JP4393741B2 - ラマン増幅を利用した光増幅装置およびその制御方法 - Google Patents

ラマン増幅を利用した光増幅装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

【０００１】
技術分野
本発明は、ラマン増幅を利用して信号光の増幅を行う光増幅装置およびその制御方法に関し、特に、ラマン増幅により発生する雑音光の影響も考慮して装置全体の雑音特性改善を図った光増幅装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
背景技術
近年、インターネット技術の発展に伴い情報需要は飛躍的に増大し、情報容量が集約する幹線系光伝送システムにおいては、さらなる大容量化が求められるとともに柔軟なネットワークの形成が求められている。波長の異なる複数の光信号を合波した波長多重（ＷＤＭ）信号光が伝送されるＷＤＭ光伝送方式は、上記のようなシステム需要に対応する最も有効な手段の１つである。従来のＷＤＭ光伝送システムでは、光中継器として、例えばエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素をドープした光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が利用されている。この光ファイバ増幅器の広帯域性を利用することにより、一本の光ファイバで複数の波長の光信号を中継伝送するＷＤＭ光伝送が実現されている。
【０００３】
上記のようなＷＤＭ光伝送方式に対して、さらなる大容量化、長距離化および中継間隔の延長などを推し進めるためには、伝送システムのＳ／Ｎ劣化を補償する手段が必要になる。このためには、例えば、既存の光増幅中継伝送システムに加えて、伝送路に励起光を供給し、誘導ラマン散乱の効果を用いた増幅作用を利用して伝送路を分布ラマン増幅することで、等価的に中継損失を低減させる手法が有効である。
【０００４】
図８は、これまでに提案されている分布ラマン増幅を利用したＷＤＭ光伝送システムの概要を示す構成図である。
図８のＷＤＭ光伝送システムでは、送信局（Ｔｘ）１と受信局（Ｒｘ）２の間が伝送路３で接続されるとともに、該伝送路３上には所要の間隔で複数の光中継器４が配置され、ＷＤＭ信号光が送信局１から受信局２に中継伝送される。各光中継器４には、分布ラマン増幅器（ＤＲＡ：Distributed Raman Amplifier）とエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）とを組み合わせた光増幅装置がそれぞれ設けられている。このＤＲＡでは、送信局側に接続された伝送路３に対して、励起光源で発生したラマン増幅用の励起光（以下、ラマン励起光とする）が光カプラを介して供給され、伝送路３を伝搬するＷＤＭ信号光が分布ラマン増幅される。そして、分布ラマン増幅されたＷＤＭ信号光がＥＤＦＡに入力されて所要のレベルまで増幅され再び伝送路３に出力される。このようなＷＤＭ光伝送システムによれば、各中継区間の伝送路３における損失が分布ラマン増幅によって低減されるため、ＷＤＭ信号光の伝送特性が改善されるようになる。
【０００５】
ところで、上記のようなＷＤＭ光伝送システムに用いられるＤＲＡおよびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置の雑音特性は、ＥＤＦＡの雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）だけでなく、ラマン増幅により発生する雑音光の影響も受けることになる。このラマン増幅による雑音光は、信号光が入力されていない状態でラマン励起光だけを増幅媒体に入射した場合にも発生する雑音光であって、一般的にはポンプ光によるラマン散乱光などと呼ばれているものである。ここでは、ＥＤＦＡで発生する自然放出（ＡＳＥ：Amplified Spontanious Emission）光に対し、ＤＲＡで発生する上記雑音光を自然ラマン散乱（ＡＳＳ：Amplified Spontanious Raman Scattering）光と呼ぶことにする。
【０００６】
上記のような光増幅装置の雑音特性を改善して、伝送特性をさらに向上させるためには、ＡＳＳ光の影響をも考慮した上で装置全体としての雑音指数を低減させることが必要となる。しかしながら、光増幅装置の雑音特性改善に関しては、従来、ＥＤＦＡの雑音指数を単独で低減させる技術の検討は行われてきたものの、ＡＳＳ光の影響をも含めた具体的な考察を行ったものはなかった。
【０００７】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、ラマン増幅による雑音光の影響を考慮し装置全体の雑音指数を想定して増幅動作の制御を行うことで雑音特性の改善を図った光増幅装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
発明の開示
