(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路内に入力された信号光を光伝送路内でラマン増幅させるための複数の励起光を出力するラマン増幅用励起光源において、ラマン増幅用励起光源は発振波長が互いに異なる短波長側の複数の光源と長波長側の発振波長が単一である光源とに２分割され、短波長側の光源から出力される波長の異なる複数の発振光と、長波長側の光源から出力される単一の波長の発振光とを合成して出力するとともに、短波長側の複数の光源の励起パワーを同じ割合で一括して上げるか又は下げるかするとともに、長波長側の単一の光源の励起パワーを上げるか又は下げるかすることで、利得平坦性が保たれ、利得レベル又はチルトが調整されることを特徴とするラマン増幅用励起光源。
【請求項２】
光伝送路内に入力された信号光を光伝送路内でラマン増幅させるための複数の励起光を出力するラマン増幅用励起光源において、ラマン増幅用励起光源は発振波長が互いに異なる短波長側の複数の光源と長波長側の発振波長が単一である光源とに２分割され、短波長側の光源から出力される波長の異なる複数の発振光と長波長側の光源から出力される単一の波長の発振光とを合成して出力するとともに、長波長側に分割された単一の光源の励起パワーは固定し、短波長側の複数の光源の励起パワーを同じ割合で一括して上げるか又は下げるかして、又は、短波長側の複数の光源の励起パワーは固定し、長波長側の単一の光源の励起パワーを上げるか又は下げるかすることで、利得平坦性が保たれ、利得レベル又はチルトが調整されることを特徴とするラマン増幅用励起光源。
【請求項３】
信号光を発する光送信局と、その信号光を受光する光受信局と、光送信局からの信号光を光受信局に伝播させる光伝送路と、光伝送路内に励起光を導入させて光伝送路内でラマン散乱を生じさせて前記信号光をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とからなるラマン増幅器において、ラマン増幅用励起光源が請求項１又は請求項２記載のラマン増幅用励起光源であることを特徴とするラマン増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導ラマン散乱現象を利用して信号光を光ファイバ等の光伝送路内で光増幅させるためのラマン増幅用励起光源及びそれを用いたラマン増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にラマン増幅システムは、図９に示すように、光送信局１から出力された光信号２が光ファイバなどの光伝送路３を介して光受信局４に導かれる際に、光伝送路３内で減衰した光信号２を光受信局４の受信に必要な光信号レベルとなるように、光伝送路３の間またはその端部に光増幅装置５を配置して光信号を光増幅するように構成されている。この構成例は、光増幅装置５を光伝送路３の後端に配置した後方励起型ラマン増幅システムの一例を示しており、もちろん、光増幅装置５は、光伝送路３の前端又は両端にあることもある（あってもよい）。
【０００３】
光送信局１では、伝送しようとする電気情報を光に変換し光伝送路３に出力する。電気信号は信号光源となる半導体レーザ素子等に直接印加することによって、または信号光源の後に外部変調器を介在させて信号光源から発振された光を変調することによって光信号に変換され光伝送路３に出力される。
【０００４】
光受信局４では光伝送路３を伝播して来た光信号２をフォトダイオード等の光電気変換器により電気信号に変換し、光送信局１から送信された情報を復調し、情報を読み取る。
【０００５】
ラマン増幅装置５は、図８に示すように、前記光伝送路３の一部となるラマン増幅媒体３１の端部から光カプラ６を介して励起光源７からの発振光をラマン増幅媒体３１内に入力し、ラマン増幅媒体３１内でラマン散乱を発生させて光信号２をラマン増幅させる。発振光の波長は、通常、光送信局１から発せられた光信号２の波長よりも約２０〜２００ｎｍ短波長のものが選ばれる。
【０００６】
ラマン増幅媒体３１内でのラマン増幅によるラマン利得は、広い範囲の光増幅を行なうことができるが、広い信号帯域を均一に増幅することができず、増幅利得に波長特性を持っている。従って広い信号帯域を均一にラマン増幅させるために、互いに波長の異なる複数の励起光源を用いて信号光帯域において利得が均一になるように発振光の強度が調整される。
