JP4161621B2 - 励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラマン増幅器において励起光を供給する光源として用いられるラマン増幅用の励起光光源ユニット、それを用いたラマン増幅器、及び光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ増幅器は、光伝送システムを構成する光ファイバ伝送路中を伝搬する信号光のパワーを、該光ファイバ伝送路で生じる伝送損失を補償すべく増幅する光学部品である。光ファイバ伝送路上に設置される光ファイバ増幅器は、光ファイバ伝送路の一部としても機能する光増幅用光ファイバと、該光増幅用光ファイバへ励起光を供給する励起光光源とを備える。そして、励起光が供給される光増幅用光ファイバに信号光が入力されると、その信号光は、光増幅用光ファイバにおいて増幅される。
【０００３】
このような光ファイバ増幅器としては、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が添加された希土類元素添加ファイバ増幅器と、誘導ラマン散乱によるラマン増幅現象を利用するラマン増幅器とが利用される。
【０００４】
ここで、希土類元素添加ファイバ増幅器（例えばＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier、Ｅｒ添加ファイバ増幅器）は、希土類元素が添加された光ファイバ（例えばＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber、Ｅｒ添加光ファイバ）を光増幅用光ファイバとして利用する。一方、ラマン増幅器は、光ファイバ伝送路を構成している石英系光ファイバなどを、ラマン増幅用光ファイバとして利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来のラマン増幅器について詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来の光ファイバ増幅器のうち、ラマン増幅器は、励起光の波長を適当に選択することによって、任意の波長帯域を増幅波長帯域に利用することができる利点がある。また、ラマン増幅用の励起光光源として、互いに波長の異なる複数チャネルの励起光を出力する複数の励起光光源からなる励起光光源ユニットが利用されれば、該励起光光源ユニットから供給される複数チャネルの励起光によって決まるより広い増幅波長帯域において、信号光増幅が可能になる。
【０００６】
ここで、複数の励起光光源を含む励起光光源ユニットを適用して、より広い増幅波長帯域のラマン増幅器を実現する場合、一般に、その増幅波長帯域内における利得スペクトル（利得の波長依存性）、あるいは増幅された信号光のパワースペクトル（出力信号光パワーの波長依存性）の平坦化が必要となる。これに対して、米国特許第６１１５１７４号公報には、複数の励起光光源が適用されたラマン増幅器が記載されている。このラマン増幅器では、増幅波長帯域内で出力信号光のパワースペクトルが略平坦化されるよう、各励起光光源から供給される励起光の波長及びパワーがそれぞれ設定される。このように、各励起光光源における励起光パワーが調整されることで励起チャネル全体における励起光スペクトルが調整され、結果的に出力信号光のパワースペクトルの調整が可能になる。
【０００７】
しかしながら、このように励起光パワーのみによって励起チャネル全体における励起光スペクトルを調整する構成では、励起光スペクトル及びそれに対応する出力信号光スペクトルを十分に制御することができない。例えば増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが大きく変化した場合、従来のラマン増幅器では、そのような変化に対応するように出力信号光スペクトルを十分に調整することができないという課題があった。
【０００８】
また、特開２０００−２０８８４０号公報には、複数の励起光光源からの光を合波する光合波器とこれら励起光光源に対応して設けられた複数の光反射器とが、使用波長帯域内での温度変化に対する中心波長変化の微分係数が略等しい材料で形成され、かつ、使用環境温度範囲内における所定温度下において、該光合波器における入力ポートの最適波長が各光反射器の中心反射波長と略等しい構成が開示されている。しかしながら、上述のような構成では、光反射器と光合波器の各最適波長が環境温度の変化に対して同じように変化してしまう。この結果、励起光の透過損失がほぼ一定に保たれ、励起光パワーは維持できるが、波長変動を許容しているので励起光波長に依存したラマン増幅器では、利得スペクトルの波長シフトが生じてしまうという課題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルを十分に調整できるよう、励起光スペクトルの制御性を向上させるための構造を備えた励起光光源ユニット、該励起光光源を含むラマン増幅器、及び該ラマン増幅器を含む光伝送システムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る励起光光源ユニットは、互いに波長の異なるＮ（≧２）チャネルの励起光をラマン増幅器に供給する光源として適用されるラマン増幅用の励起光光源ユニットである。当該励起光ユニットは、Ｎ個の励起光光源と、励起光合波器と、出力構造を備える。上記Ｎ個の励起光光源は、互いに波長の異なるＮチャネルの励起光を出力する。上記励起光合波器は、Ｎ個の励起光光源それぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する。上記出力構造は、合波器で合波された励起光をラマン増幅用光ファイバへ供給する。特に、この発明に係る励起光ユニットは、上記Ｎ個の励起光光源の少なくともいずれかが、出力される励起光のチャネル波長を変更可能な波長可変励起光光源を含むことを特徴としている。
【００１１】
ラマン増幅器における励起光供給手段として機能する当該励起光光源ユニットは、複数チャネルの励起光をそれぞれ出力するＮ個の励起光光源を備えるとともに、これら励起光光源のうち少なくともいずれかは波長可変励起光光源を含む。このような構成により、当該励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルを調整する際に、各チャネルの励起光パワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源から出力されるチャネル波長も調整することができる。したがって、出力される励起光の全チャネルにおける励起光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なよう、該励起光スペクトルの制御性が向上された励起光光源ユニットが実現される。また、このような励起光光源ユニットがラマン増幅器に適用されることにより、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光のパワースペクトルも十分に調整することが可能になる。
【００１２】
出力される励起光のチャネル波長を制御可能な波長可変励起光光源としては、波長可変励起光光源として、励起レーザ、共振用グレーティング及びチャネル調整システムとを備える。共振用グレーティングは励起レーザから出力された光を該励起レーザへ向かって反射させる。チャネル波長調整システムは、該共振用グレーティングの反射波長を調整する。このように、励起レーザの外部に設けられた共振用グレーティングを利用する外部共振器型レーザによれば、その共振用グレーティングの反射波長を調整することにより、出力される励起光のチャネル波長を効率的に制御することができる。
【００１３】
上記外部共振器型において、共振用グレーティングは、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングであるのが好ましい。また、具体的なブラッググレーティングの例としては、光ファイバの少なくともコア領域内に該光ファイバの長手方向に沿って周期的な屈折率変化が作り込まれたファイバブラッググレーティングが適用可能である。このようなファイバブラッググレーティングによれば、波長可変レーザにおける外部共振の構成と、波長可変レーザから励起光合波器へ励起光を出力する光導波路の構成の両方が、簡単な構成で実現され得る。
【００１４】
なお、ファイバブラッググレーティングの反射波長を調整するチャネル波長調整システムとしては、応力付加手段や加熱手段が含まれる。応力印加手段は、ファイバブラッググレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させ、反射光の波長を調整する。また、加熱手段は、ファイバブラッググレーティングを加熱することにより、ブラッググレーティングが作り込まれたコア領域部分の屈折率を変化させ、反射光の波長を調整する。
【００１５】
また、上記ブラッググレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成された場合、チャネル波長調整システムは、電場印加手段を含んでもよい。この電場印加手段は、ブラッググレーティングが作り込まれた上記光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる。このようなチャネル波長調整システムによっても、波長可変レーザにおける外部共振の構成と、波長可変レーザから励起光合波器へ励起光を出力する光導波路の構成の両方が、簡単な構成で実現され得る。
【００１６】
また、上記波長可変励起光光源は、半導体レーザと、該半導体レーザのチップ温度を調整することにより該半導体レーザの発振波長を変化させる加熱手段とを備えてもよい。あるいは、上記波長可変励起光光源は、励起レーザと、透過する光の波長を変更可能な波長可変バンドパスフィルタとを備えた波長可変レーザを含んでもよい。これらいずれの構成によっても、上記共振用グレーティングを利用した外部共振器型波長可変レーザと同様に、出力される励起光のチャネル波長を効率的に制御することができる。
【００１７】
また、上記励起光合波器は、その透過波長特性を調整するための透過特性調整手段を含んでもよい。これにより、励起光合波器で合波される各励起光光源からの励起光のチャネル波長が変化した場合にも、その波長変化に合わせて励起光合波器における透過特性が調整されることにより、各チャネルの励起光を適切に合波することができる。
【００１８】
上記励起光合波器は、例えば、波長が隣接する２チャネルの励起光ごとに、互いについとなるチャネルの励起光をそれぞれ偏波合波する複数の偏波合波器と、これら複数の偏波合波器から出力された励起光をさらに波長合波する波長合波器で構成することが可能である。このように、励起光合波器に偏波合波器が適用された場合、励起光の偏波合波の際に励起光のチャネル波長が変化したしても透過特性を調整する必要がない。したがって、偏波合波器と波長合波器とを組み合わせることによって、励起光の合波を容易に行うことができる。
【００１９】
このように構成される励起光合波器は、偏波合波器と波長合波器との間に設けられたデポラライザをさらに備えるのが好ましい。このようにデポラライザが設けられることにより、当該励起光光源ユニットがラマン増幅器に適用されたときの、ラマン増幅における増幅利得の偏波依存性の影響が低減される。
【００２０】
さらに上記励起光合波器は、アレイ導波路型回折格子、インターリーバ、あるいはこれらの組み合わせを含んでもよい。アレイ導波路型回折格子やインターリーバで励起光合波器が構成されることにより、励起光のチャネル波長変化に良好に対応することができる。
【００２１】
上記Ｎ個の励起光光源それぞれは、励起レーザと、共振用グレーティングとを備えた外部共振器型レーザを含み、これらＮ個の外部共振器型レーザの少なくともいずれかは、共振用グレーティングの反射波長を変更するためのチャネル波長調整システムをさらに備えた外部共振器型波長可変レーザであるのが好ましい。このとき、上記励起光合波器は、少なくとも１つのサーキュレータデバイスと、反射用グレーティングを備えるのが好ましい。上記サーキュレータデバイスは、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力された励起光を合波する。上記反射用グレーティングそれぞれは、各外部共振器型レーザの共振用グレーティングと光サーキュレータの間に設置される。また、これら反射用グレーティングは、光サーキュレータデバイスから共振用グレーティングへ出力されたいずれかのチャネルの励起光を該光サーキュレータデバイスに向かって反射する反射特性を有する。このように、光サーキュレータデバイスが適用された構成によっても、複数の励起光光源からの励起光を合波することができる。
【００２２】
光サーキュレータデバイスが適用された上記励起光合波器は、具体的には、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を順次合波するように（Ｎ−１）段に接続された（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータを含む。あるいは、上記励起光合波器は、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する１個の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータを含んでもよい。さらに、上記励起光合波器は、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する１個の（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータを含んでもよい。この場合、ラマン増幅用光ファイバ内で発生するレイリー散乱などに起因した戻り光が効果的に遮断できるとともに、上記Ｎ個の励起光光源それぞれの出力安定化が図れる。
【００２３】
また、上記励起光合波器は、上記Ｎ個の外部共振器型レーザそれぞれの共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に設けられた光アイソレータをさらに備えてもよい。これにより、反射用グレーティングの影響によって、外部共振器型レーザにおいて複数波長の光が外部共振することが防止される。
【００２４】
上記チャネル波長調整システムは、上記反射用グレーティングのうち対応する上記外部共振器型波長可変レーザからの励起光を反射する反射用グレーティングの反射波長を、該対応する外部共振器型波長可変レーザの共振用グレーティングの反射波長と同期して変更する。これにより、外部共振器型波長可変レーザから出力される励起光のチャネル波長が変化させた場合においても、対応する反射用グレーティングにおいて確実に励起光を反射することが可能になる。
【００２５】
なお、光サーキュレータデバイスが適用された励起光合波器において、上記共振用グレーティング及び反射用グレーティングは、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングを含むのが好ましい。具体的に、上記ブラッググレーティングは、光ファイバの少なくともコア領域内に該光ファイバの長手方向に沿って周期的な屈折率変化が作り込まれたファイバブラッググレーティングを含むのが好ましい。このファイバブラッググレーティングの反射波長の変更は、上記チャネル波長調整システムにおいて行われるが、このチャネル波長調整システムは、応力印加手段、加熱手段あるいは電場印加手段を含む。上記応力印加手段は、ファイバブラッググレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる。上記加熱手段は、ファイバブラッググレーティングを加熱することによりコア領域内の屈折率を変化させる。さらに、上記ブラッググレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路に形成された場合、上記チャネル波長調整システムとしての電場印加手段が、ブラッググレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる。
【００２６】
また、上記出力構造は、励起光合波器で合波された励起光をラマン増幅されるべき信号光が伝搬する光伝送路に出力するため、励起光を信号光と合波する出力合波器を含む。ただし、このような出力合波器は、励起光光源ユニット側に設けられるのではなく、光伝送路側に設けられた合波器に励起光光源ユニットの出力用光ファイバを接続する構成であってもよい。
【００２７】
なお、複数の励起光光源のうちいずれかの出力が低下した場合でも出力信号光のパワースペクトル（ラマン増幅器の利得スペクトル）の平坦性を維持するため、残りの励起光光源のチャネル波長を変更することで励起光スペクトルを調整する、上述のような構成では、利得スペクトルのある程度の劣化は避けられない。そこで、この発明に係る励起光光源ユニットは、定常的に複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システムとともに、該主励起光供給ユニットに含まれる励起光光源のうちいずれかの出力低下に起因した励起光スペクトルの劣化を防止するための予備励起光供給システムとを備えてもよい。
【００２８】
すなわち、当該励起光光源ユニットは、主励起光供給システムと、合波器と、出力構造と、予備励起光光源システムと、光スイッチとを備える。上記主励起光供給システムは、定常状態において、互いに波長の異なるＮ（≧２）チャネルの励起光をそれぞれ出力するＮ個の励起光光源を含む。上記合波器は、Ｎ個の励起光光源それぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する。上記出力構造は、合波器で合波された励起光を出力する。上記予備励起光供給システムは、１又はそれ以上の予備の励起光光源を含み、該予備の励起光光源のうち少なくともいずれかは出力する励起光のチャネル波長を変更可能な波長可変励起光光源である。上記光スイッチは、主励起光供給システムと合波器との間の光路上に配置される。また、この光スイッチは、該主励起光供給システムに含まれるＮ個の励起光光源のいずれかからの出力が低下した場合に該低下した励起光光源の出力と予備励起光光源からの出力とを切り替えるよう機能する。
【００２９】
上述のように、主励起光供給システムと予備励起光供給システムとを備え、これらからの出力を光スイッチで切り替えることにより、ラマン増幅用光ファイバに供給される励起光に含まれるチャネルの波長は、上記Ｎ個の励起光光源のいずれかが故障した非常時でも維持されるため、利得スペクトルへの影響は小さい。
【００３０】
なお、上記光スイッチは、合波器へ導かれる励起光の瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチを含むことが好ましい。
【００３１】
また、当該励起光光源ユニットは、予備励起光供給システムに含まれる予備励起光光源の数量を低減し、コストパフォーマンスを向上させるべく、上記光スイッチと上記予備励起光供給システムとの間の光路上に配置された１×Ｍ（≧２）ポート光スイッチをさらに備えるのが好ましい。また、当該励起光光源ユニットは、上記光スイッチと上記予備励起光供給システムとの間の光路上に配置されたＭ（≧２）ポート出力分波器を備えてもよい。
【００３２】
さらに、当該励起光光源ユニットは、上記光スイッチと上記１×Ｍポート光スイッチとの間の光路上にそれぞれ配置された共振用グレーティングをさらに備えてもよい。この共振用グレーティングは、Ｎ個の励起光光源のうち該光スイッチを介して切り替えられるべき励起光光源から出力される励起光の波長と略等しい中心反射波長を有する。従来の波長可変方式による信頼性劣化を防ぐことができるからである。
【００３３】
当該励起光光源ユニットは、上記共振用グレーティングによって反射される光の波長を変更するためのチャネル波長調整システムをさらに備えてもよく、この場合、予備励起光光源の数量を効果的に低減することが可能になる。なお、このチャネル波長調整システムは、共振用グレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる応力印加手段を含んでもよい。また、上記チャネル波長調整システムは、共振用グレーティングを加熱することにより前記コア領域内の屈折率を変化させる加熱手段を含んでもよい。共振用グレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成された場合、上記チャネル波長調整システムは、共振用グレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる電場印加手段を含んでもよい。
【００３４】
この発明に係るラマン増幅器は、ラマン増幅用光ファイバと、上述のような構造を有する励起光光源ユニットとを備える。上記ラマン増幅用光ファイバは、ラマン増幅用の励起光が供給されることにより所定の増幅波長帯域内の信号光をラマン増幅する。また、上記励起光光源ユニットは、ラマン増幅用光ファイバに励起光を供給する。この構成により、増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが十分に調整可能となる。したがって、この増幅波長帯域内において出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なように、増幅利得の制御性が向上されたラマン増幅器が実現される。
【００３５】
また、当該ラマン増幅器は、入力される信号光のパワーを測定するための入力パワー測定システムと、制御部を備えるのが好ましい。制御部は、入力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力されるＮチャネルの励起光のパワーあるいは波長を制御する。一方、当該ラマン増幅器は、ラマン増幅された出力信号光のパワーを測定する出力パワー測定システムと、制御部を備えてもよい。この場合、制御部は、出力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力される励起光のパワーあるいは波長を制御する。また、当該ラマン増幅器は、外部からの指示信号を取り込むための指示信号入力システムと、制御部を備えてもよい。この構成において、制御部は、指示信号入力システムにより取り込まれた指示信号に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力される励起光のパワーあるいは波長を制御する。
【００３６】
このように、入力信号光パワーの測定結果、出力信号光パワーの測定結果、あるいは指示信号による制御指示に基づいて励起光出力を制御することで、励起光光源ユニットから供給される全チャネルの励起光スペクトル、及びラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルを、信号光の状態に応じて適切に制御することができる。
【００３７】
なお、具体的な制御方法としては、上記制御部が、出力信号光スペクトルが実質的に平坦となるように、励起光のパワーあるいは波長を制御する。また、上記制御部は、出力信号光スペクトルにおいて信号光パワーが最小となる周波数に対して、その周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数に近付くように、励起光の少なくともいずれかのチャネル波長を制御するのが好ましい。
【００３８】
さらに上記制御部は、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のうち１又はそれ以上の励起光光源から出力される励起光のパワーがラマン増幅に寄与し得ない程度に低下したとき、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下になるよう、該パワー低下した励起光光源を除く残りの励起光光源から出力される励起光のパワーを制御するのが好ましい。
【００３９】
この発明による光伝送システムは、複数の中継区間を備え、１中継区間あたりの出力信号光パワーの平均バラツキは２ｄＢ以下である。このような光伝送システムは６中継区間で構成されるのが一般的であり、特に、受信器に利用されるアバランシェ・ホトダイオードの受信可能な光パワーのダイナミックレンジが−１７〜−３２ｄＢ程度であることを考慮すると、出力信号光の１中継区間あたりのパワーバラツキは２ｄＢ、６中継区間全体で１２ｄＢ程度に押さえられる必要がある。
【００４０】
なお、この発明に係る光伝送システムは、所定の信号波長帯域内の信号光が伝搬する光伝送路と、光伝送路上の所定位置に設置された、上述のような構造を有するラマン増幅器を備える。特に、ラマン増幅器は、上記光伝送路の一部をラマン増幅用光ファイバとして利用し、該光伝送路へ励起光を供給する構成を備えてもよい。この場合、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝送される信号光に対して、信号光波長帯域内における信号光のパワースペクトルを十分に制御可能な、分布定数型の光増幅器を備えた光伝送システムが実現される。
【００４１】
一方、この発明に係る光伝送システムに含まれるラマン増幅器は、上記光伝送路とは別にラマン増幅用光ファイバを備えてもよく、該ラマン増幅用光ファイバは上記光伝送路に光学的に接続され、該光伝送路の一部を構成する。この場合、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬する信号光に対して、信号光波長帯域内における信号光のパワースペクトルを十分に制御可能な、集中定数型の光増幅器を備えた光伝送システムが実現される。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムの各実施形態を図１〜３８を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００４３】
図１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバを伝搬する複数チャネルの信号光（ＷＤＭ信号）をラマン増幅するためのラマン増幅器に適用される光源ユニットであって、該ラマン増幅用光ファイバに互いに波長の異なる複数チャネルの励起光を供給する。
【００４４】
当該励起光光源ユニットＬＵは、複数チャネルの励起光を供給するための励起光供給システム１と、これら複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、合波された励起光を外部の光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３とを備える。複数チャネルの励起光が生成される励起光供給システム１は、互いに波長の異なる励起光をそれぞれ出力する複数の励起光光源から構成されている。
【００４５】
図１に示された第１実施形態においては、励起光供給システム１は、波長λ1の励起光を出力する第１励起光光源１１、波長λ2（λ2＞λ1）の励起光を出力する第２励起光光源１２、波長λ3（λ3＞λ2）の励起光を出力する第３励起光光源１３、及び波長λ4（λ4＞λ3）の励起光を出力する第４励起光光源１４の４個の励起光光源を備えている。また、これらの励起光光源１１〜１４は、いずれも、出力する励起光の波長λ1〜λ4が所定の波長範囲内で可変に制御可能に構成された波長可変励起光光源である。
【００４６】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された波長λ1〜λ4の励起光（４チャネル励起光）は、励起光合波器２において合波され、全体として所定のパワースペクトルを有する励起光となる。そして、合波された励起光は、出力構造３を介して信号光が伝搬する光伝送路Ｌへ出力される。出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。これにより、励起光合波器２で合波された励起光は、出力用光導波路３１を通過した後、出力合波器３２によって光伝送路Ｌを伝搬する信号光に対して合波される。
【００４７】
ラマン増幅器の励起光光源として機能する当該励起光光源ユニットＬＵにおける励起光供給システム１は、それぞれチャネル波長λ1〜λ4の励起光を出力する複数の励起光光源１１〜１４から構成される。これら励起光光源１１〜１４はそれぞれ波長可変励起光光源である。この構成により、当該励起光光源ユニットＬＵから供給される全体での励起光スペクトルを調整する際に、各励起光のパワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源１１〜１４から出力される励起光の波長を調整することができる。
【００４８】
すなわち、複数の励起光光源からなる励起光光源ユニットをラマン増幅器に適用する場合、一般に、広帯域となっている増幅波長帯域内における利得スペクトルあるいは出力信号光のパワースペクトルを平坦化することが必要となる。そして、この調整する対象となるラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルは、励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトルによって決まる。したがって、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルを調整するには、励起光光源ユニットから出力される励起光のパワースペクトルを調整する必要がある。
【００４９】
このような励起光スペクトルの調整については、励起光光源ユニットに含まれる各励起光光源からそれぞれ出力される各チャネルの励起光パワーを調整する方法がある。しかしながら、このような調整方法では、励起光スペクトルについて十分な制御性が得られない。例えば、励起光光源ユニットに含まれている複数の励起光光源のうちで１つのパワーがダウンした場合、ダウンした励起光光源が供給していた励起光のチャネル波長に対応する信号光波長の近傍で、出力信号光のパワースペクトルが大きく落ち込むこととなる。このような場合には、ダウンした励起光光源を除いた残りの励起光光源が供給している励起光のパワーを調整しても、出力信号光のパワースペクトルの落ち込みを十分に補償することはできない。
【００５０】
これに対して、それぞれが波長可変励起光光源である複数の励起光光源１１〜１４を備えた当該励起光光源ユニットＬＵによれば、出力される励起光のチャネル全体でのパワースペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なよう、励起光スペクトルの制御性が向上された励起光光源ユニットＬＵが実現される。また、このような励起光光源ユニットＬＵがラマン増幅器に適用されれば、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光のパワーバラツキを十分に調整することが可能となる。
【００５１】
図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおける励起光スペクトルの調整及び出力信号光スペクトルの平坦化について、図２及び図３を用いて説明する。
【００５２】
図２は、図１に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルであり、横軸は、励起光波長λを示している。励起光光源ユニットＬＵの通常の動作時においては、４個の波長可変励起光光源１１〜１４から、図２中にそれぞれ破線で示された励起光波長λ1〜λ4の４チャネルの励起光が供給される。
【００５３】
ここで、４個の励起光光源１１〜１４のうち、３番目の励起光光源（波長可変励起光光源）１３のパワーがダウンし、波長λ3の励起光が供給されなくなった場合について考える。このとき、この励起光光源ユニットＬＵが適用されたラマン増幅器では、励起光波長λ3に対応する信号光波長の近傍で、出力信号光のパワースペクトルが大きく落ち込むこととなる。
【００５４】
図３は、図１に示された励起光源ユニットＬＵが適用されたラマン増幅器における出力信号光スペクトルであり、横軸は、励起光によって増幅される信号光のチャネル波長（ｎｍ）を示している。また、縦軸は、信号光の各チャネル波長における信号光出力パワー（０．５ｄＢｍ／ｄｉｖ）を示している。
【００５５】
波長λ1〜λ4の４チャネル励起光が供給される、励起光源ユニットＬＵの通常動作時においては、励起光源１１〜１４のそれぞれから供給される励起光のパワーの最適化により、破線Ｓで示されたように、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルが略平坦化されている。このとき、励起光光源１３がダウンしてチャネル波長λ3の励起光が供給されなくなると、出力信号光のパワースペクトルは、破線Ｓｄで示されたように、励起光波長λ3に対応する信号光波長の近傍（図３では波長１５６５ｎｍの近傍）において、増幅利得及び信号光出力パワーが大きく落ち込んでしまう。
【００５６】
