易な手法により光の状態まま除去されると共に、スペクトラム幅の狭い信号光を得ることができるようになる。
【００１５】
また、上記の雑音光除去方法および装置については、誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整するようにしてもよい。これにより、雑音光除去後の信号光のレベルを所望の値に合わせることができるようになる。
本発明にかかる光伝送システムは、光送信装置から光伝送路に送信された信号光を、光伝送路上に配置された光中継器で増幅して光受信装置まで中継伝送する光伝送システムであって、前述したような本発明にかかる雑音光除去装置を光伝送路上に少なくとも１つ以上備えて構成されるものである。このような光伝送システムとすることにより、システム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる誘導ブリリュアン散乱（以下、ＳＢＳと略す）を利用した雑音除去方法が適用された光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。なお、上述した従来の光伝送システムの構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１７】
図１において、本光伝送システムは、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光が、光伝送路１０３上に所要の間隔で配置された複数の光中継器１０４で増幅されながら光受信装置１０５に向けて中継伝送されるシステムについて、例えば、ｎ個の中継スパンおきに設置される光中継器として高出力型の光増幅器を備えた光中継器１を設けると共に、その光中継器１の出力側に位置する光伝送路１０３上に雑音光除去ユニット２を挿入した基本構成を備える。
【００１８】
光中継器１は、前段の光中継器１０４から光伝送路１０３を介して送られてくるＷＤＭ信号光を、後述する雑音光除去ユニット２内のダミー伝送路１３においてＳＢＳによる戻り光が発生可能なパワーレベルになるように、高出力型光増幅器で増幅して出力する。この光中継器１に用いられる高出力型の光増幅器としては周知の光増幅器を使用することが可能であり、具体的には、例えば希土類元素ドープ光ファイバ増幅器、ラマン増幅器、半導体光増幅器およびそれらの組み合わせによる光増幅器などを利用することができる。
【００１９】
雑音光除去ユニット２は、例えば、入力端子１０と出力端子１６の間に、光アイソレータ１１、光カプラ（ＣＰＬ）１２、ＳＢＳ発生媒体としてのダミー伝送路１３、無反射終端器（Ｔ）１４およびレベル調整部１５を備えて構成される。なお、ここでは光アイソレータ１１および光カプラ１２が光入出力部として機能する。また、図１にはｎ段目の雑音光除去ユニット２についてのみ具体的な構成を示したが、２ｎ段目の雑音光除去ユニット２の構成についても同様である。
【００２０】
光アイソレータ１１は、入力端子１０と光カプラ１２の間に配置され、入力端子１０から光カプラ１２に進む光を通過し、光カプラ１２から入力端子１０に進む光の通過を阻止する一般的な光部品である。
光カプラ１２は、ここでは例えば３つのポートを有し、図１で左上側に位置する第１ポートに光アイソレータ１１が接続され、図１で右側に位置する第２ポートにダミー伝送路１３が接続され、図１で左下側に位置する第３ポートにレベル調整部１５が接続される。この光カプラ１２は、光アイソレータ１１から第１ポートを介して入力される光を第２ポートを通ってダミー伝送路１３に伝達すると共に、ダミー伝送路１３からの戻り光を第２ポートを介して入力して２分岐し、第１および第３ポートからそれぞれ出力する。このような光カプラ１２の具体例としては、一般的な４つのポートを有する３ｄＢカプラ等を用いることが可能である。４ポートの３ｄＢカプラを使用する場合には、ダミー伝送路１３が接続されるポートと同じ側に位置するポートには無反射終端器などを接続して未使用ポートとし、上記のような光の伝達経路が構成されるようにする。
【００２１】
ダミー伝送路１３は、入力光のパワーが所要の閾値を超えると非線形光学現象の一種であるＳＢＳを発生する光伝送路である。このダミー伝送路１３は、後述するように、カプラ１２を介して一方の端部に与えられるＷＤＭ信号光のうちで１チャンネル当たりの光パワーが閾値を超える成分（信号光成分）についてＳＢＳによる戻り光を発生し、その戻り光を一方の端部から光カプラ１２に出力する。また、１チャンネル当たりの光パワーが閾値よりも小さい成分（一部の信号光成分および雑音光成分）については、ＳＢＳによる戻り光を発生することなく他方の端部に向けて伝搬して無反射終端器１４に出力する。
【００２２】
上記のダミー伝送路１３として、ここでは所要の長さの光ファイバ伝送路を用いるものとする。光ファイバ伝送路の長さは、ＳＢＳによる戻り光を確実に得ることができるように、使用する光ファイバの特性に応じて予め設計されており、具体的には、数ｋｍ〜２０ｋｍ程度とすることが可能である。ダミー伝送路１３として用いる光ファイバの具体例としては、通常の光ファイバ伝送路として利用されている１．３μｍ零分散単一モードファイバ（ＳＭＦ）や分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）等を使用することが可能である。特に、分散補償ファイバを使用すれば入力光のパワーが小さな値（例えば４ｄＢｍ／ｃｈ程度）でもＳＢＳが発生するため、光中継器１の出力レベルを抑えることが可能である。
【００２３】
なお、ここではダミー伝送路１３として所要の長さの光ファイバ伝送路を使用するようにしたが、本発明におけるＳＢＳ発生媒体は上記のような光ファイバを使用した伝送路に限られるものではなく、所要の長さに設計された光導波路を用いてもよい。また、ＳＢＳ発生媒体の形態は、光ファイバや光導波路等を用いたの伝送路に限定されるものではなく、入力光のＳＢＳによる戻り光を有効に得ることができる任意の形態とすることも可能である。
【００２４】
無反射終端器１４は、ダミー伝送路１３の光カプラ１２が接続された一方の端部は異なる他方の端部に接続され、ダミー伝送路１３の通過光を吸収して終端するものである。
レベル調整部１５は、光カプラ１２の第３ポートから出力される光、すなわち、ダミー伝送路１３におけるＳＢＳによる戻り光の一部が入力され、その戻り光を増幅または減衰することにより所要のパワーレベルに調整したＷＤＭ信号光を出力端子１６に出力する。
【００２５】
光送信装置１００と、各雑音光除去ユニット２の前段に位置する各光中継器１以外の他の光中継器１０４と、光受信装置１０５とは、従来の光伝送システムで用いられているもの同様である。具体的には、光送信装置１００は、複数の光送信器（ＯＳ1〜ＯＳN）１０１および合波器（ＭＵＸ）１０２を有し、各光送信器１０１から出力される波長の異なる光信号を合波器（ＭＵＸ）１０２で波長多重して光伝送路１０３に送信する。
