JP2009533711A - 高容量無中継光通信システムを実装するシステム及び方法 - Google Patents

高容量無中継光通信システムを実装するシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

光信号を通信する方法は、少なくとも2.5Gb/sのビットレートで光信号を生成することを含む。光信号は少なくとも30の光チャネルを含む。１つの特定の実施例では、30の光チャネルのうち少なくともいくつかは、1550〜1620ナノメートルの波長範囲内に存在する。この方法はまた、希土類添加型光ファイバを含むROPAで光信号を受信することを含む。更に、この方法は、無中継光通信システムの通信区間にポンプ信号を導入することを含む。ポンプ信号は、通信区間内でラマン増幅器により光信号を増幅するように動作可能であり、希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を含む。この方法は、光信号が少なくとも200キロメートルの通信区間を移動した後に、光信号を受信することを含む。

Description

本発明は、通信システムの分野に関し、特に高容量無中継通信システム（high capacity unrepeated communication system）を実装するシステム及び方法に関する。
典型的には、従来の無中継光通信システムは、光信号が無中継通信区間を移動するときに光通信信号を増幅するためにリモート光ポンプ増幅器（ROPA：remote optically pumped amplifier）を実装する。ほとんどの場合、ROPAは、無中継通信システムの受信エンドから約50〜90キロメートルに配置される。典型的には、従来の無中継光通信システムのROPAは、C帯域（例えば1530〜1565ナノメートル範囲内の波長）内の光波長信号を増幅する希土類添加型（rare-earth doped）ファイバを含む。
一実施例によれば、無中継光通信システムは、伝送ファイバの第１のエンドに結合されたリモート光ポンプ増幅器（ROPA：remote optically pumped amplifier）を有する。ROPAは、無中継通信システムの第１のエンド端末から光信号を受信するように動作可能であり、希土類添加型光ファイバを含む。光信号は、1550〜1620ナノメートルの波長範囲内の複数の光信号波長を有する。このシステムは、伝送ファイバの第２のエンドに結合されたポンプ源を更に有する。ポンプ源は、伝送ファイバの少なくとも一部の中で光信号と逆伝搬するポンプ信号を生成するように動作可能である。伝送ファイバの少なくとも一部は、ラマン増幅器を通じて光信号を増幅するように動作可能な分布ラマン増幅器（distributed Raman amplifier）を更に有する。ポンプ信号は、希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を有する。１つの特定の実施例では、ROPAは、光信号にせいぜい4デシベルの損失を導入する。
他の実施例によれば、無中継光通信システムは、無中継システムの第１のエンドに結合された第１のエンド端末を有する。第１のエンド端末は、少なくとも2.5Gb/sの情報ビットレートで光信号を生成するように動作可能である。光信号は、少なくとも30の光チャネルを有する。30の光チャネルのうち少なくともいくつかは、1550〜1620ナノメートルの波長範囲内に存在する。このシステムはまた、第１のエンド端末に結合されたリモート光ポンプ増幅器（ROPA）を有する。ROPAは、第１のエンド端末により生成された光信号を受信するように動作可能であり、希土類添加型光ファイバを有する。このシステムは、無中継システムの第２のエンドに結合された第２のエンド端末を更に有する。第２のエンド端末は、光信号を受信し、無中継通信システムの通信区間にポンプ信号を導入するように動作可能である。ポンプ信号は、光信号を増幅するように動作可能であり、希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を有する。１つの特定の実施例では、第１のエンド端末と第２のエンド端末との間の距離は、少なくとも200キロメートルを有する。
実装される特定の特徴に応じて、この開示の特定の実施例は、以下の技術的利点の一部又は全部を提示してもよく、提示しなくてもよい。様々な実施例は、無中継光通信システムの容量を増加可能にし得る。他の実施例は、無中継光通信システムの到達距離を増加可能にし得る。他の技術的利点は、以下の図面、説明及び請求項から当業者に容易に明らかになる。更に、特定の利点が記載されているが、様々な実施例は、記載された利点の一部又は全部を含んでもよく、含まなくてもよい。
本発明並びにその特徴及び利点の完全な理解を提供するため、添付図面と共に以下の説明に言及が行われる。図面において、同様の参照符号は同様の部分を示す。
この文献を通じて指定された特定の例及び範囲は、例示目的のために過ぎず、この開示の範囲を限定することを意図しない。特に、この開示は、無中継光通信システムに限定されない。この開示の教示は、光装置の間の到達距離若しくは距離を拡張すること又は容量を増加させることが望まれる如何なる光通信システムでも使用され得る。更に、図１〜４の図面は、縮尺通りであることを意図しない。
図１は、１つ以上の光信号16の通信を容易にするように動作可能な無中継光通信システム10の少なくとも一部を示すブロック図である。この特定の実施例では、光信号16は、複数の光信号波長を有する。他の実施例では、光信号16は、１つ以上の光信号波長を有する。“無中継光通信システム（unrepeatered optical communication system）”とは、エンド端末間にパッシブ光部品のみを含む光通信区間を有する光通信システムを示す。すなわち、無中継システムの通信区間は、実質的に電力を必要とする部品がない。
この例では、システム10は、複数の光信号（又はチャネル）15a-15nを生成するように動作可能な複数の送信機12a-12nを含み、複数の光信号15a-15nのそれぞれは、光の中心波長を有する。或る実施例では、各光信号15a-15nは、他の信号15の中心波長と実質的に異なる中心波長を有する。この文献を通じて使用される“中心波長（center wavelength）”という用語は、光信号のスペクトル分布の時間平均した中間値を示す。中心波長の周囲のスペクトルは、中心波長に対して対称的である必要はない。更に、中心波長が搬送波長を表すという要件は存在しない。或る実施例では、送信機12は、例えば１つ以上の光チャネル、30以上の光チャネル、60以上の光チャネル、120以上の光チャネル、又は他の所望の数の光チャネルを生成してもよい。
送信機12は、１つ以上の光信号15を生成可能な何らかの装置を有してもよい。或る実施例では、光信号15は、C帯域の波長（例えば、1530〜1565ナノメートルの波長範囲）の範囲外の中心波長を有してもよい。すなわち、光信号15は、例えばL帯域の波長（例えば、1567〜1605ナノメートルの波長範囲）、例えば拡張L帯域の波長（例えば、1605〜1620ナノメートルの波長範囲）、又はS帯域の波長（例えば、1500〜1530ナノメートルの波長範囲）の範囲内の中心波長を有してもよい。様々な実施例で、複数の光信号15は、例えば100GHz（例えば、0.8ナノメートル）のチャネル間隔、50GHz（例えば、0.4ナノメートル）のチャネル間隔、又は他の所望のチャネル間隔を有してもよい。
送信機12は、外部で変調された光源を有してもよく、直接変調された光源を有してもよい。一実施例では、送信機12は、関連する変調器をそれぞれ有する複数の独立した光源を有し、各光源は１つ以上の光信号15を生成するように動作可能である。代替として、送信機12は、複数の変調器により共有される１つ以上の光源を有してもよい。例えば、送信機12は、一連の光パルスを生成するように動作可能なモードロック源（mode-locked source）を含む連続光源送信機と、モードロック源から一連のパルスを受信し、パルスをスペクトル的に広げて光信号のほぼスペクトル連続光を形成するように動作可能な連続光生成器とを有してもよい。その実施例では、信号スプリッタは、連続光を受信し、中心波長をそれぞれ有する個々の信号に連続光を分離する。或る実施例では、送信機12はまた、モードロック源又は変調器から受信した信号を多重し、システムのビットレートを増加するように動作可能なパルスレート・マルチプレクサ（時分割マルチプレクサ等）を有してもよい。
或る場合には、送信機12は、光再生器の一部を有してもよい。すなわち、送信機12は、他の光通信リンクから受信した電気信号又は光信号の電気表現に基づいて、光信号15を生成してもよい。他の場合には、送信機12は、送信機12の局所に存在する源から受信した情報に基づいて、光信号15を生成してもよい。送信機12はまた、複数の送信機と複数の受信機とを有する中継器の集合（明示的に図示せず）の一部を有してもよい。或る実施例では、送信機12は、例えば2.5Gb/s以上、10Gb/s以上、20Gb/s以上、40Gb/s以上のビットレート、又は他の所望のビットレートで光信号15を通信してもよい。
