(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システム
(51)【国際特許分類】
H04B 10/291 20130101AFI20221220BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20221220BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
H04B10/291
H01S3/10 D
G02B6/02 461
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020508826
(86)(22)【出願日】2018-03-30
(86)【国際出願番号】 JP2018013773
(87)【国際公開番号】W WO2019187051
(87)【国際公開日】2019-10-03
【審査請求日】2020-09-15
【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）平成２８年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／空間多重フォトニックノード基盤技術の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】松本 恵一
(72)【発明者】
【氏名】ル タヤンディエ ドゥ ガボリ エマニュエル
【審査官】対馬 英明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２３１８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】YAMADA M. et al.，Gain Control in Multi-Core Erbium/Ytterbium-Doped Fiber Amplifier with Hybrid Pumping，OECC/PS2016，IEICE，2016年
【文献】DE GABORY EMMANUEL LE TAILLANDIER et al.，Transmission of 256Gb/s PM-16QAM signal through hybrid cladding and core pumping scheme MC-EDFA controlled for reduced power consumption，OFC2017，米国，OSA，2017年03月，Th1C.1
【文献】TSUCHIDA Y. et al.，Simultaneous 7-Core Pumped Amplification in Multicore EDF through Fibre Based Fan-In/Out，ECOC 2012 Technical Digest，OSA，2012年09月，Tu.4.F.2
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０
Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８
Ｈ０１Ｓ ３／００－３／０２
Ｈ０１Ｓ ３／０４－３／０９５９
Ｈ０１Ｓ ３／０９８－３／１０２
Ｈ０１Ｓ ３／１０５－３／１３１
Ｈ０１Ｓ ３／１３６－３／２１３
Ｈ０１Ｓ ３／２３－４／００
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０
Ｇ０２Ｂ ６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、
前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、
前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、
前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号と、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているかを示す第２のモニタ信号と、を出力するモニタ部と、
前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、前記第２のモニタ信号に基づいて前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御し、
前記モニタ部は、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタし、前記第１のモニタ信号を出力する波長モニタ部と、
前記第１のモニタ信号を参照し、前記複数の光信号のうちで用いられる波長数が最も少ない光信号を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、用いられる波長数が最も少ない前記光信号の所定の信号特性を第１の値と比較し、比較結果を示す前記第２のモニタ信号を出力する特性モニタ部と、を備える、
光増幅器。
【請求項2】
前記所定の信号特性は、用いられる波長数が最も少ない前記光信号の雑音指数、用いられる波長数が最も少ない前記光信号に含まれる自然放射増幅光のレベル及び前記自然放射増幅光のレベルから換算された前記雑音指数のいずれかであり、前記制御部は、前記所定の信号特性が前記第１の値よりも大きい場合、前記第２の励起光のパワーを低下させる、
請求項１に記載の光増幅器。
【請求項3】
前記制御部は、前記所定の信号特性が前記第１の値よりも大きい場合、前記複数の第１の励起光のパワーを増大させる、請求項２に記載の光増幅器。
【請求項4】
複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、
前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、
