WO2006137123A1 - ラマン光増幅器 - Google Patents

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WO2006137123A1
WO2006137123A1 PCT/JP2005/011298 JP2005011298W WO2006137123A1 WO 2006137123 A1 WO2006137123 A1 WO 2006137123A1 JP 2005011298 W JP2005011298 W JP 2005011298W WO 2006137123 A1 WO2006137123 A1 WO 2006137123A1
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intensity
raman
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signal light
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PCT/JP2005/011298
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Masao Nakata
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Fujitsu Limited
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
    • H04B10/2916—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing using Raman or Brillouin amplifiers
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
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    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems

Definitions

  • the present invention relates to a Raman optical amplifier for amplifying signal light for optical communication, an optical communication system including the Raman optical amplifier, and a control device for the Raman optical amplifier.
  • a Raman optical amplifier is an amplifier that uses an optical fiber as an amplification medium when high-intensity excitation light enters the transmission line fiber.
  • a Raman optical amplifier uses a physical phenomenon in which a Raman amplification effect is generated in a wavelength region corresponding to the wavelength of pumping light when pumping light having a certain wavelength is incident on an optical fiber.
  • Raman gain 111 to Raman gain 113 are generated by pump light 101 to pump light 103 having different wavelengths.
  • quartz glass used for optical fibers it has the maximum amplification characteristic in the wavelength region about 13.2 THz lower than the wavelength of the excitation light.For example, when Raman amplification is applied to signal light near 1550 nm. If a pump light with a wavelength around 1450 nm is used, Raman gain can be obtained efficiently.
  • a Raman optical amplifier In order to control a desired amplification characteristic, a Raman optical amplifier usually has a function of adjusting the intensity of pumping light so as to obtain a predetermined gain while monitoring the intensity of signal light. .
  • spontaneous scattering ASS: Amplified Spontaneous Scattering
  • the Raman optical amplifier has a function of subtracting the generation amount of ASS light that is a noise component to detect the intensity of the signal light.
  • a Raman optical amplifier has a function of monitoring the intensity of pumping light incident on an optical fiber, and the relational expression between the pumping light intensity and the amount of ASS light generated is stored in a memory element inside the Raman optical amplifier.
  • the generation amount of the monitored excitation light intensity force ASS light can be calculated.
  • the Raman optical amplifier uses an optical fiber as a transmission line as an amplifying medium, a) the loss or bending loss at the connection portion of the optical fiber connected to the Raman optical amplifier, etc. Local optical loss that occurs, b) optical fiber manufacturing process, c) time-lapse and temperature environment, there are individual differences in the optical characteristics of transmission line fibers.
  • each optical amplifier constituting the optical communication system calculates and monitors the intensity of the signal light by correcting the ASS light as a noise component, and obtains good transmission characteristics. There is a need. Therefore, improving the accuracy of estimating the amount of ASS light generated in Raman optical amplifiers is an issue in realizing long-distance transmission characteristics.
  • the amplifier has a function of monitoring the signal light intensity and detecting the presence or absence of the signal light. When this detection function detects the non-arrival of the signal light, it sends a communication abnormal state and shuts down the system.
  • the Raman optical amplifier Before installing the Raman optical amplifier, measure the loss distribution of the optical fiber to which the Raman optical amplifier is connected using a measuring instrument such as a time domain optical reflectometer.
  • the pre-measured ASS light generation amount according to the intensity of the pumping light and the optical fiber characteristics is stored in a storage element inside the amplifier.
  • the optical characteristics of the optical fiber obtained by the measurement are input to the Raman optical amplifier as input information when the Raman optical amplifier is installed, and information that matches the optical fiber characteristics is extracted and used. Estimate the amount of ASS light generated according to individual differences in the optical characteristics of optical fibers.
  • the Raman optical amplifier When the Raman optical amplifier is installed, pump light is incident on the transmission line from the Raman optical amplifier with the signal light blocked, and the correlation between the pump light intensity of the connected optical fiber and the amount of ASS light generated is measured. Then, during operation of the optical communication system, the ASS light generation force measured at the time of installation is estimated according to the monitored excitation light intensity. Or, apply a correction based on the amount of ASS light generation measured at the time of installation to the formula for calculating the amount of ASS light generation prepared in advance, and improve the estimation accuracy of the amount of ASS light generation.
  • the amount of information stored in the amplifier increases and is inefficient. Furthermore, if the optical characteristics of the optical fiber to be connected and the optical characteristics of the pre-measured or stored optical fiber do not match, and you are using information on an optical fiber that has a similar optical characteristic, The light characteristics match
  • Patent Document 3 As a conventional technique for monitoring the state of a transmission line fiber, for example, a method described in Patent Document 3 is known. This method has a function to monitor the intensity of excitation light that travels in opposition to signal light in the transmission line fiber in order to monitor failures such as disconnection of the transmission line fiber and opening of the optical connection part. It has a function to monitor changes in optical characteristics of optical fibers due to environmental changes over time.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication JP 2002-296145
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2004-287307
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Publication JP 2004-172750 A
  • the optical characteristics of the transmission line of an optical transmission system using a Raman optical amplifier generally differ from system to system. For this reason, even if excitation light of the same intensity is incident on the transmission line fiber, the Raman gain obtained and the intensity of the ASS light generated as a noise component differ depending on the optical characteristics of the transmission line as the amplification medium.
  • the Raman gain and the amount of ASS light generation are calculated only from the information on the intensity of the excitation light and the intensity of the signal light monitored by the Raman optical amplifier, the transmission path information is insufficient. Therefore, the pumping light is controlled based on the transmission path information of the optical characteristics of a typical optical fiber as a reference.
  • the ASS light generation amount and the Raman gain in the actual transmission path are the same as those of the Raman optical amplifier. It is different from the estimated ASS light generation amount and Raman gain. Therefore, when subtracting the amount of ASS light generation from the total light intensity of the mixture of signal light and ASS light, the correct amount of ASS light generation cannot be used, so the signal light intensity cannot be accurately grasped.
  • Patent Document 1 discloses a method for compensating for the mismatch in road characteristics by correcting the estimation error of the ASS light generation amount.
  • the optical characteristic measurement is a pre-operational work performed at the time of the installation of the Raman optical amplifier. Therefore, appropriate correction is performed for the optical characteristic change of the transmission line fiber that occurs during the operation. I will not.
  • An object of the present invention is to improve the estimation accuracy of the amount of ASS light generation, and to provide a Raman optical amplifier that can obtain good gain characteristics even when used in optical transmission systems having different optical characteristics of transmission lines. Is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a Raman optical amplifier capable of accurately detecting signal light intensity even when used in optical transmission systems having different optical characteristics of transmission lines.
  • Yet another object of the present invention is to simplify the estimation error of the amount of ASS light generated due to individual differences in the optical characteristics of the transmission line fiber used and changes in the optical characteristics of the transmission line due to environmental changes over time. It is to correct by a simple configuration.
  • the Raman optical amplifier of the present invention includes a pumping light source, a signal light monitoring unit, a target calculating unit, and a pumping light source.
  • An electromotive control unit is provided to amplify signal light including communication information from an upstream station using a transmission line fiber, and receive the amplified signal light.
  • the pumping light source supplies pumping light to the transmission line fiber toward the upstream station, and the signal light monitoring unit measures the intensity of the received signal light.
  • the target calculation unit calculates the corresponding natural scattered light intensity from the required Raman gain using the correlation between the Raman gain and the intensity of the naturally scattered light generated by the Raman amplification, and the obtained natural scattered light.
  • the target light intensity is calculated from the light intensity and the intensity of the amplified signal light.
  • the excitation light control unit controls the intensity of the excitation light output from the excitation light source so that the light intensity measured by the signal light monitor unit corresponds to the target light intensity.
  • FIG. 1 is a diagram showing Raman amplification of a plurality of wavelengths.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an optical transmission system.
  • FIG. 3 is a diagram showing an upstream relay station and a downstream relay station.
  • FIG. 4 is a diagram showing the intensity distribution of signal light and pump light in a transmission line fiber.
  • FIG. 5 is a diagram showing a first configuration of an upstream relay station and a downstream relay station.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration for exchanging control information between an upstream relay station and a downstream relay station.
  • FIG. 7 is a diagram showing the wavelength characteristics of the loss coefficient of a transmission line fiber.
  • FIG. 8 is a diagram showing wavelength characteristics of loss coefficients of different types of transmission line fibers.
  • FIG. 9 is a diagram showing changes in wavelength characteristics of optical loss accompanying changes in optical characteristics of transmission line fibers.
  • FIG. 10 is a diagram showing a breakdown of all light intensities reaching the Raman optical amplifier.
  • FIG. 11 A diagram showing the difference between the estimation result of the conventional ASS light generation amount and the actual ASS light generation amount.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the loss factor of the transmission line fiber and the pumping light intensity necessary to obtain a certain Raman gain.
  • FIG. 13 is a diagram showing a correlation between Raman gain and ASS light generation amount.
  • FIG. 14 is a flowchart of processing when a required Raman gain is given.
  • FIG. 15 is a flowchart of processing when a required signal light intensity is given.
  • FIG. 16 is a diagram showing estimation results of the amount of ASS light generated by the conventional technique and the method of the present invention.
  • FIG. 17 A diagram showing the breakdown and actual breakdown of the light intensity based on the estimation result of the conventional ASS light generation amount.
  • FIG. 18 is a diagram showing a second configuration of the upstream relay station and the downstream relay station.
  • the residual pumping light intensity monitored by the light receiving element installed in the upstream transmitting terminal station and the intensity of the pumping light incident on the transmission line fiber from the Raman optical amplifier installed in the downstream receiving terminal station are compared.
  • Monitor transmission path information that represents the optical characteristics of the transmission path fiber, such as the loss value of the transmission path fiber including the loss in the station of the receiving terminal station, from time to time.
  • the Raman gain is monitored from time to time.
  • the optical characteristics are improved. Even if a Raman optical amplifier is connected to a different transmission line, the Raman gain and the signal light intensity can be accurately adjusted to a predetermined target value.
  • FIG. 2 shows a configuration example of an optical transmission system in which such a Raman optical amplifier is installed.
  • the optical transmission system in Fig. 2 is a WDM transmission system that transmits information on a wavelength-multiplexed optical signal between a transmitting terminal station and a receiving terminal station, and n relays are provided on the transmission line connecting the terminal stations.
  • Stations 205-l to 205-n are installed.
  • the transmitting terminal station includes m transmitters 201-1 to 201-m, a multiplexer 202, and a preamplifier.
  • a vessel 203 is installed.
  • the transmitters 201-1 to 201-m generate signal lights with wavelengths ⁇ 1 to e m, and the multiplexer 202 wavelength-multiplexes those signal lights.
  • the preamplifier 203 amplifies the output of the multiplexer 202 to a strong signal light for the purpose of compensating for optical loss in the transmission line, and sends it to the transmission line.
  • the relay station 205-n and the preamplifier 206 are connected by a transmission line fiber 204- (n + 1).
  • Each relay station has a rare earth-doped optical fiber amplifier or a Raman optical amplifier as an optical amplifier that amplifies the signal light that has become minute due to the optical loss of the upstream transmission line fiber and sends it to the downstream transmission line fiber. , Slippery or both are installed.
  • the receiving terminal station is provided with a preamplifier 206, a duplexer 207, and m receivers 208-1 to 208-m.
  • the preamplifier 206 amplifies the signal light that is output from the relay station 205-n and then becomes minute due to the optical loss of the transmission line fiber 204-(n + 1), and sends it to the demultiplexer 207.
  • the demultiplexer 207 demultiplexes the signal light to generate signal light of each wavelength, and the receivers 208-1 to 208-m receive the signal light.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the intra-station transmission apparatus of the upstream relay station and the downstream relay station that are included in the optical transmission system of FIG.
  • an upstream relay station 301 and a downstream relay station 303 are connected by a transmission line fiber 302.
  • the upstream relay station 301 includes an EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), which is a rare earth-added optical fiber amplifier.
  • EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier
  • the downstream relay station 303 is installed with a fiber Raman optical amplifier (FRA) 312 and an EDFA 313 force, respectively.
  • FFA fiber Raman optical amplifier
  • the upstream relay station 301 can be provided with the same FRA as the downstream relay station 303.
  • FIG. 4 shows the intensity distribution of the signal light and the excitation light in the transmission line fiber 302 of FIG.
  • the signal light that has been amplified and strengthened by the EDFA 311 is transmitted from the upstream relay station 301 to the transmission line fiber 302, and transmitted to the downstream relay station 303 while losing its intensity due to light loss in the transmission line.
  • the signal light is Raman-amplified to increase the intensity.
  • the signal light is transmitted to the next transmission line fiber.
  • FIG. 5 shows a more detailed configuration of the transmission apparatuses of the upstream relay station 301 and the downstream relay station 303 in FIG.
  • the upstream relay station 301 includes an EDFA 311, an excitation light extraction unit 501, an excitation light monitor unit 502, and an upstream station controller 503, and the downstream relay station 303 includes a Raman optical amplifier 312, an EDFA 313, and a downstream station controller 518.
  • the Raman optical amplifier 312 of the downstream relay station 303 includes an optical circulator 511, an optical demultiplexer 512, an excitation light source 513, an excitation light monitoring unit 514, a signal light monitoring unit 515, an excitation light control unit 516, and target light.
  • An intensity calculation unit 517 is included.
  • the excitation light control unit 516 and the target light intensity calculation unit 517 are realized by an information processing device including a CPU (Central Processing Unit) and a memory, for example.
  • the optical circulator 511 of the Raman optical amplifier 312 inserts the pumping light emitted from the pumping light source 513 into the transmission line fiber 302 and outputs the signal light incident from the transmission line fiber 302 to the optical demultiplexer 512.
  • the optical demultiplexer 512 branches the signal light from the optical circulator 511 into two, outputs one to the signal light monitor unit 515, and outputs the other to the EDFA 313.
  • the pumping light extraction unit 501 of the upstream relay station 301 extracts the pumping light emitted from the downstream relay station 303 and optically attenuated by the transmission line fiber 302, and outputs the pumping light to the pumping light monitoring unit 502.
  • the signal light amplified by the EDFA 311 is emitted to the transmission line fiber 302.
  • an optical circulator is used as the excitation light extraction unit 501.
  • the EDFA 311 includes an output light monitoring unit that monitors the intensity of the signal light output to the transmission line fiber 302.
  • the upstream station control device 503 transmits monitoring information such as signal light intensity and excitation light intensity to the downstream station control device 518.
  • the excitation light source 513 is, for example, light that generates light of a specific wavelength, such as a laser diode. Consists of sources. Quartz glass used for optical fibers has the maximum amplification characteristics in the wavelength region about 13.2 THz lower than the wavelength of the pumping light, and uses a pumping light source with a wavelength corresponding to the signal light wavelength. May be configured. In addition, when a wide range of signal lights in a wavelength band is amplified together as in a WDM transmission system, a plurality of light sources having different wavelengths may be provided.
  • the signal light monitor unit 515 detects the total amount of noise light components mixed with a part of the signal light whose transmission path force is also branched by the optical demultiplexer 512, and uses the intensity as a target light intensity calculation unit 517.
  • the noise light component refers to the ASS light generated by the Raman amplification effect when high-intensity light (excitation light) is incident on the transmission line fiber 302 from the Raman optical amplifier 312, and the upstream relay station 301. Refers to light that includes a component with noise light superimposed on the optical amplifier
  • the excitation light monitor unit 514 monitors the output intensity of the excitation light emitted from the excitation light source 513 to the transmission line fiber 302.
  • the pumping light output intensity corresponds to the light intensity input to the transmission line fiber 302.
  • the control signal output from the pump light control unit 516 and the pump light intensity at the transmission line fiber input end when the Raman optical amplifier is manufactured By providing the pump light monitor unit 514 inside the Raman optical amplifier 312, the control signal output from the pump light control unit 516 and the pump light intensity at the transmission line fiber input end when the Raman optical amplifier is manufactured.
  • the light intensity force emitted from the excitation light source 513 is calculated by calculating the excitation light intensity at the input end of the transmission line fiber using the optical loss of the components that make up the optical circulator 511 and the excitation light source 513.
  • the light output intensity can be acquired.
  • the excitation light monitoring unit 514 may collectively monitor the excitation light of a plurality of wavelengths of the excitation light source 513, which may monitor the excitation light for each wavelength according to each wavelength of the excitation light source 513.
  • the target light intensity calculation unit 517 calculates the signal light intensity required for the Raman optical amplifier 312, the ASS light generation amount estimated from the Raman gain, and the accumulated noise component of the optical transmission system accumulated from the upstream relay station. The total is calculated as the target light intensity. Then, the total amount of the signal light and the noise light component detected by the signal light monitor unit 515 is compared with the calculated target light intensity.
  • the intensity of the accumulated noise component is the control information between adjacent relay stations, and the optical signal
  • the signal is transmitted from the upstream relay station 301 to the Raman optical amplifier 312 by being exchanged between the upstream station control device 503 and the downstream station control device 518 in an electric signal.
