WO2023058175A1 - 光分布増幅器、光分布増幅システム、および光分布増幅方法 - Google Patents

光分布増幅器、光分布増幅システム、および光分布増幅方法 Download PDF

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広人 川上
昭一郎 桑原
由明 木坂
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日本電信電話株式会社
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    • H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
    • H04B2210/25—Distortion or dispersion compensation

Definitions

  • the present invention relates to the technology of an optical distributed amplifier, an optical distributed amplification system, and an optical distributed amplification method.
  • FIG. 10 shows the configuration of an optical transmission system using distributed Raman amplification. Since bidirectional pumping is assumed here, the optical transmission line is forward-pumped by the pumping light output by the forward-pumping pumping light source and backward-pumped by other pumping light output by the backward-pumping pumping light source. be.
  • the signal light is sent out from the optical transmitter.
  • the wavelength of pumping light is about 100 nm shorter than the wavelength of signal light. Since Raman amplification in an optical fiber has a wide gain band, this wavelength difference of 100 nm is not so strict, and it is possible to obtain gain even with a slightly different wavelength difference.
  • the pumping light propagates through the core of the optical transmission line in the same way as the signal light, so in forward pumping, it is necessary to multiplex the pumping light traveling in the same direction as the signal light into the signal light.
  • backward pumping it is necessary to send out pumping light traveling in the opposite direction to the signal light, separate only the signal light, and send it to the optical receiver.
  • These multiplexing and demultiplexing can be realized by wavelength multiplexing couplers or circulators.
  • bidirectional excitation is used as an example, but the excitation direction may be forward only or backward only.
  • noise propagation is more pronounced in forward pumping. This is because pump light and signal light propagate in the same direction.
  • the group velocity of light is wavelength dependent and is fastest for zero dispersion waves.
  • the zero-dispersion wavelength differs depending on the structure of the fiber, and is often designed around 1.3 ⁇ m or 1.55 ⁇ m, but there are cases where wavelengths other than these are designed to have zero dispersion.
  • the group velocity is symmetrical with respect to the wavelength across the zero-dispersion wave.
  • the wavelength of the pumping light is about 100 nm shorter than the wavelength of the signal light. Therefore, the group velocity ⁇ s of the signal light and the group velocity ⁇ p of the pumping light in the optical transmission line are generally not the same.
  • FIG. 11 schematically shows an example in which both the signal light and the excitation light have wavelengths longer than the zero-dispersion wave. Since the excitation light has a shorter wavelength than the signal light, ⁇ p > ⁇ s . In this case, even if the intensity noise of the excitation light source cannot be ignored, the propagation of the high-frequency component of the noise to the signal light is suppressed.
  • the present invention aims to provide a technology capable of suppressing quality deterioration of transmission signals accompanying optical distribution amplification.
  • a pumping light generation unit that generates pumping light for optically pumping an optical transmission line, n types of amplified light (n is a positive integer) and output from the pumping light generation unit a multiplexing unit for multiplexing the pumping light and outputting to the optical transmission line, wherein the central wavelengths of the n types of amplified light are ⁇ S1 to ⁇ Sn , and the zero dispersion wavelength of the optical transmission line is ⁇ 0 , the intensity of the pumping light generated in the pumping light generator at n wavelengths from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 to 2 ⁇ 0 ⁇ Sn is given by An optical distributed amplifier in which the intensity is suppressed compared to the intensity of other wavelengths of the pump light produced.
  • One aspect of the present invention is an optical transmitter that transmits n types of signal light (n is a positive integer), and an optical distribution that amplifies the signal light transmitted by the optical transmitter as light to be amplified in an optical transmission line.
  • An optical distributed amplification system including an amplifier and an optical receiver for receiving signal light amplified by the optical distributed amplifier, wherein the optical distributed amplifier generates pumping light for optically pumping the optical transmission line.
  • ⁇ S1 to ⁇ Sn be the center wavelengths of the light to be amplified, and let ⁇ 0 be the zero-dispersion wavelength of the optical transmission line. to 2 ⁇ 0 ⁇ Sn in the optical distributed amplification system in which the intensities at the n kinds of wavelengths are suppressed compared to the intensities of the other wavelengths of the pumping light generated by the pumping light generator.
  • One aspect of the present invention is an optical transmitter that transmits n types of signal light (n is a positive integer), and an optical distribution that amplifies the signal light transmitted by the optical transmitter as light to be amplified in an optical transmission line.
  • An optical distributed amplification system including an amplifier and an optical receiver for receiving signal light amplified by the optical distributed amplifier, wherein the optical distributed amplifier generates pumping light for optically pumping the optical transmission line.
  • An optical transmission line from an amplifier to the optical receiver is configured by connecting a plurality of optical waveguides having different chromatic dispersions in tandem, and the center wavelengths of the n types of light to be amplified are ⁇ S1 to ⁇ Sn , 2 ⁇ 0in ⁇ S1 to 2 ⁇ 0in ⁇ of the pumping light, where ⁇ 0in is the zero-dispersion wavelength of the optical waveguide at which the intensity of the propagating pumping light is the highest among the plurality of optical waveguides.
  • This is a distributed optical amplification system in which the intensity at n kinds of wavelengths up to ⁇ Sn is suppressed compared to the intensity at other wavelengths of the pumping light generated by the pumping light generator.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a distributed light amplification system in configuration example 1;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing an optical spectrum of partially blocked excitation light;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a distributed light amplification system in configuration example 2;
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an optical spectrum of partially blocked excitation light;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a distributed light amplification system in configuration example 2 (modification);
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an optical spectrum of partially blocked excitation light;
  • 11 is a block diagram showing the configuration of a distributed light amplification system in configuration example 3;
  • FIG. It is the figure which showed the optical spectrum of excitation light typically.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a distributed light amplification system in configuration example 4; A configuration of an optical transmission system using distributed Raman amplification is shown.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing group velocity;
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing group velocity;
  • 4 is a graph showing a transfer function of noise from excitation light to signal light;
  • an amplification effect by Raman amplification is generated within the optical transmission line.
  • the problem of how much of the wavelength region should be cut off depends on the group velocity ⁇ s of the signal light and the excitation light , and the group velocity ⁇ p of .
  • the amount of noise in the pump light before it propagates to the signal light varies greatly depending on the design of the pump light source, and the degree of penalty caused by the noise propagated to the signal light depends on the baud rate and signal format of the signal. depends on Therefore, it cannot be generally said how much difference between ⁇ p and ⁇ s is acceptable for the transmission system.
  • FIG. 13 is a graph showing a noise transfer function from excitation light to signal light.
  • the horizontal axis indicates frequency (GHz) and the vertical axis indicates noise (dB).
  • the transfer function shown in the graph is calculated based on the model described in Non-Patent Document 2 to determine what percentage of the noise component of the excitation light is propagated to the signal light at the frequency shown on the horizontal axis. It is assumed that forward pumping with an on/off gain of 7 dB is assumed, and the length of the optical transmission path (gain medium) is assumed to be 80 km.
