JP4057214B2 - 分布型光増幅装置および該方法ならびに光通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅されるべき光に生じる非線形光学効果を考慮して、励起光の光パワーに応じて増幅されるべき光の入射光パワーを調整する分布型光増幅装置および分布型増幅方法に関する。
そして、この分布型光増幅装置を使用することにより伝送特性を改善することができる光通信システムに関する。
将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大容量の光通信装置が要求されている。この大容量化を実現する方式として、波長分割多重（wavelength-division multiplexing、以下、「ＷＤＭ」と略記する。）方式が、光ファイバの広帯域・大容量性を有効利用できるなどの有利な点から研究開発が進められている。
特に、超長距離光通信システムでは、ＷＤＭ光信号が光ファイバ伝送路（transmission fiber）を伝送する間に減衰してしまうことから、ＷＤＭ光信号を増幅する必要がある。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムは、互いに波長の異なる複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ光信号を生成する送信局と、送信局から送出されたＷＤＭ光信号を伝送する光伝送路と、伝送されたＷＤＭ光信号を受信する受信局とを備え、さらにＷＤＭ光信号を増幅する機能を備える中継局が光伝送路の途中に必要に応じて１個または複数個設けられる。
【０００３】
このような光通信システムでは、光伝送路中における非線形光学効果によって各光信号の波形が劣化する。この波形劣化を回避するためには、光伝送路に入射されるＷＤＭ光信号の光パワー（光強度）を低下させることが有効であるが、光パワーの低下は、光信号対雑音比（以下、「光ＳＮＲ」と略記する。）の悪化をもたらす。非線形光学効果としては、例えば、自己位相変調（以下、「ＳＰＭ」と略記する。）、相互位相変調（以下、「ＸＰＭ」と略記する。）、四光波混合（以下、「ＦＷＭ」と略記する。）、誘導ラマン散乱（stimulated Ramman scattering、以下、「ＳＲＳ」と略記する。）、および、誘導ブリユアン散乱（stimulated Brillouin scattering 、以下、「ＳＢＳ」と略記する。）などが知られている。
【０００４】
そのため、中継局に備えられる集中型光増幅装置とともに、光伝送路を光増幅媒体に兼用する分布型光増幅装置を併用することが提案されている。例えば、P.B.Hansen,A.Stentz,T.N.Nielsen,R.Espinodola,L.E.Nelson,A.A.Abramov,「Dense wavelength-divisionmultiplexed transmission in "zero-dispersion"DSF by means of hybrid Raman/erubium-doped fiber amplifier」 （OFC/IOOC '99）,PD8,1999、および、N.Takachio,H.Suzuki,H.Masuda,and M.Koga,「32*10 Gb/s distributed Raman amplification transmission with 50-GHz channel spacing in the zero-dispersion region over 640km of 1.55-μm dispersion-shifted fiber」 （OFC/IOOC '99）,PD9,1999 では、ラマン増幅の有効性について報告されている。
【０００５】
また、特開平０３−０１３８３６号公報（特願平０１−１４９１４８号）では、光伝送路に試験光を入射させてその後方散乱を検出することにより、光伝送路の損失を求めてラマン増幅を行う方法が開示されている。
【０００６】
特開平１０−０７３８５２号公報（特願平０８−２３２３７６号）では、波長の異なる複数の励起光を用いて増幅帯域を広帯域化するラマン増幅について開示されている。
そして、特開平１０−０２２９３１号公報（特願平０８−１７０１８３号）では、ラマン増幅用の励起光源を中継器内に設けることが開示されている。
【０００７】
ここで、光増幅装置は、集中型光増幅装置と分布型光増幅装置とに分類することができる。集中型光増幅装置は、光増幅媒体と励起光源とが１箇所に集中的に備えられる光増幅装置である。例えば、半導体レーザ増幅器や光増幅媒体である光ファイバをボビンなどに巻いた光ファイバ増幅器などが知られている。一方、分布型光増幅装置は、光増幅媒体が或る一定の距離に亘って布設され励起光源が一方または双方に備えられる光増幅装置である。例えば、光ファイバ増幅装置がある。光ファイバ増幅装置としては、希土類元素添加光ファイバ増幅器や光ファイバ中の非線形散乱を利用した光ファイバ増幅器がある。
【０００８】
これら集中型光増幅装置も分布型光増幅装置も、その光を増幅する物理過程は、同一であり、主な相違は、光増幅媒体が１箇所に纏められているか一定の距離に亘って分布しているかである。そして、分布型光増幅装置は、光増幅媒体を光信号を伝送する局間の光伝送路と兼ねることができるという特徴がある。
【０００９】
また、非線形散乱としては、ＳＲＳやＳＢＳなどが知られている。
ＳＲＳは、格子振動の光学的フォノンとの相互作用によって発生する散乱であり、広い利得幅と大きな周波数シフトを有する。ＳＢＳは、格子振動の音響的フォノンとの相互作用によって発生する散乱であり、ＳＲＳに較べて利得幅が狭く周波数シフトが小さいが、利得係数が２桁以上も大きい。
【００１０】
そして、非線形散乱を利用した光ファイバ増幅器の特徴は、ＮＺ−ＤＳＦやＳＭＦなどの通常の光ファイバを使用することができること、どのような増幅波長に対しても励起波長を設定することができること、および、利得は励起光の偏波方向に一致することなどである。通常の光ファイバとしては、例えば、分散シフト光ファイバ（以下、「ＤＳＦ」と略記する。）、ノンゼロ分散シフト光ファイバ（以下、「ＮＺ−ＤＳＦ」と略記する。）、分散フラット光ファイバ（以下、「ＤＦＦ」と略記する。）、および、１．３μｍゼロ分散（通常分散）シングルモード光ファイバ（以下、「ＳＭＦ」と略記する。）などがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の文献は、いずれもラマン増幅について開示しているが、分布型光増幅装置が励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとをどのように制御するかについて、具体的に開示していない。あるいは、開示していたとしても、その制御に複雑な回路を必要としている。
【００１２】
そこで、本発明は、分布型光増幅装置において、励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとを簡易な構成によって制御することができる分布型光増幅装置を提供することを目的とする。
そして、本発明は、この分布型光増幅装置に好適な制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、この分布型光増幅装置を適用した光通信システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の手段として、分布型光増幅装置では、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段と、励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる励起光検出手段の出力と入射光パワ−との対応関係に基づいて、光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、光の入射光パワ−を調整する制御手段とを備える。
【００１５】
第２の手段として、分布型光増幅装置では、第１の手段において、対応関係は、ｎｆ（ｚ、ν）は距離ｚおよび周波数νにおけるフォワード光パワー、ｎｂ（ｚ、ν）は距離ｚおよび周波数νにおけるバックワード光パワー、α（ν）は周波数νにおける減衰量、γ（ν）は周波数νにおけるレーリー散乱係数、ｇr（△ν）ｇr（ζ−ν）は周波数ζとνとの間におけるラマン利得係数、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン係数、Ｔは前記光増幅媒体の温度、Ｍは前記光増幅媒体を区間に分けた数、Ｎは前記Ｍに分けた区間の一つをさらに分けた数、Ｌは前記Ｎの一つの区間長、Ｌ0 は前記Ｍの一つの区間長（Ｌ0 ＝Ｌ×Ｎ）、αは前記光増幅媒体の損失係数、βp(mn)は前記区間ｍ中のｎにおける周波数ｆp の伝搬定数、βq(mn)は前記区間ｍ中のｎにおける周波数ｆq の伝搬定数、βr(mn)は前記伝送区間ｍ中のｎにおける周波数ｆr の伝搬定数、βf (mn)は前記区間ｍ中のｎにおけるＦＷＭの伝搬定数、ｎ0 は屈折率、λは波長、ｃは光速、Ｄは縮退数、χは３次の非線形分極、Ａeff は実効断面積、Ｐp 、Ｐq およびＰrはそれぞれ周波数ｆp 、ｆq およびｆr の入力光パワー、△β(mn)は
【数５】
であり、△φ(m) は
【数６】
であるとした場合に、
【数７】
【数８】
とから求める。
【００１６】
第３の手段として、分布型光増幅装置では、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段と、光が光増幅媒体に励起光を供給している状態で入射された場合に励起光の入射端における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じてこの光の入射光パワーを調整する制御手段とを備える。
【００１７】
第４の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、励起光が光増幅媒体を伝搬後における残留励起光の光パワーを検出する残留励起光検出手段をさらに備え、対応関係は、さらに残留励起光検出手段の出力に基づいて求める。
第５の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、光供給手段は、光増幅媒体の互いに異なる箇所で供給する複数個の光供給手段であり、励起光検出手段は、光供給手段の個数に対応する個数である。
【００１８】
第６の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、光が光増幅媒体で増幅された後の光パワーを検出する増幅光検出手段をさらに備え、対応関係は、さらに増幅光検出手段によって求めた分布増幅利得に基づいて求める。
第７の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、光増幅媒体は、２局間の光伝送路である。
【００１９】
第８の手段として、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる励起光検出手段の出力と入射光パワ−との対応関係に基づいて、光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、光の入射光パワ−を調整手段で調整する。
【００２０】
第９の手段として、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、光が光増幅媒体に励起光を供給している状態で入射された場合における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じて光の入射光パワーを調整手段で調整する。
【００２１】
第１０の手段として、２局間で光信号を伝送する光通信システムにおいて、光増幅媒体は、光信号を伝送する光伝送路であって、第１ないし第３の手段のいずれか１つの分布型光増幅装置を備える。
第１１の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２２】
第１２の手段として、光通信システムでは、第１１の手段において、送信局より出力される光信号の値は、光伝送路で誘導ブリルアン散乱が発生しない値である。
第１３の手段として、光通信システムでは、第１１の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは、信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２３】
第１４の手段として、光通信システムでは、送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段とを設けることで、送信局からの出力光を誘導ブリユアン散乱が発生する光パワー未満にする。
第１５の手段として、光通信システムでは、第１４の手段において、励起手段の励起光パワーは、光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値にする。
【００２４】
第１６の手段として、光通信システムでは、第１４の手段において、励起手段の励起光パワーは、信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
第１７の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段を有する中継器と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２５】
第１８の手段として、光通信システムでは、第１７の手段において、送信局より出力される光信号の値は、光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第１９の手段として、光通信システムでは、第１７の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは、中継器の出力光の信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２６】
第２０の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段を有する受信端局を設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２７】
第２１の手段として、光通信システムでは、第２０の手段において、送信局より出力される光信号の値は光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第２２の手段として、光通信システムでは、第２０の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは受信局内に設けた光受信器での信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２８】
第２３の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で相互位相変調による所定の波形劣化を生じない値とする。
【００２９】
第２４の手段として、光通信システムでは、第２３の手段において、送信局より出力される光信号の値は光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第２５の手段として、光通信システムでは、第２３の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００３０】
このような分布型光増幅装置および光通信システムでは、励起光パワーに対する入射光パワーとの対応関係は、増幅される光が光増幅媒体中で所定の範囲以上の非線形光学効果を生じさせないように予め作成される。制御手段は、励起光パワーを検出する励起光検出手段の出力に応じて、この対応関係に基づいて入射光パワーを調整手段で調整する。このため、このような分布型光増幅装置および光通信システムで光信号を増幅すれば、波形劣化を所定の設計の範囲内に抑制した光信号を得ることができる。そして、この分布型光増幅装置で増幅後に光を集中型光増幅装置で増幅する場合には、集中型光増幅装置に大きな光パワーの光信号を入射することができるので、分布型光増幅装置と集中型光増幅装置との全体における光ＳＮＲが改善される。
【００３１】
さらに、このような分布型光増幅装置は、励起光検出手段、調整手段および制御手段という簡易な構成で波形劣化および光ＳＮＲを制御することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
なお、各図において、同一の構成要素については、同一の参照番号を付し、重複する説明は、省略されることがある。
（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図２は、第１の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【００３４】
図１において、Ａ局１１は、複数の光信号を波長多重したＷＤＭ光信号を光伝送路１２を介してＢ局１３に伝送する。
図２において、Ａ局１１に入射されたＷＤＭ光信号は、光信号処理部３７に入射される。
光信号処理部３７は、Ａ局１１がＷＤＭ光信号を再生中継する光中継局である場合には、光増幅器および分散補償器などを備えて構成され、Ａ局１１がＷＤＭ光信号から波長多重されている光信号を分岐・挿入・透過する機能をもつ光中継局である場合には、光分岐・挿入装置（optical add/drop multiplexer）などを備えて構成される。そして、Ａ局１１がＷＤＭ光信号が入射されることなく自らＷＤＭ光信号を生成する光送信局である場合には、光信号処理部３７は、光信号を生成する複数の光送信器と生成された複数の光信号を波長多重するＷＤＭカプラと波長多重されたＷＤＭ光信号を増幅する光増幅器などを備えて構成される。さらに、Ａ局１１は、光信号処理部３７を備えない場合もあり得る。
【００３５】
ここで、上述の光信号処理部３７の光増幅器は、集中型光増幅器であって、半導体レーザ増幅器や希土類添加光ファイバ増幅器などが使用される。そして、希土類添加光ファイバ増幅器は、増幅すべき波長帯域に合わせて添加される希土類元素が選択される。例えば、１５５０ｎｍ波長帯域を増幅する場合には、エルビウム元素が光ファイバに添加される。エルビウム元素は、ランタノイドの希土類元素の１つで、元素記号Ｅｒ、原子番号６８である。ランタノイドに属する元素は、互いに性質が類似している。他の波長帯域を増幅する希土類元素として、ネオジム（Ｎｄ、１０６０ｎｍ波長帯域、１３００ｎｍ波長帯域）、プラセオジウム（Ｐｒ、１３００ｎｍ波長帯域）およびツリウム（Ｔｍ、１４５０ｎｍ波長帯域）などが知られている。
【００３６】
光信号処理部３７から射出されたＷＤＭ光信号は、調整部２３に入射される。調整部２３は、後述する制御部２４の出力に従って、光増幅媒体である光伝送路１２で増幅される光の入射光パワーを調整する。
調整部２３から射出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局から光伝送路１２に送出される。光伝送路１２は、分布型光増幅を行う光増幅媒体であり、２局間の光伝送路である。つまり、光伝送路１２は、ＷＤＭ光信号をＢ局１３に伝送する機能を兼ねる。
【００３７】
光伝送路１２から射出されたＷＤＭ光信号は、ＷＤＭカプラ３２-2を介して光信号処理部３８に入射される。
光信号処理部３８は、Ｂ局１３が光中継局である場合には、Ａ局１１と同様に、光増幅器および分散補償器などを備えて構成され、あるいは、光分岐・挿入装置などを備えて構成される。そして、Ｂ局１３が光受信局である場合には、光信号処理部３８は、ＷＤＭ光信号を増幅する光増幅器と増幅されたＷＤＭ光信号を各光信号に分離するＷＤＭカプラと光信号を受信処理する複数の光受信器などを備えて構成される。さらに、Ｂ局１３は、光信号処理部３８を備えない場合もあり得る。ＷＤＭカプラとしては、例えば、干渉フィルタの１つである誘電体多層膜フィルタやアレイ導波路格子形光合分波器などを利用することができる。後述するＷＤＭカプラも同様である。
【００３８】
一方、光供給部２１-1は、光増幅媒体である光伝送路１２に励起光を供給するための励起光源である。この光供給部２１-1から射出された励起光は、カプラ３１-1に入射される。カプラ３１-1は、この励起光を２つに分岐する。分岐された一方の励起光は、励起光検出部２２-1に射出され、他方の励起光は、ＷＤＭカプラ３２-2を介して光伝送路１２に供給する。カプラ３１-1の分岐比は、１０：１等で光伝送路１２側（ＷＤＭカプラ３２-1側）に多くの光が入射されるようにする。
【００３９】
励起光検出部２２-1は、励起光の光パワーを検出する。そして、その出力は、Ａ局１１内の制御部２４に入力される。
制御部２４は、この励起光検出部２２-1の出力に応じて予め与えられる入射光パワーと励起光検出部２２-1の出力との対応関係に基づいて入射光パワーを調整する。この入射光パワーの調整は、制御部２４から調整部２３に制御信号を出力することによって行われる。
【００４０】
