(57)【要約】【課題】ラマン増幅において励起光間での光パワー移動を補償し、信号光の伝送特性の劣化を抑止した広帯域光伝送システムを実現する。【解決手段】長波長側励起光に光パワーを供給することになる短波長側励起光を励起するための励起光を備えることにより、短波長側励起光の急激な減衰を抑止し、これに伴う短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比の相対的劣化を抑える。【選択図】　　　　　　図１
2004037920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重信号光をラマン増幅する光増幅方法において、
前記波長多重信号光の波長帯域と励起光の波長帯域とが一部で重なるように前記波長多重信号光波長および前記励起光波長を配置し、
特定波長の信号光の、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さくするように前記励起光波長を配置することを特徴とする光増幅方法。
【請求項２】
波長多重信号光を増幅するラマン増幅のための装置において、前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を生成する光源と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光を生成する光源と、
前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を生成する光源と、
前記第１乃至第３の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に供給する光学手段と、
を有することを特徴とするラマン増幅のための装置。
【請求項３】
請求項２に記載のラマン増幅のための装置において、
前記第１の励起光は、前記波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
前記第２の励起光は、前記波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
前記第３の励起光は、前記第２の励起光を励起するためのものであることを特徴とするラマン増幅のための装置。
【請求項４】
波長多重信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムにおいて、
前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に前記波長多重信号光と共に供給する送信端局と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光と、前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光とを前記波長多重信号光が伝搬する前記光伝送路に供給するラマン増幅のための装置と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項５】
請求項４に記載の光伝送システムにおいて、
前記ラマン増幅のための装置は光伝送路中に複数配置され、
前記送信端局と前記ラマン増幅のための装置との間の光伝送路中、又は、前記ラマン増幅のための装置間の光伝送路中に、前記第３の励起光を反射する光学手段を有することを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重信号光を増幅する光増幅方法、ラマン増幅のための装置およびラマン増幅を用いた光伝送システムに関し、特に信号光と励起光とを同一波長帯域に混在させ、広帯域な信号光増幅を行う場合の伝送特性向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光伝送システムでは光信号を一旦電気信号に変換し、３Ｒ処理（ｒｅｔｉｍｉｎｇ；タイミング補正、ｒｅｓｈａｐｉｎｇ；波形整形、ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ；信号再生）を行い、再度光信号に変換する光再生中継器を用いて長距離伝送を実現していた。しかし、現在では光信号を直接増幅する光増幅器の実用化が進み、これを線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が一般に用いられている。従来の光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
一方、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１つの光伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ；Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）光伝送方式が注目されている。
ＷＤＭ光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては，光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
図２０はＷＤＭ光増幅中継伝送方式を用いた一般的な光伝送システムの構成例を示す。図２０のシステムは、例えば、送信端局２０と、受信端局３０と、これら端局間を接続する光伝送路１と、この光伝送路１の途中に所要の間隔で配置される複数の光増幅器４とから構成される。
送信端局２０は、波長の異なる光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器２１と、複数の光信号を波長多重する波長合波器２３と、波長合波器２３からの波長多重信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路１に出力するポストアンプ２５とを有する。
光伝送路１は送信端局２０および受信端局３０の間をそれぞれ接続する複数の中継区間を有する。送信端局２０から出力された波長多重信号光は、光伝送路１を伝搬し、中継区間ごとに配置される光増幅器４にて増幅され、次段の光伝送路１を伝搬し、これを繰り返して受信端局３０まで伝送される。
受信端局３０は、光伝送路１からの波長多重信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ３３と、波長多重信号光を各光信号に分波する波長分波器３１と、分波された各波長の光信号を受信する複数の光受信器３２とを有する。
上記のような光増幅中継伝送システムの光中継器４には、例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が一般的に用いられる。一般的なＥＤＦＡの利得波長帯域は１．５５　μｍ帯（Ｃ−ｂａｎｄ：１５３０−１５６５ｎｍ）であり、利得帯域を長波長へシフトしたＧＳ−ＥＤＦＡ　（Ｇａｉｎ　ｓｈｉｆｔｅｄ−ＥＤＦＡ）の利得波長帯域は１．５８　μｍ帯（Ｌ−ｂａｎｄ：１５６５−１６２０ｎｍ）である。これらの帯域幅はそれぞれ３０　ｎｍ以上で、Ｃ−ｂａｎｄおよびＬ−ｂａｎｄ向け合分波器を用いてこれら２つの利得波長帯域を併用することにより、６０　ｎｍ以上の信号光波長帯域の増幅が可能である。
他方で、近年ラマン増幅の適用が盛んに検討されている。ラマン増幅では、光ファイバに励起光を与えることによりその励起光よりもラマンシフト周波数と呼ばれる一定の周波数だけ低周波数側に利得が得られる性質を利用する。石英系光ファイバにおけるラマン利得ピーク光周波数は、その励起光周波数よりも、そのラマンシフト周波数である約１３．２　ＴＨｚだけ小さい値である。これを波長に換算すると、例えば１．４５　μｍの励起光波長に対しては、そのラマン利得ピーク波長は約１００　ｎｍ長波長側にシフトした約１．５５　μｍである。
波長多重信号光にラマン増幅を適用した例として、「Ｙ．　Ｅｍｏｒｉ，　ｅｔ　ａｌ．，　”１００ｎｍｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｆｌａｔ　ｇａｉｎ　Ｒａｍａｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　ｐｕｍｐｅｄ　ａｎｄ　ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　１２−　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ　ＷＤＭ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅｓ”，　ＯＦＣ’９９，　ＰＤ１９，　１９９９．」があり、異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用い、励起光パワーおよびその発振中心波長を調整することにより，その利得波長帯域幅として１００　ｎｍ程度を確保している。
ここでは異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用いたラマン増幅の従来技術についてさらに説明する。
図２１は、従来のラマン増幅の構成例を示す図である。
