JP2006221153A - 光増幅を用いた光ファイバ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点を解決する。
【解決手段】 信号光波長が、伝送路ファイバのゼロ分散波長より長波長側にあり、前記信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より大きく、かつ、信号光波長の長波長端における信号光パワーが、信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより大きく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦であるようにする。あるいは、信号光波長が、伝送路ファイバのゼロ分散波長より短波長側にあり、信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より小さく、かつ、信号光波長の長波長端における信号光パワーが、信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより小さく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦であるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を、伝送路であるところの市中に敷設した光ファイバ中で分布ラマン増幅する光ファイバ通信システムに関する。

波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の分布ラマン増幅システム（ＤＲＡシステム）の構成例を図１に示す（例えば、非特許文献１参照）。本図は、信号光と励起光とが逆方向に伝播する後方励起ＤＲＡの場合を示している。本ＤＲＡシステムでは、伝送路ファイバ１として分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を用いており、ＤＳＦのゼロ分散波長（λ０）の典型値は１．５４〜１．５６μｍ（規格値はこれより若干広い波長範囲を有する）である。本波長多重（ＷＤＭ）信号光の波長は、いわゆるＬ帯１５７０〜１６００ｎｍ（典型的な概略値）に設定している。励起光は、線形中継器２−１、２−２（または受信端局装置）から、信号光と反対方向に、合波器３を用いて伝送路中に導入されている。

各線形中継器２−１、２−２はエルビウム添加ファイバ増幅器４（ＥＤＦＡ）を有する。ＤＳＦの上流側の線形中継器２−１を出て、ＤＳＦを伝播する信号光は、ＤＳＦの下流側の線形中継器２−２の近くで分布ラマン増幅を受けて、伝送路中で分布的に増幅された後、ＥＤＦＡで集中定数的に増幅される。本ＤＲＡシステムでは、分布ラマン増幅により光ＳＮＲ（信号対雑音比）の向上を図っている。

Ｈ．Ｍａｓｕｄａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．４１１−４１２，１９９９

図３は従来技術および本発明第一実施例のラマン利得スペクトルを示す図である。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。細線により従来技術のラマン利得スペクトルを示す。そのスペクトルは、信号光波長域（１５７０ｎｍ〜１６００ｎｍ）で平坦な利得スペクトルが得られるように励起光波長を配置した結果のスペクトルである。単一波長励起の場合のラマン利得ピーク信号光波長（λｓ＿ｐｅａｋ）と励起光波長との差（いわゆるストークスシフト）は、Ｌ帯で約１０５ｎｍである。

本従来技術の励起光波長は、１４５５、１４８０、１５０５ｎｍの３波長であり、それら各励起光波長に対応したλｓ＿ｐｅａｋは、それぞれ１５６０、１５８５、１６１０ｎｍである。図３には、上記λｓ＿ｐｅａｋに対応した波長に若干のピークを有する比較的平坦な利得スペクトルが得られている。

上記のように従来技術では、信号光波長域（１５７０〜１６００ｎｍ）で平坦な利得スペクトルを得るために概略１５６０〜１６１０ｎｍの約５０ｎｍの利得幅で所望利得（Ｇｆｌａｔ、図中に点線で示したレベル）に近い利得が生じている。所望利得の値は、利得幅（Δλ）が大きいほど小さくなる。また、分布ラマンシステムで使用できる励起光パワーは、励起光源の性能およびシステム信頼性および安全性の観点から、ある規定値に限定される。

励起光波長１、２、３（上記例では１４５５、１４８０、１５０５ｎｍ）に対応した励起光パワーをそれぞれＰｐ１、Ｐｐ２、Ｐｐ３とする。励起光パワーの総和の限界値をＰｐ＿ｍａｘとすれば、
Ｐｐ１＋Ｐｐ２＋Ｐｐ３＝Ｐｐ＿ｍａｘ
の関係がある。

