(57)【要約】【課題】零分散波長において高いラマン利得を得ることで、より長距離に亘って光信号を伝送させる。【解決手段】ラマン増幅器１２は、伝送路ファイバ１１を伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行い、複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃと、制御部１７とを備える。複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃは、当該光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光の内の所定ラマン励起光の波長が、伝送路ファイバ１１の零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定されたラマン励起光源１５ｂを含む。制御部１７は、所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する構成とする。【選択図】図１
2019020667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路ファイバを伝搬する信号光の逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器であって、
前記複数のラマン励起光を出射し、当該複数のラマン励起光の内の所定ラマン励起光の波長が、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定されたラマン励起光源を含む複数のラマン励起光源と、
前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する制御部と
を備えることを特徴とするラマン増幅器。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光の合計パワーが一定で、且つ、前記伝送路ファイバにおける零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離との最小値が最大となるように、前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
【請求項３】
前記制御部は、前記伝送路ファイバにおける零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離とが同じになるように、前記複数のラマン励起光源から出射されるラマン励起光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
【請求項４】
前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光のパワーを所定の比率に変更して前記伝送路ファイバへ伝送する励起光源
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
【請求項５】
伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器であって、
前記複数のラマン励起光を出射し、この出射される複数のラマン励起光の波長を可変可能な複数の可変波長光源と、
前記伝送路ファイバの検知された零分散波長、又は、予め保持した前記伝送路ファイバの設計情報である零分散波長、を制御部に指示する零分散波長指示部と、
前記複数の可変波長光源の内の所定の可変波長光源に対して、当該所定の可変波長光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記指示された零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長となるように制御すると共に、当該所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する前記制御部と
を備えることを特徴とするラマン増幅器。
【請求項６】
前記伝送路ファイバを伝搬する前記信号光の波長情報を前記制御部に指示する信号光波長指示部を更に備え、
前記制御部は、前記指示された波長情報中に、前記零分散波長指示部から指示された零分散波長と一致する波長が存在しない場合、当該零分散波長に最も近い波長を当該波長情報から選択し、前記所定ラマン励起光の波長を、前記選択された波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長となるように制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のラマン増幅器。
【請求項７】
伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器によるラマン利得制御方法であって、
前記ラマン増幅器は、
前記複数のラマン励起光を出射する複数のラマン励起光源を備え、
前記複数のラマン励起光源の内の所定のラマン励起光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定するステップと、
前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御するステップと
を実行することを特徴とするラマン利得制御方法。
【請求項８】
ラマン励起光を出射する複数のラマン励起光源を備え、伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ、前記複数のラマン励起光源から出射されたラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器としてのコンピュータを、