このため、本発明のラマン増幅を利用した光増幅装置は、ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置において、第２光増幅手段の入力光パワーについて光増幅装置全体の雑音指数を最小にする目標値を設定する目標値設定手段と、第２光増幅手段の入力光パワーが目標値設定手段で設定された目標値に一致するように、第１光増幅手段に供給される励起光のパワーを制御する励起光制御手段と、を備えるようにしたものである。
【０００９】
かかる構成では、ラマン増幅された信号光が入力される第２光増幅手段の入力光パワーに着目し、その目標値が目標値設定手段によって設定される。この第２光増幅手段の入力光パワー目標値は、第１増幅手段および第２増幅手段を組み合わせた光増幅装置全体の雑音指数を最小にするものであり、設定された目標値に一致するように第１光増幅手段に供給される励起光のパワーが励起光制御手段によって調整されることで、第２光増幅手段の実際の入力光パワーが目標値に一致するように制御される。これにより、ラマン増幅による雑音光の影響を考慮した装置全体としての雑音特性が自装置内の制御によって最適化されるようになり、優れた雑音特性を有する光増幅装置が実現されるようになる。
【００１０】
また、上記の光増幅装置の１つの態様として、目標値設定手段は、ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、該励起光パワー検出部の検出結果に応じて第１光増幅手段による雑音光パワーを算出し、該算出した雑音光パワーおよび第２光増幅手段の雑音特性に基づいて、光増幅装置全体の雑音指数を最小にする第２光増幅手段の入力光パワー目標値を設定する演算部と、を備えるようにしてもよい。
【００１１】
かかる態様によれば、演算部において、励起光パワー検出部によって検出されたラマン増幅用励起光のパワーに応じて算出したラマン増幅による雑音光パワーと、第２光増幅手段の雑音特性とを基に、第２光増幅手段の入力光パワー目標値が求められ、その目標値に従って励起光制御手段が制御動作するようになる。
【００１２】
また、前述の光増幅装置の他の態様として、第２光増幅手段は、入力光パワーに対する雑音指数の傾きを表すＮＦスロープが予め設定した値以下であるとき、目標値設定手段は、第２光増幅手段の入力ダイナミックレンジの最大値を第２光増幅手段の入力光パワー目標値に設定するようにしてもよい。さらに、この場合には、第２光増幅手段の入力光パワーが入力ダイナミックレンジの最大値に達する前に、第１光増幅手段の励起光パワーが最大値に達するとき、目標値設定手段は、第１光増幅手段の励起光パワーの最大値に対応させて第２光増幅手段の入力光パワー目標値を設定するのがよい。
【００１３】
かかる態様によれば、目標値設定手段において、第２光増幅手段の入力光パワー目標値が第２光増幅手段の入力ダイナミックレンジの最大値に設定され、該目標値に従って、励起光制御手段が制御動作するようになる。このとき、第２光増幅手段の入力光パワーが入力ダイナミックレンジの最大値になる前に、ラマン増幅用の励起光パワーが最大出力に達するような場合には、その時点での励起光パワーに対応した入力光パワーが目標値として設定されるようにする。
【００１４】
また、上述した光増幅装置については、第２光増幅手段の入力光パワーを検出する入力光パワー検出手段を備え、励起光制御手段は、入力光パワー検出手段の検出結果が目標値設定手段で設定された目標値に一致するように、第１光増幅手段に供給される励起光の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、第２光増幅手段の入力光パワーを目標値で一定にするフィードバック制御が行われるようになる。
【００１５】
さらに、上述した光増幅装置の具体的な構成として、第２光増幅手段が、並列に接続された複数の光増幅部を有し、励起光制御手段は、各光増幅部に対応した入力光パワー目標値をそれぞれ設定するようにしてもよい。また、第２光増幅手段の具体的な構成としては、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器を備えるようにしてもよい。
【００１６】
本発明のラマン増幅を利用した光増幅装置の制御方法は、ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置の制御方法において、第２光増幅手段の入力光パワーについて装置全体の雑音指数を最小にする目標値を目標値設定手段により設定し、第２光増幅手段の入力光パワーが目標値に一致するように、第１光増幅手段に供給される励起光のパワーを制御する方法である。
【００１７】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明にかかるラマン増幅を利用した光増幅装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、本光増幅装置は、例えば、第１光増幅手段としての励起光源１０および光カプラ１２と、励起光パワー検出部としての光カプラ１１およびモニタ１３と、演算部１４と、励起光制御手段としての制御部１５と、第２光増幅手段としてのＥＤＦＡ２０と、入力光パワー検出手段としての光カプラ３１およびモニタ３２と、を有する。
