WO2018097075A1 - 光通信装置および光増幅用の励起光を供給する装置 - Google Patents

光通信装置および光増幅用の励起光を供給する装置 Download PDF

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晋吾 亀田
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日本電気株式会社
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    • H01S3/2383—Parallel arrangements
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Definitions

  • the present invention relates to an optical communication apparatus using an optical amplifier that amplifies an optical signal with pumping light, and more particularly to an apparatus for supplying the pumping light.
  • the WDM (Wavelength Division Multiplexing) system used in large-capacity communication networks uses the L-band (1565-1625nm) in addition to the C-band (1530-1565nm), which has good excitation efficiency. Broadband is being promoted.
  • an optical amplifying medium hereinafter referred to as “optical fiber amplifier” to which a rare earth element such as erbium is added is generally used.
  • optical fiber amplifier an optical amplifying medium to which a rare earth element such as erbium is added.
  • a parallel circuit has been proposed in which a WDM input signal is demultiplexed into a plurality of subbands, and the optical signals of each subband are amplified by separate optical fiber amplifiers and then multiplexed.
  • the optical fiber amplifier described above amplifies an optical signal with pumping light, and it is known that its gain characteristic changes depending on the wavelength of the optical signal and the power of the pumping light.
  • the L-band optical fiber amplifier has lower pumping efficiency than that of the C-band, it requires stronger pumping light to obtain the same gain.
  • a method for controlling the power of pumping light for each wavelength band has been proposed so that the gain characteristic becomes uniform regardless of the wavelength band.
  • a distribution coupler is provided in the pumping light source, and pumping light having an appropriate intensity is supplied to the optical fiber amplifier for each wavelength band.
  • the optical fiber amplifiers of a plurality of wavelength bands are pumped with high reliability and considering wavelength dependence. You have to supply light. Furthermore, since upstream and downstream optical amplifiers are required as repeaters, pump light that is also highly reliable and takes wavelength dependence into consideration must be supplied equally to upstream and downstream optical amplifiers.
  • the third pump light is substantially supplied evenly to the upstream and downstream optical amplifiers by the 3 ⁇ 2 coupler.
  • An optical circuit configuration that stably supplies pumping light in consideration of wavelength dependency is not disclosed.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus for supplying highly reliable pumping light considering wavelength dependence to optical fiber amplifiers respectively corresponding to a plurality of wavelength bands, and an optical communication apparatus using the apparatus. There is.
  • An optical communication apparatus includes a plurality of optical fiber amplifiers corresponding to each of a plurality of wavelength bands, a plurality of pumping light sources that respectively output pumping light, an equal branching optical system having an equal branching ratio, And at least one unequal branching optical system having an equal branching ratio, and the equal branching optical system combines a plurality of excitation lights and divides them equally to generate a plurality of equally branched lights, thereby unequal branching.
  • the optical system inputs at least one of a plurality of equally branched lights to generate a plurality of unequal branched lights, and outputs the first unequal branched lights as excitation light for the optical fiber amplifier for the first wavelength band.
  • the second unequally branched light is output as pumping light for an optical fiber amplifier for the second wavelength band.
  • the pumping light supply device is a device that supplies each pumping light to an optical fiber amplifier corresponding to each of a plurality of wavelength bands, and is equally branched with a plurality of pumping light sources that respectively output the pumping light.
  • a plurality of equally branched light beams are generated, and the unequal branching optical system inputs at least one of the plurality of equally branched light beams to generate a plurality of unequal branched light beams, and the first unequal branched light beam is a first wavelength. It is output as pumping light for the optical fiber amplifier for the band, and the second non-uniformly branched light is output as pumping light for the optical fiber amplifier for the second wavelength band.
  • the present invention it is possible to supply highly reliable pumping light considering wavelength dependency to optical fiber amplifiers respectively corresponding to a plurality of wavelength bands.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an excitation light supply system in the optical communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the pumping light supply system in the optical communication apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an excitation light supply system in the optical communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • a plurality of excitation light sources an equal branching optical system having an equal branching ratio, and an unequal branching optical system having an unequal branching ratio are provided.
  • Optical fiber amplifiers for wavelength bands that generate a plurality of equally branched light beams that are equally multiplexed and demultiplexed, and that generate a plurality of unequal branched light beams from a single equally branched light beam. Used as excitation light. In this way, it is possible to supply highly reliable pumping light considering wavelength dependency to optical fiber amplifiers corresponding to each of a plurality of wavelength bands.
  • an optical amplifier that amplifies optical signals in two wavelength bands in parallel is taken as an example, and a distribution method of pumping light supplied to the optical fiber amplifiers for these wavelength bands is taken as an example.
  • the present invention is not limited to this example, and can be applied to an optical amplifier in an optical communication system having three or more wavelength bands.
  • an optical fiber amplifier that performs optical amplification with pumping light an optical amplification medium to which a rare earth element is added, for example, an erbium-doped fiber (EDF) amplifier can be used as an optical fiber amplifier that performs optical amplification with pumping light.
  • an optical amplification medium to which a rare earth element is added for example, an erbium-doped fiber (EDF) amplifier can be used as an optical fiber amplifier that performs optical amplification with pumping light.
  • EDF erbium-doped fiber
  • an optical communication apparatus includes two optical amplifiers, upstream and downstream, and a pumping light supply device that supplies pumping light to each of these optical amplifiers.
  • the pumping light supply device includes a plurality of pumping light sources that respectively emit pumping light, and a pumping light supply optical system that generates pumping light supplied to the upstream and downstream optical amplifiers. Then, the pumping light supply optical system sets the pumping light power so that the output power of the optical fiber amplifier of the optical amplifier becomes uniform.
