(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ＷＤＭ伝送システムにおいて、複数のＮ個の入力信号に光増幅を生成するためのファイバラマン増幅器を有し、前記ファイバラマン増幅器は、ポンプデプリション領域中への光増幅を提供するように、前記ファイバラマン増幅器中で、前記複数のＮ個の入力信号と同一方向に伝搬するポンプ光（コプロパゲーティングポンプ）を提供するように配置された少なくとも１つのポンプ源を含み、前記複数のＮ個の入力信号が、信号ポンプ信号（ＳＰＳ）クロストーク帯域幅中で、タイムシフトすることにより非相関化されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記複数のＮ個の入力信号は、複数のＮ個の相関付けられた信号と比べたとき、ファイバクロストーク帯域幅における前記複数のＮ個の入力信号の積分された相対的強度雑音に対する低減された値を示すように、スタティスティックに独立である請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記積分された相対的強度雑音は、ラマンポンプと相互作用する複数のＮ個の入力信号の相対的強度雑音値の全周波数における積分および関連するクロストーク伝達関数として定義される
ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ファイバクロストーク帯域幅は、クロストーク効率に関連する伝達関数曲線中の所定のナルより低い全ての周波数として定義される
ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記ファイバクロストーク帯域幅は、伝達関数曲線中の第２のナルより低い全ての周波数として定義される
ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記ファイバクロストーク帯域幅は、次式の関係で定義され、
ω＝３π／[Ｌｅ（１／ｖｐ−１／ｖｓ）]、
ここで、ｖｐはポンプ波長における群速度として定義され、ｖｓは信号波長における群速度であり、Ｌｅは増幅領域の「有効長」である
ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のＮ個の入力信号は、ファイバクロストーク帯域幅において積分された相対的強度雑音値を低減するように特別にエンコードされている
ことを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項８】
双方向光ＷＤＭ伝送システムにおいて、光増幅をポンプデプリション領域に提供するように、ファイバラマン増幅器を第１の方向に伝播する第１の複数のＮ個の入力信号および前記ファイバラマン増幅器を第２の反対方向に伝播する第２の複数のＮ個の入力信号中で光増幅を生成するためのファイバラマン増幅器を有し、前記第１および第２の複数のＮ個の入力信号が、信号ポンプ信号（ＳＰＳ）クロストーク帯域幅中で、タイムシフトすることにより非相関化されることを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポンプ源が、前記第１の複数のＮ個の入力信号と同一方向に伝搬し、前記第２の複数のＮ個の入力信号と逆方向に伝搬するように配置されたポンプ源を含む請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのポンプ源が、第２の複数のＮ個の入力信号と同一方向に伝播し、前記第１の複数のＮ個の入力信号と逆方向に伝搬するように配置されたポンプ源を含む請求項８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおけるコプロパゲーティング（co-propagating：同一方向伝搬、以下同じ）ラマン増幅器の使用に係り、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおけるコプロパゲーティングラマン増幅器の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラマン増幅器は、改良する光通信システムにおいて、主に、そのようなシステムのより高いデータレートおよびより多くのチャネルの意味においてキャパシティの増大およびシステムの伝送距離の増大の両方を可能とする結果として、重要な役割を演じてきた。今日まで、大部分のラマン増幅器は、ポンプおよびメッセージ信号がファイバ増幅器中を反対方向に伝播するカウンタポンプド構成を使用する。現在、ポンプおよびメッセージ信号がファイバ増幅器中を同じ方向に伝播する「コポンプド（co-pumped）」ラマン増幅器のアプリケーションは限定されてきた。
【０００３】
コポンプドアーキテクチャは、コポンプド増幅器における雑音が増大すると思われていたために避けられてきた。ここで、雑音が、「ポンプ信号クロストーク」（即ち、ポンプから発せられた雑音は、ラマン利得によりメッセージ信号に結合される）および「信号ポンプ信号クロストーク」（即ち、エンコードされた信号は、ラマンプロセスにより同じまたは異なる信号波長に情報を加える（impressing）)として定義される。ポンプ信号クロストークの問題は、本出願人により、同時に継続中の米国特許出願Ｎｏ．６０／１８６，７９７、２０００年３月３日出願において、解決されている。同時に継続中の出願に開示された方法を使用してポンプ信号クロストークを低減する能力は、信号ポンプ信号クロストークに関連する問題を分析しかつ克服する能力を導き出した。
【０００４】
