JP2010252334A - 両方向光通信ネットワークで分布ラマン増幅および遠隔ポンピングを使用する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＯＮシステムの到達範囲を延長し、かつ／またはＰＯＮの分割比を高める技法を提供する。
【解決手段】ネットワークは、第１波長のダウンストリーム信号および第２の異なる波長の複数のアップストリーム信号を搬送する光伝送ファイバを含む。ファイバの１端にある第１端末は、ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、アップストリーム信号を検出する第１受信機と、ラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースとを含む。ファイバの他端の複数の第２端末は、アップストリーム信号のうちの１つを生成する第２送信機と、ダウンストリーム・サブ信号を検出する第２受信機とを含む。受動光ノードは、（ｉ）ダウンストリーム信号複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し、また（ｉｉ）第１端末への伝送のために第２端末のそれぞれからのアップストリーム信号のそれぞれをファイバ上に組み合わせる、ように構成される。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００９年４月１５日に出願した米国仮出願第６１／１６９，５１０号、名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｔｅｌｙ−Ｐｕｍｐｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ Ｒｅａｃｈ」の優先権を主張するものである。

本発明は、光ファイバ通信ネットワークに関し、より具体的には、到達範囲を延長し、かつ／または受動光ネットワークの分割比を高めるのに分布ラマン増幅および遠隔ポンピングを使用する方法および装置に関する。

受動光ネットワーク（ＰＯＮ）は、電力を与えられない光学スプリッタが、単一の光ファイバが複数の顧客建物にサービスするのを可能にするのに使用される、ポイントツーマルチポイント、ファイバーツーザプレミシズ（ｆｉｂｅｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｐｒｅｍｉｓｅｓ）、ブロードバント・ネットワーク・アーキテクチャである。図１に示されているように、通常のＰＯＮ １０は、サービス・プロバイダの電話局（ＣＯ）の光回線終端装置（ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＯＬＴ）１０．１と、近端ユーザすなわち加入者または顧客の建物（ＣＰ、図示せず）またはその付近に配置された複数の光ネットワーク・ユニット（ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｎｉｔ：ＯＮＵ）または光ネットワーク端末（ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｒｍｉｎａｌ：ＯＮＴ）１０．２とを含む。ＯＬＴ １０．１は、伝送光ファイバ１０．５および遠隔ノード（ＲＮ）１０．６内に配置された１：Ｎ受動光スプリッタ１０．７を含む光分配ネットワーク（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＯＤＮ）１０．４を介してＯＮＵ／ＯＮＴに光学的に結合される。ＯＤＮを、しばしば、外部プラント（ｏｕｔｓｉｄｅ ｐｌａｎｔ）と称する。

ＰＯＮは、ネットワークの端末（ＯＬＴ、ＯＮＵ、およびＯＮＴ）が電力を必要とする能動コンポーネントおよび／または能動回路を含むことが明白であっても、受動的であると言われる。それでも、ＯＤＮが電力を必要とするコンポーネントまたは回路を含まない限り、産業界では、ＰＯＮ全体を受動的と称することが一般的である。

ＯＮＵ／ＯＮＴの個数は、スプリッタ１０．７の分割比（１：Ｎ）に対応する。各ＯＮＵ／ＯＮＴ １０．２は、光ファイバ伝送路を終端し、メタリック回線（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｌｉｎｅ）を介して各ＣＰへ電気信号を供給する。

ＯＬＴとスプリッタとの間の単一ファイバ・アーキテクチャは、たとえば、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４で標準化されたＧＰＯＮ（ギガビットＰＯＮ）で、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用することによって可能にされる。ダウンストリーム信号は、１４８０〜１５００ｎｍの範囲内の波長で伝送され、アップストリーム信号は、１３００〜１３２０ｎｍの範囲内の波長で伝送される。連続モード・ダウンストリーム信号（たとえば、ＯＬＴからＯＮＵ／ＯＮＴへの１４９０ｎｍ信号）は、単一のファイバ１０．５を共有する各ＯＮＵ／ＯＮＴ １０．２にブロードキャストされる、すなわち、ダウンストリーム信号は、異なるＯＮＵ／ＯＮＴに結合された別々の光ファイバ経路に向けられる複数のサブ信号に分割される（スプリッタの出力のサブ信号は、本質的にはＲＮの入力で受け取られるダウンストリーム信号と同一であるが、スプリッタの固有機能に起因して、より低いパワーを有する）。暗号化が、盗聴を防ぐのに使用される。その一方で、バースト・モード・アップストリーム信号（たとえば、ＯＮＵ／ＯＮＴ １０．２からＯＬＴ １０．１への１３１０ｎｍ信号）は、複数のアクセス・プロトコル、通常は時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を使用して組み合わされる。ＯＬＴは、アップストリーム通信のタイム・スロット割当てを提供するために、個々のＯＮＵ／ＯＮＴから共有される単一ファイバへのトラフィックの伝送を制御する。

ＰＯＮは、ダウンストリーム信号を分割するのに、電力によって作動するコンポーネントを使用しない。そうではなく、信号は、受動光スプリッタによってエンド・ユーザの間で分配される。各スプリッタは、通常、伝送ファイバ１０．５からの信号をＮ本のドロップライン（ｄｒｏｐ−ｌｉｎｅ）（またはファンアウト）ファイバ１０．９に分割し、ここで、Ｎは、製造業者に依存し、複数のスプリッタを、単一の遠隔ノード・キャビネットに集約することができる。

ＰＯＮ構成は、ポイントツーポイント・アーキテクチャと比較して、必要なファイバおよびＣＯ機器の量を減らす。さらに、ＰＯＮは、受動外部プラント（ＯＤＮ）内で保守をほとんど必要とせず、電力を必要とせず、これによって、ネットワーク・オペレータの出費を減らす。しかし、ＯＬＴと最も遠いＯＮＵ／ＯＮＴとの間の最大伝送距離（または到達範囲）ならびに分割比は、現在、さまざまな物理層制約およびＰＯＮプロトコルによって制限されている。たとえば、ＧＰＯＮ標準規格（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４）は、６０ｋｍの論理到達範囲および１：１２８の最大分割比を許容するが、２８ｄＢのロス・バジェット（ｌｏｓｓ ｂｕｄｇｅｔ）が、現在、通常のＧＰＯＮ展開を１：３２の分割比および２０ｋｍ以下の到達範囲に制限している。もちろん、所与のロス・バジェットについて、特定のアプリケーションが、より小さい分割比（たとえば、１：１６）を許容する場合には、到達範囲をより長くする（たとえば、３０ｋｍ）ことができる。逆に、アプリケーションが、より短い到達範囲（たとえば、１０ｋｍ）を許容する場合には、分割比をより大きくする（たとえば、１：６４）ことができる。しかし、一部のアプリケーションは、両方すなわち、より長い到達範囲（たとえば、６０ｋｍ）およびより大きい分割比（たとえば、１：６４）を要求する。

ＰＯＮシステムの到達範囲を延長する技法の複数の報告があった［たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ他、「Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｇｉｇａｂｉｔ ＰＯＮ ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．５、４２２〜４３３頁（２００７年）およびＰ．Ｐ．Ｉａｎｎｏｎｅ他、「Ｈｙｂｒｉｄ ＣＷＤＭ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓｈａｒｅｄ ｂｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＴＤＭ ＰＯＮｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＯＦＣ ２００７、ＰＤＰ−１３（２００７年）］。さらに、ＧＰＯＮ到達範囲エクステンダが、国際電気通信連合によって最近標準化された［ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．６を参照されたい］。

Ｇ．９８４．６で検討される到達範囲延長手法は、周知の光増幅器またはオプティカルツーエレクトリカルツーオプティカル（ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−ｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ：ＯＥＯ）リピータを含む外部プラント内の電力を与えられるユニットの使用を必要とするが、この設計要件は、ＰＯＮシステムの利益のいくつかを否定し、特に電力供給が使用可能ではないある種の環境で、ネットワーク・サービス・プロバイダ／オペレータにとって必ずしも実用的またはコスト効率がよいものではない場合がある。

米国特許第６，１６３，６３６号 米国特許第５，３２３，４０４号 米国特許第６，５０４，９７３号

ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４ Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ外、「Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｇｉｇａｂｉｔ ＰＯＮ ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊ．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ、Ｖｏｌ．６、Ｎｏ．５、４２２〜４３３頁（２００７年） Ｐ．Ｐ．Ｉａｎｎｏｎｅ外、「Ｈｙｂｒｉｄ ＣＷＤＭ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｓｈａｒｅｄ ｂｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＴＤＭ ＰＯＮｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＯＦＣ ２００７、ＰＤＰ−１３（２００７年） ＩＥＥＥ ８０２．３ａｈ Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ、「Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｉｎｃ、（２００４年）、Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ編、Ｃｈ．１、２頁、およびＣｈ．１９

したがって、受動外部プラントを維持しながら、到達範囲を延長し、かつ／またはＰＯＮの分割比を高める技法の必要が残っている。

また、そのようなシステムの分配ネットワーク内で電力供給を必要とせずにＰＯＮのロス・バジェットを増やす必要がある。

本発明の第１態様に従って、本発明者は、ロス・バジェットを改善するためにＰＯＮのアップストリーム光信号波長および／またはダウンストリーム光信号波長で遠隔ポンピングおよび分布ラマン増幅を使用し、これによって、その到達範囲を延長し、かつ／またはその分割比を高めることを提案する。