  • the upstream optical amplifier includes an optical fiber amplifier 100 and a WDM coupler 110 for the first wavelength band, and an optical fiber amplifier 101 and a WDM coupler 111 for the second wavelength band.
  • a demultiplexing coupler 120 that receives an upstream WDM optical signal and demultiplexes the optical signal in the first wavelength band and the optical signal in the second wavelength band is provided.
  • the optical fiber amplifiers 100 and 101 each have a multiplexing coupler 121 that combines the optical signal in the first wavelength band and the optical signal in the second wavelength band, respectively, and outputs an upstream WDM optical signal.
  • the WDM coupler 110 multiplexes pumping light from a pumping light supply optical system, which will be described later, into an optical signal in the first wavelength band, so that the first wavelength band optical fiber amplifier 100 amplifies the optical signal in the first wavelength band.
  • the WDM coupler 111 multiplexes pumping light from a pumping light supply optical system, which will be described later, into an optical signal in the second wavelength band, so that the second wavelength band optical fiber amplifier 101 can output the optical signal in the second wavelength band. Amplify.
  • the first wavelength band optical fiber amplifier 100 and the second wavelength band optical fiber amplifier 101 differ in gain characteristics depending on the wavelength. Therefore, the intensities of the two pump lights supplied to these optical fiber amplifiers are adjusted in advance by the unequal branching optical system so that the output non-uniformity due to the wavelength dependence of the gain characteristic is canceled out.
  • the downstream optical amplifier has the same configuration as the upstream optical amplifier. That is, the downstream optical amplifier includes an optical fiber amplifier 200 and a WDM coupler 210 for the first wavelength band, and an optical fiber amplifier 201 and a WDM coupler 211 for the second wavelength band.
  • a demultiplexing coupler 220 that receives a downstream WDM optical signal and demultiplexes the optical signal in the first wavelength band and the optical signal in the second wavelength band is provided.
  • a multiplexing coupler 221 that combines the optical signal in the first wavelength band and the optical signal in the second wavelength band respectively amplified by the optical fiber amplifiers 200 and 201 to output a downstream WDM optical signal is provided.
  • the pump light multiplexed by the WDM coupler 210 and the pump light multiplexed by the WDM coupler 210 are unequal in intensity so as to eliminate output non-uniformity due to the wavelength dependence of the gain of the optical fiber amplifier. It is adjusted in advance by the branching optical system.
  • the excitation light supply apparatus includes four excitation light sources (laser diodes) LD1 to LD4 and an excitation light supply optical system including an equal branch optical system and an unequal branch optical system.
  • the equal branching optical system includes a polarization beam combiner (PBC) 301, a polarization beam combiner 302, and a two-input two-output equal branching coupler 303.
  • the unequal branch optical system includes an unequal branch coupler 304 having an upstream unequal branch ratio (x: y) and a downstream unequal branch coupler 305.
  • x and y are natural numbers and are set in advance so as to eliminate the output non-uniformity due to the wavelength dependency of the optical fiber amplifier described above.
  • the excitation light sources LD1 and LD2 are optically connected to the two inputs of the polarization beam combiner 301 through the polarization maintaining fiber, respectively, and the excitation light sources LD3 and LD4 are respectively optically connected to the two inputs of the polarization beam combiner 302 through the polarization maintaining fiber. It is connected to the.
  • the outputs of the polarization beam combiners 301 and 302 are optically connected to the two inputs of the equal branch coupler 303, respectively.
  • the two outputs of the equal branch coupler 303 are optically connected to the input of the unequal branch coupler 304 and the input of the unequal branch coupler 305, respectively.
  • the two outputs of the unequal branching coupler 304 are optically connected to the WDM couplers 110 and 111, respectively, and supplied as pumping lights in the upstream first wavelength band and the second wavelength band.
  • the two outputs of the unequal branching coupler 305 are optically connected to the WDM couplers 210 and 211, respectively, and supplied as pumping lights in the first and second wavelength bands on the downstream side.
  • the unequal branch coupler 304 is disposed immediately before the WDM couplers 110 and 111 of the optical amplifier
  • the unequal branch coupler 305 is disposed immediately before the WDM couplers 210 and 211 of the optical amplifier.
  • the polarization beam combiner 301 equally combines the pumping light beams P1 and P2 to generate the pumping light beam P1 + 2 (operation S401). Further, the polarization beam combiner 302 equally multiplexes the pumping lights P3 and P4 to generate the pumping light P3 + 4 (Operation SS402).
  • the equal branching coupler 303 receives the pumping lights P1 + 2 and P3 + 4, equally splits them into two to generate the upstream branching light Pu and the downstream branching light Pd, and the unequally branching couplers 304 and 305, respectively. (Operation S403).
  • the excitation lights P1-P4 from the excitation light sources LD1-LD4 are combined, they are equally branched into two, becoming the branched light Pu that is the upstream excitation light and the branched light Pd that is the downstream excitation light. .
  • the upstream branching light Pu is input to the unequal branching coupler 304, and is distributed to the two branching lights Pu-x and Pu-y with an x: y distribution ratio (operation S404u).
  • the branched light Pu-x is output as pumping light to the WDM coupler 110, and the branched light Pu-y is output to the WDM coupler 111, respectively (operation S405u).
  • the first wavelength band is the C band and the second wavelength band is the L band
  • the branched light Pu-y supplied to the optical fiber amplifier 101 on the L band side is larger in power by a predetermined amount than the branched light Pu-x supplied to the optical fiber amplifier 100 on the C band side.
  • x and y are respectively set to predetermined values such that x ⁇ y.
  • the downstream side branched light Pd is input to the unequal branch coupler 305 and is also distributed to the two branched lights Pd-x and Pd-y with the distribution ratio of x: y (operation S404d).
