JP3765954B2

JP3765954B2 - Optical amplification repeater transmission system

Info

Publication number: JP3765954B2
Application number: JP30604599A
Authority: JP
Inventors: 邦明本島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001127711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、励起レーザ光を光伝送路上に供給し、ラマン増幅効果によって該光伝送路上の光信号を増幅中継する光増幅中継伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラマン増幅効果を用い、光ファイバによる光伝送路上の光信号を増幅する分布型光ファイバ増幅器は、従来の３Ｒ（Reshaping：波形再生,Retiming：タイミング再生,Regenerating：再送信）機能を有する光中継器と比較し、伝送速度に依存しない中継器のの簡素化が可能であり、また波長多重による大容量化が可能である等の光伝送に望ましい特徴を有していることから、光通信システムの柔軟性を高めるキーコンポーネントとして期待されている。
【０００３】
図３は、従来の光増幅中継伝送システムにおける一中継区間の構成を示す図である。光増幅中継伝送システム全体は、図３に示した中継区間２０が従属接続された構成となり、送信端には図示しない光送信器が接続され、受信端には図示しない光受信器が接続される構成となる。
【０００４】
図３において、信号光入力端子２１には、図示しない前段の中継区間の出力である光信号が入力される。信号光出力端子２２からは、この中継区間２０によって増幅された光信号が出力され、図示しない後段の中継区間に入力される。中継区間２０における信号光入力端子２１と信号光出力端子２２との間は、光ファイバ２３によって接続される。
【０００５】
中継区間２０は、波長多重回路２８を有する。波長多重回路２８は、第１の励起光源２６および第２の励起光源２７からの励起レーザ光を低損失で合波する。光ファイバ２３上には、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラによって実現される光結合器２４が設けられ、波長多重回路２８によって合波された励起レーザ光は、光結合器２４を介して光ファイバ２３上に入力される。
【０００６】
波長多重回路２８に入力される各励起レーザ光は、上述したように第１の励起光源２６および第２の励起光源２７によって発生される。励起光源制御回路２９は、第１の励起光源２６および第２の励起光源２７の光出力を制御する。波長多重回路２８から合波出力される励起レーザ光が光ファイバ２３上に入力されると、ラマン増幅作用が生じ、光ファイバ２３上における伝送損失が補償され、光ファイバ２３上の光信号は、ほぼ同一電力レベルを維持した状態で伝送される。
【０００７】
なお、光ファイバ２３上には、さらに光アイソレータ２５が設けられる。光アイソレータ２５は、後段の中継区間におけるラマン増幅作用によって発生した自然放出光であって、光信号と逆方向に伝搬される自然放出光を遮断する。
【０００８】
図４は、ラマン増幅利得の波長依存性を示す図である。図４において、特性３４は、第１の励起光源２６によって発生する励起レーザ光によるラマン増幅利得の波長依存性を示し、特性３５は、第２の励起光源２７によって発生する励起レーザ光によるラマン増幅利得の波長依存性を示す。また、特性３６は、第１の励起光源２６および第２の励起光源２７の励起レーザ光を合波した励起レーザ光によるラマン増幅利得の波長依存性を示す図である。ラマン増幅作用は、第１の励起光源２６あるいは第２の励起光源２７が発生する励起レーザ光の波長から約９０〜１００ｎｍ長波長側の波長を中心にそれぞれ５０ｎｍの増幅帯域を有する。
【０００９】
したがって、たとえば、第１の励起光源２６が発生する励起レーザ光の波長を１４５０ｎｍとし、第２の励起光源２７が発生する励起レーザ光の波長を１５００ｎｍとすると、それぞれの増幅帯域は１００ｎｍ長波長側にシフトし、これら第１および第２の励起光源２６，２７が発生した励起レーザ光を合波した励起レーザ光による増幅帯域は１５２５〜１６２５ｎｍとなる。この結果、約１００ｎｍの増幅帯域をもたせることができる。このように、励起光源を複数設け、複数の励起レーザ光を合波することによって、増幅帯域を広げることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光増幅中継システムでは、高出力の励起光源として、マルチモード発振を行う多縦モードレーザを用いていた。多縦モードレーザを励起光源として用いて増幅を行う場合、モード分配雑音が光伝送路上に分散して強調され、大きな強度雑音を発生させる。
【００１１】
また、高出力の励起光源として、ファイバグレーティングによってコヒーレント・コラプス状態を発生させ、レーザ発振波長線幅を１ｎｍ以下に狭窄化した高出力レーザを用いる場合もある。このコヒーレント・コラプス状態を利用した擬似的単一縦モードレーザは、レーザ発振波長線幅を狭くしているのでモード分配雑音の影響は少ないが、原理的に強度雑音が大きい。
【００１２】
これら励起光源の強度雑音は、ラマン利得Ｇの変動をもたらす。次式（１）は、ラマン利得Ｇを定義する式である。すなわち、
【数１】

である。ここで、「Ｐ_p」は、光ファイバ２３に入力される励起レーザ光の電力である。また、「Ｌ」は、光ファイバ長である。また、「ｇ_R」は、ラマン利得係数であり、１．５５μｍにおいて０．６８＊１０^-13［ｍ／Ｗ］である。「Ａ」は、励起レーザ光のモードフィールド径であり、約５０μｍ²である。「Ｋ」は、信号光と励起光との偏波状態にかかわる係数であり、通常「２」の値である。「Ｌ_eff」は、光ファイバ２３の実効長である。「α_p」は、光ファイバ２３の損失であり、０．４６０５［neper／ｍ］である。
【００１３】
式（１）を用いて、利得変動ΔＧは、次式（２）によって表すことができる。すなわち、
【数２】