【００１９】
励起光源１０は、伝送されるＷＤＭ信号光の波長帯域に対応させて予め設定された波長を有するラマン増幅用の励起光（ラマン励起光）を発生し、該ラマン励起光が光カプラ１１，１２を介して伝送路３に供給される。この伝送路３は、上述の図８に示したＷＤＭ光伝送システムにおける伝送路と同様である。光カプラ１１は、励起光源１０から出力されるラマン励起光の一部を分岐してモニタ１３に伝えるものである。光カプラ１２は、光カプラ１１を通過したラマン励起光を信号光入力端から伝送路３に供給するとともに、伝送路３からのＷＤＭ信号光を通過させてＥＤＦＡ２０側に伝えるものである。ここでは、ラマン励起光がＷＤＭ信号光とは逆方向に伝搬することになり、信号光入力端に接続される伝送路３がラマン増幅媒体となって、伝送路３を伝搬するＷＤＭ信号光がラマン増幅される分布ラマン増幅器（ＤＲＡ）が構成される。
【００２０】
モニタ１３は、光カプラ１１の分岐光を基に、励起光源１０から出力されるラマン励起光のパワーを監視し、その結果を演算部１４に出力する。演算部１４は、モニタ１３からのラマン励起光パワーを基に、ラマン増幅による雑音成分となる自然ラマン散乱光（ＡＳＳ光）のトータルパワーを算出し、このＡＳＳ光のトータルパワーの値を基に、装置全体の雑音指数（ＮＦ）を最小にするようなＥＤＦＡ２０への入力光パワーの目標値を設定し、該目標値を制御部１５に出力する。なお、演算部１４における目標値の具体的な設定方法については後述する。制御部１５は、演算部１４で設定された目標値およびモニタ３２のモニタ結果に従って励起光源１０の駆動状態を調整して、伝送路３に供給されるラマン励起光のパワー等を制御するものである。
【００２１】
ＥＤＦＡ２０は、光カプラ１２，３１を通過したＷＤＭ信号光を所要のレベルまで増幅して出力する一般的な構成のＥＤＦＡである。このＥＤＦＡ２０は、雑音指数が入力光パワーに応じて変化する特性を持ち、該ＥＤＦＡ２０の雑音特性に関する情報が演算部１４に予め記憶されているか、あるいは、随時転送されているものとする。なお、本発明の第2光増幅手段は、ＥＤＦＡに限定されるものではなく、エルビウム以外の他の希土類元素をドープした光ファイバ増幅器やラマン増幅器等としても構わない。
【００２２】
光カプラ３１は、上記のようなＥＤＦＡ２０に入力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、該分岐光をモニタ３２に伝えるものである。モニタ３２は、光カプラ３１からの分岐光を基に、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーをモニタし、そのモニタ結果を制御部１５に出力する。
【００２３】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
まず、本光増幅装置の演算部１４で行われる目標値の設定処理について具体的に説明する。
【００２４】
演算部１４では、前述したように、ラマン励起光のパワーを基にＡＳＳ光のトータルパワーが計算される。ラマン増幅によって発生するＡＳＳ光（雑音成分）のトータルパワーは、ラマン励起光のパワーに対して、例えば図２に示すような関係に従って変化することが実験的に確認されている。このような関係を真数値で数式化すると、ＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓ［ｍＷ］は、次の（１）式で表すことが可能である。
【００２５】
【数１】
Figure 0004393741
ただし、Ｐｕ１〜Ｐｕｉは、ラマン増幅用の波長の異なる励起光源がｉ個設けられている場合（本実施形態ではｉ＝１）において各励起光源で発生するラマン励起光パワー［ｍＷ］であり、ｍ１〜ｍｉは、各励起光源に対応した重み付け定数であり、ａ１１，ａ１０〜ａｉ１，ａｉ０は、図２に示したような関係を１次関数で近似したときの定数（算出式係数）である。なお、ここではＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係を１次関数で近似するようにしたが、２次以上の関数で近似して精度を高めることも可能である。
【００２６】
上記（１）式の関係に従い、モニタ１３で測定されたラマン励起光パワーを用いてＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓが算出されると、次に、ＤＲＡおよびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置全体についての雑音指数を最小にする、ＥＤＦＡ２０の入力光パワー目標値が求められる。
【００２７】