このように第１の実施形態における分布型光増幅装置は、光伝送路１２、光供給部２１-1、励起光検出部２２-1、調整部２３および制御部２４を備えて構成される。
なお、第１の実施形態では、制御部２４がＡ局１１に備えられる場合について説明したが、Ｂ局１３に備えられる構成でもよい。さらに、Ａ局１１およびＢ局１３以外に局、例えば、光通信システムを集中監視する局を設け、この局に制御部２４が備えられる構成でもよい。
【００４１】
このような２局間の光通信システムは、ポイント・ツー・ポイント、スター形、リング形、階層型および網目形などの光通信ネットワークの一部に見られる形態である。
ここで、制御部２４に予め備えられる入射光パワーと励起光検出部２２-1の出力との対応関係について説明する。
【００４２】
図３は、ラマン増幅による、伝送距離と平均光信号パワーとの関係を示す図である。
図３において、その横軸は、ｋｍ単位で示す伝送距離であり、縦軸は、１チャネル当たりの平均信号光パワーである。なお、以下、チャネルを「ｃｈ．」と略記する。
【００４３】
図３は、図１および図２において、Ａ局１１に３２波のＷＤＭ光信号が入射され、各構成の諸元を次にように決めた場合におけるシミュレーション結果である。
まず、３２波のＷＤＭ光信号は、波長帯域１５３６ｎｍ〜１５６１ｎｍの間に波長間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）で配置され、各信号の平均光パワーは、＋３ｄＢｍ／ｃｈ．である。この値は、伝送路となる光ファイバで発生する非線形光学効果のうち特に誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）が発生しないギリギリの値である。
【００４４】
光信号処理部３７、３８は、エルビウム元素添加光ファイバ増幅器（以下、「ＥＤＦＡ」と略記する。）であり、調整部２３および制御部２４は、何も動作を行わない。すなわち、Ａ局１１は、調整部２３および制御部２４を備えていない構成と同一である。
光伝送路１２は、ＮＺ−ＤＳＦであり、その特性は、損失が信号波長に対して０．２０ｄＢ／ｋｍそして励起波長に対して０．２５ｄＢ／ｋｍ、実効断面積が５５μｍ2 、非線形屈折率が２．６×１０-20 ｍ2／Ｗ 、分散係数が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（１．５５μｍ帯の場合）、分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ2 ／ｋｍである。光供給部２１-1は、増幅媒体である光伝送路１２にラマン増幅を行わせるために励起光として１．４５μｍ帯のレーザ光を光伝送路１２に供給する。
【００４５】
このような条件の下に、図３は、光供給部２１-1が供給する励起光の光パワーを変えて、ラマン増幅を求める式１に従って計算した結果である。図３において、各実線は、励起光パワーが、下から−∞ｄＢｍ、＋１５ｄＢｍ、＋２０ｄＢｍ、＋２２ｄＢｍ、＋２４ｄＢｍおよび＋２６ｄＢｍである。−∞ｄＢｍの実線は、励起光パワーが“０”でラマン増幅を行わない場合で光伝送路の損失特性を示している。
【００４６】
図３から分かるように、励起光パワーが増加するとともに１００ｋｍ伝送後の光信号光パワーが増加するが、後方向励起であるため、光伝送路の入射端（伝送距離＝０ｋｍの地点）から約５０ｋｍまでの範囲では、ラマン増幅がほとんど生じない。そして、約５０ｋｍから光伝送路の射出端（伝送距離＝１００ｋｍの地点）までの範囲で、ラマン増幅が生じている。よって、後方向励起の場合には、このラマン増幅が観察される範囲において、非線形光学効果が生じる可能性があることが解る。特に、励起光パワーが＋２６ｄＢｍを越えると射出端においても非線形光学効果が生じることが予想される。
【００４７】
非線形光学効果は、前述したように種々あるが、波形を劣化させる影響の大きさの観点から見ると、その影響の大きさは、光ファイバの種類や波長数や波長間隔に依存する。例えば、ＳＭＦを用いた高密度波長多重システムでは、ＸＰＭが顕著であるため主にＸＰＭによる波形劣化を考慮すれば足りる。また、ＮＺ−ＤＳＦでは、ＦＷＭが顕著であるため主にＦＷＭによる波形劣化を考慮すれば足りる。もちろん、複数の非線形光学現象を考慮してもよい。
【００４８】
そこで、図３の場合には、光伝送路１２がＮＺ−ＤＳＦであるので、ＦＷＭについてシミュレーションした。なお、光伝送路１２がＳＭＦである場合には、ＸＰＭについて以下の説明と同様にシミュレーションすればよい。このように光伝送路１２として使用される光ファイバの種類や波長数や波長間隔などに応じて、主に生じる非線形光学現象を考慮し、この非線形光学現象に基づいてシミュレーションすればよい。
【００４９】
図４は、励起光パワーとＦＷＭのクロストークとの関係を示す図である。
図４において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、縦軸は、ｄＢ単位で示すＦＷＭのクロストークである。図３は、ラマン増幅の結果であるので、図４は、ラマン増幅によるＦＷＭのクロストークを示す図でもある。
【００５０】
この図４は、ＦＷＭを計算する式２によって計算される。この計算において、光伝送路は、Ｍ個の伝送区間に分けられ、１個の伝送区間をさらに所定の長さＬの光ファイバがＮ個接続されたものと仮定される。
【数１０】
ここで、Ｌ0 は光ファイバの長さ（Ｌ0 ＝Ｌ×Ｎ）、αは光ファイバの損失係数、βp(mn)は、伝送区間ｍの光ファイバｎにおける周波数ｆp の伝搬定数、βq(mn)は、伝送区間ｍの光ファイバｎにおける周波数ｆq の伝搬定数、βr(mn)は、伝送区間ｍの光ファイバｎにおける周波数ｆr の伝搬定数、βf (mn)は、伝送区間ｍの光ファイバｎにおけるＦＷＭの伝搬定数、ｎ0 は屈折率、λは波長、ｃは光速、Ｄは縮退数、χは３次の非線形分極、Ａeff は実効断面積、Ｐp 、Ｐq およびＰrはそれぞれ周波数ｆp 、ｆq およびｆr の入力光パワー、△β(mn)は
【数１１】
であり、△φ(m) は
【数１２】
である。
【００５１】
図４に示すように励起光パワーが約＋２５ｄＢｍからＦＷＭが顕著になり始め、約＋２７ｄＢｍでＦＷＭが急激に生じることが解る。
したがって、このラマン増幅が観察される範囲において、非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないようにＷＤＭ光信号の入射光パワーを制御することによって波形劣化を抑制することできる。
【００５２】
その制御は、式１に従って図３のような特性図を作成し、後方向励起の場合では射出端における平均信号光パワーを求める。そして、この平均信号光パワーが光伝送路１２における波形劣化の限界値以下になるように、ＷＤＭ光信号の入射光パワーを決める。例えば、図３では、励起光パワーが＋２５ｄＢｍ以下では、入射光パワーを＋３ｄＢｍ／ｃｈ．とし、励起光パワーが＋２５ｄＢｍを超え＋２６ｄＢｍ以下である場合では、その励起光パワーを光伝送路１２に供給した場合における射出端の光パワーが波形劣化の限界値以下になるように、入射光パワーを＋２ｄＢｍ／ｃｈ．に設定する。励起光パワーが＋２６ｄＢｍを超える場合についても同様に入射光パワーを設定する。
【００５３】
このように、複数の励起光パワーに対応する入射光パワーの関係テーブルを式１に従って予め作成し、例えば、制御部２４内のメモリに格納し、制御部２４は、励起光検出部２２-1の出力に従ってこの関係テーブルを参照して、調整部２３で光伝送路１２に入射される光の光パワーを制御するようにすればよい。
【００５４】
あるいは、この関係テーブルは、実測によって作成するようにしてもよい。さらに、ラマン増幅を計算する他の式、例えば、他の近似式によって計算してもよい。
また、その制御は、式２に従って図４のような特性図を作成し、非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化を生じる励起光パワーを求め、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを予め作成してもよい。
【００５５】
ここで、このラマン増幅が観察される範囲は、光増幅媒体である光伝送路の種類によって異なり、式１を見ると解るように、例えば、光伝送路の伝送損失、スプライス損失、実効断面積などによって決定される。
また、所定の波形劣化は、この分布型光増幅装置に要求される性能、例えば、誤り率などによって決定すればよい。
【００５６】
このように第１の実施形態では、上述の制御をすることにより波形劣化を制御することができる。そこで、この場合において、光ＳＮＲの改善効果についてシミュレーションした。
図５は、励起光パワーとラマン利得との関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【００５７】
図５は、図１３に示すシステム構成において、中継局２１０を励起光源２１３により光伝送路２３１を励起し、ＥＤＦＡ２１１の光ＳＮＲ改善量を計算した結果である。
ここでは、１５３６ｎｍ−１５６１ｎｍに１００ＧＨｚ間隔で光送信器出力パワーを＋４ｄＢｍ／ｃｈに固定し３２チャンネル多重し、ＥＤＦＡ２１１には７ｄＢに設定した。
【００５８】
図５において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、右縦軸は、ｄＢｍ単位で示すラマン利得であり、左縦軸は、ｄＢ単位で示す光ＳＮＲ改善量である。光ＳＮＲ改善量の基準は、励起光パワーが−∞ｄＢｍ（無励起状態）の場合における光ＳＮＲである。
実線は、励起光パワーとラマン利得との関係を示し、図５に示すように、その関係は、励起光パワーの増加とともにラマン利得は、増加する。これは、図３に示すことと対応する。
【００５９】
一方、一点鎖線は、励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示し、図５に示すように、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに緩やかに改善される。
図より励起光を＋２６ｄＢｍとした場合には＋１７ｄｂのラマン利得が得られるが、ラマン増幅に伴う雑音光のため、実際の光ＳＮＲ改善量は６．５ｄＢとなることがわかる。また、この図から励起レベルを上げるとＥＤＦＡの光ＳＮＲが改善することがわかる。
【００６０】
図６は、励起光パワーと入射光パワーとの関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。図６は、図５と同じ図１３のシステムで計算した結果である。
図６において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、右縦軸は、ｄＢｍ／ｃｈ．単位で示す入射光パワーであり、左縦軸は、ｄＢ単位で示す光ＳＮＲ改善量である。
【００６１】
図４の特性よりラマン増幅を行なう場合に光伝送路の出力端側で光パワーが増加するため、ＦＷＭによる伝送特性劣化が懸念される。そこで、ラマン増幅の励起エネルギーを上げた場合に、光伝送路に入力される光レベルを低下させ、ＦＷＭクロストークが発生しないようにする。その特性は、式２に従って計算される。
【００６２】
実線で図６に示すように、その関係は、励起光パワーが約＋２３ｄＢｍ以下では、入射光パワーは、ほぼ一定であり（＋１５ｄＢｍ以下の範囲は不図示）、励起光パワーが約＋２３ｄＢｍ〜約＋２５ｄＢｍでは、入射光パワーは、徐々に減少させる必要があり、励起光パワーが約＋２５ｄＢｍ〜約＋２７ｄＢｍでは、入射光パワーは、急激に減少させる必要がある。
【００６３】
このようにＦＷＭを考慮し光送信器の１ｃｈ当たりの光信号入力パワーを制御した場合に、ＥＤＦＡ２１０の光ＳＮＲの改善量を計算した結果を一点鎖線の特性に示す。
一点鎖線は、励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示し、約＋２５ｄＢｍ以下では、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに緩やかに増加し、約＋２５ｄＢｍ〜約＋２７ｄＢｍでは、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに減少する。
【００６４】
図６の実線の特性のように光伝送路に入力される光信号の入力をパワーを調整し、光伝送路の出力端側でＦＷＭが発生しないようにして、光中継局２１０のＥＤＦＡ２１１出力の光ＳＮＲの改善率のみると、図５とは異なり、励起光のパワーを増加させても光ＳＮＲが向上しなくなり、最適点があることが判る。
【００６５】
このように図６の実線で示す励起光パワーと入射光パワーとの関係を示す特性曲線を予め作成し、例えば、制御部２４内のメモリに格納する。そして、制御部２４は、励起光検出部２２-1の出力に従ってこの特性曲線を参照して、調整部２３で光伝送路１２に入射される光の光パワーを制御するようにすればよい。
【００６６】
あるいは、この特性曲線を所定の励起光パワーごとに区切って折れ線近似し、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成してもよい。この区切りの範囲は、一定の間隔でもよいし、励起光パワーの変化に対して入射光パワーの変化が少ない範囲では、間隔を広く取り、励起光パワーの変化に対して入射光パワーの変化が大きい範囲では、間隔を狭くとるようにしてもよい。例えば、図６において、励起光パワーの各範囲は、＋１５ｄＢｍ以上＋２３ｄＢ未満、＋２３ｄＢｍ以上＋２５ｄＢｍ未満、＋２５ｄＢｍ以上＋２６ｄＢ未満、＋２６ｄＢｍ以上＋２６．５ｄＢｍ未満、および、＋２６．５ｄＢｍ以上＋２７ｄＢ以下とする。
【００６７】
以上のように、この分布型光増幅装置は、励起光パワーに応じて入射光パワーを調整することにより、図６の一点鎖線で示すように、増幅される光が光信号である場合には、光ＳＮＲが改善される。例えば、励起光パワーが＋２３ｄＢｍである場合には、入射光パワーを＋３．８ｄＢｍとなるように調整する。この結果、光ＳＮＲは、約５．３ｄＢ改善される。
【００６８】
さらに、図示しないが、図１および図２に示す光通信システムでは、光伝送路１２における光信号のパスアベレージパワーがラマン増幅しない場合に較べて減少する。したがって、光伝送路１２中で光信号に生じるＳＰＭおよびＸＰＭその他の非線形光学効果による波形劣化も低減される。
（第１の実施形態のより好ましい構成）
特に、制御部２４は、光が光増幅媒体である光伝送路１２に励起光を供給している状態で入射された場合に励起光の入射端における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じて光の入射光パワーを調整することが好ましい。
【００６９】
ラマン増幅は、励起光が供給される入射端で光増幅媒体中の光の光パワーが最大となるので、この場所において所定の範囲以下の波形劣化となるように入射光パワーを調整すれば、光増幅媒体中における波形劣化を所定の範囲以下に抑制することができる。
また、特に、分布型光増幅装置は、励起光が光増幅媒体である光伝送路１２を伝搬した後における残留励起光の光パワーを検出する残留励起光検出部２６をさらに備え、励起光パワーと入射光パワーとの対応関係は、さらに残留励起光検出部２６の出力に基づいて求めることが好ましい。
【００７０】
図２において、残留励起光検出部２６およびカプラ３４は、破線で示される。光供給部２１-1から供給された励起光は、カプラ３１-1、ＷＤＭカプラ３２-1、光伝送路１２、および、カプラ３４を介して残留励起光検出部２６に入射される。
残留励起光を測定することにより、光増幅媒体である光伝送路１２の励起波長に対する損失が実測される。このため、上述の図３ないし図６をさらに精密に作成することができるので、この分布型光増幅装置は、より確実に波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。
【００７１】
そして、特に、分布型光増幅装置は、光供給部２１は、光増幅媒体である光伝送路１２の互いに異なる箇所で供給する複数個の光供給部２１であり、励起光検出部２２は、光供給部２１の個数に対応する個数であることが好ましい。
分布型光増幅は、励起光が供給される付近において利得が大きい。例えば、図３に示すように後方向励起の場合には、ラマン増幅は、射出端（伝送距離＝１００ｋｍ）において顕著に生じ、入射端（伝送距離＝０ｋｍ）においてほとんど生じない。
【００７２】
このように複数の場所から励起光を供給することにより、平均的に光を増幅することができる。そして、このような複数の場所から励起光を供給する場合についても、図３ないし図６に相当する図を作成することにより、同様に、励起光パワーと入射光パワーとの関係を得ることができる。本発明にかかる分布型光増幅装置は、この関係に基づいて制御部２４の制御を行うようにすればよい。
【００７３】
なお、図２において、前方向励起および双方向励起を行う場合について、Ａ局１１に備えられる光供給部２１-2および励起光検出部２２-2を破線で示す。そして、光供給部２１-2から射出される励起光は、カプラ３１-2およびＷＤＭカプラ３２-2を介して光伝送路１２に供給され、カプラ３１-2で励起光の一部が励起光検出部２２-2に入射される。
【００７４】
さらに、特に、分布型光増幅装置は、光が光増幅媒体で増幅された後の光パワーを検出する増幅光検出部２８をさらに備え、励起光パワーと入射光パワーとの対応関係は、さらに増幅光検出部２８によって求めた分布増幅利得に基づいて求めることが好ましい。
図２において、増幅光検出部２８およびカプラ３５は、破線で示される。ＷＤＭカプラ３２-1から射出される光は、カプラ３５を介して増幅光検出部２８に入射される。
【００７５】
分布増幅利得を測定することにより、上述の図３ないし図６をさらに精密に作成することができるので、この分布型光増幅装置は、より確実に波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。
なお、第１の実施形態の説明は、波長帯域１５５０ｎｍ、３２波および波長間隔０．８ｎｍのＷＤＭ光信号の場合についてであるが、この条件以外の場合にも、同様に説明することができる。任意の波長帯域、波長数および波長間隔のＷＤＭ光信号が本発明にかかる光通信システムおよび分布型光増幅装置に適用することができる。よって、以下に述べる実施形態では、特に、これらの諸条件については、言及しない。
【００７６】
そして、第１の実施形態の説明は、伝送距離１００ｋｍおよびＮＺ−ＤＳＦの場合についてであるが、この条件以外の場合でも、同様に説明することができる。任意の伝送距離および任意の特性を持つ光増幅媒体が、本発明にかかる光通信システムおよび分布型光増幅装置に適用することができる。光増幅媒体は、例えば、ＤＳＦ、ＤＦＦおよびＳＭＦなどである。よって、以下に述べる実施形態では、特に、これらの諸条件については、言及しない。
【００７７】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、後方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を光増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局５１およびＢ局５３の構成について以下に説明する。
【００７８】
図７は、第２の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図８は、第２の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図７および図８において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局５１に入射される。Ａ局５１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路５２に送出する。光伝送路５２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局５１に伝送される。
【００７９】
Ａ局５１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５、光の光パワーを減衰することによって調整する減衰部５６および残留励起光の光パワーを検出する残留光検出部５７を備えて構成される。残留励起光は、Ｂ局５３から光伝送路５２に供給された励起光が光伝送路５２を伝搬した後の光である。
【００８０】
Ａ局５１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、エルビウム添加光ファイバ（以下、「ＥＤＦ」と略記する。）６２、ＷＤＭカプラ６３および光アイソレータ（以下、「ＩＳＯ」と略記する。）６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。
