(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第１の光ファイバおよび負の分散を有し上記第１光ファイバの後段に設けられる第２の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第２の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成され、
上記複数の光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第１の光中継器、およびその第１の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第２の光中継器を含む
ことを特徴とする光増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン増幅を利用する光増幅伝送システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムにおいては、伝送路上に複数の中継器（光再生中継器）が設けられ、各中継器において光信号を電気信号に変換した状態で３Ｒ処理（retiming, reshaping, regenerating ）を行っていた。そして、その電気信号から光信号が生成されて再び伝送路の送出されていた。しかし、現在では、光増幅器の高性能化および低コスト化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送システムが実用化されている。このように、光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数が大幅に少なくなり、信頼性が向上すると共に、大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法の１つとして、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）光伝送方式が注目されている。ＷＤＭ光伝送では、１本の光伝送路上に互いに波長の異なる複数の信号光が多重化される。よって、各光ファイバを介して伝送される情報量が飛躍的に大きくなる。
【０００４】
さらに、光信号を増幅する方法の１つとして、ラマン増幅が注目されている。ラマン増幅では、光信号を伝送するための媒体である光ファイバ自体が光増幅器として機能し、その光ファイバに供給すべき励起光を適切に配置することによって、広い波長帯域を一括して増幅することができる。
【０００５】
これらの技術を組み合わせることにより、光増幅器を用いて互いに波長の異なる複数の光信号を一括して増幅することが可能となり、簡素な構成で（又は、低コストで）、大容量かつ長距離伝送が可能となっている。
【０００６】
図２８は、一般的な波長多重伝送システムの構成図である。ここでは、光送信局（ＯＳ）１００から光伝送路（光ファイバ）を介して光受信局（ＯＲ）１１０へ波長多重光が伝送されるシステムを想定する。そして、この光伝送路には、所定間隔毎に光増幅器（光中継器）１２０が配置されている。
【０００７】
光送信局１００は、互いに波長の異なる光信号を生成する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１、複数の光送信器１０１により生成された光信号を波長多重する合波器１０２、および合波器１０２から出力される波長多重光を所定のレベルに増幅して光伝送路に送出するポストアンプ１０３を有する。一方、光受信局１１０は、光伝送路を介して伝送された波長多重光を所定のレベルに増幅するプリアンプ１１１、プリアンプ１１１により増幅された波長多重光を波長毎に分波する分波器１１２、および分波器１１２により分波された各光信号を受信して電気信号に変換する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）１１３を有する。そして、光送信局１００から送出される波長多重光は、光増幅器１２０により増幅されながら光伝送路を伝搬してゆき、光受信局１１０により受信される。
【０００８】
上記光伝送システムにおいて、光増幅器は、従来は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が広く使用されていたが、近年では、エルビウム添加ファイバ増幅器がラマン増幅器に置き換えられた構成、又はエルビウム添加ファイバ増幅器およびラマン（Raman ）増幅器を併用する構成が実用化されてきている。
【０００９】
光ファイバを用いたラマン増幅においては、その利得がその光ファイバのモードフィールド径（あるいは、コア径）に反比例する。従って、モードフィールド径が小さい光ファイバは、ラマン増幅に適している。なお、光ファイバのモードフィールド径とラマン増幅の利得との関係は、例えば、"Highly efficient distributed Raman amplification system in a zero-dispersion-flattened transmission line", H.Kawakami et al., ThB5, OAA'99, 1999.において検討されている。
【００１０】
ところで、ＷＤＭ伝送システムの設計に際しては、光伝送路の非線形効果を考慮する必要がある。具体的には、光伝送路の非線形効果による伝送特性の劣化を低減するように伝送路の波長分散を管理する必要がある。そして、この問題については、現在までに様々な検討がなされている。
【００１１】
例えば、"Long-haul 16x10WDM transmission experiment using higher order fiber dispersion management technique", M. Murakami et al., pp.313-314, ECOC'98, 1998. （以下、文献１）においては、光送信局から光受信局に至る光伝送路は、１組の正分散ファイバおよび負分散ファイバから構成される混合伝送路セクション、および混合伝送路セクションの分散を補償するための光ファイバから構成される補償セクションから構成されている。ここで、光送信局から光受信局に至る光伝送路は複数の混合伝送路セクションから構成されており、混合伝送路セクション同士の間に光中継器が設けられている、そして、補償セクションが上記複数の混合伝送路セクションにおける累積分散を補償する。実施例では、伝送路の平均ゼロ分散波長が約１５５１ｎｍであり、信号光波長が１５４４．５〜1556.5ｎｍである。また、混合伝送路セクションおよび補償セクションの波長分散は、それぞれ約−２ps/nm/kmおよび約＋２０ps/nm/kmである。この構成により、信号光と自然放出光の群速度、及び信号光同士の群速度が異なるので、非線形効果の相互作用時間が短くなる。従って、４光波混合（ＦＷＭ：Four wave mixing）および相互位相変調（ＸＰＭ：Cross phase modulation）などによる伝送特性の劣化が小さくなる。また、平均のゼロ分散波長が信号光波長内なので、自己位相変調（ＳＰＭ：Self phase modulation ）および波長分散による伝送特性の劣化も小さくなる。
【００１２】
また、"1 Tbit/s (100x10.7Gbit/s) transpacific transmission over 7,750 km using single-stage 980nm-pumped C-band optical repeaters without forward error correction", T. Tsuritani et al., 11A2-3, OECC2000, 2000. （以下、文献２）にも、文献１に記載のシステムと類似の構成が開示されている。ただし、文献１では各混合伝送路セクションの波長分散が負（約−２ps/nm/km）であったのに対し、文献２では、各混合伝送路セクションの波長分散が正（約＋２ ps/nm/km）である。
【００１３】
さらに、"1800 Gb/s transmission of one hundred and eighty 10 Gb/s WDM channels over 7,000 km using the full EDFA C-band", C.R.Davidson et al., PD25, OFC2000, 2000. （以下、文献３）には、各混合伝送路セクションの波長分散をほぼゼロとする構成が開示されている。なお、このシステムでは、複数の混合伝送路セクションにより累積分散が、光受信局において補償されている。
【００１４】
なお、ラマン増幅の利得は波長依存性が大きいが、互いに波長の異なる複数の励起光を用いることにより、ラマン増幅の利得を平坦化することができる。例えば、Y. Emori, et al., "100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes", OFC'99, PD19, 1999.には、複数の励起光を波長多重することにより、約１００ｎｍの利得帯域を確保できるラマン増幅器が開示されている。
【００１５】
