(57)【要約】【課題】  伝送速度の高速化に対応して光直接増幅中継において求められる利得および雑音特性を得る。【解決手段】  入力側光ファイバ１０−１と出力側光ファイバ１０−２との間に介装される光増幅装置であって、入力側光ファイバ１０−１を後方ラマン励起するためのラマン励起部２と、入力側光ファイバ１０−２からの光であってラマン励起部２からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器３と、第１集中型光増幅器３で増幅された光について分散補償ファイバ４ａで分散補償を行ないながら分散補償ファイバ４ａを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器４と、分散補償ファイバラマン増幅器４からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器５と、をそなえるように構成する。【選択図】        図１
2006186013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側光ファイバと出力側光ファイバとの間に介装される光増幅装置であって、
該入力側光ファイバを後方ラマン励起するためのラマン励起部と、該入力側光ファイバからの光であって該ラマン励起部からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器と、該第１集中型光増幅器で増幅された光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら該分散補償ファイバを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器と、該分散補償ファイバラマン増幅器からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器と、をそなえて構成されたことを特徴とする、光増幅装置。
【請求項２】
該第２集中型光増幅器から出力される光のレベルを、該出力側光ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値を超えないように設定されたことを特徴とする、請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
該分散補償ファイバラマン増幅器の利得は、該分散補償ファイバによる光の損失を補償しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく設定されたことを特徴とする、請求項１または２記載の光増幅装置。
【請求項４】
該分散補償ファイバラマン増幅器から出力される光のレベルが、該分散補償ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第２上限値を超えないように設定されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の光増幅装置。
【請求項５】
該ラマン励起部からの前記励起光の強度を５００ｍＷ程度以下に設定されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の光増幅装置。
【請求項６】
該ラマン励起部からの前記励起光で増幅される光が波長多重光であって、波長チャネルあたりの出力レベルを-3 dBm以上、光増幅装置全体としての利得を25 dB以上とするときに、光増幅装置全体の実効雑音指数を2 dB以下とすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の光増幅装置。
【請求項７】
入力側光ファイバを伝搬する光について第１のラマン増幅を行ない、
前記入力側光ファイバから入力され前記ラマン増幅された光について第１の集中型増幅を行ない、
前記集中型の増幅がなされた光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら前記分散補償ファイバを伝搬する光について第２のラマン増幅を行ない、
前記分散補償および前記第２のラマン増幅が行なわれた光について、第２の集中型増幅を行なって、出力側光ファイバに出力することを特徴とする、光増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムにおいて用いて好適の光増幅装置および光増幅方法に関し、更に、波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)光通信システムにおいて用いて好適の光増幅装置および光増幅方法に関し、更には、波長多重光通信システムにおいて中継増幅を行なう際に用いて好適の光増幅装置および光増幅方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長多重(WDM)伝送技術によるフォトニックネットワーク構築の実用化が進められている。このフォトニックネットワークにおいては、中継される光信号を電気信号に落とさずに直接増幅して伝送しうる距離を長距離化することによって、全体光ネットワークの低コスト化、即ち再生中継区間距離延伸によるネットワークコストダウンを図ることができる。このため、光増幅中継伝送の距離の超長距離化のための開発が活発に進められている。
【０００３】
すなわち、幹線系ネットワークにおいては、再生中継（一度電気に変換して増幅した後、光に変換する中継）区間距離を延伸することにより、全体ネットワークコストダウンの実現することが行なわれている。つまり、再生中継区間を、ファイバラマンアンプやErドープファイバ光増幅器などによる光直接増幅を行なう中継機能の伝送路上への介装によって、いかに長距離化を図れるかにより、ネットワーク構成のコストパフォーマンスが決まることとなる。上述のごとき再生中継区間距離の長距離化を実現するためには、光直接増幅を行なう中継機能における低雑音化が必須である。
