(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、一つの励起波長のみで構成されており、短波長側と長波長側の励起波長のグループを分ける前記境界の幅が２THz以上３THz以下であることを特徴とするラマン増幅器。
【請求項２】
３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、前記短波長側のグループの隣り合う励起波長間の波長間隔とほぼ等しい波長間隔を有する二つの励起波長で構成されていることを特徴とするラマン増幅器。
【請求項３】
ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３THz以下離れた波長に一つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項４】
ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３THz以下離れた波長に１THz間隔で並ぶ二つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項５】
ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−１および第ｎ−２チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項６】
ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−２および第ｎ−３チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項７】
利得波長帯域を拡張するラマン増幅方法において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために二以上の励起波長を追加し、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置することを特徴とするラマン増幅器。
【請求項８】
利得波長帯域を拡張するラマン増幅方法において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために拡張前の励起波長帯域内に一以上の励起波長を追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたことを特徴とするラマン増幅器。
【請求項９】
Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長をＣバンドの励起波長帯域内に追加することを特徴とするラマン増幅器。
【請求項１０】
Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域に追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにした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】
本発明は光増幅器のうち、特にラマン増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の光通信システムに用いられている波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、伝送容量を拡大する方法として、信号波長帯域を拡大して多重波長数を増大させる方法と、１波長当たりの伝送速度（ビットレート）を向上させる方法とがある。通常のＷＤＭシステムでは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得波長帯域の制約から、信号光の波長として、Ｃバンドと呼ばれる約１５３０から１５６５ｎｍの波長帯から波長を選ぶのが最も一般的である。一方で、Ｌバンドと呼ばれる約１５７５から１６１０ｎｍの波長帯でも、ＥＤＦＡによる光増幅が可能であることから、最近はこの帯域でのＷＤＭシステムの開発が進められている。
【０００３】
前記の様に波長帯域を拡大することで、一つのＷＤＭシステムで伝送可能な容量を拡大することができる。ＷＤＭシステムはＣバンドのＷＤＭシステムから導入され始めているため、ＷＤＭシステムの伝送容量を拡大するには、既存のＣバンドのＷＤＭシステムの設備を生かし、それにＬバンドのＷＤＭシステムを追加して段階的に大容量化を実施することが望ましい。従来、ＥＤＦＡを用いたＷＤＭシステムでは、伝送システムを構成する各種要素の技術改善により１波長当たりの伝送速度を向上（高速化）させてきたが、ＥＤＦＡのような集中型増幅器を用いたシステムでは高速化の限界に近づいている。更なる高速化や長距離化のためには、ラマン増幅器のような分布型増幅器との併用が不可欠と言われており、実用化に向けて盛んに開発が行われている。
【０００４】
ラマン増幅器は図２０の様に、増幅用媒体としての光ファイバと、その中で誘導ラマン散乱を起こすための励起光源で構成される。その増幅用媒体に石英系の光ファイバを用いた場合、励起光の波長よりも長波長側、周波数にして約１３.２ＴＨｚ低い周波数帯に利得のピークが現れる。例えば、波長１４５０ｎｍと１５５０ｎｍの周波数の差が１３.２ＴＨｚであるため、Ｃバンドをラマン増幅するためには１４５０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を、Ｌバンドをラマン増幅するためには１４９０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を用いることになる（図２１）。
【０００５】
ところが、一波励起のラマン利得は波長依存性が大きく、図２２から明らかな様に、ラマン利得が５ｄＢを超えたあたりから、３０ｎｍの動作帯域幅に対して利得偏差を１ｄＢ以下に抑えることができなくなってくる。この問題を解決するには、適切な波長間隔の複数の励起光をラマン増幅器に適用する（波長多重励起する）ことが効果的である。この方法によると従来よりも広帯域で且つ利得平坦度の良好なラマン増幅器を実現することができる。
