(57)【要約】      （修正有）【課題】増幅器のオン／オフ時などにおけるサージを回避し、増幅器およびこれを用いたシステムへの損傷を防止すること。【解決手段】多波長励起を行うラマン増幅器であって、当該ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光パワーを最初にオフする制御を行い、これによってオーバーシュートをなくす。ラマン増幅器をオンする場合、逆に、最長波長の励起光パワーを最初にオンする制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多波長励起を行うラマン増幅器であって、短波長側の励起光パワーが設計値程度に大きい状態で、長波長側の励起光パワーが設計値に比べて小さい状態を回避するように励起光パワーの制御を行う制御手段を備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項２】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、最短波長の励起光パワーを優先的に小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
【請求項３】
信号光を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段が、前記信号光がオフまたは一定レベル以下になったことを検出した場合、最短波長の励起光パワーを優先的に小さくし、当該ラマン増幅器をオフまたは一定レベル以下の出力にすべく利得を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のラマン増幅器。
【請求項４】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光パワーを最初にオフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項５】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、最短波長の励起光から順次励起光パワーを優先的に小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項６】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光から順次励起光パワーをオフする制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項７】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、短波長側の励起光パワーの時間減少率を長波長側の励起光パワーの時間減少率以上に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項８】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、少なくとも最短波長の励起光パワーの時間減少率が他の励起光パワーの時間減少率に比して大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項９】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、短波長側の励起光パワーが短波長側の励起光パワーの設計値付近に近づくよりも早く長波長側の励起光パワーを長波長側の励起光パワーの設計値に近づけることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅器。
【請求項１０】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、最長波長の励起光パワーを優先的に大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１または９に記載のラマン増幅器。
【請求項１１】
信号光を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段が、前記信号光がオンまたは一定レベル以上になったことを検出した場合、最長波長の励起光パワーを優先的に大きくし、当該ラマン増幅器をオンまたは一定レベル以上の出力にすべく利得を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１，９または１０に記載のラマン増幅器。
【請求項１２】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンする場合、最長波長の励起光パワーを最初にオンすることを特徴とする請求項１，９または１０に記載のラマン増幅器。
【請求項１３】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、最長波長の励起光から順次励起光パワーを優先的に大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１，９または１０に記載のラマン増幅器。
【請求項１４】
