JP4487420B2 - 光増幅伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
従来，長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、リタイミング（retiming）、リシェイプイング（reshaping）および リジェネレーティング（regenerating ）する光再生中継器を用いて伝送を行っていた。
【０００２】
しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。
【０００３】
光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００４】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１つの伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重(WDM) 光伝送方式が注目されている。
【０００５】
WDM 光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたWDM 光増幅中継伝送方式においては光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００６】
【従来の技術】
波長多重光増幅中継伝送システムの構成例を図1に示す。
【０００７】
例えば、図1のWDM伝送光システムは光送信局(OS)1と、光受信局(OR)2と、それら送受信局間を接続する光伝送路3と、該光伝送路3の途中に所要の間隔で配置される複数の光増幅器からなる中継器4、とから構成される。
【０００８】
光送信局1は波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器(E/O)1Aと、複数の光信号を波長多重する合波器1Bと、該合波器1BからのWDM信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路3に出力するポストアンプ1Cを有する。
【０００９】
光受信局2は光伝送路を介して伝送された各波長帯のWDM信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ2Cと、プリアンプ2Cからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器2Bと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器(O/E)2Aを有する。
【００１０】
光伝送路3は光送信局1および光受信局2の間をそれぞれ接続する複数の中継区間を有する。
【００１１】
光送信局1から送信された波長多重信号光は光伝送路3を伝搬し、途中に所要の間隔で配置される光増幅器からなる光中継器4にて光増幅され、再び光伝送路3を伝搬し、それを繰り返して光受信局まで伝送される。
【００１２】
この波長多重伝送システムにおいて用いられる光増幅中継器にはエルビムドープファイバ増幅器(EDFA)が一般的に用いられる。
【００１３】
しかし，最近、ラマン増幅を併用することが盛んに検討されている。
【００１４】
また，光中継器を用いない無中継伝送システムがある。
【００１５】
無中継伝送システムでは、リモートポンピング（remote-pumping）遠隔増幅法によるEDFAおよび分布型ラマン増幅が検討されている。
【００１６】
光ファイバを用いたラマン増幅においては利得がファイバのモードフィールド径に反比例して得られる。
【００１７】
従って、モードフィールド径が小さい光ファイバはラマン増幅に適している。
【００１８】
例えば、1.3 mm零分散ファイバ(Single mode fiber: SMF)の波長分散および分散スロープ(波長分散の波長に対する1次微分)の逆符号の波長分散および分散スロープを有する負分散ファイバ(Negative dispersion fiber: -D fiber)のモードフィールド径は約5 mmであり、NZ-DSFのモードフィールド径約8 mmより小さいためにより大きなラマン gainが得られる("Highly efficient distributed ラマン amplification system in a zero-dispersion-flattened transmission line",H.Kawakami et al., ThB5, OAA'99, 1999. 参照)。
【００１９】
【発明が解決しようとする問題点】
大容量長距離伝送システムの実現では1波あたりの光信号対雑音比(Optical signal to noise ratio: OSNR)不足および非線形効果による伝送波形歪みが問題である。
【００２０】
分布利得型ラマン増幅器を適用すると1波あたりのOSNRを改善できる。
【００２１】
一方、非線形効果による伝送波形歪みが問題である。
【００２２】
したがって、ラマン増幅に用いる光ファイバが持つ非線形効果を十分に配慮することが重要である。
【００２３】
ラマン増幅器を適用すると広帯域に波長多重信号光を光増幅できる。
【００２４】
一方，そのラマン増幅器に用いる光ファイバが持つ波長分散を十分に配慮することが重要である。
【００２５】
さらに，ラマン増幅器の小型化が重要である。
【００２６】
特に、光送信端局および光受信端局にラマン増幅器を適用する場合、それに用いる光ファイバの長さを短くし、その光ファイバモジュールを小型化する必要がある。
【００２７】
【問題点を解決するための手段】
第1の手段:
光増幅伝送システムは信号光を伝送させる伝送路を信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、信号光波長に対して負分散を持ち、第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバと、第２ファイバよりもさらにモードフィールド径が小さい第3ファイバとで構成する。
【００２８】
そして、信号光伝搬方向は第１第２第３のファイバの順に伝搬させ、第3ファイバの信号光出力側より励起光を入力して、伝送路でラマン増幅を行なう。
【００２９】
本構成によりこれにより、信号光が持つ信号光パワー対雑音光パワー比を改善するともに、そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる
第2の手段:
第1の手段に於いて、光増幅伝送システムは第2ファイバは第２ファイバでの伝送損失と第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくする。
【００３０】
第2ファイバに於いて信号光パワーが長手方向にほとんど減衰せず、相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
第3の手段:
光増幅伝送システムは信号光を伝送させる伝送路を信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、信号光波長に対して負分散を持ち第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバで構成する。
【００３１】
そして、信号光伝搬方向は第１第２のファイバの順に伝搬させ、第2ファイバの信号光出力側より励起光を入力して伝送路でラマン増幅を行ない該第2ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくする。
【００３２】
第2ファイバに於いて信号光パワーが長手方向にほとんど減衰せず、相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
第4の手段:
光増幅伝送システムはラマン増幅により信号光を光増幅にするラマン増幅媒体と、該ラマン増幅媒体を増幅するための励起光と、その信号光とその励起光を合波する合波器を有する。
【００３３】
そしてラマン増幅媒体は信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散は零以外で分散スロープが零にする。
ラマン増幅媒体の非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる
第5の手段:
光増幅伝送システムは信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が正で励起光により信号光をラマン増幅する第1光増幅器と、信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が負で励起光により該信号光をラマン増幅する第2光増幅器とを設ける。
【００３４】
この構成により波長分散の累積量を低減できる。
【００３５】
【実施例】
非線形実効断面積を比較的小さくし、光パワー密度が高めた集中利得型のラマン増幅器により大きなラマン利得を得る。
【００３６】
