(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌ帯に複数波長を有する信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、
前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、
前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器と
を有する光ファイバ通信システムであって、
前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、
前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の最短波長より、周波数差にして１３．７〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備え、
前記シリカファイバは分散シフトファイバであり、
前記信号光は、該分散シフトファイバ中での非線形効果を考慮して、前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ入力される信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスペクトルが設定されたものである
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項２】
Ｃ帯に複数波長を有する信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、
前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、
前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器と
を有する光ファイバ通信システムであって、
前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、
前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の最短波長より、周波数差にして１３．７〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備え、
前記シリカファイバはノンゼロ分散シフトファイバであり、
前記信号光は、該ノンゼロ分散シフトファイバ中での非線形効果を考慮して、前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ入力される信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスペクトルが設定されたものである
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項３】
単一波長の信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、
前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、
前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器と
を有する光ファイバ通信システムであって、
前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、
前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の波長より、周波数差にして１５．６〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備えた
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
【請求項４】
前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起ダブルパス型ＥＤＦモジュールが設けられ、
前記励起光は、その波長が１４３０ｎｍ以上であり１４７０ｎｍ以下である
請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ通信システム。
【請求項５】
前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起シングルパス型ＥＤＦモジュールが設けられ、
前記励起光は、その波長が１４４０ｎｍ以上であり１４７０ｎｍ以下である
請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ通信システム。
【請求項６】
前記励起光源は、ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型もしくはファイバレーザ型である請求項１ないし５のいずれかに記載の光ファイバ通信システム。
【請求項７】
信号光波長の最小値をλｓ、前記シリカファイバのゼロ分散波長の最小値をλ０、また、前記励起光源の励起光波長の最大値をλｐとしたとき、
２λ０−λｓ＞λｐ
が成り立つように信号光波長、ゼロ分散波長、および励起光波長を設定した請求項１または２に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項８】
前記励起光源が複数波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型またはファブリーペローレーザダイオード型であり、
２λ０−λｓ＞λｐ＋１０
が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設定した請求項７に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項９】
前記励起光源が、ファイバラマンレーザ型、または、単一波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、または、複数波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、または、ファブリーペローレーザダイオード型であり、
２λ０−λｓ＞λｐ＋１５
が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設定した
請求項７に記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１０】
前記複数波長の幅が１０ｎｍ以下である請求項８または９記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１１】
前記励起光源は、偏波多重するファブリーペローレーザダイオードの各々の出力側に、各ファブリーペローレーザダイオードからの励起光出力を調整する可変減衰器を備えた請求項８または９記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１２】
前記光ファイバ通信システムはエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、
前記エルビウム添加ファイバ増幅器は、
利得媒質としてのエルビウム添加ファイバを備えたエルビウム添加ファイバ利得ブロックと、
