(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインファイバと、ラインファイバにおける誘導ラマン散乱による分布増幅のための同方向伝播のポンピング手段（５）とを含み、ラインファイバが、アイソレータ（１１）により隔てられる少なくとも２個のファイバ区間（７、８）を有し、各ファイバ区間の距離、ポンプのパワー、およびファイバの性質が、各ファイバ区間で、（Ｒａ）２×（Ｇｒ）２≦１という条件を満たすように選択され、ここで、Ｒａはファイバ区間のレーリー反射係数であり、Ｇｒはファイバ区間の信号にもたらされるラマン利得であることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
ポンピング手段（５）が、送信機側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項３】
各ファイバ区間の距離、ポンプのパワー、およびファイバの性質が、ラマン利得およびレーリー散乱によってラインファイバ内に引き起こされる発振を回避するように選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項４】
アイソレータの反射係数が、すぐ下流側にあるファイバ区間のレーリー反射係数未満であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項５】
アイソレータが、２段のアイソレータであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送の分野に関し、特に中継器を備えない伝送システムに関する。本発明は特に、波長分割多重（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）を用いた光ファイバ伝送システムに適用される。
【０００２】
光ファイバで信号を伝送するための知られている解決方法の一つは、光増幅器、特にエルビウムをドープした光ファイバをもつ増幅器を、伝送システムに沿って一定の間隔に配置することからなる。このような解決方法は、たとえばＢｅｒｇａｎｏによる「Ｌｏｎｇ  ｈａｕｌ  ＷＤＭ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｍｕｍ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：３２×５Ｇｂｉｔ／ｓ  ９３００ｋｍ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ」、ＯＦＣ’９７  ｐｏｓｔ  ｄｅａｄｌｉｎｅ１６に記載されている。こうしたシステムにおける伝送距離は、ＳＮ比により、また特に、増幅器で発生する自然放出増幅ノイズ（ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｎｏｉｓｅ、ＡＳＥ）の存在により制限される。
【０００３】
また、Ｍｏｒｔｅｎ  Ｎｉｓｓｏｖ他による「１００Ｇｂ／ｓ（１０×１０Ｇｂ／ｓ）  ＷＤＭ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ７２００ｋｍ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、ＯＦＣ’９７  ｐｏｓｔ  ｄｅａｄｌｉｎｅ  ｐａｐｅｒにより、一定の間隔で信号を増幅するために、誘導ラマン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＳＲＳ）による分布増幅だけを、伝送システムで使用することが同様に提案された。この解決方法は、離散ポンプだけを使用する同様の解決方法と比べて、約２ｄＢだけＳＮ比を改善することができる。ラマン散乱の説明は、Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌによる「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｒｅ  Ｏｐｔｉｃｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  １９８０年に記載されている。
【０００４】
