WO2000073849A1 - Systeme amplificateur de raman et procede de transmission d'un signal optique l'utilisant - Google Patents

Description

明 細 書 ラマン増幅方式とそれを用いた光信号伝送方法 技術分野

本発明は光通信に利用されるラマン増幅方式とそれを用いた光伝送方法に関する ものである。 背景技術

現在の光通信に用レ、られている強度変調された光信号の周波数成分 （波長成分） はある程度の幅をもっている。 一方で、 光ファイバには波長によって伝搬速度が異 なるという分散特性がある。 この二つの性質により、 強度変調された光信号が光フ アイバ中を伝搬すると、 波長成分ごとの伝搬速度の違いにより信号波形が歪む。 光 信号としてパルスを入射した場合、 伝搬後のパルス幅が広がることからこの現象は 分散によるパルス広がりと呼ばれている。 （例えば、 岡本勝就著、 光導波路の基礎、 コロナ社）

デジタル通信はアナ口グ通信に比べれば波形の変化には強いのだが、 前後のビッ 卜と重なり合うほどにパルス幅が広がれば、 当然のことながら、 検出時の誤りは著 しく増加する。 そこで従来は、 分散が小さい （0に近い） 波長を用いてパルスの広 がりを小さく抑えたり、 伝送路と逆の分散をもつ媒質に通して先に進んだ波長成分 を遅らせ、 遅れた波長成分を進ませて広がったパルスを元に戻したり している。 しかしながら最近の光通信システムでは、 光信号の高出力化と波長多重化によつ て光ファィバ中の非線形現象が顕著になり、 分散という観点だけでは波形の歪みに 対処しきれなくなつている。 主に問題とされている非線形現象として、 自己位相変 調 （S P M) 、 相互位相変調 （X P M) 、 四光波混合 （F WM) があげられる。 S P M、 X P Mは光の強度に応じて光ファィバの屈折率が僅かに変化することによつ て光の位相が変化するものである。 この位相変化が瞬時的な周波数の変化をもたら すことと、 その変化量が一定でないことから、 光ファイバの分散特性により非可逆 な波形歪が発生する。 F WMは周波数の異なる複数の入射光によって分極場が励起 されると、 入射光の周波数とは異なる成分が生じることにより、 新たな周波数の光 が発生するという現象である。 F WMは分散が 0に近い波長において特に顕著とな る。 F WMにより発生した光が、 信号として使用している波長と一致すると検出時 の誤りを増加させることになる。

このような光ファイバの非線形性に起因する伝送特性の劣化を防ぐ手段として、 二つのアプローチがある。 一つは光ファイバ中の光強度を下げて、 非線形効果を小 さくする方法である。 他の一つは非線形効果を利用する伝送方式を用いる方法であ る。 前者の方法は、 単純に光ファイバへの入力レベルを下げたり、 モードフィール ド径の大きい光ファイバを利用することによって実現できる。 後者の方法は、 光ソ リ トン通信を利用することで実現できる。 しかし、 これらの方法を用いたとしても さらに次のような問題が残る。

光ファイバへの入力レベルを下げると受信側の信号対雑音比 （S Z N比） を下げ ることになるため、 検出時の誤りが増加する。 このことは、 伝送可能な距離が短く なるとも解釈できる。 モードフィールド径の大きい光ファイバは、 分散スロープ

(分散の波長依存性） が大きいため、 波長多重化された全てのチャンネルに対して 最適な分散を設定するのが難しい。 光ソリ トン通信は、 実際の光伝送路に存在する 摂動 （伝搬損失や分散のゆらぎなど） により、 ソリ トンの条件から外れた分散波の 成分が生じ、 これが伝送特性を劣化させる要因となる。 以上のように、 現在の光通 信システムはいくつかの制限要因に対して注意深く配慮しながら設計しなければな らないのだが、 仮に光伝送路である光ファイバに損失がないとすると、 これらの制 限が著しく緩和される。 例えば、 無損失伝送路では、 伝搬損失による S ZN比の劣 化がなくなるため、 光ファイバへの入力レベルを下げることに関する前記制限要因 が緩和される。 また、 光ソリ トン通信に無損失伝送路を適用した場合、 分散波の発 生が著しく減少する。 このような無損失伝送路に最も近い従来の光伝送路として、 ラマン増幅によって損失補償された光伝送路がある。

光ファイバのラマン散乱を利用したラマン増幅方式は、 光伝送路自体が増幅用光 ファイバになるという利点や、 任意の波長帯を増幅できるという利点を持つ。 石英 系の光ファイバの場合、 励起光の波長よりも長波長側、 周波数にして約 1 3 T H z 低い周波数帯に利得のピークが現れる。 例えば、 波長 1 4 5 0 n mと 1 5 4 7 n m の周波数の差が 1 3 T H zである。 励起光と利得ピークの波長差もしくは周波数差 をラマンシフ卜と呼び、 光ファイバの組成に応じた値となる。

一般に、 通信用のラマン増幅方式には、 図 2 1に示すように励起光と信号光が逆 方向に伝搬する後方励起構成が採用される。 ラマン利得の発生機構は非常に高速で あるため、 励起光と信号光が同方向に伝搬する前方励起構成では、 励起光の強度ゆ らぎが信号波形にそのまま重畳されてしまい、 伝送特性が著しく劣化するからであ る。 このことは特開平 9 - 3 1 8 9 8 1号の段落番号 0 0 2 7〜0 0 3 0にも開示 されている。

従来の後方励起構成を採用したラマン増幅方式における増幅用光ファイバ中の励 起光と信号光の長手方向における強度分布の一般的な特性を図 2 2〜図 2 7に示す。 (これらの計算方法は G. P. Agrawal の "Nonlinear Fiber Optics" , Chap. 8, Academ ic Press , R. G. Smith の Appl ied Optics, Vol. 11, pp. 2489-2494, 1972 、 J. Auyeung と A. Yariv の J. Quantum Electron. , Vol. QE-14, pp. 347-352, 1978 等を参照） 。

ラマン増幅方式を応用したラマン増幅器には、 光伝送路を増幅用光ファイバとし て用いる分布型と、 光伝送路とは別に増幅用光ファイバを用いる集中型とがある。 以下の記述では分布型を想定した例を示す。 ただし、 集中型であっても、 増幅用光 ファイバにおける信号光及び励起光の振舞いは同じ方程式で記述されるため、 各種 パラメータの値が異なるだけで、 同様な効果を得ることが可能である。