通常の光ファイバの非線形実効断面積は50〜80 mm2に対して集中利得型のラマン増幅器の非線形実効断面積の値は，例えば10 mm2である。
【００３７】
四光波混合などの非線形効果による波形歪みを回避するために、単位長さあたりの波長分散の絶対値は零でない値が望ましい。
【００３８】
その値は、例えば1〜10 ps/nm/kmであり、信号光波長間隔に依存する。
【００３９】
ここで，長さあたりの波長分散が大きいと累積波長分散(ps/nm)が大きくなることが問題になる。
【００４０】
信号光波長帯域幅を広く確保するためには分散スロープは零が望ましい。
【００４１】
なお、1次ラマン利得ピーク光周波数は励起光周波数よりも13.2 THz小さく、1.55 mm帯ではおおよそ100 nmの波長シフトが発生するため有効な波長帯域は100 nm以下である。
【００４２】
光端局装置にもラマン増幅器を適用することが有効である。
【００４３】
そのラマン増幅を発生させる光ファイバの累積波長分散(ps/nm)の絶対値は小さい方が望ましい。
【００４４】
また、伝送路の波長分散を補償することが望ましい。
【００４５】
あるいは、ラマン増幅器に用いる光ファイバとして符号が異なる波長分散を持つ光ファイバを直列に併用することにより、累積波長分散の絶対値を低減することもできる。
【００４６】
例えば，第3-1ファイバは正分散を持ち，第3-2ファイバは負分散を持つ。
【００４７】
2つの光増幅器を直接接続する構成もあり，光部品を両者の間に挿入し，その光部品の損失を補償する構成もある。
【００４８】
特に光端局装置にへの適用が有効である。
【００４９】
1波あたりのOSNRの改善および非線形効果による伝送波形歪みの緩和を同時に実現し，大容量長距離波長多重伝送システムの構築を可能にする。
【００５０】
第１の実施構成を図２,図13に示す。
【００５１】
第1の実施構成として，第1ファイバ3a，第2ファイバ3bおよび第3ファイバ3cを用い、光増幅中継器にはラマン増幅を用いる伝送システムの1中継区間を図2,図13に示す。
【００５２】
この光増幅中継器は、図2に示すようにラマン増幅のみで構成する場合と、図13に示すようにその他の光増幅器、例えばラマン増幅とEDFA４ｃを併用する場合がある。
【００５３】
ＥＤＦＡ４ｃと併用する場合は波長合成器４ａの後段にＥＤＦＡ４ｃを設ける。
【００５４】
第1ファイバ3a，第2ファイバ3bおよび第3ファイバ3cの主なファイバ特性を表1に示す。
【００５５】
図2,図13における第3ファイバ3cは図のように、中継器4内に設けても良いし、中継器の外に伝送路のゲーブル内に設けても良い。
【００５６】
【表１】
【００５７】
端局もしくは前段の光増幅中継器から出射された，異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，その信号光波長に対して正の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に大きい第1ファイバ3aを伝送し，次に，その信号光波長に対して負の波長分散および分散スロープを有し、そのモードフィールド径が比較的に小さい第2ファイバ3bを伝送し，そして，これら3種類のファイバのうち，その長さが最も短く、そのモードフィールド径が最も小さい第3ファイバ3cを伝送した後，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，次段の伝送路ファイバ，例えば，次段の第1ファイバ3aに入射される。
【００５８】
励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，第3ファイバ3cに入射され、その後，その第3ファイバ3cを伝搬し，次に，第2ファイバ3bを伝搬した後，第1ファイバ3aに入射される。
【００５９】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００６０】
第２ファイバ3b単独又は第３ファイバとの組合わせにより第１ファイバの分散値を補正すると供に、第２ファイバ内で生じる損失を第２ファイバ内で生じるラマン増幅による利得で補償する。
【００６１】
さらに第３ファイバで生じるラマン増幅の利得により伝送路全体としての損失を補償するよう増幅する。
【００６２】
このように構成することで、第１ファイバの分散値を補償する第２ファイバ内で生じる非線形効果による相互位相変調による歪みを小さくする事ができる。
【００６３】
非線型実効断面積が小さく長さの短い第３のファイバにより伝送路全体の損失が補償されるようにすることで、信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００６４】
ここで、第３ファイバは非線型実効断面積が小さく非線形効果が大きく生じるが、実質的に長さが短いので波長多重した信号光間のすれ違いが生じ難いため、問題にならない。
【００６５】
信号光は第1ファイバ3aにおいてが損失を受け,第2ファイバ3bにおいて第１ファイバで受ける損失とラマン増幅利得を一致させ、信号光パワーの変化が小さくなり，第3ファイバ3cにおいては信号光がラマン増幅利得を受ける。
ここで，この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係を図3に示す。
【００６６】
この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させると，信号光パワーが長手方向にほとんど減衰しない。
【００６７】
したがって，ファイバが持つ波長分散によりある信号光がその他の波長の信号光と近づいたり離れたりする場合に信号光パワーの変化量が小さくなるため，近づく場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量の差が小さくなる。
【００６８】
そして，近づく際に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる際に生じる相互位相変調による周波数シフト量の符号は逆符号であり互いに打ち消しあうため，累積する相互位相変調による周波数シフト量は小さくなり，伝送波形歪みを低減できる。
【００６９】
第3ファイバ3cはコア径が小さいので，短い長さでも高い利得がとれる。
【００７０】
また，修理について配慮すると，第3光ファイバはコア径が小さく修理が難しいので，光中継器内に配置することが望ましい。
【００７１】
更に，その第3ファイバ3cにおいてその信号光波長に対して負分散を持ち，その第1ファイバ3aが持つ正分散量を補償する方が第2ファイバ3bにおいて必要となる分散補償量を緩和できるため，第2ファイバ3bの設計上望ましい。
【００７２】
それから，その第1ファイバ3aにおいてその信号光波長に対して正の分散スロープを持ち，その第2ファイバ3bにおいてその信号光波長に対して負の分散スロープを持ち，その第3ファイバ3cにおいてその信号光波長に対して負の分散スロープを持つことにより，その伝送路が持つ分散スロープの絶対値を低減することができる。
【００７３】
第2の実施例として，第1ファイバ3aおよび第2ファイバ3bを用い，光増幅中継器にはラマン増幅を用いる伝送システムの1中継区間を図4に示す。
【００７４】
この光増幅中継器は，ラマン増幅のみで構成する場合と，その他の光増幅器，例えばラマン増幅とEDFA４ｃを併用する場合がある。
【００７５】
端局もしくは前段の光増幅中継器から出射された，異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，その信号光波長に対して正の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に大きい第1ファイバ3aを伝送し，次に，その信号光波長に対して負の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に小さい第2ファイバ3bを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通る。
【００７６】
第２光ファイバ３ｂは第１ファイバの分散を補償するための分散値を有するファイバである。
【００７７】
その後，その波長合成器4aの後に接続された第1ファイバ3aの伝送損失を補う利得を持つ光増幅器に入射される。
【００７８】
その光増幅器は例えばエルビウムドープファイバ増幅器４ｃである。
【００７９】
次段の伝送路ファイバ，例えば，次段の第1ファイバ3aに入射される。
【００８０】
励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，第2ファイバ3bに入射され，その第2ファイバ3bを伝搬した後，第1ファイバ3aに入射される。
【００８１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００８２】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００８３】