前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、
前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、第２のモニタ信号に基づいて前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御し、
前記マルチコア光ファイバ増幅器で増幅された前記複数の光信号を受信する受信器が、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているか示す前記第２のモニタ信号を出力し、
所定の信号特性は、受信した前記複数の光信号のＱ値、雑音指数、自然放射増幅光のレベル、前記自然放射増幅光のレベルから換算された前記雑音指数及び符号誤り率のいずれかであり、
前記制御部は、前記複数の光信号うちで信号品質が最も低いものの前記所定の信号特性が第１の値よりも大きい場合、前記第２の励起光のパワーを低下させる、
光増幅器。
【請求項5】
前記制御部は、前記複数の光信号うちで信号品質が最も低いものの前記所定の信号特性が前記第１の値よりも大きい場合、前記複数の第１の励起光のパワーを増大させる、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項6】
マルチコア光ファイバ増幅器の複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタし、モニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力し、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているかを示す第２のモニタ信号を出力し、
前記第１のモニタ信号に基づいて、前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記第２のモニタ信号に基づいて、前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記複数のコアを包含するクラッドに結合される第２の励起光のパワーを制御し、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタして、前記第１のモニタ信号を出力し、
前記第１のモニタ信号を参照して、前記複数の光信号のうちで用いられる波長数が最も少ない光信号を判定し、
前記判定の結果に基づいて、用いられる波長数が最も少ない前記光信号の所定の信号特性を第１の値と比較し、比較結果を示す前記第２のモニタ信号を出力する、
光増幅器の制御方法。
【請求項7】
マルチコア光ファイバ増幅器の複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタし、モニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力し、増幅された前記複数の光信号を受信する受信器が、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているか示す第２のモニタ信号を出力し、
前記第１のモニタ信号に基づいて、前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記第２のモニタ信号に基づいて、前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記複数のコアを包含するクラッドに結合される第２の励起光のパワーを制御し、
所定の信号特性は、受信した前記複数の光信号のＱ値、雑音指数、自然放射増幅光のレベル、前記自然放射増幅光のレベルから換算された前記雑音指数及び符号誤り率のいずれかであり、
前記複数の光信号うちで信号品質が最も低いものの前記所定の信号特性が第１の値よりも大きい場合、前記第２の励起光のパワーを低下させる、
光増幅器の制御方法。
【請求項8】
複数の光信号を出力する送信器と、前記送信器が出力する前記複数の光信号を増幅する光増幅器と、を備え、
前記光増幅器は、
複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、
前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、
前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、
前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、
前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号と、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているかを示す第２のモニタ信号と、を出力するモニタ部と、
前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、前記第２のモニタ信号に基づいて前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御し、
前記モニタ部は、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタし、前記第１のモニタ信号を出力する波長モニタ部と、
前記第１のモニタ信号を参照し、前記複数の光信号のうちで用いられる波長数が最も少ない光信号を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、用いられる波長数が最も少ない前記光信号の所定の信号特性を第１の値と比較し、比較結果を示す前記第２のモニタ信号を出力する特性モニタ部と、を備える、
光通信システム。
【請求項9】