【０００６】
このような考え方自体は、特公平７−９９７８７号の図４の説明でも述べられているように、直感的に理解されうることである。特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号では、波長間隔の具体的な数値について言及しており、その値として６ｎｍから３５ｎｍが適当であると主張している。
【０００７】
図２３（ａ）、（ｂ）は励起光間隔をそれぞれ４.５ＴＨｚ、５ＴＨｚとし、増幅用ファイバとしてＤＳＦを用いた場合のラマン利得プロファイルの例である。図２３（ａ）、（ｂ）より明らかなように、励起光の間隔が大きくなると利得の谷が深くなり利得偏差が大きくなる。尚、図２３（ａ）では励起光の周波数（波長）として次の表１に示す値を用いており、図２３（ｂ）では励起光の周波数（波長）として次の表２に示す値を用いた。この場合、励起光間隔４.５ＴＨｚは３３ｎｍに対応し、５ＴＨｚは３６.６ｎｍに対応する。即ち、励起光間隔が３５ｎｍ以上になると、利得平坦度があまり良くないことがこの例によって示されている。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
【表２】
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【００１０】
次に、励起光間隔を４.５THzとして３波長使用した場合の利得プロファイルを図２４に示す。この図より、３番目の励起波長を付加する場合には、励起光間隔が４.５THzでは利得の谷が深くなってしまうことがわかる。図２５は励起光間隔を２.５THzと４.５THzとして３波長使用した場合の利得プロファイルを示したものであり、図２４と比較すると利得の谷は浅くなっている。ここで用いている周波数間隔２.５THzは波長間隔にして約１８nmであるから、この場合も６nmから３５nmの範囲に入っているといえる。しかしながら、逆の捕らえ方をすると、この範囲の中であっても波長間隔を適切に設定しなければ平坦な利得が得られないともいえる。
【００１１】
ところで、従来のＷＤＭ用光増幅器の設計では、利得平坦度をできるだけ小さくすることが課題であり、全ての信号光が同じ利得を受けるような光増幅器が理想的とされていた。使用する信号の数、パワー、帯域幅が小さい場合には、このような設計思想で十分であったのだが、信号光の使用帯域が拡大するにつれて、信号光間のラマン増幅効果が問題となってきている。この現象は、文献(例えば、S. Bigo et al., IEEE Photonics Technology Letters, pp.671-673, 1999)でも示されているように、伝送路に入射するときに同じパワーに設定されていたＷＤＭ信号が、伝搬後には短波長側が小さく長波長側が大きくなるような直線的な傾きをもってしまうものである。この傾きは、信号光の数、パワー、帯域幅、伝送路を構成するファイバの特性、伝送距離など様々な要因によって決まる。この問題に対処する手段として、波長依存性のある損失媒体を用いて長波長側の信号を減衰させる傾斜補償器(T. Naito et al., OAA'99, WC5)やラマン利得の波長依存性を用いて、短波長側の信号に相対的に大きな利得を与えて傾斜を補償する方法(M. Takeda et al., OAA'99, ThA3)が提案されている。前者の損失を与える方法は雑音の点で不利となるため、後者の方が優れている。ただし、Takedaらの文献では、ラマン利得の傾きが直線状でないため、傾斜を補償した後の利得平坦度が１dB以上と比較的大きい。
【００１２】
ラマン増幅器を用いたＷＤＭシステムでも、先に述べたＥＤＦＡのみを用いたＷＤＭシステムと同様に、Ｃバンド用のＷＤＭシステムが導入されているところでは、その設備を生かしたままＬバンドのＷＤＭシステムを追加できるような構成が望まれる。
【００１３】
波長多重励起によるラマン増幅器において、ＣバンドからＣ＋Ｌバンドに代表されるような利得帯域の拡張を考えた場合、拡張前に使用していた励起波長の全てを利用した上で、拡張後にＣ＋Ｌバンド用として動作するように設計する必要がある。即ち、Ｃバンド用に使用していた励起波長に、新たな励起波長を追加することで、Ｃ＋Ｌバンド用として動作するように設計しなければならない。この場合、ＣバンドとＣ+Ｌバンドで利得を平坦化するための波長配置が共通化されている必要がある。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
利得偏差はピーク利得の大きさに比例するので、利得が大きい場合は励起光間隔を小さく設定する必要が生じる。また、先に示したように、励起光を等間隔に配置する場合には、波長間隔が３５nm以下であっても、利得偏差を十分に小さくできないこともある。このような場合にも、もっと狭い波長間隔を用いる必要性が生じる。原理的には励起光間隔を小さくしていけば利得偏差を小さくできるのだが、合波技術の問題とコストの問題から励起光間隔には現実的な下限値が存在する。特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号においては、合波技術を根拠に下限を６nmとしている。
【００１５】
しかしながら、特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号では、隣合う二つの励起波長の間隔が６nmから３５nmの範囲にあるとよいことは開示されているが、詳細な設計値については十分な情報が開示されていない。また、公知文献（Y. Emori et al., OFC'99 PD19）の設計では、利得偏差が１dBとなっており、もっと小さな利得平坦度を要求された場合には適用できない。
そこで、本発明では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器における波長配置の選択方法を示し、利得平坦度のよいラマン増幅器を提供することを第一の目的とし、さらにはラマン利得のピーク値１０dBに対して利得偏差が０.１dB程度となるようなラマン増幅器を提供することを目的とする。