図 2 2は励起光パワーの変化と信号光パワーの変化を示すグラフである。 このグ ラフ中の曲線 aは励起光の入射パワーが 1 0 O mW (曲線①） のときの信号光パヮ —を示し、 曲線 bは励起光の入射パワーが 2 0 O mW (曲線②） のときの信号光パ ヮ一を示し、 曲線 cは励起光の入射パワーが 3 0 O mW (曲線③） のときの信号光 パワーを示す。 グラフ中の直線 dは励起光を入射しない場合の信号光パワーを示す。 同グラフ中の直線 dから明らかな様に、 信号光パワーは励起光を入射しないと伝搬 距離に比例して減衰する。 減衰定数が 0. 25 d B/ kmの励起光を入射するとラ マン増幅が起こり、 信号光パワーが増加する。 このパワーの増加量がラマン利得で ある。 図 22に示すグラフ中の曲線①〜③と曲線 a〜c との関係から明らかな様に、 ラマン利得の大きさは励起光の入射パヮ一にほぼ比例する。 励起光も伝搬距離に比 例して減衰するため、 信号入力端付近では励起光強度が小さくなり、 ラマン利得も 小さい。 従って、 信号光は入力端から近い位置では減衰し、 出力端 （励起光が入射 される端： この例では入力端から 50 kmの位置） 付近で大きな利得を受ける。 信 号光強度が十分小さい場合、 励起光の減衰は伝搬損失によるものであるから、 励起 光の長手方向の強度分布は増幅用光ファイバの減衰定数によって一意に決まる。 ラ マン利得の長手方向の分布 （信号光の長手方向の強度分布） は励起光の長手方向の 強度分布に応じて決まる。

図 23は励起光の入射パワーが一定、 その減衰定数 α ρも 0.25d BZkmで一定 であるときに、 信号光の減衰定数 a sを変化させた場合の信号光パワーを示すダラ フである。 このグラフ中の曲線①は減衰定数 a s =0.3d BZkmの場合、 曲線② は減衰定数 a s =0.25d BZkmの場合、 曲線③は減衰定数 a s =0.2 d B/km の場合である。 図 23に示すグラフから明らかな様に、 光伝送路の長手方向におけ る信号光の強度分布は信号光の減衰定数 a sに応じて変わる。

図 24は励起光の入射パワーが一定、 信号光の減衰定数 a sが一定であるときに、 励起光の減衰定数 α ρを変化させた場合の信号光パワーの変化を示すグラフである。 このグラフ中の曲線 aは、 励起光の减衰定数 ct p =0.3 d B/km (曲線①） のと きの信号光パワーを示し、 曲線 bは滅衰定数 a p=0.25d BZkm (曲線②） のと きの信号光パワーを示し、 曲線 cは減衰定数 a p =0.2d BZkm (曲線③） のと きの信号光パワーを示す。 図 24に示すグラフから明らかな様に、 励起光の減衰定 数 α ρを変えると光伝送路の長手方向における励起光の強度分布が異なるため、 同 方向における信号光の強度分布が変わる。 図 2 5は増幅用光フアイバの長さを変えたときの励起光パワーと信号光パワーと の関係を示すグラフである。 この場合、 励起光の入射パワーは一定、 信号光と励起 光の減衰定数は同じ値としてある。 このグラフから増幅用光ファイバの長さを変え ると、 同ファイバの長手方向における励起光の強度分布が異なるため、 同方向にお ける信号光の強度分布も変わることが分かる。 図 2 5に示すグラフ中の曲線①〜⑤ は増幅用光ファイバの長さが 1 0 k m、 2 0 k m , 3 0 k m, 4 0 k m 5 0 k m のときの励起光パヮ一を示し、 曲線 a〜 eは増幅用光ファイバが前記夫々の長さで ある場合の信号光パワーを示す。

図 2 6は励起光の入射パワーが一定、 信号光と励起光の減衰定数が同一で、 信号 光のラマン利得係数 g _Rが異なる場合の信号光パヮ一の変化を示すグラフである。 このグラフ中の曲線 aは利得係数 g _R = 1 / 3 X 1 0— ¹³mZWのときの信号光パ ヮ一、 曲線 bは利得係数 g _R= 2 / 3 X 1 0 ^{- 1 3}mZWのときの信号光パワー、 曲 線 cは利得係数 g _R= 1 X 1◦ ^{1 3}mZWのときの信号光パワーを示す。 このダラ フから明らかな様に、 ラマン利得係数 g _Rの大きさを変えると発生するラマン利得 の大きさが変わり、 光伝送路の長手方向における信号光の強度分布が変わる。 図 2 7は入射パワーが一定の励起光により前方励起したときと、 後方励起したと きの信号光パワーの変化を示すグラフである。 このグラフ中の曲線 aは前方励起し たときの信号光パワーを示し、 曲線 bは後方励起したときの信号光パワーを示す。 ここで示した g _Rの値は励起波長が 1 μ ιηの場合の値である。 このグラフから明ら力 な様に、 励起構成が異なると、 光伝送路の長手方向における励起光の強度分布が異 なるため、 発生するラマン利得の分布も変わり、 信号光の分布が変わる。 尚、 ダラ フ中の曲線①は前方励起光のパワーを示し、 曲線②は後方励起光のパワーを示す。 光増幅器を用いた伝送系の雑音特性の一般的な振舞いとして、 光増幅前の信号損 失が雑音特性を著しく劣化させることが知られている。 このため、 光ファイバ増幅 器のように増幅効果が光ファイバの長手方向に分布を持つ場合、 増幅器入力端に近 い位置での損失が雑音特性を劣化させる。 一方、 後方励起構成の場合、 増幅用光フ アイバにおける伝搬損失によって信号光入力端での励起光強度が小さくなるため、 信号光入力端での増幅作用も小さくなる。 従って、 後方励起構成では信号光入力端 における損失が比較的大きくなり、 増幅器の雑音特性を劣化させることが問題点と なる。 このため、 雑音特性の良いラマン増幅器を構成するためには、 できるだけ損 失の小さい光ファイバ （信号光と励起光のどちらに対しても） を用いること、 でき るだけ短い光ファイバを用いることが常套手段であった。

一方で、 光伝送路を増幅用光ファイバとして用いる分布型ラマン増幅器の場合は、 光伝送路における非線形効果を抑えつつ高い S Z N比を維持する必要がある。 そこ で、 光伝送路は同伝送路の長手方向における信号光のレベルが一定となる無損失伝 送路の状態が理想的であり、 この場合、 励起光の強度も光伝送路の長手方向で一定 となるのが望ましい。 しかし、 従来技術でこれを実現できる距離は比較的短く、 そ の距離は光伝送路を構成する光ファイバのパラメータ （ファイバ長、 利得係数、 励 起光と信号光の減衰定数） によって一意に決まっていた。 これは、 光伝送路の長手 方向における励起光の分布を制御することができなかったためである。 発明の開示

本発明の目的は、 光伝送路の長手方向における励起光の強度分布を制御すること により、 増幅器の雑音特性を改善可能なラマン増幅方式を提供するとともに、 従来 のラマン増幅方式と比較して、 より無損失伝送路に近い状態を実現可能なラマン増 幅方式と、 その増幅方式を用いた光信号伝送方法を提供することにある。