前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックの前段または後段に設置された利得等化光フィルタと、
前記エルビウム添加ファイバの反転分布量を検出する反転分布検出回路と、
前記反転分布検出回路により検出される前記反転分布量が所期の値になるように前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックを制御する反転分布調整回路と
を有する請求項１または２記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１３】
前記エルビウム添加ファイバの上位準位占有比率Ｎ２が３８％未満である請求項１２記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１４】
前記シリカファイバが市中に敷設されたシリカファイバである請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ通信システム。
【請求項１５】
前記シリカファイバが集中光増幅用のシリカファイバである請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光信号を、伝送路であるところの市中に敷設した光ファイバ中で光増幅する分布ラマン増幅システム、および、線型中継器または端局装置から離れて設置した無給電の遠隔励起モジュールで光増幅する光ファイバ通信システムに関する。
本願は、２００４年６月２３日に出願された特願２００４−１８４６０１号および２００４年１０月５日に出願された特願２００４−２９２３７７号に対して優先権を主張するものであって、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】  波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の分布ラマン増幅システム（ＤＲＡシステム）の構成例を図２１および図２２に示す（例えば、非特許文献１または２参照）。図２１が後方励起ＤＲＡの場合であり、図２２が双方向励起ＤＲＡの場合である。本ＤＲＡシステムでは、伝送路として分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を用いており、ＤＳＦのゼロ分散波長（λ０）の典型値は１５４０ｎｍ〜１５６０ｎｍ（規定値はこれより若干広い波長範囲を有する）である。【０００３】  波長多重（ＷＤＭ）信号光の波長として、図２１の後方励起ＤＲＡの場合には、いわゆるＬ帯１５７５〜１６０５ｎｍ（典型値）、後方向励起の励起光波長として１４７０ｎｍおよび１５００ｎｍを用いている。また、図２２の双方向励起ＤＲＡの場合には、信号光波長として、いわゆるＣ帯１５３０〜１５６０ｎｍ（典型値）、前方向および後方向励起の励起光波長として１４２０ｎｍおよび１４５０ｎｍを用いている。【０００４】  励起光は、線形中継器１−３、２−３、１−４、２−４から、信号光と反対方向に、合波器１４、２４を用いて伝送路中に導入されている。励起光源は、最もよく用いられている、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を外部鏡として有するレーザダイオード光源（ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、ＦＢＧ励起光源）である。【０００５】  また、各線形中継器１−３、２−３、１−４、２−４はエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１６、２６を有する。ＤＳＦの上流側の線形中継器１−３、１−４を出て、ＤＳＦを伝播する信号光は、ＤＳＦの下流側の線形中継器２−３、２−４近くで分布ラマン増幅を受けて、伝送路中で分布的に増幅された後、ＥＤＦＡ１６、２６で集中定数的に増幅される。【０００６】  図２１の場合には、後方励起ＤＲＡを用いてＳＮＲの向上を図っている。一方、図２２の場合には、さらなるＳＮＲの向上を狙って、前方励起ＤＲＡとしてＦＢＧ励起光源１３−３、２３−３、合波器１５、２５を追加した双方向励起ＤＲＡを用いている。ただし、従来技術において、前方励起ＤＲＡを適用する場合には、信号光波長帯は、Ｃ帯１５３０〜１５６０ｎｍに限られていた（本発明では、以下に示すように、Ｌ帯１５７５〜１６０５ｎｍにおいて、前方励起ＤＲＡによる信号光増幅を可能とする）。【０００７】  図２１の構成において、更なるＳＮＲ向上を狙い、前方分布ラマン増幅を行う場合には、後方分布ラマン増幅の場合と同じく、信号光波長の約１００ｎｍ短波長側の励起光を用いて増幅を行う。その励起光波長は、例えば１４７０ｎｍおよび１５００ｎｍ（図２１の後方分布ラマン増幅の場合と同じ）である。このときのラマン利得スペクトルを図２３に示す。図２３は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。図２３によれば、Ｌ帯１５７５〜１６０５ｎｍにおいて、平坦な利得スペクトルが得られている。【０００８】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍａｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．４１１−４１２，１９９９
【非特許文献２】Ｎ．Ｔａｋａｃｈｉｏ  ｅｔ  ａｌ．，ＯＦＣ，ＰＤ９，ｐｐ．１−３，２０００
【非特許文献３】Ｍ．Ｄ．Ｍｅｒｍｅｌｓｔｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３８，ｐｐ．４０３−４０５，２００２
【非特許文献４】Ｋ．Ｉｎｏｕｅ，ＪＬＴ．Ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１５５３−１５６１，１９９２
【非特許文献５】Ｒ．Ｐ．Ｅｓｐｉｎｄｏｌａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３８，ｐｐ．１１３−１１５，２００２
【非特許文献６】Ｙ．Ｏｈｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，ＯＡＡ，ＰＤ７，ｐｐ．１−３，２００２
【非特許文献７】Ｒ．Ｈ．Ｓｔｏｌｅｎ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．６８，ｐｐ．１２３２−１２３６，１９８０
【非特許文献８】Ｈ．Ｍａｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１０７０−１０７２，１９９７
【非特許文献９】Ｈ．Ｍａｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．２３，ｐｐ．１−２，２００３
