(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源により励起される利得媒質である光ファイバから放出される増幅自然散乱光を光スペクトルアナライザで受光し、該増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと前記光ファイバの損失係数スペクトルとを用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出するもので、以下の連立方程式
【数１】
0003623742.tif 000007
（第１式左辺の復号±は、±ｚ方向に伝搬する増幅自然散乱光に対して用いる）
なお、λａｓｅは増幅自然散乱光波長、λＰは励起光波長、Ｐａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光パワー、Ｐｐは励起光パワー、ｇ（λａｓｅ）はラマン利得係数、αａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光波長における損失係数、αｐは励起光波長における損失係数、Δνは増幅自然散乱光の周波数、ｚはファイバ軸方向距離（励起光の伝搬方向を＋ｚ）、ｈはプランク定数、νａｓｅは増幅自然散乱光周波数、Ｎｐｈはストークスシフト周波数におけるフォノンのモード占有数、
を用いて算出することを特徴とするラマン増幅器の評価方法。
【請求項２】
前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと、前記光ファイバの任意固定波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項３】
前記増幅自然散乱光を受光する受光器を備え、前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記受光器で受光した増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項４】
前記増幅自然散乱光を受光する受光器と、該受光器の前段に設けられた帯域透過フィルタとを備え、前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出する増幅自然散乱光を前記受光器で受光し、受光された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項５】
前記帯域透過フィルタが狭帯域透過フィルタであって、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得係数スペクトル並びに損失スペクトルの算出を、前記狭帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの前記狭帯域透過フィルタの透過波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とする請求項４に記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項６】
前記励起光源からの励起光と前記増幅自然散乱光とを合波することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項７】
前記光ファイバの種類が、光ファイバのガラス組成情報を含むことを特徴とする請求項３乃至６いずれかに記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項８】
前記光ファイバの種類がシリカファイバであって、該ファイバのコアのゲルマニウム添加濃度情報を含むことを特徴とする請求項３乃至６いずれかに記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項９】
前記光ファイバの種類が、１．３ミクロンゼロ分散ファイバ、１．５ミクロンゼロ分散シフトファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバ、逆分散ファイバ、またはそれらの組み合わせのいずれかであることを特徴とする請求項３乃至６いずれかに記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項１０】
前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルの算出を、請求項１に記載の連立方程式を用いて行なうことを特徴とする請求項５乃至９いずれかに記載のラマン増幅器の評価方法。
【請求項１１】
利得媒質である光ファイバと、該光ファイバを励起する励起光源と、該励起光源により励起された光ファイバから放出される増幅自然散乱光を受光する光スペクトルアナライザと、該光スペクトルアナライザで受光された増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと前記光ファイバの損失係数スペクトルとを用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出する演算回路とを備え、
前記演算回路が、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルを算出するものであって、以下の連立方程式
【数２】
0003623742.tif 000008
（第１式左辺の復号±は、±ｚ方向に伝搬する増幅自然散乱光に対して用いる）
なお、λａｓｅは増幅自然散乱光波長、λＰは励起光波長、Ｐａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光パワー、Ｐｐは励起光パワー、ｇ（λａｓｅ）はラマン利得係数、αａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光波長における損失係数、αｐは励起光波長における損失係数、Δνは増幅自然散乱光の周波数、ｚはファイバ軸方向距離（励起光の伝搬方向を＋ｚ）、ｈはプランク定数、νａｓｅは増幅自然散乱光周波数、Ｎｐｈはストークスシフト周波数におけるフォノンのモード占有数、
を用いて演算することを特徴とするラマン増幅器の評価装置。
【請求項１２】
