(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長の励起光を発する２つのレーザ光源と、
前記２つのレーザ光源からの励起光によって励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと
を有し、および前記２つのレーザ光源からの励起光の波数の差の絶対値が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
互いに異なる波長の励起光を発する２つのレーザ光源と、
該２つのレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行う第１および第２のテルライトファイバと、
を有し、および前記２つのレーザ光源からの励起光の波数の差の絶対値が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１および第２のテルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
第１および第２のテルライトファイバが直列に接続され、前記２つのレーザ光源は、前記２つのレーザ光源からの励起光が第１および第２のテルライトファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１および第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと、
前記第２のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと
を有し、および前記第２のレーザ光源からの励起光と前記第１のレーザ光源からの励起光との波数の差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、第１のレーザ光源は、第１のレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第２のレーザ光源は、第２のレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記第１のレーザ光源からの励起光と前記第２のレーザ光源からの励起光とを合波する合波器をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、
前記テルライトファイバが信号光の入射方向に対して前段に設置され、および
前記テルライトファイバとシリカファイバの間に、前記第１のレーザ光源からの励起光を反射する反射素子を有することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
ラマン増幅を行う複数のテルライトファイバと、
ラマン増幅を行う複数のシリカファイバと
互いに異なる波長を有する励起光を発する２つのレーザ光源と、
を有し、
それらのテルライトファイバとシリカファイバが互いに隣接するように交互に配置され、それらのテルライトファイバとシリカファイバが直列に接続され、前記２つのレーザ光源は、前記２つのレーザ光源からの励起光が前記複数のテルライトファイバおよび前記複数のシリカファイバに入射するように接続され、
前記２つのレーザ光源からの励起光の波数の差の絶対値が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記複数のテルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１，第２および第３のレーザ光源と、
前記第１レーザ光源で励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと、
前記第２および第３のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと
を有し、
前記第２レーザ光源の励起光の波数と、前記第１レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第３レーザ光源の励起光との波数との差が４２〜２９４ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、第１のレーザ光源は、第１のレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第２および第３のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１，第２および第３のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと
前記第３のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと、
を有し、
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第１レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第２レーザ光源の励起光との波数の差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、第１および第２のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第３のレーザ光源は、第３のレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項９】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１，第２、第３および第４のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと
前記第３および第４のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと、
を有し、
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第１レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第２レーザ光源の励起光の波数との差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第４レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜２９０ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、第１および第２のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第３および第４のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１，第２、第３および第４のレーザ光源と、
第５および第６のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行う第１のテルライトファイバと
前記第５および第６のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行う第２のテルライトファイバと、
前記第３および第４のレーザ光源で励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと、
を有し、
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第１レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第２レーザ光源の励起光との波数の差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第４レーザ光源の励起光との波数の差が４２〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１および第２のテルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記第１および第２テルライトファイバと前記シリカファイバとが直列に接続され、第１および第２のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記第１のテルライトファイバに入射するように接続され、第３および第４のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記第２のテルライトファイバに入射するように接続され、第５および第６のレーザ光源は、それらレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１１】
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第５レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第５レーザ光源の励起光の波数と、前記第６レーザ光源の励起光との波数の差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、および
前記第５レーザ光源の励起光の波数と、前記第４レーザ光源の励起光との波数の差が４２〜２９０ｃｍ−１である
ことを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１２】
互いに異なる波長を有する励起光を発する第１および第２のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと、エルビウム添加ファイバとを有し、
前記第１のレーザ光源からの励起光の波長が１４００〜１４５０ｎｍであり、
前記第２のレーザ光源からの励起光の波長が１４５０〜１５００ｎｍであり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、
前記テルライトファイバと前記エルビウム添加ファイバとが直列に接続され、第１のレーザ光源は、第１のレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第２のレーザ光源は、第２のレーザ光源からの励起光が前記エルビウム添加ファイバに入射するように接続されている
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１３】
第１および第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと、
前記テルライトファイバで増幅された信号光を、第１および第２の波長域の信号光に分離する波長選択的分波器と、
前記第２のレーザ光源からの励起光により励起され、第１波長域の信号光を増幅するツリウム添加ファイバと、
前記ツリウム添加ファイバで増幅された第１波長域の信号光と、第２波長域の信号光とを合波する合波器と
を有し、前記第１のレーザ光源の励起光波長が１３１０〜１４８０ｎｍであり、
前記テルライトファイバ、前記波長選択的分波器および前記合波器が直列に接続され、前記第１波長域の信号が前記ツリウム添加ファイバを経由して前記合波器に入射するように接続され、第１のレーザ光源は、第１のレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第２のレーザ光源は、第２のレーザ光源からの励起光が前記ツリウム添加ファイバに入射するように接続されており、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１４】
第３のレーザ光源と、
前記第３のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと
をさらに有し、
前記第２波長域の信号が前記シリカファイバを経由して前記合波器に入射するように接続され、第３のレーザ光源は、第３のレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されており、
前記第３のレーザ光源の励起光波長が１３８０〜１５５０ｎｍであり、および前記第２波長域の信号光を前記シリカファイバにより増幅することを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１５】
第１〜第３のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバと、
前記第２のレーザ光源からの励起光により励起されるツリウム添加ファイバと、
前記第３のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うシリカファイバと
を有し、前記テルライトファイバと、前記ツリウム添加ファイバと、前記シリカファイバとが、この順に直列に接続され、第１のレーザ光源は、第１のレーザ光源からの励起光が前記テルライトファイバに入射するように接続され、第２のレーザ光源は、第２のレーザ光源からの励起光が前記ツリウム添加ファイバに入射するように接続されており、第３のレーザ光源は、第３のレーザ光源からの励起光が前記シリカファイバに入射するように接続されており、
前記第１のレーザ光源からの励起光が１３１０〜１４８０ｎｍの波長を有し、
前記第３のレーザ光源からの励起光が１３８０〜１５５０ｎｍの波長を有し、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有する
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１６】
第１のレーザ光源と
前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてテルライトガラスによるラマン増幅およびエルビウムによる増幅の両方を行うエルビウム添加テルライトファイバと、
を有し、前記テルライトガラスは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有し、前記第１のレーザ光源からの励起光の波長が１４１０〜１４４０ｎｍであることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１７】