【非特許文献１０】Ｈ．Ｍａｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．９，ｐｐ．１０１７−１０１９，１９９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  図２１の従来技術のＤＲＡシステムに、図２２のように、前方励起ＤＲＡを追加して用いた場合の信号光のＳＮＲスペクトルを図２４に示す。図２４は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸にＳＮＲ（ｄＢ）をとる。ただし、上記のように、信号光波長はＬ帯１５７５〜１６０５ｎｍ、励起光波長は１４７０ｎｍおよび１５００ｎｍである。【００１０】  図２４より、信号光波長１５８９ｎｍ近傍において、顕著なＳＮＲ劣化が生じていることがわかる。また、伝送特性評価としてビット誤り率（ＢＥＲ）測定を行ったが、ＳＮＲが約２５ｄＢ以下の波長域において、ＢＥＲ劣化が生じていることがわかった。これは、この波長域の信号光波長（〜１５８９ｎｍ）と、励起光波長（１５００ｎｍ）が、ゼロ分散波長（１５４５ｎｍであった）に対し、対称的な位置にあり、励起光の相対強度雑音（ＲＩＮ）が、信号光に誘導ラマン散乱を介して乗り移ること（ＲＩＮ移行）、および、広い発振スペクトルを有する励起光と、信号光との間で、非縮退４光波混合（ＮＤ−ＦＷＭ）が生じるため（非特許文献３または４参照）である。【００１１】  上記波長配置では、信号光と励起光の群速度がほぼ同じになり、上記２つの現象（ＲＩＮ移行およびＮＤ−ＦＷＭ）による信号光品質劣化が顕著になる。ただし、ＦＢＧ励起光源、ファイバレーザなどのＲＩＮが大きい励起光源に関してＲＩＮ移行が顕著になる。【００１２】  そこで、励起光源に工夫を加えた、特殊な低いＲＩＮの励起光源（多モードＤＦＢ（分布帰還型）ＬＤ（レーザダイオード）およびｉＧＭ（ｉｎｎｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ）ＬＤ）を作製し、図２２のＤＲＡシステム（ただし、前方励起ＤＲＡを用いた場合）に用いて、ＲＩＮ移行を抑圧することが報告されている（非特許文献５または６参照）。しかしながら、それら特殊な励起光源は、高価であり、また、ＳＢＳ（誘導ブリルアン散乱）閾値が低いという難点がある。さらに、ＮＤ−ＦＷＭが抑圧できないという欠点があった。一方、ＦＢＧ励起光源およびファイバレーザは、ＳＢＳ閾値が高い。【００１３】  本発明は、このような背景に行われたものであって、最もよく用いられる、ＦＢＧ励起光源およびファイバレーザなどの励起光源を用いることのできる前方励起ＤＲＡを用いた線形中継器および光ファイバ通信システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、Ｌ帯に複数波長を有する信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の最短波長より、周波数差にして１３．７〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備え、前記シリカファイバは分散シフトファイバであり、前記信号光は、該分散シフトファイバ中での非線形効果を考慮して、前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ入力される信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスペクトルが設定されたものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、Ｃ帯に複数波長を有する信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の最短波長より、周波数差にして１３．７〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備え、前記シリカファイバはノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光は、該ノンゼロ分散シフトファイバ中での非線形効果を考慮して、前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ入力される信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスペクトルが設定されたものであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、単一波長の信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の波長より、周波数差にして１５．６〜３０ＴＨｚ短波長側にある励起光を出射する手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】  あるいは、前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起ダブルパス型ＥＤＦモジュールが設けられ、前記励起光は、その波長が１４３０ｎｍ以上であり１４７０ｎｍ以下であることができる。【００２１】  これによれば、励起光波長依存性は小さく、実質的に１４３０ｎｍの励起光波長でも、遠隔励起ダブルパス型ＥＤＦモジュールを動作させることができる。【００２２】  あるいは、前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起シングルパス型ＥＤＦモジュールが設けられ、前記励起光は、その波長が１４４０ｎｍ以上であり１４７０ｎｍ以下であることができる。【００２３】  このように、遠隔励起シングルパス型ＥＤＦモジュールでは、励起効率がダブルパス型ＥＤＦモジュールより劣るため、使用可能な励起光波長は、ダブルパス型ＥＤＦモジュールより長波長（１４４０ｎｍ以上など）となる。【００２４】  また、前記励起光源は、ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型もしくはファイバレーザ型であることができる。【００２５】  また、信号光波長の最小値をλｓ、前記シリカファイバのゼロ分散波長の最小値をλ０、また、前記励起光源の励起光波長の最大値をλｐとしたとき、
２λ０−λｓ＞λｐ
が成り立つように信号光波長、ゼロ分散波長、および励起光波長を設定することができる。ここで、前記励起光源が複数波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型またはファブリーペローレーザダイオード型である場合、２λ０−λｓ＞λｐ＋１０が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設定しても良い。
また、前記励起光源が、ファイバラマンレーザ型、または、単一波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、または、複数波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、または、ファブリーペローレーザダイオード型である場合、２λ０−λｓ＞λｐ＋１５が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設定しても良い。【００２６】  これにより、雑音が最大となる最悪条件が２λ０−λｓ＝λｐである場合に、これを回避することができる。【００２７】  このときに、前記複数波長の幅が１０ｎｍ以下であることが望ましい。【００２８】  さらに、前記励起光源は、偏波多重するファブリーペローレーザダイオードの各々の出力側に、各ファブリーペローレーザダイオードからの励起光出力を調整する可変減衰器を備えることができる。【００２９】  これにより、温度変化あるいは製造バラツキによる各レーザダイオードの励起光波長（平均波長）の差異を補償することができる。【００３０】また、前記光ファイバ通信システムはエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、前記エルビウム添加ファイバ増幅器は、利得媒質としてのエルビウム添加ファイバを備えたエルビウム添加ファイバ利得ブロックと、前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックの前段または後段に設置された利得等化光フィルタと、前記エルビウム添加ファイバの反転分布量を検出する反転分布検出回路と、前記反転分布検出回路により検出される前記反転分布量が所期の値になるように前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックを制御する反転分布調整回路とを有していてもよい。
