JP4141662B2

JP4141662B2 - Optical repeater transmission system

Info

Publication number: JP4141662B2
Application number: JP2001167130A
Authority: JP
Inventors: 巨生鈴木; 克宏清水
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002359597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、希土類添加型光ファイバ増幅器とラマン増幅器とが組み合わされて構成された光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムに関し、特に、光中継器を経ることで生じた利得偏差をラマン増幅器の励起光制御によって抑圧する光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高性能な通信機器の開発と通信インフラの急速な整備とによって、近年、インターネット等のネットワーク上に伝送されるデータはその数の増加ばかりでなく、大容量化する傾向にある。そのため、通信トラヒックの増加が問題となり、その問題を解決するために、１本の光ファイバ上に複数の光信号をそれぞれ異なる波長をキャリアとして伝送する波長多重伝送（ＷＤＭ）を採用した光中継伝送システムが注目されている。
【０００３】
特に、近年の光中継伝送システムでは、システムを構築する光中継器として、従来の希土類添加型光ファイバ増幅器のみを備えたものでなく、希土類添加型光ファイバ増幅器にラマン増幅の構成を組み合わせたタイプのものを採用する動きが活発となっている。
【０００４】
図６は、ＷＤＭを採用した従来の光中継伝送システムの概略構成を示したブロック図である。図６に示す光中継伝送システムでは、まず、送信機１０が、複数の異なる波長の信号光を多重化し、その多重信号光を伝送路ファイバ９内に射出する。伝送路ファイバ９を伝播した多重信号光は、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失し、光中継器３０に入力される。光中継器３０では、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅とラマン増幅による分布型の光増幅によって、入力された多重信号光を増幅し、上記損失したパワーを所定値まで回復させる。
【０００５】
以下に、エルビウム添加ファイバ増幅器３１とラマン増幅について簡単に説明する。まず、エルビウム添加ファイバ増幅器３１とは、希土類元素であるエルビウムを添加した特殊な光ファイバ（エルビウム添加ファイバ）を信号光の増幅媒体として使用し、そのエルビウム添加ファイバ内に波長１４８０ｎｍまたは波長９８０ｎｍの励起レーザを照射すると、信号光である波長１５５０ｎｍ帯の光が増幅されるという原理を応用した増幅器である。
【０００６】
通常、エルビウム添加ファイバ増幅器３１は、エルビウム添加ファイバ、そのエルビウム添加ファイバを励起するための励起光源、光アイソレータおよび光フィルタを備えて構成される（図示略）。
【０００７】
エルビウム添加ファイバ増幅器３１のみで光中継伝送システムを構築した場合には、エルビウム添加ファイバ増幅器３１が集中型の光増幅器であるために、増幅媒体以外の光ファイバにおいて、信号光パワーが損失したり、信号光の歪み等の発生要因となる非線形効果を受けるという欠点がある。さらに、エルビウム添加ファイバ増幅器３１は、添加されたエルビウムのバンドギャップエネルギーによって定まる波長帯での光増幅を可能とするものであることから広帯域化が困難である。
【０００８】
一方、ラマン増幅は、エルビウム添加ファイバ増幅器３１のようにエルビウム添加ファイバといった特殊なファイバを必要とせずに、通常の伝送路ファイバを増幅媒体とする分布型の光増幅をおこなう。ラマン増幅は、少なくとも図６に示すように、伝送路ファイバ９上に設けられる合波器３３と、励起光源３２とを備えて構成される。
【０００９】
図６においては、ラマン増幅を後方励起でおこなう場合を示しており、合波器３３によって合波された励起光は、信号光と逆方向に向かって伝送路ファイバ９内を伝播する。伝送路ファイバ９内を高出力の励起光が伝播すると、伝送路ファイバ９の材質特性に基づいて、励起光よりも１１０ｎｍ（ストークス波長）分長波長側にシフトしたラマン散乱光が発生し、誘導ラマン散乱過程を経て、励起光のエネルギーが信号光に遷移する。このエネルギー遷移によって、信号光が増幅される。このようにラマン増幅はすでに敷設されている伝送路ファイバ９を増幅媒体とし、信号光をそのまま増幅させることが可能である。
【００１０】
よって、図６に示す光中継器３０は、エルビウム添加ファイバ増幅器３１の欠点を補うようにラマン増幅をも可能にし、スパン長の長い高信頼の光伝送を実現している。すなわち、図６に示す光中継伝送システムでは、光中継器３０の設置個数は少ないながらも、送信機１０から受信機２０へと十分な大きさの信号光を伝播させることを可能としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多くの光中継器で構築された長距離の光中継伝送システムでは、光中継器の増幅特性と伝送路ファイバによる損失とが波長多重信号光の各信号光に対して一様でないため、多段に中継伝送された後の信号光利得偏差は大きく劣化していた。そして、この信号光利得偏差の劣化により、非線形限界および信号光対雑音強度限界を超える信号光波長が生じ、そのような信号光波長での伝送特性を大きく劣化させてしまうという問題が生じていた。
【００１２】
以下にこの問題点について説明する。まず、ラマン増幅におけるラマン利得Ｇｒは、次式（１）のように定義される。
【数１】