これに対し、この第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵでは、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２、及び１４から供給される波長λ1、λ2、及びλ4の３チャネルの励起光が、図２中にそれぞれ実線で示すように、その励起光波長をそれぞれ波長λ3に近付く波長軸方向に変化させて、それぞれλ1'、λ2'及びλ4'に調整される。これにより、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のチャネル全体から見たパワースペクトルが調整され、図３の実線Ｓ'で示されたように、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルが極力平坦化される。具体的には、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２及び１４は、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下となるよう波長制御されるのが好ましい。
【００５７】
複数の波長可変励起光光源１１〜１４を利用する第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、上述のように、増幅波長帯域内で変化した出力信号光スペクトルの調整に対して優れた制御性を有している。また、このような励起光光源ユニットＬＵは、出力信号光のパワースペクトル平坦化以外でも出力信号光スペクトルに対する種々の調整に対しても有効である。
【００５８】
例えば、２以上の異なる波長帯域における出力信号光スペクトルを平坦化して増幅波長帯域として用いる場合（同一構成の２以上のラマン増幅器を利用）、上述のような構造を有する励起光光源ユニットＬＵであれば、励起光スペクトルを波長に対して全体的にシフトさせることにより、出力信号光スペクトルが平坦化された帯域である増幅波長帯域を変更することが可能である。
【００５９】
なお、図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおいて、励起光供給システム１に含まれる複数の励起光光源１１〜１４をすべて波長可変励起光光源としたが、波長可変励起光光源の個数については、複数の励起光光源のうちで少なくともいずれかが波長可変励起光光源であれば、他の励起光光源では励起光のチャネル波長が固定であってもよい。このような波長可変励起光光源の個数、あるいはは励起光供給システム１における波長可変励起光光源の割合については、各励起光のチャネル間隔（波長間隔）や、励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器で必要とされる出力信号光スペクトルの制御性などに応じて、適宜設定されればよい。
【００６０】
また、図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおいて、励起光を光伝送路Ｌへ出力する出力構造３は、出力用光導波路３１に加えて、励起光と信号光とを合波するための出力合波器３２を備えている。この出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵ側には合波器を設けずに出力用光導波路３１のみの構成とし、光伝送路Ｌ側に設けられた合波器に励起光光源ユニットＬＵの出力用光導波路３１を接続する構成であってもよい。あるいは、励起光合波器２の出力端がそのまま出力構造に含まれてもよい。
【００６１】
また、図１は、出力用光導波路３１からの励起光が、信号光の伝送方向に対して逆方向に光伝送路Ｌに導かれる構成を示しているが、この励起光の伝搬方向は、ラマン増幅器の構成等に応じて、信号光の伝送方向に一致した順方向であてもよい。
【００６２】
図４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、第１実施形態と同様に、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。
【００６３】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、励起光を波長によって合波する波長合波器２１が設けられている。
【００６４】
励起光光源１１〜１４の構成について、第１励起光光源１１を例として説明する。この第２実施形態において、第１波長可変励起光光源１１は、その励起光生成源として励起レーザに適した第１半導体レーザ１１０を有する。この半導体レーザ１１０と波長合波器２１との間には、励起光光源１１からの励起光を波長合波器２１へ導波するための光導波路１１１が設けられている。光導波路１１１上の所定位置には、半導体レーザ１１０から出力された光を反射する共振用グレーティング１１２が設けられている。共振用グレーティングとしては、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングが好ましい。また、励起光光源１１は、共振用グレーティング１１２の反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えるのが好ましい。これにより、励起光光源１１として、半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２とから、出力する励起光の波長が制御可能な波長可変励起光光源１１として、外部共振器型波長可変レーザが得られる。
【００６５】
この第２実施形態では、４個の励起光光源１１〜１４がすべて波長可変励起光光源となっている。そして、他の３個の励起光光源１２〜１４も、上記第１波長可変励起光光源１１と同様の構成を有する。
【００６６】
すなわち、第２波長可変励起光光源１２は、励起レーザに適した第２半導体レーザ１２０と、光導波路１２１上に設けられた共振用グレーティング１２２、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えた外部共振器型波長可変レーザである。また、第３波長可変励起光光源１３も、励起レーザに適した第３半導体レーザ１３０と、光導波路１３１上に設けられた共振用グレーティング１３２と、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備える。さらに、第４波長可変励起光光源１４は、励起レーザに適した第４半導体レーザ１４０と、光導波路１４１上に設けられた共振用グレーティング１４２と、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えた外部共振器型波長可変レーザである。
【００６７】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である波長合波器２１によって合波され、全チャネルを含む波長帯域において所定のパワースペクトルを有する。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造３を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【００６８】
この第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵによれば、共振用グレーティング１１２〜１４２で反射される光の波長を可変に制御することによって、外部共振器型レーザである波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光の波長λ1〜λ4を効率的に制御することができる。
【００６９】
図５は、図４に示された第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図５には、チャネル波長λ1〜λ4の励起光（点線）のうちチャネル波長λ3の励起光がパワーダウンした場合に、波長λ1'、λ2'、及びλ4'（破線）に励起光の各チャネル波長を調整する例が示されている。なお、この第２実施形態においても、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２及び１４は、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下となるよう波長制御されるのが好ましい。
【００７０】
波長可変励起光光源として上述の構造を有する外部共振器型レーザが適用された場合、励起光の外部共振のための共振用グレーティングとしては、ブラッググレーティングが好ましい。また、具体的なブラッググレーティングの構成については、様々な形態のグレーティングを適用することができる。
【００７１】
図６は、図４に示された励起光光源ユニットＬＵに適用される波長可変励起光光源の第１構成の一例を示す図である。ただし、この図６はでは、４個の励起光光源１１〜１４のうち、第１波長可変励起光光源１１の構成のみが示されている。他の励起光光源１２〜１４については、図６に示された第１波長可変励起光光源１１と同様の構造を有する。
【００７２】
第１波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２とを備え、これら半導体レーザ１１０及び共振用グレーティング１１２間の外部共振によってチャネル波長λ1の励起光を生成する外部共振器型波長可変レーザである。
【００７３】
図６には、励起光光源１１から出力される励起光を波長合波器２１へ導く光導波路１１１として、半導体レーザ１１０と波長合波器２１との間に設けられた光ファイバ１１１ａが示されている。また、光ファイバ１１１ａの所定部位には、共振用グレーティング１１２として、ファイバブラッググレーティング１１２ａが作り込まれている。
【００７４】
さらに、励起光光源１１には、ファイバブラッググレーティング１１２ａに対して、その反射波長を調整するチャネル波長調整システム１１２ｂが設けられている。チャネル波長調整システム１１２ｂは、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる共振用グレーティング１１２の反射波長が調整される。
【００７５】
このようなファイバグレーティングによれば、外部共振器型波長可変レーザである励起光光源１１における外部共振の構成と、励起光光源１１から波長合波器２１へ励起光を出力する光導波路１１１の構成との両方を、簡単な構成で実現することができる。
【００７６】
上記チャネル波長調整システム１１２ｂとしては、例えば、応力印加手段が適用可能である。この応力印加手段は、光ファイバ１１１ａに所定の応力を印加することにより、光ファイバ１１１ａに伸縮を生じさせる。この結果、ファイバブラッググレーティング１１２ａのグレーティング周期が変化し、共振用グレーティング１１２の反射波長が調整される。励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長λ1は、この反射波長が調整された共振用グレーティング１１２と半導体レーザ１１０で構成される外部共振器により制御されることになる。
【００７７】
また、上記チャネル波長調整システム１１２ｂとして、加熱手段も適用可能である。この加熱手段は、光ファイバ１１１ａを加熱することによりファイバブラッググレーティング１１２ａのグレーティング屈折率（ファイバブラッググレーティング１１２ａが作り込まれた光ファイバ１１１ａにおけるコア領域の屈折率）を変化させる。これにより、共振用グレーティング１１２の反射波長を変化させ、励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長を制御している。
【００７８】
ここで、図６に示されたように、共振用グレーティングなどのチャネル波長調整手段を利用して励起光光源から供給される励起光のチャネル波長を制御する場合、励起光を合波する波長合波器２１などの励起光合波器２における光の透過波長特性が問題となるかもしれない。
【００７９】
図５には、波長調整前のチャネル波長λ1〜λ4の励起光、及び波長調整後のチャネル波長λ1'、λ2'、及びλ4'の励起光に対する波長合波器２１での透過波長特性（合波波長特性）の一例として、透過波長特性Ｔ1〜Ｔ4が示されている。
【００８０】
これらの透過波長特性Ｔ1〜Ｔ4は、一般には、励起光光源ユニットＬＵの通常動作時において、チャネル波長λ1〜λ4の励起光が良好に合波されるように最適化されている。これに対し、チャネル波長λ3の励起光のパワーダウンに対応して励起光スペクトルを調整するために他の励起光のチャネル波長がλ1'、λ2'、及びλ4'へ変化させられると、チャネル波長の変化量が大きい励起光に対して波長合波器２１で十分な透過特性が得られない場合がある。
【００８１】
例えば、図５に示されたように、パワーダウンした励起光のチャネル波長λ3に近いチャネル波長λ4の励起光について、波長調整したことによるλ4からλ4'へのチャネル波長の変化量が大きくなっている。このように励起光のチャネル波長を大きく変化させる可能性がある場合には、励起光合波器２において各チャネルの励起光に対して十分な透過特性を確保するため、波長合波器２１は、透過波長特性を調整可能な構造を備えるのが好ましい。
【００８２】
図７は、透過波長特性が調整可能な励起光合波器を有する励起光光源ユニットの構成の一例を示す図である。図７の構成では、波長合波器２１に対してその透過特性を調整するための透過特性調整システム２２が設けられている。これら波長合波器２１及び透過特性調整システム２２から、透過波長特性が調整可能な励起光合波器２が構成される。透過特性調整システム２２は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、各励起光光源１１〜１４から出力される励起光のチャネル波長λ1〜λ4の変化に応じて、励起光合波器２における励起光の透過特性が最適に制御される。
【００８３】
励起光光源ユニットに適用される波長可変励起光光源としては、図６に示されたファイバブラッググレーティングを利用する外部共振器型波長可変レーザには限定されず、様々な励起光光源が適用可能である。
【００８４】
図８は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第２構成を示す図である。この場合、波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２と、電場印加手段１１２ｄとしてのチャネル波長調整システムを備えており、該波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０及び共振用グレーティング１１２を利用した外部共振によってチャネル波長λ1の励起光を生成する外部共振器型波長可変レーザである。
【００８５】
図８には、励起光光源１１から出力される励起光を波長合波器２１へ導くための光導波路１１１として、半導体レーザ１１０から波長合波器２１に向かって順に、光ファイバ１１１ｂ、光導波路１１１ｃ、及び光ファイバ１１１ｄが設けられている。
【００８６】
これらの各光導波路のうち、光導波路１１１ｃは、所定の基板上に電気光学効果を有する材質によって形成された光導波路である。また、光導波路１１１ｃの所定部位には、共振用グレーティング１１２として、ブラッググレーティング１１２ｃが形成されている。
【００８７】
さらに、チャネル波長調整システムである電場印加手段は、ブラッググレーティング１１２ｃに対して所定強度の電場を印加すべく、ブラッググレーティング１１２ｃを挟んで同一基板上に配置された一対の電極１１２ｄを備える。電極１１２ｄは、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる共振用グレーティング１１２での反射波長が可変に制御される。すなわち、電場印加手段である電極１１２ｄによって電気光学効果を有する光導波路１１１ｃに所定強度の電場が印加されると、ブラッググレーティング１１２ｃの反射波長が変化する。これによって、励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長λ1が可変に制御され得る。
【００８８】
このようなグレーティングによっても、外部共振器型波長可変レーザである励起光光源１１における外部共振の構成と、励起光光源１１から波長合波器２１へ励起光を出力する光導波路１１１の構成との両方が、簡単な構成で実現することができる。
【００８９】
図９は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第３構成を示す図である。この波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、チャネル波長調整システムとして、半導体レーザ１１０のチップの温度を調整する加熱手段１１３とを備える。加熱手段１１３は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる半導体レーザ１１０における発振波長が可変に制御される。
【００９０】
図１０は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第４構成を示す図である。この波長可変励起光光源１１は、第１励起レーザ１１４と、リング状光ファイバ１１５とを利用してチャネル波長λ1の励起光を生成するファイバリング波長可変レーザである。
【００９１】
リング状光ファイバ１１５は、光増幅機能を有する希土類元素添加光ファイバを含む。また、リング状光ファイバ１１５の励起レーザ１１４側の所定位置には、波長合波器１１６が設置されている。励起レーザ１１４から出力された光は、この波長合波器１１６を介してリング状光ファイバ１１５に供給され、希土類元素添加光ファイバであるリング状光ファイバ１１５において増幅される。また、リング状光ファイバ１１５上の所定位置には、光アイソレータ１１８及びバンドパスフィルタ１１９が設置されており、バンドパスフィルタ１１９の透過波長特性に応じて、励起光光源１１において生成される励起光のチャネル波長λ1が決められる。
【００９２】
リング状光ファイバ１１５の、波長合波器２１側の所定位置には、光を一定の割合で分岐する分岐器１１７が設置されている。リング状光ファイバ１１５で増幅されたチャネル波長λ1の光は、この分波器１１７によって光導波路１１１へ分岐され、励起光として波長合波器２１へ出力される。
【００９３】
図１０の波長可変励起光光源１１において、リング状光ファイバ１１５で増幅される励起光のチャネル波長λ1を決めるバンドパスフィルタ１１９としては、透過波長が変更可能な波長可変バンドパスフィルタ（チャネル波長調整システムに含まれる）が利用される。バンドパスフィルタ１１９は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1は、リング状光ファイバ１１５において可変に制御される。
【００９４】
なお、透過波長特性が可変のバンドパスフィルタ１１９としては、例えば、誘電体多層膜による光学フィルタが利用可能である。誘電体多層膜フィルタは、透過させる光の光路に対してフィルタの角度を回転させることで、透過波長特性を可変かつ容易に制御することができる。また、誘電体多層膜フィルタ以外のバンドパスフィルタの利用も可能である。
【００９５】
励起光光源ユニットの実施形態について、さらに説明する。
【００９６】
図１１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【００９７】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２は、波長が隣接する２チャネルずつの励起光をそれぞれ合波する２個の偏波合波器２３ａ、２３ｂと、励起光を波長によって合波する波長合波器２１とで構成されている。
【００９８】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のうち、励起光光源１１、１２から出力された、互いに波長が隣接するチャネル波長λ1、λ2の励起光は、偏波合波器２３ａによって偏波合波される。また、励起光光源１３、１４から出力された、互いに波長が隣接するチャネル波長λ3、λ4の励起光は、偏波合波器２３ｂによって偏波合波される。
【００９９】
さらに、偏波合波器２３ａから出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光と、偏波合波器２３ｂから出力されたチャネル波長λ3、λ4の励起光は、波長合波器２１によって合波されて、該波長合波器２１から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２により構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１００】
このように、励起光を合波する励起光合波器２に偏波合波器２３ａ、２３ｂが適用された場合、偏波合波器２３ａ、２３ｂによる励起光の偏波合波では、各励起光光源１１〜１４から供給される励起光のチャネル波長が変化した場合であっても透過特性を調整する必要がない。したがって、複数の偏波合波器２３ａ、２３ｂと波長合波器２１とを組み合わせて励起光合波器２を構成することによって、励起光の合波を容易に行うことができる。
【０１０１】
図１２は、図１に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１２には、図５と同様に、チャネル波長λ1〜λ4の励起光のうちチャネル波長λ3の励起光がパワーダウンしたときに、チャネル波長λ1'、λ2'、及びλ4'の励起光を調整する例が示されている。また、図１２には、偏波合波器２３ａ、２３ｂのそれぞれから出力された励起光に対する波長合波器２１の透過波長特性Ｔa、Ｔbが示されている。
【０１０２】
波長合波器２１は、励起光がその前段の偏波合波器２３ａ、２３ｂにおいて偏波合波されているため、図１２に示されたように、その透過波長特性Ｔa、Ｔbをやや広い波長範囲の透過波長特性を有するのが好ましい。この場合、励起光のチャネル波長がある程度大きく変化しても、十分な透過特性が得られる。
【０１０３】
図１３は、この発明に係る励起光光源ユニットの第４実施形態の構成を示す図である。この第４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１０４】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２は、波長が互いに隣接する２チャネルの励起光を合波する２個の偏波合波器２３ａ、２３ｂと、励起光を波長によって合波する波長合波器２１とが設けられている。さらに、第４実施形態における励起光合波器２には、偏波合波器２３ａ、２３ｂと、波長合波器２１との間に、それぞれデポラライザ２４ａ、２４ｂが設置されている。
【０１０５】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のうち、励起光光源１１、１２から出力された波長が互いに隣接するチャネル波長λ1、λ2の励起光は、偏波合波器２３ａによって偏波合波され、デポラライザ２４ａによって無偏光化される。また、励起光光源１３、１４から出力された波長が互いに隣接するチャネル波長λ3、λ4の励起光は、偏波合波器２３ｂによって偏波合波され、デポラライザ２４ｂによって無偏光化される。
【０１０６】
さらに、偏波合波器２３ａからデポラライザ２４ａを介して出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光と、偏波合波器２３ｂからデポラライザ２４ｂを介して出力されたチャネル波長λ3、λ4の励起光は、波長合波器２１によって合波されて、該波長合波器２１から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１０７】
励起光合波器２に偏波合波器２３ａ、２３ｂが適用された構成では、異なる２チャネルの励起光に対して偏波合波が行われるため、偏波合成器２３ａで偏波合成された励起光と偏波合成器２３ｂで偏波合成された励起光とではその偏波状態が異なってくる。この場合、ラマン増幅利得が励起光の偏波状態の影響を受けて変化する可能性がある。これに対し、この第４実施形態に係る励起光光源ユニットぅのように、偏波合波器２３ａ、２３ｂの後段にデポラライザ２４ａ、２４ｂが設置された構成によれば、ラマン増幅利得の偏波依存性の影響が効果的に低減される。
【０１０８】
図１４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第５実施形態の構成を示す図である。この第５実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１０９】
また、この第５実施形態では、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２５が設けられている。
【０１１０】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２であるＡＷＧ２５によって合波され、該励起光合波器２から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１１１】
図１５は、図１４に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１５には、励起光のチャネル波長λ1〜λ4を全体的にシフトされた波長λ1'〜λ4'へ変化させる例が示されている。また、図１５には、上記ＡＷＧ２５の透過波長特性Ｔも示されている。
【０１１２】
ＡＷＧ２５は、図１５に示されたように、チャネル波長λに対して周期的な透過波長特性Ｔを有する。したがって、各励起光光源１１〜１４から供給される励起光のチャネル波長λ1〜λ4のチャネル間隔（波長間隔）、あるいはそれらチャネル波長をそれぞれ波長λ1'〜λ4'へ変化させたときのチャネル波長変化量がＡＷＧ２５での透過波長特性Ｔの波長周期と一致していれば、励起光のチャネル波長を全体的に変化させた場合でも、各励起光光源１１〜１４からの励起光を好適に合波することができる。このような合波特性は、図１５に示されたように、各励起光のチャネル波長を全体的にシフトし、ラマン増幅器における増幅波長帯域をシフトさせるような場合に特に有効である。
【０１１３】
図１６は、この発明に係る励起光光源ユニットの第６実施形態の構成を示す図である。第６実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1、λ2（λ1＜λ2）の励起光を出力する２個の波長可変励起光光源１１、１２を備えている。各励起光光源１１、１２の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１１４】
また、この第６実施形態では、励起光光源１１、１２から出力された励起光を合波する励起光合波器２として、インターリーバ２６が設けられている。
【０１１５】
２個の波長可変励起光光源１１、１２のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光は、励起光合波器２であるインターリーバ２６によって合波されて、該インターリーバ２６から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１１６】
図１７は、図１６に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１７には、２チャネル励起光のチャネル波長λ1、λ2が全体的に波長λ1'、λ2'にシフトされた例が示されている。また、図１７には、励起光光源１１、１２のそれぞれから出力される励起光に対するインターリーバ２６の透過波長特性Ｔ1（実線）、Ｔ2（破線）が示されている。
【０１１７】
インターリーバ２６は、図１７に示されたように、チャネル波長λに対して周期的な透過波長特性Ｔ1、Ｔ2を有する。また、その透過波長特性Ｔ1、Ｔ2は、ＡＷＧに比べて波長周期が短い。したがって、励起光合波器２としてＡＷＧが適用された場合よりも、さらに小さい励起光のチャネル間隔（波長間隔）あるいはチャネル波長のシフト量（変化量）に対応することが可能となる。
【０１１８】
図１８は、この発明に係る励起光光源ユニットの第７実施形態の構成を示す図である。この第７実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ8（λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λ8）の励起光を出力する８個の波長可変励起光光源１１〜１８を備えている。各励起光光源１１〜１８の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１１９】
また、この第７実施形態では、励起光光源１１〜１８のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、２個のアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）２５ａ、２５ｂと、インターリーバ２６とが設けられている。
【０１２０】
８個の波長可変励起光光源１１〜１８のうち、励起光光源１１、１３、１５、１７から出力された１チャネル波長おきのチャネル波長λ1、λ3、λ5、λ7の励起光は、ＡＷＧ２５ａによって合波される。また、励起光光源１２、１４、１６、１８から出力されたチャネル波長λ2、λ4、λ6、λ8の励起光は、ＡＷＧ２５ｂによって合波される。
【０１２１】
さらに、ＡＷＧ２５ａから出力されたチャネル波長λ1、λ3、λ5、λ7の励起光と、ＡＷＧ２５ｂから出力されたチャネル波長λ2、λ4、λ6、λ8の励起光は、インターリーバ２６によって合波されて、該インターリーバ２６から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１２２】
図１６に示されたように、励起光合波器２として単一のインターリーバが適用された場合、合波可能な励起光の数は２個に限られる。これに対して、図１８に示されたように、前段のＡＷＧ２５ａ、２５ｂと後段のインターリーバ２６とを組み合わせた構成では、より小さいチャネル間隔（波長間隔）あるいは波長変化量の励起光に対応可能なインターリーバによる合波特性を利用しつつ、かつ、任意チャネル数の励起光を合波することが可能となる。
【０１２３】
図１９は、この発明に係る励起光光源ユニットの第８実施形態の構成を示す図である。この第８実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個（Ｎ個）の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１２４】
また、この第８実施形態では、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、３個（Ｎ−１個）の３ポート光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けられている。これら光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、４個（Ｎ個）の外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を順次合波するように３段（Ｎ−１段）に接続されている。
【０１２５】
すなわち、１段目の光サーキュレータ２７ｃの第１ポートには励起光光源１４からの光導波路１４１が接続され、第２ポートには励起光光源１３からの光導波路１３１が接続され、第３ポートには光導波路４３０が接続されている。また、２段目の光サーキュレータ２７ｂの第１ポートには光サーキュレータ２７ｃからの光導波路４３０が接続され、第２ポートには励起光光源１２からの光導波路１２１が接続され、第３ポートには光導波路４２０が接続されている。また、３段目の光サーキュレータ２７ａの第１ポートには光サーキュレータ２７ｂからの光導波路４２０が接続され、第２ポートには励起光光源１１からの光導波路１１１が接続され、第３ポートには出力用光導波路３１が接続されている。
【０１２６】
励起光光源１１の共振用グレーティング１１２と光サーキュレータ２７ａとの間には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４が設置されている。また、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と光サーキュレータ２７ｂとの間には、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４２３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４２４が設置されている。また、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と光サーキュレータ２７ｃとの間には、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４３４が設置されている。各反射用グレーティングは、対応するチャネル波長の光を略１００％反射するブラッググレーティングであるのが好ましい。
【０１２７】
以上の構成において、励起光光源１１から供給されたチャネル波長λ1の励起光は、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１２８】
