(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定方法において、
前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得るステップを有し、
前記ステップは、
ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一のステップと、
前記第一のステップにて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から該光ファイバのラマン利得効率を算出する第二のステップを含み、
前記第一のステップにおいて、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、
前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーとすることを特徴とするラマン利得効率測定方法。
【請求項２】
前記第一のステップにおいて、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする請求項１に記載のラマン利得効率測定方法。
【請求項３】
前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一のステップで得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、該光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする請求項１に記載のラマン利得効率測定方法。
【請求項４】
光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定装置において、
前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る手段を備え、
前記ラマン利得効率を得る手段が、
ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一の手段と、
前記第一の手段にて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出する第二の手段を備え、
前記第一の手段において、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、
前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーに設定することを特徴とするラマン利得効率測定装置。
【請求項５】
前記光ファイバに励起光を入射する励起光源と、
該励起光を該光ファイバに結合する光結合手段と、
該光ファイバから出力されるノイズ光のパワーを測定する受光手段と、
該ノイズ光を該光ファイバから該受光手段に導くための光分配手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のラマン利得効率測定装置。
【請求項６】
前記第一の手段において、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする請求項４に記載のラマン利得効率測定装置。
【請求項７】
前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一の手段で得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする請求項４に記載のラマン利得効率測定装置。
【請求項８】
光ファイバ伝送システムの送信または受信端局、または中継局に組み込まれた状態で、信号伝送路である光ファイバの利得効率を測定し、
信号伝送路である前記光ファイバを伝送する信号光を対象とするラマン増幅に適用されることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１つに記載のラマン利得効率測定装置。
【請求項９】
送信端局からの信号光を信号伝送路である光ファイバを介して受信端局へ伝送する光ファイバ伝送システムにおいて、
前記送信または受信端局、または中継局に、前記光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定装置を備え、
前記ラマン利得効率測定装置が、
前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る手段を備え、
前記ラマン利得効率を得る手段が、
ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一の手段と、
前記第一の手段にて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出する第二の手段を備え、
前記第一の手段において、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、
前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーに設定することを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項１０】
前記ラマン利得効率測定装置が、
前記光ファイバに励起光を入射する励起光源と、
該励起光を該光ファイバに結合する光結合手段と、
該光ファイバから出力されるノイズ光のパワーを測定する受光手段と、