なお、上式において、Ｐｐは伝送路ファイバ９に入射される励起光の電力［Ｗ］を表わし、Ｌは光ファイバ長［ｍ］を表わし、ｇｒはラマン利得係数（例えば、１５５０ｎｍにおいて１．０×１０^-13［ｍ／Ｗ］）を表わし、Ａｅｆｆは伝送路ファイバ９の有効断面積（例えば約５０μｍ²）を表わし、Ｌｅｆｆは伝送路ファイバ９の実効長を表わし、αは伝送路ファイバ９の損失（例えば、０．４６０５［ｎｅｐｅｒ／ｍ］）を表わし、Ｋは励起光の偏波状態を示す定数（１〜２）を表わす。
【００１３】
一方、エルビウム添加ファイバ増幅器３１の利得Ｇは、次式（２）のように定義される。
【数２】

なお、上式において、γは利得係数を表わし、αは吸収係数を表わす。
【００１４】
上記した２つの式からわかるように、ラマン増幅による光増幅とエルビウム添加ファイバ増幅器３１による光増幅はともに、信号光波長によって利得が異なる。すなわち、従来の光中継器３０では、多重信号光の信号光ごとに対応させて複数の励起光源を設けることが現実的ではないことから、すべての信号光のパワーが均一となるように増幅をおこなうことは困難であった。
【００１５】
図７は、上記問題を説明するための説明図である。図７に示すように、送信機１０から射出された直後の多重信号光は、多重化された波長範囲に亘って一様な利得によって増幅されているが、光中継器を経由した後は、上記した式に基づいた利得偏差によって増幅された多重信号光として伝播する。特に、一つの光中継器の利得偏差が微小であっても、中継段数が増加するにしたがってその偏差は蓄積されていくため、結果的に利得帯域が狭まってしまい、受信機２０が受信する直前の多重信号光は多重化された波長範囲に亘って大きく歪んでしまう。
【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光中継器を経ることで生じた利得偏差をラマン増幅における励起光制御によって抑圧する光中継器およびその光中継器によって構築された光中継伝送システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光中継伝送システムにあっては、伝送路ファイバを増幅媒体として当該伝送路ファイバを伝播する多重信号光に対してラマン増幅をおこなう励起光源と、ラマン増幅された多重信号光を増幅する希土類添加型光ファイバ増幅器とを具備した光中継器を複数設けて構築される光中継伝送システムにおいて、前記励起光源には、異なる発振中心波長の励起光を出力する複数の発光手段が具備され、前記各光中継器には、複数の光中継器を経由して終端部の光中継器から出力される多重信号光の利得偏差が、該終端部の光中継器以外の光中継器において軽減され、かつ、該終端部の光中継器において抑圧されるように前記各発光手段が出力する励起光の強度比率を前記各光中継器ごと独立に制御する制御手段と、前記希土類添加型光ファイバ増幅器によって増幅された後の多重信号光のうち、各励起光の波長からそれぞれストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度を検出することで前記多重信号光の利得偏差を検出する検出手段と、が具備され、前記各発光手段が出力する励起光の強度比率が、前記検出手段の検出結果に応じて制御されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、各光中継器で完全に多重信号光の利得偏差を抑圧せずとも、終端部の光中継器において抑圧されるように前記各光中継器における各発光手段が出力する励起光の強度比率を各光中継器ごと独立に調節することができる。また、各励起光の波長からそれぞれストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度の検出で、多重信号光の利得偏差を知得することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明にかかる光中継器および光中継伝送システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
まず、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムについて説明する。実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムは、利得偏差が生じている多重信号光に対し、その利得偏差が低減するような励起光強度でラマン増幅をおこなうことを特徴としている。
【００２９】
図１は、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１において、図６と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１に示す光中継伝送システムでは、図６に示したようなｎ段の光中継器３０に替えて、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎが設けられている。第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎのそれぞれは、図６に示した光中継器３０と同様に、エルビウム添加ファイバ増幅器による光増幅とラマン増幅による光増幅とを組み合わせた構成である。
【００３０】
但しここでは、各第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎ内のラマン増幅用の励起光源は、互いに異なる中心波長によって発振する少なくとも２つの半導体レーザとそれら半導体レーザから出力された励起光を合波する光カプラとを備えているとする。特に、それら半導体レーザは、前段の光中継器および伝送路ファイバを経由することで利得偏差をともなうことになった多重信号光に対し、その利得偏差が低減される強度で発振するように設定される。
【００３１】
以下に、実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作について説明する。図２は、実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作を説明するための説明図である。まず、図１において、送信機１０が、複数の異なる波長の信号光を多重化し、その多重信号光を伝送路ファイバ９内に射出する。この状態では、図２（ａ）に示すように、多重化された波長範囲に亘って一様な出力値を示す。
【００３２】
伝送路ファイバ９を伝播した多重信号光は、図２（ｂ）に示すように、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失した後で、第１の光中継器３０−１に入力される。第１の光中継器３０−１および第２〜ｎの光中継器３０−２〜３０−ｎにおけるラマン増幅は、後方励起によるものであるため、まず、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅がおこなわれる前に、励起光源３２から合波器３３を経由して出力される励起光によってラマン増幅による光増幅がおこなわれる。このラマン増幅により所定の大きさまで増幅された多重信号光は、つづいて、エルビウム添加ファイバ増幅器３１による集中型の光増幅によって増幅され、上記損失したパワーが所定値まで回復される。なお、この状態の多重信号光は、図２（ｃ）に示すように、利得偏差をともなっている。
【００３３】
第１の光中継器３０−１を経由することで利得偏差をともなって増幅された多重信号光は、図２（ｄ）を示すように、再度、伝送路ファイバ９の特性やスパン長等によってパワーの一部を損失する。特に、この損失によってパワーが低下した多重信号光は、上記利得偏差を依然としてともなっている。そして、この多重信号光は、次段の第２の光中継器３０−２に入力される。
【００３４】