一般に、ラマン増幅は、非常に早いプロセスであり、制限された帯域幅においてエンコードされた信号チャネルの振幅変調は、ラマンポンプに加えられる。これにより、この環境において、例え完全に「クワイエット（quiet）」のポンプ（即ち、雑音のないのポンプ）であっても、ラマン増幅において雑音が多くなくる。このポンプにおける雑音は、ラマン増幅のプロセスにより他のメッセージ信号に加えられ得る。本発明の教示の理解の目的のために、この効果は、信号チャネル間のクロストークがポンプによりメディエートされる(mediated)ので、「信号ポンプ信号」クロストーク（以降、「ＳＰＳクロストーク」と呼ぶ）として定義される。
【０００５】
例えば、W. Jiang等による論文"Cross talk in Fiber Raman Amplification for WDM Systems", Journal of Lightwave Technology, Vol.7, No. 9, 1989、１４０７−１４１１頁を参照のこと。この論文において、ラマン増幅器中の２つのチャネル間のクロストークが計算されている。クロストークは、線形増幅器範囲（即ち、ポンプノンデプリション（pump non-depletion））においてさえも、コプロパゲーティング構成に対して厳しいことが示されている。この計算において、Jiang 等の論文は、ポンプがメッセージ信号に対して進むとき、より強い平均化効果が存在し、クロストークを減少させるので、カウンタプロパゲーティング（逆方向伝搬、以下同じ）構成が好ましいことを述べている。
【０００６】
ＳＰＳクロストークは、ポンプとメッセージ信号との間、並びに信号それ自体間の相対的伝播速度差（即ち、群速度）のために、チャネルの変調周波数に依存することがこの技術分野において知られている。そのような相対的伝播速度差は、時間的な情報のウォークオフ（walk-off）を導入し、したがって、より高い周波数に対するＳＰＳクロストークを有効に平均化する。そのような効果は、ＳＰＳクロストークが起きうる制限されたクロストーク帯域幅となり、これは、データの電気的帯域幅に比べて遙かに小さくなる。カウンタプロパゲーティング構成におけるクロストーク帯域幅は、コプロパゲーティング構成におけるものと比べたとき、比較的小さいことが知られている。
【０００７】
例えば、F. Forghieri等による論文 "Bandwidth of cross talk in Raman amplifiers", OFC '94 Technical Digest、第２９４頁を参照のこと。この論文において、クロストーク帯域幅は、第２の連続波信号チャネルに対する変調深さ（modulation depth）が−２０ｄＢより大きい周波数帯域幅として定義されている。この定義において、クロストーク帯域幅は、ポンプおよび信号の波長におけるファイバ分散パラメータ並びにラマン利得およびポンプデプリション（pump depletion）の量により決定される。彼らの研究において、クロストーク帯域幅は、カウンタポンプド構成に対するたった１０ｋＨｚ帯域幅に比べて、コポンプドラマン増幅器に対する約１００ＭＨｚであると決定されている。
【０００８】
したがって、Forghieri 等による論文は、コポンプドラマン増幅器を使用する強度変調（intensity modulated）ＷＤＭシステムの性能は、ＳＰＳクロストークにより厳しく制限され、そして、カウンタプロパゲーティング構成が好ましいことを結論づけている。同様の結論は、H.F. Mahleinによる論文 "Crosstalk due to stimulated Raman scattering in single-mode fibers for optical communication in wavelength division multiplex systems", Optical and Quantum Electronics 16,(1984)、第４０９頁以下になされている。
【０００９】
「相対的強度雑音（relative intensity noise）」（ＲＩＮ）は、しばしば、光電流（photocurrents）の変動を特徴づけるために使用されることが当業者によく知られている。ＲＩＮは、光電流の平均電力によりわり算された特定周波数における１−Ｈｚ帯域幅中の光電流の電力スペクトル密度としての検出される電気的電力の関連で定義される。用語「ＲＩＮ」は、この量が、通常、雑音から生じる変動を特徴づけるために使用されることを示すが、同じ量が、ここでの場合におけるように、信号変調による変動を特徴づけるために使用され得る。
【００１０】
上述したように、ＳＰＳクロストークは、ポンプデプリションおよびラマン利得の両方に依存する。ラマン利得の量は、「オン／オフ」利得として知られ、ラマンポンプがない場合の出力信号パワーに対するラマンポンプがある場合の出力信号パワーの比として定義されることが当業者によく知られている。ラマンポンプが、ラマンポンプのパワーに匹敵する光パワーに光信号を増幅する場合、ラマンポンプは、「ポンプデプリション（pump depletion）」を経験することになる。これは、ポンプのパワーが、増幅器中の何らかの場所において、信号がない場合よりも大幅に小さくなり、正味のラマン増幅が減少することを意味する。
【００１１】
実際に、ポンプデプリションは、増幅器の出力において測定され、信号チャネルがある場合およびない場合のポンプ出力の強度差として定義される。一般に、ポンプデプリションおよびラマン利得が小さくなると、ＳＰＳクロストークは小さくなる。したがって、コポンプドラマン増幅器は、小さいレベルのラマン利得およびラマンデプリションの増幅に制限されることが、従来技術の研究から予測されている。例えば、S. Kawai 等による "Wide-Bandwidth and Long-Distance WDM Transmission using Highly Gain-Flattened Hybrid Amplifier", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11, No. 7, July 1999 を参照のこと。この論文において、コプロパゲーティングポンプジオメトリにおける４ｄＢのラマン利得が、利得平坦化ハイブリッド増幅器の一部としてディスクリートラマン増幅器において使用されている。