また、"100Gb/s(10x10Gb/s) WDM transmission over 7200km using distributed Raman amplification", M. Nissov et al., ECOC'97, 1997.には、分散シフトファイバを用いて分布型ラマン増幅を行うことにより１００Gb/sの信号を７２００ｋｍ伝送する技術が開示されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、非線形効果による影響を低減するために伝送路の波長分散を管理する方法が知られているが、従来の方法では以下の問題が生じる。
【００１７】
文献１および文献２に記載のシステムでは、複数の混合伝送路セクションによる累積分散が、それら複数の混合伝送路セクションの後段に設けられる補償セクションにより補償される。ここで、例えば、文献１に記載のシステムのように、各混合伝送路セクションの波長分散が負の場合は、補償セクションを構成する光ファイバは正分散ファイバでなけらばならない。ところが、正分散ファイバは、通常、そのモードフィールド径が大きいので、ラマン利得を効率的に得ることが出来ない。すなわち、正分散ファイバを用いて所定の利得を得ようとすると、非常に大きな励起光パワーが必要となり、励起光源の信頼性の面で不利である。
【００１８】
この問題を解決する方法としては、補償セクションの後段にモードフィールド径が非常に小さく且つ長さが短いラマン増幅用ファイバを設け、そのラマン増幅用ファイバを用いて補償セクションの損失を補う方法が考えられる。しかし、モードフィールド径が非常に小さい光ファイバを用いると、非線形効果が大きくなり、伝送特性が低下してしまう。また、伝送システム内に分布型ラマン増幅器および集中型ラマン増幅器が混在することになるので、構成が複雑になると共に、伝送システム全体における非線形効果による伝送波形歪みが増加してしまう。
【００１９】
一方、文献３に記載のシステムでは、各混合伝送路セクションの波長分散がほぼゼロなので、自己位相変調による波形劣化は軽減されるが、各混合伝送路セクション内の同一位置で波長間のビット配置が同じになるので、相互位相変調による波形劣化が問題となる。
【００２０】
また、ラマン増幅においては、上述したように、複数の励起光を波長多重することにより、かなり広い帯域に渡ってラマン利得を平坦化できる。しかし、中継器のサイズを出来るだけ小さくしたい、あるいは消費電力または発熱量を出来るだけ少なくしたいといった要望に答えるためには、各中継器内に設けることができる励起光源の数は制限される。このため、信号を伝送するためのチャネル数を増やそうとすると、利得偏差が大きくなり、伝送特性が劣化してしまう。
【００２１】
本発明の課題は、上述の問題を解決することであり、伝送特性のよい光増幅伝送システムを提供することである。特に、ラマン増幅を利用した光増幅伝送システムにおいて、非線形効果による伝送波形歪みを低減する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光増幅伝送システムは、信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられている構成であって、それぞれ正の分散を有する第１の光ファイバおよび負の分散を有し上記第１光ファイバの後段に設けられる第２の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、上記混合伝送路どうしの間に設けられそれぞれ対応する混合伝送路の第２の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、上記複数の混合伝送路は累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、上記伝送路は累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される。
【００２３】
上記構成において、各混合伝送路の波長分散が正または負であり、ゼロでないので、相互位相変調による伝送波形の劣化は少ない。また、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を適切に配置することによって、伝送路全体の累積波長分散を実質的にゼロにすることができる。さらに、ラマン増幅のための励起光は、負の分散を有する第２の光ファイバに入射される。ここで、負の分散を有する光ファイバは、通常、正の分散を有する光ファイバと比較してモードフィールド径の小さいく、ラマン利得の効率が高い。よって、所望の利得を確保するための専用ファイバ（集中型ラマン増幅器）を必要としない。
【００２４】
また、上記システムにおいて、累積波長分散が正である１以上の混合伝送路および累積波長分散が負である１以上の混合伝送路から構成される基本パターン伝送路を繰り返すことにより上記伝送路を構成するようにしてもよい。この構成においては、同じ構成が繰り返されるので、伝送路の保守が容易になる。
【００２５】
さらに、上記システムにおいて、複数の光中継器が、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第１の光中継器、およびその第１の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第２の光中継器を含むようにしてもよい。この構成においては、偏差の少ないラマン利得を得るために必要な複数の励起光波長を複数の光中継器の適切に割り振ることができる。よって、利得偏差が小さく且つ信号光波長帯域幅の広い伝送システムを実現する際にも、各光中継器内に設ける励起光源の数を少なくできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態の光増幅伝送システムの構成図である。ここで、光送信局１００および光受信局１１０は、基本的に、図２８に示したものと同じである。
【００２７】
光送信局１００と光受信局１１０との間の伝送路上には、複数の光中継器１０が設けられている。複数の光中継器１０は、基本的に等間隔に配置されている。そして、各光中継器１０は、信号光を伝送するための媒体である光ファイバを構成する分子振動を用いたラマン増幅のための励起光を生成して伝送路に供給する機能を備える。
【００２８】
光送信局１００と光中継器１０との間、互いに隣接する光中継器１０どうしの間、および光中継器１０と光受信局１１０との間の光伝送路は、それぞれ、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバから構成される。ここで、第１の光ファイバは正分散ファイバであり、第２の光ファイバは負分散ファイバである。以下では、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバから構成される区間を、「混合伝送路セクション」と呼ぶことにする。
【００２９】
このように、本実施形態の光増幅伝送システムの光伝送路は、複数の混合伝送路セクションから構成される。
図２は、中継器および混合伝送路セクションの構成例を示す図である。混合伝送路セクションは、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバから構成される。第１の光ファイバは、信号光波長に対して正の波長分散（且つ、望ましくは正の分散スロープ）を有し、第２の光ファイバは、信号光波長に対して負の波長分散（且つ、望ましくは負の分散スロープ）を有する。なお、正の波長分散を有する光ファイバは、通常、そのモードフィールド径が比較的大きく、非線形効果が小さい。一方、負の波長分散を有する光ファイバは、通常、そのモードフィールド径が比較的小さく、ラマン増幅の効率が高い。
【００３０】
各混合伝送路セクションにおいて、第１の光ファイバが上流側に配置され、第２の光ファイバが下流側に配置される。すなわち、光送信局から光受信局へ向かう信号光は、各混合伝送路セクションにおいて、先に第１の光ファイバを介して伝送され、その後に第２の光ファイバを介して伝送される。
【００３１】
光中継器１０は、ラマン増幅のための励起光を生成する励起光源１１、およびその励起光源１１により生成された励起光を光伝送路に導く波長合成器１２を備える。励起光源１１により生成される励起光は、信号光と逆方向に伝送されるように混合伝送路セクションに導かれる。すなわち、励起光源１１により生成される励起光は、各混合伝送路セクションにおいて、第２の光ファイバに入射され、第２の混合伝送路セクションを通過した後に第１の光ファイバに与えられる。なお、励起光源１１は、ある特定の波長の励起光を生成してもよいし、互いに異なる複数の波長の励起光を生成してもよい。複数の励起光を生成する場合は、それらが波長多重されて光伝送路に与えられる。
【００３２】
