(57)【要約】【課題】  遠隔通信を行う光ファイバ通信システムにおいて、光信号の伝送距離の長距離化を図る光ファイバ通信システムおよび光信号増幅装置を提供することを課題とするものである。【解決手段】  光信号Ｓを伝送する光ファイバ５０の両端に設置される端局Ａ,Ｂの少なくとも一方に設けられ、一次励起光Ｒ1を出力する一次励起光源３１と、一次励起光Ｒ1および光信号Ｓが重畳して入力するとこの光信号Ｓが増幅されるＥＤＦ増幅器４０と、光ファイバ５０ｂを一次励起光Ｒ1に重畳して伝送するとこの一次励起光Ｒ1を増幅させる二次ラマン励起光Ｒ2を出力する二次ラマン光源３２と、を備える光ファイバ通信システム１であることを特徴とする。【選択図】      図１
2005101516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する光ファイバの両端に設置される二つの端局間で通信を行う光ファイバ通信システムであって、
前記二つの端局の少なくとも一方に設けられ、一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力手段と、
前記光ファイバの途中に介設され、前記一次励起光および前記光信号が重畳して入力すると前記光信号を増幅させる一または二以上の増幅手段と、
前記一次励起光出力手段とともに前記端局に配置され、前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を出力する二次励起光出力手段と、を備えることを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
前記光信号は、波長の異なる複数の信号が多重化して所定の帯域幅を有し、
前記一次励起光は、波長の異なる複数の第一単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、
前記二次励起光は、波長の異なる複数の第二単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、
前記複数の第一単波長成分の増幅有効帯域が前記光信号の帯域を網羅し、前記複数の第二単波長成分の増幅有効帯域が前記一次励起光の帯域を網羅していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項３】
前記二次励起光出力手段とともに前記端局に配置され、前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を出力する三次励起光出力手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項４】
前記三次励起光は、波長の異なる複数の第三単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、
前記複数の第三単波長成分の増幅有効帯域が前記二次励起光の帯域を網羅していることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項５】
帯域幅を有する前記一次励起光、前記二次励起光または前記三次励起光のうちいずれかは、それぞれを構成する前記複数の第一単波長成分、前記複数の第二単波長成分または前記複数の第三波長成分において、低波長成分側のパワーが高波長成分側のパワーよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか1項に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項６】
前記二つの端局の少なくとも一方から直近の前記増幅手段までを結ぶ前記光ファイバにおける前記端局から一定区間のコア径が、他の部分より太くなっていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項７】
前記増幅手段は、エルビウムがドープされた光ファイバであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項８】
二つの端局を連結する光ファイバの途中に介設される増幅手段へ、一次励起光を伝送させることにより光信号を増幅させる励起用光源装置であって、
前記一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力手段と、
前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を出力する二次励起光出力手段と、を備えることを特徴とする励起用光源装置。
【請求項９】
前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を出力する三次励起光出力手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の励起用光源装置。
【請求項１０】
二つの端局を連結する光ファイバの途中に介設される増幅手段へ、一次励起光を伝送させることにより光信号を増幅させて受信する光通信方法であって、
前記一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力ステップと、
前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を前記光ファイバに出力する二次励起光出力ステップと、
増幅された前記光信号を受信する光信号受信ステップと、を含むことを特徴とする光通信方法。
【請求項１１】
前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を前記光ファイバに出力する三次励起光出力ステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔通信を行う光ファイバ通信システムに関し、特に、光信号を増幅させる遠隔励起光増幅システムを備えた光ファイバ通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