前記エルビウム添加テルライトファイバ中のエルビウムを励起するための第２のレーザ光源をさらに有し、前記第２のレーザ光源からの励起光の波長が１４５０〜１５００ｎｍであり、第２のレーザ光源は、第２のレーザ光源からの励起光が前記エルビウム添加テルライトに入射するように接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１８】
（ａ）第１および第２のレーザ光源、および前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うテルライトファイバを有する中継器と、
（ｂ）前記第２のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行うシリカファイバからなる１区間の伝送線路と
を含み、前記中継器と前記伝送線路とが直列に接続されている伝送線路区間を、少なくとも１区間以上有し、
前記第２のレーザ光源からの励起光の波数と前記第１のレーザ光源からの励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記テルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有する
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１９】
（ａ）第１〜第３、第５および第６のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行う第１のテルライトファイバと、
前記第３のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行う第１のシリカファイバと、
前記第５および第６のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行う第２のテルライトファイバと
を有し、前記第１テルライトファイバ、前記シリカファイバおよび前記第２のテルライトファイバが直列に接続されている中継器と、
（ｂ）第４のレーザ光源と、前記第４のレーザ光源からの励起光により励起されてラマン増幅を行う第２のシリカファイバとを有する１区間の伝送線路と
を含み、前記中継器と前記伝送線路とが直列に接続されている伝送線路区間を、少なくとも１区間以上有し、前記第１〜第４のレーザ光源は互いに異なる波長を有する励起光を発し、
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第１レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第２レーザ光源の励起光との波数の差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１レーザ光源の励起光の波数と、前記第４レーザ光源の励起光との波数の差が４２〜２９０ｃｍ−１であり、
前記第１および第２のテルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２（式中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす）の組成を有する
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項２０】
前記第３レーザ光源の励起光の波数と、前記第５レーザ光源の励起光の波数との差が４２〜１６６ｃｍ−１であり、
前記第５レーザ光源の励起光の波数と、前記第６レーザ光源の励起光との波数の差が１２５〜２９０ｃｍ−１であり、および
前記第５レーザ光源の励起光の波数と、前記第４レーザ光源の励起光との波数の差が４２〜２９０ｃｍ−１である
ことを特徴とする請求項１９に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器及びそれを用いた光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおける通信容量の大容量化が、近年益々重要な課題になってきている。通信容量の大容量化のアプローチの１つとして、波長分割多重化された光ファイバ通信システム（ＷＤＭシステム）がある。このＷＤＭシステムの大容量化および多チャンネル化のためには、より広い波長帯域において平滑な利得特性を有する増幅器が必要であり、将来的に１００ｎｍ以上の帯域幅が必要になるであろうと予測されている。
【０００３】
従来、光ファイバ通信システム用の増幅器としては、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、ツリウム添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ）および、プラセオジム添加ファイバ増幅器（ＰＤＦＡ）などの、希土類添加ファイバ増幅器が用いられてきている。しかしながら、これらの希土類添加ファイバ増幅器においては、信号増幅が可能な領域は、用いる希土類元素の種類に依存し、任意に変更することはできない。また、その平坦利得帯域幅は、最大４０ｎｍ程度である。現状では、希土類添加ファイバ増幅器においては１５１０〜１５３０ｎｍの領域および１４６０ｎｍ以下の領域の信号光を増幅することはできない。希土類添加ファイバ増幅器を用いて、１００〜２００ｎｍ程度の平坦利得帯域を得るためには、３ないし４波長帯用の増幅器を組み合わせる必要があり、システムの複雑化および高コスト化を招く。
【０００４】
一方、希土類添加ファイバ増幅器が増幅できない領域の光信号の増幅が可能であり、および任意の波長帯に増幅帯域を設定することができるラマンファイバ増幅器が、近年盛んに研究されてきている。従来技術のシリカファイバを用いたラマン増幅器（以下、シリカラマン増幅器という）の構成を図１（ａ）に示す。このラマン増幅器については、H.Masuda et al., Tech. Dig. of ECOC, pp. 139-140,1998に記載されている。この光増幅器は、入力した波長多重の信号光を増幅している。このラマン増幅器は、利得媒質である光ファイバ５１と、それを光励起する励起光源５３と、その励起光源からの励起光と信号光を合波する合波器５２を有する。光ファイバは、おもに高開口数（ＮＡ）のシリカファイバである。ただし、通常光ファイバの前後に設置する自明な光部品（アイソレータなど）は、簡単のため図１（ａ）において省略してある。
【０００５】
図１（ａ）の増幅器は、より多くの場合に採用される、信号光と励起光の伝搬方向が逆となる配置、すなわち後方向励起の構造を有する。しかし、前方向励起の増幅器であっても、以下に述べることが同様に成り立つ。励起光源からの励起光の波長は、単数でも複数でもよい。単一波長励起におけるシリカラマン増幅器の利得係数スペクトルを図１（ｂ）に示す。ここで、横軸は信号光波長と励起光波長との差を表す。単一波長励起におけるシリカラマン増幅器の利得係数スペクトルは、１００ｎｍ付近に単一のピークを有する。このシリカラマン増幅器の平坦利得帯域は、単一波長励起においては高々２０ｎｍであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
平坦利得帯域の拡大に関して、Y.Emori et al.は、 Proc. of OFC, PD19, 1999において、１０数波長までの多波長励起を用いて利得スペクトル平坦化・広帯域化を行って、１００ｎｍまでの平坦利得帯域を有するシリカラマン増幅器を得ている。この帯域はシリカファイバの物理特性により制限されている。また、このシリカラマン増幅器は、１０数個の波長の異なる光源および該光源からの光を合波する光回路を用意する必要があり、非常に高コストである。
【０００７】
ただし、連続平坦帯域を低コストな増幅器構成で得る場合の典型的な帯域幅は、約６０ｎｍが限界であった。
【０００８】
したがって、ＷＤＭシステムにおける大容量化および多チャンネル化を行うために、従来より広帯域（帯域幅６０ｎｍ以上）で、かつ平坦な利得特性を有する増幅器に対する継続的要求が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の利得スペクトルを組み合わせて重ね合わせることにより、広帯域で平坦な利得スペクトルを実現するようにした光ファイバ増幅器およびそれを用いた光通信システムを提供することにある。
【００１０】
本発明者らは、利得媒質としてテルライトガラスを用いるラマン増幅器（以下テルライトラマン増幅器という）において、同一の励起波長を用いる場合、その利得係数スペクトルがシリカラマン増幅器のものよりも長波長側に存在することを見いだした。図２に、単一波長励起によるテルライトラマン増幅器の利得係数スペクトルを示す。ここで、横軸は信号光波長と励起光波長との差を表す。図２から明らかなように、テルライトラマン増幅器は、波長差＝１７０ｎｍおよび９０ｎｍ付近にピークを有し（以下、それぞれを第１ピークＰ１および第２ピークＰ２という）、波長差＝１２０ｎｍ付近にくぼみを有する（以下、第１ボトムＢ１という）。また、第２ピークの短波長側においては、その利得係数が減少している（以下、この領域を第２ボトムＢ２という）。
【００１１】
このように、テルライトラマン増幅器においては、そのストークスシフトがシリカラマン増幅器よりも大きく、また第１ピークＰ１と第２ピークＰ２の間隔が広いことから、より広帯域の増幅器として用いることができる可能性がある。テルライトラマン増幅器をＷＤＭシステムにおいて用いるためには、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２との間にある、第１ボトムＢ１の利得係数を増大させて、その利得係数を平坦化する必要がある。また、第２ボトムＢ２の利得係数を併せて増大させることができれば、さらに将来のより広帯域を用いるＷＤＭシステム用の増幅器として有用であろうと考えられる。
【００１２】
また、テルライトラマン増幅器の利得係数はシリカラマン増幅器の利得係数よりも大きいので、より短いテルライトガラスファイバを用いて同等の利得係数を得ることが可能である。このことからも、テルライトラマン増幅器を用いることが有利である。
【００１３】
本発明の第１の態様は、波長の異なる少なくとも２つの励起光で励起されるテルライトファイバを有し、それら励起光の波長が一定量の差を有することを特徴とするラマン増幅器である。ここで、該ラマン増幅器が複数のテルライトファイバを有して、多段構成を採ってもよい（第１および第２実施形態）。
【００１４】
本発明の第２の態様は、単一光で励起されるテルライトファイバおよび単一光で励起されるシリカファイバを有し、それら励起光の波長が異なることを特徴とするラマン増幅器である（第３〜第５実施形態）。
【００１５】
本発明の第３の態様は、交互に配置される複数のテルライトファイバおよびシリカファイバを有し、それらファイバを波長の異なる少なくとも２つの励起光で励起することを特徴とするラマン増幅器である（第６実施形態）。
【００１６】
本発明の第４の態様は、単一光で励起されるテルライトファイバおよび波長の異なる複数の光で励起されるシリカファイバを有することを特徴とするラマン増幅器である（第７実施形態）。
【００１７】
本発明の第５の態様は、波長の異なる複数の光で励起されるテルライトファイバおよび単一光で励起されるシリカファイバを有することを特徴とするラマン増幅器である（第８実施形態）。
【００１８】
本発明の第６の態様は、波長の異なる複数の光で励起されるテルライトファイバおよび波長の異なる複数の光で励起されるシリカファイバを有することを特徴とするラマン増幅器である。ここで、該ラマン増幅器が波長の異なる複数の光で励起される追加のテルライトファイバをさらに有してもよい（第９および第１０実施形態）。
【００１９】
本発明の第７の態様は、希土類添加ファイバおよびテルライトファイバを有し、それらファイバをそれぞれ異なる波長の励起光で励起することを特徴とするラマン増幅器である（第１１〜第１４実施形態）。
【００２０】
本発明の第８の態様は、低濃度のエルビウムを添加したテルライトファイバを有する、該ファイバを２つの励起光で励起することを特徴とするラマン増幅器である（第１５および第１６実施形態）。
【００２１】
本発明の第９の態様は、テルライトファイバおよび伝送経路をなすシリカファイバを有し、それらファイバをそれぞれ異なる波長の励起光で励起することを特徴とする光通信システムである（第１７実施形態）。
【００２２】
本発明の第１０の態様は、単一光または波長の異なる複数の光で励起されるテルライトファイバ、単一光または波長の異なる複数の光で励起される第１のシリカファイバおよび単一光または波長の異なる複数の光で励起される伝送経路をなす第２のシリカファイバを有することを特徴とする光通信システムである（第１８実施形態）。
【００２３】
本発明の光ファイバ増幅器は、テルライトファイバを用いることを基本とするラマンファイバ増幅器であり、１）テルライトファイバを２波長で励起すること、２）テルライトファイバとシリカファイバをそれぞれ異なる波長で励起すること、３）Ｅｒを低濃度に添加したテルライトファイバを１つ又は２つの波長で励起すること、および４）テルライトファイバとＴｍ添加ファイバを異なる波長で励起することを適宜組み合わせて、平坦利得帯域の拡大、雑音指数の低下、および増幅器の出力増大などの効果を提供するものである。また、前述の効果を少数の励起光源を用いて達成することが可能であるので、増幅器の低コスト化にも有利である。
【００２４】
さらに、本発明の光通信システムは、テルライトファイバを用いた中継器および分布増幅を行うシリカファイバ伝送線路を用いるシステムであり、上記の手段を適宜組み合わせて、少数の励起光源を用いて、平坦利得帯域の拡大、雑音指数の低下、および増幅器の出力増大などの効果を提供するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、テルライトファイバを用いるラマン増幅器および光通信システムに関し、特に、伝送光ファイバの低損失波長帯である１．３〜１．５μｍ帯の信号光のためのラマン増幅器およびそれを用いる光通信システムに関する。一般に、ラマン増幅器は、その励起光波長を選択することで、任意の波長域で増幅を行うことができる。
【００２６】
