JP4298570B2 - 光ファイバ増幅器の制御方法および光伝送システム - Google Patents

光ファイバ増幅器の制御方法および光伝送システム Download PDF

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Description

本発明は、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送技術を適用した光伝送システムに用いられる光ファイバ増幅器の制御技術に関し、特に、希土類添加光ファイバ増幅器やラマン増幅器における励起光の制御方法と、それを適用した光伝送システムとに関する。
近年、ＷＤＭ伝送技術を適用して大容量の光通信を実現した光伝送システムやフォトニックネットワークの構築が実用化されている。このような光伝送システム等においては、例えば、希土類添加光ファイバ増幅器やラマン増幅器などの光ファイバ増幅器を用いてＷＤＭ信号光を一括して増幅することにより、ＷＤＭ信号光を長距離に亘って中継伝送することが可能である。
上記のような光ファイバ増幅器を利用した光伝送システム等に関しては、例えば、ＷＤＭ信号光の波長帯域を拡張して伝送容量の増大を図るという要求や、各中継区間における光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）を改善して優れた伝送特性を実現するという共通の課題がある。
信号光帯域の拡張のための従来技術としては、例えば図１５（Ａ）に示すように一般にＣ−バンドと呼ばれる１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長帯域のＷＤＭ信号光が、Ｃ−バンドに対応した希土類添加光ファイバ増幅器を備えた複数の中継器４で増幅されながら伝送路ファイバ３上を送信端局（Ｔｘ）１から受信端局（Ｒｘ）２に中継伝送されるシステムについて、図１５（Ｂ）に示すように一般にＬ−バンドと呼ばれる１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長帯域に対応した希土類添加光ファイバ増幅器４Ｌを各中継器４のＣ−バンド用希土類添加光ファイバ増幅器４Ｃに並列に設けることで、信号光帯域をＣ−バンドおよびＬ−バンドに拡張する技術が知られている。また、例えばラマン増幅器を利用したシステムについて、ラマン励起光源を増設して波長の異なる複数の励起光を増幅媒体に与えるようにすることで、信号光帯域の拡張を実現する技術も知られている（例えば、下記の特許文献１〜４、非特許文献１参照）。
各中継区間におけるＯＳＮＲ改善のための従来技術としては、希土類添加光ファイバ増幅器を用いた複数の中継器が伝送路ファイバ上に配置されたシステムについて、各中継区間の伝送路ファイバを増幅媒体とした分布定数型のラマン増幅器（Distributed Raman Amplifier：ＤＲＡ）を適用することによって、例えば図１６のレベルダイヤ（点線）に示すように伝送路ファイバから中継器に入力されるＷＤＭ信号光のパワーをラマン増幅により増大させてＯＳＮＲを改善させるという技術が知られている。このようなシステムに適用されるＤＲＡに関しては、伝送路ファイバに対して励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に与える後方励起型の構成が一般的である。また、上記のようなシステムにおけるＯＳＮＲの更なる改善を図るために、伝送路ファイバに対して励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に与える前方励起型のラマン増幅器を適用したシステムも検討されている。しかし、前方励起型ラマン増幅器については、励起光のもつ相対強度雑音（Relative Intensity Noise：ＲＩＮ）が信号光に雑音として遷移するＲＩＮトランスファーの問題や、ラマン利得が信号光の偏波状態に大きく依存するＰＤＧ（Polarization Dependent Gain）の問題などが知られている（例えば、下記の非特許文献２，３参照）。そこで、上記のような前方励起型ラマン増幅器の問題を軽減するために、前方励起および後方励起の両方を適用した双方向励起型ラマン増幅器を利用することが研究されている（例えば、非特許文献４参照）。
特開平１０−７３８５２号公報 特開２０００−９８４３３号公報 特開２００２−７６４８２号公報 特開２００２−３０３８９６号公報 M.Takeda et al.,"Active gain-tilt equalization by Preferentially 1.43μm - or 1.48 μm - Pumped Raman Amplification", ThA3, OAA1999. C.R.S.Fludger et al.,"Pump to Signal RIN Transfer in Raman Fiber Amplifier", Journal of Lightwave Technology Vol.19, No.8, 2001. J.Zhang et al.,"Dependence of Raman Polarization Dependent Gain on Pump Degree of Polarization at High Gain Levels", OMB4, OAA 2001 J.Bromage et al.,"Raman-enhanced pump-signal four-wave mixing in bidirectionally-pumped Raman amplifiers"OWA5, OAA 2002
しかしながら、上記のような信号光帯域の拡張のための従来技術や、各中継区間におけるＯＳＮＲ改善のための従来技術については、次のような問題点がある。
すなわち、前述の図１５に示したように、希土類添加光ファイバ増幅器を用いたシステムにおいて信号光帯域の拡張のために異なるバンドに対応した希土類添加光ファイバ増幅器を増設した場合、増設前と同等の中継器を並列に追加することになるため、例えばシステム敷設後に伝送容量需要が拡大したときなどにおける帯域拡大サービスが高コストなものになってしまうという問題点がある。また、ラマン増幅器を用いたシステムにおいて励起光源の増設により信号光帯域の拡張を実現した場合にも、一般的に高出力の励起光源は高価であるため帯域拡大サービスのコスト上昇を招いてしまう。帯域拡大サービスを最小限のコストで提供するためには、多くの光伝送システムに用いられている希土類添加光ファイバ増幅器の増幅帯域を簡易に拡張できるようにすることが望まれる。
また、上述したように双方向励起型ラマン増幅器を利用してＯＳＮＲの改善を図った場合には、増幅媒体となる伝送路ファイバ上に存在する損失の塊（ランプロス）の位置によって、ラマン増幅器の性能が大きく変動してしまうという問題点がある。このランプロスは、具体的には、伝送路ファイバを接続するコネクタ若しくは融着部の接続不良や、ファイバの曲げなどによって集中的に発生する比較的大きな損失のことである。
例えば、１００ｋｍの伝送路ファイバにおいて１ｄＢのランプロスが信号光の入力端に存在する場合と出力端に存在する場合とを比較すると、図１７に示すように信号光のレベルダイヤが各々の場合で大きく異なるようになる。このため、入力端にランプロスが存在する場合には、中継区間の全域に亘ってレベルダイヤが低くなりＯＳＮＲが劣化してしまう。一方、出力端にランプロスが存在する場合には、伝送路ファイバ内の信号光パワーが増加することにより様々な非線形現象が発生して信号波形が劣化してしまう可能性がある。
上記のようなランプロスに起因して発生するラマン増幅器の性能劣化を考慮して、ランプロスに対するマージンを大きく採ることは、双方向励起型ラマン増幅器のコスト上昇を招くことになってしまう。このため、ランプロスの影響によるラマン増幅器の性能の変動をできる限り抑えることが望まれる。
本発明は上記のような光ファイバ増幅器の制御技術に関する問題点に着目してなされたもので、信号光帯域の拡大サービスを低コストで実現可能にするための希土類添加光ファイバ増幅器の制御方法および光伝送システムを提供することを１つの目的とする。また、伝送路ファイバ上のランプロスに関係なく安定した性能を得ることのできる双方向励起型のラマン増幅器の制御方法および光伝送システムを提供することを他の目的とする。