  • the branched light Pd-x is output as pumping light to the WDM coupler 210 and the branched light Pd-y is output as pumping light to the WDM coupler 211 (operation S405d).
  • the first wavelength band is the C band
  • the second wavelength band is the L band
  • x and y are set to predetermined values satisfying x ⁇ y, whereby the L-band side branched light Pd-y is changed to C.
  • the power can be increased by a predetermined amount compared to the band side split light Pd-x.
  • the excitation light supply optical system shown in FIG. 1 equally divides the excitation light (power) P1-P4 output from the excitation light sources LD1-LD4 into two branches. Further, by appropriately setting the distribution ratio x: y of the unequal branch couplers 304 and 305, the difference in output power due to the wavelength dependence of the optical fiber amplifiers in the first wavelength band and the second wavelength band is eliminated. Can do.
  • the branching ratio x: y is not a variable but a fixed value, and is determined in advance by system design or the like.
  • the pumping power obtained by combining the optical outputs of the plurality of pumping light sources by the equal branching optical system is equal to the uplink / downlink.
  • These equally branched lights are unequally distributed according to the pumping efficiency of the optical fiber amplifier by the unequal branching optical system. That is, by determining the unequal branching ratio x: y of the unequal branching optical system in advance, the difference in pumping efficiency depending on the wavelength band of the optical fiber amplifier can be canceled and the optical output can be made uniform.
  • the upstream branching light Pu and the downstream branching light Pd are only lowered evenly and are not blocked. Therefore, the amplification operation is not stopped only by reducing the outputs of the four optical fiber amplifiers evenly, and a highly reliable optical amplifier can be obtained.
  • the pumping light source other than the faulty pumping light source increases the output, it causes a decrease in the lifetime of the pumping light source that has increased the output. Therefore, when some pump light sources fail, the life of the light source is extended by reducing the output of the all-optical amplifier evenly without increasing the output of the normal pump light source, and the submarine relay in the submarine optical transmission system. It is possible to maintain the reliability of the vessel.
  • the decrease in the optical output of the optical fiber amplifier can be finally recovered to a predetermined optical output by automatic output control of several optical amplifiers connected in the subsequent stage. For example, it is possible to compensate for the output of one failed pumping light source with a slight increase in the output of the pumping light source that supplies pumping light to a plurality of optical amplifiers connected in the subsequent stage.
  • the optical communication apparatus is not a polarization beam combiner (PBC) but only an equal branching coupler as compared with the first embodiment shown in FIG. Is used to construct an equal-branching optical system for pumping light, and further forward and backward pump the optical fiber amplifier.
  • PBC polarization beam combiner
  • the difference configuration from the first embodiment will be mainly described, the same configuration and function will be denoted by the same reference numerals, and the description will be omitted.
  • the equally branched coupler 501 equally splits the excitation lights P1 and P2 to generate two equally branched lights P12. Further, the equi-branching coupler 502 equally divides the excitation lights P3 and P4 to generate two equally-branching lights P34.
  • the equal branching coupler 503 receives one of the equal branching lights P12 and P34 from the equal branching couplers 501 and 502, respectively, and equally splits it into two to generate the branching light Pu1 and the branching light Pd1, respectively. And output to 505. That is, the pumping light P1-P4 from the pumping light sources LD1-LD4 are combined and then equally split into two, and the upstream forward pumping light splitting light Pu1 and the downstream forward pumping light splitting light Pd1 It becomes.
  • the equal branch coupler 506 receives the other equal branch light P12 and P34 from the equal branch couplers 501 and 502, respectively, and equally splits them into two to generate the branched light Pu2 and the branched light Pd2. Output to equal branching couplers 507 and 508. That is, the pumping lights P1-P4 from the pumping light sources LD1-LD4 are combined and then equally split into two, the upstream branching light Pu2 for backward pumping light and the downstream branching light Pd2 for backward pumping light It becomes.
  • the branch light Pu1 for the upstream forward pumping light is input to the unequal branch coupler 504 and is distributed to the two branch lights Pu1-x and Pu1-y at an x: y distribution ratio, and the branch light Pu1-x is WDM.
  • the branched light Pu1-y is output to the coupler 110 as forward pumping light to the WDM coupler 111, respectively.
  • the upstream branching light Pu2 for backward pumping light is input to the unequal branching coupler 507 and distributed to the two branched lights Pu2-x and Pu2-y at a distribution ratio of x: y, and the branched light Pu2-x is WDM.
  • the branched light Pu2-y is output to the coupler 112 as backward pumping light to the WDM coupler 113, respectively.
  • the unequal branch coupler 504 is disposed immediately before the WDM couplers 110 and 111 of the optical amplifier
  • the unequal branch coupler 507 is disposed immediately before the WDM couplers 112 and 113 of the optical amplifier.
  • the branched light Pd1 for forward pumping light on the downstream side is input to the unequal branch coupler 505, and is distributed to the two branched lights Pd1-x and Pd1-y with an x: y distribution ratio.
  • the branched light Pd1-x is output as forward pumping light to the WDM coupler 210
  • the branched light Pd1-y is output to the WDM coupler 211, respectively.
  • the branching light Pd2 for downstream backward pumping light is input to the unequal branching coupler 508, and is distributed to the two branching lights Pd2-x and Pd2-y at an x: y distribution ratio.
  • the branched light Pd2-y is output to the coupler 212 as backward pumping light to the WDM coupler 213, respectively.
  • the unequal branch coupler 505 is disposed immediately before the WDM couplers 210 and 211 of the optical amplifier
  • the unequal branch coupler 508 is disposed immediately before the WDM couplers 212 and 213 of the optical amplifier.