装置全体の雑音指数を考える場合、例えば、ＤＲＡについての雑音指数を次のように定義し、そのＤＲＡの雑音指数および予め記憶されたＥＤＦＡの雑音特性に基づいて、装置全体の雑音指数を算出することが可能である。
【００２８】
ＤＲＡおよびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置では、図３の概念図に示すように、励起光源１０から出力されるラマン励起光のポンピングによって、伝送路３の損失がＬからＬＮＥＷになり、また、ＥＤＦＡ２０の入力光レベルがＰｉＯＬＤからＰｉＮＥＷになるものと考えられる。このとき、ＤＲＡの利得をＧａｉｎとすると、Ｇａｉｎ＝Ｌ／ＬＮＥＷまたはＧａｉｎ＝ＰｉＮＥＷ／ＰｉＯＬＤで表すことができる。したがって、ここでは、上記のようなラマン利得Ｇａｉｎを持ち、また、ＡＳＳ光の発生に起因する雑音指数ＮＦＤＲＡを持ったＤＲＡというアンプブロックを仮定し、図４に示すような仮想構成を有する光増幅装置を想定することで、装置全体の雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡを導出することにする。
【００２９】
一般に、ラマン励起光がオフ状態にある時のＤＲＡの雑音指数ＮＦＤＲＡ（ＯＦＦ）は、次の（２）式で表すことができ、ラマン励起光がオン状態にある時のＤＲＡの雑音指数ＮＦＤＲＡ（ＯＮ）は次の（３）式で表すことができる。
ＮＦＤＲＡ（ＯＦＦ）＝Ｌ …（２）
ＮＦＤＲＡ（ＯＮ）＝｛ＰＡＳＳ／（ｈ・ν・Δｆ）＋１｝・ＬＮＥＷ …（３）
ただし、Ｌは励起光オフ時の伝送路損失であり、ＬＮＥＷは、励起光オン時の伝送路損失である。また、ｈはプランク定数、νは波長、Δｆはフィルタ帯域（例えば１０ＧＨｚ等）である。さらに、ＰＡＳＳは、前述の（１）式を用いて算出したＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓについて、単位をｄＢｍとし、かつ、後の計算で用いるＥＤＦＡの雑音指数ＮＦＥＤＦＡに対応した分解能（例えば１０ＧＨｚ等）に換算した値とする。
【００３０】
ここで、ＤＲＡのポンピングによる雑音指数の劣化量を考えることにより、ＤＲＡの仮想的な雑音指数ＮＦＤＲＡを定義することが可能である。この雑音指数ＮＦＤＲＡは、上記（２）式および（３）式の関係より、次の（４）式で表すことができる。
【００３１】
【数２】
Figure 0004393741
【００３２】
次に、ＤＲＡおよびＥＤＦＡを組み合わせた装置全体の雑音指数を考える。ラマン励起光がオフ状態にある時の装置全体の雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡ（ＯＦＦ）は、次の（５）式で表すことができ、ラマン励起光がオン状態にある時の装置全体の雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡ（ＯＮ）は次の（６）式で表すことができる。
【００３３】
【数３】
Figure 0004393741
ただし、ＮＦＥＤＦＡ（ＰｉＯＬＤ）は励起光オフ状態における入力光パワーＰｉＯＬＤ時のＥＤＦＡの雑音指数であり、ＮＦＥＤＦＡ（ＰｉＮＥＷ）は励起光オン状態における入力光パワーＰｉＮＥＷ時のＥＤＦＡの雑音指数である。
【００３４】
ここで、ＤＲＡの仮想的な雑音指数ＮＦＤＲＡを考えた場合と同様にして、装置全体について仮想的な雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡを定義することが可能である。この雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡは、上記（４）式〜（６）式の関係より、次の（７）式で表すことができる。
【００３５】
【数４】
Figure 0004393741
【００３６】
上記（７）式の関係を対数値に変換すると、次の（７）’式となる。ただし、Ｇａｉｎ＝ＰｉＮＥＷ／ＰｉＯＬＤの関係を利用している。
【００３７】
【数５】
Figure 0004393741
【００３８】
上記（７）’式において、ＰｉＯＬＤおよびＮＦＥＤＦＡ［ｄＢ］（ＰｉＯＬＤ）は固定値であるので、装置全体の雑音指数ＮＦＤＲＡ＋ＥＤＦＡ［ｄＢ］の値を最小にするためには、次の（８）式の値が最小になればよい。
【００３９】
【数６】
Figure 0004393741
【００４０】
したがって、（１）式に基づいて算出したＡＳＳ光パワーＰＡＳＳを用い、（８）式に示す値が最小となるような入力光パワーＰｉＮＥＷを求め、その入力光パワーＰｉＮＥＷをＥＤＦＡ２０の入力光パワー目標値に設定することで、装置全体の雑音指数を最小にできる。
【００４１】
一般に、ＥＤＦＡの雑音指数ＮＦＥＤＦＡは、入力光パワーＰｉに対して、図５に示すような依存性を持つことが知られている。すなわち、ＥＤＦＡの雑音指数ＮＦＥＤＦＡは、ＥＤＦＡの入力光パワーＰｉが境界値ＰｉＴＨ以下の場合には、ほぼ一定となり、境界値ＰｉＴＨよりも大きくなると入力光パワーＰｉに応じて増加する依存性を持つ。この雑音指数ＮＦＥＤＦＡの入力光パワー依存性を数式化すると、例えば次の（９）式のようになる。
