JP2002323710A - ラマン増幅器および光通信システム - Google Patents
ラマン増幅器および光通信システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 信号光伝送品質が優れたラマン増幅器を提供
する。 【解決手段】 励起光が供給されることにより信号光を
ラマン増幅する光導波路の零分散波長λ0は、信号光の
平均波長λS,rmsと励起光の平均波長λP,rmsとの間の中
心波長λcenter（＝(λS,rms+λP,rms)／２）と異な
る。ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄが正である
ときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短い。或いは、ラマン増幅用光導波
路の分散スロープｄが負であるときには、ラマン増幅用
光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenterより長
い。
する。 【解決手段】 励起光が供給されることにより信号光を
ラマン増幅する光導波路の零分散波長λ0は、信号光の
平均波長λS,rmsと励起光の平均波長λP,rmsとの間の中
心波長λcenter（＝(λS,rms+λP,rms)／２）と異な
る。ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄが正である
ときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短い。或いは、ラマン増幅用光導波
路の分散スロープｄが負であるときには、ラマン増幅用
光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenterより長
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に信号光
を導波させるとともに該光導波路において該信号光をラ
マン増幅するラマン増幅器、および、このラマン増幅器
を含む光通信システムに関するものである。
を導波させるとともに該光導波路において該信号光をラ
マン増幅するラマン増幅器、および、このラマン増幅器
を含む光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】誘導ラマン散乱を利用したラマン増幅器
は、光導波路（例えば光ファイバ）に励起光および信号
光それぞれを導波させるとともに、この励起光の導波に
より信号光をラマン増幅するものであり、光通信システ
ム等において用いられる。励起光波長は、信号光波長よ
り数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度短い波長に設定される。
は、光導波路（例えば光ファイバ）に励起光および信号
光それぞれを導波させるとともに、この励起光の導波に
より信号光をラマン増幅するものであり、光通信システ
ム等において用いられる。励起光波長は、信号光波長よ
り数十ｎｍ〜１００ｎｍ程度短い波長に設定される。
【０００３】また、光通信システムでは、非線形効果に
因り信号光の波形が劣化することから、非線形光学現象
の発生を抑制することが望まれている。特に、多波長の
信号光を波長多重して光伝送する波長分割多重（ＷＤ
Ｍ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システム
では、非線形光学現象の１種である四光波混合の発生を
抑制することが重要であり、その抑制の為に、信号光を
伝送する光ファイバ伝送路の零分散波長は信号光波長域
外とされている。
因り信号光の波形が劣化することから、非線形光学現象
の発生を抑制することが望まれている。特に、多波長の
信号光を波長多重して光伝送する波長分割多重（ＷＤ
Ｍ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システム
では、非線形光学現象の１種である四光波混合の発生を
抑制することが重要であり、その抑制の為に、信号光を
伝送する光ファイバ伝送路の零分散波長は信号光波長域
外とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラマン
増幅器では、信号光を伝送するとともにラマン増幅する
光導波路の零分散波長が信号光波長域外とされていて
も、非線形効果に因り信号光伝送品質が劣化する場合が
ある。本発明は、上記問題点を解消する為になされたも
のであり、信号光伝送品質が優れたラマン増幅器および
光通信システムを提供することを目的とする。
増幅器では、信号光を伝送するとともにラマン増幅する
光導波路の零分散波長が信号光波長域外とされていて
も、非線形効果に因り信号光伝送品質が劣化する場合が
ある。本発明は、上記問題点を解消する為になされたも
のであり、信号光伝送品質が優れたラマン増幅器および
光通信システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るラマン増幅
器は、(1) 励起光および信号光それぞれを導波させると
ともに、励起光を導波させることにより信号光をラマン
増幅する光導波路と、(2) 光導波路に励起光を供給する
励起光供給手段とを備える。そして、光導波路の零分散
波長λ0は、信号光の平均波長λS,rmsと励起光の平均波
長λP,rmsとの間の中心波長λcenter（＝(λS,rms+λ
P,rms)／２）と異なることを特徴とする。このラマン増
幅器は、ラマン増幅用の光導波路の零分散波長λ0が上
記中心波長λcenterと異なることにより、非縮退四光波
