JP4882615B2

JP4882615B2 - ラマン増幅を用いた光伝送システム

Info

Publication number: JP4882615B2
Application number: JP2006245499A
Authority: JP
Inventors: 俊毅田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2007025714A

Description

本発明は、信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムに関し、特に、上り回線および下り回線について共通の光中継局で生成した励起光を供給して信号光のラマン増幅を行う光伝送システムに関する。

従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、波形等化(reshaping)および識別再生(regenerating)を行う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１本の伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。

ＷＤＭ光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。

図２は、一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。
図２のシステムは、例えば、光送信局１０１と、光受信局１０２と、それら送受信局間を接続する光伝送路１０３と、この光伝送路１０３の途中に所要の間隔で配置される複数の光中継局１０４とから構成される。光送信局１０１は、波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１Ａと、複数の光信号を波長多重する合波器１０１Ｂと、合波器１０１ＢからのＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路１０３に出力するポストアンプ１０１Ｃとを有する。光受信局１０２は、光伝送路１０３を介して伝送された各波長帯のＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ１０２Ｃと、プリアンプ１０２Ｃからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器１０２Ｂと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）１０２Ａとを有する。光伝送路１０３は、光送信局１０１および光受信局１０２の間をそれぞれ接続する複数の伝送区間を有する。光送信局１０１から送信されたＷＤＭ信号光は、光伝送路１０３を伝搬し、伝送区間ごとに配置される光中継局１０４にて光増幅され、再び光伝送路１０３を伝搬し、それを繰り返して光受信局１０２まで伝送される。

上記のようなＷＤＭ光増幅中継伝送システムの光中継局１０４には、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が一般に用いられる。また最近では、ＥＤＦＡにラマン増幅を併用することが盛んに検討されている。さらに、光中継局を用いない無中継光伝送システムも提案されていて、この無中継光伝送システムでは、遠隔増幅法（remote-pumping）による分布型ラマン増幅等の制御が検討されている。

光ファイバを増幅媒体として用いたラマン増幅においては、その利得が使用する光ファイバのモードフィールド径に反比例して得られる。したがって、モードフィールド径が小さい光ファイバはラマン増幅に適している。例えば、１．３μｍ零分散ファイバの波長分散および分散スロープ（波長分散の波長に対する１次微分）に対して逆符号の波長分散および分散スロープを有する負分散ファイバは、モードフィールド径が約５μｍであって、光伝送路として一般に用いられる１．３μｍ零分散ファイバや分散シフトファイバ（ＤＳＦ，ＮＺ−ＤＳＦ）のモードフィールド径よりも小さいため、より大きなラマン利得が得られる。

なお、以下の説明においては、１．３μｍ零分散ファイバや分散シフトファイバなどの正分散ファイバ（positive dispersion fiber）を＋Ｄファイバと略し、上記のような負分散ファイバ（negative dispersion fiber）を−Ｄファイバと略すことにする。
また、従来のＷＤＭ光中継伝送システムでは、光伝送路の非線形効果による伝送特性の劣化が低減されるように、光伝送路の波長分散を管理する方法が用いられている。例えば、下記の非特許文献１では、＋Ｄファイバと−Ｄファイバを組み合わせた混合伝送路を用いた複数の伝送区間で生じる累積分散を、＋Ｄファイバを用いた１つの伝送区間（補償区間）において分散補償する技術が提案されている。具体的に、この文献１に示された光伝送路の平均零分散波長は約１５５１ｎｍであり、信号光波長は１５４４．５ｎｍ〜１５５６．５ｎｍである。また、混合伝送路を用いた各伝送区間および＋Ｄファイバを用いた補償区間の各々の波長分散は、約−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍおよび約＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。このような構成によれば、信号光と自然放出光の群速度および信号光同士の群速度が異なるようになるので、非線形効果の相互作用時間を短くすることができ、４光波混合（Four wave mixing；ＦＷＭ）および相互位相変調（Cross phase modulation；ＸＰＭ）などによる伝送特性の劣化を低減することが可能になる。また、平均の零分散波長を信号光波長内としているので、自己位相変調（Self phase modulation；ＳＰＭ）と波長分散による伝送特性の劣化も低減可能である。