  • Curve A shows the transfer function when
  • 0.00001.
  • Curve B shows the transfer function when
  • 0.0001.
  • Curve C shows the transfer function when
  • 0.001.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an optical distributed amplification system 100 in configuration example 1 according to the embodiment.
  • the optical distributed amplification system 100 comprises an optical distributed amplifier 10 , an optical transmitter 40 , an optical transmission line 50 and an optical receiver 60 .
  • the optical transmitter 40 outputs signal light to the optical receiver 60 .
  • ⁇ S be the carrier wavelength of this signal light.
  • the optical distributed amplifier 10 amplifies the signal light output from the optical transmitter 40 and outputs it to the optical transmission line 50 .
  • the optical receiver 60 receives signal light from the optical transmission line 50 .
  • the optical distributed amplifier 10 is composed of a pumping light generator 20 and a multiplexer 30 . Further, the pumping light generator 20 generates pumping light for optically pumping the optical transmission line.
  • the excitation light generator 20 is composed of a forward excitation excitation light source 21 and a band cutoff optical filter 22 .
  • the forward pumping pumping light source 21 outputs pumping light with a wide spectrum width. This broad spectrum can be generated from white noise.
  • a multimode laser that oscillates many longitudinal modes in a wide wavelength range may be used as the pumping light source.
  • a part of the spectrum of the excitation light output from the excitation light source 21 for forward excitation is cut off by the band cutoff optical filter 22 .
  • the multiplexing unit 30 multiplexes the pumping light output from the pumping light generating unit 20 and outputs the result to the optical transmission line 50 . That is, the optical output of the band cutoff optical filter 22 is multiplexed with the signal light by the multiplexer 30 and is incident on the optical transmission line 50 .
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the optical spectrum of the excitation light partially blocked by the band-blocking optical filter 22. As shown in FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 2 indicates wavelength, and the vertical axis indicates excitation light intensity. ⁇ 0 indicates the zero-dispersion wavelength of the optical transmission line 50 as described above. Also, ⁇ S indicates the wavelength of the signal light as described above.
  • the band-stop optical filter 22 blocks light with wavelengths in the wavelength region containing 2 ⁇ 0 ⁇ S. That is, the intensity of the excitation light with a wavelength of 2 ⁇ 0 ⁇ S out of the excitation light generated by the excitation light generation unit 20 is equal to the intensity of the other wavelengths of the excitation light generated by the excitation light generation unit 20. Intensity is suppressed in comparison. This makes it possible to avoid the worst condition that ⁇ p and ⁇ s match, thereby suppressing quality deterioration of the transmission signal. Since the gain band of Raman amplification is wide, Raman amplification is possible even if part of the pumping light is cut off.
  • it is desirable that the wavelength region to be blocked is a value that satisfies
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the optical distributed amplification system 100 in configuration example 2 of the embodiment.
  • the optical distributed amplification system 100 comprises an optical distributed amplifier 10, a first optical transmitter 40-1, a second optical transmitter 40-2, an optical signal multiplexer 70, an optical transmission line 50, and an optical receiver 60. .
  • the first optical transmitter 40-1 outputs signal light.
  • the carrier wavelength of this signal light is ⁇ S1 .
  • the second optical transmitter 40-2 outputs signal light.
  • the carrier wavelength of this signal light is ⁇ S2 .
  • the signal light multiplexer 70 multiplexes the signal light output from the first optical transmitter 40-1 and the signal light output from the second optical transmitter 40-2.
  • the optical distributed amplifier 10 amplifies the signal light output from the signal light multiplexer 70 and outputs the amplified signal light to the optical transmission line 50 .
  • the optical receiver 60 receives signal light from the optical transmission line 50 .
  • the optical distributed amplifier 10 is composed of a pumping light generator 20 and a multiplexer 30 . Further, the pumping light generator 20 generates pumping light for optically pumping the optical transmission line.
  • the excitation light generator 20 is composed of a forward excitation excitation light source 21, a first band-cut optical filter 22-1 and a second band-cut optical filter 22-2.
  • the forward pumping pumping light source 21 outputs pumping light with a wide spectrum width. As mentioned above, this broad spectrum can be generated from white noise.
  • a multimode laser that oscillates many longitudinal modes in a wide wavelength range may be used as the pumping light source.
  • a part of the spectrum of the excitation light output from the forward pumping excitation light source 21 is cut off by the first band-cutting optical filter 22-1 and the second band-cutting optical filter 22-2.
  • the combining unit 30 multiplexes the light to be amplified and the pumping light output from the pumping light generating unit 20 and outputs the combined light to the optical transmission line 50 . That is, the optical output of the band cutoff optical filter 22 is multiplexed with the signal light by the multiplexer 30 and is incident on the optical transmission line 50 .
  • configuration example 1 the difference between configuration example 1 and configuration example 2 is that two optical transmitters, the first optical transmitter 40-1 and the second optical transmitter 40-2, are used, and the output from these optical transmitters is After the signal lights with different wavelengths are multiplexed by the signal light multiplexer 70, the optical distributed amplifier 10 multiplexes them with the pumping light.
  • configuration example 1 the difference between configuration example 1 and configuration example 2 is that two filters, a first band-cut optical filter 22-1 and a second band-cut optical filter 22-2, are provided.
  • the first band cutoff optical filter 22-1 cuts off light in a wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S1 .
  • the second band-blocking optical filter 22-2 cuts off light with wavelengths in a wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S2 .
  • ⁇ 0 indicates the zero-dispersion wavelength of the optical transmission line 50 as described above.
  • ⁇ S indicates the wavelength of the signal light as described above.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the optical spectrum of excitation light partly blocked by the first band-cutting optical filter 22-1 and the second band-cutting optical filter 22-2.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates wavelength, and the vertical axis indicates excitation light intensity.
  • FIG. 4 shows that the light in the wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S1 and the light in the wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S2 are blocked.
  • the intensity of the two types of wavelengths from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 to 2 ⁇ 0 ⁇ S2 of the pumping light generated by the pumping light generator 20 is the pumping light generated by the pumping light generator 20.
  • the pumping light generation unit 20 in configuration example 2 includes the forward pumping pumping light source 21 and two band-cutting optical filters (first band-cutting optical filter 22-1, second band-cutting optical filter 22-2, etc.) as described above. ), and the light output from the forward pumping pumping light source 21 includes light of two types of wavelengths from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 to 2 ⁇ 0 ⁇ S2 , and two bands
  • the cut-off optical filter cuts off light of two kinds of wavelengths from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 to 2 ⁇ 0 ⁇ S2 out of the light output from the excitation light source 21 for forward pumping.
  • configuration example 2 states that "the excitation light generation unit is composed of a light source and n or less band-stop optical filters, and the spectrum of the light output from the light source is from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 n or less band-stop optical filters including one or more of n wavelengths ranging from 2 ⁇ 0 ⁇ Sn to 2 ⁇ 0 ⁇ Sn ranging from 2 ⁇ 0 ⁇ S1 to n.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the distributed light amplification system 100 as a modification of configuration example 2 in the embodiment.