励起光光源１２から供給されたチャネル波長λ2の励起光は、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。そして、チャネル波長λ2の励起光は、反射用グレーティング４１２によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１２９】
励起光光源１３から供給されたチャネル波長λ3の励起光は、光サーキュレータ２７ｃ、光導波路４３０、及び光サーキュレータ２７ｂを介して光導波路１２１へ出力される。そして、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４２３によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｂへ入力され、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。さらに、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４１３によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１３０】
また、励起光光源１４から供給されたチャネル波長λ4の励起光は、光サーキュレータ２７ｃを介して光導波路１３１へ出力される。そして、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４３４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｃへ入力され、光サーキュレータ２７ｃ、光導波路４３０、及び光サーキュレータ２７ｂを介して光導波路１２１へ出力される。さらに、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４２４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｂへ入力され、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。その後、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４１４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１３１】
以上のように、４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である３個の３ポート光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃによって合波されて、該励起光合波器２から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１３２】
このように、Ｎ個の励起光光源に対して、励起光合波器２として（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータが適用された構成によっても、各励起光光源からの励起光を良好に合波することができる。なお、反射用グレーティングとしては、励起光光源の共振用グレーティングと同様に、様々なグレーティングが適用可能である。
【０１３３】
ここで、各反射用グレーティングによって反射される光の波長は、対応する励起光光源が波長可変励起光光源である場合、その共振用グレーティングの反射波長と同期するように可変に制御されるのが好ましい。この第８実施形態では、励起光光源１１〜１４がすべて波長可変励起光光源であるので、すべての反射用グレーティングを上記のように可変に制御するチャネル波長調整システムが設置される。これにより、各励起光光源１１〜１４から供給された励起光を、出力用光導波路３１へ効率良く導くことができる。
【０１３４】
具体的には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２は、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と同期して制御されることが好ましい。また、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、４２３は、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と同期して制御されることが好ましい。また、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４、４２４、４３４は、励起光光源１４の共振用グレーティング１４２と同期して制御されることが好ましい。
【０１３５】
図２０（ａ）は、この発明に係る励起光光源ユニットの第９実施形態の構成を示す図である。この第９実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個（Ｎ個）の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１３６】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、１個の５ポート（Ｎ＋１ポート）光サーキュレータ２７が設けられている。この光サーキュレータ２７は、４個（Ｎ個）の外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波するように接続されている。
【０１３７】
すなわち、光サーキュレータ２７の第１ポートには励起光光源１４からの光導波路１４１が接続され、第２ポートには励起光光源１３からの光導波路１３１が接続され、第３ポートには励起光光源１２からの光導波路１２１が接続され、第４ポートには励起光光源１１からの光導波路１１１が接続され、第５ポートには出力用光導波路３１が接続されている。
【０１３８】
励起光光源１１の共振用グレーティング１１２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４が設置されている。また、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４２３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４２４が設置されている。また、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４３４が設置されている。
【０１３９】
以上の構成において、励起光光源１１から供給されたチャネル波長λ1の励起光は、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４０】
励起光光源１２から供給されたチャネル波長λ2の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。そして、チャネル波長λ2の励起光は、反射用グレーティング４１２によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４１】
励起光光源１３から供給されたチャネル波長λ3の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１２１へ出力される。そして、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４２３によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。さらに、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４１３によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４２】
励起光光源１４から供給されたチャネル波長λ4の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１３１へ出力される。そして、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４３４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１２１へ出力される。さらに、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４２４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。その後、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４１４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４３】
以上のように、４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である１個の５ポート光サーキュレータ２７によって合波されて、該５ポート光サーキュレータ２７から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１４４】
このように、Ｎ個の励起光光源に対して、励起光合波器２として１個の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータが適用された構成によっても、（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータが適用された構成と同様に、各励起光光源からの励起光を好適に合波することができる。
【０１４５】
なお、光サーキュレータが適用された励起光合波器２の構成としては、図１９及び図２０（ａ）に示された実施形態に限らず、様々な構成が可能である。例えば、図２０（ｂ）には、図２０（ａ）に示された（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータ２７及び出力構造（出力用導波路３１及び出力用合波器３２を含む）に代え（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータ２７ａが示されている。この（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータ２７ａは、図２０（ａ）の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータ２７の励起光合波機能を実現するとともに、出力構造を構成する出力用導波路３１及び出力合波器３２としても機能し得る。
【０１４６】
図２１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１０実施形態の構成を示す図である。この第１０実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図１９に示された第８実施形態とほぼ同様の構造を有するが、共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に光アイソレータが設置されている点で異なる。
【０１４７】
すなわち、励起光光源１１と光サーキュレータ２７ａを接続する光導波路１１１上には、共振用グレーティング１１２と、反射用グレーティング４１２、４１３、４１４との間に、光アイソレータ４１５が設置されている。また、励起光光源１２と光サーキュレータ２７ｂとを接続する光導波路１２１上には、共振用グレーティング１２２と反射用グレーティング４２３、４２４との間に、光アイソレータ４２５が設置されている。また、励起光光源１３と光サーキュレータ２７ｃとを接続する光導波路１３１上には、共振用グレーティング１３２と反射用グレーティング４３４との間に、光アイソレータ４３５が設置されている。また、励起光光源１４と光サーキュレータ２７ｃとを接続する光導波路１４１上には、共振用グレーティング１４２と光サーキュレータ２７ｃとの間に、光アイソレータ４４５が設置されている。
【０１４８】
図２２は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１１実施形態の構成を示す図である。この第１１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示された第９実施形態とほぼ同様の構造を有するが、上述の第１０実施形態と同様に、共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に光アイソレータが設置されている点で異なる。
【０１４９】
すなわち、励起光光源１１と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１１１上には、共振用グレーティング１１２と、反射用グレーティング４１２、４１３、４１４との間に、光アイソレータ４１５が設置されている。また、励起光光源１２と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１２１上には、共振用グレーティング１２２と反射用グレーティング４２３、４２４との間に、光アイソレータ４２５が設置されている。また、励起光光源１３と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１３１上には、共振用グレーティング１３２と反射用グレーティング４３４との間に、光アイソレータ４３５が設置されている。また、励起光光源１４と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１４１上には、共振用グレーティング１４２と光サーキュレータ２７との間に、光アイソレータ４４５が設置されている。
【０１５０】
このように、外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４の共振用グレーティングと、対応する光導波路１１１〜１４１上に設けられた反射用グレーティングとの間に、それぞれ光アイソレータ４１５〜４４５が設置されることにより、反射用グレーティングの影響によって外部共振器型レーザで複数波長の光が外部共振することが防止される。
【０１５１】
上述の第１〜第１１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、複数の励起光光源のうちいずれかの出力が低下した場合でも出力信号光のパワースペクトル（ラマン増幅器の利得スペクトル）の平坦性を維持するため、残りの励起光光源のチャネル波長を変更することで励起光スペクトルを調整する構成を備える。この構成によって励起光スペクトルの制御性は向上し、結果として、ラマン増幅器の増幅波長帯域における出力信号光のパワースペクトル（利得スペクトル）の調整が可能になる。しかしながら、上述の構成では利得スペクトルのある程度の劣化は避けられない。そこで、この発明に係る励起光光源ユニットは、定常的に複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システムとともに、該主励起光供給ユニットに含まれる励起光光源のうちいずれかの出力低下に起因した励起光スペクトルの劣化を防止するための予備励起光供給システムとを備えてもよい。
【０１５２】
図２３は、２重構造の励起光供給システムを有する励起光光源ユニットの構成を示す図である。この励起光光源ユニットＬＵは、図１に示された第１実施形態と同様に、定常状態で複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。当該励起光光源ユニットＬＵは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａの出力チャネル波長λ1〜λ3と同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４をさらに備える。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａそれぞれに対応するチャネルの励起光を出力する予備励起光光源１１ｂ〜１３ｂを含む。また、上記光スイッチ４は、チャネルごとに主励起光供給システム１ａの出力と予備励起光供給システム１ｂの出力とを切替えるべく用意された複数のチャネルスイッチ４１〜４３を含む。
【０１５３】
当該励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１ａ〜１３ａからチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１ａ〜１３ａからの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１５４】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａのうち例えば励起光光源１２ａが故障した場合、光スイッチ４は、励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２ａが故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１ａからのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光光源１２ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３ａからのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。
【０１５５】
上述の励起光光源ユニットＬＵは、定常状態でチャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１ａ〜１３ａを含む主励起光供給システム１ａと、これら励起光光源１１ａ〜１３ａそれぞれに対応して用意された予備励起光光源１１ｂ〜１３ｂを含む予備励起光供給システム１ｂとを備え、主励起光供給システムの動作状態に応じてチャネルごとに、これら主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間で出力切替を行う構造を備える。しかしながら、このように同数の励起光光源をそれぞれ含む励起光供給システムを用意したのでは、製造コストが倍増してしまう。そこで、予備励起光供給システム１ｂに含まれる予備励起光光源の数量を低減可能な実施形態を以下に説明する。
【０１５６】
図２４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１２実施形態の構成を示す図である。この第１２実施形態は、定常状態で複数チャネルの励起光を光伝送路Ｌへ供給する構造として、図２３に示された励起光光源ユニットと同様に主励起複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、主励起光供給システム１ａは、チャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１〜１３を含む。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。
【０１５７】
特に、この第１２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３の出力チャネル波長λ1〜λ3と略同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４と、予備励起光供給システム１ｂと光スイッチ４との間の光路上に配置された１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５をさらに備えたことを特徴としている。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３それぞれに対応するチャネル波長の励起光を出力するため、予備励起光光源として波長可変励起光光源を含む。この励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光を入力し、該入力された励起光のチャネル波長に対応する出力ポートから出力する。
【０１５８】
なお、上記チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる応力印加手段を含んでもよい。上記チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングを加熱することにより前記コア領域内の屈折率を変化させる加熱手段を含んでもよい。また、共振用グレーティングが、電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成される場合、チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる電場印加手段を含んでもよい。
【０１５９】
この第１２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１〜１３からチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１〜１３からの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６０】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３のうち例えば励起光光源１２が故障した場合、予備励起光供給システム１ｂは故障した励起光光源１２から出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５へ出力する。１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５へ入力された励起光は、そのチャネル波長に対応した出力ポートから出力され、対応するチャネルスイッチ４２へ導かれる。チャネルスイッチ４２は、１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５から出力された励起光を励起光合波器２へ出力すべく入力切替えを行う。このように、励起光光源１２が故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１からのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂ（波長可変励起光光源）からのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３からのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。なお、各チャネルスイッチ４１〜４３それぞれは、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。
【０１６１】
図２５は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１３実施形態の構成を示す図である。図２５（ａ）の第１３実施形態でも、定常状態で複数チャネルの励起光を光伝送路Ｌへ供給する構造として、図２３に示された励起光光源ユニットと同様に主励起複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、励起光供給システム１ａは、チャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１〜１３を含む。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。
【０１６２】
特に、この第１３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図２５（ａ）に示されたように、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３の出力チャネル波長λ1〜λ3と略同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４、予備励起光供給システム１ｂと光スイッチとの間の光路上に配置された光スイッチ４００とをさらに備えたことを特徴としている。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３それぞれに対応するチャネル波長の励起光を出力するため、予備励起光光源として波長可変励起光光源を含む。この予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光をそのチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４１〜４３のいずれかへ導く。
【０１６３】
なお、光スイッチ４（チャネルスイッチ４１〜４３）及び光スイッチ４００は、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などを用いた機械的スイッチの切替時間は通常ミリセカンドオーダーであるが、一方で最近の光伝送信号のビットレートは１０Ｇｂｐｓ程度にまで向上しており、機械的スイッチが適用されると、１０００万程度のビットが消失することになる。そこで、この発明に係る励起光光源スイッチＬＵに適用される光スイッチとしては、例えば図２５（ｂ）に示されたように、光スイッチ４、４００は、導波路４１０上にヒーター４２０が配置された熱光学スイッチや電気光学式のMach-Zehnder型光スイッチが好ましい。
【０１６４】
この第１３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１〜１３からチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１〜１３からの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６５】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３のうち例えば励起光光源１２が故障した場合、予備励起光供給システム１ｂは故障した励起光光源１２から出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を出力する。光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光のチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４２に該励起光を導くべく出力切替を行うとともに、光スイッチ４は、光スイッチ４００から励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２が故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１からのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂ（波長可変励起光光源）１ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３からのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。
【０１６６】
図２６は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１４実施形態の構成を示す図である。この第１４実施形態では、より広い増幅波長帯域を確保するため、主励起光供給システム１ａが励起光光源１１ａ〜１５ａの５つの光源を有する一方、予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａでカバーされた増幅波長帯域におけるラマン増幅を可能にするため、波長可変励起光光源ユニット１１ｂ、１２ｂ（予備励起光光源）を備える。また、この第１４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光光源１１ａ〜１５ａを含む主励起光供給システム１ａの出力と予備励起光光源１１ｂ、１２ｂを含む予備励起光供給システムの出力との切替を可能にするため、該主励起光供給システム１ａと励起光合波器２との間の光路上に配置された光スイッチ４と、該光スイッチ４と予備励起光供給システム１ｂとの間の光路上に配置された光スイッチ４００を備え、これら光スイッチ４の各チャネルスイッチ４１〜４５と光スイッチ４００に含まれる各チャネルスイッチ４０１、４０２の各出力ポートとの間の光路上には、それぞれ反射波長λ1〜λ5を有する共振用グレーティング４５１〜４５５が配置されている。
【０１６７】
なお、光スイッチ４は、励起光の各チャネル波長ごとに入力切替を可能にするため、複数のチャネルスイッチ４１〜４５を備える。また、光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光を対応するチャネルスイッチ４１〜４５のいずれかに導くため出力切替するチャネルスイッチ４０１、４０２を備える。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。また、予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。光スイッチ４、４００は、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。
【０１６８】
この第１４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１ａ〜１５ａからチャネル波長λ1〜λ5の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１ａ〜１５ａからの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６９】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１５ａのうち例えば励起光光源１２ａが故障した場合、予備励起光供給システム１ｂの励起光光源１１ｂは故障した励起光光源１２ａから出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を出力する。このとき、チャネルスイッチ４０１は、予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光のチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４２に該励起光を導くべく出力切替を行うとともに、光スイッチ４は、光スイッチ４０１から励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２ａが故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１ｂからのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源１１ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３ａ〜１５ａそれぞれからのチャネル波長λ3〜λ5の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４５を制御する。
【０１７０】
図２７は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１５実施形態の構成を示す図である。この第１５実施形態では、励起光合波器２が波長合波器２１と、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１、１２から出力される、互いに偏波状態の異なるチャネル波長λ1の励起光を偏波合成する偏波合波器２３、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１３からチャネル波長λ2の励起光を無偏波化するデポラライザ２４を備える。なお、予備励起光供給システム１ｂの出力と主励起光供給システム１ａの出力との切替を行う構成は、上述の第１３実施形態と同様である。また、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１、１２と偏波合波器２３との間は、該励起光光源１１、１２から出力された励起光の偏波状態を維持するため、偏波保持ファイバを介して接続されるのが好ましい。同様に、予備励起光供給システム１ｂと偏波合波器２３との間も、該予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光の偏波状態を維持するため、偏波保持ファイバを介して接続されるのが好ましい。なお、光スイッチ４００と光スイッチ４の各チャネルスイッチ４１〜４３との間の光路上には、信頼性向上のため、共振用グレーティングが配置されるのが好ましい。
【０１７１】
