JP5785475B2

JP5785475B2 - 光増幅器システム及び光増幅方法

Info

Publication number: JP5785475B2
Application number: JP2011241123A
Authority: JP
Inventors: 陽平坂巻; 光師福徳; 片岡　智由; 智由片岡; 小野　浩孝; 浩孝小野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP2013098413A

Description

本発明は、フォトニックネットワークにおける光ノードを構成する光増幅器システムに関するものである。

図４にフォトニックネットワークの構成例を示す。図４に示すように、フォトニックネットワークは、複数の光ノードと光ノード間を接続する光ファイバで構成されている。フォトニックネットワークを介してクライアント信号を転送する場合は、信号を送信する光ノードにおいてクライアント信号を光信号に変換し、変換した光信号を、送信する光ノードから光信号を受信する光ノードまで転送して、受信する光ノードにおいて光信号からクライアント信号に変換する。なお、送信ノードから受信ノードに到るまでの光信号が通過する経路を、光パスと呼ぶ。

図４に示すフォトニックネットワークにおいては、光ノードにＲＯＡＤＭ（ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ／ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）ノード１０１を用いている。ＲＯＡＤＭノード１０１は、隣接したＲＯＡＤＭノード１０１から転送された波長多重（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）信号から、波長単位で光信号の分岐・挿入を行い、別の隣接したＲＯＡＤＭノード１０１にＷＤＭ信号を転送することを可能にするノードである。ＲＯＡＤＭノード１０１には、２つの隣接したＲＯＡＤＭノードと接続可能な２−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭと、３つ以上の隣接したＲＯＡＤＭノードと接続可能なＭｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭがある。これらのＲＯＡＤＭノード１０１により、リングネットワーク、マルチリングネットワーク、メッシュネットワークを構築することが可能である。なお、２−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭ、Ｍｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭ等における“ｄｅｇｒｅｅ”とは方路数を意味しており、ＲＯＡＤＭノードが接続できる隣接したＲＯＡＤＭノードの数に相当する。

図５に従来のＭｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノードの構成例を示す。図５に示すように、Ｍｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノードは、クライアント信号を光信号に変換して送信する送信機１４と、光信号を受信してクライアント信号に変換する受信機１５と、光信号の経路を切替える光パス切替スイッチで構成される（例えば、非特許文献１）。

図５に示す構成例では、光パス信号の経路を切替える光パス切替スイッチとして、スプリッタ１１ｄ、１×９ＷＳＳ１７、および９×１ＷＳＳ１６及び１１ａを用いている。ここで、ＷＳＳ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈ：波長選択スイッチ）とは、各入出力ポートにおいてＷＤＭ信号を入出力し、スイッチ機能として波長単位で接続する入出力ポートを選択することが可能なスイッチである。入力１ポートと出力９ポートを備えるＷＳＳが１×９ＷＳＳであり、入力９ポートと出力１ポートを備えるＷＳＳが９×１ＷＳＳである。

フォトニックネットワークの対象領域拡張や規模拡大に伴い、光信号が通過するＲＯＡＤＭノード１０１の数も増加する。しかし、ＲＯＡＤＭノード１０１間に配置される光信号再生中継用の光増幅器の雑音指数などの制約から、送信ノードと受信ノード間の光パスに許容される光信号損失の値には上限がある。つまり、フォトニックネットワークにおいて光パスを設定する場合、ＲＯＡＤＭノード１箇所当りの損失や再生中継用の光増幅器の雑音指数などが原因となり、通過可能なＲＯＡＤＭノード数が制限されるという問題が生じる。

前述した光パス設定におけるＲＯＡＤＭノード通過数の制限を緩和するための方法のひとつとして、ＲＯＡＤＭノード１箇所当りの損失を低減する方法が挙げられる。例えば、図５に示すＭｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノードを構成するスプリッタ１１ｄに関して、スプリッタ１１ｄの分岐数を削減して光分岐に伴う原理損失を削減することで、ＲＯＡＤＭノード１０１を通過する光パスの損失低減が可能である。しかし、スプリッタ１１ｄの分岐数削減はＲＯＡＤＭノードに接続可能な方路数の削減につながるため、マルチリングネットワークやメッシュネットワークの構築に支障をきたす。このような状況から、ＲＯＡＤＭノード１０１の提供者には、接続方路数を維持しつつ、ＲＯＡＤＭノード１０１を通過する光パスの低損失化が求められている。