相互に離間した送信部から受信部に光信号を長距離無中継伝送するにあたり、光−電気変換素子によらずに減衰した光信号を増幅させる光ファイバ通信システムとして、従来より、以下に示す遠隔励起光増幅システムが知られている。図９は、従来の遠隔励起光増幅システムの基本構成を示すブロック図である。
【０００３】
遠隔励起光増幅システム８は、光信号Ｓを送信する送信部１１０と、この光信号Ｓを受信する受信部１２０と、光信号Ｓの伝送路である光ファイバ１５０と、光ファイバ１５０の途中経路に介在し通過する光信号Ｓのパワーを増幅させるＥＤＦ増幅器１４０とから構成される。
【０００４】
送信部１１０の内部には、光信号Ｓの光源となる送信器（ＯＳ：Optical Sender）１１２と、この送信器１１２の発光を増幅して光信号Ｓとするアンプ１１１が配置されている。
受信部１２０の内部には、光信号Ｓをカプラ１２１を通過して受信する受信器（ＯＲ：Optical Receiver）１２３と、励起光Ｒを出力する励起光源１３１と、出力された励起光Ｒを光ファイバ１５０のＥＤＦ増幅器１４０方向へ伝送させるカプラ１２１とが配置されている。
【０００５】
ＥＤＦ増幅器１４０は、エルビウムがドープされた数１０〜１００ｍの長さの石英系ファイバによって構成されている。そして、このＥＤＦ増幅器１４０に、励起光Ｒが入力すると、ＥＤＦ増幅器１４０を通過する光信号Ｓのパワーが増幅される作用が得られる。この増幅作用により、伝送損失によりパワーを減衰させてきた光信号Ｓのパワーは大きく回復する効果が得られる。
【０００６】
以上述べた遠隔励起光増幅システム８の構成より、光ファイバ１５０を伝送する光信号Ｓが伝送損失しても、途中経路に介設したＥＤＦ増幅器１４０で光信号Ｓのパワーを増幅させることによって、離間した端局間の長距離光通信が可能となる。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２７１４６１１号明細書（第５−９頁、図９等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、以上述べた光信号Ｓの伝送途中に介設したＥＤＦ増幅器１４０に励起光Ｒを入力して光信号Ｓのパワーを増幅させる方法は、以下に述べるような問題があった。すなわち、さらに距離が離れている端局間で長距離光通信を行うことを想定した場合、励起光源１３１から出力される励起光Ｒの出力を向上させなければならないことである。要するに、励起光Ｒも伝送損失することを考慮すれば、光信号Ｓが所望の増幅利得を得るのに必要な励起光Ｒのパワーが、ＥＤＦ増幅器１４０に入力する時点において確保されている必要があるためである。
【０００８】
一方、励起光源１３１における励起光Ｒの出力パワーを向上させると別の問題が発生する。この問題とは、光ファイバ１５０を伝送する励起光Ｒのパワーが所定の閾値を超えると光信号Ｓの伝送帯域にレーザ発振が起こり、光信号Ｓの利得向上が望めなくなることである。このため、このレーザ発振を回避するために励起光源１３１が出力可能な励起光Ｒのパワーには上限があり、この上限により光信号Ｓの伝送可能な距離も制限されることになる。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、光信号Ｓの伝送距離の長距離化を図る光ファイバ通信システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、
請求項１に記載の光ファイバ通信システムは、光信号を伝送する光ファイバの両端に設置される二つの端局間で通信を行う光ファイバ通信システムであって、前記二つの端局の少なくとも一方に設けられ、一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力手段と、前記光ファイバの途中に介設され、前記一次励起光および前記光信号が重畳して入力すると前記光信号が増幅される一または二以上の増幅手段と、前記一次励起光出力手段とともに前記端局に配置され、前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を出力する二次励起光出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、一次励起光出力手段と二次励起光出力手段とは、二つの端局のうちいずれか一方もしくは両方に配置されることとなる。そして、一次励起光出力手段から出力された一次励起光は、光ファイバを伝送して増幅手段に入力される。そしてこの増幅手段を通過する光信号のパワーは、第一励起光を利用して増幅される。
【００１２】
一方、二次励起光出力手段から出力された二次励起光も、前記した一次励起光と共に同一の光ファイバに伝送される。このとき、伝送距離が長距離であることで、一次励起光が伝送損失によりパワーロスしても、二次励起光からエネルギを吸収して増幅され、このパワーロスが補填される。かかる二次励起光による一次励起光の増幅効果により、一次励起光出力手段の出力を増加させずに、増幅手段の増幅利得を確保するのに必要な一次励起光の入力パワーを確保することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光信号は、波長の異なる複数の信号が多重化して所定の帯域幅を有し、前記一次励起光は、波長の異なる複数の第一単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、前記二次励起光は、波長の異なる複数の第二単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、前記複数の第一単波長成分の増幅有効帯域が前記光信号の帯域を網羅し、前記複数の第二単波長成分の増幅有効帯域が前記一次励起光の帯域を網羅していることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、一次励起光が複数の第一単波長成分から構成されることにより、増幅手段において光信号を増幅させることができる増幅有効帯域幅が広がる。