複数の光信号を出力する送信器と、前記送信器が出力する前記複数の光信号を増幅する光増幅器と、を備え、
前記光増幅器は、
複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、
前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、
前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、
前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、
前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、
前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、第２のモニタ信号に基づいて前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、
前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御し、
前記光増幅器で増幅された前記複数の光信号を受信する受信器が、前記複数の光信号の信号品質が所望の範囲に収まっているか示す前記第２のモニタ信号を出力し、
所定の信号特性は、受信した前記複数の光信号のＱ値、雑音指数、自然放射増幅光のレベル、前記自然放射増幅光のレベルから換算された前記雑音指数及び符号誤り率のいずれかであり、
前記制御部は、前記複数の光信号うちで信号品質が最も低いものの前記所定の信号特性が第１の値よりも大きい場合、前記第２の励起光のパワーを低下させる、
光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
光通信システムでは、長距離伝送による光信号の減衰を補償するため、エルビウムなどの希土類を添加した光ファイバを用いた光増幅器により、光信号を増幅する構成が知られている。こうした光増幅器は、高効率、高利得であり、利得がほぼ偏波無依存であることから、光通信システムの光信号中継用の増幅器として用いられる（特許文献１～４）。
【0003】
光通信システムでは、通信容量を増大させるため、多重化技術の開発が進展している。例えば、１本のクラッド内に複数のコアを配置したマルチコア光ファイバ増幅器が知られている。マルチコア光ファイバ増幅器として、コアのそれぞれに励起光を伝搬させることで信号光を増幅するコア個別励起が行われる構成が知られている（特許文献５）。
【0004】
コア個別励起では、一般に、コアのそれぞれに励起光を結合するために、コアの数と同数の半導体レーザダイオードが設けられる。そのため、コア数に比例して半導体レーザダイオードの消費電力が増大してしまう。これに対して、高出力な単一の半導体レーザダイオードからの励起光をクラッドに結合して、クラッドからコアに入射する励起光を用いて複数のコアを一括して励起するクラッド一括励起を行う構成が知られている（特許文献６及び非特許文献１）。クラッド一括励起を用いることで、コア個別励起に用いられる消費電力を低減し、光増幅器全体の消費電力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平９－１１６５０６号公報
【文献】特開平１１－１１２４３４号公報
【文献】特開２００５－５７４４号公報
【文献】特開平１１－１１２０６９号公報
【文献】特開２０１７－２１０７０号公報
【文献】特開２０１６－１６７４８９号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】”Transmission of 256Gb/s PM-16QAM Signal through Hybrid Cladding and Core Pumping Scheme MC-EDFA Controlled for Reduced Power Consumption”, Paper Th1C.1, OFC, 2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、励起光波長や励起光の伝搬方向（いわゆる前方励起又は後方励起）によっては、クラッド一括励起を過度に用いると、信号光の品質が劣化してしまう。そのため、光増幅器の増幅率を大きくできず、光増幅器間の距離が短くなってしまう。その結果、光通信システムに設けられる光増幅器の数が増大し、光通信システム全体での消費電力が増大してしまう。
【0008】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、コア個別励起とクラッド一括励起を併用して、所望の品質の確保しつつ光信号を増幅し、かつ、消費電力を低減できる光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システムを提供すること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様である光増幅器は、複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力するモニタ部と、前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御する、ものである。
【0010】
本発明の一態様である光増幅器の制御方法は、マルチコア光ファイバ増幅器の複数のコアで増幅される複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数をモニタし、モニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力し、前記第１のモニタ信号に基づいて、前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記複数のコアを包含するクラッドに結合される前記第２の励起光のパワーを制御する、ものである。
