JP4941576B2

JP4941576B2 - 光中継伝送システムおよび光中継伝送方法

Info

Publication number: JP4941576B2
Application number: JP2010100918A
Authority: JP
Inventors: 俊毅田中; 崇男内藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP2010200361A

Description

本発明は、光中継伝送システムに係わり、特に、ラマン増幅を利用して波長多重光を伝送する光中継伝送システムに係わる。

従来、長距離の光伝送システムでは、各中継装置において光信号をいったん電気信号に変換した状態で３Ｒ処理（タイミング補正、波形整形、信号再生）が実行され、その後、光信号に変換されて次の中継装置に送出されていた。しかし、現在では、光信号を電気信号に変換することなく増幅する光増幅器の実用化が進んできており、光増幅器を線形中継装置として用いる伝送システムが検討されている。そして、上述のような光／電気変換を伴う中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、各中継装置を構成する部品の数が大幅に削減され、信頼性が向上し、さらにコストダウンが見込まれている。

一方、インターネット等の普及に伴いネットワークを介して伝送される情報の量が増加してきており、伝送システムを大容量化するための技術が盛んに研究されている。そして、伝送システムの大容量化を実現するための方法のひとつとして、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）光伝送方式が注目されている。波長多重光伝送とは、互いに波長の異なる複数の搬送波を用いて複数の信号を多重化して伝送する方式であり、１本の光ファイバを介して伝送できる情報量が飛躍的に増加する。

図２６は、一般的な光中継伝送システムの構成図である。このシステムでは、光送信機１００から光受信機２００へ波長多重光が伝送される。すなわち、光送信機１００は、互いに波長の異なる信号光を合波することにより波長多重光を生成して伝送路に送出する。一方、光受信機２００は、受信した波長多重光を波長毎に分波することによって各信号を検出する。ここで、伝送路は光ファイバであり、所定間隔ごとに光増幅器が設けられている。

各光増幅器は、通常、それぞれエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。ここで、一般的なＥＤＦＡの利得波長帯域は、1.55μｍ帯であり、ゲインシフトＥＤＦＡ（ＧＳ−ＥＤＦＡ）のそれは1.58μｍ帯である。そして、それらの帯域幅は、それぞれ約３０ｎｍ程度である。したがって、波長多重光伝送システムの伝送路にＥＤＦＡを設ける場合には、信号光は、これらの利得波長帯域内の搬送波を利用して伝送される。

伝送システムの大容量化を図るためには、波長多重数を増やすことが有効であり、波長多重数を増やすためのひとつの有効な方法は、利得波長帯域を広くすることである。そして、近年、ＥＤＦＡと比較してより広い利得波長帯域を確保できる光増幅方法として、ラマン（Raman ）散乱を利用するラマン増幅器が注目されている。

ラマン増幅では、光ファイバに励起光を与えることにより、その励起光の波長よりも長波長側に利得が得られる。例えば、1.55μｍ帯においては、図２７(a)に示すように、励起光の波長よりも約１００ｎｍ長波長側に利得が得られる。なお、このシフト量は、周波数に換算すると、13.2テラHzである。また、ラマン増幅器は、励起光さえ用意できれば任意の波長を増幅できる。

ラマン増幅器は、上記性質を利用することにより実現される。そして、広い利得波長帯域を得るためには、図２７(b) に示すように、中心周波数が互いに異なる複数の励起光が使用される。なお、この方法は、例えば、Y. Emori, et al.,"100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by12-wavelength channel WDM high power laser diodes", OFC'99 PD19 1999.に記載されている。このように、複数の励起光を使用することにより、広い利得波長帯域が確保され得る。

図２８は、ラマン増幅を利用した波長多重光伝送システムの構成図である。ラマン増幅のための励起光は、基本的に、信号光とは逆方向に伝送されるように伝送路光ファイバに与えられる。このとき、図２７(b) に示すように複数の励起光を使用する場合には、互いに発振周波数の異なる複数の光源から出力される励起光が波長合成器等により伝送路光ファイバに与えられる。

伝送路上に複数のラマン増幅器を必要とする長距離光伝送システムでは、技術的に改良すべき課題が残されている。具体的には、波長多重光に含まれる各信号光のパワーを等化すること、すなわち波長多重光のための利得波長特性を平坦化することが望まれている。また、この問題は、修理や経年劣化等によって伝送路の特性が変化した場合も考慮されるべきである。

本発明の課題は、伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられる光中継伝送システムにおいて、その伝送特性を向上させることである。特に、各ラマン増幅器において複数の励起光を使用する光中継伝送システムの伝送特性を向上させることを課題とする。

本発明の一側面における光中継システムは、光伝送路上に直列に複数のラマン増幅器が設けられた光中継伝送システムであって、上記ラマン増幅器は、ラマン増幅用光ファイバを備え、該ラマン増幅用光ファイバの両端に、各ラマン増幅器を相互に接続する光伝送路が接続され、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器およびその第１のラマン増幅器に隣接する第２のラマン増幅器の間の光伝送路の伝送損失が増加した際、上記ラマン増幅用光ファイバに供給すべき励起光のパワーを増加させる。

本発明によれば、光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられる光中継伝送システムにおいて、ラマン利得を変化させる要因が発生したときに、その要因に応じて利得が調整されるので、信号の伝送特性は低下しない。