該ノイズ光を該光ファイバから該受光手段に導くための光分配手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項１１】
前記ラマン利得効率測定装置が、
信号光を発信する信号光源から前記光ファイバを介して送信される前記信号光のパワーを、前記光ファイバに入射する前記励起光の各段階のパワー毎に測定することにより、前記光ファイバのラマン利得効率を測定する手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項１２】
前記第一の手段において、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項１３】
前記ラマン利得効率測定装置が、前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一の手段で得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項１４】
前記励起光のパワーが、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーであることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１つに記載の光ファイバ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ伝送路のラマン利得効率の測定を可能にする光ファイバ伝送システム、ラマン利得効率測定装置及びラマン利得効率測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（分布ラマン増幅）
光ファイバ伝送路を用いた通信システムにおいて、分布ラマン増幅（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ：  ＤＲＡ）という技術の商用化に向けた開発が進んでいる。今日、基幹伝送網に用いられている光ファイバは、シリカガラスを母材としている。ラマン増幅とは、このシリカガラスに、信号光と、信号光より周波数が約１３ＴＨｚ高い励起光とを同時に入射すると、シリカガラスの誘導ラマン散乱現象を介して、励起光のエネルギーの一部が信号光に移る現象である。結果として信号光は増幅作用を被る。ラマン増幅による利得を以下ではラマン利得と呼ぶ。実際のラマン利得は図８のような波長依存性を持っている。以下ではこれをラマン利得プロファイルと呼ぶ。
【０００３】
分布ラマン増幅とは、信号光を伝送する光ファイバに励起光を入力し、光ファイバ伝送路自体を増幅媒体としてラマン増幅効果を得る形態である。分布ラマン増幅を適用した光ファイバ伝送システムでは、ラマン増幅により伝送路の伝播ロスが補償されるため、伝送可能な距離を延伸することができる。
【０００４】
（ラマン利得効率測定の必要性）
ラマン増幅媒体である光ファイバに、あるパワー（Ｗ）の励起光を入力したときに発生するラマン利得（ｄＢ）を、励起光パワーで規格化したものをラマン利得効率（ｄＢ／Ｗ）とよぶ。分布ラマン増幅ではこの測定が重要であることを以下に説明する。
【０００５】
ラマン利得効率は、個々のファイバによって異なる。そもそも基幹伝送網として敷設されている光ファイバの種類には多種多様な品種があり、それらのモードフィールド径（コア径）、ＧｅＯ２添加量、水（ＯＨ）の吸収などによってラマン利得効率が左右される。さらにこれらのパラメータは光ファイバメーカー、製造時期、さらにはロットごとに異なっているのである。
【０００６】
もう一つの変動要因は、局舎内ロスである。特に大きな端局、または中継局舎では、励起光源の置かれている部屋から伝送路光ファイバまでの間に、数カ所のコネクタ接続が存在し、それに伴うロスが数ｄＢあることが多い。分布ラマン増幅を用いない伝送システムでは、この局舎内ロスも中継器間の区間ロスとして一体にして考えることができた。しかし分布ラマン増幅では、励起光が伝送路光ファイバに届くまでのロスは特別なロスであり、別途、仕様を定めなければならない。
【０００７】
このように、利得を左右するパラメータが大きくばらついている既設伝送路において分布ラマン増幅を行う際には、所望のラマン利得を得るために要する励起パワーを事前予測することが困難である。従って、手間と時間のかかる現場調整が必要となる。
【０００８】
これを防ぐには、伝送路光ファイバの特性、端局、または中継局舎内の損失特性といった現場の状態を、ラマン利得効率という形で測定できればよい。これにより、ある利得を発現させるのに要する励起パワーを精度良く予測することが可能となり、ダイナミックにラマン利得を制御することも可能となる。
【０００９】
ラマン利得は、信号光の波長に対して図８のような形状を示す。また、ラマン利得効率は、励起光とテスト光の周波数差の関数でもある。ただし典型的なシリカガラス光ファイバからなる伝送路では利得軸方向に相似形である。利得がピークとなる周波数差は約１３ＴＨｚであるので、以下では特に断りのない限り、ある伝送路の利得効率を励起波長から１３ＴＨｚ長波長側の信号波長で表記する。
【００１０】
（従来のラマン利得効率測定方法）
上述のように、ラマン利得効率の実測は重要であるものの、現場での簡便な実測方法はこれまで存在しなかった。
【００１１】
