JP2001343673A - 四波混合効果が削減されたラマン増幅光システム - Google Patents
四波混合効果が削減されたラマン増幅光システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ラマン増幅光伝送システムにおいて、変調の
不安定性および四波混合の効果を回避すること。 【解決手段】 ラマン増幅光通信システムにおいて使用
する伝送ファイバは、増幅領域における変調の不安定性
および四波混合を制限する特定の特性を示すように構成
されており、それによって伝送システムに存在する雑音
構成要素を削減する。
不安定性および四波混合の効果を回避すること。 【解決手段】 ラマン増幅光通信システムにおいて使用
する伝送ファイバは、増幅領域における変調の不安定性
および四波混合を制限する特定の特性を示すように構成
されており、それによって伝送システムに存在する雑音
構成要素を削減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラマン増幅光シス
テムに関し、特に、変調の不安定性と四波混合効果の存
在を削減するために所定の分散特性を有する、伝送ファ
イバの利用に関する。
テムに関し、特に、変調の不安定性と四波混合効果の存
在を削減するために所定の分散特性を有する、伝送ファ
イバの利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラマン増幅という主題は文献においては
よく知られている。誘導ラマン増幅は、１つまたは複数
の光信号を搬送している光ファイバ内に強いポンプ波を
送り込む、非線形の光学的工程である。石英ガラス・フ
ァイバにおいては、ポンプ波長が、１５００ｎｍの周辺
にある信号波長よりも約１００ｎｍ短い場合に、ポンプ
は誘導ラマン散乱を介して信号を増幅するであろう。増
幅が伝送ファイバ自体で発生するようになされている場
合には、増幅器は「分散」増幅器と呼ばれる。ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．９、１９
９７、２６２ページに掲載の記事である、Ｐ．Ｂ．Ｈａ
ｎｓｅｎ他による著の「Capacity upgrades of transmi
ssion systems by Raman amplification」において説明
されているように、かかる分散増幅は通信システムのパ
フォーマンスを改善することが分かっている。たとえ
ば、情報信号に対して逆伝搬する方向で、ファイバの一
端にポンプ波が送り込まれる場合には、この信号は、そ
の信号対雑音比が容認できないレベルに低下する前に増
幅されるであろう。かかる増幅器のパフォーマンスは、
その効果的または効果的であるに等しい雑音指数および
そのオン／オフ利得で表されることが多い。効果的な雑
音指数は、分散ラマン増幅器と同じ雑音パフォーマンス
を達成するために、同等な後増幅器が有するであろう雑
音指数として定義される（たとえば、Rayleigh scatter
ing limitations in distributed Raman pre-amplifier
s）、Ｐ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ他による著、ＩＥＥＥ Ｐ
ｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１０、１９９
８、１５９ページ参照）。実験的には、逆伝搬ラマン増
幅を利用してスパンの雑音指数を計測し、次にそのスパ
ンの受動損を差し引く（デシベルで）ことにより求める
ことができる。分散ラマン増幅器のオン／オフ利得は、
ラマン・ポンプが「オン」である出力信号強度と、ラマ
ン・ポンプが「オフ」である出力信号強度との差（デシ
ベルでの）として定義される。
よく知られている。誘導ラマン増幅は、１つまたは複数
の光信号を搬送している光ファイバ内に強いポンプ波を
送り込む、非線形の光学的工程である。石英ガラス・フ
ァイバにおいては、ポンプ波長が、１５００ｎｍの周辺
にある信号波長よりも約１００ｎｍ短い場合に、ポンプ
は誘導ラマン散乱を介して信号を増幅するであろう。増
幅が伝送ファイバ自体で発生するようになされている場
合には、増幅器は「分散」増幅器と呼ばれる。ＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．９、１９
９７、２６２ページに掲載の記事である、Ｐ．Ｂ．Ｈａ
ｎｓｅｎ他による著の「Capacity upgrades of transmi
ssion systems by Raman amplification」において説明
されているように、かかる分散増幅は通信システムのパ
フォーマンスを改善することが分かっている。たとえ
ば、情報信号に対して逆伝搬する方向で、ファイバの一
端にポンプ波が送り込まれる場合には、この信号は、そ
の信号対雑音比が容認できないレベルに低下する前に増
幅されるであろう。かかる増幅器のパフォーマンスは、
その効果的または効果的であるに等しい雑音指数および
そのオン／オフ利得で表されることが多い。効果的な雑
音指数は、分散ラマン増幅器と同じ雑音パフォーマンス
を達成するために、同等な後増幅器が有するであろう雑
音指数として定義される（たとえば、Rayleigh scatter
ing limitations in distributed Raman pre-amplifier
s）、Ｐ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ他による著、ＩＥＥＥ Ｐ
ｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１０、１９９
８、１５９ページ参照）。実験的には、逆伝搬ラマン増
幅を利用してスパンの雑音指数を計測し、次にそのスパ
ンの受動損を差し引く（デシベルで）ことにより求める
ことができる。分散ラマン増幅器のオン／オフ利得は、
ラマン・ポンプが「オン」である出力信号強度と、ラマ
ン・ポンプが「オフ」である出力信号強度との差（デシ
ベルでの）として定義される。
【０００３】群速度および群速度分散の概念は、光ファ
イバの分野においてよく知られている。群速度は、光パ
ルスが伝わる速度として定義され、一方、群速度分散は
波長の関数としての群速度の変化として定義される。群
速度分散Ｄは、ｐｓ／ｎｍ−ｋｍで表されることが多
い。したがって、これらの点から、光が光導波管（光フ
ァイバなど）内を伝わっている場合には、群速度分散
は、導波管が製造される材料だけではなく、光を導くの
に用いられるインデックス構造の特定の設計にも左右さ
れる。導波管分散として知られる後者の寄与は、光ファ
イバの分散特性を大幅に変更するために用いることがで
きる。この点に関する完全な説明は、Fiber-Optic Comm
unication System, Agrawal, John Wiley & Sons, In
c.、１９９２、第２章に記載されている。
イバの分野においてよく知られている。群速度は、光パ
ルスが伝わる速度として定義され、一方、群速度分散は
波長の関数としての群速度の変化として定義される。群
速度分散Ｄは、ｐｓ／ｎｍ−ｋｍで表されることが多
い。したがって、これらの点から、光が光導波管（光フ
ァイバなど）内を伝わっている場合には、群速度分散
は、導波管が製造される材料だけではなく、光を導くの
に用いられるインデックス構造の特定の設計にも左右さ
れる。導波管分散として知られる後者の寄与は、光ファ
イバの分散特性を大幅に変更するために用いることがで
きる。この点に関する完全な説明は、Fiber-Optic Comm
unication System, Agrawal, John Wiley & Sons, In
c.、１９９２、第２章に記載されている。
【０００４】光ファイバの分散特性は、そのゼロ分散波
長（ＺＤＷ）（群速度分散がゼロである波長）とその分
散勾配（波長の関数としての群速度分散の変化）とによ
って表されることが多い。たとえば、標準的な単モード
光ファイバ（ＳＳＭＦ）は、石英ガラスの材料分散が殆
どを占める分散を有するので、約１３００ｎｍのＺＤＷ
と、０．０７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を有する。
長（ＺＤＷ）（群速度分散がゼロである波長）とその分
散勾配（波長の関数としての群速度分散の変化）とによ
って表されることが多い。たとえば、標準的な単モード
光ファイバ（ＳＳＭＦ）は、石英ガラスの材料分散が殆
どを占める分散を有するので、約１３００ｎｍのＺＤＷ
と、０．０７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を有する。
【０００５】群速度分散の効果は、光通信システム、特
にラマン増幅を採用している光通信システムのパフォー
マンスに有害になり得る。たとえば、オン／オフ・キー
イングを採用している通信システムにおいては、群速度
分散はパルスを拡げる場合があり、パルスをその隣接す
るビット・スロットに拡張して、それによって伝送され
た情報信号に誤りを導入する場合がある。この効果は、
通信システム全体に、定期的に設けられる分散補償装置
を含めることにより改善できる（ただし、追加費用をか
けて）が、伝送ファイバの分散を１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
未満に維持することが有利である。