前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンする場合、最長波長の励起光から順次励起光パワーをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１，９または１０に記載のラマン増幅器。
【請求項１５】
当該ラマン増幅器の増幅帯域は、２７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
【請求項１６】
当該ラマン増幅器の変換効率は、７０％以上であることを特徴とするラマン増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多波長励起を行うラマン増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＷＤＭシステムに用いられるラマン増幅器は、システムのメンテナンスやトラブル等の理由によって増幅器をオン又はオフをすることがある。この際、急激に利得が大きくなるサージが生じる場合があり、このサージによるシステムの損傷を回避しなければならない。なお、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）では、サージを回避するための対策が施されたものがある（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２４０７１７号公報
【特許文献２】特開平０８−０３７４９７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ラマン増幅器に対してもサージを回避する対策を施す必要があるが、ＥＤＦＡの対策をそのまま適用することはできない。これは、波長多重励起を行うラマン増幅器である場合、各励起波長が互いに影響を及ぼすというラマン増幅器特有の問題があるからである。
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、増幅器のオン／オフ時などにおけるサージを回避し、増幅器およびこれを用いたシステムへの損傷を防止することができるラマン増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかるラマン増幅器は、多波長励起を行うラマン増幅器であって、短波長側の励起光パワーが設計値程度に大きい状態で、長波長側の励起光パワーが設計値に比べて小さい状態を回避するように励起光パワーの制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、最短波長の励起光パワーを優先的に小さくする制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、信号光を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段が、前記信号光がオフまたは一定レベル以下になったことを検出した場合、最短波長の励起光パワーを優先的に小さくし、当該ラマン増幅器をオフまたは一定レベル以下の出力にすべく利得を小さくする制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光パワーを最初にオフすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、最短波長の励起光から順次励起光パワーを優先的に小さくする制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光から順次励起光パワーをオフする制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、短波長側の励起光パワーの時間減少率を長波長側の励起光パワーの時間減少率以上に制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、少なくとも最短波長の励起光パワーの時間減少率が他の励起光パワーの時間減少率に比して大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、短波長側の励起光パワーが短波長側の励起光パワーの設計値付近に近づくよりも早く長波長側の励起光パワーを長波長側の励起光パワーの設計値に近づけることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、最長波長の励起光パワーを優先的に大きくする制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、信号光を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段が、前記信号光がオンまたは一定レベル以上になったことを検出した場合、最長波長の励起光パワーを優先的に大きくし、当該ラマン増幅器をオンまたは一定レベル以上の出力にすべく利得を大きくする制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１２にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンする場合、最長波長の励起光パワーを最初にオンすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、最長波長の励起光から順次励起光パワーを優先的に大きくする制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、前記制御手段は、当該ラマン増幅器をオンする場合、最長波長の励起光から順次励起光パワーをオンする制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５にかかるラマン増幅器は、上記の発明において、当該ラマン増幅器の増幅帯域は、２７ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１６にかかるラマン増幅器は、当該ラマン増幅器の変換効率は、７０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この発明にかかるラマン増幅器は、制御手段が、ラマン増幅器をオフまたは利得を小さくする場合、最短波長の励起光パワーを優先的に小さくし、ラマン増幅器をオンまたは利得を大きくする場合、最長波長の励起光パワーを優先的に大きくする制御を行うようにしているので、オーバーシュートをなくしてサージを回避し、増幅器およびこれを用いたシステムへの損傷を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明を実施するための最良の形態であるラマン増幅器について説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図１において、ラマン増幅器１０は、集中型のラマン増幅器であり、増幅媒体Ｆ２の前段に配置され、伝送路Ｆ１からの信号光Ｓ１をカプラなどによって分岐して取り出す分岐器１と、この分岐された信号光Ｓ１を検出してその値を出力する検出器２と、多波長の励起光源３と、検出器２からの値や図示しない入力部などからの指示に従って励起光源３の各励起光のパワーを制御する制御器Ｃと、増幅媒体Ｆ２の後段に配置され、カプラなどによって励起光源３からの各励起光Ｓ３を合波して増幅媒体Ｆ２に入力するとともに、増幅された信号光Ｓ２を出力する合波器４とを有する。制御器Ｃは、ラマン増幅器１０をオフする場合、最短波長の励起光パワーを最初にオフするように励起光源３を制御する。
【００２５】
図２は、Ｃ＋Ｌバンド（１５３０〜１６００ｎｍ）のラマン増幅器１０において、ネットゲインの設計値をシミュレーションにより求めたものである。励起光の数は、５波長であり、低い波長から、１４２４．１９２ｎｍ、１４３７．８５４ｎｍ、１４５１．７７９ｎｍ、１４６８．１３２ｎｍ、１４９５．２２４ｎｍである。増幅媒体Ｆ２は、励起波長が１４２５ｎｍのとき、ラマン利得係数が６．８４／Ｗ／ｋｍ、１５５０ｎｍのロスが０．６１ｄＢ／ｋｍ、レイリー後方散乱係数が７．１×１０-4／ｋｍの特性を有する２ｋｍのファイバを用いた。入出力パワーは、それぞれ０ｄＢｍ／ｃｈ、９ｄＢｍ／ｃｈで、チャンネル間隔は５０ＧＨｚである。
【００２６】
制御器Ｃは、ラマン増幅器１０をオフする場合、励起光源３の短い励起波長から順次、オフする制御を行う。すなわち、図３−１に示すように、１４２４．１９２ｎｍのオフ→１４３７．８５４ｎｍのオフ→１４５１．７７９ｎｍのオフ→１４６８．１３２ｎｍのオフ→１４９５．２２４ｎｍのオフとする制御を行う。この結果、図３−２に示すように、時間（０）における最初のネット利得をオーバーシュートすることなく、ラマン増幅器１０をオフすることができる。したがって、ラマン増幅器１０のオフ時にサージが生じないため、ラマン増幅器１０内の他の機器への損傷を防ぐことができる。
【００２７】
同様にして、ラマン増幅器１０をオンする場合には、オフ時と逆に、励起光源３の長い励起波長から順次オンする制御を行えばよい。すなわち、１４９５．２２４ｎｍのオン→１４６８．１３２ｎｍのオン→１４５１．７７９ｎｍのオン→１４３７．８５４ｎｍのオン→１４２４．１９２ｎｍのオンとする制御を行う。この場合も、設定された約９ｄＢのネット利得をオーバーシュートすることなく、ラマン増幅器１０をオンすることができる。このときの励起光パワーとネット利得は、図３−１，図３−２の時間軸を反対に捉えたときに相当する。
【００２８】
ここで、比較例としてラマン増幅器１０をオフする場合に長波長の励起波長からオフした場合のネット利得の変化について説明する。図４−１に示すように、ラマン増幅器１０をオフする場合、励起光源３の長い励起波長から順次オフすると、図４−２に示すように、短波長側のネット利得が設計値である９ｄＢを超え、オーバーシュートする。その最大利得偏差は２．７ｄＢである。このことは、ラマン増幅器１０をオンする場合であって、短波長側の励起波長からオンした場合についても同様である。
【００２９】