具体的には、励起光源が故障した際には、他の励起光源のパワーが自動的に調整されて利得が維持され、光伝送路の伝送損失が変化した際には、所定の励起光源のパワーが調整されて利得が維持される。

本発明の一実施形態の光中継伝送システムの構成図である。ラマン増幅器の構成図である。合波器の実施例である。図３に示す合波器を構成する２入力／２出力３dBカプラの例である。ラマン増幅器の実施例である。ラマン増幅器の変形例（その１）である。ラマン増幅器の変形例（その２）である。ラマン増幅器の変形例（その３）である。ラマン増幅器の変形例（その４）である。ラマン増幅器の変形例（その５）である。ラマン増幅器の変形例（その６）である。ラマン増幅器の変形例（その７）である。ラマン増幅器の変形例（その８）である。ラマン増幅用の光ファイバが増幅器内に設けられる構成を示す図である。ラマン増幅のために偏波面が直交する励起光を生成する装置の例である。本実施形態の光中継伝送システムの構成図である。本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際の動作を説明する図である。ラマン増幅器において励起光パワーを調整する機能を説明する図である。図１７に示した機能を実現するための端局の動作のフローチャートである。本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際の他の動作を説明する図である。図２０に示した機能を実現するための端局の動作のフローチャートである。本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際のさらに他の動作を説明する図である。伝送路を修理した際に励起光を調整する方法の一例を示す図である。合波器の特性を示す図である。伝送システムの構築方法を説明する図である。一般的な光中継伝送システムの構成図である。ラマン増幅の原理を説明する図である。ラマン増幅を利用した波長多重光伝送システムの構成図である。

図１は、本発明の一実施形態の光中継伝送システムの構成図である。この伝送システムは、端局１０および端局２０を備え、それらの間は多心光ファイバケーブルにより接続されている。そして、端局１０と端局２０との間で双方向に信号が伝送される。

端局１０は、複数の光送信機１１および複数の光受信機１２を備える。一方、端局２０は、複数の光受信機２１および複数の光送信機２２を備える。そして、各光送信機１１から送出される信号は、光ファイバを介して伝送され、対応する光受信機２１により受信される。一方、各光送信機２２から送出される信号は、光ファイバを介して伝送され、対応する光受信機１２により受信される。なお、各送信機１１、２２は、それぞれ波長多重光を送出する。すなわち、この伝送システムでは、多心光ファイバケーブルを構成する各光ファイバを介して、それぞれ波長多重光が伝送される。

端局１０と端局２０との間の伝送路には、複数のラマン増幅器３０−１〜３０−ｎが設けられている。各ラマン増幅器３０−１〜３０−ｎは、それぞれ多心光ファイバケーブルを構成する各光ファイバを介して伝送される波長多重光を増幅する。なお、光ファイバに励起光を与えることによりその光ファイバ自体においてラマン増幅が生じる。したがって、「ラマン増幅器」は、光ファイバおよびその光ファイバに励起光を供給する装置から構成されるが、光ファイバに励起光を供給する装置のことを「ラマン増幅器」を呼ぶこともある。また、各ラマン増幅器は、それぞれ光中継装置の中に設けられてもよい。

図２は、ラマン増幅器３０の構成図である。なお、ラマン増幅器３０−１〜３０−ｎは、基本的に互いに同じ構成である。そして、「ラマン増幅器３０」は、ラマン増幅器３０−１〜３０−ｎの中の任意の１つを表す。

ラマン増幅器３０は、複数の励起光源３１、合波器３２および合波器３３を備える。複数の励起光源３１は、互いに異なる波長の励起光を生成する。この実施例では、４個の励起光源により、波長λ1 〜λ4 の励起光が生成される。なお、各励起光源３１は、たとえば、レーザダイオードである。レーザダイオードは、一般に、与えられた電流に対応するパワーの光を出力する。また、多くのレーザダイオードは、発光パワーを検出するためのバックパワーモニタ機能を備えている。以下では、各励起光源３１の発光パワーは、バックパワーモニタ機能または他の方法により検出可能であるものとする。

合波器３２は、複数の励起光源３１から出力される励起光を合波する。この実施例では、合波器３２により波長λ1 〜λ4 の励起光が合波される。また、合波器３２は、複数の出力ポートを備え、各出力ポートからそれぞれ合波された励起光を出力する。なお、合波器３２の構成については、後で詳しく説明する。

合波器３３は、多心光ファイバケーブルに収容される各光ファイバ毎に設けられ、合波器３２から出力される励起光を対応する光ファイバに供給する。このとき、励起光は、信号光とは逆方向に伝送されるように光ファイバに入射される。なお、図２において、「ファイバシステム」とは、多心光ファイバケーブルに収容される各光ファイバのことを指している。

なお、図２に示す例では、ラマン増幅器３０に４個の励起光源３１が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。励起光源３１の数は、例えば、必要な利得波長帯域幅に基づいて決定されてもよい。また、この例では、励起光源３１の数と光ファイバの数とが互いに一致しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの数が互いに異なっていてもよい。