ここで，この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係を図12に示す。
【００８４】
この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させると，信号光パワーが長手方向にほとんど減衰しない。
【００８５】
したがって，ファイバが持つ波長分散によりある信号光がその他の波長の信号光と近づいたり離れたりする場合に信号光パワーの変化量が小さくなるため，近づく場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量の差が小さくなる。
【００８６】
そして，近づく際に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる際に生じる相互位相変調による周波数シフト量の符号は逆符号であり互いに打ち消しあうため，累積する相互位相変調による周波数シフト量は小さくなり，伝送波形歪みを低減できる。
【００８７】
ＥＤＦＡ４ｃにより伝送路全体における損失に対応する利得を与えることで、信号光の損失を防ぐ。
【００８８】
該２ファイバの作用は第１の実施例と同じである。
【００８９】
第4の実施例として，集中型ラマン増幅器を光端局装置に用いた構成例を図5に示す。ここでは，特に光送信端局の例について示す。
【００９０】
波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器(E/O)1Aから出射された信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通った後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされた後複数の光信号を波長多重する合波器1Bに入射される。
【００９１】
該合波器1BからのWDM信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り所要の信号光パワーまで増幅された後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされ，分散補償器5cを伝搬する。
【００９２】
さらに，その後，その分散補償器5cを出射した信号光は，次の段に配置してあるそのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通った後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされ，分散補償器5cを伝搬する。
【００９３】
それから，その分散補償器5cを出射した信号光は，次の段に配置してあるそのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を通った後，光アイソレータ5aを経て伝送路に入射される。
【００９４】
ここで，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減でき，波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【００９５】
第4の実施例として，集中型ラマン増幅器の構成例を図6に示す。
【００９６】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り，次段の光増幅器もしくはファイバに入射される。
【００９７】
励起光源4b1から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，第3-1ファイバ3dに入射され，また，その他の励起光源4b2から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を経て，第3-2ファイバ3cに入射される。ここで，励起光源4b1および4b2は1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００９８】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００９９】
図6において，波長合成器4a1と励起光源4b1はこの構成から除去しても構わない。
【０１００】
その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eは伝送路を兼ねるものではなく，その光増幅器に内在し，それらの信号光波長に対して単位長さあたりの波長分散は零ではないことを特徴とし，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０１】
また，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの分散スロープをほぼ零にすることにより，その波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０２】
特に，この分散スロープが零のファイバは分散フラットファイバと呼ばれている。
【０１０３】
そのファイバを構成する屈折率分布の一例は，"W型屈折率分布を持つ分散フラットファイバ"、赤坂他，1998年電子情報通信学会総合大会に示されている。
【０１０４】
更に，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eのモードフィールド径は，伝送路に用いる光ファイバのモードフィールド径よりも比較的に小さく，その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの長さは，伝送路の中継間隔よりも十分に小さいことを特徴とし，その波長分散量の絶対値を小さくすることにより，そのファイバ非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０５】
それから，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減できる。
【０１０６】
ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【０１０７】
第5の実施例として，集中型ラマン増幅器の構成例を図7に示す。
【０１０８】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通って出射される。
【０１０９】
その出射された信号光は光部品5，例えば，光フィルタを通り，その後，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り，次段の光増幅器もしくはファイバに入射される。
【０１１０】
励起光源4b1から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，第3-1ファイバ3dに入射され，また，その他の励起光源4b2から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を経て，第3-2ファイバ3cに入射される。
【０１１１】
ここで，励起光源4b1および4b2は1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１１２】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１３】
その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eは伝送路を兼ねるものではなく，その光増幅器に内在し，それらの信号光波長に対して単位長さあたりの波長分散は零ではないことを特徴とし，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１４】
また，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの分散スロープをほぼ零にすることにより，その波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１５】
更に，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eのモードフィールド径は，伝送路に用いる光ファイバのモードフィールド径よりも比較的に小さく，その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの長さは，伝送路の中継間隔よりも十分に小さいことを特徴とし，その波長分散量の絶対値を小さくすることにより，そのファイバ非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１６】
それから，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減できる。ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【０１１７】
第6の実施例として監視制御信号の実施例を図8に示す。
