JPWO2017134813A1 - 信号光断検出装置、光増幅器、光波長多重伝送装置、及び光波長多重伝送システム - Google Patents

Abstract

信号光断検出装置（３５）は、波長多重光を、主信号光成分を配置可能な等周波数間隔の周波数を含む第１の周波数グリッドに対応する第１の周波数範囲の光と、第１の周波数グリッドに対して前記等周波数間隔の半周期ずれた第２の周波数グリッドに対応する第２の周波数範囲の光とに分波する光インタリーバ（３５２）と、第１の周波数範囲の光のパワーの合計である第１の光パワーを検出する第１の光検出器（３５３）と、第２の周波数範囲の光のパワーの合計である第２の光パワーを検出する第２の光検出器（３５４）と、第１の光検出器（３５３）で検出された第１の光パワーと第２の光検出器（３５４）で検出された第２の光パワーとの差に基づいた通知信号を出力する判断部（３５５）とを備えている。

Description

本発明は、光ファイバ伝送路における信号光断状態を検出する信号光断検出装置、信号光断検出装置を含む光増幅器、信号光断検出装置を含む光波長多重伝送装置、及び光波長多重伝送装置を含む光波長多重伝送システムに関する。

近年、通信トラフィックの増大に応えるため、海底ケーブルシステム及び陸上ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムなどの光ファイバ通信システムでは、１本の光ファイバを通して送信することができる信号光の数（波長帯域が異なる複数の信号光の数）を増やす波長多重化が行われている。

また、光増幅器であるＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：希土類添加型光ファイバ増幅器）の広帯域化及び高出力化により、幹線系の光ファイバ通信システムにおいて主流である１００Ｇｂｐｓの高速信号光の超長距離伝送が可能である。

一方、光ファイバ通信システムでは、良好なＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：光信号電力対雑音電力比）を確保するために、光増幅器として、ＥＤＦＡ及びラマン増幅器が用いられている。例えば、波長１５５０ｎｍ帯の信号光を伝送する光ファイバにラマン増幅器を適用する場合、ラマン増幅に寄与する１４９０ｎｍ帯のラマン励起光は、通常、受信側の光波長多重伝送装置（光受信器）から光カプラを介して光ファイバに信号光の送信側に向けて入力される。このとき、信号帯域のＡＳＥ雑音（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ）光が信号光の受信側に向けて放出される。なお、ラマン励起光は、送信側の光波長多重伝送装置（光送信器）から光ファイバに入力される場合もある。

ＥＤＦＡ又はラマン増幅器を用いた光ファイバ通信システムでは、受信側の光波長多重伝送装置に具備される信号光断検出部に入力されるＡＳＥ雑音光の光パワーが大きくなるため、信号光断状態の検出のための仕組みが必要である。特許文献１は、単一波長の主信号光成分を光バンドパスフィルタで抜き出し、主信号光成分と雑音光成分との比較を行う方法を提供している。

特開２００１−３５８６５８号公報

しかしながら、上記従来技術は、単一波長の主信号光成分について信号光断状態の検出を行う方法であるから、任意の波長の主信号光成分を含む波長多重光を伝送する光ファイバ通信システムには適用するために、周波数可変フィルタを用いる必要があり、構成が複雑になるという問題がある。

また、主信号光成分となる波長帯域（周波数帯域）以外の波長帯域の雑音光成分は、主信号光成分の波長帯域に比べて波長帯域幅が狭く、レベルが不安定であるため、単一波長の主信号光成分の光パワー（電力）と雑音光成分の光パワー（電力）とを比較することによって、信号光断状態の信頼度の高い検出を行うことは難しいという問題がある。

さらに、主信号光成分を含む波長帯域（周波数帯域）における主信号光成分の受信レベルが、同帯域の雑音光成分のレベルよりも若干高い程度である場合には、単一波長の主信号光成分のレベルと雑音光成分のレベルとの比較によって、信号光断状態の信頼度の高い検出を行うことは難しいという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複雑な構成を用いずに、波長多重光が伝送される光ファイバ伝送路において信号光断状態を高い信頼度で検出することができる信号光断検出装置、光増幅器、光波長多重伝送装置、及び光波長多重伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る信号光断検出装置は、波長多重光を、主信号光成分を配置可能な等周波数間隔の周波数を含む第１の周波数グリッドに対応する第１の周波数範囲の光と、前記第１の周波数グリッドに対して前記等周波数間隔の半周期ずれた第２の周波数グリッドに対応する第２の周波数範囲の光とに分波する光インタリーバと、前記第１の周波数範囲の光のパワーの合計である第１の光パワーを検出する第１の光検出器と、前記第２の周波数範囲の光のパワーの合計である第２の光パワーを検出する第２の光検出器と、前記第１の光検出器で検出された前記第１の光パワーと前記第２の光検出器で検出された前記第２の光パワーとの差に基づいた通知信号を出力する判断部とを備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様に係る光増幅器は、前記波長多重光が伝送される光ファイバ伝送路に備えられたラマン増幅器と、前記光ファイバ伝送路に備えられた前記信号光断検出装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様に係る光波長多重伝送装置は、光送受信器と、光ファイバ伝送路を通して伝送された波長多重光を分波することによって得られた信号光を前記光送受信器に出力する光分波器と、前記光ファイバ伝送路に備えられた前記信号光断検出装置とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る光波長多重伝送システムは、第１の光波長多重伝送装置と、光ファイバ伝送路を通して前記第１の光波長多重伝送装置と通信可能に接続された第２の光波長多重伝送装置と、を備えた光波長多重伝送システムであって、前記第１の光波長多重伝送装置及び前記第２の光波長多重伝送装置の少なくとも一方は、光送受信器と、光ファイバ伝送路を通して伝送された波長多重光を分波することによって得られた信号光を前記光送受信器に出力する光分波器と、前記光ファイバ伝送路に備えられた前記信号光断検出装置とを有することを特徴とする。