本明細書で用いられる際に、２つの要素を「直列に接続する」とは、それら２つの要素の間で分岐されることなしに、信号光が伝搬することを意味する。これは、それら２つの要素の間に慣用の光部品（励起光を導入するための合波器など）が介在することを排除することを意図しない。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態は、テルライトファイバと、互いに異なる励起光波長を有する２つのレーザ光源とを有し、前記２つのレーザ光源からの励起光の波数の差の絶対値が１２５〜２９０ｃｍ−１である、図３に示される光ファイバ増幅器である。
【００２８】
図３において、利得媒質である光ファイバはテルライトファイバ１である。２つのレーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光は、合波器４によって合波され、その後、合波器２を介して信号光とは逆方向からテルライトファイバ１に入射している。
【００２９】
用いることができるテルライトファイバは、ＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３またはＴｅＯ２−ＺｎＯ−Ｍ２Ｏ−Ｌ２Ｏ３−ＱＯ２の組成を有する。該組成中、Ｍは１種または複数のアルカリ金属を、Ｌは、Ｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｃｅ、ＹｂまたはＬｕの少なくとも１種以上を、およびＱはＧｅ、ＳｉまたはＴｉの少なくとも１種以上を表わす。また、テルライトファイバを、分散補償ファイバ（分散シフトファイバ、分散フラットファイバ等）としてもよい。
【００３０】
レーザ光源５ａ，５ｂとして、半導体レーザモジュール（ＬＤＭ）またはラマンレーザなどを用いることができる。特に、ＬＤＭは小型・高信頼・長寿命である等の理由でより実用的である。そこで、本発明の以下の実施形態においても、レーザ光源としてＬＤＭを用いる。ただし、ＬＤＭ以外のレーザモジュールを用いても、同様の効果が得られることは明らかである。２つのＬＤＭ５ａ，５ｂをＬＤＭ−１およびＬＤＭ−２とし、それらの励起光波長をそれぞれλ１およびλ２とする。
【００３１】
また、図３においては、ＬＤＭ−１およびＬＤＭ−２からの励起光を合波した複数波長の励起光を、合波器２を介してテルライトファイバ１に入射している。しかし、ＬＤＭ−１およびＬＤＭ−２からの励起光を合波せずに、それぞれテルライトファイバに入射してもよい。
【００３２】
さらに、図３においては、信号光入射方向と励起光入射方向とが逆である後方向励起の配置を示したが、信号光入射方向と励起光入射方向とが同一である前方向励起を用いてもよい。
【００３３】
あるいはまた、図３のテルライトファイバ１または合波器２より後に、利得等化器を設置して、利得係数スペクトルのさらなる平坦化を行ってもよい。
【００３４】
本実施形態のラマン増幅器の平坦利得帯域の拡大を実施するためには、波長λ１の励起光を用いた利得係数スペクトルの第１ボトムを、波長λ２の励起光を用いた利得係数の第１ピークで補償するように、λ１およびλ２を設定する必要がある。図２に示した利得係数スペクトルから明らかなように、λ１およびλ２の差を３０ｎｍ〜７０ｎｍとしたときに、平坦利得帯域の拡大を達成することができる。λ１およびλ２の差は、より好ましくは３５ｎｍ〜６０ｎｍであり、および最も好ましくは４０ｎｍ〜５０ｎｍである。特に好ましくはλ１−λ２が５０ｎｍである。
【００３５】
ラマン増幅器は、励起光波長に応じた任意の波長域で動作可能であり、その利得帯域は、波長よりもむしろエネルギーまたは波数（ｃｍ−１、カイザーと読む）で正確に規定される。たとえば、上記の１．５５μｍ帯における波長差３０ｎｍ〜７０ｎｍは、約１２５〜２９０ｃｍ−１の波数差に等しい。この波数差は、任意の波長帯で保持される。なお、１２５ｃｍ−１の波数差は、１．５５μｍ帯では波長差３０ｎｍに相当するが、１．４μｍ帯では、その０．８２倍の波長差２４．５ｎｍに相当する。
【００３６】
あるいはまた、前記２つのレーザ光源に代えて、互いに異なる励起光波長を有する３つ以上のレーザ光源を有してもよい。すなわち、３つ以上のレーザ光源を用いる場合であっても、実質的に上記と同じ励起波長配置とみなされるものであればよい。具体的には、前記３つ以上のレーザ光源を波長領域が重ならない２つの波長群に分け、それらの重心波長に対応する励起光の波数の差の絶対値が１２５〜２９０ｃｍ−１であってもよい。
【００３７】
重心波長λｃは、ｎ波長（λ１〜λｎ）の波長群の光のパワーがそれぞれＰ１〜Ｐｎのとき
【００３８】
【数１】
0003916959.tif 000002
【００３９】
で定義される。
【００４０】
これを定量的に述べると、第１の波長群をλ１１〜λ１ｎとし、第２の波長群をλ２１〜λ２ｍ（ただし、λ１〜λ１ｎ＞λ２１〜λ２ｍである）とし、第１の波長群の重心波長をλ１ｃとし、および第２の波長群の重心波長をλ２ｃとしたとき、λ１ｃおよびλ２ｃの差が３０ｎｍ〜７０ｎｍであればよい。したがって、重心波長λ１ｃおよびλ２ｃに相当する光の間の波数差の絶対値は、１２５〜２９０ｃｍ−１である。
【００４１】
例えば、励起光の波長およびパワーが、それぞれ、１４６０ｎｍ，２００ｍＷ；１４５０ｎｍ，５０ｍＷ；１４１０ｎｍ，２００ｍＷ；および１４００ｎｍ，５０ｍＷである４波長構成を用いてもよい。この際、１４６０ｎｍ，２００ｍＷ；１４５０ｎｍ，５０ｍＷの２つの励起光の重心波長は１４５８ｎｍであり、および１４１０ｎｍ，２００ｍＷ；１４００ｎｍ，５０ｍＷの２つの励起光の波長重心は１４０８ｎｍである。この２つの重心波長の差は５０ｎｍであるので、この４波長構成は、上述した２波長励起の構成と等価である。
【００４２】
上記のような励起光の波長設定を用いて平坦利得帯域の拡大を行うためには、各励起光により得られる利得係数の大きさを制御する必要がある。利得係数の制御は、各光源ＬＤＭ−１およびＬＤＭ−２の出力パワーを適切に設定することによって実施される。
【００４３】
［実施例１］
図３のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４６０ｎｍとし、およびパワーを５００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを５００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであった。
【００４４】
本実施例より得られた利得（ｄＢ単位の相対値）スペクトルを、図４（ａ）に示す。本実施例においては、約１５００ｎｍ〜約１６５０ｎｍの約１５０ｎｍの範囲（平坦利得帯域）で平坦化された利得スペクトルが得られた。この平均利得帯域は、従来技術の約６０ｎｍの平坦利得帯域幅よりも顕著に拡大されている。
【００４５】
また、本実施例で用いるテルライトファイバは、従来技術のシリカラマン増幅器のシリカファイバに比べて、著しく短いが、ほぼ同等もしくはそれ以上の利得係数を有した。
【００４６】
［実施例２］
ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４２０ｎｍとした点を除いて、実施例１を繰り返した。
【００４７】
本実施例より得られた利得スペクトルを、図４（ｂ）に示す。本実施例においても、約１５００ｎｍ〜約１６５０ｎｍの約１５０ｎｍの範囲（平坦利得帯域）で平坦化された利得スペクトルが得られた。この平均利得帯域は、従来技術の約６０ｎｍの平坦利得帯域幅よりも顕著に拡大されている。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態は、２個のテルライトファイバと、それらテルライトファイバの中間に設置した利得等化器と、互いに異なる励起光波長（λ１およびλ２）を有する２つのレーザ光源とを有する、図５に示される光ファイバ増幅器である。
【００４９】
図５において、テルライトファイバ１ａ、合波器２ａ、利得等化器１５、テルライトファイバ１ｂ、および合波器２ｂが直列に接続されている。２つのレーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光は、合波器４によって合波される。合波された励起光は、分波器１６によって分波され、一方は合波器２ａに導かれテルライトファイバ１ａを励起し、他方は合波器２ｂに導かれテルライトファイバ１ｂを励起する。
【００５０】
本実施形態に用いられるテルライトファイバは、第１実施形態に記載したものと同様である。
【００５１】
励起光は、２個のテルライトファイバのそれぞれに対して供給される。その際に、それぞれのテルライトファイバ用の励起光源を別個に設けてもよいが、ラマン増幅器の構成の簡易化および低コスト化のためには、図５に示される１つの光源装置３を用いることが好ましい。３つ以上のレーザ光源を用いる際も同様である。また、図５には後方向励起の配置が記載されているが、本実施形態において前方向励起を行ってもよい。
【００５２】
本実施形態のラマン増幅器の平坦利得帯域の拡大を実施するために波長λ１およびλ２が満たすべき条件は、第１の実施形態に記載されたものと同一である。すなわちλ１およびλ２の差を３０ｎｍ〜７０ｎｍとしたときに、平坦利得帯域の拡大を達成することができる。また、１．５５μｍ帯の信号を増幅するための波長帯において、前記波長差３０ｎｍ〜７０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約１２５−２９０ｃｍ−１である。
【００５３】
あるいはまた、第１の実施形態同様に３つ以上のレーザ光源からの励起光を用いてもよい。その場合には、それら３つ以上の励起光を波長領域が重ならない２つの波長群に分け、それらの重心波長に対応する励起光の波数の差の絶対値が１２５〜２９０ｃｍ−１であるように、それら励起光の波長を設定する。
【００５４】
利得等化器１５をテルライトファイバ１ａと１ｂとの間の位置に設置するのは、ラマン増幅器の出力パワーを高く保つためである。このとき、信号光は、利得等化器１５により所望の損失を受けた後に後段のテルライトファイバ１ｂで増幅されるので、ラマン増幅器の出力パワーは、後段のテルライトファイバ１ｂの出力パワーで決定され、高い値を得ることができる。一方、利得等化器１５を最終段(final stage)、すなわちテルライトファイバ１ｂの後に設置した場合には、得られる出力パワーは、テルライトファイバ１ｂの出力パワーから、利得等化器１５の損失分だけ低下したものになる。
【００５５】
利得等化器の透過損失スペクトル特性は、例えば、図４の利得スペクトルを考慮して決定される。例えば、図４（ａ）の利得スペクトルに対しては、透過損失スペクトルのピーク波長が約１５６０ｎｍ，透過損失スペクトルの半値幅が約２０ｎｍのガウス型形状の透過損失スペクトルを有する利得等化器により、約１５００−１６５０ｎｍの波長域において概略的な利得等化を簡単に行なえる。
【００５６】
［実施例３］
図５のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４６０ｎｍとし、およびパワーを５００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを５００ｍＷとした。テルライトファイバ１aおよび１ｂの長さは、それぞれ２００ｍおよび１８０ｍであった。ピーク波長約１５６０ｎｍ，ピーク損失８ｄＢおよび半値幅約２０ｎｍを有するガウス型形状の透過損失スペクトルを有する利得等化器を用いた。
【００５７】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５００−１６５０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトルが得られた。また、利得スペクトル平坦性が、利得等化器を用いない場合に比較して、８ｄＢ向上した。
【００５８】
（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態は、テルライトファイバと、シリカファイバと、互いに異なる励起光波長を有する２つのレーザ光源と、それらレーザ光源からの励起光を信号光と合波する２つの合波器を有する、図６に示される光ファイバ増幅器である。
【００５９】
図６においては、テルライトファイバ１、合波器２ａ、シリカファイバ１１、および合波器２ｂが直列に接続され、第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は合波器２ａを介してテルライトファイバ１を励起し、および第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）は合波器２ｂを介してシリカファイバ１１を励起する。
【００６０】
本実施形態においては、第１のレーザ光源からの励起光（λ１）によって得られるテルライトファイバの利得係数スペクトルの第１ボトムを、第２のレーザ光源からの励起光（λ２）によって得られるシリカファイバの利得係数スペクトルのピークに重ねることによって、補償する。λ１およびλ２の差を、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち、１０ｎｍ＜λ２−λ１＜４０ｎｍに設定することにより、このような補償を達成することができる。λ１およびλ２の差λ２−λ１は、より好ましくは１５ｎｍ〜３５ｎｍ、および最も好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。また、１．５５μｍ帯の信号を増幅するための励起光の波長帯において、前記波長差１０ｎｍ〜４０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約４２〜１６６ｃｍ−１である。
【００６１】
シリカファイバ１１の最適なファイバパラメータは、高速（例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ）の光通信システムで用いられる分散補償ファイバ（ＤＣＦ）に類似しているため、ＤＣＦを本実施形態のシリカファイバ１１として用いることができる。ここで、ＤＣＦとは、伝送ファイバの屈折率の波長分散により歪んだ光パルスの波形を補償するための、逆分散特性を有するファイバのことである。具体的には、１．３μｍゼロ分散ファイバを用いた伝送路用の典型的なＤＣＦと、典型的なラマン増幅用のシリカファイバの組成、開口数はほぼ同じである。また、典型的なテルライトファイバの場合には、たとえば、１．５μｍ帯で負分散を有しているため、上記のシリカファイバと同様に分散補償ファイバとして用いることが可能である。