また、本発明は、広帯域ＷＤＭ伝送時に問題となる信号間ラマン効果を補償するのに適したラマン増幅器を提供することの別を目的とする。
【００１６】
本発明では、新たな励起光を追加して利得帯域を拡張する場合に、拡張後の利得及び利得平坦度が拡張前よりも著しく劣化しないようにしたラマン増幅器を提供することも合わせて検討する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は本件発明の開発に先立って、波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルについて研究し、その利得を平坦化するための波長配置を解明した。その原理は次の通りである。
【００１８】
波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルは各励起波長によって生じる利得の重ね合わせで成り立っている。従って、互いに打ち消し合う利得傾斜を組み合わせることが平坦な利得を得る要件となる。即ち、短波長側から長波長側に向かって利得が減少する右下がりの曲線と、短波長側から長波長側に向かって利得が増加する右上がりの曲線を組み合わせることによって波長平坦度の良い利得特性が得られる。励起波長数が二つの場合は、短波長の励起光によって生じる利得曲線の利得ピークよりも長波長側の傾斜と、長波長の励起光によって生じる利得曲線の利得ピークよりも短波長側の傾斜とを組み合わせることになる。重ね合わせの基本である一波長励起のラマン利得曲線は、図２１から明らかな様に利得ピークが単峰ではなく二つあり、しかも、Ｃバンドでは一つ目の右上り傾斜のピークが１５５０ｎｍｍ、二つ目の右下がり傾斜のピークが１５６０ｎｍである。また、Ｌバンドでは一つ目の右上り傾斜のピークが１５９５ｎｍｍ、二つ目の右下がり傾斜のピークが１６０５ｎｍである。このため、いずれの場合も二つの励起波長は最低でも１０ｎｍ以上離す必要がある。図２１の曲線Aは、励起波長の中心波長が１４５０ｎｍ、曲線Ｂは、励起波長の中心波長が１４９０ｎｍの場合である。
【００１９】
図２６にＣバンド用に設計したラマン増幅器の利得プロファイルの例を、表３にそのとき使用した励起波長を示す。想定ファイバは通常のシングルモードファイバ、利得帯域は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍをカバーするように設計されている。波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルは、各励起波長によって生じる利得の重ね合わせで成り立つ。図２６では足し合わせた利得の平坦度が最小になるように各波長の利得配分を最適化している。励起波長数は要求される利得平坦度に応じて適宜選択される。同様に、Ｌバンド用に設計したラマン増幅器の利得プロファイルの例を図２７に、そのとき使用した励起波長を表４に示す。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
【表４】
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【００２２】
励起波長が二つの場合、それらの間隔を大きくすることで、利得帯域幅を広げることができるが、離れすぎると帯域内に利得の谷ができる。従って、利得平坦度と利得帯域はトレードオフの関係となる。図２６、図２７では予め決められた利得帯域で最適化するように励起波長間隔が決められており、その間隔は２７ｎｍと２９ｎｍであった（表３，４参照）。
【００２３】
重ね合わせの基本となる一波長励起のラマン利得曲線は、図２１の様に利得ピークよりも長波長側の利得傾斜の方が、短波長側の利得傾斜よりも急であり、傾斜を利用できる帯域幅が狭い。右下がりの傾斜を緩やかにして広帯域化するためには複数の励起波長を用いて右下がりの利得曲線を作る必要がある。
【００２４】
前記右下がりの利得傾斜をもつ利得曲線を三以上の励起波長を用いて作る場合も、励起波長が二つ場合と同様に、右下がりの利得傾斜を作るための励起波長と、右上がりの利得傾斜を作るための励起波長を最低でも１０ｎｍ以上離す必要がある。ただし、右下がりの利得傾斜を作るための励起光が複数の波長で構成されているので、その中の最も長い励起波長と右上がりの利得傾斜を作るための励起波長を１０ｎｍ以上離すことになる。表３における三波長励起の１４３５ｎｍと１４６０ｎｍの間隔、４波長励起の１４３８ｎｍと１４６２ｎｍの間隔がこれに相当する。また、表４における３波長励起の１４７５ｎｍと１５００ｎｍの間隔、４波長励起の１４７８ｎｍと１５０１ｎｍの間隔がこれに相当する。
【００２５】
三以上の励起波長を用いる場合、励起波長の間隔が等間隔に近いときは、重ね合わせによって生じた右下がりの利得傾斜に現れるリップルが小さくなる。右上がりの曲線と組み合わせて平坦化を行ったときには、このリップルが最終的な利得平坦度を決める。図２６，２７における４波長励起の場合がこの例に相当する。表３，４に示されるように、最適化された波長が１４２３ｎｍ，１４３０ｎｍ，１４３８ｎｍや１４６２ｎｍ，１４７０ｎｍ，１４７８ｎｍであり、等間隔に近い配置となっている。
【００２６】
図２８から図３０は励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものである。図２８は、各励起光から生じる利得が同じであるという条件下で、ピーク利得が１０dBになるように調整したものである。図２８より、励起光間隔が小さいほど、利得の凹凸は小さくなっていることがわかる。図２９は、利得が平坦になるように個々の励起光による利得を調整した例である。この場合にも、図２８と同様に励起光間隔が小さいほど、利得の凹凸は小さくなっている。また、図２８における利得曲線のうねりが図２９における最大利得偏差を決定している様子もわかる。以上より、利得偏差を０.１dB程度とするためには、２THzの励起光間隔では大き過ぎるが、１THzなら十分であるといえる。