このようなオーバーシュートが生じるのは、図５に示すように、一般に励起光−信号光間ラマン増幅の他に、励起光間ラマン増幅や信号光間ラマン増幅が存在するため、ラマン増幅器１０をオフする際、長波長側の励起光からオフすると、これら励起光間ラマン増幅と信号間ラマン増幅とによる短波長から長波長に奪われるパワーが減り、短波長側の利得が設定値より大きくなる可能性があるからである。つまり、短波長側の励起パワーが設計励起パワー程度に大きくて、長波長側の励起パワーがオフ、もしくは設計値に比べて小さいと、短波長側の利得が設計値より大きくなる可能性がある。従って、短波長側の励起パワーが設計値程度に大きくて、長波長側の励起パワーが設計値に比べて小さい状況を避けなければいけいない。そこで、ラマン増幅器１０をオフする場合、長波長側の励起パワーが設計値程度に大きい状態で、短波長側の励起パワーを優先的にオフ、もしくは小さくしていくことがオーバーシュート抑制に有効的である。同様にして、ラマン増幅器１０をオンする場合、長波長側の励起パワーを設計値程度に大きくしてから、短波長の励起パワーを設計値程度に大きくすることがオーバーシュート抑制に有効的である。そこで、この実施の形態１では、ラマン増幅器１０をオフする場合、短波長側からオフするようにし、これによってオーバーシュートが起きないようにしている。また、ラマン増幅器１０をオンする場合、長波長側からオンするようにし、これによってオーバーシュートが起きないようにしている。
【００３０】
なお、上述した実施の形態１では、ラマン増幅器のオフ時に最短の励起波長を最初にオフし、ラマン増幅器のオン時に最長の励起波長を最初にオンするようにしているが、これに限らず、ラマン増幅器のオフ時に短い励起波長を優先的にオフし、ラマン増幅器のオン時に長い励起波長を優先的にオンするようにしてもよい。たとえば、ラマン増幅器１０をオフする場合、短波長側の２つの励起波長を最初にオフするようにしてもよい。これによっても、励起光間ラマン増幅や信号光間ラマン増幅の影響によるサージを受けずに、ラマン増幅器１０をオフし、あるいはオンすることができるからである。
【００３１】
また、上述した実施の形態１では、集中型のラマン増幅器１０について説明したが、これに限らず、図６に示すように分布型のラマン増幅器１１についても同様に適用することができる。この場合、伝送路Ｆ３は、増幅媒体としての機能をも有する。
【００３２】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、各励起波長毎、個別にオン、オフさせるものであったが、この実施の形態２では、各励起波長を徐々に減少あるいは上昇させるようにしている。
【００３３】
図７−１，図８−１，図９−１は、実施の形態１と同じラマン増幅器１０をオフする場合における、最長波長の励起光パワーの時間減少率（時間減少傾き）を、他の励起光パワーの時間減少率に対してそれぞれ０．５，１，２倍に変化させた場合を示し、図７−２，図８−２，図９−２は、それぞれのネット利得変化を示している。図１０は、これらの結果をまとめたものであり、各条件における最大オーバーシュート量を示している。
【００３４】
この結果、ラマン増幅器１０をオフする場合、最長波長の励起光パワーの時間減少率が大きいほど、サージすなわち最大オーバーシュート量が大きくなることがわかる。すなわち、ラマン増幅器１０をオフする場合には、短波長側の励起光パワーを優先的に減少すると最大オーバーシュート量は小さくなる。このような励起光パワーの制御を行うことによって、サージを回避することができる。同様にして、ラマン増幅器１０をオンする場合には、例えば図１１に示すように、長波長側の励起パワーを設計値程度に大きくしてから、短波長の励起パワーを設計値程度に大きくすることによってオーバーシュートを回避することができる。図１１では、関数Ｌ１に示すように、短波長側の励起光パワーが時間に対し直線的に設計値ＳＳに近づいていく場合に、関数ＬＡ，ＬＢに示すように、短波長側の励起光パワーが設計値ＳＳに到達するよりも早く、長波長側の励起光パワーを直線的に設計値ＳＬに近づけ、あるいは関数ＬＣに示すように、長波側の励起光パワーを短波長側より早く増加しはじめ、短波長側の励起光パワーが設計値ＳＳに到達するよりも早く、直線的に設計値ＳＬに近づけ、あるいは関数ＬＤに示すように、長波側の励起光パワーを曲線的に増加させ、短波長側の励起光パワーが設計値ＳＳに到達するよりも早く、設計値ＳＬ付近に近づけるようにしている。これによって、長波長側の励起光パワーが設計値ＳＳに到達するよりも早く、短波長側の励起光パワーが設計値ＳＬに近づき、オーバーシュートを回避することができる。むろん、短波長側の励起光パワーは直線的でなく曲線的に設計値に近づいてもよいし、長波長側の励起光パワーが関数Ｌ１で示す以外の傾向（関数）で設計値ＳＳに近づく場合も同様に適用することができる。この場合も、最初に長波長側の励起光パワーが設計値ＳＬ程度に大きくなり、その後で短波長側の励起光パワーが設計値ＳＳ程度に大きくなるようにすれば、オーバーシュートを回避することができる。なお、図１１では、関数Ｌ１，ＬＡ〜ＬＤとして時間に対する励起パワーの関係を示したが、これに限らず、たとえば励起パワーを離散的に制御するようにしてもよい。
【００３５】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、ラマン増幅器１０をオフさせる場合、最長波長の励起光パワー以外の励起光パワーの時間減少率を同一にしていたが、この実施の形態３では、短波長側の励起光パワーの時間減少率を長波長側の励起光パワーの時間減少率に比して大きくしている。
【００３６】
