(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布増幅型ファイバラマン増幅器と集中型光増幅器を用いた光ファイバ通信システムにおいて、
前記分布増幅型ファイバラマン増幅器は、伝送ファイバと、該伝送ファイバの信号光入射側および出射側に、それぞれ合波器と該合波器に信号光をラマン増幅する励起光を入力する励起光源とを具備し、
前記入射側の励起光源の励起光波長を、前記出射側の励起光源の励起光波長より短波長側に配置し、前記入射側の励起光源の励起光パワーを、前記出射側の励起光源の励起光パワーより小さくなるように設定し、
前記励起光源からの励起光を、前記合波器を用いて前記伝送ファイバに入力し、前記伝送ファイバに入射した信号光を前記伝送ファイバ中でラマン増幅した後、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器の利得増加分だけ利得を減少させた前記集中型光増幅器を用いて増幅する構成とし、
信号光波長域の光ＳＮＲスペクトルが平坦になるようにしたこと
を特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、
前記入射側の励起光源の励起光の波長が１．４５μｍと１．４３μｍであり、
前記出射側の励起光源の励起光の波長が１．５１μｍと１．４９μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項３】
前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、
前記入射側の励起光源の励起光パワーを３０ｍＷとし、
前記出射側の励起光源の励起光パワーを１００ｍＷとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項４】
分布増幅型ファイバラマン増幅器と集中型光増幅器を用いた光ファイバ通信システムにおいて、
前記分布増幅型ファイバラマン増幅器は、伝送ファイバと、該伝送ファイバの信号光入射側または出射側に、合波器と該合波器に信号光をラマン増幅する励起光を入力する励起光源とを具備し、
前記励起光源の励起光波長を、複数に設定し、該複数の励起光波長のうち短波長側の励起光波長の励起光パワーを長波長側の励起光波長の励起光パワーよりも大きくし、
前記励起光源からの励起光を、前記合波器を用いて前記伝送ファイバに入力し、前記伝送ファイバに入射した信号光を前記伝送ファイバ中でラマン増幅した後、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器の利得増加分だけ利得を減少させた前記集中型光増幅器を用いて増幅する構成とし、
信号光波長域の光ＳＮＲスペクトルが平坦になるようにしたこと
を特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項５】
前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、
前記短波長側の励起光波長が１．４５μｍと１．４３μｍであり、
前記長波長側の励起光波長が１．５１μｍと１．４９μｍであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項６】
前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、
前記短波長側の励起光のパワーを２００ｍＷとし、
前記長波長側の励起光のパワーを２０ｍＷとしたことを特徴とする請求項４または５に記載の光ファイバ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，分布増幅型ファイバラマン増幅器を用いた光ファイバ通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ）システムで用いられる，従来技術の分布増幅型ファイバラマン増幅器（簡単のため以降「ラマン増幅器」と呼ぶ）を用いた光ファイバ通信システムの基本構成を図１６に示す（参考文献：Ｈ．  Ｍａｓｕｄａ，  Ｓ．  Ｋａｗａｉ，  Ｋ．−Ｉ．  Ｓｕｚｕｋｉ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ａｉｄａ，“７５−ｎｍ  ３−ｄＢ  ｇａｉｎ−ｂａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｌｆｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ  ｆｉｂｒｅ  ａｍｐｌｌｆｉｅｒｓ  ａｎｄ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｉｎ  ９  ｘ  ２．５  Ｇｂ／ｓ  ＷＤＭ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，”Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  １９９７，  Ｖｏｌ．  ３，  ｐｐ．  ７３−７６）。ラマン増幅器１００は伝送ファイバ１０１を利得媒体として用い，励起光源１０２と合波器１０３を用いて後方向励起している。励起光波長は一般に単一波長あるいは多波長であるが，図１６は，簡単のため２波長の場合を示している。
【０００３】