本発明の第１の態様の一実施形態によれば、両方向光ファイバ通信ネットワークは、第１波長のダウンストリーム光信号および第２の異なる波長の複数のアップストリーム光信号を搬送する光伝送ファイバを含む。ファイバは、少なくともその長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得の特徴がある。ファイバの一端に光学的に結合された第１端末は、ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、アップストリーム信号を検出する第１受信機と、ダウンストリーム信号もしくはアップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースとを含む。ファイバの他端に光学的に結合された複数の第２端末は、それぞれが、アップストリーム信号のうちの１つを生成する第２送信機と、ダウンストリーム・サブ信号を検出する第２受信機とを含む。受動光ノードは、（ｉ）ダウンストリーム信号を複数のサブ信号に分割し、ここで各サブ信号は、第２端末のうちの別々の１つにダウンストリームに伝播し、また（ｉｉ）第１端末への伝送のために第２端末のそれぞれからのアップストリーム信号のそれぞれをファイバ上に組み合わせる、ように構成される。ノードの出力の各ダウンストリーム・サブ信号は、本質的にはノードへの入力のダウンストリーム信号と同一であるが、スプリッタの固有機能に起因してより低いパワーを有する。

本発明の第１態様の一実施形態では、光通信ネットワークは、ＧＰＯＮに関するＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４の要件またはイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）に関するＩＥＥＥ ８０２．３ａｈの要件など、現在の国際的なまたは産業界のＰＯＮ標準規格と互換である。

本発明の第１態様のもう１つの実施形態では、少なくとも１つのソースは、アップストリーム信号と逆伝播し、アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ソースを含む。本発明の第１態様のもう１つの実施形態では、少なくとも１つのソースは、ダウンストリーム信号と共伝播し、ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ポンプ・ソースをも含む。

本発明の第１態様のもう１つの実施形態では、受動光ノードは、かなりの量のポンプ光が第２端末の受信機に入るのを防ぐ波長感受性デバイスを含む。この実施形態の１つの構成では、波長感受性デバイスは、帯域フィルタを含み、もう１つの構成では、波長感受性デバイスは、反射器を含み、この反射器は、ポンプ光をファイバに戻って反射し（ポンプ光がファイバを通って伝播した後に）、これによって、信号の追加のラマン増幅をも提供する。

本発明の第２の態様は、上で説明した両方向光ファイバ通信ネットワークで使用される第１端末である。第１端末は、ファイバのアップストリーム端に結合され、ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、アップストリーム信号を検出する第１受信機と、ダウンストリーム信号もしくはアップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースとを含む。本発明の第２の態様の一実施形態では、少なくとも１つのソースは、アップストリーム信号と逆伝播し、アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ソースを含む。本発明の第２の態様のもう１つの実施形態では、少なくとも１つのソースは、ダウンストリーム信号と共伝播し、ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ポンプ・ソースをも含む。

本発明の第３の態様は、上で説明した両方向光ファイバ通信ネットワークで使用される受動光ノードである。このノードは、（ｉ）ダウンストリーム信号を複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し（各サブ信号は、第２端末のうちの別々の１つにダウンストリームに伝播する）、（ｉｉ）第１端末への伝送のために第２端末のそれぞれからのアップストリーム信号のそれぞれをファイバ上に組み合わせるように構成される。ノードの出力の各ダウンストリーム・サブ信号は、本質的にはノードへの入力のダウンストリーム信号と同一であるが、スプリッタの固有機能に起因してより低いパワーを有する。

本発明の第３の態様の一実施形態では、ノードは、かなりの量のポンプ光が第２端末の受信機に入るのを防ぐ波長感受性デバイスを含む。この実施形態の１つの構成では、波長感受性デバイスは、帯域フィルタを含み、もう１つの構成では、波長感受性デバイスは、ポンプ光をファイバに戻って反射し（ポンプ光がファイバを通って伝播した後に）、これによって第１信号および第２信号の追加のラマン増幅をも提供するように構成された反射器を含む。

本発明の第４の態様は、少なくともその長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得を示す光伝送ファイバの一端に結合された第１端末およびファイバの他端に結合された複数の第２端末を含む両方向光通信ネットワークの到達範囲を延長するか分割比を増やすかその両方を行う方法である。この方法は、
（ａ）第１端末で第１波長のダウンストリーム光信号を生成するステップと、
（ｂ）第１端末で第２波長のアップストリーム光信号を検出するステップと、
（ｃ）ダウンストリーム信号もしくはアップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成するステップと、
（ｄ）第２端末で第２波長のアップストリーム信号を生成するステップと、
（ｅ）第２端末でダウンストリーム信号を検出するステップと、
（ｆ）受動的に（ｉ）ダウンストリーム信号をそれぞれが第２端末の別々の１つに第１波長で伝播する複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し、（ｉｉ）第１端末への伝送のために第２端末のそれぞれからのアップストリーム信号のそれぞれをファイバ上に組み合わせるステップと
を含む。

本発明の第４の態様の一実施形態では、ステップ（ｃ）は、アップストリーム信号と逆伝播し、アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する。本発明の第４の態様のもう１つの実施形態では、ステップ（ｃ）は、ダウンストリーム信号と共伝播し、ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光をも生成する。

本発明の第４の態様のもう１つの実施形態では、この方法は、ポンプ光がファイバを介してダウンストリームに伝播した後に、ステップ（ｃ）で増幅された信号の追加のラマン増幅を提供するためにファイバを介してポンプ光をアップストリームに反射するステップをも含む。

本発明は、そのさまざまな特徴および利益と一緒に、添付図面に関連して解釈される次のより詳細な説明からたやすく理解することができる。

この議論全体を通じて、波長への言及は、特定の光放射（たとえば、光信号またはポンプ光）の中心波長を意味することが意図されているが、すべてのそのような放射が、中心波長の上下の周知の範囲の波長を含む特有の線幅を有することを理解されたい。

通常の従来のＰＯＮを示す概略ブロック図である。 本発明の例示的実施形態によるＰＯＮを示す概略ブロック図である。 図３（ａ）は、ＣＯ／ＯＬＴ ２０．１とスプリッタ２０．６１との間の伝送ファイバ２０．５内の信号（Ｓ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰ）およびポンプ光（Ｐ_ＣＯ、Ｐ_ＣＮＴＲ）の伝播方向を示す図であり、図３（ｂ）は、（ｉ）ラマン増幅ありおよび（ｉｉ）ラマン増幅なしという２つのケースについて、信号パワーがファイバ２０．５の長さに沿ってどのように漸進的に変化するかを示す図である。 図２の信号（Ｓ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰ）およびポンプ光（Ｐ_ＣＯ、Ｐ_ＣＮＴＲ）の波長スペクトル内の位置を示す概略グラフである。矢印４．１および４．２は、ラマン増幅が、それぞれポンプ光Ｐ_ＣＯおよびＰ_ＣＮＴＲから信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰに光強度を転送することを示す。対照的に、矢印４．３は、望まれない信号−ポンプ相互作用（枯渇（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）として知られる）が信号Ｓ_ＵＰからポンプ光Ｐ_ＣＯに光強度を転送することを示す。 図５（ａ）は、Ｓ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰ、Ｐ_ＣＯ、およびＰ_ＣＮＴＲが、コンバイナのさまざまなポートにどのように関連するかを示す、図２のＷＤＭコンバイナ２０．１６を示す概略ブロック図であり、図５（ｂ）は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）２０．６３および２０．６４の対を含む図２の波長感受性コンポーネント２０．６２を示す概略図である。 図２のアップストリーム信号（１３１０ｎｍ）とダウンストリーム信号（１４９０ｎｍ）との両方の入力スペクトル［図６（ａ）］および出力スペクトル［図６（ｂ）］を示すグラフである。 図２の伝送ファイバ内の、１４２７ｎｍポンプ光なしおよび交互に１４２７ｎｍポンプ光ありの１３１０ｎｍアップストリーム信号のラマン・オン−オフ・ゲイン（Ｒａｍａｎ ｏｎ−ｏｆｆ ｇａｉｎ）および光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を示すグラフである。 図２のＰＯＮの到達範囲を延長された実施形態のビット誤り率（ＢＥＲ）性能を示すグラフである。差し込み図では、句「６０ｋｍ Ｔｘ」は、対応する曲線が、信号が６０ｋｍ長の伝送ファイバ２０．５を通って伝播した後に測定されたＢＥＲを表すことを意味し、単語「ベースライン」は、対応する曲線が、６０ｋｍファイバなしで［すなわち、ＣＯ／ＯＬＴおよびスプリッタが、短い（たとえば、２ｍ）ファイバ・ジャンパによって互いに結合された］測定されたＢＥＲを表すことを意味する。 従来のネットワーク（線９．１および９．２）を本発明の例示的実施形態によるネットワーク（線９．３および９．４、後者は、共伝播するポンプ光によるアップストリーム信号のかなりの枯渇の悪影響を示す）と比較する、アップストリーム信号のパワーの漸進的変化を示すグラフである。

両方向光通信ネットワーク
ここで図２に移ると、ポイントツーマルチポイント光ファイバ通信ネットワーク２０は、ＯＤＮ ２０．４を介して複数Ｎ個の第２端末２０．２に光学的に結合された第１端末２０．１を含む。ＯＤＮは、光伝送ファイバ２０．５、ＲＮ ２０．６、および複数Ｎ個のドロップライン（またはファンアウト）ファイバ２０．９を含む。受動デバイスだけを含む１：Ｎ光学スプリッタ２０．６１が、ＲＮ ２０．６内に配置される。ＰＯＮ環境では、第１端末２０．１は、ＣＯ内に配置されたＯＬＴであり、第２端末は、アクセス・ネットワーク・アーキテクチャに応じてＣＰまたは隣接する機器キャビネット（図示せず）内に配置されたＯＮＵ／ＯＮＴである。