これにより、前方励起ＤＲＡを適用しない場合に使用されるエルビウム添加ファイバ増幅器を用いながら、前方励起ＤＲＡの適用によって新たに付加されるラマン利得のスペクトルを、エルビウム添加ファイバ利得ブロック内のエルビウム添加ファイバの利得減少分で補償することができる。
なお、前記エルビウム添加ファイバの上位準位占有比率Ｎ２は３８％未満とすることが望ましい。【００３２】また、前記シリカファイバは市中に敷設されたシリカファイバであっても良い。あるいは、前記シリカファイバは集中光増幅用のシリカファイバであっても良い。【００３４】  なお、本発明の線形中継器を送信端局装置（送信器）に置き替えても同様に説明することができる。
【発明の効果】
【００３５】  本発明によれば、従来技術で問題であったＲＩＮ移行およびＮＤ−ＦＷＭによる信号光品質劣化が生じるという欠点を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】［図１］第一実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図。
［図２］第一実施例の光ファイバ通信システムにおける利得と波長との関係を示す図。
［図３］第一実施例の光ファイバ通信システムにおけるＳＮＲと波長との関係を示す図。
［図４］第一実施例における波長関係（ＤＳＦの場合）を示す図。
［図５］第一実施例の信号光パワーと波長との関係を示す図。
［図６］第一実施例のＥＤＦＡの利得と波長との関係を示す図。
［図７］第二実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図。
［図８］第二実施例の波長関係（ＮＺ−ＤＳＦの場合）を示す図。
［図９］第三実施例の光ファイバ通信システムの要部構成図。
［図１０］第三実施例の出力信号光パワーと入力励起光パワーとの関係を示す図。
［図１１］第四実施例のＳＮＲスペクトルを示す図。
［図１２］ＦＰ−ＬＤ励起光源を用いた場合におけるＬＤ駆動電流と励起光ＳＮＲおよび信号光ＳＮＲとの関係を示す図。
［図１３］第四実施例におけるＦＰ−ＬＤ励起光源の構成を示す図。
［図１４］第五実施例における線形中継器内に設置したＥＤＦＡの構成を示す図。
［図１５］第五実施例におけるトータルの誘導放出断面積Ｓｅｍｉ−ｔｏｔおよび吸収断面積Ｓａｂｓのスペクトルを示す図。
［図１６］第五実施例におけるＥＤＦ利得ブロック５３中のＥＤＦの利得スペクトル変化を示す図。
［図１７］第五実施例において、図１６から求めた、上位準位占有比率Ｎ２が３８％の場合を基準とした利得変化量スペクトルを示す図。
［図１８］第五実施例において、前方励起ＤＲＡの励起光波長が１４４０ｎｍの場合のラマン利得スペクトルの例、および、そのラマン利得スペクトルを補償するＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの利得減少分スペクトルを示す図。
［図１９］第六実施例において、各種励起光源に対する同じラマン利得におけるＳＮＲスペクトルを示す図。
［図２０］第七実施例における光増幅器の構成を示す図。
［図２１］従来の後方励起ＤＲＡ構成を示す図。
［図２２］従来の双方向励起ＤＲＡ構成を示す図。
［図２３］従来技術のラマン利得スペクトルを示す図。
［図２４］従来技術のＳＮＲスペクトルを示す図。
【符号の説明】
【００３７】１−１、１−２、１−３、１−４、２−１、２−２、２−３、２−４  線形中継器
１０、１１、２０、２１  シリカファイバ
１２−１、１２−２、１２−３、１３−１、１３−２、１３−３、２２−１、２２−２、２２−３、２３−１、２３−２、２３−３  ＦＢＧ励起光源
１４、１５、２４、２５  合波器
１６、２６  ＥＤＦＡ
３０  遠隔励起ＥＤＦモジュール
４０  可変アッテネータ
４１  ファブリーペローＬＤ
４２  偏波合波器
５１、５３  ＥＤＦ利得ブロック
５２  利得等化光フィルタ
５４  反転分布検出回路
５５  反転分布調整回路
７０  光増幅器
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】  以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、本発明は以下に説明する各実施例に限定されるものではなく、例えば、各実施例に開示されている技術思想を適宜組み合わせてもよい。【００３９】（第一実施例）
図１は第一実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図である。【００４０】  本実施例は、図１に示すように、信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバ１０、１１、２０、２１と、前記信号光と同一方向にシリカファイバ１０、１１、２０、２１中を共伝播する励起光を送出するＦＧＢ励起光源１２−１、１３−１、２２−１、２３−１と、シリカファイバ１０、１１、２０、２１とＦＧＢ励起光源１２−１、１３−１、２２−１、２３−１との間に設置された前記信号光と前記励起光とを合波する合波器１４、１５、２４、２５とを有する線形中継器１−１、２−１である。【００４１】  ここで、本実施例の特徴とするところは、合波器１４、１５、２４、２５には、シリカファイバ１０、１１、２０、２１のゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光とＦＧＢ励起光源１２−１、１３−１、２２−１、２３−１から出射された励起光とを合波する手段を備え、ＦＧＢ励起光源１２−１、１３−１、２２−１、２３−１は、前記信号光の波長より１３．７ＴＨｚ以上短波長側にある励起光を出射する手段を備えたところにある。【００４２】  シリカファイバ１０、１１、２０、２１は、分散シフトファイバであり、前記信号光はＬ帯に複数波長を有し、前記励起光は、その波長が１４７０ｎｍ以下である。【００４３】  以下では、第一実施例をさらに詳細に説明する。【００４４】  図１は、第一実施例の光ファイバ通信システムを示している。図２１の従来技術の構成とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、前方分布ラマン増幅（前方ＤＲＡ）を、１４４０ｎｍの励起光を用いて行っている。その励起光用の励起光源１３−１は上流の線形中継器１−１中に設置している。【００４５】  本実施例に関するラマン利得スペクトルを図２に示す。図２は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。