前記複数のラマン励起光源の内の所定のラマン励起光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定する手段、
前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを伝送路とした光通信に用いられる光増幅器であるラマン増幅器、利得制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ファイバを伝送路（伝送路ファイバという）とした光通信に用いられるラマン増幅器には、後述の誘導ラマン散乱を利用したものがある。誘導ラマン散乱とは、光の入射により熱振動する原子に、その入射光と少しずれた波長のラマン散乱光と同一の光が入射された際に、この入射と同一方向に光を放出する誘導放出が起こる現象である。
【０００３】
伝送路ファイバに、信号光とは逆向きに励起光を伝搬させると、伝送路ファイバ自体が増幅媒体となり信号光が増幅される。このように増幅を行う光増幅器がラマン増幅器であり、その増幅によりラマン利得（単に、利得ともいう）が得られる。ラマン利得が得られる信号の周波数は、励起光の周波数から増幅媒体のラマンシフト量だけ長波長側にシフトした周波数である。ラマンシフト量とは、励起光の波長と、当該励起光に応じてラマン利得が得られる信号光の波長との差である。このラマンシフト量は、一般的な石英ファイバの場合、約１３．２ＴＨｚであり、１５５０ｎｍ帯では約１００ｎｍに相当する。従って、伝送路ファイバで１５５０ｎｍ近傍の信号光を増幅する場合は、１５５０ｎｍ−１００ｎｍ＝１４５０ｎｍの計算式により、１４５０ｎｍの励起光が用いられる。
【０００４】
ここで、広い帯域に亘って平坦な利得を得るためには、複数の異なる波長の励起光が用いられる。少しずつピーク波長が異なる利得のスペクトルが重ね合わされることにより広帯域となる。マイクロ波の周波数帯域であるＣバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）全域をカバーするためには、３〜４波長程度が用いられることが多い。
【０００５】
ラマン増幅器は、広帯域特性を有する分布増幅を行うため、伝送路ファイバ中での信号パワーの減少が抑制され、受信時に光信号対雑音比（ＯＳＮＲ: Optical Signal to Noise Ratio）を高く保つことができる。この特性に伴い伝送路ファイバの送信端での信号パワーが低くても良いので、非線形効果による信号の劣化を抑制することができる。何故なら、非線形効果は、信号パワーが大きいときに強く発現して信号を劣化させるからである。
【０００６】
以上の利点によって、ラマン増幅器は、一般的な光増幅器であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ:Erbium Doped Fiber Amplifier）よりも、信号光（又は光信号）を長距離に亘って伝送させることができる。
【０００７】
一方で、ラマン増幅器の欠点として、利得を得るためには大きな励起光パワーが必要となる。伝送路ファイバに大きな励起光パワーが入射された場合、ファイバ端面の汚れ等の異物による発火、曲率半径が小さい部分における発熱や溶融、伝送路ファイバが長距離に亘って破壊されるファイバヒューズ現象等の恐れがある。このため、際限なく励起光パワーを上げるわけにはいかない。実運用では、伝送路ファイバに入射する励起光パワーに上限を設ける。これにより励起光パワーは、その上限より小さく設定されることになる。従って、ラマン増幅器で得られる利得には限界があり、利得が不足する場合にはＥＤＦＡを併用するようになっている。
【０００８】
伝送路ファイバとして用いられる光ファイバの一つに分散シフトファイバ(ＤＳＦ:Dispersion Shifted Fiber)がある。ＤＳＦは、零分散波長（後述）が伝送波長帯のＣバンド帯にある光ファイバである。ここで、光ファイバ内では種々の光の周波数によって速度が異なり、この速度のバラツキである群速度分散が影響して光信号が歪む。零分散波長とは、群速度分散が０になる周波数の波長（零分散周波数）であり、光信号が歪まなくなる波長である。
【０００９】
光通信として波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）通信を行う場合、零分散波長付近においては、非線形効果、特に四光波混合（後述）が強く起こり信号品質が著しく劣化する。四光波混合とは、非線形効果の一つであり、光媒体に３方向から光を入射したとき、光媒体内部に回折格子が形成され、この解析格子により４番目の光が発生する現象をいう。このような現象から、ＤＳＦにおいては、零分散波長付近に信号波長を配置しないで使用するのが一般的である。しかし、周波数資源の効率的利用という観点からは使用できない波長帯があるのは望ましくない。
【００１０】
