JP6052295B2 - ラマン増幅器および利得制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラマン増幅器およびラマン増幅器の利得を制御する方法に係わる。

近年、大容量通信を実現するために、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送技術を使用する光ネットワークの構築が活発に行われている。また、長距離伝送を実現するために、低雑音な光増幅器が要求されている。そして、長距離ＷＤＭ伝送システムにおいて、低雑音な光増幅方法の１つとして、ラマン増幅が実用化されてきている。

ラマン増幅は、光増幅媒体として作用する光伝送路に励起光を供給することによって実現される。ラマン利得は、励起光に対して所定のラマンシフト量だけシフトした波長に発生する。ここで、ＷＤＭ信号を増幅する場合には、ＷＤＭ信号の信号波長帯において波長に対して利得が平坦であることが好ましい。このため、ラマン増幅の励起波長は、たとえば、信号波長帯において波長に対して利得が平坦となるように、決定される。

ＷＤＭ信号の信号波長帯が広いときは、波長に対して利得が平坦である波長帯が広いラマン増幅器が要求される。この要求を満たすために、互いに異なる複数の励起波長を使用するラマン増幅器が提案されている。このようなラマン増幅器においては、例えば、増幅されたＷＤＭ信号が複数の波長帯に分割され、各波長帯の光パワーがモニタされる。そして、各波長帯の光パワーが均一または略均一となるように、複数の励起波長のパワーがそれぞれ制御される。（例えば、特許文献１）
また、他の関連技術として、特許文献２〜４に記載のラマン増幅器が知られている。

特開２００２−７２２６２号公報 特開２０００−９８４３３号公報 特開２００４−１９３６４０号公報 特開２００８−１８２６７９号公報

複数の励起波長を使用するラマン増幅器において、ＷＤＭ信号の各チャネルの光パワーを均一または略均一にするためには、上述のように、複数のモニタ回路が必要である。このため、ラマン増幅器の製造コストが高くなってしまう。

本発明の課題は、複数の励起波長を使用するラマン増幅器のコストを削減することである。

本発明の１つの態様のラマン増幅器は、互いに波長が異なる複数の励起光を光伝送媒体に供給する励起光生成部と、前記光伝送媒体における平均ラマン利得をモニタする利得モニタ部と、前記光伝送媒体における平均ラマン利得に対して、指定された利得特性を得るための前記複数の励起光のパワーの比率を表す比率情報を格納する格納部と、前記モニタ部によってモニタされる平均ラマン利得および前記比率情報に基づいて、前記複数の励起光のパワーを制御するコントローラと、を有する。

上述の態様によれば、複数の励起波長を使用するラマン増幅器のコストが削減される。

ラマン増幅における励起光と利得の関係を示す図である。 複数の励起波長を使用して平坦な利得を得るラマン増幅器の動作を示す図である。 複数の励起波長を使用するラマン増幅の課題を説明する図である。 平均ラマン利得とラマン利得の波長特性との関係を示す図である。 本発明の１つの実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。 比率情報の一例を示す図である。 実施形態のラマン増幅器により得られるラマン利得を示す図である。 異なる特性を有する光ファイバにより得られるラマン増幅を示す図である。 励起光源の動作範囲が制限されているときの比率情報の例を示す図である。 波長に対して傾斜を有するラマン利得を示す図である。 図１０に示す波長特性を実現するための比率情報の例を示す図である。 図５に示すラマン増幅器において使用される利得制御方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。 図１３に示すラマン増幅器において使用される利得制御方法を示すフローチャートである。

ラマン増幅器は、光伝送路（光伝送媒体）に励起光を供給する。これにより、光伝送路は、ラマン増幅媒体として作用する。すなわち、ラマン増幅器は、光伝送路に励起光を供給することにより、ラマン利得を発生させる。

図１は、ラマン増幅における励起光と利得の関係を示す。ラマン増幅を実現するためには、ラマン増幅媒体に励起光が供給される。ラマン増幅媒体は、上述のように、光信号を伝搬する光伝送路（すなわち、光ファイバ）である。

ラマン増幅媒体に励起光が供給されたとき、ラマン利得が発生する波長λgは、励起光の波長λpに対してΔλだけ長波長側にシフトしている。したがって、信号を伝搬する光の波長に対してΔλだけ短い波長の励起光を使用すれば、光信号は効率的に増幅される。なお、Δλは、ラマンシフト量と呼ばれることがあり、増幅媒体の材料に依存する。

以下の記載では、励起光の波長を「励起波長」と呼ぶことがある。励起光によってラマン利得が得られる波長を「利得波長」と呼ぶことがある。信号を伝搬する光の波長を「信号波長」と呼ぶことがある。

ＷＤＭ信号を増幅する場合、波長に対して利得が平坦である波長帯が広いラマン増幅器が要求される。この要求を満たすために、互いに異なる複数の励起波長を使用するラマン増幅器が提案されている。