本発明の第 1のラマン増幅方式は、 光ファイバ中のラマン散乱を利用したラマン 増幅方式であって、 信号光をラマン増幅するための第一の励起光を増幅用光フアイ バの信号光出力端から入射し、 第一の励起光の波長よりも短い波長をもち第一の励 起光をラマン増幅するための第二の励起光を光ファイバの信号光入力端から入射す る方式である。

第 2のラマン増幅方式は、 第 1のラマン増幅方式において、 第二の励起光を増幅 用光ファイバの信号光出力端からも入射する方式であり、

第 3のラマン増幅方式は、 前記第一の励起光を増幅用光ファィバの信号光入力端 からも入射する方式である。

本発明の第 4〜第 9のラマン増幅方式は、 前記第 1乃至第 3のいずれかのラマン 増幅方式において、 次の様にしたものである。 第 4のラマン増幅方式は、 第二の励 起光の波長が、 第一の励起光の波長よりも増幅用光ファイバのラマンシフト分だけ 短い波長をもつ方式である。

第 5のラマン増幅方式は、 第二の励起光のラマン増幅帯域と信号光の波長帯域と が重複しない方式である。

第 6のラマン増幅方式は、 第二の励起光の波長を、 第一の励起光の波長よりも増 幅用光ファイバのラマンシフ ト分だけ短い波長から若干ずれた波長とした方式であ る。

第 7のラマン増幅方式は、 第一と第二の励起光のいずれか一方又は双方を、 複数 の波長で構成される波長多重励起光源とした方式である。

第 8のラマン増幅方式は、 第一の励起光に半導体レーザ一を用いる方式である。 第 9のラマン增幅方式は、 光伝送路に第三の励起光を導き、 第二の励起光をラマ ン増幅する方式である。

本発明の第 1の光信号伝送方法は、 前記第 1〜第 9のいずれかのラマン増幅方式 を用いて、 光信号を光伝送路の長手方向でほぼ一定なレベルで伝播させる方法であ り、 第 2の光信号伝送方法は、 前記信号光として波長多重化されたソリ トン信号を 用いる方法である。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明のラマン増幅方式の第 1の実施形態を示す説明図。 図 2は、 図 1 に示すラマン増幅方式において第二の励起光を入射した場合と入射しない場合とで、 光フアイバの長手方向における第一の励起光の強度分布を比較した結果を示す図。 図 3は、 図 1に示すラマン増幅方式において、 第二の励起光を入射した場合と入射 しない場合とで、 光ファイバの長手方向における信号光の強度分布を比較した結果 を示す図。 図 4は、 図 1に示すラマン増幅方式において、 第二の励起光を信号光の 入力端から入射した場合と出力端から入射した場合とで、 光フアイバの長手方向に おける第一の励起光の強度分布を比較した結果を示す図。 図 5は、 図 1に示すラマ ン増幅方式において、 第二の励起光を信号光の入力端から入射した場合と出力端か ら入射した場合とで、 光ファイバの長手方向における信号光の強度分布を比較した 結果を示す図。 図 6は、 図 1に示すラマン増幅方式において、 信号の利得が一定と なる条件下で第一の励起光と第二の励起光の組合わせを変えた場合の信号光の変化 を示す図。 図 7は、 本発明のラマン増幅方式の第 2の実施形態を示す説明図。 図 8 は、 図 1に示すラマン増幅方式、 図 7に示すラマン増幅方式、 従来のラマン増幅方 式の夫々における信号光の強度分布を示す図。 図 9は、 図 1に示すラマン増幅方式 と図 7に示すラマン増幅方式とで、 信号光の最小レベルを同じくするために必要と される励起パワーを示す図。 図 1 0は、 図 1に示すラマン増幅方式において、 信号 光の入 ' 出力レベル及び最小レベルが同一となる条件下、 第一の励起光と第二の励 起光の波長間隔を異ならせた場合の信号光の強度分布を示す図。 図 1 1は、 図 1 0 における条件と同じ条件での、 光フアイバの長手方向における第一の励起光の強度 分布の比較図。 図 1 2は、 本発明のラマン増幅方式の第 3の実施形態を示す説明図。 図 1 3は、 図 1 2に示すラマン増幅方式に最も近い従来のラマン増幅方式を示す図。 図 1 4は、 光ファイバの長手方向における信号光の強度分布を示す図。 図 1 5は、 図 1 4に示す条件における第一の励起光の光ファイバの長手方向における強度分布 を示す図。 図 1 6は、 信号光のレベル変動幅をほぼ同じく設定した場合の中継距離 の違いを示す図。 図 1 7は、 本発明のラマン増幅方式の第 5の実施形態を示す説明 図。 図 1 8は、 第二の励起光の波長を適切に選択することによって、 波長多重化さ れた第一の励起光のうちの一方の励起光が受ける利得を他方の励起光が受ける利得 よりも大きくすることが可能であることを示す図。 図 1 9は第二の励起光として波 長多重励起光源を用いた場合における第一の励起光の波長帯に対する利得形状の一 例を示す図。 図 2 0は、 図 1 2に示すラマン増幅方法を適用した光伝送路を用いた 波長多重ソリ トン通信システムの概略図。 図 2 1は、 従来のラマン増幅方式を示す 説明図。 図 2 2は、 従来のラマン増幅方式において励起光を入射しない場合と入射 した場合、 及び励起光の入射パワーを変化させた場合の信号光パワーの変化を示す 図。 図 2 3は、 従来のラマン増幅方式において、 信号光の減衰定数の変化に伴う信 号光パワーの変化を示す図。 図 2 4は、 従来のラマン増幅方式において、 励起光の 減衰定数の変化に伴う励起光及び信号光の変化を示す図。 図 2 5は、 従来のラマン 増幅方式において、 増幅用光ファイバの長さを変えた場合の励起光及び信号光の強 度分布を示す図。 図 2 6は、 従来のラマン増幅方式において、 ラマン利得係数を変 えた場合の信号光の変化を示す図。 図 2 7は、 従来のラマン増幅方式において、 前 方励起と後方励起の場合の励起光及び信号光の強度分布を示す説明図。 発明を実施するための最良の形態

(実施形態 1 )

