JP2004304382A - ラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】システム性能劣化を抑えながらラマン利得の波長偏差を容易に低減できるラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明のラマン増幅器は、ラマンシフト周波数に従って信号光波長帯域を短波長側にシフトした帯域内に等波長間隔で配置された第１励起光と、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された第２励起光と、を増幅媒体にそれぞれ供給してＷＤＭ信号光をラマン増幅し、そのＷＤＭ信号光のパワーの波長偏差を、ラマン利得のピーク波長間隔に対応した周期性を有する利得等化器を利用して低減する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のラマン増幅器は、ラマンシフト周波数に従って信号光波長帯域を短波長側にシフトした帯域内に等波長間隔で配置された第１励起光と、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された第２励起光と、を増幅媒体にそれぞれ供給してＷＤＭ信号光をラマン増幅し、そのＷＤＭ信号光のパワーの波長偏差を、ラマン利得のピーク波長間隔に対応した周期性を有する利得等化器を利用して低減する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光をラマン効果を利用して増幅するラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムに関し、特に、ラマン利得の波長依存性によって生じる信号光パワーの波長偏差の低減を図るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムにおいては、光信号を電気信号に変換し、等化増幅（ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）、タイミング抽出（ｒｅｔｉｍｉｎｇ）および 識別再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）を行う再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保すると共に大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する１つの方法として、１本の光伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。ＷＤＭ光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００４】
光増幅中継伝送システムの中継器にはエルビウムドープファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）が一般的に用いられている。例えば、ＥＤＦＡの利得波長帯域は１．５５μｍ帯（Ｃ−バンド）であり、その利得波長帯域を長波長へシフトしたＧＳ−ＥＤＦＡ（Ｇａｉｎ ｓｈｉｆｔｅｄ−ＥＤＦＡ）の利得波長帯域は１．５８μｍ帯（Ｌ−バンド）である。上記のＥＤＦＡおよびＧＳ−ＥＤＦＡは、それぞれ３０ｎｍ以上の利得波長帯域幅を有し、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドに対応した合分波器を用いて２つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の帯域幅を実現することも可能である。
【０００５】
さらに、近年になってラマン増幅の適用が盛んに検討されている。ラマン増幅の利得ピーク光周波数は、例えば石英系ファイバを増幅媒体としたとき、その増幅媒体に供給する励起光の周波数よりも約１３．２ＴＨｚだけ低周波側にシフトした光周波数となる。これを光波長について言い換えると、ラマン増幅は励起光波長よりも長波長側に利得帯域を持ち、例えば１．４５μｍの励起光波長に対するラマン利得ピーク波長は、励起光波長を約１００ｎｍだけ長波長側にシフトした１．５５μｍ付近となる。
【０００６】
なお、以下の説明では、増幅媒体に与えられる励起光の周波数とその励起光に起因して得られるラマン利得のピーク周波数との差分のことを「ラマンシフト周波数」と呼ぶことにする。
【０００７】
このようなラマン増幅を利用した光増幅器において、要求される信号光波長に対して増幅作用を得るためには、ラマンシフト周波数を考慮して励起光波長を設定可能であることが重要である。また、異なる中心波長を持つ複数の励起光を用いることでラマン増幅の利得波長特性を平坦化できることが知られている。例えば、複数の励起光源の発振波長および出力光パワーをそれぞれ調整することにより、ラマン増幅の利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保したという報告がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
図２４は、従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
図２４において、従来のラマン増幅器は、複数の励起光Ｐ１〜ＰＫを発生する多波長励起光源１０１と、その多波長励起光源１０１から出力される励起光Ｐ１〜ＰＫを増幅媒体である光ファイバ１００に供給する合波器１０２とを備えて構成され、多波長励起光源１０１から合波器１０２を介して光ファイバ１００に供給された励起光Ｐ１〜ＰＫが信号光Ｓ１〜ＳＬとは逆方向に伝搬する。この従来のラマン増幅器では、例えば図２５に示すように、複数の信号光Ｓ１〜ＳＬが所要の間隔で配置された信号光波長帯域と、その信号光波長帯域に応じて複数の励起光Ｐ１〜ＰＫが配置された励起光波長帯域とを分けた波長配置が適用される。また、信号光波長帯域について平坦な利得波長特性を得るため、例えば図２６に示すように利得等化器１０３を併用した構成も知られている。
【０００９】
ところで、大容量長距離伝送システムを実現するためには、信号光波長帯域幅の拡大（広帯域化）が重要である。この広帯域化の実現のためにラマン増幅を利用した場合、信号光および励起光がある波長帯域内で混在するような波長配置の適用が有効であることが知られている（例えば、特許文献１、並びに、本出願人の先願である特願２００１−２４４７９８号および特願２００１−３９０３６６号参照）。
【００１０】
図２７は、上記のような波長配置を適用したラマン増幅器の構成例を示す図である。また、図２８は、図２７のラマン増幅器における波長配置例を示す図である。図２８に示すように複数の励起光Ｐ１〜ＰＭのうちの一部が信号光波長帯域内に混在する場合には、図２７に示すように励起光合波用の光デバイスとして光サーキュレータ１０４が使用される。なお、ここでは、信号光波長帯域内に混在しない励起光をＰ１〜ＰＱとし、信号光波長帯域内に混在する励起光をＰＱ＋１〜ＰＭとしている。また、前述の図２６に示した構成と同様にして、信号光帯域に亘って平坦な利得波長特性を得るために利得等化器１０３を併用する構成（図２７中の破線部分）もある。
【００１１】
上記のような信号光と励起光がある帯域内に混在する波長配置が適用されたラマン増幅器においては、励起光同士の間でラマン増幅が大きく生じるため、短波長側の励起光に要求されるパワーが極端に大きくなることが知られている。このため、励起光源の合波構成が複雑化する上、短波長側の励起光により発生する自然放出光雑音が増大し、短波長側信号光の雑音特性が劣化してしまうという問題がある。
【００１２】
この問題を解決する手法として、例えば、各励起光のパワーについて変調をかけ、ラマンシフト周波数に近い周波数差を有する励起光パワー同士の時間的な重なりを低減することにより、それらの励起光間に生じるラマン増幅の効率を低くして、ラマン増幅器の雑音特性を改善すると共に短波長側の励起光パワーを低減する技術が提案されている（例えば、本出願人の先願である特願２００２−３３４０３７号参照）。具体的には、例えば図２９に示すような各励起光パワーの変調が行われる。この図２９の一例は、ラマンシフト周波数ΔｆＲＡＭＡＮの３分の１（石英系光ファイバを増幅媒体とした場合、ΔｆＲＡＭＡＮ＝１３．２ＴＨｚ、ΔｆＲＡＭＡＮ／３＝４．４ＴＨｚ）に対応する波長間隔に配置した８波長の励起光を用いる場合について、それぞれの励起光パワーの変化を示している。ただし、ここでは変調後の光パルスのデューティを５０％としている。励起光間に生じるラマン増幅の効率が最も高まるのは励起光同士がラマンシフト周波数ΔｆＲＡＭＡＮだけ離れている場合、すなわち、上記の一例では、励起光Ｐ１と励起光Ｐ４、励起光Ｐ２と励起光Ｐ５、励起光Ｐ３と励起光Ｐ６、励起光Ｐ４と励起光Ｐ７、励起光Ｐ５と励起光Ｐ８のそれぞれの組み合わせである。従って、これらが時間的に重ならないように各励起光のパワーに変調をかけることで、励起光間のラマン増幅が低減されて上記の問題を解決することが可能となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−２２９０８４号公報
【非特許文献１】
Ｙ． Ｅｍｏｒｉ， ｅｔ ａｌ．， “１００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｌａｔ ｇａｉｎ Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｐｕｍｐｅｄ ａｎｄ ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ ｂｙ １２− ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ ＷＤＭ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ”， ＯＦＣ’９９， ＰＤ１９， １９９９．
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅器については次の（１）〜（４）に示すような問題点がある。
【００１５】
（１）利得等化の際の損失増大によるシステム性能劣化
複数の波長の励起光を用いて得られるラマン利得の波長に対するプロファイルは、例えば図３０に示すように励起光の波長数に応じた複数のピークを有するもとなるが、それぞれのピーク波長は個々の励起光を単独で使用した場合に得られる利得ピーク波長とは異なる値を示すようになる。具体的に、図３０の一例は、１４３３ｎｍおよび１４６４ｎｍの２つの波長の励起光を使用した場合の波長に対するラマン利得の関係を示していて、図中の細線で示すように各々の励起光を単独で使用した場合には、ラマン利得プロファイルのピーク波長がそれぞれ１５２９．６ｎｍおよび１５６５．５ｎｍとなる。これに対して、図中の太線で示すように２つの波長の励起光を同時に用いた場合には、利得プロファイルが１５３８．２ｎｍおよび１５６３．９ｎｍにピークを有するようになり、１４３３ｎｍの励起光に対応した利得ピークは８．６ｎｍだけ長波長側にシフトし、１４６４ｎｍの励起光に対応した利得ピークは１．６ｎｍだけ短波長側にシフトすることになる。
【００１６】
従って、複数の波長の励起光を用いたラマン増幅器においては、励起光の波長を等間隔に配置したとしても、実際に得られるラマン利得のプロファイルは等間隔の利得ピークを持たないことになる。このため、前述の図２６などに示したような利得等化器を併用して行われる利得等化に際しては、複雑な損失プロファイルをもつ利得等化器を用いる必要がある。しかし、そのような利得等化器は一般に大きな損失を持つため、システム性能劣化の要因となり得る。また、例えば、グレーティング方向を光ファイバ軸から傾けた公知のスラント型ファイバブラッググレーティングなどのように、単独で複雑な損失プロファイルを実現する光デバイスも存在するが、そのようなデバイスは利得等化可能な波長範囲が一般に４０ｎｍ程度以下に限定されてしまう。このため、４０ｎｍを超えるような広い信号光波長帯域を有するシステムにおいては、利得等化の都度、信号光を分波した後に利得等化を行い再び合波するといった処理が必要となり、分波器および合波器における過剰損失が問題となる場合がある。
【００１７】
（２）励起光の不等間隔配置による非効率化
上記（１）の問題点を回避して簡易な構成の利得等化器を使用できるようにするためには、例えば、ラマン利得プロファイルのピーク波長が等間隔となるように励起光の波長を選択することが考えられる。具体的に、例えば図３１の実線で示すように２３ｎｍ間隔で４つの利得ピークを得るためには、１４３０ｎｍ、１４４８ｎｍ、１４７０ｎｍおよび１５０２ｎｍという波長間隔が一定でない４つの波長の励起光を使用することが必要になる。このような波長配置が不等間隔の励起光を用いれば、図３１の点線で示すような周期的な損失波長特性を持つ簡易な構成の利得等化器を使用することが可能になる。
【００１８】
しかしながら、前述の図２９を参照して説明したように、信号光および励起光がある帯域内に混在する波長配置においては、励起光間のラマン増幅を効率的に行うために、励起光の周波数間隔をラマンシフト周波数の整数分の１に設定することが有効であり、複数の励起光の波長を不等間隔で配置することは、上記のような波長設定を適用したラマン増幅器における非効率化を招くことになる。
【００１９】
また、本出願人は、前述の特願２００１−２４４７９８号や特願２００１−３９０３６６号において、信号光帯域内に混在する励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを用いたり、励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを用いたりすることによって、システム性能の改善を図ることができることを示した。この際、励起光が等間隔に配置されていれば、それぞれの用途のために周期性をもつ光フィルタを適用することが可能になり多数の光フィルタを用いる必要がなくなるため損失およびコストの点で有利となる。一方、励起光が不等間隔に配置されてしまうと、上記のような利点が失われることになる。
【００２０】
（３）短波長側の信号光帯域における利得偏差の増大によるシステム性能の劣化
前述の図２７〜図２９に示したような増幅帯域幅がラマンシフト周波数と同程度またはそれ以上となるようなラマン増幅器においては、短波長側ほど利得偏差が大きくなるという特性を持つ。この特性について図３２および図３３を用いて具体的に説明する。図３２は、単一の波長（例えば１４６０．３ｎｍ）の励起光に対して、その励起光の短波長側および長波長側に複数の信号光を配置した一例であり、図３３は、図３２の信号光および励起光の波長配置において得られるラマン利得の波長特性を示したものである。各図に示すように、信号光帯域内に混在する１４６０．３ｎｍの励起光は、励起光よりも長波長側（低周波側）の信号光に対して利得を与える一方、短波長側（高周波側）の信号光に対して損失を与える。また、ここでは図示しないが、増幅媒体として用いられる光ファイバの実効断面積は短波長ほど小さくなることが知られている。このため、励起光より短波長側の信号光と励起光との間で発生するラマン効果（損失）は、励起光より長波長側の信号光と励起光との間で発生するラマン効果（利得）よりも効率が高まるようになる。図３３の具体例では、損失ピークの絶対値が約２０．０ｄＢとなるのに対して、利得ピークの絶対値が約１４．１ｄＢとなっており、短波長側のラマン効果の効率が長波長側よりも高くなることが分かる。
【００２１】
上記のような１波の励起光によって得られるラマン効果の波長特性を踏まえて、次に、複数の波長の励起光を使用したラマン増幅器の利得波長特性について考える。図３４は、ラマンシフト周波数の約４倍となる増幅帯域幅を有するラマン増幅器について計算した利得波長特性の一例である。なお、図３４の利得波長特性は、ラマンシフト周波数を１３．２ＴＨｚとし、その約４倍に相当する５６．５ＴＨｚの増幅帯域幅、波長にすると１２７７．３ｎｍ〜１６８２．３ｎｍの範囲に該当する４０５ｎｍの増幅帯域幅を有するラマン増幅器について、１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を４．４ＴＨｚ（ラマンシフト周波数の３分の１）の等しい周波数間隔に配置すると共に（下記の表１参照）、前述の図２９に示したような各励起光に対する変調を施して励起光間のラマン増幅を抑圧するようにした場合の計算結果である。
【００２２】
【表１】
【００２３】
図３４中の太線で示した１３波長の励起光使用時に得られるラマン利得のプロファイルは、図３４中の細線で示した各励起光Ｐ１〜Ｐ１３を単独で用いた時に得られる各々のラマン利得の重ね合わせにより近似的に求めている。また、ここでは、全励起光による利得の極小値が略１０ｄＢとなるように各励起光のパワーが調整されている。このような計算結果では、全励起光による利得の平均値は約１２．０ｄＢとなり、利得偏差は約８．７ｄＢとなっている。
【００２４】
図３４に示すように、最長波長の利得ピーク付近の増幅に寄与する励起光は最長波長の励起光Ｐ１３のみであり、複数の励起光が寄与するその他の利得ピークと比較して励起光Ｐ１３の負担は大きい。このため、平坦な利得を得るためには、最長波長の励起光Ｐ１３によるラマン効果で比較的大きな利得が得られる必要がある。この場合、上記の図３３に示した関係より明らかなように、励起光Ｐ１３より短波長側に発生する損失のピークも比較的大きくなる。
【００２５】
この励起光Ｐ１３による損失ピークを補償するため、最長波長の励起光Ｐ１３よりも周波数で２６．４ＴＨｚ高周波（短波長）側に存在する励起光Ｐ７によるラマン効果は、大きな利得をもつ必要がある。これと同様にして、励起光Ｐ７よりも周波数で２６．４ＴＨｚ高周波側の励起光Ｐ１によるラマン効果は、さらに大きな利得をもつ必要がある。このため、短波長側での利得偏差は特に大きくなる。次の表２に示すデータは、各波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３にそれぞれ対応したラマン利得の極大値および極小値をまとめたものであり、図３５は、表２の各データを横軸を波長、縦軸を利得としてプロットしたものである。
【００２６】
【表２】
【００２７】
表２および図３５から明らかなように、信号光の波長帯域の拡大に伴って短波長側の利得偏差が拡大するため、要求される利得等化器の構成が複雑なものとなり損失が増大し、システム性能を劣化させる要因となる。
【００２８】
（４）利得波長特性の形状が複雑化することによるシステム性能の劣化
