JP4018106B2 - 遠隔励起光ファイバ通信システム - Google Patents

Description

本発明は、波長多重された信号光を用いた遠隔励起光ファイバ通信システムに関する。

波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の遠隔励起システムの構成例を図９（ａ）に示す（文献［１］K. Aida et al., Proc. of ECOC, PDA-7, pp.29-32, 1989、文献［２］N. Ohkawa et al., IEICE Trans. Commun.,Vol.E81-B, pp. 586-596. 1998）。この遠隔励起システムでは、送信器または送信側中継器１１から信号光を送出し、その信号光は、３つの伝送ファイバ−ｆ、伝送ファイバ−ｉ、伝送ファイバ−ｂを経由して受信器または受信側中継器１２に達する。伝送ファイバ−ｆと伝送ファイバ−ｉ、および伝送ファイバ−ｉと伝送ファイバ−ｂの間には、それぞれエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂが設置されている。前記送信器または送信側中継器１１および受信器または受信側中継器１２には、遠隔励起用の励起光源１３，１４が隣接して設置され、その励起光源１３，１４からの励起光と信号光は、合波器１５，１６を用いて合波される。前記送信器または送信側中継器１１、受信器または受信側中継器１２、および励起光源１３，１４は、電源１７，１８に接続され給電されている。前記送信器または送信側中継器１１および受信器または受信側中継器１２に隣接した励起光源１３，１４を、それぞれ前方励起光源１３および後方励起光源１４と呼ぶことにする。また、それらの励起光源１３，１４からの励起光をそれぞれ前方励起光および後方励起光と呼ぶことにする。前方励起光は伝送ファイバ−ｆを通過後、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆを励起し、また、後方励起光は伝送ファイバ−ｂを通過後、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂを励起する。

前記励起光の波長は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）の励起に適した、１．４８μｍ近傍の光である。図９（ａ）では１．４８μｍとしている。送信器または送信側中継器１１を出た信号光は、伝送ファイバ−ｆで減衰した後、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆで増幅され、さらに、伝送ファイバ−ｉで減衰した後、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂで増幅され、伝送ファイバ−ｂを通過後、受信器または受信側中継器１２に達する。したがって、伝送ファイバ−ｆ、伝送ファイバ−ｉ、伝送ファイバ−ｂを合わせた距離を、途中で給電することなく無中継で伝送することができる。遠隔励起されたエルビウム添加ファイバを用いない中継系に比べ、無中継距離すなわち中継間隔が大幅に伸長される点が、この遠隔励起の利点である。ただし、前方励起光源１３とエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ、または後方励起光源１４とエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂのいずれか一方のみを用いた構成を採用することもできる。また、一般に、前記励起光が伝搬する伝送ファイバ中では、信号光のラマン増幅が行われるため、ある程度の分布的な利得（ラマン利得）が付加される。前記送信器または送信側中継器１１および受信器または受信側中継器１２が線形中継器であり、図９（ａ）の中継ユニットが繰り返される、多中継システムも、明らかに可能である。

図９（ａ）の従来技術の遠隔励起システムにおける、信号光利得スペクトルを図９（ｂ）に示す。エルビウム添加ファイバの利得スペクトルに対応して、概略１５３０−１５６０ｎｍにおいて、ほぼ平坦な利得スペクトルが得られている。ただし図９（ｂ）では簡単化したスペクトルを示しており、実際にはある程度の利得スペクトルのリップルが見られる。利得帯域幅は約３０ｎｍである。また、図９（ｂ）は、利得スペクトルの入力励起光パワー依存性も示している。前記入力励起光パワーは、エルビウム添加ファイバへの入力パワーである。エルビウム添加ファイバの動作特性から、入力励起光パワーおよび信号光パワーが変動すると、利得スペクトルが図に示したように変化し、波長多重伝送における性能劣化をもたらす。前記入力励起光パワーおよび信号光パワーの変動は、励起光源の経時劣化や、伝送ファイバ損失の変化などによってもたらされる。したがって、従来技術においては、利得帯域が小さい値に制限されている。また、利得スペクトルの変動が起こるといった課題が生じている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、利得帯域幅を拡大でき、また利得安定化（利得変動なし）を達成できる遠隔励起光ファイバ通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記送信器または送信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された光を前記励起光と前記信号光とに分波する励起光分波器と、前記励起光分波器で分波された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備え、前記複数の希土類添加ファイバを同時に励起して、前記複数の波長帯の利得帯域幅を合わせた、大きな利得帯域幅を有することを特徴とするものである。

