(57)【要約】本明細書に記載される実施形態は、ピーク光信号パワーが、送信器から特定の距離において発生する順方向ラマン増幅に直面する光ファイバストレッチに関する。光信号パワーが増大する該光ファイバストレッチの部分において、より小さな有効面積の光ファイバが用いられ、一方、ピーク光信号パワーに直面する該光ファイバストレッチの遠位ストレッチにおいて、より大きな有効面積の光ファイバが用いられる。従って、より大きな有効面積のファイバが最大光信号密度を低減し、それによって信号品質に関する非線形性劣化を低減するため、該信号の品質は良好に保たれる。
2012501477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信システムにおける第一ノードおよび第二ノードの間に光路を画定する光ファイバストレッチであって、
前記光ファイバストレッチの第一端が前記第一ノードに光学的に接続される場合に、前記第一ノードに隣接する近位光ファイバ部と、
前記光ファイバストレッチの第二端が前記第二ノードに光学的に接続される場合に、前記光路内で、前記第一ノードから前記近位光ファイバ部より遠方に位置し、かつ前記第二ノードより前記第一ノードに近接した遠位光ファイバ部とを備え、
前記遠位光ファイバ部の有効断面積は、前記近位光ファイバ部の有効断面積より大きい光ファイバストレッチ。
【請求項２】
前記遠位光ファイバ部の有効断面積は、前記近位光ファイバ部の有効断面積より、少なくとも１０パーセント大きい請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項３】
前記近位光ファイバ部は一つ以上の光ファイバセグメントを備える請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項４】
前記遠位光ファイバ部は一つ以上の光ファイバセグメントを備える請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項５】
前記光ファイバストレッチの第一端が前記第一ノードに光学的に接続される場合に、前記近位光ファイバ部は前記第一ノードから光チャネルに沿った第一光学距離と前記第一ノードから前記光チャネルに沿った第二光学距離との間に光学的に配置され、前記第一光学距離は０以上であり、前記第二光学距離は前記第一光学距離より大きく、前記遠位光ファイバ部は前記第一ノードから前記光チャネルに沿った第三光学距離と前記第一ノードから前記光チャネルに沿った第四光学距離との間に光学的に配置され、前記第三光学距離は前記第二光学距離以上であり、前記第四光学距離は第三光学距離より大きい請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項６】
前記第一光学距離は５キロメートル以下である請求項５に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項７】
前記第一光学距離と前記第二光学距離との間の光学距離は１０キロメートル以下である請求項６に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項８】
前記第二光学距離と前記第三光学距離との間の光学距離は同一である請求項７に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項９】
前記第三光学距離と前記第四光学距離との間の光学距離は少なくとも２０キロメートルである請求項７に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１０】
前記光ファイバストレッチの第一端より第二端に光学的により隣接して配置された逆方向リモート光ポンプ増幅器をさらに備える請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１１】
前記光ファイバストレッチの第二端より第一端に光学的により隣接して配置された順方向リモート光ポンプ増幅器をさらに備える請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１２】
前記近位光ファイバ部は第一の近位光ファイバ部であり、前記遠位光ファイバ部は第一の遠位光ファイバ部であり、前記光ファイバストレッチは、
前記光ファイバストレッチの第二端が前記第二ノードに光学的に接続される場合に前記第二ノードに隣接する第二の近位光ファイバ部と、
前記光ファイバストレッチの第一端が前記第一ノードに光学的に接続される場合に、前記光路内で、前記第二ノードから前記第二の近位光ファイバ部より遠方に位置し、かつ前記第一ノードより前記第二ノードに近接した第二の遠位光ファイバ部とをさらに備え、
前記第二の遠位光ファイバ部の有効断面積は、前記第二の近位光ファイバ部の有効断面積より大きく、前記第一の遠位光ファイバ部の有効断面積と近似的に等しい請求項１に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１３】
前記光ファイバストレッチの第一端より第二端に光学的により近接して配置される逆方向リモート光ポンプ増幅器をさらに備える請求項１２に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１４】
前記光ファイバストレッチの第二端より第一端に光学的により近接して配置される順方向リモート光ポンプ増幅器をさらに備える請求項１３に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１５】
