ラマン増幅を用いた光増幅器およびラマン励起光源
【課題】ラマン増幅器の広帯域化及び、出力と利得の波長特性を平坦にするために、励起光源を複数化し、励起光により利得が生じた結果をモニタする際に、励起光源を３個以上にした場合の制御。
【解決手段】励起光発生手段をブロック化し、信号光の入出力モニターの波長帯域を励起光発生手段のブロック化数以上及び信号チャンネル数以下に分けてモニターし、その結果にもとづき、制御アルゴリズムを用いて、各波長帯域の励起光の出力パワーを調整する。
【解決手段】励起光発生手段をブロック化し、信号光の入出力モニターの波長帯域を励起光発生手段のブロック化数以上及び信号チャンネル数以下に分けてモニターし、その結果にもとづき、制御アルゴリズムを用いて、各波長帯域の励起光の出力パワーを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種光通信システムで信号光の増幅に使うことが出来るラマン増幅器であり、特に波長分割多重光の増幅に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信システムで使用される光増幅器のほとんどは、
希土類添加光ファイバ増幅器である。特にＥｒを添加した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡと略する）が広く用いられている。ＥＤＦＡの広い利得帯域を活用した波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式は、複数の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送することにより、通信容量を増大させることが可能な伝送方式である。
このＷＤＭ光伝送方式は既存の光ファイバを利用できるため導入コストが低く、また、光増幅器等を用いることで伝送路はビットレートフリーとなり、将来のアップブレードが容易であるなどの利点を有する。
光ファイバ伝送路の損失の小さい帯域（約０．３ｄＢ／ｋｍ以下）は、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍであるが、ＥＤＦＡの実用的な増幅帯域は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍである。ＥＤＦＡはこのうちの一部への適用に過ぎない。その中で、一本の光ファイバで伝送可能容量を増やす技術の研究・開発が精力的に進められている。
一方、ＷＤＭ光通信システムにおいて、所定の伝送特性を得るには、各チャンネル間の光パワーのバラツキを各光中継段において、１ｄＢ以下に抑える必要がある。
これは、光パワーの上限が非線型効果により制限され、下限が受信ＳＮＲにより制限されるためである。
ここで、ＷＤＭ光通信システムを構成する伝送路や分散補償ファイバ等の損失波長特性を小さくする必要がある。実際のＷＤＭ光通信システムでは、次に挙げる事柄などにより各チャンネル間の光伝送パワーに波長特性が生じる。
（１）レイリー散乱による伝送路の損失波長特性
（２）分散補償器の波長特性
（３）誘導ラマン散乱による伝送路の損失波長特性
（４）光増幅器の利得の波長特性
（５）伝送路、分散補償器および光増幅器の温度特性
具体的には、例えば信号の波長帯域を１５３０〜１６１０ｎｍとした場合に長さ１００ｋｍの１．３μｍゼロ分散シングルモードファイバを光伝送路に用いたときに上記（１）及び（３）に起因して発生する光伝送パワーの偏差は７ｄＢとなる。
また、上記（２）に起因する偏差は一般的な分散補償ファイバを分散補償器として用いたとき約０．５ｄＢとなり、上記（４）に起因する偏差は、一般的なＥＤＦＡを用いたときに１ｄＢとなる。更に上記（５）に起因する偏差は、該各光デバイスを用いたとき約０．３ｄＢと見積もることができる。
以上みてきたように、信号の波長特性に尤も大きく影響するのは、誘導ラマン散乱による伝送路の損失の波長特性であることが分かる。
現在の波長多重伝送システムのキーコンポーネントは多波長の信号を一括増幅できるＥＤＦＡであり、このＥＤＦＡは低雑音、所定の出力を送出すること、所定の利得を補償すること、チャンネル間の出力バラツキを小さくできる特性を有していた。
今後更に、伝送容量の増大、超長距離伝送を可能にするには、ＥＤＦＡのこれらの特性を有しつつ帯域の異なる光増幅器が求められている。伝送容量増大のための帯域拡大として、ラマン増幅器が注目を集めている。ラマン増幅器は、励起光周波数より増幅媒体のラマンシフト量だけストークスシフトした周波数で増幅することができ、任意の波長の励起光源さえ用意できれば、任意の波長で増幅することが可能となる。
例えば、Ｊ．Ｋａｎｉ等はＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ、 ｖｏｌ． ３４ ｐｐ．１７４５で励起波長１４２０ｎｍを用いてＥＤＦＡ適用帯域外の１５０５〜１５２２ｎｍの利得を報告している。
また、Ｍ．Ｔａｋｅｄａ等のＯＳＡ ＴＯＰＳ ｖｏｌ．３０ ｐｐ．１０１−１０５ （１９９９）での報告や特開２０００−９８４３３では、ラマン増幅器をＥＤＦＡの出力偏差の補正として用いている他、ラマン増幅器は、誘導ラマン散乱による伝送路の損失波長特性補正として、伝送路に励起光を導入し、伝送路をラマン増幅媒体とした出力劣化補正に用いることができる等の理由からラマン増幅器に注目が集まっている。
ラマン増幅器として主に以下の３つの応用が考えられ、（ａ）ＥＤＦＡの適用波長帯域外での使用、（ｂ）ＥＤＦＡの出力偏差補正と光ＳＮＲ改善、（ｃ）伝送路の誘導ラマン散乱補償である。波長多重伝送方式において、これらの全ての応用で最初に求められる特性は広帯域と平坦な波長特性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０９８４３３号公報
【特許文献２】特開平０９−２１１５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラマン増幅器の広帯域のために、特開２０００−９８４３３にあるように波長の異なる複数の励起光を利用することが考えられている。特開２０００−９８４３３やＭ．Ｔａｋｅｄａ ｅｔ ａｌ．、 ＯＳＡ ＴＯＰＳ ｖｏｌ．３０、 ｐｐ．１０１−１０５ （１９９９）には、ラマン増幅出力をモニタまたは、ラマン増幅器の後にインラインアンプを挿入後の出力をモニタし、利得偏差若しくは出力偏差が小さくなるようにラマン増幅器の帯域確保のために用いた複数の励起ＬＤの出力を制御するとある。
しかしながら、特開２０００−９８４３３の実施例では２つのグループに分けた励起光源に対する制御の場合について示しているだけであり、また同様にＭ．Ｔａｋｅｄａ等も励起光源を２つにした場合について示している。励起光源が３つ以上になった場合は、出力パワー一定制御若しくは利得一定制御、波長特性平坦化制御のアルゴリズムが非常に煩雑となる。
つまり、広帯域化、波長特性平坦化のために励起波長数若しくは励起光源数が増えるに従い、複雑な制御アルゴリズムを必要とするが適当なアルゴリズムがなく、多波長励起光源を用いたラマン増幅器の光システムへの実用レベルでの適用を阻む要因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はラマン増幅を行なう場合に、複数励起光波長若しくは励起光源を用いて広帯域化を行い、尚且つ、波長特性を平坦化または特定の傾斜を持つ特性をとるように、出力パワー一定制御、利得一定制御、波長特性平坦化制御を簡便に行なう制御アルゴリズムを提供するものである。
第一の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力しラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光の、複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする出力モニタ手段と、該出力モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光源をそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第二の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力し、ラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該光増幅媒体に入力される該波長多重光の、複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする入力モニタ手段と、該光増幅媒体より出力された該波長多重光の、該複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする出力モニタ手段と、
該入力モニタ手段及び該出力モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性に基づき該複数の励起光源を制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第三の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力しラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光を、第一の波長帯域と第二の波長帯域に分離する帯域分離手段と、該分離された第一の波長帯域の光を増幅する第一の希土類元素ドープファイバと、該分離された第二の波長帯域の光を増幅する第二の希土類元素ドープファイバと、該第一の希土類元素ドープファイバの出力光をモニタする第一モニタ手段と、該第二の希土類元素ドープファイバの出力光をモニタする第二モニタ手段と、該第一モニタ手段および第二モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光源をそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第四の手段は、複数のチャンネルに配置された信号光が波長多重された波長多重光が入力され、ラマン増幅を行う光増幅媒体を励起するラマン励起光源であって、異なる波長の複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を合該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光の、少なくとも１つの該チャネルが含まれる複数の波長帯域ごとのパワーをモニタするモニタ手段と、該モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光の出力パワーをそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
ラマン増幅器の広帯域化及び、出力と利得の波長特性を平坦にするために、励起光源を複数化し、励起光により利得が生じた結果をモニタする際に、励起光源を３個以上にした場合の制御に関する。
本発明では、励起光発生手段をブロック化し、信号光の入出力モニタの波長帯域を励起光発生手段のブロック化数以上及び信号チャンネル数以下に分けてモニタすることで、簡便な制御アルゴリズムを用いて出力パワーと利得の波長特性偏差の制御及び、出力一定制御、利得一定制御を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ラマン増幅時の励起光と利得波長の関係を示す図
【図２】励起光源を波長多重化することで、ラマン増幅の帯域拡大を示す図
【図３】第１の実施構成を示す図
【図４】単独の励起光源ブロックの波長特性を示す図
【図５】単独の励起光源ブロックの波長特性を示す図
【図６】波長特性を一定にするための制御を説明する図
【図７】第１の実施構成の励起光制御部の制御フローチャート
【図８】第１の実施構成に於いて励起光源ブロック数とモニタブロック数を任意にした場合の構成図
【図９】モニタブロック数を任意にした場合の波長特性を示す図