【００２６】
各光中継器１０４は、光伝送路１０３を伝送されるＷＤＭ信号光を所要のレベルまで増幅して中継伝送する。各光中継器１０４の出力光レベルは、光中継器１の出力光レベルに比べて十分に低く設定されていて、光伝送路１０３における非線形光学現象の発生が抑制されるようにしてある。
光受信装置１０５は、分波器（ＤＭＵＸ）１０６および複数の光受信器（ＯＲ1〜ＯＲN）を有し、光伝送路１０３を伝搬してきたＷＤＭ信号光を分波器１０６で各チャンネルの信号光ごとに分波し、各々の信号光を対応する光受信器１０７で受信処理する。
【００２７】
次に、上記のような基本構成を備えた光伝送システムの動作について説明する。
本光伝送システムにおいて、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光は、所要の中継間隔で配置された光中継器１０４で順次増幅されながら中継伝送されて、ｎ段目の高出力型光増幅器を備えた光中継器１に到達する。このｎ段目の光中継器１に入力されるＷＤＭ信号光は、１〜（ｎ−１）段目の各光中継器１０４で発生するＡＳＥやＡＳＳなどの雑音光成分が光増幅帯域全体に亘って蓄積した光となっている。光中継器１では、上記のような雑音光を含んだＷＤＭ信号光が、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３においてＳＢＳによる戻り光が発生し得る光パワーレベルに達するまで増幅され、その増幅されたＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２に送られる。
【００２８】
図２は、光中継器１から雑音光除去ユニット２に入力されるＷＤＭ信号光の波長λに対する光パワーＰINの一例を示す図である。図２に示すように、光中継器１では、ＷＤＭ信号光に含まれる１チャンネル当たりの信号光パワーが予め設定したレベルＰ1に達するまでＷＤＭ信号光全体が増幅される。この１チャンネル当たりの出力光パワーＰ1は、ダミー伝送路１３でＳＢＳが発生して有効な戻り光が得られるようになるダミー伝送路１３への入力光パワーの閾値ＰTHと、光中継器１の出力端およびダミー伝送路１３の入力端の間に配置される各光部品（ここでは光アイソレータ１１および光カプラ１２）の挿入損失とに基づいて設定される。なお、図２中の光パワーＰ104は、各段の光中継器１０４で増幅され出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりのパワーを示したものである（Ｐ1＞Ｐ104）。
【００２９】
上記の設定について具体例を挙げておくと、ダミー伝送路１３においてＳＢＳが発生可能になって戻り光が得られるようになる入力光パワーの閾値ＰTHは、ダミー伝送路１３として１．３μｍ零分散ＳＭＦを使用する場合には約１０ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能であり、ＤＳＦを使用する場合には約７ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能であり、ＤＣＦを使用する場合には約４ｄＢｍ／ｃｈ以上に設定することが可能である。光アイソレータ１１の挿入損失を１ｄＢ、光カプラ１２の挿入損失を４ｄＢと見積もるようにすれば、光中継器１の出力光パワーＰ1は、上記の各ダミー伝送路１３に対応した各々の閾値に５ｄＢを加えたレベル以上に設定することができる。なお、光中継器１の出力光パワーＰ1の設定は上記の一例に限られるものではない。
【００３０】
光中継器１から雑音光除去ユニット２の入力端子１１に与えらたＷＤＭ信号光は、図３の太線矢印で示すように、光アイソレータ１１および光カプラ１２を順に通過してダミー伝送路１３の一端に入力される。ダミー伝送路１３では、入力光のうちの上記閾値ＰTHを超えるパワーを持った成分について、ＳＢＳによる戻り光が発生し、その戻り光が入力端から出力されて光カプラ１２に再入力される。一方、ダミー伝送路１３への入力光のうちの閾値ＰTHよりも小さいパワーを持った成分については、ダミー伝送路１３内を入力端とは反対側の端部に向けて伝搬して無反射終端器１４によって吸収される。
【００３１】
ここで、ダミー伝送路１３において発生するＳＢＳによる戻り光について詳しく説明する。
非線形光学現象の一種であるＳＢＳは、高出力の狭帯域光信号を伝送路等に入力させた場合に、入力光とは逆方向に進む散乱光が増幅されて戻ってくる現象であり、その戻り光のパワーは、例えば図４に示すように、入力光パワーＰINおよび変調ビットレートに応じて変化することが知られている。具体的には、入力光パワーＰINが大きいほど戻り光のパワーも大きくなり、入力光パワーＰINがある値以上になると入力光の大半が戻ってくるようになる。また、変調ビットレートが高いほど戻り光のパワーは小さくなる傾向を示す。
【００３２】
このような特性を持つＳＢＳによる戻り光を利用して、ＷＤＭ信号光に蓄積された雑音光を除去するための原理は、例えば図５に示すように、ダミー伝送路１３に入力される各チャンネルの信号がすべて「１」になる発光状態と、すべて「０」になる消光状態とを考えることで容易に説明できる。
図５（Ａ）の左側に示すように、ダミー伝送路１３への入力光がすべて「１」になる場合、各チャンネルの信号光パワーは、ＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルにまで増幅されているため、各々の信号光はＳＢＳによる戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくる。これに対して、信号波長以外の成分、すなわち、各チャンネルの中心波長の中間に位置する累積されたＡＳＥやＡＳＳ等の雑音光成分は、ＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはなく、入力端とは反対側の端部に向けて伝搬する。これにより、図５（Ａ）右側の戻り光パワーＰSBSに示すように、各チャンネルの信号光成分（実線部分）だけが取り出され、雑音光成分（点線部分）が除去されたＷＤＭ信号光を得ることができるようになる。なお、図５（Ａ）に例示した戻り光パワーＰSBSは、前述の図４に示したように信号光の入力パワーおよび変調ビットレートに応じてそのレベルが変化するものである。
【００３３】
