JP7060648B2 - ラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器、ラマン増幅システム - Google Patents

ラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器、ラマン増幅システム Download PDF

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Description

本発明は、ラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器、ラマン増幅システムに関するものである。
これまで光ファイバ通信において、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いて、伝送距離、伝送容量の拡大が成されてきた。しかし現在では、ＥＤＦＡだけでなくラマン増幅を活用し、両者を有効に組み合せることが必要不可欠な技術となっている。現在、ラマン増幅として主に用いられているのは、ラマン増幅用の光ファイバに対して、信号光の伝搬方向と反対の方向に伝搬するように励起光を入射する後方励起ラマン増幅である。しかし、次世代に向けた更なる高速化（１００Ｇｂ／ｓ）、長距離化（１００ｋｍ伝送）、広帯域化（Ｌ、Ｓ－ｂａｎｄの活用）のためには、前方励起ラマン増幅と呼ばれる、ラマン増幅用の光ファイバに対して信号光の伝搬方向と同一方向に伝搬するように励起光を入射する方式を後方励起ラマン増幅と同時に用いることが鍵となっている。この方式は、双方向励起ラマン増幅と呼ばれる。なお、波長多重励起方式を用いることにより後方励起ラマン増幅のみでもラマン利得の平坦化、広帯域化は達成できるが、双方向励起ラマン増幅を利用しないと雑音指数（ＮＦ）の平坦化が達成できないことが報告されている（非特許文献１、２）。
ここで、これまでＥＤＦＡ用励起光源として広く用いられてきた１４ＸＸｎｍ帯半導体レーザモジュール（ＬＤＭ）とは別に、なぜ新たにインコヒーレントな前方励起ラマン増幅用励起光源が必要であるかを述べる。ラマン増幅、特には前方励起ラマン増幅で必要とされる主な特性を下記に挙げる。
（１）低ＲＩＮトランスファー（Relative Intensity Noise ：相対強度雑音）
（２）低ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering ：誘導ブリルアン散乱）
（３）低非線形効果
これに加えて、現在の広帯域な波長多重伝送（ＤＷＤＭ伝送）に対応するために、
（４）広帯域な波長域で増幅利得を制御して光増幅
を行える必要がある。
ＲＩＮとは、レーザ光の微小な強度変動成分を全光出力で規格化した指標である。ラマン増幅という現象は、利得を生み出す励起準位の寿命が短い（≒数ｆｓｅｃ）ため、励起光源に強度雑音があるとそのまま増幅過程を通じて信号光の雑音となってしまう。ＥＤＦＡでは励起準位の寿命が長い（≒１０ｍｓｅｃ）ためこのようなおそれはなかった。ラマン増幅は、単位長さ当たりの利得がＥＤＦＡに比べて非常に小さいが、前方励起ラマン増幅では、信号光と励起光とが長距離にわたって光ファイバ中を一緒に伝播することにより、徐々に励起光の雑音が信号光の雑音として乗り移る。これをＲＩＮトランスファーと呼ぶ。後方励起ラマン増幅では、信号光と励起光が対向しているので、ある雑音成分を持った励起光と信号光が交差する時間が短く、励起光の雑音が信号光に与える影響は少ない。また、励起光の雑音はランダムであるため、信号光が影響を受けたとしても対向して進むうちに平均化される。以上のことから分かるように、前方励起ラマン増幅では、ＲＩＮトランスファーが低いという特性が要求され、特に信号光と励起光の群速度差が小さく、平行して光ファイバ内を伝送する時間が長くなる分散シフトファイバ(ＤＳＦ)などでは、このＲＩＮトランスファーの低減は重要である。
ＳＢＳは、３次の非線形光学効果の１つであり、光によって光ファイバ中に励起された音響フォノンによって光の一部が後方に散乱される現象である。励起光についてはＳＢＳが起こると励起光が後方に散乱され、有効にラマン増幅に寄与しなくなるので好ましくない。一般的に全光出力強度が同じであれば、シングルモード発振、狭線幅なレーザ光を出力する励起光源はＳＢＳを容易に発生するので、発振縦モードの数を増やして縦モード１本当たりの光出力を減らした励起光源の方が、ラマン利得を減らさずにＳＢＳを抑制することができる。発振縦モードが連続的でブロードなスペクトル幅を持った光源なら尚更有効にＳＢＳを抑制できる。
非線形効果は信号光の歪を引き起こし、通信品質劣化に繋がるので避けなければならない。現在の光通信は波長多重通信が一般的であり、１つの波長の信号光のパワーが小さくても、多重化することで全体のパワーは大きくなる。例えば各波長の信号光のパワーが１ｍＷでも１００波多重化を行うと全体のパワーは１００ｍＷとなる。信号光に対して光増幅を行って伝送路の損失を補償する時に、ＥＤＦＡのような集中定数型の増幅器で一度にある位置で信号光を増幅すると、その増幅された信号光のパワーが伝送路に一度に導入されるので非線形効果が引き起こされやすい。これを避けるには、ラマン増幅の様な分布定数型増幅器で徐々に増幅するのが有利である。しかし、前方励起ラマン増幅では、伝送路の入射側で、ラマン増幅利得が、伝送路である光ファイバの伝送損失を上回り、この部分では光ファイバ中の信号光のパワーが信号光の入射端におけるパワーよりも大きくなり、非線形効果が引き起こされやすくなる。これを避けるため、ラマン励起光をカスケード的に信号光の励起光として使える波長までラマン増幅を繰り返す高次ラマン増幅が検討されている。たとえば、１５５０ｎｍ帯の信号光をラマン増幅するためには１４５０ｎｍ程度の波長の励起光が用いられるが、このとき１３５０ｎｍ程度の波長の励起光で１４５０ｎｍの励起光をラマン増幅し、そのラマン増幅された１４５０ｎｍの励起光が１５５０ｎｍ帯の信号光をラマン増幅するという原理のものである。このようにすることで、伝送路の入射端では信号光をラマン増幅する１４５０ｎｍの励起光はパワーが小さいため、１５５０ｎｍ帯の信号光のラマン利得が小さく、信号光が伝送するにしたがって１４５０ｎｍの励起光が１３５０ｎｍの励起光により増幅されて１５５０ｎｍ帯の信号光に対するラマン利得が大きくなる。これにより、伝送路全体としてみると伝送路の損失とラマン利得が上手くキャンセルしてあたかも光ファイバの伝送損失が０であるかのような伝送路と見做すことが可能になり、非線形効果をさらに低減可能であるとされている。この時、１４５０ｎｍの励起光は１次励起光と呼ばれ、１３５０ｎｍの励起光は２次励起光と呼ばれ、このシステムは２次励起システムと呼ばれる。同様の原理で３次、４次と言った高次のラマン励起システムが検討されているが、このような高次ラマン励起システムであっても、低ＲＩＮトランスファー、低ＳＢＳは高品質な伝送には必須である。
従来、上記の４つの課題を解決するために、様々な技術が開示されている（非特許文献３、４、特許文献１～４）。
特許第３６７６１６７号公報 米国特許第０７１９０８６１号明細書 米国特許第０７２１５８３６号明細書 米国特許第０７２３３４３１号明細書
S.Kado, Y.Emori, S.Namiki, N.Tsukiji, J.Yoshida, and T.Kimura: ECOC'01（2001）, PD Paper 1.8. 江森，門，並木："双方向励起方式によるラマンアンプの雑音指数スペクトル設計"古河電工時報，第１１１号（２００３），第１０頁 前方励起ラマン増幅用励起光源の開発，古河電工時報，２００３年７月，Ｎｏ．１１２，第５－１０頁 Kafing Keita, Philippe Delaye, Robert Fray and Gerald Roosen,"Relative intensity noise transfer of large-bandwidth pump lasers in Raman fiber," Journal of Optical Society America B, Vol.23, No.12, pp.2479-2485, December 2006.
