WO2004091121A1

WO2004091121A1 - 光増幅装置および光通信システム

Info

Publication number: WO2004091121A1
Application number: PCT/JP2003/004289
Authority: WO
Inventors: Kunihiko Isshiki
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-10-21
Also published as: EP1503528A1; JP4040044B2; EP1503528B1; US20050237600A1; US7365902B2; EP1503528A4; JPWO2004091121A1

Abstract

伝送路中を伝送する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を波長分割多重信号光に合波してラマン増幅を行う光増幅装置において、複数の励起光源のうち一の励起光源に対して、所定の周波数で励起光源から出力される励起光を強度変調する強度変調手段と、励起光によってラマン増幅された波長分割多重信号光の一部を電気信号に変換し、変換された前記電気信号から上記周波数の成分の利得変調信号を抽出する利得変調信号検出手段と、抽出された利得変調信号の所定期間における振幅が所定の値となるように、上記周波数で強度変調される励起光源から出力される励起光の強度のみを調整してラマン増幅利得を制御する制御手段と、をさらに備える。

Description

明細書光増幅装置および光通信システム技術分野 .

この発明は、光通信システムにおける光増幅装置に関し、特に、波長分割多重された主信号光（以下、 WDM主信号光という）を伝送する光増幅中継伝送システムに使用される光増幅装置および光通信システムに関するものである。背景技術

主信号光を光フアイバ中を伝送させて通信を行う光通信システムにおいて、光送信器から送出された WDM主信号光のパワーは、光ファイバ中を伝送して光受信器に到達するまでの間に、伝送損失によって低下してしまう。そして、光受信器に到達した主信号光のパワーが所定値以下の場合には、光受信器で信号光を読み取ることができずにエラーとなり、正常に光通信を行うことができないことがある。そこで、光送信器と光受信器との間に光増幅装置を設けて、この光増幅装置で主信号光のパワーを増幅して、主信号光の受けた伝送損失を補償し、光受信器に所定値以上のパワーの主信号光が入力されるようにしている。

このような光増幅装置として、主信号光が伝送する増幅媒体である光ファイバに励起光を供給し、誘導ラマン散乱という非線形現象を利用して主信号光の増幅を行うラマン増幅器がある。第 1図は、従来のラマン増幅器の概略構成を示すブロック図である（たとえば、特許文献 1参照）。このラマン増幅器は、波長； i 〜 L _sn [ i m] ( λ _Βι < λ _Βα) の η個の主信号光が波長分割多重された WD M主信号光を伝送するとともにラマン増幅する石英系ガラス光ファイバ（たとえば、 S MF ) 1 0 1と、異なる波長; L _Pi， λ _ρ2 [ πι] (； L _piく； L _p2) の励起光を発生させる 2つの励起光源 1 0 3 a， 1 0 3 bと、これらの励起光源 1 0 3 a， 1 0 3 bで発生した励起光を合波する第 1の光力ブラ 1 0 2 aと、合波された励起光を石英系ガラス光ファイバ 1 01に導入するための第 2の光力プラ 1 02 bと、ラマン増幅された WDM主信号光の石英系ガラス光ファイバ 1 01内での逆流を防ぐアイソレータ 104と、を有するものである。この例では、ラマン増幅さた主信号光の利得の波長特性を平坦化させるようにするため、 2つの励起光源 1 03 a, 1 03 bを使用している。

つぎに、このラマン増幅器の動作について説明する。伝送路でありまたラマン増幅媒体である石英系ガラス光ファイバ 10 1中には WDM主信号光が入力される。一方、 2つの励起光源 1 03 a, 1 03 bから発生した 2つの波長の異なる励起光は第 1の光力ブラ 102 aによって合波され、合波された励起光はさらに第 2の光力プラ 1 02 bによって WDM主信号光の進行方向とは逆方向に、石英系ガラス光ファイバ 1 0 1に入力される。この励起光は、増幅媒体である石英系ガラス光ファイバ 101内において、誘導ラマン散乱現象による光増幅作用をもたらし、 WDM主信号光が石英系ガラス光ファイバ 1 0 1内でラマン増幅され、出力される。

第 2図は、従来のラマン増幅器における石英系ガラス光ファイバ中の励起光/ 信号光スぺクトルおょぴラマン利得帯域を示す図である。ラマン増幅において、各励起光波長 L_Pl， λ_ρ2 [μπι] に対するラマン利得帯域は、第 2図に示されるように、各励起光波長から約 0. 1 [_Um] だけ長波長側に、ほぼ 2つの励起光の波長差分ずれた波長帯として形成される。たとえば、波長； L pi [ i m] の励起光に対するラマン利得帯域は、実線 L 1で示される領域であり、波長 λ _ρ2 ίμ m ] の励起光に対するラマン利得帯域は、破線 L₂で示される領域である。そして

、波長 Lpl，え _P2 [μΐιι] の 2つの励起光で励起した場合のラマン利得帯域は、それぞれの励起光波長に対応するラマン利得帯域が合成された実線 L₀で示されるものとなる。

この第 2図に示されるように、 WDM主信号光の最も波長の短い側に位置する主信号光は、短い波長; L piの励起光による寄与を主に受け、 WDM主信号光の最も波長の長い側に位置する主信号光は、長い波長 l_P2の励起光による寄与を主に受け、そして、 WDM主信号光の中心付近の波長は 2つの波長; L_pl，； L _p2の励起光による寄与を受けてラマン増幅される。すなわち、 WDM主信号光の中の個々の主信号光が受ける 2つの励起光の寄与の大きさは、その波長によってそれぞれ異なている。そこで、励起光の波長; L _pi、； L _p2を適切に設定し、かつ各励起光源 1 0 3 a， 1 0 3 bからの励起光のパワーを調整すれば、 WDM主信号光の波長; l _sl〜 snを含むようにラマン利得帯域を広帯域化することができる。その結果、所要の信号伝送帯域において広帯域に石英系ガラス光ファイバ 1 0 1の損失を補償することができる。 ·