前述の図３４に示した計算結果からも推察されるように、ラマン増幅器の増幅帯域幅が増大すると利得波長特性が複雑化する。例えば、図３４に示した利得波長特性のうちの増幅帯域部分を拡大した図３６に示すように、当該部分の利得波長特性は、利得偏差の大きさが略同程度となる複数の波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に区分できるような複雑な形状となる。このような複雑な形状の利得波長特性を有するラマン増幅器に対して、一般的に使用される周期的な損失特性を有する光フィルタを適用しても有効な利得等化を行うことは困難である。
【００２９】
図３７は、図３６の利得波長特性に対して周期的な損失特性を有する光フィルタを適用して利得等化を行った場合の一例を示した図である。図中の細線が利得等化前の特性、太線が利得等化器の損失波長特性、極太線が利得等化後の特性をそれぞれ表している。ここでは、所要の利得を確保しつつ、図３６で大きな利得偏差が発生している波長帯Ｂ１についての利得偏差が低減可能となるように、２種類の周期性光フィルタを用いて利得等化を行う。具体的に、利得等化器として用いる２種類の光フィルタは、周期３．７６ＴＨｚ、振幅３．０ｄＢおよび中心周波数２３０．４ＴＨｚの損失波長特性を有するものと、周期４．４１ＴＨｚ、振幅１．２ｄＢおよび中心周波数２３１．１ＴＨｚの損失波長特性を有するものとを組み合わせている。図中の極太線で表された利得等化後の特性を見ると、短波長側の波長帯Ｂ１に関しては、利得偏差が低減され、かつ、１０ｄＢ前後の利得を確保できているが、それ以外の波長帯Ｂ２および波長帯Ｂ３に関しては、利得偏差が増大し、利得の値が大きく減少していることが分かる。
【００３０】
従って、図３６のようなラマン利得の波長偏差を平坦化するためには、より大きな損失偏差と複雑な損失波長特性を持つ利得等化器の適用が要求される。このような利得等化器は大きな損失を持つため、システム性能を劣化させる要因となる。また、単独で複雑な損失波長特性を実現可能なスラント型ファイバブラッググレーティングなどの公知の光デバイスを適用したとしても、前述した（１）の問題点で説明したのと同様にして、利得等化可能な波長範囲が制限されてしまうため、信号光帯域幅の増大とともに分波器および合波器における過剰損失が増加し、システム性能を劣化させる要因となる。
【００３１】
本発明は、上述した（１）〜（４）の各問題点に着目してなされたもので、システム性能劣化を抑えながらラマン利得の波長偏差を容易に低減できるラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明にかかるラマン増幅器は、波長の異なる複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記増幅媒体に供給する合波部と、を備えて構成されるものである。
【００３３】
かかる構成のラマン増幅器では、等波長間隔で配置された第１励起光と同時に、その短波長側または長波長側の帯域に配置された第２励起光を増幅媒体に供給され、信号光波長帯域における利得ピーク波長が実質的に等間隔に並んだ利得波長特性に従って波長多重信号光のラマン増幅が行われるようになる。これにより、例えば、ラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有する、簡略な構成で低損失の利得等化器を利用して、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減することができ、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【００３４】
また、第２の発明にかかるラマン増幅器は、ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極小値および極大値のいずれかが略同一となるように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光を、ラマン利得の波長偏差に応じて予め設定した複数の波長帯に分波する分波器と、該分波器で分波された波長多重信号光のパワーの波長偏差を前記波長帯ごとに低減する複数の利得等化器と、該各利得等化器から出力される信号光を合波する合波器と、を備えて構成されるものである。
【００３５】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値か極大値の一方が略同一となるように複数の励起光のパワーが制御された状態で波長多重信号光のラマン増幅が行われ、そして、ラマン増幅後の波長多重信号光は、ラマン利得の波長偏差に応じて設定された複数の波長帯ごとに分波されて利得等化が行われる。このとき各波長帯に対応した利得等化器として簡略な構成で低損失のものが使用できるようになるため、利得等化に起因したシステム性能の劣化を抑えることが可能になる。
【００３６】
また、第３の発明にかかるラマン増幅器は、ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、信号光波長帯域の全体に亘って波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器と、を備えて構成されるものである。
【００３７】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が基準利得値を境界に略正負均等に並ぶように複数の励起光のパワーが制御された状態で波長多重信号光のラマン増幅が行われ、そのラマン増幅された波長多重信号光の全波長帯域に亘るパワーの波長偏差が、簡略な構成で低損失の利得等化器によって一括して低減されるようになり、利得等化に起因したシステム性能の劣化を抑えることが可能になる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【００４０】
図１において、第１実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅するための励起光を発生する多波長励起光源１１と、その多波長励起光源１１で発生した励起光を光ファイバ１０に与える合波部１２と、ラマン増幅の利得波長特性に応じてＷＤＭ信号光に発生する波長間の光パワー偏差を低減する利得等化器１３と、を備えて構成される。
【００４１】
光ファイバ１０は、例えば、本ラマン増幅器が適用される光伝送システムの端局または中継局間を接続する光伝送路とすることができる。また、光伝送路とは別に設けた非線形効果の発生し易いラマン増幅用光ファイバを適用してもよい。前者の場合は分布型ラマン増幅器となり、後者の場合は集中型ラマン増幅器となる。この光ファイバ１０を一方向（図１では右方）に伝搬するＷＤＭ信号光は、図２に示すように波長の異なる複数の信号光Ｓ１〜ＳＬを含んでいる。
【００４２】
多波長励起光源１１は、例えば、第１励起光発生部２０、第２励起光発生部２１および合波器２２を有する。第１励起光発生部２０は、波長の異なる複数の励起光Ｐ１〜ＰＫを所要のパワーで出力する。各励起光Ｐ１〜ＰＫの波長は、光ファイバ１０を伝搬する信号光Ｓ１〜ＳＬの波長に応じて設定されており、具体的には図２に示すように、信号光Ｓ１〜ＳＬの波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側にシフトさせた帯域内に各励起光Ｐ１〜ＰＫが等しい波長間隔で配置されている。なお、以下の説明では、励起光Ｐ１〜ＰＫのことを第１励起光と総称することにする。
【００４３】
第２励起光発生部２１は、第１励起光の波長帯域よりも短波長側に波長配置された励起光ＰＡと、第１励起光の波長帯域よりも長波長側に波長配置された励起光ＰＢとを所要のパワーでそれぞれ出力する。短波長側の励起光ＰＡは、具体的には図２に示すように、第１励起光のうちの最短波長の励起光Ｐ１よりもさらに短波長側の帯域に２波の励起光ＰＡ１，ＰＡ２が所要の波長間隔で配置されている。また、長波長側の励起光ＰＢは、第１励起光のうちの最長波長の励起光ＰＫよりもさらに長波長側の帯域に２波の励起光ＰＢ１，ＰＢ２が所要の波長間隔で配置されている。なお、以下の説明では、励起光ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のことを第２励起光と総称することにする。ただし、ここでは第１励起光の波長帯域に対して短波長側および長波長側の両方の帯域に複数の励起光をそれぞれ配置するようにしたが、本発明はこれに限らず、短波長側および長波長側のいずれかの帯域に少なくとも１つの励起光を配置して、それを第２励起光とすることが可能である。
【００４４】
合波器２２は、各励起光発生部２０，２１から出力される第１および第２励起光を合波し、それを合波部１２に送る。
上記の多波長励起光源１１は、例えば図３に示すような具体的な構成により実現することが可能である。図３の構成例では、各波長の励起光Ｐ１〜ＰＫ，ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２にそれぞれ対応した励起光源が用意され、各励起光源からの出力光が合波器２２の各入力ポートに送られて合波される。そして、ここでは合波された励起光が複数のシステム（図では４つのシステムＳＹＳ１〜ＳＹＳ４）に対応させて分岐され、その分岐光うちの１つが合波部１２に与えられる。
【００４５】
合波部１２は、多波長励起光源１１からの第１および第２励起光を光ファイバ１０の信号光出力側の一端に与えると共に、光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光を後段の利得等化器１３に伝える。ここでは、合波部１２により光ファイバ１０に与えられた第１および第２励起光は、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に光ファイバ１０内を伝搬することになる。この合波部１２としては、図２に示したような信号光波長帯域と励起光波長帯域とが分かれた波長配置が適用される場合には、例えばＷＤＭカプラを用いることができる。また、ここでは図示しないが励起光が信号光波長帯域の一部に混在するような波長配置が適用される場合には、例えば光サーキュレータを合波部１２として使用することが可能である。
【００４６】
利得等化器１３は、多波長励起光源１１からの第１および第２励起光が供給された光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光が合波部１２を介して与えられる。この利得等化器１３は、ラマン増幅の利得波長特性に対応した透過（または損失）波長特性を有し、上記ＷＤＭ信号光に発生した波長間の光パワー偏差を低減して平坦なＷＤＭ信号光を生成する。利得等化器１３の具体的な構成としては、後述するようにラマン増幅の利得波長特性のピークが等しい波長間隔で並ぶようになるため、例えば図４に示すような周期的な透過波長特性を持つマッハツェンダ型光フィルタなどの一般的な周期光フィルタを使用することができる。
【００４７】
次に、第１実施形態のラマン増幅器の作用について説明する。
本実施形態のラマン増幅器では、信号光Ｓ１〜ＳＬの波長帯域に対応した従来と同様の第１励起光Ｐ１〜ＰＫに加えて、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の帯域に配置された第２励起光ＰＡ，ＰＢが、増幅媒体としての光ファイバ１０に与えられることにより、光ファイバ１０におけるラマン増幅の利得ピーク波長が信号光波長帯域について等しい波長間隔で並ぶようになる。
【００４８】
図５は、本ラマン増幅器により実現される利得波長特性の具体例を示した図である。ここでは、第２励起光を加えたことによる効果を明らかにするために、光ファイバ１０に対して第１励起光のみを供給したときの利得波長特性（細線）と、第１および第２励起光の両方を供給したときの利得波長特性（太線）とが重ねて示してある。また、次の表３に示すデータは、図５に示した各特性の利得ピーク波長と隣り合う利得ピークの周波数間隔とをまとめたものである。
【００４９】
【表３】
【００５０】
図５および表３に示す利得波長特性の具体例では、第１励起光として１４０９．０ｎｍ、１４３８．８ｎｍ、１４６９．８ｎｍおよび１５０２．２ｎｍの４つの波長の励起光Ｐ１〜Ｐ４が設定されている。また、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側に配置される第２励起光として１３５３．０ｎｍおよび１３８０．５ｎｍの２つの波長の励起光ＰＡ１，ＰＡ２が設定され、長波長側に配置される第２励起光として１５３６．１ｎｍおよび１５７１．５ｎｍの２つの波長の励起光ＰＢ１，ＰＢ２が設定されている。さらに、第１および第２励起光のいずれについても各励起光の波長間隔は、周波数にして４．４ＴＨｚの等間隔に設定されている。加えて、前述の図２９に示したような励起光パワーの変調を行い、励起光間に生じるラマン増幅の効率が小さくなるような措置が施されている。なお、上記の波長配置においては、長波長側の第２励起光が信号光波長帯域の一部に混在することになるため、合波部１２としては光サーキュレータが使用される。
【００５１】
上記のような励起光の波長配置において、第１励起光のみを光ファイバ１０に与えた場合の利得波長特性は、短波長側から２番目の利得ピークと３番目の利得ピークとの間隔（４．７ＴＨｚ）のみが励起光の間隔（４．４ＴＨｚ）に近い値となり、その外側のピークの間隔は励起光の間隔よりも狭く（３．５ＴＨｚ，３．４ＴＨｚ）なっていて、利得ピークが等間隔には並んでいないことが分かる。これに対して、第１および第２励起光を光ファイバ１０に与えた場合の利得波長特性は、信号光波長帯域内に存在する３番目の利得ピークから６番目の利得ピークまでの間隔（４．４ＴＨｚまたは４．１ＴＨｚ）が励起光の間隔（４．４ＴＨｚ）に近い値となっていて、利得ピークが略等間隔に並んでいることが分かる。
【００５２】
従って、光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光は、上記のようなピークが略等間隔で並んだ利得波長特性に応じてラマン増幅されるようになるため、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光に生じる波長間のパワー偏差も周期的に変化するようになる。これにより、前述の図４に示したように、ラマン増幅の各利得ピーク波長で透過率が極小（損失が極大）となり、各利得ピークの中間の波長で透過率が極大（損失が極小）となるような周期的なフィルタ特性を持つ利得等化器１３を用いて、ＷＤＭ信号光の波長間のパワー偏差を効率的に平坦化することが可能になる。このような周期的に変化するプロファイルを持つ利得等化器１３はマッハツェンダ型光フィルタなどの一般的な周期光フィルタを用いて容易に実現することができ、上記のような周期性光フィルタは簡略な構成で損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避できる。また、上記のような周期的な利得等化器１３は、利得等化可能な波長範囲が非常に広いため、従来のようにＷＤＭ信号光を分波して所要の帯域ごとに利得等化を行い再び合波するといった必要がなくなり、分波器や合波器における過剰損失の問題を解消することが可能となる。
【００５３】
なお、上記の第１実施形態の説明では、複数の励起光間に生じるラマン増幅の効率が小さくなるように励起光パワーの変調を行う場合の一例を示したが、励起光パワーの変調を行わない構成のラマン増幅器についても本発明は有効であり、これについては、以下に示す他の実施形態においても同様である。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図６において、本実施形態のラマン増幅器は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーの波長特性をモニタするための光カプラ１４およびモニタ部１５と、そのモニタ部１５での検出結果に基づいて第２励起光発生部２１を制御する制御部１６とを設けたものである。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の構成と同一であるためここでの説明を省略する。
【００５５】
光カプラ１４は、例えば、合波部１２から利得等化器１３に送られるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、その分岐光をモニタ部１５に出力する。モニタ部１５は、光カプラ１４で分岐されたＷＤＭ信号光についての波長に対する光パワーの変化（光スペクトル）をモニタし、そのモニタ結果を制御部１６に出力する。
【００５６】
制御部１６は、モニタ部１５からのモニタ結果に基づいて、信号光波長帯域についてのラマン増幅の利得プロファイルを判断し、その利得プロファイルが予め設定した形状に近づくように、第２励起光発生部２１で発生する第２励起光のパワー若しくは波長を制御する。
【００５７】
前述した第１実施形態のラマン増幅器では、励起光源の故障あるいは経時劣化などによって複数の励起光のうちのいずれかの強度や波長が変化すると、ラマン増幅の利得プロファイルが予め設定した正常な状態の利得プロファイルから変化してしまう。そこで、第２実施形態のラマン増幅器では、上記のような構成を適用することにより、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光のスペクトルがモニタ部１５でモニタされ、そのモニタ結果を基に実際に得られるラマン増幅の利得プロファイルが制御部１６で判断される。そして、判断された実際の利得プロファイルが予め設定された利得プロファイルと比較されて何らかの変化が生じた場合には、制御部１６によって、元の正常な状態の利得プロファイルが得られるように第２励起光のパワー若しくは波長が最適化される。
【００５８】