混合伝送路セクションの累積分散（第１の光ファイバによる波長分散と、第２の光ファイバにより波長分散との和）は、所望の値に設定することができる。この累積分散は、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの長さの比率を変更するすることにより、或いは、第１の光ファイバ及び／又は第２の光ファイバの分散特性を変更することにより、調整することができる。一例として、混合伝送路セクションの長さが「５０ｋｍ」、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの波長分散がそれぞれ「＋２０．６ps/nm/km」および「−４４．９ps/nm/km」であるものとする。この場合、例えば、混合伝送路セクションの平均波長分散を「＋２．７ps/nm/km」とするためには、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの長さをそれぞれ「３６．３６ｋｍ」および「１３．６５ｋｍ」にすればよい。また、平均波長分散を「−２．７ps/nm/km」とするためには、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの長さをそれぞれ「３２．２ｋｍ」及び「１７．８ｋｍ」にすればよい。
【００３３】
図３は、混合伝送路セクションにおける信号光の光パワーを示す図である。ここでは、光中継器１０ａから光中継器１０ｂへ信号光を伝送する混合伝送路セクションの光パワーを示す。光中継器１０ａから出力された信号光の光パワーは、第１の光ファイバを介して伝送されるとき、徐々に減衰していく。一方、第２の光ファイバにおいては、光中継器１０ｂが近くなるに連れて励起光の光パワーが高くなるので、信号光はその励起光により増幅される。このとき、光中継器１０ｂにおいて生成される励起光の光パワーは、光中継器１０ｂから出力される信号光の光パワーが所定レベルになるように調整される。
【００３４】
このように、本実施形態の光増幅伝送システムは、各混合伝送路セクションにおいて、モードフィールド径の比較的小さな第２の光ファイバに励起光が入射されるので、ラマン増幅の効率が高い。また、伝送路の非線形効果は、信号光の光パワーが高いほど大きくなるが、本実施形態のシステムでは、信号光の光パワーが高い区間（すなわち、各光中継器から出力された直後の区間）にモードフィールド径の比較的大きな第１の光ファイバが設けられているので、非線形効果はさほど大きくならない。この結果、信号光の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio ）が改善されると共に、光伝送路の非線形効果による波形歪みが抑えられる。
【００３５】
図４は、光中継器および混合伝送路セクションの他の構成例を示す図である。図４に示す伝送システムでは、ラマン増幅器と他の形態の光増幅器が併用されている。ここでは、他の光増幅器として、希土類ドープファイバ増幅器、例えばＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ光増幅器）２１が用いられている。なお、この場合、ＥＤＦＡ２１は、すべての光中継器に設けられてもよいし、一部の光中継器に設けられてもよい。
【００３６】
図５は、本実施形態の光増幅伝送システムの構成例である。ここで、光送信局１００と光受信局１１０との間の伝送路は、上述の通り、複数の混合伝送度セクションから構成されている。なお、図５において、「−」は、累積分散または平均分散が負である混合伝送路セクションを表し、「＋」は、累積分散または平均分散が正である混合伝送路セクションを表す。以下では、累積分散が負である混合伝送路セクションを「混合伝送路セクション(-D)」と呼び、累積分散が正である混合伝送路セクションを「混合伝送路セクション(+D)」と呼ぶことにする。
【００３７】
図５に示すシステムでは、光送信局１００から見て、まず、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く４区間に混合伝送路セクション(+D)が配置されている。なお、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【００３８】
図６は、図５に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。ここでは、伝送システムが以下のパラメータに従って設計されているものとする。
【００３９】
・混合伝送路セクションの長さ：５０ｋｍ
・第１の光ファイバの波長分散：＋２０．６ps/nm/km
・第２の光ファイバの波長分散：−４４．９ps/nm/km
・混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散：＋２．７ps/nm/km
・この場合の第１の光ファイバの長さ：３６．３６ｋｍ
・この場合の第２の光ファイバの長さ：１３．６５ｋｍ
・混合伝送路セクション(-D)の平均波長分散：−２．７ps/nm/km
・この場合の第１の光ファイバの長さ：３２．２ｋｍ
・この場合の第２の光ファイバの長さ：１７．８ｋｍ
上記伝送システムにおいて、光送信局１００から送出された信号光は、まず、混合伝送路セクション(-D)に入射される。具体的には、この信号光は、まず、混合伝送路セクション(-D)の第１の光ファイバに入射される。ここで、第１の光ファイバは、正分散ファイバである。従って、信号光の波長分散は、図６に示すように、増加していく。この後、信号光は第２の光ファイバを介して伝送される。ここで、第２の光ファイバは、負分散ファイバである。従って、波長分散は減少していく。このとき、この混合伝送路セクションの平均波長分散（または、累積波長分散）は負である。したがって、この混合伝送路セクションの出力端における累積波長分散は、負の値になる。実施例では、約−１３５ps/nm （＝−２．７ps/nm/km×５０ｋｍ）となる。
【００４０】
続いて、この信号光は、さらに３セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送される。したがって、上記４セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約＝−５４０ps/nm （＝−１３５ps/nm ×４）となる。
【００４１】
この後、この信号光は、連続する４セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送される。ここで、各混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散は＋２．７ps/nm/kmであり、その累積波長分散は、約＋１３５ps/nm （＝＋２．７ps/nm/km×５０ｋｍ）となる。したがって、信号光がこの４セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送されることによる累積波長分散は、約＝＋５４０ps/nm となる。この結果、４セットの混合伝送路セクション(-D)および４セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送された後の累積波長分散は、ほぼゼロになる。
【００４２】
このように、図５に示す伝送システムでは、８セットの混合伝送路セクションを単位として、信号光の波長分散が補償される。すなわち、伝送距離が長いシステムでは、この８セットの混合伝送路セクションを単位とする配置パターンが繰り返される。伝送距離が長い場合の波長分散マップの例を図７に示す。
【００４３】
ここで、本実施形態の効果について、従来の技術と比較しながら説明する。以下では、伝送路が８区間から構成されている伝送システムを想定し、非線形効果について比較する。
【００４４】
本実施形態のシステムとしては、図５および図６に示す構成を前提とする。すなわち、伝送路が、４セットの混合伝送路セクション(-D)および４セットの混合伝送路セクション(+D)から構成されているものとする。一方、従来のシステムとしては、上述した文献１に記載の構成とする。すなわち、伝送路が７セットの混合伝送路セクション、および混合伝送路セクションの分散を補償するための補償セクションから構成されており、さらにその後段に補償セクションにおける損失を補うための集中型ラマン増幅用フィイバを備える構成とする。また、各種伝送パラメータは、下記の通りとする。
【００４５】
・混合伝送路セクションの長さ：５０ｋｍ
・第１の光ファイバの波長分散：＋２０．６ps/nm/km
・第１の光ファイバの非線形実行断面積（信号光波長）：１１０μｍ2
・第１の光ファイバの伝送損失（信号光波長）：０．１７dB/km
・第１の光ファイバの非線形屈折率係数：２．８×１０-20 ｍ2 ／Ｗ
・第１の光ファイバのラマン利得係数：１．７×１０-14 ｍ／Ｗ
・第２の光ファイバの波長分散：−４４．９ps/nm/km
・第２の光ファイバの非線形実行断面積（信号光波長）：１８μｍ2
・第２の光ファイバの伝送損失（信号光波長）：０．２７dB/km
・第２の光ファイバの非線形屈折率係数：４×１０-20 ｍ2 ／Ｗ
・第２の光ファイバのラマン利得係数：３．４×１０-14 ｍ／Ｗ
・混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散：＋２．７ps/nm/km
・この場合の第１の光ファイバの長さ：３６．３６ｋｍ
・この場合の第２の光ファイバの長さ：１３．６５ｋｍ
・混合伝送路セクション(-D)の平均波長分散：−２．７ps/nm/km
・この場合の第１の光ファイバの長さ：３２．２ｋｍ
・この場合の第２の光ファイバの長さ：１７．８ｋｍ
