JP6829318B2 - 光増幅中継システム、および光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅中継システム、および光増幅器に関する。
本願は、２０１７年８月２５日に、日本に出願された特願２０１７−１６２８３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年の光ファイバ通信の普及に伴うブロードバンドサービスの急速な発展とともに、通信容量は年々増え続けている。通信容量の急増に対応し、これまで、光ファイバの構造を変えずに光通信システム装置の大容量化により光ネットワークの大容量化が実現されてきた。現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、１本の光ファイバに光信号の通路となる１つのコアを有するもので、毎秒１テラビットの容量を長距離にわたり伝送する光ネットワークが実用化されている。しかし、近年の通信容量の増加率から、さらなる通信容量の大容量化が望まれている。

通信容量を増加させる手段として、光ファイバ伝送路数を増やすことが考えられる。光送信側から光受信側に光信号を伝送する際に、１本の光ファイバをＮ本の光ファイバに増やすことで伝送容量をＮ倍にすることができる。あるいは別の手段として、近年では１本の光ファイバに複数の単一モードのコアを持つマルチコア光ファイバ等を含む新しい空間的な構造を持つ光ファイバを用いた空間分割多重光通信技術が検討されている。１本の光ファイバ中のコアの数をＮ個にすることで、１本の光ファイバあたり伝送できる容量をＮ倍にすることができる。

光信号が光ファイバ中を伝搬すると、距離に比例して光強度が弱くなり、信号品質が低下するため、一定距離ごとに光強度を増幅する必要がある。現在使用されている光ファイバの一般的な伝搬損失は１ｋｍあたり０．２ｄＢ前後であるため、１０ｋｍ強伝搬するごとに光強度は半減する。そこで、光増幅中継システムでは、数十ｋｍ間隔で光増幅器を設置し、光強度が信号品質を維持できる所定値を上回るようにしている。上記のように光伝送路上で使用する光ファイバの本数や光ファイバ中のコア数を増やすには、光増幅中継システムの大容量化も必要である。しかし、光路数をＮ倍にすると必要となる光増幅器の数もＮ倍となり、光増幅器の調達、設置場所の確保、消費電力の増加などにより、コストが増加するという問題があった。そこで、複数の光路の光を一括して増幅できる大容量光増幅中継システム、および光増幅器が検討されている。

（従来技術の第一例）
従来の単一モード光伝送システムでは、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）を増幅媒体として用いたＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier）が光増幅器として使用されている。上記光増幅中継システムの大容量化に伴い、必要となる光増幅器数が増えるため、光増幅器の高密度化や、消費電力の低減が求められる。そこで１本の光ファイバにエルビウムが添加されたＮ個のコアを有するマルチコアＥＤＦを増幅媒体として用いる、もしくはＮ個のＥＤＦを束ね増幅媒体として用いる、マルチコア・エルビウム添加ファイバ増幅器（Multicore（ＭＣ）−ＥＤＦＡ）が検討されている。

従来、ＭＣ−ＥＤＦＡには、個別励起と一括励起との２種類の励起方式があった。個別励起は増幅媒体ごとに異なる励起光源を用いて励起する方式であり、一括励起は１台の励起光源で複数の増幅媒体を励起する方式である。個別励起の一例として、コア励起方式がある。コア励起方式は、増幅媒体の各コアにそれぞれ励起光を合波してコアを直接励起する励起方式である。従来のＥＤＦＡとの差異はＥＤＦ部をＮ倍に集積化した点にあるので、既存のＥＤＦ用の部品や制御が利用できるという利点がある。例えば、７コアのＭＣ−ＥＤＦ（Multicore ＥＤＦ）のうちの外周の６つのコアを光増幅媒体として用い、６台の０．９８μｍの励起光源をそれぞれのコアに合波してコアを直接励起した６コアＭＣ−ＥＤＦＡ（例えば、非特許文献１参照）や、この６コアＭＣ−ＥＤＦＡを２台用いた１２コアのマルチコア光ファイバ伝送実験（例えば、非特許文献２参照）が報告されている。

一括励起の代表例として、クラッド励起方式がある。クラッド励起方式は、増幅媒体のクラッドに励起光を合波してクラッドを伝搬する励起光で複数コアを一括で励起する励起方式である。この方式では、温度制御が不要で安価な高出力マルチモード半導体レーザを励起光源として使用することができ、１台の光源で複数個のＥＤＦを励起できる。そのため、励起光源数の削減や消費電力の低減が可能となり、将来の光増幅中継システムにおける有望な増幅技術として研究開発が進められている。

１２コアのダブルクラッド構造のマルチコア・エルビウム／イッテルビウム添加ファイバ（ＭＣ−ＥＹＤＦ：Multicore Erbium/Ytterbium-Doped Fiber）を用いた一括励起の多チャネル光増幅器（例えば、非特許文献３参照）や、７コアのダブルクラッド構造のＭＣ−ＥＤＦを用いた一括励起の多チャネル光増幅器（例えば、非特許文献４参照）が報告されている。また、７コア一括励起ＭＣ−ＥＤＦＡを用いた７コアのマルチコア光ファイバ伝送実験（例えば、非特許文献５参照）が報告されている。

他の例として、多チャネル光増幅器の７個の光路と、７個のコアからなるマルチコア光ファイバと、多チャネル光増幅器の７個の光路とがそれぞれ光学的に結合するよう相互接続された光伝送路（例えば、非特許文献６参照）や、３２個のコアからなるマルチコア光ファイバと、多チャネル光増幅器の３２個の光路と、３２コアのマルチコア光ファイバとがそれぞれ光学的に結合するよう相互接続された光伝送路（例えば、非特許文献７参照）も報告されている。

また、最近では、複数のＥＤＦを増幅媒体として用い、１台の励起光源を共用化し、コア励起方式において各ＥＤＦと励起したコア励起方式の一括励起マルチコアＥＤＦＡも報告されている。例えば、非特許文献８では、Ｎ＝１２本のＥＤＦを増幅媒体として用い、１台の９８０ｎｍの励起光源を用いてＮ＝１２本のＥＤＦを一括で増幅する光増幅が使用されている。前述のクラッド励起方式と同様に、温度制御が不要で安価な高出力マルチモード半導体レーザを励起光源として使用することができ、１台の光源で複数個のＥＤＦを励起できるため、励起光源数の削減や消費電力の低減が可能となる。

（従来技術の第二例）
従来技術の第一例で説明した一括励起の光増幅器、および光増幅中継伝送路は、いずれもＫ＝１個（非特許文献３〜６、および８）のマルチモードレーザダイオード（Multimode Laser Diode: ＭＭ−ＬＤ）、もしくはＫ＝２個（非特許文献７）のマルチモード励起レーザダイオード（Multimode Pump Laser Diode: ＭＭ Ｐｕｍｐ ＬＤ）を用いて、Ｎ＝７個（非特許文献４〜６）、Ｎ＝１２個（非特許文献３、８）、もしくはＮ＝３２個（非特許文献７）の増幅媒体からなるＥＤＦを励起し、Ｎ個の光増幅媒体を通過する光路の光強度を一括で増幅している。

このように一括励起方式はＮ個のコアを全て一律に励起するので、複数の光伝送路間で特性が均質であれば、各コアの光強度を一様に増幅できる。しかし、光伝送路の損失、光信号雑音比（Optical Signal to Noise Ratio: ＯＳＮＲ）、光増幅器の増幅率、光信号の変調方式、光信号の波長チャネル数などにより光伝送路間に特性差が生じると、各コアの光強度を一様に増幅できずに問題となる。例えば、マルチコアの光ファイバ、光部品、光増幅器などでは、コアごとの性能差により損失ばらつきが生じる。一例として、非特許文献７に記載の３２コアのＭＣ−ＥＤＦＡでは、３２個のコア間で７〜８ｄＢもの利得差が生じている。また、マルチコア光ファイバでは、融着接続する際に、面方向の光軸ずれや回転軸ずれにより損失分布が生じ、コアごとに損失ばらつきが生じる。さらに、マルチコア光伝送路において、光信号が複数の異なる方路から来た場合に、光伝送路の伝送損失の違い、光パワー設定、波長数の違いになどにより、コアごとに光強度は異なるものとなる。

光伝送の際は、伝送品質を維持するため、光ファイバへの入力パワーが所定の範囲内に収まるようにする必要がある。更に、複数の光伝送路がある場合は、Ｎ個のコア間で光パワーを揃える必要がある。そこで、損失が高いないしは利得が低く、光強度が最も低いコアを基準として、当該コアが所定の光パワーのレベルを上回るように一律に光強度を増幅する。一律に光強度を増幅すると、光強度のコア間ばらつき分だけ、他のコアの光強度が過剰になるため、光減衰器や波形整形光フィルタなどを用いて光強度を弱めることが考えられる。この手法により、一括励起の多チャネル光増幅器を使用する際の問題である、コア間の光強度のばらつきは低減できる。

（従来技術の第三例）
従来技術の第二例で説明した励起方式により、一括励起の多チャネル光増幅器を使用する場合、コア間の光強度のばらつきは低減できる反面、消費電力が上昇するという問題があった。例えば、複数の光路間に７ｄＢの損失ばらつきがある場合は、光パワーが最も低いコアが所定の強度になるよう多チャネル光増幅器を用いて一括増幅する必要がある。光パワーが最も強いコアの光パワーは約７ｄＢ過剰になるので、約７ｄＢの光を減衰、すなわち８０％もの光を捨てることとなり、非効率であった。

そこで、消費電力を抑えつつ、コア間の光強度のばらつきを抑える光増幅方式として、一括励起と個別励起とを組み合わせた、ハイブリッド光増幅器も検討されている。ハイブリッド方式では、クラッド励起のＭＣ−ＥＤＦＡを用いてＮチャネルの光を一括で励起し、それに続くコア励起のＭＣ−ＥＤＦＡを用いてＮ個のコアをそれぞれ励起する。前段のクラッド励起方式で効率的に光を励起し、後段のコア励起方式でコアごとに励起による利得を調整できるという特長がある。