  • the optical distributed amplification system 100 includes an optical distributed amplifier 10, a first optical transmitter 40-1, a second optical transmitter 40-2, . 50 and an optical receiver 60 .
  • ⁇ Sk be the carrier wavelength of this signal light.
  • the signal light multiplexing unit 70 receives the signal light output from the first optical transmitter 40-1, the signal light output from the second optical transmitter 40-2, . It multiplexes the output signal light.
  • the optical distributed amplifier 10 amplifies the signal light output from the signal light multiplexer 70 and outputs the amplified signal light to the optical transmission line 50 .
  • the optical receiver 60 receives signal light from the optical transmission line 50 .
  • the optical distributed amplifier 10 is composed of a pumping light generator 20 and a multiplexer 30 . Further, the pumping light generator 20 generates pumping light for optically pumping the optical transmission line.
  • the excitation light generator 20 is composed of a forward excitation excitation light source 21 and a band cutoff optical filter 22 .
  • the pumping light generator 20 is composed of the forward pumping pumping light source 21 and the band-stopping optical filters 22 of which the number is smaller than n (one).
  • the forward pumping pumping light source 21 outputs pumping light with a wide spectrum width. As mentioned above, this broad spectrum can be generated from white noise.
  • a multimode laser that oscillates many longitudinal modes in a wide wavelength range may be used as the pumping light source.
  • the band cutoff optical filter 22 A part of the spectrum of the excitation light output from the excitation light source 21 for forward excitation is cut off by the band cutoff optical filter 22 .
  • the optical output of the band-cutoff optical filter 22 is multiplexed with the signal light by the multiplexer 30 and is incident on the optical transmission line 50 .
  • the pumping light generator 20 in the modified example is composed of a forward pumping pumping light source 21 and a band-stopping optical filter 22 that is less in number than n (one).
  • the optical distributed amplification system 100 includes the optical distributed amplifier 10 that amplifies n types of light to be amplified within the optical transmission line.
  • the multiplexing unit 30 multiplexes the n types of light to be amplified and the pumping light output from the pumping light generating unit 20, and outputs the combined light to an optical transmission line.
  • the n types of light to be amplified are used as pumping light for amplifying light of other wavelengths.
  • a band cutoff optical filter corresponding to each optical transmitter is provided, but in the modified example, one band cutoff optical filter 22 is provided.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 6 indicates wavelength, and the vertical axis indicates excitation light intensity.
  • the wavelength band to be blocked is not always in the center of the optical spectrum of the pumping light.
  • a configuration in which the region of the cutoff wavelength is closer to the longer wavelength side or the shorter wavelength side of the optical spectrum of the excitation light may be employed.
  • m is a positive integer equal to or less than n, and the wavelength is longer than 2 ⁇ 0 ⁇ Sm or shorter than 2 ⁇ 0 ⁇ Sm . It is also possible that there is no excitation light on the side. In such a case, it is also possible to narrow the cutoff region of the band-cutoff optical filter, such as not including the cutoff region in which the excitation light does not exist.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the optical distributed amplification system 100 in configuration example 3 in the embodiment. All of the above-described configuration examples 1, 2, and modification examples of configuration example 2 use a band cutoff optical filter.
  • configuration example 3 is a configuration that multiplexes pumping lights with different center wavelengths output from a plurality of pumping light sources for forward pumping without using a band cutoff optical filter. Normally, Raman amplification requires high-power pumping light, but it is difficult to supply this with one pumping light source, so multiplexing pumping lights with slightly different wavelengths is widely used. .
  • the optical distributed amplification system 100 is composed of an optical distributed amplifier 10, an optical transmitter 40, an optical transmission line 50, and an optical receiver 60.
  • the optical transmitter 40 outputs signal light.
  • ⁇ S be the carrier wavelength of this signal light.
  • the optical distributed amplifier 10 amplifies the signal light output from the optical transmitter 40 and outputs it to the optical transmission line 50 .
  • the optical receiver 60 receives signal light from the optical transmission line 50 .
  • the optical distributed amplifier 10 is composed of a pumping light generator 20 and a multiplexer 30 .
  • the pumping light generator 20 is composed of a first forward pumping pumping light source 21-1, a second forward pumping pumping light source 21-2, and a pumping light multiplexing unit .
  • the first forward pumping pumping light source 21 - 1 outputs pumping light to the pumping light multiplexer 24 .
  • ⁇ p1 be the central wavelength of this excitation light.
  • the second forward pumping pumping light source 21 - 2 outputs pumping light to the pumping light multiplexer 24 .
  • ⁇ p2 be the central wavelength of this excitation light.
  • ⁇ p1 and ⁇ p2 satisfy ⁇ p2 ⁇ 2 ⁇ 0 ⁇ S ⁇ in order not to combine light with wavelengths in a wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S. is selected to satisfy p1 .
  • ⁇ 0 indicates the zero-dispersion wavelength of the optical transmission line 50 as described above.
  • ⁇ S indicates the wavelength of the signal light as described above.
  • the pumping light multiplexing unit 24 multiplexes the pumping light output from the first forward pumping pumping light source 21-1 and the pumping light output from the second forward pumping pumping light source 21-2. output to The multiplexing unit 30 multiplexes the pumping light and the signal light output from the pumping light multiplexing unit 24 and outputs the result to the optical transmission line 50 .
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the optical spectrum of excitation light.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 indicates wavelength, and the vertical axis indicates excitation light intensity.
  • FIG. 8 shows that there is no excitation light with a wavelength in the wavelength region including 2 ⁇ 0 ⁇ S . Therefore, an effect similar to that of the configuration example described above can be achieved without using a band cutoff optical filter. This makes it possible to avoid the worst condition that the group velocity of the signal light and the group velocity of the pump light match, thereby suppressing quality deterioration of the transmission signal.
  • two wavelengths of forward pumping light sources are used in Configuration Example 3, more wavelengths of forward pumping light sources may be used.
  • the pumping light generation unit 20 is configured with a plurality of light sources (first forward pumping pumping light source 21-1, second forward pumping pumping light source 21-2), and output from the plurality of light sources
  • the received light does not include light of one wavelength of 2 ⁇ 0 ⁇ S.
  • the longest wavelength and the shortest wavelength among the wavelengths of light output from a plurality of light sources are outside the range including all of one kind of wavelength 2 ⁇ 0 ⁇ S . It is in.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the optical distributed amplification system 100 in configuration example 4. As shown in FIG. Configuration example 4 is a configuration in which two optical transmission lines having mutually different zero-dispersion wavelengths are arranged in tandem.
  • the optical distributed amplification system 100 comprises an optical distributed amplifier 10, an optical transmitter 40, a first optical waveguide 50-1, a second optical waveguide 50-2, and an optical receiver 60. .
  • the optical transmitter 40 outputs signal light.