零分散波長付近の非線形劣化を低減するには、上述したラマン増幅器を利用し、低パワーで伝送することが効果的である。非特許文献１には、ラマン増幅器とＥＤＦＡを併用する構成で、非線形劣化を低減して零分散波長においてＷＤＭ伝送を行った実験が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Suzuki, et al., “1-Tb/s (100 10 Gb/s) Super-Dense WDM Transmission with 25-GHz Channel Spacing in the Zero-Dispersion Region Employing Distributed Raman Amplification Technology,” Photon. Technol. Lett. vol. 12, no. 7, pp.903-905, (2000).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、非特許文献１に記載の方法では、非線形劣化の程度が波長依存性があるにも拘らず、ラマン利得が波長に対して平坦化されていたり、波長依存性に特に注意を払われてもいない。即ち、非線形劣化の大きい零分散波長や、零分散波長から遠い波長において、ラマン増幅器の作用が等しいため、ラマン利得が低く、ラマン増幅器による非線形劣化の低減効果が効果的に得られていない。つまり、非線形効果による信号の劣化を抑制できていないので、光信号を長距離に亘って伝送できないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、零分散波長において高いラマン利得を得ることで、より長距離に亘って光信号を伝送させることができるラマン増幅器、利得制御方法及びプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、伝送路ファイバを伝搬する信号光の逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器であって、前記複数のラマン励起光を出射し、当該複数のラマン励起光の内の所定ラマン励起光の波長が、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定されたラマン励起光源を含む複数のラマン励起光源と、前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する制御部とを備えることを特徴とするラマン増幅器である。
【００１５】
請求項７に係る発明は、伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器によるラマン利得制御方法であって、前記ラマン増幅器は、前記複数のラマン励起光を出射する複数のラマン励起光源を備え、前記複数のラマン励起光源の内の所定のラマン励起光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定するステップと、前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御するステップとを実行することを特徴とするラマン利得制御方法である。
【００１６】
請求項８に係る発明は、ラマン励起光を出射する複数のラマン励起光源を備え、伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ、前記複数のラマン励起光源から出射されたラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器としてのコンピュータを、前記複数のラマン励起光源の内の所定のラマン励起光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定する手段、前記所定ラマン励起光で増幅される前記零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する手段として機能させるためのプログラムである。
【００１７】
上記請求項１の構成、請求項７の方法及び請求項８のプログラムによれば、零分散波長で最大のラマン利得を得ることができる。一方、零分散波長以外の非零分散波長においてはラマン利得が減る分、伝送路ファイバにおけるノイズ低減効果が減るので伝送可能距離が下がる。しかし、零分散波長でラマン利得が最大となって非線形劣化がより低減されるので、信号波長全体としては伝送可能距離を引き上げることができる。つまり、零分散波長において高いラマン利得を得ることで、より長距離に亘って信号光を伝送させることができる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、前記制御部が、前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光の合計パワーが一定で、且つ、前記伝送路ファイバにおける零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離との最小値が最大となるように、前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光のパワーを制御することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器である。
【００１９】
この構成によれば、伝送路ファイバに信号光をより長距離に亘って伝送させることができる。
【００２０】
請求項３に係る発明は、前記制御部が、前記伝送路ファイバにおける零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離とが同じになるように、前記複数のラマン励起光源から出射されるラマン励起光のパワーを制御することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器である。
【００２１】
この構成によれば、伝送路ファイバに信号光をより長距離に亘って伝送させることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明は、前記複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光のパワーを所定の比率に変更して前記伝送路ファイバへ伝送する励起光源を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器である。