である。ここで、「ΔＰ_p」は、励起レーザ光の電力変動量である。
【００１４】
したがって、励起光源の強度雑音によって励起レーザ光の電力Ｐ_pが変動すると、ラマン利得Ｇも変動することになる。このラマン利得Ｇの変動は、各中継区間において積み重なり、受信器端では大きな伝送特性の劣化をもたらすという問題点があった。
【００１５】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、ラマン利得の変動量を抑えて伝送特性の劣化を防止することができる光増幅中継伝送システムを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光増幅中継伝送システムは、光伝送路上に複数の波長の励起レーザ光を入力し、ラマン増幅効果によって該光伝送路上を伝送する光信号を増幅して中継する光増幅中継伝送システムにおいて、波長の異なる複数の縦シングルモードの励起レーザ光を出力する複数の励起レーザを有した励起手段を備え、各励起レーザから出射された縦シングルモードの各励起レーザ光を前記光伝送路上に合波出力して前記光信号をラマン増幅することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、励起手段の各励起レーザが、それぞれ波長の異なる複数の縦シングルモードの励起レーザ光を出力し、各励起レーザから出射された縦シングルモードの各励起レーザ光を光伝送路上に合波出力して送信器端から入力された光信号をラマン増幅し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにするようにしている。
【００１８】
つぎの発明にかかる光増幅中継伝送システムは、上記の発明において、前記複数の励起レーザは、半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光を反射する反射器と、前記半導体レーザの出射端面と前記反射器とを接続し、前記励起レーザ光の波長に対応した所定長を有した光ファイバと、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、半導体レーザと反射器との間で外部共振器を構成し、所望のレーザ光を波長選択することによって実質的に縦シングルモードの励起レーザ光を出射する縦シングルモードレーザを実現し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにしている。
【００２０】
つぎの発明にかかる光増幅中継伝送システムは、上記の発明において、前記複数の励起レーザは、マルチセクションＤＢＲレーザであることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、マルチセクションＤＢＲレーザによって実質的に縦シングルモードの励起レーザ光を出射する縦シングルモードレーザを実現し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにしている。
【００２２】
つぎの発明にかかる光増幅中継伝送システムは、上記の発明において、前記複数の励起レーザは、前記光伝送路における中継区間の接続数を自然数Ｎとし、前記ラマン増幅によるラマン利得をＧとしたときに、各励起レーザの直流から前記光信号の伝送速度に対応する周波数に至るまでの相対強度雑音の積分値が、０．０１／（（Ｎ＾（１／４）＊Ｌｎ（Ｇ）＾（１／２））以下であることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、光伝送路における中継区間の接続数を自然数Ｎとし、前記ラマン増幅によるラマン利得をＧとしたときにおける、各励起レーザの直流から前記光信号の伝送速度に対応する周波数に至るまでの相対強度雑音の積分値が、０．０１／（（Ｎ＾（１／４）＊Ｌｎ（Ｇ）＾（１／２））以下となる励起レーザを用いて、励起レーザの相対強度雑音の影響を軽減するようにしている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光増幅中継伝送システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である光増幅中継伝送システムにおける一中継区間の構成を示す図である。光増幅中継伝送システム全体は、図１に示した中継区間１０が従属接続された構成となり、送信端には図示しない光送信器が接続され、受信端には図示しない光受信器が接続される構成となる。
【００２６】
図１において、信号光入力端子１には、図示しない前段の中継区間の出力である光信号が入力される。信号光出力端子２からは、この中継区間１０によって増幅された光信号が出力され、図示しない後段の中継区間に入力される。中継区間１０における信号光入力端子１と信号光出力端子２との間は、光ファイバ３によって接続される。
【００２７】
中継区間１０は、波長多重回路８を有する。波長多重回路８は、第１の励起光源６および第２の励起光源７からの励起レーザ光を低損失で合波する。光ファイバ３上には、ＷＤＭカプラによって実現される光結合器４が設けられ、波長多重回路８によって合波された励起レーザ光は、光結合器４を介して光ファイバ３上に入力される。
【００２８】
波長多重回路８に入力される各励起レーザ光は、上述したように第１の励起光源６および第２の励起光源７によって発生される。励起光源制御回路９は、第１の励起光源６および第２の励起光源７の光出力を制御する。波長多重回路８から合波出力される励起レーザ光が光ファイバ３上に入力されると、ラマン増幅作用が生じ、光ファイバ３上における伝送損失が補償され、光ファイバ３上の光信号は、ほぼ同一電力レベルを維持した状態で伝送される。