具体的に、実際に得られるラマン増幅の利得プロファイルに基づいて、例えば、前述の第１実施形態において例示した４つの波長の第１励起光（１４０９．０ｎｍ、１４３８．８ｎｍ、１４６９．８ｎｍ、１５０２．２ｎｍ）のうちの１４３８．８ｎｍの励起光Ｐ２のパワーが減少していることが判断された場合には、ラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側に位置する１３５３．０ｎｍの励起光ＰＡ１のパワーを増加させるか、または、ラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ長波長側に位置する１５３６．１ｎｍの励起光ＰＢ１のパワーを減少させればよい。また、第１励起光のうちの複数の波長の励起光パワーが変化していることが判断された場合には、第２励起光のうちの複数の波長の励起光パワーを調整するのが好ましい。さらに、波長可変の励起光源を用いて第２励起光が生成されているときには、上記のような励起光パワーの制御だけでなく第２励起光の波長を最適化することで、より柔軟かつ高い精度の制御を行うことが可能になる。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、第３実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図７において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅するための励起光を発生する多波長励起光源３０と、その多波長励起光源３０で発生する各波長の励起光パワーを制御する励起光パワー制御部３１と、多波長励起光源３０から出力される励起光を光ファイバ１０に与える光サーキュレータ３２と、光ファイバ１０を伝搬し光サーキュレータ３２を通過したＷＤＭ信号光を複数の波長帯に分波する分波器３３と、各波長帯に分波された信号光の波長間のパワー偏差を各々の波長帯ごとに低減する利得等化器３４１，３４２，…，３４ｎと、各利得等化器３４１〜３４ｎから出力される信号光を合波して出力する合波器３５と、を備えて構成される。
【００６０】
上述した第１実施形態の場合と同様の光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光は、例えば図８に示すように、ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に所要の波長間隔で配置された複数の信号光Ｓ１〜ＳＮを含んでいる。
【００６１】
多波長励起光源３０は、図８に示すように、信号光Ｓ１〜ＳＮの波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側にシフトさせた帯域内に配置された波長の異なる複数の励起光Ｐ１〜ＰＭを発生する。この多波長励起光源３０で発生する各励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーは、後述するように信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように励起光パワー制御部３１によって制御されている。上記多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜ＰＭは、上述した第１実施形態における第１励起光に相当するものである。ただし、ここでは励起光Ｐ１〜ＰＭのうちの長波長側に位置する励起光が信号光波長帯域の一部に混在する波長配置が適用される。
【００６２】
光サーキュレータ３２は、多波長励起光源３０からの励起光を光ファイバ１０の信号光出力側の一端に与えると共に、光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光を後段の分波器３３に伝える。ここでは、光サーキュレータ３２により光ファイバ１０に与えられた励起光は、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に光ファイバ１０内を伝搬することになる。
【００６３】
分波器３３は、光サーキュレータ３２から伝えられるＷＤＭ信号光を複数の波長帯Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに分波して各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応したポートからそれぞれ出力する。上記の各波長帯Ｂ１〜Ｂｎは、後述するようにラマン利得の波長偏差が略同じになる範囲を１つの波長帯として予め設定したものである。分波器３３の具体的な構成としては、例えば、複数の誘電体多層膜フィルタを多段接続した構成などを適用することが可能である。
【００６４】
各利得等化器３４１〜３４ｎは、分波器３３の各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応した出力ポートに接続され、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎにおけるラマン増幅の利得波長特性に対応した透過（または損失）波長特性を有し、分波器３３で分波された各波長帯Ｂ１〜ＢＮの信号光に発生した波長間の光パワー偏差を低減して平坦な信号光をそれぞれ生成する。各利得等化器３４１〜３４ｎとしては、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎとしてラマン利得の波長偏差が同程度となる範囲が設定されているため、簡略な構成の周期性光フィルタを使用することが可能である。なお、各利得等化器３４１〜３４ｎの具体的な構成例については後述する。
【００６５】
合波器３５は、各利得等化器３４１〜３４ｎから出力される信号光が各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応したポートに入力され、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎの信号光を合波して１つのポートから出力する。この合波器３５の具体的な構成としては、例えば、複数の誘電体多層膜フィルタを多段接続した構成などを適用することが可能である。
【００６６】
次に、第３実施形態のラマン増幅器の作用について説明する。
ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上の波長帯域を有するＷＤＭ信号光のラマン増幅を行う場合、上述の（３）や（４）の問題点において説明したように、その利得波長特性は非常に複雑な形状となるため、ラマン増幅された信号光の波長間のパワー偏差を低減する利得等化器は、その構成が複雑なものとなり損失が増大してシステム性能劣化の要因となってしまう。そこで、本実施形態のラマン増幅器は、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように複数の励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーを制御し、かつ、ラマン利得の波長偏差が同程度となる複数の波長帯Ｂ１〜Ｂｎに応じてラマン増幅後のＷＤＭ信号光を分波して個別に利得等化を行うことによって、各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応した利得等化器として簡略な構成のものを使用可能にして損失の増大を抑えるようにしている。
【００６７】
具体的に、多波長励起光源３０から光サーキュレータ３２を介して光ファイバ１０に供給される励起光Ｐ１〜ＰＭとして、上述の表１に示した場合と同一の条件に設定した１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の一例を挙げて、上記の内容を詳しく説明する。
【００６８】
図９は、上記のような励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の利得波長特性の計算例である。なお、図９中の細線で示す特性が利得等化前のラマン利得の波長特性であり、太線で示す特性が利得等化器の損失波長特性であり、極太線で示す特性が利得等化後のラマン利得の波長特性である。
【００６９】
図９の具体例において、まず、利得等化前のラマン利得の波長特性（細線）に注目すると、信号光波長帯域（増幅帯域）のラマン利得の極小値が略同一のレベルＬＭＩＮに制御されていることが分かる。そして、その利得波長特性については、隣り合う極小値と極大値の偏差が同程度となる３つの波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を設定することができることも分かる。具体的に、ここでは波長帯Ｂ１，Ｂ２の境界部分に１３３４〜１３３８ｎｍの波長範囲のガードバンドＢＧ１が設定され、波長帯Ｂ２，Ｂ３の境界部分に１５１１．３〜１５１５．３ｎｍの波長範囲のガードバンドＢＧ２が設定されて、増幅帯域全体が３つの波長帯Ｂ１〜Ｂ３に区分されるようにしている。
【００７０】
次に、利得等化器の損失波長特性（太線）に注目すると、ラマン利得の波長偏差が最も大きい波長帯Ｂ１に対応した利得等化器３４１ついては、例えば、上述の図３７に示した場合と同様にして、周期３．７６ＴＨｚ、振幅３．０ｄＢおよび中心周波数２３０．４ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．４１ＴＨｚ、振幅１．２ｄＢおよび中心周波数２３１．１ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタとを組み合わせた構成を適用することにより、波長帯Ｂ１におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。また、波長帯Ｂ２に対応した利得等化器３４２ついては、例えば、周期４．５５ＴＨｚ、振幅０．９ｄＢおよび中心周波数２２２．３ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．３３ＴＨｚ、振幅１．０ｄＢおよび中心周波数２００．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタとを組み合わせた構成を適用することにより、波長帯Ｂ２におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。さらに、波長帯Ｂ３に対応した利得等化器３４３ついては、周期４．４ＴＨｚ、振幅０．７ｄＢおよび中心周波数１８７．２ＴＨｚの１種類の周期性フィルタを適用することにより、波長帯Ｂ３におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。
【００７１】
上記のように各々の波長帯Ｂ１〜Ｂ３ごとに損失波長特性が最適化された簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３を用いて利得等化を行うことにより、図９に示すように利得等化後の波長特性（極太線）は、３つの波長帯Ｂ１〜Ｂ３すべてについて、ラマン利得の波長偏差が効果的に低減されており、かつ、１０ｄＢ前後のラマン利得が確保されていることが分かる。
【００７２】
従って、第３実施形態のラマン増幅器によれば、広帯域の信号光をラマン増幅する場合においても、簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３を用いて信号光波長帯域全体に亘る利得等化を確実に行うことができる。また、上記のような簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３は損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避することが可能になる。
【００７３】
なお、図９の計算例に示した利得等化後の波長特性については、約２．８ｄＢの利得偏差が残留しているが、例えば、各励起光の波長およびパワーのさらなる最適化を図り、また、上述した第１実施形態の構成を併用してラマン利得の極大値が等しい波長間隔で並ぶようにすることで、上記利得偏差の残留分を低減させることが可能である。図１０は、第１および第３実施形態を併用した場合の具体的な構成例であり、図１１は、図１０の構成例における信号光および励起光の波長配置を例示したものである。
【００７４】
また、上記の第３実施形態では、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように励起光パワーを制御する構成について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ラマン利得の極大値が略同一となるように励起光パワーを制御するようにしてもよい。ただし、極大値を基準にする場合には、各波長帯Ｂ１〜Ｂｎについて利得等化後の信号光レベルを揃えるために、利得偏差が小さな波長帯についての利得等化器の損失を大きく設定する必要が生じる。このため、より低損失の利得等化を行うためには、極小値を略同一とするのが望ましい。
【００７５】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上記の第３実施形態では、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光を複数の波長帯Ｂ１〜Ｂｎに分波して利得等化を行うようにした。第４実施形態では、利得等化の際の帯域分割を行わずに１台の利得等化器を使用して信号光波長帯域全体の一括利得等化を行うことができるようにした応用例について説明する。
【００７６】
図１２は、第４実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１２において、本実施形態のラマン増幅器の構成が第３実施形態の場合と異なる部分は、第３実施形態において用いられていた励起光パワー制御部３１に代えて、信号光波長帯域におけるラマン増幅の利得波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーを制御する励起光パワー制御部３１’を設け、これにより利得等化の際の帯域分割を不要して１台の利得等化器３６により信号光波長帯域全体の一括利得等化を行うようにした部分である。なお、本実施形態で用いられる多波長励起光源３０、光サーキュレータ３２および光ファイバ１０、並びに、信号光Ｓ１〜ＳＬおよび励起光Ｐ１〜ＰＭの波長配置については第３実施形態の場合と同様である。ただし、光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光については、ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に所要の波長間隔で配置された複数の信号光Ｓ１〜ＳＮを含む場合に本実施形態の構成は有効となる。
【００７７】
図１３は、上記のラマン増幅器における利得等化前の利得波長特性の一例について信号光波長帯域（増幅帯域）部分を拡大して示した図である。この利得波長特性は、多波長励起光源３０から出力される励起光Ｐ１〜ＰＭとして、上述の表１に示した場合と同一の条件に設定した１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の計算例である。
【００７８】
図１３に示した計算例では、基準利得値が１２ｄＢに設定されており、１２ｄＢを超える図で上方の領域が正の領域、１２ｄＢ未満の図で下方の領域が負の領域とされる。そして、多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜Ｐ１３のパワーが励起光パワー制御部３１’によって制御されることにより、信号光波長帯域（増幅帯域）におけるラマン利得の極大点および極小点が正の領域および負の領域に略均等に並んだ状態、すなわち、信号光波長帯域についてのラマン利得の平均値が基準利得値と略等しくなる状態が実現されている。次の表４に示すデータは、図１３に示したラマン利得の極大値および極小値をまとめたものであり、図１４は、表４の各データを横軸を波長、縦軸を利得としてプロットしたものである。
【００７９】
【表４】
【００８０】
上記のような利得波長特性についても、前述の図９に示した場合と同様にして、隣り合う極小値と極大値の偏差が同程度となる３つの波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を設定することができる（図１３）。ただし、本実施形態では、これらの波長帯Ｂ１〜Ｂ３ごとに利得等化が行われるのではなく、複数の周期性光フィルタを組み合わせた単一の利得等化器を用いて一括して利得等化が行われる。
【００８１】
図１５は、上記のようなラマン増幅の利得波長特性に対して適用される利得等化器３６の損失波長特性および利得等化後の波長特性を求めた計算例である。
図１５に示す利得等化器３６の損失波長特性（太線）は、例えば、３種類の周期性光フィルタから構成される。具体的には、周期４．６ＴＨｚ、振幅０．９２ｄＢおよび中心周波数２３０．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．２ＴＨｚ、振幅０．６ｄＢおよび中心周波数２３０．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．４ＴＨｚ、振幅１．９ｄＢおよび中心周波数２２６．６ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、を組み合わせて利得等化器３６を構成することにより、信号光波長帯域の全体に亘るラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性が実現される。このような利得等化器３６を用いてラマン増幅後のＷＤＭ信号光の一括利得等化を行うことにより、利得等化後の波長特性は、図１５に極太線で示したように信号光波長帯域の全体について、ラマン利得の波長偏差が効果的に低減され、かつ、１０ｄＢ前後のラマン利得が確保されるようになる。
【００８２】
従って、第４実施形態のラマン増幅器によれば、広帯域の信号光をラマン増幅する場合においても、簡略な構成の周期性光フィルタを組み合わせた１台の利得等化器３６を用いて信号光波長帯域全体に亘る利得等化を確実に行うことができ、このような利得等化器３６は損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避することが可能になる。
【００８３】
なお、図１５の計算例に示した利得等化後の波長特性においても利得偏差が残留しているが、各励起光の波長およびパワーのさらなる最適化を行い、上述した第１実施形態の構成を併用してラマン利得の極大値が等しい波長間隔で並ぶようにすることで、上記利得偏差の残留分を低減させることが可能である。
【００８４】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
上述した第１〜第４実施形態において、信号光および励起光がある波長帯域内で混在するような波長配置が適用される場合、光ファイバ１０に供給される励起光のレーリ散乱光が合波部１２（光サーキュレータ３２）を通過してＷＤＭ信号光と伴に後段側に伝わるようになる。このレーリ散乱光はＷＤＭ信号光の波長帯域内にも存在するためＷＤＭ信号光を伝送する過程で累積し、システム性能を劣化させる可能性がある。このようなレーリ散乱光による性能劣化を防ぐためには、レーリ散乱光を除去するための光フィルタの適用が有効であることを本出願人は提案している（例えば、特願２００１−３９０３６６号参照）。そこで、第５実施形態では、上記のようなレーリ散乱光除去用の光フィルタを適用した改良例について説明する。
