JP4175051B2 - 光伝送システム及び光伝送システムの光増幅方法 - Google Patents

光伝送システム及び光伝送システムの光増幅方法 Download PDF

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    • H01S3/09408—Pump redundancy

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムに関し、特に信号光のラマン増幅技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送技術において、光伝送路自体を増幅媒体として、光伝送路中にラマン散乱を起こさせて、信号光を直接増幅するラマン増幅技術が知られている。このラマン増幅技術では、励起光源の波長より約１００ｎｍ長波長側にピークを有する利得が生じるというラマン増幅現象を用いている。このようにラマン増幅技術では、利得波長が励起光源の波長によって決定されるために、波長多重の光信号伝送システムでは、複数の波長の励起光源を組み合わせることにより、信号光を平坦に保つ設計手法が一般的に用いられている（例えば、２００１年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１０−６６参照）。そのために励起光源が故障した場合においても、利得波長特性の変動を補償する手段が必要となる。また、ラマン増幅現象においては励起強度によりその利得が決定され、ＥＤＦ（エルビウムドープドファイバ）を用いた増幅器等にみられる数中継後に利得が回復する現象（セルフヒーリング特性）は生じない。このような問題を解決するために、従来、各ラマン増幅用光源毎に冗長用の励起光源を設ける方法や、励起光源が故障したラマン増幅用光源の後段のラマン増幅用光源数台によって励起強度を分担して補償する方法（例えば、２００１年電子情報通信学会ソサイエティ大会Ｂ−１０−６２参照）等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、全てのラマン増幅用光源に冗長用の励起光源を設ける方法はシステム全体のコストが上がってしまう問題があり、後段の増幅用光源数台で補償する方法は通常状態では使用しない過剰な励起強度能力を各励起光源に持たせなくてはならないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、ラマン増幅による光伝送システムにおいて、励起光源の冗長数や各励起光源に対する最高出力レベル能力を小さく抑えることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送システムでは、各ラマン増幅用光源毎に冗長系の予備励起光源を備えるのではなく、複数おきにラマン増幅用光源に冗長系の予備励起光源を備えることを特徴とする。あるラマン増幅用光源において、励起光源が故障した場合、冗長系を備えないラマン増幅用光源では、光信号出力レベルや波長特性が劣化した状態のまま伝送されていくことになるが、ある間隔で配置されている冗長系を備えるラマン増幅用光源において、特性の劣化を補って、正常な光信号出力レベル及び波長特性に復元することができる。そのため、光伝送路において最終的に得られる光信号出力レベル及び波長特性には劣化を生じさせずに、従来の技術に比べて冗長系を少なくできるという有効な効果が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０００７】
〔第１実施形態〕
図１に、波長の異なる２つの励起光を用いた場合の本発明の第１の実施形態を示す。ラマン増幅用光源１１は、波長の異なる励起光λ1，λ2を出射する励起光源３，４と、それらから出射される励起光λ1，λ2を合波する光合波器７と、合波された励起光を光伝送路に入射させる光合波器８と、励起光源３，４を制御する制御回路５と、光アイソレータ６から構成されている。なお、ラマン増幅用光源１２から１ｎ−１についてもラマン増幅用光源１１と同様の構成となっている。これらのラマン増幅用光源には、冗長系の予備励起光源は設置されていない。一方、ｎ番目のラマン増幅用光源１ｎには冗長用の予備励起光源１１，１２が備えられている。予備励起光源１１は励起光源９に対する冗長用として、予備励起光源１２は励起光源１０に対する冗長用として設置されており、それぞれ光合成器１７，１８で合成されるようになっている。なお、光合成器１７，１８には、偏波合成器等が用いられる。励起光源９，１０は、それぞれ励起光源３，４と同じ波長帯に合わされており、予備励起光源１１，１２も、それぞれ励起光源３，４と同じ波長帯に合わされている。また、励起光源９，１０及び予備励起光源１１，１２は、制御回路１３で制御されるようになっており、光伝送路に設置されたモニタ（図示せず）により検出された信号光の特性に応じて、フィードバックがかけられるようになっている。予備励起光源１１，１２は、励起光源が正常に動作されており、信号光に異常がない間は動作させないが、励起光源のいずれかに出力低下等の異常が発生して、信号光の劣化が検知された場合に、制御回路１３により動作させるようになっている。
