JP4330894B2 - ラマン増幅用励起光源 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ中を伝播されている信号光をラマン増幅するラマン増幅用励起光源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、高速・長距離大容量伝送の実現が要求されており、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)光通信が用いられている。
一般に、相互に波長が異なる複数の信号光が送信器内の発光素子から送信され、1本の光ファイバ(伝送路)を伝搬した後、受信器内の受光素子により受信される。
受信器においては、信号処理を行うために必要十分な信号光パワーと、光信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)が要求される。ここで、光ファイバの伝搬損失により信号光は伝送路内で距離に対して指数関数的に減衰し、その減少した信号光パワーを増加させるため、長距離伝送においては光増幅器が必要となる。ただし、光増幅器は信号光を増幅する際、雑音となる自然放出光(ASE:Amplified Spontaneous Emission)を発生したり、自然放出光を増幅したりするため、光増幅器における低雑音化が重要な課題になる。
【0003】
現在、WDM光通信の光増幅器として、エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:Erbium−Doped Fiber Amplifier)が広く用いられているが、近年、ラマン増幅器が広帯域・低雑音技術として注目されている。EDFAは希土類イオンであるエルビウムのエネルギー準位により増幅波長帯が制限されるのに対し、ラマン増幅器は光と光学フォノン(格子振動)との相互作用である非線形効果により増幅波長帯が決定されるため、励起光の波長を選択することにより任意の波長帯を増幅できるという特長がある。このため、ラマン増幅器では、励起光を複数波長で広帯域に配置することにより増幅波長帯を広帯域化できるという利点がある。
【0004】
また、EDFAは、エルビウムが添加された光ファイバが利得媒体であり、送信器の後段、伝送路の途中、あるいは、受信器の前段に設置される。EDFAのファイバ長は短尺で十分な利得が得られるため信号光の減衰が少なく、信号光の出力パワーが入力パワーより大きくなる集中定数型増幅器として用いられる。一方、ラマン増幅器は、石英系ガラスから成る光ファイバが利得媒体となるため、伝送路自体が光増幅器に利用される。ラマン増幅器のファイバ長は長尺で必要な利得が得られるため信号光の減衰が多く、信号光の出力パワーが入力パワーより小さい、あるいは、同程度となる分布定数型増幅器として用いられる。一般に、光ファイバ内で受信器から遠くに発生したASEは光ファイバの伝搬損失により減衰されるため、分布定数型増幅器としたラマン増幅器、即ち、分布ラマン増幅器では、低雑音化が実現するという利点がある。
【0005】
分布ラマン増幅器の励起方法としては、励起光と信号光が同方向に伝搬する構成の前方励起、逆方向に伝搬する構成の後方励起、および、励起光が両方向から伝搬する構成の双方向励起がある。後方励起は、励起光と信号光の伝搬方向が異なるため、励起光パワーの変動による利得変動が少なく、また、励起光の光源が有する雑音成分の信号光への遷移が少ないなどの理由から主に使用されている。
しかし、後方励起の場合、受信器における雑音特性が劣化する。これは、光ファイバの伝搬損失により励起光が伝送路内で距離に対して指数関数的に減衰されるが、伝送路の受信器側から励起光を入力すると、伝送路の受信器側で励起光パワーが大きいことによりASEが多く発生するためである。
【0006】
下記の特許文献1には、後方励起の分布ラマン増幅器において光SNRを改善する方法が開示されている。
このラマン増幅器(ラマン増幅用励起光源)は、1次励起光源と2次励起光源を備え、その1次励起光源と2次励起光源は、WDMカプラなどの一般的な合分波器を用いて伝送路に連結される。
伝送路内に信号光と、1次励起光と、2次励起光とが伝搬されるため、伝送路内で1次励起光が信号光を増幅する一方、2次励起光が1次励起光を増幅する。
この利点は、1次励起光は伝送路内で信号光に対して逆方向に伝搬し、2次励起光により伝送路内で1次励起光パワーが増大して、信号光が受ける利得の高い位置が伝送路の受信器側から遠くになることにより、1次励起光のみで構成した従来の分布ラマン増幅器に比べて光SNRが改善される点である。