実験室のように伝送路両端での作業が可能な場合には、ラマン利得効率の測定は図６のような構成で行うことができる。伝送路光ファイバ１００の一方の端にラマン利得効率を測定したい信号波長帯のテスト光源６０を備え、他方の端に励起波長帯と信号波長帯を合分波するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ１１０を備える。ＷＤＭカプラ１１０の励起波長帯ポートに励起光源１２０を接続し、信号波長帯ポートに信号光パワーを測定するための受光器１３０を接続する。受光器１３０としては、光スペクトラムアナライザ、光パワーメータ等の測定器のほか、性能さえ満たせばフォトダイオード等の簡便な受光素子も適用できる。
【００１２】
テスト光を伝送路に入力し、励起光を停止した状態で受光器１３０にて検出されるテスト光パワー（Ｐ１［ｄＢｍ］）を測定する。次に、励起光源１２０を出力した状態で受光器１３０にて検出されるテスト光パワー（Ｐ２［ｄＢｍ］）を測定する。テスト光パワーＰ２とＰ１の差分が、テスト光が被ったラマン利得（ｄＢ）である。この利得を励起光パワーで規格化して、ラマン利得効率（ｄＢ／Ｗ）を得る。この方法は単純な受光素子による測定が可能なため、比較的低コストに行うことができる。しかし、伝送路の両端は通常、遠く離れているため、作業が容易でないという問題がある。
【００１３】
（伝送路の一方の端での作業のみで可能な従来のラマン利得効率測定方法）
伝送路の一方の端でしか作業できない場合においても、図７のような方法を用いればラマン利得効率測定が可能である。この方法ではＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）１６０を用いてラマン利得の測定を行っている。ＯＴＤＲ１６０とは、光パルスを光ファイバに入射し、散乱されて戻ってくる光パルスのレーリー散乱光の量を時分解測定して、光ファイバの障害点などを検出する手段である。図７では、散乱さえれて戻ってくるテスト光を波長フィルタ１４０及び光アッテネータ１５０を介してＯＴＤＲ１６０で検出する構成となっている。ラマン利得があるとレーリー散乱光がラマン利得分増加する事から、ラマン利得を測定することができる。
【００１４】
しかし本方法では、ＤＲＡ設置現場に特殊で高価なＯＴＤＲ装置を準備する必要があった。また、ＯＴＤＲ装置を接続するために伝送路配線を一時的に変える必要もあった。このため、コスト面、作業性に問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ラマン利得効率を測定しようとする際、図６のような従来の手法では、伝送路の両端に測定器、光源、及び作業者を配置しなければならず、作業性に難があった。また図７のような従来の手法では、伝送路の一方の端でしか作業できない場合においてもラマン利得効率を測定することができるが、現場に高価なＯＴＤＲ装置を準備する必要があり、かつＯＴＤＲ装置を接続するために伝送路配線を変更する必要があり、コスト面、作業性の面で解決すべき課題が残されていた。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、伝送路の一方の端での作業で測定可能で、かつ信号伝送状態から配線を変更する必要のない、作業性、コスト的に優れたラマン利得効率測定を可能とする光ファイバ伝送システム、ラマン利得効率測定装置及びラマン利得効率測定方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のラマン利得効率測定方法は、光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定方法において、前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得るステップを有し、前記ステップは、ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一のステップと、前記第一のステップにて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から該光ファイバのラマン利得効率を算出する第二のステップを含み、前記第一のステップにおいて、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーとすることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の本発明のラマン利得効率測定方法は、前記第一のステップにおいて、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の本発明のラマン利得効率測定方法は、前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一のステップで得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、該光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする。
【００２０】
請求項４の本発明のラマン利得効率測定装置は、光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定装置において、前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る手段を備え、前記ラマン利得効率を得る手段が、ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一の手段と、前記第一の手段にて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出する第二の手段を備え、前記第一の手段において、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーに設定することを特徴とする。