波長の異なる波長多重信号光Ｓ１〜ＳＬが光伝送路１に供給されており、励起光源１１で生成された波長の異なる励起光Ｐ１〜ＰＫが波長合波器１３を介して光伝送路１に波長多重信号光Ｓ１〜ＳＬと逆の伝搬方向に供給されている。励起光Ｐ１〜ＰＫにより所定のレベルに増幅された信号光Ｓ１〜ＳＬは、波長合波器１３を通過して、次段の光伝送路２を伝搬する。
なお、図２１においてＥＤＦＡを適用する場合には、波長合波器１３の直後にＥＤＦＡを配置する構成となる。このとき、増幅すべき波長多重信号光の帯域幅により、利得波長帯域の異なる複数のＥＤＦＡを適用する場合があり、その場合にはＥＤＦＡの前段に波長分波器、後段に波長合波器を設ける。
図２２はこのときの波長配置例を示しており、信号光Ｓ１〜ＳＬと励起光Ｐ１〜ＰＫは異なる波長帯域に配置されている。
このように励起光と信号光を異なる波長帯域とした場合、ラマン増幅で増幅可能な信号光の波長帯域はラマンシフト周波数に対応する波長帯域となる。
一方、波長多重伝送において、その伝送容量を拡大する有力な手段の一つは、波長多重信号光の帯域幅を拡大することであり、ラマン増幅を用いてこの広帯域化を実現するためには、上述のことからも明らかなように、信号光および励起光を同じ波長帯域内に混合配置することが有効であり、このことは特願２００１−０３００５３（出願日：平成１３年２月６日）にも示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２３は信号光と励起光を同じ波長帯域内に混合配置し、信号光に対して励起光を逆方向に伝搬させるラマン増幅の構成例を示す。
図２３において、ラマン増幅のための装置１０は励起光を生成する光源としての励起光源１１と、この励起光源１１が生成した励起光を波長多重信号光の伝搬方向とは逆方向に光伝送路１に供給する光学手段として光サーキュレータ１２とを備えて構成される。
図２４はこのときの信号光と励起光の配置を示した図である。
図２４において、複数の信号光Ｓ１〜ＳＮが配置され、これらの信号光を励起するために複数の励起光が配置される。これらの励起光のうち、信号光帯域内に混合配置されるものを第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍ、信号光帯域外に配置される励起光を第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑとする。
このような構成で、ラマンシフト周波数に相当する波長を例えば約１００ｎｍとすると、１００ｎｍ以上の信号光波長帯域の増幅を実現するためには、最も短波長の励起光と最も長波長の励起光とが１００ｎｍを超える波長差を持つ場合が生ずる。このとき、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐと呼ばれる現象、すなわちラマン増幅に伴う励起光間での光パワーの移動が顕著となる。
図２５にこの現象に関する概念図を示す。
図２５において、信号光と励起光の配置は図２４のものと同一であり、第２励起光Ｐ２−１の周波数と第１励起光Ｐ１−１の周波数との差がラマンシフト周波数であるとする。
このとき、短波長側の第２励起光Ｐ２−１は信号光Ｓ１および周辺の信号光を増幅すべく配置されたものであるが、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により第１励起光Ｐ１−１に対してもラマン利得を与えることになる。
ここで、図２５において短波長側の励起光（例えばＰ１−１）は長波長側の励起光（例えばＰ１−Ｍ）よりもその光パワーが強く設定されている。これは、長波長側励起光（例えばＰ１−Ｍ）ではラマン増幅帯域周辺には信号光だけがあるのに対して、短波長側励起光（例えばＰ１−１）では、ラマン増幅帯域周辺に信号光に加えて励起光Ｐ１−Ｍも存在するので、信号光に対して略同一の利得を与えるためである。
このことは、その波長差がラマンシフト周波数に相当する波長となる、例えば第２励起光Ｐ２−１と第１励起光Ｐ１−１との間ではより顕著である。
図２６は信号光と励起光が帯域内に混合する配置を持つ場合のラマン増幅の説明図である。ここで信号光および励起光は図２４に従って配置されているものとする。
図２６（ａ）はラマン増幅の構成例である。
図２６（ａ）において、光伝送路１に波長多重信号光が図の矢印の方向に供給されている。ラマン増幅のための装置１０は励起光源１１を備え、この励起光源１１が生成した励起光は波長合波器１３により信号光の進行方向と逆の方向に供給している。
なお、以降の記述において信号光と逆方向から励起光を供給する方法を後方励起、信号光と同方向に励起光を供給する方法を前方励起と呼ぶ。
図２６（ｂ）は、図２６（ａ）の構成における励起光パワーの変動の様子をＰ１−１およびＰ２−１を例にとって示したものである。
図２６（ｂ）において、長波長側励起光Ｐ１−１のパワーはｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により短波長側励起光Ｐ２−１からラマン利得を受けるため、その入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失および信号光へのラマン利得供給により次第に減衰する。
これに対して短波長側励起光Ｐ２−１のパワーはその入力端からの距離が離れるに従って、急激に減衰する。
このように短波長側の励起光パワーが長波長側のそれに比べて急激に減衰する要因としては、光ファイバの伝送損失特性の波長依存性により、短波長側での伝送損失が大であることも挙げられるが、本発明の構成では、前記第２励起光がｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により長波長側励起光に対してラマン利得を与えていることが特徴的である。
図２６（ｃ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を、長波長側励起光Ｐ１−１からラマン利得を受ける信号光ＳＲ、および短波長側励起光Ｐ２−１からラマン利得を受ける信号光Ｓ１を例にとって示したものである。
図２６（ｃ）において、長波長側信号光ＳＲは光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、図２６（ｂ）に示す長波長側励起光Ｐ１−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において所定のパワーとなる。
短波長側信号光Ｓ１も同様に、光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、図２６（ｂ）に示す短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において長波長側信号光ＳＲと略同一の所定のパワーとなるが、短波長側励起光Ｐ２−１は励起光の入力端から見ると急激に減衰しているため、長波長側信号光ＳＲと比較して短波長側信号光Ｓ１はその光パワーがかなり小さくなった状態から急激に増幅される。
このため、短波長側信号光Ｓ１には長波長側信号光ＳＲよりも大きなＡＳＥ雑音が付加され、その光Ｓ／Ｎ比が相対的に劣化する。
図２７にこのときの信号光の光Ｓ／Ｎ比の測定例を示す。
図２７において、長波長側、例えば約１６１０ｎｍの信号光では光Ｓ／Ｎ比が約３８ｄＢであり、短波長側、例えば約１５１０ｎｍの信号光では約２５ｄＢであり、前記のとおり短波長側信号光において光Ｓ／Ｎ比が相対的に劣化していることが分かる。
このことは後方励起と前方励起とを組み合わせた場合も同様である。
図２８は後方励起と前方励起とを組み合わせた場合のラマン増幅の説明図である。ここで信号光および励起光は図２４に従って配置されているものとする。
図２８（ａ）は後方励起と前方励起とを組み合わせた場合のラマン増幅の構成例である。
図２８（ａ）において、光伝送路１に波長多重信号光および第１励起光は同一方向に供給されており、第１励起光は前方励起光として作用している。ラマン増幅のための装置１０は第２励起光を生成する励起光源１１を備え、励起光源１１が生成した第２励起光は波長合波器１３により後方励起光として供給されている。
図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の構成における励起光パワーの変動の様子を第１励起光Ｐ１−１および第２励起光Ｐ２−１を例にとって示したものである。
図２８（ｂ）において、長波長側励起光Ｐ１−１のパワーは光伝送路１を伝搬するに従って次第に減衰した後、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により短波長側励起光Ｐ２−１からラマン利得を受けるため、第２励起光の入力端に近づくに従って増加する。
これに対して短波長側励起光Ｐ２−１のパワーはその入力端からの距離が離れるに従って、急激に減衰する。
このように短波長側の励起光パワーが長波長側のそれに比べて急激に減衰する要因としては、光ファイバの伝送損失特性の波長依存性により、短波長側での伝送損失が大であることも挙げられるが、本発明の構成では、前記第２励起光がｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により長波長側励起光に対してラマン利得を与えていることが特徴的である。