第２の光中継器３０−２では、入力される多重信号光に対し、第１の光中継器３０−１と同様に、まず、励起光源４２から合波器４３を経由して出力される励起光によって、ラマン増幅による光増幅をおこなう。ここで、このラマン増幅は、つづいておこなわれるエルビウム添加ファイバ増幅器４１の利得偏差を考慮して、第２の光中継器３０−２から出力される多重信号光の利得偏差が軽減されるような増幅特性でおこなう。換言すれば、上述した式（２）に基づいて生じるエルビウム添加ファイバ増幅器４１の利得偏差が相殺される利得分布で増幅するように、ラマン増幅用の励起光源４２の半導体レーザ間の強度比率が調節されている。
【００３５】
図３は、実施の形態１にかかる光中継器の動作を説明するための説明図である。例えば、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎにおいて、各励起光源が波長ａを発振中心波長とする半導体レーザＡと波長ｂを発振中心波長とする半導体レーザＢを備えているとすると、まず、第１の光中継器３０−１では、入力直前の多重信号光の偏差は無視できる程度であるため、半導体レーザＡと半導体レーザＢは、図３（ａ）に示すように、ともに同じ強度で発振する。この発振によるラマン増幅とつづいておこなわれるエルビウム添加ファイバ増幅器３１による光増幅によって、同図（ａ）の出力プロファイル１０１で示すように、第１の光中継器３０−１から出力される多重信号光は、結果的に、波長ｂ側の出力が低下するような利得偏差をともなう。
【００３６】
つぎに、第２の光中継器３０−２では、上記した利得偏差が軽減されるように、例えば半導体レーザＢの出力強度を高く設定して、波長ｂ側の出力を高めるようにラマン増幅をおこなう。この第２の光中継器３０−２でも、ラマン増幅後のエルビウム添加ファイバ増幅器４１による光増幅によって、多少の利得偏差が生ずるため、図３（ｂ）の出力プロファイル１０２に示すように、結果的には、利得偏差がともなう。但し、この状態の多重信号光の利得偏差は、第１の光中継器３０−１を経由した直後よりも軽減されている。
【００３７】
さらに、第３の光中継器３０−３の励起光源においても、第２の光中継器３０−２の励起光源４２と同様な強度比率で調節された半導体レーザＡおよびＢを備えているため、図３（ｂ）の出力プロファイル１０２において、波長ｂ側の出力を高めるようなラマン増幅がおこなわれる。そして、そのラマン増幅後の多重信号光に対しても、第３の光中継器３０−３のエルビウム添加ファイバ増幅器による光増幅がおこなわれ、結果的に、図３（ｃ）の出力プロファイル１０３を得る。
【００３８】
このように、各光中継器によるラマン増幅において、その励起光を形成する複数の半導体レーザの強度比率は、利得偏差が軽減されるような値に調節されている。特に、第１〜ｎの光中継器３０−１〜３０−ｎを経由した最終的な多重信号光の出力プロファイル、すなわち受信機２０の直前の多重信号光が、図２（ｅ）および（ｆ）に示すように、多重化された波長に亘って一様な出力となるように、上記励起光源内の半導体レーザ間の強度比率を決定することで、利得偏差による劣化の小さい光伝送を実現することができる。
【００３９】
以上に説明したとおり、実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムによれば、伝送路ファイバ９に伝播された多重信号光に対し、エルビウム添加ファイバ増幅器による集中型の光増幅とラマン増幅による分布型の光増幅とをおこなう光中継器を複数個備えて構築された光中継伝送システムにおいて、各光中継器内のラマン増幅用の励起光源を構成する複数の半導体レーザの各強度比率が、入力された多重信号光の利得偏差が軽減されるように調節されているので、信号光利得偏差を回復することができ、中継段数の多い長距離の光中継伝送システムであっても、多重信号光の利得偏差が蓄積されてしまうのを防止でき、伝送特性を改善することが可能になる。
【００４０】
実施の形態２．
つぎに、実施の形態２にかかる光中継器および光中継伝送システムについて説明する。実施の形態２にかかる光中継器および光中継伝送システムは、実施の形態１において説明した光中継器において、多重信号光の出力をモニタした結果に応じて、ラマン増幅用の励起光源を構成する各半導体レーザの出力強度を制御することを特徴としている。
【００４１】
光中継伝送システムの構成については、図１に示したとおりなのでその説明を省略し、ここでは光中継器の構成についてのみ説明する。図４は、実施の形態２にかかる光中継器の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
図４において、光中継器２００は、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０による集中型の光増幅と、ラマン増幅による分布型の光増幅とを組み合わせておこなう。特に、光中継器２００は、発振中心波長の異なる２つの半導体レーザ２６１および２６２と、それら半導体レーザ２６１および２６２から出力される励起光を合波する光カプラ２６３とで構成される励起光源を備えており、上記ラマン増幅は、その励起光源から出力された励起光が、合波器２２０を介して後方に位置する伝送路ファイバ９に向けて射出されることによりおこなわれる。
【００４３】
さらに、実施の形態２にかかる光中継器では、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０から出力された多重信号光を、光カプラ２３０を介して入力するとともに、その強度を検出するモニタ２５０を備えている。図５は、このモニタ２５０における検出動作を説明するための説明図である。図５に示すように、モニタ２５０は、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０によって増幅された後の多重信号光のうち、ラマン増幅用の励起光源が出力する励起光、すなわち半導体レーザ２６１の発振中心波長ａと半導体レーザ２６２の発振中心波長ｂとからそれぞれストークス波長（１１０ｎｍ）程度長波長側に離れた位置の信号光の強度を選択的に検出する。
【００４４】
このように選択に検出するのは、ラマン増幅帯域のうち、励起光源の強度ピークとなる励起光波長からストークス波長程度離れた波長の信号光の強度は、それら励起光波長による増幅寄与率が支配的であり、その部分においては、他の波長の励起光によって増幅された信号光の強度重ね合わせ分を無視することができるからである。すなわち、多重信号光の波長範囲のすべてに亘って信号光強度を検出せずとも、上述したように、多重信号光の波長範囲のうち、励起光源の発振中心波長の数だけ検出すれば、励起光源内の各半導体レーザの強度比率に起因する多重信号光の利得偏差の情報を知得することができる。
【００４５】
モニタ２５０によって検出された結果は、制御回路２４０に入力され、制御回路２４０は、入力された検出結果に応じて、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０から出力される多重信号光の利得偏差が軽減されるような強度比率で励起光源の半導体レーザ２６１および２６２の強度を変更する。
【００４６】
以上に説明したとおり、実施の形態２にかかる光中継器および光中継システムによれば、光中継器２００内において、エルビウム添加ファイバ増幅器２１０により増幅された後の多重信号光のうち、励起光源の発振中心波長からストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度を検出し、その検出結果に応じて、光中継器２００から出力される多重信号光の利得偏差が軽減される強度比率で励起光源の各半導体レーザの出力強度を帰還制御するので、光中継器２００から、光増幅されかつ利得偏差の小さい多重信号光を出力することができ、結果的に、中継段数の多い長距離の光中継伝送システムであっても、多重信号光の利得偏差が蓄積されてしまうのを防止でき、伝送特性を改善することが可能になる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、各光中継器で完全に多重信号光の利得偏差を抑圧せずとも、伝送路の終端部で最終的に利得偏差が抑圧されるような範囲で、各光中継器の励起光源の励起光の強度を各光中継器ごと独立に調節することができ、光中継伝送システム全体において、利得偏差の蓄積による伝送品質の劣化を軽減することができるという効果を奏する。また、多重信号光の利得偏差をモニタする検出手段として、ラマン増幅をおこなう励起光の波長からストークス波長程度離れた位置の信号光のみの強度をモニタし、モニタされた信号光強度が設定された値となるように各励起光が制御される制御手段を備えることで、より簡単な検出手段の構成で、信号光の利得偏差を抑圧し、伝送特性を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる光中継器および光中継伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる光中継伝送システムの動作を説明するための説明図である。