Ｐｉ≦ＰｉＴＨのとき、ＮＦＥＤＦＡ（Ｐｉ）＝Ｆ
Ｐｉ＞ＰｉＴＨのとき、ＮＦＥＤＦＡ（Ｐｉ）＝ｂ・Ｐｉａ
ＮＦＥＤＦＡ［ｄＢ］（Ｐｉ）＝ｂ＋ａ・Ｐｉ［ｄＢ］ …（９）
ただし、Ｆおよびａ，ｂは定数であり、Ｐｉ＝ＰｉＴＨのとき、ＮＦＥＤＦＡ（ＰｉＴＨ）＝Ｆ＝ｂ・（ＰｉＴＨ ａ）となる。
【００４２】
前述した（８）式の値を最小にする入力光パワー目標値ＰｉＮＥＷは、上記（９）式の関係を考慮して、例えば次のようにして具体的に設定することができる。
すなわち、ＥＤＦＡ２０への入力光パワーＰｉＮＥＷが十分に小さな値である（Ｐｉ≦ＰｉＴＨ）場合には、ＮＦＥＤＦＡ（Ｐｉ）が一定となるため、（８）式における分母のＰｉＮＥＷを可能な限り大きく設定することで、装置全体の雑音指数を最小にすることができる。つまり、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーＰｉＮＥＷが最大となるとき最適な状態が実現される。
【００４３】
一方、ＥＤＦＡ２０への入力光パワーＰｉＮＥＷが十分に大きな値である（Ｐｉ＞ＰｉＴＨ）場合には、まず、前述の（８）式について（９）式の関係を代入して次の（８）’式に示すように変形する。
【００４４】
【数７】
Figure 0004393741
【００４５】
上記（８）’式において、ａ≦１の場合、すなわち、ＥＤＦＡ２０のＮＦスロープが１ｄＢ／ｄＢを超えない場合には、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーＰｉＮＥＷを可能な限り大きく設定することで、装置全体の雑音指数を最小にすることができる。また、ａ＞１の場合、すなわち、ＥＤＦＡ２０のＮＦスロープが１ｄＢ／ｄＢを超える場合には、上記（８）’式の値が最小になる時のＰｉＮＥＷの値を逆算して求めることで、装置全体の雑音指数を最小にすることができる。
【００４６】
なお、ここでは、（８）’式について、ＥＤＦＡ２０のＮＦスロープ（ａの値）が１ｄＢ／ｄＢを超えるか否かで場合分けを行ったが、この場合分けの設定は厳密に１ｄＢ／ｄＢに限られるものではなく、入力光パワーＰｉＮＥＷの増加に対してＥＤＦＡの雑音指数が実質的に改善されるか否かに応じて設定すればよい。
【００４７】
上記のようにして、演算部１４でＥＤＦＡ２０の入力光パワー目標値が設定されると、その目標値が制御部１５に伝えられる。制御部１５では、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーが演算部１４からの目標値に一致するように、励起光源１０の駆動状態を調整してラマン励起光パワーを自動制御する。ここでは、ＥＤＦＡ２０への実際の入力光パワーを測定したモニタ３２のモニタ結果が制御部１５に伝えられていて、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーを目標値で確実に一定にするフィードバック制御が制御部１５によって行われるようにしている。ただし、励起光源１０の駆動状態に対するＥＤＦＡ２０の入力光パワー値の関係が予め明らかになっている場合には、上記のようなフィードバック制御は省略することも可能である。
【００４８】
このようにして、ＥＤＦＡ２０に入力されるＷＤＭ信号光のパワーレベルが、ラマン励起光の供給状態を調整することにより、演算部１４で設定された目標値に自動制御されることで、ＤＲＡおよびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置全体としての雑音指数が最小となる。これにより、光増幅装置の雑音特性が自装置内の制御によって最適化されるようになり、優れた雑音特性を有するラマン増幅を利用した光増幅装置を実現することができる。このような光増幅装置を用いて図８に示したような光伝送システムを構築すれば、分布ラマン増幅による伝送特性改善を各ノード端で自立的に最適調整することができるようになる。このような効果は、例えば、伝送路ファイバの損失ばらつきが大きい場合や、光ＡＤＭや光クロスコネクトノードを通した光ネットワーク内の中継段等に本光増幅装置が設定されて、その設置環境が変わり易い場合などには、柔軟な対応が可能になるため特に有効である。
【００４９】