【００２３】
この構成によれば、複数のラマン励起光源から出射される各ラマン励起光のパワーが例えば等しい場合に、次のように各ラマン励起光のパワーを所定の比率に変更することができる。複数のラマン励起光源の内の所定ラマン励起光源が、伝送路ファイバの零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長の所定ラマン励起光を出射しているとする。この際、励起光源は、その所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きい比率に変更することができる。
【００２４】
請求項５に係る発明は、伝送路ファイバを伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器であって、前記複数のラマン励起光を出射し、この出射される複数のラマン励起光の波長を可変可能な複数の可変波長光源と、前記伝送路ファイバの検知された零分散波長、又は、予め保持した前記伝送路ファイバの設計情報である零分散波長、を制御部に指示する零分散波長指示部と、前記複数の可変波長光源の内の所定の可変波長光源に対して、当該所定の可変波長光源から出射される所定ラマン励起光の波長を、前記指示された零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長となるように制御すると共に、当該所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する前記制御部とを備えることを特徴とするラマン増幅器である。
【００２５】
この構成によれば、個体差等で零分散波長が異なる伝送路ファイバに対しても、その零分散波長を零分散波長指示部で制御部に適正に指示できるので、所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得を最大とすることができる。
【００２６】
請求項６に係る発明は、前記伝送路ファイバを伝搬する前記信号光の波長情報を前記制御部に指示する信号光波長指示部を更に備え、前記制御部は、前記指示された波長情報中に、前記零分散波長指示部から指示された零分散波長と一致する波長が存在しない場合、当該零分散波長に最も近い波長を当該波長情報から選択し、前記所定ラマン励起光の波長を、前記選択された波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長となるように制御することを特徴とする請求項５に記載のラマン増幅器である。
【００２７】
この構成によれば、零分散波長に最も近いために最も非線形劣化を受ける波長の信号光においてラマン利得を最大化し、信号光の伝送距離を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、零分散波長において高いラマン利得を得ることで、より長距離に亘って光信号を伝送させるラマン増幅器、利得制御方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ラマン利得に対する波長のスペクトルを示し、（ａ）は比較例のスペクトル図、（ｂ）は第１実施形態のスペクトル図である。
【図３】伝送路ファイバの伝搬距離に対する信号光の強度を示し、（ａ）は比較例のグラフ、（ｂ）は第１実施形態のグラフである。
【図４】伝送路ファイバに入力される３つのラマン励起光のパワーを合計した総パワーを示し、（ａ）は比較例の３つのラマン励起光パワーの比率を示す図、（ｂ）は第１実施形態の３つのラマン励起光パワーの比率を示す図である。
【図５】第１実施形態のラマン増幅器による利得制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】波長に対する伝送可能距離を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示す光通信システム１０は、伝送路ファイバ１１と、伝送路ファイバ１１に接続されたラマン増幅器１２、ＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅器）１３及びゲインイコライザ１４とを備えて構成されている。ラマン増幅器１２は、３つのラマン励起光源１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、励起光源１６と、制御部１７とを備えて構成されている。伝送路ファイバ１１は、例えば分散シフトファイバである。
【００３２】
各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃは、予め定められた波長のラマン励起光を出射する。この内、ラマン励起光源（例えば１５ｂ）から出射されるラマン励起光は、伝送路ファイバ１１の零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側（波長の短い側）にずれた波長に設定されている。なお、ラマン励起光１５は３つの場合を例示しているがこれに限るものではない。
【００３３】
励起光源１６は、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃからのラマン励起光を束ね、この束ねられたラマン励起光１８を伝送路ファイバ１１に供給する。なお、励起光源１６としては、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃからのラマン励起光を束ねる波長カプラと、その束ねられたラマン励起光１８と、この逆方向に伝搬される信号光１９とを合波する波長カプラ（図示せず）とを組み合わせた構成等が考えられるがこれに限るものではない。