【0011】
本発明の一態様である光通信システムは、複数の光信号を出力する送信器と、前記送信器が出力する前記複数の光信号を増幅する光増幅器と、を有し、前記光増幅器は、複数のコアがクラッドに包含されたマルチコア光ファイバ増幅器と、前記複数のコアを励起する複数の第１の励起光を出力する第１の励起光源と、前記クラッドを励起する第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記第１の励起光を前記複数のコアに結合する第１の合波器と、前記第２の励起光を前記クラッドに結合する第２の合波器と、前記第１の励起光源を駆動する第１の励起光源駆動部と、前記第２の励起光源を駆動する第２の励起光源駆動部と、前記マルチコア光ファイバ増幅器の前記複数のコアで増幅される前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数のモニタ結果を示す第１のモニタ信号を出力するモニタ部と、前記第１のモニタ信号に基づいて前記第１の励起光源駆動部を制御することで前記複数の第１の励起光のパワーを制御し、前記第２の励起光源駆動部を制御することで前記第２の励起光のパワーを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数の光信号のそれぞれで用いられる波長数に応じて、前記複数の第１の励起光のパワーのそれぞれを制御し、前記複数の光信号の信号品質が所定の範囲に収まるように、前記第２の励起光のパワーを制御する、ものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、コア個別励起とクラッド一括励起を併用して、所望の品質の確保しつつ光信号を増幅し、かつ、消費電力を低減できる光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施の形態１にかかる光増幅器の構成を模式的に示す図である。
【図2】実施の形態１にかかるモニタ部の構成を模式的に示す図である。
【図3】実施の形態１にかかる制御部の構成を模式的に示す図である。
【図4】クラッド一括励起の割合と雑音指数の関係を示す図である。
【図5】実施の形態１にかかる光増幅器に光アイソレータを設けた例を模式的に示す図である。
【図6】実施の形態２にかかる光増幅器の構成を模式的に示す図である。
【図7】光増幅器が複数従属接続された光通信システムの構成を模式的に示す図である。
【図8】実施の形態３にかかる光増幅器の構成を模式的に示す図である。
【図9】実施の形態４にかかる光増幅器の構成を模式的に示す図である。
【図10】実施の形態５にかかる光増幅器の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【0015】
実施の形態１
実施の形態１にかかる光増幅器１００について説明する。図１に、実施の形態１にかかる光増幅器１００の構成を模式的に示す。光増幅器１００は、マルチコア光ファイバ１、モニタ部２、ＥＤＦ３、制御部４、励起光源駆動部５、励起光源駆動部６、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎ、励起光源ＳＢ、光合波器ＭＡ１～ＭＡｎ及び光合波器ＭＢを有する。
実施の形態１にかかる光増幅器１００について説明する。図１に、実施の形態１にかかる光増幅器１００の構成を模式的に示す。光増幅器１００は、マルチコア光ファイバ１、モニタ部２、ＥＤＦ３、制御部４、励起光源駆動部５、励起光源駆動部６、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎ、励起光源ＳＢ、光合波器ＭＡ１～ＭＡｎ及び光合波器ＭＢを有する。
【0016】
発光素子ＳＡ１～ＳＡｎは、マルチコア光ファイバ１に挿入された光合波器ＭＡ１～ＭＡｎ（第１の光合波器とも称する）にそれぞれ励起光ＬＡ１～ＬＡｎ（ｎは、２以上の整数）を出力する。励起光ＬＡ１～ＬＡｎのそれぞれを、第１の励起光とも称する。光合波器ＭＡ１～ＭＡｎは、励起光ＬＡ１～ＬＡｎを、マルチコア光ファイバ１に設けられたｎ本のコアのそれぞれに結合する。ｎ本のコアに結合された励起光ＬＡ１～ＬＡｎは、モニタ部２を介してＥＤＦ３に伝搬してＥＤＦ３のコアを励起する。発光素子ＳＡ１～ＳＡｎは、コア個別励起に用いる励起光ＬＡ１～ＬＡｎを出力する励起光源ＳＵ１を構成する。励起光源ＳＵ１を、第１の励起光源とも称する。
【0017】
この例では、励起光ＬＡ１～ＬＡｎは、光信号Ｓ１～Ｓｎの伝搬方向と同じ方向からＥＤＦ３に伝搬する。励起光と光信号の伝搬方向が同じである構成を、前方励起と称する。
【0018】
励起光源ＳＢは、マルチコア光ファイバ１に挿入された光合波器ＭＢ（第２の光合波器とも称する）に励起光ＬＢを出力する。励起光源ＳＢを、第２の励起光源とも称する。光合波器ＭＢは、励起光ＬＢを、マルチコア光ファイバ１に設けられたｎ本のコアを包含しているクラッドに結合する。励起光ＬＢを、第２の励起光とも称する。クラッドに結合された励起光ＬＢは、ＥＤＦ３に伝搬してＥＤＦ３のコアを励起する。
【0019】
この例では、励起光ＬＢは、光信号Ｓ１～Ｓｎの伝搬方向とは逆の方向からＥＤＦ３に伝搬する。励起光と光信号の伝搬方向が逆である構成を、後方励起と称する。
【0020】
モニタ部２は、マルチコア光ファイバ１のｎ本コアを伝搬する光をモニタし、モニタ結果を制御部４へ出力する。
【0021】
図２に、実施の形態１にかかるモニタ部２の構成を模式的に示す。モニタ部２は、光分波器２１、光分波器２２、波長モニタ部２３、判定部２４及び雑音モニタ部２５を有する。
【0022】
光分波器２１は、マルチコア光ファイバ１を伝搬する光の一部を分岐し、光分波器２２へ出力する。ここで、分岐される光のパワーは、マルチコア光ファイバ１を伝搬する光のパワーよりも十分に小さい。そのため、マルチコア光ファイバ１を伝搬する光のパワーの減少は実質的な影響を与えることはない。