図３は、合波器３２の実施例である。この実施例では、２ⁿ個の励起光源（ＬＤ1 〜ＬＤ(2ⁿ)）により生成される励起光を合波して２ⁿ個の出力ポート（Ｐ1〜Ｐ(2ⁿ)）から出力する構成を示す。

合波器３２は、ｎ段構成の光カプラ群により実現される。ここで、各光カプラは、それぞれ、図４に示す２入力／２出力３dBカプラである。この２入力／２出力３dBカプラは、２つの入力ポートからそれぞれ入力される光を合波して各出力ポートから出力する。そして、各出力ポートから出力される合波光は、基本的に互いに同じである。したがって、図３に示す合波器３２の各出力ポートからは、それぞれ、各励起光源が生成する励起光を合波することによって得られる合波光が出力される。このとき、各出力ポートから出力される合波光は、基本的に互いに同じである。

図５は、ラマン増幅器３０の実施例である。ここでは、ラマン増幅器３０は、複数の励起光源３１として、８（＝２³）個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８を備えている。また、多心光ファイバケーブルは、８本の光ファイバを収容している。

レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８は、互いに波長の異なる励起光を出力する。合波器３２は、３段構成の光カプラ群であり、８個の出力ポートを備える。ここで、合波器３２は、図３において「ｎ＝３」の場合に相当する。そして、合波器３２は、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８により生成される励起光を合波し、その合波励起光を各出力ポートから出力する。

多心光ファイバケーブルに収容される各光ファイバには、それぞれ合波器３３が設けられている。各合波器３３は、合波器３２の対応する出力ポートから出力される合波励起光を受信し、それを対応する光ファイバに入射する。このとき、合波励起光は、信号光と逆方向に伝送されるように入力される。これにより、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ８により生成される励起光が各光ファイバに供給される。そして、各光ファイバにおいて、図２７(b) に示すような増幅作用が得られる。

次に、上述したラマン増幅器の変形例を示す。なお、以下に示すラマン増幅器は、図２〜図５を参照しながら説明した構成をベースにしている。ただし、以下の実施例では、４本の光ファイバに対して励起光を供給する場合を想定する。

図６に示す構成では、各光ファイバ毎にＥＤＦＡが設けられている。即ち、この構成では、複数の信号光を含む波長多重光は、ラマン増幅器により増幅された後、さらにＥＤＦＡにより増幅される。

図７に示す構成では、各光ファイバ毎に利得等化器が設けられている。この利得等化器は、例えば、ラマン増幅器の利得の波長特性を補償するように、或いはラマン増幅器により増幅された波長多重光に含まれる各信号光のパワーが等化されるように設計または調整される。

図８に示す構成では、１組の上り光ファイバと下り光ファイバとの間にそれぞれＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry ）パスが設けられている。なお、ＯＴＤＲパスは、各合波器３３の前後に設けられる。これにより、位置判定のためのファイバセンサが実現される。

図９に示す構成では、各光ファイバ毎にＳＶ信号受信モジュールが設けられ、各ＳＶ信号受信モジュールにより受信されたＳＶ信号は、ＳＶ制御部により処理される。ここで、ＳＶ信号は、この光伝送システムを監視するための制御信号であり、例えば、端局１０または端局２０から予め決められた波長の搬送波を用いて伝送される。この場合、ＳＶ信号受信モジュールは、波長多重光からＳＶ信号を含む信号光を分波する分波器、およびその分波器により分波された信号光を電気信号に変換する光電素子（例えば、フォトダイオードＰＤ）から構成される。そして、ＳＶ制御部は、各光ファイバを介して伝送されてくるＳＶ信号に基づいて、伝送路の正常性、或いは他の光中継装置の正常性などを検出する。なお、図６〜図９においては、励起光源は省略されている。

図１０に示す構成では、この装置から出力される波長多重光のパワーが予め決められた一定値になるようにフィードバック制御する機能（ＡＬＣ：AutomaticLevel Control ）が設けられている。この機能は、波長多重光の一部を分岐するための分岐カプラ、分岐カプラにより分岐された波長多重光の一部を検出する光電素子（例えば、フォトダイオードＰＤ）、合波器３２の出力レベルを調整する光可変アッテネータ、光電素子の出力に従って光可変アッテネータの減衰量を調整する制御部により実現される。

図１１に示す構成では、合波器３２と各合波器３３との間に光アイソレータが挿入されている。各光アイソレータは、それぞれ合波器３３から合波器３２へ向かう光を遮断する。

図１２に示す構成では、各励起光源ＬＤ１〜ＬＤ４と合波器３２との間にそれぞれ光ファイバグレーティングフィルタが設けられている。光ファイバグレーティングフィルタとしては、狭帯域（例えば、３dB帯域幅が１ｎｍ以下）、低反射率（例えば、１〜１５パーセント）のものを用いる。これにより、各励起光源により生成される励起光の発振波長が固定される。

図１３に示す構成では、合波器３３の代わりに光サーキュレータが設けられている。この場合、合波器３２から出力される励起光は、それぞれ信号光と逆方向に伝送されるように光ファイバに入射される。

なお、図５〜図１３では、ラマン増幅器に接続する光ファイバを利用してラマン増幅が行われる構成が示されているが、本発明のラマン増幅器は、図１４に示すように、ラマン増幅用の光ファイバがラマン増幅器の中に設けられる構成であってもよい。