ラマン増幅器１００の後方に集中型の光増幅器２００が設置され，これら２つの増幅器で信号光を増幅している。この集中型光増幅器２００は，エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの希土類添加ファイバ増幅器，半導体レーザ増幅器（ＳＬＡ），集中型ラマン増幅器などであり，一般に，内部に利得等化器を有する。集中型光増幅器を出た信号光は，第２の伝送ファイバ３００に入射するが，この第２の伝送ファイバ３００は，ラマン増幅器１００と同様の構成を有する第２のラマン増幅器（簡単のため図１６において省略した）の一部である。図１６の構成は，ラマン増幅器１００と集中型光増幅器２００からなるハイブリッドな光増幅器を線形中継光増幅器として用いた例であるが，前記の第２伝送ファイバ３００を光受信器に置き換えれば，明らかに，前置光増幅器として前記ハイブリッド光増幅器を用いることが可能である。
【０００４】
図１６の従来技術における信号光利得スペクトル特性を図１７に示した。ラマン内部利得，集中型光増幅器の外部利得およびそれらの和であるトータル利得が示されている。ここで，トータル利得が伝送路損失につりあったとき，１中継区間の利得はゼロである。トータル利得値は，Ｇ０に平坦化されている。その平坦利得波長域の短波側および長波側の波長を，それぞれλｓ１およびλｓ２とする。また，２つの励起光波長の長波側および短波側の波長を，それぞれλｐ１およびλｐ２とする。このとき，λｐ１とλｓ２の波長間隔は１．５μｍ近傍で約１００ｎｍである。
【０００５】
図１６の従来技術における光信号信号対雑音比（ＳＮＲ）スペクトル特性を図１８に示した。信号光波長λｓ２における光ＳＮＲの値をＲ０とする。伝送ファイバ中でラマン利得が存在するため，分布ラマン利得が大きいほど光ＳＮＲが大きくなり，ひいては中継伝送距離の伸長が図れる。分布ラマン利得が波長依存であるため，光ＳＮＲが波長依存のスペクトルを示している。したがって，波長すなわちチャネルごとに中継伝送距離が異なるという不具合が生じる。例えば，光ＳＮＲの値は，短波端の波長λｓ１で最も小さく，一般に，この波長に近いチャネルの中継伝送距離が最も短い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，上述した従来の光ファイバ通信システムの，光ＳＮＲが波長依存性を有するという欠点を解決した，分布増幅型ファイバラマン増幅器を用いた光ファイバ通信システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、分布増幅型ファイバラマン増幅器と集中型光増幅器を用いた光ファイバ通信システムにおいて、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器は、伝送ファイバと、該伝送ファイバの信号光入射側および出射側に、それぞれ合波器と該合波器に信号光をラマン増幅する励起光を入力する励起光源とを具備し、前記入射側の励起光源の励起光波長を、前記出射側の励起光源の励起光波長より短波長側に配置し、前記入射側の励起光源の励起光パワーを、前記出射側の励起光源の励起光パワーより小さくなるように設定し、前記励起光源からの励起光を、前記合波器を用いて前記伝送ファイバに入力し、前記伝送ファイバに入射した信号光を前記伝送ファイバ中でラマン増幅した後、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器の利得増加分だけ利得を減少させた前記集中型光増幅器を用いて増幅する構成とし、信号光波長域の光ＳＮＲスペクトルが平坦になるようにしたことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、前記入射側の励起光源の励起光の波長が１．４５μｍと１．４３μｍであり、前記出射側の励起光源の励起光の波長が１．５１μｍと１．４９μｍであることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、前記入射側の励起光源の励起光パワーを３０ｍＷとし、前記出射側の励起光源の励起光パワーを１００ｍＷとしたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４記載の発明は、分布増幅型ファイバラマン増幅器と集中型光増幅器を用いた光ファイバ通信システムにおいて、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器は、伝送ファイバと、該伝送ファイバの信号光入射側または出射側に、合波器と該合波器に信号光をラマン増幅する励起光を入力する励起光源とを具備し、前記励起光源の励起光波長を、複数に設定し、該複数の励起光波長のうち短波長側の励起光波長の励起光パワーを長波長側の励起光波長の励起光パワーよりも大きくし、前記励起光源からの励起光を、前記合波器を用いて前記伝送ファイバに入力し、前記伝送ファイバに入射した信号光を前記伝送ファイバ中でラマン増幅した後、前記分布増幅型ファイバラマン増幅器の利得増加分だけ利得を減少させた前記集中型光増幅器を用いて増幅する構成とし、信号光波長域の光ＳＮＲスペクトルが平坦になるようにしたことを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、前記短波長側の励起光波長が１．４５μｍと１．４３μｍであり、前記長波長側の励起光波長が１．