前記光ファイバストレッチの第二端より第一端に光学的により近接して配置される順方向リモート光ポンプ増幅器をさらに備える請求項１２に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１６】
前記光ファイバストレッチは光学的に左右対称である請求項１２に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１７】
前記光ファイバストレッチは光学的に上下対称である請求項１２に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１８】
前記第一の遠位光ファイバ部と前記第二の遠位光ファイバ部との間に配置される中間光ファイバ部をさらに備える請求項１２に記載の光ファイバストレッチ。
【請求項１９】
光通信システムにおける第一ノードおよび第二ノードの間の通信のための光リンクであって、前記光リンクは、
前記第一ノードおよび前記第二ノードを接続し、かつ主に一つ以上の光ファイバセグメントによって画定される光路を備える光ファイバストレッチと、
ラマン光ポンプパワーを前記第一ノードから前記光ファイバストレッチ内へ送信して、前記光ファイバストレッチ内において光信号の順方向ラマン増幅を引き起こすように構成され、かつ前記ラマン光ポンプパワーはピーク光信号パワーが前記光ファイバストレッチ内において遠方に発生するために十分である順方向ラマンポンプとを備え、
前記光ファイバストレッチは、前記第一ノード近傍の近位光ファイバ部において、前記順方向ラマンポンプによって順方向ラマン増幅が発生して、前記光信号が前記第一ノードからの距離とともに増強されるように構成され、
前記光ファイバストレッチは、さらに、遠位光ファイバ部が前記光信号の最大ピーク光信号パワーに直面するように構成され、前記遠位光ファイバ部は、１）前記光路内で前記第一ノードから前記近位光ファイバ部より遠方に位置し、２）前記光路内で前記第二ノードより前記第一ノードに近接し、かつ、３）前記近位光ファイバ部より大きな有効断面積を有する光リンク。
【請求項２０】
前記近位光ファイバ部は、前記ラマン光ポンプパワーの大半が前記近位光ファイバ部内で順方向ラマン増幅に消費されるように選択される請求項１９に記載の光リンク。
【請求項２１】
光通信システムにおける第一ノードから第二ノードまでの通信のために光ファイバストレッチを用いる方法であって、前記方法は、
前記第一ノードから前記第二ノードに向けて、前記光ファイバストレッチ内に光信号を送信する動作と、
ラマン光ポンプパワーを前記光ファイバストレッチ内に送信して、前記光ファイバストレッチ内において前記光信号の順方向ラマン増幅を引き起こす動作であって、前記ラマン光ポンプパワーは、ピーク光信号パワーが前記光ファイバストレッチ内において遠方に発生するために十分である前記順方向ラマン増幅を引き起こす動作とを備え、
前記光ファイバストレッチは、前記第一ノードに隣接する近位光ファイバ部と、前記近位光ファイバ部より前記第一ノードから遠方に位置する遠位光ファイバ部とを備え、前記遠位光ファイバ部はピーク光信号パワーが前記遠位光ファイバ部内に発生するように配置され、
前記遠位光ファイバ部の有効断面積は、前記近位光ファイバ部の有効断面積より大きい方法。
【請求項２２】
前記光信号を送信する動作は、記光信号のパワーの少なくとも大半が、Ｌバンドであるように、前記光信号を送信する動作を備える請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記遠位光ファイバ部の有効断面積は、前記近位光ファイバ部の有効断面積より少なくとも１０パーセント大きい請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、より大きな有効面積を遠位部に有する光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信ネットワークは、高速データをネットワークノード間に供給することにより、情報化時代の重要な要求に役に立つ。光ファイバ通信ネットワークは、相互接続された光ファイバリンクの集合体を含む。簡単に言えば、光ファイバリンクは、情報を光の形態で光ファイバ内へ放出する光信号源を含む。内部反射の原理により、光信号は最終的に光信号受信器に受信されるまで光ファイバ内を伝播する。光ファイバリンクが双方向性である場合、典型的には別々の光ファイバを用いる逆方向に、情報が光学的に伝達されることができる。
【０００３】
光ファイバリンクは、様々な用途に用いられ、各用途では、異なる長さの光ファイバリンクが必要とされる。例えば、比較的短い光ファイバリンクは、コンピュータと、コンピュータに隣接した周辺機器との間で、または、（ＤＶＤまたはＤＶＲ等の）ローカルのビデオ源とテレビとの間で情報を伝達するために用いることができる。一方、二つのネットワークノード間で情報を伝達しなければならない場合には、光ファイバリンクは数百または数千キロメートルもの長さに延び得る。
【０００４】
長距離および超長距離光学系とは、およそ数百または数千キロメートルの長い光ファイバリンクにわたる光信号の伝送を意味する。そのような長距離にわたる光信号の伝送は、大きな技術的課題を有している。長距離および超長距離の光通信の分野における任意の改善は、多くの時間とリソースを必要とする。そのような改善は、多くの場合、世界中での通信のより広範な可用性につながるため、個々の改善が、重大な進歩を意味し得る。従って、そのような進歩は、個々人が地球上のどこにいるかに関係なく、協力したり、学習したり、仕事をしたりする等の人類の能力を潜在的に加速し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書に記載されている実施形態は、光通信システムにおける二つのノードの間に接続されることができる光ファイバストレッチに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