【図１０】図３及び図８の構成の励起光源ブロックと波長合波カプラの具体的構成を示す図
【図１１】第１の実施構成に於いて重み付けした場合の構成を示す図
【図１２】第２の実施構成を示す図
【図１３】第２の実施構成の励起光制御部の制御フローチャート
【図１４】第２の実施構成の変形例を示す図
【図１５】第３の実施構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の詳細な説明を記す。ラマン増幅は図１に示すように、励起光波長から増幅媒体のラマンシフト量だけシフトされた信号波長に利得を生じるものであり、ラマンシフト量、ラマン帯域は物質（増幅媒体）固有に与えられるものである。
HYPERLINK "JavaScript:void(0)"図１は、励起波長を長波長側にシフトさせると、利得の中心波長及び利得帯域がほぼ励起波長のシフト量と同じだけ長波長側にシフトする様子が示されている。従って、ラマン増幅は、任意の波長をもつ励起光源さえ揃えられれば、任意の波長で利得を得ることができる光増幅技術である。励起波長が僅かずつ異なる励起光源を一括して増幅媒体に入射することで、図２に示すように広帯域な光増幅を可能とする。
本発明の第１の実施構成を図３に示す。０は入力ポート、１はラマン増幅媒体、２は合波カプラ、３は分岐カプラ、４は合波カプラ、５は波長分離カプラ、６−１乃至６−３は励起光源ブロック、７−１乃至７−３は受光素子、８は励起光制御部をそれぞれ示す。
複数の信号光が波長多重された波長多重光がラマン増幅器の入力ポートから、後方励起されたラマン増幅媒体１に入射される。合波カプラ４は中心波長の異なる励起光源ブロック６−１乃至６−３からの平均波長λp1乃至λp3の励起光を合波する波長多重カプラである。合波カプラ２は合波カプラ４からの波長λp1乃至λp3の励起光と複数の信号光を波長多重した波長多重光とをラマン増幅媒体１の中で波長多重する波長多重カプラである。
分岐カプラ３はラマン増幅媒体１で増幅された波長多重光を１０対１で分岐するビームスプリッタである。波長分離カプラ５は励起光源ブロック６−１乃至６−３からの励起光により生じるラマン利得波長帯域を、３つの波長帯域ブロック（モニタブロック）に分割する波長帯域分岐カプラである。
受光素子７−１乃至７−３は波長分離カプラ５で分離した３つの帯域各々を受光し光／電変換する。励起光制御回路８は受光素子からの出力を用いて励起光源ブロック６−１乃至６−３の平均波長λp1乃至λp3の出力パワーを制御する。
以下に励起光制御回路８の制御原理について説明をする。
励起光源ブロック６−１の平均励起波長をｌp1、励起光源ブロック６−１の出力パワーをＰp1、励起光源ブロック６−２の平均励起波長をｌp2、励起光源ブロック６−２の出力パワーをＰp2、励起光源ブロック６−３の平均励起波長をｌp3、励起光源ブロック６−３の出力パワーをＰp3とする。
受光素子７−１で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック１；平均波長ｌs1）の平均出力パワーをＰs1とし、受光素子７−２で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック２；平均波長ｌs2）の平均出力パワーをＰs2とし、受光素子７−３で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック３；平均波長ｌs3）の平均出力パワーをＰs3とする。
励起光源ブロック６−１のみを稼動させ、平均励起波長λp1、平均励起出力パワーＰp1で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ａ）に示す。細い実線は、波長帯域ブロック１（平均波長ｌs1）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック１の平均出力パワーＰp1を示している。
励起光源ブロック６−２のみを稼動させ平均励起波長λp2、平均励起出力パワーＰp2で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ｂ）に示す。細い実線は、波長帯域ブロック２（平均波長ｌs2）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック２の平均出力パワーＰp2を示している。
励起光源ブロック６−３のみを稼動させ平均励起波長λp3、平均励起出力パワーＰp3で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ｃ）示す。細い実線は、波長帯域ブロック３（平均波長ｌs3）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック３の平均出力パワーＰp3を示している。
励起光源ブロック６−１が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック１であり、励起光源ブロック６−２が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック２であり、励起光源ブロック６−３が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック３であることが分かる。
同時に、励起光源ブロック６−１は信号光出力モニタブロックｌs2と信号光出力モニタブロックｌs3にも寄与し、励起光源ブロック６−２は信号光出力モニタブロックｌs1と信号光出力モニタブロックｌs3にも寄与し、励起光源ブロック６−３は信号光出力モニタブロックｌs1と信号光出力モニタブロックｌs2にも寄与している。
従って、広帯域な光アンプを作るために複数波長の励起光を用いた場合には、一つの励起光源ブロックのパワーを制御すると、励起光により利得が生じる波長帯域は広い範囲に及び、モニタする波長帯域ブロックの複数に影響を及ぼしていることが判る。
所定の増幅信号パワーを得るためには励起光源のパワーに利得係数を掛ければ良いので、励起光源ブロック６−１乃至６−３の励起光出力の平均パワー変動量をΔＰ、受光素子７−１乃至７−３からの得た励起光により利得が生じる帯域の平均出力パワーの変動量をΔＰs、平均利得係数をＡとすると、
【０００９】
【数１】
【００１０】
となる。
従って、各波長帯域ブロックの出力パワーの波長特性偏差をなくすためには、波長分離カプラ５で３つに分離した各波長帯域の波長多重光のパワーレベルを同じになるようにΔＰpを調整すれば良い。
ΔＰpは、励起光源の光出力パワーを変動させることで調整でき、また励起波長を変動させ重心波長をシフトさせることでも調整でき、また励起光波長幅を変動することでも調整することができる。ここでは、光出力パワーを変動する調整の例を示す。
図４に示したように、一つの励起光源ブロックにより生じる利得波長帯域は広く、各モニタブロック間に跨がり利得を有しているため、一つの励起光源ブロックを変化させた場合に他のモニタブロックの波長に与える影響を考慮して式１を計算する必要がある。言い換えると、各モニタブロックのパワーを各励起光源ブロックごとの光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に各励起光ブロックの出力パワーの制御をおこなう必要がある。
ここで、励起光ブロック６−１の平均励起波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ11、励起光源ブロック６−１の励起光波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ12、励起光源ブロック６−１の励起波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ13、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ21、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2が信モニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ22、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ23、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp3がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ31、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ32、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp3がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ33と定義する。
図５（ａ）に励起光源ブロック６−１のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、モニタブロックのブロック１、モニタブロックのブロック２、モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ11、Ａ12、Ａ13に相当する。
また、図５（ｂ）に励起光源ブロック６−２のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、出力モニタブロックのブロック１、出力モニタブロックのブロック２、出力モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ21、Ａ22、Ａ23に相当する。
図５（ｃ）に励起光源ブロック６−３のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、出力モニタブロックのブロック１、出力モニタブロックのブロック２、出力モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ31、Ａ32、Ａ33に相当する。
それらを要素とする平均利得係数行列［Ａ］を求めることが出来る。
【００１１】
【数２】
【００１２】
図６（ａ）に示すように信号光出力の波長特性が大きな信号光スペクトルの場合の出力モニタブロックのブロック１、ブロック２、ブロック３の平均出力は図中の太い実線で、全波長帯域の平均出力をＰfとして破線で示している。
波長多重光出力の波長特性偏差を小さくすることは、図６（ｂ）に示すように出力モニタブロックのブロック１、ブロック２、ブロック３の平均出力Ｐs1乃至Ｐs3を目的とするラマン増幅された波長多重光出力Ｐf（全波長帯域の平均出力）に一致させることを意味している。
【００１３】
【数３】
【００１４】
【数４】
【００１５】
ラマン増幅媒体１でラマン利得が生じる全波長帯域で出力差分（チルト）を小さく抑えるには、上式を満たすように励起光源ブロック６−１乃至６−３の励起光の出力Ｐp1乃至Ｐp3の補正量をΔＰp1、ΔＰp2、ΔＰp3を下式から算出すればよい。
【００１６】
【数５】
【００１７】
すなわち、HYPERLINK "JavaScript:void(0)"図３中の励起光制御部８は複数の信号光が波長多重された波長多重光を所定の波長帯域のモニタブロックに分けて出力パワーをモニタし、各波長帯域のモニタブロックの全出力をチャンネル数で割った平均値化処理を行い、全波長帯域での出力パワー差分を小さくするために必要な各励起光源ブロックの励起波長が各モニタブロックの波長に対して及ぼす影響の重み付けを励起光の平均出力パワー差分を上記の式５により計算し、各励起光源ブロックより出力される励起光のパワーを制御すれば良い。
そして、所定の波長特性偏差が得られるまで、１回〜１０回程度のフィードバック制御を行う。このような制御処理を行なうことで、励起光により生じるラマン利得波長帯域の平均パワーを一定のパワーＰfの値にすることができる。
図３の構成に於いて、励起光制御部８はＣＰＵ等のプロセッサにより図７のフローにより制御することで実現できる。