図１５は、ラマン増幅のために偏波面が直交する励起光を生成する装置の実施例である。この装置は、互いに波長の異なる励起光を生成する複数の光源モジュール４０を有する。各光源モジュール４０は、それぞれ、同一波長の励起光を生成する１組の励起光源、およびその１組の励起光源により生成される励起光を偏波合成する偏波合成器４１を有する。これにより、各光源モジュール４０は、それぞれ、偏波面が直交する励起光を出力する。なお、各光源モジュール４０から出力される励起光は、合波器３２により合波される。そして、その合波された励起光は、複数の光ファイバに供給される。

図１５に示す実施例では、励起光を供給すべき光ファイバの数と励起光源の数との比率が１：２であり、１組の励起光源により生成される励起光が偏波合成されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。即ち、本発明は、励起光を供給すべき光ファイバの数と励起光源の数との比率が１：２であり、１組の励起光源により生成される励起光の波長が互いに異なっていてもよい。この場合、１組の励起光源により生成される励起光は、波長合波器により合波されることになる。

上述のように、本実施形態のラマン増幅器では、互いに波長の異なる複数の励起光が合波され、その合波励起光が複数の光ファイバにそれぞれ供給される。ここで、複数の励起光は、図３〜図４を参照しながら説明したように、複数の光素子（実施例では、光カプラ）を用いて合波される。そして、このとき、合波励起光に含まれる各波長毎の励起光のレベルは、基本的に、互いに同じであることが望ましい。

しかし、上記構成において、各光カプラの特性（特に、分岐比）は、僅かではあるがばらつきがある。このため、合波器３２により得られる合波励起光に含まれる各波長毎の励起光のレベルは、しばしば互いに一致していない。そして、このような合波励起光を用いてラマン増幅を行うと、信号光を増幅するための利得が波長依存性を持つことになる。さらに、図１に示したように、伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられる伝送システムでは、上述のような利得の波長特性が累積される可能性がある。

図１６は、本実施形態の光中継伝送システムの構成図である。この伝送システムは、光送信機１１と光受信機２１との間の伝送路上に複数のラマン増幅器３０を有する。なお、ラマン増幅器３０は、図２〜図１５を参照しながら説明した通りである。また、図１６では１組の光送信機１１と光受信機２１との間の伝送路を示しているが、この伝送路は図１に示すシステムの一部であってもよい。この場合、各ラマン増幅器３０は、多心光ファイバケーブルに収容される複数の光ファイバを介して伝送される信号を一括して増幅する。

本実施形態では、この伝送路上に１または複数個の利得等化器５０が設けられる。具体的には、例えば、数１０個のラマン増幅器に対して１つの利得等化器５０が設けられる。なお、利得等化器５０は、各光ファイバ毎に設けられる。すなわち、図１に示すシステムにおいては、各光ファイバ毎にそれぞれ利得等化器５０が設けられる。

利得等化器５０としては、等化特性が予め固定的に設定された等化器を用いてもよいし、等化特性を動的に変えることができる可変等化器を用いてもよい。前者の等化器を用いる場合には、例えば、伝送システムを構築した後に信号を伝送しながら適切な等化器を選択する。具体的には、例えば、実際に波長多重光を伝送し、その波長多重光に含まれる複数の信号光のパワーが等化されるような利得等化器を選択して設置する。

一方、可変利得等化器を用いる場合には、フィードバック制御により各可変等化器の利得特性が動的に調整される。具体的には、例えば、光受信機２１により受信される波長多重光の一部を分岐し、その分岐された波長多重光に含まれる複数の信号光が等価されるように各可変等化器の特性を調整する。この構成においては、伝送路の特性が変わった場合であっても、利得偏差は小さいままである。尚、利得等化器５０は、既存のものを用いることができる。利得等化器（特に、可変利得等化器）については、例えば、特開平１１−２１２０４４号公報あるいは特開平１１−２２４９６７号公報に記載されている。

上記構成の伝送システムにおいては、ラマン増幅器３０による利得が波長依存性を持っていたとしても、等化器５０を設けることによって利得偏差は小さくなる。即ち、ラマン増幅のために供給される複数の励起光のパワーが均一でなかったとしても、この伝送路を介して伝送される波長多重光は適切に等化される。また、上記構成のシステムにおいては、伝送路ファイバの伝送損失、非線形実行面積、およびラマン利得係数に関してばらつきがある場合でも、システム全体としての利得偏差は小さくなる。

次に、光中継伝送システムにおいて障害が発生した時に、その影響を最小限に抑えるための方法を説明する。図１７は、本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際の動作を説明する図である。ここでは、各ラマン増幅器３０において、互いに波長の異なる４つの励起光（λ1 〜λ4 ）が供給されるものとする。

図１７に示す方法においては、あるラマン増幅器の中の任意の励起光源が故障すると、そのラマン増幅器の近傍の他のラマン増幅器において対応する励起光源のパワーを調整することにより、上記故障による影響が補償される。図１７に示す例では、ラマン増幅器３０ｃにおいて励起光λ3 を生成する励起光源が故障している。この場合、ラマン増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅにおいて、それぞれ励起光λ3 を生成する励起光源のパワーが増加させられる。これにより、上記励起光源の故障により生じる利得偏差は、小さく抑えられる。なお、この方法は、励起光（λ1 〜λ4 ）の波長間隔が比較的広い場合に有効である。また、この方法は、過剰な冗長構成は必要ない。