本発明のラマン増幅方式の第 1の実施形態を図 1に基づいて詳細に説明する。 図 1の光ファイバ 1は光伝送路もしくは集中型光増幅器を構成する任意のタイプの光 ファイバであり、 例えば光伝送路として用いられる S M F、 D S F、 N Z— D S F、 L E A F , R D F、 分散補償用ファイバ、 非線形デバイス用ファイバ等である。 前 記光ファイバ 1を用いた光通信システムにおいて、 信号光 （波長え _s) が光フアイ バ 1を伝搬する際に、 第一の励起光 （波長 λ _{Ρ 1}) を信号光の出力端 2から入射し、 第二の励起光 （波長 λ _Ρ2) を信号光の入力端 3から入射する。 これにより、 第一の 励起光と第二の励起光が共に光ファイバ 1中に存在し、 第一の励起光は第二の励起 光によるラマン増幅を受けて増幅され、 信号入力端 3付近での第一の励起光強度は 第二の励起光が存在しない場合よりも大きくなる。 従って、 信号入射端 3側での伝 搬損失に起因する S / N比の劣化が軽減され、 伝送系の雑音特性が改善される。 ま た、 第二の励起光が信号光の入力端 3から入射することにより、 信号光出力端 2か ら入射する場合に比して、 信号光入力端 3付近における第二の励起光強度が大きく なり、 信号光入力端 3付近において第一の励起光が第二の励起光から受ける利得を 効率的に大きくすることができ、 ラマン増幅器の雑音特性の改善も効率的になされ る。 本実施形態では第二の励起光の波長 λ _ρ2を第一の励起光の波長 λ _{ρ 1}よりも光フ アイバ 1 (増幅用光ファイバ 1 ) のラマンシフ ト分だけ短い波長としてある。 両波 長がこの関係にあるときに第一の励起光が第二の励起光によって最も効率よくラマ ン増幅される。 しかし、 第二の励起光の波長; l _P2が第一の励起光の波長 λ _{Ρ 1}より も短い波長であれば増幅は可能であるため、 第二の励起光の波長 λ _ρ2を第一の励起 光の波長 λ _{Ρ 1}よりも増幅用光ファイバ 1のラマンシフト分だけ短い波長に限定する 必要はない。 例えば、 第一の励起光の波長 λ _{Ρ 1}よりも増幅用光ファイバ 1のラマン シフト分だけ短い波長から、 更に若干ずれた波長とすることもできる。 このように 若干ずらすと、 第一の励起光が第二の励起光から受けるラマン利得の利得係数を任 意に減少させることができる。 例えば、 ラマンシフト分だけ短い波長から 20から 30 nm程度ずれると利得係数が約半分になる。 これは増幅用光ファイバ 1の長手方向に おける第一の励起光の強度分布を制御する手段となり、 増幅器の入 ·出力レベルが 規定されたときに、 雑音特性を最適化するために利用することができる。

前記の背景技術の欄に記載した様に、 励起光と信号光が同方向に伝搬する前方励 起構成では、 励起光の強度ゆらぎが信号波形にそのまま重畳されてしまい、 伝送特 性が著しく劣化するため、 ラマン利得を生み出す励起光は信号光と逆方向に伝搬す ることが望ましい。 そこで本実施形態では、 第一の励起光を信号光の出力端 2から (信号光と逆方向に） 入射して、 伝送特性の劣化を抑制してある。

本実施形態のように第二の励起光を信号光と同方向に伝搬させる場合、 第二の励 起光の利得帯域と信号光の帯域とが重複すると、 励起光の強度ゆらぎが信号波形に そのまま重畳されてしまい、 伝送特性が著しく劣化する。 そこで本実施形態では同 方向に伝搬する第二の励起光の利得帯域と信号光の帯域とが重複しないようにして 伝送特性の劣化を抑制してある。 例えば、 第二の励起光の波長と信号光の波長が 20 THz程度離れていればよい。

光増幅器を用いた伝送系において、 光信号が増幅された後に増幅値以上の損失を 受けると、 増幅前に損失を受けた場合と同様に、 雑音特性の著しい劣化を招くこと が知られている。 （オーム社発行、 石尾他、 光増幅器とその応用、 P 2 6 ) 。 従つ て、 ラマン増幅器のように増幅用光ファイバが比較的長い場合には同ファイバ中の 信号光レベルをできるだけ高く保つことが雑音特性上の観点からは望ましい。 分布 型増幅器による多段中継のように信号光の入 · 出力レベルが同程度の場合には、 光 伝送路全体にわたる信号光レベルを入 · 出力レベルと同程度かそれ以上に保つこと 力望ましレヽ。 ij i i±、 G. P. Agrawalの "NonlinearFiberOptics , Chap. 8, Academic Pressに示されるように、 信号光強度の伝搬方向の微分係数は下記数 1で表される ので、 増幅用ファイバの利得係数 （g _R) と損失係数 （ct _s：信号光の減衰定数） が 与えられれば、 信号光強度の伝搬方向の微分係数を 0にするための励起光強度が I

と求められる。 従って、 励起光強度が a _sZ _{g R}よりも小さければ、 信 号光は伝搬するにつれて減衰し、 a _sZ g _Rよりも大きければ増加する。 よって、 光 伝送路中の全ての位置において励起光強度が a _sZ g _Rとなっていることが理想的で あるが、 実際には a _sZ g _R付近である程度の幅に収めるのが現実的である。 このよ うにすることで光伝送路の長手方向における信号光のレベルを一定に近い状態に保 持することができ、 良好な雑音特性を得ることができる。 dI_s /dz = {g_RI_P - a_s )I_s 図 2は実施形態 1に示す本発明のラマン増幅方式において、 第二の励起光を入射 した場合と入射しない場合とで、 光ファイバ 1の長手方向における第一の励起光の 強度分布を比較した結果を示すグラフである。 このグラフから第二の励起光を入射 しない場合は、 第一の励起光の強度分布が光ファイバの伝搬損失によって指数関数 状に減衰しているが、 第二の励起光を入射した場合は、 第一の励起光が増幅される ため、 信号光入射端における第一の励起光の強度が増加していることが分かる。 図 3は実施形態 1に示す本発明のラマン増幅方式において、 第二の励起光を入射 した場合と入射しない場合とで、 光ファイバ 1の長手方向における信号光の強度分 布を比較した結果を示すグラフである。 このグラフから第二の励起光が存在してい る方が、 第二の励起光が存在しない場合よりも、 信号光入力端付近での信号光強度 が大きくなつており、 雑音特性が改善されることが伺える。

図 4は実施形態 1に示す本発明のラマン増幅方式において、 第二の励起光を信号 光の入力端 （図 1の 3 ) から入射した場合と、 出力端 （図 1の 2 ) から入射した場 合とで、 光ファイバ 1の長手方向における第一の励起光の強度分布を比較した結果 を示すグラフである。 このグラフから第二の励起光を信号光の入力端 3から入射し た方が出力端 2から入射する場合よりも、 入力端 3付近における第二の励起光の強 度を大きくできるため、 入力端 3付近で第一の励起光が第二の励起光から受ける利 得が大きなり、 第一の励起光の強度が大きくなることが分かる。

図 5は実施形態 1に示す本発明のラマン増幅方式において、 第二の励起光を信号 光の入力端 （図 1の 3 ) から入射した場合と、 出力端 （図 1の 2 ) から入射した場 合とで、 光ファイバ 1の長手方向における信号光の強度分布を比較した結果を示す グラフである。 このグラフから第二の励起光を信号光の入力端 3から入射した方が、 出力端 2から入射するよりも、 入力端 3付近における信号光の強度が大きくなつて おり、 雑音特性が良いことが伺える。

