JP3911128B2

JP3911128B2 - ラマン増幅中継器およびラマン増幅中継伝送システム

Info

Publication number: JP3911128B2
Application number: JP2001019096A
Authority: JP
Inventors: 俊哉松田; 誠村上; 崇雅今井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2002221742A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン増幅により信号光を増幅するラマン増幅中継器、およびそれを用いたラマン増幅中継伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光増幅中継器は、収容する光ファイバ数に応じた複数のエルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）で構成されている。各ＥＤＦＡは、1.48μｍまたは0.98μｍの励起光源を含むので、励起光源の数を削減する目的で各ＥＤＦＡの励起光源を共有化する構成も考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送光帯域は、波長多重伝送の容量増大によりＥＤＦＡの利得帯域の限界まで近づいており、新たな増幅方式が求められている。特に、長距離伝送システム（例えば長距離海底伝送システム）では、多数の光増幅器が直列接続により利得特性が強調されるため、利得帯域の広帯域化は重要な課題になっている。
【０００４】
この課題に対処する増幅方式として、ＥＤＦＡよりも広帯域な利得帯域をもつラマン増幅方式が注目されている。ただし、ラマン増幅の利得帯域は励起光源の波長帯域に依存するため、広帯域な光増幅を可能にするには異なる波長の複数の励起光源を用いる必要がある。
【０００５】
また、光増幅中継波長多重伝送において伝送帯域を有効活用するには、平坦な利得波長特性が必要になるが、ラマン増幅において平坦な利得波長特性を実現するためには、多数の励起光源が必要となる。
【０００６】
このように、ラマン増幅方式は、利得帯域の広帯域化と平坦化のために波長の異なる複数の励起光源が必要となる。さらに、光伝送路を構成する光ファイバごとに波長の異なる複数の励起光源を用いると、光ファイバ数に比例した多数の励起光源が必要となり、消費電力条件に厳しい海底伝送システムなどへの適用が困難になっている。そのため、ラマン増幅方式を長距離伝送システム、特に長距離海底伝送システムに適用するには、その広帯域増幅特性を保持した上で励起光源の数の削減が大きな課題になっている。
【０００７】
本発明は、複数の光ファイバを収容する光増幅中継器において、ラマン増幅の利得帯域の広帯域化と平坦化を図る上で励起光源の数を最小限に抑えることができるラマン増幅中継器およびラマン増幅中継伝送システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のラマン増幅中継器は、複数Ｎ個のラマン励起光源から出力されるそれぞれ異なる波長（λ ₁ ，λ ₂ ，…，λ _N ）の励起光を合波し、その合波励起光を光ファイバに入力して信号光をラマン増幅するラマン増幅中継器において、光伝送路中の複数Ｍ本の光ファイバを収容し、それぞれ異なる波長（λ₁，λ₂，…，λ_N）の励起光を合波し、その合波励起光をＭ分配するＮ入力Ｍ出力の合波・分配器と、合波・分配器でＭ分配された合波励起光をそれぞれＭ本の光ファイバに入力するＭ個の合波器とを備える。
【０００９】
このＮ入力Ｍ出力の合波・分配器を用いることにより、異なる波長の励起光を出力するＮ個のラマン励起光源を１組備えるだけで、Ｍ本の光ファイバに合波励起光を分配入力することができ、各光ファイバごとに広帯域で平坦な利得特性を実現することができる。さらに、光ファイバ１本当たりのラマン励起光源数をＮからＮ／Ｍに減らすことができ、低消費電力かつ経済的なラマン増幅中継器およびラマン増幅中継伝送システムを構築することができる。
【００１０】
また、合波・分配器は、各波長の入力励起光のトータルパワーを均等にＭ分配する。これにより、各光ファイバに均等なパワーの合波励起光を入力することができる。
【００１１】
