JP3808766B2 - ラマン増幅器および光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器および光伝送システムに関し、特に、信号光の波長帯域内に混在する励起光が原因となって生じる特性劣化を低減させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、波形等化(reshaping)および識別再生(regenerating)を行う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保すると共に大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１本の伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。
上記の光増幅中継伝送方式とＷＤＭ光伝送方式とを組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いてＷＤＭ信号光を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００４】
図２５は、一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。図２５のシステムは、例えば、光送信局１０１と、光受信局１０２と、それら送受信局間を接続する光伝送路１０３と、この光伝送路１０３の途中に所要の間隔で配置される複数の光中継器１０４とから構成される。光送信局１０１は、波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１Ａと、複数の光信号を波長多重する合波器１０１Ｂと、合波器１０１ＢからのＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路１０３に出力するポストアンプ１０１Ｃとを有する。光受信局１０２は、光伝送路１０３を介して伝送された各波長帯のＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ１０２Ｃと、プリアンプ１０２Ｃからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器１０２Ｂと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）１０２Ａとを有する。光伝送路１０３は、光送信局１０１および光受信局１０２の間をそれぞれ接続する複数の中継区間を有する。光送信局１０１から送信されたＷＤＭ信号光は、光伝送路１０３を伝搬し、中継区間ごとに配置される光中継器１０４にて光増幅され、再び光伝送路１０３を伝搬し、それを繰り返して光受信局１０２まで伝送される。
【０００５】
上記のようなＷＤＭ光増幅中継伝送システムの光中継器１０４には、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が一般に用いられる。このＥＤＦＡの利得波長帯域は１．５５μｍ帯（Ｃバンド）であり、その利得帯域を長波長側へシフトしたＧＳ−ＥＤＦＡ（Gain shifted-EDFA）の利得波長帯域は１．５８μｍ帯（Ｌバンド）である。ＥＤＦＡおよびＧＳ−ＥＤＦＡの各利得波長帯域幅は３０ｎｍ以上あり、ＣバンドおよびＬバンドに対応した合分波器を利用して２つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の波長帯域幅を持つＷＤＭ信号光の増幅中継伝送を実現することが可能である。
【０００６】
また、近年、上記のような光伝送システムなどへのラマン増幅の適用が盛んに検討されている。ラマン増幅は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたシリカ（ＳｉＯ2）系光ファイバを増幅媒体とする場合、励起光の周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い周波数に利得ピークを持つ特性を有する。このため、励起光の波長よりも長波長側にラマン利得が生じ、例えば１．４５μｍの励起光波長に対してそのラマン利得のピーク波長は約１００ｎｍ長波長側にシフトした１．５５μｍとなる。したがって、ラマン増幅は、複数の励起光波長を選択して励起光パワーを調整することにより、利得波長帯域および帯域幅を自由に設定することができる。つまり、ラマン増幅において、要求される信号光波長に対して増幅機能を実現するためには、ラマン利得のシフト周波数を考慮して励起光の波長を設定できることが重要である。また、異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用いることによって、ラマン増幅の利得波長特性を平坦化することも可能である。
【０００７】
具体的には、例えば、「Y. Emori, et al., "100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes", OFC'99, PD19, 1999.」等に示さたラマン増幅器においては、励起光パワーおよびその発振波長を調整することにより、その利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保している。このような従来のラマン増幅器は、図２６の一例に示すように、増幅媒体としての光ファイバ２０１に対して、励起光源２０２からの励起光が信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するように供給される構成が一般的である。この構成例では、励起光を光ファイバ２０１に与える合波器２０３として、ポート毎に透過する波長が異なる波長合成器（ＷＤＭカプラ）が適用されている。上記のような従来のラマン増幅器では、図２７に示すように、波長の異なる複数の励起光Ｐ1〜ＰKと、波長の異なる複数の信号光Ｓ1〜ＳLとがラマン利得のシフト周波数に応じてそれぞれ配置され、励起光の波長帯域λP1〜λPKと信号光の波長帯域λS1〜λSLとが異なる領域に分けられた波長配置となっている。
【０００８】
また、例えば、矢野他による「３バンドＷＤＭ伝送におけるＳＲＳロスと補償法の検討」（2000年電子情報通信学会ソサエティ大会, B-10-167）等においては、ラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせたハイブリッド増幅器が提案されている。このハイブリッド増幅器では、図２８に示すように、ラマン増幅用の励起光を増幅媒体に与える合波器として光サーキュレータ２０４を適用した構成が記載されている。
【０００９】
さらに、大容量長距離伝送システムを実現するためには信号光の波長帯域幅の一層の拡大が重要である。この信号光の広帯域化を実現するため、本出願人は、ラマン増幅を適用したシステムについて、例えば図２９に示すように、励起光の波長帯域λP1〜λPMの一部が信号光の波長帯域λS1〜λSNに重なり、同じ波長領域内に励起光と信号光が混在する配置が有効であることを提案している（例えば特願２００１−０３００５３号等参照）。このような場合にも、励起光を増幅媒体に与える合波器として、前述したような波長帯域に制限のない光サーキュレータなどを適用することが有効である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅を適用した光伝送技術については、信号光の広帯域化に伴う次のような問題点が考えられる。すなわち、信号光の波長帯域幅が拡大されると、それに応じてラマン増幅用の励起光の波長帯域幅も広がり、上述の図２９に例示したように同じ波長領域内に信号光と励起光が混在するようになる。この場合、図２８に示したような光サーキュレータ２０４などの合波器を用いた後方励起型の構成では、励起光のレーリー散乱が原因となって線形クロストークや非線形クロストーク等が発生する可能性がある。
【００１１】
具体的には、励起光源から合波器を介して増幅媒体に供給された後方励起光が増幅媒体内を伝搬する際に、その励起光と同一の波長のレーリー散乱光が発生して信号光と同じ方向に伝搬する。この励起光のレーリー散乱光は、その波長が信号光の波長帯域外にある場合には増幅媒体の伝送損失により減衰されるが、信号光の波長帯域内にある場合には、ラマン利得を受けるため伝送損失は補償され、そのパワーを保った状態で増幅媒体内を伝搬する。例えば、信号光の波長帯域内に混在する波長を持つ励起光のパワーが２０ｄＢｍ（１００ｍＷ）であるとき、レーリー散乱により合波器へと戻ってくる光のパワーは約−１０ｄＢｍ（０．１ｍＷ）になる場合があり、ある程度のパワーを保持したレーリー散乱光が信号光と伴に合波器を通過することになる。
【００１２】
このようなレーリー散乱光は、例えば光伝送路を増幅媒体として分布型ラマン増幅を行う光増幅中継伝送システムの場合、各中継区間で発生することになるため、伝送距離が増加するにつれてレーリー散乱光が累積されて大きなパワーを持つようになる。例えば、上記の場合について、１中継区間を５０ｋｍとして１００中継した後に累積されるレーリー散乱光のパワーは１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）程度になる。したがって、このようなレーリー散乱光に隣接する波長の信号光は、線形クロストークによって光ＳＮ比が劣化してしまうことが考えられる。
【００１３】
また、上述したように信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光は累積してパワーが増大するため、例えば図３０に示すように、このレーリー散乱光と信号光との間で４光波混合が発生する可能性もある。通常、光中継器の出力における１チャネルあたりの信号光パワーは−１０ｄＢｍ程度であり、これよりも累積した励起光のレーリー散乱光パワーは遥かに大きくなり得るため、非線形光学効果の１つである４光波混合が発生することが考えられる。新たに発生した４光波混合光と既存の信号光とのビート雑音が光受信器のベースバンド帯域内に入るような場合には、パワークロストークよりも遥かに大きな伝送特性の劣化を引き起こしてしまうことになる。
【００１４】
ラマン増幅における不要光を抑圧する技術に関しては、例えば特開平２−１５３３２７号公報や特開２０００−１５１５０７号公報等において、信号光をラマン増幅する際に発生する自然ラマン散乱光を除去する内容が記載されている。しかし、自然ラマン散乱光の波長は励起光の波長からシフトしたものであり、上記の技術を適用したとしても励起光のレーリー散乱光を抑圧することはできないため前述した問題点を解決することは難しい。また、例えば特開２００１−１８５７８７号公報等には、信号光のレーリー散乱光を遮断する内容が提案されているが、これも信号光の波長が励起光とは異なるため、励起光のレーリー散乱光を抑圧することは困難である。さらに、例えば特開昭６０−２６３５３８号公報等においては、ラマン増幅器の出力部に励起光を除去するフィルタを設けた構成が開示されている。しかし、この公知技術においては励起光の波長が信号光の波長帯域外にあるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光までを抑圧することはできず、前述した問題点の解消を図ることは難しい。
【００１５】
また、ラマン増幅のための励起光が原因となる他の問題点として、例えば図３１に示すように、ラマン増幅された信号光の一部を分波器２０５で分波して出力モニタ部２０６でモニタするような場合、上述したような励起光のレーリー散乱光が信号光に加わって雑音となり、信号光出力モニタの誤差要因となってしまうことが考えられる。特に、励起光と信号光が混合した波長配置になっている場合には、前述したように励起光のレーリー散乱光が減衰されずにラマン増幅されるため、出力モニタ部２０６に入射するレーリー散乱光のパワーが大きくなってしまう。上記の問題点は、励起光の波長帯域と信号光の波長帯域とが異なる領域に分けられている場合にも同様であって、信号光の波長帯域外にある励起光のレーリー散乱光は増幅媒体の伝送損失により減衰されるものの、高い精度の出力モニタを行う必要があるときなどには誤差要因になり得る。
【００１６】
さらに、監視制御（Supervisory）信号を伝達するために励起光に変調をかけた場合には、変調された信号光と変調された励起光のレーリー散乱光とが出力モニタ部２０６に入射することになり、２つの変調信号から監視制御信号を復調処理することになるため、制御誤差の要因となってしまうという問題点もある。加えて、レーリー散乱光は光ファイバの長手方向に対し、色々な地点で生じるので、それが強度変調成分となって制御誤差を増大させてしまうことも考えられる。具体的には、光ファイバ中での光速が２×１０8ｍ／ｓであり、励起光に対する光ファイバの実効長が１０ｋｍ〜２０ｋｍであるとすると、上記の強度変調成分としては１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の周波数成分が生じ、それが出力モニタの雑音となって制御誤差の要因となる。
【００１７】
また、ラマン増幅のための励起光が原因となる別の問題点としては、例えば図３２に示すように、光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ；optical time domain reflectometer）を利用して測定可能になるようにしたシステム構成の場合、一方の光伝送路２０１（２０１’）を伝搬する励起光がＯＴＤＲのための光路２０７を通って他方の光伝送路２０１’（２０１）を伝搬してしまうことによる不都合が考えられる。すなわち、インサービス時には、ＯＴＤＲ用の光路２０７を通った後方励起光が対向側の光伝送路上で前方励起光となってラマン増幅の利得波長特性を変化させてしまう。また、ＯＴＤＲ測定を行う際にも光路２０７を通った励起光が測定の雑音となってしまう。なお、上記のＯＴＤＲを用いた測定は、光伝送路に光パルスを入射して光伝送路からの反射光を観測し、光伝送路の切断点を計測する方法であって、光伝送路が切断されていない場合、測定光のレーリー散乱光だけが反射して戻ってくるが、切断されている場合にはフレネル反射光が戻ってくることを利用したものである。
【００１８】
上述してきた従来技術の問題点は、後方励起型のラマン増幅を行う場合を想定したものであるが、信号光の伝搬方向と同じ方向に励起光が伝搬される前方励起型のラマン増幅を行う場合にも、後方励起光のレーリー散乱光に代えて増幅媒体を伝搬した前方励起光の漏れ光を想定することで、後方励起型の場合と同様の各問題点を考えることができる。
【００１９】
本発明は上述したような問題点に着目してなされたもので、信号光の波長帯域内に混在する励起光が原因となって生じる特性劣化を低減することのできるラマン増幅器および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明のラマン増幅器は、信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給し、その増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器であって、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とする。