近位光ファイバ部は、送信ノードに近接し、強力な順方向ラマン増幅が発生した場合に、近位光ファイバ部の長さの範囲内で、光信号パワーが増大させられるように十分に近接している。光信号が近位光ファイバ部を通過した後の特定の時点において、光信号は、遠位光ファイバ部を通過する。
【０００７】
この遠位光ファイバ部は、最大ピーク光信号パワーに対応するように配置されるが、順方向ラマン増幅が主に発生するような近位光ファイバ部より大きな有効断面積を有する。従って、たとえ遠位光ファイバ部内の全光信号パワーが高い場合にも、遠位光ファイバ部のより大きな有効断面積によって、光パワー密度は減少する。より大きな有効面積のファイバにおける光信号パワー密度の減少は、ピーク光信号パワーにおける非線形性劣化による情報損失をより少なくする。
【０００８】
この発明の概要は、特許請求の範囲に規定される対象物の重要な特徴または本質的な特徴を特定するものではなく、また、特許請求の範囲に規定される対象物の権利範囲を判断するために利用されるべきではない。
【０００９】
上述の効果および特徴、並びに他の効果および特徴を有する方法を説明するために、図面を参照して、様々な実施形態がより具体的に説明される。これらの図面は、単に例示的な実施形態を示すものであり、従って、本発明の権利範囲を限定するものではないという前提のもとに、図面を用いて実施形態が、より具体的かつ詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】二つの光通信端末を含む例示的な光通信ネットワークを概略的に示す図。
【図２】図１の光通信ネットワークの光リンクを概略的に示す図。
【図３】光信号が図２の光リンクを進行する際に、光信号が有し得る光信号パワーを概略的に示す例示的な光信号パワー対距離のプロファイル図。
【図４】図２の光リンクを用いる方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載される実施形態によると、光ファイバストレッチは、送信器から特定の距離にてピーク光信号パワーが発生する順方向ラマン増幅に直面する。光信号パワーが順方向ラマン増幅によって増大する光ファイバストレッチの部分に、より小さな有効面積の光ファイバが用いられ、一方、ピーク光信号パワーに直面する遠位光ファイバ部には、より大きな有効面積の光ファイバが用いられる。従って、特定の順方向ラマン増幅の機会が、より大きな有効面積のファイバによって失われた場合にも、より大きな有効面積のファイバは、最大光信号密度を減少させ、それによって、高い光信号密度によって引き起こされる信号品質に関する非線形性劣化を低減させるため、信号の品質は良好に維持される。
【００１２】
図１は、本明細書に記載される原理を用いる例示的な光通信システム１００を概略的に示している。光通信システム１００において、情報は、光信号を用いて端末１０１から端末１０２へ伝達される。簡略化のために、本明細書においては、端末１０１から端末１０２へ光信号を伝達するような一方向のみの光通信について説明するが、該通信システムは、（必ずしも必要ではないが）双方向性であって良い。その場合には、端末１０２から端末１０１へ光信号を伝達するために、同様の光通信路が用いられることができる。
【００１３】
一実施形態において、光信号は、波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ：ＷＤＭ）され、かつ高密度波長分割多重化（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ：ＤＷＤＭ）される可能性もある。ＷＤＭまたはＤＷＤＭにおいて、情報は、本明細書において「波長分割光チャネル」として参照される多数の個別光チャネルの各々を通じて伝達される。各波長分割光チャネルには、光通信用の特定の周波数が割り当てられている。従って、ＷＤＭまたはＤＷＤＭ光信号を用いて通信するために、端末１０１は、ｎ個の光送信器１１１（光送信器１１１（１）〜１１１（ｎ）を含み、ｎは正の整数である）を有し、各光送信器は、対応する波長分割光チャネルを通じて送信するための光送信器である。本明細書に記載される原理は、光送信器の各々の厳密な構造に限定されない。レーザは、特定の周波数で送信するための適当な光送信器である。しかし、光送信器は、各々、多数のレーザ送信器であっても良く、特定の周波数範囲内で調節可能であっても良い。
【００１４】
端末１０１は、光合波器１１２を用いて、光送信器１１１からの光信号の各々を単一の光信号に多重化し、次に、単一の光信号は、第一ファイバリンク１１４（１）へ送信される前に、任意の光増幅器１１３によって光学的に増幅される。
【００１５】
端末１０１と端末１０２との間には、総数ｍ個のリピータ１１５と、ｍ＋１個の光ファイバリンク１１４とが存在する。リピータを備えていない通信システムにおいては、端末１０１と端末１０２との間には、単一のファイバリンク１１４（１）のみが存在し、かつリピータは存在せず、ｍはゼロになる。リピータを備えた光通信システムにおいては、ｍは、１以上である。リピータの各々は、存在する場合、電力を消費して、それにより光信号を増幅することができる。