【０００８】
次に、上記構成の実施の形態の動作について説明する。例えば、１番目のラマン増幅用光源１１において、励起光源４の故障が発生した場合、１番目のラマン増幅用光源１１以降は、光信号出力レベルや波長特性が劣化した状態で伝送されることになるが、ｎ番目のラマン増幅用光源１ｎの予備励起光源１２を動作させることで、励起光源４による劣化を補い、正常な光信号出力レベル及び波長特性を復元することができる。
【０００９】
この作用に関して、図２及び図３を用いて詳しく説明する。図２は伝送される信号光のレベルダイアグラムを、図３は各スパンにおける光出力波長特性を示している。図中の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、（ａ）は伝送システムを構成する全てのラマン増幅用光源において励起光源が所定の出力レベルで動作している場合であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は２中継器目のラマン増幅用光源の励起光源に故障が発生した場合である。また、（ｂ）はｎ番目のラマン増幅用光源に予備励起光源が配置された本発明の伝送システムである。
【００１０】
この（ｂ）において、２番目のラマン増幅用光源における波長λ2の励起光源が故障した場合、２番目のラマン増幅用光源以降の出力レベル及び波長特性が共に、劣化した状態で伝送されるが、ｎ番目のラマン増幅用光源に備えられた予備励起光源のうち故障した光源と同一波長であるλ2の励起光源を動作することで、正常時な状態に復元することができる。（ｃ）は予備励起光源を有さない伝送システムであり、励起光源に故障が生じた２番目以降では出力レベル及び波長特性ともに劣化したままである。（ｄ）はラマン増幅用光源全てにおいて、各波長に対する予備励起光源を有する伝送システムであり、故障が生じたラマン増幅用光源自身に予備励起光源が備えられているため、全てのラマン増幅用光源において光出力レベル及び波長特性に変動は生じない。
【００１１】
ここで（ｂ）と（ｄ）を比較すると、最終的に得られる光信号出力レベル及び波長特性は、最終的に同等であるにもかかわらず、必要とする予備励起光源の数は本発明の（ｂ）の構成の方が１／ｎに抑えることが可能である。このように、本発明は、特に平坦な利得波長特性を実現するために複数の励起波長を組み合わせたラマン増幅用光源を用いる光伝送システムにおいて有効である。なお、ここでは励起光源に２波長を用いた場合について説明したが、３波長以上を用いても良く、同様な作用により、信号光に発生した劣化を正常な状態に復元することができる。
【００１２】
本発明における励起光源の故障率の計算式を以下に示す。ただし、故障条件は予備励起光源を備えない光伝送システムにおいて、励起光源が1個以上故障した場合、システムにおける励起光源部が故障したものと仮定する。総数Ｎ台のラマン増幅用光源からなりｎ個中継する毎に冗長用の予備励起光源を備える光伝送システムにおいて、励起光源の故障率をF1r、冗長用の予備励起光源の故障率をF2rとすると、ｎ台に１台の割合で冗長用の予備励起光源を有する場合、励起光源の故障の条件及び故障率は、ｎ台のうち２台以上のラマン増幅用光源で励起光源が故障する確率ａと、ｎ台のうち１台のラマン増幅用光源で励起光源が故障し、かつ予備励起光源が故障する確率ｂの和になる。それぞれの確立は下記の２式のように表される。
【００１３】
【数式１】
Figure 0004175051
【００１４】
【数式２】
Figure 0004175051
上記の２式より求められる確立の和にさらにＮ／ｎを乗じた値が総数Ｎ個の中継器からなる光伝送システムにおいて、ｎ個中継毎に一回の割合で冗長部を有する場合の励起光源部の故障率となる。
【００１５】
【数式３】
Figure 0004175051
図４に、冗長系を備えるラマン増幅用光源を設置する間隔と、その光伝送システムの故障率との関係について示す。これらの関係により、必要とする光伝送システムの故障率により、冗長させるラマン増幅用光源を設置する間隔をどこまで大きくしても良いか設定することが可能となる。
【００１６】
〔第２実施形態〕
図５に、波長の異なる２つの励起光を用いた場合の本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態では、冗長系の予備励起光源を現用系と同じラマン増幅用光源の内部に設けるのではなく、冗長系の予備励起光源２０，２１だけを備える冗長専用のラマン増幅用光源１９を別に設けている。この第２の実施形態でも、第１の実施形態と同じ効果が得られる。なお、ここでも、第１の実施形態と同様、２波長の励起光を用いた場合を示しているが、３波長以上の励起光を用いても良い。
