JP4549591B2

JP4549591B2 - 装置

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Publication number: JP4549591B2
Application number: JP2001301951A
Authority: JP
Inventors: 真一郎室; 悦子林; 靖菅谷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: EP1298764A3; EP1298764A2; US6823107B2; JP2003110179A; US20030063850A1; DE60234152D1; EP1298764B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的多量の情報を伝送するために、光ファイバ伝送路を用いた光通信システムが使用されている。そのために、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な光ファイバが光ファイバ伝送路として製造され、使用されている。加えて、長距離の伝送を可能にするために、光ファイバ伝送路における損失を補償するための光増幅器が使用されている。
【０００３】
従来の光増幅器は、利得帯域を提供するためにポンプ光（励起光）により励起される光増幅媒体を備えている。光増幅媒体及びポンプ光は、これらが信号光の波長を含む利得帯域を提供するように選ばれる。その結果、光増幅媒体内を信号光が伝搬するのに従って信号光は増幅される。
【０００４】
例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光増幅媒体としてエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を備えている。ポンプ光源が予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給する。ポンプ光の波長を０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯に設定しておくことによって、１．５５μｍの波長帯を含む利得帯域が得られる。その結果、１．５５μｍ波長帯の信号光は増幅される。
【０００５】
さらに、１本の光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）が知られている。ＷＤＭを採用したシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアがデータにより個別に変調される。各変調されたキャリアは、光信号を伝送するＷＤＭシステムの１つのチャネルを与える。これらの光信号（即ち変調されたキャリア）は、次いで、光マルチプレクサにより波長分割多重され、ＷＤＭ信号光が得られる。ＷＤＭ信号光は、次いで、光ファイバ伝送路を介して伝送される。伝送路を介して受信されたＷＤＭ信号光は、光デマルチプレクサにより個々の光信号に分けられる。従って、これら個々の光信号に基づいてデータが検出され得る。このように、ＷＤＭを適用することによって、ＷＤＭのチャネル数に従って１本の光ファイバの伝送容量の増大が可能になる。
【０００６】
ＷＤＭを採用した光通信システムにおいて、伝送路に沿って光増幅器が挿入されると、伝送距離は、利得傾斜（ゲインチルト）または利得偏差で代表される光増幅器の利得の波長特性によって制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍの帯域に実用的な増幅帯域があり、その近傍に利得傾斜が生じる。この利得傾斜は、ＥＤＦＡへの信号光及びポンプ光の総入力パワーに従って変化することが知られている。
【０００７】
光増幅器の利得の波長特性を補償するために、光フィルタがイコライザとして使用される。但し、光増幅器の平均利得を変化させると利得の波長特性も大きく変化してしまうので、光フィルタを作製した利得ポイントで利得が一定になるような制御を行なう必要がある。
【０００８】
一方、光通信システムにおいては、様々な長さの光ファイバ伝送路が敷設されているので、光中継器として使用される光増幅器に入力される信号光のパワーは一定ではない。このため、広い入力パワーダイナミックレンジに対応した光増幅器が要求される。さらに、光ファイバ伝送路で生じる分散を相殺するための分散補償ファイバが用いられることがあり、分散補償ファイバでの損失の変動に応じて光中継器におけるレベルダイヤグラムを変更する必要もある。
【０００９】
前述のように、光増幅器の利得が一定になるような制御を行なうと、入力信号光パワーが変化すると、これに伴って出力信号光パワーも変化する。しかし、光増幅器の出力側の光ファイバ伝送路に供給することができる信号光のパワーは種々の非線形効果により制限されているので、光増幅器の出力パワーは一定であることが望ましい。
【００１０】