なお、文献１のシステムにおいては、各混合伝送路セクションの平均波長分散が−２．０ps/nm/km、補償セクションの平均波長分散が＋２０ps/nm/km、集中型ラマン増幅用ファイバの長さが８ｋｍ、集中型ラマン増幅用ファイバの非線形実行断面積（信号光波長）が９．５μｍ2 であるものとする。
【００４６】
光ファイバ中の非線形効果は、光カー効果によるものが支配的であるため、非線形効果による影響は、自己位相変調に起因する位相シフト量を比較することにより評価できる。そして、その前提に基づいてシミュレーションを行うと、本実施形態の構成と比較して、文献１の記載の構成の方が、その非線形効果が約１０パーセント強くなることが予想される。したがって、本実施形態の構成は、非線形効果による影響が抑えられ、伝送特性の改善が期待できる。
【００４７】
図８は、本実施形態の光増幅伝送システムの他の構成例である。このシステムでは、光送信局１００から見て、最初の４区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、続く４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。そして、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【００４８】
図９は、図８に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。なお、伝送システムに係わる各種パラメータは、図６を参照しながら説明したものと同じである。
【００４９】
上記伝送システムにおいて、光送信局１００から送出された信号光は、まず、混合伝送路セクション(+D)に入射される。そして、この混合伝送路セクションの出力端における累積波長分散は、約＋１３５ps/nm （＝＋２．７ps/nm/km×５０ｋｍ）となる。したがって、４セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約＝＋５４０ps/nm （＝＋１３５ps/nm ×４）となる。
【００５０】
この後、この信号光は、連続する４セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送される。ここで、各混合伝送路セクション(-D)における累積波長分散は約−１３５ps/nm であり、この４セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約＝−５４０ps/nm となる。したがって、４セットの混合伝送路セクション(+D)および４セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、ほぼゼロになる。
【００５１】
このように、図８に示す伝送システムでは、図５に示すシステムと同様に、８セットの混合伝送路セクションを単位として信号光の波長分散が補償される。
図１０は、本実施形態の光増幅伝送システムのさらに他の構成例である。このシステムは、図５に示す配置パターンおよび図８に示す配置パターンを組み合わせることにより実現される。すなわち、このシステムでは、光送信局１００から見て、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く８区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、さらにそれに続く４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。そして、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【００５２】
図１１は、図１０に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。図１１に示す伝送システムでは、１６セットの混合伝送路セクションを単位として信号光の波長分散が補償される。
【００５３】
なお、上述の実施例では、８または１６セットの混合伝送路セクションを単位（基本パターン伝送路）として信号光の波長分散が補償されているが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、信号光の波長分散を補償するための区間が短いと、相互位相変調による波形ひずみが問題となる。一方、信号光の波長分散を補償するための区間が長すぎると、累積波長分散のピーク値が大きくなるので、このことによっても波長ひずみが発生し得る。これらの点を考慮すると、信号光の波長分散は、例えば、４〜４０セットの混合伝送路セクションを単位として補償されるようにすることが好適である。
【００５４】
次に、光端局間に上り回線および下り回線が設けられている伝送システムに本発明を適用する場合を説明する。ここでは、光伝送路上に複数の光中継器が設けられているものとする。また、光端局と光中継器との間、および光中継器どうしの間は、それぞれ上述した混合伝送路セクションにより接続されているものとする。
【００５５】
図１２は、上り回線および下り回線に対してラマン増幅を行う光中継器の構成図である。ここで、上り回線は、混合伝送路セクション２１Ｕ、２２Ｕ、．．．から構成され、下り回線は、混合伝送路セクション２２Ｄ、２１Ｄ、．．．から構成されている。
【００５６】
各光中継器は、ラマン増幅のための励起光を生成する励起光源１１、励起光源１１により生成された励起光を上り回線および下り回線に分配するための光カプラ１３、および光カプラ１３により分岐された励起光を対応する回線に入射させる波長合成器１２Ｕ、１２Ｄを備える。なお、励起光源１１は、特定の波長の励起光を生成してもよいし、互いに波長の異なる複数の励起光を生成してもよい。また、光カプラ１３は、励起光源１１により生成された励起光を所定の比率（例えば、１：１）で分岐する分岐カプラである。さらに、波長合成器１２Ｕおよび１２Ｄは、それぞれ光カプラ１３により分岐された励起光を対応する回線の第２の光ファイバに入射する。具体的には、例えば、光中継器１０ａにおいて生成される励起光は、上り回線の一部である混合伝送路セクション２１Ｕの第２の光ファイバに入射されると共に、下り回線の一部である混合伝送路セクション２２Ｄの第２の光ファイバに入射される。
【００５７】
上記構成において、光端局または前段の光中継器から出力された信号光（波長多重光）は、混合伝送路セクションを介して伝送され光中継器に到達する。このとき、この信号光は、先に第１の光ファイバを介して伝送され、その後に第２の光ファイバを介して伝送される。なお、第１および第２の光ファイバは、それぞれ上述した通り、モードフィールド径の比較的大きい正分散ファイバ、およびモードフィールド径の比較的小さい負分散ファイバである。そして、光中継器に到着した信号光は、波長合成器１２を通過して次の混合伝送路セクションに導かれる。
【００５８】
ところで、本実施形態の伝送システムにおいては、上述した通り、２種類の混合伝送路セクション（混合伝送路セクション(+D)、および混合伝送路セクション(-D)）が使用される。ここで、混合伝送路セクション(+D)と混合伝送路セクション(-D)とでは、第１の光ファイバの長さと第２の光ファイバの長さの比率が互いに異なっている。実施例では、混合伝送路セクション(+D)の第１の光ファイバよりも、混合伝送路セクション(-D)の第１の光ファイバの方が短く、反対に、混合伝送路セクション(+D)の第２の光ファイバよりも、混合伝送路セクション(-D)の第２の光ファイバの方が長くなっている。また、第１の光ファイバのモードフィールド径よりも第２の光ファイバのモードフィールド径の方が小さいので、第２の光ファイバの方がラマン増幅の効率が高い。このため、混合伝送路セクション(+D)と混合伝送路セクション(-D)とを比較すると、混合伝送路セクション(-D)の方がラマン増幅の効率が高くなる。従って、もし、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)に対して同じ光パワーの励起光を供給したとすると、混合伝送路セクション(-D)における利得の方が大きくなってしまう。
【００５９】
この問題は、特に、光中継器が複数の回線のラマン増幅を一括して行うシステムにおいて考慮する必要がある。例えば、図１２に示す光中継器１０ａにより生成される励起光は、混合伝送路セクション２１Ｕおよび混合伝送路セクション２２Ｄに与えられるが、このとき、もし、これらの混合伝送路セクションの一方が混合伝送路セクション(+D)であり、他方が混合伝送路セクション(-D)であったとすると、上り回線の利得と下り回線の利得との間に差異が生じてしまう。
【００６０】
図１３〜図１６は、上記問題を解決する伝送システムの構成例である。以下では、１組の光端局が上り回線および下り回線により接続されており、それらの回線上に複数の光中継器が設けられている伝送システムを想定する。
【００６１】
図１３に示す伝送システムでは、光端局間の伝送路上に８個の光中継器（光中継器１０ａ〜１０ｈ）が設けられている。すなわち、上り回線及び下り回線は、それぞれ９セットの混合伝送路セクションから構成されている。ここで、各光中継器の構成は、図１２に示した通りである。なお、図１３において、１台の光中継器は、上り回線および下り回線上に描かれている１組の黒丸印により表されている。