上記のような従来のＷＤＭ光中継伝送システムについて、分布型ラマン増幅器を適用する場合、＋Ｄファイバは−Ｄファイバに比べてモードフィールド径が大きいのでラマン利得を効率的に得ることが困難である。このため、＋Ｄファイバを用いた区間における損失を補うだけの所要のラマン利得を得るには、非常に大きな励起光パワーが必要となり、励起光源の信頼性などの面で不利になってしまうという問題がある。上記のような問題を克服するためには、例えば、−Ｄファイバよりもモードフィールド径が小さく長さの短いラマン増幅用ファイバを適用し、ラマン利得がより効率的に得られるようにして、＋Ｄファイバの区間における損失を補うようにすることが考えられる。

しかしながら、上記のようなモードフィールド径の小さなラマン増幅用ファイバを用いた場合には、そのラマン増幅用ファイバ中で生じる信号光における非線形効果が大きくなってしまうという問題が生じる。また、−Ｄファイバにおける分布型ラマン増幅を実現するための構成、およびラマン増幅用ファイバにおける集中型ラマン増幅を実現するための構成がそれぞれ必要になるため、光増幅器の種類が増加してしまうという欠点もある。さらに、光伝送システム全体における非線形効果による伝送波形歪みが増加してしまうという問題点も考えられる。

＋Ｄファイバと−Ｄファイバを組み合わせた混合伝送路を用いて波長分散を管理する他の方法としては、例えば、下記の非特許文献２等にあるように、１伝送区間あたりの混合伝送路の累積波長分散をほぼ零とし、伝送中に生じる累積分散を端局において補償する方法も提案されている。

しかしながら、１伝送区間あたりの混合伝送路の累積波長分散をほぼ零にした場合、ＳＰＭによる波形劣化は軽減されるが、同じ量の非線形効果を受ける領域において波長間のビット配置が同じになる状態が各々の伝送区間ごとに生じるため、ＸＰＭによる波形劣化が問題となる。
そこで、本願の発明者らは、光伝送システムにおいて、正の累積波長分散が生じる混合伝送路と負の累積波長分散が生じる混合伝送路とを併用して光伝送路を構成することにより波長分散の補償を行うようにする技術を提案している（例えば特願２００１−０７５７２１号）。

図３は、上記の先願発明にかかる光伝送システムの構成例を示す図である。このシステム構成では、各光中継局において、上り回線および下り回線に対して同じ励起光源が用いられ、上下回線をセットにした単位システムが１つのラマン増幅器（ラマン増幅器）により励起されてラマン増幅が行われる。このような構成によれば、すべての伝送区間において−Ｄファイバに励起光が入射されるため、効率よくラマン利得を得ることができると同時に、光増幅器の種類を１つにすることができる。
M. Murakami et al., "Long-haul 16x10 WDM transmission experiment using higher order fiber dispersion management technique", pp.313-314, ECOC’98, 1998. C.R.Davidson et al., "1800 Gb/s transmission of one hundred and eighty 10 Gb/s WDMchannels over 7、000 km using the full EDFA C-band", PD25, OFC2000, 2000.