【００２１】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光の波長帯域に重なる波長帯域を持った励起光が励起光発生部から合波部の第３ポート、第１ポートを介して光伝送路上の増幅媒体に後方励起光として与えられることにより、増幅媒体を伝搬する信号光がラマン増幅され、該増幅媒体を伝搬した光が合波部の第１ポート、第２ポートを介して励起光波長抑圧部に送られる。この励起光波長抑圧部では、増幅媒体を伝搬した光に含まれる励起光と同一波長の光成分が光フィルタにより反射されて抑圧されるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光に起因する不要光を殆ど含まないラマン増幅された信号光が出力されるようになる。これにより、前述したような信号光の特性劣化を低減することができるため、信号光の広帯域化を実現することが可能になる。また、上記ラマン増幅器の出力に後段の光伝送路が接続されている場合、該後段の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光も励起光波長抑圧部の光フィルタで反射され、その反射された漏れ光が後段の光伝送路における前方励起光として再利用されるようになる。
【００２２】
上記ラマン増幅器の具体的な構成として、合波部は光サーキュレータであることが好ましい。また、前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備え、前記励起光波長抑圧部は、前記合波部と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されるようにしてもよい。
【００２３】
また、上記ラマン増幅器については、励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に伝搬する前方励起光として増幅媒体に供給する前方励起光合波部を備えるようにしてもよい。
【００２４】
本発明の光伝送システムの１つの態様は、信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体にラマン増幅器からの励起光を供給して信号光をラマン増幅しながら伝送する光伝送システムであって、前記ラマン増幅器は、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とする。
また、本発明の光伝送システムの他の態様は、信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、該各光伝送路上の増幅媒体に、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器と、前記各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を備えた光伝送システムであって、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を、前記ＯＴＤＲ用光路上に備えたことを特徴とする。該光伝送システムについては、前記励起光波長抑圧部を、前記各光伝送路上における前記ＯＴＤＲ用光路との接続部近傍にそれぞれ備えるようにしてもよい。
【００２５】
かかる構成の光伝送システムによれば、光伝送路を伝搬してラマン増幅された信号光と伴に伝搬される励起光と同一波長の光成分が励起光波長抑圧部によって抑圧されるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光に起因した不要光の累積が回避されるようになる。これにより、広帯域の信号光を良好な特性で伝送することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかるラマン増幅器の基本構成を示すブロック図である。
図１において、本ラマン増幅器１０は、例えば、光伝送路１を伝搬するＷＤＭ信号光に対応した励起光を発生する励起光発生部としての励起光源１１と、励起光源１１から出力される励起光を光伝送路１に供給する合波部としての合波器１２と、合波器１２を透過した光に含まれる励起光と同一波長の光成分を抑圧する励起光波長抑圧部としての光フィルタ１３とを備えて構成される。
【００２７】
励起光源１１は、例えば図２に示すように、波長の異なる複数の励起光Ｐ1〜ＰMを発生し、その波長帯域λP1〜λPMの長波長側の一部の領域が、波長の異なる複数の信号光Ｓ1〜ＳNを含んだＷＤＭ信号光の波長帯域λS1〜λSNに重なるように設定されている。ここでは、ＷＤＭ信号光の波長帯域外にある励起光をＰ1〜Ｐmで表記し、ＷＤＭ信号光の波長帯域内にある励起光をＰm+1〜ＰMで表記することにする。なお、各励起光Ｐm+1〜ＰMの波長は、各信号光Ｓ1〜ＳNの波長と重複しないように設定されているものとする。各励起光Ｐ1〜ＰMによるラマン増幅の利得波長帯域は、ＷＤＭ信号光の波長帯域全体を含んでいて、各励起光Ｐ1〜ＰMの波長配置またはパワーをそれぞれ適切に設定することによって略平坦な利得波長特性が実現される。
【００２８】
合波器１２は、例えば、光伝送路１の信号光出力端に接続するポートａと、光フィルタ１３の入力端に接続するポートｂと、励起光源１１の出力端に接続するポートｃとを有し、ポートａからポートｂに向かう光およびポートｃからポートａに向かう光をそれぞれ波長帯域に制限なく透過し、それらとは逆方向に向かう光をそれぞれ遮断する。なお、ポートｂおよびポートｃの間については、いずれの方向にも光を伝達しない特性とすることが望ましい。
【００２９】
光フィルタ１３は、励起光Ｐ1〜ＰMの各波長λP1〜λPMと同一波長の光成分に対する透過率が、他の波長に対する透過率に比べて十分に低くなるようなフィルタ特性を持つ公知のデバイスである。この光フィルタ１３には合波器１２のポートｂからの出力光が入力され、その透過光はラマン増幅器１０の出力光として後段の光伝送路等に送られる。
【００３０】
上記のような構成のラマン増幅器１０では、励起光源１１からの励起光Ｐ1〜ＰMが、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するように合波器１２を介して光伝送路１に供給される。これにより、光伝送路１を伝搬するＷＤＭ信号光は、光伝送路１全体を増幅媒体として分布ラマン増幅される。また、励起光Ｐ1〜ＰMが光伝送路１内を伝搬する際に、各励起光と同一波長λP1〜λPMのレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMが発生して光伝送路１内をＷＤＭ信号光と同じ方向に伝搬する。このレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMは、波長が信号光の波長帯域外にあるレーリー散乱光Ｒ1〜Ｒmについては光伝送路１の伝送損失により減衰されるが、信号光の波長帯域内にあるレーリー散乱光Ｒm+1〜ＲMについては励起光Ｐ1〜ＰMによるラマン利得を受けて光伝送路１の伝送損失が補償され、所要のパワーを保って合波器１２まで到達する。したがって、合波器１２のポートａには、ラマン増幅された信号光Ｓ1〜ＳNおよびレーリー散乱光Ｒm+1〜ＲMが主に入射されることになり、それらの光がポートｂに伝達されて光フィルタ１３に出力される。
【００３１】
光フィルタ１３では、合波器１２からの出力光に含まれる信号光Ｓ１〜ＳＮは高い透過率で後段の光伝送路等に出力されるが、レーリー散乱光Ｒｍ＋１〜ＲＭについては反射されることにより抑圧される。また、ここでは、光フィルタ１３の透過率が、信号光の波長帯域外の励起光Ｐ１〜Ｐｍと同一波長についても低く設定されているため、合波器１２からの出力光に信号光の波長帯域外の微弱なパワーのレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭが含まれていたとしても、そのレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭも光フィルタ１３で抑圧されることになる。なお、信号光の波長帯域外のレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭの影響が実質的にない場合には、信号光の波長帯域内の励起光Ｐｍ〜ＰＭと同一波長についてのみ光フィルタ１３の透過率が低くなるような設定を採用してもよい。
【００３２】
このように本ラマン増幅器１０によれば、励起光Ｐ1〜Ｐmと同一波長の光成分を抑圧する光フィルタ１３を合波器１２の後段に設けたことによって、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なって励起光と信号光が同じ領域内に混在するような波長配置が適用される場合でも、励起光のレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMを殆ど含まないラマン増幅されたＷＤＭ信号光を出力することができる。これにより、励起光のレーリー散乱光が原因で発生する線形クロストークや非線形クロストークなどによる特性劣化を低減することができるため、ＷＤＭ信号光の広帯域化を実現した大容量の光伝送システムを構築することが可能になる。
【００３３】
次に、上記のような基本構成を適用したラマン増幅器の具体的な実施形態について説明する。
図３は、第１実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。なお、図１の基本構成と同じ部分には同一の符号が付してあり、以降、他の実施形態においても同様とする。
【００３４】
図３のラマン増幅器１０Ａは、上記図１の基本構成について、合波器１２の具体例として光サーキュレータ１２Ａを使用すると共に、光フィルタ１３の具体例としてファイバブラッググレーティング１３Ａを使用したものである。なお、図３の構成例には、増幅媒体としての光伝送路１を介して２つのラマン増幅器１０Ａを縦続接続した状態が示してある。
【００３５】
光サーキュレータ１２Ａは、例えば３つのポートａ〜ｃを有し、光伝送路１に接続するポートａからファイバブラッググレーティング１３Ａに接続するポートｂに向かう光と、励起光源１１の出力端に接続するポートｃからポートａに向かう光とをそれぞれ透過し、それ以外の方向への光の伝達を遮断する。
ファイバブラッググレーティング１３Ａは、光サーキュレータ１２Ａのポートｂに接続する光伝送路１上のポートｂ近傍に、各励起光Ｐ1〜ＰMと同一波長の光成分が反射されるように設計したグレーティングを形成したものである。このファイバブラッググレーティング１３Ａは、例えば図４に示すようにある１つの励起光Ｐ#に着目した場合に、その波長λP#と同一の波長を中心にして透過率が急峻に変化する反射帯を有し、このような反射帯が、図示しないが各励起光波長λP1〜λPMに対応してそれぞれ存在するようなフィルタ特性を持つ。
【００３６】
上記のような構成のラマン増幅器１０Ａでは、後方励起光Ｐ1〜ＰMが光サーキュレータ１２Ａを介して光伝送路１に供給され、その光伝送路１を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光Ｒm〜ＲM（微弱なレーリー散乱光Ｒ1〜Ｒmを含む）が光サーキュレータ１２Ａを通過してファイバブラッググレーティング１３Ａに入射する。ファイバブラッググレーティング１３Ａでは、ＷＤＭ信号光はそのまま透過され、レーリー散乱光は反射される。この反射されたレーリー散乱光は、光サーキュレータ１２Ａのポートｂに戻されるが、ポートｂからポートｃには伝達されないため、励起光源１１の動作に影響を及ぼすようなことはない。また、上記のファイバブラッググレーティング１３Ａでは、後段の光伝送路１を伝搬する後方励起光の漏れ光も反射されることになる。これにより、反射された漏れ光が前方励起光として再利用されるようになる。
【００３７】
このように第１実施形態のラマン増幅器１０Ａによれば、光サーキュレータ１２Ａおよびファイバブラッググレーティング１３Ａを利用した具体的な構成によって、励起光のレーリー散乱光を抑圧してクロストーク等による特性劣化を低減することができると共に、励起光がいわゆるダブルパスで用いられるため、小さな励起光パワーで所望の利得が得られるようになって消費電力の低減を図ることが可能になる。
【００３８】
なお、上記のラマン増幅器１０Ａでは、光サーキュレータ１２Ａがポートｂからポートｃに光を伝達しない特性を持つものとしたが、この方向にも光を伝達するような光サーキュレータを用いることも可能である。この場合には、例えば図５に示すように、励起光源１１の出力端と光サーキュレータ１２Ａのポートｃとの間に光アイソレータ１４を挿入して、ファイバブラッググレーティング１３Ａで反射されたレーリー散乱光が励起光源１１に入射されないようにするのがよい。
【００３９】
次に、本発明にかかるラマン増幅器の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図６のラマン増幅器１０Ｂは、上記第１実施形態のラマン増幅器１０Ａについて、光伝送路１として正分散ファイバ１Ａと負分散ファイバ１Ｂを順に接続した混成伝送路を用いるようにしたものである。光伝送路１の前半部分に配置される正分散ファイバ１Ａは、信号光に対して正の波長分散および正の分散スロープを持つ光ファイバであり、具体的には、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（ＳＭＦ）や分散シフトファイバ（ＤＳＦ）等とすることが可能である。一方、光伝送路１の後半部分に配置される負分散ファイバ１Ｂは、正分散ファイバ１Ａの波長分散および分散スロープが補償可能となるように設計された負の波長分散および負の分散スロープを持つ光ファイバである。この負分散ファイバ１Ｂは、正分散ファイバ１Ａに比べて非線形実効断面積が小さくラマン利得を得やすい増幅媒体となる。したがって、光サーキュレータ１２Ａを介して供給される後方励起光によるラマン利得の大部分は後半の負分散ファイバ１Ｂにおいて与えられる。
【００４０】
上記のような混成伝送路を用いる場合、ファイバブラッググレーティング１３Ａは、前半の正分散ファイバ１Ａ上に配置することが可能であり、ここでは例えば負分散ファイバ１Ｂとの接続点近傍に設けるようにしている。
このような構成のラマン増幅器１０Ｂでは、正分散ファイバ１Ａおよび負分散ファイバ１Ｂを順に伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光が、前述の第１実施形態の場合と同様にして、光サーキュレータ１２Ａを透過し正分散ファイバ１Ａを通ってファイバブラッググレーティング１３Ａに入射され、励起光のレーリー散乱光のみが反射されて抑圧される。また、ファイバブラッググレーティング１３Ａでは、後段のラマン増幅器１０Ｂから供給され負分散ファイバ１Ｂを伝搬する後方励起光の漏れ光も反射され、励起光がダブルパスで利用される。
【００４１】
なお、ファイバブラッググレーティング１３Ａによって反射され、負分散ファイバ１Ｂを再度伝搬した励起光の漏れ光は、光サーキュレータ１２Ａを通過して正分散ファイバ１Ａに入射することになるが、この段階での漏れ光のパワーは十分に小さくなっている上、正分散ファイバ１Ａ自体の非線形実効断面積が大きくラマン利得を得難いため、その影響は特に大きな問題とはならない。