しかしながら、前記した４つの課題を同時に解決可能なラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器およびラマン増幅システムは未だ実用に至る程の特性に達していない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、４つの課題を同時に解決可能なラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器およびラマン増幅システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバ中の誘導ラマン散乱現象によりラマン増幅するためのラマン増幅用光源であって、インコヒーレント光を出力する複数のインコヒーレント光源と、前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する複数の励起光源と、前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源に接続されており、入力された前記インコヒーレント光を入力された前記２次励起光によりラマン増幅して出力するラマン増幅用光ファイバと、前記光伝送ファイバに接続されており、前記ラマン増幅用光ファイバによりラマン増幅されたインコヒーレント増幅光が入力され、前記インコヒーレント増幅光を、前記信号光をラマン増幅する波長を有する１次励起光として前記光伝送ファイバに出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源は、前記２次励起光が前記インコヒーレント光を前方励起するように前記ラマン増幅用光ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源は、前記２次励起光が前記インコヒーレント光を後方励起するように前記ラマン増幅用光ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記出力部は、前記１次励起光が前記信号光を前方励起するように前記光伝送ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記出力部は、前記１次励起光が前記信号光を後方励起するように前記光伝送ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバでラマン増幅するためのラマン増幅用光源であって、インコヒーレント光を出力する複数のインコヒーレント光源と、前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する複数の励起光源と、前記複数のインコヒーレント光源、前記複数の励起光源および前記光伝送ファイバに接続されており、入力された前記インコヒーレント光および前記２次励起光を、前記光伝送ファイバを同一方向に伝搬するように出力する出力部と、を備え、前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記インコヒーレント光が入力された前記２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有する１次励起光が生成されることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つが出力する２次励起光をラマン増幅する波長を有する励起光を出力する励起光源を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode)、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier)および希土類添加光ファイバを備えたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤおよびＳＯＡを有し、ＳＬＤから出力されるインコヒーレント光をＳＯＡで光増幅して出力するように構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＯＡが多段接続されて構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数の励起光源は、ファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源は、前記複数のインコヒーレント光源は、互いに異なる波長帯域のインコヒーレント光を出力するインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源と、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源とを備え、前記各ラマン増幅用光源の出力部が、前記１次励起光が前記信号光を双方向励起するように前記光伝送ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源を２つ備え、前記各ラマン増幅用光源の出力部が、前記１次励起光が前記信号光を双方向励起するように前記光伝送ファイバに接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバでラマン増幅するためのラマン増幅用光源システムであって、インコヒーレント光を出力する第１の複数のインコヒーレント光源と、前記第１の複数のインコヒーレント光源および前記光伝送ファイバに接続されており、前記インコヒーレント光を前記光伝送ファイバに出力する第１の出力部と、を備える第１の光源部と、前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する第１の複数の励起光源と、前記第１の複数の励起光源および前記光伝送ファイバに接続されており、前記２次励起光を前記光伝送ファイバに出力する第２の出力部と、を備える第２の光源部と、を備え、前記第１の出力部と前記第２の出力部とは、前記インコヒーレント光と前記２次励起光とが、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間で前記光伝送ファイバを反対方向に伝搬するように前記光伝送ファイバに接続されており、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間の前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記インコヒーレント光が入力された前記２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有する１次励起光が生成されることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記第２の光源部は、前記２次励起光によりラマン増幅される波長を有する第２のインコヒーレント光を出力する第２の複数のインコヒーレント光源を備え、前記第１の光源部は、前記第２のインコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する第２の２次励起光を出力する第２の複数の励起光源を備え、前記第２の光源部の第２の出力部は、前記第２の複数のインコヒーレント光源に接続されており、前記第２のインコヒーレント光を前記光伝送ファイバに出力し、前記第１の光源部の第１の出力部は、前記第２の複数の励起光源に接続されており、前記第２の２次励起光を前記光伝送ファイバに出力し、前記第１の出力部と前記第２の出力部とは、前記第２のインコヒーレント光と前記第２の２次励起光とが、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間で前記光伝送ファイバを反対方向に伝搬するように前記光伝送ファイバに接続されており、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間の前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記第２のインコヒーレント光が入力された前記第２の２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有する第２の１次励起光が生成されることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode)、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier)および希土類添加光ファイバを備えたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤおよびＳＯＡを含み、ＳＬＤから出力されるインコヒーレント光をＳＯＡで光増幅して出力するように構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＯＡが多段接続されて構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記複数の励起光源は、互いに波長が異なるファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅用光源システムは、前記複数のインコヒーレント光源は、互いに異なる波長帯域のインコヒーレント光を出力するインコヒーレント光源を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅器は、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源またはラマン増幅用光源システムと、前記光伝送ファイバと、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るラマン増幅システムは、本発明の一態様に係るラマン増幅用光源またはラマン増幅用光源システムと、前記光伝送ファイバと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、４つの課題を同時に解決可能なラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器およびラマン増幅システムを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図２は、ＷＤＭカプラの構成の一例を示す図である。 