【００１２】
従来技術は、ファイバラマン増幅器に存在するＳＰＳクロストーク問題およびこの問題を克服するためにカウンタプロパゲーティング増幅器構成を使用することを示す文献の繰り返しである。上記のJiang 等による論文は、信号利得および注入されるポンプパワーをラマン増幅に対するしきい値より低い値に制限することに関係する解決法を示す。Forghieri等による論文およびMahleinによる論文は、ＷＤＭアプリケーションにおいて実際的でないクロストーク帯域幅（例えば、１００ＭＨｚ）における全ての成分を除去する解決法を示唆する。いくつかの論文が、平均化によりカウンタプロパゲーティング構成がＳＰＳクロストークを除去することを述べている。例えば、S.A.E. Lewis等による Electronic Letters, Vol. 35, No. 11, 1999、第９２３頁を参照のこと。したがって、今日まで、大部分のラマン増幅器は、カウンタプロパゲーティング構成に限定されてきた。
【００１３】
しかし、ＷＤＭ光通信システムが、容量において増大し、長距離に到達するに従って、コプロパゲーティングラマン増幅からより多くのシステムの利点が実現され得る。例えば、コプロパゲーティングラマン増幅器は、ラマン増幅器の双方向ポンピング並びにメッセージ信号の双方向伝送を可能にする。また、結合信号パワーは、ラマンポンプを容易に枯渇（deplete）させうる大きさに到達した。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ＷＤＭ光伝送システムにおいて大きなコプロパゲーティングラマン増幅を提供することができる構成がこの技術分野において必要とされている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この技術分野における必要性は、本発明により解決され、これは、光通信システムにおけるコプロパゲーティングラマン増幅器の使用に係り、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおける低減された信号ポンプ信号（ＳＰＳ）クロストークを示すコプロパゲーティングラマン増幅器の使用に関する。
【００１６】
本発明によれば、コプロパゲーティングラマン増幅は、ポンプデプリション領域中で使用されるとき、いずれか所定のラマンポンプと相互作用する信号チャネルが、ファイバクロストーク帯域幅において小さい積分（integrated）ＲＩＮ値を示す限り、いかなるＷＤＭ光伝送システムにおいても仮想的に使用され得ることを発見した。特に、コプロパゲーティングファイバラマン増幅器におけるＳＰＳクロストークが、ファイバクロストーク帯域幅における信号チャネルの積分ＲＩＮ値を最小化するように、入力信号の特性を変化させることにより大幅に減少され得ることが分かる。
【００１７】
本発明によれば、以下の方法のうちの１つ以上が、ファイバクロストーク帯域幅におけるいずれか所定のコプロパゲーティングラマンポンプと相互作用する信号チャネルの積分ＲＩＮ値の所望の低減を提供するために使用される。即ち、（１）（必要な場合、「ダミー」チャネルを使用して）十分な数の独立チャネルの伝送、（２）いずれか所定の信号チャネルが、小さい比の信号電気的帯域幅全体における積分ＲＩＮ値に対するファイバクロストーク帯域幅における積分ＲＩＮ値を有するようにデータをエンコードすること、および／または（３）ファイバクロストーク帯域幅における積分ＲＩＮ値を低減するために、複数の入力信号の相関をなくすること（decorrelating）である。一般に、本発明の目的は、コプロパゲーティングラマン増幅器におけるＳＰＳクロストークに関連する問題を本質的に除去できるように、ファイバクロストーク帯域幅における積分ＲＩＮ値を低減することである。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態において、ＳＰＳクロストークにおける最大の低減を提供するために、これらの３つの全てのコンセプトが使用されることになる。しかし、これらのフィーチャーのうちの１つの具現化であっても、コプロパゲーティングファイバラマン増幅器を使用する適した商用のＷＤＭシステムを提供するために十分であることが分かった。
【００１９】
本発明の様々なおよび更なる特徴および側面は、以下の説明および添付図面を参照することにより明らかとなるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、テストベッド環境におけるラマン増幅システムを分析するために使用される典型的なＷＤＭ伝送構成１０の単純化されたブロック図である。特に、多数の別個のチャネルＳ１−ＳＮが、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）１２への別個の入力として与えられ、単一の伝送パス１４に結合されている。そして、結合された出力は、変調器１６およびデコリレータ（decorrelator）１８を通して送られる。ここで、デコリレータ１８は、チャンネル間でデータビットを時間的に「ウォークオフ（walk-off）」するために使用される。大部分の場合において、デコリレータ１８は、分散補償型ファイバ（ＤＣＦ）のセクションまたはファイバディレイラインを含む。そして、デコリレータ１８の出力は、図１に示されているように、伝送ファイバ２０に入る。
【００２１】
図２は、ＷＤＭ光伝送システムにおけるＳＰＳクロストークを決定するパラメータを理解するために有用な単純化された図である。複数のメッセージ信号Ｍ１−ＭＮが図２に示されており、例示的なデータパターンが、チャネル１およびＮに対して示されている。図示されているように、入力信号の変調は、ポンプデプリションにより連続波ポンプに加えられる。そして、この雑音は、同じラマン増幅器を同様に通過する様々な信号の全てに加えられる。この雑音の存在は、図２に示されており、これは、チャネルｊにおいて信号に加えられるとき、破線で示されたチャネルｉからの雑音を示す。