特定のＣＯ内に配置されるＯＬＴの個数は、サービスされるＣＰの個数に依存する。図を単純にするために、図２には１つのＯＬＴだけが図示されているが、複数のＯＬＴを含むＣＯでは、ネットワークは、複数の伝送ファイバを含むはずであり、各ＯＬＴは、ファイバのうちの別々の１つに結合されるはずである。各ＯＬＴ ２０．１は、ダウンストリーム光信号Ｓ_ＤＮをＯＮＵ／ＯＮＴに送る送信機２０．１１と、ＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２からのアップストリーム光信号Ｓ_ＵＰを検出する受信機２０．１２とを含む。スプリッタ２０．６１は、ダウンストリーム信号を、それぞれがドロップラインまたはファンアウト・ファイバ２０．９を介して別々のＯＮＵ／ＯＮＴに結合されるＮ個のサブ信号に分割する。ＲＮの出力での各サブ信号は、本質的にはＲＮへの入力のダウンストリーム信号と同一であるが、スプリッタの固有機能に起因して、より低いパワーを有する。通常、ダウンストリーム信号は、連続モードで伝送されるディジタル信号である。

その一方で、ＯＬＴ ２０．１ごとのサービスされるＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２の個数は、ネットワークのパワー・バジェット（ｐｏｗｅｒ ｂｕｄｇｅｔ）およびスプリッタ２０．６１の分割比（１：Ｎ）に依存する。これらの要因は、ＯＮＵ／ＯＮＴをＣＯからどれほど離れて配置できるか、すなわち、ネットワーク到達範囲をも決定する（ＯＮＵ／ＯＮＴのすべてが、通常は、ＯＬＴから同一距離にはないので、到達範囲は、ＯＬＴから最も離れたＯＮＵ／ＯＮＴを指す）。各ＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２は、ＯＬＴ ２０．１にアップストリーム信号を送る送信機２０．２１と、スプリッタ２０．６１からのサブ信号を介してＯＬＴ ２０．１からのダウンストリーム信号を検出する受信機２０．２２とをも含む。通常、アップストリーム信号は、バースト・モードで周知のＴＤＭＡプロトコルで伝送されるディジタル信号である。

現在のＩＴＵ標準規格（Ｇ．９８４．３およびＧ．９８４．６）と互換のＧＰＯＮでは、ダウンストリーム信号は、１４８０〜１５００ｎｍの範囲内の波長で伝送される約２．４８８Ｇｂ／ｓのディジタル信号であり、アップストリーム信号は、１３００〜１３２０ｎｍの範囲内の波長で伝送される約１．２４４Ｇｂ／ｓまたは２．４８８Ｇｂ／ｓのいずれかのディジタル信号とすることができる。実例として、ダウンストリーム信号波長は、約１４９０ｎｍであり、アップストリーム信号波長は、約１３１０ｎｍである。

次の説明では、上のＩＴＵ標準規格と互換のＰＯＮに焦点を合わせるが、本発明が、たとえばＩＥＥＥ ８０２．３ａｈで定義されたイーサネットＰＯＮ（ＥＰＯＮ）（「イーサネット・イン・ザ・ファースト・マイル（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｍｉｌｅ）」としても知られる）を含む他のＰＯＮ応用例ならびに１５５０ｎｍ波長帯前後のディジタル信号またはアナログ信号などの他の光信号波長を利用する他のアーキテクチャでの使用にも適することを、当業者はたやすく了解するであろう。

到達範囲を延長されたＰＯＮ
本発明のネットワーク設計は、遠隔ポンピングされる分布ラマン増幅を組み込むことによって、ＰＯＮの到達範囲を延長し、または分割比を高め、あるいはその両方を行う。たとえば、やはり図２に示されているように、伝送ファイバ２０．５は、遠隔位置から適切にポンピングされる時に、両方の信号波長についてラマン増幅を示す。単語遠隔によって、本発明者は、動作に電力を必要とするすべてのラマン・ポンプ・ソース（ｐｕｍｐ ｓｏｕｒｃｅ）が、受動ＯＤＮ ２０．４の外部に配置されることを意味するが、これは、実用的な問題として、現在、それらがＣＯに配置されることを意味する。このために、ネットワーク２０は、実例として、二重ポンプ設計である、すなわち、ＯＬＴ ２０．１は、２つのラマン・ポンプ・ソース２０．１４および２０．１５を含む。ソース２０．１５は、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮをラマン増幅するポンプ光Ｐ_ＣＯを生成し、ソース２０．１４は、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰをラマン増幅するポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲを生成する。ポンプ光Ｐ_ＣＯおよびＰ_ＣＮＴＲは、両方ともダウンストリームに伝播するので、ポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲは、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰに対して相対的に逆伝播し、ポンプ光Ｐ_ＣＯは、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮに対して相対的に共伝播する。

代替案では、ネットワーク２０は、単一ポンプ設計を利用することができる、すなわち、ＯＬＴ ２０．１は、アップストリーム信号を増幅するためにラマン・ポンプ・ソース２０．１４（Ｐ_ＣＮＴＲ）を保持するが、ラマン・ポンプ・ソース２０．１５（Ｐ_ＣＯ）を省略することができる。逆に、ＯＬＴ ２０．１は、ダウンストリーム信号を増幅するためにラマン・ポンプ・ソース２０．１５（Ｐ_ＣＯ）を保持するが、ラマン・ポンプ・ソース２０．１４（Ｐ_ＣＮＴＲ）を省略することができる。この２つの単一ポンプ設計のうちでは、アップストリーム信号用のラマン・ポンプを保持することが、好ましい。しかし、どちらの場合でも、ラマン増幅されない信号を、たとえばファイバ増幅器などの周知のディスクリート増幅器を使用して、従来の形で増幅することができる。このタイプのディスクリート増幅器は、やはり動作に電力を必要とするので、通常はＣＯ／ＯＬＴ ２０．１内に配置される。

二重ポンプ設計において、Ｓ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰ、Ｐ_ＣＯ、およびＰ_ＣＮＴＲの伝播方向および例示的波長割当てを、それぞれ図３（ａ）および図４に示す。より具体的に言うと、Ｓ_ＤＮは、１４９０ｎｍの波長を有し、ダウンストリームに伝播し、Ｓ_ＵＰは、１３１０ｎｍの波長を有し、アップストリームに伝播し、Ｐ_ＣＯは、１４２７ｎｍの波長を有し、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮと共伝播し、これをラマン増幅し、Ｐ_ＣＮＴＲは、１２３９ｎｍの波長を有し、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰと逆伝播し、これをラマン増幅する。

伝送ファイバ２０．５は、通常は、シリカから作られ、適切にポンピングされる場合に、その全長にわたってラマン利得／増幅を提供できるという特性を有する。信号のラマン利得／増幅がファイバに沿ったすべての点で実際に実現されるか否かは、当技術分野で周知のとおり、ポンプ光の強度／パワーおよびファイバの損失に依存する。必ずではないが好ましくは、ファイバは、その全長にわたって利得／増幅を示す。より具体的に言うと、図３（ｂ）は、信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰがファイバ２０．５内で伝播する時に、その光強度がどのように漸進的に変化するかを示す。２つのケースが示されている。（ｉ）ラマン増幅なしでＳ_ＤＮおよびＳ_ＵＰが伝播する時のそれらの光強度の漸進的変化。線３．１および３．２は、それぞれＳ_ＤＮおよびＳ_ＵＰが、ファイバ２０．５内で反対方向に伝播する時にファイバ損失に起因して減衰することを示し、（ｉｉ）ラマン増幅ありでＳ_ＤＮおよびＳ_ＵＰが伝播する時のそれらの光強度の漸進的変化。曲線３．３および３．４は、それぞれＳ_ＤＮおよびＳ_ＵＰが、ファイバ２０．５内で伝播する時に増幅されることを示す。具体的に言うと、Ｓ_ＤＮは、ＣＯ／ＯＬＴ ２０．１からスプリッタ２０．６１まで、ファイバの全長にわたって増幅を示す。したがって、共伝播するポンプＰ_ＣＯは、ファイバの全長にわたってファイバ損失を補償する。対照的に、Ｓ_ＵＰは、約１５ｋｍ伝播した後（アップストリーム方向で６０ｋｍから４５ｋｍまで）に限ってかなりの増幅を示す。したがって、逆伝播するポンプＰ_ＣＮＴＲは、ファイバ長さの延長された長さ（４５ｋｍｍから０ｋｍまで、すなわち約７５％）にわたってファイバ損失を補償する。しかし、７５％超と７５％未満との両方の、他の適切な分数が、それでも、本発明に従って延長される長さになると考えられる。

それにまたがって信号Ｓ_ＵＰについて分布ラマン増幅が発生する長さを、当技術分野で周知の２次ラマン・ポンピングを使用して増やすことができる［たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｎｔｚ他の米国特許第６，１６３，６３６号（２０００年）を参照されたい］。すなわち、Ｐ_ＣＮＴＲの波長を、下で述べるように、１ストークス・シフトではなく、信号Ｓ_ＵＰの波長から２ストークス・シフトだけ離れるように選択することができる。

