JP2003298162A

JP2003298162A - 光増幅装置

Info

Publication number: JP2003298162A
Application number: JP2002103338A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Hayase; 茂規早瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】伝送路光ファイバ損失の変化などによる分布型
ラマン光増幅の利得変動を抑制する。【解決手段】信号光と参照光の光強度に基き，光増幅装
置に備えた手段によって分布型ラマン光増幅の利得を制
御する。具体的には，参照光（波長λｒ）を信号光（波
長λｓ）と多重して伝送し，光中継器では信号光と参照
光の強度情報をもとにラマン光増幅装置を制御する。参
照光として，光中継器の監視光を共用することができ
る。伝送路光ファイバの特性に変化があっても，ラマン
光増幅の利得を一定に保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，分布型ラマン光増
幅を用いた光増幅装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光伝送システムでは，光増幅装置を用い
ることによって大容量，長距離伝送を達成している。こ
のような光増幅装置を構成するには，ＥＤＦＡ (Erbium
-Doped Fiber Amplifier) などの希土類元素添加型光フ
ァイバを用いた光増幅を用いる構成と，誘導ラマン散乱
を利用したラマン光増幅を用いる構成，あるいは，その
両方を用いる構成がある。

【０００３】図２はＥＤＦＡのみを用いた光増幅装置に
よる従来の光中継増幅伝送系の構成例である。この例は
第１の光伝送端局装置１２３−１より第２の光伝送端局
装置１２３−２へ伝送を行う伝送系である。この間に２
つの光中継器１２５で中継が行われており，この光中継
器１２５にはＥＤＦＡのみで構成される光増幅装置１２
２が含まれる。このようにＥＤＦＡを用いた光増幅装置
は光中継器の中だけで光強度を増幅する。

【０００４】これに対し，ラマン光増幅は光信号を伝送
する光ファイバ（図２で示すところの伝送路光ファイバ
１２４）で光増幅を行う。光増幅の利得が伝送路に分布
するため，このタイプの光増幅を分布型光増幅と呼ぶ。
分布型光増幅を行えば，光伝送路の実効的損失を低減で
きること，伝送路ファイバでの光強度を低減することが
できるため，非線型光学効果の影響を低減できることが
知られている。

【０００５】この分布型ラマン光増幅を実用として用い
る場合には，その利得を安定させることが重要である
が，実際の光伝送システムにおいては，光ファイバの特
性やラマン光増幅用の励起光源の特性の温度依存性や経
年劣化が，ラマン増幅の利得の変動を引き起こすことが
ある。

【０００６】特開２００１−２３５７７２号公報「ラマ
ン増幅制御装置および光伝送システム」（文献１）に
は，この問題を解決するためのラマン光増幅利得制御方
法が開示されている。この発明は，参照光をラマン光増
幅の行われる光ファイバへ導入し，光ファイバ中で生じ
る参照光の後方散乱光を検出することで，光伝送路の実
効損失分布を求め，ラマン増幅利得の制御を行うもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は利得を所望の
値となるよう制御することが可能な，分布型ラマン光増
幅によって構成される光増幅装置を提供するものであ
る。

【０００８】分布型ラマン光増幅では，増幅媒体が伝送
路光ファイバそのものとなるため，増幅媒体の入口と出
口が異なる場所に存在する。これは希土類添加型光ファ
イバ増幅装置が光中継器に内蔵されている場合と異な
り，光増幅装置の入口，出口のどちらか片側の情報のみ
でのラマン光増幅の利得を制御することが必要となる。

【０００９】文献１はラマン光増幅の利得を制御するこ
とを可能とするものである。この方法では光ファイバの
実効損失分布を求めるために，参照光としてパルス光を
光ファイバに導入し，その後方散乱光強度の経時変化を
観測する。従って，参照光としてパルス光源を用意しな
くてはならないこと，光強度の経時変化情報を処理しな
くてはならないことから，ラマン光増幅装置の制御が複
雑となる。

【００１０】また，伝送路光ファイバによって参照光が
減衰するため，参照光導入位置に近い箇所で生じる後方
散乱光に比べ，遠い箇所で生じる後方散乱光は強度が小
さく，信号対雑音比が小さくなってしまう。その結果，
参照光導入位置より遠い箇所での実効損失の変化に対す
る感度が低下してしまうこととなる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光増幅装置は，
分布型ラマン光増幅を用いて構成された光装置装置の利
得の，簡易で高感度な制御を可能とする。ここで，本発
明の概要と原理を説明する。