上記の目的を達成するため、本光ファイバ増幅器の制御方法は、希土類添加光ファイバに励起光を供給し、該希土類添加光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光ファイバ増幅器の制御方法であって、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な所定の信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張することが要求される工程と、前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワーを調整すると共に、該励起光のパワー調整によって発生する利得波長特性の変化に応じて、前記希土類添加光ファイバを伝搬して増幅された信号光に生じる出力パワーの波長偏差を等化する可変利得等化器の透過波長特性を可変制御することにより、前記希土類添加光ファイバおよび前記可変利得等化器を含む前記光ファイバ増幅器で増幅可能な信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張する工程と、を有するようにしたものである。
このような制御方法によれば、増幅用ファイバに供給する励起光パワーの調整と、その調整によって生じる利得波長特性の変化に応じた可変利得等化器の可変制御とを行うことにより、帯域の異なる光ファイバ増幅器を増設することなく、希土類添加光ファイバおよび可変利得等化器を含む光ファイバ増幅器で増幅可能な信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張することが可能になる。
また、上記の制御方法については、前記希土類添加光ファイバの信号光入力側に接続される伝送路ファイバに励起光を供給することにより、当該伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅する工程と、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な所定の信号光帯域の幅の拡張に対応させて、該拡張した帯域を増幅し得るような波長の励起光を追加するか、または、該波長の励起光が前記伝送路ファイバに既に供給されているときには当該パワーを増加させる工程と、を有するようにしてもよい。
このような制御方法によれば、伝送路ファイバを増幅媒体とするラマン増幅を組み合わせ、信号光帯域の拡張に対応してラマン増幅用の励起光の制御も同時に行うようにしたことで、後段の希土類添加光ファイバに入力される信号光のレベルがラマン増幅によって高くなるため、信号光帯域の幅の拡張と共に光ファイバ増幅器の雑音特性を改善することが可能になる。
上述したような本発明によれば、希土類添加光ファイバに供給する励起光パワーの調整と可変利得等化器の可変制御とによって所定の信号光帯域の幅を容易に拡張することが可能になるため、システム敷設後に伝送容量需要が拡大したときなどに最小コストで帯域拡大サービスを提供することができる。
以下、本発明に係る光ファイバ増幅器の制御方法を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の光伝送システムは、例えば、増幅用ファイバ１１、励起光源１２Ａ，１２Ｂ、増設励起光源１３Ａ，１３Ｂ、合波器１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ、可変利得等化器（dynamic gain equalizer：ＤＧＥＱ）１６、光カプラ１７、モニタ１８および制御回路１９を有する光増幅中継部１０を備えて構成される。なお、光伝送システム全体の構成は、上述の図１５（Ａ）に示した従来の構成と同様であり、上記の光増幅中継部１０が伝送路ファイバ３上の各中継器４に対応する。また、図中の点線で囲んだ部分は、従来の希土類添加光ファイバ増幅器の構成と同様の部分を示している。
具体的に、光増幅中継部１０を構成する増幅用ファイバ１１は、例えばエルビウム等の希土類元素がコア部に添加された公知の希土類添加光ファイバが使用される。
励起光源１２Ａ，１２Ｂは、増幅用ファイバ１１内の希土類元素を励起可能な所要の波長帯の励起光を発生する。例えば、増幅用ファイバ１１としてエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）が使用される場合には、励起光源１２Ａ，１２Ｂの各波長帯が９８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯などに設定される。
増設励起光源１３Ａ，１３Ｂは、後述するように増幅用ファイバ１１における信号光の増幅帯域を短波長側に拡げて信号光帯域を拡張させるために増設される励起光源である。各増設励起光源１３Ａ，１３Ｂは、励起光源１２Ａ，１２Ｂに対して波長を僅かに異なられた励起光、若しくは、励起光源１２Ａ，１２Ｂと同じ波長で偏波状態が異なる励起光を発生する。
合波器１４Ａは、励起光源１２Ａから出力される励起光を増幅用ファイバ１１に前方（信号光入力側）から供給する。合波器１４Ｂは、励起光源１２Ｂから出力される励起光を増幅用ファイバ１１に後方（信号光出力側）から供給する。これらの合波器１４Ａ，１４Ｂとしては、一般的なＷＤＭカプラ等を使用することができる。なお、ここでは双方向励起型の構成について説明するが、本発明はこれに限らず、前方励起型または後方励起型の構成の希土類添加光ファイバ増幅器にも適用することが可能である。
合波器１５Ａ，１５Ｂは、励起光源１２Ａ，１２Ｂから出力される励起光と増設励起光源１３Ａ，１３Ｂから出力される励起光とを合波して合波器１４Ａ，１４Ｂに与えるものである。各合波器１５Ａ，１５Ｂは、励起光源１２Ａ，１２Ｂおよび増設励起光源１３Ａ，１３Ｂの波長が僅かに異なる場合にはＷＤＭカプラを使用することができ、波長が同じで偏波状態が異なる場合には偏波合成器を使用することができる。
可変利得等化器１６は、励起光の供給された増幅用ファイバ１１を伝搬して増幅されたＷＤＭ信号光が入力され、その入力光を制御回路１９からの制御信号に応じて制御された透過波長特性に従って透過することが可能な公知の光デバイスである。
光カプラ１７は、可変利得等化器１６を透過したＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ１８に送る。モニタ１８は、光カプラ１７からの分岐光のスペクトルを一般的な方法によって測定し、その結果を基に光増幅中継部１０から出力されるＷＤＭ信号光パワーの波長特性をモニタする。
制御回路１９は、光増幅中継部１０に入力されるＷＤＭ信号光の波長帯域の設定と、モニタ１８におけるモニタ結果とに応じて、増幅用ファイバに供給される励起光のパワーと可変利得等化器１６の透過波長特性とを相互に関連させて制御するものである。
次に、上記のような構成を有する光伝送システムの動作について説明する。
本光伝送システムでは、送信端局１（図１５）から伝送路ファイバ３に送信されたＷＤＭ信号光が、伝送路ファイバ３上に複数配置された光増幅中継部１０で増幅されながら受信端局２まで中継伝送される。各光増幅中継部１０では、伝送路ファイバ３を伝搬したＷＤＭ信号光が合波器１４Ａを介して増幅用ファイバ１１に送られる。増幅用ファイバ１１には、励起光源１２Ａおよび増幅励起光源１３Ａからの各励起光が合波器１５Ａで合波された後に合波器１４Ａを介して前方励起光として供給されると共に、励起光源１２Ｂおよび増幅励起光源１３Ｂからの各励起光が合波器１５Ｂで合波された後に合波器１４Ｂを介して後方励起光として供給され、これらの励起光によって増幅用ファイバ１１内の希土類元素（ここではエルビウム）が励起される。
このとき増幅用ファイバ１１に双方向から供給される励起光のパワーは、後述するように制御回路１９から出力される制御信号に従って励起光源１２Ａ，１２Ｂまたは増設励起光源１３Ａ，１３Ｂの励起状態が調整されることにより、ＷＤＭ信号光の波長帯域に応じたレベルに制御される。なお、制御回路１９による励起光パワーの制御の詳細については後述する。
励起光が供給された増幅用ファイバ１１を伝搬するＷＤＭ信号光は、エルビウムの誘導放出作用によって増幅され、その増幅されたＷＤＭ信号光が合波器１４Ｂを介して可変利得等化器１６に与えられる。可変利得等化器１６では、制御回路１９からの制御信号によって制御された透過波長特性に従ってＷＤＭ信号光に対する利得等化が行われる。なお、利得等化とは、ＷＤＭ信号光の各波長に対応した光パワーが所望のレベルに一致するか若しくは近づくように調整することを意味する。そして、可変利得等化器６を透過したＷＤＭ信号光は、次の中継区間の伝送路ファイバ１１に送られると共に、その一部が光カプラ１７で分岐されモニタ１８に与えられて出力光パワーの波長特性がモニタされる。
ここで、制御回路１９による増設励起光源１３Ａ，１３Ｂおよび可変利得等化器１６の制御について、図２のフローチャートを参照しながら詳しく説明する。
