JP3936275B2 - 光伝送システム及び光伝送方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高利得及び広帯域な光増幅が行える、ブリルアン増幅及びラマン増幅を用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離光伝送システムにおいては、伝送路損失を補償するための光増幅技術が必須となる。
光増幅技術には、単一の筐体内に光増幅の機能を持たせた集中利得型の光増幅器を用いる方法と、光伝送路そのものが利得を有する分布利得型の光伝送路を用いる技術がある。
【０００３】
分布利得型の光伝送路を用いる方法は、伝送距離に対する光信号のパワーダイヤグラムの変化量を小さくすることができるため、非線型光学効果やショットノイズリミットからくる信号劣化が少ないという利点がある（例えば、非特許文献１）。
光伝送路に分布利得を持たせる構成としては、ブリルアン増幅を用いる構成（例えば、非特許文献２）や希土類元素を光伝送路にドープする構成（例えば、非特許文献３）が知られているが、今日ではラマン増幅を用いて光伝送路に分布利得を持たせる構成が広く用いられている（特許文献１）。
また、ラマン増幅用の励起光を２種用意し、第一のラマン増幅用励起光を第二のラマン増幅用励起光で増幅するという構成も提案されている（非特許文献４）。
【０００４】
【非特許文献１】
川上広人他（H.Kawakami et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vol.19,pp.1887-1891,2001
【非特許文献２】
エヌ・エー・オルソン他（N.A.Olsson et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vo1.5,pp.147-153,2001.
【非特許文献３】
川上広人他（H.Kawakami et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vol.19,pp.1887-1891,200l
【非特許文献４】
ビンス・ドミニク他（Vince Dominic et al.）,OAA2001,0MC6-1,2001.
【特許文献１】
特開２０００−１５１５０７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したブリルアン増幅やラマン増幅は、以下に示す問題点を有している。
ブリルアン増幅は、利得効率が高いという利点を有しているが、利得帯域が極めて狭い（数十ＭＨｚ）ため、高速・大容量の信号光の増幅に対して、事実上使用が行えないという問題がある。
【０００６】
また、ラマン増幅を用いる方法は、利得帯域が広いののの、利得効率が低いため、高パワーの励起光を光伝送路に入射させる必要がある。
ここで、図６のテーブルに、シリカファイバにおける両者の利得帯城および利得効率の典型値を記す。
図６からも分かるように、ラマン増幅は利得帯域が広い（少なくとも、５ＴＨｚ以上）ものの、利得係数が低い。
一方、ブリルアン増幅は利得帯域が狭い（約１０ＭＨｚ程度）ものの、利得係数が高い。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、従来のラマン増幅に比べ低パワーの励起光を用い、高い利得効率と広い利得帯域とを発生させて、伝送信号の伝送路損失の補償を行う光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送システムは、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光伝送システムは、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光伝送システムは、前記ブリルアン増幅用励起光源が、複数のレーザー光源の出力を波長多重した構成を有しており、前記複数のレーザー光源の波長および強度を、各レーザ毎に個別に制御する制御回路を有することを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ブリルアン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重された構成であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタする手段と、前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させる手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の光伝送方法は、信号光が伝搬する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出方する過程と、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により、前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１２】
