(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１方向に伝送するとともに、前記第１波長帯域と重なる帯域を有しない第２波長帯域の信号光を前記光伝送路の第２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送システムであって、
前記第１方向に伝送される前記第１波長帯域の信号光を光増幅する集中光増幅器と、
前記第２方向に伝送される前記第２波長帯域の信号光を光増幅する分布光増幅器と
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記分布光増幅器における分布光増幅用励起光は前記光伝送路の前記第１方向に伝搬することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記第１波長帯域が前記分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長と前記第２波長帯域との間に配置されないことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記第２波長帯域のうちの最長波長での前記分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長波長側にある前記第１波長帯域のうちの最短波長での前記分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記光伝送路は、前記分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、分布光増幅の利得係数が大きくなることを特徴とする請求項２記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記光伝送路は、前記分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、実効断面積が小さくなることを特徴とする請求項２記載の光伝送システム。
【請求項７】
前記光伝送路は、前記分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接続されたものであることを特徴とする請求項５または６に記載の光伝送システム。
【請求項８】
第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１方向に伝送するとともに、前記第１波長帯域と重なる帯域を有しない第２波長帯域の信号光を前記光伝送路の第２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送方法であって、
前記第１方向に伝送される前記第１波長帯域の信号光を集中光増幅器により光増幅し、
前記第２方向に伝送される前記第２波長帯域の信号光を分布光増幅器により光増幅する
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項９】
前記分布光増幅器における分布光増幅用励起光は前記光伝送路の前記第１方向に伝搬することを特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
【請求項１０】
前記第１波長帯域が前記分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長と前記第２波長帯域との間に配置されないことを特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
【請求項１１】
前記第２波長帯域のうちの最長波長での前記分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長波長側にある前記第１波長帯域のうちの最短波長での前記分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項８記載の光伝送方法。
【請求項１２】
前記光伝送路は、前記分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、分布光増幅の利得係数が大きくなることを特徴とする請求項９記載の光伝送方法。
【請求項１３】
前記光伝送路は、前記分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、実効断面積が小さくなることを特徴とする請求項９記載の光伝送方法。
【請求項１４】
前記光伝送路は、前記分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接続されたものであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一の光伝送路で双方向の光伝送を行う光伝送システムおよび光伝送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおける信号光の伝送媒体である光伝送路として一般に用いられる石英系光ファイバは、波長１．５５μｍ付近で伝送損失が最も小さいことから、信号光の波長帯域として波長１．５５μｍ帯が用いられる。