(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重信号光を波長多重励起光によりラマン増幅する広帯域ラマン増幅器を使用した光通信システムにおいて、前記広帯域ラマン増幅器は光ファイバのコアに屈折率を増加させる為のドーパントとして燐がドープされて、標準シングルモード光ファイバに比して利得帯域の広い第一のラマン利得ピークと、第一のラマン利得ピークよりも利得の強い第二のラマン利得ピークを有し、第二のラマン利得ピークは第一のラマン利得ピークよりもラマンシフト周波数が大きい周波数帯域であって標準シングルモード光ファイバには存在しない周波数帯域にある利得特性の燐ドープ光ファイバを使用し、前記波長多重信号光に対して発生する前記燐ドープ光ファイバの第一のラマン利得ピークと第二のラマン利得ピークによって得られるラマン利得帯域を広げており、前記波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置し、その信号光が、波長多重励起光によって増幅された長波長側に遷移する短波長側の信号光を励起光として増幅されることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用されるラマン増幅器を用いた光通信システムに関し、燐（Ｐ）がドープされた光ファイバを利用して波長多重信号光の利得帯域幅を波長多重励起光により広げたものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光ファイバは、光が伝播するコアが、ゲルマニウムがドープされたシリカよりなる。それに励起光を入射すると励起光より概ね100nm長波長側に最大値（ピーク値）を持つラマン利得が得られる。そのピーク値は単一である。従って100nmにわたって励起光を波長多重すると、それぞれの励起光に対応した利得帯域が重なり合うことで、おおよそ100nmの利得帯域を得ることが出来る。それよりも更に利得帯域を拡大したい場合は、励起光源を100nm以上にわたって波長多重することが考えられる。しかし、そのようにすると励起光の最も長波側の励起光と信号光の最も短波側の信号光とが重なってしまい、信号伝送に適しなくなる。このため事実上はラマン利得帯域は約100nm以下に限定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の情報量の急増から、伝送容量の拡大要求は止まるところをしらず、すでにＥＤＦＡ（Ｅｒドープファイバアンプ）の増幅帯域である1530nm〜1560nmは使い切られた感がある。増幅可能帯域の増加はＷＤＭ伝送においては伝送容量の増加とほぼ同意義である。現在、伝送容量を増加できるものとして、ラマン増幅方法を用いて100nm帯域を増幅可能な光アンプが提案されている。しかし、この波長域ですら近時に使い切られる見込みである。そこで本発明はＷＤＭ伝送における増幅可能帯域を更に増加させるラマン増幅器とそれを用いた光通信システムを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願の光通信システムは、波長多重信号光を波長多重励起光によりラマン増幅する広帯域ラマン増幅器を使用した光通信システムにおいて、前記広帯域ラマン増幅器は光ファイバのコアに屈折率を増加させる為のドーパントとして燐がドープされて、標準シングルモード光ファイバに比して利得帯域の広い第一のラマン利得ピークと、第一のラマン利得ピークよりも利得の強い第二のラマン利得ピークを有し、第二のラマン利得ピークは第一のラマン利得ピークよりもラマンシフト周波数が大きい周波数帯域であって標準シングルモード光ファイバには存在しない周波数帯域にある利得特性の燐ドープ光ファイバを使用し、前記波長多重信号光に対して発生する前記燐ドープ光ファイバの第一のラマン利得ピークと第二のラマン利得ピークによって得られるラマン利得帯域を広げており、前記波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置し、その信号光が、波長多重励起光によって増幅された長波長側に遷移する短波長側の信号光を励起光として増幅されるものである。
【０００５】
本願の広帯域ラマン増幅器は、前記広帯域ラマン増幅器において、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の一部が1300nm〜1600nmの波長範囲内にあり、他の一部が1450nm〜1750nmの波長範囲内にあり、それぞれの範囲の信号利得帯域が重ならないものとすることもできる。
