JP5899866B2 - 光中継増幅装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光中継増幅装置及び方法に関し、より具体的には、バースト光信号を光中継増幅する光中継増幅装置及び方法に関する。

光アクセス系として、複数の加入者を１本の光ファイバに収容するＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが普及している。ＰＯＮシステムは、１台の局側光回線終端装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）が、１本の光伝送路及び通信帯域を複数の加入者側光回線終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）で共有する光伝送システムであり、上り信号伝送に時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）を使用し、ＯＬＴが各ＯＮＵの上り光信号の送信タイミングおよび送信期間を指示し、各ＯＮＵが指示された送信タイミング及び送信期間に上りバースト光信号を送信する。

上下１Ｇｂｐｓの通信帯域を複数のＯＮＵが共有するＰＯＮシステムに対し、その後継技術として、上下１０Ｇｂｐｓの通信帯域を有するＰＯＮシステムが提案され、機器コストおよび運用管理コストの観点から、両システムの併用が提案されている。１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの上り伝送を併用するＰＯＮシステムでは、異なる波長の１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの上りバースト光信号を時間軸上で重複しないようにして伝送する。

他方、ＰＯＮシステムのインフラコストを低減するために、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスエリアを拡大し、ＯＬＴ−ＯＮＵ間の伝送距離の延長及び加入者数の増加を目指して、光信号を中継増幅する光中継伝送装置を光伝送路上に配置することが提案されている。ＰＯＮシステムでは特に、上り方向において、ＯＮＵの送信する上りバースト光信号を、その品質を劣化させることなく増幅する必要がある。

バースト光信号を光増幅器で増幅する場合、図９に示すように、増幅後のバースト光信号が急峻に立ち上がる、いわゆる光サージが発生して、信号波形が劣化する。図９（ａ）は増幅前のバースト光信号の波形例を示し、同（ｂ）は増幅後の光サージを発生したバースト光信号の波形例を示す。図９（ｂ）に示すように、バースト光信号の先頭部分で光サージが発生する。光サージを発生したバースト光信号がＯＬＴの光受信器に入射した場合、ビット誤り率の劣化や光受信器の破壊を招く恐れがある。

特許文献１には、光信号の増幅前後の伝送利得をモニターし、それに基づいて光増幅器の増幅利得および光送信レベルを制御することにより、増幅後の光信号レベルの等化および波形劣化の抑制を実現する技術が記載されている。

特許文献２には、第１の希土類添加ファイバ（ＥＤＦＡ）、中間利得等化フィルタ及び第２のＥＤＦＡでバーストモード光ファイバ増幅器を構成し、第１のＥＤＦＡの長さを第２のＥＤＦＡより短くし、中間利得等化フィルタを第２のＥＤＦＡを透過した各波長の光信号強度が等しくなるように調整することで、光サージを抑制することが記載されている。

特開２００８−１４１６７３号公報 特開２００８−３００８１８号公報

特許文献１に記載の技術では、光信号の常時モニター出力から利得を計算する利得計算回路と、利得計算結果から光増幅器の利得を制御する利得制御回路が必要となり、これらの複雑な電気回路の実装が装置コストの増大を招く。

特許文献２に記載の技術では、バーストモードに対応する特別に設計された光ファイバ増幅器を用意する必要があり、また、中間利得等化フィルタを調節する機能も必要となり、これらが装置コストの増大に繋がる。

バースト光信号を光中継増幅することにより、伝送距離を延伸することができるが、光増幅で発生する光サージが、信号品質を大幅に劣化させる。この種の劣化は伝送レートが高速化されるほど顕著となる。