様々な実施例では、送信機12は、信号15のQ係数とシステム10の送信性能（例えば、ビット誤り率）とを改善可能な前方誤り訂正（FEC：forward error correction）モジュールを含んでもよい。例えば、FECモジュールは、リードソロモン（Reed Solomon）符号化、ターボプロダクトコード（Turbo Product Code）符号化、連結リードソロモン（Concatenated Reed-Solomon）符号化、又は信号15のQ係数とシステム10のビット誤り率とを改善可能な他のアルゴリズムのように、FEC系列をエンコードしてもよい。この文献を通じて使用される“Q係数（Q-factor）”という用語は、送信機から通信される信号の品質を決定するメトリックを示す。送信機12から通信される光信号15に関連する“Q係数”は、複数の高値（ΔH）と複数の低値（ΔL）との標準偏差の合計に対して、光信号に関連する高い信号値（MH）の中間値と低い信号値（ML）の中間値との差を示す。Q係数の値は、dB20で表され得る。この関係は以下の式で表される。
Q=[MH-ML]÷[ΔH+ΔL]
図示の実施例では、システム10はまた、光信号15a-15nを受信し、これらの信号を複数波長信号16に結合するように動作可能なコンバイナ14を含む。或る特定の例では、コンバイナ14は、波長分割マルチプレクサ（WDM：wavelength division multiplexer）を有してもよい。ここで使用される波長分割マルチプレクサ及び波長分割デマルチプレクサという用語は、波長分割多重信号を処理するように動作可能な装置及び／又は高密度波長分割多重信号を処理するように動作可能な装置を含んでもよい。
システム10は、光通信区間20で複数波長信号16を通信する。この例は１つの光通信区間20を含むが、この開示の範囲を逸脱することなく、更なる数の区間が使用され得る。通信区間20は、例えば、標準的なシングルモードファイバ（SMF：single mode fiber）分散シフトファイバ（DSF：dispersion shifted fiber）、非ゼロ分散シフトファイバ（NZDSF：non-zero dispersion shifted fiber）、分散補償ファイバ（DSF：dispersion compensating fiber）、純石英コアファイバ（PSCF：pure-silica core fiber）、又は他のファイバ形式若しくはファイバ形式の組み合わせを有してもよい。様々な実施例では、区間20は、例えば、100キロメートル以上、150キロメートル以上、300キロメートル以上、又は他の適切な長さの区間長を有してもよい。この特定の実施例では、システム10の区間20は、少なくとも200キロメートルの区間長を有する。
この特定の実施例では、通信区間20は、一方向性区間を有する。この例では通信区間20は一方向性区間を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、通信区間20は双方向性区間を有してもよい。区間20は、ポイント・ツー・ポイント通信リンクを有してもよく、リング型ネットワーク、メッシュ型ネットワーク、スター型ネットワーク又は他のネットワーク構成のような大規模通信ネットワークの一部を有してもよい。例えば、通信区間20は、各リンクが例えば光再生器を通じて他のリンクと結合する複数リンクシステムのうち１区間又は１リンクを有してもよい。
この実施例では、分離器26は、区間20の端で受信した複数波長信号16から個々の光信号15a-15nを分離する。分離器26は、例えば波長分割デマルチプレクサ（WDM）を有してもよい。分離器26は、個々の信号波長又は波長の範囲を一連の受信機28及び／又は他の光通信パスに通信する。１つ以上の受信機28は、信号を受信して光フォーマットと電気フォーマットとの間で変換するように動作可能な光トランシーバの一部を有してもよい。
システム10は、通信区間20に結合された１つ以上の光増幅器を更に含んでもよい。この例では、システム10は、リモート光ポンプ増幅器（ROPA：remote optically pumped-amplifier）と、２つの分布ラマン増幅器（DRA：distributed Raman amplifier）21及び22と、信号16を分離器26に通信する前にファイバ区間20から受信した信号16を増幅するように動作可能な前置増幅器24とを含む。システム10は、ROPA34と、DRA21及び22と、前置増幅器24とを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、システム10は他の増幅器を含んでもよく、及び／又は前置増幅器24が除去されてもよい。
前置増幅器24は、例えば、ラマン増幅器の１つ以上の段、エルビウム添加（erbium doped）又はツリウム添加（thulium doped）段のような希土類添加型（rare earth doped）増幅段、半導体増幅段若しくはこれらの組み合わせ、又は他の増幅段の形式を有してもよい。或る実施例では、前置増幅器24は、双方向ラマン増幅器を有してもよい。ROPA34は、例えば、エルビウム添加又はツリウム添加ファイバのような１つ以上の希土類添加型ファイバを有してもよい。この特定の実施例では、ROPA34は、光アイソレータ36とエルビウム添加ファイバ38とを有する。この特定の実施例では、DRA21は、通信区間20の一部を有する。すなわち、DRA21は、区間20を移動するときに光信号16を増幅するために、利得媒体として区間20の光ファイバの少なくとも一部を使用する。この特定の実施例では、DRA21を含む区間20の少なくとも一部は、分散シフトファイバ（DSF：dispersion shifted fiber）を有する。
この文献を通じて、“増幅器”という用語は、システム10の一部又は全部を移動する間に信号に受けた損失のうち少なくともいくつかを少なくとも部分的に補うように動作可能な装置又は装置の組み合わせを示す。同様に、“増幅する”及び“増幅”は、受けた損失の少なくとも一部を相殺することを示す。
増幅器は、増幅される信号に正味利得を与えてもよく、与えなくてもよい。更に、この文献を通じて使用される“利得”及び“増幅する”という用語は、（明示的に指定しない限り）正味利得を必要としない。換言すると、増幅段で“利得”又は“増幅”を受ける信号は、増幅段又は増幅段に接続されたファイバで全ての損失を克服するのに十分な利得を受ける必要はない。特定の例として、典型的には、分布ラマン増幅段は、利得媒体としての役目をする伝送ファイバでの損失の全てを相殺するのに十分な利得を受けない。それにもかかわらず、これらの装置は伝送ファイバで受けた損失の少なくとも一部を相殺するため、“増幅器”と考えられる。
選択された増幅器の種類に応じて、増幅器24は、受信した全ての光信号15a-15nを増幅するように動作可能な広帯域増幅器を有してもよい。代替として、増幅器24は、狭帯域増幅器の集合の並列結合を有してもよく、並列結合の各増幅器が複数波長信号16の波長の一部を増幅するように動作可能である。この場合、システム10は、増幅器の集合の並列結合の周囲に信号分離器及び／又は信号コンバイナを組み込み、システム10を通じて通信する波長を分離及び／又は結合若しくは再結合する複数のグループの波長の増幅を容易にしてもよい。
この特定の実施例では、システム10は、区間20に導入する第１のポンプ信号32aを生成可能な第１のポンプ源30aと、区間20に導入する第２のポンプ信号32bを生成可能な第２のポンプ源30bとを含む。この例は２つのポンプ源30と２つのポンプ信号32とを含むが、他の数のポンプ源及び／又はポンプ信号が使用されてもよく、また、この開示の範囲を逸脱することなく、１つ以上のポンプ源30及び／又はポンプ信号32が除去されてもよい。ポンプ信号32a及び32bは、１つ以上のポンプ波長をそれぞれ有してもよく、１つ以上のポンプ波長のそれぞれは、光の中心波長を有する。或る実施例では、特定のポンプ信号32内の１つ以上のポンプ波長のそれぞれは、特定のポンプ信号32内の他のポンプ波長の中心波長と実質的に異なる中心波長を有してもよい。ポンプ源30は、所望の出力レベル及び波長で１つ以上のポンプ信号波長を生成可能な何らかの装置又は装置の組み合わせを有してもよい。例えば、ポンプ源30は、Nd YAG又はNd YLFレーザのような固体レーザ、イッテルビウム添加ファイバレーザ（Ytterbium doped fiber laser）のような半導体レーザ、レーザダイオード、クラッディング・ポンプ・ファイバレーザ（cladding pump fiber laser）若しくはこれらの何らかの組み合わせ、又は他の光源を有してもよい。
