JP4572511B2

JP4572511B2 - Optical transmission system and optical amplification method

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Publication number: JP4572511B2
Application number: JP2003174030A
Authority: JP
Inventors: 敏行宮本; 素貴角井; 昌行重松
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP2004078176A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、互いに波長の異なる複数信号チャネルを有する多重化信号光を伝送する光伝送システム、及び、その光伝送システムにおける多重化信号光の増幅方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光伝送システムは、所定の信号波長帯域に含まれる複数の信号チャネルが多重化された信号光（多重化信号光）が伝搬する光ファイバ伝送路を含み、大容量情報の高速送受信を可能にする。また、光ファイバ伝送路を信号光が伝搬する間に生じる伝送損失を補償するため、光増幅器が用いられる。
【０００３】
上記光増幅器として幾つかの種類が知られている。例えば、希土類元素添加光ファイバ増幅器は、希土類元素（例えば、Ｅｒ元素、Ｔｍ元素）が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、この光ファイバに所定波長の励起光を供給して希土類元素を励起する。このような希土類元素の励起により、該希土類元素の励起準位と基底準位との間のエネルギー差に応じた特定信号波長域内の信号光を増幅することができる。
【０００４】
また、ラマン増幅器は、信号光が伝搬する光伝送路における非線形光学現象の一種である誘導ラマン散乱現象を利用した光増幅器であり、例えば、光伝送路が石英系光ファイバである場合、信号波長より１００ｎｍ程度短い波長の光がラマン増幅用励起光として利用される。また、半導体光増幅器は、電流供給により半導体内に反転分布を生じさせることで、その反転分布におけるエネルギー差に応じた特定波長帯域内の信号光を増幅する。
【０００５】
これら各種の光増幅器のうち、希土類元素添加光ファイバ増幅器及び半導体光増幅器それぞれは、一般にモジュール化された集中定数型光増幅器として利用され。一方、ラマン増幅器は、集中定数型光増幅器として利用されるだけでなく、分布型光増幅器としても利用され得る。分布ラマン増幅器は、光増幅媒体としてはモジュール化された光伝送路を有さず、中継区間に敷設された光ファイバ伝送路において信号光をラマン増幅する。
【０００６】
一方、更なる大容量化を図るべく、ＷＤＭ光伝送システムに適用される信号波長帯域の拡大が求められている。すなわち、これまで使用されてきたＣバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に加えて、これより長波長側のＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）も使用されるようになり、また、これより短波長側のＳバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）の使用が検討されている。
【０００７】
なお、従来の光伝送システムには、１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍの信号波長帯域において、平坦な光ＳＮＲスペクトルを得るよう、分布型増幅型ファイバラマン増幅器を用いたシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３１４９０２号公報（第３〜４頁、第１〜１５図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の光伝送システムを検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、Ｓ、Ｃ及びＬバンドを含む広帯域でＷＤＭ光伝送を行うとともに光増幅器により複数チャネルの信号光を増幅する場合、信号チャネル間で生じる雑音指数（ＮＦ: Noise Figure）のバラツキが問題となる。ここで、雑音指数ＮＦは、
ＮＦ＝Ｐ_ASE／(ｈ・ν・Δν・Ｇ) …(1)
なる式で表される。Ｐ_ASEは、光増幅器により生じる増幅された自然放出光（ＡＳＥ光: Amplified Spontaneous Emission Light）の光パワーである。ｈはプランク定数であり、νは信号光周波数であり、Δνは信号光周波数の分解能であり、Ｇは光増幅器の利得である。信号波長帯域における雑音指数のバラツキが大きいと、雑音指数の最悪値に合わせたシステム設計を行う必要があるので、伝送容量や光中継距離に制限が生じる。
【００１０】
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、優れた雑音特性を有する光伝送システム及び光増幅方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光伝送システムは、光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光に所望の利得を与えるとき、信号波長帯域における雑音特性を劣化させる要素として機能し得る光学デバイスとして、ラマン増幅器、希土類元素添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器などの集中型光増幅器を含むシステムにおいて、当該システム全体の雑音特性を改善するための構造を備える。
【００１２】
光ファイバ伝送路上に集中型光増幅器が配置された光伝送システムでは、光ファイバ伝送路における損失の波長依存性と、信号チャネル間で生じる誘導ラマン散乱に起因したパワー遷移（SRS tilt: Stimulated Raman Scattering Tilt）の影響により、信号光パワーは長波長側よりも短波長側の方がより低下する。必然的に、集中型光増幅器の利得は、長波長側よりも短波長側の方が大きくなるため、このように集中型光増幅器を含む光ファイバ伝送路全体において、信号波長帯域における雑音指数は長波長側よりも短波長側でより劣化することになる。そこで、この発明に係る光伝送システムは、集中型光増幅器を含む光ファイバ伝送路全体の雑音特性を改善するべく、ラマン増幅器をさらに備えたことを特徴としている。このラマン増幅器は、分布型ラマン増幅器であっても、また、集中型ラマン増幅器であってもよく、上記集中型光増幅器の上流に配置される。特に、このラマン増幅器は、信号波長帯域において長波長側から短波長側に向かって信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、上記集中型光増幅器に入射されるべき信号光を予めラマン増幅する。
【００１３】
なお、上記ラマン増幅器が分布型ラマン増幅器である場合、互いに異なる波長の複数励起チャネルを有する励起光を出力する励起光源システムを備え、該励起光源システムからの励起光が供給されるラマン増幅用光ファイバとして、伝送路要素の上流側に位置する光ファイバ伝送路の一部が機能する。このとき、分布型ラマン増幅器における励起光源システムでは、ラマン増幅された信号光に含まれる信号チャネルの光パワーが長波長側から短波長側に向かって大きくなるよう、励起チャネルの光パワーがそれぞれ調節される。
【００１４】
一方、この発明に係る光増幅方法は、信号波長帯域内に存在する互いに異なる波長を有する複数信号チャネルの信号光が伝搬する光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路上に配置され、該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光に所望の利得を与えるとき、該信号波長帯域における雑音特性を長波長側から短波長側に向かって劣化させる要素として機能し得る光学デバイスとを備えた光伝送システムにおいて、その雑音特性を改善すべく、第１光増幅ステップと、該第１光増幅ステップに続いて行われる第２光増幅ステップを備る。
【００１５】
具体的に、上記第１光増幅ステップは、上記光学デバイスの上流側に位置する上記光ファイバ伝送路の一部に複数チャネルの励起光を供給することにより、信号波長帯域において長波長側から短波長側に向かって信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、上記信号光を予めラマン増幅する。また、上記第２光増幅ステップは、光ファイバ伝送路全体として、第１光増幅ステップにおいてラマン増幅された上記信号光を上記光学デバイスに導き、該光学デバイスにおいてさらにさらに増幅する。
【００１６】
この発明によれば、複数信号チャネルの信号光は、まずラマン増幅器、好ましくは分布型ラマン増幅器により増幅された後、集中定数型光増幅器により更に増幅される。当該システム全体の利得特性は、分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器それぞれの利得特性の総和となる。分布ラマン増幅器から出力される信号光は、集中定数型光増幅器に入射される前に、信号チャネルの光パワーが信号波長帯域内において長波長側から短波長側に向かって大きくなっている。集中定数型光増幅器は、光ファイバ伝送路全体として信号波長帯域における雑音指数を短波長側から長波長側に向かって劣化させる要素であり、上記ラマン増幅器の利得スペクトルが信号波長帯域の短波長側でより大きくなるよう予め調節されることで、該短波長側における利得を低減しても当該システム全体で必要な利得は確保され、結果的に雑音特性の劣化要因が緩和される。このように、雑音特性の劣化要因に信号光が入射される前に、該信号光をより短波長側で光パワーが大きくなるようラマン増幅することにより、システム全体として必要な利得を確保した状態で、信号波長帯域における雑音指数のバラツキを効果的に低減することができる。
【００１７】
なお、上記ラマン増幅器から出力された信号光に含まれる信号チャネルのうち、信号波長帯域における最短波長の信号チャネルにおける光パワーと最長波長の信号チャネルにおける光パワーの差は、２ｄＢ以上であるのが好ましい。また、伝送路要素である上記集中型光増幅器の出力端における雑音特性として、信号波長帯域における最小雑音指数と最大雑音指数との差は、２ｄＢ以下であるのが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光伝送システム等の実施形態を、図１〜図６を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、この発明に係る光伝送システムにおける一実施形態の構成を示す図である。この光伝送システム１は、光送信器１０、光ファイバ伝送路２０及び集中定数型光増幅器３０を備える。また、光ファイバ伝送路２０の終端近傍に光カプラ２１が設けられ、この光カプラ２１に励起光源部２２（励起光源システムに含まれる）が接続されている。