  • the optical distributed amplifier 10 amplifies the signal light output from the optical transmitter 40 and outputs it to the first optical waveguide 50-1.
  • a second optical waveguide 50 - 2 is connected to the rear stage of the first optical waveguide 50 - 1 , and the second optical waveguide 50 - 2 is connected to the optical receiver 60 .
  • an optical transmission line is configured by connecting a plurality of optical waveguides in tandem.
  • the optical receiver 60 receives signal light from the second optical waveguide 50-2.
  • the optical distributed amplifier 10 is composed of a pumping light generator 20 and a multiplexer 30 .
  • the pumping light generator 20 is configured with a pumping light source 21 for forward pumping.
  • the chromatic dispersion is selected so that ⁇ p and ⁇ s have sufficiently different values in the first optical waveguide 50-1.
  • the excitation light should be set so that it does not have a wavelength component of 2 ⁇ 0in ⁇ S , where ⁇ 0in is the zero dispersion wavelength in the first optical waveguide 50-1.
  • the pumping light has n kinds of wavelengths from 2 ⁇ 0in ⁇ S1 to 2 ⁇ 0in ⁇ Sn . may not be included.
  • the intensity of the pumping light is attenuated, and the locally viewed Raman gain is also reduced . Even if it has a value, it is possible to suppress the propagation of noise from the excitation light to the signal light, so it is possible to suppress the quality deterioration of the transmission signal.
  • first pumping light and second pumping light having wavelengths separated by 100 nm are used, the first pumping light amplifies the second pumping light, and the second pumping light is the signal
  • the same configuration as each embodiment can be used after replacing the group velocity of the second excitation light with ⁇ s and the wavelength of the second excitation light with ⁇ s .
  • the first pump light, the second pump light, and the signal light can all propagate in the same direction, or using backward pumping, only one of the three can propagate in the opposite direction to the other two. It may be configured to propagate to
  • optical amplification using Raman amplification has been described.
  • Raman amplification is a distributed light amplifier that amplifies light of other wavelengths by pumping light in an optical transmission line, it is not limited to Raman amplification, and other nonlinear optical effects may be used.
  • the present invention can be applied to an optical distributed amplification system that performs transmission on an optical fiber transmission line.
  • SYMBOLS 10 ... Optical distribution amplifier, 20... Pumping light generation part, 21... Forward pumping light source, 21-1... First forward pumping pumping light source, 21-2... Second forward pumping pumping light source, 22... Band cutoff light Filter 24 Pumping light multiplexer 30 Combiner 40 Optical transmitter 40-1 First optical transmitter 40-2 Second optical transmitter 40-n Optical transmitter 50 Optical transmission line 50-1 First optical waveguide 50-2 Second optical waveguide 60 Optical receiver 70 Signal light multiplexer 100 Optical distribution amplification system

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Abstract

本発明の一態様は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部（２０）と、ｎ種類（ｎは正の整数）の被増幅光（λｓ）と励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部（３０）と、を有し、ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、光伝送路の零分散波長をλ０とするとき、励起光生成部で生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅器である。

Description

光分布増幅器、光分布増幅システム、および光分布増幅方法
　本発明は、光分布増幅器、光分布増幅システム、および光分布増幅方法の技術に関する。
　高速大容量光伝送システムの設計においては、伝送路損失に伴う受信信号のＳＮ劣化を低減することが重要となる。このため、光伝送路そのものに光増幅を行わせ、伝送路損失を補償する様々な構成が考案されてきた。中でも分布ラマン増幅は、既設の光ファイバを利得媒体として活用できるという大きな利点を有するため、次世代の高速大容量光通信への適用が期待されている。
　図１０に、分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの構成を示す。ここでは双方向励起を想定しているため、光伝送路は前方励起用励起光源によって出力された励起光により前方励起され、かつ後方励起用励起光源によって出力された他の励起光により後方励起される。
　信号光は光送信器から送出される。ラマン増幅の場合、励起光の波長は信号光の波長より１００ｎｍ程度、短波長とする。光ファイバ内でのラマン増幅は広い利得帯域をもつため、この１００ｎｍという波長差はそれほど厳密なものではなく、多少異なる波長差であっても、ゲインを得ることは可能である。
