(57)【要約】【課題】分布ラマン増幅型光伝送路を用いた光伝送路において、ラマン増幅に使用する過大な励起パワーが出射端まで到達しないようにする。【解決手段】分布ラマン増幅型光伝送路１２、１４を用いた光伝送路１０において、分布ラマン増幅型光伝送路１２、１４において分布ラマン増幅に使用する光伝送路１０の一部に励起光波長の伝送損失が大きい区間を設定し、その区間に所定の伝送損失を持つ減衰用光ファイバ１３を挿入して、減衰用光ファイバ１３において前記励起光のうち不要成分を減衰または消滅させて、出射端に過大な励起パワーを出力させない。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分布ラマン増幅型光伝送路を用いた光伝送路において、
分布ラマン増幅に使用する前記光伝送路の一部に励起光波長の伝送損失が大きい区間を設定し、その区間に所定の伝送損失を持つ減衰用光ファイバを挿入して、前記励起光のうち不要成分を減衰または消滅させることを特徴とする、
光伝送路。
【請求項２】
入射端に分布ラマン増幅型光伝送路を配置し、
前記分布ラマン増幅型光伝送路は出射端との間に信号レベル減衰用の光ファイバを配置した、
請求項１記載の光伝送路。
【請求項３】
出射端に分布ラマン増幅型光伝送路を配置し、
入射端と前記分布ラマン増幅型光伝送路との間に信号レベル減衰用の光ファイバを配置した、
請求項１記載の光伝送路。
【請求項４】
入射端に第１の分布ラマン増幅型光伝送路を配置し、
出射端に第２の分布ラマン増幅型光伝送路を配置し、
前記第１の分布ラマン増幅型光伝送路と前記第２の分布ラマン増幅型光伝送路との間に、信号レベル減衰用光ファイバを配置した、
請求項１記載の光伝送路。
【請求項５】
前記減衰用光ファイバとして、光ファイバに不純物が導入されており、前記導入された不純物による吸収により信号レベルの減衰を行なう、
請求項１〜４いずれか記載の光伝送路。
【請求項６】
前記導入される不純物は、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕのいずれかを含む、
請求項５記載の光伝送路。
【請求項７】
前記減衰用光ファイバとして、光ファイバに水酸基を導入し、前記導入された水酸基による吸収により信号レベルの減衰を行なう、
請求項１〜４いずれか記載の光伝送路。
【請求項８】
前記減衰用光ファイバとして、波長１３９０ｎｍにおける伝送損失差が少なくとも０．２ｄＢ／ｋｍ以上ある光ファイバを用いる、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項９】
前記減衰用光ファイバとして、波長１３９０ｎｍにおける伝送損失差が少なくとも１ｄＢ／ｋｍ以上ある光ファイバを用いる、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１０】
前記減衰用光ファイバをとして、波長１３９０ｎｍにおける伝送損失差が少なくとも２ｄＢ／ｋｍ以上ある光ファイバを用いる、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１１】
前記光伝送路の中で波長１３９０ｎｍでの伝送損失が最も大きい区間を信号送信側に配置し、前記光伝送路の後方からラマン増幅用の励起光を入射する、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１２】
前記光伝送路の中で波長１３９０ｎｍでの損失が最も大きい区間を信号受信側に配置し、前記光伝送路の前方からラマン増幅用の励起光を入射する、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１３】
１４６０ｎｍから１５６５ｎｍにおける波長損失特性の変動量が前記光伝送路の全長において±０．１ｄＢ／ｋｍである
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１４】
１５６５ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長損失特性の変動量が前記光伝送路の全長において±０．１ｄＢ／ｋｍである、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１５】
１４６０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散の変動量が前記光伝送路の全長にわたって±５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲である、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１６】