ステップ１として：制御処理を開始する。
ステップ２として：受光素子７−１乃至７−３の出力よりモニタブロック内の平均出力パワーＰs1乃至Ｐs3を求める。
ステップ３として：モニタブロック内の平均波長出力パワーＰs1乃至Ｐs3を目的とする波長多重光出力値Ｐfと比較し、ΔＰs1乃至ΔＰs3を求める。
ステップ４として：ΔＰs1乃至ΔＰs3とＰfの差分が、許容範囲内の場合は動作を止めステップ７に、許容範囲該の場合は次のステップ５に行く。
ステップ５として：ΔＰs1乃至ΔＰs3より各励起光が各モニタブロックに及ぼす平均利得係数Ａ１１乃至Ａ３３の逆行列を用いて励起光源ブロックのλp1乃至λp3のパワーレベルＰp1乃至Ｐp3の制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を求める。
ステップ６として：現在のＰp1乃至Ｐp3に制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を加え励起光源ブロック６−１乃至６−３の出力パワーＰp1乃至Ｐp3、を制御する。
ステップ７として：制御処理を終了する。
図３では一例として、励起光源ブロックを３つブロックとし、励起光源ブロックからの励起光により生じる利得を生じる波長帯域のモニタブロックは３つに分けているが、これらの数は必要に応じて任意に設定することができる。
励起光源ブロックとモニタブロックの数を任意の数に設定した場合をHYPERLINK "JavaScript:void(0)"図８に示す。図中、励起源ブロックの数をｎ個（６−１乃至６−ｎ）、波長多重光のモニタブロックｍ個で構成したとする。
ここでの励起光により生じるラマン増幅利得の波長帯域を図９に示し、波長分離カプラ５の波長多重光のｍ個のモニタブロックに分ける。励起光パワー制御の変動量ΔＰｐはｎ×１の行列となり、モニタブロック内の．波長多重光パワーの平均値と目的とする制御の値との差分ΔＰｓはｍ×１の行列となり、Ａはｎ×ｍの行列となる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
この場合のΔＰpiは励起源のブロックの平均出力パワーの変動量、またΔＰsjは信号光モニタブロックの平均出力パワーの変動量である。変動量を用いているので、モニタ出力パワーを主信号出力パワーに変換する必要はない。ΔＰsjに伴うΔＰpiを求めるには［Ａ］の逆行列［Ａ］-1を求めればよいことが分かる。従って、
【００２０】
【数７】
【００２１】
となり各ブロック間の平均出力パワーの偏差を小さくすることは、信号光出力パワーの波長特性の平坦化を行うことになる。
第１の実施構成では励起光源ブロックとモニタブロック数は任意に構成できるが、モニタブロックの数は波長多重光に多重されている信号光チャンネル数以下にし、励起光源ブロック化数以上にすることが望ましい。
図３の構成における、具体的な構成をHYPERLINK "JavaScript:void(0)"図１０に示す。
図中２４、２５はＷＤＭカプラ、６１乃至６３は偏光合成カプラ、５１乃至５６はファイバグレーティングフィルタ、８１乃至８６は半導体レーザをそれぞれ示す。
励起光源ブロック６−１乃至６−３は２つの僅かに波長の異なる半導体レーザ８１、８２の組み合わせ８３、８４の組み合わせ８５、８６の組み合わせでそれぞれ構成される。（この例では半導体レーザの波長間隔は約４ｎｍ）
半導体レーザ８１乃至８６からの光はファイバグレーティンクフィルタ５１乃至５６でそれぞれ特定の波長（この例では１４２９．７ｎｍ、１４３３．７ｎｍ、１４５４．０ｎｍ、１４８０．０ｎｍ、１４８４．５ｎｍ、１４８８．５ｎｍの各波長）で半導体レーザ８１乃至８６にそれぞれ反射して半導体レーザ８１乃至８６とファイハグレーティングフィルタ５１乃至５６で共振構造を取り特定の波長の励起光を出力する。
各励起光源ブロックの２つの励起光は偏波構成カプラ６１乃至６３でそれぞれ偏波合成され励起光源ブロックの出力となる。偏波合成を行うのは、ラマン増幅の偏光依存性を解消するためである。合波カプラ４はＷＤＭカプラ２４、２５で構成されている。
ＷＤＭカプラ２５は励起光源ブロック６−２からの波長の光を反射して、励起光源ブロック６−３からの波長を通過する特性を有している。ＷＤＭカプラ２４は励起光源ブロック６−１からの波長の光を反射して、励起光源ブロック６−２、励起光源ブロック６−３からの波長を通過する特性を有している。
図１０に於いては励起光源ブロック内の半導体レーザとファイバグレーティングの中心は僅かに波長が異なる光を出力しているが、同じ波長の光としても良い。また、励起光源ブロックの光は必ずしも複数半導体レーザで構成する必要はなく、偏光無依存の励起光源等を用いる場合は単一の光源で有っても良い。
第１実施例では目標となる波長多重光出力値をＰfとして、全ての波長帯域の平均パワーがＰfに揃うように制御しているため、全ての波長帯域にて出力一定制御を行なうことができる。この出力一定制御の変形例として、モニタブロックの波長帯域毎にＰfをＰf1、Ｐf2、Ｐf3と定めて、比較することにより、波長ブロック単位で個別に出力一定制御を行なうことができる。
この場合図７のフローチャートのステップ４でＰfの代わりに、各モニタブロックに対応して、Ｐf1、Ｐf2、Ｐf3をさだめる。そして、Ｐf1、Ｐf2、Ｐf3より、それぞれ対応するＰs1、Ｐs2、Ｐs3を引くことで励起光制御部８の制御を行なうことができる。
またＰfを変える変わり図１１に示すように図３の受光素子７−１乃至７−３の前段に可変または固定の減衰器７１乃至７３を設けることで、任意にモニタブロック単位で重み付けを行ない、波長ブロック単位で個別に出力一定制御を行なうことができる。
また、第１の実施例はラマン増幅媒体としては、通常の１．３ゼロミクロンファイバはもちろん、実効断面積が小さく非線形が大きい分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）を用いることも可能である。これらの非線形が大きいファイバを用いると必要な利得をえるためのラマン増幅媒体となるファイバは短くて済み、集中増幅を可能にすることができる。
第１の実施構成ではモニタブロックは波長分離カプラ５、１０と受光素子７−１乃至１１−１で構成しているが、これらはスペクトルアナライザで代用することが可能である。
第２の実施構成を図１２に示す。図１２に於いて図３と同じ構成は同じ番号で示す。図中９は分岐カプラ、１０は波長分離カプラ、１１−１乃至１１−３は受光素子をそれぞれ示す。分岐カプラ９はラマン増幅器の入力ポートに設け、入力ポートに入力される複数の信号光波長多重された波長多重光を、分岐比１０：１で分岐するビームスプリッタである。
波長分離カプラ１０は分岐カプラ９の１／１０側のポートからの波長多重光を、波長分離カプラ５と同じように、励起光源ブロック６−１乃至６−３からの励起光により生じるラマン利得波長帯域を、３つの波長帯域ブロック（モニタブロック）に分離する波長分離カプラである。受光素子１１−１乃至１１−３は３つのモニタブロックにそれぞれ対応して設けられ、各モニタブロックの光パワーを電気信号に変換する。
波長分離カプラ１０で分離したモニタブロック１の平均波長をｌs1、平均出力パワーをＰin＿s1、モニタブロック２の平均波長をｌs2、平均出力パワーをＰin＿s2、モニタブロック３の平均波長をｌs3、平均出力パワーをＰin＿s3とする。
その後、信号光は後方励起されたラマン増幅媒体１に入射される。励起光源ブロック６−１乃至６−３は図１０のように構成されても良いし、第１の実施例と同様のさまざまな構成で実現可能である。
増幅媒体１で増幅された信号はその後、１０対１の分岐カプラ３で分岐され、その１／１０ポートから出力された信号光は、図３と同様に波長分離カプラ５で、入力ポート側に設けた波長分離カプラ１０と同じ３つの波長帯域ブロックに分けられる。波長分離カプラ５の波長帯域ブロックは波長分離カプラ１０のモニタブロックの平均波長ｌs1、ｌs2、ｌs3にそれぞれ対応している。受光素子７−１乃至７−３にて波長多重光出力パワーを光電変換する。
図３と同様に波長分離カプラ５のモニタブロックの平均波長ｌs1の平均出力パワーをＰs1、モニタブロックの平均波長ｌs2の平均出力パワーをＰs2、モニタブロックの平均波長ｌs3の平均出力パワーをＰs3とする。励起光制御部８では受光素子７−１乃至７−３及び１１−１乃至１１−３からのモニタ入力により利得が所定の値となるように制御する。
図１２における具体的な制御部８の動作の説明を以下に述べる。各モニタブロックの平均利得Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3は増幅媒体１で増幅された波長多重光を波長分離カプラで分離して受光素子７−１乃至７−３で得たＰs1、Ｐs2、Ｐs3、より入力ポート側の波長分離カプラ１０で分離して受光素子１１−１乃至１１−３で得たＰin＿s1、Ｐin＿s2、Ｐin＿s3を引くことにより得られる。
【００２２】
【数８】
【００２３】
各モニタブロックの励起光平均出力パワーと各モニタブロックの波長光平均利得は各モニタブロックの平均利得係数で結び付けることができ、励起光平均出力パワー変動量をΔＰｐ、信号光平均出力パワーの変動量をΔＧ、平均利得係数をＡとすると、
【００２４】
【数９】
【００２５】
となる。
実施例１で使用した［Ａ］は励起光平均出力パワーの信号光平均出力パワーの傾きを示しているので、ここで定義する利得Ａに対しても同様に下記の関係が成り立つ。
【００２６】
【数１０】
【００２７】
目的とする利得レベルを全波長帯域の平均利得Ｇfとし、各モニタブロックの平均利得をＧ1、Ｇ2、Ｇ3とし、ＧfとＧ1の差分をΔＧ1、ＧfとＧ2の差分をΔＧ2、ＧfとＧ3の差分をΔＧ3とする。
【００２８】
【数１１】
【００２９】
全波長帯域で利得波長偏差（チルト）を小さく抑えるには、各モニタブロック間の平均利得を揃えて全波長帯域の平均利得Ｇfと一致するように制御すれば良い。
ここで、Ｇfは利得を一定にするための予め定めた値とすることで、全ての波長が定めた利得に一定に制御できる。
【００３０】
【数１２】
【００３１】
従って、式１１を用いて式１３からΔＰp1、ΔＰp2、ΔＰp3を算出すればよい。
【００３２】
【数１３】
【００３３】
すなわち、励起光制御部８は波長多重光のモニタブロックの全出力を取得し、モニタブロックの全出力をチャンネル数で割った平均値化処理を行い、全波長帯域での利得差分を小さくするために、各励起光源ブロックによる利得が各モニタブロックの波長に及ぼす影響を考慮して、必要な励起光の平均出力差分を計算し、モニタブロックの励起光発生手段を制御する働きをしている。ラマン光増幅器の各モニタブロックの利得の波長特性偏差がなくなるまで、１回〜１０回程度のフードバック制御を行う。
図１３に励起光制御部８の動作フローチャートの一例を示す。
ステップ１として：制御開始する。
ステップ２として：光増幅媒体の出力側に設けた波長分離カプラ５の各モニタブロックのパワーＰs1乃至Ｐs3より入力側に設けた波長分離カプラ５の各モニタブロックのパワーＰin＿s1乃至Ｐin＿s3を引き各モニタブロックの利得Ｇ１乃至Ｇ３を求める。
ステップ３として：目標とする利得Ｇfとモニタブロック内の利得Ｇ１乃至Ｇ３fと比較し、差分ΔＧ１乃至ΔＧ３を求める。
ステップ４として：ΔＧ１乃至ΔＧ３とＧfとの差分が、許容範囲内の場合は動作を止めステップ７に、許容範囲該の場合は次のステップ５に行く。
ステップ５として：ΔＧ１乃至ΔＧ３より各励起光が各モニタブロックに及ぼす平均利得係数Ａ１１乃至Ａ３３を用いて励起光源ブロックのλp1乃至λp3のパワーレベルp1乃至Ｐp3の制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を求める。
ステップ６として：現在のＰp1乃至Ｐp3に制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を加え励起光源ブロック６−１乃至６−３の出力パワーＰp1乃至Ｐp、3を制御する。
ステップ６として：制御処理を終了する。
以上の様な流れで励起光制御部８は励起光源ブロックを制御する。