【０００４】
また一方で、波長（チャネル）あたりの伝送速度を、既存の10 Gb/sから40 Gb/sへ高速化することも背景となって、上述のごとき伝送速度の高速化に対応して光増幅中継器の性能を更に低雑音化させることが求められている。このような伝送速度の高速化に対応した光増幅中継器の低雑音化を実現するために、より低雑音な光直接増幅を行ないうる技術が求められている。
【０００５】
かかる伝送速度の高速化に対応した光増幅中継器の低雑音化を実現するにあたっては、例えば以下に示す特許文献１に記載されたラマン増幅器がある。この特許文献１に記載されたラマン増幅器においては、ラマン増幅用光ファイバと、分散補償ファイバ（DCF：Dispersion Compensating Fiber）とをこの順序で接続して、ラマン増幅用光ファイバでは入力光をラマン増幅するとともに、ＤＣＦでこのラマン増幅用光ファイバおよびこのラマン増幅用光ファイバが接続される伝送路ファイバの分散を補償する。そして、このＤＣＦが生み出す損失を緩和するために、ＤＣＦＲＡ（Dispersion Compensating Fiber Raman Amplifier）として当該ＤＣＦについてもラマン増幅するようになっている。
【０００６】
その他、本願発明に関連する技術としては、以下に示す特許文献２および３に記載された技術もある。
【特許文献１】特開２００３−１３１２７４号公報
【特許文献２】特開平９−１７９１５２号公報
【特許文献３】特開２０００−９８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、ラマン増幅のために用いられるラマン増幅用光ファイバは、比較的高いラマン増幅効率を得るために、励起光波長において３０μｍ2以下の実効断面積を有するような特殊な光ファイバを用いている。
光伝送路における中継装置をなすノードにおいて雑音指数（NF：Noise Figure）を3 dB以下レベルまで落とすには、入力側の伝送路ファイバを分布ラマン光増幅することが現状においては必要である。上述の特許文献１に記載された技術においては、入力側の伝送路ファイバについてはラマン増幅を行なっていないので、伝送路ファイバの損失を実効的に低く見せることが困難であり、ノードにおけるNFを、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）で実現できる理論限界の3 dBより低くすることも困難である［特許文献１の図５（ｂ）参照］。
【０００８】
また、上述の特許文献１に記載された技術において、伝送路ファイバの損失を低く見せるという目的に加えて、ラマン増幅のために用いられているラマン増幅用光ファイバでのラマン増幅で得られている利得を得ることも目的として、入力側の伝送路ファイバを分布ラマン増幅しようとすると、用いるべき励起光パワーが５００ｍＷ程度よりも大きい過大な光パワーとしなければならなくなる。
【０００９】
ＤＲＡとして用いる励起光を光ファイバに供給するための構成として、脱着容易なコネクタで励起光源と光ファイバとを接続することを想定すれば、このような過大パワーの励起光を適用することは、現状においては取り扱いの便宜性の観点から回避することが望ましい。IEC61292-4TR（IEC/TR 61292-4：OPTICAL AMPLIFIERS - Part4：Maximum permissible optical power for the damage-free and safe use of optical amplifiers, including Raman amplifiers）においては、このような過大パワーの励起光をＤＲＡに適用することについての注意点が指摘されている。従って、ＤＲＡにおいて適用する励起光の伝送路入力パワーとしては、上述のごとき過大なパワーとせずに、低雑音化を図る対策が必要となってくる。
【００１０】
なお、上述の光直接増幅のための技術としては、伝送光ファイバへ中継送出される段においての光レベルを、当該光通信システムにおいて求められるレベルまで増幅することを前提としながら、低雑音化を図っていく必要があることはいうまでもない。
また、上述の特許文献２および３に記載された技術においても、上述のごとき伝送速度の高速化に対応した光増幅中継器の利得および雑音特性を実現する技術について開示するものではない。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、伝送速度の高速化に対応して光直接増幅中継において求められる利得および雑音特性を得ることができるようにした、光増幅装置および光増幅方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本発明の光増幅装置は、入力側光ファイバと出力側光ファイバとの間に介装される光増幅装置であって、入力側光ファイバを後方ラマン励起するためのラマン励起部と、該入力側光ファイバからの光であって該ラマン励起部からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器と、該第１集中型光増幅器で増幅された光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら該分散補償ファイバを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器と、該分散補償ファイバラマン増幅器からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１３】
また、好ましくは、該第２集中型光増幅器から出力される光のレベルを、該出力側光ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値を超えないように設定することができる。