  • the amount of ASS light generated is the intensity of the ASS light generated by the Raman amplification phenomenon, and the Raman gain and the amount of ASS light generated by the Raman amplification phenomenon are uniform according to the characteristics of the transmission line fiber 302. There is a strong correlation.
  • the signal light intensity force required for the Raman optical amplifier 312 can also calculate the Raman gain, and estimate the amount of ASS light generated from this Raman gain. Alternatively, it is possible to estimate the amount of ASS light generated from the Raman gain required for the Raman optical amplifier 312.
  • the target light intensity Pall-target calculated by the target light intensity calculation unit 517 is the Raman-amplified signal light P ( ⁇ ), the ASS light generation amount Pass generated in the transmission line fiber 302, and
  • Equation (1) is an equation expressed in linear units such as milliwatts. Assume that the signal light intensity P ( ⁇ ) is expressed in log units such as dBm.
  • the signal light intensity is assumed to be a value expressed in log units.
  • the pumping light control unit 516 obtains a predetermined Raman gain or optimizes the signal-to-noise ratio characteristics of the optical transmission system, so that the pumping light intensity monitored by the pumping light monitoring unit 514 is the target light intensity.
  • the excitation light source 513 is controlled so that the target light intensity calculated by the calculation unit 517 is obtained.
  • the light intensity that is the control target of the excitation light controller 516 is the target light intensity input from an external computing device instead of the target light intensity calculated by the target light intensity calculator 517 of the Raman optical amplifier 312. You may use the value based on.
  • the pump light control unit 516 has a Raman optical amplifier 312 corresponding to each wavelength according to the wavelength characteristics of the gain. It is also possible to control the ratio of the excitation light intensities P to P. Next, the basic operation of each part of the upstream relay station 301 will be described.
  • the pumping light monitoring unit 502 is emitted from the downstream relay station 303 to the transmission line fiber 302 facing the traveling direction of the signal light, and after being attenuated by Rayleigh scattering in the transmission line, reaches the upstream relay station 301. Monitor the intensity of the excitation light.
  • the optical loss of the pumping light extraction unit 501 is used to connect the signal light output end of the upstream relay station 301 and the transmission line fiber 302. Calculate the light intensity at.
  • the excitation light monitoring unit 502 collectively monitors the excitation light of multiple wavelengths of the excitation light source 513, which may monitor the excitation light for each wavelength according to each wavelength of the excitation light source 513 of the downstream relay station 303. You may do it.
  • the output light monitoring unit in the EDFA 311 monitors the signal light intensity output from the upstream relay station 301 to the transmission line fiber 302.
  • a monitoring method a part of the signal light is extracted by an optical demultiplexer and the signal light intensity output to the transmission line fiber 302 is monitored, or the output signal light intensity of a central device such as ED FA311 is used. The method of calculating the signal light intensity is used.
  • the upstream station controller 503 receives the pumping light residual intensity monitored by the pumping light monitoring unit 502 and the output signal light intensity monitored by the output light monitoring unit. : Amplified Spontaneous Emission) Transmits information on the accumulated noise component of light to the downstream station controller 518.
  • the downstream station control device 518 controls the Raman optical amplifier 312 by monitoring the operation status between adjacent stations, such as the state of the transmission line fiber 302, based on the information received from the upstream station control device 503. To do.
  • the downstream station control device 518 can also control all or some of the components of the transmission device installed in the downstream relay station 303 including the Raman optical amplifier 312. Alternatively, the downstream station controller 518 may be provided in the Raman optical amplifier 312 to control only the Raman optical amplifier 312!
  • FIG. 6 shows an example of a configuration for transferring control information between relay stations between the upstream station control device 503 and the downstream station control device 518.
  • the upstream station controller 503 places inter-relay station control information on an optical signal called SV (Supervisory) light, and To station 518.
  • SV Supervisory
  • the upstream repeater station 301 is provided with an optical multiplexer 601 and an SV optical transmitter 602
  • the downstream repeater station 303 is provided with an optical demultiplexer 611 and an SV optical receiver 612. .
  • the SV light emitted from the upstream relay station 301 travels from the upstream relay station 301 toward the downstream relay station 303 in the same fiber as the transmission line fiber 302 through which the signal light passes.
  • the pumping light monitor unit 502 outputs the pumping light residual intensity
  • the output light monitoring unit in the EDFA 311 outputs the output signal light intensity to the upstream station control device 503, respectively.
  • the upstream station control device 503 outputs the received information to the SV light transmission unit 602 as inter-relay station control information, and the SV light transmission unit 602 converts the optical signal carrying the inter-relay station control information into SV light. Output.
  • the outputted SV light is inserted into the transmission line fiber 302 through which the signal light passes through the optical multiplexer 601 and reaches the downstream relay station 303.
  • As the wavelength of the SV light a wavelength outside the amplification wavelength range of the Raman optical amplifier 312 shown in Fig. 1 can be used.
  • the SV light that has reached the downstream relay station 303 passes through the Raman optical amplifier (FRA) 312 and then is received by the SV light receiving unit 612 via the optical demultiplexer 611.
  • the inter-relay station control information placed on the SV light is transferred from the SV light receiving unit 612 to the Raman optical amplifier 312 via the downstream station control device 518.
  • the pumping light emitted from the downstream relay station 303 to the transmission line fiber 302 is transmitted to the upstream relay station 301 while losing intensity due to optical loss in the transmission line.
  • the factor that the intensity of the pumping light is lost by passing through the transmission line fiber 302 is large except for the factor due to the structure on the discontinuous surface such as local bending of the optical fiber and connector connection.
  • absorption loss and scattering loss There are two types of absorption loss and scattering loss.
  • the signal light used in the optical transmission system uses a near-infrared wavelength near 1550 nm, and therefore pump light with a near-infrared wavelength near 1450 nm, which is about 13.2 THz away, is used.
  • the In these wavelength regions most of the absorption loss is caused by infrared absorption due to the molecular vibration of quartz that constitutes the optical fiber. Most of the scattering loss is caused by Rayleigh scattering.
  • the Raman effect that causes Raman amplification is a phenomenon in which the signal light is generated as Stokes light and the signal light intensity is increased as a result of inducing the polarization of the quartz molecules that the excitation light confined in the optical fiber is sufficiently strong. Yes, the excitation light after inducing polarization travels through the optical fiber while maintaining its intensity. Therefore, the loss of excitation light intensity due to Raman amplification can be ignored.
  • FIG. 7 shows an example of the wavelength characteristic of the optical fiber loss in which the losses of these factors are stacked.
  • the loss coefficient represents the amount of optical loss per unit distance of the optical fiber. For example, if the fiber has an optical loss of 0.2 dB per 1 km, it is expressed as 0.2 dBZkm.
  • the loss characteristics of the optical fiber used in the optical transmission system have a minimum point of loss coefficient near 1550 ⁇ m, and the distance from the minimum point to the short wavelength side or long wavelength side increases. Therefore, the loss coefficient tends to increase.
  • the increasing trend of the loss factor on the short wavelength side is due to Rayleigh scattering loss, and the increasing trend of the loss factor on the long wavelength side is due to infrared absorption loss. Therefore, it is usually used as the wavelength range of signal light used in the near 1550 nm power transmission system with a small loss coefficient.
  • the loss factor of the optical fiber is about 0.21 dB / km near the signal light wavelength of 1550 nm, whereas it is 0 near the pump light wavelength of 1450 nm used for Raman amplification in this wavelength region. It is about 27dBZkm.
  • FIG. 8 shows the wavelength characteristics of the optical wavelength fraction coefficient of the dispersion shifted fiber (DSF) and the single mode fiber (SMF).
  • DSF dispersion shifted fiber
  • SMF single mode fiber
  • the loss characteristic curve that is, the differential coefficient dC ⁇ ) / ⁇ ⁇ is different.
  • the same kind In this fiber there is a difference in loss coefficient depending on the wavelength due to differences in manufacturing process and environmental conditions, but the differential coefficient dC ( ⁇ ) / ⁇ of wavelength characteristics is the same.
  • the loss coefficient C ( ⁇ ) of each wavelength can be expressed as a function of the optical wavelength ⁇ .
  • the loss coefficient C is
  • coefficients a, a,..., A, a have specific values depending on the type of fiber. More
  • Loss 0 da 0 Zd ⁇ has the same value. This means that the characteristic difference of the loss coefficient in the same type of fiber is expressed by the constant term a in equation (2).
  • the loss of signal light in the transmission line fiber 302 between adjacent relay stations shown in FIG. 5 can be monitored by the following procedure.
  • Step 1 The signal light intensity transmitted to the transmission line fiber 302 monitored by the output light monitoring unit in the upstream relay station 301 is P ( ⁇ ), and the Raman optical amplifier in the downstream relay station emits pumping light.
  • the transmission line fiber 302 If the intensity of the received signal light is ⁇ ⁇ ( ⁇ ), the transmission line fiber 302
  • the loss LOSS ( ⁇ ) of the signal light is expressed by the following equation.
  • Equation (4) is an equation expressed in log units such as dBm, for example, and each signal light intensity and optical loss in equation (4) is expressed in log units.
  • the measurement of the signal light loss when the Raman optical amplifier 312 does not output the pumping light may be performed at the time of setting up the transmission apparatus when the Raman optical amplifier 312 is installed, for example.
  • the maximum value of gain is finite. Therefore, when the Raman optical amplifier 312 is operated under the condition that the signal light level after Raman amplification is controlled to be constant, if the attenuation amount of the signal light in the transmission line fiber 302 increases, the finite Raman gain causes a predetermined gain. The problem arises that Raman amplification cannot be achieved at the signal light level.
  • the optical communication system needs to be temporarily suspended in the method in which the pumping light intensity of the Raman optical amplifier 312 is temporarily set to no output and the signal light attenuation amount of the transmission line fiber 302 is monitored by the equation (4). .
  • the optical loss of the pumping light used for Raman amplification in the transmission line fiber 302 and the transmission line fiber 302 Monitoring is carried out according to the following procedure using Equation (2) regarding the wavelength characteristics of optical wavelength and loss coefficient.
  • Procedure 2 The pumping light intensity incident on the transmission line fiber 302 monitored by the pumping light monitoring unit 514 in the downstream relay station 303 is P2, and the pumping light monitoring unit 502 in the upstream relay station 301 is used.
  • optical loss LOSS ( ⁇ ) of the excitation light wavelength in the bar 302 is expressed by the following equation.
  • equation (5) is an equation expressed in log units, and each excitation light intensity and light loss in equation (5) is expressed in log units.
  • the Raman scattering loss accompanying Raman amplification is negligible. As attenuation factors, only absorption loss and Rayleigh scattering loss may be considered.
  • Step 3 The loss coefficient C ( ⁇ ) of the signal light wavelength and the loss coefficient C ( ⁇ ) of the pump light wavelength
  • Loss sig Loss pump Difference, C ( ⁇ ) -C ( ⁇ ) is obtained.
  • Step 4 The difference between the transmission path loss of the signal light wavelength and the pumping light wavelength obtained in Step 1 and Step 2 and the loss coefficient obtained in Step 3 from C ( ⁇ )-C ( ⁇ ) Relay
  • the distance of the transmission line fiber 302 between the stations is obtained.
  • the optical loss LOSS ( ⁇ ) at the optical wavelength ⁇ of the transmission line fiber 302 between adjacent relay stations is expressed by the following equation, where L is the distance between transmission stations (transmission line fiber length).
  • Equation (7) is an equation expressed in log units.
  • the loss coefficient C ( ⁇ ) in Equation (7) is an equation expressed in log units.
  • Loss is expressed in dBZkm
  • transmission line fiber length L is expressed in km
  • local optical loss X is expressed in dB.
  • the final term X in equation (7) represents local optical loss such as connector connection and bending loss in a relay station or the like. This local light loss X is a constant amount regardless of the light wavelength.
  • the transmission line fiber length L is obtained as follows.
  • Step 5 Optical loss LOSS ( ⁇ ) of transmission line fiber 302 with Raman optical amplifier 312 installed Is represented by the optical wavelength ⁇ .
  • the optical loss LOSS ( ⁇ ) can be expressed as follows.
  • the coefficients a, a, a, a, and the transmission line fiber length L are specific to the fiber type.
  • the constant term A can be obtained by the following equation.
  • A LOSS ( ⁇ )-(A ⁇ ⁇ n + AX ⁇ n — 1 +...
  • the optical loss LOSS ( ⁇ ) of the transmission line fiber 302 can be expressed by the optical wavelength ⁇ .
  • Procedure 6 Monitor the change in the loss characteristics of the transmission line fiber 302 while operating the transmission equipment of each relay station. Factors specific to fiber types a, a, ..., a, a, transmission line fiber
  • the length L is a value that does not change even if the characteristics of the transmission line fiber 302 change. Therefore, the coefficients A, A,..., A, A in the equation (9) are fixed values specific to the transmission line fiber 302.
  • the pumping light loss LOSS ( ⁇ ) of the transmission line fiber 302 is changed to the transmission device.
  • Constant term A a XL + X
  • the change in the loss characteristic of the transmission line fiber 302 can be expressed as a constant term A.
  • Step 7 Applying the constant term A, which is obtained in accordance with the characteristic change of the transmission line fiber 302, obtained in step 6 to Equation (9), the transmission line fiber 3 at the signal light wavelength
  • the optical loss LOSS ( ⁇ ) of 02 can be obtained.
  • FIG. 9 shows the optical wavelength-optical loss characteristics of two different transmission paths A and B using the same type of fiber.
  • transmission line A uses a transmission line fiber with a constant term of the equation (2) representing the loss coefficient a, transmission line fiber length L, and local optical loss X.
  • the constant term in equation (2) is a, transmission line fiber length L, and local optical loss X.
  • a transmission line fiber shall be used.
  • Curves 901 and 902 represent the wavelength characteristics of transmission line A and transmission line B before the characteristic change, respectively, and curves 903 and 904 represent the wavelength characteristics of transmission line A and transmission line B after the characteristic change, respectively. To express.
  • A is the same value. Therefore, the difference in wavelength characteristics between transmission line A and transmission line B in Fig. 9 is obtained by multiplying the constant term A in equation (9) and the coefficients a, a, ..., a, a by the transmission line fiber length.
  • the transmission line loss LOSS ( ⁇ ) of the signal light wavelength can be obtained by the following equation: mp sig
  • step 3 and subsequent steps in order to monitor the transmission line loss of the signal light wavelength while continuing the operation of the transmission device, in addition to the transmission line loss of the pumping light that is constantly monitored, the pumping light wavelength in the transmission line fiber 302 The difference between the loss factor of the signal light wavelength and the signal light wavelength is calculated, but the loss LOSS ( ⁇ ) of the signal light in the pump light stop state measured in step 1 and the transmission device according to step 2 are calculated.
  • the excitation incident on the transmission line fiber 302 from the Raman optical amplifier 312 for Raman amplification in order to monitor the transmission line loss in the transmission line fiber 302, the excitation incident on the transmission line fiber 302 from the Raman optical amplifier 312 for Raman amplification.
  • the light intensity and the residual intensity of the excitation light that reaches the upstream relay station 301 by going back the transmission path are monitored together.
  • the transmission line loss of the signal light measured at the time of setup of the transmission apparatus, the transmission line loss of the pumping light that is constantly monitored while the operation of the transmission apparatus is continued, and the above procedure, the environment changes over time. Accordingly, it is possible to constantly monitor the optical loss of the transmission line fiber 302 at the signal light wavelength that changes in accordance with the above.
  • the signal light travels to the downstream relay station 303 while being attenuated by the loss factor.
  • the signal light is Raman-amplified by the excitation light incident on the transmission line fiber 302 from the Raman optical amplifier 312 and the signal light intensity increases.
  • ASS light is generated as a noise component in the same traveling direction as the signal light.
  • the light intensity Pall—obs reaching the signal light monitor unit 515 in the Raman optical amplifier 312 includes the signal light P ( ⁇ ) amplified by Raman amplification.
  • AS S light generation amount Pass and accumulated noise component Paccum such as ASE light are mixed, and Pall_obs is expressed by the following equation obtained by modifying equation (1).
  • the ASS light generation amount Pass is calculated by the target light intensity calculation unit 517 in the Raman optical amplifier 312.
  • the pass is estimated according to the relational expression between the light intensity P to P of each wavelength of the excitation light source incident on the transmission line and the ASS light generation amount Pass.
  • the accumulated noise component Paccum of ASE light or the like As the accumulated noise component Paccum of ASE light or the like, the accumulated noise component accumulated up to the transmitting terminal station upstream relay station 301 is notified from the upstream station controller 503.
  • a Raman optical amplifier used in a long-distance transmission system is required to have a function of accurately amplifying the signal light intensity so that the signal noise light characteristic of the transmission apparatus is optimized. Therefore, the Raman optical amplifier 312 needs a function for accurately monitoring the Raman gain and the signal light intensity after Raman amplification.