また、上述した光通信システムにおいて、このようなラマン増幅器を用いて信号光の損失補償を行う光増幅伝送システムを 1つの伝送区間として、これらを縦続接続することによつて長距離光通信システムを構築することができる。このような長距離光通信システムの場合においても、それぞれの伝送区間で各励起光波長と励起光のパヮ一を調整して、伝送区間ごとのラマン利得帯域を広帯域に保つことによって、広帯域な WDM主信号光を長距離伝送することができる。

ところで、主信号光を光送信器と光受信器の中間で増幅中継する光通信システムでは、その光通信システムを構成する光中継器を遠隔制御するための制御信号を伝送するために、その光ネットワークでは、主信号光とは別にネットワーク管理情報を載せた制御信号を伝送する必要がある。そのため、デジタル変調信号光を比較的低い周波数の制御信号でさらに強度変動させ、石英系ガラス光ファイバを伝搬させる構成が知られている。たとえば、励起光を制御信号で強度変調し、この強度変調された励起光によってラマン增幅された主信号光の強度も制御信号に応じて変動することを利用して、光伝送システムにおける制御信号を主信号光に重畳する制御信号重畳装置が提案されている（たとえば、'特許文献 2参照）。

特許文献 1

特開平 1 0— 7 3 8 5 2号公報（第 2〜3頁、第 2， 4図）特許文献 2

特開平 1 1— 3 4 4 7 3 2号公報（第- 3〜4頁、第 1〜2図）しかし、従来の特許文献 1に開示されている光増幅装置においては、ラマン増幅された WDM主信号光レべノレが均一になるように個々の励起光のパワーを調整する必要があるが、第 2図に示されるように、 1つの波長の主信号光が複数の波長の励起光による寄与を受け、しかもその寄与がそれぞれの主信号光で異なるので、そのような調整が難しいという問題点があった。特に、複数の石英系ガラス光ファイバの損失やラマン利得係数にばらつきがある場合、または石英系ガラス光フアイバの損失が変動する場合に、ラマン增幅された WDM主信号光レベルが均一になるように個々の励起光のパワーを調整することは容易ではない。

また、特許文献 2に開示されている制御信号重畳装置では、光通信システムまたは光ネットワークにおいて伝送される制御信号を主信号光に重畳し、主信号光に重畳された制御信号成分が過変調状態になることを防止して主信号光の強度変調を一定に保つこと、つまり制御信号成分の変調度を安定に保つことを目的とするものであり、ラマン増幅された主信号光レベルが均一になるように、すなわちラマン増幅利得が所定の値となるように、個々の励起光のパワーを調整するものではなかった。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、光通信システムの光増幅装置において、ラマン増幅された WDM主信号光レベルが均一になるようにラマン利得を制御することができる光増幅装置と、この光増幅装置を用いた光通信システムを得ることを目的とする。発明の開示

この発明にかかる光増幅置は、伝送路中を伝搬する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を前記波長分割多重信号光に合波してラマン増幅を行う光増幅装置において、前記複数の励起光源のうち一の励起光源に対して、所定の周波数で前記励起光源から出力される励起光を強度変調する強度変調手段と、前記励起光によってラマン増幅された波長分割多重信号光の一部を電気信号に変換する光電変換手段と、変換された前記電気信号から前記周波数の成分の利得変調信号を抽出する利得変調信号検出手段と、抽出された前記利得変調信号の振幅が所定の値となるように、前記周波数で強度変調される励起光源から出力される励起光の強度のみを調整してラマン増幅利得を制御する制御手段と、をさらに備え、前記複数の励起光源の個々の励起光源に対して順に、前記所定のラマン増幅利得を得るための励起光の強度の調整を行うことを特徴とする。図面の簡単な説明

第 1図は、従来のラマン増幅器の概略構成を示すブロック図であり、第 2図は、従来のラマン増幅器における石英系ガラス光ファイバ中の励起光/信号光スぺクトルおよびラマン利得帯域を示す図であり、第 3図は、この発明にかかる光増幅装置を適用した光通信システムの構.成を;！寞式的に示す図であり、第 4図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 1の概略構成を示すプロック図であり、第 5図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 2の概略構成を示すプロック図であり、第 6図は、光送受信端局装置の概略構成を示すプロック図であり、 . 第 7図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 5の概略構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して、この発明にかかる光増幅装置および光通信システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態 1 .

第 3図は、この発明にかかる光増幅装置を適用した光通信システムの構成を模式的に示す図であり、第 4図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 1の概略構成を示すブロック図である。この光通信システムは、電気信号を光信号に変換し、複数の波長帯の光信号を波長分割多重して WDM主信号光として送信し、また逆に WDM主信号光を受信し、各波長帯の光信号に分波して電気信号に変換する光送受信端局装置 2 2 a , 2 2 b力 S、 WDM主信号光を伝送する光フアイバなどの伝送路 1で接続されており、この伝送路 1中に受信側の光送受信端局装置 2 2 bで所定の信号レベルの WDM主信号光を受信できるように、所定の数の光増幅装置 2 1 a〜2 l mが直列に多段接続されている。

