JPWO2002021204A1 - ラマン増幅を利用した光増幅装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、信号光の入力断を確実に判断できるラマン増幅を利用した光増幅装置を提供するとともに、判断した信号光の入力断に従って励起光の供給を遮断することが可能な光増幅装置を提供することを目的とする。このため、本発明による光増幅装置は、ラマン増幅による雑音光成分を検出し、その検出結果に基づいて信号光の入力断を判断する入力断検出手段を備え、また、入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、励起光の供給を遮断するシャットダウン制御手段を備える。入力断検出手段では、モニタされた励起光パワーに応じてラマン増幅による雑音光パワーが計算され、その計算結果を用いて入力断の判断基準となる閾値が補正され、第２光増幅手段への入力光パワーのモニタ値が補正後の閾値よりも小さいとき信号光の入力断が判断される。

Description

技術分野
本発明は、ラマン増幅を利用して信号光の増幅を行う光増幅装置に関し、特に、信号光の入力断を検出する機能を備えた光増幅装置に関する。
背景技術
近年、ラマン増幅を利用して光増幅装置を構成することにより、光増幅帯域の拡大や各種光通信システムにおける中継損失の低減等を図る技術の開発が進められている。例えば図１０に示すように、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの前段にラマン増幅器を配置し、ラマン増幅された信号光がＥＤＦＡに入力されるような構成の光増幅装置が提案されている。また、将来的には、ラマン増幅器単独で光増幅装置が構成されることも考えられる。
ところで、光増幅装置を用いて信号光を中継伝送する一般的な光伝送システムでは、例えば、伝送路の断線やコネクタの開放等の発生によって信号光が遮断された場合、光増幅装置において信号光の入力断を瞬時に検出する必要がある。このような入力断検出が必要になる理由は、例えば、信号光の増幅利得を一定に制御するＡＧＣや出力光のレベルを一定に制御するＡＬＣが光増幅装置には一般に適用されるため、信号光の入力断が生じた場合、その光増幅装置で発生する雑音成分のみで所定の出力光が得られるように増幅動作が制御されてしまうという問題や、また、そのような状態で信号光の入力断が復旧すると、光増幅装置としてＥＤＦＡを用いた場合にはサージを発生させてしまい装置の損傷につながるという問題などを回避するためである。
ＥＤＦＡを用いた光増幅装置では、信号光の入力断を検出してエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）への励起光の供給を遮断する、いわゆるシャットダウン制御が行われていた。具体的には、例えば図１１に示すように、前段のＥＤＦＡ（図示せず）から伝送路を介して送られてくる波長多重（ＷＤＭ）信号光をＥＤＦＡによって一括増幅するようなとき、ＥＤＦＡに入力されるＷＤＭ信号光の一部が光カプラで分岐され、該分岐光のパワーが光パワーモニタ部でモニタされる。光パワーモニタ部でモニタされる光パワーは、例えば図１２（Ａ）に示すように、ＷＤＭ信号光に含まれる信号光成分と、前段のＥＤＦＡ等で発生し累積した自然放出光（ＡＳＥ光）成分との和に対応した光パワーとなる。
このような構成において、例えば、前段のＥＤＦＡに接続する伝送路の断線あるいはコネクタの開放等によってＷＤＭ信号光の入力断が発生すると、上記の光パワーモニタ部でモニタされる光パワーは、図１２（Ｂ）に示すように略零となる。したがって、従来のＥＤＦＡにおけるシャットダウン制御では、光パワーモニタ部でモニタされる光パワーが所定の閾値以下となった場合に、ＥＤＦＡ制御部がＷＤＭ信号光の入力断を判断してＥＤＦへの励起光の供給を遮断するような制御が行われてきた。
上記のような従来のＥＤＦＡのシャットダウン制御を、前述の図１０に示したようなラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置に適用する場合には、ラマン増幅による雑音光の発生によって、信号光の入力断を正確に判断することが困難になるという問題がある。このラマン増幅による雑音光は、信号光が入力されていない状態でラマン励起光だけを増幅媒体に入射した場合にも発生する雑音光であって、一般的にはポンプ光によるラマン散乱光などと呼ばれているものである。ここでは、ＥＤＦＡで発生する自然放出（ＡＳＥ）光に対し、ラマン増幅器で発生する上記雑音光を自然ラマン散乱（ＡＳＳ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｉｏｕｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光と呼ぶことにする。
ラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置において、光パワーモニタ部でモニタされることになるＥＤＦＡへの入力光のパワーは、例えば図１３（Ａ）に示すように、基本的には、信号光成分と、前段のＥＤＦＡ等で発生し累積したＡＳＥ光成分と、自段のラマン増幅により発生するＡＳＳ光成分との和に対応した光パワーとなる。そして、信号光の入力断が発生すると、上記の光パワーモニタ部でモニタされる光パワーは、図１３（Ｂ）に示すように、ＡＳＳ光成分に対応した光パワーとなる。したがって、このような光増幅装置について確実なシャットダウン制御を行うためには、従来のＥＤＦＡにおけるシャットダウン制御で入力断を判断する基準としていた閾値について、上記のＡＳＳ光成分に対応した補正を行うことが課題となる。