ラマン利得は励起光パワーに応じて高くなる。信号光波長λｓにおけるラマン利得をＧ（λｓ）とする。このとき、Ｇ（λｓ）をλｓに対して積分した値はＰｐ＿ｍａｘに比例する。すなわち、比例定数をＣとして
∫Ｇ（λｓ）ｄλ＝ＣＰ_{p_max} …（１）
の関係がある。

したがって、限られた励起光パワーにおいて、従来技術ではラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点があった。

上記は伝送路ファイバがＤＳＦの場合であるが、実施例で具体的に示すように、伝送路ファイバがＮＺ−ＤＳＦの場合にも同様のことが言える。

本発明は、このような背景に行われたものであって、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が解決できる光ファイバ通信システムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明では以下の手段および構成を用いている。

本発明は、多波長信号光を増幅する、ラマン増幅の利得媒質としての伝送路ファイバと、前記信号光と逆方向に前記伝送路ファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記伝送路ファイバと前記励起光源との間に設置され、前記信号光と前記励起光とを合波する合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、本発明の特徴とするところは、前記信号光波長が、前記伝送路ファイバのゼロ分散波長より長波長側にあり、前記信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、前記信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より大きく、かつ、前記信号光波長の長波長端における信号光パワーが、前記信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより大きく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦であるところにある。

例えば、前記伝送路ファイバが分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＬ帯にある。あるいは、前記伝送路ファイバがノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＣ帯にある。

あるいは、本発明の光ファイバ通信システムは、前記信号光波長が、前記伝送路ファイバのゼロ分散波長より短波長側にあり、前記信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、前記信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より小さく、かつ、前記信号光波長の長波長端における信号光パワーが、前記信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより小さく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦であることを特徴とする。

例えば、前記伝送路ファイバがノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＣ帯にある。

また、前記励起光源が２波長の励起光を送出し、前記励起光の長波長の励起光の第１スペクトルピーク波長域と、前記励起光の短波長の励起光の第２スペクトルピーク波長域とが重なるように、前記長波長および短波長の励起光の波長を配置することにより、ラマン利得スペクトルの長波長域のラマン利得向上に有効である。このときに、前記励起光源が多波長の励起光を送出し、前記多波長の励起光の最長波長と最短波長との差が２５〜３５ｎｍであることが望ましい。

本発明によれば、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が解決できる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

（第一実施例）
第一実施例における波長関係および分散曲線を図２に示した。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）をとる。信号光波長は１５７０〜１６００ｎｍ（Ｌ帯）にあり、ゼロ分散波長の中心は約１５５０ｎｍにある。

また、本実施例におけるラマン利得スペクトルを図３の太線に示す。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。第一実施例と従来技術との構成の違いは、主に用いた励起光波長にある。従来技術における励起光波長は、上記のように１４５５、１４８０、１５０５ｎｍであった。一方、第一実施例における励起光波長は、１４７０、１４９０ｎｍである。それらの各励起光波長に対応したλｓ＿ｐｅａｋは、それぞれ１５７０、１６００ｎｍである。励起光波長１４７０、１４９０における励起光パワーをそれぞれＰｐ１、Ｐｐ２とすると、
Ｐｐ１＋Ｐｐ２＝Ｐｐ＿ｍａｘ
の関係がある。

従来技術における励起光波長の分布幅は
１５０５−１４５５＝５０ｎｍ
であるのに対し、本実施例では
１４９０−１４７０＝２０ｎｍ
となっている。このため、従来技術における利得幅が上記のように約５０ｎｍであるのに対し、本実施例では、利得幅が約２０ｎｍと狭くなっている。

ただし、信号光波長域１５７０〜１６００ｎｍにおいて、従来技術より本実施例の方が高い利得が得られている。特に、本実施例では、１５７０ｎｍにおける利得が１３ｄＢ、１６００ｎｍにおける利得が１１．５ｄＢとなっている。

一方従来技術では、１５７０ｎｍおよび１６００ｎｍにおける利得はともに約１０ｄＢである。本実施例において、短波長における利得を長波長における利得より大きくした理由は後ほど述べる。

