JPWO2020171103A1 - 光増幅器、及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

マルチコア光ファイバを用いた光増幅器を安定的に制御することが可能な、光増幅器、及びその制御方法を提供する。光増幅器は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器であって、上記マルチコア光ファイバの上記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタする入力光パワーモニタと、上記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の上記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタする出力光パワーモニタと、上記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタするクロストークモニタと、上記モニタされた入力光の光パワー、上記モニタされた出力光の光パワー、及び上記モニタされた上記コア間のクロストーク量を元に、上記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御するコントローラと、を含む。

Description

本発明は、光増幅器、及びその制御方法に関し、特に光ファイバ増幅器の利得制御などに関する。
近年、スマートフォンに代表される携帯端末の急速な普及と、端末の高度化による高精細画像等の大容量データ通信により、ネットワークに流れるトラフィックは急速な伸びを続けている。ある調査によると、国内の2016年度のブロードバンド契約者の総ダウンロードトラフィックは約8.3Tbpsで年率約52%の割合で増大を続けており、今後もトラフィックの増大が見込まれている。これに対し、大容量通信を支えるコアネットワークでは、複数の異なる波長の光信号を1本の光ファイバに多重して伝送する波長分割多重技術(Wavelength Division Multiplexing:WDM)など、大容量化技術の開発が進められてきた。しかしながら、WDMで利用できる波長数は限られているため、近い将来、WDMによる通信容量の増大は頭打ちとなることが予想されている。
これに対し、近年、光ファイバ1本当たりの伝送容量拡大を目的として、1つのクラッド内に複数のコアを充填するマルチコア光ファイバの研究開発が進められている。図1に一例として7コアのマルチコア光ファイバ(Multi Core Fiber:MCF)の構造を示す。なお、MCFは大別して、非結合型MCFと結合型MCFが開発されている。非結合型MCFはコア間の間隔を離し、コア間のクロストークを抑えた光ファイバである。非結合型MCFでは、それぞれのコアを独立した光伝送路として用いることができるので、これまでのシングルモード光ファイバ(Single Mode Fiber:SMF)用に開発された光通信技術をそのまま活用することが可能である。一方、結合型MCFは、コア間隔を詰めて、高いコア密度を実現した光ファイバである。結合型MCFでは、それぞれのコア間でクロストークが生じるため、光受信器においてDSP(Digital Signal Processor)等を用いたMIMO(Multi Input Multi Output)処理が必要である。
図2に一例として、4コアの非結合型MCF及び4コアの結合型MCFの構造図を示す。次に、図3にMCFを用いた光ネットワークの構成を示す。なおネットワークの形態には、送受信ノードを対向して配置するポイント−ポイント型、送受信ノードを円周上に配置するリング型、送受信ノードをメッシュ状につなぐメッシュ型があるが、ここでは説明を簡素化するため1つの送受信端のノードに関する部分のみを記載する。光ネットワークは、送信ノードや受信ノードが有する送受信器の一例としてのトランスポンダ(Transponder:TPND)503、伝送路である光ファイバの一例としてのマルチコア光ファイバ501、及び伝送路の光損失を補償する光増幅器の一例としてのマルチコア光ファイバ増幅器502を、含んで構成される。
本発明は光増幅器の安定動作に関するものであるため、光増幅器について詳しく説明する。マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(Multi Core Erbium Doped Fiber Amplifier:MC−EDFA)の構造には、クラッドを励起して一括してコア内の光信号を増幅するクラッド一括励起方式、それぞれのコアを個別に励起してコア内の光信号を増幅するコア個別励起が提案されているが、一例としてコア個別励起方式のMC−EDFAについて図4を用いて説明する。図4のコア個別励起方式のMC−EDFAは、利得媒体である結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ(結合型MC−EDF)51、及びSMF52と結合型MC−EDF51を接続する変換媒体(Fan In:FI53、Fan Out:FO54)を含む。さらに図4のコア個別励起方式のMC−EDFAは、波長980nmあるいは1480nmのシングルモード励起光源(Single Mode Laser Diode:SM−LD)55、及びSM−LD55を利得媒体に結合するためのWDM(Wavelength Division Multiplexing)カプラ56を含む。さらに図4のコア個別励起方式のMC−EDFAは、入力側及び出力側に配置される光パワーモニタ(Power Monitor)の一例としての入力光パワーモニタ57及び出力光パワーモニタ58、及びコントローラ59を含む。
図4のコア個別励起方式のMC−EDFAの動作を説明する。MCF光伝送路(図示せず)を一旦SMF52に変換し、WDMカプラ56でそれぞれのSMF52にSM−LD55から光信号を重畳後、再度FI53により結合型MC−EDF51に変換する。結合型MC−EDF51を通過する間にSM−LD55からの光パワーが主信号に移動することにより、主信号が増幅され、主信号の利得を高めることができる。図4のコア個別励起方式のMC−EDFAでは、入力光パワーモニタ57及び出力光パワーモニタ58により入出力の光パワーを測定し、それをもとにコントローラ59が励起光源であるSM−LD55の光パワーを制御することにより、光増幅器の利得が制御される。
特許文献1はマルチコア光ファイバ増幅器に関するものであり、マルチコア光ファイバが配置されたクラッド部に励起光導入光ファイバを配置し、励起光導入光ファイバへ励起光を導入することが提案されている。特許文献2はマルチコア光ファイバ増幅器に関するものであり、マルチコア光ファイバのコア部に励起光を入力するとコア部に添加された増幅媒体が光励起状態となり、光増幅可能な状態となること、これによりコア部に入力された信号光をコア部で光増幅させながら伝搬させることが提案されている。