これにより、光信号をさらに広帯域化させることが可能になる。さらに、これら複数の第一単波長成分は、二次励起光の増幅有効帯域に含まれるので、光ファイバを伝送する過程において、二次励起光から光パワーの供与を受けラマン増幅される。そして、増幅された一次励起光は、受容した光パワーを用いて広帯域化した光信号をさらに増幅させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項1または請求項２に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記二次励起光出力手段とともに前記端局に配置され、前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を出力する三次励起光出力手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、三次励起光出力手段から出力された三次励起光は、前記した二次励起光と共に光ファイバで伝送される。このとき、伝送距離が長距離であることで、二次励起光に伝送損失が生じても、三次励起光のエネルギを吸収することにより、この伝送損失が補填されることとなる。このように、二次励起光のパワーロスが抑制されるので、二次励起光による一次励起光の増幅効果が低減しない。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記三次励起光は、波長の異なる複数の第三単波長成分が多重化して所定の帯域幅を有し、前記複数の第三単波長成分の増幅有効帯域が前記二次励起光の帯域を網羅していることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、二次励起光を構成する複数の第二単波長成分は、三次励起光の増幅有効帯域に含まれるので、光ファイバを伝送する過程において、この三次励起光から光パワーの供与を受けラマン増幅される。そして、増幅された二次励起光は、受容した光パワーを用いて帯域幅を有する一次励起光を増幅させることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか1項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、帯域幅を有する前記一次励起光、前記二次励起光または前記三次励起光のうちいずれかは、それぞれを構成する前記複数の第一単波長成分、前記複数の第二単波長成分または前記複数の第三波長成分において、低波長成分側のパワーが高波長成分側のパワーよりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、一次励起光を例にとると、光ファイバを伝送する過程において、複数の第一単波長成分のうち低波長成分の光パワーが高波長成分に供与されて、この高波長成分がラマン増幅される。これにより、光ファイバを伝送する過程において、一次励起光の複数の第一波長成分は、その光パワーが均等化されることとなる。そして、二次励起光を構成する第二単波長成分、および、三次励起光を構成する第三単波長成分に関しても同様の作用が得られる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記二つの端局の少なくとも一方から直近の前記増幅手段までを結ぶ前記光ファイバにおける前記端局から一定区間のコア径が、他の部分より太くなっていることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、一次励起光出力手段から光ファイバに出力された直後の、高パワーな一次励起光における非線形効果を抑制できることとなる。また、送信器から光ファイバに出力された直後の高パワーな光信号における非線形効果も抑制できる。これにより、良好な通信品質を確保することができる。
【００２３】
請求項７に記載の光ファイバ通信システムは、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記増幅手段は、エルビウムがドープされた光ファイバであることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、増幅手段は、希土類元素の一つであるエルビウム（Ｅｒ）がコアにドープされた光ファイバで構成されることとなる。これにより、Ｅｒ3+イオンに波長９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの一次励起光が吸収されると、電子が高いエネルギ準位に励起される。そして、この励起状態にあるＥｒ3+イオンに波長１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）および１５９０帯（Ｌバンド）の光信号を入射させると誘導放出が生じ光信号のパワーが増幅されることとなる。
【００２５】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記二次励起光は、二次ラマン励起光であることが好ましい。
【００２６】
かかる構成によれば、二次励起光は、波長帯が約１３８０ｎｍを有する二次ラマン励起光で構成されることとなる。これにより、一次励起光が例えば、波長１４８０ｎｍを有する光であれば、光ファイバ中を二次ラマン励起光と重畳して伝送されることで、この一次励起光がラマン増幅されて増幅手段に入力されることとなる。
【００２７】