例えば、本光伝送システムの敷設後に伝送容量需要が拡大して信号光の波長帯域を短波長側または長波長側に拡張することが要求された場合を想定すると、制御回路１９は、図２（Ａ）に例示した短波長側への帯域拡張のアルゴリズムまたは図２（Ｂ）に例示した長波長側への帯域拡張のアルゴリズムに従って、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーおよび可変利得等化器１６の透過波長特性を相互に関連させて制御する。
具体的に、信号光の波長帯域を短波長側に拡張する場合には、まず、図２（Ａ）のステップ１０（図中Ｓ１０で示し、以下同様とする）において、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーを増加させるための制御信号が制御回路１９で生成され、増設励起光源１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ出力される。
ステップ１１では、制御回路１９からの制御信号に従って、各増設励起光源１３Ａ，１３Ｂの駆動状態が制御され、各々から出力される励起光のパワーが所要のレベルとなるように調整される。これにより、ＥＤＦを用いた増幅用ファイバ１１で発生する光増幅の利得波長特性は、図３のＣ−バンドを中心とした帯域拡張例および図４のＬ−バンドを中心とした帯域拡張例に示すように、励起光パワーが従来と同様の条件に設定された帯域拡張前の特性（太線）に比べて、有効な利得の生じる波長帯域が短波長側に拡がった特性（細線）となる。また、励起光パワーの増加に伴って利得波長特性の全体的なレベルが高くなると共に、利得波長特性の形状にも変化が生じる。この励起光パワーの増加による利得の上昇と波長形状の変化とは、次のステップ１２において可変利得等化器１６の透過波長特性を最適化することで吸収する。
具体的にステップ１２では、励起光パワーの増加に対応させて可変利得等化器１６の透過波長特性を最適化するための制御信号が制御回路１９で生成され、可変利得等化器１６に出力される。可変利得等化器１６では、制御回路１９からの制御信号に従って透過波長特性が可変制御され、増幅用ファイバ１１から出力されるＷＤＭ信号光の利得等化とレベル調整が行われる。また、ここでは、可変利得等化器１６で利得等化されたＷＤＭ信号光の波長特性が光カプラ１７およびモニタ１８によってモニタされ、その結果が制御回路１９にフィードバックされて可変利得等化器１６の最適化制御に反映される。
一方、信号光の波長帯域を長波長側に拡張する場合には、図２（Ｂ）のステップ２０において、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーを減少させるための制御信号が制御回路１９で生成され、励起光源１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ出力される。
ステップ２１では、制御回路１９からの制御信号に従って、各励起光源１２Ａ，１２Ｂの駆動状態が制御されて各々から出力される励起光のパワーが所要のレベルとなるように調整される。これにより、増幅用ファイバ１１で発生する光増幅の利得波長特性は、前述の図３および図４の帯域拡張例に示したように、励起光パワーが従来と同様の条件に設定された帯域拡張前の特性（太線）に比べて、有効な利得の生じる波長帯域が長波長側に拡がった特性（点線）となる。また、励起光パワーの減少に伴って利得波長特性の全体的なレベルが低くなると共に、利得波長特性の形状にも変化が生じる。
次のステップ２２では、励起光パワーの減少に対応させて可変利得等化器１６の透過波長特性を最適化するための制御信号が制御回路１９で生成され、前述したステップ１２の場合と同様にして、制御回路１９からの制御信号に従って可変利得等化器１６のフィードバック制御が実行される。
上記のように本実施形態の光伝送システムによれば、増幅用ファイバ１１に供給する励起光のパワーを増減させると共に、その励起光パワーの増減によって生じる利得波長特性の変化に対応させて可変利得等化器１６の透過波長特性を最適化することで、希土類添加光ファイバ増幅器の増幅帯域を短波長側または長波長側に容易に拡げることができる。これにより、上述の図１５（Ｂ）に示した従来例のように異なるバンドの光ファイバ増幅器を並列に増設することなく信号光帯域を拡張することが可能になるため、システム敷設後に伝送容量需要が拡大したときなどに最小コストで帯域拡大サービスを提供することができる。また、本実施形態における信号光帯域の拡張は既設波長運用中（インサービス）に実施することができるため、システム運用面における利便性にも優れている。
なお、上記の実施形態では、希土類添加光ファイバ増幅器の後段に可変利得等化器１６を配置した一例を示したが、本発明における希土類添加光ファイバ増幅器および可変利得等化器の位置関係は上記の一例に限定されるものではない。例えば、２段構成の希土類添加光ファイバ増幅器の段間に可変利得等化器を配置した構成など、光増幅中継部として想定し得る任意の構成について本発明を適用することが可能である。
また、希土類添加光ファイバ増幅器の一例としてエルビウム添加光ファイバ増幅器を挙げたが、エルビウム以外の他の希土類を添加した光ファイバ増幅器についても、励起光パワーの増減と可変利得等化器の最適化によって信号光帯域の拡張を実現することができる。
さらに、可変利得等化器から出力されるＷＤＭ信号光の波長特性をモニタして可変利得等化器をフィードバック制御するようにしたが、励起光パワーの設定に対応した可変利得等化器の最適条件を予め特定してメモリ等に記憶しておき、信号光帯域の拡張が必要になった場合に記憶データを参照して適合する条件を決定するようにしてもよい。このようにすれは、出力モニタを省略することができるためより低コストのシステムを提供することが可能になる。
次に、本発明による光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの他の実施形態について説明する。
図５は、上記他の実施形態の光伝送システムの要部構成を示すブロック図である。
図５において、本実施形態の光伝送システムは、上述の図１に示した光伝送システムについて、伝送路ファイバ３を増幅媒体とする分布定数型ラマン増幅器２０を各光増幅中継部１０に組み合わせ、各中継区間における雑音特性の改善を図るようにしたものである。上記のラマン増幅器２０は、ここでは例えばラマン増幅用励起光源２１、増設ラマン増幅用励起光源２２および合波器２３，２４を備えて構成される。
具体的に、ラマン増幅用励起光源２１は、伝送路ファイバ３を伝搬するＷＤＭ信号光に対してラマン増幅を発生することが可能な所要の波長およびパワーを有する励起光を発生する。ラマン増幅は、例えば伝送路ファイバ３（増幅媒体）として石英系の光ファイバが使用される場合、励起光の周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い周波数に利得ピークが発生する。このため、ラマン増幅用励起光源２１の波長は、例えばＣ−バンドの信号光に対して約１００ｎｍ短波長側の帯域に設定される。このラマン増幅用励起光源２１の出力光パワーは、制御回路１９からの制御信号に従って所要のレベルに制御される。
増設ラマン増幅用励起光源２２は、後段の希土類添加光ファイバ増幅器における増幅帯域の拡大に対応してラマン増幅帯域を拡げるために増設される励起光源である。この増設ラマン増幅用励起光源２２の波長は、拡張される信号光帯域に応じて設定され、ラマン増幅用励起光源２１の波長とは基本的に異なる値に設定される。増設ラマン増幅用励起光源２２の出力光パワーも、制御回路１９からの制御信号に従って所要のレベルに制御される。
合波器２３は、ラマン増幅用励起光源２１から出力される励起光を伝送路ファイバ３に後方（信号光出力側）から供給する。また、合波器２４は、ラマン増幅用励起光源２１から出力される励起光と増設ラマン増幅用励起光源２２から出力される励起光とを合波して合波器２３に与えるものである。各合波器２３，２４の具体例としては、一般的なＷＤＭカプラ等を使用することができる。
上記のような構成を有する光伝送システムでは、送信端局１（図１５）で生成されたＷＤＭ信号光が伝送路ファイバ３に送信される。伝送路ファイバ３には、制御回路１９により駆動状態の制御されたラマン増幅用励起光源２１および増設ラマン増幅用励起光源２２からの各励起光が合波器２３，２４を介して供給され、このラマン増幅用の励起光は信号光とは逆方向に伝送路ファイバ３中を伝搬する。これにより伝送路ファイバ３を伝搬するＷＤＭ信号光がラマン増幅されて光増幅中継部１０に到達する。