【００３４】
ここで、信号光１９は、複数波長の信号が重畳されており、伝送路ファイバ１１に左から右方向へ伝搬され、伝送路ファイバ１１の零分散波長に一致する波長の信号が含まれているものとする。ラマン励起光１８は、信号光１９と逆方向の伝送路ファイバ１１に右から左方向へ伝搬され、この伝搬時に、伝送路ファイバ１１が利得媒体となり、信号光１９が増幅されるようになっている。
【００３５】
制御部１７は、ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光のパワーを可変する制御を行う。この制御部１７は、予め定められた所定のラマン励起光源１５ｂから出射されるラマン励起光（所定ラマン励起光という）のパワーを、他のラマン励起光源１５ａ，１５ｃからのラマン励起光（他のラマン励起光という）のパワーよりも大きくし、所定ラマン励起光で増幅される信号光のラマン利得が最大となるように制御する。この制御をラマン利得制御という。
【００３６】
ラマン利得制御される所定ラマン励起光は、上述したように零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長となっている。このため、所定ラマン励起光が伝送路ファイバ１１を信号光１９と逆方向に伝送された場合、零分散波長の信号光が増幅されることになる。この際、所定ラマン励起光のパワーは、他のラマン励起光のパワーよりも大きくされているので、図２（ｂ）に示すように、零分散波長λ０の信号光のラマン利得ＧＲ０が、他のラマン励起光で増幅される非零分散波長λ１の信号光のラマン利得ＧＲ１よりも大きい値（最大値）となる。つまり、ＧＲ０＞ＧＲ１となる。
【００３７】
図２はラマン利得（単に、利得ともいう）に対する波長のスペクトルを示し、（ａ）は比較例のスペクトル図、（ｂ）は第１実施形態のスペクトル図である。図２（ａ）及び（ｂ）において、線２１ａ，２１ｂはラマン増幅器１２のみの利得を示し、線２２はラマン増幅器１２、ＥＤＦＡ１３及びゲインイコライザ１４の合成利得を示す。以降、利得線２１ａ，２１ｂ、合成利得線２２ともいう。なお、非零分散波長λ１は、零分散波長λ０から離れた波長であるとする。
【００３８】
図２（ａ）に示す比較例では、ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃからの各ラマン励起光パワーが一定で、各ラマン励起光に係る各信号光のラマン利得ＧＲが、利得線２１ａで示すように平坦となるように制御（ラマン利得制御）されている。
【００３９】
これに対して、第１実施形態では、図２（ｂ）に利得線２１ｂで示すように、所定ラマン励起光に係る零分散波長λ０の信号光の利得ＧＲ０が最大となるように制御（ラマン利得制御）される。即ち、零分散波長λ０における利得ＧＲ０と、非零分散波長λ１における利得ＧＲ１とが、ＧＲ０＞ＧＲ１の関係となっている。
【００４０】
図１に示すＡ点は伝送路ファイバ１１の始端、Ｂ点はゲインイコライザ１４を通過した地点を示す。
【００４１】
ＥＤＦＡ１３は、ラマン増幅器１２で増幅後に、伝送路ファイバ１１の伝送により減衰した信号光１９を増幅する。
ゲインイコライザ１４は、ＥＤＦＡ１３で増幅された信号光１９に対して利得等化の処理を行い、信号光１９の全ての波長に対して伝送路ファイバ１１の損失に相当する利得を得るようにする。
【００４２】
ここで、ＥＤＦＡ１３の信号光１９の増幅について図３を参照して説明する。図３は伝送路ファイバ１１の伝搬距離に対する信号光１９の強度（信号光強度又は光強度ともいう）を示し、（ａ）は比較例のグラフ、（ｂ）は第１実施形態のグラフである。図３（ａ）及び（ｂ）において、Ａ，Ｂ点は図１のＡ，Ｂ点に相当する。破線３１，３１ａは、非零分散波長λ１の信号光１９の強度推移を示す。実線３２，３２ａは、零分散波長λ０の信号光１９の強度推移を示す。
【００４３】
図３（ａ）の比較例においては、何れの波長λ０，λ１の信号光１９もラマン利得ＧＲが同じであるため、信号光１９の強度推移は同じ形状のカーブ３１，３２を描く。各波長λ０，λ１の信号光１９は、Ａ点を過ぎて伝送路ファイバ１１を伝搬するに従い光強度がＰ０，Ｐ１のレベルから徐々に減衰して行く。しかし、Ｂ点に近づくにつれてラマン増幅器１２でのラマン増幅に応じて、広帯域特性を有する分布増幅が起こり徐々に光強度が強くなる。このため、零分散波長λ０の信号光１９において、Ｂ点での信号光強度Ｐ０ａからＰ０ｂまで上がるラマン利得ＧＲが得られる。また、非零分散波長λ１の信号光１９においても、Ｂ点の信号光強度Ｐ１ａからＰ１ｂまで上がるラマン利得ＧＲが得られる。この場合、双方の利得ＧＲは同じである。
【００４４】
なお、図３（ａ）及び（ｂ）に示す利得ＧＲ，ＧＲ０，ＧＲ１は、図２に示した利得ＧＲ，ＧＲ０，ＧＲ１に対応している。
【００４５】
ラマン増幅器１２によるラマン利得ＧＲだけでは、各波長λ０，λ１の信号光１９の伝送路損失を補償するには不十分である。このため、Ｂ点の手前のＥＤＦＡ１３により、信号光強度Ｐ０ｂ，Ｐ１ｂの各波長λ０，λ１の信号光１９を、送信時点Ａと同じ光強度Ｐ０，Ｐ１まで増幅する。
【００４６】
但し、光通信システム１０の伝送設計においては、各波長λ０，λ１の信号光１９のＡ点における光強度をそれぞれＰ０，Ｐ１とすると、Ｐ０＜Ｐ１であるように設計される。Ｐ０の方を低く設計するのは、零分散波長λ０の方が非零分散波長λ１よりも非線形劣化が強いので、伝送品質が最良となる最適伝送パワーが低いためである。
【００４７】