Ｅ．Ｂｅｒｔ．Ｂａｓｃｈ，ｅｔ．ａｌ， "ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＴｒａｄｅｏｆｆｓｆｏｒＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ"，ＩＥＥＥＪ．ｏｆｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｐｉｃｓｉｎＱｕａｎｔｕｍｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．４，ＪＵＬＹ／ＡＵＧＵＳＴ２００６

ＲＯＡＤＭノード１０１を通過する光パスの損失（以下、光ノード内損失と呼ぶ）を低減する手法として、ＲＯＡＤＭノード１０１において通過信号の光パスを設定する２つの光スイッチ間に光増幅器を挿入する方法がある。ここで、通過信号の光パスを設定する２つの光スイッチ間とは、具体的には、図５に示すスプリッタ１１ｄと９×１ＷＳＳ１１ａを結ぶ経路を意味している。

図６に、例として、４−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノード１０１における２つの光スイッチ間の通過信号の光パスに光増幅器を適用した場合の、方路１に係るスプリッタ１１ｄ、ＷＳＳ１１ａ、送信機１４および受信機１５の接続を示す。ここで、複数の光増幅器を総称してＲＯＡＤＭノード１０１における光増幅器システム１９と呼ぶ。なお、図６の例では、受信機１５に接続されたｄｒｏｐポートにも光増幅器を配置している。

図７に、従来技術を利用した光増幅器システム１９の機能ブロックを示す。図７は、ひとつの光増幅器システムとして、４経路の光増幅器３１を対象とした場合を例示している。従来技術を用いた場合、ひとつの光増幅器３１に対して、ひとつの励起光源３４、光増幅器３１の入出力点における光信号強度を測定する信号強度モニタ３２が最低２つ必要となる。従って、４つの光増幅器から構成される光増幅器システム全体では、４つの励起光源３４と、最低８つの信号強度モニタ３２が必要となる。

図８は、図７に示した光増幅器システム１９を実現するために必要となる光増幅器３１、励起光源３４、光信号強度測定用のモニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）４２及び４４を光学的に接続するための光配線図である。前述した光部品に加え、ひとつの光増幅器３１あたり２つの信号光カプラ４１及び４３とひとつの信号光／励起光カプラ６２が必要となる。図８に示す４つの光増幅器３１からなる光増幅器システム１９を実現する場合、以下の光部品が必要となる。
・光増幅器：４
・光増幅器の励起光源：４
・モニタＰＤ：８
・信号光カプラ：８
・信号光／励起光カプラ：４
これらの光部品数および光部品間を接続するための光ファイバ、光ファイバと光部品の接続点は、光増幅器システム１９に含まれる光増幅器３１の数に比例して増加する。

前記光増幅器システム１９を、個別の光部品の組合せで実現する場合、光部品数と光部品間を接続する光ファイバの数は光ノードに必要となる光増幅器３１数に比例して増加する。従って、方路数増加などのＲＯＡＤＭノード規模の拡大に伴い、ＲＯＡＤＭノード１０１自体のサイズが大型化するのと同時に、部品コストや光配線の煩雑化に伴う結線作業コストを反映して光増幅器システム１９のコストが増加するという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多数の光部品で構成される光増幅器システムの部品点数を削減し、光増幅器システムの小型化及び低コスト化を目的としている。

ドロップ側ＷＸＣがスプリッタの場合、受信機１５へのドロップ経路及び他方路への接続経路に同一波長数、同一レベルの信号が等分配される。この場合、各光増幅器の入出力信号を個別に測定する必要はない。そこで、本発明は、ドロップ側ＷＸＣにスプリッタを用いたＲＯＡＤＭノードにおいて、１つの経路のみ信号強度モニタを設置する。これにより、信号強度モニタ数を削減し、光増幅器システムの小型化及び低コスト化を可能にする。

また、ドロップ側のＷＸＣがスプリッタの場合、各光増幅器に入力すべき励起光の光強度は等しい。そこで、本発明は、各光増幅器の励起光源を共通化し、励起光源の出力強度の調整によって各光増幅器に適した光強度の励起光を供給する。これにより、励起光源数を削減し、光増幅器システムの更なる小型化及び低コスト化を可能にする。