時間軸上で重複しない複数波長のバースト光信号を一括増幅する場合、単一波長の光増幅器よりも広い増幅帯域を必要とし、波形劣化の抑制も単一波長の場合よりも難しくなる。

また、高速な伝送レートへの対応からも、全光処理による光中継増幅が望ましい。

本発明は、バースト光信号を少ない波形劣化で中継増幅する全光処理の光中継増幅装置及び方法を提示することを目的とする。

本発明に係る光中継増幅装置は、異なる波長のバースト光信号が時間軸上で多重される入力光信号を光中継増幅する光中継増幅装置であって、当該入力光信号を分波する光分波手段と、当該光分波手段で分波された第１の成分光を所定時間遅延する光遅延手段と、当該光遅延手段の出力光に利得制御光を合波する光合波手段と、当該光合波手段の出力光が入力する可飽和光増幅手段であって、当該利得制御光により利得飽和状態にされた可飽和光増幅手段と、当該可飽和光増幅手段の出力光に含まれ当該バースト光信号を光増幅する光増幅手段と、当該光増幅手段の出力光から当該利得制御光の成分を除去するフィルタ手段と、当該利得制御光を出力する波長可変光源と、当該光分波手段で分波された第２の成分光から、当該入力光信号の現時点のバースト光信号の信号波長を計測する波長計測手段と、当該波長計測手段の計測結果に従い、計測された信号波長とは離れた波長に当該利得制御光の波長を変更すべく当該波長可変光源を制御すると共に、当該フィルタ手段の除去波長を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る光中継増幅方法は、異なる波長のバースト光信号が時間軸上で多重される入力光信号を光中継増幅する光中継増幅方法であって、当該入力光信号の現時点のバースト光信号の信号波長を計測する波長計測ステップと、当該波長計測ステップの計測結果に従い波長を制御される波長可変光源が、計測された信号波長とは離れた波長の利得制御光を生成する利得制御光生成ステップと、当該利得制御光により利得飽和状態にされた可飽和光増幅手段により当該バースト光信号を増幅させる第１の光増幅ステップと、当該可飽和光増幅手段の出力光に含まれ当該バースト光信号を、利得飽和していない光増幅手段により光増幅する第２の光増幅ステップと、当該波長計測ステップの計測結果に従い入出力特性を制御されるフィルタ手段により当該光増幅手段の出力光から当該利得制御光の成分を除去するステップとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、増幅すべきバースト光信号を、利得飽和状態の可飽和光増幅手段で増幅するので、光サージの発生を抑制できる。２段目の利得飽和していない光増幅手段により、必要な利得を確保できる。全光信号処理により光中継伝送可能なので、複雑な電気回路を必要とせずに安価な構成で光アクセスサービスエリアを拡大できる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。 可飽和光増幅器の利得範囲、上りバースト光信号の波長及び利得制御光の波長の関係を示す。 可飽和光増幅器の入力光強度対利得特性を示す。 可飽和光増幅器の前後における上りバースト光信号の波形例を示す。 比較器による波長制御の動作フローチャートを示す。 本実施例における１０Ｇｂｐｓ上りバースト光信号と１Ｇｂｐｓ上りバースト光信号の増幅過程の波形変化例を示す。 波長可変光源の別の構成例を示すブロック図である。 選択反射器６２の別の構成例を示すブロック図である。 光サージを起こしたバースト光信号の波形例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る光中継増幅器を組み込んだＰＯＮシステムの一実施例の概略構成ブロック図である。

なお、図１に示すＰＯＮシステムでは、局側光回線終端装置（ＯＬＴ）１０から各加入者側光回線終端装置（ＯＮＵ）１２−１〜１２−ｎへの下り信号の光伝送には、１Ｇｂｐｓ用に１４８０〜１５００ｎｍの波長（λ１）を割り当て、１０Ｇｂｐｓ用に１５７５〜１５８０ｎｍの波長（λ２）を割り当てるとする。逆の、各ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎからＯＬＴ１０への上り信号の光伝送には、１Ｇｂｐｓ用に１２６０〜１３６０ｎｍの波長（λ３）を割り当て、１０Ｇｂｐｓ用に１２６０〜１２８０ｎｍの波長（λ４）を割り当てるとする。以下、信号波長λ１〜λ４について、波長λの光信号を光信号λと表記する。信号波長λ３の上り光信号と信号波長λ４の上り光信号が時間軸上で多重された光信号を光信号λ３，λ４と表記する。なお、信号波長λ３と信号波長λ４は、ＯＬＴの光受信系の光分離素子で十分に分離できる程に離れている。もちろん、ＯＬＴ１０は、１ＧｂｐｓＰＯＮシステムと１０ＧｂｐｓＰＯＮシステムの両方に対応する。

ＯＬＴ１０は、シリアルに接続される光ファイバ１４、双方向光中継伝送装置１６及び光ファイバ１８を介して、光カプラ２０に接続する。ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎはそれぞれ、分岐光ファイバ２２−１〜２２−ｎを介して光カプラ２０に接続する。光カプラ２０は、光ファイバ１８からの下り光信号をｎ分割して各分岐光ファイバ２２−１〜２２−ｎに出力し、各分岐光ファイバ２２−１〜２２−ｎからの上り光信号を合波又は時間軸で多重して光ファイバ１８に出力する受動光素子である。

双方向光中継伝送装置１６は、下り光を１Ｇｂｐｓ光と１０Ｇｂｐｓ光で別々に光増幅し、また、上り光を１Ｇｂｐｓ光と１０Ｇｂｐｓ光で区別せずに光増幅する装置である。ＯＬＴ１０と光カプラ２０との間の、本来的には受動素子のみからなる光伝送路上に双方向光中継伝送装置１６を配置することで、ＯＬＴ１０からＯＮＵ１２−１〜１２−ｎまでの伝送路の長距離化を実現し、多分岐化を容易にする。

双方向光中継伝送装置１６は、光ファイバ１４側のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラ３０と、光ファイバ１８側のＷＤＭ光カプラ３２と、ＷＤＭ光カプラ３０で分離された波長λ１，λ２の下り光信号をそれぞれ別々に増幅する光ファイバ増幅器３４，３６と、ＷＤＭ光カプラ３２で分離された波長λ３，λ４の上り光を一括して光増幅する光中継増幅装置３８とからなる。すなわち、ＷＤＭ光カプラ３０，３２は、信号波長λ１と、信号波長λ２と、これら以外の波長（波長λ３，λ４を含む。）とを分離する波長合分波素子である。具体的には、ＷＤＭ光カプラ３０は、光ファイバ１４からの下り光信号のうちの下り光信号λ１を光ファイバ増幅器３４に、下り光信号λ２を光ファイバ増幅器３６に供給し、光中継増幅装置３８から出力される上り光信号λ３，λ４を光ファイバ１４に供給する。他方、ＷＤＭ光カプラ３２は、光ファイバ増幅器３４，３６から出力される下り光信号を光ファイバ１８に供給し、光ファイバ１８からの上り光信号λ３，λ４の上り光信号を光中継増幅装置３８に供給する。