【００１６】
最後の光ファイバリンク１１４（ｍ＋１）からの光信号は、端末１０２において、必要に応じて、任意の光増幅器１１６によって増幅される。該光信号は、次に、光分波器１１７を用いて、様々な波長分割光チャネルに分波される。様々な波長分割光チャネルは、次に、受信器１１８（１）乃至１１８（ｎ）を含む対応する光受信器１１８によって受信されて処理される。
【００１７】
リピータ間の距離は、端末から端末までの全光路距離、データ転送速度、光ファイバの品質、光ファイバの損失特性、リピータの数（存在する場合）等に依存する。４５１キロメートルを超える光ファイバリンクの場合でも、良質の信号が可能であるという実験結果が、本明細書に示される。しかし、本明細書に記載される原理は、リピータ間の特定の光路距離に限定されず、また、リピータシステムにも限定されない。
【００１８】
光通信システム１００は、ただ説明および例示のために単純化された形式で示されている。本明細書に記載される原理は、より複雑な光通信システムにも適用させることができる。本明細書に記載されている原理は、各々が多重化されたＷＤＭ光信号を伝達する多数のファイバペアが存在する光通信に適用されることができる。さらに、本明細書に記載される原理は、一つ以上のファイバペア及び波長分割光チャネルの少なくとも一方を一方向に、および一つ以上のファイバペア及び波長分割光チャネルの少なくとも一方を別の方向に分割する一つ以上の分岐装置を有する光通信にも適用できる。
【００１９】
図２は、光通信システムにおける光リンク２００を示している。光リンク２００は、光ファイバストレッチ２０３を用いて、第一ノード２０１から第二ノード２０２へ情報を光学的に伝達する。例えば、光リンク２００は、図１の光通信システム１００内に存在する場合、光通信システム１００の光ファイバリンク１１４（１）乃至１１４（ｍ＋１）のうちの一つであり得る。
【００２０】
光通信システム１００が、リピータを備えていないシステムである場合には、上述したように、端末１０１と端末１０２との間には、一つの光ファイバリンク１１４（１）のみが存在し、かつリピータ１１５は存在しない。その場合、第一ノード２０１は端末１０１となり、第二ノード２０２は端末１０２となる。光ファイバストレッチ２０３は、単一の光ファイバリンク１１４（１）となる。
【００２１】
光通信システム１００が、リピータを備えたシステムである場合には、いくつかの可能性が存在する。まず、図２のノード２０１は、図１の端末１０１であり、ノード２０２は第一リピータ１１５（１）であり、光ファイバストレッチ２０３は光ファイバリンク１１４（１）であり得る。一方、図２のノード２０１は最後のリピータ１１５（ｍ）であり、ノード２０２は他方の端末１０２であり、光ファイバストレッチ２０３は最後の光ファイバリンク１１４（ｍ＋１）であり得る。リピータの数が２より大きい（すなわち、ｍ＞２）場合には、ノード２０１はリピータ１１５（ｋ−１）であり、ノード２０２はリピータ１１５（ｋ）であり、光ファイバストレッチ２０３は光ファイバリンク１１４（ｋ）であり、ただし、ｋは、２乃至ｍの任意の整数とすることができる。
【００２２】
この実施形態において、ノード２０１は、光信号のための送信ノードとして作用し、ノード２０２は、光信号のための受信ノードとして作用する。従って、以下の説明において、ノード２０１は、「第一ノード」または「送信ノード」として参照され、ノード２０２は、「第二ノード」または「受信ノード」として参照される。しかし、双方向通信においては、ノード２０１およびノード２０２の各々は、逆方向に伝播する光信号に対して、それぞれ、受信ノードおよび送信ノードであり得る。
【００２３】
ノード２０１は、光信号２２１を光ファイバストレッチ２０３内へ送信する。この具体的な実施形態において、光信号は、順に、近位光ファイバ部２１１を通って、より大きな有効断面積を有する遠位光ファイバ部２１２を通り、別のより大きな有効面積の遠位光ファイバ部２１４を通り、近位光ファイバ部２１５を通って、受信ノード２０２内へ伝播する。
【００２４】
図２に示される他の光ファイバ部２１１乃至２１５のいずれかと同様に、光ファイバ部は、単一の光ファイバセグメントであって良く、または、直接および／または一つ以上の任意の光学部材によって、共に接合されている一つ以上の光ファイバセグメントからなる集合体であってもよい。多数の光ファイバセグメントが特定の光ファイバ部に用いられる場合、それらのセグメントは、単一のファイバタイプであって良く、あるいは、特定の場合には、異なるファイバタイプであっても良い。
【００２５】
単一の光ファイバタイプの場合、近位光ファイバ部２１１は、何らかの標準的なシングルモードファイバ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ：ＳＳＭＦ）（有効断面積（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｒｅａ：Ａｅｆｆ）：８２〜８７μｍ２）、あるいは、住友電気Ｚ−ファイバ（登録商標）（Ａｅｆｆ：７６μｍ２）、またはＣｏｒｎｉｎｇ  Ｖａｓｃａｄｅ（商標）ＥＸ１０００（Ａｅｆｆ：７６μｍ２）等の低損失純石英コアファイバであって良い。単一の光ファイバタイプの場合、遠位光ファイバ部２１２は、住友電気Ｚ−ｐｌｕｓ（登録商標）（Ｚ＋とも呼ぶ）ファイバ（Ａｅｆｆ：１１０μｍ２）またはＣｏｒｎｉｎｇ  Ｖａｓｃａｄｅ（商標）Ｌ１０００ファイバ（Ａｅｆｆ：１０１μｍ２）あるいはＯＦＳ  ＳＬＡファイバ（Ａｅｆｆ：１０６μｍ２）とすることができる。光ファイバ部２１１および２１２の各々の正確な断面積は重要ではない。一実施形態において、より大きな有効面積の光ファイバ部２１２は、光ファイバ２１１よりも少なくとも１０％（より好ましくは、少なくとも３０％）大きな有効断面積を有することができる。例えば、Ｚ−ｐｌｕｓ光ファイバは、Ｚ−ファイバよりも少なくとも４０％大きな（より正確には４４．７％）有効断面積を有する。