  • the branched lights Pu1-y and Pu2-y supplied to the optical fiber amplifier 101 on the L band side are more than the branched lights Pu1-x and Pu2-x supplied to the optical fiber amplifier 100 on the C band side, respectively.
  • X and y are set so that the power is increased by a predetermined amount. That is, x and y are set to predetermined values that satisfy x ⁇ y. In this manner, x and y are set to predetermined values that satisfy x ⁇ y.
  • the downstream optical fiber amplifiers 200 and 201 also give the L-band side branched lights Pd1-y and Pd2-y to a predetermined amount of power from the C-band side branched lights Pd1-x and Pd2-x, respectively. Can be bigger.
  • the excitation light (power) P1-P4 output from the excitation light sources LD1-LD4 is equally branched into two by the excitation light supply optical system shown in FIG. Furthermore, by appropriately setting the distribution ratio x: y of the unequal branch couplers 504, 505, 507 and 508, the output power due to the wavelength dependence of the optical fiber amplifiers in the first wavelength band and the second wavelength band can be reduced. Differences can be resolved.
  • the branching ratio x: y is not a variable but a fixed value, and is determined in advance by system design or the like.
  • excitation light sources LD1 to LD4 are exemplified.
  • the present invention does not limit the number of excitation light sources, and has a configuration using a plurality of excitation light sources. However, the same applies.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to cases where different pumping light power is incident on each optical fiber amplifier, even when the pumping efficiency of the optical fiber amplifier does not depend on the wavelength.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
  • Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2016-229937 for which it applied on November 28, 2016, and takes in those the indications of all here.
  • the present invention is applicable to an optical communication device provided with a plurality of optical amplifiers, for example, a submarine repeater applied to a large-capacity submarine communication system.
  • Optical fiber amplifier (first wavelength band) 101, 201 Optical fiber amplifier (second wavelength band) 110, 112, 210, 212 WDM coupler (first wavelength band) 111, 113, 211, 213 WDM coupler (second wavelength band) 301, 302 Polarization synthesizer 303 Equal branch coupler 304, 305 Unequal branch coupler 501-503, 506 Equal branch coupler 504, 505, 507, 508 Unequal branch coupler LD1-LD4 Excitation light source

Abstract

複数の波長帯域にそれぞれ対応した光ファイバ増幅器に対して波長依存性を考慮した信頼性の高い励起光をそれぞれ供給する装置、それを用いた光通信装置を提供するため、光通信装置は、複数の波長帯域のそれぞれに対応した複数の光ファイバ増幅器と、それぞれ励起光を出力する複数の励起光源と、等分岐比を有する等分岐光学系と、所定の不等分岐比を有する少なくとも１つの不等分岐光学系と、を有し、等分岐光学系が複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成し、不等分岐光学系が複数の等分岐光のうち少なくとも１つを入力して複数の不等分岐光を生成し、第１の不等分岐光を第１波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、第２の不等分岐光を第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する。