図１２−１は、実施の形態１と同じラマン増幅器１０をオフする場合における、各励起光パワーの時間減少率を示し、図１２−２は、図１２−１の制御を行った場合におけるネット利得の変化を示している。図１２−１に示すように、ラマン増幅器１０をオフする場合、波長の短い方の励起光パワーの時間減少率を大きくすると、図１２−２に示すように、オーバーシュートがなくなる。すなわち、短波長側の励起光パワーを優先的に減少させることによって、短波長側の励起パワーが設計値程度に大きい状態で、長波長側の励起パワーが設計値よりも小さい状況を回避して、サージを回避することができる。
【００３７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、Ｃ＋Ｌバンドのラマン増幅器であったが、この実施の形態４では、Ｃバンドのラマン増幅器を対象としている。
【００３８】
図１３は、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）のラマン増幅器において、ネットゲインの設計値をシミュレーションにより求めたものである。励起光の数は、３波長であり、低い波長から、１４２４．１９２ｎｍ、１４３７．８５４ｎｍ、１４６５．２６１ｎｍである。増幅媒体は、図１に示した２ｋｍのファイバを用いている。入出力パワーは、それぞれ０ｄＢｍ／ｃｈ、９ｄＢｍ／ｃｈで、チャンネル間隔は５０ＧＨｚである。
【００３９】
図１４−１，図１４−２，図１５−１，図１５−２は、それぞれ図３−１，図３−２，図４−１，図４−２に対応し、図１３に示したＣバンドであっても、ラマン増幅器をオフする場合、最短波長の励起光を最初にオフすることによってオーバーシュートがなくなり、サージを回避することができる。同様にして、ラマン増幅器をオンする場合、最長波長の励起光を最初にオンすることによってオーバーシュートをなくすことができ、サージを回避することができる。
【００４０】
図１６−１，図１６−２，図１７−１，図１７−２，図１８−１，図１８−２は、それぞれ図７−１，図７−２，図８−１，図８−２，図９−１，図９−２に対応している。ただし、実施の形態２では、最長波長の時間減少率を０．５，１，２倍に変化させたが、この実施の形態４では、１，２，６倍に変化させている。これらの結果は、図１９に示すように、実施の形態２と同様に、ラマン増幅器をオフする場合、最長波長の励起光パワーの時間減少率が大きいほど、サージすなわち最大オーバーシュート量が大きくなることがわかる。すなわち、ラマン増幅器１０をオフする場合には、短波長側の励起光パワーを優先的に減少すると最大オーバーシュート量は小さくなる。このような励起光パワーの制御を行うことによって、サージを回避することができる。同様にして、ラマン増幅器１０をオンする場合には、長波長側の励起パワーを設計値程度に大きくしてから、短波長の励起パワーを設計値程度に大きくすることによってオーバーシュートを回避することができる。
【００４１】
また、図２０−１，図２０−２は、それぞれ図１２−１，図１２−２に対応し、実施の形態３と同様に、ラマン増幅器をオフする場合、最長波長の励起光パワーに比べて波長の短い方の励起光パワーの時間減少率を大きくすると、オーバーシュートがなくなる。すなわち、短波長側の励起光パワーを優先的に減少させることによって、短波長側の励起パワーが設計値程度に大きい状態で長波長側の励起パワーが設計値より小さい状況を回避して、サージを回避することができる。
【００４２】
ここで、上述した実施の形態１〜４では、たとえばラマン増幅器をオフする場合、短波長側の励起光から優先的にオフすることが好ましいことを示したが、最大オーバーシュート量と増幅帯域との関係について述べる。図２１は、ラマン増幅器をオフする場合であって、長波長側からオフする場合における増幅帯域と最大オーバーシュート量との関係を示している。図２１に示すように、最大オーバーシュート量、すなわちサージが生じやすいという悪い条件において、増幅帯域が２７ｎｍ以上でサージが発生している。したがって、上述した実施の形態１〜４に示した制御は、増幅帯域が２７ｎｍ以上のラマン増幅器に対して適用することが好ましい。
【００４３】
また、図２２は、ラマン増幅器をオフする場合であって、長波長側からオフする場合における変換効率と最大オーバーシュート量との関係を示している。なお、変換効率は、（（（総出力信号パワー）−（総入力信号パワー））／（総励起光パワー））×１００で定義される。図２２に示すように、最大オーバーシュート量、すなわちサージが生じやすいという悪い条件において、変換効率が７０％までは、最大オーバーシュート量が単調に増加しているが、約７０％を超えたところで減少に転じている。この結果、最大オーバーシュート量を小さくするためには、変換効率を７０％以上とすることが好ましい。
【００４４】
なお、変換効率が７０％を超えたところで、最大オーバーシュート量が小さくなるのは、図２３に示すように、変換効率が７０％を超えたところで、総励起パワーに対する最長波長のパワーの割合が小さくなるためである。
【００４５】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４では、いずれもラマン増幅器をオンあるいはオフさせる場合について述べたが、この実施の形態５では、ラマン増幅器のネット利得を増加させる場合について説明する。なお、ラマン増幅器のネット利得を減少させる場合については時系列的に逆の制御を行えばよい。
