JP4113852B2 - 光増幅器及びラマン増幅器の制御方法 - Google Patents
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Description
このため、図11(a)に示すように、上記の二つのEDFAを、CLカプラと呼ばれる光合分波器(CL合波器,CL分波器)を用いて並列接続することで、図11(b)に示すように、1530〜1610nmの増幅帯域を持つ光増幅器とすることが提案され、すでに商用機として実用化されている。
このうち、(1),(2)の課題については、一つの光増幅器で増幅帯域を拡大することが検討されている。例えば、任意の増幅帯域及び増幅帯域幅を設定できるラマン増幅器において励起波長を複数多重させて帯域拡大(広帯域化)を図ること、帯域幅はやや制限されるものの実績のあるEDFAとラマン増幅器を組み合わせてハイブリッドアンプとすることで帯域拡大を図ること(例えば特許文献1参照)、多成分ガラスのエルビウムドープファイバ(EDF)を用いて帯域拡大を図ることなどが提案されている。
この点、ラマン増幅器において帯域拡大を図ることについては、200nm帯域幅の増幅の可能性が報告されている(非特許文献1参照)。しかしながら、ラマン増幅器は希土類添加ファイバ増幅器に比べて励起効率が低いため、より大きな励起光パワーが必要であり、コスト高である。
上述のように、ラマン増幅器を用いる場合、希土類添加ファイバ増幅器を用いる場合よりもコスト高になるため、できるだけコストを低く抑えることが必要になる。
特に、ラマン増幅器では、運用チャネル数にかかわらず、運用チャネル数が最も多くなった場合に、必要な励起光パワーが得られるだけの励起光源を予め搭載しておくのが一般的であるため、初期導入時のような少数チャネル運用時におけるコスト(初期導入コスト)低減を図るのは難しい。
さらに、ラマン増幅器としては、一般に、励起波長が固定されているものが用いられるため、信号波長や信号配置によっては過剰な励起光パワーが必要となり、この点もコスト高につながることになる。特に、励起波長が固定されていると、運用チャネル数を増加するにしたがって、過剰に励起光パワーを増大させることが必要になる。
そして、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合には、制御部によって、全帯域の信号光が増幅されるように、ラマン増幅部の励起光波長が制御される。これにより、全帯域の信号光がラマン増幅部によって増幅されることになる。
本実施形態にかかる光増幅器(広帯域光増幅器)は、図1に示すように、ラマン増幅部(ラマン増幅器)2と、希土類添加ファイバ増幅部(希土類添加ファイバ増幅器)を接続しうる二つの光スイッチ3,4と、例えば光スペクトラムアナライザなどの光出力パワーを波長毎にモニタしうる光スペクトラムモニタ5と、信号光(出力光)を例えば10分の1の強さで光スペクトラムモニタ5に入射させるための光分岐器6と、ラマン増幅部2の励起光波長(励起波長ともいう)及び励起光パワーを制御する制御部7とを備えるものとして構成される。
例えば、ラマン増幅部2を、EDFAの増幅帯域(例えば1530〜1560nmを増幅帯域とするCバンドや1570〜1610nmを増幅帯域とするLバンドなど)及びこれに隣接する短波長側の帯域からなる全帯域の信号光を増幅しうるものとして構成すれば良い。
ここで、波長可変励起光源23は、励起光波長を変えることができる励起光源であり、例えばマルチライン波長可変励起光源(1つのレーザ光源で複数の異なる波長の励起光を出力しうるもの;例えばマルチラインラマンレーザなど)を用いるのが好ましい。このほか、シングルライン励起光源(複数のレーザ光源を備え、各レーザ光源から出力される、複数の異なる波長の励起光を可変合波器によって合波させるもの)を用いることもできる。
また、チャネル増設後、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、制御部7によって、希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光を増幅しうるように、ラマン増幅部2の励起光波長が制御される。これにより、希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光がラマン増幅部2によって増幅されることになる。
上述のように、本実施形態では、ラマン増幅部2によって最も多くてもチャネル数Aの信号光(運用チャネル信号光)を増幅できれば良いため、ラマン増幅部2に搭載する励起光源を、チャネル数Aの信号光を増幅しうるだけの励起光を出力しうるものとして構成すれば良くなる。つまり、ラマン増幅部2に搭載する励起光源のパワーをチャネル数Aの信号光を増幅しうるものとすれば良くなる。このため、ラマン増幅部2に搭載する励起光源を全帯域に最も多くのチャネルを挿入した場合に必要な励起光パワーを出力しうるものとして構成する場合と比較して、ラマン増幅部2の励起光源の出力(励起光パワー)を低減させることが可能となる。
一般に、ラマン増幅器は短波長側の帯域の方が励起効率が低下するという特性があるため、希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域を短波長側の帯域とし、この短波長側の帯域に許容チャネル数Aのチャネルを挿入する場合が最も励起光源の出力(励起光パワー)を必要とする。このため、本実施形態では、希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の短波長側の帯域に許容チャネル数Aのチャネルを挿入する場合に、全チャネル(全信号光)を増幅するのに必要な励起光を出力しうるように、ラマン増幅部2の励起光源の出力(励起光パワー)を設定している。これにより、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合、及び、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合のいずれの場合にも対応できることになる。