また、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅する光増幅器（例えば、Ｅｒ元素が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として用いるＥｒ元素添加光ファイバ増幅器）を送信器と受信器との間に設けることで、更に長距離の光伝送を行うことが可能である。しかし、この光増幅器は集中型のものであることから、光伝送路のうち光増幅器の出力端に近い部分では、信号光パワーが大きく、非線型光学現象が発生し易く、信号光の波形が劣化し易い。このような問題点を解決するために、例えば、文献１「T. Naito, et al., "1 Terabit/s WDM Transmission over 10,000 km", ECOC'99, PD (1999)」に記載された光伝送システムでは、信号光の波長帯域として波長１．５５μｍ帯を用い、Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器を多段に接続することで長距離の光伝送を行うとともに、各中継区間の下流側より上流側に実効断面積が大きい光ファイバを用いることで、非線形光学現象に因る信号光の波形劣化の抑制を図っている。
【０００３】
また、光伝送路として一般に用いられることが多いシングルモード光ファイバは、波長１．３μｍ付近で波長分散の絶対値が小さく信号光の波形劣化が生じ難くいことから、信号光の波長帯域として波長１．３μｍ帯が用いられる場合もある。また、光伝送システムにおいて用いられる光部品も波長１．３μｍ帯に対応したものも多い。例えば、文献２「C. R. Giles, et al., "Single-Fiber Access PON using Downstream 1550 nm WDM Routing and Upstream 1300 nm Power Combining through a Fiber-Grating Router", ECOC'96, WeB.1.4, pp.3.27-3.30 (1996)」に記載された光伝送システムは、光伝送路の第１方向に波長１．５５μｍ帯の多波長の信号光を伝送するとともに、これとは反対の第２方向に波長１．３μｍ帯の信号光を伝送して、双方向の光伝送を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記文献１に記載された光伝送システムでは、波長１．５５μｍ帯の信号光を用いて一方向の光伝送を行うことができる。しかし、逆方向に光伝送を行おうとする場合には、光伝送路のうち光増幅器の出力端に近い部分では、信号光パワーが大きいことに加えて、光ファイバの実効断面積が小さいことから、非線型光学現象が発生し易く、信号光の波形が劣化し易い。したがって、この光伝送システムでは、双方向とも波長１．５５μｍ帯の信号光を用いて長距離光伝送を行うことが困難である。
【０００５】
また、上記文献２に記載されたような異なる波長帯域を用いて双方向の光伝送を行う光伝送システムでは、Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器を設けることにより、波長１．５５μｍ帯または波長１．５８μｍ帯の信号光については光増幅することができるものの、他の波長帯域（例えば波長１．３μｍ帯や波長１．４５μｍ帯）の信号光については光増幅することができない。したがって、この光伝送システムでは、使用可能な波長帯域が限られ、また、長距離光伝送を行うことが困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距離光伝送が可能な光伝送システムおよび光伝送方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光伝送システムは、第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１方向に伝送するとともに、第１波長帯域と重なる帯域を有しない第２波長帯域の信号光を光伝送路の第２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送システムであって、第１方向に伝送される第１波長帯域の信号光を光増幅する集中光増幅器と、第２方向に伝送される第２波長帯域の信号光を光増幅する分布光増幅器とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光伝送方法は、第１波長帯域の信号光を光伝送路の第１方向に伝送するとともに、第１波長帯域と重なる帯域を有しない第２波長帯域の信号光を光伝送路の第２方向に伝送して、双方向の光伝送を行う光伝送方法であって、第１方向に伝送される第１波長帯域の信号光を集中光増幅器により光増幅し、第２方向に伝送される第２波長帯域の信号光を分布光増幅器により光増幅することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光伝送システムまたは光伝送方法によれば、第１波長帯域（例えば波長１．５５μｍ帯または波長１．５８μｍ帯）の信号光は、光伝送路を第１方向に伝送されるとともに、集中光増幅器（例えばＥｒ元素添加光ファイバ増幅器）により光増幅される。一方、第２波長帯域（例えば波長１．３μｍ帯または波長１．４５μｍ帯）の信号光は、光伝送路を第２方向に伝送されるとともに、分布光増幅器（例えばラマン増幅器）により光増幅される。ここで、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯域を有しない。また、第１方向と第２方向とは互いに異なる方向である。