  • Pall-obs in the equation (12) is a value that can be acquired by measurement with the signal light monitor unit 515, and Paccum is a value notified from the upstream relay station 301.
  • P ( ⁇ ) is a value that can be acquired by measurement with the signal light monitor unit 515, and Paccum is a value notified from the upstream relay station 301.
  • Procedure 1 Similar to Procedure 1 in the monitoring method described above, the loss LOSS ( ⁇ ) of the signal light in the transmission line fiber 302 when the pump light of the Raman optical amplifier 312 is not output is expressed by the following equation (4) Therefore, measure. For example, measurement of signal light loss should be performed when setting up the transmission device when installing the Raman optical amplifier 312.
  • Step 2 With the signal light passing through the transmission line fiber 302, the excitation light is incident on the transmission line fiber 302 from the excitation light source 513 of the Raman optical amplifier 312 and the signal light intensity or
  • the excitation light intensity is controlled so that all the light intensity including the ASS light generation amount and the accumulated noise component reaches a predetermined value.
  • Procedure 3 Under the condition that the gain of the Raman optical amplifier 312 is constant, the amount of ASS light generated is almost the same regardless of the optical characteristics of the transmission line fiber as the amplification medium. Using this characteristic, the ASS light generation amount Pass can be viewed more accurately from the approximate expression for Raman gain G.
  • FIG. 11 shows the amount of light generated and the amount of ASS light actually generated.
  • a bar graph 1101 represents an actual ASS light generation amount
  • a bar graph 1102 represents an estimation result of the ASS light generation amount according to the prior art.
  • the correlation between the pumping light intensity of an optical fiber with a certain optical characteristic and the amount of ASS light generation is used.
  • a relay with a Raman optical amplifier installed is used. The correlation is derived by setting the local loss of the station to 0.5 dB, the transmission line fiber type to DSF, and the loss coefficient to 0.25 dBZkm.
  • the fiber used for comparison has the same type of DSF force, and its loss factor varies from 0.21 dBZkm to 0.29 dBZkm, and every 0.3 OldBZkm.
  • Fig. 12 shows the required pumping light intensity when the Raman optical amplifier is operated with a Raman gain of 10 dB for DSF fibers with various optical characteristics.
  • the pumping light intensity required to obtain a given Raman gain depends on the loss factor of the optical fiber, and a fiber with a larger loss factor requires more pumping light intensity.
  • the Raman effect is generally larger as the pumping light intensity is larger, so the amount of generated SS light is in a monotonically increasing relationship with the pumping light intensity. For this reason, as shown in FIG.
  • Fig. 13 shows the amount of ASS light generated when the Raman optical amplifier is operated with various Raman gains for various optical fibers of the same type and different optical characteristics.
  • Figure 13 shows that under the condition that the gain of the Raman optical amplifier is constant, the amount of ASS light generated is not affected by the optical characteristics of the transmission line fiber that is the amplification medium.
  • Step 3 above uses the relationship between the Raman gain and the amount of ASS light generation shown in Fig. 13 to generate ASS light from the Raman gain G.
  • the amount Pass is estimated.
  • ASS light generation amount Pass is expressed as a function related to Raman gain G by the following equation.
  • the Raman optical amplifier 3 so that the signal light intensity after the Raman amplification reaches P ( ⁇ ).
  • the signal light intensity P ( ⁇ ) can be obtained when Raman amplification is not performed, that is, when the pump light is not emitted from the Raman optical amplifier 312 to the transmission line fiber.
  • Equation (16) is an equation expressed in log units.
  • the Raman gain is assumed to be a value expressed in log units.
  • Step 4 To obtain the desired gain G or signal light intensity P ( ⁇ ), the signal light monitor 5
  • the intensity of the excitation light is controlled so that all the light intensities Pall-obs monitored in 15 have a predetermined intensity.
  • ASS light generation amount Pass is a number with Raman gain G as a variable.
  • the Raman optical amplifier 312 can achieve the desired gain G or signal light intensity.
  • the excitation light control unit 516 may control the excitation light intensity until all the light intensity Pall-obs corresponds to the target light intensity Pall-target obtained from the equation (17). If all the light intensities Pall—obs have reached the target light intensity Pall—target, the Raman optical amplifier 312 will reach the desired Raman gain or signal light intensity, and so on.
  • the intensity of the pumping light is controlled according to Procedure 4, the desired Raman gain or signal light intensity may not be reached.
  • the intensity of the pumping light emitted from the pumping light source 513 is finite. This is because no strong Raman gain or strong signal light intensity after Raman amplification can be obtained. In this case, the required Raman gain or signal light intensity force cannot reach all the calculated light intensity Pall-targets.
  • step 5 when the intensity of the excitation light reaches the upper limit, the processing after step 5 is performed subsequent to step 4.
  • Step 5 Find the Raman gain when the intensity of the pump light of the Raman optical amplifier 312 reaches the upper limit.
  • Pall (Limit) 10 "(P ( ⁇ ) / 10)
  • Step 6 If the Raman gain or signal light intensity when the pump light intensity reaches the upper limit does not reach the value expected by the transmitter 312, the Raman gain or signal Notify the downstream station controller 518 of the light intensity shortage information.
  • the downstream station control device 518 may issue an alarm based on the Raman gain of the Raman optical amplifier 312 or the signal light intensity deficiency information if the communication quality of the transmission device is concerned. Or, if the communication quality of the transmission equipment is not affected, the Raman gain G (Limit) is It may be set as the gain of the Mann optical amplifier 312 to notify the host controller that monitors all transmission devices that the transmission device is in a normal state.
  • Each coefficient and function used in the calculation formula in the above procedure is prepared in accordance with different types of transmission line fibers, and is prepared according to the transmission line fiber actually used. Use coefficients and functions to separate them.
  • Figure 14 shows the processing flow when the Raman optical amplifier 312 is given the required Raman gain G.
  • the target light intensity calculation unit 517 receives the accumulated noise component Paccum and the pumping light loss LOSS () from the downstream station controller 518 (step 1401), the signal light wavelength pump
  • the transmission line loss LOSS ( ⁇ ) is calculated (step 1402). Next, according to equation (15)
  • the ASS light generation amount Pass is calculated according to equation (14) (step 1404).
  • Raman light enhancement off sig R is obtained from Paccum, P ( ⁇ ), G, and Pass.
  • the target light intensity Pall-target of the width device 312 is calculated (step 1405).
  • the excitation light controller 516 adjusts the excitation light intensity until all the light intensities Pall—ob s received from the signal light monitor 515 reach the target light intensity Pall—target (step 14 06). If the target light intensity Pall-target is not reached even when the pumping light intensity is set to the maximum, information indicating that the Raman gain is less than the required gain G is obtained from the downstream station controller.
  • Fig. 15 shows the process flow when the Raman optical amplifier 312 is given the required P ( ⁇ ).
  • steps 1501 to 1503 and step 1507 is the same as the processing of steps 1401 to 1403 and step 1406 of FIG.
  • the target light intensity calculation unit 517 obtains the required signal light intensity ⁇ ( ⁇ ) according to the equation (16).
  • the Raman gain G required for on sig is calculated (step 1504). Next, the obtained Raman gain
  • ASS light generation amount Pass is calculated according to equation (14) using G (step 1505). And From the Paccum, ⁇ ( ⁇ ), and Pass according to the equation (17), the Raman optical amplifier 312
  • the target light intensity Pall—target is calculated (step 1506).
  • the excitation light controller 516 does not reach the target light intensity Pall—target. If the signal light intensity does not reach the required signal light intensity P (
  • the downstream station control device 518 is notified of information that is less than off ⁇ ).
  • the estimation accuracy of the ASS light generation amount of the conventional technique and the present invention will be compared.
  • the amount of ASS light generation is estimated from the correlation between the excitation light intensity required for Raman amplification and the amount of ASS light generation generated by Raman amplification. (13)
  • the correlation between the excitation light intensity and the amount of ASS light generated, which is briefly shown in the equation, is explained by the following equation.
  • Equation (20) is the intensity P of the excitation light i of a certain wavelength that constitutes the excitation light source of the Raman optical amplifier.
  • pumpi is a value expressed in linear units such as watts
  • ASS light generation amount Passi is a value expressed in log units such as dBm.
  • ⁇ is the amount of ASS light generated by the intensity ⁇ of the excitation light j.
  • Figure 12 shows the comparison of the excitation light intensity required for Raman amplification with a gain of 10 dB for fibers with various optical characteristics.
  • the type of transmission line fiber is DSF
  • the local loss of the relay station where the Raman optical amplifier is installed is 0.5 dB.
  • the loss factor varies from 0.2 dB to 0.3 dB and km to 0.29 dB / km.
  • Figure 12 shows that the pumping light intensity required for the required gain tends to increase as the loss factor increases even for the same fiber type.
  • the excitation light intensity and the amount of ASS light generated are in a monotonically increasing relationship.
  • the Raman optical amplifier has a function to estimate the generation intensity of the ASS light in order to accurately control the gain or signal light intensity.
  • the pumping light intensity based on a fiber having a certain optical characteristic and the Raman amplification are provided.
  • equation (13) was made using equation (13), for example.
  • the local loss is 0.5 dB and the loss coefficient is 0.25 dB / km.
  • the pumping light intensity required for Raman amplification with a gain of 10 dB is 309 mW for a fiber with a reference loss factor of 0.25 dBZkm, whereas the loss factor is 0.29 dB. 351mW for / km fiber.
  • Figure 16 shows Raman amplification when Raman gains of 10 dB and 13 dB are required for three types of transmission line fibers with loss factors of 0.21 dBZkm, 0.25 dB / km, and 0.29 dBZkm, respectively. The required excitation light intensity and the amount of ASS light generated are shown. FIG. 16 also shows the ASS light generation amount estimated by the conventional technique based on the equation (13) and the method of the present invention.
  • the ASS light generation amount Pass is estimated from the excitation light intensity according to equation (13).
  • Fig. 17 it can be seen that the breakdown of signal light and ASS light in the estimation result 1701 is different from the actual breakdown 1702.
  • the loss coefficient is 0.29d.
  • Pass —22.9 dBm.
  • the excitation light intensity is controlled.
  • Fig. 13 shows the result of comparing the amount of ASS light generated by Raman amplification with a predetermined gain for fibers with various optical characteristics.
  • the type of transmission line fiber is DSF
  • the local loss of the relay station where the Raman optical amplifier is installed is 0.5 dB.
  • three loss factors of 0.21 dBZkm, 0.25 dB / km, and 0.29 dBZkm are used.
  • FIG. 13 shows that under the condition that the gain of the Raman optical amplifier is constant, the ASS light generation amount is not affected by the optical characteristics of the transmission line fiber serving as the amplification medium.
  • the amount of ASS light generated due to Raman amplification with a gain of 10 dB is 24.2 dBm for a fiber with a standard loss factor of 0.25 dB / km, compared to 24.2 dBm.
  • fibers with coefficients of 0.21 dB / km and 0.29 dBZkm they are -24. LdBm and -24.3 dBm, which are almost the same.
  • the correlation is obtained by using the characteristics of Raman gain G and ASS light generation amount Pass shown in FIG.
  • Equation (21) expresses the correlation between Raman gain G and ASS light generation amount Pass as a third-order approximation.
  • G coeffO to G coeff3 represent coefficients of each term of the Raman gain G.
  • Equation (21) is an equation expressed in log units, and ASS light generation amount Pass is a value expressed in log units. If multiple sets of these coefficients are stored according to the type of transmission line fiber, the correlation between the Raman gain G and the ASS light generation amount Pass can be expressed as
  • the loss factor of the transmission line fiber is 0.25 dBZkm
  • the transmission line fiber length is 75 km
  • the estimation method of the present invention it is high by utilizing the fact that there is no difference in the amount of ASS light generation with constant Raman gain for fibers with various optical characteristics.
  • ASS light generation can be estimated with accuracy.
  • by constantly monitoring the Raman loss of the signal light loss power of the transmission line fiber it is possible to generate ASS light based on the Raman gain appropriately for changes in optical fiber characteristics due to changes over time and environmental conditions. A quantity estimate can be made.
  • the Raman intensity can be estimated accurately with a simpler configuration from the required Raman gain or signal light intensity.
  • the gain or signal light intensity is accurately controlled.
  • FIG. 18 shows the configuration of such an upstream relay station 301 and downstream relay station 303 transmission apparatus.
  • the configuration of the downstream relay station 303 is the same as that in FIG. 5, and the upstream relay station 301 has a configuration in which the pumping light extraction unit 501 and the pumping light monitor unit 502 are removed from the configuration in FIG.
  • the operation of each part of the Raman optical amplifier 312 installed in the downstream relay station 303 and the output optical monitor unit in the EDFA 311 of the upstream relay station 301 are basically the same as those in FIG.
  • the upstream station control device 503 receives the intensity of the output signal light monitored by the output light monitor unit, and transmits the information of the output signal light intensity and the ASE light accumulated noise component to the downstream station control device 518.
  • the downstream station controller 518 uses the information received from the upstream station controller 503 to The operation status between adjacent stations such as the status of the fiber 302 is monitored, and the Raman optical amplifier 312 is controlled.
  • the downstream station control device 518 can also control all or some of the components of the transmission device installed in the downstream relay station 303 including the Raman optical amplifier 312. Alternatively, the downstream station controller 518 may be provided in the Raman optical amplifier 312 to control only the Raman optical amplifier 312!
  • the light intensity Pall—obs reaching the signal light monitor unit 515 in the Raman optical amplifier 312 includes the Raman-amplified signal light P ( ⁇ ), the ASS light generation amount Pass, and accumulated noise such as ASE light.
  • the component Paccum is mixed and is expressed by equation (12).
  • the ASS light generation amount Pass is calculated by the target light intensity calculation unit 517.
  • the upstream station controller 503 notifies the accumulated noise component accumulated up to the upstream relay station 301 as well as the transmitting terminal station power.
  • a Raman optical amplifier used in a long-distance transmission system is required to have a function of accurately amplifying the signal light intensity so that the signal noise light characteristic of the transmission apparatus is optimized.
  • the ASS light generation amount Pass is accurately determined using the Raman gain G according to the following procedure.
  • the intensity of the excitation light emitted from the excitation light source 513 is controlled so that on sig) has a predetermined intensity.
  • Procedure 1 Similar to Procedure 1 in the monitoring method described above, the loss LOSS ( ⁇ ) of the signal light in the transmission line fiber 302 when the pump light of the Raman optical amplifier 312 is not output is expressed by the following equation (4).
  • measurement of signal light loss should be performed when setting up the transmission device when installing the Raman optical amplifier 312.
  • Step 2 In the state where the signal light passes through the transmission line fiber 302, the excitation light is incident on the transmission line fiber 302 from the excitation light source 513 of the Raman optical amplifier 312 and the signal light intensity or
  • the excitation light intensity is controlled so that all the light intensity including the ASS light generation amount and the accumulated noise component reaches a predetermined value.
  • Procedure 3 Under the condition that the gain of the Raman optical amplifier 312 is constant, the amount of ASS light generated is almost the same regardless of the optical characteristics of the transmission line fiber as the amplification medium. Using this characteristic, an approximation for the Raman gain G can be made as in step 3 in the control method described above.
  • Equation (14) As a function of the ASS light generation amount Pass with respect to the Raman gain G, Equation (14) is used. (14)
  • the Raman optical amplifier 31 so that the signal light intensity after Raman amplification reaches P ( ⁇ ).
  • the Raman amplification is obtained by using equation (15).
  • the signal light intensity P ( ⁇ ) when the pumping light is not emitted from the Raman optical amplifier 312 to the transmission line fiber 302 is obtained.
  • Step 4 In order to obtain a desired gain G or signal light intensity P ( ⁇ ), the signal light monitor unit 5
  • the intensity of the excitation light is controlled so that all the light intensities Pall-obs monitored in 15 have a predetermined intensity.
  • ASS light generation amount Pass is a number with Raman gain G as a variable.
  • the Raman optical amplifier Based on the intensity of the pumping light supplied to the transmission line fiber by the Raman optical amplifier, the residual pumping light intensity after the pumping light passes through the transmission line fiber, and the wavelength characteristic of the optical loss of the transmission line fiber, By monitoring the optical loss of the transmission line fiber at the signal light wavelength, it is possible to monitor changes in the optical characteristics of the transmission line fiber and to detect abnormalities such as disconnection and excess loss in the transmission line fiber.

