CN1806200A - 喇曼放大用光纤、光纤线圈、喇曼放大器和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一边抑制由非线性效果引起的系统特性恶化，一边增大放大效率的喇曼放大用光纤(1)。喇曼放大用光纤(1)是通过供给激励光而把信号光进行喇曼放大的喇曼放大用光纤，波长1550nm的波长色散值是大于或等于－70ps/nm/km且小于或等于－30ps/nm/km，1450nm激励光引起的喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大于或等于5(W×km)^－1，波长1550nm的非线性系数(n₂/A_eff，s)小于或等于5.0×10^－9W^－1，在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

Description

喇曼放大用光纤、光纤线圈、喇曼放大器和光通信系统

技术领域

本发明涉及通过供给激励光而把信号光进行喇曼放大的喇曼放大用光纤、把该喇曼放大用光纤卷绕在骨架上的光纤线圈、包含该喇曼放大用光纤的喇曼放大器和包含该喇曼放大器的光通信系统。

背景技术

近年来，根据宽带互联网服务也在稳健普及着的事实，高速链路(バツクボ一ン)网络制品需要更大的容量是明确的。近10年来，在光纤通信系统的大容量化中，使用WDM传送技术成为主流，扩大能使用的信号波长带就成为用于提高大容量化界限的重要开发课题。

构成光通信系统的要素很多，但其中光放大器是限制能使用的信号波长带的主要原因。现在，在运转着的光通信系统中使用的光放大器，是添加了铒的光纤放大器(EDFA)，其增益频带限制在被叫做C带的约从1530nm到1565nm的波长带和被叫做L带的约从1570nm到1610nm的波长带。而光纤中使用的感应喇曼散射的光纤喇曼放大器，通过适当地选择激励波长而能放大任意的波长带，所以对使用EDFA不能放大的频带的适用进行了讨论。对C带和L带喇曼放大器的适用没有积极讨论的理由是，现有的喇曼放大器与EDFA相比较，其有放大效率不好问题的缘故。

喇曼放大器是把光纤作为光放大媒体，通过向该光纤内供给激励光而能把信号光进行喇曼放大，其是利用光纤中非线性光学现象之一的感应喇曼散射。

根据这种观点，喇曼放大器用光纤最好具有高的非线性性。例如，下面专利文献1中公开的喇曼放大器，作为喇曼放大用光纤，其是使用在信号光波长的波长色散绝对值是大于或等于6ps/nm/km且小于或等于20ps/nm/km的高非线性性光纤，进行集中常数的光放大。

专利文献1：特开2002-277911号公报

现有喇曼放大器的设计中，除了光放大器基本特性参数的增益和噪声指数(noise figure，NF)之外，特别要注意在喇曼放大器中由成为问题的双瑞利散射(double Rayleigh backscattering，DRBS双瑞利向后散射)所引起的MPI(mujti-path interference多路干涉)噪声和非线性相位移动(nonlinear phase shift，NLPS)。由于增益和NF是从系统设计立场所给予的基本规格，所以，在这些特性是固定的条件下，尽量减小MPI噪声和NLPS就成为了放大器单体的设计目标。且这时必须的激励功率也是放大器的设计方针，其也可以换言之叫做放大效率。

一般来说，MPI噪声和NLPS是放大用光纤越短则越小，但同时放大效率也变坏，所以这两者是折中选择的关系。为了减小NLPS，则只要减小非线性系数(n₂/A_eff，s)便可，为了提高放大效率，则只要增大喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)便可。在此，n₂是非线性折射率，A_eff，s是信号波长的有效芯断面积，g_R是喇曼增益系数，A_eff，R是信号波长和激励波长的有效芯断面积的相加平均值。如前所述，有效芯断面积与非线性系数和喇曼增益效率这两者都有关系，所以在非线性系数与喇曼增益效率之间，有一个变大则另一个也同时变大的倾向。因此，在此也存在有折中选择的关系。在这种背景下，就需要把有折中选择关系双方的特性都收容在容许范围内地来进行放大用光纤的设计。

一般来说，光纤中的非线性效果使WDM信号的传送质量恶化的情况是多的。具体说就是，四光波混合(FWM)、自身相位调制(SPM)、相互相位调制(XPM)、受激布里渊散射(SBS)等能成为特性恶化的主要原因。FWM是与ASE同样地，是由与信号光无关的噪声光通过与信号光一起进入到检测器中，由随机干涉而生成强度噪声。SPM和XPM是由玻璃的折射率依赖于光的强度，而发生根据强度调制信号图形的相位移动的现象，由相位移动的时间变化(瞬时频率的变化)与传送路的色散结合，使强度调制信号的波形产生畸变，而使位错率增加。SBS是由信号光自身引起的和由激励光引起的，所有的情况都成为信号光强度的时间变动的原因，使位错率增加。

作为用于估计非线性效果大小的参数，一般使用的NLPS，是表示SPM大小的参数，为了估计对光纤色散有大影响的FWM和XPM的效果，仅NLPS是不充分的。例如，FWM是只要相位整合不成立，则其发生效率就低，作为喇曼放大用光纤，是使用信号光波长的波长色散绝对值是大于或等于6ps/nm/km且小于或等于20ps/nm/km的高非线性性光纤的情况下，由于波长色散的绝对值在零附近没有，所以，即使NLPS是比较大的值，由FWM的影响而引起的信号光传送质量的恶化也能被抑制。而抑制XPM所需要的波长色散的大小，预想比FWM的情况稍微大，但其值并不明确。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而开发的，其目的在于提供一种一边用于抑制由非线性效果引起的系统特性恶化，一边用于增大放大效率的喇曼放大用光纤、使用该喇曼放大用光纤的光纤线圈、包含该喇曼放大用光纤的喇曼放大器和包含该喇曼放大器的光通信系统。

为了解决所述课题而达到目的，本发明是通过供给激励光而把信号光进行喇曼放大的喇曼放大用光纤，其具有下面(1)～(5)所述的所有特性。

(1)波长1550nm的波长色散值是大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km。

(2)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1。

(3)波长1550nm的非线性系数小于或等于5.0×10^-9W^-1。

(4)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀。

(5)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

本发明在上述发明中，波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km。

本发明在上述发明中，波长1550nm的φ20mm弯曲损失小于或等于0.1dB/m。

本发明在上述发明中，零色散波长λ₀是在小于或等于1350nm或者大于或等于1675nm的范围内。

本发明在上述发明中，截止波长λ_C小于或等于1350nm。

本发明在上述发明中，玻璃部的外径小于或等于100μm。

本发明在上述发明中，包覆部的外径小于或等于150μm。

本发明其上述任一项所述的喇曼放大用光纤，卷绕在骨架上。

本发明在上述发明中，在两端连接有在1.3μm带具有零色散波长的单模光纤。

本发明是把从输入部输入的信号光进行喇曼放大并从输出部输出的喇曼放大器，其包括：上述任一项所述的喇曼放大用光纤，其设置在所述输入部和所述输出部之间的至少一部分上；激励光供给装置，其把所述喇曼放大用的激励光向所述喇曼放大用光纤中供给。

本发明在上述发明中，在所述输入部和所述输出部之间的至少一部分上设置所述喇曼放大用光纤以外的光纤。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是设置在所述喇曼放大用光纤与所述输出部之间的至少一部分上。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是色散补偿光纤(DCF)。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是正色散光纤。

本发明是具备上述任一项所述喇曼放大器的光通信系统，其在传送信号光的同时，通过所述喇曼放大器把该信号光进行喇曼放大。

本发明具备所述喇曼放大器，其包括：喇曼放大用光纤，其设置在把从输入部输入的信号光进行喇曼放大并从输出部输出的喇曼放大器的所述输入部和所述输出部之间的至少一部分上，并具有下面(6)～(9)所述的所有特性；激励光供给装置，其把所述喇曼放大用的激励光向该喇曼放大用光纤中供给，其在传送信号光的同时，通过所述喇曼放大器把该信号光进行喇曼放大。

(6)在喇曼放大用光纤输出端的信号功率是Pout[mW/ch]、光波长多重(WDM)信号的邻接信号波长间隔是S[nm]时，信号光波长的波长色散值小于或等于-7.39*Pout/S[ps/nm/km]

(7)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1。

(8)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀。

(9)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤其波长1550nm的波长色散值小于或等于-20ps/nm/km。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤其波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km。