したがって、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距離光伝送が可能である。なお、第１波長帯域および第２波長帯域の双方または何れか一方において多波長の信号光を多重化して光伝送するのが好適であり、この場合には大容量通信を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る光伝送システムまたは光伝送方法では、分布光増幅器における分布光増幅用励起光は光伝送路の第１方向に伝搬することを特徴とする。この場合には、分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、分布光増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互いに逆の方向となり、これにより、第２波長帯域の信号光と雑音光との間のビートや雑音光同士のビートなどが抑制されるので、信号光のＳ／Ｎ比の劣化を回避することができる。
【００１１】
また、本発明に係る光伝送システムまたは光伝送方法では、第１波長帯域が分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配置されないことを特徴とする。この場合には、分布光増幅器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるので、想定外の信号光の波形劣化が回避される。特に、第２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上であるのが好適である。このようにすることで、想定外の信号光の波形劣化が充分に回避される。
【００１２】
また、本発明に係る光伝送システムまたは光伝送方法では、光伝送路は、分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、分布光増幅の利得係数が大きくなることを特徴とし、或いは、実効断面積が小さくなることを特徴とする。これら何れの場合にも、第１方向に伝送されるとともに集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の信号光については、集中光増幅器の直ぐ下流側の信号光パワーが大きいところでは、光伝送路の実効断面積が比較的大きいので、非線形光学現象に因る信号光の波形劣化の抑制を図ることができる。一方、第２方向に伝送されるとともに分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光については、分布光増幅用励起光が第１方向に伝送されることを考慮して、分布光増幅用励起光のパワーが小さいところで、光伝送路の分布光増幅の利得係数が大きく又は実効断面積が小さいので、光伝送路における分布光増幅の効率を比較的大きくすることができ、光伝送路の全体における第２波長帯域の信号光のパワー変動を抑えつつ、分布光増幅用励起光を効率よく利用することができる。このような光伝送路は、分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接続されたものであるのが好適であり、この場合には、各々の光ファイバを長手方向に均一のものとすることができることから、安価かつ容易に光伝送路を構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
先ず、本発明に係る光伝送システムおよび光伝送方法の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る光伝送システム１の構成図である。この図に示した光伝送システム１は、Ｍ個の送信器１１1〜１１M、Ｎ個の送信器１２1〜１２N、Ｍ個の受信器２１1〜２１M、Ｎ個の受信器２２1〜２２N、合波器３１，３２、分波器４１，４２、光カプラ５１〜５３、集中光増幅器６０、分布光増幅用励起光源７０、中継器８１，８２、光伝送路９１〜９３を備えている。
【００１５】
各送信器１１mは、第１波長帯域に含まれる波長λ1mの信号光を送出するものである（ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数。以下同様。）。合波器３１は、各送信器１１mから送出された波長λ1mの信号光を合波して多重化し、この多重化した第１波長帯域の信号光を集中光増幅器６０へ出力する。集中光増幅器６０は、合波器３１から出力された第１波長帯域の信号光を一括光増幅して光カプラ５１へ出力する。光カプラ５１は、集中光増幅器６０から出力された第１波長帯域の信号光を光伝送路９１へ出力する。そして、光カプラ５１から出力された第１波長帯域の信号光は、光伝送路９１、中継器８１、光伝送路９２、中継器８２および光伝送路９３を順に経て光カプラ５２に到達する。光カプラ５２は、光伝送路９３を伝送してきて到達した第１波長帯域の信号光を分波器４１へ出力する。分波器４１は、光カプラ５２から出力された第１波長帯域の信号光を分波して、波長λ1mの信号光を受信器２１mへ出力する。各受信器２１mは、分波器４１から出力された波長λ1mの信号光を受信する。
【００１６】