一方、半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と略記する。）６４-1は、ＥＤＦ６２を励起する励起光を発光し、励起光は、ＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に入射される。そして、ＬＤ６４-2は、ＥＤＦ６２を励起する励起光を発光し、励起光は、ＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に入射される。これらＬＤ６４の励起光は、ＥＤＦ６２を励起する波長、例えば、９８０ｎｍや１４８０ｎｍである。そして、これらＬＤ６４は、光増幅器５５が所定の利得で光を増幅することができるようにそれら励起光の光パワーが設定される。なお、光増幅器５５が所定の出力光レベルとなるようにそれら励起光の光パワーを設定してもよい。
【００８１】
ＬＤ６４として、例えば、ファブリペロ型レーザ、分布帰還型レーザ、分布ブラッグ反射型レーザなど各種半導体レーザを利用することができる。そして、複数の半導体レーザから射出される各レーザ光をＷＤＭカプラで光合波するレーザアレイでもよい。
ＥＤＦ６２は、これらＬＤ６４からの励起光を吸収することによりＥＤＦ６２内の電子が励起され反転分布を形成する。この反転分布を形成した状態でＷＤＭ光信号が入射するとこのＷＤＭ光信号に誘導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ光信号が増幅される。
【００８２】
ＷＤＭカプラ６１、６３は、光合分波器である。光合分波器は、光合波する場合では、入射された波長の異なる複数の光を波長多重して射出し、光分波する場合では、入射された光を所定の波長を境界に波長の異なる複数の光に分離して各光を射出する。
【００８３】
ＩＳＯ６５は、一方向にのみ光を透過する光部品であり、後述する他のＩＳＯも同様である。ＩＳＯ６５としては、例えば、４５度ずれた状態の２つの偏光子の間にファラデー回転子を配置することによって構成することができる。ＩＳＯ６５は、装置内における各光部品の接続部などからの反射光が何処までも伝搬するのを防止する役割を果たす。特に、反射光が半導体レーザに戻ってくると、半導体レーザは、位相や振幅のまちまちな反射光に誘起されて、発振モードが変化したり、雑音が発生したりする。このため、ＩＳＯ６５によってこの悪影響を防止するものである。
【００８４】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、減衰部５６内の可変光減衰器（以下、「ＶＡＴ」と略記する。）７１に入射される。
ＶＡＴ７１は、入射された光を減衰して射出するとともにその減衰量を変更することができる光部品であり、後述する他のＶＡＴも同様である。ＶＡＴ７１の減衰量は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル／アナログ変換器（以下、「Ｄ／Ａ」と略記する。）７４を介してＣＰＵ７６によって調整される。ＶＡＴとしては、例えば、入射光と射出光との間に減衰円板を挿入し、減衰円板の表面には回転方向に厚みが連続的に変えてある金属減衰膜を蒸着して、この減衰円板を回転させることにより減衰量を調節する光可変減衰器や入射光と射出光との間に磁気光学結晶およびこの磁気光学結晶の射出側に偏光子を挿入し、磁気光学結晶に磁界を印加してこの磁界の強さを変えることにより減衰量を調整する光可変減衰器などを利用することができる。
【００８５】
ＶＡＴ７１から射出されたＷＤＭ光信号は、光を２つに分岐するカプラ７２に入射される。分岐された一方のＷＤＭ光信号は、減衰部５６の出力として残留光検出部５７に入射される。そして、分岐された他方のＷＤＭ光信号は、受光した光の光パワーに従う電流を出力するホトダイオード（以下、「ＰＤ」と略記する。）７３に入射される。
【００８６】
ＰＤ７３の出力は、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ」と略記する。）７５を介してＣＰＵ７５に入力される。
ＣＰＵ７６は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
【００８７】
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ７７は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。
減衰部５６から射出されたＷＤＭ光信号は、残留光検出部５７内のＷＤＭカプラ８１を介して、残留光検出部５７の出力として射出される。そして、残留光検出部５７から射出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局５１の出力として光伝送路５２に射出され、Ｂ局５３に伝送される。
【００８８】
ＷＤＭカプラ８１は、Ｂ局５３内で光伝送路５２に供給された分布増幅を行う励起光の残留励起光を分離する。よって、ＷＤＭカプラ８１の遮断波長（遮断周波数）は、ＷＤＭ光信号の波長帯域と励起光の波長との間に設定される。
分離した残留励起光は、ＰＤ８２に受光され、光電変換される。ＰＤ８２の出力は、Ａ／Ｄ８３を介してＣＰＵ８３に入力される。
【００８９】
一方、Ｂ局は、分布増幅するための励起光を供給する励起部５８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。Ａ局５１から光伝送路５２を伝搬したＷＤＭ光信号は、励起部５８を介して光増幅器５９に入射され、所定のレベルに光増幅された後に、他局へ伝送すべく光伝送路に送出される。
【００９０】
励起部５８では、入射されたＷＤＭ光信号は、ＷＤＭカプラ９２を介してカプラ９３に入射される。カプラ９３で分岐された一方のＷＤＭ光信号は、励起部５８の出力として射出され、他方のＷＤＭ光信号は、ＰＤ９８に受光され、光電変換される。ＰＤ９８の出力は、Ａ／Ｄ１０２を介して制御信号回路１０３に入力される。このＰＤ９８の出力は、ＷＤＭ光信号の光パワーに対応する。
【００９１】
また、光源１００は、制御信号回路１０３を介して入力されるＣＰＵ７６の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。第２の実施形態では、ＷＤＭ光信号の波長帯域に対応して設定され、例えば、１．５５μｍ帯をラマン増幅する場合には、１．４５μｍ帯に設定される。光源１００としては、半導体レーザなどを使用することができ、必要に応じて、励起光を増幅する光増幅器を備える。
【００９２】
光源１００から射出された励起光は、カプラ９６を介してＷＤＭカプラ９２に入射される。カプラ９６は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ９７に入射される。ＰＤ９７は、受光した励起光を光電変換し、その出力は、Ａ／Ｄ１０１を介して制御信号回路１０３に入力される。
制御信号回路１０３は、ＰＤ９７の出力に基づいて判断した励起光の光パワー、および、ＰＤ９８の出力に基づいて判断したＷＤＭ光信号の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局５１内のＣＰＵ７６に伝送する。
【００９３】
この信号を送信する回線は、光伝送路５２とは別に専用の物理回線を用意してもよい。あるいは、この回線は、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．を割り当ててもよい。さらに、この信号は、ＳＤＨ（synchronous digital hierarchy ）におけるオーバーヘッド（over head ）内の未定義領域を用いて送信してもよい。
【００９４】
（第２の実施形態の作用効果）
第２の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
設置者は、励起光パワーをＡ局５１内のＣＰＵ７６に与え、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されているプログラムを起動する。
【００９５】
なお、励起光パワーは、光伝送路５２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
まず、ＣＰＵ７６は、ＶＡＴ７１の減衰量をほぼ零に、および、光源１００の励起光をほぼ零に調整して、他局からのＷＤＭ光信号を光増幅器５５、減衰部５６、残留光検出部５７および光伝送路５２を介してＡ局５１からＢ局５３に伝送する。
【００９６】
ＣＰＵ７６は、この場合におけるＢ局５３のＰＤ９８の出力を制御信号回路１０３によって取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１００による分布増幅を行わない場合のＷＤＭ光信号の光パワー（以下、「Ｐnon 」とおく。）であり、分布増幅利得を計算する基準になるとともに信号波長に対する光伝送路５２の損失の実測値である。
【００９７】
ＣＰＵ７６は、制御信号回路１０３を介して光源１００を駆動し、励起光を光伝送路５２に供給する。そして、ＣＰＵ７６は、ＰＤ９７の出力およびＰＤ９８の出力を制御信号回路１０３を介して取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１００による分布増幅を行った場合のＷＤＭ光信号の光パワー（以下、「Ｐdis 」とおく。）である。ＣＰＵ７６は、このＰram から先のＰnon を減算して、その差分を求める。この差分が、分布増幅利得（以下、「Ｇdis 」とおく。）である。
【００９８】
ＣＰＵ７６は、Ａ局５１のＰＤ８２の出力を取得する。この出力は、残留励起光パワー（以下、「Ｐrem 」とおく。）に相当する。
ＣＰＵ７６は、これら信号波長に対する光伝送路５２の損失の実測値、分布増幅利得Ｇdis 、および、残留励起光パワーＰrem から、第１の実施形態で説明した式を用いて、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ７６は、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７に格納する。
【００９９】
ＣＰＵ７６は、この関係テーブルを参照して、設定された励起光パワーに対応する入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ７６は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ７６に与える。ＣＰＵ７６は、制御信号回路１０３を介してこの新設定で光源１００を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ７６は、ＰＤ９７の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ７６は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１００】
このように第２の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第２の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制することができる。さらに、光通信システムは、分布増幅することによって光ＳＮＲが改善される。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１０１】
次に、別の実施形態について説明する。
（第３の実施形態の構成）
図９は、第３の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図１０は、第３の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
図９において、第３の実施形態の光通信システムは、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、局１０１-1は、複数の光信号を波長多重したＷＤＭ光信号を光伝送路１０２-1を介して局１０１-2に伝送する。
【０１０２】
分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、前方向励起によって光増幅媒体である光伝送路１０２を利用してＷＤＭ光信号を分布光増幅する。 図９および図１０において、局１０１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するめの分布型光増幅部１０５を備えて構成される。
局１０１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１０３】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１０５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１１６によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１１６に入力される。
【０１０４】
ＣＰＵ１１６は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１１７は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。この関係テーブルは、第１の実施形態と同様の方法により、予め作成される。
【０１０５】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１１６の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。光源１１４としては、半導体レーザなどを使用することができ、必要に応じて、励起光を増幅する光増幅器を備える。
光源１１４から射出された励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に入射される。ＰＤ１１３は、受光した励起光を光電変換し、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１１６に入力される。
【０１０６】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともに次の局へ伝送するために、光伝送路１０２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
（第３の実施形態の作用効果）
第３の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
【０１０７】
設置者などは、励起光パワーを局１０１内のＣＰＵ１１６に与え、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されているプログラムを起動する。
なお、励起光パワーは、光伝送路１０２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
ＣＰＵ１１６は、光源１１４を駆動し、励起光を光伝送路１０２に供給する。そして、ＣＰＵ１１６は、ＰＤ１１３の出力を取得して、励起光パワーを実測する。
【０１０８】
ＣＰＵ１１６は、この実測した励起光パワーに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１１７に格納されている関係テーブルを参照して、励起光パワーに対応する入射光パワーとなるようにＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１１６は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
【０１０９】
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１１６に与える。ＣＰＵ１１６は、この新設定で光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１１６は、ＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１１７に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１１６は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１１０】
このように第３の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第３の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１１１】
次に、別の実施形態について説明する。
（第４の実施形態の構成）
第４の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、前方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局１３１およびＢ局１３３の構成について以下に説明する。
【０１１２】
図１１は、第４の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図１２は、第４の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図１１および図１２において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局１３１に入射される。Ａ局１３１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路１３２に送出する。光伝送路１３２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局１３３に伝送される。
【０１１３】
図１１において、Ａ局１３１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するための分布型光増幅部１３５を備えて構成される。
Ａ局１３１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１１４】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１３５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１４１によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１４１に入力される。
【０１１５】
ＣＰＵ１４１は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１４２は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。
【０１１６】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１４１の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生し、励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に受光されて光電変換され、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１４１に入力される。
【０１１７】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともにＢ局１３５へ伝送するために、光伝送路１３２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
Ａ局１３１から射出されたＷＤＭ光信号は、光伝送路１３２内で励起光によって分布増幅、例えば、ラマン増幅され、Ｂ局１３３に入射される。
【０１１８】
一方、Ｂ局１３３は、残留励起光およびラマン増幅利得を検出するための検出１３８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。
Ｂ局１３３に入射されたＷＤＭ光信号および残留励起光は、検出部１３８内のＷＤＭカプラ１４５に入射される。
【０１１９】
ＷＤＭカプラ１４５は、Ａ局１３１内で光伝送路１３２に供給された分布増幅を行う励起光の残留励起光を分離する。ＷＤＭカプラ１４５の遮断波長（遮断周波数）は、ＷＤＭ光信号の波長帯域と励起光の波長との間に設定される。
分離した残留励起光は、ＰＤ１４６に受光され、光電変換される。ＰＤ１４６の出力は、Ａ／Ｄ１４７を介して制御信号回路１４８に入力される。
【０１２０】
ＷＤＭカプラ１４５から射出されたＷＤＭ光信号は、カプラ９３を介して、検出部１３８の出力として射出され、光増幅器５９に入射される。
カプラ９３は、ＷＤＭ光信号の一部をＰＤ９８に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ９８に受光され、光電変換される。ＰＤ９８の出力は、Ａ／Ｄ１０２を介して制御信号回路１４８に入力される。このＰＤ９８の出力は、ＷＤＭ光信号の光パワーに対応する。
【０１２１】
制御信号回路１４８は、ＰＤ１４６の出力に基づいて判断した残留励起光の光パワー、および、ＰＤ９８の出力に基づいて判断したＷＤＭ光信号の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局１３１内のＣＰＵ１４１に伝送する。