本発明によれば、複雑な構成を用いずに、波長多重光が伝送される光ファイバ伝送路において、信号光断状態を高い信頼度で検出することができるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係る光波長多重伝送装置及び光波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。 実施の形態１に係る信号光断検出装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態１におけるラマン増幅器による波長多重光の増幅を示す図である。 実施の形態１に係る信号光断検出装置に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。 信号光断状態であるときに、実施の形態１に係る信号光断検出装置に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光波長多重伝送装置及び光波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。 実施の形態２に係る信号光断検出装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態２におけるラマン増幅器による波長多重光の増幅を示す図である。 実施の形態２に係る信号光断検出装置に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。 信号光断状態であるときに、実施の形態２に係る信号光断検出装置に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。 本発明の実施の形態３に係る光増幅器の構成を概略的に示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光波長多重伝送装置及び光波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。実施の形態１に係る光波長多重伝送システムは、光ファイバ伝送路を介して信号光を伝送する光ファイバ通信システムである。実施の形態１に係る光波長多重伝送システムは、第１の光波長多重伝送装置としての光波長多重伝送装置１０と、光ファイバ伝送路３１，３２によって光波長多重伝送装置１０と通信可能に接続された第２の光波長多重伝送装置としての光波長多重伝送装置２０とを備えている。通常、光波長多重伝送装置１０と光波長多重伝送装置２０とは、同じ構成及び機能を有する。したがって、第１の光波長多重伝送装置が光波長多重伝送装置２０であり、第２の光波長多重伝送装置が光波長多重伝送装置１０であってもよい。

光波長多重伝送装置１０は、光送受信器１１と、光送受信器１１から出力された波長λａの信号光と、他の波長の信号光（図１には示していない）とを合波することができる光合波器１２と、受信された波長多重光から波長λｂの信号光を分波することができる光分波器１３とを備えている。λａとλｂとは、同じ波長であってもよい。光波長多重伝送装置１０は、光ファイバ伝送路３１に送出される波長多重光を増幅する光増幅器１４を備えてもよい。また、光波長多重伝送装置１０は、光ファイバ伝送路３２を介して入力された波長多重光を増幅する光増幅器１５を備えてもよい。光増幅器１４及び１５は、例えば、ＥＤＦＡである。さらに、光波長多重伝送装置１０は、光ファイバ伝送路３２を介して入力される波長多重光を増幅するラマン増幅器３４を備えてもよい。さらにまた、光波長多重伝送装置１０は、光ファイバ伝送路３２を介して入力される波長多重光が、主信号光成分が存在しない信号光断状態であるか否かを検出する信号光断検出装置３６を備えることができる。

光波長多重伝送装置２０は、光送受信器２１と、光送受信器２１から出力された波長λｂの信号光と、他の波長の信号光（図１には示していない）とを合波することができる光合波器２２と、受信された波長多重光から波長λａの信号光を分波することができる光分波器２３とを備えている。光波長多重伝送装置２０は、光ファイバ伝送路３２に送出される波長多重光を増幅する光増幅器２４を備えてもよい。また、光波長多重伝送装置２０は、光ファイバ伝送路３１を介して入力された波長多重光を増幅する光増幅器２５を備えてもよい。光増幅器２４及び２５は、例えば、ＥＤＦＡである。さらに、光波長多重伝送装置２０は、光ファイバ伝送路３１を介して入力される波長多重光を増幅するラマン増幅器３３を備えてもよい。さらにまた、光波長多重伝送装置２０は、光ファイバ伝送路３１を介して入力される波長多重光が、主信号光成分が存在しない信号光断状態であるか否かを検出する信号光断検出装置３５を備えることができる。ラマン増幅器３３とラマン増幅器３４とは、同じ構成及び機能を持つ。信号光断検出装置３５と信号光断検出装置３６とは、同じ構成及び機能を持つことができる。