【００６２】
本実施形態においては、テルライトファイバ１を、信号光に対して前段に配置することが好ましい。なぜなら、その配置の方が雑音指数が低いからである。これは、シリカファイバのラマン利得帯域がテルライトファイバのものよりも狭いことに起因する。たとえば、λ１＝１４５０ｎｍの場合、テルライトファイバのラマン利得は１４６０〜１６２０ｎｍである程度の値を有する。この場合シリカファイバ用の励起光の波長λ２を約１４７５ｎｍに設定する必要がある。しかし、シリカファイバにおけるラマン利得はλ２＋１３０ｎｍ以下の領域（この場合１６０５ｎｍ以下）に限定される。もしシリカファイバを前段に配置した場合、λ２＋１３０ｎｍより長波長域（１６０５ｎｍより長波長の領域）で、シリカファイバ内での損失による雑音指数の劣化（増加）が生じる。したがって、テルライトファイバを前段に配置することが好ましい。
【００６３】
上記のような励起光の波長設定を用いて平坦利得帯域の拡大を行うためには、各励起光により得られる利得係数の大きさを制御する必要がある。利得係数の制御は、各光源ＬＤＭ−１およびＬＤＭ−２の出力パワー、並びにシリカファイバおよびテルライトファイバの長さを適切に設定することによって実施される。
【００６４】
［実施例４］
図６のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。
【００６５】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５５０〜１６３０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【００６６】
（第４実施形態）
本発明の第４の実施形態は、テルライトファイバと、シリカファイバと、互いに異なる励起光波長を有する第１および第２のレーザ光源と、それら第１および第２のレーザ光源からの励起光を合波する合波器とを有する、図７に示される光ファイバ増幅器である。
【００６７】
図７において、テルライトファイバ１、シリカファイバ１１、および合波器２が直列に接続されており、第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）および第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）が合波器４によって合波され、そして合波器２を介して、シリカファイバ１１、テルライトファイバ１の順に伝搬される。信号光はテルライトファイバ側から入射する（すなわち、テルライトファイバが信号光に対する前段に位置する）。
【００６８】
本実施形態において用いられるテルライトファイバおよびシリカファイバは、第３実施形態において記載されたものと同一である。
【００６９】
第１および第２レーザ光源５ａおよび５ｂからの異なる波長の２つの励起光は、まずシリカファイバ１１を励起した後、シリカファイバ１１で損失を受けなかった分がシリカファイバ１１から出射する。その後に、シリカファイバから出射する２つの励起光が、テルライトファイバ１を励起する。
【００７０】
本実施形態においては、第１のレーザ光源からの励起光（λ１）によって得られるテルライトファイバの利得係数スペクトルの第１ボトムを、第２のレーザ光源からの励起光（λ２）によって得られるシリカファイバの利得係数スペクトルのピークに重ねることによって、補償する。λ１およびλ２の差を、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち、１０ｎｍ＜λ２−λ１＜４０ｎｍに設定することにより、このような補償を達成することができる。λ１およびλ２の差λ２−λ１は、より好ましくは１５ｎｍ〜３５ｎｍ、および最も好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。また、１．５５μｍ帯の信号を増幅するための励起光の波長帯において、前記波長差１０ｎｍ〜４０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約４２〜１６６ｃｍ−１である。
【００７１】
なお、本実施形態のラマン増幅器全体の利得係数スペクトルは、波長λ１の励起光によるシリカファイバの利得係数スペクトル、シリカファイバによる波長λ１の励起光の減衰および波長λ２の励起光によるテルライトファイバの利得係数スペクトルを包含するために、同一のλ１およびλ２を用いる第３実施形態のラマン増幅器のものとは若干異なるものである。
【００７２】
本実施形態のラマン増幅器において、テルライトファイバ１を信号光に対して前段に配置することが好ましいが、シリカファイバ１１とテルライトファイバ１とを入れ替えて、シリカファイバ１１を前段に配置してもよい。
【００７３】
［実施例５］
図７のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。
【００７４】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５５０〜１６３０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【００７５】
（第５実施形態）
本発明の第５の実施形態は、テルライトファイバと、シリカファイバと、互いに異なる励起光波長を有する第１および第２のレーザ光源と、前記テルライトファイバと前記シリカファイバとの間に配置された第１または第２のレーザ光源からの励起光のいずれか一方を反射する反射素子とを有する、図８に示される光ファイバ増幅器である。
【００７６】
図８において、テルライトファイバ１、反射素子１２、シリカファイバ１１、および合波器２が直列に接続されており、第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）および第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）が合波器４によって合波され、そして合波器２を介して、シリカファイバ１１に入射する。信号光はテルライトファイバ側から入射する（すなわち、テルライトファイバが信号光に対する前段に位置する）。
【００７７】
反射素子１２は、波長λ２の励起光のみを選択的に反射するものであり、ファイバーグレーティングなどを用いることができる。
【００７８】
本実施形態においては、合波器２からシリカファイバ１１に入射する波長λ１およびλ２の励起光は、共にシリカファイバを励起し、シリカファイバ１１を出射する。そして、波長λ２の励起光のみが反射素子１２によって反射され、再びシリカファイバ１１に入射し、それを励起するために用いられる。一方、波長λ１の励起光は、反射素子１２を通過し、テルライトファイバ１に入射し、それを励起する。
【００７９】
本実施形態においても、第４の実施形態と同様に、第１のレーザ光源からの励起光（λ１）によって得られるテルライトファイバの利得係数スペクトルの第１ボトムを、第２のレーザ光源からの励起光（λ２）によって得られるテルライトファイバの利得係数スペクトルのピークに重ねることによって、補償する。λ１およびλ２の差を、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち、１０ｎｍ＜λ２−λ１＜４０ｎｍに設定することにより、このような補償を達成することができる。λ１およびλ２の差λ２−λ１は、より好ましくは１５ｎｍ〜３５ｎｍ、および最も好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。また、１．５５μｍ帯の信号を増幅するための励起光の波長帯において、前記波長差１０ｎｍ〜４０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約４２〜１６６ｃｍ−１である。
【００８０】
なお、本実施形態のラマン増幅器全体の利得係数スペクトルは、波長λ１の励起光によるシリカファイバの利得係数スペクトル、およびシリカファイバによる波長λ１の励起光の減衰を包含するために、同一のλ１およびλ２を用いる第３および第４の実施形態のラマン増幅器のものとは若干異なるものである。
【００８１】
本実施形態においては、テルライトファイバ１を信号光に対して前段に配置することが好ましい。その理由は、第３実施形態に記載したとおりである。しかし、シリカファイバ１１とテルライトファイバ１の位置を逆にし、かつ反射素子（ファイバグレーティング）の中心波長をλ１として、シリカファイバを前段に配置し、かつ波長λ１の光がテルライトファイバ１のみを励起するような構成においても同様の効果がえられる。
【００８２】
［実施例６］
図８のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長λ１を１４５０ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長λ２を１４７５ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。
【００８３】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５５０〜１６３０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。さらに、波長λ２の励起光のパワーが実施例５よりも低下することができた。なぜなら、反射素子１２を設けて、反射素子１２における反射により波長λ２の光がシリカファイバ１１のみを励起するような構成にしたからである。
【００８４】
（第６実施形態）
本発明の第６の実施形態は、複数のテルライトファイバと、複数のシリカファイバと、互いに異なる励起光波長を有する２つのレーザ光源と、それらレーザ光源からの励起光を合波する合波器とを有する光ファイバ増幅器であって、前記複数のテルライトファイバのそれぞれと前記複数のシリカファイバのそれぞれとは互いに隣接するように配置される、図９に示される光ファイバ増幅器である。
【００８５】
図９において、テルライトファイバ１ａおよび１ｂとシリカファイバ１１ａおよび１１ｂとが交互に配置され、それらファイバの信号光に対して後段に合波器２が接続されている。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）および第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）が合波器４によって合波され、そして合波器２を介して、交互に配置されたファイバに入射する。
【００８６】
２つの励起光の波長λ１およびλ２が満たすべき条件は、第４実施形態と同様である。λ１およびλ２の差を、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち、１０ｎｍ＜λ２−λ１＜４０ｎｍに設定することが好ましい。λ１およびλ２の差λ２−λ１は、より好ましくは１５ｎｍ〜３５ｎｍ、および最も好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。また、１．５５μｍ帯の信号を増幅するための励起光の波長帯において、前記波長差１０ｎｍ〜４０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約４２〜１６６ｃｍ−１である。
【００８７】
図９においては、２つのテルライトファイバおよび２つのシリカファイバを交互に配置した例を示したが、それらファイバが交互に配置される限り、その数は３個以上任意のものであってもよい。
【００８８】
長さの短い複数のファイバを用いる本実施形態においては、雑音指数の低減を達成することができる。もしテルライトファイバの第１ボトムまたは第２ボトムにおける利得係数が小さい場合、テルライトファイバによる損失のために雑音が増大する。雑音の増大の程度は、ファイバの長さ、ひいてはｄＢ単位におけるファイバ損失に比例する。すなわち、本実施形態の短いファイバにおいて、その雑音の程度は長いファイバを用いた場合よりも少ない。そして次段のシリカファイバにおいて、テルライトファイバの第１ボトムまたは第２ボトムの領域の信号が増幅され、それによって、より雑音の少ない信号を得ることができるのである。
【００８９】
本実施形態においては、テルライトファイバ１ａが信号光の入射方向に対して最前段に位置している。しかし、本実施形態における各ファイバにおける雑音の増大の程度が小さいので、シリカファイバ１１ａを最前段とする構成を採っても同等の効果を得ることができる。
【００９０】
［実施例７］
図９のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。各テルライトファイバ１ａおよび１ｂの長さは１００ｍであり、および各シリカファイバ１１ａおよび１１ｂの長さは２．５ｋｍであった。
【００９１】
本実施例のラマン増幅器においては、約１４６０〜１６２０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１６０ｎｍ）が得られた。また、実施例５における雑音指数のスペクトル上の最大値が８ｄＢであったのに対し、本実施例の雑音指数のスペクトル上の最大値は６ｄＢであった。
【００９２】
（第７実施形態）
本発明の第７の実施形態は、互いに異なる波長の励起光を発する第１，第２および第３のレーザ光源と、第１のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバと、第２および第３のレーザ光源からの励起光により励起されるシリカファイバとを有する図１０に示されるラマン増幅器である。
【００９３】
図１０においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、シリカファイバ１１および合波器２ｂが直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する。第１のレーザ光源５ａからの励起光は合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。第２および第３のレーザ光源５ｂおよび５ｃからの励起光は、合波器４により合波され、そして合波器２ｂを介してシリカファイバ１１に入射する。
【００９４】