ここで、図4(a),(b)を参照しながら、励起波長の再配置の概略を説明する。なお、図4(a)には任意に配置された信号チャネルの配置、及び、1つの励起光波長によるラマン増幅帯域を示している。また、図4(b)には励起波長の配置を示している。
以下、励起波長を再配置するために、制御部7の計算機71によって実行される励起光波長及び励起光パワーの演算、及び、制御部7の波長・パワーコントローラ72によって実行されるラマン増幅部2の波長可変励起光源23に対する制御について、図5,図6を参照しながら説明する。
例えば、Bijは、波長λpiの励起光を一つずつ入れ、Δλpiの範囲で変化させた場合に得られるΔλpiに対する各ブロック1,2,3の平均光出力パワーPout1,Pout2,Pout3(Poutj)の目標平均光出力パワーPrefに対する偏差|Pout1−Pref|,|Pout2−Pref|,|Pout3−Pref|(|Poutj−Pref|)の変化を示す線の傾き(図6参照)として求めれば良い。
ここで、図5に示すように、各励起光パワーPp1,Pp2,Pp3(Ppi:iは波長番号)をそれぞれΔPp1,ΔPp2,ΔPp3(ΔPpi:iは波長番号)の範囲で変化させた場合、各ブロックの平均光出力パワーPout1,Pout2,Pout3(Poutj:jはブロック番号)の目標平均光出力パワーPrefに対する偏差|Pout1−Pref|,|Pout2−Pref|,|Pout3−Pref|(|Poutj−Pref|:jはブロック番号)もそれぞれ変化することになる。これらの関係は、次式(2)で表すことができる。
まず、運用チャネルを増設した場合には、全運用チャネル数が許容チャネル数A以下であるかを判定する(ステップS1)。この判定は例えば制御部7の計算機71で行なうようにしても良いし、オペレータが行なうようにしても良い。
このため、図7中、右側のルートへ進み、制御部7は、光スペクトラムモニタ5からチャネル配置(運用チャネルの波長)及びその光出力パワーを取得する(ステップS2)。そして、制御部7の計算機71が、全帯域に任意に配置されている運用チャネル信号光の波長及びパワーに応じて、デフォルトとして設定されている励起光波長(デフォルト励起光波長)及び励起光パワー(デフォルト励起光パワー)をメモリから読み出し、これに基づいて、制御部7の波長・パワーコントローラ72が、ラマン増幅部2の波長可変励起光源23を制御する。これにより、波長可変励起光源23から出力される励起光波長及び励起光パワーが、全帯域に任意に配置されている運用チャネル信号光を増幅しうるデフォルト励起光波長及びデフォルト励起光パワー(デフォルト値)に設定される(ステップS3)。以後、制御部7によって、ラマン増幅器2の波長可変励起光源23に対する励起光パワー制御(ステップS4)、励起光波長制御(ステップS5)、励起光パワー制御(ステップS6)のための処理が順に実行される。なお、励起光パワー制御及び励起光波長制御のための処理の内容については後述する。
一方、全運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、希土類添加ファイバ増幅部8を増設し、ラマン増幅部2及び希土類添加ファイバ増幅部8によって全帯域の運用チャネル信号光を増幅することになる。
なお、ここでは、励起光波長制御、励起光パワー制御を順に行なうようになっているが、これに限られるものではなく、その順序,組み合わせ,回数等は任意である。
まず、制御部7の計算機71は、光スペクトラムモニタ5によって波長毎にモニタされている光出力パワーを読み込み(ステップA1)、各ブロックの光出力パワーの平均値(平均光出力パワー)Pout1,Pout2,Pout3(Poutj:jはブロック番号)を算出する。なお、モニタ側に平均値を算出する機能が備えられている場合には、計算機71は、算出された平均値を読み込むだけで良い。
そして、波長・パワーコントローラ72が、計算機71で算出されたΔλpiに基づいて、ラマン増幅部2の波長可変励起光源23から出力される励起光波長を制御する(ステップA4)。なお、波長可変励起光源23が相対値で入力するものである場合には、そのままΔλpiを入力すれば良い。一方、絶対値で入力するものである場合には、Δλpiに基づいて、それぞれの励起光波長λiを算出し、算出された各励起光波長λiを入力すれば良い。
そして、全ての偏差|Poutj−Pref|が所定値以下であると判定した場合は、励起光波長制御を終了する。
一方、いずれかの偏差|Poutj−Pref|が所定値以下でないと判定した場合は、ステップA3に戻り、以後、ステップA3〜A7の処理を行なう。
なお、ここでは、各ブロックの平均光出力パワーPOUTjの目標平均光出力パワーPrefに対する偏差|Poutj−Pref|が所定値以下になるまで励起光波長制御を繰り返すようにしているが、これに限られるものではなく、例えば|Poutj−Pref|の2乗平均平方根(rms)が所定値以下になるまで繰り返すようにしても良い。
まず、制御部7の計算機71は、光スペクトラムモニタ5によって波長毎にモニタされる光出力パワーを読み込み(ステップB1)、各ブロックの光出力パワーの平均値(平均光出力パワー)Pout1,Pout2,Pout3(Poutj:jはブロック番号)を算出する。なお、モニタ側に平均値を算出する機能が備えられている場合には、計算機71は、算出された平均値を読み込むだけで良い。
そして、波長・パワーコントローラ72が、計算機71で算出されたΔPpiに基づいて、ラマン増幅部2の波長可変励起光源23から出力される励起光パワーを制御する(ステップB4)。なお、波長可変励起光源23が相対値で入力するものである場合には、そのままΔPpiを入力すれば良い。一方、絶対値で入力するものである場合には、ΔPpiに基づいて、それぞれの励起光パワーPiを算出し、算出された各励起光パワーPiを入力すれば良い。