しかしながら、上記の図３に示したような光伝送システムについて、各伝送区間で信号光の分布型ラマン増幅を行うようにした場合、例えば図４に示すように、上り回線および下り回線について、区間平均の波長分散が正負で異なる２種類の伝送区間を共通のラマン増幅器を用いて励起する箇所が生じるため、各々の回線におけるラマン利得の制御が難しくなってしまうという欠点がある。

すなわち、図４で「＋」と略記した区間平均の波長分散が正になる伝送区間と、「−」と略記した区間平均の波長分散が負になる伝送区間とでは、波長分散を調整するために−Ｄファイバの長さが異なるように設定される。このため、前述の図３に示したように上り回線および下り回線に対するラマン増幅器を各中継器で共通化した場合には、図４の点線で囲んだ部分に示すように、区間平均の波長分散が正負で異なる２種類の伝送区間を１つのラマン増幅器を用いて励起する箇所が生じることになる。

図５は、図４の点線部分を拡大して示した例示図である。ここでは、励起光源２００から出力される励起光が光カプラ２０１で２分岐され、一方の分岐光は、合波器２０２Ａを介して、区間平均の波長分散が負になるように＋Ｄファイバ２０３Ａおよび−Ｄファイバ２０３Ｂの長さが調整された上り回線の伝送区間に対して−Ｄファイバ２０３Ｂ側から与えられる。他方の分岐光は、合波器２０２Ｂを介して、区間平均の波長分散が正になるように＋Ｄファイバ２０３Ａおよび−Ｄファイバ２０３Ｂの長さが調整された下り回線の伝送区間に対して−Ｄファイバ２０３Ｂ側から与えられる。このとき、上り回線および下り回線の各伝送区間で生じるラマン利得は、その絶対量が−Ｄファイバ２０３Ｂの長さに応じて変化するため、上り回線側と下り回線側で大きく異なるようになってしまう。

具体的な一例を挙げると、５０ｋｍの伝送区間について平均の波長分散を−２．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにするには、＋Ｄファイバ２０３Ａおよび−Ｄファイバ２０３Ｂの長さをそれぞれ３２．５ｋｍおよび１７．５ｋｍに設定することが可能である。一方、５０ｋｍの伝送区間について平均の波長分散を＋２．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにするためには、＋Ｄファイバ２０３Ａおよび−Ｄファイバ２０３Ｂの長さをそれぞれ３６．７ｋｍおよび１３．３ｋｍに設定することが可能である。ここで、区間平均の波長分散が−２．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに設定された上り回線の伝送区間と、区間平均の波長分散が＋２．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに設定された下り回線の伝送区間とを共通のラマン増幅器で励起した場合を考えると、上り回線および下り回線におけるラマン利得の差は、次の表１のパラメータを用いて計算すると、約０．５ｄＢになる。

また、上り回線および下り回線の各伝送区間を共通のラマン増幅器により励起して分布型ラマン増幅を行う光伝送システムについては、混合伝送路を適用するか否かに拘わらず、障害等の発生時におけるラマン利得の制御が難しくなってしまうという欠点がある。

すなわち、例えば図６に示すように、光中継局近傍の光伝送路において障害が生じた場合を想定すると、その障害点には修理等のために所要の光ファイバ（図の破線）が挿入されることがある。このとき、上り回線および下り回線の各伝送区間を共通のラマン増幅器で励起していると、光ファイバが挿入された伝送区間（図６では上り回線側）のラマン利得と、光ファイバが挿入されなかった伝送区間（図６では下り回線側）のラマン利得とが異なるようになり、光伝送システム全体でのラマン利得の制御が難しくなる。また、上記のような障害等の発生時におけるシステム全体への影響を低減するために、例えば、光ファイバの挿入等が行われた伝送区間に対応するラマン増幅器の供給パワーを下げるなどの措置を施したとすれば、伝送光の光ＳＮＲが劣化してしまうという問題が生じる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、上り回線および下り回線に対して共通の光中継局から供給される励起光によりラマン増幅を行うシステム構成について、障害等の発生時においても容易な制御によって各回線でのラマン利得の差を低減することのできる光伝送システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかるラマン増幅を用いた光伝送システムは、信号光が互いに反対方向に伝搬する上り回線および下り回線を有し、該各回線が複数の伝送区間から構成されており、各々の伝送区間に対して各回線に共通の光中継局で生成した励起光をそれぞれ供給することにより信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムであって、前記各回線の複数の伝送区間は、それぞれ、信号光に対して正の波長分散を有する正分散ファイバと信号光に対して負の波長分散を有する負分散ファイバとを接続した混合伝送路が用いられると共に、前記正分散ファイバおよび前記負分散ファイバにおける累積波長分散を合計した区間平均の波長分散が正になる伝送区間と、前記区間平均の波長分散が負になる伝送区間とを含み、前記光中継局は、前記区間平均の波長分散が正になる伝送区間に供給する励起光パワーと、前記区間平均の波長分散が負になる伝送区間に供給する励起光パワーとを、各々の伝送区間で生じるラマン利得がほぼ等しくなるように個別に設定可能にしたものである。