【００２１】
請求項５の本発明のラマン利得効率測定装置は、前記光ファイバに励起光を入射する励起光源と、該励起光を該光ファイバに結合する光結合手段と、該光ファイバから出力されるノイズ光のパワーを測定する受光手段と、該ノイズ光を該光ファイバから該受光手段に導くための光分配手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項６の本発明のラマン利得効率測定装置は、前記第一の手段において、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする。
【００２３】
請求項７の本発明のラマン利得効率測定装置は、前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一の手段で得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする。
【００２４】
請求項８の本発明のラマン利得効率測定装置は、光ファイバ伝送システムの送信または受信端局、または中継局に組み込まれた状態で、信号伝送路である光ファイバの利得効率を測定し、信号伝送路である前記光ファイバを伝送する信号光を対象とするラマン増幅に適用されることを特徴とする。
【００２５】
請求項９の本発明の光ファイバ伝送システムは、送信端局からの信号光を信号伝送路である光ファイバを介して受信端局へ伝送する光ファイバ伝送システムにおいて、前記送信または受信端局、または中継局に、前記光ファイバに対する励起光の入射によるラマン増幅の利得を当該励起光のパワーにより規格化した値であるラマン利得効率を測定するラマン利得効率測定装置を備え、前記ラマン利得効率測定装置が、前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を測定することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る手段を備え、前記ラマン利得効率を得る手段が、ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して求めたノイズ光変化量から、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を得る第一の手段と、前記第一の手段にて得たノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式に基づいて、利得効率測定対象の光ファイバのノイズ光変化量から当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出する第二の手段を備え、前記第一の手段において、ノイズ光変化量とラマン利得効率の前記関係式を、一次式Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ（ノイズ光パワー変化量ΔＮ、ラマン利得効率Γ）とし、予め定めた測定条件である励起光の波長とノイズ光測定系の波長特性に対応させて予め前記一次式の係数Ａ、Ｂを決定すると共に、前記励起光のパワーを、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーに設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項１０の本発明の光ファイバ伝送システムは、前記ラマン利得効率測定装置が、前記光ファイバに励起光を入射する励起光源と、該励起光を該光ファイバに結合する光結合手段と、該光ファイバから出力されるノイズ光のパワーを測定する受光手段と、該ノイズ光を該光ファイバから該受光手段に導くための光分配手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１の本発明の光ファイバ伝送システムは、前記ラマン利得効率測定装置が、信号光を発信する信号光源から前記光ファイバを介して送信される前記信号光のパワーを、前記光ファイバに入射する前記励起光の各段階のパワー毎に測定することにより、前記光ファイバのラマン利得効率を測定する手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２の本発明の光ファイバ伝送システムは、前記第一の手段において、複数種類の光ファイバに対して測定をする際に、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量とラマン利得効率を測定することを特徴とする。
【００２９】
請求項１３の本発明の光ファイバ伝送システムは、前記ラマン利得効率測定装置が、前記測定対象の光ファイバのノイズ光変化量を、前記第一の手段で得たノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式である前記一次式に代入することにより、当該測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４の本発明の光ファイバ伝送システムは、前記励起光のパワーが、前記光ファイバへの入射により３ｄＢ以上のラマン利得を実現するパワーであることを特徴とする。
【００４２】
