特開 2024-54601 光伝送システム、波長変換器、及び光伝送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024054601

(43)【公開日】2024-04-17

(54)【発明の名称】光伝送システム、波長変換器、及び光伝送装置

(51)【国際特許分類】

   H04J 14/02 20060101AFI20240410BHJP

   H04B 10/291 20130101ALI20240410BHJP

   H04B 10/079 20130101ALI20240410BHJP

【ＦＩ】

H04J14/02

H04B10/291

H04B10/079

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160923

(22)【出願日】2022-10-05

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「ポスト５Ｇ情報通信システム基盤強化研究開発事業／先導研究（委託）／全光信号処理による光伝送ネットワーク大容量化技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100107515

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】入江 博之

(72)【発明者】

【氏名】中島 久雄

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA01

5K102AD02

5K102AK02

5K102KA01

5K102KA15

5K102KA44

5K102LA01

5K102LA52

5K102MB09

5K102MC11

5K102MD01

5K102MD03

5K102MH01

5K102MH12

5K102MH22

5K102PA01

5K102PB01

5K102PC12

5K102PC16

5K102PC17

5K102PH11

5K102PH31

5K102PH42

5K102PH47

5K102PH48

5K102PH49

5K102RB12

5K102RB19

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】波長変換を用いた光伝送システムで、伝送性能を向上する。
【解決手段】光伝送システムは、複数の波長の光を含むＷＤＭ信号光を出力するＷＤＭ送信装置と、前記ＷＤＭ信号光を異なる波長帯域の変換光に変換する波長変換器と、前記波長変換器に入射する前記ＷＤＭ信号光の信号レベルを制御するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルが、前記波長変換器で用いられるポンプ光の波長から離れる方向に低くなるように、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長の光を含むＷＤＭ信号光を出力するＷＤＭ送信装置と、
前記ＷＤＭ信号光を異なる波長帯域の変換光に変換する波長変換器と、
前記波長変換器に入射する前記ＷＤＭ信号光の信号レベルを制御するプロセッサと、
を備え、前記プロセッサは、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルが、前記波長変換器で用いられるポンプ光の波長から離れる方向に低くなるように、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
光伝送システム。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記ＷＤＭ送信装置に接続される複数の送信器の出力調整機構を制御して、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項１に記載の光伝送システム。

【請求項3】

前記プロセッサは、前記ＷＤＭ送信装置のパワー調整機構を制御して、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項１に記載の光伝送システム。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記ＷＤＭ送信装置の波長選択スイッチのアッテネータを制御して前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項３に記載の光伝送システム。

【請求項5】

前記波長変換器は前記変換光を増幅する光アンプを有し、
前記プロセッサは、波長変換過程で生じる雑音に対する信号対雑音比と、前記光アンプの自然放出増幅雑音に対する信号対雑音比を合わせた実効信号対雑音比が前記変換光の波長全体で最も高くなるように、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項１に記載の光伝送システム。

【請求項6】

前記波長変換器は、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルに設定された波長方向の傾斜と逆の傾斜を前記変換光に与える補正フィルタを有する、
請求項５に記載の光伝送システム。

【請求項7】

ポンプ光を出射するポンプ光源と、
前記ポンプ光と、複数の波長を含むＷＤＭ信号光とが入射する非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出射した光から、前記ポンプ光及び前記ＷＤＭ信号光の波長と異なる波長の変換光を取り出す光フィルタと、
を有し、前記非線形光学媒質に入射する前記ＷＤＭ信号光の信号レベルは、前記ポンプ光の波長から遠ざかる方向で低くなるように制御されている、
波長変換器。

【請求項8】

前記光フィルタから出力される前記変換光をモニタする光モニタと、
前記光モニタのモニタ結果が入力されるプロセッサと、
前記非線形光学媒質に入射する前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを調整する入力パワー調整機構と、
を有し、前記プロセッサは前記光モニタのモニタ結果に基づいて前記入力パワー調整機構を制御して、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項７に記載の波長変換器。

【請求項9】

前記プロセッサは、前記モニタ結果から前記変換光に含まれる波長ごとに信号対雑音比を計算し、前記ＷＤＭ信号光が波長方向に前記変換光の信号対雑音比の傾斜と逆の傾斜をもつように前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項８に記載の波長変換器。

【請求項10】

複数の波長の光を含むＷＤＭ信号光を波長変換器に出力するＷＤＭ送信装置と、
前記ＷＤＭ信号光のチャネル構成情報と、前記ＷＤＭ信号光の信号レベルを制御する制御情報とを保存するメモリと、
前記チャネル構成情報と前記制御情報とに基づいて、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルが、前記波長変換器で用いられるポンプ光の波長から離れる方向で低くなるように、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御するプロセッサと、
を有する
光伝送装置。

【請求項11】

前記プロセッサは、前記ＷＤＭ送信装置に接続される複数の送信器の出力調整機構、または前記ＷＤＭ送信装置のパワー調整機構を制御して、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する、
請求項１０に記載の光伝送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光伝送システム、波長変換器、及び光伝送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光通信ネットワークの容量を増大させる技術の一つに、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）がある。ＷＤＭ伝送システムでは、１５５０ｎｍ帯のＣバンドと、１５９０ｎｍ帯のＬバンドのそれぞれで、９６チャネルの信号伝送が実用化されている。Ｃバンドよりも短波長側のＳバンドの実用化も進められている。複数の通信バンドを用いた伝送方式をマルチバンド伝送と呼ぶ。従来のＣバンドのＷＤＭ伝送システムで用いられていた送受信器をマルチバンド対応の送受信器に取り替えることは、開発の手間やコストの観点から難しい。そのため、ＣバンドとＬバンドの間、あるいはＣバンドとＳバンドの間で波長を変換する波長変換器が用いられる。