ポンプ・ソース２０．１４および２０．１５の波長の設計においては、２つの点について注意を払わなければならない。第１に、各ポンプ・ソースは、それがラマン増幅するように設計される信号の最大ラマン利得効率をもたらす波長でポンプ光を生成しなければならない。ラマン利得は、ある光ビームから、周波数においてダウンシフトされた別の光ビームへの光強度の転送から生じる。ラマン利得帯域幅は、４０ＴＨｚ幅を超え、支配的なピークは１３．２ＴＨｚ付近にある［参照によって本明細書に組み込まれている、Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ、「Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｉｎｃ、（２００４年）、Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ編、Ｃｈ．１、２頁、およびＣｈ．１９を参照されたい］。波長に関して、最大ラマン利得効率のために、１３．２ＴＨｚ（ストークス・シフトとしても知られる）は、１３００〜１３２０ｎｍのＳ_ＵＰ波長帯について約７０ｎｍに対応し（すなわち、Ｐ_ＣＮＴＲは、約１２３０〜１２５０ｎｍの波長を有しなければならない）、１４８０〜１５００ｎｍのＳ_ＤＮ帯について約９０ｎｍに対応する（すなわち、Ｐ_ＣＯは、利得効率が考慮すべき唯一のパラメータである場合に、約１３９０〜１４１０ｎｍの波長を有しなければならない）。しかし、２次ポンピングについて、Ｐ_ＣＮＴＲは、追加の１３．２ＴＨｚだけダウンシフトされる。第２に、ポンプ光波長は、望まれないポンプ−信号相互作用を減らすように設計されなければならない、すなわち、一方の信号のポンプ光が、他方の信号をかなり枯渇させてはならない。具体的に言うと、ポンプ光Ｐ_ＣＯが、信号Ｓ_ＵＰをかなり枯渇させてはならない。したがって、λ_ＰＣＯ＝１４００ｎｍのポンプ光は、信号Ｓ_ＤＮについてほぼ最適の利得をもたらすが、信号Ｓ_ＵＰの受け入れられない量の枯渇（図４、矢印４．３）を引き起こすはずである。その一方で、本発明者は、下の実施例のセクションで説明するように、λ_ＰＣＯ＝１４２７ｎｍが、信号Ｓ_ＤＮについて適当な利得をもたらし、信号Ｓ_ＵＰの枯渇をかなり減らすことを見つけた。実例として、図４に示されているように、λ_{ＰＣＮＴＲ}＝１２３９ｎｍ＜λ_ＳＵＰ＝１３１０ｎｍであり、λ_ＰＣＯ＝１４２７ｎｍ＜λ_ＳＤＮ＝１４９０ｎｍである。しかし、より一般的には、ポンプ光波長の適切な範囲は、λ_{ＰＣＮＴＲ}については約１２３０〜１２５０ｎｍであり、λ_ＰＣＯについては約１４１５〜１４３５ｎｍである。

アップストリーム信号Ｓ_ＵＰのどれほどの利得枯渇がかなりのものであるのかは、その信号に関連するＢＥＲなどのシステム性能パラメータに依存する。ＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２で発射される時のアップストリーム信号の所与の光強度について、ＢＥＲなどのパラメータは、共伝播ポンプ光の波長および逆伝播ポンプ光のパワーなどの他の動作パラメータによって影響を受ける。したがって、ＣＯ／ＯＬＴ ２０．１とＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２との間のアップストリーム信号の光強度の漸進的変化を示す図９を検討されたい。線９．５は、産業界で理解される「エラーフリー」動作（すなわち、１０^−１２未満のＢＥＲ）のためのＯＬＴ ２０．１でのアップストリーム信号の最小（またはしきい）パワーを示す。複数のケースが図示されている。（ｉ）線９．１は、分布ラマン増幅なしでＬ_０の到達範囲を有する従来のＰＯＮを表す。このネットワークについて、アップストリーム信号は、エラーフリー動作を達成する（しきい値の線９．５に乗っている点９．１１によって示される）が、これは、比較的短いスパン（到達範囲）のみに関する。（ｉｉ）線９．２は、やはり分布ラマン増幅なしだがより長いＬ_ＥＸＴの到達範囲を有するもう１つの従来のＰＯＮを表す。このネットワークについて、アップストリーム信号は、エラーフリー動作を達成できない（しきい値の線９．５の下にある点９．２１によって示される）。（ｉｉｉ）曲線９．３は、本発明の例示的実施形態に従って分布ラマン増幅を提供するように変更された、上の（ｉｉ）の延長された到達範囲（Ｌ_ＥＸＴ）のＰＯＮを表す。ＯＬＴ ２０．１に接近する距離での光強度のアップスイングは、アップストリーム信号の分布ラマン増幅の好ましい効果を示す。ラマン・オン−オフ・ゲインは、９．６に示されており、エラーフリー動作は、しきい値９．５の上にある点９．３１によって示されている。（ｉｖ）曲線９．４は、ＯＬＴ ２０．１でのアップストリーム信号の受信パワー（しきい値９．５の下にある点９．４１によって示される）がエラーフリー動作には不十分である、上の（ｉｉｉ）のＰＯＮを表す。ＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２（点９．８）から発射される時のアップストリーム信号の所与の光強度および逆伝播するポンプ光の所与の光強度について、ＯＬＴ ２０．１（点９．４１）でのアップストリーム信号の受信パワーの差９．７は、共伝播するポンプ光によるアップストリーム信号Ｓ_ＵＰの枯渇の結果として失われたパワーを表す。かなりのものにならないために、パワーのこの消失は、点９．４１にしきい値９．５未満に下落させてはならない。したがって、一般に、受け入れられるようになるためには、共伝播ポンプ光Ｐ_ＣＯによって引き起こされるＳ_ＵＰのすべての枯渇は、「エラーフリー」動作を妨げてはならない、すなわち、枯渇レベルは、アップストリーム信号のＢＥＲが１０^−１２未満になることを可能にしなければならない。

図９の前述の議論は、アップストリーム信号の受信光強度に対する延長された到達範囲の影響を示す。しかし、到達範囲および分割比は、類似する形でネットワークのパワー・バジェットに影響するので、増やされた分割比が類似する影響を有することが、当業者には明白であろう。

さらに、ファイバ２０．５などの分布ラマン増幅を伴う光ファイバ伝送路では、ポンプ光Ｐ_ＣＯの相対強度雑音（ＲＩＮ）が高すぎる場合に、信号Ｓ_ＤＮおよびポンプ光Ｐ_ＣＯの共伝播が、Ｓ_ＤＮの望まれない劣化につながる場合があることが周知である。本質的に、時間に伴うポンプ光強度の変動は、共伝播する信号に加えられる可能性があり（ある形のクロストーク）、これによって、信号雑音レベルを高める。この影響は、信号およびポンプ光が逆伝播する（信号Ｓ_ＵＰおよびポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲの場合のように）場合には存在しない。というのは、ポンプ光強度が、ファイバ経路に沿って効果的に平均化されるからである。そのようなポンプ−信号クロストークがかなりの信号劣化を引き起こすのを防ぐために、ポンプ光強度変動の周波数が約１〜１００ＭＨｚの範囲内にある時に、共伝播するポンプ光ソースのＲＩＮが、約−１２０ｄＢ／Ｈｚ未満（たとえば、−１５０ｄＢ／Ｈｚ）であることが望ましい。

共伝播するポンプ光Ｐ_ＣＯの偏光解消（ｄｅ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、ラマン増幅の偏光依存利得（ＰＤＧ）が、ポンプ光の偏光度（ＤＯＰ）に敏感なので、もう１つの設計考慮事項である。ＤＯＰが共伝播するポンプ光の１０％未満であることが望ましい。しかし、逆伝播するポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲについては、ポンプおよび信号が逆伝播する時に分極の変動が信号経路にわたって効果的に平均化され、逆ポンピングされるラマン増幅がＰＤＧに反応しなくなるので、低ＤＯＰポンプ・ソースを使用する必要はない。共伝播するポンプ光を、２つの分光多重化レーザ・ダイオードを使用することによって、またはデポラライザ・ファイバ・デバイス（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｆｉｂｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）を使用することによって偏光解消することができ、この両方が当技術分野で周知であり、市販されている。

図２に示されているように、ＲＮ ２０．６は、それ自体の入力ポート２０．６３とスプリッタ２０．６１の入力ポート２０．６４との間に結合された波長感受性コンポーネント２０．６２をも含む。一実施形態では、コンポーネント２０．６２は、帯域フィルタを含み、この帯域フィルタは、ポンプ光（Ｐ_ＣＯおよびＰ_ＣＮＴＲ）をフィルタ・アウトするように働き、その結果、ポンプ光がダウンストリーム受信機２０．２２内の雑音のかなりの源にならなくなる。その代わりに、好ましくは、コンポーネント２０．６２は、カスケード接続された（またはタンデムの）ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）の対などのファイバ反射器を含み、このＦＢＧは、残留ポンプ光すなわち、伝送ファイバ２０．５を通る第１パス中のラマン・プロセスで吸収されないポンプ光を反射するように働く。実例として、残留Ｐ_ＣＯおよびＰ_ＣＮＴＲの９０％超が、この形で反射される。反射されたポンプ光は、ファイバ内を戻って伝播し、その結果、信号に追加の利得を提供できるようになり、これによって、ラマン増幅効率を高め、ファイバ内の二重レイリー散乱に起因する雑音を減らす。もちろん、そのような効率が高められる度合は、残留ポンプ・パワーに依存する、すなわち、どれほどのポンプ・パワーがＣＯ／ＯＬＴから発射されるかおよびどれほどのポンプ光がＣＯ／ＯＬＴからＲＮへの伝播で減衰されるかに依存する。