図３は、ＷＤＭカプラの構成の別の一例を示す図である。 図４は、インコヒーレント光および２次励起光の波長の配置の一例を示す図である。 図５は、実施の形態２に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図６は、実施の形態３に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図７は、実施の形態４に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図８は、実施の形態５に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図９は、実施の形態６に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図１０は、実施の形態７に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図１１は、実施の形態８に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図１２は、実施の形態９に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図１３は、実施の形態１０に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。 図１４は、インコヒーレント光源の構成の例を示す図である。
以下に、図面を参照して本発明に係るラマン増幅用光源、ラマン増幅用光源システム、ラマン増幅器およびラマン増幅システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
(実施の形態１)
図１は、実施の形態１に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。図１に示すように、ラマン増幅システム１００は、１．５５μｍ帯のＷＤＭ信号光である信号光Ｓ１を送信する送信器１００１と、信号光Ｓ１を伝送する伝送路である光伝送ファイバ１００２と、信号光Ｓ１を受信する受信器１００３と、を備える光伝送システム１０００に適用されている。ラマン増幅システム１００は、ラマン増幅用光源１０と光伝送ファイバ１００２とで構成されている。なお、本実施の形態１に係るラマン増幅システム１００および以下に示す各実施形態に係るラマン増幅システムは、ラマン増幅器としても構成されている。
ラマン増幅用光源１０は、複数のインコヒーレント光源１１と、複数の励起光源１２と、ＷＤＭカプラ１３と、ラマン増幅用光ファイバ１４と、出力部としてのＷＤＭカプラ１５と、を備えている。
複数のインコヒーレント光源１１は、それぞれ互いに異なる波長を有するインコヒーレント光ＩＬを出力する。なお、インコヒーレント光とは、単一または複数の離散的なモード（縦モード）で発振するレーザ光源ではなく、連続的なスペクトルを持った無相関な光子の集合からなる光を意味する。複数のインコヒーレント光源１１は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode)、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier)および希土類添加光ファイバ（たとえばＥＤＦ）を備えたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源の少なくとも一つを含むが、本実施の形態１では、全てがＳＬＤであるとする。
複数の励起光源１２は、それぞれ、互いに異なる波長であり、かつインコヒーレント光ＩＬをラマン増幅する波長を有する２次励起光ＳＰＬを出力する。複数の励起光源１２は、互いに波長が異なるファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含むが、本実施の形態１では、全てがＦＰ型半導体レーザであるとする。
ＷＤＭカプラ１３は、各インコヒーレント光ＩＬと各２次励起光ＳＰＬとを合波して出力する。図２は、ＷＤＭカプラ１３の構成の一例を示す図である。ＷＤＭカプラ１３は、誘電体多層膜フィルタからなる複数のＷＤＭカプラ１３ａと、誘電体多層膜フィルタからなる複数のＷＤＭカプラ１３ｂとが光ファイバにより直列に接続された構成を有する。各ＷＤＭカプラ１３ａは、光ファイバにより各インコヒーレント光源１１に接続されており、接続されたインコヒーレント光源１１から出力されるインコヒーレント光ＩＬを反射し、その他の波長の光を透過する波長特性を有する。同様に、各ＷＤＭカプラ１３ｂは、光ファイバにより各励起光源１２に接続されており、接続された励起光源１２から出力される２次励起光ＳＰＬを反射し、その他の波長の光を透過する波長特性を有する。これにより、ＷＤＭカプラ１３は、各インコヒーレント光ＩＬと各２次励起光ＳＰＬとを合波して出力ポート１３ｃから出力できる。
図３は、ＷＤＭカプラの構成の別の一例であるＷＤＭカプラ１３´を示す図である。ＷＤＭカプラ１３´は、平面光波回路（ＰＬＣ）を用いたＡＷＧ（Arrayed Waveguide Gratings）１３´ａを備えている。ＡＷＧ１３´ａの多ポート側の複数のポート１３´ａａのそれぞれは、各インコヒーレント光源１１に接続されており、複数のポート１３´ａｂのそれぞれは、各励起光源１２に接続されている。これにより、ＷＤＭカプラ１３´は、各インコヒーレント光ＩＬと各２次励起光ＳＰＬとを合波して出力ポート１３´ａｃから出力できる。
図１に戻る。ラマン増幅用光ファイバ１４は、ＷＤＭカプラ１３を介して複数のインコヒーレント光源１１および複数の励起光源１２に接続されており、入力された各インコヒーレント光ＩＬを入力された各２次励起光ＳＰＬによりラマン増幅し、インコヒーレント増幅光として出力する。ラマン増幅用光ファイバ１４は、高非線形性光ファイバなどの公知の光ファイバである。ここで、複数のインコヒーレント光源１１および複数の励起光源１２は、各２次励起光ＳＰＬが各インコヒーレント光ＩＬを前方励起するように、ＷＤＭカプラ１３を介してラマン増幅用光ファイバ１４に接続されている。すなわち、ラマン増幅用光ファイバ１４中において各２次励起光ＳＰＬと各インコヒーレント光ＩＬとは伝搬方向が同一方向である。
出力部としてのＷＤＭカプラ１５は、光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント増幅光が入力され、これを、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬとして光伝送ファイバ１００２に出力する。ＷＤＭカプラ１５は誘電体多層膜フィルタなどを用いた公知のＷＤＭカプラである。ここで、ＷＤＭカプラ１５は、１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を前方励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。すなわち、ＷＤＭカプラ１５は、１次励起光ＦＰＬの伝搬方向が信号光Ｓ１の伝搬方向と同一方向になるように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、光伝送ファイバ１００２を伝送する信号光Ｓ１は光伝送ファイバ１００２中の誘導ラマン散乱現象によって、１次励起光ＦＰＬによりラマン増幅される。
１次励起光としてインコヒーレント光を用いると、１次励起光から信号光へのＲＩＮトランスファーが低減できることは知られているが、インコヒーレント光源はその出力パワーが一般的に小さいため、そのままラマン増幅用の１次励起光源として使うことは困難である。
これに対して、本発明者らは、ＦＰ型半導体レーザなどのコヒーレントな２次励起光によりラマン増幅したインコヒーレント光を１次励起光とした場合でも、信号光へのＲＩＮトランスファーが低減できることを見出した。そして、ラマン増幅システム１００では、ラマン増幅用光源１０において、ＦＰ型半導体レーザからなる複数の励起光源１２を２次励起光ＳＰＬとしてラマン増幅用光ファイバ１４によりラマン増幅したインコヒーレント光を１次励起光ＦＰＬとして信号光Ｓ１を光伝送ファイバ１００２によりラマン増幅する構成としている。これにより、低ＲＩＮトランスファーが実現される。