図 6は実施形態 1に示す本発明のラマン増幅方式において、 信号光の利得が一定 になる条件の下で、 第一の励起光と第二の励起光の入射パワーの組み合わせを変え た場合の信号光パワーの変化を示すダラフである。 図 6に示すグラフ中の曲線①は、 第一の励起光の入射パワーが 1 0 O mW、 第二の励起光の入射パワーが 1 1 0 0 m Wの場合、 曲線②は第一の励起光の入射パワーが 1 5 0 mW、 第二の励起光の入射 パワーが 3 7 O mWの場合、 曲線③は第一の励起光の入射パワーが 2 0 O mW、 第 二の励起光の入射パワーが O mWの場合を夫々示す。 このグラフより、 第一の励起 光と第二の励起光の両方のパワーを調整することによって光ファイバの途中におけ る信号光の最小レベルを制御することができ、 最小レベルを高く設定することで、 雑音特性の改善が可能であることが分かる。

(実施形態 2 )

本発明のラマン増幅方式の第 2の実施形態を図 7に基づいて詳細に説明する。 本 実施形態の基本的な構成は前記実施形態 1 と同様である。 異なるのは図 7に示す様 に第二の励起光 （波長 λ _ρ2) を信号光の入力端 3からだけでなく、 出力端 2からも 入射していることである。 この場合も実施形態 1 と同様に、 第二の励起光の波長え _Ρ2を第一の励起光の波長え _{Ρ 1}よりも短い波長としたり、 第一の励起光の波長 λ _{Ρ 1} よりも光ファイバ 1 (増幅用光ファイバ 1 ) のラマンシフ ト分だけ短い波長とした り、 第一の励起光の波長え _{Ρ 1}よりも増幅用光ファイバ 1のラマンシフト分だけ短い 波長から若干ずれた波長とすることができる。

第二の励起光 （波長え _ρ2) を信号光の出力端 2からも入射すると、 光ファイバ 1 の長手方向における第一の励起光 （波長 λ _{ρ 1} ) の強度分布を制御する際の自由度が 増し、 光ファイバ 1の長手方向における信号光の強度分布を制御し易くなる。 分布 型増幅器による多段中継のように、 信号光の入 · 出力レベルが規定されてしまう条 件下で雑音特性を最適化する場合はこの方法が効果を発揮する。

図 8は図 7に示す光フアイバ 1の長手方向における信号光の強度分布を示すダラ フであり、 グラフ中の曲線 aは従来のラマン増幅方式によって光ファイバ 1中の信 号光を増幅した場合の同信号光の強度分布を示し、 曲線 bは実施形態 1に示す本発 明のラマン増幅方式によって信号光を増幅した場合の同信号光の強度分布を示し、 曲線 cは実施形態 2に示す本発明のラマン増幅方式によつて信号光を増幅した場合 の同信号光の強度分布を示す。 このグラフから、 実施形態 1の示したラマン増幅方 式を用いた方が従来の増幅方式を用いた場合に比べて光ファイバ 1の途中における 信号光の最小レベルが高いところにあるため、 雑音特性が良いことが分かる。 また、 実施形態 2に示したラマン増幅方式を用いた場合は、 実施形態 1に示したそれを用 いた場合よりも信号光の最小レベルがさらに高いレベルに保たれており、 雑音特性 が更に良くなることが分かる。 実施形態 1に示したラマン増幅方式でも第一と第二 の励起光の強度を調整することによって、 信号光の最小レベルを実施形態 2に示す ラマン増幅方式の場合と同じにすることもできる。 但し、 図 9に示す例では実施形 態 2に示すラマン増幅方式を用いた場合の方がトータルで必要とされる励起パワー が少なくなつているので効率が良いといえる。 図 9は実施形態 1に示すラマン増幅 方式を用いた場合と、 実施形態 2に示すラマン増幅方式を用いた場合との信号光パ ヮ一の比較結果を示すグラフである。 このグラフ中の曲線 aは実施形態 1に示すラ マン増幅方式において、 第一の励起光を 1 0 O mW、 第二の励起光を 1 1 0 O mW としたときの信号光パワーを示し、 曲線 bは実施形態 2に示すラマン増幅方式にお いて、 第一の励起光を 2 5 mW、 第二の励起光を 3 0 O mW X 2としたときの信号 光パワーを示す。

図 1 0は実施形態 2に示すラマン増幅方式において、 信号光の入 · 出力レベル及 び最小レベルが同一となる条件下で、 第一の励起光と第二の励起光の波長間隔を異 ならせた場合の光ファイバの長手方向における信号光の強度分布を比較した結果を 示すグラフである。 このグラフ中の曲線 aは第一の励起光の波長え _{p l}が 1 4 5 0 η m、 第二の励起光の波長 λ _ρ2が 1 3 5 0 n mの場合 （両波長間隔がラマンシフ トの 場合） 、 曲線 bは第一の励起光の波長 λ _{ρ 1}が 1 4 5 0 n m、 第二の励起光の波長 λ _ρ2が 1 3 2 5 n mの場合 （両波長間隔がラマンシフ 卜からずれた場合） を示す。 こ のグラフより第一の励起光と第二の励起光の波長間隔をラマンシフ トからずらすこ とによって信号光の最大レベルを小さくすることができ、 光フアイバ中の非線形性 による伝送特性の劣化を小さくできることが分かる。 この理由は、 第一の励起光の 受ける利得係数が小さくなるため光ファイバの長手方向における第一の励起光の強 度分布が緩やかとなり、 光ファイバの長手方向における信号光の強度分布も緩やか となるからである。 図 1 1は、 図 1 0の条件下における第一の励起光の強度分布を 示すグラフであり、 曲線 aは第一の励起光の波長 λ _{ρ 1}が 1 4 5 0 n m、 第二の励起 光の波長 λ が 1 3 5 0 n mの場合における第一の励起光の強度分布を示し、 曲線 bは第一の励起光の波長え が 1 4 5 0 n m、 の第二の励起光の波長 λ _p2が 1 3 2 5 n mの場合における第一の励起光の強度分布を示す。 このグラフより第一の励 起光と第二の励起光の波長間隔をラマンシフ卜からずらすことによって、 光フアイ バの長手方向における第一の励起光の強度分布が緩やかになることがわかる。 実施形態 2に示すラマン増幅方式では、 同一波長 （λ _ρ2) の第二の励起光を信号 光の入力端 3及び出力端 2から同一パワーで入射したが、 信号光の入力端 3及び出 力端 2から入射する 2つの第二の励起光は、 必ずしも同一波長である必要も同一パ ヮ一である必要もない。 これらは光ファイバの長手方向において実現しょうとする 信号光の強度分布に応じて適宜調整することができる。

(実施形態 3 )