このような状況に鑑みて、利得の波長特性を一定に維持し且つ広い入力ダイナミックレンジを得るための光増幅デバイスが開発されている。その光増幅デバイスは、第１及び第２の光増幅器と、第１及び第２の光増幅器間に光学的に接続された可変光減衰器とを備えている。自動利得制御（ＡＧＣ）が第１及び第２の光増幅器の各々に適用され、それにより第１及び第２の光増幅器の各々の利得の波長特性が一定に維持される。さらに、可変光減衰器を用いて第２の光増幅器について自動出力レベル制御（ＡＬＣ）を行なうことによって、広い入力ダイナミックレンジが得られている。即ち、第１の光増幅器の入力レベルに関わらず第２の光増幅器の出力レベルが一定に維持され、その結果、このデバイスの入力ダイナミックレンジが拡大される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このタイプの光増幅デバイスでは、可変光減衰器により無駄な損失を与えることになるので、効率や雑音特性の点で不利である。特に、分散補償量が大きい場合には、１０数ｋｍの分散補償ファイバが必要であり、分散補償ファイバの損失と入力ダイナミックレンジを併せて２０ｄＢ近くの損失を受けることも考えられるので、増幅中継器としての効率が大幅に劣化する。
【００１２】
さらに、近年の伝送速度の高速化により、非線形効果（自己位相変調、相互位相変調など）による影響が誤り率を劣化させる原因として顕在化している。特に、伝送速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上では、非線形効果による信号光への影響を極力避ける必要がある。中継器においては、分散補償ファイバで生じる非線形量が最も大きいので、分散補償ファイバへ入力される信号光パワーを下げる必要があり、中継器における雑音指数が劣化する。
【００１３】
また、信号光の増幅帯域の拡大を目的として、波長の異なる複数のポンプ光源を用いてラマン増幅媒体をポンピングするラマン増幅器が提案されている。ラマン増幅器における利得の波長特性を制御する方法として、ラマン増幅媒体を通過した信号光について光伝送パワーの波長特性をモニタリングするモニタを使用し、各ポンプ光源にフィードバックを行ない波長特性を制御する方法が知られている（特開２００１−１５８４５）。
【００１４】
しかしながら、この方法では、モニタした光パワーのうち隣接チャネルのクロストーク分や自然ラマン散乱光分を補正する必要があり、制御に問題がある。また、高精度に信号光をモニタリングするためにスペクトルアナライザを用いる必要があり、コスト的に不利である。
【００１５】
よって、本発明の目的は、利得の波長特性を一定に維持し且つ広い入力ダイナミックレンジを得ることができ、しかも増幅効率がよく雑音特性の改善が可能な光増幅のための方法及び装置を提供することである。本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１６】
それぞれの帯域が複数の異なる波長の信号光を含む複数帯域の信号光から成る入力信号光を前記帯域毎の信号光に分離するデマルチプレクサと、前記各帯域に対応して設けられ、ラマン増幅媒体及びこれをポンピングする異なる複数の波長を有するポンプ光を出力する第１のポンプ光源を含み、前記デマルチプレクサより出力された該該帯域に含まれる前記入力光信号をラマン増幅する複数の第１の光増幅ユニットと、前記各第１の光増幅ユニットの後段に光学的に接続され、光増幅媒体及びこれをポンピングする第２のポンプ光源を含む複数の第２の光増幅ユニットと、前記各帯域に対応して設けられ、該帯域に対応する前記ラマン増幅媒体で生じる自然ラマン散乱光のスペクトルを検出して、該スペクトルに基づき、該帯域に対応する前記第１の光増幅ユニットにおける利得傾斜が一定となるように，該帯域に対応する前記第１のポンプ光源における前記複数の波長のパワーバランスを制御する複数の自然ラマン散乱光モニタ手段と、前記複数の第２の光増幅ユニットの出力信号光を多重化するマルチプレクサとを備え、前記自然ラマン散乱光は前記第１の光増幅ユニットで増幅されるべき光の入力側より取り出される装置が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第１実施形態が示されている。この装置は、ラマン増幅媒体１、光カプラ２、励起光源３、アイソレータ４、励起光源５、光カプラ６、ＥＤＦ（希土類ドープファイバとしてのエルビウムドープファイバ）７、励起光源８、光カプラ９及びアイソレータ１０を備えている。ラマン増幅媒体１の第１端は入力ポート１１に接続され、第２端は光カプラ２に接続される。光カプラ２には、また、励起光源３とアイソレータ４の入力端が接続される。アイソレータ４の出力端と励起光源５は光カプラ６に接続され、ＥＤＦ７の第１端も光カプラ６に接続される。ＥＤＦ７の第２端は光カプラ９に接続される。光カプラ９にはまた、励起光源８とアイソレータ１０の入力端が接続される。アイソレータ１０の出力端は出力ポート１２に接続される。
【００２１】
ラマン増幅媒体１としては、分散補償ファイバや高非線形ファイバを用いることができる。分散補償ファイバを用いる場合、この分散補償ファイバは光ファイバ伝送路の波長分散及び分散スロープを補償する。
【００２２】