さらに、後方励起とした1次励起光の入力パワーが小さい程、1次励起光パワーが最大となる位置が伝送路の受信器側からさらに遠くになるため、光SNRが向上する傾向がある。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,163,636号(第3頁から第5頁、図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のラマン増幅用励起光源は以上のように構成されているので、伝送路内での励起光パワーの分布形状を一様に調整することが難しく、光SNRを顕著に改善することができない課題があった。
即ち、ラマン増幅用励起光源におけるASEの発生や増幅を最小限に抑えるためには、伝送路内での励起光パワーの分布を一様で小さくすることにより、信号光が光ファイバの伝搬損失で減衰する分を伝送路内の各位置で補償し、信号光をロスレスに増幅することが望ましいが、伝送路内での励起光パワーの一様な分布形状の形成は困難である。つまり、従来のラマン増幅用励起光源では、信号光に対して逆方向に伝搬する1次励起光を伝送路内で2次励起光が増幅することにより、1次励起光パワーが伝送路の受信器側から遠くで大きな分布形状を有しており、1次励起光を入力した受信器側においては1次励起光パワーが小さい。そして、1次励起光及び2次励起光の波長は任意に固定されているため、1次励起光に対するラマン利得は2次励起光パワーにより変化し、伝送路内での1次励起光パワーの分布を容易に調整することができない。
【0009】
また、1次励起光の入力パワーを小さくすると信号光パワーが減少するため、2次励起光の入力パワーを大きくする必要がある。ラマン利得は、励起光に対してストークス周波数である13.2THz程度低い周波数に最大の利得を与えるが、24THz程度低い周波数においても小さな利得のピークが存在する。ASE雑音はラマン利得に比例して発生するため、2次励起光が直接信号光に対して雑音を発生し、光SNRの改善効果が低下する課題があった。
【0010】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光SNRの改善効果を高めることができるラマン増幅用励起光源を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るラマン増幅用励起光源は、光ファイバ中を伝播されている信号光に対する雑音光のパワー比を検出し、そのパワー比が設定比と一致するように、2次励起光発光手段から光ファイバに導入される2次励起光の波長を調整するようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるラマン増幅用励起光源を示す構成図であり、図において、光ファイバ1は図示せぬ送信器から送信されたWDMの信号光を受信器2に伝播する伝送路であり、光ファイバ1は石英により構成されている。1次励起光源11は光ファイバ1中を伝播されている波長λS(=1526〜1550nm)の信号光をラマン増幅する波長λP1(=1440nm)の1次励起光を発光し、2次励起光源12は1次励起光源11から発光された1次励起光をラマン増幅する波長λP2の2次励起光を発光する。ただし、2次励起光源12は波長λP2を1340〜1395nmの範囲で可変する。なお、1次励起光源11及び2次励起光源12としては、半導体レーザ(LD:Laser Diode)、ファイバレーザや一般的な固体レーザの他、あらゆるレーザ光源を用いることができる。
ここで、1次励起光の波長はWDMの信号光の波長に対して95%以上のラマン利得係数を与え、2次励起光の波長は1次励起光の波長に対して40%以上のラマン利得係数を与えることが可能であるため、伝送路内で2次励起光が1次励起光を増幅し、1次励起光が信号光を増幅することになる。
【0013】
合分波器13,14は1次励起光と2次励起光を光ファイバ1における信号光の伝播方向と逆方向に導入するために光ファイバ1に連結されており、合分波器13,14は例えばWDMカプラなどから構成されている。
なお、1次励起光源11及び合分波器13,14から1次励起光発光手段が構成され、2次励起光源12及び合分波器13,14から2次励起光発光手段が構成されている。
信号光パワーモニタ装置15は光ファイバ1中を伝播されているWDMにおける波長λSの信号光のパワーを検出し、光SNRモニタ装置16は波長λSの信号光に対する雑音光のパワー比である光SNRを検出する。なお、信号光パワーモニタ装置15はパワー検出手段を構成し、光SNRモニタ装置16はパワー比検出手段を構成している。
【0014】
2次励起光パワー制御回路17は信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーと設定パワー(受信器2が必要とする信号光のパワー)を比較し、その信号光のパワーが設定パワーより小さい場合、その信号光のパワーが設定パワーと一致するように2次励起光パワー可変部18を制御して2次励起光の入力パワーを変化させる。2次励起光パワー可変部18は2次励起光パワー制御回路17の指示の下、2次励起光の入力パワーを制御する。即ち、2次励起光パワー可変部18は2次励起光源12の注入パワーを増加する方法の他、2次励起光のパワーを増幅する方法など、あらゆる方法を用いることができる。例えば、2次励起光源12はLDを波長可変させて用い、WDMの信号光の波長λSは1526−1550nm、2次励起光の波長は1340−1395nmの波長範囲で可変である。なお、2次励起光パワー制御回路17及び2次励起光パワー可変部18から2次励起光パワー調整手段が構成されている。
