(57)【要約】【課題】コストを低減するとともに、光コネクタの損傷を抑える光増幅器および光ファイバ通信システムを提供する。【解決手段】光増幅器に、通信ノード内に配置された光ファイバと、光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する一つまたは複数のレーザダイオード１３１と、各レーザダイオード１３１に対する外部共振器の片方のミラーを構成する波長可変ファイバグレーティング１３３と、波長可変ファイバグレーティングを駆動する駆動回路１３４と、レーザダイオード１３１が発した励起光と前記光ファイバから入射された信号光とを合波する合波器１４０と、を備える。【選択図】　図６
2004144904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する一つまたは複数のレーザダイオードと、
前記各レーザダイオードから発せられる励起光の波長を選択する波長可変波長選択素子と、
前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路と、
前記レーザダイオードが発した励起光と前記光ファイバから入射された信号光とを合波する合波器と、
を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、前記レーザダイオードの温度を調整する温度調整回路をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記複数のレーザダイオードに付随し、前記複数の波長可変波長選択素子を同時に駆動する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記波長可変波長選択素子は波長可変ファイバグレーティングであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光増幅器。
【請求項５】
複数の通信ノード間に配置された伝送路光ファイバと、
請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光増幅器と
からなる光ファイバ通信システムであって、
前記光増幅器は、さらに、前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路を有し、
前記駆動回路は、前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項６】
前記光増幅器は、波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、
前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項７】
複数の通信ノードと、前記通信ノード間に配置された伝送路光ファイバとからなる光ファイバ通信システムであって、
任意の前記通信ノードは、
該任意の通信ノードに隣接した伝送路光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する一つまたは複数のレーザダイオードと、
前記各レーザダイオードから発せられる励起光の波長を選択する波長可変波長選択素子と、
前記レーザダイオードが発した励起光と前記光ファイバから入射された信号光とを合波する合波器と、
前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路と、
前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路とを有する、
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項８】
任意の前記通信ノードは、波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、
前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項９】
任意の前記通信ノードは、前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、損失波長域を変化させる波長域可変利得等化器をさらに有する、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１０】
任意の前記通信ノードは、前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、前記レーザダイオードの温度を調整する温度調整回路をさらに有する、ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかの項に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１１】
前記駆動回路は、前記複数のレーザダイオードに付随し、前記複数の波長可変波長選択素子を同時に駆動する、ことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかの項に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１２】
前記波長可変波長選択素子は波長可変ファイバグレーティングである、ことを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかの項に記載のファイバ通信システム。
【請求項１３】
複数の通信ノードと、前記通信ノード間に配置された伝送路光ファイバとからなる光ファイバ通信システムであって、
任意の前記通信ノードは、
信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する、一つまたは複数のレーザダイオードと、
信号光の集中ラマン増幅の光ファイバと、
前記各レーザダイオードからの励起光を任意の分岐比で分岐する分配比制御器と、
前記分配比制御器の第１のポートからの励起光を該任意の通信ノードに隣接した伝送路光ファイバに導く第１の合波器と、