図２は、複数の励起波長を使用して平坦な利得を得るラマン増幅器の動作を示す。図２に示す例では、４つの励起波長（λp1〜λp4）が使用される。

ラマン増幅器は、各励起光をラマン増幅媒体に供給する。そうすると、ラマン増幅媒体において、各励起光によりそれぞれラマン利得が得られる。すなわち、励起光λp1によりラマン利得Ｇ１が得られる。同様に、励起光λp2〜λp4によりそれぞれラマン利得Ｇ２〜Ｇ４が得られる。そして、ラマン利得Ｇは、ラマン増幅媒体において励起光λp1〜λp4により得られるラマン利得Ｇ１〜Ｇ４の総和である。したがって、励起波長λp1〜λp4の配置および励起光λp1〜λp4のパワーを適切に調整すれば、波長に対して平坦な利得を有するラマン増幅が実現される。

ところで、ラマン増幅においては、波長の長い光が、波長の短い光により増幅される。このため、複数の励起波長を使用するラマン増幅器においては、波長の短い励起光によって波長の長い励起光が増幅されることがある。図２に示す実施例では、励起光λp3は、励起光λp1により増幅されている。また、励起光λp4は、励起光λp1および励起光λp2により増幅されている。このとき、励起光λp1のエネルギーの一部は、励起光λp3および励起光λp4に移動する。同様に、励起光λp2のエネルギーの一部は、励起光λp4に移動する。この結果、図２に示す例では、励起光間でのラマン増幅に起因して、励起光λp1のラマン利得への寄与は「ａ＋ｂ」だけ低下し、励起光λp2のラマン利得への寄与は「ｃ」だけ低下する。また、励起光λp3のラマン利得への寄与は「ｂ」だけ上昇し、励起光λp4のラマン利得への寄与は「ａ＋ｃ」だけ上昇している。

したがって、複数の励起波長が使用される場合、波長の長い励起光は、ラマン利得Ｇへの寄与が大きくなる傾向があり、波長の短い励起光は、ラマン利得Ｇへの寄与が小さくなる傾向がある。図２に示す例では、励起光λp1〜λp4の入力パワーは互いにほぼ同じであるが、ラマン利得Ｇへの寄与は、励起光λp4が最も大きく、励起光λp1が最も小さい。

ラマン増幅器は、指定された平均ラマン利得（または、平均ラマン利得の目標値）に従って光信号を増幅することがある。大きい平均ラマン利得が指定されたときは、ラマン増幅器は、指定された平均ラマン利得に応じて各励起光のパワーを大きくする。一方、小さい平均ラマン利得が指定されたときは、ラマン増幅器は、指定された平均ラマン利得に応じて各励起光のパワーを小さくする。なお、平均ラマン利得は、この明細書では、ラマン増幅媒体に励起光が供給されていないときにラマン増幅媒体から出力される光信号のパワーと、ラマン増幅媒体に励起光が供給されているときにラマン増幅媒体から出力される光信号のパワーとの比を表す。

ところが、平均ラマン利得を調整するために、各励起光のパワーを制御すると、各励起光のラマン利得Ｇへの寄与が変化する。そして、各励起光のラマン利得Ｇへの寄与が変化すると、ラマン利得のスペクトルの形状が変化する。すなわち、ラマン利得は、波長に対して平坦でなくなることがある。以下、この問題について、図２および図３を参照しながら説明する。

図２に示すケースでは、各励起光λp1〜λp4のパワーは、Ｐ１である。そして、ラマン増幅媒体に励起光λp1〜λp4を供給することによって、ＷＤＭ信号の波長帯において平坦な利得が得られている。

図３に示すケースでは、図２に示すケースと比較して、より大きな平均ラマン利得が要求されている。このため、ラマン増幅器は、各励起光λp1〜λp4の入力パワーをＰ２に制御する。パワーＰ２は、パワーＰ１よりも大きい。

ここで、複数の励起波長を使用するラマン増幅においては、上述したように、波長の短い励起光によって波長の長い励起光が増幅される。このとき、各励起光のパワーが大きくなると、励起波長間で移動するエネルギーも大きくなる。したがって、図３に示すケースでは、図２に示すケースと比較して、励起光λp1のラマン利得への寄与はさらに小さくなり、また、励起光λp4のラマン利得への寄与はさらに大きくなる。この結果、ラマン利得Ｇは、図３に示すように、短波長側で低くなり、長波長側で高くなる。

図４は、平均ラマン利得とラマン利得の波長特性との関係を示す。なお、図４に示すラマン利得は、複数の励起波長を使用するラマン増幅器により得られたものである。

上述したように、複数の励起波長の配置および各励起光のパワーを適切に決定すれば、波長に対して平坦なラマン利得が得られる。図４に示す例では、特性Ａは、波長に対して平坦な利得を有している。

