JP3977363B2 - ラマン増幅器及び光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、ラマン増幅器及びそれを用いた光ファイバ通信システムに適用して有効な技術に関するものである。

光ファイバ通信システムで用いられる、従来のラマン増幅器の概略構成を図１９に示す（非特許文献１、２参照）。ただし、利得媒質ファイバ前後に設置した、必要に応じて用いられる光アイソレータなどの自明な光部品は省略してある。図１９（ａ）及び（ｃ）が分布増幅型ラマン増幅器（以下、略して分布型ラマン増幅器と称する）、図１９（ｂ）が集中増幅型ラマン増幅器（以下、略して集中型ラマン増幅器と称する）である。

図１９において、１Ａ，１Ｂはそれぞれ伝送ファイバ（光伝送ファイバ）、２は励起光源、３は合波器、４はラマンファイバ、５は利得一定制御集中型光増幅器、ＳＲは信号光である。

図１９（ａ）では、分布ラマン利得のみで伝送ファイバ損失を補っており、一方、図１９（ｃ）では、分布ラマン利得と利得一定制御集中型光増幅器（希土類添加ファイバなど）５で伝送ファイバ損失を補っている。分布ラマン利得には、多重レーリー散乱に起因する制限があるので、伝送ファイバ１Ａが長く、したがって、伝送ファイバ損失が大きい場合には、図１９（ｃ）の構成が有効である。図１９（ａ）及び図１９（ｃ）の分布型ラマン増幅器では、伝送ファイバ１Ａを利得媒質とし、励起光源からの励起光を合波器３を用いて伝送ファイバ１Ａに導入し、励起を行っている。一方、図１９（ｂ）の集中型ラマン増幅器では、ラマンファイバ４と呼ばれる高開口数の光ファイバを利得媒質とし、励起光源からの励起光を合波器を用いてラマンファイバ４に導入し、励起を行っている。図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）いづれの場合にも、励起光源２からの励起光パワーは一定に保たれていた。

図２０は、従来技術のラマン増幅器におけるラマン利得の飽和特性（ラマン利得の総合入力信号光パワー依存性）の典型例を示している。

M.Nissov et al., Proc. ECOC, Post Deadline Paper, pp.9-12, September, 1997 H.Masuda et al., Electron.Lett., Vol. 34, No.24, pp.2339-2340, 1998）

前記ラマン利得は利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）への入力励起光パワーが大きいほど大きい。また、総合入力信号光パワーがある程度以上の値になると、ラマン利得の低下すなわち飽和がみられる。総合入力信号光パワーは、波長多重通信システムにおける波長再配置、光ファイバ断、光ファイバスパン損失変動などの要因により変動する。そのため、図２０の利得飽和特性によってラマン利得が変動し、符号誤り率増加などのシステム劣化をもたらす。

入力励起光パワーが一定のとき、ラマン利得は主に、用いる利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）のパラメータに依存する。そのパラメータは、光ファイバの有効コア径、ゲルマニウム添加濃度、光ファイバ長などであるが、それらは一般に無視できないばらつきを有している。したがって、図２１（ラマン利得のばらつき例を示す図）の例に示したように、用いる光ファイバ毎にラマン利得がばらついている。これは、システム最適設計値からのずれとなり、システム劣化をもたらす。

前述のように、従来技術のラマン増幅器においては、総合入力信号光パワーが変動したときに利得変動が生じる。また、用いる利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）ごとに利得のばらつきが生じるという問題があった。

本発明の目的は、ラマン増幅器またはそれを用いた光通信システムにおいて、総合入力信号光パワーが変動した場合においても、利得の変動を低減することが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ラマン増幅器またはそれを用いた光通信システムにおいて、利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）ごとの利得のばらつきを低減することが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）入射信号光のラマン増幅を行うラマン増幅器であって、ラマン増幅の利得媒質である光ファイバと、前記光ファイバを励起する励起光源と、前記励起光源からの励起光と前記入射信号光とを合波する合波器と、前記光ファイバに入力する前記励起光（以下、入力励起光と称する）を受光する第１の受光手段と、前記ラマン増幅の利得波長域に波長を有するプローブ光源、前記プローブ光源からのプローブ光を信号光と合波する合波器、前記光ファイバ中で発生したプローブ光の後方レーリー散乱光（以下、後方レーリー散乱プローブ光と称する）を信号光と分波する分波器、及び前記分波した後方レーリー散乱プローブ光を受光する第２の受光手段を有し、前記ラマン増幅器のラマン利得を検出する利得検出手段と、前記第１の受光手段で検出した前記入力励起光パワーと前記第２の受光手段で検出した前記後方レーリー散乱プローブ光パワーとの電気信号から前記ラマン利得を算出し、得られた利得値に基づき前記励起光源を電気駆動する制御回路とを具備し、入力信号光パワーの総合値、及び前記光ファイバの種類や長さが変化したときに、前記ラマン利得を一定に保つものである。