国際公開第2012/173271号 特開2015−005667号公報
光増幅器の制御方式には、利得一定制御(Automatic Gain Control:AGC)、出力一定制御(Automatic Level Control:ALC)、励起電流一定制御(Automatic Power Control:APC)など、がある。これらの各制御は、光パワーモニタによる入出力の光パワーを測定し、それをもとにコントローラが励起光源の光パワーを制御することにより行われる。これらの技術は、コア間のクロストークの影響が少ない光ファイバ増幅器の増幅方法であり、コア間のクロストークが大きい結合型MC−EDFAにおいては安定的な増幅を行うことが困難であるという課題がある。
図5に、結合型MC−EDFAにこれまでの制御方式を適用した場合を想定した、結合型MC−EDFAの動作を示す。例えば、主信号の入力光パワーが全て等しく、光ファイバ増幅器で同一の利得を得る場合を想定する。図5の左下のグラフのように、4つのチャネル(ch1、ch2、ch3及びch4)について主信号の入力光パワーが全て等しい場合、マルチコアのそれぞれのコアへ励起光パワーを一定に印加する方法がとられる。クロストークが発生するようなマルチコア光ファイバ、例えば結合型MCFに同一な制御を適用すると、4つのチャネル(ch1、ch2、ch3及びch4)についてクロストークにより励起光が励起媒体通過中に不均一となってしまい、結果として、図5の右下のグラフのように同一の利得を得ることができない、という課題がある。
したがって本発明の目的は、マルチコア光ファイバを用いた光増幅器を安定的に制御することが可能な、光増幅器、及びその制御方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る光増幅器は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器であって、
上記マルチコア光ファイバの上記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタする入力光パワーモニタと、
上記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の上記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタする出力光パワーモニタと、
上記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタするクロストークモニタと、
上記モニタされた入力光の光パワー、上記モニタされた出力光の光パワー、及び上記モニタされた上記コア間のクロストーク量を元に、上記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御するコントローラと、を含む。
本発明に係る光増幅器の制御方法は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器の制御方法であって、
上記マルチ光コアファイバの上記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタし、
上記マルチ光コアファイバを通過した媒体通過後の上記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタし、
上記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタし、
上記モニタされた入力光の光パワー、上記モニタされた出力光の光パワー、及び上記モニタされた上記コア間のクロストーク量を元に、上記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する。
本発明によれば、マルチコア光ファイバを用いた光増幅器を安定的に制御することができる。
7コアのマルチコア光ファイバの一例を示す構造図である。 4コアの非結合型及び結合型マルチコア光ファイバの一例を示す構造図である。 マルチコア光ファイバを用いた光ネットワークの一例を示す構成図である。 コア個別励起方式のマルチコア光ファイバ増幅器を説明するためのブロック図である。 結合型MC−EDFAにこれまでの制御方式を適用することを想定した場合を説明するためのブロック図である。 ネットワークの構成図である。 図6のネットワークのノードの構成図である。 本発明の実施形態に関連するネットワークの構成図である。 本発明の第1実施形態の結合型MC−EDFAの構成図である。 第1実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 第2実施形態の結合型MC−EDFAの構成図である。 第3実施形態の結合型MC−EDFAの構成図である。 第3実施形態の動作を示すフローチャートである。 第4実施形態の光通信ネットワークの構成図である。 第4実施形態の動作を示すフローチャートである。 上位概念の実施形態の光増幅器の構成図である。
本発明の具体的な実施形態について説明する前に、本発明の実施形態の概要について説明する。本発明ではマルチコア光ファイバ増幅器の一例として、結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA)の動作において、コア毎の光パワーモニタ及びクロストークモニタを用いて各コアの光パワー、クロストークを測定し、測定結果に基づきコアに注入する励起光パワーを制御する。本発明の実施形態が対象とする、コア間のクロストークとは、光ファイバ増幅器の構造や環境などで決まる。あるコアから別のコアへのクロストークは、係数として構造的に決まり、この係数に入力される光信号量を掛け算することで、その絶対量が決まる。
第一の手法として、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量を測定し、(利得)=(自己利得及びクロストーク利得からなる利得係数)×(励起光パワー)の関係式を用いて所望の利得が得られるよう励起光パワーを制御する。
第二の手法として、第一の手法で算出した利得係数Xに基づき、励起光パワーと利得の関係を2次元の表にしたテーブルを参照し、所望の利得が得られるよう励起光パワーを制御する。
第三の手法として、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量を用いて、各コアから他のコアへのクロストーク量の影響が等しくなる条件に設定後、余剰利得を除去することにより、所望の利得を得る。
第四の手法として、上記第一から第三の手法を用いた結合型MC−EDFAを用いることにより光ネットワークの安定した通信設定を行う。
本発明の実施形態の光増幅器によれば、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する励起光パワーを制御している。これにより、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても、安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