【００２９】
光ファイバ３上には、さらに光アイソレータ５が設けられる。光アイソレータ５は、後段の中継区間におけるラマン増幅作用によって発生した自然放出光であって、光信号と逆方向に伝搬される自然放出光を遮断する。
【００３０】
第１の励起光源６および第２の励起光源７は、それぞれ半導体レーザ１１，１２と、波長選択性をもった反射器１３，１４と、半導体レーザ１１，１２と反射器１３，１４とをそれぞれ接続する数ｍｍ程度のそれぞれ所定長を有した光ファイバ１５，１６とを有する。反射器１３および光ファイバ１５と、反射器１４および光ファイバ１６とは、それぞれ半導体レーザ１１，１２の外部共振器を構成する。
【００３１】
したがって、各外部共振器は、光ファイバ１５，１６の共振器長に対応して、各半導体レーザ１１，１２が発するレーザ光のうちの所望の縦シングルモードのレーザ光を選択する。この選択された縦シングルモードのレーザ光は、反射器１３，１４から所定の透過率をもって波長多重回路１３，１４にそれぞれ出力される。この場合、半導体レーザ１１，１２の出力端の前面は、無反射コーティングされており、前面における反射率はほぼ０％に抑えられている。
【００３２】
この結果、光ファイバ１５，１６間での反射戻り光による低周波雑音や周期性雑音の発生が低減される。なお、無反射コーティングによらず、光ファイバ１５，１６の斜め研磨によっても反射戻り光による雑音発生を防ぐことができる。なお、半導体レーザ１１，１２は、それぞれ異なる発振波長をもつとともに、反射器１３，１４による波長選択も異なる。
【００３３】
したがって、第１の励起光源６および第２の励起光源７から出射される励起レーザ光は、雑音が低減され、出力変動の少ない縦シングルモードとして波長多重回路８に出力される。
【００３４】
この結果、従来の縦モードレーザで問題となったモード分配雑音による影響を抑圧することができる。すなわち、第１の励起光源６および第２の励起光源７から出射される励起レーザ光は、縦シングルモードであるので、原理的にモード競合によるモード分配雑音が発生せず、光ファイバ３上における励起レーザ光の分散に起因したモード分配雑音によるラマン利得の変動が発生しないことになる。
【００３５】
また、従来のコヒーレント・コラプス状態を利用した擬似的縦シングルモードレーザで問題となった相対強度雑音（relative intensity noise）に起因するラマン利得の変動を回避することができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態１では、第１の励起光源６および第２の励起光源７とを、利得媒質としての半導体レーザ１１，１２と反射器１３，１４とこれらをそれぞれ接続する光ファイバ１５，１６とによって構成して実質的に縦シングルモードレーザ光を生成するようにしていたが、これに限らず、実質的に縦シングルモードレーザ光を出力するものであればよく、たとえば、半導体チップ上に集積化したマルチセクションＤＢＲ（分布ブラッグ反射型：Distributed Bragg Reflector）レーザを第１および第２の励起光源６，７として用いてもよい。
【００３７】
また、第１および第２の励起光源６，７として、ＤＦＢ（分布帰還型：Distributed feedback）レーザ、外部に波長選択素子としてのグレーティングを設けた外部回折格子付きレーザ、２つのレーザを従属接続して複合共振器構成をとったＣ³（Cleaved Coupled Cavity）レーザ等を用いて構成してもよい。要は、第１および第２の励起光源６，７が、ラマン増幅帯域を広げることができる異なる波長であって、実質的に縦シングルモードを選択出力することができるものであればよい。
【００３８】
この実施の形態１によれば、光中継増幅伝送システムの各中継区間におけるラマン増幅用の励起レーザとして実質的に縦シングルモード光を出力する励起光源を用いるようにしているので、ラマン利得の変動を低減することができ、結果的に受信器端での伝送特性の劣化を防止することができる。
【００３９】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、ラマン増幅の励起光源として実質的に縦シングルモードレーザ光を出力できる励起光源を用いて雑音を低減してラマン利得の変動を抑えるようにしていたが、この実施の形態２では、さらに励起光源の相対強度雑音の値が所定値以下となる励起光源を用い、これによってラマン利得の変動を抑え、受信感度の劣化を抑えるようにしている。
【００４０】
ラマン増幅作用を用いて、伝送速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］の光信号をＮ個の中継区間を介して伝送する光増幅中継伝送システムであって、各中継区間１０の距離が約７０ｋｍのときの各中継区間１０の光ファイバ損失が１４．０ｄＢである場合に、この光ファイバ損失をラマン増幅作用によって補償する光増幅中継伝送システムである場合、式（１）によって、励起レーザ光に必要な電力Ｐ_pは、２５０ｍＷとなる。
【００４１】
このとき、励起光源の相対強度雑音ＲＩＮ（ｆ）を用いて、中継区間数が「２００」の中継区間を経由した光信号の受信器端の相対強度雑音ｒおよびパワーペナルティＲ_pは、それぞれ次式（３）および（４）で示される。すなわち、
【数３】