混合の発生が抑制され、信号光伝送品質が優れたものと
なる。なお、ラマン増幅用の光導波路は好適には光ファ
イバであり、この場合には、光ファイバが低損失で長尺
とすることができることから、信号光のラマン増幅の効
率が優れる。
器は、(1) 励起光および信号光それぞれを導波させると
ともに、励起光を導波させることにより信号光をラマン
増幅する光導波路と、(2) 光導波路に励起光を供給する
励起光供給手段とを備える。そして、光導波路の零分散
波長λ0は、信号光の平均波長λS,rmsと励起光の平均波
長λP,rmsとの間の中心波長λcenter（＝(λS,rms+λ
P,rms)／２）と異なることを特徴とする。このラマン増
幅器は、ラマン増幅用の光導波路の零分散波長λ0が上
記中心波長λcenterと異なることにより、非縮退四光波
混合の発生が抑制され、信号光伝送品質が優れたものと
なる。なお、ラマン増幅用の光導波路は好適には光ファ
イバであり、この場合には、光ファイバが低損失で長尺
とすることができることから、信号光のラマン増幅の効
率が優れる。
【０００６】また、本発明に係るラマン増幅器は、光導
波路の分散スロープが正であって、零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短いことを特徴とする。或いは、光
導波路の分散スロープが負であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長いことを特徴とする。これらの
場合には、自己位相変調や相互位相変調についても考慮
して非縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信
号光伝送品質が優れたものとなる。
波路の分散スロープが正であって、零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短いことを特徴とする。或いは、光
導波路の分散スロープが負であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長いことを特徴とする。これらの
場合には、自己位相変調や相互位相変調についても考慮
して非縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信
号光伝送品質が優れたものとなる。
【０００７】また、本発明に係るラマン増幅器は、光導
波路の分散スロープｄが正であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長く、真空中の光速をｃとし、光
導波路の非線形係数をγとし、信号光および励起光それ
ぞれのパワーの総和をＰとし、中心波長λcenterにおけ
る光角周波数をωとしたときに、 λ0−λcenter≧[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする。或いは、光導波
路の分散スロープｄが負であって、零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短く、 λ0−λcenter≦[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする。これらの場合に
も、自己位相変調や相互位相変調についても考慮して非
縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信号光伝
送品質が優れたものとなる。また、ラマン増幅用の光導
波路の設計自由度が拡大する。なお、光導波路の分散ス
ロープｄが正である場合、零分散波長λ0が全ての信号
光波長より長いのが好適であり、この場合には、通常の
四光波混合の発生をも抑制することができる。
波路の分散スロープｄが正であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長く、真空中の光速をｃとし、光
導波路の非線形係数をγとし、信号光および励起光それ
ぞれのパワーの総和をＰとし、中心波長λcenterにおけ
る光角周波数をωとしたときに、 λ0−λcenter≧[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする。或いは、光導波
路の分散スロープｄが負であって、零分散波長λ0が中
心波長λcenterより短く、 λ0−λcenter≦[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする。これらの場合に
も、自己位相変調や相互位相変調についても考慮して非
縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信号光伝
送品質が優れたものとなる。また、ラマン増幅用の光導
波路の設計自由度が拡大する。なお、光導波路の分散ス
ロープｄが正である場合、零分散波長λ0が全ての信号
光波長より長いのが好適であり、この場合には、通常の
四光波混合の発生をも抑制することができる。
【０００８】本発明に係る光通信システムは、上記の本
発明に係るラマン増幅器を含み、このラマン増幅器の光
導波路が中継区間に敷設された光ファイバ伝送路である
ことを特徴とする。或いは、本発明に係る光通信システ
ムは、中継区間に敷設され信号光を伝送する光ファイバ
伝送路と、中継器に設けられ信号光をラマン増幅する上
記の本発明に係るラマン増幅器とを備えることを特徴と
する。この光通信システムは、上記の本発明に係るラマ
ン増幅器により信号光をラマン増幅するものであるの
で、非線形光学現象の発生が抑制されて、信号光伝送品
質が優れる。
