JP2006139318A

JP2006139318A - ラマン増幅方法

Info

Publication number: JP2006139318A
Application number: JP2006041425A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Akasaka; 洋一赤坂; Yoshihiro Emori; 芳博江森; Shu Namiki; 周並木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】ファイバ長が長く、ユニット化が難しい。また、高非線形性光ファイバを用いると波長依存性が大きくなる。
【解決手段】ピーク波長が異なる２以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、ピーク波長が短い励起光ほど光パワーを高くする。ＤＣＦに入射される２以上の励起光のうち最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心波長よりも短波長の励起光のパワーを高くした。約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍの信号光を光ファイバに伝播して増幅する。ラマン増幅媒体としての光ファイバに非線形性の高いものを用いた。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導ラマン散乱現象を利用して信号光を増幅するラマン増幅方法に関するものであり、波長分割多重光の増幅に適するものである。

誘導ラマン散乱現象を用いて信号光を増幅するラマン増幅方法では増幅媒体としての光ファイバに通信用光ファイバを用い、分布型増幅方式においては通信用光ファイバの広帯域で低損失で且つ波長依存性の少ない損失特性の１４００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯域に励起光の波長と信号光の波長とを配置する。この場合、増幅媒体である光ファイバの波長依存性損失は１３８０ｎｍにピークを持つＯＨに起因するロスを考慮しても、最大値と最小値の格差は上記帯域内で略０．２ｄＢ／ｋｍ以下である。また、この場合、波長多重励起方式を用いて各励起光強度に差をつけなくても、各励起光で増幅される信号光の増幅強度はほぼ同等であり、通信上、特に問題はない。

しかしながら、前記ラマン増幅方法をＥＤＦＡ（希土類添加ファイバ増幅器）のような増幅ユニットで行う場合、必要な利得を得るためにはファイバ長が１０ｋｍ程度〜数十ｋｍ程度必要であることから、光ファイバの収納性に問題がでてくるため、できるだけ短くするのが望ましい。ファイバ長は非線形性の大きい光ファイバを用いることで短くすることができるが、非線形性の大きい光ファイバは、一般に１３８０ｎｍ帯のＯＨに起因する伝送損失を低減するのが難しく、また、レイリー散乱係数が通信用ファイバより遥かに大きくなり、結果として、上記波長範囲内でのファイバ損失の最大値と最小値の差は１．５〜１０ｄＢ／ｋｍと非常に大きくなってしまう。これは、増幅媒体としての光ファイバを３ｋｍ使う場合に、励起光の波長による損失差が４．５ｄＢから３０ｄＢあることを意味しており、強度の等しい励起光では波長多重信号光を一様に増幅することができないことになる。

本発明の目的は、波長多重光を均一に増幅することができ、ユニット化に適したラマン増幅方法を提供することにある。

本発明の第１のラマン増幅方法は、ピーク波長が異なる２以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、ピーク波長が短い励起光ほど光パワーを高くすることを特徴とするものである。

本発明の第２のラマン増幅方法は、ピーク波長が異なる２以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、２以上の励起光の最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心よりも短波長の励起光の光パワーを高くすることを特徴とするものである。

本発明の第３のラマン増幅方法は、ピーク波長が異なる３以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、３以上の励起光の最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心よりも短波長側のピーク数が長波長側のピーク数よりも多く、短波長側の励起光のトータルパワーが長波長側の励起光のトータルパワーよりも大きいことを特徴とするものである。

本発明の第４のラマン増幅方法は、前記第１乃至第３のいずれかのラマン増幅方法において、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍの信号光を光ファイバに伝播して増幅することを特徴とするものである。

本発明の第５のラマン増幅方法は、前記第１乃至第４のいずれかのラマン増幅方法において、光ファイバに非線形性の高いものを用いることを特徴とするものである。

本発明の第１のラマン増幅方法では、ＤＣＦに入射される２以上の励起光のうちピーク波長が短い励起光ほどパワーを高くし、第２のラマン増幅方法ではＤＣＦに入射される２以上の励起光のうちの最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心波長よりも短波長の励起光のパワーを高くしたので、いずれの場合も、非線形性の大きい光ファイバを用いても約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長多重光をほぼ同じような利得で増幅することができる。言い換えれば、非線形性の高い光ファイバを用いて、短い光ファイバで必要な利得を得ることができる。また、光ファイバ長を短くすることができるので、ユニット化に適したラマン増幅器を提供することもできる。