【図３】実施の形態１にかかる光中継器の動作を説明するための説明図である。
【図４】実施の形態２にかかる光中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２にかかる光中継器のモニタにおける検出動作を説明するための説明図である。
【図６】ＷＤＭを採用した従来の光中継伝送システムの概略構成を示したブロック図である。
【図７】従来の光中継伝送システムの問題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
９伝送路ファイバ、１０送信機、２０受信機、３０，３０−１〜３０−ｎ，２００光中継器、３１，４１，２１０エルビウム添加ファイバ増幅器、３２，４２励起光源、３３，４３，２２０合波器、２３０，２６３光カプラ、２４０制御回路、２５０モニタ、２６１，２６２半導体レーザ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical repeater configured by combining a rare earth-doped optical fiber amplifier and a Raman amplifier, and an optical repeater transmission system constructed by the optical repeater, and in particular, has occurred through an optical repeater. The present invention relates to an optical repeater that suppresses a gain deviation by pump light control of a Raman amplifier and an optical repeater transmission system constructed by the optical repeater.
[0002]
[Prior art]
With the development of high-performance communication devices and the rapid development of communication infrastructure, in recent years, data transmitted over networks such as the Internet has not only increased in number, but tends to increase in capacity. Therefore, an increase in communication traffic becomes a problem, and in order to solve the problem, optical repeater transmission employing wavelength division multiplexing (WDM) in which a plurality of optical signals are transmitted on a single optical fiber using different wavelengths as carriers. The system is drawing attention.
[0003]
In particular, in recent optical repeater transmission systems, the optical repeater for constructing the system is not only equipped with a conventional rare earth-doped optical fiber amplifier, but a type in which a Raman amplification configuration is combined with a rare-earth doped optical fiber amplifier. The movement to adopt the thing is becoming active.
[0004]
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional optical repeater transmission system employing WDM. In the optical repeater transmission system shown in FIG. 6, first, the transmitter 10 multiplexes a plurality of signal lights having different wavelengths, and emits the multiplexed signal light into the transmission line fiber 9. The multiplexed signal light that has propagated through the transmission line fiber 9 loses part of its power due to the characteristics of the transmission line fiber 9, the span length, etc., and is input to the optical repeater 30. In the optical repeater 30, the input multiplexed signal light is amplified by concentrated optical amplification by the erbium-doped fiber amplifier 31 and distributed optical amplification by Raman amplification, and the lost power is recovered to a predetermined value.
[0005]
The erbium-doped fiber amplifier 31 and Raman amplification will be briefly described below. First, the erbium-doped fiber amplifier 31 uses a special optical fiber (erbium-doped fiber) doped with a rare earth element erbium as a signal light amplification medium, and pumps at a wavelength of 1480 nm or 980 nm in the erbium-doped fiber. This is an amplifier that applies the principle that, when irradiated with a laser, signal light having a wavelength of 1550 nm is amplified.