【００２２】
以下に説明されるように、本発明の一側面は、信号チャネルの数が増大するとき、シンボル“１”が同時に全てのＮ個のチャネル上を送信される確立が減少することを考慮することである。確かに、本発明の目的のために、２つのみのチャネルが関係する実験的セットアップに限定されないＮ個のチャネルに基づくスタティスティクスを考えることが重要である。実際に、これは、ＳＰＳクロストークの雑音源として働くＮ個の信号チャネルの集合的（collective）変調である。この雑音源は、上述したように、Ｎ個の信号チャネルのＲＩＮ値により表現され得る。
【００２３】
図３は、上述したファイバクロストーク帯域幅の例示的な測定結果を示す。「クロストーク帯域幅」は数字的にシミュレートされた（例えば、F. Forghieri等による論文のように）が、今日まで、文献中に実験的測定は存在しない。クロストーク帯域幅を測定することの困難さは、この測定の間に他の雑音源を分離することができないこと、特にコプロパゲーティングラマン増幅器におけるポンプ信号クロストークにより生じる雑音を分離することができないことから生じる。我々の同時継続中の出願Ｎｏ．６０／１８６，７７７は、ポンプが、ポンプ信号クロストークを大幅に低減するように最適化されており、これにより、本発明の目的のために、ファイバクロストーク帯域幅を測定する能力を可能にする構成を開示する。
【００２４】
この例において、「雑音の多い」信号および「クワイエット」なポンプは、コプロパゲーティングラマン増幅器の入力において使用された。ポンプ出力は、ポンプデプリションにより信号からトランスファされる雑音の周波数依存性を決定するために、ＲＦスペクトルアナライザで特徴づけられた。この測定は、信号対ポンプクロストーク帯域幅を生じ、これは、ポンプ対信号クロストーク帯域幅に似ている。したがって、近似として、測定値は、ＳＰＳクロストークに対してクリティカルな周波数範囲を確かめるために使用され得る。
【００２５】
伝達関数が、ＳＰＳクロストークの周波数依存性を特徴づけるために使用され得る。特に、図３は、伝達関数を示し、これは、入力における信号雑音に対する正規化されたラマン増幅によるポンプに加えられる雑音の比を表す。このプロットは、信号からポンプへの雑音に対する伝達関数を示し、ここで、“１”の伝達関数値は、周波数ωにおける信号雑音からポンプへの１００％の伝達を表す。特に、図３は、ポンプと信号との間で約０．２ｎｓ／ｋｍの群遅延（group delay）を示す特定の伝送ファイバにおけるラマンプロセスによる３個の異なる量のポンプデプリションに対する周波数の関数としての伝達関数のプロットを示す。
【００２６】
図示されているように、周波数が増大するにつれて、信号からポンプへの雑音の伝達効率は減少する。したがって、低い周波数において、より効率的な雑音伝達が起きる。また、同じ周波数において、より大きなデプリションは、より効率的な雑音伝達となる。伝達関数の包絡線は、１／ｆとして減少し、ポンプと信号との間の伝播時間差が、信号変調周波数の奇数の整数である周波数において、ナル（null）が表れる。
【００２７】
ＳＰＳクロストークの「雑音」源は、枯渇された（depleted）ラマンポンプと相互作用するＮ個のチャネルの集合的変調から生じる。この集合的変調は、Ｎ個のチャネルの周波数依存ＲＩＮ値により特徴づけられ得る。コプロパゲーティングラマン増幅器におけるＳＰＳクロストークのレベルに影響を与える重要な量は、上述したように、所定のラマンポンプと相互作用するＮ個の信号チャネルにより生成されるこのＲＩＮ値と全ての周波数におけるクロストーク伝達関数との積の積分（integral）である。本発明の教示を理解する目的のために、この量は、以降、「積分（integrated）ＲＩＮ」、即ちＩＲＩＮと呼ばれる。
【００２８】
図３中の伝達関数の検査で、ＩＲＩＮへの最大の寄与（contribution）は、伝達関数における第２のナル（null）より低い周波数における信号ＲＩＮ値の積分（integration）から生じる。したがって、ＩＲＩＮ値は、伝達関数の第２のナルより低い周波数において信号ＲＩＮ値を単に積分することにより、正確に近似されうる。これにより、本発明の目的のために、「クロストーク帯域幅」は、第２のナルより低い周波数範囲として定義されることになる。したがって、図３に示された例に対して、クロストーク帯域幅は、約７５０ＭＨｚである。
【００２９】
前述したように、クロストーク帯域幅は、ポンプおよび信号波長におけるファイバ分散パラメータにも依存する。したがって、クロストーク帯域幅は、以下の単純化された式で推定される得る。
ω＝３π／[Ｌｅ（１／ｖｐ−１／ｖｓ）]
ここで、ｖｐは、ポンプ波長における群速度として定義され、ｖｓは、信号波長における群速度であり、Ｌｅは、増幅器の「有効長（effective length）」である。
【００３０】
したがって、以上に基づいて、本発明によれば、ＳＰＳクロストークは、以下のパラメータにより決定されると結論づけられる。即ち、（１）Ｎ個の信号チャネルのスタティスティクス（statistics）、（２）メッセージ信号からポンプへの変調伝達（transfer）の大きさを決定するポンプデプリション（depletion）、（３）ポンプから信号へ戻る変調伝達の大きさを決定するラマン利得、および（４）ＳＰＳクロストークのほとんどが起こるファイバクロストーク帯域幅である。特に、クロストーク帯域幅における積分ＲＩＮは、コプロパゲーティングラマン増幅器においてＳＰＳクロストーク問題を克服することにおけるクリティカルなファクタである。
【００３１】