【００４２】
このように第２実施形態のラマン増幅器１０Ｂによれば、正分散ファイバ１Ａおよび負分散ファイバ１Ｂからなる混成伝送路に対応した構成においても、前述の第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、上述した第１および第２実施形態の各ラマン増幅器１０Ａ，１０Ｂでは、励起光をダブルパスで利用する場合を示したが、ファイバブラッググレーティング１３Ａで反射された後方励起光の漏れ光と、反射される前の後方励起光とが相互作用等して悪影響を及ぼす可能性がある場合には、例えば図７のラマン増幅器１０Ａ”などに示すように、ファイバブラッググレーティング１３Ａの直後（信号光の出力端近傍）に光アイソレータ１５を挿入して、励起光をシングルパスで用いるようにしてもよい。
【００４３】
次に、本発明にかかるラマン増幅器の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図８のラマン増幅器１０Ｃは、例えば、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の状態をモニタする機能を備えた構成について本発明を適用した一例である。具体的には、励起光Ｐ1〜ＰMを光伝送路１に供給する光サーキュレータ１２Ａのポートｂから出力される光の一部が分波器１６によってモニタ光として分波され、そのモニタ光が出力モニタ部１７に送られてラマン増幅されたＷＤＭ信号光の出力状態がモニタされる構成について、励起光Ｐ1〜ＰMと同一波長の光成分を抑圧するファイバブラッググレーティング１３Ａが、光サーキュレータ１２Ａのポートｂと分波器１６の間に設けられる。
【００４４】
出力モニタ部１７は、例えば、分波器１６で分岐されたモニタ光を受光してパワーを検出することにより、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光のトータルパワーをモニタする。また、励起光に変調をかけてＷＤＭ信号光を強度変調し監視制御信号の伝達が行われる場合には、モニタ光から変調成分を抽出して監視制御信号の復調処理を行うようにしてもよい。この出力モニタ部１７におけるモニタ結果は、ここでは特に図示しないが、例えば励起光源１１の駆動状態の制御等に利用することが可能である。
【００４５】
このような構成のラマン増幅器１０Ｃでは、光サーキュレータ１２Ａのポートｂから出力される光に含まれる励起光のレーリー散乱光がファイバブラッググレーティング１３Ａによって反射され、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光が分波器１６に到達するようになる。これにより、励起光のレーリー散乱光による雑音を殆ど含まないモニタ光が出力モニタ部１７に送られるようになるため、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の状態を高い精度でモニタすることができるようになる。
【００４６】
なお、上記の第３実施形態では、光サーキュレータ１２Ａと分波器１６の間にファイバブラッググレーティング１３Ａが配置される場合を示したが、励起光のレーリー散乱光による雑音を低減して出力モニタの精度向上を図るという点にのみ着目すれば、例えば図９のラマン増幅器１０Ｃ’に示すように、分波器１６と出力モニタ部１７の間にファイバブラッググレーティング１３Ａを配置することも可能である。また、前述の図７に示した場合と同様に、ダブルパスにおける励起光の相互作用等が悪影響を及ぼす可能性があるときには、例えば図１０のラマン増幅器１０Ｃ”などに示すように、ファイバブラッググレーティング１３Ａの直後に光アイソレータ１５を挿入して、励起光をシングルパスで用いるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、後方励起型の構成について説明したが、例えば図１１のラマン増幅器１０Ｄに示すように、励起光源１８および合波器（ＷＤＭカプラ）１９を設け、光伝送路１に対して後方励起光Ｐ１〜ＰＭに加えて前方励起光Ｐ１’〜ＰＭ’を供給するようにした双方向励起型の構成についても、光サーキュレータ１２Ａと分波器１６の間にファイバブラッググレーティング１３Ａを設けるようにしてもよい。このような構成の場合には、ファイバブラッググレーティング１３Ａによって、後方励起光のレーリー散乱光だけでなく前方励起光の漏れ光も抑圧されるようになり、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の正確なモニタが可能になる。加えて、双方向励起型の構成についても、上記の図９および図１０に示した場合と同様の構成を適用することが可能であり、各々の場合の構成例を図１２のラマン増幅器１０Ｄ’および図１３のラマン増幅器１０Ｄ”として示しておく。
【００４８】
また、上述した第１〜第３実施形態のラマン増幅器では、励起光と同一波長の光成分を抑圧する光フィルタ１３の一例としてファイバブラッググレーティング１３Ａを使用する場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、励起光の各波長に対応したフィルタ特性を持つ、例えば、ノッチフィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダー型フィルタ、チャープドファイバグレーティングなどの周知の光フィルタを用いることが可能である。具体的に、波長間隔の等しい励起光が用いられる場合には、図１４（Ａ）に示すように、励起光の波長間隔に応じて透過率が周期的に変化する光フィルタを使用するのが効率的である。この場合、信号光の減衰を防ぎ、光フィルタによる帯域制限を回避するため、透過帯域における透過率の変化ができるだけ平坦な光フィルタを用いるのが望ましい。一方、励起光の波長間隔が等しくない場合には、図１４（Ｂ）に示すように所要の波長で反射率または減衰率が急峻に変化する単峰性の光フィルタを組み合わせて用いることが可能である。
【００４９】
次に、本発明にかかる光伝送システムの実施形態について説明する。
図１５は、本発明にかかる光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。
図１５の光伝送システム１００Ａは、例えば、上述の図２５に示した一般的なシステム構成について、各光中継器１０４として、上述したような本発明によるラマン増幅器１０を適用したものである。また、ここでは、光送信局１０１内のポストアンプ１０１Ｃおよび光受信局１０２内のプリアンプ１０２Ｃについても本発明のラマン増幅器１０を適用している。ただし、ポストアンプ１０１Ｃについては、光伝送路１０３を増幅媒体とする分布型ラマン増幅器ではなく、その内部に増幅媒体を備えた集中型ラマン増幅器が用いられるものとする。
【００５０】
このような構成の光伝送システム１００Ａでは、図１６の概念図に示すように、各中継区間のラマン増幅器１０において後方励起光のレーリー散乱光（または前方励起光の漏れ光）が抑圧されるため、一般的なシステムのように、信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光がラマン増幅されながら中継伝送されて累積し、その光パワーが信号光に比べて遥かに大きくなってしまうような事態が回避される。これにより、励起光のレーリー散乱光等が原因となって生じるクロストークや４光波混合、ラマン利得の特性変化などによる影響を低減することができ、広帯域のＷＤＭ信号光を良好な特性で中継伝送することが可能になる。
【００５１】
なお、上記の光伝送システム１００Ａでは、すべての中継区間に対して本発明によるラマン増幅器１０を適用するようにしたが、例えば図１７のシステム１００Ａ’に示すように、所要数の中継区間おきにラマン増幅器１０を適用して、励起光のレーリー散乱光等の抑圧を行うようにしてもよい。また、例えば本発明のラマン増幅器１０とＥＤＦＡ等の公知の光増幅器とを組み合わせたものを光中継器に適用して、励起光のレーリー散乱光等の抑圧を行うことも可能である。
【００５２】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第２実施形態について説明する。
図１８は、第２実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図１８において、本光伝送システム１００Ｂは、例えば、上述の図２５に示した一般的なシステム構成において、中継伝送されるＷＤＭ信号光の利得等化を行う中継区間（以下、利得等化区間とする）が設定されている場合に、その利得等化区間に励起光と同一波長の光成分を抑圧する機能を備えた利得補償装置としての利得等化部２０を設けたものである。
【００５３】
利得等化部２０は、例えば図１９に示すように、ＷＤＭ信号光を複数の波長帯ごとに分波する分波器２１と、各波長帯の信号光の利得等化を行う複数の利得等化器（ＧＥＱ）２２と、利得等化された各波長帯の信号光を合波する合波器２３とを有する。分波器２１は、入力ポートに送られてきたＷＤＭ信号光を、図２０の上段に示すような分波特性に従って、ＷＤＭ信号光の波長帯域内に混在する励起光の各波長λPm〜λPMを少なくとも境界として複数の波長帯にそれぞれ分波し、各波長帯の信号光を各々に対応した出力ポートを介して各利得等化器２２に出力する。各利得等化器２２は、入力される信号光に含まれる各波長光が所望のレベルとなるようにする公知の利得補償デバイスである。合波器２３は、分波器２１に対応した合波特性を持ち、各利得等化器２２から出力される各々の波長帯の信号光を合波したＷＤＭ信号光を光伝送路１に出力する。
【００５４】
上記のような構成の利得等化部２０では、前段までの各中継区間を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光等が分波器２１に入力されると、その分波特性によって、各波長帯の境界に中心波長が一致する励起光のレーリー散乱光が減衰されて抑圧される。さらに、各利得透過器２２で利得等化された後に合波器２３で合波される際にも、分波器２１を通過した時と同様にして励起光のレーリー散乱光が抑圧される。これにより、利得等化部２０からの出力光に含まれる励起光のレーリー散乱光は大幅に減衰されるようになるため、クロストークや４光波混合、ラマン利得の特性変化などによる影響を低減することができ、広帯域のＷＤＭ信号光を良好な特性で中継伝送することが可能になる。
【００５５】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第３実施形態について説明する。
図２１は、第３実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図２１において、本光伝送システム１００Ｃは、上記第２実施形態の光伝送システム１００Ｂについて、利得等化部２０に代えて、励起光抑圧部としての光フィルタ２５と利得等化器２６とを設けたものである。上記以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００５６】
光フィルタ２５は、上述の図１に示した本発明によるラマン増幅器の基本構成における光フィルタ１３と同様のものであり、励起光と同一波長の光成分を抑圧するフィルタ特性を備えたものである。利得等化器２６は、光フィルタ２５を通過したＷＤＭ信号光に含まれる各波長光が所望のレベルとなるようにする公知の利得補償デバイスである。
【００５７】
このような光伝送システム１００Ｃでは、利得等化区間の前段までの各中継区間を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光等が、利得等化区間の光フィルタ２５に入力されることによって、励起光のレーリー散乱光が抑圧され、前段の中継区間までに累積されたレーリー散乱光を殆ど含まないＷＤＭ信号光が利得等化器２６に送られて利得等化が行われるようになる。これにより、本光伝送システム１００Ｃにおいても、第２実施形態の光伝送システム１００Ｂの場合と同様の効果を得ることが可能になる。
【００５８】
なお、上記光伝送システム１００Ｃでは、利得等化区間について励起光抑圧部としての光フィルタ２５を設けるようにしたが、例えば図２２に示すように、光受信局１０２のプリアンプ１０２Ｃの前段に励起光抑圧部としての光フィルタ２７を設け、光受信局１０２において、累積された励起光のレーリー散乱光等を抑圧するようにしてもよい。
【００５９】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第４実施形態について説明する。
図２３は、第４実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図２３の光伝送システム１００Ｄは、上述の図３２に示したような光伝送路の状態を光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能にしたシステム構成について本発明を適用し、励起光がＯＴＤＲ用の光路を通って対向する光伝送路を伝搬してしまうことによる不都合を解消したものである。具体的には、光伝送システム１００Ｄは、例えば、信号光の伝搬方向が相反する一対の上り回線および下り回線を１つのシステム単位として各中継区間の光中継器を上下回線で共用し、各々の光中継器内の励起光源２０２で発生するラマン増幅用の励起光を、上り回線側の光サーキュレータ２０４および下り回線側の光サーキュレータ２０４’をそれぞれ介して、上りの光伝送路２０１および下りの光伝送路２０１’に後方励起光としてそれぞれ供給する。また、光伝送システム１００Ｄは、各光中継器に対応して、各光伝送路２０１，２０１’の間を互いに接続するＯＴＤＲ測定のための光路２０７をそれぞれ有する。各ＯＴＤＲ用の光路２０７は、両端部分が各光伝送路２０１，２０１’上における光サーキュレータ２０４のポートｂ（信号光が出力されるポート）付近に接続されていて、一方の回線側の光伝送路に信号光と同方向に送信されたＯＴＤＲ測定用の光パルスの反射光を、他方の回線側の光伝送路に送ることが可能である。このようなＯＴＤＲ用の光路２０７上には、励起光波長抑圧部としての光フィルタ３０がそれぞれ挿入されている。この光フィルタ３０は、上述の図１に示した本発明によるラマン増幅器の基本構成における光フィルタ１３と同様のものであり、励起光と同一波長の光成分を抑圧するフィルタ特性を備えたものである。
【００６０】
上記のような構成の光伝送システム１００Ｄでは、上下回線の各光伝送路２０１，２０１’にそれぞれ供給された後方励起光の漏れ光がＯＴＤＲ用の光路２０７に入射することになるが、その光路２０７を伝搬する漏れ光は光フィルタ３０によって抑圧される。したがって、インサービス時には、一方の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光が、ＯＴＤＲ用の光路２０７を通って他方の光伝送路に供給されて前方励起光として作用するようなことが回避されるため、各回線における信号光のラマン増幅を安定して行うことができる。また、ＯＴＤＲ測定を行う際にも、測定用の光パルス（励起光とは異なる波長に設定されている）の反射光のみが光路２０７を通って対向する光伝送路に伝えられるようになり、後方励起光の漏れ光が雑音としてＯＴＤＲ測定に影響を及ぼすようなことが低減されるため、ＯＴＤＲ測定を高い精度で行うことが可能になる。このような効果は、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域とは異なる場合、信号光の波長帯域と重なる場合のいずれの場合にも得られるものである。