　通常は、励起光は信号光と同様に光伝送路のコアの中を伝搬させるため、前方励起では信号光と同一方向に進む励起光を信号光に多重する必要がある。一方、後方励起では信号光と逆方向に進む励起光を送出し、かつ信号光のみを分離して光受信器へ送出させる必要がある。これらの多重および分離は波長多重カプラあるいはサーキュレータで実現可能である。図１０では、双方向励起を例にしたが、励起方向は前方のみ、あるいは後方のみでもよい。
　ラマン増幅は偏波依存性を有する光学効果であるから、前方励起用励起光源および後方励起用励起光源から出力される励起光は無偏光化（デポラライズ）されている必要がある。無偏光化させる具体的な手法については、例えば非特許文献１に記載の手法を用いることができる。無偏光化は必須ではあるが詳細な説明は省く。この背景技術における以下の説明は、前方励起用励起光源および後方励起用励起光源は無偏光化処理がなされているとの前提に基づく。
　励起光のもつ雑音が無視できない場合、増幅対象である信号光にこの雑音が伝播（トランスファ）される。雑音が伝播されることは前方励起においてより顕著となることが知られている。これは励起光と信号光が同一方向に伝搬するためである。
　ここで、光伝送路内における信号光の群速度νｓと励起光の群速度νｐについて考える。図１１、図１２に、これらの群速度を模式的に示す。光の群速度は波長に依存し、零分散波において最速となる。零分散波長はファイバの構造によって異なり、１．３μｍあるいは、１．５５μｍ近傍に設計されていることが多いが、これら以外の波長が零分散に設計されている場合もある。多くの場合、群速度は零分散波を挟んで、波長に対して対称となる。前述のとおり励起光の波長は信号光の波長より１００ｎｍほど短波長であるから、光伝送路内での信号光の群速度νｓと励起光の群速度νｐは、一般には同一ではない。
　図１１に、信号光と励起光が共に零分散波より長波長である例を模式的に示す。励起光は信号光より短波長であるため、νｐ＞νｓとなる。この場合、励起光源の強度雑音が無視できない場合であっても、その雑音の高周波成分に関しては、信号光への伝播が抑圧されることになる。
　なぜならば、励起光の強度が高速に周期変動したとしても、群速度の異なる信号光から見れば強い励起光と弱い励起光の両者からラマン利得を受けるため、結局は平均化されたラマン利得を受けるからである。ただし、光伝送路を伝搬する過程で信号光がラマン利得を受けることができる時間は有限であるから、励起光の強度変動の周期が長い場合は、前述の平均化が完全にはなされず、ラマン利得も時間変動することになる。すなわち、信号光と励起光の群速度が異なっていても、励起光の雑音の低周波成分に関しては信号光へ伝播され、ある程度の信号品質劣化は生じる。詳細については例えば非特許文献２に記載されている。
Hiroto Kawakami, Shoichiro Kuwahara, Yoshiaki Kisaka, Gain Instability in Forward-Pumped Raman Amplifier and Its Suppression Utilizing a Dual-Arm Depolarizer for Pump Light, ECOC2020 Tu1A-5 C. R. S. Fludger, V. Handerek, Member, IEEE, and R. J. Mears, Associate Member, IEEE, Pump to Signal RIN Transfer in Raman Fiber Amplifiers, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 19, NO. 8, AUGUST 2001
　しかしながら、図１２に示すように、励起光と信号光の波長の中間が零分散である場合は注意が必要となる。この場合は、νｐとνｓが近い値をもつため、励起光と信号光が同一速度で光伝送路内を伝搬してゆく。よって励起光の強度雑音が無視できない場合、信号光は強い励起光のみ、あるいは弱い励起光のみからラマン利得を受けることになる。すなわち、励起光の雑音は低周波成分のみならず高周波成分も、信号光へ伝播される。
　このように従来技術では、伝送信号の品質劣化が非常に大きくなりうるという課題があった。
　上記事情に鑑み、本発明は、光分布増幅に伴う伝送信号の品質劣化を抑圧することができる技術の提供を目的としている。
　本発明の一態様は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、ｎ種類（ｎは正の整数）の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、を有し、前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成部で生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅器である。
　本発明の一態様は、ｎ種類（ｎは正の整数）の信号光を送信する光送信器と、前記光送信器が送信した信号光を被増幅光として光伝送路内で増幅する光分布増幅器と、前記光分布増幅器で増幅された信号光を受信する光受信器とを含む光分布増幅システムであって、前記光分布増幅器は、前記光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、前記ｎ種類の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、を有し、前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成部で生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅システムである。
　本発明の一態様は、ｎ種類（ｎは正の整数）の信号光を送信する光送信器と、前記光送信器が送信した信号光を被増幅光として光伝送路内で増幅する光分布増幅器と、前記光分布増幅器で増幅された信号光を受信する光受信器とを含む光分布増幅システムであって、前記光分布増幅器は、前記光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、前記ｎ種類の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、を有し、前記光分布増幅器から前記光受信器までの光伝送路は、波長分散が互いに異なる複数の光導波路を縦列に接続することで構成され、前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、複数の前記光導波路のうち、伝搬する前記励起光の強度が最も高くなる前記光導波路の零分散波長をλ０ｉｎとするとき、前記励起光の２×λ０ｉｎ－λＳ１から２×λ０ｉｎ－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅システムである。
　本発明の一態様は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成ステップと、ｎ種類（ｎは正の整数）の被増幅光と前記励起光生成ステップにおいて出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波ステップと、を有し、前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成ステップにおいて生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成ステップにおいて生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅方法である。
　本発明により、光分布増幅に伴う伝送信号の品質劣化を抑圧することができる技術を提供することが可能となる。
構成例１での光分布増幅システムの構成を示すブロック図である。 一部が遮断された励起光の光スペクトルを模式的に示した図である 構成例２での光分布増幅システムの構成を示すブロック図である。 一部が遮断された励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。 構成例２（変形例）での光分布増幅システムの構成を示すブロック図である。 一部が遮断された励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。 構成例３での光分布増幅システムの構成を示すブロック図である。 励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。 構成例４での光分布増幅システムの構成を示した図である。 分布ラマン増幅を用いた光伝送システムの構成を示す。 群速度を模式的に示す図である。 群速度を模式的に示す図である。 励起光から信号光への雑音の伝達関数を示すグラフである。
　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　本実施形態では、光分布増幅システムの複数の構成例について説明されるが、これに先立ち、各構成例に共通する内容について説明する。
　本実施形態における光分布増幅システムでは、ラマン増幅による増幅作用を光伝送路内で生じさせる。光伝送路の群速度は多くの場合、零分散波長に対して対称的である。そして、図１２のグラフに示される、νｐとνｓが近い値をもつため、励起光と信号光が同一速度で光伝送路内を伝搬してゆくが、これは信号光の波長をλＳ、光伝送路の零分散波長をλ０、励起光の波長をλｐとするならば、λＳ－λ０＝λ０－λｐという波長配置で生じる。