本発明の光伝送方法は、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出力する過程と、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により前記信号光を光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１３】
本発明の光伝送方法は、前記ブリルアン増幅用励起光源において、複数のレーザー光源の出力を波長多重する過程を有しており、前記複数のレーザー光源の波長および強度を、制御回路により各レーザ毎に個別に制御することを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ブリルアン増幅用励起光源に多波長光源を用い、レーザ光を多モード発振させることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源に多波長光源を用い、多モード発振させることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重されていることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタし、前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施形の説明を始める前に、図１を参照して、本願発明の基本概念を説明する。
本発明の光伝送システムは、信号光を増幅するためのラマン増幅用励起光と、ラマン増幅用励起光を増幅するためのブリルアン増幅用励起光を用いている。
前記ブリルアン増幅用励起光により、ラマン増幅用励起光はブリルアン増幅を受ける。
そして、信号光は、ブリルアン増幅用励起光で増幅されたラマン増幅用励起光により、ラマン増幅を受けることになる。
【００１５】
図１に、利得媒体（光伝送路１）に対する２つの励起光と信号光との進行方向、および本発明における励起光のスペクトル（実線）と利得帯域（破線、励起光及び信号の増幅が行われる領域）との模式図を示す。
図１（ａ）に示すように、ブリルアン増幅用励起光とラマン増幅用励起光とは、互いに逆向きに利得媒体の中を進行する。利得媒体としては光伝送路を用いることが望ましい。
ブリルアン増幅用励起光により利得媒体内にブリルアン利得が発生するが、利得媒体がシリカファイバの場合、その利得帯域は数十ＭＨｚであり、また利得帯域の中心波長とブリルアン増幅用励起光の中心波長とはほぼ一致する。
ブリルアン利得は、ブリルアン増幅用励起光の進行方向と逆の方向にのみ発生する（図１（ｂ），（ｃ））。
【００１６】
一方、ラマン増幅用励起光により利得帯域媒体内にラマン利得が発生するが、利得媒体がシリカファイバの場合、その利得帯域は数ＴＨｚであり、また利得帯域の中心波長とラマン増幅用励起光の波長差は約１００ｎｍとなる。
ラマン利得は、ラマン増幅用励起光の進行方向とは無関係に発生する（図１（ｂ），（ｃ））。
本発明では、ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前述のブリルアン利得の帯域を内部に含む設定となっている（図１（ｂ），（ｃ））。
ラマン増幅用励起光は、ブリルアン利得の帯域内のみにおいて、ブリルアン増幅用励起光により増幅を受ける。
結果として、ラマン増幅用励起光のスペクトルは変形するが、ラマン増幅の利得帯域は励起光のスペクトル帯域よりはるかに広くかつ平坦であるため、上述の変形によってラマン利得の利得帯域の平坦さが損なわれることはない。
【００１７】
本発明では、ブリルアン増幅用励起光を併用しない従来の構成と比較して、ラマン増幅用励起光の強度は増大しているため、ラマン利得の帯域内の全ての波長において、ラマン利得は一様に増大する。
【００１８】
以下、図面を参照して、上述した概念に基づく本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図２は本発明の第１の実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の光伝送システムにおける光増幅システムの第１の実施形態を示す。
【００１９】
ここで、本発明の光増幅システムは、１.５５μｍ近傍の信号を増幅するものを例として説明するが、この波長帯域に限定されるものではない。
光伝送路１は、送信器２と受信器３とを結ぶと共に、利得媒体の機能を兼ねており、シリカを母材とした、長さ５０ｋmのシングルモードファイバが用いられている。
ブリルアン増幅用励起光源４は、各縦モードの波長として、複数の縦モードの波長、例えば、λＢ1、λＢ2、…λＢ5の５種類の縦モードの波長による多モード発振を行うレーザー光源である。