また、ＥＤＦＡの利得スペクトルは、単位伝送区間（１つの伝送路とその直後の線形中継器からなる区間）の利得スペクトルが平坦になるように設定される。これは、ＥＤＦＡの励起レベルの調整によるＥＤＦＡスペクトル形状変化、およびＥＤＦＡ中に設置した利得等化光フィルタの調整により容易に行うことができる。

図５は光ＳＮＲ改善特性を示している。横軸にラマン利得（ｄＢ）をとり、縦軸に光ＳＮＲ改善量（ｄＢ）をとる。すなわち、ＥＤＦＡの雑音指数（ＮＦ）が５、７、９ｄＢの各場合につき光ＳＮＲ改善量とラマン利得の関係とを示している。例えば、ＮＦ＝９ｄＢの場合には、従来技術では、ラマン利得（Ｇ）＝１０ｄＢであるから、光ＳＮＲ改善量（ΔＯＳＮＲ）＝７．５ｄＢとなる。

一方、本実施例では、信号光波長１５７０ｎｍでＧ＝１３ｄＢであるから、ΔＯＳＮＲ＝９．１ｄＢとなる。

すなわち、本実施例は従来技術に比べ、９．１−７．５＝１．６ｄＢより、１．６ｄＢ高いΔＯＳＮＲが得られている。また、同様にして、長波長端の１６００ｎｍでは、本実施例では、信号光波長１６００ｎｍでＧ＝１１．５ｄＢであるから、ΔＯＳＮＲ＝８．３ｄＢとなる。したがって、本実施例は従来技術に比べ、
８．３−７．５＝０．８ｄＢ
の関係より、０．８ｄＢ高いΔＯＳＮＲが得られている。

図６はファイバ入力の信号光パワースペクトルを示している。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に信号光パワー（ｄＢｍ）をとる。従来技術では、ラマン利得スペクトルが図３に示したように平坦であるため、信号光パワースペクトルも平坦とすればよかった。図７はＥＤＦＡ出力の光ＳＮＲスペクトルを示している。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に光ＳＮＲ（ｄＢ）をとる。従来技術では、ラマンスペクトルおよび信号光パワースペクトルがともに平坦であることから、平坦な光ＳＮＲスペクトルが得られている。ただし、上記信号光パワーの値は、伝送路ファイバであるＤＳＦ中の非線形特性で決まる最大値（非線形リミット、図６に点線で示した）以内の値であるとする。ただし、上記非線形リミットは、信号光チャネル間隔、ビットレート、変調符号などのシステムのパラメータによって決まる量である。

一方、本実施例では、信号光パワースペクトルを図６に示したように、非平坦にしている。すなわち、短波長端１５７０ｎｍにおける信号光パワーは従来技術と同じとし、長波長端における信号光パワーはΔＰｓだけ従来技術より大きくしている。このΔＰｓは、上記非線形特性できまる許容値ΔＰｓ＿ｍａｘ以内の値とする。図６に示したように、長波長域の信号光パワーの方が、短波長域の信号光パワーより高くできる理由は、長波長域（〜１６００ｎｍ）は、前記ゼロ分散波長域（概略１５４０〜１５６０ｎｍ）に近く、短波長域（〜１５７０ｎｍ）に比べ、ローカル分散が大きく非線形特性が小さいからである。本実施例では、上記光ＳＮＲ改善特性を考慮してΔＰｓ＝０．８ｄＢとしている。

本実施例における、単位伝送区間伝送後の光ＳＮＲスペクトルを図７に示した。短波長端１５７０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量（従来技術からの増加量）は、上記ラマン利得増加の寄与分１．６ｄＢである。一方、長波長端１６００ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量は、上記ラマン利得増加の寄与分０．８ｄＢと上記信号光パワー増加分０．８ｄＢとを加えて１．６ｄＢである。このようにして、図７に示したように、１５７０〜１６００ｎｍの信号光波長域にわたり、１．６ｄＢの光ＳＮＲ改善量が得られた。