【数４】

である。
【００４２】
なお、励起光源の相対強度雑音ＲＩＮ（ｆ）は、周波数ｆの関数である。また、「Ｑ」は、パワーペナルティ（受信感度劣化）を定義する所定の符号誤り率における値であり、符号誤り率が「１０^-9」の場合における値Ｑは「６」である。値Ｑを「６」とし、受信器端の相対強度雑音ｒが「０．１」の場合、パワーペナルティは、２ｄＢとなる。また、式（３）において、平方根を示す括弧内は、各中継区間で使用される励起レーザ光の電力の変動量に対する二乗平均の和を示している。この場合、各励起光源の出力変動は無相関であることを前提としている。
【００４３】
図２は、図１における中継区間１０の数が２００である場合における受信器端の受信感度劣化と励起光源の相対強度雑音との関係を示す図である。図２では、光信号の伝送速度をパラメータとし、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２０Ｇｂｉｔ／ｓ、および４０Ｇｂｉｔ／ｓのときにおける符号誤り率が１０^-9での受信感度劣化と励起光源の相対強度雑音ＲＩＮとの関係を示している。
【００４４】
図２において、符号誤り率「１０^-9」における励起光源の相対強度雑音に起因する受信感度劣化を２ｄＢ以下に抑圧するには、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、励起光源の相対強度雑音ＲＩＮを−１５４ｄＢ／Ｈｚ以下にし、伝送速度が２０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、励起光源の相対強度雑音ＲＩＮを−１５７ｄＢ／Ｈｚ以下にし、伝送速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、励起光源の相対強度雑音ＲＩＮを−１６０ｄＢ／Ｈｚ以下にすればよいことがわかる。
【００４５】
この場合、直流から伝送速度Ｂ［Ｈｚ］までの励起光源の相対強度雑音ＲＩＮ（ｆ）の積分値は、受信器端の相対強度雑音ｒを示す式（３）を参照し、受信器端の相対強度雑音ｒが０．１未満となるように、次式（５）を満足すればよい。すなわち、
【数５】

である。ここで、「Ｌｎ」は、自然対数を示す。
【００４６】
すなわち、中継区間数Ｎをもつ光伝送路に対してラマン利得Ｇのラマン増幅によって伝送速度Ｂの光伝送を行って、符号誤り率が１０^-9での受信感度劣化を２ｄＢ以下とするには、直流から伝送速度Ｂまでの励起光源の相対強度雑音ＲＩＮ（ｆ）の積分値Ｉが次式（６）を満足するようにすればよい。
【数６】