実施の形態１に係る光波長多重伝送システムにおいて、光送受信器１１は、波長λａの信号光を出力する。波長λａの信号光は、光合波器１２で他の波長の信号光と合波され、光増幅器１４で増幅され、光ファイバ伝送路３１に送出される。図１には、他の波長の信号光が光合波器１２に入力されない場合を示す。信号光は、ラマン増幅器３３で増幅され、信号光断検出装置３５を通過し、光増幅器２５で増幅され、光分波器２３に入力する。光分波器２３に入力された信号光は分波され、分波によって得られた波長λａの信号光は光送受信器２１に入力される。

また、実施の形態１に係る光波長多重伝送システムにおいて、光送受信器２１は、波長λｂの信号光を出力する。波長λｂの信号光は、光合波器２２で他の波長の信号光と合波され、光増幅器２４で増幅され、光ファイバ伝送路３２に送出される。図１には、他の波長の信号光が光合波器２２に入力されない場合を示す。信号光は、ラマン増幅器３４で増幅され、信号光断検出装置３６を通過し、光増幅器１５で増幅され、光分波器１３に入力する。光分波器１３に入力された信号光は分波され、分波によって得られた波長λｂの信号光は光送受信器１１に入力される。

図２は、実施の形態１に係る信号光断検出装置３５の構成を概略的に示す図である。また、図２には、信号光を増幅するラマン増幅器３３の構成も示されている。光波長多重伝送装置２０は、光波長多重伝送装置１０の対向構成である。光波長多重伝送装置２０と光波長多重伝送装置１０とは、実質的に同じ構成を有することができる。図２に示されるように、光波長多重伝送装置２０は、ラマン増幅器３３と信号光断検出装置３５とを備える。また、ラマン増幅器３３と信号光断検出装置３５とは、光波長多重伝送装置２０と別個の装置であってもよい。このような形態は、実施の形態３で説明される。

図３は、実施の形態１におけるラマン増幅器３３による信号光の増幅を示す図である。図２及び図３に示されるように、ラマン増幅器３３は、光カプラ３３１と、ラマン励起光ＲＥを出力するラマン励起ＬＤ（レーザダイオード）３３２とを有する。ラマン増幅器３３は、ラマン励起光ＲＥを光カプラ３３１を介して光ファイバ伝送路３１に出力することで、信号光ＳＬを増幅する。ラマン増幅器３３は、光送受信器１１から光送受信器２１への送信方向に対して、逆方向にラマン励起光ＲＥを出力する。送信局側から送信された信号光ＳＬは、光ファイバ伝送路３１内でラマン励起光ＲＥによって励起されたコア内部の励起準位から増幅エネルギーを受け取ることによって、増幅される。言い換えれば、ラマン励起光ＲＥによって、送信局側から送信された信号光ＳＬの光ファイバ伝送路３１における損失が低減される。ラマン増幅器３３により増幅された信号光ＳＬａは、良好なＯＳＮＲを維持しながら、光ファイバ伝送路３１を伝送され、受信側の光波長多重伝送装置２０内の光増幅器２５、光分波器２３及び光送受信器２１に入力する。

ラマン増幅器３３において、光ファイバ伝送路３１中でラマン励起光ＲＥによって増幅された信号光（ラマン増幅光）ＳＬａは信号光ＳＬの準位に緩和することとなるが、信号光の励起に用いられない帯域の光は信号光の準位に緩和せず、雑音光成分として送信側及び受信側に放出される。送信側の光波長多重伝送装置１０には、光増幅器１４であるＥＤＦＡが配されるが、ＥＤＦＡの入力部には、光アイソレータが備えられているので、光ファイバ伝送路３１からのラマン励起光ＲＥ及びＡＳＥ雑音光成分の入力は遮断される。

図２に示されるように、信号光断検出装置３５は、信号光の一部を分岐する光カプラ３５１と、光受動素子である光インタリーバ３５２と、第１の光検出器である光電気変換器としてのＰＤ（フォトダイオード）３５３と、第２の光検出器である光電気変換器としてのＰＤ３５４と、ＰＤ３５３から出力される信号の値からＰＤ３５４から出力される信号の値を差し引いて得られた差に基づく判断を行う判断部３５５とを備えている。

図４は、実施の形態１に係る信号光断検出装置３５に入力される信号光である波長多重光のスペクトル５１、及び分波された波長多重光である主信号光成分のスペクトル５２と雑音光（ノイズ）成分のスペクトル５３を示す図である。図５は、信号光断状態であるときに、実施の形態１に係る信号光断検出装置３５に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。