帯域フィルタに似て、反射器も、かなりの量のポンプ光が、それが雑音のかなりの源になるはずの受信機２０．２２に到達するのを防ぐように働く。

上で説明した両方の実施形態（帯域フィルタまたは反射器）で、かなりの（すなわち、受信機２０．２２内で許容できる）ポンプ光の量は、指定されるＯＳＮＲおよびＢＥＲに依存する。しかし、実例として、フィルタまたは反射器は、少なくとも約４５ｄＢのポンプ光パワーが受信機に達するのを防ぐ。

図２に概略の形で示された個々のコンポーネント／デバイスは、通常は、当技術分野で周知であり、かつ／または市販されている。たとえば、以下のようなものがある。

（１）信号ソース／検出器：従来の電子回路網に加えて、送信機２０．１１および２０．２１は、通常、それぞれ信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰを生成する分布帰還（ＤＦＢ）半導体レーザ・ダイオード（ＬＤ）を含み、受信機２０．１２および２０．２２は、通常、それぞれ信号Ｓ_ＵＰおよびＳ_ＤＮを検出するアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）またはＰＩＮフォトダイオードを含む。しかし、他のタイプのレーザおよび検出器も適するものとすることができる。さらに、ＰＯＮを含む多くの光学系では、送信機および受信機が、通常はトランシーバとして構成される。

（２）ポンプ・ソース：その一方で、利用されるポンプ光ソース２０．１４、２０．１５のタイプは、信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰのラマン増幅に必要なポンプ波長に依存する。したがって、Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰが、それぞれ１４９０ｎｍおよび１３１０ｎｍというＩＴＵ（Ｇ．９８４）互換波長を有する場合には、適切な波長λ_ＰＣＯおよびλ_{ＰＣＮＴＲ}は、前に述べたようにそれぞれ１４２７ｎｍおよび１２３９ｎｍになる。これらの情況の下で、１２３９ｎｍポンプ光のポンプ・ソース２０．１４が、実例として、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第５，３２３，４０４号（１９９４年）で、Ｓ．Ｇｒｕｂｂによって記述されたタイプの周知のカスケード接続されたラマン・レーザである。その代わりに、ポンプ・ソース２０．１４を、市販の半導体レーザ・ダイオードとすることができる。同様に、１４２７ｎｍポンプ光Ｐ_ＣＯのポンプ・ソース２０．１５も、実例として、市販半導体レーザ・ダイオードである。

より具体的に言うと、１２３９ｎｍのポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲは、１３１０ｎｍのアップストリーム信号Ｓ_ＵＰについて最大のラマン・オン−オフ・ゲイン効率を有するように設計されるが、Ｐ_ＣＮＴＲは、図４に示されているように、その波長がＳ_ＤＮのラマン利得帯から遠く離れているので、１４９０ｎｍのダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮについて増幅をもたらさない。どの場合であれ、どの設計であれ、各ポンプ・レーザは、好ましくは、伝送ファイバ２０．５に約５００ｍＷから１Ｗの光強度を引き渡すことができる。引き渡すことのできるパワーは、システムの物理層特性、たとえば、伝送ファイバの特性、ＰＯＮの到達範囲、および光学スプリッタ、ＷＤＭコンバイナなどのさまざまな光学コンポーネントの損失などによって決定される。

（３）コンバイナ：適切なＷＤＭコンバイナ２０．１６は、異なる波長の信号およびポンプ光（ダウンストリームのＳ_ＤＮ、Ｐ_ＣＯ、Ｐ_ＣＮＴＲ、アップストリームのＳ_ＵＰ）を伝送ファイバへ／から結合するためにＯＬＴ ２０．１に含まれる。図５（ａ）に、それぞれＰ_ＣＯおよびＰ_ＣＮＴＲのコンバイナ入力ポート５．１および５．２、Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰの入出力ポート５．３、ならびにＳ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰ、Ｐ_ＣＯ、およびＰ_ＣＮＴＲの入出力ポート５．４のポート割当てを示す。そのようなコンバイナは、周知の薄膜テクノロジを使用して製造することができるが、商業供給元から入手可能である。しかし、どのテクノロジが使用されるにせよ、コンバイナ２０．１６は、低光学損失デバイスでなければならず、信号Ｓ_ＤＮ、Ｓ_ＵＰとポンプ光Ｐ_ＣＯ、Ｐ_ＣＮＴＲとの間の高い分離（たとえば、＞４０ｄＢ）を提供しなければならない。

（４）カプラ：各送信機／受信機対が、従来のカプラ／スプリッタを介して単一のファイバに結合されることに留意されたい。たとえば、ＯＬＴ ２０．１の送信機／受信機対２０．１１／２０．１２は、カプラ／スプリッタ２０．１３を介してコンバイナ２０．１６（および、したがって、伝送ファイバ２０．５）に結合されるが、ＯＮＵ／ＯＮＴ ６４の送信機／受信機対２０．２１／２０．２２は、カプラ／スプリッタ２０．２３を介してドロップライン（またはファンアウト）ファイバ２０．９（および、したがって、遠隔ノード２０．６）に結合される。代替案では、サーキュレータなどの他の周知のデバイスを、上で説明したカプラおよびスプリッタの代わりに使用することができる。

（５）ファイバ：ＣＯ／ＯＬＴとＯＮＵ／ＯＮＴとの間の光リンクを提供するファイバ２０．５は、任意の標準伝送ファイバとすることができる。しかし、好ましくは、このファイバは、信号波長、具体的には約１３８５ｎｍの前後で比較的低い光学損失を有しなければならず、この波長は、ファイバ内の水またはＯＨイオンの存在に起因するピーク吸収の周知の波長に対応する。このために、米国ジョージア州ノークロスのＯＦＳ Ｆｉｔｅｌ、ＬＬＣが製造するＺｅｒｏ Ｗａｔｅｒ Ｐｅａｋ ＡｌｌＷａｖｅ（登録商標）ファイバが好ましいが、低水ピークファイバも受け入れることができる。

（６）フィルタ／反射器：周波数感受性コンポーネント２０．６２が、ポンプ反射器であるときには、このコンポーネントは、通常は図５（ｂ）に示されたカスケード接続されたブラッグ・グレーティング（ＣＢＧ）である。ここで、第１のＣＢＧ ２０．６３は、ポンプ光Ｐ_ＣＯを反射するが、信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰを透過させ、ポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲを透過させる。同様に、第２のＣＢＧ ２０．６４は、ＣＢＧ ２０．６３のダウンストリームに配置されるが、ポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲを反射し、信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰを透過させる。これらのカスケード接続された反射器が、残留ポンプ光を信号のさらなる増幅のために伝送ファイバに戻って反射し、さらに、ポンプ光がＯＮＵ／ＯＮＴにある受信機に入るのを防ぐためには、これらのカスケード接続された反射器は、信号波長（たとえば、１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍ）での低い損失、ポンプ波長（たとえば、１２４０ｎｍおよび１４２７ｎｍ）での高い反射率（＞４５ｄＢ）、および適当な帯域幅（約２ｎｍから４ｎｍより大きい）を有しなければならない。カスケード接続されたブラッグ・グレーティングは、両方が参照によって本明細書に組み込まれている、Ｄ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ他の米国特許第６，５０４，９７３号（２００３年）およびＭ．Ｎ．Ｉｓｌａｍの前掲書、Ｃｈ．１、１〜３３頁によって記載されている。

本発明の重要な利益は、増幅を行うのに外部プラント電力を必要とせずに外部プラント（またはＯＤＮ）増幅を提供する能力にある。したがって、外部プラントが、伝送ファイバ内の増幅プロセスに局所的に電力を与えるのではなく、ＣＯ／ＯＬＴ内のポンプ・レーザ・ソースが、ラマン増幅プロセスに遠隔から電力を与え、このラマン増幅プロセスは、少なくとも伝送ファイバの延長された長さにわたって分布する。

具体的に言うと、本発明の一態様に従って遠隔ポンピングされるＰＯＮは、光ネットワークの到達範囲および／または分割比（または両方）を高め、これによって、複数の特定の利益すなわち、（１）ＯＬＴを減らされた個数のＣＯに配置することを可能にし、これによって、実際の状態、動作、および電力供給でのコスト節約につながる、ノード合併、（２）更地展開すなわち、現在は少数のアクセス・ネットワークがあるか、おそらくは全くない地域（たとえば、田園地域）に配置されたＣＰへのサービスの延長。そのようなＣＰは、しばしば、既存ＣＯから比較的遠距離に配置され、潜在的に既存ＰＯＮの到達範囲を超える。したがって、本発明は、新しいＣＯを建設する必要も従来技術で説明される従来の光増幅器ボックスのための電力を供給する必要もなしに伝送距離を延長することによって、高速データ・サービス（たとえば、インターネット）ならびに音声サービスおよびビデオ・サービスを田園地域のＣＰに提供することを可能にする。たとえば、上掲のＫ．Ｓｕｚｕｋｉ他および上掲のＰ．Ｐ．Ｉａｎｎｏｎｅ他を参照されたい。および（３）ＰＯＮ展開での高められた柔軟性。従来のＰＯＮ展開では、より長い距離に関して、ＰＯＮロス・バジェットは、オペレータ（遠隔通信サービス・プロバイダ）が、より短いシステム・スパン（または到達範囲）で望むほどの高い分割比を展開することを可能にしない場合がある。本発明による遠隔ポンピングされる分散ラマン増幅を用いるＰＯＮを使用することによって、オペレータは、現在はより短い到達範囲のＰＯＮについてのみ引き渡すことができるものと同一の分割比を、より長い到達範囲のＰＯＮで引き渡す機会を有する。たとえば、図１は、１：３２の分割比を有する、２０ｋｍの最大到達範囲だけが可能な従来技術のＰＯＮを示す。到達範囲および分割比は、ある範囲までトレード・オフすることができるので、たとえば１：６４のより高い分割比は、到達範囲が犠牲にされる（たとえば、１０ｋｍに減らされる）場合に限って可能である。対照的に、本発明によるＰＯＮは、１：６４もの高い分割比と共に６０ｋｍまでの到達範囲が可能である。より短い到達範囲（たとえば、４０ｋｍ）を許容できる応用例では、本発明のＰＯＮは、さらにより高い分割比（たとえば、１：１２８）が可能である。