また本発明は、波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記受信器または受信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記信号光合波器の後段に配置され後方向から入力された前記励起光を信号光と分波する励起光分波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記送信器または送信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された光を前記励起光と前記信号光とに分波する励起光分波器と、前記励起光分波器で分波された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備え、さらに前記各希土類添加ファイバの両端に各希土類添加ファイバに導かれた信号光を透過する反射素子を備えたことを特徴とするものである。

また本発明は、波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記受信器または受信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記信号光合波器の後段に配置され後方向から入力された前記励起光を信号光と分波する励起光分波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備え、さらに前記各希土類添加ファイバの両端に各希土類添加ファイバに導かれた信号光を透過する反射素子を備えたことを特徴とするものである。

以上述べたように本発明によれば、利得帯域幅を拡大でき、また利得安定化（利得変動なし）を達成できる遠隔励起光ファイバ通信システム及び光ファイバモジュールを提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。

本発明の遠隔励起光ファイバ通信システムの第１構成を、図１及び図２に示す。図中、図９と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。本第１構成では、利得帯域の拡大を図っている。図９の従来技術におけるエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂを、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂにそれぞれ置き換えた構成になっている。それらエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂの構成は、図２（ａ），（ｂ）に示されている。エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂは、おのおの２つのエルビウム添加ファイバを有している。それらはエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆについてエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｆ−ｌ、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｂについてエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｌである。一般に、エルビウム添加ファイバの利得帯域には、短波長帯（１．５５μｍ帯）および長波長帯（１．５８μｍ帯）があるが、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓは、短波長帯の増幅に用い、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌは、長波長帯の増幅に用いている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓと、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌの違いは主に長さにあり、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌは、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓの数倍の長さを有する。

エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂに入射した波長多重の信号光は、それぞれ対応した信号光の分波器１９，２０により、１．５５μｍ帯と１．５８μｍ帯の信号光に分離され、それぞれ対応した短波長帯のエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓおよび長波長帯のエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌに導かれて増幅される。その後、それぞれ対応した信号光の合波器２１，２２により合波される。一方、励起光の流れは、以下のようになっている。信号光とともにエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆに入射した前方向励起光は、励起光の分波器２３により信号光から分離され、分岐器２５より適当な比率（例えば、１：１、あるいは、１：２）で分岐され、励起光の合波器２７，２８により、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｆ−ｌを信号光の入射方向（前方向）から励起するように、信号光と合波される。また、信号光と逆方向からエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｂに入射した後方向励起光は、励起光の分波器２４により信号光から分離され、分岐器２６により適当な比率（例えば、１：１、あるいは、１：２）で分岐され、励起光の合波器２９，３０により、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｌを信号光の入射方向（前方向）から励起するように、信号光と合波される。ただし、エルビウム添加ファイバを上記とは逆に後方向から励起してもよい。前方向からの励起と後方向からの励起では、主に、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂの雑音特性が異なる。

本第１構成で得られる利得スペクトルを、図１（ｂ）に示す。短波長帯に３０ｎｍ（１５３０−１５６０ｎｍ）の利得帯域幅と、長波長帯に３０ｎｍ（１５７０−１６００ｎｍ）の利得帯域幅が得られている。図９の従来技術では、短波長帯の３０ｎｍ（１５３０−１５６０ｎｍ）の帯域幅であったから、利得帯域幅は、２倍になっている。すなわち、本第１構成により、利得帯域幅の拡大が図れる。