そして、全ての偏差|Poutj−Pref|が所定値以下であると判定した場合は、励起光パワー制御を終了する。
一方、いずれかの偏差|Poutj−Pref|が所定値以下でないと判定した場合は、ステップB3に戻り、以後、ステップB3〜B7の処理を行なう。
なお、ここでは、各ブロックの平均光出力パワーPoutjの目標平均光出力パワーPrefに対する偏差|Poutj−Pref|が所定値以下になるまで励起光パワー制御を繰り返すようにしているが、これに限られるものではなく、例えば|Poutj−Pref|の2乗平均平方根(rms)が所定値以下になるまで繰り返すようにしても良い。
ここで、図10は、運用チャネル数と相対所要励起光パワーの関係を示す図であって、
上述の実施形態にかかる光増幅器(希土類添加ファイバ増幅器としてはEDFAを用いた)(符号cで示す)、一般的な構成のラマン光増幅器(符号aで示す)、ラマン増幅器と希土類添加ファイバ増幅器(EDFA)から構成される光増幅器(ハイブリッド光増幅器)(符号bで示す)を比較するものである。なお、図10中、相対所要励起光パワーは、一般的な構成のラマン増幅器に搭載する励起光パワーに対する比率で示している。
(付記1)
希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域及び前記増幅帯域外の許容チャネル数Aの帯域からなる全帯域の信号光を増幅しうるラマン増幅部と、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合に設けられる希土類添加ファイバ増幅部と、
制御部とを備え、
前記制御部が、
運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の信号光を増幅しうるように、前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光を増幅しうるように、前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、光増幅器。
(付記2)
前記希土類添加ファイバ増幅部を接続しうるスイッチを備えることを特徴とする、付記1記載の光増幅器。
(付記3)
前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域が、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域に隣接する短波長側の帯域であることを特徴とする、付記1又は2記載の光増幅器。
(付記4)
前記希土類添加ファイバ増幅器が、エルビウムドープファイバ増幅器であり、
前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域が、Cバンド又はLバンドであり、
前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域が、Cバンド又はLバンドに隣接する短波長側の帯域であり、
前記希土類添加ファイバ増幅部が、エルビウムドープファイバ増幅部であることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の光増幅器。
(付記5)
前記ラマン増幅部が、波長可変励起光源を備えることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の光増幅器。
(付記6)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合に、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域に含まれる運用チャネル信号光の波長に基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を変更するように構成されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光増幅器。
(付記7)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の光増幅器。
(付記8)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差がいずれも所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差がいずれも所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、付記7記載の光増幅器。
(付記9)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差の2乗平均平方根が所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差の2乗平均平方根が所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、付記7記載の光増幅器。
(付記10)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御するように構成されることを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の光増幅器。
(付記11)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差がいずれも所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差がいずれも所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御するように構成されることを特徴とする、付記10記載の光増幅器。