さらにこのような光増幅器を用いた、本発明の実施形態の光通信ネットワークによれば、安定した通信設定が可能になる。
〔第1実施形態〕
初めに、本発明の第1実施形態について説明する。図6は、本発明が適用される光通信ネットワークの一例を示す構成図である。図6のネットワーク100は、ノード101と、クライアント(図示せず)からのパス設定要求を受け付けて経路探索を行い、経路探索の結果に基づき各ノード101に切り替え等の指示を行うネットワーク管理システムの一例としてのNMS102と、を含んで構成される。
図7は、図6のネットワーク100の各ノードなどをより具体的に説明するための構成図である。ノード101は、光スイッチ203、トランスポンダ側ポート204、マルチキャスト光スイッチ205、トランスポンダ206、及びノードコントローラ207を含む。
光スイッチ203は、光伝送路201からの波長多重光信号を光のまま波長単位で経路を切り替え、光伝送路201へ再度送出するとともに、当該ノード101で光伝送路201から分岐する波長多重光信号、及び、当該ノード101で光伝送路201へ挿入する波長多重光信号を波長単位で分岐・挿入ポート202側に切り替える。
マルチキャスト光スイッチ205は、任意の分岐・挿入ポート202と任意のトランスポンダ側ポート204とを波長単位で接続する。トランスポンダ206は、トランスポンダ側ポート204へ接続され、任意の波長の光信号を受信あるいは、送信する。ノードコントローラ207は、NMS102からの指示を受け、ノード内デバイス(光スイッチ203、マルチキャスト光スイッチ205、やトランスポンダ206)を制御する。
ノード101とノード101との間は光伝送路201で接続されており、光伝送路201には光伝送路201の損失を補償する光増幅器208が挿入されている。
ここで、ノード101の各構成要素について詳しく説明する。光スイッチ203は伝送される波長多重光信号の内、任意の波長挿入分岐が可能なスイッチで、現在、WSS(Wavelength Selectable Switch)が広く利用されている。マルチキャスト光スイッチ205は、任意のトランスポンダ206を光スイッチ203の任意のポートに接続する光スイッチである。マルチキャスト光スイッチ205には、現在、方路制約、波長制約、波長競合のないいわゆるCDC(Colorless, Directionless and Contentionless)機能をもつ光スイッチが用いられる。
図8は、図6のネットワーク100の構成のうち、本発明の実施形態の構成を説明するため関係する一部を抜き出した図である。図8のネットワークは、送信ノード及び受信ノードのトランスポンダ206、トランスポンダ206からの光信号を伝送する光伝送路201の一例としての結合型マルチコア光ファイバ(結合型MCF)、及び光伝送路に挿入され光伝送路の伝送損失を補償する光増幅器208の一例としての結合型マルチコア光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA)を含んで構成される。なお、図8には図示していないが、送信ノードでの各トランスポンダの波長の合波、受信ノードでの各トランスポンダの波長の分波は、図7に示す送信ノード、受信ノードとなるノード101に設置された光スイッチ203が行う。
次に、本発明の第1実施形態の光増幅器について説明する。図9に本発明の第1実施形態の光増幅器の一例としてマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図9は結合型マルチコア光ファイバ増幅器であり、特に各コアへ増幅媒体としてのエルビウム(Er)イオンが添加された結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA)である。図9の結合型MC−EDFAは、それぞれのコアを個別に励起してコア内の光信号を増幅するコア個別励起が可能な構造である。
図9の結合型MC−EDFAは、利得媒体である結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ(結合型MC−EDF)301、及びシングルモード光ファイバの一例としてのSMF302と結合型MC−EDF301とを接続する変換媒体(Fan In:FI303、Fan Out:FO304)を含む。さらに図9の結合型MC−EDFAは、波長980nmあるいは1480nmのシングルモード励起光源(Single Mode Laser Diode:SM−LD)305、SM−LD305を結合型MC−EDF301に結合するための波長分割多重カプラの一例としてのWDMカプラ306、入力側に配置される光パワーモニタ(Power Monitor)の一例としての入力光パワーモニタ307a、及び出力側に配置される光パワーモニタの一例としての出力光パワーモニタ307bを含む。さらに図9の結合型MC−EDFAは、結合型MC−EDF301の出力側に配置されるクロストークモニタ(Crosstalk Monitor)308、及びFO304からの出力の一部をクロストークモニタ308に分岐するWDMカプラ309を含む。さらに図9の結合型MC−EDFAは、クロストークモニタ308の測定情報をもとにSM−LD305の励起光パワーを制御するコントローラ310を含む。
(第1実施形態の動作)
次に、図8、図9及び図10を用いて本実施形態の光増幅器の動作について説明する。図10は、図9の光増幅器の利得を設定するための動作を示すフローチャートである。
まず、図9の光増幅器による増幅動作について説明する。結合型MCFの光伝送路(図示せず)を一旦SMF302に変換し、WDMカプラ306でそれぞれのSMFの主信号にSM−LD305からの励起光を重畳した後、再度FI303により結合型MC−EDF301に変換する。結合型MC−EDF301を通過する間に、SM−LD305からの光パワーが主信号に移動することにより主信号は増幅され、主信号の利得を得ることができる。
次に、一例として図9の光増幅器のAGC動作について説明する。図10はAGC動作のフローチャートである。まず、SM−LD305の出力をあらかじめ決められた初期値に設定し、SM−LD305を駆動する(S11)。次に、入力光パワーモニタ307aにより各コアへの入力光パワー、及び出力光パワーモニタ307bにより媒体通過後の出力光パワーを測定する(S12)。次に、出力側のWDMカプラ309で主信号から残留励起光を分離し、こうして分離された残留励起光の光パワーから、クロストークモニタ308が励起光のクロストーク量を測定する(S13)。