ハイブリッド光増幅器を実現するには、クラッド励起方式のＥＤＦＡとコア励起方式のＥＤＦＡの、合わせて２台のＭＣ−ＥＤＦＡを用いることが考えられる。あるいは、１台のＭＣ−ＥＤＦＡにクラッド励起方式とコア励起方式の両方を含む構成の光増幅器も報告されている（例えば、非特許文献９、および特許文献１参照）。この光増幅器では光増幅媒体として、ダブルクラッド構造で構成され希土類イオンが添加された１つのマルチコアＥＤＦが用いられている。マルチコアＥＤＦの一方の端ではマルチモードのクラッド励起用光を光学結合させてクラッド励起し、他方の端ではマルチコアＥＤＦをコアごとにわけ、それぞれコア励起用光を光学結合させてコア励起するようにしている。また、光増幅器の筐体の温度に応じて、クラッド励起方式とコア励起方式で励起する比率を変え、より効率化したハイブリッド励起ＭＣ−ＥＤＦＡも報告されている（例えば、特許文献１０参照）。

特開２０１６−２１９７５３号公報

H. Ono et al.，"Amplification method for crosstalk reduction in multi-core fibre amplifier"，Electronics Letters，2013年1月，Vol. 49，No. 2 A. Sano et al.，"409-Tb/s + 409-Tb/s crosstalk suppressed bidirectional MCF transmission over 450 km using propagation-direction interleaving"，Optics Express，2013年7月，Vol. 21，No. 14 H. Ono et al.，"12-Core Double-Clad Er/Yb-Doped Fiber Amplifier Employing Free-space Coupling Pump/Signal Combiner Module"，ECOC2013，2013年，We.4.A.4 S. Takasaka et al.，"Cladding-Pumped Seven-Core EDFA Using a Multimode Pump Light Coupler"，ECOC2013，2013年，We.4.A.5 K. Takeshima et al. ，"51.1-Tbit/s MCF Transmission over 2,520 km Using Cladding Pumped 7-core EDFAs"，OFC2015，2015年，W3G.1 C. Castro et al.，"200 Gbit/s 16QAM WDM Transmission over a Fully Integrated Cladding Pumped 7-Core MCF System"，OFC2017，2017年，Th1C.2 S. Jain et al.，"32-core Inline Multicore Fiber Amplifier for Dense Space Division Multiplexed Transmission Systems"，ECOC2016，2016年，Th.3.A.1 A. Turukhin et al.，"105.1 Tb/s Power-Efficient Transmission over 14,350 km using a 12-Core Fiber"，OFC2016，2016年，Th4C.1 M. Yamada et al.，"Gain Control in Multi-Core Erbium/Ytterbium-Doped Fiber Amplifier with Hybrid Pumping"，OECC/PS2016，2016年，WC1-2 E. de Gabory et al.，"Transmission of 256Gb/s PM-16QAM Signal through Hybrid Cladding and Core Pumping Scheme MC-EDFA Controlled for Reduced Power Consumption"，OFC2017，2017年，Th1C.1

しかしながら、従来技術には以下のような問題があった。
従来技術の第一例で示したように、一括励起の光増幅器を用いることで、大容量化に適した光増幅中継システムが実現できる。しかし、一括励起方式はＮ個のコアを全て励起する場合は効率が良い反面、マルチコア光ファイバ伝送路では、通信トラフィックに応じて使用しないコアも生じる。Ｎ個のコアのうち、使用・不使用のコアの割合によっては、個別励起方式に比べて消費電力の観点で非効率になりうる。

さらに、一括励起方式は、複数のチャネルを一律に増幅するため、複数の光伝送路間に特性ばらつきがある場合、光増幅特性にもコア間ばらつきが生じる。第二例で示したように、複数の光伝送路の光をいったん過剰に励起させ、コア間ばらつきに応じて光を減衰させることで、コア間のばらつきを調整可能である。しかし、光を減衰させると消費電力が増加するので、ばらつきの度合いによっては励起効率が落ちる。

従来技術の第三例で示したように、コア励起とクラッド励起を組み合わせたハイブリッド方式を用いることで、効率的に増幅し、かつコアごとに利得の調整が可能である。しかし、伝送後に光を増幅するので、伝送特性は損失が高いコアのＯＳＮＲに律速される。

上記事情に鑑み、本発明は、複数の光伝送路間の特性偏差を軽減した効率の良い光増幅中継システム、および光増幅器を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様における光増幅中継システムは、光ファイバを含む複数の光伝送路と、Ｋ個（Ｋは１以上の整数）の一括励起用光源、Ｎ個（Ｎ＞Ｋの整数）の光増幅媒体、及び、前記Ｋ個の一括励起用光源から出力された光を前記Ｎ個の光増幅媒体に結合する一以上の光結合器からなり、前記Ｋ個の一括励起用光源により、前記Ｎ個の光増幅媒体を通過し前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器と、前記光信号の帯域とは異なる波長の励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路のうちの少なくとも一つの光伝送路に、前記光信号の帯域とは異なる波長の前記励起光を合波する波長合波器と、を備え、前記励起光により前記光信号の帯域の光強度がラマン増幅される光増幅中継システムにおいて、前記複数の光伝送路を通過する前記光信号の特性差に応じて、前記ラマン増幅用励起光源が出力する前記励起光の光強度が設定される。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様の光増幅中継システムにおいて、複数の前記光伝送路は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを含む。

本発明の第３の態様によれば、第２の態様の光増幅中継システムにおいて、前記波長合波器は、前記マルチコア光ファイバの各コアに前記光信号の帯域とは異なる波長の前記励起光を合波し、前記マルチコア光ファイバ、前記波長合波器、及び、前記多チャネル光増幅器のＮ個の光路は、それぞれ光学的に結合するよう相互接続されている。

本発明の第４の態様によれば、第２又は第３の態様の光増幅中継システムは、前記複数の光伝送路それぞれを伝搬する光の一部を分岐する光タップを備え、前記ラマン増幅による増幅量は、前記光タップが分岐した光の光強度に応じて設定される。

本発明の第５の態様によれば、第１の態様の光増幅中継システムにおいて、前記複数の光伝送路は、Ｎ本の光ファイバを含み、前記Ｎ本の光ファイバそれぞれの光路上に、前記光路を伝搬する前記光信号を分岐する光タップを備え、前記ラマン増幅用励起光源が出力する前記励起光の光強度は、前記光タップが分岐した前記光信号の光強度に応じて設定される。

本発明の第６の態様によれば、第１から第５の態様の光増幅中継システムは、前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個の出力ポートと、を有する増幅器を備える。

本発明の第７の態様によれば、第１から第５の態様の光増幅中継システムは、前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートと、を有する増幅器を備える。

本発明の第８の態様によれば、第１から第５の態様の光増幅中継システムは、前記多チャネル光増幅器及び前記波長合波器を有する光増幅器、又は、前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個の出力ポートとを有する第一の増幅器、又は、前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、少なくとも、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートとを有する第二の増幅器、のうち少なくとも１つを有する。
本発明の第９の態様における光増幅器は、光ファイバを含む複数の光伝送路に接続される光増幅器であって、前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器と、前記光信号の波長帯域以外の波長を有する励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路のうち少なくとも一つの光伝送路に前記励起光を合波する波長合波器と、を備え、前記励起光が合波された前記少なくとも一つの光伝送路を伝搬する光信号の波長帯域の光強度が前記励起光によりラマン増幅され、前記ラマン増幅用励起光源は、前記複数の光伝送路を通過する前記光信号間の特性差に応じた光強度の前記励起光を出力する。
本発明の第１０の態様における光増幅器は、光ファイバを含む複数の光伝送路に接続され、前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器に接続される光増幅器であって、前記光信号の波長帯域以外の波長を有する励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路のうち少なくとも一つの光伝送路に前記励起光を合波する波長合波器と、を備え、前記励起光が合波された前記少なくとも一つの光伝送路を伝搬する光信号の波長帯域の光強度が前記励起光によりラマン増幅され、前記ラマン増幅用励起光源は、前記複数の光伝送路を通過する前記光信号間の特性差に応じた光強度の前記励起光を出力する。

本発明により、複数の光伝送路間の特性偏差を軽減した効率の良い光増幅中継システムおよび光増幅器が実現可能となる。

第１実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第１実施形態による多チャネル光増幅器の構成図である。 第１実施形態の大容量光増幅中継システムにおける特性を示す図である。 第１実施形態の大容量光増幅中継システムにおける特性を示す図である。 第１実施形態の適用前の光信号の光パワーを示す図である。 第１実施形態の適用前の光信号の光パワーを示す図である。 第１実施形態の適用後の光信号の光パワーを示す図である。 第１実施形態の適用後の光信号の光パワーを示す図である。 第２実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第２実施形態によるマルチコア光ファイバの断面を示す図である。 第３実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第３実施形態によるマルチコア光ファイバの断面を示す図である。 第３実施形態による多チャネル光増幅器の概略の構成図である。 第４実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第４実施形態によるマルチコア光ファイバの断面を示す図である。 第５実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第５実施形態によるマルチコア光ファイバの断面を示す図である。 第６実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第７実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第８実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第９実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第１０実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第１１実施形態による大容量光増幅器の概略の構成図である。 第１１実施形態による大容量光増幅器の外観を示す図である。 第１１実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。 第１２実施形態による大容量光増幅中継システムの概略の構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に説明する各実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。各実施形態は可能な限り組み合わせることができる。また、以下では、機能部ＸＸＸがＹ個ある場合、Ｙ個の機能部ＸＸＸをそれぞれ機能部ＸＸＸ−１〜ＸＸＸ−Ｙと記載する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における大容量光増幅中継システム１１の概略の構成図である。大容量光増幅中継システム１１は、光ファイバ１１１−１〜１１１−Ｎそれぞれを含む光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、多チャネル光増幅器１２１と、波長合波器１３１−１〜１３１−Ｎと、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎとを備える。図１は、Ｎ＝７の場合を例に示している。

多チャネル光増幅器１２１は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを伝搬する光の光信号帯域（波長帯域）を含む帯域の光強度それぞれを増幅する。波長合波器１３１−１〜１３１−Ｎは、複数の光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎのうちの少なくとも一つの光路に、上記の光信号帯域とは異なる波長の光を合波する。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎは、ラマン励起光源である。波長合波器１３１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、ラマン増幅用励起光源１５１−ｎからの励起光を光伝送路１０１−ｎに入力することで、光伝送路１０１−ｎにおける光信号帯域の光の強度をラマン増幅する。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎは、それぞれ複数の光源から構成されていてもよい。例えば、２つの光源の光を偏波多重し、ラマン増幅用励起光源として用いてもよい。また、波長の異なる複数の光源の光を波長合波し、ラマン増幅用励起光源として用いてもよい。