さらに、好ましくは、該分散補償ファイバラマン増幅器の利得は、該分散補償ファイバによる光の損失を補償しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく設定することができる。
【００１４】
また、該分散補償ファイバラマン増幅器から出力される光のレベルが、該分散補償ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第２上限値を超えないように設定することもできる。
さらに、本発明の光増幅方法は、入力側光ファイバを伝搬する光について第１のラマン増幅を行ない、前記入力側光ファイバから入力され前記ラマン増幅された光について第１の集中型増幅を行ない、前記集中型の増幅がなされた光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら前記分散補償ファイバを伝搬する光について第２のラマン増幅を行ない、前記分散補償および前記第２のラマン増幅が行なわれた光について、第２の集中型増幅を行なって、出力側光ファイバに出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明によれば、入力側光ファイバに接続されて入力側光ファイバを後方ラマン励起するためのラマン励起部と、入力側光ファイバからの光であってラマン励起部からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器と、第１集中型光増幅器で増幅された光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら分散補償ファイバを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器と、分散補償ファイバラマン増幅器からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器と、をそなえて構成されているので、伝送速度の高速化に対応して光直接増幅中継において求められる利得および雑音特性を得ることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなるものである。
〔Ａ〕本発明の一実施形態の説明
〔Ａ１〕構成
図１は本発明の一実施形態にかかる光増幅装置を示す図である。この図１に示す光増幅装置１は、例えば光伝送路１０上に介装された中継ノードとして適用され、光伝送路１０を伝搬する光信号についての光直接増幅中継を行なうようになっている。即ち、中継ノードとしての光増幅装置１は、光伝送路１０をなす入力側光ファイバ１０−１から入力される光信号について光直接増幅を行なって、光伝送路１０をなす出力側光ファイバ１０−２に送出するものである。
【００１７】
また、この光増幅装置１は、ラマン励起部２，第１エルビウム添加光ファイバ増幅器３，分散補償ファイバラマン増幅器４および第２エルビウム添加光ファイバ増幅器５をそなえて構成されている。
ここで、ラマン励起部２は、ラマン励起光源２ａおよびラマン励起光源２ａからのラマン励起光について入力側光ファイバ１０−１に挿入するための光学部材２ｂをそなえて構成されて、入力側光ファイバ１０−１に対してラマン励起光源２ａからの励起光を供給するものであり、これにより、入力側光ファイバ１０−１を伝搬してくる光（例えば波長多重された信号光）を後方励起によりラマン増幅することができるようになっている。
【００１８】
このように入力側光ファイバ１０−１を増幅媒体としたラマン増幅を行なうことにより、前述したように入力側光ファイバ１０−１についての損失を実効的に低く見せることができるので、ノードとしてのＮＦを、エルビウム添加光増幅器で実現できる理論限界の３ｄＢよりも低くすることができる。
また、ラマン励起部２のラマン励起光源２ａから出力すべき励起光としては、入力される光の波長帯に応じた波長光を出力可能に構成され、その励起光パワーとしてはレーザ安全基準のクラス３Ｂでの適合指標として規定される５００ｍＷ程度となるように設定することができる。即ち、上述のごときレーザ安全基準のクラス３Ｂでの適合指標を満たすように励起光パワーを設定することによって、取り扱い上の便宜に資することができる。
【００１９】
なお、伝送路ファイバ１０−１からの光のレベルは、当該伝送路ファイバ１０−１の長さ等に依存して損失成分が異なり、ラマン励起部２にて伝送路ファイバ１０−１に供給する励起光のパワーを５００ｍＷ程度となるように設定されているので、このラマン励起部２によってラマン増幅された光についての光レベルは、伝送路ファイバ１０−１でのロスに依存して変化することとなる。
【００２０】
また、第１エルビウム添加光増幅器３は、伝送路ファイバ１０−１からの光（信号光）であってラマン励起部２からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器として機能する光ファイバ増幅器であって、この第１エルビウム添加光増幅器３においては、伝送路ファイバ１０−１を通じてラマン増幅された光を入力されて、この光について後述する目標レベルまで増幅できるように利得設定が可能に構成されている。
【００２１】
さらに、分散補償ファイバラマン増幅器（ＤＣＦＲＡ：Dispersion Compensating Fiber Raman Amplifier）４は、第１エルビウム添加光増幅器３で増幅された光について分散補償を行ないながらラマン増幅を行ないうるものであり、エルビウム添加光増幅器３に接続された分散補償ファイバ４ａをそなえるとともに、分散補償ファイバ４ａについてのラマン励起光を発光しうるラマン励起光源４ｂ、およびラマン励起光源４ｂで発光されるラマン励起光を分散補償ファイバ４ａに例えば後方から挿入するための光学部材４ｃをそなえて構成されている。
【００２２】
ここで、この分散補償ファイバ４ａは、伝送路ファイバ１０−１での分散を補償するものである。光増幅装置１の入力側光ファイバとなる伝送路ファイバ１０−１の長さは、その設置する個所によって異なることが想定されるので、当該伝送路ファイバ１０−１の長さから得られる分散特性をもとにして、最適に分散補償を行なうことができるように構成する。
