WO2023190885A1 - ラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法 - Google Patents

ラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法 Download PDF

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WO2023190885A1
WO2023190885A1 PCT/JP2023/013208 JP2023013208W WO2023190885A1 WO 2023190885 A1 WO2023190885 A1 WO 2023190885A1 JP 2023013208 W JP2023013208 W JP 2023013208W WO 2023190885 A1 WO2023190885 A1 WO 2023190885A1
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light
raman
optical fiber
rin
raman amplification
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PCT/JP2023/013208
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English (en)
French (fr)
Inventor
春喜 大越
順自 吉田
悠介 稲葉
誠司 一野
泰斗 畳田
繁弘 高坂
隆一 杉崎
ニティデット タッサリングカンサクン
サグァン アナンタタナサン
スパッダー ポーゲーウ
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics

Definitions

  • the present invention relates to a Raman amplifier and a method for designing a Raman amplifier.
  • Raman amplification in which pumping light is incident on an optical fiber for Raman amplification so as to propagate in a direction opposite to the propagation direction of signal light.
  • Raman amplification in order to further increase the speed (800 Gb/s), extend the distance (1000 km transmission), and widen the bandwidth (utilize L and S-bands) for the next generation, Raman amplification called forward pumping Raman amplification is required.
  • the key is to use a method in which the pumping light is incident on the optical fiber so that it propagates in the same direction as the signal light propagation direction, simultaneously with backward pumping Raman amplification.
  • This method is called bidirectional excitation Raman amplification. Note that by using a wavelength multiplexing pump system, it is possible to flatten the Raman gain and widen the band with only backward pumping Raman amplification, but flattening the noise figure (NF) cannot be achieved without using bidirectional pumping Raman amplification. has been reported (Non-patent Documents 1 and 2).
  • RIN relative intensity noise
  • Raman amplification has a very small gain per unit length compared to EDFA, but in forward pumping Raman amplification, the signal light and pumping light propagate together in an optical fiber over a long distance, so that the signal light and pumping light are gradually pumped. Optical noise transfers to signal light as noise. This is called RIN transfer. In backward pumping Raman amplification, the signal light and the pumping light are opposed to each other, so the time for the pumping light and the signal light with a certain noise component to intersect is short, and the noise of the pumping light has little effect on the signal light. Furthermore, since the noise of the pumping light is random, even if the signal light is affected, it will be averaged out as it travels in the opposite direction.
  • forward-pumped Raman amplification requires characteristics such as low RIN transfer, in particular, the group velocity difference between the signal light and the pump light is small, and the time for parallel transmission in the optical fiber is long. Reduction of this RIN transfer is important in dispersion shifted fibers (DSF), non-zero dispersion shifted fibers (NZDSF), etc. (Non-patent Documents 3, 4, 5).
  • the NZDSF is, for example, the International Telecommunications Union (ITU) ITU-T G. It is an optical fiber that complies with the 655 standard.
  • Non-Patent Document 6 when amplifying C-band and L-band at once, in order to obtain a flat wavelength gain characteristic of 0.5 dB or less (hereinafter referred to as gain flatness), Fabry-Perot ( It was necessary to multiplex about six FP)-laser diode (LD) type excitation lasers. This technology is called wavelength multiplexing excitation technology and has been widely put into practical use.
  • C-band and L-band may be collectively referred to as C+L-band.
  • ASE Ampton-Specific Spontaneous Emission
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • FWHM full width at half maximum
  • SMF single mode optical fiber
  • ITU-T G ITU-T G. It is an optical fiber that complies with the 652 standard.
  • Conditions 1 and 3 are cases where SOA ASE light is used as excitation light for Raman amplification.
  • Condition 2 is a case where laser light from an FP-LD type laser is used as excitation light for Raman amplification.
  • the propagation loss of a standard single mode optical fiber is approximately 0.2 dB/km
  • the loss of a standard single mode optical fiber with a length of 40 km is 8 dB.
  • the target gain for compensating for this loss with Raman amplification is 8 dB.
  • OSNR Optical Signal Noise Ratio
  • Forward-pumped Raman amplification is responsible for compensating for fiber loss of 1/3 to 1/2 of the total length of the transmission system. For example, if 1/3 is shared, the total length of the transmission system will be 120 km. This distance is comparable to widely used transmission systems.
  • FIGS. 19A, 19B, and 19C are diagrams showing Raman gain spectra obtained under Condition 1, Condition 2, and Condition 3, respectively.
  • FIG. 19(a) in the case of condition 1 using SOA ASE light, gain flatness over the entire C+L-band can be achieved by only pumping at three different wavelengths.
  • FIG. 19(b) in the case of condition 2 using laser light from an FP-LD type laser, the gain flatness over the entire C+L-band is lower than in the case of FIG. 19(a). It has gotten significantly worse. This result is the same as the result shown in Non-Patent Document 6.
  • Patent Document 2 and Non-Patent Document 12 also disclose in detail that Raman amplification using broadband ASE light as pumping light is extremely advantageous for flattening the gain.
  • the pump light power on the short wavelength side (1425 nm in Table 1) is extremely larger than the pump light power on the long wavelength side. Become. This is a phenomenon that occurs when the signal light power on the short wavelength side is used to amplify the signal light power on the long wavelength side, and is called inter-channel stimulated Raman scattering (ISRS). This is particularly noticeable in broadband transmission (Non-Patent Document 7). Specifically, in the case of condition 1, the pumping light power on the short wavelength side (1425 nm) required to obtain a Raman gain of 8 dB reaches 350 mW.
  • the required pumping light power is thought to further increase by 30% or more due to losses in various optical components for connecting the pumping light source and the transmission fiber.
  • the FP-LD type pump laser Since the currently widely used FP-LD type pump laser has a small FWHM of about 1 nm, the total pump power can be easily increased by wavelength multiplexing pumping technology. However, since the ASE light from the SOA is broadband, it is not suitable for wavelength multiplexing excitation, which is widely used.
  • the FWHM of the ASE light from the SOA reaches approximately 25 nm or more, and is approximately equal to 30 nm, which is the C-band band, for example.
  • one of the means to increase the pumping power of the same wavelength is polarization multiplexing technology.
  • Polarization multiplexing technology can be easily applied by using a polarization constant fiber as the output fiber of the SOA.
  • the polarization multiplexing optical components themselves have losses, and there is a limit to the pumping power that can be achieved by this method. Therefore, in order to collectively amplify the C+L-band by taking advantage of the broadband nature of ASE light, it is necessary to amplify the ASE light on the short wavelength side by some means or method.
  • Raman amplification technology can be considered as a method for amplifying the ASE light of the SOA.
  • ASE light which is incoherent light, remains incoherent light even after Raman amplification. Therefore, Raman amplification is effective as a method for amplifying the ASE light of the SOA.
  • Non-Patent Documents 8, 9, 10 This is an extremely useful property from the viewpoint of suppressing RIN transfer, which is a problem in forward pumping Raman amplification.
  • the ASE light with suppressed RIN can be Raman amplified while maintaining the RIN suppressing characteristics.
  • Non-Patent Document 12 points out that the narrowing of the RIN suppression band is caused by the wavelength dispersion of the optical fiber.
  • Non-Patent Document 12 does not show a quantitative relationship between the RIN suppression band and the chromatic dispersion of the optical fiber. Furthermore, it is not yet clear how the RIN suppression band or RIN itself changes when ASE light is Raman amplified.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a Raman amplifier having a controlled RIN suppression band and a method for designing a Raman amplifier.
  • It may have a combination of the ⁇ , the L, and the D such that the fc is 10 GHz or more.
  • It may have a combination of the ⁇ , the L, and the D such that the fc is 1 GHz or more.
  • It may have a combination of the ⁇ , the L, and the D such that the fc is 500 MHz or more.
  • It may have a combination of the ⁇ , the L, and the D such that the fc is 100 MHz or more.
  • the incoherent light may be output from an incoherent light source including semiconductor optical amplifiers connected in multiple stages.
  • the incoherent light source may be driven such that relative intensity noise (RIN) and ripple are simultaneously suppressed in the incoherent light.
  • RIN relative intensity noise
  • One aspect of the present invention includes a Raman amplification optical fiber that performs Raman amplification while transmitting incoherent light with suppressed relative intensity noise (RIN), and a pump light source that supplies pump light to the Raman amplification optical fiber.
  • RIN relative intensity noise
  • a Raman amplifier with a controlled RIN suppression band and a method of designing a Raman amplifier are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a light source device including an incoherent light source.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of the light source module shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the power spectrum of the output light of the booster amplifier.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the power (Pf) of output light with respect to Ib.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the RIN spectrum of output light.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a spectrum in which RIN is suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the power spectrum of output light when Is is set to 0 mA and Ib is changed.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the power spectrum of output light when Is is changed.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the Raman amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a Raman amplifier according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing RIN spectra of incoherent, non-amplified light, and Raman amplified light in the Raman amplifiers as in Embodiments 1 and 2.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the narrowing of the RIN suppression band.
  • FIG. 13 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 500, 501, and 600.
  • FIG. 14 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 510, 510-2, 610, and 610-2.
  • FIG. 15 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 510 and 530.
  • FIG. 16 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 521-2 and 521Rb-2.
  • FIG. 17 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 520Rf, 520Rb, and 610.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of a Raman amplification system including the Raman amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram showing a Raman gain spectrum.
  • ⁇ [nm] is the full width at half maximum of the wavelength spectrum of the incoherent light
  • L [km] is the length of the optical fiber
  • D [ps/nm/km] is the chromatic dispersion of the optical fiber at the center wavelength of the incoherent light. is the absolute value of
  • the corner frequency fc can be expressed schematically by equation (1).
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a light source device including an incoherent light source.
  • This light source device 100 includes a light source module 10 and drive devices 101 and 102.
  • the light source module 10 is an example of an incoherent light source.
  • the light source module 10 includes a seed light source 11 which is an SOA, an optical isolator 12, a booster amplifier 13 which is an SOA, an optical isolator 14, and an output optical fiber 15.