図２８（ｃ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を、長波長側励起光Ｐ１−１からラマン利得を受ける長波長側信号光ＳＲ、および短波長側励起光Ｐ２−１からラマン利得を受ける短波長側信号光Ｓ１を例にとって示したものである。
図２８（ｃ）において、長波長側信号光ＳＲのパワーは、前方励起である長波長側励起光Ｐ１−１からのラマン利得を受けるため、入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰する。さらに長波長側信号光ＳＲのパワーは、第２励起光の入力端近傍では長波長側励起光Ｐ１−１のパワーが増加するため、この励起光からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において所定のパワーとなる。
一方、短波長側信号光Ｓ１は、そのラマン利得に供する短波長側励起光Ｐ２−１が後方励起であるため、図２６（ｃ）の短波長側励起光と同様のパワー変動を示す。
すなわち、短波長側信号光Ｓ１のパワーは、光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、図２８（ｂ）に示す短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において長波長側信号光ＳＲと略同一の所定のパワーとなるが、短波長側励起光Ｐ２−１は励起光の入力端から見ると急激に減衰しているため、長波長側信号光ＳＲと比較して短波長側信号光Ｓ１はその光パワーがかなり小さくなった状態から急激に増幅される。
このため、短波長側信号光Ｓ１には長波長側信号光ＳＲよりも大きなＡＳＥ雑音が付加され、その光Ｓ／Ｎ比が相対的に劣化する。
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さく抑え、信号光の伝送特性の劣化を抑止することを目的とする。また、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することの抑止を目的とする。またさらには、励起光間での光パワー移動による短波長側励起光の急激な減衰を抑止することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（第１構成）本発明の光増幅方法は、波長多重信号光をラマン増幅する光増幅方法において、前記波長多重信号光の波長帯域と励起光の波長帯域とが一部で重なるように前記波長多重信号光波長および前記励起光波長を配置し、特定波長の信号光の、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さくするように前記励起光波長を配置する構成とする。
（第２構成）本発明のラマン増幅のための装置は、波長多重信号光を増幅するラマン増幅のための装置において、前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を生成する光源と、前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光を生成する光源と、前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を生成する光源と、前記第１乃至第３の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に供給する光学手段とを有する構成とする。
（第３構成）本発明のラマン増幅のための装置は、前記第２構成に記載のラマン増幅のための装置であって、第１の励起光は、波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、第２の励起光は、波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、第３の励起光は、第２の励起光を励起するためのものであるように構成する。
この構成によれば、第２の励起光の急激な減衰を第３の励起光が補完するように作用する。
（第４構成）本発明の光伝送システムは、波長多重信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムにおいて、前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に前記波長多重信号光と共に供給する送信端局と、前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光と、前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光とを前記波長多重信号光が伝搬する前記光伝送路に供給するラマン増幅のための装置を備える構成とする。
（第５構成）本発明の光伝送システムは、前記第４構成に記載の光伝送システムにおいて、ラマン増幅のための装置を光伝送路中に複数配置し、前記送信端局と前記ラマン増幅のための装置との間の光伝送路中、又は、前記ラマン増幅のための装置間の光伝送路中に第３の励起光を反射する光学手段を有する構成とする。この構成によれば、後方励起光として供給される第３励起光は、光学手段により反射される結果、後方励起光として作用することに加えて前方励起光としても作用させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本作用について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる光増幅方法、ラマン増幅のための装置またはラマン増幅を用いた光伝送システムにおける波長多重信号光と励起光の波長配置を示す概念図である。
図１においてＳ１〜ＳＮは波長多重信号光の各信号光であり、それぞれ異なる発振中心波長を持つ。
また、前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ、第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍを配置する。この第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍは前記波長多重信号光の長波長帯域側を増幅すべく配置したものである。
さらに、前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ、第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑを配置する。この第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑは波長多重信号光の短波長帯域側を増幅すべく配置したものである。
加えて、前記第２励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ、第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔを配置する。この第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔは前記第２励起光を増幅すべく配置したものである。
すなわち、例えば第１励起光Ｐ１−Ｍは信号光ＳＮおよびその周辺の信号光を増幅すべく配置され、第１励起光Ｐ１−１は信号光ＳＲおよびその周辺の信号光を増幅すべく配置され、第２励起光Ｐ２−１は信号光Ｓ１およびその周辺の信号光を増幅すべく配置され、第３励起光Ｐ３−Ｔは励起光Ｐ２−Ｑを増幅すべく配置され、第３励起光Ｐ３−１は励起光Ｐ２−１を増幅すべく配置される。
図２は信号光および第１励起光の配置説明図である。
光波長多重伝送において使用すべき光搬送波の周波数はＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｏｎ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ｓｅｃｔｏｒ）において規定されており、その仕様はしばしばＩＴＵ−Ｔグリッドと呼ばれている。
図２（ａ）は信号光を配置するＩＴＵ−Ｔグリッドを示し、基準周波数１９３．１ＴＨｚに対して２５ＧＨｚの等間隔で信号光を配置するように規定されている。
図２（ｂ）は信号光と第１励起光の配置例を示す。信号光周波数は基本的にはＩＴＵ−Ｔグリッドに従って配置する。具体的には、複数の信号光は２５ＧＨｚ（１．５５μｍ帯では波長にして約０．２ｎｍ）間隔で配置する。
第１励起光は図１のとおりこの信号光の帯域内に配置するが、このとき信号光は第１励起光が設定される周波数、およびその周辺の周波数には配置できない場合がある。これは、励起光はその光パワーを信号光よりも大きく設定するのが一般的で、そのスペクトラムもまた信号光のスペクトラムよりも広くなるためである。
図３は励起光の配置説明図である。
図３において励起光は等間隔で、かつラマンシフト周波数の整数分の１または（整数＋０．５）分の１の周波数間隔で配置する。このように配置することにより、例えば図３に示すように、第２励起光Ｐ２−１と第３励起光Ｐ３−１の間隔がラマンシフト周波数となり、第２励起光Ｐ２−１は第３励起光Ｐ３−１により効率良く増幅することができる。
図４は本発明の動作説明図であり、図５は図４における励起光・信号光波長の具体例である。