本実施例において、λ２は、波長λ２の光により励起されるシリカラマン増幅器の利得スペクトルのピークが、図２に示されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムに位置するように設定される。また、λ３は、波長λ３の光によりシリカラマン増幅器の利得スペクトルのピークが、図２に示されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第２ボトムに位置するように設定される。このような設定を行うことにより、テルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１および第２ボトムを、シリカラマン増幅器の利得スペクトルの２つのピークが補償するため、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。
【００９５】
上記のような補償を実現するために、λ１とλ２との差は、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ２−λ１＜４０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当する。さらに、λ１とλ３との差は、λ１−λ３＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ３＜７０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当する。
【００９６】
本実施形態において、図１０に示されるように信号光の入射方向に対して前段にテルライトファイバを配置することが好ましい。その理由は第４実施形態において述べたとおりである。しかし、シリカファイバを前段におくことも可能である。
【００９７】
［実施例８］
図１０のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを３００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。さらにＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。このように設定された本実施例のラマン増幅器の利得スペクトルを図１１（ｂ）に示す。
【００９８】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５００ｎｍ〜約１６３０ｎｍにおいて平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１３０ｎｍ）が得られた。
【００９９】
（第８実施形態）
本発明の第８の実施形態は、互いに異なる波長の励起光を発する第１，第２および第３のレーザ光源と、第１および第２のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバと、第３のレーザ光源からの励起光により励起されるシリカファイバとを有する図１２に示されるラマン増幅器である。
【０１００】
図１２においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、シリカファイバ１１および合波器２ｂが直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する。第１および第２のレーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光は、合波器４により合波され、そして合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。第３のレーザ光源５ｃからの励起光は合波器２ｂを介してシリカファイバ１１に入射する。
【０１０１】
本実施例において、λ２は、波長λ２の光により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ピークが、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムに位置するように設定される。また、この設定を行うことにより波長λ２の光により励起されるテルライトラマン増幅器の第２ピークが、波長λ１の光により励起されるテルライトラマン増幅器の第２ボトムに位置する。さらに、λ３も同様に、波長λ３の光によりシリカラマン増幅器の利得スペクトルのピークが、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムに位置するように設定される。すなわち、本実施例においては、波長λ１の光を用いる励起による利得スペクトルの第１ボトムを、波長λ２および波長λ３の光による利得スペクトルのピークにより、波長λ１の利得スペクトルの第２ボトムを波長λ２の利得スペクトルの第２ピークにより補償することができる。このような設定を行うことにより、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。ただし、一般的に、第７実施形態の構成と比較してスペクトル平坦性が劣るため、テルライトファイバ１とシリカファイバ１１との間、好ましくは合波器２ａとシリカファイバ１１との間に、利得等化器を設けて、平坦性を高めることが好ましい。
【０１０２】
上記のような補償を実現するために、λ１とλ２との差は、λ１−λ２＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ２＜７０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、４２〜２９０ｃｍ−１に相当する。さらに、λ１とλ３との差は、λ１−λ３＝２５±１５ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ３＜４０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当する。
【０１０３】
本実施例の構成において、信号光に対して前段に配置されるテルライトファイバの第１ボトムの大きさ（第１ピークにおける利得と第１ボトムにおける利得の差）は、テルライトファイバを単一波長の光で励起する第７実施形態のものより小さい。したがって、本実施例では、第１ボトムの波長域におけるテルライトファイバの最低利得をより大きくすることができる。その結果、より低い雑音指数およびより高い信号光出力が得られる。
【０１０４】
上記の効果を具体的に説明する。図１３は、波長λ１の光のみによる１波長励起の利得（オンオフ利得）スペクトル（実線）、ならびに波長λ１およびλ２の光による２波長励起の場合の利得（オンオフ利得）スペクトル（破線）を示す図である。テルライトファイバおよびそれに隣接する合波器などの光部品の挿入損失は、約６ｄＢである。したがって、１波長励起の場合、第１ボトムＢ１における正味のラマン利得は、−０．５ｄＢ程度である。一方、２波長励起の場合、該領域における正味のラマン利得は４ｄＢ程度であり、それは１波長励起の場合よりも著しく大きい。
【０１０５】
また２波長励起されるテルライトファイバと１波長励起されるシリカファイバとを組み合わせる場合、２波長励起されるテルライトファイバの第１ピーク波長における利得係数（ｄＢ単位）と第２ピーク波長における利得係数（ｄＢ単位）との比を適切に設定することが必要である。図２に示されるように１波長励起時の第１ピークＰ１の利得係数：第２ピークＰ２の利得係数の比は、１００：７０である。２波長励起を実施する場合に、第１ピークＰ１の利得係数：第２ピークＰ２の利得係数の比を、１００：８０〜１００：１００に設定することが好ましい。この設定においては、テルライトファイバの利得スペクトルとシリカファイバの利得スペクトルとのマッチングが良好となり、この範囲外の利得定数の比を有する場合よりも、平坦なスペクトルが得られる。
【０１０６】
第２ピークの利得係数を第１ピークの利得係数より小さくすることが好ましいのは、シリカファイバの利得係数スペクトルの非対称性に起因する。図１（ｂ）に示されるように、シリカファイバの利得係数は、そのピークの短波長側では、長波長側よりも緩やかに減少する。テルライトファイバの第１ボトムにシリカファイバの利得ピークを一致させた場合、テルライトファイバの第２ピークＰ２の領域は、シリカファイバの緩やかに減少する利得スペクトルに重なって、その利得が補償されるが、一方テルライトファイバの第１ピークＰ１の領域の利得は、シリカファイバの利得スペクトルによってはほとんど補償されない。したがって、あらかじめテルライトファイバの利得スペクトルの第２ピークを小さくすることによって、増幅器全体として平坦な利得スペクトルが得られる。
【０１０７】
［実施例９］
図１２のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。またＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。さらにＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。
【０１０８】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５５０ｎｍ〜約１６３０ｎｍにおいて平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【０１０９】
（第９実施形態）
本発明の第９の実施形態は、互いに異なる波長の励起光を発する第１，第２、第３および第４のレーザ光源と、第１および第２のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバと、第３および第４のレーザ光源からの励起光により励起されるシリカファイバとを有する図１４に示されるラマン増幅器である。
【０１１０】
図１４においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、利得等化器１５，シリカファイバ１１および合波器２ｂが直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する。第１および第２のレーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光は、合波器４ａにより合波され、そして合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。第３および第４のレーザ光源５ｃおよび５ｄからの励起光は、合波器４ｂにより合波され、そして合波器２ｂを介してテルライトファイバ１に入射する。
【０１１１】
本実施例において、λ２は、第８実施形態と同様に、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムＢ１を補償するようにに設定される。また、λ３も同様に、波長λ３の光によりシリカラマン増幅器の利得スペクトルのピークが、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムＢ１を補償するように設定される。さらに、λ４は、波長λ４の光によりシリカラマン増幅器の利得スペクトルのピークが、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第２ボトムＢ２に位置するように設定される。このように波長λ１の励起光による第１および第２ボトムＢ１，Ｂ２の利得係数を共に補償することができるので、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。ただし、一般的に、第７実施形態の構成と比較してスペクトル平坦性が劣るため、図１４に示されるようにテルライトファイバとシリカファイバとの間に利得等化器１５を設けて、平坦性を高めることが好ましい。
【０１１２】
さらに本実施例の構成においても、テルライトファイバが２波長の光で励起されているので、信号光に対して前段に配置されるテルライトファイバの第１ボトムＢ１におけるテルライトファイバの最低利得をより大きくすることができる。その結果、より低い雑音指数およびより高い信号光出力が得られる。この効果を実現するための利得係数比の条件は、第８実施形態におけるものと同様である。
【０１１３】
上記のような補償を実現するために、λ１とλ２との差は、λ１−λ２＝５０±２０ｎｍ、すなわち３０ｎｍ＜λ１−λ２＜７０ｎｍに設定される。これは、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、８４〜２９０ｃｍ−１に相当する。また、λ１とλ３との差は、λ３−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ３＜４０ｎｍに設定される。これは、第３の励起光の波数と、第１の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当する。さらに、λ１とλ４との差は、λ１−λ４＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ４＜７０ｎｍに設定される。これは、第１の励起光の波数と、第４の励起光の波数との差が、４２〜２９０ｃｍ−１に相当する。
【０１１４】
［実施例１０］
図１４のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。またＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。ＬＤＭ−４からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、およびシリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。
【０１１５】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５００ｎｍ〜約１６３０ｎｍにおいて平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１３０ｎｍ）が得られた。
【０１１６】
（第１０実施形態）
本発明の第１０の実施形態は、互いに異なる波長の励起光を発する第１〜第６のレーザ光源と、第１および第２のレーザ光源からの励起光により励起される第１のテルライトファイバと、第３および第４のレーザ光源からの励起光により励起されるシリカファイバと、第５および第６のレーザ光源からの励起光により励起される第２のテルライトファイバとを有する図１５に示されるラマン増幅器である。