【００６１】
なお、上記の光伝送システム１００Ｄでは、励起光波長抑圧部としての光フィルタ３０がＯＴＤＲ用の光路２０７上に挿入される構成例を示したが、例えば図２４の光伝送システム１００Ｄ’に示すように、光伝送路上における光路２０７との接続部近傍に光フィルタ３０を配置し、励起光の漏れ光がＯＴＤＲ用の光路２０７に入力される前に抑圧されるような構成とすることも可能である。また、ここでは後方励起型の構成例を説明したが、前方励起型または双方向励起型の場合についても上記の構成は有効である。この場合には、前方励起光のレーリー散乱光がＯＴＤＲ用光路２０７上の光フィルタ３０によって抑圧されることになる。
【００６２】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６３】
（付記１） 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給し、該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器であって、
励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なる領域を有するとき、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００６４】
（付記２） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、を備え、
前記励起光波長抑圧部が、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる後方励起光のレーリー散乱光を抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００６５】
（付記３） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持つことを特徴とするラマン増幅器。
【００６６】
（付記４） 付記３に記載のラマン増幅器であって、
前記合波部が、光サーキュレータであることを特徴とするラマン増幅器。
【００６７】
（付記５） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備えるとき、前記励起光波長抑圧部は、前記合波部と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００６８】
（付記６） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に伝搬する前方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、を備え、
前記励起光波長抑圧部が、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる前方励起光の漏れ光を抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００６９】
（付記７） 付記６に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備えるとき、前記励起光波長抑圧部は、前記増幅媒体の信号光出力端と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００７０】
（付記８） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記光伝送路が、信号光の波長帯域に対して正の波長分散を持つ第１ファイバと、信号光の波長帯域に対して負の波長分散を持つ第２ファイバと、を含んだ混成伝送路であり、信号光が第１ファイバおよび第２ファイバを順に伝搬するように与えられるとき、
前記励起光波長抑圧部は、前記第１ファイバ上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００７１】
（付記９） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光波長抑圧部は、信号光の波長帯域外にある励起光と同一波長の光成分も抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００７２】
（付記１０） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光波長抑圧部は、励起光の波長に対応して透過率が急峻に変化する光フィルタであることを特徴とするラマン増幅器。
【００７３】
（付記１１） 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体にラマン増幅器からの励起光を供給して信号光をラマン増幅しながら伝送する光伝送システムであって、
励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なる領域を有するとき、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００７４】
（付記１２） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部が、前記ラマン増幅器内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７５】
（付記１３） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
光伝送路を伝搬する信号光の利得波長特性を補償する利得補償装置を含み、
前記励起光波長抑圧部が、前記利得補償装置内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７６】
（付記１４） 付記１３に記載の光伝送システムであって、
前記利得補償装置は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光の波長を少なくとも境界として、信号光を複数の波長帯に分波する分波部と、該分波部で分波された各波長帯の信号光ごとに利得補償を行う複数の利得補償部と、該各利得補償部で利得補償された各波長帯の信号光を合波する合波部と、を有し、前記分波部および前記合波部が前記励起光波長抑圧部として機能することを特徴とする光伝送システム。
【００７７】
（付記１５） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
光伝送路を伝搬した信号光を受信処理する光受信装置を含み、
前記励起光波長抑圧部が、前記光受信装置内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７８】
（付記１６） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を有し、
前記励起光波長抑圧部が、前記ＯＴＤＲ用光路上に配置されたことを特徴とする光伝送システム。
【００７９】
（付記１７） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を有し、
前記励起光波長抑圧部が、前記各光伝送路上における前記ＯＴＤＲ用光路との接続部近傍にそれぞれ配置されたことを特徴とする光伝送システム。
【００８０】
（付記１８） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部は、信号光の波長帯域外にある励起光と同一波長の光成分も抑圧することを特徴とする光伝送システム。
【００８１】
（付記１９） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部は、励起光の波長に対応して透過率が急峻に変化する光フィルタであることを特徴とする光伝送システム。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅器および光伝送システムによれば、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なるような波長配置を適用して信号光の広帯域化を図るような場合でも、信号光の波長帯域内に混在する励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を設けたことによって、後方励起光のレーリー散乱光や前方励起光の漏れ光を殆ど含んでいないラマン増幅された信号光を伝送することが可能になる。これにより、励起光に起因して生じるクロストークや４光波混合光などによる特性劣化を低減することができ、信号光の広帯域化を実現した大容量の光伝送システムを構築することが可能になる。また、上記ラマン増幅器の出力に接続される後段の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光が励起光波長抑圧部の光フィルタで反射され、その反射された漏れ光が後段の光伝送路における前方励起光として再利用されるようになるため、励起光がいわゆるダブルパスで用いられ、小さな励起光パワーで所望の利得が得られるようになって消費電力の低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるラマン増幅器の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の基本構成における励起光および信号光の波長配置の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかるラマン増幅器の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態のラマン増幅器におけるファイバブラッググレーティングのフィルタ特性を説明するための図である。
【図５】第１実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかるラマン増幅器の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明にかかるラマン増幅器の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態のラマン増幅器に関連した別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】第３実施形態のラマン増幅器に関連して双方向励起型の構成に対応させた場合の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１１の構成例に関する変形例を示すブロック図である。
【図１３】図１１の構成例に関する他の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明のラマン増幅器に用いられる光フィルタの特性例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。
【図１６】第１実施形態の光伝送システムにおける動作を説明するための概念図である。
【図１７】第１実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図１８】本発明にかかる光伝送システムの第２実施形態の構成を示す図である。
【図１９】第１実施形態の光伝送システムにおける利得等化部の構成例を示す図である。
【図２０】図１９の分波器の特性を説明するための図である。
【図２１】本発明にかかる光伝送システムの第３実施形態の構成を示す図である。
【図２２】第３実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図２３】本発明にかかる光伝送システムの第４実施形態の構成を示す図である。
【図２４】第４実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図２５】一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。
【図２６】従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
【図２７】従来のラマン増幅器における励起光および信号光の波長配置例を示す図である。
【図２８】従来のラマン増幅器のおいて励起光の合波器として光サーキュレータを用いた一例を示す図である。
【図２９】従来のラマン増幅器のおいて信号光の広帯域化を図った励起光の波長配置例を示す図である。
【図３０】従来のラマン増幅器における４光波混合の問題点を説明するための図である。
【図３１】出力モニタ部を備えた従来のラマン増幅器における問題点を説明するための図である。
【図３２】ＯＴＤＲ測定のための光路を備えた従来の光伝送システムにおける問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光伝送路
１０ ラマン増幅器
１１，１８ 励起光源
１２，１９，２３ 合波器
１２Ａ 光サーキュレータ
１３，２５，２７，３０ 光フィルタ
１３Ａ ファイバブラッググレーティング
１４，１５ 光アイソレータ
１６，２１ 分波器
１７ 出力モニタ部
２０ 利得等化部
２２，２６ 利得等化器
２０７ ＯＴＤＲ用光路
Ｐ1〜ＰM 励起光
Ｒ1〜ＲM レーリー散乱光
Ｓ1〜ＳN 信号光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器および光伝送システムに関し、特に、信号光の波長帯域内に混在する励起光が原因となって生じる特性劣化を低減させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、波形等化(reshaping)および識別再生(regenerating)を行う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保すると共に大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１本の伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。
上記の光増幅中継伝送方式とＷＤＭ光伝送方式とを組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いてＷＤＭ信号光を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００４】