【００８５】
図１６は、第５実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１６において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、上述の図７に示した第３実施形態の構成について、光サーキュレータ３２と分波器３３の間にレーリ散乱光を除去するための光フィルタ４０を設けたものである。
【００８６】
光フィルタ４０は、例えば図１７に示すように、励起光Ｐ１〜ＰＭの各中心波長に対応した波長で透過率が急峻に低下する周期性ノッチフィルタを用いることが可能である。
【００８７】
上記のような構成のラマン増幅器では、多波長励起光源３０から光サーキュレータ３２を介して光ファイバ１０に供給された励起光Ｐ１〜ＰＭのレーリ散乱光がＷＤＭ信号光Ｓ１〜ＳＬと伴に光サーキュレータ３２を通過して光フィルタ４０に入力される。光フィルタ４０では、各励起光Ｐ１〜ＰＭに一致した波長を持つレーリ散乱光の通過が阻止され、各励起光Ｐ１〜ＰＭとは異なる波長に配置されたＷＤＭ信号光のみが分波器３３に送られるようになる。これにより、励起光Ｐ１〜ＰＭのレーリ散乱光が後段側に伝達されることがなくなるため、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【００８８】
さらに、励起光Ｐ１〜ＰＭの周波数間隔が、ラマンシフト周波数の（整数＋１／２）分の１に設定されている場合には、図１８に示すように、分波器３３の透過率が極小となる損失ピーク周波数（図１８の上段）が、レーリ散乱光除去用の光フィルタ４０の透過率が極小となる損失ピーク周波数（図１８の下段）に一致するようになるため、ラマン増幅器の増幅帯域を有効に活用しつつ、レーリ散乱光の抑圧と波長帯Ｂ１〜Ｂｎごとの利得等化を行うことが可能になる。
【００８９】
なお、上記の第５実施形態では、図７に示した第３実施形態の構成についてレーリ散乱光除去用の光フィルタ４０を設けた一例を示したが、第３実施形態以外の他の実施形態の構成についても同様にしてレーリ散乱光除去用の光フィルタを適用することが可能である。
【００９０】
また、上記の第５実施形態の応用例として、レーリ散乱光除去用の光フィルタに利得等化の機能を具備させて、レーリ散乱光の除去と利得等化とを同一の光フィルタにより行うようにすることも可能である。図１９は、上記のような光フィルタの透過波長特性の要部を拡大して示した図である。図１９に示すように、励起光の中心波長に対応する波長で透過率が急峻に低下し、その前後に位置する信号光帯域ではラマン利得の波長特性に対応した形状で透過率が変化するような特性を持つ光フィルタが実現されれば、上記のようなレーリ散乱光除去および利得等化の一括処理を行うことができる。
【００９１】
さらに、上記の第５実施形態の他の応用例として、図２０の要部構成に示すように、励起光近傍の波長域のみを透過する特性を備えた光フィルタ４１を用いて、多波長励起光源３０から出力される励起光Ｐ１〜ＰＭを光ファイバ１０（増幅媒体）に与えるようにすることも有効である。図２１は、上記のような光フィルタ４１についての波長に対する反射率の変化の好ましい具体例を示したものである。図２１に示したような波長特性を有する光フィルタ４１を用いれば、多波長励起光源３０から光フィルタ１０に与えられる各励起光Ｐ１〜ＰＭのスペクトルを狭窄化することができ、また、各励起光Ｐ１〜ＰＭの中心波長の中間に位置する波長域の反射特性がラマン利得のプロファイルと逆の特性となっているため、ラマン増幅された信号光Ｓ１〜ＳＮの利得等化も同時に行うことができる。さらに、光ファイバ１０内で発生したレーリ散乱光は、再び光フィルタ４１を通過して後段側には伝えられないため、光フィルタ４１によってレーリ散乱光を除去することもできる。従って、励起光スペクトルの狭窄化によるシステム性能の改善と同時に、ラマン増幅器の構成の簡略化および低損失化とを実現することが可能になる。
【００９２】
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図２２は、本発明の第６実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【００９３】
図２２において、本光伝送システムは、例えば、光送信局５０および光受信局５１の間を接続する光伝送路５２上に複数の光中継局５３が配置され、光送信局５０から光伝送路５２に送出されたＷＤＭ信号光を各光中継局５３で増幅しながら光受信局５１まで中継伝送するシステムについて、各々の光中継局５３が上述した第１〜第５実施形態のうちのいずれかのラマン増幅器を含んで構成されたものである。ここでは、各光中継局５３の間を繋ぐ光伝送路がラマン増幅用の増幅媒体として利用される。
【００９４】
光送信局５０は、複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）５０Ａで発生する波長の異なる信号光を合波器５０Ｂで合波してＷＤＭ信号光を生成し、そのＷＤＭ信号光をポストアンプ５０Ｃで所要のレベルまで増幅して光伝送路５２の送出する。また、光受信局５１は、光送信局５０から光伝送路５２および各光中継局５３を介して中継伝送されたＷＤＭ信号光をプリアンプ５１Ａで所要のレベルまで増幅した後に分波器５１Ｂで各波長の信号光に分波し、各々の波長に対応した光受信器（Ｏ／Ｅ）で信号光の受信処理を行う。
【００９５】
上記のような光伝送システムでは、光送信局５０から光伝送路５２に送信されたＷＤＭ信号光が各中継区間の光伝送路５２を伝搬してラマン増幅されながら光受信局まで中継伝送される。このとき、各中継区間におけるラマン利得の波長特性に応じてＷＤＭ信号光に生じる波長間のパワー偏差は簡略な構成で低損失の利得等化器によって等化されるようになるため、優れたシステム性能を実現することが可能になる。
【００９６】
なお、上記第６実施形態の光伝送システムについては、例えば図２３に示すように、各中継区間で等化しきれずに残留した利得偏差の累積分を所要の中継数ごとにまとめて補償する利得等化器５４を、各光中継局５３のラマン増幅器内の利得等化器とは別に設けるようにしてもよい。これにより、システム性能のさらなる向上を図ることが可能になる。
【００９７】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００９８】
（付記１）波長の異なる複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記増幅媒体に供給する合波部と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００９９】
（付記２）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器を備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１００】
（付記３）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光パワーの波長特性をモニタするモニタ部と、
該モニタ部のモニタ結果を基に判断される信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の変化に応じて、前記第２励起光発生部で発生する励起光の波長およびパワーの少なくとも一方を制御する制御部と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０１】
（付記４）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域がラマンシフト周波数に対応した波長幅よりも狭く、信号光波長帯域および励起光波長帯域が分かれた波長配置が適用されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０２】
（付記５）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域がラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長幅であり、励起光が信号光波長帯域内に混在する波長配置が適用されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０３】
（付記６）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０４】
（付記７）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０５】
（付記８）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０６】
（付記９）付記１に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０７】
（付記１０）付記９に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０８】
（付記１１）付記１０に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０９】
（付記１２）ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極小値および極大値のいずれかが略同一となるように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光を、ラマン利得の波長偏差に応じて予め設定した複数の波長帯に分波する分波器と、
該分波器で分波された波長多重信号光のパワーの波長偏差を前記波長帯ごとに低減する複数の利得等化器と、
該各利得等化器から出力される信号光を合波する合波器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１０】
（付記１３）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
前記複数の波長帯は、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長偏差が略同じになる範囲を１つの波長帯としたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１１】
（付記１４）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光源は、信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記光サーキュレータに送る合波器と、を有することを特徴とするラマン増幅器。
【０１１２】
（付記１５）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１３】
（付記１６）付記１５に記載のラマン増幅器であって、
前記複数の波長帯の境界に設定された前記分波器のガードバンドの中心波長と、励起光の中心波長に対応させて設定された前記光フィルタの損失ピーク波長とを一致させたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１４】
（付記１７）付記１２に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１５】
（付記１８）付記１７に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１６】
（付記１９）付記１８に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１７】
（付記２０）ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
信号光波長帯域の全体に亘って波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１８】
（付記２１）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光源は、信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記光サーキュレータに送る合波器と、を有することを特徴とするラマン増幅器。
【０１１９】
（付記２２）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２０】
（付記２３）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２１】
（付記２４）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２２】
（付記２５）付記２０に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２３】
（付記２６）付記２５に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２４】
（付記２７）付記２６に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムによれば、簡略な構成で低損失の利得等化器を利用して、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減することができるため、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図３】第１実施形態における多波長励起光源の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態における利得等化器の透過波長特性の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図９】第３実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図１０】第１および第３実施形態を併用した場合の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の構成における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１３】第４実施形態における利得等化前のラマン利得の波長特性を示す図である。
【図１４】図１３におけるラマン利得の極大値および極小値の分布を示す図である。
【図１５】第４実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図１６】本発明の第５実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１７】第５実施形態においてレーリ散乱光を除去するための光フィルタの透過波長特性の一例を示す図である。
【図１８】第５実施形態における分波器および光フィルタの好ましい透過波長特性の一例を示す図である。
【図１９】第５実施形態の応用例においてレーリ散乱光の除去および利得等化の機能を具備した光フィルタの透過波長特性を示す図である。
【図２０】第５実施形態の他の応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０における光フィルタの反射率の波長特性を示す図である。
【図２２】本発明の第６実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２３】第６実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図２４】従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
【図２５】図２４のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図２６】図２４のラマン増幅器に対して利得等化器を適用した構成例を示す図である。
【図２７】従来のラマン増幅器の他の構成例を示す図である。
【図２８】図２７のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図２９】励起光間に生じるラマン増幅の効率を低くする励起光の変調方式を説明するための図である。
【図３０】複数の励起光を用いて得られるラマン利得の波長特性を説明するための図である。
【図３１】不等間隔の励起光を用いたときに得られるラマン利得のプロファイルと、それに対応した利得等化器の損失波長特性を示す図である。
【図３２】単一の波長の励起光を信号光波長帯域内に配置した一例を示す図である。
【図３３】図３２の波長配置において得られるラマン利得の波長特性を示す図である。
【図３４】ラマンシフト周波数の約４倍となる増幅帯域幅を有するラマン増幅器について計算した利得波長特性の一例を示す図である。
【図３５】図３４におけるラマン利得の極大値および極小値の分布を示す図である。
【図３６】図３４の利得波長特性のうちの増幅帯域部分を拡大した図である。
【図３７】図３６利得波長特性に対して周期的な損失特性を有する光フィルタを適用して利得等化を行った場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 光ファイバ
１１，３０ 多波長励起光源
１２ 合波部
１３，３４１〜３４ｎ，３６，５４ 利得等化器
１４ 光カプラ
１５ モニタ部
１６ 制御部
２０ 第１励起光発生部
２１ 第２励起光発生部
２２，３５ 合波器
３１ 励起光パワー制御部
３２ 光サーキュレータ
３３ 分波器
４０，４１ 光フィルタ
５０ 光送信局
５１ 光受信局
５２ 光伝送路
５３ 光中継局
Ｓ１〜ＳＬ 信号光
Ｐ１〜ＰＫ 第１励起光
ＰＡ，ＰＢ 第２励起光
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光をラマン効果を利用して増幅するラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムに関し、特に、ラマン利得の波長依存性によって生じる信号光パワーの波長偏差の低減を図るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムにおいては、光信号を電気信号に変換し、等化増幅（ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）、タイミング抽出（ｒｅｔｉｍｉｎｇ）および 識別再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）を行う再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保すると共に大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する１つの方法として、１本の光伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。ＷＤＭ光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００４】