【００６２】
上記伝送システムの上り回線は、その送信側から見て、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、それに続く５区間に混合伝送路セクション(+D)が配置されている。一方、下り回線は、その送信側から見て、最初の４区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、それに続く５区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の最終区間は、それぞれ混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれであってもよい。ただし、各回線において混合伝送路セクション(+D)の数と混合伝送路セクション(-D)の数が異なることにより生じる累積波長分散は、いずれかの光端局において補償する必要がある。例えば、図１３に示す上り回線では、混合伝送路セクション(-D)の数よりも混合伝送路セクション(+D)の数の方が１つだけ多くなっているので、いずれかの光端局において、１セットの混合伝送路セクション(+D)により生じる波長分散を補償する必要がある。
【００６３】
図１３に示す伝送システムでは、各光中継器により生成される励起光は、互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに与えられる。実施例では、光中継器１０ａ〜１０ｄにより生成される励起光は、それぞれ上り回線および下り回線を構成する混合伝送路セクション(-D)に与えられている。また、光中継器１０ｅ〜１０ｈにより生成される励起光は、それぞれ上り回線および下り回線を構成する混合伝送路セクション(+D)に与えられている。
【００６４】
このように、この伝送システムでは、各光中継器が上り回線および下り回線のラマン増幅を一括して行う際、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性の混合伝送路セクションに与えられる。このため、各光中継器から上り回線および下り回線に対して互いに同じ光パワーの励起光が供給されると、上り回線および下り回線の対応する混合伝送路セクションの利得が互いに同じになる。したがって、この伝送システムでは、各光中継器において励起光源の発光パワーを調整することにより、上り回線および下り回線のラマン増幅を同時に調整することができる。
【００６５】
図１４に示す伝送システムは、図１３に示す伝送システムと比較して、混合伝送路セクションの配置が異なる。すなわち、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の２区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く４区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の３区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。尚、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図１３に示す例と同じである。
【００６６】
この構成においても、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性の混合伝送路セクションに与えられるので、各光中継器において励起光源の発光パワーを調整することにより、上り回線および下り回線のラマン増幅を同時に調整することができる。また、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の分散マップが互いに同じになる。
【００６７】
図１５に示す伝送システムは、光端局間の伝送路上に１２個の光中継器が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ１３セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く４区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の５区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図１３に示す例と同じである。また、この構成では、混合伝送路セクション(+D)の数よりも混合伝送路セクション(-D)の数の方が５セット多くなっている。従って、このシステムでは、いずれかの光端局において、５セットの混合伝送路セクション(-D)による累積波長分散を補償する必要がある。
【００６８】
図１６に示す伝送システムは、光端局間の伝送路上に１６個の光中継器が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ１７セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く８区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の５区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図１３に示す例と同じである。また、この伝送システムにおいては、図１１に示す分散マップが実現される。
【００６９】
ところで、図１３〜図１６に示す伝送システムでは、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに与えられるようにそれらの配置が決定されるので、伝送路を構成する混合伝送路セクションの数が基本的に奇数になってしまう。これに対して、以下に示す構成では、伝送路を構成する混合伝送路セクションの数に制限がかからない。
【００７０】
図１７は、上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の他の形態の構成図である。この光中継器は、図１２に示した励起光源１１、光カプラ１３、波長合成器１２Ｕ、１２Ｄに加え、光減衰器１４を備える。光減衰器１４は、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の光パワーを調整する。この実施例では、光減衰器１４は、光カプラ１３と波長合成器１２Ｄとの間に設けられ、下り回線に供給すべき励起光の光パワーを調整する。なお、光減衰器１４は、可変型光減衰器であってもよいし、減衰量が一定の光減衰器であってもよい。また、光減衰器１４の代わりに、光パワーを調整するデバイス（例えば、光増幅器）を用いてもよい。
【００７１】
上記構成の光中継器１０は、上り回線および下り回線に対して、互いに光パワーの異なる励起光を供給することができる。ただし、光カプラ１３の光分岐比が１：１であり、光減衰器１４の減衰量をゼロとすれば、上り回線および下り回線に対して、互いに同じ光パワーの励起光が供給されることになる。
【００７２】
光中継器１０は、混合伝送路セクション２１Ｕおよび２２Ｄの一方が混合伝送路セクション(+D)であり且つ他方が混合伝送路セクション(-D)であった場合は、上り回線および下り回線に対して互いに光パワーの異なる励起光を供給する。すなわち、上述したように、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)に対して同じ光パワーの励起光を供給すると、混合伝送路セクション(-D)における利得の方が大きくなってしまうので、上り回線および下り回線の利得を互いに同じにするためには、混合伝送路セクション(-D)に対して供給すべき励起光の光パワーを混合伝送路セクション(+D)に対して供給すべき励起光の光パワーよりも低くする必要がある。
【００７３】
ここで、光減衰器１４による減衰量は、図５〜図７を参照しながら本実施形態と従来技術とを比較した際に用いた各種パラメータに従って伝送システムが設計されている場合、約０．５dBとなる。なお、上記図１２において、光カプラ１３の光分岐比を、１：１ではなく、４７パーセント：５３パーセントにすることでも同様の効果を得ることは可能である。
【００７４】
図１８は、図１７に示した光中継器を用いた伝送システムの構成例である。ここでは、光端局間の伝送路上に１５個の光中継器（１０ａ〜１０ｎ、１０ｐ）が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ１６セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く８区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の４区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。
【００７５】