図５に示す例では、励起光の周波数間隔はラマンシフト周波数の４分の１である３．３ＴＨｚであり、第２励起光Ｐ２−１と第３励起光Ｐ３−１との周波数間隔はラマンシフト周波数である１３．２ＴＨｚである。
ここで、図４において短波長側の励起光（例えばＰ１−１）は、長波長側の励起光（例えばＰ１−４）よりもその光パワーが強く設定されている。これは、長波長側励起光（例えばＰ１−４）ではラマン増幅帯域周辺には信号光だけがあるのに対して、短波長側励起光（例えばＰ１−１）では、ラマン増幅帯域周辺に信号光に加えて励起光（例えばＰ１−４）も存在するためであり、信号光に対して略同一の利得を与えるには、一般的にこのような設定となる。
このような波長配置での本発明の作用につき説明する。
図４において、第２励起光Ｐ２−１は信号光Ｓ１付近の信号光を増幅すべく配置されたものであるが、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により第１励起光Ｐ１−１をも増幅し第２励起光Ｐ２−１の光パワーが第１励起光Ｐ１−１に移動し、伝搬するにつれて急激に減衰する。
本発明によれば、第２励起光Ｐ２−１の光パワーの移動を補うために、第３励起光Ｐ３−１を配置しているので、第２励起光Ｐ２−１の光パワーが急激に減衰することはなく、従って、長波長側信号光、例えばＳＮと比較して短波長側信号光、例えばＳ１の光パワーがかなり小さくなった状態から急激に増幅されることもなくなる。
このため、短波長側信号光が伝搬するにつれて急激に増幅されることによる大きなＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音の付加が抑止され、その光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光のそれに比べて劣化することを抑止できる、という本発明の基本的な効果を奏する。
さらに、図５に示す波長配置を適用した場合、或る第２励起光の周波数と或る第３励起光の周波数との周波数差がラマンシフト周波数と一致し、効率的な増幅ができる。
ここで、本発明は上記の効果を得るべく波長多重信号光および励起光を配置した光増幅方法であると言うことができる。
すなわち、図１において、波長多重信号光の波長帯域（Ｓ１〜ＳＮ）と励起光の波長帯域（Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔ、Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑ、Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍ）とが一部で重なる（波長帯域Ｓ１〜ＳＲと波長帯域Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍとが重なる）ように波長多重信号光波長と励起光波長を配置し、短波長側の信号光の、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さくするように、前記波長多重信号光波長および前記励起光波長を配置したものである。
図６は本発明の動作説明の他の例であり、図７は図６における励起光・信号光波長の具体例である。
図４においては、励起光の周波数間隔をラマンシフト周波数の４分の１としたが、図６においては、ラマンシフト周波数の３分の１である４．４ＴＨｚとしている。
この場合においても前記図４での説明と同様に、前記基本的な効果を奏することは明らかである。
さらに、図７に示す波長配置を適用した場合、或る第２励起光の周波数と或る第３励起光の周波数との周波数差がラマンシフト周波数と一致し、効率的な増幅ができる。
ここで、信号光の間隔はＩＴＵ−Ｔグリッドに準拠した周波数間隔としたが、これに限らず、ＩＴＵ−Ｔグリッドには準拠していない一定の周波数間隔とした場合や、一定の周波数間隔とせずに配置した場合においても励起光を適切に配置することにより本発明を適用でき、前記基本的な効果を奏することは明らかである。
また、本発明は信号光の帯域として特に制限なく適用でき、前記効果を奏することは明らかである。
さらに、第１励起光、第２励起光、第３励起光のうちの少なくとも１つが複数でなく、１つの周波数の励起光である場合、例えば第３励起光を、主に増幅すべき第２励起光に対応する波長のみに配置した場合においても本発明は適用可能であり、前記基本的な効果を奏する。
この場合の波長配置例を図８に示す。この例では第２励起光のうちＰ２−Ｑ−１を主に増幅すべく、単一の波長である第３励起光Ｐ３−１を用いている。
次に、上記のような基本作用を適用した本発明の具体的な実施例について説明する。
（第１実施例）図９は本発明の一実施例であり、波長多重信号光および励起光は図１で説明した波長配置を適用し、励起光の周波数間隔はラマンシフト周波数の４分の１とし、第２励起光Ｐ２−１と第３励起光Ｐ３−１との周波数間隔はラマンシフト周波数となるように配置する。
図９（ａ）は本発明にかかる光増幅方法、ラマン増幅のための装置およびラマン増幅を用いた光伝送システムの構成図である。
図９（ａ）において、波長多重信号光Ｓ１〜ＳＮは光伝送路１を図の左から右の方向に伝搬している。ラマン増幅のための装置１０は第１〜第３励起光を生成する光源として励起光源１１を備えており、この励起光源１１は第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍ、第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑ、第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔを生成する。
さらにラマン増幅のための装置１０は第１〜第３励起光を波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備えている。ここで、光サーキュレータ１２は図９（ａ）に示すとおり３つのポートＡ、ＢおよびＣを備えており、ポートＡへの入力光をポートＢに出力し、ポートＣへの入力光をポートＡに出力する機能を備えており、ポートＣに入力する第１〜第３励起光をポートＡ、すなわち波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に後方励起として供給するとともに、ポートＡに入力する波長多重信号光をポートＢ、すなわち次段の光伝送路２に出力する。
図９（ｂ）はこのときの励起光パワーの変動の様子を示す。ここでは一例としてＰ３−１、Ｐ２−１、Ｐ１−１のみを図示した。
図９（ｂ）において、長波長側励起光Ｐ１−１のパワーは、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により短波長側励起光Ｐ２−１からラマン利得を受けるため、その入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って次第に減衰する。
また、短波長側励起光Ｐ２−１のパワーは、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象によりさらに短波長である励起光Ｐ３−１からラマン利得を受けるため、その入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って次第に減衰する。
励起光Ｐ３−１のパワーは、励起光の入力端からの距離が離れるに従って、急激に減衰する。
このように、第３励起光Ｐ３−１の供給により、図９（ｂ）における第２励起光Ｐ２−１の光パワーは、第３励起光を供給していない場合である図２６（ｂ）における第２励起光Ｐ２−１の光パワーと比較して、急激な減衰が抑えられる。
図９（ｃ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を示す図である。
図９（ｃ）において、長波長側信号光ＳＲのパワーは光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、長波長側励起光Ｐ１−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において所定のパワーとなる。
短波長側信号光Ｓ１のパワーも同様に、光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において長波長側信号光ＳＲと略同一の所定のパワーとなる。
このように、図９（ｃ）における短波長側信号光パワーは、図２６（ｃ）における短波長側信号光パワーと比較して、より減衰が小さい段階で増加に転じるので、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さく抑えることができ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することを抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
（第２実施例）図１０は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一である。
図１０（ａ）は本発明にかかる光増幅方法、ラマン増幅のための装置およびラマン増幅を用いた光伝送システムの構成図である。
