JP4469825B2 - 広帯域ｗｄｍ光ファイバ伝送システムにおける長波長チャネル制御方式 - Google Patents

Description

本発明は広帯域ＷＤＭ(波長分割多重)伝送システム並びにそのようなシステムにおける長波長チャネルについての短波長信号欠如による障害に対する保護方式に関する。

関連技術の光通信システムは、異なる波長を有する複数の光信号の波長分割多重によって形成されたＷＤＭ光信号を発生する送信端末、送信端末から送信されたＷＤＭ光信号を伝送するための光伝送路、並びに伝送されたＷＤＭ光信号を受信する受信端末よりなる。又、この光通信システムは、必要に応じ、光伝送路上でＷＤＭ光信号を増幅する機能を有する一又は複数の光リピーターよりなる。

このような光通信システムでは光伝送路における非線形光学効果によって各光信号の波形が悪化する。この波形の悪化を抑制するためには伝送路へ加えられた光信号の光パワーを低減することが有効であるが、この光パワーの低減は光増幅器中の雑音蓄積による光信号対雑音比(ＯＳＮＲ)の増加を引き起こす。

この目的のため、リピータ内に設けられるディスクリート光増幅器と、光増幅媒体としての光伝送線路を共通に使用した分散光増幅器との組み合わせを利用することが提案されている。ディスクリート光増幅器においては増幅媒体及びポンプ光源が1つの領域に集中的に配置される。これと対照的に、分散光増幅器の増幅媒体は、二箇所の遠隔地点間に配置され、ポンプ光源はその内の一方或いは双方の地点に設けられる。

ファイバドープ光増幅器は光ファイバ増幅器の一分類をなす。ドープファイバ増幅器では、ランタニド希土類元素が光ファイバに添加される。ランタニド希土類元素原子の電子励起レベルの構造は、光ファイバの低吸収波長領域における誘導放出による増幅を可能にする。その動作帯域幅はある波長範囲に限定される。即ち、ネオジム(Ｎｄ)では１０６０ｎｍの波長帯域にて、プラセオジム（Ｐｒ）では１３００ｎｍの波長帯域にて、ツリウム（Ｔｍ）では１４５０ｎｍの波長帯域にて、そしてエルビウム（Ｅｒ）では１５５０ｎｍの波長帯域にて夫々増幅する。

光ファイバ増幅器の他の分類は、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）であり、光子と格子振動光学フォノンとの間の非弾性散乱過程を利用したものである。図４を参照して後述する如く、それは広利得幅を有し、１３．３ＴＨｚ（約１００ｎｍ）の利得シフトを有する。エルビウムドープファイバ増幅器とは対照的に、ＳＲＳ効果は通常の光ファイバにおいても生ずる。更に、そのポンピング波長はあらゆる増幅波長に対して設定可能である。

シリカ光ファイバの低損失伝送帯域は１４５０乃至１６５０ｎｍ、最小でも１５５０ｎｍ近辺の波長範囲をカバーする。最近まで、所謂Ｃ帯域（１５３０乃至１５６５ｎｍ）をカバーするエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）及び所謂Ｌ帯域（１５７０乃至１６０５ｎｍ）をカバーするＥＤＦＡのみが使用された。これらのシステムでは、分布ラマン増幅（ＤＲＡ）のポンプ波長は信号波長よりかなり短波長である。

光ファイバシステムの伝送容量の増加に対する要求により、単一のファイバにおける光帯域幅の拡張が望まれている。より長波長への帯域拡張はいくつかの問題点を有する。即ちこの波長帯域における損失特性は設置されたファイバ間で大きくバラつき、この要因によってシステム設計がより困難となると共に光学部品 (例えばフォトダイオード)のための材料及び技術の更なる開発の必要性が生ずる。ラマン増幅は原理的にこの波長帯域にて利用可能である。しかしながら、そのポンプ波長はＣ帯域において短波長信号と部分的に重複する。

１５３０ｎｍ以下の短波長側ではシリカファイバの低損失領域は１４５０ｎｍに迄及ぶ。この領域でのラマンポンプ波長は信号と重ならないが、それらの波長帯は光ファイバのウォータピークに相当し、そこでの吸収損失は大きい。しかしながら、高性能ポンプレーザーの効能により、ラマン増幅はこの波長帯域において実施可能な技術である。更にツリウムドープ増幅器並びに利得シフトツリウムドープ増幅器は１５３０ｎｍ以下の波長帯域用の増幅器の候補である。その補足的波長領域はＳ＋帯域（１４５０乃至１４９０ｎｍ）及びＳ帯域（１４９０乃至１５３０ｎｍ)と称される。これらの新規な広帯域幅システムでは、短波長信号が長波長信号に対するＤＲＡポンプ光の機能を果たす。Ｓ＋及びＳ帯域波長はＳＲＳによりＣ及びＬ帯域チャネルへと光パワーを移動する。Ｓ＋及びＳ帯域チャネルの分布ラマン励起はＳＲＳによるパワー減少を補償すると共に、Ｓ＋及びＳ波長におけるファイバ損失の増加を補償する。全波長稼動時、上記パワー移動はバランスする。

図と共に従来の光通信システムについて更に詳細に説明を行なう。

図１は低損失領域が１４５０乃至１６５０ｎｍの波長範囲をカバーするシリカ光ファイバの代表的は光学損失スペクトルのグラフを示す。光増幅器は一群の波長の同時増幅が可能である。Ｃ及びＬ帯域は、エルビウムがドープされ利得がシフトされたエルビウムドープファイバの波長範囲に相当する。Ｓ＋及びＳ帯域は、ツリウムがドープされ利得がシフトされたツリウムドープファイバの波長範囲が関連する。１４５０ｎｍ及び１５５０ｎｍの光が０．２６ｄＢ／ｋｍの損失を有する光ファイバを１００ｋｍ伝送される場合、それらは夫々２６ｄＢ及び２０ｄＢの損失を受ける。従って１４５０ｎｍの波長を有する光は最小損失波長より約０．０６ｄＢ／ｋｍ多い損失を受ける。

図２Ａは従来のＷＤＭ伝送システムを示す。図２Ａを含む図中の光学素子の符号は図３Ａ乃至３Ｆにて定義されている。図３Ａは様々なタイプの光増幅器を示す。上記Ｃ及びＬ帯域も又広帯域Ｃ／Ｌ帯域増幅器にて別個に増幅され得る。従って、個別のドープファイバ増幅器又はラマン増幅器、或いは全Ｓ＋及びＳ帯域波長範囲をカバーする増幅器のうちのいずれかにより、Ｓ及びＳ＋帯域が増幅され得る。この種の増幅器については以下２重三角形にて示す。可変光減衰器（ＶＯＡ）がこの増幅器出力を調節するための手段として増幅器に付加され得る。

図３Ｂは光サーキュレータを示し、図３Ｃは光タップを示す。又図３Ｄは光スイッチを示す。図３Ｅ及び３ＦはＷＤＭカプラを示す。

図２Ａに戻り、ＷＤＭ伝送システムは発信器、遠隔地に接続する伝送ファイバ、ファイバ損失を補うための離散光増幅器及び受信器よりなる。多波長伝送によりその伝送容量が増加される。光増幅器は増幅された自然放出の形で雑音を付加し、それは光信号対雑音比を減少させ、もって信号の検知においてエラーを生ずる。分布ラマン増幅は伝送ファイバに沿って信号を増幅するため信号対雑音比を改善することが出来る。又、ＳＲＳチルト (後述)がこのシステムにて補償され得る。Ｃ及びＬ帯域チャネルの使用条件の変化に基づいてスペクトル傾斜の調整を可能にする制御方式がある（Ｔ．Ｈｏｓｈｉｄａ、Ｔ．Ｔｅｒａｈａｒａ、Ｊ．Ｋｕｍａｓａｋｏ及びＨ．ＯｎａｋａによるＯＥＣＣ'９９、「２帯域ＷＤＭ伝送システムにおける誘導ラマン散乱による光ＳＮＲ低下並びに光レベル管理によるその補償」）。

一般に分布ラマン増幅の利得はディスクリート増幅器程には高くはない。図２Ｂに示す如く、パワー変動を引き起こすビットパターン依存増幅の平均化を行なうために逆方向伝搬増幅が使用される。商用システムはＣ及びＬ帯域増幅器を使用する。研究所では、図２Ｃに示される如く、３帯域(Ｓ、Ｃ、Ｌ)伝送が実証された(Ｙｕｔａｋａ Ｙａｎｏ、Ｔａｄａｓｈｉ Ｋａｓａｍａｔｓｕ、Ｙｏｓｈｉｔａｋａ Ｙｏｋｏｙａｍａ及びＴａｋａｓｈｉ Ｏｎｏによる、ＥＣＯＣ２０００、「３帯域ＷＤＭ伝送におけるＳＲＳ損失及びその補償に関する実験研究」)。