上記１５個の光中継器のうち、光中継器１０ｄは、上り回線に配置されている混合伝送路セクション(-D)および下り回線に配置されている混合伝送路セクション(+D)に対して励起光を供給する。したがって、光中継器１０ｄは、下り回線に対して供給すべき励起光の光パワーよりも、上り回線に対して供給すべき励起光の光パワーを小さくする。なお、この場合、図１７において、光カプラ１３と波長合成器１２Ｕとの間に光減衰器１４が設けられる。一方、光中継器１０Ｌは、上り回線に配置されている混合伝送路セクション(+D)および下り回線に配置されている混合伝送路セクション(-D)に対して励起光を供給する。したがって、光中継器１０Ｌは、上り回線に対して供給すべき励起光の光パワーよりも、下り回線に対して供給すべき励起光の光パワーを小さくする。
【００７６】
なお、他の光中継器は、互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに励起光を与えるので、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の一方を減衰させる必要がない。すなわち、他の光中継器としては、図１２に示した光中継器を使用することができる。
【００７７】
このように、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の光パワーを個別に調整できるので、上り回線および下り回線の分散マップを互いに同じにすることができる。これにより、伝送システムの保守が容易になる。また、この構成においては、論理的には、光端局において波長分散を補償する機能を不要にすることができる。
【００７８】
なお、図１７〜図１８に示す伝送システムでは、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)における利得が互いに同じになるように各励起光の光パワーが調整されるているが、それらの利得を互いに一致させる目的の１つは、上り回線および下り回線の信号光レベルを互いに一致させることである。したがって、光減衰器１４を設ける代わりに、図１７に示すＡ点またはＢ点において光パワーを調整する機能を設けることにより、上り回線および下り回線の信号光レベルを互いに一致させるようにしてもよい。ここで、Ａ点またはＢ点において光パワーを調整する方法は、例えば、所定の方法で光ファイバ同士を接続または融着することにより、０．１〜１dB程度の損失を生成することで実現してもよい。そして、例えば、混合伝送路セクション２１Ｕが混合伝送路セクション(+D)であり、混合伝送路セクション２２Ｄが混合伝送路セクション(-D)であった場合は、Ａ点において所定の損失を発生させればよい。
【００７９】
図１９は、複数の回線に対してそれぞれ複数の励起光を供給する光中継器の構成図である。なお、ラマン増幅において、互いに波長の異なる複数の励起光を光ファイバに供給すると、広い帯域に渡って利得が確保される。
【００８０】
各光中継器は、互いに波長の異なる励起光を生成する複数の励起光源１１ａ、１１ｂ、およびそれら複数の励起光を合波する励起光合波器１５を備える。ここで、励起光合波器１５は、例えば、偏波合成器、波長合成器、または光カプラにより実現される。そして、励起光合波器１５により合波された複数の励起光は光カプラ１３により分岐され、さらに光カプラ１３により分岐された各励起光は、それぞれ波長合成器１２Ｕおよび１２Ｄにより上り回線および下り回線に入射される。すなわち、複数の励起光（λ1 、λ2 ）を含む合波励起光が、上り回線および下り回線にそれぞれ供給されることになる。なお、上り回線および下り回線は、図１７、図１８の回線を用いている。
【００８１】
図２０は、他の形態の光中継器の構成例である。この中継器は、同じ波長の励起光を生成する複数の励起光源１１ａ、１１ｃ、およびそれら複数の励起光を合波する偏波合成器１６を備える。そして、偏波合成器１６により合波された複数の励起光は光カプラ１３により分岐され、さらに光カプラ１３により分岐された各励起光が上り回線および下り回線に入射される。この構成により、励起光が無偏光化される。
【００８２】
図２１は、さらに他の形態の光中継器の構成例である。この中継器では、励起光源１１により生成される励起光は、偏波保持ファイバ１７を介して光カプラ１３に導かれる。そして、その偏波保持ファイバ１７により無偏光化された励起光が、上り回線および下り回線に入射される。
【００８３】
次に、相互位相変調（ＸＰＭ）によるチャープ（または、チャーピング）をキャンセルするための設計手法について説明する。
図２２は、相互位相変調によるチャープについて説明する図である。相互位相変調によるチャープは、互いに波長の異なる光が光ファイバ中を伝送するときの伝送速度が異なっていることに起因して発生する。したがって、ここでは、図２２(a) に示すように、光ファイバ中に互いに波長の異なる２つの信号光（孤立光パルス）が存在する場合を想定する。また、第１の信号光よりも第２の信号光の伝送速度の方が速いものとする。
【００８４】
図２２(b) に示すように、第２の信号光が第１の信号光に接近して衝突し始めると、光強度が急激に上がるので、レッドチャープが発生する。なお、「レッドチャープ」とは、光の波長が長波長側にシフトする現象のことである。一方、図２２(c) に示すように、第２の信号光が第１の信号光を追い越して離れようとすると、光強度が急激に低下するので、ブルーチャープが発生する。なお、「ブルーチャープ」とは、光の波長が短波長側にシフトする現象のことである。
【００８５】
そして、第２の信号光が第１の信号光に追いついてから追い越し終わるまでの期間、すなわちレッドチャープが発生したときからブルーチャープが発生するまでの期間、これらの信号光の光パワーが一定であれば、レッドチャープとブルーチャープとが互いに打ち消し合う。しかし、実際は、第２の信号光が第１の信号光に追いついてから追い越し終わるまでに所定の時間を要するので、この間にこれらの信号光は相当距離伝送される。すなわち、レッドチャープおよびブルーチャープが発生する伝送路上の位置は、互いに相等距離離れている。したがって、伝送路上に光増幅中継器が設けられていること、および光が伝送路で減衰することを考慮すると、レッドチャープおよびブルーチャープが発生するタイミングにおける信号光の光パワーが互いに異なってしまい、レッドチャープおよびブルーチャープが互いに打ち消し合わなくなってしまう。
【００８６】
図２３は、レッドチャープまたはブルーチャープの残留を説明する図である。実施例では、２区間の混合伝送路セクション２１、２２を介して信号光が伝送される場合を示す。ここで、混合伝送路セクション２１、２２は、互いに同じ構成である。すなわち、各混合伝送路セクションは、それぞれ正分散ファイバである第１の光ファイバおよび負分散ファイバである第２の光ファイバから構成されており、長さが５０ｋｍ、平均波長分散が−５ps/nm/kmである。また、この伝送システムは、信号光の波長帯が１．５５μｍ、波長多重されている信号光の波長間隔が５０GHz 、信号の伝送速度が１０Gbpsである。なお、５０GHz は、１．５５μｍ帯では約０．４ｎｍに相当する。すなわち、信号光は、約０．４ｎｍ間隔で配置されている。
【００８７】
上記伝送システムにおいて、互いに隣接する波長が割り当てられている１組の信号光が混合伝送路セクション２１、２２を介して伝送されるとき、一方の信号光のパルスが他方の信号光のパルスを次々と追い越すものとする。ここで、一方の信号光のパルスが他方の信号光のパルスを追い越す際には、上述のように、レッドチャープおよびブルーチャープが生じる。実施例では、信号光が光中継器または光端局から送出されると、混合伝送路セクション２１において、まず、レッドチャープが発生し、それに続いてブルーチャープが発生している。そして、それ以降、レッドチャープとブルーチャープが交互に発生している。
【００８８】
ところが、混合伝送路セクションでは、図３を参照しながら説明したように、信号光の光パワーは、光中継器または光端局から送出された直後が最も高く、その後、徐々に減衰していく。このため、光中継器または光端局から送出された直後に発生するチャープ（実施例では、レッドチャープ）が最大であり、その後に発生するチャープは徐々に小さくなっていく。したがって、混合伝送路セクション２１において交互に発生するレッドチャープおよびブルーチャープは、互いに完全にキャンセルされることはなく、混合伝送路セクション２１の出力端において一方のチャープが残ってしまう。図２３に示す例では、レッドチャープが残留している。そして、信号光は、この残留チャープを保持したまま混合伝送路セクション２２に入射される。
【００８９】
ところで、上記パラメータに従って設計された伝送システムでは、信号光が混合伝送路セクション２１を介して伝送されることにより、約−２５０ps/nm （＝−５ps/nm/km×５０km）の波長分散が生じる。即ち、互いに隣接する波長が割り当てられた信号光同士の間では、約１００ps（＝２５０ps/nm ×０．４nm）の波長分散が生じる。ここで、この伝送システムでは、信号の伝送速度が１０Gbpsである。即ち、伝送信号の各ビットに割り当てられる時間は、１００psである。このため、この伝送システムでは、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクション２１を介して伝送されると、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに１ビットだけシフトすることになる。したがって、信号光が混合伝送路セクション２２に入射されるとき、上記１組の信号光を利用して伝送される信号の位相関係は、その信号光が混合伝送路セクション２１に入射されたときの位相関係と同じである。