伝送路ファイバ３でラマン増幅されたＷＤＭ信号光は、上述の図１に示した実施形態の場合と同様にして合波器１４Ａを介して増幅用ファイバ１１に送られ、制御回路１９により駆動状態の制御された励起光源１２Ａ，１２Ｂおよび増幅励起光源１３Ａ，１３Ｂからの励起光の供給を受けて励起されたエルビウム等の誘導放出作用によってＷＤＭ信号光が増幅される。増幅用ファイバ１１を伝搬して増幅されたＷＤＭ信号光は、制御回路１９からの制御信号に従って透過波長特性の制御された可変利得等化器１６に与えられて利得等化される。そして、可変利得等化器１６を透過したＷＤＭ信号光は、次の中継区間の伝送路ファイバ１１に送られると共に、その一部が光カプラ１７で分岐されモニタ１８に与えられて出力光パワーの波長特性がモニタされる。
ここで、本実施形態における制御回路１９の制御動作について、図６のフローチャートを参照しながら詳しく説明する。
上述の図２を参照して動作を説明した場合と同様に、例えば、本光伝送システムの敷設後に伝送容量需要が拡大して信号光の波長帯域を短波長側または長波長側に拡張することが要求された場合を想定すると、制御回路１９は、図６（Ａ）に例示した短波長側への帯域拡張のアルゴリズムまたは図６（Ｂ）に例示した長波長側への帯域拡張のアルゴリズムに従って、伝送路ファイバ３に供給するラマン増幅用の励起光パワー、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーおよび可変利得等化器１６の透過波長特性を相互に関連させて制御する。
具体的に、信号光の波長帯域を短波長側に拡張する場合には、まず、図６（Ａ）のステップ３０において、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーを増加させるための制御信号が制御回路１９で生成され、増設励起光源１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ出力される。そして、ステップ３１では、制御回路１９からの制御信号に従って、各増設励起光源１３Ａ，１３Ｂの駆動状態が制御されて各々から出力される励起光のパワーが所要のレベルとなるように調整される。これにより、増幅用ファイバ１１における光増幅の利得波長特性は、短波長側に拡大すると共に、利得のレベルが全体的に高くなって波長形状にも変化が生じる。
次に、ステップ３２では、信号光帯域の短波長側への拡張に対応して伝送路ファイバ３におけるラマン増幅の波長帯域も短波長側に拡大するように、伝送路ファイバ３に供給されるラマン増幅用励起光の波長若しくはパワーが調整される。ここでは、例えばラマン増幅用励起光源２１よりも波長の短いラマン増幅用励起光源２２を増設することにより、ラマン増幅の波長帯域を短波長側に拡大させる。ラマン増幅用励起光源２１および増設ラマン増幅用励起光源２２の各出力光パワーは、次のステップ３３で行われる可変利得等化器１６の透過波長特性の制御と相互に関連させて、ＷＤＭ信号光に対する所望の利得等化が実現され、かつ、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の光信号についてのＯＳＮＲが最も平坦となるように、最適なレベルに設定される。このラマン増幅用励起光パワーと可変利得等化器１６の透過波長特性との最適化は、具体的には、短波長側のラマン増幅用励起光パワーが長波長側よりも相対的に大きくなるように傾きをつけ、この傾きに応じて生じるラマン利得の波長偏差が可変利得等化器１６で平坦化されるように、可変利得等化器１６の透過波長特性を最適化するのが好ましい。
なお、ここではラマン増幅用励起光源を増設することによって信号光帯域の短波長側への拡張に対応するようにしたが、例えば、ラマン増幅用励起光源２１として波長の異なる複数の励起光源が用いられている場合には、それらのうちの短波長側の励起光源の出力パワーを増加させることにより、ラマン増幅の波長帯域を短波長側に拡大させることも可能である。
一方、信号光の波長帯域を長波長側に拡張する場合には、図６（Ｂ）のステップ４０において、増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーを減少させるための制御信号が制御回路１９で生成され、励起光源１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ出力される。そして、ステップ４１では、制御回路１９からの制御信号に従って、各励起光源１２Ａ，１２Ｂの駆動状態が制御されて各々から出力される励起光のパワーが所要のレベルとなるように調整される。これにより、増幅用ファイバ１１における光増幅の利得波長特性は、長波長側に拡大すると共に、利得のレベルが全体的に低く高くなって波長形状にも変化が生じる。
次に、ステップ４２では、信号光帯域の長波長側への拡張に対応して伝送路ファイバ３におけるラマン増幅の波長帯域も長波長側に拡大するように、伝送路ファイバ３に供給されるラマン増幅用励起光の波長若しくはパワーが調整される。ここでは、例えばラマン増幅用励起光源２１よりも波長の長いラマン増幅用励起光源２２を増設することにより、ラマン増幅の波長帯域を長波長側に拡大させる。ラマン増幅用励起光源２１および増設ラマン増幅用励起光源２２の各出力光パワーは、次のステップ４３で行われる可変利得等化器１６の透過波長特性の制御と相互に関連させて、ＷＤＭ信号光に対する所望の利得等化が実現され、かつ、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の光信号についてのＯＳＮＲが最も平坦となるように、最適なレベルに設定される。このラマン増幅用励起光パワーと可変利得等化器１６の透過波長特性との最適化についての好ましい具体例は、前述した短波長側への拡張の場合と同様である。
上記のように本実施形態の光伝送システムによれば、上述の図１に示した実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、伝送路ファイバ３を増幅媒体とするラマン増幅器２０を組み合わせ、信号光帯域の拡張に対応してラマン増幅用励起光の制御も同時に行うようにしたことで、各光増幅中継部１０の増幅用ファイバ１１に入力されるＷＤＭ信号光のレベルがラマン増幅によって高くなるため、各中継区間におけるＯＳＮＲの改善を図ることが可能になる。また、信号光帯域を拡張するために増幅用ファイバ１１に供給する励起光パワーを増減させることで、希土類添加光ファイバ増幅器の利得が増減することになるが、その利得の増減が可変利得等化器１６によって吸収できる範囲を超えてしまうような場合であっても、伝送路ファイバ３におけるラマン利得の制御と連携して可変利得等化器１６の透過波長特性を制御することで、ラマン増幅器２０を含めた光増幅中継ノード全体のレベルダイヤを再設定することができるため、信号光帯域をより広い範囲に亘って拡張することが可能である。
次に、本発明に関連した光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムについて説明する。
図７は、上記光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。また、図８は、上記の光伝送システム全体の構成を示す図である。
本実施形態の光伝送システムは、例えば図８に示すように、送信端局（Ｔｘ）１および受信端局（Ｒｘ）２の間を接続する伝送路ファイバ３上に複数の中継器４が配置されると共に、各中継器４間の伝送路ファイバ３を増幅媒体として励起光を双方向から供給し、伝送路ファイバ３中を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅する双方向励起型ラマン増幅部３０が中継区間ごとに配置される。各中継区間の双方向励起型ラマン部３０は、例えば図７に示すように、ラマン増幅用励起光源（ＬＤ）３１Ａ，３１Ｂ、合波器３２Ａ，３２Ｂ、光カプラ３３、モニタ３４、演算回路３５および制御回路３６を有する。なお、各中継器４は、公知の光伝送システムに適用される一般的な中継器、または、上述の図１や図５に示したような光増幅中継部とすることができる。
具体的に、ラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂは、伝送路ファイバ３を伝搬するＷＤＭ信号光に対してラマン増幅を発生することが可能な所要の波長およびパワーを有する励起光をそれぞれ発生するものである。ここでは、各ラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂから出力される励起光はそれぞれ単一波長で構成されるものとする。