ここで、上記多モード発振において、中心に位置する縦モードの波長λＢ3は、１.４５μｍであり、各縦モードのスペクトル幅は１０ＭＨｚ以下である。
【００２０】
また、各縦モードのレーザ光のパワーは７ｄＢｍ（５ｍＷ）であり、ブリルアン増幅用励起光源４の出力総パワーは、１４ｄＢｍ（２５ｍＷ）である。
ブリルアン増幅用励起光源４は、第１のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラ５を介して、送信器２から出力された信号光と同一方向に、光伝送路１に複数の縦モードの波長のレーザ光を各々入射させる。
これにより、光伝送路１内において、λＢ１，λＢ２，…λＢ５にほぼ等しい５つの波長を中心として帯域数十ＭＨｚのブリルアン利得が生じる。
これらの縦モードの各波長のブリルアン増幅用励起光およびラマン増幅用励起光と、ブリルアン及びラマン利得帯域とのスペクトルを、図３（ａ）及び（ｂ）に示す。
図３（ａ），（ｂ）ともに、横軸は波長であり、縦軸はパワー密度またはゲイン（利得）である。
【００２１】
ラマン増幅用励起光源６は、上記ブリルアン増幅用励起光源４と同様に、多モード発振を行うレーザー光原である。
本第１の実施形態においては、ラマン増幅用励起光の各縦モードの中心波長をλＲＩ、λＲ2、…λＲと表記することとする。
上記ラマン増幅用励起光源６における各縦モードは１０dBm（１０mW）であり、ラマン増幅用励起光源６の出力総パワーは１７dBm（５０mW）である。
各縦モードの波長のスペクトル幅は、各々１ｎｍであり、これらの縦モードの波長のスペクトルは、すでに述べた５つのブリルアン利得帯域を、図３（ａ）に示すように、内部に含む。
【００２２】
ラマン増幅用励起光源６の出力は、第二のＷＤＭカップラ７を介して信号光と逆方向に光伝送路１に入射される。
これらの２種類、すなわちブリルアン増幅用励起光及びラマン増幅用励起光の縦モードと、ブリルアン利得帯域及びラマン利得帯域のスペクトルを図３（ａ）及び（ｂ）に示す。
これにより、図３（ａ）に示すように、ラマン増幅用励起光の各縦モードの、ブリルアンの利得帯域内に重なる部分が増幅される。
【００２３】
結果として、ブリルアン増幅用励起光を併用しない従来の構成と比較して、ラマン増幅用励起光のトータルの光パワーが増大するため、発生するラマン利得は従来の構成よりも大きくなる。
【００２４】
実験によれば、ブリルアン利得帯域内でオンオフゲインは１４dB、ラマン増幅用励起光全体ではオンオフゲイン４dBを得る。
結果として、光伝送路１によるラマン増幅用励起光の損失（約１０dB）の一部が補償される。
光伝送路１内のラマン利得は、図３（ｂ）に示すように、１.５５μｍ帯に現れ、信号光を増幅する。
すでに述べたように、ラマン増幅の利得帯域はブロードであるため、利得帯域は５個所に分離せず単一かつフラットな領域を有している。
【００２５】
この第１の実施形態においては、ラマン増幅用励起光源６のスペクトルが離散的であるが、次の第２の実施形態で述べるように、単一でフラットな光源を用いても同様な結果が得られる。
また、この第１の実施形態においては、光伝送路１が利得媒体として用いられているが、利得媒体となる光ファイバおよび励起光源群を一つの筐体に収め、単一の光増幅器として用いることも可能である。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の光増幅システムの第２の実施形態を示す。
本第２の実施形態は、ラマン増幅用励起光源８およびブリルアン増幅用励起光源９の構成以外は、すでに説明した第１の実施形態の構成と基本的に同様である。
本第２の実施形態においは、ブリルアン増幅用励起装置９として、複数の単一波長のレーザ光源１０からのレーザ出力を、ＡＷＧ（波長合分波器）１１により波長多重させた光回路を用いる。
また、ラマン増幅用励起装置８として、単一でフラットな光源を用いる。
各励起装置の出力のスペクトルおよび利得帯域を図５（ａ），（ｂ）に示す。
図５（ａ），（ｂ）ともに、横軸は波長であり、縦軸はパワー密度またはゲインである。
【００２７】
本第２の実施形態においては、ブリルアン増幅用励起装置９が有する複数のレーザ光源１０の出力するレーザの出力波長およびパワーを、各レーザ毎に個別に変更することにより、複数のブリルアン利得帯域の中心波長および利得の絶対値を個別に変更して調整することができる。
ラマン増幅用励起装置８の出力スペクトルは中心波長に対して非対称に増幅されるので、１.５５μｍ帯域に発生するラマン利得も、また中心波長に対して非対称となる。
【００２８】
この不均一なラマン利得により、光伝送路１の損失を補償すると同時に、伝送系全体の光損失の波長依存性を補償する。
この第２の実施形態においては、光伝送路１が利得媒体として用いられているが、第１の実施形態と同様に、利得媒体となる光ファイバおよび励起光源群を一つの敏体に収め、単一の光増幅器として用いることも出来る。