また、合波・分配器は、各波長の入力励起光の中から所定の波長の励起光を選択して合波し、Ｍ分配する構成としてもよい。また、Ｍ本の光ファイバを信号光波長に応じてグループ化し、合波・分配器は、各波長の入力励起光の中からグループ化された各光ファイバの信号光波長の増幅に用いる励起光を選択して合波し、各合波励起光をそれぞれ対応するグループの光ファイバに分配する構成としてもよい。
【００１２】
また、合波・分配器は、異なる波長の励起光を合波する際に、光ファイバの波長利得特性または波長損失特性に応じて、利得が小さいまたは損失が大きい波長をラマン増幅する励起光のパワー比率が大きくなるように合波する構成とする。これにより、光ファイバの波長利得特性または波長損失特性による各波長の信号光レベルにバラツキが生じた場合でも、それぞれの波長に対する励起光パワーを調整することにより均一化することができる。
【００１３】
本発明のラマン増幅中継伝送システムは、Ｍ本の光ファイバから構成される光伝送路を介して対向接続されるＭ組の送受信装置を備え、光伝送路の途中に、上記のいずれかのラマン増幅中継器を少なくとも１つ配置した構成とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（基本構成）
図１は、本発明のラマン増幅中継器の基本構成を示す。図において、ラマン増幅中継器１は、光伝送路中の複数Ｍ本の光ファイバ２−１〜２−Ｍを収容し、異なる波長の励起光を出力する複数Ｎ個のラマン励起光源３−１〜３−Ｎと、各ラマン励起光源３−１〜３−Ｎから出力される異なる波長の励起光を合波し、その合波励起光をＭ分配するＮ入力Ｍ出力の合波・分配器４と、合波・分配器４でＭ分配された合波励起光をそれぞれＭ本の光ファイバ２−１〜２−Ｍに入力するＭ個の合波器５−１〜５−Ｍとにより構成される。
【００１５】
ここで、ラマン励起光源３−１〜３−Ｎの出力励起光の波長がλ₁〜λ_Nとすると、合波・分配器４でＭ分配される各合波励起光はλ₁〜λ_Nの全波長成分を有する。各合波励起光のパワーは、均一あるいは所定の差を設けてもよく、さらに波長ごとにパワー比率を調整してもよい。詳しくは以下の各実施形態に示す。
【００１６】
なお、光ファイバに入力される合波励起光は、ここでは信号光の伝搬方向に対して逆方向に入力して信号光を増幅する構成を示すが、信号光と同方向に入力してもよい。また、合波励起光を２Ｍ分配して双方向から入力するようにしてもよい。
【００１７】
（ラマン増幅中継器の第１の実施形態）
図２は、本発明のラマン増幅中継器の第１の実施形態を示す。図１の基本構成に対応するものは同一符号を付す。ここでは、ラマン増幅中継器１が４本の光ファイバ２−１〜２−４を収容し、所定の波長間隔に設定された波長λ₁〜λ₄のラマン励起光源３−１〜３−４を備えるものとする。
【００１８】
合波・分配器４は、４個の３ｄＢカプラ４１〜４４から構成される。ラマン励起光源３−１，３−２から出力される波長λ₁，λ₂の励起光は３ｄＢカプラ４１で合波され、３ｄＢカプラ４３，４４に分配される。ラマン励起光源３−３，３−４から出力される波長λ₃，λ₄の励起光は３ｄＢカプラ４２で合波され、３ｄＢカプラ４３，４４に分配される。３ｄＢカプラ４３，４４では、波長λ₁，λ₂の合波励起光と波長λ₃，λ₄の合波励起光を合波し、それぞれ２分配する。ここでは、３ｄＢカプラ４３から出力される波長λ₁〜λ₄の合波励起光は、合波器５−１，５−３を介して光ファイバ２−１，２−３に入力され、３ｄＢカプラ４４から出力される波長λ₁〜λ₄の合波励起光は、合波器５−２，５−４を介して光ファイバ２−２，２−４に入力されるが、３ｄＢカプラ４３，４４と光ファイバ２−１〜２〜４の接続の組み合わせは任意である。
【００１９】
なお、合波・分配器４で４分配出力される各合波励起光のパワーは、本実施形態では、合波・分配器４に入力される各波長の励起光のトータルパワーを４分配した均一なものとなる。
【００２０】
図３は、合波・分配器４の他の構成例を示す。図３(1) は、１つのＮ入力Ｍ出力カプラ（スターカプラ）４５を用いた構成であり、図３(2) は、Ｎ波長を合波するＷＤＭカプラ４６と、その出力をＭ分配する１入力Ｍ出力カプラ（スターカプラ）４７を用いた構成である。図２に示す例は、Ｎ＝４、Ｍ＝４である。
【００２１】
（ラマン増幅中継器の第２の実施形態）
図４は、本発明のラマン増幅中継器の第２の実施形態を示す。図１の基本構成に対応するものは同一符号を付す。ここでは、ラマン増幅中継器１が４本の光ファイバ２−１〜２−４を収容し、所定の波長間隔に設定された波長λ₁〜λ₄のラマン励起光源３−１〜３−４を備えるものとする。ただし、本実施形態は、光ファイバを伝送される信号光の波長に応じて増幅に最適な励起光波長を選択するものであり、波長λ₁，λ₂の励起光は光ファイバ２−１，２−３の増幅に用い、波長λ₃，λ₄の励起光は光ファイバ２−２，２−４の増幅に用いる構成になっている。
