(57)【要約】【課題】低コストが可能で、且つ集積度を向上させることができる分散補償された光信号を増幅するラマン光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】本発明は、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて伝送する光送信部と、その光信号を受信する光受信部とを備える波長分割多重方式の光通信システムのラマン光ファイバ増幅器において、光ファイバを介して入力される光信号をラマン増幅して出力する少なくとも一つのエルビウム添加光ファイバと、エルビウム添加光ファイバをラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つのポンピング光源と、そのポンプ光をエルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの波長選択結合器とを含むことを特徴とする。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて伝送する光送信部と、前記光ファイバを通じて前記光信号を受信する光受信部とを備える波長分割多重方式の光通信システムのためのラマン光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバと接続する第１端を通じて入力される光信号をラマン増幅して出力する少なくとも一つのエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバをラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つのポンピング光源と、
前記ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの波長選択結合器と、を含むことを特徴とするエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記ポンプ光の波長が１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ以内である請求項１記載のエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記ポンピング光源はレーザダイオードを含む請求項１記載のエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【請求項４】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて伝送する光送信部と、前記光ファイバを通じて前記光信号を受信する光受信部とを備える波長分割多重方式の光通信システムのためのラマン光ファイバ増幅器において、
前記光ファイバと接続する第１端を通じて入力される光信号をラマン増幅して出力する少なくとも一つのエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバを前方向ラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つの第１ポンピング光源と、
前記第１ポンピング光源から出力されたポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを後方向ラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つの第２ポンピング光源と、
前記第２ポンピング光源から出力されたポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの第２波長選択結合器とを含むことを特徴とするエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記ポンプ光の波長が１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ以内である請求項４記載のエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記第１及び第２ポンピング光源はレーザダイオードを含む請求項４記載のエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに関して、特に、光通信システムの光送信部と光受信部との間に配置されるラマン光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、幾何級数的に増えるデータ量により波長分割多重光通信システム（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）の伝送容量が増加するに至っている。この伝送容量を増加させる方法として、伝送チャンネル数を増す方法と、伝送速度を上げる方法とがある。伝送速度を上げる方法は現在２．５Ｇｂ／ｓから１０Ｇｂ／ｓに拡張しており、それ以上の伝送速度も研究されている。伝送容量を増す方法は、従来のＣ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器とＬ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器を並列に結合して使用する方法と、ツリウム（Ｔｈｕｌｉｕｍ）添加光ファイバなどの新たな増幅媒質を利用する方法がある。しかし、稀土類元素が添加された光ファイバ増幅器は使用できる増幅帯域が限定され、雑音指数が大きいという短所がある。このような短所を解決するため、ラマン光ファイバ増幅器に関する研究が活発に進められている。
【０００３】
図１は、従来技術によるラマン光ファイバ増幅器の構成を示すものである。ラマン光ファイバ増幅器は、第１〜第４アイソレータ１２０、１６０、１８０、２２０と、第１ポンピング光源１４０及び第２ポンピング光源２００、第１波長選択結合器１３０及び第２波長選択結合器１９０と、エルビウム添加光ファイバ１５０と、コネクタ１７０と、分散補償光ファイバ２１０とから構成される。
【０００４】
第１アイソレータ１２０は、ラマン光ファイバ増幅器に入力された光信号を通過させ、その第１波長選択結合器１３０を介して後方向から入力される光信号は遮断する。
【０００５】
第１波長選択結合器１３０は、第１アイソレータ１２０からの光信号と、第１ポンピング光源１４０からの９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍ波長のポンプ光とを結合してエルビウム添加光ファイバ１５０へ出力する。
【０００６】
第１ポンピング光源１４０はエルビウムイオンを励起させ第１エルビウム添加光ファイバ１５０を前方向ポンピングする。この第１ポンピング光源１４０としては９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍ波長のポンプ光を出力するレーザダイオードが使用可能である。