【００４７】
この式（６）を満足する励起光源を、図１に示した第１および第２の励起光源として用いることによって、たとえば中継区間数が２００である光増幅中継伝送システムにおける受信器端の受信感度劣化を２ｄＢ以下に抑えることができる。
【００４８】
この実施の形態２によれば、直流から伝送速度Ｂまでの励起光源の相対強度雑音の積分値が所定値内の励起光源を用いることによって、受信器端における受信感度劣化を抑えることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、励起手段の各励起レーザが、それぞれ波長の異なる複数の縦シングルモードの励起レーザ光を出力し、各励起レーザから出射された縦シングルモードの各励起レーザ光を光伝送路上に合波出力して送信器端から入力された光信号をラマン増幅し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにするようにしているので、受信器端に入力される光信号の受信感度劣化を抑え、伝送特性の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【００５０】
つぎの発明によれば、半導体レーザと反射器との間で外部共振器を構成し、所望のレーザ光を波長選択することによって実質的に縦シングルモードの励起レーザ光を出射する縦シングルモードレーザを実現し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにしているので、受信器端に入力される光信号の受信感度劣化を抑え、伝送特性の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【００５１】
つぎの発明によれば、マルチセクションＤＢＲレーザによって実質的に縦シングルモードの励起レーザ光を出射する縦シングルモードレーザを実現し、光伝送路上におけるモード分配雑音を除去してラマン利得の変動を抑えるようにしているので、受信器端に入力される光信号の受信感度劣化を抑え、伝送特性の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【００５２】
つぎの発明によれば、光伝送路における中継区間の接続数を自然数Ｎとし、前記ラマン増幅によるラマン利得をＧとしたときにおける、各励起レーザの直流から前記光信号の伝送速度に対応する周波数に至るまでの相対強度雑音の積分値が、０．０１／（（Ｎ＾（１／４）＊Ｌｎ（Ｇ）＾（１／２））以下となる励起レーザを用いて、励起レーザの相対強度雑音の影響を軽減するようにしているので、受信器端に入力される光信号の受信感度劣化を抑え、伝送特性の劣化を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光増幅中継伝送システムにおける一中継区間の構成を示す図である。
【図２】中継区間数が２００である場合における受信器端の受信感度劣化と励起光源の相対強度雑音との関係を示す図である。
【図３】従来の光増幅中継伝送システムにおける一中継区間の構成を示す図である。
【図４】ラマン増幅利得の波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
１信号光入力端子、２信号光出力端子、３，１５，１６光ファイバ、４光結合器、５光アイソレータ、６第１の励起光源、７第２の励起光源、８波長多重回路、９励起光源制御回路、１０中継区間、１１，１２半導体レーザ、１３，１４反射器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplification repeater transmission system that supplies pump laser light onto an optical transmission line and amplifies and repeats an optical signal on the optical transmission line by a Raman amplification effect.
[0002]
[Prior art]
A distributed optical fiber amplifier that amplifies an optical signal on an optical transmission line using an optical fiber by using a Raman amplification effect is an optical repeater having a conventional 3R (Reshaping: waveform regeneration, Retiming: timing regeneration, Regenerating) function. Compared to the above, the repeater can be simplified without depending on the transmission speed, and has a desirable characteristic for optical transmission such as a large capacity by wavelength multiplexing. Expected to be a key component that increases flexibility.
[0003]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one relay section in a conventional optical amplification repeater transmission system. The entire optical amplification repeater transmission system has a configuration in which the relay sections 20 shown in FIG. 3 are cascade-connected, an optical transmitter (not shown) is connected to the transmitting end, and an optical receiver (not shown) is connected to the receiving end. It becomes composition.
[0004]
In FIG. 3, the signal light input terminal 21 receives an optical signal that is an output of a preceding relay section (not shown). From the signal light output terminal 22, the optical signal amplified by the relay section 20 is output and input to a subsequent relay section (not shown). The signal light input terminal 21 and the signal light output terminal 22 in the relay section 20 are connected by an optical fiber 23.
[0005]
The relay section 20 has a wavelength multiplexing circuit 28. The wavelength multiplexing circuit 28 combines the excitation laser light from the first excitation light source 26 and the second excitation light source 27 with low loss. An optical coupler 24 realized by a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler is provided on the optical fiber 23, and the pumping laser light combined by the wavelength multiplexing circuit 28 is passed through the optical coupler 24. Entered above.
[0006]
Each excitation laser beam input to the wavelength multiplexing circuit 28 is generated by the first excitation light source 26 and the second excitation light source 27 as described above. The excitation light source control circuit 29 controls the light output of the first excitation light source 26 and the second excitation light source 27. When the pump laser light combined and output from the wavelength multiplexing circuit 28 is input onto the optical fiber 23, a Raman amplification action occurs, the transmission loss on the optical fiber 23 is compensated, and the optical signal on the optical fiber 23 is Transmission is performed while maintaining almost the same power level.
[0007]
An optical isolator 25 is further provided on the optical fiber 23. The optical isolator 25 is a spontaneous emission light generated by the Raman amplification action in the subsequent relay section, and blocks the spontaneous emission light propagated in the direction opposite to the optical signal.
[0008]
FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of the Raman amplification gain. In FIG. 4, a characteristic 34 indicates the wavelength dependence of the Raman amplification gain due to the excitation laser light generated by the first excitation light source 26, and a characteristic 35 indicates the Raman amplification due to the excitation laser light generated by the second excitation light source 27. The wavelength dependence of gain is shown. Further, the characteristic 36 is a diagram showing the wavelength dependence of the Raman amplification gain by the excitation laser light obtained by combining the excitation laser lights of the first excitation light source 26 and the second excitation light source 27. The Raman amplification action has an amplification band of 50 nm centered on a wavelength on the long wavelength side of about 90 to 100 nm from the wavelength of the excitation laser light generated by the first excitation light source 26 or the second excitation light source 27.
[0009]
Therefore, for example, when the wavelength of the excitation laser light generated by the first excitation light source 26 is 1450 nm and the wavelength of the excitation laser light generated by the second excitation light source 27 is 1500 nm, each amplification band is on the longer wavelength side of 100 nm. , And the amplification band of the excitation laser beam obtained by combining the excitation laser beams generated by the first and second excitation light sources 26 and 27 is 1525 to 1625 nm. As a result, an amplification band of about 100 nm can be provided. Thus, by providing a plurality of excitation light sources and combining a plurality of excitation laser beams, the amplification band can be expanded.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the optical amplification repeater system described above, a multi-longitudinal mode laser that performs multi-mode oscillation is used as a high-output pumping light source. When amplification is performed using a multi-longitudinal mode laser as an excitation light source, mode distribution noise is dispersed and emphasized on the optical transmission line, generating large intensity noise.
[0011]
In some cases, a high-power laser in which a coherent collapse state is generated by a fiber grating and a laser oscillation wavelength line width is narrowed to 1 nm or less is used as a high-power excitation light source. A pseudo single longitudinal mode laser using this coherent collapse state has a small laser oscillation wavelength line width, so that the influence of mode distribution noise is small, but in principle, intensity noise is large.
[0012]
The intensity noise of these excitation light sources causes a variation in the Raman gain G. The following expression (1) is an expression that defines the Raman gain G. That is,
[Expression 1]

It is. Here, “P _p ” is the power of the excitation laser beam input to the optical fiber 23. “L” is the length of the optical fiber. “G _R ” is a Raman gain coefficient, which is 0.68 * 10 ⁻¹³ [m / W] at 1.55 μm. “A” is the mode field diameter of the excitation laser light, and is about 50 μm ² . “K” is a coefficient related to the polarization state of the signal light and the pumping light, and is usually a value of “2”. “L _eff ” is the effective length of the optical fiber 23. “Α _p ” is the loss of the optical fiber 23 and is 0.4605 [neper / m].
[0013]
Using the equation (1), the gain fluctuation ΔG can be expressed by the following equation (2). That is,
[Expression 2]