　λＳ－λ０＝λ０－λｐを変形するとλｐ＝２×λ０－λＳ…（１）を得る。したがって、この式（１）を満たすような励起光を禁止するか、あるいは励起光がブロードな光スペクトルをもつ場合は、式（１）を満たす波長λｐを含む波長領域をフィルタによって遮断すればよい。
　次に、遮断する波長領域の程度について説明する。遮断する波長領域をどの程度にするべきかという問題は、励起光から信号光への雑音の伝播による信号品質劣化を無視できるレベルに抑圧するためには、信号光の群速度νｓと励起光の群速度νｐとがどの程度異なっていればよいか、という問題に帰着する。
　しかしながら、信号光へ伝播する前に励起光がどの程度の雑音をもっているかは励起光源の設計によって大きく変わり、また信号光へ伝播された雑音がどの程度のペナルティを引き起こすかは信号のボーレートや信号フォーマットに依存する。そのため、νｐとνｓとがどの程度異なっていれば伝送システムとして許容できるかは、一概には言えない。
　そこでまず、許容される目安を立てるために、励起光の雑音成分が信号光へ何割伝播されるかについて計算した結果を示す。図１３は、励起光から信号光への雑音の伝達関数を示すグラフである。このグラフは、横軸が周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸が雑音（ｄＢ）を示す。グラフに示される伝達関数は、横軸に示される周波数において、励起光の雑音成分が信号光へ何割伝播されるかを非特許文献２に記載のモデルに基づいて計算したものである。なお、オンオフゲインが７ｄＢの前方励起を仮定し、光伝送路（利得媒体）の長さを８０ｋｍと仮定している。
　グラフには、３つの曲線Ａ、Ｂ、Ｃが示されている。曲線Ａは、｜１－νｓ／νｐ｜＝０．００００１である場合の伝達関数を示す。曲線Ｂは、｜１－νｓ／νｐ｜＝０．０００１である場合の伝達関数を示す。曲線Ｃは、｜１－νｓ／νｐ｜＝０．００１である場合の伝達関数を示す。
　これらの曲線Ａ、Ｂ、Ｃに示されるように、｜１－νｓ／νｐ｜が０．０００１より大きければ雑音の伝播が急激に減ることが判る。よって、｜１－νｓ／νｐ｜＞０．００００１を設計の目安とすることができる。
　以上を踏まえ、以下、各構成例について説明する。
（構成例１）
　図１は、実施形態における構成例１での光分布増幅システム１００の構成を示すブロック図である。光分布増幅システム１００は、光分布増幅器１０、光送信器４０、光伝送路５０、および光受信器６０で構成される。
　光送信器４０は、光受信器６０に対し、信号光を出力する。この信号光のキャリア波長をλＳとする。光分布増幅器１０は、光送信器４０が出力した信号光を増幅し、光伝送路５０に出力する。光受信器６０は、光伝送路５０からの信号光を受信する。
　光分布増幅器１０は、励起光生成部２０および合波部３０で構成される。また、励起光生成部２０は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する。励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１および帯域遮断光フィルタ２２で構成される。前方励起用励起光源２１は、広いスペクトル幅をもつ励起光を出力する。この広いスペクトルは、白色雑音から生成することができる。なお、前方励起用励起光源２１として、広い波長域で多数の縦モードを発振させているマルチモードレーザを励起光源として用いてもよい。
　前方励起用励起光源２１から出力された励起光は、帯域遮断光フィルタ２２によってスペクトルの一部が遮断される。合波部３０は、励起光生成部２０から出力される励起光とを合波して光伝送路５０に出力する。すなわち、帯域遮断光フィルタ２２の光出力は、合波部３０により信号光と合波され、光伝送路５０へ入射される。
　図２は、帯域遮断光フィルタ２２によって一部が遮断された励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。図２に示されるグラフの横軸は波長を示し、縦軸は励起光強度を示す。λ０は、上述したように光伝送路５０の零分散波長を示す。また、λＳは、上述したように信号光の波長を示す。
　帯域遮断光フィルタ２２は、２×λ０－λＳを含む波長領域の波長の光を遮断する。すなわち、励起光生成部２０で生成される励起光のうちの２×λ０－λＳの波長の励起光の強度は、励起光生成部２０で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている。これにより、νｐとνｓとが一致するという最悪の条件を避けることができるので、伝送信号の品質劣化を抑圧することができる。なお、ラマン増幅の利得帯域は広いため、励起光の一部が遮断されてもラマン増幅は可能である。ここで、遮断する波長領域は、上述したように、｜１－νｓ／νｐ｜＞０．００００１を満たす値とすることが望ましい。
（構成例２）
　図３は、実施形態における構成例２での光分布増幅システム１００の構成を示すブロック図である。光分布増幅システム１００は、光分布増幅器１０、第１光送信器４０－１、第２光送信器４０－２、信号光多重部７０、光伝送路５０、および光受信器６０で構成される。
　第１光送信器４０－１は、信号光を出力する。この信号光のキャリア波長をλＳ１とする。第２光送信器４０－２は、信号光を出力する。この信号光のキャリア波長をλＳ２とする。信号光多重部７０は、第１光送信器４０－１から出力された信号光と、第２光送信器４０－２から出力された信号光とを多重化する。光分布増幅器１０は、信号光多重部７０が出力した信号光を増幅し、光伝送路５０に出力する。光受信器６０は、光伝送路５０からの信号光を受信する。
　光分布増幅器１０は、励起光生成部２０および合波部３０で構成される。また、励起光生成部２０は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する。励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１、第１帯域遮断光フィルタ２２－１および第２帯域遮断光フィルタ２２－２で構成される。前方励起用励起光源２１は、広いスペクトル幅をもつ励起光を出力する。上述したように、この広いスペクトルは、白色雑音から生成することができる。なお、前方励起用励起光源２１として、広い波長域で多数の縦モードを発振させているマルチモードレーザを励起光源として用いてもよい。
　前方励起用励起光源２１から出力された励起光は、第１帯域遮断光フィルタ２２－１および第２帯域遮断光フィルタ２２－２によってスペクトルの一部が遮断される。合波部３０は、被増幅光と励起光生成部２０から出力される励起光とを合波して光伝送路５０に出力する。すなわち、帯域遮断光フィルタ２２の光出力は、合波部３０により信号光と合波され、光伝送路５０へ入射される。
　このように、構成例１と構成例２との違いは、第１光送信器４０－１と第２光送信器４０－２の２つの光送信器が用いられ、これらの光送信器から出力される波長の異なる信号光を信号光多重部７０により多重化した後に、光分布増幅器１０によって励起光と合波することにある。
　さらに、構成例１と構成例２との違いは、第１帯域遮断光フィルタ２２－１および第２帯域遮断光フィルタ２２－２の２つフィルタを設けることにある。第１帯域遮断光フィルタ２２－１は、２×λ０－λＳ１を含む波長領域の波長の光を遮断する。第２帯域遮断光フィルタ２２－２は、２×λ０－λＳ２を含む波長領域の波長の光を遮断する。λ０は、上述したように光伝送路５０の零分散波長を示す。また、λＳは、上述したように信号光の波長を示す。
　図４は、第１帯域遮断光フィルタ２２－１および第２帯域遮断光フィルタ２２－２によって一部が遮断された励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。図４に示されるグラフの横軸は波長を示し、縦軸は励起光強度を示す。
　図４には、上述した２×λ０－λＳ１を含む波長領域の波長の光と、２×λ０－λＳ２を含む波長領域の波長の光とが遮断されていることが示されている。励起光生成部２０で生成される励起光のうちの２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳ２に至る２種類の波長における強度は、励起光生成部２０で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている。これにより、第１光送信器４０－１と第２光送信器４０－２から出力された信号光の群速度と励起光の群速度とが一致するという最悪の条件を避けることができるので、伝送信号の品質劣化を抑圧することができる。
　構成例２における励起光生成部２０は、上述したように前方励起用励起光源２１と、２個の帯域遮断光フィルタ（第１帯域遮断光フィルタ２２－１、第２帯域遮断光フィルタ２２－２）と、で構成され、前方励起用励起光源２１から出力される光は、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳ２に至る２種類の波長の光を含み、２個の帯域遮断光フィルタは、前方励起用励起光源２１から出力された光のうち、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳ２に至る２種類の波長の光を遮断する。