次に、上述の励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器（この発明に係るラマン増幅器）について説明する。
【０１７２】
図２８は、この発明に係るラマン増幅器の第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。ここで、励起光光源ユニットＬＵは、図１に示された励起光光源ユニット（第１実施形態）であり、この励起光光源ユニットは、４個の波長可変励起光光源１１〜１４と、励起光合波器２と、出力構造３（出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む）とを備える。
【０１７３】
励起光は、励起光光源ユニットＬＵがラマン増幅用光ファイバ５０へ供給する。この励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝搬方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１７４】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、この第１実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、後方励起（逆方向励起）の光増幅器として機能する。
【０１７５】
また、励起光光源ユニットＬＵの後方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５１が設置されている。この光分岐器５１は、ラマン増幅用光ファイバ５０において増幅され、光伝送路Ｌを順方向に伝搬する出力信号光の一部を、出力信号光測定器５２（出力パワー測定システムに含まれる）へ一定の割合で分岐する。出力信号光測定器５２は、光スペクトルアナライザやオプティカルパフォーマンスモニタなどから構成され、光分岐器５１からの出力信号光について、出力信号光スペクトルなどの出力信号光の状態を測定する。
【０１７６】
出力信号光測定器５２による出力信号光の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、出力信号光測定器５２の測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光の各チャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１７７】
このように、波長可変励起光光源を含む上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）がラマン増幅器ＲＡに適用されることにより、増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが十分に調整され得る。したがって、励起光光源１１〜１４のいずれかのパワーダウン等に起因して出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なように、ラマン増幅利得の制御性に優れたラマン増幅器ＲＡが実現される。
【０１７８】
また、出力信号光の測定結果に基づいて励起光を制御することによって、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１７９】
この場合の具体的な励起光の制御方法としては、制御部６０は、出力信号光スペクトルが略平坦となるように、励起光の各チャネルパワーあるいはチャネル波長を制御するのが好ましい。これにより、光伝送路Ｌを伝送される信号光の状態を好適に保持することができる。
【０１８０】
また、制御部６０は、出力信号光スペクトルにおいて信号光パワーが略最小となっている周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数（波長でいえば、約１００ｎｍ〜１２０ｎｍ短い波長に相当）に近付くように、励起光のチャネル波長を制御するのが好ましい。これにより、信号光パワーが小さくなっている波長帯域における増幅利得を高くして、出力信号光スペクトルを効率的に平坦化することができる。
【０１８１】
図２９は、この発明に係るラマン増幅器の第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１８２】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１８３】
また、励起光光源ユニットＬＵの後方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５１が設置されている。この光分岐器５１は、ラマン増幅用光ファイバ５０において光増幅されて光伝送路Ｌを順方向に伝送されている出力信号光の一部を、信号光分波器５３へ一定の割合で分岐し、分岐された出力信号光は、信号光分波器５３によってチャネル波長ごとに分波される。そして、信号光分波器５３で分波された各チャネルの出力信号光成分は、それぞれ出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄへ入力され、これらの出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄによって、出力信号光スペクトルなどの出力信号光の状態が測定される。なお、出力パワー測定システムには、信号光分波器５３及び出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄが含まれる。
【０１８４】
出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄによる出力信号光の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄの測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１８５】
このような構成によっても、図２８に示された構成（第１実施形態）と同様に、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１８６】
図３０は、この発明に係るラマン増幅器の第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１８７】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１８８】
また、ラマン増幅用光ファイバ５０の前方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５５が設置されている。この光分岐器５５は、ラマン増幅用光ファイバ５０において光増幅される信号光として光伝送路Ｌを順方向に伝送されている入力信号光の一部を、入力信号光測定器５６へ一定の割合で分岐する。入力信号光測定器５６（入力パワー測定システムに含まれる）は、光スペクトルアナライザやオプティカルパフォーマンスモニタなどから構成され、光分岐器５５からの入力信号光について、入力信号光スペクトルなどの入力信号光の状態を測定する。
【０１８９】
入力信号光測定器５６の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、入力信号光測定器５６の測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１９０】
このように、入力信号光の測定結果に基づいて励起光を制御することによっても、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１９１】
図３１は、この発明に係るラマン増幅器の第４実施形態の構成を示す図である。この第４実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１９２】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１９３】
また、この第４実施形態に係るラマン増幅器ＲＡには、外部からの指示信号を入力する指示信号入力部５７（指示信号入力システムに含まれる）が設置されている。指示信号入力部５７から入力された指示信号は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、この指示信号に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１９４】
このように、外部からの指示信号に基づいて励起光を制御することによっても、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１９５】
なお、図２８〜図３１に示されたラマン増幅器は、いずれも、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光が出力合波器３２を介して信号光伝搬方向と逆方向に光伝送路Ｌに伝搬する後方励起の構成となっている。これに対して、励起光が出力合波器を介して順方向に光伝送路Ｌに合波される前方励起（順方向励起）の構成においても、図２８〜図３１と同様の光増幅器の構成が適用可能である。
【０１９６】
また、ラマン増幅器は、後述するように分布定数型または集中定数型の形態によって用いられるが、上述の各構成は、いずれの形態に対しても適用することができる。
【０１９７】
次に、上述のようなラマン増幅器が適用された光伝送システム（この発明に係る光伝送システム）について説明する。
【０１９８】
図３２は、この発明に係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。この第１実施形態に係る光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内における複数チャネルの信号光を送信する送信局（送信器）Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝搬する光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬した信号光を受信する受信局（受信器）Ｒとを備える。
【０１９９】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられている。そして、この合波器３５を介して、上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）が光ファイバ伝送路Ｌに光学的に接続されている。合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方に向けて逆方向に送出する。この励起光光源ユニットＬＵは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される信号光を光増幅するラマン増幅器ＲＡを構成するための励起光供給手段である。
【０２００】
なお、合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵが出力合波器３２を備えている場合、該出力合波器３２が合波器３５として機能する。また、光ファイバ伝送路Ｌ側に別に設けられた合波器３５に対して励起光光源ユニットＬＵを接続する構成であってもよい。
【０２０１】
この第１実施形態に係る光伝送システムは、励起光光源ユニットＬＵを含むラマン増幅器ＲＡが、分布定数型の光増幅器として機能している光伝送システムである。このような分布定数型のラマン増幅器ＲＡにおいては、図３２に示されたように、光ファイバ伝送路Ｌの一部を構成している光ファイバが、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用される。
【０２０２】
このように、上述の励起光光源ユニットＬＵが適用された分布定数型のラマン増幅器ＲＡが、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置に設置されることにより、信号光の伝送品質の劣化が抑制されて、送信局Ｔから受信局Ｒへ確実に信号光を伝送可能な光伝送システムを実現することができる。
【０２０３】
図３３は、この発明に係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。この第２実施形態に係る光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内における複数チャネルの信号光を送信する送信局（送信器）Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局（受信器）Ｒとを備える。また、送信局Ｔと受信局Ｒとの間の所定位置には、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬する信号光を中継する中継局Ｓが設けられている。
【０２０４】
中継局Ｓ内にある光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられている。そして、この合波器３５を介して、上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）が光ファイバ伝送路Ｌに接続されている。合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。この励起光光源ユニットＬＵは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される信号光を増幅するラマン増幅器ＲＡを構成するための励起光供給手段である。
【０２０５】
この第２実施形態に係る光伝送システムは、励起光光源ユニットＬＵを含むラマン増幅器ＲＡが、集中定数型の光増幅器として中継局Ｓの内部に設置された光伝送システムである。このような集中定数型のラマン増幅器ＲＡにおいては、図３３に示されたように、光ファイバ伝送路Ｌに挿入された独立の光ファイバが、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用される。
【０２０６】
このように、上述した構成を有する励起光光源ユニットＬＵを適用した集中定数型のラマン増幅器ＲＡが、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置に設置されることにより、信号光の伝送品質の劣化が抑制されて、送信局Ｔから受信局Ｒへ確実に信号光を伝送可能な光伝送システムを実現することができる。
【０２０７】
図３４は、図３３に示された光伝送システムにおける中継局の構成を示す図である。
【０２０８】
中継局Ｓにおいて、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられ、この合波器３５を介して、励起光光源ユニットＬＵが光ファイバ伝送路Ｌに光学的に接続されている。また、この中継局Ｓ内には、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される間に信号光に生じた分散を補償するための分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を有する分散補償モジュールＤＭが設けられている。
【０２０９】
図３４の構成では、この分散補償モジュールＤＭの後段には、合波器３５及び励起光光源ユニットＬＵが設置されている。そして、この構成は、分散補償モジュールＤＭに含まれている分散補償ファイバを、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用する構成である。
【０２１０】
すなわち、励起光光源ユニットＬＵから供給された励起光は、合波器３５を介して、光ファイバ伝送路Ｌに対して信号光伝搬方向と逆方向に送出される。そして、送出された励起光は、ラマン増幅用光ファイバ５０としての分散補償モジュールＤＭ内の光ファイバに供給される。これにより、中継局Ｓ内において信号光を増幅するための集中定数型のラマン増幅器ＲＡが構成されている。
【０２１１】
なお、中継局Ｓ内の構成については、図３４は単に一例であり、これ以外にも様々な構成とすることが可能である。例えば、ラマン増幅用光ファイバとしては、分散補償ファイバなどの光ファイバとは別に、ラマン増幅のために専用に設けた光ファイバが利用されてもよい。また、図３４にも示されたように、ラマン増幅器ＲＡに加えて、他の光増幅器（例えばＥＤＦＡ）Ｓａ、Ｓｂが併設されてもよい。
【０２１２】
図３５は、この発明に係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。この第３実施形態に係る光伝送システムは、複数の通信利用者が、それぞれ異なる信号光波長帯域を用いる信号光Ａ、Ｂ、Ｃ（それぞれ複数チャネルのＷＤＭ信号光）を、同一の光伝送路Ｌを介して伝送する光伝送システムである。このような光伝送システムにおいて、その光伝送路Ｌ上に上述のラマン増幅器ＲＡ（この発明に係るラマン増幅器）が設置されることにより、信号光Ａ、Ｂ、Ｃが良好に増幅される。
【０２１３】
ここで、信号光Ａ、Ｂ、Ｃの信号光波長帯域は、それぞれ以下の波長範囲である。
【０２１４】
（Ａ）１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ
【０２１５】
（Ｂ）１５３５ｎｍ〜１５７５ｎｍ
【０２１６】
（Ｃ）１５４０ｎｍ〜１５８０ｎｍ
【０２１７】
また、各信号光の波長帯域における出力信号光スペクトルが平坦化されるようにラマン増幅器ＲＡの増幅利得が制御される。また、ラマン増幅器ＲＡの励起光光源ユニットについては、複数の励起光光源として、３個の波長可変励起光光源を有する。
【０２１８】
まず、３つの信号光のうちで、中間の信号光波長帯域を有する信号光Ｂに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３６は、信号光Ｂに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。ここでは、励起光光源ユニットから供給される励起光のチャネル波長については、信号光Ｂの信号光波長帯域１５３５ｎｍ〜１５７５ｎｍに対応して、波長１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３チャネルに設定されている。これら励起光チャネルの設定及びそれぞれのパワーの最適化により、図３６に示されたように、信号光Ｂの波長帯域に対して、出力信号光スペクトルが十分に平坦化される。
【０２１９】
次に、短波長側の信号光波長帯域を有する信号光Ａに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は、それぞれ、信号光Ａに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。図３７（ａ）は、信号光Ｂに対して設定された励起光波長１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３チャネル励起光をそのまま利用したときの出力信号光スペクトルである。この場合、励起光チャネルが最適化されていないためにスペクトルが十分に平坦化されず、特に短波長側において平坦度が劣化している。
【０２２０】
これに対して、図３７（ｂ）は、信号光Ａの信号光波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍに対応して、励起光を１４２４ｎｍ、１４３４ｎｍ、１４５５ｎｍの３チャネルに設定したときの出力信号光スペクトルである。このように、励起光光源ユニットから供給される励起光の各チャネル波長が最適に調整されることにより、信号光Ａの波長帯域に対しても、出力信号光スペクトルを十分に平坦化することができる。
【０２２１】
次に、長波長側の信号光波長帯域を有する信号光Ｃに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、それぞれ、信号光Ｃに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。図３８（ａ）は、信号光Ｂに対して設定された１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３波長からなる励起光をそのまま用いたときの出力信号光スペクトルを示している。この場合には、励起光波長が最適化されていないためにスペクトルが充分に平坦化されず、特に長波長側において平坦度が劣化している。
【０２２２】
これに対して、図３８（ｂ）のグラフは、信号光Ｃの信号光波長帯域１５４０ｎｍ〜１５８０ｎｍに対応して、励起光を１４３２ｎｍ、１４４３ｎｍ、１４６４ｎｍの３チャネルに設定したときの出力信号光スペクトルである。このように、励起光光源ユニットから供給される励起光の各チャネル波長が最適に調整されるることにより、信号光Ｃの波長帯域に対しても、出力信号光スペクトルを十分に平坦化することができる。
【０２２３】
以上のように、波長可変励起光光源を含む励起光光源ユニットを備えるラマン増幅器が適用された光伝送システムによれば、互いに異なる複数波長帯域の信号光（ＷＤＭ信号光）が伝搬する場合にも、対応することが可能である。すなわち、励起光光源ユニットから供給される励起光のチャネル波長が可変に制御されることによって、ラマン増幅された出力信号光のパワースペクトルが平坦化される増幅波長帯域を、増幅対象となる信号光の波長帯域に合わせて変更することが可能である。
【０２２４】
また、上述のラマン増幅器によれば、ラマン増幅器を含む光ファイバ伝送路の敷設時、または既設の光ファイバ伝送路へのラマン増幅器の導入時において、出力信号光スペクトルを測定しつつ励起光のチャネル波長及びチャネルパワーを調整することができるので、ラマン増幅器における光増幅の制御性が向上される。また、先に述べたように、励起光光源ユニットに含まれる複数の励起光光源のうちいずれかがダウンした場合でも、他の励起光光源からの励起光のチャネル波長を調整することによって、ダウンした励起光を補償して出力信号光のパワースペクトルを極力平坦に保持することができる。
【０２２５】
なお、この発明に係る励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムは、上述の実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、励起光光源ユニットに含まれる複数の励起光光源の個数については、上記実施形態で示された４個の励起光光源が適用された構成等に限らず、ラマン増幅器で必要とされている増幅波長帯域の広さや光増幅利得の制御性などに応じて、好適な個数及び構成を設定することが好ましい。
【０２２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、それぞれ波長の異なる複数チャネルの励起光を出力する複数の励起光光源のうち少なくともいずれかを波長可変励起光光源とした励起光光源ユニット、及びそれが適用したラマン増幅器、光伝送システムによれば、励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトル、及びそれに対応する出力信号光のパワースペクトルを調整する際に、励起光の各チャネルパワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源から出力される励起光の波長を調整することができる。
【０２２７】
これにより、励起光スペクトルや出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して充分に対応可能なように制御性が向上された励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る励起光光源ユニットの第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトルである。
【図３】図１に示された励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器における出力信号光のパワースペクトルの一例である。
【図４】この発明に係る励起光光源ユニットの第２実施形態の構成を示す図である。
【図５】図４に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図６】波長可変励起光光源の第１構成を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る励起光光源ユニットの応用例の構成を示す図である。
【図８】波長可変励起光光源の第２構成を示す図である。
【図９】波長可変励起光光源の第３構成を示す図である。
【図１０】波長可変励起光光源の第４構成を示す図である。
【図１１】この発明に係る励起光光源ユニットの第３実施形態の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１３】励起光光源ユニットの第４実施形態の構成を示す図である。
【図１４】この発明に係る励起光光源ユニットの第５実施形態の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１６】この発明に係る励起光光源ユニットの第６実施形態の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１８】この発明に係る励起光光源ユニットの第７実施形態の構成を示す図である。
【図１９】この発明に係る励起光光源ユニットの第８実施形態の構成を示す図である。
【図２０】この発明に係る励起光光源ユニットの第９実施形態の構成を示す図である。
【図２１】この発明に係る励起光光源ユニットの第１０実施形態の構成を示す図である。
【図２２】この発明に係る励起光光源ユニットの第１１実施形態の構成を示す図である。
【図２３】２重構造の励起光供給システムを有する励起光光源ユニットの構成を示す図である。
【図２４】この発明に係る励起光光源ユニットの第１２実施形態の構成を示す図である。
【図２５】この発明に係る励起光光源ユニットの第１３実施形態の構成を示す図である。
【図２６】この発明に係る励起光光源ユニットの第１４実施形態の構成を示す図である。
【図２７】この発明に係る励起光光源ユニットの第１５実施形態の構成を示す図である。
【図２８】この発明に係るラマン増幅器の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２９】この発明に係るラマン増幅器の第２実施形態の構成を示す図である。
【図３０】この発明に係るラマン増幅器の第３実施形態の構成を示す図である。
【図３１】この発明に係るラマン増幅器の第４実施形態の構成を示す図である。
【図３２】この発明に係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３３】この発明に係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３４】図２８に示された光伝送システムにおける中継局の構成を示すブロック図である。
【図３５】この発明に係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３６】信号光Ｂに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【図３７】信号光Ａに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【図３８】信号光Ｃに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【符号の説明】
ＬＵ…励起光源ユニット、Ｌ…光伝送路、ＲＡ…ラマン増幅器、Ｔ…送信局、Ｓ…中継局、Ｒ…受信局、１、１ａ…励起光供給システム（主励起光供給システム）、１ｂ…補助励起光供給システム、１１、１１ａ、１１ｂ、１２、１２ａ、１２ｂ、１３、１３ａ、１３ｂ…波長可変励起光源、１１０…第１半導体レーザ、１１１…光導波路、１１２…共振用グレーティング、１１３…加熱手段、１１４…第１励起レーザ、１１５…リング状光ファイバ、１１６…波長合成器、１１７…分岐器、１１８…光アイソレータ、１１９…バンドパスフィルタ、１２〜１８…第２〜第８波長可変励起光源、２…励起光合波部、２１…波長合成器、２２…透過特性調整手段、２３ａ、２３ｂ…偏波合成器、２４ａ、２４ｂ…デポラライザ（無偏光化手段）、２５、２５ａ、２５ｂ…アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）、２６…インターリーバ、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…光サーキュレータ、３…出力部、３１…出力用光導波路、３２…出力合波器、３５…合波器、４、４１〜４５、４００〜４０２…光スイッチ、４２０、４３０…光導波路、４１２、４１３、４１４、４２３、４２４、４３４…反射用グレーティング、４１５、４２５、４３５、４４５…光アイソレータ、５０…ラマン増幅用光ファイバ、５１…光分岐器、５２…出力信号光測定器、５３…信号光分波器、５４ａ〜５４ｄ…出力信号光測定器、５５…光分岐器、５６…入力信号光測定器、５７…指示信号入力部、６０…制御部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラマン増幅器において励起光を供給する光源として用いられるラマン増幅用の励起光光源ユニット、それを用いたラマン増幅器、及び光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ増幅器は、光伝送システムを構成する光ファイバ伝送路中を伝搬する信号光のパワーを、該光ファイバ伝送路で生じる伝送損失を補償すべく増幅する光学部品である。光ファイバ伝送路上に設置される光ファイバ増幅器は、光ファイバ伝送路の一部としても機能する光増幅用光ファイバと、該光増幅用光ファイバへ励起光を供給する励起光光源とを備える。そして、励起光が供給される光増幅用光ファイバに信号光が入力されると、その信号光は、光増幅用光ファイバにおいて増幅される。
【０００３】
このような光ファイバ増幅器としては、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が添加された希土類元素添加ファイバ増幅器と、誘導ラマン散乱によるラマン増幅現象を利用するラマン増幅器とが利用される。
【０００４】
ここで、希土類元素添加ファイバ増幅器（例えばＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier、Ｅｒ添加ファイバ増幅器）は、希土類元素が添加された光ファイバ（例えばＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber、Ｅｒ添加光ファイバ）を光増幅用光ファイバとして利用する。一方、ラマン増幅器は、光ファイバ伝送路を構成している石英系光ファイバなどを、ラマン増幅用光ファイバとして利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来のラマン増幅器について詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来の光ファイバ増幅器のうち、ラマン増幅器は、励起光の波長を適当に選択することによって、任意の波長帯域を増幅波長帯域に利用することができる利点がある。また、ラマン増幅用の励起光光源として、互いに波長の異なる複数チャネルの励起光を出力する複数の励起光光源からなる励起光光源ユニットが利用されれば、該励起光光源ユニットから供給される複数チャネルの励起光によって決まるより広い増幅波長帯域において、信号光増幅が可能になる。
【０００６】
ここで、複数の励起光光源を含む励起光光源ユニットを適用して、より広い増幅波長帯域のラマン増幅器を実現する場合、一般に、その増幅波長帯域内における利得スペクトル（利得の波長依存性）、あるいは増幅された信号光のパワースペクトル（出力信号光パワーの波長依存性）の平坦化が必要となる。これに対して、米国特許第６１１５１７４号公報には、複数の励起光光源が適用されたラマン増幅器が記載されている。このラマン増幅器では、増幅波長帯域内で出力信号光のパワースペクトルが略平坦化されるよう、各励起光光源から供給される励起光の波長及びパワーがそれぞれ設定される。このように、各励起光光源における励起光パワーが調整されることで励起チャネル全体における励起光スペクトルが調整され、結果的に出力信号光のパワースペクトルの調整が可能になる。
【０００７】
しかしながら、このように励起光パワーのみによって励起チャネル全体における励起光スペクトルを調整する構成では、励起光スペクトル及びそれに対応する出力信号光スペクトルを十分に制御することができない。例えば増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが大きく変化した場合、従来のラマン増幅器では、そのような変化に対応するように出力信号光スペクトルを十分に調整することができないという課題があった。
【０００８】