これは、図１の光通信システムにおいて、前方ＤＲＡの単一の励起光波長を１５００ｎｍから１４４０ｎｍまで、短波長側に向けて変化させた場合のスペクトルである。また、それら励起波長に対するＳＮＲスペクトルを図３に示す。図３は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。ただし、この単一の励起光波長の場合における励起光パワーは、従来技術における２波長（１４７０ｎｍおよび１５００ｎｍ）励起の場合のトータルパワー（３００ｍＷ）と同じにした。【００４６】  図２より、信号光波長域内に利得スペクトルのピークが生じるのは、単一の励起光波長がおよそ１４７０ｎｍ〜１５００ｎｍにある場合である。そこで、従来技術では、信号光波長域内で高利得を得るため、概略１４７０ｎｍ以上の励起光と、概略１５００ｎｍ以下の励起光の少なくとも２波長以上の励起光で前方ＤＲＡを行っていた。また、例えば２波長の励起光を用いた場合、トータルの利得スペクトルはこれら２波長の利得スペクトルを合成したものとなる。そこで従来技術では、合成された利得スペクトルがほぼ平坦となるように２つの励起光の波長を選んでいた。このように従来技術では、信号光波長域内で高利得および平坦な利得スペクトルを得るために２波長以上の励起光波長の使用を前提としており、単一の励起光波長を用い���こと、および、利得スペクトルのピークが信号光波長域を外れている励起光波長を用いることは従来考えられていなかった。一方、本実施例では、以下の単一の励起波長を用いる。【００４７】  したがって、従来技術では、最短の信号光波長（上記例では１５７５ｎｍ）と、最長の励起光波長（上記例では１５００ｎｍ）は、一般に、約１００ｎｍ（周波数差にして約１３ＴＨｚ）しか離れていない。信号光波長が１波長の場合には、例えば、信号光波長が１５８０ｎｍであれば、励起光波長は、１波長で十分であるが、１４８０ｎｍとされている。これは、波長差１００ｎｍ、周波数差にして１２．８ＴＨｚである。【００４８】  図３のＳＮＲスペクトルによると、励起光波長が１５００ｎｍ、１４９０ｎｍ、１４８０ｎｍの場合に、信号光波長域内でＳＮＲが低くなっている（概略２５ｄＢ以下）。一方、励起光波長が１４７０ｎｍ、１４６０ｎｍ、１４４０ｎｍの場合には、信号光波長域内におけるＳＮＲ劣化は小さく、約３０ｄＢ以上の高いＳＮＲが得られている。また、この場合（励起光波長が１４７０ｎｍ、１４６０ｎｍ、１４４０ｎｍの場合）に、ＢＥＲ特性も良好であった。さらに、この場合に、図２より、信号光波長域内におけるラマン利得は、励起光波長が１４７０ｎｍの場合に約６ｄＢ以上、励起光波長が１４４０ｎｍの場合に約４ｄＢ以上などである。【００４９】  すなわち、図２３の利得（約８ｄＢ）に比べれば小さいが、ＤＲＡによるＳＮＲ改善を確保するには十分な大きさの利得が得られることがわかった。また、従来技術に比べ、大きな、信号光波長域内における利得偏差が生じているが、これは、信号光レベルの波長に応じた設定を後述のごとく行うことによって問題にならない。【００５０】  上記のように、本実施例では、最短の信号光波長（１５７５ｎｍ）に対し、最長の励起光波長（本実施例では１４７０ｎｍ）は、１００ｎｍより大きな値（１０５ｎｍ）（周波数差にして約１３．７ＴＨｚ）をもって、短波長側に設定されている。信号光波長が１波長の場合には、例えば、信号光波長が１５８０ｎｍであれば、励起光波長は、１波長で十分であるが、１４６０ｎｍとしてよい。これは、波長差１２０ｎｍ、周波数差にして１５．６ＴＨｚである。
すなわち、信号光が１波長の場合には、利得スペクトルの平坦性を確保する必要がなく、信号光が占有する波長域は多波長のＷＤＭシステムの場合に比べて一般にきわめて狭いので、従来技術の手法において、上記１５．６ＴＨｚより小さな周波数差を有する構成が可能であると言える。【００５１】また、前記最長の励起光波長は、前記最短の信号光波長に対し、周波数差にして３０ＴＨｚまでの値をもって、短波長側に設定されていてもよい。このとき、非特許文献７によれば、ラマン利得はＤＲＡによるＳＮＲ改善を確保するために必要な大きさを有する。一方、上記以外の場合、すなわち、前記最長の励起光波長が、前記最短の信号光波長に対し、周波数差にして３０ＴＨｚより大きい値をもって、短波長側に設定された場合には、ラマン利得は小さく、ＤＲＡによるＳＮＲ改善は若干あるものの、上記ＤＲＡを行うために必要な励起光源等を設置するコストを鑑みると、システムとしてのメリットがあまり無い。
例えば、前記最短の信号光波長が１５７５ｎｍのとき、周波数差が１３．７〜３０ＴＨｚであれば、前記最長の励起光波長は１３６１〜１４６９ｎｍであればよい。ちなみに、波長，周波数，および光速の関係は、波長＝光速／周波数、である。
また、伝送路が後述のノンゼロ分散シフトファイバの場合、前記最短の信号光波長が１５３０ｎｍのとき、周波数差が１３．７〜３０ＴＨｚであれば、前記最長の励起光波長は１３２７〜１４３０ｎｍであればよい。【００５２】  図４は、本実施例（伝送路がＤＳＦの場合）に関する波長関係を示している。ゼロ分散波長は１５５０ｎｍ近傍にあり、信号光波長域はＬ帯１５７５〜１６０５ｎｍである。また、励起光波長は、従来技術では、１４７０ｎｍおよび１５００ｎｍであり、本実施例では、例えば１４４０ｎｍ（１４６０ｎｍ、１４７０ｎｍでもよい）である。【００５３】  また、図３は、ゼロ分散波長が１５４５ｎｍの場合であるが、例えば、ゼロ分散波長が１５３５ｎｍの場合には、１５００ｎｍ、１４９０ｎｍ、１４８０ｎｍに加え、１４７０ｎｍの場合に、信号光波長域内でＳＮＲが低くなる（概略２５ｄＢ以下）。【００５４】  本実施例では、図２３と図２との比較からわかるように、ラマン利得スペクトルが一般に、信号光波長域内で非平坦になっている。特に、励起光波長が、１４４０ｎｍ、１４６０ｎｍ、１４７０ｎｍと長波長になるにしたがって、非平坦性が増加する。信号光パワーと波長との関係を図５に示す。図５は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に信号光パワー（ｄＢｍ）をとる。そこで、伝送路ＤＳＦに入力する信号光パワーのスペクトルを図５に示すように、上記励起光波長に応じて非平坦にする。【００５５】  伝送路ＤＳＦ中での非線形効果を考慮して、ラマン利得が大きい波長ほど、信号光パワーを低くする。ＥＤＦＡの利得と波長との関係を図６に示す。図６は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。さらに、単位線形中継区間でのネット利得スペクトルを平坦にするため、図６に示すように、ＥＤＦＡの利得スペクトルを非平坦とする。これは、利得等化フィルタを用いることなく、ＥＤＦＡの励起レベルを低減し、平均反転分布レベル（非特許文献８参照）を低減することにより、実現できることがわかった。【００５６】  すなわち、図６において、励起光波長が１４４０ｎｍの場合の平均反転分布レベル（レベル−１）は、従来技術の場合のＥＤＦＡ利得スペクトルが平坦な場合の平均反転分布レベルより低くし、励起光波長が１４６０ｎｍの場合の平均反転分布レベル（レベル−２）はレベル−１より低くすればよい。【００５７】  上記実施例は、市中（陸上または海底）に敷設した伝送路ファイバ中で、信号光を分布的に増幅するＤＲＡシステムに関するものであるが、伝送路ファイバの長さは、４０ｋｍおよび８０ｋｍなどである。【００５８】  しかしながら、本実施例における信号光の光増幅動作を考慮すると、信号光を線形中継器内でＥＤＦＡなどのように集中的に増幅する場合にも適用でき、利得媒質は、一般にＤＲＡの場合より若干短め（１０ｋｍおよび２０ｋｍなど）のシリカファイバ（ＤＳＦなど）である。このことは、後述の第二および第三実施例に関しても同じである。【００５９】  また、励起光源は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）もしくはファイバレーザを外部鏡として有するレーザダイオード光源（ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、ＦＢＧ励起光源もしくはファイバレーザ型、��ァイバレーザ励起光源）である。【００６０】  以上述べたように、本実施例によれば、伝送路がＤＳＦの場合に、単一の励起光波長を概略１４７０ｎｍ以下に設定することにより、従来技術で問題であったＳＮＲ劣化を抑圧できるという効果がある。【００６１】（第二実施例）