【００２３】
そして、この分散補償ファイバ４ａには、上述のラマン励起光源４ｂから発光されるラマン励起光が光学部材４ｃを通じて挿入されるようになっているので、分散補償ファイバ４ａ中を伝搬する光（信号光）についても、このラマン励起光源４ｂからの励起光によってラマン増幅されるようになっている。尚、ラマン励起光源４ｂからの励起光は、ラマン励起部２における励起光と同様に、伝送路ファイバ１０−１および第１エルビウム添加光増幅器３を通じて入力された光の波長に応じた波長の光を出力することができるようになっている。
【００２４】
なお、分散補償ファイバラマン増幅器４における出力レベルおよび利得は、後述するように目標値となる上限値が設定されていることから、この分散補償ファイバラマン増幅器４への入力レベルについても目標レベルとして一意的に導くことができる。尚、上述の第１エルビウム添加光増幅器３の出力目標レベルは、上述の分散補償ファイバラマン増幅器４の入力レベルの目標値に対応したものである。
【００２５】
さらに、第２エルビウム添加光増幅器５は、分散補償ファイバラマン増幅器４からの光（信号光）について、集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器として機能する光ファイバ増幅器であって、この第２エルビウム添加光増幅器５において増幅された光については、出力側光ファイバである伝送路ファイバ１０−２を通じて送出することができるようになっている。
【００２６】
なお、第２エルビウム添加光増幅器５で増幅されて出力される光のレベルについても、目標となる上限値が設定されており、前述の分散補償ファイバラマン増幅器４出力としての上限値との関係によって、利得が定められるようになっている。換言すれば、第２エルビウム添加光増幅器５は、定められた利得で動作できるように、利得設定が可能に構成されている。
【００２７】
また、上述の第１，第２エルビウム添加光増幅器３，５はともに、エルビウムが添加された図示しない光ファイバとともにこの光ファイバを励起光挿入によって励起するための励起部をそなえて構成されるが、これらの第１，第２エルビウム添加光増幅器３，５をなす光ファイバとしては、エルビウム以外の他の希土類元素を添加した光ファイバにより構成することが可能である。
【００２８】
〔Ａ２〕光増幅装置１を構成する第１，第２エルビウム添加光増幅器３，５および分散補償ファイバラマン増幅器４の出力のレベルおよび利得の設定について
ところで、本実施形態にかかる光増幅装置１においては、上述の第１エルビウム添加光増幅器３，分散補償ファイバラマン増幅器４および第２エルビウム添加光増幅器５は、本願発明の特徴的構成として、この図１に示すように、光の入力側からこの順番で配置されるとともに、それぞれの利得を一例として設定することができるようになっている。
【００２９】
まず第１に、入力側光ファイバ１０−１の損失を実効的に低く見せるためには、光ファイバ１０−１からの光の入力側には、エルビウム添加光増幅器のごとき集中型の光増幅器を設置するよりも、入力側光ファイバ１０−１をラマン励起する機能を設けることが、伝送されてきた側の伝送路の損失を低雑音で補償することができるので好ましい。
また一方で、光伝送路１０の中継段においては、受信側において適正に光信号を受信するために、入力側光ファイバ１０−１での光の波長分散を補償することが必要となってくるので、光伝送路１０上に介装された光増幅装置１中に分散補償ファイバ４ａを設けることとする。そして、分散補償ファイバ４ａそのものは損失が比較的大きい媒体であるので、当該分散補償ファイバ４ａをＤＣＦＲＡ４としてラマン増幅することにより、分散補償ファイバ４ａで生じるロスを補償することとする。
【００３０】
さらに、光増幅装置１出力として、出力側光ファイバ１０−２に光を送出する段においては、なるべく高いパワーの光を送出することが、伝送距離の長大化につながるため好ましいが、それでも、当該出力側光ファイバ１０−２において非線形効果を生じさせない上限の光レベルにしておく必要はある。出力側光ファイバ１０−２に入力された光に非線形効果が生じると、この出力側光ファイバ１０−２を伝搬する光信号に波形劣化が生じてしまうからである。
【００３１】
そこで、図１に示すように、出力側光ファイバ１０−２に光を送出する段における光パワーとしては、出力側光ファイバ１０−２による非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値Ｌ１を目標値として設定することとする。換言すれば、第１上限値Ｌ１のレベルで出力側光ファイバ１０−２に光信号を送出できるようにすることで、非線形光学効果による波形劣化の影響を問題とせずに伝送距離の長距離化を図ることができるのである。
【００３２】
しかしながら、このように出力側光ファイバ１０−２に光を送出する段における光パワーを、上述のＬ１を目標値として設定すると、ＤＣＦＲＡをなす分散補償ファイバ４ａを出力側光ファイバ１０−２に接続する構成とすることはできない。上述の第１上限値Ｌ１と、分散補償ファイバ４ａにおいて非線形効果による波形劣化量に基づいて設定される出力上限値と、の間には差があるからである。
【００３３】
すなわち、分散補償ファイバ４ａのコア径は、光伝送路をなす入力側および出力側の光ファイバ１０−１，１０−２のコア径よりも比較的小さく構成しなければならないことから、分散補償ファイバ４ａのコア中に閉じ込められて伝送される光強度が出力側光ファイバ１０−２よりも大きくなり（ＤＣＦＲＡ４中のエネルギー密度が出力側光ファイバ１０−２よりも高くなり）、又分散補償ファイバ４ａと出力側光ファイバ１０−２の屈折率の差異の影響もあって、出力側光ファイバ１０−２よりも分散補償ファイバ４ａの方が非線形効果を起こす出力光レベルの上限が低くなるのである。