すなわち、本実施例により、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が回避できた。

また、本発明は、一般的には、信号光波長域と伝送路ファイバのゼロ分散波長がある範囲内で接近している場合に有効であり、信号光波長域内の短波長端と長波長端とで分散値の絶対値（Ｄ）が大きく異なる場合に有効である。そのＤの差（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）としては、Ｄの最大値（Ｄｍａｘ）に対して１／５以上である。すなわち、
（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）／Ｄｍａｘ＞１／５
である。

（第二実施例）
本発明第二実施例におけるラマン利得スペクトルを図４に示す。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。比較のため、第一実施例のラマン利得スペクトルも示した。第二実施例における励起光波長は、第一実施例と同じ、１４７０、１４９０ｎｍである。第二実施例と第一実施例との主な違いは以下のとおりである。

本実施例での励起光波長１４７０、１４９０ｎｍにおける励起光パワーをそれぞれＰｐ１^*、Ｐｐ２^*とすると、第一実施例での励起光パワーをそれぞれＰｐ１、Ｐｐ２として、
Ｐｐ１^*＋Ｐｐ２^*＝Ｐｐ＿ｍａｘ、Ｐｐ１^*＞Ｐｐ１、Ｐｐ２^*＜Ｐｐ２
の関係がある。

すなわち、本実施例では、第一実施例に比べ、短波長の励起光パワーを高くし、長波長の励起光パワーを低くして、短波長域（〜１５７０ｎｍ）の信号光利得を向上させている。また、長波長域（〜１６００ｎｍ）の信号光利得は、従来技術とほぼ同じとしている。本実施例では、１５７０ｎｍにおける利得が１５ｄＢ、１６００ｎｍにおける利得が１０ｄＢとなっている。

図５の光ＳＮＲ改善特性に関して、本実施例ではＥＤＦＡのＮＦが５ｄＢの場合につき述べる。従来技術ではラマン利得（Ｇ）＝１０ｄＢであるから、光ＳＮＲ改善量（ΔＯＳＮＲ）＝５．０ｄＢとなる。一方、本実施例では、信号光波長１５７０ｎｍでＧ＝１５ｄＢであるから、ΔＯＳＮＲ＝６．８ｄＢとなる。

すなわち、本実施例は従来技術に比べ、
６．８−５．０＝１．８ｄＢ
の関係より、１．８ｄＢ高いΔＯＳＮＲが得られている。また、長波長端の１６００ｎｍでは、本実施例と従来技術でともに同じラマン利得（Ｇ＝１０ｄＢ）であるから、光ＳＮＲ改善量は同じ（ΔＯＳＮＲ＝５．０ｄＢ）である。

図６のファイバ入力の信号光パワースペクトルに関して、本実施例では、長波長端における信号光パワーはΔＰｓ＝１．８ｄＢだけ従来技術より大きくしている。

本実施例における光ＳＮＲスペクトルは、図７に示した形状であり、短波長端１５７０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量（従来技術からの増加量）は、上記ラマン利得増加の寄与分１．８ｄＢである。一方、長波長端１６００ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量は、上記信号光パワー増加分１．８ｄＢである。したがって、１５７０〜１６００ｎｍ（Ｌ帯）の信号光波長域にわたり、１．８ｄＢの光ＳＮＲ改善量が得られた。

すなわち、本実施例により、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が回避できた。

（第三実施例）
本発明第三実施例の構成例を図８に示した。伝送路ファイバ１はノンゼロＤＳＦ（ＮＺ−ＤＳＦ）であり、エルビウム添加ファイバ増幅器４はＣ帯のＥＤＦＡである。本実施例における波長関係および分散曲線を図９に示した。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）をとる。信号光波長は１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃ帯）にあり、ゼロ分散波長の中心は約１５００ｎｍにある。

また、本実施例におけるラマン利得スペクトルを図１０に示す。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。第三実施例は第一実施例と類似しているが、下記の点が主に異なる。

第三実施例における信号光波長域は１５３０〜１５６０ｎｍであり、それに応じた励起光波長は、１４３０、１４５０ｎｍである。ファイバ入力の信号光パワースペクトルは図１１に示したとおりである。図１１は従来技術および第三実施例における信号光パワースペクトルを示す図である。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に信号光パワー（ｄＢｍ）をとる。また、本実施例における光ＳＮＲスペクトルは、図７において、信号光波長を４０ｎｍ短波長側にずらしたものとなる。