前記演算回路が、前記増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと、前記光ファイバの任意固定波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とする請求項１１に記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１３】
前記増幅自然散乱光を受光する受光器を備え、前記演算回路が、該受光器で受光した増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とする請求項１１に記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１４】
前記増幅自然散乱光を受光する受光器と、該受光器の前段に設けられた帯域透過フィルタとを備え、前記演算回路が、前記帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出する増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とする請求項１１に記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１５】
前記帯域透過フィルタが狭帯域透過フィルタであって、前記演算回路が、前記狭帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの前記狭帯域透過フィルタの透過波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、前記光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得係数スペクトル並びに損失スペクトルを算出することを特徴とする請求項１４に記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１６】
前記励起光源からの励起光と前記増幅自然散乱光とを合波する合波器を備えたことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１７】
前記光ファイバの種類が、光ファイバのガラス組成情報を含むものであることを特徴とする請求項１３乃至１６いずれかに記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１８】
前記光ファイバの種類がシリカファイバであって、該ファイバのコアのゲルマニウム添加濃度情報を含むことを特徴とする請求項１３乃至１６いずれかに記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項１９】
前記光ファイバの種類が、１．３ミクロンゼロ分散ファイバ、１．５ミクロンゼロ分散シフトファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバ、逆分散ファイバ、またはそれらの組み合わせのいずれかであることを特徴とする請求項１３乃至１６いずれかに記載のラマン増幅器の評価装置。
【請求項２０】
前記演算回路が、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルを算出するものであって、請求項１１に記載の連立方程式を用いて演算することを特徴とする請求項１５乃至１９いずれかに記載のラマン増幅器の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン増幅器の評価方法及び評価装置に関し、より詳細には、光ファイバを用いて通信を行う光ファイバ通信システムに係るラマン増幅器の評価方法及び評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１（ａ），（ｂ）は、光ファイバ通信システムで用いられる従来のラマン増幅器の評価系の第１構成を示す図で、図１（ａ）は分布増幅型ラマン増幅器の場合を示す図で、図１（ｂ）は集中増幅型ラマン増幅器の場合を示す図である（Ｙ．Ｅｍｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “１００ｎｍ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｆｌａｔ  ｇａｉｎ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｐｕｍｐｅｄ  ａｎｄ  ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ  ｂｙ  １２−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＷＤＭ  ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ  ”，  Ｔｅｃｈ．  Ｄｉｇ．  ｏｆ  ＯＦＣ，  ＰＤ１９，１９９９  参照）。
【０００３】
分布増幅型ラマン増幅器の場合には、市中や海底に敷設した伝送ファイバをラマン増幅器の利得媒質として用いている。その伝送ファイバは通常数１０ｋｍであり、中継局間を結んでいる。一方、集中増幅型ラマン増幅器の利得媒質は、通常コイル状に巻取られたラマンファイバとよばれる光ファイバであり、その長さは数１００ｍから数ｋｍである。
【０００４】
特に、伝送ファイバを用いた分布型ラマン増幅器の場合には、励起光源の部品構成およびシステム構成決めるためには、敷設状態での伝送ファイバの増幅特性を知る必要がある。その敷設状態では、ある間隔ごとに融着接合点が存在し、その多数の融着接合点の損失が無視できず、その損失はラマン増幅特性に影響を与える。したがって、伝送ファイバの敷設前に伝送ファイバの増幅特性を正確に知ることはできない。また、伝送ファイバは、１つの中継区間において通常多芯であり、その一部の伝送ファイバに分布ラマン増幅を適用する場合には、その多芯ファイバの中から増幅特性の良い伝送ファイバを選択できれば、励起光源の出力を低く設定できるなどのメリットがある。
【０００５】
その利得媒質ファイバである、伝送ファイバ３およびラマンファイバ９を光励起する励起光源６、および励起光源６からの励起光を信号光と合波する合波器５が、中継局４内に設置されている。ただし、ラマン増幅器評価用の励起光源としては、ラマン増幅器内に設置された励起光源（内部励起光源）と、新たに評価用に用意した励起光源（外部励起光源）がある。また、利得媒質ファイバの利得スペクトルを測定するための波長可変光源２および光スペアナ（光スペクトラムアナライザ）７が中継局４内に設置されている。
