(57)【要約】【課題】ラマン増幅方法において、励起光の有効活用を図ること。【解決手段】励起光の光強度Ｉp1がラマン増幅のために必要なしきい値Ｉthの１／２迄減衰した位置ｚ＝ｚ2において反射手段を有するので、励起光は、信号光とは逆方向の励起光の光強度Ｉp1と、信号光と同方向の励起光の光強度Ｉp2との和Ｉp1＋Ｉp2となる。信号光と同方向の励起光の光強度Ｉp2は位置ｚ＝ｚ2においてＩth／２でｚが大きくなるにつれ減衰するが、ｚ＝ｚ1においても値を有するので、和Ｉp1＋Ｉp2は信号光とは逆方向の励起光の初期強度Ｉp0よりも大きい。すると、信号光は、単にラマン増幅をした場合には増幅効果が生じなかった、位置範囲ｚ＝ｚ2〜ｚthにおいても増幅され、且つ位置範囲ｚ＝ｚth〜ｚ1においては、単にラマン増幅をした場合よりも利得が大きくなり、結果、位置範囲ｚ＝ｚ2〜ｚ1全体で、極めて大きい利得を得ることができる（Ｉs−ref.）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光の伝送方向とは逆に、出射端から励起光を入射し、伝送路におけるラマン増幅により当該信号光を増幅するラマン増幅方法において、
励起光を選択的に反射させる手段を配置し、
信号光の出射端と当該反射手段との間で、信号光の伝送方向とその逆方向の２方向の励起光を用いて信号光を増幅することを特徴とするラマン増幅方法。
【請求項２】
励起光を選択的に反射させる前記手段を、当該反射手段を設けないでラマン増幅を行った場合に、信号光の強度が所望の値を下回る位置よりも信号光の入射端側に、配置したことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅方法。
【請求項３】
励起光を選択的に反射させる前記手段を、信号光の強度が伝送路中で所望の値を下回らないような位置に配置したことを特徴とする請求項２に記載のラマン増幅方法。
【請求項４】
励起光を選択的に反射させる前記手段を、信号光の伝送方向とは逆方向の励起光の強度が、増幅のための光強度のしきい値を下回る位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅方法。
【請求項５】
励起光を選択的に反射させる前記手段を、信号光の伝送方向とは逆方向の励起光の強度が、増幅のための光強度のしきい値の１／２の光強度となる位置に配置したことを特徴とする請求項４に記載のラマン増幅方法。
【請求項６】
励起光を選択的に反射させる前記手段を配置した位置から、信号光の伝送方向とは逆に、更に励起光を入射させて、前記信号光を増幅することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のラマン増幅方法。
【請求項７】
前記信号光の波長は１．５５μｍであり、前記励起光の波長は１．４５μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のラマン増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光を励起光のラマン散乱によって増幅させる、ラマン増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバにおいて、信号光の伝送方向とは逆方向から励起光を導入し、励起光の光ファイバ中でのラマン散乱を利用して、信号光の増幅を行う技術が知られている。例えば１．５５μｍの信号光を、石英ガラス光ファイバ中において１．４５μｍの励起光で増幅させることができる。この際、増幅のために用いられる光ファイバの長さは２０〜３０ｋｍに及ぶ。
【非特許文献１】岡本勝就「フォトニクスシリーズ１３  光導波路の基礎」コロナ社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ラマン増幅において、出射端から信号光を所望の光強度まで増幅できたとしても、当該増幅の際、最も信号光の強度が低い部分においては、Ｓ／Ｎ比の点で、信号光の強度が十分でない場合があった。また、励起光は、増幅用の２０〜３０ｋｍの光ファイバを伝送した後、増幅のための必要最小の光強度（しきい値）を下回ると、実質的には増幅に寄与しない。即ち当該光強度分のエネルギーが増幅に寄与しない、無駄なエネルギーとして放置されていた。
【０００４】