図７は、第二実施例の光ファイバ通信システムを示している。図１の第一実施例の線形中継器１−１、２−１の構成と第二実施例の線形中継器１−２、２−２の構成とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では伝送路としてノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ、ＬＥＡＦ（登録商標）など）を用いており、ゼロ分散の典型値は約１５００ｎｍである。信号光波長はＣ帯１５３０〜１５６０ｎｍである。【００６２】  励起光波長は、後方向励起のＦＢＧ励起光源１２−２、２２−２では、従来技術の図２２と同じ１４２０ｎｍおよび１４５０ｎｍであり、また、前方向励起のＦＢＧ励起光源１３−２、２３−２では１３９０ｎｍである。【００６３】  本実施例における波長関係を図８に示す。従来技術では、図２２に示したように、前方向ＤＲＡの励起光波長は、後方向ＤＲＡの励起光波長と同じ、１４２０ｎｍおよび１４５０ｎｍであるが、本実施例では、上記のように、１３９０ｎｍである。【００６４】  一般的には、第一実施例の場合と同様に、励起光波長は、最短信号光波長（１５３０ｎｍ）に対して、周波数差にして約１３．７ＴＨｚ短波長側に設定される。すなわち、励起光波長は１４３０ｎｍ以下にすればよい。【００６５】  したがって、図４の場合と同じように、本実施例によれば、従来技術で問題であった、ＲＩＮ移行およびＮＤ−ＦＷＭによるＳＮＲ劣化を抑圧できるという効果がある。【００６６】（第三実施例）
図９は、第三実施例の光ファイバ通信システムを示している。図１の第一実施例の構成とは、以下の点が主に異なる。ただし、図９では簡単のため、図１と異なる点のみを示している。本実施例では、前方励起ＤＲＡの伝送路ＤＳＦ（ＤＳＦ−１）の後段に遠隔励起ＥＤＦモジュール３０を設置して、遠隔励起増幅を行っている。その遠隔励起ＥＤＦモジュール３０としては、励起効率の高いダブルパス型を用いている（非特許文献９参照）。【００６７】  図１０は、ダブルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュール３０の励起特性を示している。図１０は横軸に入力励起光パワー（ｍＷ）をとり、縦軸に出力信号光パワー（ｄＢｍ）をとる。信号光のトータル出力パワーについて、入力励起光パワー依存性を、励起光波長を変えて（１４４０、１４６０、１４７０、１４９０ｎｍ）測定した。図１０および他の検討結果より、励起光波長依存性は小さく、（遠隔励起ＥＤＦモジュール３０内に設けられた利得媒質であるＥＤＦを励起するための波長として通常は１４５０〜１４８０ｎｍが用いられるが、）実質的に１４３０ｎｍの励起光波長でも、ダブルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュール３０が動作することがわかった。【００６８】  また、ダブルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュール３０に替えてシングルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュールを設置することもできる。この場合には、シングルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュールでは、励起効率がダブルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュール３０より劣るため、使用可能な励起光波長は、ダブルパス型の遠隔励起ＥＤＦモジュール３０より長波長（１４４０ｎｍ以上など）となる。【００６９】（第四実施例）
第一および第二実施例によれば、従来技術で問題であったＮＤ−ＦＷＭおよびＲＩＮ移行に起因する雑音の大きなＦＢＧ励起光源またはファイバレーザ励起光源を用いたシステムにおいて、その雑音を回避できる。ただし、前記ファイバレーザ励起光源の典型例はファイバラマンレーザである。【００７０】  ここで、信号光波長の最小値をλｓ、ゼロ分散波長の最小値をλ０、また、励起光波長の最大値をλｐとしたとき、
２λ０−λｓ＝λｐ                          …（１）
が上記雑音が最大となる最悪条件である。そこで、本発明では、上記条件が回避されるように、λ０＝１５４５ｎｍ、λｓ＝１６０５ｎｍのとき、λｐ＜１４７０ｎｍとしている。すなわち、波長の単位をｎｍとして、
２λ０−λｓ＞λｐ＋１５                    …（２）
としている。ただし、上記値は励起光源が単一波長のＦＢＧ励起光源である場合の概略値である。【００７１】  励起光源が単一波長のＦＢＧ励起光源以外の場合を調べると以下のことがわかった。図１１は第四実施例のＳＮＲスペクトルを示す図であり、横軸に波長（ｎｍ）をとり縦軸にＳＮＲ（ｄＢ）をとる。また、図１１は各種励起光源に対する同じラマン利得におけるＳＮＲスペクトルを示している。【００７２】  励起光源の種類は、ファイバラマンレーザ、単一波長ＦＢＧ−ＬＤ、２波長ＦＢＧ−ＬＤ、およびＦＰ−ＬＤ（ファブリーペローＬＤ）である。ゼロ分散波長の最小値λ０は１５３０ｎｍである。ファイバラマンレーザ、単一波長ＦＢＧ−ＬＤ、２波長ＦＢＧ−ＬＤ、ＦＰ−ＬＤの順でＳＮＲが低いことがわかる。【００７３】  このとき、各種励起光源の１０ｄＢ強度低下における発振波長幅Δλは、ファイバラマンレーザで約０．５ｎｍ、単一波長ＦＢＧ−ＬＤで約２ｎｍ、ＦＰ−ＬＤで約１０ｎｍであった。すなわち、Δλが大きいほどＳＮＲが高い。また、２波長ＦＢＧ−ＬＤでは、波長数が単一波長ＦＢＧ−ＬＤの２倍であるから、実効的なΔλは２倍である。【００７４】  以上のことから、ＦＰ−ＬＤ励起光源、多波長のＦＢＧーＬＤ励起光源（略してＦＢＧ励起光源とも呼ぶ）を用いることにより、前記雑音が抑圧された高ＳＮＲが得られることがわかった。ただし、多波長のＦＢＧ励起光源を作製するとき、波長間隔を狭くして、励起光波長の平均波長と最大値λｐを顕著に上昇させないようにすることが肝要である。ただし、前記平均波長は励起光波長の実効値であり、最大値λｐは、（１）式の最悪条件を決める値である。前記波長間隔は、単一波長ＦＢＧーＬＤのΔλが約２ｎｍであることから、約１０ｎｍ以下であることが望ましい。なお、波長間隔の下限値に関しては特に制約がない（０ｎｍより大きければ良い）ので、システム条件などに応じて適宜決定すれば良い。