合波器３２Ａは、ラマン増幅用励起光源３１Ａから出力される励起光を伝送路ファイバ３に前方（信号光入力側）から供給するものである。また、合波器３２Ｂは、ラマン増幅用励起光源３１Ｂから出力される励起光を伝送路ファイバ３に後方（信号光出力側）から供給するものである。各合波器３２Ａ，３２Ｂの具体例としては、一般的なＷＤＭカプラ等を使用することができる。
光カプラ３３は、伝送路ファイバ３を伝搬して中継器４に入力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐してモニタ３４に送るものである。モニタ３４は、光カプラ３３からの分岐光のパワーを測定し、伝送路ファイバ３を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光の出力パワーをモニタする。
演算回路３５は、モニタ３４における信号光出力パワーのモニタ値に基づいて、後述するように伝送路ファイバ３上に存在するランプロスの影響を考慮した励起光パワーの設定値を演算し、その結果を示す信号を制御回路３６に出力する。
制御回路３６は、演算回路３５からの出力信号に従ってラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂの駆動状態を制御するための信号を生成し、その制御信号を各ラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ出力する。
次に、上記のような構成を有する光伝送システムの動作について説明する。
本光伝送システムでは、システムの立ち上げ時において、例えば図９のフローチャートに示すようなアルゴリズムに従って、各中継区間の伝送路ファイバ３に供給される前方励起光および後方励起光の各パワーが設定されることにより、伝送路ファイバ３上にランプロスが存在する場合でも所望のレベルダイヤに従って信号光が伝送されるようになる。
具体的には、まず図９のステップ１００において、運用時に送受信端局間で伝送するＷＤＭ信号光と同等の信号光が、各中継区間の伝送路ファイバ３に対して送信側から順番に入力される。ステップ１０１では、伝送路ファイバ３への信号光の入力があった中継区間について、伝送路ファイバ３に供給される前方励起光および後方励起光の各パワーが０ｍＷとなるように、すなわち、伝送路ファイバ３に励起光が供給されない状態となるように、各ラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂの動作が制御回路３６によって制御される。
ステップ１０２では、伝送路ファイバ３を伝搬して中継器４に与えられる信号光出力パワーが光カプラ３３およびモニタ３４によって測定される。そして、ステップ１０３では、モニタ３４で測定された信号光出力パワーの値が、その時の励起光パワーに対応させて演算回路３５内の図示しないメモリ等に保存される。信号光出力パワーの測定値の保存が終わると、ステップ１０４で前方励起光パワーが励起光源３１Ａの最大値（出力リミット）に達しているか否かが判定される。前方励起光パワーが最大値に達していない場合には、ステップ１０５で前方励起光パワーが所要量（例えば、５ｍＷ）増加するように、ラマン増幅用励起光源３１Ａの駆動状態が制御回路３６によって制御された後、ステップ１０２に戻って信号光出力パワーの測定とその保存が行われる。前方励起光パワーが最大値に達するまで上記の一連の処理が繰り返され、最大値に到達すると次のステップ１０６に移る。
なお、モニタ３４で測定される信号光出力パワーは、信号光成分と雑音光（自然ラマン散乱光）成分を足し合わせたパワーになるが、例えば、本出願人の先願である特願２００１−５５３９６２号に記載された技術を適用することで励起光パワーを基に自然ラマン散乱光パワーを見積ることが可能であり、その自然ラマン散乱光パワーをモニタ３４の測定値から差し引くことで信号光成分のみの出力パワーを得ることができるようになる。
ステップ１０６では、演算回路３５において、上記のステップ１０３で保存されたデータを用い、前方励起光パワーの増加に対する信号光出力パワーの増加の割合が演算される。この前方励起光パワーと信号光出力パワーの関係は、例えば図１０の左側にプロットしたような測定点のデータを基に公知の近似式を適用するなどして求められる。なお、図１０は、システム立ち上げ時の一連の処理の流れを横軸に時間、縦軸に信号光出力パワーをとって示したものである。
前方励起光パワーと信号光出力パワーの関係が演算されると、次のステップ１０７では、信号光出力パワーの目標値Ｐｔ１（図１０参照）が実現されるようにするための前方励起光パワーの設定値がステップ１０６で求めた関係を利用して算出される。この信号光出力パワーの目標値Ｐｔ１は、前方励起光のみを伝送路ファイバ３に供給した状態で所望のレベルダイヤが実現可能になる信号光出力パワーを予め設計した値である。信号光出力パワーの目標値Ｐｔ１に対応した前方励起光パワーの設定値が演算回路３５で求められると、その設定値を示す信号が制御回路３６に伝えられる。この演算回路３５からの信号に従って制御回路３６によりラマン増幅用励起光源３１Ａの駆動状態が制御される。
前方励起光パワーが最適化されると、次のステップ１０９ではモニタ３４で信号光出力パワーをモニタしながら後方励起光パワーが徐々に増加される。そして、ステップ１１０で信号光出力パワーが双方向励起状態における目標値Ｐｔ２（図１０参照）に到達して略一定となることにより、システム立ち上げ時の制御が完了する。
上記のようにしてシステムの立ち上げ時に前方励起光パワーの最適化を行うことで、例えば図１１に示すように、伝送路ファイバ３上の信号光入力側にランプロスが存在する場合でも、ランプロスが存在しないときと略同等のレベルダイヤが実現できるようになる。すなわち、従来のようにランプロスの存在に関係なく前方励起光パワーを所定値に設定する場合には、図１１の破線で示したレベルダイヤＣにあるように、ランプロスが入力側に存在すると伝送路ファイバ３への信号光の入力レベルが下がると同時に伝送路ファイバ３に供給できる前方励起光パワーも減少するため、前方励起光によって得られるラマン利得が減少し、その利得不足分が後方励起光によって補われることになる。その結果、伝送路ファイバ３上での信号光の最小レベルが低下することになってＯＳＮＲが劣化してしまう。一方、本システムの場合には、図１１の実線で示したレベルダイヤＡにあるように、前方励起光のみを伝送路ファイバ３に供給したときの信号光出力パワー（レベルダイヤＡ’参照）をランプロスが存在しない場合（レベルダイヤＢ参照）と略同等となるまで上昇させ、その後、後方励起光によるラマン利得を得ているため、信号光の最小レベルが改善されてランプロスの影響を小さく抑えることができる。したがって、伝送路ファイバ上のランプロスに関係なく、双方向励起型ラマン増幅部の性能を安定したものにすることが可能となる。
なお、上記の実施形態では、伝送路ファイバ３を伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーが目標値Ｐｔ２で略一定となるように、後方励起光のパワーが設定される一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、伝送路ファイバ３を伝搬してラマン増幅された信号光のオンオフ利得が予め設定した値で略一定となるように、後方励起光のパワーが設定されるようにしてもよい。
次に、本発明に関連した光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの他の実施形態について説明する。
前述の図７に示した光伝送システムでは、双方向励起された伝送路ファイバ３を伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーをモニタ３４で測定し、その結果を利用して前方および後方励起光パワーの最適化を行うようにした。本実施形態では、モニタ３４に光スペクトルアナライザとしての機能を付加して、該モニタ３４での測定結果を基にＯＳＮＲを計算して、そのＯＳＮＲが所望の値になるように前方および後方励起光パワーの最適化を行うようにした変形例について説明する。なお、本実施形態の光伝送システムの構成は、前述した図７および図８と同様である。このため、ここではシステムの立ち上げ時の制御動作を図１２のフローチャートを参照しながら詳しく説明することにする。