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Abstract

　下流局から上流局に向けて伝送路ファイバに励起光を供給して、上流局からの信号光をラマン増幅する際に、ラマン利得とラマン増幅に伴って発生する自然散乱光の強度の相関関係を用いて、必要とされるラマン利得から対応する自然散乱光強度を計算し、得られた自然散乱光強度と増幅された信号光の強度から目標光強度を計算する。そして、下流局で測定された光強度が目標光強度に相当するように、励起光の強度を制御する。

Description

明 細 書
ラマン光増幅器
技術分野
[0001] 本発明は、光通信用の信号光を増幅するためのラマン光増幅器、ラマン光増幅器 を備えた光通信システム、およびラマン光増幅器の制御装置に関する。
背景技術
[0002] 大容量通信が可能な長距離伝送光通信システムのネットワークを構築するための 技術として、ラマン光増幅器の実用化が進められている。ラマン光増幅器は、伝送路 ファイバ内に高強度の励起光を入射することにより、その光ファイバを増幅媒体として 利用する増幅器である。
[0003] ラマン光増幅器は、図 1に示すように、光ファイバにある波長の励起光を入射すると 、励起光の波長に応じた波長域にラマン増幅効果が発生する物理現象を利用する。 図 1に示す例では、波長の異なる励起光 101〜励起光 103により、ラマン利得 111 〜ラマン利得 113がそれぞれ発生している。光ファイバに使用される石英ガラスの場 合、励起光の波長に対して約 13. 2THz低い周波数の波長域に最大の増幅特性を 有するため、例えば、 1550nm付近の信号光をラマン増幅する場合には、 1450nm 付近の波長の励起光を使用すれば、効率よくラマン利得を得られる。
[0004] そして、波長多重（WDM： Wavelength Division Multiplexing)伝送のような広!、波 長域の信号光を一括して増幅する必要のある光通信システムでは、互いに波長の異 なる複数の励起光を使用し、それぞれの励起光の強度を制御することにより、励起光 の強度および波長に応じた広波長域の増幅特性を得ることができる。
[0005] ラマン光増幅器は、所望の増幅特性の制御を行うために、通常、信号光の強度を 監視しながら、所定の利得が得られるように励起光の強度を調節する機能を備えて いる。また、光ファイバ内のラマン増幅効果に伴い、自然散乱 (ASS : Amplified Spont aneous Scattering)光がファイバ内にて発生する。
[0006] この ASS光は信号光と同じ波長域にて伝送方向と同方向に発生するため、信号光 の強度を監視する際に、信号光と併せて ASS光が雑音成分として混入する。したが つて、ラマン光増幅器は、所定の信号光強度を得るために、雑音成分である ASS光 の発生量を差し引いて、信号光の強度を検出する機能を備えている。
[0007] ASS光の発生量の知見を得るための技術として、 ASS光の発生量は光ファイバに 入射される励起光強度とある相関関係にあることが既知であることから、ある光特性 の光ファイバについて励起光強度と ASS光発生量の関係式を導出し、関係式に従 つて監視された励起光強度から ASS光の発生量を算出する方法がある。
[0008] 例えば、ラマン光増幅器に、光ファイバに入射される励起光強度を監視する機能を 備え、かつ、励起光強度と ASS光発生量の関係式をラマン光増幅器内部の記憶素 子に格納しておいて演算処理で用いることにより、監視された励起光強度力 ASS 光の発生量を算出することができる。
[0009] しかし、長距離伝送を実現するためのラマン光増幅器を備えた光通信システムを実 現するに当たり、以下の課題を克服する必要がある。
(1)ラマン光増幅器は増幅媒体として伝送路である光ファイバを用いるため、 a)ラマ ン光増幅器に接続される光ファイバの接続部における損失や曲げ損失等の、ラマン 光増幅器の設置場所で発生する局所的な光損失、 b)光ファイバの製造プロセス、 c) 経時 ·温度環境に起因して、伝送路ファイバの光特性には個体差が生じる。
[0010] 上記 a)〜c)の要因により光特性の異なる光ファイバに、それぞれ同じ強度の励起 光を入射した場合、伝送路ファイバの光特性に応じたラマン散乱効果の結果、得ら れるラマン増幅度と、ラマン増幅に伴い雑音成分として発生する ASS光の発生量は 、それぞれ異なる。その結果、励起光強度から ASS光の発生量を見積もる従来の方 法では、その見積り精度は悪くなり、 ASS光発生量が差し引かれた信号光の強度を 正しく計算することが困難である。
[0011] 長距離伝送においては、光通信システムを構成する各光増幅器において、それぞ れ雑音成分としての ASS光を補正することにより信号光の強度を計算 ·監視し、良好 な伝送特性を得る必要がある。したがって、ラマン光増幅器における ASS光発生量 の見積もり精度の向上が、長距離伝送特性を実現する上での課題となっている。
(2)光通信システムが上流局の故障や伝送路の断線等の原因により異常状態となつ た場合、異常を感知し自動的にシステムをシャットダウンさせる必要がある。ラマン光 増幅器は上記の異常を検出するため、信号光強度を監視して信号光の有無を検出 する機能を備えている。この検出機能が信号光の不到達を検出したとき、通信異常 状態を発信し、システムのシャットダウンを行う。
[0012] し力しながら、ラマン増幅の結果、信号光と併せて ASS光が混入するため、信号光 の有無の検出精度が問題となる場合がある。特に、広い波長域を使用する WDM伝 送では、混入する雑音成分が多くなつてしまうため、 ASS光の見積もり精度が悪いと 信号光の不到達を検出できない場合があり、光通信システムの安全面に問題がある
[0013] これらの課題を克服する従来の技術として、以下のような ASS光発生量の見積もり
'補正方法が知られている。
(1)特許文献 1
ラマン光増幅器の設置前に、時間領域光反射測定器等の測定器により、ラマン光 増幅器が接続される光ファイバのロス分布を測定する。また、ラマン光増幅器には、 事前測定された、励起光の強度と光ファイバ特性に応じた ASS光の発生量を、増幅 器内部の記憶素子に格納しておく。そして、測定により得られた光ファイバの光特性 を、ラマン光増幅器の設置時に入力情報としてラマン光増幅器に入力し、その光ファ ィバ特性と適合する情報を記憶素子力 取り出して使用することにより、光ファイバの 光特性の個体差に応じた ASS光発生量の見積もりを行う。
(2)特許文献 2
ラマン光増幅器の設置時に、信号光を遮断した状態で、ラマン光増幅器より励起光 を伝送路に入射し、接続された光ファイバの励起光強度と ASS光発生量の相関関 係を測定する。そして、光通信システムの運用時に、監視された励起光強度に応じて 、設置時に測定された ASS光発生量力 現在の ASS光発生量の見積もりを行う。も しくは、あら力じめ準備された ASS光発生量の計算式に、設置時に測定された ASS 光発生量に基いた補正を適用し、 ASS光発生量の見積もり精度を向上させる。
[0014] し力しながら、上記（1)および（2)の方法には、以下のような問題が残されている。
上記（1)の方法では、ラマン光増幅器に接続される光ファイバの光特性の個体差 が大きいほど、ラマン光増幅器の設計段階における事前測定の時間、およびラマン 増幅器に記憶させる情報量が多くなり、非効率である。さらに、接続される光ファイバ の光特性と、事前測定された、もしくは記憶された光ファイバの光特性が一致してお らず、単に光特性が近い光ファイバの情報を使用する場合には、光特性が一致して
V、な 、ことに起因する ASS光発生量の見積もりの誤差が発生する。
[0015] 上記（2)の方法では、信号光が通過して!/、な!/、条件で ASS光の発生量を測定する 必要があるため、システム運用準備の手順が煩雑になる。さらに、システム運用時の 励起光の強度が、ラマン光増幅器の設置時に測定した励起光の強度と一致しな 、 場合 (複数の励起光波長を用いた場合は、励起光強度の比率が一致しない場合)に は、 ASS光発生量の見積もりの精度が低下する。
[0016] 併せて、上記（1)および（2)の方法では、システムの設計段階または運用前の測定 情報に基いて補正を行うため、経時 ·環境変化に起因して光ファイバの光特性が変 化すると、それに伴ってラマン増幅度および ASS光発生量も変化する。ところが、伝 送路ファイバに入射される励起光の強度力 ラマン増幅に伴って発生する ASS光の 発生量を見積もる際に、ファイバ特性の変化を考慮していない。
[0017] したがって、長年のシステム運用により特性が変化する光ファイバでは、ラマン利得 および ASS光発生量と、励起光強度の相関が変化するため、高い精度の ASS光発 生量の見積もりを保証することができない。このため、光ファイバの光特性の変化に 伴う ASS光発生量の変化に対して、正確な ASS光発生量の見積もりを行うための計 算式の補正を行えずに、見積もり精度が劣化するという問題がある。
[0018] また、伝送路ファイバの状態監視を行う従来の技術としては、例えば、特許文献 3に 記載された方法が知られている。この方法では、伝送路ファイバの断線、光接続部の 開放等の障害を監視するために、伝送路ファイバ内で信号光と対向して進行する励 起光の強度を監視する機能を有するが、経時'環境変化に起因する光ファイバの光 特性の変化を監視する機能は持って 、な!、。
特許文献 1 :日本特許出願公開 特開 2002— 296145号公報
特許文献 2 :日本特許出願公開 特開 2004— 287307号公報
特許文献 3 :日本特許出願公開 特開 2004— 172750号公報
発明の開示 [0019] 上述したように、ラマン光増幅器を使用する光伝送システムの伝送路の光特性は、 一般にシステム毎に異なっている。このため、同じ強度の励起光を伝送路ファイバに 入射しても、増幅媒体となる伝送路の光特性により、得られるラマン利得や、雑音成 分として発生する ASS光の強度は異なる。
[0020] 例えば、従来技術のように、ラマン利得と ASS光発生量をラマン光増幅器にて監視 している励起光の強度と信号光の強度の情報のみから算出する場合、伝送路情報 が不足しているため、基準となるある代表的な光ファイバの光特性の伝送路情報に 基いて励起光を制御することになる。
[0021] ラマン光増幅器が接続される伝送路は、基準となる光ファイバの光特性と異なる場 合がほとんどであるため、実伝送路での ASS光発生量およびラマン利得は、ラマン 光増幅器が見積もる ASS光発生量およびラマン利得とは異なる。したがって、信号 光と ASS光が混在した全体の光強度から ASS光発生量を差し引く際に、正しい AS S光発生量を使用できないため、信号光強度を正確に把握することができない。
[0022] 一方で、ラマン光増幅器に接続される伝送路情報が不足することに起因して ASS 光発生量が正しく算出できない問題に対して、伝送路の光特性をあらかじめ測定し ておき、伝送路特性の不一致を ASS光発生量の見積もり誤差の補正により補償する 方法が特許文献 1に示されている。この場合、光特性測定は、ラマン光増幅器の設 置時に行う運用前の準備段階での作業であるため、運用中に発生する伝送路フアイ バの光特性変化に対しては適切な補正が行われない。
[0023] 本発明の課題は、 ASS光発生量の見積もり精度を向上させることで、伝送路の光 特性が異なる光伝送システムに使用されても良好な利得特性が得られるラマン光増 幅器を提供することである。
[0024] また、本発明のもう 1つの課題は、伝送路の光特性が異なる光伝送システムに使用 されても信号光強度を正確に検出できるラマン光増幅器を提供することである。
本発明のさらに別の課題は、使用する伝送路ファイバの光特性の個体差や、経時' 環境変化に伴う伝送路の光特性の変化に伴って発生する ASS光発生量の見積もり 誤差を、簡易な構成にて補正することである。
[0025] 本発明のラマン光増幅器は、励起光源、信号光モニタ部、目標計算部、および励 起光制御部を備え、上流局からの通信情報を含む信号光を伝送路ファイバを利用し て増幅し、増幅された信号光を受信する。
[0026] 励起光源は、上流局に向けて伝送路ファイバに励起光を供給し、信号光モニタ部 は、受信した信号光の強度を測定する。目標計算部は、ラマン利得とラマン増幅に 伴って発生する自然散乱光の強度の相関関係を用いて、必要とされるラマン利得か ら対応する自然散乱光強度を計算し、得られた自然散乱光強度と増幅された信号光 の強度から、目標光強度を計算する。励起光制御部は、信号光モニタ部により測定 された光強度が目標光強度に相当するように、励起光源から出力される励起光の強 度を制御する。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]複数波長のラマン増幅を示す図である。
[図 2]光伝送システムの構成図である。
[図 3]上流中継局と下流中継局を示す図である。
[図 4]伝送路ファイバ内における信号光と励起光の強度分布を示す図である。
[図 5]上流中継局と下流中継局の第 1の構成を示す図である。
[図 6]上流中継局と下流中継局の間で制御情報を授受する構成を示す図である。
[図 7]伝送路ファイバのロス係数の波長特性を示す図である。
[図 8]種類の異なる伝送路ファイバのロス係数の波長特性を示す図である。
[図 9]伝送路ファイバの光特性の変化に伴う、光損失の波長特性の変化を示す図で ある。
[図 10]ラマン光増幅器に到達するすべての光強度の内訳を示す図である。
[図 11]従来の ASS光発生量の見積もり結果と実際の ASS光発生量の差を示す図で ある。
[図 12]伝送路ファイバのロス係数と、一定のラマン利得を得るために必要な励起光強 度の関係を示す図である。
[図 13]ラマン利得と ASS光発生量の相関関係を示す図である。
[図 14]所要のラマン利得が与えられた場合の処理のフローチャートである。
[図 15]所要の信号光強度が与えられた場合の処理のフローチャートである。 [図 16]従来技術と本発明の方法による ASS光発生量の見積もり結果を示す図である
[図 17]従来の ASS光発生量の見積もり結果に基く光強度の内訳と実際の内訳を示 す図である。
[図 18]上流中継局と下流中継局の第 2の構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明す る。
本実施形態では、上流送信端局に設置された受光素子にて監視された残留励起 光強度と、下流受信端局に設置されたラマン光増幅器から伝送路ファイバに入射さ れる励起光の強度の光強度差から、受信端局の局舎内での損失が含まれた伝送路 ファイバの損失値等の、伝送路ファイバの光特性を表す伝送路情報を随時監視する
[0029] また、上記光強度差から得られた伝送路の損失、送信端局から出力される信号光 強度、および受信端局のラマン光増幅器にて受信したラマン増幅後の信号光強度に 基いて、ラマン利得を随時監視する。
[0030] さらに、伝送路に入射される励起光の強度と随時観測されるラマン利得に基いて、 伝送路ファイバにて発生する ASS光発生量を推測する計算式を用いることにより、光 特性が異なる伝送路にラマン光増幅器が接続されても、ラマン利得および信号光強 度を所定の目標値に精度良く合わせることが可能となる。
[0031] したがって、運用中にラマン利得および伝送路の光損失を随時監視し、かつ、ラマ ン増幅された信号光強度を精度良く把握することが可能となり、光通信システムにお けるラマン光増幅器の利得制御を的確に実施することが可能となる。
[0032] 図 2は、このようなラマン光増幅器が設置された光伝送システムの構成例を示して いる。図 2の光伝送システムは、送信端局と受信端局との間で情報を波長多重した光 信号に載せて伝送する WDM伝送システムであり、端局同士を結ぶ伝送路上に、 n 個の中継局 205— l〜205—nが設置されている。
[0033] 送信端局には、 m個の送信機 201— 1〜201— m、合波器 202、および前置増幅 器 203が設置される。送信機 201— 1〜201— mは、波長 λ 1〜え mの信号光を生 成し、合波器 202は、それらの信号光を波長多重する。前置増幅器 203は、伝送路 での光損失を補償することを目的として、合波器 202の出力をあら力じめ強い強度の 信号光に増幅して、伝送路に送出する。
[0034] 前置増幅器 203と中継局 205— 1は伝送路ファイバ 204— 1で結ばれ、中継局 20 5— iと中 ϋ局 205— (i+ 1)は伝送路ファイバ 204— (i+ 1)で結ばれている（i= 1, 2 , . . . , n—l)。また、中継局 205— nと前置増幅器 206は伝送路ファイバ 204— (n + 1)で結ばれている。各中継局には、上流の伝送路ファイバの光損失により微小と なった信号光を増幅して、下流の伝送路ファイバに送出する光増幅器として、希土類 添加光ファイバ増幅器ある 、はラマン光増幅器の 、ずれか、または双方が設置され る。
[0035] 受信端局には、前置増幅器 206、分波器 207、および m個の受信機 208— 1〜20 8— mが設置される。前置増幅器 206は、中継局 205— nから出力された後、伝送路 ファイバ 204— (n+ 1)の光損失により微小となった信号光を増幅して、分波器 207 に送出する。分波器 207は、信号光を波長分離してそれぞれの波長の信号光を生 成し、受信機 208— 1〜208— mは、それらの信号光を受信する。
[0036] 図 3は、図 2の光伝送システムに含まれる、伝送路ファイバを挟んで隣接する上流 中継局と下流中継局の局内伝送装置の構成例を示している。図 3の例では、上流中 継局 301と下流中継局 303が伝送路ファイバ 302で結ばれており、上流中継局 301 には、希土類添カ卩光ファイバ増幅器である EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) 3 11力 下流中継局 303〖こは、ファイバラマン光増幅器（FRA: F¾er Raman Amplifier ) 312と EDFA313力 それぞれ設置されている。