Ｐ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ他による「Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｐｒｅ−ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」、ＯＦＣ’９７  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｄｉｇｅｓｔ、ＦＡ２は、レーリー散乱が、伝送システムにおけるラマン増幅の使用に対する制限となることを記載している。この文献は、ＤＳＦファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｈｉｆｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒｓ、分散シフトファイバ）に課される制限と、ＳＣＦファイバ（Ｓｉｌｉｃａ  Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｅｒ、シリカコアファイバ）に課される制限とを比較している。ラマン前置増幅には、１．１Ｗの逆方向伝播のポンプを用いる。この文献は、レーリー散乱がラマン増幅に課すことがある制限の問題を提起しているが、この問題を解決するための方法は何も提案していない。
【０００５】
１９９８年１月１５日付で出願されたフランス特許出願第９８００３５０号「Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｄｅ  ｌａ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｅｎ  ｐｕｉｓｓａｎｃｅ  ｏｐｔｉｑｕｅ  ｄｕｅ  ａ  ｌ’ｅｆｆｅｔ  Ｒａｍａｎ  ｄａｎｓ  ｌｅｓ  ｌｉａｉｓｏｎｓ  ｐａｒ  ｆｉｂｒｅ  ｏｐｔｉｑｕｅ、光ファイバリンクにおけるラマン散乱による光パワー制限の除去」は、光ファイバリンクにおいてラマン散乱による光パワーの制限に対する解決方法を提案している。この特許出願は特に、送信信号がラマン利得を生成する波長領域で動作する減衰手段を、ファイバに設けることを提案している。減衰手段は、特に、ラマン利得領域にフィルタが反射をもたらす場合、場合によっては光アイソレータを備えたフィルタを含むことができる。
【０００６】
本発明は、レーリー散乱の問題に対する解決方法を提案する。この解決方法は、簡単かつ有効である。この方法は、レーリー散乱によるラマン増幅に課される制限を越えることができる。
【０００７】
より詳しくは、本発明は、ラインファイバと、ラインファイバにおける誘導ラマン散乱による分布増幅のための同方向伝播のポンピング手段とを含み、ラインファイバが、アイソレータにより隔てられる少なくとも２個のファイバ区間を有する、光ファイバ伝送システムを提案する。
【０００８】
一実施形態では、ポンピング手段が送信機側に配置される。
【０００９】
好適には、各ファイバ区間の距離、ポンプのパワー、およびファイバの性質が、ラマン利得およびレーリー散乱によって引き起こされる振動を回避するように選択される。
【００１０】
有利には、各ファイバ区間の距離、ポンプのパワー、およびファイバの性質は、各ファイバ区間で、（Ｒａ）２×（Ｇｒ）２＞１を満たすように選択され、ここで、Ｒａはファイバ区間のレーリー反射係数であり、Ｇｒはファイバ区間の信号にもたらされるラマン利得である。
【００１１】
別の実施形態では、アイソレータの反射係数が、すぐ下流側にあるファイバ区間のレーリー反射係数未満である。
【００１２】
好適には、アイソレータが、２段のアイソレータである。
【００１３】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関して例として挙げられた本発明の実施形態の以下の説明を読めば、明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は、ラマン利得およびレーリー散乱によって引き起こされる振動によるポンプパワーに対する制限が、ファイバの距離に依存することに基づいている。従って、本発明は、より強いパワーのポンプを投入するために、アイソレータにより分離される複数の区間に、光ファイバ伝送システムを分割することを提案する。光アイソレータの使用により、レーリー反射係数およびラマン利得の観点から、伝送システムを複数区間に分割することができる。アイソレータの挿入損失を除いて、伝送システムは、信号伝播の観点からは変更されない。
【００１５】
従って、本発明は、使用可能なポンプパワーと、誘導ラマン散乱による増幅により利用できるパワー収支とを増加することができる。
【００１６】
次の式は、光ファイバにおける振動条件を簡単に示している。
【００１７】
（Ｒａ）２×（Ｇｒ）２＞１  （１）
ここで、Ｒａは、ファイバのレーリー反射係数であり、
Ｇｒは、ファイバ区間において信号にもたらされるラマン利得である。
【００１８】