また、特開２０００−２０８８４０号公報には、複数の励起光光源からの光を合波する光合波器とこれら励起光光源に対応して設けられた複数の光反射器とが、使用波長帯域内での温度変化に対する中心波長変化の微分係数が略等しい材料で形成され、かつ、使用環境温度範囲内における所定温度下において、該光合波器における入力ポートの最適波長が各光反射器の中心反射波長と略等しい構成が開示されている。しかしながら、上述のような構成では、光反射器と光合波器の各最適波長が環境温度の変化に対して同じように変化してしまう。この結果、励起光の透過損失がほぼ一定に保たれ、励起光パワーは維持できるが、波長変動を許容しているので励起光波長に依存したラマン増幅器では、利得スペクトルの波長シフトが生じてしまうという課題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルを十分に調整できるよう、励起光スペクトルの制御性を向上させるための構造を備えた励起光光源ユニット、該励起光光源を含むラマン増幅器、及び該ラマン増幅器を含む光伝送システムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る励起光光源ユニットは、互いに波長の異なるＮ（≧２）チャネルの励起光をラマン増幅器に供給する光源として適用されるラマン増幅用の励起光光源ユニットである。当該励起光ユニットは、Ｎ個の励起光光源と、励起光合波器と、出力構造を備える。上記Ｎ個の励起光光源は、互いに波長の異なるＮチャネルの励起光を出力する。上記励起光合波器は、Ｎ個の励起光光源それぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する。上記出力構造は、合波器で合波された励起光をラマン増幅用光ファイバへ供給する。特に、この発明に係る励起光ユニットは、上記Ｎ個の励起光光源の少なくともいずれかが、出力される励起光のチャネル波長を変更可能な波長可変励起光光源を含むことを特徴としている。
【００１１】
ラマン増幅器における励起光供給手段として機能する当該励起光光源ユニットは、複数チャネルの励起光をそれぞれ出力するＮ個の励起光光源を備えるとともに、これら励起光光源のうち少なくともいずれかは波長可変励起光光源を含む。このような構成により、当該励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルを調整する際に、各チャネルの励起光パワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源から出力されるチャネル波長も調整することができる。したがって、出力される励起光の全チャネルにおける励起光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なよう、該励起光スペクトルの制御性が向上された励起光光源ユニットが実現される。また、このような励起光光源ユニットがラマン増幅器に適用されることにより、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光のパワースペクトルも十分に調整することが可能になる。
【００１２】
出力される励起光のチャネル波長を制御可能な波長可変励起光光源としては、波長可変励起光光源として、励起レーザ、共振用グレーティング及びチャネル調整システムとを備える。共振用グレーティングは励起レーザから出力された光を該励起レーザへ向かって反射させる。チャネル波長調整システムは、該共振用グレーティングの反射波長を調整する。このように、励起レーザの外部に設けられた共振用グレーティングを利用する外部共振器型レーザによれば、その共振用グレーティングの反射波長を調整することにより、出力される励起光のチャネル波長を効率的に制御することができる。
【００１３】
上記外部共振器型において、共振用グレーティングは、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングであるのが好ましい。また、具体的なブラッググレーティングの例としては、光ファイバの少なくともコア領域内に該光ファイバの長手方向に沿って周期的な屈折率変化が作り込まれたファイバブラッググレーティングが適用可能である。このようなファイバブラッググレーティングによれば、波長可変レーザにおける外部共振の構成と、波長可変レーザから励起光合波器へ励起光を出力する光導波路の構成の両方が、簡単な構成で実現され得る。
【００１４】
なお、ファイバブラッググレーティングの反射波長を調整するチャネル波長調整システムとしては、応力付加手段や加熱手段が含まれる。応力印加手段は、ファイバブラッググレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させ、反射光の波長を調整する。また、加熱手段は、ファイバブラッググレーティングを加熱することにより、ブラッググレーティングが作り込まれたコア領域部分の屈折率を変化させ、反射光の波長を調整する。
【００１５】
また、上記ブラッググレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成された場合、チャネル波長調整システムは、電場印加手段を含んでもよい。この電場印加手段は、ブラッググレーティングが作り込まれた上記光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる。このようなチャネル波長調整システムによっても、波長可変レーザにおける外部共振の構成と、波長可変レーザから励起光合波器へ励起光を出力する光導波路の構成の両方が、簡単な構成で実現され得る。
【００１６】
また、上記波長可変励起光光源は、半導体レーザと、該半導体レーザのチップ温度を調整することにより該半導体レーザの発振波長を変化させる加熱手段とを備えてもよい。あるいは、上記波長可変励起光光源は、励起レーザと、透過する光の波長を変更可能な波長可変バンドパスフィルタとを備えた波長可変レーザを含んでもよい。これらいずれの構成によっても、上記共振用グレーティングを利用した外部共振器型波長可変レーザと同様に、出力される励起光のチャネル波長を効率的に制御することができる。
【００１７】
また、上記励起光合波器は、その透過波長特性を調整するための透過特性調整手段を含んでもよい。これにより、励起光合波器で合波される各励起光光源からの励起光のチャネル波長が変化した場合にも、その波長変化に合わせて励起光合波器における透過特性が調整されることにより、各チャネルの励起光を適切に合波することができる。
【００１８】
上記励起光合波器は、例えば、波長が隣接する２チャネルの励起光ごとに、互いについとなるチャネルの励起光をそれぞれ偏波合波する複数の偏波合波器と、これら複数の偏波合波器から出力された励起光をさらに波長合波する波長合波器で構成することが可能である。このように、励起光合波器に偏波合波器が適用された場合、励起光の偏波合波の際に励起光のチャネル波長が変化したしても透過特性を調整する必要がない。したがって、偏波合波器と波長合波器とを組み合わせることによって、励起光の合波を容易に行うことができる。
【００１９】
このように構成される励起光合波器は、偏波合波器と波長合波器との間に設けられたデポラライザをさらに備えるのが好ましい。このようにデポラライザが設けられることにより、当該励起光光源ユニットがラマン増幅器に適用されたときの、ラマン増幅における増幅利得の偏波依存性の影響が低減される。
【００２０】
さらに上記励起光合波器は、アレイ導波路型回折格子、インターリーバ、あるいはこれらの組み合わせを含んでもよい。アレイ導波路型回折格子やインターリーバで励起光合波器が構成されることにより、励起光のチャネル波長変化に良好に対応することができる。
【００２１】
上記Ｎ個の励起光光源それぞれは、励起レーザと、共振用グレーティングとを備えた外部共振器型レーザを含み、これらＮ個の外部共振器型レーザの少なくともいずれかは、共振用グレーティングの反射波長を変更するためのチャネル波長調整システムをさらに備えた外部共振器型波長可変レーザであるのが好ましい。このとき、上記励起光合波器は、少なくとも１つのサーキュレータデバイスと、反射用グレーティングを備えるのが好ましい。上記サーキュレータデバイスは、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力された励起光を合波する。上記反射用グレーティングそれぞれは、各外部共振器型レーザの共振用グレーティングと光サーキュレータの間に設置される。また、これら反射用グレーティングは、光サーキュレータデバイスから共振用グレーティングへ出力されたいずれかのチャネルの励起光を該光サーキュレータデバイスに向かって反射する反射特性を有する。このように、光サーキュレータデバイスが適用された構成によっても、複数の励起光光源からの励起光を合波することができる。
【００２２】
光サーキュレータデバイスが適用された上記励起光合波器は、具体的には、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を順次合波するように（Ｎ−１）段に接続された（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータを含む。あるいは、上記励起光合波器は、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する１個の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータを含んでもよい。さらに、上記励起光合波器は、Ｎ個の外部共振器型レーザのそれぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する１個の（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータを含んでもよい。この場合、ラマン増幅用光ファイバ内で発生するレイリー散乱などに起因した戻り光が効果的に遮断できるとともに、上記Ｎ個の励起光光源それぞれの出力安定化が図れる。
【００２３】
また、上記励起光合波器は、上記Ｎ個の外部共振器型レーザそれぞれの共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に設けられた光アイソレータをさらに備えてもよい。これにより、反射用グレーティングの影響によって、外部共振器型レーザにおいて複数波長の光が外部共振することが防止される。
【００２４】
上記チャネル波長調整システムは、上記反射用グレーティングのうち対応する上記外部共振器型波長可変レーザからの励起光を反射する反射用グレーティングの反射波長を、該対応する外部共振器型波長可変レーザの共振用グレーティングの反射波長と同期して変更する。これにより、外部共振器型波長可変レーザから出力される励起光のチャネル波長が変化させた場合においても、対応する反射用グレーティングにおいて確実に励起光を反射することが可能になる。
【００２５】
なお、光サーキュレータデバイスが適用された励起光合波器において、上記共振用グレーティング及び反射用グレーティングは、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングを含むのが好ましい。具体的に、上記ブラッググレーティングは、光ファイバの少なくともコア領域内に該光ファイバの長手方向に沿って周期的な屈折率変化が作り込まれたファイバブラッググレーティングを含むのが好ましい。このファイバブラッググレーティングの反射波長の変更は、上記チャネル波長調整システムにおいて行われるが、このチャネル波長調整システムは、応力印加手段、加熱手段あるいは電場印加手段を含む。上記応力印加手段は、ファイバブラッググレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる。上記加熱手段は、ファイバブラッググレーティングを加熱することによりコア領域内の屈折率を変化させる。さらに、上記ブラッググレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路に形成された場合、上記チャネル波長調整システムとしての電場印加手段が、ブラッググレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる。
【００２６】
また、上記出力構造は、励起光合波器で合波された励起光をラマン増幅されるべき信号光が伝搬する光伝送路に出力するため、励起光を信号光と合波する出力合波器を含む。ただし、このような出力合波器は、励起光光源ユニット側に設けられるのではなく、光伝送路側に設けられた合波器に励起光光源ユニットの出力用光ファイバを接続する構成であってもよい。
【００２７】
なお、複数の励起光光源のうちいずれかの出力が低下した場合でも出力信号光のパワースペクトル（ラマン増幅器の利得スペクトル）の平坦性を維持するため、残りの励起光光源のチャネル波長を変更することで励起光スペクトルを調整する、上述のような構成では、利得スペクトルのある程度の劣化は避けられない。そこで、この発明に係る励起光光源ユニットは、定常的に複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システムとともに、該主励起光供給ユニットに含まれる励起光光源のうちいずれかの出力低下に起因した励起光スペクトルの劣化を防止するための予備励起光供給システムとを備えてもよい。
【００２８】
すなわち、当該励起光光源ユニットは、主励起光供給システムと、合波器と、出力構造と、予備励起光光源システムと、光スイッチとを備える。上記主励起光供給システムは、定常状態において、互いに波長の異なるＮ（≧２）チャネルの励起光をそれぞれ出力するＮ個の励起光光源を含む。上記合波器は、Ｎ個の励起光光源それぞれから出力されたＮチャネルの励起光を合波する。上記出力構造は、合波器で合波された励起光を出力する。上記予備励起光供給システムは、１又はそれ以上の予備の励起光光源を含み、該予備の励起光光源のうち少なくともいずれかは出力する励起光のチャネル波長を変更可能な波長可変励起光光源である。上記光スイッチは、主励起光供給システムと合波器との間の光路上に配置される。また、この光スイッチは、該主励起光供給システムに含まれるＮ個の励起光光源のいずれかからの出力が低下した場合に該低下した励起光光源の出力と予備励起光光源からの出力とを切り替えるよう機能する。
【００２９】
上述のように、主励起光供給システムと予備励起光供給システムとを備え、これらからの出力を光スイッチで切り替えることにより、ラマン増幅用光ファイバに供給される励起光に含まれるチャネルの波長は、上記Ｎ個の励起光光源のいずれかが故障した非常時でも維持されるため、利得スペクトルへの影響は小さい。
【００３０】
なお、上記光スイッチは、合波器へ導かれる励起光の瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチを含むことが好ましい。
【００３１】
また、当該励起光光源ユニットは、予備励起光供給システムに含まれる予備励起光光源の数量を低減し、コストパフォーマンスを向上させるべく、上記光スイッチと上記予備励起光供給システムとの間の光路上に配置された１×Ｍ（≧２）ポート光スイッチをさらに備えるのが好ましい。また、当該励起光光源ユニットは、上記光スイッチと上記予備励起光供給システムとの間の光路上に配置されたＭ（≧２）ポート出力分波器を備えてもよい。
【００３２】
さらに、当該励起光光源ユニットは、上記光スイッチと上記１×Ｍポート光スイッチとの間の光路上にそれぞれ配置された共振用グレーティングをさらに備えてもよい。この共振用グレーティングは、Ｎ個の励起光光源のうち該光スイッチを介して切り替えられるべき励起光光源から出力される励起光の波長と略等しい中心反射波長を有する。従来の波長可変方式による信頼性劣化を防ぐことができるからである。
【００３３】
当該励起光光源ユニットは、上記共振用グレーティングによって反射される光の波長を変更するためのチャネル波長調整システムをさらに備えてもよく、この場合、予備励起光光源の数量を効果的に低減することが可能になる。なお、このチャネル波長調整システムは、共振用グレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる応力印加手段を含んでもよい。また、上記チャネル波長調整システムは、共振用グレーティングを加熱することにより前記コア領域内の屈折率を変化させる加熱手段を含んでもよい。共振用グレーティングが電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成された場合、上記チャネル波長調整システムは、共振用グレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる電場印加手段を含んでもよい。
【００３４】
この発明に係るラマン増幅器は、ラマン増幅用光ファイバと、上述のような構造を有する励起光光源ユニットとを備える。上記ラマン増幅用光ファイバは、ラマン増幅用の励起光が供給されることにより所定の増幅波長帯域内の信号光をラマン増幅する。また、上記励起光光源ユニットは、ラマン増幅用光ファイバに励起光を供給する。この構成により、増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが十分に調整可能となる。したがって、この増幅波長帯域内において出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なように、増幅利得の制御性が向上されたラマン増幅器が実現される。
【００３５】
また、当該ラマン増幅器は、入力される信号光のパワーを測定するための入力パワー測定システムと、制御部を備えるのが好ましい。制御部は、入力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力されるＮチャネルの励起光のパワーあるいは波長を制御する。一方、当該ラマン増幅器は、ラマン増幅された出力信号光のパワーを測定する出力パワー測定システムと、制御部を備えてもよい。この場合、制御部は、出力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力される励起光のパワーあるいは波長を制御する。また、当該ラマン増幅器は、外部からの指示信号を取り込むための指示信号入力システムと、制御部を備えてもよい。この構成において、制御部は、指示信号入力システムにより取り込まれた指示信号に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦になるよう、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のそれぞれから出力される励起光のパワーあるいは波長を制御する。
【００３６】
このように、入力信号光パワーの測定結果、出力信号光パワーの測定結果、あるいは指示信号による制御指示に基づいて励起光出力を制御することで、励起光光源ユニットから供給される全チャネルの励起光スペクトル、及びラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルを、信号光の状態に応じて適切に制御することができる。
【００３７】
なお、具体的な制御方法としては、上記制御部が、出力信号光スペクトルが実質的に平坦となるように、励起光のパワーあるいは波長を制御する。また、上記制御部は、出力信号光スペクトルにおいて信号光パワーが最小となる周波数に対して、その周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数に近付くように、励起光の少なくともいずれかのチャネル波長を制御するのが好ましい。
【００３８】
さらに上記制御部は、励起光光源ユニットに含まれるＮ個の励起光光源のうち１又はそれ以上の励起光光源から出力される励起光のパワーがラマン増幅に寄与し得ない程度に低下したとき、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下になるよう、該パワー低下した励起光光源を除く残りの励起光光源から出力される励起光のパワーを制御するのが好ましい。
【００３９】
この発明による光伝送システムは、複数の中継区間を備え、１中継区間あたりの出力信号光パワーの平均バラツキは２ｄＢ以下である。このような光伝送システムは６中継区間で構成されるのが一般的であり、特に、受信器に利用されるアバランシェ・ホトダイオードの受信可能な光パワーのダイナミックレンジが−１７〜−３２ｄＢ程度であることを考慮すると、出力信号光の１中継区間あたりのパワーバラツキは２ｄＢ、６中継区間全体で１２ｄＢ程度に押さえられる必要がある。
【００４０】
なお、この発明に係る光伝送システムは、所定の信号波長帯域内の信号光が伝搬する光伝送路と、光伝送路上の所定位置に設置された、上述のような構造を有するラマン増幅器を備える。特に、ラマン増幅器は、上記光伝送路の一部をラマン増幅用光ファイバとして利用し、該光伝送路へ励起光を供給する構成を備えてもよい。この場合、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝送される信号光に対して、信号光波長帯域内における信号光のパワースペクトルを十分に制御可能な、分布定数型の光増幅器を備えた光伝送システムが実現される。
【００４１】
一方、この発明に係る光伝送システムに含まれるラマン増幅器は、上記光伝送路とは別にラマン増幅用光ファイバを備えてもよく、該ラマン増幅用光ファイバは上記光伝送路に光学的に接続され、該光伝送路の一部を構成する。この場合、光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝搬する信号光に対して、信号光波長帯域内における信号光のパワースペクトルを十分に制御可能な、集中定数型の光増幅器を備えた光伝送システムが実現される。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムの各実施形態を図１〜３８を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００４３】
図１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバを伝搬する複数チャネルの信号光（ＷＤＭ信号）をラマン増幅するためのラマン増幅器に適用される光源ユニットであって、該ラマン増幅用光ファイバに互いに波長の異なる複数チャネルの励起光を供給する。
【００４４】
当該励起光光源ユニットＬＵは、複数チャネルの励起光を供給するための励起光供給システム１と、これら複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、合波された励起光を外部の光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３とを備える。複数チャネルの励起光が生成される励起光供給システム１は、互いに波長の異なる励起光をそれぞれ出力する複数の励起光光源から構成されている。
【００４５】
図１に示された第１実施形態においては、励起光供給システム１は、波長λ1の励起光を出力する第１励起光光源１１、波長λ2（λ2＞λ1）の励起光を出力する第２励起光光源１２、波長λ3（λ3＞λ2）の励起光を出力する第３励起光光源１３、及び波長λ4（λ4＞λ3）の励起光を出力する第４励起光光源１４の４個の励起光光源を備えている。また、これらの励起光光源１１〜１４は、いずれも、出力する励起光の波長λ1〜λ4が所定の波長範囲内で可変に制御可能に構成された波長可変励起光光源である。
【００４６】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された波長λ1〜λ4の励起光（４チャネル励起光）は、励起光合波器２において合波され、全体として所定のパワースペクトルを有する励起光となる。そして、合波された励起光は、出力構造３を介して信号光が伝搬する光伝送路Ｌへ出力される。出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。これにより、励起光合波器２で合波された励起光は、出力用光導波路３１を通過した後、出力合波器３２によって光伝送路Ｌを伝搬する信号光に対して合波される。
【００４７】
ラマン増幅器の励起光光源として機能する当該励起光光源ユニットＬＵにおける励起光供給システム１は、それぞれチャネル波長λ1〜λ4の励起光を出力する複数の励起光光源１１〜１４から構成される。これら励起光光源１１〜１４はそれぞれ波長可変励起光光源である。この構成により、当該励起光光源ユニットＬＵから供給される全体での励起光スペクトルを調整する際に、各励起光のパワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源１１〜１４から出力される励起光の波長を調整することができる。
【００４８】
すなわち、複数の励起光光源からなる励起光光源ユニットをラマン増幅器に適用する場合、一般に、広帯域となっている増幅波長帯域内における利得スペクトルあるいは出力信号光のパワースペクトルを平坦化することが必要となる。そして、この調整する対象となるラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルは、励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトルによって決まる。したがって、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルを調整するには、励起光光源ユニットから出力される励起光のパワースペクトルを調整する必要がある。
【００４９】
このような励起光スペクトルの調整については、励起光光源ユニットに含まれる各励起光光源からそれぞれ出力される各チャネルの励起光パワーを調整する方法がある。しかしながら、このような調整方法では、励起光スペクトルについて十分な制御性が得られない。例えば、励起光光源ユニットに含まれている複数の励起光光源のうちで１つのパワーがダウンした場合、ダウンした励起光光源が供給していた励起光のチャネル波長に対応する信号光波長の近傍で、出力信号光のパワースペクトルが大きく落ち込むこととなる。このような場合には、ダウンした励起光光源を除いた残りの励起光光源が供給している励起光のパワーを調整しても、出力信号光のパワースペクトルの落ち込みを十分に補償することはできない。
【００５０】
これに対して、それぞれが波長可変励起光光源である複数の励起光光源１１〜１４を備えた当該励起光光源ユニットＬＵによれば、出力される励起光のチャネル全体でのパワースペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なよう、励起光スペクトルの制御性が向上された励起光光源ユニットＬＵが実現される。また、このような励起光光源ユニットＬＵがラマン増幅器に適用されれば、ラマン増幅器における増幅波長帯域内における出力信号光のパワーバラツキを十分に調整することが可能となる。
【００５１】
図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおける励起光スペクトルの調整及び出力信号光スペクトルの平坦化について、図２及び図３を用いて説明する。
【００５２】
図２は、図１に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルであり、横軸は、励起光波長λを示している。励起光光源ユニットＬＵの通常の動作時においては、４個の波長可変励起光光源１１〜１４から、図２中にそれぞれ破線で示された励起光波長λ1〜λ4の４チャネルの励起光が供給される。
【００５３】
ここで、４個の励起光光源１１〜１４のうち、３番目の励起光光源（波長可変励起光光源）１３のパワーがダウンし、波長λ3の励起光が供給されなくなった場合について考える。このとき、この励起光光源ユニットＬＵが適用されたラマン増幅器では、励起光波長λ3に対応する信号光波長の近傍で、出力信号光のパワースペクトルが大きく落ち込むこととなる。
【００５４】
図３は、図１に示された励起光源ユニットＬＵが適用されたラマン増幅器における出力信号光スペクトルであり、横軸は、励起光によって増幅される信号光のチャネル波長（ｎｍ）を示している。また、縦軸は、信号光の各チャネル波長における信号光出力パワー（０．５ｄＢｍ／ｄｉｖ）を示している。
【００５５】
波長λ1〜λ4の４チャネル励起光が供給される、励起光源ユニットＬＵの通常動作時においては、励起光源１１〜１４のそれぞれから供給される励起光のパワーの最適化により、破線Ｓで示されたように、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルが略平坦化されている。このとき、励起光光源１３がダウンしてチャネル波長λ3の励起光が供給されなくなると、出力信号光のパワースペクトルは、破線Ｓｄで示されたように、励起光波長λ3に対応する信号光波長の近傍（図３では波長１５６５ｎｍの近傍）において、増幅利得及び信号光出力パワーが大きく落ち込んでしまう。
【００５６】
これに対し、この第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵでは、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２、及び１４から供給される波長λ1、λ2、及びλ4の３チャネルの励起光が、図２中にそれぞれ実線で示すように、その励起光波長をそれぞれ波長λ3に近付く波長軸方向に変化させて、それぞれλ1'、λ2'及びλ4'に調整される。これにより、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のチャネル全体から見たパワースペクトルが調整され、図３の実線Ｓ'で示されたように、ラマン増幅器から出力される信号光のパワースペクトルが極力平坦化される。具体的には、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２及び１４は、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下となるよう波長制御されるのが好ましい。
【００５７】
複数の波長可変励起光光源１１〜１４を利用する第１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、上述のように、増幅波長帯域内で変化した出力信号光スペクトルの調整に対して優れた制御性を有している。また、このような励起光光源ユニットＬＵは、出力信号光のパワースペクトル平坦化以外でも出力信号光スペクトルに対する種々の調整に対しても有効である。
【００５８】
例えば、２以上の異なる波長帯域における出力信号光スペクトルを平坦化して増幅波長帯域として用いる場合（同一構成の２以上のラマン増幅器を利用）、上述のような構造を有する励起光光源ユニットＬＵであれば、励起光スペクトルを波長に対して全体的にシフトさせることにより、出力信号光スペクトルが平坦化された帯域である増幅波長帯域を変更することが可能である。
【００５９】
なお、図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおいて、励起光供給システム１に含まれる複数の励起光光源１１〜１４をすべて波長可変励起光光源としたが、波長可変励起光光源の個数については、複数の励起光光源のうちで少なくともいずれかが波長可変励起光光源であれば、他の励起光光源では励起光のチャネル波長が固定であってもよい。このような波長可変励起光光源の個数、あるいはは励起光供給システム１における波長可変励起光光源の割合については、各励起光のチャネル間隔（波長間隔）や、励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器で必要とされる出力信号光スペクトルの制御性などに応じて、適宜設定されればよい。
【００６０】
また、図１に示された励起光光源ユニットＬＵにおいて、励起光を光伝送路Ｌへ出力する出力構造３は、出力用光導波路３１に加えて、励起光と信号光とを合波するための出力合波器３２を備えている。この出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵ側には合波器を設けずに出力用光導波路３１のみの構成とし、光伝送路Ｌ側に設けられた合波器に励起光光源ユニットＬＵの出力用光導波路３１を接続する構成であってもよい。あるいは、励起光合波器２の出力端がそのまま出力構造に含まれてもよい。
【００６１】
また、図１は、出力用光導波路３１からの励起光が、信号光の伝送方向に対して逆方向に光伝送路Ｌに導かれる構成を示しているが、この励起光の伝搬方向は、ラマン増幅器の構成等に応じて、信号光の伝送方向に一致した順方向であてもよい。
【００６２】
図４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、第１実施形態と同様に、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。
【００６３】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、励起光を波長によって合波する波長合波器２１が設けられている。