なお、上述した第１実施形態では、ラマン励起光のモニタ結果を用いてＡＳＳ光パワーを算出し、最終的に（８）式の値が最小となるようにＥＤＦＡ２０の入力光パワー目標値を設定するようにしたが、本発明におけるＥＤＦＡ２０の入力光パワー目標値の設定方法は、これに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、ＥＤＦＡのＮＦスロープが１ｄＢ／ｄＢ以下である場合（上述の（９）式においてａ≦１となる場合であって、一般的なＥＤＦＡはＮＦスロープが１ｄＢ／ｄＢ以下の動作が期待されることが多い）、第１実施形態の場合のような演算を行うまでもなく、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーＰｉＮＥＷを可能な限り大きく設定することで、装置全体の雑音指数を最小にすることができる。これはすなわち、ＥＤＦＡの入力ダイナミックレンジの最大値を、ＥＤＦＡの入力光パワー目標値として設定することになる。ただし、ＥＤＦＡの入力光パワーが入力ダイナミックレンジの最大値に達する前に、ポンプパワーリミットとなってしまう場合、すなわち、励起光源から出力されるラマン励起光のパワーが最大値に達してしまう場合には、その時点でのラマン励起光パワーに対応したＥＤＦＡの入力光パワーを目標値として設定するようにする。
【００５１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、例えば、波長帯域を１５５０ｎｍ帯としたいわゆるＣバンドのＷＤＭ信号光と、波長帯域を１５８０ｎｍ帯としたいわゆるＬバンドのＷＤＭ信号光とが一括して伝送されるＷＤＭ光通信システムに好適な光増幅装置について考える。
【００５２】
図６は、第２実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。ただし、上述の図１に示した第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
図６において、本光増幅装置の構成が第１実施形態の場合と異なる点は、波長の異なる複数（図では、例えば３個）の励起光源１０１〜１０３を設け、各励起光源１０１〜１０３で発生する波長λＲＰ１〜λＲＰ３のラマン励起光をＷＤＭカプラ１６で合波した後に、光カプラ１２を介して伝送路３に供給するとともに、各励起光源１０１〜１０３で発生する各波長λＲＰ１〜λＲＰ３のラマン励起光の一部を光カプラ１１１〜１１３で分岐してモニタ１３１〜１３３でモニタし、それぞれのモニタ結果を演算制御部４０に送るようにした点と、ＥＤＦＡ側の構成についてＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応した構成を有するようにした点である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００５３】
ＥＤＦＡ側の構成は、具体的には、光カプラ１２を通過したＷＤＭ信号光をＣバンドとＬバンドに分波するＷＤＭカプラ５１と、ＷＤＭカプラ５１で分波されたＣバンドのＷＤＭ信号光を増幅するＣバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃと、ＷＤＭカプラ５１で分波されたＬバンドのＷＤＭ信号光を増幅するＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌと、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの出力光およびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの出力光を合波して伝送路に出力するＷＤＭカプラ５２と、を有する。また、ここでは、ＷＤＭカプラ５１とＣバンド用ＥＤＦＡ２０ＣおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌとの間に光カプラ３１Ｃ，３１Ｌをそれぞれ設け、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの入力光パワーおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの入力光パワーをモニタ３２Ｃおよびモニタ３２Ｌでそれぞれモニタして、各々のモニタ結果を演算制御部４０に送るようにしている。なお、演算制御部４０は、第１実施形態における演算部１４および制御部１５を１つのブロックにまとめたものであって、演算部１４および制御部１５の各機能と同様の機能を実現するものである。
【００５４】
上記のような構成の光増幅装置では、ＣバンドおよびＬバンドに対応させて予め設定された３つの波長λＲＰ１〜λＲＰ３のラマン励起光が、ＷＤＭカプラ１６で合波された後に光カプラ１２を介して伝送路３に供給される。このとき、各波長のラマン励起光の一部が光カプラ１１１〜１１３で分岐され、各モニタ１３１〜１３３に送られて各々の波長のラマン励起光パワーがモニタされ、それぞれのモニタ結果が演算制御部４０に出力される。
【００５５】
演算制御部４０では、各バンドごとのＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓＣ，ＡｓｓＬが、各波長のラマン励起光パワーを用い、次の（１Ｃ）式および（１Ｌ）式に従ってそれぞれ算出される。なお、（１Ｃ）式および（１Ｌ）式は、上述の（１）式について、ラマン増幅用励起光源の数ｉを３とし、ポンプ間ラマンの影響を考慮するとともにＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係（図２）を２次関数で近似して精度をより高めた場合の関係式の一例である。