【0015】
2次励起光波長制御回路19は光SNRモニタ装置16により検出された光SNRと設定比(受信器2が必要とする光SNR)を比較し、その光SNRが設定比より小さい場合、その光SNRが設定比と一致するように、2次励起光波長可変部20を制御して2次励起光の波長を離調させる。2次励起光波長可変部20は2次励起光波長制御回路19の指示の下、2次励起光の波長を調整する。例えば、2次励起光波長可変部20は回折格子などの波長選択素子を用いて2次励起光源12の発振波長を選択するようにする。あるいは、非線形光学結晶などの波長変換素子を用いて2次励起光の波長を変換するようにする。あるいは、2次励起光源12が複数のレーザ光源で構成されている場合、光スイッチを用いて複数の波長を切り替えるようにする。なお、2次励起光波長制御回路19及び2次励起光波長可変部20から2次励起光波長調整手段が構成されている。
【0016】
1次励起光パワー制御回路21は信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーと設定パワー(受信器2が必要とする信号光のパワー)を比較し、その信号光のパワーが設定パワーより小さい場合、その信号光のパワーが設定パワーと一致するように1次励起光パワー可変部22を制御して1次励起光の入力パワーを変化させる。また、1次励起光パワー制御回路21は光SNRモニタ装置16により検出された光SNRと設定比(受信器2が必要とする光SNR)を比較し、その光SNRが設定比より小さい場合、その光SNRが設定比と一致するように1次励起光パワー可変部22を制御して1次励起光の入力パワーを変化させる。1次励起光パワー可変部22は1次励起光パワー制御回路21の指示の下、1次励起光の入力パワーを制御する。即ち、1次励起光パワー可変部22は1次励起光源11の注入パワーを増加する方法の他、1次励起光のパワーを増幅する方法など、あらゆる方法を用いることができる。1次励起光源11はLDを波長一定にして用いる。なお、1次励起光パワー制御回路21及び1次励起光パワー可変部22から1次励起光パワー調整手段が構成されている。
【0017】
ここで、図8は2次励起光が1次励起光に与えるラマン利得スペクトルを示す説明図である。
一般に、2次励起光の波長λP2は1次励起光の波長λP1に対して13.2THz程度のストークス周波数離れた波長に固定されている。ここで、波長λP2の2次励起光によるラマン利得スペクトルgRは1次励起光の波長λP1に対して最大のラマン利得係数を示し、1次励起光に最大の利得を与える。
一方、2次励起光の波長を短波長側の波長λP2S、あるいは、長波長側の波長λP2Lに離調させると、2次励起光と1次励起光の周波数差は変化する。
【0018】
ここで、波長λP2S、λP2Lの2次励起光によるラマン利得スペクトルgRS、gRLは1次励起光の波長λP1に対してラマン利得係数が小さくなり、1次励起光に与える利得は小さい。このため、2次励起光の波長を短波長側あるいは長波長側に離調することにより、伝送路内で2次励起光が1次励起光を増幅をするためには長距離が必要であり、1次励起光パワーの最大となる位置は伝送路の受信器側からさらに遠くとなる。したがって、2次励起光の波長を調整可能とすることにより、伝送路内での1次励起光パワーの分布を調整し、光SNRの改善が可能となる。
また、2次励起光の波長を短波長側に離調することにより、2次励起光と信号光の周波数差が大きくなるため、波長λP2Sの2次励起光によるラマン利得スペクトルgRSは信号光の波長λSに対してラマン利得係数が十分小さくなり、2次励起光によるASEの発生は減少し、さらなる光SNRの改善効果が得られる。
【0019】
さらに、2次励起光の波長を離調することにより、2次励起光の波長(λP2SあるいはλP2L)に対して13.2THz程度のストークス周波数離れた1次励起光の波長は波長λP1からシフトし、複数の1次励起光の各波長に対するラマン利得係数が変化する。このため、WDMの信号光に与える利得の波長分布が変化し、信号光パワーの波長分布を調整して信号光の利得平坦化が可能となる。
ここで、2次励起光の波長を調整可能とする手段は、あらゆる方法を用いることができ、例えば、複数の波長の異なる2次励起光のパワー比率を可変することにより、2次励起光の重心の波長を可変とすることで実現される。
また、伝送路を伝搬した信号光および雑音光による光SNRを検出し、2次励起光の波長を調整可能とする手段を制御して2次励起光の波長を調整することにより、2次励起光の波長を最適化して光SNRの改善が可能となる。