【００６４】
励起光光源１１〜１４の構成について、第１励起光光源１１を例として説明する。この第２実施形態において、第１波長可変励起光光源１１は、その励起光生成源として励起レーザに適した第１半導体レーザ１１０を有する。この半導体レーザ１１０と波長合波器２１との間には、励起光光源１１からの励起光を波長合波器２１へ導波するための光導波路１１１が設けられている。光導波路１１１上の所定位置には、半導体レーザ１１０から出力された光を反射する共振用グレーティング１１２が設けられている。共振用グレーティングとしては、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングが好ましい。また、励起光光源１１は、共振用グレーティング１１２の反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えるのが好ましい。これにより、励起光光源１１として、半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２とから、出力する励起光の波長が制御可能な波長可変励起光光源１１として、外部共振器型波長可変レーザが得られる。
【００６５】
この第２実施形態では、４個の励起光光源１１〜１４がすべて波長可変励起光光源となっている。そして、他の３個の励起光光源１２〜１４も、上記第１波長可変励起光光源１１と同様の構成を有する。
【００６６】
すなわち、第２波長可変励起光光源１２は、励起レーザに適した第２半導体レーザ１２０と、光導波路１２１上に設けられた共振用グレーティング１２２、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えた外部共振器型波長可変レーザである。また、第３波長可変励起光光源１３も、励起レーザに適した第３半導体レーザ１３０と、光導波路１３１上に設けられた共振用グレーティング１３２と、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備える。さらに、第４波長可変励起光光源１４は、励起レーザに適した第４半導体レーザ１４０と、光導波路１４１上に設けられた共振用グレーティング１４２と、該共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システムを備えた外部共振器型波長可変レーザである。
【００６７】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である波長合波器２１によって合波され、全チャネルを含む波長帯域において所定のパワースペクトルを有する。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造３を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【００６８】
この第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵによれば、共振用グレーティング１１２〜１４２で反射される光の波長を可変に制御することによって、外部共振器型レーザである波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光の波長λ1〜λ4を効率的に制御することができる。
【００６９】
図５は、図４に示された第２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図５には、チャネル波長λ1〜λ4の励起光（点線）のうちチャネル波長λ3の励起光がパワーダウンした場合に、波長λ1'、λ2'、及びλ4'（破線）に励起光の各チャネル波長を調整する例が示されている。なお、この第２実施形態においても、ダウンせずに残っている３個の波長可変励起光光源１１、１２及び１４は、ラマン増幅された信号光のチャネルごとのパワーバラツキが２ｄＢ以下となるよう波長制御されるのが好ましい。
【００７０】
波長可変励起光光源として上述の構造を有する外部共振器型レーザが適用された場合、励起光の外部共振のための共振用グレーティングとしては、ブラッググレーティングが好ましい。また、具体的なブラッググレーティングの構成については、様々な形態のグレーティングを適用することができる。
【００７１】
図６は、図４に示された励起光光源ユニットＬＵに適用される波長可変励起光光源の第１構成の一例を示す図である。ただし、この図６はでは、４個の励起光光源１１〜１４のうち、第１波長可変励起光光源１１の構成のみが示されている。他の励起光光源１２〜１４については、図６に示された第１波長可変励起光光源１１と同様の構造を有する。
【００７２】
第１波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２とを備え、これら半導体レーザ１１０及び共振用グレーティング１１２間の外部共振によってチャネル波長λ1の励起光を生成する外部共振器型波長可変レーザである。
【００７３】
図６には、励起光光源１１から出力される励起光を波長合波器２１へ導く光導波路１１１として、半導体レーザ１１０と波長合波器２１との間に設けられた光ファイバ１１１ａが示されている。また、光ファイバ１１１ａの所定部位には、共振用グレーティング１１２として、ファイバブラッググレーティング１１２ａが作り込まれている。
【００７４】
さらに、励起光光源１１には、ファイバブラッググレーティング１１２ａに対して、その反射波長を調整するチャネル波長調整システム１１２ｂが設けられている。チャネル波長調整システム１１２ｂは、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる共振用グレーティング１１２の反射波長が調整される。
【００７５】
このようなファイバグレーティングによれば、外部共振器型波長可変レーザである励起光光源１１における外部共振の構成と、励起光光源１１から波長合波器２１へ励起光を出力する光導波路１１１の構成との両方を、簡単な構成で実現することができる。
【００７６】
上記チャネル波長調整システム１１２ｂとしては、例えば、応力印加手段が適用可能である。この応力印加手段は、光ファイバ１１１ａに所定の応力を印加することにより、光ファイバ１１１ａに伸縮を生じさせる。この結果、ファイバブラッググレーティング１１２ａのグレーティング周期が変化し、共振用グレーティング１１２の反射波長が調整される。励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長λ1は、この反射波長が調整された共振用グレーティング１１２と半導体レーザ１１０で構成される外部共振器により制御されることになる。
【００７７】
また、上記チャネル波長調整システム１１２ｂとして、加熱手段も適用可能である。この加熱手段は、光ファイバ１１１ａを加熱することによりファイバブラッググレーティング１１２ａのグレーティング屈折率（ファイバブラッググレーティング１１２ａが作り込まれた光ファイバ１１１ａにおけるコア領域の屈折率）を変化させる。これにより、共振用グレーティング１１２の反射波長を変化させ、励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長を制御している。
【００７８】
ここで、図６に示されたように、共振用グレーティングなどのチャネル波長調整手段を利用して励起光光源から供給される励起光のチャネル波長を制御する場合、励起光を合波する波長合波器２１などの励起光合波器２における光の透過波長特性が問題となるかもしれない。
【００７９】
図５には、波長調整前のチャネル波長λ1〜λ4の励起光、及び波長調整後のチャネル波長λ1'、λ2'、及びλ4'の励起光に対する波長合波器２１での透過波長特性（合波波長特性）の一例として、透過波長特性Ｔ1〜Ｔ4が示されている。
【００８０】
これらの透過波長特性Ｔ1〜Ｔ4は、一般には、励起光光源ユニットＬＵの通常動作時において、チャネル波長λ1〜λ4の励起光が良好に合波されるように最適化されている。これに対し、チャネル波長λ3の励起光のパワーダウンに対応して励起光スペクトルを調整するために他の励起光のチャネル波長がλ1'、λ2'、及びλ4'へ変化させられると、チャネル波長の変化量が大きい励起光に対して波長合波器２１で十分な透過特性が得られない場合がある。
【００８１】
例えば、図５に示されたように、パワーダウンした励起光のチャネル波長λ3に近いチャネル波長λ4の励起光について、波長調整したことによるλ4からλ4'へのチャネル波長の変化量が大きくなっている。このように励起光のチャネル波長を大きく変化させる可能性がある場合には、励起光合波器２において各チャネルの励起光に対して十分な透過特性を確保するため、波長合波器２１は、透過波長特性を調整可能な構造を備えるのが好ましい。
【００８２】
図７は、透過波長特性が調整可能な励起光合波器を有する励起光光源ユニットの構成の一例を示す図である。図７の構成では、波長合波器２１に対してその透過特性を調整するための透過特性調整システム２２が設けられている。これら波長合波器２１及び透過特性調整システム２２から、透過波長特性が調整可能な励起光合波器２が構成される。透過特性調整システム２２は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、各励起光光源１１〜１４から出力される励起光のチャネル波長λ1〜λ4の変化に応じて、励起光合波器２における励起光の透過特性が最適に制御される。
【００８３】
励起光光源ユニットに適用される波長可変励起光光源としては、図６に示されたファイバブラッググレーティングを利用する外部共振器型波長可変レーザには限定されず、様々な励起光光源が適用可能である。
【００８４】
図８は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第２構成を示す図である。この場合、波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、光導波路１１１上に設けられた共振用グレーティング１１２と、電場印加手段１１２ｄとしてのチャネル波長調整システムを備えており、該波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０及び共振用グレーティング１１２を利用した外部共振によってチャネル波長λ1の励起光を生成する外部共振器型波長可変レーザである。
【００８５】
図８には、励起光光源１１から出力される励起光を波長合波器２１へ導くための光導波路１１１として、半導体レーザ１１０から波長合波器２１に向かって順に、光ファイバ１１１ｂ、光導波路１１１ｃ、及び光ファイバ１１１ｄが設けられている。
【００８６】
これらの各光導波路のうち、光導波路１１１ｃは、所定の基板上に電気光学効果を有する材質によって形成された光導波路である。また、光導波路１１１ｃの所定部位には、共振用グレーティング１１２として、ブラッググレーティング１１２ｃが形成されている。
【００８７】
さらに、チャネル波長調整システムである電場印加手段は、ブラッググレーティング１１２ｃに対して所定強度の電場を印加すべく、ブラッググレーティング１１２ｃを挟んで同一基板上に配置された一対の電極１１２ｄを備える。電極１１２ｄは、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる共振用グレーティング１１２での反射波長が可変に制御される。すなわち、電場印加手段である電極１１２ｄによって電気光学効果を有する光導波路１１１ｃに所定強度の電場が印加されると、ブラッググレーティング１１２ｃの反射波長が変化する。これによって、励起光光源１１から供給される励起光のチャネル波長λ1が可変に制御され得る。
【００８８】
このようなグレーティングによっても、外部共振器型波長可変レーザである励起光光源１１における外部共振の構成と、励起光光源１１から波長合波器２１へ励起光を出力する光導波路１１１の構成との両方が、簡単な構成で実現することができる。
【００８９】
図９は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第３構成を示す図である。この波長可変励起光光源１１は、第１半導体レーザ１１０と、チャネル波長調整システムとして、半導体レーザ１１０のチップの温度を調整する加熱手段１１３とを備える。加熱手段１１３は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1となる半導体レーザ１１０における発振波長が可変に制御される。
【００９０】
図１０は、図４に示された励起光光源ユニットに適用可能な波長可変励起光光源の第４構成を示す図である。この波長可変励起光光源１１は、第１励起レーザ１１４と、リング状光ファイバ１１５とを利用してチャネル波長λ1の励起光を生成するファイバリング波長可変レーザである。
【００９１】
リング状光ファイバ１１５は、光増幅機能を有する希土類元素添加光ファイバを含む。また、リング状光ファイバ１１５の励起レーザ１１４側の所定位置には、波長合波器１１６が設置されている。励起レーザ１１４から出力された光は、この波長合波器１１６を介してリング状光ファイバ１１５に供給され、希土類元素添加光ファイバであるリング状光ファイバ１１５において増幅される。また、リング状光ファイバ１１５上の所定位置には、光アイソレータ１１８及びバンドパスフィルタ１１９が設置されており、バンドパスフィルタ１１９の透過波長特性に応じて、励起光光源１１において生成される励起光のチャネル波長λ1が決められる。
【００９２】
リング状光ファイバ１１５の、波長合波器２１側の所定位置には、光を一定の割合で分岐する分岐器１１７が設置されている。リング状光ファイバ１１５で増幅されたチャネル波長λ1の光は、この分波器１１７によって光導波路１１１へ分岐され、励起光として波長合波器２１へ出力される。
【００９３】
図１０の波長可変励起光光源１１において、リング状光ファイバ１１５で増幅される励起光のチャネル波長λ1を決めるバンドパスフィルタ１１９としては、透過波長が変更可能な波長可変バンドパスフィルタ（チャネル波長調整システムに含まれる）が利用される。バンドパスフィルタ１１９は、外部からの制御信号によって制御される。これによって、励起光のチャネル波長λ1は、リング状光ファイバ１１５において可変に制御される。
【００９４】
なお、透過波長特性が可変のバンドパスフィルタ１１９としては、例えば、誘電体多層膜による光学フィルタが利用可能である。誘電体多層膜フィルタは、透過させる光の光路に対してフィルタの角度を回転させることで、透過波長特性を可変かつ容易に制御することができる。また、誘電体多層膜フィルタ以外のバンドパスフィルタの利用も可能である。
【００９５】
励起光光源ユニットの実施形態について、さらに説明する。
【００９６】
図１１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【００９７】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２は、波長が隣接する２チャネルずつの励起光をそれぞれ合波する２個の偏波合波器２３ａ、２３ｂと、励起光を波長によって合波する波長合波器２１とで構成されている。
【００９８】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のうち、励起光光源１１、１２から出力された、互いに波長が隣接するチャネル波長λ1、λ2の励起光は、偏波合波器２３ａによって偏波合波される。また、励起光光源１３、１４から出力された、互いに波長が隣接するチャネル波長λ3、λ4の励起光は、偏波合波器２３ｂによって偏波合波される。
【００９９】
さらに、偏波合波器２３ａから出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光と、偏波合波器２３ｂから出力されたチャネル波長λ3、λ4の励起光は、波長合波器２１によって合波されて、該波長合波器２１から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２により構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１００】
このように、励起光を合波する励起光合波器２に偏波合波器２３ａ、２３ｂが適用された場合、偏波合波器２３ａ、２３ｂによる励起光の偏波合波では、各励起光光源１１〜１４から供給される励起光のチャネル波長が変化した場合であっても透過特性を調整する必要がない。したがって、複数の偏波合波器２３ａ、２３ｂと波長合波器２１とを組み合わせて励起光合波器２を構成することによって、励起光の合波を容易に行うことができる。
【０１０１】
図１２は、図１に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１２には、図５と同様に、チャネル波長λ1〜λ4の励起光のうちチャネル波長λ3の励起光がパワーダウンしたときに、チャネル波長λ1'、λ2'、及びλ4'の励起光を調整する例が示されている。また、図１２には、偏波合波器２３ａ、２３ｂのそれぞれから出力された励起光に対する波長合波器２１の透過波長特性Ｔa、Ｔbが示されている。
【０１０２】
波長合波器２１は、励起光がその前段の偏波合波器２３ａ、２３ｂにおいて偏波合波されているため、図１２に示されたように、その透過波長特性Ｔa、Ｔbをやや広い波長範囲の透過波長特性を有するのが好ましい。この場合、励起光のチャネル波長がある程度大きく変化しても、十分な透過特性が得られる。
【０１０３】
図１３は、この発明に係る励起光光源ユニットの第４実施形態の構成を示す図である。この第４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１０４】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２は、波長が互いに隣接する２チャネルの励起光を合波する２個の偏波合波器２３ａ、２３ｂと、励起光を波長によって合波する波長合波器２１とが設けられている。さらに、第４実施形態における励起光合波器２には、偏波合波器２３ａ、２３ｂと、波長合波器２１との間に、それぞれデポラライザ２４ａ、２４ｂが設置されている。
【０１０５】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のうち、励起光光源１１、１２から出力された波長が互いに隣接するチャネル波長λ1、λ2の励起光は、偏波合波器２３ａによって偏波合波され、デポラライザ２４ａによって無偏光化される。また、励起光光源１３、１４から出力された波長が互いに隣接するチャネル波長λ3、λ4の励起光は、偏波合波器２３ｂによって偏波合波され、デポラライザ２４ｂによって無偏光化される。
【０１０６】
さらに、偏波合波器２３ａからデポラライザ２４ａを介して出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光と、偏波合波器２３ｂからデポラライザ２４ｂを介して出力されたチャネル波長λ3、λ4の励起光は、波長合波器２１によって合波されて、該波長合波器２１から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１０７】
励起光合波器２に偏波合波器２３ａ、２３ｂが適用された構成では、異なる２チャネルの励起光に対して偏波合波が行われるため、偏波合成器２３ａで偏波合成された励起光と偏波合成器２３ｂで偏波合成された励起光とではその偏波状態が異なってくる。この場合、ラマン増幅利得が励起光の偏波状態の影響を受けて変化する可能性がある。これに対し、この第４実施形態に係る励起光光源ユニットぅのように、偏波合波器２３ａ、２３ｂの後段にデポラライザ２４ａ、２４ｂが設置された構成によれば、ラマン増幅利得の偏波依存性の影響が効果的に低減される。
【０１０８】
図１４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第５実施形態の構成を示す図である。この第５実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１０９】
また、この第５実施形態では、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２５が設けられている。
【０１１０】
４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２であるＡＷＧ２５によって合波され、該励起光合波器２から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１１１】
図１５は、図１４に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１５には、励起光のチャネル波長λ1〜λ4を全体的にシフトされた波長λ1'〜λ4'へ変化させる例が示されている。また、図１５には、上記ＡＷＧ２５の透過波長特性Ｔも示されている。
【０１１２】
ＡＷＧ２５は、図１５に示されたように、チャネル波長λに対して周期的な透過波長特性Ｔを有する。したがって、各励起光光源１１〜１４から供給される励起光のチャネル波長λ1〜λ4のチャネル間隔（波長間隔）、あるいはそれらチャネル波長をそれぞれ波長λ1'〜λ4'へ変化させたときのチャネル波長変化量がＡＷＧ２５での透過波長特性Ｔの波長周期と一致していれば、励起光のチャネル波長を全体的に変化させた場合でも、各励起光光源１１〜１４からの励起光を好適に合波することができる。このような合波特性は、図１５に示されたように、各励起光のチャネル波長を全体的にシフトし、ラマン増幅器における増幅波長帯域をシフトさせるような場合に特に有効である。
【０１１３】
図１６は、この発明に係る励起光光源ユニットの第６実施形態の構成を示す図である。第６実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1、λ2（λ1＜λ2）の励起光を出力する２個の波長可変励起光光源１１、１２を備えている。各励起光光源１１、１２の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１１４】
また、この第６実施形態では、励起光光源１１、１２から出力された励起光を合波する励起光合波器２として、インターリーバ２６が設けられている。
【０１１５】
２個の波長可変励起光光源１１、１２のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1、λ2の励起光は、励起光合波器２であるインターリーバ２６によって合波されて、該インターリーバ２６から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１１６】
図１７は、図１６に示された励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光のパワースペクトルである。図１７には、２チャネル励起光のチャネル波長λ1、λ2が全体的に波長λ1'、λ2'にシフトされた例が示されている。また、図１７には、励起光光源１１、１２のそれぞれから出力される励起光に対するインターリーバ２６の透過波長特性Ｔ1（実線）、Ｔ2（破線）が示されている。
【０１１７】
インターリーバ２６は、図１７に示されたように、チャネル波長λに対して周期的な透過波長特性Ｔ1、Ｔ2を有する。また、その透過波長特性Ｔ1、Ｔ2は、ＡＷＧに比べて波長周期が短い。したがって、励起光合波器２としてＡＷＧが適用された場合よりも、さらに小さい励起光のチャネル間隔（波長間隔）あるいはチャネル波長のシフト量（変化量）に対応することが可能となる。
【０１１８】
図１８は、この発明に係る励起光光源ユニットの第７実施形態の構成を示す図である。この第７実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ8（λ1＜λ2＜λ3＜λ4＜λ5＜λ6＜λ7＜λ8）の励起光を出力する８個の波長可変励起光光源１１〜１８を備えている。各励起光光源１１〜１８の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１１９】
また、この第７実施形態では、励起光光源１１〜１８のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、２個のアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）２５ａ、２５ｂと、インターリーバ２６とが設けられている。
【０１２０】
８個の波長可変励起光光源１１〜１８のうち、励起光光源１１、１３、１５、１７から出力された１チャネル波長おきのチャネル波長λ1、λ3、λ5、λ7の励起光は、ＡＷＧ２５ａによって合波される。また、励起光光源１２、１４、１６、１８から出力されたチャネル波長λ2、λ4、λ6、λ8の励起光は、ＡＷＧ２５ｂによって合波される。
【０１２１】
さらに、ＡＷＧ２５ａから出力されたチャネル波長λ1、λ3、λ5、λ7の励起光と、ＡＷＧ２５ｂから出力されたチャネル波長λ2、λ4、λ6、λ8の励起光は、インターリーバ２６によって合波されて、該インターリーバ２６から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１２２】
図１６に示されたように、励起光合波器２として単一のインターリーバが適用された場合、合波可能な励起光の数は２個に限られる。これに対して、図１８に示されたように、前段のＡＷＧ２５ａ、２５ｂと後段のインターリーバ２６とを組み合わせた構成では、より小さいチャネル間隔（波長間隔）あるいは波長変化量の励起光に対応可能なインターリーバによる合波特性を利用しつつ、かつ、任意チャネル数の励起光を合波することが可能となる。
【０１２３】
図１９は、この発明に係る励起光光源ユニットの第８実施形態の構成を示す図である。この第８実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個（Ｎ個）の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１２４】
また、この第８実施形態では、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、３個（Ｎ−１個）の３ポート光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けられている。これら光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、４個（Ｎ個）の外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を順次合波するように３段（Ｎ−１段）に接続されている。
【０１２５】
すなわち、１段目の光サーキュレータ２７ｃの第１ポートには励起光光源１４からの光導波路１４１が接続され、第２ポートには励起光光源１３からの光導波路１３１が接続され、第３ポートには光導波路４３０が接続されている。また、２段目の光サーキュレータ２７ｂの第１ポートには光サーキュレータ２７ｃからの光導波路４３０が接続され、第２ポートには励起光光源１２からの光導波路１２１が接続され、第３ポートには光導波路４２０が接続されている。また、３段目の光サーキュレータ２７ａの第１ポートには光サーキュレータ２７ｂからの光導波路４２０が接続され、第２ポートには励起光光源１１からの光導波路１１１が接続され、第３ポートには出力用光導波路３１が接続されている。
【０１２６】
励起光光源１１の共振用グレーティング１１２と光サーキュレータ２７ａとの間には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４が設置されている。また、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と光サーキュレータ２７ｂとの間には、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４２３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４２４が設置されている。また、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と光サーキュレータ２７ｃとの間には、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４３４が設置されている。各反射用グレーティングは、対応するチャネル波長の光を略１００％反射するブラッググレーティングであるのが好ましい。
【０１２７】
以上の構成において、励起光光源１１から供給されたチャネル波長λ1の励起光は、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１２８】
励起光光源１２から供給されたチャネル波長λ2の励起光は、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。そして、チャネル波長λ2の励起光は、反射用グレーティング４１２によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１２９】
励起光光源１３から供給されたチャネル波長λ3の励起光は、光サーキュレータ２７ｃ、光導波路４３０、及び光サーキュレータ２７ｂを介して光導波路１２１へ出力される。そして、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４２３によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｂへ入力され、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。さらに、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４１３によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１３０】
また、励起光光源１４から供給されたチャネル波長λ4の励起光は、光サーキュレータ２７ｃを介して光導波路１３１へ出力される。そして、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４３４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｃへ入力され、光サーキュレータ２７ｃ、光導波路４３０、及び光サーキュレータ２７ｂを介して光導波路１２１へ出力される。さらに、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４２４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ｂへ入力され、光サーキュレータ２７ｂ、光導波路４２０、及び光サーキュレータ２７ａを介して光導波路１１１へ出力される。その後、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４１４によって反射されて再び光サーキュレータ２７ａへ入力され、光サーキュレータ２７ａを介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１３１】
以上のように、４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である３個の３ポート光サーキュレータ２７ａ、２７ｂ、２７ｃによって合波されて、該励起光合波器２から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１３２】
このように、Ｎ個の励起光光源に対して、励起光合波器２として（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータが適用された構成によっても、各励起光光源からの励起光を良好に合波することができる。なお、反射用グレーティングとしては、励起光光源の共振用グレーティングと同様に、様々なグレーティングが適用可能である。
【０１３３】
ここで、各反射用グレーティングによって反射される光の波長は、対応する励起光光源が波長可変励起光光源である場合、その共振用グレーティングの反射波長と同期するように可変に制御されるのが好ましい。この第８実施形態では、励起光光源１１〜１４がすべて波長可変励起光光源であるので、すべての反射用グレーティングを上記のように可変に制御するチャネル波長調整システムが設置される。これにより、各励起光光源１１〜１４から供給された励起光を、出力用光導波路３１へ効率良く導くことができる。
【０１３４】
具体的には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２は、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と同期して制御されることが好ましい。また、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、４２３は、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と同期して制御されることが好ましい。また、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４、４２４、４３４は、励起光光源１４の共振用グレーティング１４２と同期して制御されることが好ましい。