（２）前記手段（１）に記載のラマン増幅器を備えた光通信システムであって、前記光ファイバが市中に敷設した光伝送ファイバであり、前記光伝送ファイバ中で前記信号光を分布的に増幅する光通信システムである。

図１は、本発明によるラマン増幅器の基本構成を示す図であり、図１（ａ）は、分布型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図、図１（ｂ）は、集中型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図である。図１（ａ），（ｂ）において、１Ａ，１Ｂはそれぞれ伝送ファイバ（光ファイバ）、２は励起光源、３は合波器、４はラマンファイバ、６は利得検出手段、７は制御回路、１００は分布型ラマン増幅器、２００は集中型ラマン増幅器、ＳＲは信号光である。

伝送ファイバ（光ファイバ）１Ａを用いた分布型ラマン増幅器１００では、敷設した伝送ファイバ１Ａ中で分布的に増幅を行うため、集中型に比べ雑音特性に優れている。一方、ラマンファイバ４を用いた集中型ラマン増幅器２００では、ラマンファイバ４中で集中的に増幅を行うため、伝送ファイバの種類等に依存することなく動作するという利点がある。

従来のラマン増幅器と比較すると、本発明によるラマン増幅器では、ラマン増幅器の利得検出手段６及び励起光源２の制御回路７が新たに設置されている点が異なる。前記利得検出手段６は、後述する実施例の具体構成によりラマン増幅器の利得を検出し、また、前記制御回路７は、その検出利得値に基づき、検出利得値が一定になるように励起光源をフィードバック制御する。ラマン利得は、励起光パワーが大きい方が大きいので、検出利得値が所期の設定利得値より小さければ励起光パワーを増大し、検出利得値が所期の設定利得値より大きければ励起光パワーを低減させる。

図２は、本発明によるラマン増幅器の利得飽和特性例を示している。励起光パワーの上限値が６００ｍＷの場合である。総合入力信号光パワーが前記の要因に基づき増大したとき、励起光パワーが従来技術の場合のように一定であれば、ラマン利得が減少するが、本発明では、そのラマン利得の減少を検出して励起光パワーを増大させるので、ラマン利得を一定値に保つことができる。

例えば、従来技術では、励起光パワーが４００ｍＷのとき、ラマン利得は総合入力信号光パワーが−２０ｄＢｍを超えると減少し始めるが、本発明では、ラマン利得は総合入力信号光パワーが約−５ｄＢｍまで一定である。

図３は、本発明で用いる利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）ごとのラマン利得のばらつきの例を示している。本発明では、用いる利得媒質ファイバごとのラマン利得を、利得検出手段で検出し、励起光パワーを決定しているため、従来技術で見られたラマン利得のばらつき（図２１）は、図３に示すように、利得検出の精度内で低減されている。

以上説明したように、本発明によれば、従来技術において問題であった、総合入力信号光パワーが変動した時に利得変動が生じる点、また、用いる利得媒質ファイバ（伝送ファイバ１Ａまたはラマンファイバ４）に依存した利得のばらつきが生じる点が解決される。

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施形態（実施例）を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

以下に、本発明による実施例１〜１６を示す。実施例１〜１４は、信号光と励起光の伝搬方向が逆の場合（後方向励起の場合）について示している。実施例１〜７が集中型ラマン増幅器の場合、実施例８〜１４が分布型ラマン増幅器（分布型ラマン増幅を用いた光通信システム）の場合である。各実施例は、主に利得検出手段が異なる。信号光と励起光の伝搬方向が同じ場合（前方向励起の場合）に関して、実施例１５，１６で示しており、後方向励起の場合と同様のことが成り立つ。ただし、ラマン利得の相互利得変調（非特許文献３：F.Forghieri et a1., Proc. OFC, FC6, pp.294-295, 1994、参照）の観点から、後方向励起の方が前方向励起より一般的である。また、後方向励起と前方向励起を同時に用いた双方向励起の場合は、明らかに前記後方向励起の場合と同様のことが言える。また、実施例１〜１４は、励起光源が１波長のレーザを有する場合であり、実施形態１５及び１６は、励起光源が波長が異なる２個（２個以上の任意個数の場合の例）のレーザを有する場合である。

以上説明したように、本発明によれば、ラマン増幅器またはそれを用いた光通信システムにおいて、総合入力信号光パワーが変動した場合においても、利得の変動を低減することができる。

また、ラマン増幅器またはそれを用いた光通信システムにおいて、利得媒質ファイバ（光伝送ファイバまたはラマンファイバ）ごとの利得のばらつきを低減することができる。

（実施形態１）
図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），（ｂ）、図６、図７（ａ），（ｂ）は、本発明による実施形態１の集中型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図であり、図４（ａ）は信号光パワー検出型の実施例、図４（ｂ）は励起光パワー検出型の実施例、図５（ａ）は前方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例、図５（ｂ）は後方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例である。