【０１１７】
図１５においては、第１テルライトファイバ１ａ，合波器２ａ、利得等化器１５ａ，シリカファイバ１１、合波器２ｂ、利得等化器１５ｂ，第２テルライトファイバ１ｂ，合波器２ｃが直列に接続されている。信号光は第１テルライトファイバ１ａの側に入射する。第１および第２のレーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光（λ１、λ２）は、合波器４ａにより合波され、そして合波器２ａを介して第１テルライトファイバ１ａに入射する。第３および第４のレーザ光源５ｃおよび５ｄからの励起光（λ３、λ４）は、合波器４ｂにより合波され、そして合波器２ｂを介してシリカファイバ１１に入射する。第５および第６のレーザ光源５ｅおよび５ｆからの励起光（λ５、λ６）は、合波器４ｃにより合波され、そして合波器２ｃを介して第２テルライトファイバ１ｂに入射する。
【０１１８】
本実施形態は、第９実施形態の構成よりも増幅器出力を改善するための構成である。図１４に示すテルライトファイバを前段に用いる第９実施例のラマン増幅器においては、シリカファイバの利得平坦波長域がテルライトファイバの利得平坦波長域よりも狭いために、シリカファイバの利得平坦波長域の範囲外の波長における増幅器出力が低下する。また、図１４とは逆にシリカファイバを前段に用いるラマン増幅器では、シリカファイバの利得平坦波長域の範囲外の波長における雑音指数が高くなる。本実施形態の増幅器は、第２テルライトファイバ１ｂを用いることにより、これらの欠点を克服する。すなわち、シリカファイバより後の出力段に配置された第２のテルライトファイバのより広い利得平坦波長域により、シリカファイバの利得平坦波長域の範囲外の波長における増幅器出力の低下を防止することができる。また、入力段にも、より広帯域のテルライトファイバを用いるので、雑音指数を低下することができる。
【０１１９】
さらに本実施形態の構成においても、テルライトファイバが２波長の光で励起されているので、第８実施形態同様にテルライトファイバの第１ボトムＢ１におけるより低い雑音指数およびより高い信号光出力が得られる。この効果を実現するための利得係数比の条件は、第８実施形態におけるものと同様である。
【０１２０】
λ１，λ２、λ３およびλ４の満たすべき条件は、第９実施形態と同一である。λ５およびλ６は、それぞれλ１およびλ２と同等の設定を用いることができる。すなわち、λ６は、波長λ６の光により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ピークが、波長λ５により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムに位置するように設定される。このような設定における、λ５とλ６との差は、λ５−λ６＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ５−λ６＜７０ｎｍに設定される。これは、第５の励起光の波数と第６の励起光の波数との差が、１２５〜２９０ｃｍ−１に相当する。λ５およびλ６を、λ１およびλ２と独立に設定することも可能であるが、好ましくは、λ５およびλ６を、それぞれλ１およびλ２と等しく設定する。図１５の構成においては、第１テルライトファイバ用レーザ光源５ａ、５ｂとは別に、第２テルライトファイバ用レーザ光源５ｅ、５ｆを用いているが、図５に示されるように、レーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光を合波した複合励起光を分配して、第１および第２テルライトファイバに供給してもよい。
【０１２１】
［実施例１１］
図１５のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。またＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。ＬＤＭ−４からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを１５０ｍＷとした。ＬＤＭ−５からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−６からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。第１テルライトファイバ１ａの長さは２００ｍであり、シリカファイバ１１の長さは５ｋｍであり、第２テルライトファイバ１ｂの長さは２００ｍであった。
【０１２２】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５００ｎｍ〜約１６３０ｎｍにおいて平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１３０ｎｍ）が得られた。また、本実施例のラマン増幅器の増幅器出力は２０ｄＢｍであり、実施例１０のものの増幅器出力１８ｄＢｍより大きかった。
【０１２３】
（第１１実施形態）
本発明の第１１の実施形態は、互いに異なる励起光波長を有する第１および第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバと、第２のレーザ光源からの励起光により励起されるエルビウム添加ファイバとを有する、図１６に示される光ファイバ増幅器である。
【０１２４】
図１６においては、テルライトファイバ１，合波器２、合波器６およびエルビウム添加ファイバ２１が直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する（すなわち、テルライトファイバ１は、信号光の入射方向に対して前段にある）。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は、合波器２を介してテルライトファイバ１に入射する。第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）は、合波器６を介してエルビウム添加ファイバ２１に入射する。
【０１２５】
本実施例において、エルビウム（Ｅｒ）添加ファイバの利得ピークにより、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムＢ１を補償するように、λ１が設定される。波長λ１の励起光による第１ボトムＢ１の利得係数を補償するこにより、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。
【０１２６】
用いることができるＥｒ添加ファイバの種類は、Ｅｒ添加テルライトファイバ，Ｅｒ添加フッ化物ファイバ，Ｅｒ添加シリカファイバなどである。Ｅｒ添加ファイバの利得スペクトルは、概略的に１５３０〜１５７０ｎｍにピークを有する。Ｅｒ添加ファイバのための励起光の波長λ２は、１４５０〜１５００ｎｍである。好ましくはλ２は１４８０ｎｍである。また、図１６において、Ｅｒ添加ファイバは前方向励起されているが、後方向励起されていてもよい。
【０１２７】
Ｅｒ添加ファイバの利得スペクトルピークの幅が狭いため、より広帯域に利得を有するテルライトファイバ１を、信号光の入射方向に対して前段におくことが好ましい。
【０１２８】
一方、テルライトファイバのための励起光の波長λ１は、波長λ１により励起されるテルライトラマンファイバの利得スペクトルの第１ボトムを、Ｅｒ添加ファイバの利得スペクトルピークと適合させるために、１４００〜１４５０ｎｍである。λ１は、好ましくは１４３０ｎｍである。
【０１２９】
［実施例１２］
図１６のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４３０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４８０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであった。Ｅｒ添加ファイバ２１の長さは５ｍであり、Ｅｒ添加濃度は２０００重量ｐｐｍであった。
【０１３０】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５２０〜１６００ｎｍにおいて平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【０１３１】
（第１２実施形態）
本発明の第１２の実施形態は、テルライトファイバと、テルライトファイバを励起する第１のレーザ光源と、テルライトファイバで増幅された信号光を波長選択的に分波する分波器と、該分波器により分波された一方の信号光が入射するツリウム（Ｔｍ）添加ファイバと、該ツリウム添加ファイバを励起する第２のレーザ光源と、ツリウム添加ファイバで増幅された信号光と、該分波器により分波された他方の信号光とを合波する合波器とを有する、図１７に示される光ファイバ増幅器である。
【０１３２】
図１７においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、および波長選択的分波器１４が直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する（すなわち、テルライトファイバ１は、信号光の入射方向に対して前段にある）。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は、合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。波長選択的分波器１４により、信号光が第１波長域の信号光と第２波長域の信号光とに分波される。第１波長域の信号光は、合波器２ｂを経由し、ツリウム添加ファイバ３１にて増幅されて、合波器４に至る。一方、第２波長域の光は、直接的に合波器４に至る。第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）は、合波器２ｂを介してツリウム添加ファイバ３１に入射する。合波器４において第１および第２波長域の信号光が合波されて、増幅器出力光となる。
【０１３３】
本実施形態において、ツリウム（Ｔｍ）添加ファイバの利得ピークにより、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第２ボトムＢ２を補償するように、λ１が設定される。波長λ１の励起光による第２ボトムＢ２の利得係数を補償することにより、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。
【０１３４】
用いることができるＴｍ添加ファイバの種類は、Ｔｍ添加テルライトファイバ，Ｔｍ添加フッ化物ファイバ，Ｔｍ添加シリカファイバなどである。Ｔｍ添加ファイバ３１の励起波長λ２は１４００ｎｍである。Ｔｍ添加フッ化物ファイバの利得波長域は約１４６０〜１５１０ｎｍであり、１５１０ｎｍより長波長側では、基底凖位吸収により損失が生じる。図１７において、Ｔｍ添加ファイバ３１は、前方向励起されているが、後方向励起されてもよい。
【０１３５】
このＴｍ添加ファイバの吸収による損失を防止するために、波長選択的分波器１６を用いて、第１波長域（約１４６０〜１５１０ｎｍ）の信号光と第２波長域（約１５１５〜１６２０ｎｍ）の信号光とに分離する。そして、第１波長域の信号光のみをツリウム添加ファイバ３１にて増幅し、合波器４へと伝搬させる。一方、第２波長域の信号光の通過ルートに対して、分波器１６と合波器４とは損失の無視できる光ファイバで結合されている。この場合、１５１０〜１５１５ｎｍの波長域は分波器および合波器のデッドバンドである。
【０１３６】
前述のＴｍ添加ファイバの利得域を第２ボトムに合わせるための、テルライトファイバ１の励起波長λ１は１３１０〜１４８０ｎｍであり、好ましくは１４５０ｎｍである。
【０１３７】
［実施例１３］
図１７のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであった。Ｔｍ添加ファイバ３１の長さは５ｍであり、Ｔｍ添加濃度は６０００重量ｐｐｍであった。
【０１３８】
本実施例のラマン増幅器においては、１５１０〜１５１５ｎｍのデッドバンドを除く約１４６０〜１６２０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１６０ｎｍ）が得られた。
【０１３９】
（第１３実施形態）
本発明の第１３の実施形態は、テルライトファイバと、テルライトファイバを励起する第１のレーザ光源と、テルライトファイバで増幅された信号光を波長選択的に分波する分波器と、該分波器により分波された一方の信号光が入射するツリウム（Ｔｍ）添加ファイバと、該ツリウム添加ファイバを励起する第２のレーザ光源と、該分波器により分波された他方の信号光が入射するシリカファイバと、該シリカファイバを励起する第３のレーザ光源と、ツリウム添加ファイバで増幅された信号光と、シリカファイバで増幅された信号光とを合波する合波器とを有する、図１８に示される光ファイバ増幅器である。
【０１４０】
図１８においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、および波長選択的分波器１４が直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する（すなわち、テルライトファイバ１は、信号光の入射方向に対して前段にある）。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は、合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。波長選択的分波器１４により、信号光が第１波長域の信号光と第２波長域の信号光とに分波される。第１波長域の信号光は、合波器２ｂを経由し、ツリウム添加ファイバ３１にて増幅されて、合波器４に至る。一方、第２波長域の信号光は、シリカファイバ１１で増幅され、合波器２ｃを通過して合波器４に至る。第３のレーザ光源５ｃからの励起光は、合波器２ｃを介してシリカファイバ１１に入射する。合波器４において第１および第２波長域の信号光が合波されて、増幅器出力光となる。なお、本実施形態においても、１５１０〜１５１５ｎｍの波長域は分波器および合波器のデッドバンドである。
【０１４１】
