JP6366257B2 - 光増幅装置、光通信システムおよび光増幅方法 - Google Patents

Description

この発明は、光増幅装置、光通信システムおよび光増幅方法に関するものである。

従来、一般的な光増幅器に既に備えられている光分岐器および受光器によってモニタされるトータル出力パワー（信号光＋雑音光）に加えて、光増幅回路で発生する雑音光のトータルパワーが光反射媒体、受光器および演算回路によってモニタされ、その雑音光のトータルパワーを用いてトータル出力パワーの補正を行うことで、信号光のみについての出力パワーをモニタするようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９２９２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来の光増幅装置においては、受光器を複数用意し、演算回路を用いて補正処理を行うので、構成が煩雑となってしまうという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で雑音光を除去し、信号光パワーの検出を高精度に行うことができる光増幅装置を提供することを目的としている。

この発明に係る光増幅装置は、入力される波長分割多重信号光を光ファイバ中でラマン増幅するような波長に設定されたラマン励起光を発光して出力するラマン励起光源と、入力される前記波長分割多重信号光に前記ラマン励起光を合波するとともに、ラマン増幅による雑音光が付加されて入力した前記波長分割多重信号光を透過して出力する光合波部と、前記光合波部から出力された前記波長分割多重信号光の一部を分岐してモニタ信号光として出力する光分岐部と、前記波長分割多重信号光の波長配置に対応した周期的な透過特性をもち、前記光分岐部から入力した前記モニタ信号光から波長分割多重信号光の波長配置の間の雑音光を除去する周期型光フィルタと、前記周期型光フィルタを透過した光のトータルパワーを検出する光検出部と、前記光検出部で検出されたトータルパワーが、予め設定された入力断検出閾値を下回ったとき、入力断と判定し、前記ラマン励起光源のラマン励起光の出力を減衰もしくは停止させる制御を行う制御部と、を備えたものである。

この発明は、波長分割多重信号光のラマン増幅を用いた光増幅装置において、簡素な構成で雑音光を除去し、トータルパワーモニタによる波長多重信号光の断検出を高精度に行うことができる。

この発明の実施の形態１による光増幅装置を用いる光通信システムを示す構成図 この発明の実施の形態１による光増幅装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１による光増幅装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１による光増幅装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態２による光増幅装置を用いる光通信システムを示す構成図

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光増幅装置を用いる光通信システムを示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１における符号について、１１は送信器、１２は受信器、１３は伝送路、１４は光合波部、１５は光分岐部としての光カプラ、２１は周期型光フィルタ、２２は光検出部、２３は制御部、２４は励起光源、３１は波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下ＷＤＭという）信号光、３１１は主信号光、３１２はモニタ信号光、３２はラマン励起光、５０は光増幅装置を示している。

なお、送信器１１、受信器１２、伝送路１３、光合波部１４、光カプラ１５、周期型光フィルタ２１、光検出部２２および励起光源２４は、例えば光ファイバケーブルを介して光学的に接続されており、また、光検出部２２、制御部２３および励起光源２４は、例えば電気配線を介して電気的に接続されている。

図１において、光増幅装置５０は、光合波部１４、光カプラ１５、周期型光フィルタ２１、光検出部２２、制御部２３および励起光源２４を備えている。光合波部１４は、例えば石英系ガラスを構成材料とする光ファイバケーブルである伝送路１３にラマン励起光３２を供給できるものであれば良く、例えば光カプラや光サーキュレータにより実現可能である。

周期型光フィルタ２１は、ＷＤＭ信号光３１の波長配置に対応した周期的な透過特性をもつものであれば良く、例えば、ファブリペローフィルタにより実現可能である。なお、ファブリペローフィルタは、１対の対向する平行な反射面間の光の多重反射による干渉により、透過光強度に周期的な波長依存性をもつフィルタであり、例えば石英を構成材料とする平行平板により実現可能である。

光検出部２２は、例えば、ＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とし、逆バイアス電圧を印加したＩｎＧａＡｓ吸収層により１．５５μｍ波長帯のＷＤＭ信号光３１を電気信号に変換するフォトダイオードと、その電気信号の検出回路とを含むものである。なお、光検出部２２の構成は、これに限られるものではなく、所望の信号光波長のＷＤＭ信号光を検出できる光検出器を、この発明の実施の形態として適用可能である。