【０００６】
本願の光通信システムは、前記広帯域ラマン増幅器を使用して、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置しないようにしたシステムである。
【０００７】
本願の光通信システムは、前記広帯域ラマン増幅器を使用して、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置し、その信号光が、波長多重励起光によって増幅された長波長側に遷移する短波長側の信号光を励起光として増幅されるようにすることもできる。
【０００８】
本願の光通信システムは、前記広帯域ラマン増幅器を使用して、波長多重信号光をラマン増幅するものとすることもできる。
【０００９】
本願の光通信システムは、前記広帯域ラマン増幅器によってラマン増幅すると共に、Erドープファイバ（ＥＤＦＡ）で増幅可能な無利得帯域あるは微少利得帯域を、Erドープファイバアンプによって増幅するものとすることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
シリカガラスにＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３をドーパントとしてドープしたシリカガラスのラマンスペクトルはすでに報告されている。図４にＰドープファイバのラマン利得プロファイルを示す。図４はＰ２Ｏ５添加ファイバ（ＰＤＦ）と標準シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の利得プロファイルを比較した測定結果である。実線はＰＤＦを、点線はＳＭＦを表している。13THZ(433cm-１）あたりの両方のｇＲ／Ａeff値は約0.5/W/kmでほぼ同じであるが、ＰＤＦの第一のラマン利得ピークはＯ−Ｐ−Ｏ結合変角振動によってＳＭＦと比較して広がっている。30THZ (999.9cm-１）帯域以上でＳＭＦには利得はないが、ＰＤＦはＰ−Ｏ−Ｓi及びＰ−Ｏ−Ｐ結合伸縮振動によって30THZ あたりに小さな利得があり、40THZ(1333.2cm-１）あたりにＰ＝Ｏ結合伸縮振動による強いピークがある。広がった第一のピークと、強い第二のピークによって、夫々の単独のポンプ光源からより広い利得帯域が得られる。
【００１１】
Ｐドープシリカガラスのラマンシフトは、図４の様に励起光に対して490cm-１（14.7THz）に、他のガラスと同様に大きなピークをもっており、この他に1320cm-１（39.6THz）にも鋭いピークを持ち、Ｐ２Ｏ５ 濃度が大きい場合は1200cm-１（36.0THz）にもピークを持つことが報告されている。1320cm-１のラマン周波数はＰ＝Ｏ結合に起因しており、Ｐ＝Ｏ結合によるラマン周波数は710cm-１にも見られる。これらのラマン周波数はＳｉＯ２のみのガラスあるいはＧｅＯ２−ＳｉＯ２系のガラスでは観測されず、Ｐのみ（主としてＰ：Ｇｅは含まれてもごく僅か）がドープされたシリカガラス特有のものである。Ｐ２Ｏ５−ＳｉＯ２系ガラスに他のドーパントをドープするとＰ＝Ｏ結合が切断され、この結合に特有のラマン周波数が無くなる為、これらの特殊なラマン周波数を利用する場合、ドーパントはＰ２Ｏ５のみ（主としてそれ一種類）であることが望ましい。前記広帯域ラマン増幅器はＰ２Ｏ５のみがドープされた光ファイバを光増幅器として使用し、その光増幅器において波長多重信号光を波長多重励起光によりラマン増幅するものである。
【００１２】
Ｐ２Ｏ５一種類のみがシリカにドープされたガラス（ファイバ）は前記のように複数のラマンピークを持っている。これらは大別すると490cm-１を中心とする短波長ピークと、1200cm-１と1320cm-１からなる長波長ピークからなる。これらの関係はたとえば励起光の波長を1280nmにすると、1366nmと1500〜1543nmにラマン利得があることになる。前記広帯域ラマン増幅器はこの励起光波長近傍にて励起光を波長多重したものであり、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の一部が1300nm〜1600nmの波長範囲内にあり、他の一部が1450nm〜1750nmの波長範囲内にあるものである。
【００１３】