この信号を送信する回線は、第２の実施形態と同様に、専用の物理回線、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．およびオーバーヘッド内の未定義領域などを用いて送信される。
【０１２２】
（第４の実施形態の作用効果）
第４の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
設置者は、励起光パワーをＡ局１３１内のＣＰＵ１４１に与え、ＥＥＰＲＯＭ１４２に格納されているプログラムを起動する。
【０１２３】
なお、励起光パワーは、光伝送路１３２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
まず、ＣＰＵ１４１は、ＶＡＴ７１の減衰量をほぼ零に、および、光源１１４の励起光をほぼ零に調整して、他局からのＷＤＭ光信号を光増幅器５５、分布型光増幅部１３５および光伝送路５２を介してＡ局１３１からＢ局１３３に伝送する。
【０１２４】
ＣＰＵ１４１は、この場合におけるＢ局１３３のＰＤ９８の出力を制御信号回路１４８によって取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１１４による分布増幅を行わない場合のＷＤＭ光信号の光パワーＰnon であり、分布増幅利得を計算する基準になるとともに信号波長に対する光伝送路１３２の損失の実測値である。
【０１２５】
ＣＰＵ１４１は、制御信号回路１４８を介して光源１１４を駆動し、励起光を光伝送路１３２に供給する。そして、ＣＰＵ１４１は、ＰＤ１４６の出力およびＰＤ９８の出力を制御信号回路１４８を介して取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１１４による分布増幅を行った場合のＷＤＭ光信号の光パワーＰdis である。ＣＰＵ１４１は、このＰram から先のＰnon を減算して、その差分を求める。この差分が、分布増幅利得Ｇdis である。また、ＰＤ１４６の出力は、残留励起光パワーＰrem に相当する。
【０１２６】
ＣＰＵ１４１は、これら信号波長に対する光伝送路１３２の損失の実測値、分布増幅利得Ｇdis 、および、残留励起光パワーＰrem から、第１の実施形態で説明した式を用いて、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ１４１は、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ１４２に格納する。
【０１２７】
ＣＰＵ１４１は、この関係テーブルを参照して、設定された励起光パワーに対応する入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１４１は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１４１に与える。ＣＰＵ１４１は、新設定で光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１４１は、ＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１４２に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１４１は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１２８】
このように第４の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第３の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１２９】
次に、別の実施形態について説明する。
（第５の実施形態の構成）
第５の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、双方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を光増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局１５１およびＢ局１５３の構成について以下に説明する。
【０１３０】
図１３は、第５の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図１４は、第５の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図１３および図１４において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局１５１に入射される。Ａ局１５１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路１５２に送出する。光伝送路１５２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局１５３に伝送される。
【０１３１】
図１３において、Ａ局１５１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するための分布型光増幅部１５５を備えて構成される。
Ａ局１５１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１３２】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１５５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１６１によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１６１に入力される。
【０１３３】
ＣＰＵ１６１は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１６２は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。この関係テーブルは、第１の実施形態と同様の方法により、双方向励起であることを考慮して予め作成される。
【０１３４】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１６１の出力に従い分布増幅するための励起光を発生し、励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に受光されて光電変換され、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１６１に入力される。
【０１３５】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともにＢ局１５５へ伝送するために、光伝送路１５２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
一方、Ｂ局１５３は、分布増幅するための励起光を供給する励起部１５８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。Ａ局１５１から光伝送路１５２を伝搬したＷＤＭ光信号は、励起部１５８内のＷＤＭカプラ９２を介して光増幅器５９に入射され、所定のレベルに光増幅された後に、他局へ伝送すべく光伝送路に送出される。
【０１３６】
励起部１５８では、光源１００は、制御信号回路１４８を介して入力されるＣＰＵ１６１の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。光源１００から射出された励起光は、カプラ９６を介してＷＤＭカプラ９２に入射される。カプラ９６は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ９７に受光され、光電変換される。ＰＤ９７の出力は、Ａ／Ｄ１０１を介して制御信号回路１６３に入力される。
【０１３７】
制御信号回路１６３は、ＰＤ９７の出力に基づいて判断した励起光の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局１５１内のＣＰＵ１６１に伝送する。
この信号を送信する回線は、第２の実施形態と同様に、専用の物理回線、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．およびオーバーヘッド内の未定義領域などを用いて送信される。
【０１３８】
Ａ局１５１から射出されたＷＤＭ光信号は、光伝送路１５２内で光源１１４、１００の励起光によって分布増幅、例えば、ラマン増幅され、Ｂ局１５３に入射される。
（第５の実施形態の作用効果）
第５の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
【０１３９】
設置者などは、励起光パワーをＡ局１５１内のＣＰＵ１６１に与え、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されているプログラムを起動する。
なお、励起光パワーは、光伝送路１０２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
ＣＰＵ１６１は、光源１００および光源１１４を駆動し、双方向から励起光を光伝送路１５２に供給する。そして、ＣＰＵ１６１は、ＰＤ９７の出力およびＰＤ１１３の出力を取得して、励起光パワーを実測する。
【０１４０】
ＣＰＵ１６１は、この実測した励起光パワーに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されている関係テーブルを参照して、励起光パワーに対応する入射光パワーとなるようにＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１６１は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
【０１４１】
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１６１に与える。ＣＰＵ１６１は、この新設定で光源１００および光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１６１は、ＰＤ９７およびＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１６１は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１４２】
このように第５の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第５の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１４３】
次に、上述の実施形態における光送信局の構成例について説明する。
図１６は、光送信局の第１の構成例を示す図である。
図１６において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、ＶＡＴ２０４、光送信器２０３および制御部２０５を備えて構成される。
光送信器２０３で生成された光信号は、ＶＡＴ２０４に入射され、その光パワーが減衰される。このような光送信器２０３およびＶＡＴ２０４の構成が各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、これら各ＶＡＴ２０４における減衰量の調整は、制御部２０５によってそれぞれ調整される。
【０１４４】
各ＶＡＴ２０４から射出された各光信号は、光合波器２０２で波長多重されてＷＤＭ光信号となる。このＷＤＭ光信号は、ＥＤＦＡ２０１で集中的に増幅され、光伝送路２３１に送出される。光伝送路２３１を伝送したＷＤＭ光信号は、次段の中継局２１０内の合波器２１２を介して、ＥＤＦＡ２１１に入射される。
【０１４５】
一方、中継局２１３内の励起光源２１３から射出された励起光は、合波器２１２によって光伝送路２３１に入射され、光伝送路２３１を伝送するＷＤＭ光信号を増幅する。
このような光送信局２００は、各ｃｈ．の光信号における光パワーを各ＶＡＴ２０４で調整することができる。
【０１４６】
また、図１７は、光送信局の第２の構成例を示す図である。
図１７において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、光送信器２０３および制御部２０６を備えて構成される。
各光送信器２０３で生成された各光信号は、光合波器２０２に入射され、波長多重されて、ＷＤＭ光信号となる。光送信器２０３は、各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、ＷＤＭ光信号は、ＥＦＤＡ２１０で所定の利得で増幅される。この利得の調整は、制御部２０６によって調整される。
【０１４７】
増幅されたＷＤＭ光信号は、光伝送路２３１に送出され、前述の第１の構成例と同様に、次段の中継局２１０から供給される励起光によって増幅され、この中継局２１０内の合波器２１２に入射される。
このような光送信局２００は、ＷＤＭ光信号をＥＦＤＡ２０１で一括して増幅し、その光パワーを調整することができる。
【０１４８】
図１８は、光送信局の第３の構成例を示す図である。
図１８において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、光送信器２０３および制御部２０７を備えて構成される。
各光送信器２０３で生成された各光信号は、光合波器２０２に入射され、波長多重されて、ＷＤＭ光信号となる。光送信器２０３は、各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、ＷＤＭ光信号は、ＥＦＤＡ２１０で所定の利得で増幅される。
【０１４９】
ここで、光送信器２０３は、例えば、ＬＤと光変調器とを備えて構成され、ＬＤの出力パワーが制御部２０７によって制御される。また、例えば、ＬＤと光変調器と半導体レーザ増幅器とを備えて構成され、半導体レーザ増幅器の利得が制御部２０７によって制御される。
増幅されたＷＤＭ光信号は、光伝送路２３１に送出され、前述の第１の構成例と同様に、次段の中継局２１０から供給される励起光によって増幅され、この中継局２１０内の合波器２１２に入射される。
【０１５０】
このような光送信局２００は、各光送信器から射出される各光信号の光パワーを制御部２０７によって調整することができる。したがって、各ｃｈ．の光信号における光パワーを調整することができる。
【０１５１】
そして、これら第１ないし第３の構成例における制御部２０５、２０６、２０７の各調整量は、第１の実施形態のように予め与えられた関係テーブルを参照して求めるようにしてもよい。また、第２の実施形態のように後段の局から残留励起光などの情報を得て関係テーブルを作成し求めるようにしてもよい。さらに、光通信システムを集中監視する局に関係テーブルを備えさせて回線によって与えられるようにしてもよい。
【０１５２】
なお、第２および第４の実施形態では、分布増幅利得Ｇdis および残留励起光パワーＰrem から関係テーブルを作成したが、本発明にかかる分布型光増幅装置が使用される光通信システムがより大きな誤り率を許容する場合には、いずれか一方の値から関係テーブルを作成するようにしてもよい。さらに、より大きな誤り率を許容する場合には、これらの値を使用しないで、設置者などが関係テーブルを用意し、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７格納し、この格納された関係テーブルを参照するようにしてもよい。
【０１５３】
また、第２および第４の実施形態では、実測値からＣＰＵ７６に関係テーブルを作成するようにしたが、次のようにしてもよい。まず、設置者などが、異なる残留励起光パワーＰrem および分布増幅利得Ｇdis の値ごとに複数の関係テーブルを用意し、この複数の関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７に格納する。そして、ＣＰＵ７６は、測定された残留励起光パワーＰrem および分布増幅利得Ｇdis に基づいて、これらの値に対応する関係テーブルを選択するようにしてもよい。
【０１５４】
そして、第２および第４の実施形態では、ＣＰＵ７６は、設置の際に関係テーブルを作成してＥＥＰＲＯＭ７７に格納し、最初の入射光パワーの調整を含めてその調整にこの予め格納した関係テーブルを利用したが、励起光パワーが変更されるごとに、ＣＰＵ７６が関係テーブルを作成するようにしてもよい。
【０１５５】
また、第２ないし第５の実施形態では、ＶＡＴ７１によって入射光パワーを調整するようにしたが、ＶＡＴ７１の代わりに集中型光増幅器、例えば、半導体レーザ増幅器や希土類添加光ファイバ増幅器を使用してもよい。さらに、ＶＡＴ７１の代わりの集中型光増幅器と光減衰器とを組み合わせを使用してもよい。また、ＶＡＴ７１で入射光パワーを調整する代わりに光増幅器５５を利用してもよい。この場合は、ＣＰＵがＬＤ６４を制御する構成にすればよい。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる分布型光増幅装置は、励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとを簡易な構成によって制御することができる。
そして、本発明にかかる分布型光増幅装置は、励起光パワーに応じて入射光パワーを調整することにより、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この分布型光増幅装置を適用した光通信システムでは、波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【図３】ラマン増幅による、伝送距離と平均光信号パワーとの関係を示す図である。
【図４】励起光パワーとＦＷＭのクロストークとの関係を示す図である。
【図５】励起光パワーとラマン利得との関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【図６】励起光パワーと入射光パワーとの関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図１４】第５の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図１５】ラマン分布増幅器を併用した光増幅中継伝送システムの構成を示す図である。
【図１６】光送信局の第１の構成例を示す図である。
【図１７】光送信局の第２の構成例を示す図である。
【図１８】光送信局の第３の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１２、５２、１０２、、１３２、１５２、２３１ 光伝送路
２１ 光供給部
２２ 励起光検出部
２３ 調整部
２４、２０５、２０６、２０７ 制御部
２６ 残留励起光検出部
２８ 増幅光検出部
５６ 減衰部
５７ 残留光検出部
５８ 励起部
７１、２０４ ＶＡＴ
７３、８２、９７、９８、１１３、１４６ ＰＤ
７６、１１６、１４１、１６１ ＣＰＵ
７７、１１７、１４２、１６２ ＥＥＰＲＯＭ
１００、１１４ 光源
１０３、１４８、１６３ 制御信号回路
１３８ 検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅されるべき光に生じる非線形光学効果を考慮して、励起光の光パワーに応じて増幅されるべき光の入射光パワーを調整する分布型光増幅装置および分布型増幅方法に関する。
そして、この分布型光増幅装置を使用することにより伝送特性を改善することができる光通信システムに関する。
将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大容量の光通信装置が要求されている。この大容量化を実現する方式として、波長分割多重（wavelength-division multiplexing、以下、「ＷＤＭ」と略記する。）方式が、光ファイバの広帯域・大容量性を有効利用できるなどの有利な点から研究開発が進められている。
特に、超長距離光通信システムでは、ＷＤＭ光信号が光ファイバ伝送路（transmission fiber）を伝送する間に減衰してしまうことから、ＷＤＭ光信号を増幅する必要がある。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムは、互いに波長の異なる複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ光信号を生成する送信局と、送信局から送出されたＷＤＭ光信号を伝送する光伝送路と、伝送されたＷＤＭ光信号を受信する受信局とを備え、さらにＷＤＭ光信号を増幅する機能を備える中継局が光伝送路の途中に必要に応じて１個または複数個設けられる。
【０００３】