平均ラマン利得を大きくするためには、ラマン増幅器は、各励起光のパワーを増加させる。このとき、ラマン増幅器は、各励起光のパワーの比率を変えないものとする。そうすると、特性Ｂとして表されているように、利得帯の中心に対して、短波長側でラマン利得は低くなり、長波長側でラマン利得は高くなる。すなわち、ラマン利得は、波長に対して正の傾き（チルト）を有する。

一方、平均ラマン利得を小さくするためには、ラマン増幅器は、各励起光のパワーを減少させる。このとき、ラマン増幅器は、各励起光のパワーの比率を変えないものとする。そうすると、特性Ｃまたは特性Ｄとして表されているように、利得帯の中心に対して、短波長側でラマン利得は高くなり、長波長側でラマン利得は低くなる。すなわち、ラマン利得は、波長に対して負の傾き（チルト）を有する。

このように、光増幅器の利得が波長に対して平坦でないときは、その光増幅器によって増幅されるＷＤＭ信号の品質が劣化する。例えば、利得の高い波長帯に属するチャネルと比較して、利得の低い波長帯に属するチャネルの光信号のＳ／Ｎ比は劣化する。すなわち、ＷＤＭ信号の各チャネルの品質が不均一になる。

本発明の実施形態に係るラマン増幅器は、この問題を解決するために、平均ラマン利得に応じて、複数の励起光のパワーの比率を制御する機能を有する。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るラマン増幅器について説明する。

図５は、本発明の１つの実施形態のラマン増幅器の構成を示す。図５に示すラマン増幅器１は、光伝送路（光伝送媒体）３に励起光を供給する。これにより、光伝送路３は、ラマン増幅媒体として作用する。すなわち、ラマン増幅器１は、光伝送路３に励起光を供給することにより、ラマン増幅を実現する。

光伝送路３は、特に限定されるものではないが、例えば、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）または分散シフトファイバ（ＤＳＦ）により実現される。ただし、光伝送路３は、他のタイプの光ファイバであってもよい。

この実施例では、光伝送路３を介してＷＤＭ信号が伝送される。光伝送路３は、上述したように、励起光が供給されると、ラマン増幅媒体として作用する。よって、ＷＤＭ信号は、光伝送路３を介して伝搬するときに、増幅される。

ラマン増幅器１は、図５示すように、励起光生成部１０、利得モニタ部２０、メモリ３０、コントローラ４０を有する。そして、ラマン増幅器１は、光伝送路３に励起光を供給することにより、ラマン増幅を実現する。

励起光生成部１０は、複数の励起光源１１−１〜１１−ｎ、光合波器１２、および光合波器１３を有する。そして、励起光生成部１０は、互いに波長が異なる複数の励起光を生成して光伝送路３に供給する。

励起光源（ＬＤ）１１−１〜１１−ｎは、互いに波長の異なる光を生成する。励起光源１１−１〜１１−ｎにより生成される光の波長は、それぞれλp1〜λpnである。ここで、各励起光源１１−１〜１１−ｎにより生成される光は、励起光として使用される。以下では、励起光源１１−１〜１１−ｎにより生成される光を、それぞれ励起光λp1〜λpnと呼ぶことがある。また、励起光源１１−１〜１１−ｎにより生成される光の波長を、それぞれ励起波長λp1〜λpnと呼ぶことがある。

各励起光源１１−１〜１１−ｎの出力パワーは、コントローラ４０により制御される。すなわち、各励起光λp1〜λpnのパワーは、コントローラ４０により制御される。なお、各励起光源１１−１〜１１−ｎ、例えば、レーザ光源である。

光合波器１２は、励起光源１１−１〜１１−ｎにより生成される励起光λp1〜λpnを合波する。なお、光合波器１２は、特に限定されるものではないが、公知の技術により実現される。或いは、光合波器１２は、既存の光デバイスで実現してもよい。

光合波器１３は、光合波器１２により合波された励起光λp1〜λpnを、光伝送路３に導く。光合波器１３は、この実施例では、３つの光ポートａ〜ｃを有する。光ポートａは、光伝送路３に光学的に結合されている。光ポートｂは、光ファイバ５１に光学的に結合されている。光ポートｃには、光合波器１２により合波された励起光λp1〜λpnが入力される。そして、光合波器１３は、光ポートｃの入力光を光ポートａに導く。したがって、光合波器１２により合波された励起光λp1〜λpnは、光合波器１３により光伝送路３に供給される。このとき、励起光λp1〜λpnは、ＷＤＭ信号の伝搬方向と逆方向に伝搬されるように、光伝送路３に入力される。

また、光合波器１３は、光ポートａの入力光を光ポートｂに導く。したがって、光伝送路３において増幅されたＷＤＭ信号は、光ファイバ５１に導かれる。なお、光ファイバ５１は、光ポートｂの出力光を利得モニタ部２０に導く。すなわち、光伝送路３において増幅されたＷＤＭ信号は、光合波器１３および光ファイバ５１により利得モニタ部２０に導かれる。