励起光パワーを増加させるべきラマン増幅器（図１７では、４個のラマン増幅器３０ａ、３０ｂ、３０ｄ、３０ｅ）の数が少ないと、特定の励起光源の負担が大きくなってしまい、その励起光源が早く劣化してしまう。一方、励起光パワーを増加させるべきラマン増幅器の数が多いと、伝送システム全体の光信号対雑音比が大きく劣化してしまう。従って、励起光パワーを増加させるラマン増幅器の数は、適切に決める必要がある。一例としては、３個程度である。

上記方法は、端局１０または２０において各励起光源の状態をモニタし、異常を検出した際に対応するラマン増幅器に指示を与えることにより実現される。図１８は、各ラマン増幅器３０において励起光パワーを調整する機能を説明する図である。ここでは、ラマン増幅器３０は、複数の励起光源６１を備える。励起光源６１は、それぞれ対応する駆動回路６２により駆動される。ここで、励起光源６１は、レーザダイオードである。また、駆動回路６２は、制御部６４により指示される電流を対応する励起光源６１に供給する。検出回路６３は、対応する励起光源６１の発光パワーを検出する。発光パワーは、例えば、レーザダイオードのバックパワーに基づいて検出される。

制御部６４は、端局１０または２０からの問合せに従って、各励起光源６１の状態を調べる。具体的には、検出回路６３の出力に基づいて励起光源６１の発光パワーを検出する。このとき、励起光源６１に供給されている電流値を調べてもよい。そして、その検出結果を端局１０または２０に通知する。また、制御部６４は、端局１０または２０からの指示に従って駆動回路６２を制御する。これにより、端局１０または２０からの指示に従って、特定の励起光源６１の発光パワーが調整される。

図１９は、図１７に示した機能を実現するための端局１０または２０の動作のフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、所定間隔ごとに実行される。
ステップＳ１では、各ラマン増幅器３０に対して、それぞれ励起光源の状態を問い合わせる。このとき、各ラマン増幅器３０は、この問合せに応じて各励起光源の状態を調べてその結果を返送する。なお、励起光源の故障は、例えば、発光パワーが所定値以下であるときに検出される。ステップＳ２では、各ラマン増幅器３０からの応答を受信し、故障している励起光源が存在するか否かを調べる。そして、故障している励起光源が存在する場合には、ステップＳ３以降の処理を実行し、そうでない場合には処理を終了する。

ステップＳ３では、故障している励起光源が設けられているラマン増幅器を特定する。ステップＳ４では、故障している励起光源の波長を特定する。ステップＳ５では、ステップＳ３の結果に基づいて、励起光パワーを調整すべきラマン増幅器を決定する。ステップＳ６では、制御信号を作成する。この制御信号は、ステップＳ５において決定されたラマン増幅器に対して、ステップＳ４で特定された波長の励起光パワーを高めるための指示を含む。このとき、例えば、励起光源の故障によって「Ｌ(dB)」の損失が発生したものとし、また、ａ個のラマン増幅器に対して励起光のパワーの増加を指示するものとすると、それらａ個のラマン増幅器に対して、励起光パワーの増加量として、利得に換算して「Ｌ／ａ(dB)」に相当する値が指示される。そして、ステップＳ７において、上記制御信号を送出する。このとき、ラマン増幅器３０は、制御信号に従って対応する励起光のパワーを調整する。

図２０は、本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際の他の動作を説明する図である。ここでは、各ラマン増幅器３０において、互いに波長の異なる８つの励起光（λ1 〜λ8 ）が供給されるものとする。

図２０に示す方法においては、あるラマン増幅器の中の任意の励起光源が故障したとすると、そのラマン増幅器において故障した励起光源の波長に隣接する波長の励起光のパワーを調整することにより、上記故障による影響が補償される。図２０に示す例では、ラマン増幅器３０ｃにおいて励起光λ5 を生成する励起光源が故障している。この場合、ラマン増幅器３０ｃにおいて、励起光λ4 および励起光λ6 の発光パワーが増加させられる。そして、これにより、上記励起光源の故障によって生じる利得偏差が小さく抑えられる。なお、この方法は、励起光（λ1 〜λ8 ）の波長間隔が狭い場合に有効である。また、図２０に示す実施例では、ラマン増幅器３０ｃの中のある励起光源が故障したときにそのラマン増幅器３０ｃの中の他の励起光源の光パワーを調整しているが、他のラマン増幅器の励起光パワーを調整するようにしてもよい。例えば、ラマン増幅器３０ｂおよび３０ｄにおいて、それぞれ励起光λ4 および励起光λ6 の発光パワーを増加させるようにしてもよい。

上記方法は、端局１０または２０において各励起光源の状態をモニタし、異常を検出した際にその故障が発生したラマン増幅器に指示を与えることにより実現される。

図２１は、図２０に示した機能を実現するための端局１０または２０の動作のフローチャートである。なお、ステップＳ１〜Ｓ４は、図１９に示したフローチャートの場合と同じである。すなわち、端局１０または２０は、故障が発生したラマン増幅器および励起光源を認識する。