この例では、ポンプ信号32aは、信号16に関して区間20を通じて順伝搬し、ポンプ信号32bは、光信号16に関して区間20を通じて逆伝搬する。この文献を通じて使用される“順伝搬する（co-propagate）”又は“順伝搬（co-propagating）”という用語は、少なくとも或る時間にポンプ信号の少なくとも一部が、増幅される光信号の少なくとも１つの波長と同じ方向に利得媒体又は光ファイバを通じて伝搬する状態を示す。更に、“逆伝搬する（counter-propagate）”又は“逆伝搬（counter-propagating）”という用語は、ポンプ信号の少なくとも一部が、増幅される光信号の方向と反対の方向に利得媒体又は光ファイバを通じて伝搬する状態を示す。この例では、システム10は区間20にポンプ信号32a及びポンプ信号32bを導入するが、他の実施例では、１つ以上のポンプ信号32a及び32bは除去されてもよい。
図示の実施例では、送信機12、コンバイナ14及び第１のポンプ源30aは、第１の端末11に存在し、受信機28、分離器26、前置増幅器24及び第２のポンプ源30bは、第２の端末13に存在する。この例では、端末11は、送信機12と、コンバイナ14と、ポンプ源30aとを含み、端末13は、受信機28と、分離器26と、増幅器24と、ポンプ源30bとを含むが、端末11及び13は、この開示の範囲を逸脱することなく、送信機、受信機、コンバイナ、分離器、ポンプ源及び／又は増幅器の如何なる組み合わせをそれぞれ含んでもよい。更に、端末11及び13は、他の光部品を含んでもよい。或る場合には、端末11及び13は、エンド端末と呼ばれてもよい。“エンド端末（end terminal）”という用語は、光−電気及び／又は電気−光信号変換及び／又は生成を実行するように動作可能な装置を示す。
様々な実施例では、エンド端末11及び13は、信号16に関連する波長分散を少なくとも部分的に補うことができる１つ以上の分散補償要素を含んでもよい。或る実施例では、分散補償要素は、システム10の区間20を移動する間に、光信号16に蓄積した分散をほぼ補う分散長積（dispersion length product）を含んでもよい。他の実施例では、増幅器24の利得媒体の少なくとも一部は、信号16に関連する波長分散を少なくとも部分的に補うことができる分散補償ファイバを有してもよい。これらの実施例では、分散補償ファイバは、複数波長信号16に関連する波長分散の勾配と同じ及び勾配と反対の分散の勾配を有してもよい。
典型的には、従来の無中継光通信システムは、光信号が無中継通信区間を移動するときに光通信信号を増幅するためにリモート光ポンプ増幅器（ROPA：remote optically pumped amplifier）を実装する。ほとんどの場合、ROPAは、無中継通信システムの受信エンドから約50〜90キロメートルに配置され、1530〜1565ナノメートルの波長範囲内の波長を増幅するように動作可能である。典型的には、これらの従来のシステム内で通信される光信号は、1530〜1565ナノメートルの波長範囲内に自分の光チャネルを有する複数波長光信号を含む。ほとんどの場合、光信号は、1530〜1565ナノメートルの波長範囲内に8の光チャネルを含む。更に、光信号は、典型的には約270キロメートルの距離で約2.5Gb/sで通信される。
ROPAを含む従来の無中継システムとは異なり、システム10は、C帯域の波長の範囲外の中心波長を有する１つ以上の光チャネルを通信することにより、ROPAを含む無中継システムの容量を増加させることを試みる。すなわち、システム10は、1530〜1565ナノメートルの波長範囲の範囲外の中心波長を有する光チャネルを導入することにより、エンド端末11から通信される光チャネル又は波長の数を増加させることを試みる。
この開示の一態様は、システム10がROPAを実装する現在配置されている無中継光通信システムの容量を向上させるために使用可能であることを認識した。すなわち、システム10のエンド端末11及び13は、ROPAを含む配置された光ファイバ又は通信区間のエンドに結合可能であり、その結果のシステムは、現在配置されているシステム比べると、向上又は増加した容量を有する。或る実施例では、システム10は、ダークファイバ上に実装されてもよい。すなわち、システム10は、現在設置されているが未使用の光ファイバ上に実装されてもよい。他の実施例では、システム10は、既存の又は配置された無中継光通信システムを向上させるために実装されてもよい。
例えば、システム10は、2.5Gb/sで1530〜1565ナノメートルの波長範囲内で8の光チャネルを通信するシステムから、約10G/bsで1567〜1593ナノメートルの波長範囲内で少なくとも30の光チャネルを通信するシステムに、配置された無中継通信システムの容量を向上させるように実装されてもよい。この例では、システム10は、約270キロメートルの通信区間長40を有し、エンド端末13から約70キロメートルにROPA34を含む。
ROPAを含む無中継システムの容量を増加させるために、エンド端末13は、ポンプ信号32bを導入し、DRA21内で信号を増幅し、ROPA34をブリーチ（bleach）する。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、信号16に関してDRA21を通じて逆伝搬する。この例ではポンプ信号32bは光信号16と逆伝搬するが、この開示の範囲を逸脱することなく、ポンプ信号32bの少なくとも一部は光信号16と順伝搬してもよい。この文献を通じて使用される“ブリーチする（bleach）”又は“ブリーチ（bleaching）という用語は、無中継光通信システム内に配置されたROPAに関連する損失又は減衰を最小化することを意味する。すなわち、ポンプ信号は、ポンプのないROPAに関連する光信号への減衰を最小化するように動作する。
特定のROPAのブリーチのレベル又は量は、システムの構成、配置されたROPAの特定の構造、通信される光チャネルの数、光チャネルのビットレート、及び無中継通信システムの長さ又は到達距離に少なくとも部分的に基づく。ほとんどの場合、光信号内で光チャネルの数を増加させること、光信号のビットレートを増加させること、又は光信号の通信距離を増加させることは、システムが耐えることができるROPAの損失又は減衰量を低減する傾向になる。ROPAの減衰又は損失は、例えば、0dB、1dB以下、2dB以下、3dB以下、又はシステムの他の損失許容レベルでもよい。或る場合、ポンプ信号は、光信号がROPAを移動するときに光信号に何らかの利得を提供するように動作してもよい。例えば、光信号は、1dB以上、2dB以上、又は4dB以上の利得を受けてもよい。
この特定の実施例では、システム10は、ROPA34の希土類添加型ファイバ38を活性化することができる少なくとも１つの中心波長を有するポンプ信号を導入することにより、ROPA34をブリーチするように動作する。様々な実施例では、ポンプ信号32bは、1450〜1500ナノメートルの波長範囲内に１つ以上の波長を含んでもよい。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、第１のポンプ波長と、第２のポンプ波長とを有する。この例ではポンプ信号32bは２つのポンプ波長を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の数のポンプ波長が使用されてもよい。この例では、第１のポンプ波長及び第２のポンプ波長は、それぞれ1465ナノメートル及び1497ナノメートルを有する。この例では第１及び第２のポンプ波長は1465ナノメートル及び1497ナノメートルの波長を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の所望の波長が使用されてもよい。
この特定の実施例では、システム10は、ROPA34の希土類添加型ファイバ38を活性化することができる少なくとも１つの中心波長と、ROPA34に帰属する光信号16の減衰を最小化することができる出力レベルとを有するポンプ信号を導入することにより、ROPA34をブリーチするように動作する。様々な実施例では、ポンプ信号32bは、例えば150ミリワット以上、200ミリワット以上、240ミリワット以上、0.5ワット以上、1ワット以上、2ワット以上、2.5ワット以上、又は他の適切な出力レベルの全ポンプ出力レベルを有してもよい。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、約280ミリワットの全ポンプ出力を有する。この特定の実施例では、ポンプ源30bは、約200ミリワットで第１のポンプ信号波長を生成し、約140ミリワットで第２のポンプ波長を生成するように動作する。他の実施例では、ポンプ源30bは、例えば、100ミリワット、160ミリワット、180ミリワット、0.5ワット、1ワット、2.5ワットの出力レベル、又は他の適切な出力レベルで第１又は第２のポンプ波長を生成するように動作してもよい。
エンド端末11は、エンド端末13への通信のために、通信区間20に光信号16を導入するように動作する。この実施例では、光信号16は、C帯域（例えば、1530〜1565ナノメートルの範囲）の範囲外に存在する複数の光チャネルを含む。この開示の一態様は、区間20内にラマン増幅器を実装することにより、C帯域の範囲外の波長を含むようにシステム10の容量が増加可能であることを認識した。この特定の実施例では、光信号16は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲に存在する複数のチャネル15を含む。他の実施例では、光信号16は、例えば、1593〜1620ナノメートルの波長範囲若しくは1567〜1620ナノメートルの波長範囲のようなL帯域若しくは拡張L帯域、又はC帯域の範囲外の他の所望の波長若しくは波長範囲に存在する複数のチャネル15を含んでもよい。