【0020】
次に動作について説明する。
まず、1次励起光源11が波長λP1(=1440nm)の1次励起光を発光し、2次励起光源12が波長λP2の2次励起光を発光すると(波長λP2の可変範囲は1340〜1395nm)、その1次励起光によって信号光をラマン増幅し、その2次励起光によって1次励起光をラマン増幅するため、合分波器13,14が1次励起光と2次励起光を光ファイバ1における信号光の伝播方向と逆方向に導入する。
【0021】
2次励起光パワー制御回路17は、信号光パワーモニタ装置15が光ファイバ1中を伝播されているWDMにおける波長λSの信号光のパワーを検出すると、その信号光のパワーと設定パワー(受信器2が必要とする信号光のパワー)を比較し、その信号光のパワーが設定パワーより小さい場合、その信号光のパワーが設定パワーと一致するように2次励起光パワー可変部18を制御して2次励起光の入力パワーを変化させる。これにより、2次励起光の入力パワーの最適化が図られる。
2次励起光波長制御回路19は、光SNRモニタ装置16が波長λSの信号光に対する雑音光のパワー比である光SNRを検出すると、その光SNRと設定比(受信器2が必要とする光SNR)を比較し、その光SNRが設定比より小さい場合、その光SNRが設定比と一致するように、2次励起光波長可変部20を制御して2次励起光の波長を離調させる。これにより、2次励起光の波長の最適化が図られる。
【0022】
また、1次励起光パワー制御回路21は、信号光パワーモニタ装置15が波長λSの信号光のパワーを検出すると、その信号光のパワーと設定パワー(受信器2が必要とする信号光のパワー)を比較し、その信号光のパワーが設定パワーより小さい場合、その信号光のパワーが設定パワーと一致するように1次励起光パワー可変部22を制御して1次励起光の入力パワーを変化させる。また、光SNRモニタ装置16が光SNRを検出すると、その光SNRと設定比(受信器2が必要とする光SNR)を比較し、その光SNRが設定比より小さい場合、その光SNRが設定比と一致するように1次励起光パワー可変部22を制御して1次励起光の入力パワーを変化させる。これにより、1励起光の入力パワーの最適化が図られる。
【0023】
ここで、図2は信号光の伝送路内におけるパワー分布を示し、図3は雑音となるASEの伝送路内におけるパワー分布を示し、図4は1次励起光の伝送路内におけるパワー分布を示している。また、図5は2次励起光の伝送路内におけるパワー分布を示している。
図2から図5の例では、伝送路の長さが80km、1次励起光の入力パワーが1mWであるとき、受信器2が必要とする信号光のパワーとして0dBmが得られるように2次励起光の入力パワーを調整している。
【0024】
2次励起光の波長が1355nmの場合は、1次励起光に対して最大のラマン利得係数を与えるが、2次励起光の波長が1382nmの場合は、ラマン利得係数が最大の60%に減少し、2次励起光の波長が1338nmの場合は、ラマン利得係数が最大の40%に減少する。
このため、2次励起光の波長1355nmを短波長側の波長(<λP2)に離調し、あるいは、2次励起光の波長1355nmを長波長側の波長(>λP2)に離調することにより、1次励起光のパワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から更に遠くにすることができる。その結果として、受信器2における信号光のパワーが減少することなく、ASEのパワーが減少するため、光SNRを改善することができる。
このように2次励起光の波長を可変させることにより、光ファイバ1内での1次励起光のパワーの分布を調整して、光SNRを改善することが可能となる。
【0025】
図6は2次励起光の波長と信号光の光SNRとの関係を示している。ここで、信号光のパワーは受信器2が必要とする0dBmで一定としている。
受信器2が必要とする光SNRを30dB以上とする場合において、1次励起光との周波数差が13THzのストークス周波数である2次励起光の波長が1355nm(λP2)である場合、受信したASEパワーが−29.5dBm、光SNRが29.5dBとなり、光SNRの必要条件を満たしていない。一方、短波長側に離調させた2次励起光の波長が1338nm(<λP2)の場合、あるいは、長波長側に離調させた2次励起光の波長が1382nm(>λP2)の場合、光SNRの必要条件を満たすことが可能となる。
【0026】
また、上記のように2次励起光の入力パワーを可変させることにより、光ファイバ1内の1次励起光のパワーの分布を調整し、信号光のパワーを改善することが可能となる。
2次励起光の波長を離調させると、2次励起光の1次励起光に対するラマン利得係数が小さくなるため、光ファイバ1内の1次励起光のパワーと一緒に受信器2における信号光のパワーが減少する。このため、2次励起光の入力パワーが増加することにより、1次励起光が得られる利得が大きくなり、光ファイバ1内の1次励起光のパワーが増加し、信号光のパワーを改善することができる。