従来のEDFAの場合，励起光に変調を掛けてEDFA利得を変化させることにより応答信号を光変調することができた。
【０１１８】
ここでは，励起光に変調をかけて，伝送路である光ファイバにおけるラマン効果を用いて応答信号を光変調することができる。
【０１１９】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，伝送路ファイバ3を伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，受光素子4cにモニタ信号を供給する光カプラ4dを通り次段の伝送路ファイバ3に伝搬される。
【０１２０】
また，励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，伝送路ファイバ3に入射される。
【０１２１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１２２】
さらに，モニタ信号は光カプラ4dで分波された後，受光素子4cで受光され，電気信号に変換される。
【０１２３】
その変換された電気信号は制御回路4eで処理される。
【０１２４】
その後，制御回路4eは制御信号を励起光源4bに供給する。
【０１２５】
ここで，信号光，モニタ信号および励起光の流れは上り回線および下り回線で同様である。
【０１２６】
以上のような構成にしたがうことにより，制御回路により上り回線および下り回線に応答信号を送ることができる。
【０１２７】
第7の実施例として，光ループバックの実施例を図9に示す。
【０１２８】
まず，上り回線の場合について説明する。
【０１２９】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，伝送路ファイバ3を伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，光ループバック経路6aにモニタ信号を供給する光カプラ6cを通り次段の伝送路ファイバ3に伝搬され，そして，次の光増幅中継器に入射される。
【０１３０】
また，励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，伝送路ファイバ3に入射される。
【０１３１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１３２】
さらに，モニタ信号は光カプラ6cで分波された後，光ループバック経路6aを通り，下り回線の光カプラ6cを経て，伝送路ファイバ3に入射され，モニタ信号を送信した端局に戻される。
【０１３３】
そして，端局側ではそのモニタ信号を観測して中継器の状態を把握することができる。
【０１３４】
下り回線の場合は光ループバック経路6aは用いずに，光ループバック経路6bを適用することになるが，それ以外は同様の構成となる。
【０１３５】
第7の実施例に関係した，その他の光ループバックの実施例を図10および図11に示す。
【０１３６】
信号光，励起光およびモニタ光の流れやその特徴は図9で説明した内容と同様である。
(付記1) 信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち、該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバと、該第２ファイバよりもさらにモードフィールド径が小さい第3ファイバとで構成し、
該信号光伝搬方向は該第１第２第３のファイバの順に伝搬させ、
該第3ファイバの該信号光出力側より励起光を入力して、該伝送路でラマン増幅を行なうことを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記2) 付記1において、
該第2ファイバは該第２ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記3)付記1において、
該第３ファイバは該伝送路全体の損失を補償するための増幅を行なう事を特徴とする光増幅伝送システム。
(付記4)付記1において、
該第2ファイバおよび該第3ファイバの合計において該第1のファイバの分散値をほぼゼロに補正する分散量を有することを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記5)付記1において、
該第３ファイバは光中継器内に設けることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記6)
信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバで構成し、
該信号光伝搬方向は該第１第２のファイバの順に伝搬させ、
該第2ファイバの該信号光出力側より励起光を入力して該伝送路でラマン増幅を行ない該第2ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記7)付記6において、
該第2のファイバの出力を光増幅器で所定値まで光増幅することを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記8)ラマン増幅により信号光を光増幅にするラマン増幅媒体と、
該ラマン増幅媒体を増幅するための励起光と、
その信号光とその励起光を合波する合波器を有し、
該ラマン増幅媒体は信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散は零以外で分散スロープが零であることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記9)信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が正で励起光により該信号光をラマン増幅する第1光増幅器と、
該信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が負で励起光により該信号光をラマン増幅する第2光増幅器とを有する光増幅伝送システム。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明のように構成することで、信号光が持つ信号光パワー対雑音光パワー比を改善するともに、そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１３８】
さらに、複数の信号光から与えられる相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 波長多重伝送システムの構成例
【図２】 伝送システムの構成例1
【図３】 第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係
【図４】 伝送システムの構成例2
【図５】 光端局装置の構成例
【図６】 光増幅器の構成例
【図７】 光増幅器の構成例
【図８】 監視制御信号の実施例
【図９】 光ループバックの実施例
【図１０】 光ループバックの実施例
【図１１】 光ループバックの実施例
【図１２】 第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係
【図１３】伝送システムの構成例2
【符号の説明】
1は光送信局
1Aは光送信器
1Bは合波器
1Cはポストアンプ
2は光受信局
2Aは光受信器
2Bは分波器
2Cはプリアンプ
3は光ファイバ
3aは正分散ファイバ
3bは負分散ファイバ
3c, 3dおよび3eは集中型ラマン増幅用ファイバ
4a, 4a1および4a2は信号光と励起光を合波する波長合成器
4b, 4b1および4b2はラマン増幅用励起光源
4cはモニタ信号用受光素子
4dはモニタ信号分波用光カプラ
4eは励起光源の制御回路
5は光学部品，例えば，光フィルタ
5aは光アイソレータ
5bは可変減衰器
5cは分散補償器
6aおよび6bは光ループバック経路
6cは光ループバック経路にモニタ信号を分波する光カプラ
【産業上の利用分野】
従来，長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、リタイミング（retiming）、リシェイプイング（reshaping）および リジェネレーティング（regenerating ）する光再生中継器を用いて伝送を行っていた。
【０００２】
しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。
【０００３】
光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００４】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１つの伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重(WDM) 光伝送方式が注目されている。
【０００５】