【０００６】
すなわち、集中増幅型のラマン増幅器は、中継局４内に設置されているが、分布増幅型のラマン増幅器は、中継局１，４および伝送光ファイバ３にまたがって設置されている。ただし、ラマン増幅器の利得スペクトル測定は、情報信号の伝送（通信）が行われていない、いわゆるオフラインの状態で行われる。
【０００７】
図２は、従来のラマン増幅器評価系の第２構成を示す図で（前記参考文献参照）、これは多波長励起光源を用いた構成図である。ラマン増幅器の利得スペクトルは広帯域であるが、広帯域に渡って平坦ではないため、利得スペクトルの広帯域性が要求される応用においては、励起光に波長多重を適用して利得スペクトルの広帯域化を図っている。そこで評価系においても、その励起光波長においてラマン利得を測定する必要があり、多波長励起光源を用いている。
【０００８】
図２においては、簡単のため励起光波長が４波長の場合を示している。各レーザはそれぞれ波長λ１，λ２，λ３，λ４を有し、それらの励起光は合波器１１で合波される。上述したレーザは高出力のものであり、半導体レーザや固体レーザである。
【０００９】
図３は、従来の利得スペクトルの算出方法およびアルゴリズムを説明するための図で、従来のラマン増幅器評価系の第３構成を示す図である。上述した利得媒質ファイバを被測定ファイバ１２で示してある。励起光源６からの励起光は合波器５で信号光と合波され、結合器１３を通して被測定ファイバ１２に入射する。波長可変光源２からの信号光は、被測定ファイバ１２と結合器１３と合波器５とを経て光スペアナ７に入射する。
【００１０】
ここで結合器１３から光スペアナ７までの信号光損失をＬｃ，ｓ、結合器１３の励起光損失をＬｃ，ｐとする。被測定ファイバ１２への入力信号光パワーをＰｓｉｎ、光スペアナ７で受光した信号光パワーをＰｓｏｕｔ，ｍとする。被測定ファイバ１２からの出力信号光パワーをＰｓｏｕｔとしたとき、ｄＢ単位において、
【００１１】
【数３】
Ｐｓｏｕｔ＝Ｐｓｏｕｔ，ｍ−Ｌｃ，ｓ                                    （１）
【００１２】
の関係がある。また、利得Ｇは
【００１３】
【数４】
Ｇ＝Ｐｓｏｕｔ−Ｐｓｉｎ                                                            （２）
【００１４】
で与えられる。
【００１５】
一方、結合器１３への入力励起光パワーをＰｐｏｕｔ、結合器１３からの出力励起光パワーをＰｐｉｎとすると、
【００１６】
【数５】
Ｐｐｉｎ＝Ｐｐｏｕｔ−Ｌｃ，ｐ                            （３）
【００１７】
の関係がある。利得Ｇからファイバ損失（Ｌｆを除外した利得を内部利得（Ｇｉｎｔｎｌと呼ぶことにする。ファイバ損失Ｌｆはファイバの損失係数αとファイバ長Ｌを用いて、Ｌｆ＝α＊Ｌと表される。ただし、Ｌｆ，α，Ｌの単位はｄＢ、ｄＢ／ｋｍ、ｋｍである。このとき、ｄＢ単位の内部利得Ｇｉｎｔｎｌは、
【００１８】
【数６】
Ｇｉｎｔｎｌ＝Ｇ＋Ｌｆ                              （４）
【００１９】
で与えられる。励起光波長におけるファイバの有効長をｋｍ単位でＬｅｆｆとすると、
【００２０】
【数７】
0003623742.tif 000002
【００２１】
となる。ただし、αｐは１／ｋｍ単位の損失係数である。ｄＢ／ｋｍ／Ｗ単位の利得係数ｇは、
【００２２】
【数８】
ｇ＝Ｇｉｎｔｎｌ／（Ｐｐｉｎ＊Ｌｅｆｆ）              （６）
【００２３】
で与えられる。
【００２４】
上述した利得係数ｇを与える励起光パワーを励起光源からの出力励起光パワー（合波器への入力パワー）で定義してもよく、本質的な違いはない。また、上述した利得係数は、利得媒質ファイバの単位長さあたり、単位励起光パワー当たりの利得であるが、利得媒質ファイバの単位長さあたり、単位励起光強度（パワー密度）当たりの利得を利得係数と呼ぶ場合もある。利得および利得係数は図３に示した演算回路１４により算出される。
【００２５】
ラマン増幅器の波長多重システムへの適用を考慮したとき、信号光波長をλとして利得係数のスペクトルｇ（λ）を求める必要があるが、それは各波長毎に利得係数ｇを求めればよい。
【００２６】
上述した内部利得Ｇｉｎｔｎｌは小信号利得であるが、大信号利得や多波長励起時の利得は、信号光および励起光に関する伝搬方程式を連立させて数値的に解くことができる（Ｈ．Ｋｉｄｏｒｆ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｐｕｍｐ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ａ  １００ｎｍ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．  １１，  Ｎｏ．  ５，  ｐｐ．  ５３０−５３２，  １９９９  参照）。したがって、利得係数スペクトルが得られれば、任意のラマン増幅器動作条件における利得を算出することができ、その結果をシステム設計等に活用できる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、まず図１（ｂ）に示した集中増幅型ラマン増幅器の場合には、通常ラマン増幅器の利得帯域が非常に広帯域であるため広帯域な波長可変光源と、光スペアナを用いる必要があり、測定系が高価・大がかりとなり、測定に時間と手間がかかるため評価コストが高いという欠点があった。また、図１（ａ）に示した分布増幅型ラマン増幅器の場合には、上述した欠点に加えて、異なる２つの中継局に波長可変光源と光スペアナを設置して動作させる必要があるため、測定系の設置・動作に時間と手間がかかるため評価コストがさらに高くなるという欠点があった。
【００２８】
さらに、図２に示した多波長励起光源を用いた構成では、半導体レーザなどの多数の高出力レーザが必要であり、励起光源が高価であるという欠点があった。また、利得媒質ファイバに高出力の励起光を入射させる必要があり、利得媒質ファイバと励起光源の間の結合器が融着接続ではなくコネクタである場合には、そのコネクタが高出力の励起光により損傷する頻度が無視できない。