発明に係るラマン増幅器を含み、このラマン増幅器の光
導波路が中継区間に敷設された光ファイバ伝送路である
ことを特徴とする。或いは、本発明に係る光通信システ
ムは、中継区間に敷設され信号光を伝送する光ファイバ
伝送路と、中継器に設けられ信号光をラマン増幅する上
記の本発明に係るラマン増幅器とを備えることを特徴と
する。この光通信システムは、上記の本発明に係るラマ
ン増幅器により信号光をラマン増幅するものであるの
で、非線形光学現象の発生が抑制されて、信号光伝送品
質が優れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
【００１０】図１は、本実施形態に係るラマン増幅器お
よび光通信システム１の構成図である。この図に示され
る光通信システム１は、中継器（または送信器）１０と
中継器（または受信器）３０との間の中継区間に光ファ
イバ伝送路２０が敷設されており、光カプラ３１および
励起光源３２が中継器３０内に設けられている。
よび光通信システム１の構成図である。この図に示され
る光通信システム１は、中継器（または送信器）１０と
中継器（または受信器）３０との間の中継区間に光ファ
イバ伝送路２０が敷設されており、光カプラ３１および
励起光源３２が中継器３０内に設けられている。
【００１１】中継器１０は、波長多重された多波長の信
号光を送出し、光ファイバ伝送路２０は、その多波長の
信号光を中継器１０より中継器３０へ向けて伝送する。
中継器３０内の励起光源３２は、互いに異なる波長の光
を出力する複数の半導体レーザ光源と、これら複数の半
導体レーザ光源それぞれから出力された光を合波する合
波器とを含み、この合波器により合波されたものをラマ
ン増幅用の励起光として出力する。光カプラ３１は、励
起光源３２から出力されたラマン増幅用の励起光を光フ
ァイバ伝送路２０へ供給するとともに、光ファイバ伝送
路２０を伝送してきて到達した信号光を後段へ出力す
る。
号光を送出し、光ファイバ伝送路２０は、その多波長の
信号光を中継器１０より中継器３０へ向けて伝送する。
中継器３０内の励起光源３２は、互いに異なる波長の光
を出力する複数の半導体レーザ光源と、これら複数の半
導体レーザ光源それぞれから出力された光を合波する合
波器とを含み、この合波器により合波されたものをラマ
ン増幅用の励起光として出力する。光カプラ３１は、励
起光源３２から出力されたラマン増幅用の励起光を光フ
ァイバ伝送路２０へ供給するとともに、光ファイバ伝送
路２０を伝送してきて到達した信号光を後段へ出力す
る。
【００１２】この光通信システム１では、中継区間に敷
設された光ファイバ伝送路２０は、信号光を伝送するだ
けでなく、光カプラ３１より供給された励起光が導波す
ることにより信号光をラマン増幅する。すなわち、この
光通信システム１では、光ファイバ伝送路２０、光カプ
ラ３１および励起光源３２はラマン増幅器を構成してい
る。
設された光ファイバ伝送路２０は、信号光を伝送するだ
けでなく、光カプラ３１より供給された励起光が導波す
ることにより信号光をラマン増幅する。すなわち、この
光通信システム１では、光ファイバ伝送路２０、光カプ
ラ３１および励起光源３２はラマン増幅器を構成してい
る。
【００１３】なお、光通信システム１の光ファイバ伝送
路２０は、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が正であ
るシングルモード光ファイバと、波長１５５０ｎｍにお
いて波長分散が負である分散補償光ファイバとが、融着
接続されて敷設されたものであってもよい。この場合、
分散補償光ファイバは、一般に非線形性が高いことか
ら、信号光パワーが減衰している下流側に設けられる。
そして、この分散補償光ファイバにおいて信号光をラマ
ン増幅するのが好適である。
路２０は、波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が正であ
るシングルモード光ファイバと、波長１５５０ｎｍにお
いて波長分散が負である分散補償光ファイバとが、融着
接続されて敷設されたものであってもよい。この場合、
分散補償光ファイバは、一般に非線形性が高いことか
ら、信号光パワーが減衰している下流側に設けられる。
そして、この分散補償光ファイバにおいて信号光をラマ
ン増幅するのが好適である。
【００１４】図２は、他の実施形態に係るラマン増幅器
および光通信システム２の構成図である。この図に示さ
れる光通信システム２は、中継器（または送信器）１０
と中継器（または受信器）４０との間の中継区間に光フ
ァイバ伝送路２０が敷設されており、光カプラ４１、励
起光源４２およびラマン増幅用光ファイバ４３が中継器
４０内に設けられている。
および光通信システム２の構成図である。この図に示さ
れる光通信システム２は、中継器（または送信器）１０
と中継器（または受信器）４０との間の中継区間に光フ
ァイバ伝送路２０が敷設されており、光カプラ４１、励
起光源４２およびラマン増幅用光ファイバ４３が中継器
４０内に設けられている。
【００１５】中継器１０は、波長多重された多波長の信
号光を送出し、光ファイバ伝送路２０は、その多波長の
信号光を中継器１０より中継器４０へ向けて伝送する。
中継器４０内の励起光源４２は、互いに異なる波長の光
を出力する複数の半導体レーザ光源と、これら複数の半
導体レーザ光源それぞれから出力された光を合波する合
波器とを含み、この合波器により合波されたものをラマ
ン増幅用の励起光として出力する。光カプラ４１は、励
起光源４２から出力されたラマン増幅用の励起光をラマ
ン増幅用光ファイバ４３へ供給するとともに、ラマン増
幅用光ファイバ４３を伝送してきて到達した信号光を後
段へ出力する。