[0006]
Normally, the erbium-doped fiber amplifier 31 includes an erbium-doped fiber, a pumping light source for pumping the erbium-doped fiber, an optical isolator, and an optical filter (not shown).
[0007]
When an optical repeater transmission system is constructed with only the erbium-doped fiber amplifier 31, the erbium-doped fiber amplifier 31 is a centralized optical amplifier, so that the signal light power is lost in the optical fiber other than the amplification medium, There is a drawback in that it is subject to nonlinear effects that cause generation of signal light distortion and the like. Furthermore, since the erbium-doped fiber amplifier 31 is capable of optical amplification in a wavelength band determined by the band gap energy of the added erbium, it is difficult to increase the bandwidth.
[0008]
On the other hand, Raman amplification does not require a special fiber such as an erbium-doped fiber like the erbium-doped fiber amplifier 31, and performs distributed optical amplification using a normal transmission line fiber as an amplification medium. As shown in at least FIG. 6, the Raman amplification includes a multiplexer 33 provided on the transmission line fiber 9 and an excitation light source 32.
[0009]
FIG. 6 shows a case where Raman amplification is performed by backward pumping, and the pumping light combined by the multiplexer 33 propagates in the transmission line fiber 9 in the direction opposite to the signal light. When high-power excitation light propagates through the transmission line fiber 9, Raman scattered light shifted to the longer wavelength side by 110 nm (Stokes wavelength) than the excitation light is generated based on the material characteristics of the transmission line fiber 9, and guided. Through the Raman scattering process, the energy of the excitation light transitions to signal light. This energy transition amplifies the signal light. As described above, the Raman amplification can amplify the signal light as it is using the transmission line fiber 9 already laid as an amplification medium.
[0010]
Therefore, the optical repeater 30 shown in FIG. 6 also enables Raman amplification so as to compensate for the drawbacks of the erbium-doped fiber amplifier 31, and realizes highly reliable optical transmission with a long span length. That is, in the optical repeater transmission system shown in FIG. 6, it is possible to propagate a sufficiently large signal light from the transmitter 10 to the receiver 20, although the number of installed optical repeaters 30 is small.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the long-distance optical repeater transmission system constructed with many optical repeaters, the amplification characteristics of the optical repeater and the loss due to the transmission line fiber are not uniform for each signal light of the wavelength multiplexed signal light. The signal light gain deviation after being relayed in multiple stages was greatly degraded. The deterioration of the signal light gain deviation causes a signal light wavelength exceeding the non-linear limit and the signal light to noise intensity limit, which causes a problem of greatly degrading the transmission characteristics at such a signal light wavelength. .
[0012]
This problem will be described below. First, the Raman gain Gr in Raman amplification is defined as in the following equation (1).
[Expression 1]