図４及び図５において、１Ａ，１Ｂはそれぞれ信号光を伝送する伝送ファイバ、（光ファイバ）２は励起光源、３は信号光を合波する合波器、３Ｍは信号光を合波もしくは分波する合波器兼分波器、４はラマンファイバ、６は利得検出手段、７は制御回路、８，８Ａ，８Ｂは信号光を分岐する分岐器、８Ｆは信号光を分波する分波器、９は受光手段（受光器）、９Ａは第１の受光手段（受光器）、９Ｂは第２の受光手段（受光器）、１０はサーキュレータ、１１はプローブ光源、２００は集中型ラマン増幅器、ＳＲは信号光、ＥＲは励起光、ＮＲは増幅自然散乱光、ＰＲはプローブ光、ＬＲはレーリー散乱光である。

（実施例１）
本実施形態１の実施例１の信号光パワー検出型の集中型ラマン増幅器は、図４（ａ）に示すように、利得媒質ファイバが前記ラマンファイバ４の場合である（以下、実施例２から７までのものも同じ）。ただし、従来技術の場合と同様に、利得媒質ファイバの前後で、必要に応じて用いられる光アイソレータなどの自明な光部品は省略してある。ラマン利得の検出を、ラマンファイバ４中を伝搬する信号光ＳＲを用いて行っている。前記信号光ＳＲの一部または全部、すなわち、波長多重信号光の一部の波長または全波長を、前記ラマンファイバ４の前後でそれぞれ分岐し、その分岐した信号光ＳＲをそれぞれの受光手段９で受光し、前記ラマンファイバ４の前後の信号光パワーを検出する。前記受光手段９は光電気変換の受光器と、必要に応じて、所望の信号光波長のみを取り出す光フィルタを有する（非特許文献４：H.Suzuki et al., Phton. Techno1.Lett., Vo1.10, pp.734-736, 1998、参照）。

前記各受光手段で電気信号となった信号光パワーレベルは、制御回路７に伝達され、そこでそれら２つの信号光パワーレベルが比較されて、ラマン利得がそれらの比から算出される。前記制御回路７は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。前記励起光源は、半導体レーザや固体レーザなどであり、一般に電流駆動される。したがって、前記励起光パワーは前記駆動電流により変化する。

本実施例１により得られるラマン利得の飽和特性及びばらつきは、図２及び図３と同様である（以下、実施例２から７に関しても同じである）。ただし、図２及び図３に示した利得は、実施例の集中型ラマン増幅器の外部利得である。

（実施例２）
本実施形態１の実施例２の集中型ラマン増幅器は、図４（ｂ）に示すように、ラマン利得の検出を、前記ラマンファイバ４中を伝搬する励起光ＥＲを用いて行っている。前記励起光ＥＲを、ラマンファイバ４の前で、下記の半導体レーザ後端面から分岐し、また、ラマンファイバ４の後で、分波器８Ｆを用いて分波し、その分岐または分波した励起光ＥＲをそれぞれの受光手段９Ａ，９Ｂで受光し、ラマンファイバ４の前後の励起光パワーを検出する。ラマンファイバ４への入力励起光パワーを受光する受光手段を第１の受光手段９Ａ、ラマンファイバ４から出力励起光パワーを受光する受光手段を第２の受光手段９Ｂとする。ただし、図４（ｂ）は、励起光源２が実用上重要な半導体レーザであり、その半導体レーザの前端面からの励起光ＥＲを光ファイバピグテールに結合して使用励起光ＥＲとし、後端面からの不使用な励起光ＥＲをフォトダイオードなどの第１の受光手段９Ａで直接受光するといった、構成が簡単で経済的な例である。勿論、励起光源ＥＲとラマンファイバ４の間に励起光ＥＲの分波器を設置して、前記第１の受光手段９Ａに導いてもよい。

総合入力信号光パワーが変化したときのラマン利得の変化量は、前記ラマンファイバ４を透過後の励起光パワーと高い相関関係がある。したがって、前記透過後の励起光パワーを一定に保つことによってラマン利得を一定に保つことができる。ただし、前記ラマン利得の変化量は、前記透過後の励起光パワーで主に決定されるものの、前記ラマンファイバ４への入力励起光パワーにも若干依存するので、その入力励起光パワーに応じた補正を、前記図４（ｂ）の本構成で検出した入力励起光パワーに応じて制御回路７に与える。以上のことから、本実施例２では、ラマンファイバ４の前後の励起光パワーに基づいて、制御回路７でラマン利得を算出している。前記制御回路７は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。

（実施例３）
本実施形態１の実施例３の集中型ラマン増幅器は、図５（ａ）に示すように、ラマン利得の検出を、前記ラマンファイバ４中で発生する増幅された自然散乱光（以下、略して増幅自然散乱光ＮＲと称する）を用いて行っている。増幅自然散乱光ＮＲは、前方向（励起光ＥＲと同方向）と後方向（励起光ＥＲと逆方向）のものがあるが、本実施例３は、前方向の増幅自然散乱光ＮＲ（以下、略して前方増幅自然散乱光ＦＮＲと称する）を、次に述べる実施例４は、後方向の増幅自然散乱光ＮＲ（以下、略して後方増幅自然散乱光ＢＮＲと称する）を用いている。前記ラマンファイバ４から出射した前方増幅自然散乱光ＦＮＲを、サーキュレータ１０を用いて低損失で信号光と分離し、受光手段９に導いて前方向の増幅自然散乱光パワーを検出している。