光増幅装置 2 1は、波長 λ _sl〜 λ _snの複数の信号光が波長分割多重された WD M主信号光を伝送するとともにラマン増幅を行うラマン利得媒質である光フアイバ 1と、光フアイバ 1中を伝搬する" DM主信号光を増幅する波長 piの励起光であって、周波数 f 1で強度変調した励起光を発振することが可能な第 1の励起光源 3 aと、光ファイバ 1中を伝搬する WD M主信号光を増幅する波長 λ ρ2の励起光であって、周波数で強度変調した励起光を発振することが可能な第 2の励起光源 3 bと、 2つの励起光源 3 a , 3 bから発振された励起光を合波するための第 1の光力プラ 2 aと、合波された励起光を光ファイバ 1へと導く第 2の光力ブラ 2 bと、増幅された WDM主信号光の逆進を阻止して増幅動作を安定させる光アイソレータ 4と、を備えて構成される。なお、この第 3図において、 WD M主信号光は、光ファイバ 1の左側から入力されるものとする。

ここで、光ファイバ 1として、たとえば、シングルモード光ファイバ ( S MF ) の石英系ガラス光ファイバを例示することができるが、これに限られるものではなく、テルライトガラス光ファイバなどを用いることもできる。

また、第 1および第 2の励起光源 3 a， 3 bとして、ガスレーザや固体レーザなどを使用することができるが、特に、駆動電流によって励起光のパワーを制御できる半導体レーザを使用するのが好ましい。ここでは、 WDM主信号光として、たとえば、波長 1 . 5 3 πι (= λ _si) 〜 1 . 5 6 ^ m ( = λ _Βη) の帯域の光が用いられ、励起光として、波長 1 . 4 4 ^ 111 (= λ _Ρι) 、波長 1 . 4 6 πι ( = λ _ρ2) の光が用いられるものとする。

また、この光増幅装置 2 1は、ラマン増幅された WDM主信号光の一部（たとえば、 5 %) を第 2の光力ブラ 2 bより.も下流側で分岐する第³の光力ブラ ² c と、第 3の光力プラ 2 cによつて分岐された WDM主信号光を電気信号に変換する光検出器 5と、光検出器 5によって電気信号に変換された電気信号のうち、励起光を強度変調した周波数成分を抽出して利得変調信号として分離する電気フイノレタ 5と、電気フィルタ 5によって分離された利得変調信号の振幅から第 1 および第 2の励起光源 3 a， 3 bの励起光の強度を調整する制御電気回路 7と、を備えている。

制御電気回路 7は、所定のラマン利得を得るために第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bの駆動電流を求め、この求めた駆動電流で第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bを制御する機能を有する。制御電気回路 7は、第 1の励起光源 3 aの駆動電流を求める場合には、第 1の励起光源 3 aの駆動電流に周波数 f 1で強度変調された変調信号を重畳する。その結果、所定の期間内に電気フィルタ 6で得られるラマン増幅された主信号光波長における利得変調信号の波形の変化から利得変調信号の振幅を検出する。その後、この利得変調信号の振幅が所定の値の範囲内に収まるように、第 1の励起光源 3 aの強度 (パワー) を駆動電流によって調整する。そして、利得変調信号の振幅が所定の値の範囲内に収まる駆動電流が求まると、制御電気回路 7は、この駆動流をもって第 1の励起光源 3 aを駆動する。制御電気回路 7は、第 1の励起光源 3 aについての駆動電流の調整が終了すると、第 1の励起光源 3 aの駆動電流への周波数 ί 1で強度変調された変調信号の印加を止めた後に、第 2の励起光源 3 bについても同様にして、周波数 f 1 で強度変調された変調信号をその駆動電流に印加して、利得変調信号の振幅が所定の値の範囲内に収まる駆動電流を求める。そして、このようにして求められたそれぞれの励起光源 3 a , 3 bの駆動電流によって、第 1および第 2の励起光源 3 a， 3 bを駆動してラマン增 Ψ畐を行う。

つぎに、この光増幅装置 2 1の動作について、説明する。なお、以下の説明では、第 1およぴ第 2の励起光源 3 a， 3 bとして半導体レーザを使用する場合を例示する。まず、制御電気回路 7によって第 1およぴ第 2の励起光源 3 a , 3 b を駆動するための駆動電流のうち、周波数 f 1で強度変調された変調信号が第 1 の励起光源 3 aの駆動電流に重畳される。この強度変調された駆動電流が第 1の励起光源 3 aに法入されると、周波数 ί で強度変調された波長 λ piの励起光が第 1の励起光源 3 aから出射され、強度変調されていない波長； L _p2の励起光が第 2の励起光源 3 bから出射される。.第 1およぴ第 2の励起光源 3 a , 3 b力ら出射されたそれぞれの励起光は、第 1の光力プラ 2 aによって合波され、さらに合波された励起光は、第 2の光力プラ 2 bによって光ファイバ 1へと導力れる。そして、励起光は、 WDM主信号光とは逆方向に光ファイバ 1内を進行し、この光ファイバ 1中を伝搬してくる WDM主信号光を誘導ラマン散乱現象によってラマン増幅する。このとき、光ファイバ 1内で WDM主信号光は、強度変調された励起光の周波数 f 1と同じ周波数 f 1の利得変調を伴ってラマン増幅される。

ラマン增幅された WDM主信号光は、第 2の光力プラ 2 bと光アイソレータ 4 を透過して、第 3の光力プラ 2 cに入力する。第 3の光力プラ 2 cでは、 WDM 主信号光のほとんどが透過して、そのまま光ファイバ 1中を受信側の光送受信端局装置 2 2 b方向へと伝搬する力 WDM主信号光の一部（たとえば、 5 %) が分岐される。この分岐された WDM主信号光が光検出器 5に入力する。

光検出器 5で、 WDM主信号光は電気信号に変換され、変換された電気信号は、電気フィルタ 6に入力する。電気フィルタ 6では、 f 1の周波数成分を有する電気信号が抽出、分離される。この電気フィルタ 6で分離された f 1の周波数成分を有する電気信号、すなわち利得変調信号は、制御電気回路 7に入力する。制御電気回路 7では、所定の期間内に入力される利得変調信号の波形の変化から、各主信号光波長における利得変調信号の振幅が検出され、これらの利得変調信号の振幅が所定の値となるように、周波数 f 1で励起光の強度変調を行っている第 1の励起光源 3 aの駆動電流が調整される。そして、この調整された変調信号または駆動電流によって、上述した第 1の励起光源 3 aから出力される励起光のパヮ一が調整される。 .