ステップＳ１１では、ステップＳ３およびＳ４の検出結果に基づいて、励起光パワーを調整すべき励起光源を決定する。具体的には、故障が発生している励起光源が生成する励起光の波長に隣接する波長の励起光を生成する励起光源を特定する。ここで、出力パワーを調整すべき励起光源の数は、予め決められているものとする。なお、出力パワーを増加すべき励起光源の数を少なくするとその励起光源の負担が重くなり、出力パワーを増加すべき励起光源の数を多くすると利得の平坦化が難しくなる。したがって、出力パワーを増加すべき励起光源の数は、これらの要因を勘案して決定される。

続いて、ステップＳ６では、制御信号を作成する。この制御信号は、故障が発生したラマン増幅器に対して、ステップＳ１１で特定された励起光源の励起光パワーを高めるための指示を含む。このとき、励起光パワーの増加量も通知されるようにしてもよい。そして、ステップＳ７において、上記制御信号を送出する。このとき、制御信号を受信したラマン増幅器３０は、その制御信号に従って対応する励起光のパワーを調整する。

図２２は、本実施形態の伝送システムにおいて励起光源が故障した際のさらに他の動作を説明する図である。ここでは、各ラマン増幅器３０において、互いに波長の異なる４つの励起光（λ1 〜λ4 ）が供給されるものとする。

図２２に示す方法においては、任意の伝送路の伝送損失が増加した場合に、複数のラマン増幅器の励起光のパワーを調整することによりその伝送損失が補償される。図２２に示す例では、ラマン増幅器３０ｂと３０ｃとの間の伝送路の伝送損失が増加している。伝送損失が増加する原因としては、例えば、伝送路の修理や、経年劣化などが考えられる。

このとき、もし、伝送損失が増加した伝送路に直接的に接続されるラマン増幅器のみにおいて励起光パワーを増加させると、その励起光源の負担が重くなり、また、光ファイバの特性や合波器の分岐比のばらつきにより利得偏差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、伝送損失が増加した伝送路の前後の数個のラマン増幅器において励起光パワーを少しずつ増加させることにより、上述の問題を回避している。図２２に示す例では、ラマン増幅器３０ｂと３０ｃとの間の伝送路の伝送損失が増加した場合に、ラマン増幅器３０ａ〜３０ｄの励起光パワーをそれぞれ少しずつ増加させている。なお、励起光パワーを増加させるべきラマン増幅器の数は、例えば、３個程度である。また、各ラマン増幅器においてラマン増幅のために複数の励起光が使用されている場合には、すべての励起光のパワーをそれぞれ増加させる。

上記方法により、特定の励起光源に負担が集中することを回避しながら、伝送システム全体として利得偏差が低減される。なお、この方法は、伝送路の伝送損失の増加を認識した際に、端局１０または２０から対応する複数のラマン増幅器に指示を与えることにより実現される。

伝送路を修理する際には、通常、その伝送路の光ファイバは他の光ファイバに置き換えられる。ここで、各光ファイバは、それぞれ固有の波長特性を有している。すなわち、ある光ファイバが他の光ファイバに置き換えられると、その光ファイバを利用するラマン増幅の利得も変化してしまう。以下、このことに起因する問題点を図２３を参照しながら説明する。

図２３に示す例では、１対の伝送路（上り伝送路、下り伝送路）上にラマン増幅器３０ａ〜３０ｄが設けられている。なお、図２３では、ラマン増幅器３０ｃについては励起光源および合波器を描いているが、他のラマン増幅器についてはそれらは省略されている。また、励起光は、それぞれ信号光とは逆方向に伝送されるように各光ファイバに入力されるものとする。

上記構成において、ラマン増幅器３０ｂと３０ｃとの間の伝送路が修理されたものとする。このとき、ラマン増幅器３０ｃの励起光パワーを調整すると、上り伝送路と下り伝送路との間でラマン利得が互いに異なってしまう。すなわち、上り伝送路においては、新たに設けられた光ファイバに供給される励起光パワーが調整されるのに対し、下り伝送路では、以前から使用されている光ファイバに供給される励起光パワーが調整される。この結果、上り伝送路の利得と下り伝送路の利得とが互いに異なってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、伝送路の修理に際して増加した伝送損失を補償する際には、その修理を行った伝送路以外の伝送路においてラマン増幅のための励起光パワーを調整するようにしてもよい。例えば、図２２において、ラマン増幅器３０ｂと３０ｃとの間の伝送路の伝送損失が増加した場合に、ラマン増幅器３０ｄ〜３０ｆの励起光パワーをそれぞれ少しずつ増加させるようにしてもよい。

なお、伝送路の修理等によって伝送損失が「Ｌ(dB)」だけ増加し、また、この損失を補償するためにａ個のラマン増幅器において励起光のパワーの増加する場合には、それらａ個のラマン増幅器における励起光パワーの増加量は、利得に換算して「Ｌ／ａ(dB)」に相当する。すなわち、複数のラマン増幅器に対して負担が均等に振り分けられる。