【００２７】
次に、励起光間隔を１THzとして、多重数を変えた場合の振る舞いを図３０に示す。１ch励起の利得曲線を見るとわかるように、シリカ系のファイバの場合、利得ピークよりも短波長側は凹凸のない滑らかな曲線であるが、長波長側には比較的大きな凹凸が３つ存在し、これが平坦化の限界を決定する要因となっている。この凹凸は、多重数を増やすにつれて小さくなっていく。例えば、１chの利得曲線をみると、１８７THz付近に１dB近い突起があるが、多重数を増やすごとにこれが小さくなっていく。これは、ピーク利得を同じに設定しているために、多重数が増えるにつれて、一波当たりの利得が小さくなり、突起の大きさ自体が小さくなることと、同じ形の凹凸が等間隔で僅かにずれて足し合わされることによるものである。即ち、ある励起波長の利得曲線の凸部と別の励起波長の利得曲線の凹部が足し合わされることにより、全体としての凹凸が小さくなるのである。請求項２乃至４に記載の約１THzという数値は、この原理を根拠としており、図３０に示されている１ch励起の利得曲線において、１８７THz付近の突起とそのすぐ隣にある１８８THz付近の窪みの周波数差が約１THzであることが根拠となっている。従って、使用するファイバによっては、１ch励起の利得曲線が若干異なる場合もあり、請求項２乃至４で約１THzと記述されている数値が変わる可能性もある。いずれにしても、利得偏差を小さくするためには、足し合わせのもとになる利得曲線の凹凸が打ち消し合うことが必要である。
【００２８】
利得偏差の限界は、重ね合わせのもとになる利得曲線のうねりや凹凸によって決まるので、凹凸の小さい利得曲線を組み合わせることで平坦かつ利得偏差の小さい利得プロファイルが得られると考えられる。従って、約１THz間隔で多重化された励起光による利得曲線と、その励起波長よりも長波側の励起光による利得曲線を組み合わせることによってこれが達成される。このとき、二つの利得曲線のピークは適度に離れている方が、広帯域化の点で望ましい。
【００２９】
これまで述べてきた効果は、利得平坦度を小さくするという目的に対する説明であったが、長波側の励起光による利得を減少させることで、短波側から長波側へ直線的に利得が減少するような利得プロファイルを実現することも可能である。これを、信号光間のラマン効果によって生じるレベル傾斜と合わせれば、信号光のレベルを平坦にすることができる。短波側と長波側の利得の配分を調整することによって、任意の傾きを実現することができるため、いかなるラマン傾斜をも補償しうる。
【００３０】
Ｃバンド、Ｌバンドの利得帯域の拡張を試みる場合、Ｃバンド用とＬバンド用の両方の励起波長を同時に用いるのが最適な方法と考えられる。
【００３１】
しかし、図２６のＣバンド用の励起光と、図２７のＬバンド用の励起光とを同時に用いて、各励起波長の利得配分を最適化したときの利得プロファイルは図３１のようになる。そのとき使用した励起波長を表５に示す。この場合、Ｃ＋Ｌバンドの全帯域にわたって利得平坦度を図２６、２７と同等にするように試みても、図３１の様にＣバンドの帯域内に大きな窪みができてしまい、拡張前よりも利得平坦度が悪くなってしまうという課題があった。
【００３２】
【表５】
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【００３３】
これまで述べてきたのと同様の理由から、Ｃ＋Ｌバンドで利得平坦度の良い動作をさせる場合も、ほぼ等間隔に配置された複数の励起波長を用いて右下がりの利得曲線を作り、その中の最も長い励起波長より１０ｎｍ以上長波長側の励起光を用いて右上がりの利得曲線を作る必要がある。しかしながら、図３１に用いられている励起波長は、図２６と図２７の励起波長を同時に用いただけであるため、Ｃバンド用の励起波長帯域において、等間隔に近い配置という条件が満たされなくなる。表５は図３１に用いた励起波長を示したものである。これによると、短波長側を等間隔に近い配置にするためには、Ｃバンド用の励起波長帯域に励起波長が不足していることがわかる。この不足分が図３１に示された利得の窪みを生じさせる要因であることが究明された。
【００３４】
以上の結果から、前記目的を達成するために必要な手段は次に示す通りであるということが解明された。
本発明の一つの手段は、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、一つの励起波長のみで構成されており、短波長側と長波長側の励起波長のグループを分ける前記境界の幅が２THz以上３THz以下であることを特徴とする。
本発明の別の手段では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、前記短波長側のグループの隣り合う励起波長間の波長間隔とほぼ等しい波長間隔を有する二つの励起波長で構成されていることを特徴とする。
本発明の別の手段では、最短励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３THz以下離れた波長に一つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これをラマン増幅器の励起光として用いた。また、最短励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−１および第ｎ−２チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の全てを合波したものをラマン増幅器の励起光として用いた。あるいは、第ｎ−２および第ｎ−３チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の全てを合波したものをラマン増幅器の励起光として用いた。
また、本発明の別の手段では、ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３THz以下離れた波長に１THz間隔で並ぶ二つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いた。