【００２９】
＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態においては、ブリルアン増幅用励起光の伝播方向を、送信器２から出力される信号光と同一方向（送信器２から受信器３へ向かう方向）とし、ラマン増幅用励起光の伝播方向を信号光と逆方向（受信器３から送信器２へ向かう方向）としている。
一方、第３の実施形態としては、第１及び第２の実施形態の構成において、ブリルアン増幅用励起光の伝播方向を送信器２から出力される信号光と逆方向（受信器３から送信器２へ向かう方向）とし、ラマン増幅用励起光の伝播方向を上記信号光と同一方向（送信器２から受信器３へ向かう方向）となるよう、各々の励起光源の位置を変更しても良い。
また、この第３の実施形態においては、ラマン増幅の偏波依存性を抑圧するため、ラマン増幅用励起光原は偏波多重された構成とすることが望ましい。
なお、本発明では、ブリルアン増幅用励起光源はラマン増幅用励起光源を増幅するために用いられるが、ブリルアン増幅用励起光のエネルギーの一部は、信号光を直接にラマン増幅してしまう。
この副次的なラマン増幅における偏波依存性を抑圧するために、ブリルアン増幅用励起光源もまた偏波多重することが望ましい。
また、この副次的なラマン増幅を積極的に活用し、ラマン増幅用励起光が故障により出力低下した場合の代替とするような構成としてもよい。
すなわち、ラマン増幅用励起光の光パワーをモニタし、光パワーが低下した時にブリルアン増幅用励起光の出力を増大し、直接に信号光を増幅するような構成としてもよい。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の光伝送システムによれば、従来技術に比べ、高い利得効率と広い利得帯域を持つ分布増幅を実現することが可能となる。
すなわち、本発明の光伝送システムによれば、従来のラマン増幅に比べ低パワーの励起光を用い、高い利得効率と広い利得帯域とを発生させて、伝送信号の伝送路損失の補償を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光伝送システムの概念を説明するための概念図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態による光伝送システムの構成例を示す概念図である。
【図３】 本発明の動作を説明するための、ブリルアン利得とラマン利得との関係を示した概念図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態による光伝送システムの構成例を示す概念図である。
【図５】 本発明の動作を説明するための、ブリルアン利得とラマン利得との関係を示した概念図である。
【図６】 ラマン増幅とブリルアン増幅との、利得係数及び利得帯域の関係を示すテーブルである。
【符号の説明】
１ 光伝送路
２ 送信器
３ 受信器
４，９ ブリルアン増幅用励起光源
５ 第一のＷＤＭカップラ
６、８ ラマン増幅用励起光源
７ 第二のＷＤＭカップラ
１０ レーザ光源
１１ ＡＷＧ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高利得及び広帯域な光増幅が行える、ブリルアン増幅及びラマン増幅を用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離光伝送システムにおいては、伝送路損失を補償するための光増幅技術が必須となる。
光増幅技術には、単一の筐体内に光増幅の機能を持たせた集中利得型の光増幅器を用いる方法と、光伝送路そのものが利得を有する分布利得型の光伝送路を用いる技術がある。
【０００３】
分布利得型の光伝送路を用いる方法は、伝送距離に対する光信号のパワーダイヤグラムの変化量を小さくすることができるため、非線型光学効果やショットノイズリミットからくる信号劣化が少ないという利点がある（例えば、非特許文献１）。
光伝送路に分布利得を持たせる構成としては、ブリルアン増幅を用いる構成（例えば、非特許文献２）や希土類元素を光伝送路にドープする構成（例えば、非特許文献３）が知られているが、今日ではラマン増幅を用いて光伝送路に分布利得を持たせる構成が広く用いられている（特許文献１）。
また、ラマン増幅用の励起光を２種用意し、第一のラマン増幅用励起光を第二のラマン増幅用励起光で増幅するという構成も提案されている（非特許文献４）。
【０００４】
【非特許文献１】
川上広人他（H.Kawakami et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vol.19,pp.1887-1891,2001
【非特許文献２】
エヌ・エー・オルソン他（N.A.Olsson et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vo1.5,pp.147-153,2001.