また、ラマン増幅を利用した光増幅装置では、非常に高いレベルの励起光が伝送路を構成する光ファイバ等に入射されることになるため、伝送路の断線やコネクタの開放等によって励起光が外部に放射される可能性がある。このような場合には、励起光パワーを安全なレベルまで瞬時に下げるか、あるいは、励起光源の駆動状態をオフにするなどの措置をとることが望まれる。しかしながら、これまでに提案されているラマン増幅を利用した光増幅装置にあっては、上記のような措置を具体的に施したものはなかった。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光の入力断を確実に判断できるラマン増幅を利用した光増幅装置を提供するとともに、判断した信号光の入力断に従って励起光の供給を遮断することが可能な光増幅装置を提供することを目的とする。
発明の開示
このため本発明の光増幅装置は、ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段を備えた光増幅装置において、第１光増幅手段による雑音光成分を検出し、該検出結果を利用して信号光の入力断を判断する入力断検出手段を備えるようにしたものである。かかる構成によれば、自然ラマン散乱光の影響を考慮した信号光の入力断検出が行われるようになる。
また、上記の光増幅装置については、入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、励起光の供給を遮断するシャットダウン制御手段を備えるようにしてもよい。かかる構成では、本光増幅装置への信号光の入力が途絶えると、シャットダウン制御手段によってラマン励起光の供給が自動的に遮断され、高いレベルの励起光が外部に放射されるような事態が回避されるようになる。
さらに、上記の光増幅装置については、第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段を備えるようにしてもよい。これにより、第１、２光増幅手段を組み合わせた光増幅構成においても、確実な入力断検出とシャットダウン制御を行うことが可能になる。
上記の光増幅装置の具体的な構成として、入力断検出手段は、ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、第２光増幅手段への入力光パワーを検出する入力光パワー検出部と、励起光パワー検出部の検出結果に応じて第１光増幅手段による雑音光パワーを算出し、該算出した雑音光パワーに従って入力光パワー検出部で検出された入力光パワーと入力断の判断基準となる閾値との相対的なレベルの補正を行い、第２光増幅手段への入力光パワーが閾値よりも小さいときに信号光の入力断を判断する演算部と、を有し、シャットダウン制御手段は、入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、少なくともラマン増幅媒体への励起光の供給を遮断するようにしてもよい。さらに、シャットダウン制御手段は、入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、第２光増幅手段の光増幅動作も停止させるようにしても構わない。
かかる構成では、励起光パワー検出部によりラマン励起光のパワーが検出され、入力光パワー検出部により第２光増幅手段の入力光パワーが検出され、各々の検出結果が演算部に送られる。演算部では、励起光パワー検出部で検出されたラマン励起光パワーに応じてラマン増幅による雑音光パワーが算出され、該算出結果に従って、入力断の判断基準となる閾値の補正処理、あるいは、入力光パワー検出部で検出された入力光パワーの補正（オフセット処理）が行われる。そして、第２光増幅手段への入力光パワーが閾値よりも小さいときに信号光の入力断が判断され、シャットダウン制御手段によってラマン増幅媒体への励起光の供給を遮断したり、第２光増幅手段の光増幅動作を停止したりするシャットダウン制御が行われるようになる。
また、本発明の光増幅装置の他の態様としては、コネクタを介して接続されたラマン増幅媒体に励起光を供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段を備えた光増幅装置において、第１光増幅手段は、ラマン増幅媒体に供給される励起光のパワーを検出する透過励起光パワー検出部と、ラマン増幅媒体に供給される励起光がコネクタの端面で反射した反射光のパワーを検出する反射励起光パワー検出部と、透過励起光パワー検出部および反射励起光パワー検出部の各検出結果に基づいてコネクタが正常に接続されているか否かを判断し、コネクタが正常に接続されているときには、励起光パワーをラマン増幅可能な所定レベルに設定し、コネクタが正常に接続されていないときには、励起光パワーを安全レベルまで低下させる安全光制御部と、を備えるようにしたものである。
かかる構成では、コネクタを介してラマン増幅媒体に供給される励起光についての透過光および反射光の各パワーが、透過励起光パワー検出部および反射励起光パワー検出部でそれぞれ検出され、該検出結果に基づいて安全光制御部によりコネクタの接続状態が判断され、ラマン励起光についてのいわゆるレーザ安全光制御が行われるようになる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るラマン増幅を利用した光増幅装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光増幅装置を用いたＷＤＭ光通信システムの要部構成を示すブロック図である。