[0037] 他の構成例として、上流中継局 301にも、下流中継局 303と同様の FRAを設置す ることが可能である。
図 4は、図 3の伝送路ファイバ 302内における信号光および励起光の強度分布を示 して 、る。 EDFA311により増幅されて強!、強度となった信号光が上流中継局 301よ り伝送路ファイバ 302に送出され、伝送路での光損失により強度を失いながら下流中 継局 303に送信される。 [0038] 一方、下流中継局 303のラマン光増幅器 312より、信号光と対向して励起光を伝送 路ファイバ 302に入射することにより、信号光はラマン増幅されて強度を増す。そして 、下流中継局 303の EDFA313によりさらに信号光の強度を増幅した後、次の伝送 路ファイバに信号光を送出する。
[0039] 図 5は、図 3の上流中継局 301と下流中継局 303の伝送装置のより詳細な構成を 示している。上流中継局 301は、 EDFA311、励起光抽出部 501、励起光モニタ部 5 02、および上流局制御装置 503を備え、下流中継局 303は、ラマン光増幅器 312、 EDFA313、および下流局制御装置 518を備える。
[0040] 下流中継局 303のラマン光増幅器 312は、光サーキユレータ 511、光分波器 512、 励起光源 513、励起光モニタ部 514、信号光モニタ部 515、励起光制御部 516、お よび目標光強度算出部 517を含む。励起光制御部 516および目標光強度算出部 5 17は、例えば、 CPU (中央処理装置）とメモリを備えた情報処理装置により実現され る。
[0041] ラマン光増幅器 312の光サーキユレータ 511は、励起光源 513より発せられる励起 光を伝送路ファイバ 302に挿入するとともに、伝送路ファイバ 302より入射する信号 光を光分波器 512に出力する。光分波器 512は、光サーキユレータ 511からの信号 光を 2つに分岐し、一方を信号光モニタ部 515に出力し、他方を EDFA313に出力 する。
[0042] 上流側中継局 301の励起光抽出部 501は、下流中継局 303より出射されて伝送路 ファイバ 302にて光減衰した励起光を抽出し、励起光モニタ部 502に出力するととも に、 EDFA311により増幅された信号光を伝送路ファイバ 302に出射する。励起光 抽出部 501としては、例えば、光サーキユレータが用いられる。
[0043] EDFA311は、伝送路ファイバ 302に出力される信号光強度を監視する出力光モ 二タ部を含む。上流局制御装置 503は、信号光強度、励起光強度等の監視情報を 下流局制御装置 518に送信する。
[0044] まず、下流中継局 303に設置されたラマン光増幅器 312の各部の基本動作を説明 する。
励起光源 513は、例えば、レーザダイオードのような特定の波長の光を発生する光 源により構成される。光ファイバに使用される石英ガラスでは、励起光の波長に対し て約 13. 2THz低い周波数の波長域に最大の増幅特性を有することを利用して、信 号光波長に応じた波長の励起光源を構成すればよい。また、 WDM伝送システムの ように広 、波長域の信号光を一括して増幅する場合には、それぞれ異なる波長の複 数の光源を備えてもよい。
[0045] 信号光モニタ部 515は、光分波器 512により伝送路力も分岐された一部の信号光 と混入される雑音光成分の合計量を検出し、その強度を目標光強度算出部 517に 通知する。ここで、雑音光成分とは、ラマン光増幅器 312より伝送路ファイバ 302に高 強度の光 (励起光）が入射された際に、ラマン増幅効果に伴い発生する ASS光と、上 流中継局 301の光増幅器にて発生した雑音光が重畳された成分を含んだ光を指す
[0046] 励起光モニタ部 514は、励起光源 513より伝送路ファイバ 302に発せられる励起光 の出力強度を監視する。ここで、励起光出力強度は、伝送路ファイバ 302に入力され る光強度に相当するものである。
[0047] ラマン光増幅器 312の内部に励起光モニタ部 514を備えることにより、ラマン光増 幅器の製造時に、励起光制御部 516が出力する制御信号と伝送路ファイバ入力端 の励起光強度の相関を取得する方法や、光サーキユレータ 511や励起光源 513を 構成する部品の光損失を用いて、励起光源 513が発する光強度力も伝送路ファイバ 入力端での励起光強度を計算する方法により、励起光出力強度を取得することがで きる。
[0048] 励起光モニタ部 514は、励起光源 513の各波長に応じて波長毎に励起光を監視し てもよぐ励起光源 513の複数波長の励起光を一括して監視してもよい。
目標光強度算出部 517は、ラマン光増幅器 312に必要とされる信号光強度と、ラマ ン利得から見積もられる ASS光発生量と、上流中継局より累積された光伝送システ ムの累積雑音成分の合計を、目標光強度として算出する。そして、信号光モニタ部 5 15にて検出された信号光と雑音光成分の合計量と、算出された目標光強度を比較 する。
[0049] このうち、累積雑音成分の強度は、隣接する中継局間の制御情報として、光信号も しくは電気信号に載せて上流局制御装置 503と下流局制御装置 518の間で授受す ることにより、上流中継局 301からラマン光増幅器 312に通知される。一方の ASS光 発生量は、ラマン増幅現象に伴い発生する ASS光の強度であり、ラマン増幅現象に 伴うラマン利得と ASS光発生量の間には、伝送路ファイバ 302の特性に応じて一様 な相関関係がある。
[0050] したがって、ラマン光増幅器 312に必要とされる信号光強度力もラマン利得を算出 し、このラマン利得から ASS光発生量を見積もることが可能である。もしくは、ラマン 光増幅器 312に必要とされるラマン利得から、 ASS光発生量を見積もることが可能で ある。
[0051] 目標光強度算出部 517により算出される目標光強度 Pall— targetは、ラマン増幅 された信号光 P ( λ )と、伝送路ファイバ 302にて発生する ASS光発生量 Passと、
on sig
累積雑音成分 Paccumの合計であるから、次式により表すことができる。
Pall— target = 1CT (P ( λ ) /10) +Pass + Paccum
on sig
(1)
(1)式は、例えばミリワットのような線形単位で表現された等式である。信号光強度 P ( λ )は例えば dBmのようなログ単位で表現されているものとし、（1)式では、 10の on sig
累乗により線形単位に変換している。
[0052] 以降、特に断りのない限り、信号光強度はログ単位により表現された値であるものと して、説明を行なう。
励起光制御部 516は、所定のラマン利得を得るため、もしくは光伝送システムの信 号-雑音比の特性を最適化するため、励起光モニタ部 514により監視される励起光 強度が、目標光強度算出部 517により算出された目標光強度となるように励起光源 5 13を制御する。励起光制御部 516の制御目標となる光強度としては、ラマン光増幅 器 312の目標光強度算出部 517により算出された目標光強度の代わりに、外部の演 算装置より入力される目標光強度に基いた値を用いてもよい。
[0053] また、 WDM伝送のように複数波長の信号光の平坦な利得を必要とするシステムで は、励起光制御部 516が、利得の波長特性に応じて、ラマン光増幅器 312が各波長 に対する励起光強度 P 〜P の比率を制御することも可能である。 [0054] 次に、上流中継局 301の各部の基本動作を説明する。
励起光モニタ部 502は、下流中継局 303より信号光の進行方向と対向して伝送路 ファイバ 302に発せられ、伝送路でのレイリー散乱等により光減衰された後、上流中 継局 301に到達した励起光の強度を監視する。伝送路ファイバ 302での光減衰後の 励起光残留強度を監視するために、励起光抽出部 501の光損失を用いて、上流中 継局 301の信号光出力端と伝送路ファイバ 302の接続点における光強度を計算して ちょい。
[0055] 励起光モニタ部 502は、下流中継局 303の励起光源 513の各波長に応じて波長 毎に励起光を監視してもよぐ励起光源 513の複数波長の励起光を一括して監視し てもよい。
[0056] EDFA311内の出力光モニタ部は、上流中継局 301から伝送路ファイバ 302に出 力される信号光強度を監視する。監視方法としては、光分波器により信号光の一部 を取り出して、伝送路ファイバ 302に出力される信号光強度を監視する方法や、 ED FA311等の中 «器の出力信号光強度を用いて信号光強度を計算する方法が用い られる。
[0057] 上流局制御装置 503は、励起光モニタ部 502で監視された励起光残留強度と、出 力光モニタ部で監視された出力信号光強度を受け取り、それらの情報と自然放出 (A SE : Amplified Spontaneous Emission)光の累積雑音成分の情報を下流局制御装置 518に送信する。
[0058] 下流局制御装置 518は、上流局制御装置 503から受信した情報をもとに、伝送路 ファイバ 302の状態等の、隣接する局間の運用状況を監視し、ラマン光増幅器 312 を制御する。下流局制御装置 518は、ラマン光増幅器 312を含む下流中継局 303に 設置された伝送装置の構成部品のすべてもしくは一部を制御することも可能である。 あるいは、下流局制御装置 518をラマン光増幅器 312内に設けて、ラマン光増幅器 312のみを制御するようにしてもよ!、。
[0059] 図 6は、上流局制御装置 503と下流局制御装置 518の間で中継局間制御情報を 授受する構成の一例を示している。図 6の例では、上流局制御装置 503において、 S V (Supervisory )光と呼ばれる光信号に中継局間制御情報を載せて、下流局制御装 置 518に送信する。この SV光の送受信のために、上流中継局 301には光合波器 60 1および SV光送信部 602が設けられ、下流中継局 303には光分波器 611および SV 光受信部 612が設けられる。
[0060] 上流中継局 301から出射された SV光は、信号光が通過する伝送路ファイバ 302と 同じファイバ内を、上流中継局 301から下流中継局 303に向けて進行する。励起光 モニタ部 502は励起光残留強度を、 EDFA311内の出力光モニタ部は出力信号光 強度を、それぞれ上流局制御装置 503に出力する。
[0061] 上流局制御装置 503は、受け取った情報を中継局間制御情報として SV光送信部 602に出力し、 SV光送信部 602は、中継局間制御情報を載せた光信号を SV光とし て出力する。出力された SV光は、光合波器 601を経由して、信号光が通過する伝送 路ファイバ 302に挿入され、下流中継局 303に到達する。 SV光の波長としては、図 1 に示したラマン光増幅器 312の増幅波長域から外れた波長を用 V、てもよ 、。
[0062] 下流中継局 303に到達した SV光は、ラマン光増幅器 (FRA) 312を通過した後、 光分波器 611を経由して、 SV光受信部 612により受信される。 SV光に載せられた 中継局間制御情報は、 SV光受信部 612から下流局制御装置 518を経由してラマン 光増幅器 312に転送される。
[0063] 次に、図 7から図 9までを参照しながら、伝送路ファイバ 302における信号光の損失 を監視する方法についてより詳細に説明する。
図 4に示したように、下流中継局 303より伝送路ファイバ 302に出射された励起光 は、伝送路での光損失により強度を失いながら上流中継局 301に送信される。ここで 、励起光が伝送路ファイバ 302を通過することによりその強度を損失される要因は、 光ファイバの局所的な曲がりやコネクタ接続等の不連続面での構造による要因を除 けば、大きく分類して吸収損失と散乱損失の 2つがある。
[0064] 通常、光伝送システムに使用される信号光は、 1550nm近辺の近赤外域の波長が 使用されることから、約 13. 2THz離れた 1450nm付近の近赤外域波長の励起光が 使用される。これらの波長域では、吸収損失は、そのほとんどが光ファイバを構成す る石英の分子振動による赤外吸収によって起こる。散乱損失は、そのほとんどがレイ リー散乱によって起こる。 [0065] ラマン増幅を引き起こすラマン効果は、光ファイバ内に閉じ込められた励起光が十 分強ぐ石英分子の分極を誘起した結果、ストークス光として信号光が発生して信号 光強度が強まる現象であり、分極を誘起した後の励起光はその強度を保ったまま、光 ファイバ内を進行する。したがって、ラマン増幅に伴う励起光強度の損失は無視して よい。
[0066] 図 7は、これらの各要因の損失が積み重なったファイバ光損失の波長特性の一例 を示している。図 7において、ロス係数は、光ファイバの単位距離あたりの光損失量を 表し、例えば、 1kmあたり 0. 2dBの光損失のファイバであれば、 0. 2dBZkmのよう に表記される。
[0067] 図 7に示すように、光伝送システムに使用される光ファイバの損失特性は、 1550η m付近にロス係数の極小点を持ち、極小点から短波長側または長波長側に離れるに つれて、ロス係数は大きくなる傾向にある。短波長側のロス係数の増加傾向はレイリ 一散乱損失に、長波長側のロス係数の増加傾向は赤外吸収損失に、それぞれ起因 する。したがって、通常、ロス係数の小さい 1550nm付近力 光伝送システムに使用 される信号光の波長域として使用される。
[0068] この例では、光ファイバのロス係数は、信号光波長 1550nm付近で 0. 21dB/km 程度であるのに対し、この波長域のラマン増幅に使用される励起光波長 1450nm付 近で 0. 27dBZkm程度である。
[0069] 図 8は、分散シフトファイバ（DSF)とシングルモードファイバ (SMF)の光波長一口 ス係数の波長特性を示している。実線 801、 802および破線 803、 804で示される 4 つの波長特性のファイバの種類と、波長 1550nmにおけるロス係数は、以下の通りで ある。
[0070] 801 SMF 0. 29dB/km
802 SMF 0. 25dB/km
803 DSF 0. 29dB/km
804 DSF 0. 25dB/km
DSFと SMFのようにファイバの種類が異なれば、光波長 λ —ロス係数 C の波長
Loss 特性の曲線、すなわち微分係数 dC { λ ) /ά λは異なる。これに対して、同じ種類 のファイバでは、製造プロセス、環境条件等の違いにより、波長によるロス係数の差 分は発生するが、波長特性の微分係数 dC (λ)/άλは同じである。
Loss
[0071] さらに、図 7に示したように、光波長 ロス係数の波長特性は連続した曲線であるこ とから、各波長のロス係数 C ( λ )は、光波長 λの関数として表現することが可能と
Loss
なる。例えば、次式のように、ロス係数 C を光波長
Loss λに関する η次の多項式として表 現できる。
C (X) =a X Xn +a X λη— 1 +···
Loss n n - 1
+ a X l2+a Χ λ+a (2)
2 1 0
ここで、係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 aは、ファイバの種類によって固有の値をとる。さら
1 2 n-1 n
に、 (2)式のロス係数の微分係数 dC ( λ ) Zd λは、次式により表すことができる。
Loss
dC (X)/dX=nXa X λ""1 + (n-1) Xa X λη~2 + ···
Loss n n - 1
+ 2a X
2 λ +a (3)
1
係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 aが同じ値で、かつ、同じ波長えという条件では、（2)式の
1 2 n-1 n
ロス係数 C ( λ )は定数項 aに依存する一方、 (3)式の微分係数
Loss 0 da 0 Zd λは同 じ値となる。これは、同じ種類のファイバにおけるロス係数の特性差は、（2)式の定数 項 a によって表されることを意味する。
0
[0072] 図 5に示した隣接する中継局間の伝送路ファイバ 302における信号光の損失は、 以下の手順により監視することが可能である。
手順 1:上流中継局 301における出力光モニタ部にて監視した伝送路ファイバ 302 に送出される信号光強度を P (λ )、下流中継局のラマン光増幅器が励起光を発
out Slg
していない状態での受信信号光の強度を Ρ (λ )とすると、伝送路ファイバ 302に
off Slg
おける信号光の損失 LOSS ( λ )は次式により表される。
Slg
LOSS(l ) =Ρ (λ ) -Ρ (λ ) (4)
sig out sig off sig
(4)式は、例えば dBmのようなログ単位で表現された等式であり、（4)式内の各信 号光強度、光損失はログ単位で表現されている。
[0073] ラマン光増幅器 312の励起光無出力時における信号光損失の測定は、例えば、ラ マン光増幅器 312を設置する際の伝送装置のセットアップ時に行えばよい。
経時変化や周辺環境 (温度，湿度等)の変化にかかわらず、伝送路ファイバの損失 特性が不変の場合には、伝送路ファイバ 302における信号光の減衰量は (4)式によ り求められる損失を想定すればよいが、長期間に渡る光通信システムの運用におい て、これらの要因による伝送路ファイバの損失特性の変化は不可避である。
[0074] ラマン光増幅器 312の励起光源 513の出力は有限であることから、ラマン光増幅器 312から伝送路ファイバ 302に入射される励起光強度の最大量、すなわちラマン光 増幅器 312が保証し得るラマン利得の最大値は有限である。したがって、ラマン増幅 後の信号光レベルを一定に制御するという条件でラマン光増幅器 312が運用される 場合、伝送路ファイバ 302の信号光の減衰量が大きくなると、有限のラマン利得のた め、所定の信号光レベルにラマン増幅できな 、と 、う問題が発生する。
[0075] このように、ラマン増幅後の信号光レベルが伝送後の信号 雑音光特性を損ねる 恐れがあるため、伝送路ファイバ 302の損失特性の変化を監視する機能が必要とな る。ラマン光増幅器 312の励起光強度を一時的に無出力として、 （4)式により伝送路 ファイバ 302の信号光の減衰量を監視する方法では、光通信システムの一時運休を 必要とする問題がある。