高密度ＷＤＭシステムでは、図２Ｄに示す如くのチャネルインタリーブ双方向伝送により、隣接するチャネル間の非線形相互作用（相互位相変調、４波長混合）による欠陥が抑制され、もってスペクトル効率の向上が可能となる。増幅段階では光サーキュレータ（方向性結合素子）によって正方向及び逆方向の伝搬チャネルが分離される。

図４は、誘導ラマン散乱並びにファイバ損失による光パワー減少を示す。チャネル総数の多い広帯域ＷＤＭ伝送システムでは、ＳＲＳにより、多くの短波長から長波長に対するパワー移動が生ずる。ラマン利得は、短波長と長波長との間の周波数シフトに依存する。それは、シリカファイバにおいては１３．３ＴＨｚ周辺で最大となる。したがって分布ラマン励起については、信号波長に対し、略１００ｎｍ短波長側へシフトされたポンプ波長を割り当てることが最も有効である。広帯域ＷＤＭシステムでは、短波長信号が長波長チャネルのための効率的なポンプ光源となる。

図５は、ＤＲＡ並びに前強調（中継出力レベル制御）を使用したＳＲＳスペクトル傾斜補償を示す。短波長チャネルの分布ラマン増幅並びに前強調を使用して、大きな吸収損失並びにＳＲＳパワー減少を補償することが可能である。（ＥＣＯＣ２０００、Ｙｕｔａｋａ Ｙａｎｏ、Ｔａｄａｓｈｉ Ｋａｓａｍａｔｓｕ、Ｙｏｓｈｉｔａｋａ Ｙｏｋｏｙａｍａ並びにＴａｋａｓｈｉ Ｏｎｏによる「３帯域ＷＤＭ送信におけるＳＲＳ損失並びにその補償に関する実験的研究」）。尚、チャネルが全てオンの場合、パワー移動はバランスする。

しかしながら、広帯域幅のシステムでは、短波長チャネルの動作の中断(障害によるもの、或いは保守作業の目的で)、又はオン状態短波長チャネル数の減少によってＣ及びＬ帯域信号へのパワー移動が減少したり無くなったりする。その結果、Ｃ及びＬ帯域信号出力パワーが低下し、ＯＳＮＲが悪化し、もってこれらのチャネルはエラーを生じやすくなる。

したがって、本発明の総合的な目的は上記の問題を解決した広帯域ＷＤＭ光ファイバ伝送システムにおける長波長チャネル制御方式を提供することにある。

又、本発明の個別的な目的は、誘導ラマン散乱による短波長から長波長へのパワー移動が長波長信号の伝送に不可欠な広帯域光ファイバ伝送システムの長波長チャネルを保護可能な光増幅器装置を提供することにある。

本発明の他の目的は上記保護方式を利用した光通信システムを提供することにある。

本発明の上記目的は、比較的比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずるシステムに使用される光増幅器装置であって、光伝送媒体に接続された増幅器段と、第１の帯域の状態を監視するモニタと、当該監視された第１の帯域の状態に基づいて光伝送媒体に少なくとも一の第１のポンプ光を供給することによって上記少なくとも一の第１のポンプ光が第１の帯域が関連した長波長チャネルに対して補足的パワーを供給するようにするポンプ光源部とよりなる光増幅器装置によって達成される。

上記本発明の目的は又、比較的比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずる双方向システムに使用される光増幅器装置であって、第１及び第２の増幅器システムと第１及び第２の増幅器段を光伝送媒体に結合する方向性結合素子とよりなる光増幅器装置によっても達成される。この第１及び第２の増幅器システムの各々は、光伝送媒体に結合される増幅段と、第１の帯域の状態を監視するモニタと、監視された第１の帯域の状態に基づいて光伝送媒体に少なくとも一の第１のポンプ光を供給することによって上記少なくとも一の第１のポンプ光が第１の帯域の状態が関連した長波長チャネルに対して補足的パワーを供給するようにするポンプ光源部とよりなる。

本発明の上記目的は又、比較的比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずるシステムに使用される光増幅器装置の制御方法であって、第１の帯域の状態を監視し、監視した第１の帯域の状態に基づいて光伝送媒体に少なくとも一の第１のポンプ光を供給することによって上記第１のポンプ光が第１の帯域の状態が関連した長波長チャネルに対して補足的パワーを供給するようにする各段階よりなる光増幅器装置の制御方法によっても達成される。

本発明の上記目的は又、光増幅器装置と、光増幅器装置間を結合する光伝送媒体とよりなる光伝送システムによっても達成される。この光増幅器装置のうちの一つは、光伝送媒体に結合される増幅器段と、第１の帯域の状態を監視するモニタと、監視された第１の帯域の状態に基づいて光伝送媒体に少なくとも一の第１のポンプ光を供給することによって上記少なくとも一の第１のポンプ光が第１の帯域の状態が関連した長波長チャネルに対して補足的パワーを供給するようにするポンプ光源部とよりなる。

上記本発明の目的は又、比較的比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずる双方向光伝送システムによっても達成される。この双方向光伝送システムは、光増幅器装置と、光増幅装置間を結合する光伝送媒体とよりなる。この光増幅装置のうちの一つは、第１及び第２の増幅器システム並びに第１及び第２の増幅器段を光伝送媒体に結合する方向性結合素子よりなる。この第１及び第２の増幅器システムの各々は、光伝送媒体に結合される増幅段と、第１の帯域の状態を監視するモニタと、監視された第１の帯域の状態に基づいて光伝送媒体に少なくとも一の第１のポンプ光を供給することによって上記少なくとも一の第１のポンプ光が第１の帯域の状態が関連した長波長チャネルに対して補足的パワーを供給するようにするポンプ光源部とよりなる。

本発明の特徴並びにその作用効果は、添付された図面と共に以下に述べる詳細な説明によって更に明確にされる。

最初に本発明の原理の説明を行なう。

本発明の一の面によれば、複数の付加的ラマンポンプ光源が複数の増幅器段に設けられる。これら光源は、Ｓ＋及びＳ帯域が全部オン状態にある場合、オフ状態となる。フォトダイオードによりＳ＋及びＳ帯域のパワーレベルを監視する。フォトダイオードの位置に依存して、制御信号が、同じ中継局ノード、或いは前段又は後段の一つのノードにて代用ラマンポンプレーザをスイッチオン又はオフするために使用される。フォトダイオードは増幅器の前方、或いはその増幅器の後方の何れかに配置可能である。したがって、Ｓ＋及びＳ帯域チャネルが全稼動でない場合であっても高信頼度のＣ／Ｌ帯域送信を維持可能である。

図６を参照するに、全Ｓ＋、Ｓ帯域チャネル又は部分的なチャネル欠如の場合、短波長から長波長へのパワー移動が減少するか又は完全に中断される。その結果、Ｃ及びＬ帯域チャネルのパワーが低減し、ＯＳＮＲは、これらのチャネルにおいて、誤差発生可能性が上昇する傾向となる。したがって、上記Ｓ＋、Ｓ帯域の欠如或いその部分的な欠如の場合にＣ及びＬ帯域チャネルに光ポンプパワーを供給するためのバックアップシステム及び制御機構が要される。更に、各増幅器段のＣ及びＬ帯域中継局出力パワーの増加により、上記短波長帯域の欠如或いはその部分的な欠如状態におけるシステムの性能を向上し得る。

特に、Ｓ＋帯域全域の亘り或いはそれが部分的にオフ状態となり、或いはＳ＋帯域のパワーレベルが低下した場合、図６の（ａ）部にて示されるように、長波長チャネル(長波長光或いは長波長領域と称する)にパワーを供給することが出来るよう、異なる波長の１又は複数の代用ポンプ光のスイッチをオン状態とし得る。図４と共に説明した如く、分布ラマン励起では、信号波長に対し略１００ｎｍ短波長側にシフトさせたポンプ波長を割り当てることが最も効果的である。したがって、代用ポンプ光は、代用ポンプ光の波長より１００ｎｍ長い波長に位置する波長チャネルに対して最も効率的にポンピングする。このようにしてポンプパワーがＣ及びＬ帯域に供給され得る。

代用ポンプ光の数及びその波長値は任意に選択可能である。一般に、より多数の代用ポンプ光により、より効率的に長波長チャネルをポンピング可能である。尚、代用ポンプ光の波長は、Ｓ＋帯域信号チャネルのものと重複しないように選択することが望ましい。これは、代用ポンプ光が、Ｓ＋帯域のパワーレベルが低下した際（但し完全にオフ状態ではない）にスイッチオンされる場合に重要である。いくつかの代用ポンプ光は、その代用ポンプ光がＳ＋帯域が完全にオフの際にのみスイッチオンされる場合、Ｓ＋帯域信号チャネルと重複する波長を有してもよい。