また、インコヒーレント光ＩＬは、ＦＰ型半導体レーザなどのコヒーレント光源と比較して発光の波長帯域が広く、発光の全体の強度に対してピーク強度が低い。そのため、これを増幅して１次励起光ＦＰＬとして使用することで低ＳＢＳを実現できる。さらに、インコヒーレント光ＩＬの発光の波長帯域の広さにより、代表的な非線形効果である４光波混合はその位相整合条件を満たすことが困難となり、４光波混合の発生が抑制される。これにより、低非線形効果を実現できる。
さらには、それぞれ互いに異なる波長を有するインコヒーレント光ＩＬを出力する複数のインコヒーレント光源１１と、それぞれ互いに異なる波長を有する２次励起光ＳＰＬを出力する複数の励起光源１２を備えているため、広帯域な波長域で信号光の増幅利得を制御して光増幅することができる。
このように、ラマン増幅用光源１０により、前記した４つの課題を同時に解決することができる。
なお、励起光源１２およびインコヒーレント光源１１の波長、数、帯域、パワーは、増幅すべき信号光Ｓ１の増幅帯域、所望の利得および利得平坦性によって適宜調整することが可能である。
つぎに、インコヒーレント光と２次励起光との波長の配置とパワーの例について説明する。図４は、インコヒーレント光および２次励起光の波長の配置の一例を示す図である。図４に示す例では、インコヒーレント光源１１（ＳＬＤ）の数が２であり、励起光源１２（励起ＦＰ－ＬＤ）の数が４であるとする。図４に示すように、２次励起光ＳＰＬＡ、ＳＰＬＢ、ＳＰＬＣ、ＳＰＬＤの波長をそれぞれ１３５０ｎｍ、１３７０ｎｍ、１３８０ｎｍ、１４００ｎｍとし、パワーはいずれも２５０ｍＷとする。また、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢの波長をそれぞれ１４５０ｎｍ、１４８０ｎｍし、３ｄＢ帯域幅をいずれも３０ｎｍとし、パワーをいずれも５ｍＷとする。２次励起光ＳＰＬＡ、ＳＰＬＢ、ＳＰＬＣ、ＳＰＬＤのそれぞれから約１００ｎｍだけラマンシフトした長波長側の位置に、各２次励起光によるラマンピークＲＰＡ、ＲＰＢ、ＲＰＣ、ＲＰＤをピーク位置としたラマン利得帯域が形成される。これにより、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢがラマン増幅され、１次励起光ＦＰＬとなる。ここで、図４に示す例では、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢのピーク波長に対して長波長側の光強度が低い波長と短波長側の光強度が低い波長とにラマンピークＲＰＡ、ＲＰＢ、ＲＰＣ、ＲＰＤが位置するように２次励起光ＳＰＬＡ、ＳＰＬＢ、ＳＰＬＣ、ＳＰＬＤの波長を設定しているので、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢの光強度が低い波長の光に対して高いラマン利得を与えることができる。その結果、１次励起光ＦＰＬは波長に対してより平坦なスペクトル形状となる。
たとえば、実施の形態１において、上記のように２次励起光ＳＰＬＡ、ＳＰＬＢ、ＳＰＬＣ、ＳＰＬＤ、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢを設定した場合、高パワーであり、かつ１４３０ｎｍ～１５００ｎｍ程度の広帯域なインコヒーレントラマン増幅光（１次励起光）が得られ、１５３０ｎｍから１６２５ｎｍ程度までの、光通信で使用されるＣ＋Ｌバンドの信号光をラマン増幅可能である。
なお、複数のインコヒーレント光源１１において、ＳＬＤとＥＤＦによるＡＳＥ光源、ＳＯＡとＡＳＥ光源、ＳＯＡとＳＬＤなど、互いに異なる波長帯域のインコヒーレント光を出力する別種のインコヒーレント光源を組み合わせることで、励起光波長帯域を広帯域化すれば、利得帯域の広帯域化が容易となる。例えば１４８０ｎｍ帯を中心とした数十ｎｍの波長帯で動作するＳＯＡをインコヒーレント光源として用いる場合、当該ＳＯＡをそれ以外の波長では動作させるのは困難である。そこで、当該ＳＯＡとＳＬＤやＡＳＥ光源とを併用すると、励起光波長帯域を１４８０ｎｍ帯だけでなく１３００ｎｍ帯や１５５０ｎｍ帯まで拡大することが可能である。また、ＡＳＥ光源として異なる希土類元素（ＥｒまたはＥｒとＡｌ2Ｏ3やＹｂの共ドープ、ＰｂＳの半導体量子ドット）を添加した光ファイバを接続した光ファイバや、異なる希土類元素を共添加した光ファイバを用いたＡＳＥ光源を利用することで、励起光波長帯域を広帯域化することができる。
(実施の形態２)
図５は、実施の形態２に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ａは、ラマン増幅用光源１０Ａと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源１０Ａは、複数のインコヒーレント光源１１と、複数の励起光源１２と、ＷＤＭカプラ１３Ａａ、１３Ａｂと、ラマン増幅用光ファイバ１４と、ＷＤＭカプラ１５と、を備えている。
ＷＤＭカプラ１３Ａａは、各インコヒーレント光ＩＬを合波して出力する。ＷＤＭカプラ１３Ａｂは、各２次励起光ＳＰＬを合波して出力する。ＷＤＭカプラ１３Ａａ、１３Ａｂは、図２、３に例示するような誘電体多層膜フィルタやＡＷＧを用いて構成できる。
ラマン増幅用光ファイバ１４は、ＷＤＭカプラ１３Ａａを介して複数のインコヒーレント光源１１に接続されており、ＷＤＭカプラ１３Ａｂを介して複数の励起光源１２に接続されている。ラマン増幅用光ファイバ１４は、入力された各インコヒーレント光ＩＬを入力された各２次励起光ＳＰＬによりラマン増幅し、インコヒーレント増幅光として出力する。ここで、複数のインコヒーレント光源１１および複数の励起光源１２はそれぞれ、各２次励起光ＳＰＬが各インコヒーレント光ＩＬを後方励起するように、ＷＤＭカプラ１３Ａａ、１３Ａｂのそれぞれを介してラマン増幅用光ファイバ１４に接続されている。すなわち、ラマン増幅用光ファイバ１４中において各２次励起光ＳＰＬと各インコヒーレント光ＩＬとは伝搬方向が反対方向である。
ＷＤＭカプラ１５は、光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント増幅光が入力され、これを、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬとして光伝送ファイバ１００２に出力する。ここで、ＷＤＭカプラ１５は、１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を前方励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、信号光Ｓ１は光伝送ファイバ１００２中で１次励起光ＦＰＬによりラマン増幅される。
このラマン増幅用光源１０Ａによっても、ラマン増幅用光源１０と同様に、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、このラマン増幅用光源１０Ａでは、ラマン増幅用光ファイバ１４において、各２次励起光ＳＰＬは各インコヒーレント光ＩＬを後方励起によりラマン増幅する。これにより、各２次励起光ＳＰＬは各インコヒーレント光ＩＬのＲＩＮトランスファーがさらに低減されるので、信号光Ｓ１へのＲＩＮトランスファーもさらに低減される。
(実施の形態３)
図６は、実施の形態３に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｂは、ラマン増幅用光源１０Ｂと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源１０Ｂは、ラマン増幅用光源１０のＷＤＭカプラ１５をＷＤＭカプラ１５Ｂに置き換えた構成を有する。ＷＤＭカプラ１５Ｂは、光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント増幅光が入力され、これを、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬとして光伝送ファイバ１００２に出力する。ここで、ＷＤＭカプラ１５Ｂは、１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を後方励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。すなわち、ＷＤＭカプラ１５Ｂは、１次励起光ＦＰＬの伝搬方向が信号光Ｓ１の伝搬方向と反対方向になるように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、信号光Ｓ１は光伝送ファイバ１００２中で１次励起光ＦＰＬによりラマン増幅される。
このラマン増幅用光源１０Ｂによっても、ラマン増幅用光源１０と同様に、前記した４つの課題を同時に解決することができる。また、ラマン増幅用光源１０Ｂの場合、ラマン増幅用光源１０のような前方励起型の場合よりも、低非線形効果を更に抑制可能である。これは後方励起型のため、信号光Ｓ１が光伝送ファイバ１００２の伝送損失を受け始めてパワーが小さくなり始めてから１次励起光ＦＰＬによるラマン増幅により増幅されるため、信号光Ｓ１のパワーが前方励起型より光伝送ファイバ１００２内で小さく保てることと、１次励起光ＦＰＬと信号光Ｓ１とが逆方向に伝搬するので、非線形効果を起こす位相整合条件を満たすことが前方励起より困難であることによる。