【００１２】本発明の形態は，ラマン光増幅媒体となる
伝送路光ファイバに，少なくとも一つの励起光を伝送路
光ファイバの出口で合波することで光ファイバ中を伝播
する少なくとも一つの信号光をラマン光増幅するラマン
光増幅部を有し，かつ，少なくとも一つの前記励起光と
の光周波数の差が１５ＴＨｚ以上または３ＴＨｚ以下と
なる少なくとも一つの参照光を光ファイバの入口で合波
し，光ファイバ出口で信号光の一部と参照光の一部また
は全部を分波し，分波された信号光と参照光の平均光強
度の比に基づいて光増幅器全体の利得を制御することを
特徴とする光増幅装置である。

【００１３】ラマン光増幅の利得は図１０のようなスペ
クトル形状を示す。横軸は励起光周波数に対する信号光
周波数のずれ（光周波数シフト），縦軸は利得を表して
いる。励起光周波数は，利得が最も大きくなるように信
号光周波数シフトが１２ＴＨｚ近辺となるように決定さ
れる。図１０からわかるように，ラマン光増幅は限られ
た光周波数範囲で大きな利得が得られることがわかる。
つまり，参照光の光周波数を利得の帯域外，典型的には
光周波数シフトが１５ＴＨｚ以上または３ＴＨｚ以下と
なるようにすることで，参照光に及ぶラマン光増幅の影
響を，信号光に及ぶ影響と比して小さく抑えることがで
きる。

【００１４】前述のような参照光を伝送路ファイバの入
口から信号光に多重して伝送させ，伝送路光ファイバの
出口で信号光と参照光の平均光強度の比をとることで，
ラマン光増幅の利得についての情報を得ることが可能で
ある。例えば，伝送路光ファイバの入口での信号光と参
照光の平均光強度が等しく，伝送路光ファイバより受け
る損失も等しいとすれば，伝送路光ファイバの出口での
信号光と参照光の強度比がラマン光増幅の利得を表す。
伝送路光ファイバの入口での信号光と参照光の平均光強
度が等しくない場合や，伝送路光ファイバによって生じ
る損失が等しくない場合でも，相応する補償係数を導入
することで，ラマン光増幅の利得を得ることが可能であ
る。

【００１５】こうして，伝送路光ファイバの出口側のみ
で，信号光と参照光の平均光強度情報をもとにラマン光
増幅の利得を得ることが可能となり，この情報をもとに
光増幅装置の制御を行うことが可能である。とくに，ラ
マン光増幅用の励起光の導入が伝送路光ファイバの出口
側から行われていれば，この励起光の光強度を制御する
ことでラマン光増幅部の利得の制御が可能であり，ひい
ては光増幅装置全体での利得を制御することが可能であ
る。

【００１６】前述の文献１の方式では，参照光にパルス
光が必要であり，かつ散乱光の経時変化情報を処理する
必要があったが，本発明ではそのような必要が無くな
る。また，文献１では参照光光源より遠い箇所で生じる
実効損失の変化に対する感度が低下してしまうが，本発
明の方式では伝送路光ファイバ全体にわたる実効損失の
影響を受けた信号光，及び参照光の光強度情報を用いる
ため，光ファイバの場所によって感度が変化することは
無い。

【００１７】本発明に用いる参照光は連続発振（ＣＷ）
光でなくても良い。従って，光中継器の監視情報転送に
用いられる監視光を本発明の参照光に共用することがで
き，光伝送装置や光増幅装置の構成の複雑さを解決する
ことができる。

【００１８】本発明では，光強度を検出する信号光や参
照光を単一とすることも複数とすることもできる。特に
検出する信号光を複数とすれば，複数の波長における利
得を知ることができるため，例えば，平坦でないラマン
光増幅の利得スペクトル形状も考慮に入れた制御を行う
ことも可能である。とくに，ラマン光増幅の利得形状を
平坦化するために複数の励起光が導入されている場合，
複数の波長における利得情報を得ることによって，それ
ぞれの観測される利得が一定になるように励起光強度の
制御をすることが可能であり，利得の平坦化が可能とな
るため，本発明は有効である。