【００２０】
光送信器１０は、所定の信号波長帯域に含まれる、互いに異なる波長の複数信号チャネルを有する信号光（多重化信号光）を送出する。光ファイバ伝送路２０は、光送信器１０と集中定数型光増幅器３０との間の中継区間に敷設されており、光送信器１０から送出された多重化信号光を集中定数型光増幅器３０へ向けて伝送する。集中定数型光増幅器３０はモジュール化された構造を有し、光中継器あるいは光受信器内に設けられている。光ファイバ伝送路２０を伝搬してきた多重化信号光は入力端３１を介して当該集中型光増幅器に入力される。入力された多重化信号光は一括増幅された後、出力端３２を介して受信器に導く光ファイバ伝送路に送出される。
【００２１】
励起光源部２２は１又はそれ以上の励起チャネルの励起光（ラマン増幅用励起光）を出力する。光カプラ２１は、励起光源部２２から出力されたラマン増幅用励起光を、多重化信号光の伝搬方向とは逆方向から光ファイバ伝送路２０へ供給する。また、この光カプラ２１は、光ファイバ伝送路２０から到達した多重化信号光を、集中定数型光増幅器３０へ向かって出力する。すなわち、これら光ファイバ伝送路２０、光カプラ２１及び励起光源部２２は、ラマン増幅用励起光が供給された光ファイバ伝送路２０により信号波長帯域内の複数信号チャネルの信号光を伝送しながらラマン増幅する分布ラマン増幅器を構成している。特に、この分布ラマン増幅器は、信号波長帯域内において短波長であるほど信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、多重化信号光を出力する。
【００２２】
光ファイバ伝送路２０は、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバ、波長１．３μｍより長波長側に零分散波長を有し波長１．５５μｍにおいて小さい正の波長分散を有する非零分散シフト光ファイバ、波長１．５５μｍ付近に零分散波長を有する零分散シフト光ファイバ、コア領域が実質的に純石英ガラスであってクラッド領域にＦ元素が添加されている純石英コア光ファイバ、及び、実効断面積が通常の光ファイバより拡大されているシングルモード光ファイバ、等の何れの光ファイバで構成されてもよい。また、光ファイバ伝送路２０は、これらのうち何れか２種以上の光ファイバが接続された構成であってもよいし、これらのうち何れか１種以上の光ファイバと分散補償光ファイバとが接続された構成であってもよい。
【００２３】
集中定数型光増幅器３０は、希土類元素添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅器及び半導体光増幅器の何れであってもよい。希土類元素添加光ファイバ増幅器としては、Ｅｒ元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、ＣバンドやＬバンドの信号光を増幅するタイプや、Ｔｍ元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、Ｓバンドの信号光を増幅するタイプがある。光ファイバ伝送路２０の累積波長分散の絶対値が大きい場合には、この集中定数型光増幅器３０は分散補償機能をも有するのが好ましい。
【００２４】
また、中継スパンが長距離であって伝送損失が大きい場合には、所望の利得を得るために、多段構成の集中定数型光増幅器３０を利用するのが好ましい。特に、中継スパンが長距離であって、集中定数型光増幅器３０がラマン増幅器である場合には、所望の利得を得るためのみでなく、光増幅器内部で生じるレイリー散乱光やダブルレイリー散乱光の影響を低減するためにも、多段構成の集中定数型光増幅器３０が適している。
【００２５】
図１に示された光伝送システム１では、集中定数型光増幅器３０は２段構成のラマン増幅器となっている。すなわち、この集中定数型光増幅器３０は、入力端３１より出力端３２へ向かう信号光伝搬経路（光送信器１０と光受信器との間に設けられる光ファイバ伝送路の一部を構成する）に沿って順に、光アイソレータ３３１、光カプラ３１１、光ファイバ３４１、光カプラ３１２、光アイソレータ３３２、光カプラ３１３、光ファイバ３４２及び光カプラ３１４を備えており、また、光カプラ３１１に接続された励起光源部３２１、光カプラ３１２に接続された励起光源部３２２、光カプラ３１３に接続された励起光源部３２３、及び、光カプラ３１４に接続された励起光源部３２４をも備えている。
【００２６】
光アイソレータ３３１、３３２それぞれは、入力端３１から出力端３２へ向かう順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。励起光源部３２１〜３２４それぞれはラマン増幅用励起光を出力する。
【００２７】
光カプラ３１１は、励起光源部３２１から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４１へ供給（前方励起）するとともに、光アイソレータ３３１から到達した信号光を光ファイバ３４１へ出力する。光カプラ３１２は、励起光源部３２２から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４１へ供給（後方励起）するとともに、光ファイバ３４１から到達した信号光を光アイソレータ３３２へ出力する。
【００２８】
光カプラ３１３は、励起光源部３２３から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４２へ供給（前方励起）するとともに、光アイソレータ３３２から到達した信号光を光ファイバ３４２へ出力する。光カプラ３１４は、励起光源部３２４から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４２へ供給（後方励起）するとともに、光ファイバ３４２から到達した信号光を出力端３２へ出力する。
【００２９】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、ラマン増幅用励起光が供給されることで信号光を一括増幅する光増幅媒体である。光ファイバ３４１は、光カプラ３１１、３１２を介して供給された、励起光源部３２１、３２２からのラマン増幅用励起光により、光カプラ３１１を介して入力された信号光をラマン増幅し、そのラマン増幅された信号光を光カプラ３１２へ出力する。光ファイバ３４２は、光カプラ３１３、３１４を介して供給された、励起光源部３２３、３２４からのラマン増幅用励起光により光カプラ３１３を介して入力された信号光をラマン増幅し、そのラマン増幅された信号光を光カプラ３１４へ出力する。
【００３０】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、既述した各種の光ファイバの何れであってもよいし、負の波長分散を有する分散補償光ファイバ、非線形屈折率が大きいかあるいは実効断面積が小さい高非線形性光ファイバ、及び、所定の屈折率プロファイル及び所望の光学的特性を実現するために長手方向に沿った孔が断面内に分布しているホーリ光ファイバ、等の何れであってもよい。また、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、これらのうちの何れか２種以上の光ファイバが接続された構成であってもよい。
【００３１】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、光ファイバ伝送路の波長分散を補償する機能を有するのが好ましく、また、光ファイバ伝送路の分散スロープをも補償するのが好ましい。この場合、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、単一種類の光ファイバで信号波長帯域全体における波長分散を補償してもよいが、複数種類の光ファイバの組み合わせにより信号波長帯域全体における波長分散を補償してもよい。
【００３２】
励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、例えば、ファブリ・ペロー型の半導体レーザ光源（ＦＰ-ＬＤ）、このＦＰ-ＬＤと光ファイバグレーティングとを組み合わせて出力波長の安定化を図るファイバグレーティングレーザ光源、分布帰還型レーザ光源、及び、ラマンレーザ光源、等の光源を含むのが好ましい。
【００３３】
また、励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、広帯域で所望の利得スペクトルを得るために、複数波長の励起光を出力するのが好ましい。この場合、励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、ラマン増幅用励起光に含まれる励起光成分（それぞれ励起チャネルに相当）を出力する複数の光源、及び、これら複数の光源より出力された励起光成分を合波して出力する光合波器を含む。
【００３４】
励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、それに含まれる光源が偏波依存性を有する場合に、光源より出力された励起光を偏波合成する偏波合成器を含むのが好ましく、光源から出力された励起光を無偏光化するデポラライザを含んでもよい。
【００３５】
ラマン増幅が行われる光増幅媒体である光ファイバ伝送路２０及び光ファイバ３４１、３４２それぞれは、信号光伝搬方向と同一方向に励起光が供給（前方励起）されてもよいし、信号光伝搬方向と逆の方向に励起光が供給（後方励起）されてもよい。また、双方向に励起光が供給（双方向励起）されてもよい。図１に示された光通信システム１では、光ファイバ伝送路２０は後方励起され、光ファイバ３４１、３４２それぞれは双方向励起されている。
【００３６】
図２は、図１に示された光伝送システム１の動作を説明するためのグラフである。図２（ａ）は、光ファイバ伝送路２０を伝搬した後の信号光パワーの波長特性（パワースペクトル）を示し、グラフＧ２００ａは当該光伝送システム１のパワースペクトル、グラフＧ２００ｂは比較例のパワースペクトルを示す。図２（ｂ）は、当該光伝送システム１全体の利得特性を示し、グラフＧ２１０ａは光伝送システム１のＮＥＴ利得、グラフＧ２１０ｂは比較例のＮＥＴ利得を示す。また、図２（ｃ）は、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音特性を示し、グラフ２２０ａは当該光伝送システム１の雑音指数、グラフＧ２２０ｂは比較例の雑音指数を示す。なお、この実施形態に係る光伝送システム１は、図１に示されたように、光ファイバ伝送路２０と、集中型光増幅器３０と、該光ファイバ伝送路２０をラマン増幅用光ファイバとして利用する分布定数型ラマン増幅器とを備える。一方、比較例に係る光伝送システムは、当該実施形態と同様に、光ファイバ伝送路２０と、集中型光増幅器３０とを備えるが、該集中型光増幅器３０に到達する前に信号光をラマン増幅する構造は備えていない。
【００３７】