このような光通信システムでは、光伝送路中における非線形光学効果によって各光信号の波形が劣化する。この波形劣化を回避するためには、光伝送路に入射されるＷＤＭ光信号の光パワー（光強度）を低下させることが有効であるが、光パワーの低下は、光信号対雑音比（以下、「光ＳＮＲ」と略記する。）の悪化をもたらす。非線形光学効果としては、例えば、自己位相変調（以下、「ＳＰＭ」と略記する。）、相互位相変調（以下、「ＸＰＭ」と略記する。）、四光波混合（以下、「ＦＷＭ」と略記する。）、誘導ラマン散乱（stimulated Ramman scattering、以下、「ＳＲＳ」と略記する。）、および、誘導ブリユアン散乱（stimulated Brillouin scattering 、以下、「ＳＢＳ」と略記する。）などが知られている。
【０００４】
そのため、中継局に備えられる集中型光増幅装置とともに、光伝送路を光増幅媒体に兼用する分布型光増幅装置を併用することが提案されている。例えば、P.B.Hansen,A.Stentz,T.N.Nielsen,R.Espinodola,L.E.Nelson,A.A.Abramov,「Dense wavelength-divisionmultiplexed transmission in "zero-dispersion"DSF by means of hybrid Raman/erubium-doped fiber amplifier」 （OFC/IOOC '99）,PD8,1999、および、N.Takachio,H.Suzuki,H.Masuda,and M.Koga,「32*10 Gb/s distributed Raman amplification transmission with 50-GHz channel spacing in the zero-dispersion region over 640km of 1.55-μm dispersion-shifted fiber」 （OFC/IOOC '99）,PD9,1999 では、ラマン増幅の有効性について報告されている。
【０００５】
また、特開平０３−０１３８３６号公報（特願平０１−１４９１４８号）では、光伝送路に試験光を入射させてその後方散乱を検出することにより、光伝送路の損失を求めてラマン増幅を行う方法が開示されている。
【０００６】
特開平１０−０７３８５２号公報（特願平０８−２３２３７６号）では、波長の異なる複数の励起光を用いて増幅帯域を広帯域化するラマン増幅について開示されている。
そして、特開平１０−０２２９３１号公報（特願平０８−１７０１８３号）では、ラマン増幅用の励起光源を中継器内に設けることが開示されている。
【０００７】
ここで、光増幅装置は、集中型光増幅装置と分布型光増幅装置とに分類することができる。集中型光増幅装置は、光増幅媒体と励起光源とが１箇所に集中的に備えられる光増幅装置である。例えば、半導体レーザ増幅器や光増幅媒体である光ファイバをボビンなどに巻いた光ファイバ増幅器などが知られている。一方、分布型光増幅装置は、光増幅媒体が或る一定の距離に亘って布設され励起光源が一方または双方に備えられる光増幅装置である。例えば、光ファイバ増幅装置がある。光ファイバ増幅装置としては、希土類元素添加光ファイバ増幅器や光ファイバ中の非線形散乱を利用した光ファイバ増幅器がある。
【０００８】
これら集中型光増幅装置も分布型光増幅装置も、その光を増幅する物理過程は、同一であり、主な相違は、光増幅媒体が１箇所に纏められているか一定の距離に亘って分布しているかである。そして、分布型光増幅装置は、光増幅媒体を光信号を伝送する局間の光伝送路と兼ねることができるという特徴がある。
【０００９】
また、非線形散乱としては、ＳＲＳやＳＢＳなどが知られている。
ＳＲＳは、格子振動の光学的フォノンとの相互作用によって発生する散乱であり、広い利得幅と大きな周波数シフトを有する。ＳＢＳは、格子振動の音響的フォノンとの相互作用によって発生する散乱であり、ＳＲＳに較べて利得幅が狭く周波数シフトが小さいが、利得係数が２桁以上も大きい。
【００１０】
そして、非線形散乱を利用した光ファイバ増幅器の特徴は、ＮＺ−ＤＳＦやＳＭＦなどの通常の光ファイバを使用することができること、どのような増幅波長に対しても励起波長を設定することができること、および、利得は励起光の偏波方向に一致することなどである。通常の光ファイバとしては、例えば、分散シフト光ファイバ（以下、「ＤＳＦ」と略記する。）、ノンゼロ分散シフト光ファイバ（以下、「ＮＺ−ＤＳＦ」と略記する。）、分散フラット光ファイバ（以下、「ＤＦＦ」と略記する。）、および、１．３μｍゼロ分散（通常分散）シングルモード光ファイバ（以下、「ＳＭＦ」と略記する。）などがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の文献は、いずれもラマン増幅について開示しているが、分布型光増幅装置が励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとをどのように制御するかについて、具体的に開示していない。あるいは、開示していたとしても、その制御に複雑な回路を必要としている。
【００１２】
そこで、本発明は、分布型光増幅装置において、励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとを簡易な構成によって制御することができる分布型光増幅装置を提供することを目的とする。
そして、本発明は、この分布型光増幅装置に好適な制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、この分布型光増幅装置を適用した光通信システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の手段として、分布型光増幅装置では、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段と、励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる励起光検出手段の出力と入射光パワ−との対応関係に基づいて、光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、光の入射光パワ−を調整する制御手段とを備える。
【００１５】
第２の手段として、分布型光増幅装置では、第１の手段において、対応関係は、ｎｆ（ｚ、ν）は距離ｚおよび周波数νにおけるフォワード光パワー、ｎｂ（ｚ、ν）は距離ｚおよび周波数νにおけるバックワード光パワー、α（ν）は周波数νにおける減衰量、γ（ν）は周波数νにおけるレーリー散乱係数、ｇr（△ν）ｇr（ζ−ν）は周波数ζとνとの間におけるラマン利得係数、ｈはプランク定数、ｋはボルツマン係数、Ｔは前記光増幅媒体の温度、Ｍは前記光増幅媒体を区間に分けた数、Ｎは前記Ｍに分けた区間の一つをさらに分けた数、Ｌは前記Ｎの一つの区間長、Ｌ0 は前記Ｍの一つの区間長（Ｌ0 ＝Ｌ×Ｎ）、αは前記光増幅媒体の損失係数、βp(mn)は前記区間ｍ中のｎにおける周波数ｆp の伝搬定数、βq(mn)は前記区間ｍ中のｎにおける周波数ｆq の伝搬定数、βr(mn)は前記伝送区間ｍ中のｎにおける周波数ｆr の伝搬定数、βf (mn)は前記区間ｍ中のｎにおけるＦＷＭの伝搬定数、ｎ0 は屈折率、λは波長、ｃは光速、Ｄは縮退数、χは３次の非線形分極、Ａeff は実効断面積、Ｐp 、Ｐq およびＰrはそれぞれ周波数ｆp 、ｆq およびｆr の入力光パワー、△β(mn)は
【数５】
【数６】
【数７】
【００１６】
第３の手段として、分布型光増幅装置では、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段と、光が光増幅媒体に励起光を供給している状態で入射された場合に励起光の入射端における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じてこの光の入射光パワーを調整する制御手段とを備える。
【００１７】
第４の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、励起光が光増幅媒体を伝搬後における残留励起光の光パワーを検出する残留励起光検出手段をさらに備え、対応関係は、さらに残留励起光検出手段の出力に基づいて求める。
第５の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、光供給手段は、光増幅媒体の互いに異なる箇所で供給する複数個の光供給手段であり、励起光検出手段は、光供給手段の個数に対応する個数である。
【００１８】
第６の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、光が光増幅媒体で増幅された後の光パワーを検出する増幅光検出手段をさらに備え、対応関係は、さらに増幅光検出手段によって求めた分布増幅利得に基づいて求める。
第７の手段として、分布型光増幅装置では、第１ないし第３のいずれか１つの手段において、光増幅媒体は、２局間の光伝送路である。
【００１９】
第８の手段として、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる励起光検出手段の出力と入射光パワ−との対応関係に基づいて、光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、光の入射光パワ−を調整手段で調整する。
【００２０】
第９の手段として、分布型光増幅を行う光増幅媒体と、光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、光が光増幅媒体に励起光を供給している状態で入射された場合における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じて光の入射光パワーを調整手段で調整する。
【００２１】
第１０の手段として、２局間で光信号を伝送する光通信システムにおいて、光増幅媒体は、光信号を伝送する光伝送路であって、第１ないし第３の手段のいずれか１つの分布型光増幅装置を備える。
第１１の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２２】
第１２の手段として、光通信システムでは、第１１の手段において、送信局より出力される光信号の値は、光伝送路で誘導ブリルアン散乱が発生しない値である。
第１３の手段として、光通信システムでは、第１１の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは、信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２３】
第１４の手段として、光通信システムでは、送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段とを設けることで、送信局からの出力光を誘導ブリユアン散乱が発生する光パワー未満にする。
第１５の手段として、光通信システムでは、第１４の手段において、励起手段の励起光パワーは、光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値にする。
【００２４】
第１６の手段として、光通信システムでは、第１４の手段において、励起手段の励起光パワーは、信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
第１７の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段を有する中継器と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２５】
第１８の手段として、光通信システムでは、第１７の手段において、送信局より出力される光信号の値は、光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第１９の手段として、光通信システムでは、第１７の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは、中継器の出力光の信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２６】
第２０の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段を有する受信端局を設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で４光波混合にるクロストークが発生しない値とする。
【００２７】
第２１の手段として、光通信システムでは、第２０の手段において、送信局より出力される光信号の値は光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第２２の手段として、光通信システムでは、第２０の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは受信局内に設けた光受信器での信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００２８】
第２３の手段として、光通信システムでは、光信号を波長多重して出力する送信局と、送信局からの出力光を入力する光伝送路と、光伝送路の出力端側に光伝送路を励起する励起光を挿入し光伝送路で誘導ラマン増幅を行なう励起手段と設けることで、送信局で出力する光信号の値を光伝送路の出力端で相互位相変調による所定の波形劣化を生じない値とする。
【００２９】
第２４の手段として、光通信システムでは、第２３の手段において、送信局より出力される光信号の値は光伝送路で誘導ブリユアン散乱が発生しない値である。
第２５の手段として、光通信システムでは、第２３の手段において、励起手段により光伝送路に励起する励起光パワーは信号対雑音比が最もよくなるパワーにする。
【００３０】
このような分布型光増幅装置および光通信システムでは、励起光パワーに対する入射光パワーとの対応関係は、増幅される光が光増幅媒体中で所定の範囲以上の非線形光学効果を生じさせないように予め作成される。制御手段は、励起光パワーを検出する励起光検出手段の出力に応じて、この対応関係に基づいて入射光パワーを調整手段で調整する。このため、このような分布型光増幅装置および光通信システムで光信号を増幅すれば、波形劣化を所定の設計の範囲内に抑制した光信号を得ることができる。そして、この分布型光増幅装置で増幅後に光を集中型光増幅装置で増幅する場合には、集中型光増幅装置に大きな光パワーの光信号を入射することができるので、分布型光増幅装置と集中型光増幅装置との全体における光ＳＮＲが改善される。
【００３１】
さらに、このような分布型光増幅装置は、励起光検出手段、調整手段および制御手段という簡易な構成で波形劣化および光ＳＮＲを制御することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
なお、各図において、同一の構成要素については、同一の参照番号を付し、重複する説明は、省略されることがある。
（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図２は、第１の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【００３４】
図１において、Ａ局１１は、複数の光信号を波長多重したＷＤＭ光信号を光伝送路１２を介してＢ局１３に伝送する。
図２において、Ａ局１１に入射されたＷＤＭ光信号は、光信号処理部３７に入射される。
光信号処理部３７は、Ａ局１１がＷＤＭ光信号を再生中継する光中継局である場合には、光増幅器および分散補償器などを備えて構成され、Ａ局１１がＷＤＭ光信号から波長多重されている光信号を分岐・挿入・透過する機能をもつ光中継局である場合には、光分岐・挿入装置（optical add/drop multiplexer）などを備えて構成される。そして、Ａ局１１がＷＤＭ光信号が入射されることなく自らＷＤＭ光信号を生成する光送信局である場合には、光信号処理部３７は、光信号を生成する複数の光送信器と生成された複数の光信号を波長多重するＷＤＭカプラと波長多重されたＷＤＭ光信号を増幅する光増幅器などを備えて構成される。さらに、Ａ局１１は、光信号処理部３７を備えない場合もあり得る。
【００３５】
ここで、上述の光信号処理部３７の光増幅器は、集中型光増幅器であって、半導体レーザ増幅器や希土類添加光ファイバ増幅器などが使用される。そして、希土類添加光ファイバ増幅器は、増幅すべき波長帯域に合わせて添加される希土類元素が選択される。例えば、１５５０ｎｍ波長帯域を増幅する場合には、エルビウム元素が光ファイバに添加される。エルビウム元素は、ランタノイドの希土類元素の１つで、元素記号Ｅｒ、原子番号６８である。ランタノイドに属する元素は、互いに性質が類似している。他の波長帯域を増幅する希土類元素として、ネオジム（Ｎｄ、１０６０ｎｍ波長帯域、１３００ｎｍ波長帯域）、プラセオジウム（Ｐｒ、１３００ｎｍ波長帯域）およびツリウム（Ｔｍ、１４５０ｎｍ波長帯域）などが知られている。
【００３６】
光信号処理部３７から射出されたＷＤＭ光信号は、調整部２３に入射される。調整部２３は、後述する制御部２４の出力に従って、光増幅媒体である光伝送路１２で増幅される光の入射光パワーを調整する。
調整部２３から射出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局から光伝送路１２に送出される。光伝送路１２は、分布型光増幅を行う光増幅媒体であり、２局間の光伝送路である。つまり、光伝送路１２は、ＷＤＭ光信号をＢ局１３に伝送する機能を兼ねる。
【００３７】
光伝送路１２から射出されたＷＤＭ光信号は、ＷＤＭカプラ３２-2を介して光信号処理部３８に入射される。
光信号処理部３８は、Ｂ局１３が光中継局である場合には、Ａ局１１と同様に、光増幅器および分散補償器などを備えて構成され、あるいは、光分岐・挿入装置などを備えて構成される。そして、Ｂ局１３が光受信局である場合には、光信号処理部３８は、ＷＤＭ光信号を増幅する光増幅器と増幅されたＷＤＭ光信号を各光信号に分離するＷＤＭカプラと光信号を受信処理する複数の光受信器などを備えて構成される。さらに、Ｂ局１３は、光信号処理部３８を備えない場合もあり得る。ＷＤＭカプラとしては、例えば、干渉フィルタの１つである誘電体多層膜フィルタやアレイ導波路格子形光合分波器などを利用することができる。後述するＷＤＭカプラも同様である。
【００３８】
一方、光供給部２１-1は、光増幅媒体である光伝送路１２に励起光を供給するための励起光源である。この光供給部２１-1から射出された励起光は、カプラ３１-1に入射される。カプラ３１-1は、この励起光を２つに分岐する。分岐された一方の励起光は、励起光検出部２２-1に射出され、他方の励起光は、ＷＤＭカプラ３２-2を介して光伝送路１２に供給する。カプラ３１-1の分岐比は、１０：１等で光伝送路１２側（ＷＤＭカプラ３２-1側）に多くの光が入射されるようにする。
【００３９】
励起光検出部２２-1は、励起光の光パワーを検出する。そして、その出力は、Ａ局１１内の制御部２４に入力される。
制御部２４は、この励起光検出部２２-1の出力に応じて予め与えられる入射光パワーと励起光検出部２２-1の出力との対応関係に基づいて入射光パワーを調整する。この入射光パワーの調整は、制御部２４から調整部２３に制御信号を出力することによって行われる。
【００４０】
このように第１の実施形態における分布型光増幅装置は、光伝送路１２、光供給部２１-1、励起光検出部２２-1、調整部２３および制御部２４を備えて構成される。
なお、第１の実施形態では、制御部２４がＡ局１１に備えられる場合について説明したが、Ｂ局１３に備えられる構成でもよい。さらに、Ａ局１１およびＢ局１３以外に局、例えば、光通信システムを集中監視する局を設け、この局に制御部２４が備えられる構成でもよい。
【００４１】
このような２局間の光通信システムは、ポイント・ツー・ポイント、スター形、リング形、階層型および網目形などの光通信ネットワークの一部に見られる形態である。
ここで、制御部２４に予め備えられる入射光パワーと励起光検出部２２-1の出力との対応関係について説明する。
【００４２】
図３は、ラマン増幅による、伝送距離と平均光信号パワーとの関係を示す図である。
図３において、その横軸は、ｋｍ単位で示す伝送距離であり、縦軸は、１チャネル当たりの平均信号光パワーである。なお、以下、チャネルを「ｃｈ．」と略記する。
【００４３】
図３は、図１および図２において、Ａ局１１に３２波のＷＤＭ光信号が入射され、各構成の諸元を次にように決めた場合におけるシミュレーション結果である。
まず、３２波のＷＤＭ光信号は、波長帯域１５３６ｎｍ〜１５６１ｎｍの間に波長間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）で配置され、各信号の平均光パワーは、＋３ｄＢｍ／ｃｈ．である。この値は、伝送路となる光ファイバで発生する非線形光学効果のうち特に誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）が発生しないギリギリの値である。
【００４４】