【００２９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、測定に時間と手間がかからないように、小さな励起光パワーで測定可能とし、コネクタなどの結合器に損傷を与えないようにしたラマン増幅器の評価方法及び評価装置を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光源により励起される利得媒質である光ファイバから放出される増幅自然散乱光を光スペクトルアナライザで受光し、該増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと前記光ファイバの損失係数スペクトルとを用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出するもので、以下の連立方程式
【数３】
0003623742.tif 000003
（第１式左辺の復号±は、±ｚ方向に伝搬する増幅自然散乱光に対して用いる）
なお、λａｓｅは増幅自然散乱光波長、λＰは励起光波長、Ｐａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光パワー、Ｐｐは励起光パワー、ｇ（λａｓｅ）はラマン利得係数、αａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光波長における損失係数、αｐは励起光波長における損失係数、Δνは増幅自然散乱光の周波数、ｚはファイバ軸方向距離（励起光の伝搬方向を＋ｚ）、ｈはプランク定数、νａｓｅは増幅自然散乱光周波数、Ｎｐｈはストークスシフト周波数におけるフォノンのモード占有数、を用いて算出することを特徴とするものである。なお、請求項１に記載の発明は、図４、５、６、７、１２に示した実施例に対応するものである。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと、前記光ファイバの任意固定波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とするものである。なお、請求項２に記載の発明は、図４、５、６、７、１２に示した実施例に対応するものである。
【００３２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記増幅自然散乱光を受光する受光器を備え、前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記受光器で受光した増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とするものである。なお、請求項３に記載の発明は、図６、１０、１１に示した実施例に対応するものである。
【００３３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記増幅自然散乱光を受光する受光器と、該受光器の前段に設けられた帯域透過フィルタとを備え、前記ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルの算出を、前記帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出する増幅自然散乱光を前記受光器で受光し、受光された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とするものである。なお、請求項４に記載の発明は、図６、１０、１１に示した実施例に対応するものである。
【００３４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記帯域透過フィルタが狭帯域透過フィルタであって、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得係数スペクトル並びに損失スペクトルの算出を、前記狭帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの前記狭帯域透過フィルタの透過波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて行なうことを特徴とするものである。なお、請求項５に記載の発明は、図６、１０、１１に示した実施例に対応するものである。
【００３５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記励起光源からの励起光と前記増幅自然散乱光とを合波することを特徴とするものである。
【００３６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３乃至６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類が、光ファイバのガラス組成情報を含むことを特徴とするものである。
【００３７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３乃至６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類がシリカファイバであって、該ファイバのコアのゲルマニウム添加濃度情報を含むことを特徴とするものである。
【００３８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項３乃至６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類が、１．３ミクロンゼロ分散ファイバ、１．５ミクロンゼロ分散シフトファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバ、逆分散ファイバ、またはそれらの組み合わせのいずれかであることを特徴とするものである。
【００３９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項５乃至９いずれかに記載の発明において、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルの算出を、請求項１に記載の連立方程式を用いて行なうことを特徴とするものである。
【００４３】