信号波長帯域に含まれる複数信号チャネルの信号光は、光送信器１０から欠く信号チャネルが多重化された状態で光ファイバ伝送路２０へ送出される。この光ファイバ伝送路２０には励起光源部２２からラマン増幅用励起光が供給されており、光ファイバ伝送路２０を伝搬している間に信号光はラマン増幅される。また、上述のように、光ファイバ伝送路２０を伝搬した後の多重化信号光は、短波長の信号チャネルであるほど高パワーとなり、信号波長帯域の最短波長及び最長波長それぞれにおける信号チャネルの光パワーの差ΔＰが２ｄＢ以上であるのが好ましい（図２（ａ）中のグラフＧ２００ａ）。なお、光ファイバ伝送路２０において信号光がラマン増幅されない場合（比較例）では、光ファイバ伝送路２０の伝送損失の波長特性や信号チャネル間で生じる誘導ラマン散乱に起因したパワー遷移の影響により、短波長側の光パワーが小さくなる（図２（ａ）中のグラフＧ２００ｂ）。
【００３８】
光ファイバ伝送路２０を伝搬した信号光は、入力端３１を介して集中定数型光増幅器３０に入力し、この集中定数型光増幅器３０により増幅された後、出力端３２を介して出力される。このとき、励起光源部３２１〜３２４それぞれから出力される励起チャネルの波長及び光パワーが適切に設定されて、集中定数型光増幅器３０から出力される信号チャネルそれぞれの光パワーが一定となるように、集中定数型光増幅器３０における増幅動作が制御される。すなわち、光ファイバ伝送路２０を含む分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器３０を含む全体の利得の波長依存性が平坦となるように、集中定数型光増幅器３０における増幅動作が制御される（図２（ｂ））。
【００３９】
したがって、この発明では、集中定数型光増幅器３０に入力される信号光は短波長の信号チャネルほど高パワーであるので、集中定数型光増幅器３０の利得スペクトルは短波長であるほど小さくなるように設定され、それゆえ、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音指数が改善される（図２（ｃ）中のグラフ２２０ａ）。信号波長帯域における雑音指数のバラツキ（＝最大雑音指数−最小雑音指数）が２ｄＢ以下であるのが好ましい。一方、比較例では、集中定数型光増幅器３０に入力される信号光は短波長の信号チャネルほど低パワーであるので、集中定数型光増幅器３０の利得スペクトルは短波長であるほど大きくなるように設定され、それゆえ、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音指数は短波長側で著しく劣化する（図２（ｃ）中のグラフＧ２２０ｂ）。
【００４０】
【実施例】
次に、この発明に係る光伝送システムにおける実施例の具体的な構成について、比較例とともに説明する。光送信器１０から送出される多重化信号光は、信号波長帯域１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍに含まれる光周波数間隔１００ＧＨｚの１２６チャネルを含み、各信号チャネルの光パワーは０ｄＢｍであった。実施例及び比較例それぞれにおける光ファイバ伝送路２０は、標準的なシングルモード光ファイバであって、長さが１００ｋｍであった。
【００４１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例に係る光伝送システムの集中定数型光増幅器３０に含まれる光ファイバ３４１、３４２それぞれの伝送損失特性及び波長分散特性を示すグラフである。光ファイバ３４１、３４２それぞれは、ファイバ非線形性（自己位相変調による位相シフト）とラマン増幅特性とのトレードオフを考慮して設計されており、光ファイバ伝送路２０の波長分散を広帯域に亘って補償することができる。光ファイバ３４１、３４２それぞれの長さは５．５ｋｍであった。なお、比較例でも同様である。
【００４２】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１４８０ｎｍにおいて、０．５１ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１０９．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．４６ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍの分散スロープ、２１４．１ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_R、１３μｍ²の実効断面積Ａ_eff、１．６（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ-ｒを有する。光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１５５０ｎｍにおいて、０．４０ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１４７．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．６０ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍの分散スロープ、３４３．５ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_R、１６μｍ²の実効断面積Ａ_eff、５．１（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ-ｒを有する。また、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１６００ｎｍにおいて、０．４２ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１７３．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．３８ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍの分散スロープ、４１２．０ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_R、１９μｍ²の実効断面積Ａ_eff、６．５（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ-ｒを有する。
【００４３】
なお、ファイバ長の影響とは無関係にラマン利得特性を評価すべく、上記ＦＯＭ−ｒ（Figure of Merit of Raman）は、励起光波長において、αに対するｇ_R／Ａ_effの比として定義されている。また、ファイバ長とは無関係に分散特性を評価すべく、ＦＯＭ−ｄ（Figure of Merit of Dispersion）は、信号光波長において、αに対する波長分散の比で定義されている。
【００４４】
図４は、実施例及び比較例それぞれにおけるラマン増幅用励起光の波長及びパワーを纏めた表である。なお、この表中で空欄は未使用波長であることを意味する。
【００４５】
実施例では、励起光源部２２から光ファイバ伝送路２０へ供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９７．３ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー６３．１ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１２３．１ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー７４．１ｍＷ）、及び、波長１４５５ｎｍ（パワー３０．０ｍＷ）の５チャネルを含む。励起光源部３２１から光ファイバ３４１へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２５ｎｍ（パワー１００．０ｍＷ）の２チャネルを含む。励起光源部３２２から光ファイバ３４１へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２５ｎｍ（パワー７２．５ｍＷ）、波長１４５５ｎｍ（パワー３４．２ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー３１．８ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー３６．９ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー４６．５ｍＷ）の６チャネルを含む。励起光源部３２３から光ファイバ３４２へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２０ｎｍ（パワー１０３．２ｍＷ）の２チャネルを含む。励起光源部３２４から光ファイバ３４２へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー６５．８ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー７６．４ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー２７．７ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー５４．７ｍＷ）の６チャネルを含む。
【００４６】
比較例において、励起光源部２２から光ファイバ伝送路２０へラマン増幅用励起光は供給されなかった。励起光源部３２１から光ファイバ３４１へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）の３チャネルを含む。励起光源部３２２から光ファイバ３４１へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー７９．４ｍＷ）、波長１４２５ｎｍ（パワー７９．４ｍＷ）、波長１４５５ｎｍ（パワー５４．４ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー３４．７ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー１２．５ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー３０．３ｍＷ）７チャネルを含む。励起光源部３２３から光ファイバ３４２へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）の１チャネルのみ含む。励起光源部３２４から光ファイバ３４２へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー１３３．４ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー２７．６ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー２３．８ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー２２．２ｍＷ）の７チャネルを含む。