【０００７】
上記のように複数の励起光のそれぞれを調整して光信号の増幅利得特性を信号帯域全体にわたって一定の利得を持つように調整できるが、一旦、均一に調整された一定の利得を他の利得に変化させる場合は、従来は個々の光源から出力される発振光の光強度を全ての光源に渡って再度個々に調整するようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように複数光源の発振光の強度を調整する方法は、それら複数の光源の一つを調整しても特定の信号帯の利得が調整される訳でなく、前記特定の信号帯を含めた更に広い信号帯の利得も変化してしまい、利得を所望の値に調整することが容易でなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は係る点に鑑みなされたもので、その目的は、少ない調整で目的の利得を得ることができるようにしたものである。
【００１０】
本発明者は、発振波長λ１＝1423.516nm、λ２＝1430.990nm、λ３＝1438.543nm、λ４＝1460.265nmの半導体ＬＤを用いて、且つそれぞれの励起強度が表１の(1)に示すように、248.0、170.0、128.0、264.5mWになるように調整した結果、図７の(1)に示すように、1530〜1560nmの信号帯域内で25dBの平坦利得が得られた。
【００１１】
その後、表１の(2)〜(5)に示すように、全ての励起強度をそれぞれ80％、60％、40％、20％に減じて信号帯域の利得を測定してみた所、それぞれ図７の(2)〜(5)に示す実線のような値が得られた。これらの実線は信号帯域の利得が有る程度の平坦性が保たれるものの、長波長側の利得が短波長側の利得に対してやや大きく変化し、右下がりの利得を持つものである。
【００１２】
【表１】
0003949463.tif 000002
【００１３】
また、1460.265nmの半導体ＬＤの励起強度を100％に保持した状態で、短波長側の1423.516nm、1430.990nm、1438.543nmの3つの半導体ＬＤの励起光強度を表２の(6)〜(9)に示すようにそれぞれ80％、60％、40％、20％に減じて信号帯域の利得を測定してみた所、図６の(6)〜(9)に示す実線のような値が得られた。この実線は信号帯域の短波長側の利得が長波長側の利得に対して大きく変化し、しかも利得の平坦性が良好なものである。
【００１４】
【表２】
0003949463.tif 000003
【００１５】
更に、本発明者は上記短波長側に配置された３つの半導体ＬＤの発振強度を100％に保持した状態で、長波長側に配置された1460.265nmの半導体ＬＤの発振強度を表２の(10)〜(13)に示すように、それぞれ80％、60％、40％、20％に減じて信号帯域の利得を測定してみた所、図６の(10)〜(13)の点線に示すような値が得られた。この点線は信号帯域の短波長側の利得が長波長側の利得に対して小さく変化し、しかも利得の平坦性が良好なものである。
【００１６】
これにより、本発明者は、ある信号帯域において利得特性が平坦になるように最適化された励起波長を、短波長側のグループＡと長波長側のグループＢとに分けた場合に、次の知見を得ることができた。
【００１７】
（Ａ）ＡグループとＢグループの励起パワーをそれぞれ同じ割合で下げると、ラマン利得は右下がりのチルトを持ってレベルが下がること、
（Ｂ）Ａグループの励起パワーを100％に保持した状態でＢグループの励起パワーを全て同じ割合で下げると、ラマン利得特性は右下がりのチルトを持って下がること、
（Ｃ）Ｂグループの励起パワーを100％に保持した状態でＡグループの励起パワーを全て同じ割合で下げると、ラマン利得は左下がりのチルトを持って下がること。
【００１８】
また、図示していないが、ＡグループとＢグループの励起パワーを上げたときには、
（Ｄ）ＡグループとＢグループの励起パワーをそれぞれ同じ割合で上げると、ラマン利得は右上がりのチルトを持ってレベルが上がること、
（Ｅ）Ａグループの励起パワーを100％に保持した状態でＢグループの励起パワーを全て同じ割合で上げると、ラマン利得特性は右上がりのチルトを持って上がること、
（Ｆ）Ｂグループの励起パワーを100％に保持した状態でＡグループの励起パワー全てを同じ割合で上げると、ラマン利得は左上がりのチルトを持って上がること。
