(57)【要約】【課題】多重化された複数信号チャネルそれぞれにおける高品質伝送を可能にする光伝送システムを提供する。【解決手段】光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光は、光送信器（１１０）から光ファイバ伝送路（１２０）を介してラマン増幅器（１３０）に伝送される。ラマン増幅器（１３０）では、励起光源部（１３５，１３６）からの励起光が光カプラ（１３３，１３４）を経て光ファイバ（１３７）に供給される。ラマン増幅器（１３０）に入力された多重化信号光は、光アイソレータ（１３１）と光カプラ（１３３）を経て光ファイバ（１３７）に到達し、光ファイバ（１３７）においてラマン増幅される。このラマン増幅された多重化信号光は、光カプラ（１３４）と光アイソレータ（１３２）を経て、ラマン増幅器（１３０）から出力される。【選択図】　図１
2004086143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光を出力する送信器と、
前記信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、
ラマン増幅用光ファイバとして前記光ファイバ伝送路の少なくとも一部を含むとともに、ラマン増幅用励起光を供給することにより前記信号光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えた光伝送システム。
【請求項２】
前記信号光における信号チャネル間隔は、１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記ラマン増幅手段は、集中定数型ラマン増幅器であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記集中定数型ラマン増幅器は、前記光ファイバ伝送路のうち該集中型ラマン増幅器の外部に位置する伝送路区間をラマン増幅用光ファイバとして利用すべく、該外部伝送路区間に余剰のラマン増幅用励起光を導くための構造を有することを特徴とする請求項３記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記ラマン増幅手段は、前記光ファイバ伝送路のうち前記信号光の送信端及び受信端の少なくともいずれか一方に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項６】
少なくとも前記光ファイバ伝送路のうちラマン増幅用光ファイバとして機能する伝送路区間は、前記信号光の複数信号チャネルが存在する波長帯域において負の波長分散を有する光ファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項７】
少なくとも前記光ファイバ伝送路のうちラマン増幅用光ファイバとして機能する伝送路区間は、波長１．３９μｍ付近におけるＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項８】
前記信号光に含まれる複数信号チャネルうちの隣接する信号チャネル間に前記ラマン増幅用の励起チャネルが存在することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項９】
前記ラマン増幅手段は、前記信号光に含まれる複数信号チャネルのうち前記光ファイバ伝送路における伝送損失が第１閾値以上である波長範囲内の信号チャネルをラマン増幅することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項１０】
前記信号光に含まれる複数信号チャネルのうち前記光ファイバ伝送路における累積波長分散が第２閾値以上である波長範囲内の信号チャネルの分散を補償する分散補償手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項１１】
光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光を出力する送信器と、
前記信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、
ラマン増幅用光ファイバとして前記光ファイバ伝送路の一部を含むとともに、該光ファイバ伝送路の一部に１以上の励起チャネルが多重化されたラマン増幅用励起光を供給する励起光光源を含み、該ラマン増幅用励起光の供給により前記信号光をラマン増幅するラマン増幅手段とを備え、
前記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、前記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されている光伝送システム。
【請求項１２】
前記励起チャネルの光周波数は、前記各信号チャネルの光周波数から６２．４ＧＨｚ以上離れた光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１３】
前記励起チャネルの光周波数は、前記各信号チャネルの光周波数から１２４８ＧＨｚ以上離れない光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１２記載の光伝送システム。
【請求項１４】
隣り合う前記励起チャネルの光周波数間隔は、４６８０ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１５】
前記励起光に含まれる励起チャネルのうち互いに隣接した励起チャネルの光周波数は、前記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から６２．４ＧＨｚ以上離れる一方２４９６ＧＨｚ以上離れない光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１４記載の光伝送システム。
【請求項１６】
前記信号光の光周波数帯域が１２．４８ＴＨｚ以下であり、前記励起光の励起チャネル数をｍ、前記信号光の信号チャネル数をｎとするとき、これら励起チャネル数と信号チャネル数とは、
ｍ≦ｎ／２
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１７】
前記信号光の光周波数帯域が１２．４８ＴＨｚ以下であり、前記励起光の励起チャネル数をｍ、前記信号光の信号チャネル数をｎとするとき、これら励起チャネル数と信号チャネル数とは、
ｍ≦（ｎ＋４）／２
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１８】
前記ラマン増幅手段の利得スペクトルは、前記励起光に含まれる励起チャネルそれぞれに由来した互いに異なる光周波数のラマン増幅ピークを有し、
前記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、該励起チャネルそれぞれに由来するラマン増幅ピークが前記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数になるよう設定されていることを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１９】
前記ラマン増幅手段の利得スペクトルは、前記励起光に含まれる励起チャネルそれぞれに由来した第１光周波数間隔で存在するラマン増幅ピークを有し、