前に述べたように、いくつかの情況で、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮの光強度が、その信号の分布ラマン増幅が必要でないのに十分に高い場合がある。この情況は、たとえば、ダウンストリーム信号送信機２０．１１が、高い出力パワーを引き渡すことができるか、伝送ファイバ２０．５にＳ_ＤＮを発射する前に高パワーに増幅できるときに生じる可能性がある。そのような情況では、Ｐ_ＣＯを生成するための第２のポンプ・ソース２０．１５を省略することができる。

この実施例は、６０ｋｍのファイバ上で対称２．４８８Ｇｂ／ｓ伝送を実現した、到達範囲を延長された遠隔ポンピングされる分布ラマン利得ＧＰＯＮを実証するものである。ネットワークは、ＩＴＵ Ｇ．９８４と互換であった。さまざまな材料、寸法、および動作条件は、例示のみのために記述され、そうではないと明示的に述べられない限り、本発明の範囲を限定することは意図されていない。

図２は、６０ｋｍのＺｅｒｏ Ｗａｔｅｒ Ｐｅａｋ ＡｌｌＷａｖｅ（登録商標）単一モード光ファイバ２０．５および複数のＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２によってＲＮ ２０．６に光学的に結合されたＣＯ／ＯＬＴ ２０．１を示す、実験装置の概略図である。ＯＬＴは、（ｉ）１４９０ｎｍのダウンストリーム光信号を生成するＤＦＢ ＬＤを含む送信機２０．１１、（ｉｉ）１３１０ｎｍのアップストリーム光信号を検出するＡＰＤを含む受信機２０．１２、（ｉｉｉ）ＷＤＭコンバイナ２０．１６、ならびに（ｉｖ）ファイバ２０．５内で分布ラマン利得の遠隔ポンピングを提供したラマン・ポンプ・ソース２０．１４および２０．１５を含んだ。具体的に言うと、ポンプ・ソース２０．１４は、１３１０ｎｍのアップストリーム信号を増幅するために１２３９ｎｍのダウンストリーム逆伝播ポンプ光を生成し、ポンプ・ソース２０．１５は、１４９０ｎｍのダウンストリーム信号を増幅するために１４２７ｎｍのダウンストリーム共伝播ポンプ光を生成した。

各ＯＮＵ／ＯＮＴは、（ｉ）１３１０ｎｍのアップストリーム信号を生成するＤＦＢ ＬＤを含む送信機２０．２１、および（ｉｉ）１４９０ｎｍのダウンストリーム信号を検出するＡＰＤを含む受信機２０．２２を含んだ。

ＲＮ ２０．６は、受動光コンポーネントすなわち、１：６４光学スプリッタ２０．６１および帯域フィルタ（ＢＰＦ）２０．６２だけを含んだ。ＢＰＦは、残留ポンプ光をフィルタ・アウトし、これによって、かなりの量のポンプ光がＯＮＵ／ＯＮＴの１４９０ｎｍ受信機２０．２２に入るのを防ぐのに使用された。フィルタを透過したポンプ光パワーの量は、少なくとも、フィルタによってブロックされたポンプ光パワーの量より約４５ｄＢ低かった。

１２３９ｎｍポンプ光は、カスケード接続されたラマン・ファイバ・レーザ内で生成された。９１５ｎｍの半導体レーザ・ダイオードが、Ｙｂドーピングされクラッディング・ポンピングされるファイバ・レーザをポンピングするのに使用され、このファイバ・レーザの１１１７ｎｍの出力が、カスケード接続されたラマン共振器（ｃａｓｃａｄｅｄ Ｒａｍａｎ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ、ＣＲＲ）に入力された。ＣＣＲは、ラマン・ファイバと、出力波長を上に１２３９ｎｍまでシフトするようにセットされたカスケード接続されたグレーティングとを含んだ。残留する、１１７２ｎｍのラマン・シフトされた波長は、１２３９ｎｍ波長より２０ｄＢ超だけ低く、ラマン利得に大きくは寄与しなかった。

１４２７ｎｍの共伝播ポンプ光は、１４９０ｎｍダウンストリーム信号の利得をもたらしたが、実質的に偏光解消された。具体的に言うと、この共伝播ポンプ光は、ＤＯＰ＜５％および低いＲＩＮ＜−１５０ｄＢ／Ｈｚを有する２つの偏光多重化１４２７ｎｍ ＬＤによって生成された。１４００ｎｍ付近のポンプ光は、１４９０ｎｍ信号について最大のラマン利得効率をもたらしたが、アップストリーム１３１０ｎｍ信号は、このケースではかなり枯渇された。１４９０ｎｍで十分な利得を提供しながら１３１０ｎｍでの枯渇を減らすために１４２７ｎｍの波長を有するようにダウンストリーム信号用のラマン・ポンプを設計することによって、重要なトレード・オフが行われた。

ＯＬＴ ２０．１に配置された１４９０ｎｍ ＬＤおよびＯＮＵ／ＯＮＴ ２０．２に配置された１３１０ｎｍ ＬＤは、市販の、３ｄＢｍ出力パワーを有する冷却されないＤＦＢであった。

１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍでの測定されたファイバ損失は、それぞれ０．３１７ｄＢ／ｋｍおよび０．２１ｄＢ／ｋｍであった。６４ウェイ・スプリッタ損失は、２０ｄＢであり、ＷＤＭコンバイナ、コネクタ、およびＢＰＦの総損失は、４．０ｄＢであった。したがって、ＯＬＴとＯＮＵ／ＯＮＴとの間の総リンク・ロス・バジェットは、アップストリーム１３１０ｎｍ信号およびダウンストリーム１４９０ｎｍ信号について、それぞれ４３．０ｄＢおよび３６．６ｄＢであった。

ＣＯ／ＯＬＴの出力で測定された時に、１４２７ｎｍポンプ光は、ファイバへの入力での３７０ｍＷのパワーについて、１４９０ｎｍダウンストリーム信号に対する７ｄＢのオン−オフ・ラマン・ゲインを提供した。図７（ｂ）に示されているように、共伝播ポンプ構成での比較的強い入力信号パワーのゆえに、１４９０ｎｍ信号について、ＯＳＮＲの最小限の劣化があった。逆に、１３１０ｎｍ信号のＯＳＮＲは、逆伝播ポンプ構成での伝送ファイバへの低い入力信号パワーに起因して、劣化した［図６（ｂ）］（ＯＮＵ／ＯＮＴからのアップストリーム１３１０ｎｍ信号のパワーは、ファイバに結合される前にスプリッタを通過する際に経験された２０ｄＢ損失だけ減らされた）。さらに、１３１０ｎｍ信号は、１４２７ｎｍポンプ光によってわずかに枯渇させられた（枯渇は、１４００ｎｍポンプ光に関してより悪かったが）。

アップストリーム１３１０ｎｍ信号のＯＳＮＲを改善する１つの技法は、前に述べたように、２次ラマン・ポンピングを使用することであるはずである。具体的に言うと、１２３９ｎｍの逆伝播するポンプ光のポンプ・ソース２０．１４の使用に加えて、約１１６０〜１１８０ｎｍ（たとえば、１１７２ｎｍ）の、１ストークス・シフトだけ低い波長のポンプ光のもう１つのソース（図示せず）も、ＷＤＭコンバイナ２０．１６を介してファイバ２０．５に結合されるはずである。１１７２ｎｍの光は、１２３９ｎｍ光に分布ラマン増幅を提供し、この１２３９ｎｍ光は、１３１０ｎｍ信号の分布ラマン増幅を提供するはずである。有利なことに、増幅された１２３９ｎｍポンプ光は、ファイバ長さにより深く貫通するはずであり、これは、これによって受信機２０．１２での１３１０ｎｍ信号のＯＳＮＲを改善するはずである。しかし、２次ラマン・ポンピングは、この「実施例」セクションで説明されるネットワークでは使用されなかった。

図７に、１２３９ｎｍで９８０ｍＷのポンプ・パワーを有するファイバへの入力パワーの関数として１３１０ｎｍ信号のラマン・オン−オフ・ゲインおよびＯＳＮＲを示す。１３１０ｎｍ信号の利得は、１４２７ｎｍポンプ光を用いると３．５ｄＢだけ低下したが、これは、図４に関連して前に述べた（矢印４．３）枯渇現象を反映するものである。結果のＯＳＮＲは、２ｄＢだけ減少した。１３１０ｎｍアップストリーム信号のオン−オフ・ラマン・ゲインは、１６．５ｄＢであり、ＯＳＮＲは、０．１ｎｍの帯域幅分解能で約１９ｄＢであった。