光ファイバ増幅器３４は例えば、１Ｇｂｐｓの波長１４８０〜１５００ｎｍのバースト光信号を増幅可能なツリウム添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Thulium-Doped Fiber Amplifier）からなる。また、光ファイバ増幅器３６は例えば、１０Ｇｂｐｓの波長１５７５〜１５８０ｎｍのバースト光信号を増幅可能なＬ帯エルビウム添加光ファイバ増幅器（Ｌ−ＥＤＦＡ：L-band Erbium-Doped Fiber Amplifier）からなる。

ＯＬＴ１０から各ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎへの下り光信号の流れを説明する。ＯＬＴ１０は、下り光信号λ１と下り光信号λ２を光ファイバ１４に出力する。下り光信号λ１と下り光信号λ２は時間軸上で同時であっても良い。ＷＤＭ光カプラ３０は、光ファイバ１４からの下り光信号λ１と下り光信号λ２を波長軸上で分離し、下り光信号λ１を光ファイバ増幅器３４に、下り光信号λ２を光ファイバ増幅器３６にそれぞれ供給する。光ファイバ増幅器３４，３６はそれぞれ、下り光信号λ１，λ２を光増幅し、増幅後の下り光信号λ１，λ２をＷＤＭ光カプラ３２に供給する。

ＷＤＭ光カプラ３２は、光ファイバ増幅器３４，３６により増幅された下り光信号λ１，λ２を合波して、光ファイバ１８に供給する。光ファイバ１８を伝搬した下り光信号λ１，λ２は光カプラ２０によりｎ分割され、分割された各下り光信号λ１，λ２は、分岐光ファイバ２２−１〜２２−ｎを伝搬して、ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎに入射する。各ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎは、入射した下り光信号を光電変換し、自己宛の下り信号のみを受信処理する。

ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎからＯＬＴへの上り光信号の流れを説明する。ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎに対し、互いの上り光信号が光ファイバ１４，１８上で重ならないようなタイミングでの上り光信号の送信を許可する。各ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎは、ＯＬＴ１０により許可されたタイミングで上り光信号、実際には上りバースト光信号を出力する。先に説明したように、この実施例では、ＯＮＵ１２−１が、１０Ｇｂｐｓの上りバースト光信号λ４を分岐光ファイバ２２−１に出力し、他のＯＮＵ１２−２〜１２−ｎが１Ｇｂｐｓの上りバースト光信号λ３をそれぞれ分岐光ファイバ２２−２〜２２−ｎに出力する。

各分岐光ファイバ２２−１〜２２−ｎを伝搬した上りバースト光信号は光カプラ２０を介して光ファイバ１８に入射し、光ファイバ１８を伝搬して双方向光中継伝送装置１６のＷＤＭ光カプラ３２に入射する。ＷＤＭ光カプラ３２は、光ファイバ１８から入射する上りバースト光信号λ３，λ４を光中継増幅装置３８に供給する。１Ｇｂｐｓシステムの上り信号波長λ３と、１０Ｇｂｐｓシステムの上り信号波長λ４は、この実施例では十分に近いので、ＷＤＭ光カプラ３２は、上り光信号λ３と上り光信号λ４を同じポートから出力できる。上り光信号λ３と上り光信号λ４を互いに異なるポートからしか出力できないＷＤＭ光カプラを使用する場合には、出力直後に両上り光信号を合波すればよい。

光中継増幅装置３８では、光分波器４０が、ＷＤＭ光カプラ３２からの上りバースト光信号λ３，λ４の一部を、時間軸で上りバースト光信号λ３と上りバースト光信号λ４のどちらが入力しているかを検出するために、分波する。光分波器４０は、ＷＤＭ光カプラ３２からの上りバースト光信号λ３，λ４のほとんどを光遅延器４２に供給し、残りを分光器４４に供給する。

分光器４４は、分波器４０からの上りバースト光信号λ３，λ４から信号波長λ３の成分と信号波長λ４の成分を分離し、前者を受光器４６に、後者を受光器４８に供給する。分光器４４は、プリズムのように波長毎に光を屈折させて分波するものや、ＷＤＭフィルタなどを利用すれば良い。

受光器４６，４８は入射光を電気信号に変換し、比較器５０に供給する。比較器５０は受光器４６，４８の出力レベルを比較する。受光器４６，４８の出力レベルの比較結果から、光ファイバ１８からの上りバースト光信号が、１Ｇｂｐｓのバースト光信号λ３か１０Ｇｂｐｓのバースト光信号λ４かを判別できる。もちろん、バースト光信号λ３とバースト光信号λ４の間には、一定長の無信号期間（一般に、５００ｎｓｅｃ以上）が存在し、この無信号期間では、受光器４６，４８の出力レベルは実質的に等しくなる。