光増幅中継伝送システムの中継器にはエルビウムドープファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）が一般的に用いられている。例えば、ＥＤＦＡの利得波長帯域は１．５５μｍ帯（Ｃ−バンド）であり、その利得波長帯域を長波長へシフトしたＧＳ−ＥＤＦＡ（Ｇａｉｎ ｓｈｉｆｔｅｄ−ＥＤＦＡ）の利得波長帯域は１．５８μｍ帯（Ｌ−バンド）である。上記のＥＤＦＡおよびＧＳ−ＥＤＦＡは、それぞれ３０ｎｍ以上の利得波長帯域幅を有し、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドに対応した合分波器を用いて２つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の帯域幅を実現することも可能である。
【０００５】
さらに、近年になってラマン増幅の適用が盛んに検討されている。ラマン増幅の利得ピーク光周波数は、例えば石英系ファイバを増幅媒体としたとき、その増幅媒体に供給する励起光の周波数よりも約１３．２ＴＨｚだけ低周波側にシフトした光周波数となる。これを光波長について言い換えると、ラマン増幅は励起光波長よりも長波長側に利得帯域を持ち、例えば１．４５μｍの励起光波長に対するラマン利得ピーク波長は、励起光波長を約１００ｎｍだけ長波長側にシフトした１．５５μｍ付近となる。
【０００６】
なお、以下の説明では、増幅媒体に与えられる励起光の周波数とその励起光に起因して得られるラマン利得のピーク周波数との差分のことを「ラマンシフト周波数」と呼ぶことにする。
【０００７】
このようなラマン増幅を利用した光増幅器において、要求される信号光波長に対して増幅作用を得るためには、ラマンシフト周波数を考慮して励起光波長を設定可能であることが重要である。また、異なる中心波長を持つ複数の励起光を用いることでラマン増幅の利得波長特性を平坦化できることが知られている。例えば、複数の励起光源の発振波長および出力光パワーをそれぞれ調整することにより、ラマン増幅の利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保したという報告がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
図２４は、従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
図２４において、従来のラマン増幅器は、複数の励起光Ｐ１〜ＰＫを発生する多波長励起光源１０１と、その多波長励起光源１０１から出力される励起光Ｐ１〜ＰＫを増幅媒体である光ファイバ１００に供給する合波器１０２とを備えて構成され、多波長励起光源１０１から合波器１０２を介して光ファイバ１００に供給された励起光Ｐ１〜ＰＫが信号光Ｓ１〜ＳＬとは逆方向に伝搬する。この従来のラマン増幅器では、例えば図２５に示すように、複数の信号光Ｓ１〜ＳＬが所要の間隔で配置された信号光波長帯域と、その信号光波長帯域に応じて複数の励起光Ｐ１〜ＰＫが配置された励起光波長帯域とを分けた波長配置が適用される。また、信号光波長帯域について平坦な利得波長特性を得るため、例えば図２６に示すように利得等化器１０３を併用した構成も知られている。
【０００９】
ところで、大容量長距離伝送システムを実現するためには、信号光波長帯域幅の拡大（広帯域化）が重要である。この広帯域化の実現のためにラマン増幅を利用した場合、信号光および励起光がある波長帯域内で混在するような波長配置の適用が有効であることが知られている（例えば、特許文献１、並びに、本出願人の先願である特願２００１−２４４７９８号および特願２００１−３９０３６６号参照）。
【００１０】
図２７は、上記のような波長配置を適用したラマン増幅器の構成例を示す図である。また、図２８は、図２７のラマン増幅器における波長配置例を示す図である。図２８に示すように複数の励起光Ｐ１〜ＰＭのうちの一部が信号光波長帯域内に混在する場合には、図２７に示すように励起光合波用の光デバイスとして光サーキュレータ１０４が使用される。なお、ここでは、信号光波長帯域内に混在しない励起光をＰ１〜ＰＱとし、信号光波長帯域内に混在する励起光をＰＱ＋１〜ＰＭとしている。また、前述の図２６に示した構成と同様にして、信号光帯域に亘って平坦な利得波長特性を得るために利得等化器１０３を併用する構成（図２７中の破線部分）もある。
【００１１】
上記のような信号光と励起光がある帯域内に混在する波長配置が適用されたラマン増幅器においては、励起光同士の間でラマン増幅が大きく生じるため、短波長側の励起光に要求されるパワーが極端に大きくなることが知られている。このため、励起光源の合波構成が複雑化する上、短波長側の励起光により発生する自然放出光雑音が増大し、短波長側信号光の雑音特性が劣化してしまうという問題がある。
【００１２】
この問題を解決する手法として、例えば、各励起光のパワーについて変調をかけ、ラマンシフト周波数に近い周波数差を有する励起光パワー同士の時間的な重なりを低減することにより、それらの励起光間に生じるラマン増幅の効率を低くして、ラマン増幅器の雑音特性を改善すると共に短波長側の励起光パワーを低減する技術が提案されている（例えば、本出願人の先願である特願２００２−３３４０３７号参照）。具体的には、例えば図２９に示すような各励起光パワーの変調が行われる。この図２９の一例は、ラマンシフト周波数ΔｆＲＡＭＡＮの３分の１（石英系光ファイバを増幅媒体とした場合、ΔｆＲＡＭＡＮ＝１３．２ＴＨｚ、ΔｆＲＡＭＡＮ／３＝４．４ＴＨｚ）に対応する波長間隔に配置した８波長の励起光を用いる場合について、それぞれの励起光パワーの変化を示している。ただし、ここでは変調後の光パルスのデューティを５０％としている。励起光間に生じるラマン増幅の効率が最も高まるのは励起光同士がラマンシフト周波数ΔｆＲＡＭＡＮだけ離れている場合、すなわち、上記の一例では、励起光Ｐ１と励起光Ｐ４、励起光Ｐ２と励起光Ｐ５、励起光Ｐ３と励起光Ｐ６、励起光Ｐ４と励起光Ｐ７、励起光Ｐ５と励起光Ｐ８のそれぞれの組み合わせである。従って、これらが時間的に重ならないように各励起光のパワーに変調をかけることで、励起光間のラマン増幅が低減されて上記の問題を解決することが可能となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−２２９０８４号公報
【非特許文献１】
Ｙ． Ｅｍｏｒｉ， ｅｔ ａｌ．， “１００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｆｌａｔ ｇａｉｎ Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｐｕｍｐｅｄ ａｎｄ ｇａｉｎ−ｅｑｕａｌｉｚｅｄ ｂｙ １２− ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ ＷＤＭ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ”， ＯＦＣ’９９， ＰＤ１９， １９９９．
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅器については次の（１）〜（４）に示すような問題点がある。
【００１５】
（１）利得等化の際の損失増大によるシステム性能劣化
複数の波長の励起光を用いて得られるラマン利得の波長に対するプロファイルは、例えば図３０に示すように励起光の波長数に応じた複数のピークを有するもとなるが、それぞれのピーク波長は個々の励起光を単独で使用した場合に得られる利得ピーク波長とは異なる値を示すようになる。具体的に、図３０の一例は、１４３３ｎｍおよび１４６４ｎｍの２つの波長の励起光を使用した場合の波長に対するラマン利得の関係を示していて、図中の細線で示すように各々の励起光を単独で使用した場合には、ラマン利得プロファイルのピーク波長がそれぞれ１５２９．６ｎｍおよび１５６５．５ｎｍとなる。これに対して、図中の太線で示すように２つの波長の励起光を同時に用いた場合には、利得プロファイルが１５３８．２ｎｍおよび１５６３．９ｎｍにピークを有するようになり、１４３３ｎｍの励起光に対応した利得ピークは８．６ｎｍだけ長波長側にシフトし、１４６４ｎｍの励起光に対応した利得ピークは１．６ｎｍだけ短波長側にシフトすることになる。
【００１６】
従って、複数の波長の励起光を用いたラマン増幅器においては、励起光の波長を等間隔に配置したとしても、実際に得られるラマン利得のプロファイルは等間隔の利得ピークを持たないことになる。このため、前述の図２６などに示したような利得等化器を併用して行われる利得等化に際しては、複雑な損失プロファイルをもつ利得等化器を用いる必要がある。しかし、そのような利得等化器は一般に大きな損失を持つため、システム性能劣化の要因となり得る。また、例えば、グレーティング方向を光ファイバ軸から傾けた公知のスラント型ファイバブラッググレーティングなどのように、単独で複雑な損失プロファイルを実現する光デバイスも存在するが、そのようなデバイスは利得等化可能な波長範囲が一般に４０ｎｍ程度以下に限定されてしまう。このため、４０ｎｍを超えるような広い信号光波長帯域を有するシステムにおいては、利得等化の都度、信号光を分波した後に利得等化を行い再び合波するといった処理が必要となり、分波器および合波器における過剰損失が問題となる場合がある。
【００１７】
（２）励起光の不等間隔配置による非効率化
上記（１）の問題点を回避して簡易な構成の利得等化器を使用できるようにするためには、例えば、ラマン利得プロファイルのピーク波長が等間隔となるように励起光の波長を選択することが考えられる。具体的に、例えば図３１の実線で示すように２３ｎｍ間隔で４つの利得ピークを得るためには、１４３０ｎｍ、１４４８ｎｍ、１４７０ｎｍおよび１５０２ｎｍという波長間隔が一定でない４つの波長の励起光を使用することが必要になる。このような波長配置が不等間隔の励起光を用いれば、図３１の点線で示すような周期的な損失波長特性を持つ簡易な構成の利得等化器を使用することが可能になる。
【００１８】
しかしながら、前述の図２９を参照して説明したように、信号光および励起光がある帯域内に混在する波長配置においては、励起光間のラマン増幅を効率的に行うために、励起光の周波数間隔をラマンシフト周波数の整数分の１に設定することが有効であり、複数の励起光の波長を不等間隔で配置することは、上記のような波長設定を適用したラマン増幅器における非効率化を招くことになる。
【００１９】
また、本出願人は、前述の特願２００１−２４４７９８号や特願２００１−３９０３６６号において、信号光帯域内に混在する励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを用いたり、励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを用いたりすることによって、システム性能の改善を図ることができることを示した。この際、励起光が等間隔に配置されていれば、それぞれの用途のために周期性をもつ光フィルタを適用することが可能になり多数の光フィルタを用いる必要がなくなるため損失およびコストの点で有利となる。一方、励起光が不等間隔に配置されてしまうと、上記のような利点が失われることになる。
【００２０】
（３）短波長側の信号光帯域における利得偏差の増大によるシステム性能の劣化
前述の図２７〜図２９に示したような増幅帯域幅がラマンシフト周波数と同程度またはそれ以上となるようなラマン増幅器においては、短波長側ほど利得偏差が大きくなるという特性を持つ。この特性について図３２および図３３を用いて具体的に説明する。図３２は、単一の波長（例えば１４６０．３ｎｍ）の励起光に対して、その励起光の短波長側および長波長側に複数の信号光を配置した一例であり、図３３は、図３２の信号光および励起光の波長配置において得られるラマン利得の波長特性を示したものである。各図に示すように、信号光帯域内に混在する１４６０．３ｎｍの励起光は、励起光よりも長波長側（低周波側）の信号光に対して利得を与える一方、短波長側（高周波側）の信号光に対して損失を与える。また、ここでは図示しないが、増幅媒体として用いられる光ファイバの実効断面積は短波長ほど小さくなることが知られている。このため、励起光より短波長側の信号光と励起光との間で発生するラマン効果（損失）は、励起光より長波長側の信号光と励起光との間で発生するラマン効果（利得）よりも効率が高まるようになる。図３３の具体例では、損失ピークの絶対値が約２０．０ｄＢとなるのに対して、利得ピークの絶対値が約１４．１ｄＢとなっており、短波長側のラマン効果の効率が長波長側よりも高くなることが分かる。
【００２１】
上記のような１波の励起光によって得られるラマン効果の波長特性を踏まえて、次に、複数の波長の励起光を使用したラマン増幅器の利得波長特性について考える。図３４は、ラマンシフト周波数の約４倍となる増幅帯域幅を有するラマン増幅器について計算した利得波長特性の一例である。なお、図３４の利得波長特性は、ラマンシフト周波数を１３．２ＴＨｚとし、その約４倍に相当する５６．５ＴＨｚの増幅帯域幅、波長にすると１２７７．３ｎｍ〜１６８２．３ｎｍの範囲に該当する４０５ｎｍの増幅帯域幅を有するラマン増幅器について、１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を４．４ＴＨｚ（ラマンシフト周波数の３分の１）の等しい周波数間隔に配置すると共に（下記の表１参照）、前述の図２９に示したような各励起光に対する変調を施して励起光間のラマン増幅を抑圧するようにした場合の計算結果である。
【００２２】
【表１】
図３４中の太線で示した１３波長の励起光使用時に得られるラマン利得のプロファイルは、図３４中の細線で示した各励起光Ｐ１〜Ｐ１３を単独で用いた時に得られる各々のラマン利得の重ね合わせにより近似的に求めている。また、ここでは、全励起光による利得の極小値が略１０ｄＢとなるように各励起光のパワーが調整されている。このような計算結果では、全励起光による利得の平均値は約１２．０ｄＢとなり、利得偏差は約８．７ｄＢとなっている。
【００２４】
図３４に示すように、最長波長の利得ピーク付近の増幅に寄与する励起光は最長波長の励起光Ｐ１３のみであり、複数の励起光が寄与するその他の利得ピークと比較して励起光Ｐ１３の負担は大きい。このため、平坦な利得を得るためには、最長波長の励起光Ｐ１３によるラマン効果で比較的大きな利得が得られる必要がある。この場合、上記の図３３に示した関係より明らかなように、励起光Ｐ１３より短波長側に発生する損失のピークも比較的大きくなる。
【００２５】
この励起光Ｐ１３による損失ピークを補償するため、最長波長の励起光Ｐ１３よりも周波数で２６．４ＴＨｚ高周波（短波長）側に存在する励起光Ｐ７によるラマン効果は、大きな利得をもつ必要がある。これと同様にして、励起光Ｐ７よりも周波数で２６．４ＴＨｚ高周波側の励起光Ｐ１によるラマン効果は、さらに大きな利得をもつ必要がある。このため、短波長側での利得偏差は特に大きくなる。次の表２に示すデータは、各波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３にそれぞれ対応したラマン利得の極大値および極小値をまとめたものであり、図３５は、表２の各データを横軸を波長、縦軸を利得としてプロットしたものである。
【００２６】
【表２】
表２および図３５から明らかなように、信号光の波長帯域の拡大に伴って短波長側の利得偏差が拡大するため、要求される利得等化器の構成が複雑なものとなり損失が増大し、システム性能を劣化させる要因となる。
【００２８】
（４）利得波長特性の形状が複雑化することによるシステム性能の劣化
前述の図３４に示した計算結果からも推察されるように、ラマン増幅器の増幅帯域幅が増大すると利得波長特性が複雑化する。例えば、図３４に示した利得波長特性のうちの増幅帯域部分を拡大した図３６に示すように、当該部分の利得波長特性は、利得偏差の大きさが略同程度となる複数の波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に区分できるような複雑な形状となる。このような複雑な形状の利得波長特性を有するラマン増幅器に対して、一般的に使用される周期的な損失特性を有する光フィルタを適用しても有効な利得等化を行うことは困難である。
【００２９】
図３７は、図３６の利得波長特性に対して周期的な損失特性を有する光フィルタを適用して利得等化を行った場合の一例を示した図である。図中の細線が利得等化前の特性、太線が利得等化器の損失波長特性、極太線が利得等化後の特性をそれぞれ表している。ここでは、所要の利得を確保しつつ、図３６で大きな利得偏差が発生している波長帯Ｂ１についての利得偏差が低減可能となるように、２種類の周期性光フィルタを用いて利得等化を行う。具体的に、利得等化器として用いる２種類の光フィルタは、周期３．７６ＴＨｚ、振幅３．０ｄＢおよび中心周波数２３０．４ＴＨｚの損失波長特性を有するものと、周期４．４１ＴＨｚ、振幅１．２ｄＢおよび中心周波数２３１．１ＴＨｚの損失波長特性を有するものとを組み合わせている。図中の極太線で表された利得等化後の特性を見ると、短波長側の波長帯Ｂ１に関しては、利得偏差が低減され、かつ、１０ｄＢ前後の利得を確保できているが、それ以外の波長帯Ｂ２および波長帯Ｂ３に関しては、利得偏差が増大し、利得の値が大きく減少していることが分かる。
【００３０】
従って、図３６のようなラマン利得の波長偏差を平坦化するためには、より大きな損失偏差と複雑な損失波長特性を持つ利得等化器の適用が要求される。このような利得等化器は大きな損失を持つため、システム性能を劣化させる要因となる。また、単独で複雑な損失波長特性を実現可能なスラント型ファイバブラッググレーティングなどの公知の光デバイスを適用したとしても、前述した（１）の問題点で説明したのと同様にして、利得等化可能な波長範囲が制限されてしまうため、信号光帯域幅の増大とともに分波器および合波器における過剰損失が増加し、システム性能を劣化させる要因となる。
【００３１】