図２は、多チャネル光増幅器１２１の概略の構成図を示す。多チャネル光増幅器１２１は、光結合器４５１と、Ｋ個（Ｋは１以上の整数、Ｎ＞Ｋ）の一括励起用光源４６１と、Ｎ個の光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎとを備える。図２では、Ｋ＝１、Ｎ＝７の場合を例に示している。光伝送路１０１−ｎの光は、光増幅媒体４７１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の光路を通過する。光結合器４５１は、光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎそれぞれの光路上に、一括励起用光源４６１からの励起光を光学結合させる。このような構成により、一括励起用光源４６１からの励起光によって光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎを通過する光路の光強度が一括で増幅される。一例として、一括励起用光源４６１としてマルチモードレーザダイオード、光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎとして、エルビウム添加光ファイバを用いる（非特許文献３を参照）。

図３Ａ及び図３Ｂは、大容量光増幅中継システム１１における特性を示す図である。図３Ａは、大容量光増幅中継システム１１における各光伝送路１０１−１〜１０１−７への入力信号の光パワーの一例を示す。図３Ａにおける光伝送路番号１〜７は、それぞれ光伝送路１０１−１〜１０１−７に対応する。第１実施形態において、入力信号は４０波長を１００ＧＨｚ間隔で波長多重（ＷＤＭ）化したＷＤＭ光とし、それぞれの波長は偏波多重化し、１６ＱＡＭ方式で変調した４０波ＷＤＭ・偏波多重１６ＱＡＭ信号とした。入力パワーは光伝送路間で７．５〜９．５ｄＢｍ（１波長あたりでは、−８．５〜−６．５ｄＢｍ／ｃｈ）の間でばらつき、平均で８．５ｄＢｍ（１波長あたりでは、−７．５ｄＢｍ／ｃｈ）であった。

図３Ｂは、第１実施形態の多チャネル光増幅器１２１の利得特性を示す。多チャネル光増幅器１２１は、図２に示したように一括励起のマルチコア光増幅器である。一括励起の多チャネル光増幅器１２１のそれぞれのポートに、−５ｄＢｍの光パワーに設定した４０波ＷＤＭ・偏波多重１６ＱＡＭ信号を入力して増幅後の光パワーを計測し、増幅前後の光パワーの差を利得とした。チャネル番号１〜７は、光伝送路番号１〜７の光が挿入されるポートにそれぞれ対応する。利得はポート間で１２〜１５．５ｄＢの間でばらつき、平均値は１４ｄＢであった。

このように、複数の光伝送路間の光パワーが入力地点でも不均一であり、また、多チャネル光増幅器１２１のポート間の利得差により、光伝送路間の特性ばらつきが増える。それに加えて、入力信号は、各光伝送路上の、損失特性の異なる光ファイバ、光コネクタ、光分岐なども通過する。そのため、これら光伝送媒体や光部品の特性ばらつきにより、特性偏差がさらに拡大する。

図４Ａ及び図４Ｂは、第１実施形態適用前の光信号の光パワーを示す図である。図４Ａは、一例として、光信号を７本の光ファイバ１１１−１〜１１１−７を通して５０ｋｍにわたり伝送した後の光強度、および多チャネル光増幅器１２１で増幅した後の光強度を示す図である。光ファイバ１１１−１〜１１１−７は、５０ｋｍ長、クラッド径１２５μｍ、実効断面積８０μｍ^２の標準的な単一モードの光ファイバとした。光信号の信号品質を伝送後も保つにためは、雑音レベルに対して光信号の光パワーを所定のレベル以上に保つ必要がある。必要な光信号雑音比（ＯＳＮＲ）は変調方式によって異なり、一般に多値度が高く、高速な信号ほど高いＯＳＮＲが求められる傾向がある。

図４Ａには、第１実施形態で用いたＷＤＭ光信号の送受信に必要な最低パワーを、伝送後光パワー基準値としてさらに示している。伝送後の光信号がこの基準値を下回った場合は、所定の信号品質を維持できないことを示している。伝送後もこの光パワー基準値を上回るには、光ファイバの平均的な伝搬損失から逆算して入力パワーを設定すれば良く、そのレベルを入力パワー基準値として示した。一方で、光ファイバへの入力パワーを高くしすぎると非線形現象により信号品質が劣化する。そのため、光ファイバへの入力パワーを、この入力パワー基準値を最低限上回り、かつ高すぎない値に設定する必要がある。伝送特性を測定した結果、第１実施形態を適用した例では伝送後光パワー基準値を−６ｄＢｍ、入力パワー基準値を７ｄＢｍに設定した。

図３Ａに示した光パワーのＷＤＭ信号を光伝送路１０１−１〜１０１−７（光伝送路番号１〜７）に入力した場合、光ファイバ１１１−１〜１１１−７を伝送した後の光強度は、図４Ａに示す「伝送後光強度」の通りとなった。入力パワー、光ファイバ１１１−１〜１１１−７の伝搬損失、及び融着損失の偏差により、光伝送路ごとに光パワーにばらつきが生じた。図４Ａに示すように、光伝送路１０１−４（光伝送路番号４）の光信号の光パワーは、伝送後に光パワー基準値を下回った。多チャネル光増幅器１２１で励起した後の光パワーは７．４ｄＢｍとなって入力パワー基準値を超え、伝送に必要な光パワー基準値は超えている。しかし、その光信号の光パワーは、一度、伝送後光パワー基準値を下回っているので、他の光伝送路を通る光信号に比べて信号品質が劣化している。

また、光伝送路１０１−６（光伝送路番号６）については、伝送後の光パワーは伝送後光パワー基準値を下回っていないが、励起後の光パワーは入力パワー基準値に届いていない。この伝送区間では、信号品質の劣化は見られなかったが、他の光伝送路１０１−１〜１０１−５、１０１−７（光伝送路番号１〜５、７）の入力光パワーに比べ、次の伝送区間への入力光パワーが低い。そのため、次の伝送区間では、伝送後に、伝送後光パワー基準値を下回り、信号品質が劣化する可能性が高い。

図４Ｂは、これら伝送距離に対する光パワーの変化の様子をレベルダイヤグラムとして示す図である。図４Ｂでは、標準的な伝送特性を有する光伝送路１０１−１（光伝送路番号１）、伝送後光パワー基準値を下回った光伝送路１０１−４（光伝送路番号４）、及び、励起後に入力パワー基準値に達しなかった光伝送路１０１−６（光伝送路番号６）の光パワーの距離依存性を代表例として示している。

光伝送路１０１−１では、光ファイバ１１１−１への入力時の光パワーは９．５ｄＢｍであった。光ファイバ１１１−１を伝搬中に、光信号は１ｋｍあたり０．２５ｄＢ減衰し、５０ｋｍ伝送後は−３ｄＢｍとなった。そして、多チャネル光増幅器１２１のチャネル１における励起により１４ｄＢの利得が加わり、光パワーは１１ｄＢｍとなった。光ファイバ１１１−１を伝搬した光信号の光パワーは、伝送後光パワー基準値、および励起後の入力パワー基準値をいずれも上回っている。

一方、光伝送路１０１−４では、光ファイバ１１１−４への入力時の光パワーは８．４ｄＢｍであった。光ファイバ１１１−４を伝搬中に、光信号は１ｋｍあたり０．３ｄＢ減衰し、５０ｋｍ伝送後は−６．６ｄＢｍとなり、基準値を下回った。また、光伝送路１０１−６では、光ファイバ１１１−６への入力時の光パワーは８ｄＢｍであった。光ファイバ１１１−６を伝搬中に、光信号は１ｋｍあたり０．２７ｄＢ減衰し、５０ｋｍ伝送後は−５．５ｄＢｍとなった。しかし、多チャネル光増幅器１２１のチャネル６の利得が１２ｄＢと弱かったため、励起後の光パワーは６．５ｄＢｍとなって伝送後光パワー基準値を下回った。

従来技術の第三例で説明したハイブリッド光増幅方式を適用し、クラッド励起の一括光増幅器の前後にコア励起の個別光増幅器を追加することで、光伝送路１０１−６の増幅量を増やし、入力パワー基準値を上回るようにすることも考えられる。しかしながら、光伝送路１０１−４の光ファイバ１１１−４中で生じた損失は補償できず、ＯＮＳＲが劣化する。図４Ｂのように、後から光増幅器で光パワーを増幅し、入力パワー基準値を上回ったとしても、いったん基準値を下回ると雑音の影響が加わり、補償はできない。

そこで、第１実施形態の大容量光増幅中継システム１１は、光伝送路１０１−１〜１０１−７上に波長合波器１３１−１〜１３１−７を介してラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−７からの励起光を入力し、光信号帯域の光の強度をラマン増幅する構成を備える。大容量光増幅中継システム１１は、光伝送路１０１−１〜１０１−７の特性差に応じて、ラマン増幅量を設定する構成とした。例えば、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−７それぞれが、光伝送路１０１−１〜１０１−７の特性差に応じて定められた光強度を有する励起光を出力することにより、光伝送路の光信号に対するラマン増幅量が設定される。光伝送路の特性差は、光伝送路１０１−１〜１０１−７に用いられる光伝送媒体や光部品の損失のばらつき、又は、光伝送路１０１−１〜１０１−７で伝送された光の強度により定まる。また、光伝送路の特性差は、損失のばらつきに加えて、多チャネル光増幅器１２１における各チャネルの利得のばらつきに基づいて定められてもよい。また、光伝送路の特性差に代えて、光伝送路１０１−１〜１０１−７で伝送された光の特性差（光強度の差）が用いられてもよい。
波長合波器１３１−１〜１３１−７は、１．５〜１．６μｍの光信号帯域に、１．４μｍ帯の励起光源を合波する仕様のものを用いた。波長合波器１３１−４により、ラマン増幅用励起光源１５１−４からの励起波長１４２５ｎｍと１４５０ｎｍとの励起光を入力し、光ファイバ１１１−４に後方ラマン散乱を発生させた。また、波長合波器１３１−６により、ラマン増幅用励起光源１５１−６からの励起波長１４３５ｎｍと１４５０ｎｍとの励起光を入力し、光ファイバ１１１−６に後方ラマン散乱を発生させた。このように、光伝送路１０１−１及び１０１−６を伝搬する光信号の波長帯域以外の波長を有する励起光を出力するラマン増幅用励起光源１５１−４及び１５１−６を用いた。