【００３４】
そもそも、ＤＣＦＲＡ４の非線形光学効果は、入力と出力との光レベル変化の積分値が大きくなるほど生じやすくなるものであるが、実質的には出力光レベルのレベルの大小で判断することができる。即ち、出力光レベルが比較的大きいほど、非線形光学効果による波形劣化は相対的に大きくなるといえる。又、出力側光ファイバ１０−２の非線形効果については、出力側光ファイバ１０−２への入力光レベル（又は光増幅装置１出力にかかる光レベル）の大小で同様に判断することができる。
【００３５】
上述したように、出力光として出力側光ファイバ１０−２に送出すべきレベルは、当該出力側光ファイバ１０−２を伝搬する光信号が受ける非線形光学効果の影響を、受信側において無視しうる最大値（出力側光ファイバの非線形リミット）Ｌ１を目標にレベルを上げておくことが望ましいが、この出力側光ファイバ１０−２の非線形リミットＬ１と、ＤＣＦＲＡ４の出力光の光レベルにかかる非線形リミットと、の間では差異が生じることになるのである。
【００３６】
そこで、分散補償ファイバ４ａの出力光レベルの目標値を、当該分散補償ファイバ４ａを伝搬する光信号が受ける非線形光学効果の影響を無視しうる第２上限値（即ち分散補償ファイバ４ａの非線形リミット）Ｌ２とするとともに、上述のＬ２とＬ１との間の光レベル差を埋めるために、分散補償ファイバ４ａと出力側光ファイバ１０−２との間に、集中型の光増幅器である第２エルビウム添加光増幅器５を介装するのである。
【００３７】
そして、第２エルビウム添加光増幅器５の利得の設定については、上述の分散補償ファイバ４ａの出力目標値である第２上限値を入力レベルとしたときに、出力側光ファイバ１０−２における入力レベルの目標値である第１上限値を出力レベルとすることができるようにするものとする。尚、このとき、分散補償ファイバ４ａおよび出力側光ファイバ１０−２と、当該第２エルビウム添加光増幅器５との各接続による光損失についても加味して利得設定する。
【００３８】
また、ＤＣＦＲＡ４としてラマン増幅する分散補償ファイバ４ａは、ダブルレーリー散乱によるクロストーク光が干渉雑音となる。この干渉雑音は、ラマン増幅の利得が大きくなると、それにつれて大きくなる。この干渉雑音を抑制するには、ＤＣＦＲＡ自身の利得についても制限を設ける必要が生じる。即ち、ＤＣＦＲＡ４としての利得を、分散補償ファイバ４ａによる光の損失の補償量しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく、図１に示す利得ＬＧに設定することとする。
【００３９】
さらに、入力側光ファイバ１０−１の分散補償に必要な補償量を求めると、分散補償ファイバ４ａの長さを決定することができるので、一意的に分散補償ファイバ４ａの損失量も定まる。従って、ＤＦＦＲＡ４の出力光レベルを上述したように非線形リミットＬ２となるように設定するとともに、利得をＬＧとなるように設定すれば、ＤＣＦＲＡ４に入力される光レベルについても一意に目標値Ｌ３として定められる。
【００４０】
ところが、このＤＣＦＲＡ４に入力される光レベルの目標値Ｌ３として設定される値は、現状においては、入力側光ファイバ１０−１から当該光増幅装置１に入力される光レベルＬ４との間では、当該入力される光がラマン励起部２からの励起光によってラマン増幅されたものであったとしても差が生じてしまう。ラマン励起部２によるラマン増幅は、ラマン励起部２による励起光レベルに前述のごとき制限が与えられているので、ＤＣＦＲＡ４に入力される光レベルの目標値Ｌ３として与えられるようなレベルまで増幅させることもできないからである。
【００４１】
なお、ラマン励起部２の後段にＤＣＦＲＡ４を接続するようにして、ラマン励起部２によってラマン増幅された光がＤＣＦＲＡ４で増幅されるように構成しつつ、ＤＣＦＲＡ４としての利得を上述のＬＧに制限することで、ＤＣＦＲＡ４の出力は目標値Ｌ２に届かないものの、第２エルビウム添加光増幅器５の利得を大きくすることで対応が可能とも考えられる。
【００４２】
しかしながら、この構成においては、例えば図２および図３の（ｂ）に示すように、ラマン励起部２での励起光パワーを上述のごとく５００ｍＷ程度とした場合に、雑音特性が劣化してしまう。この雑音特性の劣化は、主としてＤＣＦＲＡ４が比較的低い入出力光レベルで動作させていることが要因と想定される。従って、雑音特性を改善させるためには、ＤＣＦＲＡ４の利得を変更せずに、入出力光レベルがなるべく高い領域で動作させることが好ましい。
【００４３】
すなわち、光増幅装置１全体としての雑音性能の向上のためには、上述のごときダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく利得をＬＧに制限しながら、出力光の非線形リミットを越えない範囲で、なるべく入力光レベルを高くしておくことが必要になってくる。そうすると、入力側光ファイバ１０−１から当該光増幅装置１に入力される光レベルと、ＤＣＦＲＡ４への入力レベルと、の間に差異が生じることを免れない。
【００４４】
本願発明においては、上述の光レベルの差異を埋めるため、第１エルビウム添加光増幅器３を、ラマン励起部２およびＤＣＦＲＡ４の間に設けることとする。このとき、第１エルビウム添加光増幅器３の利得については、ラマン励起部２からの励起光によりラマン増幅された光（レベルは図１のＬ４）について、上述のＤＣＦＲＡ４へ入力される光の目標値レベルＬ３まで増幅すべく設定する。尚、この場合においても、ラマン励起部２および分散補償ファイバ４ａと、当該第１エルビウム添加光増幅器３との各接続による光損失についても加味して利得設定する。
【００４５】
〔Ａ３〕作用効果
このように構成された光増幅装置１では、入力側光ファイバ１０−１を伝搬する光（信号光）は、ラマン励起部２による励起光によって第１のラマン増幅が行なわれることによって、入力側光ファイバ１０−１の損失を実効的に低くする。