【００３５】
本発明の他の一つは、利得波長帯域を拡張するラマン増幅器において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために二以上の励起波長を追加し、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置している。
【００３７】
本発明の他の一つは、利得波長帯域を拡張するラマン増幅器において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために拡張前の励起波長帯域内に一以上の励起波長を追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしている。
【００３８】
本発明の他の一つは、Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長をＣバンドの励起波長帯域内に追加するラマン増幅器である。
【００４０】
本発明の他の一つは、Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域に追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたラマン増幅器である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に示す実施例では、第一チャンネルを２１１THzとした例を示している。これは、現在のＷＤＭ伝送システムで用いられている１５３０nm以上（周波数表示で約１９６THz以下）を増幅帯域として想定したためである。従って、増幅帯域としてLバンドと呼ばれる１５８０nm以上（周波数表示で約１９０THz以下）を想定するならば、励起帯域を６THzシフトさせればよいので、第一チャンネルは２０５THzとすればよい。それ以外の増幅帯域に対しても同様な考え方で第一チャンネルを決めることができる。
【００４２】
図１は本発明の第一の実施形態であり、請求項２に対応する実施例である。第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０７THz(波長１４４８.３nm)まで１THz間隔に並んでいる。これに、第五チャンネルよりも長波長側に２THz離れた波長をもつ励起光（周波数２０５THz、波長１４６２.４nm）を合波してラマン増幅用波長多重励起光源を構成する。図１に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図１に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図１に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。この実施例では、２０７ＴＨｚよりも高い周波数（１４４８.３nmよりも短い波長）と２０５THｚよりも低い周波数（１４６２.４nmよりも長い波長）とを合波できるものを用いている。図１では、誘電体多層膜フィルタ３０により合波された励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。
【００４３】
図１の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図２に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第六チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。効果の欄で説明する通り、短波側の励起光を1THz間隔で多重化することにより、右下がりの滑らかな曲線が形成され、これと長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になる。図２より、１THzという間隔を用いたことにより、複数の利得曲線の凹凸がうまく打ち消し合っている様子がわかる。図３にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９３THz(波長１５５３.３nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。
【００４４】
図１において、第六チャンネルの波長を第五チャンネルよりも長波長側に２．５THz離れた波長（周波数２０４.５THz、波長１４６５.５nm）とした場合の利得プロファイルを図４に示す。図２と同様に、曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第六チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図５にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９２THz(波長１５６１.４nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。図３よりも利得帯域が広くなっているが、帯域の中間における利得の窪みが若干大きくなっている。これは、第五と第六チャンネルの間隔が広くなったためである。
【００４５】