本発明は、上述した（１）〜（４）の各問題点に着目してなされたもので、システム性能劣化を抑えながらラマン利得の波長偏差を容易に低減できるラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明にかかるラマン増幅器は、波長の異なる複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記増幅媒体に供給する合波部と、を備えて構成されるものである。
【００３３】
かかる構成のラマン増幅器では、等波長間隔で配置された第１励起光と同時に、その短波長側または長波長側の帯域に配置された第２励起光を増幅媒体に供給され、信号光波長帯域における利得ピーク波長が実質的に等間隔に並んだ利得波長特性に従って波長多重信号光のラマン増幅が行われるようになる。これにより、例えば、ラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有する、簡略な構成で低損失の利得等化器を利用して、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減することができ、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【００３４】
また、第２の発明にかかるラマン増幅器は、ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極小値および極大値のいずれかが略同一となるように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光を、ラマン利得の波長偏差に応じて予め設定した複数の波長帯に分波する分波器と、該分波器で分波された波長多重信号光のパワーの波長偏差を前記波長帯ごとに低減する複数の利得等化器と、該各利得等化器から出力される信号光を合波する合波器と、を備えて構成されるものである。
【００３５】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値か極大値の一方が略同一となるように複数の励起光のパワーが制御された状態で波長多重信号光のラマン増幅が行われ、そして、ラマン増幅後の波長多重信号光は、ラマン利得の波長偏差に応じて設定された複数の波長帯ごとに分波されて利得等化が行われる。このとき各波長帯に対応した利得等化器として簡略な構成で低損失のものが使用できるようになるため、利得等化に起因したシステム性能の劣化を抑えることが可能になる。
【００３６】
また、第３の発明にかかるラマン増幅器は、ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、信号光波長帯域の全体に亘って波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器と、を備えて構成されるものである。
【００３７】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が基準利得値を境界に略正負均等に並ぶように複数の励起光のパワーが制御された状態で波長多重信号光のラマン増幅が行われ、そのラマン増幅された波長多重信号光の全波長帯域に亘るパワーの波長偏差が、簡略な構成で低損失の利得等化器によって一括して低減されるようになり、利得等化に起因したシステム性能の劣化を抑えることが可能になる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【００４０】
図１において、第１実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅するための励起光を発生する多波長励起光源１１と、その多波長励起光源１１で発生した励起光を光ファイバ１０に与える合波部１２と、ラマン増幅の利得波長特性に応じてＷＤＭ信号光に発生する波長間の光パワー偏差を低減する利得等化器１３と、を備えて構成される。
【００４１】
光ファイバ１０は、例えば、本ラマン増幅器が適用される光伝送システムの端局または中継局間を接続する光伝送路とすることができる。また、光伝送路とは別に設けた非線形効果の発生し易いラマン増幅用光ファイバを適用してもよい。前者の場合は分布型ラマン増幅器となり、後者の場合は集中型ラマン増幅器となる。この光ファイバ１０を一方向（図１では右方）に伝搬するＷＤＭ信号光は、図２に示すように波長の異なる複数の信号光Ｓ１〜ＳＬを含んでいる。
【００４２】
多波長励起光源１１は、例えば、第１励起光発生部２０、第２励起光発生部２１および合波器２２を有する。第１励起光発生部２０は、波長の異なる複数の励起光Ｐ１〜ＰＫを所要のパワーで出力する。各励起光Ｐ１〜ＰＫの波長は、光ファイバ１０を伝搬する信号光Ｓ１〜ＳＬの波長に応じて設定されており、具体的には図２に示すように、信号光Ｓ１〜ＳＬの波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側にシフトさせた帯域内に各励起光Ｐ１〜ＰＫが等しい波長間隔で配置されている。なお、以下の説明では、励起光Ｐ１〜ＰＫのことを第１励起光と総称することにする。
【００４３】
第２励起光発生部２１は、第１励起光の波長帯域よりも短波長側に波長配置された励起光ＰＡと、第１励起光の波長帯域よりも長波長側に波長配置された励起光ＰＢとを所要のパワーでそれぞれ出力する。短波長側の励起光ＰＡは、具体的には図２に示すように、第１励起光のうちの最短波長の励起光Ｐ１よりもさらに短波長側の帯域に２波の励起光ＰＡ１，ＰＡ２が所要の波長間隔で配置されている。また、長波長側の励起光ＰＢは、第１励起光のうちの最長波長の励起光ＰＫよりもさらに長波長側の帯域に２波の励起光ＰＢ１，ＰＢ２が所要の波長間隔で配置されている。なお、以下の説明では、励起光ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２のことを第２励起光と総称することにする。ただし、ここでは第１励起光の波長帯域に対して短波長側および長波長側の両方の帯域に複数の励起光をそれぞれ配置するようにしたが、本発明はこれに限らず、短波長側および長波長側のいずれかの帯域に少なくとも１つの励起光を配置して、それを第２励起光とすることが可能である。
【００４４】
合波器２２は、各励起光発生部２０，２１から出力される第１および第２励起光を合波し、それを合波部１２に送る。
上記の多波長励起光源１１は、例えば図３に示すような具体的な構成により実現することが可能である。図３の構成例では、各波長の励起光Ｐ１〜ＰＫ，ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ２にそれぞれ対応した励起光源が用意され、各励起光源からの出力光が合波器２２の各入力ポートに送られて合波される。そして、ここでは合波された励起光が複数のシステム（図では４つのシステムＳＹＳ１〜ＳＹＳ４）に対応させて分岐され、その分岐光うちの１つが合波部１２に与えられる。
【００４５】
合波部１２は、多波長励起光源１１からの第１および第２励起光を光ファイバ１０の信号光出力側の一端に与えると共に、光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光を後段の利得等化器１３に伝える。ここでは、合波部１２により光ファイバ１０に与えられた第１および第２励起光は、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に光ファイバ１０内を伝搬することになる。この合波部１２としては、図２に示したような信号光波長帯域と励起光波長帯域とが分かれた波長配置が適用される場合には、例えばＷＤＭカプラを用いることができる。また、ここでは図示しないが励起光が信号光波長帯域の一部に混在するような波長配置が適用される場合には、例えば光サーキュレータを合波部１２として使用することが可能である。
【００４６】
利得等化器１３は、多波長励起光源１１からの第１および第２励起光が供給された光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光が合波部１２を介して与えられる。この利得等化器１３は、ラマン増幅の利得波長特性に対応した透過（または損失）波長特性を有し、上記ＷＤＭ信号光に発生した波長間の光パワー偏差を低減して平坦なＷＤＭ信号光を生成する。利得等化器１３の具体的な構成としては、後述するようにラマン増幅の利得波長特性のピークが等しい波長間隔で並ぶようになるため、例えば図４に示すような周期的な透過波長特性を持つマッハツェンダ型光フィルタなどの一般的な周期光フィルタを使用することができる。
【００４７】
次に、第１実施形態のラマン増幅器の作用について説明する。
本実施形態のラマン増幅器では、信号光Ｓ１〜ＳＬの波長帯域に対応した従来と同様の第１励起光Ｐ１〜ＰＫに加えて、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の帯域に配置された第２励起光ＰＡ，ＰＢが、増幅媒体としての光ファイバ１０に与えられることにより、光ファイバ１０におけるラマン増幅の利得ピーク波長が信号光波長帯域について等しい波長間隔で並ぶようになる。
【００４８】
図５は、本ラマン増幅器により実現される利得波長特性の具体例を示した図である。ここでは、第２励起光を加えたことによる効果を明らかにするために、光ファイバ１０に対して第１励起光のみを供給したときの利得波長特性（細線）と、第１および第２励起光の両方を供給したときの利得波長特性（太線）とが重ねて示してある。また、次の表３に示すデータは、図５に示した各特性の利得ピーク波長と隣り合う利得ピークの周波数間隔とをまとめたものである。
【００４９】
【表３】
図５および表３に示す利得波長特性の具体例では、第１励起光として１４０９．０ｎｍ、１４３８．８ｎｍ、１４６９．８ｎｍおよび１５０２．２ｎｍの４つの波長の励起光Ｐ１〜Ｐ４が設定されている。また、その第１励起光の波長帯域よりも短波長側に配置される第２励起光として１３５３．０ｎｍおよび１３８０．５ｎｍの２つの波長の励起光ＰＡ１，ＰＡ２が設定され、長波長側に配置される第２励起光として１５３６．１ｎｍおよび１５７１．５ｎｍの２つの波長の励起光ＰＢ１，ＰＢ２が設定されている。さらに、第１および第２励起光のいずれについても各励起光の波長間隔は、周波数にして４．４ＴＨｚの等間隔に設定されている。加えて、前述の図２９に示したような励起光パワーの変調を行い、励起光間に生じるラマン増幅の効率が小さくなるような措置が施されている。なお、上記の波長配置においては、長波長側の第２励起光が信号光波長帯域の一部に混在することになるため、合波部１２としては光サーキュレータが使用される。
【００５１】
上記のような励起光の波長配置において、第１励起光のみを光ファイバ１０に与えた場合の利得波長特性は、短波長側から２番目の利得ピークと３番目の利得ピークとの間隔（４．７ＴＨｚ）のみが励起光の間隔（４．４ＴＨｚ）に近い値となり、その外側のピークの間隔は励起光の間隔よりも狭く（３．５ＴＨｚ，３．４ＴＨｚ）なっていて、利得ピークが等間隔には並んでいないことが分かる。これに対して、第１および第２励起光を光ファイバ１０に与えた場合の利得波長特性は、信号光波長帯域内に存在する３番目の利得ピークから６番目の利得ピークまでの間隔（４．４ＴＨｚまたは４．１ＴＨｚ）が励起光の間隔（４．４ＴＨｚ）に近い値となっていて、利得ピークが略等間隔に並んでいることが分かる。
【００５２】
従って、光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光は、上記のようなピークが略等間隔で並んだ利得波長特性に応じてラマン増幅されるようになるため、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光に生じる波長間のパワー偏差も周期的に変化するようになる。これにより、前述の図４に示したように、ラマン増幅の各利得ピーク波長で透過率が極小（損失が極大）となり、各利得ピークの中間の波長で透過率が極大（損失が極小）となるような周期的なフィルタ特性を持つ利得等化器１３を用いて、ＷＤＭ信号光の波長間のパワー偏差を効率的に平坦化することが可能になる。このような周期的に変化するプロファイルを持つ利得等化器１３はマッハツェンダ型光フィルタなどの一般的な周期光フィルタを用いて容易に実現することができ、上記のような周期性光フィルタは簡略な構成で損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避できる。また、上記のような周期的な利得等化器１３は、利得等化可能な波長範囲が非常に広いため、従来のようにＷＤＭ信号光を分波して所要の帯域ごとに利得等化を行い再び合波するといった必要がなくなり、分波器や合波器における過剰損失の問題を解消することが可能となる。
【００５３】
なお、上記の第１実施形態の説明では、複数の励起光間に生じるラマン増幅の効率が小さくなるように励起光パワーの変調を行う場合の一例を示したが、励起光パワーの変調を行わない構成のラマン増幅器についても本発明は有効であり、これについては、以下に示す他の実施形態においても同様である。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図６において、本実施形態のラマン増幅器は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光パワーの波長特性をモニタするための光カプラ１４およびモニタ部１５と、そのモニタ部１５での検出結果に基づいて第２励起光発生部２１を制御する制御部１６とを設けたものである。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の構成と同一であるためここでの説明を省略する。
【００５５】
光カプラ１４は、例えば、合波部１２から利得等化器１３に送られるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、その分岐光をモニタ部１５に出力する。モニタ部１５は、光カプラ１４で分岐されたＷＤＭ信号光についての波長に対する光パワーの変化（光スペクトル）をモニタし、そのモニタ結果を制御部１６に出力する。
【００５６】
制御部１６は、モニタ部１５からのモニタ結果に基づいて、信号光波長帯域についてのラマン増幅の利得プロファイルを判断し、その利得プロファイルが予め設定した形状に近づくように、第２励起光発生部２１で発生する第２励起光のパワー若しくは波長を制御する。
【００５７】
前述した第１実施形態のラマン増幅器では、励起光源の故障あるいは経時劣化などによって複数の励起光のうちのいずれかの強度や波長が変化すると、ラマン増幅の利得プロファイルが予め設定した正常な状態の利得プロファイルから変化してしまう。そこで、第２実施形態のラマン増幅器では、上記のような構成を適用することにより、ラマン増幅後のＷＤＭ信号光のスペクトルがモニタ部１５でモニタされ、そのモニタ結果を基に実際に得られるラマン増幅の利得プロファイルが制御部１６で判断される。そして、判断された実際の利得プロファイルが予め設定された利得プロファイルと比較されて何らかの変化が生じた場合には、制御部１６によって、元の正常な状態の利得プロファイルが得られるように第２励起光のパワー若しくは波長が最適化される。
【００５８】
具体的に、実際に得られるラマン増幅の利得プロファイルに基づいて、例えば、前述の第１実施形態において例示した４つの波長の第１励起光（１４０９．０ｎｍ、１４３８．８ｎｍ、１４６９．８ｎｍ、１５０２．２ｎｍ）のうちの１４３８．８ｎｍの励起光Ｐ２のパワーが減少していることが判断された場合には、ラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側に位置する１３５３．０ｎｍの励起光ＰＡ１のパワーを増加させるか、または、ラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ長波長側に位置する１５３６．１ｎｍの励起光ＰＢ１のパワーを減少させればよい。また、第１励起光のうちの複数の波長の励起光パワーが変化していることが判断された場合には、第２励起光のうちの複数の波長の励起光パワーを調整するのが好ましい。さらに、波長可変の励起光源を用いて第２励起光が生成されているときには、上記のような励起光パワーの制御だけでなく第２励起光の波長を最適化することで、より柔軟かつ高い精度の制御を行うことが可能になる。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、第３実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図７において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、増幅媒体としての光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光をラマン増幅するための励起光を発生する多波長励起光源３０と、その多波長励起光源３０で発生する各波長の励起光パワーを制御する励起光パワー制御部３１と、多波長励起光源３０から出力される励起光を光ファイバ１０に与える光サーキュレータ３２と、光ファイバ１０を伝搬し光サーキュレータ３２を通過したＷＤＭ信号光を複数の波長帯に分波する分波器３３と、各波長帯に分波された信号光の波長間のパワー偏差を各々の波長帯ごとに低減する利得等化器３４１，３４２，…，３４ｎと、各利得等化器３４１〜３４ｎから出力される信号光を合波して出力する合波器３５と、を備えて構成される。
【００６０】
上述した第１実施形態の場合と同様の光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光は、例えば図８に示すように、ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に所要の波長間隔で配置された複数の信号光Ｓ１〜ＳＮを含んでいる。
【００６１】
多波長励起光源３０は、図８に示すように、信号光Ｓ１〜ＳＮの波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅程度だけ短波長側にシフトさせた帯域内に配置された波長の異なる複数の励起光Ｐ１〜ＰＭを発生する。この多波長励起光源３０で発生する各励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーは、後述するように信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように励起光パワー制御部３１によって制御されている。上記多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜ＰＭは、上述した第１実施形態における第１励起光に相当するものである。ただし、ここでは励起光Ｐ１〜ＰＭのうちの長波長側に位置する励起光が信号光波長帯域の一部に混在する波長配置が適用される。