図１において、本光増幅装置を用いたＷＤＭ光通信システムは、送信局（ＯＳ）１と受信局（ＯＲ）２の間が伝送路３で接続され、該伝送路３上には所要の間隔でｎ個の光中継器４_１，…，４_ｋ−１，４_ｋ，…，４_ｎが配置されていて、ＷＤＭ信号光が送信局１から受信局２に中継伝送される。各光中継局４_１〜４_ｎは、本発明を適用した光増幅装置をそれぞれ備え、該光増幅装置は、ラマン増幅器（第１光増幅手段）と、希土類元素ドープ光ファイバ増幅器としての例えばＥＤＦＡ（第２増幅手段）とを組み合わせた基本構成を有する。図１には、ｋ段目の光中継局４_ｋ内の光増幅装置について具体的な構成が示してある。なお、ｋ段目以外の他の光中継局内の光増幅装置の構成も同一である。
送信局１は、波長の異なる複数の光信号を合波したＷＤＭ信号光を発生して伝送路３に送信する一般的な光送信端局である。受信局２は、送信局１から伝送路３および光増幅装置４_１〜４_ｎを介して伝送されるＷＤＭ信号光を受け、各波長の光信号に分波して受信処理を行う一般的な光受信端局である。
伝送路３は、送信局１、各光中継局４_１〜４_ｎおよび受信局２の間をそれぞれ接続してＷＤＭ信号光を伝搬する。また、各中継区間の伝送路３には、受信側に位置する光中継局の信号光入力端から出力されるラマン励起光が供給され、各々の区間の伝送路３がラマン増幅媒体として機能する。
各光中継局４_１〜４_ｎの光増幅装置は、例えば、ラマン増幅器側の構成要素として、励起光源１０、光カプラ１１，１２、モニタ１３、ラマン制御部１４およびコネクタ１５を有し、ＥＤＦＡ側の構成要素として、ＥＤＦＡ２０、光カプラ３１、モニタ３２およびＥＤＦＡ制御部３３を有し、また、各モニタ１３，３２におけるモニタ結果を基に信号光の入力断を判断して、ラマン制御部１４およびＥＤＦＡ制御部３３に指令を送る演算部４０を有する。ここでは、ラマン制御部１４およびＥＤＦＡ制御部３３がシャットダウン制御手段に相当する。
励起光源１０は、伝送されるＷＤＭ信号光の波長帯域に対応させて予め設定された波長を有するラマン増幅用の励起光（以下、ラマン励起光とする）を発生し、該ラマン励起光が光カプラ１１，１２およびコネクタ１５を介して伝送路３に供給される。光カプラ１１は、励起光源１０から出力されるラマン励起光の一部を分岐してモニタ１３に伝えるものである。光カプラ１２は、光カプラ１１を通過したラマン励起光を信号光入力端に設けられたコネクタ１５を介して伝送路３に供給するとともに、伝送路３からのＷＤＭ信号光を通過させてＥＤＦＡ２０側に伝えるものである。ここでは、ラマン励起光がＷＤＭ信号光とは逆方向に伝搬することになり、コネクタ１５に接続される伝送路３がラマン増幅媒体となって、伝送路３を伝搬するＷＤＭ信号光がラマン増幅される、いわゆる分布ラマン増幅器（ＤＲＡ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が構成される。
モニタ１３は、光カプラ１１の分岐光を基に、励起光源１０から出力されるラマン励起光のパワーを監視し、その結果を演算部４０に出力する。ラマン制御部１４は、演算部４０から出力される指令に従って、励起光源１０の駆動状態を制御するものである。
ＥＤＦＡ２０は、光カプラ１２，３１を通過したＷＤＭ信号光を所要のレベルまで増幅して出力する一般的な構成のＥＤＦＡである。図２は、ＥＤＦＡ２０の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
図２の構成例に示すＥＤＦＡ２０は、例えば、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を用いた２つの光増幅部を直列に接続するとともに、前段の光増幅部および後段の光増幅部の段間に、可変光減衰器（ＶＯＡ）２７および分散補償ファイバ（ＤＣＦ）２８をそれぞれ挿入した構成からなる。
前段の光増幅部は、ＥＤＦ２１Ａ、励起光源（ＬＤ）２２Ａ、光カプラ２３Ａ，２４Ａ，２４Ａ’、受光器（ＰＤ）２５Ａ，２５Ａ’およびＡＧＣ回路２６Ａを有する。ＥＤＦ２１Ａは、入力端子ＩＮおよび光カプラ２４Ａ，２３Ａを通過したＷＤＭ信号光が入力される。このＥＤＦ２１Ａは、励起光源２２Ａからの励起光が光カプラ２３Ａを介して供給され励起状態とされる。励起光源２２Ａで発生する励起光の波長帯は、例えば、１５５０ｎｍ帯のＷＤＭ信号光に対して、９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯などに設定される。この励起光源２２Ａの駆動状態は、ＡＧＣ回路２６Ａによって制御される。ＡＧＣ回路２６Ａには、光カプラ２４Ａおよび受光器２５Ａによって検出される前段光増幅部への入力光パワーと、光カプラ２４Ａ’および受光器２５Ａ’によって検出される前段光増幅部からの出力光パワーとが伝えられ、通常動作時において、前段の光増幅部の利得が一定になるように励起光源２２Ａで発生する励起光パワーの自動制御が行われる。
後段の光増幅部は、ＥＤＦ２１Ｂ、励起光源（ＬＤ）２２Ｂ、光カプラ２３Ｂ，２４Ｂ，２４Ｂ’、受光器（ＰＤ）２５Ｂ，２５Ｂ’およびＡＧＣ回路２６Ｂを有し、これらの各部分は前段の光増幅部の対応する部分と同様である。