図２又は図４に示されるように、光インタリーバ３５２は、光カプラ３５１で分岐された波長多重光（スペクトル５１）を、主信号光成分（波長λａ）を配置可能な等周波数間隔の周波数を含む第１の周波数グリッド（「第１の波長グリッド」とも言う。）ＦＧ１に対応する第１の周波数範囲（「第１の波長範囲」とも言う。）ＦＲ１の光（スペクトル５２）と、第１の周波数グリッドＦＧ１に対して等周波数間隔の半周期（半波長）ずれた第２の周波数グリッド（「第２の波長グリッド」とも言う。）ＦＧ２に対応する第２の周波数範囲（「第２の波長範囲」とも言う。）ＦＲ２の光（スペクトル５３）とに分波する。ＰＤ３５３は、第１の周波数範囲ＦＲ１の光（スペクトル５２）のパワーの合計である第１の光パワーを検出し、第１の光パワーに相当する第１の信号を出力する。ＰＤ３５４は、第２の周波数範囲ＦＲ２の光（スペクトル５３）のパワーの合計である第２の光パワーを検出し、第２の光パワーに相当する第２の信号を出力する。判断部３５５は、ＰＤ３５３で検出された第１の光パワーに相当する第１の信号と、ＰＤ３５４で検出された第２の光パワーに相当する第２の信号との差に基づいた通知信号を出力する。例えば、判断部３５５は、ＰＤ３５３から出力される信号の値（電圧値）からＰＤ３５４から出力される信号の値（電圧値）を差し引いて得られた差（又は、ＰＤ３５３及び３５４から出力される信号の値の差の絶対値）が予め決められた閾値以下であるときに、信号光に主信号光成分が存在しない信号光断状態を示す通知信号を出力する。

受信側の光波長多重伝送装置２０には、光送受信器１１から送出される主信号光成分（波長λａ）と、光波長多重伝送装置１０の光増幅器１４であるＥＤＦＡから放出されるＡＳＥ雑音光成分及びラマン増幅器３３によって励起され主信号光成分の準位に緩和されたＡＳＥ雑音光成分が入力される。主信号光成分（波長λａ）が存在する場合には、主信号光成分（波長λａ）と雑音光成分とを含む第１の周波数範囲ＦＲ１の光（図４におけるスペクトル５２）の第１の光パワーに対応する電圧値と、雑音光成分のみを含む第２の周波数範囲ＦＲ２の光（図４におけるスペクトル５３）の第２の光パワーに対応する電圧値との間に差が生じる、又は、差が大きくなるため、この差に基づいて、主信号光成分（波長λａ）が存在するか否かを判断することができる。

主信号光成分（波長λａ）が伝送の途中の減衰などによって消光していたり（ＬＯＳ：Ｌｏｓｓ Ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ）、光ファイバ伝送路３１が途中で切断されていたりする場合には、図５の光（図５におけるスペクトル５１ａ）に示されるように、主信号光成分（波長λａ）が存在しない信号光断状態になる。しかし、光ファイバ伝送路３１に、ラマン増幅器からラマン励起光が入力されている場合には、信号光断状態であっても光ファイバ伝送路３１に雑音光成分は存在する。このため、図５に示されるように、主信号光成分（波長λａ）が存在しない場合には、雑音光成分のみを含む第１の周波数範囲ＦＲ１の光（図５におけるスペクトル５２ａ）の第１の光パワーに対応する電圧値と、雑音光成分のみを含む第２の周波数範囲ＦＲ２の光（図５におけるスペクトル５３ａ）の第２の光パワーに対応する電圧値との間の差が閾値よりも小さくなる。

実施の形態１に係る信号光断検出装置３５においては、判断部３５５は、主信号光成分（波長λａ）が配置される第１の周波数範囲ＦＲ１の光の第１の光パワーの合計値から、主信号光成分（波長λａ）が配置されていない第２の周波数範囲ＦＲ２の光の第２の光パワーの合計値を差し引いて得られる光パワーの差分に対応する電圧値に基づいて、主信号光成分（波長λａ）が存在しない信号光断状態であるか否かを判断するので、雑音光成分のパワーが大きい場合であっても、信号光断状態の信頼性の高い判断が可能になる。

また、主信号光成分を含む第１の周波数範囲ＦＲ１以外の周波数範囲のＡＳＥ雑音光成分を抽出した場合には、このＡＳＥ雑音光成分の合計の光パワーが安定していない場合がある。実施の形態１においては、主信号光成分を含む第１の周波数範囲ＦＲ１以外の周波数範囲の雑音光成分を、第１の周波数範囲ＦＲ１から半周期ずれた、第１の周波数範囲ＦＲ１の周波数グリッドと同様の周波数グリッドに対応する第２の周波数範囲ＦＲ２で検出しているので、ＡＳＥ雑音光成分の合計の光パワーが安定している。このため、判断部３５５は、主信号光成分（波長λａ）が配置される第１の周波数範囲ＦＲ１の第１の光パワーの合計値から、主信号光成分（波長λａ）が配置されていない第２の周波数範囲ＦＲ２の第２の光パワーの合計値を差し引いて得られる光パワーの差分に対応する電圧値に基づいて、信号光断状態についての信頼性の高い判断が可能になる。

また、主信号光成分（波長λａ）のレベルが、同帯域の雑音光ノイズのレベルよりも若干高い程度となる場合があり、これらのレベルが近くなるほど、主信号光成分を取り出して得られる総パワー（比較対象となる総電圧レベルであって、主信号光成分と雑音光成分とを合わせたレベル）と、雑音光成分を取り出して得られる総パワー（比較対象となる総電圧レベルであって、雑音光成分のみのレベル）との差が小さくなり、信号光断状態であるか否かの判断が難い場合がある。しかし、実施の形態１においては、光インタリーバ３５２によって分割された雑音光成分の総パワーは、分割前の雑音光成分の総パワーの約半分となるため、主信号光成分と雑音光成分との総パワーの差を大きくすることができる。