【0003】

波長変換の方法として、ビットレートや変調方式に依存しない四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing）が採用されている。２つ以上の異なる角周波数の光を非線形光学媒質に入射することで、入射した光のいずれの各周波数とも異なる新たな角周波数の光が非線形光学媒質中に発生する。新たに発生した光は、アイドラ光と呼ばれる。この非線形光学効果を利用すると、信号光とともに高エネルギーのポンプ光を非線形光学媒質に入射することで、入射信号光ともポンプ光とも波長の異なる変換光を生成することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２２２９１７号

【特許文献2】特開２０１９－１２６４８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＦＷＭを利用した波長変換器の変換効率は、波長依存性をもつ。波長変換器に入力されるＷＤＭ信号光パワーの波長に対する特性がフラットであっても、ポンプ光に近い波長領域でアイドラ光の信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-Noise Ratio）が低下し、伝送性能が制限される。一つの側面で、本発明は、波長変換を用いた光伝送システムで伝送性能を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態において、光伝送システムは、
複数の波長の光を含むＷＤＭ信号光を出力するＷＤＭ送信装置と、
前記ＷＤＭ信号光を異なる波長帯域の変換光に変換する波長変換器と、
前記波長変換器に入射する前記ＷＤＭ信号光の信号レベルを制御するプロセッサと、
を備え、前記プロセッサは、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルが、前記波長変換器で用いられるポンプ光の波長から離れる方向に低くなるように、前記ＷＤＭ信号光の前記信号レベルを制御する。

【発明の効果】

【0007】

波長変換を用いた光伝送システムで、伝送性能が改善される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ポンプ光波長の近傍でのアイドラ光のＳＮＲ劣化を示す図である。

【図2】第１実施形態の光伝送システムの模式図である。

【図3】波長変換器の構成例を示す図である。

【図4】入射ＷＤＭ信号光の信号レベルの制御構成例である。

【図5】入射ＷＤＭ信号光の信号レベルの別の制御構成例である。

【図6】波長変換器の変形例を示す模式図である。

【図7】波長変換器の別の変形例を示す模式図である。

【図8】第１実施形態の入射ＷＤＭ信号光の信号レベル制御のフローチャートである。

【図9】第２実施形態の光伝送システムの模式図である。

【図10】第２実施形態の波長変換器の模式図である。

【図11】第２実施形態の入射ＷＤＭ信号光の、信号レベル制御のフローチャートである。

【図12】図１１のステップＳ２１の詳細を示すフローチャートである。

【図13】アイドラ光帯域の両側のＦＷＭ雑音光レベルの測定位置を示す図である。

【図14】比較例として、入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに傾斜をつけないときのアイドラ光のスペクトルを示す図である。

【図15】図１４の比較例のＳＮＲの入力パワー依存性を示す図である。

【図16】入力ＷＤＭ信号光に設定される傾斜の例を示す図である。

【図17A】入射ＷＤＭ信号光に異なる傾斜を設定したときのＦＷＭ雑音対信号比を示す図である。

【図17B】入射ＷＤＭ信号光に異なる傾斜を設定したときの自然放射増幅（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）雑音対信号比を示す図である。

【図17C】入射ＷＤＭ信号光に異なる傾斜を設定したときの実効ＳＮＲの図である。

【図18】実施形態で波長変換過程に関与する光のパワースペクトルの図である。

【図19】入力ＷＤＭ信号光に傾斜をつけたときの効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施形態では、波長変換器の非線形光学媒質に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルを制御して、波長変換を含む光伝送システムの伝送性能を改善する。具体的には、ポンプ光の波長から離れる方向にＷＤＭ信号光の信号レベルが低くなるように制御することで、アイドラ光、すなわち変換光の波長全体の平均実効ＳＮＲを高く維持する。ＷＤＭ信号光の信号レベルは、ＷＤＭ信号光に含まれる各チャネルの中心波長のパワーレベルである。

【0010】

図１は、発明者らが見出した課題、すなわち、ポンプ光波長の近傍でのアイドラ光のＳＮＲ劣化を示す。非線形媒質に、信号光と、十分な強度を持つポンプ光を入射すると、非線形光学媒質の内部に、入射電場に対して非線形な（２次以上の）分極が生じ、その分極の振動から、入射光と異なる周波数成分が発生する。入射するＷＤＭ信号光パワーの波長または周波数に対する特性はフラットである。これに対し、ＦＷＭにより発生したアイドラ光のうち、ポンプ光波長の近傍の波長成分でＦＷＭ雑音の割合が大きくなる。

【0011】

ＦＷＭの過程で発生する雑音には、入射したＷＤＭ信号光に含まれる各波長成分の相互作用による雑音と、ＷＤＭ信号光とポンプ光の相互作用による雑音が含まれる。ＦＷＭにともなうこれらの雑音をまとめて、ＦＷＭ雑音と呼ぶ。図１では、ＦＷＭ雑音を認識しやすくするために、ＦＷＭ雑音がアイドラ光の周波数の間に現れるようにレイアウトを調整している。

【0012】

一般的に、非光学線形効果により生じたアイドラ光は光フィルタで取り出され、光アンプで増幅される。そのため、波長変換にはＦＷＭ雑音に加えて、自然放射増幅（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）光による雑音がともなう。ここで、波長変換器の伝送性能を評価する指標として実効ＳＮＲを導入する。実効ＳＮＲを以下のように定義する。
ＦＷＭ＿ＳＮＲ：ＦＷＭ雑音に対するアイドラ光のパワー比
ＡＳＥ＿ＳＮＲ：光アンプで発生するＡＳＥ雑音に対するアイドラ光のパワー比
実効ＳＮＲ：ＦＷＭ＿ＳＮＲとＡＳＥ＿ＳＮＲの合成ＳＮＲ