前記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数は、前記励起チャネルそれぞれに由来したラマン増幅ピークと異なり、かつ第２光周波数間隔になるよう設定されていることを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、互いに異なる光周波数の複数信号チャネルが多重化された信号光を伝送する光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光伝送システムは、互いに異なる光周波数の複数信号チャネルが多重化された信号光（ＷＤＭ信号光）を光ファイバ伝送路を介して伝送する光システムであり、大容量の情報を高速に送受信することができる。通信需要が旺盛な幹線系の光伝送システムでは、複数信号チャネルの光周波数間隔を狭くすることで多重度を大きくして、これにより更なる大容量化を図ることが検討されている。このような多重度が大きいＷＤＭは、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ　ＷＤＭ）と呼ばれる。
【０００３】
一方、それほど通信需要が大きくない光伝送システムでは、複数信号チャネルの光周波数間隔を広くすることで多重度を小さくし、これによりシステムコストの低減が図られている。このような多重度が小さいＷＤＭは、ＣＷＤＭ（ＣｏａｒｓｅＷＤＭ）と呼ばれる。ＣＷＤＭ光伝送システムでは、信号光の信号チャネル数低減に伴って光部品（例えば、信号光源、受光素子等）の数を削減し、また、光周波数間隔が大きいことに起因した波長精度要求値が低い安価な光部品（例えば、光合波器、光分波器等）を使用することで、システムコストの低減を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の光通信システムを検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来のＣＷＤＭ光伝送システムでは、信号チャネルの光周波数間隔が大きいことから、各信号チャネルを含む信号波長帯域の幅が広くなり、例えば、この帯域幅が１００ｎｍ程度になる場合もある。帯域幅が１００ｎｍ程度もあると、その信号波長帯域内の短波長側と長波長側とでは、光ファイバ伝送路の光学特性（例えば、伝送損失、波長分散等）が大きく異なる。このことから、従来のＣＷＤＭ光伝送システムは、信号波長帯域内に含まれる各信号チャネルの伝送品質を均一に維持することは困難である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、複数信号チャネルそれぞれについて高品質伝送を保証し得る構造を備えた光伝送システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光伝送システムは、複数信号チャネルが多重化された信号光（ＷＤＭ信号）を光ファイバ伝送路を介して伝送するＣＷＤＭ光伝送システムであって、該信号光の各信号チャネルの高い伝送品質を保証するための構造を備える。すなわち、この発明に係る光伝送システムは、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光を出力する送信器と、該信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、ラマン増幅用励起光の供給により該信号光をラマン増幅するラマン増幅手段を備える。なお、このラマン増幅手段は、光ファイバ伝送路の一部をラマン増幅用光ファイバとして含む。また、このように、信号光に含まれる信号チャネルの波長間隔は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【０００７】
この発明に係る光伝送システムにおいて、上記ラマン増幅手段は上記光ファイバ伝送路の一部を構成するラマン増幅用光ファイバを含む集中定数型増幅器であってもよい。さらにこの場合、集中定数型ラマン増幅器は、該集中定数型ラマン増幅器の外部に位置する光ファイバ伝送路の伝送路区間もラマン増幅用光ファイバとして利用すべく（この場合，ラマン増幅手段は分布定数型ラマン増幅器としても機能する）、該外部伝送路区間に余剰のラマン増幅用励起光を導くための構造を備えるのが好ましい。また、上記ラマン増幅手段は、上記光ファイバ伝送路のうち上記信号光の送信端及び受信端の少なくとも一方に設けられるのが好ましい。これら何れの場合にも、高利得のラマン増幅が可能になる。
【０００８】
この発明に係る光伝送システムにおいて、上記光ファイバ伝送路のうち少なくともラマン増幅用光ファイバとして機能する伝送路区間は、上記信号光を含む波長帯域において負の波長分散を有する光ファイバを含むのが好ましい。一般に光ファイバ伝送路は正の波長分散を有するので、上記ラマン増幅手段に含まれる光ファイバによりその波長分散が補償され、高品質の信号伝送が可能になるからである。
【０００９】
一方，この発明に係る光伝送システムにおいて、上記光ファイバ伝送路のうち少なくともラマン増幅用光ファイバとして機能する伝送路区間は、波長１．３９μｍ付近におけるＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバを含んでもよい。この場合、波長１．３９μｍ付近の励起光を高効率に供給することができるので、励起効率を改善することができ、また、利得スペクトルも改善することができる。
【００１０】
この発明に係る光伝送システムにおいて、励起チャネルの波長は、上記信号光に含まれる信号チャネルのうち互いに隣接する信号チャネル間に位置するのが好ましい。このように信号チャネルと励起チャネルとを配置することで、信号波長帯域内の長波長側でも信号光を高利得でラマン増幅することができる。
【００１１】
さらにこの発明に係る光伝送システムにおいて、上記ラマン増幅手段は、上記信号光に含まれる信号チャネルのうち上記光ファイバ伝送路における伝送損失が第１閾値以上である波長範囲内の信号チャネルをラマン増幅するのが好ましい。また、上記ラマン増幅手段は、上記信号光に含まれる信号チャネルのうち上記光ファイバ伝送路における累積波長分散が第２閾値以上である波長範囲内の信号チャネルの波長分散を補償する分散補償手段をさらに備えるのが好ましい。これら何れの場合にも、信号波長帯域内の必要な波長範囲においてラマン増幅あるいは分散補償することができるので、各信号チャネルにおいて高品質の信号伝送が可能になる。
【００１２】
なお、信号チャネル間の利得バラツキを抑えながらより広い波長帯域での光増幅を可能にするには複数の励起光光源（ＬＤ）を利用する技術が、例えば特開２０００−９８４３３号公報に開示されている。しかしながら、従来のＣＷＤＭ光伝送システムでは、励起光のチャネル間隔が６ｎｍ以上３５ｎｍ以下であるため、励起ＬＤの数を少なく保ったままさらに利得平坦度を高めることは困難であった。
【００１３】
この発明に係る光伝送システムは、ＣＷＤＭ光伝送システムとして、光源数を少なく維持した状態でより広い波長帯域におけるラマン増幅を可能にする。
【００１４】
具体的に、この発明に係る光伝送システムは、所定の多重化信号を出力する送信器と、光ファイバ伝送路と、該信号光をラマン増幅するラマン増幅手段を備える。上記送信器は、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光を出力する。上記光ファイバ伝送路は、送信器と受信器との間に敷設され、上記信号光信号光を伝送する。上記ラマン増幅器は、ラマン増幅用光ファイバとして上記光ファイバ伝送路の一部を含むとともに、該光ファイバ伝送路の一部に１以上の励起チャネルが多重化されたラマン増幅用励起光を供給する励起光光源を含む。
【００１５】