請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記三次励起光は、三次ラマン励起光であることが好ましい。
【００２８】
かかる構成によれば、三次励起光は、波長帯が約１２８０ｎｍを有する三次ラマン励起光で構成されることとなる。これにより、この三次ラマン励起光と波長が約１３８０ｎｍの二次励起光とが、光ファイバ中を重畳して伝送されると、この二次励起光はラマン増幅される。
【００２９】
請求項８に記載の励起用光源装置は、二つの端局を連結する光ファイバの途中に介設される増幅手段へ、一次励起光を伝送させることにより光信号を増幅させる励起用光源装置であって、前記一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力手段と、前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を出力する二次励起光出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
かかる構成によれば、一次励起光出力手段から出力された一次励起光と、二次励起光出力手段から出力された二次励起光とは、重畳して光ファイバに伝送される。この光信号を増幅手段において増幅させる一次励起光は、長距離伝送されることで伝達損失によりパワーロスするが、二次励起光により増幅されてパワーが回復する。これにより、一次励起光出力手段の出力を増加させることなく、増幅手段に入力する時点における一次励起光に要求されるパワーを確保できる。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の励起用光源装置において、前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を出力する三次励起光出力手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
かかる構成によれば、三次励起光出力手段から出力された三次励起光も、前記した一次励起光、二次励起光に重畳して同一の光ファイバを伝送させる。このとき、伝送距離が長距離であることで、伝送損失により二次励起光がパワーロスしても、三次励起光からエネルギを吸収して増幅されるので、このパワーが回復されることとなる。このように、二次励起光のパワーロスが抑制されるので、二次励起光による一次励起光の増幅効果が低減しない。
【００３３】
請求項１０に記載の光通信方法は、二つの端局を連結する光ファイバの途中に介設される増幅手段へ、一次励起光を伝送させることにより光信号を増幅させて受信する光通信方法であって、前記一次励起光を前記光ファイバに出力する一次励起光出力ステップと、前記一次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記一次励起光を増幅させる二次励起光を出力する二次励起光出力ステップと、増幅された前記光信号を受信する光信号受信ステップと、を含むことを特徴とする。
【００３４】
かかる方法によれば、一次励起光出力ステップで出力された一次励起光は、増幅手段に入力され、光信号を増幅させる。そして、二次励起光出力ステップで出力された二次励起光は、一次励起光に重畳して光ファイバを伝送し、この一次励起光を増幅させる。このため、一次励起光は、光ファイバの伝送途中で伝送損失しても、二次励起光の増幅作用により、パワーロスを抑えることができる。よって、一次励起光は、長距離伝送されても動作に必要なパワーを増幅手段に供給することができる。これにより、長距離通信において受信する光信号を受信するにあたり、光ファイバに出力させる時点における一次励起光のパワーを増大させる必要がない。
【００３５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光通信方法において、前記二次励起光に重畳して前記光ファイバを伝送すると前記二次励起光を増幅させる三次励起光を出力する三次励起光出力ステップを含むことを特徴とする。
【００３６】
かかる方法によれば、二次励起光が長距離伝送により伝送損失しても、三次励起光の増幅作用によりこのパワーロスが抑制される。これにより、光信号を長距離伝送させる場合も、増幅手段を適正に動作させる一次励起光のパワーレベルを確保することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明にかかる遠隔励起光増幅システム、励起用光源装置および光通信方法により以下に示す優れた効果を奏する。
すなわち、二次励起光により一次励起光をラマン増幅させることにより、一次励起光の伝送損失によるパワーロスを抑制し、もって光ファイバ通信システムの伝送距離の長距離化が図れる。さらに三次励起光の作用により、二次励起光の伝送損失によるパワーロスが抑制され、さらなる伝送距離の長距離化が図れる。
さらに、光ファイバ通信システムにおいて、一次励起光、二次励起光、三次励起光が多重化して帯域幅を有すれば、長距離伝送の広帯域化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（第1実施形態）
以下本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１を参照して本発明における実施の形態について説明する。図１は本実施形態における光ファイバ通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【００３９】