[0076] そこで、伝送装置の運用を «続しながら伝送路ファイバ 302の光損失を監視するた め、伝送路ファイバ 302におけるラマン増幅に用いる励起光の光損失と、伝送路ファ ィバ 302の光波長—ロス係数の波長特性に関する（2)式を利用して、以下の手順で 監視を実施する。
[0077] 手順 2 :下流中継局 303における励起光モニタ部 514にて監視した伝送路ファイバ 302に入射する励起光強度を P2 、上流中継局 301における励起光モニタ部 502
pump
にて監視した上流中継局 301に到達する励起光強度を PI とすると、伝送路フアイ
pump
バ 302での励起光波長の光損失 LOSS ( λ )は、次式により表される。
pump
LOSS ( l ) =P2 -PI (5)
pump pump pump
(5)式は (4)式と同様、ログ単位で表現された等式であり、（5)式内の各励起光強 度、光損失はログ単位で表現されている。
[0078] 以降、特に断りのない限り、励起光強度および光損失はログ単位により表現された 値であるものとして、説明を行なう。
ここで、前述の通り、ラマン増幅を伴うラマン散乱損失は無視できるため、励起光の 減衰要因は、吸収損失とレイリー散乱損失のみを考えればよい。
[0079] 手順 3:信号光波長のロス係数 C (λ )と励起光波長のロス係数 C (λ )の
Loss sig Loss pump 差、 C (λ )-C (λ )を求める。手順 1および手順 2の測定では、ロス係数 C
Loss pump Loss sig
(λ )とじ (λ )を直接求めることはできないが、（2)式を用いることにより、 C
Loss sig Loss pump L
(λ )-C (λ )は次のように求められる。
oss pump Loss sig
C (λ )-C (λ )
Loss pump Loss sig
=a Χ (λ η -λ n)+a Χ (λ n— 1—え η_1) + ···
n pump sig n - 1 pump sig
+ a Χ (λ 2 -λ 2)+a Χ (λ ~λ ) (6)
2 pump sig 1 pump sig
(6)式の係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 aと、信号光波長 λ および励起光波長 λ は
1 2 η - 1 n sig pump 既知の情報であることから、 C (λ )とじ (λ )のそれぞれの値は不明でも、 C
Loss sig Loss pump
(λ )-C (λ )を求めることは可能である。
Loss pump Loss sig
[0080] 手順 4：手順 1および手順 2にて求めた信号光波長および励起光波長の伝送路損 失と、手順 3により求めたロス係数の差 C (λ )-C (λ )から、隣接する中継
Loss pump Loss sig
局間の伝送路ファイバ 302の距離を求める。隣接する中継局間の伝送路ファイバ 30 2の光波長 λにおける光損失 LOSS ( λ )は、中継局間の距離 (伝送路ファイバ長）を Lとして、次式により表される。
LOSS(l)=C (λ) XL+X (7)
Loss
(7)式はログ単位で表現された等式であり、例えば、（7)式内のロス係数 C ( λ )
Loss は dBZkm単位により、伝送路ファイバ長 Lは km単位により、局所的な光損失 Xは d B単位により、それぞれ表現されている。
[0081] (7)式の最終項 Xは、中継局等におけるコネクタ接続、曲げ損失等の局所的な光 損失を表す。この局所的な光損失 Xは、光波長にかかわらない一定量である。以前 の手順で求めた信号光波長および励起光波長の伝送路損失 LOSS ( λ )および L
OSS ( λ )を（7)式に適用することにより、伝送路ファイバ長 Lは次のように求めら
pump
れる。
L=(LOSS(l )-LOSS(l ))
pump sig
Z(C (λ )-C (λ )) (8)
Loss pump Loss sig
手順 5:ラマン光増幅器 312が設置された伝送路ファイバ 302の光損失 LOSS ( λ ) を光波長 λにより表す。 (2)式を用いて（7)式を展開することにより、光損失 LOSS ( λ )は次のように表せる。
LOSS(l) = (a X Xn+a -a X A +a )
Figure imgf000020_0001
XL+X
Figure imgf000020_0002
(9)
(9)式において、係数 A、 A 、 A、 A、 Aは、それぞれ A =a XL、 A
2
a XL、 ···ゝ A =a XL, A =a XL, A =a XL, A =a XL+Xにより定義さ n-l 2 2 1 1 1 1 0 0
れる。ファイバの種類に固有の係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 aと、伝送路ファイバ長 Lは伝
1 2 n-l n
送路ファイバ 302に固有かつ既知の値なので、係数 A、 A 、 · · ·、 A、 Aを求める n n-l 2 1 ことができる。さらに、励起光波長 λ と伝送路損失 LOSS ( λ )は既知のため、 pump pump
定数項 Aは次式により求めることができる。
0
A =LOSS (λ ) - (A Χ λ n + A X λ n— 1 +…
0 pump n pump n~l pump
+A Χ λ 2+A Χ λ ) (10)
2 pump 1 pump
以上の手順にて定まったすべての係数 A、 A 、 · · ·、 A、 A、 Aを（9)式に適 n n-l 2 1 0
用することにより、伝送路ファイバ 302の光損失 LOSS ( λ )を光波長 λにより表現す ることがでさる。
[0082] 手順 6:各中継局の伝送装置を運用しながら、伝送路ファイバ 302の損失特性の変 化を監視する。ファイバの種類に固有の係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 aと、伝送路ファイバ
1 2 n-l n
長 Lは、伝送路ファイバ 302の特性が変化しても不変の値である。したがって、（9)式 の係数 A、 A、 · · ·、 A 、 Aは、伝送路ファイバ 302に固有の固定値である。
1 2 n-l n
[0083] まず、伝送路ファイバ 302の励起光損失 LOSS (λ )を、伝送装置を
pump «I続して運 用しながら、手順 2により監視する。次に、監視された励起光損失 LOSS (λ )を（1 pump
0)式に適用して、定数項 Aを求める。定数項 A =a XL+Xは、経時変化や環境
0 0 0
条件の変化に伴う局所的な光損失 Xとロス係数の変化に応じて、変化する値であり、 伝送路ファイバ 302の損失特性の変化は、定数項 Aとして表現できる。
0
[0084] 手順 7:手順 6により求められた、伝送路ファイバ 302の特性変化に応じて変化する 定数項 Aを（9)式に適用することにより、信号光波長え における伝送路ファイバ 3 02の光損失 LOSS ( λ )を求めることができる。
[0085] 図 9は、同じ種類のファイバを用いた 2つの異なる伝送路 Aおよび伝送路 Bの光波 長—光損失特性を示している。ここで、伝送路 Aでは、ロス係数を表す（2)式の定数 項が a 、伝送路ファイバ長 L 、局所的な光損失 X の伝送路ファイバを用いており、
OA A A
伝送路 Bでは、（2)式の定数項が a 、伝送路ファイバ長 L 、局所的な光損失 Xの
OB B B
伝送路ファイバを用いて 、るものとする。
[0086] 曲線 901および 902は、それぞれ特性変化前の伝送路 Aおよび伝送路 Bの波長特 性を表し、曲線 903および 904は、それぞれ特性変化後の伝送路 Aおよび伝送路 B の波長特性を表す。
[0087] 伝送路 Aと伝送路 Bは同じ種類のファイバであるため、（2)式の係数 a 、 a 、 · · ·、&
1 2 n
、 aは同じ値である。したがって、図 9における伝送路 Aと伝送路 Bの波長特性の差 は、（9)式の定数項 Aと、係数 a 、 a 、 · · ·、 a 、 a に伝送路ファイバ長を乗算した
0 1 2 n-1 n
係数 A、 A、 · · ·、 A 、 A の違 、、すなわち光損失 LOSS ( λ )の光波長 λに関す
1 2 n-1 n
る式の微分係数 dLOSS ( λ ) /ά λに起因して!/、る。
[0088] 経時変化や環境条件の変化に伴う伝送路ファイバの損失特性の変化は、定数項 A の変化として表される力 微分係数 dLOSS ( λ ) /ά λは不変である。したがって、
0
伝送装置のセットアップ時に測定した励起光と信号光の伝送路損失の差、 Δ LOSS =LOSS ( λ ) -LOSS ( λ )は、伝送路ファイバの特性変化にかかわらず一定 pump sig
のため、この Δ LOSSと、伝送装置の継続運用に伴い常時測定している LOSS ( λ pu
)を用いて、次式により信号光波長の伝送路損失 LOSS ( λ )を求めることができ mp sig
る。
LOSS ( l ) =LOSS ( l ) - A LOSS (11)
sig pump
上記手順 3以降では、伝送装置の運用を継続しながら信号光波長の伝送路損失を 監視するために、常時監視している励起光の伝送路損失のほかに、伝送路ファイバ 302における励起光波長と信号光波長のロス係数の差を算出しているが、手順 1で 測定した励起光停止状態での信号光の損失 LOSS ( λ )と、手順 2に従って伝送装
sig
置のセットアップ時に測定した励起光波長の光損失 LOSS ( λ )の差を Δ LOSSと pump
して記憶し、手順 2に従って常時監視している励起光の伝送路損失から、（11)式に 従って信号光波長の光損失を見積もってもよ 、。
[0089] また、上記手順における計算式で用いて 、る各係数および関数は、異なる種類の 伝送路ファイバに対応して複数種類用意しておき、実際に使用する伝送路ファイバ に応じて、用意した係数および関数を使 、分けてもょ ヽ。
[0090] このように、本実施形態の光伝送システムでは、伝送路ファイバ 302における伝送 路損失を監視するために、ラマン増幅のためにラマン光増幅器 312から伝送路フアイ バ 302に入射される励起光の強度と、伝送路を遡って上流中継局 301に到達した励 起光の残留強度とを併せて監視する。そして、伝送装置のセットアップ時に測定した 信号光の伝送路損失と、伝送装置の運用を継続しながら常時監視している励起光の 伝送路損失と、上記手順とを用いることにより、経時'環境変化に応じて変化する信 号光波長における伝送路ファイバ 302の光損失を常時監視することが可能となる。
[0091] また、ファイバの損失特性の変化を常時監視することにより、励起光源 513の出力 限界に起因する有限のラマン利得という条件下で伝送装置の信号 雑音光特性を 損ねる恐れのある過剰な伝送路光損失、ある ヽは伝送路ファイバ 302の断線等の異 常を検出することができる。
[0092] 次に、常時監視された伝送路ファイバ 302の光損失と、ラマン光増幅器 312に必要 とされるラマン利得から、ラマン増幅に伴 、発生する ASS光の発生強度を正確に見 積もり、ラマン利得もしくはラマン増幅後の信号光強度を的確に制御する方法につい て説明する。
[0093] 図 4に示したように、伝送路ファイバ 302を通過するにつれて、信号光は損失要因 により減衰されながら、下流中継局 303に進行する。下流中継局 303に近づくにつ れて、ラマン光増幅器 312より伝送路ファイバ 302に入射される励起光により、信号 光はラマン増幅され、信号光強度が強くなる。そして、ラマン効果を利用するラマン増 幅に伴い、 ASS光が雑音成分として、信号光と同じ進行方向に発生する。
[0094] さらに、下流中継局 303に到達するまでに累積された、上流中継局 301等の光増 幅器にて発生した雑音成分 (例えば、 EDFAにて発生した ASE光)も混在する。した がって、図 10に示すように、ラマン増幅の後、ラマン光増幅器 312内の信号光モニタ 部 515に到達する光強度 Pall— obsには、ラマン増幅された信号光 P ( λ )と、 AS S光発生量 Passと、 ASE光等の累積雑音成分 Paccumとが混在しており、 Pall_ob sは（1)式を変形した次式により表される。
Pall_obs= 10" (P ( λ ) /10) +Pass + Paccum
on sig
(12)
ここで、 ASS光発生量 Passは、ラマン光増幅器 312内の目標光強度算出部 517に より算出される。
[0095] 従来技術では、次式に示すように、伝送路に入射される励起光源の各波長の光強 度 P 〜P と ASS光発生量 Passの関係式に従って、 Passの見積もりを行って pumpi pumpm
いた。
Pass=ASSpump (P , Ρ , . . . , Ρ ) (13)
pumpl pump2 pumpm
ASE光等の累積雑音成分 Paccumとしては、送信端局力 上流中継局 301までに 累積された累積雑音成分が、上流局制御装置 503より通知される。
[0096] ところで、長距離伝送システムに利用されるラマン光増幅器には、伝送装置の信号 雑音光特性が最適となるように、信号光強度を的確にラマン増幅する機能が求め られる。したがって、ラマン光増幅器 312には正確なラマン利得とラマン増幅後の信 号光強度を監視する機能が必要である。
[0097] (12)式の Pall— obsは、信号光モニタ部 515にて測定することにより取得できる値 であり、 Paccumは、上流中継局 301より通知される値であるため、（12)より P ( λ
on sig
) +Passの値は算出できる。一方で、前述のように、伝送路に入射される励起光の強 度と ASS光発生量の相関は、伝送路ファイバ 302の光特性に大きく影響されるので 、励起光モニタ部 514より得られる、ラマン光増幅器 312から伝送路ファイバ 302に 入射される励起光強度の情報だけでは、あらゆる伝送路ファイバの光特性に対する ASS光発生量 Passを精度よく見積もることができない。
[0098] そこで、以下の手順により、ラマン利得 G を用いて ASS光発生量 Passを見積もり、
R
ラマン増幅後の信号光強度 P ( λ )が所定の強度となるように、励起光源 513より
on sig
出射される励起光の強度を制御する。
[0099] 手順 1 :上述した監視方法における手順 1と同様に、ラマン光増幅器 312の励起光 無出力時に、伝送路ファイバ 302における信号光の損失 LOSS ( λ )を、（4)式に 従って測定する。信号光損失の測定は、例えば、ラマン光増幅器 312を設置する際 の伝送装置のセットアップ時に行えばょ 、。
[0100] 手順 2 :信号光が伝送路ファイバ 302を通過している状態で、ラマン光増幅器 312 の励起光源 513より励起光を伝送路ファイバ 302に入射し、信号光強度、もしくは、
ASS光発生量と累積雑音成分を含むすべての光強度が所定値に到達するように、 励起光強度を制御する。
[0101] 手順 3 :ラマン光増幅器 312の利得が一定の条件下では、 ASS光発生量は、増幅 媒体となる伝送路ファイバの光特性にかかわらず、ほぼ同じ強度となる。この特性を 利用して、ラマン利得 G に関する近似式から、 ASS光発生量 Passをより精度よく見
R
積ちることができる。
[0102] 従来技術との比較のために、様々な光特性を持つ DSFファイバに対して、ラマン利 得 10dBにてラマン光増幅器を動作させた場合の、励起光強度のみから見積もった ASS光発生量と、実際に発生する ASS光発生量とを、図 11に示す。図 11において 、棒グラフ 1101は実際の ASS光発生量を表し、棒グラフ 1102は従来技術による A SS光発生量の見積もり結果を表す。
[0103] 励起光強度のみ力も ASS光発生量を見積もるために、ある光特性の光ファイバの 励起光強度と ASS光発生量の相関を用いており、ここでは、ラマン光増幅器が設置 された中継局の局部損失を 0. 5dB、伝送路ファイバの種類を DSF、ロス係数を 0. 2 5dBZkmとして、相関関係を導出している。
[0104] これに対して、比較に用いたファイバは、ファイバの種類は同じ DSFである力 その ロス係数は、それぞれ、 0. 21dBZkmから 0. 29dBZkmまで、 0. OldBZkm毎に 異なっている。
[0105] 併せて、図 12に、様々な光特性を持つ DSFファイバに対して、ラマン利得 10dBに てラマン光増幅器を動作させた場合の、所要の励起光強度を示す。図 12に示すよう に、所定のラマン利得を得るために必要な励起光強度は、光ファイバのロス係数の大 小に依存し、ロス係数が大きいファイバほど多くの励起光強度を要する。また、同じ光 特性のファイバでは、一般的に励起光強度が大きいほどラマン効果が大きいため、 A SS光発生量は励起光強度に対して単調増加の関係にある。 [0106] このため、図 11に示すように、ある光特性のファイバを基準とした見積もり方法を様 々な光特性の光ファイバに対して適用した場合、 ASS光発生量の見積もりに大きな 誤差が発生し、その結果、信号光強度およびラマン利得の的確な制御が行えないと いう問題があった。
[0107] 一方、様々な光特性のファイバを増幅媒体として所定のラマン利得にてラマン光増 幅器を動作させた場合、図 11に示すように、励起光の強度および光ファイバの光特 性にかかわらず、ほぼ同じ量の ASS光が発生して 、る。
[0108] さらに、同じ種類で光特性が異なる様々な光ファイバに対して、様々なラマン利得 にてラマン光増幅器を動作させた時の ASS光発生量を、図 13に示す。図 13は、ラ マン光増幅器の利得が一定の条件下では、 ASS光発生量が増幅媒体となる伝送路 ファイバの光特性の影響を受けないことを表している。上記手順 3は、図 13に示した ラマン利得および ASS光発生量の関係を用いて、ラマン利得 Gより、 ASS光発生