クロストークモニタの方法としては、例えば、各コアに入力するSM−LD305の波長をずらし、どのコアからのクロストークかを区別する方法が考えられる。言い換えると、クロストークモニタ308が各コアで波長が異なる励起光源の波長差を認識して、クロストークを測定することが考えられる。また他のクロストークモニタの方法としては、例えば、各コアに入力するSM−LD305からの励起光にコア毎に異なる低周波の信号を重畳し、どのコアからのクロストークか区別する等の方法が考えられる。言い換えると、クロストークモニタ308が異なる周波数の信号を重畳した励起光源の周波数差を認識して、クロストークを測定することが考えられる。補足すると、「nコア」の場合には、n本の各コアに入力するSM−LD305の波長をお互いにずらして、nコアのどのコアからのクロストークかを区別することが考えられる。また他のクロストークモニタの方法では、n本の各コアに入力するSM−LDからの励起光にn種類のお互いに異なる周波数(低周波数)の信号を重畳してnコアのどのコアからのクロストークかを区別することが考えられる。そしてこのような波長の識別手段、周波数の識別手段には、既存のものが利用できる。
なお、SM−LD305からの励起光パワー、この励起光パワーによって得られる利得(光増幅器の利得)については、次の式1であらわすことができる。
[数1]
Figure 2020171103
ここで、Ponはnコアの場合の出力光パワー、Pinはnコアの場合の入力光パワー、YinはSM−LD305からの励起光パワーである。すなわち、SM−LD305からの励起光パワーYにある利得係数Xを掛け合わせることで、光増幅器の利得(Pon/Pin)が決まる。なお、利得係数Xの対角項は、自分のコアに入力された励起光から得られる自己利得、対角項以外は他のコアに入力された励起光から得られるクロストーク利得である。例えば4入力、4出力の場合、利得係数Xは16個の成分X11〜X14、X21〜X24、X31〜X34、X41〜X44からなる。この16個の成分を決定するためには、4つの異なる条件でそれぞれ出力光パワー、入力光パワー、及び励起光パワーを設定して、連立方程式の数を16まで増やせば、16個の成分すべてを決定することができる。
出力光パワーPon、入力光パワーPin、励起光パワーYinは既に測定可能であるので、式1を用いて、利得係数Xの対角項成分を算出することにより、利得係数Xを算出し決定する(S14)。次に、所望の利得(Pon/Pin)が得られる励起光パワーYinを再度式1より求める(S15)。次に、算出した励起光パワーYinからSM−LD305を再設定する(S16)。すなわち、各コアに対応するSM−LD305の動作としては、クロストーク量が大きく他のコアへの信号の移動が多いときは、それを補正するためSM−LD305の設定値を大きくする動作となる。逆に、クロストーク量が小さく他のコアへの信号の移動が少ないときは、それを補正するためSM−LD305の設定値を小さくする動作となる。また、動的にクロストーク量が変化した場合でも、それを補正するように上記の動作がなされるため常に安定した利得を得ることができる。こうして、光増幅器の利得を設定する動作を完了する。
(第1実施形態の効果)
本実施形態の光増幅器によれば、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する励起光パワーを制御している。これにより、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても、安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
すなわち、SMF302の各コアへの入力光パワーを入力光パワーモニタ307aで測定し、結合型MC−EDF301を通過した媒体通過後の出力光パワーを出力光パワーモニタ307bにより測定し、出力側のWDMカプラ309で主信号と分離された残留励起光の光パワーから、クロストークモニタ308が励起光のクロストーク量を測定する。こうして測定された入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する、SM−LD305からの励起光パワーYを制御している。これにより結合型MC−EDF301のような、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態による光増幅器について、説明する。図11に本発明の第2実施形態の光増幅器の一例としてマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図11は第1実施形態と同様に、結合型マルチコア光ファイバ増幅器であり、特に結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA)である。図11の結合型MC−EDFAは、上述した第1実施形態と同様に、それぞれのコアを個別に励起してコア内の光信号を増幅するコア個別励起が可能な構造である。第1実施形態と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
(第2実施形態の構成)
図11の結合型MC−EDFAは第1実施形態と同様に、利得媒体である結合型MC−EDF301、シングルモード光ファイバの一例としてのSMF302と結合型MC−EDF301とを接続する変換媒体(FI303、FO304)を含む。さらに図11の結合型MC−EDFAは第1実施形態と同様に、波長980nmあるいは1480nmのシングルモード励起光源であるSM−LD305、及びSM−LD305を結合型MC−EDF301に結合するための波長分割多重カプラの一例としてのWDMカプラ306を含む。さらに図11の結合型MC−EDFAは第1実施形態と同様に、入力側に配置される入力光パワーモニタ307a、及び出力側に配置される出力光パワーモニタ307b、結合型MC−EDF301の出力側に配置されるクロストークモニタ308、及びFO304からの出力の一部をクロストークモニタ308に分岐するWDMカプラ309を含む。
図11の結合型MC−EDFAは、主信号の入力光パワーからSM−LD305の出力を決定するためのテーブルの一例としてのポンプテーブル(Pump table)が付加されている。ポンプテーブル311は、上述した第1実施形態で算出した利得係数Xに基づき、励起光パワーYinと利得(Pon/Pin)の関係を2次元の表にしたものである。ポンプテーブル311を参照することにより、所望の利得(Pon/Pin)を得る励起光パワーYinを簡便に決定することができる。本発明の実施形態が対象とする、コア間のクロストークは、伝送路をいったん設置すると大きくは変化しないと考えられる。よって初期の導入時に1回測定し、テーブル化することにより、運用時に波長数を変更する場合に、クロストーク絶対量を迅速に計算することができる。
さらに図11の結合型MC−EDFAは、クロストークモニタ308の測定情報をもとに、またポンプテーブル311を参照することにより、SM−LD305の励起光パワーを制御するコントローラ310aを含む。
(第2実施形態の動作)