号光を送出し、光ファイバ伝送路２０は、その多波長の
信号光を中継器１０より中継器４０へ向けて伝送する。
中継器４０内の励起光源４２は、互いに異なる波長の光
を出力する複数の半導体レーザ光源と、これら複数の半
導体レーザ光源それぞれから出力された光を合波する合
波器とを含み、この合波器により合波されたものをラマ
ン増幅用の励起光として出力する。光カプラ４１は、励
起光源４２から出力されたラマン増幅用の励起光をラマ
ン増幅用光ファイバ４３へ供給するとともに、ラマン増
幅用光ファイバ４３を伝送してきて到達した信号光を後
段へ出力する。
【００１６】ラマン増幅用光ファイバ４３は、光ファイ
バ伝送路２０と接続されており、信号光を伝送するだけ
でなく、光カプラ４１より供給された励起光が導波する
ことにより信号光をラマン増幅する。すなわち、この光
通信システム２では、ラマン増幅用光ファイバ４３、光
カプラ４１および励起光源４２はラマン増幅器を構成し
ている。
バ伝送路２０と接続されており、信号光を伝送するだけ
でなく、光カプラ４１より供給された励起光が導波する
ことにより信号光をラマン増幅する。すなわち、この光
通信システム２では、ラマン増幅用光ファイバ４３、光
カプラ４１および励起光源４２はラマン増幅器を構成し
ている。
【００１７】なお、光通信システム２の光ファイバ伝送
路２０は波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が正である
シングルモード光ファイバであって、ラマン増幅用光フ
ァイバ４３は波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が負で
ある分散補償光ファイバであるのが好適である。この場
合、ラマン増幅用光ファイバ４３は、光ファイバ伝送路
２０の波長分散を補償することもできる。
路２０は波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が正である
シングルモード光ファイバであって、ラマン増幅用光フ
ァイバ４３は波長１５５０ｎｍにおいて波長分散が負で
ある分散補償光ファイバであるのが好適である。この場
合、ラマン増幅用光ファイバ４３は、光ファイバ伝送路
２０の波長分散を補償することもできる。
【００１８】図３は、本実施形態に係るラマン増幅器に
おけるラマン増幅用光導波路の波長分散特性、信号光お
よび励起光の関係を説明する図である。以上に説明した
ような光通信システム１，２それぞれにおけるラマン増
幅器において、ラマン増幅用光導波路（図１における光
ファイバ伝送路２０、図２におけるラマン増幅用光ファ
イバ４３）の零分散波長をλ0と表す。このラマン増幅
用光導波路を導波するＭ波長の信号光それぞれについ
て、波長をλS,mと表し、パワーをＰS,mと表す（１≦ｍ
≦Ｍ）。また、このラマン増幅用光導波路に供給される
Ｎ波長の励起光それぞれについて、波長をλP,nと表
し、パワーをＰP,nと表す（１≦ｎ≦Ｎ）。
おけるラマン増幅用光導波路の波長分散特性、信号光お
よび励起光の関係を説明する図である。以上に説明した
ような光通信システム１，２それぞれにおけるラマン増
幅器において、ラマン増幅用光導波路（図１における光
ファイバ伝送路２０、図２におけるラマン増幅用光ファ
イバ４３）の零分散波長をλ0と表す。このラマン増幅
用光導波路を導波するＭ波長の信号光それぞれについ
て、波長をλS,mと表し、パワーをＰS,mと表す（１≦ｍ
≦Ｍ）。また、このラマン増幅用光導波路に供給される
Ｎ波長の励起光それぞれについて、波長をλP,nと表
し、パワーをＰP,nと表す（１≦ｎ≦Ｎ）。
【００１９】このとき、各波長におけるパワーで加重し
た信号光の平均波長λS,rmsは、
た信号光の平均波長λS,rmsは、
【数１】 なる式で表され、各波長におけるパワーで加重した励起
光の平均波長λP,rmsは
光の平均波長λP,rmsは
【数２】 なる式で表される。ＰS,totalは信号光のパワーの総和
であり、ＰP,totalは励起光のパワーの総和である。
であり、ＰP,totalは励起光のパワーの総和である。
【００２０】また、信号光平均波長λS,rmsと励起光平
均波長λP,rmsとの間の中心波長λce nterは、
均波長λP,rmsとの間の中心波長λce nterは、
【数３】 なる式で表される。そして、本実施形態では、ラマン増
幅用光導波路の零分散波長λ0は、この中心波長λ
centerと異なる。すなわち、
幅用光導波路の零分散波長λ0は、この中心波長λ
centerと異なる。すなわち、
【数４】 なる関係式が満たされる。この(4)式が満たされること
により、ラマン増幅用光導波路において、非線形光学現
象の１種である非縮退四光波混合の発生が抑制され、信
号光伝送品質が優れたものとなる。
により、ラマン増幅用光導波路において、非線形光学現
象の１種である非縮退四光波混合の発生が抑制され、信
号光伝送品質が優れたものとなる。
【００２１】ラマン増幅器では、ラマン増幅用光導波路
を導波する励起光のパワーは数百ｍＷ〜数Ｗにまで達す
るので、他の非線形光学現象である自己位相変調や相互
位相変調についても更に考慮するのが好ましい。これら
を考慮したときにおける非縮退四光波混合の発生を抑制
する為の条件は、
を導波する励起光のパワーは数百ｍＷ〜数Ｗにまで達す
るので、他の非線形光学現象である自己位相変調や相互
位相変調についても更に考慮するのが好ましい。これら
を考慮したときにおける非縮退四光波混合の発生を抑制
する為の条件は、
【数５】 なる式て定義される波数ベクトル不整合Δｋが
【数６】 なる関係式を満たすことである。
【００２２】ここで、ω1，ω2は励起光の光角周波数で