図５Ａ及び図５Ｂは、第１実施形態適用後の光信号の光パワーを示す図である。図５Ａは、光伝送路１０１−４（光伝送路番号４）と光伝送路１０１−６（光伝送路番号６）とにそれぞれ、波長合波器１３１−４、１３１−６及びラマン増幅用励起光源１５１−４、１５１−６を用いてラマン励起を適用した後の光パワーを示す図である。図５Ｂは、伝送距離に対する光パワーの変化の様子を示す図である。図４Ｂでは光伝送路１０１−４の光信号が伝送後光パワー基準値を下回っていた。これに対して、第１実施形態の構成を適用した場合、図５Ｂに示すように、ラマン散乱効果により光ファイバ１１１−４の出力端に近づくにつれて光信号の光パワーが持ち上がり、光信号の光パワーが基準値を下回ることなく、光信号が５０ｋｍ伝送された。また、光伝送路１０１−６については、多チャネル光増幅器のチャネル６の利得が低いものの、ラマン散乱効果により光ファイバ１１１−６の出力に近づくにつれて光信号の光パワーが持ち上がり、５０ｋｍ伝送後の光パワーが標準的なレベルを超えている。その結果、多チャネル光増幅器１２１による増幅後の光信号の光パワー（光強度）は入力パワー基準値を上回った。

このように、第１実施形態の構成を光伝送システムに適用することで、従来の光ファイバ増幅器のみを用いた光増幅中継システムでは実現できなかった、光伝送路間の特性偏差を解消し、かつ良好な伝送品質を有する大容量光増幅中継システムを実現した。

上記の光伝送路の数、伝送路長、光ファイバの種類、光パワー設定、光信号の変調方式、波長配置、光パワーなどは一例であり、任意のものを用いることができる。また、多チャネル光増幅器１２１として、クラッド励起の一括励起光ファイバ増幅器を用いたが、１個の励起光源で複数の光増幅媒体を励起できる任意の一括励起光増幅器を用いたとしても、同様に本発明の効果が得られる。さらに、第１実施形態では、Ｎ個（７つ）の光伝送路のうち、特に損失が高く、伝送特性が基準レベルに達しない２つの光伝送路にラマン増幅を適用した例を説明した。しかし、伝送特性が基準レベルに達しているが他のコアより伝送特性が悪い光伝送路にもラマン増幅を適用することで、より良好な伝送特性を有する光伝送システムが実現される。平均的な特性偏差を軽減する目的では、Ｎ個の光伝送路すべてにラマン増幅を適用する必要は無く、１つから半分ほどの光伝送路にラマン増幅を適用しても効果は得られる。しかし、第１実施形態の特徴を考慮すると、Ｎ個の光伝送路からなる光伝送システムにおいて、そのうちの最大でＮ−１個の光伝送路にラマン増幅を適用することで、第１実施形態の大容量光増幅中継システムが得ようとしている効果が最大限得られる。この場合、伝送特性が最も良い光伝送路以外の光伝送路においてラマン増幅が適用される。また、ラマン増幅を適用する光伝送路は、多チャネル光増幅器１２１の各チャネルの利得に基づいて定められてもよい。例えば、多チャネル光増幅器１２１による利得が他のチャネルに比べて少ないチャネルに対応する光伝送路にラマン増幅を適用してもよい。
なお、伝送してきた光信号によっては、ラマン増幅が必要な光伝送路が変わる可能性があるため、図１では、Ｎ個の光伝送路に対し、Ｎ個の波長合波器、およびＮ系統のラマン増幅用励起光源を備える構成としている。同時には最大でＮ−１系統のラマン増幅用励起光源を駆動すれば良い。例えば、手動で、もしくは切り替えスイッチを用いて、ラマン増幅を行う光伝送路を切り替えることにより、少ないラマン増幅用励起光源でも同様の効果が得られる。もしくは、ラマン増幅用励起光源が出力する励起光を分岐し、分岐した励起光を複数の光伝送路に同時に入力することも考えられる。このように、第１実施形態では、伝送損失が高い一部の光伝送路に分布ラマン散乱効果を適用し、損失補償を行ったが、複数の光伝送路のうちの任意の一部の光伝送路に分布ラマン散乱効果を適用することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、複数の光伝送路が、１本の光ファイバに複数のコアを有するマルチコア光ファイバを含む光増幅中継システムの一例を示す。以下では、第２実施形態を、第１実施形態との差分を中心に説明する。

図６は、本発明の第２実施形態による大容量光増幅中継システム１２の概略の構成図である。大容量光増幅中継システム１２は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎと、多チャネル光増幅器１２１と、波長合波器１３２と、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎと、入出力デバイス２０１とを備える。図６は、Ｎ＝７である場合を例に示している。図６に示す大容量光増幅中継システム１２と、第１実施形態の大容量光増幅中継システム１１との主な違いは、複数の光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎが、マルチコア光ファイバ１７１を含む点である。また、ラマン励起光を入力する波長合波器１３２は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ１７１のコア配置に対応している。大容量光増幅中継システム１２は、複数のコア分のラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光を、１台の波長合波器１３２により入力できるようにした点が、第１実施形態の大容量光増幅中継システム１１と異なる点である。

このように、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎ上の複数の光ファイバ、および波長合波器を集積化し、マルチコア光ファイバ１７１、および多チャネル波長合波器である波長合波器１３２を用い、マルチコア光ファイバ１７１、波長合波器１３２、および多チャネル光増幅器１２１のＮ個の光路がそれぞれ光学的に結合するよう相互接続する。これにより、コストや設備の設置場所を抑えながら、大容量に対応した光増幅中継システムが実現できる。マルチコア光ファイバ１７１、波長合波器１３２、および多チャネル光増幅器１２１の相互接続は、例えば、マルチコア光ファイバ１７１の各コアと波長合波器１３２の入力ポートと接続し、波長合波器１３２の透過ポートと多チャネル光増幅器１２１の入力ポートとを接続することにより行われる。これらの接続には、融着接続、光コネクタ、及び、空間光学系のいずれかを用いてもよい。

図７は、第２実施形態に適用したマルチコア光ファイバ１７１の断面を示す図である。被覆４３１で覆われたクラッド４２１上に、Ｎ＝７個のコア４０１−１〜４０１−Ｎが配置されている。また、マルチコア光ファイバ１７１は、マルチコア光ファイバ同士を接続する際の位置合わせのためのマーカ４４１を備える。被覆径は３２０μｍ、クラッド径は２００μｍ、コアの実効断面積は８０μｍ^２、コア間隔は５０μｍとした。第２実施形態において、入力信号は４０波長を１００ＧＨｚ間隔で波長多重（ＷＤＭ）化したＷＤＭ光とし、それぞれの波長は偏波多重化し、１６ＱＡＭ方式で変調した４０波ＷＤＭ・偏波多重１６ＱＡＭ信号とした。

図６においては、波長合波器１３２として、Ｎ＝７チャネルの空間光学型の波長合波器を用い、１台で７コア分について、１．４μｍ帯の励起光を１．５μｍ帯の光信号帯域に合波できるようにしている。マルチコア光ファイバ１７１を伝送した光信号は、波長合波器１３２の入力ポートに入力され、波長合波器１３２の１．５μｍ帯の透過ポートより出力された後、多チャネル光増幅器１２１に送られる。波長合波器１３２の１．４μｍ帯の合波ポートには、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光が光信号の伝搬方向とは逆方向に入力される。これにより、マルチコア光ファイバ１７１の各コア４０１−１〜４０１−Ｎに励起光が入力され、ラマン散乱が発生する。ここで、波長合波器１３２の３つのポートはいずれもマルチコア光ファイバ１７１と同じ仕様の７コアのマルチコア光ファイバとした。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光を波長合波器１３２のマルチコア光ファイバ１７１のポートに入力する際は、ファンイン／ファインアウト入出力デバイスである入出力デバイス２０１を用い、ラマン増幅用励起光源１５１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の励起光がマルチコア光ファイバのコア４０１−ｎに入力されるようにした。

以上、第２実施形態では、マルチコア光ファイバを含む複数の光伝送路からなる光増幅中継システムにおいて本発明の適用例を示した。マルチコア光ファイバや多チャネル波長合分波器を用い、光伝送路や励起光を空間的に多重化してシステムで利用することで、より大容量化に適し、複数の光伝送路間の特性偏差を抑えた光増幅中継システムを実現した。

（第３実施形態）
第３実施形態では、異なる機能を有する光学素子を複数組み合わせた光学機器を含む光増幅中継システムの実施形態の一例を示す。以下では、第３実施形態を、第２実施形態との差分を中心に説明する。

図８は、本発明の第３実施形態による大容量光増幅中継システム１３の概略の構成図である。図８では、Ｎ＝１２の場合を例に示している。図８に示す大容量光増幅中継システム１３と、図６に示す第２実施形態の大容量光増幅中継システム１２との主な違いは、大容量光増幅中継システム１３が、Ｎチャネルの光強度を一括で減衰可能な可変光減衰器２５１と、一括でＮチャネルの光のアイソレーションを確保できる光アイソレータ２６１とをさらに備えた点にある。可変光減衰器２５１により、多チャネル光増幅器１２１の各ポートに入力される光の入力パワーを一括で調整できる。

図９は、第３実施形態のマルチコア光ファイバ１７１ａの断面を示す図である。第３実施形態では、図９に示すように、被覆４３１で覆われたクラッド４２１上に、コア４０１−１〜４０１−Ｎが配置されたＮ＝１２コアのマルチコア光ファイバ１７１ａを用いた。また、マルチコア光ファイバ１７１ａは、マルチコア光ファイバ同士を接続する際の位置合わせのためのマーカ４４１を備える。クラッド径は２３０μｍ、コアの実効断面積は１１０μｍ^２、コア間隔は４０μｍとした。第３実施形態において、入力信号は２００波長を５０ＧＨｚ間隔で波長多重（ＷＤＭ）化したＷＤＭ光とし、それぞれの波長は偏波多重化し、３２ＱＡＭ方式で変調した２００波ＷＤＭ・偏波多重３２ＱＡＭ信号とした。