本発明は、測定対象の光ファイバにおけるラマン増幅により生じるノイズ光のパワーを測定し、前記光ファイバに入射する励起光のパワーを２段階以上に可変し、対応する前記ノイズ光のパワーの変化量を前記励起光のパワーの変化量で規格化した値であるノイズ光変化量を求め、前記ノイズ光変化量を、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式に代入することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る。
【００４３】
また本発明は、ラマン利得効率が既知の複数種類の光ファイバに対して、各々の光ファイバに関して測定系の変更をせずに一貫してノイズ光変化量を測定し、前記測定結果を基にノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を求めて、測定対象の光ファイバの前記ノイズ光変化量を、前記関係式に代入することにより、該光ファイバのラマン利得効率を得る。
【００４４】
また本発明は、ノイズ光変化量とラマン利得効率の関係式を一次式により示し、前記関係式を当該一次式の係数を算出することにより決定する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理について説明する。
【００４６】
伝送路にラマン増幅の励起光を入射すると、ラマン利得の量に応じたノイズ光が発生する。このノイズ光パワーの測定値からラマン利得を逆算するのが、本発明の骨子である。ノイズ光の成分は、ラマン増幅に伴う自然散乱光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が大部分であり、それに熱雑音に起因するノイズ光がわずかに加わっているが、いずれもラマン利得に応じたノイズ光が発生するので、ラマン利得効率の測定に利用することができる。
【００４７】
ラマン増幅によるノイズ光パワーの解析的、定量的な検討は、次の文献で報告されている。
【００４８】
・Ｋｉｙｏｆｕｍｉ  Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ，  Ｎｏｂｏｒｕ  Ｅｄａｇａｗａ，  ａｎｄ  Ｙｏｓｈｉｎａｏ  Ｉｗａｍｏｔｏ，  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ４，  （９），  ｐｐ．１３２８−１３３３  （１９８６）．
・Ｙａｓｕｈｉｒｏ  Ａｏｋｉ，  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ，  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ６，  （７），  ｐｐ．１２２５−１２３９  （１９８８）．
これらによると、後方励起ラマン増幅におけるノイズ光パワーは、次の式１ように表せる。
ＮＰ  ＝  Δλ×ｈ×ｃ２／λ０３×［４．３４／Ｇ×ｅｘｐ（Ｇ／４．３４）  −  （４．３４／Ｇ  ＋  １）］      （式１）
ここでＮＰは、中心波長λ０、帯域幅Δλの矩形光フィルタを透過するノイズ光パワーである。また、プランク定数ｈ＝６．６３×１０−３４（Ｊ・ｓ）、光速Ｃ＝３．００×１０８（ｍ／ｓ）である。
【００４９】
この式から得られるラマン利得Ｇに対するノイズ光パワー発生量を図９に示す。図９においては、λ０＝１．５５μｍ、Δλ＝１ｎｍとした。このようにＧ≧３ｄＢの条件を満たすラマン利得Ｇの領域では、ｄＢｍで表したノイズ光パワーと、ｄＢで表した利得Ｇとは、ほぼ比例関係にあることが分かる。従って、あらかじめ、利得Ｇとノイズ光パワーの関係を校正しておけば、ノイズ光パワーからその時のラマン利得Ｇを逆算できる。
【００５０】
伝送路に入射する励起光パワーを  ＰＰ１（Ｗ）、ＰＰ２（Ｗ）（ＰＰ１）と変化させたときに観測されるノイズ光パワーがそれぞれＮＰ１（ｄＢｍ）、ＮＰ２（ｄＢｍ）であるとき、ノイズ光パワー変化量ΔＮ（ｄＢ／Ｗ）を、ΔＮ＝（ＮＰ２−ＮＰ１）／（ＰＰ２−ＰＰ１）と定義する。
【００５１】
このノイズ光パワー変化量ΔＮと、別途図６の手法で測定したラマン利得効率Γとの間の関係を表したものが図２である。この関係は、以下の式２の一次式により示すことのできる直線となっていることがわかる。
Γ＝Ａ×ΔＮ＋Ｂ    （式２）
ここでＡ、Ｂの値は、励起波長とノイズ光測定系の波長特性との関係によって決まる係数、すなわち観測系によって決まる係数である。
【００５２】
図１は、本発明の実施の形態による本測定を行う光ファイバ伝送システムの構成を示す図である。ノイズ光の測定系２０（ラマン利得効率測定装置）の波長特性は受光器感度の波長特性、及び図１のＡ端から受光器までの経路の波長特性によって決まる。図３は、図１の受光器２６で測定されるノイズ光スペクトラムを、いくつかの励起波長の場合について示したものである。１５００ｎｍ付近より短波側のノイズ光はＷＤＭカプラにより切り落とされている。主にこのフィルタの切れ味によって、観測されるノイズ光パワーの総量が影響を受ける。ただしフィルタが決まればＡ，Ｂの係数によって対応づけが可能となる。
【００５３】
また、係数Ａ、Ｂの値は、励起波長と利得測定波長の波長差（正確には周波数差）にも依存する。図２では、励起光波長１４３７ｎｍ、１４５１ｎｍ、１４９５ｎｍの時のラマン利得プロファイルのピーク波長（励起波長から１３ＴＨｚ長波長側）におけるラマン利得効率を示した。これも励起波長と、利得を測定する波長をあらかじめ決めておけばＡ，Ｂの係数による対応づけが可能となる。