図６中の（ａ）部において、二つのＳ＋代用ポンプ光が例示されている。代わりに、単一のＳ＋代用ポンプ光や、三つ以上のＳ＋代用ポンプ光を使用することも可能である。

Ｓ帯域が全体的に或いは部分的にオフ状態となった場合又はＳ帯域のパワーレベルが低下した場合に図６の（ｂ）部にて示されるように更に長波長のチャネルにパワーを供給することができるよう、異なる波長の一又は複数の代用ポンプ光をスイッチオン可能である。図６，（ｂ）部に示される代用ポンプ光の波長は、図６の（ａ）部にて示された代用ポンプ光のものより長い。

Ｓ＋及びＳ帯域の両方の全体的に、或いは部分的にオフ状態となるか、又は両方の帯域のパワーレベルが低下した場合、図６，（ｃ）部に示す如く、図６（ａ）部及び（ｂ）部にて示された代用ポンプがスイッチオンされる。

短波長帯域の一部がオフ状態である場合、図６の（ｄ）部にてを示される如く、当該部分は単一の代用ポンプ波長で代用され得る。すなわち、チャネル毎の制御が達成され得る。

このように本発明によれば、誘導ラマン散乱による短波長から長波長へのパワー移動が長波長チャネルの伝送のために十分ではない場合、代用ポンプ光を供給するものである。もって、たとえ有効な短波長チャネル数の減少によってＣ及びＬ帯域等の長波長へのパワー移動が減少し、或いは無くなった場合であっても、Ｓ＋及び／又はＳ帯域等の短波長帯域の波長の代用ポンプ光が供給され、もってそのパワー移動の減少、又は欠如が補償され得る。代用ポンプ光の数あるいはそのパワーレベルは、Ｃ及びＬ帯域等の長波長帯域のパワーレベルに基づいて調節され得る。

図７Ａは本発明の第１実施例によるＷＤＭ伝送システムのブロック図である。増幅器装置を含むように構成された光中継局ノード１０及び２０は、一の光伝送媒体であるの光ファイバ１４によって結合される。増幅器装置１０は増幅器段１１、中央処理装置（ＣＰＵ）１２及び電気的消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１３を含む。同様に、中継局ノード２０は増幅器段１６、ＣＰＵ１７及びＥＥＰＲＯＭ１８を含む。増幅器段１１及び１６は光ファイバ１４によって結合される。信号光及びポンプ光は光ファイバ１４を介して伝搬される。ＣＰＵ１２，１７は、同じく光ファイバ１４を介して伝送される光監視チャネル１５を介して制御情報を交換する。

図８は中継局ノード１０の構成例のブロック図である。部品の記号については図３Ａ乃至３Ｆにて定義されている。増幅器段１１は、ＷＤＭカプラ３１及び３２、Ｃ／Ｌ光増幅器段３３、光タップ３４及び３５、フォトダイオード（ＰＤ）３６及び３７、光増幅器３８及び３９、ＷＤＭ光カプラ４０及び４１よりなる。光サーキュレータ４３は光伝送路１４に設けられる。ＣＰＵ１２によって制御されるラマンポンプ光源部（ＬＤ）４２が光サーキュレータ４３に結合される。ラマンポンプ光源部４２はＷＤＭカプラ３１の前方に設けられる。ラマンポンプ光源部４２によって放射されたラマンポンプ光は、信号光に対して逆方向に伝搬される。

ＷＤＭカプラ３１は、多重化された信号光をＣ及びＬ帯域（Ｃ／Ｌ信号）並びにＳ＋及びＳ帯域(Ｓ＋/Ｓ信号)へと分離する。増幅器段３３はＣ／Ｌ信号を増幅する。ＣＰＵ１２によって増幅器段３３の中継局出力パワーが調節され得る。ＷＤＭカプラ３２は、Ｓ＋／Ｓ信号をＳ＋信号とＳ信号とに分離する。増幅器３８はＳ信号を増幅する。増幅器３９はＳ＋信号を増幅する。監視用フォトダイオード３６は光タップ３４を介してＳ信号の一部を参照することでＳ帯域全体の状態(レベル)を監視する。モニタ３７は、光タップ３５を介してＳ＋信号の一部を参照してＳ＋帯域全体の状態(レベル)を監視する。ＣＰＵ１２により、増幅器３８及び３９の中継局出力パワーを調節することが可能である。ＷＤＭカプラ４０は増幅されたＳ及びＳ＋信号を多重化し、多重化Ｓ＋／Ｓ信号を生成する。ＷＤＭカプラ４１は増幅されたＣ／Ｌ信号とＳ＋／Ｓ信号とを多重化して多重化信号を生成し、この信号は光ファイバ１４を介して送信される。

ラマンポンプ光源部４２は図９で示されるように構成される。ラマンポンプ光源部４２は、カップリング部４５、Ｓ＋ラマンポンプ光源部４６、Ｓラマンポンプ光源部４７、Ｓ＋信号代用(補足的)ラマンポンプ光源部４８、そしてＳ信号代用ラマンポンプ光源部４９とよりなる。Ｓ＋ラマンポンプ光源部４６は、Ｓ＋帯域(図５参照)をポンピングする、波長λ１及びλ２のＳ＋帯域ポンピング光を生成する。同光源部４６は、λ１のポンプ光を放射するレーザーダイオードＬＤ、及びλ２のポンプ光を放射する他のレーザーダイオードＬＤよりなる。これらのレーザーダイオードは、ディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ)変換器を介してＣＰＵ１２によって制御される。ポンピング光のレベルは光タップを介しフォトダイオードによって監視され、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ)変換器を介してＣＰＵ１２に供給される。

Ｓラマンポンプ光源部４７は、Ｓ帯域(図５参照)をポンピングする、波長λ３及びλ４のＳ帯域ポンピング光を放射する。同光源部４７は上記光源部４６と同じ構造を有する。

Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４８，４９は、本発明の第１実施例によって新規に設けられたものである。同光源部４８は、Ｓ帯域ラマンポンプ波長とＳ帯域信号波長との間の領域に波長λ５並びにλ６の二つの代用ポンプ光を発生する。同光源部４８は上記光源部４６及び４７と同じ構造を有する。上記光源部４９は、Ｓ帯域ラマンポンプ波長とＳ帯域信号波長との間の領域に波長λ７並びにλ８の二つの代用ポンプ光を発生する。同光源部４９は上記光源部４６乃至４８と同じ構造を有する。

カプラ４５は7つのＷＤＭカプラを含んでおり、λ１乃至λ８の８個のラマンポンプ光を多重化する。この多重化されたラマンポンプ光は、循環部４３に加えられ、それによって、光ファイバ１４上を信号光が伝搬される方向と逆方向に伝搬される（逆方向伝搬）。即ち、このように生成された多重化ポンプ光は前段の中継局ノード(図９には示されていない)から来る信号に対して適用される。サーキュレータ４３は、それがスペクトル的にＳ＋/Ｓ信号波長と重複する場合であっても光ファイバ１４に対して当該多重化ラマンポンプ光を結合し得る。

ＣＰＵ１２は、フォトダイオード３６及び３７によって夫々監視されたＳ＋及びＳ帯域のレベルに従ってポンプ光源部４６乃至４９を制御する。フォトダイオード３６及び３７の出力信号はＡ／Ｄ変換器５１及び５２を介してＣＰＵ１２に供給される。ＣＰＵ１２は、更に後述する如く、増幅器の状態に関する情報を得てそれらを制御する。ＥＥＰＲＯＭ１３はＣＰＵ１２によって実行されるプログラム、及び増幅器(或いは増幅器の後段の減衰器)の利得及びポンプ光源のレベルのプリセットパラメーター値を格納する。システム設置時には、様々な場面(Ｓ＋帯域オフ時、Ｓ帯域オフ時、等々)に対するラマンポンプパワー並びにＣ及びＬ帯域チャネルの出力パワーのパラメータ設定を決定する。

図１０ＡはＣＰＵ１２によって実行される制御動作のフローチャートを示す。図１０ＢはＳ＋及びＳ帯域の、起こり得る状態変化を示す表を示す。図１０Ｂに示す如く、Ｓ＋及びＳ帯域の１６の状態変化が起こり得る。状態変化の各々は、連番号＃ｉによって識別される。例えば、＃ｉ＝１では状態変化は無い。又、＃ｉ＝４では、Ｓ＋及びＳ帯域の両方がオンからオフへと変化する。＃ｉ＝７では、Ｓ＋帯域がオン(信号光存在)からオフ(信号光欠如)へ変化し、Ｓ帯域がオフからオンへと変化する。ＣＰＵ１２はこの制御シーケンスにしたがい、Ｓ＋及びＳ帯域の状態変化が発生するとラマンポンプ光源部４８及び４９をスイッチオン又はオフする。