次に、図11を用いて本実施形態の光増幅器の動作について説明する。まず、図11の光増幅器による増幅動作について説明する。第1実施形態と同様に結合型MCFの光伝送路(図示せず)を一旦SMF302に変換し、WDMカプラ306でそれぞれのSMFの主信号にSM−LD305からの励起光を重畳した後、再度FI303により結合型MC−EDF301に変換する。結合型MC−EDF301を通過する間に、SM−LD305からの光パワーが主信号に移動することにより主信号は増幅され、主信号の利得を得ることができる。
次に、一例として図11の光増幅器のAGC動作について説明する。ポンプテーブル311には、上述した第1実施形態で算出した利得係数Xに基づき、励起光パワーYinと利得(Pon/Pin)の関係が保持されている。よって所望の利得が得られる励起光パワーをコントローラ310aはポンプテーブル311を参照して求め、算出した励起光パワーからSM−LD305を再設定して、光増幅器の利得を設定する動作を完了する。
(第2実施形態の効果)
本実施形態の光増幅器によれば第1実施形態と同様に、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する励起光パワーを制御している。これにより、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても、安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
さらに本実施形態では、利得係数Xに基づき、励起光パワーYinと利得(Pon/Pin)の関係を2次元の表にしたポンプテーブル311を参照することにより、光増幅器の所望の利得(Pon/Pin)を得る励起光パワーYinを簡便に決定することができる。
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態による光増幅器について、説明する。図12に本発明の第3実施形態の光増幅器の一例としてマルチコア光ファイバ増幅器を示す。図12は結合型マルチコア光ファイバ増幅器であり、特に結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA)である。図12の結合型MC−EDFAは、上述した第1実施形態や第2実施形態と同様に、それぞれのコアを個別に励起してコア内の光信号を増幅するコア個別励起が可能な構造である。第1実施形態や第2実施形態と同様な要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明は省略することとする。なお本実施形態では、第1実施形態や第2実施形態と比べて簡便な設定方法を提案する。
(第3実施形態の構成)
図12の結合型MC−EDFAは第1実施形態や第2実施形態と同様に、利得媒体である結合型MC−EDF301、シングルモード光ファイバの一例としてのSMF302と結合型MC−EDF301とを接続する変換媒体(FI303、FO304)を含む。さらに図12の結合型MC−EDFAは第1実施形態や第2実施形態と同様に、波長980nmあるいは1480nmのシングルモード励起光源であるSM−LD305、及びSM−LD305を結合型MC−EDF301に結合するための波長分割多重カプラの一例としてのWDMカプラ306を含む。さらに図12の結合型MC−EDFAは第1実施形態や第2実施形態と同様に、入力側に配置される入力光パワーモニタ307a、及び出力側に配置される出力光パワーモニタ307bを含む。さらに図12の結合型MC−EDFAは第1実施形態や第2実施形態と同様に、結合型MC−EDF301の出力側に配置されるクロストークモニタ308、及びFO304からの出力の一部をクロストークモニタ308に分岐するWDMカプラ309を含む。
さらに図12の結合型MC−EDFAは第2実施形態と同様に、主信号の入力光パワーからSM−LD305の出力を決定するためのテーブルの一例としてのポンプテーブル(Pump table)が付加されている。ポンプテーブル311は、上述した第1実施形態で算出した利得係数Xに基づき、励起光パワーYinと利得(Pon/Pin)の関係を2次元の表にしたものである。ポンプテーブル311を参照することにより、所望の利得(Pon/Pin)を得る励起光パワーYinを簡便に決定することができる。
さらに図12の結合型MC−EDFAは第2実施形態と同様に、クロストークモニタ308の測定情報をもとに、またポンプテーブル311を参照することにより、SM−LD305の励起光パワーを制御するコントローラ310aを含む。
さらに本実施形態の結合型MC−EDFAでは、図12に示すように、主信号の出力光パワーから余剰利得をカットするイコライザ312が付加されている。
(第3実施形態の動作)
次に、図12、図13を用いて本実施形態の光増幅器の動作について説明する。図13は、図12の光増幅器の利得を設定するための動作を示すフローチャートである。
まず、図12の光増幅器による増幅動作について説明する。第1実施形態や第2実施形態と同様に、結合型MCFの光伝送路(図示せず)を一旦SMF302に変換し、WDMカプラ306でそれぞれのSMFの主信号にSM−LD305からの励起光を重畳した後、再度FI303により結合型MC−EDF301に変換する。結合型MC−EDF301を通過する間に、SM−LD305からの光パワーが主信号に移動することにより主信号は増幅され、主信号の利得を得ることができる。
次に、一例として図12の光増幅器のAGC動作について説明する。SM−LD305の出力をあらかじめ決められた初期値に設定し、SM−LD305を駆動する。次に、入力光パワーモニタ307aにより各コアへの入力光パワー、及び出力光パワーモニタ307bにより媒体通過後の出力光パワーを測定する(S21)。次に、測定した光パワーから所望の利得を得る各コアのSM−LD305の設定値を算出する(S22)。次に、参照した設定値に基づきSM−LD305を駆動する(S23)。次に、出力側のWDMカプラ309で主信号と分離された励起残留光パワーから、クロストークモニタ308が励起光のクロストーク量を測定する(S24)。次に、各コアのうち最小利得が所望の利得以上となるようにしつつ、かつ各コアから他のコアへのクロストーク量を同一値にして各コアのSM−LD305を再設定する(S25)。上述したように本発明の実施形態が対象とする、コア間のクロストークとは、光ファイバ増幅器の構造や環境などで決まる。導入時に1回測定を行い、上述した式1に基づいて利得係数XとSM−LD305からの励起光パワーなどとの関係が特定できる。この関係に基づいて、各コアから他のコアへのクロストーク量を同一にすることができる。次に、再度、出力光パワーモニタ307bにより各コアの出力信号光パワーを測定する(S26)。次に、各コアの余剰利得をイコライザ312でカットする(S27)。なおこの余剰利得とは、コアの利得のうち、上記所望の利得(所望値)を超えた部分を指す。
(第3実施形態の効果)