本発明の遠隔励起光ファイバ通信システムの第２構成を、図３及び図４に示す。図３（ａ）が概略図、図４が詳細図である。図中、図９と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。本第２構成では、利得の安定化を図っている。図４の従来技術における各エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂのそれぞれ対応した前後に、ファイバグレーティングＦＧ−ｆ−ｆ，ＦＧ−ｆ−ｂ，ＦＧ−ｂ−ｆ，ＦＧ−ｂ−ｂを設置してエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂをレーザ発振させ、光学的な利得一定制御を行っている（文献［３］J. Massicott et al., Electron. Lett., Vol.32, pp. 816-817, 1996）。ファイバグレーティングの反射波長はエルビウム添加ファイバの増幅波長域内に設定され、レーザ発振の波長はそのファイバグレーティングの反射波長で決まる。また、ファイバグレーティングは信号光を透過させる。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂは、それぞれ両端のファイバグレーティングにより、いわゆるファブリーペロー型の共振器でレーザ発振して、利得一定動作を行うが、ファイバグレーティングを用いない、リングレーザ共振器を用いた構成も可能である（文献［４］G. Luo et al., IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 16, pp. 527-533, 1998）。本第２構成の詳細図および動作等に関しては、後述の実施例のところで説明する。

本第２構成における利得スペクトルを、図３（ｂ）に示す。エルビウム添加ファイバ入力励起光パワー（Ｐｐ）依存性において、一定の利得スペクトルが得られており、従来技術の課題が解決されている。

本発明の遠隔励起光ファイバ通信システムの第３構成を、図５に示す。図中、図９と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。本第３構成では、利得帯域の拡大を図っている。本第３構成では、図９の従来技術におけるエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂを、本構成に限って特別に長さ等を設定した特殊エルビウム添加ファイバＳＥＤＦ−ｆおよびＳＥＤＦ−ｂに置き換え、また、励起光波長の例としては、１４８０ｎｍの１波長から、１４７０ｎｍと１５００ｎｍの２波長に変更している。すなわち、同時２波長励起としている。例えば、特殊エルビウム添加ファイバは、通常の用途より若干短めの、エルビウム添加テルライトファイバである。伝送ファイバ−ｆおよび伝送ファイバ−ｂは、１４７０ｎｍと１５００ｎｍの高パワーの励起光で励起され、それら伝送ファイバ内に分布的なラマン利得を与える。また、特殊エルビウム添加ファイバＳＥＤＦ−ｆおよびＳＥＤＦ−ｂは、伝送ファイバを透過したそれらの励起光で励起され、集中的なＥＤＦ（エルビウム添加ファイバ）利得を与える。上記の特殊エルビウム添加ファイバおよび励起光に関するパラメータはあくまでも１例であり、実際には幾つかの組み合わせや値が可能である（文献［５］S. Kawai et al.,IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 11, pp. 886-888, 1999）。

本第３構成における利得スペクトルを、図５（ｂ）に示す。特殊エルビウム添加ファイバ（ＳＥＤＦ）の利得スペクトルと、励起光で励起された伝送ファイバのラマン利得スペクトル、およびそれらの和である全利得が示されている。ラマン利得は、１６００ｎｍ付近にピーク値を示し、短波長調で利得が小さい。一方、ＳＥＤＦの利得は、１５３０ｎｍ付近にピーク値を示し、長波長側で利得が小さい。その結果、全利得は１５３０−１６００ｎｍの広い波長域で高い利得・平坦な利得を示しており、帯域幅は約７０ｎｍである（文献［５］S. Kawai et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 11, pp. 886-888, 1999）。特殊エルビウム添加ファイバ単体では、利得帯域は小さいが、本構成により利得帯域が顕著に拡大されていることがわかる。すなわち、本構成の遠隔励起光ファイバ通信システムの利得帯域が拡大されている。

本発明の遠隔励起光ファイバ通信システムの第４の構成を、図６に示す。図中、図９と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。本第４構成では、利得の安定化を図っている。本第４構成では、図１の従来技術における励起光波長を、信号光波長により近い、長波長に変更している。例えば、従来技術の１４８０ｎｍを、本構成の１５１０ｎｍに変えている。励起光波長が、十分な信号光利得を確保しつつ、信号光波長に近い値になると、入力励起光パワー変動に対する利得変化の割合が小さくなる。