本光伝送システムの立ち上げ時には、まず図１２のステップ１２０において、運用時に送受信端局間で伝送するＷＤＭ信号光と同等の信号光が各中継区間の伝送路ファイバ３に対して送信側から順番に入力される。ステップ１２１では、伝送路ファイバ３への信号光の入力があった中継区間について、伝送路ファイバ３に供給される前方励起光および後方励起光の各パワーが０ｍＷとなるように、各ラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂの動作が制御回路３６によって制御される。ステップ１２２では、伝送路ファイバ３を伝搬して中継器４に与えられる信号光の出力パワーが光カプラ３３およびモニタ３４によって測定される。そして、ステップ１２３では、後方励起光パワーがラマン増幅用励起光源３１Ｂの最大出力（パワーリミット）に達しているか否かが判定され、最大値に達していない場合にはステップ１２４に進み、最大値に達している場合にはステップ１２６に移る。
ステップ１２４では、ステップ１２２で測定した信号光出力パワーの値が予め設定した双方向励起時における信号光出力パワーの目標値Ｐｔ２（図１０参照）に達しているか否かの判定が行われる。測定値が目標値Ｐｔ２以下の場合には、ステップ１２５で後方励起光パワーが所要量（例えば、１０ｍＷ）増加するように、ラマン増幅用励起光源３１Ａの駆動状態が制御回路３６によって制御された後、ステップ１２２に戻って信号光出力パワーの測定が行われる。一方、ステップ１２４で測定値が目標値Ｐｔ２に達したと判定された場合には、後述するステップ１２９に移る。
ステップ１２６では、ステップ１２３で後方励起光パワーが最大値に達したことの判定結果を受けて、前方励起光パワーが所要量（例えば、１０ｍＷ）増加するように、ラマン増幅用励起光源３１Ｂの駆動状態が制御回路３６によって制御される。ステップ１２７では、前方および後方励起光の供給を受けた伝送路ファイバ３を伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーが光カプラ３３およびモニタ３４によって測定される。そして、ステップ１２８では、上記ステップ１２４の場合と同様にして、ステップ１２７で測定した信号光出力パワーの値が目標値Ｐｔ２に達しているか否かの判定が行われ、測定値が目標値Ｐｔ２以下の場合には、ステップ１２６に戻って前方励起光パワーが増加されて再び信号光出力パワーの測定が行われる。一方、測定値が目標値Ｐｔ２に達した場合には、次のステップ１２９に進む。
ステップ１２９では、信号光出力パワーの測定値が目標値Ｐｔ２を超えた状態においてモニタ３４で測定される光スペクトルを利用して、伝送路ファイバ３を伝搬した信号光についてのＯＳＮＲが演算回路３５により求められる。そして、ステップ１３０では、ステップ１２９で求められたＯＳＮＲの測定値が、当該中継区間における損失（スパンロス）を基に想定されるＯＳＮＲの値（設計値）よりも大きくなっているかが判定される。ＯＳＮＲの測定値が設計値以下の場合には、前方および後方励起光パワーの最適化が必要であると判断して、まず、ステップ１３１で前方励起光パワーが所要量（例えば、１０ｍＷ）増加され、続いて、ステップ１３２でモニタ３４で測定される信号光出力パワーが目標値Ｐｔ２に略一致するまで後方励起光パワーが下げられて、再度ステップ１２９に戻ってＯＳＮＲの計算が行われる。そして、ＯＳＮＲの測定値が設計値よりも大きくなったことがステップ１３０で判定されることにより、システム立ち上げ時の制御が完了する。
上記のようにシステムの立ち上げ時にラマン増幅された信号光のＯＳＮＲを測定し、その測定結果に基づいて前方および後方励起光パワーの最適化を行うことによっても、伝送路ファイバ上のランプロスに関係なく、双方向励起型ラマン増幅部の性能を安定したものにすることが可能となる。
なお、上述の図７に示した双方向励起型ラマン増幅部３０では、前方励起光および後方励起光がそれぞれ単一波長で構成される場合を例示したが、前方励起光または後方励起光が複数波長で構成されるような双方向励起型ラマン増幅部についても本発明を応用することが可能である。例えば図１３に示すように、前方および後方のラマン増幅用励起光源３１Ａ，３１Ｂが、それぞれ、波長の異なる２つの励起光源４１，４１’と、それらの励起光源４１，４１’から出力される各励起光を合波するＷＤＭカプラ４２とから構成されるようにしてもよい。また、この場合、モニタ３４については、光カプラ３３で分岐された信号光を光カプラ５１でさらに２分岐し、各波長の励起光によるラマン利得のピーク波長に対応した透過帯域を有する２つの光フィルタ６２，５２’を通して受光素子６３，５３’で受光するような構成として、信号光のモニタを各励起光波長に対応させて個別に行い、各々のモニタ結果に基づいて対応する波長の励起光パワーを制御するようにしてもよい。このような構成とすることにより、前方および後方励起光パワーの最適化をより高い精度で行うことが可能になる。なお、上記のような複数波長の励起光パワーを制御する具体的なアルゴリズムに関しては、例えば特許文献：特開２００２−７２２６２号公報等に記載された技術を適用することが可能である。
また、上述の図７に示した光伝送システムの構成に関して、一中継区間の受信側に配置した制御回路３６で生成される制御信号を、送信側に配置したラマン増幅用励起光源３１Ａまで伝達する具体的な手段としては、例えば図１４に示すような対向回線を伝送される監視制御信号（ＯＳＣ）を利用することが可能である。図１４の構成例では、図で上側に示した上り回線の前方励起光パワーを制御するための制御信号が、制御回路３６から同じ中継局内の下り回線側のＯＳＣ送信器７１に伝えられる。そして、上り回線側の制御信号が下り回線を伝搬する監視制御信号に載せて伝送され、ＯＳＣ受信器７２で受信された制御信号が同じ中継局内の上り回線側のラマン増幅用励起光源３１Ａに送られる。なお、図１４の一例では上り回線側の制御信号を伝達するための構成だけを示したが、下り回線側についても上り回線側と同様の構成により制御信号の伝達を行うことが可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１）希土類添加光ファイバに励起光を供給し、該希土類添加光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワーを調整すると共に、該励起光のパワー調整によって発生する利得波長特性の変化に応じて、前記希土類添加光ファイバを伝搬して増幅された信号光に生じる出力パワーの波長偏差を等化する可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を短波長側または長波長側に拡大することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記２）付記１に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであるとき、
該エルビウム添加光ファイバに供給される励起光のパワーを予め設定された基準パワーよりも減少させ、該励起光パワーの減少量に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記エルビウム添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を長波長側に拡大することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記３）付記１に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであるとき、
該エルビウム添加光ファイバに供給される励起光のパワーを予め設定された基準パワーよりも増加させ、該励起光パワーの増加量に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記エルビウム添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を短波長側に拡大することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記４）付記１に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記希土類添加光ファイバの信号光入力側に接続される伝送路ファイバに励起光を供給することにより、当該伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅し、
前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域の拡大に対応させて、前記伝送路ファイバに供給される励起光の波長を増設することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記５）付記４に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