励起光源２４は、例えば、ＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とし、順方向電流を流したＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層により２００〜５００ｍＷ程度の高いパワーで１．４５μｍ波長帯のラマン励起光３２を発光するレーザダイオードと、その順方向電流を流すための駆動回路とを含むものである。なお、励起光源２４の構成は、これに限られるものではなく、例えば固体レーザでも良く、所望の励起波長の励起光を発光できる光源を、この発明の実施の形態として適用可能である。

また、光検出部２２の検出回路、制御部２３、および励起光源２４の駆動回路は、電気回路として構成される。なお、制御部２３は、ディジタル信号処理回路として構成しても良く、また、マイクロコンピュータ等に実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するように構成しても良い。

次に動作について説明する。図１において、光増幅装置５０を用いたＷＤＭ光通信システムでは、送信器１１および受信器１２が、伝送路１３および光増幅装置５０を介して直列に接続され、ＷＤＭ信号光３１が送信器１１から受信器１２に伝送される。

図１において、送信器１１は、複数の光信号を波長多重したＷＤＭ信号光３１を伝送路１３に送信する。なお、送信器１１は、光増幅器としてのエルビウム添加光ファイバ増幅器であるＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や可変光減衰器もしくはそれら両方を備え、伝送路１３に送出するＷＤＭ信号光３１を所定のパワーに調整するようにしても良い。

受信器１２は、送信器１１から送信され、伝送路１３および光増幅装置５０を介して伝送されるＷＤＭ信号光３１から分岐した主信号光３１１を受け、各波長の光信号に分波して受信処理を行う。なお、受信器１２は、光増幅器としてのＥＤＦＡや可変光減衰器もしくはそれら両方を備え、入力光を所定のパワーに調整するようにしても良い。

光増幅装置５０は、励起光源２４から出力されるラマン励起光３２を光合波部１４によって伝送路１３に供給し、伝送路１３を増幅媒体としてＷＤＭ信号光３１を分布ラマン増幅する。このとき、ＷＤＭ信号光３１には、ラマン増幅による雑音光が付加される。なお、ラマン励起光３２の波長は、ＷＤＭ信号光３１の波長帯域に応じて適切に設定された波長であり、ラマン励起光３２が複数波長の場合も、目的に応じた利得プロファイルを得るように波長設定される。

分布ラマン増幅されたＷＤＭ信号光３１は、光合波部１４を通過し、光カプラ１５に入力し、光カプラ１５がＷＤＭ信号光３１の分岐光の一方の主信号３１１を受信器１２方向に分岐し、もう一方のモニタ信号光３１２を周期型光フィルタ２１方向に分岐する。

図２〜４は、この発明の実施の形態１による光増幅装置を説明するための説明図であり、図２は、周期型光フィルタ２１の波長に対する透過率の例を示した図であり、図３は、ＷＤＭ信号光３１が波長数１の場合に、周期型光フィルタ２１に入力されるモニタ信号光３１１である信号光および雑音光の例を示した図であり、図４は、周期型光フィルタ２１に図３に示す光を入力した場合に、周期型光フィルタ２１より出力される信号光および雑音光の例を示した図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。

周期型光フィルタ２１にはモニタ信号光３１２が入力される。周期型光フィルタ２１は、図２に示すような信号光波長を透過波長とする周期的な透過特性をもつ光フィルタであり、各信号光波長以外の雑音光を除去する。例えば、周期型光フィルタ２１の透過特性の周期が５０ＧＨｚであれば、波長配置が５０ＧＨｚの整数倍の間隔であるＷＤＭ信号光が透過し、５０ＧＨｚ間隔の波長配置の間の雑音光が除去される。

この除去される雑音光とは、ＷＤＭ信号光３１以外の光であって、ラマン増幅による雑音光であるＡＳＳ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光、ＥＤＦＡによる雑音光であるＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光、反射光、レーリー散乱光等である。例えば、周期型光フィルタ２１に図３に示すような１波長のモニタ信号光３１２が入力されたとき、図４に示すような信号光波長以外の雑音光が除去された光が出力される。

このとき、図２に示すような周期的な透過特性をもつ周期型光フィルタ２１により、半分の波長帯の雑音光が除去され、モニタ信号光３１２の光信号対雑音比は理想的には３ｄＢ改善される。

光検出部２２は、周期型光フィルタ２１を通過したモニタ信号光３１２の広帯域のトータルパワーをモニタする。制御部２３は、光検出部２２のモニタ結果に基づいて、入力断の検出および励起光源２４の制御を行う。