【非特許文献３】
川上広人他（H.Kawakami et al.）,J.Lightwave Tcchnol,,vol.19,pp.1887-1891,200l
【非特許文献４】
ビンス・ドミニク他（Vince Dominic et al.）,OAA2001,0MC6-1,2001.
【特許文献１】
特開２０００−１５１５０７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したブリルアン増幅やラマン増幅は、以下に示す問題点を有している。
ブリルアン増幅は、利得効率が高いという利点を有しているが、利得帯域が極めて狭い（数十ＭＨｚ）ため、高速・大容量の信号光の増幅に対して、事実上使用が行えないという問題がある。
【０００６】
また、ラマン増幅を用いる方法は、利得帯域が広いののの、利得効率が低いため、高パワーの励起光を光伝送路に入射させる必要がある。
ここで、図６のテーブルに、シリカファイバにおける両者の利得帯城および利得効率の典型値を記す。
図６からも分かるように、ラマン増幅は利得帯域が広い（少なくとも、５ＴＨｚ以上）ものの、利得係数が低い。
一方、ブリルアン増幅は利得帯域が狭い（約１０ＭＨｚ程度）ものの、利得係数が高い。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、従来のラマン増幅に比べ低パワーの励起光を用い、高い利得効率と広い利得帯域とを発生させて、伝送信号の伝送路損失の補償を行う光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送システムは、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光伝送システムは、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光伝送システムは、前記ブリルアン増幅用励起光源が、複数のレーザー光源の出力を波長多重した構成を有しており、前記複数のレーザー光源の波長および強度を、各レーザ毎に個別に制御する制御回路を有することを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ブリルアン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重された構成であることを特徴とする。
本発明の光伝送システムは、前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタする手段と、前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させる手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の光伝送方法は、信号光が伝搬する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出方する過程と、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により、前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１２】
本発明の光伝送方法は、信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出力する過程と、前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により前記信号光を光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする。
【００１３】
本発明の光伝送方法は、前記ブリルアン増幅用励起光源において、複数のレーザー光源の出力を波長多重する過程を有しており、前記複数のレーザー光源の波長および強度を、制御回路により各レーザ毎に個別に制御することを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ブリルアン増幅用励起光源に多波長光源を用い、レーザ光を多モード発振させることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源に多波長光源を用い、多モード発振させることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重されていることを特徴とする。
本発明の光伝送方法は、前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタし、前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施形の説明を始める前に、図１を参照して、本願発明の基本概念を説明する。
本発明の光伝送システムは、信号光を増幅するためのラマン増幅用励起光と、ラマン増幅用励起光を増幅するためのブリルアン増幅用励起光を用いている。
前記ブリルアン増幅用励起光により、ラマン増幅用励起光はブリルアン増幅を受ける。
そして、信号光は、ブリルアン増幅用励起光で増幅されたラマン増幅用励起光により、ラマン増幅を受けることになる。
【００１５】
図１に、利得媒体（光伝送路１）に対する２つの励起光と信号光との進行方向、および本発明における励起光のスペクトル（実線）と利得帯域（破線、励起光及び信号の増幅が行われる領域）との模式図を示す。