一方、図５（Ｂ）の左側に示すようにダミー伝送路１３への入力光がすべて「０」になる場合には、信号波長以外に存在するＡＳＥやＡＳＳ等の雑音光成分は、ＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、戻り光としてダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはない。また、各チャンネルの中心波長付近には雑音光成分のみが存在することになるが、この雑音光成分も上記の場合と同様にＳＢＳが発生するパワーレベルに達していないため、ＳＢＳによる戻り光が得られることはない。これにより、図５（Ｂ）の右側に示すように、ＷＤＭ信号光の全波長帯域に存在する雑音光成分（点線部分）を除去することが可能になる。
【００３４】
このようにＳＢＳによる戻り光を利用した雑音光の除去方式によれば、ダミー伝送路１３に入力されるＷＤＭ信号光について、「１」を示す信号光成分のみが取り出され、信号波長以外の雑音光成分および信号光が「０」を示す場合の信号波長の雑音光成分の双方が確実に除去されるようになる。
さらに、ＳＢＳによる戻り光を利用した雑音光の除去方式によれば、戻り光として取り出した信号光のスペクトラムが細くなる（波長成分が少なくなる）という作用効果も生じる。具体的には、例えば図６の左側に示すように、信号光パワーがＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超える波長領域は、信号波長の幅よりも狭くなるので、図６の右側に示すように、戻り光として取り出される信号光成分のスペクトラム幅は入力時よりも細くなる。このような作用効果は、例えば光伝送路１０３における波長分散の影響等が軽減されるため、ＷＤＭ信号光の伝送に有利である。
【００３５】
上記のようにしてダミー伝送路１３で発生したＳＢＳによる戻り光は、光カプラ１２に再び入力されて２分岐され、光アイソレータ１１およびレベル調整部１５にそれぞれ接続する各ポートから出力される。光アイソレータ１１側に出力された戻り光は、光アイソレータ１１で通過が阻止されることによって、光中継器１の増幅動作に影響を及ぼすことが回避される。一方、レベル調整部１５側に出力された戻り光は、レベル調整部１５において、各チャンネルの信号光がそれぞれ増幅または減衰されることにより、例えば図７に示すように、所望のパワーレベルＰOUTに調整されたＷＤＭ信号光が出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力される。そして、光伝送路１０３に出力されたＷＤＭ信号光は、以降、１〜ｎ段目と同様にして光受信装置に向けて中継伝送される。
【００３６】
ここで、上述したような雑音光除去方式におけるＳＢＳ以外の他の非線形光学現象の影響について簡単に説明しておく。
本雑音光除去方式において、ダミー伝送路１３内で入力光のパルスとＳＢＳによる戻り光のパルスとがすれ違うときには、相手のパルスの立ち上がり部と立下り部により相互位相変調（ＸＰＭ）が発生する場合がある。しかし、ＸＰＭにより生じる波長シフトの方向は入力光および戻り光で逆方向となるため、各方向の波長シフトはパルスがダミー伝送路１３を往復することで結果的にキャンセルされることになる。従って、ＳＢＳによる戻り光に対するＸＰＭの影響は殆ど生じないものと考えられる。
【００３７】
また、光中継器１からの高出力の信号光がダミー伝送路１３に入射し、ＳＢＳにより戻ってくるまでの間では、自己位相変調（ＳＰＭ）や４光波混合（ＦＷＭ）が発生する場合がある。しかし、それらにより発生した別波長の光はＳＢＳを起こさないため、ダミー伝送路１３の入力端に戻ってくることはない。従って、ＳＢＳによる戻り光に対するＳＰＭおよびＦＷＭの影響は残らないものと考えられる。
【００３８】
上述したように本光伝送システムによれば、雑音光を除去するノード（中継区間）について、光中継器に設けられる光増幅器を高出力型のものに変更し、ダミー伝送路１３および数点のパッシブ部品からなる雑音光除去ユニット２を設けるだけで雑音光を確実に除去することができるようになるため、従来の光／電気変換や信号光の分波および合波に基づく雑音光除去方式に比べてシステム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。また、ＳＢＳによる戻り光を利用することによって信号波長と同じ波長の雑音光成分を効果的に除去することができるため、光送信装置１００から送信された時の状態に極めて近い状態のＷＤＭ信号光を作り出すことが可能になる。さらに、スペクトラム幅の狭い信号光が得られるため、光伝送路１０３における波長分散等の影響を軽減することもできる。
【００３９】
なお、上述の図１に示した基本構成では、ダミー伝送路１３に対する信号光の入力および戻り光の取り出しを行う光入出力部として光アイソレータ１１および光カプラ１２を設けるようにしたが、本発明における光入出力部の構成はこれに限られるものではない。例えば図８に示すように、光アイソレータ１１および光カプラ１２に代えて光サーキュレータ１７を設けるようにしてもよい。この光サーキュレータ１７は、第１ポートに光アイソレータ１１が接続され、第２ポートにダミー伝送路１３が接続され、第３ポートにレベル調整部１５が接続されて、第１ポートから第２ポートへの方向および第２ポートから第３ポートへの方向に進む光を伝達することが可能な光デバイスである。このような光サーキュレータ１７を使用することによって、雑音光除去ユニット２の構成をより簡略なものにできる。
【００４０】
次に、上述したような基本構成を備えた光伝送システムの具体的な実施形態について説明する。
図９は、第１実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。なお、上述の図１に示した基本構成と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、他の実施形態においても同様とする。
【００４１】
図９において、第１実施形態の光伝送システムは、例えば図１の基本構成について、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５として、ＳＢＳによる戻り光を光増幅器により所要のレベルまで増幅する具体的な構成を適用したものである。上記以外の雑音光除去ユニット２の他の部分の構成および光伝送システム全体の構成は、図１の基本構成の場合と同様である。
【００４２】
具体的にレベル調整部１５に相当する構成は、例えば、光増幅器２０、光カプラ（ＣＰＬ）２１、受光器（ＰＤ）２２、ＡＤコンバータ２３および制御回路２４を含んでなる。
光増幅器２０は、光カプラ１２の第３ポートと雑音光除去ユニット２の出力端子１６との間の光路上に配置され、光カプラ１２で取り出されたＳＢＳによる戻り光を制御回路２４からの出力信号に従った利得で増幅して出力する。この光増幅器２０としては、例えば希土類元素ドープ光ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅器を使用することが可能である。
【００４３】