総合入力信号光パワーが変化したときのラマン利得は、前方向の増幅自然散乱光パワーと高い相関関係がある。増幅自然散乱光パワー（前方向及び後方向の増幅自然散乱光パワー）とラマン利得の関係を図８に示した。総合入力信号光パワーと励起光パワーが広い範囲（例えば、図２０に示された動作範囲）で変わったとき、増幅自然散乱光パワーとラマン利得の関係は、ある一定の曲線で精度良く与えられる。具体的には、前記曲線からのずれは高々０.１ｄＢである。したがって、前方向の増幅自然散乱光パワーを一定に保持することによって、ラマン利得を高い精度で一定に保持することがきる。

図９は、本実施例３の図５（ａ）の受光手段９に入射する光のスペクトルを示している。細線が本実施例３、太線が後述する実施例４に関するものである。本実施例３では、前方増幅自然散乱光ＦＮＲに波長多重信号光の後方向のレーリー散乱光ＬＲが混入している様子が示されている。図１０は、その混入した後方向のレーリー散乱信号光を除去し、前方増幅自然散乱光ＦＮＲを透過する光フィルタを備えた受光手段９の構成を示している。図１０（ａ）がアレイ導波路格子１２を２つ用いた構成、図１０（ｂ）がサーキュレータ１０とファブリーペローフィルタ１４を用いた構成である。図１４において、１３はフォトダイオードである。

以上のことから、本実施例３では、前方増幅自然散乱光パワーに基づいて、制御回路でラマン利得を算出している。前記制御回路７は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。

（実施例４）
本実施形態１の実施例４の集中型ラマン増幅器は、図５（ｂ）に示すように、前記実施例３と類似しているが、本実施例４では、ラマン利得の検出を、後方増幅自然散乱光ＢＮＲを用いて行っている。すなわち、前記ラマンファイバ４から出射した後方増幅自然散乱光ＢＮＲを、分岐器８を用いて受光手段９に導き、後方増幅自然散乱光パワーを検出している。

総合入力信号光パワーが変化したときのラマン利得は、図８に示した通り、前記実施例３と同様である。前記実施例３と同様に、前記曲線からのずれは高々０.１ｄＢである。したがって、後方増幅自然散乱光パワーを一定に保つことによって、ラマン利得を一定に保つことができる。

本実施例４の図５（ｂ）の受光手段９に入射する光のスペクトルを図９の太線で示している。本実施例４では、後方増幅自然散乱光ＢＮＲに、増幅された波長多重信号光が混入している。図１０（ｂ）は、前記実施例３の場合と同様に、その増幅された波長多重信号光を除去し、後方増幅自然散乱光ＢＮＲを透過する光フィルタを備えた受光手段９の構成を示している。

以上のことから、本実施例４では、後方増幅自然散乱光パワーに基づいて、制御回路７でラマン利得を算出している。前記制御回路は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。

（実施例５）
本実施形態１の実施例５の集中型ラマン増幅器は、図６に示すように、ラマン利得の検出を前記ラマンファイバ４ヘの入力励起光パワー、及びラマンファイバ４からの後方向のレーリー励起光（以下、略して後方レーリー散乱励起光ＢＬＲ）のパワーを検出して行っている。前記入力励起光パワーは、前記実施例２（図４（ｂ））と同様に、励起レーザの後端面からの励起光ＥＲを、第１の受光手段９Ａで受光して検出している。また、後方レーリー散乱励起光ＢＬＲを、合波器兼分波器３Ｍと分岐器８を用いて第２の受光手段９Ｂに導き、後方向のレーリー散乱励起光パワーを検出している。

総合入力信号光パワーが変化したときのラマン利得は、後方向のレーリー散乱励起光パワーと高い相関関係がある。ただし、その相関関係は、入力励起光パワーに依存した、ある程度の誤差を含む。典型的入力励起光パワー（６００，４００，２００ｍＷ）における後方向のレーリー散乱励起光パワーとラマン利得の関係の例を図１５に示した。また、図１５の関係を用いてラマン利得の一定制御を行う、図６の制御回路７の構成例を図１６に示した。前記制御回路７では、励起光源２を電気駆動する差動増幅器１５の一方の入力ポートに、後方向のレーリー散乱励起光パワーの検出値を入力し、他方の入力ポートに、アナログまたはデジタルの演算回路１６を通った後の、入力励起光パワーの検出値を入力している。前記演算回路１６では、図１５のラマン利得と後方向のレーリー散乱励起光パワーの関係が、近似的に１つの曲線上に載るように、電気入出力レベルの変換を行っている。したがって、この制御回路７により近似的にラマン利得を一定に保つことができる。