前記光伝送路内に、１４６０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が正と負との２本の光ファイバを含む、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１７】
前記光伝送路内に、１５３０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が正と負との２本のファイバを含む、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【請求項１８】
分布ラマン増幅型光伝送路において励起光帯のある特定の波長における伝送損失差が少なくとも０．２ｄＢ／ｋｍ以上ある光ファイバ区間を含む、
請求項１〜７いずれか記載の光伝送路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバおよび光ファイバ通信に用いる光伝送路に関する。
特に本発明は、分布ラマン増幅型光伝送路を用いた光伝送路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信において、信号伝送距離を延ばし、雑音を低減することが可能な通信システムとして分布ラマン増幅型光伝送路が鋭意研究されている。
【０００３】
ラマン増幅について述べる。
一般に、光をガラスなどの物質に入射すると、その物質の分子振動や格子振動のために、元の波長よりやや長い波長の光が発生する。この光をラマン散乱光という。さらに、入射する励起光を強くすると、位相のそろった強いラマン散乱光が発生するようになる。これを誘導ラマン散乱光と呼ぶ。入射される信号光と誘導ラマン散乱光の波長が一致していれば、誘導ラマン散乱光は信号光と同じ強弱の変化を受け、信号光を増幅する。このようにラマン増幅とは、強い励起光を光ファイバに照射したとき、材料である石英ガラスを構成する原子によって散乱された光（誘導ラマン散乱光）が入射時とは異なる波長に変換されて散乱されることを利用する光信号強度の増幅技術である。
光ファイバ型増幅器は、このように光ファイバの中で発生する非線形光学現象に起因する増幅作用を利用したものである。
【０００４】
ラマン増幅は、上記の通り光伝送路（光伝送用光ファイバ）のなかで生じる増幅であるから、光伝送路に伝送光以外の増幅光を入射するシステムということができる。このようなラマン増幅を用いた装置としては、分布定数型ラマン増幅器と、集中定数型ラマン増幅器とが知られている。
【０００５】
分布定数型ラマン増幅器は、光伝送路としていわゆるケーブル中の光ファイバを使用する増幅器であり、図１に図解したように、励起光源（ポンプ）１と、光合波手段２と、光ファイバ（光伝送路）３とで構成される。
【０００６】
集中定数型ラマン増幅器は、たとえば、分散補償モジュールの様に機器装置化された（コイルに巻かれ中継局などに設置された状態の）光ファイバに増幅光を入射させるような、装置構成の増幅器である。
【０００７】
本発明の主題となる、ラマン増幅器は、分布定数型ラマン増幅器であり、分布ラマン増幅型光伝送路と言う。
【０００８】
分布定数型ラマン増幅器を用いた上記分布ラマン増幅型光伝送路は、信号光の波長帯よりも約１３Ｔ（テラ）Ｈｚ高い周波数の励起光を光伝送路に入力し、光伝送路自体をラマン増幅媒体として取り扱う。これにより光伝送路内で発生する伝送損失の全て、または一部をキャンセルすることができ、伝送損失を低下させて信号伝送距離を延ばし、雑音を低減することができるという効果を奏する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラマン増幅に使う励起パワーは大きく、場合によっては励起光源１から光合波手段２を介して１Ｗクラスのパワーを光ファイバ３に入力することもある。このような大きな励起パワーの入力は、当然、励起パワーが出射端まで到達し不要なパワーとして処理されている。
このため、出射端において、適正な終端処理が必要であるとともに、光伝送路を介した数ｋｍ離れた出射端にハイパワーが出力されることは安全性面においても問題視されている。
【００１０】
本発明の目的は、分布ラマン増幅型光伝送路を用いる光伝送路において、分布ラマン増幅型光伝送路に入射される励起光の安全な終端処理、および、終端用部品の削減を達成する技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、分布ラマン増幅に使用する光伝送路の一部に励起光波長の伝送損失が大きい区間を設定し、その区間で十分に励起光を減衰させることにより、光伝送路の終端部からハイパワーの励起光が出射されることを防止するという構想を見いだした。
【００１２】