特に、この発明に係る光伝送システムにおいて、各励起チャネルの光周波数は、各信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されている。すなわち、信号チャネルの光周波数は、励起チャネルの光周波数から１３．２ＴＨｚ低い光周波数と異なっている。具体的には、上記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、上記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から６２．４ＧＨｚ（５ｎｍ）以上離れた光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されていることが好ましい。一方、上記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、上記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から１２４８ＧＨｚ（１０ｎｍ）以上離れない光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されているのが好ましい。これにより、ＣＷＤＭ光伝送システムにおいて、励起光光源の数を少なく保ったままより広い波長帯域において高い利得平坦度が得られる。
【００１６】
この発明に係る光伝送システムにおいて、隣り合う２以上の励起チャネルの光周波数間隔は、４６８０ＧＨｚ（３７５ｎｍ）以上であるのが好ましい。また、上記励起光に含まれる励起チャネルのうち互いに隣接した励起チャネルの光周波数は、上記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から６２．４ＧＨｚ以上離れる一方２４９６ＧＨｚ（２０ｎｍ）以上離れない光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されてもよい。
【００１７】
この発明に係る光伝送システムにおいて、上記信号光の光周波数帯域が１２．４８ＴＨｚ（１００ｎｍ）以下であり、励起チャネル数は使用される信号チャネル数によって決定される。すなわち、上記励起光の励起チャネル数をｍ、上記信号光の信号チャネル数をｎとするとき、これら励起チャネル数と信号チャネル数とは、ｍ≦ｎ／２、さらにはｍ≦（ｎ＋４）／２なる関係を満たす。
【００１８】
なお、この発明に係る光伝送システムにおいて、複数の励起チャネルを利用する場合、上記ラマン増幅手段の利得スペクトルは、励起光に含まれる励起チャネルそれぞれに由来した互いに異なる光周波数のラマン増幅ピークを有する。この場合、励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、該励起チャネルそれぞれに由来するラマン増幅ピークが信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数になるよう設定される。換言すれば、上記ラマン増幅手段の利得スペクトルは、励起光に含まれる励起チャネルそれぞれに由来した第１光周波数間隔の存在するラマン増幅ピークを有し、信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数は、励起チャネルそれぞれに由来したラマン増幅ピークと異なり、かつ第２光周波数間隔になるよう設定される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光伝送システムの各実施形態を図１〜図２０を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
先ず、この発明に係る光伝送システムの第１実施形態について説明する。図１は、この発明に係る光伝送システムにおける第１実施形態の構成を示す図である。この図１に示された光伝送システム１は、ＣＷＤＭ光伝送システムであって、光送信器１１０、光ファイバ伝送路１２０及び集中定数型ラマン増幅器（ＬＲＡ）１３０を少なくとも備える。
【００２１】
光送信器１１０は、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光（ＷＤＭ信号）を出力する。この光送信器１１０から出力される多重化信号光の波長間隔（チャネル間隔）は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。光送信器１１０に含まれる、各信号チャネルを出力する光源としては、例えば、分布帰還型レーザ光源、ファブリ・ペロー型の半導体レーザ光源（ＦＰ−ＬＤ）、及び、該ＦＰ−ＬＤと光ファイバグレーティングとを組み合わせることにより出力波長の安定化を図るファイバグレーティングレーザ光源等が適用可能である。信号光の変調に際しては、これらの光源が直接変調されてもよいし、外部変調器により外部変調されてもよい。また、これらの光源は温度調整されなくてもよい。ＣＷＤＭ光伝送では、各信号チャネルの波長変動の許容範囲が広いので、直接変調あるいは無温調とすることにより信号チャネル波長が多少変動しても構わない。
【００２２】
光ファイバ伝送路１２０は、光送信器１１０から出力された多重化信号光をラマン増幅器１３０へ向けて伝送する。この光ファイバ伝送路１２０は、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ）、波長１．３μｍより長波長側に零分散波長を有し波長１．５５μｍにおいて小さい正の波長分散を有する非零分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ：　Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔｅｄ　　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ）、波長１．５５μｍ付近に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ：　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔｅｄ　　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ）、コア領域が実質的に純石英ガラスであってクラッド領域にＦ元素が添加されている純石英コア光ファイバ、及び、実効断面積が通常のものより拡大されているシングルモード光ファイバ等、いずれの光ファイバであってもよい。また、光ファイバ伝送路１２０は、これら光ファイバのうちのいずれか２種以上の光ファイバを接続することで構成されてもよいし、これら光ファイバのうちいずれか一種以上の光ファイバと分散補償光ファイバ（ＤＣＦ：　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ）とを接続することで構成されてもよい。
【００２３】
ラマン増幅器１３０は、光ファイバ伝送路１２０から伝送されて到達した多重化信号光を入力し、この多重化信号光をラマン増幅する。ラマン増幅器１３０は、多重化信号光の送信端及び受信端の少なくとも一方に設けられるのが好ましい。ラマン増幅器１３０は、信号光入力端から信号光出力端へ向かって順に、光アイソレータ１３１、光カプラ１３３、ラマン増幅用光ファイバ１３７（光ファイバ伝送路１２０とともに光送信器と光受信器との間に敷設された光ファイバ伝送路の一部を構成する）、光カプラ１３４、及び光アイソレータ１３２を備える。さらにラマン増幅器１３０は、光カプラ１３３に接続された励起光源部１３５、及び、光カプラ１３４に接続された励起光源部１３６を備える。
【００２４】