図１０Ａにおいて、ＣＰＵ１２は、Ａ／Ｄ変換器５１及び５２を介し、フォトダイオード３６及び３７から供給されるＳ＋及びＳ帯域の監視信号を読み込む(ステップＳ１１)。その後、ＣＰＵ１２は、Ｓ＋及びＳ帯域の状態変化があるかどうかを判定する。＃ｉ＝１、６、１１及び１６の場合、変化は無い。その場合、制御シーケンス上、後述するステップＳ１８に進む。他方、Ｓ＋及びＳ帯域の状態変化が生じた場合、ＣＰＵ１２は、オンからオフへと変化した帯域のディスクリート増幅器のスイッチをオフする(ステップＳ１３)。その後、ＣＰＵ１２は、オフからオンへと変化した帯域の代用ラマンポンプのスイッチをオフする(ステップＳ１４)。＃ｉ＝７の場合、ＣＰＵ１２は図８の増幅器３９をスイッチオフし、Ｓ信号代用ラマンポンプ光源部４９をスイッチオフする。ステップＳ１３では、システム設置時に決定された最適条件に依存して、オンからオフへと変化した帯域のラマンポンプをもスイッチオフしてもよい。

その後、ＣＰＵ１２は、制御チャネル１５を介し、ＥＥＰＲＯＭ１３に格納された＃ｉの場合についてパラメータのプリセット値にしたがってＣ及びＬ帯域のパワーを調整するための制御信号を前段の中継局ノードへ送信する(ステップＳ１５)。必要に応じてステップＳ１５の過程は省略され得る。Ｃ及びＬ帯域のパワーは、光増幅器或いは増幅器の後段の減衰器の制御により調節可能である。

その後、ＣＰＵ１２はオンからオフへ変わった帯域の代用ラマンポンプをスイッチオンし(ステップＳ１６)，オフからオンへ変わった帯域のディスクリート増幅器をスイッチオンする（ステップＳ１７）。＃ｉ＝７の場合、ＣＰＵ１２は図８に示すＳ＋信号代用ラマンポンプ光源中４８をスイッチオンし、光増幅器３８をスイッチオンする。

最後にＣＰＵ１２は次段の中継局ノードから制御信号を受け取り、それにしたがって自己のＣ及びＬ帯域増幅器を調整する(ステップＳ１８)。すなわち、図８に示す中継局ノード１０の増幅器段３３が図７に示す中継局ノード２０から送られた制御信号によって調節される。尚、状態変化に関わらず、Ｃ及びＬ帯域増幅器(或いはこの増幅器の後段の減衰器)が次段の中継局ノードから受け取られた制御信号によって調節される。

図７に示す中継局ノード２０は中継ノード１０と同様に動作するものであり、もってその説明を省略する。

本発明の第２実施例について以下に説明する。

図１１は本発明の第２実施例によるＷＤＭ伝送システムのブロック図である。図１１中、図７と同じ構成要素については同符号を付してある。二つの中継局ノード１００及び２００は、Ｓ＋及びＳ帯域を監視するために光学スペクトラムアナライザー（ＯＳＡ)を使用する。上記本発明の第1実施例中のＳ＋及びＳ帯域を監視するためのフォトダイオードの利点は、それらのレスポンスが光学スペクトラムアナライザよりはるかに速いということである。これに対し、後述する如く、スペクトラムアナライザーの使用により、より精密な制御を実現することが可能となる。

中継局ノード１００は、各々光タップ１９，２１を介して光ファイバ１４に結合された光学スペクトラムアナライザー（ＯＳＡ）２０及び２２が設けられる。光学スペクトラムアナライザ２０は増幅器段１１の入力側の全帯域の光学スペクトルを監視しＣＰＵ１２に対してそのスペクトルデータを供給する。光学スペクトラムアナライザ２２は増幅器段１１の出力側の全帯域の光学スペクトルを監視しＣＰＵ１２に対してそのスペクトルデータを供給する。増幅器段１１及びラマンポンプ光源部４２は、例えば、図８で示されるように構成される。

同様に、中継局ノード２００は、夫々光タップ２３及び２５を介して増幅器の入力側と出力側に結合された光学スペクトラムアナライザ２４及び２６を含む。図１２Ａは中継局ノード１００のＣＰＵ１２の制御動作のフローチャートを示す。図１２Ｂは、Ｓ＋及びＳ帯域の起こり得る状態変化を示す表を示す。図１２Ｂの表の内容は図１０Ｂの表の内容と同様である。図１２Ａの制御シーケンスは、図１０Ａを参照して説明したステップＳ１２乃至Ｓ１８を含み、更に光学スペクトラムアナライザの使用に起因した特有のステップＳ２０，Ｓ２１を含む。ステップＳ１２乃至Ｓ１８ではフォトダイオード監視出力の代わりに上記スペクトルデータが使用される。

ＣＰＵ１２は最初にステップＳ２０を実行する。ステップＳ２０では、ＣＰＵ１２は、入力及び出力のスペクトルデータを光学スペクトラムアナライザ２０及び２２から読み込む。更に、ＣＰＵ１２は前段の中継局ノード（中継局ノード２００）からスパン入力スペクトルデータを受信し、次段の中継局ノードへ、中継局ノード１００のスペクトルデータを供給する。その後、ＣＰＵ１２はステップＳ１２を実行する。＃ｉ＝１、６、１１或いは１６の場合、ＣＰＵ１２は対応するＤ／Ａコンバータによって光源部４６乃至４９中の稼働ポンピングパワー光源部のレーザーダイオードを制御することにより、そのポンプパワーを調節する。この調節は、入力及び出力スペクトルデータ、並びに前段の中継局ノードから受信した入力スペクトルデータを参照してなされる。入力及び出力スペクトルデータは、帯域の各々における全てのチャネルの状態を示す。したがって、精密にポンプ力を調節して、全てのチャネルをＥＥＰＲＯＭ１３に格納された所定のプリセットレベルに設定することが可能である。更に、ステップＳ２１では、ＣＰＵ１２は信号の入力パワーの調節のため前段の中継局ノードに制御信号を送信する。その後、ＣＰＵ１２は、ステップＳ２０に続いてステップＳ１８を実行する。

これら本発明の第１及び第２実施例は、３個以上のラマンポンピング光が使用可能なように変形可能である。これらラマンポンプ光源は、例えばＷＯ００／５６２２に開示されている如く、多波長ポンプ光源であってもよい。本発明の第１実施例にて使用されている監視用フォトダイオード３６及び３７は、全Ｓ＋及びＳ帯域を夫々監視する。その代わりに、一組の監視用フォトダイオードをＷＤＭカプラと組み合わせ、帯域内の多波長群（即ちサブバンド）を同時に監視可能としても良い。監視用フォトダイオードは又増幅器の後段に設けても良い。

次に本発明の他の実施例について説明する。

図１３Ａは、本発明の第３実施例による中継局ノード１０Ｃのブロック図である。この中継局ノード１０Ｃは、光サーキュレータ４３の位置に関し、上記中継局ノード１０と異なる。ＷＤＭカプラ３１の結合損失が、短いラマンポンプ波長にて十分に低い場合、図１３Ａの中で示されるように光カプラ４３をＷＤＭカプラ３１の後方に配置することが可能である。この構成は、伝送路中のＣ及びＬ帯域内信号光に関し損失が低減されるという効果を有する。

図１３Ｂは上記中継局ノード１０Ｃの変形例のブロック図である。図１３Ｂに示される中継局ノード１０Ｄは、Ｃ／Ｌ信号光がＳ＋/Ｓ信号光に対して逆方向に伝搬するように構成される。即ち、ラマンポンプ光源部４２によって放射されたＳ＋/Ｓラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光と同方向に伝搬される。

図１３Ｃは上記中継局ノード１０Ｃの他の変形例１０Ｅのブロック図である。前述の本発明の実施例に記載の光源部４２で使用されているラマンポンプは、二つの光源部４２ａ及び４２ｂに分離される。同光源部４２ａは、Ｓ＋及びＳラマンポンプ光源部４６，４７並びに図９に示される関連するＷＤＭカプラの組み合わせに相当する。上記光源部４２ｂは、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４８，４９並びに図４３に示される関連するＷＤＭカプラの組み合わせに相当する。Ｓ＋/Ｓラマンポンプ光源部４２ａはＷＤＭカプラ５５により、ＷＤＭカプラ３１の前方で光ファイバ１４に結合される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂは、ＷＤＭカプラ３１の後方に位置するよう、対応する内部の光ファイバに光サーキュレータ４３を介して結合される。この構成において、Ｓ＋/Ｓラマンポンプ光に関する結合損失は中継局ノード１３Ａに比較して低減される。