（実施形態１）
本発明のラマン増幅方法の実施形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。この実施形態では図１のラマン増幅媒体１に非線形性の高い分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を用い、それに励起光源２から発振される励起光を合波器３を用いて入射し、伝送する。この場合、励起光源２として図２に示す様に４つの励起光源（半導体レーザ）、ファイバブラックグレーティング（ＦＢＧ）、偏波合成器（ＰＢＣ）、ＷＤＭ等から構成される４ｃｈＷＤＭＬＤユニットを使用した。図２の夫々の半導体レーザは発振する励起光のピーク波長（中心波長）が異なり、具体的には１４３５ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４６５ｎｍ、１４８０ｎｍに最大ピークを持つ励起光を発振する。これら励起光はＤＣＦにより伝送されてくる信号光にラマン利得を与えて信号光を増幅する。この場合、各励起光はその周波数より約１３ＴＨ_Z 低い周波数、即ち約１００ｎｍ長い波長に利得のピークを有する。

６ｋｍの長さのＤＣＦの一端から同ＤＣＦに１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光を伝播し、そのＤＣＦに１４００ｎｍ、１４２０ｎｍ、１４４０ｎｍ、１４６０ｎｍ、１４８０ｎｍの励起光を入射して、前記信号光をラマン増幅する場合に、入力信号光と同ＤＣＦの他端から出力される出力信号光（ラマン増幅された信号光）とを調べて、波長とＤＣＦの総損失を調べた。表１は波長とＤＣＦ総損失との関係をまとめたものであり、波長依存性を持つことが明らかである。

ここで半導体レーザの受ける損失と、半導体レーザによって約１００ｎｍ長波長側で増幅される信号光の受ける損失とを併せて効果総損失として考えると、波長と効果総損失の関係は表２のようになる。

ラマン増幅自体の波長依存性は殆ど無いため、波長毎の増幅効率はこの効果総損失の影響を受けると考えれば、この効果総損失分を夫々所望の増幅特性に必要な半導体レーザの出力に上乗せすることにより、各波長光をほぼ均一にラマン増幅することができ、利得の波長依存性を解消することができる。そこで、この実施形態１ではピーク波長が短い励起光ほど光パワーを高くした。

（実施形態２）
実施形態２のラマン増幅方法は、ＤＣＦにより伝送される１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光をほぼ均一にラマン増幅するために、ＤＣＦに入射される２以上の励起光のうち、最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心よりも短波長の励起光の光パワーを高くするようにした方法である。具体的には図２の励起光源２から発振されてＤＣＦに入射される励起光を１４３５ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４６５ｎｍ、１４８０ｎｍとし、それらの光パワーを次の様にした。即ち、ＤＣＦに入射される４つの励起光の最短ピーク波長である１４３５ｎｍと、最長ピーク波長である１４８０ｎｍの中心波長である１４５７ｎｍよりも短波長である１４３５ｎｍ、１４５０ｎｍの励起光のパワーを高くした。
１４３５ｎｍの光パワー：５６３ｍＷ
１４５０ｎｍの光パワー：３１１ｍＷ
１４６５ｎｍの光パワー：１２２ｍＷ
１４８０ｎｍの光パワー：２４４ｍＷ
この結果、ＤＣＦにより伝送される１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光のランマン増幅後の利得プロファイルは図３の様に、１５４０〜１５９０ｎｍまで約１１ｄＢの利得となり、平坦度が１ｄＢとなった。即ち、ＤＣＦにより伝送される各波長光をほぼ均一にラマン増幅することができた。

ちなみに、励起光源から発振されてＤＣＦに入射される励起光を１４３５ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４６５ｎｍ、１４８０ｎｍとし、各励起光の光パワーを５６３ｍＷに均一にした場合は、ＤＣＦにより伝送される１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの信号光のランマン増幅後の利得プロファイルは図４の様になった。即ち、１５８０ｎｍ付近で２４ｄＢ程度の利得が得られているが、広帯域のゲインフラットネスは得られていない（ファイバのロス波形が裏返っている）。