次に、複数の励起光を合波する合波器３２の特性のばらつきを考慮して伝送システムを構築する方法について説明する。複数の光ファイバに対してそれぞれ複数の励起光を供給する場合は、例えば、図３に示したような複数の２入力／２出力３dBカプラから構成される合波器が用いられる。このとき、この合波器の分岐比は、均一であることが望ましい。たとえば、互いの同じパワーの複数の励起光（λ1 〜λ4 ）が入力されたときには、図２４(a) に示すように、それら複数の励起光のパワーが均等に合波された合波励起光が各出力ポートから出力されることが望ましい。

しかし、実際には、分岐比が完全に１：１の２入力／２出力３dBカプラを製造することは容易ではない。このため、多数の２入力／２出力３dBカプラを組み合わせることによって合波器３２を構成すると、例えば図２４(b) に示すように、複数の励起光が不均一に合波されてしまうことがある。ここで、ラマン増幅の利得は、与えられた励起光のパワーに依存する。したがって、もし励起光（λ1 〜λ4 ）が図２４(b) に示す合波器３２により合波されて各光ファイバに供給されると、各伝送路における利得はそれぞれ平坦ではなくなってしまう。例えば、図２４(b) に示すケースの場合、光ファイバ１においては、波長λ3 に対応する波長帯の利得が大きくなると共に、波長λ1 および波長λ4 に対応する波長帯の利得が小さくなってしまう。

本実施形態では、上記問題を解決するために、各ラマン増幅器３０に設けられる合波器３２の組合せを最適化する。具体的には、まず、多数の合波器３２の特性（特に、分岐比）を予め測定しておく。つづいて、特性の平均値が図２４(a)に示した理想的な状態になるように数個〜数１０個の合波器３２を適切に選別する。そして、選別された数個〜数１０個の合波器３２を１つのグループとし、それらを伝送路上に連続的に設けられるラマン増幅器のために使用する。図２５に示す例では、特性の平均値が理想的な状態になるような５個の合波器３２が選別されてラマン増幅器３０ａ〜３０ｅのために使用されている。この場合、ノードＡからノードＢへ至る伝送路では、ラマン増幅器３０ａ〜３０ｅにより得られる利得の波長特性が平均化される。すなわち、この間の伝送路では、合波器３２のばらつきが補償された利得が得られる。

なお、上述のシステム構築において、合波器３２は、多心光ファイバケーブルに収容される光ファイバの数と同じ数ごとに、或いはその光ファイバの数の整数倍ごとに選別されて設置されるようにしてもよい。

また、上述の例では、数個〜数１０個の合波器３２の特性の平均値が理想的になるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、端局１０と端局２０との間の伝送路に設けられる全てのラマン増幅器３０のための合波器の特性の平均値が理想的になるように合波器が適切に選択されるようにしてもよい。ただし、伝送路を構築する際の作業効率を考えると、数個〜数１０個ごとのグループ毎に合波器３２を選別する方が好適である。

さらに、図１７または図２２に示す方法では、複数のラマン増幅器において励起光パワーが調整されるが、この場合、合波器３２の特性の平均値が理想的な状態となっている数個のラマン増幅器の励起光を調整するようにしてもよい。例えば、図２２において、ラマン増幅器３０ａ〜３０ｅが備える各合波器３２の特性の平均値が理想的な状態になるように選別されて配置されている場合は、ラマン増幅器３０ａ〜３０ｅの励起光パワーがそれぞれ少しずつ増加させられる。この構成によれば、合波器３２が適切に選別された配置された１群のラマン増幅器グループの中で励起光が調整されるので、そのような励起光の調整を行ってもラマン利得の偏差は大きくならない。