本发明在上述发明中，所述喇曼放大用光纤其波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km。

本发明在上述发明中，所述信号光的波长存在于1460nm～1530nm的波长频带(以下有时叫做S带)、1530nm～1565nm的波长频带(以下有时叫做C带)、1565nm～1625nm的波长频带(以下有时叫做L带)、1625nm～1675nm的波长频带(以下有时叫做U带)这四个波长频带中的至少一个波长频带区域内。

本发明在上述发明中，所述信号光的波长存在于1460nm～1530nm的波长频带(S带)、1530nm～1565nm的波长频带(C带)、1565nm～1625nm的波长频带(L带)、1625nm～1675nm的波长频带(U带)这四个波长频带中的至少二个相邻的波长频带区域内。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使波长1550的波长色散值在大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km的范围内，能起到一边抑制非线性系数，一边增大喇曼增益效率的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使由1450nm的激励光引起的喇曼增益效率在大于或等于5(W×km)^-1的范围内，能起到以高效率把信号光进行喇曼放大的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使波长1550nm的非线性系数在小于或等于5.0×10^-9[W^-1]的范围内，能起到抑制由自身相位调制和相互相位调制等的非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，能起到抑制由四光波混合的影响而引起信号光和激励光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，其截止波长λ_C小于或等于信号光波长是当然的被要求事项，但通过使截止波长λ_C小于或等于激励光波长而能使激励光也进行单模传播，所以能起到有效使用激励光能量的效果。

即，本发明的喇曼放大用光纤，在能得到足够喇曼增益的基础上，还能起到抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使其波长1550nm的色散斜率绝对值在小于或等于0.05ps/nm²/km的范围内，而使宽频带的波长色散值变动小，所以，能起到在以波长1550nm为中心的整个宽波长范围内实现最佳值的效果。即使把波长1550nm的波长色散值作为最佳值，在波长色散具有大的倾向时，波长1550nm以外波长的波长色散值也是从最佳值偏离。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使波长1550nm的φ20mm弯曲损失在小于或等于0.1dB/m的范围内，能起到在小于或等于1675nm的波长频带不增加损失地制作光纤线圈的效果。而弯曲损失是在制作光纤线圈时引起在长波长区域(约大于或等于1500nm)损失增加的主要原因。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使零色散波长λ₀存在小于或等于1350nm或大于或等于1675nm的范围内，能起到在把位于大于或等于1460nm且小于或等于1675nm波长频带的信号光进行喇曼放大时，抑制由四光波混合的影响而引起激励光和信号光波形恶化的效果。由于喇曼放大用激励光波长，是比信号光波长短100nm～110nm的波长，所以，位于大于或等于1460nm且小于或等于1675nm波长频带的信号光的最短激励光波长，是大于或等于1350nm。

本发明的喇曼放大用光纤，由于波长大于或等于1460nm信号光的激励光能进行单模传播，所以能起到有效使用波长大于或等于1460nm信号光的激励光能量的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，由于减少了光纤的弯曲应力，所以能起到抑制由弯曲应力引起光纤可靠性降低的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，在把光纤卷绕在骨架上而制作光纤线圈的情况下，能起到把光纤线圈小型化的效果。

根据本发明，由于是使用上述任一项所述的喇曼放大用光纤来制作本发明的光纤线圈，所以能起到实现收容性优良的集中常数型喇曼放大器的效果。

通过使用本发明的光纤线圈，起到把所述喇曼放大用光纤与分离器和WDM耦合器等的光零件容易结合的效果。

本发明的喇曼放大器，由于使用了上述任一项所述的喇曼放大用光纤，所以能起到放大效率高，且能抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化的效果。

通过使用本发明的喇曼放大器，在能进行宽频带传送路光纤的波长色散补偿的同时，还能起到进行色散补偿光纤的喇曼放大的效果。一般来说，色散补偿光纤的有效芯断面积比所述喇曼放大用光纤的大，把它在输出侧使用的结构中，在放大器输出是相同的情况下，能更加减少由非线性效果引起的系统特性的恶化。

通过使用本发明的喇曼放大器，能起到把由喇曼放大用光纤而累积的负的色散通过正色散光纤进行补偿的效果。一般地正色散光纤适合于把有效芯断面积设计大，在放大器输出是相同的情况下，能更加减少由非线性效果引起的系统特性的恶化。

本发明的光通信系统，由于使用了上述任一项所述的喇曼放大器，所以能把信号光进行长距离传送，而且能起到抑制由非线性光学现象和波长色散的影响而引起的信号光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使信号光波长的波长色散值在小于或等于-7.39*Pout/S[ps/nm/km]的范围内，能起到抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使由1450nm的激励光引起的喇曼增益效率在大于或等于5(W×km)^-1的范围内，能起到以高效率把信号光进行喇曼放大的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，通过使在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，能起到抑制由四光波混合的影响而引起信号光和激励光波形恶化的效果。

本发明的喇曼放大用光纤，其截止波长λ_C小于或等于信号光波长是当然的被要求事项，但通过使截止波长λ_C小于或等于激励光波长而能使激励光也进行单模传播，所以能起到有效使用激励光能量的效果。

即本发明的喇曼放大用光纤，在能得到足够喇曼增益的基础上，还能起到抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化的效果。因此，本发明的光通信系统通过具备这种喇曼放大用光纤，而享受到与该喇曼放大用光纤同样的作用效果。

本发明的光通信系统，通过其使用的喇曼放大用光纤在波长1550nm的波长色散值在小于或等于-20ps/nm/km的范围内，能起到在通常的系统设计中抑制由非线性光学现象的影响而引起信号光波形恶化的效果。

本发明的光通信系统，通过其使用的喇曼放大用光纤在波长1550nm的波长色散值在大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km的范围内，能起到一边抑制非线性系数一边增大喇曼增益效率的效果。

本发明的光通信系统，通过在波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km的范围内，而使宽频带的波长色散值变动小，所以，能起到在以波长1550nm为中心的整个宽波长范围内实现波长色散值最佳化的效果。即使把波长1550nm的波长色散值作为最佳值，在波长色散具有大的倾向时，波长1550nm以外波长的波长色散值也是从最佳值偏离。

本发明的光通信系统，通过信号光的波长存在于S带、C带、L带、U带这四个波长频带中的至少一个波长频带区域内，能减少信号光的损失，所以能起到把信号光长距离传送的效果。一般来说，光纤在大于或等于1460nm且小于或等于1675nm的波长频带中损失最小。

本发明的光通信系统，通过信号光的波长存在于S带、C带、L带、U带这四个波长频带中的至少二个相邻的波长频带区域内，不仅能把信号光长距离传送，而且能起到以更大容量传送的效果。

附图说明

图1是模式地表示适用本发明的喇曼放大用光纤的折射率分布和横剖面图；

图2是表示适用本发明的喇曼放大用光纤的波长色散值与有效芯断面积关系的曲线；

图3是表示适用本发明的喇曼放大用光纤各种特性值的实测值的表；

图4是根据适用本发明的喇曼放大用光纤的波长色散值与有效芯断面积的实测值来表示其关系的曲线；

图5是表示适用本发明的其他喇曼放大用光纤各种特性值的实测值的表；

图6是表示适用本发明的光通信系统主要概略结构的图；

图7是表示图6所示的光纤线圈中传送损失的波长依赖性的曲线；

图8是表示模拟适用本发明的光通信系统的功率变换效率和非线性相位移动结果的图；

图9是表示适用本发明的光通信系统变形例1主要概略结构的图；

图10是表示适用本发明的光通信系统变形例2主要概略结构的图；

图11是表示适用本发明的其他喇曼放大用光纤各种特性值的实测值的表；

图12是表示图11所示的喇曼放大用光纤中波长色散的波长依赖性的曲线；

图13是模式表示用于评价XPM影响的WDM传送实验系统一结构例的方块图；

图14是模式表示本发明喇曼放大器一结构例的方块图；

图15是表示本发明喇曼放大器增益特性一例的图；

图16是模式表示接收机一结构例的方块图；

图17是例示喇曼放大用光纤的色散与由XPM引起的系统特性恶化关系的图；

图18是说明在使邻接波道之间的数据不相关的情况下的由XPM引起系统特性恶化的图。

符号说明

10、20、25喇曼放大器；30接收机；31波通滤波器；32前置放大器；33PIN发光二极管；34时钟抽样电路；40喇曼放大器；41喇曼放大用光纤；42、43法布里珀罗型半导体激光器；44、45光零件；50、51WDM光源；52、53调制器；54可变延迟线；553db耦合器；56放大器EDFA；57VOA；58、59SMF；60串联EDFA；100喇曼放大用光纤；110、115、130光纤线圈；150激励光源；160合波部；170输入部；180输出部；700、701、702光通信系统；703WDM传送实验系统。