【００１９】
また、表３の(14)〜(18)に示すように増幅率の異なる光ファイバを使用すると、同じ励起パワーを用いても図５に示すように、それぞれ特性の異なる利得特性が得られる。すなわち、
（Ｇ）光ファイバのラマン利得係数が大きいものを使用すると、ラマン利得特性は右上がりのチルトを持ってレベルが上昇すること、
（Ｈ）光ファイバのラマン利得係数が小さいものを使用すると、ラマン利得特性は右下がりのチルトを持ってレベルが下降すること。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
これにより、上記（Ａ）〜（Ｈ）の技術を組み合わせることで、ある程度利得平坦性を保ち、任意の利得レベルとチルトを持ったラマンアンプを容易に設計することができることが判った。
【００２２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、励起波長を短波長側と長波長側との２つに分け、それぞれを任意に調整することにより、任意の利得特性のものを得るようにしたものである。
【００２３】
請求項１の発明は、光伝送路内に入力された信号光を光伝送路内でラマン増幅させるための複数の励起光を出力するラマン増幅用励起光源において、ラマン増幅用励起光源は発振波長が互いに異なる短波長側の複数の光源と長波長側の発振波長が単一である光源とに２分割され、短波長側の光源から出力される波長の異なる複数の発振光と、長波長側の光源から出力される単一の波長の発振光とを合成して出力するとともに、短波長側の複数の光源の励起パワーを同じ割合で一括して上げるか又は下げるかするとともに、長波長側の単一の光源の励起パワーを上げるか又は下げるかすることで、利得平坦性が保たれ、利得レベル又はチルトが調整されることを特徴とするラマン増幅用励起光源である。
【００２４】
【００２５】
請求項２の発明は、光伝送路内に入力された信号光を光伝送路内でラマン増幅させるための複数の励起光を出力するラマン増幅用励起光源において、ラマン増幅用励起光源は発振波長が互いに異なる短波長側の複数の光源と長波長側の発振波長が単一である光源とに２分割され、短波長側の光源から出力される波長の異なる複数の発振光と長波長側の光源から出力される単一の波長の発振光とを合成して出力するとともに、長波長側に分割された単一の光源の励起パワーは固定し、短波長側の複数の光源の励起パワーを同じ割合で一括して上げるか又は下げるかして、又は、短波長側の複数の光源の励起パワーは固定し、長波長側の単一の光源の励起パワーを上げるか又は下げるかすることで、利得平坦性が保たれ、利得レベル又はチルトが調整されることを特徴とするラマン増幅用励起光源である。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
請求項３の発明は、信号光を発する光送信局と、その信号光を受光する光受信局と、光送信局からの信号光を光受信局に伝播させる光伝送路と、光伝送路内に励起光を導入させて光伝送路内でラマン散乱を生じさせて前記信号光をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とからなるラマン増幅器において、ラマン増幅用励起光源が請求項１又は請求項２記載のラマン増幅用励起光源であることを特徴とするラマン増幅器である。
【００３１】
【実施例】
図１は本発明の一実施例を図示した構成図である。図１において、３１、６及び７はそれぞれ図８と同様に、石英性光ファイバなどのラマン増幅媒体、励起光と信号光とをラマン増幅媒体内で一体化となるように結合させる光カプラ、及びラマン増幅励起光源である。また、７１・７１は発振波長1423.516nmの半導体レーザ素子、７２は発振波長1430.990nmの半導体レーザ素子、７３は発振波長1438.543nmの半導体レーザ素子、７４・７４は発振波長1460.265nmの半導体レーザ素子である。７５、７６はそれぞれ偏波合成器、７７、７８、７９はそれぞれ二つの光を結合させる波長光合波器であり、８０は光アイソレータである。８１は半導体レーザ素子７１〜７４の各素子にそれぞれ駆動電流を供給し、その電流値を制御することが可能な電流コントローラである。
【００３２】