また、請求項１１に記載の発明は、利得媒質である光ファイバと、該光ファイバを励起する励起光源と、該励起光源により励起された光ファイバから放出される増幅自然散乱光を受光する光スペクトルアナライザと、該光スペクトルアナライザで受光された増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと前記光ファイバの損失係数スペクトルとを用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出する演算回路とを備え、
前記演算回路が、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルを算出するものであって、以下の連立方程式
【数４】
0003623742.tif 000004
（第１式左辺の復号±は、±ｚ方向に伝搬する増幅自然散乱光に対して用いる）
なお、λａｓｅは増幅自然散乱光波長、λＰは励起光波長、Ｐａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光パワー、Ｐｐは励起光パワー、ｇ（λａｓｅ）はラマン利得係数、αａｓｅ（λａｓｅ）は増幅自然散乱光波長における損失係数、αｐは励起光波長における損失係数、Δνは増幅自然散乱光の周波数、ｚはファイバ軸方向距離（励起光の伝搬方向を＋ｚ）、ｈはプランク定数、νａｓｅは増幅自然散乱光周波数、Ｎｐｈはストークスシフト周波数におけるフォノンのモード占有数、を用いて演算することを特徴とするものである。
【００４４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記演算回路が、前記増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと、前記光ファイバの任意固定波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とするものである。
【００４５】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記増幅自然散乱光を受光する受光器を備え、前記演算回路が、該受光器で受光した増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とするものである。
【００４６】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記増幅自然散乱光を受光する受光器と、該受光器の前段に設けられた帯域透過フィルタとを備え、前記演算回路が、前記帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出する増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの損失係数スペクトルと、前記光ファイバの種類と、該光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出することを特徴とするものである。
【００４７】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記帯域透過フィルタが狭帯域透過フィルタであって、前記演算回路が、前記狭帯域透過フィルタを透過した、前記励起された光ファイバから放出された増幅自然散乱光の受光パワーと、前記光ファイバの前記狭帯域透過フィルタの透過波長における損失係数と、前記光ファイバの種類と、前記光ファイバの種類に応じたラマン利得係数スペクトルの相対値を用いて、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得係数スペクトル並びに損失スペクトルを算出することを特徴とするものである。
【００４８】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記励起光源からの励起光と前記増幅自然散乱光とを合波する合波器を備えたことを特徴とするものである。
【００４９】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１３乃至１６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類が、光ファイバのガラス組成情報を含むものであることを特徴とするものである。
【００５０】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１３乃至１６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類がシリカファイバであって、該ファイバのコアのゲルマニウム添加濃度情報を含むことを特徴とするものである。
【００５１】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１３乃至１６いずれかに記載の発明において、前記光ファイバの種類が、１．３ミクロンゼロ分散ファイバ、１．５ミクロンゼロ分散シフトファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバ、逆分散ファイバ、またはそれらの組み合わせのいずれかであることを特徴とするものである。
【００５２】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１５乃至１９いずれかに記載の発明において、前記演算回路が、前記光ファイバのラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトル並びに損失スペクトルを算出するものであって、請求項１１に記載の連立方程式を用いて演算することを特徴とするものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［第１実施例］
図４（ａ），（ｂ）は、本発明のラマン増幅器評価系の第１実施例を示す構成図で、この構成は分布増幅型ラマン増幅器の場合を示している。図４（ａ）が後方増幅自然散乱光を用いる場合で、図４（ｂ）が前方増幅自然散乱光を用いる場合である。利得媒質である伝送ファイバ２２は、励起光源２４からの励起光で励起され、増幅自然散乱光を励起光の伝搬方向に対して前方および後方に増幅自然散乱光を放出する。図４（ａ）の後方増幅自然散乱光を用いる場合には、光スペアナ２６を合波器２５の後方（伝送ファイバの反対側）に設置し、合波器２５を通過した増幅自然散乱光を受光する。