本発明のラマン増幅方式の第 3の実施形態を図 1 2に基づいて詳細に説明する。 本実施形態の基本的な構成は前記実施形態 2と同様である。 異なるのは図 1 2に示 す様に第一の励起光 （波長 λ _{ρ 1} ) を信号光の出力端 2からだけでなく、 入力端 3か らも入射していることである。 この場合も実施形態 1 、 2と同様に、 第二の励起光 の波長 A _pi2を第一の励起光の波長 _{Ρ ΐ}よりも短い波長としたり、 第一の励起光の 波長 λ _ρ 丄 よりも光ファイバ 1 (増幅用光ファイバ 1 ) のラマンシフ ト分だけ短い 波長としたり、 第一の励起光の波長 λ _{ρ 1}よりも増幅用光ファイバ 1のラマンシフ卜 分だけ短い波長から若干ずれた波長とすることができる。

第一の励起光 （波長 λ _{ρ 1} ) を信号光の入力端 3からも入射すると、 光ファイバ 1 の長手方向における第一の励起光 （波長 λ _{ρ 1} ) 及び第二の励起光 （波長 λ _ρ2) の 強度分布をより一様にすることができるため、 無損失伝送路に近い状態を実現しや すくなる。 但し、 第一の励起光が信号光と同じ方向に伝搬するため、 入力端 3から 入射する第一の励起光の光源には強度雑音が十分小さい半導体レーザ一等を使用す る必要がある。

図 1 3は本実施形態 3に示すラマン増幅方式に最も近い従来技術の構成である。 図 1 3に示すラマン増幅方式は、 実施形態 3に本発明のラマン増幅方式と同様に第 —の励起光が信号光と同方向に伝搬するため、 入力端 3から入射する第一の励起光 の光源には強度雑音が十分小さい半導体レーザ一等を使用する必要がある。

図 1 4は従来のラマン増幅方式を用いた場合、 実施形態 2に示す本発明のラマン 増幅方式を用いた場合、 実施形態 3に示す本発明のラマン増幅方式を用いた場合の 光ファイバ 1の長手方向における信号光の強度分布を示すグラフである。 尚、 いず れの場合も信号光のレベル変動幅が最も小さくなるように励起光のパワーを最適化 してある。 このグラフから明らかなように、 実施形態 3に示す本発明のラマン増幅 方式を用いることで光ファイバ 1の長手方向における信号光のレベル変動幅を著し く小さくすることができる。

図 1 5は図 1 4の条件下における第一の励起光の、 光ファイバの長手方向におけ る強度分布を示すグラフである。 このグラフより実施形態 3に示すラマン増幅方式 において信号光のレベル変動が小さいのは、 第一の励起光のレベル変動が小さくな つているからであることが分かる。

図 1 6は信号光のレベル変動幅をほぼ同じに設定した場合の中継距離の違いを比 較したグラフである。 このグラフから実施形態 3に示す本発明のラマン増幅方式に おいて実現される信号光のレベル変動幅 （図 1 4 ) と同一の変動幅を実現するため には、 従来のラマン増幅方式では中継距離を 2 0 k m、 実施形態 2に示す本発明の ラマン増幅方式でも 2 5 k mに縮める必要があることが分かる。

(実施形態 4 )

雑音特性の最適化のためにはラマン増幅器の励起光が高出力であることが望まし く、 第一と第二の励起光のパワーレンジが大きい方が都合がよい。 この場合、 いず れか一方又は双方の励起光を複数の発振波長を有する励起用半導体レーザーから構 成される波長多重励起光源から得ることができる。 （参考文献： Y. Eraoriらの Elect ronics Letters, vol. 34, pp. 2145-2146, 1998) 。 このような励起光源を用いる場合、 利得のピーク波長と増幅される信号光の波長が一致するように励起光源の波長を選 択する必要がある。 例えば、 1435ntn、 1450nm、 1465nm、 1480nmを多重化した励起光源 を用いた場合、 1570ntn付近が利得ピーク波長となるので、 この波長帯に信号光の波 長が含まれるように設定することになる。

波長多重励起光源を用いた場合、 実効的な利得係数が光ファイバ長手方向で変化 するという現象が生じる。 これは、 信号光波長における利得係数は各励起光に起因 する係数の和となるのだが、 各励起光の減衰率が異なるため、 その振舞いが多重化 していない場合とは異なったものとなる。 減衰率が異なる理由は、 損失係数の波長 依存性と、 励起光間のラマン増幅効果によるものである。 従って、 多重化する波長 を適切に選択することによって、 光ファイバの長手方向における利得係数の分布を 制御することもできる。

(実施形態 5 )

信号光をラマン増幅するための第一の励起光として波長多重励起光を用いた場合、 各励起光間でラマン効果が発生するため、 短波長の励起光は長波長の励起光よりも 減衰率カ高くなる (H. Kidorf et al. , Photonics Technology Letters, pp. 530-53 2, Vol. 11, Fig. 5参照） 。 このため、 短波長の励起光から利得を受ける波長帯は、 長波長の励起光から利得を受ける波長帯よりも雑音特性が悪くなる。 例えば、 Cバ ンド （1530run— 1565nm) と Lバンド （1570nm— 1610nm) を同時にラマン増幅する場 合、 波長が 1450mn付近の励起光と 1490nm付近の励起光を用いるが、 励起光間のラマ ン効果のため 1450nmの励起光の方が減衰率が高くなり、 Cバンドの方が雑音特性が 悪くなる。 このとき、 1450nmの励起光に対する利得が 1490nmの励起光に対する利得 よりも大きくなるように、 第二の励起光の波長を設定することにより、 Cバンドの 雑音特性改善効果を Lバンドの雑音特性改善効果よりも大きくすることができる。 その結果、 Cバンドと Lバンドの間に雑音特性の差が生じないようにすることが可 能となる。

図 1 7に示すように、 第二の励起光の波長を 1450nmよりも増幅用光ファイバのラ マンシフト分だけ短い波長よりも僅かに短い波長とすることにより、 1450nmの励起 光が受ける利得よりも 1490nmの励起光が受ける利得が小さくなる （図 1 8参照） 。 また、 波長多重励起光源を用いたラマン増幅器は波長間隔や波長配置を適切に設定 することにより、 任意の利得形状を実現することが可能である。 従って、 第二の励 起光として波長多重励起光源を用いることにより、 第一の励起光の波長帯に对する 利得形状が自由に設定できるようになり、 その結果として、 第一の励起光が増幅す る信号帯の雑音特性の波長依存性を制御することが可能となる。 図 1 9に第二の励 起光として波長多重励起光源を用いた場合における第一の励起光の波長帯に対する 利得形状の一例を示す。 図 1 9では、 1450nmの励起光と 1490nm励起光の利得差が図 1 8の場合よりもさらに小さくなつている。 特に、 第一の励起光が比較的狭い波長 間隔 （例えば、 15mn程度） で多重化されている場合、 第二の励起光によって利得形 状を調整できると、 信号帯の雑音特性の波長依存性をより細かく制御することがで きる。 これは、 信号帯の利得プロファイルが複数の励起光から得られる利得プロフ アイルの足し合わせによって成り立っているからである。