(実施の形態４)
図７は、実施の形態４に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｃは、ラマン増幅用光源１０Ｃと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源１０Ｃは、ラマン増幅用光源１０ＡのＷＤＭカプラ１５をＷＤＭカプラ１５Ｃに置き換えた構成を有する。ＷＤＭカプラ１５Ｃは、光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント増幅光が入力され、これを、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬとして光伝送ファイバ１００２に出力する。ここで、ＷＤＭカプラ１５Ｃは、１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を後方励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。すなわち、ＷＤＭカプラ１５Ｃは、１次励起光ＦＰＬの伝搬方向が信号光Ｓ１の伝搬方向と反対方向になるように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、信号光Ｓ１は光伝送ファイバ１００２中で１次励起光ＦＰＬによりラマン増幅される。
このラマン増幅用光源１０Ｃによっても、ラマン増幅用光源１０と同様に、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、このラマン増幅用光源１０Ｃでは、ラマン増幅用光源１０Ａと同様に、ラマン増幅用光ファイバ１４において、各２次励起光ＳＰＬは各インコヒーレント光ＩＬを後方励起によりラマン増幅する。これにより、各２次励起光ＳＰＬは各インコヒーレント光ＩＬのＲＩＮトランスファーがさらに低減されるので、信号光Ｓ１へのＲＩＮトランスファーもさらに低減される。
(実施の形態５)
図８は、実施の形態５に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｄは、ラマン増幅用光源システム１０Ｄと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源システム１０Ｄは、ラマン増幅用光源１０と、ラマン増幅用光源１０Ｂとを備えており、ラマン増幅用光源１０、１０ＢのＷＤＭカプラ１５、１５Ｂが、ＷＤＭカプラ１５、１５Ｂのそれぞれから出力される１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を双方向励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。すなわち、ラマン増幅システム１００Ｄは、ラマン増幅用光源システム１０Ｄを用いた双方向励起システムである。
このラマン増幅用光源システム１０Ｄによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、ラマン増幅用光源システム１０Ｄによれば、双方向励起型であることにより、ラマン利得の波長平坦化、広帯域化、ＮＦの波長平坦化も達成容易となる。
なお、ラマン増幅用光源１０Ａと、ラマン増幅用光源１０Ｃとでラマン増幅用光源システムを構成し、ラマン増幅用光源１０Ａ、１０ＣのＷＤＭカプラ１５、１５Ｃを、それぞれから出力される１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を双方向励起するように光伝送ファイバ１００２に接続し、ラマン増幅システム１００Ｄと同様の双方向励起ラマン増幅システムを構成してもよい。
(実施の形態６)
図９は、実施の形態６に係るラマン増幅用光源を用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｅは、ラマン増幅用光源１０Ｅと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源１０Ｅは、複数のインコヒーレント光源１１と、複数の励起光源１２と、出力部としてのＷＤＭカプラ１３とを備えている。
ＷＤＭカプラ１３は、複数のインコヒーレント光源１１、複数の励起光源１２および光伝送ファイバ１００２に接続されており、各インコヒーレント光源１１から入力された各インコヒーレント光ＩＬおよび各励起光源１２から入力された各２次励起光ＳＰＬを、光伝送ファイバ１００２を同一方向に伝搬するように出力する。さらに、ＷＤＭカプラ１３は、各インコヒーレント光ＩＬおよび各２次励起光ＳＰＬが光伝送ファイバ１００２中で信号光Ｓ１と同一方向に伝搬するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。このような構成は、図２に示すＷＤＭカプラ１３を、入力ポート１３ｄから信号光Ｓ１が入力され、出力ポート１３ｃから出力されるように光伝送ファイバ１００２に接続することにより実現できる。また、図３に示すＷＤＭカプラ１３´を使用する場合には、信号光合波用のポート１３´ａｄを設け、ポート１３´ａｄから信号光Ｓ１が入力され、出力ポート１３´ａｃから信号光Ｓ１と各インコヒーレント光ＩＬと各２次励起光ＳＰＬとが合波されて出力されるように光伝送ファイバ１００２に接続すればよい。
このラマン増幅システム１００Ｅでは、光伝送ファイバ１００２において、各インコヒーレント光ＩＬが各２次励起光ＳＰＬにより徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬが生成される。１次励起光ＦＰＬは、信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、信号光Ｓ１をラマン増幅する。すなわち、ラマン増幅システム１００Ｅは、前方励起型かつ２次励起型のラマン増幅システムである。
このラマン増幅用光源１０Ｅによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、このラマン増幅用光源１０Ｅによれば、ＷＤＭカプラ１３の近傍の光伝送ファイバ１００２では信号光Ｓ１をラマン増幅する１次励起光ＦＰＬはパワーが小さいため、信号光Ｓ１のラマン利得が小さいが、信号光Ｓ１が光伝送ファイバ１００２を伝送するにしたがってインコヒーレント光ＩＬが２次励起光ＳＰＬにより増幅されて１次励起光ＦＰＬのパワーが大きくなり、信号光Ｓ１に対するラマン利得が大きくなる。これにより、光伝送ファイバ１００２全体としてみると伝送損失とラマン利得が上手くキャンセルしてあたかも光ファイバの伝送損失が０、または光伝送ファイバ１００２の長手方向での信号光Ｓ１のパワーの変動が小さい伝送路と見做すことが可能になり、非線形効果をさらに低減可能である。
なお、ラマン増幅システム１００Ｅの構成で、図４に例示するように、２次励起光ＳＰＬＡ、ＳＰＬＢ、ＳＰＬＣ、ＳＰＬＤの波長をそれぞれ１３５０ｎｍ、１３７０ｎｍ、１３８０ｎｍ、１４００ｎｍとし、パワーはいずれも２５０ｍＷとし、インコヒーレント光ＩＬＡ、ＩＬＢの波長をそれぞれ１４５０ｎｍ、１４８０ｎｍし、３ｄＢ帯域幅をいずれも３０ｎｍとし、パワーをいずれも５ｍＷとして、ラマン増幅の実験を行った。信号光Ｓ１は４つの信号光からなるＷＤＭ信号光とし、その波長は１５３０ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５９０ｎｍ、１６２０ｎｍとした。また、光伝送ファイバ１００２の長さを５０ｋｍとした。その結果、各信号光の波長で約１０ｄＢのラマン利得が得られた。また、４つの信号光の波長における最大のラマン利得と最小のラマン利得との差は１ｄＢ以下であった。
また、ラマン増幅用光源１０Ｅによれば、ラマン増幅システム１００Ｅは、２次励起光ＳＰＬの波長の設定により、２次励起システムとしてだけでなく、３次励起システムまたはそれ以上の高次の励起システムとしても動作可能である。例えば、２次励起光ＳＰＬの波長として（ａ）１３８０ｎｍ±２０ｎｍを用い、インコヒーレント光源１１として（ｂ）１４８０ｎｍ±２０ｎｍのＳＬＤを用いると、（ｂ）が（ａ）によってラマン増幅され、その増幅された（ｂ）が１５９０ｎｍ±２０ｎｍ前後の波長域の信号光Ｓ１をラマン増幅する２次励起ラマン増幅システムとして動作する。
また、例えば２次励起光ＳＰＬの波長として（ａ）１２９０ｎｍ±２０ｎｍおよび（ａ´）１３８０ｎｍ±２０ｎｍを用い、インコヒーレント光源１１として（ｂ）１４８０ｎｍ±２０ｎｍのＳＬＤを用いると、（ａ´）が（ａ）によってラマン増幅され、その増幅された（ａ´）及び（ａ´）が（ｂ）をラマン増幅し、そのラマン増幅された（ｂ）が１５９０ｎｍ±２０ｎｍ前後の波長域の信号光Ｓ１をラマン増幅する３次励起ラマン増幅システムとして動作する。この場合、ラマン増幅用光源１０Ｅは、複数の励起光源１２のうちの少なくとも１つが出力する２次励起光ＳＰＬをラマン増幅する波長を有する励起光を出力する励起光源を備える。この時、（ａ）、（ａ´）、（ｂ）のパワーを調整すると、前記４つの課題を同時に達成可能で且つ、ラマン利得の平坦化、広帯域化、ＮＦの平坦化も達成容易となる。