図６は本発明の第二の実施形態であり、請求項２および請求項３に対応する実施例である。第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０４THz(波長１４６９.６nm)まで１THz間隔に並んでいる。全チャンネル数は８で、第六チャンネルと第七チャンネルを除く６波長を用いて励起光源が構成されている。各チャンネルの励起光は第一の実施形態の説明にある通り必要に応じて構成を選択する。図６に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図６に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図６に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。図６では、マッハツェンダ干渉計型合波器２０から出力される励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。図６の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図７に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第八チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図８にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９１THz(波長１５６９.６nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。図３、図５と比較すると、利得帯域が更に広くなっている。これは、最長励起波長がより長波長に設定されているからである。
【００４６】
図９は本発明の第三の実施形態であり、請求項２および請求項４に対応する実施例である。第二の実施形態と同様に、第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０４THz(波長１４６９.６nm)まで１THz間隔に並んでいる。全チャンネル数は８で、第五チャンネルと第六チャンネルを除く６波長を用いて励起光源が構成されている。各チャンネルの励起光は第一の実施形態の説明にある通り必要に応じて構成を選択する。図９に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図９に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図９に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。図９では、マッハツェンダ干渉計型合波器２０から出力される励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。図９の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図１０に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第四チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第七、第八チャンネルの利得の和、細線は各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１１にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９１THz(波長１５６９.６nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。ここで注目すべきことは、第二と第三の実施形態における各励起波長による利得の大きさの違いで、図７では最大で８dB近いチャンネルがあるのに対して、図１０では5dB程度が最大となっている。これは、第二の実施形態が曲線Ｃで示される長波側の利得を一つのチャンネルの利得で形成するのに対して、第三の実施形態では二つのチャンネルの利得の和で形成するためである。このことは、一波当たりに必要とされる励起光パワーの最大値を小さくできることを意味しており、実用の観点では大変効果的である。
【００４７】
図１２から図１５は２１１THz(波長１４２０.８nm)から１９９THz(波長１５０６.５nm)まで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合の利得プロファイルである。図１２は請求項３に記載の構成を用いており、２０１THzと２００THz以外の励起光を用いている。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第十チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第十三チャンネルの利得、細線は第一から第十チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１３にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１８６THz(波長１６１１.８nm)のあたりにあり、利得偏差が０．１dB程度という特性が実現されている。
【００４８】
図１４は請求項４に記載の構成を用いており、２０２THzと２０１THz以外の励起光を用いている。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第九チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第十二、第十三チャンネルの利得の和、細線は各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１５にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１８６THz(波長１６１１.８nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。また、図１２と図１４を比較するとわかるように、第二の実施形態が曲線Ｃで示される長波側の利得を一つのチャンネルの利得で形成するのに対して、第三の実施形態では二つのチャンネルの利得の和で形成するため、図１４の方が一波あたりに必要とされる利得の最大値が小さくなっている。このことは、一波当たりに必要とされる励起光パワーの最大値を小さくできることを意味しており、実用の観点では大変効果的である。
【００４９】