この例では、光信号16は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲内に少なくとも30の光チャネル15を有する。他の例では、光信号16は、例えば、30以上の光チャネル、60以上の光チャネル、120以上の光チャネル、他の所望の数の光チャネルを有してもよい。この特定の実施例では、信号16の30の光チャネルは、100GHz（例えば、0.8ナノメートル）のチャネル間隔を有する。他の実施例では、信号16の光チャネルは、例えば50GHz（例えば、0.4ナノメートル）のチャネル間隔又は他の所望のチャネル間隔を有してもよい。この実施例では、光信号16は約10Gb/sのビットレートで通信区間20を移動する。他の実施例では、光信号16は、例えば、2.5Gb/s以上、20Gb/s以上、40Gb/s以上、又は他の所望のビットレートで通信区間20を移動してもよい。この例では、DRA21は、信号16が通信区間20を移動するときに光信号16の各光チャネル15を増幅するように動作する。
この開示の一態様は、無中継通信システムのROPAをブリーチするためにポンプ信号を導入し、通信区間20の光ファイバの低損失領域及び／又は分布ラマン増幅器21で複数の光チャネルを通信することにより、無中継光通信システムの容量が増加可能であることを認識した。ほとんどの場合、通信区間20の光ファイバの低損失領域は、L帯域又は拡張L帯域（例えば、1567〜1620ナノメートルの範囲）の範囲内の光信号波長を含む。
或る実施例では、最小閾値の出力レベルで又はその近くで通信区間20に信号16を導入し、区間20を通じて信号16を通信する間に信号16を最大閾値の出力レベルに増幅してもよい。“最大閾値の出力レベル”は、通信区間の受信エンドで測定されるシステム性能が光信号出力レベルを更に増加することでもはや改善しない光信号出力レベルである。
システムの最大閾値の出力レベルは、システムの構成と、伝送媒体又は通信区間に実装されたファイバの種類とに少なくとも部分的に基づく。ほとんどの場合、典型的には、通信区間内の１つ以上の非線形の相互作用は、システムの最大閾値の出力レベルを制限及び／又は決定する。換言すると、最大閾値の出力レベルは、システムの伝送媒体を通じて通信されるときに光信号波長に関連する最大出力レベルを制限する。複数波長光信号の最大出力を制限することにより、非線形の相互作用も、特定のシステムの通信区間長又は伝送距離を制限し得る。すなわち、非線形の相互作用は、光信号の最大無中継伝送距離を制限し得る。これらの非線形効果は、例えば、４波混合（four wave mixing）、相互位相変調、自己位相変調、誘導ブリルアン散乱（stimulated Brillouin scattering）、又は前記若しくは他の非線形効果の組み合わせを有してもよい。
システムの最小閾値の出力レベルは、システム10の構成と、区間20に実装されたファイバの種類とに少なくとも部分的に基づく。ほとんどの場合、典型的には、マルチパス干渉（MPI：Multi-Path Interference）は、システムの最小閾値の出力レベルを制限及び／又は決定する。換言すると、最小閾値の出力レベルは、システムの伝送媒体を通じて通信されるときに光信号波長に導入され得る最大の利得量を制限する。この文献を通じて使用される“最小閾値の出力レベル”という用語は、このような信号の出力レベルを最大閾値の出力レベルにもたらすように最大の利得量がこのような信号に導入され得る光信号の出力レベルを示す。“最大の利得量”とは、信号への利得の何らかの相当の増加が、主にMPIによる利得の増加からの利益より大きく、性能に不利な条件を導入する利得量である。
この特定の実施例では、端末11は、信号16が区間20を移動する間に最小閾値の出力レベルから最大閾値の出力レベルに信号16を増幅する分布ラマン増幅器として、区間20の光ファイバの少なくとも一部を使用するブースターのないエンド端末を有する。“ブースターのないエンド端末（boosterless end terminal）”という用語は、ほぼ最小閾値の出力レベルで伝送ファイバに１つ以上の光信号波長を導入するエンド端末を示す。更に、ブースターのないエンド端末は、光信号を通信区間又は伝送ファイバに導入する前に、通信システムのほぼ最大閾値の出力レベルに複数波長光信号を増幅する増幅器が実質的にないものである。
この例では、ブースターのないエンド端末11は、ほぼ最小閾値の出力レベルで信号16を区間20に導入する。信号16の最小閾値の出力レベルは、例えば、約-12dBm以上、-10dBm以上、-6dBm以上、又は他の適切な値を有してもよい。ほとんどの場合、信号16の最小閾値の出力レベルは、例えば、約0dBm以下、-2dBm以下、-4dBm以下、又は他の適切な値を有してもよい。ブースターのないエンド端末11はまた、区間20にポンプ信号32aを導入し、システム10の最大閾値の出力レベルに信号16を増幅するように動作する。この特定の例では、ポンプ信号32aは、信号16に関して区間20を通じて順伝搬する。ほとんどの場合、ポンプ信号32aは、例えば、0.5ワット以上、1ワット以上、2ワット以上、2.5ワット以上の出力レベルを有してもよい。
この例では、ほぼ最小閾値の出力レベルで信号16を区間20に導入し、ポンプ信号32sを使用して区間20内で最大閾値の出力レベルに信号16を増幅することは、ポンプ信号32aが通信区間20内で信号16と効率的に相互作用（例えば、エネルギー伝達又は増幅）する距離を増加させるように動作する。ポンプ信号32aが通信区間20内で信号16と効率的に相互作用する距離を増加させることは、信号16が区間20内で最大閾値の出力レベルに到達する地点を有利に拡張又は遅延させる。例えば、信号16が最大閾値の出力レベルに到達する地点は、端末11から約30km以上でもよく、端末11から40km以上でもよく、端末11から50km以上でもよい。或る場合に、このことは、例えば、約30km以上、40km以上、50km以上だけシステム10の到達距離を拡張し得る。信号16が区間20内で最大閾値の出力レベルに到達する地点を拡張又は遅延させることにより、満足なシステム性能を維持しつつ、その容量距離積（capacity distance product）を増加させることが可能になる。
ほとんどの場合、区間20内でほぼ最小閾値の出力レベルからほぼ最大閾値の出力レベルに信号16を増幅することは、信号16及びポンプ信号32aが区間20内で相互作用する時間の長さを増加させる傾向になる。すなわち、ポンプ信号32aの１つ以上のポンプ波長は、増加した区間20の長さで信号16の光信号波長に利得を導入するように動作する。増加した区間20の長さで信号16に利得を導入することは、信号を通信区間に導入する前にその信号をほぼ最大閾値の出力レベルに増幅する比較可能な光信号より高い出力レベルに、信号16の光信号波長を有利に維持し得る。
ほぼ最小閾値の出力レベルで区間20に信号16を導入することはまた、信号を通信区間に導入する前にその信号をほぼ最大閾値の出力レベルに増幅する比較可能な光信号より比較的高い出力レベルに、信号16の光信号波長15の出力レベルを維持するように動作し得る。ほとんどの場合、ポンプ信号32aが信号16と効率的に相互作用する区間20の長さを増加させることは、ポンプ信号32aの出力レベルを比較的高いレベルに維持するように動作する。ポンプ信号32aの出力レベルを比較的高い出力レベルに維持することは、通信区間20の少なくとも一部で信号16の光信号波長の出力レベルを比較的高い出力レベルに維持し得る。
この開示の他の態様は、ブースターのない端末を実装することにより、システムコストが低減可能であり、信号16が通信区間20を移動するときに複数波長光信号16を最大閾値の出力レベルに増幅する１つ以上のポンプ信号32を実装することにより、システム性能が維持又は改善可能であることを認識した。
様々な実施例では、ポンプ信号32a及び／又は32bは、１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長及び１つ以上の整数ラマン・オーダ・ポンプ波長を含んでもよい。
を有してもよい。“分数オーダ・ラマン・ポンプ波長（fractional order Raman pump wavelength）”は、システムを通じて通信される何らかの光信号波長から１ストークス・シフト（例えば約13.2THz）の整数倍ではないラマン利得ピークを有するポンプ波長である。換言すると、分数ラマン・オーダ・ポンプ波長は、光信号15a-15nの全てから１ストークス・シフトの非整数倍であるラマン利得ピークを有する如何なるポンプ波長を有してもよい。