【００７５】  図１２は、ＦＰ−ＬＤ励起光源を用いた場合におけるＬＤ駆動電流と励起光ＳＮＲおよび信号光ＳＮＲとの関係を示している。図１２は横軸に駆動電流（ｍＡ）をとり、縦軸にＳＮＲ（ｄＢ）をとる。図１２に示すように、駆動電流とともに励起光ＳＮＲおよび信号光ＳＮＲが向上することが初めてわかった。したがって、駆動電流を高い値に保つことに利点がある。【００７６】  図１３は、第四実施例におけるＦＰ−ＬＤ励起光源の構成を示している。本励起光源では、高ＳＮＲを得るため、以下の工夫をしている。偏波多重する各ＬＤ４１（ＦＰ−ＬＤ）に対応させてそれぞれ可変アッテネータ４０を設置して出力パワーを調整している。【００７７】  各可変アッテネータ４０からの励起光は偏波合波器（以下ではＰＢＣという）４２で合波された後に出力される。各ＬＤ４１の励起光波長（平均波長）は、駆動電流および温度とともに上昇し、駆動電流１００ｍＡあたりで約３ｎｍ、温度１０度あたりで約４ｎｍ上昇することがわかった。【００７８】  また、ＬＤの製造バラツキがあり、それは概略±５ｎｍである。したがって、図１３の励起光源によれば、駆動電流および温度の調整により、各ＬＤ４１の励起光波長を調整でき、かつ各ＬＤ４１からＰＢＣ４２に入力する励起光パワーを可変��ッテネータ４０で同じ値に設定できる。ちなみに、通常のＦＰ−ＬＤ励起光源の構成は、図１３の構成から前記可変アッテネータ４０を取り除いた構成である。【００７９】  例えば、偏波合成する２つのＬＤ（ＬＤ１およびＬＤ２とする）の励起光波長の所望の波長が１４４０ｎｍのとき、製造バラツキによって、ＬＤ温度２５℃で、ＬＤ１の波長が１４４４ｎｍ、ＬＤ２の波長が１４３６ｎｍになっていたとする。このとき、ＬＤ１の温度を１５℃、ＬＤ２の温度を３５℃とすることにより、ＬＤ１およびＬＤ２の励起光波長をともに、１４４０ｎｍ（所望値）にすることができる。このとき、一般にＬＤ１およびＬＤ２からの出力が変化するが、前記個別の可変アッテネータ４０により、ＰＢＣ４２に入力する励起光パワーを可変アッテネータ４０で所望の値に設定できる。【００８０】（第五実施例）
本実施例では、図６を参照して第一実施例で述べた利得スペクトル等化の手法（すなわち、利得等化フィルタを用いずに単位線形中継区間でのネット利得スペクトルを平坦にする手法）について具体的に述べる。【００８１】図１４は、図１の線形中継器１−１，１−２内にそれぞれ設置したＥＤＦＡ１６，２６の構成例を示している。このＥＤＦＡは、信号光の入力側に配置された第１のＥＤＦ利得ブロックであるＥＤＦ利得ブロック５１と、信号光の出力側に配置された第２のＥＤＦ利得ブロックであるＥＤＦ利得ブロック５３と、ＥＤＦ利得ブロック５１とＥＤＦ利得ブロック５３の間に配置された利得等化光フィルタ５２と、ＥＤＦ利得ブロック５３に接続され、ＥＤＦ利得ブロック５３中に設置した利得媒質としてのＥＤＦ（図示省略）の反転分布量を検出する反転分布検出回路５４と、反転分布検出回路５４に接続された反転分布調整回路５５とを有する。この反転分布調整回路５５は、ＥＤＦ利得ブロック５３に対する励起光パワーを変化させるなどして、反転分布検出回路５４によって検出される反転分布量が所期の値になるようにＥＤＦ利得ブロック５３の励起状態を調整する。【００８２】なお、ＥＤＦ利得ブロック５１は無くてもよく、また、利得等化光フィルタ５２はＥＤＦ利得ブロック５３の後段に設置しても良い。さらに、反転分布検出回路５５としては、例えば、非特許文献１０に記載の手段を用いればよい。【００８３】次に、本実施例における動作を説明する。ＥＤＦ利得ブロック５３中のＥＤＦのｄＢ単位での利得（Ｇ）は、比例定数をＡ、誘導放出断面積をＳｅｍｉ（＝Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）、上位準位吸収断面積をＳＥＳＡ（＝Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、吸収断面積をＳａｂｓ（＝Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、トータルの誘導放出断面積をＳｅｍｉ−ｔｏｔ＝Ｓｅｍｉ＋ＳＥＳＡ、また上位準位占有比率をＮ２として、次式で与えられる。
Ｇ−Ａ（Ｓｅｍｉ−ｔｏｔＮ２−Ｓａｂｓ）      …（３）【００８４】図１５は、トータルの誘導放出断面積Ｓｅｍｉ−ｔｏｔおよび吸収断面積Ｓａｂｓのスペクトルを示しており、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に断面積（規格化値）をとっている。ただし、図１５ではこれら断面積のピーク値を１００に規格化している。図１６は、式（３）を用いて求めたＥＤＦ利得ブロック５３中のＥＤＦの利得スペクトル変化を示しており、前記反転分布量である上位準位占有比率Ｎ２が４２％、４０％、３８％、３６％、３４％の場合についてそれぞれＥＤＦ利得スペクトル変化を示している。なお、図１６では横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとっている。図１６から分かるように、上位準位占有比率Ｎ２＝３８％のときのＬ帯における平坦利得は約２０ｄＢである。そして、図１６によれば、上位準位占有比率Ｎ２の値に応じて、利得スペクトルが変化する様子を定量的に求めることができる。【００８５】図１７は、図１６から求めた利得変化量スペクトルを示している。具体的には、上位準位占有比率Ｎ２が３８％の場合（すなわち、信号光波長域においてＥＤＦ利得スペクトルがほぼ平坦になる場合）を基準とした利得変化量スペクトルを示しており、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得変化量（ｄＢ）をとっている。利得変化量をΔＧ、上位準位占有比率Ｎ２の値に応じた利得をＧ（Ｎ２）とすると、
ΔＧ＝Ｇ（Ｎ２）−Ｇ（Ｎ２−３８％）              …（４）
の関係がある。図１７から分かるように、Ｌ帯の信号光波長域に関し、波長が短くなるに従い、利得変化量ΔＧの絶対値が大きくなっている。【００８６】この利得変化の特徴を用いることで、前方励起ＤＲＡを適用しない場合に使用されるＥＤＦＡを用いながら、前方励起ＤＲＡの適用によって新たに付加されるラマン利得のスペクトルを、ＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの利得減少分で補償することができる。これにより、利得補償を行うために新たなＥＤＦＡを設ける必要がなくなり、経済性を確保することができる。【００８７】図１８は、前方励起ＤＲＡの励起光波長が１４４０ｎｍの場合のラマン利得スペクトルの例（図中の「ラマン利得付加分」）、および、そのラマン利得スペクトルを補償するＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの利得減少分スペクトル（図中の「ＥＤＦＡ利得減少分」）を示しており、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得変化量（ｄＢ）をとっている。ただし、ＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの上位準位占有比率Ｎ２をＮ２＝３６．５％とした。【００８８】信号光波長域１５７５〜１６０５ｎｍにおける両者の一致具合を見ると、両者は１ｄＢ以内で良好に一致していることが分かる。