　すなわち、構成例２は、「励起光生成部は、光源と、ｎ以下の個数の帯域遮断光フィルタと、で構成され、光源から出力される光のスペクトルは、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長のうちの１つ以上を含み、ｎ以下の個数の帯域遮断光フィルタは２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長のうち、光源から出力される光のスペクトルに含まれるものを全て遮断する」におけるｎ＝２、かつ帯域遮断光フィルタの個数が２の構成例である。
（構成例２の変形例）
　構成例２では、２つの光送信器を用いた構成について説明した。しかし現実の波長多重伝送システムにおける光送信器の個数は、２よりもはるかに多く、それらの光送信器からの多数の信号光が、稠密な波長配置で伝送されることが多い。そこで、ｎ（ｎは正の整数）個の光送信器を用いた構成を構成例２の変形例として説明する。
　図５は、実施形態における構成例２の変形例での光分布増幅システム１００の構成を示すブロック図である。光分布増幅システム１００は、光分布増幅器１０、第１光送信器４０－１、第２光送信器４０－２、…、第ｎ光送信器４０－ｎ、信号光多重部７０、光伝送路５０、および光受信器６０で構成される。
　第ｋ光送信器４０－ｋ（ｋ＝１～ｎ）は、信号光を出力する。この信号光のキャリア波長をλＳｋとする。信号光多重部７０は、第１光送信器４０－１から出力された信号光と、第２光送信器４０－２から出力された信号光と、…、第ｎ光送信器４０－ｎから出力された信号光とを多重化する。光分布増幅器１０は、信号光多重部７０が出力した信号光を増幅し、光伝送路５０に出力する。光受信器６０は、光伝送路５０からの信号光を受信する。
　光分布増幅器１０は、励起光生成部２０および合波部３０で構成される。また、励起光生成部２０は、光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する。励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１、帯域遮断光フィルタ２２で構成される。すなわち、励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１と、ｎよりも少ない個数（１個）の帯域遮断光フィルタ２２で構成される。前方励起用励起光源２１は、広いスペクトル幅をもつ励起光を出力する。上述したように、この広いスペクトルは、白色雑音から生成することができる。なお、前方励起用励起光源２１として、広い波長域で多数の縦モードを発振させているマルチモードレーザを励起光源として用いてもよい。
　前方励起用励起光源２１から出力された励起光は、帯域遮断光フィルタ２２によってスペクトルの一部が遮断される。帯域遮断光フィルタ２２の光出力は、合波部３０により信号光と合波され、光伝送路５０へ入射される。変形例での励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１と、ｎよりも少ない個数（１個）の帯域遮断光フィルタ２２で構成される。
　このように、光分布増幅システム１００は、ｎ種類の被増幅光を光伝送路内で増幅する光分布増幅器１０を含む。合波部３０は、ｎ種類の被増幅光と励起光生成部２０から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する。ｎ種類の被増幅光は、他の波長の光を増幅させるための励起光として用いられる。
　構成例２では、光送信器ごとに対応した帯域遮断光フィルタを設けたが、変形例では１つの帯域遮断光フィルタ２２としている。構成例２のように、２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）ごとに帯域遮断光フィルタを設けてもよいが、変形例では、２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）のいずれも含む単一の波長領域の波長の光を遮断する帯域遮断光フィルタ２２を用いる。
　図６は、帯域遮断光フィルタ２２によって２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）の波長の光を一括して遮断した励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。図６に示されるグラフの横軸は波長を示し、縦軸は励起光強度を示す。図６には、２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）の波長の光を一括して遮断されていることが示されている。すなわち、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、励起光生成部２０で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている。これにより、第ｋ光送信器４０－ｋ（ｋ＝１～ｎ）から出力された信号光の群速度と励起光の群速度とが一致するという最悪の条件を避けることができるので、伝送信号の品質劣化を抑圧することができる。
　なお、一括して遮断させる構成において注意すべきことは、遮断される波長域が励起光の光スペクトルの中央にあるとは限らないということである。光ファイバの場合、λＳ－λＰ＝１００ｎｍでラマン利得が最も高くなるが、この関係式はλ０とは直接の関連はないため、最大のラマン利得を得るために、図６に示した遮断波長の領域が励起光の光スペクトルの長波長側、あるいは短波長側に寄っている構成としてもよい。
　また、最大のラマン利得を得る波長配置を選んだ結果、ｍをｎ以下の正の整数として、２×λ０－λＳｍよりも長波長側、あるいは２×λ０－λＳｍよりも短波長側において励起光が存在しないこともあり得る。このような場合は、励起光が存在しない領域を遮断領域が含まないようにするなど、帯域遮断光フィルタの遮断領域を狭くすることも可能である。
　なお、励起光生成部２０は、ｎ（ｎ≧３とする）よりも少ない個数の遮断光フィルタで構成されていてもよい。例えば、２個のフィルタを設け、１つの遮断光フィルタは、２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）のうちのｋ＝１～ｒのｒ種類の波長を遮断する。もう１つの遮断光フィルタは、２×λ０－λＳｋ（ｋ＝１～ｎ）のうちのｋ＝ｒ＋１～ｎのｎ－ｒ種類の波長を遮断する。このように、帯域遮断光フィルタのうち少なくとも１個は２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長のうち、２つ以上を同時に遮断する構成としてもよい。
（構成例３）
　図７は、実施形態における構成例３での光分布増幅システム１００の構成を示すブロック図である。上述した構成例１、２、構成例２の変形例のいずれも帯域遮断光フィルタを用いた構成であった。これに対し、構成例３は、帯域遮断光フィルタを用いることなく、複数の前方励起用励起光源から出力される中心波長の異なる励起光を多重する構成である。通常、ラマン増幅には高出力な励起光が必要となるが、１つの励起光源ではこれを賄うことが困難であるため、波長がやや異なる励起光を多重して用いることは広く行われている。
　図７に示されるように、光分布増幅システム１００は、光分布増幅器１０、光送信器４０、光伝送路５０、および光受信器６０で構成される。
　光送信器４０は、信号光を出力する。この信号光のキャリア波長をλＳとする。光分布増幅器１０は、光送信器４０が出力した信号光を増幅し、光伝送路５０に出力する。光受信器６０は、光伝送路５０からの信号光を受信する。
　光分布増幅器１０は、励起光生成部２０および合波部３０で構成される。また、励起光生成部２０は、第１前方励起用励起光源２１－１、第２前方励起用励起光源２１－２、励起光多重部２４で構成される。
　第１前方励起用励起光源２１－１は、励起光多重部２４に励起光を出力する。この励起光の中心波長をλｐ１とする。第２前方励起用励起光源２１－２は、励起光多重部２４に励起光を出力する。この励起光の中心波長をλｐ２とする。構成例３においても、２×λ０－λＳを含む波長領域の波長の光で合波されないようにするために、λｐ１、λｐ２は、λｐ２＜２×λ０－λＳ＜λｐ１を満たすように選択される。なお、λ０は、上述したように光伝送路５０の零分散波長を示す。また、λＳは、上述したように信号光の波長を示す。
　励起光多重部２４は、第１前方励起用励起光源２１－１から出力された励起光と、第２前方励起用励起光源２１－２から出力された励起光とを多重化し、合波部３０に出力する。合波部３０は、励起光多重部２４から出力された励起光と信号光と合波し、光伝送路５０へ出力する。
　図８は、励起光の光スペクトルを模式的に示した図である。図８に示されるグラフの横軸は波長を示し、縦軸は励起光強度を示す。図８に示されるように、上述した構成例と同様に、２×λ０－λＳを含む波長領域の波長の励起光は存在しない。したがって、上述した構成例と同様の効果を、帯域遮断光フィルタを用いずに達成することができる。これにより、信号光の群速度と励起光の群速度とが一致するという最悪の条件を避けることができるので、伝送信号の品質劣化を抑圧することができる。なお、構成例３では２つ波長の前方励起用励起光源を用いたが、より多くの波長の前方励起用励起光源を用いてもよい。