【００９０】
この結果、混合伝送路セクション２２においては、混合伝送路セクション２１において発生したチャープと同様のチャープが発生する。すなわち、混合伝送路セクション２２においても、混合伝送路セクション２１と同様に、レッドチャープとブルーチャープとが完全にはキャンセルされず、新たなレッドチャープが残留してしまう。この結果、混合伝送路セクション２１、２２において発生したチャープが累積し、より大きなチャープが生じてしまう。
【００９１】
上記問題は、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクションを介して伝送される際に、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに１ビットだけシフトすることにより発生するものである。したがって、このビットシフトが０．５ビットになるように各種伝送パラメータを設定すれば、上記問題は解決する。
【００９２】
図２４は、チャープがキャンセルされるように設計された伝送システムの伝送特性を示す図である。この実施例では、各混合伝送路セクションの平均波長分散が−２．３ps/nm/kmであり、信号の伝送速度が１０．７Gbpsである。この場合、信号光が混合伝送路セクションを介して伝送されることにより約−１１５ps/nm （＝−２．３ps/nm/km×５０km）の波長分散が生じる。すなわち、互いに隣接する波長が割り当てられた信号光同士の間では、約４６ps（＝１１５ps/nm ×０．４nm）の波長分散が生じる。ここで、この伝送システムでは、信号の伝送速度が１０．７Gbpsである。すなわち、伝送信号の各ビットに割り当てられる時間は、約９３psである。このため、この伝送システムでは、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクションを介して伝送されると、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに約０．５ビットだけシフトすることになる。すなわち、信号光が混合伝送路セクション２１を伝送するときと混合伝送路セクション２２を伝送するときとでは、上記１組の信号光を利用して伝送される信号の位相関係が互いに反転した状態となる。
【００９３】
実施例では、混合伝送路セクション２１においてブルーチャープが支配的であるのに対し、混合伝送路セクション２２においてはレッドチャープが支配的となっている。従って、信号光がこれら２セットの混合伝送路セクションを介して伝送されると、各セクションにおいて相互位相変調により生じるチャープが互いにキャンセルされ、伝送波形の劣化が小さくなる。
【００９４】
なお、上述の例では、１セットの混合伝送路セクションにおいて０．５ビットの位相シフトが生じるように設計されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１セットの混合伝送路セクションにおいて約３分の１ビットの位相シフトが生じるように設計すれば、３セットの混合伝送路セクションで相互位相変調により生じるチャープが互いにキャンセルされる。
【００９５】
図２５は、他の形態の光増幅伝送システムの構成図である。この伝送システムは、広い利得帯域の確保、および各光中継器を出来るだけ小型化することを実現する。
【００９６】
この伝送システムでは、伝送路上に、励起光源１１ａ〜１１ｃを備える光中継器（第１の光中継器）、および励起光源１１ｄ〜１１ｆを備える光中継器（第２の光中継器）が交互に設けられる。ここで、励起光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより生成される励起光の波長は、例えばそれぞれ１４３０ｎｍ、１４６５ｎｍ、１５０２ｎｍであり、励起光源１１ｄ、１１ｅ、１１ｆにより生成される励起光の波長は、例えばそれぞれ１４４８ｎｍ、１４８４ｎｍ、１５２１ｎｍである。そして、各光中継器において、励起光合波器１８によって複数の励起光が合波され、その合波励起光が波長合成器１２により伝送路に導かれる。なお、上記６種類の励起光は、波長が等間隔になるように、または周波数が等間隔になるように決定される。正確には、ラマン利得ピーク波長が等しい光周波数間隔になるように励起光の周波数または波長を設定する。このように、相互位相変調時の信号光の波長間の光出力を等しくすることで、レッドチャープの量とブルーチャープの量とをほぼ同じにすることができる。
【００９７】
図２６は、励起光源１１ａ〜１１ｆが生成する励起光により生じるラマン利得のピーク波長を示す表である。このように、ラマン利得のピークは、励起光波長から約１３．２THz ずれた波長に生じる。なお、ここで示した励起光波長は一例であり、信号光の波長帯域に合わせて変更する必要がある。
【００９８】
図２７は、図２５に示す伝送システムによる効果を示す図である。図中、第１の光中継器のみが設けられている場合の利得が破線で表され、第１および第２の光中継器が交互に設けられている場合の利得が実線で表されている。本実施形態のシステムにおいては、第１の光中継器のみが設けられているシステムと比較して、利得偏差が小さく、信号光波長帯域幅を拡大することができる。もちろん、各光中継器にそれぞれ励起光源１１ａ〜１１ｆを設ければ、図２５に示すシステムと同等またはそれ以上の利得特性が得られる。しかし、励起光源の数が増えると、光中継器のサイズが大きくなり、消費電力も大きくなってしまうという欠点がある。
【００９９】
なお、上述の実施例では、２種類の光中継器を交互に配置する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、励起光源１１ａ、１１ｅを備える光中継器、励起光源１１ｄ、１１ｃを備える光中継器、および励起光源１１ｂ、１１ｆを備える光中継器が伝送路上に順番に配置されるようなシステムであってもよい。
【０１００】
また、本実施形態の光増幅伝送システムにおいて、伝送路上に利得等化器を設けるようにしてもよい。なお、利得等化器は、各光中継器に設けてもよいし、所定数の光中継器に対して１つだけ設けられてもよいし、光受信局に設けられてもよい。
【０１０１】
さらに、ある光中継器においてある励起光源が故障した場合に、他の１または複数の光中継器においてその故障した励起光源が生成していた励起光の波長と同じ波長の励起光の光パワーを増加させるようにしてもよい。なお、この機能は、例えば、特願２００１−３０８３６号に記載の発明を利用して実現することができる。
【０１０２】
（付記１）信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第１の光ファイバおよび負の分散を有し上記第１光ファイバの後段に設けられる第２の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第２の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される光増幅伝送システム。
【０１０３】
（付記２）付記１に記載の光増幅伝送システムであって、
各混合伝送路の累積波長分散は、上記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの長さの比率を変えることにより調整される。
【０１０４】
（付記３）付記１に記載の光増幅伝送システムであって、
各混合伝送路の累積波長分散は、上記第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの少なくとも一方の波長分散特性を変えることにより調整される。
【０１０５】
（付記４）付記１に記載の光増幅伝送システムであって、
上記伝送路は、累積波長分散が正である１以上の混合伝送路および累積波長分散が負である１以上の混合伝送路から構成される基本パターン伝送路を繰り返すことにより構成される。
【０１０６】
（付記５）付記４に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路は、４セット〜４０セットの混合伝送路により構成される。
【０１０７】
（付記６）付記４に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路の前半には累積波長分散が負である混合伝送路が配置され、その後半には累積波長分散が正である混合伝送路が配置される。
【０１０８】
（付記７）付記４に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路の前半には累積波長分散が正である混合伝送路が配置され、その後半には累積波長分散が負である混合伝送路が配置される。
【０１０９】
（付記８）付記１に記載の光増幅伝送システムであって、
上記複数の光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第１の光中継器、およびその第１の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第２の光中継器を含む。
【０１１０】
（付記９）付記８に記載の光増幅伝送システムであって、