半導体レーザ素子７１・７１からの光は偏波合成器７５内で、それぞれの偏波面が互いに９０度異なるように合成され出力される。また半導体レーザ素子７４・７４からの光も同様に偏波合成器７６内で、互いの偏波面が９０度異なるように合成され出力される。偏波合成器７５により合成された半導体レーザ素子７１・７１からの光及び半導体レーザ素子７２からの光は、波長光合波器７７により合成される。偏波合成器７６により合成された半導体レーザ素子７４・７４からの光及び半導体レーザ素子７３からの光は、波長光合波器７８により合成される。波長光合波器７７及び７８から出力される各光は波長光合波器７９により合成され、アイソレータ８０と光カプラ６を通って、ラマン増幅媒体３１に導かれる。
【００３３】
ラマン増幅媒体３１には、波長1527.994から1562.233nm内に４４個の擬似入力信号をほぼ均等にバラつかせて、大凡-15dBm/chの大きさで、入力端から導入されている。なお、半導体レーザ素子７１・７１同士及び半導体レーザ素子７４・７４同士はそれぞれの素子から発振される光強度が同じになるように電流コントローラ８１により調整される。
【００３４】
上記状態で各半導体レーザ素子７１〜７４の駆動電流を電流コントローラ８１により調整し、図示しない光スペクトルアナライザを出力端に取りつけ、増幅度が２５dB前後で且つ信号波長帯全域にわたり利得が平坦となるように電流調整を行った。このときの半導体レーザ素子７１〜７４の光強度は表４の▲１▼に示すようにそれぞれ248、170、128、264.5mWであった（単体の半導体レーザ素子７１及び７４から出力される光強度はその１/２）。このときの増幅値は24.74から25.30dBの範囲に収まっており、図２の▲１▼に示すようにほぼフラットな状態である。本発明では便宜上、この値を励起パワー１００％と定義する。
【００３５】
【表４】
0003949463.tif 000005
【００３６】
次に、同様にして、半導体レーザ素子７１〜７４の光強度を表４の▲２▼に示すように短波長側の半導体レーザ素子７１〜７３を電流コントローラ８１により一括制御して光強度が１４０％になるように増加させ、半導体レーザ素子７４からの光強度を１１３％になるように増加させた。そのときの半導体レーザ素子７１〜７４の光強度はそれぞれ384.6、238、179.2、343.85mWであった（単体の半導体レーザ素子７１及び７４から出力される光強度はその１/２）。このときの増幅値は30.01から30.77dBの範囲に収まっており、図２の▲２▼に示すようにほぼフラットな状態である。
【００３７】
次に、同様にして、半導体レーザ素子７１〜７４の光強度を表４の▲３▼に示すように短波長側の半導体レーザ素子７１〜７３を電流コントローラ８１により一括制御して光強度が６０％になるように減じ、半導体レーザ素子７４からの光強度を８４％に減じた。そのときの半導体レーザ素子７１〜７４の光強度はそれぞれ149.4、102、76.8、211.6mWであった（単体の半導体レーザ素子７１及び７４から出力される光強度はその１/２）。このときの増幅値は17.36から17.76dBの範囲に収まっており、図２の▲３▼に示すようにほぼフラットな状態である。
【００３８】
次に、同様にして、半導体レーザ素子７１〜７４の光強度を表４の▲４▼に示すように短波長側の半導体レーザ素子７１〜７３を電流コントローラ８１により一括制御して光強度が３１．２％になるように減じ、半導体レーザ素子７４からの光強度を６０％に減じた。そのときの半導体レーザ素子７１〜７４の光強度はそれぞれ77.688、53.04、39.936、158.7mWであった（単体の半導体レーザ素子７１及び７４から出力される光強度はその１/２）。このときの増幅値は10.44から10.73dBの範囲に収まっており、図２の▲４▼に示すようにほぼフラットな状態である。
【００３９】
表５は短波長帯側の駆動電流と長波長側の駆動電流とをそれぞれ一括制御して、各半導体レーザ素子からの光強度を上記４例以外に更に変化させ、信号波長帯全域に渡り略平坦な利得が得られるようにしたときの光強度を、上記１００％を基準とした割合で示してある。図３はこの測定値をグラフにして示したものであり、半導体レーザ素子７４の変化率に対する半導体レーザ素子７１〜７３の変化率を縦軸（Y軸）にとり、利得特性を横軸（X軸）に取って示したものである。
このグラフはY=0.0006X2+0.0129X+0.3202