実施の形態１によれば、光受動素子である光インタリーバ３５２を使用して、ラマン増幅器を具備する光波長多重伝送システムにおいて主信号光成分と雑音光成分とをそれぞれ抜き出し、光インタリーバ３５２からの光出力を光電気変換し比較することによって信号光断状態（伝送路の切断及びＬＯＳの発生）を検出することができるので、周期的な波長間隔で配列される主信号光を利用する光波長多重伝送システムで、複雑な制御を用いずに、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

また、実施の形態１によれば、光インタリーバ３５２を用いることによって、波長多重伝送における主信号光成分の波長周波数の周期で、主信号光成分を含む帯域のレベルを取り出すとともに、半周期ずれた成分の帯域のレベルを雑音光成分として取り出し利用することが可能となるため、安定したレベルでの抽出が困難であった雑音光成分を、容易に安定して取り出し利用することができる。

さらに、実施の形態１によれば、構成部品の数を少なくすることができるため、断検出及びＬＯＳ信号発生を決定する手段としてコスト削減を図る効果を得られる。

さらに、実施の形態１によれば、光インタリーバ３５２によって分離後のノイズの総パワーを分離前の約半分とすることができるため、主信号光成分と雑音光成分との総パワーの差を広げて信頼性の高い比較を行うことができる。このため、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、単一の波長の主信号光成分が存在する信号光を伝送する場合について説明した。実施の形態２では、複数の波長の光が合波され、多段中継器を有する光波長多重伝送システム（光ファイバ通信システム）について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る光波長多重伝送装置及び光波長多重伝送システムの構成を概略的に示す図である。図６において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２に係る光波長多重伝送システムは、光ファイバ伝送路を介して波長多重光を伝送する光ファイバ通信システムである。実施の形態２に係る光波長多重伝送装置７０は、波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光をそれぞれ送受信する複数の光送受信器１１＿１，…，１１＿ｋ，…，１１＿Ｎを有する点において、実施の形態１に係る光波長多重伝送装置１０と相違する。実施の形態２に係る光波長多重伝送装置８０は、波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光をそれぞれ送受信する複数の光送受信器２１＿１，…，２１＿ｋ，…，２１＿Ｎを有する点において、実施の形態１に係る光波長多重伝送装置２０と相違する。なお、Ｎはマルチキャリア数を示す正の整数であり、ｋは１以上Ｎ以下の整数である。

実施の形態２に係る光波長多重伝送システムにおいて、光送受信器１１＿ｋ（ｋ＝１，２，…，Ｎ）は、波長λｋの信号光を出力する。波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光は、光合波器１２で合波されて波長多重光となり、光増幅器１４で増幅され、光ファイバ伝送路３１に送出される。波長多重光は、光増幅器３７であるＥＤＦＡで増幅され、ラマン増幅器３３で増幅され、信号光断検出装置３５を通過し、光増幅器２５で増幅され、光分波器２３に入力する。光分波器２３に入力された波長多重光は分波され、分波によって得られた波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光は、光送受信器２１＿１，…，２１＿ｋ，…，２１＿Ｎにそれぞれ入力される。

また、実施の形態１に係る光波長多重伝送システムにおいて、光送受信器２１＿ｋ（ｋ＝１，２，…，Ｎ）は、波長λｋの信号光を出力する。波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光は、光合波器２２で合波されて波長多重光となり、光増幅器２４で増幅され、光ファイバ伝送路３２に送出される。波長多重光は、光増幅器３８であるＥＤＦＡで増幅され、ラマン増幅器３４で増幅され、信号光断検出装置３６を通過し、光増幅器１５で増幅され、光分波器１３に入力する。光分波器１３に入力された波長多重光は分波され、分波によって得られた波長λ１，…，λｋ，…，λＮの信号光は、光送受信器１１＿１，…，１１＿ｋ，…，１１＿Ｎにそれぞれ入力される。

図７は、実施の形態２に係る信号光断検出装置３５の構成を概略的に示す図である。また、図７には、信号光を増幅するラマン増幅器３３の構成も示されている。図７において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。光波長多重伝送装置８０は、光波長多重伝送装置７０の対向構成である。光波長多重伝送装置８０と光波長多重伝送装置７０とは、実質的に同じ構成を有することができる。図７に示されるように、光波長多重伝送装置８０は、ラマン増幅器３３と信号光断検出装置３５とを備える。また、ラマン増幅器３３と信号光断検出装置３５とは、光波長多重伝送装置８０と別個の装置であってもよい。