図１０（ａ）において、送信端局２０は波長多重信号光を生成する光源として波長多重信号光生成部２４と、第１励起光を生成する光源として励起光源２２を備えており、波長多重信号光Ｓ１〜ＳＮおよび第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍをそれぞれ生成する。
さらに送信端局２０は前記第１励起光を前記波長多重信号光と共に光伝送路１に供給する光学手段として波長合波器２３を備え、波長多重信号光Ｓ１〜ＳＮおよび前方励起として作用する第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍを光伝送路１に供給する。
ラマン増幅のための装置１０は第２励起光および第３励起光を生成する光源として励起光源１１を備えており、この励起光源１１は第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑおよび第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔを生成する。
さらにラマン増幅のための装置１０は前記第２励起光および第３励起光を波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に供給する光学手段として波長合波器１３を備え、第２励起光および第３励起光を光伝送路１に後方励起として供給するとともに、波長多重信号光および第１励起光を次段の光伝送路２に伝搬させる。
図１０（ｂ）はこのときの励起光パワーの変動の様子を示す図である。ここでは一例としてＰ３−１、Ｐ２−１、Ｐ１−１のみを図示した。なお、図１０（ｂ）において横軸の起点は波長合波器２３の後の光伝送路１である。
図１０（ｂ）において、長波長側励起光Ｐ１−１のパワーは光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失と信号光の増幅とにより次第に減衰した後、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて次第に増加する。
また、短波長側励起光Ｐ２−１の光パワーはｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光Ｐ１−１に対してラマン利得を与え、また一方では第３励起光Ｐ３−１からラマン利得を受けることとなり、その入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って次第に減衰する。
このように、第３励起光Ｐ３−１の供給により、図１０（ｂ）における第２励起光Ｐ２−１の光パワーは、第３励起光を供給していない場合である図２８（ｂ）における第２励起光Ｐ２−１の光パワーと比較して、急激な減衰が抑えられる。
図１０（ｃ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を示す図である。
図１０（ｃ）において、長波長側信号光ＳＲの光パワーは長波長側励起光Ｐ１−１からのラマン利得を受けて、その入力端の近傍にそのピークがあり、その後は光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、長波長側励起光Ｐ１−１の光パワーの増加に伴なって増加し、励起光入力端において所定の光パワーとなる。
短波長側信号光Ｓ１の光パワーは、光伝送路１を伝搬するに従って主に伝送損失により次第に減衰した後、短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて増加し、励起光入力端において長波長側信号光ＳＲと略同一の所定のパワーとなる。
このように、図１０（ｃ）における短波長側信号光パワーは、図２８（ｃ）における短波長側信号光パワーと比較して、より減衰が小さい段階で増加に転じるので、光パワーの変動が小さく抑えることができ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
これに加えて、第１励起光を送信端局２０から供給すること、および第１励起光は波長多重信号光の波長帯域に混合配置していることにより、第１励起光は信号光とともに増幅されて伝搬するため、第１励起光を生成する光源は送信端局２０のみに配置すれば良く、光伝送路の中間に配置する増幅器や、波長多重信号光の受信端局に配置する必要がなく、構成品の点数削減によるシステム全体の信頼性向上の効果、経済性向上の効果も奏する。
（第３実施例）図１１は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
図１１において、送信端局２０は波長多重信号光を生成する光源として波長多重信号光生成部２４と、第１励起光を生成する光源として励起光源２２を備えており、それぞれ波長多重信号光Ｓ１〜ＳＮ、第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍを生成する。
さらに送信端局２０は生成された前記第１励起光を前記波長多重信号光と共に光伝送路１に供給する光学手段として波長合波器２３を備え、波長多重信号光Ｓ１〜ＳＮおよび前方励起として作用する第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍを光伝送路１に供給する。
ラマン増幅のための装置１０は第１励起光、第２励起光および第３励起光を生成する光源として励起光源１１を備えており、この励起光源１１は第１励起光Ｐ１−１〜Ｐ１−Ｍ、第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑおよび第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔを生成する。
さらにラマン増幅のための装置１０は生成された第１励起光〜第３励起光を波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備え、第１励起光〜第３励起光を光伝送路１に後方励起として供給するとともに、波長多重信号光および第１励起光を次段の光伝送路２に伝搬する。
本実施例においても前記第２実施例と同様に、短波長側励起光（例えばＰ２−１）はｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光（例えばＰ１−１）に対してラマン利得を与えるが、また一方では第３励起光（例えばＰ３−１）からラマン利得を受けることとなり、短波長側励起光パワーの急激な減衰を抑えることができる。
このとき、短波長側信号光パワーは、第３励起光が無く第２励起光が急激に減衰する場合と比較して、より減衰が小さい段階で増加に転じるので、光パワーの変動が小さく抑えることができ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することを抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
（第４実施例）図１２は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
図１２（ａ）は本発明にかかる光増幅方法、ラマン増幅のための装置およびラマン増幅を用いた光伝送システムの構成図である。
図１２（ａ）において、波長多重信号光および第１励起光は光ファイバ５１および光ファイバ５２から構成される光伝送路に図の左側から供給されており、光ファイバ５１と光ファイバ５２間には第３励起光Ｐ３−１〜Ｐ３−Ｔを反射する光学手段として光フィルタ６１が配置されている。
換言するとこの構成は、図２０において、送信端局２０と、ラマン増幅のための装置としての光増幅器４との間の光伝送路１中、又は、ラマン増幅のための装置としての光増幅器４間の光伝送路１中に、前記第３励起光を反射する光学手段を配置したものである。
そして、図１２（ａ）においてラマン増幅のための装置１０の構成は第２実施例のものと同一で、第２励起光および第３励起光を後方励起として供給している。
本実施例においても前記第２実施例と同様に、短波長側励起光Ｐ２−１は、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光Ｐ１−１に対してラマン利得を与えるが、また一方では第３励起光Ｐ３−１からラマン利得を受けることとなり、短波長側励起光パワーの急激な減衰を抑えることができる。
図１２（ｂ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を示す図である。
本実施例においても短波長側信号光パワーは、第３励起光が無く第２励起光が急激に減衰する場合と比較して、より減衰が小さい段階で増加に転じるので、光パワーの変動が小さく抑えられ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
また、図１２（ａ）において、光ファイバ５２として、モードフィールド径が比較的に小さいものを使用しても良い。この場合には、光ファイバ５２を適用した区間において、ラマン増幅が効率的に行われることとなる。