１３１０ｎｍおよび１４９０ｎｍで信号を生成したＤＦＢ ＬＤは、２．４８８Ｇｂ／ｓ（２^３１−１ＰＲＢＳ）で直接に変調された。前に注記したように、これらの信号は、対応する受信機内のＡＰＤによって検出された。図８に、両方のチャネルがシステムを介して同時に動作する状態の、アップストリーム信号およびダウンストリーム信号のＢＥＲ性能を示す。６０ｋｍ伝送後に、１４９０ｎｍダウンストリーム信号について、３６．６ｄＢの総リンク損失と共に、約０．６ｄＢのみのパワー・ペナルティがあった。理論的には、パワー・ペナルティは、１４９０ｎｍでの波長分散によって引き起こされた可能性がある。アップストリームＢＥＲ性能は、分布ラマン増幅プロセスでの追加された雑音に起因して、ベースラインに対して３．６ｄＢも劣化した。しかし、エラー・フロアの徴候はなく、１３１０ｎｍ信号および１４９０ｎｍ信号に関する１：６４分割を伴う６０ｋｍファイバ上での「エラーフリー」両方向伝送が、２．４８８Ｇｂ／ｓで達成された。エラー・フロアの欠如は、本発明のＧＰＯＮが、１０^−１２未満のＢＥＲが可能であることを示す。

上で説明した配置が、本発明の原理の適用を表すために考案できる多数の可能な特定の実施形態の単なる例示であることを理解されたい。多数のおよび変更された他の配置を、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、当業者がこれらの原理に従って考案することができる。具体的に言うと、上で説明した実験装置は、連続モード・アップストリームＢＥＲ性能だけを示すが、本発明者は、バースト・モード・アップストリーム信号に関する性能が、ラマン増幅に起因して、損害を受ける（たとえば、過渡的効果）とは期待しない。さらに、本発明者は、ＯＬＴでのより低損失のＷＤＭコンバイナの使用に伴う改善されたポンピング効率を期待する。

また、前述の説明から、本発明のもう１つの態様が、少なくともその長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得を示す光通信ファイバ２０．５（図２）の一端に結合された第１端末２０．１およびファイバの他端に結合された複数の第２端末２０．２を含む両方向光通信ネットワーク２０の到達範囲を延長するか分割比を増やすかその両方を行う方法であることも明白である。この方法は、
（ａ）第１端末２０．１で第１波長（たとえば、１４９０ｎｍ）のダウンストリーム光信号Ｓ_ＤＮを生成するステップと、
（ｂ）第１端末２０．１で第２波長（たとえば、１３１０ｎｍ）のアップストリーム光信号Ｓ_ＵＰを検出するステップと、
（ｃ）第１端末２０．１でアップストリーム信号Ｓ_ＵＰもしくはダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮのいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成するステップと、
（ｄ）第２端末２０．２のそれぞれで第２波長のアップストリーム信号Ｓ_ＵＰを生成するステップと、
（ｅ）第２端末２０．２のそれぞれでダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮを検出するステップと、
（ｆ）受動的に（ｉ）ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮを複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し（各ダウンストリーム・サブ信号は、第２端末のうちの別々の１つ（たとえば、ＯＮＵ／ＯＮＴ）に第１波長で伝播する）、（ｉｉ）第１端末２０．１への伝送のために第２端末２０．２のそれぞれからのアップストリーム信号Ｓ_ＵＰのそれぞれをファイバ２０．５上に組み合わせるステップと
を含む。

前述の方法の一実施形態では、ステップ（ｃ）は、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰと逆伝播し、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰにラマン増幅を提供するポンプ光Ｐ_ＣＮＴＲ（たとえば、１２３９ｎｍの波長の）を生成する。前述の方法のもう１つの実施形態では、ステップ（ｃ）は、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮと共伝播し、ダウンストリーム信号Ｓ_ＤＮにラマン増幅を提供するポンプ光Ｐ_ＣＯ（たとえば、１４２７ｎｍの波長の）をも生成する。

前述の方法のもう１つの実施形態は、ポンプ光がファイバを介して一方向（たとえば、ダウンストリーム）に伝播した後に、これによって信号Ｓ_ＤＮおよびＳ_ＵＰのいずれかまたは両方の追加のラマン増幅を提供するために反対方向（たとえば、アップストリーム）で伝播させるために残留ポンプ光を反射する追加ステップを含む。

前述の方法の代替実施形態は、第２端末の受信機にかなりの雑音を導入しないようにするためにポンプ光をフィルタリングする追加ステップを含む。

前述の方法のもう１つの代替実施形態は、アップストリーム信号Ｓ_ＵＰをかなり枯渇させはしない波長でポンプ光Ｐ_ＣＯを生成するステップを含む。

前述の方法のもう１つの代替実施形態では、共伝播するポンプ光の波長は、アップストリーム信号のかなりの枯渇を防ぐように選択され、これは、共伝播するポンプ光の波長が、アップストリーム信号が１０^−１２未満のＢＥＲを有するようにするために選択されることを意味する。

最後に、前述の方法のもう１つの代替実施形態では、ステップは、複数のステップ（ｆ）（すなわち、分割比）が１２８もの多さである時に第１端末と第２端末との間の距離（すなわち、到達範囲）を約６０ｋｍもの長さにすることができるようにするために構成される。

Claims (39)