したがって、本発明によれば、分布ラマン増幅型光伝送路を用いた光伝送路において、分布ラマン増幅に使用する前記光伝送路の一部に励起光波長の伝送損失が大きい区間を設定し、その区間に所定の伝送損失を持つ減衰手段を挿入して、前記励起光のうち不要成分を減衰させることを特徴とする、光伝送路が提供される。
【００１３】
上記減衰手段としては、光ファイバ、前記光伝送路の光ファイバ内に不純物による吸収により損失増大区間を設けること、または、前記光伝送路の光ファイバ内にＯＨ基に起因する吸収により損失増大区間を設けることができる。
【００１４】
分布ラマン増幅型光伝送路における光ファイバに入射された励起光は信号を増幅しながら出射端側に向かっていく、その後、損失増大区間に入ると励起光は大きく減衰しはじめ、出射側においては問題のないレベルにまで減衰する。その結果、出射端において特別な終端手段を設ける必要がなく、ハイパワーに起因する安全性についての問題も発生しない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１実施の形態
図２は、本発明の第１実施の形態の光伝送路の構成図である。
図２に図解した光伝送路は、通常のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を用いて、伝送用光信号入射端と出射端との間が、たとえば、１００　ｋｍ離れた光伝送路１０において分布ラマン増幅を行なう光伝送路である。
図２に図解した光通信用光伝送路１０は、伝送用光信号入射端に設けられた第１の増幅器１１と、第１の分布ラマン増幅型光伝送路１２と、中間区間に設けられた減衰用光ファイバ１３と、第２の分布ラマン増幅型光伝送路１４と、出射端に設けられた第２の増幅器１５とを有する。
第１の分布ラマン増幅型光伝送路１２は図１を参照して上述したように、光伝送路としていわゆるケーブル中の光ファイバを使用する増幅器であり、図１に図解したように、励起光源（ポンプ）１２１と、光合波手段１２２と、光ファイバ（光伝送路）１２３とで構成される。
同様に、第２の分布ラマン増幅型光伝送路１４は、励起光源（ポンプ）１４１と、光合波手段１４２と、光ファイバ（光伝送路）１４３とで構成される。
【００１６】
本実施の形態においては、信号光波長はＣバンド帯およびＬバンド帯として、励起光源（ポンプ）１２１および励起光源（ポンプ）１４１を用いて、１４３０ｎｍ双方向励起とし、それぞれのポンプ１２１、１４１において１Ｗずつ入力している。
区間Ａ，Ｃの長さを４０ｋｍ、区間Ｂの長さを２０ｋｍとした。
区間Ｂに減衰用光ファイバ１３として、他の区間Ａ，Ｃより１３９０ｎｍ帯の伝送損失が２ｄＢ／ｋｍ大きい減衰用の光ファイバを配置した。
【００１７】
減衰用光ファイバ１３としては、励起パワーの不要分を吸収させるため、たとえば、１３９０ｎｍ付近のＯＨ基を光ファイバに導入する方法、あるいは、レイリー散乱など反射を伴わない吸収を行なわせる不純物として、たとえば、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕなどを光ファイバに導入して形成する。
【００１８】
一般的に１４３０ｎｍでのシングルモード光ファイバの伝送損失は０．２５ｄＢ／ｋｍ程度であり、１００ｋｍ光伝送路においては２５ｄＢ程度である。
これに対し、ポンプ１２１、１４１における１Ｗのパワーの入力は＋３０ｄＢｍに相当し、ポンプ１２１、１４１における双方向励起により、第１の増幅器１１側の入射端と第２の増幅器１５側の出射端との両端から５ｄＢｍ程度のパワーが出射される。しかし、この光伝送路１０において区間Ｂに配設された減衰用光ファイバ１３において１３９０ｎｍでの伝送損失が他の区間Ａ，Ｃと比べて２ｄＢ／Ｋｍ大きい。これは１４３０ｎｍにおいて０．３ｄＢ／ｋｍ程度の伝送損失の増加に相当する。この区間Ｂの減衰用光ファイバ１３の長さが２０ｋｍあることにより、６ｄＢの伝送損失が発生する。これにより出射端のパワーが０ｄＢｍ以下となり、安全性が向上する。
【００１９】
ポンプ１２１およびポンプ１４１による励起の効果という観点では、長さが１００ｋｍ、伝送損失０．２５ｄＢ／ｋｍの光伝送路の実効長さＬｅｆｆは１６ｋｍ程度であり、双方向で４０ｋｍずつの減衰用光ファイバ１３による低伝送損失部（伝送パワー減衰部）はラマン増幅の利得に十分な長さであると言える。
なお光ファイバの実効長さＬｅｆｆとは、Ｌｅｆｆ＝１／β・（１−ｅｘｐ（−β×Ｌ）として規定される。ただし、βは光ファイバの損失係数であり、Ｌは光ファイバの長さである。光ファイバにおける非線形現象の発生量は、光ファイバの長さではなく、光ファイバの実効長さＬｅｆｆで決定する。
【００２０】
また、区間Ｂにおける減衰用光ファイバ１３による伝送損失の増加要因（減衰原因）が、たとえば、光ファイバに導入した不純物または水酸基（ＯＨ基）などによる吸収であれば、レイリー散乱等による多重反射も吸収するので、区間Ｂ以外の他の区間Ａ，Ｃから反射してくる不要なパワーの除去にも有効である。