【００５４】
このように、式２の一次式の各係数Ａ、Ｂは、測定系２０および測定時のパラメータにしか依存しない係数である。従って、あらかじめ定めた測定系２０で、あらかじめ定めた測定条件（励起光波長とノイズ光測定系の波長特性）における係数Ａ、Ｂをあらかじめ校正しておけば、ノイズ光パワー変化量ΔＮの測定から、ラマン利得効率Γを逆算することができる。
【００５５】
ノイズ光パワーの測定は、図１のように、励起光の入射側の伝送路端で行うことができる。また、ノイズ光パワーは直流成分を測定する単純、安価な受光器で測定可能である。従って、伝送路の一方の端での作業のみによって、作業性、コスト的に優れたラマン利得効率測定が可能である。さらには、図１のような構成とすれば、ラマン利得効率測定時と信号伝送時とで配線を変更する必要がなくなるので、配線変更に伴うミスや破損などのトラブルを防止でき、さらにはラマン利得効率測定の遠隔での実行操作も可能となる。
【００５６】
図５は、本発明の流れを表すフローチャートである。本発明の手順は、（１）ノイズ光測定系の校正と、（２）ラマン増幅特性が未知の伝送路に対するラマン利得効率測定の大きく２段階からなる。以下では（１）（２）をそれぞれ校正測定▲１▼、本測定▲２▼と呼ぶ。
【００５７】
［校正測定▲１▼］
校正測定は測定系２０および測定条件に依存する係数Ａ，Ｂを求めるものである。校正測定▲１▼は、（ａ）ノイズ光パワー変化量ΔＮ測定ステップ５０１、（ｂ）ラマン利得効率測定ステップ５０２の２つの測定ステップと、（ｃ）複数のテスト用光ファイバに対する（ａ）、（ｂ）の測定結果から測定系２０の式２の係数Ａ，  Ｂを求めるステップ５０３とからなる。
【００５８】
まず、校正測定▲１▼を行うための構成を図４を用いて説明する。以下では、テスト用光ファイバ１０からＡ端へ出力される方向を前方向、Ａ端からテスト用光ファイバ１０に入力する方向を後方向と呼ぶことにする。また、以下では励起光波長によって利得を受ける波長帯を信号波長帯と呼ぶ。
【００５９】
Ａ端に励起波長帯と信号波長帯を合分波するＷＤＭカプラ２１を接続する。ＷＤＭカプラ２１の励起波長帯ポートに励起光源２２を接続し、テスト用光ファイバ１０に励起光を後方向入射する。テスト用光ファイバ１０は、実験用のファイバスプールが作業効率の観点から望ましい。さらに、ＷＤＭカプラ２１とＡ端との間に、前方向の光を一部分岐するタップカプラ（ＴＡＰカプラ）２３を接続する。
【００６０】
以下では、このタップカプラ２３の３ポートのうち、伝送路に接続されたポートを入力ポート、ＷＤＭカプラ２１に接続されたポートを主流ポート、残りのポートをモニタポートと呼ぶ。主流ポートとモニタポートの分岐比は９５：５とした。モニタポートには励起波長帯と信号波長帯を分波するＷＤＭカプラ２４を接続する。ＷＤＭカプラ２４の励起波長帯ポートには光終端器２５を接続し、信号波長帯ポートには、ノイズ光パワー測定用の受光器２６を接続する。
【００６１】
このＷＤＭカプラ２４を挿入することで、励起光の戻り光が受光器２６に入ることを防いでいる。ＷＤＭカプラ２４と受光器２６との間には妨害光除去フィルタ２７を挿入し、受光器２６にラマン励起により生じるノイズ光以外の光が入射することを防いでいる。また受光器２６の出力にはカットオフ周波数１０Ｈｚのローパスフィルタを接続して観測帯域を必要最小限にして高感度化を図っている。Ｂ端には図６の手法と同様にラマン利得効率を測定するためのテスト光源３０を備える。ＷＤＭカプラ２１の信号波長帯ポートには、テスト光パワー測定用の受光器４０を備える。
【００６２】
ちなみに図４の構成の中の、テスト光源３０、テスト用光ファイバ１０、受光器４０以外の部分が、本測定に用いる測定系２０となる。
【００６３】
以上に説明した図４の構成で校正測定、すなわち係数Ａ、Ｂを求める測定を行う。以下に測定手順を説明する。
【００６４】
（ａ）ノイズ光パワー変化量ΔＮの測定（ステップ５０１）
励起光のＡ端での出力パワーをＰＰ１（Ｗ）として出力した状態で、受光器２６にて検出されるノイズ光パワーを測定しＮＰ１（ｄＢｍ）とする。同様に励起光のＡ端での出力パワーをＰＰ２（Ｗ）とした状態で、ノイズ光パワーを測定しＮＰ２（ｄＢｍ）とする。以上の測定値から、ノイズ光パワー変化量ΔＮ（ｄＢ／Ｗ）＝（ＮＰ２−ＮＰ１）／（ＰＰ２−ＰＰ１）を求める。
【００６５】
（ｂ）  ラマン利得効率測定（ステップ５０２）
（ａ）でノイズ光パワー変化量を測定したテスト用光ファイバ１０のラマン利得効率を、従来のラマン利得効率測定方法である図６の方法で受光器４０を使って測定し、校正を行う。
【００６６】
ラマン利得効率が既知のテスト用光ファイバ１０を用いる場合は、再度ラマン利得効率を測る必要はないが、図４のＡ端の接続ロスのわずかな違いによっても、受光器４０で観測されるラマン利得効率が変化してしまうので、より精度の高い校正を行うために、Ａ端の接続状態をいじらないで、上記（ａ），（ｂ）の測定を一貫して行うのが望ましい。
【００６７】
利得効率測定波長によって、テスト光の波長を変える必要があるが、テスト光波長の変更を省略することもできる。すなわち、利得プロファイルが予め分かっている場合は、テスト光波長と利得効率測定波長における利得の比から、同一波長のテスト光を用いて、複数の励起波長に対するラマン利得効率を測定することができる。
【００６８】
（ｃ）係数Ａ、Ｂの算出（ステップ５０３）
（ａ）、（ｂ）の測定を複数のテスト用光ファイバ１０で実施して、図２のような相関グラフを得ることにより、係数Ａ、Ｂを求める。精度を高めるために、なるべく多くのサンプル数を取ることが望ましい。図２では１６本のテスト用ファイバサンプルを測定している。