ラマン現象でのエネルギー遷移（ラマン遷移）は短波長から約100nm長波長側に移るので、たとえば信号光が100nm以上の帯域内に存在すると信号光同士で（短波長側から長波長側へ）エネルギー遷移がおきて、短波長側のエネルギーが確保できなくなり、短波長側の利得が得られなくなることがある。この場合、短波長側の増幅帯域と長波長側の増幅帯域との間に、ガードバンドとして信号を入れない領域を作るとエネルギー遷移を抑圧することができる。前記広帯域ラマン増幅器は短波長側と長波長側の増幅利得帯域の間に存在する無利得領域あるいは微少利得領域に信号を配置しないことで、この信号間のエネルギー遷移を抑圧したものである。
【００１４】
一方、前記ラマン遷移を積極的に利用することも可能である。この場合は波長多重励起光によって生じた短波長側と長波長側の増幅利得帯域の中間領域の無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置し、短波長側から長波長側にラマン遷移を起こすことを前提にして、ラマン遷移がおきても短波長側のエネルギーを確保できるように設計すれば、長波長側にラマン遷移した分だけ利得帯域が広がり、超広帯域伝送を実現することが出来る。前記広帯域ラマン増幅器はこのようにした発明であり、中間領域に配置した波長多重信号光が、波長多重励起光源によって増幅された短波長側の信号光（長波長側にエネルギーを遷移する信号光）を励起光源として増幅されるようにしたものである。
【００１５】
Ｐドープファイバの短波長側と長波長側の増幅利得帯域間の無利得領域あるいは微少利得帯域を1530nm〜1600nmに調整することで、この帯域の信号パワーを十分に補償し、1400nmから1750nmまでの光ファイバの低損失帯域全てを使うこともできる。
波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の一部が1300nm〜1600nmの波長範囲内にあり、他の一部が1450nm〜1750nmの波長範囲内にあり、それぞれの範囲の信号利得帯域が重ならないようにすることで、Ｐドープファイバの短波長側と長波長側の増幅利得帯域間の無利得領域の信号パワーを十分に補償し、1300nmから1750nmまでの光ファイバの低損失帯域全てを使うこともできる。前記広帯域ラマン増幅器はこのようにした発明である。
【００１６】
本発明では、前記ラマン増幅器を波長多重（ＷＤＭ）伝送による光通信に使用することができる。これが前記光通信システムである。
【００１７】
本発明では、前記広帯域ラマン増幅器によりラマン増幅すると共に、Erドープファイバ（ＥＤＦＡ）で増幅可能な無利得帯域あるいは微少利得帯域、例えば同増幅器の1530nm〜1600nmの帯域を、Ｅｒドープファイバアンプによって信号光利得を得ることもできる。これが前記光通信システムである。この場合、図１に示すように、無利得帯域である1520nmから1600nmまでの信号をＣ-band用ＥＤＦＡおよびＬ-band用ＥＤＦＡで増幅することができる。この方式で1400nmから1750nmまでの光増幅が可能となる。
【００１８】
表１にＰドープファイバにおける励起光波長に対応した490cm-１に起因する短波側増幅波長と、1320cm-１に起因する長波側の増幅帯域波長を一覧で示した。表１から明らかなように、励起光の波長を1230nmから1310nmまで波長多重励起することで、短波長側の増幅帯域は1308.9nmから約1400nmまで、長波長側の増幅帯域は1470nm〜1590nmとなる。励起光の波長を1320nmから1420nmまで波長多重励起することで、短波長側の増幅帯域は1410nmから1520nmまで、長波長側の増幅帯域は1600nm〜1750nmとなる。
【００１９】
図２本願の広帯域増幅器を使用してＷＤＭ励起光により励起光源した場合の広帯域利得プロファイルの測定結果を示す。図２では双方向励起としてある。前方励起光の波長は1391、1397、1402、1410、1431nm、後方励起光の波長は1392、1398、1405、1411nmである。それぞれの波長の励起光源パワーは約22.5dBmである。Ｐドープファイバ（ＰＤＦ）長は6.0kmである。図２では二つの利得帯域が発生している。両方の利得帯域は８dBあたりにほぼ同じ利得を持っている。この現象は、それぞれの利得帯域がほぼ同じであるために発生する。ドーパント濃度を変えれば、この比率を制御できるので利得の傾きも利用できる。
【００２０】