【００４６】
図２４−１は、実施の形態１〜３に示したラマン増幅器において、ネット利得を９ｄＢから１１ｄＢに増加する場合の各励起光の増加過程を示している。図２４−１の矢印で示すように、ネット利得を増加させる場合、長波長側の励起光パワーを順次増加させる。この結果、図２４−２に示すように、オーバーシュートなく、ネット利得を１１ｄＢに増加させることができる。これに対し、図２５−１に示すように、短波長側の励行パワーを順次増加させると、図２５−２に示すように、１１ｄＢを超えるオーバーシュートが発生する。なお、この実施の形態５は、実施の形態４に示したＣバンドのラマン増幅器に対しても同様に適用することができる。
【００４７】
この実施の形態５では、ラマン増幅器のオン、オフに限らず、ネット利得の増減を行う場合であっても、上述した実施の形態１〜４を適用することができ、ネット利得の増減時にサージを回避することができる。
【００４８】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態１〜５では、いずれもラマン増幅器単体について説明したが、この実施の形態６では、ラマン増幅器を複数用いた場合、特にカスケード接続した場合について説明する。
【００４９】
図２６は、カスケード接続したラマン増幅器を含む通信システムの概要構成を示す図である。図２６に示すように、送信器Ｔと受信器Ｒとの間に、伝送路Ｆ１１ａ、１１ｂと２つの集中型ラマン増幅器２０ａ，２０ｂがカスケード接続されている。各ラマン増幅器２０ａ，２０ｂは、図１に示したラマン増幅器１０と同じ集中型増幅器であるが、図６で示すような分布型増幅器であってもよい。
【００５０】
図２７−１は、各ラマン増幅器２０ａ，２０ｂの最短波長の励起光のみをオフにした場合の信号出力の変化を示し、図２７−２は、各ラマン増幅器２０ａ，２０ｂの長波長側の３つの励起光をオフにした場合の信号出力の変化を示している。なお、図２７−１，図２７−２のいずれにも設計値である全ての励起波長の励起光をオンにした場合におけるラマン増幅器２０ｂからの信号出力を示している。
【００５１】
図２７−１では、ラマン増幅器２０ａ，２０ｂをカスケード接続しても、ほとんどサージが起きていない。これに対し、図２７−２では、カスケード接続することによってラマン増幅器２３ｂでは、さらに約１ｄＢサージが大きくなり、最大で約４ｄＢのサージが起きている。このように、カスケード接続する場合、サージが蓄積することになるので、カスケード接続の段数が多くなればなるほど、各ラマン増幅器におけるサージ抑制が重要になる。
【００５２】
すなわち、この実施の形態６では、実施の形態１〜５に示した制御を各ラマン増幅器に適用することによって、カスケード接続を行ってサージが蓄積する場合であっても、確実かつ十分なサージ抑制を行うことができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態１〜６では、いずれも後方励起方式のラマン増幅器を用いて説明したが、これに限らず、前方励起方式あるいは双方向励起方式であっても同様に適用することができる。なお、ラマン増幅器のＮＦの劣化を抑えるために、分岐器１は、より下流側においてもよい。また、残留励起光、散乱光等による悪影響を抑えるために、適宜アイソレータを配置してもよい。
【００５４】
ここで、制御器Ｃは、検出器２が検出した信号光のオフまたは一定レベルより小さくなったことを検知し、この結果をもとに上述した制御を行う。すなわち、メンテナンス、トラブルなどによって信号光がオフまたは一定レベルより小さくなったことを検出器２が検出した場合、制御器Ｃは、励起光源３の各励起光をオフまたは一定レベルより小さくする。制御器Ｃは、再び信号光がオンまたは一定レベルより大きくなった場合、サージが起きないように励起光源３の各励起光を設計値に戻す。信号光がオフまたは一定レベルより小さい状態のときに励起光を小さくしないと、励起パワーの長手分布が図２８−１から図２８−２のように大きくなるため、信号光がオンになったときにサージが起きやすくなる。また、図２８−２に示すように、信号光がオフ時に、励起光（ポンプ）間ラマン増幅によって、長波長側の励起パワーが極端に大きくなり、システムに影響を及ぼす可能性がある。これらの励起光のオンまたはオフの際に、上述した実施の形態１〜６を適用してサージを回避することが好ましい。
【００５５】
ここで、ラマン増幅器の変換効率を上げるための指針について述べる。ラマン散乱による信号光と励起光の伝搬方程式は、
【数１】
2005292686.tif 000003
【数２】
2005292686.tif 000004
と表される。ここで、Pはパワーを、下付きのsは信号光を、下付きのpは励起光を、gRはラマン利得係数を、λは波長を、Aeffは有効断面積を、αはファイバのロス係数を示す。また、ηは前方励起の場合はプラスを、後方励起の場合はマイナスをとる。ここで、gR/λsAeffをラマン利得効率GRと定義すると、信号光と励起光の相互作用の大きさはGRPsPpで表される。従って、GRとPs、Ppのそれぞれを大きくすることが変換効率を上げることにつながる。ラマン利得効率GRを上げるには、ファイバのゲルマニウム濃度を上げ、Aeffを小さくすることによって得られる。また、Psを上げるためには、チャンネル当りの信号光パワーを上げるか、チャンネル数を増やすことによって得られる。Ppは要求される利得によって決定される。つまり、高GRを持つラマン増幅用ファイバを用いることと信号パワーが大きい仕様であることが高変換高率なラマン増幅器の設計指針となる。