これに対して、第１実施形態のラマン利得制御では、零分散波長λ０の増幅量（又はラマン利得）を、比較例等の周知技術に比べて大きくできる。このため、図３（ｂ）に示すように、送信端Ａの信号光強度Ｐ０ｃを、比較例等の周知技術の信号光強度Ｐ０よりも低くすることができる。また、零分散波長λ０の信号光１９は、これを増幅した所定ラマン励起光のパワーが強く増幅量が大きいので、カーブ３２ａで示すように、Ｂ点の信号光強度Ｐ０ｄからＰ０ｅまで上がる利得ＧＲ０が、上記利得ＧＲ｛図３（ａ）｝よりも大きくなる。
【００４８】
一方、第１実施形態のラマン利得制御では、非零分散波長λ１の信号光１９は、カーブ３１ａで示すように、Ｂ点の信号光強度Ｐ１ｄからＰ１ｅまで上がる利得ＧＲ１が、上記利得ＧＲ｛図３（ａ）｝よりも小さくなる。つまり、ＧＲ０＞ＧＲ１の関係となる。
【００４９】
この理由について図４を参照して説明する。図４は伝送路ファイバ１１に入力される３つのラマン励起光のパワーを合計した総パワーＰＲｍａｘを示し、（ａ）は比較例の３つのラマン励起光パワーの比率を示す図、（ｂ）は第１実施形態の３つのラマン励起光パワーの比率を示す図である。但し、ラマン励起光の総パワーＰＲｍａｘは（ａ）及び（ｂ）共に同じである。
【００５０】
図４（ａ）は、各ラマン励起光のパワーＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３を均一にした場合を示す。図４（ｂ）は、零分散波長λ０に係るラマン励起光パワーＰＲ２を、非零分散波長λ１に係るラマン励起光パワーＰＲ１，ＰＲ３よりも大きくした場合を示す。この場合、図４（ｂ）に示すラマン励起光のパワーＰＲ１，ＰＲ３に係る非零分散波長λ１の増幅量（又はラマン利得）は、図４（ａ）の場合に比べ小さくなっている。このため、図３（ｂ）の非零分散波長λ１のカーブ３１ａが、図３（ａ）に示すカーブ３１に比べ、より減衰して落ちるので、Ｂ点におけるカーブ３１ａに係る利得ＧＲ１が、カーブ３１に係る利得ＧＲよりも小さくなる。このため、送信端Ａの信号光強度Ｐ１ｃを、信号光強度Ｐ１よりも高くする必要がある。
【００５１】
＜第１実施形態の動作＞
第１実施形態のラマン増幅器１２による利得制御動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
但し、図１に示す光通信システム１０において、ラマン増幅器１２の各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃの内、所定のラマン励起光源１５ｂから出射される所定ラマン励起光の波長が、伝送路ファイバ１１の零分散波長λ０（例えば１５５０ｎｍ）よりもラマンシフト量（例えば１００ｎｍ）だけ短波長側にずれた波長（１４５０ｎｍ）に設定されているとする。また、伝送路ファイバ１１において、Ａ点を通って右方向に伝送される信号光１９は、伝送路ファイバ１１の零分散波長λ０と同波長を含むものとする。
【００５３】
ステップＳ１において、制御部１７は、所定ラマン励起光に係るラマン利得が最大となるように、所定のラマン励起光源１５ｂからの前記所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光源１５ａ，１５ｃからの他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御（ラマン利得制御）する。
【００５４】
ステップＳ２において、上記ステップＳ１のラマン利得制御に応じた各パワーのラマン励起光が、ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射され、励起光源１６へ入射される。
【００５５】
ステップＳ３において、励起光源１６は、各ラマン励起光を束ね、これをラマン励起光１８として伝送路ファイバ１１へ、信号光１９の伝搬方向と逆方向へ伝送する。このラマン励起光１８の伝送により、逆方向から伝搬してきた信号光１９が伝送路ファイバ１１でラマン増幅される。この際、所定ラマン励起光によって、零分散波長λ０の信号光のラマン利得が最大となる。
【００５６】
ステップＳ４において、上記ラマン増幅された信号光１９が更にＥＤＦＡ１３で増幅される。この増幅された信号光１９は、ステップＳ５において、ゲインイコライザ１４によって、信号光１９の全ての波長に対して伝送路ファイバ１１の損失に相当する利得が得られるように、利得等化の処理が行われる。この処理後に伝送路ファイバ１１を介して送信先へ伝搬される。
【００５７】
＜第１実施形態の効果＞
第１実施形態の光通信システム１０におけるラマン増幅器１２のラマン利得制御による効果について説明する。ラマン増幅器１２は、伝送路ファイバ１１を伝搬する信号光と逆方向へ複数のラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行う。
【００５８】
（１）ラマン増幅器１２は、複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃと、制御部１７とを備える。複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃは、当該光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光の内の所定ラマン励起光の波長が、伝送路ファイバ１１の零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定されたラマン励起光源１５ｂを含む。制御部１７は、所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する構成とした。
【００５９】