にラマン増幅を採用している光通信システムのパフォー
マンスに有害になり得る。たとえば、オン／オフ・キー
イングを採用している通信システムにおいては、群速度
分散はパルスを拡げる場合があり、パルスをその隣接す
るビット・スロットに拡張して、それによって伝送され
た情報信号に誤りを導入する場合がある。この効果は、
通信システム全体に、定期的に設けられる分散補償装置
を含めることにより改善できる（ただし、追加費用をか
けて）が、伝送ファイバの分散を１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
未満に維持することが有利である。
【０００６】制御しなければならない光伝送システムに
おける光ファイバの別の特性は、信号波長での実効面積
である（「実効面積」の詳しい説明は、Nonlinear Fibe
r Optics, Agrawal, Academic Press, 1995, second ed
ition, pg. 43, Eq. 2.3.29を参照）。実効面積が増大
すると、ファイバの分散ラマン増幅の効率が低下する。
しかし、ファイバの実効面積が小さすぎると、他の非線
形の光効果が大きくなり、光伝送システムのパフォーマ
ンスを低下させる。したがって、伝送ファイバは、分散
ラマン増幅の効率と、他の非線形効果によるシステムの
低質化とを均衡させる有効な面積を有していなければな
らない。
おける光ファイバの別の特性は、信号波長での実効面積
である（「実効面積」の詳しい説明は、Nonlinear Fibe
r Optics, Agrawal, Academic Press, 1995, second ed
ition, pg. 43, Eq. 2.3.29を参照）。実効面積が増大
すると、ファイバの分散ラマン増幅の効率が低下する。
しかし、ファイバの実効面積が小さすぎると、他の非線
形の光効果が大きくなり、光伝送システムのパフォーマ
ンスを低下させる。したがって、伝送ファイバは、分散
ラマン増幅の効率と、他の非線形効果によるシステムの
低質化とを均衡させる有効な面積を有していなければな
らない。
【０００７】１９９０年代の始めに、単一の光ファイバ
内での多数の波長での情報の伝送に関して実験が行われ
た。「四波混合」（ＦＷＭ）として知られる（当該技術
分野においては、四光子混合とも呼ばれる）非線形の光
相互作用が、通信システムのパフォーマンスを制限し得
ることが分かった。ＦＷＭにおいては、νi、νjおよび
νk（νk≠νi，νj）で示された３つの周波数が、ファ
イバの非線形性を介して相互作用し、新たな周波数ν
ijk＝νi＋νj−νkを生成する。ラマン増幅されたシス
テムは信号波長で伝搬する情報信号を利用し、異なった
ポンプ波長で、強いポンプ信号（多重モード・ポンプ・
レーザまたはいくつかの単一モードのポンプ・レーザか
らなる）を分離するので、ＦＷＭが発生する。四波混合
の概念は文献においてはよく知られており、参考文献Op
tical Fiber Communications, IIIA, Kaminow and Koc
h, Academic Press, San Diego, 1997,第８章において
詳細に説明されている。四波混合の強さは、混合波長で
ファイバ分散を高めることにより、大幅に低下できるこ
とが知られている。非零分散移動ファイバ（ＮＺ−ＤＳ
Ｆ）として知られており、Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ
他に付与された米国特許第５，３２７，５１６号におい
て開示された、新たな等級の光ファイバは、ファイバの
ＺＤＷを１５５０ｎｍから離して若干高いか低い波長に
移動させ、それによって、それらの波長で少量の分散を
付加する。しかし、ＮＺ−ＤＳＦの現在のタイプは、１
４８０〜１５１０ｍの波長範囲で分散ゼロを有する。
内での多数の波長での情報の伝送に関して実験が行われ
た。「四波混合」（ＦＷＭ）として知られる（当該技術
分野においては、四光子混合とも呼ばれる）非線形の光
相互作用が、通信システムのパフォーマンスを制限し得
ることが分かった。ＦＷＭにおいては、νi、νjおよび
νk（νk≠νi，νj）で示された３つの周波数が、ファ
イバの非線形性を介して相互作用し、新たな周波数ν
ijk＝νi＋νj−νkを生成する。ラマン増幅されたシス
テムは信号波長で伝搬する情報信号を利用し、異なった
ポンプ波長で、強いポンプ信号（多重モード・ポンプ・
レーザまたはいくつかの単一モードのポンプ・レーザか
らなる）を分離するので、ＦＷＭが発生する。四波混合
の概念は文献においてはよく知られており、参考文献Op
tical Fiber Communications, IIIA, Kaminow and Koc
h, Academic Press, San Diego, 1997,第８章において
詳細に説明されている。四波混合の強さは、混合波長で
ファイバ分散を高めることにより、大幅に低下できるこ
とが知られている。非零分散移動ファイバ（ＮＺ−ＤＳ
Ｆ）として知られており、Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ
他に付与された米国特許第５，３２７，５１６号におい
て開示された、新たな等級の光ファイバは、ファイバの
ＺＤＷを１５５０ｎｍから離して若干高いか低い波長に
移動させ、それによって、それらの波長で少量の分散を
付加する。しかし、ＮＺ−ＤＳＦの現在のタイプは、１
４８０〜１５１０ｍの波長範囲で分散ゼロを有する。
【０００８】先行技術においてよく知られている別の非
線形の光学的工程は、変調の不安定性である。この非線
形の光学的工程において、非線形の屈折指数は、この工
程がなければ位相不整合化されてしまったであろう、四
波混合工程を位相整合する役割を果たす。その結果は、
小さい正の値の群速度分散（Ｄ）に関する送り込まれた
波長の周囲の側波帯の生成であり、ここで、側波帯の周
波数オフセットは分散の減少と共に増加する。
線形の光学的工程は、変調の不安定性である。この非線
形の光学的工程において、非線形の屈折指数は、この工
程がなければ位相不整合化されてしまったであろう、四
波混合工程を位相整合する役割を果たす。その結果は、
小さい正の値の群速度分散（Ｄ）に関する送り込まれた
波長の周囲の側波帯の生成であり、ここで、側波帯の周
波数オフセットは分散の減少と共に増加する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】将来のシステムにおい
ては、比較的高い強度のラマン源ならびに多数のラマン
・ポンプ源を使用することが望ましいので、ラマン増幅
光伝送システムにおいて、変調の不安定性および四波混
合の効果を回避する装置を開発する必要がある。
ては、比較的高い強度のラマン源ならびに多数のラマン
・ポンプ源を使用することが望ましいので、ラマン増幅
光伝送システムにおいて、変調の不安定性および四波混
合の効果を回避する装置を開発する必要がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】先行技術に欠けている点
は本発明によって解決される。本発明は、ラマン増幅光
システムに関し、特に、変調の不安定性および四波混合
効果の存在を削減するために、所定の分散特性を有する
伝送ファイバを用いたラマン増幅光システムに関する。
は本発明によって解決される。本発明は、ラマン増幅光
システムに関し、特に、変調の不安定性および四波混合
効果の存在を削減するために、所定の分散特性を有する
伝送ファイバを用いたラマン増幅光システムに関する。
【００１１】本発明によれば、ラマン増幅光システム
は、上記の効果を制限するために、予め決定されたセッ
トの制約によって定められた伝送ファイバを含むように
形成されている。特に、本発明の伝送ファイバは、信号
波長で、１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の大きさの分散も示
しながら、あらゆる所望のポンプ波長で、正ではない分
散または＋１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きい分散の
何れかを示すことにより、変調の不安定性を制限するよ
うに設計されている。分散（Ｄ）をこれらの領域に留ま
るように慎重に制御することにより、ポンプによって生
成されたあらゆる連続帯（すなわち、側波帯）は、比較
的狭く、大きいラマン増幅の領域から離れたままになる
ことが分かった。そのため、この連続帯と関連づけられ
たあらゆる雑音構成要素は最小になる。
は、上記の効果を制限するために、予め決定されたセッ
トの制約によって定められた伝送ファイバを含むように
形成されている。特に、本発明の伝送ファイバは、信号
波長で、１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満の大きさの分散も示
しながら、あらゆる所望のポンプ波長で、正ではない分
散または＋１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きい分散の
何れかを示すことにより、変調の不安定性を制限するよ
うに設計されている。分散（Ｄ）をこれらの領域に留ま
るように慎重に制御することにより、ポンプによって生
成されたあらゆる連続帯（すなわち、側波帯）は、比較
的狭く、大きいラマン増幅の領域から離れたままになる
ことが分かった。そのため、この連続帯と関連づけられ
たあらゆる雑音構成要素は最小になる。