また、図８に示すように、第３実施形態の大容量光増幅中継システム１３は、一つの筐体に波長合波器１３２、入出力デバイス２０１、可変光減衰器２５１、及び、光アイソレータ２６１を収めた光学機器２００を有する点が、第２実施形態の大容量光増幅中継システム１２と異なる。これにより１台の光学機器で、Ｎコア分の光伝送路へのラマン励起光入力による光伝送路間の特性偏差の解消、および光パワー調整、アイソレーションの機能を持たせることができ、コストや設備の設置場所を抑えながら、大容量に対応した光増幅中継システムが実現できる。

第３実施形態の光学機器２００は一例であり、任意の機能を有する機能素子を組み合わせても良い。第２実施形態の大容量光増幅中継システム１２のように空間的に拡張するだけでなく、異なる機能を有する光学機器を複数組み合わせることで、より高性能な光増幅中継システムが実現できる。

図１０は、第３実施形態の多チャネル光増幅器１２１の概略の構成図である。多チャネル光増幅器１２１は、Ｋ個の光結合器４５１−１〜４５１−Ｋと、Ｋ個（Ｋは１以上の整数）の一括励起用光源４６１−１〜４６１−Ｋと、光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎとを備える。光伝送路１０１−ｎの光は、光増幅媒体４７１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）を通過する。光結合器４５１−ｋ（ｋは１以上Ｋ以下の整数）は、光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎの光路上に、一括励起用光源４６１−ｋの励起光を光学結合させる。第３実施形態では、一例として、Ｋ＝２台のマルチモードポンプレーザダイオードを一括励起用光源４６１−１、４６１−２として用い（非特許文献７を参照）、サイドポンプ方式により、光結合器４５１−１、４５１−２がＮ＝１２個の光増幅媒体４７１−１〜４７１−１２を励起する構成とした。

（第４実施形態）
第２実施形態では、空間的に多重化された複数のラマン励起光をマルチコア光ファイバに入力し、ラマン増幅を行う構成としていた。第４実施形態では、マルチコア光ファイバの各コアを伝送する光をいったん空間的に分離し、各光伝送路より個別にラマン増幅光を入力する構成とした。第４実施形態を、第２実施形態との差分を中心に説明するが、第３実施形態にその差分を適用してもよい。

図１１は、本発明の第４実施形態における大容量光増幅中継システム１４の概略の構成図である。光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎはそれぞれ、光路上にマルチコア光ファイバ１７１ｂのいずれかのコアを含む。大容量光増幅中継システム１４と、第２実施形態の大容量光増幅中継システム１２との主な違いは、励起光を空間的に多重化する点にある。第２実施形態の大容量光増幅中継システム１２は、励起光を空間的に多重化した後、複数チャネルの励起光を一括で波長合波し、マルチコア光ファイバに入力することでラマン励起を行う構成を有する。これに対し、第４実施形態の大容量光増幅中継システム１４は、各励起光を波長合波した後、空間的に多重化し、マルチコア光ファイバに入力することでラマン励起を行う構成を有する。大容量光増幅中継システム１４では、入出力デバイス２０２を用いてマルチコア光ファイバ１７１ｂにおける光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを一旦個別に分離した後、ラマン増幅用励起光源１５１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）からの励起光を波長合波器１３１−ｎにより光伝送路１０１−ｎに合波する。図１１では、Ｎ＝１９の場合を例に示している。

図１２は、第４実施形態に適用したマルチコア光ファイバ１７１ｂの断面を示す図である。被覆４３１で覆われたクラッド４２１上に、Ｎ＝１９個のコア４０１−１〜４０１−Ｎが配置されている。また、マルチコア光ファイバ１７１ｂは、マルチコア光ファイバ同士を接続する際の位置合わせのためのマーカ４４１を備える。クラッド径は２５０μｍ、コアの実効断面積は１００μｍ^２、コア間隔は３５μｍとした。第４実施形態において、入力信号は８０波長を５０ＧＨｚ間隔で波長多重（ＷＤＭ）化したＷＤＭ光とし、それぞれの波長は偏波多重化し、ＱＰＳＫ方式で変調した８０波ＷＤＭ・偏波多重ＱＰＳＫ信号とした。

Ｎ個のコア４０１−１〜４０１−Ｎは、コア種Ａ、コア種Ｂ、コア種Ｃの３種類の異なる屈折率分布を有するコアからなるヘテロジニアス構造のマルチコア光ファイバである。コア４０１−１、４０１−５、４０１−９、４０１−１２、４０１−１４、４０１−１７はコア種Ａ、コア４０１−２、４０１−４、４０１−７、４０１−１０、４０１−１３、４０１−１６、４０１−１８はコア種Ｂ、コア４０１−３、４０１−６、４０１−８、４０１−１１、４０１−１５、４０１−１９はコア種Ｃとしている。このように、１つの光ファイバに多数のコアを有するマルチコア光ファイバの場合、光ファイバの断面が限られているため、コアを密に配置する必要がある。しかし、コア間の距離が近づくにつれ、隣接コアからの光の漏れこみが増え、クロストークが増加する。各コアを独立した光伝送路として扱う非結合ないしは弱結合のマルチコア光ファイバの場合は、コア間クロストークにより信号品質が劣化する。そこで、異なる屈折率分布を有するコア同士は、漏れ光の影響を抑えられる性質を利用し、ヘテロジニアス構造の光ファイバとした。

図１１において、入出力デバイス２０３は、励起光によりラマン増幅された光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光をそれぞれ合波し、多チャネル光増幅器１２１に出力する。多チャネル光増幅器１２１は、第２実施形態又は第３実施形態と同様に、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを伝送する光の光強度を一括で増幅する。

以上、第４実施形態では、マルチコア光ファイバを含む複数の光伝送路からなる光増幅中継システムにおいて本発明の適用例を示した。マルチコア光ファイバを用い、光伝送路を空間的に多重化してシステムで利用することで、より大容量化に適し、複数の光伝送路間の特性偏差を抑えた光増幅中継システムを実現した。

（第５実施形態）
第１実施形態では、複数の光ファイバを伝送する光にラマン増幅を適用して、複数の光伝送路間の特性偏差を抑えたシステムを提供した。第２〜４実施形態では、マルチコア光ファイバの各コアを伝送する光にラマン増幅を適用して、複数の光伝送路間の特性偏差を抑えたシステムを提供した。これらに対して、第５実施形態では、前述のマルチコア光ファイバと前述の複数の光ファイバが縦列に設置された光伝送路への適用例を示す。第５実施形態を、上述した第４実施形態との差分を中心に説明する。

図１３は、本発明の第５実施形態における大容量光増幅中継システム１５の概略の構成図を示す。大容量光増幅中継システム１５と、第４実施形態の大容量光増幅中継システム１４との主な違いは、マルチコア光ファイバ１７１ｃの各コアを含む光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを個別の光伝送路に分離する入出力デバイス２０２の後に、分離された光伝送路１０１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）に複数の光ファイバ１１１−ｎを設けている点である。光信号がマルチコア光ファイバ１７１ｃの複数のコアと、複数の光ファイバ１１１−ｎとを伝送した後、ラマン増幅用励起光源１５１−ｎによる励起光が光信号に波長合波器１３１−ｎにより合波される。第５実施形態では、光ファイバ１１１−ｎ内で誘導ラマン散乱を発生させている。図１３では、Ｎ＝４の場合を例に示している。

図１４は、第５実施形態に適用したマルチコア光ファイバ１７１ｃの断面を示す図である。被覆４３１で覆われたクラッド４２１上に、Ｎ＝４個のコア４０１−１〜４０１−Ｎが配置されている。マルチコア光ファイバ１７１ｃは、コアが近接しているため、複数のコアの光信号が結合しながら伝送する結合コア型のマルチコア光ファイバである。クラッド径は１２５μｍ、コアの実効断面積は１１０μｍ^２、コア間隔は２０μｍとした。

図１３において、４コアのマルチコア光ファイバ１７１ｃは２０ｋｍ長、４つの光ファイバ１１１−１〜１１１−４は４０ｋｍ長とした。１００波長、２５ＧＨｚ間隔、偏波多重ＱＰＳＫで変調した光信号を４つの光伝送路１０１−１〜１０１−４に入力し、マルチコア光ファイバ１７１ｃ、および光ファイバ１１１−１〜１１１−４を伝送させた。光ファイバ１１１−１〜１１１−４を伝送後、入出力デバイス２０３を用いて４つの光伝送路を合波し、４チャネル光増幅器を多チャネル光増幅器１２１として用いて光強度を一括で増幅した。伝送後の４つの光伝送路の信号品質が最良になるよう、ラマン増幅用励起光源１５１を用いて、４つの光伝送路のうちの一部の光伝送路にラマン増幅を適用した。
例えば、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−４のうち少なくとも一つが光伝送路の特性差に応じた光強度の励起光を出力することにより、大容量光増幅中継システム１５は、一部の光伝送路における所望のラマン増幅量を得てもよい。光伝送路の特性差は、マルチコア光ファイバ１７１ｃのコア間の伝送損失のばらつきと、光ファイバ１１１−１〜１１１−４間の伝送損失のばらつきとに基づいて定められてもよい。マルチコア光ファイバ１７１ｃ及び光ファイバ１１１−１〜１１１−４における伝送損失が最も大きい光伝送路、又は、伝送される光信号の光パワーが最も低い光伝送路にラマン増幅が適用されてもよい。また、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−４が出力する励起光の光強度は、多チャネル光増幅器１２１の各チャネルの利得のばらつき、又は、伝送される光信号に要求されるＯＳＮＲに基づいて定められてもよい。

なお、第５実施形態では、光ファイバ１１１−１〜１１１−４中で誘導ラマン散乱が発生させるようにしたが、光ファイバとマルチコア光ファイバとの両方でラマン増幅する構成としても良い。また、順番は逆でも良く、光信号を複数の光ファイバ中を伝搬させた後、光信号がマルチコア光ファイバのコアを伝搬するようにしてもかまわない。以上、第５実施形態では、マルチコア光ファイバと複数の光ファイバとを含む複数の光伝送路からなる光増幅中継システムにおいて本発明の適用例を示した。光伝送路の一部にラマン増幅を適用し、複数の光伝送路の伝送特性が最良になるよう設定した光増幅中継システムを実現した。

（第６実施形態）
第６実施形態は、光伝送路が複数のマルチコア光ファイバを含む光増幅中継システムの一例を示す。第６実施形態を、上述した実施形態との差分を中心に説明する。