第 1の励起光源 3 aから出力される励起光のパワーが調整されると'、制御電気回路 7によって、第 1の励起光源、 3 aは調整された値の駆動電流で一定に制御され、つぎに、第 2の励起光源 3 bの駆動電流に周波数 f iで強度変調された変調信号が重畳される。その後、上述した第 1の励起光源 3 aの駆動電流の調整と同様にして、所定のラマン利得が得られるように、すなわち利得変調信号の振幅値が所定の値となるように、第 2の励起光源 3 bの駆動電流が調整される。

第 2の励起光源、 3 bから出力される励起光のパヮ一が調整されると、制御電気回路 7によって、第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bは、それぞれ調整された駆動電流で一定に制御される。その結果、第 2図に示した光スペクトルと同様に、 WDM主信号光波長え _sl〜 λ _snを含むようにラマン利得帯域を広帯域ィヒすることができ、 WDM主信号光伝送帯域において広帯域に光ファイバ 1の損失を補償することができる。

なお、上述した説明では、光ファイバ 1上に光アイソレータ 4を設けているが、動ィ乍条件によってはこの光アイソレータ 4を省略してもよい。

つぎに、この光増幅装置 2 1を備える光通信システムにおける動作について説明する。第 3図に示されるように、光送受信端局装置 2 2 aから光送受信端局装置 2 2 bに向かって WDM主信号光が伝搬し、光送受信端局装置 2 2 a (WDM 主信号光の上流）側から順に、第 1の光増幅装置 2 1 a、第 2の光増幅装置 2 1 b、 · ' 、第 mの光増幅装置（mは任意の自然数） 2 1 mが設置されているものとする。

光通信システムのラマン利得の制御にあたって、まず送信側の光送受信端局装置 2 2 a側に設置された第 1の光増幅装置 2 1 a力上述した方法によって、ラマン増幅された WDM主信号光の利得変調信号の振幅が所定の値となるように、 •第 1の光増幅装置 2 1 a内の励起光の,駆動電流を制御する。この第 1の光増幅装置 2 1 aにおける励起光源のすべての駆動電流の制御が完了すると、たとえば、光通信システムの監視制御を行う信号を用いて、第 2の光増幅装置² 1 bに励起光源の駆動電流の制御を行う指令が伝達される。この指令を受けると、第 2の光増幅装置 2 1 bは、その励起光源の駆動電流を、上述した方法によって、調整する。

このようにして、光通信システムに設置される光増幅装置 2 1が、 WDM主信号光の上流側に配置された装置から順にその励起光源の駆動電流を調整する。すベての光増幅装置 2 1で駆動電流の調整が行われると、それらの調整された所定の駆動電流で、光送受信端局装置 2 2 aから送信され光ファィバを伝送してくる WDM主信号光をラマン増幅し、ラマン増幅された WD M主信号光が光送受信端局装置 2 2 bに到達する。

なお、第 4図では、光増幅装置 2 1に励起光源 3 a， 3 bが 2つ設けられる場合を示したが、これに限られるものではなく、任意の数の励起光源を設けることができる。この場合にも、 1つの励起光源ずつ、所定のラマン増幅利得を得るための励起光強度の調整が行われる。なお、励起波長数 2 sの場合における励起光強度の調整手順として、最短波、最長波、 2番目に短い波長、 2番目に長い波長、 · · ·、 s番目に短レ、波長、 s番目に長レ、波長という順番に励起光強度を設定してもよい。さらに、各信号光レベルが所定の範囲内に収まるまでそれを繰り返すようにしてもよい。外側の励起波長ほどラマン利得に寄与する信号波長数が少ないため、高い励起光強度が必要となり、かつ短レ、励起波長ほど励起光間のラマン遷移で減少するため、高い励起光強度が必要となる。したがって、励起光強度が高い順番、すなわちラマン利得への寄与が大きレ、順番に調整している前記手順によつて効率的に制御を収束させることができる。

この実施の形態 1によれば、光増幅装置 2 1内の励起光源 3の駆動電流を所定の周波数で強度変調し、励起光源 3から出力される励起光を強度変調してラマン利得に強度変調を与え、ラマン増幅された主信号光に重畳された利得変調信号を分離して検出し、この検出した利得変調信号の振幅が所定値となるように励起光のパワーを調整してラマン利得を制御することを、異なる波長の励起光を出力する励起光源 3ごとに、時間をずらして同じ周波数の強度変調信号を用いて行うようにしたので、所要の WDM主信号光の伝送帯域を含むようにラマン利得を広畨域化することができるとともに、ラマン増幅された WDM主信号光レベルを均一にすることが可能となる。また、利得変調信号の振幅が所定の範囲内となるように、励起光源 3 a , 3 bから出力される励起光の強度を調整するように構成したので、主信号光の調整が容易になるという効果も有する。

また、光ファイバ 1中を伝搬する WDM主信号光の上流側に設けられた光増幅装置 2 1から順番に 1台ずつ、上記のように励起光源 3の駆動電流を調整するようにしたので、広帯域で信号光レベルが均一にされた WDM主信号光を長距離伝送することが可能となる。

実施の形態 2 .