【０１３５】
図２０（ａ）は、この発明に係る励起光光源ユニットの第９実施形態の構成を示す図である。この第９実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光供給システムを構成する複数の励起光光源として、それぞれチャネル波長λ1〜λ4（λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の励起光を出力する４個（Ｎ個）の波長可変励起光光源１１〜１４を備えている。各励起光光源１１〜１４の構成については、図４に示された第２実施形態と同様である。
【０１３６】
また、励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波する励起光合波器２として、１個の５ポート（Ｎ＋１ポート）光サーキュレータ２７が設けられている。この光サーキュレータ２７は、４個（Ｎ個）の外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力された励起光を合波するように接続されている。
【０１３７】
すなわち、光サーキュレータ２７の第１ポートには励起光光源１４からの光導波路１４１が接続され、第２ポートには励起光光源１３からの光導波路１３１が接続され、第３ポートには励起光光源１２からの光導波路１２１が接続され、第４ポートには励起光光源１１からの光導波路１１１が接続され、第５ポートには出力用光導波路３１が接続されている。
【０１３８】
励起光光源１１の共振用グレーティング１１２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ2の励起光を反射する反射用グレーティング４１２、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４１３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４１４が設置されている。また、励起光光源１２の共振用グレーティング１２２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ3の励起光を反射する反射用グレーティング４２３、及びチャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４２４が設置されている。また、励起光光源１３の共振用グレーティング１３２と光サーキュレータ２７との間には、チャネル波長λ4の励起光を反射する反射用グレーティング４３４が設置されている。
【０１３９】
以上の構成において、励起光光源１１から供給されたチャネル波長λ1の励起光は、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４０】
励起光光源１２から供給されたチャネル波長λ2の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。そして、チャネル波長λ2の励起光は、反射用グレーティング４１２によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４１】
励起光光源１３から供給されたチャネル波長λ3の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１２１へ出力される。そして、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４２３によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。さらに、チャネル波長λ3の励起光は、反射用グレーティング４１３によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４２】
励起光光源１４から供給されたチャネル波長λ4の励起光は、光サーキュレータ２７を介して光導波路１３１へ出力される。そして、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４３４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１２１へ出力される。さらに、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４２４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して光導波路１１１へ出力される。その後、チャネル波長λ4の励起光は、反射用グレーティング４１４によって反射されて再び光サーキュレータ２７へ入力され、光サーキュレータ２７を介して出力用光導波路３１へ出力される。
【０１４３】
以上のように、４個の波長可変励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力されたチャネル波長λ1〜λ4の励起光は、励起光合波器２である１個の５ポート光サーキュレータ２７によって合波されて、該５ポート光サーキュレータ２７から全体として所定の励起光スペクトルを有する励起光が出力される。そして、合波された励起光は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２から構成された出力構造を介して、光伝送路Ｌへ出力される。
【０１４４】
このように、Ｎ個の励起光光源に対して、励起光合波器２として１個の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータが適用された構成によっても、（Ｎ−１）個の３ポート光サーキュレータが適用された構成と同様に、各励起光光源からの励起光を好適に合波することができる。
【０１４５】
なお、光サーキュレータが適用された励起光合波器２の構成としては、図１９及び図２０（ａ）に示された実施形態に限らず、様々な構成が可能である。例えば、図２０（ｂ）には、図２０（ａ）に示された（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータ２７及び出力構造（出力用導波路３１及び出力用合波器３２を含む）に代え（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータ２７ａが示されている。この（Ｎ＋２）ポート光サーキュレータ２７ａは、図２０（ａ）の（Ｎ＋１）ポート光サーキュレータ２７の励起光合波機能を実現するとともに、出力構造を構成する出力用導波路３１及び出力合波器３２としても機能し得る。
【０１４６】
図２１は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１０実施形態の構成を示す図である。この第１０実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図１９に示された第８実施形態とほぼ同様の構造を有するが、共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に光アイソレータが設置されている点で異なる。
【０１４７】
すなわち、励起光光源１１と光サーキュレータ２７ａを接続する光導波路１１１上には、共振用グレーティング１１２と、反射用グレーティング４１２、４１３、４１４との間に、光アイソレータ４１５が設置されている。また、励起光光源１２と光サーキュレータ２７ｂとを接続する光導波路１２１上には、共振用グレーティング１２２と反射用グレーティング４２３、４２４との間に、光アイソレータ４２５が設置されている。また、励起光光源１３と光サーキュレータ２７ｃとを接続する光導波路１３１上には、共振用グレーティング１３２と反射用グレーティング４３４との間に、光アイソレータ４３５が設置されている。また、励起光光源１４と光サーキュレータ２７ｃとを接続する光導波路１４１上には、共振用グレーティング１４２と光サーキュレータ２７ｃとの間に、光アイソレータ４４５が設置されている。
【０１４８】
図２２は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１１実施形態の構成を示す図である。この第１１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示された第９実施形態とほぼ同様の構造を有するが、上述の第１０実施形態と同様に、共振用グレーティングと反射用グレーティングとの間に光アイソレータが設置されている点で異なる。
【０１４９】
すなわち、励起光光源１１と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１１１上には、共振用グレーティング１１２と、反射用グレーティング４１２、４１３、４１４との間に、光アイソレータ４１５が設置されている。また、励起光光源１２と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１２１上には、共振用グレーティング１２２と反射用グレーティング４２３、４２４との間に、光アイソレータ４２５が設置されている。また、励起光光源１３と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１３１上には、共振用グレーティング１３２と反射用グレーティング４３４との間に、光アイソレータ４３５が設置されている。また、励起光光源１４と光サーキュレータ２７とを接続する光導波路１４１上には、共振用グレーティング１４２と光サーキュレータ２７との間に、光アイソレータ４４５が設置されている。
【０１５０】
このように、外部共振器型レーザである励起光光源１１〜１４の共振用グレーティングと、対応する光導波路１１１〜１４１上に設けられた反射用グレーティングとの間に、それぞれ光アイソレータ４１５〜４４５が設置されることにより、反射用グレーティングの影響によって外部共振器型レーザで複数波長の光が外部共振することが防止される。
【０１５１】
上述の第１〜第１１実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、複数の励起光光源のうちいずれかの出力が低下した場合でも出力信号光のパワースペクトル（ラマン増幅器の利得スペクトル）の平坦性を維持するため、残りの励起光光源のチャネル波長を変更することで励起光スペクトルを調整する構成を備える。この構成によって励起光スペクトルの制御性は向上し、結果として、ラマン増幅器の増幅波長帯域における出力信号光のパワースペクトル（利得スペクトル）の調整が可能になる。しかしながら、上述の構成では利得スペクトルのある程度の劣化は避けられない。そこで、この発明に係る励起光光源ユニットは、定常的に複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システムとともに、該主励起光供給ユニットに含まれる励起光光源のうちいずれかの出力低下に起因した励起光スペクトルの劣化を防止するための予備励起光供給システムとを備えてもよい。
【０１５２】
図２３は、２重構造の励起光供給システムを有する励起光光源ユニットの構成を示す図である。この励起光光源ユニットＬＵは、図１に示された第１実施形態と同様に、定常状態で複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。当該励起光光源ユニットＬＵは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａの出力チャネル波長λ1〜λ3と同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４をさらに備える。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａそれぞれに対応するチャネルの励起光を出力する予備励起光光源１１ｂ〜１３ｂを含む。また、上記光スイッチ４は、チャネルごとに主励起光供給システム１ａの出力と予備励起光供給システム１ｂの出力とを切替えるべく用意された複数のチャネルスイッチ４１〜４３を含む。
【０１５３】
当該励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１ａ〜１３ａからチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１ａ〜１３ａからの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１５４】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１３ａのうち例えば励起光光源１２ａが故障した場合、光スイッチ４は、励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２ａが故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１ａからのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光光源１２ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３ａからのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。
【０１５５】
上述の励起光光源ユニットＬＵは、定常状態でチャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１ａ〜１３ａを含む主励起光供給システム１ａと、これら励起光光源１１ａ〜１３ａそれぞれに対応して用意された予備励起光光源１１ｂ〜１３ｂを含む予備励起光供給システム１ｂとを備え、主励起光供給システムの動作状態に応じてチャネルごとに、これら主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間で出力切替を行う構造を備える。しかしながら、このように同数の励起光光源をそれぞれ含む励起光供給システムを用意したのでは、製造コストが倍増してしまう。そこで、予備励起光供給システム１ｂに含まれる予備励起光光源の数量を低減可能な実施形態を以下に説明する。
【０１５６】
図２４は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１２実施形態の構成を示す図である。この第１２実施形態は、定常状態で複数チャネルの励起光を光伝送路Ｌへ供給する構造として、図２３に示された励起光光源ユニットと同様に主励起複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、主励起光供給システム１ａは、チャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１〜１３を含む。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。
【０１５７】
特に、この第１２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３の出力チャネル波長λ1〜λ3と略同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４と、予備励起光供給システム１ｂと光スイッチ４との間の光路上に配置された１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５をさらに備えたことを特徴としている。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３それぞれに対応するチャネル波長の励起光を出力するため、予備励起光光源として波長可変励起光光源を含む。この励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光を入力し、該入力された励起光のチャネル波長に対応する出力ポートから出力する。
【０１５８】
なお、上記チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる応力印加手段を含んでもよい。上記チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングを加熱することにより前記コア領域内の屈折率を変化させる加熱手段を含んでもよい。また、共振用グレーティングが、電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成される場合、チャネル波長調整システム１１２は、共振用グレーティングが形成された光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる電場印加手段を含んでもよい。
【０１５９】
この第１２実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１〜１３からチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１〜１３からの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６０】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３のうち例えば励起光光源１２が故障した場合、予備励起光供給システム１ｂは故障した励起光光源１２から出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５へ出力する。１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５へ入力された励起光は、そのチャネル波長に対応した出力ポートから出力され、対応するチャネルスイッチ４２へ導かれる。チャネルスイッチ４２は、１×Ｍ（≧２）ポート出力分岐器４５から出力された励起光を励起光合波器２へ出力すべく入力切替えを行う。このように、励起光光源１２が故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１からのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂ（波長可変励起光光源）からのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３からのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。なお、各チャネルスイッチ４１〜４３それぞれは、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。
【０１６１】
図２５は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１３実施形態の構成を示す図である。図２５（ａ）の第１３実施形態でも、定常状態で複数チャネルの励起光を光伝送路Ｌへ供給する構造として、図２３に示された励起光光源ユニットと同様に主励起複数チャネルの励起光を出力する主励起光供給システム１ａと、該主励起光供給システム１ａからの複数チャネルの励起光を合波する励起光合波器２と、該励起光合波器２から出力された合波光を光伝送路Ｌへ出力するための出力構造３を備える。なお、励起光供給システム１ａは、チャネル波長λ1〜λ3の励起光を出力する励起光光源１１〜１３を含む。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。
【０１６２】
特に、この第１３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、図２５（ａ）に示されたように、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３の出力チャネル波長λ1〜λ3と略同じチャネル波長の励起光を出力するための予備励起光供給システム１ｂと、上記主励起光供給システム１ａからの出力と上記予備励起光供給システム１ｂからの出力とをチャネルごとに切り替える光スイッチ４、予備励起光供給システム１ｂと光スイッチとの間の光路上に配置された光スイッチ４００とをさらに備えたことを特徴としている。上記予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３それぞれに対応するチャネル波長の励起光を出力するため、予備励起光光源として波長可変励起光光源を含む。この予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光をそのチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４１〜４３のいずれかへ導く。
【０１６３】
なお、光スイッチ４（チャネルスイッチ４１〜４３）及び光スイッチ４００は、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などを用いた機械的スイッチの切替時間は通常ミリセカンドオーダーであるが、一方で最近の光伝送信号のビットレートは１０Ｇｂｐｓ程度にまで向上しており、機械的スイッチが適用されると、１０００万程度のビットが消失することになる。そこで、この発明に係る励起光光源スイッチＬＵに適用される光スイッチとしては、例えば図２５（ｂ）に示されたように、光スイッチ４、４００は、導波路４１０上にヒーター４２０が配置された熱光学スイッチや電気光学式のMach-Zehnder型光スイッチが好ましい。
【０１６４】
この第１３実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１〜１３からチャネル波長λ1〜λ3の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１〜１３からの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６５】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１〜１３のうち例えば励起光光源１２が故障した場合、予備励起光供給システム１ｂは故障した励起光光源１２から出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を出力する。光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光のチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４２に該励起光を導くべく出力切替を行うとともに、光スイッチ４は、光スイッチ４００から励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２が故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１からのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂ（波長可変励起光光源）１ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３からのチャネル波長λ3の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４３を制御する。
【０１６６】
図２６は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１４実施形態の構成を示す図である。この第１４実施形態では、より広い増幅波長帯域を確保するため、主励起光供給システム１ａが励起光光源１１ａ〜１５ａの５つの光源を有する一方、予備励起光供給システム１ｂは、主励起光供給システム１ａでカバーされた増幅波長帯域におけるラマン増幅を可能にするため、波長可変励起光光源ユニット１１ｂ、１２ｂ（予備励起光光源）を備える。また、この第１４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵは、励起光光源１１ａ〜１５ａを含む主励起光供給システム１ａの出力と予備励起光光源１１ｂ、１２ｂを含む予備励起光供給システムの出力との切替を可能にするため、該主励起光供給システム１ａと励起光合波器２との間の光路上に配置された光スイッチ４と、該光スイッチ４と予備励起光供給システム１ｂとの間の光路上に配置された光スイッチ４００を備え、これら光スイッチ４の各チャネルスイッチ４１〜４５と光スイッチ４００に含まれる各チャネルスイッチ４０１、４０２の各出力ポートとの間の光路上には、それぞれ反射波長λ1〜λ5を有する共振用グレーティング４５１〜４５５が配置されている。
【０１６７】
なお、光スイッチ４は、励起光の各チャネル波長ごとに入力切替を可能にするため、複数のチャネルスイッチ４１〜４５を備える。また、光スイッチ４００は、予備励起光供給システム１ｂからの励起光を対応するチャネルスイッチ４１〜４５のいずれかに導くため出力切替するチャネルスイッチ４０１、４０２を備える。また、出力構造３は、出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む。また、予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源の構成は、図８に示されたように、半導体レーザ１１０と共振用グレーティングの反射波長を調整するためのチャネル波長調整システム１１２を備える。光スイッチ４、４００は、主励起光供給システム１ａ及び予備励起光供給システム１ｂ間の励起光切替による瞬断を回避するため、光干渉効果を利用した光スイッチであるのが好ましい。
【０１６８】
この第１４実施形態に係る励起光光源ユニットＬＵにおいて、定常状態では主励起光供給システム１ａに含まれる各励起光光源１１ａ〜１５ａからチャネル波長λ1〜λ5の励起光がそれぞれ出力される。励起光光源１１ａ〜１５ａからの励起光は、光スイッチ４を介して励起光合波器２に出力され、該励起光合波器２において合波される。そして、励起光合波器２から出力された合波光は、出力構造３に含まれる出力用光導波路３１及び出力合波器３２を介して光伝送路Ｌへ導かれる。
【０１６９】
一方、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１ａ〜１５ａのうち例えば励起光光源１２ａが故障した場合、予備励起光供給システム１ｂの励起光光源１１ｂは故障した励起光光源１２ａから出力されるべきチャネル波長と略同じチャネル波長の励起光を出力する。このとき、チャネルスイッチ４０１は、予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光のチャネル波長に対応するチャネルスイッチ４２に該励起光を導くべく出力切替を行うとともに、光スイッチ４は、光スイッチ４０１から励起光合波器２へ導かれる励起光を切り替えるため、対応するチャネルスイッチ４２の入力切替えを行う。このように、励起光光源１２ａが故障した非常時の励起光光源ユニットＬＵにおいて、光スイッチ４は、励起光光源１１ｂからのチャネル波長λ1の励起光、予備励起光供給システム１ｂに含まれる波長可変励起光光源１１ｂからのチャネル波長λ2の励起光、及び励起光光源１３ａ〜１５ａそれぞれからのチャネル波長λ3〜λ5の励起光を励起光合波器２へ導くよう、各チャネルスイッチ４１〜４５を制御する。
【０１７０】
図２７は、この発明に係る励起光光源ユニットの第１５実施形態の構成を示す図である。この第１５実施形態では、励起光合波器２が波長合波器２１と、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１、１２から出力される、互いに偏波状態の異なるチャネル波長λ1の励起光を偏波合成する偏波合波器２３、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１３からチャネル波長λ2の励起光を無偏波化するデポラライザ２４を備える。なお、予備励起光供給システム１ｂの出力と主励起光供給システム１ａの出力との切替を行う構成は、上述の第１３実施形態と同様である。また、主励起光供給システム１ａに含まれる励起光光源１１、１２と偏波合波器２３との間は、該励起光光源１１、１２から出力された励起光の偏波状態を維持するため、偏波保持ファイバを介して接続されるのが好ましい。同様に、予備励起光供給システム１ｂと偏波合波器２３との間も、該予備励起光供給システム１ｂから出力された励起光の偏波状態を維持するため、偏波保持ファイバを介して接続されるのが好ましい。なお、光スイッチ４００と光スイッチ４の各チャネルスイッチ４１〜４３との間の光路上には、信頼性向上のため、共振用グレーティングが配置されるのが好ましい。
【０１７１】
次に、上述の励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器（この発明に係るラマン増幅器）について説明する。
【０１７２】
図２８は、この発明に係るラマン増幅器の第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。ここで、励起光光源ユニットＬＵは、図１に示された励起光光源ユニット（第１実施形態）であり、この励起光光源ユニットは、４個の波長可変励起光光源１１〜１４と、励起光合波器２と、出力構造３（出力用光導波路３１及び出力合波器３２を含む）とを備える。
【０１７３】
励起光は、励起光光源ユニットＬＵがラマン増幅用光ファイバ５０へ供給する。この励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝搬方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１７４】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、この第１実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、後方励起（逆方向励起）の光増幅器として機能する。
【０１７５】
また、励起光光源ユニットＬＵの後方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５１が設置されている。この光分岐器５１は、ラマン増幅用光ファイバ５０において増幅され、光伝送路Ｌを順方向に伝搬する出力信号光の一部を、出力信号光測定器５２（出力パワー測定システムに含まれる）へ一定の割合で分岐する。出力信号光測定器５２は、光スペクトルアナライザやオプティカルパフォーマンスモニタなどから構成され、光分岐器５１からの出力信号光について、出力信号光スペクトルなどの出力信号光の状態を測定する。
【０１７６】
出力信号光測定器５２による出力信号光の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、出力信号光測定器５２の測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光の各チャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１７７】
このように、波長可変励起光光源を含む上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）がラマン増幅器ＲＡに適用されることにより、増幅波長帯域内における出力信号光スペクトルが十分に調整され得る。したがって、励起光光源１１〜１４のいずれかのパワーダウン等に起因して出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して十分に対応可能なように、ラマン増幅利得の制御性に優れたラマン増幅器ＲＡが実現される。
【０１７８】
また、出力信号光の測定結果に基づいて励起光を制御することによって、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１７９】
この場合の具体的な励起光の制御方法としては、制御部６０は、出力信号光スペクトルが略平坦となるように、励起光の各チャネルパワーあるいはチャネル波長を制御するのが好ましい。これにより、光伝送路Ｌを伝送される信号光の状態を好適に保持することができる。
【０１８０】
また、制御部６０は、出力信号光スペクトルにおいて信号光パワーが略最小となっている周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数（波長でいえば、約１００ｎｍ〜１２０ｎｍ短い波長に相当）に近付くように、励起光のチャネル波長を制御するのが好ましい。これにより、信号光パワーが小さくなっている波長帯域における増幅利得を高くして、出力信号光スペクトルを効率的に平坦化することができる。
【０１８１】