1. 両方向光通信ネットワークであって、
   第１波長のダウンストリーム信号および第２の異なる波長の複数のアップストリーム信号を搬送する光伝送ファイバを含み、前記ファイバは、少なくとも前記光ファイバの長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得の特徴を有し、さらに、
   前記ファイバのアップストリーム端に光学的に結合された第１端末を含み、前記第１端末は、
   前記ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、
   前記アップストリーム信号を検出する第１受信機と、
   前記アップストリーム信号もしくは前記ダウンストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースとを含み、前記両方向光通信ネットワークはさらに、
   前記ファイバのダウンストリーム端に光学的に結合された複数の第２端末を含み、前記第２端末のそれぞれは、
   前記アップストリーム信号のうちの１つを生成する第２送信機と、
   ダウンストリーム・サブ信号を検出する第２受信機とを含み、さらに、
   （ｉ）前記ダウンストリーム信号を、前記第２端末のうちの別々の１つに前記第１波長で各々が伝播する複数の前記ダウンストリーム・サブ信号に分割し、そして、（ｉｉ）前記第１端末への伝送のために前記第２端末のそれぞれからの前記アップストリーム信号のそれぞれを前記ファイバ上に組み合わせる、受動光ノードを含む、両方向光通信ネットワーク。
2. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記アップストリーム信号と逆伝播し、前記アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ポンプ・ソースを含む、請求項１に記載のネットワーク。
3. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記ダウンストリーム信号と共伝播し、前記ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ポンプ・ソースをも含む、請求項２に記載のネットワーク。
4. 前記共伝播するポンプ光は、強度変動が約１〜１００ＭＨｚの周波数範囲内にあるときには、ＲＩＮ＜−１２０ｄＢ／Ｈｚの特徴を有する前記強度変動を有する、請求項３に記載のネットワーク。
5. 前記共伝播するポンプ光は、その偏光度が約１０％未満になるように実質的に偏光解消される、請求項４に記載のネットワーク。
6. 前記第１端末は、前記ダウンストリーム信号および前記ポンプ光を前記ファイバ内に結合する波長分割マルチプレクサをさらに含む、請求項１に記載のネットワーク。
7. 前記ノードは、前記ポンプ光を反射し、これによって前記少なくとも１つのポンプ・ソースによって増幅された前記信号の追加のラマン増幅を提供する反射器をさらに含む、請求項１に記載のネットワーク。
8. 前記反射器は、前記ダウンストリーム信号および前記アップストリーム信号を透過させる、請求項７に記載のネットワーク。
9. 前記ノードは、かなりの量のポンプ光が前記第２受信機に入らないようにするために、前記ポンプ光が前記ファイバを介して伝播した後に前記ポンプ光をフィルタ・アウトする帯域フィルタをさらに含む、請求項１に記載のネットワーク。
10. 前記第１送信機は前記ダウンストリーム信号を連続モードで伝送する、請求項１に記載のネットワーク。
11. 前記第２送信機は前記アップストリーム信号をバースト・モードで伝送する、請求項１に記載のネットワーク。
12. 前記第２送信機は、前記アップストリーム信号をＴＤＭＡプロトコルを使用して伝送する、請求項１１に記載のネットワーク。
13. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記共伝播するポンプ光が前記ダウンストリーム信号に利得を提供するが、前記アップストリーム信号の利得をかなり枯渇はさせないようにするために構成される、請求項３に記載のネットワーク。
14. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記アップストリーム信号が１０^−１２未満のＢＥＲを有するようにするために構成される、請求項１３に記載のネットワーク。
15. 前記第１信号波長は約１４８０〜１５００ｎｍの範囲内にあり、前記第２信号波長は約１３００〜１３２０ｎｍの範囲内にあり、前記共伝播するポンプ光は約１４１５〜１４３５ｎｍの範囲内の波長を有し、逆伝播するポンプ光は約１２３０〜１２５０ｎｍの範囲内の波長を有する、請求項１３に記載のネットワーク。
16. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、約１１６０〜１１８０ｎｍの範囲内の波長を有するポンプ光の第３ソースを含み、前記第３ソースは、約１２３０〜１２５０ｎｍの範囲内の波長を有する前記逆伝播するポンプ光に２次ラマン増幅を提供するように構成される、請求項１５に記載のネットワーク。
17. 前記第１端末と前記複数の第２端末のうちの最も遠いものとの間の距離は、前記複数の第２端末が１２８個もの多さである時に約６０ｋｍもの長さにすることができる、請求項１に記載のネットワーク。
18. 両方向光通信ネットワークであって、
    約１４８０〜１５００ｎｍの第１波長のダウンストリーム信号および約１３００〜１３２０ｎｍの第２波長の複数のアップストリーム信号を搬送するシリカ光伝送ファイバを含み、前記ファイバは、少なくともその長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得の特徴があり、さらに、
    前記ファイバのアップストリーム端に光学的に結合された光回線終端装置を含み、前記回線終端装置は、
    連続モードで前記ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、
    前記複数のアップストリーム信号を検出する第１受信機と、
    前記ダウンストリーム信号と共伝播し、前記ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ソースとを含み、前記共伝播するポンプ光は約１４１５〜１４３５ｎｍの波長を有し、さらに、
    前記複数のアップストリーム信号と逆伝播し、前記複数のアップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ソースを含み、前記逆伝播するポンプ光は約１２３０〜１２５０ｎｍの波長を有し、さらに、
    前記ダウンストリーム信号、前記共伝播するポンプ光、および前記逆伝播するポンプ光を前記ファイバ内に結合し、前記複数のアップストリーム信号を前記第１受信機に結合する波長分割マルチプレクサを含み、前記両方向光通信ネットワークはさらに、
    前記ファイバのダウンストリーム端に光学的に結合された類似する複数の光ネットワーク端末を含み、前記ネットワーク端末のそれぞれは、
    バースト・モードでＴＤＭＡプロトコルを使用して前記アップストリーム信号のうちの１つを生成する第２送信機と、
    ダウンストリーム・サブ信号を検出する第２受信機とを含み、前記両方向光通信ネットワークはさらに、
    受動光ノードを含み、前記受動光ノードは、
    （ｉ）前記ダウンストリーム信号を、前記光ネットワーク端末の別々の１つに前記第１波長で各々が伝播する複数の前記ダウンストリーム・サブ信号に分割し、（ｉｉ）前記光回線終端装置への伝送のために前記光ネットワーク端末のそれぞれからの前記アップストリーム信号のそれぞれを前記光ファイバ上に組み合わせる、光学スプリッタと、
    前記ポンプ光が前記ファイバを介してダウンストリームに伝播した後に前記ポンプ光を反射し、これによって前記信号の追加のラマン増幅を提供するアップストリーム・ポンプ光を生成する複数の反射器とを含み、
    前記類似する複数は、前記回線終端装置と前記ネットワーク端末のうちの最も遠いものとの間の距離が約６０ｋｍもの長さである時に１２８もの多さである、両方向光通信ネットワーク。
19. 両方向光通信ネットワーク内で使用される第１端末であって、第１波長のダウンストリーム光第１信号を前記第１端末から少なくともその長さの延長された部分にわたって分布ラマン利得を示す伝送ファイバを介して第２波長のアップストリーム光第２信号をそれぞれが送信する複数の第２端末にブロードキャストし、
    前記第１端末は、前記ファイバのアップストリーム端に結合され、
    前記ダウンストリーム信号を生成する第１送信機と、
    前記アップストリーム信号を検出する第１受信機と、
    前記ダウンストリーム信号もしくは前記アップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースとを含む、第１端末。
20. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記アップストリーム信号と逆伝播し、前記アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ポンプ・ソースを含む、請求項１９に記載の端末。
21. 前記少なくとも１つのポンプ・ソースは、前記ダウンストリーム信号と共伝播し、前記ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ポンプ・ソースをも含む、請求項２０に記載の端末。
22. 前記第２ポンプ・ソースは、前記共伝播するポンプ光が前記ダウンストリーム信号に利得を提供するが、前記アップストリーム信号の利得をかなり枯渇はさせないようにするために構成される、請求項２１に記載の端末。
23. 前記第２ポンプ・ソースは、前記アップストリーム信号が１０^−１２未満のＢＥＲを有するようにするために構成される、請求項２２に記載の端末。
24. 前記共伝播するポンプ光は、強度変動が約１〜１００ＭＨｚの周波数範囲内にある時にＲＩＮ＜−１２０ｄＢ／Ｈｚの特徴がある前記強度変動を有する、請求項２１に記載の端末。
25. 前記共伝播するポンプ光は、その偏光度が約１０％未満になるように実質的に偏光解消される、請求項２４に記載の端末。
26. 前記ダウンストリーム信号、前記アップストリーム信号、および前記ポンプ光を前記ファイバ内に結合する波長分割マルチプレクサをさらに含む、請求項１９に記載の端末。
27. 両方向光通信ネットワーク内で使用され、第１波長のダウンストリーム光第１信号を第１端末から少なくともその長さの延長された部分にわたって分布ラマン利得を示す伝送ファイバを介して第２波長のアップストリーム光第２信号をそれぞれが送信する複数の第２端末にブロードキャストする受動光ノードであって、前記第１端末は、前記ダウンストリーム信号もしくは前記アップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する少なくとも１つのポンプ・ソースをさらに含み、
    前記受動光ノードは、（ｉ）前記ダウンストリーム信号を、それぞれが前記第２端末の別々の１つに前記第１波長で伝播する複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し、（ｉｉ）前記第２端末のそれぞれからの前記アップストリーム信号のそれぞれを前記第１端末への伝送のために前記光ファイバ上に組み合わせる、受動光デバイスを含む、受動光ノード。
28. 前記少なくとも１つのソースは、前記ダウンストリーム信号と共伝播し、前記ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第１ポンプ・ソースと、前記アップストリーム信号と逆伝播し、前記アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する第２ソースとを含む、請求項２７に記載のノード。
29. 前記ポンプ光は、前記ファイバ内をダウンストリームに伝播し、前記ノードは、前記ポンプ光が前記ファイバを介して伝播した後に前記ポンプ光を反射し、これによって前記少なくとも１つのポンプ・ソースが増幅した前記信号に追加のラマン増幅を提供するアップストリーム・ポンプ光を生成する反射器をさらに含む、請求項２７に記載のノード。
30. 前記反射器は、前記ダウンストリーム信号および前記アップストリーム信号を透過させる、請求項２９に記載のノード。
31. かなりの量のポンプ光が前記第２端末に入らないようにするために、前記ポンプ光が前記ファイバを介して伝播した後に前記ポンプ光をフィルタ・アウトする帯域フィルタをさらに含む、請求項２７に記載のノード。
32. 少なくともその長さの延長された部分にまたがる分布ラマン利得を示す光通信ファイバの一端に結合された第１端末および前記ファイバの他端に結合された複数の第２端末を含む両方向光通信ネットワークの到達範囲を延長するか分割比を増やすかその両方を行う方法であって、
    （ａ）前記第１端末で第１波長のダウンストリーム信号を生成するステップと、
    （ｂ）前記第１端末で第２波長のアップストリーム信号を検出するステップと、
    （ｃ）前記第１端末で前記ダウンストリーム信号もしくは前記アップストリーム信号のいずれかまたは両方にラマン増幅を提供する第１ポンプ光を生成するステップと、
    （ｄ）前記第２端末で前記第２波長の前記アップストリーム信号を生成するステップと、
    （ｅ）前記第２端末でダウンストリーム・サブ信号を検出するステップと、
    （ｆ）受動的に（ｉ）前記ダウンストリーム信号を複数のダウンストリーム・サブ信号に分割し、ここで各ダウンストリーム・サブ信号は、前記第２端末のうちの別々の１つに前記第１波長で伝播し、また（ｉｉ）前記第１端末への伝送のために前記第２端末のそれぞれからの前記アップストリーム信号のそれぞれを前記ファイバ上に組み合わせるステップと
    を含む方法。
33. ステップ（ｃ）は、前記アップストリーム信号と逆伝播し、前記アップストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光を生成する、請求項３２に記載の方法。
34. ステップ（ｃ）は、前記ダウンストリーム信号と共伝播し、前記ダウンストリーム信号にラマン増幅を提供するポンプ光をも生成する、請求項３３に記載の方法。
35. 前記共伝播するポンプ光の波長は、前記アップストリーム信号のかなりの枯渇を防ぐように選択される、請求項３４に記載の方法。
36. 前記共伝播するポンプ光の波長は、前記アップストリーム信号が１０^−１２未満のＢＥＲを有するようにするために選択される、請求項３５に記載の方法。
37. 前記ポンプ光が前記ファイバを介してダウンストリームに伝播した後に、前記ファイバを介して前記ポンプ光をアップストリームに反射し、これによってステップ（ｃ）で増幅された前記信号に追加のラマン増幅を提供するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
38. 前記ポンプ光が前記ファイバを介して伝播した後に、かなりではない量の前記ポンプ光が前記第２端末に入るようにするために前記ポンプ光をフィルタリングするステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
39. 前記ステップは、前記複数の第２端末が１２８個もの多さである時に前記第１端末と前記第２端末のうちの最も遠いものとの間の距離を約６０ｋｍもの長さにすることができるようにするために構成される、請求項３２に記載の方法。

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