光アイソレータ１３１、１３２それぞれは、信号光入力端から信号光出力端へ向かう順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。励起光源部１３５、１３６それぞれは、光ファイバ１３７において信号光をラマン増幅するための励起光を出力する。光カプラ１３３は、励起光源部１３５から到達した励起光を光ファイバ１３７へ順方向に出力するとともに、光アイソレータ１３１から到達した信号光をも光ファイバ１３７へ出力する。光カプラ１３４は、励起光源部１３６から到達した励起光を光ファイバ１３７へ逆方向に出力するとともに、光ファイバ１３７から到達した信号光を光アイソレータ１３２へ出力する。
【００２５】
励起光源部１３５、１３６それぞれは、例えば、ファブリ・ペロー型の半導体レーザ光源（ＦＰ−ＬＤ）、このＦＰ−ＬＤと光ファイバグレーティングとを組み合わせることにより出力波長の安定化を図るファイバグレーティングレーザ光源、分布帰還型レーザ光源、及び、ラマンレーザ光源等が適用可能である。また、励起光源部１３５、１３６それぞれは、それに含まれる光源が偏波依存性を有する場合に、該光源から出力された励起光を偏波合成する偏波合成器を含むのが好ましく、また、光源から出力された励起光を無偏光化するデポラライザを含んでもよい。
【００２６】
ラマン増幅用光ファイバ１３７は、ラマン増幅用励起光が供給されることにより多重化信号光をラマン増幅する。この光ファイバ１３７が石英系光ファイバである場合、励起光周波数は信号光周波数より１３．２ＴＨｚ程度小さく、励起光波長は信号光波長より１００ｎｍ程度短い。また、一般に石英系光ファイバは波長１．３９μｍ付近においてＯＨ基に起因した損失ピークが０．４０ｄＢ／ｋｍ程度あるが、この実施形態に適用される光ファイバ１３７は、波長１．３９μｍ付近においてＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。この損失ピークが小さいことにより、波長１．３９μｍ付近のラマン増幅用の励起光は、光ファイバ１３７を低損失で伝搬するので、優れたラマン増幅利得が得られる。
【００２７】
励起光の入力パワーをＰｐとし、ラマン増幅用光ファイバの長さをＬとし、信号光波長での光ファイバの伝送損失をαｓとし、励起光波長での光ファイバの伝送損失をαｐとし、光ファイバのラマン利得係数をｇＲとし、光ファイバの実効断面積をＡｅｆｆとすると、この光ファイバにおけるラマン増幅により得られるオンオフ利得Ｇｏｎ−ｏｆｆ及びＮｅｔ利得Ｇｎｅｔそれぞれは、
Ｇｏｎ−ｏｆｆ＝ｅｘｐ（ＬｅｆｆＰｐｇＲ／Ａｅｆｆ）　…（１ａ）
Ｇｎｅｔ　＝ｅｘｐ（ＬｅｆｆＰｐｇＲ／Ａｅｆｆ−αｓＬ）　　…（１ｂ）
ただし、
Ｌｅｆｆ　＝（１−ｅｘｐ（−αｐＬ））／αｐ　　　　…（１ｃ）
なる式で表される。Ｌｅｆｆは光ファイバの実効長を表す。
【００２８】
この式から、損失αｐを小さくすることで、利得を大きくすることができることが分かる。波長１．３９μｍ付近の波長の励起光を用いる場合、ＯＨ基に起因した損失ピークを低減することが効果的である。波長１．３９μｍ付近におけるＯＨ基に起因した損失ピークを通常の０．４０ｄＢ／ｋｍから０．３３ｄＢ／ｋｍ以下まで低減することにより、光ファイバの実効長Ｌｅｆｆを２．５０ｋｍから３．０３ｋｍまで長くすることができるので、励起効率が２割程度向上する。
【００２９】
また、ラマン増幅用光ファイバ１３７は、光ファイバ伝送路１２０の波長分散を補償するのが好ましい。一般に光ファイバ伝送路として用いられる光ファイバは、標準的なシングルモード光ファイバ又は分散シフト光ファイバであって、信号波長帯域内の波長１．５５μｍにおいて正の波長分散を有する。また、一般に信号光源として用いられるレーザダイオードより直接変調されて出力される信号光は、正の波長分散を有する。そこで、ラマン増幅用光ファイバ１３７は、波長１．５５μｍにおいて負の波長分散を有するのが好ましい。これにより、累積波長分散に起因した信号光の波形劣化が低減され、高品質の信号伝送が可能になる。なお、光ファイバ１３７とは別に、分散補償器を設けてもよい。
【００３０】
図２は、信号光及び励起光それぞれのチャネル配置を説明するための図である。図２（ａ）に示されたチャネル配置では、全信号チャネル（この図では６波長）を含む信号波長帯域の幅が１００ｎｍ以下であり、該信号波長帯域より短波長側に全ての励起チャネルが存在する。励起チャネルそれぞれは３５ｎｍ以上離れているのが好ましい。図２（ｂ）に示されたチャネル配置では、全信号チャネルを含む信号波長帯域より短波長側に励起チャネルが存在するだけでなく、その信号波長帯域であって隣接信号チャネル間にも励起チャネルが存在する。このように隣接信号チャネル間に励起チャネルを配置することで、広帯域に亘って多重化信号光を高効率にラマン増幅することができるとともに、信号波長帯域内における利得スペクトルを所望の形状にすることができる。図２（ｃ）に示されたチャネル配置では、全信号チャネルを含む信号波長帯域の幅が１００ｎｍ以上である場合であって、その信号波長帯域より短波長側に全ての励起チャネルが存在する。このような場合でも、一般に信号波長帯域内において伝送損失が小さい高波長側でラマン増幅しなくても（あるいは利得が小さくても）よいので、高品質のＣＷＤＭ光伝送が可能である。なお、図２において、各励起チャネルは複数の縦モードを含んでいるが、線幅の狭いレーザ光であってもよい。
【００３１】
この光伝送システム１では、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光は、光送信器１１０から出力され、光ファイバ伝送路１２０を伝搬し、そして、ラマン増幅器１３０に到達する。ラマン増幅器１３０では、励起光源部１３５、１３６から出力された励起光が光カプラ１３３、１３３を経由して光ファイバ１３７に供給される。ラマン増幅器１３０に到達した多重化信号光は、光アイソレータ１３１及び光カプラ１３３を通過して光ファイバ１３７に到達する。そして、この光ファイバ１３７において多重化信号光がラマン増幅される。ラマン増幅された信号光は、光カプラ１３４及び光アイソレータ１３２を通過して、ラマン増幅器１３０の外部に出力される。ラマン増幅器１３０における利得スペクトルの帯域幅や形状は比較的自由に設計することができるので、信号波長帯域が広帯域であっても、多重化信号光の信号チャネルそれぞれを高品質でＣＷＤＭ光伝送することができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、この発明に係る光伝送システムの第２実施形態について説明する。図３は、この発明に係る光伝送システムにおける第２実施形態の構成を示す図である。この図３に示された光伝送システム２は、ＣＷＤＭ光伝送システムであって、光送信器１１０、光ファイバ伝送路１２０及び集中定数型ラマン増幅器２３０を備える。第２実施形態に係る光伝送システム２は、上述の第１実施形態に係る光伝送システム１と比較すると、ラマン増幅器１３０に替えてラマン増幅器２３０を備えている点で相違する。
【００３３】
この第２実施形態におけるラマン増幅器２３０は、信号光入力端から信号光出力端へ向かって順に、ラマン増幅用光ファイバ１３７（光ファイバ伝送路とともに光送信器と光受信器との間に敷設された光ファイバ伝送路の一部を構成する）、光カプラ１３４及び光アイソレータ１３２を備える。さらに、ラマン増幅器２３０は、光カプラ１３４に接続された励起光源部１３６を備える。このラマン増幅器２３０は、第１実施形態におけるラマン増幅器１３０から、光アイソレータ１３１、光カプラ１３３及び励起光源部１３５を取り除いた構成に相当する。
【００３４】