It is. Here, “ΔP _p ” is the power fluctuation amount of the excitation laser beam.
[0014]
Therefore, when the power P _p of the excitation laser light varies due to the intensity noise of the excitation light source, the Raman gain G also varies. This variation of the Raman gain G is piled up in each relay section, and there is a problem that a large deterioration in transmission characteristics occurs at the receiver end.
[0015]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical amplification repeater transmission system that can suppress a change in Raman gain and prevent deterioration of transmission characteristics.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical amplification repeater transmission system according to the present invention inputs pumping laser beams having a plurality of wavelengths onto an optical transmission line, and amplifies an optical signal transmitted on the optical transmission line by a Raman amplification effect. In a repeater optical amplifying and relaying transmission system, each pump laser having a pumping unit having a plurality of pumping lasers that output a plurality of pumping laser beams of different longitudinal single modes having different wavelengths is emitted from each pumping laser. The optical signal is combined and output on the optical transmission line to Raman amplify the optical signal.
[0017]
According to this invention, each pump laser of the pump means outputs a plurality of longitudinal single-mode pump laser beams having different wavelengths, and each longitudinal single-mode pump laser beam emitted from each pump laser is transmitted on the optical transmission line. The optical signal input from the transmitter end is Raman-amplified and the mode distribution noise on the optical transmission line is removed to suppress the variation of the Raman gain.
[0018]
In the optical amplification repeater transmission system according to the next invention, in the above invention, the plurality of pump lasers include a semiconductor laser, a reflector that reflects the laser light emitted from the semiconductor laser, and an emission end face of the semiconductor laser. And an optical fiber having a predetermined length corresponding to the wavelength of the excitation laser light.
[0019]
According to the present invention, a longitudinal single mode laser that forms an external cavity between a semiconductor laser and a reflector and emits substantially longitudinal single mode excitation laser light by selecting a wavelength of the desired laser light is provided. This is achieved by removing the mode distribution noise on the optical transmission line and suppressing the variation of the Raman gain.
[0020]
The optical amplification repeater transmission system according to the next invention is characterized in that, in the above invention, the plurality of pump lasers are multi-section DBR lasers.
[0021]
According to the present invention, a longitudinal single-mode laser that substantially emits longitudinal single-mode pumping laser light by a multi-section DBR laser is realized, and mode fluctuation noise on an optical transmission line is removed to suppress a variation in Raman gain. I have to.
[0022]
The optical amplification repeater transmission system according to the next invention is the optical amplifier repeater transmission system according to the present invention, wherein the plurality of pump lasers has a natural number N as the number of connections in the repeater section in the optical transmission line and a Raman gain due to the Raman amplification as G. The integrated value of the relative intensity noise from the direct current of each pump laser to the frequency corresponding to the transmission speed of the optical signal is 0.01 / ((N ^ (1/4) * Ln (G) ^ ( 1/2)) or less.
[0023]
According to the present invention, when the number of connections in the optical transmission line is a natural number N and the Raman gain by the Raman amplification is G, the frequency from the direct current of each pump laser to the frequency corresponding to the transmission speed of the optical signal. The relative intensity of the excitation laser using an excitation laser in which the integrated value of the relative intensity noise is 0.01 / ((N ^ (1/4) * Ln (G) ^ (1/2)) or less. The effect of noise is reduced.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of an optical amplification repeater transmission system according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0025]
Embodiment 1 FIG.
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one relay section in the optical amplification repeater transmission system according to the first embodiment of the present invention. The entire optical amplification repeater transmission system has a configuration in which the relay sections 10 shown in FIG. 1 are cascade-connected, and an optical transmitter (not shown) is connected to the transmitting end, and an optical receiver (not shown) is connected to the receiving end. It becomes composition.
[0026]
In FIG. 1, an optical signal that is an output of a preceding relay section (not shown) is input to the signal light input terminal 1. From the signal light output terminal 2, the optical signal amplified by the relay section 10 is output and input to a subsequent relay section (not shown). The signal light input terminal 1 and the signal light output terminal 2 in the relay section 10 are connected by an optical fiber 3.
[0027]
The relay section 10 has a wavelength multiplexing circuit 8. The wavelength multiplexing circuit 8 combines the excitation laser beams from the first excitation light source 6 and the second excitation light source 7 with low loss. An optical coupler 4 realized by a WDM coupler is provided on the optical fiber 3, and the excitation laser light combined by the wavelength multiplexing circuit 8 is input onto the optical fiber 3 through the optical coupler 4. .
[0028]
Each excitation laser beam input to the wavelength multiplexing circuit 8 is generated by the first excitation light source 6 and the second excitation light source 7 as described above. The excitation light source control circuit 9 controls the light output of the first excitation light source 6 and the second excitation light source 7. When the pump laser light combined and output from the wavelength multiplexing circuit 8 is input onto the optical fiber 3, a Raman amplification action occurs, the transmission loss on the optical fiber 3 is compensated, and the optical signal on the optical fiber 3 is Transmission is performed while maintaining almost the same power level.
[0029]
An optical isolator 5 is further provided on the optical fiber 3. The optical isolator 5 blocks spontaneous emission light generated by the Raman amplification action in the subsequent relay section and propagates in the direction opposite to the optical signal.
[0030]
The first excitation light source 6 and the second excitation light source 7 include

semiconductor lasers

11 and 12, reflectors 13 and 14 having wavelength selectivity, and

semiconductor lasers

11 and 12 and reflectors 13 and 14, respectively. It has optical fibers 15 and 16 each having a predetermined length of about several mm to be connected. The reflector 13 and the optical fiber 15, and the reflector 14 and the optical fiber 16 constitute external resonators of the

semiconductor lasers

11 and 12, respectively.
[0031]
Accordingly, each external resonator selects a desired longitudinal single-mode laser beam among the laser beams emitted from the

respective semiconductor lasers

11 and 12 in accordance with the resonator length of the optical fibers 15 and 16. The selected longitudinal single mode laser light is output from the reflectors 13 and 14 to the wavelength multiplexing circuits 13 and 14 with a predetermined transmittance, respectively. In this case, the front surfaces of the output ends of the