  • the seed light source 11, the optical isolator 12, the booster amplifier 13, and the optical isolator 14 are optically cascaded in this order using an optical fiber, an optical element, or the like. That is, the light source module 10 includes SOAs connected in multiple stages.
  • the seed light source 11 outputs incoherent seed light L1 having a predetermined band.
  • the seed light L1 is SOA ASE light.
  • Incoherent light is not a laser light source that oscillates in a single or multiple discrete modes (longitudinal modes), but refers to light that is made up of a collection of uncorrelated photons with a continuous spectrum.
  • the predetermined band is, for example, a wide band such as a wavelength band of 25 nm or more.
  • the optical isolator 12 transmits the seed light L1 and inputs the seed light L1 into the booster amplifier 13, and prevents the return light traveling from the booster amplifier 13 side from inputting into the seed light source 11.
  • the optical isolator 12 prevents or reduces the instability of the operation of the seed light source 11 due to input of returned light.
  • the booster amplifier 13 optically amplifies the input seed light L1 and outputs it as incoherent light L2.
  • the optical isolator 14 transmits the incoherent light L2 and inputs the incoherent light L2 into the output optical fiber 15, and prevents the light traveling from the output optical fiber 15 side from inputting into the booster amplifier 13.
  • the optical isolator 14 prevents or reduces the operation of the booster amplifier 13 from becoming unstable due to input of returned light.
  • the output optical fiber 15 is an optical fiber that guides the incoherent light L2 to the outside of the light source module 10.
  • the drive devices 101 and 102 are known SOA drive devices.
  • the drive device 101 supplies the seed light source 11 with a drive current C1.
  • the drive device 102 supplies the booster amplifier 13 with a drive current C2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a part of the light source module 10 shown in FIG. 1.
  • Booster amplifier 13 has a first end surface 13a and a second end surface 13b that face each other. The booster amplifier 13 receives the seed light L1 from the first end surface 13a, and outputs the incoherent light L2 to the outside from the second end surface 13b.
  • the first end surface 13a and the second end surface 13b are subjected to reflection reduction treatment such as AR (Ant-Reflection) coating. Further, the first end surface 13a and the second end surface 13b may be subjected to reflection reduction treatment by being inclined with respect to the optical axis of the optical amplification waveguide included in the booster amplifier 13. Such a structure is also called a diagonal waveguide structure.
  • R1 and R2 are, for example, in a range between 10 ⁇ 3 and 10 ⁇ 5 .
  • Or (R1 ⁇ R2) 1/2 is for example in the range between 10 ⁇ 3 and 10 ⁇ 5 .
  • a value in the range between 10 ⁇ 3 and 10 ⁇ 5 is an example of a numerical range that is sufficiently practical and workable in terms of low reflectance.
  • the range between 10 -3 and 10 -5 is a range that includes the upper limit of 10 -3 and the lower limit of 10 -5 .
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the power spectrum of the output light (incoherent light) of the booster amplifier.
  • FIG. 3 shows a case where Is is set as the drive current C1 supplied to the seed light source 11 and Ib is the drive current C2 supplied to the booster amplifier 13, and Is is set to 50 mA and Ib is set to 800 mA.
  • the power spectrum of the output light in FIG. 3 has a roughly Gaussian spectrum shape, the center wavelength (measured using the RMS method) is 1445 nm, and the FWHM is about 28 nm.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the power (Pf) of the output light (incoherent light) from the booster amplifier with respect to Ib.
  • Pf the power of the output light (incoherent light) from the booster amplifier with respect to Ib.
  • Is is set to 50 mA.
  • Pf is about 200 mW.
  • FIGS. 3 and 4 are examples of light source modules manufactured using semiconductor optical amplifiers having substantially similar characteristics as the seed light source and the booster amplifier, respectively.
  • the present inventors discovered that in the light source module 10 as shown in FIG. 1, it is possible to realize a state in which RIN and ripple are suppressed at the same time.
  • RIN suppression will be explained, then ripple suppression will be explained, and then the relationship between RIN suppression and ripple suppression will be explained.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the RIN spectrum of output light. Specifically, FIG. 5 shows No. 1 produced as the light source module 10. The results of measuring the RIN of the output light from light source modules 1 to 3 are shown. In addition, No. Light source modules 1 to 3 were manufactured using semiconductor optical amplifiers having substantially similar characteristics as the seed light source and booster amplifier, respectively, and have output characteristics equivalent to those shown in FIGS. 3 and 4. . Also, No. For light source modules 1 to 3, it was confirmed that the end face reflectance (R1 ⁇ R2) 1/2 was in the range between 10 ⁇ 3 and 10 ⁇ 5 . Further, in FIG. 5, Ts indicates the case temperature (25° C.) of the seed light source, and Tb indicates the case temperature (25° C.) of the booster amplifier.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a spectrum in which RIN is suppressed.
  • the output light output from the light source such as the light source module in the embodiment is SOA ASE light
  • its RIN should be determined by the magnitude of the ASE-ASE beat noise.
  • the level of line 210 is the level of the ASE-to-ASE beat noise.
  • the power spectrum of the output light shown in FIG. 3 is Gaussian and its FWHM is about 30 nm, so using the above equation (1), the RIN is calculated to be about -127 dB/Hz. This value roughly matches the results shown in FIG.
  • the RIN of the SOA operating in a gain saturated state is suppressed in the frequency region 211 lower than the corner frequency 213.
  • RIN suppression of about 10 dB to 20 dB from the level of line 210 has been reported (Non-Patent Documents 8, 9, 10).
  • the line 212 is the level of shot noise.
  • the RIN is suppressed means that the RIN is suppressed by 10 dB or more compared to the RIN calculated by the above formula.
  • the degree of RIN suppression may further be 16 dB or less, or even 20 dB or less.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the power spectrum of output light when Is is set to 0 mA and Ib is changed.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the power spectrum of output light when Is is changed.
  • ripples occur when Ib is both 200 mA and 800 mA.
  • Ib when Ib is 200 mA, ripples occur even though the power of the output light is relatively small at about 18 mW.
  • Is when Is was set to 0 mA, ripples were particularly likely to occur.
  • this ripple is caused by the reflection of light on both end faces of the SOA, but the end face reflectance of the booster amplifier is (R1 ⁇ R2) 1/2 between 10 -3 and 10 -5 . Ripples occur even though the range is sufficiently small.
  • ripple suppression in the pump light source for Raman amplification which has an optical output of several hundred mW in some cases, is This is an example of how difficult it is. Note that the ripple included components with multiple different cycles.
  • ripples are suppressed when Is is increased to 25 mA while Ib is fixed at 800 mA, and even more suppressed when Is is 50 mA. However, when Is is further increased to 400 mA, the ripple increases again.
  • the gain becomes saturated and there is a region where ripples are suppressed.
  • ripples can be suppressed by controlling the power of the seed light input to the booster amplifier without reducing the end face reflectance of the booster amplifier to such an extent that ripples are suppressed.
  • the technology to suppress ripple by controlling the power of the seed light is a technology that can alleviate the conditions for setting the end face reflectance of the booster amplifier and the difficulty in manufacturing it, and is an extremely effective technology in practice. .
  • the size of the ripple is indicated by the maximum value of the ripple width (peak to bottom) appearing on the power spectrum at a predetermined wavelength (for example, around 1510 nm). In this case, it is preferable to suppress the ripple so that the width of the ripple is, for example, 5 dB or less from peak to bottom, 3 dB or less, 1 dB or less, or 0.5 dB or less. .
  • the method of driving the light source module as a light source it is preferable to drive the seed light source and the booster amplifier with drive currents (Is, Ib) that simultaneously suppress RIN and ripple in incoherent light.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the Raman amplifier according to the first embodiment.
  • the Raman amplifier 1000A is of a so-called backward pumping type and includes a Raman amplification optical fiber 300, a pumping light source 400, and a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler 500.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • the light source device 100 outputs the incoherent light L2 with suppressed RIN from the output optical fiber 15 to the Raman amplification optical fiber 300.
  • Pumping light source 400 outputs pumping light L3 to WDM coupler 500 in order to supply pumping light L3 for Raman amplification to Raman amplification optical fiber 300.
  • the excitation light L3 has a wavelength that is approximately 100 nm shorter than the wavelength of the incoherent light L2 in order to Raman amplify the incoherent light L2.
  • Excitation light source 400 includes, for example, an FP-LD type excitation laser with a fiber Bragg grating.
  • the WDM coupler 500 outputs the pumping light L3 to the Raman amplification optical fiber 300.
  • the Raman amplification optical fiber 300 Raman-amplifies the incoherent light L2 while propagating the incoherent light L2.
  • the WDM coupler 500 outputs Raman amplified light L10, which is light obtained by Raman amplifying the incoherent light L2. Note that when the pumping light L3 is not input and the incoherent light L2 is not Raman amplified, the WDM coupler 500 simply uses the light after propagating through the Raman amplification optical fiber 300 without Raman amplifying the incoherent light L2. Suppose that non-amplified light L11 is output.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a Raman amplifier according to the second embodiment.
  • the Raman amplifier 1000B is a so-called forward pumping type, and includes a Raman amplification optical fiber 300, a pumping light source 400, and a WDM coupler 500, like the Raman amplifier 1000A.
  • the light source device 100 outputs the incoherent light L2 from the output optical fiber 15 to the WDM coupler 500.
  • Pumping light source 400 outputs pumping light L3 to WDM coupler 500 in order to supply pumping light L3 for Raman amplification to Raman amplification optical fiber 300.
  • WDM coupler 500 outputs incoherent light L2 and excitation light L3 to Raman amplification optical fiber 300.
  • the Raman amplification optical fiber 300 Raman amplifies the incoherent light L2 while propagating the incoherent light L2, and outputs the Raman amplified light L10.
  • the Raman amplification optical fiber 300 simply transmits the incoherent light L2 after propagating through the Raman amplification optical fiber 300 without being Raman amplified.