図２５は、一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。図２５のシステムは、例えば、光送信局１０１と、光受信局１０２と、それら送受信局間を接続する光伝送路１０３と、この光伝送路１０３の途中に所要の間隔で配置される複数の光中継器１０４とから構成される。光送信局１０１は、波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１Ａと、複数の光信号を波長多重する合波器１０１Ｂと、合波器１０１ＢからのＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路１０３に出力するポストアンプ１０１Ｃとを有する。光受信局１０２は、光伝送路１０３を介して伝送された各波長帯のＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ１０２Ｃと、プリアンプ１０２Ｃからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器１０２Ｂと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）１０２Ａとを有する。光伝送路１０３は、光送信局１０１および光受信局１０２の間をそれぞれ接続する複数の中継区間を有する。光送信局１０１から送信されたＷＤＭ信号光は、光伝送路１０３を伝搬し、中継区間ごとに配置される光中継器１０４にて光増幅され、再び光伝送路１０３を伝搬し、それを繰り返して光受信局１０２まで伝送される。
【０００５】
上記のようなＷＤＭ光増幅中継伝送システムの光中継器１０４には、例えば、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が一般に用いられる。このＥＤＦＡの利得波長帯域は１．５５μｍ帯（Ｃバンド）であり、その利得帯域を長波長側へシフトしたＧＳ−ＥＤＦＡ（Gain shifted-EDFA）の利得波長帯域は１．５８μｍ帯（Ｌバンド）である。ＥＤＦＡおよびＧＳ−ＥＤＦＡの各利得波長帯域幅は３０ｎｍ以上あり、ＣバンドおよびＬバンドに対応した合分波器を利用して２つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の波長帯域幅を持つＷＤＭ信号光の増幅中継伝送を実現することが可能である。
【０００６】
また、近年、上記のような光伝送システムなどへのラマン増幅の適用が盛んに検討されている。ラマン増幅は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたシリカ（ＳｉＯ2）系光ファイバを増幅媒体とする場合、励起光の周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い周波数に利得ピークを持つ特性を有する。このため、励起光の波長よりも長波長側にラマン利得が生じ、例えば１．４５μｍの励起光波長に対してそのラマン利得のピーク波長は約１００ｎｍ長波長側にシフトした１．５５μｍとなる。したがって、ラマン増幅は、複数の励起光波長を選択して励起光パワーを調整することにより、利得波長帯域および帯域幅を自由に設定することができる。つまり、ラマン増幅において、要求される信号光波長に対して増幅機能を実現するためには、ラマン利得のシフト周波数を考慮して励起光の波長を設定できることが重要である。また、異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用いることによって、ラマン増幅の利得波長特性を平坦化することも可能である。
【０００７】
具体的には、例えば、「Y. Emori, et al., "100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes", OFC'99, PD19, 1999.」等に示さたラマン増幅器においては、励起光パワーおよびその発振波長を調整することにより、その利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保している。このような従来のラマン増幅器は、図２６の一例に示すように、増幅媒体としての光ファイバ２０１に対して、励起光源２０２からの励起光が信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するように供給される構成が一般的である。この構成例では、励起光を光ファイバ２０１に与える合波器２０３として、ポート毎に透過する波長が異なる波長合成器（ＷＤＭカプラ）が適用されている。上記のような従来のラマン増幅器では、図２７に示すように、波長の異なる複数の励起光Ｐ1〜ＰKと、波長の異なる複数の信号光Ｓ1〜ＳLとがラマン利得のシフト周波数に応じてそれぞれ配置され、励起光の波長帯域λP1〜λPKと信号光の波長帯域λS1〜λSLとが異なる領域に分けられた波長配置となっている。
【０００８】
また、例えば、矢野他による「３バンドＷＤＭ伝送におけるＳＲＳロスと補償法の検討」（2000年電子情報通信学会ソサエティ大会, B-10-167）等においては、ラマン増幅器とＥＤＦＡを組み合わせたハイブリッド増幅器が提案されている。このハイブリッド増幅器では、図２８に示すように、ラマン増幅用の励起光を増幅媒体に与える合波器として光サーキュレータ２０４を適用した構成が記載されている。
【０００９】
さらに、大容量長距離伝送システムを実現するためには信号光の波長帯域幅の一層の拡大が重要である。この信号光の広帯域化を実現するため、本出願人は、ラマン増幅を適用したシステムについて、例えば図２９に示すように、励起光の波長帯域λP1〜λPMの一部が信号光の波長帯域λS1〜λSNに重なり、同じ波長領域内に励起光と信号光が混在する配置が有効であることを提案している（例えば特願２００１−０３００５３号等参照）。このような場合にも、励起光を増幅媒体に与える合波器として、前述したような波長帯域に制限のない光サーキュレータなどを適用することが有効である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のラマン増幅を適用した光伝送技術については、信号光の広帯域化に伴う次のような問題点が考えられる。すなわち、信号光の波長帯域幅が拡大されると、それに応じてラマン増幅用の励起光の波長帯域幅も広がり、上述の図２９に例示したように同じ波長領域内に信号光と励起光が混在するようになる。この場合、図２８に示したような光サーキュレータ２０４などの合波器を用いた後方励起型の構成では、励起光のレーリー散乱が原因となって線形クロストークや非線形クロストーク等が発生する可能性がある。
【００１１】
具体的には、励起光源から合波器を介して増幅媒体に供給された後方励起光が増幅媒体内を伝搬する際に、その励起光と同一の波長のレーリー散乱光が発生して信号光と同じ方向に伝搬する。この励起光のレーリー散乱光は、その波長が信号光の波長帯域外にある場合には増幅媒体の伝送損失により減衰されるが、信号光の波長帯域内にある場合には、ラマン利得を受けるため伝送損失は補償され、そのパワーを保った状態で増幅媒体内を伝搬する。例えば、信号光の波長帯域内に混在する波長を持つ励起光のパワーが２０ｄＢｍ（１００ｍＷ）であるとき、レーリー散乱により合波器へと戻ってくる光のパワーは約−１０ｄＢｍ（０．１ｍＷ）になる場合があり、ある程度のパワーを保持したレーリー散乱光が信号光と伴に合波器を通過することになる。
【００１２】
このようなレーリー散乱光は、例えば光伝送路を増幅媒体として分布型ラマン増幅を行う光増幅中継伝送システムの場合、各中継区間で発生することになるため、伝送距離が増加するにつれてレーリー散乱光が累積されて大きなパワーを持つようになる。例えば、上記の場合について、１中継区間を５０ｋｍとして１００中継した後に累積されるレーリー散乱光のパワーは１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）程度になる。したがって、このようなレーリー散乱光に隣接する波長の信号光は、線形クロストークによって光ＳＮ比が劣化してしまうことが考えられる。
【００１３】
また、上述したように信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光は累積してパワーが増大するため、例えば図３０に示すように、このレーリー散乱光と信号光との間で４光波混合が発生する可能性もある。通常、光中継器の出力における１チャネルあたりの信号光パワーは−１０ｄＢｍ程度であり、これよりも累積した励起光のレーリー散乱光パワーは遥かに大きくなり得るため、非線形光学効果の１つである４光波混合が発生することが考えられる。新たに発生した４光波混合光と既存の信号光とのビート雑音が光受信器のベースバンド帯域内に入るような場合には、パワークロストークよりも遥かに大きな伝送特性の劣化を引き起こしてしまうことになる。
【００１４】
ラマン増幅における不要光を抑圧する技術に関しては、例えば特開平２−１５３３２７号公報や特開２０００−１５１５０７号公報等において、信号光をラマン増幅する際に発生する自然ラマン散乱光を除去する内容が記載されている。しかし、自然ラマン散乱光の波長は励起光の波長からシフトしたものであり、上記の技術を適用したとしても励起光のレーリー散乱光を抑圧することはできないため前述した問題点を解決することは難しい。また、例えば特開２００１−１８５７８７号公報等には、信号光のレーリー散乱光を遮断する内容が提案されているが、これも信号光の波長が励起光とは異なるため、励起光のレーリー散乱光を抑圧することは困難である。さらに、例えば特開昭６０−２６３５３８号公報等においては、ラマン増幅器の出力部に励起光を除去するフィルタを設けた構成が開示されている。しかし、この公知技術においては励起光の波長が信号光の波長帯域外にあるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光までを抑圧することはできず、前述した問題点の解消を図ることは難しい。
【００１５】
また、ラマン増幅のための励起光が原因となる他の問題点として、例えば図３１に示すように、ラマン増幅された信号光の一部を分波器２０５で分波して出力モニタ部２０６でモニタするような場合、上述したような励起光のレーリー散乱光が信号光に加わって雑音となり、信号光出力モニタの誤差要因となってしまうことが考えられる。特に、励起光と信号光が混合した波長配置になっている場合には、前述したように励起光のレーリー散乱光が減衰されずにラマン増幅されるため、出力モニタ部２０６に入射するレーリー散乱光のパワーが大きくなってしまう。上記の問題点は、励起光の波長帯域と信号光の波長帯域とが異なる領域に分けられている場合にも同様であって、信号光の波長帯域外にある励起光のレーリー散乱光は増幅媒体の伝送損失により減衰されるものの、高い精度の出力モニタを行う必要があるときなどには誤差要因になり得る。
【００１６】
さらに、監視制御（Supervisory）信号を伝達するために励起光に変調をかけた場合には、変調された信号光と変調された励起光のレーリー散乱光とが出力モニタ部２０６に入射することになり、２つの変調信号から監視制御信号を復調処理することになるため、制御誤差の要因となってしまうという問題点もある。加えて、レーリー散乱光は光ファイバの長手方向に対し、色々な地点で生じるので、それが強度変調成分となって制御誤差を増大させてしまうことも考えられる。具体的には、光ファイバ中での光速が２×１０8ｍ／ｓであり、励起光に対する光ファイバの実効長が１０ｋｍ〜２０ｋｍであるとすると、上記の強度変調成分としては１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の周波数成分が生じ、それが出力モニタの雑音となって制御誤差の要因となる。
【００１７】
また、ラマン増幅のための励起光が原因となる別の問題点としては、例えば図３２に示すように、光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ；optical time domain reflectometer）を利用して測定可能になるようにしたシステム構成の場合、一方の光伝送路２０１（２０１’）を伝搬する励起光がＯＴＤＲのための光路２０７を通って他方の光伝送路２０１’（２０１）を伝搬してしまうことによる不都合が考えられる。すなわち、インサービス時には、ＯＴＤＲ用の光路２０７を通った後方励起光が対向側の光伝送路上で前方励起光となってラマン増幅の利得波長特性を変化させてしまう。また、ＯＴＤＲ測定を行う際にも光路２０７を通った励起光が測定の雑音となってしまう。なお、上記のＯＴＤＲを用いた測定は、光伝送路に光パルスを入射して光伝送路からの反射光を観測し、光伝送路の切断点を計測する方法であって、光伝送路が切断されていない場合、測定光のレーリー散乱光だけが反射して戻ってくるが、切断されている場合にはフレネル反射光が戻ってくることを利用したものである。
【００１８】
上述してきた従来技術の問題点は、後方励起型のラマン増幅を行う場合を想定したものであるが、信号光の伝搬方向と同じ方向に励起光が伝搬される前方励起型のラマン増幅を行う場合にも、後方励起光のレーリー散乱光に代えて増幅媒体を伝搬した前方励起光の漏れ光を想定することで、後方励起型の場合と同様の各問題点を考えることができる。
【００１９】
本発明は上述したような問題点に着目してなされたもので、信号光の波長帯域内に混在する励起光が原因となって生じる特性劣化を低減することのできるラマン増幅器および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明のラマン増幅器は、信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給し、その増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器であって、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とする。
【００２１】
かかる構成のラマン増幅器では、信号光の波長帯域に重なる波長帯域を持った励起光が励起光発生部から合波部の第３ポート、第１ポートを介して光伝送路上の増幅媒体に後方励起光として与えられることにより、増幅媒体を伝搬する信号光がラマン増幅され、該増幅媒体を伝搬した光が合波部の第１ポート、第２ポートを介して励起光波長抑圧部に送られる。この励起光波長抑圧部では、増幅媒体を伝搬した光に含まれる励起光と同一波長の光成分が光フィルタにより反射されて抑圧されるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光に起因する不要光を殆ど含まないラマン増幅された信号光が出力されるようになる。これにより、前述したような信号光の特性劣化を低減することができるため、信号光の広帯域化を実現することが可能になる。また、上記ラマン増幅器の出力に後段の光伝送路が接続されている場合、該後段の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光も励起光波長抑圧部の光フィルタで反射され、その反射された漏れ光が後段の光伝送路における前方励起光として再利用されるようになる。
【００２２】
上記ラマン増幅器の具体的な構成として、合波部は光サーキュレータであることが好ましい。また、前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備え、前記励起光波長抑圧部は、前記合波部と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されるようにしてもよい。