【００１２】また、本発明によれば、四波混合（ＦＷ
Ｍ）の存在は、伝送ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ）
が、ポンプ波長と、大きいラマン利得を得ているあらゆ
る信号波長との間の中央値にならないことを確実にする
ことにより削減される。ＺＤＷがこれら２つの波長値の
ほぼ平均であるならば、ファイバの分散は、信号帯域内
の周波数を有するＦＷＭ構成要素の位相整合を許容にし
て、これらのＦＷＭ雑音構成要素が増幅されることを許
容し、伝送信号の品質を低下させることが分かってい
る。
Ｍ）の存在は、伝送ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ）
が、ポンプ波長と、大きいラマン利得を得ているあらゆ
る信号波長との間の中央値にならないことを確実にする
ことにより削減される。ＺＤＷがこれら２つの波長値の
ほぼ平均であるならば、ファイバの分散は、信号帯域内
の周波数を有するＦＷＭ構成要素の位相整合を許容にし
て、これらのＦＷＭ雑音構成要素が増幅されることを許
容し、伝送信号の品質を低下させることが分かってい
る。
【００１３】本発明によって形成されるラマン増幅器伝
送ファイバおよび通信システムの更に別の特性は、以下
の説明の中で、付属の図面を参照することにより明らか
になるであろう。
送ファイバおよび通信システムの更に別の特性は、以下
の説明の中で、付属の図面を参照することにより明らか
になるであろう。
【００１４】
【発明実施の形態】本願は２０００年３月３日出願の暫
定出願第６０／１８６／７９３号の利益を主張する。
定出願第６０／１８６／７９３号の利益を主張する。
【００１５】図１は、伝送ファイバ１４内で分散ラマン
増幅を生成するために、逆伝搬ラマンポンプ源１２を利
用した例示的な通信システム１０を示している。以下で
詳細に説明する特定の条件の下で、ポンプ１２から伝送
ファイバ１４に入る光波（「Ｐ」で示した）の存在は、
最初にポンプと共伝搬し、図１に「Ｉ」で示した入力光
波信号に対して逆伝搬する雑音構成要素を発生させる場
合がある。これらの雑音構成要素は、ポンプ源１２に最
も近い２０ｋｍ以内のファイバにおいて、すなわち、ポ
ンプ源１２からの波Ｐが最も強いときに、顕著に生成さ
れる。これらの雑音構成要素は次に、ファイバ１４の全
長に沿って、レイリー後方散乱により反射される。ま
た、離散的な反射が、伝送路（たとえば、ロータリ・ス
プライス）に沿って、様々な構成要素からのスパンにお
いて生ずる。反射された雑音構成要素はラマン利得によ
って増幅され、光波信号（図１では「Ｏ」で示した）と
共にシステムを出るので、システムのパフォーマンスを
潜在的に低下させる。不要なポンプ・エネルギーが情報
信号源に入ることを防止するために入力アイソレータ１
６を用いることができ、同様に、出力に残された無関係
なポンプの量をできるだけ少なくするために、出力アイ
ソレータ１８を用いることができる。
増幅を生成するために、逆伝搬ラマンポンプ源１２を利
用した例示的な通信システム１０を示している。以下で
詳細に説明する特定の条件の下で、ポンプ１２から伝送
ファイバ１４に入る光波（「Ｐ」で示した）の存在は、
最初にポンプと共伝搬し、図１に「Ｉ」で示した入力光
波信号に対して逆伝搬する雑音構成要素を発生させる場
合がある。これらの雑音構成要素は、ポンプ源１２に最
も近い２０ｋｍ以内のファイバにおいて、すなわち、ポ
ンプ源１２からの波Ｐが最も強いときに、顕著に生成さ
れる。これらの雑音構成要素は次に、ファイバ１４の全
長に沿って、レイリー後方散乱により反射される。ま
た、離散的な反射が、伝送路（たとえば、ロータリ・ス
プライス）に沿って、様々な構成要素からのスパンにお
いて生ずる。反射された雑音構成要素はラマン利得によ
って増幅され、光波信号（図１では「Ｏ」で示した）と
共にシステムを出るので、システムのパフォーマンスを
潜在的に低下させる。不要なポンプ・エネルギーが情報
信号源に入ることを防止するために入力アイソレータ１
６を用いることができ、同様に、出力に残された無関係
なポンプの量をできるだけ少なくするために、出力アイ
ソレータ１８を用いることができる。
【００１６】これらの雑音源を説明するために用いられ
る実験的配置２０を図２に示した。図示したように、広
帯域源２２（ＬＥＤなど）からの出力は、ラマン利得と
雑音指数とをプローブするために、「試験中のファイ
バ」２４の一端に送り込まれる。分散ラマン利得を生成
するために、ファイバ２４の他端から、波長分割マルチ
プレクサ２８を通して、「試験中のファイバ」２４のス
パン内にラマン・ポンプ２６が送り込まれる（１４５０
ｎｍの波長で）。次に、図２に示したように、残存ポン
プ光の光スペクトル、ラマン増幅自然放出（ＡＳＥ）、
および逆伝搬方向でスパンに存在するあらゆる生成雑音
構成要素を計測するために、光タップ２９および第１の
光スペクトル分析器３０が用いられる。（１）広帯域Ｌ
ＥＤ源２２のみが「オン」になっている、（２）広帯域
ＬＥＤ源２２およびラマン・ポンプ２６の両方が「オ
ン」になっている、（３）ラマン・ポンプ２６のみが
「オン」になっているという３つの条件の下で、スパン
の末端に存在する光スペクトルを計測するために、第２
の光スペクトル分析器３２が用いられる。スペクトル分
析器３２によって収集されるこれらの計測値を用いて、
ラマン・オン／オフのスペクトルおよび実効雑音指数ス
ペクトルを計算できる。全ての場合に、実効雑音指数
は、「試験中のファイバ」２４が波長分割マルチプレク
サ２８に接合される点と関連づけられる。一例におい
て、計測値は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピー
ク・ラマン・オン／オフ利得について、２ｄＢの増分で
得られたものである。
る実験的配置２０を図２に示した。図示したように、広
帯域源２２（ＬＥＤなど）からの出力は、ラマン利得と
雑音指数とをプローブするために、「試験中のファイ
バ」２４の一端に送り込まれる。分散ラマン利得を生成
するために、ファイバ２４の他端から、波長分割マルチ
プレクサ２８を通して、「試験中のファイバ」２４のス
パン内にラマン・ポンプ２６が送り込まれる（１４５０
ｎｍの波長で）。次に、図２に示したように、残存ポン
プ光の光スペクトル、ラマン増幅自然放出（ＡＳＥ）、
および逆伝搬方向でスパンに存在するあらゆる生成雑音
構成要素を計測するために、光タップ２９および第１の
光スペクトル分析器３０が用いられる。（１）広帯域Ｌ
ＥＤ源２２のみが「オン」になっている、（２）広帯域
ＬＥＤ源２２およびラマン・ポンプ２６の両方が「オ
ン」になっている、（３）ラマン・ポンプ２６のみが
「オン」になっているという３つの条件の下で、スパン
の末端に存在する光スペクトルを計測するために、第２
の光スペクトル分析器３２が用いられる。スペクトル分
析器３２によって収集されるこれらの計測値を用いて、
ラマン・オン／オフのスペクトルおよび実効雑音指数ス
ペクトルを計算できる。全ての場合に、実効雑音指数
は、「試験中のファイバ」２４が波長分割マルチプレク
サ２８に接合される点と関連づけられる。一例におい
て、計測値は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピー
ク・ラマン・オン／オフ利得について、２ｄＢの増分で
得られたものである。
【００１７】図３〜図５は、図２の試験配置２０におい
て敷設された、８０ｋｍの長さのＴｒｕｅＷａｖｅ Ｍ
ｉｎｕｓ（登録商標）ファイバ上で取られたデータのプ
ロットである。このファイバは、約１６００ｎｍのＺＤ
Ｗおよび０．０８ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示
す。このファイバにおいて、１４５０ｎｍのポンプ波長
での分散はほぼ−１２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図３に
は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピーク利得に関
するオン／オフ・ラマン利得スペクトルを示した。図４
は、光スペクトル分析器３０（図２参照）によって捕ら
えられた残存ポンプ・スペクトルのプロットである。図
示したように、図４における顕著な特徴は、１４５０ｎ
ｍでの残存ポンプおよび１５５０ｎｍ付近で生成された
ラマン利得からのＡＳＥである。様々なラマン利得（光
スペクトル分析器３２によって捕らえられた）に関する
実効雑音指数スペクトルを、図５に示した。図３から図
５の全てにおける曲線は、先行技術を例示するものとみ
なされる。
て敷設された、８０ｋｍの長さのＴｒｕｅＷａｖｅ Ｍ
ｉｎｕｓ（登録商標）ファイバ上で取られたデータのプ
ロットである。このファイバは、約１６００ｎｍのＺＤ
Ｗおよび０．０８ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示
す。このファイバにおいて、１４５０ｎｍのポンプ波長
での分散はほぼ−１２ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図３に
は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピーク利得に関
するオン／オフ・ラマン利得スペクトルを示した。図４
は、光スペクトル分析器３０（図２参照）によって捕ら
えられた残存ポンプ・スペクトルのプロットである。図