図１６は図１２と同じ励起光源を用いた場合の利得プロファイルで、長波側の利得を減少させることで右下がりの直線的な傾斜を実現している。このようなラマン増幅器を用いることで、Bigoらの文献に示されているような信号光間のラマン効果による右上がりの傾斜を補償し、光増幅中継システムにおいてWDM信号を平坦なレベルに保つことができる。例えば、Bigoらの文献の図２では、２５nmで２.３dBの利得傾斜が生じており、８０nmに換算すると７.４dB減少するような逆傾斜を合わせることで信号間ラマン効果によるレベル傾斜を打ち消すことができる。図１６には、８０nmで３dB、５dB、７dB減少する利得傾斜が示されているが、これを２５nmに換算すると２.２dB、１.６dB、０.９dBであるから、前記文献の図３に示されている様々な条件に対しても、利得傾斜の補償が可能であると考えられる。
【００５０】
（実施例１）
本発明のラマン増幅器を、ＣバンドとＬバンドを組合わせて、Ｃ＋Ｌバンドに拡張する場合を一例として説明する。図１７は拡張前の励起光が二波長の例であり、拡張前後の励起波長は表６の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４３９ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つを、拡張前の励起光の帯域（１４２６〜１４５３ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５１】
【表６】
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【００５２】
図１８は拡張前の励起光が三波長の例であり、拡張前後の励起波長は表７の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４４６ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つを、拡張前の励起光の帯域（１４２４〜１４６０ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５３】
【表７】
0003786839.tif 000008
【００５４】
図１９は拡張前の励起光が四波長の例であり、拡張前後の励起波長は表８の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの二つを１４４５ｎｍと１４５３ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４２３〜１４６２ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。尚、この例では、励起波長１４６２ｎｍがＣバンドとＬバンドの両方の単独設計で用いられているため、拡張の際に追加する必要がなくなっている。
【００５５】
【表８】
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【００５６】
（実施例２）
この実施例は拡張前の励起光が二波長励起の例であり、しかも拡張前の励起光の波長が実施例１の場合よりも長い場合である。この例では、Ｃバンドの利得帯域を１５３５から１５７０ｎｍとして設計している。拡張前後の励起波長は表７の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４４４ｎｍとすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４３０〜１４５７ｎｍ）に配置される。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５７】
【表９】
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【００５８】
（実施例３）
この実施例は拡張前の励起光が二波長励起の例であり、しかも拡張前の励起光の波長が実施例１の場合よりも短い場合である。この例では、Ｃバンドの利得帯域を１５２５から１５６０ｎｍとして設計している。拡張前後の励起波長は表１０の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４３８ｎｍとすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４２２〜１４５０ｎｍ）に配置される。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５９】
【表１０】
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【００６０】
【発明の効果】
請求項１のラマン増幅器では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは二つ以下の励起波長で構成されているので、短波長側のグループによって広帯域で凹凸の小さい右下がりの利得曲線が形成され、長波長側のグループによって形成される右上がりの利得曲線と組合されることで、広帯域かつ利得平坦度のよいラマン増幅器が実現される。
請求項２乃至４のラマン増幅器では、短波長側のグループの励起波長間隔が約１ＴＨｚであるため、ラマン利得のピーク値１０ｄＢに対して利得偏差が０．１ｄＢ程度となるラマン増幅器が実現される。
請求項５のラマン増幅器では、利得帯域拡張前の励起波長が二以上である場合に、拡張前使用の励起波長と異なる二以上の新たな励起波長を追加し、そのうちの一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その追加励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置したので、追加帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６１】