Description

光通信装置および光増幅用の励起光を供給する装置
　本発明は励起光により光信号を増幅する光増幅器を用いた光通信装置に係り、特にその励起光を供給する装置に関する。
　大容量通信ネットワークで採用されているＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)システムでは、励起効率の良いＣバンド (1530-1565nm)に加えてＬバンド(1565-1625nm)も使用することで、さらに大容量化および広帯域化が進められている。このような広帯域の光増幅器としては、一般に、エルビウム等の希土類元素を添加した光増幅媒体（以下、「光ファイバ増幅器」という。）が用いられる。また、光増幅器の構成としては、ＷＤＭ入力信号を複数のサブバンドに分波し、各サブバンドの光信号を別個の光ファイバ増幅器により増幅してから合波するパラレル回路が提案されている（特許文献１および２を参照）。
　上述した光ファイバ増幅器は励起光により光信号を増幅するが、その利得特性が光信号の波長と励起光のパワーとに依存して変化することが知られている。たとえば、Ｌバンド用の光ファイバ増幅器はＣバンド用と比較して励起効率が低いために、同程度の利得を得ようとすると、より強い励起光を必要とする。そこで、利得特性が波長帯域によらず均一化するように、励起光のパワーを波長帯域ごとに制御する方法が提案されている。たとえば特許文献２に開示された光増幅器では、励起光源に分配カプラを設け、各波長バンド用の光ファイバ増幅器に対して適切な強度の励起光を供給している。
　また、光ファイバ増幅器が動作するには、励起光を一定以上のパワーで連続的に供給することが必要である。特に、海底中継器のように直接アクセスすることが困難な通信器では、部品交換等の修理ができないために、信頼性の高い光増幅器を用いることが極めて重要である。そこで、複数の励起光源を用いて信頼性を高める冗長構成が採用されている。たとえば特許文献３に開示された冗長構成では、３個の励起光源と３ｘ２カプラとを設け、いずれか１つの励起光源が故障しても励起光を供給できるように分配している。具体的には、３ｘ２カプラを通して、第１および第２の励起光をそれぞれ上り用および下り用として出力し、第３の励起光を２分割して上り用および下り用の両方として出力する。
　また、関連技術としては、特許文献４～７に記載された技術がある。
米国特許公報第６０４９４１７号明細書 特開２００６－０１２９７９号公報 特開平８－３０４８６０号公報 特開平６－３４２１７４号公報 特開平１０－０１２９５４号公報 特開平１１－０４６１６５号公報 特開２０１４－０７２２８３号公報
　上述したパラレル構成の光増幅器を、高信頼性を必要とする光通信装置に適用した場合、複数の波長帯域のそれぞれの光ファイバ増幅器に対して、高い信頼性で、波長依存性を考慮した励起光を供給しなければならない。さらに、中継器として上りおよび下りの光増幅器が必要であるから、同じく高い信頼性で波長依存性を考慮した励起光を上りおよび下りの両方向の光増幅器に対して等しく供給しなければならない。
　しかしながら、上述した特許文献３に開示された冗長構成では、実質的に第３の励起光を３ｘ２カプラにより均等に上り及び下りの光増幅器へ供給するだけであり、パラレル構成の光増幅器に対して波長依存性を考慮した励起光を安定的に供給する光回路構成を開示していない。
　そこで、本発明の目的は、複数の波長帯域にそれぞれ対応した光ファイバ増幅器に対して波長依存性を考慮した信頼性の高い励起光をそれぞれ供給する装置、それを用いた光通信装置を提供することにある。
　本発明による光通信装置は、複数の波長帯域のそれぞれに対応した複数の光ファイバ増幅器と、それぞれ励起光を出力する複数の励起光源と、等分岐比を有する等分岐光学系と、所定の不等分岐比を有する少なくとも１つの不等分岐光学系と、を有し、等分岐光学系が複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成し、不等分岐光学系が複数の等分岐光のうち少なくとも１つを入力して複数の不等分岐光を生成し、第１の不等分岐光を第１波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、第２の不等分岐光を第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する、ことを特徴とする。
　本発明による励起光供給装置は、複数の波長帯域のそれぞれに対応した光ファイバ増幅器に対してそれぞれの励起光を供給する装置であって、それぞれ励起光を出力する複数の励起光源と、等分岐比を有する等分岐光学系と、所定の不等分岐比を有する少なくとも１つの不等分岐光学系と、を有し、等分岐光学系が複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成し、不等分岐光学系が複数の等分岐光のうち少なくとも１つを入力して複数の不等分岐光を生成し、第１の不等分岐光を第１波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、第２の不等分岐光を第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、複数の波長帯域にそれぞれ対応した光ファイバ増幅器に対して波長依存性を考慮した信頼性の高い励起光をそれぞれ供給することができる。
図１は本発明の第１実施形態による光通信装置における励起光供給系を示す構成図である。 図２は第１実施形態による光通信装置における励起光供給系の動作を説明するためのフローチャートである。 図３は本発明の第２実施形態による光通信装置における励起光供給系を示す構成図である。
　＜実施形態の概要＞
　本発明の実施形態によれば、複数の励起光源と、等分岐比を有する等分岐光学系と、不等分岐比を有する不等分岐光学系とを有し、等分岐光学系が複数の励起光を均等に合分波した複数の等分岐光を生成し、不等分岐光学系が１つの等分岐光から複数の不等分岐光を生成し、それぞれを対応する波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として使用する。このようにして、複数の波長帯域のそれぞれに対応した光ファイバ増幅器に対して、波長依存性を考慮した信頼性の高い励起光をそれぞれ供給することが可能となる。
　以下、説明を複雑化しないために、２つ波長帯域の光信号をそれぞれパラレルに増幅する光増幅器を一例として取り上げ、これらの波長帯域用の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給される励起光の分配方式について説明する。ただし、本発明は、これの例に限定されるものではなく、３以上の波長帯域の光通信システムにおける光増幅器であっても適用可能である。また、励起光により光増幅を行う光ファイバ増幅器としては、希土類元素を添加した光増幅媒体、たとえばエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）増幅器を用いることができる。