示したように、図４における顕著な特徴は、１４５０ｎ
ｍでの残存ポンプおよび１５５０ｎｍ付近で生成された
ラマン利得からのＡＳＥである。様々なラマン利得（光
スペクトル分析器３２によって捕らえられた）に関する
実効雑音指数スペクトルを、図５に示した。図３から図
５の全てにおける曲線は、先行技術を例示するものとみ
なされる。
【００１８】図６から図８は、図２の試験配置２０にお
いて敷設された、８０ｋｍの長さのＴｒｕｅＷａｖｅ
Ｐｌｕｓ（登録商標）ファイバで取られた類似のデータ
のプロットである。ポンプ源２６に最も近い２０ｋｍの
長さのファイバは、約１５００ｎｍの平均ＺＤＷおよび
０．０７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。
このファイバにおいて、ポンプ波長（１４５０ｎｍ）で
の分散はおよそ−３．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図６
は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピーク利得に関
するオン／オフ・ラマン利得スペクトルを示しており、
ここで、これらのスペクトルは、従来の先行技術のファ
イバ・システム（図３参照）のスペクトルと類似であ
る。図７に示したように、図４のスペクトルと比べて、
残存ポンプ・スペクトルにおいて、１５５０ｎｍ付近の
雑音強度に大きな上昇が見られる。この雑音の上昇は、
図５の有効雑音指数スペクトルと比較して、図８にプロ
ットした有効雑音指数スペクトルにおいても明らかに示
されている。この雑音の発生源は、１４５０ｎｍ付近の
ポンプ波長内の四波混合（ＦＷＭ）および１５５０ｎｍ
付近の逆伝搬ラマンＡＳＥであることが分かっている。
これらのＦＷＭ構成要素はラマン利得によって増幅され
て、信号と同じ方向に伝搬するように後方散乱される。
ＦＷＭ雑音は、ポンプ周波数と、大きいラマン利得を得
ているあらゆる周波数との平均である周波数で、伝送フ
ァイバのＺＤＷが発生するときは常に、信号内で発生す
ることが分かっている。これらの条件の下で、伝送ファ
イバの分散は、ＦＷＭ構成要素の成長を位相整合する役
割を果たし、雑音構成要素が重大なレベルにまで増大す
ることを許容する。波長について言えば、これは、ポン
プ波長と大きいラマン利得を得ているあらゆる波長との
平均にほぼ等しいゼロ分散波長に対応する。本発明の教
示を理解するために、この効果を「ＦＷＭ効果」と呼ぶ
ことにする。
いて敷設された、８０ｋｍの長さのＴｒｕｅＷａｖｅ
Ｐｌｕｓ（登録商標）ファイバで取られた類似のデータ
のプロットである。ポンプ源２６に最も近い２０ｋｍの
長さのファイバは、約１５００ｎｍの平均ＺＤＷおよび
０．０７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。
このファイバにおいて、ポンプ波長（１４５０ｎｍ）で
の分散はおよそ−３．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図６
は、１５ｄＢから２５ｄＢの範囲にあるピーク利得に関
するオン／オフ・ラマン利得スペクトルを示しており、
ここで、これらのスペクトルは、従来の先行技術のファ
イバ・システム（図３参照）のスペクトルと類似であ
る。図７に示したように、図４のスペクトルと比べて、
残存ポンプ・スペクトルにおいて、１５５０ｎｍ付近の
雑音強度に大きな上昇が見られる。この雑音の上昇は、
図５の有効雑音指数スペクトルと比較して、図８にプロ
ットした有効雑音指数スペクトルにおいても明らかに示
されている。この雑音の発生源は、１４５０ｎｍ付近の
ポンプ波長内の四波混合（ＦＷＭ）および１５５０ｎｍ
付近の逆伝搬ラマンＡＳＥであることが分かっている。
これらのＦＷＭ構成要素はラマン利得によって増幅され
て、信号と同じ方向に伝搬するように後方散乱される。
ＦＷＭ雑音は、ポンプ周波数と、大きいラマン利得を得
ているあらゆる周波数との平均である周波数で、伝送フ
ァイバのＺＤＷが発生するときは常に、信号内で発生す
ることが分かっている。これらの条件の下で、伝送ファ
イバの分散は、ＦＷＭ構成要素の成長を位相整合する役
割を果たし、雑音構成要素が重大なレベルにまで増大す
ることを許容する。波長について言えば、これは、ポン
プ波長と大きいラマン利得を得ているあらゆる波長との
平均にほぼ等しいゼロ分散波長に対応する。本発明の教
示を理解するために、この効果を「ＦＷＭ効果」と呼ぶ
ことにする。
【００１９】図９から図１１は、８０ｋｍの長さのＴｒ
ｕｅＷａｖｅ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｓｌｏｐｅ（登録商
標）ファイバ上で取られたデータのプロットである。ポ
ンプ源２６に最も近い２０ｋｍの長さのファイバは、約
１４７０ｎｍのＺＤＷおよび０．０４７ｐｓ／ｎｍ2−
ｋｍの分散勾配を示している。このファイバにおいて
は、ポンプ波長での分散はほぼ−１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋ
ｍである。図１０に示したように、「ＦＷＭ効果」は１
４９０ｎｍ付近でいくつかの雑音構成要素を生成する
が、強度レベルは図７の値に比べて大幅に削減される
（遙かに低いラマン利得のために）。ポンプ・スペクト
ルは、おそらくは位相整合がよくないＦＷＭのために、
非常に低い強度レベルで幾分か広がってしまうことに留
意されたい。１５００ｎｍよりも大きい波長について
は、図１０および図１１の何れにおいても、「過度な」
雑音特性は目立っていない。
ｕｅＷａｖｅ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｓｌｏｐｅ（登録商
標）ファイバ上で取られたデータのプロットである。ポ
ンプ源２６に最も近い２０ｋｍの長さのファイバは、約
１４７０ｎｍのＺＤＷおよび０．０４７ｐｓ／ｎｍ2−
ｋｍの分散勾配を示している。このファイバにおいて
は、ポンプ波長での分散はほぼ−１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋ
ｍである。図１０に示したように、「ＦＷＭ効果」は１
４９０ｎｍ付近でいくつかの雑音構成要素を生成する
が、強度レベルは図７の値に比べて大幅に削減される
（遙かに低いラマン利得のために）。ポンプ・スペクト
ルは、おそらくは位相整合がよくないＦＷＭのために、
非常に低い強度レベルで幾分か広がってしまうことに留
意されたい。１５００ｎｍよりも大きい波長について
は、図１０および図１１の何れにおいても、「過度な」
雑音特性は目立っていない。
【００２０】図１２から図１４も、８０ｋｍの長さのＴ
ｒｕｅＷａｖｅ ＲｅｄｕｃｅｄＳｌｏｐｅ（登録商
標）ファイバで取られたデータのプロットであるが、こ
の場合に、ポンプ源２６に最も近い２０ｋｍの長さのフ
ァイバは、約１４２８ｎｍのＺＤＷと０．０４２ｐｓ／
ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。このファイバに
おいて、ポンプ波長での分散は約０．９ｐｓ／ｎｍ−ｋ
ｍである。図示したように、図１３のプロットを図４の
プロットと比較したときに、１４５０ｎｍよりも大きい
波長での残存ポンプ・スペクトルのプロットに大きな相
違がある。１５５０ｎｍでＡＳＥを介してポンプ波長か
ら延びる比較的大きな雑音の連続帯も示されている。１
４６０ｎｍで生成されるピークもあり、ここで、この種
の特徴は変調の不安定性を示している。本発明によれ
ば、図１３に示したように、このポンプ波長で非常に低
い正のＤの値についてこの連続帯が生成されるが、図１
０に示したように、このポンプ波長で非常に低い負のＤ
の値については生成されないとすると、変調の不安定性
は連続帯生成において重要な役割を果たすものと推測さ
れる。この説明のために、この効果を「連続帯効果」と
呼ぶことにする。２３および２５ｄＢのピーク利得につ
いて、１５３０ｎｍ未満の波長でポンプによって生成さ
れる大きい雑音構成要素は、図１２に示したのと同じ条
件の下におけるオン／オフ利得の正確な計測を妨げるこ
とに留意されたい。
ｒｕｅＷａｖｅ ＲｅｄｕｃｅｄＳｌｏｐｅ（登録商
標）ファイバで取られたデータのプロットであるが、こ
の場合に、ポンプ源２６に最も近い２０ｋｍの長さのフ
ァイバは、約１４２８ｎｍのＺＤＷと０．０４２ｐｓ／
ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。このファイバに
おいて、ポンプ波長での分散は約０．９ｐｓ／ｎｍ−ｋ
ｍである。図示したように、図１３のプロットを図４の
プロットと比較したときに、１４５０ｎｍよりも大きい
波長での残存ポンプ・スペクトルのプロットに大きな相
違がある。１５５０ｎｍでＡＳＥを介してポンプ波長か
ら延びる比較的大きな雑音の連続帯も示されている。１
４６０ｎｍで生成されるピークもあり、ここで、この種
の特徴は変調の不安定性を示している。本発明によれ
ば、図１３に示したように、このポンプ波長で非常に低
い正のＤの値についてこの連続帯が生成されるが、図１
０に示したように、このポンプ波長で非常に低い負のＤ
の値については生成されないとすると、変調の不安定性
は連続帯生成において重要な役割を果たすものと推測さ
れる。この説明のために、この効果を「連続帯効果」と
呼ぶことにする。２３および２５ｄＢのピーク利得につ
いて、１５３０ｎｍ未満の波長でポンプによって生成さ
れる大きい雑音構成要素は、図１２に示したのと同じ条