【０００７】
エルビウム添加光ファイバ１５０は第１波長選択結合器１３０から出力されたポンプ光により前方向ポンピングされ、第１波長選択結合器１３０を介して入力された光信号を増幅して出力する。
【０００８】
第２アイソレータ１６０はエルビウム添加光ファイバ１５０を介して入力された光信号をそのまま通過させ、その後方向の光は遮断する。
【０００９】
コネクタ１７０は前段のエルビウム添加光ファイバ増幅部２３０と後段のラマン光ファイバ増幅部２４０とを接続する、すなわち前段のエルビウム添加光ファイバ増幅部２３０に接続されている光ファイバ１１０と、後段のラマン光ファイバ増幅部２４０に接続されている光ファイバ１１０とを接続する。このコネクタ１７０は、その内部に環状の空間を備える。
【００１０】
第３アイソレータ１８０はコネクタ１７０を介して出力された光信号をそのまま通過させ、その後方向の光は遮断する。
【００１１】
第２波長選択結合器１９０は、第３アイソレータ１８０から出力された光信号と、第２ポンピング光源２００から出力されたラマンポンプ光とを結合して分散補償光ファイバ２１０へ出力する。
【００１２】
第２ポンピング光源２００は分散補償光ファイバ２１０をラマンポンピングする。第２ポンピング光源２００としては１４５０ｎｍ帯域のラマンポンプ光を出力するレーザダイオードが使用可能である。
【００１３】
第４アイソレータ２２０はコネクタ１７０を介して出力された光信号をそのまま通過させ、その後方向の光は遮断する。
【００１４】
しかし、上述したように従来技術による光ファイバ増幅器は２つの増幅部２３０及び２４０、すなわちコネクタ１７０に中心としてその前段にエルビウム添加光ファイバ増幅部２３０を、その後段にラマン光ファイバ増幅部２４０を使用するので、価格競争力を低下させ且つ全体の大きさを増加させてしまうことにより集積化の低下をもたらすという問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、前述の問題を考慮した結果トータルの製造原価が低コストで、且つ集積度を向上させ、分散補償された光信号を増幅するラマン光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて伝送する光送信部と、光ファイバを通じて光信号を受信する光受信部とを備える波長分割多重方式の光通信システムのためのラマン光ファイバ増幅器において、光ファイバと接続する第１端を通じて入力される光信号をラマン増幅して出力する少なくとも一つのエルビウム添加光ファイバと、エルビウム添加光ファイバをラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つのポンピング光源と、ポンプ光をエルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの波長選択結合器と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
このエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器では、ポンプ光の波長が１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ以内であるとよい。
【００１８】
ポンピング光源はレーザダイオードを含と望ましい。
【００１９】
また、本発明では、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて伝送する光送信部と、光ファイバを通じて光信号を受信する光受信部とを備える波長分割多重方式の光通信システムのためのラマン光ファイバ増幅器において、光ファイバと接続する第１端を通じて入力される光信号をラマン増幅して出力する少なくとも一つのエルビウム添加光ファイバと、エルビウム添加光ファイバを前方向ラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つの第１ポンピング光源と、第１ポンピング光源から出力されたポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを後方向ラマンポンピングするために予め定められた波長のポンプ光を提供する少なくとも一つの第２ポンピング光源と、第２ポンピング光源から出力されたポンプ光をエルビウム添加光ファイバに提供するための少なくとも一つの第２波長選択結合器とを含むことを特徴とするエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器をも提供する。
【００２０】
このエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器では、ポンプ光の波長が１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ以内であるとよい。
【００２１】
また、第１及び第２ポンピング光源はレーザダイオードを含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。下記の説明では具体的な構成素子などの特定事項を用いて説明するが、これは本発明をより理解するために用いられるだけで、これら特定事項が本発明の範囲内で所定の変形や変更が可能であることは、当該技術分野で通常の知識を有する者には自明なことである。
【００２３】
図２は、本発明の望ましい第１実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示すものである。同図に示すように、ラマン光ファイバ増幅器は第１アイソレータ３２０及び第２アイソレータ３６０と、エルビウム添加光ファイバ３３０と、波長選択結合器３４０と、ポンピング光源３５０とから構成される。
【００２４】
第１アイソレータ３２０はラマン光ファイバ増幅器に入力される光信号をそのまま通過させ、エルビウム添加光ファイバ３３０を通して後方向から入力される光信号は遮断する。
【００２５】
エルビウム添加光ファイバ３３０は、波長選択結合器３４０を介して出力された光信号をラマン増幅して出力する。エルビウム添加光ファイバ３３０は光信号が１５５０ｎｍ波長の場合は１４５０ｎｍ波長のポンプ光により後方向ラマンポンピングされ、光信号が１５８０ｎｍ波長の場合は１４８０ｎｍ波長のポンプ光により後方向ラマンポンピングされる。すなわち、エルビウム添加光ファイバ３３０は光信号の波長に応じる波長を有するポンプ光により後方向ラマンポンピングされる。また、光信号が相互に異なる波長のチャンネルで構成される場合には相異した波長のポンプ光により後方向ラマンポンピングされることができる。波長別ポンプ光の強さはチャンネル別出力が一定になるように調節されるのが望ましい。
【００２６】