分光器４４，受光器４６，４８及び比較器５０からなる構成は、上り光信号λ３と上り光信号λ４のどちらがＯＬＴ１０に入力されようとしているかを検出する波長検出手段として機能する。本実施例の場合、波長と上り伝送レートが対応しているので、分光器４４，受光器４６，４８及び比較器５０からなる構成は、上り伝送レート判別手段としても利用できる。伝送レート自体を判別できれば良い場合には、入力する上りバースト光信号のパルス周期を計測すれば良い。

比較器５０は、受光器４６，４８の出力レベルの比較結果に従い、波長可変光源５２の出力波長λｃを、現在、光中継増幅装置３８に入力している上りバースト光信号とは干渉しない波長に制御し、波長可変光源５２の出力波長λｃと同じ波長に選択反射器６２の反射波長を制御する。波長可変光源５２は、比較器５０により制御される波長λｃの連続レーザ光を出力する。波長可変光源５２の出力する連続レーザ光は、後述する可飽和光増幅器５６の利得を外部から光制御する利得制御光であり、本実施例では、可飽和光増幅器５６の利得を飽和させ、もって光サージを抑制する。

比較器５０による波長制御の詳細は後述するが、例えば、現在、光中継増幅装置３８にＷＤＭ光カプラ３２から入力している上りバースト光信号の波長がλ３であるとき、比較器５０は、波長可変光源５２の出力波長λｃを波長λ４に制御し、選択反射器６２の反射波長を波長λ４に制御する。逆に、現在、光中継増幅装置３８にＷＤＭ光カプラ３２から入力している上りバースト光信号の波長がλ４であるとき、比較器５０は、波長可変光源５２の出力波長λｃを波長λ３に制御し、選択反射器６２の反射波長を波長λ３に制御する。但し、波長可変光源５２から出力される連続レーザ光は、可飽和光増幅器５６を利得飽和させることが目的であるから、波長λｃは、厳密に波長λ３又はλ４に制御される必要は無く、現在の波長と干渉しない波長であって、可飽和光増幅器５６の利得を制御できるものであればよい。

光合波器５４は、光遅延器４２で遅延された上りバースト光信号λ３，λ４に、波長可変光源５２からの連続レーザ光（利得制御光）λｃを合波し、合波光を可飽和光増幅器５６に入射する。光遅延器４２の遅延時間は、可飽和光増幅器５６に上りバースト光信号に先行して波長可変光源５２からの波長制御された利得制御光λｃが入射するように、または、少なくとも、上りバースト光信号と波長制御された利得制御光λｃが同時に入射するように、設定される。

可飽和光増幅器５６は、例えば、波長λ３，λ４をカバーするゲインプロファイルを具備する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）からなる。波長可変光源５２から出力される連続レーザ光（利得制御光）のパワーは、同時に可飽和光増幅器５６に入射する上りバースト光信号に対する可飽和光増幅器５６の利得を飽和させる程度の大きさ、具体的には、同時に入射する上りバースト光信号の光強度よりも十分に高い光強度に設定されており、これにより、可飽和光増幅器５６は、入射する上りバースト光信号の波長がλ３かλ４かに関わらず、増幅利得が飽和している。この利得飽和により、光サージの発生が抑制される。

図２は、可飽和光増幅器５６の利得範囲、上りバースト光信号の波長λ３，λ４、及び利得制御光の波長λｃの関係を示す。図２（ａ）は、可飽和光増幅器５６のゲインプロファイルを示す。横軸は波長を示し、縦軸は増幅利得を示す。図２（ｂ）は、上りバースト光信号λ３とこれに対する利得制御光λｃの波長関係を示し、図２（ｃ）は、上りバースト光信号λ４とこれに対する利得制御光λｃの波長関係を示す。１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓの両方に対応するための波長可変レーザには、ファブリペロー型レーザが用いられることが多く、ファブリペロー型レーザは、図２に示すようにスペクトルが２０ｎｍ程度と広い。従って、波長λ３，λ４を２０ｎｍ以上、離す必要がある。利得制御光の波長λｃも、波長λ３，λ４との干渉を防ぎ、選択反射器６２で十分に選択的に反射できるように、波長λ３，λ４から同程度以上に離すのが望ましい。

図３は、可飽和光増幅器５６の入力光強度対利得特性を示す。横軸は入力光強度を示し、縦軸は増幅利得を示す。閾値Ｐｔｈ以上の光強度の光信号が入射すると増幅利得が減少する。バースト光信号の先端部分で光サージが発生するのは、増幅すべき光信号の入射時点で光増幅器の光増幅余力が大きいからである。本実施例では、バースト光信号の入力と同時に又は先行して、利得制御光により可飽和光増幅器５６の増幅利得を飽和させておくので、光サージの発生を抑制できる。