【0023】
光分波器２２は、光分波器２１から出力される光を、波長モニタ部２３と雑音モニタ部２５とに分岐する。
【0024】
波長モニタ部２３は、光分波器２２が出力した光に含まれる光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれについて、光信号の伝送に用いられている波長の数、すなわち多重化された波長数をモニタし、モニタ結果を示すモニタ信号ＭＯＮ１（第１のモニタ光とも称する）を判定部２４と制御部４とへ出力する。
【0025】
判定部２４は、モニタ信号ＭＯＮ１に基づき、光信号Ｓ１～Ｓｎから、多重化された波長数が最も少ない光信号を判定する。判定部２４は、判定結果を示す判定信号ＤＥＴを雑音モニタ部２５へ出力する。
【0026】
雑音モニタ部２５は、判定信号ＤＥＴに基づき、多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音をモニタする。雑音モニタ部２５は、雑音指数と閾値ＴＨ（第１の値とも称する）とを比較し、比較結果を示すモニタ信号ＭＯＮ２（第２のモニタ光とも称する）を制御部４へ出力する。閾値ＴＨは、例えば、図示しない記憶部に予め格納されていてもよい。
【0027】
制御部４は、モニタ信号ＭＯＮ１に基づいて、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎの制御を指示する制御信号ＣＯＮ１を励起光源駆動部５（第１の励起光源駆動部とも称する）に出力する。励起光源駆動部５は、制御信号ＣＯＮ１に応じて、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎへ駆動信号ＤＡ１～ＤＡｎを出力することで、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎが出力する励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーを制御する。
【0028】
また、制御部４は、モニタ信号ＭＯＮ２に基づいて、励起光源ＳＢの制御を指示する制御信号ＣＯＮ２を励起光源駆動部６（第２の励起光源駆動部とも称する）に出力する。励起光源駆動部６は、制御信号ＣＯＮ２に応じて、励起光源ＳＢへ駆動信号ＤＢを出力することで、励起光源ＳＢが出力する励起光ＬＢのパワーを制御する。
【0029】
図３に、実施の形態１にかかる制御部４の構成を模式的に示す。制御部４は、演算部４１及び記憶部４２を有する。演算部４１は、モニタ信号ＭＯＮ１に基づいて、記憶部４２に格納されたルックアップテーブルＬＵＴを参照し、光信号Ｓ１～Ｓｎの光パワーが多重化された波長数に対応した適切な値となるように、制御信号ＣＯＮ１によって励起光源駆動部５を制御する。
【0030】
演算部４１は、モニタ信号ＭＯＮ２を参照し、雑音指数が閾値ＴＨよりも大きい場合、制御信号ＣＯＮ１によって励起光源駆動部５に指令を与えることで、励起光ＬＡ１～ＬＡｎの光パワーを増大させる。また、演算部４１は、制御信号ＣＯＮ２によって励起光源駆動部６に指令を与えることで、励起光ＬＢの光パワーを減少させる。
【0031】
つまり、本構成では、励起光ＬＢによるクラッド一括励起を行いつつ、励起光ＬＡ１～ＬＡｎによるコア個別励起を、励起光ＬＡ１～ＬＡｎのそれぞれの光パワーを多重化された波長数に対応した適切な値に維持した状態で行うことができる。
【0032】
さらに、モニタ部２は、多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音をモニタしている。そして、雑音が所定のレベルを超えた場合、コアに入力される励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーが増大し、クラッドに入力される励起光ＬＢのパワーが減少するように、励起光源が制御される。その結果、雑音の要因となるクラッド一括励起の割合が減少するので、多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音指数を減少させることができる。
【0033】
雑音指数が減少して所定の値よりも小さくなった場合、制御部４は、励起光ＬＡ１～ＬＡｎ及び励起光ＬＢのパワーが、雑音指数が減少して所定の値よりも小さくなった時点で固定されるように、励起光源を制御してもよい。
【0034】
光信号の雑音指数は、多重化された波長数の逆数に比例して劣化する。そのため、マルチコア光ファイバ光増幅器においてクラッド一括励起を行う場合、多重化された波長数が少ないほど、光信号の雑音指数が劣化することが理解できる。
【0035】
本構成では、光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音指数が所望の範囲に収まるように、コア個別励起に用いる励起光ＬＡ１～ＬＡｎの光パワーとクラッド一括励起に用いる励起光ＬＢの光パワーを調整して、クラッド一括励起の割合を最大化している。その結果、光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで多重化された波長数が最も少ない光信号以外の光信号の雑音指数も所望の範囲に収めることが可能となる。
【0036】
図４に、クラッド一括励起の割合と雑音指数の関係を示す。光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音指数ＮＭＩＮは、クラッド一括励起の割合が増えると共に増加する。しかし、本構成によれば、光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで多重化された波長数が最も少ない光信号の雑音指数ＮＭＩＮは、閾値ＴＨよりも小さな許容範囲に収めることができる。なお、図４では、閾値ＴＨに対応するクラッド一括励起の割合をＲＴＨとして表示している。
【0037】