【0013】

図１のように、入力ＷＤＭ信号光の信号レベルが波長に対してフラットな場合、ポンプ光波長の近傍のアイドラ光波長に大きなＦＷＭ雑音が発生する。ＦＷＭ＿ＳＮＲはポンプ光波長の近傍で低く、ポンプ光波長から離れるほど高くなる。一方、光アンプに入力されるアイドラ光の信号レベルは波長に対してフラットであるため、光アンプで発生するＡＳＥ雑音はアイドラ光の波長全体にわたってほぼ同じであり、ＡＳＥ＿ＳＮＲは一定である。結果として、ポンプ光波長に近い波長でアイドラ光の実効ＳＮＲが低下し、伝送性能が制限される。

【0014】

実施形態では、非線形光学媒質に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルがポンプ光波長から離れる方向に低くなるようにＷＤＭ信号光を制御して、アイドラ光全体としての実効ＳＮＲを改善する。以下の実施形態で、同じ構成要素に同じ符号をつけて、重複する説明の繰り返しを避ける場合がある。波長は周波数の逆数なので、「波長」というときは「周波数」の意味も含むものとする。

【0015】

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の光伝送システム１の模式図である。光伝送システム１は、光伝送装置１０－１の光出力段に設けられる波長変換器１５－１と、光伝送装置１０－２の光入力段に設けられる波長変換器１５－２を含む。第１実施形態では、波長変換器１５－１で波長変換を受けるＷＤＭ信号光の波長帯域が既知であり、光伝送装置１０－１と波長変換器１５－１がリンクしている。光伝送装置１０－１と波長変換器１５－１の間で、必要に応じて電気制御信号の送受信が可能であり、光伝送装置１０－１で波長変換器１５－１に入射するＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを制御する。図２で、太い破線は電気制御線を示す。点線のブロックで示すように、波長変換器１５－１は光伝送装置１０－１に組み込まれて、光伝送装置１０－１の光出射端に配置されていてもよい。

【0016】

光伝送装置１０－１はＷＤＭ送信装置１２Ｔｘを有する。ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘと波長変換器１５－１は、光ファイバ等の光パスで接続されている。後述するように、波長変換器１５－１に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルは、プロセッサ１３によって制御されている。プロセッサ１３は、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘの内部に設けられていてもよいし、波長変換器１５－１の内部に設けられていてもよい。波長変換器１５－１が光伝送装置１０－１に組み込まれている場合は、プロセッサ１３－１は、光伝送装置１０－１の内部で、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘと波長変換器１５－１に電気的に接続されていてもよい。光伝送装置１０－１に波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）が設けられていてもよい。

【0017】

光伝送装置１０－１と光伝送装置１０－２は、伝送路４で接続されている。伝送路４に中継アンプ、光アド・ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）などの伝送路ノード５が挿入されていてもよい。波長変換器１５－１と１５－２は同じ構成を有する。波長変換器１５－１と、波長変換器１５－２は、伝送路４に対して鏡面関係にある。ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘから出力されたＣ帯のＷＤＭ信号は、波長変換器１５－１によってたとえばＬ帯のＷＤＭ信号に一括して変換され、伝送路４に送信される。伝送路４から波長変換器１５－２に入射したＬ帯のＷＤＭ信号は、波長変換器１５－２によってＣ帯のＷＤＭ信号に一括して変換され、ＷＤＭ受信装置１２Ｒｘで受信される。

【0018】

光伝送システム１の一つの特徴として、波長変換器１５－１に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルが、波長変換器１５－１で用いられるポンプ光波長から離れる方向に低くなるように制御されている。この信号レベルの制御を、便宜上、信号レベルの「傾斜制御」と呼ぶ。ＷＤＭ信号光の信号レベルの傾斜制御は、上述したように、プロセッサ１３によって行われる。信号レベルの「傾斜制御」は一例であって、変換光の波長帯域にわたって実効ＳＮＲを維持できるかぎり、プロセッサ１３は波長－損失特性を調整する別の制御を行ってもよい。波長変換器１５－１に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルの傾斜または波長－損失特性を制御できるかぎり、プロセッサ１３の配置位置は問わない。

【0019】

図３は、波長変換器１５の模式図である。波長変換器１５は、ポンプ光源１５１、合波器１５２、非線形光学媒質１５３、光フィルタ１５４、及び光アンプ１５５を有する。ポンプ光源１５１から出射されたポンプ光は、信号レベルが傾斜制御されたＷＤＭ信号光と合波器１５２で合波され、非線形光学媒質１５３に入射する。合波器１５２は、たとえば光ファイバカプラである。

【0020】

非線形光学媒質１５３として、光ファイバとの整合性の高い非線形（ＨＮＬ：Highly Non-Linear）ファイバを用いてもよい。光フィルタ１５４は、非線形光学媒質１５３中で生成されたアイドラ光（変換光）を通過させ、ＷＤＭ信号光とポンプ光を遮断する。光アンプ１５５は、アイドラ光を増幅し、出力する。光アンプ１５５から出力される光には、非線形光学過程で生じたＦＷＭ雑音と、光アンプ１５５で生じたＡＳＥ雑音が含まれている。実施形態では、特にポンプ光波長の近傍で、アイドラ光に含まれるＦＷＭ雑音を小さくすることで、アイドラ光全体としての実効ＳＮＲを改善する。実効ＳＮＲは、ＦＷＭ雑音に対するＳＮＲと、ＡＳＥ雑音に対するＳＮＲの合成ＳＮＲである。