件の下におけるオン／オフ利得の正確な計測を妨げるこ
とに留意されたい。
【００２１】図１５から図１７は７０ｋｍの長さのファ
イバに関連づけられており、ここで、ポンプ源に最も近
い２５ｋｍは、約１４０８ｎｍの平均ＺＤＷおよび０．
３９ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。この
ファイバにおいては、このポンプ波長での分散はほぼ
１．６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図示したように、この
ポンプ波長でのより高い分散により、連続帯生成は、図
１２から図１４に示したレベルから削減されるが、これ
は図４のプロットに比べて図１７において特に顕著であ
る。
イバに関連づけられており、ここで、ポンプ源に最も近
い２５ｋｍは、約１４０８ｎｍの平均ＺＤＷおよび０．
３９ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。この
ファイバにおいては、このポンプ波長での分散はほぼ
１．６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。図示したように、この
ポンプ波長でのより高い分散により、連続帯生成は、図
１２から図１４に示したレベルから削減されるが、これ
は図４のプロットに比べて図１７において特に顕著であ
る。
【００２２】図１８から図２０は６９ｋｍの長さのファ
イバと関連づけられており、ここで、ポンプ源に最も近
い１５ｋｍは、約１３７６ｎｍの平均ＺＤＷと０．０３
７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。このフ
ァイバにおいては、ポンプ波長での分散はほぼ２．７ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍである。ポンプ波長でのこのより高い分
散によって、連続帯生成は上記の図１５から図１７に示
したレベルから更に削減される。
イバと関連づけられており、ここで、ポンプ源に最も近
い１５ｋｍは、約１３７６ｎｍの平均ＺＤＷと０．０３
７ｐｓ／ｎｍ2−ｋｍの分散勾配を示している。このフ
ァイバにおいては、ポンプ波長での分散はほぼ２．７ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍである。ポンプ波長でのこのより高い分
散によって、連続帯生成は上記の図１５から図１７に示
したレベルから更に削減される。
【００２３】図２１から図２５において、図５の実効雑
音指数曲線（ここで、「ＦＷＭ効果」および「連続帯効
果」は完全にない）と、図８、１１、１４、１７および
２０の実効雑音指数曲線との比較をそれぞれ行う。比較
は、単に図５の値を上記の図における値から引いて、そ
の結果をプロットすることにより行う（ここで、たとえ
ば、図２１は図５および図８においてプロットした値と
の差を表している）。最大の損失は「ＦＷＭ効果」に起
因し得ることが明らかであり、ここで、１４ｄＢのピー
ク損失が２５ｄＢのピーク・オン／オフ利得について図
２１に示されており、実質的な損失（＞１ｄＢ）は１５
ｄＢという低いピーク・オン／オフ利得について観察さ
れる。図２２は、約１４７０ｎｍのＺＤＷのファイバに
おいて、１４５０ｎｍポンプについて１５００ｎｍより
も大きい信号波長では、損失は全く計測され得ないこと
を示している。図２３は、最大のオン／オフ利得につい
て、特に、ポンプ波長に最も近い波長について、「連続
帯効果」によって引き起こされることを示している。図
２４および図２５は、「連続帯効果」から生ずる損失
は、ポンプ波長での分散がより大きい値に高められると
きに削減されることを示している。
音指数曲線（ここで、「ＦＷＭ効果」および「連続帯効
果」は完全にない）と、図８、１１、１４、１７および
２０の実効雑音指数曲線との比較をそれぞれ行う。比較
は、単に図５の値を上記の図における値から引いて、そ
の結果をプロットすることにより行う（ここで、たとえ
ば、図２１は図５および図８においてプロットした値と
の差を表している）。最大の損失は「ＦＷＭ効果」に起
因し得ることが明らかであり、ここで、１４ｄＢのピー
ク損失が２５ｄＢのピーク・オン／オフ利得について図
２１に示されており、実質的な損失（＞１ｄＢ）は１５
ｄＢという低いピーク・オン／オフ利得について観察さ
れる。図２２は、約１４７０ｎｍのＺＤＷのファイバに
おいて、１４５０ｎｍポンプについて１５００ｎｍより
も大きい信号波長では、損失は全く計測され得ないこと
を示している。図２３は、最大のオン／オフ利得につい
て、特に、ポンプ波長に最も近い波長について、「連続
帯効果」によって引き起こされることを示している。図
２４および図２５は、「連続帯効果」から生ずる損失
は、ポンプ波長での分散がより大きい値に高められると
きに削減されることを示している。
【００２４】したがって、これらの発見の全てに基づく
と、変調の不安定性および四波混合と関連づけられた雑
音構成要素の存在を削減するために、本発明に従って伝
送ファイバ特性に関するパラメータ空間を定める。図２
６は、波長（λ）の関数としての群速度分散（Ｄ）で、
このパラメータ空間の定義を示している。本発明の発見
によれば、変調の不安定性の効果は、ファイバ分散Ｄ
を、可能なポンプ波長の範囲において正ではなく、また
は１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きくなるように維持
することにより、伝送システム・ファイバにおいて削減
される。図２６を参照すると、図面において、「可能な
ポンプ波長の範囲」（Ｐ）はλp1〜λp2として示されて
おり、それと関連づけられた回避する分散値は「Ｄ５」
と符号を付した暗い部分で示されている。更に、あらゆ
る信号波長（図２６において範囲λ s1〜λs2で示されて
いる）で、分散Ｄの大きさは、不等式Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍまたはＤ４＜Ｄ＜Ｄ３ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
の何れかを満たす。ここで、これらの限界は、図面にお
いて領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４で示されている。
Ｄ２およびＤ３と示された有限な分散の限界は、上記で
参照したＣｈｒａｐｌｙｖｙ他において教示されている
ように、ＷＤＭシステムにおいて信号波長のＦＷＭを抑
制するために必要である。一般的に、また、上記のよう
な発見によれば、ポンプ波長で分散値が負であれば、変
調の不安定性は生じない。これは、図１３のプロット
（ポンプ波長で比較的低い（０．９）の正の分散を有す
るファイバに関するもの）を、図７および図１０のプロ
ット（ポンプ波長で負の分散を有するファイバに関する
もの）と比較することにより理解できる。代替的に、ポ
ンプ波長でのファイバ分散が正であって１．５ｐｓ／ｎ
ｍ−ｋｍよりも大きければ、最大利得の周波数移動は削
減され、ポンプ生成連続帯の幅を狭める。しかし、信号
波長で過大な分散値を有することには不利点がある。特
に、これらの波長での大きい分散は分散補償を必要と
し、これは高価になり得る。この最後の要因は、ポンプ
波長の範囲における分散を制御することほど重要ではな
いが、システム全体のコスト・パフォーマンスの改善に
つながるであろう。Ｄ４よりも低い（すなわち、更に負
の）分散を有する伝送ファイバは、満足なシステム・パ
フォーマンスのために必要とされるよりも小さい実効面
積を特徴的に有している。
と、変調の不安定性および四波混合と関連づけられた雑
音構成要素の存在を削減するために、本発明に従って伝
送ファイバ特性に関するパラメータ空間を定める。図２
６は、波長（λ）の関数としての群速度分散（Ｄ）で、
このパラメータ空間の定義を示している。本発明の発見
によれば、変調の不安定性の効果は、ファイバ分散Ｄ
を、可能なポンプ波長の範囲において正ではなく、また
は１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きくなるように維持
することにより、伝送システム・ファイバにおいて削減
される。図２６を参照すると、図面において、「可能な
ポンプ波長の範囲」（Ｐ）はλp1〜λp2として示されて
おり、それと関連づけられた回避する分散値は「Ｄ５」
と符号を付した暗い部分で示されている。更に、あらゆ
る信号波長（図２６において範囲λ s1〜λs2で示されて
いる）で、分散Ｄの大きさは、不等式Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍまたはＤ４＜Ｄ＜Ｄ３ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ
の何れかを満たす。ここで、これらの限界は、図面にお
いて領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４で示されている。
Ｄ２およびＤ３と示された有限な分散の限界は、上記で
参照したＣｈｒａｐｌｙｖｙ他において教示されている
ように、ＷＤＭシステムにおいて信号波長のＦＷＭを抑
制するために必要である。一般的に、また、上記のよう
な発見によれば、ポンプ波長で分散値が負であれば、変
調の不安定性は生じない。これは、図１３のプロット
（ポンプ波長で比較的低い（０．９）の正の分散を有す