上記光中継器が使用する複数の励起光は、その波長または周波数が等間隔に配置されている。
【０１１１】
（付記１０）付記８に記載の光増幅伝送システムであって、
上記伝送路上に、１または複数の利得等化器を備える。
（付記１１）付記８に記載の光増幅伝送システムであって、
上記複数の光中継器のなかのある光中継器において励起光源が故障した時に、他の１または複数の光中継器において上記故障した励起光源が生成していた励起光の波長と同じ波長の励起光の光パワーを増加させる。
【０１１２】
（付記１２）信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、第１の光ファイバおよびその第１の光ファイバよりも小さなモードフィールド径を有し上記第１光ファイバの後段に設けられる第２の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第２の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される光増幅伝送システム。
【０１１３】
（付記１３）互いに反対方向に信号光を伝送する第１の伝送路および第２の伝送路を有する光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第１の光ファイバおよび負の分散を有し上記第１光ファイバの後段に設けられる第２の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第２の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記１組の伝送路は、それぞれ、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成され、
各光中継器が上記第１および第２の伝送路に励起光を供給する光増幅伝送システム。
【０１１４】
（付記１４）付記１３に記載の光増幅伝送システムであって、
各光中継器は、
励起光を生成する励起光源と、
上記励起光源により生成された励起光を分岐する分岐手段と、
上記分岐手段により分岐された励起光の一方を上記第１の伝送路に合波する第１の合波手段と、
上記分岐手段により分岐された励起光の他方を上記第２の伝送路に合波する第２の合波手段とを有する。
【０１１５】
（付記１５）付記１４に記載の光増幅伝送システムであって、
上記分岐手段と上記第２の合波手段との間に励起光の光レベルを調整するための調整手段を備える。
【０１１６】
（付記１６）付記１または付記１３に記載の光増幅伝送システムであって、
各光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を生成して対応する混合伝送路に供給する。
【０１１７】
（付記１７）付記１または付記１３に記載の光増幅伝送システムであって、
上記励起光を無偏光化する手段をさらに有する。
（付記１８）付記１または付記１３に記載の光増幅伝送システムであって、
信号光が波長多重光であり、
その波長多重光の中の互いに隣接する波長が割り当てられている光により伝送される信号同士の間の遅延量が、混合伝送路ごとに１／ｎ（ｎは２以上の整数）ビットになるように、混合伝送路の長さ、混合伝送路の累積波長分散、信号の伝送速度が決定される。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明の光増幅伝送システムは、少なくとも２種類の混合伝送路を適切に配置することにより伝送路が構成されているので、非線形効果による影響が低減することで伝送特性の改善が得られる。
【０１１９】
また、ラマン増幅のための励起光は、常に、モードフィールド径の小さい光ファイバに入射されるので、ラマン利得の効率が高く、信号を伝送するための光ファイバの他に利得を上げるための専用ファイバを必要としない。
【０１２０】
さらに、広い帯域に渡って偏差の少ないラマン利得を得るために必要な複数の励起光波長を複数の光中継器に適切に割り振るようにしたので、各光中継器内で用いる励起光源の数を増加させることなく、利得偏差を低減し、信号光波長帯域幅を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光増幅伝送システムの構成図である。
【図２】中継器および混合伝送路セクションの構成例を示す図である。
【図３】混合伝送路セクションにおける信号光の光パワーを示す図である。
【図４】中継器および混合伝送路セクションの他の構成例を示す図である。
【図５】本実施形態の光増幅伝送システムの構成例である。
【図６】図５に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップ（その１）である。
【図７】図５に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップ（その２）である。
【図８】本実施形態の光増幅伝送システムの他の構成例である。
【図９】図８に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。
【図１０】本実施形態の光増幅伝送システムのさらに他の構成例である。
【図１１】図１０に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。
【図１２】上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の構成図である。
【図１３】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例（その１）である。
【図１４】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例（その２）である。
【図１５】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例（その３）である。
【図１６】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例（その４）である。
【図１７】上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の他の形態の構成図である。
【図１８】図１７に示した光中継器を用いた伝送システムの構成例である。
【図１９】複数の回線に対して複数の励起光を供給する光中継器の構成図である。
【図２０】他の形態の光中継器の構成例である。
【図２１】さらに他の形態の光中継器の構成例である。
【図２２】相互位相変調によるチャープについて説明する図である。
【図２３】レッドチャープまたはブルーチャープの残留を説明する図である。
【図２４】チャープがキャンセルされるように設計された伝送システムの伝送特性を示す図である。
【図２５】他の形態の光増幅伝送システムの構成図である。
【図２６】励起光波長とラマン利得のピーク波長の関係を示す表である。
【図２７】図２５に示す伝送システムによる効果を示す図である。
【図２８】一般的な波長多重伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
１０    光中継器
１１    励起光源
１２    波長合成器
１３    光カプラ
１４    光減衰器
１５    励起光合波器
１６    偏波合成器
１７    偏波保持ファイバ
１８    励起光合波器
１００  光送信局
１１０  光受信局
【図１】
0004523188.tif 000002
【図２】
0004523188.tif 000003
【図３】
0004523188.tif 000004
【図４】
0004523188.tif 000005
【図５】
0004523188.tif 000006
【図６】
0004523188.tif 000007
【図７】
0004523188.tif 000008
【図８】
0004523188.tif 000009
【図９】
0004523188.tif 000010
【図１０】
0004523188.tif 000011
【図１１】
0004523188.tif 000012
【図１２】
0004523188.tif 000013
【図１３】
0004523188.tif 000014
【図１４】
0004523188.tif 000015
【図１５】
0004523188.tif 000016
【図１６】
0004523188.tif 000017
【図１７】
0004523188.tif 000018
【図１８】
0004523188.tif 000019
【図１９】
0004523188.tif 000020
【図２０】
0004523188.tif 000021
【図２１】
0004523188.tif 000022
【図２２】
0004523188.tif 000023
【図２３】
0004523188.tif 000024
【図２４】
0004523188.tif 000025
【図２５】
0004523188.tif 000026
【図２６】
0004523188.tif 000027
【図２７】
0004523188.tif 000028
【図２８】
0004523188.tif 000029