【００６９】
図３の波長特性条件下で、ＰＰ１＝０．１００（Ｗ）、ＰＰ２＝０．１５０（Ｗ）とし、各励起波長のラマン利得プロファイルのピークとなる波長においてラマン利得効率を定義した場合の測定系を測定系Ｓと呼ぶ。複数のテスト用光ファイバ１０に対する（ａ）、（ｂ）の測定から、測定系Ｓの係数Ａ，  Ｂは下記の表１のように求められた。ここではテスト用光ファイバ１０としてシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ：  ＳＭＦ  ）およびノンゼロ分散シフトファイバ（Ｎｏｎ  Ｚｅｒｏ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｈｉｆｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  ：  ＮＺＤＳＦ）を用いた。
【００７０】
【表１】
0003578343.tif 000002
【００７１】
［本測定▲２▼］
図１は、本測定▲２▼を行うための構成を示したものである。図４の構成からテスト光源３０、テスト用光ファイバ１０、受光器４０を取り除き、校正測定済みの測定系を、変更することなく図１の構成に組み込む。こうすることで、校正測定▲１▼の結果を元に本測定▲２▼を行うことが可能である。
【００７２】
図１の構成において、実際に敷設されている光ファイバのラマン利得効率を測定する方法について説明する。
【００７３】
まず、ノイズ光のパワーを正確に測定するために、受光器にはラマン励起により生じるノイズ光以外の光（以降では妨害光と呼ぶ。）が入射しない状態にする。Ａ端から出力される光がなくなるように、Ｂ端側の送信信号を停止し、ＷＤＭカプラ２４と受光器２６との間に妨害光を除去する妨害光除去フィルタ２７を挿入しておく。この妨害光除去フィルタ２７が不要な場合は取り除くこともできるが、その場合、妨害光除去フィルタを除いた構成で校正測定▲１▼しておくことが必要である。
【００７４】
校正測定▲１▼でノイズ光パワー変化量ΔＮを求めた場合と同様にして、被測定伝送路のノイズ光パワー変化量ΔＮを測定する。この求められたノイズ光パワー変化量ΔＮと校正測定によって求められた係数Ａ、Ｂを式２に適用することにより、ラマン利得効率を得ることができる。
【００７５】
前述の測定系Ｓにおいて、校正測定▲１▼に用いていないＳＭＦに本測定▲２▼を行ったところ、ＰＰ１＝０．１００（Ｗ）におけるＮＰ１、ＰＰ２＝０．１５０（Ｗ）におけるＮＰ２、およびノイズ光パワー変化量ΔＮは下記の表２のようになった。従って、校正測定によって求められた表１の係数Ａ、Ｂから各励起波長のラマン利得効率Γは下記の表３のように求まった。
【００７６】
【表２】
0003578343.tif 000003
【００７７】
【表３】
0003578343.tif 000004
【００７８】
本実施の形態では、受光器２６としてＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ：Ｐｉｎ−ＰＤ）を用いたが、信号波長帯光パワーの直流成分を測定する機能を有する他のデバイス、測定器の適用も有効である。例えば、アバランシフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ  ：ＡＰＤ）、カロリーメータ（Ｃａｌｏｒｉｅ  Ｍｅｔｅｒ）、光パワーメータ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｅｔｅｒ）等の適用が有効である。
【００７９】
本実施の形態では受光器４０として、光パワーメータ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｅｔｅｒ）を用いたが、信号波長帯光パワーを測定する機能を有する他の測定器、デバイスの適用も有効である。たとえば、光スペクトラムアナライザ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）、ＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ：Ｐｉｎ−ＰＤ）、アバランシフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ  ：ＡＰＤ）、カロリーメータ（Ｃａｌｏｒｉｅ  Ｍｅｔｅｒ）等の適用が有効である。
【００８０】
本実施の形態では、励起光の後方散乱光が受光器に入力することを防ぐために誘電体多層膜（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）型ＷＤＭカプラを用いたが、励起光波長帯をカットし、信号光波長帯を透過する光フィルタリング機能を有する他のデバイスの適用も有効である。例えば、グレーティング（Ｇｒａｔｉｎｇ）タイプ波長フィルタ、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）タイプ波長フィルタ、マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計タイプ波長フィルタ等の適用が有効である。
【００８１】