実施の形態 1では、光増幅装置 2.1内の励起光源 3の駆動電流に印加する強度変調信号の周波数 f 1を各励起光源 3で共通にするようにしたので、ラマン増幅を行う際の励起光源 3の駆動電流の調整を時間的にずらして行っていたが、この実施の形態 2では、複数の励起光源 3における駆動電流の調整を同時期に行うことが可能な光増幅装置 2 1について説明する。

第 5図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 2の概略構成を示すプロック図である。この光増幅装置 2 1は、実施の形態 1の第 4図において、制御電気回路 7が、第 1およぴ第 2の励起光源 3 a , 3 bの駆動電流に、周波数 f i, f aで強度変調された変調信号を印加するように構成され、電気フィルタ 6は、強度変調されたラマン増幅利得を有する WDM主信号光の電気信号から、それぞれの周波数， f ₂成分の利得-変調信号を同時に抽出、分離することができるように、第 1および第 2の電気フィルタ 6 a , 6 bの 2つに分離された構成となつている。なお、実施の形態 1の第 4図と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略している。また、以下の説明では、第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bとして半導体レーザを使用する場合を例示する。

第 1の電気フィルタ 6 aは、光検出器 5からの電気信号から周波数 f i成分の利得変調信号を抽出して、制御電気回路 7に出力し、また、第 2の電気フィルタ 6 bは、光検出器 5からの電気信号から周波数 f 2成分の利得変調信号を抽出して、制御電気回路 7に出力する。

制御電気回路 7は、第 1の励起光源 3 aの駆動電流には周波数 f 1で強度変調された変調信号を印加し、同時に第 2の励起光源 3 の駆動電流には周波数 f 2 で強度変調された変調信号を印加する。また、第 1および第 2の電気フィルタ 6 a , 6 bから周波数ごとに所定の期間内に入力される利得変調信号の波形の変化を用いて、各主信号光波長における利得変調信号の振幅を検出する。その後、これらの利得変調信号の振幅が所定の値の範囲内に収まるように、それぞれの周波数に対応する第 1およぴ第 2の励起光源 3 a , 3 bの強度（パワー）を駆動電流によって調整する。そして、利得変調信号の振幅が所定の値の範囲内に収まる駆動電流が求まると、制御電気回路 7は、これらの駆動電流をもって第 1および第 2の励起光源 3 a， 3 bを駆動する。また、同時に、第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bの駆動電流への周波数 f 1, f 2で強度変調された変調信号の印加を止める。

つぎに、この光増幅装置 2 1の動作について説明する。まず、制御電気回路 7 によって第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bを駆動するための駆動電流に、周波数 f i， f ₂でそれぞれ強度変調された変調信号が同時に重畳される。この重畳された駆動電流が第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bに注入されると、所定の変調度を有する周波数 f i，' f ₂で強度変調された波長; L pi, ； L_p2の励起光がそれぞれ第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bから出射される。第 1および第 2の励起光源 3 a， 3 bから出射されたそれぞれの励起光は、第 1の光力ブラ 2 aによつて合波され、さらに合波された励起光は、第 2の光力ブラ 2 bによって光ファィバ 1へと導かれる。そして、励起光は、 WDM主信号光とは逆方向に光フアイパ 1內を進行し、この光ファイバ 1中で光送受信端局装置 2 2 a側から入力してきた WDM主信号光を誘導ラマン散乱現象によってラマン増幅する。このとき、光ファイバ 1内で WDM主信号光は、強度変調された 2つの励起光の周波数 f 1 ， f 2の利得変調を伴ってラマン増幅される。

ラマン増幅された WDM主信号光は、第 2の光力ブラ 2 bと光アイソレータ 4 を透過して、第 3の光力ブラ 2 cに入力する。第 3の光力ブラ² cでは、 WDM 主信号光のほとんどが透過して、そのまま光ファイバ 1中を受信側の光送受信端局装置 2 2 bへと伝播するが、 WDM主信号光の一部（たとえば、 5 %) が分岐される。この分岐された WDM主信号光が光検出器 5に入力する。

光検出器 5で、 WDM主信号光は電気信号に変換され、変換された電気信号は、第 1およぴ第 2の電気フィルタ 6 a， 6 bに入力する。第 1の電気フィルタ 6 aでは、 f j_の周波数成分を有する利得変調信号が抽出、分離され、第 2の電気フィルタ 6 bでは、 f ₂の周波数成分を有する利得変調信号が抽出、分離される。これらの第 1および第 2の電気フィルタ 6 a， 6 bで分離されたそれぞれ f i , f ₂の周波数成分を有する利得変調信号は、制御電気回路 7に入力する。

制御電気回路 7では、所定の期間内に入力される利得変調信号の波形の変化から、各信号光波長における利得変調信号の振幅が検出され、これらの利得変調信号の振幅が所定の値となるように、上記周波数で励起光の強度変調を行っている励起光源 3 a， 3 bの駆動電流の強度が調整される。そして、この調整された駆動電流によって、上述した第 1および第 2の励起光源 3 a , 3 bから出力される励起光のパワーが調整され、所定のラマン利得を得ることが可能な値に制御される。

なお、上述した説明では、光ファイバ 1上に光アイソレータ 4を設けているが、動作条件によってはこの光アイソレータ 4を省略してもよい。

また、このような構成の光増幅装置を備える光通信システムにおいては、実施の形態 1で説明したように、 WDM主信号光を送信する光送受信端局装置 2 2 a の側に設置されている光増幅装置 2 1 aから、 WDM主信号光が流れる下流側に向かって、 1台ずつ順番に時間をずらして、ラマン増幅利得の制御が行われる。さらに、第 5図では、光増幅装置 2 1に励起光源 3 a , 3 bが²つ設けられる場合を示したが、これに限られるものではなく、任意の数の励起光源を設けることができる。この場合には、すべての励起光源が異なる周波数の変調信号でその強度が変調され、同時に所定のラマン利得を得るための励起光強度の調整が行われる。