【００４７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例及び比較例それぞれにおける利得特性及び雑音特性をそれぞれ示すグラフである。これらグラフに示されたように、実施例及び比較例の何れでも、光ファイバ伝送路２０の伝送損失と同程度の利得が得られた。雑音特性については、比較例では、短波長側で劣化しており、信号波長帯域内における雑音指数の偏差は５．２ｄＢであった。実施例では、短波長側で比較例に対して６．０ｄＢだけ改善されており、信号波長帯域内における雑音指数のバラツキ（＝最大雑音指数−最小雑音指数）は１．６ｄＢであった。
【００４８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施例及び比較例それぞれにおけるＭＰＩクロストーク（Multi-Path Interference Cross Talk）特性及び非線形位相シフト特性をそれぞれ示すグラフである。ＭＰＩクロストークは、信号光強度に対する多経路干渉強度の比を表す（V. Curri, et al., "STATISTICAL PROPERTIES AND SYSTEM IMPACT OF MULTI-PATH INTERFERENCE IN RAMAN AMPLIFIERS", Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC2001-Amsterdam) Tu.A.1.2参照）。また、非線形位相シフトは、光伝送路内部で生じる自己位相変調により生じる。実施例では、ＭＰＩクロストーク及び非線形位相シフトは何れも良好であった。
【００４９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、複数信号チャネルの信号光は、先ず分布ラマン増幅器によりラマン増幅され、その後に集中定数型光増幅器により増幅される。全体の利得特性は、分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器それぞれの利得特性を総合したものとなる。分布ラマン増幅器から出力される信号光は、信号波長帯域内において短波長の信号チャネルほど高パワーになるようラマン増幅された後、集中定数型光増幅器に入力される。したがって、集中定数型光増幅器では信号波長帯域における短波長側の利得を大きくする必要がないため、所望の利得を確保した状態でシステム全体における雑音指数のバラツキが大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光伝送システムにおける一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された光伝送システムの動作を説明するためのグラフである。
【図３】図１に示された光伝送システムにおける集中定数型光増幅器に含まれる光ファイバの伝送損失特性及び波長分散特性を示すグラフである。
【図４】この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおけるラマン増幅用励起光の波長及びパワーを纏めた表である。
【図５】は、この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおける利得特性及び雑音特性（雑音指数）を示すグラフである。
【図６】この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおけるＭＰＩクロストーク特性及び非線形位相シフト特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光伝送システム、１０…光送信器、２０…光ファイバ伝送路、２１…光カプラ、２２…励起光源部、３０…集中定数型光増幅器、３１１〜３１４…光カプラ、３２１〜３２４…励起光源部３３１、３３２…光アイソレータ、３４１、３４２…光ファイバ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission system for transmitting multiplexed signal light having a plurality of signal channels having different wavelengths, and a method for amplifying multiplexed signal light in the optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
A wavelength division multiplexing (WDM) optical transmission system includes an optical fiber transmission path through which signal light (multiplexed signal light) in which a plurality of signal channels included in a predetermined signal wavelength band are multiplexed is propagated, Enables high-speed transmission and reception of large volumes of information. An optical amplifier is used to compensate for transmission loss that occurs while signal light propagates through the optical fiber transmission line.
[0003]
Several types of optical amplifiers are known. For example, a rare earth element-doped optical fiber amplifier uses an optical fiber in which a rare earth element (for example, an Er element or Tm element) is added to an optical waveguide region as an optical amplification medium, and supplies pumping light having a predetermined wavelength to the optical fiber. Then, the rare earth element is excited. Such excitation of the rare earth element makes it possible to amplify signal light in a specific signal wavelength range corresponding to the energy difference between the excitation level and the ground level of the rare earth element.
[0004]
A Raman amplifier is an optical amplifier that utilizes a stimulated Raman scattering phenomenon, which is a kind of nonlinear optical phenomenon in an optical transmission line through which signal light propagates. For example, when the optical transmission line is a silica-based optical fiber, the signal wavelength Light having a wavelength shorter than about 100 nm is used as Raman amplification excitation light. The semiconductor optical amplifier amplifies signal light in a specific wavelength band corresponding to the energy difference in the inverted distribution by generating an inverted distribution in the semiconductor by supplying current.
[0005]
Of these various optical amplifiers, each of the rare earth element-doped optical fiber amplifier and the semiconductor optical amplifier is generally used as a modularized lumped constant optical amplifier. On the other hand, the Raman amplifier can be used not only as a lumped optical amplifier but also as a distributed optical amplifier. The distributed Raman amplifier does not have a modularized optical transmission line as an optical amplification medium, but Raman-amplifies signal light in an optical fiber transmission line laid in a relay section.
[0006]
On the other hand, in order to further increase the capacity, it is required to expand the signal wavelength band applied to the WDM optical transmission system. That is, in addition to the C band (1530 nm to 1565 nm) used so far, the L band (1565 nm to 1625 nm) on the longer wavelength side is also used, and the S band on the shorter wavelength side is used. The use of (1460 nm to 1530 nm) is being studied.