或る実施例では、ポンプ信号32a及び／又は32bは、複数の第１のラマン・オーダ・ポンプ波長と、少なくとも第１のラマン・オーダ・ポンプ波長を増幅するために使用される複数の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長とを含んでもよい。ポンプ信号32bは複数の第１及び分数ラマン・オーダ・ポンプ波長を含み得るが、この開示の範囲を逸脱することなく、整数及び／又は分数ラマン・オーダ・ポンプ波長の他の組み合わせが使用されてもよい。他の実施例では、ポンプ信号32aは、１つ以上の整数ラマン・オーダ・ポンプ波長と、１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長とを含んでもよい。他の実施例では、ポンプ信号32a及び32bは、１つ以上の整数ラマン・オーダ・ポンプ波長と、１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長とを含んでもよい。
この開示の一態様は、ポンプ信号32a及び／又はポンプ信号32b内に１つ以上のポンプ分数ラマン・ポンプ波長を実装することにより、システム10が区間20又はDRA21内で利得を受ける地点が増加可能であることを認識した。すなわち、ポンプ信号32a及び／又は32b内で１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長を使用することにより、複数波長信号16がポンプ信号32a及び／又は32bから利得を受ける地点（例えば、エンド端末11及び13からの距離）が増加し得る。従来の設計手法は、この技術を有利であると認識していない可能性がある。その理由は、整数ラマン・オーダ・ポンプ波長を増幅するために分数ラマン・オーダ・ポンプ波長を導入することは、ポンプ波長の間のエネルギー伝達の効率を低減する傾向があるからである。しかし、増加した区間20の長さで整数ラマン・オーダ・ポンプ波長に比較的低い利得を導入することは、システム10が区間20又はDRA21内で利得を受ける地点を有利に拡張又は遅延させ得る。
ほとんどの場合には、ポンプ信号32a及び／又はポンプ信号32b内に１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長を実装することは、第１のラマン・オーダ・ポンプ波長が分数ラマン・オーダ・ポンプ波長に関連する光出力を消耗するレートを低減する傾向がある。すなわち、１つ以上の分数ラマン・オーダ・ポンプ波長を実装することは、分数ラマン・オーダ・ポンプ波長から第１のラマン・オーダ・ポンプ波長へのエネルギー伝達の効率を低減する。低減した効率のため、分数ラマン・オーダ・ポンプ波長は、増加した区間20及び／又はDRA21の長さで第１のラマン・オーダ・ポンプ波長に比較的低い利得を導入するように動作する。増加した区間20及び／又はDRA21の長さで第１のラマン・オーダ・ポンプ波長に比較的低い利得を導入することは、区間20又はDRA21の少なくとも一部で、整数ラマン・オーダ・ポンプ波長のみを実装する比較可能なポンプ信号より高い出力レベルに、第１のラマン・オーダ・ポンプ波長を有利に維持し得る。
図２は、ブースター増幅器を含むエンド端末から通信された第１の光信号202と、システム200のブースターのないエンド端末から通信された第２の光信号204とを比較したグラフである。様々な実施例では、システム200は、図１の無中継システム10と構造及び機能で実質的に類似してもよい。図２に示すシステム200の特定のパラメータ、構成要素及び出力レベル、並びに光信号202及び204の出力レベルは、例示目的のために過ぎず、この開示の範囲を限定することを意図しない。この開示の範囲を逸脱することなく、パラメータ、構成要素及び出力レベルの他の組み合わせが使用されてもよいことがわかる。図示の実施例では、システム200は、約+13dBmの最大閾値の出力レベルと、約-7dBmの最小閾値の出力レベルとを有する。この例では最大及び最小閾値の出力レベルはそれぞれ+13及び-7dBmを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の適切な最大及び最小閾値の出力レベルが使用されてもよい。
この例では、システム200は、システム200を通じて１つ以上の光信号の通信を容易にする標準的なシングルモードファイバを有する通信区間を含む。第１の実施例では、システム200の通信区間は、システム200のほぼ最大閾値の出力レベルでブースター増幅器を含むエンド端末から第１の光信号202を受信する。その実施例では、ブースター増幅器は、第１の光信号202がシステム200の通信区間に導入される前に、システム200のほぼ最大閾値の出力レベル（例えば、+13dBm）に第１の光信号202を増幅するように動作する。
典型的には、従来の光通信システムは、光信号を通信区間又は伝送ファイバに送出する前に、複数波長光信号をほぼ最大閾値の出力レベルに増幅するために、１つ以上のブースター増幅器を実装している。例えば、典型的には、従来の光通信システムは、第１の光信号202の波長を受信して増幅し、通信区間で伝送するためにこれらの信号を準備することができる１つ以上のブースター増幅器を含む。ほとんどの場合、１つ以上のブースター増幅器は、第１の光信号202をシステムの最大閾値の出力レベルの少なくとも80%に増幅するように動作する。
前述のように、典型的には、従来の光通信システムは、信号を通信区間又は伝送媒体に導入する前に、光信号の送出出力を最大化することを試みる。ほとんどの場合、典型的には、これらの従来のシステムは、信号を通信区間又は伝送ファイバに導入する前に、光信号をシステムのほぼ最大閾値の出力レベルに増幅するために、１つ以上のブースター増幅器を実装する。このような光信号をほぼ最大閾値の出力レベルで通信区間に導入することにより、非線形の相互作用（SBS等）は、従来のシステムのこれらの光信号の最大無中継伝送距離を制限し得る。その結果、典型的には、従来のシステムの光信号は、通信区間の始まりの又は始まりに近い最大閾値の出力レベルを実現すする。
第２の実施例では、システム200の通信区間は、システム200のほぼ最小閾値の出力レベル（例えば、-7dBm）でブースターのないエンド端末から第２の光信号204を受信する。その実施例では、ブースターのないエンド端末は、第２の光信号204を通信区間に導入する前に、第２の光信号204をシステム200のほぼ最大閾値の出力レベルに増幅する増幅器が実質的にない。
第２の実施例では、システム200はまた、システム200の通信区間に導入する１つ以上のポンプ信号を生成することができるポンプ源を含む。或る場合に、ポンプ源及びポンプ信号の構成及び機能は、それぞれ図１のポンプ源30a及びポンプ信号32aに実質的に類似してもよい。その実施例では、ポンプ源は、光信号204がシステム200の通信区間の一部を移動するときに光信号204と順伝搬するポンプ信号を導入するように動作する。この例ではポンプ信号は光信号204と順伝搬するが、この開示の範囲を逸脱することなく、ポンプ信号の少なくとも一部は、光信号204と逆伝搬してもよい。この特定の実施例では、ポンプ信号は、第２の光信号204が通信区間を移動するときに第２の光信号204をシステム200の最大閾値の出力レベルに増幅する。様々な実施例では、ポンプ源は、例えば、0.5ワット、1ワット、2.5ワット、又は他の適切な出力レベルの合計出力を有するポンプ信号を生成可能でもよい。
この例では、線202は、第１の光信号がシステム200の通信区間を通じて通信されるときの第１の光信号の出力レベルを表し、線204は、第２の光信号がシステム200の通信区間を通じて通信されるときの第２の光信号の出力レベルを表している。この例では、横軸は、光信号202及び204がシステム200の通信区間を通じて移動する距離を表し、縦軸は、光信号の出力レベルを表している。
このグラフは、光信号204が通信区間を移動するときに第２の光信号204を最小閾値の出力レベルから最大閾値の出力レベルに増幅することは、通信区間の少なくとも一部で第１の光信号202に関連する出力レベルより高い出力レベルに第２の光信号204を有利に維持し得ることを示している。特に、各光信号202及び204が約30キロメートルの通信区間を移動した後に、第２の光信号204の出力レベルは、第１の光信号202の出力レベルより高くなる。更に、各光信号202及び204が約30キロメートルの通信区間を移動した後に、第２の光信号204の出力レベルは、第１の光信号202の出力レベルより高い出力レベルに維持される。第２の光信号204は第１の光信号202より高い出力レベルであるため、システム200の到達距離及び／又は第２の光信号204が通信区間を通じて通信され得る距離が有利に増加し得る。
このグラフは、光信号204が通信区間を移動するときに第２の光信号204を最小閾値の出力レベルから最大閾値の出力レベルに増幅することは、第１の光信号202に比べて、第２の光信号204が通信区間内で最大閾値の出力レベルに到達する地点を有利に拡張又は遅延させることを更に示している。特に、第１の光信号202の最大信号出力レベルは、光信号202が通信区間に導入されたときに生じ、第２の光信号204の最大信号出力レベルは、第２の光信号204が約45キロメートルの通信区間を移動した後に生じる。信号204が通信区間内で最大閾値の出力レベルに到達する地点を拡張又は遅延させることにより、システム200は、満足なシステム性能を維持しつつ、容量を増加させることが可能になる。