光カプラ２１は、光増幅器２０から出力端子１６に出力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐して受光器２２に送るものである。受光器２２は、光カプラ２１からの分岐光を受光し、パワーに応じた電気信号を発生してＡＤコンバータ２３に出力する。ＡＤコンバータ２３は、受光器２２からのアナログの電気信号をデジタルに変換して制御回路２４に送る。
【００４４】
制御回路２４は、ＡＤコンバータ２３からの出力信号および光中継器１からの伝送情報に基づいて、光増幅器２０から出力されるＷＤＭ信号光のパワーが目標値になるように、光増幅器２０の増幅動作を制御するための制御信号を生成する。この制御回路２４の具体例としては、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array)等の集積回路を用いることが可能である。
【００４５】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２では、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、光増幅器２０で増幅されて出力端子１６に出力される。このとき光増幅器２０からの出力光の一部が光カプラ２１によって分岐され、トータルパワーが受光器２２によってモニタされて、そのモニタ結果がＡＤコンバータ２３を介して制御回路２４に伝えられる。制御回路２４では、光中継器１から伝えられるチャンネル数や出力レベル目標値等の伝送情報に従い、ＡＤコンバータ２３から伝えられるモニタされたトータルパワーをチャンネル数で割り算した値を基に、光増幅器２０から出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりの光パワーが求められ、その結果が目標値に一致するように光増幅器２０の増幅動作を制御する制御信号が生成される。そして、この制御信号に従って光増幅器２０の利得が調整されることで、前述の図７に示したような各チャンネルの信号光パワーが所望のレベルで揃ったＷＤＭ信号光が、出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力されるようになる。なお、ＳＢＳによる戻り光を光増幅器２０で増幅することによりＡＳＥ等の雑音光が発生することになるが、この光増幅器２０で発生する雑音光は１〜ｎ段目で発生し蓄積した雑音光に比べて僅かであるため、ダミー伝送路１３における雑音光除去の効果は十分に得られることになる。
【００４６】
このように第１実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のレベルが、例えば信号光の変調ビットレートが高い場合などのように小さくなるようなときでも、後段の光増幅器２０によって所望のレベルまで増幅したＷＤＭ信号光を安定して出力することが可能になる。
【００４７】
次に、第２実施形態による光伝送システムについて説明する。
図１０は、第２実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１０において、第２実施形態の光伝送システムは、前述の図９に示した第１実施形態の変形例であって、ＳＢＳによる戻り光をラマン増幅によって所要のレベルまで増幅するようにしたものである。具体的には、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５に相当する構成として、ラマン増幅用の励起光源（ＬＤ）３０、ＷＤＭカプラ３１、ＡＤコンバータ３２、制御回路３３およびメモリ３４を含んでなる。
【００４８】
ラマン増幅用の励起光源３０は、伝送されるＷＤＭ信号光の波長帯域に対応して予め設定された波長帯の励起光を発生し、その励起光をＷＤＭカプラ３１および出力端子１６を介して受信側の光伝送路１０３に供給することで、その光伝送路１０３を伝搬するＷＤＭ信号光のラマン増幅を可能にする。ＡＤコンバータ３２は、励起光源３０の駆動状態を示す電気信号をＡＤ変換して制御回路３３に出力する。
【００４９】
制御回路３３は、ＡＤコンバータ３２からの出力信号、光中継器１からの伝送情報およびメモリ３４の記憶情報に基づいて、光伝送路１０３を伝搬して次段（ｎ＋１段目）の光中継器１０４に入力されるＷＤＭ信号光のパワーが所望のレベルとなるように励起光源３０の駆動状態を制御するための制御信号を生成する。この制御回路２４としては、ＦＰＧＡ等の集積回路を用いることが可能である。また、メモリ３４には、予め調べておいた励起光源の出力光パワーとラマン増幅利得との関係や、次段の光中継器１０４までの伝送距離（＝減衰量）などに関する情報が記憶されているものとする。
【００５０】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２においては、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、ＷＤＭカプラ３１を通過して出力端子１６に接続された光伝送路１０３に出力される。この光伝送路１０３には、制御回路３３によって駆動状態が制御された励起光源３０から出力される励起光がＷＤＭカプラ３１を介して供給されていて、光伝送路１０３を伝搬するＷＤＭ信号光（戻り光）がラマン増幅されながら次段の光中継器１０４に送られる。これにより、所望のレベルにラマン増幅されたＷＤＭ信号光が次段の光中継器１０４に入力されるようになる。なお、ＳＢＳによる戻り光を後段の光伝送路１０３でラマン増幅することによりＡＳＳ雑音光が発生することになるが、このＡＳＳ雑音光は１〜ｎ段目で発生し蓄積した雑音光に比べて僅かであるため、ダミー伝送路１３における雑音光除去の効果は十分に得られることになる。
【００５１】
このように第２実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のレベルが小さくなるようなときでも、後段の光伝送路１０３をラマン増幅媒体として利用することによって、所望のレベルまでラマン増幅したＷＤＭ信号光を次段の光中継器１０４に安定して送ることが可能になる。
【００５２】
なお、上記の第１、第２実施形態では、光増幅器２０の出力光レベルまたは励起光源３０の駆動状態をモニタしてＷＤＭ信号光に対する利得を制御するようにしたが、ＳＢＳによる戻り光のパワーが実験結果またはシミュレーションなどによって予め分かっている場合には利得を固定にするようにしても構わない。
次に、第３実施形態による光伝送システムについて説明する。
【００５３】
図１１は、第３実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１１において、第３実施形態の光伝送システムは、例えば図１の基本構成について、雑音光除去ユニット２のレベル調整部１５として、ＳＢＳによる戻り光を可変光減衰器により所要のレベルまで減衰させる具体的な構成を適用したものである。上記以外の雑音光除去ユニット２の他の部分の構成および光伝送システム全体の構成は、図１の基本構成の場合と同様である。