[0007]
A conventional optical transmission system includes a system using a distributed amplification type fiber Raman amplifier so as to obtain a flat optical SNR spectrum in a signal wavelength band of 1530 nm to 1610 nm (see, for example, Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-314902 (pages 3-4, FIGS. 1-15)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of studying the conventional optical transmission system, the inventors have found the following problems. That is, when performing WDM optical transmission in a wide band including S, C, and L bands and amplifying a plurality of channels of signal light using an optical amplifier, variations in noise figure (NF: Noise Figure) occurring between the signal channels become a problem. . Here, the noise figure NF is
NF = P _ASE / (H ・ ν ・ Δν ・ G) (1)
It is expressed by the formula P _ASE Is the optical power of the amplified spontaneous emission light (ASE light: Amplified Spontaneous Emission Light) generated by the optical amplifier. h is the Planck constant, ν is the signal light frequency, Δν is the resolution of the signal light frequency, and G is the gain of the optical amplifier. If the variation in noise figure in the signal wavelength band is large, it is necessary to design a system in accordance with the worst value of the noise figure, so that the transmission capacity and the optical repeater distance are limited.
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical transmission system and an optical amplification method having excellent noise characteristics.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An optical transmission system according to the present invention is an optical device capable of functioning as an element that degrades noise characteristics in a signal wavelength band when a desired gain is given to an optical fiber transmission line and signal light propagating through the optical fiber transmission line. In a system including a centralized optical amplifier such as a Raman amplifier, a rare earth element-doped optical fiber amplifier, or a semiconductor optical amplifier, a structure for improving noise characteristics of the entire system is provided.
[0012]
In an optical transmission system in which a centralized optical amplifier is placed on an optical fiber transmission line, the wavelength dependence of the loss in the optical fiber transmission line and the power transition (SRS tilt: Stimulated Raman Scattering due to stimulated Raman scattering between signal channels) Due to the influence of (Tilt), the signal light power decreases more on the short wavelength side than on the long wavelength side. Inevitably, the gain of the concentrated optical amplifier is larger on the short wavelength side than on the long wavelength side. Thus, in the entire optical fiber transmission line including the concentrated optical amplifier, the noise figure in the signal wavelength band is It will deteriorate more on the short wavelength side than on the long wavelength side. Therefore, the optical transmission system according to the present invention is characterized by further including a Raman amplifier in order to improve noise characteristics of the entire optical fiber transmission line including the concentrated optical amplifier. This Raman amplifier may be a distributed Raman amplifier or a concentrated Raman amplifier, and is arranged upstream of the concentrated optical amplifier. In particular, this Raman amplifier previously amplifies the signal light to be incident on the concentrated optical amplifier so that the optical power of the signal channel increases from the long wavelength side to the short wavelength side in the signal wavelength band.
[0013]
When the Raman amplifier is a distributed Raman amplifier, a Raman amplification light that includes a pumping light source system that outputs pumping light having a plurality of pumping channels having different wavelengths and is supplied with pumping light from the pumping light source system. A part of the optical fiber transmission line located upstream of the transmission line element functions as the fiber. At this time, in the pump light source system in the distributed Raman amplifier, the optical power of the pump channel is adjusted so that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side toward the short wavelength side. Is done.
[0014]
On the other hand, an optical amplification method according to the present invention includes an optical fiber transmission line through which signal light of a plurality of signal channels having different wavelengths existing in a signal wavelength band propagates, and disposed on the optical fiber transmission line. An optical transmission system comprising an optical device capable of functioning as an element that degrades noise characteristics in a signal wavelength band from a long wavelength side toward a short wavelength side when a desired gain is given to the signal light propagating through the transmission line In order to improve the noise characteristics, a first optical amplification step and a second optical amplification step performed following the first optical amplification step are provided.
[0015]
Specifically, in the first optical amplification step, a plurality of channels of pumping light is supplied to a part of the optical fiber transmission line located on the upstream side of the optical device, whereby a short wavelength is shortened from the long wavelength side in the signal wavelength band. The signal light is Raman-amplified in advance so that the optical power of the signal channel increases toward the wavelength side. In the second optical amplification step, the signal light Raman-amplified in the first optical amplification step is guided to the optical device as a whole optical fiber transmission line, and further amplified in the optical device.
[0016]
According to the present invention, signal light of a plurality of signal channels is first amplified by a Raman amplifier, preferably a distributed Raman amplifier, and then further amplified by a lumped constant optical amplifier. The gain characteristic of the entire system is the sum of the gain characteristics of the distributed Raman amplifier and the lumped constant optical amplifier. Before the signal light output from the distributed Raman amplifier enters the lumped constant optical amplifier, the optical power of the signal channel increases from the long wavelength side to the short wavelength side within the signal wavelength band. A lumped-constant optical amplifier is a factor that degrades the noise figure in the signal wavelength band from the short wavelength side to the long wavelength side of the entire optical fiber transmission line, and the gain spectrum of the Raman amplifier is on the short wavelength side of the signal wavelength band. By adjusting in advance so as to become larger, even if the gain on the short wavelength side is reduced, the necessary gain is ensured in the entire system, and as a result, the deterioration factor of noise characteristics is alleviated. In this way, before the signal light is incident on the noise characteristics deterioration factor, the signal light is Raman-amplified to increase the optical power on the shorter wavelength side, thereby obtaining a necessary gain for the entire system. Thus, the variation in noise figure in the signal wavelength band can be effectively reduced.
[0017]
Of the signal channels included in the signal light output from the Raman amplifier, the difference in optical power between the shortest wavelength signal channel and the longest wavelength signal channel in the signal wavelength band is 2 dB or more. preferable. Further, as a noise characteristic at the output end of the concentrated optical amplifier which is a transmission line element, the difference between the minimum noise figure and the maximum noise figure in the signal wavelength band is preferably 2 dB or less.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical transmission system and the like according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0019]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an optical transmission system according to the present invention. The optical transmission system 1 includes an optical transmitter 10, an optical fiber transmission line 20, and a lumped constant optical amplifier 30. An optical coupler 21 is provided near the end of the optical fiber transmission line 20, and a pumping light source unit 22 (included in the pumping light source system) is connected to the optical coupler 21.
[0020]
The optical transmitter 10 transmits signal light (multiplexed signal light) having a plurality of signal channels with different wavelengths included in a predetermined signal wavelength band. The optical fiber transmission line 20 is laid in a relay section between the optical transmitter 10 and the lumped constant optical amplifier 30, and the multiplexed signal light transmitted from the optical transmitter 10 is sent to the lumped constant optical amplifier 30. Transmit towards. The lumped constant optical amplifier 30 has a modularized structure and is provided in an optical repeater or an optical receiver. The multiplexed signal light that has propagated through the optical fiber transmission line 20 is input to the centralized optical amplifier via the input end 31. The input multiplexed signal light is collectively amplified and then transmitted to an optical fiber transmission line that leads to a receiver via an output terminal 32.
[0021]
The excitation light source unit 22 outputs excitation light (Raman amplification excitation light) of one or more excitation channels. The optical coupler 21 supplies the Raman amplification pumping light output from the pumping light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20 from the direction opposite to the propagation direction of the multiplexed signal light. The optical coupler 21 outputs the multiplexed signal light that has arrived from the optical fiber transmission line 20 toward the lumped constant optical amplifier 30. That is, the optical fiber transmission line 20, the optical coupler 21, and the pumping light source unit 22 transmit Raman signal light of a plurality of signal channels within the signal wavelength band by the optical fiber transmission line 20 to which the Raman amplification pumping light is supplied. A distributed Raman amplifier to be amplified is formed. In particular, this distributed Raman amplifier outputs multiplexed signal light so that the shorter the wavelength in the signal wavelength band, the greater the optical power of the signal channel.