図４は、可飽和光増幅器５６の前後における上りバースト光信号の波形例を示す。図４（ａ）は増幅前の上りバースト光信号の波形例を示し、同（ｂ）は、増幅後の上りバースト光信号の波形例を示す。何れも、波長可変光源５２から出力される連続レーザ光（利得制御光）は、図示していない。利得制御光により可飽和光増幅器５６の利得が飽和しているので、時間的に前後するバースト光信号の光強度差Ｄが、増幅前ではＤであったものが、増幅後ではＤ未満になっている。これは、光強度の異なる上りバースト光信号の光強度レベルを平均化する利得等化を実現しているともいえる。

利得飽和状態の可飽和光増幅器５６による増幅では、全体としての利得が不足するので、更に、光ファイバ増幅器５８が、可飽和光増幅器５６の出力信号光を増幅する。光ファイバ増幅器５８は、可飽和光増幅器５６と同様に、波長λ３，λ４をカバーする増幅帯域を具備するが、波長可変光源５２からの利得制御光λｃに関わらず、その利得は飽和しない。換言すると、光ファイバ増幅器５８は、仮に高強度の光入力に対して利得飽和するものであっても、その利得飽和の閾値パワーが可飽和光増幅器５６の閾値Ｐｔｈよりも格段に高いものであればよい。また、利得制御光が存在することで、光ファイバ増幅器５８においても、光サージは発生しにくくなる。

１Ｇｂｐｓシステムの上りバースト光信号と１０Ｇｂｐｓシステムの上りバースト光信号を共に増幅できる光ファイバ増幅器５８としては、例えば、プラセオジミウム添加光ファイバ増幅器（ＰＤＦＡ：Praseodymium-Doped Fiber Amplifier）がある。

光ファイバ増幅器５８により増幅された上りバースト光信号λ３，λ４及び連続レーザ光λｃは、光アイソレータ６０を介して選択反射器６２に入射する。選択反射器６２は、比較器５０からの波長制御信号に従い、波長可変光源５２の出力波長λｃを反射するように制御されているので、光アイソレータ６０の出力光の内、利得制御光λｃの成分を反射し、上りバースト光信号λ３又はλ４の成分を透過してＷＤＭ光カプラ３０に供給する。光アイソレータ６０は、選択反射器６２で反射された利得制御光λｃの成分を吸収して、光ファイバ増幅器５８に逆流しないようにする。

光アイソレータ６０及び選択反射器６２は、合波器５４で上りバースト光信号に合波された利得制御光λｃを除去する手段として機能する。すなわち、利得制御光λｃを選択的に後方に反射する選択反射器６２の代わりに、別方向に反射する反射器又は吸収する吸収素子を設ける場合には、光アイソレータ６０は不要となる。

ＷＤＭ光カプラ３０は、選択反射器６２からの増幅された上りバースト光信号λ３，λ４を光ファイバ１４に供給する。ＷＤＭ光カプラ３０からの上りバースト光信号λ３，λ４は、光ファイバ１４を伝搬してＯＬＴ１０に入射する。ＯＬＴ１０は、入射した上りバースト光信号λ３，λ４を受信処理し、上位ネットワーク向けのデータを上位ネットワークに送信し、内部的に処理すべき制御信号／応答信号に対しては相応する処理を内部的に実行する。

比較器５０による波長制御とこの波長制御に基づく利得制御動作を説明する。図５は、比較器５０による波長制御の動作フローチャートを示す。

比較器５０は、初期設定として、波長可変光源５２のレーザ波長と選択反射器６２の反射波長を、１Ｇｂｐｓ系の上り波長λ３に設定する（Ｓ１）。これにより、波長可変光源５２は、波長λ３の連続レーザ光からなる利得制御光を出力し、この利得制御光は、合波器５４を介して可飽和光増幅器５６に入射し、可飽和光増幅器５６の利得を飽和またはほぼ飽和状態にする。

受光器４６は、分光器４４で分光された１Ｇｂｐｓ系上りバースト光信号λ３の光強度（以下、Ｐ１とする）を測定し、受光器４８は、分光器４４で分光された１０Ｇｂｐｓ系上りバースト光信号λ４の光強度（以下、Ｐ２とする）を測定し、比較器５０が受光器４６，４８の出力を読み込む（Ｓ２）。

比較器５０は先ず、受光器４６，４８の出力から１Ｇｂｐｓ系上りバースト光信号λ３と、１０Ｇｂｐｓ系上りバースト光信号の有無を判定する（Ｓ３）。両上りバースト光信号が共に未検出の場合（Ｓ３）、比較器５０は、再度、受光器４６，４８の出力を取り込む。例えば、上りバースト光信号間に混信をさけるために設けられている無信号期間で、波長λ３，λ４の両方が未検出となりうる。

受光器４６，４８の何れかの出力が有意な値を示す場合（Ｓ３）、比較器５０は、Ｐ１とＰ２のどちらが大きいかを調べる（Ｓ４）。Ｐ１がＰ２より大きい場合（Ｓ４）、比較器５０は、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長を波長λ４に設定する（Ｓ５）。これにより、波長可変光源５２は波長λ４の利得制御光を出力し、選択反射器６２は波長λ４の光成分を反射する。Ｓ２に戻り、処理を継続する。