【００１７】
〔第３の実施形態〕
図６に、上り下りの対向光伝送路に適用する場合の本発明の第３の実施形態を示す。この第３の実施形態では、上り下りの対向光伝送路２６，２７に対して、共通のラマン増幅用光源でラマン増幅を行う構成である。そこで、冗長系を備えるラマン増幅用光源２８では、励起光λ１を出力する現用系の励起光源２９と予備系の励起光源３０、励起光λ２を出力する現用系の励起光源３１と予備系の励起光源３２を、それぞれ光合成器３３，３４で合成した後、光合波器３５にて合波し、上り下りの対向光伝送路２６，２７に対してそれぞれ励起光λ１，λ２を送り込むようになっている。なお、光合波器３５は、光合波器とカップラで構成しても良い。
【００１８】
〔第４の実施形態〕
図７に、上り下りの対向光伝送路に適用する場合の本発明の第４の実施形態を示す。この第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、上り下りの対向光伝送路２６，２７に対して、共通のラマン増幅用光源でラマン増幅を行う構成である。冗長系を備えるラマン増幅用光源３６では、現用系の励起光源３７と予備系の励起光源３８を一組として、同様に現用系の励起光源３９と予備系の励起光源４０を一組として、それぞれを光合波器４１，４２により合波した後、光合成器４３にて合成して、上り下りの対向光伝送路２６，２７に対して励起光λ１，λ２を送り込むようになっている。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送システムでは、ラマン増幅用光源個別に冗長系を持たせるのではなく、複数のラマン増幅用光源に対して一括して冗長系を持たせることにより、部品点数の増加及びコストの増大を抑えることが可能である。これにより、励起光源に故障が生じた場合においても、信号光を所望のレベル及び波長特性に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる構成を示す図である。
【図２】伝送される信号光のレベルダイアグラムを示す図である。
【図３】各スパンにおける光出力波長特性を示す図である。
【図４】冗長系を備えるラマン増幅用光源を設置する間隔と光伝送システムの故障率の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係わる構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係わる構成を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１ｎ−１ 冗長系を備えないラマン増幅用光源
１ｎ 冗長系を備えるラマン増幅用光源
２ 光伝送路
３，４，９，１０ 励起光源
５，１３ 制御回路
６，１４ 光アイソレータ
７，８，１５，１６ 光合波器
１１，１２ 予備励起光源
１７，１８ 光合成器
１９ 冗長専用のラマン増幅用光源
２０，２１ 予備励起光源
２２，２３ 光合成器
２４ 制御回路
２５ 光アイソレータ
２６ 上りの対向光伝送路
２７ 下りの対向光伝送路
２８，３６ ラマン増幅用光源
３５ 光合波器
４３ 光合成器

Claims (10)

  1. 光伝送路を伝播する信号光をラマン増幅させる第１のラマン増幅用光源と、前記光伝送路を介して、前記第１のラマン増幅用光源と隣接して前記第１のラマン増幅用光源１個に対しｍ個（ｍは自然数）の割合で配置される第２のラマン増幅用光源とを備え、
    前記第１のラマン増幅用光源は、
    励起光源として、互いに異なる波長を有する第１の励起光を現用時に放射させる複数の第１の励起光源と、
    前記第１の励起光とそれぞれ同じ波長帯を有する予備励起光を適宜放射する複数の予備励起光源と、
    同じ波長帯同士の前記第１の励起光と前記予備励起光を合成する光合成器と、合成された互いに異なる波長を有する励起光を合波し、波長多重する第１の光合波器と、
    波長多重された励起光を前記光伝送路に入射する第２の光合波器とを備え、
    前記第２のラマン増幅用光源は、
    励起光源として、前記第１の励起光とそれぞれ同じ波長帯を有する第２の励起光を現用時に放射する複数の第２の励起光源のみと、
    前記第２の励起光を合波し、波長多重する第３の光合波器と、
    波長多重された第２の励起光を前記光伝送路に入射する第４の光合波器とを備え、
    前記第２の励起光源の何れかで故障が発生した場合に、故障した波長と同じ波長帯の前記予備励起光源を駆動し、前記予備励起光を出力することを特徴とする光伝送システム。
  2. 信号光が前記第２の励起光源の何れかで故障した場合、故障する前と同じ出力レベルになるように、前記予備励起光源から予備励起光が出力されることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