図３Ａは、第１のエンド端末から通信された第１の光信号302と、システム300の第２のエンド端末から通信された第２の光信号304とを比較したグラフである。様々な実施例では、システム300は、図１の無中継システム10と構造及び機能で実質的に類似してもよい。図３Ａに示すシステム300の特定のパラメータ、構成要素及び出力レベル、並びに光信号302及び304の出力レベルは、例示目的のために過ぎず、この開示の範囲を限定することを意図しない。この開示の範囲を逸脱することなく、パラメータ、構成要素及び出力レベルの他の組み合わせが使用されてもよいことがわかる。
この例では、システム300は、システム300を通じて１つ以上の光信号の通信を容易にする標準的なシングルモードファイバを有する通信区間と、信号がシステム300を移動するときに光信号を増幅可能なROPAとを含む。この例では、通信区間は、約1561ナノメートルのゼロ分散波長を有する。図示の実施例では、システム300は、約+11dBmの最大閾値の出力レベルを有する。この例では最大閾値の出力レベルは+11dBmを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の適切な最大閾値の出力レベルが使用されてもよい。
第１の実施例では、システム300の通信区間は、システム300のほぼ最大閾値の出力レベルでエンド端末から第１の光信号302を受信する。その実施例では、ブースター増幅器は、第１の光信号302がシステム300の通信区間に導入される前に、システム300のほぼ最大閾値の出力レベル（例えば、+11dBm）に第１の光信号302を増幅するように動作する。
第１の実施例では、システム300はまた、信号302がシステム300の約200キロメートルを移動した後にROPA内で光信号302を増幅するポンプ信号を生成するポンプ源及びROPAを含む。その実施例では、光信号302がシステム300の通信区間の一部を移動するときに、ポンプ信号は光信号302と逆伝搬する。第１の実施例では、ポンプ信号は、約1480ナノメートルのポンプ波長を有し、光信号302は約2.5Gb/sで通信区間を移動し、1530〜1565ナノメートルの波長範囲内で8の光チャネルを有する。
第２の実施例では、システム300の通信区間は、約-4dBmで第２のエンド端末から第２の光信号304を受信する。その実施例では、システム300は、信号304が通信区間を移動するときに光信号304をシステム300のほぼ最大閾値の出力レベルに増幅するように動作する。
第２の実施例では、システム300はまた、システム300の通信区間に導入する１つ以上のポンプ信号を生成することができるポンプ源を含む。或る場合に、ポンプ源及びポンプ信号の構成及び機能は、それぞれ図１のポンプ源30a及びポンプ信号32aに実質的に類似してもよい。その実施例では、ポンプ源は、光信号304がシステム300の通信区間の一部を移動するときに光信号304と逆伝搬するポンプ信号を導入するように動作する。この例ではポンプ信号は光信号304と逆伝搬するが、この開示の範囲を逸脱することなく、ポンプ信号の少なくとも一部は、光信号304と順伝搬してもよい。
第２の実施例では、ポンプ信号は、信号がROPAと受信エンド端末（例えば、図１のDRA21）との間の通信区間を移動するときに、ラマン増幅器により第２の光信号304を増幅し、ROPAをブリーチするように動作する。システム300は、ROPAの希土類添加型ファイバを活性化可能な少なくとも１つの中心波長を有するポンプ信号を導入することによりROPAをブリーチするように動作する。この特定の実施例では、光信号304は、信号304がROPAを移動するときに約1dBの利得を受ける。この特定の実施例では、ポンプ信号は、約1465ナノメートルの第１の第１のポンプ波長を有し、約1497ナノメートルの第２のポンプ波長を有する。この例ではポンプ信号は２つの特定のポンプ波長を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の数の波長又は他の特定の波長も使用可能である。
第２の実施例では、システム300は、ROPAの希土類添加型ファイバを活性化可能な少なくとも１つの中心波長と、ROPAに帰属する光信号304の減衰を最小化可能な出力レベルとを有するポンプ信号を導入することにより、ROPAをブリーチするように動作する。第２の実施例では、ポンプ信号は、約280ミリワットの合計ポンプ出力を有する。この例ではポンプ信号は280ミリワットの合計ポンプ出力を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の適切な出力レベルが使用されてもよい。この特定の例では、ポンプ源は、約200ミリワットで第１のポンプ信号を生成し、約140ミリワットで第２のポンプ信号を生成するように動作する。この例ではポンプ源は特定の出力レベルでポンプ信号波長を生成するが、この開示の範囲することなく、他の出力レベルが生成されてもよい。
第２の実施例では、光信号304は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲内に少なくとも30の光チャネルを有する。この例では光信号304は特定の波長範囲内に30の光チャネルを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、光信号304は、L帯域又は拡張L帯域内に他の数のチャネルを有してもよい。他の実施例では、光信号304は、C帯域内に１つ以上の光チャネルを有してもよい。この特定の実施例では、信号304の30の光チャネルは、100GHz（例えば、0.8ナノメートル）のチャネル間隔を有する。他の実施例では、信号304の光チャネルは、例えば50GHz（例えば、0.4ナノメートル）のチャネル間隔又は他の所望のチャネル間隔を有してもよい。この実施例では、光信号304は、約10Gb/sの情報ビットレートでシステム300の通信区間を移動する。この例では光信号304は10Gb/sで通信区間を移動するが、この開示の範囲を逸脱することなく、光信号304は、他のビットレートで通信区間を移動してもよい。
この例では、線302は、第１の光信号がシステム300の通信区間を通じて通信されるときの第１の光信号の出力レベルを表し、線304は、第２の光信号がシステム300の通信区間を通じて通信されるときの第２の光信号の出力レベルを表している。この例では、横軸は、光信号302及び304がシステム300の通信区間を通じて移動する距離を表し、縦軸は、光信号の出力レベルを表している。
図３Ｂは、第１のエンド端末から通信された第１の光信号312と、システム310の第２のエンド端末から通信された第２の光信号314とを比較したグラフである。様々な実施例では、システム310は、図１の無中継システム10と構造及び機能で実質的に類似してもよい。図３Ｂに示すシステム310の特定のパラメータ、構成要素及び出力レベル、並びに光信号312及び314の出力レベルは、例示目的のために過ぎず、この開示の範囲を限定することを意図しない。この開示の範囲を逸脱することなく、パラメータ、構成要素及び出力レベルの他の組み合わせが使用されてもよいことがわかる。
この例では、システム310は、システム310を通じて１つ以上の光信号の通信を容易にする標準的なシングルモードファイバを有する通信区間と、信号がシステム310を移動するときに光信号を増幅可能なROPAとを含む。この例では、通信区間は、約1561ナノメートルのゼロ分散波長を有する。図示の実施例では、システム310は、約+11dBmの最大閾値の出力レベルを有する。この例では最大閾値の出力レベルは+11dBmを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の適切な最大閾値の出力レベルが使用されてもよい。
第１の実施例では、システム310の通信区間は、システム310のほぼ最大閾値の出力レベルでエンド端末から第１の光信号312を受信する。その実施例では、ブースター増幅器は、第１の光信号312がシステム310の通信区間に導入される前に、システム310のほぼ最大閾値の出力レベル（例えば、+11dBm）に第１の光信号312を増幅するように動作する。
第１の実施例では、システム310はまた、信号312がシステム310の約200キロメートルを移動した後にROPA内で光信号312を増幅するポンプ信号を生成するポンプ源及びROPAを含む。その実施例では、光信号312がシステム300の通信区間の一部を移動するときに、ポンプ信号は光信号312と逆伝搬する。第１の実施例では、ポンプ信号は、約1480ナノメートルのポンプ波長を有し、光信号312は約2.5Gb/sで通信区間を移動し、1530〜1565ナノメートルの波長範囲内で8の光チャネルを有する。
第２の実施例では、システム310の通信区間は、約-4dBmで第２のエンド端末から第２の光信号314を受信する。その実施例では、システム310は、信号314が通信区間を移動するときに光信号314をシステム310のほぼ最大閾値の出力レベルに増幅するように動作する。