可変光減衰器２７は、前段の光増幅部から出力されるＷＤＭ信号光を減衰させて分散補償ファイバ２８に出力する。この可変光減衰器２７の光減衰量は、ＡＬＣ回路２７ａによって制御される。ＡＬＣ回路２７ａには、光カプラ２７ｂおよび受光器２７ｃによって検出される後段光増幅部からの出力光パワーが伝えられ、通常動作時において、ＥＤＦＡ２０からのトータル出力光パワーが設定レベルに従って一定となるように可変光減衰器２７の光減衰量の自動制御が行われる。分散補償ファイバ２８は、光中継局に接続される伝送路３の波長分散特性を補償するものである。
光カプラ３１（図１）は、上記のようなＥＤＦＡ２０に入力されるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、該分岐光をモニタ３２に伝えるものである。モニタ３２は、光カプラ３１からの分岐光を基に、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーをモニタし、そのモニタ結果を演算部４０に出力する。
演算部４０は、モニタ１３からのラマン励起光パワーを基に、ラマン増幅による雑音成分となる自然ラマン散乱光（ＡＳＳ光）のトータルパワーを算出する。そして、演算部４０は、例えば、信号光の入力断を判断するために予め設定された閾値を、算出したＡＳＳ光のトータルパワー値に応じて大きくする補正処理を行うか、あるいは、モニタ３２で監視されるＥＤＦＡ２０の入力光パワー値を、算出したＡＳＳ光のトータルパワー値に応じて小さく補正するオフセット処理を行う。次に、演算部４０は、ＥＤＦＡ２０の入力光パワーと閾値との比較を行い、入力光パワーが閾値よりも小さい場合に信号光の入力断を判断して、シャットダウン制御を行うための指令をラマン制御部１４およびＥＤＦＡ制御部３３にそれぞれ送る。
次に、第１実施形態の作用について説明する。
まず、本光増幅装置の演算部４０で行われる演算処理について具体的に説明する。
演算部４０では、前述したように、ラマン励起光のパワーを基にＡＳＳ光のトータルパワーが計算される。ラマン増幅によって発生するＡＳＳ光（雑音成分）のトータルパワーは、ラマン励起光のパワーに対して、例えば図３に示すような関係に従って変化することが実験的に確認されている。このような関係を真数値で数式化すると、ＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓ［ｍＷ］は、次の（１）式で表すことが可能である。

ただし、Ｐｕ_１〜Ｐｕ_ｉは、は、波長の異なるラマン励起光源がｉ個設けられている場合（本実施形態ではｉ＝１）における各励起光源で発生するラマン励起光パワー［ｍＷ］であり、ｍ_１〜ｍ_ｉは、各励起光源に対応した重み付け定数であり、ａ_１１，ａ_１０〜ａ_ｉ１，ａ_ｉ０は、図３に示したような関係を１次関数で近似したときの定数である。なお、ここではＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係を１次関数で近似するようにしたが、２次以上の関数で近似して精度を高めることも可能である。
上記（１）式の関係に従い、モニタ１３で測定されたラマン励起光パワーを用いてＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓが算出されると、次に、信号光の入力断を判断するための閾値が補正処理されるか、あるいは、モニタ３２から伝えられるＥＤＦＡ２０の入力光パワーがオフセット処理される。
ここで、光カプラ３１によって分岐されモニタ３２でモニタされるＥＤＦＡ２０の入力光について、具体的に説明しておく。図４は、光カプラ３１によって分岐される光のパワーレベルを波長について示した図である。
図４に示すように、光カプラ３１の分岐光は、ＷＤＭ信号光の信号帯域およびその付近について、前段のＥＤＦＡ等で発生し累積したＡＳＥ光成分、自段のラマン増幅により発生するＡＳＳ光成分および信号光成分が存在する。また、信号帯域から離れた波長域には、例えば、レーリー散乱やフレネル反射等による漏れ励起光成分が存在する。このような光のトータルパワーは、例えば図５（Ａ）に示すように、上記の信号光成分、累積ＡＳＥ光成分、ＡＳＳ光成分および漏れ励起光成分をそれぞれ足し合せたものとなる。
信号帯域外の漏れ励起光成分については、光カプラ３１で分岐されモニタ３２に送られる光を、例えば光フィルタ等を透過させて信号帯域外またはラマン増幅の利得帯域外の成分を遮断することにより、モニタ３２でモニタされないようにする。これにより、モニタ３２でモニタされる光のトータルパワーは、図５（Ｂ）に示すように、信号光成分、累積ＡＳＥ光成分およびＡＳＳ光成分を足し合せたものとなる。
このようなモニタ３２のモニタ結果に対して、前述の（１）式により計算したＡｓｓの値に従いＡＳＳ光成分に相当するレベルの補正（オフセット処理）を行うことで、補正後のトータルパワーは、図５（Ｃ）に示すように、信号光成分および累積ＡＳＥ光成分を足し合わせたものとなる。この補正後のモニタレベルは、ラマン増幅器を適用する以前の従来のＥＤＦＡにおいて、信号光の入力断を判断するためにモニタしていたＥＤＦＡの入力光パワーと同様のものとなる（図１２（Ａ）参照）。
したがって、ＡＳＳ光成分の補正を行った後のモニタ３２のモニタレベルと予め設定された閾値との比較を行うことで、従来の場合と同様にして、信号光の入力断を確実に判断することができるようになる。具体的には、演算部４０において、補正後のモニタ３２のモニタレベルが閾値よりも小さくなった場合に、信号光の入力断が判断される。
演算部４０において信号光の入力断が判断されると、ここでは、ラマン励起光源１０の駆動を停止して伝送路３へのラマン励起光の供給を遮断する指令が演算部４０からラマン制御部１４に送られるとともに、ＥＤＦＡ２０内の励起光源の駆動を停止してＥＤＦへの励起光の供給を遮断する指令が演算部４０からＥＤＦＡ制御部３３に送られる。