【００６２】
光サーキュレータ３２は、多波長励起光源３０からの励起光を光ファイバ１０の信号光出力側の一端に与えると共に、光ファイバ１０を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光を後段の分波器３３に伝える。ここでは、光サーキュレータ３２により光ファイバ１０に与えられた励起光は、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に光ファイバ１０内を伝搬することになる。
【００６３】
分波器３３は、光サーキュレータ３２から伝えられるＷＤＭ信号光を複数の波長帯Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに分波して各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応したポートからそれぞれ出力する。上記の各波長帯Ｂ１〜Ｂｎは、後述するようにラマン利得の波長偏差が略同じになる範囲を１つの波長帯として予め設定したものである。分波器３３の具体的な構成としては、例えば、複数の誘電体多層膜フィルタを多段接続した構成などを適用することが可能である。
【００６４】
各利得等化器３４１〜３４ｎは、分波器３３の各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応した出力ポートに接続され、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎにおけるラマン増幅の利得波長特性に対応した透過（または損失）波長特性を有し、分波器３３で分波された各波長帯Ｂ１〜ＢＮの信号光に発生した波長間の光パワー偏差を低減して平坦な信号光をそれぞれ生成する。各利得等化器３４１〜３４ｎとしては、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎとしてラマン利得の波長偏差が同程度となる範囲が設定されているため、簡略な構成の周期性光フィルタを使用することが可能である。なお、各利得等化器３４１〜３４ｎの具体的な構成例については後述する。
【００６５】
合波器３５は、各利得等化器３４１〜３４ｎから出力される信号光が各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応したポートに入力され、各々の波長帯Ｂ１〜Ｂｎの信号光を合波して１つのポートから出力する。この合波器３５の具体的な構成としては、例えば、複数の誘電体多層膜フィルタを多段接続した構成などを適用することが可能である。
【００６６】
次に、第３実施形態のラマン増幅器の作用について説明する。
ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上の波長帯域を有するＷＤＭ信号光のラマン増幅を行う場合、上述の（３）や（４）の問題点において説明したように、その利得波長特性は非常に複雑な形状となるため、ラマン増幅された信号光の波長間のパワー偏差を低減する利得等化器は、その構成が複雑なものとなり損失が増大してシステム性能劣化の要因となってしまう。そこで、本実施形態のラマン増幅器は、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように複数の励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーを制御し、かつ、ラマン利得の波長偏差が同程度となる複数の波長帯Ｂ１〜Ｂｎに応じてラマン増幅後のＷＤＭ信号光を分波して個別に利得等化を行うことによって、各波長帯Ｂ１〜Ｂｎに対応した利得等化器として簡略な構成のものを使用可能にして損失の増大を抑えるようにしている。
【００６７】
具体的に、多波長励起光源３０から光サーキュレータ３２を介して光ファイバ１０に供給される励起光Ｐ１〜ＰＭとして、上述の表１に示した場合と同一の条件に設定した１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の一例を挙げて、上記の内容を詳しく説明する。
【００６８】
図９は、上記のような励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の利得波長特性の計算例である。なお、図９中の細線で示す特性が利得等化前のラマン利得の波長特性であり、太線で示す特性が利得等化器の損失波長特性であり、極太線で示す特性が利得等化後のラマン利得の波長特性である。
【００６９】
図９の具体例において、まず、利得等化前のラマン利得の波長特性（細線）に注目すると、信号光波長帯域（増幅帯域）のラマン利得の極小値が略同一のレベルＬＭＩＮに制御されていることが分かる。そして、その利得波長特性については、隣り合う極小値と極大値の偏差が同程度となる３つの波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を設定することができることも分かる。具体的に、ここでは波長帯Ｂ１，Ｂ２の境界部分に１３３４〜１３３８ｎｍの波長範囲のガードバンドＢＧ１が設定され、波長帯Ｂ２，Ｂ３の境界部分に１５１１．３〜１５１５．３ｎｍの波長範囲のガードバンドＢＧ２が設定されて、増幅帯域全体が３つの波長帯Ｂ１〜Ｂ３に区分されるようにしている。
【００７０】
次に、利得等化器の損失波長特性（太線）に注目すると、ラマン利得の波長偏差が最も大きい波長帯Ｂ１に対応した利得等化器３４１ついては、例えば、上述の図３７に示した場合と同様にして、周期３．７６ＴＨｚ、振幅３．０ｄＢおよび中心周波数２３０．４ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．４１ＴＨｚ、振幅１．２ｄＢおよび中心周波数２３１．１ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタとを組み合わせた構成を適用することにより、波長帯Ｂ１におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。また、波長帯Ｂ２に対応した利得等化器３４２ついては、例えば、周期４．５５ＴＨｚ、振幅０．９ｄＢおよび中心周波数２２２．３ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．３３ＴＨｚ、振幅１．０ｄＢおよび中心周波数２００．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタとを組み合わせた構成を適用することにより、波長帯Ｂ２におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。さらに、波長帯Ｂ３に対応した利得等化器３４３ついては、周期４．４ＴＨｚ、振幅０．７ｄＢおよび中心周波数１８７．２ＴＨｚの１種類の周期性フィルタを適用することにより、波長帯Ｂ３におけるラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性を実現している。
【００７１】
上記のように各々の波長帯Ｂ１〜Ｂ３ごとに損失波長特性が最適化された簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３を用いて利得等化を行うことにより、図９に示すように利得等化後の波長特性（極太線）は、３つの波長帯Ｂ１〜Ｂ３すべてについて、ラマン利得の波長偏差が効果的に低減されており、かつ、１０ｄＢ前後のラマン利得が確保されていることが分かる。
【００７２】
従って、第３実施形態のラマン増幅器によれば、広帯域の信号光をラマン増幅する場合においても、簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３を用いて信号光波長帯域全体に亘る利得等化を確実に行うことができる。また、上記のような簡略な構成の利得等化器３４１〜３４３は損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避することが可能になる。
【００７３】
なお、図９の計算例に示した利得等化後の波長特性については、約２．８ｄＢの利得偏差が残留しているが、例えば、各励起光の波長およびパワーのさらなる最適化を図り、また、上述した第１実施形態の構成を併用してラマン利得の極大値が等しい波長間隔で並ぶようにすることで、上記利得偏差の残留分を低減させることが可能である。図１０は、第１および第３実施形態を併用した場合の具体的な構成例であり、図１１は、図１０の構成例における信号光および励起光の波長配置を例示したものである。
【００７４】
また、上記の第３実施形態では、信号光波長帯域におけるラマン利得の極小値が略同一となるように励起光パワーを制御する構成について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ラマン利得の極大値が略同一となるように励起光パワーを制御するようにしてもよい。ただし、極大値を基準にする場合には、各波長帯Ｂ１〜Ｂｎについて利得等化後の信号光レベルを揃えるために、利得偏差が小さな波長帯についての利得等化器の損失を大きく設定する必要が生じる。このため、より低損失の利得等化を行うためには、極小値を略同一とするのが望ましい。
【００７５】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上記の第３実施形態では、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光を複数の波長帯Ｂ１〜Ｂｎに分波して利得等化を行うようにした。第４実施形態では、利得等化の際の帯域分割を行わずに１台の利得等化器を使用して信号光波長帯域全体の一括利得等化を行うことができるようにした応用例について説明する。
【００７６】
図１２は、第４実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１２において、本実施形態のラマン増幅器の構成が第３実施形態の場合と異なる部分は、第３実施形態において用いられていた励起光パワー制御部３１に代えて、信号光波長帯域におけるラマン増幅の利得波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜ＰＭのパワーを制御する励起光パワー制御部３１’を設け、これにより利得等化の際の帯域分割を不要して１台の利得等化器３６により信号光波長帯域全体の一括利得等化を行うようにした部分である。なお、本実施形態で用いられる多波長励起光源３０、光サーキュレータ３２および光ファイバ１０、並びに、信号光Ｓ１〜ＳＬおよび励起光Ｐ１〜ＰＭの波長配置については第３実施形態の場合と同様である。ただし、光ファイバ１０を伝搬するＷＤＭ信号光については、ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に所要の波長間隔で配置された複数の信号光Ｓ１〜ＳＮを含む場合に本実施形態の構成は有効となる。
【００７７】
図１３は、上記のラマン増幅器における利得等化前の利得波長特性の一例について信号光波長帯域（増幅帯域）部分を拡大して示した図である。この利得波長特性は、多波長励起光源３０から出力される励起光Ｐ１〜ＰＭとして、上述の表１に示した場合と同一の条件に設定した１３波長の励起光Ｐ１〜Ｐ１３を適用した場合の計算例である。
【００７８】
図１３に示した計算例では、基準利得値が１２ｄＢに設定されており、１２ｄＢを超える図で上方の領域が正の領域、１２ｄＢ未満の図で下方の領域が負の領域とされる。そして、多波長励起光源３０で発生する励起光Ｐ１〜Ｐ１３のパワーが励起光パワー制御部３１’によって制御されることにより、信号光波長帯域（増幅帯域）におけるラマン利得の極大点および極小点が正の領域および負の領域に略均等に並んだ状態、すなわち、信号光波長帯域についてのラマン利得の平均値が基準利得値と略等しくなる状態が実現されている。次の表４に示すデータは、図１３に示したラマン利得の極大値および極小値をまとめたものであり、図１４は、表４の各データを横軸を波長、縦軸を利得としてプロットしたものである。
【００７９】
【表４】
上記のような利得波長特性についても、前述の図９に示した場合と同様にして、隣り合う極小値と極大値の偏差が同程度となる３つの波長帯Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を設定することができる（図１３）。ただし、本実施形態では、これらの波長帯Ｂ１〜Ｂ３ごとに利得等化が行われるのではなく、複数の周期性光フィルタを組み合わせた単一の利得等化器を用いて一括して利得等化が行われる。
【００８１】
図１５は、上記のようなラマン増幅の利得波長特性に対して適用される利得等化器３６の損失波長特性および利得等化後の波長特性を求めた計算例である。
図１５に示す利得等化器３６の損失波長特性（太線）は、例えば、３種類の周期性光フィルタから構成される。具体的には、周期４．６ＴＨｚ、振幅０．９２ｄＢおよび中心周波数２３０．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．２ＴＨｚ、振幅０．６ｄＢおよび中心周波数２３０．５ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、周期４．４ＴＨｚ、振幅１．９ｄＢおよび中心周波数２２６．６ＴＨｚの損失波長特性を有する周期性光フィルタと、を組み合わせて利得等化器３６を構成することにより、信号光波長帯域の全体に亘るラマン利得の波長偏差に対応した損失波長特性が実現される。このような利得等化器３６を用いてラマン増幅後のＷＤＭ信号光の一括利得等化を行うことにより、利得等化後の波長特性は、図１５に極太線で示したように信号光波長帯域の全体について、ラマン利得の波長偏差が効果的に低減され、かつ、１０ｄＢ前後のラマン利得が確保されるようになる。
【００８２】
従って、第４実施形態のラマン増幅器によれば、広帯域の信号光をラマン増幅する場合においても、簡略な構成の周期性光フィルタを組み合わせた１台の利得等化器３６を用いて信号光波長帯域全体に亘る利得等化を確実に行うことができ、このような利得等化器３６は損失が比較的小さいため、従来のように利得等化器がシステム性能劣化の要因となってしまうことを回避することが可能になる。
【００８３】
なお、図１５の計算例に示した利得等化後の波長特性においても利得偏差が残留しているが、各励起光の波長およびパワーのさらなる最適化を行い、上述した第１実施形態の構成を併用してラマン利得の極大値が等しい波長間隔で並ぶようにすることで、上記利得偏差の残留分を低減させることが可能である。
【００８４】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
上述した第１〜第４実施形態において、信号光および励起光がある波長帯域内で混在するような波長配置が適用される場合、光ファイバ１０に供給される励起光のレーリ散乱光が合波部１２（光サーキュレータ３２）を通過してＷＤＭ信号光と伴に後段側に伝わるようになる。このレーリ散乱光はＷＤＭ信号光の波長帯域内にも存在するためＷＤＭ信号光を伝送する過程で累積し、システム性能を劣化させる可能性がある。このようなレーリ散乱光による性能劣化を防ぐためには、レーリ散乱光を除去するための光フィルタの適用が有効であることを本出願人は提案している（例えば、特願２００１−３９０３６６号参照）。そこで、第５実施形態では、上記のようなレーリ散乱光除去用の光フィルタを適用した改良例について説明する。
【００８５】
図１６は、第５実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１６において、本実施形態のラマン増幅器は、例えば、上述の図７に示した第３実施形態の構成について、光サーキュレータ３２と分波器３３の間にレーリ散乱光を除去するための光フィルタ４０を設けたものである。
【００８６】
光フィルタ４０は、例えば図１７に示すように、励起光Ｐ１〜ＰＭの各中心波長に対応した波長で透過率が急峻に低下する周期性ノッチフィルタを用いることが可能である。
【００８７】
上記のような構成のラマン増幅器では、多波長励起光源３０から光サーキュレータ３２を介して光ファイバ１０に供給された励起光Ｐ１〜ＰＭのレーリ散乱光がＷＤＭ信号光Ｓ１〜ＳＬと伴に光サーキュレータ３２を通過して光フィルタ４０に入力される。光フィルタ４０では、各励起光Ｐ１〜ＰＭに一致した波長を持つレーリ散乱光の通過が阻止され、各励起光Ｐ１〜ＰＭとは異なる波長に配置されたＷＤＭ信号光のみが分波器３３に送られるようになる。これにより、励起光Ｐ１〜ＰＭのレーリ散乱光が後段側に伝達されることがなくなるため、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【００８８】
さらに、励起光Ｐ１〜ＰＭの周波数間隔が、ラマンシフト周波数の（整数＋１／２）分の１に設定されている場合には、図１８に示すように、分波器３３の透過率が極小となる損失ピーク周波数（図１８の上段）が、レーリ散乱光除去用の光フィルタ４０の透過率が極小となる損失ピーク周波数（図１８の下段）に一致するようになるため、ラマン増幅器の増幅帯域を有効に活用しつつ、レーリ散乱光の抑圧と波長帯Ｂ１〜Ｂｎごとの利得等化を行うことが可能になる。
【００８９】
なお、上記の第５実施形態では、図７に示した第３実施形態の構成についてレーリ散乱光除去用の光フィルタ４０を設けた一例を示したが、第３実施形態以外の他の実施形態の構成についても同様にしてレーリ散乱光除去用の光フィルタを適用することが可能である。
【００９０】
また、上記の第５実施形態の応用例として、レーリ散乱光除去用の光フィルタに利得等化の機能を具備させて、レーリ散乱光の除去と利得等化とを同一の光フィルタにより行うようにすることも可能である。図１９は、上記のような光フィルタの透過波長特性の要部を拡大して示した図である。図１９に示すように、励起光の中心波長に対応する波長で透過率が急峻に低下し、その前後に位置する信号光帯域ではラマン利得の波長特性に対応した形状で透過率が変化するような特性を持つ光フィルタが実現されれば、上記のようなレーリ散乱光除去および利得等化の一括処理を行うことができる。
【００９１】