したがって、例えば図１に示した構成において、１つの伝送路と１つの線形中継器からなる区間（以下、単位線形中継区間という）におけるトータル利得のスペクトルに関し、前方励起ＤＲＡのラマン利得をＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの利得によってスペクトル等化することができる。【００８９】また、前記前方励起ＤＲＡのラマン利得とＥＤＦ利得ブロック５３内のＥＤＦの利得の不一致分は、利得等化光フィルタ５２により補償できる。このとき、利得等化光フィルタ５２の損失スペクトルのピーク値が小さいため、本実施例におけるＥＤＦＡの雑音特性の劣化を抑圧できるというメリットも生じる。すなわち、本実施例の手法を用いることなく、利得等化光フィルタ５２のみにより補償するとした場合、利得等化光フィルタ５２の損失スペクトルのピーク値が本実施例の手法を用いた場合に比べて大きくなるため、雑音特性が劣化してしまう。これに対して、本実施例のように利得等化光フィルタ５２の損失スペクトルのピーク値が小さければ、利得等化光フィルタ５２のみで補償する場合に比べて雑音特性の点でメリットがある。【００９０】なお、上位準位占有比率Ｎ２の設定値は、前記ラマン利得の値および式（３）の比例定数Ａに依存する。図１８に示したように、Ｌ帯の短波長域において長波長域より利得が小さいスペクトルを有するＥＤＦ利得を得て、Ｌ帯の短波長域で長波長域より利得が大きいスペクトルを有するラマン利得を補償するために、上位準位占有比率Ｎ２は３８％より小さいことが必要である。上位準位占有比率Ｎ２の典型値は、Ｎ２＝３４〜３７％である。【００９１】（第六実施例）
第四実施例では、伝送路がＤＳＦの場合について本発明における動作パラメータ値を示したものである。本実施例では伝送路がＮＺ−ＤＳＦの場合についての動作パラメータ値を示す。【００９２】本実施例では、ゼロ分散波長の典型値は約１５００ｎｍ、信号光波長はＣ帯１５３０〜１５６０ｎｍである。ただし、本実施例および前記第一実施例〜第四実施例について、信号光波長は、一般的にそれら実施例における帯域全体に配置された波長多重信号の複数波長ないしチャネルである。本実施例の場合には、Ｃ帯１５３０〜１５６０ｎｍに例えば１００ＧＨｚ間隔（すなわち約０．８ｎｍ間隔）で波長多重信号の波長ないしチャネルが配置される。ただし、システム運用開始初期などの場合には、上記帯域の一部に信号光の複数波長が配置される。【００９３】ここで、第四実施例で述べたのと同様に、信号光波長の最小値をλｓ、ゼロ分散波長の最小値をλ０、励起光波長の最大値をλｐとしたとき、２λ０−λｓ＝λｐ（上記式（１））が雑音の最大となる最悪条件である。そこで、本実施例では、上記条件が回避されるように、λ０＝１４８０ｎｍ、λｓ＝１５６０ｎｍのとき、λｐ＜１３８５ｎｍとしている。すなわち、波長の単位をｎｍとして、２λ０−λｓ＞λｐ＋１５（上記式（２））としている。ただし、上記値は励起光源が単一波長のＦＢＧ励起光源である場合の概略値である。【００９４】励起光源が単一波長のＦＢＧ励起光源以外の場合を調べると下記のことがわかった。図１９は、各種励起光源に対する同じラマン利得におけるＳＮＲスペクトルを示しており、横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸にＳＮＲ（ｄＢ）をとっている。なお、図１９はλｐ＝１３８５ｎｍの場合について示したものである。励起光源の種類は、ファイバラマンレーザ、単一波長ＦＢＧ−ＬＤ、２波長ＦＢＧ−ＬＤ、およびＦＰ−ＬＤ（ファブリーペローＬＤ）である。図１９からファイバラマンレーザ、単一波長ＦＢＧ−ＬＤ、２波長ＦＢＧ−ＬＤ、ＦＰ−ＬＤの順でＳＮＲが低いことがわかる。【００９５】ＳＮＲの値としては、例えば、λｓ＝１５６０ｎｍおよびλｐ＝１３８５ｎｍにおいて、単一波長ＦＢＧ−ＬＤおよび２波長ＦＢＧ−ＬＤで、それぞれＳＮＲ＝２３ｄＢおよびＳＮＲ＝２８．５ｄＢとなっている。このＳＮＲのスペクトル最低値の所期値は、伝送距離や伝送速度などのシステム条件に依存するが、典型値としては例えば２５ｄＢである。したがって、単一波長ＦＢＧ−ＬＤの場合にはλｐ＝１３８５ｎｍでよい。また、２波長ＦＢＧ−ＬＤの場合には、図１９の波長を長波長側に５ｎｍシフトすることができ、λｓ＝１５６０ｎｍおよびλｐ＝１３８５ｎｍにおけるＳＮＲのスペクトル最低値は２７ｄＢとなる。したがって、２波長ＦＢＧ−ＬＤを用いた場合には、
２λ０−λｓ＞λｐ＋１０                      …（５）
であればよい。さらに、ＦＢＧ−ＬＤ型励起光源の波長数は３以上でもよく、一般的に波長数が多いほど、励起光波長の分布幅が顕著に広くならない限りにおいて高いＳＮＲが得られる。上記のことは、明らかに第四実施例の場合にも成り立つ。【００９６】また、本実施例は伝送路がＮＺ−ＤＳＦの場合であるが、第二実施例の場合と同様に、ＮＺ−ＤＳＦに入力する信号光パワーのスペクトルを非平坦にする。伝送路ＤＳＦ中での非線形効果を考慮して、ラマン利得が大きい短波長側ほど信号光パワーを低くする。【００９７】（第一〜第六実施例まとめ）本発明の実施例による光ファイバ通信システムは、第一〜第六実施例で説明した線形中継器を備え、シリカファイバ１０、１１、２０、２１が伝送路ＤＳＦとして市中に敷設されることによって実現される。【００９８】（第七実施例）
第一実施例で述べたように、ＤＳＦおよびＮＺ−ＤＳＦを市中に敷設した伝送路ファイバといった分布的な増幅媒質ではなく、ボビンなどに巻いたシリカファイバといった集中的な増幅媒質に置き換えてもよい。この場合、前記光ファイバ通信システムは光増幅器とみなせ、この光増幅器は、線形中継器、送信器および受信器内などに設置して使用することができる。本実施例はこうした光増幅器に関するものである。【００９９】本実施例による光増幅器の構成を図２０に示す。なお、図１に示したものと同じ構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。本光増幅器７０は、集中光増幅の媒質としてＤＳＦを有し、その長さは例えば１０ｋｍであり、このＤＳＦはボビンに巻かれている。ＤＳＦ用の後方向ラマン増幅、前方向ラマン増幅に用いる励起光源は、第一実施例と同じ波長を有するＦＢＧ励起光源２２−１，１３−１である。【０１００】本実施例によれば、光増幅器７０に入力した信号光を、ＲＩＮ移行およびＮＤ−ＦＷＭによる信号品質劣化なく増幅することができる。
なお、本実施例では第一実施例に対応する構成について説明したが、第一実施例以外の実施例についても同様である。【０１０１】以上、本発明の実施例を図面を参照して説明してきたが、これら実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明がこれら実施例に限定されるものでないことは明らかである。したがって、本発明の精神および範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加，省略，置換，その他の変更を行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】  本発明によれば、従来技術で問題であったＲＩＮ移行およびＮＤ−ＦＷＭによる信号光品質劣化が生じるという欠点が解決できるため、高い通信信号品質を低コストで実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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