ＰＳＣＦタイプのファイバ（Ｐｕｒｅ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｒｅ、純シリカコアファイバ）を用いる従来の伝送システムの場合、ファイバのレーリー係数は−３２ｄＢである。従って、許可される最大利得は３２ｄＢである。この値を越えると、振動が発生する。
【００１９】
第一次近似で、光ファイバのレーリー反射係数は以下の式で表される（「Ｏｎ  ｔｈｅ  ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎ  ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ａｒｔｈｕｒ  Ｈ．ＨＡＲＴＯＧ他、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第ＬＴ−２巻、第２号、１９８４年４月）。
【００２０】
Ｒ＝ａ×［１−ｅｘｐ（−２×αＳ×Ｌ）］／（２×αＳ）  （２）
ここで、ａは、ファイバの性質と信号の波長とに依存する係数であり、
αＳは、信号の波長におけるファイバの単位長さ当たりの減衰であり、
Ｌは、考慮されたファイバ区間の距離である。
【００２１】
この式は、レーリー散乱の強さが、考慮されたファイバ区間の距離に依存することを示している。距離が長いと（一般には１００ｋｍ以上）、ＰＳＣＦに対して−３２ｄＢという従来の値になる。反対に、短い長さのファイバ区間を考慮すると、反射係数は小さいままである。図１は、考慮されたＰＳＣＦファイバの距離の関数としてレーリー係数の変化を示している。
【００２２】
同様に、光ファイバで発生するラマン利得は、以下の法則に従って、考慮されたファイバ区間の距離に依存する（「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ」、Ｇｏｖｉｎｄ  Ｐ．ＡＧＲＡＷＡＬ、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、１９８０年）。
【００２３】
Ｇｒ＝ｅｘｐ（ｇＲ×Ｐ×Ｌｅｆｆ）  （３）
ここでは、Ｌｅｆｆ＝（１−ｅｘｐ（−αｐ×Ｌ））／αｐであり、
このとき、ｇＲは、ファイバの性質に依存する係数であり、
Ｐは、ポンプパワーであり、
αｐは、ポンプの波長におけるファイバの単位長さ当たりの減衰であり、
Ｌは、考慮されたファイバ区間の距離である。
【００２４】
ファイバの距離に応じたラマン利得の変化を、ＰＳＣＦファイバの複数のポンプパワーに対して図２に示した。
【００２５】
本発明は、ファイバの距離に対するレーリー係数のこうした依存関係を利用することを提案する。このため、本発明は、一つまたは複数のアイソレータを伝送システムのファイバに配置して、異なる区間を限定することによって、いっそう強力なポンプを投入可能にすることを提案する。伝送システムは、ラマン利得およびレーリー散乱によって引き起こされる振動を、各区間で回避するように構成される。また、ポンプにより発生するノイズと、ポンプの対応するデプレッションとによって課されるポンプパワーの制限を考慮することもできる。
【００２６】
図３は、本発明による伝送システムの概略図を示す。図のシステムは、中継器を備えない光ファイバ伝送システムであり、ラインファイバにおける誘導ラマン散乱による分布増幅を備える。従って、図では、送信機ＴＸ１、受信機ＲＸ３があり、送信機側にポンピングソース５がある。このポンピングソースは、誘導ラマン散乱による増幅を行う同方向伝播のポンピング光を、ラインファイバに投入する役割をする。
【００２７】
図示されているように、送信機および受信機の間のラインファイバは、複数のファイバ区間から構成され、例では、送信機から受信機に向かって２個の区間７、８から構成されている。２個の区間７、８の間に光アイソレータ１１が設けられる。光アイソレータは、ポンピング光と同様に伝送信号を通過させるように構成される。
【００２８】
所定のポンプパワーに対して、また所定の特徴を有するラインファイバに対して、上記の式（１）、（２）、（３）の組み合わせから、特に、考慮されたファイバ区間の距離の関数である振動条件が得られる。少なくとも幾つかのポンプ値に対しては、この条件が満たされないように、区間の距離を選択することが可能である。
【００２９】
図３の例では、パワー２Ｗのポンピングソース５を配置し、ファイバとしてＰＳＣＦファイバを利用する。このパワーは、こうしたファイバに対して一般に使用されるポンピングパワー値よりもずっと大きい。
【００３０】