そして、入力側光ファイバ１０−１からの上述のごとき第１のラマン増幅が行なわれた光が第１エルビウム添加光増幅器３において集中型の増幅が行なわれて、ＤＣＦＲＡ４へ入力される光の目標値レベルまで増幅される。
【００４６】
ＤＣＦＲＡ４においては、第１エルビウム添加光増幅器３における集中型の増幅がなされた光について、分散補償を行いながら上述の利得ＬＧでの第２のラマン増幅を行なって、分散補償ファイバ４ａで非線形光学効果の影響が実質的に生じない上限値である第２の目標値Ｌ２の光レベルを有する光を出力する。
さらに、第２エルビウム添加光増幅器５においては、ＤＣＦＲＡ４において第２のラマン増幅が行なわれた光について、上述の第２の目標値Ｌ２から、出力側光ファイバ１０−２において非線形光学効果の影響が実質的に生じない上限値である第１の目標値Ｌ１まで、集中型の増幅を行なって、増幅結果を光増幅装置１出力として出力側光ファイバ１０−２に送出する。
【００４７】
前述したように、ラマン励起部２，ＤＣＦＲＡ４および第２エルビウム添加光増幅器５を光入力側からこの順番で接続して装置を構成した場合の、装置全体のＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio：光信号対雑音比）は図２および図３の（ｂ）に示すようになるが、これに対し、本実施形態にかかる光増幅装置１の構成によれば、光増幅装置１のＯＳＮＲとしては、図２および図３の（ｃ）に示すようになり、ラマン励起部２における励起光パワーを５００ｍＷとしているときのＯＳＮＲを大幅に改善させることができる。
【００４８】
なお、図２および図３の（ａ）は、本願発明の光増幅装置１の構成において分散補償ファイバ４ａをラマン増幅しない場合についてのＯＳＮＲを示すものであるが、いうまでもなく分散補償ファイバ４ａをラマン増幅する本願発明の構成がＯＳＮＲ、即ち雑音特性を改善することができるものである。
また、図３に示すように、ＯＳＮＲを３０ｄＢとすることができるラマン励起部２からの励起光パワーについては、本実施形態にかかる光増幅装置１の場合のみ、前述のレーザ安全基準のクラス３Ｂでの適合指標を満たす数値（４００ｍＷ程度）を実現している。
【００４９】
すなわち、上述のＯＳＮＲで表される雑音特性を改善することによって、以下に示すように、伝送可能な１スパン当たりの距離（中継区間の距離）についても伸ばすことができるようになる。
ここで、光信号を、再生中継機能を介在せずに伝送可能な距離は、以下の式（１）で与えることができる。ただし、ここで用いるＯＳＮＲの値は真数値とし、１スパン当たりの距離は、光直接増幅機能を有する中継器が介在しない伝送路区間の距離である。
【００５０】
距離＝（１つの中継器あたりのＯＳＮＲ／受信部における許容ＯＳＮＲ）×（１スパン当たりの距離）                                                          …（１）
すなわち、光信号を受信する装置（受信部）における許容ＯＳＮＲを固定値とし、１スパン当たりの距離は実際の伝送路に応じて与えられる条件とすると、伝送距離を伸ばすための施策は１つの中継器あたりのＯＳＮＲを大きくすることになる。
【００５１】
一方、中継器における雑音指数とＯＳＮＲとの関係は以下の式（２）のように与えることができる。
ＯＳＮＲ＝（伝送路入力パワー）／｛（単位スパンあたりの損失）×（雑音指数）×（受信帯域の光子エネルギー）｝                                                …（２）
受信帯域の光子エネルギーおよび１スパン損失は、実際の伝送路に応じて与えられる条件であり、結局、上述の式（１），（２）から、到達距離は１つの中継器あたりの雑音指数に反比例することがわかる。例えば、伝送距離を２倍にしたい場合には、雑音指数を１／２つまり３ｄＢ低減させる必要がある。
【００５２】
したがって、伝送距離の長距離化のためには、中継器の低雑音化が必要となるのである。特に、既設の伝送路を中継する中継器として光増幅装置を搭載しようとする場合、１スパン当たりの距離は実際の伝送路に応じて与えられるものであるため、ＯＳＮＲを大きくすることができる光増幅装置を提供することで、上述の（１）で求められる伝送可能距離を伸ばすことに寄与するので、極めて有用である。
【００５３】
本実施形態にかかる光増幅装置１を中継器として適用することにより、中継器としての雑音特性を低雑音化することができるので、伝送距離の長距離化に寄与することができる。
また、図４に示すように、他の光増幅装置の構成を中継器として適用する場合と比較しても、本実施形態の光増幅装置１の構成を中継器に適用することは、以下に示すように有用である。
【００５４】
図４（ａ）は、中継器として、入力側エルビウム添加光増幅器（ＥＤＦＡ）１３，分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１４ａおよび出力側エルビウム添加光増幅器（ＥＤＦＡ）１５からなる光増幅装置２０Ａを構成した場合のレベルダイヤグラムである。又、図４（ｂ）は、中継器として、ラマン励起部１２，入力側エルビウム添加光増幅器１３，分散補償ファイバ１４ａおよび出力側エルビウム添加光増幅器１５からなる光増幅装置２０Ｂを構成した場合のレベルダイヤグラムである。更に、図４（ｃ）は、中継器として、本実施形態にかかる光増幅装置１を構成した場合のレベルダイヤグラムである。
【００５５】
なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）中、区間Ｄ１〜Ｄ２は入力側光ファイバ１０−１を伝搬する光のレベル変化を示し、区間Ｄ２〜Ｄ３は、中継器としての入力端（Ｄ２）から入力側エルビウム添加光増幅器１３又は第１エルビウム添加光増幅器３の出力端（Ｄ３）に到るレベル変化を示し、区間Ｄ３〜Ｄ４は、上述のＤ３からＤＣＦ１４ａ又はＤＣＦＲＡ１４の出力端（Ｄ４）に到るレベル変化を示し、区間Ｄ４〜Ｄ５は、上述のＤ４から出力側エルビウム添加光増幅器１５又は第２エルビウム添加光増幅器５の出力端（Ｄ５）に到るレベル変化を示すものである。