また、図４には、光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで多重化された波長数が最も少ない光信号以外の光信号の雑音指数ＮＯＴＨＥＲを示した。クラッド一括励起の割合がいかなる値でも、雑音指数ＮＯＴＨＥＲは雑音指数ＮＭＩＮよりも常に小さくなるので、常に許容範囲内に収まることがわかる。
【0038】
以上、本構成によれば、マルチコア光ファイバのそれぞれを伝搬する光信号の信号品質を所望の範囲に収めつつ、クラッド一括励起の割合を最大化して、光増幅器全体の消費電力を低減できる。
【0039】
なお、ＥＤＦ３などの希土類を添加した光ファイバを用いる光増幅器では、光信号の増幅方向には可逆性がある。そのため、光信号の多重反射による光増幅器の発振を防止するため、光信号の入力端と出力端とに光アイソレータを設けてもよい。図５に、実施の形態１にかかる光増幅器１００に光アイソレータを設けた例を模式的に示す。図５では、光信号Ｓ１～Ｓｎの入力端に光アイソレータ１１が設けられ、光信号Ｓ１～Ｓｎの出力端に光アイソレータ１２が設けられている。これにより、光信号Ｓ１～Ｓｎの多重反射による光増幅器１００の発振を防止することができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、光信号の品質を維持するために雑音指数をモニタしたが、これは例示に過ぎない。すなわち、雑音指数以外の他の信号特性をモニタしてもよい。例えば、光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれに含まれる自然放射増幅光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）のレベルを雑音指数に代えて用いてもよい。また、ＡＳＥ光をモニタし、制御部でＡＳＥ光のレベルを雑音指数に換算して用いてもよい。
【0041】
実施の形態２
実施の形態２にかかる光増幅器２００について説明する。図６に、実施の形態２にかかる光増幅器２００の構成を模式的に示す。光増幅器２００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００のモニタ部２をモニタ部７に置換した構成を有する。
実施の形態２にかかる光増幅器２００について説明する。図６に、実施の形態２にかかる光増幅器２００の構成を模式的に示す。光増幅器２００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００のモニタ部２をモニタ部７に置換した構成を有する。
【0042】
モニタ部７は、モニタ部２から光分波器２２、判定部２４及び雑音モニタ部２５を除去した構成を有する。
【0043】
この例では、モニタ信号ＭＯＮ２は、光増幅器１００で増幅された後に出力された光信号Ｓ１～Ｓｎを受信する受信器２０１から受け取る。
【0044】
受信器２０１は、判定部２０１Ａ及びＱ値モニタ部２０１Ｂを有する。
【0045】
判定部２０１Ａは、受信した光信号Ｓ１～Ｓｎのうちで、信号品質が最も低いものを検出する。判定部２０１Ａは、検出結果を示す判定信号ＤＥＴをＱ値モニタ部２０１Ｂへ出力する。
【0046】
Ｑ値モニタ部２０１Ｂは、判定信号ＤＥＴに基づき、信号品質が最も低い光信号のＱ値をモニタする。Ｑ値モニタ部２０１Ｂは、選択した光信号の品質レベルと所定の品質レベルとを比較し、比較結果を示すモニタ信号ＭＯＮ２を制御部４へ出力する。
【0047】
以上、本構成によれば、光増幅器から光信号を受け取った受信器が光信号の品質をモニタし、そのモニタ結果を光増幅器へ通知する。これにより、コア個別励起とクラッド一括励起の割合を調整して、光信号の品質レベルを所望の範囲に収めることが可能となる。
【0048】
なお、本実施の形態では、光信号の品質を維持するためにＱ値をモニタしたが、これは例示に過ぎない。すなわち、Ｑ値以外の信号特性をモニタしてもよい。例えば、雑音指数、符号誤り率、光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれに含まれる自然放射増幅光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）のレベルをＱ値に代えて用いてもよい。また、ＡＳＥ光をモニタし、制御部でＡＳＥ光のレベルを雑音指数に換算して用いてもよい。
【0049】
また、本実施の形態では、光増幅器が複数従属接続されている場合でも、効率的に光増幅器のそれぞれを制御できる。図７に、光増幅器が複数従属接続された光通信システムの構成を模式的に示す。
【0050】
送信器２０２は、複数の光増幅器２００を介して、受信器２０１へ光信号Ｓ１～Ｓｎを出力する。受信器２０１は、上述したように光信号Ｓ１～Ｓｎのモニタ結果を示すモニタ信号ＭＯＮ２を、光増幅器２００のそれぞれへ出力する。光増幅器２００のそれぞれは、モニタ信号ＭＯＮ２に応じて、コア個別励起とクラッド一括励起との比率を調整することができる。
【0051】
受信器２０１が光増幅器２００へモニタ信号ＭＯＮ２を出力する方法は、種々の方法を適用することができる。受信器２０１は、専用通信回線を用いて、受信器２０１が光増幅器２００へモニタ信号ＭＯＮ２を出力してもよい。専用通信回線は、有線通信回線でもよいし、無線通信回線でもよい。また、モニタ信号ＭＯＮ２は、電気信号であってもよいし、光信号であってもよい。
【0052】
モニタ信号ＭＯＮ２が光信号である場合、モニタ信号ＭＯＮ２はデータ伝送用のメイン光信号の伝送に用いる光ファイバを介して光増幅器２００に伝送されてもよい。光増幅器２００は、受け取ったモニタ信号ＭＯＮ２をフォトダイオードなどの図示しない素子を用いて光信号から電気信号に変換して用いてもよい。
【0053】
また、受信器２０１は、専用通信回線ではない通信ネットワークを介して、光増幅器２００へモニタ信号ＭＯＮ２を出力してもよい。通信ネットワークとしては、光増幅器２００が組み込まれた光通信システムの制御に用いられるネットワークや、他の汎用のネットワークなどを用いることができる。