第２の実施例においても第１の実施例同様に、励起光源ブロックとモニタブロックの数は任意の数にすることができる。即ち、励起光源ブロックをｎ個とし、モニタブロックの数をｍ個とした場合は、式１０乃至式１３を式１４乃至式１８と書き換えることができる。
【００３４】
【数１４】
【００３５】
【数１５】
【００３６】
【数１６】
【００３７】
【数１７】
【００３８】
【数１８】
【００３９】
これらの式に対応させて、励起光制御部８を操作すれば良い。
第２の実施構成でも第１の実施構成と同様に励起光源ブロックとモニタブロック数は任意に構成できるが、モニタブロックの数は波長多重光に多重されている信号光チャネル数以下にし、励起光源ブロック化数以上にすることが望ましい。
また、第二の実施例では第１の実施例と同様に、ラマン増幅媒体を通常の１．３ゼロミクロンファイバはもちろん、実効断面積が小さく非線形が大きい分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）を用いることも可能である。これらの非線形が大きいファイバを用いると必要な利得を得るためのラマン増幅媒体となるファイバは短くて済み、集中増幅をすることができる。
ラマン増幅媒体１となる光ファイバの実効断面積が小さく非線形が強いファイバの場合はラマン増幅媒体１を短く構成できるが、通常の１．３μｍゼロ分散ファイバの場合は励起パワーにもよるが約４０Ｋｍ以上必要な場合もある。そこで、図１４に図１２ラマン増幅器の波長多重光入力の通知を実際の伝送路を用いて行なう例を示す。
図１４では監視制御部１２で各モニタブロックのパワーを検出し、その結果を情報化して波長λOSCの波長で合波カプラ１３を介して、ラマン増幅媒体１となる伝送路に送信する。この波長λOSCの信号は波長分離カプラ５により分離され監視制御部１４で検出され励起光制御部８に供給される。図１４では波長λOSCを波長分離カプラ５で分離したが、伝送路より分岐カプラを別途設け、監視制御信号を分離して監視制御部１４に入力しても良い。
図１３の説明ではＧfを全てのモニタブロックにて同じ値を用いることにより、励起光源ブロックからの励起光により、増幅媒体１で生じる利得波長帯域で、このような構成にすることでラマン増幅媒体１が伝送路を用いた場合でも利得を一定に制御することができるが、ここで、Ｇfを各モニタブロックごとに別の利得を設定することで、各モニタブックの波長帯域毎重み付けした利得による利得一定制御を行なうことができる。
また、第２の実施例でも第１の実施例同様に、上記の重み付けの処理は全ての波長ブロックでＧfに一定にし、モニタブロックの単位に受光素子の前段に可変または固定の光減衰器７１乃至７３を設けることで重み付けを行なう処理を行なっても良い。
第２の実施構成ではモニタブロックは波長分離カプラ５、１０と受光素子７−１乃至１１−１で構成しているが、これらはスペクトルアナライザで代用することが可能である。
第３の実施構成として、第１の実施例と第２の実施例を希土類元素ドープファイバ（例えばエルビウプドープファイバ）を用いた光増幅器との組み合わせについて図１５を用いて説明する。図中１３−１は第１の希土類元素ドープファイバ増幅器、１３−２は第２の希土類元素ドープファイバ増幅器、５−１は波長帯域分離カプラ、５−２乃至５−５は分岐カプラ、５−６は第１の波長帯域モニタ、５−７は第２の波長帯域モニタ、５−８は第１のスペクトルアナライザ、５−９は第２のスペクトルアナライザをそれぞれ示す。図３および図１２と同一機能のブロックと同一の機能のブロックは同一符号で示す。
波長帯域分離カプラ５−１はラマン増幅媒体１で増幅された波長多重光を第一の波長帯域（Ｃ−ｂａｎｄ帯域１５３０ｎｍ乃至１５５７ｎｍ）と第２の波長帯域（Ｌｂａｎｄ帯域１５７０ｎｍ乃至１６１０ｎｍ）に分割して出力する。
第１の希土類元素ドープファイバ増幅器１３−１は第１の波長帯域に対して利得を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）からなる光増幅器である。第２の希土類元素ドープファイバ増幅器１３−２は第２の波長帯域に対して利得を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）からなる光増幅器である。波長帯域分離カプラ５−１で分岐された光は第１の希土類元素ドープファイバ増幅器と第２の希土類元素ドープファイバ増幅器にてそれぞれの波長帯域の光が増幅される。
分岐カプラ５−２、５−３は第１の波長帯域の光を１０対１程度で分岐する分岐カプラである。分岐カプラ５−４、５−５は第２の波長帯域の光を１０対１程度で分岐する分岐カプラである。
第１の波長帯域モニタ５−６は分岐カプラ５−２で分岐された第１の波長帯域の光のパワーをモニタする。第２の波長帯域モニタ５−７は分岐カプラ５−４で分岐された第２の波長帯域の光のパワーをモニタする。
励起光制御回路８は第１及び第２の波長モニタ５−６、５−７の出力をもとに第１のスペクトラルアナライザ５−８及び第２のスペクトラルアナライザ５−９の出力パワーの校正を行う。
５−８、５−９の出力を１５２８．７７３〜１５５２．１２２ｎｍ、１５５２．５２４〜１５６３．４５５ｎｍ、１５７０．４１６〜１５８１．６０１ｎｍ、１５８２．０１８〜１６０７．０３５ｎｍの３つの波長帯域ブロックに分けて、各モニタブロックの平均出力を求め励起光６−１乃至６−３を制御する。
第２の実施構成との組み合わせの場合は図１２及び図１４の波長分離カプラ１０からの出力を用いる場合と監視制御波長信号ＯＳＣを用い監視制御部１４からのラマン増幅される前の信号を検出して制御を行なう方法を用いることもできる。
［付記１］複数の信号光を波長多重した波長多重光をラマン増幅するための光増幅媒体と、複数の波長の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該複数の励起光を合波する第１光合波手段と、複数の信号光と該励起光を合波する第２光合波手段と、該増幅媒体で増幅された該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出するモニタ手段と、該モニタ手段の各波長帯域のパワーと該各励起光ごとに該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に該各励起光の出力パワーを制御する励起光制御手段を設けたことを特徴とする光増幅器。
［付記２］該励起光制御手段は該モニタの該各波長帯域間のパワーの波長特性偏差が小さくなるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記３］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが各々特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記４］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記５］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記６］複数の信号光を波長多重した光をラマン増幅するための光増幅媒体と、複数の波長の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該複数の励起光を合波する第１光合波手段と、複数の信号光と該励起光を合波する第２光合波手段と、該増幅媒体に入射されるパワーを検出する入力モニタ手段と、該増幅媒体で増幅したパワーを検出する出力モニタ手段と、該入力モニタ手段及び該出力モニタ手段に基づき該各励起光の出力パワーを制御する励起光制御手段を設けたことを特徴とする光増幅器。
［付記７］該入力モニタ手段は該増幅媒体に入射される該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出し、該出力モニタ手段は該増幅媒体で増幅した該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出することを特徴とする付記６記載の光増幅器。
［付記８］該制御手段は該入出力モニタ手段の同じ波長帯域のパワーを比較して得た該各波長帯域ごとの利得と該各励起光ごとの該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に該各励起光の出力を制御する付記７記載の光増幅器。
［付記９］該励起光制御手段は該モニタの該各波長帯域間の利得の波長特性偏差が小さくなるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
［付記１０］該励起光制御手段は該各波長帯域の利得が各々特定の値になるように該各励起光の出力パワーを制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
［付記１１］該励起光制御手段は該各波長帯域の利得が全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
【符号の説明】
【００４０】
０：入力ポート、
１：ラマン増幅媒体
２：合波カプラ、
３：分岐カプラ、
４：合波カプラ、
５：波長分離カプラ、
６−１乃至６−３：励起光源ブロック、
７−１乃至７−３：受光素子、
８：励起光制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種光通信システムで信号光の増幅に使うことが出来るラマン増幅器であり、特に波長分割多重光の増幅に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信システムで使用される光増幅器のほとんどは、
希土類添加光ファイバ増幅器である。特にＥｒを添加した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡと略する）が広く用いられている。ＥＤＦＡの広い利得帯域を活用した波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式は、複数の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送することにより、通信容量を増大させることが可能な伝送方式である。
このＷＤＭ光伝送方式は既存の光ファイバを利用できるため導入コストが低く、また、光増幅器等を用いることで伝送路はビットレートフリーとなり、将来のアップブレードが容易であるなどの利点を有する。
光ファイバ伝送路の損失の小さい帯域（約０．３ｄＢ／ｋｍ以下）は、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍであるが、ＥＤＦＡの実用的な増幅帯域は１５３０ｎｍから１６１０ｎｍである。ＥＤＦＡはこのうちの一部への適用に過ぎない。その中で、一本の光ファイバで伝送可能容量を増やす技術の研究・開発が精力的に進められている。
一方、ＷＤＭ光通信システムにおいて、所定の伝送特性を得るには、各チャンネル間の光パワーのバラツキを各光中継段において、１ｄＢ以下に抑える必要がある。
これは、光パワーの上限が非線型効果により制限され、下限が受信ＳＮＲにより制限されるためである。
ここで、ＷＤＭ光通信システムを構成する伝送路や分散補償ファイバ等の損失波長特性を小さくする必要がある。実際のＷＤＭ光通信システムでは、次に挙げる事柄などにより各チャンネル間の光伝送パワーに波長特性が生じる。
（１）レイリー散乱による伝送路の損失波長特性
（２）分散補償器の波長特性
（３）誘導ラマン散乱による伝送路の損失波長特性
（４）光増幅器の利得の波長特性
（５）伝送路、分散補償器および光増幅器の温度特性
具体的には、例えば信号の波長帯域を１５３０〜１６１０ｎｍとした場合に長さ１００ｋｍの１．３μｍゼロ分散シングルモードファイバを光伝送路に用いたときに上記（１）及び（３）に起因して発生する光伝送パワーの偏差は７ｄＢとなる。
また、上記（２）に起因する偏差は一般的な分散補償ファイバを分散補償器として用いたとき約０．５ｄＢとなり、上記（４）に起因する偏差は、一般的なＥＤＦＡを用いたときに１ｄＢとなる。更に上記（５）に起因する偏差は、該各光デバイスを用いたとき約０．３ｄＢと見積もることができる。