他方、Ｐ２がＰ１より大きい場合（Ｓ４）、比較器５０は、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長を波長λ３に設定する（Ｓ６）。これにより、波長可変光源５２は波長λ３の利得制御光を出力し、選択反射器６２は波長λ３の光成分を反射する。Ｓ２に戻り、処理を継続する。

図６に示す波形例を参照して、比較器５０による波長制御・利得制御の動作を具体的に説明する。図６は、１０Ｇｂｐｓ上りバースト光信号と１Ｇｂｐｓ上りバースト光信号の増幅過程の波形変化例を示す。図６（ａ）は、増幅前の上りバースト光信号λ３，λ４の波形例を示す。図６（ａ）に示す例では、バースト光信号７０，７２，７４，７６の順に光中継増幅装置３８に入力する。バースト光信号７０，７６は、１０Ｇｂｐｓ系の上り光信号λ４であり、バースト光信号７２，７４は、１Ｇｂｐｓ系の上り光信号λ３である。図６（ｂ）は、利得制御光としての波長λ３の連続レーザ光の強度波形例を示し、図６（ｃ）は、利得制御光としての波長λ４の連続レーザ光の強度波形例を示す。図６（ｄ）は、増幅前の上りバースト光信号に利得制御光を合波した後で、増幅前の光強度波形例を示す。図６（ｅ）は、選択反射器６２の出力光の波形例を示す。

波長λ４の上りバースト光信号７０に対しては、初期設定（Ｓ１）により、波長可変光源５２は、図６（ｂ）に示すように、波長λ３の利得制御光を出力している。もちろん、選択反射器６２の反射波長もλ３である。

利得制御光（λ３）の光強度が閾値Ｐｔｈ以上であることから、利得制御光のみが可飽和光増幅器５６に入射する場合と、利得制御光と上りバースト光信号が同時に可飽和光増幅器５６に入射する場合とで、前者の利得が後者の利得を上回る。この結果、例えば、図６（ｄ）に示すように、可飽和光増幅器５６に出力段階では、利得制御光のみの場合（ｔ１以前と、ｔ２〜ｔ３）の光強度が、利得制御光と上りバースト光信号とからなる場合（ｔ１〜ｔ２）の光強度よりも大きくなる。利得制御光により可飽和光増幅器５６を利得飽和させているので、光サージは発生せず、仮に発生するにしても微弱にできる。

上りバースト光信号７０と上りバースト光信号７２との間の無信号期間ｔ２〜ｔ３では、図５のステップＳ３により、上りバースト光信号７０に対する波長制御が維持され、波長可変光源５２の波長と選択反射器６２の反射波長は波長λ３に維持されている。

光遅延器４２により、可飽和光増幅器５６に入射する上りバースト光信号７２が立ち上がる時点ｔ３より若干早いタイミングで受光器４６の出力レベルＰ１が受光器４８の出力レベルＰ２より大きくなる。これに応じて、比較器５０は、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長を波長λ４に切り替える（Ｓ４，Ｓ５）。すなわち、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、波長可変光源５２は、波長λ４の利得制御光に切り替える。

波長λ３の上りバースト光信号７２（ｔ３〜ｔ４）に対しては、ステップＳ４，Ｓ５により、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長は、波長λ４に維持される。

上りバースト光信号７２（ｔ３〜ｔ４）に続く無信号期間（ｔ４〜ｔ５）に対しては、ステップＳ３により、直前の設定が維持される。すなわち、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長は、波長λ４のままとなる。

２つめの波長λ３の上りバースト光信号７４（ｔ５〜ｔ６）に対しても、ステップＳ４，Ｓ５により、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長は、波長λ４に維持され、続く無信号期間（ｔ６〜ｔ７）でも、ステップＳ３により、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長は、波長λ４のままとなる。

２つめの波長λ４の上りバースト光信号７４（ｔ７〜ｔ８）に対しても、波長が変化するので、時刻ｔ７の直前に、受光器４８の出力レベルＰ２が受光器４６の出力レベルＰ１より大きくなる。これに応じて、比較器５０は、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長を波長λ３に切り替える（Ｓ４，Ｓ６）。すなわち、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、波長可変光源５２は、波長λ４の利得制御光から波長λ３の利得制御光に切り替える。

ｔ３以降でも、可飽和光増幅器５６に出力の光強度変化は、ｔ３以前と同様である。すなわち、利得制御光（λ３又はλ４）の光強度が閾値Ｐｔｈ以上であることから、利得制御光のみが可飽和光増幅器５６に入射する場合と、利得制御光と上りバースト光信号が同時に可飽和光増幅器５６に入射する場合とで、前者の利得が後者の利得を上回る。この結果、例えば、図６（ｄ）に示すように、可飽和光増幅器５６に出力段階では、利得制御光のみの場合（ｔ４〜ｔ５，ｔ６〜ｔ７）の光強度が、利得制御光と上りバースト光信号とからなる場合（ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６）の光強度よりも大きくなる。

選択反射器６２が光ファイバ増幅器５８の出力に残る利得制御光を反射し、反射された利得制御光は光アイソレータ６０により吸収される。これにより、選択反射器６２の出力段階では、図６（ｅ）に示すように、図６（ａ）に示す上りバースト光信号列を、光サージ無しで又は従来よりも少ない光サージで光増幅したものが得られる。