(実施の形態７)
図１０は、実施の形態７に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｆは、ラマン増幅用光源システム１０Ｆと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源システム１０Ｆは、ラマン増幅用光源１０Ｅと、ラマン増幅用光源１０ＥＡとを備えている。ラマン増幅用光源１０ＥＡは、ラマン増幅用光源１０Ｅにおいて、ＷＤＭカプラ１３を、出力ポート１３ｃから信号光Ｓ１が入力され、入力ポート１３ｄから出力されるように光伝送ファイバ１００２に接続した構成を有する。光伝送ファイバ１００２において、ラマン増幅用光源１０ＥＡから入力された各インコヒーレント光ＩＬが各２次励起光ＳＰＬにより徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬが生成される。１次励起光ＦＰＬは、信号光Ｓ１と反対方向に伝搬し、信号光Ｓ１をラマン増幅する。一方、ラマン増幅用光源１０Ｅにより生成された１次励起光ＦＰＬは、信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、信号光Ｓ１をラマン増幅する。
このように、各ラマン増幅用光源１０Ｅ、１０ＥＡのＷＤＭカプラ１３は、１次励起光ＦＰＬが信号光Ｓ１を双方向励起するように光伝送ファイバ１００２に接続されており、ラマン増幅システム１００Ｆは、ラマン増幅用光源システム１０Ｆを用いた双方向励起型かつ２次励起型のラマン増幅システムとなっている。
このラマン増幅用光源システム１０Ｆによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができるとともに、ラマン増幅用光源１０Ｅの場合と同様に、非線形効果をさらに低減可能であり、さらには、双方向励起型であるので、光伝送ファイバ１００２の長手方向における信号光Ｓ１のパワーの分布の設計の自由度を高くできる。たとえば、ラマン増幅用光源１０Ｅ、１０ＥＡのそれぞれにおける各励起光源１２およびインコヒーレント光源１１の波長、数、帯域、パワーにより、増幅すべき信号光Ｓ１の増幅帯域、所望の利得および利得平坦性に加え、長手方向における信号光Ｓ１のパワーの分布を調整できる。さらに、ラマン増幅用光源システム１０Ｆによれば、ラマン増幅システム１００Ｆは、ラマン増幅システム１００Ｅと同様に、２次励起システムとしてだけでなく、３次励起システムまたはそれ以上の高次の励起システムとしても動作可能である。
(実施の形態８)
図１１は、実施の形態８に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｈは、ラマン増幅用光源システム１０Ｈと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源システム１０Ｈは、第１の光源部１０ＨＡと第２の光源部１０ＨＢとを備えている。第１の光源部１０ＨＡは、インコヒーレント光ＩＬを出力する第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａと、第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａおよび光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント光ＩＬを光伝送ファイバ１００２に出力する第１の出力部であるＷＤＭカプラ１６と、を備える。第２の光源部１０ＨＢは、インコヒーレント光ＩＬをラマン増幅する波長を有する２次励起光ＳＰＬを出力する第１の複数の励起光源１２Ａと、第１の複数の励起光源１２Ａおよび光伝送ファイバ１００２に接続されており、２次励起光ＳＰＬを光伝送ファイバ１００２に出力する第２の出力部であるＷＤＭカプラ１７と、を備える。
第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａは、複数のインコヒーレント光源１１と同様に、それぞれ互いに異なる波長を有するインコヒーレント光ＩＬを出力する。第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａは、ＳＬＤ、ＳＯＡおよび希土類添加光ファイバを備えたＡＳＥ光源の少なくとも一つを含むが、本実施の形態８では、全てがＳＬＤであるとする。各インコヒーレント光源１１Ａから出力されるインコヒーレント光ＩＬのパワーはたとえば４０ｍＷである。
第１の複数の励起光源１２Ａは、複数の励起光源１２と同様に、それぞれ、互いに異なる波長であり、かつインコヒーレント光ＩＬをラマン増幅する波長を有する２次励起光ＳＰＬを出力する。第１の複数の励起光源１２Ａは、互いに波長が異なるＦＰ型、ＦＰ型とＦＢＧとを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含むが、本実施の形態８では、全てがＦＰ型半導体レーザであるとする。各励起光源１２Ａから出力される２次励起光ＳＰＬのパワーはたとえば５００ｍＷである。
ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７とは、インコヒーレント光ＩＬと２次励起光ＳＰＬとが、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７との間で光伝送ファイバ１００２を反対方向に伝搬するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、具体的には、インコヒーレント光ＩＬは信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、２次励起光ＳＰＬは信号光Ｓ１と反対方向に伝搬する。
このラマン増幅用光源システム１０Ｈでは、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７との間の光伝送ファイバ１００２において、入力されたインコヒーレント光ＩＬが２次励起光ＳＰＬにより徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬが生成される。１次励起光ＦＰＬは、信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、信号光Ｓ１をラマン増幅する。すなわち、ラマン増幅システム１００Ｈは、前方励起型かつ２次励起型のラマン増幅システムである。
このラマン増幅用光源システム１０Ｈによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、このラマン増幅用光源システム１０Ｈによれば、ラマン増幅用光源１０Ｅと同様の作用により、光伝送ファイバ１００２全体としてみると伝送損失とラマン利得が上手くキャンセルしてあたかも光ファイバの伝送損失が０、または光伝送ファイバ１００２の長手方向での信号光Ｓ１のパワーの変動が小さい伝送路と見做すことが可能になり、非線形効果をさらに低減可能である。さらに、ラマン増幅用光源システム１０Ｈによれば、ラマン増幅システム１００Ｈは、ラマン増幅システム１００Ｅと同様に、２次励起システムとしてだけでなく、３次励起システムまたはそれ以上の高次の励起システムとしても動作可能である。
(実施の形態９)
図１２は、実施の形態９に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｉは、ラマン増幅用光源システム１０Ｉと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
このラマン増幅用光源システム１０Ｉも、ラマン増幅用光源システム１０Ｈと同様に、第１の光源部１０ＨＡと第２の光源部１０ＨＢとを備えている。また、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７とが、インコヒーレント光ＩＬと２次励起光ＳＰＬとが、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７との間で光伝送ファイバ１００２を反対方向に伝搬するように光伝送ファイバ１００２に接続されている点もラマン増幅用光源システム１０Ｈと同様である。しかし、ラマン増幅用光源システム１０Ｈとは異なり、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７とは、インコヒーレント光ＩＬが信号光Ｓ１と反対方向に伝搬し、２次励起光ＳＰＬは信号光Ｓ１と同一方向に伝搬するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。
このラマン増幅用光源システム１０Ｉにおいても、ラマン増幅用光源システム１０Ｈの場合と同様に、ＷＤＭカプラ１６とＷＤＭカプラ１７との間の光伝送ファイバ１００２において、入力されたインコヒーレント光ＩＬが２次励起光ＳＰＬにより徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬが生成される。ただし、ラマン増幅用光源システム１０Ｈの場合とは異なり、１次励起光ＦＰＬは、信号光Ｓ１と反対方向に伝搬し、信号光Ｓ１をラマン増幅する。すなわち、ラマン増幅システム１００Ｈは、後方励起型かつ２次励起型のラマン増幅システムである。