かかる構成では、各回線に共通の光中継局から区間平均の波長分散が正になる伝送区間および区間平均の波長分散が負になる伝送区間のそれぞれに対して、パワー設定の異なる励起光を供給することが可能になるため、各々の伝送区間で生じるラマン利得をほぼ等しくすることができる。

上記のように本発明のラマン増幅を用いた光伝送システムによれば、障害等の発生時においてもラマン利得の制御を容易に行うことが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による光伝送システムの要部構成を示す図である。
図１において、本光伝送システムは、図示を省略した光端局間に上り回線および下り回線が設けられ、各回線の分布型ラマン増幅を一括して行うラマン増幅器を備えた光中継局３０が光伝送路上に一定の間隔で複数配置された基本構成を備える。なお、図１では、複数の光中継局３０のうちの１台についての具体的なラマン増幅器の構成例が一点鎖線で囲んだ部分に表されていて、その他の各光中継局３０については、上り回線および下り回線上に描かれている１組の三角印により表されている。

隣り合う光中継局３０の間は、光伝送路１０により上り回線および下り回線にそれぞれ対応させて互いに接続されている。各伝送区間に用いられる光伝送路１０は、＋Ｄファイバおよび−Ｄファイバを組み合わせた混合伝送路とするのが好ましいが、一般的な光ファイバ伝送路とすることも可能である。
各光中継局３０に設けられるラマン増幅器は、例えば、ラマン増幅のための励起光を生成する２台の励起光源３１ａ，３１ｂと、各励起光源３１ａ，３１ｂによって生成された励起光を上り回線および下り回線に分配するための合分波器３２と、その合分波器３２により分波された一方の励起光を上り回線に与える合波器３３Ａと、他方の励起光を下り回線に与える合波器３３Ｂとを有する。

各励起光源３１ａ，３１ｂは、各回線を伝送される信号光の波長帯域に応じて波長の設定された励起光を生成する公知の光源である。各励起光源３１ａ，３１ｂで生成される各々の励起光のパワーは個別に設定することが可能であって、ここでは、励起光源３１ａで生成される励起光のパワーをＰａとし、励起光源３１ｂで生成される励起光のパワーをＰｂとする。

合分波器３２は、各励起光源３１ａ，３１ｂから出力される各々の励起光を合波した後に所定のパワー比率ｎ：１（ｎ≠１）で分岐して各合波器３３Ａ，３３Ｂにそれぞれ出力する。
各合波器３３Ａ，３３Ｂは、合分波器３２から出力される励起光を、上流側に接続された光伝送路１０に対して、信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するように与えると共に、上流側の光伝送路１０を伝搬した信号光を透過して下流側の光伝送路１０に伝達する。

上記のような構成を有する各光中継局３０では、励起光源３１ａから出力されるパワーＰａの励起光と、励起光源３１ｂから出力されるパワーＰｂの励起光とが、合分波器３２によって合波された後にｎ：１に分岐されて各合波器３３Ａ，３３Ｂに送られる。このとき、合分波器３２から上り回線側の合波器３３Ａに送られる励起光のパワーはＰａ×ｎ＋Ｐｂとなり、合分波器３２から下り回線側の合波器３３Ｂに送られる励起光のパワーはＰａ＋Ｐｂ×ｎとなる。したがって、各励起光源３１ａ，３１ｂから出力される各々の励起光のパワーＰａ，Ｐｂを適宜に調整することによって、上り回線側の光伝送路１０に供給される励起光のパワーと、下り回線側の光伝送路１０に供給される励起光のパワーとを独立に設定することが可能となる。