るファイバに関するもの）を、図７および図１０のプロ
ット（ポンプ波長で負の分散を有するファイバに関する
もの）と比較することにより理解できる。代替的に、ポ
ンプ波長でのファイバ分散が正であって１．５ｐｓ／ｎ
ｍ−ｋｍよりも大きければ、最大利得の周波数移動は削
減され、ポンプ生成連続帯の幅を狭める。しかし、信号
波長で過大な分散値を有することには不利点がある。特
に、これらの波長での大きい分散は分散補償を必要と
し、これは高価になり得る。この最後の要因は、ポンプ
波長の範囲における分散を制御することほど重要ではな
いが、システム全体のコスト・パフォーマンスの改善に
つながるであろう。Ｄ４よりも低い（すなわち、更に負
の）分散を有する伝送ファイバは、満足なシステム・パ
フォーマンスのために必要とされるよりも小さい実効面
積を特徴的に有している。
【００２５】本発明の別の態様によれば、ゼロ分散波長
（ＺＤＷ）がポンプ波長と大きいラマン利得を得る波長
との間の中央値でないことを確実にすることにより、通
信システムにおいて四波混合（ＦＷＭ）は削減される。
以下の関係は、伝送ファイバのゼロ分散周波数（ＺＤ
Ｆ）でこのパラメータ空間を定義しており、ここでＺＤ
Ｆのために回避する周波数の範囲は次の式によって定め
られる。
（ＺＤＷ）がポンプ波長と大きいラマン利得を得る波長
との間の中央値でないことを確実にすることにより、通
信システムにおいて四波混合（ＦＷＭ）は削減される。
以下の関係は、伝送ファイバのゼロ分散周波数（ＺＤ
Ｆ）でこのパラメータ空間を定義しており、ここでＺＤ
Ｆのために回避する周波数の範囲は次の式によって定め
られる。
【数１】 ここで、νmaxは周波数νpの所与の単色ラマンポンプに
関する最大ラマン利得の周波数として定義され、Δν+
は、利得係数が最大利得係数の半分である場合の周波数
（νmaxよりも大きい）とνmaxとの間の差として定義さ
れ、Δν-は、νm axと、利得係数が最大利得係数の半分
である場合の周波数（νmaxよりも小さい）との間の差
として定義される。上記の関係は図２７に図示されてお
り、特に、図２６および図２７において領域を示す文字
「Ｅ」として示されていて、ポンプ波長範囲とファイバ
ＺＤＷのために回避される信号波長範囲との間の特定の
領域を示している。
関する最大ラマン利得の周波数として定義され、Δν+
は、利得係数が最大利得係数の半分である場合の周波数
（νmaxよりも大きい）とνmaxとの間の差として定義さ
れ、Δν-は、νm axと、利得係数が最大利得係数の半分
である場合の周波数（νmaxよりも小さい）との間の差
として定義される。上記の関係は図２７に図示されてお
り、特に、図２６および図２７において領域を示す文字
「Ｅ」として示されていて、ポンプ波長範囲とファイバ
ＺＤＷのために回避される信号波長範囲との間の特定の
領域を示している。
【００２６】この制約は、四波混合の生成物のいずれも
信号波長範囲にはなく、したがって所望の情報信号と共
に増幅を受けることがないことを確実にすることによ
り、ＦＷＭを大幅に削減する。実用上の光ファイバの設
計に関する別の制約は、信号波長での実効面積が、他の
非線形効果を抑制するために十分に大きいままでなけれ
ばならないことである。
信号波長範囲にはなく、したがって所望の情報信号と共
に増幅を受けることがないことを確実にすることによ
り、ＦＷＭを大幅に削減する。実用上の光ファイバの設
計に関する別の制約は、信号波長での実効面積が、他の
非線形効果を抑制するために十分に大きいままでなけれ
ばならないことである。
【００２７】総括すれば、許容可能な分散値およびファ
イバＺＤＷの範囲を制限すること、ならびに最小実効面
積を制限することにより定められるパラメータ空間は、
実施されたときに、変調の不安定性および四波混合から
の雑音寄与が大幅に削減されたことを示すファイバ特性
を定めることにつながる。正の分散勾配（Ｆ１で示し
た）と負の分散勾配（Ｆ２で示した）とを示す異なった
ファイバの例を図２６に示した。このように、ファイバ
Ｆ１またはＦ２の何れかを伝送ファイバとして用いるこ
とにより（または、実際には、定められたパラメータ空
間を満たす他のあらゆるファイバ）、これらの雑音構成
要素はできるだけ小さくできる。
イバＺＤＷの範囲を制限すること、ならびに最小実効面
積を制限することにより定められるパラメータ空間は、
実施されたときに、変調の不安定性および四波混合から
の雑音寄与が大幅に削減されたことを示すファイバ特性
を定めることにつながる。正の分散勾配（Ｆ１で示し
た）と負の分散勾配（Ｆ２で示した）とを示す異なった
ファイバの例を図２６に示した。このように、ファイバ
Ｆ１またはＦ２の何れかを伝送ファイバとして用いるこ
とにより（または、実際には、定められたパラメータ空
間を満たす他のあらゆるファイバ）、これらの雑音構成
要素はできるだけ小さくできる。
【００２８】ポンプおよび情報信号の両方に関する好適
な波長範囲を含む特定の実施形態を説明してきたが、本
発明の主題は本明細書に添付の特許請求の範囲によって
のみ限定されることを理解されたい。更に、信号波長で
の雑音増加の効果は理解されていないので、現在利用可
能な光ファイバはここで権利請求している特性を備えて
おらず、また、権利請求している特性を示すファイバの
製造は困難であると思われることを理解されたい。
な波長範囲を含む特定の実施形態を説明してきたが、本
発明の主題は本明細書に添付の特許請求の範囲によって
のみ限定されることを理解されたい。更に、信号波長で
の雑音増加の効果は理解されていないので、現在利用可
能な光ファイバはここで権利請求している特性を備えて
おらず、また、権利請求している特性を示すファイバの
製造は困難であると思われることを理解されたい。
【図１】逆伝搬ポンプ構造を用いて、分散ラマン増幅通
信システムにおける雑音構成要素の生成を示した略図で
ある。
信システムにおける雑音構成要素の生成を示した略図で
ある。
【図２】各種の送信ファイバ用の分散ラマン増幅器のパ
フォーマンスを評価するために用いられる、実験的配置
の略図である。
フォーマンスを評価するために用いられる、実験的配置
の略図である。
【図３】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」で
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１６００であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１６００であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
【図４】図３の入力ポンプ強度および伝送ファイバの範
囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残存
ポンプ光のプロットである。
囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残存
ポンプ光のプロットである。
【図５】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図３の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図３の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図６】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」で
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１５００であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１５００であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
【図７】図６の入力ポンプ強度および伝送ファイバの範
囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残存
ポンプ光のプロットである。
囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残存
ポンプ光のプロットである。
【図８】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図６の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図６の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図９】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」で
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４７０であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
の出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に対
する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強度
および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４７０であ
る伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測さ
れた、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロットで
ある。
【図１０】図９の入力ポンプ強度および伝送ファイバの
範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残
存ポンプ光のプロットである。
範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、残
存ポンプ光のプロットである。
【図１１】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図９の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図９の配置の
実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図１２】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４２８で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４２８で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
【図１３】図１２の入力ポンプ強度および伝送ファイバ
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
【図１４】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１２の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１２の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図１５】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４０８で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１４０８で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
【図１６】図１５の入力ポンプ強度および伝送ファイバ
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
【図１７】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１５の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１５の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図１８】オン／オフ・ラマン利得が、ポンプ「オン」
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１３７６で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
での出力信号強度のポンプ「オフ」での出力信号強度に
対する比率として定義されている場合の、入力ポンプ強
度および公称平均ゼロ分散波長（ＺＤＷ）が１３７６で
ある伝送ファイバの範囲にわたって、図２の配置で計測
された、オン／オフ・ラマン利得スペクトルのプロット
である。
【図１９】図１８の入力ポンプ強度および伝送ファイバ
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
の範囲にわたって、光スペクトル分析器で計測された、
残存ポンプ光のプロットである。
【図２０】実効雑音指数が計測雑音指数（増幅器が「オ
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１８の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
ン」の状態で）からファイバ自体に起因する受動的指数
を引いた値として定義されている場合の、図１８の配置
の実効雑音指数スペクトルを示した図である。
【図２１】入力ポンプ強度の範囲にわたって、公称平均
ＺＤＷが１５００ｎｍ（図８）および１６００ｎｍ（図
５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数の差
（デシベル）のプロットである。
ＺＤＷが１５００ｎｍ（図８）および１６００ｎｍ（図
５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数の差
（デシベル）のプロットである。
【図２２】入力ポンプ強度の範囲にわたって、公称平均
ＺＤＷが１４７０ｎｍ（図１１）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
ＺＤＷが１４７０ｎｍ（図１１）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
【図２３】入力ポンプ強度の範囲にわたって、公称平均
ＺＤＷが１４２８ｎｍ（図１４）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
ＺＤＷが１４２８ｎｍ（図１４）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
【図２４】入力ポンプ強度の範囲にわたって、公称平均
ＺＤＷが１４０８ｎｍ（図１７）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
ＺＤＷが１４０８ｎｍ（図１７）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
【図２５】入力ポンプ強度の範囲にわたって、公称平均
ＺＤＷが１３７６ｎｍ（図２０）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
ＺＤＷが１３７６ｎｍ（図２０）および１６００ｎｍ
（図５）であるファイバ上で計測された、実効雑音指数
の差（デシベル）のプロットである。
【図２６】本発明により変調の不安定性および四波混合
の効果を削減するために回避される波長の関数として様
々な分散領域を示す、群速度分散（Ｄ）対波長（λ）の
プロットである。
の効果を削減するために回避される波長の関数として様
々な分散領域を示す、群速度分散（Ｄ）対波長（λ）の
プロットである。
【図２７】本発明により変調の不安定性および四波混合
の効果を削減するために回避される特定の周波数を示
す、ポンプ周波数と信号周波数との間の関係のプロット
である。
の効果を削減するために回避される特定の周波数を示
す、ポンプ周波数と信号周波数との間の関係のプロット
である。
１２ 逆伝搬ラマンポンプ源 １４ 伝送ファイバ １６ 入力アイソレータ １８ 出力アイソレータ ２２ 広帯域源 ２４ 試験中のファイバ ２６ ラマン・ポンプ ２８ 波長分割マルチプレクサ ２９ 光タップ ３０ 第１の光スペクトル分析器 ３２ 第２の光スペクトル分析器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ビー．リー アメリカ合衆国 07748 ニュージャーシ ィ，ミドルタウン，クノールウッド ドラ イヴ 1905 (72)発明者 セオ ワイ．パーク アメリカ合衆国 07726 ニュージャーシ ィ，マナラパン，ドリュー コート 35 (72)発明者 ウィリアム アルフレッド リード アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，ブラックバーン ロード 143 (72)発明者 アンドリュー ジョン ステンツ アメリカ合衆国 08809 ニュージャーシ ィ，クリントン，グースタウン ドライヴ ９ Ｆターム(参考） 2H050 AC71 2K002 AA02 AB30 BA01 DA10 GA10 HA23 5F072 AK06 JJ05 MM03 PP01 QQ07 RR01 YY17
Claims (16)
- 【請求項１】 ラマン増幅光伝送システムにおいて用い
られる光ファイバであって、該伝送システムは、所定の
波長範囲λs1〜λs2で入力信号を提供する情報信号源を
含み、所定の波長範囲λp1〜λp2でラマン増幅ポンプを
利用し、前記ファイバは、前記ポンプ波長範囲λp1〜λ
p2において正ではないか１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも
大きいかの何れかである値を示すように、所定の群速度
分散を維持し、ゼロ分散周波数をポンプ周波数および信
号周波数の平均値から離して維持することにより、ラマ
ン増幅の領域における雑音構成要素を削減するように制
御された、所定の群速度分散とゼロ分散波長とを示す、
光ファイバ。 - 【請求項２】 前記光ファイバは、前記信号波長範囲λ
s1〜λs2において−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍおよび＋１０
ｐｓ／ｎｍ−ｋｍによって境界を定められた値を有する
群速度分散を更に含む、請求項１に記載の光ファイバ。 - 【請求項３】 前記ポンプ波長範囲は１４３０〜１４６
５ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５３０〜