本実施形態の光増幅器によれば第1実施形態や第2実施形態と同様に、各コアへの入力光パワー、利得媒体通過後の出力光パワー、励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する励起光パワーを制御している。これにより、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても、安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
さらに本実施形態では、利得係数Xに基づき、励起光パワーYinと利得(Pon/Pin)の関係を2次元の表にしたポンプテーブル311を参照することにより、所望の利得(Pon/Pin)を得る励起光パワーYinを簡便に決定することができる。
さらに本実施形態では、イコライザ312をさらに含むことにより、主信号の出力光パワーから余剰利得をカットすることができ、光増幅器の各コアの利得特性をより一層所望のものに近づけることができる。このように、各コアのうち最小利得が所望の利得以上となるようにしつつ、各コアから他のコアへのクロストーク量を同一値として励起光パワーを設定し、利得が所望値を超えたコアについては、これをイコライザ312でカットすることにより、すべてのコアで所望の利得を得ることができる。成分が変数である利得係数Xを求めた後、入力光パワーPi1に対する、出力光パワーPo1及び励起光パワーYinの組み合わせを計算して設定値を厳密に求める第1実施形態や第2実施形態と比べて、本実施形態では簡便に設定することができる。
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態による光通信ネットワークについて、図14を参照して詳細に説明する。図14は、第4実施形態の光通信ネットワークの構成図である。
本実施形態の光通信ネットワークは、ノード101と、クライアント(図示せず)からのパス設定要求を受け付けて経路探索を行い、経路探索の結果に基づき各ノード101に切り替え等の指示を行うネットワーク管理システムの一例としてのNMS102と、ノード101とノード101との間の伝送路に挿入されたマルチコア光ファイバ増幅器の一例としての結合型マルチコア・エルビウムドープ光ファイバ増幅器(結合型MC−EDFA401)と、を含んで構成される。本実施形態のネットワークの結合型MC−EDFA401は、上述した第1実施形態乃至第3実施形態の結合型MC−EDFAのいずれの構成を用いても構わない。
(第4実施形態の動作)
次に、図14、図15を用いて本実施形態の光通信ネットワークの動作、特にノードへトランスポンダを増設する場合の動作について説明する。図15は、本実施形態の光通信ネットワークの設定のための動作を示すフローチャートである。NMS102が、トランスポンダを増設する必要のあるノード101に対して、増設する台数、波長、変調フォーマット等の設定情報を通知する(S31)。次に、設定情報が通知されたノード101は、通知された設定情報に基づきトランスポンダを立ち上げる(S32)。なお、送信が開始された増設トランスポンダの信号は、伝送路に設置された結合型MC−EDFA401により増幅され、光損失が補償される。言い換えると、結合型MC−EDFA401において利得が補償される(S33)。次に、ネットワークのノードのうち受信ノードにおいて、送信された信号の品質を確認する(S34)。信号品質の確認の結果、所定の信号品質が満たされていれば、送信ノードのトランスポンダと受信ノードのトランスポンダとの間で、光通信ネットワークは本信号の通信を開始する(S35)。
(第4実施形態の効果)
本実施形態の光通信ネットワークによれば、ノード101間を結ぶ伝送路に挿入された光増幅器に、上述した第1実施形態乃至第3実施形態の結合型MC−EDFAを採用している。
上述した第1実施形態乃至第3実施形態の結合型MC−EDFAによって、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても安定的な増幅を行うことができ、これにより各コア間で利得が同一となるような制御を実現している。このような光増幅器を用いた、本発明の実施形態の光通信ネットワークによれば、安定した通信設定が可能になる。
〔上位概念の実施形態〕
次に、本発明の上位概念の実施形態による光増幅器について、図16を参照して説明する。図16は、上位概念の実施形態の光増幅器の構成図である。本実施形態の光増幅器は、上述した詳細な実施形態と同様に、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体351に用いた光増幅器である。図16の光増幅器は、入力光パワーモニタ352と、出力光パワーモニタ353と、クロストークモニタ354と、コントローラ355とを含む。入力光パワーモニタ352は、マルチコア光ファイバの複数のコアへの入力光の光パワーをモニタする。出力光パワーモニタ353は、マルチコア光ファイバを通過した利得媒体351通過後の上記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタする。クロストークモニタ354は、上記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタする。コントローラ355は、上記モニタされた入力光の光パワー、上記モニタされた出力光の光パワー、及び上記モニタされた上記コア間のクロストーク量を元に、上記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する。
本実施形態の光増幅器では、各コアへの入力光パワー、利得媒体351通過後の出力光パワー、及び励起残留光パワーから得られるクロストーク量から、各コアに注入する励起光パワーを制御している。これにより、コア間のクロストークが大きいマルチコア光ファイバ増幅器においても、安定的な増幅を行うことができる。これにより、各コア間で利得が同一となるように制御することができる。
さらにこのような光増幅器を用いた、本発明の実施形態の光通信ネットワークによれば、安定した通信設定が可能になる。
〔その他の実施形態〕
以上、いくつかの実施形態を本発明の好ましい実施形態として説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。
例えば上述した実施形態では、不純物イオンドープ光ファイバの一例として、エルビウムイオンドープ光ファイバ(EDF)、不純物イオンドープ光ファイバ増幅器の一例として、エルビウムイオンドープ光ファイバ増幅器(EDFA)で説明したが、これに限られるものではない。エルビウム以外の希土類元素、例えばイッテルビウム(Yb)、ネオジム(Nd)、ツリウム(Tm)等が増幅媒体としてドープされた不純物イオンドープ光ファイバや不純物イオンドープ光ファイバ増幅器を用いて、本発明を構成することもできる。伝送される信号光の波長帯に応じて、光ファイバに添加する希土類元素イオンが選択され、不純物イオンドープ光ファイバや不純物イオンドープ光ファイバ増幅器を構成することができる。