さらに、上記の第５実施形態の他の応用例として、図２０の要部構成に示すように、励起光近傍の波長域のみを透過する特性を備えた光フィルタ４１を用いて、多波長励起光源３０から出力される励起光Ｐ１〜ＰＭを光ファイバ１０（増幅媒体）に与えるようにすることも有効である。図２１は、上記のような光フィルタ４１についての波長に対する反射率の変化の好ましい具体例を示したものである。図２１に示したような波長特性を有する光フィルタ４１を用いれば、多波長励起光源３０から光フィルタ１０に与えられる各励起光Ｐ１〜ＰＭのスペクトルを狭窄化することができ、また、各励起光Ｐ１〜ＰＭの中心波長の中間に位置する波長域の反射特性がラマン利得のプロファイルと逆の特性となっているため、ラマン増幅された信号光Ｓ１〜ＳＮの利得等化も同時に行うことができる。さらに、光ファイバ１０内で発生したレーリ散乱光は、再び光フィルタ４１を通過して後段側には伝えられないため、光フィルタ４１によってレーリ散乱光を除去することもできる。従って、励起光スペクトルの狭窄化によるシステム性能の改善と同時に、ラマン増幅器の構成の簡略化および低損失化とを実現することが可能になる。
【００９２】
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図２２は、本発明の第６実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【００９３】
図２２において、本光伝送システムは、例えば、光送信局５０および光受信局５１の間を接続する光伝送路５２上に複数の光中継局５３が配置され、光送信局５０から光伝送路５２に送出されたＷＤＭ信号光を各光中継局５３で増幅しながら光受信局５１まで中継伝送するシステムについて、各々の光中継局５３が上述した第１〜第５実施形態のうちのいずれかのラマン増幅器を含んで構成されたものである。ここでは、各光中継局５３の間を繋ぐ光伝送路がラマン増幅用の増幅媒体として利用される。
【００９４】
光送信局５０は、複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）５０Ａで発生する波長の異なる信号光を合波器５０Ｂで合波してＷＤＭ信号光を生成し、そのＷＤＭ信号光をポストアンプ５０Ｃで所要のレベルまで増幅して光伝送路５２の送出する。また、光受信局５１は、光送信局５０から光伝送路５２および各光中継局５３を介して中継伝送されたＷＤＭ信号光をプリアンプ５１Ａで所要のレベルまで増幅した後に分波器５１Ｂで各波長の信号光に分波し、各々の波長に対応した光受信器（Ｏ／Ｅ）で信号光の受信処理を行う。
【００９５】
上記のような光伝送システムでは、光送信局５０から光伝送路５２に送信されたＷＤＭ信号光が各中継区間の光伝送路５２を伝搬してラマン増幅されながら光受信局まで中継伝送される。このとき、各中継区間におけるラマン利得の波長特性に応じてＷＤＭ信号光に生じる波長間のパワー偏差は簡略な構成で低損失の利得等化器によって等化されるようになるため、優れたシステム性能を実現することが可能になる。
【００９６】
なお、上記第６実施形態の光伝送システムについては、例えば図２３に示すように、各中継区間で等化しきれずに残留した利得偏差の累積分を所要の中継数ごとにまとめて補償する利得等化器５４を、各光中継局５３のラマン増幅器内の利得等化器とは別に設けるようにしてもよい。これにより、システム性能のさらなる向上を図ることが可能になる。
【００９７】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００９８】
（付記１）波長の異なる複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記増幅媒体に供給する合波部と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００９９】
（付記２）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器を備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１００】
（付記３）付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光パワーの波長特性をモニタするモニタ部と、
該モニタ部のモニタ結果を基に判断される信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の変化に応じて、前記第２励起光発生部で発生する励起光の波長およびパワーの少なくとも一方を制御する制御部と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０１】
（付記４）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域がラマンシフト周波数に対応した波長幅よりも狭く、信号光波長帯域および励起光波長帯域が分かれた波長配置が適用されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０２】
（付記５）付記１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域がラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長幅であり、励起光が信号光波長帯域内に混在する波長配置が適用されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０３】
（付記６）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０４】
（付記７）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０５】
（付記８）付記５に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１０６】
（付記９）付記１に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０７】
（付記１０）付記９に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０８】
（付記１１）付記１０に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１０９】
（付記１２）ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極小値および極大値のいずれかが略同一となるように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光を、ラマン利得の波長偏差に応じて予め設定した複数の波長帯に分波する分波器と、
該分波器で分波された波長多重信号光のパワーの波長偏差を前記波長帯ごとに低減する複数の利得等化器と、
該各利得等化器から出力される信号光を合波する合波器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１０】
（付記１３）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
前記複数の波長帯は、信号光波長帯域におけるラマン利得の波長偏差が略同じになる範囲を１つの波長帯としたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１１】
（付記１４）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光源は、信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記光サーキュレータに送る合波器と、を有することを特徴とするラマン増幅器。
【０１１２】
（付記１５）付記１２に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１３】
（付記１６）付記１５に記載のラマン増幅器であって、
前記複数の波長帯の境界に設定された前記分波器のガードバンドの中心波長と、励起光の中心波長に対応させて設定された前記光フィルタの損失ピーク波長とを一致させたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１４】
（付記１７）付記１２に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１５】
（付記１８）付記１７に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１６】
（付記１９）付記１８に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１７】
（付記２０）ラマンシフト周波数と略同じかあるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
信号光波長帯域の全体に亘って波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１１８】
（付記２１）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光源は、信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記光サーキュレータに送る合波器と、を有することを特徴とするラマン増幅器。
【０１１９】
（付記２２）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２０】
（付記２３）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、信号光波長帯域内に混在する励起光のレーリ散乱光を除去する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２１】
（付記２４）付記２０に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン利得の波長偏差を低減すると同時に、励起光のスペクトルを狭窄化する光フィルタを備えたことを特徴とするラマン増幅器。
【０１２２】
（付記２５）付記２０に記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２３】
（付記２６）付記２５に記載の光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器が、光端局間を接続する光伝送路上に配置された複数の光中継局にそれぞれ設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２４】
（付記２７）付記２６に記載の光伝送システムであって、
各中継区間で利得等化されずに残留したラマン利得の波長偏差を複数の中継区間ごとに補償する利得等化器を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅器およびそれを用いた光伝送システムによれば、簡略な構成で低損失の利得等化器を利用して、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減することができるため、システム性能の改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図３】第１実施形態における多波長励起光源の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態における利得等化器の透過波長特性の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図９】第３実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図１０】第１および第３実施形態を併用した場合の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の構成における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１３】第４実施形態における利得等化前のラマン利得の波長特性を示す図である。
【図１４】図１３におけるラマン利得の極大値および極小値の分布を示す図である。
【図１５】第４実施形態により実現される利得波長特性の具体例を示す図である。
【図１６】本発明の第５実施形態によるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１７】第５実施形態においてレーリ散乱光を除去するための光フィルタの透過波長特性の一例を示す図である。
【図１８】第５実施形態における分波器および光フィルタの好ましい透過波長特性の一例を示す図である。
【図１９】第５実施形態の応用例においてレーリ散乱光の除去および利得等化の機能を具備した光フィルタの透過波長特性を示す図である。
【図２０】第５実施形態の他の応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０における光フィルタの反射率の波長特性を示す図である。
【図２２】本発明の第６実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２３】第６実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図２４】従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
【図２５】図２４のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図２６】図２４のラマン増幅器に対して利得等化器を適用した構成例を示す図である。
【図２７】従来のラマン増幅器の他の構成例を示す図である。
【図２８】図２７のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置を示す図である。
【図２９】励起光間に生じるラマン増幅の効率を低くする励起光の変調方式を説明するための図である。
【図３０】複数の励起光を用いて得られるラマン利得の波長特性を説明するための図である。
【図３１】不等間隔の励起光を用いたときに得られるラマン利得のプロファイルと、それに対応した利得等化器の損失波長特性を示す図である。
【図３２】単一の波長の励起光を信号光波長帯域内に配置した一例を示す図である。
【図３３】図３２の波長配置において得られるラマン利得の波長特性を示す図である。
【図３４】ラマンシフト周波数の約４倍となる増幅帯域幅を有するラマン増幅器について計算した利得波長特性の一例を示す図である。
【図３５】図３４におけるラマン利得の極大値および極小値の分布を示す図である。
【図３６】図３４の利得波長特性のうちの増幅帯域部分を拡大した図である。
【図３７】図３６利得波長特性に対して周期的な損失特性を有する光フィルタを適用して利得等化を行った場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 光ファイバ
１１，３０ 多波長励起光源
１２ 合波部
１３，３４１〜３４ｎ，３６，５４ 利得等化器
１４ 光カプラ
１５ モニタ部
１６ 制御部
２０ 第１励起光発生部
２１ 第２励起光発生部
２２，３５ 合波器
３１ 励起光パワー制御部
３２ 光サーキュレータ
３３ 分波器
４０，４１ 光フィルタ
５０ 光送信局
５１ 光受信局
５２ 光伝送路
５３ 光中継局
Ｓ１〜ＳＬ 信号光
Ｐ１〜ＰＫ 第１励起光
ＰＡ，ＰＢ 第２励起光
Claims (5)
- 波長の異なる複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に等しい波長間隔で配置された複数の励起光を発生する第１励起光発生部と、
該第１励起光発生部で発生する励起光の波長帯域よりも短波長側および長波長側の少なくとも一方の側の波長帯域に配置され、信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔が実質的に等しくなるように波長およびパワーが設定された１波長以上の励起光を発生する第２励起光発生部と、
前記第１および第２励起光発生部でそれぞれ発生する励起光を合波して前記増幅媒体に供給する合波部と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
信号光波長帯域におけるラマン利得のピークの波長間隔に対応した周期性を有し、ラマン増幅された波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器を備えたことを特徴とするラマン増幅器。 - ラマンシフト周波数の略２倍あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極小値および極大値のいずれかが略同一となるように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
前記増幅媒体を伝搬してラマン増幅された波長多重信号光を、ラマン利得の波長偏差に応じて予め設定した複数の波長帯に分波する分波器と、
該分波器で分波された波長多重信号光のパワーの波長偏差を前記波長帯ごとに低減する複数の利得等化器と、
該各利得等化器から出力される信号光を合波する合波器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。 - ラマンシフト周波数と同程度あるいはそれ以上に対応した波長帯域内に配置される複数の信号光を合波した波長多重信号光が伝搬する増幅媒体に励起光を供給してラマン効果により波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
前記複数の信号光が配置された信号光波長帯域をラマンシフト周波数に対応した波長幅に従って短波長側にシフトした帯域内に配置された複数の励起光を発生する励起光源と、
信号光波長帯域におけるラマン利得の波長特性の極大点および極小点が、予め設定した基準利得値を境界とする正の領域および負の領域に略均等に並ぶように、前記励起光源で発生する励起光のパワーを制御する励起光パワー制御部と、
前記励起光源で発生する励起光を前記増幅媒体に供給する光サーキュレータと、
信号光波長帯域の全体に亘って波長多重信号光のパワーの波長偏差を低減する利得等化器と、を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１〜４のいずれか１つに記載のラマン増幅器を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
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