【0021】

＜入射ＷＤＭ信号光の信号レベルの制御＞
図４は、非線形光学媒質１５３に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルの制御構成例を示す。図４では、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘに接続されている送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎ（以下、適宜「送信器１２５」と総称する）の出力調整機能を利用して、ＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを調整する。送信器１２５の出力調整機能は、たとえばプリエンファシス機能であってもよい。送信器１２５ａから１２５ｎは、それぞれ異なる波長の光信号を扱う複数のトランスポンダの送信部である。送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎの出力パワーを調整することで、合波されたＷＤＭ信号光の信号レベルを所望の波長－損失特性制御することができる。たとえば、ＷＤＭ信号光のレベルに所望の傾斜をつけることができる。

【0022】

制御回路１３０は、プロセッサ１３により実現される。プロセッサ１３は、その機能ブロックとして傾斜制御部１３１を有する。図４で太い破線は、電気制御線を示す。波長変換器１５の構成によっては、制御回路１３０に出力傾斜補償部１３２を設けてもよい。プロセッサ１３は、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘに設けられていてもよいし、波長変換器１５に設けられていてもよいし、光伝送装置１０Ａのどこかに設けられていてもよい。制御回路１３０は、メモリ１２１に保存されたチャネル構成情報１２２と信号レベル制御情報１２３を参照して、各送信器１２５の出力パワーを制御して、ＷＤＭ信号光の信号レベルに波長方向の傾斜をつける。メモリ１２１は、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘに設けられていてもよいし、プロセッサ１３に内蔵されていてもよいし、光伝送装置１０Ａのどこかに設けられていてもよい。

【0023】

チャネル構成情報１２２は、各チャネルの波長帯域情報を含む。波長変換前の帯域がＣバンドの場合、波長１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの帯域に、たとえば５０ＧＨｚ間隔で設けられる各チャネルの中心波長の情報が、波長帯域情報として保存される。各中心波長と対応するトランスポンダまたは送信器１２５の識別情報が、チャネル構成情報１２２に含まれていてもよい。信号レベル制御情報１２３は、ＷＤＭ信号光の信号レベルに設定される波長方向の傾斜に関する情報を含む。

【0024】

信号レベル制御情報１２３は、波長変換器１５に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルの波長方向の傾斜を変化させて、アイドラ光の波長全体で平均の実効ＳＮＲが最も高くなる場合の傾斜を計算することで決定されている。ＦＷＭ＿ＳＮＲとＡＳＥ＿ＳＮＲを足し合わせた実効ＳＮＲがアイドラ光全体で最も高くなるように、入射ＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルが設定される。

【0025】

波長変換器１５に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルを制御して、ポンプ光波長から離れる方向に信号レベルを下げると、以下の結果が生じる。
（１）ポンプ光波長に近いアイドラ光波長でＦＷＭ雑音が低減され、ＦＷＭ＿ＳＮＲが改善される。
（２）ポンプ光波長から遠いアイドラ光の信号レベルが低くなるため、光アンプ１５５から出力されるアイドラ光のＡＳＥ＿ＳＮＲが低下する。
上記の（１）と（２）はトレードオフの関係にある。（１）と（２）のバランスが取れた波長－損失特性が得られるように、アイドラ光全体として平均の実効ＳＮＲが最も高くなる傾斜を、入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに設定する。これにより、光伝送システム１の伝送性能が改善される。信号レベル制御情報１２３とチャネル構成情報１２２は、たとえばオペレータによってあらかじめメモリ１２１に入力されてもよい。

【0026】

制御回路１３０の傾斜制御部１３１は、チャネル構成情報１２２に含まれる各チャネルの帯域情報と、信号レベル制御情報１２３に含まれる各チャネルの設定信号レベルとに基づき、送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎのそれぞれに制御値を供給する。送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎは、制御値に基づいて出力する光信号のパワーを調整する。

【0027】

送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎから出力された各波長の光は、合波器１２６で合波され、ＷＤＭ信号光が生成される。このＷＤＭ信号光の信号レベルは、波長方向に所定の傾斜をもつ。信号レベルが傾斜制御されたＷＤＭ信号光は、波長変換器１５に導かれ、ポンプ光とともに非線形光学媒質１５３に入射する。

【0028】

制御回路１３０に出力傾斜補償部１３２が設けられている場合、出力傾斜補償部は、波長変換器１５の光アンプ１５５から出力されるアイドラ光（変換光）に、入射ＷＤＭ信号光に設定された傾斜と逆方向の傾斜をつける。入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに設定された傾斜により、ポンプ光から遠い波長で信号レベルが低くなり、発生するアイドラ光のパワースペクトルにも傾斜が生じる。出力傾斜補償部１３２は、アイドラ光に生じる波長方向のパワーの低下を補償するように波長変換器１５を制御してもよい。

【0029】

図５は、非線形光学媒質１５３に入射するＷＤＭ信号光のスペクトル制御の別の構成例を示す。図５では、光伝送装置１０Ｂのパワー調整機能を用いて、波長変換器１５に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルを制御する。光伝送装置１０Ｂのパワー調整機能は、たとえば、光アド・ドロップマルチプレクサ（図中で「ＯＡＤＭ」と表記）１４のＷＳＳ１４１のアッテネータ、ゲインイコライザのゲインアジャスタ、波形整形器などによって実現される。図５の例では、ＷＳＳ１４１のアッテネータを利用してＷＤＭ信号光の信号レベルを制御する。図５で、太い破線は電気制御線を示す。

【0030】

複数の送信器１２５ａ、１２５ｂ、…、１２５ｎから出力される各波長の光は、ＷＳＳ１４１に入射する。制御回路１３０の傾斜制御部１３１は、メモリ１２１に保存されたチャネル構成情報１２２と信号レベル制御情報１２３を参照して、ＷＳＳ１４１に制御信号を出力する。メモリ１２１は、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘに設けられてもよいし、プロセッサ１３に内蔵されていてもよいし、光伝送装置１０Ｂのどこかに設けられていてもよい。