  • the non-amplified light L11 which is the light of , is output.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the RIN spectra of the incoherent light L2, the unamplified light L11, and the Raman amplified light L10 in the Raman amplifiers 1000A and 1000B as in the first and second embodiments.
  • the level of line 220 is the level of the ASE-ASE beat noise.
  • Line 222 is the level of shot noise.
  • the corner frequency 223 is the corner frequency of the incoherent light L2 before propagating through the Raman amplification optical fiber 300, and is set to fc0 in FIG. 11. RIN of the incoherent light L2 is suppressed in the frequency region 221 lower than the corner frequency 223.
  • the corner frequency of the non-amplified light L11 which is the light after the incoherent light L2 propagates through the Raman amplification optical fiber 300, shifts to the lower frequency side as the corner frequency 223a.
  • ⁇ [nm] is the full width at half maximum of the wavelength spectrum of the incoherent light L2
  • L [km] is the length of the Raman amplification optical fiber 300
  • D [ps/nm/km] is the Raman amplification light at the center wavelength of the incoherent light L2. This is the absolute value of the wavelength dispersion of the fiber 300.
  • the RIN of the non-amplified light L11 is suppressed in the frequency region 221a lower than the corner frequency 223a, but the RIN suppression band is narrowed.
  • the corner frequency of the Raman amplified light L10 which is the light after the incoherent light L2 propagates through the Raman amplification optical fiber 300 and is Raman amplified, is like the corner frequency 223b.
  • equation (1) is expressed by equation (1) as in the case of the non-amplified light L11. Therefore, although the RIN of the non-amplified light L11 is suppressed in the frequency region 221b lower than the corner frequency 223b, the RIN suppression band is not narrowed by Raman amplification. Also, although the degree of RIN suppression is reduced by Raman amplification, it is still below the level of the ASE-to-ASE beat noise of line 220.
  • the actually measured corner frequency fc may not necessarily match the value obtained from equation (1) due to errors, etc., but it still approximately matches the value obtained from equation (1), so RIN It can be said that the frequency at which suppression starts can be estimated using equation (1).
  • the error occurs when the length of the Raman amplification optical fiber 300 is short, when the absolute value of the wavelength dispersion of the Raman amplification optical fiber 300 is small, or when there is variation in the wavelength dispersion characteristics of the Raman amplification optical fiber 300 in the longitudinal direction. Since it tends to become large in some cases, care must be taken when making measurements and applying measured values. Further, when the full width at half maximum of the wavelength spectrum of the incoherent light L2 is wide, care must be taken because the dispersion slope of the Raman amplification optical fiber 300 becomes a factor in generating errors.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating that the RIN suppression band narrows after propagation through the Raman amplification optical fiber 300.
  • incoherent light L2 with a center wavelength of ⁇ 0 and a FWHM of ⁇ and consisting of many photons with different wavelengths propagates through a Raman amplification optical fiber 300 with a length of L [km]
  • HNLF is a high nonlinearity optical fiber.
  • the number of light sources is the number of light source modules. When the number of light sources is two, the SOA ASE light from the two light source modules is polarized and combined.
  • the chromatic dispersion D is an absolute value.
  • FIG. 13 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 500, 501, and 600.
  • Measurement example 600 is the RIN spectrum of ASE light (corresponding to incoherent light L2 in FIG. 1) before propagating through a Raman amplification optical fiber (SMF).
  • the corner frequency of the RIN spectrum of the incoherent light (non-amplified light) after propagating through the Raman amplification optical fiber is f 500 in measurement example 500 and f 501 in measurement example 501, and the calculated values in Table 2 are indicated by dotted lines.
  • the corner frequency is approximately the same as the one obtained by measurement.
  • the Raman amplification optical fiber is configured by connecting Raman amplification optical fibers having different wavelength dispersions, the product of the wavelength dispersion and the length of each Raman amplification optical fiber is accumulated.
  • ASE lights whose spectra do not overlap (full widths at half maximum are ⁇ 1 and ⁇ 2, respectively) are Raman amplified light that is connected to first and second Raman amplification optical fibers that have different wavelength dispersions and lengths.
  • the corner frequency is expressed by the following equation (2).
  • D1 and L1 are the wavelength dispersion and length of the first Raman amplification optical fiber, respectively
  • D2 and L2 are the wavelength dispersion and length of the second Raman amplification optical fiber, respectively.
  • fc 1/[( ⁇ 1+ ⁇ 2) ⁇ (D1 ⁇ L1+D2 ⁇ L2)] ...
  • FIG. 14 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 510, 510-2, 610, and 610-2.
  • Measurement examples 610 and 610-2 are RIN spectra of ASE light (corresponding to incoherent light L2 in FIG. 1) before propagating through a Raman amplification optical fiber (NZDSF).
  • the corner frequencies are shown as f 510 in measurement example 510 and f 510-2 in measurement example 510-2, which are the calculated values in Table 2, which approximately match the corner frequencies obtained by measurement.
  • the corner frequency calculated by equation (2) and the measurement result substantially match.
  • Table 3 shows the combination of SOA ASE light and Raman amplification optical fiber, and the value of the corner frequency fc calculated from L, D, and ⁇ .
  • a Raman amplification optical fiber in which two types of Raman amplification optical fibers (fibers 1 and 2) having different lengths and wavelength dispersions were connected in this order was used as the Raman amplification optical fiber.
  • FIG. 15 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 510 and 530.
  • Measurement example 510 is the same as that shown in FIG. In FIG. 15, the calculated values of Table 2 or Table 3 are shown as f 510 for the measurement example 510 and f 530 for the measurement example 530 as the corner frequencies, which approximately match the corner frequencies obtained in the measurements. In particular, in measurement example 530, the corner frequency calculated by equation (2) and the measurement result substantially match.
  • FIG. 16 is a diagram showing RIN spectra of measurement examples 521-2 and 521Rb-2.
  • Measurement example 521-2 is the RIN spectrum of unamplified light in the Raman amplification fiber shown in Table 2
  • measurement example 521Rb-2 is the RIN spectrum when Raman amplification is performed with the backward pumping configuration of Embodiment 2.
  • the corner frequency is f 521-2 for measurement example 521-2 and f 521Rb-2 for measurement example 521Rb-2 , which are the calculated values in Table 2, but are approximately the same as the corner frequency obtained in the measurement. We are doing so.
  • f 521-2 for measurement example 521-2
  • f 521Rb-2 for measurement example 521Rb-2
  • Table 4 shows combinations of SOA ASE light and Raman amplification optical fibers, and values of corner frequencies fc calculated from L, D, and ⁇ .
  • the ASE light and Raman amplification optical fiber are the same, but in measurement example 520Rf, Raman amplification is performed using the forward pumping configuration as in Embodiment 2, and in measurement example 520Rb, Raman amplification is performed using the forward pumping configuration as in Embodiment 1. Raman amplification was performed using a backward pumping configuration.
  • FIG. 17 is a diagram showing the RIN spectra of measurement examples 520Rf, 520Rb, and measurement example 610.
  • Measurement example 610 is the RIN spectrum of ASE light (corresponding to incoherent light L2 in FIG. 1) before propagating through a Raman amplification optical fiber (HNLF).
  • HNLF Raman amplification optical fiber
  • the full width at half maximum of the wavelength spectrum of incoherent light is ⁇ [nm]
  • the length of the Raman amplification optical fiber is L [km]
  • the absolute wavelength dispersion of the Raman amplification optical fiber at the center wavelength of the incoherent light is
  • Non-Patent Documents 4 and 5 considering that RIN transfer extends up to about 100 MHz, it is preferable to use a combination of ⁇ , L, and D such that fc is 100 MHz or more. Furthermore, it is preferable to use a combination of ⁇ , L, and D such that fc is 500 MHz or more, 1 GHz or more, or 10 GHz or more.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of a Raman amplification system including the Raman amplifier according to the first embodiment.
  • This Raman amplification system 10000 includes a pumping light source 10001, a WDM coupler 10002, and a transmission optical fiber 10003.
  • the excitation light source 10001 includes a light source device 100A that outputs SOA ASE light L2A whose center wavelength is ⁇ 1 , a light source device 100B that outputs SOA ASE light L2B whose center wavelength is ⁇ 2 , and a light source device 100B that outputs SOA ASE light L2B whose center wavelength is ⁇ 3 . It includes a light source device 100C that outputs ASE light L2C of the SOA, and a Raman amplifier 1000A that Raman amplifies the ASE light L2A and outputs it as Raman amplified light L10A.
  • ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ 3 are, for example, 1425 nm, 1455 nm, and 1495 nm as shown in Table 1.
  • the light source devices 100A, 100B, and 100C all have the same configuration as the light source device 100 shown in FIG. 1.
  • Raman amplifier 1000A has the configuration shown in FIG.
  • the light source device 20000 outputs C+L band wavelength multiplexed signal light L30 to the WDM coupler 10002.
  • the WDM coupler 10002 outputs wavelength multiplexed signal light L30 and wavelength multiplexed pump light L20, which is light obtained by wavelength multiplexing Raman amplified light L10A, ASE light L2B, and ASE light L2C, to a transmission optical fiber 10003. .
  • the transmission optical fiber 10003 is, for example, an SMF with a length of 40 km.
  • the transmission optical fiber 10003 is supplied with the wavelength multiplexed pumping light L20 and thereby Raman-amplifies the wavelength multiplexed signal light L30 into an amplified wavelength multiplexed signal light L31.
  • the Raman amplifier 1000A is used to amplify the ASE light L2A on the short wavelength side, so high gain flatness over the entire C+L-band is achieved, for example, as shown in FIG. 19(a). can do.
  • the seed light in the light source module is ASE light, but it may also be incoherent light such as spontaneous emission light (SE).
  • SE spontaneous emission light
  • the seed light source is a semiconductor optical amplifier, but it may also include at least one of an SLD (Super Luminescent Diode), an SOA, and an ASE light source equipped with a rare earth-doped optical fiber.