光ファイバ通信システム１は、離間した二地点に存在する端局Ａおよび端局Ｂが、光信号Ｓの伝送方向のそれぞれ異なる二本の光ファイバ５０、５０の両端に接続されて構成されている。そして、端局Ａには、ＷＤＭ送信部１０ａとＷＤＭ受信部２０ａとが、端局ＢにはＷＤＭ受信部２０ｂとＷＤＭ送信部１０ｂとが配置されている。そして、いずれか一方の光ファイバ５０にＷＤＭ送信部１０ａとＷＤＭ受信部２０ｂとが接続され、他方の光ファイバ５０にＷＤＭ受信部２０ａとＷＤＭ送信部１０ｂとが接続されて、端局Ａおよび端局Ｂ間で相互に双方向通信が可能となっている。ここで、それぞれＷＤＭ送信部１０ａおよびＷＤＭ送信部１０ｂ、ならびにＷＤＭ受信部２０ａおよびＷＤＭ受信部２０ｂは互いに同一の構造および相互作用を有している。よって以下、ＷＤＭ送信部１０ａとＷＤＭ受信部２０ｂとの構成・作用を中心に説明を行い、ＷＤＭ受信部２０ａとＷＤＭ送信部１０ｂについては省略する。
【００４０】
ＷＤＭ送信部１０ａは、アンプ１１、波長多重部１２、送信器（ＯＳ）１３、１３…から構成される。
アンプ１１は、波長多重部１２が出力した多重信号λを増幅させた光信号Ｓを光ファイバ５０に送出するものである。
【００４１】
波長多重部１２は、送信器１３、１３…から出力された、それぞれ波長の異なる信号λ1、λ2…λnを入力し多重化して一つの多重信号λ（λ1、λ2…λn）を出力するものである。波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）は、一本の光ファイバに異なる波長の信号光を伝送させてチャネルを多重化することで通信の大容量化を図る技術である。
【００４２】
送信器１３、１３…から出力される、それぞれ波長の異なる信号λ1、λ2…とは、波長１５５０ｎｍ前後の帯域で、波長をずらした信号である。よってこれらの信号λ1、λ2…が多重され増幅されてなる光信号Ｓも波長１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）で構成される。
【００４３】
光ファイバ５０には、後記するＥＤＦ増幅器（増幅手段）４０が、その途中経路に介設されている。そして、このＥＤＦ増幅器４０からＷＤＭ受信部２０までの光ファイバ５０ｂは、ＷＤＭ送信部１０までの光ファイバ５０ａに比較して光信号Ｓが伝送されるコア径が拡大されている。このコア径が拡大した光ファイバ５０ｂにより、高パワー光が端局より光ファイバ５０に入力した際、非線形効果の発生を抑制する作用が得られる。高パワーのレーザである後記する励起光Ｒが伝送する光ファイバとして、コアを拡大させた光ファイバ５０ｂを適用することは、光信号Ｓの伝送の長距離化に寄与することとなる。
【００４４】
ところで、コアを拡大させた光ファイバ５０ｂは、高パワー光が発出される端局Ｂの直後において効果が最大に発揮される。このため、光ファイバ５０ｂは、この端局Ｂから一定区間の長さで適用される。
【００４５】
ＥＤＦ増幅器（増幅手段）４０は、光ファイバ５０の途中経路に設置され、希土類元素の一つであるエルビウム（Ｅｒ）がドープされた数１０〜１００ｍの長さの石英系ファイバによって構成されている。この石英系ファイバにドープされたＥｒ3+イオンに、後記する一次励起光源３１が出力する１４８０ｎｍの一次励起光Ｒ1が入力されると、電子が高いエネルギ準位に励起される。そして、この励起状態にあるＥｒ3+イオンに波長１５５０ｎｍ帯（Ｃバンド）の光信号Ｓが入射すると誘導放出が生じて光信号Ｓのパワーが大きく増幅されることとなる。
【００４６】
ＷＤＭ受信部２０は、カプラ２１、波長分割部２２、受信器（ＯＲ）２３、２３…、励起用光源部３０（励起用光源装置）を有する。この励起用光源部３０は、一次励起光源（一次励起光出力手段）３１、二次ラマン光源（二次励起光出力手段）３２および三次ラマン光源（三次励起光出力手段）３３を有する。
【００４７】
カプラ２１は、励起用光源部３０から出力される一次励起光Ｒ1、二次ラマン励起光Ｒ2および三次ラマン励起光Ｒ3を入力して、光ファイバ５０ｂへ出力し、ＥＤＦ増幅器４０の方向に伝送させるものである。一方、カプラ２１は光ファイバ５０から伝送する光信号Ｓを入力し、波長分割部２２に出力する作用も有する。
【００４８】
波長分割部２２は、光信号Ｓを入力し、元の信号λ1、λ2…に分割して、それぞれに対応する受信器（ＯＲ）２３、２３…に出力するものである。
受信器２３、２３…は、入力した信号λ1、λ2…を電気信号に変換して受信するものである。
【００４９】
一次励起光源（一次励起光出力手段）３１は、波長１４８０±３０ｎｍの一次励起光Ｒ1を出力するものである。そしてこの一次励起光Ｒ1は、光ファイバ５０ｂを伝送後、ＥＤＦ増幅器４０において、通過する光信号Ｓを大きく増幅させる作用を有する。なお、この増幅作用は、ＥＤＦ増幅器４０に入力する一次励起光Ｒ1のパワーが大きいほど増強される。しかし、励起用光源部３０から出力した一次励起光Ｒ1のパワーが、所定の閾値以上であると、伝送する光ファイバ５０の内部において、ラマン増幅およびレイリー散乱光の相乗効果に基づく発振が発生し、光信号Ｓの品質が低下してしまう。このため、一次励起光源３１から出力される一次励起光Ｒ1のパワーは、この発振が発生するレベル以下である必要がある。
【００５０】
二次ラマン光源（二次励起光出力手段）３２は、波長約１３８０±３０ｎｍの二次ラマン励起光Ｒ2を出力するものである。そして、この二次ラマン励起光Ｒ2は、光ファイバ５０ｂの伝送過程で一次励起光Ｒ1をラマン増幅させる作用を有する。なお、二次ラマン光源３２においても、出力される二次ラマン励起光Ｒ2の発振を回避するために、パワーレベルの許容範囲に上限があることは前記した一次励起光Ｒ1の場合と同じである。
【００５１】
三次ラマン光源（三次励起光出力手段）３３は、波長約１２８０±３０ｎｍを出力するものである。そして、この三次ラマン励起光Ｒ3は、光ファイバ５０ｂの伝送過程で二次ラマン励起光Ｒ2をラマン増幅させる作用を有する。
そして、一次励起光Ｒ1、二次ラマン励起光Ｒ2および三次ラマン励起光Ｒ3は、相互に重畳して励起光Ｒをなし、カプラ２１を経由して、ＥＤＦ増幅器４０の方向に光ファイバ５０ｂを伝送する。
【００５２】
次に、図１および図６を参照して、励起用光源部３０の効果について説明する。図６は、４００ｋｍ程度の光ファイバに一次励起光Ｒ1を伝送させたときのパワーのプロファイルを示す概略図である。