【0031】

ＷＳＳ１４１は、制御回路１３０からの制御信号に基づいて、ＷＤＭ信号光のパワーをチャネルごとに調整する。ＷＳＳ１４１を通過したＷＤＭ信号光は、波長方向に信号レベルが傾斜制御されたＷＤＭ信号光として、ポンプ光とともに、波長変換器１５の非線形光学媒質１５３に入射する。

【0032】

制御回路１３０に出力傾斜補償部１３２が設けられている場合、出力傾斜補償部１３２は、波長変換器１５の光アンプ１５５から出力されるアイドラ光（変換光）に、ＷＤＭ信号光に設定された信号レベルの傾斜と逆方向の傾斜を設定する。これにより、アイドラ光に生じる波長方向のパワーの低下が補償される。

【0033】

＜波長変換器の変形例＞
図６は、波長変換器１５の変形例である波長変換器１５Ａの模式図である。波長変換器１５Ａに入射するＷＤＭ信号光の信号レベルは、制御回路１３０によって傾斜制御されている。制御回路１３０は、ＷＤＭ送信装置１２Ｔｘの内部に設けられていてもよいし、波長変換器１５Ａに設けられていてもよい。信号レベルが波長方向に制御されたＷＤＭ信号光は、ポンプ光源１５１から出射されたポンプ光と合波器１５２で合波され、非線形光学媒質１５３に入射する。非線形光学媒質１５３の中で発生したアイドラ光は光フィルタ１５４で抽出され、光アンプ１５５で増幅される。

【0034】

波長変換器１５Ａは、光アンプ１５５の出力段に固定出力傾斜補正光フィルタ１５６を有する。固定出力傾斜補正光フィルタ１５６の補正値、すなわち波長－損失特性の調整値は固定であり、たとえば、アイドラ光のパワーレベルを波長方向にフラットに補正する固定の傾斜が設定されている。この構成の波長変換器１５Ａは、波長変換を受けるＷＤＭ信号光の波長帯域が固定されているときに用いられる。制御回路１３０に出力傾斜補償部１３２は不要である。

【0035】

図７は、波長変換器１５の別の変形例である波長変換器１５Ｂの模式図である。図７で太い破線は電気制御線を示す。波長変換器１５Ｂは、光アンプ１５５の出力段に可変出力傾斜補正光フィルタ１５７を有する。出力傾斜補正の補正値、すなわち波長－損失特性は、制御回路１３０から供給される制御信号に基づいて可変に設定される。この構成の波長変換器１５Ｂは、波長変換を受ける信号光の帯域が固定されていない場合に用いられる。

【0036】

制御回路１３０の出力傾斜補償部１３２は、波長変換器１５Ｂに入力されるＷＤＭ信号光の波長帯域が変わるときに、メモリ１２１のチャネル構成情報１２２と信号レベル制御情報１２３を参照して、出力傾斜補償に必要な波長－損失特性を可変出力傾斜補正光フィルタ１５７に設定する。これにより、光アンプ１５５から出力されるアイドラ光パワーの波長特性がフラットになる。

【0037】

＜第１実施形態の制御フロー＞
図８は、第１実施形態の入射ＷＤＭ信号光の傾斜制御のフローチャートである。この制御フローは、プロセッサ１３によって実行される。プロセッサ１３は、メモリ１２１からチャネル構成情報１２２と信号レベル制御情報１２３を取得する（Ｓ１１）。チャネル構成情報１２２には、ＷＤＭ信号光の波長ごとの帯域情報が含まれる。信号レベル制御情報１２３には、ＷＤＭ信号光に設定される各波長の信号レベル、またはＷＤＭ信号光の信号レベルの波長方向の傾斜情報が含まれている。プロセッサ１３は、取得した信号レベル制御情報に基づいて、トランスポンダの送信器１２５の出力調整機構、または光伝送装置１０のパワー調整機構を制御して、ＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを制御する（Ｓ１２）。光伝送装置１０のパワー調整機構は、ＷＳＳ１４１の可変アッテネータ、ゲインイコライザのゲインアジャスタ、波形整形器などである。ＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを制御することで、ＷＤＭ信号光の信号レベルに波長方向の傾斜が設定される。

【0038】

プロセッサ１３は、必要に応じて用いて、波長変換器１５の光アンプ１５５の出力段に設けられた可変出力傾斜補正光フィルタ１５７に、ＷＤＭ信号光に設定した傾斜と逆の傾斜を設定する（Ｓ１３）。これにより、波長変換器１５から出力されるアイドラ光の波長全体で平均の実効ＳＮＲが高くなり、伝送性能が改善される。

【0039】

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の光伝送システム２の模式図である。第２実施形態では、波長変換器２５－１、２５－２は光伝送装置２０－１、２０－２とリンクせず、伝送路４の途中に置かれる。この構成では、波長－損失特性の制御の一例として、波長変換器２５－１が非線形光学媒質に入射するＷＤＭ信号光の信号レベルを制御する。

【0040】

光伝送システム２は、伝送路４で接続される光伝送装置２０－１及び２０－２と、伝送路４の途中に配置される波長変換器２５－１及び２５－２を有する。伝送路４に中継アンプ、ＯＡＤＭ等の伝送路ノード５が挿入されていてもよい。波長変換器２５－１はプロセッサ２３を有し、伝送路４から入射したＷＤＭ信号光の信号レベルを、ポンプ光波長から離れる方向に低くなるように制御する。