この実施の形態 2によれば、異なる波長の励起光をそれぞれ異なる周波数で強度変調することによってラマン増幅利得に強度変調を与え、ラマン増幅された W DM主信号光から重畳された各周波数の利得変調信号を分離して検出し、検出した各周波数の利得変調信号の振幅が所定の値となるように、上記周波数で励起光の強度変調を行っている励起光のパヮ一をそれぞれ調整することによってラマン増幅利得を制御するようにしたので、光増幅装置 2 1の励起光源 3の駆動電流の調整を単時間で行うことができる。，なお、上述した実施の形態 1， 2では、励起光の進行方向と WDM主信号光の進行方向とが逆のいわゆる後方励起構成の場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、励起光の進行方向と WDM主信号光の進行方向とが同じ前方励起構成や、 WDM主信号光の進行方向に対して、同じ方向と逆の方向に励起光を進行させる双方向励起構成であつてもよレ、。

また、上述した実施の形態 1 , 2では、ラマン増幅媒体となる光ファイバ 1が信号光の伝送路である場合を前提とした分布定数型の光増幅装置 2 1について説明したが、光増幅装置 2 1内に収納したラマン利得媒質としての光ファイバを用いてラマン増幅を行う集中定数型の光増幅装置にも同様にして適用することができる。. さらに、ラマン利得媒質として、光ファイバだけでなく石英系ガラス平面光波回路などの光導波路を用いることができる。そして、この光導波路が、フォトニック結晶構造を有するものであってもよい。

実施の形態 3 .

上述した実施の形態 1 , 2の光通信システムまたは光増幅装置 2 1の初期導入時において、 WDM主信号光の一部のチャネルが未使用の場合や、 WDM主信号光の一部が送信断となっている場合に、その欠落している主信号光波長帯のラマン増幅に寄与する励起光パワーの制御が問題となる。

そこで、一部の主信号光が欠落しているために、所定の利得変調振幅が得られない波長帯が存在する場合には、その波長帯のラマン増幅に主に寄与する励起光が予め初期設定した所定のパワーとなるように、その励起光源 3を駆動するように制御することによって、光増幅装置 2 1としての動作を維持することが可能となる。この実施の形態 3によれば、 WDM主信号光の一部の主信号光が欠落している場合には、その欠落した主信号光の波長帯に対応する励起光を予め初期設定した所定のパワーに制御するようにしたので、光増幅装置 2 1としての動作を維持することができる。

実施の形態 4 .

第 6図は、光送受信端局装置の概略構成を示すブロック図である。この光送受信端局装置 2 2は、この光送受信.端局装置 2 2に入力される電気信号を主信号光に変換して出力する第 1〜第 'nの電気/光変換部（nは、任意の自然数であり、波長多重する主信号光波長—帯の数である） 3 l _nと、 WDM主信号光を構成する個々の主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する第 1〜第 sの補助信号光光源 ( sは、任意の自然数である） 3 1 i〜 3 1 _sと、第 1〜第 nの信号光光源 3 1 i〜 3 1 _n.から出力される主信号光第 1〜第 sの補助信号光光源 3 1 i〜 3 l _sから出力される補助信号光とを波長分割多重する光合波器 3 3と、を備えて構成される。

第 1〜第 nの電気/光変換部 3 : 〜3 I nは、図示しないが、信号源からのデジタル信号に送信符号処理を行う送信符号処理部と、信号光を出力する半導体レ一ザと、半導体レーザを駆動する駆動回路と、半導体レーザの出力を所定値に保つために、駆動回路による駆動電流を制御する出力レベル制御部をさらに有して構成される。このような構成によって、デジタル信号を光信号に変換している。なお、レーザ光の出力を光強度変調器によって変調する場合には、出力レベル制御部は、この光強度変調器を制御して、レーザ光の出カレべノレを所定値に保つ。第 1〜第 sの補助信号光光源 3 1 i〜 3 1 _sは、光通信システムに備えられる光増幅装置 2 1 a〜2 l mからの励起光によるラマン増幅に寄与する波長帯であつて、しかも WDM主信号光を構成する個々の主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力し、たとえば、半導体レーザから構成される。この補助信号光光源 3 l ^ S 1 _Bの数は、光通信システム内で使用される異なる励起光の波長の数と等しレ、。 04289

16 光合波器 3 3は、第 1〜第 nの電気 Z光変換部 3 l !~ 3 l _nから出力される信号光と、第 1〜第 sの補助信号光光源 3 l i~ 3 I sから出力される補助信号光とを合波し、 WDM主信号光として光ファイバ 1へ送出する。

—方、光増幅装置 2 1では、上述した実施の形態 1または 2において、上記光送受信端局装置 2 2 aから送信される WDM主信号光のそれぞれの補助信号光における利得変調信号の振幅を検出して、この振幅値に基づいて利得制御を行う構成とする。

このような構成とすることによって、 "WDM主信号光の中で欠落している主信号光波長帯が存在しても、ラマン増幅に寄与する励起光に対応した補助信号光が存在するので、その欠落している主信号光波長帯のラマン増幅に寄与する励起光のパワーを制御することが可能となる。

この実施の形態 4によれば、光増幅装置 2 1内で使用される励起光によるラマン增幅に主に寄与する信号光波長帯の光を補助信号光として、 WDM主信号光に波長分割多重するように光送受信端局装置 2 2 a , 2 2 bを構成したので、 WD M主信号光の一部の主信号光が欠落している場合でも、その欠落している主信号光波長帯のラマン増幅に寄与する励起光のパヮ一を制御することが可能となる。実施の形態 5 .