多くのアプリケーションにおいて、信号チャネルは、完全に独立である。これらの状況下において、ＩＲＩＮは、チャネルの数が増大するにつれて減少する。特に、Ｎが無限大に近づくと、ＩＲＩＮはゼロに近づくことになる。Ｎ＝１のとき、ＩＲＩＮは、その最大値である。したがって、本発明によるＳＰＳクロストークの影響を低減する１つの手段は、ラマン増幅器を通して十分な数のスタティスティクスに独立なチャネルを伝送することである。「十分な」数のデータを運ぶチャネルが存在しない場合、独立の「ダミー」チャネルが、ＳＰＳクロストークを低減するために加えられ得る。これらの状況のいずれにおいても、チャネルの集合のＩＲＩＮは、実質的に、１つのチャネルのＩＲＩＮより小さくなる。
【００３２】
本発明によれば、ＩＲＩＮを低減する別の方法は、クロストーク帯域幅より低い周波数における低減されたＲＩＮ値を有するように、各チャネルをエンコードすることである。換言すれば、各信号は、クロストーク帯域幅より低い周波数におけるその周波数成分の大きさを実質的に低減できるように、エンコードされる。これらの状況下で、クロストーク帯域幅より低い周波数において積分され、かつクロストーク帯域幅により正規化された所定のチャネルのＲＩＮ値は、データ帯域幅より低い周波数において積分され、かつデータ帯域幅により正規化された同じチャネルのＲＩＮ値よりも実質的に小さくなる。また、信号チャネルが完全に独立でない場合、信号がラマン増幅器に注入される前にチャネルのＩＲＩＮが低減されるように、クロストーク帯域幅より低い周波数におけるチャネルの相関を実質的になくすために、デコリレータが使用され得る。
【００３３】
図４は、本発明の原理によるＳＰＳクロストークを評価するために使用され得る実験的セットアップ３０を示す。以下に詳細に説明されるように、過去において、このセットアップの問題は、コプロパゲーティングファイバラマン増幅器の実行可能性（workability）に関する正しくない結論となっていた。図４において、総数Ｎ個のチャネル（例えば、１００ＧＨｚスペースドＷＤＭチャネル）が、コプロパゲーティングラマンポンプを枯渇（deplete）させるために使用される。デプリーティング（depleting）トーンは、２ｘ−１擬似ランダム（pseudo-random）ビットストリーム（ＰＲＢＳ）系列を使用して、９．９５Ｇｂ／ｓの周波数において、マッハゼンダ（Mach-Zehnder）変調器３２において変調される。ここで、ｘ＝７，９または３１である。
【００３４】
Ｎ個のデプリーティングトーンのビットパターンは、互いにそれらのビットパターンをタイムシフトすることにより、例えば、Ｎ個の個々の波長に対して異なる長さを有するファイバディレイラインと接続された一対のＡＷＧＲを使用することにより、十分に独立にされる（即ち、相関をなくされる）。プローブ信号Ｐも、２２３−１ＰＲＢＳ系列を使用して第２のマッハゼンダ変調器３４において９．９５Ｇｂ／ｓで変調される。２個のＰＲＢＳ系列は、独立のクロックを有する個々のパターンジェネレータから生成される。変調されたプローブ信号は、十分に独立なデプリーティングトーンと結合され、エルビウム−ドープドプリアンプリファイア３５を通されて、８０ｋｍのファイバからなるファイバスパン３６に送り出される。
【００３５】
ファイバスパン３６は、半導体ラマンポンプ源３８からの光でコポンプされる。例示的な実験的セットアップにおいて、ファイバスパン３６に送り出されるラマンポンプパワーは、１４３５ｎｍにポンプ波長の中心がある２７０ｍＷであり、１５２５−１５４５ｎｍウィンドウにおいて約１３ｄＢのピークラマン利得を提供する。減衰器４０で、プローブ信号と共にＮ個のデプリーティングトーンの喪失パワーを調節することにより、ラマンポンプデプリションの量は、ゼロ（低い喪失パワー）と１５ｄＢとの間で変化され得る。ポンプデプリションは、パワーメータ３７でファイバスパン３６の端部におけるポンプスループットをモニタすることにより測定される。
【００３６】
プローブ信号波長およびパワーの注意深い選択は、デプリーティングトーンとプローブチャネルとの間のクロスフェーズ（cross-phase）変調の量を最小化する。多数のデプリーティングトーンは、伝送ファイバ中のＳＢＳを防止するように、トーン毎の喪失パワーが十分に低くなることを保証する。受信機において、プローブ信号Ｐは、バンドパスフィルタ４２で選択され、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４４のセクションが、８０ｋｍの伝送ファイバを通して累積される分散を保証するために使用される。
【００３７】
エルビウム−ドープドプリアンプリファイア４６への入力レベルを調節することにより、プリアンプリファイア４６の出力におけるＯＳＮＲが、いかなるレベルのラマンポンプデプリションに対しても、０．１ｎｍ分解能（resolution）帯域幅で、２１．４ｄＢに固定されることが保証され得る。そして、出力は、ＰＩＮホトダイオードのような光受信エレメント４８を通されて、受信された光信号を電気的透過物に変換する。デプリーティングトーンとプローブとの間のＳＰＳクロストークにより引き起こされるペナルティは、エラー測定装置５０において、ビット誤り率（ＢＥＲ）対受信器決定レベルしきい値を測定することにより、プローブチャネルの“Ｑ”により量を定められる。
【００３８】
伝送システムが関係する実験は、しばしば、コモン変調器、そしてデコリレータにより変調された複数のチャネルを使用して行われる。これは、単に、この装置セットが、それ自体の変調器を各々が、備えた完全に独立なチャネルのセットよりも実質的に安価であるからである。しかし、クロストーク帯域幅より低い周波数におけるデコリレーション（非相関性、以下同じ）のレベルは、典型的には、ＳＰＳクロストークを正確に特徴づけるために十分ではない。このシステムで、本発明に従って、理解されるように、図４の構成を使用するＳＰＳクロストーク測定が、コプロパゲーティングラマン増幅器構成の有用性についての正しくない結論を導く可能性がある少なくとも３つの場合がある。これらの３つの場合の各々を、以下詳細に説明する。