これにより、例えば、上り回線および下り回線の光伝送路１０として＋Ｄファイバと−Ｄファイバを組み合わせた混合伝送路を用い、区間平均の波長分散が正になる伝送区間と区間平均の波長分散が負になる伝送区間とが適宜に配置されるようなシステム構成については、上り回線と下り回線で区間平均の波長分散が正負で異なる２種類の伝送区間に対して励起光を供給することになる符号相違点の光中継局３０において、各回線に共通のラマン増幅器により、パワー設定の異なる励起光が各回線の混合伝送路に与えられるようになる。このため、従来のように正の混合伝送路と負の混合伝送路とで−Ｄファイバの長さが異なる場合であっても、その長さの差に応じて各回線に供給する励起光のパワーを各々調整することにより、それぞれの混合伝送路で生じるラマン利得がほぼ等しくなるようにすることができる。

また、光伝送路１０として混合伝送路を用いる場合に限らず、一般的な光ファイバ伝送路を用いる場合についても、上述の図６で示したような障害等の発生時において、修理用の光ファイバが対応する伝送区間に挿入されたか否かに応じて、伝送区間に供給する励起光のパワーを回線ごとに調整できるため、上り回線および下り回線におけるラマン利得の差を低減することが可能になる。

なお、上記の実施形態では、各励起光源３１ａ，３１ｂで生成される励起光のパワーＰａ，Ｐｂを個別に設定することにより、上り回線および下り回線に供給する各々の励起光のパワーを独立して制御するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、合分波器３２としてパワー分岐比を調整することのできる公知のデバイスを用いて励起光源で生成される励起光を各回線に分配し、各々の励起光パワーを独立して制御するようにしてもよい。この場合、１つの励起光源で生成される励起光をパワー分岐比の可変な分波器により各回線に分配することも可能である。

本発明の一実施形態による光伝送システムの要部構成を示す図である。一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。先願発明にかかる光伝送システムの構成例を示す図である。図３の光伝送システムに関する欠点を説明するための図である。図４における点線部分を拡大して示した例示図である。従来のシステム構成において障害等の発生時における問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０，１０Ｐ，１０Ｎ光伝送路
３０光中継局
３１ａ，３１ｂ励起光源
３２合分波器
３３Ａ，３３Ｂ合波器

Claims

信号光が互いに反対方向に伝搬する上り回線および下り回線を有し、該各回線が複数の伝送区間から構成されており、各々の伝送区間に対して各回線に共通の光中継局で生成した励起光をそれぞれ供給することにより信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムであって、
前記各回線の複数の伝送区間は、それぞれ、信号光に対して正の波長分散を有する正分散ファイバと信号光に対して負の波長分散を有する負分散ファイバとを接続した混合伝送路が用いられると共に、前記正分散ファイバおよび前記負分散ファイバにおける累積波長分散を合計した区間平均の波長分散が正になる伝送区間と、前記区間平均の波長分散が負になる伝送区間とを含み、
前記光中継局は、前記区間平均の波長分散が正になる伝送区間に供給する励起光パワーと、前記区間平均の波長分散が負になる伝送区間に供給する励起光パワーとを、各々の伝送区間で生じるラマン利得がほぼ等しくなるように個別に設定可能であることを特徴とするラマン増幅を用いた光伝送システム。
請求項１に記載のラマン増幅を用いた光伝送システムであって、
前記光中継局は、生成する励起光のパワーを個別に設定可能な複数の励起光源と、該各励起光源で生成された励起光を合波した後に所定のパワー比率で２分岐して上り回線および下り回線に分配する合分波器とを有することを特徴とするラマン増幅を用いた光伝送システム。