以上のことから、本実施例５では、入力励起光ＥＲ及び後方レーリー散乱励起光ＢＬＲに基づいて、制御回路７でラマン利得を算出している。前記制御回路７は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。

（実施例６）
本実施形態１の実施例６の集中型ラマン増幅器は、図７（ａ）に示すように、本ラマン増幅器２００内に設けた内蔵プローブ光源１１を用いてラマン利得の検出を行っている。すなわち、前記ラマンファイバ４からの出力プローブ光パワーを検出している。前記プローブ光源１１からのプローブ光ＰＲの波長は、ラマン利得波長域の任意波長である。前記入力プローブ光パワーは、説明を簡単にするため一定であるとする。前記ラマンファイバ４から出射したプローブ光ＰＲを、サーキュレータ１０を用いて低挿入損失で受光手段９に導き、出力プローブ光パワーを検出している。

信号光ＳＲのラマン利得とプローブ光ＰＲのラマン利得の間には、ラマン利得の均一飽和特性に基づく一対一の対応関係がある。その対応関係は、本ラマン増幅器への入力励起光パワーや入力信号光パワー、利得の飽和度に無関係（いわゆる均一飽和）である。具体的には、ｄＢ単位で表わした信号光のラマン利得とプローブ光のラマン利得は、１次関数で対応づけられる。この一対一の対応関係を用いてラマン利得の一定制御を行う。

以上のことから、本実施例６では、入力プローブ光及び出力プローブ光に基づいて、制御回路でラマン利得を算出している。前記制御回路７は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように励起光パワーを変化させる。

（実施例７）
本実施形態１の実施例７の集中型ラマン増幅器は、図７（ｂ）に示すように、前記実施例６と同様に本実施例７のラマン増幅器２００内に設置した内蔵プローブ光源１１を用いてラマン利得の検出を行っている。ただし、前記ラマンファイバ４に対する入力プローブ光パワー、及びラマンファイバ４中で分布的に反射される後方レーリー散乱プローブ光（ＢＬＰＲ）パワーを検出している。前記プローブ光源１１からのプローブ光の波長は、ラマン利得波長域の任意波長である。ただし、本実施例７のラマン増幅器の動作状態（入力励起光及び信号光パワーなど）に応じて、最適なプローブ光波長が存在する。前記入力プローブ光パワーは、前記実施例６と同様に、一定であるとし、入力励起光パワーは、前記実施例５と同様に、励起レーザの後端面からの励起光ＥＲを、第１の受光手段９Ａで検出している。また、ラマンファイバ４で反射した後方レーリー散乱プローブ光ＢＬＰＲを、分波及び分岐を用いて第２の受光手段９Ｂに導き、後方レーリー散乱プローブ光ＢＬＰＲを検出している。前記の入力プローブ光パワー及び後方レーリー散乱プローブ光パワーから、プローブ光の反射率を算出する。

総合入力信号光パワーが変化したときのラマン利得の変化量は、前記プローブ光の反射率と相関関係がある。この相関関係を用いてラマン利得の一定制御を行う。

以上のことから、本実施例７では、プローブ光の反射率に基づいて、制御回路でラマン利得を算出している。前記制御回路は、その算出ラマン利得が所期のラマン利得に等しくなるように、励起光パワーを変化させる。

（実施形態２）
図１１（ａ），（ｂ）、図１２（ａ），（ｂ）、図１３、図１４（ａ），（ｂ）は、本発明による実施形態２の分布型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図であり、図１１（ａ）は信号光パワー検出型の実施例、図１１（ｂ）は励起光パワー検出型の実施例、図１２（ａ）は前方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例、図１２（ｂ）は後方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例、図１３は後方レーリー散乱励起光パワー検出型の実施例、図１４（ａ）はプローブ光パワー検出型の実施例、図１４（ｂ）は後方レーリー散乱プローブ光パワー検出型の実施例である。

（実施例８）
本実施形態２の実施例８の分布型ラマン増幅器は、図１１（ａ）に示すように、前記実施例１と類似しているが、前記実施例１では利得媒質ファイバがラマンファイバ４であったが、本実施例８では利得媒質ファイバが伝送ファイバ１Ａである点が大きく異なる。

以下の実施例９から１４までの実施例に関しても同じであり、それぞれ、前記実施例２から７までの実施例と類似している。前記実施例２から７までの実施例では、利得媒質ファイバがラマンファイバ４であったが、実施例９から１４までの実施例では、利得媒質ファイバが伝送ファイバ１Ａである点が大きく異なる。伝送ファイバ１Ａの長さは通常数十ｋｍ以上であり、伝送ファイバ１Ａの前後の距離は、その長さ分だけ離れているという特徴がある。したがって、利得検出手段が伝送ファイバ１Ａの前後にまたがって設置されている場合には、ラマンファイバ４を用いた集中型ラマン増幅器の場合（前記実施例１から７までの実施例）と、伝送ファイバ１Ａを用いた分布型ラマン増幅器の場合（実施例８から１４までの実施例）は、特に相違が顕著である。