R
量 Passを見積もるものである。
[0109] ここで、 ASS光発生量 Passを、次式によりラマン利得 G に関する関数として表すも
R
のとする。
Pass=ASSgain (G ) (14)
R
(14)式に従えば、ラマン光増幅器 312をラマン利得 G にて制御する場合に、ラマ
R
ン効果に伴い発生する ASS光発生量 Passを見積もることができる。
[0110] また、ラマン増幅後の信号光強度が P ( λ )に到達するように、ラマン光増幅器 3
on sig
12を制御する場合は、以下の（15)式および（16)式により、 ASS光発生量の見積も りに必要なラマン利得 G を求める。（11)式にて算出された信号光の伝送路損失 LO
R
SS ( 1 )と、出力光モニタ部において監視された出力信号光強度 P ( λ )から（ sig out Slg
15)式を用いることにより、ラマン増幅が行われない場合、すなわちラマン光増幅器 3 12より励起光が伝送路ファイバに出射されない状態の、信号光強度 P ( λ )が求
off Slg まる。
P ( λ ) =Ρ ( λ ) -LOSS ( l ) (15)
off sig out sig sig
ラマン増幅後の信号光強度が P ( λ )の場合、必要なラマン利得 G は、次式に
on sig
より表せる。 G =P ( λ ) -P ( λ ) (16)
R on sig off sig
(16)式はログ単位で表現された等式であり、以降、特に断りのない限り、ラマン利 得はログ単位により表現された値であるものとして、説明を行なう。
[0111] (16)式より求まるラマン利得 G を（14)式に適用することにより、ラマン利得 G に
R R
おける動作時の ASS光発生量 Passを見積もることが可能となる。
手順 4：所望の利得 Gもしくは信号光強度 P ( λ )を得るため、信号光モニタ部 5
R on sig
15において監視するすべての光強度 Pall— obsが所定の強度となるように、励起光 の強度を制御する。
[0112] ラマン光増幅器 312の制御目標がラマン利得 G に到達することである場合、図 13
R
もしくは（14)式に示したように、 ASS光発生量 Passはラマン利得 G を変数とする数
R
式により表される。そして、ラマン利得 G にてラマン増幅を受けた信号光の強度 P (
R on λ )は、 Ρ ( λ ) =Ρ ( λ ) X G により表せる。したがって、所望の利得 G とな sig on sig off sig R R るすべての光強度 Pall— targetは、（1)式を変形した次式により求まる。
Pall— target = 1(Τ (Ρ ( λ ) /10) +ASSgain (G )
on sig R
+ Paccum
= 1(T ( (P ( λ ) +G ) /10)
off sig R
+ASSgain (G ) +Paccum (17)
R
(17)式を用いることにより、ラマン光増幅器 312が所望の利得 Gもしくは信号光強
R
度 P ( λ )に到達するように制御する場合に、信号光モニタ部 515において到達す on sig
べきすベての光強度 Pall— targetが求まる。励起光制御部 516は、すべての光強度 Pall— obsが（17)式より求まる目標光強度 Pall— targetに相当するまで、励起光強 度の制御を行えばよい。すべての光強度 Pall— obsが目標光強度 Pall— targetに達 していれば、ラマン光増幅器 312は、所望のラマン利得もしくは信号光強度に到達し て 、ること〖こなる。
[0113] また、（17)式の Pall— targetは信号光モニタ部 515より、 Paccumは上流局制御 装置 503より、 P ( λ )は（15)式より、それぞれ求まることから、（17)式は G に関
off sig R する 1変数の関係式として表される。したがって、（17)式を解けばラマン利得 G を求
R
めることができる。（17)式を解くことにより求まるラマン利得 G 力 ラマン光増幅器 31 2に必要とされる利得に到達するように、励起光強度を制御してもよい。
[0114] 手順 4に従って励起光の強度を制御しても、所望のラマン利得もしくは信号光強度 に到達しない場合がある。例えば、伝送路ファイバ 302の光損失が大きい場合、ある いはラマン散乱によるラマン増幅効果の程度が小さいファイバを増幅媒体として用い る場合は、励起光源 513が発する励起光強度が有限のため、十分なラマン利得もし くはラマン増幅後の強い信号光強度が得られないからである。この場合、必要とする ラマン利得もしくは信号光強度力も算出されたすベての光強度 Pall— targetに到達 することができない。
[0115] そこで、励起光の強度が上限に到達した場合に、手順 4に引き続いて手順 5以降の 処理を行う。
手順 5 :ラマン光増幅器 312の励起光の強度が上限に到達した時のラマン利得を 求める。
[0116] 励起光の強度が上限に到達した時に、信号光モニタ部 515にて観測されるすべて の光強度を Pall (Limit)、ラマン利得を G (Limit)とすると、（17)式は次式で置き換
R
えられる。
Pall (Limit) = 10 " (P ( λ ) /10)
on sig
+ASSgain (G (Limit) ) + Paccum
R
= 10" ( (P ( λ ) + G (Limit) ) / 10
off sig R
+ASSgain (G (Limit) ) + Paccum
R
( 18)
( 18)式は、ラマン利得 G (Limit)に関する 1変数の関係式として表されるため、（1
R
8)式を解けばラマン利得 G (Limit)が求まる。
R
[0117] 手順 6 :励起光の強度が上限に到達した時のラマン利得もしくは信号光強度が、伝 送装置がラマン光増幅器 312に期待する値に達していない場合に、ラマン利得もしく は信号光強度の不足情報を下流局制御装置 518に通知する。
[0118] 下流局制御装置 518は、ラマン光増幅器 312のラマン利得もしくは信号光強度の 不足情報をもとに、伝送装置の通信品質に力かわる場合は警報を発してもよい。ある いは、伝送装置の通信品質に支障を与えな 、場合には、ラマン利得 G (Limit)をラ マン光増幅器 312の利得として設定し、伝送装置が正常状態にあることを、すべての 伝送装置を監視する上位制御装置に通知してもよい。
[0119] また、上記手順における計算式で用いている各係数および関数は、異なる種類の 伝送路ファイバに対応して複数種類用意しておき、実際に使用する伝送路ファイバ に応じて、用意した係数および関数を使 、分けてもょ ヽ。
[0120] ここで、上述した制御方法において、励起光制御部 516および目標光強度算出部
517が行う処理の一例を、以下に説明する。
図 14は、ラマン光増幅器 312が所要のラマン利得 G を与えられた場合の処理のフ
R
ローチャートである。
[0121] 目標光強度算出部 517は、下流局制御装置 518より累積雑音成分 Paccumと励起 光損失 LOSS ( )を受け取ると (ステップ 1401)、（11)式に従って、信号光波長 pump
の伝送路損失 LOSS ( λ )を算出する (ステップ 1402)。次に、（15)式に従って、ラ
sig
マン利得 0の状態の信号光強度 P ( λ )を算出し (ステップ 1403)、所要のラマン
off Slg
利得 G を用いて（14)式に従い、 ASS光発生量 Passを算出する (ステップ 1404)。
R
そして、（17)式に従って、 Paccum, P ( λ ) , G ,および Passから、ラマン光増 off sig R
幅器 312の目標光強度 Pall— targetを算出する（ステップ 1405)。
[0122] 励起光制御部 516は、信号光モニタ 515より受け取ったすべての光強度 Pall— ob sが、 目標光強度 Pall— targetに到達するまで、励起光強度を加減する (ステップ 14 06)。そして、励起光強度を最大限に設定しても目標光強度 Pall— targetに到達し ない場合、ラマン利得が所要の利得 G より不足しているという情報を、下流局制御装
R
置 518に通知する。
[0123] 図 15は、ラマン光増幅器 312が所要の P ( λ )を与えられた場合の処理のフロー
on sig
チャートである。図 15において、ステップ 1501〜1503およびステップ 1507の処理 は、図 14のステップ 1401〜1403およびステップ 1406の処理と同様である。
[0124] ステップ 1503においてラマン利得 0の状態の信号光強度 P ( λ )が算出されると
off Slg
、 目標光強度算出部 517は、（16)式に従って、所要の信号光強度 Ρ ( λ )を得る
on sig ために必要なラマン利得 G を算出する (ステップ 1504)。次に、得られたラマン利得
R
G を用いて（14)式に従い、 ASS光発生量 Passを算出する（ステップ 1505)。そし て、（17)式に従って、 Paccum、 Ρ ( λ )、および Passから、ラマン光増幅器 312
on sig
の目標光強度 Pall— targetを算出する（ステップ 1506)。
[0125] 励起光制御部 516は、ステップ 1507において励起光強度を最大限に設定しても 目標光強度 Pall— targetに到達しな 、場合、信号光強度が所要の信号光強度 P (
off λ )より不足しているという情報を、下流局制御装置 518に通知する。
sig
[0126] ここで、従来技術と本発明の ASS光発生量の見積もり精度を比較してみる。例えば 、上述した特許文献 2によれば、ラマン増幅に必要な励起光強度と、ラマン増幅に伴 い発生する ASS光発生量の相関から、 ASS光発生量の見積りを行っており、 (13) 式にて簡潔に示した励起光強度と ASS光発生量の相関は、次式により説明されてい る。
[0127] [数 1]
Figure imgf000029_0001
( 1 9 )
Passi = Pmjmn + b P
( 2 0 )
(20)式は、ラマン光増幅器の励起光源を構成する、ある波長の励起光 iの強度 P
pum と、励起光強度 P によるラマン増幅に伴い発生する ASS光発生量 Passiの相関 pi pumpi
を、 2次近似式により表したものである。 (20)式にお 、て、励起光 iの強度 P はミリ
pumpi ワット等の線形単位で表現される値であり、 ASS光発生量 Passiは dBm等のログ単 位で表現された値である。
[0128] (19)式は、（20)式の ASS光発生量 Passiに、（20)式に係わる励起光 iの波長と異 なる別の励起光 jの強度 P により、励起光 iの ASS光発生量 Passiがラマン増幅さ
pumpj
れた場合の ASS光増幅量 γ Ρ を加えて、各励起光波長の要素を合計した結果
ij pumpj
を表す。ここで、 γ は、励起光 jの強度 Ρ により ASS光発生量 Passiがラマン増幅 リ pumpj
されるときの増幅係数を意味する。（19)式では、各励起光波長により発生する ASS 光発生量を 10の累乗により線形単位に変換し、各要素を合計することにより、 ASS 光発生量 Passを算出している。
[0129] (19)式および（20)式により説明される ASS光発生量の見積り方法では、 ASS光 発生量の見積り結果は励起光強度に依存するため、以下のような問題が発生する。 図 12では、様々な光特性のファイバに対して、利得 10dBのラマン増幅に必要な励 起光強度を比較した結果が示されている。ここでは、伝送路ファイバの種類を DSF、 ラマン光増幅器が設置される中継局の局部損失を 0. 5dBとしている。様々な光特性 のファイバを比較するため、ロス係数は、それぞれ、 0. 21dBZkm力ら 0. 29dB/k mまで、 0. OldBZkm毎に異なる。図 12は、同じファイバ種類でも、ロス係数が大き いほど、所要の利得に必要な励起光強度が増加する傾向を示している。
[0130] また、励起光強度と ASS光発生量は、単調増加の関係にある。ラマン光増幅器は 、的確に利得あるいは信号光強度を制御するために ASS光の発生強度を見積もる 機能を備えており、従来技術では、ある光特性のファイバを基準とした励起光強度と 、ラマン増幅に伴う ASS光発生量の関係として、例えば、（13)式を用いて、見積もり を行っていた。
[0131] 基準となるファイバの光特性として、局部損失が 0. 5dB、ロス係数が 0. 25dB/k mである場合を想定する。この場合、図 12に示したように、利得 10dBのラマン増幅 に必要な励起光強度は、基準となるロス係数が 0. 25dBZkmのファイバでは 309m Wであるのに対し、ロス係数が 0. 29dB/kmのファイバでは 351mWとなる。
[0132] 図 16は、ロス係数が 0. 21dBZkm、 0. 25dB/km,および 0. 29dBZkmの 3種 類の伝送路ファイバにおいて、ラマン利得 10dBおよび 13dBがそれぞれ必要とされ る場合の、ラマン増幅に必要な励起光強度と ASS光発生量を示している。図 16には 、さらに、（13)式に基く従来技術と本発明の方法により見積もられた ASS光発生量 も示されている。
[0133] 図 17は、ラマン利得 G = 10dBおよびラマン増幅後の信号光強度 P ( λ ) =一
R on sig
25dBmを必要とする場合に、励起光強度から（13)式に従って ASS光発生量 Pass を見積もった結果を示している。図 17において、見積もり結果 1701における信号光 と ASS光の内訳は、実際の内訳 1702とは異なることが分かる。
[0134] 図 16および図 17に示すように、従来の見積もり方法によれば、ロス係数が 0. 29d BZkmのファイバに必要な 351mWの励起光強度では、 Pass=— 22. 9dBmとなる
[0135] ASE光累積雑音成分 Paccum=OmWとした場合、ラマン光増幅器に接続される ファイバのロス係数が 0. 29dBZkmであれば、基準となるロス係数を 0. 25dB/km として Pass=— 22. 9dBmと見積もつているため、（17)式より、すべての光強度 Pall _target=P ( λ ) +Pass= (― 25dBm) + (― 22. 9dBm) =— 20. 8dBmを目
on sig
標値として、励起光強度の制御が行われる。
[0136] しかし、増幅媒体であるファイバはロス係数が大きぐ実際の ASS光発生量は— 24 . 3dBmであり、 - 22. 9dBmよりも小さい。この ASS光発生量の見積もり誤差のため 、信号光強度は P ( λ ) = Pall— target— Pass = (— 20. 8dBm)一（ 24. 3dB
on sig
m) = - 23. 4dBmになるように制御され、 1. 6dBの信号光強度の制御誤差を伴つ てしまう。多段の中継局が接続された長距離伝送システムにおいては、この制御誤差 が信号 雑音特性等の品質を脅かす恐れがある。
[0137] 図 13では、様々な光特性のファイバに対して、所定の利得のラマン増幅に伴い発 生する ASS光発生量を比較した結果が示されている。ここでは、伝送路ファイバの種 類を DSF、ラマン光増幅器が設置される中継局の局部損失を 0. 5dBとしている。様 々な光特性のファイバを比較するため、ロス係数として 0. 21dBZkm、 0. 25dB/k m、および 0. 29dBZkmの 3種類を用いている。
[0138] 図 13は、ラマン光増幅器の利得が一定の条件では、 ASS光発生量が増幅媒体と なる伝送路ファイバの光特性の影響を受けな 、ことを表して 、る。図 11に示したよう に、利得 10dBのラマン増幅に伴い発生する ASS光の発生量は、基準となるロス係 数が 0. 25dB/kmのファイバでは— 24. 2dBmであるのに対し、ロス係数が 0. 21d B/km, 0. 29dBZkmのファイバでは、それぞれ— 24. ldBm、—24. 3dBmであ り、ほぼ同じである。
[0139] 本発明の見積り方法では、図 13に示した関係を利用してラマン利得 G力ら ASS
R
光発生量を見積もる。（14)式で簡潔に示したラマン利得 G と ASS光発生量 Passの
R
相関は、図 13に示したラマン利得 G と ASS光発生量 Passの特性を利用して、次式
R
のように表される。 Pass = G _coeff 3 X G +G _coeff 2 X G
R― R R― R
+ G coefflXG +G coeffO (21)
R― R R―
(21)式は、ラマン利得 G と ASS光発生量 Passの相関を 3次近似式で表現したも
R
のであり、 G coeffO〜G coeff3は、ラマン利得 G の各項の係数を表す。ここ
R一 R一 R
で、（21)式はログ単位で表現された等式であり、 ASS光発生量 Passはログ単位によ り表現された値である。これらの係数を伝送路ファイバの種類に応じて複数組記憶し ておけば、ラマン利得 G と ASS光発生量 Passの相関関係を、伝送路ファイバの種
R
類に応じて選択することができる。
[0140] 図 16では、ラマン利得 G =10dBおよびラマン増幅後の信号光強度 P (λ )=
R on sig
— 25dBmを必要とする場合に、本発明の方法により ASS光発生量 Passを見積もつ た結果も示されている。ここでは、伝送路ファイバのロス係数は 0. 25dBZkm、伝送 路ファイバ長は 75km、伝送路の光損失は LOSS (λ )=0. 25dB/kmX 75km
sig
= 18. 75dB、 ASE光累積雑音成分は Paccum=OmWとした。
[0141] まず、基準となる光特性のファイバにおけるラマン利得 G と ASS光発生量 Passの
R
関係を表す（21)式をあら力じめ用意しておく。この（21)式を用いることにより、所要 の利得 G =10dBのラマン増幅に伴う ASS光発生量は、 Pass=— 24. 2dBmと見