第一実施例の場合と同様にして、短波長端１５３０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量（従来技術からの増加量）は、上記ラマン利得増加の寄与分１．６ｄＢである。一方、長波長端１５６０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量は、上記ラマン利得増加の寄与分０．８ｄＢと、上記信号光パワー増加分０．８ｄＢとを加えて１．６ｄＢである。このようにして、１５３０〜１５６０ｎｍの信号光波長にわたり、１．６ｄＢの光ＳＮＲ改善量が得られた。

すなわち、本実施例により、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が回避できた。

（第四実施例）
第四実施例の構成例を図１２に示した。伝送路ファイバ１はノンゼロＤＳＦ（ＮＺ−ＤＳＦ）であり、エルビウム添加ファイバ増幅器４はＣ帯のＥＤＦＡである。本実施例における波長関係および分散曲線を図１３に示した。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）をとる。信号光波長は１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃ帯）にあり、ゼロ分散波長の中心は約１５９０ｎｍにある。

本実施例におけるラマン利得スペクトルを図１４に示す。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。なお、比較のために、従来技術におけるラマン利得スペクトルも併せて示した。第三実施例は第一実施例と類似しているが、下記の点が主に異なる。

本実施例における信号光波長域は１５３０〜１５６０ｎｍであり、それに応じた励起光波長は、１４３０、１４５０ｎｍである。

本実施例では、ゼロ分散波長が信号光波長の長波長側にあり、第一実施例の場合と反対である。したがって、本実施例では、ゼロ分散波長に近い長波長域（〜１５６０ｎｍ）におけるラマン利得を短波長域（〜１５３０ｎｍ）におけるラマン利得より大きくしている。また、ファイバ入力の信号光パワースペクトルは図１５に示したとおりであり、ゼロ分散波長から遠い短波長域（〜１５３０ｎｍ）における信号光パワーを従来技術のレベルより大きくしている。図１５は横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に信号光パワー（ｄＢｍ）をとる。また、本実施例における光ＳＮＲスペクトルは、図７において、信号光波長を４０ｎｍ短波長側にずらしたものとなる。

第一実施例の場合と同様にして、短波長端１５３０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量（従来技術からの増加量）は、上記ラマン利得増加の寄与分１．６ｄＢである。一方、長波長端１５６０ｎｍにおける光ＳＮＲ改善量は、上記ラマン利得増加の寄与分０．８ｄＢと、上記信号光パワー増加分０．８ｄＢとを加えて１．６ｄＢである。このようにして、１５３０〜１５６０ｎｍの信号光波長域にわたり、１．６ｄＢの光ＳＮＲ改善量が得られた。

すなわち、本実施例により、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が回避できた。

（第五実施例）
本実施例は、第一実施例と同じ基本構成を有するが、多波長の励起光波長の具体的範囲を明らかにしている点で第一実施例と異なる。本実施例の伝送路ファイバはＤＳＦであり、ＥＤＦＡは拡張Ｌ帯ＥＤＦＡであり、信号光波長域はＤＳＦの非線形性を考慮して１５７５〜１６２０ｎｍとした。ただし、その短波長端１５７５ｎｍは主にＤＳＦの非線形性で決まり、その長波長端１６２０ｎｍは拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの利得帯域で決まっている。

ただし、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡとして、リン共添加ＥＤＦＡを用いた場合には、ＥＤＦＡの利得帯域は約１６２０ｎｍまでであるが、ビスマスＥＤＦＡを用いた場合には、ＥＤＦＡの利得帯域は１６１５ｎｍまでである。また、通常のシリカＥＤＦＡを用いた場合には、ＥＤＦＡの利得帯域は約１６０５ｎｍまでである。しかしながら、本実施例の特徴および効果は上記ＥＤＦＡの種別および信号光波長域には依存しない。また、励起光パワーのトータルはシステム制約条件によって決まる規定値である。