ただし、従来技術において１４８０ｎｍ近辺の励起光波長が用いられていた理由として、１４８０ｎｍ近辺の励起光波長において励起効率および雑音指数が最適になるなどの理由があった。その様子を図１０に示す。（ａ）が励起効率、（ｂ）が雑音指数の励起光波長依存性である。したがって、１５１０ｎｍの励起光波長では若干の励起効率および雑音指数の劣化があるが、上記のように利得変化の割合が小さくなるという効果の方が重要である場合が想定される。

本第４構成における利得スペクトルを、図６（ｂ）に示す。入力励起パワー変動時の利得スペクトルの変動が、図９（ｂ）の従来技術の場合に比べ減少していることがわかる。すなわち、利得の安定性が向上している。

以下に、第１、第２実施例および第１−４参考例を示しているが、第１実施例および第１−３参考例が前記本発明の第１−４構成に関するものであり、第２実施例が前記本発明の第１構成と第２構成を組み合わせたもの、第４参考例が前記本発明の第２構成に関するものである。
［第１実施例］
図１及び図２は、本発明第１実施例の遠隔励起光ファイバ通信システムの構成を示している。構成および動作の概略はすでに述べているが、ここでは、主に詳細を述べる。本第１実施例では、利得帯域幅の拡大を図っている。また、本実施例を含めた以下の実施例において、エルビウム添加ファイバを用いているが、他の希土類添加ファイバ（例えば、ツリウム添加ファイバ）でもよい。エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂは、おのおの２つのエルビウム添加ファイバを有している。それらはエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆについてエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｆ−ｌ、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｂについてエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｌである。一般に、エルビウム添加ファイバの利得帯域には、短波長帯（１．５５μｍ帯）および長波長帯（１．５８μｍ帯）があるが、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓは、短波長帯の増幅に用い、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌは、長波長帯の増幅に用いている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓと、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌの違いは主に長さにあり、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌは、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓの数倍の長さを有する。例えば、それらのエルビウム添加ファイバはエルビウム添加シリカファイバであり、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓの長さは１０ｍ、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌ長さは５０ｍである。

エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂに入射した波長多重の信号光は、信号光の分波器１９，２０により、１．５５μｍ帯と１．５８μｍ帯の信号光に分離され、それぞれ短波長帯のエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓおよび長波長帯のエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌに導かれて増幅される。その後、信号光の合波器２１，２２により合波される。一方、励起光の流れは、以下のようになっている。信号光とともにエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆに入射した前方向励起光は、励起光の分波器２３により信号光から分離され、分岐器２５により比率１：２（エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓと、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌ、に入射する励起光パワーの比率）で分岐され、励起光の合波器２７，２８により、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｆ−ｌを信号光の入射方向（前方向）から励起するように、信号光と合波される。また、信号光と逆方向からエルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｂに入射した後方向励起光は、励起光の分波器２４により信号光から分離され、分岐器２６により比率１：２（エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｓと、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｌおよびＥＤＦ−ｂ−ｌ、に入射する励起光パワーの比率）で分岐され、励起光の合波器２９，３０により、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂ−ｓおよびＥＤＦ−ｂ−ｌを信号光の入射方向（前方向）から励起するように、信号光と合波される。ただし、エルビウム添加ファイバを上記とは逆に後方向から励起してもよい。前方向からの励起と後方向からの励起では、主に、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂの雑音特性が異なる。