【0027】
即ち、2次励起光パワー制御回路17は、信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーが受信器2に必要な信号光のパワー、あるいは、設定値に至るまで2次励起光の入力パワーを増加するように制御して、光SNRを改善するために2次励起光の入力パワーを最適化することができる。
一方、2次励起光波長制御回路19は、光SNRモニタ装置16により検出された光SNRが受信器2に必要な光SNR、あるいは、設定値に至るまで2次励起光の波長を離調するように制御して、光SNRを改善するために2次励起光の波長を最適化することができる。
【0028】
例えば、2次励起光の波長が1355nmの場合、光SNRモニタ装置16により検出された光SNRは受信器2に必要な光SNRを満たしていないため、2次励起光波長制御回路19により、2次励起光の波長が−1nm分だけ短波長側に離調されて2次励起光の波長が1354nmに制御される。ここで、2次励起光波長制御回路19による制御は受信器2における光SNRが30dB以上に至るまでに設定されている。
これにより、信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーは、受信器2に必要な信号光のパワーを満たしていないため、2次励起光パワー制御回路17により、2次励起光の入力パワーが増加されて信号光パワーが0dBmに至るまで2次励起光源12が制御される。ここで、2次励起光パワー制御回路17による制御は受信器2における信号光のパワーが受信器2に必要な信号光のパワーの0dBm以上に至るまでに設定されている。
【0029】
2次励起光の波長が1354nmにおいて、受信器2における信号光のパワーが0dBmとなった場合、受信器2における光SNRは29.5dBに改善されるが、受信器2が必要とする光SNRを満たしていない。受信器2が必要とする信号光のパワーと光SNRが得られるまで同様の手順をくり返し実行し、2次励起光の波長が1340nmにおいて、信号光のパワーが0dBmとなった場合、受信器2における光SNRが受信器2に必要な光SNRの30dBに改善され、2次励起光の波長及び入力パワーが最適化される。
このように、2次励起光の波長を調整する2次励起光波長制御回路19が設けられていることにより、光ファイバ1内での1次励起光のパワーの分布を調整して、光SNRを改善することができる効果を奏する。
また、2次励起光の入力パワーを調整する2次励起光パワー制御回路17が設けられていることにより、2次励起光の入力パワーを最適化して光SNRを改善することができる効果を奏する。
【0030】
一方、2次励起光の波長が長波長側の1395nmの場合、光SNRが劣化している。これは、2次励起光と信号光の周波数差が20THzであり、入力パワーの大きい2次励起光が直接信号光を増幅することにより、伝送路の受信器2側でASEが多く発生するためである。
2次励起光の波長を短波長側に離調した場合、2次励起光と信号光の周波数差が大きくなるため、波長λSの信号光に対する波長(<λP2)の2次励起光のラマン利得係数が十分小さくなり、2次励起光によるASEの発生が減少し、光SNRの改善効果が得られる。
【0031】
また、2次励起光の波長を短波長側に離調した場合、ラマン利得スペクトルにおける周波数差が20THz程度までのラマン利得係数の急激な変化により、2次励起光の小さな波長変化により光SNRが改善されるという利点がある。
したがって、2次励起光の波長が短波長(<λP2)に調整されていることにより、光ファイバ1内での1次励起光のパワーの分布を調整して、光SNRを改善するとともに、2次励起光による光SNRの劣化を改善する効果が得られる。
【0032】
さらに、2次励起光の波長を短波長側に離調することにより、2次励起光の入力パワーが十分大きくなり、2次励起光に対して24THz程度低い周波数のWDMの信号光を2次励起光が直接増幅するため、WDMの信号光の増幅帯域が拡大するという利点がある。例えば、2次励起光の波長を1338nmに離調することにより、WDMの信号光の波長は1500〜1550nmに拡大することが可能となる。ここで、2次励起光に対して24THz程度低い周波数の信号光と1次励起光の周波数差は約10THz以下であり、1次励起光の信号光に対するラマン利得係数は十分小さい。このため、2次励起光が直接増幅することにより、WDMの広帯域化が実現可能である。
【0033】
この実施の形態1では、1次励起光の入力パワーを可変させることにより、光ファイバ1内での1次励起光のパワーの分布を調整して、信号光のパワー、あるいは、光SNRを改善することができる。
2次励起光の波長を短波長側あるいは長波長側に離調させると、2次励起光の1次励起光に対するラマン利得係数が小さくなるため、光ファイバ1内の1次励起光のパワーと一緒に受信器2における信号光のパワーが減少する。