具体实施方式

以下根据附图详细说明本发明的喇曼放大用光纤、光纤线圈、喇曼放大器和光通信系统合适的实施例。在对附图的说明中在相同的要素上付与相同的符号而省略重复的说明。附图的尺寸比例与说明的不一定一致。

首先说明本发明的喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2。首先，喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的折射率分布和横剖面图被模式表示在图1中。与喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2对应的更具体的实施例，在后面详细叙述。

如图1所示，喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的玻璃部，是把SiO₂玻璃作为基础的，其包括：第一芯，其包含光轴中心的直径是a；第二芯，其包围该第一芯的直径是b，其比第一芯的折射率低；包层，其包围该第二芯，且比第一芯的折射率低、比第二芯的折射率高。通常，在该玻璃部的外周被两层紫外线固化树脂所包覆，这样来形成喇曼放大用光纤。一般地，该玻璃部的外径是125μm，包覆部的外径是250μm。

本说明书中，第一芯的直径a和第二芯的直径b是如下进行定义的。第一芯的直径a是作为在第一芯与第二芯的边界与包层相同并且具有相对折射率差位置处的径。第二芯区域的直径b是作为在第二芯与包层的边界中具有Δ2的1/2相对折射率差位置处的径。

一般来说该包层实质上是由纯SiO₂构成的，但也可以添加GeO₂和F元素。在此所说的实质上是由纯SiO₂构成的，是指不含有调整折射率的GeO₂和F元素等的掺杂物，也可以不含有Cl元素等。折射率分布的调整，能通过调整添加的GeO₂和F元素的量来进行，添加GeO₂则折射率变高，添加F元素则折射率变低。

在此，把第一芯的直径a相对第二芯的直径b的比设定为是Ra(＝a/b)，把第一芯对包层的相对折射率差设定为是Δ1，把第二芯对包层的相对折射率差设定为是Δ2。把包层区域对纯SiO₂玻璃折射率相对折射率差设定为是Δclad。在包层区域实质上是由纯SiO₂构成的情况下，Δclad＝0％。

本说明书中，相对折射率差Δ1、Δ2、Δclad是通过下面的式子(1)～(3)来定义的。

Δ1＝[(n_c1-n_c)/n_c1]×100％        (1)

Δ2＝[(n_c2-n_c)/n_c2]×100％        (2)

Δclad＝[(n_c-n_g)/n_c]×100％       (3)

在此，n_c1是第一芯的最大折射率，n_c2是第二芯的最小折射率，n_g是纯二氧化硅的折射率，n_c是包层的折射率。

喇曼放大用光纤1是：(1)波长1550nm的波长色散值是大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km，(2)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1，(3)波长1550nm的非线性系数小于或等于5.0×10^-9W^-1，(4)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，(5)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

在此，本说明书中截止波长λ_C，是指由ITU-T(国际电气通信联合会)G.650.1所定义的截止波长λ_C。另外，对于在本说明书中没有特别进行定义的用语，则是按照ITU-T G.650.1中的定义和测量方法。非线性系数(n₂/A_eff，s)，是根据XPM法的测定值。

该喇曼放大用光纤1，其通过使波长1550nm的波长色散值在上述(1)所述的范围内，能一边抑制非线性系数一边增大喇曼增益效率。通过使由1450nm激励光引起的喇曼增益效率在上述(2)所述的范围内，能把信号光高效率地进行喇曼放大。通过使波长1550nm的非线性系数在上述(3)所述的范围内，能抑制由自身相位调制和相互相位调制等非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化。通过如上述(4)所述那样，使在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，能抑制由四光波混合的影响而引起的信号光和激励光的波形恶化。通过如上述(5)所述那样，使截止波长λ_C小于或等于激励光波长，能有效使用激励光的能量。

<理论>

下面从理论上说明喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的喇曼增益效率和非线性系数与波长色散值的关系。

首先说明喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)。喇曼增益系数g_R，其主要是通过光纤芯(第一芯和第二芯)的组成来决定的，喇曼有效芯断面积A_eff，R，则即使是同一芯，也随波长色散值的不同而变化。且喇曼有效芯断面积A_eff，R，其是由光纤在径向上的激励光与信号光的重叠而成，根据“ECOC2002，Symposium3.3(2002)”，则其由下面的式(4)表示。

[公式1]

$A_{\mathrm{eff},f}=A_{\mathrm{eff}}^{\mathrm{PS}}({\mathrm{\&omega;}}_S,{\mathrm{\&omega;}}_P)=\underset{A}{\&Integral;}{\left|R_S\right|}^2\mathrm{dA}\underset{A}{\&Integral;}{\left|R_P\right|}^2\mathrm{dA}/\underset{A}{\&Integral;}{\left|R_S\right|}^2{\left|R_P\right|}^2\mathrm{dA}---\left(4\right)$

在此，右下角所添附的字s、p，分别表示信号光、激励光，ω_i表示角频率，R_i(r，ω_i)表示电场的横成分(以下相同)。式(4)的积分范围，是喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的整个断面积A，

不直接计算上面的式(4)，而把R_i(r，ω_i)设定为高斯型函数，则喇曼有效芯断面积A_eff，R，也可以作为激励光和信号光各有效芯断面积A_eff p、A_eff，s的平均值，由下面的式(5)表示。

[公式2]

A_eff，R＝(A_eff p+A_eff，s)/2  (5)

在此，由式(4)表示的喇曼有效芯断面积A_eff，R，通过式(5)就能充分良好地被近似表示在“OECC，15A2-3(2003)”中。

下面说明喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的非线性系数(n₂/A_eff，s)。非线性折射率n₂与喇曼增益系数g_R同样地主要是通过喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的芯的组成来决定的。因此，非线性系数(n₂/A_eff，s)，在芯的组成相同的情况下，信号光有效芯断面积A_eff，s在最小时其最大。

下面说明喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2中波长色散值与A_eff，R、A_eff p和A_eff，s的关系。作为例，根据具有图1所示折射率分布的喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2中光的电场分布，来计算波长色散值和A_eff，R、A_eff p和A_eff，s。该计算结果被模式表示在图2。波长色散值在使第一芯直径a对第二芯直径b的比Ra固定不动时，其通过使第二芯直径b变化而变化。在此，图2所示曲线的横轴表示波长1550nm的喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2的波长色散值[ps/nm/km]，纵轴表示：波长1550nm的信号光有效芯断面积A_eff，s[μm²]、波长1450nm的激励光有效芯断面积A_eff p[μm²]和根据从式(4)计算的波长1550nm的信号光和波长1450nm的激励光的喇曼有效芯断面积A_eff，R的中的每一个。

如图2所示，具有图1所示折射率分布的喇曼放大用光纤1或喇曼放大用光纤2中，喇曼有效芯断面积A_eff，R在规定的波长色散值区域最小。因此，在使用同一芯的情况下，喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)在该喇曼有效芯断面积A_eff，R最小的波长色散值区域中最大。另一方面，非线性系数(n₂/A_eff，s)，在信号光有效芯断面积A_eff，s最小的波长色散值区域中最大。

且如图2所示，激励光有效芯断面积A_eff p最小的波长色散值区域与信号光有效芯断面积A_eff，s最小的波长色散值区域不同，由于喇曼有效芯断面积A_eff，R能由式(5)表示，所以在合适的波长色散值区域，即在激励光有效芯断面积A_eff p最小的波长色散值区域中，就能同时实现非线性系数(n₂/A_eff，s)的降低和喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)的增大。

该波长色散与激励光有效芯断面积A_eff p和信号光有效芯断面积A_eff，s的关系，预想是随折射率分布和芯组成的不同而不同，但想把本发明的波长1450nm激励光的喇曼增益效率是大于或等于5(W×km)^-1的喇曼放大用光纤以更低的成本实现时，其折射率分布和芯组成的自由度被限制。因此，得到的波长色散与激励光有效芯断面积A_eff p和信号光有效芯断面积A_eff，s的关系，也与图2所示的结果没有太大的变化。