５１μｍと１．４９μｍであることを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、前記信号光波長域が１．５３−１．６１μｍである場合に、前記短波長側の励起光のパワーを２００ｍＷとし、前記長波長側の励起光のパワーを２０ｍＷとしたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。本発明による光ファイバ通信システムの，双方向励起の場合における基本構成を図１に示した。なお，図１において，図１６に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。図１に示す光ファイバ通信システムは，図１６の従来技術に比べて，ラマン増幅器１００ａ内にラマン増幅用の励起光源が１個追加されている点が大きく異なる。この励起光源１０４の励起光波長は一般に単一波長あるいは多波長であるが，図１は，簡単のため２波長の場合を示している。励起光源１０４の波長をλｐ３およびλｐ４とする。励起光源１０４からの励起光は合波器１０５により，伝送ファイバ１０１に前方向から入射している。
【００１０】
なお，上記の構成においては，入射側の励起光源１０４で発生される励起光波長λｐ３，λｐ４が，出射側の励起光源１０２の励起光波長λｐ１，λｐ２より短波長側に配置されている。また，励起光源１０４からの各励起光のパワーは，励起光源１０２からの各励起の光パワーよりも小さくなるように設定されている。また，図１の集中型光増幅器２００ａは，図１６の集中型光増幅器２００と同様に構成されるものであるが，後述するように図１６のものに比べて利得の設定値が異なっている。また，第２の伝送ファイバ３００ａは，図１６の集中光増幅器３００と同様にして，本発明によるラマン増幅器１００ａと同様な構成のラマン増幅器の一部として，あるいは，ラマン増幅器１００と同様な構成のラマン増幅器の一部として構成されるものである。
【００１１】
図１の本発明における信号光利得スペクトル特性を図２に示した。ラマン内部利得，集中型光増幅器の外部利得，およびそれらの和であるトータル利得が示されている。トータル利得値は，Ｇ０に平坦化されている。追加励起光の２波長の長波側および短波側の波長を，それぞれλｐ３およびλｐ４とする。追加励起光により，信号光帯域（λｓ１からλｓ２）内の短波長域でのラマン利得が増加している。集中型光増幅器２００ａの利得は，そのラマン利得の増加分だけ減少させている。
【００１２】
図１の本発明における光ＳＮＲスペクトル特性を図３に示した。光ＳＮＲが，信号光波長λｓ２以外の波長域において，ピーク値Ｒ０に向上している。図２のラマン利得スペクトルは平坦ではないが，図３の光ＳＮＲスペクトルは平坦になっている。これは，前方向励起と後方向励起では，同一利得で，前方向励起の方が光ＳＮＲの向上が大きいからである。上記のように，光ＳＮＲの波長依存性が平坦化され，前記の従来技術における欠点が解決されている。
【００１３】
図４は，図１６の従来技術における励起光パワースペクトルを示している。波長λｐ１およびλｐ２におけるパワーをＰ０とする。このとき，図１の本発明における励起光パワースペクトルは図５のようになる。双方向励起配置のため，前方向励起光と後方向励起光の間のラマン増幅作用は少なく，前方向および後方向の励起光パワーは，前方向および後方向のラマン利得値（ｄＢ単位）にほぼ比例する。したがって，図２のラマン利得スペクトルは，図５の励起光パワースペクトルにより実現される。
【００１４】
本発明による光ファイバ通信システムの，片方向励起（または後方向励起）の場合における基本構成を図６に示した。図１６の従来技術に比べて，励起光源１０２ｂの励起光波長数が，２から４に増えている点が異なる。以下では，後方向励起の場合について述べているが，前方向励起の場合にも同様のことが言える。
【００１５】
図６に示すラマン増幅器１００ｂは，上述したように図１６のラマン増幅器１００に比べ，励起光源の励起光波長数を２から４に増やしたものであるが，追加励起光の２波長の長波側および短波側の波長はそれぞれλｐ３およびλｐ４である。ここで，励起光源０１２ｂの各励起光波長は，λｐ１，λｐ２，λｐ３，λｐ４の順に長波長側から短波長側に設定されている。また各励起光は，短波長側の励起光波長λｐ３，λｐ４の励起光パワーが，長波長側の励起光波長λｐ１，λｐ２の励起光パワーよりも大きくなるように設定されている。また，図６の集中型光増幅器２００ｂおよび伝送ファイバ３００ｂは，それぞれ図１６の集中型光増幅器２００および伝送ファイバ３００と同様に構成されているものである。
【００１６】
図６の本発明における信号光利得スペクトル特性を図７に示した。ラマン内部利得，集中型光増幅器の外部利得，およびそれらの和であるトータル利得が示されている。トータル利得値は，Ｇ０に平坦化されている。４つの励起光により，ラマン利得スペクトルが信号光帯域（λｓ１からλｓ２）内で平坦化されている。集中型光増幅器２００ｂの利得は，そのラマン利得の増加分だけ減少させている。
【００１７】
図６の本発明における光ＳＮＲスペクトル特性は，図３と同様である。ラマン利得スペクトルが平坦であるため，光ＳＮＲスペクトルも平坦になっている。
【００１８】
図８は，図６の本発明における励起光パワースペクトルを示している。片方向励起配置のため，波長間隔が離れた励起光間のラマン増幅・吸収作用があり，短波長の励起光から長波長の励起光にエネルギーが移行する。そのため，入力励起光パワーは，図８に示したように，短波長の励起光で大きく，長波長の励起光で小さく設定する。