このため、1次励起光の入力パワーが増加することにより、信号光が得られる利得が大きくなり、信号光のパワーを改善させることができる。一方、1次励起光の入力パワーが減少することにより、信号光が得られる利得が小さくなる。このため、1次励起光パワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から更に遠くになり、光SNRを改善させることができる。
【0034】
1次励起光パワー制御回路21は、信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーが受信器2に必要な信号光のパワー、あるいは、設定値に至るまで1次励起光の入力パワーを増加するように制御して、光SNRを改善するために1次励起光の入力パワーを最適化することができる。あるいは、光SNRモニタ装置16により検出された光SNRが受信器2に必要な光SNR、あるいは、設定値に至るまで1次励起光の入力パワーを減少するように制御して、光SNRを改善するために1次励起光の入力パワーを最適化することができる。
【0035】
例えば、2次励起光の波長が1339nmにおいて、信号光パワーモニタ装置15により検出された信号光のパワーが受信器2に必要な信号光のパワーを満たしていない場合、1次励起光パワー制御回路21により、1次励起光の入力パワーが増加されて信号光パワーが0dBmに至るまで1次励起光源が制御される。ここで、1次励起光パワー制御回路21による制御は受信器2における信号光パワーが受信器2に必要な信号光パワーの0dBm以上に至るまでに設定されている。
1次励起光の入力パワーが2dBmにおいて、受信器2における信号光のパワーが0dBmとなった場合、受信器2における光SNRは30dBとなり、受信器2が必要とする光SNRを満たすことが可能となる。
【0036】
あるいは、2次励起光の波長が1341nmにおいて、光SNRモニタ装置16により検出された光SNRが受信器2に必要な光SNRを満たしていない場合、1次励起光パワー制御回路21により、1次励起光の入力パワーが−1dBだけ減少されて−1dBに制御される。ここで、1次励起光波長制御回路21による制御は受信器2における光SNRが30dB以上に至るまでに設定されている。
1次励起光の入力パワーが−1dBmにおいて、受信器2における光SNRは30dBとなり、受信器が必要とする光SNRを満たすことが可能となる。
【0037】
このように、1次励起光の入力パワーを調整する1次励起光パワー制御回路21が設けられていることにより、信号光のパワーや光SNRが設定値と一致するように1次励起光の入力パワーを最適化して、光SNRを改善することができる効果を奏する。
【0038】
実施の形態2.
図7はこの発明の実施の形態2によるラマン増幅用励起光源を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
1次励起光源11aは光ファイバ1中を伝播されている波長λS(=1520〜1600nm)の信号光をラマン増幅する波長λP1a(=1440nm)の1次励起光を発光し、1次励起光源11bは波長λSの信号光をラマン増幅する波長λP1b(=1460nm)の1次励起光を発光し、1次励起光源11cは波長λSの信号光をラマン増幅する波長λP1c(=1480nm)の1次励起光を発光する。
2次励起光源12aは1次励起光源11aから発光された1次励起光をラマン増幅する波長λP2a(波長λP2aの可変範囲は1335〜1355nm)の2次励起光を発光し、2次励起光源12bは1次励起光源11bから発光された1次励起光をラマン増幅する波長λP2b(波長λP2bの可変範囲は1360〜1372nm)の2次励起光を発光し、2次励起光源12cは1次励起光源11aから発光された1次励起光をラマン増幅する波長λP2c(波長λP2cの可変範囲は1390〜1410nm)の2次励起光を発光する。
【0039】
2次励起光パワー制御回路17a,17bは2次励起光パワー可変部18a,18bを制御して2次励起光の入力パワーを変化させる。2次励起光パワー可変部18a,18bは2次励起光パワー制御回路17a,17bの指示の下、2次励起光の入力パワーを制御する。2次励起光パワー可変部18cは2次励起光の入力パワーを制御する。
2次励起光波長制御回路19a,19cは2次励起光波長可変部20a,20cを制御して2次励起光の波長を離調させる。2次励起光波長可変部20a,20cは2次励起光波長制御回路19a,19cの指示の下、2次励起光の波長を調整する。2次励起光波長可変部20bは2次励起光の波長を調整する。
【0040】
1次励起光パワー制御回路21a,21bは1次励起光パワー可変部22a,22bを制御して1次励起光の入力パワーを変化させる。1次励起光パワー可変部22a,22bは1次励起光パワー制御回路21a,21bの指示の下、1次励起光の入力パワーを制御する。1次励起光パワー可変部22cは1次励起光の入力パワーを制御する。