図８は、実施の形態２におけるラマン増幅器３３による信号光の増幅を示す図である。図７及び図８に示されるように、ラマン増幅器３３は、光カプラ３３１と、ラマン励起光ＲＥを出力するラマン励起ＬＤ（レーザダイオード）３３２とを有する。ラマン増幅器３３は、ラマン励起光ＲＥを光カプラ３３１を介して光ファイバ伝送路３１に出力することで、信号光ＳＬを増幅する。ラマン増幅器３３は、光送受信器１１から光送受信器２１への送信方向に対して、逆方向にラマン励起光ＲＥを出力する。送信局側から送信された信号光ＳＬは、光ファイバ伝送路３１内でラマン励起光ＲＥによって励起されたコア内部の励起準位から増幅エネルギーを受け取ることによって、増幅される。言い換えれば、ラマン励起光ＲＥによって、送信局側から送信された信号光ＳＬの光ファイバ伝送路３１における損失が低減される。ラマン増幅器３３により増幅された信号光ＳＬａは、良好なＯＳＮＲを維持しながら、光ファイバ伝送路３１を伝送され、受信側の光波長多重伝送装置２０内の光増幅器２５、光分波器２３及び光送受信器２１に入力する。

ラマン増幅器３３において、光ファイバ伝送路３１中でラマン励起光ＲＥによって増幅された信号光（ラマン増幅光）ＳＬａは信号光ＳＬの準位に緩和することとなるが、信号光の励起に用いられない帯域の光は信号光の準位に緩和せず、雑音光成分として送信側及び受信側に放出される。送信側の光波長多重伝送装置７０には、光増幅器１４であるＥＤＦＡが配されるが、ＥＤＦＡの入力部には、光アイソレータが備えられているので、光ファイバ伝送路３１からのラマン励起光ＲＥ及びＡＳＥ雑音光成分の入力は遮断される。

図７に示されるように、信号光断検出装置３５は、波長多重光の一部を分岐する光カプラ３５１と、光受動素子である光インタリーバ３５２と、第１の光検出器である光電気変換器としてのＰＤ（フォトダイオード）３５３と、第２の光検出器である光電気変換器としてのＰＤ３５４と、ＰＤ３５３から出力される信号の値からＰＤ３５４から出力される信号の値を差し引いて得られた差に基づく判断を行う判断部３５５とを備えている。

図９は、実施の形態２に係る信号光断検出装置３５に入力される信号光である波長多重光のスペクトル６１、及び分波された波長多重光である主信号光成分のスペクトル６２と雑音光（ノイズ）成分のスペクトル６３を示す図である。図１０は、信号光断状態であるときに、実施の形態２に係る信号光断検出装置３５に入力される波長多重光のスペクトル、及び分波された波長多重光である主信号光成分と雑音光成分のスペクトルを示す図である。

図７又は図９に示されるように、光インタリーバ３５２は、光カプラ３５１で分岐された波長多重光（スペクトル６１）を、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）を配置可能な等周波数間隔の周波数を含む第１の周波数グリッド（「第１の波長グリッド」とも言う。）ＦＧ１に対応する第１の周波数範囲（「第１の波長範囲」とも言う。）ＦＲ１の光（スペクトル６２）と、第１の周波数グリッドＦＧ１に対して等周波数間隔の半周期（半波長）ずれた第２の周波数グリッド（「第２の波長グリッド」とも言う。）ＦＧ２に対応する第２の周波数範囲（「第２の波長範囲」とも言う。）ＦＲ２の光（スペクトル６３）とに分波する。図９では、Ｎ＝４の場合が示されている。ＰＤ３５３は、第１の周波数範囲ＦＲ１の光（スペクトル６２）のパワーの合計である第１の光パワーを検出し、第１の光パワーに相当する第１の信号を出力する。ＰＤ３５４は、第２の周波数範囲ＦＲ２の光（スペクトル６３）のパワーの合計である第２の光パワーを検出し、第２の光パワーに相当する第２の信号を出力する。判断部３５５は、ＰＤ３５３で検出された第１の光パワーに相当する第１の信号と、ＰＤ３５４で検出された第２の光パワーに相当する第２の信号との差に基づいた通知信号を出力する。例えば、判断部３５５は、ＰＤ３５３から出力される信号の値（電圧値）からＰＤ３５４から出力される信号の値（電圧値）を差し引いて得られた差（又は、ＰＤ３５３及び３５４から出力される信号の値の差の絶対値）が予め決められた閾値以下であるときに、信号光に主信号光成分が存在しない信号光断状態を示す通知信号を出力する。

受信側の光波長多重伝送装置８０には、光送受信器１１＿１，…，１１＿ｋ，…，１１＿Ｎから送出される主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）と、光波長多重伝送装置７０の光増幅器１４，３１であるＥＤＦＡから放出されるＡＳＥ雑音光成分及びラマン増幅器３３によって励起され主信号光成分の準位に緩和されたＡＳＥ雑音光成分が入力される。主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が存在する場合には、主信号光成分（波長λｋ）と雑音光成分とを含む第１の周波数範囲ＦＲ１の光（図９におけるスペクトル６２）の第１の光パワーに対応する電圧値と、雑音光成分のみを含む第２の周波数範囲ＦＲ２の光（図９におけるスペクトル６３）の第２の光パワーに対応する電圧値との間に差が生じる、又は、差が大きくなるため、この差に基づいて、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が存在するか否かを判断することができる。