以上みてきたように、信号の波長特性に尤も大きく影響するのは、誘導ラマン散乱による伝送路の損失の波長特性であることが分かる。
現在の波長多重伝送システムのキーコンポーネントは多波長の信号を一括増幅できるＥＤＦＡであり、このＥＤＦＡは低雑音、所定の出力を送出すること、所定の利得を補償すること、チャンネル間の出力バラツキを小さくできる特性を有していた。
今後更に、伝送容量の増大、超長距離伝送を可能にするには、ＥＤＦＡのこれらの特性を有しつつ帯域の異なる光増幅器が求められている。伝送容量増大のための帯域拡大として、ラマン増幅器が注目を集めている。ラマン増幅器は、励起光周波数より増幅媒体のラマンシフト量だけストークスシフトした周波数で増幅することができ、任意の波長の励起光源さえ用意できれば、任意の波長で増幅することが可能となる。
例えば、Ｊ．Ｋａｎｉ等はＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ、 ｖｏｌ． ３４ ｐｐ．１７４５で励起波長１４２０ｎｍを用いてＥＤＦＡ適用帯域外の１５０５〜１５２２ｎｍの利得を報告している。
また、Ｍ．Ｔａｋｅｄａ等のＯＳＡ ＴＯＰＳ ｖｏｌ．３０ ｐｐ．１０１−１０５ （１９９９）での報告や特開２０００−９８４３３では、ラマン増幅器をＥＤＦＡの出力偏差の補正として用いている他、ラマン増幅器は、誘導ラマン散乱による伝送路の損失波長特性補正として、伝送路に励起光を導入し、伝送路をラマン増幅媒体とした出力劣化補正に用いることができる等の理由からラマン増幅器に注目が集まっている。
ラマン増幅器として主に以下の３つの応用が考えられ、（ａ）ＥＤＦＡの適用波長帯域外での使用、（ｂ）ＥＤＦＡの出力偏差補正と光ＳＮＲ改善、（ｃ）伝送路の誘導ラマン散乱補償である。波長多重伝送方式において、これらの全ての応用で最初に求められる特性は広帯域と平坦な波長特性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０９８４３３号公報
【特許文献２】特開平０９−２１１５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラマン増幅器の広帯域のために、特開２０００−９８４３３にあるように波長の異なる複数の励起光を利用することが考えられている。特開２０００−９８４３３やＭ．Ｔａｋｅｄａ ｅｔ ａｌ．、 ＯＳＡ ＴＯＰＳ ｖｏｌ．３０、 ｐｐ．１０１−１０５ （１９９９）には、ラマン増幅出力をモニタまたは、ラマン増幅器の後にインラインアンプを挿入後の出力をモニタし、利得偏差若しくは出力偏差が小さくなるようにラマン増幅器の帯域確保のために用いた複数の励起ＬＤの出力を制御するとある。
しかしながら、特開２０００−９８４３３の実施例では２つのグループに分けた励起光源に対する制御の場合について示しているだけであり、また同様にＭ．Ｔａｋｅｄａ等も励起光源を２つにした場合について示している。励起光源が３つ以上になった場合は、出力パワー一定制御若しくは利得一定制御、波長特性平坦化制御のアルゴリズムが非常に煩雑となる。
つまり、広帯域化、波長特性平坦化のために励起波長数若しくは励起光源数が増えるに従い、複雑な制御アルゴリズムを必要とするが適当なアルゴリズムがなく、多波長励起光源を用いたラマン増幅器の光システムへの実用レベルでの適用を阻む要因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はラマン増幅を行なう場合に、複数励起光波長若しくは励起光源を用いて広帯域化を行い、尚且つ、波長特性を平坦化または特定の傾斜を持つ特性をとるように、出力パワー一定制御、利得一定制御、波長特性平坦化制御を簡便に行なう制御アルゴリズムを提供するものである。
第一の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力しラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光の、複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする出力モニタ手段と、該出力モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光源をそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第二の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力し、ラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該光増幅媒体に入力される該波長多重光の、複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする入力モニタ手段と、該光増幅媒体より出力された該波長多重光の、該複数の波長帯域ごとのパワーをモニタする出力モニタ手段と、
該入力モニタ手段及び該出力モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性に基づき該複数の励起光源を制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第三の手段は、複数のチャンネルのいずれかに配置された複数の信号光が波長多重された波長多重光を入力しラマン増幅を行う光増幅媒体と、波長の異なる複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光を、第一の波長帯域と第二の波長帯域に分離する帯域分離手段と、該分離された第一の波長帯域の光を増幅する第一の希土類元素ドープファイバと、該分離された第二の波長帯域の光を増幅する第二の希土類元素ドープファイバと、該第一の希土類元素ドープファイバの出力光をモニタする第一モニタ手段と、該第二の希土類元素ドープファイバの出力光をモニタする第二モニタ手段と、該第一モニタ手段および第二モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光源をそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えた光増幅器であって、該複数の波長帯域は、少なくとも１つの該チャンネルをそれぞれ含み、該複数の励起光のいずれかにより該光増幅媒体においてラマン増幅される波長帯域であることを特徴とする。
第四の手段は、複数のチャンネルに配置された信号光が波長多重された波長多重光が入力され、ラマン増幅を行う光増幅媒体を励起するラマン励起光源であって、異なる波長の複数の励起光をそれぞれ出力する複数の励起光源と、該複数の励起光を合該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、該増幅媒体から出力された該波長多重光の、少なくとも１つの該チャネルが含まれる複数の波長帯域ごとのパワーをモニタするモニタ手段と、該モニタ手段のモニタ結果と、該複数の励起光の各々の励起により該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に、該複数の励起光の出力パワーをそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
ラマン増幅器の広帯域化及び、出力と利得の波長特性を平坦にするために、励起光源を複数化し、励起光により利得が生じた結果をモニタする際に、励起光源を３個以上にした場合の制御に関する。
本発明では、励起光発生手段をブロック化し、信号光の入出力モニタの波長帯域を励起光発生手段のブロック化数以上及び信号チャンネル数以下に分けてモニタすることで、簡便な制御アルゴリズムを用いて出力パワーと利得の波長特性偏差の制御及び、出力一定制御、利得一定制御を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ラマン増幅時の励起光と利得波長の関係を示す図
【図２】励起光源を波長多重化することで、ラマン増幅の帯域拡大を示す図
【図３】第１の実施構成を示す図
【図４】単独の励起光源ブロックの波長特性を示す図
【図５】単独の励起光源ブロックの波長特性を示す図
【図６】波長特性を一定にするための制御を説明する図
【図７】第１の実施構成の励起光制御部の制御フローチャート
【図８】第１の実施構成に於いて励起光源ブロック数とモニタブロック数を任意にした場合の構成図
【図９】モニタブロック数を任意にした場合の波長特性を示す図
【図１０】図３及び図８の構成の励起光源ブロックと波長合波カプラの具体的構成を示す図
【図１１】第１の実施構成に於いて重み付けした場合の構成を示す図
【図１２】第２の実施構成を示す図
【図１３】第２の実施構成の励起光制御部の制御フローチャート
【図１４】第２の実施構成の変形例を示す図
【図１５】第３の実施構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の詳細な説明を記す。ラマン増幅は図１に示すように、励起光波長から増幅媒体のラマンシフト量だけシフトされた信号波長に利得を生じるものであり、ラマンシフト量、ラマン帯域は物質（増幅媒体）固有に与えられるものである。
HYPERLINK "JavaScript:void(0)"図１は、励起波長を長波長側にシフトさせると、利得の中心波長及び利得帯域がほぼ励起波長のシフト量と同じだけ長波長側にシフトする様子が示されている。従って、ラマン増幅は、任意の波長をもつ励起光源さえ揃えられれば、任意の波長で利得を得ることができる光増幅技術である。励起波長が僅かずつ異なる励起光源を一括して増幅媒体に入射することで、図２に示すように広帯域な光増幅を可能とする。
本発明の第１の実施構成を図３に示す。０は入力ポート、１はラマン増幅媒体、２は合波カプラ、３は分岐カプラ、４は合波カプラ、５は波長分離カプラ、６−１乃至６−３は励起光源ブロック、７−１乃至７−３は受光素子、８は励起光制御部をそれぞれ示す。
複数の信号光が波長多重された波長多重光がラマン増幅器の入力ポートから、後方励起されたラマン増幅媒体１に入射される。合波カプラ４は中心波長の異なる励起光源ブロック６−１乃至６−３からの平均波長λp1乃至λp3の励起光を合波する波長多重カプラである。合波カプラ２は合波カプラ４からの波長λp1乃至λp3の励起光と複数の信号光を波長多重した波長多重光とをラマン増幅媒体１の中で波長多重する波長多重カプラである。
分岐カプラ３はラマン増幅媒体１で増幅された波長多重光を１０対１で分岐するビームスプリッタである。波長分離カプラ５は励起光源ブロック６−１乃至６−３からの励起光により生じるラマン利得波長帯域を、３つの波長帯域ブロック（モニタブロック）に分割する波長帯域分岐カプラである。
受光素子７−１乃至７−３は波長分離カプラ５で分離した３つの帯域各々を受光し光／電変換する。励起光制御回路８は受光素子からの出力を用いて励起光源ブロック６−１乃至６−３の平均波長λp1乃至λp3の出力パワーを制御する。
以下に励起光制御回路８の制御原理について説明をする。
励起光源ブロック６−１の平均励起波長をｌp1、励起光源ブロック６−１の出力パワーをＰp1、励起光源ブロック６−２の平均励起波長をｌp2、励起光源ブロック６−２の出力パワーをＰp2、励起光源ブロック６−３の平均励起波長をｌp3、励起光源ブロック６−３の出力パワーをＰp3とする。
受光素子７−１で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック１；平均波長ｌs1）の平均出力パワーをＰs1とし、受光素子７−２で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック２；平均波長ｌs2）の平均出力パワーをＰs2とし、受光素子７−３で受信する波長帯域ブロック（モニタブロック３；平均波長ｌs3）の平均出力パワーをＰs3とする。