【００２２】
合波・分配器４は、２個の３ｄＢカプラ４１，４２から構成される。ラマン励起光源３−１，３−２から出力される波長λ₁，λ₂の励起光は３ｄＢカプラ４１で合波され、２分配される。ラマン励起光源３−３，３−４から出力される波長λ₃，λ₄の励起光は３ｄＢカプラ４２で合波され、２分配される。３ｄＢカプラ４１から出力される波長λ₁，λ₂の合波励起光は、合波器５−１，５−３を介して光ファイバ２−１，２−３に入力される。３ｄＢカプラ４２から出力される波長λ₃，λ₄の合波励起光は、合波器５−２，５−４を介して光ファイバ２−２，２−４に入力される。
【００２３】
なお、ここでは４本の光ファイバを２つのグループに分け、それぞれ２波長の励起光を合波して２分配するために３ｄＢカプラを２つ用いた構成になっているが、一般的に図３(1) に示すようなＮ入力Ｍ出力カプラ４５などをグループ数分用いることにより、合波する励起光の数や分配する数に対応させることができる。
【００２４】
また、図５に示すようにアレイ導波路回折格子型合分波器（ＡＷＧ）４８を用い、例えば２つの出力ポート♯１，♯２に異なる波長帯域の合波励起光を出力させ、１入力（Ｍ／２）出力カプラ４９−１，４９−２でそれぞれＭ／２分配する構成としてもよい。
【００２５】
ここに示すＡＷＧ４８は、奇数番の入力ポートから入力される波長λ₁，λ₃，λ₅，λ₇の励起光を出力ポート♯１に合波して出力し、偶数番の入力ポートから入力される波長λ₂，λ₄，λ₆，λ₈の励起光を出力ポート♯２に合波して出力する構成である。ラマン励起光源３−１〜３−４として、波長λ₁，λ₃，λ₆，λ₈の励起光を出力するものを用い、ＡＷＧ４８のそれぞれ対応する入力ポートに接続する。これにより、出力ポート♯１に波長λ₁，λ₃の合波励起光を出力させ、出力ポート♯２に波長λ₆，λ₈の合波励起光を出力させることができる。１入力（Ｍ／２）出力カプラ４９−１は波長λ₁，λ₃の合波励起光をＭ／２分配し、１入力（Ｍ／２）出力カプラ４９−２は波長λ₆，λ₈の合波励起光をＭ／２分配する。
【００２６】
また、合波・分配器４は、すべての波長の入力励起光を合波するのではなく、例えば光スイッチなどを用いて、任意の波長の励起光を選択して合波し、各光ファイバに分配するようにしてもよい。
【００２７】
（ラマン増幅中継器の第３の実施形態）
図６は、本発明のラマン増幅中継器の第３の実施形態を示す。図１の基本構成に対応するものは同一符号を付す。ここでは、ラマン増幅中継器１が４本の光ファイバ２−１〜２−４を収容し、所定の波長間隔に設定された波長λ₁〜λ₄のラマン励起光源３−１〜３−４を備え、その出力パワーを制御する励起光パワー制御部６を備える。合波・分配器４の構成は、図２に示す第１の実施形態と同様のものを示す。
【００２８】
本実施形態は、光ファイバ２−１〜２−４に波長利得特性または波長損失特性があり、ラマン増幅中継器１の入力信号光にレベル差が生じた場合に、レベルが低い（利得が小さいまたは損失が大きい）信号光波長をラマン増幅する励起光パワーを大きくし、レベルが高い（利得が大きいまたは損失が小さい）信号光波長をラマン増幅する励起光パワーを小さくする。ここでは、波長λs₂の入力信号光レベルが最大であるので、その増幅に用いる波長λ₂の励起光パワーが最小になるように調整する。このように、励起光パワー制御部６では、各信号光波長の増幅に対応した励起光パワーを調整することにより、ラマン増幅中継器１の出力信号光パワーを均一化することができる。
【００２９】
なお、励起光パワーの調整は、ラマン励起光源３の出力を制御する構成の他に、例えば３ｄＢカプラに代えてマッハツェンダ型合分波器を用いたり、図３に示すＷＤＭカプラ４６の波長対応の結合比を調整することにより対応できる。また、ラマン増幅中継器１の入力信号光をモニタし、各信号光波長のレベルに応じて対応する励起光パワーを調整する自動制御型の構成をとってもよい。
【００３０】
以上示した各実施形態の構成において、冗長構成として同一波長のラマン励起光源を含んでいてもよい。この場合には、ラマン励起光源数と波長数は一致しない。
【００３１】
（ラマン増幅中継伝送システムの実施形態）