第２の実施例では、システム310はまた、システム310の通信区間に導入する１つ以上のポンプ信号を生成することができるポンプ源を含む。或る場合に、ポンプ源及びポンプ信号の構成及び機能は、それぞれ図１のポンプ源30a及びポンプ信号32aに実質的に類似してもよい。その実施例では、ポンプ源は、光信号314がシステム310の通信区間の一部を移動するときに光信号314と逆伝搬するポンプ信号を導入するように動作する。この例ではポンプ信号は光信号314と逆伝搬するが、この開示の範囲を逸脱することなく、ポンプ信号の少なくとも一部は、光信号314と順伝搬してもよい。
第２の実施例では、ポンプ信号は、信号がROPAと受信エンド端末（例えば、図１のDRA21）との間の通信区間を移動するときに、ラマン増幅器により第２の光信号314を増幅し、ROPAをブリーチするように動作する。システム310は、ROPAの希土類添加型ファイバを活性化可能な少なくとも１つの中心波長を有するポンプ信号を導入することによりROPAをブリーチするように動作する。この特定の実施例では、光信号314は、信号314がROPAを移動するときに約-2dBの損失を受ける。この特定の実施例では、ポンプ信号は、約1465ナノメートルの第１の第１のポンプ波長を有し、約1497ナノメートルの第２のポンプ波長を有する。この例ではポンプ信号は２つの特定のポンプ波長を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の数の波長又は他の特定の波長も使用可能である。
第２の実施例では、システム310は、ROPAの希土類添加型ファイバを活性化可能な少なくとも１つの中心波長と、ROPAに帰属する光信号314の減衰を最小化可能な出力レベルとを有するポンプ信号を導入することにより、ROPAをブリーチするように動作する。第２の実施例では、ポンプ信号は、約260ミリワットの合計ポンプ出力を有する。この例ではポンプ信号は260ミリワットの合計ポンプ出力を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の適切な出力レベルが使用されてもよい。この特定の例では、ポンプ源は、約180ミリワットで第１のポンプ信号を生成し、約140ミリワットで第２のポンプ信号を生成するように動作する。この例ではポンプ源は特定の出力レベルでポンプ信号波長を生成するが、この開示の範囲することなく、他の出力レベルが生成されてもよい。
第２の実施例では、光信号314は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲内に少なくとも30の光チャネルを有する。この例では光信号314は特定の波長範囲内に30の光チャネルを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、光信号314は、L帯域又は拡張L帯域内に他の数のチャネルを有してもよい。この特定の実施例では、信号314の30の光チャネルは、100GHz（例えば、0.8ナノメートル）のチャネル間隔を有する。他の実施例では、信号314の光チャネルは、例えば50GHz（例えば、0.4ナノメートル）のチャネル間隔又は他の所望のチャネル間隔を有してもよい。この実施例では、光信号314は、約10Gb/sの情報ビットレートでシステム310の通信区間を移動する。この例では光信号314は10Gb/sで通信区間を移動するが、この開示の範囲を逸脱することなく、光信号314は、他のビットレートで通信区間を移動してもよい。
この例では、線312は、第１の光信号がシステム310の通信区間を通じて通信されるときの第１の光信号の出力レベルを表し、線314は、第２の光信号がシステム310の通信区間を通じて通信されるときの第２の光信号の出力レベルを表している。この例では、横軸は、光信号312及び314がシステム310の通信区間を通じて移動する距離を表し、縦軸は、光信号の出力レベルを表している。
これらのグラフは、無中継通信システムのROPAをブリーチするためにポンプ信号を導入し、通信区間の光ファイバの低損失領域及び／又は分布ラマン増幅器で複数の光チャネルを通信することにより、無中継光通信システムの容量が増加し得ることを示している。ほとんどの場合、通信区間の光ファイバの低損失領域は、L帯域又は拡張L帯域（例えば、1567〜1620ナノメートルの波長範囲）の範囲内の光信号波長を含む。
これらのグラフは、通信区間のエンドで光信号の出力レベルにかなり影響を与えることなく、無中継光通信システムの容量が1530〜1565ナノメートルの波長範囲内の8の光チャネルから1567〜1593ナノメートルの波長範囲内の少なくとも30の光チャネルに増加し得ることを示している。
図４は、高容量無中継光通信システムを実装する方法400の一例を示すフローチャートである。１つの特定の実施例では、光信号は、図１の無中継システム10内で増幅されてもよい。様々な実施例では、システム10は、光の中心波長をそれぞれ有する複数の光信号チャネル15を生成可能な１つ以上の送信機12a-12nを含んでもよい。或る実施例では、送信機12は、信号15のQ係数とシステム10のビット誤り率とを改善可能な前方誤り訂正（FEC：forward error correction）モジュールを含んでもよい。他の実施例では、システム10はまた、通信区間20を通じて通信するために、複数の光信号波長のそれぞれを複数波長信号16に結合するように動作可能なコンバイナ14を含んでもよい。
この例では、方法400は、少なくとも10Gb/sのビットレートで光信号16を生成することにより、ステップ410で始まる。光信号16は少なくとも10Gb/sのビットレートで生成されるが、この開示の範囲を逸脱することなく、他のビットレートが使用されてもよい。この例では、エンド端末11は、エンド端末13と通信するために、通信区間20に光信号16を導入するように動作する。この実施例では、光信号16は、C帯域（例えば、1530〜1565ナノメートルの範囲）の範囲外に存在する複数の光チャネルを含む。この特定の実施例では、光信号16は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲に存在する複数のチャネル15を含む。他の実施例では、光信号16は、例えばL帯域の波長範囲、拡張L帯域の波長範囲又はC帯域の範囲外の他の所望の波長又は波長範囲に存在する複数のチャネル15を含んでもよい。
この例では、光信号16は、1567〜1593ナノメートルの波長範囲内に少なくとも30の光チャネルを有する。この例では信号16は30の光チャネルを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の数の光チャネルが使用されてもよい。この特定の実施例では、信号16の30の光チャネルは、100GHz（例えば、0.8ナノメートル）のチャネル間隔を有する。他の実施例では、信号16の光チャネルは、例えば50GHz（例えば、0.4ナノメートル）のチャネル間隔又は他の所望のチャネル間隔を有してもよい。この例では、DRA21は、信号16が通信区間20を移動するときに光信号16の各光チャネル15を増幅するように動作する。
方法400は、ステップ420において、リモート光ポンプ増幅器（ROPA）34で光を受信することにより継続する。例えば、ROPA34は、エルビウム添加又はツリウム添加ファイバのような１つ以上の希土類添加型ファイバを有してもよい。この特定の実施例では、ROPA34は、光アイソレータ36と、希土類添加型ファイバ38とを有する。
この例では、ステップ420において、ポンプ源30bは、少なくとも１つのポンプ信号32bを生成し、ポンプ信号32bを通信区間20に導入する。ROPAを含む配置された無中継システムの容量を増加させるために、エンド端末13は、ポンプ信号32bを導入し、DRA21内で信号16を増幅してROPA34をブリーチする。ROPAの減衰又は損失は、例えば、0dB、1dB以下、2dB以下、3dB以下、又はシステムの他の許容レベルの損失でもよい。或る場合に、ポンプ信号は、光信号がROPAを移動するときに光信号に何らかの利得を提供するように動作してもよい。例えば、光信号16は、1dB以上、2dB以上、4dB以上の利得を受けてもよい。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、信号16に関してDRA21を通じて逆伝搬する。この例ではポンプ信号32bは光信号16と逆伝搬するが、この開示の範囲を逸脱することなく、ポンプ信号32bの少なくとも一部は光信号16と順伝搬してもよい。
この特定の実施例では、システム10は、ROPA34の希土類添加型ファイバ38を活性化可能な少なくとも１つの中心波長を有するポンプ信号を導入することによりROPA34をブリーチするように動作する。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、約1465ナノメートルの中心波長を有する第１のポンプ波長と、約1497ナノメートルの中心波長を有する第２のポンプ波長とを有する。この例ではポンプ波長32bは特定の中心波長で２つのポンプ波長を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、何らかの所望の波長を有する他の数のポンプ波長が使用されてもよい。或る実施例では、ポンプ信号32bは、1450〜1500ナノメートルの波長範囲内に１つ以上の波長を含んでもよい。