実施の形態 4では、光送受信端局装置 2 2 a， 2 2 bに補助信号光光源 3 1 1 〜3 l _sを備えるように構成したが、補助信号光光源を光送受信端局装置 2 2 a , 2 2 bではなく、第 2図におけるそれぞれの光増幅装置 2 1内に備えるようにしてもよい。第 7図は、この発明にかかる光増幅装置の実施の形態 5の概略構成を示すプロック図である。この光増幅装置 2 1は、実施の形態 1の第 4図において、異なる波長の励起光を出力する励起光源 3 a , 3 bと同数の補助信号光光源 8 a , 8 bと、補助信号光光源、 8 a， 8 bから出力される複数の補助信号光を合波する第 4の光力ブラ 2 dと、合波された補助信号光を WDM主信号光と波長分割多重する第 5の光力ブラ 2 eとをさらに備える構成を有する。

補助信号光光源 8 a， 8 bは、光増幅装置 2 1内の励起光源 3 a , 3 bから出力される励起光によつて主にラマン増幅利得の寄与を受ける波長帯であって、 W DM主信号光を構成する個々の主信号光の波長とは重ならない波長の補助信号光を出力し、たとえば半導体レーザなどから構.成される。

このような構成とすることによって、 WDM主信号光の中で欠落している主信号光波長帯が存在しても、ラマン増幅に寄与する励起光に対応した補助信号光が存在するので、その欠落している主信号光波長帯のラマン増幅に寄与する励起光 'のパワーを制御することが可能となる。

なお、実施の形態 2の第 5図に示される構成の光増幅装置 2 1に、補助信号光を出力する補助信号光光源 8 a， 8 bと、この補助信号光光源 8 a , 8 b力、ら出力される複数の補助信号光を合波する第 4の光力ブラ 2 dと、合波された補助信号光を WDM主信号光と合波する第 5の光力プラ 2 eを備えるようにしてもよいこの実施の形態 5によれば、光増幅装置 2 1内で使用される励起光がラマン増幅に主に寄与する信号光波長帯の光を補助信号光として、 WDM主信号光に波長分割多重するように光増幅装置 2 1を構成したので、 WDM主信号光の一部の主信号光が欠落してレ、る場合でも、その欠落している主信号光波長帯のラマン増幅に寄与する励起光のパヮ一を制御することが可能となる。

なお、上述した実施の形態 1〜5の光通信システムにおいて、光通信システム内に備えられるすべての光増幅装置 2 1が利得制御を行っていない期間に、励起光源 3の駆動電流に変調信号を印加して、 WDM主信号光のラマン増幅利得を変調する機能を有する制御電気回路 7からなる利得変調手段と、ラマン増幅された WDM主信号光に重畳された利得変調信号を分離して検出する機能を有する光検出器 5、電気フィルタ 6および制御電気回路 7からなる利得変調信号検出手段を .、光通信システム内の監視や制御信号の送受信に利用する監視 ·制御手段として利用してもよい。このようにすることで、光増幅装置 2 1のラマン增幅利得制御に使用される際の利得変調手段と利得変調信号検出手段と、光通信システムの監視 ·制御に'使用される監視 ·制御手段の構成部品の一部を共通ィヒすることができ、光通信システムの構.成を簡素化することができるという効果を有する。

以上説明したように、この発明によれば、光増幅装置内の励起光源の駆動電流を所定の周波数で強度変調し、励起光源から出力される励起光を強度変調してラマン増幅利得に強度変調を与え、ラマン増幅された主信号光に重畳された利得変調信号を分離して検出し、この検出した利得変調信号の振幅が所定値となるように励起光のパワーを調整してラマン増幅利得を制御することを、異なる波長の励起光を出力する励起光源ごとに、強度変調信号を用いて行うようにしたので、所要の WDM主信号光の伝送帯域を含むようにラマン増幅利得を広帯域化することができるとともに、ラマン増幅された WDM主信号光レベルを均一にすることが可能となる。また、利得変調信号の振幅が所定の範囲内となるように、励起光源から出力される励起光の強度を調整するように構成したので、主信号光の調整が容易になるという効果も有する。さらに、光ファイバ中を伝搬する WDM主信号光の上流側に設けられた光増幅装置から順番に 1台ずつ、上記のように励起光源の励起光の強度を調整するようにしたので、広帯域で主信号光レベルが均一にされた WDM主信号光を長距離伝送することができる。産業上の利用可能性

この発明は、光ファイバを利用した波長分割多重通信システムや高密度波長分割多重通信システムに用レ、られる光中継装置として用いる場合に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 伝送路中を伝搬する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を前記波長分割多重信号光に合波してラマン i¾幅を行う光増幅装置において、

前記複数の励起光源のうち一の励起光源に対して、所定の周波数で前記励起光源から出力される励起光を強度変調する強度変調手段と、

前記励起光によってラマン増幅された波長分割多重信号光の一部を電気信号に変換する光電変換手段と、

変換された前記電気信号から前記周波数の成分の利得変調信号を抽出する利得変調信号検出手段と、

抽出された前記利得変調信号の振幅が所定の値となるように、前記周波数で強度変調される励起光源から出力される励起光の強度のみを調整してラマン増幅利得を制御する制御手段と、

を備え、前記複数の励起光源の個々の励起光源に対して順に、前記所定のラマン増幅利得を得るための励起光の強度の調整を行うことを特徴とする光増幅装置

2 . 前記制御手段は、前記波長分割多重信号光の一部の主信号光が欠落している場合に、前記欠落している主信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光を予め初期設定した出力に保つように、'前記励起光を出力する励起光源を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅装置。

3 . 前記波長分割多重信号光には、前記励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレヽ波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光がさらに波長分割多重され、

前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅装置。

4 . 前記励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレ、波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

前記補助信号光を、前記波長分割多重信号光に波長分割多重する合波手段と、をさらに備え、

5 . 伝送路中を伝搬する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を前記波長分割多重信号光に合波してラマン増幅を行う光増幅装置において、