各送信器１２nは、第２波長帯域に含まれる波長λ2nの信号光を送出するものである（ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数。以下同様。）。合波器３２は、各送信器１２nから送出された波長λ2nの信号光を合波して多重化し、この多重化した第２波長帯域の信号光を光カプラ５２へ出力する。光カプラ５２は、合波器３２から出力された第２波長帯域の信号光を光伝送路９３へ出力する。そして、光カプラ５２から出力された第２波長帯域の信号光は、光伝送路９３、中継器８２、光伝送路９２、中継器８１および光伝送路９１を順に経て光カプラ５１に到達する。光カプラ５１は、光伝送路９１を伝送してきて到達した第２波長帯域の信号光を光カプラ５３へ出力する。光カプラ５３は、光カプラ５１から出力された第２波長帯域の信号光を分波器４２へ出力する。分波器４２は、光カプラ５３から出力された第２波長帯域の信号光を分波して、波長λ2nの信号光を受信器２２nへ出力する。各受信器２２nは、分波器４２から出力された波長λ2nの信号光を受信する。
【００１７】
分布光増幅用励起光源７０は、波長λpの分布光増幅用励起光を光カプラ５３へ出力する。光カプラ５３は、この分布光増幅用励起光を光カプラ５１へ出力する。さらに、光カプラ５１は、この分布光増幅用励起光を光伝送路９１へ出力する。また、後述するように、中継器８１，８２それぞれは、第１波長帯域の信号光を光増幅する集中光増幅器と、波長λpの分布光増幅用励起光を出力する分布光増幅用励起光源とを有する。
【００１８】
第１波長帯域に含まれる波長λ11〜λ1Mの各信号光は、光伝送路９１〜９３の第１方向（図１で右に向かう方向）に伝送され、集中光増幅器６０および中継器８１，８２に含まれる集中光増幅器それぞれにより集中光増幅される。例えば、第１波長帯域は、波長１．５５μｍ帯または波長１．５８μｍ帯であり、各集中光増幅器は、希土類元素が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として用いる希土類元素添加光ファイバ増幅器であり、好適にはＥｒ元素添加光ファイバ増幅器である。
【００１９】
第２波長帯域に含まれる波長λ21〜λ2Nの各信号光は、光伝送路９１〜９３の第２方向（図１で左に向かう方向）に伝送されるとともに、分布光増幅用励起光源７０および中継器８１，８２に含まれる分布光増幅用励起光源それぞれから出力された分布光増幅用励起光が供給された光伝送路９１〜９３において分布光増幅される。すなわち、これらの各要素は第２波長帯域の信号光に対して分布光増幅器（ラマン増幅器またはブリルアン増幅器）を構成している。例えば、第２波長帯域は、波長１．３μｍ帯または波長１．４５μｍ帯である。第２波長帯域が波長１．３μｍ帯であるときには、分布光増幅用励起光の波長λpは１．２μｍ程度であり、第２波長帯域が波長１．４５μｍ帯であるときには、分布光増幅用励起光の波長λpは１．３５μｍ程度である。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る光伝送システムにおける中継器の１構成例を説明する図である。この図に示した中継器１００は、図１に示した光伝送システム１の中継器８１，８２の何れとしても好適に用いられる。この中継器１００は、光カプラ１５１〜１５３、集中光増幅器１６０および分布光増幅用励起光源１７０を備える。光カプラ１５１は、第１入出力端１００ａに到達した第１波長帯域の信号光を集中光増幅器１６０へ出力するとともに、集中光増幅器１６０を経ることなく光カプラ１５２から到達した第２波長帯域の信号光を第１入出力端１００ａへ出力する。集中光増幅器１６０は、光カプラ１５１から到達した第１波長帯域の信号光を光増幅して光カプラ１５２へ出力する。光カプラ１５２は、集中光増幅器１６０から到達した第１波長帯域の信号光を光カプラ１５３へ出力するとともに、光カプラ１５３から到達した第２波長帯域の信号光を光カプラ１５１へ出力する。分布光増幅用励起光源１７０は、波長λpの分布光増幅用励起光を光カプラ１５３へ出力する。光カプラ１５３は、光カプラ１５２から到達した第１波長帯域の信号光を第２入出力端１００ｂへ出力し、分布光増幅用励起光源１７０から到達した波長λpの分布光増幅用励起光をも第２入出力端１００ｂへ出力し、また、第２入出力端１００ｂから到達した第２波長帯域の信号光を光カプラ１５２へ出力する。
【００２１】
この中継器１００では、光伝送路を経て第１入出力端１００ａに到達した波長λ11〜λ1Mの第１波長帯域の信号光は、光カプラ１５１を経て、集中光増幅器１６０により光増幅され、光カプラ１５２および１５３を順に経て、第２入出力端１００ｂより光伝送路へ出力される。光伝送路を経て第２入出力端１００ｂに到達した波長λ21〜λ2Nの第２波長帯域の信号光は、集中光増幅器１６０を経ることなく、光カプラ１５３，１５２および１５１を順に経て、第１入出力端１００ａより光伝送路へ出力される。また、分布光増幅用励起光源１７０から出力される波長λpの分布光増幅用励起光は、光カプラ１５３を経て、第２入出力端１００ｂより光伝送路へ出力される。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る光伝送システムにおける中継器の他の構成例を説明する図である。この図に示した中継器２００も、図１に示した光伝送システム１の中継器８１，８２の何れとしても好適に用いられる。この中継器２００は、光サーキュレータ２５１，２５２、光カプラ２５３、光フィルタ２５４、集中光増幅器２６０および分布光増幅用励起光源２７０を備える。光サーキュレータ２５１は、第１入出力端２００ａに到達した第１波長帯域の信号光を集中光増幅器２６０へ出力するとともに、光カプラ２５３から到達した第２波長帯域の信号光を第１入出力端２００ａへ出力する。