  • SLD Super Luminescent Diode
  • SOA SOA
  • ASE light source equipped with a rare earth-doped optical fiber.
  • SLD, SOA and ASE light sources are suitable as incoherent light sources.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the present invention also includes configurations in which the above-mentioned components are appropriately combined.
  • further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Accordingly, the broader aspects of the invention are not limited to the embodiments described above, but are capable of various modifications.
  • Light source module 11 Seed light sources 12, 14: Optical isolator 13: Booster amplifier 13a: First end face 13b: Second end face 15: Output optical fiber 100, 100A, 100B, 100C: Light source device 101, 102: Drive device 210 , 212, 220, 222: Lines 211, 221, 221a, 221b: Low frequency region 213, 223, 223a, 223b: Corner frequency 300: Raman amplification optical fiber 400: Pumping light source 500: WDM coupler 1000A, 1000B: Raman amplifier 10000 : Raman amplification system 10001 : Pumping light source 10002 : WDM coupler 10003 : Transmission optical fiber 20000 : Light source device C1, C2 : Drive current L1 : Seed light L2 : Incoherent light L2A, L2B, L2C : ASE light L3 : Pumping light L10 , L10A: Raman amplified light L11: Unamplified light L20: Wavelength multiplex

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Abstract

ラマン増幅器は、相対強度雑音（ＲＩＮ）が抑制されたインコヒーレント光を伝送しながらラマン増幅するラマン増幅光ファイバと、前記ラマン増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備え、前記インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、前記ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、前記インコヒーレント光の中心波長における前記ラマン増幅光ファイバの波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅された前記インコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］が下記式（１）、ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）を用いて推定される。

Description

ラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法
　本発明は、ラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法に関する。
　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（８００Ｇｂ／ｓ）、長距離化（１０００ｋｍ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）。
　前方励起においては、相対強度雑音（Relative　Intensity　Noise：ＲＩＮ）が小さい励起光源が必要である。その理由を以下に示す。
　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）やノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺＤＳＦ）などでは、このＲＩＮトランスファーの低減は重要である（非特許文献３、４、５）。ＮＺＤＳＦは、たとえば国際通信連合（ＩＴＵ）のＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５５規格に準拠する光ファイバである。
　非特許文献６によれば、Ｃ－ｂａｎｄとＬ－ｂａｎｄとを一括増幅する場合、０．５ｄＢ以下の平坦な波長利得特性（以下、利得平坦性）を得るには、波長の異なるファブリーペロー（ＦＰ）－レーザーダイオード（ＬＤ）型励起レーザを６個程度多重する必要があった。この技術は、波長多重励起技術と言われ、広く実用化されている。以降、Ｃ－ｂａｎｄとＬ－ｂａｎｄとを合わせてＣ＋Ｌ－ｂａｎｄと記載する場合がある。
　一方、半導体光増幅器（ＳＯＡ）からのＡＳＥ（Amplified　Spontaneous　Emission）光は、そのパワースペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が２５ｎｍ以上と広帯域である。これにより、ＦＰ－ＬＤ型励起レーザと比較して、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄとを一括増幅する場合に、利得平坦性の実現に有利である。この様子をシミュレーションした結果を説明する。
　シミュレーションの条件は、下記表１の通りである。標準シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）とは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２の規格に準拠する光ファイバである。条件１、３は、ラマン増幅の励起光としてＳＯＡのＡＳＥ光を使用した場合である。条件２は、ラマン増幅の励起光としてＦＰ－ＬＤ型レーザからのレーザ光を使用した場合である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ここで、標準シングルモード光ファイバの伝搬損失は約０．２ｄＢ／ｋｍであるから、長さが４０ｋｍの標準シングルモード光ファイバの損失は８ｄＢである。この損失をラマン増幅で補償するための目標利得は８ｄＢである。ここで、通常の伝送システム設計においては、前方励起ラマン増幅によるＯＳＮＲ（Optical　Signal　Noise　Ratio）改善とラマン増幅による伝送ファイバ中で光パワーが上昇することによる非線形現象の抑制とのバランスを考慮し、伝送システム全長の１／３から１／２のファイバ損失の補償を前方励起ラマン増幅が分担する。例えば、１／３を分担する場合は、伝送システム全長は１２０ｋｍとなる。これは広く採用されている伝送システムと同等の距離である。
　図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、条件１、条件２、条件３の場合に得られるラマン利得スペクトルを示す図である。図１９（ａ）に示すように、ＳＯＡのＡＳＥ光を用いた条件１の場合、３つの異なる波長の励起のみで、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄの全域にわたる利得平坦性が実現できている。一方、図１９（ｂ）に示すように、ＦＰ－ＬＤ型レーザからのレーザ光を用いた条件２の場合、図１９（ａ）の場合と比べて、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄの全域にわたる利得平坦性が大幅に悪化している。この結果は、非特許文献６に示される結果と同じである。また、特許文献２や非特許文献１２においても、広帯域なＡＳＥ光を励起光として用いたラマン増幅は、利得平坦化に極めて有利であることが詳細に開示されている。
　しかしながら、８ｄＢのラマン利得と利得平坦性とを実現しようとすると、表１からも解るように、短波長側（表１では１４２５ｎｍ）の励起光パワーが長波長側の励起光パワーよりも極めて大きくなる。これは、短波長側の信号光パワーが長波長側の信号光パワーの増幅に使われることによって起こる現象で、inter-channel　stimulated　Raman　scattering（ＩＳＲＳ）と呼ばれており、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄのような広帯域伝送で特に顕著になる（非特許文献７）。具体的には、条件１の場合、８ｄＢのラマン利得を得るために必要な短波長側（１４２５ｎｍ）の励起光パワーは３５０ｍＷに達する。
　一方、多段接続されたＳＯＡからのＡＳＥ光としては、たとえば２００ｍＷ以上の値がすでに達成されているが、３００ｍＷ超を実現することは容易ではない。そこで、表１の条件３のように１４２５ｎｍの励起光パワーの現実的な２００ｍＷとすると、図１９（ｃ）に示すように、利得が目標の８ｄＢに達しない。
　さらに、実際のシステムでは、励起光源と伝送ファイバとを接続するための各種光部品の損失によって、必要な励起光パワーはさらに３０％以上も上昇すると考えられる。
　現在広く使用されているＦＰ－ＬＤ型励起レーザはＦＷＨＭが１ｎｍ程度と小さいので、波長多重励起の技術によって、トータルの励起パワーを容易に上げることができる。しかし、ＳＯＡからのＡＳＥ光は広帯域であるが故に、広く用いられている波長多重励起には不向きである。ＳＯＡからのＡＳＥ光のＦＷＨＭは約２５ｎｍ以上に達し、例えば、Ｃ－ｂａｎｄの帯域である３０ｎｍにほぼ等しい。
　ここで、同一波長の励起パワーを大きくする手段の一つに偏波多重技術がある。偏波多重技術は、ＳＯＡの出力ファイバを定偏波ファイバにすることで、容易に適用可能である。しかし、実際には偏波多重用光部品そのものに損失があり、当該方法で達成できる励起パワーにも限界がある。従って、ＡＳＥ光の広帯域性を生かした、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄ一括増幅を行うためには、短波長側のＡＳＥ光を何らかの手段、方法により増幅する必要がある。
特開２０１６－２１２３７０号公報 米国特許第０７２１５８３６号明細書
KADO,　Soko,　et　al.　Broadband　flat-noise　Raman　amplifier　using　low-noise　bidirectionally　pumping　sources.　In:　Proceedings　27th　European　Conference　on　Optical　Communication　(Cat.　No.　01TH8551).　IEEE,　2001.　p.　38-39. EMORI,　Yoshihiro;　KADO,　Soko;　NAMIKI,　Shu.　Independent　control　of　the　gain　and　noise　figure　spectra　of　Raman　amplifiers　using　bi-directional　pumping.　Furukawa　Review,　2003,　23:　11-15. PELOUCH,　Wayne　S.　Raman　amplification:　An　enabling　technology　for　long-haul　coherent　transmission　systems.　Journal　of　Lightwave　Technology,　2015,　34.1:　6-19. KEITA,　Kafing,　et　al.　Relative　intensity　noise　transfer　of　large-bandwidth　pump　lasers　in　Raman　fiber　amplifiers.　JOSA　B,　2006,　23.12:　2479-2485. FLUDGER,　C.　R.　S.;　HANDEREK,　V.;　MEARS,　R.　J.　Pump　to　signal　RIN　transfer　in　Raman　fiber　amplifiers.　Journal　of　Lightwave　Technology,　2001,　19.8:　1140. NAMIKI,　Shu;　EMORI,　Yoshihiro.　Broadband　Raman　amplifiers　design　and　practice.　In:　Optical　Amplifiers　and　Their　Applications.　Optical　Society　of　America,　2000.p.OMB2. SAAVEDRA,　Gabriel,　et　al.　Inter-channel　stimulated　Raman　scattering　and　its　impact　in　wideband　transmission　systems.　In:　2018　Optical　Fiber　Communications　Conference　and　Exposition　(OFC).　2018.p.Th1C.3. YAMATOYA,　T.;　KOYAMA,　F.;　IGA,　K.　Noise　suppression　and　intensity　modulation　using　gain-saturated　semiconductor　optical　amplifier.　In:　Optical　Amplifiers　and　Their　Applications.　Optical　Society　of　America,　2000.　p.　OMD12. KOYAMA,　F.　High　power　superluminescent　diodes　for　multi-wavelength　light　sources.　In:　Conference　Proceedings.　LEOS'97.　10th　Annual　Meeting　IEEE　Lasers　and　Electro-Optics　Society　1997　Annual　Meeting.　IEEE,　1997.　p.　333-334. ZHAO,　Mingshan;　MORTHIER,　Geert;　BAETS,　Roel.　Analysis　and　optimization　of　intensity　noise　reduction　in　spectrum-sliced　WDM　systems　using　a　saturated　semiconductor　optical　amplifier.　IEEE　Photonics　Technology　Letters,　2002,　14.3:　390-392. MORIMOTO,　Masahito,　et　al.　Co-propagating　dual-order　distributed　Raman　amplifier　utilizing　incoherent　pumping.　IEEE　Photonics　Technology　Letters,　2017,　29.7:　567-570. VAKHSHOORI,　D.,　et　al.　Raman　amplification　using　high-power　incoherent　semiconductor　pump　sources.　In:　Optical　Fiber　Communication　Conference.　Optical　Society　of　America,　2003.　p.　PD47.