【数８】
Figure 0004393741
ただし、Ｐｕ１〜Ｐｕ３は、各励起光源で発生するラマン励起光パワー、ｃｍ１〜ｃｍ３，ｌｍ１〜ｌｍ３は重み付け係数、ｃｄ０〜ｃｄ２，ｌｄ０〜ｌｄ２は算出式係数、ｃｐ１〜ｃｐ３，ｌｐ１〜ｌｐ３は実効ポンプ係数、ｄ１２,ｄ２３,ｄ３１はポンプ間ラマン係数である。
【００５６】
そして、ＣバンドおよびＬバンドのＡＳＳ光トータルパワーＡｓｓＣ，ＡｓｓＬが計算されると、第１実施形態の場合と同様にして、ＥＤＦＡの入力光パワー目標値の設定処理が行われる。ここでは、ＥＤＦＡ側の構成として、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０ＣおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌが並列に接続されているので、入力光パワー目標値は、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの雑音特性およびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの雑音特性にそれぞれ対応させて各バンドごとに設定される。
【００５７】
各バンドに対応した目標値がそれぞれ設定されると、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０Ｃの入力光パワーおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０Ｌの入力光パワーがそれぞれ目標値に一致するように、各励起光源１０１〜１０３の駆動状態が演算制御部４０によって制御される。また、ここでも、モニタ３２Ｃ，３２Ｌで得られる各バンドごとの実際の入力光パワーを参照したフィードバック制御が行われる。
【００５８】
なお、演算制御部４０については、付加的な機能として、いわゆるＳＲＳチルトの算出を行い、各励起光源１０１〜１０３の出力光パワー比の初期値を設定する機能を備えるようにするのが好ましい。ＳＲＳチルトの算出は、Ｃ、ＬバンドのＷＤＭ信号光に含まれるチャネル数、配置（各波長の光信号の数と配置）の違いに応じて生じるＷＤＭ信号光の利得傾斜の差分量を概算するものである。ラマン増幅を行う前（励起光オフ状態）において、例えば図７（Ａ）の下側に示すようなＳＲＳチルトの発生が算出された場合、伝送路で分布ラマン増幅を生じさせることで、図７（Ａ）の上側に示すような平坦な波長特性となるように、各励起光源１０１〜１０３の出力光パワー比の初期値設定を行う。この場合の初期値設定は、例えば図７（Ｂ）に示すような利得波長特性となるような各波長λＲＰ１〜λＲＰ３の励起光パワー比を求めて設定することになる。このようなＳＲＳチルトの算出および各励起光源１０１〜１０３の出力光パワー比の初期値設定は、光増幅装置の初期立ち上げ時やシャットダウン状態からの復旧時などに行われるものとする。したがって、ＥＤＦＡへの入力光パワー目標値の設定は、各励起光源１０１〜１０３の出力光パワー比の初期値設定が完了して、平坦な波長特性のＷＤＭ信号光が得られるようになった後に行われることになる。
【００５９】
上述したように第２実施形態によれば、波長の異なる複数の励起光源１０１〜１０３を組み合わせてラマン励起光を発生するような構成についても、各波長のラマン励起光のパワーをモニタすることで、上述の（１Ｃ）式および（１Ｌ）式を用いてラマン増幅による雑音成分を算出することができるため、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。また、ＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応したＥＤＦＡ２０Ｃ，２０Ｌが並列に接続されるような構成の場合には、各バンドのＥＤＦＡ２０Ｃ，２０Ｌの雑音特性に対応させて入力光パワー目標値をそれぞれ設定することによって、装置全体の雑音指数を最小にすることが可能である。さらに、ＳＲＳチルトを算出して各励起光源１０１〜１０３の出力光パワー比の初期値設定を行うようにすれば、増幅特性のより優れた光増幅装置を実現することが可能になる。
【００６０】
なお、上述した第１、２実施形態では、励起光源の前方から出射されるラマン励起光の一部を光カプラで分岐してモニタするようにしたが、これ以外にも、励起光源の後方から出射される光（ＬＤの場合バックパワーＰＤの出力）をモニタするようにしてもよい。また、第２実施形態の場合のように複数の励起光源を用いる場合には、ＷＤＭカプラ１６で合波したラマン励起光の一部を分岐し、該分岐光を狭帯域の光フィルタ等を用いて各波長成分に分波して光パワーをモニタするようにしても構わない。
【００６１】
産業上の利用可能性