集中光増幅器２６０は、光サーキュレータ２５１から到達した第１波長帯域の信号光を光増幅して光フィルタ２５４へ出力する。光フィルタ２５４は、第１波長帯域の信号光を透過させるが、分布光増幅用励起光源２７０から出力される波長λpの分布光増幅用励起光を反射させる。光サーキュレータ２５２は、光フィルタ２５４から到達した光を第２入出力端２００ｂへ出力し、第２入出力端２００ｂから到達した光を光カプラ２５３へ出力し、また、光カプラ２５３から到達した光を光フィルタ２５４へ出力する。分布光増幅用励起光源２７０は、波長λpの分布光増幅用励起光を光カプラ２５３へ出力する。光カプラ２５３は、光サーキュレータ２５２から到達した第２波長帯域の信号光を光サーキュレータ２５１へ出力し、分布光増幅用励起光源２７０から到達した波長λpの分布光増幅用励起光を光サーキュレータ２５２へ出力する。
【００２３】
この中継器２００では、光伝送路を経て第１入出力端２００ａに到達した波長λ11〜λ1Mの第１波長帯域の信号光は、光サーキュレータ２５１を経て、集中光増幅器２６０により光増幅され、光フィルタ２５４を透過し、光サーキュレータ２５２を経て、第２入出力端２００ｂより光伝送路へ出力される。光伝送路を経て第２入出力端２００ｂに到達した波長λ21〜λ2Nの第２波長帯域の信号光は、集中光増幅器２６０を経ることなく、光サーキュレータ２５２、光カプラ２５３および光サーキュレータ２５１を順に経て、第１入出力端２００ａより光伝送路へ出力される。また、分布光増幅用励起光源２７０から出力される波長λpの分布光増幅用励起光は、光カプラ２５３および光サーキュレータ２５２を順に経て、光フィルタ２５４で反射され、再び光サーキュレータ２５２を経て、第２入出力端２００ｂより光伝送路へ出力される。
【００２４】
図４は、本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の１例を説明する図である。この図に示すように、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯域を有しない。また、第１波長帯域は、分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配置されることなく、第２波長帯域より長波長側にあるのが好適であり、分布光増幅用励起光の波長λpより短波長側にあってもよい。
【００２５】
例えば、集中光増幅器６０，１６０，２６０がＥｒ元素添加光ファイバ増幅器であり、分布光増幅用励起光源７０，１７０，２７０を含む分布光増幅器がラマン増幅器であり、集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の各信号光の波長λ11〜λ1Mは１５４０ｎｍ〜１５６０ｎｍ程度であり、分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の各信号光の波長λ21〜λ2Nは１４４０ｎｍ〜１４６０ｎｍ程度であり、また、分布光増幅用励起光の波長λpは、第２波長帯域の信号光の波長より１００ｎｍ程度短い１３５０ｎｍ程度である。
【００２６】
分布光増幅用励起光の波長λpが１３５０ｎｍであれば、ラマン増幅の利得スペクトルは、ピーク波長が１４５０ｎｍ付近であり、第２波長帯域の各信号光の波長１４４０ｎｍ〜１４６０ｎｍの範囲で充分な利得を有し、一方、第１波長帯域の各信号光の波長１５４０ｎｍ〜１５６０ｎｍの範囲では利得を有しない。したがって、このような波長配置とすることで、分布光増幅器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅される。
【００２７】
図５は、本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の他の例を説明する図である。この図に示した波長配置は、図４に示したものと比較して、分布光増幅用励起光が多波長となっている点で先ず異なる。この場合も、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯域を有しない。また、第１波長帯域は、分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配置されることなく、第２波長帯域より長波長側にあるのが好適であり、分布光増幅用励起光の波長λp1〜λpKより短波長側にあってもよい。
【００２８】
例えば、集中光増幅器６０，１６０，２６０がＥｒ元素添加光ファイバ増幅器であり、分布光増幅用励起光源７０，１７０，２７０を含む分布光増幅器がラマン増幅器であり、集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の各信号光の波長λ11〜λ1Mは１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ程度であり、分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の各信号光の波長λ21〜λ2Nは１４３０ｎｍ〜１４８０ｎｍ程度であり、また、分布光増幅用励起光の波長λp1〜λpKは、第２波長帯域の信号光の波長より１００ｎｍ程度短い１３１０ｎｍ〜１３７０ｎｍ程度である。
【００２９】