　ＳＯＡのＡＳＥ光を増幅する方法として、ラマン増幅技術、特に集中定数型のラマン増幅技術が考えられる。特許文献１に開示されるように、インコヒーレント光であるＡＳＥ光はラマン増幅してもインコヒーレント光である。したがって、ラマン増幅は、ＳＯＡのＡＳＥ光を増幅する方法として有効である。
　一方、多段接続されたＳＯＡのＡＳＥ光は、低周波数側のＲＩＮが抑制される（非特許文献８、９、１０）。これは、前方励起ラマン増幅の課題であるＲＩＮトランスファーを抑制する観点から極めて有益な特性である。
　したがって、ＲＩＮが抑制されたＡＳＥ光を、ＲＩＮ抑制特性を維持しながらラマン増幅できれば好ましい。
　ここで、ＲＩＮが抑制されたＡＳＥ光におけるＲＩＮが抑制された帯域（以下、ＲＩＮ抑制帯域と記載する場合がある）は、光ファイバを伝搬した後に狭窄化することが知られている（非特許文献１２）。非特許文献１２には、ＲＩＮ抑制帯域の狭窄化は光ファイバの波長分散に起因することが指摘されている。
　しかしながら、非特許文献１２では、ＲＩＮ抑制帯域と光ファイバの波長分散との定量的関係は示されていない。さらには、ＡＳＥ光をラマン増幅した場合にＲＩＮ抑制帯域やＲＩＮそのものはどのように変化するかは未だ明らかにされていない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御されたＲＩＮ抑制帯域を有するラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法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、本発明の一態様は、相対強度雑音（ＲＩＮ）が抑制されたインコヒーレント光を伝送しながらラマン増幅するラマン増幅光ファイバと、前記ラマン増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備え、前記インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、前記ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、前記インコヒーレント光の中心波長における前記ラマン増幅光ファイバの波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅された前記インコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］が下記式（１）、
　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
を用いて推定されるラマン増幅器である。
　前記ｆｃが１０ＧＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有するものでもよい。
　前記ｆｃが１ＧＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有するものでもよい。
　前記ｆｃが５００ＭＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有するものでもよい。
　前記ｆｃが１００ＭＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有するものでもよい。
　前記インコヒーレント光は、多段接続された半導体光増幅器を備えるインコヒーレント光源から出力されるものでもよい。
　前記インコヒーレント光源は、前記インコヒーレント光において相対強度雑音（ＲＩＮ）およびリップルが同時に抑制されるように駆動されているものでもよい。
　本発明の一態様は、相対強度雑音（ＲＩＮ）が抑制されたインコヒーレント光を伝送しながらラマン増幅するラマン増幅光ファイバと、前記ラマン増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備えるラマン増幅器の設計方法であって、前記インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、前記ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、前記インコヒーレント光の中心波長における前記ラマン増幅光ファイバの波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅された前記インコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］を下記式（１）、
　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
を用いて推定するラマン増幅器の設計方法である。
　本発明によれば、制御されたＲＩＮ抑制帯域を有するラマン増幅器およびラマン増幅器の設計方法が提供される。
図１は、インコヒーレント光源を備える光源装置の模式図である。 図２は、図１に示す光源モジュールの一部を示す図である。 図３は、ブースター増幅器の出力光のパワースペクトルの一例を示す図である。 図４は、Iｂに対する出力光のパワー（Ｐｆ）の一例を示す図である。 図５は、出力光のＲＩＮスペクトルの例を示す図である。 図６は、ＲＩＮが抑制されているスペクトルを模式的に示す図である。 図７は、Ｉｓを０ｍＡとし、Ｉｂを変えたときの出力光のパワースペクトルの例を示す図である。 図８は、Ｉｓを変えたときの出力光のパワースペクトルの例を示す図である。 図９は、実施形態１に係るラマン増幅器の模式図である。 図１０は、実施形態２に係るラマン増幅器の模式図である。 図１１は、実施形態１、２のようなラマン増幅器における、インコヒーレント、非増幅光、ラマン増幅光のＲＩＮスペクトルを模式的に示す図である。 図１２は、ＲＩＮ抑制帯域が狭窄化することを説明する図である。 図１３は、測定例５００、５０１、６００のＲＩＮスペクトルを示す図である。 図１４は、測定例５１０、５１０－２、６１０、６１０－２のＲＩＮスペクトルを示す図である。 図１５は、測定例５１０、５３０のＲＩＮスペクトルを示す図である。 図１６は、測定例５２１－２、５２１Ｒｂ－２のＲＩＮスペクトルを示す図である。 図１７は、測定例５２０Ｒｆ、５２０Ｒｂ、６１０のＲＩＮスペクトルを示す図である。 図１８は、実施形態１に係るラマン増幅器を備えたラマン増幅システムの模式図である。 図１９は、ラマン利得スペクトルを示す図である。
　以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には適宜同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略している。
　本発明者らは、ＲＩＮが抑制されたインコヒーレント光が光ファイバを伝搬すると、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］が下記式（１）、
　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
　に従って低周波数側にシフトし、ＲＩＮ抑制帯域が狭窄化することを見出した。ここで、Δλ［ｎｍ］はインコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅、Ｌ［ｋｍ］は光ファイバの長さ、Ｄ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］はインコヒーレント光の中心波長における光ファイバの波長分散の絶対値である。さらに、ＲＩＮが抑制されたインコヒーレント光を当該光ファイバでラマン増幅した場合も、コーナー周波数ｆｃは式（１）にて略表されることを見出した。
　したがって、式（１）を用いてコーナー周波数ｆｃを推定してラマン増幅器を設計したり製造したりすれば、所望の帯域において好適なＲＩＮ抑制帯域を有するラマン増幅器を実現できることを見出した。
　以下では、まずインコヒーレント光源の構成と、当該インコヒーレント光源におけるＲＩＮおよびリップルの抑制と、について説明し、つづいてラマン増幅器の構成とその特性について説明する。
＜インコヒーレント光源の構成の一例＞
　図１は、インコヒーレント光源を備える光源装置の模式図である。この光源装置１００は、光源モジュール１０と、駆動装置１０１、１０２とを備えている。光源モジュール１０はインコヒーレント光源の一例である。
　光源モジュール１０は、ＳＯＡであるシード光源１１と、光アイソレータ１２と、ＳＯＡであるブースター増幅器１３と、光アイソレータ１４と、出力光ファイバ１５とを備える。シード光源１１と、光アイソレータ１２と、ブースター増幅器１３と、光アイソレータ１４とは、光ファイバや光学素子などによってこの順番で光学的に縦続接続している。すなわち、光源モジュール１０は、多段接続されたＳＯＡを備える。
　シード光源１１は、所定の帯域を有するインコヒーレントなシード光Ｌ１を出力する。ここでは、シード光Ｌ１は、ＳＯＡのＡＳＥ光である。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。所定の帯域は、たとえば波長帯域として２５ｎｍ以上などの広帯域である。光アイソレータ１２は、シード光Ｌ１を透過してブースター増幅器１３に入力させるとともに、ブースター増幅器１３側から進行してきた戻り光がシード光源１１に入力するのを阻止する。光アイソレータ１２は、戻り光の入力によってシード光源１１の動作が不安定になることを防止または低減する。
　ブースター増幅器１３は、入力されたシード光Ｌ１を光増幅し、インコヒーレント光Ｌ２として出力する。光アイソレータ１４は、インコヒーレント光Ｌ２を透過して出力光ファイバ１５に入力させるとともに、出力光ファイバ１５側から進行してきた光がブースター増幅器１３に入力するのを阻止する。光アイソレータ１４は、戻り光の入力によってブースター増幅器１３の動作が不安定になることを防止または低減する。
　出力光ファイバ１５は、インコヒーレント光Ｌ２を光源モジュール１０の外部に導く光ファイバである。
　駆動装置１０１、１０２は、公知のＳＯＡ用の駆動装置である。駆動装置１０１はシード光源１１に駆動電流Ｃ１を供給する。駆動装置１０２はブースター増幅器１３に駆動電流Ｃ２を供給する。