（実施形態３）
図５は本発明の第３の実施形態を示すものである。同図のラマン増幅方法では励起光の合波にマッハツェンダ干渉計を原理とする合波器を用いており、合波できる励起光の波長は等間隔となる。本実施形態では、合波可能な波長のうちのいくつかの波長を未使用とし、励起光帯域の短波長側の波長数を長波長側の波長数よりも多くしている。この構成において、全ての波長の励起光のパワーを同じにした場合、短波長側の励起光のトータルパワーが長波長側の励起光のトータルパワーよりも大きくなり、実施形態２のように、励起光が等間隔に配置された状況で、短波長側のパワーを長波長側のパワーよりも大きく設定することと実効的には同じとなる。従って、図５のようにすることで、一つ一つの励起光のパワーに大きな差を生じさせることなく、利得プロファイルを平坦化することができる。これは、一つの励起光からの出力パワーの上限を決めた上で、所定の帯域の利得プロファイルを平坦化し得る励起光のトータルパワーを大きくできるということであり、増幅器の利得を大きくとれることを意味する。

本発明の第１のラマン増幅方法では、ＤＣＦに入射される２以上の励起光のうちピーク波長が短い励起光ほどパワーを高くし、第２のラマン増幅方法ではＤＣＦに入射される２以上の励起光のうち最短ピーク波長と最長ピーク波長の中心波長よりも短波長の励起光のパワーを高くしたので、いずれの場合も、非線形性の大きい光ファイバを用いても約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長多重光をほぼ同じような利得で増幅することができる。言い換えれば、非線形性の高い光ファイバを用いて、短い光ファイバで必要な利得を得ることができる。また、光ファイバ長を短くすることができるので、ユニット化に適したラマン増幅器を提供することもできる。

本発明のラマン増幅方法を実施化するための構成の一例を示す説明図。図１における励起光源を示す説明図。本発明のラマン増幅方法によりラマン増幅された光信号の利得プロファイル。従来方法によりラマン増幅された光信号の利得プロファイル。本発明のラマン増幅方法を実施化するための構成の他例を示す説明図。

符号の説明

１ラマン増幅媒体
２励起光源
３合波器

Claims

ピーク波長が異なる３以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、
前記３以上の励起光の各ピーク波長の間隔を等間隔にし、前記３以上の励起光の最短ピーク波長と最長ピーク波長とを両端とする波長範囲の中心よりも短波長側の各励起光の光パワーを該中心よりも長波長側のいずれの励起光の光パワーよりも大きくするとともに、前記最長ピーク波長の次に長いピーク波長を有する励起光の光パワーに比して前記最長ピーク波長の励起光の光パワーを大きくして前記信号光の利得プロファイルを平坦化することを特徴とするラマン増幅方法。
前記３以上の励起光は、ピーク波長が異なる４つの励起光であることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅方法。
前記３以上の励起光の各ピーク波長の間隔は、１５ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のラマン増幅方法。
ピーク波長が異なる３以上の励起光と信号光とをラマン増幅媒体である光ファイバに伝播して、前記信号光をラマン増幅するためのラマン増幅方法において、
等間隔に並ぶ４以上のピーク波長の中から少なくとも一つのピーク波長を未使用にして両端のピーク波長の中心よりも短波長側のピーク波長数を該中心よりも長波長側のピーク波長数に比して多くし、前記短波長側の励起光のトータルパワーを前記長波長側の励起光のトータルパワーよりも大きくして前記信号光の利得プロファイルを平坦化することを特徴とするラマン増幅方法。
等間隔に並ぶ前記４以上のピーク波長の間隔は、７．５ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載のラマン増幅方法。
前記信号光の波長帯域は、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のラマン増幅方法。
前記ラマン増幅媒体である光ファイバは、前記信号光を入力端から出力端に伝送する伝送用光ファイバの中に部分的に連結されて前記信号光を伝播し、該伝送用光ファイバよりも高い非線形性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のラマン増幅方法。
前記ラマン増幅媒体である光ファイバは、分散補償ファイバであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のラマン増幅方法。