１５６５ｎｍとして定められている、請求項１に記載の
光ファイバ。 - 【請求項４】 前記ポンプ波長範囲は１４６５〜１５１
０ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５６５〜
１６１０ｎｍとして定められている、請求項１に記載の
光ファイバ。 - 【請求項５】 前記ポンプ波長範囲は１４３０〜１５１
０ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５３０〜
１６１０ｎｍとして定められている、請求項１に記載の
光ファイバ。 - 【請求項６】 ラマン増幅光伝送システムにおいて用い
られる光ファイバであって、該伝送システムは、所定の
波長範囲λs1〜λs2で入力信号を提供する情報信号源を
含み、所定の波長範囲λp1〜λp2でラマン増幅ポンプを
利用し、前記ファイバは、前記ポンプ波長範囲λp1〜λ
p2において正ではないか１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも
大きいかの何れかである値を示すように、所定の群速度
分散を維持することにより、ラマン増幅の領域における
雑音構成要素を削減するように制御された前記所定の群
速度分散を示す、光ファイバ。 - 【請求項７】 前記信号波長範囲λs1〜λs2において−
１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍおよび＋１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍに
よって境界を定められた値を有する群速度分散を更に含
む、請求項６に記載の光ファイバ。 - 【請求項８】 ラマン増幅光伝送システムにおいて用い
られる光ファイバであって、前記伝送システムは、所定
の波長範囲λs1〜λs2で入力信号を提供する情報信号源
を含み、所定の波長範囲λp1〜λp2でラマン増幅ポンプ
を利用し、前記ファイバは、ゼロ分散周波数をポンプ周
波数および信号周波数の平均値から離して維持すること
により、ラマン増幅の領域における四波混合雑音構成要
素を削減するように制御された所定のゼロ分散波長を示
す、光ファイバ。 - 【請求項９】 所定の波長範囲λs1〜λs2で入力信号を
提供する情報信号源と、 所定の場所への光信号の伝送を提供するために、前記情
報信号源の出力に連結された光伝送ファイバと、 前記光伝送ファイバにおいて前記入力信号のラマン増幅
を生成するような方法で、前記光伝送ファイバに連結さ
れたラマン増幅ポンプであって、ポンプ源は所定の波長
範囲λp1〜λp2でポンプ波を供給し、前記ファイバは、
前記ポンプ波長範囲λp1〜λp2において正ではないか
１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きいかの何れかである
値を示すように、所定の群速度分散を維持し、ゼロ分散
周波数をポンプ周波数および信号周波数の平均値から離
して維持することにより、ラマン増幅の領域における雑
音構成要素を削減するように制御された前記所定の群速
度分散および前記ゼロ分散波長を示すラマン増幅ポンプ
とを含む、ラマン増幅光伝送システム。 - 【請求項１０】 前記伝送ファイバは、前記信号波長範
囲λs1〜λs2において−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍおよび＋
１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍによって境界を定められた値を有
する群速度分散を更に含む、請求項９に記載のラマン増
幅光伝送システム。 - 【請求項１１】 前記ポンプ波長範囲は１４３０〜１４
６５ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５３０
〜１５６５ｎｍとして定められている、請求項９に記載
のラマン増幅光伝送システム。 - 【請求項１２】 前記ポンプ波長範囲は１４６５〜１５
１０ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５６５
〜１６１０ｎｍとして定められている、請求項９に記載
のラマン増幅光伝送システム。 - 【請求項１３】 前記ポンプ波長範囲は１４３０〜１５
１０ｎｍとして定められ、前記信号波長範囲は１５３０
〜１６１０ｎｍとして定められている、請求項９に記載
のラマン増幅光伝送システム。 - 【請求項１４】 所定の波長範囲λs1〜λs2で入力信号
を提供する情報信号源と、 所定の場所への光信号の伝送を提供するために、前記情
報信号源の出力に連結された光伝送ファイバと、 前記光伝送ファイバにおいて前記入力信号のラマン増幅
を生成するような方法で、前記光伝送ファイバに連結さ
れたラマン増幅ポンプであって、ポンプ源は所定の波長
範囲λp1〜λp2でポンプ波を供給し、前記ファイバは、
前記ポンプ波長範囲λp1〜λp2において正ではないか
１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍよりも大きいかの何れかである
値を示すように、所定の群速度分散を維持することによ
り、ラマン増幅の領域における雑音構成要素を削減する
ように制御された前記所定の群速度分散を示すラマン増
幅ポンプとを含む、ラマン増幅光伝送システム。 - 【請求項１５】 前記伝送ファイバは、前記信号波長範
囲λs1〜λs2において−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍおよび＋
１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍによって境界を定められた値を有
する群速度分散を更に含む、請求項１４に記載のラマン
増幅光伝送システム。 - 【請求項１６】 所定の波長範囲λs1〜λs2で入力信号
を提供する情報信号源と、 所定の場所への光信号の伝送を提供するために、前記情
報信号源の出力に連結された光伝送ファイバと、 前記光伝送ファイバにおいて前記入力信号のラマン増幅
を生成するような方法で、前記光伝送ファイバに連結さ
れたラマン増幅ポンプ源であって、該ポンプ源は所定の
波長範囲λp1〜λp2でポンプ波を供給し、前記ファイバ
は、ゼロ分散周波数をポンプ周波数および信号周波数の
平均値から離して維持することにより、ラマン増幅の領
域における四波混合雑音構成要素を削減するように制御
された所定のゼロ分散波長を示すラマン増幅ポンプ源と
を含む、ラマン増幅光伝送システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18679300P | 2000-03-03 | 2000-03-03 | |
| US60/186793 | 2000-03-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001343673A true JP2001343673A (ja) | 2001-12-14 |
| JP3871892B2 JP3871892B2 (ja) | 2007-01-24 |
Family
ID=22686303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001057526A Expired - Lifetime JP3871892B2 (ja) | 2000-03-03 | 2001-03-02 | 四波混合効果が削減されたラマン増幅光システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3871892B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001229A1 (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 線形中継器および光ファイバ通信システム |
-
2001
- 2001-03-02 JP JP2001057526A patent/JP3871892B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006001229A1 (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 線形中継器および光ファイバ通信システム |
| JPWO2006001229A1 (ja) * | 2004-06-23 | 2008-04-17 | 日本電信電話株式会社 | 線形中継器および光ファイバ通信システム |
| JP4597978B2 (ja) * | 2004-06-23 | 2010-12-15 | 日本電信電話株式会社 | 線形中継器および光ファイバ通信システム |
| US7920793B2 (en) | 2004-06-23 | 2011-04-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Inline repeater and optical fiber communication system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3871892B2 (ja) | 2007-01-24 |
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