波長の異なる複数の励起光を前記伝送路ファイバに供給して信号光のラマン増幅を行い、
前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域の拡大に対応させて、前記伝送路ファイバに供給される複数の励起光のうちの少なくとも１つの励起光のパワーを調整することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記６）付記４に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワー調整によって発生した利得の減少分を、前記伝送路ファイバに供給されるラマン増幅用励起光のパワーを増加させることで補うことを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記７）希土類添加光ファイバに励起光を供給し、該希土類添加光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光ファイバ増幅器を備えて構成された光伝送システムであって、
前記希土類添加光ファイバを伝搬して増幅された信号光に生じる出力パワーの波長偏差を等化する可変利得等化器と、
前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワーを調整すると共に、該励起光のパワー調整によって発生する利得波長特性の変化に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を短波長側または長波長側に拡大する制御回路と、を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
（付記８）付記７に記載の光伝送システムであって、
前記希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記制御回路は、前記エルビウム添加光ファイバに供給される励起光のパワーを予め設定された基準パワーよりも減少させ、該励起光パワーの減少量に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記エルビウム添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を長波長側に拡大することを特徴とする光伝送システム。
（付記９）付記７に記載の光伝送システムであって、
前記希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記制御回路は、前記エルビウム添加光ファイバに供給される励起光のパワーを予め設定された基準パワーよりも増加させ、該励起光パワーの増加量に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を制御することにより、前記エルビウム添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域を短波長側に拡大することを特徴とする光伝送システム。
（付記１０）付記７に記載の光伝送システムであって、
前記希土類添加光ファイバの信号光入力側に接続される伝送路ファイバと、
該伝送路ファイバに励起光を供給する励起光源を有し、前記伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器と、を備え、
前記制御回路は、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域の拡大に対応させて前記ラマン増幅器の励起光源を制御し、前記伝送路ファイバに供給される励起光の波長を増設することを特徴とする光伝送システム。
（付記１１）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器は、波長の異なる複数の励起光を前記伝送路ファイバに供給する複数の励起光源を有し、
前記制御回路は、前記希土類添加光ファイバで増幅可能な信号光帯域の拡大に対応させて前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つの励起光源を制御し、当該励起光源から前記伝送路ファイバに供給される励起光のパワーを調整することを特徴とする光伝送システム。
（付記１２）付記１０に記載の光伝送システムであって、
前記制御回路は、前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワー調整によって発生した利得の減少分を、前記伝送路ファイバに供給されるラマン増幅用励起光のパワーを増加させることで補うことを特徴とする光伝送システム。
（付記１３）伝送路ファイバに前方励起光および後方励起光を供給し、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅する光ファイバ増幅器の制御方法であって、
信号光を伝送路ファイバに入力すると共に、伝送路ファイバへの後方励起光の供給を断った状態で、伝送路ファイバに供給する前方励起光のパワーを予め設定した範囲内で変化させ、該前方励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーを前方励起光のパワーに対応させて測定し、
該信号光出力パワーの測定結果を基に、前方励起光パワーの変化に対する信号光出力パワーの変化の割合を求め、該求めた割合に従って、前方励起された伝送路ファイバに関して予め設定した信号光出力パワーの目標値を実現するために必要な前方励起光パワーを算出し、
該算出結果に従って、システム運用時に伝送路ファイバに供給する前方励起光のパワーを制御すると共に、該前方励起光のパワーに応じて後方励起光のパワーを制御することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記１４）付記１３に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記後方励起光のパワーは、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーが予め設定した値で一定となるように制御されることを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記１５）付記１３に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
前記後方励起光のパワーは、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光のオンオフ利得が予め設定した値で一定となるように制御されることを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記１６）伝送路ファイバに前方励起光および後方励起光を供給し、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅して出力する光ファイバ増幅器の制御方法であって、
信号光を伝送路ファイバに入力すると共に、少なくとも後方励起光を伝送路ファイバに供給して、該伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーを測定し、
該測定した信号光出力パワーが、双方向励起された伝送路ファイバに関して予め設定した信号光出力パワーの目標値に到達した時点で、伝送路ファイバを伝搬した信号光の光信号対雑音比を求め、
該光信号対雑音比が所定値未満の場合に、信号光出力パワーが前記目標値で略一定となるように後方励起光のパワーを調整しながら前方励起光のパワーを増加させ、伝送路ファイバを伝搬した信号光の光信号対雑音比が所定値に到達した時点での前方励起光パワーおよび後方励起光パワーを判断し、該判断結果に従って、システム運用時に伝送路ファイバに供給する前方励起光および後方励起光の各パワーを制御することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
（付記１７）伝送路ファイバに前方励起光および後方励起光を供給し、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅する光ファイバ増幅器を備えて構成された光伝送システムであって、