増幅されるべき信号光の波長は、例えば、Ｓバンド（１４５０〜１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（１５３０〜１５７０ｎｍ）及びＬバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）から選択される。何れにおいても、信号光の帯域から約１００ｎｍ（約１３ＴＨｚ）短波長側に励起光源３の波長が設定される。励起光源３の波長は単一であってもよいし、複数であってもよい。
【００２３】
増幅されるべき信号光は入力ポート１１から出力ポート１２に向かって伝搬する。励起光源３から出力された励起光は、光カプラ２を介してラマン増幅媒体１にその第２端から第１端に向けて伝搬する。励起光源３として複数波長を用いる場合、各々の波長がラマンストークスシフト量分だけ長波長側にラマン増幅帯域を提供することができるので、増幅帯域を拡大することができる。
【００２４】
励起光源５の波長は例えば９８０±５ｎｍに設定され、励起光源５から出力された励起光は、光カプラ６を介してＥＤＦにその第１端から第２端に向けて供給される。励起光源８の波長は例えば１４８０±１０ｎｍに設定され、励起光源８から出力された励起光は、光カプラ９を介してＥＤＦ７にその第２端から第１端に向けて供給される。
【００２５】
希土類ドープファイバとしてのＥＤＦ７はＣバンドの信号光を増幅するのに適しており、ドープ元素は増幅されるべき信号光の波長に応じて選択することができる。
【００２６】
従って、この実施形態では、ラマン増幅媒体１、光カプラ２及び励起光源３が第１の光増幅ユニット１３を構成し、励起光源５、光カプラ６、ＥＤＦ７、励起光源８及び光カプラ９が第２の光増幅ユニット１４を構成する。光アイソレータ４及び１０は、光増幅媒体を含む光路中に反射器構造が構成されて発振が生じることを防止するために設けられている。
【００２７】
入力ポート１１に供給される信号光のパワーが変動すると、第１の光増幅ユニット１３における利得が調整され、それにより、第２の光増幅ユニット１４に供給される信号光のパワーが一定になされる。第２の光増幅ユニット１４は、高出力パワーを得るために用いられており、利得の波長依存性が変化しないように、利得一定制御が行なわれることが望ましい。
【００２８】
特に、波長分割多重信号光を増幅する場合には、励起光源３に複数の波長を用いて、各光信号の出力レベルを調整し、第２の光増幅ユニット１４に入力する各光信号のレベルが予め定められた一定のレベルになるように制御することが望ましい。
【００２９】
ここで、予め定められた一定のレベルとは、全ての波長チャネルが同じ出力レベルであっても良いし、波長チャネル間でレベル偏差があっても良い。但し、レベル偏差を有する場合でも、第２の光増幅ユニット１４に入力される各光信号のレベルは、第１の光増幅ユニット１３の入力レベル変動にかかわらず一定になるように制御されることが望ましい。
【００３０】
図２を参照すると、図１に示される装置におけるレベルダイヤグラムが示されている。この装置に入力される信号光のパワーの変動を第１の光増幅ユニット１３の利得調整により吸収し、第２の光増幅ユニット１４は利得一定制御で動作させることを表している。光ファイバ伝送路がＳＭＦ（シングルモードファイバ）１００ｋｍである場合、中継器に要求される分散補償ファイバは約２０ｋｍとなる。この分散補償ファイバをラマン増幅媒体１（図１参照）として使用した場合、分散補償ファイバの損失（約１２ｄＢ）と入力ダイナミックレンジ７ｄＢ（Ｃバンド、４４チャネル−１７〜−１０ｄＢｍ／ｃｈ）とに対応するために、約４００ｍＷの励起光のパワーが必要である。これに対して、従来技術による場合、励起パワーが最大８００ｍＷ程度になることがある。より特定的には次の通りである。
【００３１】
図３の（Ａ）を参照すると、従来の装置のブロック図が示されている。この装置は、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）１５、光可変減衰器１６及びＥＤＦＡ１７をカスケード接続して構成されている。
【００３２】
図３の（Ｂ）は図３の（Ａ）に示される装置におけるレベルダイヤグラムである。ＥＤＦＡ１５及び１７の各々においては、利得の波長特性を一定に維持するために、利得が一定になるように制御が行なわれている。その結果、ＥＤＦＡ１５の出力パワーが例えば９ｄＢｍ／ｃｈとなり、最大８００ｍＷ程度の励起パワーが必要になるものである。
【００３３】
このように、図１に示される実施形態によると、励起パワーを従来技術と比較して概ね半分にすることができるので、励起光源のコストを大幅に下げることが可能である。
【００３４】
図４を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第２実施形態が示されている。この実施形態は、図１に示される実施形態と対比して、自然ラマン散乱光モニタ部１８と、光カプラ１９，２０及び２１と、パワーモニタ２２及び２３と、ＡＧＣループ２４と、ＡＬＣループ２５と、利得傾斜制御ループ２６とが付加的に設けられている点で特徴づけられる。
【００３５】
光カプラ１９は、ラマン増幅媒体１においてその第２端から第１端に向けて発生する自然ラマン散乱光を主光路から分岐するために用いられる。分岐された自然ラマン散乱光はそのモニタ部１８に供給される。モニタ部１８は、ラマン散乱光を波長成分毎に分離する光デマルチプレクサ２７と、光デマルチプレクサ２７の複数の出力のパワーを検出するパワーモニタ２８とを含む。パワーモニタ２８の数は励起光源３における励起光の波長数と同じに設定される。