In the above equation, Pp represents the power [W] of the pumping light incident on the transmission line fiber 9, L represents the optical fiber length [m], and gr represents a Raman gain coefficient (for example, 1.0 at 1550 nm). × 10 ⁻¹³ [m / W]), Aeff represents the effective sectional area of the transmission line fiber 9 (for example, about 50 μm ² ), Leff represents the effective length of the transmission line fiber 9, and α represents the transmission line fiber 9. Loss (for example, 0.4605 [neper / m]), and K represents a constant (1-2) indicating the polarization state of the pumping light.
[0013]
On the other hand, the gain G of the erbium-doped fiber amplifier 31 is defined as the following equation (2).
[Expression 2]

In the above equation, γ represents a gain coefficient, and α represents an absorption coefficient.
[0014]
As can be seen from the above two formulas, both the optical amplification by Raman amplification and the optical amplification by the erbium-doped fiber amplifier 31 have different gains depending on the signal light wavelength. That is, in the conventional optical repeater 30, since it is not practical to provide a plurality of pumping light sources corresponding to each signal light of the multiplexed signal light, amplification is performed so that the power of all the signal lights is uniform. It was difficult to do.
[0015]
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the above problem. As shown in FIG. 7, the multiplexed signal light immediately after being emitted from the transmitter 10 is amplified with a uniform gain over the multiplexed wavelength range, but after passing through the optical repeater, It propagates as multiplexed signal light amplified by the gain deviation based on the above equation. In particular, even if the gain deviation of one optical repeater is very small, the gain is accumulated as the number of relay stages increases. As a result, the gain band is narrowed, and the receiver 20 immediately before reception. The multiple signal light is greatly distorted over the multiplexed wavelength range.
[0016]
The present invention has been made in view of the above, and an optical repeater that suppresses a gain deviation caused by passing through an optical repeater by pump light control in Raman amplification, and an optical repeater transmission constructed by the optical repeater The purpose is to provide a system.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the optical repeater transmission system according to the present invention performs Raman amplification on multiplexed signal light propagating through the transmission line fiber using the transmission line fiber as an amplification medium. In an optical repeater transmission system constructed by providing a plurality of optical repeaters including a pump light source and a rare earth-doped optical fiber amplifier that amplifies Raman-multiplexed multiplexed signal light, the pump light source includes different oscillation center wavelengths. A plurality of light emitting means for outputting the excitation light, and each optical repeater has a gain deviation of the multiplexed signal light output from the optical repeater at the termination portion via the plurality of optical repeaters. The intensity ratio of the pumping light output from each light emitting means is reduced for each optical repeater so as to be reduced in the optical repeater other than the terminating optical repeater and suppressed in the terminating optical repeater. Control means for controlling the stand, the one of the multiplexed signal light is amplified by the rare-earth doped optical fiber amplifier, detecting intensity of the signal light only in positions away respectively about Stokes wavelength from the wavelength of the excitation light Detecting means for detecting the gain deviation of the multiplexed signal light, and the intensity ratio of the excitation light output from each light emitting means is controlled according to the detection result of the detecting means. .
[0018]
According to the present invention, each optical repeater does not completely suppress the gain deviation of the multiplexed signal light, but the light output means outputs from each light repeater so as to be suppressed by the optical repeater at the terminal end. The intensity ratio of light can be adjusted independently for each optical repeater. Further, the gain deviation of the multiplexed signal light can be obtained by detecting the intensity of only the signal light at a position separated from the wavelength of each excitation light by about the Stokes wavelength.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an optical repeater and an optical repeater transmission system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0028]
Embodiment 1 FIG.
First, an optical repeater and an optical repeater transmission system according to the first embodiment will be described. The optical repeater and the optical repeater transmission system according to the first embodiment are characterized in that Raman amplification is performed on the multiplexed signal light in which the gain deviation occurs with the excitation light intensity that reduces the gain deviation.
[0029]
FIG. 1 is a block diagram of a schematic configuration of the optical repeater and the optical repeater transmission system according to the first embodiment. In FIG. 1, parts common to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the optical repeater transmission system shown in FIG. 1, first to n optical repeaters 30-1 to 30-n are provided in place of the n-stage optical repeater 30 as shown in FIG. Each of the first to n-th optical repeaters 30-1 to 30-n is a combination of optical amplification by erbium-doped fiber amplifier and optical amplification by Raman amplification, similar to the optical repeater 30 shown in FIG. It is.
[0030]
However, here, the Raman amplification pumping light sources in the first to n-th optical repeaters 30-1 to 30-n are output from at least two semiconductor lasers that oscillate at different center wavelengths and from these semiconductor lasers. It is assumed that an optical coupler that combines excitation light is provided. In particular, these semiconductor lasers are set so as to oscillate at an intensity that reduces the gain deviation of the multiplexed signal light that has been accompanied by a gain deviation through the optical repeater and transmission line fiber in the previous stage. The
[0031]
The operation of the optical repeater transmission system according to the first embodiment will be described below. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the optical repeater transmission system according to the first embodiment. First, in FIG. 1, a transmitter 10 multiplexes a plurality of signal lights having different wavelengths and emits the multiplexed signal light into a transmission line fiber 9. In this state, as shown in FIG. 2A, the output value is uniform over the multiplexed wavelength range.
[0032]