エルビウム添加光ファイバ３３０は十分なラマン利得が得られるように数ｋｍの長さを持ち、エルビウムの濃度を十分に低く設定してポンプ光に対する吸収率を１．０ｄＢ／ｋｍ未満にする。上記した特性を有するエルビウム添加光ファイバ３３０が後方向ラマンポンピングされると、エルビウム添加光ファイバ３３０の構成物質のエルビウムイオンによる増幅（通常のエルビウム添加光ファイバ増幅器の増幅原理）と、他の構成物質であるシリカの振動エネルギ（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ）による増幅（ラマン光ファイバ増幅器の増幅原理）が同時に行われるようになる。
【００２７】
狭い波長帯域でラマン利得は、次の数式１から得られる。
【数１】
2004004815.tif 000003
【００２８】
上記数式１で、ｇ（λ）は増幅媒質のラマン利得係数、Ｐｐはポンプ光パワー、Ａｅｆｆはポンプ光に対する有効領域、Ｌｅｆｆは有効長さ、Ｌは使用された増幅媒質の総長さ、αｐは損失を示す。
【００２９】
数式１に示したように、ラマン利得はラマン利得係数、ポンプ光パワー、及び有効長さが一定であると仮定した場合、有効領域に反比例するようになる。すなわち、使用する増幅媒質のコア（すなわち、光ファイバのコア）が小さいほど、有効領域も小さくなるので、ラマン利得は増加する。一般に、通信用光ファイバ（単一モードの光ファイバ）の場合、有効領域は７０μｍ２、分散遷移光ファイバの場合は５０μｍ２、分散補償光ファイバの場合は２０μｍ２、エルビウム添加光ファイバの場合は１５〜２０μｍ２である。したがって、増幅媒質にエルビウム添加光ファイバを使用する場合、ラマン光ファイバ増幅器の増幅媒質として使用される分散補償光ファイバに類似したラマン利得が得られる。
【００３０】
波長選択結合器３４０は、エルビウム添加光ファイバ３３０から出力された光信号はそのまま通過させ、ポンピング光源３５０から出力されたポンプ光はエルビウム添加光ファイバ３３０に入力する。
【００３１】
ポンピング光源３５０はエルビウム添加光ファイバ３３０を後方向ラマンポンピングし、このポンピング光源３５０としては所定波長のポンプ光を出力するレーザダイオードが使用可能である。そのポンプ光の波長は、エルビウム添加光ファイバ３３０の全体増幅帯域（１５２５ｎｍ〜１６２０ｎｍ）をカバーできるように１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ内の波長値を有している。
【００３２】
第２アイソレータ３６０は波長選択結合器３４０を介して出力された光信号をそのまま通過させ、その後方向の光は遮断する。
【００３３】
図３は、本発明の望ましい第２実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示すものである。ラマン光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ４２０及び第２アイソレータ４６０と、エルビウム添加光ファイバ４５０と、波長選択結合器４３０と、ポンピング光源４４０とから構成される。また、エルビウム添加光ファイバ４５０を前方向ラマンポンピングするために、波長選択結合器４３０及びポンピング光源４４０がエルビウム添加光ファイバ４５０と第１アイソレータ４２０との間に位置すること以外には、図２に示した構成と同一なので、その詳しい説明は省略する。
【００３４】
図４は、本発明の望ましい第３実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示すものである。ラマン光ファイバ増幅器は第１アイソレータ５２０及び第２アイソレータ５８０と、エルビウム添加光ファイバ５５０と、第１波長選択結合器５３０及び第２波長選択結合器５６０と、第１ポンピング光源５４０及び第２ポンピング光源５７０とから構成される。
【００３５】
第１アイソレータ５２０はラマン光ファイバ増幅器に入力される光信号をそのまま通過させ、波長選択結合器５３０を通して後方向から入力される光信号は遮断する。
【００３６】
エルビウム添加光ファイバ５５０は、波長選択結合器５３０を介して出力された光信号をラマン増幅して出力する。エルビウム添加光ファイバ５５０は十分なラマン利得が得られるように数ｋｍの長さを有し、エルビウム濃度を十分に低く設定してポンプ光に対する吸収率を１．０ｄＢ／ｋｍ未満にする。
【００３７】
第１波長選択結合器５３０は第１アイソレータ５２０から出力された光信号と、第１ポンピング光源５４０から出力されたラマンポンプ光を結合してエルビウム添加光ファイバ５５０へ出力する。
【００３８】
第１ポンピング光源５４０はエルビウム添加光ファイバ５５０を前方向ラマンポンピングし、そのポンプ光の波長はエルビウム添加光ファイバ５５０の全体増幅帯域（１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）をカバーするように１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ内の波長値を有している。
【００３９】
第２波長選択結合器５６０はエルビウム添加光ファイバ５５０から出力されたポンピング光はそのまま通過させ、第２ポンピング光源５７０から出力されたポンプ光をエルビウム添加光ファイバ５５０に出力する。
【００４０】
第２ポンピング光源５７０はエルビウム添加光ファイバ５５０を後方向ラマンポンピングし、そのポンプ光の波長はエルビウム添加光ファイバ５５０の全体増幅帯域（１５２５ｎｍ〜１６２０ｎｍ）をカバーするように１４２５ｎｍ〜１５２０ｎｍ内の波長値を有している。
【００４１】
第２アイソレータ５８０は第２波長選択結合器５６０を介して出力された光信号をそのまま通過させ、その後方向の光は遮断する。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように本発明によるラマン光ファイバ増幅器は、従来技術によるエルビウム添加光ファイバ増幅部とラマン光ファイバ増幅部とを１つのユニットとして一体に結合して増幅器を低コストで構成し、加えて構成素子の数も減少させることができるので、集積化が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による光ファイバ増幅器の構成を示す図。
【図２】本発明の望ましい第１実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示す図。
【図３】本発明の望ましい第２実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示す図。
【図４】本発明の望ましい第３実施例によるエルビウム添加光ファイバを利用するラマン光ファイバ増幅器の構成を示す図。
【符号の説明】
３１０　光ファイバ
３２０　第１アイソレータ
３３０　エルビウム添加光ファイバ
３４０　波長選択結合器
３５０　ポンピング光源
３６０　第２アイソレータ
４１０　光ファイバ
５１０　光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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