本実施例８では、ラマン利得の検出を、伝送ファイバ１Ａ中を伝搬する信号光を用いて行っている。前記信号光の一部または全部、すなわち、波長多重信号光の一部の波長または全波長を、伝送ファイバ１Ａの前後でそれぞれ分岐器８Ａ，８Ｂで分岐し、その分岐した信号光をそれぞれの受光手段９Ａ，９Ｂで受光し、伝送ファイバ１Ａの前後の信号光パワーを検出する。前記実施例１と異なる点は、伝送ファイバ１Ａの前でモニタした入力信号光パワー値を、新たに設置した光源１７からの監視信号光ＯＳＲと合波器３Ｃを用いて、励起光源２側に転送していることである。そのため、伝送ファイバ１Ａの入力側には、その監視信号光用の光源１７の制御手段１８が設置され、また、伝送ファイバ１Ａの出力側には、その監視信号光用の分波器８Ｆと受光手段２０が設置されている。

制御回路７の動作は、前記実施例１の場合と同じである。また、本実施例８により得られるラマン利得の飽和特性及びばらつきは、ラマン利得を伝送ファイバ１Ａ内での内部利得（励起光をオン・オフしたときの信号光パワーの比）として、図２及び図３の場合と同様である（以下、実施例９から１４までの実施例に関しても同じ）。

（実施例９）
本実施形態２の実施例９の分布型ラマン増幅器は、図１１（ｂ）に示すように、ラマン利得の検出を、前記伝送ファイバ１Ａを伝搬する励起光を用いて行っている。前記実施例２と異なる点は、伝送ファイバ１Ａの前でモニタした出力励起光パワー値を、新たに設置した光源１７からの監視信号光ＯＳＲと合波器３Ｃを用いて、励起光源側に転送していることである。そのため、伝送ファイバ１Ａの入力側には、その監視信号光用の光制御手段１８が設置され、また、伝送ファイバ１Ａの出力側には、その監視信号光用の分波器８Ｆと受光手段２０が設置されている。制御回路７の動作は、前記実施例２の場合と同じである。

（実施例１０）
本実施形態２の実施例１０の分布型ラマン増幅器は、図１２（ａ）に示すように、ラマン利得の検出を、前記伝送ファイバ１Ａで発生する増幅された自然散乱光（以下、略して増幅自然散乱光と称する）を用いて行っている。増幅自然光は前方向（励起光と同方向）と後方向（励起光と逆方向）のものがあるが、本実施例１０は前方向の増幅自然散乱光（以下、略して前方増幅自然散乱光と称する）を、次の実施例１１は後方向の増幅自然散乱光を用いている。前記実施例３と異なる点は、伝送ファイバ１Ａの前でモニタした前方増幅自然散乱光パワー値を、新たに設置した光源１７からの監視信号光ＯＳＲと合波器３Ｃを用いて、励起光源側に転送していることである。そのため、伝送ファイバ１Ａの入力側には、その監視信号光用の光源１７の制御手段１８が設置され、また、伝送ファイバ１Ａの出力側には、その監視信号光用の分波器８Ｆと受光手段２０が設置されている。制卸回路７の動作は、前記実施例３の場合と同じである。

（実施例１１）
本実施形態２の実施例１１の分布型ラマン増幅器は、図１２（ｂ）に示すように、前記実施例１０と類似しているが、本実施例１１では、ラマン利得の検出を、後方向の増幅自然散乱光（以下、略して後方増幅自然散乱光と称する）を用いて行っている。本実施例１１では、励起光源側に伝搬する光をモニタしているため、前記実施例１０のように、伝送ファイバ１Ａをまたいで利得検出手段が存在することはない。したがって、前記実施例４と同じ構成を有している。当然ながら、制御回路７の動作は、前記実施例４の場合と同じである。

（実施例１２）
本実施形態２の実施例１２は、後方レーリー散乱励起光パワー検出型の分布型ラマン増幅器であり、図１３に示すように、ラマン利得の検出を、前記伝送ファイバ１Ａへの入力励起光パワー、及び前記伝送ファイバ１Ａからの後方向のレーリー散乱光パワー（以下、略して後方レーリー散乱励起光ＢＬＲと称する）を検出して行っている。本実施例１２では、励起光に伝搬する後方レーリー散乱励起光パワーをモニタしているため、前記実施例８のように、伝送ファイバをまたいで利得検出手段が存在することはない。したがって、前記実施例５と同じ構成をしている。当然ながら、制御回路７の動作は、前記実施例５の場合と同じである。

（実施例１３）
本実施形態２の実施例１３は、プローブ光パワー検出型の分布型ラマン増幅器であり、図１４（ａ）に示すように、本実施例１３では、本実施例１３のラマン増幅器内に設置された内蔵プローブ光源１１を用いてラマン利得の検出を行っている。すなわち、前記伝送ファイバ１Ａに対する入力及び出力プローブ光パワーを検出している。前記実施例６と異なる点は、伝送ファイバ１Ａの前でモニタしたプローブ光パワー値を、新たに設置した光源１７からの監視信号光ＯＳＲと合波器３Ｃを用いて、励起光源側に転送していることである。そのため、伝送ファイバ１Ａの入力側には、その監視信号光用の光源１７の制御手段１８が設置され、また、伝送ファイバ１Ａの出力側には、その監視信号光用の分波器８Ｆと受光手段２０が設置されている。制御回路７の動作は、前記実施例６の場合と同じである。