As shown in FIG. 2B, the multiplexed signal light propagated through the transmission line fiber 9 loses a part of its power due to the characteristics of the transmission line fiber 9, the span length, and the like, and then the first optical repeater 30. -1. Since Raman amplification in the first optical repeater 30-1 and the second to n-th optical repeaters 30-2 to 30-n is based on backward pumping, first, concentrated light by the erbium-doped fiber amplifier 31 is used. Before amplification is performed, optical amplification by Raman amplification is performed by excitation light output from the excitation light source 32 via the multiplexer 33. The multiplexed signal light amplified to a predetermined magnitude by this Raman amplification is then amplified by concentrated optical amplification by the erbium-doped fiber amplifier 31, and the lost power is recovered to a predetermined value. Note that the multiplexed signal light in this state has a gain deviation as shown in FIG.
[0033]
The multiplexed signal light amplified with a gain deviation by passing through the first optical repeater 30-1 again depends on the characteristics of the transmission line fiber 9, the span length, etc., as shown in FIG. Part of the power is lost. In particular, the multiplexed signal light whose power is reduced due to this loss still has the gain deviation. The multiplexed signal light is input to the second optical repeater 30-2 at the next stage.
[0034]
In the second optical repeater 30-2, the input multiplexed signal light is first output from the pumping light source 42 via the multiplexer 43, similarly to the first optical repeater 30-1. Light amplification by Raman amplification is performed with excitation light. Here, in this Raman amplification, the gain deviation of the multiplexed signal light output from the second optical repeater 30-2 is reduced in consideration of the gain deviation of the erbium-doped fiber amplifier 41 that is subsequently performed. Use amplification characteristics. In other words, the intensity ratio between the semiconductor lasers of the pump light source 42 for Raman amplification is adjusted so that the gain distribution of the erbium-doped fiber amplifier 41 generated based on the above-described equation (2) is amplified with a canceling gain distribution. Has been.
[0035]
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the optical repeater according to the first embodiment. For example, in the first to n optical repeaters 30-1 to 30-n, each pumping light source includes a semiconductor laser A having a wavelength a as an oscillation center wavelength and a semiconductor laser B having a wavelength b as an oscillation center wavelength. Then, first, in the first optical repeater 30-1, the deviation of the multiplexed signal light immediately before the input is negligible, so that the semiconductor laser A and the semiconductor laser B are as shown in FIG. Both oscillate at the same intensity. The multiplexed signal light output from the first optical repeater 30-1 by the optical amplification by the erbium-doped fiber amplifier 31 performed following this Raman amplification by the oscillation, as indicated by the output profile 101 in FIG. As a result, there is a gain deviation that reduces the output on the wavelength b side.
[0036]
Next, in the second optical repeater 30-2, Raman amplification is performed so as to increase the output on the wavelength b side, for example, by setting the output intensity of the semiconductor laser B high so as to reduce the above-described gain deviation. Do it. Even in the second optical repeater 30-2, a slight gain deviation occurs due to optical amplification by the erbium-doped fiber amplifier 41 after Raman amplification. As a result, as shown in the output profile 102 of FIG. Is accompanied by a gain deviation. However, the gain deviation of the multiplexed signal light in this state is reduced more than immediately after passing through the first optical repeater 30-1.
[0037]
Further, the pump light source of the third optical repeater 30-3 also includes the semiconductor lasers A and B adjusted at the same intensity ratio as the pump light source 42 of the second optical repeater 30-2. In the output profile 102 in FIG. 3B, Raman amplification is performed to increase the output on the wavelength b side. The multiplexed signal light after the Raman amplification is also optically amplified by the erbium-doped fiber amplifier of the third optical repeater 30-3. As a result, the output profile 103 in FIG. obtain.
[0038]
Thus, in the Raman amplification by each optical repeater, the intensity ratio of the plurality of semiconductor lasers that form the pump light is adjusted to a value that reduces the gain deviation. In particular, an output profile of the final multiplexed signal light that has passed through the first to n optical repeaters 30-1 to 30-n, that is, the multiplexed signal light immediately before the receiver 20, is shown in FIGS. As shown in the figure, by determining the intensity ratio between the semiconductor lasers in the pumping light source so that the output is uniform over the multiplexed wavelengths, optical transmission with little degradation due to gain deviation is realized. can do.
[0039]
As described above, according to the optical repeater and the optical repeater transmission system according to the first embodiment, centralized optical amplification and Raman using an erbium-doped fiber amplifier for the multiplexed signal light propagated to the transmission line fiber 9. In an optical repeater transmission system constructed with a plurality of optical repeaters that perform distributed optical amplification by amplification, each intensity ratio of a plurality of semiconductor lasers constituting a pumping light source for Raman amplification in each optical repeater However, since the gain deviation of the input multiplexed signal light is adjusted to be reduced, the signal light gain deviation can be recovered, and even in a long-distance optical repeater transmission system with a large number of relay stages, Accumulation of gain deviations of multiplexed signal light can be prevented, and transmission characteristics can be improved.
[0040]
Embodiment 2. FIG.
Next, an optical repeater and an optical repeater transmission system according to the second embodiment will be described. The optical repeater and the optical repeater transmission system according to the second embodiment configure a pump light source for Raman amplification according to the result of monitoring the output of the multiplexed signal light in the optical repeater described in the first embodiment. It is characterized by controlling the output intensity of each semiconductor laser.
[0041]
Since the configuration of the optical repeater transmission system is as shown in FIG. 1, its description is omitted, and only the configuration of the optical repeater will be described here. FIG. 4 is a block diagram of a schematic configuration of the optical repeater according to the second embodiment.
[0042]
In FIG. 4, the optical repeater 200 performs a combination of concentrated optical amplification by an erbium-doped fiber amplifier 210 and distributed optical amplification by Raman amplification. In particular, the optical repeater 200 includes a pumping light source including two