【００３９】
図５は、図４の構成に対するラマンポンプデプリションの関数として、上述したＱファクタのプロットである。ここで、１５４２ｎｍと１５５５ｎｍとの間の１６個のチャネルは、２３１−１ＰＲＢＳパターンおよび１５３４ｎｍ信号（プローブとして使用される２２３−１ＰＲＢＳ系列）のデプリショントーンとして使用するために選ばれた。デプリートされていないラマン増幅器に対するピーク利得は、１２．５ｄＢであると決定された。図５中の曲線Ａは、デコリレータ５２がシステム中に存在しないときのチャネルに関連する。図示されているように、分離（sever）Ｑファクタペナルティは、デコリレーションなしとなる。
【００４０】
例えば、１．５ｄＢのポンプデプリションレベルにおいて、１．６ｄＢのＱファクタペナルティが観測された。曲線Ｂは、デコリレータが１００ＭＨｚの周波数を超えるビットのみを有効にデコリレート（非相関化、以下同じ）するアプリケーションを示す。同じ１．５ｄＢＱファクタペナルティにおいて、増幅器は、６ｄＢのポンプデプリションに耐えることができる。両方の状況において、同じ信号平均パワーにおけるカウンタポンプドラマン増幅器構成において測定されるとき、Ｑペナルティは、８ｄＢポンプデプリションまで観測されなかった。これにより、観測されたＱぺナルティは、ＳＰＳクロストークによるものであると結論づけられる。したがって、これらの測定に基づいて、従来技術の研究は、ＳＰＳクロストークが、コポンプド増幅にとって厳しいと決定した。
【００４１】
上述したように、ＳＰＳクロストークは、「ポンプメディエイティド（mediated）」クロストークである。このクロストークの発生源は、集合的信号変調であり、これは、ポンプデプリションプロセスによりラマンポンプに結合される。結合された信号の積分ＲＩＮは、そのような集合的変調の尺度として使用され得る。特に、積分ＲＩＮが大きくなると、ＳＰＳクロストークに対する雑音源が大きくなる。同じ平均パワーの１６個のチャネルを使用して、ＲＦパワー密度は、ＲＩＮを表すために使用され得る。
【００４２】
図６は、図５との関連で上述した３個の異なるデータ相関に対する５ｄＢデプリションにおけるポンプスループットのＲＦパワー密度を示す。ここで、同じ曲線レタリング（letterings）が、各々に対して使用される。図６において、曲線Ａは、クロストーク帯域幅中の最大のＲＦパワーを表す。この場合において、１６個のチャネルは、最大の相関を有し、ここで、チャネルのデコリレーションのみが、伝送ファイバ中の分散ウォークオフから生じる。曲線Ｂは、曲線Ａよりもファイバクロストーク帯域幅中のＲＦパワーが小さく、この場合において、１６個のチャネルは、デコリレータを通るが、１００ＭＨｚを超えるビットのみがデコリレートされる。
【００４３】
本発明によれば、曲線ＡおよびＢに示されたペナルティが、テストベッド制限の結果として強く刺激されすぎたとされた。曲線Ｃは、２ＭＨｚを超えるメッセージ信号入力をランダム化することができる特別なデコリレータが使用される状況を示す。曲線Ｃは、ファイバクロストーク帯域幅中に最小のＲＦパワーを有する。図５において、この同じ構成が、８ｄＢまでのポンプデプリションに対して小さいＱペナルティを生じる。したがって、コプロパゲーティングファイバラマン増幅器は、信号チャネルが、ファイバクロストーク帯域中にかなりのデコリレーションを示す限り、ポンプデプリション領域中で動作される（即ち、ラマン増幅器の飽和領域中で動作される）ＷＤＭ伝送システムにおける使用に対して実用的であることが分かる。
【００４４】
上述したように、多くの従来技術による研究は、２つの信号チャネルが、ラマン増幅器中のクロストークの影響を決定するために使用される状況に焦点を当ててきた。これは、ＳＰＳクロストークを研究することに対して「最悪の場合」のシナリオであると決定された。図７は、チャネルが上述した２ＭＨｚレベルにまでデコリレートされた環境において、システムに含まれる信号チャネルの数Ｎの関数として、５０ＭＨｚにおける信号シャネルのＲＩＮ値のグラフである。これから分かるように、および本発明に従ってさらに分かるように、チャネルの数が増大すると、ＲＩＮ値は減少する。ＲＩＮ値が減少すると、クロストーク帯域幅における積分ＲＩＮ値は減少する。したがって、ＳＰＳクロストークは同様に減少する。
【００４５】
図８は、各々が異なる数の入力チャネル（例えば、５チャネル、１０チャネル、２０チャネルおよび４０チャネル）を使用する１組のＷＤＭ光伝送システムに対するポンプデプリションの関数としてのプローブのＱファクタを示すグラフである。デプリートされていないラマン増幅器に対するピーク利得は、約１２．５ｄＢである。同じ挿入力信号パワー（即ち、同じポンプデプリションにおいて、システム性能の大幅な改良が、チャネルの数が増大するにつれて観測された。
【００４６】
これらの結果は、ＲＩＮの減少がＳＰＳクロストークペナルティを減少することができることを示す。したがって、本発明によれば、チャネルの数は、信号の集合的変調を平均化し、これにより、いずれか１つのチャネルに存在するＳＰＳクロストークを減少させるように働く。それらの性質により、制限された数のチャネルを有するシステムにおいて、本発明の教示に従って、１組の「ダミーチャネル」が、積分ＲＩＮ値を減少させるために追加され得る。
【００４７】
図４に示された通常のテストベッドにおいて、データストリームは、しばしば、擬似ランダムビット系列である。所定のデータレート（例えば、１０Ｇｂ／ｓ）において、クロス帯域幅中の周波数成分は、異なるデータ長に対して異なることになる。図９は、１６個の信号チャネルが、１００ＭＨｚより上でデコリレートされるデータパターン長の関数としての相対的ＲＦパワー密度を示す。デプリショントーンが２７−１ＰＲＢＳパターンを運ぶとき、最低周波数成分は、約７８ＭＨｚである。したがって、ＰＲＢＳ２７−１パターン中のディスクリート成分は、ファイバクロストーク帯域幅中の最小積分ＲＩＮを有する。