利得モニタ部２０は、光分岐器２１およびラマン利得モニタ２２を有する。そして、利得モニタ部２０は、光伝送路３における平均ラマン利得をモニタする。

光分岐器２１は、光ファイバ５１を介して導かれてくるＷＤＭ信号を分岐してラマン利得モニタ２２に導く。すなわち、光分岐器２１は、光伝送路３において増幅されたＷＤＭ信号を分岐してラマン利得モニタ２２に導く。なお、光分岐器２１は、特に限定されるものではないが、公知の技術により実現される。或いは、光分岐器２１は、既存の光デバイスで実現してもよい。

ラマン利得モニタ２２は、光分岐器２１によって分岐されたＷＤＭ信号のパワーを検出する。このとき、ラマン利得モニタ２２は、フォトダイオード等の受光器を含み、ＷＤＭ信号の波長帯の光パワーを一括して検出する。ここで、ラマン利得は、光伝送路３に励起光が供給されていないときのＷＤＭ信号のパワーと、光伝送路３に励起光が供給されているときのＷＤＭ信号のパワーとの比によって表される。したがって、ラマン利得モニタ２２は、ラマン利得をモニタする前に、光伝送路３に励起光が供給されていないときのＷＤＭ信号のパワーを測定してその測定値を保持しておく。その後、ラマン利得モニタ２２は、光伝送路３に励起光が供給されている状態でＷＤＭ信号のパワーを測定してラマン利得を検出する。

なお、ラマン利得モニタ２２は、例えば、定期的にラマン利得を測定する。また、ラマン増幅器１は、図示しないが、光分岐器２１とラマン利得モニタ２２との間にＷＤＭ信号の波長帯を通過させるフィルタを有していてもよい。

メモリ３０は、光伝送路３における平均ラマン利得に対して、指定された利得特性（または、利得パターン）を得るための、励起光λp1〜λpnのパワーの比率を表す比率情報を格納する。なお、比率情報の実施例については、後で詳しく説明する。また、メモリ３０は、コントローラ４０の中に内蔵されていてもよい。

コントローラ４０は、合計励起光パワー制御部４１、励起光パワー比制御部４２、励起光パワー制御部４３を有する。そして、コントローラ４０は、利得モニタ部２０によってモニタされる平均ラマン利得およびメモリ３０に格納されている比率情報に基づいて、励起光λp1〜λpnのパワーを制御する。なお、この実施例では、ラマン増幅器１に対して平均ラマン利得の目標値が与えられるものとする。平均ラマン利得の目標値は、例えば、光伝送システムのユーザまたはネットワーク管理者によって決定され、コントローラ４０に与えられる。

合計励起光パワー制御部４１は、平均ラマン利得の目標値とラマン利得モニタ２２によって測定された平均ラマン利得との差分を計算する。そして、合計励起光パワー制御部４１は、上記差分に基づいて、励起光λp1〜λpnのパワーの総和（合計励起光パワー）を算出する。このとき、合計励起光パワー制御部４１は、ラマン利得モニタ２２によって測定された平均ラマン利得が平均ラマン利得の目標値に近づくように、合計励起光パワー値を更新する。例えば、ラマン利得モニタ２２によって測定された平均ラマン利得が平均ラマン利得の目標値よりも低いときは、合計励起光パワー制御部４１は、合計励起光パワー値を所定量だけ大きくする。一方、ラマン利得モニタ２２によって測定された平均ラマン利得が平均ラマン利得の目標値よりも高いときは、合計励起光パワー制御部４１は、合計励起光パワー値を所定量だけ小さくする。

励起光パワー比制御部４２は、平均ラマン利得の目標値に対応する比率情報をメモリ３０から取得する。そして、励起光パワー比制御部４２は、この比率情報を励起光パワー制御部４３に与える。

励起光パワー制御部４３は、合計励起光パワー制御部４１によって算出された合計励起光パワー値および上述の比率情報に基づいて、励起光λp1〜λpnのパワーを制御する。一例を示す。ここでは、励起光生成部１０において励起光λp1〜λp4が生成されるものとする。また、合計励起光パワー制御部４１により算出された合計励起光パワーが400mWであったものとする。さらに、平均ラマン利得の目標値に対応する比率情報が、以下の通りであったものとする。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（0.25, 0.25, 0.25, 0.25）
この場合、励起光λp1〜λp4のパワーは、以下の通りである。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（100mW, 100mW, 100mW, 100mW）

励起光パワー制御部４３は、上述の演算結果に基づいて励起光源１１−１〜１１−ｎを制御する。すなわち、励起光パワー制御部４３は、上述のようにして算出した励起光パワーを実現するように、励起光源１１−１〜１１−ｎを駆動する。そうすると、励起光源１１−１〜１１−ｎは、それぞれ、励起光パワー制御部４３によって指定されたパワーで励起光λp1〜λp4を生成する。そして、このようにして生成される励起光λp1〜λp4が、光伝送路３に供給される。