このラマン増幅用光源システム１０Ｉによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、ラマン増幅用光源システム１０Ｉによれば、ラマン増幅システム１００Ｉは、ラマン増幅システム１００Ｅと同様に、２次励起システムとしてだけでなく、３次励起システムまたはそれ以上の高次の励起システムとしても動作可能である。
(実施の形態１０)
図１３は、実施の形態１０に係るラマン増幅用光源システムを用いたラマン増幅システムの模式的な構成図である。ラマン増幅システム１００Ｊは、ラマン増幅用光源システム１０Ｊと光伝送ファイバ１００２とで構成されている。
ラマン増幅用光源システム１０Ｊは、第１の光源部１０ＨＡＡと第２の光源部１０ＨＢＡとを備えている。第１の光源部１０ＨＡＡは、インコヒーレント光ＩＬを出力する第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａと、更に第２の２次励起光ＳＰＬ２を出力する第２の複数の励起光源１２Ｂと、第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａ、第２の複数の励起光源１２Ｂおよび光伝送ファイバ１００２に接続されており、インコヒーレント光ＩＬおよび第２の２次励起光ＳＰＬ２を光伝送ファイバ１００２に出力する第１の出力部であるＷＤＭカプラ１６Ａと、を備える。第２の光源部１０ＨＢＡは、２次励起光ＳＰＬを出力する第１の複数の励起光源１２Ａと、第２のインコヒーレント光ＩＬ２を出力する第２の複数のインコヒーレント光源１１Ｂと、第１の複数の励起光源１２Ａ、第２の複数のインコヒーレント光源１１Ｂおよび光伝送ファイバ１００２に接続されており、第２のインコヒーレント光ＩＬ２および２次励起光ＳＰＬを光伝送ファイバ１００２に出力する第２の出力部であるＷＤＭカプラ１７Ａと、を備える。
第２の複数のインコヒーレント光源１１Ｂは、第２の複数の励起光源１２Ｂが出力する第２の２次励起光ＳＰＬ２によりラマン増幅される波長を有する第２のインコヒーレント光ＩＬ２を出力する。第１の複数の励起光源１２Ａは、第１の複数のインコヒーレント光源１１Ａが出力するインコヒーレント光ＩＬをラマン増幅する波長を有する２次励起光ＳＰＬを出力する。
ＷＤＭカプラ１６ＡとＷＤＭカプラ１７Ａとは、インコヒーレント光ＩＬと２次励起光ＳＰＬとが、ＷＤＭカプラ１６ＡとＷＤＭカプラ１７Ａとの間で光伝送ファイバ１００２を反対方向に伝搬し、かつ、第２のインコヒーレント光ＩＬ２と第２の２次励起光ＳＰＬ２とが、ＷＤＭカプラ１６ＡとＷＤＭカプラ１７Ａとの間で光伝送ファイバ１００２を反対方向に伝搬するように光伝送ファイバ１００２に接続されている。これにより、具体的には、インコヒーレント光ＩＬおよび第２の２次励起光ＳＰＬ２は信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、２次励起光ＳＰＬおよび第２のインコヒーレント光ＩＬ２は信号光Ｓ１と反対方向に伝搬する。
このラマン増幅用光源システム１０Ｊでは、ＷＤＭカプラ１６ＡとＷＤＭカプラ１７Ａとの間の光伝送ファイバ１００２において、入力されたインコヒーレント光ＩＬが２次励起光ＳＰＬにより徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する１次励起光ＦＰＬが生成される。さらに、このラマン増幅用光源システム１０Ｊでは、ＷＤＭカプラ１６ＡとＷＤＭカプラ１７Ａとの間の光伝送ファイバ１００２において、入力された第２のインコヒーレント光ＩＬ２が第２の２次励起光ＳＰＬ２により徐々にラマン増幅され、信号光Ｓ１をラマン増幅する波長を有する第２の１次励起光ＦＰＬ２が生成される。１次励起光ＦＰＬは信号光Ｓ１と同一方向に伝搬し、第２の１次励起光ＦＰＬ２は信号光Ｓ１と反対方向に伝搬して、それぞれ信号光Ｓ１をラマン増幅する。すなわち、ラマン増幅システム１００Ｈは、双方向励起型かつ２次励起型のラマン増幅システムである。
このラマン増幅用光源システム１０Ｊによっても、前記した４つの課題を同時に解決することができる。さらに、このラマン増幅用光源システム１０Ｊによれば、双方向励起型であるので、光伝送ファイバ１００２の長手方向における信号光Ｓ１のパワーの分布の設計の自由度を高くできる。たとえば、光源部１０ＨＡＡ、１０ＨＢＡのそれぞれにおける各励起光源１２Ａ、１２Ｂおよびインコヒーレント光源１１Ａ、１１Ｂの波長、数、帯域、パワーにより、増幅すべき信号光Ｓ１の増幅帯域、所望の利得および利得平坦性に加え、長手方向における信号光Ｓ１のパワーの分布を調整できる。さらに、ラマン増幅システム１００Ｊにおいて、前方から入力されるインコヒーレント光ＩＬをラマン増幅する２次励起光は後方から導入される２次励起光ＳＰＬに限定されるものではなく、前方から入力される第２の２次励起光ＳＰＬ２が前方から入力されるインコヒーレント光ＩＬをラマン増幅しても良い。どの２次励起光がどのインコヒーレント光をラマン増幅するかは、システムの設計に依存するものである。さらに、ラマン増幅用光源システム１０Ｊによれば、ラマン増幅システム１００Ｊは、ラマン増幅システム１００Ｅと同様に、２次励起システムとしてだけでなく、３次励起システムまたはそれ以上の高次の励起システムとしても動作可能である。
なお、上記実施の形態において、複数のインコヒーレント光源１１、１１Ａまたは１１Ｂは、図１４（ａ）に示すように、ＳＯＡ１１ａが多段接続されて構成され、インコヒーレント光ＩＬまたはＩＬ２を出力するインコヒーレント光源１１Ｃを含んでいてもよいし、図１４（ｂ）に示すように、ＳＬＤ１１ｂおよびＳＯＡ１１ａを含み、ＳＬＤ１１ｂから出力されるインコヒーレント光をＳＯＡ１１ａで光増幅してインコヒーレント光ＩＬまたはＩＬ２として出力するように構成されたインコヒーレント光源１１Ｄを含んでいてもよい。これにより、インコヒーレント光ＩＬまたはＩＬ２のパワーを大きくすることができる。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０ＥＡ ラマン増幅用光源
１０Ｄ、１０Ｆ、１０Ｈ、１０Ｉ、１０Ｊ ラマン増幅用光源システム
１０ＨＡ、１０ＨＡＡ 第１の光源部
１０ＨＢ、１０ＨＢＡ 第２の光源部
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ インコヒーレント光源
１２ 、１２Ａ、１２Ｂ 励起光源
１３、１３´、１３ａ、１３ｂ、１３Ａａ、１３Ａｂ、１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１６、１６Ａ、１７、１７Ａ ＷＤＭカプラ
１３´ａ ＡＷＧ
１３ｃ、１３´ａｃ 出力ポート
１３ｄ 入力ポート
１３´ａａ、１３´ａｂ、１３´ａｄ ポート
１４ ラマン増幅用光ファイバ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊ ラマン増幅システム
１０００ 光伝送システム
１００１ 送信器
１００２ 光伝送ファイバ
１００３ 受信器
ＦＰＬ １次励起光
ＦＰＬ２ 第２の１次励起光
ＩＬ、ＩＬＡ、ＩＬＢ インコヒーレント光
ＩＬ２ 第２のインコヒーレント光
ＲＰＡ、ＲＰＢ、ＲＰＣ、ＲＰＤ ラマンピーク
Ｓ１ 信号光
ＳＰＬ、ＳＰＬＡ ２次励起光
ＳＰＬ２ 第２の２次励起光

Claims (18)

  1. 光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバ中の誘導ラマン散乱現象によりラマン増幅するためのラマン増幅用光源であって、
    インコヒーレント光を出力する複数のインコヒーレント光源と、
    前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する複数の励起光源と、
    前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源に接続されており、入力された前記インコヒーレント光を入力された前記２次励起光によりラマン増幅して出力するラマン増幅用光ファイバと、
    前記光伝送ファイバに接続されており、前記ラマン増幅用光ファイバによりラマン増幅されたインコヒーレント増幅光が入力され、前記インコヒーレント増幅光を、前記信号光をラマン増幅する波長を有しかつ前記信号光を前方励起する方向に前記光伝送ファイバを伝搬する１次励起光として前記光伝送ファイバに出力する出力部と、
    を備え、前記複数の励起光源は、ファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含むことを特徴とするラマン増幅用光源。
  2. 前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源は、前記２次励起光が前記インコヒーレント光を前方励起するように前記ラマン増幅用光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅用光源。