前記分配比制御器の第２のポートからの励起光を前記信号光の集中ラマン増幅の光ファイバに導く第２の合波器と、
前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路と、
前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路とを有する、
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項１４】
波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、
前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１５】
前記信号光の集中ラマン増幅の光ファイバは、分散補償ファイバである、ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の光ファイバ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を光のまま増幅する光増幅器、および、光ファイバを用いて通信を行なう光ファイバ通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、複数の通信ノード間に波長のパスを割り当てる、フォトニックネットワークシステムの第１構成例におけるノード間波長割り当てを示している。この通信ノードは、送信器、受信器、および中継器と読み替えてもよい。また、この構成および以下に述べる動作は、主に、光信号の波長によりルーティング経路を決定するなど、波長スイッチを用いた高速光ネットワークのプロトコルであるＧＭＰＬＳ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）やＯＴＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）／ＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）ベースの自動スイッチング型ネットワークであるＡＳＯＮ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）を用いたシステムに適用される。そして、通信ノード（以下、単に「ノード」）Ａ−Ｂ間には、波長λＧ１が割り当てられ、ノードＣ−Ｂ間には波長λＧ２が割り当てられている。ただし、ノードＣ−Ｂ間は、ノードＡを介して接続されている。また、ノード間の波長は、波長軸上で隣接した複数の波長の集まり、すなわち波長群であってもよい。
本図の波長配置−１１は、ある時間（時期）におけるものであり、この時間（以下、「時間−１１」）においては、ノードＡとＢは波長λＧ１を用いて通信を行なっている。また、波長配置−１２は、時間−１１の後、ノードＡ−Ｂ間の通信が終了し、その後の時間（以下、「時間−１２」）において、ノードＣ−Ｂ間に波長λＧ２を用いた通信が行なわれていることを示している。すなわち、時間−１１と時間−１２では、ノードＢに到達する波長が異なる。ここで、ノードＡ−Ｂ間には、システム運用上の理由から波長λＧ１とλＧ２が同時に張られることは無いとする。ノードＡ−Ｂ間とノードＣ−Ｂ間が同時に通信を行なう必要が生じた場合には、ノードＣ−Ｂ間を直結するパスを設置するなどして対応する。
【０００３】
図２は、図１に示す第１構成例のフォトニックネットワークシステムにおける、従来技術の光通信システムの構成例であり、ノードＡ−Ｂ間の信号光伝播の様子を示している。ノードＡ−Ｂ間には、伝送路光ファイバが設置されている。また、Ｂノードは、受信器、光増幅器としてのエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、信号光の分布ラマン増幅を行なうための励起光源、および、信号光とその励起光源からの励起光を合波するための合波器を有する。励起光源は、２つの励起光波長の異なるレーザダイオード、そのレーザダイオードを駆動する温度一定制御（温度固定）の制御回路（図示せず）、および、前記２つのレーザダイオードからの励起光（それぞれの波長をλ１およびλ２とする）を合波する合波器を有する。また、レーザダイオードの励起光の出力側には、ファイバグレーティング（ＦＧ：Ｆｉｂｅｒ　Ｇｒａｔｉｎｇ）が設置され、レーザダイオードの発振波長をλ１およびλ２に固定している。そして、波長λ１のレーザダイオードの励起光により、波長λＧ１の信号光に対する分布ラマン増幅を行ない、また、波長λ２のレーザダイオードの励起光により、波長λＧ２の信号光に対する分布ラマン増幅を行なうものとする。ただし、多くの場合、１つの励起波長に対し、偏波状態の異なる２つのレーザダイオードが用いられる。また、１つの励起光波長に対して、１つの偏波無依存化したレーザダイオードを用いる場合もある。以下では簡単のため、後者の場合のように、１つの励起光波長に対して１つのレーザダイオードを用いることとする。
上記は、伝送路光ファイバをラマン増幅の利得媒質として用いて分布増幅を行ない、信号光に対して利得を与えたものであるが、下記のように、分布増幅ではなく、集中増幅を適用してもよい。すなわち、図２のＢノード内に、ラマン増幅の利得媒質として、長尺のシリカファイバをボビンに巻き取るなどして設置する。その長尺シリカファイバを前記励起光で励起して、波長λ１およびλ２の信号光を増幅する。ただし、分布増幅を用いたシステムは、集中増幅のみを用いたシステムより、信号対雑音比が高いという特徴がある。
【０００４】
また図３は、第２構成例のフォトニックネットワークシステムにおけるノード間波長割り当てを示している。このネットワークには、ノードＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの４つのノードが存在し、以下に示す波長配置を用いた通信を行なっている。ただし、ノードＤは波長λＧ１の受信器のみを有し、ノードＣは、波長λＧ１およびλＧ２の送信器を各々１つずつ有していることとする。