【００５４】
具体的にレベル調整部１５に相当する構成は、例えば、可変光減衰器（ＡＴＴ）４０、光カプラ（ＣＰＬ）４１、受光器（ＰＤ）４２、ＡＤコンバータ４３、制御回路４４およびトランジスタ（ＴＲ）４５を含んでなる。
可変光減衰器４０は、光カプラ１２の第３ポートと雑音光除去ユニット２の出力端子１６との間の光路上に配置され、光カプラ１２で取り出されたＳＢＳによる戻り光を可変の減衰量に応じて減衰して出力する。この可変光減衰器４０の減衰量は、制御回路４４からの出力信号をトランジスタ４５によって電流に変換した信号に従って制御される。
【００５５】
光カプラ４１は、可変光減衰器４０から出力端子１６に出力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐して受光器４２に送るものである。受光器４２は、光カプラ４１からの分岐光を受光し、パワーに応じた電気信号を発生してＡＤコンバータ４３に出力する。ＡＤコンバータ４３は、受光器４２からのアナログの電気信号をデジタルに変換して制御回路４４に送る。
【００５６】
制御回路４４は、ＡＤコンバータ４３からの出力信号および光中継器１からの伝送情報に基づいて、可変光減衰器４０から出力されるＷＤＭ信号光のトータルパワーが目標値となるように、可変光減衰器４０の可変の減衰量を制御するための制御信号を生成し、その制御信号をトランジスタ４５を介して可変光減衰器４０に伝達する。この制御回路４４の具体例としては、ＦＰＧＡ等の集積回路を用いることが可能である。
【００５７】
上記のような構成の雑音光除去ユニット２では、ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光が光カプラ１２によって取り出され、可変光減衰器４０で減衰されて出力端子１６に出力される。このとき可変光減衰器４０からの出力光の一部が光カプラ４１によって分岐され、トータルパワーが受光器４２によってモニタされて、そのモニタ結果がＡＤコンバータ４３を介して制御回路４４に伝えられる。制御回路４４では、ＡＤコンバータ４３からのモニタ結果に基づいて、光中継器１から伝えられるチャンネル数や出力レベル目標値等の伝送情報に従い、可変光減衰器４０から出力されるＷＤＭ信号光の１チャンネル当たりの光パワーが求められ、その結果が目標値に一致するように可変光減衰器４０の光減衰量を制御する制御信号が生成される。そして、この制御信号に従って可変光減衰器４０の光減衰量が調整されることで、各チャンネルの信号光パワーが所望のレベルで揃ったＷＤＭ信号光が、出力端子１６を介して光伝送路１０３に出力されるようになる。
【００５８】
このように第３実施形態の光伝送システムによれば、雑音光除去ユニット２のダミー伝送路１３で発生するＳＢＳによる戻り光のパワーが、例えば後段の光伝送路１０３において非線形光学現象を生じてしまうような大きなレベルになるときでも、可変光減衰器４０によって非線形光学現象の生じないレベルまで減衰させたＷＤＭ信号光を安定して出力することが可能になる。
【００５９】
なお、上記の第３実施形態では、可変光減衰器４０の出力光レベルをモニタして可変の減衰量を制御するようにしたが、ＳＢＳによる戻り光のパワーが実験結果またはシミュレーションなどによって予め分かっている場合には減衰量が固定の光減衰器を用いるようにしても構わない。
また、上述した第１〜第３実施形態では、光入出力部として光アイソレータ１１および光カプラ１２を使用する構成について適用したが、上述の図８に示したように光入出力部として光サーキュレータ１７を用いる構成についても同様にして応用することが可能である。
【００６０】
次に、第４実施形態による光伝送システムについて説明する。
図１２は、第４実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図１２において、第４実施形態の光伝送システムは、例えば図８に示した構成についての応用例であって、高出力型の光中継器１としての機能と、雑音光除去ユニット２内のレベル調整部１５としての機能とを１つの光増幅器で実現するようにしたものである。
【００６１】
具体的には、光伝送システムの例えばｎ段目の光中継器として、上述した雑音光除去ユニット２としての機能を内蔵した光中継器１’を設け、その光中継器１’は、入力端子１０’と出力端子１６’の間に、光サーキュレータ１７’、光増幅器５０、ダミー伝送路１３および無反射終端器（Ｔ）１４を備えて構成される。
【００６２】
光サーキュレータ１７は、ここでは、第１ポートに入力端子１０’が接続され、第２ポートに光増幅器５０が接続され、第３ポートに出力端子１６’が接続されて、第１ポートから第２ポートへの方向および第２ポートから第３ポートへの方向に進む光を伝達することが可能である。
光増幅器５０は、ここでは例えば、２段増幅構成のエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いるものとし、具体的には、第１および第２のエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）５１Ａ，５１Ｂと、各ＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂへの励起光を発生する励起光源５２Ａ，５２Ｂと、各励起光源５２Ａ，５２Ｂからの励起光をＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂに供給するＷＤＭカプラ５３Ａ，５３Ｂと、ＥＤＦ５１Ａ，５１Ｂの段間に設けられた可変光減衰器５４と、を備えて構成される。また、ここでは図示を省略したが、光増幅器５０から出力されるＷＤＭ信号光パワーのモニタ結果に応じて、励起光源５２Ａ，５２Ｂの駆動状態または可変光減衰器５４の減衰量を制御する制御回路も設けられているものとする。
【００６３】
なお、光増幅器５０の構成は上記の具体例に限定されるものではなく、双方向に伝搬する光を高い利得で増幅可能な任意の構成の光増幅器を用いることが可能である。
ダミー伝送路１３は、光増幅器５０の光サーキュレータ１７とは反対側に位置する入出力端に一端が接続され、他端には無反射終端器１４が接続されている。このダミー伝送路１３および無反射終端器１４は、上述の基本構成において用いたものと同様である。
【００６４】