【００２３】
また、上記ラマン増幅器については、励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に伝搬する前方励起光として増幅媒体に供給する前方励起光合波部を備えるようにしてもよい。
【００２４】
本発明の光伝送システムの１つの態様は、信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体にラマン増幅器からの励起光を供給して信号光をラマン増幅しながら伝送する光伝送システムであって、前記ラマン増幅器は、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とする。
また、本発明の光伝送システムの他の態様は、信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、該各光伝送路上の増幅媒体に、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器と、前記各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を備えた光伝送システムであって、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を、前記ＯＴＤＲ用光路上に備えたことを特徴とする。該光伝送システムについては、前記励起光波長抑圧部を、前記各光伝送路上における前記ＯＴＤＲ用光路との接続部近傍にそれぞれ備えるようにしてもよい。
【００２５】
かかる構成の光伝送システムによれば、光伝送路を伝搬してラマン増幅された信号光と伴に伝搬される励起光と同一波長の光成分が励起光波長抑圧部によって抑圧されるため、信号光の波長帯域内に混在する励起光に起因した不要光の累積が回避されるようになる。これにより、広帯域の信号光を良好な特性で伝送することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかるラマン増幅器の基本構成を示すブロック図である。
図１において、本ラマン増幅器１０は、例えば、光伝送路１を伝搬するＷＤＭ信号光に対応した励起光を発生する励起光発生部としての励起光源１１と、励起光源１１から出力される励起光を光伝送路１に供給する合波部としての合波器１２と、合波器１２を透過した光に含まれる励起光と同一波長の光成分を抑圧する励起光波長抑圧部としての光フィルタ１３とを備えて構成される。
【００２７】
励起光源１１は、例えば図２に示すように、波長の異なる複数の励起光Ｐ1〜ＰMを発生し、その波長帯域λP1〜λPMの長波長側の一部の領域が、波長の異なる複数の信号光Ｓ1〜ＳNを含んだＷＤＭ信号光の波長帯域λS1〜λSNに重なるように設定されている。ここでは、ＷＤＭ信号光の波長帯域外にある励起光をＰ1〜Ｐmで表記し、ＷＤＭ信号光の波長帯域内にある励起光をＰm+1〜ＰMで表記することにする。なお、各励起光Ｐm+1〜ＰMの波長は、各信号光Ｓ1〜ＳNの波長と重複しないように設定されているものとする。各励起光Ｐ1〜ＰMによるラマン増幅の利得波長帯域は、ＷＤＭ信号光の波長帯域全体を含んでいて、各励起光Ｐ1〜ＰMの波長配置またはパワーをそれぞれ適切に設定することによって略平坦な利得波長特性が実現される。
【００２８】
合波器１２は、例えば、光伝送路１の信号光出力端に接続するポートａと、光フィルタ１３の入力端に接続するポートｂと、励起光源１１の出力端に接続するポートｃとを有し、ポートａからポートｂに向かう光およびポートｃからポートａに向かう光をそれぞれ波長帯域に制限なく透過し、それらとは逆方向に向かう光をそれぞれ遮断する。なお、ポートｂおよびポートｃの間については、いずれの方向にも光を伝達しない特性とすることが望ましい。
【００２９】
光フィルタ１３は、励起光Ｐ1〜ＰMの各波長λP1〜λPMと同一波長の光成分に対する透過率が、他の波長に対する透過率に比べて十分に低くなるようなフィルタ特性を持つ公知のデバイスである。この光フィルタ１３には合波器１２のポートｂからの出力光が入力され、その透過光はラマン増幅器１０の出力光として後段の光伝送路等に送られる。
【００３０】
上記のような構成のラマン増幅器１０では、励起光源１１からの励起光Ｐ1〜ＰMが、ＷＤＭ信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するように合波器１２を介して光伝送路１に供給される。これにより、光伝送路１を伝搬するＷＤＭ信号光は、光伝送路１全体を増幅媒体として分布ラマン増幅される。また、励起光Ｐ1〜ＰMが光伝送路１内を伝搬する際に、各励起光と同一波長λP1〜λPMのレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMが発生して光伝送路１内をＷＤＭ信号光と同じ方向に伝搬する。このレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMは、波長が信号光の波長帯域外にあるレーリー散乱光Ｒ1〜Ｒmについては光伝送路１の伝送損失により減衰されるが、信号光の波長帯域内にあるレーリー散乱光Ｒm+1〜ＲMについては励起光Ｐ1〜ＰMによるラマン利得を受けて光伝送路１の伝送損失が補償され、所要のパワーを保って合波器１２まで到達する。したがって、合波器１２のポートａには、ラマン増幅された信号光Ｓ1〜ＳNおよびレーリー散乱光Ｒm+1〜ＲMが主に入射されることになり、それらの光がポートｂに伝達されて光フィルタ１３に出力される。
【００３１】
光フィルタ１３では、合波器１２からの出力光に含まれる信号光Ｓ１〜ＳＮは高い透過率で後段の光伝送路等に出力されるが、レーリー散乱光Ｒｍ＋１〜ＲＭについては反射されることにより抑圧される。また、ここでは、光フィルタ１３の透過率が、信号光の波長帯域外の励起光Ｐ１〜Ｐｍと同一波長についても低く設定されているため、合波器１２からの出力光に信号光の波長帯域外の微弱なパワーのレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭが含まれていたとしても、そのレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭも光フィルタ１３で抑圧されることになる。なお、信号光の波長帯域外のレーリー散乱光Ｒ１〜ＲＭの影響が実質的にない場合には、信号光の波長帯域内の励起光Ｐｍ〜ＰＭと同一波長についてのみ光フィルタ１３の透過率が低くなるような設定を採用してもよい。
【００３２】
このように本ラマン増幅器１０によれば、励起光Ｐ1〜Ｐmと同一波長の光成分を抑圧する光フィルタ１３を合波器１２の後段に設けたことによって、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なって励起光と信号光が同じ領域内に混在するような波長配置が適用される場合でも、励起光のレーリー散乱光Ｒ1〜ＲMを殆ど含まないラマン増幅されたＷＤＭ信号光を出力することができる。これにより、励起光のレーリー散乱光が原因で発生する線形クロストークや非線形クロストークなどによる特性劣化を低減することができるため、ＷＤＭ信号光の広帯域化を実現した大容量の光伝送システムを構築することが可能になる。
【００３３】
次に、上記のような基本構成を適用したラマン増幅器の具体的な実施形態について説明する。
図３は、第１実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。なお、図１の基本構成と同じ部分には同一の符号が付してあり、以降、他の実施形態においても同様とする。
【００３４】
図３のラマン増幅器１０Ａは、上記図１の基本構成について、合波器１２の具体例として光サーキュレータ１２Ａを使用すると共に、光フィルタ１３の具体例としてファイバブラッググレーティング１３Ａを使用したものである。なお、図３の構成例には、増幅媒体としての光伝送路１を介して２つのラマン増幅器１０Ａを縦続接続した状態が示してある。
【００３５】
光サーキュレータ１２Ａは、例えば３つのポートａ〜ｃを有し、光伝送路１に接続するポートａからファイバブラッググレーティング１３Ａに接続するポートｂに向かう光と、励起光源１１の出力端に接続するポートｃからポートａに向かう光とをそれぞれ透過し、それ以外の方向への光の伝達を遮断する。
ファイバブラッググレーティング１３Ａは、光サーキュレータ１２Ａのポートｂに接続する光伝送路１上のポートｂ近傍に、各励起光Ｐ1〜ＰMと同一波長の光成分が反射されるように設計したグレーティングを形成したものである。このファイバブラッググレーティング１３Ａは、例えば図４に示すようにある１つの励起光Ｐ#に着目した場合に、その波長λP#と同一の波長を中心にして透過率が急峻に変化する反射帯を有し、このような反射帯が、図示しないが各励起光波長λP1〜λPMに対応してそれぞれ存在するようなフィルタ特性を持つ。
【００３６】
上記のような構成のラマン増幅器１０Ａでは、後方励起光Ｐ1〜ＰMが光サーキュレータ１２Ａを介して光伝送路１に供給され、その光伝送路１を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光Ｒm〜ＲM（微弱なレーリー散乱光Ｒ1〜Ｒmを含む）が光サーキュレータ１２Ａを通過してファイバブラッググレーティング１３Ａに入射する。ファイバブラッググレーティング１３Ａでは、ＷＤＭ信号光はそのまま透過され、レーリー散乱光は反射される。この反射されたレーリー散乱光は、光サーキュレータ１２Ａのポートｂに戻されるが、ポートｂからポートｃには伝達されないため、励起光源１１の動作に影響を及ぼすようなことはない。また、上記のファイバブラッググレーティング１３Ａでは、後段の光伝送路１を伝搬する後方励起光の漏れ光も反射されることになる。これにより、反射された漏れ光が前方励起光として再利用されるようになる。
【００３７】
このように第１実施形態のラマン増幅器１０Ａによれば、光サーキュレータ１２Ａおよびファイバブラッググレーティング１３Ａを利用した具体的な構成によって、励起光のレーリー散乱光を抑圧してクロストーク等による特性劣化を低減することができると共に、励起光がいわゆるダブルパスで用いられるため、小さな励起光パワーで所望の利得が得られるようになって消費電力の低減を図ることが可能になる。
【００３８】
なお、上記のラマン増幅器１０Ａでは、光サーキュレータ１２Ａがポートｂからポートｃに光を伝達しない特性を持つものとしたが、この方向にも光を伝達するような光サーキュレータを用いることも可能である。この場合には、例えば図５に示すように、励起光源１１の出力端と光サーキュレータ１２Ａのポートｃとの間に光アイソレータ１４を挿入して、ファイバブラッググレーティング１３Ａで反射されたレーリー散乱光が励起光源１１に入射されないようにするのがよい。
【００３９】
次に、本発明にかかるラマン増幅器の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図６のラマン増幅器１０Ｂは、上記第１実施形態のラマン増幅器１０Ａについて、光伝送路１として正分散ファイバ１Ａと負分散ファイバ１Ｂを順に接続した混成伝送路を用いるようにしたものである。光伝送路１の前半部分に配置される正分散ファイバ１Ａは、信号光に対して正の波長分散および正の分散スロープを持つ光ファイバであり、具体的には、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（ＳＭＦ）や分散シフトファイバ（ＤＳＦ）等とすることが可能である。一方、光伝送路１の後半部分に配置される負分散ファイバ１Ｂは、正分散ファイバ１Ａの波長分散および分散スロープが補償可能となるように設計された負の波長分散および負の分散スロープを持つ光ファイバである。この負分散ファイバ１Ｂは、正分散ファイバ１Ａに比べて非線形実効断面積が小さくラマン利得を得やすい増幅媒体となる。したがって、光サーキュレータ１２Ａを介して供給される後方励起光によるラマン利得の大部分は後半の負分散ファイバ１Ｂにおいて与えられる。
【００４０】
上記のような混成伝送路を用いる場合、ファイバブラッググレーティング１３Ａは、前半の正分散ファイバ１Ａ上に配置することが可能であり、ここでは例えば負分散ファイバ１Ｂとの接続点近傍に設けるようにしている。
このような構成のラマン増幅器１０Ｂでは、正分散ファイバ１Ａおよび負分散ファイバ１Ｂを順に伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光が、前述の第１実施形態の場合と同様にして、光サーキュレータ１２Ａを透過し正分散ファイバ１Ａを通ってファイバブラッググレーティング１３Ａに入射され、励起光のレーリー散乱光のみが反射されて抑圧される。また、ファイバブラッググレーティング１３Ａでは、後段のラマン増幅器１０Ｂから供給され負分散ファイバ１Ｂを伝搬する後方励起光の漏れ光も反射され、励起光がダブルパスで利用される。
【００４１】
なお、ファイバブラッググレーティング１３Ａによって反射され、負分散ファイバ１Ｂを再度伝搬した励起光の漏れ光は、光サーキュレータ１２Ａを通過して正分散ファイバ１Ａに入射することになるが、この段階での漏れ光のパワーは十分に小さくなっている上、正分散ファイバ１Ａ自体の非線形実効断面積が大きくラマン利得を得難いため、その影響は特に大きな問題とはならない。
【００４２】
このように第２実施形態のラマン増幅器１０Ｂによれば、正分散ファイバ１Ａおよび負分散ファイバ１Ｂからなる混成伝送路に対応した構成においても、前述の第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
なお、上述した第１および第２実施形態の各ラマン増幅器１０Ａ，１０Ｂでは、励起光をダブルパスで利用する場合を示したが、ファイバブラッググレーティング１３Ａで反射された後方励起光の漏れ光と、反射される前の後方励起光とが相互作用等して悪影響を及ぼす可能性がある場合には、例えば図７のラマン増幅器１０Ａ”などに示すように、ファイバブラッググレーティング１３Ａの直後（信号光の出力端近傍）に光アイソレータ１５を挿入して、励起光をシングルパスで用いるようにしてもよい。
【００４３】
次に、本発明にかかるラマン増幅器の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図８のラマン増幅器１０Ｃは、例えば、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の状態をモニタする機能を備えた構成について本発明を適用した一例である。具体的には、励起光Ｐ1〜ＰMを光伝送路１に供給する光サーキュレータ１２Ａのポートｂから出力される光の一部が分波器１６によってモニタ光として分波され、そのモニタ光が出力モニタ部１７に送られてラマン増幅されたＷＤＭ信号光の出力状態がモニタされる構成について、励起光Ｐ1〜ＰMと同一波長の光成分を抑圧するファイバブラッググレーティング１３Ａが、光サーキュレータ１２Ａのポートｂと分波器１６の間に設けられる。
【００４４】