(実施形態 6 )

信号光のレベル変動を小さく抑えるためには、 第一の励起光のレベル変動をなる ベく小さくすればよい。 従来のラマン増幅方式では、 第一の励起光のレベル変動は 伝搬損失によるものであり、 それを制御することができなかった。 これまで示して きた本発明のラマン増幅方式の実施形態では、 第二の励起光が第一の励起光に与え るラマン利得を用いて、 第一の励起光の実効的な損失が光ファイバの長手方向で変 化するようにして、 第一の励起光のレベル変動を従来方式の場合よりも小さく した。 しかし、 第二の励起光のレベル変動はやはり伝搬損失によるものであって、 これは 制御されていない。 そこで、 第二の励起光をラマン増幅するための第三の励起光を 導入すれば、 第二の励起光のレベル変動をより小さくすることができ、 それは第一 の励起光、 信号光のレベル変動をもより小さくする効果が期待される。

(実施形態 7 )

これまでの公知事実として、 無損失な光伝送路におけるソリ トンは、 信号光波長 が単一である場合はもとより、 波長多重システムの場合でも、 その波形を維持する ことが知られている。 （参考文献：例えば、 し F. Mollenauerら、 Soliton propagat ion in long fibers with periodically compensated 丄 oss， Journal or Quantum Electronics, Vol. QE-22, No. 1 , 1986) また、 単一波長のソリ トンの場合、 損失の ある伝送路でも、 光直接増幅によって損失補償をすればソリ トンとして伝送される ことが理論的にも実験的にも証明されている。 （参考文献： A. Hasegawa, Nuraerica 1 study of optical solution transmiss ion ampl ified periodical ly by the sti mulated Raman process, Appl i ed Optics, Vol. 23, No. 19, pp. 3302— 3309, 1984、 L. F. Mollenauer ¾ , Experimental demonstrat ion of solution propagation in long fibers： loss compensated by Raman gain, Optics Letters, Vol. 10， No. 5, pp22 9-231, 1985、 米国特許第 4558921号） かっては、 波長多重システムでもこれが可能 であるとされていたが （参考文献：特許第 2688350号、 し F. Mollenauerら、 Wavelen gth division multiplexing with solutions in ultra-long chstance transmissi on using lumped ampl it iers, Journal of Lightwave Technology, Vol. 9, No. 3, 1991) 、 その後に、 波長多重システムでは適切な設定をしなければソリ トン通信が 実現されないことが明らかとなった。 （参考文献： P. V. Mamyshevら， Pseudo- phase -matched four-wave mixing in solution wavelength-divi sion multiplexing tra nsmission, Optics Letters, Vol. 21, No. 6, 1996) また、 ソリ トンの一種に分散 補償ソリ トンと呼ばれる技術があり、 この技術は実用的な波長多重伝送が可能であ るため広く普及している。 しかしながら、 純粋なソリ トンと異なり、 伝播途中では パルス広がりを伴うため、 前後のビッ 卜の重なりによって生じた非線形効果が非可 逆な波形歪みをもたらす。

公知文献には、 光伝送路の損失に応じて分散を減少させた光伝送路を用いること で純粋な波長多重ソリ トン通信が可能であることが示されている。 しかしながら、 このような手法は既設の光伝送路を用いることができない上に、 光伝送路の分散の 制御が複雑で難しいため、 実用性に乏しい。

一方で、 ラマン増幅のような分布的な増幅を用いて、 無損失伝送路に極めて近い 状態の光伝送路を実現することで、 純粋な波長多重ソリ トンが伝搬可能となると予 想される。 しかし、 従来の技術レベルでこのような光伝送路を実現するには、 比較 的短い距離間隔で励起光源を配置する必要があるため実用的ではなかった。 これま でに述べてきたように、 本発明のラマン増幅方式を用いることで、 従来と比較して より無損失伝送路に近い状態の光伝送路をより長距離にわたって実現できる。 従つ て、 この光伝送路を用いた波長多重ソリ トン通信は従来のものと比較して、 伝送特 性が著しく改善されると予想される。 図 2 0は実施形態 3に示す本発明のラマン增 幅方式を適用した光伝送路を用いた波長多重ソリ トン通信システムの実施例である。 このシステムでは、 光伝送路を無損失伝送路にどれだけ近くする必要がある力、 即 ち、 信号光のレベル変動の許容値をどれだけ与えるかで伝送路区間の最大距離が決 まるので、 それよりも短い距離で一区間を構成し、 それを接続して全体のシステム を構築する。 産業上の利用可能性

本発明の第 1のラマン増幅方式には次のような効果がある。

① . 第一の励起光と第二の励起光が増幅用光ファイバ中に同時に存在すること で、 第一の励起光が第二の励起光によるラマン増幅を受け、 第二の励起光が存在し ない場合よりも、 信号入力端付近での第一の励起光強度が大きくなり、 信号入力側 での S / Nの劣化が改善され、 伝送系と増幅器の雑音特性が改善される。

② . 増幅用光ファイバの長さや信号光と各励起光の減衰定数に応じて、 第一の 励起光と第二の励起光のパワー配分、 波長間隔、 励起構成を適切に選択し、 信号光 をラマン増幅するための第一の励起光の長手方向の強度分布を任意に制御すること によって、 雑音特性の最適化が可能となる。

③ . 第二の励起光を信号光の入力端から入射するので、 第二の励起光を信号光 の出力端から入射する場合と比較して信号入力端付近における第二の励起光強度を 大きくできる。 従って、 信号入力端付近で第一の励起光が第二の励起光から受ける 利得を効率的に大きくすることができ、 ラマン増幅器の雑音特性の改善も効率的に なされる。

本発明の第 2のラマン増幅方式では、 第 1のラマン増幅方式の効果の他に次の効 果もある。 即ち、 第二の励起光を信号光の出力側からも入射するので、 光ファイバ の長手方向における第一の励起光の強度分布を制御する際の自由度が増し、 光ファ ィバの長手方向における信号光の強度分布を制御し易くなる。 分布型増幅器による 多段中継のように、 信号光の入 ·出力レベルが規定されてしまう条件下で雑音特性 を最適化するのに有効である。

本発明の第 3のラマン増幅方式では、 第 2のラマン増幅方式の効果の他に次の効 果もある。

① . 信号光をラマン増幅するための第一の励起光を増幅用光ファイバの信号光 入力端からも入射するので、 第 1、 第 2のラマン増幅方式と比べて、 信号光入力端 付近の第一の励起光の強度を容易に大きくすることができるため、 ラマン増幅器の 雑音特性の改善がより効率的になされる。