【００５６】
この指針に従って設計した高変換効率なラマン増幅器のシミュレーション結果について述べる。シミュレーションでは、チャンネル間隔５０ＧＨｚにおいて増幅帯域がＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）とＬバンド（１５６５〜１６００ｎｍ）、Ｃ＋Ｌバンド（１５３０〜１６００ｎｍ）のそれぞれの場合について設計した。チャンネル数はＣバンドで８７チャンネル、Ｌバンドで８４チャンネル、Ｃ＋Ｌバンドで１７１チャンネルである（図２９参照）。ファイバは、１４２５ｎｍ励起のラマン利得効率が６．６／Ｗ／ｋｍ、１１４５０ｎｍのロスが０．７５ｄＢ／ｋｍ、１５５０ｎｍのロスが０．６０ｄＢ／ｋｍの特性を持つものを用いた。図２９に変換効率（ＰＣＥ）のファイバ長依存性のシミュレーション結果を示す。入力信号パワーは０ｄＢｍ／ｃｈでネット利得が９ｄＢになるように励起光を調整した。最大変換効率はＣ＋Ｌバンドで７０％以上、Ｃバンド、Ｌバンドでも６０％以上に達した。図３１は変換効率の入出力依存性を示す。図３２、図３３はＣ＋Ｌバンド０ｄＢｍ／ｃｈ入力、９ｄＢｍ／ｃｈ出力の場合と、−１２ｄＢｍ／ｃｈ入力、３ｄＢ／ｃｈ出力の場合におけるＡＳＥによるＮＦとマルチパス干渉（ＭＰＩ），非線形位相シフト（ＮＬＰＳ）を示す。図３４は、５０ＧＨｚ間隔、０ｄｂｍ／ｃｈ入力、９ｄＢｍ／ｃｈ出力の場合の変換効率の増幅帯域依存性である。励起波長を３から９波長に増やすことにより、増幅帯域を約１ＴＨｚ間隔で増やした。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｃ＋Ｌバンドにおけるネット利得の設計値を示す図である。
【図３−１】この発明の実施の形態１による励起パワーの時間変化を示す図である。
【図３−２】図３−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図４−１】長波長側から励起光をオフした場合における励起パワーの時間変化を示す図である。
【図４−２】図４−２に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図５】励起光間ラマン増幅および信号間ラマン増幅、励起光−信号光間ラマン増幅を説明する図である。
【図６】分布型ラマン増幅器の一例を示す図である。
【図７−１】この発明の実施の形態２に関する励起パワーの時間変化を示す図である。
【図７−２】図７−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図８−１】この発明の実施の形態２に関する励起パワーの時間変化を示す図である。
【図８−２】図８−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図９−１】この発明の実施の形態２に関する励起パワーの時間変化を示す図である。
【図９−２】図９−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による最大オーバーシュート量をまとめた図である。
【図１１】ラマン増幅器をオンにする際の励起光のオン過程を示す図である。
【図１２−１】この発明の実施の形態３による励起パワーの時間変化を示す図である。
【図１２−２】図１２−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１３】Ｃバンドにおけるネット利得の設計値を示す図である。
【図１４−１】この発明の実施の形態４による励起パワーの時間変化を示す図である。
【図１４−２】図１４−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１５−１】長波長側を最初にオフした場合におけるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１５−２】図１５−２に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１６−１】この発明の実施の形態４による他の励起パワーの時間変化を示す図である。
【図１６−２】図１６−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１７−１】この発明の実施の形態４による他の励起パワーの時間変化を示す図である。
【図１７−２】図１７−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１８−１】この発明の実施の形態４による他の励起パワーの時間変化を示す図である。
【図１８−２】図１８−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図１９】図１６−２〜図１８−２までの最大オーバーシュート量をまとめた図である。
【図２０−１】この発明の実施の形態４による他の励起パワーの時間変化を示す図である。