前記複数の励起光源に対して、それぞれ異なる周波数で前記励起光源から出力される励起光を強度変調する強度変調手段と、

変換された前記電気信号から前記それぞれの周波数の成分の利得変調信号を抽出する複数の利得変調信号検出手段と、

前記複数の利得変調信号検出手段で抽出されたそれぞれの周波数の前記利得変調信号の振幅が所定の値となるように、それぞれの周波数で強度変調される励起光源から出力される励起光の強度を調整してラマン増幅利得を制御する制御手段と、

を備え、前記複数の励起光源に対して、前記所定のラマン増幅利得を得るための励起光の強度の調整が同時に行われることを特徴とする光増幅装置。

6 . 前記制御手段は、前記波長分割多重信号光の一部の主信号光が欠落している場合に、前記欠落している主信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光を予め初期設定した出力に保つように、前記励起光を出力する励起光源を制御することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光増幅装置。

7 . 前記波長分割多重信号光には、前記励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレヽ波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光がさらに波長分割多重され、

前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の光増幅装置。

8 . 前記励起光 ¾1から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレヽ波長帯で、.前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特 ¾ とする請求の範囲第 5項に記載の光増幅装置。

9 . 電気信号を光信号に変換して波長分割多重信号光を、伝送路を介して送信する光送信器と、前記伝送路を介して受信した前記波長分割多重信号光を電気信号に変換する光受信器との間に、前記伝送路中を.伝送する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を前記波長分割多重信号光に合波してラマン増幅を行い、波長分割多重信号光の伝送損失をラマン増幅によつて補償する複数の光増幅装置とが縦続接続された光通信システムであって、前記光増幅装置は、

を備え、前記光送信器側に設置されている光増幅装置から、所定のラマン増幅利得を得るための前記光増幅装置内の前記励起光源から出力される励起光の強度の調整が時間をずらして順に行われ、また、前記光増幅装置内では、前記複数の励起光源の個々の励起光源に対して、前記所定のラマン増幅利得を得るための励起光の強度の調整が時間をずらして順に行われることを特徴とする光通信システム。

1 0 . 前記光増幅装置の前記制御手段は、前記光送信器から送信される波長分割多重信号光の一部の主信号光が欠落している場合に、前記欠落している主信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光を予め初期設定した出力に保つように、前記励起光を出力する励起光源を制御することを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光通信システム。

1 1 . 前記光送信器は、

前記光増幅装置内の励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きい波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

前記信号光と前記補助信号光とを波長分割多重して波長分割多重信号光とする光合波手段と、

をさらに備え、

前記光増幅装置の前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光通信システム〇 1 2 . 前記光増幅装置は、

.前記励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレ、波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

前記補助信号光を、前記波長分割多重信号光に波長分割多重する合波手段と、 . をさらに備え、

前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前 fe補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光通信システム。 1 3 . 前記光増幅装置が、所定のラマン増幅利得を得るための前記励起光源から出力される励起光の強度調整を行 όていない場合に、

前記光増幅装置の前記強度変調手段を光通信システムの監視 ·制御信号の送信に利用し、

前記光増幅装置の前記利得変調信号検出手段および前記制御手段を、前記監視 ·制御信号の受信および制御に利用することを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光通信システム。

1 4 . 電気信号を光信号に変換して波長分割多重信号光を、伝送路を介して送信する光送信器と、前記伝送路を介して受信した前記波長分割多重信号光を電気信号に変換する光受信器との間に、前記伝送路中を伝送する波長分割多重信号光に、複数の励起光源から出力される異なる波長の励起光を前記波長分割多重信号光に合波してラマン増幅を行レ、、波長分割多重信号光の伝送損失をラマン増幅によつて補償する複数の光増幅装置が縦続接続された光通信システムであって、前記光増幅装置は、

前記複数の利得変調信号検出手段で抽出されたそれぞれの周波数の前記利得変調信号の振幅が所定の値となるように、それぞれの周波数で強度変調される励起光源から出力される励起光の強度を調整してラマン増幅利得を制御する制御手段と、 '

を備え、前記光送信器側に設置されている光増幅装置から、所定のラマン増幅利得を得るための前記光増幅装置内の前記励起光源から出力される励起光の強度の調整が時間をずらして順に行われ、また、前記光増幅装置内では、前記複数の励起光源に対して、前記所定のラマン増幅利得を得るための励起光の強度の調整が同時に行われることを特徴とする光通信システム。

1 5 . 前記光増幅装置の前記制御手段は、前記波長分割多重信号光の一部の主信号光が欠落している場合に、前記欠落している主信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光を予め初期設定した出力に保つように、前記励起光を出力する励起光源を制御することを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の光通信システム。

1 6 . 前記光送信器は、

前記光増幅装置内の励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレヽ波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

をさらに備え、

前記光増幅装置の前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の光通信システム。

1 7 . 前記光増幅装置は、

前記励起光源から出力される励起光によるラマン増幅の寄与が大きレ、波長帯で、前記波長分割多重信号光を構成する主信号光の波長帯からずれた波長帯の補助信号光を出力する補助信号光光源と、

前記補助信号光を、前記波長分割多重信号光に波長分割多重する合波手段と、をさらに備え、 .

前記制御手段は、前記利得変調信号の前記補助信号光における振幅が所定の値となるように、前記補助信号光のラマン増幅に主に寄与する励起光の強度の制御 ' を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の光通信システム。

1 8 . 前記光増幅装置が、所定のラマン増幅利得を得るための前記励起光源から出力される励起光の強度調整を行っていない場合に、 '

前記光増幅装置の前記強度変調手段を光通信システムの監視 ·制御信号の送信に利用し、前記光増幅装置の前記利得変調信号検出手段および前記制御手段を、前記監視 ■制御信号の受信および制御に利用することを特徴とする請求の範囲第 1 4項に ,記載の光通信システム。