なお、コントローラ４０は、例えば、プロセッサを含むデジタル信号処理回路により実現される。この場合、プロセッサは、上述の処理（または、後述する図１２に示すフローチャートの処理）を記述したプログラムを実行する。また、コントローラ４０は、上述の機能の一部を実現するハードウェア回路を含んでいてもよい。

このように、図５に示すラマン増幅器１においては、フィードバック系により、平均ラマン利得はその目標値に近づくように制御される。これに加えて、複数の励起光は、平均ラマン利得の目標値に対応するパワー比で生成される。ここで、複数の励起光のパワー比を変えると、ラマン利得の波長特性（すなわち、ラマン利得のスペクトルの形状）も変化する。また、平均ラマン利得に対応する励起光のパワー比は、比率情報によって表されている。したがって、ラマン増幅器１は、適切な比率情報を用意しておくことにより、平均ラマン利得に対して所望のラマン利得の波長特性を得ることができる。

図６は、比率情報の一例を示す。この実施例では、励起光生成部１０は、４個の励起光源１１−１〜１１−４を有し、励起光λp1〜λp4を生成する。

図６に示す比率情報は、波長に対して平坦なラマン利得を得るための、平均ラマン利得と励起光パワー比との関係を模式的に表している。この関係は、例えば、ラマン増幅器１および光伝送路３を用いて予め測定を行うことによって取得される。この場合、例えば、複数の平均ラマン利得値に対して、それぞれ、励起光λp1〜λp4のパワーを調整しながら、平坦なラマン利得が得られるパワー比がサーチされる。なお、平均ラマン利得と励起光パワー比との関係は、他の方法で取得してもよい。例えば、光伝送路３のファイバのタイプおよび材料等を考慮して、シミュレーション等によって上記関係を取得してもよい。なお、この明細書において「平坦」は、略平坦を含むものとする。

比率情報は、例えば、平均ラマン利得をインデックスとして励起光λp1〜λp4のパワー比を格納するテーブルにより実現される。この場合、励起光パワー比制御部４２は、指定された平均ラマン利得値でテーブルを検索することにより、対応する励起光パワー比を得ることができる。なお、指定された平均ラマン利得値がインデックスとして設定されていないときは、たとえば、補間によって励起光パワー比を計算してもよい。また、比率情報は、図６に示す関係を表す計算式で実現してもよい。この場合、励起光パワー比制御部４２は、平均ラマン利得値をその計算式に与えることにより、対応する励起光パワー比を得ることができる。

なお、励起光パワー比は、この例では、励起光λp1〜λp4のパワーの総和に対する、各励起光のパワーの割合で表される。例えば、平均ラマン利得＝Ｘ１（例：5.2dB）に対して、下記の励起パワー比が得られている。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（0.1814, 0.1977, 0.2806, 0.3404）
平均ラマン利得＝Ｘ２（例：10.4dB）に対して、下記の励起パワー比が得られている。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（0.2157, 0.2238, 0.2653, 0.2952）
平均ラマン利得＝Ｘ３（例：15.6dB）に対して、下記の励起パワー比が得られている。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（0.25, 0.25, 0.25, 0.25）
平均ラマン利得＝Ｘ４（例：20.8dB）に対して、下記の励起パワー比が得られている。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（0.2843, 0.2762, 0.2347, 0.2048）

ラマン増幅器１において、メモリ３０に図６に示す比率情報が格納されている場合、コントローラ４０は、励起光源１１−１〜１１−ｎを以下のように駆動する。ここでは、説明を簡単にするために、平均ラマン利得Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４を得るために必要な合計励起光パワーがそれぞれ100mW、200mW、300mW、400mWであるものとする。また、ラマン増幅器１による平均ラマン利得は、フィードバック系により、平均ラマン利得の目標値に一致しているものとする。

平均ラマン利得の目標値としてＸ１（例：5.2dB）が与えられたときは、コントローラ４０は、励起光源１１−１〜１１−ｎを以下のよう駆動する。なお、各励起光源１１−１〜１１−４のパワーは、合計励起光パワーに比率情報を乗算することにより得られる。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（18.14mW, 19.77mW, 28.06mW, 34.04mW）
平均ラマン利得の目標値としてＸ２（例：10.4dB）が与えられたときは、コントローラ４０は、励起光源１１−１〜１１−ｎを以下のよう駆動する。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（43.14mW, 44.76mW, 50.06mW, 59.04mW）
平均ラマン利得の目標値としてＸ３（例：15.6dB）が与えられたときは、コントローラ４０は、励起光源１１−１〜１１−ｎを以下のよう駆動する。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（75mW, 75mW, 75mW, 75mW）
平均ラマン利得の目標値としてＸ４（例：20.8dB）が与えられたときは、コントローラ４０は、励起光源１１−１〜１１−ｎを以下のよう駆動する。
（λp1、λp2、λp3、λp4）＝（113.72mW, 110.48mW, 93.88mW, 81.92mW）