図の波長配置−２１（時間−２１）では、ノードＡ−Ｂ間に波長λＧ２が、また、ノードＣ−Ｂ間に波長λＧ１が割り当てられている。時間−２１の後の時間、時間−２２における波長配置−２２では、ノードＡ−Ｂ間の通信が終わり、ノードＣ−Ｂ間でのみ通信が行なわれており、その後、ノードＣ−Ｂ間の通信も終了する。時間−２２の次の時間、時間−２３の波長配置−２３において、ノードＣから波長λＧ１の受信器のみを有するノードＤヘの通信が必要となると、ノードＣ−Ｄ間に波長λＧ１を用いた通信が行なわれる。さらにその後、時間−２３内において、ノードＣ−Ｂ間に新たな通信の必要が生じると、ノードＣは波長λＧ１およびλＧ２の送信器を各々１つのみを有していることから、ノードＣ−Ｂ間では、波長λＧ２を用いた通信が行なわれる。時間−２３の後の時間、時間−２４における波長配置−２４では、さらに、ノードＡ−Ｂ間に通信の必要が生じ、波長λＧ１を用いた通信が行なわれることを示している。
上記のように、波長配置−２１〜２４において、ノードＡ−Ｂ間では、波長λＧ１とλＧ２のどちらか、および、両方を用いた通信が行なわれる。このとき、波長配置−２１と波長配置−２４を比較すると、Ｂノードに到達する波長λＧ１およびλＧ２の信号は、互いに経路が異なり、片方が１中継、他方が無中継である。
【０００５】
さらに、図４は、光ファイバ通信システムにおける波長多重を用いた中継システムの構成例を示している。この図は、送信器と受信器の間で、１中継する構成を示しているが、中継数が２以上の場合も以下に述べることが成り立つ。図４では、伝送路光ファイバを２スパン用いた構成で、光増幅器を３つ用いている。この送信器は、波長λＧ１およびλＧ２を送信し、前記光増幅器は波長λＧ１およびλＧ２を一括増幅する。この光ファイバ通信システムでは、線形中継の光増幅器の前段、および、受信器の前置光増幅器の前段において、光信号対雑音比の向上を行なうため、分布ラマン増幅を行なっている。
図５は、図４の中継システムにおける従来技術の光通信システムの第２構成例であり、前置光増幅器の内部構成を示している。図において、前置光増幅器となる光増幅器は、受信器、光増幅器としてのエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、信号光の分布ラマン増幅を行なうための励起光源、および、信号光とその励起光源からの励起光を合波するための合波器を有する。励起光源は、図２に示す励起光源と同様の構成である。また、ＥＤＦＡは、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：エルビウム添加光ファイバ）及び波長域固定利得等化器からなる。なお、前記線形中継の光増幅器の場合は、図５に示す受信器が無く、光増幅器の後段に伝送路光ファイバが設置される。したがって、下記に述べることは、前置光増幅器および線形中継の光増幅器についてともに成り立つ。
ただし、上記の従来技術の例は、波長数（波長群数）が２の場合であるが、明らかにその数が３以上の場合、非特許文献１にも同様のことが成り立つ。また、多くの場合、１つの励起波長に対し、偏波状態の異なる２つのレーザダイオードが用いられる。したがって、例えば、励起波長数が４の場合、必要なレーザダイオードの個数は８となり、このレーザダイオードのコストが、ラマン増幅システムのコストの大きな割合を占めている。
【０００６】
【非特許文献１】
ワイ・エモリ、ティー・タナカ、エス・ナミキ（Ｙ．　Ｅｍｏｒｉ，　Ｋ．　Ｔａｎａｋａ　ａｎｄ　Ｓ．Ｎａｍｉｋｉ）、「１２波長チャネルのＷＤＭレーザダイオードユニットで励起・利得等化された１００ｎｍ帯域の利得平坦ラマン増幅器（１００ｎｍ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｆｌａｔ−ｇａｉｎ　Ｒａｍａｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　ｐｕｍｐｅｄ　ａｎｄ　ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　１２−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ　ＷＤＭ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　ｕｎｉｔ）」，エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ），（イギリス），１９９９年８月５日，第３５巻，第１５号，ｐ．１３５５−１３５６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示した従来技術の光通信システムの第１構成例、および図５に示した従来技術の光通信システムの第２構成例では、高価な励起レーザダイオードを２台用いているため、システムのコストが高いという欠点がある。また、分布ラマン増幅を用いており、伝送路光ファイバ中に高パワーな励起光が入射するため、Ｂノードと伝送路光ファイバの間にある、光コネクタ（図示せず）が損傷する確率が高くなるという欠点がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、コストを低減するとともに、光コネクタの損傷を抑える光増幅器および光ファイバ通信システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、光ファイバと、前記光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する一つまたは複数のレーザダイオードと、前記各レーザダイオードから発せられる励起光の波長を選択する波長可変波長選択素子と、前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路と、前記レーザダイオードが発した励起光と前記光ファイバから入射された信号光とを合波する合波器と、を有することを特徴とする光増幅器である。