あり、ω3は信号光の光角周波数である。ω4は、非縮退
四光波混合に因り生じる共役波の光角周波数である。ｎ
iは光角周波数ωiにおけるラマン増幅用光導波路の実効
屈折率である（１≦ｉ≦４）。また、ｃは真空中の光速
であり、γはラマン増幅用光導波路の非線形係数であ
る。例えば、分散補償光ファイバの非線形係数γの値は
１０Ｗ-1ｋｍ-1程度である。なお、上記(5)式では４波
しか考慮していないが、実際には更に多くの共役波が存
在する。
あり、ω3は信号光の光角周波数である。ω4は、非縮退
四光波混合に因り生じる共役波の光角周波数である。ｎ
iは光角周波数ωiにおけるラマン増幅用光導波路の実効
屈折率である（１≦ｉ≦４）。また、ｃは真空中の光速
であり、γはラマン増幅用光導波路の非線形係数であ
る。例えば、分散補償光ファイバの非線形係数γの値は
１０Ｗ-1ｋｍ-1程度である。なお、上記(5)式では４波
しか考慮していないが、実際には更に多くの共役波が存
在する。
【００２３】波数ベクトルは波長の関数であって、近似
的には、波数ベクトルを波長で２回微分して符号を逆転
してものが波長分散であると考えることができる。ラマ
ン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenter
と一致するとき、波数ベクトル不整合Δｋは値０とな
る。ラマン増幅用光導波路の非線形係数γの値が小さ
く、信号光および励起光それぞれのパワーの総和Ｐが充
分に小さいときには、上記(6a)式の右辺の値は０となる
ので、この(6a)式は上記(4)式と同等のものとなる。
的には、波数ベクトルを波長で２回微分して符号を逆転
してものが波長分散であると考えることができる。ラマ
ン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenter
と一致するとき、波数ベクトル不整合Δｋは値０とな
る。ラマン増幅用光導波路の非線形係数γの値が小さ
く、信号光および励起光それぞれのパワーの総和Ｐが充
分に小さいときには、上記(6a)式の右辺の値は０となる
ので、この(6a)式は上記(4)式と同等のものとなる。
【００２４】一方、ラマン増幅用光導波路の非線形係数
γの値が大きいか、或いは、信号光および励起光それぞ
れのパワーの総和Ｐが大きいときには、上記(4)式は適
切ではない。このようなときに、自己位相変調や相互位
相変調についても考慮して非縮退四光波混合の発生を抑
制するには、
γの値が大きいか、或いは、信号光および励起光それぞ
れのパワーの総和Ｐが大きいときには、上記(4)式は適
切ではない。このようなときに、自己位相変調や相互位
相変調についても考慮して非縮退四光波混合の発生を抑
制するには、
【数７】 なる関係式が満たされるのが好適である。図４は、共役
波発生原因であるパラメトリック利得と波数ベクトル不
整合Δｋとの関係を示すグラフである。この図からも判
るように、波数ベクトル不整合Δｋが上記(7)式を満た
せば、非縮退四光波混合の発生を抑制することができ
る。
波発生原因であるパラメトリック利得と波数ベクトル不
整合Δｋとの関係を示すグラフである。この図からも判
るように、波数ベクトル不整合Δｋが上記(7)式を満た
せば、非縮退四光波混合の発生を抑制することができ
る。
【００２５】上記(7)式が満たされるには、ラマン増幅
用光導波路の分散スロープｄが正であるときには、ラマ
ン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenter
より短ければよい。また、ラマン増幅用光導波路の分散
スロープｄが負であるときには、ラマン増幅用光導波路
の零分散波長λ0が中心波長λcenterより長ければよ
い。このような分散スロープｄおよび零分散波長λ0を
有するラマン増幅用光導波路を用いることにより、自己
位相変調や相互位相変調についても考慮して非縮退四光
波混合の発生を抑制することができ、信号光伝送品質が
優れたものとなる。
用光導波路の分散スロープｄが正であるときには、ラマ
ン増幅用光導波路の零分散波長λ0が中心波長λcenter
より短ければよい。また、ラマン増幅用光導波路の分散
スロープｄが負であるときには、ラマン増幅用光導波路
の零分散波長λ0が中心波長λcenterより長ければよ
い。このような分散スロープｄおよび零分散波長λ0を
有するラマン増幅用光導波路を用いることにより、自己
位相変調や相互位相変調についても考慮して非縮退四光
波混合の発生を抑制することができ、信号光伝送品質が
優れたものとなる。
【００２６】自己位相変調や相互位相変調についても考
慮して非縮退四光波混合の発生を抑制するには、
慮して非縮退四光波混合の発生を抑制するには、
【数８】 なる関係式が満たされるのも好適である。この(8)式
は、上記(6a)式の右辺の値からの偏差の量が同一である
点で、上記(7)式と同等のものと言うことができる。し
たがって、波数ベクトル不整合Δｋが上記(8)式を満た
せば、非縮退四光波混合の発生を抑制することができ
る。なお、ラマン増幅用光導波路（例えば光ファイバ）
の設計によっては、必ずしも上記(7)式を満たす零分散
波長λ0が得られない場合があるが、そのような場合に
は上記(8)式を満たせばよい。
は、上記(6a)式の右辺の値からの偏差の量が同一である
点で、上記(7)式と同等のものと言うことができる。し
たがって、波数ベクトル不整合Δｋが上記(8)式を満た
せば、非縮退四光波混合の発生を抑制することができ
る。なお、ラマン増幅用光導波路（例えば光ファイバ）
の設計によっては、必ずしも上記(7)式を満たす零分散
波長λ0が得られない場合があるが、そのような場合に
は上記(8)式を満たせばよい。