上記中継局ノード１０Ｅの変形例が、図１３Ｄの中で示される中継局ノード１０Ｆとして例示される。Ｃ／Ｌ信号光はラマンポンプ光と同方向に伝搬され、Ｓ＋/Ｓ信号光に対して逆方向に伝搬される。

図１４Ａは本発明の第４実施例による中継局ノード１０Ｇのブロック図である。Ｓ信号代用ラマンポンプ光源部４９はＷＤＭカプラ３２の後方に位置するよう、対応する内部のＳ信号伝送路に結合される。監視用フォトダイオード３６は光タップ３４から得られるＳ信号の一部を監視する。上記光源部４９はＳ帯域の状態に基づいて制御される。Ｓ＋信号代用ラマンポンプ光源部４８はＷＤＭカプラ３２の後方に位置するよう、対応する内部のＳ＋信号伝送路に結合される。監視用フォトダイオード３７は光タップ３５から得られるＳ＋信号の一部を監視する。上記光源部４８は、Ｓ＋帯域の状態に基づいて制御される。

図１４Ｂは上記中継局ノード１０Ｇの変形例１０Ｈのブロック図である。Ｃ／Ｌ信号光はラマンポンプ光と同方向に伝搬され、Ｓ＋/Ｓ信号光に対して逆方向に伝搬される。

図１５Ａは本発明の第５実施例による光中継局ノード１０Ｉのブロック図である。ここでは信号の波長はＳ帯域に対してのみ延在する。この場合、ラマンポンプ波長は、スペクトル的に信号波長と重複させずに割り当てることが出来る。その結果、伝送路にＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプを結合するためにＷＤＭ装置を使用することが可能となる。統合Ｓラマンポンプ光／Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光用光源部４２ｃが、ＷＤＭカプラ３１の前方に配置されたＷＤＭカプラ５５によって光ファイバ１４に結合される。同光源部４２ｃから放射されたラマンポンプ光は、Ｓ／Ｃ／Ｌ信号光に対して逆方向に伝播される。この光源部４２ｃは図９の中で示される結合部４５のラマンポンプ光源部４７、４８及び４９並びに関連するＷＤＭカプラを含む。Ｓ帯域はＷＤＭカプラ３１から延在する内部のＳ信号伝送路に結合された監視用フォトダイオード３７によって監視される。

ラマンポンプ光源部４２ｃはＣＰＵ１２の制御下でＳ信号モニタ３７によって監視されたＳ帯域の状態によって制御される。例えば、上記ラマンポンプ光源部４８はオン状態に維持され、ラマンポンプ光源部４９はＳ帯域の状態に基づいてそのオン／オフ切替がなされる。その代わりに、Ｓ＋及びＳ信号代用光源部４８及び４９がＳ帯域の状態に基づいて同時にオン／オフ切り替えされてもよい。

図１５Ｂは上記中継局ノード１０Ｉの変形例１０Ｊのブロック図である。Ｓ帯域ラマンポンプ光は同一方向に伝播される。ラマンポンプ光源部４２は、Ｓラマンポンプ光源部４７及びＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂへと分離される。光源部４２ｂは、ＷＤＭカプラ４１の前方に位置したＷＤＭカプラ６０によって伝送路を構成する光ファイバ１４に結合される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光に対して逆方向に伝播される。Ｓポンプ光はＣ／Ｌ信号光と同一方向に伝播される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂは、監視用フォトダイオード３７によって監視されたＳ帯域の状態によって制御される。

図１６Ａは、上記中継局ノード１０Ｉの他の変形例の光中継局ノード１０Ｋのブロック図である。ＷＤＭカプラ６１はＷＤＭカプラ３１の後方に設けられている。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源４２ｂは、ＷＤＭカプラ６１によって内部のＳ信号伝送路に結合される。Ｓラマンポンプ光及びＳ＋／Ｓ信号代用ラマンポンプ光は、Ｓ／Ｃ／Ｌ信号光に対して逆方向に伝播される。

図１６Ｂは中継局ノード１０Ｋの変形例１０Ｌのブロック図である。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源４２が結合されたＷＤＭカプラ６１がＳ周波帯増幅器３８の後段に設けられている。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光に対して逆方向に伝播される。Ｓラマンポンプ光はＣ／Ｌ信号光と同一方向に伝播される。

図１７Ａは本発明の第６実施例による光中継局ノード１７Ａのブロック図である。この実施例では、１対の光スイッチ６５及び６６が、Ｓ＋及び／又はＳ帯域伝送中断の際のＣ／Ｌ帯域伝送保護の実現のために使用される。光スイッチ６５及び６６はＷＤＭカプラ７５及び７６によって夫々内部の伝送路に結合される。光スイッチ６５及び ６６の各々は２つの光路間の選択を可能とする。光スイッチ６５及び６６の対はＷＤＭカプラ３１の前方に設けられ、Ｓ＋/Ｓラマンポンプ光源部４２ａ或いはＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂのうちの何れかを選択的に伝送路へと接続する。

光スイッチ６５及び６６は図９に示す如くＣＰＵ１２によってＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂと共に制御される。モニタ出力状態が前段の中継局ノードから供給される。光スイッチ６５及び６６のスイッチング制御は、前述のラマンポンプ光源部のオン／オフ制御と同様になされる。即ち、光スイッチ６５及び６６は、図１０Ｂで示される表に従って操作される。

尚、光スイッチ６５及び６６は、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光とＳ＋/Ｓ信号光との同時の送信を許容しない。したがって、Ｓ＋/Ｓラマンポンプ光とＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光との間のスイッチングを実行することが要求される。これは、Ｓ＋及びＳ帯域全体のみが代用され得ることを意味する。ラマンポンプ光は、信号光と逆方向に伝搬される。

Ｓ＋/Ｓ増幅器段６２が、Ｓ＋及びＳ帯域の信号光を増幅するために使用される。監視用フォトダイオード６３は、Ｓ＋及びＳ帯域の状態を監視する。次段の中継局ノードのＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部を制御するためのモニタ出力が、次段の中継局ノードに送信される。Ｓ＋／Ｓ／Ｃ／Ｌ信号光は同方向に伝搬される。

図１７Ｂは光中継局ノード１０Ｍの変形例１０Ｎのブロック図である。一対の光スイッチ６７及び６８がＷＤＭカプラ４１の前方に設けられる。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂが、ＣＰＵ１２によって制御されたスイッチ６７及び６８によって光ファイバ１４に選択的に結合される。Ｃ／Ｌ信号光は、Ｓ＋／Ｓ信号光に対して逆方向に伝搬され、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光と同一方向に伝播される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光に対して逆方向に伝播される。スイッチ６７及び６８並びにＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂを制御するため、Ｓ＋／Ｓ増幅器段６２の後段に設けられたフォトダイオード６３のモニタ出力がＣＰＵ１２によって使用される。

図１８Ａは本発明の第７実施例による光中継局ノード１０Ｐのブロック図である。伝送路にＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂを選択的に結合するための光スイッチ６９がＷＤＭカプラ３１の後方に設けられる。光スイッチ６９は、ＣＰＵ１２の制御下、監視用フォトダイオード６３によって監視されたＳ＋及びＳ帯域の状態によってオン／オフ切り替えがなされる。Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａはＷＤＭカプラ３１の前方に設けられ、ＷＤＭカプラ５５によって光ファイバに結合される。Ｓ＋／Ｓ／Ｃ／Ｌ信号光は同方向に伝搬され、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光及びＳ＋／Ｓ信号代用ラマンポンプ光は信号光に対して逆方向に伝搬される。ＣＰＵ１２は、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂ及び光スイッチ６９を、フォトダイオード６３によって監視されたＳ＋／Ｓ帯域の状態に基づいて制御する。

図１８Ｂは中継局ノード１０Ｐの変形例１０Ｑのブロック図である。光スイッチ７０は、図１８Ａにて示される中継局ノード同様、ＷＤＭ要素３１の後方に設けられるが、異なる位置に設けられる。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂは、ＣＰＵ１２の制御下、Ｓ＋／Ｓ帯域の状態に基づきスイッチ７０によってＷＤＭカプラ４１に選択的に結合される。Ｓ＋／Ｓ帯域の状態に基づいて切り替えられるＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光及びＳ＋／Ｓラマンポンプ光に対して逆方向に伝播される。

図１９Ａは本発明の第８実施例による光中継局ノード１０Ｒのブロック図である。ラマンポンプ光源部４８は、Ｓ＋信号光の代用の目的で光スイッチ７２によってＷＤＭカプラ５６の後方に結合される。ラマンポンプ光源部４９はＳ信号光の代用の目的にて光スイッチ７１によってＷＤＭカプラ５６の後方に結合される。ＣＰＵ１２はラマンポンプ光源部４８及びスイッチ７２を、フォトダイオード３７によって監視されたＳ＋帯域の状態に基づいて制御する。同様に、ＣＰＵ１２はラマンポンプ光源部４９及びスイッチ７１を、フォトダイオード３６によって監視されたＳ帯域の状態に基づいて制御する。Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａはＷＤＭカプラ５５によって光ファイバ１４に結合される。Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光並びに／Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｓ＋／Ｓ／Ｃ／Ｌ信号光に対して同方向に伝搬され、並びに逆方向に伝搬される。