図１（ａ）に示すように、ブリルアン増幅用励起光とラマン増幅用励起光とは、互いに逆向きに利得媒体の中を進行する。利得媒体としては光伝送路を用いることが望ましい。
ブリルアン増幅用励起光により利得媒体内にブリルアン利得が発生するが、利得媒体がシリカファイバの場合、その利得帯域は数十ＭＨｚであり、また利得帯域の中心波長とブリルアン増幅用励起光の中心波長とはほぼ一致する。
ブリルアン利得は、ブリルアン増幅用励起光の進行方向と逆の方向にのみ発生する（図１（ｂ），（ｃ））。
【００１６】
一方、ラマン増幅用励起光により利得帯域媒体内にラマン利得が発生するが、利得媒体がシリカファイバの場合、その利得帯域は数ＴＨｚであり、また利得帯域の中心波長とラマン増幅用励起光の波長差は約１００ｎｍとなる。
ラマン利得は、ラマン増幅用励起光の進行方向とは無関係に発生する（図１（ｂ），（ｃ））。
本発明では、ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前述のブリルアン利得の帯域を内部に含む設定となっている（図１（ｂ），（ｃ））。
ラマン増幅用励起光は、ブリルアン利得の帯域内のみにおいて、ブリルアン増幅用励起光により増幅を受ける。
結果として、ラマン増幅用励起光のスペクトルは変形するが、ラマン増幅の利得帯域は励起光のスペクトル帯域よりはるかに広くかつ平坦であるため、上述の変形によってラマン利得の利得帯域の平坦さが損なわれることはない。
【００１７】
本発明では、ブリルアン増幅用励起光を併用しない従来の構成と比較して、ラマン増幅用励起光の強度は増大しているため、ラマン利得の帯域内の全ての波長において、ラマン利得は一様に増大する。
【００１８】
以下、図面を参照して、上述した概念に基づく本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図２は本発明の第１の実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の光伝送システムにおける光増幅システムの第１の実施形態を示す。
【００１９】
ここで、本発明の光増幅システムは、１.５５μｍ近傍の信号を増幅するものを例として説明するが、この波長帯域に限定されるものではない。
光伝送路１は、送信器２と受信器３とを結ぶと共に、利得媒体の機能を兼ねており、シリカを母材とした、長さ５０ｋmのシングルモードファイバが用いられている。
ブリルアン増幅用励起光源４は、各縦モードの波長として、複数の縦モードの波長、例えば、λＢ1、λＢ2、…λＢ5の５種類の縦モードの波長による多モード発振を行うレーザー光源である。
ここで、上記多モード発振において、中心に位置する縦モードの波長λＢ3は、１.４５μｍであり、各縦モードのスペクトル幅は１０ＭＨｚ以下である。
【００２０】
また、各縦モードのレーザ光のパワーは７ｄＢｍ（５ｍＷ）であり、ブリルアン増幅用励起光源４の出力総パワーは、１４ｄＢｍ（２５ｍＷ）である。
ブリルアン増幅用励起光源４は、第１のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラ５を介して、送信器２から出力された信号光と同一方向に、光伝送路１に複数の縦モードの波長のレーザ光を各々入射させる。
これにより、光伝送路１内において、λＢ１，λＢ２，…λＢ５にほぼ等しい５つの波長を中心として帯域数十ＭＨｚのブリルアン利得が生じる。
これらの縦モードの各波長のブリルアン増幅用励起光およびラマン増幅用励起光と、ブリルアン及びラマン利得帯域とのスペクトルを、図３（ａ）及び（ｂ）に示す。
図３（ａ），（ｂ）ともに、横軸は波長であり、縦軸はパワー密度またはゲイン（利得）である。
【００２１】
ラマン増幅用励起光源６は、上記ブリルアン増幅用励起光源４と同様に、多モード発振を行うレーザー光原である。
本第１の実施形態においては、ラマン増幅用励起光の各縦モードの中心波長をλＲＩ、λＲ2、…λＲと表記することとする。
上記ラマン増幅用励起光源６における各縦モードは１０dBm（１０mW）であり、ラマン増幅用励起光源６の出力総パワーは１７dBm（５０mW）である。
各縦モードの波長のスペクトル幅は、各々１ｎｍであり、これらの縦モードの波長のスペクトルは、すでに述べた５つのブリルアン利得帯域を、図３（ａ）に示すように、内部に含む。
【００２２】
ラマン増幅用励起光源６の出力は、第二のＷＤＭカップラ７を介して信号光と逆方向に光伝送路１に入射される。
これらの２種類、すなわちブリルアン増幅用励起光及びラマン増幅用励起光の縦モードと、ブリルアン利得帯域及びラマン利得帯域のスペクトルを図３（ａ）及び（ｂ）に示す。
これにより、図３（ａ）に示すように、ラマン増幅用励起光の各縦モードの、ブリルアンの利得帯域内に重なる部分が増幅される。
【００２３】
結果として、ブリルアン増幅用励起光を併用しない従来の構成と比較して、ラマン増幅用励起光のトータルの光パワーが増大するため、発生するラマン利得は従来の構成よりも大きくなる。
【００２４】
実験によれば、ブリルアン利得帯域内でオンオフゲインは１４dB、ラマン増幅用励起光全体ではオンオフゲイン４dBを得る。
結果として、光伝送路１によるラマン増幅用励起光の損失（約１０dB）の一部が補償される。
光伝送路１内のラマン利得は、図３（ｂ）に示すように、１.５５μｍ帯に現れ、信号光を増幅する。
すでに述べたように、ラマン増幅の利得帯域はブロードであるため、利得帯域は５個所に分離せず単一かつフラットな領域を有している。