請求項６のラマン増幅器では、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内のうち利得不足の波長帯域に配置するので、その励起波長不足帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６２】
請求項７のラマン増幅器では、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を追加することにより、拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたので、励起波長帯域全般が励起され、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６３】
請求項８のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域内に追加したので、Ｃバンドにおける追加帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６４】
請求項９のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域における利得不足の波長帯域に追加するので、Ｃバンドにおける励起波長不足帯域が励起されて利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６５】
本発明の請求項１０のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、拡張前の励起波長帯域内に追加して、拡張前のＣバンドの励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにするので、Ｃバンドの励起波長帯域全般が励起され、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラマン増幅器の第１の実施形態を示す説明図。
【図２】図１に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図３】図２に示すトータル利得の拡大図。
【図４】図１に示すラマン増幅器において、第六チャンネルの波長を第五チャンネルよりも長波長側に２.５THｚ離れた波長とした場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図５】図４に示すトータル利得の拡大図。
【図６】本発明のラマン増幅器の第２の実施形態を示す説明図。
【図７】図６に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図８】図７に示すトータル利得の拡大図。
【図９】本発明のラマン増幅器の第３の実施形態を示す説明図。
【図１０】図９に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１１】図１０に示すトータル利得の拡大図。
【図１２】２１１THzから１９９THzまで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合であって、２０１THzと２００THz以外の励起光を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１３】図１２に示すトータル利得の拡大図。
【図１４】２１１THzから１９９THzまで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合であって、２０２THzと２０１THz以外の励起光を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１５】図１４に示すトータル利得の拡大図。
【図１６】図１２と同じ励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１７】拡張前の励起光が二波長の場合の利得特性説明図。
【図１８】拡張前の励起光が三波長の場合の利得特性説明図。
【図１９】拡張前の励起光が四波長の場合の利得特性説明図。
【図２０】ラマン増幅器の説明図。
【図２１】Ｃバンド、Ｌバンドをそれぞれ一波長で励起した場合の利得特性説明図。
【図２２】利得の大きさと利得帯域幅の関係を示した図。
【図２３】（ａ）（ｂ）は励起光間隔を夫々４.５THz、５THzとし、増幅用ファイバにＤＳＦを用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２４】励起光間隔を４.５THzとして３波長使用した場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２５】励起光間隔を２.５THzと４.５THzとして３波長使用した場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２６】本発明のラマン増幅方法をＣバンドに応用した例の波形説明図。
【図２７】本発明のラマン増幅方法をＬバンドに応用した例の波形説明図。
【図２８】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、各励起光から生じる利得が同じであるという条件下で、ピーク利得が１０dBになるように調整した場合の図。
【図２９】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、利得が平坦になるように個々の励起光による利得を調整した場合の図。
【図３０】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、励起光間隔を１THｚとして多重数を変えた場合の図。
【図３１】本発明のラマン増幅方法をＣ＋Ｌバンドに適用した場合の利得特性説明図。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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