【００２６】
図２の場合、光ファイバ部２１１乃至２１５の各々は、互いに接触し、かつ送信ノード２０１および受信ノード２０２と接触しているように図示されている。しかし、光ファイバ部は、全ての場合において接触している必要はない。しかし、接触していない場合、光学性能を得るために、光路の介在構成要素が、光信号を著しく劣化させないように、注意を払う必要がある。接触する光ファイバを有することは、構造の簡易性、コスト、性能の予測可能性、および光ファイバストレッチ２０３の長さ方向に沿って付加的な電力が必要ないことに関して明確な利点を有するが、介在構成要素の使用が有利である状況もあり得る。
【００２７】
例えば、近位光ファイバ部２１１は、送信ノード２０１から距離ｄ０乃至距離ｄ１まで延びて示されている。しかし、本明細書に記載されている原理は、送信ノード２０１と、近位光ファイバ部２１１との間に、光路構成要素がないことに限定されない。実際には、光ファイバストレッチ内に挿入される光学構成要素が存在する場合、光ファイバ部間の境界は、構成要素を挿入するために良好な位置であり得る。遠位光ファイバ部２１２は、近位光ファイバ部２１１から距離ｄ１および別の距離ｄ２まで延びて示されている。しかし、近位光ファイバ部２１１と、遠位光ファイバ部２１２との間に、介在光学構成要素があっても良い。例えば、逆方向に伝播する望ましくない光パワーを有することなく、マルチパス信号干渉（Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＰＩ）の不利益を回避するために、光アイソレータが、近位光ファイバ部２１１および遠位光ファイバ部２１２の間に配置されて、光信号および順方向ラマンポンプパワーを近位光ファイバ部２１１から遠位光ファイバ部２１２に進入させる。
【００２８】
また、他の光ファイバ部の（例えば、ｄ２、ｄ３、ｄ４およびｄ５における）他の境界の各々にも、同様に、光路内に介在光学構成要素を有することができる。例えば、距離ｄ４には、別の光アイソレータが、ポンプバイパスフィルタと共に光路内に配置されることができる。光アイソレータは、光信号パワーが、ｄ４における境界を通って、ノード２０２からノード２０１へ逆方向に伝播することを防止する。しかし、ポンプバイパスフィルタは、逆方向ラマン光ポンプパワーを光アイソレータ周辺に通過させて、ノード２０２からの逆方向ラマン光ポンプパワーが距離ｄ４の左側で利用可能になる。
【００２９】
一実施形態において、光ファイバ部２１１に対する「近位」という用語は、光ファイバ部２１１が、直接、送信ノード２０１に光学的に結合されているか、または、光路内で送信ノード２０１から少なくとも５キロメートル以内にあることを意味する。さらに、一実施形態において、近位光ファイバの光路長は、１０キロメートル以上である。いずれの場合にも、一実施形態において、近位光ファイバ部２１１は、光ファイバストレッチ２０３の範囲内の長さおよび位置を有し、順方向ラマンポンプ２３２によって光ファイバストレッチ２０３内に注入された順方向ラマンポンプパワー２２２により、順方向ラマン増幅（および好ましくは、順方向ラマン増幅の大半）が、近位光ファイバ部２１１内に発生する。
【００３０】
図２において、遠位光ファイバ部２１２は、近位光ファイバ部２１１よりも送信ノード２０１から光学的により遠くに位置するが、依然として、受信ノード２０２より送信ノード２０１の近くに位置している。遠位光ファイバ部２１２は、光学距離ｄ１から光学距離ｄ２まで延びている。遠位光ファイバ部２１２は、上述したように、より大きな有効断面積を有するように構成されている。さらに、遠位光ファイバ部２１２は、光ファイバストレッチ２０３の範囲内で適切な長さおよび位置を有し、遠位光ファイバ部が、光信号の最大ピーク光信号パワーに直面する。
【００３１】
例えば、図３は光信号パワー対距離図３００を示しており、光信号が送信ノードにおける距離ｄ０から受信ノードにおける距離ｄ５まで伝播する際の光信号の例示的な信号パワープロファイル３０１を示している。本明細書に記載される原理は、このパワープロファイルを有する光信号に限定されず、この例示的な信号パワープロファイル３０１は、一定の縮尺で描かれてはいない。光信号パワープロファイル３０１は、基本的概念を説明するために簡略化して提供され、正確な性質を示すものではない。
【００３２】
図３において、距離ｄ０と距離ｄ１との間の範囲は、図２の近位光ファイバ部２１１を表す。この範囲において、光信号パワーは、順方向ラマン増幅によって、徐々に増加する。距離ｄ１と距離ｄ２との間の範囲は、図２の遠位光ファイバ部２１２を示している。この範囲ｄ１〜ｄ２内では、光信号パワーは、そのピーク光信号パワーに到達する。
【００３３】
順方向ラマン光ポンプパワーが、２．５８ワットである場合、近位光ファイバ部２１１はＺ−ファイバであり、遠位光ファイバ部２１２はＺ−ｐｌｕｓファイバであり、距離ｄ０は、０キロメートルとすることができ、距離ｄ１は、２０キロメートルとすることができ、かつ距離ｄ２は、６１キロメートルとすることができる。しかし、これらの光学距離は、この構成にとって非常に良好であるが、さらなる実験によって、この同一の構成にとっても順方向ラマン光ポンプパワーおよび光ファイバの選択に関して、距離に対してより良好な選択が明らかになり得る。一方、異なる順方向ラマン光ポンプパワーおよび光ファイバの選択の場合、これらの距離は、光ファイバストレッチの設計段階で調節され得る。