【００５６】
図４（ａ）の構成と図４（ｂ）の構成とを比較したとき、入力側光ファイバ１０−１をラマン増幅している図４（ｂ）の構成のほうが、図４（ａ）の構成よりも中継器としての入力側付近、即ち入力側エルビウム添加光増幅器１３への入力部（Ｄ２）でのパワーが改善されていることがわかる。更に、図４（ｂ）の構成と図４（ｃ）の構成とを比較したとき、２段目のエルビウム添加光増幅器１５への入力端付近（Ｄ４）での光パワーが改善されていることがわかる。
【００５７】
したがって、図４（ｃ）に示すように、本実施形態にかかる光増幅装置１の構成が、中継器としての入力側（Ｄ２）から出力側（Ｄ５）にわたって、レベル変化が比較的小さく、比較的高いレベルで推移している雑音性能を最も優れたものとすることができる。
さらに、本発明の光増幅装置１を、波長多重光通信システムにおける光直接増幅中継装置として適用した場合においては、チャンネルあたりの出力レベルを−３ｄＢｍ以上、光増幅装置１としての利得を２５ｄＢ以上に設定するときに、光増幅装置１全体としての実効雑音指数を２ｄＢ以下とすることができる。
【００５８】
なお、上述の光増幅装置１全体の実効雑音指数を求めるにあたり、入力側光ファイバ１０−１を増幅媒体として使用してラマン増幅する部分についての実効雑音指数は、以下の式（３）に示すように定義することができる。
ＮＦeff＝Ｐase／（Ｐｏｕｔpump-on／Ｐｏｕｔpump-off×受信帯域の光子エネルギー）
…（３）
したがって、ラマン利得（Ｐｏｕｔpump-on／Ｐｏｕｔpump-off）と自然放出光（ＡＳＥ）パワー（Ｐase）との関連により、実効雑音指数を決定することができる。
【００５９】
このように、本発明の一実施形態によれば、入力側光ファイバ１０−１に接続されて入力側光ファイバ１０−１を後方ラマン励起するためのラマン励起部２と、入力側光ファイバ１０−１からの光であってラマン励起部２からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器３と、第１集中型光増幅器３で増幅された光について分散補償ファイバ４ａで分散補償を行ないながら分散補償ファイバ４ａを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器４と、分散補償ファイバラマン増幅器４からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器５と、をそなえて構成されているので、伝送速度の高速化に対応して光直接増幅中継において求められる利得および雑音特性を得ることができる利点がある。
【００６０】
〔Ａ４〕その他
なお、上述した実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
たとえば、光増幅装置１としての増幅特性および出力光の安定化を図るため、図５に示すように、ラマン励起部２´として、入力側光ファイバ１０−１に供給される励起光を出力一定制御するための励起光一定制御部２ｃを設けたり、第１エルビウム添加光増幅器３´として、出力パワーを一定に制御する出力パワー一定制御部３ａを設けたり、ＤＣＦＲＡ４´として、出力パワーを一定に制御する出力パワー一定制御部４ｄを設けたり、第２エルビウム添加光増幅器５´として、出力パワーを一定に制御する出力パワー一定制御部５ａを設けたりすることができる。
【００６１】
また、上述した実施形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。
〔Ｂ〕付記
（付記１）  入力側光ファイバと出力側光ファイバとの間に介装される光増幅装置であって、
該入力側光ファイバを後方ラマン励起するためのラマン励起部と、該入力側光ファイバからの光であって該ラマン励起部からの励起光によりラマン増幅された光について集中型の増幅を行ないうる第１集中型光増幅器と、該第１集中型光増幅器で増幅された光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら該分散補償ファイバを伝搬する光についてラマン増幅を行ないうる分散補償ファイバラマン増幅器と、該分散補償ファイバラマン増幅器からの光について集中型の増幅を行ないうる第２集中型光増幅器と、をそなえて構成されたことを特徴とする、光増幅装置。
【００６２】
（付記２）  該第２集中型光増幅器から出力される光のレベルを、該出力側光ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値を超えないように設定されたことを特徴とする、付記１記載の光増幅装置。
（付記３）  該分散補償ファイバラマン増幅器の利得は、該分散補償ファイバによる光の損失を補償しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく設定されたことを特徴とする、付記２記載の光増幅装置。
【００６３】
（付記４）  該分散補償ファイバラマン増幅器から出力される光のレベルが、該分散補償ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第２上限値を超えないように設定されたことを特徴とする、付記３記載の光増幅装置。
（付記５）  該第２集中型光増幅器から出力される光のレベルを、該出力側光ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値を超えないように設定され、
該分散補償ファイバラマン増幅器の利得は、該分散補償ファイバによる光の損失を補償しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制すべく設定され、
かつ、該分散補償ファイバラマン増幅器から出力される光のレベルが、該分散補償ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第２上限値を超えないように設定されたことを特徴とする、付記１記載の光増幅装置。