主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が伝送の途中の減衰などによって消光していたり（ＬＯＳ）、光ファイバ伝送路３１が途中で切断されていたりする場合には、図１０の光（図１０におけるスペクトル６１ａ）に示されるように、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が存在しない信号光断状態になる。しかし、光ファイバ伝送路３１に、ラマン増幅器からラマン励起光が入力されている場合には、信号光断状態であっても光ファイバ伝送路３１に雑音光成分は存在する。このため、図１０に示されるように、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が存在しない場合には、雑音光成分のみを含む第１の周波数範囲ＦＲ１の光（図１０におけるスペクトル６２ａ）の第１の光パワーに対応する電圧値と、雑音光成分のみを含む第２の周波数範囲ＦＲ２の光（図１０におけるスペクトル６３ａ）の第２の光パワーに対応する電圧値との間の差が閾値よりも小さくなる。

実施の形態２に係る信号光断検出装置３５においては、判断部３５５は、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が配置される第１の周波数範囲ＦＲ１の光の第１の光パワーの合計値から、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が配置されていない第２の周波数範囲ＦＲ２の光の第２の光パワーの合計値を差し引いて得られる光パワーの差分に対応する電圧値に基づいて、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が存在しない信号光断状態であるか否かを判断するので、雑音光成分のパワーが大きい場合であっても、信号光断状態の信頼性の高い判断が可能になる。

実施の形態２においては、主信号光成分を含む第１の周波数範囲ＦＲ１以外の周波数範囲の雑音光成分を、第１の周波数範囲ＦＲ１から半周期ずれた、第１の周波数範囲ＦＲ１の周波数グリッドと同様の周波数グリッドに対応する第２の周波数範囲ＦＲ２で検出しているので、ＡＳＥ雑音光成分の合計の光パワーが安定している。このため、判断部３５５は、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が配置される第１の周波数範囲ＦＲ１の第１の光パワーの合計値から、主信号光成分（波長λ１，…，λｋ，…，λＮ）が配置されていない第２の周波数範囲ＦＲ２の第２の光パワーの合計値を差し引いて得られる光パワーの差分に対応する電圧値に基づいて、信号光断状態についての信頼性の高い判断が可能になる。

また、実施の形態２においては、光インタリーバ３５２によって分割された雑音光成分の総パワーは、分割前の雑音光成分の総パワーの約半分となるため、主信号光成分と雑音光成分との総パワーの差を大きくすることができる。このため、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

さらに、実施の形態２によれば、光インタリーバ３５２を使用して、ラマン増幅器を具備する光波長多重伝送システムにおいて主信号光成分と雑音光成分とをそれぞれ抜き出し、光インタリーバ３５２からの光出力を光電気変換し比較することによって信号光断状態（伝送路の切断及びＬＯＳの発生）を検出することができるので、周期的な波長間隔で配列される主信号光を利用する光波長多重伝送システムで、複雑な制御を用いずに、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

さらに、実施の形態２によれば、構成部品の数を少なくすることができるため、断検出及びＬＯＳ信号発生を決定する手段としてコスト削減を図る効果を得られる。

また、実施の形態２では、多段中継の光ファイバ伝送路において、単一の波長信号だけでなく複数の波長成分が存在する場合であっても、波長配置にかかわらず、信号光断状態を高い信頼度で検出することができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、受信側の光波長多重伝送装置２０又は８０にラマン増幅器３３及び信号光断検出装置３５を備えた場合を説明した。実施の形態３においては、光ファイバ伝送路３１の途中にラマン増幅器３３及び信号光断検出装置３５を備えた光増幅器３９（例えば、光増幅部を具備する光中継装置）を説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３に係る光増幅器３９の構成を概略的に示す図である。光増幅器３９は、光波長多重伝送装置２０又は８０から独立した、例えば、光中継装置の一部である。図１１において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態３に係る光増幅器３９は、信号光断検出装置３５から出力される通知信号に基づいて、ラマン増幅器３３の動作を制御する増幅制御部３３３をさらに備えた点が、実施の形態１の構成と相違する。例えば、増幅制御部３３３は、信号光断検出装置３５から出力される通知信号が示す情報に応じて（例えば、ＰＤ３５３とＰＤ３５４の出力の差分）に応じてラマン増幅器３３のラマン励起ＬＤ３３２から出力されるラマン励起光の強度を変更することができる。例えば、増幅制御部３３３は、ＰＤ３５３とＰＤ３５４の出力の差分が大きくなるようにラマン増幅器３３のラマン励起ＬＤ３３２から出力されるラマン励起光の強度を変更してもよい。また、増幅制御部３３３は、信号光断検出装置３５から出力される通知信号が信号光断状態を示す信号である場合に、ラマン増幅器３３のラマン励起ＬＤ３３２から出力されるラマン励起光の出力を停止させるように制御してもよい。