WDM 光伝送方式と光増幅中継伝送方式を組み合わせたWDM 光増幅中継伝送方式においては光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００６】
【従来の技術】
波長多重光増幅中継伝送システムの構成例を図1に示す。
【０００７】
例えば、図1のWDM伝送光システムは光送信局(OS)1と、光受信局(OR)2と、それら送受信局間を接続する光伝送路3と、該光伝送路3の途中に所要の間隔で配置される複数の光増幅器からなる中継器4、とから構成される。
【０００８】
光送信局1は波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器(E/O)1Aと、複数の光信号を波長多重する合波器1Bと、該合波器1BからのWDM信号光を所要のレベルに増幅して光伝送路3に出力するポストアンプ1Cを有する。
【０００９】
光受信局2は光伝送路を介して伝送された各波長帯のWDM信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ2Cと、プリアンプ2Cからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器2Bと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器(O/E)2Aを有する。
【００１０】
光伝送路3は光送信局1および光受信局2の間をそれぞれ接続する複数の中継区間を有する。
【００１１】
光送信局1から送信された波長多重信号光は光伝送路3を伝搬し、途中に所要の間隔で配置される光増幅器からなる光中継器4にて光増幅され、再び光伝送路3を伝搬し、それを繰り返して光受信局まで伝送される。
【００１２】
この波長多重伝送システムにおいて用いられる光増幅中継器にはエルビムドープファイバ増幅器(EDFA)が一般的に用いられる。
【００１３】
しかし，最近、ラマン増幅を併用することが盛んに検討されている。
【００１４】
また，光中継器を用いない無中継伝送システムがある。
【００１５】
無中継伝送システムでは、リモートポンピング（remote-pumping）遠隔増幅法によるEDFAおよび分布型ラマン増幅が検討されている。
【００１６】
光ファイバを用いたラマン増幅においては利得がファイバのモードフィールド径に反比例して得られる。
【００１７】
従って、モードフィールド径が小さい光ファイバはラマン増幅に適している。
【００１８】
例えば、1.3 mm零分散ファイバ(Single mode fiber: SMF)の波長分散および分散スロープ(波長分散の波長に対する1次微分)の逆符号の波長分散および分散スロープを有する負分散ファイバ(Negative dispersion fiber: -D fiber)のモードフィールド径は約5 mmであり、NZ-DSFのモードフィールド径約8 mmより小さいためにより大きなラマン gainが得られる("Highly efficient distributed ラマン amplification system in a zero-dispersion-flattened transmission line",H.Kawakami et al., ThB5, OAA'99, 1999. 参照)。
【００１９】
【発明が解決しようとする問題点】
大容量長距離伝送システムの実現では1波あたりの光信号対雑音比(Optical signal to noise ratio: OSNR)不足および非線形効果による伝送波形歪みが問題である。
【００２０】
分布利得型ラマン増幅器を適用すると1波あたりのOSNRを改善できる。
【００２１】
一方、非線形効果による伝送波形歪みが問題である。
【００２２】
したがって、ラマン増幅に用いる光ファイバが持つ非線形効果を十分に配慮することが重要である。
【００２３】
ラマン増幅器を適用すると広帯域に波長多重信号光を光増幅できる。
【００２４】
一方，そのラマン増幅器に用いる光ファイバが持つ波長分散を十分に配慮することが重要である。
【００２５】
さらに，ラマン増幅器の小型化が重要である。
【００２６】
特に、光送信端局および光受信端局にラマン増幅器を適用する場合、それに用いる光ファイバの長さを短くし、その光ファイバモジュールを小型化する必要がある。
【００２７】
【問題点を解決するための手段】
第1の手段:
光増幅伝送システムは信号光を伝送させる伝送路を信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、信号光波長に対して負分散を持ち、第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバと、第２ファイバよりもさらにモードフィールド径が小さい第3ファイバとで構成する。
【００２８】
そして、信号光伝搬方向は第１第２第３のファイバの順に伝搬させ、第3ファイバの信号光出力側より励起光を入力して、伝送路でラマン増幅を行なう。
【００２９】
本構成によりこれにより、信号光が持つ信号光パワー対雑音光パワー比を改善するともに、そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる
第2の手段:
第1の手段に於いて、光増幅伝送システムは第2ファイバは第２ファイバでの伝送損失と第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくする。
【００３０】
第2ファイバに於いて信号光パワーが長手方向にほとんど減衰せず、相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
第3の手段:
光増幅伝送システムは信号光を伝送させる伝送路を信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、信号光波長に対して負分散を持ち第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバで構成する。
【００３１】
そして、信号光伝搬方向は第１第２のファイバの順に伝搬させ、第2ファイバの信号光出力側より励起光を入力して伝送路でラマン増幅を行ない該第2ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくする。
【００３２】
第2ファイバに於いて信号光パワーが長手方向にほとんど減衰せず、相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
第4の手段:
光増幅伝送システムはラマン増幅により信号光を光増幅にするラマン増幅媒体と、該ラマン増幅媒体を増幅するための励起光と、その信号光とその励起光を合波する合波器を有する。
【００３３】
そしてラマン増幅媒体は信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散は零以外で分散スロープが零にする。
ラマン増幅媒体の非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる
第5の手段:
光増幅伝送システムは信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が正で励起光により信号光をラマン増幅する第1光増幅器と、信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が負で励起光により該信号光をラマン増幅する第2光増幅器とを設ける。
【００３４】
この構成により波長分散の累積量を低減できる。
【００３５】
【実施例】
非線形実効断面積を比較的小さくし、光パワー密度が高めた集中利得型のラマン増幅器により大きなラマン利得を得る。
【００３６】
通常の光ファイバの非線形実効断面積は50〜80 mm2に対して集中利得型のラマン増幅器の非線形実効断面積の値は，例えば10 mm2である。
【００３７】
四光波混合などの非線形効果による波形歪みを回避するために、単位長さあたりの波長分散の絶対値は零でない値が望ましい。
【００３８】
その値は、例えば1〜10 ps/nm/kmであり、信号光波長間隔に依存する。
【００３９】
ここで，長さあたりの波長分散が大きいと累積波長分散(ps/nm)が大きくなることが問題になる。
【００４０】
信号光波長帯域幅を広く確保するためには分散スロープは零が望ましい。
【００４１】
なお、1次ラマン利得ピーク光周波数は励起光周波数よりも13.2 THz小さく、1.55 mm帯ではおおよそ100 nmの波長シフトが発生するため有効な波長帯域は100 nm以下である。
【００４２】
光端局装置にもラマン増幅器を適用することが有効である。
【００４３】
そのラマン増幅を発生させる光ファイバの累積波長分散(ps/nm)の絶対値は小さい方が望ましい。
【００４４】
また、伝送路の波長分散を補償することが望ましい。
【００４５】
あるいは、ラマン増幅器に用いる光ファイバとして符号が異なる波長分散を持つ光ファイバを直列に併用することにより、累積波長分散の絶対値を低減することもできる。
【００４６】