この構成によれば、所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるので、所定ラマン励起光に係るラマン利得の方が、他のラマン励起光に係るラマン利得よりも大きい。このため、零分散波長の信号光の方が、非零分散波長の信号光よりも伝送路ファイバ１１中の強度減衰が抑えられているので、零分散波長の信号光の送信パワーが小さくてもＯＳＮＲ（光信号対雑音比）を高く維持することができる。
【００６０】
これによって、図６に実線３２で示すように、零分散波長λ０での信号光の伝送可能距離が増加する。破線３１で示す例は、図４（ａ）に示したように、各ラマン励起光のパワーＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３を均一にした場合である。この場合、信号光１９の利得が平坦となり、この際に零分散波長λ０の信号光の伝送路ファイバ１１中の強度減衰が、非零分散波長の信号光よりも大きくなる。このため、破線３１で示すように、零分散波長λ０の信号光の伝送可能距離が下がる。
【００６１】
本実施形態では、零分散波長λ０で最大のラマン利得を得ることができる。一方、非零分散波長においてはラマン利得が減る分、ノイズ低減効果が減るので伝送可能距離は、実線３２のように破線３１よりも下がる。しかし、実線３２のように零分散波長λ０での非線形劣化がより低減されて伝送可能距離が上がるので、信号波長全体としては伝送可能距離を引き上げることができる。
【００６２】
＜第１実施形態の変形例１＞
次に、第１実施形態の変形例１について説明する。この変形例１では、制御部１７が、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光の合計パワーが一定で、且つ、伝送路ファイバ１１における零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離との最小値が最大となるように、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光のパワーを制御するようにした。
【００６３】
この構成によれば、伝送路ファイバ１１に信号光１９をより長距離に亘って伝送させることができる。
【００６４】
＜第１実施形態の変形例２＞
次に、第１実施形態の変形例２について説明する。この変形例２では、制御部１７が、図６に一点鎖線３３で示すように、伝送路ファイバ１１における零分散波長の信号光の伝送可能距離と、当該零分散波長以外の非零分散波長の信号光の伝送可能距離とが同じ（平坦）となるように、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射されるラマン励起光のパワーを制御するようにした。
【００６５】
この構成によれば、伝送路ファイバ１１に信号光１９をより長距離に亘って伝送させることができる。
【００６６】
＜第１実施形態の変形例３＞
次に、第１実施形態の変形例３について説明する。この変形例３の特徴は、励起光源１６が、各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光のパワーを所定の比率に変更し、これを束ねて信号光１９として伝送路ファイバ１１へ伝送するようにした点にある。
【００６７】
この構成によれば、例えば各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射される各ラマン励起光のパワーが等しい場合に、次のように各ラマン励起光のパワーを所定の比率に変更することができる。各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃの内の所定ラマン励起光源１５ｂが、伝送路ファイバ１１の零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長の所定ラマン励起光を出射しているとする。この際、励起光源１６は、その所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、ラマン励起光源１５ｂから出射される所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きい比率に変更することができる。これによって、伝送路ファイバ１１に信号光１９をより長距離に亘って伝送させることができる。
【００６８】
＜第２実施形態の構成＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
図７に示す第２実施形態の光通信システム１０Ａが、第１実施形態の光通信システム１０（図１）と異なる点は、ラマン励起光源１５ａ，１５ｂ，１５ｃに代え、可変波長レーザ等による可変波長ラマン励起光源（可変波長光源ともいう）６１ａ，６１ｂ，６１ｃを備え、また、零分散波長指示部６２を備えたことにある。更に、制御部１７ａは、ラマン励起光の波長及びパワーを可変する制御（ラマン利得制御）を行うようになっている。
【００６９】
零分散波長指示部（指示部ともいう）６２は、実際に敷設されている伝送路ファイバ１１の零分散波長を制御部１７に指示（又は通知）する。この指示を行う零分散波長は、図示せぬ波長検出手段で検出され、指示部６２に通知されるようになっている。これには、伝送路ファイバ１１を伝搬してきたパイロット信号を信号処理する方法などの公知技術を用いることが可能である。この他、光通信システム１０Ａの設計情報である伝送路ファイバ１１の零分散波長を、指示部６２に保持させてもよい。
【００７０】