この光伝送システム２において、ラマン増幅器２３０は、励起光源部１３６から出力された励起光を、光カプラ４を通過して光ファイバ１３７へ供給するだけでなく、余剰の励起光を当該ラマン増幅器２３０から外部に位置する光ファイバ伝送路１２０へ供給するための構造（図３中の、光ファイバ伝送路１２０光ファイバ１３７との由着接続点Ａに相当）を有する。すなわち、当該光伝送システム２は、ラマン増幅手段として、集中定数型ラマン増幅器２３０の他、光ファイバ伝送路１２０、光カプラ１３４及び励起光源部１３６により構成された分布定数型ラマン増幅器（ＤＲＡ）を備える。したがって、光送信器１１０から出力された多重化信号光は、光ファイバ伝送路１２０を伝搬する間にもラマン増幅され、また、ラマン増幅器２３０によってもラマン増幅される。
【００３５】
なお、この第２実施形態では、光ファイバ伝送路１２０にも励起光が供給されるので、光ファイバ１３７だけでなく光ファイバ伝送路１２０も、波長１．３９μｍ付近においてＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、この発明に係る光伝送システムの第３実施形態について説明する。図４は、この発明に係る光伝送システムにおける第３実施形態の構成を示す図である。この図４に示された光伝送システム３は、ＣＷＤＭ光伝送システムであって、光送信器１１０、光ファイバ伝送路１２０、光受信器１４０、光アイソレータ１３１、１３２、光カプラ１３３、１３４、及び、励起光源部１３５、１３６を備える。光ファイバ伝送路１２０は、光送信器１１０と光受信器１４０との間に敷設されている。光アイソレータ１３１、光カプラ１３３及び励起光源部１３５は、光ファイバ伝送路１２０の光送信器１１０側に設けられている。また、光アイソレータ１３２、光カプラ１３４及び励起光源部１３６は、光ファイバ伝送路１２０の光受信器１４０側に設けられている。
【００３７】
この第３実施形態において、励起光源部１３５から出力された励起光は、光カプラ１３３を通過した後に光ファイバ伝送路１２０へ順方向に供給される。また、励起光源部１３６から出力された励起光は、光カプラ１３４を通過した後に光ファイバ伝送路１２０へ逆方向に供給される。すなわち、第３実施形態に係る光伝送システム３は、ラマン増幅手段として、光ファイバ伝送路１２０、光カプラ１３３、１３４、及び、励起光源部１３５、１３６により構成された分布定数型ラマン増幅器を備える。したがって、光送信器１１０から出力された多重化信号光は、光ファイバ伝送路１２０を伝搬する間にラマン増幅され、光受信器１４０に到達する。
【００３８】
なお、この第３実施形態では、光ファイバ伝送路１２０に励起光が供給されるので、光ファイバ伝送路１２０は、波長１．３９μｍ付近においてＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。
【００３９】
（第４実施形態）
次に、この発明に係る光伝送システムの第４実施形態について説明する。図５は、この発明に係る光伝送システムにおける第４実施形態の構成を示す図である。この図５に示された光伝送システム４は、ＣＷＤＭ光伝送システムであって、信号光源部１１１１〜１１１４、光合波器１１２、光ファイバ伝送路１２０、光分波器１４２、分散補償器１４３、光分波器１４４１、１４４２、受光部１４１１〜１４１４、光カプラ１３３，１３４、及び、励起光源部１３５、１３６を備える。
【００４０】
信号光源部１１１１〜１１１４それぞれは、互いに異なる波長の信号を出力する。光合波器１１２は、信号光源部１１１１〜１１１４それぞれから出力された各信号チャネルの光を合波する。信号光源部１１１１〜１１１４及び光合波器１１２により光送信器が構成される。光合波器１１２から出力される多重化信号光は、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下であり、信号チャネル間隔が１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００４１】
光ファイバ伝送路１２０は、光合波器１１２と光分波器１４２との間に敷設されている。光カプラ１３３及び励起光源部１３５は、光ファイバ伝送路１２０の光合波器１１２側に設けられている。また、光カプラ１３４及び励起光源部１３６は、光ファイバ伝送路１２０の光分波器１４２側に設けられている。励起光源部１３５から出力された励起光は、光カプラ１３３を通過した後に光ファイバ伝送路１２０へ順方向に供給される。また、励起光源部１３６から出力された励起光は、光カプラ１３４を通過した後に光ファイバ伝送路１２０へ逆方向に供給される。
【００４２】
すなわち、この第４実施形態に係る光伝送システム４も、ラマン増幅手段として、光ファイバ伝送路１２０、光カプラ１３３，１３４、及び、励起光源部１３５、１３６により構成された分布定数型ラマン増幅器を備える。したがって、光合波器１１２から出力された多重化信号光は、光ファイバ伝送路１２０を伝搬している間にラマン増幅され、光分波器１４２に到達する。なお、この第４実施形態では、光ファイバ伝送路１２０に励起光が供給されるので、光ファイバ伝送路１２０は、波長１．３９μｍ付近においてＯＨ基に起因した損失ピークが０．３３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。
【００４３】
光分波器１４２は、光ファイバ伝送路１２０を伝搬してきた多重化信号光をを第１波長域と第２波長域とに分波し、該第１波長域の光成分を光分波器１４４１へ出力し、第２波長域の光成分を分散補償器１４３へ出力する。分散補償器１４３は、光分波器１４２から到達した第２波長域の光成分の波長分散を補償した後に光分波器１４４２へ出力する。分散補償器１４３としては、信号波長帯域において負の波長分散を有する分散補償光ファイバが適している。光分波器１４４１は、光分波器１４２から到達した第１波長域の光成分を信号チャネルごとに分波する。また、光分波器１４４２は、分散補償器１４３から到達した第２波長域の光成分を信号チャネルごとに分波する。そして、受光部１４１１〜１４１４それぞれは、光分波器１４４１、１４４２によりそれぞれ分波された各信号チャネルの信号を受信する。
【００４４】
光分波器１４４１、１４４２としては、誘電体多層膜フィルタやファイバカプラ型フィルタが好ましく、コスト低減の観点から、隣接信号チャネル間でのガードバンドが５ｎｍ以上である安価なフィルタを使用するのが好ましい。
【００４５】
図６は、光ファイバ伝送路における伝送損失の波長依存性と波長分散の波長依存性との関係を示すグラフである。なお、図６において、グラフＧ６１０は伝送損失の波長依存性を示し、グラフＧ６２０は波長分散の波長依存性を示す。この図に示されたように、波長１４００〜１５００ｎｍ程度の信号波長帯域内では、光ファイバ伝送路は、高波長側で累積波長分散の絶対値が大きく、短波長側で伝送損失が大きい。そこで、この第４実施形態では、光ファイバ伝送路１２０の累積波長分散が大きい高波長側に位置する信号チャネルの波長分散を補償する。また、光ファイバ伝送路１２０の伝送損失が大きい短波長側に位置する信号チャネルを、高波長側より大きい利得でラマン増幅する。
【００４６】
すなわち、この第４実施形態では、励起光源１３５、１３６から光ファイバ伝送路１２０に供給されるラマン増幅用励起光の波長及びパワーが適切に設定されることにより、多重化信号光に含まれる全信号チャネルのうち光ファイバ伝送路１２０における伝送損失が第１閾値以上である波長範囲内の信号チャネルが高利得でラマン増幅される。このとき、その他の信号チャネルもラマン増幅されてもよい。なお、第１閾値はシステムごとに適切に設定される。
【００４７】