(付記12)
前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差の2乗平均平方根が所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域を分割した各ブロックの平均光出力パワーの目標光出力パワーに対する偏差の2乗平均平方根が所定値以下になるまで前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御するように構成されることを特徴とする、付記10記載の光増幅器。
(付記13)
希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域及び前記増幅帯域外の許容チャネル数Aの帯域からなる全帯域の信号光を増幅しうるラマン増幅器の制御方法であって、
運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合には、前記全帯域の信号光を増幅しうるように、前記ラマン増幅器の励起波長を制御する一方、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合には、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光を増幅しうるように、前記ラマン増幅器の励起波長を制御することを特徴とする、ラマン増幅器の制御方法。
2 ラマン増幅部(ラマン増幅器)
21 ラマン増幅媒体
22 光合波器
23 波長可変励起光源
3,4 光スイッチ
5 光スペクトラムモニタ
6 光分岐器
7 制御部
71 計算機
72 波長・パワーコントローラ
8 希土類添加ファイバ増幅部(希土類添加ファイバ増幅器)
Claims (8)
- 希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域及び前記増幅帯域外の許容チャネル数Aの帯域からなる全帯域の信号光を増幅しうるラマン増幅部と、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合に設けられ、前記増幅帯域の信号光を増幅する希土類添加ファイバ増幅部と、
制御部とを備え、
前記制御部が、
運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の信号光が増幅されるように、前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光のみが増幅されるように、前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、光増幅器。 - 前記希土類添加ファイバ増幅部を接続しうるスイッチを備えることを特徴とする、請求項1記載の光増幅器。
- 前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域が、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域に隣接する短波長側の帯域であることを特徴とする、請求項1又は2記載の光増幅器。
- 前記ラマン増幅部が、波長可変励起光源を備えることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光増幅器。
- 前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合に、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域に含まれる運用チャネル信号光の波長に基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を変更するように構成されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光増幅器。
- 前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光波長を制御するように構成されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光増幅器。
- 前記制御部が、運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合は、前記全帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御する一方、運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合は、前記前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の光出力パワーに基づいて前記ラマン増幅部の励起光パワーを制御するように構成されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光増幅器。
- 希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域及び前記増幅帯域外の許容チャネル数Aの帯域からなる全帯域の信号光を増幅しうるラマン増幅器の制御方法であって、
運用チャネル数が許容チャネル数A以下の場合には、前記全帯域の信号光が増幅されるように、前記ラマン増幅器の励起波長を制御する一方、
運用チャネル数が許容チャネル数Aよりも多くなった場合には、前記希土類添加ファイバ増幅器の増幅帯域外の帯域の信号光のみが増幅されるように、前記ラマン増幅器の励起波長を制御することを特徴とする、ラマン増幅器の制御方法。
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