図７は、実施形態のラマン増幅器１により得られるラマン利得の波長特性を示す。この例では、図６に示す比率情報が使用されている。実施形態のラマン増幅器１によれば、上述したように、指定された平均ラマン利得に応じて、複数の励起光のパワー比が設定される。したがって、ラマン増幅器１が提供する平均ラマン利得が変わっても、ラマン利得は波長に対して平坦である。この結果、ＷＤＭ信号の各チャネルの品質（例えば、光Ｓ／Ｎ比）のばらつきが抑制される。

また、実施形態のラマン増幅器１は、ＷＤＭ信号に対する平均ラマン利得に基づいて、複数の励起光のパワーを制御する。ここで、平均ラマン利得は、１つの受光器でモニタすることが可能である。すなわち、ラマン増幅器１は、ＷＤＭ信号に対する平均ラマン利得を１つの受光器で一括してモニタし、その平均ラマン利得を利用して複数の励起光を制御する。したがって、ＷＤＭ信号の波長帯の中の複数の波長についてそれぞれラマン利得を測定する構成と比較して、実施形態のラマン増幅器１は、光パワーをモニタするための光デバイスの個数が少なくなるので、コストの低減を図ることができる。

なお、光ファイバのタイプおよび特性に応じて比率情報を用意しておけば、ラマン増幅器１は、任意の光伝送路において平坦なラマン利得を得ることができる。一例として、光伝送路３が、分散シフトファイバ（ロス係数：0.2dB/km）、分散シフトファイバ（ロス係数：0.3dB/km）、シングルモードファイバ（ロス係数：0.2dB/km）、またはシングルモードファイバ（ロス係数：0.3dB/km）で実現されるケースについて、ラマン増幅器１によるラマン利得の波長特性を図８に示す。

ところで、各励起光源１１−１〜１１−ｎとして、例えば、半導体レーザを使用する場合、光パワーを安定させるために、光パワーの上限および／または下限が設けられることがある。たとえば、図９に示す例では、平均ラマン利得＝Ｘ５において、励起光λp1のパワーが指定された下限パワーに達している。また、平均ラマン利得＝Ｘ６において、励起光λp1のパワーが指定された上限パワーに達している。この場合、平均ラマン利得がＸ５〜Ｘ６である領域に対して、図６と同様の比率情報が生成される。また、平均ラマン利得がＸ５よりも小さい領域では、励起光λp1〜λp4のパワー比は一定である。同様に、平均ラマン利得がＸ６よりも大きい領域でも、励起光λp1〜λp4のパワー比は一定である。

また、上述の実施例では、波長に対して平坦なラマン利得を得るように複数の励起光のパワーが制御される。ただし、実施形態のラマン増幅器１は、比率情報を適切に生成することにより、所望の利得特性を提供することができる。

例えば、ラマン増幅媒体以外の光増幅器または光伝送路上の光デバイスの波長特性（以下、他の波長特性）が既知であるときは、ラマン増幅器１の利得の波長特性で他の波長特性を相殺することができる。一例として、他の波長特性は、ＷＤＭ信号の波長帯の中で波長の短いほど損失が大きく、波長が長いほど損失が小さいものとする。この場合、ラマン増幅器１の利得が図１０に示す波長特性を有していれば、ラマン増幅器１の利得の波長特性で他の波長特性が相殺される。そうすると、ラマン増幅器１を含む光伝送システム全体として、ＷＤＭ信号の各チャネルの光パワーが均一または略均一に保持される。

図１１は、図１０に示す波長特性を実現するための比率情報の例を示す。すなわち、図１１に示す比率情報は、波長に対して負の傾きを有するラマン利得を得るための、平均ラマン利得と励起光パワー比との関係を模式的に表している。この関係は、例えば、ラマン増幅器１および光伝送路３を用いて予め測定を行うことにより取得される。この場合、例えば、複数の平均ラマン利得値に対して、それぞれ、励起光λp1〜λp4のパワーを調整しながら、波長に対して指定された傾きを有するラマン利得が得られるパワー比がサーチされる。平均ラマン利得と励起光パワー比との関係は、他の方法で取得してもよい。たとえば、光伝送路３のファイバのタイプおよび材料等を考慮して、シミュレーション等により上記関係を取得してもよい。

図１２は、図５に示すラマン増幅器１において使用される利得制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、ラマン増幅器１が動作を開始するときに実行される。また、光伝送路３に励起光が供給されていないときのＷＤＭ信号のパワーが事前に測定されており、ラマン増幅器１はその測定値を保持しているものとする。

Ｓ１において、コントローラ４０は、平均ラマン利得の目標値を取得する。平均ラマン利得の目標値は、例えば、光伝送システムのユーザまたはネットワーク管理者によって決定される。