<根据实测结果的考察1>

下面实际制作喇曼放大用光纤101～107(分别是与上述说明的喇曼放大用光纤1对应的更具体的实施例)和喇曼放大用光纤401～403，并根据测量的各特性值的实测结果来说明喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)和非线性系数(n₂/A_eff，s)与波长色散值的关系。

喇曼放大用光纤101～107、401～403，都具有图1折射率分布所示的结构，并且Δ1＝2.8％、Δ2＝-0.23％、Ra＝0.45，组成也使用相同的芯。所有的都是Δclad＝0％。

测量的喇曼放大用光纤101～107、401～403的各种特性值被表示在图3。在此，喇曼放大用光纤101～107、401～403，其是使第二芯的直径b变化而使以波长色散为首的各种特性变化。图3所示的“波长色散值”、“色散斜率”、“非线性系数(n₂/A_eff，s)”和“φ20mm的弯曲损失”中，表示了波长1550nm的各特性值。图3所示的“-”，是表示各特性值在能测量的范围外。即意味“零色散波长λ₀”不存在于大于或等于1300nm且小于或等于1700nm的范围内，且意味波长1550nm的“φ20mm的弯曲损失”是小于或等于0.1dB/m。

图3所示各特性的喇曼放大用光纤101～107，其都是波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km、波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km、1450nm激励光引起的喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大于或等于5(W×km)^-1、波长1550nm的非线性系数(n₂/A_eff，s)小于或等于5.0×10^-9W^-1、在从S带到U带的信号光及其激励光的波长范围即大于或等于1350nm且小于或等于1675nm中没有零色散波长λ₀、截止波长λ_C小于或等于S带信号光的最短激励光波长1350nm、波长1550nm的φ20mm的弯曲损失小于或等于0.1dB/m。喇曼放大用光纤104～107和401，其都是玻璃部的外径小于或等于100μm，包覆部的外径小于或等于150μm。

如图3所示，把非线性系数(n₂/A_eff，s)相同的喇曼放大用光纤101与403进行比较，则喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)是喇曼放大用光纤101比喇曼放大用光纤403大13％左右。把非线性系数(n₂/A_eff，s)相同的喇曼放大用光纤102～104与喇曼放大用光纤401进行比较，则喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)是喇曼放大用光纤102～104比喇曼放大用光纤401大5％左右。在把喇曼放大用光纤105～107与喇曼放大用光纤402、403进行比较时，则喇曼放大用光纤105～107与喇曼放大用光纤402、403进行比较，非线性系数(n₂/A_eff，s)大7％左右，而喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大20％或20％以上。

把测量的喇曼放大用光纤101～107、401～403的波长色散值与A_eff的关系，与根据光纤中光的电场分布进行计算的结果一起表示在图4。在此，图4所示的各点表示测量值，各曲线表示计算值。横轴表示波长1550nm的光纤波长色散值[ps/nm/km]，纵轴分别表示波长1550nm的信号光有效芯断面积A_eff，s[μm₂]、波长1450nm的激励光有效芯断面积A_eff p[μm²]和波长1550nm的信号光与波长1450nm的激励光引起的喇曼有效芯断面积A_eff，R。测量值的喇曼有效芯断面积A_eff，R，其由于不能从所述式(4)直接求得，所以其是使用式(5)从各波长色散值的信号光有效芯断面积A_eff，s和激励光有效芯断面积A_eff p的各测量值计算的。且计算的喇曼有效芯断面积A_eff，R与图2所示的情况同样地能使用式(4)计算出。

如图4所示，由试作得到的实测值，与计算值非常一致，喇曼放大用光纤1如喇曼放大用光纤101～107那样，在波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km的范围内，波长1450nm激励光的有效芯断面积最小。

该最佳的波长色散值范围，即大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km，虽然预想是随折射率分布和芯组成的不同而不同的，但想把本发明这样的波长1450nm激励光的喇曼增益效率是大于或等于5(W×km)^-1的喇曼放大用光纤以更低的成本实现时，也没有太大的变化。因此，把具有与本发明实施例不同折射率分布的喇曼放大用光纤设定成相同的波长色散值范围，即大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km，也是有效的。

根据基于上述实测结果的考察，根据波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km的喇曼放大用光纤101～107，其能一边抑制非线性系数(n₂/A_eff，s)，一边增大喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)。

<根据实测结果的考察2>

下面实际制作喇曼放大用光纤201～203、301～303(分别是与上述说明的喇曼放大用光纤1对应的更具体的实施例)和喇曼放大用光纤501、502、601、602，并根据测量的各特性值的实测结果来说明喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)、非线性系数(n₂/A_eff，s)与波长色散值的关系。

喇曼放大用光纤201～203、501、502、301～303、601、602都具有图1折射率分布所示的结构。喇曼放大用光纤201～203和501、502使用Δ1＝2.2％、Δ2＝-0.55％、Ra＝0.33的同一芯，且Δclad＝0％。而喇曼放大用光纤301～303和601、602使用的是所有都与喇曼放大用光纤201～203和501、502同一的芯，但只是Δclad不同，其Δclad＝-0.26％。因此，喇曼放大用光纤301～303和601、602是Δ1＝2.5％、Δ2＝-0.29％、Ra＝0.38、Δclad＝-0.26％。喇曼放大用光纤301～303和601、602，通过在包层区域添加F元素，Δclad为负。

在此，测量的喇曼放大用光纤201～203、501、502、301～303、601、602的各种特性被表示在图5。图5所示的喇曼放大用光纤201～203、501、502、301～303、601、602是使第二芯的直径b变化来使以波长色散为首的各种特性变化。图5所示的“波长色散值”、“色散斜率”、“非线性系数(n₂/A_eff，s)”和“φ20mm的弯曲损失”中，表示了波长1550nm的各特性值。图5所示的“-”，是表示各特性值在能测量的范围外。即意味“零色散波长λ₀”不存在于大于或等于1300nm且小于或等于1700nm的范围内，且意味波长1550nm的“φ20mm的弯曲损失”是小于或等于0.1dB/m。

图5表中所示的本发明喇曼放大用光纤201～203、301～303，其都是波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km、波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km、1450nm激励光引起的喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大于或等于5(W×km)^-1、波长1550nm的非线性系数(n₂/A_eff，s)小于或等于5.0×10^-9W^-1、在从S带到U带的信号光及其激励光的波长范围即大于或等于1350nm且小于或等于1675nm中没有零色散波长λ₀、截止波长λ_C小于或等于S带信号光的最短激励光波长1350nm、波长1550nm的φ20mm的弯曲损失小于或等于0.1dB/m、玻璃部的外径小于或等于100μm，包覆部的外径小于或等于150μm。

如图5所示，把非线性系数(n₂/A_eff，s)相同的喇曼放大用光纤201与喇曼放大用光纤501进行比较，则喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)是喇曼放大用光纤201比喇曼放大用光纤501大4％左右。把非线性系数(n₂/A_eff，s)相同的喇曼放大用光纤302、303与喇曼放大用光纤601进行比较，则喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)是喇曼放大用光纤302、303比喇曼放大用光纤601大于或等于2％。在把喇曼放大用光纤202、203与喇曼放大用光纤502进行比较时，则喇曼放大用光纤202、203比喇曼放大用光纤502，是非线性系数(n₂/A_eff，s)大6％左右，而喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大于或等于13％。同样地，在把喇曼放大用光纤301与喇曼放大用光纤602进行比较时，则喇曼放大用光纤301与喇曼放大用光纤602进行比较，是非线性系数(n₂/A_eff，s)大3％左右，而喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大12％左右。

根据基于上述实测结果的考察，对于喇曼放大用光纤201～203、301～303，只要其波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km，就能一边抑制非线性系数一边增大喇曼增益效率。

在此，喇曼放大用光纤201～203、301～303，使用的是同一芯，但Δclad相互不同。如图5所示，把由该Δclad的差所引起的各特性值的差，在波长1550nm的波长色散值大致相同的光纤之间进行比较时，则喇曼放大用光纤301～303比喇曼放大用光纤201～203，波长1550nm的色散斜率绝对值、A_eff，R、A_eff p、A_eff，s、非线性系数(n₂/A_eff，s)减小，而喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)增大，截止波长λ_C长。作为喇曼放大用光纤，截止波长λ_C比最短激励光波长短便可，且色散斜率绝对值、A_eff，R、A_eff p、A_eff，s、非线性系数(n₂/A_eff，s)小，而喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大的好。喇曼放大用光纤301～303的截止波长λ_C，是比S带信号光的最短激励光波长足够短的值，所以，喇曼放大用光纤301～303比喇曼放大用光纤201～203更理想。即喇曼放大用光纤的Δclad是负的则是理想的。根据提高喇曼放大用光纤特性的点来看，Δclad小于或等于-0.15％则更理想，而从制造性的观点来看，则大于或等于-0.70％是理想的。