図１９Ｂは光増幅器１０Ｒの変形例１０Ｓのブロック図である。光スイッチ７３及び７４は、夫々光増幅器３８及び３９の後段に設けられる。光スイッチ７３は、ＣＰＵ１２の制御下、Ｓ帯域の状態に基づき、選択的にＷＤＭカプラ４０とラマンポンプ光源４９とを結合する。同様に、光スイッチ７４は、ＣＰＵ１２の制御下、Ｓ＋帯域の状態に基づいて選択的にＷＤＭカプラ４０とラマンポンプ光源４８とを結合する。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、Ｃ／Ｌ信号光及びＳ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａに対し、逆方向に伝播される。

図２５Ａは、光学スペクトラムアナライザの使用により、双方向伝送システムＳ＋Ｓ／ＣＬの前方及び後方伝搬光の一部を監視するための光学装置を示す。前方伝搬光はＳ＋及びＳ帯域にあり、後方伝搬光はＣ及びＬ帯域にある。光タップ１６０及び１６１は、増幅器段の前段及び後段に設けられる。ＷＤＭカプラ１６２は、増幅器段への入力信号の一部を結合する。ＷＤＭカプラ１６３は、出力信号の一部を結合する。ＷＤＭカプラ１６２に接続された光学スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）１６４は、上記入力信号のパワーレベルを監視する。ＷＤＭカプラ１６３に接続された光学スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）１６５は、上記出力信号のパワーレベルを監視する。光学スペクトラムアナライザ１６４及び１６５はＣＰＵ１２と通信する。

以下、本発明の第９実施例による光中継局ノードについて述べる。この中継局ノードは、図２Ｄの中で示される如く、ＤＷＤＭシステム中で使用される。ＤＷＤＭシステムでは、チャネルインタリーブ双方向伝送によって、隣接チャネル間の非線形相互作用による障害が低減され得る。チャネルインターリービングは図２Ｄ中のグラフにて例示される。実線と破線とによって夫々示される対向(前方及び後方)方向伝搬チャネルがインタリーブされる。増幅器段では、前方及び後方伝搬光を分離するために光サーキュレータが使用される。各方向用の増幅器構造は、前述の本発明の第１乃至第８実施例におけるものと同様である。これらとの相違点は、一分岐中の全ての光が同じ方向へ伝搬されるということである。

図２０Ａは、チャネルインタリーブ双方向Ｓ／Ｃ／Ｌ伝送システムに適用可能な本発明の第９実施例による光中継局ノード１００Ａのブロック図である。中継局ノード１００Ａは、Ｓ、Ｃ及びLの３帯域を処理する。中継局ノード１００Ａは、光サーキュレータ４３及び１２１を介し、光ファイバ１４よりなる光伝送路に結合され、二つの増幅器システムを構成する。これら二つのシステムのうちの一つは、前方伝搬に関与する第１の光増幅器を含み、前述の構成要素から構成されるものである。同様に、他のシステムは、上記第１の光増幅器と同じ構造を有する第２の光増幅器を含む。後方伝搬に関与するこの第２の増幅器は、ＷＤＭカプラ１２２、Ｃ／Ｌ増幅器段１２３、Ｓ帯域増幅器１２４、光タップ１２５、監視用フォトダイオード１２６、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１２７、ＷＤＭカプラ１２９、Ｓ帯域ラマンポンプ光源部１３０、並びにＷＤＭカプラ１３１よりなる。

多重化光はサーキュレータ４３を通過し、ＷＤＭカプラ３１に加えられる。Ｃ／Ｌ信号光はＣ／Ｌ増幅器段３３に加えられる。Ｓ信号及びＳ帯域ポンプ光はＳ帯域増幅器３８に加えられる。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂは、光タップ３４を介しフォトダイオード３７によって監視された前方伝搬におけるＳ帯域の状態に基づき、ＣＰＵ１２によって制御される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、ＷＤＭカプラ６０及びＷＤＭカプラ４１により、増幅されたＳ帯域信号光及びＣ／Ｌ信号光と多重化される。更に、Ｓラマンポンプ光はＷＤＭカプラ５５により、ＷＤＭカプラ４１の出力に結合される。その後、多重化光は、サーキュレータ１２１によって光ファイバ１４に送信される。

同様に、多重化光は、サーキュレータ１２１を通過してＷＤＭカプラ１２２に加えられる。Ｃ／Ｌ信号光及びＳ＋／Ｓ信号代用ラマンポンプ光が有れば、これらはＣ／Ｌ増幅器段１２３に加えられる。Ｓ信号及びＳ帯域ポンプ光はＳ周波帯増幅器１２４に加えられる。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１２７は、光タップ１２５を介してフォトダイオード１２６によって監視された後方伝搬におけるＳ帯域の状態に基づいてＣＰＵ１２によってが制御される。Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光は、ＷＤＭカプラ１２８及びＷＤＭカプラ１２９により、増幅されたＳ帯域信号光及びＣ／Ｌ信号光と多重化される。更に、Ｓラマンポンプ光はＷＤＭカプラ１３１により、ＷＤＭカプラ１２９の出力に結合される。その後、多重化光は、サーキュレータ４３によって光ファイバ１４に送信される。

図２０Ｂは、図２０Ａにて示される光中継局ノード１００Ａの変形例１００Ｂのブロック図である。Ｓラマンポンプ光／Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｃはＷＤＭカプラ５５を介してＷＤＭカプラ４１の後方に設けられる。ＣＰＵ１２は、Ｓ帯域増幅器３８からＷＤＭカプラ３４を介して延在する内部Ｓ帯域前方伝送線路に結合された監視用フォトダイオード３７によって監視されたＳ帯域の状態に基づき、光源部４２ｃを制御する。同様に、統合Ｓラマンポンプ／Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３０ａが、ＷＤＭカプラ１３１を介してＷＤＭカプラ１２９の後方に設けられる。ＣＰＵ１２は、Ｓ帯域増幅器１２４から延在する内部Ｓ帯域後方伝送線路に結合された監視用フォトダイオード１２６によって監視されたＳ帯域の状態に基づき、上記光源部１３０ａを制御する。

図２１は本発明の第１０実施例による光中継局ノード１００Ｃのブロック図である。この装置１００Ｃは、Ｓ＋／Ｓ／Ｃ／Ｌ帯域を有するチャネルインタリーブ双方向伝送システムに適用可能である。前方増幅器システムは、前述のＷＤＭカプラ３１、Ｃ／Ｌ増幅器段３３、Ｓ＋／Ｓ増幅器段６２、ＷＤＭカプラ４１、光タップ６９、Ｓ＋／Ｓ帯域監視用フォトダイオード６３、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａ、ＷＤＭカプラ５５、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂ、ＷＤＭカプラ７６、光スイッチ６７及び６８を含む。同様に、後方増幅器システムは、前述のＷＤＭカプラ１２２、Ｃ／Ｌ増幅器段１２３、Ｓ＋／Ｓ増幅器段１３４、ＷＤＭカプラ１２９、光タップ１３５、Ｓ＋／Ｓ帯域監視用フォトダイオード１３６、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部１３８、ＷＤＭカプラ１３１、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３７、ＷＤＭカプラ１３２、並びに光スイッチ１３９及び１４０を含む。

スイッチ６７及び６８、並びにラマンポンプ光源部４２ａ及び４２ｂは、フォトダイオード６３によって監視された前方伝搬におけるＳ＋/Ｓ帯域の状態に基づき、ＣＰＵ１２によって制御される。同様に、スイッチ１３９及び１４０、並びにラマンポンプ光源部１３７及び１３８は、フォトダイオード１３６によって監視された後方伝搬におけるＳ＋／Ｓ帯域の状態に基づき、ＣＰＵ１２によって制御される。前方Ｓ＋及び／又はＳ帯域が非機能時、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２が光スイッチ６７及び６８によって選択される。同様に、後方Ｓ＋及び／又はＳ帯域が非機能時、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３７が光スイッチ１３９及び１４０によって選択される。