Ｓ２において、励起光パワー比制御部４２は、平均ラマン利得の目標値に基づいて、複数の励起光λp1〜λpnのパワー比を決定する。ここで、メモリ３０には、平均ラマン利得をインデックスとして、励起光λp1〜λpnのパワー比を表す比率情報が格納されている。そして、励起光パワー比制御部４２は、メモリ３０にアクセスすることにより、平均ラマン利得の目標値に対応する励起光パワー比を決定する。

Ｓ３において、励起光パワー制御部４３は、合計励起光パワー値に励起光パワー比を乗算することにより、各励起光λp1〜λpnのパワーを決定する。合計励起光パワー値は、後で説明するが、Ｓ６において合計励起光パワー制御部４１により算出される。また、励起光パワー比は、Ｓ２で得られている。そして、コントローラ４０は、Ｓ３で算出した各励起光λp1〜λpnのパワーを実現するように、励起光源１１−１〜１１−ｎを駆動する。

Ｓ４において、コントローラ４０は、平均ラマン利得のモニタ値を取得する。ここで、平均ラマン利得は、Ｓ３において励起光λp1〜λpnのパワーを制御することにより更新されている。したがって、コントローラ４０は、更新された平均ラマン利得のモニタ値を取得する。なお、平均ラマン利得は、ラマン利得モニタ２２によって測定される。

Ｓ５において、合計励起光パワー制御部４１は、平均ラマン利得のモニタ値と平均ラマン利得の目標値との差分を計算する。この差分が、予め決められている許容誤差範囲内であれば、利得制御処理は終了する。一方、この差分が、予め決められている許容誤差範囲内に収束していないときは、利得制御処理はＳ６へ移行する。

Ｓ６において、合計励起光パワー制御部４１は、平均ラマン利得のモニタ値が平均ラマン利得の目標値に近づくように、合計励起光パワー値を更新する。なお、Ｓ３〜Ｓ６の処理は、平均ラマン利得のモニタ値と平均ラマン利得の目標値との差分が許容誤差範囲内に収束するまで繰り返し実行される。したがって、光伝送路３におけるＷＤＭ信号に対する平均ラマン利得は、その目標値に制御される。

このように、実施形態の利得制御方法によれば、平均ラマン利得が目標値に制御されるときに、その平均ラマン利得に対して所望の利得特性が得られるように、複数の励起光のパワー比が決定される。よって、ラマン増幅器１による平均ラマン利得が変化しても、所望の利得特性（例えば、波長に対して平坦）が得られる。

図１３は、本発明の他の実施形態のラマン増幅器の構成を示す。図５に示すラマン増幅器１は、指定された平均ラマン利得の目標値に応じて光信号を増幅する。これに対して、図１３に示すラマン増幅器２においては、複数の励起光のパワーの合計が指定される。そして、ラマン増幅器２は、指定された合計パワーに応じて光信号を増幅する。

ラマン増幅器２は、図１３示すように、励起光生成部１０、利得モニタ部２０、メモリ３０、コントローラ６０を有する。なお、励起光生成部１０、利得モニタ部２０、メモリ３０は、図２に示すラマン増幅器１および図１３に示すラマン増幅器２において互いに実質的に同じであり、説明を省略する。

コントローラ６０は、合計励起光パワー設定部６１、励起光パワー比制御部６２、励起光パワー制御部６３を有する。合計励起光パワー設定部６１は、指定された合計励起光パワー値を励起光パワー制御部６３に与える。合計励起光パワー値は、例えば、光伝送システムのユーザまたはネットワーク管理者によって指定される。励起光パワー比制御部６２は、ラマン利得モニタ２２により測定された平均ラマン利得に対応する比率情報をメモリ３０から取得する。比率情報は、図５に示す実施形態と同様であり、励起光λp1〜λpnのパワー比を表す。そして、励起光パワー制御部６３は、合計励起光パワー設定部６１から与えられる合計励起光パワー値および平均ラマン利得に対応する比率情報に基づいて、各励起光λp1〜λpnのパワーを算出する。

図１４は、図１３に示すラマン増幅器２において使用される利得制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、ラマン増幅器２が動作を開始するときに実行される。

Ｓ１１において、コントローラ６０は、平均ラマン利得のモニタ値を取得する。なお、平均ラマン利得は、ラマン利得モニタ２２によって測定される。

Ｓ１２において、励起光パワー比制御部６２は、ラマン利得モニタ２２によって測定された平均ラマン利得のモニタ値に基づいて、複数の励起光λp1〜λpnのパワー比を決定する。メモリ３０には、平均ラマン利得をインデックスとして、励起光λp1〜λpnのパワー比を表す比率情報が格納されている。そして、励起光パワー比制御部６２は、メモリ３０にアクセスすることにより、平均ラマン利得のモニタ値に対応するパワー比を決定する。

Ｓ１３において、励起光パワー制御部６３は、合計励起光パワー値に励起光パワー比を乗算することにより、各励起光λp1〜λpnのパワーを決定する。合計励起光パワー値は、合計励起光パワー設定部６１から与えられる定数である。そして、コントローラ６０は、Ｓ１３で得られた各励起光λp1〜λpnのパワーを実現するように、励起光源１１−１〜１１−ｎを駆動する。