合分波器31〜34は複数の1次励起光と2次励起光を光ファイバ1における信号光の伝播方向と逆方向に導入するために光ファイバ1に連結されており、合分波器13,14と同様に、例えばWDMカプラなどから構成されている。
【0041】
次に動作について説明する。
まず、2次励起光の波長λP2a,λP2b,λP2cは、それぞれ1335〜1355nm、1360〜1372nm、1390〜1410nmの範囲で可変であり、光ファイバ1内で複数波長の2次励起光が複数波長の1次励起光を増幅し、複数波長の1次励起光がWDMの信号光を増幅することになる。
1次励起光の波長1440nm、1460nm、1480nmに対してストークス周波数離れた2次励起光の波長は、それぞれ1355nm(λP2a)、1372nm(λP2b)、1390nm(λP2c)である(図8を参照)。
【0042】
ここで、受信器2がWDMの波長λSの信号光を受信したとき、その信号光の光SNRが受信器2の必要とする光SNRを満たしていない場合、例えば、2次励起光の波長を1337nm(<λP2a)、1362nm(<λP2b)、1404nm(>λP2c)に離調することにより、それらの信号光の光SNRが改善され、WDMの信号光で受信器2に必要十分な光SNRが得られている。
これは、3波長の2次励起光の波長をそれぞれ離調して、3波長の1次励起光が得られる利得を小さくすることにより、1次励起光のパワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から更に遠くになるためである。
【0043】
また、任意の波長の2次励起光の入力パワーを調整することにより、2次励起光の波長を調整することができる。これは、相互に波長が異なる複数の2次励起光のパワー比率を可変することにより、2次励起光の重心の波長を可変とすることで実現することができる。
例えば、2次励起光の波長1355nm、1372nm、1390nmの入力パワーが等しい場合、2次励起光の重心の波長は1372nmであり、2次励起光のパワー比率を3:2:1とすると、2次励起光の重心の波長は1367nmとなる。このため、2次励起光の重心の波長を可変して、1次励起光が得られる利得を小さくすることにより、1次励起光のパワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から更に遠くになり、光SNRを改善することができる。
【0044】
さらに、任意の波長の2次励起光と1次励起光の入力パワーを調整することにより、光SNRや信号光パワーを改善することができる。
例えば、波長1337nmの2次励起光の入力パワーが大きい場合、2次励起光の間でラマン増幅が行われ、波長1337nmの2次励起光が波長1362nm及び波長1404nmの2次励起光を増幅し、波長1362nmの2次励起光が波長1404nmの2次励起光を増幅する。このため、波長1362nm及び波長1404nmの2次励起光のパワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から遠くになり、1次励起光のパワーが最大となる位置も伝送路の受信器2側から更に遠くになる。
【0045】
また、波長1440nmの1次励起光の入力パワーが大きい場合、1次励起光の間でラマン増幅が行われ、波長1440nmの1次励起光が波長1460nm及び波長1480nmの1次励起光を増幅し、波長1460nmの1次励起光が波長1480nmの1次励起光を増幅する。このため、波長1460nm及び波長1480nmの1次励起光のパワーが最大となる位置が伝送路の受信器2側から遠くになる。
さらに、任意の波長の2次励起光及び1次励起光の入力パワーを調整することにより、光ファイバ1内での1次励起光のパワーの分布を調整して、光SNRを改善することができるとともに、信号光が得られる利得の波長分布を調整して、信号光パワーを改善することができる効果が得られる。
【0046】
なお、言うまでもないが、上記実施の形態1と同様に、2次励起光パワー制御回路17が2次励起光パワー可変部18を制御して、2次励起光波長制御回路19が2次励起光波長可変部20を制御することにより、2次励起光のパワーや波長を最適化し、また、1次励起光パワー制御回路21が1次励起光パワー可変部22を制御することにより、1次励起光のパワーや波長を最適化して、光SNRを改善するようにしてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、光ファイバ中を伝播されている信号光に対する雑音光のパワー比を検出し、そのパワー比が設定比と一致するように、2次励起光発光手段から光ファイバに導入される2次励起光の波長を調整するように構成したので、2次励起光の波長を最適化して光SNRを改善することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるラマン増幅用励起光源を示す構成図である。