図２２は本発明の第１１実施例による光中継局ノード１００Ｄのブロック図である。第1の(前方)増幅器システムは、ＷＤＭカプラ３１、Ｃ／Ｌ増幅器段３３、Ｓ＋／Ｓ増幅器段６２、光タップ６４、監視用フォトダイオード６３、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂ、光スイッチ７０、ＷＤＭカプラ４１、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａ及びＷＤＭカプラ５５よりなる。フォトダイオード６３によって監視されたＳ＋／Ｓ帯域の状態に基づいて制御されたＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂが、光スイッチ７０によってＷＤＭカプラ４１に選択的に結合される。光スイッチ７０はＣＰＵ１２によって制御され、前方伝搬におけるＣ／Ｌ帯域伝送の保護のためにＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部４２ｂを選択する。Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２ａはＷＤＭカプラ５５を介してサーキュレータ１２１に結合される。

第２の(後方)増幅器システムは、ＷＤＭカプラ１２２、Ｃ／Ｌ増幅器段１２３、Ｓ＋／Ｓ増幅器段１３４、光タップ１３５、監視用フォトダイオード１３６、Ｓ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３７、光スイッチ１４０、ＷＤＭカプラ１２９、ＷＤＭカプラ１３１、Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部１３８よりなる。フォトダイオード１３６によってモニタされたＳ＋／Ｓ帯域の状態に基づいて制御されるＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３７は光スイッチ１４０によって選択的にＷＤＭカプラ１２９に結合される。光スイッチ１４０は、ＣＰＵ１２によって制御され、後方伝搬におけるＣ／Ｌ帯域送信の保護のためにＳ＋及びＳ信号代用ラマンポンプ光源部１３７を選択する。Ｓ＋／Ｓラマンポンプ光源部１３８はＷＤＭカプラ１３１を介してサーキュレータ４３に結合される。

図２３は、本発明の第１２実施例による光中継局ノード１００Ｅのブロック図である。ＷＤＭカプラ５５のＳ＋／Ｓラマンポンプ光源部４２aが接続される位置に関する点を除き、図１９に図示の如く第1の(前方)増幅器システムが構成される。中継局ノード１００ＥのＷＤＭカプラ５５は、ＷＤＭカプラ４１の出力に接続される。第２の(後方)増幅器システムは上記第１の増幅器システムと同じ構造を有する。特にこの第２の増幅器システムは、ＷＤＭカプラ１２２、Ｃ／Ｌ増幅器段１２３、ＷＤＭカプラ１３４０、ＷＤＭカプラ１２９０、監視用フォトダイオード１４０、Ｓ帯域増幅器１４１、光タップ１４２、Ｓ信号代用ラマンポンプ光源部１４３、光スイッチ１４４、監視用フォトダイオード１４５、Ｓ＋帯域増幅器１４６、光タップ１４７、Ｓ＋信号代用ラマンポンプ光源１４８，光カプラ１４９、Ｓ＋/Ｓラマンポンプ光源部１３８及びＷＤＭカプラ１２９を含む。

Ｓ帯域が非機能時、ＣＰＵ１２は、Ｓ増幅器１４１の代わりにラマンポンプ光源部１４３を選択するように光スイッチ１４４を制御する。Ｓ＋帯域が非機能時、ＣＰＵ１２は、Ｓ＋増幅器１４６の代わりにＳ＋信号代用ラマンポンプ光源１４８を選択するように光スイッチ１４９を制御する。

図２４は、上記光増幅器装置１００及び１００Ｂ乃至１００Ｅのうちの何れかの変形例のブロック図である。ラマンポンプ光がスペクトル的に信号波長と重複しない場合、関連するラマンポンプ光源は、二つの増幅器段１５０及び１５１が構成される光サーキュレータ４３と１２１との間の外側に設けられ得る。信号波長とスペクトル的に重複しないラマンポンプ光を放射するラマンポンプ光源部１５２がＷＤＭカプラ１５３を介して光伝送路に結合される。同様に、信号波長にスペクトル的に重複しないラマンポンプ光を放射するラマンポンプ光源部１５４がＷＤＭカプラ１５５を介して光伝送路に結合される。

光中継局ノード１００及び１００Ｂ乃至１００Ｅでは、監視用フォトダイオードが使用されているが、ここではその代わりに光学スペクトラムアナライザを使用してもよい。

図２５Ｂは、光学スペクトラムアナライザを使用したチャネルインタリーブ双方向伝送システムにおける前方及び後方伝搬光の一部を監視するための光学装置を示す。前方伝搬光は偶数チャネルに含まれ、後方伝搬光は奇数チャネルに含まれる。ここではＷＤＭカプラ１６２及び１６３の代わりに、図２５Ｂの中で示されるように、光スイッチ１６６及び１６７が使用される。

本発明は上に特に説明した第１乃至第１２実施例、変形例等の構成に限定されることはない。

例えば、これらとは異なる数のラマンポンピング光を使用しても良い。ラマンポンプ源は、例えばＷＯ００／０５６２２にて開示されている如く、多波長ポンプ源としても良い。又、波長調整可能なポンプ光源を使用しても良い。単一のフォトダイオードを全光学帯域を監視するために使用することも可能であるし、或いは、一組のフォトダイオードをＷＤＭカプラと組み合わせて帯域内の多数の波長群(即ちサブバンド)を同時に監視するようにすることも可能である。又監視用フォトダイオードは増幅器の後段に設けても良い。

本発明は、Ｓ＋／Ｓポンプ光が信号光と同方向に伝搬されるシステム等、同方向及び逆方向伝搬信号並びにポンプ光の他の組み合わせを有するシステムをも含む。本発明は、Ｓ＋／Ｃ／Ｌ帯域を使用したシステムにとどまらず、Ｌ帯域(即ちＬ＋帯域)を越える波長領域を含むシステム等、上記と異なる帯域の組み合わせを使用するシステムをも含む。

尚、本発明は信頼性の高い長波長チャネル伝送のために比較的短波長のチャネルから比較的長波長のチャネルへのパワー移動を生ずる広帯域ＷＤＭシステムの稼働中のアップグレードが可能な方式を提供するものである。このようなシステムにおいて当初に少数の短波長チャネルが使用され、更なる短波長チャネルの付加をオプションとする場合、後になって稼働中にアップグレードを可能とするための備えを行なうことが必要となる。この目的のため、少数の短波長代用ラマンポンプにより、比較的長波長のチャネルに対してパワーを供給する。ここでは各代用ポンプ波長が、後になって設置すべき短波長チャネル群の代わりとなる。

シリカシングルモードファイバの１４５０乃至１６００ｎｍ波長領域における代表的なファイバ損失を示すグラフである。 従来の光通信システムのブロック図である。 従来の光通信システムのブロック図である。 従来の光通信システムのブロック図である。 従来の光通信システムのブロック図である。 光学部品記号説明図である。 光学部品記号説明図である。 光学部品記号説明図である。 光学部品記号説明図である。 光学部品記号説明図である。 光学部品記号説明図である。 ＳＲＳ及びファイバ損失による光パワー減少を示す図である。 ＤＲＡ及び前強調を使用したＳＲＳスペクトル傾斜補償を示す図である。 本発明の原理を示す図である。 本発明の第１実施例による光伝送システムのブロック図である。 図７で示される光伝送システムで使用される、増幅器装置よりなる光中継局ノードのブロック図である。 図８に示されるラマンポンプ光源部のブロック図である。 図９に示されるＣＰＵの制御動作を示す図である。 図９に示されるＣＰＵの制御動作を示す図である。 本発明の第２実施例による光伝送システムのブロック図である。 図１１で示されるＣＰＵの制御動作を示す図である。 図１１で示されるＣＰＵの制御動作を示す図である。 本発明の第３実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１３Ａで示される光中継局ノードの変形例を示す図である。 図１３Ａで示される光中継局ノードの変形例を示す図である。 図１３Ａで示される光中継局ノードの変形例を示す図である。 本発明の第４実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１４Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第５実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１５Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 図１５Ａで示される中継局ノードの他の変形例のブロック図である。 光中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第６実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１７Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第７実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１８Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第８実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図１９Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第９実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図２０Ａで示される中継局ノードの変形例のブロック図である。 本発明の第１０実施例による光中継局ノードのブロック図である。 本発明の第１１実施例による光中継局ノードのブロック図である。 本発明の第１２実施例による光中継局ノードのブロック図である。 図２０Ａ，２０Ｂ，２１乃至２３に示す中継局ノードの変形例のブロック図である。 光学スペクトラムアナライザを使用して前方及び後方伝搬光の一部を監視するための光学装置のブロック図である。 光学スペクトラムアナライザを使用して前方及び後方伝搬光の一部を監視するための光学装置のブロック図である。

Claims (31)