ここで、励起光のうちでも第３励起光は最も強い光パワーを必要とするが、光フィルタ６１で第３励起光を反射することにより、第３励起光はラマン増幅が効率的に行われる光ファイバ５２の区間内に留まることとなり、第３励起光がそのまま光ファイバ５１まで到達した場合よりも第３励起光のパワーを小さく抑えることができるという効果も奏する。
なお、光フィルタ６１として第２励起光Ｐ２−１〜Ｐ２−Ｑを反射するものを適用してもよく、この場合には前記基本的な効果を奏するとともに、光ファイバ５２として、モードフィールド径が比較的に小さいものを使用した場合には、第２励起光のパワーを小さく抑えることができるという効果も奏する。
（第５実施例）図１３は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
図１３（ａ）は本発明にかかる光増幅方法、ラマン増幅のための装置およびラマン増幅を用いた光伝送システムの構成図である。
図１３（ａ）において、波長多重信号光は光伝送路に図の矢印の方向に供給されており、ラマン増幅のための装置１０−１およびラマン増幅のための装置１０−２の構成は前記第１実施例のものと同一で、第１励起光、第２励起光および第３励起光を後方励起としてそれぞれ光伝送路１、光伝送路２に供給する。
光伝送路１および光伝送路２には第３励起光を反射する光学手段として反射率がほぼ１００％の光フィルタ６２を光サーキュレータ１２の直前に配置する。
このとき、ラマン増幅のための装置１０−２から供給される第２励起光は後方励起として光伝送路２に供給され、ラマン増幅のための装置１０−１から供給される第３励起光は光伝送路１に配置されている光フィルタ６２によって反射された後に光サーキュレータ１２を通過し、前方励起として光伝送路２に供給される。図１３（ｂ）はこのときの励起光パワーの変動の様子を示す図である。ここでは一例としてＰ３−１、Ｐ２−１、Ｐ１−１のみを図示した。なお、図１３（ｂ）において横軸の起点はラマン増幅のための装置１０−１が備える光サーキュレータ１２の直後の光伝送路２である。
図１３（ｂ）において、長波長側励起光Ｐ１−１の光パワーは、後方励起としての入射端から光伝送路２を信号光とは逆方向に伝搬するに従って、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により短波長側励起光Ｐ２−１からのラマン利得を受けて次第に増加した後、伝送損失、信号光の増幅、短波長側励起光Ｐ２−１の減衰により次第に減衰する。
また、短波長側励起光Ｐ２−１の光パワーは、後方励起としての入射端から光伝送路２を信号光とは逆方向に伝搬するに従って、ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光Ｐ１−１に対してラマン利得を与えるため、次第に減衰する。また一方では第３励起光Ｐ３−１からラマン利得を受けることとなり、図１３（ｂ）における第２励起光Ｐ２−１の光パワーは、第３励起光を供給していない場合である図２８（ｂ）における短波長側励起光Ｐ２−１の光パワーと比較して、急激な減衰が抑えられる。
図１３（ｃ）はこのときの信号光パワーの変動の様子を示す図である。
長波長側信号光ＳＲのパワーは、第１励起光Ｐ１−１によるラマン利得を受けて急激な減衰、急激な増幅を受けることなくその出力端で所定のレベルとなる。
短波長側信号光Ｓ１のパワーは、第２励起光Ｐ２−１によるラマン利得を受けて急激な減衰、急激な増幅を受けることなくその出力端で所定のレベルとなり、その変動は図２８（ｃ）における短波長側信号光パワーの変動よりも小さく抑えられ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
なお、光フィルタ６２として第３励起光ではなく、第２励起光を高反射率で反射するものを適用しても良い。この場合には第２励起光が光フィルタ６２で反射された後に光サーキュレータ１２を通過して、前方励起として光伝送路２に供給される。
この結果、第２励起光は波長多重信号光と同方向に伝搬し、光伝送路２の後半部分において第３励起光による増幅を受けるため、第２励起光のパワーが光伝送路内で平均化され、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比劣化が抑止される効果を奏する。（第６実施例）図１４は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
図１４において、波長多重信号光および第１励起光は光伝送路に図の左側から供給されており、ラマン増幅のための装置１０の構成は前記第２実施例のものと同一で、第２励起光および第３励起光を後方励起として供給し、第２励起光を反射する光学手段として反射率の低い、例えば反射率が５０％の光フィルタ６３を波長合波器１３の直前に配置する。
なお、図１４においては光伝送路１および光伝送路２の２区間に本発明を適用した場合を示してある。
本実施例においては、光伝送路中の適切な位置に設けた光フィルタ６３により、第２励起光を前方励起および後方励起として作用させることができ、短波長側励起光（例えばＰ２−１）のパワーはｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光（例えばＰ１−１）に対してラマン利得を与えるが、また一方では第３励起光（例えばＰ３−１）からラマン利得を受けることとなり、急激な減衰を抑えることができる。
短波長側信号光パワーについてもその変動は小さく抑えられ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
また、光フィルタ６３として第３励起光を低反射率で反射する特性のものを適用しても良い。
この場合には第３励起光を前方励起および後方励起として作用させることができ、短波長側励起光（例えばＰ２−１）のパワーはｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、長波長側励起光（例えばＰ１−１）に対してラマン利得を与えるが、一方で第３励起光（例えばＰ３−１）からラマン利得を受けることとなり、急激な減衰を抑えることができる。
短波長側信号光パワーについてもその変動を小さく抑えることができ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
（第７実施例）図１５は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
図１５において、波長多重信号光および第１励起光は光伝送路に図の左側から供給されており、ラマン増幅のための装置１０の構成は第２実施例のものと同一で、第２励起光および第３励起光を波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備えている。
さらに、本実施例では第２励起光を除去する光学手段として光フィルタ６４を光伝送路の適切な位置に配置する。なお、図１５では光伝送路１および光伝送路２の２区間に本発明を適用した場合を示してある。
ここで、第２励起光は第３励起光によるラマン利得を受けるため、波長多重信号光の伝搬方向と同一方向に伝搬する第２励起光のレーリー散乱光が各伝送区間で利得を受けて蓄積していくという状況が生じる可能性があり、この結果システム設計や維持管理が複雑になることが考えられる。
本実施例においては、図１５に示すとおり第２励起光は光伝送路１を波長多重信号光と逆方向に供給され、そのレーリー散乱光は波長多重信号光と同方向に光伝送路１を伝搬し、光サーキュレータ１２を通過して光伝送路２に到達するが、光フィルタ６４によりこのレーリー散乱光は除去され、第２励起光のレーリー散乱光が第３励起光からの利得を受けても、各伝送区間のレーリー散乱光が蓄積することは回避できるという効果を奏する。
図１６は第２励起光のレーリー散乱光の蓄積を抑止する他の構成例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一とする。
本構成は第７実施例と同様の効果を別の構成で実現するものである。
図１６において、波長多重信号光および第１励起光は光伝送路に図の左側から供給されている。
ラマン増幅のための装置１０は第２励起光および第３励起光を生成する光源として励起光源１１を備えており、この励起光源１１は第２励起光、第３励起光を生成する。
また、ラマン増幅のための装置１０は第２励起光の利得を調整する手段として、第２励起光の光パワーを調整するための励起光パワー調整部１４を備えている。さらにラマン増幅のための装置１０は前記第２励起光および第３励起光を波長多重信号光が伝搬する光伝送路１に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備え、第２励起光および第３励起光を後方励起として光伝送路１に供給する。この構成において、第２励起光は波長多重信号光と逆方向に供給されるが、そのレーリー散乱光は波長多重信号光と同方向に光伝送路１を伝搬し、光サーキュレータ１２を通過して光伝送路２に到達する。
励起光パワー調整部１４により、光伝送路１内で第２励起光が受ける利得を第２励起光が受ける損失よりも小さい値に調整することにより、第２励起光のレーリー散乱光が第３励起光からの利得を受けても各伝送区間のレーリー散乱光が蓄積することを回避できる。
（第８実施例）図１７は本発明の他の実施例であり、冗長構成された双方向光通信システムの中継局への適用例である。ここで、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一である。