  3. 信号光が前記第２の励起光源の何れかで故障した場合、故障する前と同じ利得波長特性になるように、前記予備励起光源から予備励起光が出力されることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
  4. 前記ラマン増幅用光源は、前記励起光源及び前記予備励起光源を制御する制御回路が備えられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光伝送システム。
  5. 光伝送路を伝播する信号光をラマン増幅させ、冗長系を備えるラマン増幅用光源と、前記光伝送路を介して、前記冗長系を備えるラマン増幅用光源と隣接して前記冗長系を備えるラマン増幅用光源１個に対しｍ個（ｍは自然数）の割合で配置される冗長系を備えないラマン増幅用光源とから構成され、
    前記冗長系を備えるラマン増幅用光源は、
    励起光源として、互いに異なる波長を有する第１の励起光を現用時に放射させる複数の第１の励起光源と、
    前記第１の励起光とそれぞれ同じ波長帯を有する予備励起光を適宜放射する複数の予備励起光源と、
    同じ波長帯同士の前記第１の励起光と前記予備励起光を合成する光合成器と、合成された互いに異なる波長を有する励起光を合波し、波長多重すると共に、複数に分岐する手段と、
    分岐された波長多重励起光を複数の光伝送路に入射する複数の第１の光合波器と、を備え、
    前記冗長系を備えないラマン増幅用光源に備えられた励起光源の何れかで故障が発生した場合に、故障した波長と同じ波長帯の前記予備励起光源を駆動し、前記予備励起光を出力することを特徴とする光伝送システム。
  6. 光伝送路を伝播する信号光をラマン増幅させ、冗長系を備えるラマン増幅用光源と、前記光伝送路を介して、前記冗長系を備えるラマン増幅用光源と隣接して前記冗長系を備えるラマン増幅用光源１個に対しｍ個（ｍは自然数）の割合で配置される冗長系を備えないラマン増幅用光源とから構成され、
    前記冗長系を備えるラマン増幅用光源は、
    励起光源として、互いに異なる波長を有する第１の励起光を現用時に放射させる複数の第１の励起光源と、
    前記第１の励起光を波長多重する第１の光合波器と、
    前記第１の励起光とそれぞれ同じ波長帯を有する予備励起光を適宜放射する複数の予備励起光源と、
    前記予備励起光を波長多重する第２の光合波器と、
    前記合波された第１の励起光と前記合波された予備励起光を、さらに合成すると共に、複数に分岐する手段と、
    分岐された波長多重励起光を複数の光伝送路に入射する複数の第３の光合波器と、を備え、
    前記冗長系を備えないラマン増幅用光源に備えられた励起光源の何れかで故障が発生した場合に、故障した波長と同じ波長帯の前記予備励起光源を駆動し、前記予備励起光を出力することを特徴とする光伝送システム。
  7. 光伝送路を伝播する信号光をラマン増幅させる第１のラマン増幅用光源と、前記光伝送路を介して、前記第１のラマン増幅用光源と隣接して前記第１のラマン増幅用光源１個に対しｍ個（ｍは自然数）の割合で配置される第２のラマン増幅用光源とを備えた光伝送システムの光増幅方法であって、
    前記第１及び前記第２のラマン増幅用光源によって前記信号光を光増幅する第１のステップと、
    前記第２のラマン増幅用光源に備えられた励起光源の何れかで故障が発生し、前記信号光の特性に劣化が発生する第２のステップと、
    前記第２のラマン増幅用光源においては信号光は劣化された状態で中継されていく第３のステップと、
    前記第１のラマン増幅用光源に備えられた予備用励起光源から予備励起光が出力されることにより、前記信号光が劣化する前の特性に戻される第４のステップと、を有し、
    複数の波長の前記励起光源及び前記予備励起光源が用いられていることを特徴とする光伝送システムの光増幅方法。
  8. 前記信号光が前記第２のラマン増幅用光源に備えられた励起光源の何れかで故障した場合、故障する前と同じ出力レベルになるように、前記予備励起光源からの前記予備励起光の出力が調整されることを特徴とする請求項７に記載の光伝送システムの光増幅方法。
  9. 前記信号光が前記第２のラマン増幅用光源に備えられた励起光源の何れかで故障した場合、故障する前と同じ利得波長特性になるように、前記予備励起光源からの前記予備励起光の出力が調整されることを特徴とする請求項７に記載の光伝送システムの光増幅方法。
  10. 前記励起光源及び前記予備励起光源の出力が、制御回路により調整されていることを特徴とする請求項７乃至９に記載の光伝送システムの光増幅方法。
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