【００１９】また本発明では，参照光光源から出力され
る参照光の光強度を伝送路光ファイバ入口における信号
光の光強度情報によって制御することで，光増幅装置の
利得制御の精度を高めることができる。光増幅装置の利
得形状が完全には平坦とならないことや，光伝送装置の
温度依存性，経年変化などにより，伝送路光ファイバの
入口における信号光の光強度が変化する可能性があり，
これがラマン光増幅の利得観測の不確定性をもたらすこ
とになる。しかし，上記のように信号光強度に応じて参
照光の出力光強度を制御することによって，この不確定
性を解消できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を示す構成図である。この例は，本発明を適用した光中
継器の構成を示しており，主信号光（波長λｓ）に対し
てラマン光増幅用励起光（波長λｐ）と参照光（波長λ
ｒ）が逆進する場合の例である。

【００２１】光中継器１１０はラマン光増幅用励起光源
１０７を備えており，励起光は波長多重光カプラ１０４
−２を通じて伝送路光ファイバ１１１に導入される。ラ
マン光増幅された信号光は，入力光ファイバ１０１から
光中継器１１０に入力される。信号光は単一の情報信号
であっても，複数の情報信号が波長多重されていても構
わない。

【００２２】信号光の一部と参照光の一部は光カプラ１
０３−１と波長多重光カプラ１０４−１によって分岐さ
れ，それぞれ光検出器１０６−１，１０６−２によって
検出される。なお，ここでは信号光と参照光の分岐手段
として波長多重光カプラと通常の光カプラを用いている
が，信号光と参照光を分岐できる別の分岐手段を用いて
も構わない。例えばファイバーブラッググレーティング
とサーキュレータを用いることで，参照光を分岐するこ
とも可能である。

【００２３】本発明は，この検出された信号光と参照光
の光強度によってラマン光増幅の利得を制御するもので
ある。制御回路１０９は信号光と参照光の光強度をもと
にラマン光増幅の利得を制御する。典型的には，この例
のように，ラマン光増幅用の励起光源１０７の出力光強
度を制御する。検出された信号光と参照光の光強度の比
が基準値からずれていれば，それによってラマン光増幅
用の励起光源１０７の出力光強度を調整し，所望の利得
値を保つのである。

【００２４】光中継器１１０には光増幅装置１０５が備
わっており，伝送路光ファイバにおけるラマン光増幅と
相補的に機能して，伝送路光ファイバの損失を補償して
いる。光増幅装置１０５の例としては，ＥＤＦＡに代表
される希土類元素添加型ファイバを用いたものや，ラマ
ン光増幅装置が考えられるが，光強度を増幅するデバイ
スであれば良い。あるいは，分布型ラマン光増幅の利得
だけで伝送路光ファイバの損失を補償できる場合には，
光増幅装置１０５を備える必要は無い。

【００２５】信号光は出力光ファイバ１０２を通じて光
中継器１１０から出力されるが，出力前に参照光光源１
０８から出力される参照光が波長多重光カプラ１０３−
２を通じて合波される。ここでは，参照光光源の出力光
強度を一定とする制御手段が明記されていないが，光強
度を一定とする制御が適用されていれば，制御の精度は
向上する。また，この例では参照光の合波に波長多重光
カプラを用いるものとしたが，合波する手段は異なるも
のでも構わない。例えば，サーキュレータとファイバー
ブラッググレーティングを用いて参照光を合波すること
も可能である。

【００２６】なお，光送信端局に本発明を適用する場合
には，参照光合波部（１０３−２，１０８）のみを設け
れば十分である。また，光受信端局に本発明を適用する
場合には，参照光合波部（１０３−２，１０８）は必要
無い。

【００２７】更に，本例の光中継器１１０では信号光と
参照光の分岐部（１０３−１）の直後にラマン光増幅用
励起光の導入部（１０４−２）が配置されているが，両
者の配置順序は逆転しても構わない。

【００２８】図３は本発明の第２の実施の形態である。
本例は光多中継伝送系の一部を示し，第１の光伝送装置
と第２の光伝送装置の接続例を表すものである。光多中
継伝送では，こうした光伝送系が多段に接続されてい
る。

【００２９】光中継器１１２は光中継器の出力部の主要
部分を示したものである。ここでは光中継器の例として
あるが，これは光送信端局装置でも同様に適用可能であ
る。同様にして，参照光の送出を行う装置一般に対し
て，本発明の適用が可能である。

【００３０】光中継器１１２の出力部で，信号光（波長
λｓ）に参照光光源１０８−１から出力された参照光
（波長λｒ）を合波し，下流の光中継器１１０へと送出
する。参照光の波長が適切に選択されていれば，参照光
はラマン光増幅の利得を受けず，また，信号光と参照光
の受ける損失はほぼ同じか，または比が一定となるの
で，光中継器１１０で信号光と参照光の光強度を検出す
れば，ラマン光増幅の利得を検出することが可能とな
る。