【００３４】
光ファイバストレッチ２０３の残りの部分は、距離ｄ２から、受信ノード２０２における距離ｄ５まで延びている。このストレッチは、均質な光ファイバからなる単一のストレッチとすることができる。例えば、より大きな有効断面積の光ファイバは、距離ｄ１から、受信ノード２０２における距離ｄ５までの全距離にわたって延びていても良い。その構造は、構造の簡易さに関して明確な利点を有すると共に、良好な信号品質を維持する。例えば、単一のより大きな有効断面積のＺ＋ファイバは、光学距離ｄ２から受信ノード２０２まで延びるように用いられる。しかし、逆方向ラマン増幅を採用した場合には、より大きな有効断面積が、距離ｄ１から距離ｄ４まで延び、それにより、より有効な逆方向ラマン増幅が、距離ｄ４および距離ｄ５の間に配置された、より小さな有効断面積の光ファイバの範囲内で発生する。
【００３５】
しかし、図２の構成において、光ファイバストレッチ２０３は光学的に、ある程度「左右」対称であり、どちら側が送信ノードに接続され、かつどちら側が受信ノードに接続されるかに関係なく、光信号は同一のファイバ構成になる。ＲＯＰＡを利用しない場合には、光ファイバストレッチ２０３の特定の側が特定のノードに接続される必要がないため、光リンクの組み立てはより簡単になる。また、どちらの側が特定のノードに接続されるか、誤りが発生する可能性がない。
【００３６】
一実施形態において、光ファイバストレッチ２０３は、ノード２０１とノード２０２との間にわたる単一のケーブル内に収容される多数の光ファイバストレッチからなる一つの光ファイバストレッチである。この場合、光ファイバストレッチ２０３は、「上下」対称であり、この事実は、光ファイバストレッチ２０３内の任意の所定の距離に対して、光ファイバタイプが、全ての光ファイバストレッチにわたって同一であることを意味する。従って、ケーブルを切断した場合、ケーブルを切断した位置に関係なく、その切断部において、全ての光ファイバストレッチが同一の光ファイバタイプを有する。この事実は、ケーブルストレッチの全体に沿って必要とされるケーブルタイプが少ないため、ケーブルを構成および修理するプロセスを著しく簡略化する。
【００３７】
図２の実施形態において、受信ノード２０２に隣接している第二の近位光ファイバ部２１５が存在する。この第二の近位光ファイバ部２１５は、第一の近位光ファイバ部２１１について記載されたように構成される。すなわち、第一の近位光ファイバ部２１１は、送信ノード２０１から、送信ノード２０１からの光学距離が２０キロメートルである距離ｄ１まで延びたＺ−ファイバであると仮定される。その場合、第二の近位光ファイバ部２１５も、受信ノード２０２から、受信ノード２０２からの光学距離が２０キロメートルである距離ｄ４まで延びたＺ−ファイバとすることができる。
【００３８】
また、左右対称の場合には、第二の遠位光ファイバ部２１４が存在し、第二の遠位光ファイバ部２１４は第二の近位光ファイバ部２１５よりも、受信ノード２０２から光学的により遠方に位置するが、送信ノード２０１よりも、受信ノード２０２に光学的に近い。この第二の遠位光ファイバ部２１４も、第二の近位光ファイバ部２１５より大きな有効断面積を有する。さらに、必ずしも必要ではないが、この第二の遠位光ファイバ部２１４は、第一の遠位光ファイバ部２１２について記載されたように構成される。例えば、ここでもまた、第一の遠位光ファイバ部２１２は、２０キロメートルの距離ｄ１から、送信ノード２０１からの光学距離が６１キロメートルである距離ｄ２まで延びたＺ−ｐｌｕｓファイバであると仮定される。その場合、第二の遠位光ファイバ部２１４も、２０キロメートルの距離ｄ４から、受信ノード２０２からの光学距離が６１キロメートルである距離ｄ３まで延びたＺ−ｐｌｕｓファイバとすることができる。部分ｄ３〜ｄ４における、より大きな有効断面積の光ファイバのさらなる利点は、マルチパス信号干渉（ＭＰＩ）障害が低減されることにある。
【００３９】
中間の光ファイバ部２１３は、光学的に、遠位光ファイバ部２１２および２１４の間に配置されている。中間の光ファイバ部２１３において、残っている順方向および逆方向のラマン光ポンプパワー２２２および２２３は非常に微弱であるため、中間光ファイバ部２１３の有効断面積は重要ではない。従って、設置および保守を簡単にするために、中間光ファイバ部２１３は、より大きな断面積の光ファイバ部２１２および２１４と同一の光ファイバタイプとされることができる。また、中間光ファイバ部２１３は、より小さな有効面積の光ファイバからなるストレッチ、例えば、Ｚ−ファイバまたは標準的なシングルモードファイバであってもよい。
【００４０】