具体的には、本願発明の光増幅器システムは、ＲＯＡＤＭノードに備わるドロップ側ＷＸＣにおいて他方路に転送するためにスプリッタによって等しい分岐比で分岐された各光信号を増幅する複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器に励起光を供給する励起光源と、前記励起光源から出力された励起光を等しい分岐比で前記複数の光増幅器へ分配する励起光分配回路と、前記複数の光増幅器のうちの１つの特定の光増幅器のみについて、前記特定の光増幅器における光信号の増幅前の信号強度を測定する第１の信号強度モニタと、前記複数の光増幅器のうちの前記特定の光増幅器の後段における光信号の信号強度を測定する第２の信号強度モニタと、前記特定の光増幅器の前段に配置され、前記スプリッタで分岐された光信号のうちの前記特定の光増幅器に入射する光信号を、前記第１の信号強度モニタに分岐する第１の信号光カプラと、前記特定の光増幅器の後段に配置され、前記特定の光増幅器から出射された光信号を、前記第２の信号強度モニタに分岐する第２の信号光カプラと、前記第１の信号強度モニタ及び前記第２の信号強度モニタの測定した信号強度に応じて、前記複数の光増幅器に供給する前記励起光源の出力強度を変化させる利得制御回路と、を備える。

本願発明の光増幅器システムは、励起光源と、励起光分配回路と、信号強度モニタと、利得制御回路と、を備えるため、信号強度モニタ数及び励起光源数を削減することができる。これにより、本願発明の光増幅器システムは、多数の光部品で構成される光増幅器システムの部品点数を削減し、光増幅器システムの小型化及び低コスト化が可能になる。

具体的には、本願発明の光増幅方法は、ＲＯＡＤＭノードに備わるドロップ側ＷＸＣにおいて他方路に転送するためにスプリッタによって等しい分岐比で分岐された各光信号を、複数の光増幅器を用いて増幅する光増幅方法であって、第１及び第２の信号強度モニタが、前記複数の光増幅器のうちの１つの特定の光増幅器における増幅前後の光信号の信号強度を測定する信号強度測定手順と、励起光分配回路が、前記複数の光増幅器に励起光を供給する１つの励起光源からの励起光を等しい分岐比で前記複数の光増幅器へ分配し、前記複数の光増幅器が、分配された励起光を用いて各光信号を増幅する光信号増幅手順と、を順に有し、前記信号強度測定手順において、前記特定の光増幅器の前段に配置された第１の信号光カプラが、前記スプリッタで分岐された光信号のうちの前記特定の光増幅器に入射する光信号を分岐し、第１の信号強度モニタが、前記第１の信号光カプラで分岐された光信号の信号強度を測定し、前記特定の光増幅器の後段に配置された第２の信号光カプラが、前記特定の光増幅器から出射された光信号を分岐し、第２の信号強度モニタが、前記第２の信号光カプラで分岐された光信号の信号強度を測定し、前記光信号増幅手順において、利得制御回路が、前記第１の信号強度モニタ及び前記第２の信号強度モニタの測定した信号強度に応じて、前記複数の光増幅器に供給する前記励起光源の出力強度を変化させる。

本願発明の光増幅方法は、信号強度測定手順と、光信号増幅手順と、を順に有するため、信号強度モニタ数及び励起光源数を削減することができる。これにより、本願発明の光増幅方法は、多数の光部品で構成される光増幅器システムの部品点数を削減し、光増幅器システムの小型化及び低コスト化が可能になる。

本発明によれば、多数の光部品で構成される光増幅器システムの部品点数を削減し、光増幅器システムの小型化及び低コスト化が可能となる。

本発明に係る光増幅器システムの機能ブロックの一例を示す図である。実施形態１に係る光増幅器システムの光配線を示す図である。光増幅器システムの光配線とＷＸＣを構成するスプリッタの集積化の一例を示す図である。フォトニックネットワークの構成例を示す図である。Ｍｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノードの構成例を示す図である。光増幅器の適用例を示す図である。従来技術を用いた光増幅器システムの機能ブロックを示す図である。従来技術を用いた光増幅器システムの光配線を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態である実施形態１を説明する。以下では４つの光増幅器から構成される光増幅器システムを例として説明するが、本発明の効果はこの例に限定されず、光増幅器システムに含まれる光増幅器数の増加に伴い本発明の効果は顕著になる。