【００２５】
この第１の実施形態においては、ラマン増幅用励起光源６のスペクトルが離散的であるが、次の第２の実施形態で述べるように、単一でフラットな光源を用いても同様な結果が得られる。
また、この第１の実施形態においては、光伝送路１が利得媒体として用いられているが、利得媒体となる光ファイバおよび励起光源群を一つの筐体に収め、単一の光増幅器として用いることも可能である。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の光増幅システムの第２の実施形態を示す。
本第２の実施形態は、ラマン増幅用励起光源８およびブリルアン増幅用励起光源９の構成以外は、すでに説明した第１の実施形態の構成と基本的に同様である。
本第２の実施形態においは、ブリルアン増幅用励起装置９として、複数の単一波長のレーザ光源１０からのレーザ出力を、ＡＷＧ（波長合分波器）１１により波長多重させた光回路を用いる。
また、ラマン増幅用励起装置８として、単一でフラットな光源を用いる。
各励起装置の出力のスペクトルおよび利得帯域を図５（ａ），（ｂ）に示す。
図５（ａ），（ｂ）ともに、横軸は波長であり、縦軸はパワー密度またはゲインである。
【００２７】
本第２の実施形態においては、ブリルアン増幅用励起装置９が有する複数のレーザ光源１０の出力するレーザの出力波長およびパワーを、各レーザ毎に個別に変更することにより、複数のブリルアン利得帯域の中心波長および利得の絶対値を個別に変更して調整することができる。
ラマン増幅用励起装置８の出力スペクトルは中心波長に対して非対称に増幅されるので、１.５５μｍ帯域に発生するラマン利得も、また中心波長に対して非対称となる。
【００２８】
この不均一なラマン利得により、光伝送路１の損失を補償すると同時に、伝送系全体の光損失の波長依存性を補償する。
この第２の実施形態においては、光伝送路１が利得媒体として用いられているが、第１の実施形態と同様に、利得媒体となる光ファイバおよび励起光源群を一つの敏体に収め、単一の光増幅器として用いることも出来る。
【００２９】
＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態においては、ブリルアン増幅用励起光の伝播方向を、送信器２から出力される信号光と同一方向（送信器２から受信器３へ向かう方向）とし、ラマン増幅用励起光の伝播方向を信号光と逆方向（受信器３から送信器２へ向かう方向）としている。
一方、第３の実施形態としては、第１及び第２の実施形態の構成において、ブリルアン増幅用励起光の伝播方向を送信器２から出力される信号光と逆方向（受信器３から送信器２へ向かう方向）とし、ラマン増幅用励起光の伝播方向を上記信号光と同一方向（送信器２から受信器３へ向かう方向）となるよう、各々の励起光源の位置を変更しても良い。
また、この第３の実施形態においては、ラマン増幅の偏波依存性を抑圧するため、ラマン増幅用励起光原は偏波多重された構成とすることが望ましい。
なお、本発明では、ブリルアン増幅用励起光源はラマン増幅用励起光源を増幅するために用いられるが、ブリルアン増幅用励起光のエネルギーの一部は、信号光を直接にラマン増幅してしまう。
この副次的なラマン増幅における偏波依存性を抑圧するために、ブリルアン増幅用励起光源もまた偏波多重することが望ましい。
また、この副次的なラマン増幅を積極的に活用し、ラマン増幅用励起光が故障により出力低下した場合の代替とするような構成としてもよい。
すなわち、ラマン増幅用励起光の光パワーをモニタし、光パワーが低下した時にブリルアン増幅用励起光の出力を増大し、直接に信号光を増幅するような構成としてもよい。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の光伝送システムによれば、従来技術に比べ、高い利得効率と広い利得帯域を持つ分布増幅を実現することが可能となる。
すなわち、本発明の光伝送システムによれば、従来のラマン増幅に比べ低パワーの励起光を用い、高い利得効率と広い利得帯域とを発生させて、伝送信号の伝送路損失の補償を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光伝送システムの概念を説明するための概念図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態による光伝送システムの構成例を示す概念図である。
【図３】 本発明の動作を説明するための、ブリルアン利得とラマン利得との関係を示した概念図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態による光伝送システムの構成例を示す概念図である。
【図５】 本発明の動作を説明するための、ブリルアン利得とラマン利得との関係を示した概念図である。
【図６】 ラマン増幅とブリルアン増幅との、利得係数及び利得帯域の関係を示すテーブルである。
【符号の説明】
１ 光伝送路
２ 送信器
３ 受信器
４，９ ブリルアン増幅用励起光源
５ 第一のＷＤＭカップラ
６、８ ラマン増幅用励起光源
７ 第二のＷＤＭカップラ
１０ レーザ光源
１１ ＡＷＧ
Claims (14)
- 信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、
前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、