本実施形態において、ツリウム（Ｔｍ）添加ファイバの利得ピークにより、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第２ボトムＢ２を補償するように、λ１が設定される。すなわち、Ｔｍ添加ファイバ３１により、波長λ１の励起光による第１ボトムＢ２を平坦化する。前述のＴｍ添加ファイバの利得域を第２ボトムに合わせるための、テルライトファイバ１の励起波長λ１は１３１０〜１４８０ｎｍであり、好ましくは１４５０ｎｍである。図１８において、Ｔｍ添加ファイバ３１は、前方向励起されているが、後方向励起されてもよい。
【０１４２】
一方、前記第３のレーザ光源の励起光波長λ３は、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルの第１ボトムＢ１を補償するように、設定される。波長λ３は、１３８０〜１５５０ｎｍの範囲内、好ましくは１４８０ｎｍである。図１８において、シリカファイバ１１は、後方向励起されているが、前方向励起されてもよい。
【０１４３】
上記のように、波長λ１により励起されるテルライトラマン増幅器の利得スペクトルにおいて、その第１ボトムをシリカファイバの利得ピークにより補償し、かつ第２ボトムをＴｍ添加ファイバの利得ピークにより補償することによって、より広帯域で平坦な利得スペクトルを得ることができる。
【０１４４】
［実施例１４］
図１８のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４８０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、シリカファイバの長さは５ｋｍであった。Ｔｍ添加ファイバ３１の長さは５ｍであり、Ｔｍ添加濃度は６０００重量ｐｐｍであった。
【０１４５】
本実施例のラマン増幅器においては、１５１０〜１５１５ｎｍのデッドバンドを除く約１４６０〜１６２０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１６０ｎｍ）が得られた。
【０１４６】
（第１４実施形態）
本発明の第１４実施例のラマン増幅器は、第１、第２および第３のレーザ光源と、第１のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバと、第２のレーザ光源からの励起光により励起される希土類添加ファイバ（ツリウム（Ｔｍ）添加ファイバあるいはエルビウム添加ファイバなど）と、第３のレーザ光源により励起されるシリカファイバとを有し、テルライトファイバ、希土類添加ファイバ、およびシリカファイバが直列に接続されている、図１９に示される光ファイバ増幅器である。
【０１４７】
図１９においては、テルライトファイバ１，合波器２ａ、合波器２ｂ、Ｔｍ添加ファイバ３１、シリカファイバ１１および合波器２ｃが直列に接続されている。信号光はテルライトファイバ１の側に入射する（すなわち、テルライトファイバ１は、信号光の入射方向に対して前段にある）。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は、合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）は、合波器２ｂを介してＴｍ添加ファイバ３１に入射する。第３のレーザ光源５ｃからの励起光は、合波器２ｃを介してシリカファイバ１１に入射する。
【０１４８】
第２のレーザ光源からの励起光の波長λ２は、使用される希土類に依存する。本実施形態において用いることができる希土類は、ツリウムおよびエルビウムを含み、好ましくはツリウムである。ツリウムを用いる場合、その励起波長は１４００ｎｍであり、および利得領域は１４６０〜１５１０ｎｍである。希土類添加ファイバの利得領域幅は約５０ｎｍであり、利得領域より長波長の領域では、基底準位吸収（ツリウムの場合）または上位準位吸収（エルビウムの場合）が生じる。そこで、第１のレーザ光源からの励起光の波長λ１を、希土類添加ファイバの利得領域が、λ１の光によるテルライトファイバの利得スペクトルの第１あるいは第２ボトムに重なるように設定する。この設定により、希土類による利得領域より長波長の領域の信号を、入力段であるテルライトファイバによりあらかじめ増幅して、増幅器全体の雑音指数の低下を防止することができる。
【０１４９】
さらに、希土類添加ファイバを出射する信号光を、出力段のシリカファイバにて増幅する。シリカファイバの励起光の波長λ３は、λ１の励起光による利得スペクトルの第１ボトムあるいは第２ボトムを補償するように設定される。
【０１５０】
本実施形態においては、希土類添加ファイバがテルライトファイバの第１ボトムを補償し、およびシリカファイバが第２ボトムを補償する設定にすることもできるし、あるいは、希土類添加ファイバがテルライトファイバの第２ボトムを補償し、およびシリカファイバが第１ボトムを補償する設定にすることもできる。本実施形態において、希土類として、ツリウムを用いる場合、テルライトファイバの励起光の波長λ１を、１３１０〜１４８０ｎｍ、好ましくは１４５０ｎｍに設定することができ、およびシリカファイバの励起光の波長λ３を１３８０〜１５５０ｎｍ、好ましくは１４８０ｎｍに設定することができる。
【０１５１】
本実施形態においてより好ましくは、希土類添加ファイバがテルライトファイバの第１ボトムを補償し、およびシリカファイバが第２ボトムを補償する。具体的には、λ１＝１４５０ｎｍ、λ３＝１４８０ｎｍの設定を用いる。
【０１５２】
本実施例の１つの利点は、デッドバンドのないことである。すなわち希土類添加ファイバとシリカファイバとを並列接続する第１３実施形態においては、並列接続に用いる波長選択的分波器によるデッドバンドのために、利得スペクトルの欠落が生じる。これに対して、本実施例においては、すべてのファイバが直列に接続され、分波器を用いる必要がないので、利得スペクトルの欠落（システム全体としてのデッドバンド）の発生を防止することができる。
【０１５３】
本実施例の別の利点は、ツリウム添加ファイバとシリカファイバとの利得帯域合成が高効率であることである。第１３実施形態においては、並列接続された２つのファイバの出力光を合波する並列合成を行うために、利得帯域の合成の効率は低いものであった。しかし、本実施例においては、両ファイバを直列に接続する直列合成を行うため、利得帯域の合成の効率を高くすることが可能である。
【０１５４】
［実施例１５］
図１９のラマン増幅器において、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４８０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、シリカファイバの長さは５ｋｍであった。Ｔｍ添加ファイバ３１の長さは５ｍであり、Ｔｍ添加濃度は６０００重量ｐｐｍであった。
【０１５５】
本実施例のラマン増幅器においては、デッドバンドをもたない、約１４６０〜１６２０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１６０ｎｍ）が得られた。
【０１５６】
（第１５実施形態）
本発明の第１５実施形態のラマン増幅器は、レーザ光源と、該レーザ光源により励起される希土類添加ファイバ（ツリウム（Ｔｍ）添加ファイバあるいはエルビウム添加ファイバなど）とを有する、図２０に示される光ファイバ増幅器である。
【０１５７】
図２０においては、エルビウム添加テルライトファイバ４１と、合波器２とが直列に接続されている。レーザ光源５からの励起光（λ）は、合波器２を介してエルビウム添加テルライトファイバ４１に入射する。エルビウム添加テルライトファイバ４１は、誘導ラマン増幅の利得媒質およびエルビウムイオンによる増幅の利得媒質の両方として機能する。
【０１５８】
本実施形態においては、波長λによって励起されるテルライトファイバのラマン利得スペクトルの第１ボトムを、波長λにより励起される添加物のＥｒの利得ピークにより補償する。波長λは、１４１０〜１４４０ｎｍ、好ましくは１４３０ｎｍである。Ｅｒイオンは約１４３０ｎｍの励起光で励起可能であり、その利得スペクトルは第１１実施形態のものとは若干異なるが、依然として概略的に１５３０〜１５７０ｎｍにピークを有する。
【０１５９】
本実施形態において、誘導ラマン増幅による利得は、励起光の出力パワーおよびテルライトファイバ４１の長さに比例し、一方、Ｅｒによる増幅の利得は、励起光の出力パワーおよびＥｒの添加濃度とファイバ４１の長さとの積に比例する。したがって、所望されるラマン増幅利得を得るために必要な励起光パワーを実用的な範囲内にするためには、エルビウムの添加を１０００重量ｐｐｍ以下、望ましくは２５０重量ｐｐｍ以下とすることが望ましい。たとえば、Ｅｒの増幅利得をテルライトファイバのラマン増幅利得と同等のものにして、利得スペクトルの平坦化に適合させるためには、添加濃度１０００重量ｐｐｍのファイバを用いる際に望ましいファイバ長は５０ｍであり、添加濃度２５０重量ｐｐｍのファイバを用いる際は、２５０ｍである。すなわち、後者の場合のラマン増幅効率は、前者の約５倍である。
【０１６０】
［実施例１６］
図１９のラマン増幅器において、ＬＤＭからの励起光の波長を１４３０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。エルビウム添加テルライトファイバ４１の長さは２５０ｍであり、Ｅｒ添加濃度は２５０重量ｐｐｍであった。
【０１６１】
本実施例のラマン増幅器においては、約１５２０〜１６００ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【０１６２】
（第１６実施形態）
本発明の第１６実施形態のラマン増幅器は、第１および第２のレーザ光源と、該第１および第２のレーザ光源により励起される希土類添加ファイバ（ツリウム（Ｔｍ）添加ファイバあるいはエルビウム添加ファイバなど）とを有する、図２１に示される光ファイバ増幅器である。本実施形態において用いることができる希土類は、エルビウムおよびツリウムを含み、好ましくはエルビウムである。希土類添加テルライトファイバ４１は、誘導ラマン増幅の利得媒質および希土類による増幅の利得媒質の両方として機能する。
【０１６３】
図２１においては、エルビウム添加テルライトファイバ４１と、合波器２とが直列に接続されている。第１および第２のレーザ光源５ａ，５ｂからの励起光（λ１、λ２）は、合波器４によって合波され、そして合波器２を介してエルビウム添加テルライトファイバ４１に入射する。
【０１６４】
本実施形態においては、波長λ１によって励起されるテルライトファイバの利得スペクトルの第１ボトムを、波長λ２により励起される添加物のＥｒの利得ピークにより補償する。波長λ１は、１４１０〜１４４０ｎｍ、好ましくは１４３０ｎｍである。波長λ２は、１４５０〜１５００ｎｍ、好ましくは１４８０ｎｍである。
【０１６５】
本実施形態においても、第１５実施形態に記載の理由により、エルビウムの添加を１０００重量ｐｐｍ以下、望ましくは２５０重量ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
【０１６６】
（第１７実施形態）
本発明の第１７の実施形態は、（ａ）第１および第２のレーザ光源、および前記第１のレーザ光源からの励起光により励起されるテルライトファイバを有する中継器と、（ｂ）前記第２のレーザ光源からの励起光により励起されるシリカファイバからなる１区間の伝送線路とを含む伝送線路区間を、少なくとも１区間以上有する、図２２に示される光通信システムである。
【０１６７】
図２２においては、伝送経路をなすシリカファイバ１３ａと、合波器２ａ、テルライトファイバ１，合波器２ｂが直列に接続され、それがさらに次位の伝送経路をなすシリカファイバ１３ｂに接続されている。第１のレーザ光源５ａからの励起光（λ１）は、合波器２ａを介してテルライトファイバ１に入射する。第２のレーザ光源５ｂからの励起光（λ２）は、合波器２ｂを介してシリカファイバ１３ａに入射する。中継器１４は、第１および第２のレーザ光源５ａおよび５ｂ、２つの合波器２ａおよび２ｂ、ならびにテルライトファイバ１を含む。１つの中継器１４と１つの伝送線路（シリカファイバ１３ａ）とにより、１つの伝送線路区間が形成される。
【０１６８】
本実施形態においては、第１のレーザ光源からの励起光（λ１）によって得られるテルライトファイバの利得係数スペクトルの第１ボトムが、第２のレーザ光源からの励起光（λ２）によって得られるシリカファイバの利得係数スペクトルのピークに重なるように設定する。λ１およびλ２の差が、λ２−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち、４０ｎｍ＞λ２−λ１＞１０ｎｍであるようにする。λ１およびλ２の差λ２−λ１は、より好ましくは１５ｎｍ〜３５ｎｍ、および最も好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。また、前記波長差１０ｎｍ〜４０ｎｍに対応した２つの励起光の波数差は、約４２〜１６６ｃｍ−１である。λ１およびλ２を上記のように設定した場合、シリカファイバの利得領域においては、伝送線路中で、分布増幅による信号対雑音比の向上（雑音指数の低下）が実現される。テルライトファイバ１の利得スペクトルの窪みをシリカファイバの利得ピークが補償するため、広い波長域で平坦なスペクトルが得られる。したがって、テルライトファイバ１における利得スペクトル窪み付近の波長における雑音指数劣化の抑圧が容易かつ顕著に行なえる。また、シリカファイバの分布利得が大きい波長域で特に大きな光信号対雑音比が得られた場合には、その波長域を伝送線路のゼロ分散波長に設定できるという利点がある。
【０１６９】
伝送線路であるシリカファイバ１３ａ，１３ｂは、一般に低損失係数を有する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、あるいは１．３μｍシングルモードファイバなどである。伝送線路中でラマン増幅を分布的に行うため、分布増幅による信号対雑音比の向上（雑音指数の低下）が、分布利得が大きい波長域で生じる。ここで、１．３μｍシングルモードファイバとは、ゼロ分散波長が１．３μｍに存在するファイバである。分散シフトファイバとは、ファイバの構造分散を調整して、ゼロ分散波長を１．３μｍから約１．５５μｍにシフトさせたファイバである。したがって、特に分散シフトファイバは、基幹系の長距離伝送システムにおいて重要である、１．５５μｍ近傍の波長を有する信号光を用いた高速伝送に適したファイバである。