【００３１】参照光の波長はラマン光増幅の利得帯域外
とすることが望ましい。例えば，波長ではなく光周波数
で考えた場合，参照光の光周波数とラマン光増幅用励起
光の光周波数との差が，３ＴＨｚ以下あるいは１５ＴＨ
ｚ以上とするのが良い。光中継器の監視光の波長がこの
条件を満たすならば，監視光を参照光として共用するこ
とが可能である。

【００３２】光中継器１１２では，光カプラ１０３−２
と波長多重光カプラ１０４−１を用いて信号光と参照光
を光検出器１０６−１と１０６−２に導いている。検出
された光強度の情報を制御回路１０９が受け，これをも
とにラマン光増幅用励起光源の出力光強度を制御する。
これによってラマン光増幅の利得を一定に保つことが可
能となる。

【００３３】図４に第２の実施の形態における制御回路
１０９の構成例を示す。信号光の強度信号１４０と参照
光の強度信号１４１が除算回路１４３−１に入力され，
信号光と参照光の強度比信号が出力される。この強度比
信号が除算回路１４３−２に入力され，予め設定されて
ある基準電源１４４と大小比較される。この結果に従っ
て変換回路１４５がラマン光増幅用励起光源の制御信号
１４２を出力する。

【００３４】信号光と参照光が受ける伝送路ファイバ１
１１の損失や，波長多重光カプラの損失が異なる場合に
は，その影響を考慮して基準電源１４４の設定値を変化
させることで補正することが可能である。なお，制御回
路１０９の構成は本例に限らない。例えばデジタル回路
や制御プログラムを用いた構成も可能である。

【００３５】更に，第２の実施の形態における光中継器
１１０には参照光光源１０８−２が備わり，波長多重光
カプラ１０３−３を通して参照光を出力光に合波し，参
照光を信号伝送の下流側へと送出する。

【００３６】図５は本発明の第３の実施の形態であり，
波長多重光伝送において，互いに波長の異なる２つの信
号光（波長λｓ１，λｓ２）の光強度を光検出器１０６
−１，１０６−２で検出することによって，制御を行う
例である。波長多重光伝送においてラマン光増幅を適用
する場合には，それぞれの波長の信号光に対する利得が
一定にならない場合がある。本形態によれば，例えば２
つの信号光におけるラマン光増幅の利得の平均が所望の
値となるように，制御することが可能となる。なお，検
出する信号光の数は２つに限らず，それ以上の信号光の
光強度を制御に用いることが可能である。

【００３７】図６は本発明の第４の実施の形態であり，
ラマン光増幅の励起用に２つの励起光源を用いる場合の
例である。

【００３８】波長多重光伝送においてラマン光増幅を適
用する場合には，それぞれの波長の信号光に対する利得
が一定にならない場合がある。この利得偏差の改善に
は，複数の互いに波長の異なるラマン光増幅用励起光を
用いることが有効である。この時，複数の励起光の光強
度を制御する手段として，本発明を適用することが可能
である。

【００３９】互いに波長の異なるラマン光増幅用励起光
は，励起光光源１０７−１，１０７−２（波長λｐ１，
λｐ２）から出力され，伝送路ファイバ１１１に導入さ
れる。光検出器１０６−１，１０６−２で検出される２
つの信号光は互いに異なる波長（波長λｓ１，λｓ２）
を持つように選択する。波長λｐ１の励起光によって２
つの信号光に生じる利得は異なるが，その比は一定とな
る。波長λｐ２の励起光に対しても同様である。従っ
て，２つの信号光に生じている利得が観測できれば，信
号光の受けている利得を波長λｐ１の励起光による利得
と波長λｐ２の励起光による利得とに分割することが可
能となる。この情報をもとに励起光光源１０７−１，１
０７−２の出力光強度を制御することで，ラマン光増幅
の利得を安定化することができる。なお，励起光光源の
数は２つに限らず，それ以上の励起光光源の制御にも本
発明は有効である。

【００４０】図７は本発明の第５の実施の形態であり，
光増幅装置の利得の制御手段として光中継器１１０に内
蔵されている光増幅装置１０５の利得を制御する例であ
る。図１と異なるのは，制御回路１０９によって制御さ
れる対象が，ラマン光増幅用励起光源１０７から光増幅
装置１０５になっていることのみである。このように，
ラマン光増幅とは別の光強度を制御する手段によって，
光増幅器全体としての利得を制御することが可能であ
る。