上述した第3実施形態では、第2実施形態と同様にポンプテーブル311を付加した構成図で説明したが、ポンプテーブル311によるメリットを望まない場合にはポンプテーブル311を省略してもよい。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器であって、
前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタする入力光パワーモニタと、
前記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の前記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタする出力光パワーモニタと、
前記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタするクロストークモニタと、
前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御するコントローラと、を含む光増幅器。
(付記2)前記クロストークモニタは、前記複数のコアからの出力光の主信号と分離された残留励起光パワーから励起光のクロストーク量を測定し、前記コア間のクロストーク量をモニタする、付記1に記載の光増幅器。
(付記3)前記複数のコアへの入力光に前記励起光を重畳するカプラをさらに含む、付記1又は付記2に記載の光増幅器。
(付記4)前記コントローラは、光増幅器の利得、利得係数及び前記励起光の励起光パワーの関係に基づいて、前記励起光の励起光パワーを制御する、付記1乃至付記3のいずれか一つに記載の光増幅器。
(付記5)前記利得係数及び前記励起光の励起光パワーを表にしたポンプテーブルをさらに含み、
前記コントローラは前記ポンプテーブルを参照して前記励起光の励起光パワーを制御する、付記4に記載の光増幅器。
(付記6)前記複数のコアからの出力光の余剰利得をカットするイコライザをさらに含む、付記1乃至付記5のいずれか一つに記載の光増幅器。
(付記7)前記コントローラは、前記コア間のクロストーク量が実質的に同一になるように、かつ光増幅器の最小利得が所望の利得以上となるように、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、付記1乃至付記6のいずれか一つに記載の光増幅器。
(付記8)前記クロストークモニタは、各コアで波長が異なる励起光源の波長差を認識して前記クロストーク量を測定する、付記1乃至付記7のいずれか一つに記載の光増幅器。
(付記9)前記クロストークモニタは、異なる周波数の信号を重畳した励起光源の周波数差を認識して前記クロストーク量を測定する、付記1乃至付記7のいずれか一つに記載の光増幅器。
(付記10)ノードとなる光通信機器と、前記光通信機器間を接続する光伝送路と、前記光通信機器を制御するネットワーク管理システムと、前記光伝送路に挿入されて光信号を増幅する付記1乃至付記9のいずれか一つに記載の光増幅器と、を含む光通信ネットワーク。
(付記11)複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器の制御方法であって、
前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタし、
前記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の前記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタし、
前記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタし、
前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、光増幅器の制御方法。
(付記12)前記複数のコアからの出力光の主信号と分離された残留励起光パワーから励起光のクロストーク量を測定することによって、前記コア間のクロストーク量をモニタする、付記11に記載の光増幅器の制御方法。
(付記13)光増幅器の利得、利得係数及び前記励起光の励起光パワーの関係に基づいて、前記励起光の励起光パワーを制御する、付記11又は付記12に記載の光増幅器の制御方法。
(付記14)前記利得係数及び前記励起光の励起光パワーを表にしたポンプテーブルを参照して、前記励起光の励起光パワーを制御する、付記13に記載の光増幅器の制御方法。
(付記15)前記複数のコアからの出力光の余剰利得をカットする、付記11乃至付記14のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
(付記16)前記コア間のクロストーク量が実質的に同一になるように、かつ光増幅器の最小利得が所望の利得以上となるように、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、付記11乃至付記15のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
(付記17)各コアで波長が異なる励起光源の波長差を認識して、前記クロストーク量を測定する、付記11乃至付記16のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
(付記18)異なる周波数の信号を重畳した励起光源の周波数差を認識して、前記クロストーク量を測定する、付記11乃至付記16のいずれか一つに記載の光増幅器の制御方法。
(付記19)ノードとなる光通信機器、前記光通信機器間を接続する光伝送路、前記光通信機器を制御するネットワーク管理システム、及び前記光伝送路に挿入されて光信号を増幅する付記1乃至付記9のいずれか一つに記載の光増幅器を含む光通信ネットワークの制御方法であって、
前記ノードとなる光通信機器のうち送信ノードとなる光通信機器への機器増設の後に、
前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御することにより、前記光増幅器の利得を制御し、
前記送信ノードとなる光通信機器から前記光伝送路を経由して受信ノードとなる光通信機器へ信号光を送出し、前記受信ノードとなる光通信機器で信号品質を確認し、
前記送信ノードとなる光通信機器と前記受信ノードとなる光通信機器との間の通信を開始する、光通信ネットワークの制御方法。
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
この出願は、2019年2月22日に出願された日本出願特願2019−30342号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
101 ノード
102 NMS
201 光伝送路
202 分岐・挿入ポート
203 光伝送路の損失を補償する光スイッチ
204 トランスポンダ側ポート