semiconductor lasers

11 and 12 are non-reflective coated, and the reflectance at the front surfaces is suppressed to approximately 0%.
[0032]
As a result, the occurrence of low-frequency noise and periodic noise due to reflected return light between the optical fibers 15 and 16 is reduced. It should be noted that noise generation due to reflected return light can be prevented by oblique polishing of the optical fibers 15 and 16 without using the non-reflective coating. The

semiconductor lasers

11 and 12 have different oscillation wavelengths, and the wavelength selection by the reflectors 13 and 14 is also different.
[0033]
Accordingly, the excitation laser light emitted from the first excitation light source 6 and the second excitation light source 7 is output to the wavelength multiplexing circuit 8 as a longitudinal single mode with reduced noise and less output fluctuation.
[0034]
As a result, it is possible to suppress the influence due to the mode distribution noise, which is a problem in the conventional longitudinal mode laser. That is, since the excitation laser beams emitted from the first excitation light source 6 and the second excitation light source 7 are in the longitudinal single mode, in principle, mode distribution noise due to mode competition does not occur, and on the optical fiber 3 There will be no change in Raman gain due to mode distribution noise caused by dispersion of the pump laser light.
[0035]
In addition, it is possible to avoid a variation in Raman gain due to relative intensity noise, which has been a problem with a pseudo longitudinal single mode laser using a conventional coherent collapse state.
[0036]
In the first embodiment described above, the first pumping light source 6 and the second pumping light source 7 are connected to the

semiconductor lasers

11 and 12 as the gain medium and the reflectors 13 and 14, respectively, and the optical fiber 15 connecting them. , 16 to substantially generate vertical single mode laser light, but not limited to this, any device that substantially outputs vertical single mode laser light may be used. For example, a semiconductor chip A multi-section DBR (Distributed Bragg Reflector) laser integrated on top may be used as the first and second excitation light sources 6 and 7.
[0037]
Further, as the first and second excitation light sources 6 and 7, a DFB (Distributed Feedback) laser, a laser with an external diffraction grating provided with a grating as a wavelength selection element outside, and two lasers are connected in cascade. Alternatively, a C ³ (Cleaved Coupled Cavity) laser having a composite resonator configuration may be used. The point is that the first and second excitation light sources 6 and 7 have different wavelengths that can broaden the Raman amplification band and can substantially selectively output the longitudinal single mode.
[0038]
According to the first embodiment, the pump light source that substantially outputs longitudinal single mode light is used as the Raman amplification pump laser in each relay section of the optical repeater amplification transmission system. As a result, it is possible to prevent deterioration of transmission characteristics at the receiver end.
[0039]
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In Embodiment 1 described above, a pump light source that can substantially output a longitudinal single-mode laser beam is used as a pump light source for Raman amplification so as to reduce noise and suppress variations in Raman gain. In the mode 2, an excitation light source in which the value of the relative intensity noise of the excitation light source is equal to or less than a predetermined value is used, thereby suppressing a change in Raman gain and suppressing a deterioration in reception sensitivity.
[0040]
An optical amplification repeater transmission system that transmits an optical signal having a transmission rate of B [bit / s] through N relay sections using a Raman amplification function, and the distance between each repeater section 10 is about 70 km. When the optical fiber loss in each repeater section 10 is 14.0 dB, in the case of an optical amplification repeater transmission system that compensates for this optical fiber loss by the Raman amplification action, the power required for the pump laser light can be expressed by Equation (1). P _p is 250 mW.
[0041]
At this time, using the relative intensity noise RIN (f) of the pumping light source, the relative intensity noise r and the power penalty R _p at the receiver end of the optical signal that has passed through the repeating section having the number of repeating sections of “200” are respectively It is shown by Formula (3) and (4). That is,
[Equation 3]

[Expression 4]

It is.
[0042]
Note that the relative intensity noise RIN (f) of the excitation light source is a function of the frequency f. “Q” is a value at a predetermined code error rate that defines a power penalty (reception sensitivity degradation), and the value Q when the code error rate is “10 ⁻⁹ ” is “6”. When the value Q is “6” and the relative intensity noise r at the receiver end is “0.1”, the power penalty is 2 dB. Further, in the formula (3), the parentheses indicating the square root indicate the sum of the root mean squares with respect to the fluctuation amount of the power of the pump laser light used in each relay section. In this case, it is assumed that the output fluctuation of each excitation light source is uncorrelated.
[0043]
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the reception sensitivity degradation at the receiver end and the relative intensity noise of the excitation light source when the number of relay sections 10 in FIG. 1 is 200. In FIG. 2, with the transmission rate of the optical signal as a parameter, the reception sensitivity deterioration and the relative intensity noise RIN of the pumping light source when the code error rate is 10 ⁻⁹ at 10 Gbit / s, 20 Gbit / s, and 40 Gbit / s. Showing the relationship.
[0044]
In FIG. 2, in order to suppress the reception sensitivity degradation caused by the relative intensity noise of the excitation light source at a code error rate “10 ⁻⁹ ” to 2 dB or less, when the transmission rate is 10 Gbit / s, the relative intensity noise RIN of the excitation light source. Is −154 dB / Hz or less and the transmission speed is 20 Gbit / s, the relative intensity noise RIN of the excitation light source is −157 dB / Hz or less, and when the transmission speed is 40 Gbit / s, the relative intensity noise RIN of the excitation light source is − It can be seen that it may be 160 dB / Hz or less.
[0045]
In this case, the integral value of the relative intensity noise RIN (f) of the excitation light source from the direct current to the transmission speed B [Hz] is referred to the equation (3) indicating the relative intensity noise r at the receiver end. The following equation (5) may be satisfied so that the relative intensity noise r is less than 0.1. That is,
[Equation 5]