二つの利得帯域は互いに連結することはできない。４０THz 以上の帯域の図表は実現化できないが、この差は二つの異なる応用に利用できる。図３は測定したｇＲ／Ａeffで計算した模擬実験結果を示している。図３（ａ）の利得プロファイルは1320nm〜1410nmのＷＤＭ励起によって得られた。第一の利得帯域は1420nm〜1520nmで始まっている。第二の利得帯域は1610nm〜1700nmで始まっている。1530nmから1600nmの帯域差にある信号は、Ｃ−及びＬ−ＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ）で増幅される。このため約300nmの帯域が信号伝送に使用される。異なる利得帯域間のエネルギー遷移を避けたい場合は、ガード帯域としてその差を利用することができる。他の応用を図３（ｂ）に示す。非常に低いＷＤＭ励起光源（1200nm〜1300nm）を使用することで、第一（1310nm）及び第二（1550nm）の遠距離通信帯域がこのラマン利得プロファイルによって同時に使用される。この方式ではＯＨ吸収に起因する水ロス帯域を避けて信号光が伝送できる上、この帯域をガードバンドとして使用することができる。
【００２１】
（比較例）
Ｇｅ-dopeシリカファイバでは490cm-１に対応した利得帯域しかない為、励起光源を1360nm〜1450nmまで波長多重しても増幅帯域は1457nm〜1560nmまでのみとなる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【発明の効果】
本願の広帯域ラマン増幅器は、光ファイバのコアにＰがドープされた光ファイバにおいて、波長多重信号光を波長多重励起光によりラマン増幅するので、その光ファイバが有する複数のラマンピークにより、広帯域増幅が可能となる。
【００２４】
本願の広帯域ラマン増幅器は、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置しないので、ラマン現象でのエネルギー遷移が抑圧される。このため、エネルギー遷移がおきることによって短波長側のエネルギーが確保できなくなり、短波長側の利得が得られなくなる、ということがなく、広利得帯域を確保することができる。
【００２５】
本願の広帯域ラマン増幅器は、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の間に生じた無利得帯域あるいは微少利得帯域に波長多重信号光を配置し、その波長多重信号光が、波長多重励起光によって増幅された短波長側の信号光（長波長側にエネルギー遷移した短波長側の信号光）を励起光として増幅されるようにしたので、超広帯域増幅が可能となる。
【００２６】
本願の広帯域ラマン増幅器は、波長多重励起光によって生じた複数の信号利得帯域の一部が1300nm〜1600nmの波長範囲内にあり、他の一部が1450nm〜1750nmの波長範囲内にあり、それぞれの範囲の信号利得帯域が重ならないようにしたので、これら帯域の信号パワーを十分に補償して両帯域を光増幅することができ、広帯域増幅が可能となる。
【００２７】
本願の光通信システムは、前記広帯域ラマン増幅器を使用してラマン増幅するので、広帯域でのＷＤＭ伝送が可能となる。
【００２８】
本願の光通信システムは、前記ラマン増幅器によってラマン増幅すると共に、ＥＤＦＡで増幅可能な無利得帯域あるいは微少利得帯域をErドープファイバアンプによって信号光利得を得るので、従来100nmまでと制限されていたラマン利得帯域を300nm以上に拡大することができ、光ファイバの伝送容量を３倍以上に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光伝送システムの一例を示す説明図。
【図２】  本発明の広帯域増幅器を使用してＷＤＭ励起光により励起光源した場合の広帯域利得プロファイルの測定結果を示す説明図。
【図３】  （ａ）（ｂ）は測定したｇＲ／Ａeffで計算した模擬実験結果の利得プロファイルであり、（ａ）は励起光が1320nm〜1410nm、（ｂ）は励起光が1230nm〜1310nmの場合である。
【図４】  Ｐ添加ファイバのラマン利得プロファイルを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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