励起光源ブロック６−１のみを稼動させ、平均励起波長λp1、平均励起出力パワーＰp1で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ａ）に示す。細い実線は、波長帯域ブロック１（平均波長ｌs1）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック１の平均出力パワーＰp1を示している。
励起光源ブロック６−２のみを稼動させ平均励起波長λp2、平均励起出力パワーＰp2で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ｂ）に示す。細い実線は、波長帯域ブロック２（平均波長ｌs2）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック２の平均出力パワーＰp2を示している。
励起光源ブロック６−３のみを稼動させ平均励起波長λp3、平均励起出力パワーＰp3で動作した場合の、波長多重光の出力を図４（ｃ）示す。細い実線は、波長帯域ブロック３（平均波長ｌs3）における出力スペクトルを示し、太い実線は波長帯域ブロック３の平均出力パワーＰp3を示している。
励起光源ブロック６−１が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック１であり、励起光源ブロック６−２が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック２であり、励起光源ブロック６−３が最も寄与する信号光出力モニタブロックはブロック３であることが分かる。
同時に、励起光源ブロック６−１は信号光出力モニタブロックｌs2と信号光出力モニタブロックｌs3にも寄与し、励起光源ブロック６−２は信号光出力モニタブロックｌs1と信号光出力モニタブロックｌs3にも寄与し、励起光源ブロック６−３は信号光出力モニタブロックｌs1と信号光出力モニタブロックｌs2にも寄与している。
従って、広帯域な光アンプを作るために複数波長の励起光を用いた場合には、一つの励起光源ブロックのパワーを制御すると、励起光により利得が生じる波長帯域は広い範囲に及び、モニタする波長帯域ブロックの複数に影響を及ぼしていることが判る。
所定の増幅信号パワーを得るためには励起光源のパワーに利得係数を掛ければ良いので、励起光源ブロック６−１乃至６−３の励起光出力の平均パワー変動量をΔＰ、受光素子７−１乃至７−３からの得た励起光により利得が生じる帯域の平均出力パワーの変動量をΔＰs、平均利得係数をＡとすると、
【０００９】
【数１】
【００１０】
となる。
従って、各波長帯域ブロックの出力パワーの波長特性偏差をなくすためには、波長分離カプラ５で３つに分離した各波長帯域の波長多重光のパワーレベルを同じになるようにΔＰpを調整すれば良い。
ΔＰpは、励起光源の光出力パワーを変動させることで調整でき、また励起波長を変動させ重心波長をシフトさせることでも調整でき、また励起光波長幅を変動することでも調整することができる。ここでは、光出力パワーを変動する調整の例を示す。
図４に示したように、一つの励起光源ブロックにより生じる利得波長帯域は広く、各モニタブロック間に跨がり利得を有しているため、一つの励起光源ブロックを変化させた場合に他のモニタブロックの波長に与える影響を考慮して式１を計算する必要がある。言い換えると、各モニタブロックのパワーを各励起光源ブロックごとの光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に各励起光ブロックの出力パワーの制御をおこなう必要がある。
ここで、励起光ブロック６−１の平均励起波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ11、励起光源ブロック６−１の励起光波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ12、励起光源ブロック６−１の励起波長ｌp1の平均出力パワー変動ΔＰp1がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ13、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ21、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2が信モニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ22、励起光源ブロック６−２の励起波長ｌp2の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ23、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp3がモニタブロックのブロック１の平均出力パワー変動ΔＰs1に及ぼす平均利得係数をＡ31、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp2がモニタブロックのブロック２の平均出力パワー変動ΔＰs2に及ぼす平均利得係数をＡ32、励起光源ブロック６−３の励起波長ｌp3の平均出力パワー変動ΔＰp3がモニタブロックのブロック３の平均出力パワー変動ΔＰs3に及ぼす平均利得係数をＡ33と定義する。
図５（ａ）に励起光源ブロック６−１のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、モニタブロックのブロック１、モニタブロックのブロック２、モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ11、Ａ12、Ａ13に相当する。
また、図５（ｂ）に励起光源ブロック６−２のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、出力モニタブロックのブロック１、出力モニタブロックのブロック２、出力モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ21、Ａ22、Ａ23に相当する。
図５（ｃ）に励起光源ブロック６−３のみを稼動させた場合の、励起光出力パワー差分に対する、出力モニタブロックのブロック１、出力モニタブロックのブロック２、出力モニタブロックのブロック３の平均出力パワー差分を示している。それぞれの傾きがＡ31、Ａ32、Ａ33に相当する。
それらを要素とする平均利得係数行列［Ａ］を求めることが出来る。
【００１１】
【数２】
【００１２】
図６（ａ）に示すように信号光出力の波長特性が大きな信号光スペクトルの場合の出力モニタブロックのブロック１、ブロック２、ブロック３の平均出力は図中の太い実線で、全波長帯域の平均出力をＰfとして破線で示している。
波長多重光出力の波長特性偏差を小さくすることは、図６（ｂ）に示すように出力モニタブロックのブロック１、ブロック２、ブロック３の平均出力Ｐs1乃至Ｐs3を目的とするラマン増幅された波長多重光出力Ｐf（全波長帯域の平均出力）に一致させることを意味している。
【００１３】
【数３】
【００１４】
【数４】
【００１５】
ラマン増幅媒体１でラマン利得が生じる全波長帯域で出力差分（チルト）を小さく抑えるには、上式を満たすように励起光源ブロック６−１乃至６−３の励起光の出力Ｐp1乃至Ｐp3の補正量をΔＰp1、ΔＰp2、ΔＰp3を下式から算出すればよい。
【００１６】
【数５】
【００１７】
すなわち、HYPERLINK "JavaScript:void(0)"図３中の励起光制御部８は複数の信号光が波長多重された波長多重光を所定の波長帯域のモニタブロックに分けて出力パワーをモニタし、各波長帯域のモニタブロックの全出力をチャンネル数で割った平均値化処理を行い、全波長帯域での出力パワー差分を小さくするために必要な各励起光源ブロックの励起波長が各モニタブロックの波長に対して及ぼす影響の重み付けを励起光の平均出力パワー差分を上記の式５により計算し、各励起光源ブロックより出力される励起光のパワーを制御すれば良い。
そして、所定の波長特性偏差が得られるまで、１回〜１０回程度のフィードバック制御を行う。このような制御処理を行なうことで、励起光により生じるラマン利得波長帯域の平均パワーを一定のパワーＰfの値にすることができる。
図３の構成に於いて、励起光制御部８はＣＰＵ等のプロセッサにより図７のフローにより制御することで実現できる。
ステップ１として：制御処理を開始する。
ステップ２として：受光素子７−１乃至７−３の出力よりモニタブロック内の平均出力パワーＰs1乃至Ｐs3を求める。
ステップ３として：モニタブロック内の平均波長出力パワーＰs1乃至Ｐs3を目的とする波長多重光出力値Ｐfと比較し、ΔＰs1乃至ΔＰs3を求める。
ステップ４として：ΔＰs1乃至ΔＰs3とＰfの差分が、許容範囲内の場合は動作を止めステップ７に、許容範囲該の場合は次のステップ５に行く。
ステップ５として：ΔＰs1乃至ΔＰs3より各励起光が各モニタブロックに及ぼす平均利得係数Ａ１１乃至Ａ３３の逆行列を用いて励起光源ブロックのλp1乃至λp3のパワーレベルＰp1乃至Ｐp3の制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を求める。
ステップ６として：現在のＰp1乃至Ｐp3に制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を加え励起光源ブロック６−１乃至６−３の出力パワーＰp1乃至Ｐp3、を制御する。
ステップ７として：制御処理を終了する。
図３では一例として、励起光源ブロックを３つブロックとし、励起光源ブロックからの励起光により生じる利得を生じる波長帯域のモニタブロックは３つに分けているが、これらの数は必要に応じて任意に設定することができる。
励起光源ブロックとモニタブロックの数を任意の数に設定した場合をHYPERLINK "JavaScript:void(0)"図８に示す。図中、励起源ブロックの数をｎ個（６−１乃至６−ｎ）、波長多重光のモニタブロックｍ個で構成したとする。
ここでの励起光により生じるラマン増幅利得の波長帯域を図９に示し、波長分離カプラ５の波長多重光のｍ個のモニタブロックに分ける。励起光パワー制御の変動量ΔＰｐはｎ×１の行列となり、モニタブロック内の．波長多重光パワーの平均値と目的とする制御の値との差分ΔＰｓはｍ×１の行列となり、Ａはｎ×ｍの行列となる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
この場合のΔＰpiは励起源のブロックの平均出力パワーの変動量、またΔＰsjは信号光モニタブロックの平均出力パワーの変動量である。変動量を用いているので、モニタ出力パワーを主信号出力パワーに変換する必要はない。ΔＰsjに伴うΔＰpiを求めるには［Ａ］の逆行列［Ａ］-1を求めればよいことが分かる。従って、
【００２０】
【数７】
【００２１】
となり各ブロック間の平均出力パワーの偏差を小さくすることは、信号光出力パワーの波長特性の平坦化を行うことになる。
第１の実施構成では励起光源ブロックとモニタブロック数は任意に構成できるが、モニタブロックの数は波長多重光に多重されている信号光チャンネル数以下にし、励起光源ブロック化数以上にすることが望ましい。
図３の構成における、具体的な構成をHYPERLINK "JavaScript:void(0)"図１０に示す。
図中２４、２５はＷＤＭカプラ、６１乃至６３は偏光合成カプラ、５１乃至５６はファイバグレーティングフィルタ、８１乃至８６は半導体レーザをそれぞれ示す。
励起光源ブロック６−１乃至６−３は２つの僅かに波長の異なる半導体レーザ８１、８２の組み合わせ８３、８４の組み合わせ８５、８６の組み合わせでそれぞれ構成される。（この例では半導体レーザの波長間隔は約４ｎｍ）
半導体レーザ８１乃至８６からの光はファイバグレーティンクフィルタ５１乃至５６でそれぞれ特定の波長（この例では１４２９．７ｎｍ、１４３３．７ｎｍ、１４５４．０ｎｍ、１４８０．０ｎｍ、１４８４．５ｎｍ、１４８８．５ｎｍの各波長）で半導体レーザ８１乃至８６にそれぞれ反射して半導体レーザ８１乃至８６とファイハグレーティングフィルタ５１乃至５６で共振構造を取り特定の波長の励起光を出力する。