実施の形態３に係る光増幅器３９においては、実施の形態１及び２の場合と同様に、雑音光成分のパワーが大きい場合であっても、信号光断状態の信頼性の高い判断が可能になる。

また、実施の形態３においては、光インタリーバ３５２によって分割された雑音光成分の総パワーは、分割前の雑音光成分の総パワーの約半分となるため、主信号光成分と雑音光成分との総パワーの差を大きくすることができる。このため、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

さらに、実施の形態３によれば、光インタリーバ３５２を使用して、ラマン増幅器を具備する光波長多重伝送システムにおいて主信号光成分と雑音光成分とをそれぞれ抜き出し、光インタリーバ３５２からの光出力を光電気変換し比較することによって信号光断状態（伝送路の切断及びＬＯＳの発生）を検出することができるので、周期的な波長間隔で配列される主信号光を利用する光波長多重伝送システムで、複雑な制御を用いずに、信号光断状態の信頼度の高い且つ高速な検出が可能である。

１０，２０，７０，８０ 光波長多重伝送装置、 １１，１１＿ｋ，２１，２１＿ｋ 光送受信器、 １２，２２ 光合波器、 １３，２３ 光分波器、 １４，１５，２４，２５，３７，３８ 光増幅器、 ３１，３２ 光ファイバ伝送路、 ３３，３４ ラマン増幅器、 ３５，３６ 信号光断検出装置、 ３９ 光増幅器、 ５１，５１ａ 信号光（スペクトル）、 ５２ 主信号光成分と雑音光成分（スペクトル）、 ５２ａ 雑音光成分（スペクトル）、 ５３，５３ａ 雑音光成分（スペクトル）、 ６１，６１ａ 多重信号光（スペクトル）、 ６２ 主信号光成分と雑音光成分（スペクトル）、 ６２ａ 雑音光成分（スペクトル）、 ６３ 雑音光成分（スペクトル）、 ３３１ 光カプラ、 ３３２ ラマン励起ＬＤ、 ３３３ 増幅制御部、 ３５２ 光インタリーバ、 ３５３ ＰＤ（第１の光検出器）、 ３５４ ＰＤ（第２の光検出器）、 ３５５ 判断部、 ＦＧ１ 第１の周波数グリッド、 ＦＧ２ 第２の周波数グリッド、 ＦＲ１ 第１の周波数範囲、 ＦＲ２ 第２の周波数範囲。

Claims (7)

1. 波長多重光を、主信号光成分を配置可能な等周波数間隔の周波数を含む第１の周波数グリッドに対応する第１の周波数範囲の光と、前記第１の周波数グリッドに対して前記等周波数間隔の半周期ずれた第２の周波数グリッドに対応する第２の周波数範囲の光とに分波する光インタリーバと、
   前記第１の周波数範囲の光のパワーの合計である第１の光パワーを検出する第１の光検出器と、
   前記第２の周波数範囲の光のパワーの合計である第２の光パワーを検出する第２の光検出器と、
   前記第１の光検出器で検出された前記第１の光パワーと前記第２の光検出器で検出された前記第２の光パワーとの差に基づいた通知信号を出力する判断部と、
   を備えたことを特徴とする信号光断検出装置。
2. 前記判断部は、前記第１の光検出器から出力される信号の値から前記第２の光検出器から出力される信号の値を差し引いて得られた前記差が予め決められた閾値以下であるときに、前記波長多重光に前記主信号光成分が存在しない信号光断状態を示す前記通知信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の信号光断検出装置。
3. 前記波長多重光が伝送される光ファイバ伝送路から前記波長多重光の一部を分岐する光カプラをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の信号光断検出装置。
4. 前記波長多重光が伝送される光ファイバ伝送路に備えられたラマン増幅器と、
   前記光ファイバ伝送路に備えられた請求項１から３のいずれか１項に記載の信号光断検出装置と、
   を備えたことを特徴とする光増幅器。
5. 前記信号光断検出装置から出力される前記通知信号に基づいて、前記ラマン増幅器の動作を制御する増幅制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の光増幅器。
6. 光送受信器と、
   光ファイバ伝送路を通して伝送された波長多重光を分波することによって得られた信号光を前記光送受信器に出力する光分波器と、
   前記光ファイバ伝送路に備えられた請求項１から３のいずれか１項に記載の信号光断検出装置と、
   を有することを特徴とする光波長多重伝送装置。
7. 第１の光波長多重伝送装置と、
   光ファイバ伝送路を通して前記第１の光波長多重伝送装置と通信可能に接続された第２の光波長多重伝送装置と、
   を備えた光波長多重伝送システムであって、
   前記第１の光波長多重伝送装置及び前記第２の光波長多重伝送装置の少なくとも一方は、
   光送受信器と、
   光ファイバ伝送路を通して伝送された波長多重光を分波することによって得られた信号光を前記光送受信器に出力する光分波器と、
   前記光ファイバ伝送路に備えられた請求項１から３のいずれか１項に記載の信号光断検出装置と、を有する
   ことを特徴とする光波長多重伝送システム。

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