R
積ちることができる。
[0142] 次に、線形単位の等式である（17)式に従って、すべての光強度 Pall— target = 1 0"(Ρ (λ )/10) +Pass = 10" ( (- 25dBm) /10) + 10" ( (- 24. 2dBm) /1 on sig
0) =— 21. 6dBmを目標値として、励起光強度の制御を行う。
[0143] 伝送路ファイバの光特性が変化してロス係数が大きくなり、例えば、 0. 29dB/km となった場合、伝送路の光損失は LOSS (λ )=0. 29dB/kmX75km=21. 75
sig
dBに変化する。この場合、ラマン増幅後の信号光強度として P (λ ) = - 25dBm
on sig
が必要なので、所要のラマン利得は G =13dBとなる。ここで、（21)式の G として 1
R R
3dBを用!ヽれば、、 Pass=-21. 5dBmを見積もることができる。
[0144] そして、前述と同様に（17)式より、すべての光強度 Pall— target= 10" (P (λ )
on sig
/10)+Pass=10"((-25dBm)/10)+10"((-21. 5dBm)/10) = -19. 9 dBmを目標値として、励起光強度の制御を行う。 [0145] 0. 25dBZkm力ら 0. 29dBZkmへのロス係数の変化に伴い、実際の ASS光発 生量が 21. 6dBmとなっても、本発明の方法によれば Pass=— 21. 5dBmと見積 もることができるため、見積り誤差は非常に小さくなる。その結果、ロス係数が変化し ても、信号光強度は P ( λ ) =Pall— target— Pass = l(T ( (— 19. 9dBm) ZlO)
on sig
— 10" ( (— 21. 6dBm) /10) = - 24. 8dBmに制御され、従来の見積り方法に比 ベて、格段に信号光強度の制御誤差が向上する。これにより、信号光強度を正確に 制御することが可能となり、光伝送システムの信号 雑音特性等の品質を向上させる ことができる。
[0146] 以上に説明した通り、本発明の見積もり方法によれば、様々な光特性のファイバに 対してラマン利得一定の条件では ASS光発生量に差が生じないことを利用して、高 い精度で ASS光発生量を見積もることができる。その結果、ラマン利得もしくはラマン 増幅後の信号光強度を的確に制御することが可能となる。さらに、常時、伝送路ファ ィバの信号光損失力 ラマン利得を監視することにより、経時変化および環境条件の 変化に伴う光ファイバの特性変化に対して、適切に、ラマン利得に基く ASS光発生 量の見積もりを行うことができる。
[0147] 次に、図 5より簡単な構成により ASS光発生量を見積もる方法について説明する。
この方法では、伝送路ファイバの光特性を常時監視する機能は持たないが、所要の ラマン利得または信号光強度から、 ASS光の発生強度をより簡単な構成にて精度よ く見積もることにより、ラマン利得または信号光強度を的確に制御する。
[0148] 図 18は、このような上流中継局 301と下流中継局 303の伝送装置の構成を示して いる。下流中継局 303の構成は図 5と同様であり、上流中継局 301は、図 5の構成か ら励起光抽出部 501および励起光モニタ部 502を除いた構成を有する。下流中継局 303に設置されたラマン光増幅器 312の各部と、上流中継局 301の EDFA311内の 出力光モニタ部の動作は、図 5の場合と基本的に同様である。
[0149] 上流局制御装置 503は、出力光モニタ部で監視された出力信号光の強度を受け 取り、下流局制御装置 518に出力信号光強度と ASE光累積雑音成分の情報を送信 する。
下流局制御装置 518は、上流局制御装置 503から受信した情報をもとに、伝送路 ファイバ 302の状態等の、隣接する局間の運用状況を監視し、ラマン光増幅器 312 を制御する。下流局制御装置 518は、ラマン光増幅器 312を含む下流中継局 303に 設置された伝送装置の構成部品のすべてもしくは一部を制御することも可能である。 あるいは、下流局制御装置 518をラマン光増幅器 312内に設けて、ラマン光増幅器 312のみを制御するようにしてもよ!、。
[0150] ラマン光増幅器 312内の信号光モニタ部 515に到達する光強度 Pall— obsには、 ラマン増幅された信号光 P ( λ )と、 ASS光発生量 Passと、 ASE光等の累積雑音
on sig
成分 Paccumとが混在しており、（12)式により表される。 ASS光発生量 Passは、目 標光強度算出部 517により算出される。累積雑音成分 Paccumとしては、送信端局 力も上流中継局 301までに累積された累積雑音成分が、上流局制御装置 503より通 知される。
[0151] 長距離伝送システムに利用されるラマン光増幅器には、伝送装置の信号 雑音光 特性が最適となるよう、信号光強度を的確にラマン増幅する機能が求められる。図 18 の構成では、以下の手順により、ラマン利得 G を用いて ASS光発生量 Passを精度
R
よく見積もり、ラマン増幅後の信号光強度 P ( X
on sig )が所定の強度となるように、励起 光源 513から出射される励起光の強度を制御する。
[0152] 手順 1 :上述した監視方法における手順 1と同様に、ラマン光増幅器 312の励起光 無出力時に、伝送路ファイバ 302における信号光の損失 LOSS ( λ )を、（4)式に
sig
従って測定する。信号光損失の測定は、例えば、ラマン光増幅器 312を設置する際 の伝送装置のセットアップ時に行えばょ 、。
[0153] 手順 2 :信号光が伝送路ファイバ 302を通過している状態で、ラマン光増幅器 312 の励起光源 513より励起光を伝送路ファイバ 302に入射し、信号光強度、もしくは、
ASS光発生量と累積雑音成分を含むすべての光強度が所定値に到達するように、 励起光強度を制御する。
[0154] 手順 3 :ラマン光増幅器 312の利得が一定の条件下では、 ASS光発生量は、増幅 媒体となる伝送路ファイバの光特性にかかわらず、ほぼ同じ強度となる。この特性を 利用して、上述した制御方法における手順 3と同様に、ラマン利得 G に関する近似
R
式から、 ASS光発生量 Passをより精度よく見積もる。 [0155] ラマン利得 G に関する ASS光発生量 Passの関数として、（14)式を用いる。（14)
R
式に従えば、ラマン光増幅器 312をラマン利得 G にて制御する場合に、ラマン効果
R
に伴い発生する ASS光発生量 Passを精度よく見積もることができる。
[0156] また、ラマン増幅後の信号光強度が P ( λ )に到達するようにラマン光増幅器 31
on sig
2を制御する場合は、（15)式と（16)式より ASS光発生量の見積もりに必要なラマン 利得 G を求める。
R
[0157] 手順 1で求めた信号光の伝送路損失 LOSS ( λ )と、出力光モニタ部において監 視された出力信号光強度 P ( λ )から、（15)式を用いることにより、ラマン増幅が 行われない場合、すなわちラマン光増幅器 312より励起光が伝送路ファイバ 302に 出射されない場合の、信号光強度 P ( λ )が求まる。
[0158] ラマン増幅後の信号光強度が Ρ ( λ )の場合、必要なラマン利得 G は（16)式に
on sig
より求められる。得られたラマン利得 G を（14)式に適用することにより、ラマン利得
R
が G のときの ASS光発生量 Passが得られる。
R
[0159] 手順 4：所望の利得 Gもしくは信号光強度 P ( λ )を得るため、信号光モニタ部 5
R on sig
15において監視するすべての光強度 Pall— obsが所定の強度となるように、励起光 の強度を制御する。
[0160] ラマン光増幅器 312の制御目標がラマン利得 G に到達することである場合、図 13
R
もしくは（14)式に示したように、 ASS光発生量 Passはラマン利得 G を変数とする数
R
式により表される。そして、ラマン利得 G
Rにてラマン増幅を受けた信号光の強度 P (
on λ )は、 Ρ ( λ ) =Ρ ( λ ) X G により表せる。したがって、所望の利得 G とな sig on sig off sig R R るすべての光強度 Pall— targetは、（17)式により求まる。
[0161] すべての光強度 Pall— obs力 （17)式により求まる所望の光強度に達していれば、 ラマン光増幅器 312は、所望のラマン利得もしくは信号光強度に到達して 、ることに なる。
[0162] また、（17)式の Pall— targetは信号光モニタ部 515より、 Paccumは上流局制御 装置 503より、 P ( λ )は（15)式より、それぞれ求まることから、（17)式は G に関
off sig R する 1変数の関係式として表される。したがって、（17)式を解けばラマン利得 G を求
R
めることができる。（17)式を解くことにより求まるラマン利得 G 力 ラマン光増幅器 31 2に必要とされる利得に到達するように、励起光強度を制御してもよい。
[0163] 手順 4に従って励起光の強度を制御しても、所望のラマン利得もしくは信号光強度 に到達しない場合は、手順 4に引き続いて、上述した監視方法における手順 5以降 の処理を行う。
[0164] 以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
( 1)ラマン光増幅器が伝送路ファイバに供給する励起光の強度と、励起光が伝送路 ファイバを通過した後の残留励起光強度と、伝送路ファイバの光損失の波長特性と に基いて、信号光波長における伝送路ファイバの光損失を監視することにより、伝送 路ファイバにおける光特性の変化を監視できるとともに、伝送路ファイバにおける断 線や過剰損失等の異常を検出できる。
(2)同じ種類の光ファイバでは、同じ利得にてラマン増幅する場合、様々な光特性の 光ファイバに対して、ラマン増幅に伴いほぼ同じ強度の ASS光が発生する。この性 質を利用して、伝送路ファイバの種類に応じて、 ASS光発生強度をラマン利得の関 数として見積もることにより、精度の高い ASS光発生強度の見積もりを行うことができ る。
(3)信号光波長における伝送路ファイバの光損失を監視しながら、 ASS光発生強度 の見積もり結果から求められるすべての光強度を制御目標として励起光強度を制御 することにより、ラマン光増幅器の運用中に伝送路ファイバの光特性が変化しても、 所望のラマン利得もしくはラマン増幅後の信号光強度を的確に得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 上流局からの通信情報を含む信号光を伝送路ファイバを利用して増幅し、増幅さ れた信号光を受信するラマン光増幅器であって、
前記上流局に向けて前記伝送路ファイバに励起光を供給する励起光源と、 受信した信号光の強度を測定する信号光モニタ部と、
ラマン利得とラマン増幅に伴って発生する自然散乱光の強度の相関関係を用いて 、必要とされるラマン利得力 対応する自然散乱光強度を計算し、得られた自然散乱 光強度と前記増幅された信号光の強度から、目標光強度を計算する目標計算部と、 前記信号光モニタ部により測定された光強度が前記目標光強度に相当するように 、前記励起光源から出力される励起光の強度を制御する励起光制御部と を備えることを特徴とするラマン光増幅器。
[2] 前記目標計算部は、前記伝送路ファイバの種類に応じて、前記ラマン利得と自然 散乱光の強度の相関関係を選択することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅
[3] 前記目標計算部は、前記伝送路ファイバに励起光が供給されて!、な!、状態で前記 信号光モニタ部により測定された信号光強度と、前記伝送路ファイバに供給される励 起光の強度が上限に達した状態で前記信号光モニタ部により測定された光強度と、 前記ラマン利得と自然散乱光の強度の相関関係を用いて、ラマン利得を計算し、得 られたラマン利得が前記必要とされるラマン利得に到達して 、な 、とき、ラマン利得ま たは信号光強度の不足情報を出力することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増 幅器。
[4] 前記目標計算部は、累積雑音光強度の情報を前記上流局から受信し、受信した累 積雑音光強度と前記自然散乱光の強度と前記増幅された信号光の強度から、前記 目標光強度を計算することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅器。
[5] 前記目標計算部は、前記累積雑音光強度と、前記伝送路ファイバに励起光が供給 されていない状態で前記信号光モニタ部により測定された信号光強度と、前記伝送 路ファイバに供給される励起光の強度が上限に達した状態で前記信号光モニタ部に より測定された光強度と、前記ラマン利得と自然散乱光の強度の相関関係を用いて 、ラマン利得を計算し、得られたラマン利得が前記必要とされるラマン利得に到達し て!、な 、とき、ラマン利得または信号光強度の不足情報を出力することを特徴とする 請求項 4記載のラマン光増幅器。
[6] 前記励起光源から前記伝送路ファイバに供給される励起光の強度を測定する励起 光モニタ部をさらに備え、前記目標計算部は、前記伝送路ファイバに励起光が供給 されて!/、な!/、状態で、前記上流局から該伝送路ファイバに出力される信号光の強度 を該上流局力 受信し、受信した出力信号光強度と前記信号光モニタ部により測定 された信号光強度から、励起光無出力時の該伝送路ファイバの信号光波長における 光損失を計算し、該伝送路ファイバに励起光が供給されている状態で、該伝送路フ アイバを通過して該上流局に到達した残留励起光の強度と出力信号光強度の情報 を該上流局から受信し、受信した残留励起光強度と前記励起光モニタ部により測定 された励起光強度と該励起光無出力時の光損失から、励起光出力時の該伝送路フ アイバの信号光波長における光損失を計算し、受信した出力信号光強度と該励起光 出力時の光損失と前記必要とされるラマン利得から、前記増幅された信号光の強度 を計算することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅器。
[7] 前記励起光源から前記伝送路ファイバに供給される励起光の強度を測定する励起 光モニタ部をさらに備え、前記目標計算部は、前記伝送路ファイバに励起光が供給 されて!/、な!/、状態で、前記上流局から該伝送路ファイバに出力される信号光の強度 を該上流局力 受信し、受信した出力信号光強度と前記信号光モニタ部により測定 された信号光強度から、励起光無出力時の該伝送路ファイバの信号光波長における 光損失を計算し、該伝送路ファイバに励起光が供給されている状態で、該伝送路フ アイバを通過して該上流局に到達した残留励起光の強度と出力信号光強度の情報 を該上流局から受信し、受信した残留励起光強度と前記励起光モニタ部により測定 された励起光強度と該励起光無出力時の光損失から、励起光出力時の該伝送路フ アイバの信号光波長における光損失を計算し、受信した出力信号光強度と該励起光 出力時の光損失とラマン増幅後に必要とされる信号光強度から、前記必要とされるラ マン利得を計算し、得られたラマン利得力 前記自然散乱光の強度を計算し、該ラマ ン増幅後に必要とされる信号光強度を前記増幅された信号光の強度として用いて、 前記目標光強度を計算することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅器。
[8] 前記励起光源から前記伝送路ファイバに供給される励起光の強度を測定する励起 光モニタ部をさらに備え、前記目標計算部は、前記伝送路ファイバに励起光が供給 されて!/、な!/、状態で、前記上流局から該伝送路ファイバに出力される信号光の強度 を該上流局力 受信し、受信した出力信号光強度と前記信号光モニタ部により測定 された信号光強度から、励起光無出力時の該伝送路ファイバの信号光波長における 光損失を計算し、該伝送路ファイバに励起光が供給されている状態で、出力信号光 強度の情報を該上流局力 受信し、受信した出力信号光強度と該励起光無出力時 の光損失と前記必要とされるラマン利得から、前記増幅された信号光の強度を計算 することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅器。
[9] 前記励起光源から前記伝送路ファイバに供給される励起光の強度を測定する励起 光モニタ部をさらに備え、前記目標計算部は、前記伝送路ファイバに励起光が供給 されて!/、な!/、状態で、前記上流局から該伝送路ファイバに出力される信号光の強度 を該上流局力 受信し、受信した出力信号光強度と前記信号光モニタ部により測定 された信号光強度から、励起光無出力時の該伝送路ファイバの信号光波長における 光損失を計算し、該伝送路ファイバに励起光が供給されている状態で、出力信号光 強度の情報を該上流局から受信し、受信した出力信号光強度と該励起光出力時の 光損失とラマン増幅後に必要とされる信号光強度から、前記必要とされるラマン利得 を計算し、得られたラマン利得力 前記自然散乱光の強度を計算し、該ラマン増幅 後に必要とされる信号光強度を前記増幅された信号光の強度として用いて、前記目 標光強度を計算することを特徴とする請求項 1記載のラマン光増幅器。
[10] 上流局から伝送路ファイバに出力された、通信情報を含む信号光を受信する下流 局にお 、て、該信号光を該伝送路ファイバを利用して増幅するラマン増幅方法であ つて、
前記上流局に向けて前記伝送路ファイバに励起光を供給し、
前記上流局から受信した信号光の強度を測定し、
ラマン利得とラマン増幅に伴って発生する自然散乱光の強度の相関関係を用いて 、必要とされるラマン利得力 対応する自然散乱光強度を計算し、 得られた自然散乱光強度と前記増幅された信号光の強度から、目標光強度を計算 し、
測定された光強度が前記目標光強度に相当するように、前記励起光の強度を制御 する
ことを特徴とするラマン増幅方法。
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