　図２は、図１に示す光源モジュール１０の一部を示す図である。ブースター増幅器１３は、互いに対向する第１端面１３ａと第２端面１３ｂとを有する。ブースター増幅器１３は、第１端面１３ａからシード光Ｌ１を入力され、第２端面１３ｂからインコヒーレント光Ｌ２を外部へ出力する。
　第１端面１３ａ、第２端面１３ｂは、ＡＲ（Ant-Reflection）コーティングなどの反射低減処理がされている。また、第１端面１３ａ、第２端面１３ｂは、ブースター増幅器１３が備える光増幅導波路の光軸に対して傾斜していることによって反射低減処理がされていてもよい。このような構造は、斜め導波路構造とも呼ばれる。
　第１端面１３ａの端面反射率をＲ１、第２端面１３ｂの端面反射率をＲ２とすると、Ｒ１およびＲ２は、たとえば１０－３と１０－５との間の範囲である。または、（Ｒ１×Ｒ２）１／２は、たとえば１０－３と１０－５との間の範囲である。１０－３と１０－５との間の範囲という値は、低反射率という観点で、十分実用的かつ実施可能な数値範囲の一例である。ここで、１０－３と１０－５との間の範囲とは、上限である１０－３と下限である１０－５とを含む範囲である。
＜光源モジュール１０の特性＞
　光源モジュール１０の特性について説明する。図３は、ブースター増幅器の出力光（インコヒーレント光）のパワースペクトルの一例を示す図である。図３は、シード光源１１に供給する駆動電流Ｃ１をＩｓ、ブースター増幅器１３に供給する駆動電流Ｃ２をＩｂとすると、Ｉｓを５０ｍＡに設定し、Ｉｂを８００ｍＡに設定した場合を示している。図３の出力光のパワースペクトルは、おおむねガウス型のスペクトル形状をしており、その中心波長（ＲＭＳ法を用いて測定）は１４４５ｎｍであり、ＦＷＨＭは２８ｎｍ程度である。
　図４は、Iｂに対する、ブースター増幅器からの出力光（インコヒーレント光）のパワー（Ｐｆ）の一例を示す図である。図４では、Ｉｓを５０ｍＡに設定している。図４の場合、Ｉｂが１０００ｍＡではＰｆは約２００ｍＷ程度であることが分かる。なお、図３、４は、シード光源およびブースター増幅器のそれぞれとして、略同様の特性を有する半導体光増幅器を使用して作製した光源モジュールの例である。
　ここで、本発明者らは、図１に示すような光源モジュール１０において、ＲＩＮおよびリップルが同時に抑制されている状態を実現できることを発見した。以下では、まずＲＩＮの抑制について説明し、つぎにリップルの抑制について説明し、さらにＲＩＮの抑制とリップルの抑制との関係について説明する。
＜ＲＩＮの抑制＞
　図５は、出力光のＲＩＮスペクトルの例を示す図である。具体的には、図５は、光源モジュール１０として作製したＮｏ．１～３の光源モジュールからの出力光のＲＩＮを測定した結果を示している。なお、Ｎｏ．１～３の光源モジュールは、シード光源およびブースター増幅器のそれぞれとして、略同様の特性を有する半導体光増幅器を使用して作製したものであり、図３、４に示す特性と同等の出力特性を有する。また、Ｎｏ．１～３の光源モジュールについて、端面反射率は、（Ｒ１×Ｒ２）１／２が１０－３と１０－５との間の範囲となっていることを確認した。また、図５において、Ｔｓはシード光源のケース温度（２５℃）を示し、Ｔｂはブースター増幅器のケース温度（２５℃）を示している。
　図５において、「ｏｎｌｙ　Ｉｂ」とは、ブースター増幅器のみに１００ｍＡの駆動電流を供給し、シード光源には駆動電流を供給しない（つまり供給する駆動電流が０ｍＡ）の場合を示している。この場合、ブースター増幅器には増幅すべきシード光源が入力されていないので、単なるＡＳＥ光源として動作している。一方、「Ｉｓ＋Ｉｂ」とは、ブースター増幅器に１００ｍＡの駆動電流を供給し、シード光源に２００ｍＡの駆動電流を供給している場合を示している。
　図５から分かるように、「ｏｎｌｙ　Ｉｂ」の場合は、Ｎｏ．１～３の光源モジュールのいずれにおいても、周波数に対して比較的フラットなＲＩＮスペクトルが得られた。このＲＩＮは、ＡＳＥ光源としてのブースター増幅器から出力された出力光（ＡＳＥ）光におけるＡＳＥ－ＡＳＥ間ビート雑音に由来すると考えられる。
　これに対して、「Ｉｓ＋Ｉｂ」の場合は、Ｎｏ．１～３の光源モジュールのいずれにおいても、特定の周波数（コーナー周波数ｆｃ）から低周波数側において、ＲＩＮが抑制されていることが分かる。なお、「Ｉｓ＋Ｉｂ」の場合、シード光源が出力するシード光（ＡＳＥ光）がブースター増幅器に入力されるために内部の光子数が増加し、ブースター増幅器は利得飽和状態で動作していると考えられる。ここで、注目すべきは、図５では、Ｉｂが１００ｍＡという比較的少ない電流であり、ブースター増幅器からの出力光のパワーが比較的小さい駆動状態にもかかわらず、すでにＲＩＮ抑制の状態となっていることである。
　図６は、ＲＩＮが抑制されているスペクトルを模式的に示す図である。
　ここで、実施形態における光源モジュールなどの光源から出力される出力光は、ＳＯＡのＡＳＥ光であるから、そのＲＩＮはＡＳＥ－ＡＳＥ間ビート雑音の大きさで決まるはずである。図６において、線２１０のレベルがＡＳＥ－ＡＳＥ間ビート雑音のレベルである。
　通常のＳＯＡのＡＳＥ光のパワースペクトル幅は数十ｎｍであり、周波数で表現すると数ＴＨｚである。ＲＩＮの測定帯域は数十ＧＨｚと十分に小さいので、ＲＩＮは以下の式で計算される（Fiber　optic　test　and　measurement/edited　by　Dennis　Derickson.　Upper　Saddle　River,　1998.）。
　　ＲＩＮ＝０．６６／ΔνＡＳＥ［Ｈｚ－１］
　ここで、０．６６はＡＳＥ光のパワースペクトルがガウス型である場合の係数であり、ΔνＡＳＥは当該パワースペクトルのＦＷＨＭである。
　たとえば、図３に示した出力光のパワースペクトルはガウス型でそのＦＷＨＭは約３０ｎｍあるので、上記式（１）を用いるとＲＩＮは約－１２７ｄＢ／Ｈｚと計算される。この数値は、図５に示す結果と概ね一致している。
　これに対して、利得飽和状態で動作しているＳＯＡのＲＩＮは、コーナー周波数２１３よりも低周波数領域２１１において抑制される。たとえば、線２１０のレベルから１０ｄＢから２０ｄＢ程度のＲＩＮ抑制が報告されている（非特許文献８、９、１０）。なお、線２１２はショット雑音のレベルである。
　本明細書において、ＲＩＮが抑制されるとは、上記式で計算されるＲＩＮよりも１０ｄＢ以上抑制されることを意味する。ＲＩＮの抑制の程度は、さらには１６ｄＢ以下でもよく、またさらには２０ｄＢ以下でもよい。
＜リップルの抑制＞
　つぎに、リップルの抑制について説明する。具体的には、Ｎｏ．１の光源モジュールと出力特性が同等の光源モジュール（Ｎｏ．４の光源モジュールとする）からの出力光のパワースペクトルを、シード光源とブースター増幅器との駆動条件を変えながら測定した。
　図７は、Ｉｓを０ｍＡとし、Ｉｂを変えたときの出力光のパワースペクトルの例を示す図である。図８は、Ｉｓを変えたときの出力光のパワースペクトルの例を示す図である。
　図７では、Ｉｂが２００ｍＡ、８００ｍＡのいずれの場合もリップルが発生している。特に、Ｉｂが２００ｍＡの場合は、出力光のパワーは約１８ｍＷ程度と比較的小さいにも関わらずリップルが発生している。また、Ｉｓを０ｍＡとした場合には、特にリップルが発生しやすかった。このリップルは、上述したように、ＳＯＡの両端面での光の反射に起因するが、ブースター増幅器の端面反射率は、（Ｒ１×Ｒ２）１／２が１０－３と１０－５との間の範囲という十分小さい範囲にも関わらずリップルが発生している。このような低駆動電流（低パワー）かつ低反射率にも関わらずリップルが発生しているということは、光出力が場合によっては数百ｍＷにもおよぶラマン増幅用励起光源におけるリップル抑制が、如何に困難であるかを示す一例であるといえる。なお、リップルには、異なる複数の周期の成分が含まれていた。
　これに対して、図８に示すように、Ｉｂを８００ｍＡに固定しながら、Ｉｓを２５ｍＡに増加するとリップルが抑制され、Ｉｓが５０ｍＡではさらに抑制される。しかし、Ｉｓをさらに４００ｍＡまで増加させると再びリップルが増加する。
　図８に示すように、ブースター増幅器にシード光が入力されると、利得飽和状態となり、リップルが抑制される領域がある。このことは、リップルが抑制される程度までブースター増幅器の端面反射率を低くしなくても、ブースター増幅器へ入力するシード光のパワーを制御することによってリップルを抑制できることを示している。なお、ＳＯＡのＡＳＥ光スペクトルは数ｎｍから数十ｎｍと広いので、このような広い帯域をカバーするように端面反射率を低下させる処理（たとえば無反射処理）を施すことは容易ではない。したがって、シード光のパワーを制御することによってリップルを抑制する技術は、ブースター増幅器の端面反射率の設定条件や作製の困難さを緩和することができる技術であり、実用上きわめて有効な技術である。
　リップルの抑制は、リップルを小さくするほど好ましい。リップルの大きさは、所定の波長（たとえば１５１０ｎｍ付近）での、パワースペクトル上に現れるリップルの幅（ピークトゥーボトム）の最大値で示される。この場合、リップルは、たとえばリップルの幅がピークトゥーボトムで５ｄＢ以下になるように、３ｄＢ以下になるように、１ｄＢ以下になるように、または０．５ｄＢ以下になるように抑制することが好ましい。
　したがって、光源としての光源モジュールの駆動方法は、インコヒーレント光においてＲＩＮおよびリップルが同時に抑制される駆動電流（Ｉｓ、Ｉｂ）にて、シード光源とブースター増幅器とを駆動させることが好ましい。
＜ラマン増幅器の構成＞
　図９は、実施形態１に係るラマン増幅器の模式図である。ラマン増幅器１０００Ａは、いわゆる後方励起型であって、ラマン増幅光ファイバ３００と、励起光源４００と、ＷＤＭ（Wavelength　Division　Multiplexing）カプラ５００と、を備える。
　光源装置１００は、ＲＩＮが抑圧されたインコヒーレント光Ｌ２を出力光ファイバ１５からラマン増幅光ファイバ３００に出力する。励起光源４００は、ラマン増幅光ファイバ３００にラマン増幅用の励起光Ｌ３を供給するために、ＷＤＭカプラ５００に励起光Ｌ３を出力する。励起光Ｌ３は、インコヒーレント光Ｌ２をラマン増幅するために、インコヒーレント光Ｌ２の波長よりも約１００ｎｍ短い波長を有する。励起光源４００は、たとえばファイバブラッググレーティング付きのＦＰ－ＬＤ型励起レーザを含む。
