JP4299727B2

JP4299727B2 - 光増幅器安定化装置

Info

Publication number: JP4299727B2
Application number: JP2004150109A
Authority: JP
Inventors: 喬小谷川; 俊哉松田; 明那賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: JP2005332986A

Description

本発明は、光ファイバ伝送システムにおいて、光増幅を安定して行うための光増幅器安定化装置に関する。

光ファイバ伝送システムにおける光増幅方法として、主に、ＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）またはラマン増幅等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。光増幅器により増幅された光信号のパワーが大きい場合、ファイバ中での非線形効果の一つである誘導ブリルアン散乱と呼ばれる現象が生じ、信号光の大部分が後方へ散乱されることがある。ブリルアン散乱による後方散乱光が光増幅器に入射されたとき、光増幅器の利得により再び増幅され、光増幅器の入力端で再びブリルアン散乱を生じる。この繰り返しにより、光増幅器は不安定な動作を引き起こす可能性がある。光増幅器としてラマン増幅を用いる場合には、ラマン増幅媒体であるファイバ長が長いため、光増幅器は比較的容易に不安定化してしまう。

そこで、ブリルアン散乱を抑制するため、位相変調を用いることが有効であり、位相変調周波数を大きくすることによって、ブリルアン散乱の抑制効果を高くすることができる（例えば、非特許文献１参照）。
特開２００１−０１５８４５号公報 Takashi Kotanigawa et al,"Unstable Raman amplification due to Brilloin scattering and its suppression for 40Gb/s WDM transmission",OFC2004 WB2 paper, Feb. 2004 Los Angels USA.

しかしながら、ブリルアン散乱を抑制するため、位相変調器を光送信部または中継器
内に配置したとしても、様々な条件変化によりブリルアン散乱発生条件が変化した場合には、固定的な（静的な）位相変調印加だけでは、ブリルアン散乱の抑制効果が充分でないという問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ブリルアン散乱に起因する光増幅器の不安定な動作を、伝送路条件や光パスの変更など、様々な要因によるブリルアン散乱の発生条件の変化においても、動的に抑制することのできる光増幅器安定化装置を提供することにある。

本発明では、前記目的を達成するために、ブリルアン散乱による後方散乱光のＰＤ（Photo Detector）などによるモニタ結果に基づいて、位相変調器における位相変調周波数、光増幅器の出力、信号変調形式変換器などを制御する。

ところで、高出力な光増幅器中でブリルアン散乱が生じた場合、ラウンドトリップ利得とブリルアン後方散乱により、光増幅器媒体であるファイバは共振器としての作用が引き起こされる。これにより、光増幅器出力端から出力される出力スペクトルには、入力に対して約１０ＧＨｚ低周波側にずれたストークス光を含んでいたり、出力光パワーの上限に制限が生じたり、不安定なスペクトルとなることがある。また、このとき、光増幅器の入力端に戻る後方散乱光にも、入力に対して約１０ＧＨｚ低周波側にずれたストークス光が生じる。図８は集中ラマン増幅器の出力端（上図）および入力端（下図）において測定された出力スペクトルおよび後方散乱光スペクトルを示している。

このようなブリルアン散乱による光増幅器の不安定性を抑圧するには、光増幅器に入力される信号スペクトルのピーク値を小さくすることが必要である。信号スペクトルのピーク値を小さく抑える方法として、光増幅器の利得（または出力）を下げる、位相変調の追加または位相変調周波数の増加、信号変調方式をＮＲＺ（Non Return to Zero）変調からＣＳ−ＲＺ（Carrier Suppressed Return to Zero）などに変える方法が考えられる。図９はこれらの方法を用いたときのスペクトルのピーク値の変化を示したもので、（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図のいずれもピーク値が下がっていることを示している。

以上を鑑み、光増幅器の出力端からの出力光が、それに接続された光伝送媒体中で発生したブリルアン散乱を検出し、それを抑制するために、請求項１の発明では、光増幅手段の出力端において後方散乱光をモニタする手段と、そのモニタ値に基づいて、信号変調形式変換手段の動作と、光増幅手段の出力パワー、光増幅手段の利得、光増幅手段の入力端に配置した位相変調手段の変調周波数のうちの少なくとも１つを制御する手段とを具備した。

一方、光増幅手段の内部において発生したブリルアン散乱を検出し、それを抑制するために、請求項２の発明では、光増幅手段の出力端または入力端または出力端及び入力端の両方において光信号出力をモニタする手段と、そのモニタ値に基づいて、信号変調形式変換手段の動作と、光増幅手段の出力パワー、光増幅手段の利得、光増幅手段の入力端に配置した位相変調手段の変調周波数のうちの少なくとも１つを制御する手段とを具備した。