【００４１】図８は本発明の第６の実施の形態である。
光増幅装置の利得の制御手段として光中継器１１０に内
蔵されている可変光減衰器１１４の利得を制御する例で
ある。このように光増幅器の利得を，可変光減衰器によ
って制御することもできる。

【００４２】図９は本発明の第７の実施の形態であり，
参照光光源の光強度を信号光の光中継器からの出力光強
度で制御する例である。光中継器出力部において信号光
（波長λｓ）の一部を光カプラ１０３−３で分岐し，光
検出器１０６−３で光強度を検出する。参照光光源の出
力の一部を光カプラ１０３−４で分岐し，光検出器１０
６−４で光強度を検出する。信号光と参照光の光強度情
報をもとに制御回路１１３を通じて，参照光光源の出力
光強度を制御する。光中継器，あるいは光増幅器からの
出力信号光強度が一定でない場合には，制御回路１０９
で認識するラマン光増幅の利得も安定せず，ひいては伝
送特性の不安定を引き起こす場合がある。しかし，本形
態をとれば信号光と参照光の光強度の関係を一定に保つ
ことができるため，制御回路１０９でラマン光増幅の利
得を安定して得ることが可能となる。つまりラマン光増
幅の利得制御の安定化につながる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の実施例によれば，分布型ラマン
光増幅器の利得を制御することが可能となり，利得の安
定した光増幅装置を提供することができる。さらに，本
発明の実施例の光増幅装置を用いることにより，伝送特
性の良好な光伝送システムを提供することができる。

【００４４】また，励起光光源を複数備えたラマン光増
幅装置に対して，利得の安定化を可能とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】従来の光中継伝送系を示す構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図４】制御回路の例を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図７】本発明の第５の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図８】本発明の第６の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図９】本発明の第７の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１０】ラマン光増幅の利得スペクトルを示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１入力光ファイバ１０２出力光ファイバ１０３光カプラ１０４波長多重光カプラ１０５光増幅装置１０６光検出器１０７ラマン光増幅用励起光源１０８参照光光源１０９制御回路１１０光中継器１１１伝送路光ファイバ１１２光中継器の出力部１１３制御回路１１４可変光減衰器１２０光送信器１２１光合波器１２２光増幅装置１２３光伝送端局装置１２４伝送路光ファイバ１２５光中継器１２６光分波器１２７光受信器１４０信号光強度信号１４１参照光強度信号１４２ラマン光増幅用励起光源制御信号１４３除算回路１４４基準電源１４５変換回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 3/30 Ｈ０１Ｓ 3/30 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラマン光増幅媒体となる伝送路光ファイバ
の入口又は出口において少なくとも一つの励起光を信号
光と合波することで光ファイバ中を伝播する少なくとも
一つの信号光をラマン光増幅するラマン光増幅部を有
し，かつ，少なくとも一つの前記励起光との光周波数の
差が１５ＴＨｚ以上または３ＴＨｚ以下となる少なくと
も一つの参照光を前記光ファイバ入口で合波し，前記光
ファイバ出口で前記信号光の一部と前記参照光の一部ま
たは全部とを分波し，分波された前記信号光と前記参照
光との平均光強度の比に基づいて光増幅器全体の利得を
制御することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】前記参照光が，制御信号等の信号転送に用
いられることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装
置。
【請求項３】分波された信号光と参照光の平均光強度の
比を一定値に制御することを特徴とする，請求項１記載
の光増幅装置。
【請求項４】分波された信号光と参照光の平均光強度の
比を一定値に制御することを特徴とする請求項２に記載
の光増幅装置。
【請求項５】前記の光増幅利得の制御が，前記励起光の
光強度を制御することで為されることを特徴とする請求
項１に記載の光増幅装置。
【請求項６】前記光増幅装置が少なくとも一つの別異の
第２の光増幅部を有し，前記の光増幅利得の制御が第２
の光増幅部の利得を制御することにより為されることを
特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項７】前記の第２の光増幅部が希土類元素添加型
光ファイバによって構成されることを特徴とする請求項
６に記載の光増幅装置。
【請求項８】前記光増幅装置が少なくとも一つの光減衰
部を有し，前記の光増幅利得の制御が光減衰部の減衰量
を制御することによって為されることを特徴とする請求
項１に記載の光増幅装置。
【請求項９】前記光増幅装置が備える参照光の光強度
が，伝送路光ファイバ入口における信号光の光強度の情
報をもとに制御されることを特徴とする請求項１に記載
の光増幅装置。