リモート光ポンプ増幅器（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＲＯＰＡ）は、必要に応じて、大きな有効断面積のファイバ部２１２および２１４内、中間の光ファイバ部２１３内または接続点ｄ２またはｄ３に配置されることができる。例えば、逆方向ＲＯＰＡ２４２は、中間光ファイバ部２１３内の、図３における距離ｄｂに配置されることができ、順方向ＲＯＰＡ２４１は、（好ましくは）より大きな有効断面積の光ファイバ２１２内の距離ｄｆに配置されることができる。順方向ＲＯＰＡ２４１が存在する場合には、順方向ＲＯＰＡ２４１による増幅後も光信号パワーが依然として概ね高いため、遠位光ファイバ部２１２内に順方向ＲＯＰＡ２４１を有することが有利である。従って、その強い光信号は、より大きな有効断面積の光ファイバ部２１２によって非線形性劣化が低減されることにより、利点を有する。逆方向ＲＯＰＡは、中間光ファイバ部２１３内、第二の遠位光ファイバ部２１４内、またはこれらの境界の任意の位置に配置されることができる。その最適な位置は、使用される光ファイバのタイプおよび長さと、逆方向ラマンポンプパワーとに依存する。逆方向ＲＯＰＡ２４２は実線で示され、順方向ＲＯＰＡ２４１は点線で示されている。このことは、全てではないが多くの順方向および逆方向のラマン増幅を用いる実際の全てではないが殆どの構成において、逆方向ＲＯＰＡ２４２が順方向ＲＯＰＡ２４１より相当良好な増幅を提供することを強調している。しかし、順方向および逆方向の両方のＲＯＰＡが、要望に応じて用いられることができる。
【００４１】
再度、図３を参照すると、順方向ＲＯＰＡ２４１が距離ｄｆに存在する場合に、光信号は、僅かな離散利得の光パワーに直面する。順方向ＲＯＰＡ増幅を受けた光信号の光信号パワー対距離のプロファイルは、点線のプロファイル３０１Ｂで示されている。一方、順方向ＲＯＰＡ増幅を受けなかった該光信号の光信号パワー対距離のプロファイルは、連続的な実線のプロファイル３０１Ａで示されている。
【００４２】
より大きな有効断面積の光ファイバ部２１２は、順方向ＲＯＰＡが用いられる場合に、付加的な目的を達成する。具体的には、等価的な長さ、及びより小さな有効断面積を有する光ファイバ内で発生するように、より小さいラマン増幅が光ファイバ部２１２内で発生するため、順方向ラマンポンプ２２２からのより多くの光ポンプパワーが順方向ＲＯＰＡに伝達され、順方向ＲＯＰＡにおいて、より強力な増幅が生じる。さらに、多数のポンプ波長（例えば、１４００ｎｍ〜１４９０ｎｍ）の使用を最適化することにより、最も長い波長（１４７０〜１４９０ｎｍ）へのポンプパワーの効率的な伝達が実現され、順方向ＲＯＰＡにおいて、より大きな離散利得を得ることができる。
【００４３】
ポンプパワーの効率的な伝達は、順方向ＲＯＰＡが用いられるケースにおける遠位光ファイバ部２１２の付随的な利点である。上述のより実質的な利点は、光信号がその全最大光パワーに到達した場合に、より大きな有効断面積の光ファイバ部２１２が、光信号密度を低減させることによって、非線形性劣化を低減させることにある。
【００４４】
図３において、逆方向ＲＯＰＡが使用されており、またそれに伴って、距離ｄｂに離散的で、相当大きな利得が存在する。この利得は、いくつかの理由で重要である。第一に、逆方向ＲＯＰＡ領域における信号パワーは、順方向領域における信号パワーよりかなり低い。従って、同量のポンプパワーを付与された順方向ＲＯＰＡと比較して、かなり大きな増幅を、逆方向ＲＯＰＡにおいて実現することができる。第二に、より低い光信号パワーにより、ラマン増幅による逆方向ポンプ消耗の速度は、典型的には、順方向ラマン増幅の場合より小さい。従って、多くの場合、順方向ＲＯＰＡに利用可能な残りの順方向ラマン光ポンプパワーよりかなり多くの、逆方向ＲＯＰＡに利用可能な残りの逆方向ラマン光ポンプパワーが存在する。
【００４５】
図３を参照すると、光信号プロファイル３０１は、距離ｄｂから距離ｄ５までにおいて、逆方向ラマン増幅を受ける。図２を参照すると、これは、光ファイバストレッチ２０３から受信ノード２０２内に現れる光信号２２１’とは逆方向に伝播する逆方向ラマン光ポンプパワー２２３を光ファイバストレッチ２０３内へ送る逆方向ラマンポンプ２３３によるものである。
【００４６】
図２には図示されていないが、上述したように、光チャネルの完全性を維持するために、ポンプバイパスフィルタを有する光アイソレータまたはアイソレータが、光ファイバストレッチ２０３内に配置されることができる。これにより、マルチパス信号干渉（ＭＰＩ）障害が低減される。しかし、光アイソレータを用いることは周知であるため、ここでは詳細に説明しない。
【００４７】
図４は、光通信システムにおける第一ノードから第二ノードへの通信のために光ファイバストレッチを用いる方法４００の単純なフローチャートを示し、図２の光リンク２００を用いて実行されることができる。光信号は、第一ノード（例えば、ノード２０１）から第二ノード（例えば、ノード２０２）へ向けて、該光ファイバストレッチ内へ送信される（動作４０１）。さらに、順方向ラマン光ポンプパワーは、同じ方向に沿って、光ファイバストレッチ内に送信される（動作４０２）。これにより、光ファイバストレッチ内で、光信号の順方向ラマン増幅が引き起こされる（動作４０３）。ラマン光ポンプパワーは、ピーク光信号パワーが、光ファイバストレッチ内の（例えば、光ファイバ部２１２内の）遠くで発生するために十分である。
【００４８】
以下の表１は、特定の条件下で得られたいくつかの実際の実験結果を示している。具体的な実験条件の組み合わせは、本発明の権利範囲を限定するものではない。むしろ、実験結果は、単に本明細書に記載されている原理を、少なくとも一つの条件の組み合わせの下で、光信号のＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ−ｆａｃｔｏｒ：Ｑ−ｆａｃｔｏｒ）を改善するために、どのようにして用いることができるかを説明するために提供される。 
【００４９】
【表１】
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以下において「ケースＡ」および「ケースＢ」として参照される表１の二つのケースをテストする実験を行った。両ケースにおいて、次の条件が適用された。