また、適切な分波特性を有する光分波器１４２を用いることにより、多重化信号光に含まれる全信号チャネルのうち光ファイバ伝送路１２０における累積波長分散が第２閾値以上である波長範囲内の信号チャネルの分散が分散補償器１４３により補償される。このとき、その他の波長の信号チャネルに対しては、更なる損失を回避するために、分散補償を行わないのが好ましい。なお、第２閾値もシステムごとに適切に設定される。
【００４８】
このように、この第４実施形態に係る光伝送システム４は、上述の第１〜第３実施形態それぞれの光伝送システムが奏する効果に加えて、以下のような効果をも奏することができる。すなわち、信号波長帯域のうち光ファイバ伝送路の伝送損失が大きい短波長側に位置する信号チャネルを高利得でラマン増幅し、あるいは、信号波長帯域のうち光ファイバ伝送路の累積波長分散が大きい長波長側に位置する信号チャネルを分散補償することで、より広い信号波長帯域であっても、多重化信号光に含まれる信号チャネルそれぞれを高品質でＣＷＤＭ光伝送することができる。
【００４９】
（具体例）
次に、第３実施形態に係る光伝送システム３の具体例について説明する。ここでは、光ファイバ伝送路１２０は、長さを８０ｋｍとし、標準的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）、及び、非零分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）のいずれかである。光送信器１１０から出力される多重化信号光は、波長帯域１５１０〜１６１０ｎｍの範囲内の２０ｎｍ間隔の６チャネルとした。光ファイバ伝送路１２０におけるラマン増幅のＮｅｔ利得Ｇｎｅｔが−１７ｄＢとなるように、励起光源部１３５、１３６から出力される励起光の波長及びパワーを設定した。励起チャネル数は２又は３とした。励起チャネル数が２の場合、各励起チャネルの波長は１４２０ｎｍ及び１４９０ｎｍとした。励起チャネル数が３の場合、各励起チャネルの波長は１４２０ｎｍ、１４６ｎｍ及び１４９０ｎｍとした。光アイソレータ１３１、１３２それぞれの挿入損失を０．６ｄＢとした。
【００５０】
波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、シングルモード光ファイバでは０．１９５ｄＢ／ｋｍであり、分散シフト光ファイバでは０．２１０ｄＢ／ｋｍであり、非零分散シフト光ファイバでは０．２００ｄＢ／ｋｍであった。非零分散シフト光ファイバの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は０．３２ｄＢ／ｋｍであった。ラマン増幅効率を示すＦＯＭ−ｒ（＝ｇＲ／Ａｅｆｆ）は、シングルモード光ファイバでは０．３７／Ｗ／ｋｍであり、分散シフト光ファイバでは０．８７／Ｗ／ｋｍであり、非零分散シフト光ファイバでは０．６７／Ｗ／ｋｍであった。
【００５１】
図７〜図９は、それぞれ具体例の光伝送システムにおける利得スペクトルである。図７は、光ファイバ伝送路１２０として標準的なシングルモード光ファイバを用いた場合の利得スペクトルである。この図７において、グラフＧ７１０はラマン増幅しないときのＮｅｔ利得、グラフＧ７２０は励起チャネル数が２のときのＮｅｔ利得、グラフＧ７３０は励起チャネル数が３のときのＮｅｔ利得をそれぞれ示す。図８は、光ファイバ伝送路１２０として分散シフト光ファイバを用いた場合の利得スペクトルを示す。この図８において、グラフＧ８１０はラマン増幅しないときのＮｅｔ利得、グラフＧ８２０は励起チャネル数が２のときのＮｅｔ利得、グラフＧ８３０は励起チャネル数が３のときのＮｅｔ利得をそれぞれ示す。また、図９は、光ファイバ伝送路１２０として非零分散シフト光ファイバを用いた場合の利得スペクトルを示す。この図９において、グラフＧ９１０はラマン増幅しないときのＮｅｔ利得、グラフＧ９２０は励起チャネル数が２のときのＮｅｔ利得、グラフＧ９３０は励起チャネル数が３のときのＮｅｔ利得をそれぞれ示す。なお、図１０には、各具体例の光伝送システムにおける励起光パワーが示されている。すなわち、図１０には、標準的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）が適用された光ファイバ伝送路へ供給される励起チャネル数２及び３の各励起光パワー、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）が適用された光ファイバ伝送路へ供給される励起チャネル数２及び３の各励起光パワー、非零分散シフト光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）が適用された光ファイバ伝送路へ供給される励起チャネル数２及び３の各励起光パワーが示されている。
【００５２】
これら図７〜図１０から分かるように、光ファイバ伝送路１２０としていずれの種類の光ファイバが適用された場合にも、励起チャネル数が２であっても良好な利得スペクトルが得られ、また、励起チャネル数が３であればさらに良好な利得スペクトルが得られた。増幅される出力信号光のレベル差は３ｄＢ以下であり、この点でも良好な結果が得られた。ＯＨ基に起因した吸収損失が小さい非零分散シフト光ファイバが適用された場合に、信号波長帯域における短波長側の励起光の所要パワーは小さかった。
【００５３】
なお、　この発明に係る光伝送システムは、ＣＷＤＭ光伝送システムとして、光源数を少なく維持した状態でより広い波長帯域におけるラマン増幅を可能にするため、励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されている。すなわち、信号チャネルの光周波数は、励起チャネルの光周波数から１３．２ＴＨｚ低い光周波数と異なっている。具体的には、上記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、上記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から６２．４ＧＨｚ（５ｎｍ）以上離れた光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されていることが好ましい。一方、上記励起光に含まれる各励起チャネルの光周波数は、上記信号光に含まれる各信号チャネルの光周波数から１２４８ＧＨｚ（１０ｎｍ）以上離れない光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定されているのが好ましい。これにより、ＣＷＤＭ光伝送システムにおいて、励起光光源の数を少なく保ったままより広い波長帯域において高い利得平坦度が得られる。
【００５４】
以下に、８チャネルの信号光を一括増幅する場合と４チャネルの信号光を一括増幅する場合について説明する。
【００５５】
（８チャネル信号光の一括増幅）
このでは、８チャネル信号光を利用した集中定数型ラマン増幅器についての検討を行う。信号チャネル数が８チャネルの場合、信号波長帯域の帯域幅は１４０ｎｍになるので、通常、一括ラマン増幅を行うのは難しい。そこで、信号チャネルと励起チャネルを交互に配置する。信号チャネル間隔が狭くなるＤＷＤＭにおいて、このようなチャネル配置を実現するためには、隣接するチャネルの間隔に注意する必要があるが、この発明に係る光伝送システムにおけるＣＷＤＭでは、信号チャネルの間隔が２０ｎｍと離れている。ｋのため、励起光光源としてファイバグレーティングレーザ（ＦＧＬ）を利用する場合、信号光と励起光の伝搬に起因した後方レイリー散乱光との干渉はさほど問題にならないと考えられる。
【００５６】