【００６４】
（付記６）  該第２集中型光増幅器の利得を、該分散補償ファイバラマン増幅器の出力光レベルとして設定されるレベルから、前記第１上限値を超えないように設定されるレベルまで増幅する利得として設定されたことを特徴とする、付記５記載の光増幅装置。
（付記７）  該第１集中型光増幅器が、該ラマン励起部からの前記励起光によりラマン増幅された光について、該分散補償ファイバラマン増幅器の利得および該分散補償ファイバラマン増幅器から出力される光のレベルの設定から導かれる、該分散補償ファイバラマン増幅器へ入力される光のレベルまで増幅すべく利得が設定されたことを特徴とする、付記６記載の光増幅装置。
【００６５】
（付記８）  該ラマン励起部からの前記励起光の強度を５００ｍＷ程度以下に設定されたことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項記載の光増幅装置。
（付記９）  該第１集中型光増幅器および該第２集中型光増幅器が、それぞれ第１希土類添加光増幅器および第２希土類添加光増幅器により構成されたことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項記載の光増幅装置。
【００６６】
（付記１０）  該ラマン励起部からの前記励起光で増幅される光が波長多重光であって、波長チャネルあたりの出力レベルを-3 dBm以上、光増幅装置全体としての利得を25 dB以上とするときに、光増幅装置全体の実効雑音指数を2 dB以下とすることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項記載の光増幅装置。
【００６７】
（付記１１）  入力側光ファイバを伝搬する光について第１のラマン増幅を行ない、
前記入力側光ファイバから入力され前記ラマン増幅された光について第１の集中型増幅を行ない、
前記集中型の増幅がなされた光について分散補償ファイバで分散補償を行ないながら前記分散補償ファイバを伝搬する光について第２のラマン増幅を行ない、
前記分散補償および前記第２のラマン増幅が行なわれた光について、第２の集中型増幅を行なって、出力側光ファイバに出力することを特徴とする、光増幅方法。
【００６８】
（付記１２）  前記第２の集中型増幅によって得られる光のレベルを、該出力側光ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第１上限値を超えないように設定し、
前記第２のラマン増幅による利得を、該分散補償ファイバによる光の損失を補償しながらダブルレーリー散乱による干渉雑音を抑制しうるように設定し、
かつ、前記第２のラマン増幅によって得られる光のレベルを、該分散補償ファイバによる非線形光学効果による波形劣化量に基づいて設定された第２上限値を超えないように設定することを特徴とする、付記１１記載の光増幅方法。
【００６９】
（付記１３）  前記第２の集中型増幅による利得を、前記第２のラマン増幅によって得られる光レベルとして設定されるレベルから、前記第１上限値を超えないように設定されるレベルまで増幅する利得として設定することを特徴とする、付記１２記載の光増幅方法。
（付記１４）  前記第１の集中型増幅による利得を、前記第１のラマン増幅によって得られる光レベルについて、前記第２ラマン増幅による利得および前記ラマン増幅によって得られる光のレベルの設定から導かれる該分散補償ファイバラマン増幅器へ入力すべき光のレベルまで増幅すべく、設定されたことを特徴とする、付記１２記載の光増幅方法。
【００７０】
（付記１５）  前記第１のラマン増幅のための励起光の強度を５００ｍＷ程度以下に設定することを特徴とする、付記１１〜１４のいずれか１項記載の光増幅方法。
（付記１６）  該ラマン励起部における前記励起光を出力一定制御し、
前記第１の集中型増幅による出力光パワーを一定に制御し、
前記第２のラマン増幅による出力光パワーを一定に制御し、
前記第２の集中型増幅による出力光パワーを一定に制御することを特徴とする、付記１１〜１４のいずれか１項記載の光増幅方法。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光増幅装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光増幅装置の作用効果について説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光増幅装置の作用効果について説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施形態にかかる光増幅装置の作用効果について説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    光増幅装置
２，２´    ラマン励起部
２ａ    ラマン励起光源
２ｂ    光学部材
２ｃ    励起光一定制御部
３，３´    第１エルビウム添加光増幅器（第１集中型光増幅器）
３ａ，４ｄ，５ａ    出力パワー一定制御部
４，４´    ＤＣＦＲＡ（分散補償ファイバラマン増幅器）
５，５´    第２エルビウム添加光増幅器（第２集中型光増幅器）
１０    光伝送路
１０−１    入力側光ファイバ
１０−２    出力側光ファイバ
１３    入力側エルビウム添加光増幅器
１４    ＤＣＦＲＡ
１４ａ    分散補償ファイバ
１５    出力側エルビウム添加光増幅器
２０Ａ，２０Ｂ    光増幅装置
【図１】
2006186013.tif 000003
【図２】
2006186013.tif 000004
【図３】
2006186013.tif 000005
【図４】
2006186013.tif 000006
【図５】
2006186013.tif 000007