　ＷＤＭカプラ５００は、ラマン増幅光ファイバ３００に励起光Ｌ３を出力する。ラマン増幅光ファイバ３００は、インコヒーレント光Ｌ２を伝搬しながら、インコヒーレント光Ｌ２をラマン増幅する。ＷＤＭカプラ５００は、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅された光であるラマン増幅光Ｌ１０を出力する。なお、励起光Ｌ３が入力されず、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅されない場合は、ＷＤＭカプラ５００は、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅されておらず、単にラマン増幅光ファイバ３００を伝搬した後の光である非増幅光Ｌ１１を出力するとする。
　図１０は、実施形態２に係るラマン増幅器の模式図である。ラマン増幅器１０００Ｂは、いわゆる前方励起型であって、ラマン増幅器１０００Ａと同様に、ラマン増幅光ファイバ３００と、励起光源４００と、ＷＤＭカプラ５００と、を備える。
　光源装置１００は、インコヒーレント光Ｌ２を出力光ファイバ１５からＷＤＭカプラ５００に出力する。励起光源４００は、ラマン増幅光ファイバ３００にラマン増幅用の励起光Ｌ３を供給するために、ＷＤＭカプラ５００に励起光Ｌ３を出力する。ＷＤＭカプラ５００は、ラマン増幅光ファイバ３００にインコヒーレント光Ｌ２および励起光Ｌ３を出力する。ラマン増幅光ファイバ３００は、インコヒーレント光Ｌ２を伝搬しながら、インコヒーレント光Ｌ２をラマン増幅し、ラマン増幅光Ｌ１０を出力する。なお、励起光Ｌ３が入力されず、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅されない場合は、ラマン増幅光ファイバ３００は、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅されておらず、単にラマン増幅光ファイバ３００を伝搬した後の光である非増幅光Ｌ１１を出力するとする。
　図１１は、実施形態１、２のようなラマン増幅器１０００Ａ、１０００Ｂにおける、インコヒーレント光Ｌ２、非増幅光Ｌ１１、ラマン増幅光Ｌ１０のＲＩＮスペクトルを模式的に示す図である。
　図１１において、線２２０のレベルがＡＳＥ－ＡＳＥ間ビート雑音のレベルである。線２２２はショット雑音のレベルである。
　コーナー周波数２２３は、ラマン増幅光ファイバ３００を伝搬する前のインコヒーレント光Ｌ２のコーナー周波数であって、図１１ではｆｃ０としている。インコヒーレント光Ｌ２のＲＩＮは、コーナー周波数２２３よりも低周波数領域２２１において抑制される。
　本発明者らの鋭意検討によれば、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅光ファイバ３００を伝搬した後の光である非増幅光Ｌ１１のコーナー周波数は、コーナー周波数２２３ａのように低周波数側にシフトする。そして、コーナー周波数ｆｃは下記式（１）で示される。
　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
　Δλ［ｎｍ］はインコヒーレント光Ｌ２の波長スペクトルの半値全幅、Ｌ［ｋｍ］はラマン増幅光ファイバ３００の長さ、Ｄ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］はインコヒーレント光Ｌ２の中心波長におけるラマン増幅光ファイバ３００の波長分散の絶対値である。
　したがって、非増幅光Ｌ１１のＲＩＮは、コーナー周波数２２３ａよりも低周波数領域２２１ａにおいて抑制されるが、そのＲＩＮ抑制帯域は狭窄化する。
　さらに、本発明者らの鋭意検討によれば、インコヒーレント光Ｌ２がラマン増幅光ファイバ３００を伝搬しかつラマン増幅された後の光であるラマン増幅光Ｌ１０のコーナー周波数は、コーナー周波数２２３ｂのように、非増幅光Ｌ１１の場合と同様に式（１）で示される。したがって、非増幅光Ｌ１１のＲＩＮは、コーナー周波数２２３ｂよりも低周波数領域２２１ｂにおいて抑制されるが、ラマン増幅によってはＲＩＮ抑制帯域は狭窄化しない。また、ラマン増幅によってＲＩＮの抑制の程度は低下するが、それでも線２２０のＡＳＥ－ＡＳＥ間ビート雑音のレベルよりも低い。
　なお、実際に測定されるコーナー周波数ｆｃは、誤差等によって、式（１）から得られる値とは必ずしも一致しない場合があるが、それでも式（１）から得られる値と略一致するので、ＲＩＮの抑制が始まる周波数は、式（１）によって推定できるといえる。なお、誤差は、ラマン増幅光ファイバ３００の長さが短い場合や、ラマン増幅光ファイバ３００の波長分散の絶対値が小さい場合や、ラマン増幅光ファイバ３００の波長分散特性に長手方向でばらつきがある場合に大きくなりやすいので、測定や測定値の適用の際に留意が必要である。また、インコヒーレント光Ｌ２の波長スペクトルの半値全幅が広い場合は、ラマン増幅光ファイバ３００の分散スロープが誤差の発生要因となるので、留意が必要である。
　図１２は、ラマン増幅光ファイバ３００の伝搬後にＲＩＮ抑制帯域が狭窄化することを説明する図である。中心波長がλ０、ＦＷＨＭがΔλであり、波長の異なる多くの光子からなるインコヒーレント光Ｌ２が、長さＬ［ｋｍ］のラマン増幅光ファイバ３００を伝搬した場合、ラマン増幅光ファイバ３００の波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすれば、伝搬後の非増幅光Ｌ１１（またはラマン増幅光Ｌ１０）の各光子の伝搬時間は、Δτ＝Ｄ・Δλ・Ｌ程度の時間広がりを持つ。したがって、観測時間がΔτより長ければ、伝搬による時間的な揺らぎは見えないが、Δτより観測時間が短ければ、揺らぎが観測される。そこで、コーナー周波数ｆｃを、１／Δτ＝ｆｃで定義すれば、ｆ_cをＲＩＮ抑圧帯域の境界を示す指標とすることができる。
＜コーナー周波数の測定結果：非増幅光＞
　つぎに、様々なインコヒーレント光とラマン増幅光ファイバとの組み合わせとにおけるコーナー周波数の測定結果について説明する。表２は、インコヒーレント光であるＳＯＡのＡＳＥ光とラマン増幅光ファイバとの組み合わせと、Ｌ、Ｄ、Δλから計算したコーナー周波数ｆｃの値とを示す。ただし、表２の測定例では、実施形態１のような後方励起の構成であるが、ラマン増幅をせず、非増幅光のＲＩＮスペクトルを測定した。
　表２において、ＨＮＬＦとは、高非線形性光ファイバ（High　NonLinearity　Fiber）である。光源数とは、光源モジュールの数である。光源数が２の場合は、２つの光源モジュールからのＳＯＡのＡＳＥ光を偏波合成している。波長分散Ｄは絶対値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図１３は、測定例５００、５０１、６００のＲＩＮスペクトルを示す図である。測定例６００とは、ラマン増幅光ファイバ（ＳＭＦ）を伝搬前のＡＳＥ光（図１におけるインコヒーレント光Ｌ２に相当）のＲＩＮスペクトルである。図１３では、ラマン増幅光ファイバを伝搬した後のインコヒーレント光（非増幅光）のＲＩＮスペクトルのコーナー周波数は測定例５００ではｆ５００、測定例５０１ではｆ５０１として表２の計算値を点線で示しているが、測定で得られたコーナー周波数と略一致している。
　つぎに、波長が互いに異なるＡＳＥ光が同一のラマン増幅光ファイバを伝搬する場合、それらのＡＳＥ光のスペクトルの重なりが無ければ、それらの波長スペクトルの半値全幅を加算して、トータルの波長スペクトルの半値全幅と考えることができる。また、ラマン増幅光ファイバが、波長分散が互いに異なるラマン増幅光ファイバを接続して構成されている場合、個々のラマン増幅光ファイバの波長分散と長さとの積が累積される。したがって、たとえば、スペクトルの重なりが無い２つのＡＳＥ光（それぞれ半値全幅がΔλ１、Δλ２とする）が、互いに波長分散と長さとが異なる第１および第２のラマン増幅光ファイバを接続したラマン増幅光ファイバを伝搬した場合、コーナー周波数は以下の式（２）で表される。Ｄ１、Ｌ１はそれぞれ第１のラマン増幅光ファイバの波長分散、長さであり、Ｄ２、Ｌ２はそれぞれ第２のラマン増幅光ファイバの波長分散、長さである。
　ｆｃ＝１／［（Δλ１＋Δλ２）・（Ｄ１・Ｌ１＋Ｄ２・Ｌ２）］　・・・　（２）
　図１４は、測定例５１０、５１０－２、６１０、６１０－２のＲＩＮスペクトルを示す図である。測定例６１０、６１０－２とは、ラマン増幅光ファイバ（ＮＺＤＳＦ）を伝搬前のＡＳＥ光（図１におけるインコヒーレント光Ｌ２に相当）のＲＩＮスペクトルである。図１４では、コーナー周波数は測定例５１０ではｆ５１０、測定例５１０－２ではｆ５１０－２として表２の計算値を示しているが、測定で得られたコーナー周波数と略一致している。特に、測定例５１０－２では式（２）によって計算されるコーナー周波数と測定結果が略一致している。
　表３は、ＳＯＡのＡＳＥ光とラマン増幅光ファイバとの組み合わせと、Ｌ、Ｄ、Δλから計算したコーナー周波数ｆｃの値とを示す。表３の測定例では、ラマン増幅光ファイバとして、互いに長さおよび波長分散が異なる２種類のラマン増幅光ファイバ（ファイバ１、２）をこの順番で接続したラマン増幅光ファイバを用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図１５は、測定例５１０、５３０のＲＩＮスペクトルを示す図である。測定例５１０は、図１４で示したものと同じである。図１５では、コーナー周波数は測定例５１０ではｆ５１０、測定例５３０ではｆ５３０として表２または表３の計算値を示しているが、測定で得られたコーナー周波数と略一致している。特に、測定例５３０では式（２）によって計算されるコーナー周波数と測定結果が略一致している。
＜コーナー周波数の測定結果：ラマン増幅光＞
　つぎに、ラマン増幅光のＲＩＮスペクトルのコーナー周波数の測定結果について説明する。ＲＩＮ抑制されたＡＳＥ光の優位性を保ちつつ当該ＡＳＥ光をラマン増幅するためには、当該ＡＳＥ光のＲＩＮ抑制帯域がラマン増幅過程で保存されるか、が要点となる。