これは、信号光を通信ノード内で集中定数的に増幅する光増幅器である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光増幅器であって、前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、前記レーザダイオードの温度を調整する温度調整回路をさらに有する、ことを特徴とする。
これは、請求項１に記載の光増幅器において、ラマン利得波長域の可変範囲を拡大する発明である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光増幅器であって、前記駆動回路は、前記複数のレーザダイオードに付随し、前記複数の波長可変波長選択素子を同時に駆動する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光増幅器であって、前記波長可変波長選択素子は波長可変ファイバグレーティングであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、複数の通信ノード間に配置された伝送路光ファイバと、請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光増幅器とからなる光ファイバ通信システムであって、前記光増幅器は、さらに、前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路を有し、前記駆動回路は、前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、ことを特徴とする光ファイバ通信システムである。
これは、光増幅器の利得波長域を、通信ノード間波長配置などに基づいて可変とする光ファイバ通信システムである。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光ファイバ通信システムであって、前記光増幅器は、波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、複数の通信ノードと、前記通信ノード間に配置された伝送路光ファイバとからなる光ファイバ通信システムであって、任意の前記通信ノードは、該任意の通信ノードに隣接した伝送路光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する一つまたは複数のレーザダイオードと、前記各レーザダイオードから発せられる励起光の波長を選択する波長可変波長選択素子と、前記レーザダイオードが発した励起光と前記光ファイバから入射された信号光とを合波する合波器と、前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路と、前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路とを有する、ことを特徴とする光ファイバ通信システムである。
これは、市中または海底に敷設された伝送路光ファイバ内で、分布的に信号光のラマン増幅を行ない、その利得波長域を、通信ノード間波長配置などに基づいて可変とする光ファイバ通信システムである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光ファイバ通信システムであって、任意の前記通信ノードは、波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、ことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載の光ファイバ通信システムであって、任意の前記通信ノードは、前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、損失波長域を変化させる波長域可変利得等化器をさらに有する、ことを特徴とする。
これは、複数の信号光波長城に渡り、一定の利得スペクトルを保ちつつ、信号光対雑音比を、通信ノード間波長配置などに基づいて可変とする光ファイバ通信システムである。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの項に記載の光ファイバ通信システムであって、任意の前記通信ノードは、前記波長可変波長選択素子の波長変化に合わせて、前記レーザダイオードの温度を調整する温度調整回路をさらに有する、ことを特徴とする。
これは、請求項７から請求項９のいずれかの項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、ラマン利得波長域の可変範囲を拡大する発明である。
【００１８】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかの項に記載の光ファイバ通信システムであって、前記駆動回路は、前記複数のレーザダイオードに付随し、前記複数の波長可変波長選択素子を同時に駆動する、ことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項７から請求項１１のいずれかの項に記載のファイバ通信システムであって、前記波長可変波長選択素子は波長可変ファイバグレーティングである、ことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３に記載の発明は、複数の通信ノードと、前記通信ノード間に配置された伝送路光ファイバとからなる光ファイバ通信システムであって、任意の前記通信ノードは、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発する、一つまたは複数のレーザダイオードと、信号光の集中ラマン増幅の光ファイバと、前記各レーザダイオードからの励起光を任意の分岐比で分岐する分配比制御器と、前記分配比制御器の第１のポートからの励起光を該任意の通信ノードに隣接した伝送路光ファイバに導く第１の合波器と、前記分配比制御器の第２のポートからの励起光を前記信号光の集中ラマン増幅の光ファイバに導く第２の合波器と、前記複数通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路と、前記波長配置検出回路が検出した波長配置に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する駆動回路とを有する、ことを特徴とする光ファイバ通信システムである。