【００２７】一般に、波長差がΔλであるとき、波数ベ
クトル差Δｋは、
クトル差Δｋは、
【数９】 なる式で近似される。このことから、上記(8)式が満た
されるには、ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄが
正であるときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波長
λ0が中心波長λcenterより長く、
されるには、ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄが
正であるときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波長
λ0が中心波長λcenterより長く、
【数１０】 なる関係式が満たされればよい。なお、このときは、信
号光波長域内に零分散波長λ0があると、非縮退四光波
混合の発生を抑制することができたとしても、通常の四
光波混合が発生する場合がある。そこで、通常の四光波
混合の発生をも抑制するには、ラマン増幅用光導波路の
零分散波長λ0は、全ての信号光波長より長いのが好適
である。一方、ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄ
が負であるときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波
長λ0が中心波長λcenterより短く、
号光波長域内に零分散波長λ0があると、非縮退四光波
混合の発生を抑制することができたとしても、通常の四
光波混合が発生する場合がある。そこで、通常の四光波
混合の発生をも抑制するには、ラマン増幅用光導波路の
零分散波長λ0は、全ての信号光波長より長いのが好適
である。一方、ラマン増幅用光導波路の分散スロープｄ
が負であるときには、ラマン増幅用光導波路の零分散波
長λ0が中心波長λcenterより短く、
【数１１】 なる関係式が満たされればよい。
【００２８】次に、上記(10)式を満たすラマン増幅用光
導波路およびラマン増幅器の設計例について説明する。
ここでは、励起光のパワーの総和ＰP,totalを２８ｄＢ
ｍとし、励起光の平均波長λP,rmsを１．４５μｍと
し、信号光の平均波長λS,rmsを１．５５μｍとする。
図５に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバを
ラマン増幅用光導波路とする。このラマン増幅用光ファ
イバは、光軸中心から順にコア領域、ディプレスト領域
およびクラッド領域を有するものであって、クラッド領
域の屈折率を基準として、コア領域の比屈折率差Δｎ1
が３．３％であり、クラッド領域の比屈折率差Δｎ2が
−０．４％である。このラマン増幅用光ファイバは、カ
ットオフ波長が１．４１μｍであり、波長１．５５μｍ
において、モードフィールド径が３．５μｍであり、非
線形係数γが２１Ｗ-1ｋｍ-1であり、分散スロープｄが
＋０．０２４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。また、このラ
マン増幅用光ファイバは、零分散波長λ0が１．６８μ
ｍである。一方、上記(10)式より、非縮退四光波混合の
発生を抑制するには、ラマン増幅用光ファイバの零分散
波長λ0は１．６２μｍ以上でなければならない。した
がって、上記設計のラマン増幅用光導波路およびラマン
増幅器は、上記(10)式を満たしており、自己位相変調や
相互位相変調についても考慮して非縮退四光波混合の発
生を抑制することができ、信号光伝送品質が優れたもの
となる。
導波路およびラマン増幅器の設計例について説明する。
ここでは、励起光のパワーの総和ＰP,totalを２８ｄＢ
ｍとし、励起光の平均波長λP,rmsを１．４５μｍと
し、信号光の平均波長λS,rmsを１．５５μｍとする。
図５に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバを
ラマン増幅用光導波路とする。このラマン増幅用光ファ
イバは、光軸中心から順にコア領域、ディプレスト領域
およびクラッド領域を有するものであって、クラッド領
域の屈折率を基準として、コア領域の比屈折率差Δｎ1
が３．３％であり、クラッド領域の比屈折率差Δｎ2が
−０．４％である。このラマン増幅用光ファイバは、カ
ットオフ波長が１．４１μｍであり、波長１．５５μｍ
において、モードフィールド径が３．５μｍであり、非
線形係数γが２１Ｗ-1ｋｍ-1であり、分散スロープｄが
＋０．０２４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。また、このラ
マン増幅用光ファイバは、零分散波長λ0が１．６８μ
ｍである。一方、上記(10)式より、非縮退四光波混合の
発生を抑制するには、ラマン増幅用光ファイバの零分散
波長λ0は１．６２μｍ以上でなければならない。した
がって、上記設計のラマン増幅用光導波路およびラマン
増幅器は、上記(10)式を満たしており、自己位相変調や
相互位相変調についても考慮して非縮退四光波混合の発
生を抑制することができ、信号光伝送品質が優れたもの
となる。
【００２９】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１およ
び図２では、信号光伝送方向と逆の方向に励起光を供給
する逆方向励起であったが、信号光伝送方向と同一の方
向に励起光を供給する順方向励起であってもよいし、ま
た、双方向励起であってもよい。
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１およ