  3. 前記複数のインコヒーレント光源および前記複数の励起光源は、前記２次励起光が前記インコヒーレント光を後方励起するように前記ラマン増幅用光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅用光源。
  4. 光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバでラマン増幅するためのラマン増幅用光源であって、
    インコヒーレント光を出力する複数のインコヒーレント光源と、
    前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する複数の励起光源と、
    前記複数のインコヒーレント光源、前記複数の励起光源および前記光伝送ファイバに接続されており、入力された前記インコヒーレント光および前記２次励起光を、前記光伝送ファイバを同一方向に伝搬するように出力する出力部と、
    を備え、
    前記複数の励起光源は、ファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含み、
    前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記インコヒーレント光が入力された前記２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有しかつ前記信号光を前方励起する方向に前記光伝送ファイバを伝搬する１次励起光が生成されることを特徴とするラマン増幅用光源。
  5. 前記複数の励起光源のうちの少なくとも１つが出力する２次励起光をラマン増幅する波長を有する励起光を出力する励起光源を備えることを特徴とする請求項４に記載のラマン増幅用光源。
  6. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode)、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier)および希土類添加光ファイバを備えたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源。
  7. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤおよびＳＯＡを有し、ＳＬＤから出力されるインコヒーレント光をＳＯＡで光増幅して出力するように構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源。
  8. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＯＡが多段接続されて構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源。
  9. 前記複数のインコヒーレント光源は、互いに異なる波長帯域のインコヒーレント光を出力するインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源。
  10. 請求項４に記載のラマン増幅用光源を２つ備え、前記各ラマン増幅用光源の出力部が、前記１次励起光が前記信号光を双方向励起するように前記光伝送ファイバに接続されていることを特徴とするラマン増幅用光源システム。
  11. 光伝送ファイバを伝送する信号光を該光伝送ファイバでラマン増幅するためのラマン増幅用光源システムであって、
    インコヒーレント光を出力する第１の複数のインコヒーレント光源と、前記第１の複数のインコヒーレント光源および前記光伝送ファイバに接続されており、前記インコヒーレント光を前記光伝送ファイバに出力する第１の出力部と、を備える第１の光源部と、
    前記インコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する２次励起光を出力する第１の複数の励起光源と、前記第１の複数の励起光源および前記光伝送ファイバに接続されており、前記２次励起光を前記光伝送ファイバに出力する第２の出力部と、を備える第２の光源部と、
    を備え、
    前記第１の複数の励起光源は、互いに波長が異なるファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含み、
    前記第１の出力部と前記第２の出力部とは、前記インコヒーレント光と前記２次励起光とが、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間で前記光伝送ファイバを反対方向に伝搬するように前記光伝送ファイバに接続されており、
    前記第１の出力部と前記第２の出力部との間の前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記インコヒーレント光が入力された前記２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有しかつ前記信号光を前方励起する方向に前記光伝送ファイバを伝搬する１次励起光が生成されることを特徴とするラマン増幅用光源システム。
  12. 前記第２の光源部は、前記２次励起光によりラマン増幅される波長を有する第２のインコヒーレント光を出力する第２の複数のインコヒーレント光源を備え、
    前記第１の光源部は、前記第２のインコヒーレント光をラマン増幅する波長を有する第２の２次励起光を出力する第２の複数の励起光源を備え、
    前記第２の複数の励起光源は、互いに波長が異なるファブリぺロー（ＦＰ）型、ＦＰ型と光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを組み合わせたＦＰ－ＦＢＧ型、ＤＦＢ型、およびＤＢＲ型の半導体レーザの少なくとも一つを含み、
    前記第２の光源部の第２の出力部は、前記第２の複数のインコヒーレント光源に接続されており、前記第２のインコヒーレント光を前記光伝送ファイバに出力し、
    前記第１の光源部の第１の出力部は、前記第２の複数の励起光源に接続されており、前記第２の２次励起光を前記光伝送ファイバに出力し、
    前記第１の出力部と前記第２の出力部とは、前記第２のインコヒーレント光と前記第２の２次励起光とが、前記第１の出力部と前記第２の出力部との間で前記光伝送ファイバを反対方向に伝搬するように前記光伝送ファイバに接続されており、
    前記第１の出力部と前記第２の出力部との間の前記光伝送ファイバにおいて、入力された前記第２のインコヒーレント光が入力された前記第２の２次励起光によりラマン増幅され、前記信号光をラマン増幅する波長を有する第２の１次励起光が生成されることを特徴とする請求項１１に記載のラマン増幅用光源システム。
  13. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode)、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier)および希土類添加光ファイバを備えたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０～１２のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システム。
  14. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＬＤおよびＳＯＡを含み、ＳＬＤから出力されるインコヒーレント光をＳＯＡで光増幅して出力するように構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１０～１３のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システム。
  15. 前記複数のインコヒーレント光源は、ＳＯＡが多段接続されて構成されたインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１０～１４のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システム。
  16. 前記複数のインコヒーレント光源は、互いに異なる波長帯域のインコヒーレント光を出力するインコヒーレント光源を含むことを特徴とする請求項１０～１５のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システム。
  17. 請求項１～９のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源または請求項１０～１６のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システムと、
    前記光伝送ファイバと、
    を備えることを特徴とするラマン増幅器。
  18. 請求項１～９のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源または請求項１０～１６のいずれか一つに記載のラマン増幅用光源システムと、
    前記光伝送ファイバと、
    を備えることを特徴とするラマン増幅システム。
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