分布光増幅用励起光の波長λp1〜λpKが１３１０ｎｍ〜１３７０ｎｍであって各波長のパワーが適切に設定されることにより、ラマン増幅の利得スペクトルは、第２波長帯域の各信号光の波長１４３０ｎｍ〜１４８０ｎｍの範囲で偏差が小さい充分な利得を有し、一方、第１波長帯域の各信号光の波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの範囲では利得を有しない。したがって、このような波長配置とすることで、分布光増幅器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２波長帯域の信号光のみが均一に光増幅される。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る光伝送システム１および光伝送方法によれば、第１波長帯域の波長λ11〜λ1Mの信号光は、光伝送路９１〜９３を第１方向に伝送されるとともに、集中光増幅器６０，１６０，２６０により光増幅される。一方、第２波長帯域の波長λ21〜λ2Nの信号光は、光伝送路９１〜９３を第２方向に伝送されるとともに、分布光増幅用励起光源７０，１７０，２７０を含む分布光増幅器により光増幅される。したがって、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距離光伝送が可能である。
【００３１】
また、分布光増幅器における分布光増幅用励起光は、光伝送路９１〜９３の第１方向に伝搬するのが好適である。すなわち、分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、分布光増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互いに逆の方向にするのが好適である。このようにすることにより、第２波長帯域の信号光と雑音光との間のビートや雑音光同士のビートなどが抑制されるので、信号光のＳ／Ｎ比の劣化を回避することができる。
【００３２】
また、第１波長帯域の波長λ11〜λ1Mは、分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長λpと第２波長帯域の波長λ21〜λ2Nとの間に配置されないのが好適である。このようにすることで、分布光増幅器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるので、想定外の信号光の波形劣化が回避される。さらに、第２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得との差を５ｄＢ以上とすることにより、想定外の信号光の波形劣化が充分に回避される。
【００３３】
次に、本実施形態に係る光伝送システム１および光伝送方法の具体的な実施例について説明する。第１実施例の光伝送システムおよび光伝送方法は、Ｍ＝Ｎ＝２として、λ11＝１５３５ｎｍとし、λ12＝１５５０ｎｍとし、λ21＝１３００ｎｍとし、λ22＝１３１０ｎｍとし、λp＝１２１０ｎｍとし、集中光増幅器６０をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。また、光カプラ５１と光カプラ５２との間に中継器を設けることなく、光カプラ５１と光カプラ５２との間を長さ１５０ｋｍのシングルモード光ファイバで接続した。このような構成で各信号光をビットレート２．５Ｇｂ／ｓで伝送したところ、各信号光で受信エラーが生じないことが確認された。一方、分布光増幅用励起光源７０より分布光増幅用励起光を供給しなかった場合には、第２波長帯域の波長λ21およびλ22それぞれの信号光については受信エラーが多発した。
【００３４】
第２実施例の光伝送システムおよび光伝送方法は、Ｍ＝３として、λ11＝１５８０ｎｍとし、λ12＝１５８１ｎｍとし、λ13＝１５８２ｎｍとし、集中光増幅器６０をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。また、Ｎ＝１として、第２波長帯域の信号光の波長λ21および分布光増幅用励起光の波長λpそれぞれを可変とし、第２波長帯域の信号光の波長λ21をラマン増幅の利得スペクトルのピーク波長とし、第２波長帯域の信号光の波長λ21におけるラマン増幅の利得が１０ｄＢとなるようにした。また、光カプラ５１と光カプラ５２との間に中継器を設けることなく、光カプラ５１と光カプラ５２との間を長さ８０ｋｍの分散シフト光ファイバ（波長１５５０ｎｍ付近で波長分散が零になる光ファイバ）で接続した。
【００３５】
このような構成で、第２波長帯域の信号光の波長λ21および分布光増幅用励起光の波長λpそれぞれを変更して、各信号光を伝送した。図６は、第２実施例の光伝送システムの信号光伝送特性を示すグラフである。同図（ａ）は、各信号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置を示す。同図（ｂ）は、第２波長帯域の信号光の波長λ21とラマンゲイン差（波長λ21および波長λ11それぞれでのラマンゲインの差）との関係を示す。また、同図（ｃ）は、第２波長帯域の信号光の波長λ21と第１波長帯域の波長λ11の信号光のパワーペナルティとの関係を示す。
【００３６】