例えば，第3-1ファイバは正分散を持ち，第3-2ファイバは負分散を持つ。
【００４７】
2つの光増幅器を直接接続する構成もあり，光部品を両者の間に挿入し，その光部品の損失を補償する構成もある。
【００４８】
特に光端局装置にへの適用が有効である。
【００４９】
1波あたりのOSNRの改善および非線形効果による伝送波形歪みの緩和を同時に実現し，大容量長距離波長多重伝送システムの構築を可能にする。
【００５０】
第１の実施構成を図２,図13に示す。
【００５１】
第1の実施構成として，第1ファイバ3a，第2ファイバ3bおよび第3ファイバ3cを用い、光増幅中継器にはラマン増幅を用いる伝送システムの1中継区間を図2,図13に示す。
【００５２】
この光増幅中継器は、図2に示すようにラマン増幅のみで構成する場合と、図13に示すようにその他の光増幅器、例えばラマン増幅とEDFA４ｃを併用する場合がある。
【００５３】
ＥＤＦＡ４ｃと併用する場合は波長合成器４ａの後段にＥＤＦＡ４ｃを設ける。
【００５４】
第1ファイバ3a，第2ファイバ3bおよび第3ファイバ3cの主なファイバ特性を表1に示す。
【００５５】
図2,図13における第3ファイバ3cは図のように、中継器4内に設けても良いし、中継器の外に伝送路のゲーブル内に設けても良い。
【００５６】
【表１】
端局もしくは前段の光増幅中継器から出射された，異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，その信号光波長に対して正の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に大きい第1ファイバ3aを伝送し，次に，その信号光波長に対して負の波長分散および分散スロープを有し、そのモードフィールド径が比較的に小さい第2ファイバ3bを伝送し，そして，これら3種類のファイバのうち，その長さが最も短く、そのモードフィールド径が最も小さい第3ファイバ3cを伝送した後，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，次段の伝送路ファイバ，例えば，次段の第1ファイバ3aに入射される。
【００５８】
励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，第3ファイバ3cに入射され、その後，その第3ファイバ3cを伝搬し，次に，第2ファイバ3bを伝搬した後，第1ファイバ3aに入射される。
【００５９】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００６０】
第２ファイバ3b単独又は第３ファイバとの組合わせにより第１ファイバの分散値を補正すると供に、第２ファイバ内で生じる損失を第２ファイバ内で生じるラマン増幅による利得で補償する。
【００６１】
さらに第３ファイバで生じるラマン増幅の利得により伝送路全体としての損失を補償するよう増幅する。
【００６２】
このように構成することで、第１ファイバの分散値を補償する第２ファイバ内で生じる非線形効果による相互位相変調による歪みを小さくする事ができる。
【００６３】
非線型実効断面積が小さく長さの短い第３のファイバにより伝送路全体の損失が補償されるようにすることで、信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００６４】
ここで、第３ファイバは非線型実効断面積が小さく非線形効果が大きく生じるが、実質的に長さが短いので波長多重した信号光間のすれ違いが生じ難いため、問題にならない。
【００６５】
信号光は第1ファイバ3aにおいてが損失を受け,第2ファイバ3bにおいて第１ファイバで受ける損失とラマン増幅利得を一致させ、信号光パワーの変化が小さくなり，第3ファイバ3cにおいては信号光がラマン増幅利得を受ける。
ここで，この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係を図3に示す。
【００６６】
この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させると，信号光パワーが長手方向にほとんど減衰しない。
【００６７】
したがって，ファイバが持つ波長分散によりある信号光がその他の波長の信号光と近づいたり離れたりする場合に信号光パワーの変化量が小さくなるため，近づく場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量の差が小さくなる。
【００６８】
そして，近づく際に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる際に生じる相互位相変調による周波数シフト量の符号は逆符号であり互いに打ち消しあうため，累積する相互位相変調による周波数シフト量は小さくなり，伝送波形歪みを低減できる。
【００６９】
第3ファイバ3cはコア径が小さいので，短い長さでも高い利得がとれる。
【００７０】
また，修理について配慮すると，第3光ファイバはコア径が小さく修理が難しいので，光中継器内に配置することが望ましい。
【００７１】
更に，その第3ファイバ3cにおいてその信号光波長に対して負分散を持ち，その第1ファイバ3aが持つ正分散量を補償する方が第2ファイバ3bにおいて必要となる分散補償量を緩和できるため，第2ファイバ3bの設計上望ましい。
【００７２】
それから，その第1ファイバ3aにおいてその信号光波長に対して正の分散スロープを持ち，その第2ファイバ3bにおいてその信号光波長に対して負の分散スロープを持ち，その第3ファイバ3cにおいてその信号光波長に対して負の分散スロープを持つことにより，その伝送路が持つ分散スロープの絶対値を低減することができる。
【００７３】
第2の実施例として，第1ファイバ3aおよび第2ファイバ3bを用い，光増幅中継器にはラマン増幅を用いる伝送システムの1中継区間を図4に示す。
【００７４】
この光増幅中継器は，ラマン増幅のみで構成する場合と，その他の光増幅器，例えばラマン増幅とEDFA４ｃを併用する場合がある。
【００７５】
端局もしくは前段の光増幅中継器から出射された，異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，その信号光波長に対して正の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に大きい第1ファイバ3aを伝送し，次に，その信号光波長に対して負の波長分散および分散スロープを有し，そのモードフィールド径が比較的に小さい第2ファイバ3bを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通る。
【００７６】
第２光ファイバ３ｂは第１ファイバの分散を補償するための分散値を有するファイバである。
【００７７】
その後，その波長合成器4aの後に接続された第1ファイバ3aの伝送損失を補う利得を持つ光増幅器に入射される。
【００７８】
その光増幅器は例えばエルビウムドープファイバ増幅器４ｃである。
【００７９】
次段の伝送路ファイバ，例えば，次段の第1ファイバ3aに入射される。
【００８０】
励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，第2ファイバ3bに入射され，その第2ファイバ3bを伝搬した後，第1ファイバ3aに入射される。
【００８１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００８２】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００８３】
ここで，この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係を図12に示す。
【００８４】
この第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させると，信号光パワーが長手方向にほとんど減衰しない。
【００８５】
したがって，ファイバが持つ波長分散によりある信号光がその他の波長の信号光と近づいたり離れたりする場合に信号光パワーの変化量が小さくなるため，近づく場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる場合に生じる相互位相変調による周波数シフト量の差が小さくなる。
【００８６】
そして，近づく際に生じる相互位相変調による周波数シフト量と離れる際に生じる相互位相変調による周波数シフト量の符号は逆符号であり互いに打ち消しあうため，累積する相互位相変調による周波数シフト量は小さくなり，伝送波形歪みを低減できる。
【００８７】
ＥＤＦＡ４ｃにより伝送路全体における損失に対応する利得を与えることで、信号光の損失を防ぐ。
【００８８】
該２ファイバの作用は第１の実施例と同じである。
【００８９】
第4の実施例として，集中型ラマン増幅器を光端局装置に用いた構成例を図5に示す。ここでは，特に光送信端局の例について示す。
【００９０】