<光通信系统700>

下面说明本实施例的光通信系统700。图6表示了光通信系统700的主要概略结构。如图6所示，光通信系统700设置作为光放大器的喇曼放大器10。喇曼放大器10包括：光纤线圈110，其把喇曼放大用光纤1卷绕在骨架上；激励光源150，其输出向该光纤线圈110供给的喇曼放大用激励光；合波部160，其把从激励光源150输出的喇曼放大用激励光向光纤线圈110供给。

图6中还表示有信号光的输入部170和把被喇曼放大的信号光(放大光)输出的输出部180，而没表示喇曼放大器10使用的分离器和WDM耦合器等光零件。该结构图中，激励光是从与信号光相反的方向输入(后方激励)的，但作为喇曼放大器10的结构，也可以是激励光从与信号光相同的方向输入(前方激励)的结构，也可以是后方激励与前方激励组合的结构。

使用该喇曼放大器10的光通信系统700，其从激励光源150输出的喇曼放大用激励光，通过合波部160向光纤线圈110供给。从输入部170输入的信号光，在光纤线圈110中传送的同时，通过喇曼放大用激励光而被喇曼放大，并从输出部180作为放大光被输出。

这时，在输出喇曼放大用激励光的激励光源150中，为了把从S带到U带的信号光进行放大而设置有激光输出装置(图示省略)，其在波长大于或等于1350nm且小于或等于1580nm，输出功率大于或等于10mW。该激励光源150所使用的激光的波长和形态，随该喇曼放大器10的用途不同而能适当变更。由于喇曼放大的效率随激励光的偏振光状态不同而有变动，所以为了不由激励光的偏振光状态而使喇曼放大的效率变动，喇曼放大用激励光是在消偏振(无偏振光状态化)的状态下从合波部160向光纤线圈110供给的。

该喇曼放大器10由于是使用上述的喇曼放大用光纤1，所以喇曼放大的效率高，能抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光的波形恶化，能在宽频带使用。

下面对于光通信系统700，以更具体的实施例进行说明。以下，光纤线圈110是把其上述的喇曼放大用光纤105(具有图3所示的各种特性)作为喇曼放大用光纤1而使用了2km，卷绕在内径45mm的骨架上而制成的。

光纤线圈110中喇曼放大用光纤105传送损失的波长依赖性，被表示在图7上。在此，图7的横轴表示的是光的波长[nm]，纵轴表示的是在各波长的传送损失[dB/km]。1460nm、1530nm、1600nm、1670nm各波长的传送损失，分别是0.76dB/km、0.65dB/km、0.60dB/km、0.63dB/km。

一般来说，若把光纤卷绕在小内径的骨架上，则有可能在长波长区域(约大于或等于1500nm)传送损失增加。在光纤线圈110中，喇曼放大用光纤105是卷绕在内径45mm的骨架上，但如图7所示，在长波长区域却没看到损失增加。这点的主要原因是由于在使用了该喇曼放大用光纤105时，信号光波长1550nm的φ20mm的弯曲损失小于或等于0.1dB/m。

而且，其包覆部的外径是142μm，这与包覆部的外径是250μm左右的一般光纤相比，在长度相同的情况下，光纤的体积是约30％。因此，通过使用包覆部的外径小于或等于150μm的喇曼放大用光纤105，与使用包覆部的外径250μm左右的其他喇曼放大用光纤的情况相比，能实现光纤线圈110的小型化。

一般光纤的玻璃部外径是125μm，若把该光纤卷绕在内径小于60mm的骨架上，则由于施加在该光纤的弯曲应力而一般的是可靠性降低。但上述的喇曼放大用光纤105，由于其玻璃部的外径小于或等于100μm，所以即使卷绕在内径45mm的骨架上时也能把弯曲应力抑制小，所以能不招致可靠性降低地制作光纤线圈110。

光纤线圈110，也可以是把在1.3μm带具有零色散波长的通常单模光纤连接在其两端上的结构。通过这种结构使与分离器和WDM耦合器等光零件的结合容易。例如，把在1.3μm带具有零色散波长的通常单模光纤连接在光纤线圈110的两端上的结果是，连接损失在单端是0.1dB。

<数值模拟结果>

下面，把对具有上述结构的光通信系统700进行的数值模拟结果表示如下。把从输入部170输入的信号光的波长(波道)间隔设定为是50GHz，把波长位于C带内、L带内和C+L带内(1530～1600nm)时，从输入部170输入的每1波道的信号光输入功率设定为是0dB/ch，从输出部180输出的放大光输出功率设定为是9dB/ch，把各自情况下的信号光波道数、从激励光源150输出的喇曼放大用激励光的波长、从合波部160向光纤线圈110供给的激励光功率、喇曼放大器10的功率变换效率、喇曼放大器10中信号光的非线性相位移动表示在图8。

在此，喇曼放大器10的功率变换效率设定为[(从输出部180输出的放大光输出功率合计)-(从输入部170输入的信号光输入功率合计)]与(从合波部160向光纤线圈110供给的激励光功率合计)的比[％]。但在该数值模拟中，喇曼放大器10中信号光的传送损失只考虑了由喇曼放大用光纤105引起的传送损失。因此，合波部160引起的传送损失、喇曼放大器10中使用的通常单模光纤和分离器等光零件引起的传送损失、喇曼放大用光纤105与通常单模光纤的连接损失等没被考虑。

如图8所示，该喇曼放大器10，其功率变换效率高且信号光的非线性相位移动小。喇曼放大用光纤105的1460nm、1530nm、1600nm、1670nm各信号光波长的波长色散值分别是-47.1ps/nm/km、-47.3ps/nm/km、-47.6ps/nm/km、-47.9ps/nm/km。因此，该喇曼放大器10，其从S带到U带的信号光放大效率高，能抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化，能在宽频带使用。

也可以代替所述光通信系统700而使用图9所示的光通信系统701。该光通信系统701是本发明实施例光通信系统的变形例1，其具有在光通信系统700中进一步设置了在骨架上卷绕有色散补偿光纤(DCF)的光纤线圈的结构。图9表示了该光通信系统701的主要概略结构。如图9所示，光通信系统701代替上述的喇曼放大器10而把喇曼放大器20作为光放大器具备。喇曼放大器20，是在上述说明的喇曼放大器10的结构中，在光纤线圈110与合波部160之间还设置了光纤线圈130。但光纤线圈130也可以不在光纤线圈110与合波部160之间，也可以设置在输入部170与光纤线圈110之间。

喇曼放大器20包括：光纤线圈110，其把喇曼放大用光纤1卷绕在骨架上；光纤线圈130，其把DCF卷绕在骨架上；激励光源150，其输出向这些光纤线圈110、130供给的喇曼放大用激励光；合波部160，其把从激励光源150输出的喇曼放大用激励光向光纤线圈110、130供给。

图9中还表示有信号光的输入部170和把被喇曼放大的信号光(放大光)输出的输出部180，而没表示喇曼放大器20使用的分离器和WDM耦合器等光零件。该结构图中，激励光是从与信号光相反的方向输入(后方激励)的，但作为喇曼放大器20的结构，也可以是激励光从与信号光相同的方向输入(前方激励)的结构，也可以是后方激励与前方激励组合的结构。

使用该喇曼放大器20的光通信系统701，其从激励光源150输出的喇曼放大用激励光，通过合波部160向光纤线圈110、130供给。从输入部170输入的信号光，在光纤线圈110、130中传送的同时，通过喇曼放大用激励光而被喇曼放大，并从输出部180作为放大光被输出。而且通过该喇曼放大器20所使用的DCF，能把传送路光纤的波长色散在宽频带进行补偿。

该喇曼放大器20，其由于是使用上述的喇曼放大用光纤1，所以喇曼放大的效率高，能抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光的波形恶化，能在宽频带使用。而且还能在宽频带把传送路光纤的波长色散进行补偿。