【図２０−２】図２０−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図２１】最大オーバーシュート量の増幅帯域依存性を示す図である。
【図２２】最大オーバーシュート量の変換効率依存性を示す図である。
【図２３】励起パワーの割合の変換効率依存性を示す図である。
【図２４−１】この発明の実施の形態５による励起パワーの時間変化を示す図である。
【図２４−２】図２４−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図２５−１】長波長から励起光パワーを増加した場合における励起パワーの時間変化を示す図である。
【図２５−２】図２５−１に示した制御によるネット利得の時間変化を示す図である。
【図２６】ラマン増幅器のカスケード接続の一例を示す図である。
【図２７−１】カスケード接続時におけるオーバーシュートがない一例を示す図である。
【図２７−２】カスケード接続時におけるオーバーシュートがある一例を示す図である。
【図２８−１】信号光がオンのときの励起光パワーのファイバ長依存性を示す図である。
【図２８−２】信号光がオフのときの励起光パワーのファイバ長依存性を示す図である。
【図２９】シミュレーション条件を示す図である。
【図３０】変換効率のファイバ長依存性を示す図である。
【図３１】変換効率の信号出力依存性を示す図である。
【図３２】ＡＳＥのＮＦおよびＭＰＩの波長依存性を示す図である。
【図３３】ＮＬＰＳの波長依存性を示す図である。
【図３４】変換効率の増幅帯域依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  分岐器
２  検出器
３  励起光源
４  合波器
１０  ラマン増幅器
２０ａ，２０ｂ  集中型ラマン増幅器
Ｃ  制御器
Ｆ１，Ｆ３，Ｆ１１ａ，Ｆ１１ｂ  伝送路
Ｆ２  増幅媒体
Ｓ１，Ｓ２  信号光
Ｔ  送信器
Ｒ  受信器
【図１】
2005292686.tif 000005
【図２】
2005292686.tif 000006
【図３−１】
2005292686.tif 000007
【図３−２】
2005292686.tif 000008
【図４−１】
2005292686.tif 000009
【図４−２】
2005292686.tif 000010
【図５】
2005292686.tif 000011
【図６】
2005292686.tif 000012
【図７−１】
2005292686.tif 000013
【図７−２】
2005292686.tif 000014
【図８−１】
2005292686.tif 000015
【図８−２】
2005292686.tif 000016
【図９−１】
2005292686.tif 000017
【図９−２】
2005292686.tif 000018
【図１０】
2005292686.tif 000019
【図１１】
2005292686.tif 000020
【図１２−１】
2005292686.tif 000021
【図１２−２】
2005292686.tif 000022
【図１３】
2005292686.tif 000023
【図１４−１】
2005292686.tif 000024
【図１４−２】
2005292686.tif 000025
【図１５−１】
2005292686.tif 000026
【図１５−２】
2005292686.tif 000027
【図１６−１】
2005292686.tif 000028
【図１６−２】
2005292686.tif 000029
【図１７−１】
2005292686.tif 000030
【図１７−２】
2005292686.tif 000031
【図１８−１】
2005292686.tif 000032
【図１８−２】
2005292686.tif 000033
【図１９】
2005292686.tif 000034
【図２０−１】
2005292686.tif 000035
【図２０−２】
2005292686.tif 000036
【図２１】
2005292686.tif 000037
【図２２】
2005292686.tif 000038
【図２３】
2005292686.tif 000039
【図２４−１】
2005292686.tif 000040
【図２４−２】
2005292686.tif 000041
【図２５−１】
2005292686.tif 000042
【図２５−２】
2005292686.tif 000043
【図２６】
2005292686.tif 000044
【図２７−１】
2005292686.tif 000045
【図２７−２】
2005292686.tif 000046
【図２８−１】
2005292686.tif 000047
【図２８−２】
2005292686.tif 000048
【図２９】
2005292686.tif 000049
【図３０】
2005292686.tif 000050
【図３１】
2005292686.tif 000051
【図３２】
2005292686.tif 000052
【図３３】
2005292686.tif 000053
【図３４】
2005292686.tif 000054