これにより第１実施形態の本光増幅装置は、ＡＳＳ光の影響を考慮した上で信号光の入力断を瞬時かつ確実に検出することが可能になる。また、信号光の入力断が検出されたときには、伝送路３に供給されるラマン励起光が遮断されるようになるため、例えば、伝送路の断線やコネクタの開放等が発生しても、高いレベルの励起光が外部に放射されるといった事態を回避することができる。また、信号光の入力断とともにＥＤＦＡ２０の動作も停止させれば、ＥＤＦＡの励起光が遮断できるためより安全であり、上述したようなサージによる装置の損傷も防ぐことが可能になる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。ただし、上述の第１実施形態にかかる光増幅装置の構成と同様の部分には同一の符号が付してあり、以下同様とする。
図６において、本光増幅装置４の構成が上述の図１に示した第１実施形態の構成と異なる点は、波長の異なる複数（図ではｉ個）のラマン励起光源１０_１〜１０_ｉを設け、各ラマン励起光源１０_１〜１０_ｉで発生する各々のラマン励起光をＷＤＭカプラ１６で合波した後に、光カプラ４１，１２を介して伝送路３に供給するとともに、各ラマン励起光源１０_１〜１０_ｉで発生する各々のラマン励起光の一部を光カプラ１１_１〜１１_ｉで分岐してモニタ１３_１〜１３_ｉでモニタし、それぞれのモニタ結果を演算部４０に送るようにした点と、信号光入力端のコネクタ１５の接続状態を監視してラマン励起光についてのレーザ安全光制御を行うために光カプラ４１、透過励起光モニタ４２および反射励起光モニタ４３を設けるようにした点である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
演算部４０’は、ラマン励起光源１０_１〜１０_ｉにそれぞれ対応した各モニタ１３_１〜１３_ｉでモニタされる各波長のラマン励起光パワーを用い、上述した（１）式の関係に従って、ＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓを算出し、第１実施形態の場合と同様にして、モニタ３２で得られるＥＤＦＡ２０への入力光パワーのオフセット処理等を行い、信号光の入力断を判断する。また、この演算部４０’は、透過励起光モニタ４２および反射励起光モニタ４３の各モニタ結果を基にコネクタ１５の接続状態を判断して、ラマン励起光についてのレーザ安全光制御を行う機能も具備している。
透過励起光モニタ４２は、ＷＤＭカプラ１６で合波されたラマン励起光の一部を光カプラ４１で分岐し、該分岐光のパワーをモニタすることで光カプラ１２を介して伝送路（ラマン増幅媒体）３に供給されるラマン励起光のパワーを測定し、その結果を演算部４０’に伝えるものである。
反射励起光モニタ４２は、伝送路３に供給されるラマン励起光の反射光パワーをモニタし、そのモニタ結果を演算部４０’に伝えるものである。上記の反射光は、主にＷＤＭカプラ１６で合波されたラマン励起光がコネクタ１５の端面で反射した光であって、該反射光の一部が光カプラ４１で分岐されて反射励起光モニタ４３に送られる。
透過励起光モニタ４２および反射励起光モニタ４３での各モニタ結果を受けた演算部４０’では、透過励起光パワーに対する反射励起光パワーの割合が算出され、その割合が所定値を超えた場合にコネクタ１５の接続不良が判断される。コネクタ１５の接続不良が判断されると、各ラマン励起光源１０_１〜１０_ｉから出力されるラマン励起光のパワーを安全なレベルまで低下させる指令が、演算部４０’から各ラマン制御部１４_１〜１４_ｉにそれぞれ送られ、各ラマン励起光源１０_１〜１０_ｉの駆動状態が自動的に制御される。また、コネクタ１５の接続が正常な状態に復帰して、透過励起光パワーに対する反射励起光パワーの割合が所定値以下になると、各波長のラマン励起光パワーを所定のレベルに戻す指令が演算部４０’から各ラマン制御部１４_１〜１４_ｉにそれぞれ送られ、ラマン増幅媒体への励起光の供給が再開される。
このように第２実施形態の光増幅装置によれば、波長の異なる複数のラマン励起光源１０_１〜１０_ｉを組み合わせてラマン励起光を発生するような構成についても、各波長のラマン励起光のパワーをモニタすることで、上述の（１）式を用いてラマン増幅による雑音成分を算出することができるため、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。また、ラマン励起光について透過励起光モニタ４２および反射励起光モニタ４３を設けたことで、コネクタ１５の接続状態に応じたいわゆるレーザ安全光制御が行われるようになるため、安全性に一層優れた光増幅装置を実現できる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、例えば、波長帯域を１５５０ｎｍ帯としたいわゆるＣバンドのＷＤＭ信号光と、波長帯域を１５８０ｎｍ帯としたいわゆるＬバンドのＷＤＭ信号光とが一括して伝送されるＷＤＭ光通信システムに好適な光増幅装置について考える。