【0054】
実施の形態３
実施の形態３にかかる光増幅器３００について説明する。図８に、実施の形態３にかかる光増幅器３００の構成を模式的に示す。光増幅器３００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の発光素子ＳＡ１～ＳＡｎを発光素子ＳＡに置換し、可変光分波器３０を追加した構成を有する。
実施の形態３にかかる光増幅器３００について説明する。図８に、実施の形態３にかかる光増幅器３００の構成を模式的に示す。光増幅器３００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の発光素子ＳＡ１～ＳＡｎを発光素子ＳＡに置換し、可変光分波器３０を追加した構成を有する。
【0055】
励起光源駆動部５は、制御信号ＣＯＮ１に応じて、発光素子ＳＡから出力される光ＬＡのパワーを制御する。可変光分波器３０は、発光素子ＳＡから出力される光ＬＡをｎ本の励起光ＬＡ１～ＬＡｎに分岐し、光合波器ＭＡ１～ＭＡｎのそれぞれに分配する。発光素子ＳＡと可変光分波器３０とは、コア個別励起に用いる励起光ＬＡ１～ＬＡｎを出力する励起光源ＳＵ２を構成する。励起光源ＳＵ２を、第１の励起光源とも称する。
【0056】
制御部４は、可変光分波器３０に制御信号ＣＯＮ３を出力して、励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーを制御する。
【0057】
光増幅器３００のその他の構成及び動作は、実施の形態１にかかる光増幅器１００と同様であるので、説明を省略する。
【0058】
本構成によれば、実施の形態１と同様に、コア個別励起とクラッド一括励起の割合を調整して、光信号の品質レベルを所望の範囲に収めることが可能となる。
【0059】
また、本構成によれば、コア個別励起に用いる励起光源の数を削減できるので、光増幅器の低コスト化を実現できる。更に、励起光源を冷却するために設けられるペルチェ冷却器などの冷却部の消費電力を低減することが可能である。その結果、光増幅器の消費電力を低減することができる。
【0060】
実施の形態４
実施の形態４にかかる光増幅器４００について説明する。図９に、実施の形態４にかかる光増幅器４００の構成を模式的に示す。光増幅器４００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の制御部４を制御部８に置換した構成を有する。
実施の形態４にかかる光増幅器４００について説明する。図９に、実施の形態４にかかる光増幅器４００の構成を模式的に示す。光増幅器４００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の制御部４を制御部８に置換した構成を有する。
【0061】
制御部８は、制御部４と同様に、モニタ信号ＭＯＮ１を受け取り、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎの制御を指示する制御信号ＣＯＮ１を励起光源駆動部５に出力する。励起光源駆動部５は、制御信号ＣＯＮ１に応じて、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎへ駆動信号ＤＡ１～ＤＡｎを出力することで、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎが出力する励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーを制御する。
【0062】
更に、制御部８は、モニタ信号ＭＯＮ１に基づいて、光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれの多重された波長数を閾値ＴＨ２と比較する。光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれの多重波長数が閾値ＴＨ２よりも大きな場合、制御部８は、制御信号ＣＯＮ２によって、励起光源駆動部６へ励起光源ＳＢの光出力の停止を指令する。これにより、励起光源駆動部６は、励起光源ＳＢの光出力を停止する。
【0063】
本実施の形態では、コア個別励起とクラッド一括励起とを併用するよりもコア個別励起のみを用いた方が光増幅器の消費電力を低減できる波長数が、閾値ＴＨ２として設定される。すなわち、光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれの多重波長数が閾値ＴＨ２よりも大きな場合、励起光源ＳＢを停止してコア個別励起のみが行われる。これにより、光増幅器全体の消費電力を低減することができる。
【0064】
光信号Ｓ１～Ｓｎのそれぞれの多重波長数が閾値ＴＨ２よりも小さい場合、コア個別励起とクラッド一括励起とを併用して、消費電量を最小化しつつ光信号を増幅することができる。
【0065】
実施の形態５
実施の形態５にかかる光増幅器５００について説明する。図１０に、実施の形態５にかかる光増幅器５００の構成を模式的に示す。光増幅器５００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の制御部４を制御部９に置換した構成を有する。
実施の形態５にかかる光増幅器５００について説明する。図１０に、実施の形態５にかかる光増幅器５００の構成を模式的に示す。光増幅器５００は、実施の形態１にかかる光増幅器１００の制御部４を制御部９に置換した構成を有する。
【0066】
制御部９は、制御部４と同様に、モニタ信号ＭＯＮ１を受け取り、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎの制御を指示する制御信号ＣＯＮ１を励起光源駆動部５に出力する。励起光源駆動部５は、制御信号ＣＯＮ１に応じて、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎへ駆動信号ＤＡ１～ＤＡｎを出力することで、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎが出力する励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーを制御する。