【００５７】
一方、図４（ｂ）の前方増幅自然散乱光を用いる場合には、光スペアナ２６を伝送ファイバ２２の前方の中継局２１内に設置して増幅自然散乱光を受光する。したがって、特に後方増幅自然散乱光を受光する場合には、評価系の要素部品を同一の中継局内に設置できるので、評価の手間・時間が少なくて済み、評価コストが低減できるという利点がある。
【００５８】
図４では、想定する信号光の伝搬方向に対して逆方向に励起光を伝搬させるいわゆる後方励起配置の場合を示しているが、励起光の伝搬方向が信号光の伝搬方向と同じいわゆる後方励起の配置場合にも明らかに同じことが成り立つ。すなわち、図の右側から信号光が伝搬するものとみなせば上述した場合と同様のことが成り立つ。なお、受光した増幅自然散乱光パワーと伝送ファイバへの入力励起光パワーから利得係数スペクトルを算出する方法・アルゴリズムについては後述する。
【００５９】
［第２実施例］
図５（ａ），（ｂ）は、本発明のラマン増幅器評価系の第２実施例を示す構成図で、この構成は集中増幅型ラマン増幅器の場合を示している。図５（ａ）が後方増幅自然散乱光を用いる場合で、図５（ｂ）が前方増幅自然散乱光を用いる場合である。利得媒質であるラマンファイバ２８は、励起光源２４からの励起光で励起され、増幅自然散乱光を励起光の伝搬方向に対して前方および後方に増幅自然散乱光を放出する。図５（ａ）の後方増幅自然散乱光を用いる場合には、光スアナ２６を合波器２５の後方（ラマンファイバの反対側）に設置して合波器２５を通過した増幅自然散乱光を受光する。
【００６０】
一方、図５（ｂ）の前方増幅自然散乱光を用いる場合には、光スペアナ２６をラマンファイバ２８の前方に設置して増幅自然散乱光を受光する。なお、受光した増幅自然散乱光パワーと伝送ファイバへの入力励起光パワーから利得係数スペクトルを算出する方法・アルゴリズムについては後述する。
【００６１】
［第３実施例］
図６（ａ），（ｂ）は、本発明のラマン増幅器評価系の第３実施例を示す構成図で、利得スペクトルを算出する方法・アルゴリズムを説明するための図である。図６（ａ）が光スペアナを用いた場合で、図６（ｂ）が固定帯域透過フィルタを用いた場合である。図３の従来技術の構成とは以下の点が主に異なる。また、簡単のため後方増幅自然散乱光を用いる場合のみを示しているが、後述のように前方増幅自然散乱光を用いる場合にも同様のことが成り立つ。
【００６２】
利得媒質である被測定光ファイバ２９（伝送ファイバおよびラマンファイバ）は励起光源２４からの励起光で励起され、増幅自然散乱光を励起光の伝搬方向に対して前方および後方に放出する。本実施例では後方増幅自然散乱光を受光する。図６（ａ）の光スペアナを用いた場合には、後方増幅自然散乱光は被測定光ファイバ２９を出射後、合波器２５を通過して光スペアナ２６に入射する。結合器３０および合波器２５の増幅自然散乱光に対する損失をＬｃ，ａｓｅとする。
【００６３】
一方、図６（ｂ）の固定帯域透過フィルタ３２を用いた場合には、後方増幅自然散乱光は被測定光ファイバ２９を出射後、合波器２５と固定帯域透過フィルタ３３を通過して受光器３２に入射する。結合器３０と合波器２５および固定帯域透過フィルタ３３の増幅自然散乱光に対する損失をＬｃ，ａｓｅとする。
【００６４】
被測定光ファイバ２９から出射した増幅自然散乱光パワーをＰａｓｅ，ｏｕｔ、光スペアナ２６および受光器３２に入射した増幅自然散乱光パワーをＰａｓｅ，ｉｎとする。ただし、それらＰａｓｅ，ｏｕｔおよびＰａｓｅ，ｉｎは、光スペアナ２６および受光器３２を用いた場合に対して、それぞれ光スペアナ２６の分解能帯域および固定帯域透過フィルタ３３の通過帯域当たりのパワーであるとする。その光スペアナ２６の分解能帯域および固定帯域透過フィルタ３３の通過帯域をともに周波数幅Δｖで表す。この評価系と別の測定系で測定した励起光波長λｐおよび増幅自然散乱光波長λａｓｅにおける損失係数をそれぞれａｐおよびａａｓｅ（λａｓｅ）とする。その損失係数は、ＯＴＤＲ装置や白色光源を用いて測定できる。波長λａｓｅにおける利得係数をｇ（λａｓｅ）、被測定光ファイバ中での増幅自然散乱光パワーをＰａｓｅ（λａｓｅ）、励起光パワーをＰｐとする。
【００６５】
増幅自然散乱光パワーＰａｓｅ（λａｓｅ）および励起光パワーＰｐに対する伝搬方程式は、被測定光ファイバ中でのファイバ軸方向距離をｚとして、
【００６６】
【数１１】
0003623742.tif 000005
【００６７】
と表される。ただし、ｈはプランク定数、νａｓｅは増幅自然散乱光周波数、Ｎｐｈはストークスシフト周波数におけるフオノンのモード占有数である。Ｎｐｈは
【００６８】
【数１２】
0003623742.tif 000006
【００６９】
と表される。ただし、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、νｐは励起光周波数である。
【００７０】
上述した伝搬方程式の連立方程式は、増幅自然散乱光パワーＰａｓｅ（λａｓｅ）および励起光パワーＰｐに対する境界値を、本評価系における測定値Ｐａｓｅ，ｏｕｔおよび励起光パワーＰｐｉｎとして、本評価系の演算回路を用いて数値的に解くことができる。そのようにして得られた利得係数ｇ（λａｓｅ）  を用いて、小信号の内部利得Ｇｉｎｔｎｌは、
【００７１】
【数１３】
Ｇｉｎｔｎｌ＝／ｇ＊Ｐｐｉｎ＊Ｌｅｆｆ                （８）
【００７２】
と求めることができる。
【００７３】
上述した方法・アルゴリズムによって、図６（ａ）の評価系を用いて、利得係数スペクトルを求めることができる。本方法により求めた、各種シリカファイバにおける内部ラマン利得係数スペクトルを図８に示す。シリカファイバは１．３ミクロン単一モードファイバ（ＳＭＦ）、ゼロ分散ファイバ（ＤＳＦ）、および分散補償ファイバである。励起光波長は１４６５ｎｍである。
【００７４】
一方、図６（ｂ）に示した評価系では、固定帯域透過フィルタを用いており、得られるのは、その固定帯域透過フィルタの透過波長における利得係数である。ただし、固定帯域透過フィルタの透過波長幅内の波長において、ラマン利得の波長依存性が無視できない場合には、そのときの利得係数はその透過波長幅内の平均値である。
【００７５】