【0041】

図１０は、第２実施形態の波長変換器２５の模式図である。図１０で太い破線は電気制御線を示す。波長変換器２５は、プロセッサ２３の他に、ポンプ光源２５１、合波器２５２、非線形光学媒質２５３、光フィルタ２５４、分波器２５８、光アンプ２５５、光モニタ２４、及び入力パワー調整機構２４０を有する。オプショナルで光アンプ２５５の出力段に可変出力傾斜補正光フィルタ２５７が接続されていてもよい。図中の太い破線は、電気制御線を示す。

【0042】

プロセッサ２３は、制御回路２３０を有する。制御回路２３０は、その機能として傾斜制御部２３１と、オプショナルで出力傾斜補償部２３２を有する。上述のとおり、波長に対する信号レベルの傾斜は、波長－損失特性の一例である。光アンプ２５５の出力段に可変出力傾斜補正光フィルタ２５７が設けられる場合は、出力傾斜補償部２３２によって、可変出力傾斜補正光フィルタ２５７の波長－損失特性が設定される。

【0043】

入力パワー調整機構２４０は、可変入力傾斜補正光フィルタ２４１と、可変アッテネータ（図中で「ＡＴＴ」と表記）２４２を有する。可変入力傾斜補正光フィルタ２４１は、伝送路４から波長変換器２５に入射したＷＤＭ信号光のパワーの波長特性を調整し、入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに波長方向の傾斜をつける。可変アッテネータ２４２は、傾斜制御されたＷＤＭ信号光全体の光パワーを調整して、ＷＤＭ信号光全体としての信号パワーを最適化する。

【0044】

入力パワー調整機構２４０で信号レベルの傾斜と全体のパワーが最適化されたＷＤＭ信号光は、合波器２５２で、ポンプ光源２５１から出射されたポンプ光と合波される。ＷＤＭ信号光とポンプ光が非線形光学媒質２５３に入射すると、入射した光波間の相互作用により、非線形光学媒質２５３中にアイドラ光（変換光）が発生する。非線形光学媒質２５３から出射した光に含まれるアイドラ光は光フィルタ２５４で取り出され、光アンプ２５５で増幅されて、伝送路４に送信される。必要に応じて、可変出力傾斜補正光フィルタ２５７で、変換光のパワーの波長特性がフラットになるように補正される。

【0045】

光フィルタ２５４の出力光の一部は、分波器２５８によって分岐され、光モニタ２４でアイドラ光に含まれる各波長のピークレベルと、ＦＷＭ雑音レベルが測定される。光モニタ２４として、光スペクトルアナライザ、光チャネルモニタ（ＯＣＭ：Optical Channel Monitor）等を用いることができる。光モニタ２４のモニタ結果は、プロセッサ２３の傾斜制御部２３１に入力される。

【0046】

傾斜制御部２３１は、光モニタ２４のモニタ結果から、ＦＷＭ＿ＳＮＲと、次段の光アンプ２５５で発生するＡＳＥ＿ＳＮＲを計算する。ＡＳＥ＿ＳＮＲは、光アンプ２５５の雑音指数ＮＦを用いて、式（１）で計算される。

【0047】

【数1】

ここで、Ｐ_Idlerはアイドラ光のピークパワー、ｈはプランク定数、νはアイドラ光の振動数、Ｂはアイドラ光の信号帯域幅である。

【0048】

傾斜制御部２３１は、波長ごとにＦＷＭ＿ＳＮＲとＡＳＥ＿ＳＮＲを合成して実効ＳＮＲの傾斜を求める。また、アイドラ光の実効ＳＮＲの傾斜と逆の傾斜を、制御情報として入力パワー調整機構２４０に供給する。入力パワー調整機構２４０は、制御情報に基づいて、伝送路４から入射したＷＤＭ信号光の信号レベルの波長方向の傾斜と、ＷＤＭ信号光全体のパワーレベルを調整する。

【0049】

波長変換器２５で扱われる帯域が固定の場合は、光モニタ２４と制御回路２３０を省略してもよい。この場合、可変入力傾斜補正光フィルタ２４１と、可変出力傾斜補正光フィルタ２５７に替えて、固定の入力傾斜補正光フィルタと、固定の出力傾斜補正光フィルタを設けてもよい。

【0050】

＜第２実施形態の制御フロー＞
図１１は、第２実施形態の入射ＷＤＭ信号光の傾斜制御のフローチャートである。この制御フローは、プロセッサ２３によって実行される。プロセッサ２３は、光モニタ２４のモニタ結果に基づいて、光アンプ２５５の出力光の実効ＳＮＲの傾斜を計算する（Ｓ２１）。光アンプ２５５の出力光の実効ＳＮＲとその傾斜の具体的な計算方法は、図１２を参照して後述する。

【0051】

Ｓ２１で求めた実効ＳＮＲの傾斜と逆の傾斜を入射ＷＤＭ信号光のパワースペクトルにつける（Ｓ２２）。次に、実効ＳＮＲの傾斜が目標値以内か否かを判断する（Ｓ２３）。実効ＳＮＲの傾斜が目標値を超えて大きすぎると、ポンプ光波長から遠い波長でアイドラ光のパワーが低下し、光アンプ２５５の出力光のＡＳＥ＿ＳＮＲが低下する可能性がある。したがって、実効ＳＮＲの傾斜が目標値を超える場合は（Ｓ２３でＮＯ）、ステップＳ２１に戻って光フィルタ２５４から出力されるアイドラ光の一部をモニタし、光アンプ２５５の出力光の実効ＳＮＲの傾斜を再計算する。入射ＷＤＭ信号光の実効ＳＮＲの傾斜が目標値以内になるまで（Ｓ２３でＹＥＳ）、Ｓ２１とＳ２２を繰り返す。