　１．第１実施形態
　図１に示すように、本発明の第１実施形態による光通信装置は、上りおよび下りの２つの光増幅器と、これらの光増幅器にそれぞれ励起光を供給する励起光供給装置とを有する。励起光供給装置は、励起光をそれぞれ発光する複数の励起光源と、上りおよび下りの光増幅器にそれぞれ供給される励起光を生成する励起光供給光学系とを有する。そして、励起光供給光学系によって、光増幅器の光ファイバ増幅器の出力パワーが均一となるように励起光パワーが設定される。
　１．１）光増幅器
　上り光増幅器は、第１波長帯域用の光ファイバ増幅器１００およびＷＤＭカプラ１１０と、第２波長帯域用の光ファイバ増幅器１０１およびＷＤＭカプラ１１１を有する。また、上りＷＤＭ光信号を入力して第１波長帯域の光信号と第２波長帯域の光信号とに分波する分波カプラ１２０を有する。さらに、光ファイバ増幅器１００および１０１によりそれぞれ増幅された第１波長帯域の光信号および第２波長帯域の光信号を合波して上りＷＤＭ光信号を出力する合波カプラ１２１を有する。ＷＤＭカプラ１１０は、後述する励起光供給光学系からの励起光を第１波長帯域の光信号に多重し、それによって第１波長帯域用光ファイバ増幅器１００が第１波長帯域の光信号を増幅する。同様に、ＷＤＭカプラ１１１は、後述する励起光供給光学系からの励起光を第２波長帯域の光信号に多重し、それによって第２波長帯域用光ファイバ増幅器１０１が第２波長帯域の光信号を増幅する。既に述べたように、第１波長帯域用の光ファイバ増幅器１００と第２波長帯域用の光ファイバ増幅器１０１とは利得特性に波長に依存した差異がある。したがって、利得特性の波長依存性による出力の不均一が相殺されるように、これらの光ファイバ増幅器に供給される２つの励起光の強度は不等分岐光学系により予め調整されている。
　下り光増幅器も上り光増幅器と同様の構成を有する。すなわち、下り光増幅器は、第１波長帯域用の光ファイバ増幅器２００およびＷＤＭカプラ２１０と、第２波長帯域用の光ファイバ増幅器２０１およびＷＤＭカプラ２１１を有する。また、下りＷＤＭ光信号を入力して第１波長帯域の光信号と第２波長帯域の光信号とに分波する分波カプラ２２０を有する。さらに、光ファイバ増幅器２００および２０１によりそれぞれ増幅された第１波長帯域の光信号および第２波長帯域の光信号を合波して下りＷＤＭ光信号を出力する合波カプラ２２１を有する。また、ＷＤＭカプラ２１０により多重される励起光とＷＤＭカプラ２１０により多重される励起光とは、光ファイバ増幅器の利得の波長依存性による出力の不均一を解消するように、それらの強度が不等分岐光学系により予め調整されている。
　１．２）励起光供給装置
　励起光供給装置は、４個の励起光源（レーザダイオード）ＬＤ１－ＬＤ４と、等分岐光学系および不等分岐光学系を含む励起光供給光学系とからなる。等分岐光学系は、偏波合成器(ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner)３０１、偏波合成器３０２、および２入力２出力の等分岐カプラ３０３からなる。不等分岐光学系は、上り側の不等分岐比（ｘ：ｙ）の不等分岐カプラ３０４と下り側の不等分岐カプラ３０５とからなる。ここで、ｘ、ｙは自然数であり、上述した光ファイバ増幅器の波長依存性による出力の不均一を解消するように予め設定される。
　励起光源ＬＤ１およびＬＤ２は偏波保持ファイバを通して偏波合成器３０１の２入力にそれぞれ光学的に接続され、励起光源ＬＤ３およびＬＤ４は偏波保持ファイバを通して偏波合成器３０２の２入力にそれぞれ光学的に接続されている。偏波合成器３０１および３０２のそれぞれの出力は等分岐カプラ３０３の２入力にそれぞれ光学的に接続されている。等分岐カプラ３０３の２出力は不等分岐カプラ３０４の入力と不等分岐カプラ３０５の入力とにそれぞれ光学的に接続されている。
　不等分岐カプラ３０４の２出力は、ＷＤＭカプラ１１０および１１１にそれぞれ光学的に接続され、上り側の第１波長帯域および第２波長帯域のそれぞれの励起光として供給される。同様に、不等分岐カプラ３０５の２出力は、ＷＤＭカプラ２１０および２１１にそれぞれ光学的に接続され、下り側の第１波長帯域および第２波長帯域のそれぞれの励起光として供給される。このように、不等分岐カプラ３０４は光増幅器のＷＤＭカプラ１１０および１１１の直前に配置され、不等分岐カプラ３０５は光増幅器のＷＤＭカプラ２１０および２１１の直前に配置される。
　１．３）動作
　以下、本実施形態による光通信装置の動作を図１および図２を参照しながら説明する。
　励起光源ＬＤ１－ＬＤ４から励起光Ｐ１－Ｐ４がそれぞれ出力されると、偏波合成器３０１が励起光Ｐ１およびＰ２を均等に合波して励起光Ｐ1+2を生成する（動作Ｓ４０１）。また、偏波合成器３０２は、励起光Ｐ３およびＰ４を均等に合波して励起光Ｐ3+4を生成する（動作ＳＳ４０２）。等分岐カプラ３０３は、励起光Ｐ1+2およびＰ3+4を入力し、それぞれを均等に２分岐して上り分岐光Ｐｕと下り分岐光Ｐｄとを生成し、それぞれを不等分岐カプラ３０４および３０５へ出力する（動作Ｓ４０３）。すなわち、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４からの励起光Ｐ１－Ｐ４は合波された後、均等に２分岐され、上り側の励起光である分岐光Ｐｕおよび下り側の励起光である分岐光Ｐｄとなる。
　上り側の分岐光Ｐｕは不等分岐カプラ３０４に入力し、ｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐu-xおよびＰu-yに分配される（動作Ｓ４０４ｕ）。分岐光Ｐu-xがＷＤＭカプラ１１０へ、分岐光Ｐu-yがＷＤＭカプラ１１１へそれぞれ励起光として出力される（動作Ｓ４０５ｕ）。たとえば、第１波長帯域がＣバンド、第２波長帯域がＬバンドである場合について説明する。この場合、Ｌバンド側の光ファイバ増幅器１０１に供給される分岐光Ｐu-yがＣバンド側の光ファイバ増幅器１００に供給される分岐光Ｐu-ｘよりも所定量だけパワーが大きくなるように、ｘおよびｙがｘ＜ｙとなる所定値にそれぞれ設定される。
　同様に、下り側の分岐光Ｐｄは不等分岐カプラ３０５に入力し、同じくｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐd-xおよびＰd-yに分配される（動作Ｓ４０４ｄ）。分岐光Ｐd-xがＷＤＭカプラ２１０へ、分岐光Ｐd-yがＷＤＭカプラ２１１へそれぞれ励起光として出力される（動作Ｓ４０５ｄ）。上述したように第１波長帯域がＣバンド、第２波長帯域がＬバンドで、ｘおよびｙをｘ＜ｙとなる所定値にそれぞれ設定することにより、Ｌバンド側の分岐光Ｐd-yをＣバンド側の分岐光Ｐd-ｘよりも所定量だけパワーを大きくすることができる。