次に、制御部２３で行われる処理について具体的に説明する。制御部２３では、光検出部２２でモニタされたトータルパワーを基に入力断の判定および励起光出力の制御が行われる。すなわち、制御部２３は、光検出部２２でモニタされたトータルパワーが、予め設定された入力断検出閾値を下回ったとき、入力断と判定し、励起光源２４の励起光３２の出力を瞬時に減衰させるか、もしくは瞬時に停止させる制御を行う。

以上のように、この発明の実施の形態１による光増幅装置においては、ＷＤＭ信号光３１の一部を分岐したモニタ信号光３１２が周期型光フィルタ２１を通過するようにしている。これにより、周期型光フィルタ２１を追加した簡素な構成で雑音光を除去し、信号光パワーの検出を高精度に行うことができるという作用効果を奏する。

ひいては、ＷＤＭ信号光トータルパワーモニタによる入力断検出において、ラマン増幅によるＡＳＳ光やＥＤＦＡのＡＳＥ光のパワーに対する真の信号光パワーが比較的小さく、特に信号光が１波長の場合に真の信号光パワーと雑音光パワーが同レベル程度となるような場合にも、入力断を精度良く検出することができるという作用効果を奏する。

さらに、この発明の実施の形態１による光増幅装置においては、特許文献１に開示されている従来の光増幅装置のような演算回路を用いた補正処理に要する時間が不要なので、入力断の判定および励起光出力の制御を瞬時に実行することができるという作用効果を奏する。

また、伝送路の光ファイバの断線や光コネクタの開放等が発生したとき、開放端面からの増幅信号の反射戻り光のパワーに応じて入力断判定を行う方法においては、光ファイバの断線の場合、端面の破断状態によって戻り光量が異なるため、正常に入力断判定を行えない場合があるのに対し、この発明の実施の形態１による光増幅装置においては、ＷＤＭ信号光３１の一部を分岐したモニタ信号光３１２のパワーの検出を高精度に行うので、伝送路１３の光ファイバの断線の場合であっても、正常に入力断判定を行うことができるという作用効果を奏する。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による光増幅装置を用いる光通信システムを示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図５において、実施の形態２によるｎ個の光増幅装置５０−１〜５０−ｋ〜５０−ｎ（ただし、ｋは２以上の自然数、ｎはｋより大きい自然数）は、実施の形態１による光増幅装置５０の構成に加え、光カプラ１５の後段に、光増幅器としてのＥＤＦＡ４１および光フィルタ４２を備え、例えば光ファイバケーブルを介して光学的に接続されている。なお、それ以外の構成は、図１に示した実施の形態１による光増幅装置と同様であるため、その動作も含めて説明を省略する。

また、図５において、実施の形態２によるＷＤＭ光通信システムは、送信器１１、受信器１２、例えば石英系ガラスを構成材料とする光ファイバケーブルである伝送路１３−１〜１３−ｋ〜１３−ｎ、および光増幅装置５０−１〜５０−ｋ〜５０−ｎを備え、例えば光ファイバケーブルを介して光学的に接続されている。

次に動作について説明する。図５において、実施の形態２によるＷＤＭ光通信システムでは、伝送路１３−１〜１３−ｋ〜１３−ｎおよび光増幅装置５０−１〜５０−ｋ〜５０−ｎを介して、ＷＤＭ信号光３１が送信器１１から受信器１２に伝送される。

また、図５において、光増幅装置５０−ｋでは、光カプラ１５がＷＤＭ信号光３１の分岐光の一方の主信号３１１を受信器１２方向に分岐し、ＥＤＦＡ４１が主信号３１１を増幅して所定のパワーに調整し、ＷＤＭ信号光３１の波長帯域に対応した帯域通過光フィルタである光フィルタ４２が、増幅された主信号３１１の波長帯域外の雑音光を除去して装置外に出力する。

このとき、分布ラマン増幅器としての伝送路１３−１〜１３−ｋ、および光増幅装置５０−１〜５０−（ｋ−１）内の（ｋ−１）個のＥＤＦＡ４１で多段増幅されたＷＤＭ信号光３１の分岐光のもう一方のモニタ信号光３１２は、図２に示すような周期的な透過特性をもつ周期型光フィルタ２１により、半分の波長帯の雑音光が除去され、モニタ信号光３１２の光信号対雑音比は理想的には３ｄＢ改善される。