これは、市中または海底に敷設された伝送路光ファイバ中での分布ラマン利得と、信号光の集中ラマン増幅の光ファイバ中での集中ラマン利得の和を一定に保ちつつ、システムの信号対雑音比を可変とする光ファイバ通信システムである。
【００２１】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光ファイバ通信システムであって、波長配置検出回路の代わりに、複数の信号光波長における信号対雑音比の検出回路を有し、前記駆動回路は、前記信号対雑音比の検出回路が検出した信号対雑音比に基づいて前記波長可変波長選択素子を駆動する、ことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１３または請求項１４に記載の光ファイバ通信システムであって、前記信号光の集中ラマン増幅の光ファイバは、分散補償ファイバである、ことを特徴とする。
この分散補償ファイバにより、集中ラマン増幅と分散補償を同時に低コストで行なうことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施例を説明する。
［第１実施例］
図６は、本発明の第１実施例による光通信システムの構成を示している。
図において、光通信システムは、通信ノード（以下、単に「ノード」）Ａ及びＢと、ノードＡ−Ｂ間に配置され、市中または海底に敷設された伝送路光ファイバ１１０とからなる。そして、Ｂノードは、通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路１２０、信号光の分布ラマン増幅を行なう励起光源１３０、伝送路光ファイバ１１０からの信号光と励起光源１３０からの励起光を合波するための合波器１４０、受光した光を増幅するＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：エルビウム添加ファイバ増幅器）１５０、及び、受信器１６０を有する。また、励起光源１３０は、光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発するレーザダイオード１３１、レーザダイオード１３１に対する外部共振器の片方のミラーを構成する波長可変ＦＧ（ファイバグレーティング）１３３（波長可変波長選択素子）、波長可変ＦＧ１３３の波長変化に合わせてレーザダイオード１３１の温度を調整する温度調整回路１３２、及び、波長可変ＦＧ１３３を駆動する駆動回路１３４を有する。
本実施例では、Ｂノード内のＥＤＦＡ１５０と、伝送路光ファイバ１１０内での分布ラマン増幅による分布ラマン増幅器（利得媒質は伝送路光ファイバ１１０）を合わせて、複合的な光増幅器とみなすことが可能である。
【００２４】
図６における本実施例と図２の従来技術との主な違いを以下に示す。従来技術では、励起レーザダイオードを所要の励起波長（λ１およびλ２）の数である２に合わせて２個用いている。これらのレーザダイオードは、一般的に温度一定（温度固定）制御機能付きの駆動回路により駆動される。２つの励起レーザダイオードからの励起光は、波長の合波器で合波され、励起光源から出力される。励起波長数は、３以上の場合が多く、従来報告（非特許文献１）の場合のように、１０以上の場合もある。なお図６では、信号光と励起光の伝播方向が逆の場合を示しているが、明らかに、信号光と励起光の伝播方向が同じであってもよい。
一方、図６における本実施例では、励起レーザダイオード、すなわち、レーザダイオード１３１の数は１個である。このことは、励起レーザダイオードが他の構成部品に比べて、一般的に高価であることから、本実施例の有利な点である。そして、レーザダイオード１３１の励起光出力側には、波長可変ＦＧ１３３を設置している。また、レーザダイオード１３１は、必要に応じて温度可変機能付きの駆動回路１３４により駆動される。この温度可変機能は、温度調整回路１３２により実現される。レーザダイオード１３１は、波長可変ＦＧ１３３を外部共振器構成の波長選択子として用いる。そのため、レーザダイオード１３１の発振波長は、波長可変ＦＧ１３３の反射波長（以下、「波長可変ＦＧ反射波長」）により決まり、波長可変となる。また、その発振波長の可変範囲は、主に、レーザダイオード１３１の内部利得スペクトルの利得波長範囲で決まり、その典型値は数１０ｎｍから最大１００ｎｍ程度である。利得波長範囲の中心波長は、レーザダイオード１３１の温度で変化するため、温度調整回路１３２の温度可変機能を用いてレーザダイオード１３１の温度（以下、「ＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）温度」）を変えることにより、変化させることができる。すなわち、温度調整回路１３２（温度可変機能）により、発振波長の可変範囲を拡大することができる。本実施例では、ＬＤ温度を、波長可変ＦＧ反射波長の変化に応じ変化させる。例えば、波長可変ＦＧ反射波長を１４５０ｎｍから１４９０ｎｍにシフトしたとき、同時にＬＤ温度を２５度から５０度に変化させる。
【００２５】
本実施例の動作では、図１における波長配置−１１において、波長可変ＦＧ１３３の反射波長ひいてはレーザダイオード１３１の発振波長である励起光波長をλ１とし、その励起光により、波長（波長群）λＧ１の信号光を分布ラマン増幅する。一方、波長配置−１２においては、同様に、励起光波長をλ２とし、その励起光により、波長（波長群）λＧ２の信号光を分布ラマン増幅する。したがって、波長配置−１２において、所望の波長の信号光を増幅できる。ただし、波長配置の情報は、Ｂノード内に設置した波長配置検出回路１２０を用いて、伝送路光ファイバ１１０を通して送られてきた波長配置の情報を取り込むこととする。なお、この波長配置検出回路１２０は、信号対雑音比の検出回路など、波長配置に連動するパラメータを検出する回路で置き換えてもよい。