[0022]
The optical fiber transmission line 20 is a standard single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength in the vicinity of a wavelength of 1.3 μm, a positive wavelength having a zero dispersion wavelength longer than the wavelength of 1.3 μm and a small wavelength at a wavelength of 1.55 μm. A non-zero dispersion shifted optical fiber having dispersion, a zero dispersion shifted optical fiber having a zero dispersion wavelength in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm, and a pure region in which the core region is substantially pure silica glass and an F element is added to the cladding region The optical fiber may be composed of any optical fiber such as a quartz core optical fiber and a single mode optical fiber whose effective area is larger than that of a normal optical fiber. Further, the optical fiber transmission line 20 may have a configuration in which any two or more of these optical fibers are connected, and one or more of these optical fibers and the dispersion compensating optical fiber are included. A connected configuration may be used.
[0023]
The lumped constant optical amplifier 30 may be any of a rare earth element-doped optical fiber amplifier, a Raman amplifier, and a semiconductor optical amplifier. Rare earth element-doped optical fiber amplifiers use an optical fiber doped with Er element as an optical amplifying medium, and amplify C-band or L-band signal light, or optically amplify optical fiber doped with Tm element. There is a type that amplifies S-band signal light as a medium. When the absolute value of the accumulated chromatic dispersion of the optical fiber transmission line 20 is large, it is preferable that the lumped constant optical amplifier 30 also has a dispersion compensation function.
[0024]
Further, when the relay span is long and the transmission loss is large, it is preferable to use the lumped constant optical amplifier 30 having a multistage configuration in order to obtain a desired gain. In particular, when the relay span is long and the lumped constant optical amplifier 30 is a Raman amplifier, not only to obtain a desired gain, but also Rayleigh scattered light and double Rayleigh scattered light generated inside the optical amplifier. In order to reduce the influence, the lumped constant optical amplifier 30 having a multi-stage configuration is suitable.
[0025]
In the optical transmission system 1 shown in FIG. 1, the lumped constant optical amplifier 30 is a two-stage Raman amplifier. That is, the lumped constant optical amplifier 30 is a signal light propagation path from the input end 31 to the output end 32 (configures a part of an optical fiber transmission path provided between the optical transmitter 10 and the optical receiver). The optical isolator 331, the optical coupler 311, the optical fiber 341, the optical coupler 312, the optical isolator 332, the optical coupler 313, the optical fiber 342, and the optical coupler 314 are provided in this order, and are connected to the optical coupler 311. A pumping light source unit 321, a pumping light source unit 322 connected to the optical coupler 312, a pumping light source unit 323 connected to the optical coupler 313, and a pumping light source unit 324 connected to the optical coupler 314 are also provided.
[0026]
Each of the optical isolators 331 and 332 allows light to pass in the forward direction from the input end 31 to the output end 32 but does not allow light to pass in the reverse direction. Each of the excitation light source units 321 to 324 outputs Raman amplification excitation light.
[0027]
The optical coupler 311 supplies the Raman amplification pumping light reaching from the pumping light source unit 321 to the optical fiber 341 (forward pumping) and outputs the signal light reaching from the optical isolator 331 to the optical fiber 341. The optical coupler 312 supplies the Raman amplification pumping light reaching from the pumping light source unit 322 to the optical fiber 341 (backward pumping) and outputs the signal light reaching from the optical fiber 341 to the optical isolator 332.
[0028]
The optical coupler 313 supplies the Raman amplification pumping light reaching from the pumping light source unit 323 to the optical fiber 342 (forward pumping) and outputs the signal light reaching from the optical isolator 332 to the optical fiber 342. The optical coupler 314 supplies Raman amplification pumping light arriving from the pumping light source unit 324 to the optical fiber 342 (backward pumping) and outputs the signal light arriving from the optical fiber 342 to the output end 32.
[0029]
Each of the optical fibers 341 and 342 is an optical amplification medium that collectively amplifies signal light by being supplied with pumping light for Raman amplification. The optical fiber 341 Raman-amplifies the signal light input via the optical coupler 311 with the Raman amplification pumping light from the pumping light source units 321 and 322 supplied via the optical couplers 311 and 312, and the Raman The amplified signal light is output to the optical coupler 312. The optical fiber 342 Raman-amplifies the signal light input via the optical coupler 313 by the Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source units 323 and 324 supplied via the optical couplers 313 and 314, and the Raman amplification. The signal light thus output is output to the optical coupler 314.
[0030]
Each of the optical fibers 341 and 342 may be any of the various optical fibers described above, a dispersion compensating optical fiber having negative chromatic dispersion, a high nonlinearity with a large nonlinear refractive index or a small effective cross-sectional area. It may be any of an optical fiber, a holey optical fiber in which holes along the longitudinal direction are distributed in a cross section in order to realize a predetermined refractive index profile and desired optical characteristics. Further, each of the optical fibers 341 and 342 may have a configuration in which any two or more of these optical fibers are connected.
[0031]
Each of the optical fibers 341 and 342 preferably has a function of compensating for the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line, and preferably compensates for the dispersion slope of the optical fiber transmission line. In this case, each of the optical fibers 341 and 342 may compensate for the chromatic dispersion in the entire signal wavelength band with a single type of optical fiber, but compensate for the chromatic dispersion in the entire signal wavelength band by combining a plurality of types of optical fibers. May be.
[0032]
Each of the pumping light source unit 21 and the pumping light source units 321 to 324 includes, for example, a Fabry-Perot type semiconductor laser light source (FP-LD), a fiber that combines the FP-LD and an optical fiber grating to stabilize the output wavelength. It is preferable to include light sources such as a grating laser light source, a distributed feedback laser light source, and a Raman laser light source.
[0033]
Each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 preferably outputs excitation light having a plurality of wavelengths in order to obtain a desired gain spectrum in a wide band. In this case, each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 outputs a plurality of light sources that output excitation light components (each corresponding to an excitation channel) included in the Raman amplification excitation light, and outputs from the plurality of light sources. And an optical multiplexer that multiplexes and outputs the excited pumping light components.
[0034]
Each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 preferably includes a polarization beam combiner that combines the excitation light output from the light source when the light source included therein has polarization dependency. A depolarizer that depolarizes the excitation light output from the light source may be included.
[0035]
Each of the optical fiber transmission line 20 and the optical fibers 341 and 342, which are optical amplification media on which Raman amplification is performed, may be supplied with pumping light in the same direction as the signal light propagation direction (forward pumping), or in the signal light propagation direction. Excitation light may be supplied (reverse excitation) in the opposite direction. Moreover, excitation light may be supplied bidirectionally (bidirectional excitation). In the optical communication system 1 shown in FIG. 1, the optical fiber transmission line 20 is pumped backward, and the optical fibers 341 and 342 are bi-directionally pumped.