光アイソレータ１１は、ソースから１９．１ｋｍのところに配置される。選択されたファイバと、投入されるポンプパワーとに対して、第一の区間のこの距離は、式（１）の条件を決して満たさず、そのため、第一の区間のファイバには振動が発生しない。アイソレータの挿入損失が０．５ｄＢであることを考慮すると、アイソレータの上流側の出力におけるポンプパワーは０．８Ｗであり、アイソレータの出力におけるパワーは、０．７Ｗである。第二の区間に投入されるパワーは、第二のファイバ区間で３２ｄＢを越えるラマン利得を発生するのに十分ではなく、従って、さらに光アイソレータを追加することは不要である。
【００３１】
比較として、アイソレータを用いない従来のリンクの場合、約１００ｋｍを超える距離のＰＳＣＦファイバに対してポンプパワーは、約１Ｗに制限される。提案された解決方法は、２Ｗのポンプを投入可能にし、またリンクの距離について約１４ｋｍの利得を可能にする。
【００３２】
また、アイソレータを上流側に配置して、ファイバに投入されるポンプパワーが、もはや０．７Ｗではなく約１Ｗになるようにすることができる。これによって、リンクの全長が変わる訳ではない。実際、図３の例では、第一の区間の寸法決定のための制限要因は主に、投入ポンプパワーと、このポンプのデプレッションとである。
【００３３】
好適には、アイソレータ１１の反射係数が、後続ファイバ区間のレーリー散乱係数未満である。例として、ＰＳＣＦタイプのファイバで一般的である−３２ｄＢのレーリー散乱係数に対し、単一段のアイソレータの反射係数は−２０ｄＢであり、２段のアイソレータの反射係数は−４０ｄＢである。
【００３４】
実際、アイソレータの反射係数を考慮すると、上記の式（１）は、第一次近似で次のように表せる。
【００３５】
（Ｒａ＋Ｒｉ）×Ｒａ×（Ｇｒ）２＞１  （１）
ここで、Ｒｉは、アイソレータの反射係数である。
【００３６】
反射係数が低いアイソレータの使用は、従って、ファイバ内の振動をさらに回避することができる。
【００３７】
以上により、ポンプパワー、ファイバの性質、および各区間の距離は、ファイバにおける振動の出現を回避するように選択される。本発明による伝送システムを構成するための解決方法は、各区間の距離を順次計算し、振動に関する条件を満たさないようにすることからなる。かくして、所定のパワーのポンプから始めて、使用ファイバを知り、第一の区間の最大距離を計算し、それによって振動を回避する。次に、第一の区間の出力パワーと、第二の区間に投入されるパワーとを決定する。振動を引き起こすのにこのパワーが十分でない場合は、他のアイソレータを配置することは不要である。反対に、第二の区間に投入されるパワーが振動を発生しうる場合、第一の区間に対する方法と同様に、第二の区間の最大距離を計算する。
【００３８】
また、逆方向に行うことも可能であり、既存のシステムから始めて、付加される一つまたは複数の区間を追加し、より大きいポンプパワーを用いることにより、各区間で振動を回避することができる。かくして、ＰＳＣＦファイバにパワー１Ｗのポンプを投入する伝送システムから始めて、アイソレータと、距離約１４ｋｍの上流側のファイバ区間を追加して、パワー２Ｗのポンプを投入する。上記の例と同様に、反復法で処理し、１個以上の区間を追加してもよい。
【００３９】
アイソレータの数は、図３の例のように１個に制限されるものではない。アイソレータの挿入損失は、約−４０ｄＢの反射係数を有する２段のアイソレータの場合、一般には約０．５ｄＢである。従って、１個以上のアイソレータを備えた強力なポンプパワーを持つポンプ伝送システムを構成することができる。
【００４０】
使用ファイバは、伝送システムの各区間で必ずしも同じでなくてもよい。事実、上記のように、振動条件は各区間の距離に依存し、またファイバの性質にも依存する。
【００４１】
本発明は、中継器を備えない光ファイバ伝送システムに関して説明した。しかしながら、ラマン散乱による分布増幅を実施する中継器を備える伝送システムにも適用される。この場合には、アイソレータで分離されたラインファイバの異なる区間を、中継器の間に設けることによって、本発明を同様に実施することができる。このような構成において、「送信機側」とは、中継器の上流側を意味し、「受信機側」とは中継器の下流側を意味する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  伝播距離の関数として光ファイバにおけるレーリー反射係数を示すグラフである。
【図２】  様々なパワーのポンプに対し、伝播距離の関数として光ファイバにおけるラマン利得を示すグラフである。
【図３】  本発明の第一の実施形態による伝送システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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