【００４８】
２９−１ＰＲＢＳパターンが使用される（最低周波数成分が約１９．６ＭＨｚである）場合に対してさえも、ファイバクロストーク大気中の制限されたＲＦ成分は、積分ＲＩＮ値に実質的にインパクトを与えることになる。しかし、２３１−１ＰＲＢＳの場合に対して、ディスクリートＲＦ成分は、たった約４．６Ｈｚの間隔を有することになり、積分ＲＩＮ値は、大きな雑音源となる。図１０は、１００ＭＨｚより上でデコリレートされた１６個のチャネルに対する異なるパターン長（即ち、７，９，３１）におけるポンプデプリションの関数としての９ファクタ（即ち、ＳＰＳクロトークペナルティ）のグラフである。
【００４９】
２７−１ＰＲＢＳパターンが、テストシステムおよびコンピュータシミュレーションに通常当てはまるように使用される場合、ＳＰＳクロストークの存在は完全にミスされる（missed)ことが分かる。したがって、２３１−１ＰＲＢＳパターンを使用することと同様の現実のアプリケーションが分析されるとき、ＳＰＳクロストークの問題が表れる。データパターンのワード長の重要性の認識が、以前は知られていなかった。
【００５０】
この結果は、本発明に従って、３つの重要な結論を導く。（１）２７−１および２３１−１ＰＲＢＳにおけるＱファクタの差が、ＳＰＳクロストークペナルティを、他の雑音ペナルティの発生源から分離するためにシステムテストベッドにおいて使用され得る。（２）２７−１ＰＲＢＳを使用するコンピュータシミュレーションは、ＳＰＳクロストークペナルティを完全にミスする可能性がある。（３）データが、いずれかの信号チャネルに対して、電気的帯域幅中の積分ＲＩＮに対するファイバクロストーク帯域幅中の積分ＲＩＮ値の比が小さくなるようにエンコードされる場合、ＳＰＳクロストークは、低減されることになる。
【００５１】
コプロパゲーティングファイバラマン増幅器におけるＳＰＳクロストークのこれらの側面の認識に基づいて、本発明の教示に従って、動作パラメータがよく理解されかつ制御される限り、コプロパゲーティングファイバラマン増幅器を光通信システム中で使用することが可能である。
【００５２】
特に、図１１は、増幅器領域中の信号ポンプ信号（ＳＰＳ）クロストークを低減するように構成された本発明の例示的なＷＤＭ光伝送システム１００を単純化したブロック図で示す。複数のＮ個の別個の入力信号Ｓ１−ＳＮは、関連する通信パス１２０１−１２０Ｎに沿って別個の入力として与えられ、そして、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）１４０に与えられる。ＷＤＭ１４０は、この技術分野においてよく知られたコンポーネントであり、図１１に示されるように、別個の信号Ｓ１−ＳＮを結合するように機能し、単一の出力伝送ファイバ１６０への信号に結合されている。本発明の１つの特定の実施形態によれば、デコリレータ１８０は、伝送ファイバ１６０上に配置され、入力信号Ｓ１−ＳＮ間に所定のランダム化機能を導入するために使用される。
【００５３】
代替的に、システム１００は、入力信号Ｓ１−ＳＮと共に複数の「ダミー」チャネルを使用することができ、またはＩＲＩＮをファイバクロストーク帯域幅中の所定の量に減少させるための特定のエンコーダを含むことができる。図１１において、デコリレートされた信号ＤＳ１−ＤＳＮは、その後、ファイバ２００上を伝播し、ファイバラマン増幅器領域２２０に入る。ポンプ源２４０は、コポンプドラマン増幅器２２０の出力に最小のＳＰＳクロストークを持つ複数の増幅された信号Ａ１−ＡＮを提供するために、ポンプ入力（例えば、１４３５ｎｍの波長で動作）を、デコリレートされた信号ＤＳ１−ＤＳＮと共にファイバ２６０に結合するように配置される。
【００５４】
本発明の双方向ＷＤＭ通信システム３００は、図１２に示されている。システム３００中の多数のエレメントは、図１１のシステム１００に関連して上述したものと同じであり、同じ参照符号を有する。システム３００は、第２の複数の入力信号Ｓ'１−Ｓ'Ｎが第２の組の入力信号パス３２０に沿って伝播し、入力として第２のＷＤＭ３４０に与えられると言う意味において、「双方向」であると考えられる。第２の複数の入力信号は、単一の伝送パス３６０に沿って出力として提供され、第２のデコリレータ３８０を通過し（または、複数のダミーチャネルおよび／または特定（specific）エンコーディングを使用してその他修正され）、１組のデコリレートされた信号ＤＳ'１−ＤＳ'Ｎを生じる。
【００５５】
第２のポンプ源４００が図１２のシステム３００中に含まれており、第２のポンプ信号Ｐ２を生成する。ここで、Ｐ２は、デコリレートされた信号ＤＳ'１−ＤＳ'Ｎとコプロパゲートする。実際、図２の双方向システム３００に対して、ソース２４０および４００からの２つの別個のポンプ信号の存在は、ファイバラマン増幅器２２０中で増幅された情報信号に対するコプロパゲーティングポンプおよびカウンタプロパゲーティングポンプの両方を提供することになる。これにより、ＳＰＳクロストークに関連する問題が双方向通信構成において解決されることが重要である。これは、そのようなシステムは必然的にコプロパゲーティングポンプを使用するからである。
【００５６】
図１２において、第１の対の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）４６０，４４０が、情報信号の双方向伝送を提供するために使用される。特に、第１の複数の入力信号Ｓ１−ＳＮは、ＷＤＭ１４０を出て、第１のデコリレータ１８０への入力として導かれることになる。複数のデコリレートされた情報信号ＤＳ１−ＤＳＮは、その後、ＷＤＭ４４０を通過し、ファイバラマン増幅器２２０に入る。ファイバラマン増幅器２２０の出力において、増幅された信号Ａ１−ＡＮはＷＤＭ２  ４６０に入り、第２の複数の信号から分離される。
【００５７】