図６（ｂ）に示した評価系では、ラマン利得係数スペクトル形状が被測定ファイバの組成でほぼ決まることを利用し、ある固定波長においてラマン利得係数ｇ０を求め、他の波長の値は、そのｇ０と上記既知のラマン利得係数スペクトル形状から求めている。ラマン利得係数スペクトル形状の例として、各種シリカファイバにおける内部ラマン利得係数スペクトルを図８に示す。そのスペクトル形状はシリカファイバのＧｅ添加量によってほぼきまり、ファイバの種類が決まればほぼ一定であることがわかる。一方、利得係数の値は、ファイバ構造やファイバ内部の融着損失の大きさなどにより大きくかわるため、既知の量として取り扱うことは困難である。
【００７６】
図６（ａ）に示した評価系では光スペアナを用い、図６（ｂ）に示した評価系では固定帯域透過フィルタと受光器（フォトダイオードなど）を用いているため、一般的に、図６（ｂ）に示した評価系の方が小型・安価である。また、図６（ｂ）に示した評価系において、固定帯域透過フィルタの透過波長幅を光スペアナの設定値より大きく（例えば１０ｎｍ以上）とれば、増幅自然散乱光の受光パワーが増大するので、高感度な測定が可能となるという利点がある。
【００７７】
図９（ａ），（ｂ）は、本発明の第１構成から第３構成により得られた利得スペクトル例を示す図で、図９（ａ）が分布増幅型のシリカラマン増幅器の場合で、図９（ｂ）が集中増幅型のテルライトラマン増幅器の場合を示す図である。利得媒質ファイバは、シリカラマン増幅器の場合が長さ２０ｋｍの分散シフトファイバ、テルライトラマン増幅器の場合が長さ１００ｍのテルライトファイバであった。励起光パワーはいずれの場合も約２００ｍＷであった。利得係数は利得を励起光パワーを割って得られる。測定は、光スペアナを用いた図６（ａ）に示した評価系の方法で行った。本発明の測定値は従来技術の測定値と一致しており本方法の正確さを示している。また、本発明の測定値は、連続スペクトルの増幅自然散乱光を用いているため、任意の波長間隔でデータをとることが可能であるという利点がある。例えば、図９に示した測定点は１ｎｍ間隔に密に並んでいる。一方、従来技術では、データの波長間隔は、波長可変光源の性能（最小波長間隔や掃引波長幅）により限定される。
【００７８】
［第４実施例］
図７は、本発明のラマン増幅器評価系の第４実施例を示す構成図で、この構成は多波長励起光源を用いた図２に示した従来技術の構成に対比されられるものである。この励起光源２４ａはラマン増幅内の励起光源ではなく、利得係数スペクトル測定のために設置した外部励起光源である。ラマン増幅内の励起光源はこの測定中は取り外しておく。この外部励起光源２４ａはいわゆる波長可変光源であり、所望の複数の励起波長に外部励起光源２４ａの波長を設定して測定を行う。
【００７９】
図７は、典型的なレーザダイオードを用いた波長可変光源を示した図で、回折格子を用いて波長を掃引する。レーザダイオードを用いた波長可変光源の典型的な波長可変幅は５０〜１００ｎｍであり、十分広い。また、この波長可変光源からの出力パワーは通常１０ｍＷ以下であり低いが、本発明の方法で測定するには十分である。
【００８０】
従来技術では、測定系の精度を考慮して数ｄＢのラマン利得が得られるように、通常、数１００ｍＷ以上の励起光パワーが必要である。一方、本発明では、約１０ｍＷ以下の励起光パワーで測定が可能であるという利点がある。
【００８１】
また、図７では波長可変光源を用いているが、ラマン増幅器内の励起光源の励起光波長が単数である場合には、固定波長のレーザ（ＤＦＢレーザやＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  レーザ）を用いてもよい。さらに、ラマン増幅器内の励起光源の励起光波長が複数である場合でも、ラマン利得係数の大きさの励起光波長依存性が少ないことから、その複数の励起光波長近傍の励起光波長を代表の波長とし、その代表波長の固定波長のレーザを用いてラマン利得係数を求めてもよい。
【００８２】
本実施例では、利得媒質である伝送ファイバ２９への、外部励起光源２４ａからの入力励起光パワーが低いため、利得係数測定中に伝送ファイバ端のコネクタ４１，４２，４３を損傷する頻度を低減できるという利点がある。ちなみに、一般的なコネクタ損傷の励起光パワーレベルは数１０ｍＷ以上である。
【００８３】
［第５実施例］
図１０は、本発明のラマン増幅器評価系の第５実施例を示す構成図で、この構成は、上述した第４実施例に類似しているが、以下の点がおもに異なる。本実施例では外部励起光源２４ｂとして固定波長のｍＷ級のレーザダイオード（ＬＤ）モジュールを用いている。そのＬＤモジュールはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  型であり、波長狭窄化のためのファイバグレーティング（ＦＧ）を有する。伝送ファイバとして、分散シフトファイバ４４を用い、分散シフトファイバ入力の励起光パワーは約２ｍＷとする。長波長透過フィルタ４５は１５００ｎｍ以上の増幅自然散乱光を透過し、それより短波長のレーリー後方散乱などに起因する不要な励起光の残留反射成分を遮断する。
【００８４】
ただし、図中の合波器２５が伝送ファイバ側からの残留反射成分を除去する機能を有するので、合波器２５の通過後の残留反射成分が無視できるレベルであるときには、長波長透過フィルタ４５を省略することができる。増幅自然散乱光パワーのピーク波長は約１５５０ｎｍ、有効半値幅は約３０ｎｍである。ｐｉｎ  フォトダイオード（ＰＤ）３２への増幅自然散乱光パワーの入力値は、約−４０ｄＢｍである。この受光レベルはｐｉｎ−ＰＤの感度を考慮したとき十分高いレベルである。
【００８５】
上述のようにして得られた増幅自然散乱光パワーと、別途求めた分散シフトファイバの損失係数スペクトルおよび内部利得係数スペクトルの相対値から、演算回路を用いて利得係数スペクトルおよび利得スペクトルを求めることができる。
【００８６】
［第６実施例］
図１１は、本発明のラマン増幅器評価系の第６実施例を示す構成図で、この構成は、前記第５実施例に類似しているが、以下の点がおもに異なる。本実施例では外部励起光源２４ｂとして固定波長の１０ｍＷ級のレーザダイオード（ＬＤ）モジュールを用いている。そのＬＤモジュールはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  型であり、波長狭窄化のためのファイバグレーティング（ＦＧ）を有する。伝送ファイバとして、分散シフトファイバを用い、分散シフトファイバ入力の励起光パワーは約２０ｍＷとする。また、本実施例では帯域透過フィルタ４６を用いている。帯域透過フィルタ４６の中心波長は約１５５０ｎｍ、透過幅は約５ｎｍである。