び図２では、信号光伝送方向と逆の方向に励起光を供給
する逆方向励起であったが、信号光伝送方向と同一の方
向に励起光を供給する順方向励起であってもよいし、ま
た、双方向励起であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係るラマン増幅器は、ラマン増幅用の光導波路の零分散
波長λ0が、信号光の平均波長λS,rmsと励起光の平均波
長λP, rmsとの間の中心波長λcenter（＝(λS,rms+λ
P,rms)／２）と異なることにより、非縮退四光波混合の
発生が抑制され、信号光伝送品質が優れたものとなる。
また、光導波路の分散スロープが正であって、零分散波
長λ0が中心波長λcenterより短いのが好適である。或
いは、光導波路の分散スロープが負であって、零分散波
長λ0が中心波長λcenterより長いのが好適である。
係るラマン増幅器は、ラマン増幅用の光導波路の零分散
波長λ0が、信号光の平均波長λS,rmsと励起光の平均波
長λP, rmsとの間の中心波長λcenter（＝(λS,rms+λ
P,rms)／２）と異なることにより、非縮退四光波混合の
発生が抑制され、信号光伝送品質が優れたものとなる。
また、光導波路の分散スロープが正であって、零分散波
長λ0が中心波長λcenterより短いのが好適である。或
いは、光導波路の分散スロープが負であって、零分散波
長λ0が中心波長λcenterより長いのが好適である。
【００３１】また、本発明に係るラマン増幅器は、光導
波路の分散スロープｄが正であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長く、真空中の光速をｃとし、光
導波路の非線形係数をγとし、信号光および励起光それ
ぞれのパワーの総和をＰとし、中心波長λcenterにおけ
る光角周波数をωとしたときに、 λ0−λcenter≧[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすのが好適である。或いは、光導波路
の分散スロープｄが負であって、零分散波長λ0が中心
波長λcenterより短く、 λ0−λcenter≦[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすのが好適である。これらの場合に
は、自己位相変調や相互位相変調についても考慮して非
縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信号光伝
送品質が優れたものとなり、また、ラマン増幅用の光導
波路の設計自由度が拡大する。光導波路の分散スロープ
ｄが正である場合、零分散波長λ0が全ての信号光波長
より長いのが好適であり、この場合には、通常の四光波
混合の発生をも抑制することができる。
波路の分散スロープｄが正であって、零分散波長λ0が
中心波長λcenterより長く、真空中の光速をｃとし、光
導波路の非線形係数をγとし、信号光および励起光それ
ぞれのパワーの総和をＰとし、中心波長λcenterにおけ
る光角周波数をωとしたときに、 λ0−λcenter≧[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすのが好適である。或いは、光導波路
の分散スロープｄが負であって、零分散波長λ0が中心
波長λcenterより短く、 λ0−λcenter≦[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすのが好適である。これらの場合に
は、自己位相変調や相互位相変調についても考慮して非
縮退四光波混合の発生を抑制することができ、信号光伝
送品質が優れたものとなり、また、ラマン増幅用の光導
波路の設計自由度が拡大する。光導波路の分散スロープ
ｄが正である場合、零分散波長λ0が全ての信号光波長
より長いのが好適であり、この場合には、通常の四光波
混合の発生をも抑制することができる。
【００３２】また、本発明に係る光通信システムは、上
記の本発明に係るラマン増幅器を含み、このラマン増幅
器により信号光をラマン増幅するものであるので、非線
形光学現象の発生が抑制されて、信号光伝送品質が優れ
る。
記の本発明に係るラマン増幅器を含み、このラマン増幅
器により信号光をラマン増幅するものであるので、非線
形光学現象の発生が抑制されて、信号光伝送品質が優れ
る。
【図１】本実施形態に係るラマン増幅器および光通信シ
ステムの構成図である。
ステムの構成図である。
【図２】他の実施形態に係るラマン増幅器および光通信
システムの構成図である。
システムの構成図である。
【図３】本実施形態に係るラマン増幅器におけるラマン
増幅用光導波路の波長分散特性、信号光および励起光の
関係を説明する図である。
増幅用光導波路の波長分散特性、信号光および励起光の
関係を説明する図である。
【図４】パラメトリック利得と波数ベクトル不整合Δｋ
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図５】ラマン増幅用光導波路の屈折率プロファイルを
示す図である。
示す図である。
１，２…光通信システム、１０…中継器、２０…光ファ
イバ伝送路、３０…中継器、３１…光カプラ、３２…励
起光源、４０…中継器、４１…光カプラ、４２…励起光
源、４３…ラマン増幅用光ファイバ。
イバ伝送路、３０…中継器、３１…光カプラ、３２…励
起光源、４０…中継器、４１…光カプラ、４２…励起光