出力モニタ部１７は、例えば、分波器１６で分岐されたモニタ光を受光してパワーを検出することにより、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光のトータルパワーをモニタする。また、励起光に変調をかけてＷＤＭ信号光を強度変調し監視制御信号の伝達が行われる場合には、モニタ光から変調成分を抽出して監視制御信号の復調処理を行うようにしてもよい。この出力モニタ部１７におけるモニタ結果は、ここでは特に図示しないが、例えば励起光源１１の駆動状態の制御等に利用することが可能である。
【００４５】
このような構成のラマン増幅器１０Ｃでは、光サーキュレータ１２Ａのポートｂから出力される光に含まれる励起光のレーリー散乱光がファイバブラッググレーティング１３Ａによって反射され、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光が分波器１６に到達するようになる。これにより、励起光のレーリー散乱光による雑音を殆ど含まないモニタ光が出力モニタ部１７に送られるようになるため、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の状態を高い精度でモニタすることができるようになる。
【００４６】
なお、上記の第３実施形態では、光サーキュレータ１２Ａと分波器１６の間にファイバブラッググレーティング１３Ａが配置される場合を示したが、励起光のレーリー散乱光による雑音を低減して出力モニタの精度向上を図るという点にのみ着目すれば、例えば図９のラマン増幅器１０Ｃ’に示すように、分波器１６と出力モニタ部１７の間にファイバブラッググレーティング１３Ａを配置することも可能である。また、前述の図７に示した場合と同様に、ダブルパスにおける励起光の相互作用等が悪影響を及ぼす可能性があるときには、例えば図１０のラマン増幅器１０Ｃ”などに示すように、ファイバブラッググレーティング１３Ａの直後に光アイソレータ１５を挿入して、励起光をシングルパスで用いるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、後方励起型の構成について説明したが、例えば図１１のラマン増幅器１０Ｄに示すように、励起光源１８および合波器（ＷＤＭカプラ）１９を設け、光伝送路１に対して後方励起光Ｐ１〜ＰＭに加えて前方励起光Ｐ１’〜ＰＭ’を供給するようにした双方向励起型の構成についても、光サーキュレータ１２Ａと分波器１６の間にファイバブラッググレーティング１３Ａを設けるようにしてもよい。このような構成の場合には、ファイバブラッググレーティング１３Ａによって、後方励起光のレーリー散乱光だけでなく前方励起光の漏れ光も抑圧されるようになり、ラマン増幅されたＷＤＭ信号光の正確なモニタが可能になる。加えて、双方向励起型の構成についても、上記の図９および図１０に示した場合と同様の構成を適用することが可能であり、各々の場合の構成例を図１２のラマン増幅器１０Ｄ’および図１３のラマン増幅器１０Ｄ”として示しておく。
【００４８】
また、上述した第１〜第３実施形態のラマン増幅器では、励起光と同一波長の光成分を抑圧する光フィルタ１３の一例としてファイバブラッググレーティング１３Ａを使用する場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、励起光の各波長に対応したフィルタ特性を持つ、例えば、ノッチフィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダー型フィルタ、チャープドファイバグレーティングなどの周知の光フィルタを用いることが可能である。具体的に、波長間隔の等しい励起光が用いられる場合には、図１４（Ａ）に示すように、励起光の波長間隔に応じて透過率が周期的に変化する光フィルタを使用するのが効率的である。この場合、信号光の減衰を防ぎ、光フィルタによる帯域制限を回避するため、透過帯域における透過率の変化ができるだけ平坦な光フィルタを用いるのが望ましい。一方、励起光の波長間隔が等しくない場合には、図１４（Ｂ）に示すように所要の波長で反射率または減衰率が急峻に変化する単峰性の光フィルタを組み合わせて用いることが可能である。
【００４９】
次に、本発明にかかる光伝送システムの実施形態について説明する。
図１５は、本発明にかかる光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。
図１５の光伝送システム１００Ａは、例えば、上述の図２５に示した一般的なシステム構成について、各光中継器１０４として、上述したような本発明によるラマン増幅器１０を適用したものである。また、ここでは、光送信局１０１内のポストアンプ１０１Ｃおよび光受信局１０２内のプリアンプ１０２Ｃについても本発明のラマン増幅器１０を適用している。ただし、ポストアンプ１０１Ｃについては、光伝送路１０３を増幅媒体とする分布型ラマン増幅器ではなく、その内部に増幅媒体を備えた集中型ラマン増幅器が用いられるものとする。
【００５０】
このような構成の光伝送システム１００Ａでは、図１６の概念図に示すように、各中継区間のラマン増幅器１０において後方励起光のレーリー散乱光（または前方励起光の漏れ光）が抑圧されるため、一般的なシステムのように、信号光の波長帯域内に混在する励起光のレーリー散乱光がラマン増幅されながら中継伝送されて累積し、その光パワーが信号光に比べて遥かに大きくなってしまうような事態が回避される。これにより、励起光のレーリー散乱光等が原因となって生じるクロストークや４光波混合、ラマン利得の特性変化などによる影響を低減することができ、広帯域のＷＤＭ信号光を良好な特性で中継伝送することが可能になる。
【００５１】
なお、上記の光伝送システム１００Ａでは、すべての中継区間に対して本発明によるラマン増幅器１０を適用するようにしたが、例えば図１７のシステム１００Ａ’に示すように、所要数の中継区間おきにラマン増幅器１０を適用して、励起光のレーリー散乱光等の抑圧を行うようにしてもよい。また、例えば本発明のラマン増幅器１０とＥＤＦＡ等の公知の光増幅器とを組み合わせたものを光中継器に適用して、励起光のレーリー散乱光等の抑圧を行うことも可能である。
【００５２】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第２実施形態について説明する。
図１８は、第２実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図１８において、本光伝送システム１００Ｂは、例えば、上述の図２５に示した一般的なシステム構成において、中継伝送されるＷＤＭ信号光の利得等化を行う中継区間（以下、利得等化区間とする）が設定されている場合に、その利得等化区間に励起光と同一波長の光成分を抑圧する機能を備えた利得補償装置としての利得等化部２０を設けたものである。
【００５３】
利得等化部２０は、例えば図１９に示すように、ＷＤＭ信号光を複数の波長帯ごとに分波する分波器２１と、各波長帯の信号光の利得等化を行う複数の利得等化器（ＧＥＱ）２２と、利得等化された各波長帯の信号光を合波する合波器２３とを有する。分波器２１は、入力ポートに送られてきたＷＤＭ信号光を、図２０の上段に示すような分波特性に従って、ＷＤＭ信号光の波長帯域内に混在する励起光の各波長λPm〜λPMを少なくとも境界として複数の波長帯にそれぞれ分波し、各波長帯の信号光を各々に対応した出力ポートを介して各利得等化器２２に出力する。各利得等化器２２は、入力される信号光に含まれる各波長光が所望のレベルとなるようにする公知の利得補償デバイスである。合波器２３は、分波器２１に対応した合波特性を持ち、各利得等化器２２から出力される各々の波長帯の信号光を合波したＷＤＭ信号光を光伝送路１に出力する。
【００５４】
上記のような構成の利得等化部２０では、前段までの各中継区間を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光等が分波器２１に入力されると、その分波特性によって、各波長帯の境界に中心波長が一致する励起光のレーリー散乱光が減衰されて抑圧される。さらに、各利得透過器２２で利得等化された後に合波器２３で合波される際にも、分波器２１を通過した時と同様にして励起光のレーリー散乱光が抑圧される。これにより、利得等化部２０からの出力光に含まれる励起光のレーリー散乱光は大幅に減衰されるようになるため、クロストークや４光波混合、ラマン利得の特性変化などによる影響を低減することができ、広帯域のＷＤＭ信号光を良好な特性で中継伝送することが可能になる。
【００５５】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第３実施形態について説明する。
図２１は、第３実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図２１において、本光伝送システム１００Ｃは、上記第２実施形態の光伝送システム１００Ｂについて、利得等化部２０に代えて、励起光抑圧部としての光フィルタ２５と利得等化器２６とを設けたものである。上記以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００５６】
光フィルタ２５は、上述の図１に示した本発明によるラマン増幅器の基本構成における光フィルタ１３と同様のものであり、励起光と同一波長の光成分を抑圧するフィルタ特性を備えたものである。利得等化器２６は、光フィルタ２５を通過したＷＤＭ信号光に含まれる各波長光が所望のレベルとなるようにする公知の利得補償デバイスである。
【００５７】
このような光伝送システム１００Ｃでは、利得等化区間の前段までの各中継区間を伝搬してラマン増幅されたＷＤＭ信号光および励起光のレーリー散乱光等が、利得等化区間の光フィルタ２５に入力されることによって、励起光のレーリー散乱光が抑圧され、前段の中継区間までに累積されたレーリー散乱光を殆ど含まないＷＤＭ信号光が利得等化器２６に送られて利得等化が行われるようになる。これにより、本光伝送システム１００Ｃにおいても、第２実施形態の光伝送システム１００Ｂの場合と同様の効果を得ることが可能になる。
【００５８】
なお、上記光伝送システム１００Ｃでは、利得等化区間について励起光抑圧部としての光フィルタ２５を設けるようにしたが、例えば図２２に示すように、光受信局１０２のプリアンプ１０２Ｃの前段に励起光抑圧部としての光フィルタ２７を設け、光受信局１０２において、累積された励起光のレーリー散乱光等を抑圧するようにしてもよい。
【００５９】
次に、本発明にかかる光伝送システムの第４実施形態について説明する。
図２３は、第４実施形態の光伝送システムの全体構成を示す図である。
図２３の光伝送システム１００Ｄは、上述の図３２に示したような光伝送路の状態を光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能にしたシステム構成について本発明を適用し、励起光がＯＴＤＲ用の光路を通って対向する光伝送路を伝搬してしまうことによる不都合を解消したものである。具体的には、光伝送システム１００Ｄは、例えば、信号光の伝搬方向が相反する一対の上り回線および下り回線を１つのシステム単位として各中継区間の光中継器を上下回線で共用し、各々の光中継器内の励起光源２０２で発生するラマン増幅用の励起光を、上り回線側の光サーキュレータ２０４および下り回線側の光サーキュレータ２０４’をそれぞれ介して、上りの光伝送路２０１および下りの光伝送路２０１’に後方励起光としてそれぞれ供給する。また、光伝送システム１００Ｄは、各光中継器に対応して、各光伝送路２０１，２０１’の間を互いに接続するＯＴＤＲ測定のための光路２０７をそれぞれ有する。各ＯＴＤＲ用の光路２０７は、両端部分が各光伝送路２０１，２０１’上における光サーキュレータ２０４のポートｂ（信号光が出力されるポート）付近に接続されていて、一方の回線側の光伝送路に信号光と同方向に送信されたＯＴＤＲ測定用の光パルスの反射光を、他方の回線側の光伝送路に送ることが可能である。このようなＯＴＤＲ用の光路２０７上には、励起光波長抑圧部としての光フィルタ３０がそれぞれ挿入されている。この光フィルタ３０は、上述の図１に示した本発明によるラマン増幅器の基本構成における光フィルタ１３と同様のものであり、励起光と同一波長の光成分を抑圧するフィルタ特性を備えたものである。
【００６０】
上記のような構成の光伝送システム１００Ｄでは、上下回線の各光伝送路２０１，２０１’にそれぞれ供給された後方励起光の漏れ光がＯＴＤＲ用の光路２０７に入射することになるが、その光路２０７を伝搬する漏れ光は光フィルタ３０によって抑圧される。したがって、インサービス時には、一方の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光が、ＯＴＤＲ用の光路２０７を通って他方の光伝送路に供給されて前方励起光として作用するようなことが回避されるため、各回線における信号光のラマン増幅を安定して行うことができる。また、ＯＴＤＲ測定を行う際にも、測定用の光パルス（励起光とは異なる波長に設定されている）の反射光のみが光路２０７を通って対向する光伝送路に伝えられるようになり、後方励起光の漏れ光が雑音としてＯＴＤＲ測定に影響を及ぼすようなことが低減されるため、ＯＴＤＲ測定を高い精度で行うことが可能になる。このような効果は、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域とは異なる場合、信号光の波長帯域と重なる場合のいずれの場合にも得られるものである。
【００６１】
なお、上記の光伝送システム１００Ｄでは、励起光波長抑圧部としての光フィルタ３０がＯＴＤＲ用の光路２０７上に挿入される構成例を示したが、例えば図２４の光伝送システム１００Ｄ’に示すように、光伝送路上における光路２０７との接続部近傍に光フィルタ３０を配置し、励起光の漏れ光がＯＴＤＲ用の光路２０７に入力される前に抑圧されるような構成とすることも可能である。また、ここでは後方励起型の構成例を説明したが、前方励起型または双方向励起型の場合についても上記の構成は有効である。この場合には、前方励起光のレーリー散乱光がＯＴＤＲ用光路２０７上の光フィルタ３０によって抑圧されることになる。
【００６２】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６３】
（付記１） 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給し、該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器であって、
励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なる領域を有するとき、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を備えて構成されたことを特徴とするラマン増幅器。
【００６４】
（付記２） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、を備え、
前記励起光波長抑圧部が、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる後方励起光のレーリー散乱光を抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００６５】
（付記３） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持つことを特徴とするラマン増幅器。