上記のような構成の光伝送システムでは、光送信装置１００から光伝送路１０３に送信されたＷＤＭ信号光が、１〜（ｎ−１）段目の光中継器１０４で順次増幅されながら中継伝送されてｎ段目の光中継器１’に入力される。光中継器１’では、雑音光の蓄積したＷＤＭ信号光が、入力端子１０’および光サーキュレータ１７を介して光増幅器５０に送られる。この光増幅器５０では、励起光源５２Ａ，５２Ｂからの励起光の供給を受けて励起状態にされた各ＥＤＦ５１Ａ，５１ＢをＷＤＭ信号光が一方向に伝搬することによって、そのＷＤＭ信号光のパワーが、ダミー伝送路１３におけるＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルにまで増幅された後に、ダミー伝送路１３に出力される。そして、ダミー伝送路１３では、閾値ＰTHを超えるパワーを持つ信号波長の信号光成分のみがＳＢＳによる戻り光として光増幅器５０に再入力され、閾値ＰTHに達していない信号波長以外の雑音光成分および信号波長と同じ波長の雑音光成分はダミー伝送路１３を通過して無反射終端器１４に吸収される。
【００６５】
ダミー伝送路１３において発生したＳＢＳによる戻り光は、光増幅器５０内を入力側に向けて伝搬することにより所要のレベルにまで増幅されて光サーキュレータ１７に出力される。このとき、光増幅器５０から光サーキュレータ１７に出力されるＷＤＭ信号光（戻り光）のパワーがモニタされ、そのモニタ結果に従って、励起光源５２Ａ，５２Ｂの駆動状態または可変光減衰器５４の減衰量が制御されて、ＷＤＭ信号光のパワーが目標値に一致するように調整される。
【００６６】
光増幅器５０から光サーキュレータ１７の第２ポートに送られたＷＤＭ信号光は、光サーキュレータ１７の第３ポートから出力されて、出力端子１６’を介して後段の光伝送路１０３に送出される。
このように第４実施形態による光伝送システムによれば、上述した基本構成の場合と同様の作用効果を得ることができると共に、ＷＤＭ信号光をＳＢＳ発生の閾値ＰTHを超えるレベルまで増幅する機能と、ＳＢＳによる戻り光のレベルを調整する機能とが１つの光増幅器５０によって実現されるようになるため、システム構成のさらなる簡略化を図ることが可能になる。
【００６７】
次に、第５実施形態による光伝送システムについて説明する。
第５実施形態の光伝送システムでは、ＳＢＳによる波長シフトの影響を考慮したシステム構成について説明する。ここで、ＳＢＳによる波長シフトとは、入力光の波長に対して、ＳＢＳによる戻り光の波長が１１ＧＨｚ程度（例えば１５５０ｎｍ帯の光では０．０９ｎｍ程度）長波長側にシフトする現象である。このようなＳＢＳによる波長シフトは、例えば、光受信装置におけるＷＤＭ信号光の分波処理に影響を及ぼす可能性がある。
【００６８】
具体的には、例えば図１３の中段に示すように、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光の波長間隔が広いシステム（図の例では４００ＧＨｚ間隔、すなわち、１５５０ｎｍ帯で３．２ｎｍ程度の間隔）の場合、光受信装置１０５内に設けられる分波器１０６のフィルタ特性（各チャンネルに対応した透過帯域幅）も広くできるため、伝送されるＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２を通過する回数が少なければ、上記分波器をそのまま用いて受信されたＷＤＭ信号光から各チャンネルの信号光を取り出すことが可能である。
【００６９】
しかし、図１３の下段に示すように、信号光の波長間隔が狭いシステム（図の例では５０ＧＨｚ間隔、すなわち、１５５０ｎｍ帯で０．４ｎｍ程度の間隔）の場合には、分波器１０６のフィルタ特性も狭くなるため、ＷＤＭ信号光が雑音光除去ユニット２を通過する回数がたとえ少なくても、ＳＢＳによる波長シフトの影響により分波器１０６で各チャンネルの信号光を正しく取り出すことが難しくなる。
【００７０】
そこで、第５実施形態の光伝送システムでは、伝送光がシステム全体で雑音光除去ユニットを何回通過するかを基にＳＢＳによる波長シフト量を予め計算し、送信時における各チャンネルの中心波長を上記波長シフト量だけずらしたフィルタ特性を有する分波器を光受信装置内に備えるようにした構成を採用する。
図１４は、第５実施形態の光伝送システムの具体例を示す概念図である。ここでは、伝送光が雑音光除去ユニットを２回通過する場合の一例を具体的に考えることにする。この場合、システム全体でのＳＢＳによる波長シフト量は、１１ＧＨｚ×２＝２２ＧＨｚと計算され、１５５０ｎｍ帯のＷＤＭ信号光を想定すると約０．１８ｎｍとなる。例えば、ＷＤＭ信号光の波長間隔が５０ＧＨｚで、送信時における各チャンネルの中心波長が１５４９．６０ｎｍ、１５５０．００ｎｍ、１５５０．４０ｎｍの各信号光は、受信時には中心波長が１５４９．７８ｎｍ、１５５０．１８ｎｍ、１５５０．５８ｎｍにそれぞれシフトすることになる。従って、光受信装置１０５’内の分波器１０６’としては、透過中心波長が１５４９．７８ｎｍ、１５５０．１８ｎｍ、１５５０．５８ｎｍに位置するフィルタ特性を備えたデバイスを用いるようにする。光受信装置１０５’内の各光受信器１０７については、ＳＢＳにより波長がシフトした信号光がそれぞれ入力されることになるが、各々の光受信器１０７には基本的に波長依存性がないため、ＳＢＳによる波長シフトに応じた変更の必要は特にない。
【００７１】
このような構成を採用することにより、システム全体を伝送されたＷＤＭ信号光に含まれる各チャンネルの信号光を分波器１０６’で確実に取り出すことが可能になる。
なお、上記の第５実施形態では、光受信装置１０５’内の分波器１０６’として固定のフィルタ特性を有するデバイスの使用を考えたが、例えば、可変のフィルタ特性を有するデバイスを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば図１５に示すような、温度変化によりフィルタ特性の中心波長が変化するアレイ型導波路格子（Arrayed Waveguide Grating；ＡＷＧ）等を使用することが可能である。ただし、図１５には、ある１つの透過帯に着目した温度変化が示してある。
【００７２】
ＡＷＧを使用する場合、温度変化に対する波長の変動率が０．０１ｎｍ／℃であると仮定すると、前述した伝送光が雑音光除去ユニットを２回通過する一例においては、ＳＢＳによる波長シフト量０．１８ｎｍは制御温度差に換算して０．１８／０．０１＝１８℃となる。従って、ＡＷＧの温度を変化させるヒータやペルチェ等の動作状態を調整して、図１６に示すように、ＡＷＧの制御温度を基準温度から１８℃変化させて透過帯の中心波長を０．１８ｎｍシフトさせれば、雑音光除去ユニットを２回通過したことによる波長変動をデバイス自体を変更することなく光受信装置で吸収することができるようになる。
【００７３】