【００８７】
上述のようにして得られた増幅自然散乱光パワーと、別途求めた帯域透過フィルタの透過波長（１５５０ｎｍ）における分散シフトファイバの損失係数、および内部利得係数スペクトルの相対値から、演算回路を用いて利得係数スペクトルおよび利得スペクトルを求めることができる。
【００８８】
［第７実施例］
図１２は、本発明のラマン増幅器評価系の第７実施例を示す構成図で、この構成は、前記第５実施例に類似しているが、以下の点がおもに異なる。本実施例では外部励起光源２４ｂとして固定波長の１００ｍＷ級のレーザダイオード（ＬＤ）モジュールを用いている。そのＬＤモジュールはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  型であり、波長狭窄化のためのファイバグレーティング（ＦＧ）を有する。伝送ファイバとして、分散シフトファイバを用い、分散シフトファイバ入力の励起光パワーは約１００ｍＷとする。また、本実施例では光スペアナ２６を用いている。光スペアナ２６の分解能は０．５ｎｍである。
【００８９】
上述のようにして得られた増幅自然散乱光パワーと、別途求めた増幅波長域内のある固定波長（１５５０ｎｍ）における分散シフトファイバの損失係数、および内部利得係数スペクトルの相対値から、演算回路を用いて利得係数スペクトルおよび利得スペクトルを求めることができる。
【００９０】
［第８実施例］
図１３は、本発明のラマン増幅器評価系の第８実施例を示す構成図で、この構成は、前記第１実施例に類似しているが、以下の点がおもに異なる。本実施例では前方向の増幅自然放出光を受光し、励起光源２４と利得媒質である伝送ファイバ２２の間に合波器を設置していない。したがって、前記第１実施例に比べ、構成部品数が少ない低価格な評価系が構築できる。
【００９１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の実施例によれば、利得媒質である光ファイバと、光ファイバを励起する励起光源と、励起光源により励起された光ファイバから放出される増幅自然散乱光を受光する光スペクトルアナライザと、光スペクトルアナライザで受光された増幅自然散乱光の受光パワースペクトルと光ファイバの損失係数スペクトルとを用いて、ラマン利得係数スペクトル及びラマン利得スペクトルを算出する演算回路とを備えたので、従来技術のラマン増幅器評価系で問題であった、測定系が高価・大がかりとなり、測定に時間と手間がかかるため評価コストが高いという欠点を解決できる。また、小さな励起光パワーで測定を行なえるため、コネクタなどの結合器に損傷を与えるという欠点を解決できる。また、ラマン増幅波長域内での損失係数スペクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のラマン増幅器評価系を示す構成図で、（ａ）は分布増幅型ラマン増幅器の場合を、（ｂ）は集中増幅型ラマン増幅器の場合を示す図である。
【図２】従来のラマン増幅器評価系の第２構成を示す図である。
【図３】従来の利得スペクトルの算出方法およびアルゴリズムを説明するための図で、従来のラマン増幅器評価系の第３構成を示す図である。
【図４】本発明のラマン増幅器評価系の第１実施例を示す構成図で、（ａ）は後方増幅自然散乱光を用いる場合で、（ｂ）は前方増幅自然散乱光を用いる場合を示す図である。
【図５】本発明のラマン増幅器評価系の第２実施例を示す構成図で、（ａ）は後方増幅自然散乱光を用いる場合で、（ｂ）は前方増幅自然散乱光を用いる場合を示す図である。
【図６】本発明のラマン増幅器評価系の第３実施例を示す構成図で、（ａ）は光スペアナを用いた場合で、（ｂ）は固定帯域透過フィルタを用いた場合を示す図である。
【図７】本発明のラマン増幅器評価系の第４実施例を示す構成図である。
【図８】各種シリカファイバにおける内部ラマン利得係数スペクトルを示す図である。
【図９】本発明の第１構成から第３構成により得られた利得スペクトル例を示す図で、（ａ）は分布増幅型のシリカラマン増幅器の場合で、（ｂ）は集中増幅型のテルライトラマン増幅器の場合を示す図である。
【図１０】本発明のラマン増幅器評価系の第５実施例を示す構成図である。
【図１１】本発明のラマン増幅器評価系の第６実施例を示す構成図である。
【図１２】本発明のラマン増幅器評価系の第７実施例を示す構成図である。
【図１３】本発明のラマン増幅器評価系の第８実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１，４  中継局
２  波長可変光源
３，８  伝送ファイバ
５  合波器
６  励起光源
７  光スペクトラムアナライザ
９  ラマンファイバ
１１  合波器
１２  被測定ファイバ
１３  結合器
１４  演算回路
２１，２３  中継局
２２，２７  伝送ファイバ
２４  励起光源
２４ａ  外部励起光源
２４ｂ  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ  型レーザダイオード（ＬＤ）
２５  合波器
２６  光スペクトラムアナライザ
２８  ラマンファイバ
２９  被測定ファイバ
３０  結合器
３１  演算回路
３２  受光器
３３  固定帯域透過フィルタ
４１，４２，４３  コネクタ
４４  分散シフトファイバ
４５  長波長透過フィルタ
４６  帯域透過フィルタ
【図１】
0003623742.tif 000009
【図２】
0003623742.tif 000010
【図３】
0003623742.tif 000011
【図４】
0003623742.tif 000012
【図５】
0003623742.tif 000013
【図６】
0003623742.tif 000014
【図７】
0003623742.tif 000015
【図８】
0003623742.tif 000016
【図９】
0003623742.tif 000017
【図１０】
0003623742.tif 000018
【図１１】
0003623742.tif 000019
【図１２】
0003623742.tif 000020
【図１３】
0003623742.tif 000021