semiconductor lasers

261 and 262 having different oscillation center wavelengths and an optical coupler 263 that combines pumping lights output from the

semiconductor lasers

261 and 262. The Raman amplification is performed by emitting the pumping light output from the pumping light source toward the transmission line fiber 9 located behind through the multiplexer 220.
[0043]
Furthermore, the optical repeater according to the second embodiment includes a monitor 250 that inputs the multiplexed signal light output from the erbium-doped fiber amplifier 210 via the optical coupler 230 and detects the intensity thereof. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the detection operation in the monitor 250. As shown in FIG. 5, the monitor 250 includes the pumping light output from the pumping light source for Raman amplification out of the multiplexed signal light amplified by the erbium-doped fiber amplifier 210, that is, the oscillation center wavelength a of the semiconductor laser 261. It selectively detects the intensity of the signal light at a position away from the oscillation center wavelength b of the semiconductor laser 262 by a Stokes wavelength (110 nm) on the longer wavelength side.
[0044]
The selective detection in this way is that the intensity of the signal light having a wavelength that is about the Stokes wavelength away from the excitation light wavelength, which is the intensity peak of the excitation light source, in the Raman amplification band is dominated by the amplification contribution rate due to the excitation light wavelength. This is because, in that portion, the intensity superposition of the signal light amplified by the excitation light of other wavelengths can be ignored. That is, without detecting the signal light intensity over the entire wavelength range of the multiplexed signal light, as described above, if only the number of oscillation center wavelengths of the excitation light source is detected within the wavelength range of the multiplexed signal light, It is possible to obtain information on the gain deviation of the multiplexed signal light caused by the intensity ratio of each semiconductor laser in the light source.
[0045]
The result detected by the monitor 250 is input to the control circuit 240. The control circuit 240 reduces the gain deviation of the multiplexed signal light output from the erbium-doped fiber amplifier 210 according to the input detection result. The intensities of the

semiconductor lasers

261 and 262 serving as the excitation light source are changed at an appropriate intensity ratio.
[0046]
As described above, according to the optical repeater and the optical repeater system according to the second embodiment, in the optical repeater 200, of the multiplexed signal light after being amplified by the erbium-doped fiber amplifier 210, the excitation light source The intensity of only the signal light at a position separated from the oscillation center wavelength by about the Stokes wavelength is detected, and the excitation light source with an intensity ratio that reduces the gain deviation of the multiplexed signal light output from the optical repeater 200 according to the detection result Since the output intensity of each of the semiconductor lasers is feedback-controlled, the optical repeater 200 can output multiplexed signal light that is optically amplified and has a small gain deviation. As a result, the long-distance optical repeater with a large number of relay stages is provided. Even in a transmission system, accumulation of gain deviations of multiplexed signal light can be prevented, and transmission characteristics can be improved.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each optical repeater does not completely suppress the gain deviation of the multiplexed signal light, so that the gain deviation is finally suppressed at the end of the transmission line. The effect that the intensity of the pumping light of the pumping light source of each optical repeater can be adjusted independently for each optical repeater, and deterioration of transmission quality due to accumulation of gain deviation can be reduced in the entire optical repeater transmission system. Play. In addition, as a detecting means for monitoring the gain deviation of the multiplexed signal light, the intensity of only the signal light at a position that is approximately the Stokes wavelength away from the wavelength of the excitation light that performs Raman amplification is monitored, and the monitored signal light intensity is set. By providing the control means for controlling each pumping light so as to be a value, it is possible to suppress the gain deviation of the signal light and improve the transmission characteristics with a simpler configuration of the detecting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical repeater and an optical repeater transmission system according to a first embodiment;
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation of the optical repeater transmission system according to the first exemplary embodiment;
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the optical repeater according to the first embodiment;
FIG. 4 is a block diagram of a schematic configuration of an optical repeater according to a second embodiment;
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a detection operation in the monitor of the optical repeater according to the second embodiment;
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional optical repeater transmission system employing WDM.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a problem of a conventional optical repeater transmission system.
[Explanation of symbols]
9 Transmission path fiber, 10 Transmitter, 20 Receiver, 30, 30-1 to 30-n, 200 Optical repeater, 31, 41, 210 Erbium-doped fiber amplifier, 32, 42 Excitation light source, 33, 43, 220 Waver, 230, 263 Optical coupler, 240 Control circuit, 250 Monitor, 261, 262 Semiconductor laser.

Claims

An optical repeater including a pumping light source that performs Raman amplification on multiplexed signal light that propagates through the transmission line fiber using the transmission line fiber as an amplification medium, and a rare-earth-doped optical fiber amplifier that amplifies the Raman amplified multiplexed signal light In an optical repeater transmission system constructed with a plurality of devices,
The excitation light source includes a plurality of light emitting means for outputting excitation light having different oscillation center wavelengths,
For each optical repeater,
The gain deviation of the multiplexed signal light output from the terminating optical repeater via a plurality of optical repeaters is reduced in an optical repeater other than the terminating optical repeater, and the terminating end light Control means for independently controlling the intensity ratio of the excitation light output from each light emitting means so as to be suppressed in the repeater for each optical repeater ;
The gain deviation of the multiplexed signal light is detected by detecting the intensity of only the signal light at a position separated from the wavelength of each pumping light by a Stokes wavelength among the multiplexed signal light after being amplified by the rare earth doped optical fiber amplifier. and detection means for detecting,
Is provided,
The intensity ratio of the excitation light each light emitting means outputs are optical relay transmission system that being controlled in accordance with a detection result of said detecting means.