曲線（ａ）は、二次ラマン励起光Ｒ2のサポートがない場合における一次励起光Ｒ1のパワー減衰曲線である。そして曲線（ｂ）は、二次ラマン励起光Ｒ2のサポートがある場合における一次励起光Ｒ1のパワー減衰曲線である。図６の横軸は、図１におけるカプラ２１の位置を原点にとり、矢印先端は、ＥＤＦ増幅器４０方向とする。縦軸は、一次励起光Ｒ1のパワーの相対値を示している。また図６中、示された破線yLは、この破線で示される境界を一次励起光Ｒ1のパワーが超えると、光ファイバ５０内で発振が発生する領域を示している。
【００５３】
ここで、曲線（ａ）の場合を検討すると、ＥＤＦ増幅器４０が適正な動作をするに必要な一次励起光Ｒ1の入力パワーｙIとする。一次励起光源３１が出力するパワーを、発振を回避できる上限であるｙLに設定した場合、ＥＤＦ増幅器４０を設置できる最大距離はｘaである。一方、曲線（ｂ）の場合にあっては、極大値がｙLを超えないように一次励起光源３１が出力するパワーを決定すればよいので、ＥＤＦ増幅器４０を設置できる最大距離はｘbまで拡張する。
【００５４】
すなわち、二次ラマン励起光Ｒ2のサポートにより、一次励起光源３１の出力パワーを低減させる効果と、通信を長距離化させる効果とが同時に達成されることになる。ここで、（ｂ）曲線が極大値を有する理由としては、極大値をとる以前においては、伝送損失による減衰よりラマン増幅効果が上回っており、極大値以降においては、逆転するためである。
【００５５】
次に、図１を参照して光ファイバ通信システム１における光信号Ｓの受信動作について説明する。なお、以下、端局Ａから端局Ｂへの通信動作について説明を行うが、端局Ｂから端局Ａへの通信については、同一につき説明を省略する。
【００５６】
まず、ＷＤＭ送信部１０ａから多重信号λ（λ1、λ2…）が増幅された光信号Ｓが発信する。光信号Ｓは、伝送損失によりパワーを減衰させながら光ファイバ５０ａを伝送してＥＤＦ増幅器４０に到達する。一方、励起用光源部３０から、光ファイバ５０ｂを経由して一次励起光Ｒ1がＥＤＦ増幅器４０に入力する。この入力した一次励起光Ｒ1は、長距離伝送後であっても二次ラマン励起光Ｒ2と三次ラマン励起光Ｒ3との作用によりラマン増幅されているので、伝送損失によるパワーロスが少ない。従って、ＥＤＦ増幅器４０を通過する光信号Ｓは、十分な増幅利得を得てＷＤＭ受信部２０に伝送される。波長分割部２２が光信号Ｓを入力すると、元の信号λ1、λ2…に分割され、各々が受信器２３、２３…により受信されることとなる。
【００５７】
このように、一次励起光Ｒ1をラマン増幅させる二次ラマン光源３２を有する励起用光源部３０を光ファイバ通信システム１に備えることにより、パワーロスを抑えてＥＤＦ増幅器４０に一次励起光Ｒ1を到達させることを可能にした。このため、一次励起光源３１の出力パワーを上げることなく、すなわち発振現象を抑制して光信号Ｓは大きな増幅利得を得ることができる。さらに、三次ラマン光源３３が存在すれば、二次ラマン励起光Ｒ2の減衰も抑制できるので、さらに大きな光信号Ｓの増幅効果が得られる。
【００５８】
以上のように本実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図１に示した光ファイバ通信システム１では、励起用光源部３０はＷＤＭ受信部２０側に備わっていたが、図２に示すように、励起用光源部３０がＷＤＭ送信部１０側に備わっていてもよい。この、ＷＤＭ送信部１０側に励起用光源部３０が設置されている場合の光ファイバ５０は、ＷＤＭ送信部１０側に接続されている光ファイバ５０ａ´の方が太径であるほうがよい。
【００５９】
また、図３に示すように励起用光源部３０がＷＤＭ送信部１０、ＷＤＭ受信部２０の双方に備わっていてもよい。この場合、ＥＤＦ増幅器４０はＷＤＭ送信部１０及びＷＤＭ受信部２０側に備わった励起用光源部３０によって双方向で励起されることになる。そして、図４に示すように、励起用光源部３０を光ファイバ５０の経路に複数（図では二個）設けてもよい。このように励起用光源部３０を複数個設置することにより、光信号Ｓは、ＷＤＭ送信部１０側に設置されたＥＤＦ増幅器４０により増幅され、次にＷＤＭ受信部２０側に設置されたＥＤＦ増幅器４０により更に増幅されることとなる。また、これまでの説明は、二つの端局間で構成される光ファイバ通信システムに関するものであったが、このような光ファイバ通信システムが組み合わさり、特に図示しないが、複数の端局からなるネットワークを形成してもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図５（Ａ）は、本実施形態における光ファイバ通信システムの基本構成を示すブロック図である。なお、図５（Ａ）に示す、光ファイバ通信システム２´は、図２に示される光ファイバ通信システム２の構成と同一であり、後記するように、励起用光源部３０´および送信器（ＯＳ）１３´…から出力される励起光Ｗ（Ｗ1，Ｗ2）および光信号Ｔの多重信号Λ（Λ1、Λ2…Λm）が相異するものである。
【００６１】
図５（Ｂ１）は、比較例として示すグラフであって、第１実施形態（図２）に示されるＷＤＭ送信部１０から送信される励起光Ｒ（Ｒ1，Ｒ2）および光信号Ｓの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。
図５（Ｂ２）は、第２実施形態におけるＷＤＭ送信部１０´から送信された励起光Ｗ（Ｗ1，Ｗ2）および光信号Ｔの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。
図５（Ｂ３）は、第２実施形態における、光ファイバ５０またはＥＤＦ増幅器４０を伝送した励起光Ｗ（Ｗ1，Ｗ2）および光信号Ｔの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。
【００６２】