本発明は、各種の光通信システムに用いられる光増幅装置およびその制御方法について産業上の利用可能性が大であり、特に、ラマン増幅器との組み合わせにより信号光の増幅を行う光増幅装置の雑音特性改善を図り、また、それを実現する制御技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図２は、ラマン増幅によって発生する雑音成分（ＡＳＳ光）のトータルパワーとラマン励起光のパワーとの関係を示す図である。
図３は、本発明の第１実施形態における演算部の動作を説明するための概念図である。
図４は、本発明の第１実施形態における演算部の動作を説明するための仮想構成を示す図である。
図５は、本発明の第１実施形態に関し、ＥＤＦＡの雑音指数についての入力光パワー依存性を示す図である。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図７は、本発明の第２実施形態について、ＳＲＳチルトの算出およびラマン励起光パワー比の初期値設定を説明するための図である。
図８は、分布ラマン増幅を利用した公知のＷＤＭ光伝送システムの概要を示す構成図である。

Claims (8)

  1. ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置において、
    前記第２光増幅手段の入力光パワーについて前記光増幅装置全体の雑音指数を最小にする目標値を設定する目標値設定手段と、
    前記第２光増幅手段の入力光パワーが前記目標値設定手段で設定された目標値に一致するように、前記第１光増幅手段に供給される励起光のパワーを制御する励起光制御手段と、を備えたことを特徴とするラマン増幅を利用した光増幅装置。
  2. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記目標値設定手段は、前記ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、該励起光パワー検出部の検出結果に応じて前記第１光増幅手段による雑音光パワーを算出し、該算出した雑音光パワーおよび前記第２光増幅手段の雑音特性に基づいて、前記光増幅装置全体の雑音指数を最小にする前記第２光増幅手段の入力光パワー目標値を設定する演算部と、を備えたことを特徴とする光増幅装置。
  3. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段は、入力光パワーに対する雑音指数の傾きを表すＮＦスロープが予め設定した値以下であるとき、
    前記目標値設定手段は、前記第２光増幅手段の入力ダイナミックレンジの最大値を前記第２光増幅手段の入力光パワー目標値に設定することを特徴とする光増幅装置。
  4. 請求項３に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段の入力光パワーが前記入力ダイナミックレンジの最大値に達する前に、前記第１光増幅手段の励起光パワーが最大値に達するとき、
    前記目標値設定手段は、前記第１光増幅手段の励起光パワーの最大値に対応させて前記第２光増幅手段の入力光パワー目標値を設定することを特徴とする光増幅装置。
  5. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段の入力光パワーを検出する入力光パワー検出手段を備え、
    前記励起光制御手段は、前記入力光パワー検出手段の検出結果が前記目標値設定手段で設定された目標値に一致するように、前記第１光増幅手段に供給される励起光のパワーを制御することを特徴とする光増幅装置。
  6. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段が、並列に接続された複数の光増幅部を有し、
    前記励起光制御手段は、前記各光増幅部に対応した入力光パワー目標値をそれぞれ設定することを特徴とする光増幅装置。
  7. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
    前記第２光増幅手段は、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器を備えたことを特徴とする光増幅装置。
  8. ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段と、該第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段とを備えた光増幅装置の制御方法において、
    前記第２光増幅手段の入力光パワーについて前記光増幅装置全体の雑音指数を最小にする目標値を目標値設定手段により設定し、前記第２光増幅手段の入力光パワーが前記目標値に一致するように、前記第１光増幅手段に供給される励起光のパワーを制御することを特徴とする光増幅装置の制御方法。
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