図７は、第３実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図７において、本光増幅装置４’は、上述の図６に示した第２実施形態の光増幅装置４について、波長の異なる複数のラマン励起光源をＣバンドに対応したユニット１０_ＣとＬバンドに対応したユニット１０_Ｌとに分け、Ｃバンド用ラマン励起光ユニット１０_ＣおよびＬバンド用ラマン励起光ユニット１０_Ｌからそれぞれ出力されるラマン励起光を合波し光カプラ１２に送るＷＤＭカプラ１７を有する。Ｃバンド用ラマン励起光ユニット１０_ＣおよびＬバンド用ラマン励起光ユニット１０_Ｌは、それぞれ第２実施形態のラマン増幅器側の構成と同様であり、図７では各構成要素について、Ｃ、Ｌバンドに応じた添え字を付した同一符号を設けることで、各々の対応関係を示すようにした。
また、本光増幅装置４’は、ＥＤＦＡ側の構成についてもＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応した構成を有する。具体的には、本装置４’に入力し光カプラ１２，３１を通過したＷＤＭ信号光が、ＷＤＭカプラ５１によりＣバンドとＬバンドに分波される。ＣバンドのＷＤＭ信号光は、Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０_Ｃに送られて増幅され、ＬバンドのＷＤＭ信号光は、Ｌバンド用ＥＤＦＡ２０_Ｌに送られて増幅される。Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０_Ｃの出力光およびＬバンド用ＥＤＦＡ２０_Ｌの出力光は、それぞれＷＤＭカプラ５２に送られ合波された後に伝送路に出力される。Ｃバンド用ＥＤＦＡ２０_ＣおよびＬバンド用ＥＤＦＡ２０_Ｌとしては、例えば上述の図２に示したような具体的な構成を有するようにしてもよい。
さらに、本光増幅装置４’では、各バンド用ＥＤＦＡ２０_Ｃ，２０_Ｌの前段に光カプラ３１_Ｃ，３１_Ｌがそれぞれ設けられ、各ＥＤＦＡ２０_Ｃ，２０_Ｌへの入力光パワーがモニタ３２_Ｃ，３２_Ｌでそれぞれモニタされて演算部４０_ＣＬに出力される。なお、各バンドについてのＥＤＦＡへの入力光パワーのモニタ方法は、上記に限られるものではなく、例えば、両バンドのＷＤＭ信号光をＷＤＭカプラ５１の前段で一括して分岐した後に各バンドに分波してモニタするようにしてもよい。
上記のような構成の第３実施形態によれば、前段のラマン増幅器側および後段のＥＤＦＡ側の各構成をＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ対応させてユニット化することで、各バンドごとに独立した入力断検出およびシャットダウン制御を行うことができる。
すなわち、本光増幅装置が適用されるような光通信システムでは、ＣバンドおよびＬバンドのＷＤＭ信号光が１本の伝送路を介して一括して伝送されるが、各々のバンドのＷＤＭ信号光の伝送制御は基本的に独立して行われるのが一般的である。例えば、各光中継局間では各バンドごとに設定した監視制御信号が送受信され、Ｃ、Ｌバンドごとに独立した制御が行われる。
このようなシステムでは、一方のバンドのＷＤＭ信号光の伝送について異常が発生した場合でも、他方のバンドのＷＤＭ信号光の伝送については通常の状態を維持することが望まれる。上記のように光増幅装置の構成を各バンドごとに独立した構成としておくことで、一方のバンドの信号光が入力断になっても、他方のバンドの信号光は正常に増幅を行うことが可能となる。なお、伝送路の断線やコネクタの開放等が発生した場合には、両方のバンドの信号光が入力断となるため、高いレベルの励起光が外部に放射されることはない。
また、ラマン増幅器側およびＥＤＦＡ側の各構成をＣ、Ｌバンドごとにユニット化しておけば、例えば、本光増幅装置４’の導入初期にはＣバンドに対応したユニットだけを取り付け、運用開始後に必要に応じてＬバンドに対応したユニットを増設するなどといった柔軟な対応が可能であり、比較的高価な励起光源の初期搭載台数を減らして導入コストを抑えることができるという効果も生じる。
ここで、上記のように各バンドごとに信号光の入力断検出を行う場合における演算部４０_ＣＬの具体的な演算方法の一例を挙げておく。
演算部４０_ＣＬでは、各モニタ１３_Ｃ１〜１３_Ｃｉ，１３_Ｌ１〜１３_Ｌｉでモニタされた各々のラマン励起光パワーを用いて、各バンドごとのＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓ_Ｃ，Ａｓｓ_Ｌが、次の（１_Ｃ）式および（１_Ｌ）式に従ってそれぞれ算出される。なお、（１_Ｃ）式および（１_Ｌ）式は、上述の（１）式について、例えば、各バンドごとに３つの励起光源を用いた場合（ｉ＝３）に、ポンプ間ラマンの影響を考慮するとともにＡＳＳ光のトータルパワーとラマン励起光のパワーの関係（図３）を２次関数で近似して精度をより高めた場合の関係式の一例である。

ただし、Ｐｕ_１〜Ｐｕ_３は、各励起光源で発生するラマン励起光パワー、ｃｍ_１〜ｃｍ_３，ｌｍ_１〜ｌｍ_３は重み付け係数、ｃｄ_０〜ｃｄ_２，ｌｄ_０〜ｌｄ_２は算出式係数、ｃｐ_１〜ｃｐ_３，ｌｐ_１〜ｌｐ_３は実効ポンプ係数、ｄ_１２，ｄ_２３，ｄ_３１はポンプ間ラマン係数である。
そして、上記（１_Ｃ）式および（１_Ｌ）式に従って計算した各バンドごとのＡＳＳ光のトータルパワーＡｓｓ_Ｃ，Ａｓｓ_Ｌを用いて、例えば、信号光の入力断を判断するための閾値を補正する場合、各バンドごとの補正後の閾値ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ（Ｃ）}，ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ（Ｃ）}が、例えば次の（２_Ｃ）式および（２_Ｌ）式に従ってそれぞれ算出される。