なお、図５および以下の説明において、三次ラマン励起光Ｒ3（図２参照）に対応する励起光は、説明を簡単にするために、記載を省略して行う。また、図５（Ａ）の光ファイバ通信システム２´の構成要素において、すでに説明したものと同じ構成要素に関しては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６３】
図５（Ａ）に示される送信器（ＯＳ）１３´…は、波長１５５０ｎｍ前後の帯域（Ｃバンド）で、それぞれ波長をずらして構成される信号Λ1、Λ2…を出力するものである。そして、これらの信号Λ1、Λ2…は、波長多重部１２において多重化されて多重化信号Λとなり、さらにアンプ１１で増幅されて光信号Ｔをなす。なお、光信号Ｔを構成する信号Λ1、Λ2…の波長の帯域幅は、図５で示すように、光信号Ｓ（図２参照）よりも広帯域であることとする。
【００６４】
励起用光源部３０´は、光信号Ｔに重畳して光ファイバ５０を伝送するとこの光信号Ｔのパワーをラマン増幅させたり、ＥＤＦ増幅器４０を伝送してさらに光信号Ｔのパワーを増幅させたりする、複数の単波長成分（第一単波長成分）が多重化して所定の帯域幅を有する一次励起光Ｗ1を出力するものである。
ここで、一次励起光Ｗ1は、１５５０ｎｍ帯域の光を増幅させる１４８０ｎｍ帯域の単波長成分のうち複数成分（図５では３成分、Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）が多重化してなる。ここで、これらのうちいずれの第一単波長成分（Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）が、光信号Ｔを増幅させることが可能な帯域の幅、すなわち増幅有効帯域の幅は約３０ｎｍである。
【００６５】
なお、これら第一単波長成分（Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）の波長間隔は、隣接する単波長成分においてそれぞれの増幅有効帯域の両端が接するように、設定されることが望ましい。そして、図５（Ｂ２）に示される場合を例にとれば、単波長成分（Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）の波長間隔が、１４８０ｎｍ帯域内で、波長間隔が３０ｎｍとなるように設定されれば、光信号Ｔは、９０ｎｍの広帯域幅で増幅され得ることになる。
【００６６】
さらに、励起用光源部３０´は、一次励起光Ｗ1に重畳して光ファイバ５０を伝送するとこの一次励起光Ｗ1のパワーをラマン増幅させる、複数の単波長成分（第二単波長成分）が多重化してなる二次ラマン励起光Ｗ2を出力するものである。
ここで、二次ラマン励起光Ｗ2は、１４８０ｎｍ帯域の光を増幅させる１３８０ｎｍ帯域の単波長成分のうち複数成分（図５では３成分、Ｗ2a，Ｗ2b，Ｗ2c）が多重化してなる。なお、これら第二単波長成分（Ｗ2a，Ｗ2b，Ｗ2c）の波長間隔は、その増幅有効帯域が一次励起光Ｗ1を構成する第一単波長成分（Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）を全て含む帯域が網羅されるように設定されることが望ましい。
【００６７】
また、ここで一次励起光Ｗ1および二次ラマン励起光Ｗ2を構成する第一単波長成分（Ｗ1a，Ｗ1b，Ｗ1c）および第二単波長成分（Ｗ2a，Ｗ2b，Ｗ2c）は、低波長成分側にいく程、光パワーが大きくなるように設定されている。これは、同じ帯域内の単波長成分同士のラマン増幅作用により、低波長成分側の単波長成分Ｗ1a（Ｗ2a）が自らのパワーを高波長成分側の単波長成分Ｗ1c（Ｗ2c）に供与してラマン増幅させる作用に配慮したものである。
【００６８】
次に、第２実施形態における動作説明を行う。
図５（Ａ）に示すＷＤＭ送信部１０´から送信された直後（Ｌ＝Ｌ0の位置）励起光Ｗ（Ｗ1，Ｗ2）および光信号Ｔの波長に対する光パワーは、図５（Ｂ２）のように示される。そして、図５（Ｂ３）に示すように、光ファイバ５０の伝送過程におけるラマン増幅作用により、光信号Ｔ´は、一次励起光Ｗ´1により増幅され、この一次励起光Ｗ´1は二次ラマン励起光Ｗ´2から光パワーを受容しつつ自らの光パワーを光信号Ｔ´に供与する。そして、同じ帯域内の第一単波長成分（Ｗ´1a，Ｗ´1b，Ｗ´1c）および第二単波長成分（Ｗ´2a，Ｗ´2b，Ｗ´2c）に着目すると、伝送過程におけるラマン増幅作用により、それぞれの光パワーが均等化される効果を得る。
【００６９】
ところで、以上の説明において、三次ラマン励起光Ｒ3（図２参照）に対応する励起光を省略したが、励起用光源部３０´は、二次励起光Ｗ2に重畳して光ファイバ５０を伝送するとこの二次励起光Ｗ2のパワーをラマン増幅させる、複数の単波長成分（第三単波長成分）が多重化してなる三次ラマン励起光（図示せず）も出力することができることとする。
また、図５（Ｂ３）に示される光信号Ｔ´の光パワーは、図５（Ｂ２）に示される光信号Ｔの光パワーより大きく示されているが、これは、光ファイバ５０における伝送損失を見込まずに励起光Ｗの増幅作用が寄与した分を加算して示したからであって、現実にはさらに小さい値を有するものである。
なお、以上の説明において、光ファイバ通信システム２´は、図２に示される光ファイバ通信システム２を模して説明したが、他の光ファイバ通信システム１，３，４（図１，３，４）を模した場合も同様の説明が成り立つ。
【実施例】
【００７０】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
図７は、光ファイバ通信システム１（図１）において、ＷＤＭ受信部２０で受信した光信号ＳにおけるＱ値の、一次励起光Ｒ1のパワー依存性を示すグラフである。
ここで、Ｑ値とは、デジタル通信に用いられる信号の品質評価に用いられる評価指数である。Ｑ値が高い程、信号品質が優れることを意味する。