この特定の実施例では、システム10は、ROPA34の希土類添加型ファイバ38を活性化可能な少なくとも１つの中心波長と、ROPA34に帰属する光信号16の減衰を最小化可能な出力レベルとを有するポンプ信号を導入することにより、ROPA34をブリーチするように動作する。この特定の実施例では、ポンプ信号32bは、約280ミリワットの合計ポンプ出力を有する。この例ではポンプ信号32bは280ミリワットの合計ポンプ出力を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の所望の合計ポンプ出力が使用されてもよい。この特定の実施例では、第１のポンプ信号波長は、約200ミリワットのポンプ出力を有し、第２のポンプ信号は、約140ミリワットのポンプ出力を有する。この例では第１及び第２のポンプ信号波長は特定の出力レベルを有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の所望の出力レベルが使用されてもよい。
この例では、エンド端末13は、信号16が少なくとも200キロメートルの通信区間20を移動した後に光信号16を受信する。この例では通信区間20は少なくとも200キロメートルの区間長40を有するが、この開示の範囲を逸脱することなく、他の区間長40が使用されてもよい。
本発明について複数の実施例で説明したが、当業者に多数の変更、変形、代替、置換及び改良が示唆され得る。本発明は、特許請求の範囲の要旨及び範囲内にあるこのような変更、変形、代替、置換及び改良を含むことを意図する。
１つ以上の複数波長信号の通信を容易にするように動作可能な無中継光通信システムの少なくとも一部を示すブロック図 ブースター増幅器を含むエンド端末から通信された第１の光信号とブースターのないエンド端末から通信された第２の光信号とを比較したグラフ 無中継光通信システムの通信区間を移動するときの光信号の出力プロファイルを示すグラフ 無中継光通信システムの通信区間を移動するときの光信号の出力プロファイルを示すグラフ 高容量無中継光通信システムを実装する方法の一例を示すフローチャート

Claims (20)

  1. 無中継光通信システムの伝送ファイバの第１のエンドに結合されたリモート光ポンプ増幅器（ROPA）であり、前記ROPAは、前記無中継通信システムの第１のエンド端末から光信号を受信するように動作可能であり、前記ROPAは、希土類添加型光ファイバを有し、前記光信号は、1550〜1620ナノメートルの波長範囲内の複数の光信号波長を有するリモート光ポンプ増幅器と、
    前記伝送ファイバの第２のエンドに結合されたポンプ源であり、前記ポンプ源は、前記伝送ファイバの少なくとも一部の中で前記光信号と逆伝搬するポンプ信号を生成するように動作可能であり、前記伝送ファイバの少なくとも一部は、ラマン増幅器を通じて前記光信号を増幅するように動作可能な分布ラマン増幅器を有し、前記ポンプ信号は、前記希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を有し、前記ROPAは、前記光信号にせいぜい4デシベルの損失を導入する無中継光通信システム。
  2. 前記伝送ファイバは、電力を必要とする光部品が実質的にない、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記光信号は、少なくとも30の光チャネルを有する、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記少なくとも30の光チャネルは、約100GHzのチャネル間隔を有する、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記光信号は、少なくとも60の光チャネルを有する、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記ROPAは、前記光信号にせいぜい2デシベルの損失を導入する、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記ROPAは、前記光信号にせいぜい5デシベルの利得を導入する、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記少なくとも１つのポンプ信号波長は、1450〜1500ナノメートルの波長範囲内の中心波長を有する、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記少なくとも１つのポンプ信号波長の出力レベルは、少なくとも100ミリワットを有する、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記ポンプ源を有し、前記伝送ファイバを移動した後に前記少なくとも１つの光信号を受信するように動作可能な第２のエンド端末を更に有し、
    前記第１のエンド端末は、前記無中継システムの第１のエンドに結合され、
    前記第２のエンド端末は、前記無中継システムの第２のエンドに結合される、請求項１に記載のシステム。
  11. 前記第１のエンド端末は、前記伝送ファイバにより受信される少なくとも他のポンプ信号を生成可能な第１のポンプ源を有し、
    前記少なくとも他のポンプ信号は、前記光信号の少なくとも一部と順伝搬する、請求項１０に記載のシステム。
  12. 無中継システムの第１のエンドに結合された第１のエンド端末であり、前記第１のエンド端末は、少なくとも2.5Gb/sのビットレートで光信号を生成するように動作可能であり、前記光信号は、少なくとも30の光チャネルを有し、前記30の光チャネルのうち少なくともいくつかは、1567〜1620ナノメートルの波長範囲内に存在する第１のエンド端末と、
    前記第１のエンド端末に結合されたリモート光ポンプ増幅器（ROPA）であり、前記ROPAは、前記第１のエンド端末により生成された前記光信号を受信するように動作可能であり、前記ROPAは、希土類添加型光ファイバを有するリモート光ポンプ増幅器と、
    前記無中継システムの第２のエンドに結合された第２のエンド端末であり、前記第２のエンド端末は、前記光信号を受信し、前記光信号を増幅するように動作可能なポンプ信号を前記無中継通信システムの通信区間に導入するように動作可能であり、前記ポンプ信号は、前記希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を有し、前記第１のエンド端末と前記第２のエンド端末との間の距離は、少なくとも200キロメートルを有する第２のエンド端末と
    を有する無中継光通信システム。
  13. 前記ポンプ信号は、前記通信区間の少なくとも一部の中で前記光信号と逆伝搬する、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記少なくとも１つのポンプ信号波長は、少なくとも100ミリワットの出力レベルを有する、請求項１２に記載のシステム。
  15. 前記少なくとも１つのポンプ信号波長は、1450〜1500ナノメートルの波長範囲内の中心波長を有する、請求項１２に記載のシステム。
  16. 前記ROPAは、前記光信号にせいぜい2デシベルの損失を導入する、請求項１２に記載のシステム。
  17. 無中継光通信システムで光信号を通信する方法であって、
    少なくとも2.5Gb/sのビットレートで光信号を生成し、前記光信号は、少なくとも30の光チャネルを有し、前記30の光チャネルのうち少なくともいくつかは、1567〜1620ナノメートルの波長範囲内に存在し、
    リモート光ポンプ増幅器（ROPA）で前記光信号を受信し、前記ROPAは、希土類添加型光ファイバを有し、
    前記無中継光通信システムの通信区間にポンプ信号を導入し、前記ポンプ信号は、前記通信区間内でラマン増幅器により前記光信号を増幅し、前記ポンプ信号は、前記希土類添加型ファイバを活性化するように動作可能な少なくとも１つのポンプ信号波長を有し、
    前記光信号が少なくとも200キロメートルの通信区間を移動した後に、前記光信号を受信することを有する方法。
  18. 前記ポンプ信号は、前記通信区間の少なくとも一部の中で前記光信号と逆伝搬する、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記少なくとも１つのポンプ信号波長は、少なくとも100ミリワットの出力レベルと、と、1450〜1500ナノメートルの波長範囲内の中心波長とを有する、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記ROPAは、前記光信号にせいぜい2デシベルの損失を導入する、請求項１７に記載の方法。
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