【００２１】
さらに区間Ａ、Ｃを３０ｋｍずつとすれば、区間Ｂの１３９０ｎｍでの伝送損失増加分（減衰量）は１ｄＢ／ｋｍであっても、区間Ｂの伝送損失増加分は０．１６＊４０＝６．４ｄＢとなり、区間Ｂが伝送損失２ｄＢ／ｋｍ、長さ２０ｋｍのときと同等の効果が得られる。
【００２２】
また、光ファイバの実効長さＬｅｆｆを考慮しても区間Ａ，Ｃの低損失部の長さは１６ｋｍ以上であり、ラマン増幅利得を得るために十分な長さであると言える。
【００２３】
なお、区間Ａと区間Ｃの長さは必ずしも同一でなくともよく、それぞれ１６ｋｍ以上の長さがあれば十分である。
【００２４】
本発明の第１実施の形態は、１３９０ｎｍ付近での伝送損失以外はほぼ同一な光ファイバを用いれば、信号帯としての挙動としては通信システム設計上特に意識することがないため、有益である。
その１例として、同種の光ファイバを用いれば当然、信号帯域の伝送損失のバラツキは少なく、１３９０ｎｍでの伝送損失の増加分を考慮しても０．１ｄＢ／ｋｍ以下と考えれば十分である。また、同種の光ファイバであれば、光伝送路の長手方向の分散バラツキは当然抑えられており、光伝送路の長手方向で分散を±５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲に抑えた光ファイバを製造することは容易である。したがって、本実施の形態の光伝送路１０は、長手方向で有効コア断面積Ａｅｆｆ　のみを変化させ、分散を一定に保った光伝送路を用いた通信システムについても適用可能である。
【００２５】
また、他の例として、本実施の形態は異種の光ファイバを用いた通信システムにも有効であり、たとえば、光伝送路の長手方向で有効コア断面積Ａｅｆｆ　のみを変化させ、分散を一定に保った通信システムについても適用可能である。
【００２６】
また、分散値の符号が正負と異なる光ファイバを組み合わせて構成した、分散マネージメント伝送路、すなわち、正の分散値を持つ光ファイバと負の分散値を持つ光ファイバとを接続して分散値を０に近づけた光伝送路においても、本実施の形態の光伝送路を当然適用できる。
そのような、分散マネージメント伝送路としては、たとえば、区間Ａから区間Ｃに、正の波長分散を持つ光ファイバと負の波長分散を持つ光ファイバとを配置した光伝送路を挿入することにより実現できる。
【００２７】
第２実施の形態
図３は、本発明の光伝送路の第２実施の形態の構成図である。
図２に図解した光伝送路１０は、入射端と出射端とに２個の分布ラマン増幅型光伝送路１２、１４を設けたが、図３は分布ラマン増幅型光伝送路を１個のみ出射端側に設けた後方励起の分布ラマン増幅伝送路を構成した光伝送路２０であり、入射端に設けられた第１の増幅器２１と、区間Ａに設けられた第１の光ファイバ２２と、分布ラマン増幅型光伝送路２５と、出射端に設けられた第２の増幅器２６とを有する。
分布ラマン増幅型光伝送路２５は、励起光源（ポンプ）２５１と、光合波手段２５２と、第２の光ファイバ２３と、第３の光ファイバ２４とを有する。
【００２８】
第１の光ファイバ２２は、図２の減衰用光ファイバ１３と同様、減衰用光ファイバを用いる。
【００２９】
第１の光ファイバ２２、第２の光ファイバ２３と第３の光ファイバ２４は、１４６０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が正と負との光ファイバが混在していることが望ましい。第１の光ファイバ２２、第２の光ファイバ２３と第３の光ファイバ２４とによって１４６０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が相殺されて、分散が０になるか、０に近い値になるからである。
あるいは、第１の光ファイバ２２、第２の光ファイバ２３と第３の光ファイバ２４とは、１５３０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が正と負の光ファイバが混在していることが望ましい。第１の光ファイバ２２、第２の光ファイバ２３と第３の光ファイバ２４とによって１５３０ｎｍから１６２５ｎｍにおける波長分散が相殺されて、分散が０になるか、０に近い値になるからである。
【００３０】
第１実施の形態として述べた励起光源（ポンプ）２５１による励起光入射直後の区間Ｂが低伝送損失であればよく、その距離も１６ｋｍ以上あればよいことは明らかである。
その他は第１実施の形態において述べた内容と同様である。
【００３１】
変形態様
図３に図解した光伝送路２０は、出射端に分布ラマン増幅型光伝送路２５を配置した後方励起であるが、図４に図解したように、入射端に分布ラマン増幅型光伝送路を配置した前方励起の形態をとることもできる。