請求項３の発明では、ブリルアン散乱により発生する、入力信号よりも約１０ＧＨｚ低周波であるストークス光をモニタする。

ストークス光は、図８に示すように時間的に不安定であることから、請求項４の発明では、一定時間、累積電力をモニタし、これを直接制御用の信号として用いて、光増幅手段の出力パワー、光増幅手段の利得、光増幅手段の入力端に配置した位相変調手段の変調周波数、信号変調形式変換手段の動作のうちの少なくとも１つを制御する。

本発明によれば、光増幅器内部もしくは光増幅器の出力後に、ブリルアン散乱により生じた後方散乱光または出力光をモニタし、そのモニタ値に基づいて、光増幅器の出力パワーもしくは利得、光増幅器の入力端に配置した位相変調器の変調周波数もしくは信号変調形式変調器の動作を制御することにより、信号光のスペクトルのピーク値を下げ、ブリルアン散乱を抑制し、光増幅器を安定化させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。各図面において同一のものを示す場合は、同一の符号をもって示す。

図１は、請求項１に記載の光増幅器安定化装置の実施形態を示す図であって、ＥＤＦＡ、集中ラマン増幅器などよりなる光増幅器１と、位相変調器２と、信号変調形式変換器３と、ＰＤ４、とＣＰＵ（Central Processing Unit）５と、サーキュレータ６と、光ファイバ７とから構成されている。なお、光増幅器１は集中型光増幅器とよばれることもある。

この光増幅器安定化装置は、光増幅器１からの出力光が、その出力端に接続された光ファイバ７中においてブリルアン散乱を起こすのを抑制する。図１に示すように、光増幅器１の出力端にサーキュレータ６を配置し、その出力端に接続された光ファイバ７からの後方散乱光を分離する。後方散乱光の検出にはＰＤ４などを用い、ＰＤ４が設定した閾値よりも大きい場合は、モニタした後方散乱光パワーに基づいて、ＣＰＵ５は位相変調器２、信号変調形式変換器３または光増幅器１を制御する。この際、位相変調周波数の増加、ＮＲＺからＣＳ−ＲＺやＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）などへの信号変調形式変換、光増幅利得（出力）の低下などにより、後方散乱光のパワーが充分に小さくなれば、制御を止める。図２および図３は、位相変調周波数を変化させたときの、後方散乱光の入力信号光に対する相対パワーの変化を表している。図２及び図３ではともに、位相変調周波数が増加すると、後方散乱光の相対パワーは小さくなっている。図４は、光増幅器１の利得を変化させたときの後方散乱光のパワーの変化を表しており、高利得にしようとすると、スペクトルが不安定化していることを示している。

図５の（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図はそれぞれ、請求項２に記載の光増幅器安定化装置の実施形態を示す図である。（ａ）図では光増幅器１の入力端にサーキュレータ６、ＰＤ４およびＣＰＵ５が設置され、（ｂ）図では光増幅器１の出力端にＰＤ４およびＣＰＵ５が設置され、（ｃ）図では光増幅器１の入力端および出力端の両方に、ＰＤ４ａ、ＰＤ４ｂが設置され、それぞれがＣＰＵ５に接続されている。これらの光増幅器安定化装置は、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱を抑制するためのものである。

（ａ）図の光増幅器安定化装置は、光増幅器１の内部で生じた後方散乱光をサーキュレータ６により取り出し、それをＰＤ４によりモニタし、そのモニタ値に基づいて、ＣＰＵ５が信号変調形式変換器３、位相変調器２および光増幅器１を制御する。こうすることで、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱の後方散乱光のパワーを充分に小さくすることができる。

（ｂ）図の光増幅器安定化装置は、光増幅器１の内部で生じたブリルアン散乱光が、光増幅器１中で増幅されながら多重に後方散乱され、出力される光をＰＤ４がモニタし、そのモニタ値に基づいて、ＣＰＵ５が信号変調形式変換器３、位相変調器２および光増幅器１を制御する。こうすることで、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱の出力光のパワーを充分に小さくすることができる。

（ｃ）図の光増幅器安定化装置は、光増幅器１の出力光をＰＤ４ｂにより、また、後方散乱光をＰＤ４ａによりモニタし、それらのモニタ値に基づいて、ＣＰＵ５が信号変調形式変換器３、位相変調器２および光増幅器１を制御する。こうすることで、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱の出力光および後方散乱光のパワーを充分に小さくすることができる。