光信号処理部３７、３８は、エルビウム元素添加光ファイバ増幅器（以下、「ＥＤＦＡ」と略記する。）であり、調整部２３および制御部２４は、何も動作を行わない。すなわち、Ａ局１１は、調整部２３および制御部２４を備えていない構成と同一である。
光伝送路１２は、ＮＺ−ＤＳＦであり、その特性は、損失が信号波長に対して０．２０ｄＢ／ｋｍそして励起波長に対して０．２５ｄＢ／ｋｍ、実効断面積が５５μｍ2 、非線形屈折率が２．６×１０-20 ｍ2／Ｗ 、分散係数が５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（１．５５μｍ帯の場合）、分散スロープが０．０５ｐｓ／ｎｍ2 ／ｋｍである。光供給部２１-1は、増幅媒体である光伝送路１２にラマン増幅を行わせるために励起光として１．４５μｍ帯のレーザ光を光伝送路１２に供給する。
【００４５】
このような条件の下に、図３は、光供給部２１-1が供給する励起光の光パワーを変えて、ラマン増幅を求める式１に従って計算した結果である。図３において、各実線は、励起光パワーが、下から−∞ｄＢｍ、＋１５ｄＢｍ、＋２０ｄＢｍ、＋２２ｄＢｍ、＋２４ｄＢｍおよび＋２６ｄＢｍである。−∞ｄＢｍの実線は、励起光パワーが“０”でラマン増幅を行わない場合で光伝送路の損失特性を示している。
【００４６】
図３から分かるように、励起光パワーが増加するとともに１００ｋｍ伝送後の光信号光パワーが増加するが、後方向励起であるため、光伝送路の入射端（伝送距離＝０ｋｍの地点）から約５０ｋｍまでの範囲では、ラマン増幅がほとんど生じない。そして、約５０ｋｍから光伝送路の射出端（伝送距離＝１００ｋｍの地点）までの範囲で、ラマン増幅が生じている。よって、後方向励起の場合には、このラマン増幅が観察される範囲において、非線形光学効果が生じる可能性があることが解る。特に、励起光パワーが＋２６ｄＢｍを越えると射出端においても非線形光学効果が生じることが予想される。
【００４７】
非線形光学効果は、前述したように種々あるが、波形を劣化させる影響の大きさの観点から見ると、その影響の大きさは、光ファイバの種類や波長数や波長間隔に依存する。例えば、ＳＭＦを用いた高密度波長多重システムでは、ＸＰＭが顕著であるため主にＸＰＭによる波形劣化を考慮すれば足りる。また、ＮＺ−ＤＳＦでは、ＦＷＭが顕著であるため主にＦＷＭによる波形劣化を考慮すれば足りる。もちろん、複数の非線形光学現象を考慮してもよい。
【００４８】
そこで、図３の場合には、光伝送路１２がＮＺ−ＤＳＦであるので、ＦＷＭについてシミュレーションした。なお、光伝送路１２がＳＭＦである場合には、ＸＰＭについて以下の説明と同様にシミュレーションすればよい。このように光伝送路１２として使用される光ファイバの種類や波長数や波長間隔などに応じて、主に生じる非線形光学現象を考慮し、この非線形光学現象に基づいてシミュレーションすればよい。
【００４９】
図４は、励起光パワーとＦＷＭのクロストークとの関係を示す図である。
図４において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、縦軸は、ｄＢ単位で示すＦＷＭのクロストークである。図３は、ラマン増幅の結果であるので、図４は、ラマン増幅によるＦＷＭのクロストークを示す図でもある。
【００５０】
この図４は、ＦＷＭを計算する式２によって計算される。この計算において、光伝送路は、Ｍ個の伝送区間に分けられ、１個の伝送区間をさらに所定の長さＬの光ファイバがＮ個接続されたものと仮定される。
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００５１】
図４に示すように励起光パワーが約＋２５ｄＢｍからＦＷＭが顕著になり始め、約＋２７ｄＢｍでＦＷＭが急激に生じることが解る。
したがって、このラマン増幅が観察される範囲において、非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないようにＷＤＭ光信号の入射光パワーを制御することによって波形劣化を抑制することできる。
【００５２】
その制御は、式１に従って図３のような特性図を作成し、後方向励起の場合では射出端における平均信号光パワーを求める。そして、この平均信号光パワーが光伝送路１２における波形劣化の限界値以下になるように、ＷＤＭ光信号の入射光パワーを決める。例えば、図３では、励起光パワーが＋２５ｄＢｍ以下では、入射光パワーを＋３ｄＢｍ／ｃｈ．とし、励起光パワーが＋２５ｄＢｍを超え＋２６ｄＢｍ以下である場合では、その励起光パワーを光伝送路１２に供給した場合における射出端の光パワーが波形劣化の限界値以下になるように、入射光パワーを＋２ｄＢｍ／ｃｈ．に設定する。励起光パワーが＋２６ｄＢｍを超える場合についても同様に入射光パワーを設定する。
【００５３】
このように、複数の励起光パワーに対応する入射光パワーの関係テーブルを式１に従って予め作成し、例えば、制御部２４内のメモリに格納し、制御部２４は、励起光検出部２２-1の出力に従ってこの関係テーブルを参照して、調整部２３で光伝送路１２に入射される光の光パワーを制御するようにすればよい。
【００５４】
あるいは、この関係テーブルは、実測によって作成するようにしてもよい。さらに、ラマン増幅を計算する他の式、例えば、他の近似式によって計算してもよい。
また、その制御は、式２に従って図４のような特性図を作成し、非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化を生じる励起光パワーを求め、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを予め作成してもよい。
【００５５】
ここで、このラマン増幅が観察される範囲は、光増幅媒体である光伝送路の種類によって異なり、式１を見ると解るように、例えば、光伝送路の伝送損失、スプライス損失、実効断面積などによって決定される。
また、所定の波形劣化は、この分布型光増幅装置に要求される性能、例えば、誤り率などによって決定すればよい。
【００５６】
このように第１の実施形態では、上述の制御をすることにより波形劣化を制御することができる。そこで、この場合において、光ＳＮＲの改善効果についてシミュレーションした。
図５は、励起光パワーとラマン利得との関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【００５７】
図５は、図１３に示すシステム構成において、中継局２１０を励起光源２１３により光伝送路２３１を励起し、ＥＤＦＡ２１１の光ＳＮＲ改善量を計算した結果である。
ここでは、１５３６ｎｍ−１５６１ｎｍに１００ＧＨｚ間隔で光送信器出力パワーを＋４ｄＢｍ／ｃｈに固定し３２チャンネル多重し、ＥＤＦＡ２１１には７ｄＢに設定した。
【００５８】
図５において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、右縦軸は、ｄＢｍ単位で示すラマン利得であり、左縦軸は、ｄＢ単位で示す光ＳＮＲ改善量である。光ＳＮＲ改善量の基準は、励起光パワーが−∞ｄＢｍ（無励起状態）の場合における光ＳＮＲである。
実線は、励起光パワーとラマン利得との関係を示し、図５に示すように、その関係は、励起光パワーの増加とともにラマン利得は、増加する。これは、図３に示すことと対応する。
【００５９】
一方、一点鎖線は、励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示し、図５に示すように、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに緩やかに改善される。
図より励起光を＋２６ｄＢｍとした場合には＋１７ｄｂのラマン利得が得られるが、ラマン増幅に伴う雑音光のため、実際の光ＳＮＲ改善量は６．５ｄＢとなることがわかる。また、この図から励起レベルを上げるとＥＤＦＡの光ＳＮＲが改善することがわかる。
【００６０】
図６は、励起光パワーと入射光パワーとの関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。図６は、図５と同じ図１３のシステムで計算した結果である。
図６において、その横軸は、ｄＢｍ単位で示す励起光パワーであり、右縦軸は、ｄＢｍ／ｃｈ．単位で示す入射光パワーであり、左縦軸は、ｄＢ単位で示す光ＳＮＲ改善量である。
【００６１】
図４の特性よりラマン増幅を行なう場合に光伝送路の出力端側で光パワーが増加するため、ＦＷＭによる伝送特性劣化が懸念される。そこで、ラマン増幅の励起エネルギーを上げた場合に、光伝送路に入力される光レベルを低下させ、ＦＷＭクロストークが発生しないようにする。その特性は、式２に従って計算される。
【００６２】
実線で図６に示すように、その関係は、励起光パワーが約＋２３ｄＢｍ以下では、入射光パワーは、ほぼ一定であり（＋１５ｄＢｍ以下の範囲は不図示）、励起光パワーが約＋２３ｄＢｍ〜約＋２５ｄＢｍでは、入射光パワーは、徐々に減少させる必要があり、励起光パワーが約＋２５ｄＢｍ〜約＋２７ｄＢｍでは、入射光パワーは、急激に減少させる必要がある。
【００６３】
このようにＦＷＭを考慮し光送信器の１ｃｈ当たりの光信号入力パワーを制御した場合に、ＥＤＦＡ２１０の光ＳＮＲの改善量を計算した結果を一点鎖線の特性に示す。
一点鎖線は、励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示し、約＋２５ｄＢｍ以下では、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに緩やかに増加し、約＋２５ｄＢｍ〜約＋２７ｄＢｍでは、光ＳＮＲ改善量は、励起光パワーの増加とともに減少する。
【００６４】
図６の実線の特性のように光伝送路に入力される光信号の入力をパワーを調整し、光伝送路の出力端側でＦＷＭが発生しないようにして、光中継局２１０のＥＤＦＡ２１１出力の光ＳＮＲの改善率のみると、図５とは異なり、励起光のパワーを増加させても光ＳＮＲが向上しなくなり、最適点があることが判る。
【００６５】
このように図６の実線で示す励起光パワーと入射光パワーとの関係を示す特性曲線を予め作成し、例えば、制御部２４内のメモリに格納する。そして、制御部２４は、励起光検出部２２-1の出力に従ってこの特性曲線を参照して、調整部２３で光伝送路１２に入射される光の光パワーを制御するようにすればよい。
【００６６】
あるいは、この特性曲線を所定の励起光パワーごとに区切って折れ線近似し、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成してもよい。この区切りの範囲は、一定の間隔でもよいし、励起光パワーの変化に対して入射光パワーの変化が少ない範囲では、間隔を広く取り、励起光パワーの変化に対して入射光パワーの変化が大きい範囲では、間隔を狭くとるようにしてもよい。例えば、図６において、励起光パワーの各範囲は、＋１５ｄＢｍ以上＋２３ｄＢ未満、＋２３ｄＢｍ以上＋２５ｄＢｍ未満、＋２５ｄＢｍ以上＋２６ｄＢ未満、＋２６ｄＢｍ以上＋２６．５ｄＢｍ未満、および、＋２６．５ｄＢｍ以上＋２７ｄＢ以下とする。
【００６７】
以上のように、この分布型光増幅装置は、励起光パワーに応じて入射光パワーを調整することにより、図６の一点鎖線で示すように、増幅される光が光信号である場合には、光ＳＮＲが改善される。例えば、励起光パワーが＋２３ｄＢｍである場合には、入射光パワーを＋３．８ｄＢｍとなるように調整する。この結果、光ＳＮＲは、約５．３ｄＢ改善される。
【００６８】
さらに、図示しないが、図１および図２に示す光通信システムでは、光伝送路１２における光信号のパスアベレージパワーがラマン増幅しない場合に較べて減少する。したがって、光伝送路１２中で光信号に生じるＳＰＭおよびＸＰＭその他の非線形光学効果による波形劣化も低減される。
（第１の実施形態のより好ましい構成）
特に、制御部２４は、光が光増幅媒体である光伝送路１２に励起光を供給している状態で入射された場合に励起光の入射端における射出光パワーが光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、励起光検出手段の出力に応じて光の入射光パワーを調整することが好ましい。
【００６９】
ラマン増幅は、励起光が供給される入射端で光増幅媒体中の光の光パワーが最大となるので、この場所において所定の範囲以下の波形劣化となるように入射光パワーを調整すれば、光増幅媒体中における波形劣化を所定の範囲以下に抑制することができる。
また、特に、分布型光増幅装置は、励起光が光増幅媒体である光伝送路１２を伝搬した後における残留励起光の光パワーを検出する残留励起光検出部２６をさらに備え、励起光パワーと入射光パワーとの対応関係は、さらに残留励起光検出部２６の出力に基づいて求めることが好ましい。
【００７０】
図２において、残留励起光検出部２６およびカプラ３４は、破線で示される。光供給部２１-1から供給された励起光は、カプラ３１-1、ＷＤＭカプラ３２-1、光伝送路１２、および、カプラ３４を介して残留励起光検出部２６に入射される。
残留励起光を測定することにより、光増幅媒体である光伝送路１２の励起波長に対する損失が実測される。このため、上述の図３ないし図６をさらに精密に作成することができるので、この分布型光増幅装置は、より確実に波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。
【００７１】
そして、特に、分布型光増幅装置は、光供給部２１は、光増幅媒体である光伝送路１２の互いに異なる箇所で供給する複数個の光供給部２１であり、励起光検出部２２は、光供給部２１の個数に対応する個数であることが好ましい。
分布型光増幅は、励起光が供給される付近において利得が大きい。例えば、図３に示すように後方向励起の場合には、ラマン増幅は、射出端（伝送距離＝１００ｋｍ）において顕著に生じ、入射端（伝送距離＝０ｋｍ）においてほとんど生じない。
【００７２】
このように複数の場所から励起光を供給することにより、平均的に光を増幅することができる。そして、このような複数の場所から励起光を供給する場合についても、図３ないし図６に相当する図を作成することにより、同様に、励起光パワーと入射光パワーとの関係を得ることができる。本発明にかかる分布型光増幅装置は、この関係に基づいて制御部２４の制御を行うようにすればよい。
【００７３】
なお、図２において、前方向励起および双方向励起を行う場合について、Ａ局１１に備えられる光供給部２１-2および励起光検出部２２-2を破線で示す。そして、光供給部２１-2から射出される励起光は、カプラ３１-2およびＷＤＭカプラ３２-2を介して光伝送路１２に供給され、カプラ３１-2で励起光の一部が励起光検出部２２-2に入射される。
【００７４】
さらに、特に、分布型光増幅装置は、光が光増幅媒体で増幅された後の光パワーを検出する増幅光検出部２８をさらに備え、励起光パワーと入射光パワーとの対応関係は、さらに増幅光検出部２８によって求めた分布増幅利得に基づいて求めることが好ましい。
図２において、増幅光検出部２８およびカプラ３５は、破線で示される。ＷＤＭカプラ３２-1から射出される光は、カプラ３５を介して増幅光検出部２８に入射される。
【００７５】
分布増幅利得を測定することにより、上述の図３ないし図６をさらに精密に作成することができるので、この分布型光増幅装置は、より確実に波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。
なお、第１の実施形態の説明は、波長帯域１５５０ｎｍ、３２波および波長間隔０．８ｎｍのＷＤＭ光信号の場合についてであるが、この条件以外の場合にも、同様に説明することができる。任意の波長帯域、波長数および波長間隔のＷＤＭ光信号が本発明にかかる光通信システムおよび分布型光増幅装置に適用することができる。よって、以下に述べる実施形態では、特に、これらの諸条件については、言及しない。
【００７６】
そして、第１の実施形態の説明は、伝送距離１００ｋｍおよびＮＺ−ＤＳＦの場合についてであるが、この条件以外の場合でも、同様に説明することができる。任意の伝送距離および任意の特性を持つ光増幅媒体が、本発明にかかる光通信システムおよび分布型光増幅装置に適用することができる。光増幅媒体は、例えば、ＤＳＦ、ＤＦＦおよびＳＭＦなどである。よって、以下に述べる実施形態では、特に、これらの諸条件については、言及しない。
【００７７】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、後方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を光増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局５１およびＢ局５３の構成について以下に説明する。
【００７８】
図７は、第２の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図８は、第２の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図７および図８において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局５１に入射される。Ａ局５１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路５２に送出する。光伝送路５２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局５１に伝送される。
【００７９】
Ａ局５１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５、光の光パワーを減衰することによって調整する減衰部５６および残留励起光の光パワーを検出する残留光検出部５７を備えて構成される。残留励起光は、Ｂ局５３から光伝送路５２に供給された励起光が光伝送路５２を伝搬した後の光である。
【００８０】
Ａ局５１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、エルビウム添加光ファイバ（以下、「ＥＤＦ」と略記する。）６２、ＷＤＭカプラ６３および光アイソレータ（以下、「ＩＳＯ」と略記する。）６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。
一方、半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と略記する。）６４-1は、ＥＤＦ６２を励起する励起光を発光し、励起光は、ＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に入射される。そして、ＬＤ６４-2は、ＥＤＦ６２を励起する励起光を発光し、励起光は、ＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に入射される。これらＬＤ６４の励起光は、ＥＤＦ６２を励起する波長、例えば、９８０ｎｍや１４８０ｎｍである。そして、これらＬＤ６４は、光増幅器５５が所定の利得で光を増幅することができるようにそれら励起光の光パワーが設定される。なお、光増幅器５５が所定の出力光レベルとなるようにそれら励起光の光パワーを設定してもよい。
【００８１】
ＬＤ６４として、例えば、ファブリペロ型レーザ、分布帰還型レーザ、分布ブラッグ反射型レーザなど各種半導体レーザを利用することができる。そして、複数の半導体レーザから射出される各レーザ光をＷＤＭカプラで光合波するレーザアレイでもよい。
ＥＤＦ６２は、これらＬＤ６４からの励起光を吸収することによりＥＤＦ６２内の電子が励起され反転分布を形成する。この反転分布を形成した状態でＷＤＭ光信号が入射するとこのＷＤＭ光信号に誘導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ光信号が増幅される。
【００８２】
ＷＤＭカプラ６１、６３は、光合分波器である。光合分波器は、光合波する場合では、入射された波長の異なる複数の光を波長多重して射出し、光分波する場合では、入射された光を所定の波長を境界に波長の異なる複数の光に分離して各光を射出する。
【００８３】
ＩＳＯ６５は、一方向にのみ光を透過する光部品であり、後述する他のＩＳＯも同様である。ＩＳＯ６５としては、例えば、４５度ずれた状態の２つの偏光子の間にファラデー回転子を配置することによって構成することができる。ＩＳＯ６５は、装置内における各光部品の接続部などからの反射光が何処までも伝搬するのを防止する役割を果たす。特に、反射光が半導体レーザに戻ってくると、半導体レーザは、位相や振幅のまちまちな反射光に誘起されて、発振モードが変化したり、雑音が発生したりする。このため、ＩＳＯ６５によってこの悪影響を防止するものである。
【００８４】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、減衰部５６内の可変光減衰器（以下、「ＶＡＴ」と略記する。）７１に入射される。