図１７において、システム１０１およびシステム１０３は図の左から右に、システム１０２およびシステム１０４は図の右から左にそれぞれ波長多重信号光を伝送するシステムである。
また、図１７において中継局４０は第１励起光、第２励起光および第３励起光を生成する光源として、それぞれ励起光源１１−１、励起光源１１−２および励起光源１１−３を備え、さらに前記各励起光源で生成される前記各励起光を合波する波長合波器１５を備え、加えて合波した励起光を光ファイバ１０１（ｎ）、１０２（ｎ＋１）、１０３（ｎ）、１０４（ｎ＋１）、に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備えている。
ここで、各励起光源は冗長構成とするために、同一波長の励起光源を複数台用意しても良い。
本実施例においても、短波長側励起光（例えばＰ２−１）はｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光（例えばＰ１−１）に対してラマン利得を与えるが、また一方では第３励起光（例えばＰ３−１）からラマン利得を受けることとなり、短波長側励起光パワーの急激な減衰を抑えることができる。
短波長側信号光パワーについてもその変動を小さく抑えることができ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
さらに、本実施例では、異なる４つの光伝送システムであるシステム１０１〜システム１０４に同一の励起光源からの励起光を供給でき、構成品の点数削減によるシステム全体の信頼性向上の効果、経済性向上の効果を奏する。
図１８は本実施例とは異なり、前方励起と後方励起を適用した双方向光通信システムの構成例である。
図１８において、システム１０１は図の左側から、システム１０２は図の右側からそれぞれ波長多重信号光を伝送するシステムで、中継局４０（ｎ）および中継局４０（ｎ＋１）が設けられている。
中継局４０（ｎ）と中継局４０（ｎ＋１）とは同一の構成であり、複数の前方励起用光源１６とこれら励起光源で生成される励起光を合波する波長合波器１５、および複数の後方励起用光源１７とこれら励起光源で生成される励起光を合波する波長合波器１５とを含む。
さらに中継局４０（ｎ）と中継局４０（ｎ＋１）は合波された励起光を前方励起光または後方励起光としてシステム１０１およびシステム１０２に供給する光学手段として、波長合波器１３を備えている。
図１８の構成において、光ファイバ１０１（ｎ）は中継局４０（ｎ＋１）から後方励起光として励起光が供給され、前段の中継局４０（ｎ）から前方励起光として励起光が供給されることとなり、一つの伝送区間について励起光の制御を複数の中継局で行わなければならなくなる。
これに対して本実施例のように励起光を後方励起光としてのみ供給すれば、１つの中継局で励起光の制御ができ、複雑な制御を回避できる効果を奏する。
（第９実施例）図１９は本発明の他の実施例であり、波長多重信号光および励起光の波長配置は第１実施例と同一である。
図１９において、光伝送路は光ファイバ７１および光ファイバ７２で構成される。
光ファイバ７１はその信号光波長に対して正分散を持ち、そのモードフィールド径が比較的に大きく、光ファイバ７２はその信号光波長に対して負分散を持ち、そのモードフィールド径が比較的に小さいことを特徴とする。
また、ラマン増幅のための装置１０は第１励起光、第２励起光および第３励起光を生成する光源として励起光源１１と、この励起光源１１が生成した励起光を光伝送路に供給する光学手段として光サーキュレータ１２を備えている。このとき、励起光は後方励起光として作用し、まず、光ファイバ７２を伝搬する。
本実施例においても短波長側の第２励起光はｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象により、一方では長波長側励起光に対してラマン利得を与えるが、また一方では短波長側の第２励起光は、第３励起光からラマン利得をも受けることとなり、急激な減衰を抑えることができる。
このため、短波長側信号光パワーについてもその変動が小さく抑えられ、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することが抑止できるという本発明の基本的な効果を奏する。
また、本実施例によれば、前記基本的な効果に加えて、励起光が主に伝搬するのは、信号光波長に対して負分散を持ち、そのモードフィールド径が比較的に小さいファイバ７２であるため、ファイバ非線形効果による伝送波形歪みを抑止できる効果を奏する。
なお、本実施例における光ファイバの構成方法は前述の他のどの実施例についても適用可能である。
前記各実施例において、光伝送路、光ファイバは１種類の光ファイバのみで構成されていても良いし、２種類以上の光ファイバで構成されていても良い。また、前記各実施例において、波長合波器は光サーキュレータを適用しても良い。
さらに、前記各実施例において、励起光源は、各励起光を生成する複数の光源、たとえばレーザダイオードまたは発光ダイオードのみで構成されていても良いし、前記光源のいくつかを合波する波長合波器を備えていても良い。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１）波長多重信号光をラマン増幅する光増幅方法において、
前記波長多重信号光の波長帯域内に第１の励起光を配置し、
前記波長多重信号光の波長帯域外に第２の励起光を配置し、
前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を配置することを特徴とするラマン増幅方法。
（付記２）付記１に記載のラマン増幅方法において、
第１の励起光は、波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第２の励起光は、波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第３の励起光は、第２の励起光を励起するためのものであることを特徴とするラマン増幅方法。
（付記３）付記１に記載のラマン増幅方法において、
波長多重信号光はラマンシフト周波数以上の帯域幅を持つことを特徴とする光増幅方法。
（付記４）付記１に記載のラマン増幅方法において、
第１乃至第３の励起光の周波数間隔はラマンシフト周波数の整数分の１、または（整数＋０．５）分の１であることを特徴とするラマン増幅方法。
（付記５）波長多重信号光をラマン増幅する光増幅方法において、
前記波長多重信号光の波長帯域と励起光の波長帯域とが一部で重なるように前記波長多重信号光波長および前記励起光波長を配置し、
特定波長の信号光の、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さくするように前記励起光波長を配置することを特徴とする光増幅方法。（請求項１）
（付記６）波長多重信号光をラマン増幅する光増幅方法において、
前記波長多重信号光の波長帯域と励起光の波長帯域とが一部で重なるように前記波長多重信号光波長および前記励起光波長を配置し、
或る波長の信号光の伝送特性が、他の或る波長の信号光の伝送特性よりも相対的に劣化することを抑止するように前記励起光波長を配置することを特徴とする光増幅方法。
（付記７）波長多重信号光を増幅するラマン増幅のための装置において、
前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を生成する光源と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光を生成する光源と、
前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を生成する光源と、
前記第１乃至第３の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に供給する光学手段と、
を有することを特徴とするラマン増幅のための装置。（請求項２）
（付記８）付記７に記載のラマン増幅のための装置において、
第１の励起光は、波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第２の励起光は、波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第３の励起光は、第２の励起光を励起するためのものであることを特徴とするラマン増幅のための装置。（請求項３）
（付記９）付記７に記載のラマン増幅のための装置において、
第１乃至第３の光学手段は、波長多重信号光の伝搬方向と逆方向にそれぞれ前記第１乃至第３の励起光を供給することを特徴とするラマン増幅のための装置。
（付記１０）付記７に記載のラマン増幅のための装置において、
第１乃至第３の励起光の周波数間隔はラマンシフト周波数の整数分の１、または（整数＋０．５）分の１であることを特徴とするラマン増幅のための装置。
（付記１１）複数の光伝送路を収容するラマン増幅のための装置において、
前記光伝送路を伝搬する波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を生成する光源と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光を生成する光源と、