205 マルチキャスト光スイッチ
206 トランスポンダ
207 ノードコントローラ
208 光増幅器
301 結合型MC−EDF
302 SMF
303 FI
304 FO
305 SM−LD
306、309 WDMカプラ
307a 入力光パワーモニタ
307b 出力光パワーモニタ
308 クロストークモニタ
310,310a コントローラ
311 ポンプテーブル
312 イコライザ
401 結合型MC-EDFA

Claims (19)

  1. 複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器であって、
    前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタする入力光パワーモニタと、
    前記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の前記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタする出力光パワーモニタと、
    前記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタするクロストークモニタと、
    前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御するコントローラと、を含む光増幅器。
  2. 前記クロストークモニタは、前記複数のコアからの出力光の主信号と分離された残留励起光パワーから励起光のクロストーク量を測定し、前記コア間のクロストーク量をモニタする、請求項1に記載の光増幅器。
  3. 前記複数のコアへの入力光に前記励起光を重畳するカプラをさらに含む、請求項1又は請求項2に記載の光増幅器。
  4. 前記コントローラは、光増幅器の利得、利得係数及び前記励起光の励起光パワーの関係に基づいて、前記励起光の励起光パワーを制御する、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光増幅器。
  5. 前記利得係数及び前記励起光の励起光パワーを表にしたポンプテーブルをさらに含み、
    前記コントローラは前記ポンプテーブルを参照して前記励起光の励起光パワーを制御する、請求項4に記載の光増幅器。
  6. 前記複数のコアからの出力光の余剰利得をカットするイコライザをさらに含む、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の光増幅器。
  7. 前記コントローラは、前記コア間のクロストーク量が実質的に同一になるように、かつ光増幅器の最小利得が所望の利得以上となるように、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の光増幅器。
  8. 前記クロストークモニタは、各コアで波長が異なる励起光源の波長差を認識して前記クロストーク量を測定する、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の光増幅器。
  9. 前記クロストークモニタは、異なる周波数の信号を重畳した励起光源の周波数差を認識して前記クロストーク量を測定する、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の光増幅器。
  10. ノードとなる光通信機器と、前記光通信機器間を接続する光伝送路と、前記光通信機器を制御するネットワーク管理システムと、前記光伝送路に挿入されて光信号を増幅する請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の光増幅器と、を含む光通信ネットワーク。
  11. 複数のコアを有するマルチコア光ファイバを利得媒体に用いた光増幅器の制御方法であって、
    前記マルチコア光ファイバの前記複数のコアへの入力光の光パワーをモニタし、
    前記マルチコア光ファイバを通過した媒体通過後の前記複数のコアからの出力光の光パワーをモニタし、
    前記複数のコアのうちコア間のクロストーク量をモニタし、
    前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、光増幅器の制御方法。
  12. 前記複数のコアからの出力光の主信号と分離された残留励起光パワーから励起光のクロストーク量を測定することによって、前記コア間のクロストーク量をモニタする、請求項11に記載の光増幅器の制御方法。
  13. 光増幅器の利得、利得係数及び前記励起光の励起光パワーの関係に基づいて、前記励起光の励起光パワーを制御する、請求項11又は請求項12に記載の光増幅器の制御方法。
  14. 前記利得係数及び前記励起光の励起光パワーを表にしたポンプテーブルを参照して、前記励起光の励起光パワーを制御する、請求項13に記載の光増幅器の制御方法。
  15. 前記複数のコアからの出力光の余剰利得をカットする、請求項11乃至請求項14のいずれか一項に記載の光増幅器の制御方法。
  16. 前記コア間のクロストーク量が実質的に同一になるように、かつ光増幅器の最小利得が所望の利得以上となるように、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御する、請求項11乃至請求項15のいずれか一項に記載の光増幅器の制御方法。
  17. 各コアで波長が異なる励起光源の波長差を認識して、前記クロストーク量を測定する、請求項11乃至請求項16のいずれか一項に記載の光増幅器の制御方法。
  18. 異なる周波数の信号を重畳した励起光源の周波数差を認識して、前記クロストーク量を測定する、請求項11乃至請求項16のいずれか一項に記載の光増幅器の制御方法。
  19. ノードとなる光通信機器、前記光通信機器間を接続する光伝送路、前記光通信機器を制御するネットワーク管理システム、及び前記光伝送路に挿入されて光信号を増幅する請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の光増幅器を含む光通信ネットワークの制御方法であって、
    前記ノードとなる光通信機器のうち送信ノードとなる光通信機器への機器増設の後に、
    前記モニタされた入力光の光パワー、前記モニタされた出力光の光パワー、及び前記モニタされた前記コア間のクロストーク量を元に、前記複数のコアへの入力光に重畳される励起光の励起光パワーを制御することにより、前記光増幅器の利得を制御し、
    前記送信ノードとなる光通信機器から前記光伝送路を経由して受信ノードとなる光通信機器へ信号光を送出し、前記受信ノードとなる光通信機器で信号品質を確認し、
    前記送信ノードとなる光通信機器と前記受信ノードとなる光通信機器との間の通信を開始する、光通信ネットワークの制御方法。
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