ただし、ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ−ＯＬＤ（Ｃ）}，ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ−ＯＬＤ（Ｌ）}は補正前の断閾値、ＩＮＤＷＮ_{ｃｏｅｆｆ（Ｃ）}，ＩＮＤＷＮ_{ｃｏｅｆｆ（Ｌ）}は補正係数である。
そして、上記（２_Ｃ）式および（２_Ｌ）式に従って計算した補正後の閾値ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ（Ｃ）}，ＩＮＤＷＮ_{ＴＨ（Ｃ）}と各バンドに対応したモニタ３２_Ｃ，３２_Ｌの各モニタ結果とがそれぞれ比較されることで、Ｃ、Ｌバンドごとの入力断検出が行われる。
なお、上述した第１〜３実施形態では、ラマン励起光源の前方から出射されるラマン励起光の一部を光カプラで分岐してモニタするようにしたが、これ以外にも、ラマン励起光源の後方から出射される光をモニタするようにしてもよい。また、第２、３実施形態の場合のように複数のラマン励起光源を用いる場合には、ＷＤＭカプラで合波したラマン励起光の一部を分岐し、該分岐光を狭帯域の光フィルタ等を用いて各波長成分に分波して光パワーをモニタするようにしても構わない。
さらに、上述した第１〜３実施形態では、光増幅装置の入力側に接続される伝送路をラマン増幅媒体とする構成としたが、本発明はこれに限らず、光増幅装置内に別途ラマン増幅媒体を備える構成としても構わない。この場合のラマン増幅媒体としては、励起効率の高いモードフィールド径の小さな光ファイバを用いることが好ましい。
加えて、ＥＤＦＡの具体的な構成として、前段増幅部および後段増幅部を有する２段増幅構成を例示したが、本発明に用いられるＥＤＦＡの構成はこれに限定されるものではなく、１段あるいは３段以上の増幅構成とすることが可能である。
また、上述した第１〜３実施形態では、ラマン増幅媒体に供給される励起光のパワーのモニタ結果を用いてＡＳＳ光のトータルパワーを計算により求め、該計算結果を基に補正を行って信号光の入力断検出を行うようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、光増幅装置内を伝搬する信号光のスペクトルを直接測定して入力断を検出するようにしてもよい。具体的には、図８に示すように、光増幅装置内で信号光が伝搬される伝送路上の任意の場所（図ではＥＤＦＡの前段）に光カプラ６０が挿入され、該光カプラ６０の分岐光のスペクトルが簡易光スペアナユニット６１で測定されて、その結果がＳ／Ｎモニタ部６２に送られる。このＳ／Ｎモニタ部６２では、光カプラ６０で分岐されたＷＤＭ信号光についての信号成分（Ｓ）および雑音成分（Ｎ）の各パワーが求められＳ／Ｎ比が検出される。そして、ＷＤＭ信号光に含まれるすべての波長の光信号、あるいは、特定の波長の光信号についてのＳ／Ｎ比が予め設定した基準値以下になった場合に、信号光の入力断が判断される。
また、例えば、ＷＤＭ信号光と共に伝送される監視制御信号（信号光帯域の内部または外部に別途配置された光信号）を検出することで信号光の入力断を判断することも可能である。具体的には、図９に示すように、光増幅装置内で信号光が伝搬される伝送路上の任意の場所（図ではＥＤＦＡの前段）に挿入した光カプラ６３で抽出された監視制御信号が監視制御信号モニタ部６４に送られ監視制御信号の有無が検出される。そして、監視制御信号の遮断が検出された場合に信号光の入力断が判断される。なお、上述した第３実施形態の場合のようにＣ、Ｌバンドごとの制御が行われる場合には、各バンドに分波された状態の信号光から各々に対応した監視制御信号を抽出して、各バンドで独立した入力断検出を行うようにするのが好ましい。
産業上の利用可能性
本発明は、各種の光通信システムに用いられる光増幅装置について産業上の利用可能性が大であり、特に、ラマン増幅器との組み合わせにより信号光の増幅を行う光増幅装置における確実な入力断検出および安全性向上を図る技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光増幅装置を用いたＷＤＭ光通信システムの要部構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の第１実施形態におけるＥＤＦＡの具体的な構成の一例を示すブロック図である。
図３は、ラマン増幅によって発生する雑音成分（ＡＳＳ光）のトータルパワーとラマン励起光のパワーとの関係を示す図である。
図４は、本発明の第１実施形態において、ＥＤＦＡ入力段の光カプラによって分岐される光のパワーレベルを波長について示した図である。
図５は、本発明の第１実施形態について、演算部における演算処理を説明する図である。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図７は、本発明の第３実施形態にかかる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図８は、本発明の実施形態に関連して、信号光のスペクトルを測定しＳ／Ｎ比を求めて入力断を判断する場合の構成例を示すブロック図である。
図９は、本発明の実施形態に関連して、監視制御信号をモニタして入力断を判断する場合の構成例を示すブロック図である。
図１０は、従来のラマン増幅器およびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置の構成を示すブロック図である。