このグラフから判るように、第１波長帯域の波長λ11の信号光のパワーペナルティを１ｄＢ以下とするためには、第２波長帯域の信号光の波長λ21を１５６０ｎｍ以下として、第２波長帯域の波長λ21でのラマンゲインより第１波長帯域の波長λ11でのラマンゲインを５ｄＢ以上小さくする必要がある。第２波長帯域の信号光が多波長である場合を考えると、第２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得より、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得を５ｄＢ以上小さくする必要がある。このようにすることで、第１波長帯域の信号光の伝送特性が確保される。
【００３７】
なお、第１波長帯域の波長λ11でのラマンゲインが大きくなると、この波長λ11の信号光のパワーペナルティが大きくなる原因として、非線形光学現象の１種である四光波混合に因り信号光の波形劣化が生じたこと、また、波長λ11の信号光の２重反射光が光増幅されて生じたノイズに因り信号光の波形劣化が生じたことが考えられる。
【００３８】
第３実施例の光伝送システムおよび光伝送方法は、Ｍ＝１６として、第１波長帯域の信号光の波長λ11〜λ1Mを１５８０ｎｍ〜１５９３ｎｍの範囲で１００ＧＨｚ間隔として、第１波長帯域の各信号光をビットレート１０Ｇｂ／ｓで伝送した。Ｎ＝４として、第２波長帯域の信号光の波長λ21〜λ2Nを１５３０ｎｍ〜１５４０ｎｍの範囲で２．５ｎｍ間隔とした。集中光増幅器６０をＥｒ元素添加光ファイバ増幅器とした。分布光増幅用励起光の波長λpを１４４０ｎｍとした。
【００３９】
また、図７に示すように、光カプラ５１と光カプラ５２との間に中継器を設けることなく、光カプラ５１と光カプラ５２との間をシングルモード光ファイバ９４および分散補償光ファイバ９５で接続した。分散補償光ファイバ９５は、波長１．５５μｍで波長分散が負であって、波長１．５５μｍで波長分散が正であるシングルモード光ファイバ９４の波長分散を補償するものである。シングルモード光ファイバ９４と分散補償光ファイバ９５とを互いに融着接続して、シングルモード光ファイバ９４を光カプラ５１の側に設け、分散補償光ファイバ９５を光カプラ５２の側に設けた。
【００４０】
シングルモード光ファイバ９４は、長さが５５ｋｍであり、ラマンゲイン係数ｇR1が２．４×１０-8／Ｗであり、実効断面積Ａeff1が８０μｍ2であった。分散補償光ファイバ９５は、長さが２５ｋｍであり、ラマンゲイン係数ｇR2が２．０×１０-7／Ｗであり、実効断面積Ａeff2が２０μｍ2であった。すなわち、光カプラ５１と光カプラ５２との間の光伝送路を、分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種の光ファイバが接続されたものとすることで、分布光増幅器における分布光増幅用励起光が供給される地点より第１方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きくなるようにし、また、実効断面積が小さくなるようにした。
【００４１】
このような構成で各信号光を伝送したところ、第１波長帯域の信号光および第２波長帯域の信号光の何れも支障なく光伝送を行うことができた。しかし、光伝送路への分布光増幅用励起光の供給を行わなかった場合には、第１波長帯域の信号光の光伝送には何ら影響が現れなかったが、第２波長帯域の信号光の光伝送では受信エラーが多発した。また、第２波長帯域の信号光に対して集中光増幅器を配置しても受信特性は改善したかった。
【００４２】
第１方向に伝送されるとともに集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の信号光については、集中光増幅器の直ぐ下流側の信号光パワーが大きいところに、実効断面積が比較的大きいシングルモード光ファイバ９４を用いることで、非線形光学現象に因る信号光の波形劣化の抑制を図ることができる。一方、第２方向に伝送されるとともに分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光については、分布光増幅用励起光が第１方向に伝送されることを考慮して、分布光増幅用励起光のパワーが小さいところに、分布光増幅の利得係数が大きく実効断面積が小さい分散補償光ファイバ９５を用いた。このようにすることで、分散補償光ファイバ９５における分布光増幅の効率を比較的大きくすることができるので、光カプラ５１と光カプラ５２との間の光伝送路の全体における第２波長帯域の信号光のパワー変動を抑えつつ、分布光増幅用励起光を効率よく利用することができる。
【００４３】
第４実施例の光伝送システムおよび光伝送方法は、上記の第３実施例のシングルモード光ファイバ９４および分散補償光ファイバ９５に替えて、光カプラ５１と光カプラ５２との間の光伝送路として光ファイバ９６を設けたものである。図８に示すように、光カプラ５２に近いほど、光ファイバ９６は、ラマンゲイン係数が大きく、実効断面積が小さい。すなわち、光カプラ５１と光カプラ５２との間の光伝送路を、分布光増幅器における分布光増幅特性が長手方向に変化するように、分布光増幅器における分布光増幅用励起光が供給される地点より第１方向へ遠くなるほど、分布光増幅の利得係数が大きくなるようにし、また、実効断面積が小さくなるようにした。具体的には、光ファイバ９６の分布光増幅の利得係数を、光カプラ５１に接続される一端で２．１×１０-8／Ｗとし、光カプラ５２に接続される他端で５．７×１０-8／Ｗとした。また、光ファイバ９６の実効断面積を、光カプラ５１に接続される一端で５５μｍ2とし、光カプラ５２に接続される他端で４５μｍ2とした。このような光ファイバ９６は、コア領域へのＧｅ添加量や屈折率プロファイルを長手方向に変化させることで実現することができる。このような構成で各信号光を伝送したところ、第３実施例の場合と同様の結果が得られた。