[0036]
FIG. 2 is a graph for explaining the operation of the optical transmission system 1 shown in FIG. FIG. 2A shows the wavelength characteristic (power spectrum) of the signal light power after propagating through the optical fiber transmission line 20, the graph G200a is the power spectrum of the optical transmission system 1, and the graph G200b is the power spectrum of the comparative example. Indicates. FIG. 2B shows the gain characteristics of the entire optical transmission system 1, a graph G210a shows the NET gain of the optical transmission system 1, and a graph G210b shows the NET gain of the comparative example. FIG. 2C shows the noise characteristics after being amplified by the lumped constant optical amplifier 30, the graph 220a shows the noise figure of the optical transmission system 1, and the graph G220b shows the noise figure of the comparative example. As shown in FIG. 1, the optical transmission system 1 according to this embodiment uses an optical fiber transmission line 20, a centralized optical amplifier 30, and the optical fiber transmission line 20 as a Raman amplification optical fiber. A distributed constant type Raman amplifier. On the other hand, the optical transmission system according to the comparative example includes the optical fiber transmission line 20 and the centralized optical amplifier 30 as in the present embodiment. However, the signal light is Raman-transmitted before reaching the centralized optical amplifier 30. There is no structure to amplify.
[0037]
Signal light of a plurality of signal channels included in the signal wavelength band is transmitted to the optical fiber transmission line 20 in a state where signal channels lacking from the optical transmitter 10 are multiplexed. The optical fiber transmission line 20 is supplied with pumping light for Raman amplification from the pumping light source unit 22, and the signal light is Raman amplified while propagating through the optical fiber transmission line 20. Further, as described above, the multiplexed signal light after propagating through the optical fiber transmission line 20 has a higher power as the signal channel has a shorter wavelength, and the signal channel light at each of the shortest wavelength and the longest wavelength of the signal wavelength band. The power difference ΔP is preferably 2 dB or more (graph G200a in FIG. 2A). In the case where the signal light is not Raman-amplified in the optical fiber transmission line 20 (comparative example), due to the wavelength characteristics of the transmission loss of the optical fiber transmission line 20 and the influence of power transition caused by stimulated Raman scattering occurring between the signal channels, The optical power on the short wavelength side is reduced (graph G200b in FIG. 2A).
[0038]
The signal light propagated through the optical fiber transmission line 20 is input to the lumped constant optical amplifier 30 through the input end 31, amplified by the lumped constant optical amplifier 30, and then output through the output end 32. . At this time, the wavelength and optical power of the pump channel output from each of the pump light source units 321 to 324 are appropriately set so that the optical power of each signal channel output from the lumped constant optical amplifier 30 is constant. The amplification operation in the lumped constant optical amplifier 30 is controlled. In other words, the amplification operation in the lumped constant optical amplifier 30 is controlled so that the wavelength dependence of the overall gain including the distributed Raman amplifier including the optical fiber transmission line 20 and the lumped constant optical amplifier 30 becomes flat (FIG. 2 (b)).
[0039]
Therefore, in the present invention, since the signal light input to the lumped constant optical amplifier 30 has a higher power as the signal channel has a shorter wavelength, the gain spectrum of the lumped constant optical amplifier 30 becomes smaller as the wavelength becomes shorter. Therefore, the noise figure after being amplified by the lumped optical amplifier 30 is improved (graph 220a in FIG. 2C). It is preferable that the variation of the noise figure in the signal wavelength band (= maximum noise figure−minimum noise figure) is 2 dB or less. On the other hand, in the comparative example, since the signal light input to the lumped constant optical amplifier 30 has a lower power as the signal channel has a shorter wavelength, the gain spectrum of the lumped constant optical amplifier 30 becomes larger as the wavelength becomes shorter. Therefore, the noise figure after being amplified by the lumped optical amplifier 30 is significantly degraded on the short wavelength side (graph G220b in FIG. 2C).
[0040]
【Example】
Next, a specific configuration of the embodiment in the optical transmission system according to the present invention will be described together with a comparative example. The multiplexed signal light transmitted from the optical transmitter 10 includes 126 channels with an optical frequency interval of 100 GHz included in the signal wavelength band 1520 nm to 1620 nm, and the optical power of each signal channel is 0 dBm. The optical fiber transmission line 20 in each of the example and the comparative example is a standard single mode optical fiber and has a length of 100 km.
[0041]
FIGS. 3A and 3B are graphs showing transmission loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of the optical fibers 341 and 342 included in the lumped constant optical amplifier 30 of the optical transmission system according to the embodiment. Each of the optical fibers 341 and 342 is designed in consideration of a tradeoff between fiber nonlinearity (phase shift due to self-phase modulation) and Raman amplification characteristics, and compensates the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line 20 over a wide band. can do. The length of each of the optical fibers 341 and 342 was 5.5 km. The same applies to the comparative example.
[0042]
Each of the optical fibers 341 and 342 has a transmission loss α of 0.51 dB / km, a wavelength dispersion of −109.2 ps / nm / km, and −0.46 ps / nm at a wavelength of 1480 nm. ² / Km dispersion slope, 214.1 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain coefficient g _R , 13 μm ² Effective area A _eff 1.6 (1 / W / dB) of FOM-r. Each of the optical fibers 341 and 342 has a transmission loss α of 0.40 dB / km, a wavelength dispersion of −147.7 ps / nm / km, and −0.60 ps / nm at a wavelength of 1550 nm. ² / Km dispersion slope, 343.5 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain coefficient g _R 16 μm ² Effective area A _eff 5.1 (1 / W / dB) FOM-r. Each of the optical fibers 341 and 342 has a transmission loss α of 0.42 dB / km, a wavelength dispersion of −173.4 ps / nm / km, and −0.38 ps / nm at a wavelength of 1600 nm. ² / Km dispersion slope, 412.0 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain coefficient g _R 19 μm ² Effective area A _eff 6.5 (1 / W / dB) of FOM-r.
[0043]
In order to evaluate the Raman gain characteristic regardless of the influence of the fiber length, the FOM-r (Figure of Merit of Raman) is calculated as follows. _R / A _eff Is defined as the ratio of In order to evaluate the dispersion characteristics regardless of the fiber length, FOM-d (Figure of Merit of Dispersion) is defined by the ratio of chromatic dispersion to α at the signal light wavelength.
[0044]
FIG. 4 is a table summarizing the wavelength and power of Raman amplification pumping light in each of the example and the comparative example. In this table, a blank means an unused wavelength.
[0045]
In the embodiment, the Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20 has a wavelength of 1405 nm (power 197.3 mW), a wavelength 1410 nm (power 63.1 mW), and a wavelength 1420 nm (power 123.m). 1 mW), a wavelength of 1440 nm (power 74.1 mW), and a wavelength 1455 nm (power 30.0 mW). The Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source unit 321 to the optical fiber 341 in the forward direction includes two channels each having a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW) and a wavelength 1425 nm (power 100.0 mW). The Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source unit 322 to the optical fiber 341 in the reverse direction has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength 1425 nm (power 72.5 mW), a wavelength 1455 nm (power 34.2 mW), respectively. It includes 6 channels of wavelength 1470 nm (power 31.8 mW), wavelength 1480 nm (power 36.9 mW), and wavelength 1515 nm (power 46.5 mW). The Raman amplification pumping light supplied in the forward direction from the pumping light source unit 323 to the optical fiber 342 includes two channels having a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW) and a wavelength of 1420 nm (power 103.2 mW). The Raman amplification pumping light supplied in the reverse direction from the pumping light source unit 324 to the optical fiber 342 has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength 1420 nm (power 199.5 mW), a wavelength 1440 nm (power 65.8 mW), and a wavelength. It includes 6 channels of 1470 nm (power 76.4 mW), wavelength 1480 nm (power 27.7 mW), and wavelength 1515 nm (power 54.7 mW).