　このように、構成例３では励起光生成部２０は、複数の光源（第１前方励起用励起光源２１－１、第２前方励起用励起光源２１－２）で構成され、複数の光源から出力される光は、２×λ０－λＳの１種類の波長の光を含まない。さらに図８に示されるように、複数の光源から出力される光の波長のうち、最長の波長と最短の波長は、２×λ０－λＳの１種類の波長の全てを含む範囲の外部にある。
（構成例４）
　図９は、構成例４での光分布増幅システム１００の構成を示すブロック図である。構成例４は、零分散波長が互いに異なる２つの光伝送路を縦列に配置する構成である。
　図９に示されるように、光分布増幅システム１００は、光分布増幅器１０、光送信器４０、第１光導波路５０－１、第２光導波路５０－２、および光受信器６０で構成される。
　光送信器４０は、信号光を出力する。光分布増幅器１０は、光送信器４０が出力した信号光を増幅し、第１光導波路５０－１に出力する。第１光導波路５０－１の後段に第２光導波路５０－２が接続され、第２光導波路５０－２は、光受信器６０に接続する。このように、光伝送路は、複数の光導波路を縦列に接続することで構成される。
　光受信器６０は、第２光導波路５０－２からの信号光を受信する。光分布増幅器１０は、励起光生成部２０および合波部３０で構成される。また、励起光生成部２０は、前方励起用励起光源２１で構成される。
　第１光導波路５０－１は、第２光導波路５０－２よりも合波部３０に近いため、第２光導波路５０－２よりも高い強度の励起光が伝搬する。構成例４では、第１光導波路５０－１において、νｐとνｓとが十分に異なる値をもつように波長分散を選ぶ。この条件を満たすためには、第１光導波路５０－１内の零分散波長をλ０ｉｎとするとき、励起光が２×λ０ｉｎ－λＳの波長成分を持たないように設定すればよい。より一般的に、上述したように、被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとしたとき、励起光は２×λ０ｉｎ－λＳ１から２×λ０ｉｎ－λＳｎに至るｎ種類の波長を含まないようにしてもよい。
　伝送路を伝搬する過程で励起光の強度は減衰してゆき、局所的に見たラマン利得も減少してゆくので、たとえ第２光導波路５０－２内でのνｐとνｓとが近い値をもっていたとしても、励起光から信号光への雑音の伝播を抑圧することができるので、伝送信号の品質劣化を抑圧することができる。
　上述した各実施形態では、励起光が信号光を増幅する構成について述べた。しかし、高次のラマン増幅を行う系においては、波長が１００ｎｍ離れた第１励起光と第２励起光を用いて、第１励起光が第２励起光を増幅し、第２励起光が信号光を増幅するという多段構成をとることがある。このような構成においては、第２励起光の群速度をνｓ、第２励起光の波長をλＳと置き換えたうえで、各実施形態と同様の構成を用いることもできる。このとき、第１励起光、第２励起光、および信号光は全てが同一方向に伝搬してもよいし、後方励起を用いて、３種のうちの１つのみが他の２つと逆方向に伝搬する構成としても良い
　また、各実施形態では、ラマン増幅を用いた光増幅について述べた。しかし、光伝送路内で、励起光によって他の波長の光を増幅する分布光増幅器であれば、ラマン増幅に限らず、他の非線形光学効果を用いたものであってもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　本発明は、光ファイバ伝送路で伝送を行う光分布増幅システムに適用可能である。
１０…光分布増幅器、２０…励起光生成部、２１…前方励起用励起光源、２１－１…第１前方励起用励起光源、２１－２…第２前方励起用励起光源、２２…帯域遮断光フィルタ、２４…励起光多重部、３０…合波部、４０…光送信器、４０－１…第１光送信器、４０－２…第２光送信器、４０－ｎ…光送信器、５０…光伝送路、５０－１…第１光導波路、５０－２…第２光導波路、６０…光受信器、７０…信号光多重部、１００…光分布増幅システム

Claims (8)

  1. 　光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、
    　ｎ種類（ｎは正の整数）の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、
    　を有し、
    　前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成部で生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅器。
  2. 　前記励起光生成部は、光源と、ｎ以下の個数の帯域遮断光フィルタと、で構成され、
    前記光源から出力される光のスペクトルは、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長のうちの１つ以上を含み、
    　前記ｎ以下の個数の帯域遮断光フィルタは２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長のうち、前記光源から出力される光のスペクトルに含まれるものを全て遮断する請求項１に記載の光分布増幅器。
  3. 　前記励起光生成部は、複数の光源で構成され、
    　前記複数の光源から出力される光は、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長の光を含まず、さらに前記複数の光源から出力される光の波長のうち、最長の波長と最短の波長は、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長の全てを含む範囲の外部にある請求項１に記載の光分布増幅器。
  4. 　前記ｎ種類の被増幅光のうちの任意の一つの被増幅光の前記光伝送路内における群速度をνｓとし、前記励起光生成部から出力される励起光に含まれる任意の波長の光の前記光伝送路内における群速度をνｐとしたとき、｜１－νｓ／νｐ｜＞０．０００１を満たす請求項１に記載の光分布増幅器。
  5. 　前記ｎ種類の被増幅光は、他の波長の光を増幅させるための励起光として用いられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光分布増幅器。
  6. 　ｎ種類（ｎは正の整数）の信号光を送信する光送信器と、前記光送信器が送信した信号光を被増幅光として光伝送路内で増幅する光分布増幅器と、前記光分布増幅器で増幅された信号光を受信する光受信器とを含む光分布増幅システムであって、
    　前記光分布増幅器は、
    　前記光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、
    　前記ｎ種類の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、
    　を有し、
    　前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成部で生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅システム。
  7. 　ｎ種類（ｎは正の整数）の信号光を送信する光送信器と、前記光送信器が送信した信号光を被増幅光として光伝送路内で増幅する光分布増幅器と、前記光分布増幅器で増幅された信号光を受信する光受信器とを含む光分布増幅システムであって、
    　前記光分布増幅器は、
    　前記光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成部と、
    　前記ｎ種類の被増幅光と前記励起光生成部から出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波部と、
    　を有し、
    　前記光分布増幅器から前記光受信器までの光伝送路は、波長分散が互いに異なる複数の光導波路を縦列に接続することで構成され、
    　前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、複数の前記光導波路のうち、伝搬する前記励起光の強度が最も高くなる前記光導波路の零分散波長をλ０ｉｎとするとき、前記励起光の２×λ０ｉｎ－λＳ１から２×λ０ｉｎ－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成部で生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅システム。
  8. 　光伝送路を光学的に励起する励起光を生成する励起光生成ステップと、
    　ｎ種類（ｎは正の整数）の被増幅光と前記励起光生成ステップにおいて出力される励起光とを合波して光伝送路に出力する合波ステップと、
    　を有し、
    　前記ｎ種類の被増幅光の中心波長をλＳ１～λＳｎとし、前記光伝送路の零分散波長をλ0とするとき、前記励起光生成ステップにおいて生成される励起光の、２×λ０－λＳ１から２×λ０－λＳｎに至るｎ種類の波長における強度は、前記励起光生成ステップにおいて生成される励起光の他の波長の強度と比較して強度が抑圧されている光分布増幅方法。
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