そこで本発明は、励起光の強度を大きくすることなく、最も信号光の強度が低い部分の光強度を大きくすることを目的として完成された。また、本発明は、上記放置されていたしきい値以下の励起光の利用を図ることにより完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の手段によれば、出射端から励起光を入射し、伝送路におけるラマン増幅により当該信号光を増幅するラマン増幅方法において、励起光を選択的に反射させる手段を配置し、信号光の出射端と当該反射手段との間で、信号光の伝送方向とその逆方向の２方向の励起光を用いて信号光を増幅することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の手段によれば、励起光を選択的に反射させる手段を、当該反射手段を設けないでラマン増幅を行った場合に、信号光の強度が所望の値を下回る位置よりも信号光の入射端側に、配置したことを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、励起光を選択的に反射させる手段を、信号光の強度が伝送路中で所望の値を下回らないような位置に配置したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項４に記載の手段によれば、励起光を選択的に反射させる手段を、信号光の伝送方向とは逆方向の励起光の強度が、増幅のための光強度のしきい値を下回る位置に、励起光を選択的に反射させる手段を配置したことを特徴とする。また、請求項５に記載の手段によれば、励起光を選択的に反射させる手段を、信号光の伝送方向とは逆方向の励起光の強度が、増幅のための光強度のしきい値の１／２の光強度となる位置に配置したことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項６に記載の手段によれば、励起光を選択的に反射させる手段を配置した位置から、信号光の伝送方向とは逆に、更に励起光を入射させて、信号光を増幅することを特徴とする。更に請求項７に記載の手段によれば、信号光の波長は１．５５μｍであり、励起光の波長は１．４５μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
励起光を選択的に反射させる手段を配置し、信号光の出射端と当該反射手段との間で、信号光の伝送方向とその逆方向の２方向の励起光を用いて信号光を増幅することで、当該反射手段を用いないで励起光の強度を大きくしたことと同様の効果を生ずる。即ち、励起光の強度を大きくせずに、信号光の増幅利得を大きくすることができる（請求項１）。
【００１０】
当該反射手段を設けないでラマン増幅を行った場合に、信号光の強度が所望の値を下回る位置よりも信号光の入射端側に励起光を選択的に反射させる手段を配置し、或いは、励起光を選択的に反射させる手段を、信号光の強度が伝送路中で所望の値を下回らないような位置に配置することで、伝送路中の信号光の強度を所望の値を下回らないようにすることができ、Ｓ／Ｎ比が向上する（請求項２及び請求項３）。
【００１１】
活用されていなかったしきい値以下の励起光を利用するため、励起光を選択的に反射させる手段を当該しきい値以下となる位置に設ける。これにより、活用されていなかった「弱い励起光」を、反対方向、即ち信号光の伝送方向と同方向に導入して、ラマン増幅に寄与させ、有効活用することが可能となる（請求項４）。尚、励起光を選択的に反射させるとは、励起光以外の信号光を反射させないことを意味し、また、励起光を１００％反射させるものには必ずしも限定されない。
【００１２】
また、励起光を選択的に反射させる手段を、信号光の伝送方向とは逆方向の励起光の強度が、増幅のための光強度のしきい値の１／２の光強度となる位置に配置すれば、当該反射手段が１００％励起光を反射可能であれば、当該位置において光強度は信号光の伝送方向及びその逆方向併せて増幅のための光強度のしきい値に達することができ、最も有効に励起光を活用できる。尚、増幅のための光強度とはエネルギーの次元を有するものである（請求項５）。
【００１３】
励起光を反射させる手段の位置から、信号光との伝送方向とは逆方向に、更にラマン増幅用の励起光を導入することで、更に増幅量を増大させることが容易となる（請求項６）。伝送路として石英ガラス光ファイバを用いるのならば、信号光として波長１．５５μｍを、励起光として波長１．４５μｍを選択することができる（請求項７）。
【００１４】
上記の「出射端」は、光信号の受信端の意味であり、光伝送路の中継端も含む概念である。即ち伝送路の中継端から送信端に向けて励起光を伝送する場合を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
光伝送路として光ファイバを用いる場合、当該光ファイバはステップインデックス型光ファイバでも良く、また、グレーディッドインデックス型光ファイバでも良い。また、その材質は、石英ガラスその他のガラス、プラスチック、その他任意である。尚、伝送路は光ファイバに限定されず、任意形状の伝送路を用いて良い。
【００１６】
以下、図を用いて本発明の具体的な実施例を説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１７】
励起光を選択的に反射させる手段としては次の手段をとることができる。光ファイバ１０に誘電体多層膜又は回折格子１０１を挿入して用いることが可能である（図１（ａ））。また、分岐１１へ分岐させた上で全反射鏡２０により反射させた上、本線１０に戻すようにしても良く、この場合は誘電体多層膜を９０°分岐選択反射膜１０２として用いても良く（図１（ｂ））、或いは結合導波路型分波器１０３で反射鏡に導き、本線１０に戻しても良い（図１（ｃ））。誘電体多層膜１０２１を９０°分岐選択反射膜として用いた場合、同一の誘電体多層膜を用いて、同一波長の第２の励起光を導入しても良い（図１（ｄ））。