同様にして、第２の複数の入力信号Ｓ'１−Ｓ'Ｎは第２のＷＤＭ３４０を出て、第２のデコリレータ３８０に入る。デコリレートされた複数の信号ＤＳ'１−ＤＳ'Ｎは、ＷＤＭ２  ４６０を通り、ファイバラマン増幅器２２０に入る。ファイバラマン増幅器２２０の出力において、第２の複数の増幅された信号Ａ'１−Ａ'ＮがＷＤＭ４４０に入る。そして、増幅された信号Ａ'１−Ａ'Ｎは、第１の複数の信号から分離されることになる。
【００５８】
図１３は、ポンプ信号１０８０が入力メッセージ信号とコプロパゲーティングし、ポンプ１０９０が入力メッセージ信号とカウンタプロパゲーティングする双方向ポンピングスキームを使用する増幅器領域中のＳＰＳクロストークを低減するように構成された本発明の例示的なＷＤＭ光伝送システム１０００の単純化されたブロック図である。複数のＮ個の別個の入力信号Ｓ１−ＳＮは、関連する通信パス１０２０１−１０２０Ｎに沿って別個の入力として与えられ、その後、ＷＤＭ１０３０への入力として結合される。ＷＤＭ１０３０は、この技術分野においてよく知られたコンポーネントであり、別個の信号Ｓ１−ＳＮを結合し、結合された信号を単一の出力ファイバ１０４０に結合するように機能する。
【００５９】
本発明によれば、デコリレータ１０５０（または「ダミーチャネル」を加えるためのまたは信号エンコーディングのための上述した他の構成）は、ファイバ１０４０に沿って配置され、所定値にＩＲＩＮを低減するために使用される。デコリレートされた信号ＤＳ１−ＤＳＮは、その後、ファイバ１０６０に沿って伝播し、ファイバラマン増幅器領域１０７０に入る。ポンプ源１０８０も、ラマン増幅器１０７０の出力に最小のＳＰＳクロストークを有する複数の増幅された信号Ａ１−ＡＮを提供するために、ポンプ（例えば１４３５ｎｍの波長で動作する）をデコリレートされた信号ＤＳ１−ＤＳＮと共にファイバ１２６０に結合するように配置される。
【００６０】
したがって、本発明によれば、ファイバクロストーク帯域中の入力信号をデコリレートする能力は、ＳＰＳクロストークの存在を大幅に低減することになる。データ電気帯域幅中のＲＩＮに対するファイバクロストーク帯域幅中のＲＩＮの比を低減するようにデータをエンコードすることにより、ＳＰＳクロストークがさらに低減されることになる。もし必要な場合、「ダミー」チャネルが、いずれか所定のシステムに存在するデータチャネルの数を増大させるために加えられ得る。本発明は、ディスクリートラマン増幅器にも適用される。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、ＷＤＭ光伝送システムにおいて大きなコプロパゲーティングラマン増幅を提供することができる構成を提供することができる
【００６２】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的なテストベッドセッティングにおける例示的な単純化された従来技術によるＷＤＭシステムのブロック図。
【図２】ラマン増幅を使用するＷＤＭシステムにおけるＳＰＳクロストークの生成を理解するための単純化されたモデルを示す図。
【図３】３つの異なる例示的な量のポンプデプリションに対するファイバクロストーク帯域幅を示すプロット。
【図４】コプロパゲーティング構成を使用するファイバラマン増幅器においてＳＰＳクロストークを評価するために使用される例示的な実験的セットアップを示す図。
【図５】３つの異なるレベルのデータコリレーションに対するラマンポンプデプリションの関数としてのＱファクタを示すプロット図。
【図６】図５のプロットで使用されるものと同じ３レベルのデータコリレーションに対する周波数の関数としてのＲＦパワー密度を示す図。
【図７】ファイバラマン増幅器における信号チャネルの数の関数としての相対的強度雑音（ＲＩＮ）値を示す図。
【図８】異なる数の情報チャネルを使用するシステムに対するポンプデプリションの関数としてのプローブＱファクタを示す図。
【図９】異なるデータパターン長の関数としてのＲＦパワー密度を示す図。
【図１０】異なるデータパターン長に対するポンプデプリションに対する関数としてのＱファクタを示す図。
【図１１】本発明による低減された入力信号コリレーションを示す例示的なコプロパゲーティングシステムを示す図。
【図１２】本発明による低減された信号ポンプ信号クロストークを有する例示的な双方向コプロパゲーティングシステムを示す図。
【図１３】双方向ポンピングスキームを使用するファイバラマン増幅器においてＳＰＳをクロストークを低減するように構成された例示的なＷＤＭ光伝送システムを示す図。
【符号の説明】
１０  ＷＤＭ伝送構成
１２  波長分割マルチプレクサ
１６  変調器
１８  デコリレータ
２０  伝送ファイバ
３３  デコリレータ
３８  ラマンポンプ
３７  パワーメータ（ポンプスループット）
４２  バンドパスフィルタ
５０  エラー測定装置
１００  ＷＤＭ光伝送システム
１４０  波長分割マルチプレクサ
１６０  出力伝送ファイバ
１８０  デコリレータ
２００  ファイバ
２２０  ファイバラマン増幅器領域
２４０  ポンプ源
２６０  ファイバ
３００  双方向ＷＤＭ通信システム
１４０  波長分割マルチプレクサ
１８０  デコリレータ
２４０  第１のポンプ源
４００  第２のポンプ源
４４０，４６０  波長分割マルチプレクサ
１８０  第１のデコリレータ
３８０  第２のデコリレータ
５００  信号グループＢの出力
５１０  信号グループＡの出力
１０００  ＷＤＭ光伝送システム
１０４０  出力ファイバ
１０５０  デコリレータ
１０６０  ファイバ
１０７０  ファイバラマン増幅器領域
１０８０，１０９０  ポンプ源
１２６０  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】
0003837074.tif 000012
【図１２】
0003837074.tif 000013
【図１３】
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