【００４４】
なお、第３実施例のものと第４実施例のものとを比較すると、第３実施例では、異なる２種以上の光ファイバを接続したものであって、各々の光ファイバを長手方向に均一のものとすることができることから、安価かつ容易に光伝送路を構成することができる。一方、第４実施例では、分布光増幅器における分布光増幅特性が長手方向に変化する光ファイバを用いることから、分布光増幅特性の長手方向分布を適切に調整することで、所望の特性を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、第１波長帯域の信号光は、光伝送路を第１方向に伝送されるとともに、集中光増幅器により光増幅される。一方、第２波長帯域の信号光は、光伝送路を第２方向に伝送されるとともに、分布光増幅器により光増幅される。ここで、第１波長帯域と第２波長帯域とは互いに重なる帯域を有しない。また、第１方向と第２方向とは互いに異なる方向である。したがって、使用可能な波長帯域が広く且つ双方向に長距離光伝送が可能である。また、第１波長帯域および第２波長帯域の双方または何れか一方において多波長の信号光を多重化して光伝送するのが好適であり、この場合には大容量通信を行うことができる。
【００４６】
また、分布光増幅器における分布光増幅用励起光は光伝送路の第１方向に伝搬するのが好適であり、この場合には、分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光の伝送方向（第２方向）と、分布光増幅用励起光の伝送方向（第１方向）とは、互いに逆の方向となり、これにより、第２波長帯域の信号光と雑音光との間のビートや雑音光同士のビートなどが抑制されるので、信号光のＳ／Ｎ比の劣化を回避することができる。
【００４７】
また、第１波長帯域が分布光増幅器における分布光増幅用励起光の波長と第２波長帯域との間に配置されないのが好適であり、この場合には、分布光増幅器により、第１波長帯域の信号光が殆ど光増幅されることなく、第２波長帯域の信号光のみが光増幅されるので、想定外の信号光の波形劣化が回避される。特に、第２波長帯域のうちの最長波長での分布光増幅器の光増幅利得と、この最長波長より長波長側にある第１波長帯域のうちの最短波長での分布光増幅器の光増幅利得とは、差が５ｄＢ以上であるのが好適であり、このようにすることで、想定外の信号光の波形劣化が充分に回避される。
【００４８】
また、光伝送路は、分布光増幅用励起光が伝搬開始する地点側より伝搬終了する地点側の方が、分布光増幅の利得係数が大きくなるのが好適であり、或いは、実効断面積が小さくなるのが好適である。これら何れの場合にも、第１方向に伝送されるとともに集中光増幅器により光増幅される第１波長帯域の信号光については、非線形光学現象に因る信号光の波形劣化の抑制を図ることができる。一方、第２方向に伝送されるとともに分布光増幅器により光増幅される第２波長帯域の信号光については、光伝送路における分布光増幅の効率を比較的大きくすることができ、光伝送路の全体における第２波長帯域の信号光のパワー変動を抑えつつ、分布光増幅用励起光を効率よく利用することができる。このような光伝送路は、分布光増幅器における分布光増幅特性が異なる２種以上の光ファイバが接続されたものであるのが好適であり、この場合には、各々の光ファイバを長手方向に均一のものとすることができることから、安価かつ容易に光伝送路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光伝送システムの構成図である。
【図２】本実施形態に係る光伝送システムにおける中継器の１構成例を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る光伝送システムにおける中継器の他の構成例を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の１例を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る光伝送システムおよび光伝送方法における第１波長帯域の信号光、第２波長帯域の信号光および分布光増幅用励起光それぞれの波長配置の他の例を説明する図である。
【図６】第２実施例の光伝送システムおよび光伝送方法の信号光伝送特性を示すグラフである。
【図７】第３実施例の光伝送システムの構成の一部を示す図である。
【図８】第４実施例の光伝送システムの構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
１…光伝送システム、１１1〜１１M…送信器、１２1〜１２N…送信器、２１1〜２１M…受信器、２２1〜２２N…受信器、３１，３２…合波器、４１，４２…分波器、５１〜５３…光カプラ、６０…集中光増幅器、７０…分布光増幅用励起光源、８１，８２…中継器、９１〜９６…光伝送路、１００…中継器、１５１〜１５３…光カプラ、１６０…集中光増幅器、１７０…分布光増幅用励起光源、２００…中継器、２５１，２５２…光サーキュレータ、２５３…光カプラ、２５４…光フィルタ、２６０…集中光増幅器、２７０…分布光増幅用励起光源、
【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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