前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を生成する光源と、
前記第１乃至第３の励起光を合波する光学手段と、
前記合波した励起光をそれぞれの光伝送路に供給する光学手段と
を有することを特徴とするラマン増幅のための装置。
（付記１２）波長多重信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムであって、
前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を生成する光源と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光を生成する光源と、
前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光を生成する光源と、
前記第１乃至第３の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に供給する光学手段と、
を有することを特徴とする光伝送システム。
（付記１３）付記１２に記載の光伝送システムにおいて、
第１の励起光は、波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第２の励起光は、波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第３の励起光は、第２の励起光を励起するためのものであることを特徴とする光伝送システム。
（付記１４）付記１２に記載の光伝送システムにおいて、
第１の励起光は波長多重信号光が伝搬する方向と同方向に供給し、
第２の励起光は波長多重信号光が伝搬する方向と逆方向に供給し、
第３の励起光は波長多重信号光が伝搬する方向と逆方向に供給することを特徴とする光伝送システム。
（付記１５）波長多重信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムにおいて、
前記波長多重信号光の波長帯域内に波長帯域を持つ第１の励起光を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路に前記波長多重信号光と共に供給する送信端局と、
前記波長多重信号光の波長帯域外に波長帯域を持つ第２の励起光と、前記第２の励起光の波長帯域よりも短波長側にその波長帯域を持つ第３の励起光とを前記波長多重信号光が伝搬する前記光伝送路に供給するラマン増幅のための装置と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。（請求項４）
（付記１６）付記１５に記載の光伝送システムにおいて、
第１の励起光は、波長多重信号光の長波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第２の励起光は、波長多重信号光の短波長帯域に位置する信号光を励起するためのものであり、
第３の励起光は、第２の励起光を励起するためのものであることを特徴とする光伝送システム。
（付記１７）付記１５に記載の光伝送システムにおいて、
第２および第３の励起光は、前記波長多重信号光が伝搬する方向と逆方向に前記光伝送路に供給するように構成することを特徴とする光伝送システム。
（付記１８）付記１７に記載の光伝送システムにおいて、
更に、第１の励起光は、前記波長多重信号光が伝搬する方向とは逆方向にも供給するように構成することを特徴とする光伝送システム。
（付記１９）付記１５に記載の光伝送システムにおいて、
前記ラマン増幅のための装置は光伝送路中に複数配置され、
前記送信端局と前記ラマン増幅のための装置との間、又は、前記ラマン増幅のための装置間の光伝送路上に第２の励起光を反射する光学手段を有することを特徴とする光伝送システム。
（付記２０）付記１５に記載の光伝送システムにおいて、
前記ラマン増幅のための装置は光伝送路中に複数配置され、
前記送信端局と前記ラマン増幅のための装置との間、又は、前記ラマン増幅のための装置間の光伝送路上に第３の励起光を反射する光学手段を有することを特徴とする光伝送システム。（請求項５）
（付記２１）付記１９または付記２０に記載の光伝送システムにおいて、
前記波長多重信号光が伝搬する前記光伝送路をモードフィールド径の異なる複数種類の光ファイバにより構成し、
前記光学手段と前記ラマン増幅のための装置との間に配置される光ファイバのうち、前記光学手段により反射された励起光が伝搬する位置に配置される光ファイバのモードフィールド径は、他の光ファイバのモードフィールド径と比べて小であることを特徴とする光伝送システム。
（付記２２）付記１５の光伝送システムにおいて、
前記ラマン増幅のための装置に対して、前記送信端局と異なる側の前記光伝送路中に、前記波長多重信号光の伝搬方向に生ずる第２の励起光のレーリー散乱光を除去する光学手段を有することを特徴とする光伝送システム。
（付記２３）波長多重信号光をラマン増幅して伝送する光伝送システムにおいて、
付記７に記載のラマン増幅のための装置を前記波長多重信号光が伝搬する光伝送路中に配置し、
前記光伝送路を特性の異なる複数種類の光ファイバで構成し、
前記ラマン増幅のための装置から前記第１乃至第３の励起光を供給する入力端に接続される光ファイバは、前記波長多重信号光波長に対して負分散特性を持ち、そのモードフィールド径が他の光ファイバよりも小さいことを特徴とする光伝送システム。
（付記２４）付記１５に記載の光伝送システムであって、
第１乃至第３の励起光の周波数間隔がラマンシフト周波数の整数分の１、または（整数＋０．５）分の１であることを特徴とする光伝送システム。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、伝搬距離に対する信号光パワーの変動を小さく抑え、信号光の伝送特性の劣化を抑止することができる。また、短波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比が長波長側信号光の光Ｓ／Ｎ比に対して相対的に劣化することを抑止できる。またさらには、励起光間での光パワー移動による短波長側励起光の急激な減衰を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する波長多重信号光と励起光の波長配置を示す概念図である。
【図２】本発明に使用する信号光および第１励起光の配置を示す図である。
【図３】本発明に使用する励起光の配置を示す図である。
【図４】本発明の動作を示す図（１）である。
【図５】図４における励起光・信号光の具体例を示す図である。
【図６】本発明の動作を示す図（２）である。
【図７】図６における励起光・信号光の具体例を示す図である。
【図８】本発明に使用する第３励起光を１波長で構成する場合の波長配置例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施例を示す図である。
【図１４】本発明の第６実施例を示す図である。
【図１５】本発明の第７実施例を示す図である。
【図１６】レーリー散乱光の蓄積を抑止する構成例を示す図である。
【図１７】本発明の第８実施例を示す図である。
【図１８】前方励起と後方励起を適用したシステム構成例を示す図である。
【図１９】本発明の第９実施例を示す図である。
【図２０】ＷＤＭ光増幅中継伝送方式を用いた一般的な光伝送システムの構成例を示す図である。
【図２１】従来のラマン増幅の構成例を示す図である。
【図２２】従来のラマン増幅における波長配置例を示す図である。
【図２３】信号光と励起光が帯域内に混合する配置を持つ場合のラマン増幅の構成例を示す図である。
【図２４】信号光と励起光が帯域内に混合する配置を持つ場合の波長配置例を示す図である。
【図２５】ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｐｕｍｐ現象の概念を説明する図である。
【図２６】信号光と励起光が帯域内に混合する配置を持つ場合のラマン増幅を説明する図である。
【図２７】光ＳＮ比の測定例を示す図である。
【図２８】後方励起と前方励起とを組み合わせた場合のラマン増幅を説明する図である。
【符号の説明】
１，２，３　光伝送路
４　光増幅器
１０　ラマン増幅のための装置
１１，１１−１，１１−２，１１−３，２２　励起光源
１２　光サーキュレータ
１３，１５，２３　波長合波器
１４　励起光パワー調整部
１６　前方励起用光源
１７　後方励起用光源
２０　送信端局
２１　光送信器
２４　波長多重信号光生成部
２５　ポストアンプ
３０　受信端局装置
３１　波長分波器
３２　光受信器
３３　プリアンプ
４０　中継局
５１，５２，７１，７２、１０１（ｎ）、１０１（ｎ＋１）、１０２（ｎ）、１０２（ｎ＋１）、１０３（ｎ）、１０３（ｎ＋１）、１０４（ｎ）、１０（４ｎ＋１）　　光ファイバ
６１、６２、６３、６４　光フィルタ
１０１、１０２、１０３、１０４　光伝送システム
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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