【００３６】
光カプラ２０は、第１の光増幅ユニット１３から第２の光増幅ユニット１４に供給される信号光の一部を分岐し、分岐された信号光はパワーモニタ２２に供給される。光カプラ２１は第２の光増幅ユニット１４から出力される信号光の一部を分岐され、分岐された信号光はパワーモニタ２３に供給される。従って、パワーモニタ２２及び２３の出力に基づいて、第２の光増幅ユニット１４における利得が算出可能である。算出された利得に基づいて、その利得が一定になるように、ＡＧＣループ２４は、第２の光増幅ユニット１４を制御する。具体的には、第２の光増幅ユニット１４における励起光源５及び／又は８（図１参照）のパワーが制御される。
【００３７】
ＡＬＣループ２５は、パワーモニタ２２の出力が一定になるように励起光源３を制御する。具体的には、励起光源３におけるトータル出力パワーが制御される。
【００３８】
利得傾斜制御ループ２６は、自然ラマン散乱光モニタ部の出力に基づいて、励起光源３を制御する。具体的には、自然ラマン散乱光モニタ部１８で得られたデータに基づき算出された利得傾斜が一定になるように、励起光源３における複数波長のパワーバランスが制御される。
【００３９】
従って、この実施形態では、ＡＬＣループ２５が制御ユニットを構成している。
【００４０】
図５を参照すると、利得傾斜制御ループ２６の具体的構成が示されている。ここでは、光カプラ１９に代えて光サーキュレータ２９が用いられている。
【００４１】
光サーキュレータ２９から出力された自然ラマン散乱光は、光分岐部３０により３つの出力に分配され、各出力は透過中心波長が異なる３つのバンドパスフィルタ３１に供給される。バンドパスフィルタ３１の出力は３つのパワーモニタ２８に供給され、各出力が電気信号に変換される。光分岐部３０及びバンドパスフィルタ３１は光デマルチプレクサ２７（図４参照）を構成している。
【００４２】
励起光源３は、３つのＬＤ（レーザダイオード）３２と、ＬＤ３２の出力を合成する光マルチプレクサ（ＭＵＸ）３３により合成され、光カプラ２を介してラマン増幅媒体１に供給される。
【００４３】
チルト制御回路部３４は、パワーモニタ２８の出力に基づき、これらの出力がほぼ同じ値になるように、ＬＤ３２の各駆動電流のバランスを制御する。
【００４４】
図６を参照して、図５に示されるバンドパスフィルタ３１の通過帯域を説明する。後方自然ラマン散乱光スペクトルは各励起光源の波長から約１３．２ＴＨｚ長波長側にピークを有しているので、各ピークに一致するように各バンドパスフィルタ３１の通過帯域が設定される。従って、図５で説明したように、チルト制御回路部３４がパワーモニタ２８の出力に基づいてこのような出力が一定になるようにＬＤ３２を制御することによって、第１の光増幅ユニット１３における利得傾斜を一定に維持することができる。
【００４５】
尚、図６の上方には、第１の光増幅ユニット１３の出力スペクトルの例が示されている。
【００４６】
図７を参照すると、本発明による光増幅のための第３実施形態が示されている。この実施形態は、図１に示される実施形態と対比して、第１の光増幅ユニット１３と第２の光増幅ユニット１４との間に可変光減衰器３５が付加的に設けられている点で特徴づけられる。
【００４７】
図１に示される実施形態では、入力ポート１１に供給される信号光のパワーが変化すると、第１の光増幅ユニット１３の利得変動量に応じて第１の光増幅ユニット１３の出力スペクトルにおけるリップルが増加する。具体的には、信号光入力パワーが１０ｄＢ／ｃｈ増加した場合、約０．７ｄＢのリップルが生じる。
【００４８】
そこで、図７に示される実施形態では、第１の光増幅ユニット１３における利得調整量がある一定値に達した場合に、可変光減衰器３５により信号光の入力パワーの変動を吸収する。これにより、第２の光増幅ユニット１４に入力される信号光のパワーが一定になる。
【００４９】
図８の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１及び図７の実施形態における出力スペクトルを示している。各図において、縦軸は出力パワー、横軸は波長である。図１に示される実施形態では、信号入力パワーが変動した場合に出力スペクトルのリップルが比較的大きく生じているのに対して、図７に示される実施形態では、信号入力パワーが同じだけ変化した場合であっても出力スペクトルにおけるリップルが比較的小さく生じていることが明らかである。つまり、中継器出力のチャネル間偏差をある一定値以内に収める必要がある場合には、図７の実施形態にすることにより可能である。
【００５０】
尚、何れの実施形態においても、信号入力パワーが基準値である場合には、リップルは殆ど生じない。
【００５１】