図１６は、本実施例におけるラマン利得スペクトル例を示している。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（ｄＢ）をとる。励起光波長数が１〜３の場合を示している。励起光波長数が１の場合の励起光波長は１４９３ｎｍ（波長配置１）である。また、励起光波長数が２の場合の励起光波長は、１４７６ｎｍおよび１５０１ｎｍ（波長配置２）、最長波長と最短波長との差（Δλｐ）は２５ｎｍ、さらに、１４７５ｎｍおよび１５０５ｎｍ（波長配置３、Δλｐ＝３０ｎｍ）および１４７０ｎｍおよび１５０５ｎｍ（波長配置４、Δλｐ＝３５ｎｍ）である。また、励起光波長数が３の場合の励起光波長は、１４５５ｎｍ、１４７８ｎｍ、１５１０ｎｍ（波長配置５、Δλｐ＝５５ｎｍ）である。各波長配置について、前記信号光波長域の短波長端１５７５ｎｍにおける利得を、前記信号光波長域内の最小利得（Ｇｍｉｎ）より１ｄＢ大きくなるように励起光波長および各励起光波長のパワーを調整している。

波長配置１〜５について、波長差Δλｐが大きくなると、ラマン利得スペクトルは広帯域となるが、前記信号光波長域における平均ラマン利得は低下している。また、波長差Δλｐが大きくなると、ラマン利得の偏差、すなわち、前記信号光波長域内の最大利得（Ｇｍａｘ）と最小利得Ｇｍｉｎの差（ΔＧ）は減少している。

図１７は、Ｇｍｉｎ（１６２０ｎｍないし１６００ｎｍ以上の波長域に存在している）およびΔＧの波長差Δλｐ依存性を示している。横軸に波長差（ｎｍ）をとり、縦軸に最小利得（ｄＢ）をとる。Ｇｍｉｎは、Δλｐ＝２５〜３０ｎｍ近辺で最大値を示し、Δλｐが約２０ｎｍより小さい場合および約４０ｎｍより大きい波長域で顕著な低下を示している。

一方、ΔＧはΔλｐと共に低減し、Δλｐが約２０ｎｍより大きい領域で、小さな値（約３ｄＢ以下）に収まっている。この小さなΔＧは、本光ファイバ通信システムにおける利得スペクトル等化を容易ならしめ、前記システムの高性能化および低コスト化をもたらす。上記ＧｍｉｎおよびΔＧの観点から、Δλｐは約２５〜３５ｎｍとすることが望ましい。すなわち、Δλｐ＝約２５〜３５ｎｍが許容波長差であることがわかった。

以下に上記特性の要因を示す。図１８は、前記波長配置３（励起光波長＝１４７５ｎｍおよび１５０５ｎｍ）におけるラマン利得スペクトル成分を示している。横軸に波長（ｎｍ）をとり、縦軸に利得（規格化値）をとる。ただし、各成分（１４７５ｎｍおよび１５０５ｎｍ励起光の成分）のｄＢ単位利得のピーク値を１００に規格化している。図１８によれば、１５０５ｎｍ成分の第１スペクトルピーク波長域は約１６０５〜１６２５ｎｍであり、一方、１４７５ｎｍ成分の第１スペクトルピーク波長域は約１５７０〜１５９０ｎｍの約２０ｎｍ、また、第２スペクトルピーク波長域は約１６１０〜１６２５の約１５ｎｍである。

すなわち、前記波長配置３では、励起光の長波長成分の第１スペクトルピーク波長域と、励起光の短波長成分の第２スペクトルピーク波長域とが重なっており、図１６に示した、各成分が合成されたラマン利得スペクトルの長波長域のラマン利得向上に有効であることがわかった。また、上記の動作は、波長配置２および４においても同様であることがわかった。

上記のように、Δλｐを約２５〜３５ｎｍとすることにより、高い最小利得Ｇｍｉｎと、小さな利得偏差ΔＧが得られる。上記励起光波長配置法は、第一実施例のみならず、第二〜第四実施例にも適用できる。すなわち、伝送路ファイバは、ＮＺ−ＤＳＦでもよく、信号光波長域はＣ帯でもよい。ただし、ラマン利得をＣ帯に用いる第三および第四実施例では、ラマン利得スペクトルの形状はＬ帯の場合とほぼ同じである。すなわち、波長依存性はＣ帯とＬ帯程度の波長差では小さい。