図１５は、本発明の第６実施形態における大容量光増幅中継システム１６の概略の構成図を示す。光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光はそれぞれ、Ｍ本（Ｍは２以上の整数、Ｍ＜Ｎ）のマルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−Ｍのいずれかのコアを伝搬する。第６実施形態では、Ｎ＝１２、Ｍ＝３の例を示す。大容量光増幅中継システム１６は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎと、波長合波器１３２−１〜１３２−Ｍと、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎと、入出力デバイス２０１−１〜２０１−Ｍ、２０２−１〜２０２−Ｍ、２０３と、光アイソレータ２６１と、多チャネル光増幅器１２１と、光アイソレータ２６２とを備える。

図１５において、マルチコア光ファイバ１７１−ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の各コアには、光伝送路１０１−（４ｍ−３）〜１０１−４ｍそれぞれの光が挿入される。第３実施形態と同様に、ラマン増幅用励起光源１５１−（４ｍ−３）〜１５１−４ｍからの励起光は、入出力デバイス２０１−ｍを介して波長合波器１３２−ｍに入力される。波長合波器１３２−ｍは、ラマン増幅用励起光源１５１−（４ｍ−３）〜１５１−４ｍからの励起光を、マルチコア光ファイバ１７１−ｍの各コアに合波する。励起光の合波後、入出力デバイス２０２−ｍは、マルチコア光ファイバ１７１−ｍの各コアを伝送した光伝送路１０１−（４ｍ−３）〜１０１−４ｍの光を分離する。

入出力デバイス２０３は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光をマルチコア光ファイバの各コアに挿入する。以降の処理は、第３実施形態と同様である。すなわち、光アイソレータ２６１は、マルチコア光ファイバの各コアを伝送する光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を多チャネル光増幅器１２１の方向に出力し、多チャネル光増幅器１２１は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを伝送する光を一括して増幅する。光アイソレータ２６２は、多チャネル光増幅器１２１が増幅した光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を、光アイソレータ２６１と同じ方向に出力する。

このように、第６実施形態では、１台の多チャネル光増幅器１２１で、複数のマルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−Ｍを伝搬した光信号を効率的に一括で増幅する構成としている。そして、ラマン増幅を用いて、マルチコア光ファイバの複数のコア間、および複数のマルチコア光ファイバ間の特性偏差を補償する構成としている。それにより、大容量化に適し、複数の光伝送路間の信号品質を均一化した光増幅中継システムを実現した。

（第７実施形態）
第７実施形態では、複数のマルチコア光ファイバと、複数台の多チャネル光増幅器を含む光増幅中継システムの一例を示す。第７実施形態を、第６実施形態との差分を中心に説明する。

図１６は、本発明の第７実施形態における大容量光増幅中継システム１７の概略の構成図である。大容量光増幅中継システム１７は、マルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−３と、入出力デバイス２０２−１〜２０２−３と、波長合波器１３１−１〜１３１−６、１３２と、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−６と、入出力デバイス２０３−１〜２０３−２と、光アイソレータ２６１−１〜２６１−２と、多チャネル光増幅器１２１−１〜１２１−２と、光アイソレータ２６２−１〜２６２−２とを備える。図１６では、多チャネル光増幅器１２１−１と、光アイソレータ２６１−１、２６２−１とを一つの筐体に備え、１台の増幅装置１２３としている。

入出力デバイス２０２−１は、マルチコア光ファイバ１７１−１の各コアを伝送した光伝送路１０１−１〜１０１−４の光を分離する。波長合波器１３１−１、１３１−２はそれぞれ、ラマン増幅用励起光源１５１−１、１５１−２からの励起光を、光伝送路１０１−１、１０１−２の光に合波する。

入出力デバイス２０２−２は、マルチコア光ファイバ１７１−２の各コアを伝送した光伝送路１０１−５〜１０１−８の光を分離する。波長合波器１３１−３、１３１−４はそれぞれ、ラマン増幅用励起光源１５１−３、１５１−４からの励起光を、光伝送路１０１−５、１０１−７の光に合波する。

波長合波器１３２は、入出力デバイス２０１により空間多重化された、ラマン増幅用励起光源１５１−５、１５１−６からの励起光を、マルチコア光ファイバ１７１−３の各コアの光に合波する。入出力デバイス２０２−３は、マルチコア光ファイバ１７１−３の各コアを伝送した光を個々の光伝送路１０１−９〜１０１−１２の光に分離する。

入出力デバイス２０３−ｉ（ｉ＝１，２）は、光伝送路１０１−（６ｉ−５）〜１０１−６ｉの光をそれぞれ６以上のコアを有するマルチコア光ファイバの各コアに挿入する。光アイソレータ２６１−ｉは、光伝送路１０１−（６ｉ−５）〜１０１−６ｉの光を、多チャネル光増幅器１２１−ｉの方向のみに透過する機能を有する。多チャネル光増幅器１２１−ｉは、光伝送路１０１−（６ｉ−５）〜１０１−６ｉを伝送する光を増幅する。光アイソレータ２６２−ｉは、多チャネル光増幅器１２１−ｉが増幅した光伝送路１０１−（６ｉ−５）〜１０１−６ｉの光を、光アイソレータ２６１−ｉと同じ方向に出力する。

上述したように、第７実施形態では、複数のマルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−３を並列に並べた光伝送システムであって、かつ一括励起の多チャネル光増幅器を複数並列に用いた光伝送システムを提供した。また、マルチコア光ファイバ１７１−１、および１７１−２には、第４実施形態（図１１）で示した誘導ラマン散乱方式、マルチコア光ファイバ１７１−３には、第２実施形態（図６）で示した誘導ラマン散乱方式を適用した。このように、本発明は、任意の光ファイバ、一括励起光増幅器を用いた光伝送システムに適用可能であり、前述の複数の実施形態を組み合わせることができる。

（第８実施形態）
第８実施形態では、光伝送路別に多チャネル光増幅器による増幅後の光の強度を計測し、計測値に応じて光伝送路ごとに励起光によるラマン増幅量を設定した光増幅中継システムを提供する。第８実施形態を、上述した実施形態との差分を中心に説明する。

図１７は、本発明の第８実施形態における大容量光増幅中継システム１８の概略の構成図である。大容量光増幅中継システム１８は、入出力デバイス２０４と、マルチコア光ファイバ１７１と、波長合波器１３２と、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎと、入出力デバイス２０１と、光アイソレータ２６１と、可変光減衰器２５１と、多チャネル光増幅器１２１と、入出力デバイス２０５と、光アイソレータ２６２−１〜２６２−Ｎと、光タップ３０１−１〜３０１−Ｎと、光計測器３２１−１〜３２１−Ｎとを備える。図１７では、Ｎ＝７の場合を例に示している。波長合波器１３２と、光アイソレータ２６１と、可変光減衰器２５１とが、大容量光増幅用光学機器５３１に備えられる。

入出力デバイス２０４は、ファンイン／ファインアウト入出力デバイスであり、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を入力ポート２１１−１〜２１１−Ｎから入力し、入力した光をマルチコア光ファイバ１７１の各コアに挿入する。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光は、入出力デバイス２０１を介して波長合波器１３２に入力される。波長合波器１３２は、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光を、マルチコア光ファイバ１７１の各コアの光に合波する。マルチコア光ファイバ１７１の各コアを伝送する光は、光アイソレータ２６１を通過し、可変光減衰器２５１で一括して減衰される。多チャネル光増幅器１２１は、各光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を一括して増幅する。ファンイン／ファインアウト入出力デバイスである入出力デバイス２０５は、各光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を分岐して各出力ポート２３１−１〜２３１−Ｎに出力する。入出力デバイス２０５から出力される光伝送路１０１−ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の光は、それぞれ光アイソレータ２６２−ｎを通過し、光タップ３０１−ｎにより分岐される。光計測器３２１−ｎは、光タップ３０１−ｎが分岐した光の光強度を計測する。

上述したように、第８実施形態では、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光路上に光タップ３０１−１〜３０１−Ｎを備え、これら光タップ３０１−１〜３０１−Ｎにより分岐された分岐光の光強度が光計測器３２１−１〜３２１−Ｎにより計測される。この計測値に応じて、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎを用いたラマン増幅量が設定される。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎは、光伝送路の測定値に応じた光強度の励起光を出力してもよい。また、各光伝送路の測定値に基づいて、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎから、励起光を出力するラマン増幅用励起光源が選択されてもよい。
計測値に応じたラマン増幅量の設定は、例えば、光計測器３２１−１〜３２１−Ｎや外部の制御装置などの任意の装置が行ってもよく、ユーザが行ってもよい。制御装置がラマン増幅量の設定を行う場合、制御装置は、光強度の計測値と光強度の基準値との差分を算出し、算出した差分を補償する増幅量が得られるようにラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎが出力する励起光の光強度を制御してもよい。このようなモニタ機能／フィードバック機能を備えることで、本発明が任意のシステムに容易に適用可能である。

（第９実施形態）
第９実施形態では、各光伝送路を伝送する光のラマン増幅後の光強度を計測し、計測値に応じて光伝送路ごとに励起光によるラマン増幅量を設定する。第９実施形態を、上述した実施形態との差分を中心に説明する。

図１８は、本発明の第９実施形態における大容量光増幅中継システム１９の概略の構成図である。大容量光増幅中継システム１９は、入出力デバイス２０４と、マルチコア光ファイバ１７１と、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎと、入出力デバイス２０１と、波長合波器１３２と、可変光減衰器２５１と、光タップ３０２と、光アイソレータ２６１と、多チャネル光増幅器１２１と、光アイソレータ２６２と、入出力デバイス２０５と、入出力デバイス２０６と、光計測器３２１−１〜３２１−Ｎとを備える。図１８では、Ｎ＝７の場合を例に示している。波長合波器１３２及び可変光減衰器２５１は、大容量光増幅用光学機器５３１に備えられる。また、多チャネル光増幅器１２１と、光アイソレータ２６１、２６２とを一つの筐体に備え、１台の増幅装置１２３としている。

入出力デバイス２０４は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎにより伝送する光を入力ポート２１１−１〜２１１−Ｎから入力し、マルチコア光ファイバ１７１の各コアに挿入する。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光は、入出力デバイス２０１を介して波長合波器１３２に入力される。波長合波器１３２は、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光を、マルチコア光ファイバ１７１の各コアの光に合波しラマン増幅する。