【００２６】
図７は、本発明の第１実施例による波長可変ＦＧ１３３の構成例を示している。光ファイバ１７０中にグレーティング（回折格子）１３３ａを刻み、それを励起光の反射体であるファイバグレーティング（ＦＧ）とする。そして、光ファイバ１７０の一端をファイバガイド１３３ｂに固定し、他の一端をファイバ固定部１３３ｃに固定する。ファイバ固定部１３３ｃは圧電素子１３３ｄに固定され、その圧電素子１３３ｄは駆動回路１３４からの駆動電圧に応じて伸縮する。その結果、ＦＧが伸縮し、ＦＧのピッチで決まる反射波長が変化する。
なお、本実施例の波長可変ＦＧ１３３は、部分反射型の波長選択素子（フィルタ）であればよく、例えば、合分波器とミラー型（バルク）の回折格子の組み合わせでもよい。
【００２７】
図８は、（ａ）従来技術および（ｂ）本実施例における分布ラマン利得スペクトル例を示している。（ａ）に示すように、従来技術では、励起光波長λ１およびλ２をそれぞれ１４５０ｎｍおよび１４９０ｎｍとした場合、ラマン利得が一定値（例えば１０ｄＢ）以上である波長範囲が１５３０〜１６００ｎｍで得られている。一方、（ｂ）に示すように、本実施例では、励起光波長λ１およびλ２をそれぞれ１４５０ｎｍおよび１４９０ｎｍとする点は同じであるが、それらの波長を時間領域で切り替える。図に示すように、１波長励起の場合のラマン利得スペクトルに応じて、図１における波長配置−１１の場合には、１５３０〜１５６５ｎｍの波長域において所望の利得が得られ、また、波長配置−１２の場合には、１５６５〜１６００ｎｍの波長域において所望の利得が得られている。
【００２８】
図９は、本実施例における信号光スペクトルの例を示しており、信号光波長が波長群の場合を示している。信号光波長は、波長群−１（１５３０〜１５６５ｎｍ）と波長群−２（１５６５〜１６００ｎｍ）からなる。この信号光波長に対応して、図８に示すラマン利得スペクトルが設定されている。前記波長群の波長チャネル間隔は、例えば１００ＧＨｚの周波数間隔に対応した波長、約０．８ｎｍである。
【００２９】
［第２実施例］
図１０は、本発明第２実施例の光通信システムの構成を示している。
図において、光通信システムは、複数の通信ノード間に設定され、市中または海底に敷設された伝送路光ファイバ２１０と、光増幅器２２０とからなる。光増幅器２２０は、通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路２３０、信号光の分布ラマン増幅を行なう励起光源２４０、信号光と励起光源２４０からの励起光を合波するための合波器２５０、受光した光を増幅するＥＤＦＡ２６０、及び、受信器２７０からなる。
励起光源２４０は、図６に示す第１実施例と同様の構成であり、光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発するレーザダイオード２４１、レーザダイオード２４１に対する外部共振器の片方のミラーを構成する波長可変ＦＧ２４３（波長可変波長選択素子）、波長可変ＦＧ２４３の波長変化に合わせてレーザダイオード２４１の温度を調整する温度調整回路２４２、及び、波長可変ＦＧ２４３を駆動する駆動回路２４４を有する。
ＥＤＦＡ２６０は、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：エルビウム添加光ファイバ）２６１、２６３と、波長可変ＦＧ２４３の波長変化に合わせて損失波長域を変化させる波長域可変利得等化器２６２からなる。
【００３０】
本実施の形態による光通信システムは、図５に示す従来技術と類似しているが、以下の点が主に異なる。従来技術では、励起光源が２つの励起光波長λ１およびλ２に応じて２つのレーザダイオードを用いている。一方、本実施例では、２つの励起光波長λ１およびλ２に対し、１つのレーザダイオードを用いている。図１０に示すように、レーザダイオードの出力段には波長可変ＦＧ２４３が設置され、その反射波長がλ１およびλ２の間で可変になっている。本実施例の励起光波長が、波長可変ＦＧ２４３の反射波長で決まることは、第１実施例の場合と同じである。図３の波長配置−２１および波長配置−２４に対する励起光波長をそれぞれλ１およびλ２とする。また、図４の劣化状態−３１および劣化状態−３２に対して、励起光波長をそれぞれλ１およびλ２とする。このときのラマン利得スペクトルは、図８（ｂ）の励起光波長をλ１およびλ２としたときのスペクトルと同様である。
また、従来技術では、ＥＤＦＡ内に波長域固定利得等化器が設置されているのに対し、本実施例では、ＥＤＦＡ２６０内に波長域可変利得等化器２６２が設置されている。図１１は、本実施の形態における波長域可変利得等化器２６２の損失スペクトル特性であり、図３の波長配置−２１および波長配置−２４に対する損失スペクトルが示されている。また、図４の劣化状態−３１および劣化状態−３２に対する損失スペクトルが図１１に示されている。波長域可変利得等化器２６２の例としては、多段接続のマッハツェンダ干渉フィルタがある。
上記の動作により、図８（ｂ）の利得スペクトル変化を、図１１の損失スペクトル変化が打ち消すようになるため、全信号光波長域（波長群−１および−２）に渡って、一定の利得スペクトルが保持される。
【００３１】
図１２は出力信号光の光信号対雑音比（光ＳＮＲ）特性を示す図であり、（ａ）は図４に示す従来技術の初期状態、（ｂ）は従来技術の劣化状態−３１（波長配置−２１）、（ｃ）は従来技術の劣化状態−３２（波長配置−２４）、（ｄ）は本第２実施例における信号光レベル（信号光パワー）および雑音光レベル（雑音光パワー密度）、ならびに、システムの許容雑音光レベルを示している。図１２（ａ）に示す図４の従来技術初期状態においては、波長群−１及び波長群−２において、雑音光レベルが許容雑音光レベルに比べ十分低く、過剰なマージンが生じている。一方、図１２（ｂ）の劣化状態−３１（波長配置−２１）では、波長群−１の波長域において、雑音光レベルが高くなり、システムマージンが少なくなっている。ただし、この少なくなったマージン量は許容量である。また、図１２（ｃ）の劣化状態−３２（波長配置−２４）では、波長群−２の波長域において、雑音光レベルが高くなり、システムマージンが少なくなっている。劣化状態−３１は、波長群−１の波長域において、図４に示した光増幅器内の利得等化器損失が増大するなどして劣化が生じたものである。同様に、劣化状態−３２は、波長群−２の波長域において、図４に示した光増幅器内の利得等化器損失が増大するなどして劣化が生じたものである。また、波長配置−２１では、波長群−１が信号光の送信器・受信器間で１中継し、波長群−２が信号光の送信器・受信器間で無中継であるのに対し、波長配置−２４では、波長群−２が信号光の送信器・受信器間で１中継し、波長群−１が信号光の送信器・受信器間で無中継であることにより、図１２（ｂ）のスペクトルが生じている。図１２（ｃ）についても同様である。