１）光路の全光学距離を、送信ノードから受信ノードまでで４５１キロメートルとした。
２）逆方向リモート光ポンプ増幅器（ＲＯＰＡ）を、光路内の受信ノードから１３２キロメートルの光路に配置した。
３）同一の逆方向ＲＯＰＡを、両ケースにおいて用いた。
４）順方向ラマンポンプを、２．５８ワットの順方向光ポンプパワーで用いた。
５）逆方向ラマンポンプを、２．２４ワットの逆方向光ポンプパワーで用いた。
６）順方向ＲＯＰＡを用いなかった。
７）約１５７０．８ナノメータ〜１５７６．６ナノメータのチャネルを含む低Ｌバンドの全てに対して、８チャネルをテストした。
８）光アイソレータを、光路内の送信ノードから２０キロメートルの位置に使用した。
９）ポンプバイパスフィルタを有する光アイソレータを、光路内の受信ノードから２０キロメートルの位置に使用した。
１０）アクティブ分散補償を用いた。
【００５０】
光ファイバの４５１キロメートルの物理的ストレッチは、比較的小さなスペースでコイル状に巻くことができ、ひいては、この種のテストは、室内等の密閉されたエリアで実行可能である。従って、本明細書において距離について言及される場合、それは重要な光学距離である。図２のノード２０１および２０２は、光学的に数百キロメートル離間させることができるが、実験的テストのために、互いに隣接して物理的に配置される。リンクの光学的性能は、ノード２０１および２０２が、互いに物理的に隣接しているか否か、または、地上のかなりの部分にわたって延びているか否かに関係なく、同じになる傾向がある。
【００５１】
ケースＡについて再度、ただ実験の目的で、４５１キロメートルの長さ全体を、７６μｍ２の一定の有効断面積を有するＺ−ファイバとした。ケースＢに対しては、本明細書に記載されている原理の列挙可能な実施形態のうちの一つが採用された。例えば、ファイバ長は、以下の構成を有していた。
１）送信ノードからの０〜２０キロメートルには、７６μｍ２の有効断面積を有するＺ−ファイバが存在する。
２）送信ノードからの２０〜５６キロメートルには、１１０μｍ２の有効断面積を有するＺ−ｐｌｕｓファイバが存在する。
３）送信ノードからの５６キロメートルから最遠の４５１キロメートルまで（すなわち、受信ノードまで）の光ファイバストレッチの残りの部分は、Ｚ−ファイバである。
【００５２】
表１は、いくつかの直観に反した結果を示しているが、それらの結果は、当業者がこの記載を読むことによって、理解される。ケースＢにおいて、より大きな有効面積の光ファイバを用いることによって、発生する順方向ラマン増幅の増幅量が減少する。従って、光信号対雑音比（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：ＯＳＮＲ）は、ケースＡの場合（即ち、１５．５）の方が、ケースＢの場合（即ち、１５．２）より高い。通例ではないが、多くの場合、より高いＯＳＮＲは、より良好な信号と相互関係がある。しかし、表１の場合においては、信号品質と厳密に相互関係を有するＱ値は、ケースＢの場合（即ち、１１．５）の方が、ケースＡの場合（即ち、１１．１）より高い。これは、光信号ピークとして光信号を伝播するためのより大きな有効面積の光ファイバの使用によるものである。より大きな有効面積の光ファイバは、別の光ファイバに比べて光パワー密度を低下させ、それによって非線形性の信号劣化を回避する。１１．５というＱ値は、特定の用途に対して必要な値より、依然として高く、特に、ラマン光ポンプパワーが変更された場合、および本明細書に記載されている原理に一致する光ファイバストレッチのさらなる構成が使用される場合の少なくとも一方において、さらに長いファイバストレッチも可能であることを示している。
【００５３】
２０〜５６キロメートルで、Ｚ−ｐｌｕｓファイバからなる３６キロメートルのストレッチを用いた場合でも、より長いストレッチは、良好な結果をもたらす可能性がある。３６キロメートルという長さは、単に実験時に入手が容易であった光ファイバの長さに基づいて選択された。例えば、実施時に、Ｚ−ｐｌｕｓファイバは、送信端からの２０〜６１キロメートルで用いられることができるが、本明細書は、それが最良の構成と断言するものではない。さらに、順方向ラマンポンプパワーが変更される場合、ピーク光信号パワーの位置は、光信号距離のプロファイル全体と共に変化する。従って、より大きな有効面積の光ファイバ部の最適な位置も同様に変化する可能性がある。様々な他の要因が、より大きな有効面積の光ファイバ部の最適な長さおよび位置に影響を及ぼす可能性がある。
【００５４】
従って、本明細書に記載されている原理は、ピーク光信号が、光リンク内の送信ノードから遠く離れて発生する順方向ラマン分布増幅を採用する長距離および超長距離の光通信リンクを通じて、信号品質の改善の可能性を提供する。
【００５５】
本発明は、本発明の精神や本質的特長から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化されることができる。記載された実施形態は、全ての点で、例示的なものにすぎず、限定的なものではない。そのため、本発明の権利範囲は、上述の説明ではなく、特許請求の範囲によって示される。請求項の均等物の意図および範囲内に含まれる全ての変更は、本発明の権利範囲内に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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