図９を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第４実施形態が示されている。この実施形態は、第１の光増幅ユニット１３が前段部３６及び後段部３７に分割されている点で特徴づけられる。後段部３７としては、図１に示される第１の光増幅ユニット１３がそのまま用いられており、前段部３６は、ラマン増幅媒体１、光カプラ２及び励起光源３にそれぞれ対応するラマン増幅媒体３８、光カプラ３９及び励起光源を含んでいる。ラマン増幅媒体３８の第１端は入力ポート１１に接続され、第２端は光カプラ３９に接続される。励起光源４０からの励起光は、光カプラ３９を介してラマン増幅媒体３８にその第２端から第１端に向けて供給される。前段部３６及び後段部３７の間に設けられるアイソレータ４８の入力端は光カプラ３９に接続され、出力端はラマン増幅媒体１の第１端に接続される。
【００５２】
ラマン増幅媒体１及び３８の何れか一方或いは両方として分散補償ファイバを用いることができる。両方に用いた場合、光ファイバ伝送路の波長分散及び分散スロープの補償に対する自由度が大きくなる。また、この実施形態では、第１の光増幅ユニット１３を前段部３６及び後段部３７に分割しているので、図４に示される利得傾斜制御ループ２６及びＡＬＣループ２５を図９に示される実施形態に適用する場合に、制御対象として励起光源３だけでなく励起光源４０をも利用することができ、２つの独立した制御を容易に行なうことができるようになる。
【００５３】
図１０を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第５実施形態が示されている。この実施形態は、図９に示される実施形態と対比して、第１の光増幅ユニット１３の前段部３６とアイソレータ４１との間に可変光減衰器４２を付加的に設けている点で特徴づけられる。この実施形態によると、図９により説明した実施形態で得られる効果に加えて、図７で説明したような出力スペクトルのリップルを抑圧することができるという付加的な効果が生じる。
【００５４】
図１１を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第６実施形態が示されている。この実施形態は、図９に示される実施形態と対比して、ラマン増幅媒体１として分散補償ファイバ４５が用いられ、ラマン増幅媒体３８としてカスケード接続された正分散ファイバ４３及び負分散ファイバ４４が用いられている点で特徴づけられる。
【００５５】
正分散ファイバ４３及び負分散ファイバ４４はそれぞれ正の波長分散及び負の波長分散を信号光に与える。そして、第１の光増幅ユニット１３の前段部３６における波長分散及び分散スロープが０になり、且つ、必要な利得が得られるように、正分散ファイバ４３及び負分散ファイバ４４の長さが設定される。
【００５６】
チャネルあたりの伝送速度が数１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上になると、光ファイバ伝送路の波長分散及び分散スロープを高精度に補償する必要がある。この実施形態によると、前段部３６で生じる波長分散値を０ｐｓ／ｎｍにすることにより、光ファイバ伝送路の分散を補償するための分散補償ファイバ４５に余計な波長分散量を与える必要がなくなり、装置設計が容易になる。
【００５７】
図１２を参照すると、本発明による光増幅のための装置の第７実施形態が示されている。この実施形態は、上流側の光ファイバ伝送路４６を分布定数型のラマン増幅器の一部として利用している点で特徴づけられる。
【００５８】
そのために、励起光源４７から出力された励起光を光カプラ４８を介して光ファイバ伝送路４６にその出力端から供給するようにしている。光ファイバ伝送路４６としては、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）或いはＮＺ−ＤＳＦ（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ分散シフトファイバ）が一般的であり、励起光源４７の波長は光ファイバ伝送路４６の種類及び信号光の帯域に応じて設定される。このように、適切な波長を有する励起光を光ファイバ伝送路４６にその出力端から供給することによって、光ファイバ伝送路４６を励起光と逆向きに伝搬してきた信号光に対する増幅作用が得られる。増幅された信号光は、光カプラ４８を介して光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）４９に供給される。光ＤＭＵＸ４９を用いることによって、信号光を例えばＳバンド、Ｃバンド及びＬバンドの３つの帯域に振り分けることができ、各帯域について本発明による光増幅のための装置を並列に適用することができる。
【００５９】
この実施形態では、１つの帯域について図１１に示される第１の光増幅ユニット１３の後段部３７及び第２の光増幅ユニット１４が適用されている。
【００６０】
従って、光ファイバ伝送路４６の伝送路長や伝送路種類による損失の違いを光ファイバ伝送路４６を含むラマン増幅器或いは後段部３７或いはその両方により吸収することができ、第２の光増幅ユニット１４に供給される信号光の入力パワーを一定に保つことができる。従って、光ファイバ伝送路４６を含むラマン増幅器が図１１に示される第１の光増幅ユニット１３の前段部３６に相当すると考えることができる。
【００６１】