【００１９】
上記のように，本発明の双方向励起または片方向励起の構成により，光ＳＮＲスペクトルが平坦化された光ファイバ通信システムが得られる。
【００２０】
【実施例】
次に，上述した本発明による光ファイバ通信システムの各実施形態の実施例について，双方向励起の場合を第１実施例，および片方向励起の場合を第２実施例としてそれぞれ説明する。
【００２１】
［第１実施例］
図９は本発明の第１実施例の構成を示している。双方向励起の場合であり，伝送ファイバ１０１，３００ａとして８０ｋｍの分散シフトファイバ（ＤＳＦ），集中型光増幅器２００ａとしてＥＤＦＡを用いている。ラマン増幅器１００ａの励起光源１０２，１０４は複数の半導体レーザダイオード（ＬＤ）であり，励起光波長は，後方向励起光源１０２で１．５１，１．４９μｍ，前方向励起光源１０４で１．４５，１．４３μｍである。
【００２２】
本実施例を用いて得られた利得スペクトルを図１０に示した。トータル利得の平坦利得値として，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で２０ｄＢが得られている。ラマン利得のピーク値は約１２ｄＢ，ＥＤＦＡ利得のピーク値は約１５ｄＢである。本実施例を用いて得られた光ＳＮＲスペクトルを図１１に示した。光ＳＮＲの平坦値として，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で３０ｄＢが得られている。本実施例における励起光パワースペクトルを図１２に示した。１．５１，１．４９μｍにおける励起光パワーが約１００ｍＷ，１．４５，１．４３μｍにおける励起光パワーが約３０ｍＷである。以上のように，本実施例により，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で平坦な光ＳＮＲスペクトルが得られている。
【００２３】
［第２実施例］
図１３は本発明の第２実施例の構成を示している。片方向（後方向）励起の場合であり，伝送ファイバ１０１，３００ｂとして８０ｋｍの分散シフトファイバ（ＤＳＦ），集中型光増幅器２００ｂとしてＥＤＦＡを用いている。ラマン増幅器１００ｂの励起光源１０２ｂは複数の半導体レーザダイオード（ＬＤ）であり，励起光波長は，１．５１，１．４９，１．４５，１．４３μｍである。
【００２４】
本実施例を用いて得られた利得スペクトルを図１４に示した。トータル利得の平坦利得値として，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で２０ｄＢが得られている。ラマン利得のピーク値は約１２ｄＢ，ＥＤＦＡ利得のピーク値は約８ｄＢである。本実施例を用いて得られた光ＳＮＲスペクトルは，図１１と同様である。光ＳＮＲの平坦値として，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で３０ｄＢが得られている。本実施例における励起光パワースペクトルを図１５に示した。１．５１，１．４９μｍにおける励起光パワーが約２０ｍＷ，１．４５，１．４３μｍにおける励起光パワーが約２００ｍＷである。以上のように，本実施例により，１．５３−１．６１μｍの信号光波長帯で平坦な光ＳＮＲスペクトルが得られている。
【００２５】
以上，実施例１および２で説明したように，本発明によれば，平坦な光ＳＮＲスペクトルが得られるという効果がある。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，光ＳＮＲが波長依存性を低減し，平坦な光ＳＮＲスペクトルが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成（双方向励起の場合）を示す図
【図２】本発明の利得スペクトル特性（双方向励起の場合）を示す図
【図３】本発明の光ＳＮＲスペクトル特性（双方向励起の場合）を示す図
【図４】従来技術の励起光パワースペクトルを示す図
【図５】本発明の励起光パワースペクトル（双方向励起の場合）を示す図
【図６】本発明の基本構成（片方向励起の場合）を示す図
【図７】本発明の利得スペクトル特性（片方向励起の場合）を示す図
【図８】本発明の励起光パワースペクトル（片方向励起の場合）を示す図
【図９】本発明の第１実施例の構成を示す図
【図１０】本発明の第１実施例の利得スペクトルを示す図
【図１１】本発明の第１実施例の光ＳＮＲスペクトルを示す図
【図１２】本発明の第１実施例の励起光パワースペクトルを示す図
【図１３】本発明の第２実施例の構成を示す図
【図１４】本発明の第２実施例の利得スペクトルを示す図
【図１５】本発明の第２実施例の励起光パワースペクトルを示す図
【図１６】従来技術の基本構成を示す図
【図１７】従来技術の利得スペクトル特性を示す図
【図１８】従来技術の光ＳＮＲスペクトル特性を示す図
【符号の説明】
１００，１００ａ，１００ｂ  ラマン増幅器
１０１，３００，３００ａ，３００ｂ  伝送ファイバ
１０２，１０２ｂ，１０４  励起光源
１０３，１０５  合波器
２００，２００ａ，２００ｂ  集中型光増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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