図１１は、８チャネル信号光の一括ラマン増幅を評価するために用意された実験系の構造を示す図である。この図１１の実験系（ＬＲＡ）は、送信器に含まれる光合波器５００と、受信器として用意された光スペクトルアナライザ５０５を備えるとともに、これら光合波器５００と光スペクトルアナライザ５０５との間に順に配置された光アイソレータ５０１、光カプラ５０２、ラマン増幅用光ファイバ５０３、光サーキュレータ５０４を備える。なお、この実験系は、Ｎｅｔ利得が＋１０ｄＢになるよう（８チャネルＣＷＤＭ信号の入力パワーは＋０ｄＢｍ／ＣＨ、出力パワーが＋１０ｄＢｍ／ＣＨ）、６チャネル励起光が利用される。
【００５７】
光合波器５００は、波長１４７０〜１６１０ｎｍであってチャネル間隔２０ｎｍの８信号チャネルを合波する。光カプラ５０２は、波長１３６０ｎｍの励起光をラマン増幅用光ファイバ５０３に前方から供給するとともに、光アイソレータ５０１を通過した信号光をラマン増幅用光ファイバ５０３へ通過させる。ラマン増幅用光ファイバ５０３は、３ｍの非零分散シフト光ファイバである。光サーキュレータ５０４は、波長１３６０ｎｍ、１３９０ｎｍ、１４０５ｎｍ、１４３０ｎｍ、１４６０ｎｍ、１５００ｎｍの励起チャネルを含む励起光をラマン増幅用光ファイバ５０３に後方から供給する一方、ラマン増幅用光ファイバ５０３からの増幅された信号光を光スペクトルアナライザ５０５へ通過させる。供給される励起チャネルごとの励起パワーが図１２に示されている。なお、ラマン増幅光ファイバ５０３は、負の波長分散を有するのが好ましい。これは、通常の光ファイバ伝送路が信号波長帯域においてせいの波長分散を有するため、この波長分散との整合性をとる必要があるからである。さらに、このラマン増幅用光ファイバは、絶対値の大きな波長分散を有するのが好ましく、その値は−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、さらには−６０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、この実験系では、後方励起用の励起チャネルとして波長１４０５ｎｍの励起チャネルを利用しているが、実際には波長１４１０ｎｍの励起チャネルの利用を想定している（Ｎｅｔ利得などにはほとんど影響なし）。チャネル波長１４１０ｎｍの励起光が利用可能であれば、８入力１出力の光合波器や光サーキュレータを利用して信号光と合波することが可能になるので、低コストでのＬＲＡ製造が可能になる。
【００５８】
図１３は、この実験系における励起チャネルと信号チャネルの配置を説明するための図である。この図１３（ａ）に示されたように、４チャネル信号光の一括ラマン増幅では、波長１４６０ｎｍと１５００ｎｍの２チャネル励起光を利用することで、信号波長帯域の長波長側４チャネルの信号光が一括ラマン増幅される。一方、８チャネル信号光の一括ラマン増幅では、図１３（ｂ）に示されたように、上記２チャネル（波長１４６０ｎｍ、１５００ｎｍ）の励起光を利用して信号波長帯域の長波長側４チャネルの信号光をラマン増幅するとともに、波長１３６０ｎｍ、１３９０ｎｍ、１４０５ｎｍの４チャネル励起光を追加供給することで短波長側４チャネルの信号光もラマン増幅することが可能になる。このように励起チャネルと増幅対象の信号チャネルを配置することにより、４チャネル信号光の一括ラマン増幅から８チャネル信号光お一括ラマン増幅へのアップグレードを容易に実現することができる。
【００５９】
なお、図１４には、信号波長帯域の長波長側４チャネル信号光をラマン増幅する際のＮｅｔ利得（図１４（ａ））とＮｅｔ雑音特性（ＮＦ：　　Ｎｏｉｓｅ　Ｆｉｇｕｒｅ、　図１４（ｂ））のシミュレーション結果が示されている。ラマン増幅用光ファイバに供給する励起パワーは、波長１４６０ｎｍの励起チャネルで３５８．９ｍＷ、波長１５００ｎｍの励起チャネルで１７５．１ｍＷだけ必要となる。
【００６０】
図１５には、この実験系（８チャネル信号光の一括ラマン増幅を行うＬＲＡ）における利得スペクトル（図１５（ａ））、Ｎｅｔ利得の波長依存性（図１５（ｂ））、及びＮｅｔＮＦの波長依存性（図１５（ｃ））がそれぞれ示されている。なお、図１５（ｂ）において、グラフＧ１４３０ａは実測されたＮｅｔ利得を示し、グラフＧ１４３０ｂはシミュレーション結果を示す。また、図１５（ｃ）において、グラフＧ１４４０ａは実測されたＮｅｔＮＦ、グラフＧ１４４０ｂはシミュレーション結果を示す。
【００６１】
図１５（ａ）では、波長１４６０ｎｍ（図中の矢印Ｐ１）と波長１５００ｎｍ（図中の矢印Ｐ２）において励起光の後方励起散乱成分が観測された。また、図１５（ｂ）では、Ｎｅｔ利得は１０ｄＢ程度であることが分かる。なお、図１５（ｃ）において、短波長側で観測される実測値とシミュレーション結果とのＮＦの違いは、実測とシミュレーションでは前方励起光と後方励起光のパワー配分が若干異なることや、シミュレーションでは、励起光の後方レイリー散乱成分が考慮されていないためであると推測される。供給された励起光に含まれる各励起チャネルのパワーは図１２の表に示す通りであり、励起光のトータルパワーは１１２１ｍＷ程度である。この場合、高出力レーザを使用し、前方励起パワーと後方励起パワーの配分を変更したとしても、合計１０個（波長１３０ｎｍでの前方励起：２個、波長１３６０ｎｍ、１３９０ｎｍでの後方励起：４個、その他の波長４個）の励起光源（励起ＬＤ）が必要になる。
【００６２】
なお、図１６（ａ）は８チャネル信号光の一括ラマン増幅を行う実験形のＭＰＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）クロストークのシミュレーション結果を示し、図１６（ｂ）はこの実験系における位相シフト量のシミュレーション結果を示す。これらＭＰＩクロストーク及び位相シフト量とも問題ないレベルである。
【００６３】
（４チャネル信号光の一括増幅）
次に、４チャネル信号光の一括ラマン増幅の場合について説明する。図１７は、ＣＷＤＭにおける利得スペクトルと、励起光及び信号光との関係を示すグラフである。ＣＷＤＭでは、信号チャネル間隔が広いため、ＤＷＤＭと異なり各信号チャネルにおける利得のみを揃えることにより利得平坦度を高めることができる。換言すれば、少ない励起光光源（励起ＬＤ）を用いても利得平坦度を高めることが可能である。例えば、図１９に示されたように、４チャネル信号光を一括ラマン増幅するには、２励起チャネルの励起光を利用することにより可能である。この図１に示されたように、２チャネル励起光であっても、ＤＷＤＭの利得偏差Ｄと比較してＣＷＤＭの利得偏差Ｃの方が著しく小さくなることか分かる（利得平坦度が高い）。なお、この２チャネル励起光に由来する利得スペクトル１７１０は、信号波長帯域において２つのラマン増幅ピークを有する。この場合、新たに励起チャネルを追加することにより利得平坦度をさらに高めることも可能である。
【００６４】
図１８の表は、ＣＷＤＭ信号（４チャネル）の波長と励起光波長の関係を示している。このように、波長１４００ｎｍ〜１７００ｎｍ波長帯でラマン増幅を行うためには、励起光に含まれる励起チャネルの波長間隔（チャネル間隔）は、少なくとも３７．５ｎｍ（この場合は４０ｎｍ程度）離れていればよい。
【００６５】
励起光は、各励起チャネルの光周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い光周波数（ラマン利得スペクトルのピーク周波数）がＣＷＤＭ信号光の各信号チャネルから少なくとも６２．４ＧＨｚ（５ｎｍ）離れていることが好ましい。図１７には、ラマン利得係数のスペクトル形状が示されているが、ラマン増幅ピークから２４９６ＧＨｚ（１０ｎｍ）離れると、ラマン利得係数は１５％程度低下する。このラマン増幅ピークの光周波数に信号チャネルが配置されると、信号チャネル間隔が２４９６ＧＨｚのときＯＮ−ＯＦＦ利得の偏差が１５％以上と大きくなってしまう。したがって、ラマン増幅ピークから６２．４ＧＨｚはなれた位置に信号チャネルが配置されれば、より利得偏差が小さくなる方向に働き有利な条件と言える。