1. 比較的短波長の信号から比較的長波長の信号へのパワー移動を生ずるシステムに使用される光増幅器装置であって、
   光伝送媒体に結合された増幅器段と、
   第１の波長帯域のパワーレベルの状態を監視するモニタと、
   前記監視された第１の波長帯域のパワーレベルの状態に基づき、光伝送媒体に、信号波長の帯域である前記第１の波長帯域に供給する少なくとも一の第１のポンプ光を供給し、もって当該少なくとも一の第１のポンプ光が、前記第１の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的パワーを前記第１の波長帯域に供給するポンプ光源部とを有する光増幅器装置。
2. 前記モニタは前記第１の波長帯域の信号の欠如を監視する、請求項１に記載の光増幅器装置。
3. 前記モニタは前記第１の波長帯域のパワーレベルを監視する、請求項１に記載の光増幅器装置。
4. 更に、前記モニタが前記第１の波長帯域の信号の欠如を検知した場合、前記ポンプ光源部をスイッチオンして前記第１の波長帯域に前記少なくとも一の第１のポンプ光を放射させるコントローラーを更に含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
5. 前記ポンプ光源部は異なる波長の複数の第１のポンプ光を供給する、請求項１に記載の光増幅器装置。
6. 前記モニタは、前記第１の波長帯域に加え第２の波長帯域の状態を監視し、
   前記ポンプ光源部は前記監視された第２の波長帯域の状態に基づき、光伝送媒体に、信号波長の帯域である前記第２の波長帯域に供給する少なくとも一の第２のポンプ光を供給し、もって前記第２の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的パワーを前記少なくとも一の第２のポンプ光にて前記第２の波長帯域に供給する、請求項１に記載の光増幅器装置。
7. 前記モニタは前記第２の波長帯域のパワーレベルを監視する、請求項５に記載の光増幅器装置。
8. 更に、前記モニタが前記第１及び第２の波長帯域の信号の欠如を検知した際、前記ポンプ光源部をスイッチオンし、夫々前記少なくとも一の第１のポンプ光及び前記少なくとも一の第２のポンプ光を放射させるコントローラーを有する、請求項６に記載の光増幅器装置。
9. 前記ポンプ光源部は、異なる波長の複数の第２のポンプ光を供給する、請求項６に記載された光増幅器装置。
10. 前記光伝送媒体に前記ポンプ光源部を結合する光サーキュレータを更に含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
11. 前記光伝送媒体に前記ポンプ光源部を結合するためのＷＤＭ（波長分割多重）カプラを更に含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
12. 前記少なくとも一の第１のポンプ光は前記長波長チャネルが伝搬される方向と同じ方向に光伝送媒体を伝搬される、請求項１に記載の光増幅器装置。
13. 前記少なくとも一の第１のポンプ光は前記長波長チャネルが伝搬される方向と逆の方向に光伝送媒体を伝搬される、請求項１に記載の光増幅器装置。
14. 前記増幅器段は複数の増幅器システムを有し、
    該複数の増幅器システムのうちの一のものによって前記少なくとも一の第１のポンプ光が光伝送媒体に供給される、請求項１に記載の光増幅器装置。
15. 前記増幅器段は増幅器システムを有し、
    前記少なくとも一の第１のポンプ光及び前記少なくとも一の第２のポンプ光が夫々の前記増幅器システムによって光伝送媒体に供給される、請求項６に記載の光増幅器装置。
16. 前記増幅器段は増幅器システムを有し、
    前記モニタは、夫々の増幅器システムに接続され前記第１及び第２の波長帯域の状態を夫々監視する部分を有する、請求項６に記載の光増幅器装置。
17. 更に前記光伝送媒体に、前記ポンプ光源部から、ポンプ光と、前記補足的パワーを与える前記第１の波長帯域内の波長を有するポンプ光と、から選択的に結合する光スイッチを含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
18. 前記光スイッチは前記増幅器段の前方に設けられる、請求項１７に記載の光増幅器装置。
19. 前記光スイッチは増幅器殿内部に設けられる、請求項１７に記載の光増幅器装置。
20. 前記モニタはフォトダイオードを含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
21. 前記モニタは光学スペクトラムアナライザを含む、請求項１に記載の光増幅器装置。
22. 前記モニタは、前記第１の波長帯域を含む複数の波長帯域の状態を監視し、
    前記ポンプ光源部は、前記監視された複数の波長帯域の状態に基づき、前記少なくとも一の第１のポンプ光を含む複数のポンプ光を光伝送媒体に供給し、もって前記複数のポンプ光にて前記複数の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対し補足的パワーを供給する、請求項１に記載の光増幅器装置。
23. 前記少なくとも一の第１のポンプ光がラマンポンプ光である、請求項１に記載の光増幅器装置。
24. 比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずる双方向システムに使用される光増幅器装置であって、
    第１及び第２の増幅器システムと、
    当該第１及び第２の増幅器システムを光伝送媒体に結合する方向性結合素子とを有し、
    前記第１及び第２の増幅器システムの各々は、光伝送媒体に結合された増幅器段と、
    第１の波長帯域のパワーレベルの状態を監視するモニタと、
    前記監視された第１の波長帯域のパワーレベルの状態に基づき、光伝送媒体に、信号波長の帯域である前記第１の波長帯域に供給する少なくとも一の第１のポンプ光を供給し、もって前記第１の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的パワーが前記少なくとも一の第１のポンプ光によって前記第１の波長帯域に供給されるようにするポンプ光源部とを有する、光増幅器装置。
25. 前記モニタは、前記第１の波長帯域に加えて第２の波長帯域の状態を監視し、
    前記ポンプ光源部は前記監視された第２の波長帯域の状態に基づき、光伝送媒体に対して少なくとも一の第２のポンプ光を供給し、もって第２の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対し、前記少なくとも一の第２のポンプ光によって補足的にパワーが供給されるようにする、請求項２４に記載の光増幅器装置。
26. 前記モニタは、前記第１の波長帯域を含む複数の波長帯域の状態を監視し、
    前記ポンプ光源部は前記監視された複数の波長帯域の状態に基づき前記少なくとも一の第１のポンプ光を含む複数のポンプ光を光伝送媒体に対して供給し、もって前記複数のポンプ光により、前記複数の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対し補足的パワーが供給されるようにする、請求項２４に記載の光増幅器装置。
27. 第１の波長帯域の状態を監視し、
    前記監視された第１の波長帯域のパワーレベルの状態に基づき、光伝送媒体に、信号波長の帯域である前記第１の波長帯域に供給する少なくとも一の第１のポンプ光を供給し、もって前記第１の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的パワーが前記第１のポンプ光によって前記第１の波長帯域に供給されるようにする各段階を有する、光増幅器装置を制御する方法。
28. 前記監視段階では第１の波長帯域に加え第２の波長帯域の状態をも監視し、
    前記供給段階では、前記監視された第２の波長帯域の状態に基づいて光伝送媒体に対し少なくとも一の第２のポンプ光を供給し、もって前記第２の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的パワーが前記少なくとも一の第２のポンプ光によって供給されるようにする、請求項２７に記載の方法。
29. 前記監視段階では前記第１の波長帯域を含む複数の波長帯域の状態を監視し、
    前記供給段階では前記監視された複数の波長帯域のパワーレベルの状態に基づいて前記少なくとも第１のポンプ光を含む複数のポンプ光を供給し、もって前記複数のポンプ光によって前記複数の波長帯域の状態が関係する長波長チャネルに対して補足的パワーが供給されるようにする、請求項２７に記載の方法。
30. 光増幅器装置と、
    前記光増幅器装置を結合する光伝送媒体とを有し、
    前記光増幅器装置のうちの一のものは光伝送媒体に結合された増幅器段と、
    第１の波長帯域の状態を監視するモニタと、
    前記監視された第１の波長帯域のパワーレベルの状態に基づき、光伝送媒体に対し、信号波長の帯域である前記第１の波長帯域に供給する少なくとも一の第１のポンプ光を供給し、もって前記第１の波長帯域のパワーレベルの状態が関連する長波長チャネルに対して補足的なパワーが前記少なくとも一の第１のポンプ光によって前記第１の波長帯域に供給されるようにするポンプ光源部とを有する、光伝送システム。
31. 比較的短波長信号から比較的長波長信号へのパワー移動を生ずる双方向光伝送システムであって、
    光増幅器装置と、
    前記光増幅器装置を結合する光伝送媒体とを有し、
    前記光増幅器装置のうちの一のものは第１及び第２の増幅器システムと、
    当該第１及び第２の増幅器システムを光伝送媒体に結合する方向性結合素子とを有し、
    前記第１及び第２の増幅器システムの各々は、光伝送媒体に結合された増幅器段と、
    第１の波長帯域のパワーレベルの状態を監視するモニタと、
    前記監視された第１の波長帯域のパワーレベルの状態に基づいて光伝送媒体に対し、信号波長の帯域である前記第１の波長帯域に供給する少なくとも一の第１のポンプ光を供給し、もって前記第１の波長帯域の状態が関連する長波長チャネルに対して補足的なパワーが前記少なくとも一の第１のポンプ光により前記第１の波長帯域に供給されるようにするポンプ光源部とを有する、双方向光伝送システム。

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