図１は、本発明の光増幅器システムの機能ブロックを示している。本発明の光増幅器システム１９は、４つの光増幅器３１と、励起光源３４と、励起光分配回路７１と、利得制御回路７５と、を備える。本発明の光増幅方法は、信号強度測定手順と、光信号増幅手順と、を順に有する。信号強度測定手順では、ＲＯＡＤＭノード１０１に備わるドロップ側において他方路に転送するためにスプリッタ１１ｄによって分岐された各方路のうちの１方路における光増幅器３１で増幅後の光信号の信号強度を測定する。光信号増幅手順では、前記信号強度測定手順で測定した信号強度に応じた光強度の励起光を励起光源３４から出力させ、励起光源３４からの励起光を各方路の光増幅器３１に分配し、分配された励起光を用いて光信号を増幅する。

図７に示した従来技術による光増幅器システムの機能ブロックと比較して、励起光源３４の数がひとつになり、励起光分配回路７１を介してすべての光増幅器３１と接続している点、即ち、すべての光増幅器３１の励起光源３４が励起光分配回路７１を介して共有されている点が本発明の機能的な特徴である。

また、利得制御回路７５と接続する信号強度モニタ３２は、光信号が通過する４経路の内、任意の１経路に配置された光増幅器３１の信号強度モニタ３２のみとなっている。この理由は、本発明の光増幅器システム１９が、ＲＯＡＤＭノード１０１を構成する光パス切替スイッチとして機能するスプリッタ１１ｄの後段に接続されており、当該ＲＯＡＤＭノード１０１に入力した光信号が光増幅器システム１９の全信号経路に分配される構成であるためである。

つまり、光増幅器システム１９の各経路には同一波長数のＷＤＭ信号が入力されるため、各光増幅器３１の励起光量を個別に制御する必要はなく、任意の１経路の光増幅器３１に必要となる励起光パワーに基づいて、全光増幅器３１が共有する励起光源３４の出力パワーを決定することが可能となる。

例えば、ＲＯＡＤＭノード１０１を構成するスプリッタ１１ｄが入力光信号を等パワーで分岐する（例えば、１×４スプリッタにおいては各出力に入力光パワーの２５％ずつを分配する）場合、光増幅器システム１９の各経路には同一波長数、同一パワーの信号が入力されるので、任意の１経路の光増幅器３１に必要となる励起光パワーの４倍に相当する値を励起光源３４の出力値として設定し、励起光分配回路７１を介して各光増幅器３１に等量の励起光を分配すれば良い。

スプリッタ１１ｄの分岐数をＭとすると、本発明により、励起光源３４の削減と同時に信号強度モニタ３２の数をＭ分の１に削減することが可能となる。従って、本発明により、励起光源３４の数をＭの１に削減することが可能となる。更に、モニタＰＤ４２及び４４もそれぞれ（Ｍ−１）個削減が可能なので、Ｍが２以上であれば部品点数削減効果が得られる。

図２は、本発明の実施の形態である実施形態１に係る光増幅器システム１９の光配線を示す図である。励起光分配回路７１として等しい分岐比で分岐するスプリッタ６３を利用する点、および、光増幅器３１の入出力信号強度モニタ情報として任意の１経路の情報のみを利得制御回路７５に入力する点が特徴である。本実施形態の構成により、励起光源３４を共有するとともに、モニタＰＤ４２及び４４並びに信号光カプラ４１及び４３の削減が可能となり、部品点数の削減が実現できる。

また、図２に示す光配線（光増幅器３１、モニタＰＤ４２、４４、励起光源３４を除いた部分）は、石英系平面光波回路（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）に代表される平面光波回路技術による集積化が可能である。即ち、各光部品間を光学的に接続する光ファイバをＰＬＣに置換し、信号光カプラ４１及び４３、信号光／励起光カプラ７２、励起光分配回路７１を当該ＰＬＣに集積することで、部品点数の劇的な削減、および光ファイバ接続点数の削減に伴う結線コスト削減などの効果が期待できる。