（実施例１４）
本実施形態２の実施例１４は、後方レーリー散乱プローブ光パワー検出型の分布型ラマン増幅器であり、図１４（ｂ）に示すように、本実施例１４では、前記実施例１３と同様に、本実施例１４のラマン増幅器内に設置した内蔵プローブ光源１１を用いてラマン利得の検出を行っている。ただし、前記伝送ファイバ１Ａに対する入力プローブ光パワー、及び伝送ファイバ１Ａ中で分布的に反射される後方レーリー散乱プローブ光（ＢＬＰＲ）パワーを検出している。本実施例１４では、励起光源側に伝搬する後方レーリー散乱プローブ光パワーをモニタしているため、前記実施例８のように、伝送ファイバ１Ａをまたいで利得検出手段が存在することはない。したがって、前記実施例７と同じ構成を有している。当然ながら、制御回路７の動作は、前記実施例７の場合と同じである。

（実施例１５）
本実施形態２の実施例１５は、後方レーリー散乱励起光パワー検出型の分布型ラマン増幅器であり、図１７に示すように、伝送ファイバ１Ａを利得媒質として用いた分布型ラマン増幅器が、前方向に励起され、その励起光源２が異なる波長の２個のレーザＬＤｌ及びＬＤ２を有する場合である。レーザＬＤｌ及びＬＤ２の波長を、それぞれλｐｌ及びλｐ２としている。複数の励起波長を用いる目的は、おもに平坦利得帯域幅の拡大である（非特許文献５：鈴木他、特願平１１−１８７９６５、「ラマン分布増幅器を利用した波長多重光伝送システム」、参照）。本実施例１５の利得検出方法は、前記実施例１２と類似しており、各励起レーザ毎に励起光の後方レーリー散乱光パワーを検出している。

波長λｐｌ及びλｐ２の励起光は、波長選択型合波器で合波され、伝送路中に設置した信号光と励起光の合波器３Ｍを用いて、伝送ファイバ１Ａに前方向から入射する。それら２波長の入射励起光は、それぞれ第１の受光手段（Ｒｌ）９Ａで受光される。伝送ファイバ１Ａ中で発生した後方レーリー散乱励起光は、入射励起光と逆の経路を辿り、波長選択型合波器兼分波器２１でλｐｌとλｐ２に分波され、分岐を用いて第２の受光手段（Ｒ２）９Ｂに導かれる。それぞれのレーザは、前記実施例１２と同様に、制御回路７にて独立に制御される。

本実施例１５は、利得媒質が伝送ファイバ１Ａである分布型ラマン増幅器に関して前記に説明したが、明らかに、利得媒質がラマンファイバ４である集中型ラマン増幅器に関しても同様のことが言える。また、励起光源が有するレーザの個数は、明らかに２個に限られることはなく、任意の個数でよい。

（実施例１６）
本実施形態２の実施例１６は、後方レーリー散乱信号光パワー検出型の分布型ラマン増幅器であり、図１８に示すように、前記実施例１５と同様に、伝送ファイバ１Ａを利得媒質として用いた分布型ラマン増幅器が、前方向に励起され、その励起光源が異なる波長の２個のレーザＬＤｌ及びＬＤ２を有する場合である。本実施例１６の利得検出方法は、前記実施例１４と類似しているが、内蔵プローブ光は用いず、信号光の後方レーリー散乱パワーを検出している。

波長λｐｌ及びλｐ２の励起光は、波長選択型合波器２２で合波され、伝送路中に設置した信号光と励起光の合波器３Ｍを用いて、伝送ファイバ１Ａに前方向から入射する。それら２波長の入射励起光はそれぞれ第１の受光手段（Ｒｌ）９Ａで受光される。

波長多重の信号光波長を、λ１，λ２，…，λｈ（ｎは自然数）とし、励起
光波長λｐｌ及びλｐ２に対する信号光の利得ピーク近傍波長をそれぞれλｓｌ及びλｓ２とする。本実施例１６では、波長λｓｌおよびλｓ２の後方レーリー散乱信号光パワーを検出している（非特許文献５参照）。伝送ファイバ１Ａ中で生じた信号光λ１，λ２,…，λｈの後方レーリー散乱光は、サーキュレータ１０及び波長選択型合波器２２により低挿入損失で第２の受光手段（Ｒ２）９Ｂに入射し、その光パワーが検出される。

レーザＬＤｌ及びＬＤ２のそれぞれは、前記実施例１４と同様に、制御回路７にて独立に制御される。利得検出に用いる信号光波長は波長λｓｌおよびλｓ２に限られることはなく、各後方レーリー散乱信号光パワーと、それを用いて制御を行う励起レーザによるラマン利得の間に高い相関関係があれば、任意の波長でよい。