　図１６は、測定例５２１－２、５２１Ｒｂ－２のＲＩＮスペクトルを示す図である。測定例５２１－２は表２に示したラマン増幅ファイバにおける非増幅光のＲＩＮスペクトルであり、測定例５２１Ｒｂ－２は実施形態２の後方励起の構成でラマン増幅を行った場合のＲＩＮスペクトルである。図１６では、コーナー周波数は測定例５２１－２ではｆ５２１－２、測定例５２１Ｒｂ－２ではｆ５２１Ｒｂ－２として表２の計算値を示しているが、測定で得られたコーナー周波数と略一致している。図１６示すように、ＲＩＮが抑圧されたＡＳＥ光をラマン増幅すると、そのラマン増幅光のＲＩＮは増加するものの、コーナー周波数は式（１）に従い、ＲＩＮ抑制帯域は維持されることが分かった。
　表４は、ＳＯＡのＡＳＥ光とラマン増幅光ファイバとの組み合わせと、Ｌ、Ｄ、Δλから計算したコーナー周波数ｆｃの値とを示す。測定例５２０Ｒｆと測定例５２０Ｒｂでは、ＡＳＥ光およびラマン増幅光ファイバは同じであるが、測定例５２０Ｒｆでは実施形態２のような前方励起の構成にてラマン増幅を行い、測定例５２０Ｒｂでは実施形態１のような後方励起の構成にてラマン増幅を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図１７は、測定例５２０Ｒｆ、５２０Ｒｂ、測定例６１０のＲＩＮスペクトルを示す図である。測定例６１０とは、ラマン増幅光ファイバ（ＨＮＬＦ）を伝搬前のＡＳＥ光（図１におけるインコヒーレント光Ｌ２に相当）のＲＩＮスペクトルである。図１７から分かるように、励起方向によるコーナー周波数の差は見いだせない。しかし、やや後方励起のＲＩＮ特性が安定している様子が見て取れる。
　以上説明したように、インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、インコヒーレント光の中心波長におけるラマン増幅光ファイバの波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅されたインコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］を下記式（１）、
　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
に従って算出することによって、ラマン増幅されたインコヒーレント光のＲＩＮ抑制帯域は推定と制御が可能であり、ＲＩＮ抑制の優位性を保ちつつラマン増幅されたインコヒーレント光が得られる。
　非特許文献４、５に示されるように、ＲＩＮトランスファーが１００ＭＨｚ程度まで及ぶことを考慮すれば、ｆｃが１００ＭＨｚ以上となるような、Δλ、Ｌ、およびＤの組み合わとすることが好ましい。またさらには、ｆｃが５００ＭＨｚ以上、１ＧＨｚ以上、または１０ＧＨｚ以上となるような、Δλ、Ｌ、およびＤの組み合わとすることが好ましい。
＜ラマン増幅システム＞
　図１８は、実施形態１に係るラマン増幅器を備えたラマン増幅システムの模式図である。このラマン増幅システム１００００は、励起光源１０００１と、ＷＤＭカプラ１０００２と、伝送用光ファイバ１０００３とを備えている。
　励起光源１０００１は、中心波長がλ１であるＳＯＡのＡＳＥ光Ｌ２Ａを出力する光源装置１００Ａと、中心波長がλ２であるＳＯＡのＡＳＥ光Ｌ２Ｂを出力する光源装置１００Ｂと、中心波長がλ３であるＳＯＡのＡＳＥ光Ｌ２Ｃを出力する光源装置１００Ｃと、ＡＳＥ光Ｌ２Ａをラマン増幅してラマン増幅光Ｌ１０Ａとして出力するラマン増幅器１０００Ａとを備えている。ここで、λ１＜λ２＜λ３である。λ１、λ２、λ３は、たとえば、表１のように１４２５ｎｍ、１４５５ｎｍ、１４９５ｎｍである。
　光源装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、いずれも図１に示す光源装置１００と同様の構成を有する。ラマン増幅器１０００Ａは、図９に示す構成を有する。
　光源装置２００００は、Ｃ＋Ｌｂａｎｄの波長多重信号光Ｌ３０をＷＤＭカプラ１０００２に出力する。ＷＤＭカプラ１０００２は、伝送用光ファイバ１０００３に、波長多重信号光Ｌ３０と、ラマン増幅光Ｌ１０ＡとＡＳＥ光Ｌ２ＢとＡＳＥ光Ｌ２Ｃとが波長多重された光である波長多重励起光Ｌ２０と、を出力する。
　伝送用光ファイバ１０００３は、たとえば長さ４０ｋｍのＳＭＦである。伝送用光ファイバ１０００３は、波長多重励起光Ｌ２０が供給されることによって波長多重信号光Ｌ３０をラマン増幅し、増幅された波長多重信号光Ｌ３１とする。
　図１９を用いて説明したように、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄの全域にわたる高い利得平坦性を実現するためには、短波長側のＡＳＥ光を何らかの手段、方法により増幅する必要がある。図１８のラマン増幅システム１００００では、ラマン増幅器１０００Ａを用いて短波長側のＡＳＥ光Ｌ２Ａを増幅するので、たとえば図１９（ａ）に示すような、Ｃ＋Ｌ－ｂａｎｄの全域にわたる高い利得平坦性を実現することができる。
　なお、上記実施形態では、光源モジュールにおけるシード光は、ＡＳＥ光であるが、自然放出光（ＳＥ）のようなインコヒーレント光でもよい。
　また、上記実施形態では、シード光源は半導体光増幅器であるが、ＳＬＤ（Super　Luminescent　Diode）、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ものであってもよい。このようなＳＬＤ、ＳＯＡおよびＡＳＥ光源は、インコヒーレント光源として好適である。
　また、上記実施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　　　　：光源モジュール
１１　　　　：シード光源
１２、１４　：光アイソレータ
１３　　　　：ブースター増幅器
１３ａ　　　：第１端面
１３ｂ　　　：第２端面
１５　　　　：出力光ファイバ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ：光源装置
１０１、１０２：駆動装置
２１０、２１２、２２０、２２２：線
２１１、２２１、２２１ａ、２２１ｂ：低周波数領域
２１３、２２３、２２３ａ、２２３ｂ　：コーナー周波数
３００　　　：ラマン増幅光ファイバ
４００　　　：励起光源
５００　　　：ＷＤＭカプラ
１０００Ａ、１０００Ｂ：ラマン増幅器
１００００　：ラマン増幅システム
１０００１　：励起光源
１０００２　：ＷＤＭカプラ
１０００３　：伝送用光ファイバ
２００００　：光源装置
Ｃ１、Ｃ２　：駆動電流
Ｌ１　　　　：シード光
Ｌ２　　　　：インコヒーレント光
Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ、Ｌ２Ｃ：ＡＳＥ光
Ｌ３　　　　：励起光
Ｌ１０、Ｌ１０Ａ：ラマン増幅光
Ｌ１１　　　：非増幅光
Ｌ２０　　　：波長多重励起光
Ｌ３０　　　：波長多重信号光
Ｌ３１　　　：増幅された波長多重信号光

Claims (8)

  1. 　相対強度雑音（ＲＩＮ）が抑制されたインコヒーレント光を伝送しながらラマン増幅するラマン増幅光ファイバと、
    　前記ラマン増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
    　を備え、
    　前記インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、前記ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、前記インコヒーレント光の中心波長における前記ラマン増幅光ファイバの波長分散の絶対値をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅された前記インコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］が下記式（１）、
    　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
    を用いて推定されるラマン増幅器。
  2. 　前記ｆｃが１０ＧＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有する
    　請求項１に記載のラマン増幅器。
  3. 　前記ｆｃが１ＧＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有する
    　請求項１に記載のラマン増幅器。
  4. 　前記ｆｃが５００ＭＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有する
    　請求項１に記載のラマン増幅器。
  5. 　前記ｆｃが１００ＭＨｚ以上となるような、前記Δλ、前記Ｌ、および前記Ｄの組み合わせを有する
    　請求項１に記載のラマン増幅器。
  6. 　前記インコヒーレント光は、多段接続された半導体光増幅器を備えるインコヒーレント光源から出力される
    　請求項１～５のいずれか一つに記載のラマン増幅器。
  7. 　前記インコヒーレント光源は、前記インコヒーレント光において相対強度雑音（ＲＩＮ）およびリップルが同時に抑制されるように駆動されている
    　請求項６に記載のラマン増幅器。
  8. 　相対強度雑音（ＲＩＮ）が抑制されたインコヒーレント光を伝送しながらラマン増幅するラマン増幅光ファイバと、
    　前記ラマン増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
    　を備えるラマン増幅器の設計方法であって、
    　前記インコヒーレント光の波長スペクトルの半値全幅をΔλ［ｎｍ］、前記ラマン増幅光ファイバの長さをＬ［ｋｍ］、前記インコヒーレント光の中心波長における前記ラマン増幅光ファイバの波長分散をＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］とすると、ラマン増幅された前記インコヒーレント光において、ＲＩＮの抑制が始まるコーナー周波数ｆｃ［Ｈｚ］を下記式（１）、
    　ｆｃ＝１／（Ｄ・Δλ・Ｌ）　・・・　（１）
    を用いて推定する
    　ラマン増幅器の設計方法。
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