波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器(E/O)1Aから出射された信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通った後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされた後複数の光信号を波長多重する合波器1Bに入射される。
【００９１】
該合波器1BからのWDM信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り所要の信号光パワーまで増幅された後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされ，分散補償器5cを伝搬する。
【００９２】
さらに，その後，その分散補償器5cを出射した信号光は，次の段に配置してあるそのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通った後，光アイソレータ5aを経て可変減衰器5bで信号光パワーの調整をされ，分散補償器5cを伝搬する。
【００９３】
それから，その分散補償器5cを出射した信号光は，次の段に配置してあるそのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を通った後，光アイソレータ5aを経て伝送路に入射される。
【００９４】
ここで，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減でき，波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【００９５】
第4の実施例として，集中型ラマン増幅器の構成例を図6に示す。
【００９６】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り，次段の光増幅器もしくはファイバに入射される。
【００９７】
励起光源4b1から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，第3-1ファイバ3dに入射され，また，その他の励起光源4b2から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を経て，第3-2ファイバ3cに入射される。ここで，励起光源4b1および4b2は1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【００９８】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【００９９】
図6において，波長合成器4a1と励起光源4b1はこの構成から除去しても構わない。
【０１００】
その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eは伝送路を兼ねるものではなく，その光増幅器に内在し，それらの信号光波長に対して単位長さあたりの波長分散は零ではないことを特徴とし，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０１】
また，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの分散スロープをほぼ零にすることにより，その波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０２】
特に，この分散スロープが零のファイバは分散フラットファイバと呼ばれている。
【０１０３】
そのファイバを構成する屈折率分布の一例は，"W型屈折率分布を持つ分散フラットファイバ"、赤坂他，1998年電子情報通信学会総合大会に示されている。
【０１０４】
更に，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eのモードフィールド径は，伝送路に用いる光ファイバのモードフィールド径よりも比較的に小さく，その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの長さは，伝送路の中継間隔よりも十分に小さいことを特徴とし，その波長分散量の絶対値を小さくすることにより，そのファイバ非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１０５】
それから，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減できる。
【０１０６】
ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【０１０７】
第5の実施例として，集中型ラマン増幅器の構成例を図7に示す。
【０１０８】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-1ファイバ3dを伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を通って出射される。
【０１０９】
その出射された信号光は光部品5，例えば，光フィルタを通り，その後，そのモードフィールド径が比較的に小さい第3-2ファイバ3eを伝送して所要の信号光パワーまで増幅された後，波長合成器4a2を通り，次段の光増幅器もしくはファイバに入射される。
【０１１０】
励起光源4b1から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a1を経て，第3-1ファイバ3dに入射され，また，その他の励起光源4b2から出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4a2を経て，第3-2ファイバ3cに入射される。
【０１１１】
ここで，励起光源4b1および4b2は1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１１２】
その光ファイバ中を信号光の伝搬方向と逆方向に励起光が伝搬することを特徴とするラマン増幅器を用いることにより，信号光が持つOSNRを改善するとともに，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１３】
その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eは伝送路を兼ねるものではなく，その光増幅器に内在し，それらの信号光波長に対して単位長さあたりの波長分散は零ではないことを特徴とし，そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１４】
また，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの分散スロープをほぼ零にすることにより，その波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１５】
更に，それらの信号光波長に対してその第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eのモードフィールド径は，伝送路に用いる光ファイバのモードフィールド径よりも比較的に小さく，その第3-1ファイバ3dおよび第3-2ファイバ3eの長さは，伝送路の中継間隔よりも十分に小さいことを特徴とし，その波長分散量の絶対値を小さくすることにより，そのファイバ非線形効果および波長分散による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１１６】
それから，第3-1ファイバ3dの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して正とし，第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散をそれらの信号光波長に対して負とすることにより，その波長分散の累積量を低減できる。ここで，第3-1ファイバ3dと第3-2ファイバ3eの単位長さあたりの波長分散の符号はこの限りではなく，正負が逆になってもよい。
【０１１７】
第6の実施例として監視制御信号の実施例を図8に示す。
従来のEDFAの場合，励起光に変調を掛けてEDFA利得を変化させることにより応答信号を光変調することができた。
【０１１８】
ここでは，励起光に変調をかけて，伝送路である光ファイバにおけるラマン効果を用いて応答信号を光変調することができる。
【０１１９】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，伝送路ファイバ3を伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，受光素子4cにモニタ信号を供給する光カプラ4dを通り次段の伝送路ファイバ3に伝搬される。
【０１２０】
また，励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，伝送路ファイバ3に入射される。