如上所说明，喇曼放大用光纤1是通过供给激励光而把信号光进行喇曼放大的喇曼放大用光纤，其波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km，1450nm激励光引起的喇曼增益效率(g^R/A_eff，R)大于或等于5(W×km)^-1，波长1550nm的非线性系数(n₂/A^eff，s)小于或等于5.0×10^-9W^-1，在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀，截止波长λ_C小于或等于激励光波长。这样，能实现：在抑制非线性系数的同时增大喇曼增益效率的喇曼放大用光纤1(包括喇曼放大用光纤101～107、201～203、301～303)、使用该喇曼放大用光纤1的光纤线圈110、含有该喇曼放大用光纤1的喇曼放大器10、20和包含有该放大器10、20的光通信系统700、701。

<光通信系统702>

下面说明本实施例变形例2的光通信系统。图10是表示适用本发明的光通信系统变形例2主要概略结构的图。如图10所示，该光通信系统702设置有喇曼放大器25而代替图6所例示的光通信系统700的喇曼放大器10。该喇曼放大器25设置光纤线圈115而代替所述喇曼放大器10中的光纤线圈110。其他的结构与光通信系统700相同，在相同的结构部分上付与相同的符号。

这种光通信系统702具备把从输入部170输入的信号光进行喇曼放大而从输出部180输出的喇曼放大器25，其把该信号光进行传送的同时，通过喇曼放大器25把该信号光进行喇曼放大。该喇曼放大器25具备：喇曼放大用光纤2，其位于输入部170与输出部180之间的至少一部分上，且具有下面(6)～(9)所述的所有特性；激励光源150，其把喇曼放大用激励光向该喇曼放大用光纤2供给。这时，喇曼放大用光纤2，与所述喇曼放大用光纤1大致相同地是卷绕在骨架上，并作为光纤线圈115设置在喇曼放大器25内。

(6)在放大用光纤输出端的信号功率是Pout[mW/ch]、光波长多重(WDM)信号的邻接信号波长间隔是S[nm]时，信号光波长的波长色散值小于或等于-7.39*Pout/S[ps/nm/km]

(7)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1。

(8)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀。

(9)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

该喇曼放大用光纤2通过使信号光波长的波长色散值是在上述(6)所述的范围内，能抑制由非线性光学现象的影响而引起的信号光波形恶化。通过使由1450nm的激励光引起的喇曼增益效率是在上述(7)所述的范围内，能以高效率把信号光进行喇曼放大。通过如上述(8)所述那样，使在信号光波长和激励光波长中没有其零色散波长λ₀，能抑制由四光波混合的影响而引起信号光和激励光波形恶化的效果。通过如上述(9)所述那样，使截止波长λ_C小于或等于激励光波长而能有效使用激励光的能量。

如图10所示，光通信系统702是后方激励的结构，但也可以与所述光通信系统700、701大致相同地是前方激励的结构，也可以是后方激励与前方激励组合的结构。光通信系统702也可以与所述光通信系统701大致相同地还具备光纤线圈130。这时光纤线圈130可以设置在光纤线圈 115与合波部160之间，也可以设置在输入部170与光纤线圈115之间。

<根据实测结果的考察3>

下面实际制作喇曼放大用光纤801～809(分别是与上述说明的喇曼放大用光纤2对应的更具体的实施例)，并把测量的各特性值表示在图11。图11中，喇曼放大用光纤801～809，都具有图1折射率分布所示的结构，Δ1＝2.8％、Δ2＝-0.17％、Ra＝0.48，组成也使用相同的芯。所有的都是Δclad＝0％。

在此，喇曼放大用光纤801～809，是使第二芯的直径b变化来使以波长色散为首的各种特性变化。图11所示的“波长色散值”、“色散斜率”、“非线性系数(n₂/A_eff，s)”和“φ20mm的弯曲损失”中，表示了波长1550nm的各特性值。图11所示的“-”，是表示各特性值在能测量的范围外。即意味“零色散波长λ₀”不存在于大于或等于1300nm且小于或等于1700nm的范围内，且意味波长1550nm的“φ20mm的弯曲损失”是小于或等于0.1dB/m。

图11所示各特性的喇曼放大用光纤801～809，其都是波长1550nm的波长色散值小于或等于-20ps/nm/km、波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km、1450nm激励光引起的喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)大于或等于5(W×km)^-1、在从S带到U带的信号光及其激励光的波长范围即大于或等于1350nm且小于或等于1675nm中没有零色散波长λ₀、截止波长λ_C小于或等于S带信号光的最短激励光波长1350nm、波长1550nm的φ20mm的弯曲损失小于或等于0.1dB/m。喇曼放大用光纤801～809，其都是玻璃部的外径小于或等于100μm，包覆部的外径小于或等于150μm。

喇曼放大用光纤801～809中，波长色散值最小的喇曼放大用光纤809的波长色散的波长依赖性表示在图12。在此，图12的横轴表示光的波长[nm]，纵轴表示各波长的波长色散值[ps/nm/km]。1460nm、1530nm、1550nm、1565nm、1625nm、1675nm各波长的波长色散值，分别是-22.7ps/nm/km、-21.6ps/nm/km、-21.4ps/nm/km、-21.2ps/nm/km、-20.7ps/nm/km、-20.4ps/nm/km。

即使把波长1550nm的波长色散值作为最佳值，若波长色散具有大的倾斜，则波长1550nm以外波长的波长色散值也从最佳值偏离。上述的喇曼放大用光纤809，通过使波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km，能使宽频带的波长色散值变动变小，在大于或等于1460nm且小于或等于1675nm这宽的整个波长范围实现最佳值。

图13是模式表示用于评价本发明光传送系统的XPM影响的WDM传送实验系统一结构例的方块图。如图13所示，该WDM传送实验系统703，具有本发明的喇曼放大器40(即具有与上述喇曼放大器10、20、25中任一个相同结构的喇曼放大器)，是用于评价由该喇曼放大器40的非线性效果引起的系统特性的恶化，特别是由XPM引起的恶化。这时，WDM传送实验系统703具有具备喇曼放大器40的光传送系统，即本发明的光传送系统(例如所述的光传送系统700～702)，通过使用该喇曼放大器40评价系统的恶化，能评价本发明光传送系统的系统特性的恶化(特别是由XPM引起的系统特性的恶化)。在此，把从波长频带1570.4nm到1603.2nm整个40波道的WDM信号以100GHz间隔配置，评价位于信号频带中央的第21号波道(波长1587.0nm)的系统特性

图13中，WDM光源50、51是连接40波道的CW激光器与波长调波器来实现的，适当选择必要的波道来输出光信号。基本上其结构是WDM光源50、51把奇数波道和偶数波道分别进行波长调波，然后调制器52把奇数波道的信号光进行强度调制，调制器53把偶数波道的信号光进行强度调制。但在发明者以前的基础讨论中确认：位于评价对象第21号波道近旁的第15号、第17号、第19号、第23号、第25号和第27号各波道，比起通过与第21号波道相同奇数波道侧的调制器52来，还是通过另一侧偶数波道侧的调制器53时其系统特性的恶化大。因此，该6个奇数波道从WDM光源51选择，例外地使其通过偶数波道侧的调制器53。

向调制器52、53输送的电信号是图形长2³¹-1、10.664Gb/s周期的伪随机数位列(PRBS)，调制形式设定为Non-return to zero(NRZ)。位被翻转了的数据向两个调制器52、53输送，在偶数波道侧的信号线上插入有可变延迟线54，其能调节从两个调制器52、53输出的光信号的位间隙(ビツトスロツト)相对关系。为了使这些位图形相互无关，把连接用于使两者合波的偏振波保持型3dB耦合器55和调制器52、53的光纤的长度改变2m左右。在此，之所以使用偏振波保持型的3dB耦合器55，是为了使WDM波道之间的非线性相互作用有效发生的缘故。

通过3dB耦合器55而汇总成一个的40波道的WDM信号，通过放大器EDFA56而被增幅，然后顺次通过光可变衰减器(VOA)57和SMF(standard single-mode fiber)58，向喇曼放大器40输入。向喇曼放大器40输入的信号功率，被该VOA57调节。设置在喇曼放大器40跟前的SMF58被设置成把由喇曼放大用光纤41中的累积色散抵消那样的长度。该喇曼放大用光纤41，其具有与本发明喇曼放大用光纤1、2的任一个相同的特性，并且是喇曼放大器40的放大媒体。通过这种设定，来自各调制器52、53的WDM信号，在喇曼放大用光纤41中在光信号功率最大的放大器输出侧，分别在时间上同步。即，第21号波道近旁的邻接波道(从第14号波道到第20号波道和从第22号波道到第28号波道)，在相同时间把0、1进行切换。其结果是，第21号波道接受的XPM是从这些波道接受的非线性效果相加的结果，对于第21号波道能作出最坏的状态。