【0067】
更に、制御部９は、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎから励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーを示す通知信号ＰＡ１～ＰＡｎを受けとり、励起光源ＳＢから励起光ＬＢのパワーを示す通知信号ＰＢを受けとる。
【0068】
制御部９は、通知信号ＰＡ１～ＰＡｎに基づいて、励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーと閾値ＴＨ３とを比較する。励起光ＬＡ１～ＬＡｎのパワーが閾値ＴＨ３よりも大きな場合、制御部９は、制御信号ＣＯＮ１によって、励起光源駆動部５へ発光素子ＳＡ１～ＳＡｎの光出力の停止を指令する。これにより、励起光源駆動部５は、発光素子ＳＡ１～ＳＡｎの光出力を停止する。
【0069】
制御部９は、通知信号ＰＢに基づいて、励起光ＬＢのパワーと閾値ＴＨ４とを比較する。励起光ＬＢのパワーが閾値ＴＨ４よりも大きな場合、制御部９は、制御信号ＣＯＮ２によって、励起光源駆動部６へ励起光源ＳＢの光出力の停止を指令する。これにより、励起光源駆動部６は、励起光源ＳＢの光出力を停止する。
【0070】
以上、本構成によれば、励起光のパワーが過大となる前に励起光源を停止し、消費電力の上昇を抑制することができる。
【0071】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、コア個別励起を前方励起によって行い、クラッド一括励起を後方励起によって行ったが、これは例示にすぎず、ＥＤＦ３の励起はこの構成に限られない。コア個別励起を後方励起によって行い、クラッド一括励起を前方励起によって行ってもよい。コア個別励起及びクラッド一括励起の両方を、前方励起によって行ってもよく、後方励起によって行ってもよい。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、コア個別励起を前方励起によって行い、クラッド一括励起を後方励起によって行ったが、これは例示にすぎず、ＥＤＦ３の励起はこの構成に限られない。コア個別励起を後方励起によって行い、クラッド一括励起を前方励起によって行ってもよい。コア個別励起及びクラッド一括励起の両方を、前方励起によって行ってもよく、後方励起によって行ってもよい。
【0072】
また、ＥＤＦ３は、エルビウム添加ファイバ光増幅器以外の、他の希土類元素が添加された他の光ファイバ増幅器に置き換えることが可能である。また、上述の実施の形態にかかる光増幅器では、ファイバ光増幅器の数が１つに限られず、２つ以上のファイバ光増幅器が設けられてもよい。
【0073】
上述の実施の形態１～３にかかる光増幅器では、複数のコアを伝搬する光信号が比較的少ない数の波長を用いている場合に有効である。この場合、クラッド一括励起の割合が比較的高くなるため、クラッド一括励起に用いる励起光の出力を調整することで消費電力を効果的に低減できる。これに対し、実施の形態４及び５にかかる光増幅器は、複数のコアを伝搬する光信号が比較的多くの数の波長を用いている場合に有効である。この場合、コア個別励起に用いられる励起光のパワーが比較的大きくなるため、コア個別励起用の光源を制御することで、消費電力を効果的に低減できる。
【0074】
実施の形態３～５にかかる光増幅器においても、実施の形態２と同様に、モニタ部２をモニタ部７に置換し、受信器２０１からモニタ信号ＭＯＮ２を受け取る構成としてもよいことは、言うまでもない。
【0075】
実施の形態２、４及び５かかる光増幅器においても、実施の形態２と同様に、励起光源ＳＵ１に代えて励起光源ＳＵ２を用いてもよいことは、いうまでもない。
【0076】
実施の形態４及び５にかかる励起光源の制御は、適宜組み合わせて用いてもよい。
【0077】
上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、制御部の動作を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算部にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【0078】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【0079】
１ マルチコア光ファイバ
２、７ モニタ部
３ ＥＤＦ
４ 制御部
５、６ 励起光源駆動部
８、９ 制御部
１１、１２ 光アイソレータ
２１、２２ 光分波器
２３ 波長モニタ部
２４ 判定部
２５ 雑音モニタ部
３０ 可変光分波器
４１ 演算部
４２ 記憶部
１００、２００、３００、４００、５００ 光増幅器
２０１ 受信器
２０１Ａ 判定部
２０１Ｂ Ｑ値モニタ部
２０２ 送信器
ＳＡ、ＳＡ１～ＳＡｎ 発光素子
ＳＢ、ＳＵ１、ＳＵ２ 励起光源
ＭＡ１～ＭＡｎ、ＭＢ 光合波器
ＣＯＮ１～ＣＯＮ３ 制御信号
２、７ モニタ部
３ ＥＤＦ
４ 制御部
５、６ 励起光源駆動部
８、９ 制御部
１１、１２ 光アイソレータ
２１、２２ 光分波器
２３ 波長モニタ部
２４ 判定部
２５ 雑音モニタ部
３０ 可変光分波器
４１ 演算部
４２ 記憶部
１００、２００、３００、４００、５００ 光増幅器
２０１ 受信器
２０１Ａ 判定部
２０１Ｂ Ｑ値モニタ部
２０２ 送信器
ＳＡ、ＳＡ１～ＳＡｎ 発光素子
ＳＢ、ＳＵ１、ＳＵ２ 励起光源
ＭＡ１～ＭＡｎ、ＭＢ 光合波器
ＣＯＮ１～ＣＯＮ３ 制御信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】