[0046]
In the comparative example, the Raman amplification pumping light was not supplied from the pumping light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20. The pump light for Raman amplification supplied in the forward direction from the pump light source unit 321 to the optical fiber 341 has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power 199.5 mW), and a wavelength of 1425 nm (power 199.5 mW). 3 channels are included. The Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source unit 322 to the optical fiber 341 in the reverse direction has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power 79.4 mW), a wavelength of 1425 nm (power 79.4 mW), and a wavelength. It includes 1455 nm (power 54.4 mW), wavelength 1470 nm (power 34.7 mW), wavelength 1480 nm (power 12.5 mW), and wavelength 1515 nm (power 30.3 mW) 7 channels. The Raman amplification pumping light supplied in the forward direction from the pumping light source unit 323 to the optical fiber 342 includes only one channel having a wavelength of 1420 nm (power 199.5 mW). The Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source unit 324 to the optical fiber 342 in the reverse direction has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1420 nm (power 199.5 mW), and a wavelength. It includes 7 channels of 1440 nm (power 133.4 mW), wavelength 1470 nm (power 27.6 mW), wavelength 1480 nm (power 23.8 mW), and wavelength 1515 nm (power 22.2 mW).
[0047]
FIG. 5A and FIG. 5B are graphs respectively showing gain characteristics and noise characteristics in the examples and comparative examples. As shown in these graphs, a gain comparable to the transmission loss of the optical fiber transmission line 20 was obtained in both the example and the comparative example. As for the noise characteristics, in the comparative example, it deteriorated on the short wavelength side, and the deviation of the noise figure within the signal wavelength band was 5.2 dB. In the example, it was improved by 6.0 dB compared to the comparative example on the short wavelength side, and the noise figure variation (= maximum noise figure−minimum noise figure) within the signal wavelength band was 1.6 dB.
[0048]
FIG. 6A and FIG. 6B are graphs showing MPI crosstalk (Multi-Path Interference Cross Talk) characteristics and nonlinear phase shift characteristics, respectively, in the example and the comparative example. MPI crosstalk represents the ratio of multipath interference intensity to signal light intensity (V. Curri, et al., "STATISTICAL PROPERTIES AND SYSTEM IMPACT OF MULTI-PATH INTERFERENCE IN RAMAN AMPLIFIERS", Proc. 27th Eur. Conf. On Opt. Comm. (ECOC2001-Amsterdam) Tu. A.1.2). Further, the nonlinear phase shift is caused by self-phase modulation that occurs inside the optical transmission line. In the example, both MPI crosstalk and nonlinear phase shift were good.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, signal light of a plurality of signal channels is first Raman-amplified by the distributed Raman amplifier and then amplified by the lumped constant optical amplifier. The overall gain characteristic is a total of the gain characteristics of the distributed Raman amplifier and the lumped constant optical amplifier. The signal light output from the distributed Raman amplifier is Raman-amplified so that the shorter the signal channel in the signal wavelength band, the higher the power, and then input to the lumped constant optical amplifier. Therefore, in the lumped constant optical amplifier, it is not necessary to increase the gain on the short wavelength side in the signal wavelength band, so that the variation of the noise figure in the entire system is greatly improved while the desired gain is secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an optical transmission system according to the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining the operation of the optical transmission system shown in FIG. 1;
3 is a graph showing transmission loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical fiber included in a lumped constant optical amplifier in the optical transmission system shown in FIG.
FIG. 4 is a table summarizing wavelengths and powers of Raman amplification pumping light in each of an example and a comparative example of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing gain characteristics and noise characteristics (noise figure) in Examples and Comparative Examples of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing MPI crosstalk characteristics and nonlinear phase shift characteristics in an example and a comparative example of an optical transmission system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmission system, 10 ... Optical transmitter, 20 ... Optical fiber transmission line, 21 ... Optical coupler, 22 ... Excitation light source part, 30 ... Lumped constant type | mold optical amplifier, 311-314 ... Optical coupler, 321-324 ... Excitation Light sources 331, 332, optical isolators, 341, 342, optical fibers.

Claims

A transmitter for transmitting signal light of a plurality of signal channels having different wavelengths existing in a signal wavelength band;
An optical fiber transmission line through which the signal light propagates;
A multistage lumped-constant Raman amplifier that is disposed on the optical fiber transmission line and functions as an element that degrades noise characteristics in the signal wavelength band from the long wavelength side toward the short wavelength side, and includes S, C, and L An optical transmission system that performs WDM optical transmission in a wide band including a band ,
Is disposed as viewed from the traveling direction of the signal light on the upstream side of the lumped Raman amplifier, said to optical power of the signal channels in the signal wavelength band is increased toward the long wavelength side to the shorter wavelength side, the lumped constant A Raman amplifier that previously Raman-amplifies the signal light incident on the type Raman amplifier ;
The Raman amplifier includes a pumping light source system that outputs pumping light having a plurality of pumping channels having different wavelengths, and a Raman amplification optical fiber to which pumping light is supplied from the pumping light source system. A distributed Raman amplifier including a part of the optical fiber transmission line located upstream of the lumped constant Raman amplifier as viewed from
The distributed Raman amplifier adjusts the optical power of the excitation channel so that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side toward the short wavelength side, respectively. optical transmission system for.

Among the signal channels included in the signal light output from the Raman amplifier, the difference between the optical power in the shortest wavelength signal channel and the optical power in the longest wavelength signal channel in the signal wavelength band is 2 dB or more. The optical transmission system according to claim 1.

2. The optical transmission system according to claim 1, wherein a difference between a minimum noise figure and a maximum noise figure in the signal wavelength band is 2 dB or less as noise characteristics at an output end of the lumped constant Raman amplifier .

An optical fiber transmission path in which signal light of multiple signal channels having different wavelengths existing in the signal wavelength band propagates, and noise characteristics in the signal wavelength band are reduced from the long wavelength side to the short wavelength side. An optical amplification method in an optical transmission system including a lumped-constant Raman amplifier having a multistage configuration that functions as an element that deteriorates toward the side, and performing WDM optical transmission in a wide band including S, C, and L bands ,
Pumping light of a plurality of pumping channels is supplied to a part of the optical fiber transmission line located upstream of the lumped-constant Raman amplifier when viewed from the propagation direction of the signal light, and the short wavelength from the long wavelength side in the signal wavelength band. A first optical amplification step for Raman amplification of the signal light in advance so that the optical power of the signal channel increases toward the wavelength side;
A step performed subsequent to the first optical amplification step, directing the signal light Raman amplified to the centralized amplification type Raman amplifier, a second optical amplifying step further amplified in the centralized amplified Raman amplifier ,
In the first optical amplification step, the optical power of the plurality of pumping channels included in the pumping light is increased so that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side toward the short wavelength side. Each of the optical amplification methods is adjusted .

Among the signal channels of the signal light Raman-amplified in the first optical amplification step, the difference between the optical power in the shortest wavelength signal channel and the optical power in the longest wavelength signal channel in the signal wavelength band is 2 dB or more. The optical amplification method according to claim 4 .

5. The optical amplification method according to claim 4 , wherein, as a noise characteristic after amplification in the second optical amplification step, a difference between the minimum noise figure and the maximum noise figure in the signal wavelength band is 2 dB or less.