図７は、本発明のラマン増幅中継伝送システムの実施形態を示す。ここでは、Ｍ＝４、Ｎ＝４とする。図において、ラマン増幅中継伝送システムは、４本の光ファイバ２−１〜２−４から構成される光伝送路を介して対向接続される送信装置７−１〜７−４と受信装置８−１〜８−４を備え、光伝送路の途中に上記の各実施形態で示したラマン増幅中継器１を配置する。図１のラマン増幅中継器１の基本構成に対応するものは同一符号を付す。
【００３２】
各送信装置７−１〜７−４から送信された信号光は、異なる波長λ₁〜λ₄の励起光を合波した合波励起光により、各中継区間において光ファイバ損失を補償するようにラマン増幅され、各受信装置８−１〜８−４に受信される。
【００３３】
なお、従来のＥＤＦＡを用いた光増幅中継器とラマン増幅中継器を組み合わせて用いたり、各光増幅中継器において増幅帯域を補うためにラマン増幅を行う機能を付加する場合にも、本発明のラマン増幅中継器を適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅中継器は、複数の波長の励起光を合波した合波励起光を用いてラマン増幅を行うことにより、広帯域で平坦な利得特性を実現するとともに、光ファイバ１本当たりの励起光源数を大幅に低減することができる。これにより、ラマン増幅中継器の消費電力を低減することができるとともに、それを用いたラマン増幅中継伝送システムのコスト低減と、波長多重伝送容量の増大を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラマン増幅中継器の基本構成を示すブロック図。
【図２】本発明のラマン増幅中継器の第１の実施形態を示すブロック図。
【図３】合波・分配器４の他の構成例を示す図。
【図４】本発明のラマン増幅中継器の第２の実施形態を示すブロック図。
【図５】第２の実施形態に適用される合波・分配器４の他の構成例を示す図。
【図６】本発明のラマン増幅中継器の第３の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明のラマン増幅中継伝送システムの実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１ラマン増幅中継器
２光ファイバ
３ラマン励起光源
４合波・分配器
５合波器
６励起光パワー制御部
７送信装置
８受信装置
４１〜４４３ｄＢカプラ
４５Ｎ入力Ｍ出力カプラ（スターカプラ）
４６ＷＤＭカプラ
４７１入力Ｍ出力カプラ（スターカプラ）
４８アレイ導波路回折格子型合分波器（ＡＷＧ）
４９１入力（Ｍ／２）出力カプラ

Claims

複数Ｎ個のラマン励起光源から出力されるそれぞれ異なる波長（λ ₁ ，λ ₂ ，…，λ _N ）の励起光を合波し、その合波励起光を光ファイバに入力して信号光をラマン増幅するラマン増幅中継器において、
光伝送路中の複数Ｍ本の光ファイバを収容し、
前記それぞれ異なる波長（λ₁，λ₂，…，λ_N）の励起光を合波し、その合波励起光をＭ分配するＮ入力Ｍ出力の合波・分配器と、
前記合波・分配器でＭ分配された合波励起光をそれぞれ前記Ｍ本の光ファイバに入力するＭ個の合波器と
を備えたことを特徴とするラマン増幅中継器。
請求項１に記載のラマン増幅中継器において、
前記合波・分配器は、各波長の入力励起光のトータルパワーを均等にＭ分配する構成である
ことを特徴とするラマン増幅中継器。
請求項１に記載のラマン増幅中継器において、
前記合波・分配器は、各波長の入力励起光の中から所定の波長の励起光を選択して合波し、Ｍ分配する構成である
ことを特徴とするラマン増幅中継器。
請求項１に記載のラマン増幅中継器において、
前記Ｍ本の光ファイバを信号光波長に応じてグループ化し、
前記合波・分配器は、各波長の入力励起光の中からグループ化された各光ファイバの信号光波長の増幅に用いる励起光を選択して合波し、各合波励起光をそれぞれ対応するグループの光ファイバに分配する構成である
ことを特徴とするラマン増幅中継器。
請求項１〜４のいずれかに記載のラマン増幅中継器において、
前記合波・分配器は、異なる波長の励起光を合波する際に、前記光ファイバの波長利得特性または波長損失特性に応じて、利得が小さいまたは損失が大きい波長をラマン増幅する励起光のパワー比率が大きくなるように合波する構成である
ことを特徴とするラマン増幅中継器。
Ｍ本の光ファイバから構成される光伝送路を介して対向接続されるＭ組の送受信装置を備え、
前記光伝送路の途中に、請求項１〜５のいずれかに記載のラマン増幅中継器を少なくとも１つ配置した
ことを特徴とするラマン増幅中継伝送システム。