【０１２１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１２２】
さらに，モニタ信号は光カプラ4dで分波された後，受光素子4cで受光され，電気信号に変換される。
【０１２３】
その変換された電気信号は制御回路4eで処理される。
【０１２４】
その後，制御回路4eは制御信号を励起光源4bに供給する。
【０１２５】
ここで，信号光，モニタ信号および励起光の流れは上り回線および下り回線で同様である。
【０１２６】
以上のような構成にしたがうことにより，制御回路により上り回線および下り回線に応答信号を送ることができる。
【０１２７】
第7の実施例として，光ループバックの実施例を図9に示す。
【０１２８】
まず，上り回線の場合について説明する。
【０１２９】
前段の光増幅器もしくはファイバから出射された異なる2つ以上の波長を持つ波長多重信号光は，伝送路ファイバ3を伝搬して所要の信号光パワーまで増幅された後，次に，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを通り，光ループバック経路6aにモニタ信号を供給する光カプラ6cを通り次段の伝送路ファイバ3に伝搬され，そして，次の光増幅中継器に入射される。
【０１３０】
また，励起光源4bから出射されたラマン増幅に適用される励起光は，その信号光とその励起光を合波する波長合成器4aを経て，伝送路ファイバ3に入射される。
【０１３１】
ここで，励起光源4bは1波でもよいし，多波長を合波した光でもよい。
【０１３２】
さらに，モニタ信号は光カプラ6cで分波された後，光ループバック経路6aを通り，下り回線の光カプラ6cを経て，伝送路ファイバ3に入射され，モニタ信号を送信した端局に戻される。
【０１３３】
そして，端局側ではそのモニタ信号を観測して中継器の状態を把握することができる。
【０１３４】
下り回線の場合は光ループバック経路6aは用いずに，光ループバック経路6bを適用することになるが，それ以外は同様の構成となる。
【０１３５】
第7の実施例に関係した，その他の光ループバックの実施例を図10および図11に示す。
【０１３６】
信号光，励起光およびモニタ光の流れやその特徴は図9で説明した内容と同様である。
(付記1) 信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち、該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバと、該第２ファイバよりもさらにモードフィールド径が小さい第3ファイバとで構成し、
該信号光伝搬方向は該第１第２第３のファイバの順に伝搬させ、
該第3ファイバの該信号光出力側より励起光を入力して、該伝送路でラマン増幅を行なうことを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記2) 付記1において、
該第2ファイバは該第２ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記3)付記1において、
該第３ファイバは該伝送路全体の損失を補償するための増幅を行なう事を特徴とする光増幅伝送システム。
(付記4)付記1において、
該第2ファイバおよび該第3ファイバの合計において該第1のファイバの分散値をほぼゼロに補正する分散量を有することを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記5)付記1において、
該第３ファイバは光中継器内に設けることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記6)
信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第1ファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第2ファイバで構成し、
該信号光伝搬方向は該第１第２のファイバの順に伝搬させ、
該第2ファイバの該信号光出力側より励起光を入力して該伝送路でラマン増幅を行ない該第2ファイバでの伝送損失と該第２ファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記7)付記6において、
該第2のファイバの出力を光増幅器で所定値まで光増幅することを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記8)ラマン増幅により信号光を光増幅にするラマン増幅媒体と、
該ラマン増幅媒体を増幅するための励起光と、
その信号光とその励起光を合波する合波器を有し、
該ラマン増幅媒体は信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散は零以外で分散スロープが零であることを特徴とする光増幅伝送システム。
(付記9)信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が正で励起光により該信号光をラマン増幅する第1光増幅器と、
該信号光波長に対してファイバ長さあたりの波長分散が負で励起光により該信号光をラマン増幅する第2光増幅器とを有する光増幅伝送システム。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明のように構成することで、信号光が持つ信号光パワー対雑音光パワー比を改善するともに、そのファイバ非線形効果による伝送波形歪みを緩和できる。
【０１３８】
さらに、複数の信号光から与えられる相互位相変調による伝送波形歪みを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 波長多重伝送システムの構成例
【図２】 伝送システムの構成例1
【図３】 第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係
【図４】 伝送システムの構成例2
【図５】 光端局装置の構成例
【図６】 光増幅器の構成例
【図７】 光増幅器の構成例
【図８】 監視制御信号の実施例
【図９】 光ループバックの実施例
【図１０】 光ループバックの実施例
【図１１】 光ループバックの実施例
【図１２】 第2ファイバ3bの伝送損失と分布型ラマン増幅利得を一致させた場合の信号光パワーと長さの関係
【図１３】伝送システムの構成例2
【符号の説明】
1は光送信局
1Aは光送信器
1Bは合波器
1Cはポストアンプ
2は光受信局
2Aは光受信器
2Bは分波器
2Cはプリアンプ
3は光ファイバ
3aは正分散ファイバ
3bは負分散ファイバ
3c, 3dおよび3eは集中型ラマン増幅用ファイバ
4a, 4a1および4a2は信号光と励起光を合波する波長合成器
4b, 4b1および4b2はラマン増幅用励起光源
4cはモニタ信号用受光素子
4dはモニタ信号分波用光カプラ
4eは励起光源の制御回路
5は光学部品，例えば，光フィルタ
5aは光アイソレータ
5bは可変減衰器
5cは分散補償器
6aおよび6bは光ループバック経路
6cは光ループバック経路にモニタ信号を分波する光カプラ
Claims (2)
- 信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第１のファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち、該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第２のファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち、該第２のファイバよりもさらにモードフィールド径が小さい第３のファイバとで構成するとともに、該第２のファイバにおいてある信号光が波長分散によりその他の波長の信号光と近づいたり離れたりするファイバ長を有し、
該信号光の伝搬方向は該第１第２第３のファイバの順に伝搬させ、
該第３のファイバの該信号光出力側より励起光を入力して、該伝送路でラマン増幅を行ない該第２のファイバにおいて伝送損失と該第２のファイバ内で生じるラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。 - 信号光を伝送させる伝送路は、該信号光波長に対して正分散を持つ第１のファイバと、該信号光波長に対して負分散を持ち該第１のファイバに対してモードフィールド径が小さい第２のファイバで構成するとともに、該第２のファイバにおいて波長分散によりある信号光がその他の波長の信号光と近づいたり離れたりするファイバの長さを有し、
該信号光伝搬方向は該第１第２のファイバの順に伝搬させ、
該第２のファイバの該信号光出力側より励起光を入力して該伝送路でラマン増幅を行ない該第２のファイバでの伝送損失と該第２のファイバ内で発生するラマン増幅利得を等しくすることを特徴とする光増幅伝送システム。
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