ＶＡＴ７１は、入射された光を減衰して射出するとともにその減衰量を変更することができる光部品であり、後述する他のＶＡＴも同様である。ＶＡＴ７１の減衰量は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル／アナログ変換器（以下、「Ｄ／Ａ」と略記する。）７４を介してＣＰＵ７６によって調整される。ＶＡＴとしては、例えば、入射光と射出光との間に減衰円板を挿入し、減衰円板の表面には回転方向に厚みが連続的に変えてある金属減衰膜を蒸着して、この減衰円板を回転させることにより減衰量を調節する光可変減衰器や入射光と射出光との間に磁気光学結晶およびこの磁気光学結晶の射出側に偏光子を挿入し、磁気光学結晶に磁界を印加してこの磁界の強さを変えることにより減衰量を調整する光可変減衰器などを利用することができる。
【００８５】
ＶＡＴ７１から射出されたＷＤＭ光信号は、光を２つに分岐するカプラ７２に入射される。分岐された一方のＷＤＭ光信号は、減衰部５６の出力として残留光検出部５７に入射される。そして、分岐された他方のＷＤＭ光信号は、受光した光の光パワーに従う電流を出力するホトダイオード（以下、「ＰＤ」と略記する。）７３に入射される。
【００８６】
ＰＤ７３の出力は、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ」と略記する。）７５を介してＣＰＵ７５に入力される。
ＣＰＵ７６は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
【００８７】
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ７７は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。
減衰部５６から射出されたＷＤＭ光信号は、残留光検出部５７内のＷＤＭカプラ８１を介して、残留光検出部５７の出力として射出される。そして、残留光検出部５７から射出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局５１の出力として光伝送路５２に射出され、Ｂ局５３に伝送される。
【００８８】
ＷＤＭカプラ８１は、Ｂ局５３内で光伝送路５２に供給された分布増幅を行う励起光の残留励起光を分離する。よって、ＷＤＭカプラ８１の遮断波長（遮断周波数）は、ＷＤＭ光信号の波長帯域と励起光の波長との間に設定される。
分離した残留励起光は、ＰＤ８２に受光され、光電変換される。ＰＤ８２の出力は、Ａ／Ｄ８３を介してＣＰＵ８３に入力される。
【００８９】
一方、Ｂ局は、分布増幅するための励起光を供給する励起部５８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。Ａ局５１から光伝送路５２を伝搬したＷＤＭ光信号は、励起部５８を介して光増幅器５９に入射され、所定のレベルに光増幅された後に、他局へ伝送すべく光伝送路に送出される。
【００９０】
励起部５８では、入射されたＷＤＭ光信号は、ＷＤＭカプラ９２を介してカプラ９３に入射される。カプラ９３で分岐された一方のＷＤＭ光信号は、励起部５８の出力として射出され、他方のＷＤＭ光信号は、ＰＤ９８に受光され、光電変換される。ＰＤ９８の出力は、Ａ／Ｄ１０２を介して制御信号回路１０３に入力される。このＰＤ９８の出力は、ＷＤＭ光信号の光パワーに対応する。
【００９１】
また、光源１００は、制御信号回路１０３を介して入力されるＣＰＵ７６の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。第２の実施形態では、ＷＤＭ光信号の波長帯域に対応して設定され、例えば、１．５５μｍ帯をラマン増幅する場合には、１．４５μｍ帯に設定される。光源１００としては、半導体レーザなどを使用することができ、必要に応じて、励起光を増幅する光増幅器を備える。
【００９２】
光源１００から射出された励起光は、カプラ９６を介してＷＤＭカプラ９２に入射される。カプラ９６は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ９７に入射される。ＰＤ９７は、受光した励起光を光電変換し、その出力は、Ａ／Ｄ１０１を介して制御信号回路１０３に入力される。
制御信号回路１０３は、ＰＤ９７の出力に基づいて判断した励起光の光パワー、および、ＰＤ９８の出力に基づいて判断したＷＤＭ光信号の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局５１内のＣＰＵ７６に伝送する。
【００９３】
この信号を送信する回線は、光伝送路５２とは別に専用の物理回線を用意してもよい。あるいは、この回線は、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．を割り当ててもよい。さらに、この信号は、ＳＤＨ（synchronous digital hierarchy ）におけるオーバーヘッド（over head ）内の未定義領域を用いて送信してもよい。
【００９４】
（第２の実施形態の作用効果）
第２の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
設置者は、励起光パワーをＡ局５１内のＣＰＵ７６に与え、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されているプログラムを起動する。
【００９５】
なお、励起光パワーは、光伝送路５２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
まず、ＣＰＵ７６は、ＶＡＴ７１の減衰量をほぼ零に、および、光源１００の励起光をほぼ零に調整して、他局からのＷＤＭ光信号を光増幅器５５、減衰部５６、残留光検出部５７および光伝送路５２を介してＡ局５１からＢ局５３に伝送する。
【００９６】
ＣＰＵ７６は、この場合におけるＢ局５３のＰＤ９８の出力を制御信号回路１０３によって取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１００による分布増幅を行わない場合のＷＤＭ光信号の光パワー（以下、「Ｐnon 」とおく。）であり、分布増幅利得を計算する基準になるとともに信号波長に対する光伝送路５２の損失の実測値である。
【００９７】
ＣＰＵ７６は、制御信号回路１０３を介して光源１００を駆動し、励起光を光伝送路５２に供給する。そして、ＣＰＵ７６は、ＰＤ９７の出力およびＰＤ９８の出力を制御信号回路１０３を介して取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１００による分布増幅を行った場合のＷＤＭ光信号の光パワー（以下、「Ｐdis 」とおく。）である。ＣＰＵ７６は、このＰram から先のＰnon を減算して、その差分を求める。この差分が、分布増幅利得（以下、「Ｇdis 」とおく。）である。
【００９８】
ＣＰＵ７６は、Ａ局５１のＰＤ８２の出力を取得する。この出力は、残留励起光パワー（以下、「Ｐrem 」とおく。）に相当する。
ＣＰＵ７６は、これら信号波長に対する光伝送路５２の損失の実測値、分布増幅利得Ｇdis 、および、残留励起光パワーＰrem から、第１の実施形態で説明した式を用いて、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ７６は、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７に格納する。
【００９９】
ＣＰＵ７６は、この関係テーブルを参照して、設定された励起光パワーに対応する入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ７６は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ７６に与える。ＣＰＵ７６は、制御信号回路１０３を介してこの新設定で光源１００を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ７６は、ＰＤ９７の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ７６は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１００】
このように第２の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第２の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制することができる。さらに、光通信システムは、分布増幅することによって光ＳＮＲが改善される。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１０１】
次に、別の実施形態について説明する。
（第３の実施形態の構成）
図９は、第３の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図１０は、第３の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
図９において、第３の実施形態の光通信システムは、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、局１０１-1は、複数の光信号を波長多重したＷＤＭ光信号を光伝送路１０２-1を介して局１０１-2に伝送する。
【０１０２】
分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、前方向励起によって光増幅媒体である光伝送路１０２を利用してＷＤＭ光信号を分布光増幅する。 図９および図１０において、局１０１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するめの分布型光増幅部１０５を備えて構成される。
局１０１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１０３】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１０５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１１６によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１１６に入力される。
【０１０４】
ＣＰＵ１１６は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１１７は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。この関係テーブルは、第１の実施形態と同様の方法により、予め作成される。
【０１０５】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１１６の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。光源１１４としては、半導体レーザなどを使用することができ、必要に応じて、励起光を増幅する光増幅器を備える。
光源１１４から射出された励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に入射される。ＰＤ１１３は、受光した励起光を光電変換し、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１１６に入力される。
【０１０６】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともに次の局へ伝送するために、光伝送路１０２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
（第３の実施形態の作用効果）
第３の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
【０１０７】
設置者などは、励起光パワーを局１０１内のＣＰＵ１１６に与え、ＥＥＰＲＯＭ７７に格納されているプログラムを起動する。
なお、励起光パワーは、光伝送路１０２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
ＣＰＵ１１６は、光源１１４を駆動し、励起光を光伝送路１０２に供給する。そして、ＣＰＵ１１６は、ＰＤ１１３の出力を取得して、励起光パワーを実測する。
【０１０８】
ＣＰＵ１１６は、この実測した励起光パワーに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１１７に格納されている関係テーブルを参照して、励起光パワーに対応する入射光パワーとなるようにＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１１６は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
【０１０９】
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１１６に与える。ＣＰＵ１１６は、この新設定で光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１１６は、ＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１１７に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１１６は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１１０】
このように第３の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第３の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１１１】
次に、別の実施形態について説明する。
（第４の実施形態の構成）
第４の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、前方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局１３１およびＢ局１３３の構成について以下に説明する。
【０１１２】
図１１は、第４の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図１２は、第４の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図１１および図１２において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局１３１に入射される。Ａ局１３１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路１３２に送出する。光伝送路１３２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局１３３に伝送される。
【０１１３】
図１１において、Ａ局１３１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するための分布型光増幅部１３５を備えて構成される。
Ａ局１３１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１１４】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１３５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１４１によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１４１に入力される。
【０１１５】
ＣＰＵ１４１は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１４２は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。
【０１１６】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１４１の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生し、励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に受光されて光電変換され、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１４１に入力される。
【０１１７】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともにＢ局１３５へ伝送するために、光伝送路１３２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
Ａ局１３１から射出されたＷＤＭ光信号は、光伝送路１３２内で励起光によって分布増幅、例えば、ラマン増幅され、Ｂ局１３３に入射される。
【０１１８】
一方、Ｂ局１３３は、残留励起光およびラマン増幅利得を検出するための検出１３８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。
Ｂ局１３３に入射されたＷＤＭ光信号および残留励起光は、検出部１３８内のＷＤＭカプラ１４５に入射される。
【０１１９】
ＷＤＭカプラ１４５は、Ａ局１３１内で光伝送路１３２に供給された分布増幅を行う励起光の残留励起光を分離する。ＷＤＭカプラ１４５の遮断波長（遮断周波数）は、ＷＤＭ光信号の波長帯域と励起光の波長との間に設定される。
分離した残留励起光は、ＰＤ１４６に受光され、光電変換される。ＰＤ１４６の出力は、Ａ／Ｄ１４７を介して制御信号回路１４８に入力される。
【０１２０】
ＷＤＭカプラ１４５から射出されたＷＤＭ光信号は、カプラ９３を介して、検出部１３８の出力として射出され、光増幅器５９に入射される。
カプラ９３は、ＷＤＭ光信号の一部をＰＤ９８に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ９８に受光され、光電変換される。ＰＤ９８の出力は、Ａ／Ｄ１０２を介して制御信号回路１４８に入力される。このＰＤ９８の出力は、ＷＤＭ光信号の光パワーに対応する。
【０１２１】
制御信号回路１４８は、ＰＤ１４６の出力に基づいて判断した残留励起光の光パワー、および、ＰＤ９８の出力に基づいて判断したＷＤＭ光信号の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局１３１内のＣＰＵ１４１に伝送する。
この信号を送信する回線は、第２の実施形態と同様に、専用の物理回線、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．およびオーバーヘッド内の未定義領域などを用いて送信される。
【０１２２】
（第４の実施形態の作用効果）
第４の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
設置者は、励起光パワーをＡ局１３１内のＣＰＵ１４１に与え、ＥＥＰＲＯＭ１４２に格納されているプログラムを起動する。
【０１２３】
なお、励起光パワーは、光伝送路１３２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
まず、ＣＰＵ１４１は、ＶＡＴ７１の減衰量をほぼ零に、および、光源１１４の励起光をほぼ零に調整して、他局からのＷＤＭ光信号を光増幅器５５、分布型光増幅部１３５および光伝送路５２を介してＡ局１３１からＢ局１３３に伝送する。
【０１２４】
ＣＰＵ１４１は、この場合におけるＢ局１３３のＰＤ９８の出力を制御信号回路１４８によって取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１１４による分布増幅を行わない場合のＷＤＭ光信号の光パワーＰnon であり、分布増幅利得を計算する基準になるとともに信号波長に対する光伝送路１３２の損失の実測値である。
【０１２５】
ＣＰＵ１４１は、制御信号回路１４８を介して光源１１４を駆動し、励起光を光伝送路１３２に供給する。そして、ＣＰＵ１４１は、ＰＤ１４６の出力およびＰＤ９８の出力を制御信号回路１４８を介して取得する。この場合におけるＰＤ９８の出力は、光源１１４による分布増幅を行った場合のＷＤＭ光信号の光パワーＰdis である。ＣＰＵ１４１は、このＰram から先のＰnon を減算して、その差分を求める。この差分が、分布増幅利得Ｇdis である。また、ＰＤ１４６の出力は、残留励起光パワーＰrem に相当する。
【０１２６】
ＣＰＵ１４１は、これら信号波長に対する光伝送路１３２の損失の実測値、分布増幅利得Ｇdis 、および、残留励起光パワーＰrem から、第１の実施形態で説明した式を用いて、励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルを作成する。そして、ＣＰＵ１４１は、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ１４２に格納する。
【０１２７】