以上で説明した実施形態において、光増幅器システム１９を構成する光部品のなかで、光増幅器３１、励起光源３４並びにモニタＰＤ４２及び４４を除く、各部品間を光学的に接続する光配線部分、信号光カプラ４１及び４３、信号光／励起光カプラ７２並びにスプリッタ６３は、ＰＬＣ技術を用いることで集積化可能であることを述べた。さらに、図５に例示したＭｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅＲＯＡＤＭノード１０１を構成するスプリッタ１１ｄがＰＬＣで構成される場合、図３に示すように、本発明の光増幅器システム１９を構成する集積型ＰＬＣと前記スプリッタ１１ｄを構成するＰＬＣを集積することも可能である。

なお、実施形態において示した値は例示であり、例示した値に限定されない。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：ＷＸＣ
１１ａ：９×１ＷＳＳ
１１ｄ：スプリッタ
１４：送信機
１５：受信機
１６：コンバイナ
１７：スプリッタ
１９：光増幅器システム
３１：光増幅器
３２：信号強度モニタ
３４：励起光源
３５：利得制御回路
４１、４３：信号光カプラ
４２、４４：モニタＰＤ
６２：信号光／励起光カプラ
６３：スプリッタ
７１：励起光分配回路
７２：信号光／励起光カプラ
７５：利得制御回路
１０１：ＲＯＡＤＭノード

Claims

ＲＯＡＤＭ（ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ／ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）ノードに備わるドロップ側ＷＸＣ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＣｒｏｓｓＣｏｎｎｅｃｔ）において他方路に転送するためにスプリッタによって等しい分岐比で分岐された各光信号を増幅する複数の光増幅器と、
前記複数の光増幅器に励起光を供給する励起光源と、
前記励起光源から出力された励起光を等しい分岐比で前記複数の光増幅器へ分配する励起光分配回路と、
前記複数の光増幅器のうちの１つの特定の光増幅器のみについて、前記特定の光増幅器における光信号の増幅前の信号強度を測定する第１の信号強度モニタと、
前記複数の光増幅器のうちの前記特定の光増幅器の後段における光信号の信号強度を測定する第２の信号強度モニタと、
前記特定の光増幅器の前段に配置され、前記スプリッタで分岐された光信号のうちの前記特定の光増幅器に入射する光信号を、前記第１の信号強度モニタに分岐する第１の信号光カプラと、
前記特定の光増幅器の後段に配置され、前記特定の光増幅器から出射された光信号を、前記第２の信号強度モニタに分岐する第２の信号光カプラと、
前記第１の信号強度モニタ及び前記第２の信号強度モニタの測定した信号強度に応じて、前記複数の光増幅器に供給する前記励起光源の出力強度を変化させる利得制御回路と、
を備える光増幅器システム。
ＲＯＡＤＭノードに備わるドロップ側ＷＸＣにおいて他方路に転送するためにスプリッタによって等しい分岐比で分岐された各光信号を、複数の光増幅器を用いて増幅する光増幅方法であって、
第１及び第２の信号強度モニタが、前記複数の光増幅器のうちの１つの特定の光増幅器における増幅前後の光信号の信号強度を測定する信号強度測定手順と、
励起光分配回路が、前記複数の光増幅器に励起光を供給する１つの励起光源からの励起光を等しい分岐比で前記複数の光増幅器へ分配し、前記複数の光増幅器が、分配された励起光を用いて各光信号を増幅する光信号増幅手順と、
を順に有し、
前記信号強度測定手順において、
前記特定の光増幅器の前段に配置された第１の信号光カプラが、前記スプリッタで分岐された光信号のうちの前記特定の光増幅器に入射する光信号を分岐し、
第１の信号強度モニタが、前記第１の信号光カプラで分岐された光信号の信号強度を測定し、
前記特定の光増幅器の後段に配置された第２の信号光カプラが、前記特定の光増幅器から出射された光信号を分岐し、
第２の信号強度モニタが、前記第２の信号光カプラで分岐された光信号の信号強度を測定し、
前記光信号増幅手順において、利得制御回路が、前記第１の信号強度モニタ及び前記第２の信号強度モニタの測定した信号強度に応じて、前記複数の光増幅器に供給する前記励起光源の出力強度を変化させる、光増幅方法。