【００６６】
また、複数励起チャネルを用意する場合には、互いに隣接した励起チャネルの波長間隔（チャネル間隔）は、少なくとも４６８０ＧＨｚ（約３７．５ｎｍ）以上であることが好ましい。なお、信号波長帯域が１００ｎｍ以下である場合、励起光に含まれる励起チャネル数ｍと信号光に含まれる信号チャネル数ｎは、ｍ≦ｎ／２なる関係を満たすのが好ましい。さらに、信号波長帯域が１００ｎｍ以上である場合には、励起光に含まれる励起チャネル数ｍと信号光に含まれる信号チャネル数ｎは、ｍ≦（ｎ＋４）／２なる関係を満たすのが好ましい。
【００６７】
ここで、ラマン増幅に利用する光ファイバ（ラマン増幅用光ファイバ）の長さは、該光ファイバ自身が有するラマン利得係数や伝送損失にもよるが、実用上問題となるのは、信号光と同一方向へ伝搬する多経路反射光成分間に生じるＭＰＩである。この場合、信号光と多経路反射光との光パワー比率をＭＰＩｃｒｏｓｓｔａｌ（ｄＢ）（＝Ｐｓｉｇｎａｌ（ｄＢ）−ＰＭＰＩ（ｄＢ））とすると、この値が３０ｄＢを下回らないようラマン増幅器を設計するのが好ましい。もし、ＭＰＩｃｒｏｓｓｔａｌｋが３０ｄＢを下回る場合には、図２０に示されたように、ラマン増幅用光ファイバ６１０、６２０の間に配置された光アイソレータ６３２を迂回するバイパス線路を設けてもよい。なお、図２０のラマン増幅器において、６３１はラマン増幅光ファイバ６２０を伝搬した励起光を一旦バイパス経路に導くための光カプラであり、６３３はバイパス線路を伝搬した励起光をラマン増幅用光ファイバ６１０に導くための光カプラである。また、６３４はラマン増幅用光ファイバ６２０に励起光を供給するための光カプラである。このラマン増幅器では、光カプラ（ＷＤＭフィルタ）や光アイソレータが利用されているが、光サーキュレータを利用することも可能である。
【００６８】
ラマン増幅用光ファイバとしては、より効率的に非線形位相シフトを発生させるため、非線形屈折率Ｎ２は３．５×１０−２０（ｍ２／Ｗ）以上であるのが好ましい。また、実効断面積Ａｅｆｆについても、より効率的に非線形位相シフトを発生させるため、３０ｍｍ２以下、さらには１５ｍｍ２以下であるのが好ましい。したがって、Ｎ２／Ａｅｆｆ≧１．７×１０−９（１／Ｗ）、ひいてはＮ２／Ａｅｆｆ≧３．０×１０−９（１／Ｗ）であると、伝送特性の改善に効果的である。
【００６９】
ラマン増幅効率を高めるという点において、光ファイバの損失は信号波長帯域において１．０ｄＢ／ｋｍ以下であるのが望ましい。また、励起光波長付近のＯＨ基に起因した吸収損失による損失増大を考慮すると、１．３８〜１．３９μｍ波長帯におけるＯＨ基に起因した損失増大分は０．５ｄＢ／ｋｍ以下となるのが好ましい。
【００７０】
さらに、ラマン増幅に使用される光ファイバについて、該光ファイバの波長分散は負であるのが好ましい。これは、通常の光ファイバ伝送路が、信号波長帯域において正の波長分散を有するため、この波長分散との整合性を取るためである。さらに、該波長分散の絶対値は大きいことが好ましく、その値は−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、さらには−６０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、ラマン増幅用光ファイバと通常の光ファイバとの接続損失は、ラマン増幅効率を考慮した場合に０．５ｄＢ以下であるのが好ましい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、光周波数間隔が４００ＧＨｚ以上１２．５ＴＨｚ以下である複数信号チャネルが多重化された信号光を光ファイバ伝送路により伝送するとともに、該光ファイバ伝送路の少なくとも一部を含み、ラマン増幅用励起光により該信号光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えることにより、ＣＷＤＭ光伝送において、多重化された信号チャネルそれぞれの高品質な伝送を可能にする。
【００７２】
さらに、励起チャネルの光周波数を、信号チャネルの光周波数とは異なる光周波数にラマン増幅ピークが位置するよう設定することにより、より広い波長帯域において高い利得平坦度が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光伝送システムにおける第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】信号チャネル及び励起チャネルそれぞれの一配置例を説明するための図である。
【図３】この発明に係る光伝送システムにおける第２実施形態の構成を示す図である。
【図４】この発明に係る光伝送システムにおける第３実施形態の構成を示す図である。
【図５】この発明に係る光伝送システムにおける第４実施形態の構成を示す図である。
【図６】光ファイバ伝送路における伝送損失の波長依存性と波長分散の波長依存性の関係を示すグラフである。
【図７】具体例の光伝送システム（光ファイバ伝送路としてＳＭＦ含む）における利得スペクトルである（その１）。
【図８】具体例の光伝送システム（光ファイバ伝送路としてＤＳＦ含む）における利得スペクトルである（その２）。
【図９】具体例の光伝送システム（光ファイバ伝送路としてＮＺＤＳＦを含む）における利得スペクトルである（その３）。
【図１０】各具体例の光伝送システムにおける励起光パワーを示すグラフである。
【図１１】実験系として用意されたラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示された実験系で利用される各励起チャネルのパワーを示す表である。
【図１３】４チャネル信号光の一括ラマン増幅から８チャネル信号光の一括ラマン増幅へのグレードアップを説明するための励起チャネル及び信号チャネルの配置を示す図である。
【図１４】図１１の実験系において、信号波長帯域の長波長側４信号チャネルのＮｅｔ利得及び雑音特性の各波長依存性を示すグラフである。
【図１５】図１１の実験系の利得スペクトル、Ｎｅｔ利得の波長依存性、及びＮｅｔ雑音特性の波長依存性をそれぞれ示すグラフである。
【図１６】図１１の実験系において、ＭＰＩクロストーク及び位相シフト量の各波長依存性を示すグラフである。
【図１７】ラマン利得スペクトルの一例を示す図である。
【図１８】４チャネル信号光と励起チャネルとの関係を示す表である。
【図１９】４チャネル信号光の一括ラマン増幅における信号チャネルと励起チャネルの配置関係を示す図である。
【図２０】ＭＰＩクロストークを改善するためのラマン増幅器における主要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１〜４…光伝送システム、１１０…光送信器、１１１…信号光源、１１２…光合波器、１２０…光ファイバ伝送路、１３０…ラマン増幅器、１３１，１３２…光アイソレータ、１３３，１３４…光カプラ、１３５，１３６…励起光源部、１３７…ラマン増幅用光ファイバ、１４０…光受信器、１４１…受光部、１４２…光分波器、１４３…分散補償器、１４４…光分波器、２３０…ラマン増幅器。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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