図１３を参照すると、本発明を適用可能なシステムの実施形態が示されている。このシステムは、光送信機５０と光受信機５１とを光ファイバ伝送路５２により結び、光ファイバ伝送路５２に沿って１つ又は複数の光中継器５３を設けて構成されている。ここでは、Ｓバンド、Ｃバンド及びＬバンドのそれぞれのＷＤＭ信号光の光増幅について説明する。
【００６２】
光送信機５０においては、各バンドについてそれぞれ複数割り当てられたレーザダイオード５４からの光信号が光マルチプレクサ５５によりＷＤＭ信号光にされ、各ＷＤＭ信号光は光増幅器５６によって増幅されてさらに光マルチプレクサ５７によってＳバンド、Ｃバンド及びＬバンドを含むＷＤＭ信号光にされる。得られたＷＤＭ信号光は、光ファイバ伝送路５２により光中継器５３に送られる。
【００６３】
光中継器５３では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサ５８によりＳバンドのＷＤＭ信号光とＣバンドのＷＤＭ信号光とＬバンドのＷＤＭ信号光とに分けられる。各バンドのＷＤＭ信号光は本発明を適用し得る光増幅器５９により増幅され、増幅されたＷＤＭ信号光は光マルチプレクサ６０により再び波長分割多重される。得られたＷＤＭ信号光は、光ファイバ伝送路５２により光受信機５１に送られる。
【００６４】
光受信機５１では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサ６１により各バンドのＷＤＭ信号光に分けられ、各バンドのＷＤＭ信号光は、光増幅器６２により増幅されて、さらに光デマルチプレクサ６３により個々の光信号に分けられる。各光信号はフォトディテクタ６４により電気信号に変換され、伝送データが再生される。
【００６５】
この実施形態では、光中継器５３において、Ｓバンド、Ｃバンド及びＬバンドの各々に本発明を適用することができるので、極めて広い帯域に関して、利得の波長特性を一定に維持し且つ広い入力ダイナミックレンジを得ることができる。
【００６６】
図１４を参照すると、本発明の有効性を確認するための実験装置のブロック図が示されている。入力ポート１１と出力ポート１２との間に、第１の光増幅ユニット１３としてのＤＣＦＲＡ（分散補償ファイバラマン増幅器）と第２の光増幅ユニット１４に相当するＳ−ｂａｎｄＥＤＦＡ（Ｓバンドのエルビウムドープファイバ増幅器）とを設けている。ＤＣＦＲＡにおいては、２本のＤＣＦ（分散補償ファイバ）がラマン増幅媒体として用いられ、それぞれを後方励起するために２台の励起光源としてのｐｕｍｐｉｎｇＬＤ（励起レーザダイオード）が用いられている。また、ＥＤＦＡにおいては、ＥＤＦを前方励起及び後方励起するために２台の励起光源としての０．９８μｍＬＤが用いられている。そして、必要経路中に光アイソレータが適宜設けられている。
【００６７】
ＥＤＦＡにおいては、各々Ｃバンドで発生するＡＳＥ（自然放出光雑音）を遮断し、０．９８μｍ帯の励起光を透過するＡＳＥｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｆｉｌｔｅｒ（ＡＳＥ抑圧フィルタ）をＥＤＦの途中に複数個（例えば４個）設けている。これにより、ＥＤＦを使用したＳバンドの光増幅が可能になる。
【００６８】
ＤＣＦＲＡにおいては、本発明に従って各励起波長のパワー分配を調節することによって所望の利得の波長特性を得ることができ、また、総励起パワーを調節することによって入力ダイナミックレンジを吸収することができる。ＥＤＦＡにおいては、ＥＤＦの段数はＥＤＦＡの利得から最適な段数を設定することが望ましい。例えば、２０ｄＢ程度の利得を得るには５段構成が効率及び雑音の点から最適である。
【００６９】
図１５を参照すると、図１４に示されるＥＤＦＡにおける利得及びＮＦ（雑音指数）の波長特性が示されている。図から明らかなように、利得においては１５ｄＢ、雑音指数では１０ｄＢもの波長依存性がある。このＥＤＦＡのみで信号光の増幅を行なった場合におけるこれらの波長依存性を相殺するために、この実験では、ＤＣＦＲＡにおける励起パワー及びその分配が調節された。
【００７０】
図１６を参照すると、利得及びＮＦの波長特性が示されている。Ｈｙｂｒｉｄｇａｉｎは全体としての利得の波長特性、ＤＣＦＲＡｇａｉｎはＤＣＦＲＡ単独での利得の波長特性、ＨｙｂｒｉｄＮＦは全体でのＮＦの波長特性、ＤＣＦＲＡＮＦはＤＣＦＲＡ単独でのＮＦの波長特性を示している。
【００７１】
ＤＣＦＲＡ及びＥＤＦＡを効果的に組合せることによって、利得の波長特性を５ｄＢ程度まで抑圧することができ、雑音指数については波長についてはほぼ平坦にすることができるものである。
【００７２】
図４の第１の光増幅ユニット１３の信号光入力側からのラマン散乱光モニタの構成及図５の構成は、図７の第１の光増幅ユニット１３、図９の第１の光増幅ユニット１３（前段部３６及び後段部３７）、図１０の第１の光増幅ユニット１３（前段部３６及び後段部３７）、図１１の第１の光増幅ユニット１３（前段部３６及び後段部３７）、図１２の第１の光増幅ユニット１３（前段部３６（光ファイバ４６、励起光源４７及び光カプラ４８からなる部分）及び後段部３７）、図１４のＤＣＦＲＡの利得制御のためのモニタとして用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、利得の波長特性を一定に維持し且つ広い入力ダイナミックレンジを得ることが可能になるという効果が生じる。また、その状態で、光増幅のための装置に含まれることがある可変光減衰器の減衰量を軽減若しくは０にすることができ、増幅効率の向上及び雑音特性の改善が可能になるという効果もある。