ここで、縦軸は、図１における受信器２３、２３…で受信された光信号ＳのＱ値を示す。そして横軸は、ＥＤＦ増幅器４０に入力される一次励起光Ｒ1のパワーを示す。
【００７１】
図７において曲線（ａ）は、ＥＤＦ増幅器４０へ、一次励起光Ｒ1に重畳して入力する二次ラマン励起光Ｒ2のパワーが１．３Ｗである場合におけるデータ曲線である。曲線（ｂ）は、同パワーが０．９Ｗである場合におけるデータ曲線である。曲線（ｃ）は、同パワーが０Ｗである場合、すなわち図９に示す、従来方式におけるデータ曲線である。ここで、ＷＤＭ受信部２０からＥＤＦ増幅器４０までの光ファイバ５０ｂは約１００ｋｍとした。
【００７２】
図７のグラフより（ａ）（ｂ）（ｃ）の何れのデータ曲線も、上に凸の形状を示し、Ｑ値が極大値を得ることが判る。このような極大値を有する理由は、光ファイバ５０中を伝送する一次励起光Ｒ1のパワーが増大し、所定の閾値（極大値をとるパワー値）を超えると、ラマン増幅とレイリー散乱光との相乗効果による発振が発生し、光信号Ｓの波形が乱れることによる。そして、この極大値をとる一次励起光のパワーがＥＤＦ増幅器４０における最適入力パワーであるといえる。図７より、二次ラマン励起光Ｒ2を作用させることでデータ曲線が低パワー側にシフトし、かつ極大値が向上することがわかる。これにより、二次ラマン励起光Ｒ2を作用させることでＥＤＦ増幅器４０に入力する一次励起光Ｒ1の最適パワー値を小さくできる事に加え、光信号Ｓの品質を向上させることが可能となる。
【００７３】
図８は、一次励起光Ｒ1が一次励起光源３１から出力する時のパワー（出力パワー）とＥＤＦ増幅器４０に入力する時のパワー（入力パワー）との相関を示すグラフである。すなわち、縦軸は、一次励起光Ｒ1が光ファイバ５０ｂを伝送してラマン増幅された後のパワーを示している。さらに、縦軸は、図７の曲線（ｃ）の極大値をとる出力パワー（＝１．３Ｗ）における入力パワーを基準として、他の入力パワーを正規化してプロットした値である。ここで、二次ラマン励起光Ｒ2のパワーは、図７で示した場合と同様に曲線（ａ）で１．３Ｗ、曲線（ｂ）で０．９Ｗ、曲線（ｃ）で０Ｗである。
【００７４】
曲線（ｃ）で表される従来方式に対して曲線（ｂ）では、約６割の出力パワーで入力パワーを約０．８割増加させることができ、曲線（ａ）においては、約４割の出力パワーで入力パワーを約１．５割増加させることができることがわかる。これらは、二次ラマン励起光Ｒ2による一次励起光Ｒ1のラマン増幅効果によるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光ファイバ通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】第1実施形態における他の基本構成を示す光ファイバ通信システムのブロック図である。
【図３】第1実施形態における他の基本構成を示す光ファイバ通信システムのブロック図である。
【図４】第1実施形態における他の基本構成を示す光ファイバ通信システムのブロック図である。
【図５】（Ａ）本発明の第２実施形態にかかる光ファイバ通信システムの基本構成を示すブロック図である。（Ｂ１）第１実施形態におけるＷＤＭ送信部から送信される励起光Ｒおよび光信号Ｓの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。（Ｂ２）第２実施形態におけるＷＤＭ送信部から送信された励起光Ｗおよび光信号Ｔの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。（Ｂ３）第２実施形態において、光ファイバまたはＥＤＦ増幅器を伝送した励起光Ｗおよび光信号Ｔの波長に対する光パワーを表わしたグラフである。
【図６】本発明にかかる光ファイバ通信システムにおいて、光ファイバに一次励起光を伝送させたときの、この一次励起光のパワープロファイルを示す概略図である。
【図７】本発明にかかる光ファイバ通信システムの受信器で受信した光信号のＱ値と、一次励起光の入力パワーとの相関を示すグラフである。
【図８】本発明にかかる光ファイバ通信システムにおいて、一次励起光の出力パワーと、ＥＤＦ増幅器に入力する時の入力パワーとの相関を示すグラフである。
【図９】従来例として示す遠隔励起光増幅システムの基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１、２，３，４  光ファイバ通信システム
１０、１０´、１０ａ、１０ｂ  送信器
１３、１３´    送信器
２０、２０ａ、２０ｂ  受信部
２３    受信器
３０、３０´  励起用光源部（励起用光源装置）
３１    一次励起光源（一次励起光出力手段）
３２    二次ラマン光源（二次励起光出力手段）
３３    三次ラマン光源（三次励起光出力手段）
４０    ＥＤＦ増幅器（増幅手段）
５０、５０ａ、５０ｂ  光ファイバ
Ａ、Ｂ  端局
Ｓ、Ｔ      光信号
λ1，λ2…λn、Λ1，Λ2…Λm  信号
Ｒ1、Ｗ1  一次励起光
Ｒ2、Ｗ2  二次ラマン励起光（二次励起光）
Ｒ3、Ｗ3  三次ラマン励起光（三次励起光）
Ｗ1a、Ｗ1b、Ｗ1c、Ｗ´1a、Ｗ´1b、Ｗ´1c  第一単波長成分
Ｗ2a、Ｗ2b、Ｗ2c、Ｗ´2a、Ｗ´2b、Ｗ´2c  第二単波長成分
【図１】
2005101516.tif 000003
【図２】
2005101516.tif 000004
【図３】
2005101516.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005101516.tif 000007
【図６】
2005101516.tif 000008
【図７】
2005101516.tif 000009
【図８】
2005101516.tif 000010
【図９】
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