本実施の形態では、妨害光をカットする妨害光除去フィルタ２７として誘電体多層膜（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）型フィルタを用いたが、妨害光波長をカットし、測定に十分なノイズ光を透過するフィルタリング機能を有する他のデバイスの適用も有効である。例えば、グレーティング（Ｇｒａｔｉｎｇ）タイプ波長フィルタ、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）タイプ波長フィルタ、マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計タイプ波長フィルタ等の適用が有効である。
【００８２】
本実施の形態では、タップカプラ２３としてファイバ融着型カプラを用いたが、励起光源波長帯、被増幅波長帯および利得測定波長を透過し、かつ所望の分岐比に分岐する機能をもつ他のデバイスの適用も有効である。例えば、誘電体多層膜（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）型カプラの適用が有効である。
【００８３】
本実施の形態では励起光源２２として、ファイバーグレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇ）で波長を狭窄化したファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザーを適用したが、十分なパワーを出力することのできる波長可変なレーザーの適用も有効である。
【００８４】
本実施の形態では、ノイズ光変化量からラマン利得効率を算出する式２の一次式の各係数Ａ、Ｂを校正測定により求めて、本測定においてその一次式にノイズ光変化量を代入してラマン利得効率を算出する方式を説明したが、測定対象におけるノイズ光変化量からラマン利得効率を算出する一次式（式２）の係数Ａ、Ｂが分かっている場合においては、校正測定を行なう必要はない。つまり、予め分かっている各係数Ａ、Ｂを用いて測定系に式２の一次式を設定することにより、測定系は、測定対象の光ファイバのノイズ光変化量をその設定された一次式に代入して、その測定対象の光ファイバのラマン利得効率を算出することができる。
【００８５】
本実施の形態では、テスト用光ファイバ１０としてＳＭＦおよびＮＺ−ＤＳＦを用いたが、１．５５μｍ分散シフトファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｈｉｆｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  ：  ＤＳＦ）等の適用も可能である。
【００８６】
本実施の形態では伝送路光ファイバ１００としてＳＭＦを用いたが、ＮＺＤＳＦ、ＤＳＦ等の適用も可能である。
【００８７】
また本実施の形態では、後方励起ラマン増幅の構成で本発明を説明したが、前方励起ラマン増幅の構成でも、ノイズ光パワーと利得の関係を予め把握することによって、ノイズ光パワーから利得を測定する事が可能であるので、本発明の適用が可能である。
【００８８】
以上好ましい実施の形態及び実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【００８９】
【効果の説明】
以上説明したように本発明によれば、伝送路の一方の端だけの作業で、かつ信号伝送状態から配線を変更することなく、ラマン利得効率を測定することが可能となる。また、必要な測定器も、単純で安価な受光器でよい。結果として、伝送路の両端で同時に作業を行うことが困難な場合においても、低コストかつ作業性に優れたラマン利得効率測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による本測定を行う光ファイバ伝送システムの構成を示す図である。
【図２】ノイズ光パワー変化量ΔＮとラマン利得効率の相関関係を説明する図である。
【図３】ノイズ光測定系の波長特性を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態による校正測定を行うための構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態による処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】伝送路両端での作業を必要とする従来のラマン利得効率測定方法を説明する図である。
【図７】伝送路の一方の端での作業のみで可能な従来のラマン利得効率測定方法を説明する図である。
【図８】ラマン利得プロファイルを説明する図である。
【図９】ラマン利得とノイズ光発生量の相関関係を説明する図である。
【符号の説明】
１０  テスト用光ファイバ
２０  測定系
２１、２４  ＷＤＭカプラ
２２  励起光源
２３  タップカプラ
２５  光終端器
２６、４０  受光器
２７  妨害光除去フィルタ
３０、６０  テスト光源
１００  伝送路光ファイバ
１１０  ＷＤＭカプラ
１２０  励起光源
１３０  受光器
１４０  波長フィルタ
１５０  光アッテネータ
１６０  ＯＴＤＲ
【図１】
0003578343.tif 000005
【図２】
0003578343.tif 000006
【図３】
0003578343.tif 000007
【図４】
0003578343.tif 000008
【図５】
0003578343.tif 000009
【図６】
0003578343.tif 000010
【図７】
0003578343.tif 000011
【図８】
0003578343.tif 000012
【図９】
0003578343.tif 000013