【実施例１】
【００１８】
反射手段を、信号光とは逆方向の励起光の光強度Ｉp1がしきい値Ｉthの１／２となる位置に置いた場合の、信号光の光強度Ｉsの変化を図２に示す。図２の横軸は、伝送距離ｚを示し、ｚ＝０で、初期強度Ｉs0の信号光が導入され、ｚ＝ｚ1までの間の減衰及び増幅を示すものである。一方、ｚ＝ｚ1から、信号光とは逆方向に、初期強度Ｉp0の励起光が導入される。信号光とは逆方向の励起光の強度Ｉp1は、位置ｚthにおいて強度Ｉthまで減衰し、位置ｚ2において強度Ｉth／２まで減衰する。強度Ｉthは、ラマン増幅のために必要なしきい値である。図２においては、横軸は通常の目盛り、縦軸は信号光の光強度Ｉsと励起光の光強度Ｉp1は各々独立で対数目盛りである。信号光の光強度Ｉsの大きさと励起光の光強度Ｉp1の大きさとの比較は図２の上では意味が無い。尚、Ｉs、Ｉp1等の光強度は、エネルギーの次元を有する物理量である。尚、石英ガラス光ファイバを用いる場合、信号光の波長は１．５５μｍ、励起光の波長は１．４５μｍとすると良い。石英ガラス光ファイバを用いる場合、ラマン増幅が、波長が１μｍ程度の信号光に対し、波長が約０．１μｍ短い励起光を用いると良い。この時、ラマン増幅のために必要なしきい値は１５０ｍＷ程度である。
【００１９】
まず、ラマン増幅がない場合、信号光の光強度Ｉsの変化は片対数グラフ上の直線となる。即ち、ｚ＝０において初期強度Ｉs0であって、右下がりの直線Ｉs−w/oRamanと示したように減衰していく。そこで通常は、初期強度Ｉp0の励起光を導入し、ｚ＞ｚthにおいてしきい値強度Ｉthより大きいＩp1により信号光を増幅して、信号光の光強度はＩs−Ramanのように、例えば初期強度Ｉs0まで回復される。
【００２０】
本発明によれば、励起光の光強度Ｉp1がラマン増幅のために必要なしきい値Ｉthの１／２迄減衰した位置ｚ＝ｚ2において反射手段を有するので、励起光は、信号光とは逆方向の励起光の光強度Ｉp1と、信号光と同方向の励起光の光強度Ｉp2との和Ｉp1＋Ｉp2となる。信号光と同方向の励起光の光強度Ｉp2は位置ｚ＝ｚ2においてＩth／２でｚが大きくなるにつれ減衰するが、ｚ＝ｚ1においても値を有するので、和Ｉp1＋Ｉp2は信号光とは逆方向の励起光の初期強度Ｉp0よりも大きい。すると、本発明のｚ＝ｚ2において反射手段を有することで、信号光は、単にラマン増幅をした場合には増幅効果が生じなかった、位置範囲ｚ＝ｚ2〜ｚthにおいても増幅されて利得が生じ、且つ位置範囲ｚ＝ｚth〜ｚ1においては、単にラマン増幅をした場合よりも利得がわずかながら大きくなり、結果、位置範囲ｚ＝ｚ2〜ｚ1全体で、大きい利得を得ることができ、Ｓ／Ｎ特性を向上させることができる（図２でＩs−ref.）。このように、本発明によれば励起光のエネルギーを有効に活用できるので、結果導入する励起光のエネルギーを小さくして、信号光の所望の利得を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００２１】
実施例１で、位置ｚ＝ｚ1において導入した励起光と同波長の第２の励起光を、位置ｚ＝ｚ2において、信号光の伝送方向とは逆方向に導入すれば、更に大きな利得を得ることができることは明らかである。この際、図１（ｄ）のような反射手段を用いると良い。当然、信号光の所望の利得を得るためには、第２の励起光の強度をに応じて位置ｚ＝ｚ1において導入する励起光の初期強度Ｉp0を調整し、Ｉp0に合わせて、反射手段を配置する位置ｚ2を調整する必要がある。本実施例は請求項６に係る発明の具体的な実施例にあたる。
【実施例３】
【００２２】
上記実施例では励起光の強度に基づき反射手段の位置決めを行ったが、信号光の光強度Ｉs−ref.が所望の値を下回らないように、反射手段の位置決めを行い、或いは励起光の強度を調整しても良い。即ち、図３のように、信号光の光強度Ｉsを所望値Ｉよりも大きくしたい場合には、反射手段の位置ｚ2を、信号光の光強度Ｉsが２Ｉである位置ｚs2thと信号光の光強度ＩsがＩである位置ｚsthとの間に配置する。これにより、信号光の光強度Ｉsが約３ｄＢ増幅できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の反射手段の説明図。
【図２】本発明によるラマン増幅の、信号光と励起光の位置に対する強度を示すグラフ（２つの片対数グラフを重ね合わせたもの）
【図３】本発明の実施例３によるラマン増幅の、信号光と励起光の位置に対する強度を示すグラフ（２つの片対数グラフを重ね合わせたもの）
【符号の説明】
【００２４】
Ｉs：  信号光の光強度
Ｉs−ref.：  本発明により増幅された信号光の光強度
Ｉp1：  信号光とは逆方向の励起光の光強度
Ｉp2：  信号光と同方向の励起光の光強度
Ｉp1＋Ｉp2：  本発明においてラマン増幅に寄与する２方向の励起光の光強度の和
【図１】
2006078594.tif 000003
【図２】
2006078594.tif 000004
【図３】
2006078594.tif 000005