信号光を伝送路ファイバに入力すると共に、伝送路ファイバへの後方励起光の供給を断った状態で、伝送路ファイバに供給する前方励起光のパワーを予め設定した範囲内で変化させ、該前方励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーを前方励起光のパワーに対応させて測定する測定部と、
該測定部における信号光出力パワーの測定結果を基に、前方励起光パワーの変化に対する信号光出力パワーの変化の割合を求め、該求めた割合に従って、前方励起された伝送路ファイバに関して予め設定した信号光出力パワーの目標値を実現するために必要な前方励起光パワーを算出する演算部と、
該演算部における算出結果に従って、システム運用時に伝送路ファイバに供給する前方励起光のパワーを制御すると共に、該前方励起光のパワーに応じて後方励起光のパワーを制御する制御部と、を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
（付記１８）付記１７に記載の光伝送システムであって、
前記制御部は、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーが予め設定した値で一定となるように、後方励起光のパワーを制御することを特徴とする光伝送システム。
（付記１９）付記１７に記載の光伝送システムであって、
前記制御部は、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光のオンオフ利得が予め設定した値で一定となるように、後方励起光のパワーを制御することを特徴とする光伝送システム。
（付記２０）伝送路ファイバに前方励起光および後方励起光を供給し、双方向励起された伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅して出力する光ファイバ増幅器を備えて構成された光伝送システムであって、
信号光を伝送路ファイバに入力すると共に、少なくとも後方励起光を伝送路ファイバに供給して、該伝送路ファイバを伝搬してラマン増幅された信号光の出力パワーを測定する測定部と、
該測定部において測定された信号光出力パワーが、双方向励起された伝送路ファイバに関して予め設定した信号光出力パワーの目標値に到達した時点で、伝送路ファイバを伝搬した信号光の光信号対雑音比を求める演算部と、
該演算部で求められた光信号対雑音比が所定値未満の場合に、信号光出力パワーが前記目標値で略一定となるように後方励起光のパワーを調整しながら前方励起光のパワーを増加させ、伝送路ファイバを伝搬した信号光の光信号対雑音比が所定値に到達した時点での前方励起光パワーおよび後方励起光パワーを判断し、該判断結果に従って、システム運用時に伝送路ファイバに供給する前方励起光および後方励起光の各パワーを制御する制御部と、を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
本発明による光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。 図１の光伝送システムの動作を説明するフローチャートである。 図１の光伝送システムにおけるＣ−バンドを中心とした帯域拡張例を示す特性図である。 図１の光伝送システムにおけるＬ−バンドを中心とした帯域拡張例を示す特性図である。 本発明による光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの他の実施形態の要部構成を示すブロック図である。 図５の光伝送システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に関連した光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。 図７の光伝送システム全体の構成を示す図である。 図７の光伝送システムにおける立ち上げ時の制御動作を説明するフローチャートである。 図７の光伝送システムにおける立ち上げ時の一連の処理の流れを横軸に時間、縦軸に信号光出力パワーをとって示した図である。 図７の光伝送システムにおける一中継区間の信号光のレベルダイヤを例示した図である。 本発明に関連した光ファイバ増幅器の制御方法を適用した光伝送システムの他の実施形態についての立ち上げ時の制御動作を説明するフローチャートである。 図７の光伝送システムに関連して、ラマン増幅用の励起光を複数波長で構成した応用例を示すブロック図である。 図７の光伝送システムに関連して、対向回線の監視制御信号を利用して制御信号を伝達するようにした応用例を示すブロック図である。 従来の信号光帯域を拡張するための技術を説明する図である。 ラマン増幅器を適用してＯＳＮＲの改善を図った従来のシステムにおけるレベルダイヤの一例を示す図である。 双方向励起型ラマン増幅器を利用してＯＳＮＲの改善を図った従来のシステムについて、伝送路ファイバ上のランプロスによる影響を説明するための図である。
符号の説明
１…送信端局
２…受信端局
３…伝送路ファイバ
４…中継器
１０…光増幅中継部
１１…増幅用ファイバ
１２Ａ，１２Ｂ…励起光源
１３Ａ，１３Ｂ…増設励起光源
１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ…合波器
１６…可変利得等化器
１７…光カプラ
１８…モニタ
１９…制御回路
２０…ラマン増幅器
２１…ラマン増幅用励起光源
２２…増設ラマン増幅用励起光源
２３，２４…合波器
３０…双方向励起型ラマン増幅部
３１Ａ，３１Ｂ…ラマン増幅用励起光源
３２Ａ，３２Ｂ…合波器
３３…光カプラ
３４…モニタ
３５…演算回路
３６…制御回路

Claims (3)

  1. 希土類添加光ファイバに励起光を供給し、該希土類添加光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光ファイバ増幅器の制御方法であって、
    前記希土類添加光ファイバで増幅可能な所定の信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張することが要求される工程と、
    前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワーを調整すると共に、該励起光のパワー調整によって発生する利得波長特性の変化に応じて、前記希土類添加光ファイバを伝搬して増幅された信号光に生じる出力パワーの波長偏差を等化する可変利得等化器の透過波長特性を可変制御することにより、前記希土類添加光ファイバおよび前記可変利得等化器を含む前記光ファイバ増幅器で増幅可能な信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張する工程と、
    を有することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
  2. 請求項１に記載の光ファイバ増幅器の制御方法であって、
    前記希土類添加光ファイバの信号光入力側に接続される伝送路ファイバに励起光を供給することにより、当該伝送路ファイバを伝搬する信号光をラマン増幅する工程と、
    前記希土類添加光ファイバで増幅可能な所定の信号光帯域の幅の拡張に対応させて、該拡張した帯域を増幅し得るような波長の励起光を追加するか、または、該波長の励起光が前記伝送路ファイバに既に供給されているときには当該パワーを増加させる工程と、
    を有することを特徴とする光ファイバ増幅器の制御方法。
  3. 希土類添加光ファイバに励起光を供給し、該希土類添加光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光ファイバ増幅器を備えて構成された光伝送システムであって、
    前記希土類添加光ファイバを伝搬して増幅された信号光に生じる出力パワーの波長偏差を等化する可変利得等化器と、
    前記希土類添加光ファイバで増幅可能な所定の信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張することの要求に基づいて、前記希土類添加光ファイバに供給される励起光のパワーを調整すると共に、該励起光のパワー調整によって発生する利得波長特性の変化に応じて前記可変利得等化器の透過波長特性を可変制御することにより、前記希土類添加光ファイバおよび前記可変利得等化器を含む前記光ファイバ増幅器で増幅可能な所定の信号光帯域の幅を短波長側または長波長側に拡張する制御回路と、を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
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