各励起光源ブロックの２つの励起光は偏波構成カプラ６１乃至６３でそれぞれ偏波合成され励起光源ブロックの出力となる。偏波合成を行うのは、ラマン増幅の偏光依存性を解消するためである。合波カプラ４はＷＤＭカプラ２４、２５で構成されている。
ＷＤＭカプラ２５は励起光源ブロック６−２からの波長の光を反射して、励起光源ブロック６−３からの波長を通過する特性を有している。ＷＤＭカプラ２４は励起光源ブロック６−１からの波長の光を反射して、励起光源ブロック６−２、励起光源ブロック６−３からの波長を通過する特性を有している。
図１０に於いては励起光源ブロック内の半導体レーザとファイバグレーティングの中心は僅かに波長が異なる光を出力しているが、同じ波長の光としても良い。また、励起光源ブロックの光は必ずしも複数半導体レーザで構成する必要はなく、偏光無依存の励起光源等を用いる場合は単一の光源で有っても良い。
第１実施例では目標となる波長多重光出力値をＰfとして、全ての波長帯域の平均パワーがＰfに揃うように制御しているため、全ての波長帯域にて出力一定制御を行なうことができる。この出力一定制御の変形例として、モニタブロックの波長帯域毎にＰfをＰf1、Ｐf2、Ｐf3と定めて、比較することにより、波長ブロック単位で個別に出力一定制御を行なうことができる。
この場合図７のフローチャートのステップ４でＰfの代わりに、各モニタブロックに対応して、Ｐf1、Ｐf2、Ｐf3をさだめる。そして、Ｐf1、Ｐf2、Ｐf3より、それぞれ対応するＰs1、Ｐs2、Ｐs3を引くことで励起光制御部８の制御を行なうことができる。
またＰfを変える変わり図１１に示すように図３の受光素子７−１乃至７−３の前段に可変または固定の減衰器７１乃至７３を設けることで、任意にモニタブロック単位で重み付けを行ない、波長ブロック単位で個別に出力一定制御を行なうことができる。
また、第１の実施例はラマン増幅媒体としては、通常の１．３ゼロミクロンファイバはもちろん、実効断面積が小さく非線形が大きい分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）を用いることも可能である。これらの非線形が大きいファイバを用いると必要な利得をえるためのラマン増幅媒体となるファイバは短くて済み、集中増幅を可能にすることができる。
第１の実施構成ではモニタブロックは波長分離カプラ５、１０と受光素子７−１乃至１１−１で構成しているが、これらはスペクトルアナライザで代用することが可能である。
第２の実施構成を図１２に示す。図１２に於いて図３と同じ構成は同じ番号で示す。図中９は分岐カプラ、１０は波長分離カプラ、１１−１乃至１１−３は受光素子をそれぞれ示す。分岐カプラ９はラマン増幅器の入力ポートに設け、入力ポートに入力される複数の信号光波長多重された波長多重光を、分岐比１０：１で分岐するビームスプリッタである。
波長分離カプラ１０は分岐カプラ９の１／１０側のポートからの波長多重光を、波長分離カプラ５と同じように、励起光源ブロック６−１乃至６−３からの励起光により生じるラマン利得波長帯域を、３つの波長帯域ブロック（モニタブロック）に分離する波長分離カプラである。受光素子１１−１乃至１１−３は３つのモニタブロックにそれぞれ対応して設けられ、各モニタブロックの光パワーを電気信号に変換する。
波長分離カプラ１０で分離したモニタブロック１の平均波長をｌs1、平均出力パワーをＰin＿s1、モニタブロック２の平均波長をｌs2、平均出力パワーをＰin＿s2、モニタブロック３の平均波長をｌs3、平均出力パワーをＰin＿s3とする。
その後、信号光は後方励起されたラマン増幅媒体１に入射される。励起光源ブロック６−１乃至６−３は図１０のように構成されても良いし、第１の実施例と同様のさまざまな構成で実現可能である。
増幅媒体１で増幅された信号はその後、１０対１の分岐カプラ３で分岐され、その１／１０ポートから出力された信号光は、図３と同様に波長分離カプラ５で、入力ポート側に設けた波長分離カプラ１０と同じ３つの波長帯域ブロックに分けられる。波長分離カプラ５の波長帯域ブロックは波長分離カプラ１０のモニタブロックの平均波長ｌs1、ｌs2、ｌs3にそれぞれ対応している。受光素子７−１乃至７−３にて波長多重光出力パワーを光電変換する。
図３と同様に波長分離カプラ５のモニタブロックの平均波長ｌs1の平均出力パワーをＰs1、モニタブロックの平均波長ｌs2の平均出力パワーをＰs2、モニタブロックの平均波長ｌs3の平均出力パワーをＰs3とする。励起光制御部８では受光素子７−１乃至７−３及び１１−１乃至１１−３からのモニタ入力により利得が所定の値となるように制御する。
図１２における具体的な制御部８の動作の説明を以下に述べる。各モニタブロックの平均利得Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3は増幅媒体１で増幅された波長多重光を波長分離カプラで分離して受光素子７−１乃至７−３で得たＰs1、Ｐs2、Ｐs3、より入力ポート側の波長分離カプラ１０で分離して受光素子１１−１乃至１１−３で得たＰin＿s1、Ｐin＿s2、Ｐin＿s3を引くことにより得られる。
【００２２】
【数８】
【００２３】
各モニタブロックの励起光平均出力パワーと各モニタブロックの波長光平均利得は各モニタブロックの平均利得係数で結び付けることができ、励起光平均出力パワー変動量をΔＰｐ、信号光平均出力パワーの変動量をΔＧ、平均利得係数をＡとすると、
【００２４】
【数９】
【００２５】
となる。
実施例１で使用した［Ａ］は励起光平均出力パワーの信号光平均出力パワーの傾きを示しているので、ここで定義する利得Ａに対しても同様に下記の関係が成り立つ。
【００２６】
【数１０】
【００２７】
目的とする利得レベルを全波長帯域の平均利得Ｇfとし、各モニタブロックの平均利得をＧ1、Ｇ2、Ｇ3とし、ＧfとＧ1の差分をΔＧ1、ＧfとＧ2の差分をΔＧ2、ＧfとＧ3の差分をΔＧ3とする。
【００２８】
【数１１】
【００２９】
全波長帯域で利得波長偏差（チルト）を小さく抑えるには、各モニタブロック間の平均利得を揃えて全波長帯域の平均利得Ｇfと一致するように制御すれば良い。
ここで、Ｇfは利得を一定にするための予め定めた値とすることで、全ての波長が定めた利得に一定に制御できる。
【００３０】
【数１２】
【００３１】
従って、式１１を用いて式１３からΔＰp1、ΔＰp2、ΔＰp3を算出すればよい。
【００３２】
【数１３】
【００３３】
すなわち、励起光制御部８は波長多重光のモニタブロックの全出力を取得し、モニタブロックの全出力をチャンネル数で割った平均値化処理を行い、全波長帯域での利得差分を小さくするために、各励起光源ブロックによる利得が各モニタブロックの波長に及ぼす影響を考慮して、必要な励起光の平均出力差分を計算し、モニタブロックの励起光発生手段を制御する働きをしている。ラマン光増幅器の各モニタブロックの利得の波長特性偏差がなくなるまで、１回〜１０回程度のフードバック制御を行う。
図１３に励起光制御部８の動作フローチャートの一例を示す。
ステップ１として：制御開始する。
ステップ２として：光増幅媒体の出力側に設けた波長分離カプラ５の各モニタブロックのパワーＰs1乃至Ｐs3より入力側に設けた波長分離カプラ５の各モニタブロックのパワーＰin＿s1乃至Ｐin＿s3を引き各モニタブロックの利得Ｇ１乃至Ｇ３を求める。
ステップ３として：目標とする利得Ｇfとモニタブロック内の利得Ｇ１乃至Ｇ３fと比較し、差分ΔＧ１乃至ΔＧ３を求める。
ステップ４として：ΔＧ１乃至ΔＧ３とＧfとの差分が、許容範囲内の場合は動作を止めステップ７に、許容範囲該の場合は次のステップ５に行く。
ステップ５として：ΔＧ１乃至ΔＧ３より各励起光が各モニタブロックに及ぼす平均利得係数Ａ１１乃至Ａ３３を用いて励起光源ブロックのλp1乃至λp3のパワーレベルp1乃至Ｐp3の制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を求める。
ステップ６として：現在のＰp1乃至Ｐp3に制御量ΔＰp1乃至ΔＰp3を加え励起光源ブロック６−１乃至６−３の出力パワーＰp1乃至Ｐp、3を制御する。
ステップ６として：制御処理を終了する。
以上の様な流れで励起光制御部８は励起光源ブロックを制御する。
第２の実施例においても第１の実施例同様に、励起光源ブロックとモニタブロックの数は任意の数にすることができる。即ち、励起光源ブロックをｎ個とし、モニタブロックの数をｍ個とした場合は、式１０乃至式１３を式１４乃至式１８と書き換えることができる。
【００３４】
【数１４】
【００３５】
【数１５】
【００３６】
【数１６】
【００３７】
【数１７】
【００３８】
【数１８】
【００３９】
これらの式に対応させて、励起光制御部８を操作すれば良い。
第２の実施構成でも第１の実施構成と同様に励起光源ブロックとモニタブロック数は任意に構成できるが、モニタブロックの数は波長多重光に多重されている信号光チャネル数以下にし、励起光源ブロック化数以上にすることが望ましい。
また、第二の実施例では第１の実施例と同様に、ラマン増幅媒体を通常の１．３ゼロミクロンファイバはもちろん、実効断面積が小さく非線形が大きい分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）を用いることも可能である。これらの非線形が大きいファイバを用いると必要な利得を得るためのラマン増幅媒体となるファイバは短くて済み、集中増幅をすることができる。
ラマン増幅媒体１となる光ファイバの実効断面積が小さく非線形が強いファイバの場合はラマン増幅媒体１を短く構成できるが、通常の１．３μｍゼロ分散ファイバの場合は励起パワーにもよるが約４０Ｋｍ以上必要な場合もある。そこで、図１４に図１２ラマン増幅器の波長多重光入力の通知を実際の伝送路を用いて行なう例を示す。
図１４では監視制御部１２で各モニタブロックのパワーを検出し、その結果を情報化して波長λOSCの波長で合波カプラ１３を介して、ラマン増幅媒体１となる伝送路に送信する。この波長λOSCの信号は波長分離カプラ５により分離され監視制御部１４で検出され励起光制御部８に供給される。図１４では波長λOSCを波長分離カプラ５で分離したが、伝送路より分岐カプラを別途設け、監視制御信号を分離して監視制御部１４に入力しても良い。
図１３の説明ではＧfを全てのモニタブロックにて同じ値を用いることにより、励起光源ブロックからの励起光により、増幅媒体１で生じる利得波長帯域で、このような構成にすることでラマン増幅媒体１が伝送路を用いた場合でも利得を一定に制御することができるが、ここで、Ｇfを各モニタブロックごとに別の利得を設定することで、各モニタブックの波長帯域毎重み付けした利得による利得一定制御を行なうことができる。
また、第２の実施例でも第１の実施例同様に、上記の重み付けの処理は全ての波長ブロックでＧfに一定にし、モニタブロックの単位に受光素子の前段に可変または固定の光減衰器７１乃至７３を設けることで重み付けを行なう処理を行なっても良い。
第２の実施構成ではモニタブロックは波長分離カプラ５、１０と受光素子７−１乃至１１−１で構成しているが、これらはスペクトルアナライザで代用することが可能である。
第３の実施構成として、第１の実施例と第２の実施例を希土類元素ドープファイバ（例えばエルビウプドープファイバ）を用いた光増幅器との組み合わせについて図１５を用いて説明する。図中１３−１は第１の希土類元素ドープファイバ増幅器、１３−２は第２の希土類元素ドープファイバ増幅器、５−１は波長帯域分離カプラ、５−２乃至５−５は分岐カプラ、５−６は第１の波長帯域モニタ、５−７は第２の波長帯域モニタ、５−８は第１のスペクトルアナライザ、５−９は第２のスペクトルアナライザをそれぞれ示す。図３および図１２と同一機能のブロックと同一の機能のブロックは同一符号で示す。
波長帯域分離カプラ５−１はラマン増幅媒体１で増幅された波長多重光を第一の波長帯域（Ｃ−ｂａｎｄ帯域１５３０ｎｍ乃至１５５７ｎｍ）と第２の波長帯域（Ｌｂａｎｄ帯域１５７０ｎｍ乃至１６１０ｎｍ）に分割して出力する。