また、上述した第１〜第５実施形態では、光伝送システムのｎ個の中継スパンおきに高出力型の光中継器および雑音光除去ユニットを配置するようにしたが、システム上でＳＢＳを利用した雑音光除去を実施する位置は上記に限られるものではない。例えば図１７に示すように、光受信装置１０５の直前に高出力型の光中継器１および雑音光除去ユニット２を配置して、光受信装置１０５に入力するＷＤＭ信号光に蓄積した雑音光を一度に除去するようにしてもよい。このようなシステム構成は、例えば伝送途中のノードにおいて信号光が挿入または分岐（Add/Drop）されないようなシステムの場合、基本的に伝送途中での伝送光のＯＳＮＲは関係なく、あくまで光受信装置に入力される際のＯＳＮＲが重要になるため好適である。
【００７４】
さらに、本発明による雑音光除去方式は、上述の図６に示したように、ＳＢＳによる戻り光として取り出した信号光のスペクトラムが細くなる（波長成分が少なくなる）という作用効果が得られるため、光送信装置や光中継器から信号光が送出された直後に本方式を適用して、伝送光の波長広がりを抑圧するという応用例も可能である。
【００７５】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１） 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して、光増幅部により前記閾値を超えるパワーまで増幅した信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出すことにより、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去方法において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去方法。
【００７６】
（付記２） 付記１に記載の雑音光除去方法であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整することを特徴とする雑音光除去方法。
【００７７】
（付記３） 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体と、
信号光を前記閾値を超えるパワーまで増幅する光増幅部と、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して前記光増幅部で増幅された信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出す光入出力部と、を備え、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去装置において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００７８】
（付記４） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整する調整部を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００７９】
（付記５） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部は、前記戻り光を増幅する光増幅器を含むことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８０】
（付記６） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部は、前記戻り光を減衰させる光減衰器を含むことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８１】
（付記７） 付記４に記載の雑音光除去装置であって、
前記調整部から出力される戻り光のパワーを検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づいて前記調整部の動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８２】
（付記８） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光伝送路の形態を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。
【００８３】
（付記９） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光ファイバを用いたものであることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８４】
（付記１０） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光導波路を用いたものであることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８５】
（付記１１） 付記８に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、前記光増幅部で増幅された信号光が入力される一端とは反対側に位置する他端が無反射終端処理されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８６】
（付記１２） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記光入出力部は、少なくとも３つのポートを有する光カプラと、光アイソレータとを備え、前記光増幅部で増幅された信号光が前記光カプラの第１ポートに入力され第２ポートから前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に出力され、前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光が前記光カプラの第２ポートに入力され２分岐されて第１ポートおよび第３ポートから出力され、前記光カプラの第１ポートから出力される戻り光の前記光増幅部への伝達が前記光アイソレータによって阻止されることを特徴とする雑音光除去装置。
【００８７】
（付記１３） 付記３に記載の雑音光除去装置であって、
前記光入出力部は、前記光増幅部の光出力端と前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の光入力端との間に配置された光サーキュレータを有することを特徴とする雑音光除去装置。
【００８８】
（付記１４） 光送信装置から光伝送路に送信された信号光を、前記光伝送路上に配置された光中継器で増幅して光受信装置まで中継伝送する光伝送システムであって、
付記３に記載の雑音光除去装置を前記光伝送路上に少なくとも１つ以上備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【００８９】