後方散乱光のモニタの際は、光増幅器１の入力端にサーキュレータ６を配置し、後方散乱光を取り出す。出力光のモニタの際は、光増幅器１の出力端に１０対１カプラなどを用いて、出力信号を取り出す。ここで出力される光は、入力信号光に対して、約１０ＧＨｚ低周波光の１次ストークス光だけでなく、入力信号光と１次ストークス光との４光波混合、または、１次ストークス光が生じさせた２次ストークス光などが含まれている可能性があり、信号光の周波数から約１０ＧＨｚ間隔の複数のピークを持つスペクトルを得ることがある（図８参照）。

図６は、請求項３に記載の光増幅器安定化装置の実施形態を示す図である。この光増幅器安定化装置は、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱を抑圧するためのものである。ただし、ブリルアン散乱光により生じるストークス光は、入力スペクトルから約１０ＧＨｚ低周波光であるので、このストークス光のみをＯＢＰＦ（Optical Band Pass Filter）８などを用いて分離し、ＰＤ４によりモニタする。これにより、高精度にブリルアンストークス光を検出し、ストークス光のスペクトルのみで、よりよい観測を行うことができるという利点がある。

図７は、請求項４に記載の光増幅器安定化装置の実施形態を示す図である。この光増幅器安定化装置は、光増幅器１の内部で生じるブリルアン散乱を抑圧するためのものである。ただし、ブリルアン散乱光により生じる、入力スペクトルから約１０ＧＨｚ低周波のストークス光をＯＢＰＦ８により分離し、一定時間、累積した電力をＰＤ４によりモニタする。そして、モニタされた電力を、ＣＰＵを介さず、直接、制御先である位相変調器２、信号変調形式変換器３、光増幅器１などに送る。位相変調周波数を制御する場合には、位相変調器２に入力されるファンクションジェネレータ９の出力周波数をＰＤ４の出力値により制御し、また、ＰＤ４の出力値により、信号変調形式変換器３のドライバアンプのＯｎ／Ｏｆｆ制御を行う。

なお、この光増幅器安定化装置は、前記したものに限らず、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変形が可能である。

請求項１の発明に係る実施形態を示す図である。位相変調周波数を制御した場合の後方散乱光のパワーを示す図である。信号変調形式変換機を制御した場合の後方散乱光のパワーを示す図である。光増幅器の利得を制御した場合の後方散乱光のパワーを示す図である。請求項２の発明に係る実施形態を示す図である。請求項３の発明に係る実施形態を示す図である。請求項４の発明に係る実施形態を示す図である。集中ラマン増幅器における出力端における出力光および入力端における後方散乱光のスペクトルを示す図である。（ａ）位相変調追加または位相変調周波数増加、（ｂ）変調形式変更、（ｃ）光増幅器利得低下によるスペクトルピーク値の変動を示す図である。

符号の説明

１光増幅器
２位相変調器
３信号変調形式変換器
４ＰＤ
５ＣＰＵ
６サーキュレータ
７光ファイバ

Claims

光増幅手段と、位相変調手段と、信号変調形式変換手段と、光増幅手段の出力端に接続された光伝送手段とを少なくとも備え、光ファイバ伝送システムの中継器において、固定的な位相変調印加で光増幅器の安定化を行う光増幅器安定化装置であって、
前記光伝送手段による後方散乱光をモニタする手段と、
モニタ値に基づいて、
前記光増幅手段の出力パワー、前記光増幅手段の利得、前記光増幅手段の入力端に配置した前記位相変調手段の変調周波数のうち少なくとも１つと、前記光増幅手段の入力端に配置した前記信号変調形式変換手段の動作と
を制御する手段とを備えたことを特徴とする光増幅器安定化装置。
光増幅手段と、位相変調手段と、信号変調形式変換手段とを少なくとも備え、光ファイバ伝送システムの中継器において、固定的な位相変調印加で光増幅器の安定化を行う光増幅器安定化装置であって、
前記光増幅手段の出力端における光信号出力をモニタする手段を備える場合、または、前記光増幅手段の入力端における後方散乱光をモニタする手段を備える場合、または、前記光増幅手段の出力端における光信号出力をモニタする手段、および、前記光増幅手段の入力端における後方散乱光をモニタする手段を備える場合において、
モニタ値に基づいて、
前記光増幅手段の出力パワー、前記光増幅手段の利得、前記光増幅手段の入力端に配置した前記位相変調手段の変調周波数のうち少なくとも１つと、前記光増幅手段の入力端に配置した前記信号変調形式変換手段の動作と
を制御する手段とを備えたことを特徴とする光増幅器安定化装置。
信号光波長の光周波数ｆ（ＧＨｚ）に対して、光周波数が（ｆ−１０）（ＧＨｚ）におけるパワースペクトルをモニタすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅器安定化装置。
光周波数（ｆ−１０）（ＧＨｚ）における一定時間、累積した電力をモニタし、その光電力を制御信号とすることを特徴とする請求項３に記載の光増幅器安定化装置。