以上のように、この発明の実施の形態２による光増幅装置においては、多段増幅されたＷＤＭ信号光３１の一部を分岐したモニタ信号光３１２が周期型光フィルタ２１を通過するようにしている。これにより、実施の形態１による光増幅装置の作用効果に加え、多段中継により雑音光が累積している場合にも、周期型光フィルタ２１を追加した簡素な構成で雑音光を除去し、信号光パワーの検出を高精度に行うことができるという作用効果を奏する。

ひいては、ＷＤＭ信号光のトータルパワーモニタによる入力断検出において、多段中継時にラマン増幅によるＡＳＳ光やＥＤＦＡのＡＳＥ光の累積した雑音光のパワーに対する真の信号光パワーが比較的小さく、特に信号光が１波長の場合に真の信号光パワーと雑音光パワーが同レベル程度となるような場合にも、入力断を精度良く検出することができるという作用効果を奏する。

また、この発明の実施の形態２による光増幅装置によれば、ＷＤＭ信号光のトータルパワーモニタにより、多段中継伝送されるＷＤＭ信号光３１が所望のパワーレベルに保たれるように、制御部２３が励起光源２４の励起光３２の出力パワーの制御を行う場合において、雑音光の影響を低減して、ＷＤＭ信号光３１のパワーを精度良く検出することができ、これにより、所望のパワーレベルに精度良く保つことが可能となるという作用効果を奏する。ひいては、多段中継による長距離伝送性能に優れたＷＤＭ光通信システムを実現することができるという作用効果を奏する。

１１ 送信器、１２ 受信器、１３、１３−１〜１３−ｋ〜１３−ｎ 伝送路、１４ 光合波部、１５ 光分岐部、２１ 周期型光フィルタ、２２ 光検出部、２３ 制御部、２４ 励起光源、３１ 波長分割多重信号光、３１１ 主信号光、３１２ モニタ信号光、３２ ラマン励起光、４１ 光増幅器、４２ 光フィルタ、５０、５０−１〜５０−ｋ〜５０−ｎ 光増幅装置。

Claims (4)

1. 入力される波長分割多重信号光を光ファイバ中でラマン増幅するような波長に設定されたラマン励起光を発光して出力するラマン励起光源と、
   入力される前記波長分割多重信号光に前記ラマン励起光を合波するとともに、ラマン増幅による雑音光が付加されて入力した前記波長分割多重信号光を透過して出力する光合波部と、
   前記光合波部から出力された前記波長分割多重信号光の一部を分岐してモニタ信号光として出力する光分岐部と、
   前記波長分割多重信号光の波長配置に対応した周期的な透過特性をもち、前記光分岐部から入力した前記モニタ信号光から波長分割多重信号光の波長配置の間の雑音光を除去する周期型光フィルタと、
   前記周期型光フィルタを透過した光のトータルパワーを検出する光検出部と、
   前記光検出部で検出されたトータルパワーが、予め設定された入力断検出閾値を下回ったとき、入力断と判定し、前記ラマン励起光源のラマン励起光の出力を減衰もしくは停止させる制御を行う制御部と、
   を備えたことを特徴とする光増幅装置。
2. 前記光分岐部を透過して出力された主信号光を増幅して出力する光増幅器と、
   前記光増幅器から出力された前記主信号光の波長帯域外の雑音光を除去して出力する光フィルタと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光増幅装置に直列に接続された光ファイバとしての伝送路で、送信器から送信された前記波長分割多重信号光をラマン増幅して伝送させ、この伝送された前記波長分割多重信号光を受信器で受信させることを特徴とする光通信システム。
4. 入力される波長分割多重信号光を光ファイバ中でラマン増幅するような波長に設定されたラマン励起光を発光して出力する発光ステップと、
   入力される前記波長分割多重信号光に前記ラマン励起光を合波するとともに、ラマン増幅による雑音光が付加されて入力した前記波長分割多重信号光を透過して出力する光合波ステップと、
   前記光合波ステップで出力された前記波長分割多重信号光の一部を分岐してモニタ信号光として出力する光分岐ステップと、
   前記波長分割多重信号光の波長配置に対応した周期的な透過特性をもつ周期型光フィルタにより、前記モニタ信号光を透過するとともに、前記波長分割多重信号光の波長配置の間の、ラマン増幅による雑音光を除去するフィルタリングステップと、
   前記周期型光フィルタを透過したトータルパワーを検出する光検出ステップと、
   前記光検出ステップで検出されたトータルパワーが、予め設定された入力断検出閾値を下回ったとき、入力断と判定し、前記ラマン励起光の出力を減衰もしくは停止させる制御ステップと、
   を備えたことを特徴とする光増幅方法。

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