② . 第一、 第二の励起光を信号光の入力端及び出力端の両方から入射するので、 第 1、 第 2のラマン増幅方式と比べて、 光ファイバの長手方向における第一の励起 光強度分布をより一様にすることができるため、 無損失伝送路に近い状態を実現し 易くなる。

本発明の第 4のラマン増幅方式では、 第 1乃至第 3のラマン増幅方式の効果の他 に次の効果もある。 即ち、 第二の励起光の波長を第一の励起光の波長よりも増幅用 光ファイバのラマンシフ ト分だけ短い波長にするので、 第一の励起光が第二の励起 光から受けるラマン利得が最大となり、 効率良く雑音特性が改善される。

本発明の第 5のラマン増幅方式では、 第 1乃至第 3のラマン増幅方式の効果の他 に次の効果もある。 即ち、 第二の励起光のラマン増幅帯域と信号光の波長帯域とが 重複しないようにしたので、 信号光と同方向に伝搬する第二の励起光の強度揺らぎ が信号波形に重畳されることがなく、 雑音が発生しにく くなり、 伝送特性が向上す る。

本発明の第 6のラマン増幅方式では、 第二の励起光の波長を、 第一の励起光の波 長よりも増幅用光ファイバのラマンシフ ト分だけ短い波長から若干ずれた波長にす るので、 第一の励起光が第二の励起光から受けるラマン利得の利得係数を任意に減 少させることができる。 この手段を利用することにより、 第一の励起光の長手方向 の強度分布を制御する際の自由度が増すため、 増幅器の入出力レベルが規定された ときの雑音特性の最適化が容易になる。

本発明の第 7のラマン増幅方式では、 第一又は第二、 又は両方の励起光に多重光 源を使用するので高出力の励起光が得られ、 雑音特性の最適化を図るのに都合が良 い。 特に、 第一の励起光に複数の波長からなる波長多重励起光源を用いる場合には、 第二の励起光の波長を適切に選択することによって、 信号光の雑音特性の波長依存 性さえも制御することが可能となる。 さらに、 第二の励起光が波長多重励起光源で ある場合には、 信号光の雑音特性の波長依存性を一層自由に制御することが可能と なる。

本発明の第 8のラマン増幅方式では、 第一の励起光に半導体レーザを用いるので、 次のような効果がある。 第一の励起光と信号光が同方向に伝搬する場合、 励起光の 強度揺らぎが利得の揺らぎとなって信号光に重畳され、 これが信号光の強度雑音と なつて伝送特性を劣化させるのだが、 半導体レーザは一般に強度摇らぎが小さい め、 この種の強度雑音を小さくすることができる。

本発明の第 9のラマン増幅方式では、 伝送路に第三の励起光を導き、 第二の励起 光をラマン増幅することにより、 第二の励起光の実効的な伝搬損失を小さくするこ とができるため、 第三の励起光を入射しない場合と比較して、 第二の励起光の長手 方向のレベル変動が小さくなり、 第一の励起光、 信号光の長手方向のレベル変動も 小さくすることができる。 従って、 信号光の強度が伝搬方向に一様であるような無 損失伝送路により近い状態が実現できる。

本発明の第 1の光信号伝送方法は、 第 1乃至第 9のラマン増幅方式を用いて、 光 信号を光伝送路の長手方向でほぼ一定なレベルで伝搬させることにより、 S / N比 の劣化と非線形効果による波形劣化の両方を同時に緩和することができるため、 従 来よりも優れた伝送特性を持つ光通信システムが実現可能となる。

本発明の第 2の光信号伝送方法は、 第 1の光信号伝送方法の効果の他に次のよう な効果がある。

①. 純粋なソリ トンを用いて波長多重伝送を可能にするためには、 伝送路の損 失に応じて分散を减少させた伝送路を用いる必要がある。 これは、 ソリ トン波形を 維持するためには、 伝送路の分散がソリ トンパルスのピークパワーに応じた値であ る必要があるためである。 一方、 本発明の光信号伝送方法は、 第 1乃至第 9のラマ ン増幅方式を用いて、 光信号を光伝送路の長手方向でほぼ一定なレベルで伝搬させ るため、 伝送路の分散を変える必要がない。 これは、 従来不可能とされていた既設 の伝送路を用いた純粋な波長多重ソリ トン通信が可能となることを意味する。

②. ソリ トンの一種に、 実用的な波長多重伝送が可能な分散補償ソリ トンと呼 ばれる技術がある。 この技術は純粋なソリ トンと比較すると、 ソリ トンパルスのピ —クパワーの変化に強いのだが、 この技術に対しても、 信号光が光伝送路の長手方 向でほぼ一定なレベルであることは望ましいことである。 従って、 本発明の光信号 伝送方法はこの技術に対しても有効に作用する。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 光ファイバ中のラマン散乱を利用したラマン増幅方式であって、 信号光をラマ ン増幅するための第一の励起光を増幅用光ファイバの信号光出力端から入射し、 第 一の励起光の波長よりも短い波長をもち第一の励起光をラマン増幅するための第二 の励起光を光ファィバの信号光入力端から入射するラマン増幅方式。

2 . 第二の励起光を増幅用光ファィバの信号光出力端からも入射する請求の範囲第 1項記載のラマン増幅方式。

3 . 第一の励起光を増幅用光ファイバの信号光入力端からも入射する請求の範囲第 2項記載のラマン増幅方式。

4 . 第二の励起光の波長が、 第一の励起光の波長よりも増幅用光ファイバのラマン シフト分だけ短い請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 3項のいずれかに記載のラマ ン増幅方式。

5 . 第二の励起光のラマン増幅帯域と信号光の波長帯域とが重複しない請求の範囲 第 1項乃至請求の範囲第 3項のいずれかに記載のラマン增幅方式。

6 . 第二の励起光の波長を、 第一の励起光の波長よりも増幅用光ファイバのラマン シフト分だけ短い波長から若干ずれた波長とした請求の範囲第 1項乃至請求の範囲 第 3項のいずれかに記載のラマン増幅方式。

7 . 第一と第二の励起光のいずれか一方又は双方を、 複数の波長で構成される波長 多重励起光源とした請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 6項のいずれかに記載のラ マン増幅方式。

8 . 第一の励起光の光源に半導体 l ^一ザ一を用いた請求の範囲第 1項乃至請求の範 囲第 7項のいずれかに記載のラマン増幅方式。

9 . 光伝送路に第三の励起光を導き、 第二の励起光をラマン増幅する請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 8項のいずれかに記載のラマン増幅方式。

1 0 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 9項のいずれかに記載のラマン増幅方式 を用いて、 光信号を光伝送路の長手方向でほぼ一定なレベルで伝播させる光信号伝 送方法。

1 1 . 信号光として波長多重化されたソリ トン信号を用いる請求の範囲第 1 0項記 載の光信号伝送方法。