図２９は、この発明に係るラマン増幅器の第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１８２】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１８３】
また、励起光光源ユニットＬＵの後方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５１が設置されている。この光分岐器５１は、ラマン増幅用光ファイバ５０において光増幅されて光伝送路Ｌを順方向に伝送されている出力信号光の一部を、信号光分波器５３へ一定の割合で分岐し、分岐された出力信号光は、信号光分波器５３によってチャネル波長ごとに分波される。そして、信号光分波器５３で分波された各チャネルの出力信号光成分は、それぞれ出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄへ入力され、これらの出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄによって、出力信号光スペクトルなどの出力信号光の状態が測定される。なお、出力パワー測定システムには、信号光分波器５３及び出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄが含まれる。
【０１８４】
出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄによる出力信号光の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、出力信号光測定器５４ａ〜５４ｄの測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１８５】
このような構成によっても、図２８に示された構成（第１実施形態）と同様に、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１８６】
図３０は、この発明に係るラマン増幅器の第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１８７】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１８８】
また、ラマン増幅用光ファイバ５０の前方にある光伝送路Ｌ上の所定位置には、光分岐器５５が設置されている。この光分岐器５５は、ラマン増幅用光ファイバ５０において光増幅される信号光として光伝送路Ｌを順方向に伝送されている入力信号光の一部を、入力信号光測定器５６へ一定の割合で分岐する。入力信号光測定器５６（入力パワー測定システムに含まれる）は、光スペクトルアナライザやオプティカルパフォーマンスモニタなどから構成され、光分岐器５５からの入力信号光について、入力信号光スペクトルなどの入力信号光の状態を測定する。
【０１８９】
入力信号光測定器５６の測定結果は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、入力信号光測定器５６の測定結果に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１９０】
このように、入力信号光の測定結果に基づいて励起光を制御することによっても、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１９１】
図３１は、この発明に係るラマン増幅器の第４実施形態の構成を示す図である。この第４実施形態に係るラマン増幅器ＲＡは、ラマン増幅用光ファイバ５０と、励起光光源ユニットＬＵとを備える。励起光光源ユニットＬＵは、ラマン増幅用光ファイバ５０に対して信号光伝送方向の後方に設置された出力合波器３２を介して、ラマン増幅器ＲＡ内の光伝送路Ｌに接続されている。
【０１９２】
出力合波器３２は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方のラマン増幅用光ファイバ５０に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。また、出力合波器３２は、ラマン増幅用光ファイバ５０から到達した信号光を後方に向けて順方向に通過させる。これによって、当該ラマン増幅器ＲＡは、後方励起の光増幅器として機能する。
【０１９３】
また、この第４実施形態に係るラマン増幅器ＲＡには、外部からの指示信号を入力する指示信号入力部５７（指示信号入力システムに含まれる）が設置されている。指示信号入力部５７から入力された指示信号は、制御部６０へ送られる。制御部６０は、この指示信号に基づいて、励起光光源ユニットＬＵに含まれる複数の励起光光源１１〜１４のそれぞれから出力される励起光のチャネルパワーあるいはチャネル波長λ1〜λ4を制御する。
【０１９４】
このように、外部からの指示信号に基づいて励起光を制御することによっても、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光全体のパワースペクトル、及びラマン増幅器ＲＡから出力される信号光のパワースペクトルの両方が、信号光の状態に応じて良好に制御される。
【０１９５】
なお、図２８〜図３１に示されたラマン増幅器は、いずれも、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光が出力合波器３２を介して信号光伝搬方向と逆方向に光伝送路Ｌに伝搬する後方励起の構成となっている。これに対して、励起光が出力合波器を介して順方向に光伝送路Ｌに合波される前方励起（順方向励起）の構成においても、図２８〜図３１と同様の光増幅器の構成が適用可能である。
【０１９６】
また、ラマン増幅器は、後述するように分布定数型または集中定数型の形態によって用いられるが、上述の各構成は、いずれの形態に対しても適用することができる。
【０１９７】
次に、上述のようなラマン増幅器が適用された光伝送システム（この発明に係る光伝送システム）について説明する。
【０１９８】
図３２は、この発明に係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。この第１実施形態に係る光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内における複数チャネルの信号光を送信する送信局（送信器）Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝搬する光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬した信号光を受信する受信局（受信器）Ｒとを備える。
【０１９９】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられている。そして、この合波器３５を介して、上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）が光ファイバ伝送路Ｌに光学的に接続されている。合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方に向けて逆方向に送出する。この励起光光源ユニットＬＵは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される信号光を光増幅するラマン増幅器ＲＡを構成するための励起光供給手段である。
【０２００】
なお、合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵが出力合波器３２を備えている場合、該出力合波器３２が合波器３５として機能する。また、光ファイバ伝送路Ｌ側に別に設けられた合波器３５に対して励起光光源ユニットＬＵを接続する構成であってもよい。
【０２０１】
この第１実施形態に係る光伝送システムは、励起光光源ユニットＬＵを含むラマン増幅器ＲＡが、分布定数型の光増幅器として機能している光伝送システムである。このような分布定数型のラマン増幅器ＲＡにおいては、図３２に示されたように、光ファイバ伝送路Ｌの一部を構成している光ファイバが、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用される。
【０２０２】
このように、上述の励起光光源ユニットＬＵが適用された分布定数型のラマン増幅器ＲＡが、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置に設置されることにより、信号光の伝送品質の劣化が抑制されて、送信局Ｔから受信局Ｒへ確実に信号光を伝送可能な光伝送システムを実現することができる。
【０２０３】
図３３は、この発明に係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。この第２実施形態に係る光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内における複数チャネルの信号光を送信する送信局（送信器）Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局（受信器）Ｒとを備える。また、送信局Ｔと受信局Ｒとの間の所定位置には、光ファイバ伝送路Ｌを伝搬する信号光を中継する中継局Ｓが設けられている。
【０２０４】
中継局Ｓ内にある光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられている。そして、この合波器３５を介して、上述の励起光光源ユニットＬＵ（この発明に係る励起光光源ユニット）が光ファイバ伝送路Ｌに接続されている。合波器３５は、励起光光源ユニットＬＵから供給される励起光を前方に向けて信号光伝搬方向と逆方向に送出する。この励起光光源ユニットＬＵは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される信号光を増幅するラマン増幅器ＲＡを構成するための励起光供給手段である。
【０２０５】
この第２実施形態に係る光伝送システムは、励起光光源ユニットＬＵを含むラマン増幅器ＲＡが、集中定数型の光増幅器として中継局Ｓの内部に設置された光伝送システムである。このような集中定数型のラマン増幅器ＲＡにおいては、図３３に示されたように、光ファイバ伝送路Ｌに挿入された独立の光ファイバが、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用される。
【０２０６】
このように、上述した構成を有する励起光光源ユニットＬＵを適用した集中定数型のラマン増幅器ＲＡが、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置に設置されることにより、信号光の伝送品質の劣化が抑制されて、送信局Ｔから受信局Ｒへ確実に信号光を伝送可能な光伝送システムを実現することができる。
【０２０７】
図３４は、図３３に示された光伝送システムにおける中継局の構成を示す図である。
【０２０８】
中継局Ｓにおいて、光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、合波器３５が設けられ、この合波器３５を介して、励起光光源ユニットＬＵが光ファイバ伝送路Ｌに光学的に接続されている。また、この中継局Ｓ内には、光ファイバ伝送路Ｌを伝送される間に信号光に生じた分散を補償するための分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を有する分散補償モジュールＤＭが設けられている。
【０２０９】
図３４の構成では、この分散補償モジュールＤＭの後段には、合波器３５及び励起光光源ユニットＬＵが設置されている。そして、この構成は、分散補償モジュールＤＭに含まれている分散補償ファイバを、ラマン増幅用光ファイバ５０として利用する構成である。
【０２１０】
すなわち、励起光光源ユニットＬＵから供給された励起光は、合波器３５を介して、光ファイバ伝送路Ｌに対して信号光伝搬方向と逆方向に送出される。そして、送出された励起光は、ラマン増幅用光ファイバ５０としての分散補償モジュールＤＭ内の光ファイバに供給される。これにより、中継局Ｓ内において信号光を増幅するための集中定数型のラマン増幅器ＲＡが構成されている。
【０２１１】
なお、中継局Ｓ内の構成については、図３４は単に一例であり、これ以外にも様々な構成とすることが可能である。例えば、ラマン増幅用光ファイバとしては、分散補償ファイバなどの光ファイバとは別に、ラマン増幅のために専用に設けた光ファイバが利用されてもよい。また、図３４にも示されたように、ラマン増幅器ＲＡに加えて、他の光増幅器（例えばＥＤＦＡ）Ｓａ、Ｓｂが併設されてもよい。
【０２１２】
図３５は、この発明に係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。この第３実施形態に係る光伝送システムは、複数の通信利用者が、それぞれ異なる信号光波長帯域を用いる信号光Ａ、Ｂ、Ｃ（それぞれ複数チャネルのＷＤＭ信号光）を、同一の光伝送路Ｌを介して伝送する光伝送システムである。このような光伝送システムにおいて、その光伝送路Ｌ上に上述のラマン増幅器ＲＡ（この発明に係るラマン増幅器）が設置されることにより、信号光Ａ、Ｂ、Ｃが良好に増幅される。
【０２１３】
ここで、信号光Ａ、Ｂ、Ｃの信号光波長帯域は、それぞれ以下の波長範囲である。
【０２１４】
（Ａ）１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ
【０２１５】
（Ｂ）１５３５ｎｍ〜１５７５ｎｍ
【０２１６】
（Ｃ）１５４０ｎｍ〜１５８０ｎｍ
【０２１７】
また、各信号光の波長帯域における出力信号光スペクトルが平坦化されるようにラマン増幅器ＲＡの増幅利得が制御される。また、ラマン増幅器ＲＡの励起光光源ユニットについては、複数の励起光光源として、３個の波長可変励起光光源を有する。
【０２１８】
まず、３つの信号光のうちで、中間の信号光波長帯域を有する信号光Ｂに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３６は、信号光Ｂに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。ここでは、励起光光源ユニットから供給される励起光のチャネル波長については、信号光Ｂの信号光波長帯域１５３５ｎｍ〜１５７５ｎｍに対応して、波長１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３チャネルに設定されている。これら励起光チャネルの設定及びそれぞれのパワーの最適化により、図３６に示されたように、信号光Ｂの波長帯域に対して、出力信号光スペクトルが十分に平坦化される。
【０２１９】
次に、短波長側の信号光波長帯域を有する信号光Ａに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３７（ａ）及び図３７（ｂ）は、それぞれ、信号光Ａに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。図３７（ａ）は、信号光Ｂに対して設定された励起光波長１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３チャネル励起光をそのまま利用したときの出力信号光スペクトルである。この場合、励起光チャネルが最適化されていないためにスペクトルが十分に平坦化されず、特に短波長側において平坦度が劣化している。
【０２２０】
これに対して、図３７（ｂ）は、信号光Ａの信号光波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍに対応して、励起光を１４２４ｎｍ、１４３４ｎｍ、１４５５ｎｍの３チャネルに設定したときの出力信号光スペクトルである。このように、励起光光源ユニットから供給される励起光の各チャネル波長が最適に調整されることにより、信号光Ａの波長帯域に対しても、出力信号光スペクトルを十分に平坦化することができる。
【０２２１】
次に、長波長側の信号光波長帯域を有する信号光Ｃに対する出力信号光スペクトルの平坦化を考える。図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、それぞれ、信号光Ｃに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。図３８（ａ）は、信号光Ｂに対して設定された１４２８ｎｍ、１４３９ｎｍ、１４６０ｎｍの３波長からなる励起光をそのまま用いたときの出力信号光スペクトルを示している。この場合には、励起光波長が最適化されていないためにスペクトルが充分に平坦化されず、特に長波長側において平坦度が劣化している。
【０２２２】
これに対して、図３８（ｂ）のグラフは、信号光Ｃの信号光波長帯域１５４０ｎｍ〜１５８０ｎｍに対応して、励起光を１４３２ｎｍ、１４４３ｎｍ、１４６４ｎｍの３チャネルに設定したときの出力信号光スペクトルである。このように、励起光光源ユニットから供給される励起光の各チャネル波長が最適に調整されるることにより、信号光Ｃの波長帯域に対しても、出力信号光スペクトルを十分に平坦化することができる。
【０２２３】
以上のように、波長可変励起光光源を含む励起光光源ユニットを備えるラマン増幅器が適用された光伝送システムによれば、互いに異なる複数波長帯域の信号光（ＷＤＭ信号光）が伝搬する場合にも、対応することが可能である。すなわち、励起光光源ユニットから供給される励起光のチャネル波長が可変に制御されることによって、ラマン増幅された出力信号光のパワースペクトルが平坦化される増幅波長帯域を、増幅対象となる信号光の波長帯域に合わせて変更することが可能である。
【０２２４】
また、上述のラマン増幅器によれば、ラマン増幅器を含む光ファイバ伝送路の敷設時、または既設の光ファイバ伝送路へのラマン増幅器の導入時において、出力信号光スペクトルを測定しつつ励起光のチャネル波長及びチャネルパワーを調整することができるので、ラマン増幅器における光増幅の制御性が向上される。また、先に述べたように、励起光光源ユニットに含まれる複数の励起光光源のうちいずれかがダウンした場合でも、他の励起光光源からの励起光のチャネル波長を調整することによって、ダウンした励起光を補償して出力信号光のパワースペクトルを極力平坦に保持することができる。
【０２２５】
なお、この発明に係る励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムは、上述の実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、励起光光源ユニットに含まれる複数の励起光光源の個数については、上記実施形態で示された４個の励起光光源が適用された構成等に限らず、ラマン増幅器で必要とされている増幅波長帯域の広さや光増幅利得の制御性などに応じて、好適な個数及び構成を設定することが好ましい。
【０２２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、それぞれ波長の異なる複数チャネルの励起光を出力する複数の励起光光源のうち少なくともいずれかを波長可変励起光光源とした励起光光源ユニット、及びそれが適用したラマン増幅器、光伝送システムによれば、励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトル、及びそれに対応する出力信号光のパワースペクトルを調整する際に、励起光の各チャネルパワーのみではなく、必要に応じて波長可変励起光光源から出力される励起光の波長を調整することができる。
【０２２７】
これにより、励起光スペクトルや出力信号光スペクトルが大きく変化した場合も含めて、様々な変化に対して充分に対応可能なように制御性が向上された励起光光源ユニット、ラマン増幅器、及び光伝送システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る励起光光源ユニットの第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のパワースペクトルである。
【図３】図１に示された励起光光源ユニットが適用されたラマン増幅器における出力信号光のパワースペクトルの一例である。
【図４】この発明に係る励起光光源ユニットの第２実施形態の構成を示す図である。
【図５】図４に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図６】波長可変励起光光源の第１構成を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る励起光光源ユニットの応用例の構成を示す図である。
【図８】波長可変励起光光源の第２構成を示す図である。
【図９】波長可変励起光光源の第３構成を示す図である。
【図１０】波長可変励起光光源の第４構成を示す図である。
【図１１】この発明に係る励起光光源ユニットの第３実施形態の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１３】励起光光源ユニットの第４実施形態の構成を示す図である。
【図１４】この発明に係る励起光光源ユニットの第５実施形態の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１６】この発明に係る励起光光源ユニットの第６実施形態の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示された励起光光源ユニットから供給される励起光のスペクトルである。
【図１８】この発明に係る励起光光源ユニットの第７実施形態の構成を示す図である。
【図１９】この発明に係る励起光光源ユニットの第８実施形態の構成を示す図である。
【図２０】この発明に係る励起光光源ユニットの第９実施形態の構成を示す図である。
【図２１】この発明に係る励起光光源ユニットの第１０実施形態の構成を示す図である。
【図２２】この発明に係る励起光光源ユニットの第１１実施形態の構成を示す図である。
【図２３】２重構造の励起光供給システムを有する励起光光源ユニットの構成を示す図である。
【図２４】この発明に係る励起光光源ユニットの第１２実施形態の構成を示す図である。
【図２５】この発明に係る励起光光源ユニットの第１３実施形態の構成を示す図である。
【図２６】この発明に係る励起光光源ユニットの第１４実施形態の構成を示す図である。
【図２７】この発明に係る励起光光源ユニットの第１５実施形態の構成を示す図である。
【図２８】この発明に係るラマン増幅器の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２９】この発明に係るラマン増幅器の第２実施形態の構成を示す図である。
【図３０】この発明に係るラマン増幅器の第３実施形態の構成を示す図である。
【図３１】この発明に係るラマン増幅器の第４実施形態の構成を示す図である。
【図３２】この発明に係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３３】この発明に係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３４】図２８に示された光伝送システムにおける中継局の構成を示すブロック図である。
【図３５】この発明に係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３６】信号光Ｂに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【図３７】信号光Ａに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【図３８】信号光Ｃに関するラマン増幅後のパワースペクトルである。
【符号の説明】
ＬＵ…励起光源ユニット、Ｌ…光伝送路、ＲＡ…ラマン増幅器、Ｔ…送信局、Ｓ…中継局、Ｒ…受信局、１、１ａ…励起光供給システム（主励起光供給システム）、１ｂ…補助励起光供給システム、１１、１１ａ、１１ｂ、１２、１２ａ、１２ｂ、１３、１３ａ、１３ｂ…波長可変励起光源、１１０…第１半導体レーザ、１１１…光導波路、１１２…共振用グレーティング、１１３…加熱手段、１１４…第１励起レーザ、１１５…リング状光ファイバ、１１６…波長合成器、１１７…分岐器、１１８…光アイソレータ、１１９…バンドパスフィルタ、１２〜１８…第２〜第８波長可変励起光源、２…励起光合波部、２１…波長合成器、２２…透過特性調整手段、２３ａ、２３ｂ…偏波合成器、２４ａ、２４ｂ…デポラライザ（無偏光化手段）、２５、２５ａ、２５ｂ…アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）、２６…インターリーバ、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…光サーキュレータ、３…出力部、３１…出力用光導波路、３２…出力合波器、３５…合波器、４、４１〜４５、４００〜４０２…光スイッチ、４２０、４３０…光導波路、４１２、４１３、４１４、４２３、４２４、４３４…反射用グレーティング、４１５、４２５、４３５、４４５…光アイソレータ、５０…ラマン増幅用光ファイバ、５１…光分岐器、５２…出力信号光測定器、５３…信号光分波器、５４ａ〜５４ｄ…出力信号光測定器、５５…光分岐器、５６…入力信号光測定器、５７…指示信号入力部、６０…制御部。
Claims (16)
- 所定の増幅波長帯域内の信号光を励起光によってラマン増幅するためのラマン増幅用光ファイバと、
前記ラマン増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光光源ユニットと、
入力される信号光のパワーを測定する入力パワー測定システムと、
前記入力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦となるよう、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のそれぞれから出力されるＮチャネルの励起光のパワーあるいは波長を制御する制御部とを備えたラマン増幅器であって、
前記制御部は、出力信号光スペクトルにおける信号光パワーが最小となる周波数に対して、その周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数に近付くように、前記励起光の少なくともいずれかのチャネル波長を制御するとともに、さらに、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のうち、出力する励起光のパワーがラマン増幅に寄与し得ない程度に低下した励起光光源を検出し、該出力パワーが低下した励起光光源から出力されるべき励起光のチャネル波長に、残りの励起光光源から出力される励起光のチャネル波長を近付けるよう、該残りの励起光光源を制御することを特徴とするラマン増幅器。 - 所定の増幅波長帯域内の信号光を励起光によってラマン増幅するためのラマン増幅用光ファイバと、
前記ラマン増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光光源ユニットと、
ラマン増幅された出力信号光のパワーを測定する出力パワー測定システムと、
前記出力パワー測定システムの測定結果に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦となるよう、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のそれぞれから出力されるＮチャネルの励起光のパワーあるいは波長を制御する制御部とを備えたラマン増幅器であって、
前記制御部は、出力信号光スペクトルにおける信号光パワーが最小となる周波数に対して、その周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数に近付くように、前記励起光の少なくともいずれかのチャネル波長を制御するとともに、さらに、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のうち、出力する励起光のパワーがラマン増幅に寄与し得ない程度に低下した励起光光源を検出し、該出力パワーが低下した励起光光源から出力されるべき励起光のチャネル波長に、残りの励起光光源から出力される励起光のチャネル波長を近付けるよう、該残りの励起光光源を制御することを特徴とするラマン増幅器。 - 所定の増幅波長帯域内の信号光を励起光によってラマン増幅するためのラマン増幅用光ファイバと、
前記ラマン増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光光源ユニットと、
外部からの指示信号を取り込むための指示信号入力システムと、
前記指示信号入力システムにより取り込まれた指示信号に基づいて、出力信号光スペクトルが実質的に平坦となるよう、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のそれぞれから出力されるＮチャネルの励起光のパワーあるいは波長を制御する制御部とを備えたラマン増幅器であって、
前記制御部は、出力信号光スペクトルにおける信号光パワーが最小となる周波数に対して、その周波数から１３ＴＨｚ〜１５ＴＨｚ高い周波数に近付くように、前記励起光の少なくともいずれかのチャネル波長を制御するとともに、さらに、前記励起光光源ユニットに含まれる前記Ｎ個の励起光光源のうち、出力する励起光のパワーがラマン増幅に寄与し得ない程度に低下した励起光光源を検出し、該出力パワーが低下した励起光光源から出力されるべき励起光のチャネル波長に、残りの励起光光源から出力される励起光のチャネル波長を近付けるよう、該残りの励起光光源を制御することを特徴とするラマン増幅器。 - 請求項１〜３のいずれか一項記載のラマン増幅器に適用される励起光光源ユニットであって、
互いに波長の異なるＮ（≧２）チャネルの励起光をそれぞれ出力するＮ個の励起光光源を含み、これら励起光光源のうち少なくともいずれかは出力する励起光のチャネル波長を変更可能な波長可変励起光光源である励起光供給システムと、
前記Ｎ個の励起光光源それぞれから出力された前記Ｎチャネルの励起光を合波する合波器と、
前記合波器で合波された前記励起光を出力する出力構造とを備えたラマン増幅用の励起光光源ユニット。 - 前記波長可変励起光光源は、励起光レーザと、共振用グレーティングと、該共振用グレーティングによって反射される光の波長を変更するためのチャネル波長調整システムとを備えた外部共振器型波長可変レーザを含むことを特徴とする請求項４記載の励起光光源ユニット。
- 前記共振用グレーティングは、ブラッグ波長の光を反射するブラッググレーティングを含むことを特徴とする請求項５記載の励起光光源ユニット。
- 前記ブラッググレーティングは、光ファイバの少なくともコア領域内に該光ファイバの長手方向に沿って周期的な屈折率変化が形成されたファイバブラッググレーティングを含むことを特徴とする請求項６記載の励起光光源ユニット。
- 前記チャネル波長調整システムは、前記ファイバブラッググレーティングに対して所定の応力を加えることによりグレーティング周期を変化させる応力印加手段を含むことを特徴とする請求項７記載の励起光光源ユニット。
- 前記チャネル波長調整システムは、前記ファイバブラッググレーティングを加熱することにより前記コア領域内の屈折率を変化させる加熱手段を含むことを特徴とする請求項７記載の励起光光源ユニット。
- 前記ブラッググレーティングは、電気光学効果を有する材質からなる光導波路内に形成され、そして、前記チャネル波長調整システムは、前記ブラッググレーティングが形成された前記光導波路に対して所定強度の電場を印加することにより該光導波路の屈折率を変化させる電場印加手段を含むことを特徴とする請求項６記載の励起光光源ユニット。
- 前記波長可変励起光光源は、半導体レーザと、該半導体レーザのチップ温度を調整することにより該半導体レーザの発振波長を変化させる加熱手段を含むことを特徴とする請求項４記載の励起光光源ユニット。
- 前記波長可変励起光光源は、励起レーザと、透過する光の波長を変更可能な波長可変バンドパスフィルタを備えた波長可変レーザを含むことを特徴とする請求項４記載の励起光光源ユニット。
- 前記出力構造は、信号光が伝搬する伝送路中に配置され、前記光合波器からの励起光を該伝送路中に出力する一方、該信号光を通過させる出力部を備えたことを特徴とする請求項４記載の励起光光源ユニット。
- 所定の信号光波長帯域内の信号光が伝搬する光伝送路と、
ラマン増幅用光ファイバとして前記光伝送路の一部を含む請求項１〜３のいずれか一項記載のラマン増幅器とを備えた光伝送システム。 - 所定の信号光波長帯域内の信号光が伝搬する光伝送路と、
前記光伝送路上の所定位置に設置されるとともに、該光伝送路と光学的に接続された端部を有するラマン増幅用光ファイバを含む請求項１〜３のいずれか一項記載のラマン増幅器とを備えた光伝送システム。 - 複数の中継区間を有するとともに、請求項１〜３のいずれか一項記載のラマン増幅器を含む光伝送システムであって、１中継区間当たりにおける信号光のチャネルごとのパワーバラツキの平均値は、２ｄＢ以下であることを特徴とする光伝送システム。
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