波長可変光源５２は、可飽和光増幅器５６のゲイン範囲内で波長を連続的又は離散的に変更可能なレーザ素子でもよいが、図７に示すように、互いに異なる波長の連続レーザ発振のレーザ素子の出力レーザ光を光スイッチで選択する構成であってもよい。図７において、レーザ素子８０は、波長λ３にほぼ等しい波長で連続レーザ発振し、レーザ素子８２は、波長λ４にほぼ等しい波長で連続レーザ発振する。光スイッチ８４が、比較器５０からの波長制御信号に従い、レーザ素子８０又はレーザ素子８２の出力光を選択する。光スイッチ８４により選択されたレーザ光が、合波器５４に供給される。

図８は、選択反射器６２の別の構成を示す。光スイッチ８６は、比較器５０からの波長λ３を指定する波長制御信号により、光アイソレータ６０の出力光を反射波長λ３の反射器８８に供給し、比較器５０からの波長λ４を指定する波長制御信号により、光アイソレータ６０の出力光を反射波長λ４の反射器９０に供給する。すなわち、利得制御光の波長λｃが波長λ３の場合には、光スイッチ８６は、光アイソレータ６０の出力光を反射波長λ３の反射器８８に供給し、利得制御光の波長λｃが波長λ４の場合には、光スイッチ８６は、光アイソレータ６０の出力光を反射波長λ４の反射器９０に供給する。これにより、反射器８８又は９０が、光アイソレータ６０の出力光に含まれる利得制御光を反射する。反射された利得制御光は、光スイッチ８６を介して光アイソレータ６０に逆方向で入射し、吸収される。

このような特定波長を反射する反射器８８，９０は、例えば、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）又は帯域通過波長フィルタなどで実現できる。反射器８８，９０の代わりに、それぞれ波長λ３，λ４の成分光を吸収する素子を配置することで、光アイソレータ６０を省略できる。

上りバースト光信号は、反射器８８又は９０を透過し、光スイッチ９２に入射する。光スイッチ９２は、光スイッチ８６と同期して、比較器５０からの波長選択信号により切り替えられる。すなわち、光スイッチ８６が反射器８８を選択するとき、光スイッチ９２も反射器８８を選択する。光スイッチ８６が反射器９０を選択するとき、光スイッチ９２も反射器９０を選択する。

このような光スイッチ９２の制御により、光ファイバ増幅器５８の出力光から利得制御光の成分のみが分離され、上りバースト光信号の成分のみがＷＤＭ光カプラ３０に入射する。

図８に示す構成は、図７に示す構成の波長可変光源５２との併用に向いている。レーザ素子８０の発振波長と反射器８８の反射波長を予め一致させ、レーザ素子８２の発振波長と反射器９０の反射波長を予め一致させておくことで、運用が容易になるからである。

このように、本実施例では、複雑な電気回路を必要とせずに、光サージの発生を抑制しつつ、バースト光信号を中継増幅することができる。

ＯＮＵ１２−１〜１２−ｎが１Ｇｂｐｓ上り光信号又は１０Ｇｂｐｓ上り光信号として選択する信号波長に幅がある場合、分光器４４、受光器４６，４８及び比較器５０の代わりに簡易な波長計測器を設け、計測された波長から十分に離れた波長に、波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長を制御すればよい。この場合、選択すべき波長範囲によっては、波長可変光源５２と選択反射器６２には、これらの波長を連続的に変更可能のものを選択する必要がある。

また、上り光伝送路上に存在する上りバースト光信号の波長が３つ以上ある場合には、受光器４６，４８を対応する数だけ増やせば良い。その場合の比較器５０は、検出される上り波長から最も離れた波長を波長可変光源５２の発振波長と選択反射器６２の反射波長として制御すれば良い。

本実施例では、上りバースト光信号を無劣化又は少ない劣化で増幅できるので、伝送距離を延伸でき、この結果、低コストで光アクセスサービスエリアを拡大可能となる。また、伝送レートの異なるバースト光信号の増幅時における波長管理・設定を自動化できるので、光中継伝送装置の運用管理コストを低減できる。

２波長のバースト光信号を光中継増幅する実施例を説明したが、光サージを抑圧する作用は、単一波長のバースト光信号を中継増幅する用途にも適用可能である。但し、可飽和光増幅器として、信号波長と干渉しない波長の利得制御光を包含できる、単一波長用よりも広い増幅帯域を必要とする。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０：局側光回線終端装置（ＯＬＴ）
１２−１〜１２−ｎ：加入者側光回線終端装置（ＯＮＵ）
１４：光ファイバ
１６：双方向光中継伝送装置
１８：光ファイバ
２０：光カプラ
２２-１〜２２-ｎ：分岐光ファイバ
３０，３２：ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラ
３４，３６：光ファイバ増幅器
３８：光中継増幅装置
４０：光分波器
４２：光遅延器
４４：分光器
４６，４８：受光器
５０：比較器
５２：波長可変光源
５４：光合波器
５６：可飽和光増幅器
５８：光ファイバ増幅器
６０：光アイソレータ
６２：選択反射器
７０，７２，７４，７６：バースト光信号
８０，８２：レーザ素子
８４：光スイッチ
８６：光スイッチ
８８，９０：反射器
９２：光スイッチ