マルチコア光ファイバ１７１の各コアを伝送する光は、ラマン増幅後、可変光減衰器２５１で一括して減衰される。光アイソレータ２６１は、マルチコア光ファイバの各コアを伝送する光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を多チャネル光増幅器１２１の方向に出力する。多チャネル光増幅器１２１は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎを伝送する光を一括して増幅する。光アイソレータ２６２は、多チャネル光増幅器１２１が増幅した光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を、入出力デバイス２０５の方向に通過させる。入出力デバイス２０５は、各光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を分岐して各出力ポート２３１−１〜２３１−Ｎに出力する。

光タップ３０２は、Ｎチャネルの集積型光タップであり、可変光減衰器２５１による減衰後のＮ個のコアそれぞれを伝送する光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光をタップする。ファンイン／ファインアウト入出力デバイスである入出力デバイス２０６は、光タップ３０２により分岐されたＮコア分の分岐光を空間的に分離する。光計測器３２１−１〜３２１−Ｎはそれぞれ、分離された光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの分岐光の光強度を計測する。この計測値に応じて、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎを用いたラマン増幅量が設定される。計測値に応じたラマン増幅量の設定は、第８実施形態と同様に、光計測器３２１−１〜３２１−Ｎや外部の制御装置などの任意の装置が行ってもよく、ユーザが行ってもよい。このようなモニタ機能／フィードバック機能を備えることで、本発明が任意のシステムに容易に適用可能である。

（第１０実施形態）
これまでの実施形態はいずれも光ファイバ伝送後、ラマン励起光を光信号が伝搬する向きとは逆に入力する後方ラマン散乱を用いたが、前方ラマン散乱を用いても同様の効果が得られる。第１０実施形態を、上述した実施形態との差分を中心に説明する。

図１９は、本発明の第１０実施形態における大容量光増幅中継システム２０の概略の構成図である。第１０実施形態では、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎを用いた前方ラマン励起、ラマン増幅用励起光源１５１−（Ｎ＋１）〜１５１−２Ｎを用いた後方ラマン励起が行われる。大容量光増幅中継システム２０は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光路上に備えられたＮ＝７チャネルの集積型光タップである光タップ３０２、及び、光タップ３０２による分岐光の光モニタである光計測器３２１−１〜３２１−Ｎを備えている。波長合波器１３２、光タップ３０２及び可変光減衰器２５１は、大容量光増幅用光学機器５３１に備えられる。また、図１９では、多チャネル光増幅器１２１と、光アイソレータ２６１、２６２とを一つの筐体に備え、１台の増幅装置１２３としている。

入出力デバイス２０４は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎにより伝送する光を入力ポート２１１−１〜２１１−Ｎから入力し、マルチコア光ファイバ１７１の各コアに挿入する。ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光は、入出力デバイス２０１−１を介して波長合波器１３３に入力される。波長合波器１３３は、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎからの励起光を、前方ラマン散乱のために、マルチコア光ファイバ１７１の各コアの光に合波する。

ラマン増幅用励起光源１５１−（Ｎ＋１）〜１５１−２Ｎからの励起光は、入出力デバイス２０１−２を介して波長合波器１３２に入力される。波長合波器１３２は、ラマン増幅用励起光源１５１−（Ｎ＋１）〜１５１−２Ｎからの励起光を、後方ラマン散乱のために、マルチコア光ファイバ１７１の各コアの光に合波する。光タップ３０２は、マルチコア光ファイバ１７１のＮ個のコアそれぞれを伝送する光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光をタップする。入出力デバイス２０６は、光タップ３０２により分岐されたＮコア分の分岐光を空間的に分離する。光計測器３２１−１〜３２１−Ｎはそれぞれ、分離された光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの分岐光の光強度を計測する。可変光減衰器２５１は、マルチコア光ファイバ１７１の各コアを伝送する光を、一括して減衰させる。光アイソレータ２６１、多チャネル光増幅器１２１、光アイソレータ２６２及び入出力デバイス２０５は、第９実施形態の大容量光増幅中継システム１９と同様に動作する。第８〜第９実施形態と同様に、光計測器３２１−１〜３２１−Ｎで計測した計測値に応じて、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−２Ｎが出力する励起光の光強度をユーザが設定しても良いし、自動フィードバックにより、計測値に応じてラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−２Ｎが出力する励起光の光強度が調整されるようにしても良い。

（第１１実施形態）
第１１実施形態では、大容量光増幅中継システムにおける大容量光増幅器を示す。
図２０は、本発明の第１１実施形態における大容量光増幅器５２１の概略の構成図である。大容量光増幅器５２１は、上述した実施形態の波長合波器１３２、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎ、入出力デバイス２０１、可変光減衰器２５１、光アイソレータ２６１、多チャネル光増幅器１２１及び光アイソレータ２６２を１つの筐体に収めた構成であり、大容量光増幅中継システムに適合する。図２０では、Ｎ＝１２の場合を例に示している。

図２０では、大容量光増幅器５２１は、複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポート２１１と、多チャネル光増幅器１２１により増幅された光を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポート２３１とを有している。なお、大容量光増幅器５２１は、複数の光伝送路にそれぞれに接続される少なくともＮ個の入力ポート２１１−１〜２１１−Ｎと、多チャネル光増幅器１２１により増幅された光を出力する少なくともＮ個の出力ポート２３１−１〜２３１−Ｎとを有してもよい。

図２１は、大容量光増幅器５２１の外観を示す図である。大容量光増幅器５２１の筐体には、表示画面６０１と、大容量光増幅器５２１へユーザ操作を入力する操作パネル６１１と、電源スイッチ６２１と、Ｎ個のコアを有する入力ポート２１１と、Ｎ個のコアを有する出力ポート２３１とが備えられる。

図２２は、第１１実施形態における大容量光増幅器５２１を適用した大容量光増幅中継システム２１の実施例を示す図である。図２２に示すように、大容量光増幅中継システム２１は、マルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−Ｐ、および大容量光増幅器５２１−１〜５２１−Ｑを用いている。ＰとＱは１以上の整数であり、図２２では、Ｐ＝４、Ｑ＝３の場合を例に示している。入出力デバイス２０４は、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎにより伝送する光をマルチコア光ファイバ１７１−１の各コアに挿入する。図２２では、Ｎ＝１２の場合を例に示している。マルチコア光ファイバ１７１−１を伝搬した後、各コアの光は大容量光増幅器５２１−１により増幅される。以降は、マルチコア光ファイバ１７１−ｐ（ｐは１以上Ｐ以下の整数）を伝搬した各コアの光を、その後段の大容量光増幅器５２１−ｑ（ｑは１以上Ｑ以下の整数）が増幅することを順に繰り返す。入出力デバイス２０５は、マルチコア光ファイバ１７１−Ｐの各コアの光を出力ポート２３１−１〜２３１−Ｎに出力する。

このように、本発明で用いる機能を装置化することで、容易に本発明で開示する光増幅中継システムが実現できる。

（第１２実施形態）
第１２実施形態では、第１〜第１１実施形態で開示した大容量光増幅中継システム、および光増幅器を適用した光通信システムの一例を示す。

図２３は、本発明の第１２実施形態における光通信システム２２の概略図である。光通信システム２２は、マルチコア光ファイバ１７１−１〜１７１−Ｐ、および大容量光増幅器５２１−１〜５２１−Ｑ、及び、多チャネル光増幅器１２１−１〜１２１−Ｑを備える。さらに、光通信システム２２は、送信端に光送信器５０１−１〜５０１−Ｎと空間多重光合波器２０７を、受信端に空間多重光分波器２０８と光受信器５１１−１〜５１１−Ｎを備える。図２３では、Ｐ＝４、Ｑ＝３、Ｎ＝７の場合を例に示している。なお、多チャネル光増幅器１２１−１〜１２１−Ｑの全て又は一部に代えて、増幅装置１２３を用いてもよい。また、Ｐ＝３、Ｑ＝４のようにＰよりＱの方が大きくても良いし、Ｐ＝Ｑでも良い。

空間多重光合波器２０７は、光送信器５０１−１〜５０１−Ｎが出力した光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの光を、マルチコア光ファイバ１７１−１の各コアに出力する。以降は、マルチコア光ファイバ１７１−ｐ（ｐは１以上Ｐ以下の整数）の各コアを伝搬した光を、その後段の大容量光増幅器５２１−ｑ及び多チャネル光増幅器１２１−ｑ（ｑは１以上Ｑ以下の整数）が増幅することを順に繰り返す。空間多重光分波器２０８は、マルチコア光ファイバ１７１−Ｐの各コアの光を分岐して、光受信器５１１−１〜５１１−Ｎに出力する。

このように、光伝送路１０１−１〜１０１−Ｎの送信信号は、マルチコア光ファイバ１７１、大容量光増幅器５２１、多チャネル光増幅器１２１を基本単位として、複数回繰り替えして伝送され、マルチコア光ファイバ１７１−Ｐを通過した後、受信される。図２３では、上述した実施形態の大容量光増幅中継システム、および光増幅器を、最も簡単な例としてポイント・ツー・ポイントの光通信システムに適用した例を示した。更に、上述した実施形態の大容量光増幅中継システムおよび光増幅器は、ポイント・ツー・ポイント以外のネットワーク・トポロジを有する複雑な光通信システムにも有用である。

従来は、マルチコア光ファイバを用いた伝送システムにおいて、すべてのコアの光を増幅するために、ダブルクラッド構造のマルチコア・エルビウム／イッテルビウム添加ファイバなどを用いた一括励起方式による一括増幅が提案されていた。しかし、一括励起方式ではマルチコアのすべてのコアを一律に励起するため、各コアでの光信号間の特性差を補償することができないことがあった。上述した実施形態によれば、マルチコア光ファイバの各コアでの光信号間の特性差（光パワーの差）をラマン励起で補償した後に、一括励起で信号を増幅する。これにより、一括励起の光増幅器が用いられる場合に、光伝送路間の特性ばらつきを解消し、ＯＳＮＲの劣化を防ぎ、低消費電力で大容量化に適した大容量光増幅中継システムを実現することができる。