可变延迟线54，其把从调制器52输出的光信号与从调制器53输出的光信号的位间隙在时间上的偏移，在放大器EDFA56的输出端设定为约1/2位。通过发明者的基础讨论结果判断，这时的第21号波道的系统特性恶化是最大的。因此，该设定能在所有的评价中使用。用于补偿喇曼放大用光纤41色散的SMF58，如上所述是配置在喇曼放大器40的前面。因此，该光信号的时间偏移在喇曼放大器40的输出端也是同样的。

下面说明在上述评价中使用的喇曼放大器40。图14是模式表示喇曼放大器40一结构例的方块图。如图14所示，喇曼放大器40具有后方激励的结构。具体说就是，喇曼放大器40具备：上述的喇曼放大用光纤41、中心波长1485nm的法布里珀罗型半导体激光器42、43和光零件44、45。这时，喇曼放大器40是把对法布里珀罗型半导体激光器42、43进行偏振波合成的装置作为激励光源使用的。该激励光源向喇曼放大用光纤41射入的激励光的功率在所有的实验中都被固定在410mW上。

光零件44、45，其具备分离器和WDM耦合器等，并且分别配置在喇曼放大用光纤41的前段和后段上。该光零件44、45的损失分别是0.7dB和0.85dB。图15是表示通过WDM传送实验系统703进行评价的喇曼放大器40增益特性一例的图。在此使用的喇曼放大用光纤41的增益效率通过波长1450nm激励约为6.3[(W×km)^-1]。喇曼放大用光纤41的光纤长度2km、波长1450nm的损失约为0.85dB/km。如图15所示，喇曼放大器40在第21号波道附近的增益最大。这时，频带整体的增益平坦度大到4～5dB，但在中央附近的20波道左右中，其平坦度被收缩到1dB以内。

在此，返回到图13所示的WDM传送实验系统703的说明中。从评价对象喇曼放大器40输出的WDM信号，通过用于把XPM的相位噪声变换成强度噪声的SMF59，然后向使用了光前置放大器的接收机30输入。在此把SMF59的距离设定为是50km。这是考虑到下面两点的结果，即，在SMF59的距离短而附加的色散过小的情况下，不能把相位噪声充分变换成强度噪声，非线性效果的补偿观测变难的点；SMF59的距离过长时，色散的补偿过大，不能达到作为评价基准的BER＝10^-9的点。

为了一边把SMF59的非线性效果抑制得尽量小，一边把向接收机30输入的OSNR尽量地保持高，在SMF59的中间设置了串联EDFA60。在此，由于把向被分割成二的SMF59输入的功率设定为各自小于或等于-10dBm/ch，所以SMF59产生的非线性效果可以说小到了不能观测的程度。

下面说明所述WDM传送实验系统703的接收机30。图16是模式表示接收机30一结构例的方块图。如图16所示，接收机30具备：带通滤波器31、光前置放大器32、PIN发光二极管33和时钟脉冲提取电路34。这时，向接收机30输入的光信号首先顺次通过用于选择第21号波道的带通滤波器31和光前置放大器32，然后，向用于把光信号波形进行电变换的PIN发光二极管33和时钟脉冲提取电路34输入。接收机30使用该PIN发光二极管33和时钟脉冲提取电路34的输出，来检测位错误比率(BER)。光前置放大器32是前段和后段的两段结构，把向该前段输入的功率作为接收功率来定义。为了把在该前段产生的ASE去除掉而在光前置放大器32的中段插入了带通滤波器。

使用以上说明的WDM传送实验系统703，为了得到10^-9的BER，把需要的接收功率(接收灵敏度)作为系统特性的评价基准，一边变化喇曼放大器40的输出和喇曼放大用光纤41的种类，一边调查接收灵敏度的恶化情况。具体说就是，使用波长色散不同的多个喇曼放大用光纤，分别对有XPM影响的情况和没有XPM影响的情况下，调查每个喇曼放大用光纤的放大器输出功率与接收灵敏度的关系。所述的系统特性恶化，就是以调查的该接收灵敏度恶化的结果为基础进行评价的。

图17是例示本发明喇曼放大用光纤的色散与由XPM引起的系统特性恶化关系的图。在该系统特性恶化的评价中，使用2km左右波长色散不同的三种喇曼放大用光纤801、806、809(具有图11所示的各种特性)，分别对有XPM影响的情况(使用40波道的全部)和没有XPM影响的情况(不使用几个邻接的波道)下，调查该每个喇曼放大用光纤的放大器输出功率与接收灵敏度的关系。在该评价中把激励功率设定为是一定的。因此，喇曼放大器的输出调整，是通过光信号对喇曼放大器的输入功率调整来进行的。

如图17所示，该接收灵敏度，其基本上是：在有XPM影响的情况下，其随着喇曼放大器输出功率的上升而恶化，在没有XPM影响的情况下，其随着喇曼放大器输出功率的上升一下子提高，然后则开始恶化。从图17了解到，喇曼放大用光纤801、806、809的波长色散绝对值越大，则由XPM引起的接收灵敏度的恶化就越小。因此，在使用把所述喇曼放大用光纤41作为放大媒体的喇曼放大器40的光通信系统中，通过把该喇曼放大用光纤41的波长色散绝对值进一步增大，就能抑制由该XPM引起的接收灵敏度的恶化。

为了消除XPM的影响而减去的邻接波道的数目，根据发明者基础讨论的结果来判断，其每个光纤是不同的。这时，该邻接波道的数目越是波长色散的绝对值大而XPM的影响小的光纤，其越少。在上述系统特性恶化的评价中使用的三种喇曼放大用光纤(参照图17)中，喇曼放大用光纤806、809被看作其波长色散以外的特性大致相同。而喇曼放大用光纤801，由于通过增大波长色散的绝对值而使有效芯断面积A_eff变大，所以与其他的喇曼放大用光纤806、809相比，其喇曼增益效率(g_R/A_eff，R)和非线性系数(n₂/A_eff，s)稍微变小。

在这样评价系统特性时，WDM传送实验系统703把喇曼放大用光纤内的XPM设定为最大地来设定各种条件。但在光信号功率最大的喇曼放大器的输出端，多个邻接波道的导通、截止是同步的状况是非常不自然的。该多个邻接波道需要至少使各个位值相互无关。因此，适当调整配置在喇曼放大器40前段的SMF58的长度，这样，使离开100GHz的邻接波道之间在喇曼放大器40的输出端，在时间上恰好偏移2位。通过这种结构，使作用在第21号波道的多个邻接波道的位间隙在喇曼放大器40的输出端聚齐的同时，各波道所具有的数据能随机地进行。通过使用采用了该结构的WDM传送实验系统703，能进行在实用的光通信系统中能发生的现实的且是最差条件下的试验。为了容易比较特性，向WDM传送实验系统703最后附加的SMF59的长度，要调整成使WDM传送实验系统703整体系统的总色散保持一定。

图18是说明使邻接波道之间的数据相互无关时的由XPM引起的系统特性恶化的图。图18中，作为该系统特性恶化的评价结果，表示了按照上述的试验方法对喇曼放大用光纤806、809进行评价的结果。

在此，10.664Gb/s的位周期是93.8ps，相当于1587nm的100GHz频率差的波长差是约0.84nm。作为喇曼放大用光纤41而使用喇曼放大用光纤809时，其总色散是-42ps/nm，作为喇曼放大用光纤41而使用喇曼放大用光纤806时，其总色散是-87ps/nm。因此，在使用喇曼放大用光纤809时，把265ps/nm的SMF58配置在喇曼放大器40的前段，在使用喇曼放大用光纤806时，把310ps/nm的SMF58配置在喇曼放大器40的前段。这样，在喇曼放大器40输出端的累积色散是223ps/nm。这相当于波长每偏移0.84nm就产生93.8ps两倍的延迟。