　したがって、図１に示す励起光供給光学系により、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４から出力される励起光（パワー）Ｐ１－Ｐ４が均等に２分岐される。さらに不等分岐カプラ３０４および３０５の分配比ｘ：ｙを適切に設定することにより、第１波長帯域および第２波長帯域の光ファイバ増幅器の波長依存性に起因する出力パワーの差異を解消することができる。なお、本実施形態において、分岐比ｘ：ｙは可変ではなく固定値であり、システム設計等で予め決定されている。
　１．４）効果
　以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、等分岐光学系により複数の励起光源の光出力を合波した励起パワーを上り回線／下り回線に対して均等に分岐し、これらの等分岐光を不等分岐光学系により光ファイバ増幅器の励起効率に応じて不等分配する。すなわち、不等分岐光学系の不等分岐比ｘ：ｙを予め決めておくことにより光ファイバ増幅器の波長帯域に依存する励起効率の違いを相殺し、光出力を均等にすることができる。
　また、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４の内どの励起光源が故障しても、上り分岐光Ｐｕおよび下り分岐光Ｐｄが均等に低下するだけで遮断されることはない。したがって、４つの光ファイバ増幅器の出力が均等に低下するだけで、増幅動作が停止することはなく、信頼性の高い光増幅器を得ることができる。この場合、故障した励起光源以外の励起光源が出力を増大させると、出力を増大させた励起光源の寿命を低下させる原因となる。したがって、一部の励起光源が故障した場合、正常な励起光源の出力を増大させることなく、全光増幅器の出力を均等に低下させることで、光源の寿命を伸ばし、海底光伝送システムにおける海底中継器の信頼性を維持することが可能である。
　なお、光ファイバ増幅器の光出力の減少分は、後段に何個か接続される光増幅器の出力自動制御により、最終的に既定の光出力に回復させることができる。たとえば、故障した１個分の励起光源の出力を後段に接続される複数の光増幅器に励起光を供給する励起光源のわずかな出力増で補償することが可能である。
　２．第２実施形態
　図３に示すように、本発明の第２実施形態による光通信装置は、図１に示した第１実施形態と比べて、偏波合成器（ＰＢＣ）ではなく等分岐カプラのみを用いて励起光の等分岐光学系を構成し、さらに光ファイバ増幅器を前方および後方励起する点で異なっている。以下、第１実施形態との差分構成を主に説明し、同一構成および機能には同一参照番号を付して説明は省略する。
　図３において、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４から励起光Ｐ１－Ｐ４がそれぞれ出力されると、等分岐カプラ５０１が励起光Ｐ１およびＰ２を均等に分岐して２つの等分岐光Ｐ１２を生成する。また、等分岐カプラ５０２が励起光Ｐ３およびＰ４を均等に分岐して２つの等分岐光Ｐ３４を生成する。
　等分岐カプラ５０３は、等分岐カプラ５０１および５０２からそれぞれ一方の等分岐光Ｐ１２およびＰ３４を入力し、均等に２分岐して分岐光Ｐｕ１と分岐光Ｐｄ１とを生成し、それぞれ不等分岐カプラ５０４および５０５へ出力する。すなわち、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４からの励起光Ｐ１－Ｐ４は合波された後、均等に２分岐され、上り側の前方励起光用の分岐光Ｐｕ１および下り側の前方励起光用の分岐光Ｐｄ１となる。
　同様に、等分岐カプラ５０６は、等分岐カプラ５０１および５０２からそれぞれ他方の等分岐光Ｐ１２およびＰ３４を入力し、均等に２分岐して分岐光Ｐｕ２と分岐光Ｐｄ２とを生成し、それぞれを不等分岐カプラ５０７および５０８へ出力する。すなわち、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４からの励起光Ｐ１－Ｐ４は合波された後、均等に２分岐され、上り側の後方励起光用の分岐光Ｐｕ２および下り側の後方励起光用の分岐光Ｐｄ２となる。
　上り側の前方励起光用の分岐光Ｐｕ１は不等分岐カプラ５０４に入力し、ｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐu1-xおよびＰu1-yに分配され、分岐光Ｐu1-xがＷＤＭカプラ１１０へ、分岐光Ｐu1-yがＷＤＭカプラ１１１へそれぞれ前方励起光として出力される。上り側の後方励起光用の分岐光Ｐｕ２は不等分岐カプラ５０７に入力し、ｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐu2-xおよびＰu2-yに分配され、分岐光Ｐu2-xがＷＤＭカプラ１１２へ、分岐光Ｐu2-yがＷＤＭカプラ１１３へそれぞれ後方励起光として出力される。このように、不等分岐カプラ５０４は光増幅器のＷＤＭカプラ１１０および１１１の直前に配置され、不等分岐カプラ５０７は光増幅器のＷＤＭカプラ１１２および１１３の直前に配置される。
　同様に、下り側の前方励起光用の分岐光Ｐｄ１は不等分岐カプラ５０５に入力し、ｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐd1-xおよびＰd1-yに分配される。そして、分岐光Ｐd1-xがＷＤＭカプラ２１０へ、分岐光Ｐd1-yがＷＤＭカプラ２１１へそれぞれ前方励起光として出力される。下り側の後方励起光用の分岐光Ｐｄ２は不等分岐カプラ５０８に入力し、ｘ：ｙの分配比で２つの分岐光Ｐd2-xおよびＰd2-yに分配され、分岐光Ｐd2-xがＷＤＭカプラ２１２へ、分岐光Ｐd2-yがＷＤＭカプラ２１３へそれぞれ後方励起光として出力される。このように、不等分岐カプラ５０５は光増幅器のＷＤＭカプラ２１０および２１１の直前に配置され、不等分岐カプラ５０８は光増幅器のＷＤＭカプラ２１２および２１３の直前に配置される。
　第１実施形態と同様に、第１波長帯域がＣバンド、第２波長帯域がＬバンドである場合について説明する。この場合、Ｌバンド側の光ファイバ増幅器１０１に供給される分岐光Ｐu1-yおよびＰu2-yが、Ｃバンド側の光ファイバ増幅器１００に供給される分岐光Ｐu1-xおよびＰu2-xよりもそれぞれ所定量だけパワーが大きくなるようにｘおよびｙを設定する。すなわち、ｘおよびｙがｘ＜ｙとなる所定値に設定される。このように、ｘおよびｙをｘ＜ｙとなる所定値に設定する。これにより、下り側の光ファイバ増幅器２００および２０１についても、Ｌバンド側の分岐光Ｐd1-yおよびＰd2-yをＣバンド側の分岐光Ｐd1-xおよびＰd2-xよりもそれぞれ所定量だけパワーを大きくすることができる。