【0052】

入射ＷＤＭ信号光の実効ＳＮＲの傾斜が目標値以内になると、全チャネルの平均実効ＳＮＲを求め（Ｓ２４）、平均実効ＳＮＲが極大か否かを判断する（Ｓ２５）。平均実効ＳＮＲが極大でない場合（Ｓ２５でＮＯ）、アイドラ光全体として最適な実効ＳＮＲが得られていないことを意味する。この場合、ステップＳ２６で可変アッテネータ２４２を制御して、入射ＷＤＭ信号光全体のパワーを所定のステップサイズで増大させ、ステップＳ２１からＳ２５を繰り返す。

【0053】

アイドラ光の全チャネルの平均実効ＳＮＲが極大の場合は（Ｓ２５でＹＥＳ）、入射ＷＤＭ信号光の傾斜と平均パワーが適切に設定されたことを意味する。必要に応じて、光アンプ２５５の出力段に接続される可変出力傾斜補正光フィルタ２５７の波長－損失特性を制御して、入射ＷＤＭ信号光に設定した傾斜と逆の傾斜を設定してもよい（Ｓ２７）。これにより、波長変換器２５から出力されるアイドラ光のパワーレベルが波長方向にフラットになる。

【0054】

図１２は、図１１のステップＳ２１の詳細な処理フローである。プロセッサ２３は、光モニタ２４によるモニタ結果から、アイドラ光の各波長のピークレベルを取得する（Ｓ２１１）。上述のように、光モニタ２４は光スペクトルアナライザ、ＯＣＭなど、チャネルごとにピークパワーの測定が可能なモニタデバイスである。さらに、アイドラ光帯域のすぐ外側で隣接するＦＷＭ雑音光のレベルを取得し、ＦＷＭ雑音光の傾斜から、アイドラ光の各波長のＦＷＭ雑音レベルを算出する（Ｓ２１２）。

【0055】

図１３は、アイドラ光帯域のすぐ外側のＦＷＭ雑音光の測定位置を示す。ＦＷＭ雑音光の測定位置は、白の矢印で示されている。アイドラ光帯域の両端に隣接する位置でＦＷＭ雑音光のレベルを取得することで、アイドラ光帯域全体でのＦＷＭ雑音の傾斜が求められる。ＦＷＭ雑音の傾斜から、アイドラ光の各波長のＦＷＭ雑音が求まる。Ｓ２１１で求めたアイドラ光の各波長のピークレベルと、Ｓ２１２で求めたアイドラ光の各波長のＦＷＭ雑音レベルから、光アンプ２５５に入射するＷＤＭ信号光のＦＷＭ＿ＳＮＲが求まる（Ｓ２１３）。

【0056】

プロセッサ２３はさらに、Ｓ２１１で求めたアイドラ光の各波長のピークレベルと、上記の式（１）で求まるＡＳＥ雑音から、光アンプ２５５の出力光のＡＳＥ＿ＳＮＲをチャネルごとに計算する（Ｓ２１４）。Ｓ２１３で求めたＦＷＭ＿ＳＮＲと、Ｓ２１４で求めたＡＳＥ＿ＳＮＲの合計から、光アンプ２５５の出力光に含まれる各波長の実効ＳＮＲを算出する（Ｓ２１５）。Ｓ２１５で求めた実効ＳＮＲの傾斜を算出して、図２２のＳ２２へ進む。これにより、波長変換器２５が光伝送装置２０とリンクせずに伝送路４の途中に配置される場合に、アイドラ光全体の実効ＳＮＲの低下を抑制し伝送性能を改善できる。

【0057】

＜効果検証＞
図１４は、比較例として、入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに波長方向の傾斜をつけないときのアイドラ光のスペクトル図を示す。ポンプ光Ｐpumpの波長に近いアイドラ光波長で、ピーク波長に対するＦＷＭ雑音光の割合が大きく、ＦＷＭ＿ＳＮＲが最小となる。

【0058】

図１５は、比較例、すなわち入射ＷＤＭ信号光に傾斜をつけないときの信号入力パワー依存性を示す。横軸は、チャネルあたりの平均信号入力パワーである。ＷＤＭ信号光の平均信号入力パワーを変えながら、ＡＳＥ＿ＳＮＲとＦＷＭ＿ＳＮＲから実効ＳＮＲを計算する。ＡＳＥ＿ＳＮＲは、図１４のピークパワーに基づき、式（１）により計算される。ＷＤＭ信号光の平均入力パワーが小さいと、ＡＳＥ＿ＳＮＲが低下するが、ＦＷＭ雑音が減少してＦＷＭ＿ＳＮＲは高くなる。ＦＷＭ＿ＳＮＲとＡＳＥ＿ＳＮＲの合成である実効ＳＮＲが最大になるのは、ＷＤＭ信号光のチャネルあたりの平均入力パワーが－１１ｄＢｍ／ｃｈのときである。そのときの実効ＳＮＲは１１．３ｄＢである。平均入力パワーを－１１ｄＢｍ／ｃｈから上げても、実効ＳＮＲは低下する。比較例のように入射ＷＤＭ信号光に傾斜を付けない場合は、アイドラ光の実効ＳＮＲの上限が制限され、伝送性能が劣化する。

【0059】

図１６は、実施例で入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに設定される傾斜の例を示す。横軸は周波数、縦軸は入力レベルである。入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに設定される傾斜が０ｄＢ／１００ＧＨｚのときは、比較例と同様に、入射ＷＤＭ信号光のパワーの波長（周波数）特性がフラットである。この場合、図１４に示したようにポンプ光波長に近いアイドラ光のＦＷＭ雑音割合が増大し、入射ＷＤＭ信号光の平均パワーを上げても、図１５のように実効ＳＮＲが制限される。実効ＳＮＲの制限を解消し、アイドラ光の全帯域にわたって実効ＳＮＲが高く維持される最適な傾斜量を検討する。