ＣＰＵ１４１は、この関係テーブルを参照して、設定された励起光パワーに対応する入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１４１は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１４１に与える。ＣＰＵ１４１は、新設定で光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１４１は、ＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１４２に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１４１は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１２８】
このように第４の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第３の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１２９】
次に、別の実施形態について説明する。
（第５の実施形態の構成）
第５の実施形態の光通信システムは、第１の実施形態と同様に、２局間でＷＤＭ光信号を送受信する光通信システムであり、分布型光増幅装置は、この光通信システムに備えられ、双方向励起によって光増幅媒体である光伝送路を利用してＷＤＭ光信号を光増幅する。この光通信システムおよび分布型光増幅装置におけるＡ局１５１およびＢ局１５３の構成について以下に説明する。
【０１３０】
図１３は、第５の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
図１４は、第５の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
図１３および図１４において、他の局から送出されたＷＤＭ光信号は、Ａ局１５１に入射される。Ａ局１５１は、後述するようにこのＷＤＭ光信号を処理し、光伝送路１５２に送出する。光伝送路１５２を伝送されたＷＤＭ光信号は、Ｂ局１５３に伝送される。
【０１３１】
図１３において、Ａ局１５１は、光を増幅する集中型の光増幅器５５および分布光増幅するための分布型光増幅部１５５を備えて構成される。
Ａ局１５１に入射されたＷＤＭ光信号は、光増幅器５５内のＷＤＭカプラ６１に入射され、ＥＤＦ６２、ＷＤＭカプラ６３およびＩＳＯ６５を介して光増幅器５５の出力として射出される。一方、ＬＤ６４-1は、励起光をＷＤＭカプラ６１を介してＥＤＦ６２に供給し、ＬＤ６４-2は、励起光をＷＤＭカプラ６３を介してＥＤＦ６２に供給する。
【０１３２】
光増幅器５５から射出されたＷＤＭ光信号は、分布型光増幅部１５５内のＶＡＴ７１に入射される。ＶＡＴ７１の減衰量は、Ｄ／Ａ７４を介してＣＰＵ１６１によって調整される。ＶＡＴ７１で光パワーを調整されたＷＤＭ光信号は、カプラ７２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。
カプラ７２は、入射されたＷＤＭ光信号の一部をＰＤ７３に分岐する。分岐されたＷＤＭ光信号は、ＰＤ７３に受光されて光電変換され、ＰＤ７３の出力は、Ａ／Ｄ７５を介してＣＰＵ１６１に入力される。
【０１３３】
ＣＰＵ１６１は、このＰＤ７３の出力に基づいてＷＤＭ光信号の光パワーを判断する。
また、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１６２は、第１の実施形態で説明した励起光パワーと入射光パワーとの関係テーブルおよび分布型光増幅装置の制御に必要なプログラムなどが格納される。この関係テーブルは、第１の実施形態と同様の方法により、双方向励起であることを考慮して予め作成される。
【０１３４】
また、光源１１４は、ＣＰＵ１６１の出力に従い分布増幅するための励起光を発生し、励起光は、カプラ１１２を介してＷＤＭカプラ１１１に入射される。カプラ１１２は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ１１３に受光されて光電変換され、その出力は、Ａ／Ｄ１１５を介してＣＰＵ１６１に入力される。
【０１３５】
ＷＤＭカプラ１１１は、ＷＤＭ光信号と励起光とを波長多重し、ＷＤＭ光信号を分布増幅するとともにＢ局１５５へ伝送するために、光伝送路１５２に波長多重されたＷＤＭ光信号と励起光とを射出する。
一方、Ｂ局１５３は、分布増幅するための励起光を供給する励起部１５８、および、光を増幅する光増幅器５９を備えて構成される。ここで、光増幅器５９は、集中型光増幅装置であり、その構成は、光増幅器５５と同様であるので、その説明を省略する。Ａ局１５１から光伝送路１５２を伝搬したＷＤＭ光信号は、励起部１５８内のＷＤＭカプラ９２を介して光増幅器５９に入射され、所定のレベルに光増幅された後に、他局へ伝送すべく光伝送路に送出される。
【０１３６】
励起部１５８では、光源１００は、制御信号回路１４８を介して入力されるＣＰＵ１６１の出力に従い、分布増幅するための励起光を発生する。励起光の波長は、分布増幅される光の波長および分布増幅する物理現象に対応して設定される。光源１００から射出された励起光は、カプラ９６を介してＷＤＭカプラ９２に入射される。カプラ９６は、励起光の一部を分岐し、分岐された励起光は、ＰＤ９７に受光され、光電変換される。ＰＤ９７の出力は、Ａ／Ｄ１０１を介して制御信号回路１６３に入力される。
【０１３７】
制御信号回路１６３は、ＰＤ９７の出力に基づいて判断した励起光の光パワーを伝送するために適した信号に変換して、その信号をＡ局１５１内のＣＰＵ１６１に伝送する。
この信号を送信する回線は、第２の実施形態と同様に、専用の物理回線、ＷＤＭ光信号の１ｃｈ．およびオーバーヘッド内の未定義領域などを用いて送信される。
【０１３８】
Ａ局１５１から射出されたＷＤＭ光信号は、光伝送路１５２内で光源１１４、１００の励起光によって分布増幅、例えば、ラマン増幅され、Ｂ局１５３に入射される。
（第５の実施形態の作用効果）
第５の実施形態では、光通信システムに分布型光増幅装置を設置する際に、以下のように設定する。
【０１３９】
設置者などは、励起光パワーをＡ局１５１内のＣＰＵ１６１に与え、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されているプログラムを起動する。
なお、励起光パワーは、光伝送路１０２の伝送特性および伝送距離などを考慮して決定する。
ＣＰＵ１６１は、光源１００および光源１１４を駆動し、双方向から励起光を光伝送路１５２に供給する。そして、ＣＰＵ１６１は、ＰＤ９７の出力およびＰＤ１１３の出力を取得して、励起光パワーを実測する。
【０１４０】
ＣＰＵ１６１は、この実測した励起光パワーに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されている関係テーブルを参照して、励起光パワーに対応する入射光パワーとなるようにＶＡＴ７１の減衰量を調整する。ＣＰＵ１６１は、この対応する入射光パワーとなっているか否かをＰＤ７３の出力に基づいて判断し、ＶＡＴ７１の減衰量をフィードバック制御する。
【０１４１】
そして、設定後に、励起光パワーの変更が生じた場合には、設置者は、新たな励起光パワーをＣＰＵ１６１に与える。ＣＰＵ１６１は、この新設定で光源１００および光源１１４を駆動し、励起光パワーを変更する。ＣＰＵ１６１は、ＰＤ９７およびＰＤ１１３の出力に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納されている関係テーブルを参照して、この新設定に対応する入射光パワーを検索する。そして、ＣＰＵ１６１は、検索された入射光パワーとなるように、ＶＡＴ７１の減衰量を調整する。
【０１４２】
このように第５の実施形態における分布型光増幅装置は、動作するので、励起光パワーに応じて入射光パワーが調整され、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この第５の実施形態における光通信システムは、波形劣化を抑制および光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【０１４３】
次に、上述の実施形態における光送信局の構成例について説明する。
図１６は、光送信局の第１の構成例を示す図である。
図１６において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、ＶＡＴ２０４、光送信器２０３および制御部２０５を備えて構成される。
光送信器２０３で生成された光信号は、ＶＡＴ２０４に入射され、その光パワーが減衰される。このような光送信器２０３およびＶＡＴ２０４の構成が各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、これら各ＶＡＴ２０４における減衰量の調整は、制御部２０５によってそれぞれ調整される。
【０１４４】
各ＶＡＴ２０４から射出された各光信号は、光合波器２０２で波長多重されてＷＤＭ光信号となる。このＷＤＭ光信号は、ＥＤＦＡ２０１で集中的に増幅され、光伝送路２３１に送出される。光伝送路２３１を伝送したＷＤＭ光信号は、次段の中継局２１０内の合波器２１２を介して、ＥＤＦＡ２１１に入射される。
【０１４５】
一方、中継局２１３内の励起光源２１３から射出された励起光は、合波器２１２によって光伝送路２３１に入射され、光伝送路２３１を伝送するＷＤＭ光信号を増幅する。
このような光送信局２００は、各ｃｈ．の光信号における光パワーを各ＶＡＴ２０４で調整することができる。
【０１４６】
また、図１７は、光送信局の第２の構成例を示す図である。
図１７において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、光送信器２０３および制御部２０６を備えて構成される。
各光送信器２０３で生成された各光信号は、光合波器２０２に入射され、波長多重されて、ＷＤＭ光信号となる。光送信器２０３は、各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、ＷＤＭ光信号は、ＥＦＤＡ２１０で所定の利得で増幅される。この利得の調整は、制御部２０６によって調整される。
【０１４７】
増幅されたＷＤＭ光信号は、光伝送路２３１に送出され、前述の第１の構成例と同様に、次段の中継局２１０から供給される励起光によって増幅され、この中継局２１０内の合波器２１２に入射される。
このような光送信局２００は、ＷＤＭ光信号をＥＦＤＡ２０１で一括して増幅し、その光パワーを調整することができる。
【０１４８】
図１８は、光送信局の第３の構成例を示す図である。
図１８において、光送信局２００は、ＥＤＦＡ２０１、光合波器２０２、光送信器２０３および制御部２０７を備えて構成される。
各光送信器２０３で生成された各光信号は、光合波器２０２に入射され、波長多重されて、ＷＤＭ光信号となる。光送信器２０３は、各ｃｈ．に対応して複数個設けられる。そして、ＷＤＭ光信号は、ＥＦＤＡ２１０で所定の利得で増幅される。
【０１４９】
ここで、光送信器２０３は、例えば、ＬＤと光変調器とを備えて構成され、ＬＤの出力パワーが制御部２０７によって制御される。また、例えば、ＬＤと光変調器と半導体レーザ増幅器とを備えて構成され、半導体レーザ増幅器の利得が制御部２０７によって制御される。
増幅されたＷＤＭ光信号は、光伝送路２３１に送出され、前述の第１の構成例と同様に、次段の中継局２１０から供給される励起光によって増幅され、この中継局２１０内の合波器２１２に入射される。
【０１５０】
このような光送信局２００は、各光送信器から射出される各光信号の光パワーを制御部２０７によって調整することができる。したがって、各ｃｈ．の光信号における光パワーを調整することができる。
【０１５１】
そして、これら第１ないし第３の構成例における制御部２０５、２０６、２０７の各調整量は、第１の実施形態のように予め与えられた関係テーブルを参照して求めるようにしてもよい。また、第２の実施形態のように後段の局から残留励起光などの情報を得て関係テーブルを作成し求めるようにしてもよい。さらに、光通信システムを集中監視する局に関係テーブルを備えさせて回線によって与えられるようにしてもよい。
【０１５２】
なお、第２および第４の実施形態では、分布増幅利得Ｇdis および残留励起光パワーＰrem から関係テーブルを作成したが、本発明にかかる分布型光増幅装置が使用される光通信システムがより大きな誤り率を許容する場合には、いずれか一方の値から関係テーブルを作成するようにしてもよい。さらに、より大きな誤り率を許容する場合には、これらの値を使用しないで、設置者などが関係テーブルを用意し、この関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７格納し、この格納された関係テーブルを参照するようにしてもよい。
【０１５３】
また、第２および第４の実施形態では、実測値からＣＰＵ７６に関係テーブルを作成するようにしたが、次のようにしてもよい。まず、設置者などが、異なる残留励起光パワーＰrem および分布増幅利得Ｇdis の値ごとに複数の関係テーブルを用意し、この複数の関係テーブルをＥＥＰＲＯＭ７７に格納する。そして、ＣＰＵ７６は、測定された残留励起光パワーＰrem および分布増幅利得Ｇdis に基づいて、これらの値に対応する関係テーブルを選択するようにしてもよい。
【０１５４】
そして、第２および第４の実施形態では、ＣＰＵ７６は、設置の際に関係テーブルを作成してＥＥＰＲＯＭ７７に格納し、最初の入射光パワーの調整を含めてその調整にこの予め格納した関係テーブルを利用したが、励起光パワーが変更されるごとに、ＣＰＵ７６が関係テーブルを作成するようにしてもよい。
【０１５５】
また、第２ないし第５の実施形態では、ＶＡＴ７１によって入射光パワーを調整するようにしたが、ＶＡＴ７１の代わりに集中型光増幅器、例えば、半導体レーザ増幅器や希土類添加光ファイバ増幅器を使用してもよい。さらに、ＶＡＴ７１の代わりの集中型光増幅器と光減衰器とを組み合わせを使用してもよい。また、ＶＡＴ７１で入射光パワーを調整する代わりに光増幅器５５を利用してもよい。この場合は、ＣＰＵがＬＤ６４を制御する構成にすればよい。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる分布型光増幅装置は、励起光の光パワーと増幅される光の光パワーとを簡易な構成によって制御することができる。
そして、本発明にかかる分布型光増幅装置は、励起光パワーに応じて入射光パワーを調整することにより、非線形光学効果を抑制することができる。このため、この分布型光増幅装置を適用した光通信システムでは、波形劣化を抑制することができ、光ＳＮＲを改善することができる。そのため、この光通信システムは、超長距離伝送を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【図３】ラマン増幅による、伝送距離と平均光信号パワーとの関係を示す図である。
【図４】励起光パワーとＦＷＭのクロストークとの関係を示す図である。
【図５】励起光パワーとラマン利得との関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【図６】励起光パワーと入射光パワーとの関係および励起光パワーと光ＳＮＲ改善量との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の分布型光増幅装置の構成を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図１２】第４の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の光通信システムにおけるＡ局の構成を示す図である。
【図１４】第５の実施形態の光通信システムにおけるＢ局の構成を示す図である。
【図１５】ラマン分布増幅器を併用した光増幅中継伝送システムの構成を示す図である。
【図１６】光送信局の第１の構成例を示す図である。
【図１７】光送信局の第２の構成例を示す図である。
【図１８】光送信局の第３の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１２、５２、１０２、、１３２、１５２、２３１ 光伝送路
２１ 光供給部
２２ 励起光検出部
２３ 調整部
２４、２０５、２０６、２０７ 制御部
２６ 残留励起光検出部
２８ 増幅光検出部
５６ 減衰部
５７ 残留光検出部
５８ 励起部
７１、２０４ ＶＡＴ
７３、８２、９７、９８、１１３、１４６ ＰＤ
７６、１１６、１４１、１６１ ＣＰＵ
７７、１１７、１４２、１６２ ＥＥＰＲＯＭ
１００、１１４ 光源
１０３、１４８、１６３ 制御信号回路
１３８ 検出部
Claims (9)
- 分布型光増幅を行う光増幅媒体と、前記光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、前記励起光の光パワ−を検出する励起光検出手段と、前記光増幅媒体で増幅される光の入射光パワ−を調整する調整手段と、前記励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる前記励起光検出手段の出力と前記入射光パワ−との対応関係に基づいて、前記光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、前記光の入射光パワ−を調整する制御手段とを備えることを特徴とする分布型光増幅装置。
- 分布型光増幅を行う光増幅媒体と、前記光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、前記励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、前記光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段と、前記光が前記光増幅媒体に前記励起光を供給している状態で入射された場合に励起光の入射端における射出光パワーが前記光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、前記励起光検出手段の出力に応じて前記光の入射光パワーを調整する制御手段とを備えることを特徴とする分布型光増幅装置。
- 前記励起光が前記光増幅媒体を伝搬後における残留励起光の光パワーを検出する残留励起光検出手段をさらに備え、前記対応関係は、さらに前記残留励起光検出手段の出力に基づいて求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分布型光増幅装置。
- 前記光供給手段は、前記光増幅媒体の互いに異なる箇所で供給する複数個の光供給手段であり、前記励起光検出手段は、前記光供給手段の個数に対応する個数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分布型光増幅装置。
- 前記光が前記光増幅媒体で増幅された後の光パワーを検出する増幅光検出手段をさらに備え、前記対応関係は、さらに前記増幅光検出手段によって求めた分布増幅利得に基づいて求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分布型光増幅装置。
- 前記光増幅媒体は、２局間の光伝送路であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分布型光増幅装置。
- 分布型光増幅を行う光増幅媒体と、前記光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、前記励起光の光パワ−を検出する励起光検出手段と、前記光増幅媒体で増幅される光の入射光パワ−を調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、前記励起光検出手段の出力に応じて、予め与えられる前記励起光検出手段の出力と前記入射光パワ−との対応関係に基づいて、前記光増幅媒体内で非線形光学効果によって所定範囲以上の波形劣化が生じないように、前記光の入射光パワ−を前記調整手段で調整することを特徴とする分布型光増幅方法。
- 分布型光増幅を行う光増幅媒体と、前記光増幅媒体に励起光を供給する光供給手段と、前記励起光の光パワーを検出する励起光検出手段と、前記光増幅媒体で増幅される光の入射光パワーを調整する調整手段とを備える分布型光増幅装置の分布型光増幅方法において、前記光が前記光増幅媒体に前記励起光を供給している状態で入射された場合における射出光パワーが前記光増幅媒体に従う非線形光学効果により所定の波形劣化を生じさせる光パワー以下となるように、前記励起光検出手段の出力に応じて前記光の入射光パワーを前記調整手段で調整することを特徴とする分布型光増幅方法。
- ２局間で光信号を伝送する光通信システムにおいて、前記光増幅媒体は、前記光信号を伝送する光伝送路であって、請求項１又は請求項２に記載の分布型光増幅装置を備えることを特徴とする光通信システム。
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