図１１は、従来のシャットダウン制御が行われるＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。
図１２は、従来のシャットダウン制御におけるモニタレベルを示す図である。
図１３は、従来のシャットダウン制御をラマン増幅器およびＥＤＦＡを組み合わせた光増幅装置に適用した場合のモニタレベルを示す図である。

Claims (10)

1. ラマン増幅媒体に励起光を供給することで、前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段を備えた光増幅装置において、
   前記第１光増幅手段による雑音光成分を検出し、該検出結果を利用して信号光の入力断を判断する入力断検出手段を備えたことを特徴とする光増幅装置。
2. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
   前記入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、前記励起光の供給を遮断するシャットダウン制御手段を備えたことを特徴とする光増幅装置。
3. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
   前記第１光増幅手段から出力される信号光を増幅する第２光増幅手段を備えたことを特徴とする光増幅装置。
4. 請求項３に記載の光増幅装置であって、
   前記入力断検出手段は、前記ラマン増幅媒体に供給される励起光パワーを検出する励起光パワー検出部と、前記第２光増幅手段への入力光パワーを検出する入力光パワー検出部と、前記励起光パワー検出部の検出結果に応じて前記第１光増幅手段による雑音光パワーを算出し、該算出した雑音光パワーに従って、前記入力光パワー検出部で検出された入力光パワーと入力断の判断基準となる閾値との相対的なレベルの補正を行い、第２光増幅手段への入力光パワーが前記閾値よりも小さいときに信号光の入力断を判断する演算部と、を有し、
   前記シャットダウン制御手段は、前記入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、少なくとも前記ラマン増幅媒体への励起光の供給を遮断することを特徴とする光増幅装置。
5. 請求項４に記載の光増幅装置であって、
   前記シャットダウン制御手段は、前記入力断検出手段で信号光の入力断が判断されたとき、前記第２光増幅手段の光増幅動作も停止させることを特徴とする光増幅装置。
6. 請求項３に記載の光増幅装置であって、
   前記第２光増幅手段は、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器を備えたことを特徴とする光増幅装置。
7. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
   前記第１光増幅手段は、波長の異なる複数のラマン励起光源と、該各ラマン励起光源から出力される各々の波長の励起光を合波して前記ラマン増幅媒体に供給する光合波器とを備えたことを特徴とする光増幅装置。
8. 請求項７に記載の光増幅装置であって、
   前記信号光が、第１波長帯の光信号および第２波長帯の光信号を含むとき、
   前記第１光増幅手段は、前記第１波長帯に対応した前記ラマン励起光源で発生する励起光を合波して出力する第１励起光源ユニットと、前記第２波長帯に対応した前記ラマン励起光源で発生する励起光を合波して出力する第２励起光源ユニットと、該各励起光源ユニットから出力される各々の励起光を合波して前記ラマン増幅媒体に供給する光合波器と、を備えたことを特徴とする光増幅装置。
9. 請求項１に記載の光増幅装置であって、
   前記第１光増幅手段は、前記ラマン増幅媒体が接続されるコネクタと、
   前記ラマン増幅媒体に供給される励起光のパワーを検出する透過励起光パワー検出部と、
   前記ラマン増幅媒体に供給される励起光が前記コネクタの端面で反射した反射光のパワーを検出する反射励起光パワー検出部と、
   前記透過励起光パワー検出部および前記反射励起光パワー検出部の各検出結果に基づいて前記コネクタが正常に接続されているか否かを判断し、前記コネクタが正常に接続されているときには、前記励起光パワーをラマン増幅可能な所定レベルに設定し、前記コネクタが正常に接続されていないときには、前記励起光パワーを安全レベルまで低下させる安全光制御部と、を備えたことを特徴とする光増幅装置。
10. コネクタを介して接続されたラマン増幅媒体に励起光を供給することで、前記ラマン増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅する第１光増幅手段を備えた光増幅装置において、
    前記第１光増幅手段は、前記ラマン増幅媒体に供給される励起光のパワーを検出する透過励起光パワー検出部と、
    前記ラマン増幅媒体に供給される励起光が前記コネクタの端面で反射した反射光のパワーを検出する反射励起光パワー検出部と、
    前記透過励起光パワー検出部および前記反射励起光パワー検出部の各検出結果に基づいて前記コネクタが正常に接続されているか否かを判断し、前記コネクタが正常に接続されているときには、前記励起光パワーをラマン増幅可能な所定レベルに設定し、前記コネクタが正常に接続されていないときには、前記励起光パワーを安全レベルまで低下させる安全光制御部と、を備えたことを特徴とする光増幅装置。

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