Ｓ１４において、コントローラ６０は、平均ラマン利得のモニタ値を取得する。Ｓ１４において得られる平均ラマン利得は、Ｓ１３において励起光λp1〜λpnのパワーを制御することにより更新されている。したがって、コントローラ６０は、更新された平均ラマン利得のモニタ値を取得する。

Ｓ１５において、励起光パワー比制御部６２は、前回の平均ラマン利得と現在の平均ラマン利得との差分を計算する。なお、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理ループは、繰り返し実行される。よって、「前回の平均ラマン利得」は、前回の処理ループにおいて測定された平均ラマン利得を表し、「現在の平均ラマン利得」は、現在の処理ループにおいて新たに測定された平均ラマン利得を表す。そして、上記差分が予め決められている許容誤差範囲内に収束していないときは、利得制御処理はＳ１２に戻る。一方、この差分が許容誤差範囲内に収束していれば、利得制御処理は終了する。なお、平均ラマン利得が収束した後は、光伝送路３におけるＷＤＭ信号に対する平均ラマン利得は、指定された合計励起光パワー値に対応している。

このように、図１３〜図１４に示す実施形態では、平均ラマン利得が収束するまで、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理が繰り返し実行される。ここで、Ｓ１５に続いてＳ１２が実行されるときは、励起光パワー比制御部６２は、新たに測定された平均ラマン利得に基づいて、励起光λp1〜λpnのパワー比を決定する。よって、コントローラ６０は、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行することにより、指定された合計励起光パワー値に対応し、且つ、所望の利得特性（例えば、波長に対して平坦）を有する、ラマン利得を生成することができる。

Claims (6)

1. 互いに波長が異なる複数の励起光を光伝送媒体に供給する複数の半導体レーザと、
   前記光伝送媒体における平均ラマン利得をモニタする利得モニタ部と、
   前記光伝送媒体における平均ラマン利得に対して前記複数の励起光のパワーの比率を表す比率情報を格納する格納部と、
   前記モニタ部によってモニタされる平均ラマン利得および前記比率情報に基づいて、前記複数の励起光のパワーを制御するコントローラと、を備え、
   前記比率情報は、予め指定された平均ラマン利得下限値と平均ラマン利得上限値との間の領域に対しては、指定された利得特性を得るための前記複数の励起光のパワーの比率を表し、前記平均ラマン利得下限値よりも小さい領域に対しては第１の固定比率を表し、前記平均ラマン利得上限値よりも大きい領域に対しては第２の固定比率を表す
   ことを特徴とするラマン増幅器。
2. 前記コントローラは、
   指定された平均ラマン利得および前記比率情報に基づいて、前記複数の励起光のパワー比を決定するパワー比決定部と、
   前記利得モニタ部によってモニタされた平均ラマン利得が平均ラマン利得の目標値に近づくように、前記パワー比決定部により決定された前記複数の励起光のパワー比に基づいて前記複数の励起光のパワーを制御するパワー制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
3. 前記コントローラは、
   前記利得モニタ部によってモニタされた平均ラマン利得および前記比率情報に基づいて、前記複数の励起光のパワー比を決定するパワー比決定部と、
   前記複数の励起光のパワーの合計が指定された値に近づくように、前記パワー比決定部により決定された前記複数の励起光のパワー比に基づいて前記複数の励起光のパワーを制御するパワー制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
4. 前記比率情報は、前記平均ラマン利得下限値と前記平均ラマン利得上限値との間の領域に対して、前記光伝送媒体におけるラマン利得を波長に対して平坦または略平坦にするように生成された、前記複数の励起光のパワーの比率を表す
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの記載のラマン増幅器。
5. 前記比率情報は、前記平均ラマン利得下限値と前記平均ラマン利得上限値との間の領域に対して、前記光伝送媒体におけるラマン利得が波長に対して指定された傾斜を有するように生成された、前記複数の励起光のパワーの比率を表す
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの記載のラマン増幅器。
6. 複数の半導体レーザを用いて互いに波長が異なる複数の励起光を光伝送媒体に供給し、
   前記光伝送媒体における平均ラマン利得をモニタし、
   予め指定された平均ラマン利得下限値と平均ラマン利得上限値との間の領域に対しては、指定された利得特性を得るための前記複数の励起光のパワーの比率を表し、前記平均ラマン利得下限値よりも小さい領域に対しては第１の固定比率を表し、前記平均ラマン利得上限値よりも大きい領域に対しては第２の固定比率を表す比率情報に基づいて、モニタにより得られた平均ラマン利得または平均ラマン利得の目標値に対応する、前記複数の励起光のパワーの比率を決定し、
   決定した前記複数の励起光のパワーの比率およびモニタにより得られた平均ラマン利得に基づいて、前記複数の励起光のパワーを制御する、
   ことを特徴とする利得制御方法。

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