第１の希土類元素ドープファイバ増幅器１３−１は第１の波長帯域に対して利得を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）からなる光増幅器である。第２の希土類元素ドープファイバ増幅器１３−２は第２の波長帯域に対して利得を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）からなる光増幅器である。波長帯域分離カプラ５−１で分岐された光は第１の希土類元素ドープファイバ増幅器と第２の希土類元素ドープファイバ増幅器にてそれぞれの波長帯域の光が増幅される。
分岐カプラ５−２、５−３は第１の波長帯域の光を１０対１程度で分岐する分岐カプラである。分岐カプラ５−４、５−５は第２の波長帯域の光を１０対１程度で分岐する分岐カプラである。
第１の波長帯域モニタ５−６は分岐カプラ５−２で分岐された第１の波長帯域の光のパワーをモニタする。第２の波長帯域モニタ５−７は分岐カプラ５−４で分岐された第２の波長帯域の光のパワーをモニタする。
励起光制御回路８は第１及び第２の波長モニタ５−６、５−７の出力をもとに第１のスペクトラルアナライザ５−８及び第２のスペクトラルアナライザ５−９の出力パワーの校正を行う。
５−８、５−９の出力を１５２８．７７３〜１５５２．１２２ｎｍ、１５５２．５２４〜１５６３．４５５ｎｍ、１５７０．４１６〜１５８１．６０１ｎｍ、１５８２．０１８〜１６０７．０３５ｎｍの３つの波長帯域ブロックに分けて、各モニタブロックの平均出力を求め励起光６−１乃至６−３を制御する。
第２の実施構成との組み合わせの場合は図１２及び図１４の波長分離カプラ１０からの出力を用いる場合と監視制御波長信号ＯＳＣを用い監視制御部１４からのラマン増幅される前の信号を検出して制御を行なう方法を用いることもできる。
［付記１］複数の信号光を波長多重した波長多重光をラマン増幅するための光増幅媒体と、複数の波長の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該複数の励起光を合波する第１光合波手段と、複数の信号光と該励起光を合波する第２光合波手段と、該増幅媒体で増幅された該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出するモニタ手段と、該モニタ手段の各波長帯域のパワーと該各励起光ごとに該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に該各励起光の出力パワーを制御する励起光制御手段を設けたことを特徴とする光増幅器。
［付記２］該励起光制御手段は該モニタの該各波長帯域間のパワーの波長特性偏差が小さくなるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記３］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが各々特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記４］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記５］該励起光制御手段は該各波長帯域の出力パワーが全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記１記載の光増幅器。
［付記６］複数の信号光を波長多重した光をラマン増幅するための光増幅媒体と、複数の波長の異なる励起光を発生する複数の励起光源と、該複数の励起光を合波する第１光合波手段と、複数の信号光と該励起光を合波する第２光合波手段と、該増幅媒体に入射されるパワーを検出する入力モニタ手段と、該増幅媒体で増幅したパワーを検出する出力モニタ手段と、該入力モニタ手段及び該出力モニタ手段に基づき該各励起光の出力パワーを制御する励起光制御手段を設けたことを特徴とする光増幅器。
［付記７］該入力モニタ手段は該増幅媒体に入射される該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出し、該出力モニタ手段は該増幅媒体で増幅した該波長多重光を複数の波長帯域に分割してパワーを検出することを特徴とする付記６記載の光増幅器。
［付記８］該制御手段は該入出力モニタ手段の同じ波長帯域のパワーを比較して得た該各波長帯域ごとの利得と該各励起光ごとの該光増幅媒体で生じる利得の波長特性を基に該各励起光の出力を制御する付記７記載の光増幅器。
［付記９］該励起光制御手段は該モニタの該各波長帯域間の利得の波長特性偏差が小さくなるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
［付記１０］該励起光制御手段は該各波長帯域の利得が各々特定の値になるように該各励起光の出力パワーを制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
［付記１１］該励起光制御手段は該各波長帯域の利得が全て特定の値になるように該各励起光の出力を制御する事を特徴とする付記８記載の光増幅器。
【符号の説明】
【００４０】
０：入力ポート、
１：ラマン増幅媒体
２：合波カプラ、
３：分岐カプラ、
４：合波カプラ、
５：波長分離カプラ、
６−１乃至６−３：励起光源ブロック、
７−１乃至７−３：受光素子、
８：励起光制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャンネルに配置された信号光が波長多重された波長多重光が入力され、ラマン増幅を行う光増幅媒体を励起するラマン励起光源であって、
異なる波長の励起光をそれぞれ出力する少なくとも３つ以上の励起光源と、
該励起光を合該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、
該増幅媒体から出力された該波長多重光の、少なくとも１つの該チャネルが含まれる複数の波長帯域ごとのパワーをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段のモニタ結果から得られる複数の波長帯域ごとの出力パワーと、該励起光源をそれぞれ個別に稼動させたときの波長帯域ごとの出力パワーを基に、該モニタ結果から得られる複数の波長帯域の各々における出力パワーが各々の目標出力パワーと等しくなるよう、該複数の励起光の出力パワーをそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えたラマン励起光源。
【請求項２】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の波長帯域の数は、該複数の励起光源の数よりも多く、該チャンネルの数よりも少ないことを特徴とするラマン励起光源。
【請求項３】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源は、それぞれ、複数の半導体レーザの出力を偏波合成し該複数の励起光としてそれぞれ出力することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項４】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源は、それぞれ、半導体レーザとファイバグレーティングフィルタによる共振構造を構成することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項５】
請求項４記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源の該ファイバグレーティングフィルタは、それぞれ、反射波長が異なることを特徴とするラマン励起光源。
【請求項６】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該励起光供給手段は、該複数の励起光を合波する第一光合波手段と、該第一光合波手段で合波された該複数の励起光を該光増幅媒体に供給する第二光合波手段とを有することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項７】
請求項１に記載の光増幅器であって、該出力モニタ手段は、該増幅媒体から出力された該波長多重光を分岐する分岐手段と、該分岐手段からの出力光を該複数の波長帯域に分離する波長帯域分離カプラを有することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項１】
複数のチャンネルに配置された信号光が波長多重された波長多重光が入力され、ラマン増幅を行う光増幅媒体を励起するラマン励起光源であって、
異なる波長の励起光をそれぞれ出力する少なくとも３つ以上の励起光源と、
該励起光を合該光増幅媒体に出力する励起光供給手段と、
該増幅媒体から出力された該波長多重光の、少なくとも１つの該チャネルが含まれる複数の波長帯域ごとのパワーをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段のモニタ結果から得られる複数の波長帯域ごとの出力パワーと、該励起光源をそれぞれ個別に稼動させたときの波長帯域ごとの出力パワーを基に、該モニタ結果から得られる複数の波長帯域の各々における出力パワーが各々の目標出力パワーと等しくなるよう、該複数の励起光の出力パワーをそれぞれ制御する励起光制御手段とを備えたラマン励起光源。
【請求項２】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の波長帯域の数は、該複数の励起光源の数よりも多く、該チャンネルの数よりも少ないことを特徴とするラマン励起光源。
【請求項３】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源は、それぞれ、複数の半導体レーザの出力を偏波合成し該複数の励起光としてそれぞれ出力することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項４】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源は、それぞれ、半導体レーザとファイバグレーティングフィルタによる共振構造を構成することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項５】
請求項４記載のラマン励起光源であって、該複数の励起光源の該ファイバグレーティングフィルタは、それぞれ、反射波長が異なることを特徴とするラマン励起光源。
【請求項６】
請求項１に記載のラマン励起光源であって、該励起光供給手段は、該複数の励起光を合波する第一光合波手段と、該第一光合波手段で合波された該複数の励起光を該光増幅媒体に供給する第二光合波手段とを有することを特徴とするラマン励起光源。
【請求項７】
請求項１に記載の光増幅器であって、該出力モニタ手段は、該増幅媒体から出力された該波長多重光を分岐する分岐手段と、該分岐手段からの出力光を該複数の波長帯域に分離する波長帯域分離カプラを有することを特徴とするラマン励起光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１７０３７２（Ｐ２０１１−１７０３７２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５９３７（Ｐ２０１１−８５９３７）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【分割の表示】特願２０００−２５５２９１（Ｐ２０００−２５５２９１）の分割
【原出願日】平成１２年８月２５日（２０００．８．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【分割の表示】特願２０００−２５５２９１（Ｐ２０００−２５５２９１）の分割
【原出願日】平成１２年８月２５日（２０００．８．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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