【００６６】
（付記４） 付記３に記載のラマン増幅器であって、
前記合波部が、光サーキュレータであることを特徴とするラマン増幅器。
【００６７】
（付記５） 付記２に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備えるとき、前記励起光波長抑圧部は、前記合波部と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００６８】
（付記６） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に伝搬する前方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、を備え、
前記励起光波長抑圧部が、前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる前方励起光の漏れ光を抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００６９】
（付記７） 付記６に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備えるとき、前記励起光波長抑圧部は、前記増幅媒体の信号光出力端と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００７０】
（付記８） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記光伝送路が、信号光の波長帯域に対して正の波長分散を持つ第１ファイバと、信号光の波長帯域に対して負の波長分散を持つ第２ファイバと、を含んだ混成伝送路であり、信号光が第１ファイバおよび第２ファイバを順に伝搬するように与えられるとき、
前記励起光波長抑圧部は、前記第１ファイバ上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。
【００７１】
（付記９） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光波長抑圧部は、信号光の波長帯域外にある励起光と同一波長の光成分も抑圧することを特徴とするラマン増幅器。
【００７２】
（付記１０） 付記１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光波長抑圧部は、励起光の波長に対応して透過率が急峻に変化する光フィルタであることを特徴とするラマン増幅器。
【００７３】
（付記１１） 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体にラマン増幅器からの励起光を供給して信号光をラマン増幅しながら伝送する光伝送システムであって、
励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なる領域を有するとき、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００７４】
（付記１２） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部が、前記ラマン増幅器内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７５】
（付記１３） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
光伝送路を伝搬する信号光の利得波長特性を補償する利得補償装置を含み、
前記励起光波長抑圧部が、前記利得補償装置内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７６】
（付記１４） 付記１３に記載の光伝送システムであって、
前記利得補償装置は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光の波長を少なくとも境界として、信号光を複数の波長帯に分波する分波部と、該分波部で分波された各波長帯の信号光ごとに利得補償を行う複数の利得補償部と、該各利得補償部で利得補償された各波長帯の信号光を合波する合波部と、を有し、前記分波部および前記合波部が前記励起光波長抑圧部として機能することを特徴とする光伝送システム。
【００７７】
（付記１５） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
光伝送路を伝搬した信号光を受信処理する光受信装置を含み、
前記励起光波長抑圧部が、前記光受信装置内に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【００７８】
（付記１６） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を有し、
前記励起光波長抑圧部が、前記ＯＴＤＲ用光路上に配置されたことを特徴とする光伝送システム。
【００７９】
（付記１７） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を有し、
前記励起光波長抑圧部が、前記各光伝送路上における前記ＯＴＤＲ用光路との接続部近傍にそれぞれ配置されたことを特徴とする光伝送システム。
【００８０】
（付記１８） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部は、信号光の波長帯域外にある励起光と同一波長の光成分も抑圧することを特徴とする光伝送システム。
【００８１】
（付記１９） 付記１１に記載の光伝送システムであって、
前記励起光波長抑圧部は、励起光の波長に対応して透過率が急峻に変化する光フィルタであることを特徴とする光伝送システム。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラマン増幅器および光伝送システムによれば、励起光の波長帯域が信号光の波長帯域に重なるような波長配置を適用して信号光の広帯域化を図るような場合でも、信号光の波長帯域内に混在する励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を設けたことによって、後方励起光のレーリー散乱光や前方励起光の漏れ光を殆ど含んでいないラマン増幅された信号光を伝送することが可能になる。これにより、励起光に起因して生じるクロストークや４光波混合光などによる特性劣化を低減することができ、信号光の広帯域化を実現した大容量の光伝送システムを構築することが可能になる。また、上記ラマン増幅器の出力に接続される後段の光伝送路を伝搬する後方励起光の漏れ光が励起光波長抑圧部の光フィルタで反射され、その反射された漏れ光が後段の光伝送路における前方励起光として再利用されるようになるため、励起光がいわゆるダブルパスで用いられ、小さな励起光パワーで所望の利得が得られるようになって消費電力の低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるラマン増幅器の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の基本構成における励起光および信号光の波長配置の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかるラマン増幅器の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態のラマン増幅器におけるファイバブラッググレーティングのフィルタ特性を説明するための図である。
【図５】第１実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかるラマン増幅器の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明にかかるラマン増幅器の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施形態のラマン増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態のラマン増幅器に関連した別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】第３実施形態のラマン増幅器に関連して双方向励起型の構成に対応させた場合の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１１の構成例に関する変形例を示すブロック図である。
【図１３】図１１の構成例に関する他の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明のラマン増幅器に用いられる光フィルタの特性例を示す図である。
【図１５】本発明にかかる光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。
【図１６】第１実施形態の光伝送システムにおける動作を説明するための概念図である。
【図１７】第１実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図１８】本発明にかかる光伝送システムの第２実施形態の構成を示す図である。
【図１９】第１実施形態の光伝送システムにおける利得等化部の構成例を示す図である。
【図２０】図１９の分波器の特性を説明するための図である。
【図２１】本発明にかかる光伝送システムの第３実施形態の構成を示す図である。
【図２２】第３実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図２３】本発明にかかる光伝送システムの第４実施形態の構成を示す図である。
【図２４】第４実施形態の光伝送システムに関連した他の構成例を示す図である。
【図２５】一般的なＷＤＭ光増幅中継伝送システムの構成例を示す図である。
【図２６】従来のラマン増幅器の構成例を示す図である。
【図２７】従来のラマン増幅器における励起光および信号光の波長配置例を示す図である。
【図２８】従来のラマン増幅器のおいて励起光の合波器として光サーキュレータを用いた一例を示す図である。
【図２９】従来のラマン増幅器のおいて信号光の広帯域化を図った励起光の波長配置例を示す図である。
【図３０】従来のラマン増幅器における４光波混合の問題点を説明するための図である。
【図３１】出力モニタ部を備えた従来のラマン増幅器における問題点を説明するための図である。
【図３２】ＯＴＤＲ測定のための光路を備えた従来の光伝送システムにおける問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 光伝送路
１０ ラマン増幅器
１１，１８ 励起光源
１２，１９，２３ 合波器
１２Ａ 光サーキュレータ
１３，２５，２７，３０ 光フィルタ
１３Ａ ファイバブラッググレーティング
１４，１５ 光アイソレータ
１６，２１ 分波器
１７ 出力モニタ部
２０ 利得等化部
２２，２６ 利得等化器
２０７ ＯＴＤＲ用光路
Ｐ1〜ＰM 励起光
Ｒ1〜ＲM レーリー散乱光
Ｓ1〜ＳN 信号光
Claims (7)
- 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体に励起光を供給し、該増幅媒体を伝搬する信号光をラマン増幅するラマン増幅器であって、
信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、
前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、
前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
前記合波部が、光サーキュレータであることを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
前記増幅媒体を伝搬した光の一部を分波する分波部と、
該分波部で分波された光を基にラマン増幅された信号光をモニタする出力モニタ部と、を備え、
前記励起光波長抑圧部は、前記合波部と前記出力モニタ部との間の光路上に配置されることを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１に記載のラマン増幅器であって、
前記励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向と同じ方向に伝搬する前方励起光として前記増幅媒体に供給する前方励起光合波部を備えたことを特徴とするラマン増幅器。 - 信号光が伝搬する光伝送路上の増幅媒体にラマン増幅器からの励起光を供給して信号光をラマン増幅しながら伝送する光伝送システムであって、
前記ラマン増幅器は、
信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を発生する励起光発生部と、
該励起光発生部からの励起光を信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する後方励起光として前記増幅媒体に供給する合波部と、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部と、を備え、
前記合波部は、前記増幅媒体の信号光出力端に接続する第１ポートと、前記励起光波長抑圧部の入力端に接続する第２ポートと、前記励起光発生部の出力端に接続する第３ポートと、を有し、前記第１ポートから前記第２ポートに向かう光および前記第３ポートから前記第１ポートに向かう光を伝達可能な方向性を持ち、
前記励起光波長抑圧部は、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光を反射する光フィルタを用いたことを特徴とする光伝送システム。 - 信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路上の増幅媒体に、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器と、
前記各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を備えた光伝送システムで あって、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を、前記ＯＴＤＲ用光路上に備えたことを特徴とする光伝送システム。 - 信号光が互いに異なる方向に伝搬する一対の光伝送路と、
該各光伝送路上の増幅媒体に、信号光の波長帯域に重なる領域を有する波長帯域の励起光を供給して信号光をラマン増幅するラマン増幅器と、
前記各光伝送路の状態が光時間領域反射計（ＯＴＤＲ）を利用して測定可能になるように、各々の光伝送路の間を互いに接続したＯＴＤＲ用光路と、を備えた光伝送システムであって、
前記増幅媒体を伝搬した光に含まれる、前記信号光の波長帯域に重なる領域内の励起光と同一波長の光成分を抑圧可能な励起光波長抑圧部を、前記各光伝送路上における前記ＯＴＤＲ用光路との接続部近傍にそれぞれ備えたことを特徴とする光伝送システム。
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