本第１構成で得られる利得スペクトルを、図１（ｂ）に示す。短波長帯に３０ｎｍ（１５３０−１５６０ｎｍ）の利得帯域幅と、長波長帯に３０ｎｍ（１５７０−１６００ｎｍ）の利得帯域幅が得られている。利得値の例は、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂのそれぞれにつき、約２０ｄＢである。各伝送ファイバ（伝送ファイバ−ｆ、伝送ファイバ−ｉ、伝送ファイバ−ｂ）の長さの例は、８０ｋｍであり、伝送ファイバは約２０ｄＢである。別の利得値の例は、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆおよびＥＤＦ−Ｍ−ｂのそれぞれにつき、約１０ｄＢである。そのとき、各伝送ファイバ（伝送ファイバ−ｆ、伝送ファイバ−ｉ、伝送ファイバ−ｂ）の長さの例は、４０ｋｍであり、伝送ファイバは約１０ｄＢである。ただし、それらの利得は、伝送ファイバ中で生じる、若干の分布的なラマン利得を含んでいる。図９の従来技術では、短波長帯の３０ｎｍ（１５３０−１５６０ｎｍ）の帯域幅であったから、利得帯域幅は、２倍になっている。すなわち、本第１構成により、利得帯域幅の拡大が図れる。
［第１参考例］
図３及び図４は、第１参考例の遠隔励起光ファイバ通信システムの構成を示している。図３（ａ）が概略図、図４が詳細図である。構成および動作の概略はすでに述べているが、ここでは、主に詳細を述べる。本第１参考例では、利得の安定化を図っている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂの前後に、ファイバグレーティング（ＦＧ）を設置してエルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂをレーザ発振させ、光学的な利得一定制御を行っている。ファイバグレーティングの反射波長はエルビウム添加ファイバの増幅波長域内に設定され、レーザ発振の波長はそのファイバグレーティングの反射波長で決まる。また、ファイバグレーティングは信号光を透過させる。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂは、それぞれ両端のファイバグレーティングにより、いわゆるファブリーペロー型の共振器でレーザ発振して、利得一定動作を行う。

図４の詳細図に例を示したように、信号光波長１５３０−１５６０ｎｍのとき、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆに関し、ファイバグレーティングＦＧ−ｆ−ｆおよびＦＧ−ｆ−ｂの反射中心波長および反射軸は、それぞれ１５２５ｎｍおよび１ｎｍであり、ファイバグレーティングＦＧ−ｆ−ｆおよびＦＧ−ｆ−ｂのピーク反射率はそれぞれ約１００％および１０％である。このとき、レーザ発振が１５２５ｎｍで起こり、信号光と同方向に伝搬するレーザ発振光のパワーが、逆方向に伝搬するレーザ発振光のパワーより顕著に大きくなり、エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆの雑音指数が低くなって好都合である。信号光と同方向に伝搬するレーザ発振光のパワーはかなり大きく、信号光の伝送特性に悪影響を与える場合があるので、アイソレータ１０を通した後、高反射率（約１００％）のファイバグレーティングＦＧ−ｒで反射させ、アイソレータ１０で伝搬を阻止して、除去を行っている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｂに関しても、同じことが成り立つ。

本第２構成における利得スペクトルを、図３（ｂ）に示す。エルビウム添加ファイバ入力励起光パワー（Ｐｐ）依存性において、一定の利得スペクトルが得られており、従来技術の課題が解決されている。平坦利得値例は、約２０ｄＢである。入力励起光パワーの変動値例は、±１ｄＢである。
［第２参考例］
図５は、第２参考例の遠隔励起システムの構成を示している。構成および動作の概略はすでに述べているが、ここでは、主に詳細を述べる。本第２参考例では、利得帯域幅の拡大を図っている。特殊エルビウム添加ファイバは、通常の用途より若干短めの、エルビウム添加テルライトファイバである。その長さの例は、３ｍである。励起光波長は１４７０ｎｍと１５００ｎｍの２波長である。伝送ファイバ−ｆおよび伝送ファイバ−ｂは、１４７０ｎｍと１５００ｎｍの高パワーの励起光で励起され、それら伝送ファイバ内に分布的なラマン利得を与える。また、特殊エルビウム添加ファイバＳＥＤＦ−ｆおよびＳＥＤＦ−ｂは、伝送ファイバを透過したそれらの励起光で励起され、集中的なＳＥＤＦ利得を与える。