　このように、図３に示した励起光供給光学系により、励起光源ＬＤ１－ＬＤ４から出力される励起光（パワー）Ｐ１－Ｐ４が均等に２分岐される。さらに、不等分岐カプラ５０４，５０５、５０７および５０８の分配比ｘ：ｙを適切に設定することにより、第１波長帯域および第２波長帯域の光ファイバ増幅器の波長依存性に起因する出力パワーの差異を解消することができる。なお、本実施形態において、分岐比ｘ：ｙは可変ではなく固定値であり、システム設計等で予め決定されている。
　なお、上述した第１および第２実施形態では、４個の励起光源ＬＤ１―ＬＤ４を例示したが、本発明は励起光源の個数を限定するものではなく、複数の励起光源を用いた構成であっても同様に適用可能である。
　また、上記各実施形態では、光ファイバ増幅器の利得特性が波長依存性を有する場合、すなわち励起効率が波長に依存して異なる場合を例示した。しかし、これに限らず、本発明は光ファイバ増幅器の励起効率が波長に依存しない場合でも、各光ファイバ増幅器に異なる励起光のパワーを入射させる場合にも適用可能である。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１６年１１月２８日に出願された日本出願特願２０１６－２２９９３７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、複数の光増幅器を備えた光通信装置、たとえば大容量海底通信システムに適用する海底中継器に適用可能である。
１００，２００　光ファイバ増幅器（第１波長帯域）
１０１，２０１　光ファイバ増幅器（第２波長帯域）
１１０，１１２、２１０、２１２　ＷＤＭカプラ（第１波長帯域）
１１１、１１３、２１１、２１３　ＷＤＭカプラ（第２波長帯域）
３０１，３０２　偏波合成器
３０３　等分岐カプラ
３０４、３０５　不等分岐カプラ
５０１－５０３、５０６　等分岐カプラ
５０４，５０５，５０７，５０８　不等分岐カプラ
ＬＤ１－ＬＤ４　励起光源

Claims (10)

  1. 　複数の波長帯域のそれぞれに対応した複数の光ファイバ増幅器と、
    　それぞれ励起光を出力する複数の励起光源と、
    　等分岐比を有する等分岐光学系と、
    　所定の不等分岐比を有する少なくとも１つの不等分岐光学系と、を有し、
    　前記等分岐光学系が複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成し、
    　前記不等分岐光学系が前記複数の等分岐光のうち少なくとも１つを入力して複数の不等分岐光を生成し、第１の不等分岐光を第１波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、第２の不等分岐光を第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する、
    　ことを特徴とする光通信装置。
  2. 　第一方向通信用の第１不等分岐光学系と第二方向通信用の第２不等分岐光学系とを有し、
    　前記等分岐光学系が、第１の等分岐光を前記第１不等分岐光学系へ、第２の等分岐光を前記第２不等分岐光学系へ、それぞれ出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
  3. 　前記等分岐光学系が前記複数の励起光源からの励起光を偏波合成する偏波合成手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信装置。
  4. 　前方励起用の前記不等分岐光学系と後方励起用の前記不等分岐光学系とを有し、
    　前記前方励起用の不等分岐光学系は、前記複数の等分岐光の少なくとも１つを入力し、前記第１の不等分岐光および前記第２の不等分岐光を、前方励起用の、前記第１波長帯域用の光ファイバ増幅器および前記第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、
    　前記後方励起用の不等分岐光学系は、前記複数の等分岐光の少なくとも１つを入力し、前記第１の不等分岐光および前記第２の不等分岐光を、後方励起用の、前記第１波長帯域用の光ファイバ増幅器および前記第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光通信装置。
  5. 　前記複数の波長帯域のそれぞれに対応した複数の光ファイバ増幅器を含む少なくとも１つの光増幅ユニットを有し、
    　前記光増幅ユニットが、
    　　入力光信号を前記複数の波長帯域の光信号に分離する分波カプラと、
    　　前記複数の波長帯域の各々に対応する光ファイバ増幅器のための励起光を当該光信号に合波するが波長分離多重カプラと、
    　　前記複数の光ファイバ増幅器によりそれぞれ増幅された複数の光信号を合波して出力光信号を生成する合波カプラと、
    　を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光通信装置。
  6. 　前記第１波長帯域がＣバンド、前記第２波長帯域がＬバンドであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光通信装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の光通信装置を有する光中継器。
  8. 　複数の波長帯域のそれぞれに対応した光ファイバ増幅器に対してそれぞれの励起光を供給する装置であって、
    　それぞれ励起光を出力する複数の励起光源と、
    　等分岐比を有する等分岐光学系と、
    　所定の不等分岐比を有する少なくとも１つの不等分岐光学系と、を有し、
    　前記等分岐光学系が複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成し、
    　前記不等分岐光学系が前記複数の等分岐光のうち少なくとも１つを入力して複数の不等分岐光を生成し、第１の不等分岐光を第１波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力し、第２の不等分岐光を第２波長帯域用の光ファイバ増幅器の励起光として出力する、
    　ことを特徴とする励起光供給装置。
  9. 　前記等分岐光学系が、
    　前記複数の励起光源からの励起光を偏波合成して前記等分岐光学系へ出力する偏波合成手段と、
    　前記偏波合成手段の出力光を合波して等分岐することで前記複数の等分岐光を生成する等分岐カプラと、
    　を有することを特徴とする請求項８に記載の励起光供給装置。
  10. 　前記等分岐光学系が、前記複数の励起光を合波して等分岐することで複数の等分岐光を生成する複数の等分岐カプラからなることを特徴とする請求項８に記載の励起光供給装置。
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