の曲線に極めて一致するものであった。
【００４０】
【表５】
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【００４１】
従って、本実施例による光部品を使用して任意のラマン増幅利得αを得ようとするときは、上記Xの値にαを代入したY値を得て、この値と同じになるように長波長側の光強度に対する短波長側群の光強度比を設定しながら、両波長の光強度を調整するのみで、任意の平坦な利得特性を得ることができる。
【００４２】
図４は本発明の他の一実施例を示した構成図である。図４において８２、８３は光減衰器であり、８４はその減衰量を制御するコントローラである。その他の構成部品は図１に同じである。
【００４３】
半導体レーザ素子７１・７１からの光は偏波合成器７５内で、それぞれの偏波面が互いに９０度異なるように合成され出力される。また半導体レーザ素子７４・７４からの光も同様に偏波合成器７６内で、互いの偏波面が９０度異なるように合成され出力される。偏波合成器７５により合成された半導体レーザ素子７１・７１からの光及び半導体レーザ素子７２からの光は、波長合波器７７により合成される。波長合波器７７により合成された半導体レーザ素子７１・７１、７２からの光及び半導体レーザ素子７３からの光は、波長合波器７８により合成される。波長合波器７８及び偏波合成器７６から出力される各光は、それぞれ光減衰器８２、８３によって減衰された後、波長合波器７９により合成され、アイソレータ８０を介して光カプラ６に導かれ、ラマン増幅媒体３１に導かれる。
【００４４】
上記状態において得られる効果は図１に示す実施例に同じである。
【００４５】
上記実施例は短波長側の光源が３個の場合でかつ長波長側の光源が１個の場合を説明したが、本発明はそれぞれの光源がこれ以外の場合でも適用することができる。しかしながら、短波長側の光源は複数個必要とする。
【００４６】
上記実施例では、フラットな利得分布を得る場合を説明したが、短波長側の半導体レーザ素子の駆動電流と長波長側の駆動電流の、増減率の調節によって、利得プロファイルに任意の傾きを持たせることも可能である。本発明では短波長側の発振光の強度と長波長側の発振光の強度とを１対0.81の割合、１対1.40の割合、１対1.92の割合で変化させることができる。
【００４７】
【効果】
本発明は上述のように、短波長側群の光強度と長波長側群の両光強度をそれぞれ独自に変化させるのみで、平坦性の優れた任意の波長特性及び任意の増幅利得を持ったラマン増幅器が得られる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】  本発明の実施例におけるラマン利得プロファイルである。
【図３】  長波長側の励起パワーの変化率に対する短波長側の励起パワー変化率とラマン利得の関係を示す特性図である。
【図４】  本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図５】  光ファイバのラマン利得係数が変化したときの信号波長とラマン増幅利得の関係を示す特性図である。
【図６】  光ファイバに供給される励起パワーが変化したときの信号波長とラマン増幅利得の関係を示す特性図である。
【図７】  光ファイバに供給される励起パワーの違いによる信号波長とラマン増幅利得の関係を示す特性図である。
【図８】  一般的なラマン増幅器を示す構成図である。
【図９】  一般的な後方励起型ラマン増幅システムを示す構成図である。
【符号の説明】
１：光送信局
２：光信号
３：光伝送路
３１：ラマン増幅媒体
４：光受信局
５：光増幅装置
６：光カプラ
７：励起光源
７１：発振波長1423.516nmの半導体レーザ素子
７２：発振波長1430.990nmの半導体レーザ素子
７３：発振波長1438.543nmの半導体レーザ素子
７４：発振波長1460.265nmの半導体レーザ素子
７５、７６：偏波合成器
７７、７８、７９：波長光合波器
８０：光アイソレータ
８１：電流コントローラ
８２、８３：光減衰器
８４：光減衰器コントローラ
【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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