本第３構成における利得スペクトルを、図５（ｂ）に示す。特殊エルビウム添加ファイバ（ＳＥＤＦ）の利得スペクトルと、励起光で励起された伝送ファイバのラマン利得スペクトル、およびそれらの和である全利得が示されている。ラマン利得は、１６００ｎｍ付近にピーク値を示し、短波長調で利得が小さい。一方、ＳＥＤＦの利得は、１５３０ｎｍ付近にピーク値を示し、長波長側で利得が小さい。その結果、全利得は、１５３０−１６００ｎｍの広い波長域で高い利得・平坦な利得を示しており、利得および帯域幅はそれぞれ約２０ｄＢおよび約７０ｎｍである。エルビウム添加ファイバ単体では、利得帯域は小さいが、本構成により利得帯域が顕著に拡大されていることがわかる。すなわち、本構成の遠隔励起光ファイバ通信システムの利得帯域が拡大されている。
［第３参考例］
図６は、第３参考例の遠隔励起光ファイバ通信システムの構成を示している。構成および動作の概略はすでに述べているが、ここでは、主に詳細を述べる。本第３参考例では、利得の安定化を図っている。本第４構成における励起光波長は１５１０ｎｍである。励起光波長が、十分な信号光利得を確保しつつ、信号光波長に近い値になると、入力励起光パワー変動に対する利得変化の割合が小さくなる。信号光帯域は１５３０−１５６０ｎｍである。別の励起光波長としては、１５００ｎｍ、１５２０ｎｍなどがある。

本第４構成における利得スペクトルを、図６（ｂ）に示す。入力励起光パワー変動時の利得スペクトルの変動が、図９（ｂ）の従来技術の場合に比べ減少していることがわかる。平坦利得値例は、約２０ｄＢである。入力励起光パワーの変動値例は、±１ｄＢである。このとき、従来技術における利得変動は、１５３０ｎｍにおいて、±２ｄＢであるが、本実施例においては±０．５ｄＢとなる。すなわち、利得の安定性が向上している。
［第２実施例］
図７は、本発明第２実施例の遠隔励起光ファイバ通信システムの構成の一部を示している。図中、図２（ａ）と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、エルビウム添加ファイバモジュールＥＤＦ−Ｍ−ｆ部分のみを示している。ＥＤＦ−Ｍ−ｂ部分に関しては同様であり、その他の部分については、前記第１実施例と同じである。本実施例は、前記第１実施例と第１参考例を組み合わせた実施例である。本第２実施例では、利得帯域幅の拡大とともに、利得の安定化を図っている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆ−ｓとＥＤＦ−ｆ−ｓの両端にファイバグレーティングＦＧを設置して利得一定制御を行いつつ、短波長帯と長波長帯の２波長帯構成を用いて、利得帯域幅の拡大を行っている。従来技術と比べ、明らかに、利得帯域幅の拡大（約２倍）と、利得安定化（利得変動なし）を達成できる。
［第４参考例］
図８は、第４参考例の遠隔励起システムの構成を示している。図中、図３（ａ）と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。本第４参考例は前記第１参考例に類似しており、ともに前記本発明の第２構成を用いたものである。前記第１参考例では、ファブリーペロー型のレーザ共振器を用いているが、本第４参考例ではリング型のレーザ共振器を用いている。本第４参考例では、利得の安定化を図っている。エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂの前後に、それぞれ対応して信号光とレーザ光の合波器３１，３２および分波器３３，３４を設置し、それぞれ対応した合波器３１，３２および分波器３３，３４を光ファイバで結んで、前記エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆまたはＥＤＦ−ｂを含む、リング型のレーザ共振器を構成している。本図では、簡単のため省略したが、発振波長を限定するための波長選択素子等を必要に応じて前記リング内に適宜設置する（文献［４］G. Luo et al., IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 16, pp. 527-533, 1998）。レーザ発振動作により、前記エルビウム添加ファイバＥＤＦ−ｆおよびＥＤＦ−ｂの利得が、入力励起光および信号光のパワーに依らず、一定に制御される。

以上述べたように、前記実施例および参考例によれば、従来技術のラマン増幅器で問題であった、信号光平坦利得を大きくすると、利得帯域幅が制限される。あるいは、利得帯域幅を大きくすると、信号光平坦利得が制限される、という欠点を解決できる。