如图18所示，对应于-6dBm/ch放大器输出功率的接收灵敏度，在使用喇曼放大用光纤809的情况下，是与对应于+3dBm/ch放大器输出功率的接收灵敏度大致相同的，在使用喇曼放大用光纤806的情况下，是与对应于+6dBm/ch放大器输出功率的接收灵敏度大致相同的。即，在使用喇曼放大用光纤809的情况下，该+3dBm/ch程度(在放大用光纤输出中是+3.85dBm/ch)的放大器输出功率，是把由XPM引起的系统特性恶化，即，接收灵敏度恶化能抑制到与仅由波长色散引起的接收灵敏度恶化相同或小于或等于它的放大器输出功率的上限。在使用喇曼放大用光纤806的情况下，该+6dBm/ch程度(在放大用光纤输出中是+6.85dBm/ch)的放大器输出功率，是把由XPM引起的接收灵敏度恶化能抑制到与仅由波长色散引起的接收灵敏度恶化相同或小于或等于它的放大器输出功率的上限。

一般地可以说，XPM的效果与信号光的功率成比例地增大，而作用长度近似地与光纤色散和WDM信号波长间隔的积成反比。根据该原理来分析图18所示的结果。把由放大器光信号引起的系统特性恶化能抑制到小于或等于仅由波长色散引起的接收灵敏度恶化的XPM的上限值，假定设定为是X，则该XPM的上限值X，通过使用喇曼放大用光纤的输出功率P[mW]、喇曼放大用光纤的波长色散值D[ps/nm/km]和WDM信号的波长间隔S[nm]而由下式(6)表示。

[公式3]

$X=k\&times;\frac{P\left[\mathrm{mW}\right]}{D\&times;S[\mathrm{ps}/\mathrm{km}]}=k\&times;\frac{{10}^{0.385}\left[\mathrm{mW}\right]}{-21.0\&times;0.84[\mathrm{ps}/\mathrm{km}]}=k\&times;\frac{{10}^{0.685}\left[\mathrm{mW}\right]}{-43.3\&times;0.84[\mathrm{ps}/\mathrm{km}]}---\left(6\right)$

该式(6)中所示的k，是比例系数。

在此，通过式(6)，喇曼放大用光纤所要求的波长色散值的上限值Dmax，是由系统的条件即喇曼放大用光纤的输出功率P和WDM信号的波长间隔S来决定的，分别使用上述喇曼放大用光纤809、806的各结果，其能用下式(7)、(8)来表示。

Dmax＝-7.27×P/S    (7)

Dmax＝-7.51×P/S    (8)

式(7)的上限值Dmax使用喇曼放大用光纤809的结果时的波长色散值的上限值，式(8)的上限值Dmax使用喇曼放大用光纤806的结果时的波长色散值的上限值。

该式(7)的上限值Dmax和式(8)的上限值Dmax，由于其误差是3％左右，所以可以说大致是一致的。因此，本发明使用这两者的平均值，通过下式(9)来定义喇曼放大用光纤所要求的波长色散值的上限值Dmax。

Dmax＝-7.39×P/S    (9)

通过使用该式(9)，即使怎样地组合输出功率P和波长间隔S，也能导出该喇曼放大用光纤(例如喇曼放大器4的放大媒体即喇曼放大用光纤41)所要求的波长色散值的上限值Dmax。但在通常的系统设计中，一般地是喇曼放大器的放大器输出功率比+3dBm/ch大，而WDM的信号间隔是100GHz。因此，在通常的系统设计中，即使波长色散值D大于或等于-20ps/nm/km，也几乎是不容许的。因此，在通常的系统设计中，对于在喇曼放大用光纤801～809等中例示的喇曼放大用光纤2，就要求其波长1550nm的波长色散值小于或等于-20ps/nm/km。

本实施例的叙述，表示的是本发明的喇曼放大用光纤、光纤线圈、喇曼放大器和光通信系统的一例，并不被其所限定。关于本实施例的喇曼放大用光纤1、2，光纤线圈110、115、130，喇曼放大器10、20、25，光通信系统700、701、702的细部结构和详细动作等，在不脱离本发明主旨的范围内可以适当进行变更。

如上，本发明的喇曼放大用光纤、光纤线圈、喇曼放大器和光通信系统，在信号光的喇曼放大中是有用的，其特别适用于一边抑制由非线性效果引起的系统特性恶化，一边提高放大效率来进行喇曼放大。

Claims (21)

1、一种喇曼放大用光纤，其是通过供给激励光而把信号光进行喇曼放大，其特征在于，具有下面(1)～(5)所述的所有特性，

(1)波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km；

(2)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1；

(3)波长1550nm的非线性系数小于或等于5.0×10^-9W^-1；

(4)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀；

(5)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

2、如权利要求1所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km。

3、如权利要求1或2所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，波长1550nm的φ20mm弯曲损失小于或等于0.1dB/m。

4、如权利要求1或2所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，零色散波长λ₀是在小于或等于1350nm或大于或等于1675nm的范围内。

5、如权利要求1或2所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，截止波长λ_C小于或等于1350nm。

6、如权利要求1或2所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，玻璃部的外径小于或等于100μm。

7、如权利要求1或2所述的喇曼放大用光纤，其特征在于，包覆部的外径小于或等于150μm。

8、一种光纤线圈，其特征在于，把权利要求1～7任一项所述的喇曼放大用光纤卷绕在骨架上。

9、如权利要求8所述的光纤线圈，其特征在于，在两端连接有在1.3μm带具有零色散波长的单模光纤。

10、一种喇曼放大器，其特征在于，其是把从输入部输入的信号光进行喇曼放大并从输出部输出的喇曼放大器，

其包括：

权利要求1～7中任一项所述的喇曼放大用光纤，其设置在所述输入部与所述输出部之间的至少一部分上；

激励光供给装置，其把所述喇曼放大用的激励光向所述喇曼放大用光纤中供给。

11、如权利要求10所述的喇曼放大器，其特征在于，在所述输入部和所述输出部之间的至少一部分上设置所述喇曼放大用光纤以外的光纤。

12、如权利要求11所述的喇曼放大器，其特征在于，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是设置在所述喇曼放大用光纤与所述输出部之间的至少一部分上。

13、如权利要求11或12所述的喇曼放大器，其特征在于，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是色散补偿光纤。

14、如权利要求11或12所述的喇曼放大器，其特征在于，所述喇曼放大用光纤以外的光纤是正色散光纤。

15、一种光通信系统，其特征在于，具备权利要求10～14中任一项所述喇曼放大器，其在传送信号光的同时，通过所述喇曼放大器把该信号光进行喇曼放大。

16、一种光通信系统，其特征在于，具备所述喇曼放大器，其包括：喇曼放大用光纤和激励光供给装置，所述喇曼放大用光纤设置在把从输入部输入的信号光进行喇曼放大并从输出部输出的喇曼放大器的所述输入部与所述输出部之间的至少一部分上，并具有下面(6)～(9)所述的所有特性；所述激励光供给装置，其把所述喇曼放大用的激励光向该喇曼放大用光纤中供给，在传送信号光的同时，通过所述喇曼放大器把该信号光进行喇曼放大，

(6)在喇曼放大用光纤输出端的信号功率是Pout[mW/ch]、光波长多重信号的邻接信号波长间隔是S[nm]时，信号光波长的波长色散值小于或等于-7.39*Pout/S[ps/nm/km]；

(7)1450nm激励光引起的喇曼增益效率大于或等于5(W×km)^-1；

(8)在信号光波长和激励光波长中没有零色散波长λ₀；

(9)截止波长λ_C小于或等于激励光波长。

17、如权利要求16所述的光通信系统，其特征在于，所述喇曼放大用光纤的波长1550nm的波长色散值小于或等于-20ps/nm/km。

18、如权利要求16所述的光通信系统，其特征在于，所述喇曼放大用光纤的波长1550nm的波长色散值大于或等于-70ps/nm/km且小于或等于-30ps/nm/km。

19、如权利要求16～18任一项所述的光通信系统，其特征在于，所述喇曼放大用光纤的波长1550nm的色散斜率绝对值小于或等于0.05ps/nm²/km。

20、如权利要求15或16所述的光通信系统，其特征在于，其所述信号光的波长存在于1460nm～1530nm、1530hm～1565nm、1565nm～1625nm、1625nm～1675nm这四个波长频带中的至少一个波长频带区域内。

21、如权利要求15或16所述的光通信系统，其特征在于，其所述信号光的波长存在于1460nm～1530nm、1530nm～1565nm、1565nm～1625nm、1625nm～1675nm这四个波长频带中的至少二个相邻的波长频带区域内。

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