It is. Here, “Ln” indicates a natural logarithm.
[0046]
That is, to perform optical transmission at a transmission speed B by Raman amplification with a Raman gain G over an optical transmission line having the number of repeaters N, the reception sensitivity deterioration at a code error rate of 10 ⁻⁹ is 2 dB or less. The integral value I of the relative intensity noise RIN (f) of the excitation light source from the direct current to the transmission speed B should satisfy the following formula (6).
[Formula 6]

[0047]
By using the pumping light source satisfying the equation (6) as the first and second pumping light sources shown in FIG. 1, for example, the receiving sensitivity at the receiver end in the optical amplifying and relaying transmission system having 200 relay sections. Deterioration can be suppressed to 2 dB or less.
[0048]
According to the second embodiment, by using an excitation light source in which the integrated value of the relative intensity noise of the excitation light source from the direct current to the transmission speed B is within a predetermined value, it is possible to suppress reception sensitivity deterioration at the receiver end.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each excitation laser of the excitation means outputs a plurality of longitudinal single mode excitation laser beams having different wavelengths, and each longitudinal single mode excitation emitted from each excitation laser. The laser light is multiplexed and output on the optical transmission line, the optical signal input from the transmitter end is Raman-amplified, and the mode distribution noise on the optical transmission line is removed to suppress the fluctuation of the Raman gain. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the reception sensitivity of the optical signal input to the receiver end and to suppress the deterioration of the transmission characteristics.
[0050]
According to the next invention, an external resonator is formed between the semiconductor laser and the reflector, and a longitudinal single mode laser that substantially emits a longitudinal single mode excitation laser light by selecting a wavelength of the desired laser light. Since the mode gain noise is removed to suppress the Raman gain fluctuation on the optical transmission line, the reception sensitivity deterioration of the optical signal input to the receiver end is suppressed, and the transmission characteristic deterioration is suppressed. There is an effect that can be.
[0051]
According to the next invention, a longitudinal single mode laser that substantially emits longitudinal single mode excitation laser light is realized by a multi-section DBR laser, and mode distribution noise on an optical transmission line is removed to suppress fluctuations in Raman gain. As a result, the reception sensitivity deterioration of the optical signal input to the receiver end can be suppressed, and the deterioration of the transmission characteristics can be suppressed.
[0052]
According to the next invention, the frequency corresponding to the transmission speed of the optical signal from the direct current of each pumping laser when the number of connections in the optical transmission path is a natural number N and the Raman gain by the Raman amplification is G. Using an excitation laser in which the integrated value of the relative intensity noise up to is 0.01 / ((N ^ (1/4) * Ln (G) ^ (1/2)) or less. Since the influence of the intensity noise is reduced, it is possible to suppress the deterioration of the reception sensitivity of the optical signal input to the receiver end and to suppress the deterioration of the transmission characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of one relay section in an optical amplification repeater transmission system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between reception sensitivity degradation at a receiver end and relative intensity noise of an excitation light source when the number of relay sections is 200.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of one repeater section in a conventional optical amplification repeater transmission system.
FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of Raman amplification gain.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal light input terminal, 2 Signal light output terminal, 3, 15, 16 Optical fiber, 4 optical coupler, 5 Optical isolator, 6 1st excitation light source, 7 2nd excitation light source, 8 Wavelength multiplexing circuit, 9 Excitation Light source control circuit, 10 relay section, 11, 12 semiconductor laser, 13, 14 reflector.

Claims

In an optical amplification repeater transmission system that inputs pumping laser light having a plurality of wavelengths on an optical transmission line and amplifies and repeats an optical signal transmitted on the optical transmission line by a Raman amplification effect,
A pumping means having a plurality of pumping lasers for outputting a plurality of longitudinal single-mode pumping laser beams having different wavelengths is provided, and each longitudinal single-mode pumping laser beam emitted from each pumping laser is multiplexed on the optical transmission line. An optical amplification repeater transmission system that outputs and Raman-amplifies the optical signal.

The plurality of excitation lasers are:
A semiconductor laser;
A reflector that reflects laser light emitted from the semiconductor laser;
An optical fiber having a predetermined length corresponding to the wavelength of the excitation laser light, connecting the emission end face of the semiconductor laser and the reflector;
The optical amplification repeater transmission system according to claim 1, further comprising:

The optical amplification repeater transmission system according to claim 1, wherein the plurality of pump lasers are multi-section DBR lasers.

The plurality of pump lasers corresponds to the transmission speed of the optical signal from the direct current of each pump laser when the number of connections in the relay section in the optical transmission path is a natural number N and the Raman gain by the Raman amplification is G. The integrated value of relative intensity noise up to the frequency is 0.01 / ((N ^ (1/4) * Ln (G) ^ (1/2)) or less. 4. The optical amplification repeater transmission system according to any one of 3.