【０１７０】
［実施例１７］
図２２の光通信システムにおいて、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、伝送経路をなすシリカファイバ１３ａの長さは４０ｋｍであった。
【０１７１】
本実施例の光通信システムにおいては、約１５５０〜１６３０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。
【０１７２】
［実施例１８］
図２２の光通信システムにおいて、ＬＤＭ−１からの励起光の波長を１４２０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２からの励起光の波長を１４４５ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１の長さは２００ｍであり、伝送経路をなすシリカファイバ１３ａとしてＤＳＦを用い、その長さは８０ｋｍであった。
【０１７３】
本実施例の光通信システムにおいては、約１５１０〜１５９０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅８０ｎｍ）が得られた。さらに、本実施例においては、ゼロ分散波長を１５５０ｎｍに設定することができた。１５５０ｎｍ付近の領域において高い光信号対雑音比が得られ、非線形効果による伝送品質の劣化の抑圧を行うことができた。
【０１７４】
（第１８実施形態）
本発明の第１８の実施形態は、（ａ）第１〜第３、第５および第６のレーザ光源と、前記第１および第２のレーザ光源からの励起光により励起される第１のテルライトファイバと、前記第３のレーザ光源からの励起光により励起される第１のシリカファイバと、前記第５および第６のレーザ光源からの励起光により励起される第２のテルライトファイバとを有する中継器と；（ｂ）第４のレーザ光源と、前記第４のレーザ光源からの励起光により励起される第２のシリカファイバとを有する１区間の伝送線路とを含む伝送線路区間を、少なくとも１区間以上有する、図２３に示される光通信システムである。
【０１７５】
図２３においては、図１５に示される第１０実施形態のラマン増幅器を中継器１４として用いている。ただし、本実施例においては、シリカファイバ１１が波長λ３の単一励起光によって励起されている点が異なる。伝送経路をなすシリカファイバ１３と、合波器２ｄ、第１のテルライトファイバ１ａ，合波器２ａ、シリカファイバ１１、合波器２ｂ、第２のテルライトファイバ１ｂおよび合波器２ｃが直列に接続されている。第１および第２のレーザ光源５ａ、５ｂからの励起光（λ１、λ２）は、合波器４ａを介して第１のテルライトファイバ１ａに入射する。第３のレーザ光源５ｃからの励起光（λ３）は、合波器２ｂを介してシリカファイバ１１に入射する。第５および第６のレーザ光源５ｅ、５ｆからの励起光（λ５、λ６）は、合波器４ｂを介して第２のテルライトファイバ１ｂに入射する。中継器１４は、シリカファイバ１３および合波器２ｄを除く上記の要素を含む。第４のレーザ光源５ｄからの励起光（λ４）は、合波器２ｄを介して１区間の伝送線路をなすシリカファイバ１３に入射する。１つの中継器１４と１つの伝送線路（シリカファイバ１３）とにより、１つの伝送線路区間が形成される。信号光は、シリカファイバ１３から中継器へと入射する。
【０１７６】
第１０実施例のラマン増幅器においては、広帯域のテルライトファイバを入力段に用いているとはいえ、第１のテルライトファイバ１ａの利得スペクトルの第１ボトムおよび第２ボトムは、シリカファイバ１１の利得ピークにより完全には平坦化されてはいない。したがって、第１ボトムまたは第２ボトムのいずれかあるいはその両方において、雑音指数が第１および第２ピークの波長における雑音指数よりも大きくなる。本実施例の光通信システムにおいては、伝送線路であるシリカファイバ１３中で分布ラマン増幅を行うことによって、第１ボトムおよび第２ボトムの実効的雑音指数を低下させることが可能である。
【０１７７】
上記のように、伝送線路であるシリカファイバ１３、第１テルライトファイバ１ａおよびシリカファイバ１１により、広い平坦利得帯域と低い雑音指数を有する利得スペクトルを得ることができる。さらに、本実施形態においては、出力段として広帯域の第２のテルライトファイバ１ｂを用いて、中継器１４（ひいては光通信システム）の出力パワーを増大させることができる。ここで、シリカファイバ１１と第２のテルライトファイバ１ｂとの間に利得等化器１５を設置することが、利得スペクトルの平坦化および増幅器高出力化の観点から好ましい。なお、シリカファイバ１１以前の段階によって、所望される特性（広い平坦利得領域、高いパワーおよび低い雑音指数）が得られるならば、第２のテルライトファイバ１ｂを省略することも可能である。
【０１７８】
λ１〜λ６の満たすべき条件は、第１０実施形態と同一である。
【０１７９】
すなわち、λ１とλ２との差は、λ１−λ２＝５０±２０ｎｍ、すなわち３０ｎｍ＜λ１−λ２＜７０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第１の励起光の波数と、第２の励起光の波数との差が、１２５〜２９０ｃｍ−１に相当する。また、λ１とλ３との差は、λ３−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ３−λ１＜４０ｎｍに設定される。これは、本実施例において用いる波長帯において、第３の励起光の波数と、第１の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当する。さらに、λ１とλ４との差は、λ１−λ４＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ４＜７０ｎｍに設定される。これは、第１の励起光の波数と、第４の励起光の波数との差が、４２〜２９０ｃｍ−１に相当する。また、λ５およびλ６は、それぞれλ１およびλ２と同一である。
【０１８０】
上記の設定では、波長λ３の光により励起されるシリカファイバ１１の利得ピークは、波長λ１の光により励起されるテルライトファイバの第１ボトムを補償する。一方、波長λ４の光により励起されるシリカファイバ１３の利得ピークは、波長λ１の光により励起されるテルライトファイバの第２ボトムを補償する。波長λ３と波長λ４の条件を入れ替えて、波長λ３による利得ピークにより第２ボトムを、および波長λ４による利得ピークにより第１ボトムを補償してもよい。すなわち、λ１とλ４との差を、λ４−λ１＝２５±１５ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ４−λ１＜４０ｎｍに設定し、およびλ１とλ３との差は、λ１−λ３＝４０±３０ｎｍ、すなわち１０ｎｍ＜λ１−λ３＜７０ｎｍに設定してもよい。言い換えると、第４の励起光の波数と第１の励起光の波数との差が、４２〜１６６ｃｍ−１に相当し、および第１の励起光の波数と第３の励起光の波数との差が、４２〜２９０ｃｍ−１に相当してもよい。
【０１８１】
また、図２３に示した構成では、シリカファイバ１３を単一波長励起しているが、異なる波長の２つの光を用いて励起してもよい。その場合において、それら２つの光の波長は、上記λ３およびλ４の条件を満たす必要がある。２つの励起光を用いることにより、テルライトファイバの第１および第２ボトムの両方を、シリカファイバ１３における分布利得により補償することが可能となり、さらなる雑音指数の低下が可能となる。また、中継器内のシリカファイバ１１ａについても、同様の条件により２波長励起を実施してもよい。
【０１８２】
さらに、図２３の構成においては、第１テルライトファイバ用レーザ光源５ａ、５ｂとは別に、第２テルライトファイバ用レーザ光源５ｅ、５ｆを用いているが、図５に示されるように、レーザ光源５ａおよび５ｂからの励起光を合波した複合励起光を分配して、第１および第２テルライトファイバに供給してもよい。
【０１８３】
［実施例１９］
図２３の光通信システムにおいて、ＬＤＭ−１およびＬＤＭ−５からの励起光の波長を１４５０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−２およびＬＤＭ−６からの励起光の波長を１４１０ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−３からの励起光の波長を１４７５ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。ＬＤＭ−４からの励起光の波長を１４００ｎｍとし、およびパワーを２００ｍＷとした。テルライトファイバ１ａの長さは２００ｍであり、およびテルライトファイバ１ｂの長さは１８０ｍであった。シリカファイバ１１の長さは５ｋｍであった。伝送経路をなすシリカファイバ１３としてＤＳＦを用い、その長さは８０ｋｍであった。
【０１８４】
本実施例の光通信システムにおいては、約１５００〜１６３０ｎｍの波長域において平坦な利得スペクトル（平坦利得帯域幅１３０ｎｍ）が得られた。さらに、本実施例においては、実施例１１（図１５）よりも低い実効的雑音指数を実現することができた。実施例１１における雑音指数の最大値は９ｄＢであったが、本実施例における実効的雑音指数の最大値は６ｄＢに向上した。
【０１８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、光信号のラマン増幅による利得スペクトルが励起光および増幅媒体に依存することに着目して、なされたものである。
【０１８６】
すなわち、本発明の光ファイバ増幅器は、テルライトファイバを用いることを基本とするラマンファイバ増幅器であり、１）テルライトファイバを２波長で励起すること、２）テルライトファイバとシリカファイバをそれぞれ異なる波長で励起すること、３）Ｅｒを低濃度に添加したテルライトファイバを１つ又は２つの波長で励起すること、および４）テルライトファイバとＴｍ添加ファイバを異なる波長で励起することを適宜組み合わせて、平坦利得帯域の拡大、雑音指数の低下、および増幅器の出力増大などの効果を提供するものである。また、前述の効果を少数の励起光源を用いて達成することが可能であるので、増幅器の低コスト化にも有利である。
【０１８７】
さらに、本発明の光通信システムは、テルライトファイバを用いた中継器および分布増幅を行うシリカファイバ伝送線路を用いるシステムであり、上記の手段を適宜組み合わせて、少数の励起光源を用いて、平坦利得帯域の拡大、雑音指数の低下、および増幅器の出力増大などの効果を提供するものである。
【０１８８】
上記のように、本発明によって、従来技術のラマン増幅器およびラマン増幅を用いる光通信システムで問題であった利得帯域の制限および多数の励起光源を用いる必要性という欠点を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のシリカラマン増幅器の構成および利得係数スペクトルを示す図であり、（ａ）はシリカラマン増幅器の構成を、および（ｂ）はシリカラマン増幅器の利得係数スペクトルを示す図である。
【図２】単一波長励起を用いるテルライトラマン増幅器の利得係数スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態のテルライトラマン増幅器の利得係数スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は実施例１の利得（ｄＢ単位の相対値）スペクトルを、（ｂ）は実施例２の利得（ｄＢ単位の相対値）スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図９】本発明の第６実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第７実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第７実施形態のラマン増幅器の利得スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は比較のための実施例４の利得（ｄＢ単位の相対値）スペクトルを、（ｂ）は実施例８の利得（ｄＢ単位の相対値）スペクトルを示すグラフである。
【図１２】本発明の第８実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１３】単一波長励起および２波長励起されたテルライトファイバのラマン利得を示すグラフである。
【図１４】本発明の第９実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第１０実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第１１実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１２実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第１３実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図１９】本発明の第１４実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図２０】本発明の第１５実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１６実施形態のラマン増幅器の構成を示す図である。
【図２２】本発明の第１７実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図２３】本発明の第１８実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１    テルライトファイバ
２    合波器
３    光源装置
４    合波器
５    レーザ光源
１１    シリカファイバ
１２    反射素子
１３    シリカファイバ
１４    中継器
１５    利得等化器
１６    分波器
２１    エルビウム添加ファイバ
３１    ツリウム添加ファイバ
４１    希土類添加テルライトファイバ
【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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