源、４３…ラマン増幅用光ファイバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/18 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB30 CA15 DA10 HA23 5F072 AB07 AK06 QQ07 YY17 5K002 AA06 BA04 CA01 CA13 DA02 FA02
Claims (8)
- 【請求項１】 励起光および信号光それぞれを導波させ
るとともに、前記励起光を導波させることにより前記信
号光をラマン増幅する光導波路と、 前記光導波路に前記励起光を供給する励起光供給手段と
を備え、 前記光導波路の零分散波長λ0が、前記信号光の平均波
長λS,rmsと前記励起光の平均波長λP,rmsとの間の中心
波長λcenter（＝(λS,rms+λP,rms)／２）と異なるこ
とを特徴とするラマン増幅器。 - 【請求項２】 前記光導波路の分散スロープが正であっ
て、前記零分散波長λ0が前記中心波長λcenterより短
いことを特徴とする請求項１記載のラマン増幅器。 - 【請求項３】 前記光導波路の分散スロープが負であっ
て、前記零分散波長λ0が前記中心波長λcenterより長
いことを特徴とする請求項１記載のラマン増幅器。 - 【請求項４】 前記光導波路の分散スロープｄが正であ
って、 前記零分散波長λ0が前記中心波長λcenterより長く、 真空中の光速をｃとし、前記光導波路の非線形係数をγ
とし、前記信号光および前記励起光それぞれのパワーの
総和をＰとし、前記中心波長λcenterにおける光角周波
数をωとしたときに、 λ0−λcenter≧[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載のラ
マン増幅器。 - 【請求項５】 前記零分散波長λ0が全ての信号光波長
より長いことを特徴とする請求項４記載のラマン増幅
器。 - 【請求項６】 前記光導波路の分散スロープｄが負であ
って、 前記零分散波長λ0が前記中心波長λcenterより短く、 真空中の光速をｃとし、前記光導波路の非線形係数をγ
とし、前記信号光および前記励起光それぞれのパワーの
総和をＰとし、前記中心波長λcenterにおける光角周波
数をωとしたときに、 λ0−λcenter≦[48π・ｃ・γ・Ｐ／(ω2・ｄ)]1/3 なる関係式を満たすことを特徴とする請求項１記載のラ
マン増幅器。 - 【請求項７】 請求項１記載のラマン増幅器を含み、こ
のラマン増幅器の光導波路が中継区間に敷設された光フ
ァイバ伝送路であることを特徴とする光通信システム。 - 【請求項８】 中継区間に敷設され信号光を伝送する光
ファイバ伝送路と、中継器に設けられ前記信号光をラマ
ン増幅する請求項１記載のラマン増幅器とを備えること
を特徴とする光通信システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001126378A JP2002323710A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | ラマン増幅器および光通信システム |
| US10/120,581 US6778322B2 (en) | 2001-04-24 | 2002-04-12 | Four-wave mixing suppression in Raman amplifiers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001126378A JP2002323710A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | ラマン増幅器および光通信システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323710A true JP2002323710A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18975426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001126378A Pending JP2002323710A (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | ラマン増幅器および光通信システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6778322B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002323710A (ja) |
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| JP2013101378A (ja) * | 2002-11-21 | 2013-05-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 波形整形器、ｓｂｓ抑制器、及びパルス光源 |
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-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001126378A patent/JP2002323710A/ja active Pending
-
2002
- 2002-04-12 US US10/120,581 patent/US6778322B2/en not_active Expired - Fee Related
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