以上のように、本実施例により、従来技術で問題であって、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が回避できた。

本発明によれば、従来技術で問題であった、ラマン利得が限られており、光ＳＮＲ向上量が限定されているという欠点が解決できるので、従来と比較してＳＮＲがさらに改善された光ファイバ通信システムを実現することができる。

後方励起ＤＲＡシステムの構成例（ＤＳＦの場合）を示す図。 波長関係（ＤＳＦの場合）を示す図。 従来技術および第一実施例におけるラマン利得スペクトルを示す図。 第二実施例におけるラマン利得スペクトルを示す図。 光ＳＮＲ改善特性を示す図。 従来技術および第一、第二実施例における信号光パワースペクトルを示す図。 従来技術および第一、第二実施例における光ＳＮＲスペクトルを示す図。 後方励起ＤＲＡシステムの構成例（ＮＺ−ＤＳＦの場合−１）を示す図。 波長関係（ＮＺ−ＦＤＳの場合−１）を示す図。 従来技術および第三実施例におけるラマン利得スペクトルを示す図。 従来技術および第三実施例における信号光パワースペクトルを示す図。 後方励起ＤＲＡシステムの構成例（ＮＺ−ＤＳＦの場合−２）を示す図。 波長関係（ＮＺ−ＦＳＤの場合−２）を示す図。 従来技術および第四実施例におけるラマン利得スペクトルを示す図。 従来技術および第四実施例における信号光パワースペクトルを示す図。 第五実施例のラマン利得スペクトルを示す図。 第五実施例のラマン利得スペクトルにおける最小利得および利得差を示す図。 第五実施例におけるラマン利得スペクトル成分を示す図。

符号の説明

１ 伝送路ファイバ
２−１、２−２ 線形中継器
３ 合波器
４ エルビウム添加ファイバ増幅器

Claims (7)

1. 多波長信号光を増幅する、ラマン増幅の利得媒質としての伝送路ファイバと、前記信号光と逆方向に前記伝送路ファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記伝送路ファイバと前記励起光源との間に設置され、前記信号光と前記励起光とを合波する合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、
   前記信号光波長が、前記伝送路ファイバのゼロ分散波長より長波長側にあり、前記信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、前記信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より大きく、
   かつ、前記信号光波長の長波長端における信号光パワーが、前記信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより大きく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦である
   ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
2. 多波長信号光を増幅する、ラマン増幅の利得媒質としての伝送路ファイバと、前記信号光と逆方向に前記伝送路ファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記伝送路ファイバと前記励起光源との間に設置した信号光と励起光とを合波する合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、
   前記信号光波長が、前記伝送路ファイバのゼロ分散波長より短波長側にあり、前記信号光波長の短波長端の波長におけるラマン利得が、前記信号光波長の長波長端の波長におけるラマン利得より小さく、
   かつ、前記信号光波長の長波長端における信号光パワーが、前記信号光波長の短波長端の波長における信号光パワーより小さく、伝送後の光ＳＮＲスペクトルが平坦である
   ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
3. 前記伝送路ファイバが分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＬ帯にあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ通信システム。
4. 前記伝送路ファイバがノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＣ帯にあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ通信システム。
5. 前記伝送路ファイバがノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光波長がＣ帯にあることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ通信システム。
6. 前記励起光源が２波長の励起光を送出し、前記励起光の長波長の励起光の第１スペクトルピーク波長域と、前記励起光の短波長の励起光の第２スペクトルピーク波長域とが重なるように、前記長波長および短波長の励起光の波長を配置した請求項１記載の光ファイバ通信システム。
7. 前記励起光源が多波長の励起光を送出し、前記多波長の励起光の最長波長と最短波長との差が２５〜３５ｎｍである請求項１記載の光ファイバ通信システム。

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