【００３２】
一方、本実施例では、図１２（ｂ）に対応した劣化状態−３１および波長配置−２１の場合には、波長群−１の短波長域にのみ分布ラマン増幅を適用しているため、従来技術にくらべ、波長群−１の短波長域における雑音光レベルは従来技術と同じであるが、波長群−２の長波長域における雑音光レベルは従来技術より大きくなっている。ただし上記と同様に、その雑音光レベルは許容レベルである。また同様に、図１２（ｃ）に対応した劣化状態−３２および波長配置−２４の場合には、波長群−２の長波長域にのみ分布ラマン増幅を適用しているため、従来技術にくらべ、波長群−２の長波長域における雑音光レベルは従来技術と同じであるが、波長群−１の短波長域における雑音光レベルは従来技術より大きくなっている。上記のように、本実施例では、従来技術のような過剰なシステムマージンがない動作を行なっている。図５の従来技術では、励起レーザダイオードを２つ用い、伝送路光ファイバ中に入射する励起光パワーが高く、伝送路光ファイバや、その入力端にあるコネクタの損傷の危険性が高い。一方、本実施例では、励起レーザダイオードを１つ用い、伝送路光ファイバ中に入射する励起光パワーは、上記従来の場合の約２分の１である。この、伝送路光ファイバ中に入射する励起光パワーの低減効果は、信号光の波長群数が多い場合により顕著である。
【００３３】
［第３実施例］
図１３は、本発明第３実施例の光通信システムの構成を示している。
図において、光通信システムは、ノードＡ及びＢと、ノードＡ−Ｂ間に配置され、市中または海底に敷設された伝送路光ファイバ３１０とからなる。そして、Ｂノードは、通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路３２０、信号光の分布ラマン増幅を行なうための励起光源３３０、レーザダイオード３３１からの励起光を任意の分岐比で分岐する分配比制御器３４０、分配比制御器３４０のポート（第２のポート）からの励起光を伝送路光ファイバ３１０に導く合波器３５０（第２の合波器）、受光した光を増幅するＥＤＦＡ３６０、及び、受信器３７０からなる。
励起光源３３０は、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発するレーザダイオード３３１と、ＦＧ３３２からなる。
また、ＥＤＦＡ３６０は、分配比制御器３４０のポート（第１のポート）からの励起光を信号光の集中ラマン増幅の光ファイバに導く合波器３６３（第１の合波器）と、ＤＣＦ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　Ｆｉｂｅｒ：分散補償ファイバ）３６２と、ＥＤＦ３６１、３６４とを有する。
【００３４】
本実施例は、図１０の第２実施例と類似しているが、以下の点が主に異なる。第２実施例の励起光源は、波長可変ＦＧ２４３によりレーザダイオード２４１の発振波長が可変となっているが、本実施例は、波長固定のＦＧ３３２を用いてレーザダイオード３３１の発振波長を固定としている。ただし、図１３では、簡単のため１波長の励起光源のみ、すなわち、１ＬＤ（レーザダイオード）のみを示しているが、実際には、所望の波長数に応じて、励起光の波長数およびレーザダイオードの数を増やす。また、第２実施例では、波長域可変利得等化器２６２を用いているが、本実施例では集中増幅型のラマン増幅器を用いている。集中増幅型ラマン増幅器は、ＤＣＦ３６２などの高ＮＡの光ファイバを励起光源からの励起光で励起したものである。本実施例において、励起光源から出射した励起光は、分配比制御器３４０に入射して、所望の分配比で２つに分配される。その分配された励起光の一方は、合波器３５０を用いて伝送路光ファイバ３１０に導入される。また、分配比制御器３４０により分配された励起光の他の一方は、合波器３６３を用いてＤＣＦ３６２に導入される。伝送路光ファイバ３１０とＤＣＦ３６２は、入射励起光パワーに応じたラマン利得を生じる。分配比制御器３４０の例は、マッハツェンダ干渉フィルタである。
第２実施例では、伝送路光ファイバのラマン利得の変化を、波長域可変利得等化器２６２で補償して打ち消しているが、本実施例では、伝送路光ファイバのラマン利得の増加（減少）を、ＤＣＦ３６２中のラマン利得の減少（増加）で補償して打ち消している。すなわち、伝送路光ファイバ３１０ヘの入射励起光パワーが増えると、伝送路光ファイバ３１０中でのラマン利得が増加するが、一方で、ＤＣＦ３６２への入射励起光パワーが減少し、ＤＣＦ中でのラマン利得が減少する。
本実施例では、所望の信号光波長に対応した励起光波長において、励起光パワーの分配比を上記のように変化させて、利得を一定値に保ちつつ、光ＳＮＲを調整している。すなわち、伝送路光ファイバ中での分布ラマン利得が増加すると、受信器入力における光ＳＮＲが増大するが、伝送路光ファイバヘの入力励起光パワーも増大する。伝送路光ファイバおよびその入力端のコネクタ（図示せず）の損傷確率は、伝送路光ファイバヘの入力励起光パワーが高いほど大きい。従来技術では、図３および図４に示したような、システム動作の変化を見越して、伝送路光ファイバヘの入力励起光パワーを最大化して固定する必要があるため、損傷確率は最大になってしまう。一方、本実施例では、必要が生じたパワーだけ、伝送路光ファイバヘ励起光を導入するため、入力励起光パワーをダイナミックに最小化し、損傷確率を最小にすることができる。