図４に図解した前方励起型の光伝送路３０は、入射端に設けられた第１の増幅器３１と、区間Ａに設けられた分布ラマン増幅型光伝送路３２と、区間Ｂに設けられた第１の光ファイバ３３と第２の光ファイバ３４と、出射端に設けられた第２の増幅器３５とを有する。
分布ラマン増幅型光伝送路３２は、励起光源（ポンプ）３２１、光合波手段３２２と、光ファイバ（光伝送路）３２３とを有する。
【００３２】
図４に図解した入射端側に、分布ラマン増幅型光伝送路３２を配置した前方励起の場合は、区間Ａを低損失とし、区間Ｂに伝送損失増加部を含ませればよいことは明らかである。したがって、第１の光ファイバ３３および／または第２の光ファイバ３４に図１の減衰用光ファイバ１３と同様の減衰用光ファイバを用いる。
【００３３】
第３実施の形態
図２に図解した光伝送路１０において、１４６０ｎｍから１５２５ｎｍ付近のいわゆるＳバンドの分布ラマン伝送を行った。このＳバンドの帯域において効果的に増幅を行うためには、ポンプ１２１およびポンプ１４１における励起光（ポンプ光）は１３９０ｎｍ付近が好ましい。１３９０ｎｍ付近はＯＨ基に起因する伝送損失と一致し、減衰用光ファイバ１３における伝送損失の増加の影響は明らかである。
そのため図２に図解した第１実施の形態の光伝送路１０における励起光の帯域（ポンプ帯）で０．２ｄＢ／ｋｍの伝送損失の増加（減衰量の増加）があり、１３９０ｎｍ付近の励起光（ポンプ光）を用いることに効果があった。
【００３４】
また、図３に図解した後方励起方式、または、図４に図解した前方励起方式でも、励起光として１３９０ｎｍ帯の光を用いると、伝送損失の増加は０．２ｄＢ／ｋｍであり、上記同様、効果があった。
【００３５】
第４実施の形態
第１実施の形態と第３実施の形態とを組み合わせて、ＳおよびＣ，Ｌバンドの全ての伝送を行った。
その結果、Ｃ，Ｌバンドの条件を満たす１３９０ｎｍでの伝送損失の増加１ｄＢ／ｋｍを満たせば、十分Ｓバンド帯でも効果があった。
【００３６】
上述した各実施の形態において吸収は、１３９０ｎｍ付近のＯＨ基によるもののみについて言及したが、損失増加の原因はレイリー散乱など反射を伴わない吸収のような損失であればよく、図２の減衰用光ファイバ１３などの減衰用光ファイバに導入する不純物として、たとえば、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕなどを用いることができる。
【００３７】
本発明の光伝送路の実施に際しては、上述した例示的な実施の形態には限定されず、種々の変形態様をとることができる。
たとえば、図３を参照して述べた、正負の波長分散を持つ光ファイバを接続した分散マネージメント光伝送路は上記実施の形態に全てに適用できる。
【００３８】
また、伝送信号の帯域は例示であり、本願発明の実施の形態に際しては例示した帯域に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、光伝送路内に入射され、もはや不要となった励起光を減衰させることができるため、システム構築の安全性が確保でき、さらに部品削減への寄与も可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は分布ラマン増幅型光伝送路の構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施の形態の光伝送路の構成図である。
【図３】図３は本発明の第２実施の形態の光伝送路の構成図である。
【図４】図４は本発明の第２実施の形態の変形態様の光伝送路の構成図である。
【符号の説明】
１０・・光伝送路
１１・・第１の増幅器、
１２・・第１の分布ラマン増幅型光伝送路、
１２１・・励起光源（ポンプ）、１２２・・光合波手段
１２３・・光ファイバ（光伝送路）
１３・・減衰用光ファイバ
１４・・第２の分布ラマン増幅型光伝送路
１４１・・励起光源（ポンプ）、１４２・・光合波手段
１４３・・光ファイバ（光伝送路）
１５・・第２の増幅器
２０・・光伝送路
２１・・第１の増幅器、
２２・・第１の光ファイバ
２３・・第２の光ファイバ
２４・・第３の光ファイバ
２５・・分布ラマン増幅型光伝送路
２５１・・励起光源（ポンプ）、２５２・・光合波手段
２５３・・光ファイバ（光伝送路）
２６・・第２の増幅器
３０・・光伝送路
３１・・第１の増幅器
３２・・分布ラマン増幅型光伝送路
３２１・・励起光源（ポンプ）、３２２・・光合波手段
３２３・・光ファイバ（光伝送路）
３３・・第１の光ファイバ
３４・・第２の光ファイバ
３５・・第２の増幅器
【図１】
2004020722.tif 000003
【図２】
2004020722.tif 000004
【図３】
2004020722.tif 000005
【図４】
2004020722.tif 000006