以上説明した実施形態によれば、光増幅中継システム（例えば、大容量光増幅中継システム１１〜２１、光通信システム２２）は、光ファイバを含む複数の光伝送路と、多チャネル光増幅器（例えば、多チャネル光増幅器１２１）と、波長合波器（例えば、波長合波器１３１−１〜１３１−Ｎ、１３２）と、ラマン増幅用励起光源（例えば、ラマン増幅用励起光源１５１−１〜１５１−Ｎ）を有する。多チャネル光増幅器は、Ｋ個（Ｋは１以上の整数）の一括励起用光源（例えば、一括励起用光源４６１）と、Ｎ個（Ｎ＞Ｋの整数）の光増幅媒体（例えば、光増幅媒体４７１−１〜４７１−Ｎ）と、該一括励起用光源からの光を該光増幅媒体に結合する一以上の光結合器（例えば、光結合器４５１）とからなる。多チャネル光増幅器は、該Ｋ個の一括励起用光源により該Ｎ個の光増幅媒体を通過する光の強度を一括で増幅する。波長合波器は、光伝送路のうちの少なくとも一つの光伝送路に、光信号帯域とは異なる波長の光を合波する。ラマン増幅用励起光源は、光信号帯域とは異なる波長の励起光を出力する。光増幅中継システムにおいては、該励起光により光信号帯域の光強度がラマン増幅される。このラマン増幅による増幅量は、複数の光伝送路を通過する光信号の特性差に応じて設定される。

複数の光伝送路は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ（例えば、マルチコア光ファイバ１７１、１７１ａ，１７１ｂ、１７１ｃ）を含んでもよい。この場合、波長合波器は、マルチコア光ファイバの各コアに光信号帯域とは異なる波長の光を合波する。マルチコア光ファイバ、波長合波器、及び、多チャネル光増幅器のＮ個の光路は、それぞれ光学的に結合するよう相互接続されている。また、複数の光伝送路それぞれを伝搬する光の一部を分岐する光タップ（例えば、光タップ３０２）を備えてもよい。ラマン増幅による増幅量は、光タップが分岐した光の光強度に応じて設定される。

また、複数の光伝送路が、Ｎ本の光ファイバ（例えば、光ファイバ１１１−１〜１１１−Ｎ）を含み、これらＮ本の光ファイバそれぞれの光路上に、該光路を伝搬する光を分岐する光タップ（例えば、光タップ３０１−１〜３０１−Ｎ）を備えてもよい。ラマン増幅による増幅量は、光タップが分岐した光の光強度に応じて設定される。

また、光増幅中継システムは、多チャネル光増幅器と、波長合波器と、ラマン増幅用励起光源と、複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、多チャネル光増幅器により増幅された光を出力する少なくともＮ個の出力ポートとを有する増幅器（例えば、大容量光増幅器５２１）を備えてもよい。あるいは、光増幅中継システムは、多チャネル光増幅器と、波長合波器と、ラマン増幅用励起光源と、複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、増幅された光を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートとを有する増幅器を備えてもよい。

また、光増幅中継システムは、（１）多チャネル光増幅器及び波長合波器を有する光増幅器、（２）多チャネル光増幅器と、波長合波器と、ラマン増幅用励起光源と、複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、多チャネル光増幅器により増幅された光を出力する少なくともＮ個の出力ポートとを有する第一の増幅器、（３）多チャネル光増幅器と、波長合波器と、ラマン増幅用励起光源と、複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、増幅された光を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートとを有する第二の増幅器、のうちいずれかを少なくとも１つを有する。

以上説明した実施形態によれば、複数の光伝送路の光強度を一括で増幅可能な多チャネル光増幅器を用いた大容量光増幅中継システムにおいて、複数の光伝送路間の特性偏差を軽減することが可能となり、良好な特性を有する光増幅中継システムが実現される。

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。

本発明は、複数の光伝送路間の特性偏差を軽減した効率の良い光増幅が要求される用途に適用できる。

１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１…大容量光増幅中継システム，
２２…光通信システム，
１０１−１〜１０１−１２…光伝送路，
１１１−１〜１１１−７…光ファイバ，
１２１、１２１−１〜１２１−２…多チャネル光増幅器，
１２３…増幅装置，
１３１−１〜１３１−７…波長合波器，
１３２、１３２−１〜１３２−３…波長合波器，
１５１−１〜１５１−１４…ラマン増幅用励起光源，
１７１、１７１−１〜１７１−４、１７１ａ，１７１ｂ、１７１ｃ…マルチコア光ファイバ，
２００…光学機器，
２０１、２０１−１〜２０１−３、２０２、２０２−１〜２０２−３、２０３、２０４、２０５、２０６…入出力デバイス，
２０７…空間多重光合波器，
２０８…空間多重光分波器，
２１１−１〜２１１−１２…入力ポート，
２３１−１〜２３１−１２…出力ポート，
２５１…可変光減衰器，
２６１、２６１−１〜２６１−７、２６２、２６２−１〜２６２−７…光アイソレータ，
３０１−１〜３０１−７、３０２…光タップ，
３２１−１〜３２１−７…光計測器，
４０１−１〜４０１−１９…コア，
４２１…クラッド，
４３１…被覆，
４４１…マーカ，
４５１、４５１−１、４５１−２…光結合器，
４６１、４６１−１、４６１−２…一括励起用光源，
４７１−１〜４７１−１２…光増幅媒体，
５０１−１〜５０１−７…光送信器，
５１１−１〜５１１−７…光受信器，
５２１、５２１−１〜５２１−３…大容量光増幅器，
５３１…大容量光増幅用光学機器，
６０１…表示画面，
６１１…操作パネル，
６２１…電源スイッチ

Claims (10)

1. 光ファイバを含む複数の光伝送路と、
   Ｋ個（Ｋは１以上の整数）の一括励起用光源、Ｎ個（Ｎ＞Ｋの整数）の光増幅媒体、及び、前記Ｋ個の一括励起用光源から出力された光を前記Ｎ個の光増幅媒体に結合する一以上の光結合器からなり、前記Ｋ個の一括励起用光源により、前記Ｎ個の光増幅媒体を通過し前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器と、
   前記光信号の帯域とは異なる波長の励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、
   前記複数の光伝送路のうちの少なくとも一つの光伝送路に、前記光信号の帯域とは異なる波長の前記励起光を合波する波長合波器と、
   を備え、
   前記励起光により前記光信号の帯域の光強度がラマン増幅される光増幅中継システムにおいて、
   前記複数の光伝送路のうち伝送特性が最も良い光伝送路以外の（Ｎ−１）個以下の光伝送路にラマン増幅が適用され、
   前記ラマン増幅が適用された光伝送路を通過する前記光信号の特性差に応じて、前記ラマン増幅用励起光源が出力する前記励起光の光強度が設定される、
   光増幅中継システム。
2. 複数の前記光伝送路は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバを含む、
   請求項１に記載の光増幅中継システム。
3. 前記波長合波器は、前記マルチコア光ファイバの各コアに前記光信号の帯域とは異なる波長の前記励起光を合波し、
   前記マルチコア光ファイバ、前記波長合波器、及び、前記多チャネル光増幅器のＮ個の光路は、それぞれ光学的に結合するよう相互接続されている、
   請求項２に記載の光増幅中継システム。
4. 前記複数の光伝送路それぞれを伝搬する前記光信号を分岐する光タップを備え、
   前記ラマン増幅用励起光源が出力する前記励起光の光強度は、前記光タップが分岐した前記光信号の光強度に応じて設定される、
   請求項２又は請求項３に記載の光増幅中継システム。
5. 前記複数の光伝送路は、Ｎ本の光ファイバを含み、
   前記Ｎ本の光ファイバそれぞれの光路上に、前記光路を伝搬する前記光信号を分岐する光タップを備え、
   前記ラマン増幅用励起光源が出力する前記励起光の光強度は、前記光タップが分岐した前記光信号の光強度に応じて設定される、
   請求項１に記載の光増幅中継システム。
6. 前記光増幅中継システムは、
   前記多チャネル光増幅器と、
   前記波長合波器と、
   前記ラマン増幅用励起光源と、
   前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、
   前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個の出力ポートと、
   を有する増幅器を備える、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光増幅中継システム。
7. 前記光増幅中継システムは、
   前記多チャネル光増幅器と、
   前記波長合波器と、
   前記ラマン増幅用励起光源と、
   前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、
   前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートと、
   を有する増幅器を備える、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光増幅中継システム。
8. 前記多チャネル光増幅器及び前記波長合波器を有する光増幅器、
   又は、
   前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個の入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個の出力ポートとを有する第一の増幅器、
   又は、
   前記多チャネル光増幅器と、前記波長合波器と、前記ラマン増幅用励起光源と、少なくとも、前記複数の光伝送路に接続される少なくともＮ個のコアを有する入力ポートと、前記多チャネル光増幅器により増幅された前記光信号を出力する少なくともＮ個のコアを有する出力ポートとを有する第二の増幅器、
   のうち少なくとも１つを有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光増幅中継システム。
9. 光ファイバを含む複数の光伝送路に接続される光増幅器であって、
   前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器と、
   前記光信号の波長帯域以外の波長を有する励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、
   前記複数の光伝送路のうち少なくとも一つの光伝送路に前記励起光を合波する波長合波器と、
   を備え、
   前記複数の光伝送路のうち伝送特性が最も良い光伝送路以外の一部の光伝送路に前記励起光が合波されることで前記一部の光伝送路を伝搬する光信号の波長帯域の光強度が前記励起光によりラマン増幅され、
   前記ラマン増幅用励起光源は、前記一部の光伝送路を通過する前記光信号間の特性差に応じた光強度の前記励起光を出力する、
   光増幅器。
10. 光ファイバを含む複数の光伝送路に接続され、前記複数の光伝送路を伝搬する光信号の光強度を一括で増幅する多チャネル光増幅器に接続される光増幅器であって、
    前記光信号の波長帯域以外の波長を有する励起光を出力するラマン増幅用励起光源と、
    前記複数の光伝送路のうち少なくとも一つの光伝送路に前記励起光を合波する波長合波器と、
    を備え、
    前記複数の光伝送路のうち伝送特性が最も良い光伝送路以外の一部の光伝送路に前記励起光が合波されることで前記一部の光伝送路を伝搬する光信号の波長帯域の光強度が前記励起光によりラマン増幅され、
    前記ラマン増幅用励起光源は、前記一部の光伝送路を通過する前記光信号間の特性差に応じた光強度の前記励起光を出力する、
    光増幅器。

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