前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、
前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、
前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする光伝送システム。 - 信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送システムであって、
前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を出力するブリルアン増幅用励起光源と、
前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するラマン増幅用励起光を出力するラマン増幅用励起光源とを有し、
前記ラマン増幅用励起光のスペクトル帯域は、前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含み、
前記ブリルアン増幅用励起光が前記ラマン増幅用励起光を前記光伝送路内でブリルアン増幅し、増幅された前記ラマン増幅用励起光が前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする光伝送システム。 - 前記ブリルアン増幅用励起光源が、複数のレーザー光源の出力を波長多重した構成を有しており、
前記複数のレーザー光源の波長および強度を、各レーザ毎に個別に制御する制御回路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送システム。 - 前記ブリルアン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送システム。
- 前記ラマン増幅用励起光源が、多モード発振する多波長光源であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重された構成であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタする手段と、
前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させる手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光伝送システム。 - 信号光が伝搬する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、
前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出方する過程と、
前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、
前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により、前記信号光を前記光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする光伝送方法。 - 信号光が伝播する光伝送路内において分布増幅を行う光伝送方法であって、
前記光伝送路内を前記信号光と逆方向に伝播するブリルアン増幅用励起光を、ブリルアン増幅用励起光源から出力する過程と、
前記光伝送路内を前記信号光と同一方向に伝播し、スペクトル帯域が前記ブリルアン増幅用励起光により前記光伝送路内に発生するブリルアン利得の帯域を内部に含むラマン増幅用励起光を、ラマン増幅用励起光源から出力する過程とを有し、
前記ブリルアン増幅用励起光により前記ラマン増幅用励起光を、前記光伝送路内でブリルアン増幅させ、増幅された前記ラマン増幅用励起光により前記信号光を光伝送路内でラマン増幅することを特徴とする光伝送方法。 - 前記ブリルアン増幅用励起光源において、複数のレーザー光源の出力を波長多重する過程を有しており、
前記複数のレーザー光源の波長および強度を、制御回路により各レーザ毎に個別に制御することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光伝送方法。 - 前記ブリルアン増幅用励起光源に多波長光源を用い、
レーザ光を多モード発振させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光伝送方法。 - 前記ラマン増幅用励起光源に多波長光源を用い、多モード発振させることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれかに記載の光伝送方法。
- 前記ラマン増幅用励起光源または前記ブリルアン増幅用励起光源の少なくとも１つが、偏波多重されていることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の光伝送方法。
- 前記ラマン増幅用励起光源の出力の光パワーをモニタし、
前記のモニタ結果に基づき、ラマン増幅用励起光の光出力が低下した場合には、ブリルアン増幅用励起光源の出力の光パワーを増大させることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれかに記載の光伝送方法。
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