制御部１７ａは、所定の可変波長光源６１ｂから出射されるラマン励起光（所定ラマン励起光）の波長を、指示部６２から指示された零分散波長（例えば１５５０ｎｍ）よりもラマンシフト量（例えば１００ｎｍ）だけ短波長側にずれた波長（１４５０ｎｍ）に変更する制御を行う。更に、制御部１７は、所定ラマン励起光に係るラマン利得が最大となるように、所定ラマン励起光のパワーを、他の可変波長光源６１ａ，６１ｃからのラマン励起光（他のラマン励起光）のパワーよりも大きくする制御を行う。
【００７１】
つまり、制御部１７ａは、所定の可変波長光源６１ｂからの所定ラマン励起光の波長を、当該所定ラマン励起光に係るラマン利得のピークが、指示部６２で指示された零分散波長に一致するように変更すると共に、前記ピークが他の非零分散波長に係るラマン利得と比べ最大となるように、所定ラマン励起光のパワーを変更する制御（ラマン利得制御）を行う。
【００７２】
このラマン利得制御によって、例えば、図２（ｂ）に利得線２１ｂで示したと同様に、所定ラマン励起光に係る零分散波長λ０の信号光の利得ＧＲ０を最大とすることができる。つまり、個体差等で零分散波長が異なる伝送路ファイバに対しても、所定ラマン励起光に係る零分散波長の信号光の利得を最大とし、信号光１９の伝送距離を延ばすことができる。
【００７３】
＜第３実施形態の構成＞
図８は、本発明の第３実施形態に係るラマン増幅器を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
図８に示す第３実施形態の光通信システム１０Ｂが、第２実施形態の光通信システム１０Ａ（図７）と異なる点は、制御部１７ｂに接続された信号光波長指示部７１を更に備えたことにある。
信号光波長指示部７１は、伝送路ファイバ１１中の信号光１９の波長情報を制御部１７ｂに指示（又は通知）するものである。
【００７４】
第１及び第２実施形態では、信号光１９に伝送路ファイバ１１の零分散波長に一致する波長が含まれていた。しかし、零分散波長に一致する波長の信号光が含まれていない場合もある。この場合、信号の無い零分散波長でラマン利得を高くする制御を行っても何も利益を得ることができないので、零分散波長に最も近い波長の信号光においてラマン利得を最大化するようにした。
【００７５】
従って、制御部１７ｂは、信号光波長指示部７１から通知された信号光１９の波長情報中に、指示部６２から通知された零分散波長（例えば１５５０ｎｍ）と一致する波長信号が存在しない場合、零分散波長に最も近い波長（例えば１５５５ｎｍ）を選択する。更に、制御部１７ｂは、所定の可変波長光源（例えば可変波長光源６１ｂ）から出射されるラマン励起光（所定ラマン励起光）の波長を、上記選択された波長（１５５５ｎｍ）に、所定ラマン励起光に係るラマン利得のピークが一致するように変更する。
【００７６】
具体的には、制御部１７ｂが、所定ラマン励起光の波長を、上記選択された波長（１５５５ｎｍ）よりもラマンシフト量（例えば１００ｎｍ）だけ短波長側にずれた波長（１４５５ｎｍ）に変更する。更に、制御部１７は、所定ラマン励起光に係るラマン利得が他と比べ最大となるように、所定ラマン励起光のパワーを他のラマン励起光よりも大きくする制御を行う。
【００７７】
つまり、制御部１７ｂは、所定ラマン励起光の波長を、当該所定ラマン励起光に係るラマン利得のピークが、零分散波長に最も近い信号波長（１５５５ｎｍ）に一致するように変更すると共に、そのピークが他の非零分散波長に係るラマン利得と比べ最大となるように所定ラマン励起光のパワーを変更する制御（ラマン利得制御）を行う。
【００７８】
このラマン利得制御によって、最も零分散波長に近く最も非線形劣化を受ける波長（１５５５ｎｍ）の信号光においてラマン利得を最大化し、信号光１９の伝送距離を延ばすことができる。
【００７９】
＜プログラム＞
本実施形態のコンピュータで実行されるプログラムについて説明する。
コンピュータは、ラマン励起光を出射する複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃを備え、伝送路ファイバ１１を伝搬する信号光と逆方向へ各ラマン励起光源１５ａ〜１５ｃから出射されたラマン励起光を伝送して当該信号光の増幅を行うラマン増幅器１２である。
【００８０】
プログラムは、上記コンピュータを、複数のラマン励起光源１５ａ〜１５ｃの内の所定のラマン励起光源１５ｂから出射される所定ラマン励起光の波長を、伝送路ファイバ１１の零分散波長よりもラマンシフト量だけ短波長側にずれた波長に設定する手段、上記の所定ラマン励起光で増幅される零分散波長の信号光のラマン利得が最大となるように、当該所定ラマン励起光のパワーを、他のラマン励起光のパワーよりも大きく制御する手段として機能させる。
このプログラムによれば、上述した第１実施形態のラマン増幅器１２と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  光通信システム
１１  伝送路ファイバ
１２  ラマン増幅器
１３  ＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅器）
１４  ゲインイコライザ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  ラマン励起光源
１６  励起光源
１７，１７ａ，１７ｂ  制御部
１８  ラマン励起光
１９  信号光
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ  可変波長光源
６２  零分散波長指示部
７１  信号光波長指示部
【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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