【００７４】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００７５】
（付記１）ラマン増幅媒体及びこれをポンピングする第１のポンプ光源を含む第１の光増幅ユニットと、
前記第１の光増幅ユニットの後段に接続され、光増幅媒体及びこれをポンピングする第２のポンプ光源を含む第２の光増幅ユニットと、
前記第１の光増幅ユニットの入力パワー変動による前記第１の光増幅ユニットの出力パワー変動が打ち消されるように前記第１の光増幅ユニットの利得を制御する制御ユニットとを備えた装置。
【００７６】
（付記２）前記ラマン増幅媒体は光ファイバであり、前記光増幅媒体はエルビウムドープファイバである付記１記載の装置。
【００７７】
（付記３）前記第１のポンプ光源は互いに異なる波長を有する複数のポンプ光を出力し、それにより前記第１の光増幅ユニットの増幅帯域が拡大される付記１記載の装置。
【００７８】
（付記４）前記ラマン増幅媒体で生じる自然ラマン散乱光のスペクトルを検出する手段と、検出された前記自然ラマン散乱光のスペクトルに基き前記複数のポンプ光のパワーのバランスを制御する手段とを更に備えた付記１記載の装置。
【００７９】
（付記５）前記制御ユニットは、前記第１の光増幅ユニットのから出力される光のパワーを検出する手段と、検出されたパワーが一定になるように前記ポンプ光のトータルパワーを制御する手段とを含む付記１記載の装置。
【００８０】
（付記６）前記第２の光増幅ユニットの光入力パワー及び光出力パワーを検出する手段と、検出された入力パワー及び出力パワーに基いて前記第２の光増幅ユニットの利得が一定になるように前記第２のポンプ光源を制御する手段とを更に備えた付記１記載の装置。
【００８１】
（付記７）前記第１の光増幅ユニットと前記第２の光増幅ユニットとの間に接続される可変光減衰器を更に備えた付記１記載の装置。
【００８２】
（付記８）前記ラマン増幅媒体はカスケード接続された第１及び第２のラマン増幅媒体を含み、前記第１のポンプ光源は、前記第１及び第２のラマン増幅媒体をそれぞれ励起する第１及び第２の光源を含む付記１記載の装置。
【００８３】
（付記９）前記第１のラマン増幅媒体はカスケード接続された正分散ファイバ及び負分散ファイバを含み、前記第２のラマン増幅媒体は分散補償ファイバである付記８記載の装置。
【００８４】
（付記１０）前記第１のラマン増幅媒体は光ファイバ伝送路の一部又は全部である付記８記載の装置。
【００８５】
（付記１１）前記光増幅媒体は希土類ドープファイバである付記１記載の装置。
【００８６】
（付記１２）前記希土類ドープファイバにドープされる希土類元素はＥｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ及びＤｙから選択される一つ以上の元素である付記１１記載の装置。
【００８７】
（付記１３）ラマン増幅媒体及びこれをポンピングする第１のポンプ光源を含む第１の光増幅ユニットにより信号光を増幅するステップと、
光増幅媒体及びこれをポンピングする第２のポンプ光源を含む第２の光増幅ユニットにより前記第１の光増幅ユニットから出力された信号光を増幅するステップと、
前記第１の光増幅ユニットの入力パワー変動による前記第１の光増幅ユニットの出力パワー変動が打ち消されるように前記第１の光増幅ユニットの利得を制御するステップとを備えた方法。
【００８８】
（付記１４）前記ラマン増幅媒体は光ファイバであり、前記光増幅媒体はエルビウムドープファイバである付記１３記載の方法。
【００８９】
（付記１５）前記第１のポンプ光源は互いに異なる波長を有する複数のポンプ光を出力し、それにより前記第１の光増幅ユニットの増幅帯域が拡大される付記１３記載の方法。
【００９０】
（付記１６）前記ラマン増幅媒体で生じる自然ラマン散乱光のスペクトルを検出するステップと、検出された前記自然ラマン散乱光のスペクトルに基き前記複数のポンプ光のパワーのバランスを制御するステップとを更に備えた付記１３記載の方法。
【００９１】
（付記１７）前記制御するステップは、前記第１の光増幅ユニットのから出力される光のパワーを検出するステップと、検出されたパワーが一定になるように前記ポンプ光のトータルパワーを制御するステップとを含む付記１３記載の方法。
【００９２】
（付記１８）前記第２の光増幅ユニットの光入力パワー及び光出力パワーを検出するステップと、検出された入力パワー及び出力パワーに基いて前記第２の光増幅ユニットの利得が一定になるように前記第２のポンプ光源を制御するステップとを更に備えた付記１３記載の方法。
【００９３】
（付記１９）前記第１の光増幅ユニットと前記第２の光増幅ユニットとの間に接続される可変光減衰器を提供するステップを更に備えた付記１３記載の方法。
【００９４】
（付記２０）前記ラマン増幅媒体はカスケード接続された第１及び第２のラマン増幅媒体を含み、前記第１のポンプ光源は、前記第１及び第２のラマン増幅媒体をそれぞれ励起する第１及び第２の光源を含む付記１３記載の方法。