（付記１）
光伝送路上に１または複数のラマン増幅器が設けられた光中継伝送システムであって、各ラマン増幅器は、ラマン増幅のための励起光を生成する複数の励起光源、およびそれら複数の励起光源により生成される励起光を合波して上記光伝送路に供給する合波器を有し、上記光伝送路上に利得等化器が設けられる光中継伝送システム。
（付記２）
付記１に記載の光中継伝送システムであって、上記利得等化器の利得波長特性は固定的に設定されている。
（付記３）
付記１に記載の光中継伝送システムであって、上記利得等化器の利得波長特性は、当該光中継伝送システムの利得が予め決められた値になるように動的に調整される。
（付記４）
光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられ、各ラマン増幅器においてそれぞれ複数の励起光が使用される光中継伝送システムであって、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器において上記複数の励起光の中の第１の波長の励起光のパワーが所定レベル以下に低下した際に、上記第１のラマン増幅器以外の１または複数のラマン増幅器において、上記第１の波長またはその第１の波長と実質的に同じ波長の励起光のパワーを増加させる光中継伝送システム。
（付記５）
光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられ、各ラマン増幅器においてそれぞれ複数の励起光が使用される光中継伝送システムであって、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器において上記複数の励起光の中の第１の波長の励起光のパワーが所定レベル以下に低下した際に、上記第１のラマン増幅器または他のラマン増幅器において、上記第１の波長に隣接する波長の励起光のパワーを増加させる光中継伝送システム。
（付記６）
光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられた光中継伝送システムであって、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器およびその第１のラマン増幅器に隣接する第２のラマン増幅器の間の光伝送路の伝送損失が増加した際、少なくとも第１および第２のラマン増幅器において励起光のパワーを増加させる光中継伝送システム。
（付記７）
光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられた光中継伝送システムであって、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器およびその第１のラマン増幅器に隣接する第２のラマン増幅器の間の光伝送路の伝送損失が増加した際、それら第１および第２のラマン増幅器間の伝送路以外の伝送路に供給すべき励起光のパワーを増加させる光中継伝送システム。
（付記８）
光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられ、各ラマン増幅器においてそれぞれ複数の励起光が使用される光中継伝送システムであって、各ラマン増幅器は、上記複数の励起光を合波して上記光伝送路に供給する合波器を備え、上記複数のラマン増幅器に設けられる複数の合波器の特性の平均値が予め決められた所定の特性になるようにそれらの複数の合波器が選択されて配置される光中継伝送システム。
（付記９）
付記８に記載の光中継伝送システムであって、所定個数ごとに上記合波器の特性の平均値が予め決められた所定の特性になるように上記合波器が選択されて配置される。
（付記１０）
付記９に記載の光中継伝送システムであって、上記光伝送路がｍ本の光ファイバを収容する場合には、上記所定個数はｍまたはｍの整数倍である。
（付記１１）
付記４または５に記載の光中継伝送システムであって、上記光伝送路がｍ本の光ファイバを収容し、上記各ラマン増幅器において、互いに波長の異なるｍ波の励起光が合波されて上記ｍ本の光ファイバにそれぞれ供給される。
（付記１２）
付記４または５に記載の光中継伝送システムであって、上記光伝送路がｍ本の光ファイバを収容し、上記各ラマン増幅器は、ｍ個の入力ポートおよびｍ個の出力ポートを備える合波器を有し、上記ｍ個の入力ポートには、それぞれ２波の励起光を偏波合成することにより得られる偏波合波光が入力され、上記合波器は、上記ｍ個の入力ポートから入力される偏波合波光をさらに合波して上記ｍ本の光ファイバにそれぞれ供給する。
（付記１３）
付記４〜付記７のいずれか１つに記載の光中継伝送システムであって、各ラマン増幅器は、複数の励起光を合波して上記光伝送路に供給する合波器を備え、所定数のラマン増幅器ごとにそれら所定数のラマン増幅器が備える合波器の特性の平均値が予め決められた所定の特性になるようにそれらの複数の合波器が選択されて配置され、上記所定数のラマン増幅器において励起光のパワーを増加させる。
（付記１４）
付記７に記載の光中継伝送システムであって、上記光伝送路の伝送損失の増加量がＬであり、励起光を増加させるべきラマン増幅器の数がａ個であるとき、それらａ個のラマン増幅器による利得増加量がそれぞれＬ／ａになるように励起光が調整される。
（付記１５）
第１の光端局と第２の光端局との間の光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられ、各ラマン増幅器においてそれぞれ複数の励起光が使用される光中継伝送方法であって、上記第１の光端局により、上記複数のラマン増幅器の各励起光のパワーが検出され、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器において上記複数の励起光の中の第１の波長の励起光のパワーが所定レベル以下に低下した際に、上記第１の光端局から上記第１のラマン増幅器以外の１または複数のラマン増幅器に対して、上記第１の波長またはその第１の波長と実質的に同じ波長の励起光のパワーを増加させるための制御信号が転送され、上記１または複数のラマン増幅器において上記制御信号に従って励起光が調整される光中継伝送方法。
（付記１６）
第１の光端局と第２の光端局との間の光伝送路上に複数のラマン増幅器が設けられ、各ラマン増幅器においてそれぞれ複数の励起光が使用される光中継伝送方法であって、上記第１の光端局により、上記複数のラマン増幅器の各励起光のパワーが検出され、上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器において上記複数の励起光の中の第１の波長の励起光のパワーが所定レベル以下に低下した際に、上記第１の光端局から上記第１のラマン増幅器対して、上記第１の波長に隣接する波長の励起光のパワーを増加させるための制御信号が転送され、上記第１のラマン増幅器において上記制御信号に従って励起光が調整される光中継伝送方法。

１０、２０端局
１１、２２光送信機
１２、２１光受信機
３０ラマン増幅器
３１励起光源
３２、３３合波器
４０光源モジュール
４１偏波合成器

Claims

光伝送路上に直列に複数のラマン増幅器が設けられた光中継伝送システムであって、
上記ラマン増幅器は、ラマン増幅用光ファイバを備え、該ラマン増幅用光ファイバの両端に、各ラマン増幅器を相互に接続する光伝送路が接続され、
上記複数のラマン増幅器の中の第１のラマン増幅器およびその第１のラマン増幅器に隣接する第２のラマン増幅器の間の光伝送路の伝送損失が増加した際、上記第１のラマン増幅器及び上記第２のラマン増幅器以外の上記ラマン増幅器の上記ラマン増幅用光ファイバに供給すべき励起光のパワーを増加させる光中継伝送システム。
請求項１に記載の光中継伝送システムであって、
上記光伝送路の伝送損失の増加量がＬであり、励起光を増加させるべきラマン増幅器の数がａ個であるとき、それらａ個のラマン増幅器による利得増加量がそれぞれＬ／ａになるように励起光が調整される。