【0060】

図１７Ａは、実施例で入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに異なる傾斜を設定したときのＦＷＭ＿ＳＮＲを示す。図１７Ｂは、実施例で入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに異なる傾斜を設定したときのＡＳＥ＿ＳＮＲを示す。図１７Ｃは、実施形態の入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに異なる傾斜を設定したときの実効ＳＮＲを示す。図１７Ａから図１７Ｃで、入射ＷＤＭ信号光に与える傾斜量を、０ｄＢ／１００ＧＨｚ、０．３２ｄＢ／１００ＧＨｚ、及び０．４４ｄＢ／ＧＨｚと変える。

【0061】

図１７Ａで、入射ＷＤＭ信号光の傾斜が０．４４ｄＢ／１００ＧＨｚのときと、０．３２ｄＢ／１００ＧＨｚのときで、ＦＷＭ＿ＳＮＲに大きな差はない。図１７Ｂで、傾斜が０．４４ｄＢ／１００ＧＨｚのときに、長波長側（低周波数側）でＡＳＥ＿ＳＮＲの低下が顕著になる。ＦＷＭ＿ＳＮＲとＡＳＥ＿ＳＮＲを合成すると、図１７Ｃの実効ＳＮＲが得られる。傾斜が０．３２ｄＢ／１００ＧＨｚのときに、実効ＳＮＲはアイドラ光の全帯域にわたって約１３ｄＢに維持される。実施例で入射ＷＤＭ信号光の信号レベルに適切な傾斜を設定することで、図１５の最大の実効ＳＮＲ（１１．３ｄＢ）よりも伝送性能が改善されることが確認される。

【0062】

図１８は、入力ＷＤＭ信号光に所定の傾斜をつけたときの波長変換過程に関与する光の全体のスペクトルを示す。この例では、入力ＷＤＭ信号光に０．３２ｄＢ／１００ＧＨｚの傾斜をつけ、ポンプ光波長から離れる方向に信号レベルを下げている。その結果、ポンプ光波長の近傍のアイドラ光でＦＷＭ雑音の割合が低減し、ＦＷＭ＿ＳＮＲが向上する。アイドラ光全体での平均実効ＳＮＲが向上し、伝送性能が改善される。

【0063】

図１９は、実施形態の効果を示す図である。横軸はチャネルあたりの平均入力パワー、縦軸は最小実効ＳＮＲである。最小実効ＳＮＲは、アイドラ光全体での最小の実効ＳＮＲを表す。入射ＷＤＭ信号光に傾斜をつけない比較例の最小実効ＳＮＲを白丸で示す。実施例で入射ＷＤＭ信号光に所定の傾斜をあたえたときの最小実効ＳＮＲを黒丸で示す。

【0064】

波長－損失特性を制御しない場合、たとえば、入射ＷＤＭ信号光に傾斜を付けない場合、平均入力パワーを上げても実効ＳＮＲを改善することができず、むしろ実効ＳＮＲが劣化する。これは、上述したように、入射ＷＤＭ信号光全体のパワーを上げたことで、ＦＷＭ雑音が大きくなってＳＷＭ＿ＳＮＲが低下するからである。これに対し、実施形態で入射ＷＤＭ信号光に所定の傾斜をつけることで、入射ＷＤＭ信号光全体のパワーを上げて実効ＳＮＲを改善することができる。波長変換を用いた光伝送システムで、伝送性能が改善されることが確認される。

【0065】

以上、特定の構成例に基づいて実施形態を説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されない。信号レベルの「傾斜制御」は一例であって、変換光（アイドラ光）の波長帯域にわたって実効ＳＮＲを維持する別の波長－損失特性制御を行ってもよい。ＷＤＭ信号光のパワースペクトルの傾斜制御は、トランスポンダの送信器１２５のプリエンファシス機能や、ＷＳＳのアッテネーション機能に替えて、ゲインイコライザや波長整形器などのパワー調整または可変補正光フィルタ機能を用いてもよい。波長変換器は、少なくとも非線形光学媒質と、アイドラ光を取り出す光フィルタを含んでいればよく、ポンプ光源、合波器、光アンプ等を波長変換器の外部に設けてもよい。いずれの構成でも、非線形光学媒質に入射するＷＤＭ信号光の波長－損失特性を制御することで、アイドラ光全体にわたって実効ＳＮＲを高く維持し、伝送性能を改善できる。

【符号の説明】

【0066】

１、２ 光伝送システム
４ 伝送路
５ 伝送路ノード
１０Ａ、１０Ｂ、１０－１、１０－２、２０－１、２０－２ 光伝送装置
１２Ｔｘ、２２Ｔｘ ＷＤＭ送信装置
１３、２３ プロセッサ
１４ 光アド・ドロップマルチプレクサ
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５－１、１５－２、２５、２５－１、２５－２ 波長変換器
２４ 光モニタ
１２１ メモリ
１２２ チャネル構成情報
１２３ 信号レベル制御情報
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｎ 送信器
１２６ 合波器
１３０、２３０ 制御回路
１３１、２３１ 傾斜制御部
１３２、２３２ 出力傾斜補償部
１４１ ＷＳＳ
１５１、２５１ ポンプ光源
１５２、２５２ 合波器
１５３、２５３ 非線形光学媒質
１５４、２５４ 光フィルタ
１５５、２５５ 光アンプ
１５６ 固定出力傾斜補正光フィルタ（補正光フィルタ）
１５７、２５７ 可変出力傾斜補正光フィルタ（補正光フィルタ）
２４０ 入力パワー調整機構

【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16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図18】

【図19】