（付記１５） 付記１４に記載の光伝送システムであって、
前記光受信装置は、前記光伝送路を伝送された信号光を波長に応じて分波する分波器を有し、該分波器は、前記雑音光除去装置で発生する誘導ブリリュアン散乱による波長シフト量に応じて透過帯の中心波長が設定されたフィルタ特性を持つことを特徴とする光伝送システム。
【００９０】
（付記１６） 付記１５に記載の光伝送システムであって、
前記分波器は、フィルタ特性が調整可能なアレイ型導波路格子を含むことを特徴とする光伝送システム。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるＳＢＳを利用した雑音光除去技術によれば、光増幅部の出力光パワーと、光増幅部の出力端および誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定される閾値を超えるパワーの信号光を誘導ブリリュアン散乱発生媒体に与え、ＳＢＳによる戻り光を信号光として取り出すようにしたことで、従来の雑音光除去方式に比べて簡易な手法により信号光に含まれる雑音光成分を光の状態のまま除去することができる。このような雑音光除去技術を光伝送システムに適用すれば、システム構成の小規模化および低コスト化を図ることが可能になる。また、ＳＢＳによる戻り光を利用することによって信号波長と同じ波長の雑音光成分を効果的に除去することができるため、送信時の状態に極めて近い状態の信号光を作り出すことが可能になる。さらに、スペクトラム幅の狭い信号光が得られるため、光伝送路における波長分散等の影響を軽減することも可能になる。加えて、ＳＢＳによる戻り光のパワーを調整するようにすれば、雑音光除去後の信号光のレベルを所望の値に合わせることができ、また、実伝送路での非線形光学現象の発生を低減させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＳＢＳを利用した雑音除去方法が適用された光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光伝送システムにおいて、雑音光除去ユニットに入力されるＷＤＭ信号光の波長に対する光パワーの一例を示す図である。
【図３】図１の光伝送システムにおける信号光の伝達経路を示す図である。
【図４】入力光パワーに対するＳＢＳによる戻り光パワーの関係を変調ビットレートに応じて示した図である。
【図５】本発明のＳＢＳを利用した雑音光除去の原理を説明する図であって、（Ａ）は各チャンネルの信号がすべて「１」になる発光状態、（Ｂ）は各チャンネルの信号がすべて「０」になる消光状態を示す。
【図６】本発明のＳＢＳを利用した雑音光除去において信号光スペクトラムを細くする効果を説明する図である。
【図７】図１の光伝送システムにおいて、雑音光除去ユニットから出力されるＷＤＭ信号光の波長に対する光パワーの一例を示す図である。
【図８】図１の光伝送システムの基本構成に関連する他の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
【図１３】ＳＢＳによる波長シフトの影響を説明する図である。
【図１４】本発明の第５実施形態による光伝送システムの具体例を示す概念図である。
【図１５】第５実施形態に関連して、分波器に使用可能なＡＷＧの温度特性を説明する図である。
【図１６】図１５のＡＷＧを使用した場合のフィルタ特性の制御例を示す図である。
【図１７】本発明の各実施形態に関連して、光受信装置の直前で雑音光除去を実施するようにした一例を示す図である。
【図１８】光／電気変換に基づく雑音光除去を行う従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】信号光の分波および合波に基づいて雑音光除去を行う従来の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１’ 光中継器（高出力型）
２ 雑音光除去ユニット
１０ 入力端子
１１ 光アイソレータ
１２ 光カプラ（ＣＰＬ）
１３ ダミー伝送路
１４ 無反射終端器（Ｔ）
１５ レベル調整部
１６ 出力端子
１７ 光サーキュレータ
１００ 光送信装置
１０３ 光伝送路
１０４ 光中継器
１０５ 光受信装置
１０６，１０６’ 分波器（ＤＭＵＸ）
Claims (5)
- 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して、光増幅部により前記閾値を超えるパワーまで増幅した信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出すことにより、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去方法において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去方法。 - 閾値を超えるパワーの光が入力されると誘導ブリリュアン散乱による戻り光を発生する誘導ブリリュアン散乱発生媒体と、
信号光を前記閾値を超えるパワーまで増幅する光増幅部と、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体に対して前記光増幅部で増幅された信号光を与え、当該誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光を信号光として取り出す光入出力部と、を備え、信号光に含まれる雑音光成分を除去する雑音光除去装置において、
前記閾値が、前記光増幅部の出力光パワーと、前記光増幅部の出力端および前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体の入力端の間に配置された光部品の挿入損失とに基づいて設定されることを特徴とする雑音光除去装置。 - 請求項２に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体で発生する戻り光のパワーを調整する調整部を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。 - 請求項２に記載の雑音光除去装置であって、
前記誘導ブリリュアン散乱発生媒体は、光伝送路の形態を備えたことを特徴とする雑音光除去装置。 - 光送信装置から光伝送路に送信された信号光を、前記光伝送路上に配置された光中継器で増幅して光受信装置まで中継伝送する光伝送システムであって、
請求項２に記載の雑音光除去装置を前記光伝送路上に少なくとも１つ以上備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
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