【００３５】
［第４実施例］
図１４は、本発明の第４実施例の光通信システムの構成を示している。本実施例における光通信システムは、通信ノード間の波長配置を検出する波長配置検出回路４２０、信号光の分布ラマン増幅を行なう励起光源４３０ａ、４３０ｂ、励起光源４３０ａ及び４３０ｂからの励起光を合波するための合波器４４０を有する。また、励起光源４３０ａは、光ファイバを励起し、信号光のラマン増幅を行なう励起光を発するレーザダイオード４３１ａ、レーザダイオード４３１ａに対する外部共振器の片方のミラーを構成する波長可変ＦＧ４３３ａ（波長可変波長選択素子）、波長可変ＦＧ４３３ａの波長変化に合わせてレーザダイオード４３１ａの温度を調整する温度調整回路４３２ａ、及び、波長可変ＦＧ４３３ａを駆動する駆動回路４３４ａを有する。励起光源４３０ｂは、励起光源４３０ａと同様の構成であり、レーザダイオード４３１ｂ、波長可変ＦＧ４３３ａ（波長可変波長選択素子）、温度調整回路４３２ｂ、及び、駆動回路４３４ｂを有する。
本実施例は、図６の第１実施例に類似しているが、以下の点が主に異なる。第１実施例の励起光波長数は１であるが、本実施例の励起光波長数は２である。すなわち、本実施例では、ある波長配置において、第１の励起光源である励起光源４３０ａの励起光波長をλ１、第２の励起光源である励起光源４３０ｂの励起光波長をλ３とし、別の波長配置において、励起光源４３０ａの励起光波長をλ２、励起光源４３０ｂの励起光波長をλ４とする。２波長により励起することのメリットは、ラマン利得スペクトルの平坦波長幅を拡大できる点にある。例えば、１波長励起時の平坦波長幅は約２０ｎｍ（図８（ｂ）参照）であるが、２波長励起時の平坦波長幅は約４０ｎｍである。
図１４において、２つの波長可変ＦＧ４３３ａ、４３３ｂに別々の駆動回路４３４ａ、４３４ｂを用いているが、通常、λ１とλ２の差と、λ３とλ４の差は同じであるから、図６に示す第１実施例と同じ駆動回路やＦＧのファイバガイド等の波長可変ＦＧ内の部品（図７）を用いることができる。温度可変のレーザダイオード駆動回路に関しても同様に共用化できる。そして、２つの励起光源４３０ａ、４３０ｂからの励起光は、合波器４４０により合波され、出力される。
波長数が３以上のときにも、明らかに同様のことが成り立つ。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、従来技術において問題であった、高価な励起レーザダイオードを複数用いているため、システムのコストが高いという欠点、また、伝送路光ファイバ中に高パワーな励起光が入射するため、ノードと伝送路光ファイバの間にある光コネクタが損傷する確率が高くなるという欠点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１構成例のフォトニックネットワークシステムにおけるノード間波長割り当てを示す図である。
【図２】第１構成例のフォトニックネットワークシステムにおける従来技術の光通信システムの構成例を示す図である。
【図３】第２構成例のフォトニックネットワークシステムにおけるノード間波長割り当てを示す図である。
【図４】光ファイバ通信システムにおける波長多重を用いた中継システムの構成例を示す図である。
【図５】図４の中継システムにおける従来技術の光通信システムの第２構成例を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例による光通信システムの構成を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例による波長可変ＦＧの構成例を示す図である。
【図８】（ａ）従来技術および（ｂ）本発明の第１実施例における分布ラマン利得スペクトル例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例における信号光スペクトルの例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例による光通信システムの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例における波長城可変利得等化器の損失スペクトル特性を示す図である。
【図１２】出力信号光の光信号対雑音比（光ＳＮＲ）特性を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例による光通信システムの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施例による光通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１１０、２１０、３１０…伝送路光ファイバ
１２０、２３０、３２０、４２０…波長配置検出回路
１３０、２４０、３３０、４３０ａ、４３０ｂ…励起光源
１３１、２４１、３３１、４３１ａ、４３１ｂ…レーザダイオード
１３２、２４２、４３２ａ、４３２ｂ…温度調整回路
１３３、２４３、４３３ａ、４３３ｂ…波長可変ＦＧ（ファイバグレーティング）
１３３ａ…グレーティング
１３３ｂ…ファイバガイド
１３３ｃ…ファイバ固定部
１３３ｄ…圧電素子
１３４、２４４、４３４ａ、４３４ｂ…駆動回路
１４０、２５０、３５０、３６３、４４０…合波器
１５０、２６０、３６０…ＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）
１６０、２７０、３７０…受信器
１７０…光ファイバ
２２０…光増幅器
２６１、２６３、３６１、３６４…ＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）
２６２…波長域可変利得等化器
３３２…ＦＧ（ファイバグレーティング）
３４０…分配比制御器
３６２…ＤＣＦ（分散補償ファイバ）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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