以上、本発明による実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し得ることは勿論である。

本発明によるラマン増幅器の基本構成を示す模式図である。 本発明によるラマン増幅器の利得飽和特性例を示す図である。 本発明で用いる利得媒質ファイバごとのラマン利得のばらつきの例を示す図である。 本発明による実施形態１の実施例１，２の集中型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図であり、信号光パワー検出型の実施例及び励起光パワー検出型の実施例の概略構成を示す図である。 本実施形態１の実施例３，４の前方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例及び後方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例の概略構成を示す図である。 本実施形態１の実施例５の後方レーリー散乱励起光パワー検出型の実施例の概略構成を示す図である。 本実施形態１の実施例６，７のプローブ光パワー検出型の実施例及び後方レーリー散乱プローブ光パワー検出型の実施例の概略構成を示す図である。 本実施例の増幅自然散乱光パワーとラマン利得の関係例を示す図である。 本実施例３，４のモニタ光のスペクトルを示す図である。 本実施例３，４の受光手段の概略構成を示す模式図である。 本発明による実施形態２の実施例８，９の分布型ラマン増幅器の信号光パワー検出型及び励起光パワー検出型の実施例の概略構成を示す模式図である。 本実施形態２の実施例９，１０の分布型ラマン増幅器の前方増幅自然散乱光パワー検出型及び後方増幅自然散乱光パワー検出型の実施例の概略構成を示す模式図である。 本実施形態２の実施例１２の分布型ラマン増幅器の後方レーリー散乱励起光パワー検出型の実施例の概略構成を示す模式図である。 本実施形態２の実施例１３，１４の分布型ラマン増幅器のプローブ光パワー検出型及び後方レーリー散乱プローブ光パワー検出型の実施例である。 本実施例の後方向のレーリー散乱励起光パワーとラマン利得の関係を示す図である。 本実施例の制御回路の構成例を示す模式図である。 本実施形態２の実施例１５の後方レーリー散乱励起光パワー検出型の分布型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図である。 本実施形態２の実施例１６の後方レーリー散乱信号光パワー検出型の分布型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図である。 従来の分布増幅型ラマン増幅器及び集中増幅型ラマン増幅器の概略構成を示す模式図である。 従来のラマン増幅器におけるラマン利得の飽和特性（ラマン利得の総合入力信号光パワー依存性）の典型例を示す図である。 従来のラマン増幅器におけるラマン利得のばらつき例を示す図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ…伝送光ファイバ、２…励起光源、３，３Ｃ…合波器、３Ｍ…合波器兼分波器、４…ラマンファイバ、６…利得検出手段、７…制御回路、１００…分布型ラマン増幅器、２００…集中型ラマン増幅器、ＳＲ…信号光、８，８Ａ，８Ｂ…分岐器、８Ｆ…分波器、９…受光手段（受光器）、９Ａ…第１の受光手段（受光器）、９Ｂ…第２の受光手段（受光器）、１０…サーキュレータ、１１…プローブ光源、１２…アレイ導波路格子、１３…フォトダイオード、１４…ファブリーペローフィルタ、１５…差動増幅器、１６…アナログまたはデジタルの演算回路、１７…光源、１８…制御手段、２０…受光手段、２１…波長選択型合波器兼分波器、２２…波長選択型合波器、２３…波長選択型分波器。

Claims (2)

1. 入射信号光のラマン増幅を行うラマン増幅器であって、
   ラマン増幅の利得媒質である光ファイバと、
   前記光ファイバを励起する励起光源と、
   前記励起光源からの励起光と前記入射信号光とを合波する合波器と、
   前記光ファイバに入力する前記励起光（以下、入力励起光と称する）を受光する第１の受光手段と、
   前記ラマン増幅の利得波長域に波長を有するプローブ光源、前記プローブ光源からのプローブ光を信号光と合波する合波器、前記光ファイバ中で発生したプローブ光の後方レーリー散乱光（以下、後方レーリー散乱プローブ光と称する）を信号光と分波する分波器、及び前記分波した後方レーリー散乱プローブ光を受光する第２の受光手段を有し、前記ラマン増幅器のラマン利得を検出する利得検出手段と、
   前記第１の受光手段で検出した前記入力励起光パワーと前記第２の受光手段で検出した前記後方レーリー散乱プローブ光パワーとの電気信号から前記ラマン利得を算出し、得られた利得値に基づき前記励起光源を電気駆動する制御回路と
   を具備し、
   入力信号光パワーの総合値、及び前記光ファイバの種類や長さが変化したときに、前記ラマン利得を一定に保つことを特徴とするラマン増幅器。
2. 請求項１に記載のラマン増幅器を備えた光通信システムであって、
   前記光ファイバが市中に敷設した光伝送ファイバであり、前記光伝送ファイバ中で前記信号光を分布的に増幅することを特徴とする光通信システム。

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