【図2】 信号光の伝送路内におけるパワー分布を示す説明図である。
【図3】 雑音となるASEの伝送路内におけるパワー分布を示す説明図である。
【図4】 1次励起光の伝送路内におけるパワー分布を示す説明図である。
【図5】 2次励起光の伝送路内におけるパワー分布を示す説明図である。
【図6】 2次励起光の波長と信号光の光SNRとの関係を示す説明図である。
【図7】 この発明の実施の形態2によるラマン増幅用励起光源を示す構成図である。
【図8】 2次励起光が1次励起光に与えるラマン利得スペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ、2 受信器、11 1次励起光源(1次励起光発光手段)、11a,11b,11c 1次励起光源(1次励起光発光手段)、12 2次励起光源(2次励起光発光手段)、12a,12b,12c 2次励起光源(2次励起光発光手段)、13,14 合分波器(1次励起光発光手段、2次励起光発光手段)、15 信号光パワーモニタ装置(パワー検出手段)、16 光SNRモニタ装置(パワー比検出手段)、17 2次励起光パワー制御回路(2次励起光パワー調整手段)、17a,17b 2次励起光パワー制御回路(2次励起光パワー調整手段)、18 2次励起光パワー可変部(2次励起光パワー調整手段)、18a,18b,18c 2次励起光パワー可変部(2次励起光パワー調整手段)、19 2次励起光波長制御回路(2次励起光波長調整手段)、19a,19c 2次励起光波長制御回路(2次励起光波長調整手段)、20 2次励起光波長可変部(2次励起光波長調整手段)、20a,20b,20c 2次励起光波長可変部(2次励起光波長調整手段)、21 1次励起光パワー制御回路(1次励起光パワー調整手段)、21a,21b 1次励起光パワー制御回路(1次励起光パワー調整手段)、22 1次励起光パワー可変部(1次励起光パワー調整手段)、22a,22b,22c 1次励起光パワー可変部(1次励起光パワー調整手段)。
Claims (8)
- 光ファイバ中を伝播されている信号光の伝播方向と逆方向に伝播する1次励起光を上記光ファイバに導入して、その信号光をラマン増幅する1次励起光発光手段と、上記光ファイバ中を伝播されている信号光の伝播方向と逆方向に伝播する2次励起光を上記光ファイバに導入して、その1次励起光をラマン増幅する2次励起光発光手段と、上記光ファイバ中を伝播されている信号光に対する雑音光のパワー比を検出するパワー比検出手段と、上記パワー比検出手段により検出されたパワー比が設定比と一致するように、上記2次励起光発光手段から上記光ファイバに導入される2次励起光の波長を調整する2次励起光波長調整手段とを備えたラマン増幅用励起光源。
- 2次励起光波長調整手段は、2次励起光が1次励起光に与えるラマン利得が最大になるときの波長よりも短波長になるように2次励起光の波長を調整することを特徴とする請求項1記載のラマン増幅用励起光源。
- 2次励起光発光手段から光ファイバに導入される2次励起光のパワーを調整する2次励起光パワー調整手段を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のラマン増幅用励起光源。
- 光ファイバ中を伝播されている信号光のパワーを検出するパワー検出手段を設け、2次励起光パワー調整手段が上記パワー検出手段により検出されたパワーが設定パワーと一致するように、2次励起光発光手段から光ファイバに導入される2次励起光のパワーを調整することを特徴とする請求項3記載のラマン増幅用励起光源。
- 2次励起光パワー調整手段は、2次励起光発光手段から相互に波長が異なる複数の2次励起光が光ファイバに導入される場合、複数の2次励起光のパワー比率を調整することを特徴とする請求項3または請求項4記載のラマン増幅用励起光源。
- 1次励起光発光手段から光ファイバに導入される1次励起光のパワーを調整する1次励起光パワー調整手段を設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載のラマン増幅用励起光源。
- 光ファイバ中を伝播されている信号光のパワーを検出するパワー検出手段を設け、1次励起光パワー調整手段が上記パワー検出手段により検出されたパワーが設定パワーと一致するように、1次励起光発光手段から光ファイバに導入される1次励起光のパワーを調整することを特徴とする請求項6記載のラマン増幅用励起光源。
- 1次励起光パワー調整手段は、パワー比検出手段により検出されたパワー比が設定比と一致するように、1次励起光発光手段から光ファイバに導入される1次励起光のパワーを調整することを特徴とする請求項6または請求項7記載のラマン増幅用励起光源。
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