Claims (11)

1. 異なる波長のバースト光信号が時間軸上で多重される入力光信号を光中継増幅する光中継増幅装置であって、
   当該入力光信号を分波する光分波手段（４０）と、
   当該光分波手段で分波された第１の成分光を所定時間遅延する光遅延手段（４２）と、
   当該光遅延手段の出力光に利得制御光を合波する光合波手段（５４）と、
   当該光合波手段の出力光が入力する可飽和光増幅手段であって、当該利得制御光により利得飽和状態にされた可飽和光増幅手段（５６）と、
   当該可飽和光増幅手段の出力光に含まれ当該バースト光信号を光増幅する光増幅手段（５８）と、
   当該光増幅手段の出力光から当該利得制御光の成分を除去するフィルタ手段（６０，６２）と、
   当該利得制御光を出力する波長可変光源（５２）と、
   当該光分波手段で分波された第２の成分光から、当該入力光信号の現時点のバースト光信号の信号波長を計測する波長計測手段（４４〜４８）と、
   当該波長計測手段の計測結果に従い、計測された信号波長とは離れた波長に当該利得制御光の波長を変更すべく当該波長可変光源を制御すると共に、当該フィルタ手段の除去波長を制御する制御手段（５０）
   とを具備することを特徴とする光中継増幅装置。
2. 当該波長可変光源が、それぞれ異なる波長で連続レーザ発振する複数のレーザ素子（８０，８２）と、当該制御手段からの波長制御信号に従い、当該複数のレーザ素子の出力光の何れか１つを選択する光スイッチ（８４）とからなることを特徴とする請求項１に記載の光中継増幅装置。
3. 当該フィルタ手段が、反射波長を変更可能な選択反射器（６２）と、当該光増幅手段の出力光を当該選択反射器に導入する光アイソレータ（６０）とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光中継増幅装置。
4. 当該選択反射器が、
   それぞれ異なる波長を反射する複数の反射器と、
   当該制御手段からの波長制御信号に従い、当該複数の反射器の何れか１つを選択する反射器選択光スイッチ（８６，９２）
   とを具備することを特徴とする請求項３に記載の光中継増幅装置。
5. 当該波長計測手段が、当該光分波手段で分波された第２の成分光を、当該入力光信号に含まれるうる波長に分光する分光器と、当該分光器で分光された各波長の光成分を受光する受光器とを具備し、
   当該制御手段が、当該受光器の出力を比較する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光中継増幅装置。
6. 局側光回線終端装置が複数の加入者側光回線終端装置により共有される光伝送路を介して当該複数の加入者側光回線終端装置と通信し、当該局側光回線終端装置が当該複数の加入者側光回線終端装置から当該局側光回線終端装置への信号送信を時分割多元アクセス方式で管理する光伝送システムの、当該光伝送路の、当該複数の加入者側光回線終端装置により共有される位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光中継増幅装置。
7. 異なる波長のバースト光信号が時間軸上で多重される入力光信号を光中継増幅する光中継増幅方法であって、
   当該入力光信号の現時点のバースト光信号の信号波長を計測する波長計測ステップと、
   当該波長計測ステップの計測結果に従い波長を制御される波長可変光源が、計測された信号波長とは離れた波長の利得制御光を生成する利得制御光生成ステップと、
   当該利得制御光により利得飽和状態にされた可飽和光増幅手段により当該バースト光信号を増幅させる第１の光増幅ステップと、
   当該可飽和光増幅手段の出力光に含まれ当該バースト光信号を、利得飽和していない光増幅手段により光増幅する第２の光増幅ステップと、
   当該波長計測ステップの計測結果に従い入出力特性を制御されるフィルタ手段により当該光増幅手段の出力光から当該利得制御光の成分を除去するステップ
   とを具備することを特徴とする光中継増幅方法。
8. 当該波長可変光源が、それぞれ異なる波長で連続レーザ発振する複数のレーザ素子（８０，８２）と、当該複数のレーザ素子の出力光の何れか１つを選択する光スイッチ（８４）とからなることを特徴とする請求項７に記載の光中継増幅方法。
9. 当該フィルタ手段が、反射波長を変更可能な選択反射器（６２）と、当該光増幅手段の出力光を当該選択反射器に導入する光アイソレータ（６０）とからなることを特徴とする請求項７又は８に記載の光中継増幅方法。
10. 当該選択反射器が、
    それぞれ異なる波長を反射する複数の反射器と、
    当該複数の反射器の何れか１つを選択する反射器選択光スイッチ（８６，９２）
    とを具備することを特徴とする請求項９に記載の光中継増幅方法。
11. 当該波長計測ステップが、
    当該入力光信号を当該入力光信号に含まれるうる波長に分光するステップと、
    分光された各波長の光成分強度を計測するステップ
    とを具備することを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載の光中継増幅方法。

Images