【００９５】
（付記２１）前記第１のラマン増幅媒体はカスケード接続された正分散ファイバ及び負分散ファイバを含み、前記第２のラマン増幅媒体は分散補償ファイバである付記２０記載の方法。
【００９６】
（付記２２）前記第１のラマン増幅媒体は光ファイバ伝送路の一部又は全部である付記２０記載の方法。
【００９７】
（付記２３）前記光増幅媒体は希土類ドープファイバである付記１３記載の方法。
【００９８】
（付記２４）前記希土類ドープファイバにドープされる希土類元素はＥｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｙｂ及びＤｙから選択される一つ以上の元素である付記２３記載の方法。
【００９９】
（付記２５）ラマン増幅媒体及びこれをポンピングする第１のポンプ光源を含む第１の光増幅ユニットと、
前記第１の光増幅ユニットの後段に光学的に接続され、光増幅媒体及びこれをポンピングする第２のポンプ光源を含む第２の光増幅ユニットと、
前記ラマン増幅媒体で生じる自然ラマン散乱光のスペクトルを検出する手段とを備えた装置。
【０１００】
（付記２６）前記自然ラマン散乱光は前記第１の光増幅ユニットで増幅されるべき光の入力側より取り出される付記２５記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による光増幅のための装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は図１に示される装置におけるレベルダイヤグラムである。
【図３】図３の（Ａ）は従来の光増幅器の構成を示すブロック図、図３の（Ｂ）は図３の（Ａ）に示される光増幅器におけるレベルダイヤグラムである。
【図４】図４は本発明による光増幅のための装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は図４に示される利得傾斜制御ループ２６の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】図６は図５に示されるバンドパスフィルタ３１の通過帯域を説明するための図である。
【図７】図７は本発明による光増幅のための装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図８】図８の（Ａ）は図１の実施形態における出力パワーの波長特性を示す図、図８の（Ｂ）は図７に示される実施形態における出力パワーの波長特性を示す図である。
【図９】図９は本発明による光増幅のための装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明による光増幅のための装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明による光増幅のための装置の第６実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明による光増幅のための装置の第７実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明を適用可能なシステムのブロック図である。
【図１４】図１４は本発明の有効性を実証するための実験装置を示すブロック図である。
【図１５】図１５は図１４に示されるＥＤＦＡにおける利得及びＮＦの波長特性を示すグラフである。
【図１６】図１６は図１４に示されるＥＤＦＡ及び全体の利得及びＮＦの波長特性を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ラマン増幅媒体
３，5，８励起光源
４，１０アイソレータ
７ＥＤＦ
１３第１の光増幅ユニット
１４第２の光増幅ユニット

Claims

それぞれの帯域が複数の異なる波長の信号光を含む複数帯域の信号光から成る入力信号光を前記帯域毎の信号光に分離するデマルチプレクサと、
前記各帯域に対応して設けられ、ラマン増幅媒体及びこれをポンピングする異なる複数の波長を有するポンプ光を出力する第１のポンプ光源を含み、前記デマルチプレクサより出力された該帯域に含まれる信号光をラマン増幅する複数の第１の光増幅ユニットと、
前記各第１の光増幅ユニットの後段に光学的に接続され、光増幅媒体及びこれをポンピングする第２のポンプ光源を含む複数の第２の光増幅ユニットと、
前記各帯域に対応して設けられ、該帯域に対応する前記ラマン増幅媒体で生じる自然ラマン散乱光のスペクトルを検出して、該スペクトルに基づき、該帯域に対応する前記第１の光増幅ユニットにおける利得傾斜が一定となるように，該帯域に対応する前記第１のポンプ光源における前記複数の波長のパワーバランスを制御する複数の自然ラマン散乱光モニタ手段と、
前記複数の第２の光増幅ユニットの出力信号光を多重化するマルチプレクサとを備え、
前記各自然ラマン散乱光は前記各第１の光増幅ユニットで増幅されるべき光の入力側より取り出される装置。
前記各自然ラマン散乱光モニタ手段は、前記ポンプ光の複数の波長の各波長から所定波長離間した波長をそれぞれ含む帯域の光パワーに基づいて、前記各自然ラマン散乱光のスペクトルを検出する請求項１記載の装置。