（ａ）は本発明の第１の実施例を示す構成説明図、（ｂ）は本発明の第１の実施例の利得スペクトルを示す特性図である。 本発明の第１の実施例に用いる光ファイバモジュールを示す構成説明図である。 （ａ）は第１参考例を示す構成説明図、（ｂ）は第１参考例の利得スペクトルを示す特性図である。 第１参考例に用いる光ファイバモジュールを示す構成説明図である。 （ａ）は第２参考例を示す構成説明図、（ｂ）は第２参考例の利得スペクトルを示す特性図である。 （ａ）は第３参考例を示す構成説明図、（ｂ）は第３参考例の利得スペクトルを示す特性図である。 本発明の第２の実施例に用いる光ファイバモジュールを示す構成説明図である。 第４参考例を示す構成説明図である。 （ａ）は従来の遠隔励起光ファイバ通信システムを示す構成説明図、（ｂ）は従来の遠隔励起光ファイバ通信システムの利得スペクトルを示す特性図である。 遠隔励起光ファイバ通信システムの励起効率と雑音指数の励起光波長依存性を示す特性図である。

符号の説明

１１ 送信器または送信側中継器
１２ 受信器または受信側中継器
１３ 励起光源
１４ 励起光源
１５ 合波器
１６ 合波器
１７ 電源
１８ 電源
ｆ 伝送ファイバ
ｉ 伝送ファイバ
ｂ 伝送ファイバ
ＥＤＦ−Ｍ−ｆ エルビウム添加ファイバモジュール
ＥＤＦ−Ｍ−ｂ エルビウム添加ファイバモジュール

Claims (4)

1. 波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記送信器または送信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、
   前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された光を前記励起光と前記信号光とに分波する励起光分波器と、前記励起光分波器で分波された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備えたことを特徴とする遠隔励起光ファイバ通信システム。
2. 波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記受信器または受信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、
   前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記信号光合波器の後段に配置され後方向から入力された前記励起光を信号光と分波する励起光分波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備えたことを特徴とする遠隔励起光ファイバ通信システム。
3. 波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記送信器または送信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、
   前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された光を前記励起光と前記信号光とに分波する励起光分波器と、前記励起光分波器で分波された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備え、さらに前記各希土類添加ファイバの両端に各希土類添加ファイバに導かれた信号光を透過する反射素子を備えたことを特徴とする遠隔励起光ファイバ通信システム。
4. 波長多重された信号光を出力する送信器または送信側中継器と、前記送信器または送信側中継器からの信号光を入力する受信器または受信側中継器と、前記送信器または送信側中継器と前記受信器または受信側中継器とを接続する各々４０ｋｍ以上の長さを有する複数の伝送ファイバと、前記伝送ファイバの間に設置した、遠隔励起された希土類添加ファイバモジュールと、前記受信器または受信側中継器に隣接して設置した励起光源と、前記励起光源からの励起光と信号光を合波する励起光源合波器を備えた遠隔励起光ファイバ通信システムであって、
   前記希土類添加ファイバモジュールが、前方向から入力された前記信号光を波長に応じて複数の波長帯に分割する信号光分波器と、前記信号光分波器で複数の波長帯に分割された信号光をそれぞれ入力する複数の希土類添加ファイバと、前記複数の希土類添加ファイバに導かれて増幅された信号光を合波する信号光合波器と、前記信号光合波器の後段に配置され後方向から入力された前記励起光を信号光と分波する励起光分波器と、前記励起光分波器が分波した前記励起光を前記希土類添加ファイバの数と同数の光路に分岐する分岐器と、前記信号光分波器と前記希土類添加ファイバとの間の光路または前記希土類添加ファイバと前記信号光合波器との間の光路のいずれかの光路に設置され前記分岐器から出力された励起光を前記希土類添加ファイバの各々に導入する複数の励起光合波器とを備え、さらに前記各希土類添加ファイバの両端に各希土類添加ファイバに導かれた信号光を透過する反射素子を備えたことを特徴とする遠隔励起光ファイバ通信システム。

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