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WO2006001229A1 - 線形中継器および光ファイバ通信システム - Google Patents

線形中継器および光ファイバ通信システム Download PDF

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Publication number
WO2006001229A1
WO2006001229A1 PCT/JP2005/011135 JP2005011135W WO2006001229A1 WO 2006001229 A1 WO2006001229 A1 WO 2006001229A1 JP 2005011135 W JP2005011135 W JP 2005011135W WO 2006001229 A1 WO2006001229 A1 WO 2006001229A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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wavelength
signal light
fiber
communication system
optical fiber
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/011135
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroji Masuda
Kenji Sato
Yutaka Miyamoto
Original Assignee
Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph And Telephone Corporation filed Critical Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority to EP05750960.6A priority Critical patent/EP1760521A4/en
Priority to US10/581,327 priority patent/US7920793B2/en
Priority to JP2006515336A priority patent/JP4597978B2/ja
Publication of WO2006001229A1 publication Critical patent/WO2006001229A1/ja

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    • H01S3/1608—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium

Definitions

  • the present invention relates to a distributed Raman amplification system that optically amplifies an optical signal in an optical fiber installed in a city as a transmission line, and a parasitic power supply that is installed away from a linear repeater or a terminal device.
  • the present invention relates to an optical fiber communication system that performs optical amplification with a remote excitation module.
  • Fig. 21 and Fig. 22 show examples of the configuration of a conventional distributed Raman amplification system (DRA system) used in a wavelength division multiplexing optical fiber communication system (for example, see Non-Patent Document 1 or 2).
  • DRA system distributed Raman amplification system
  • Fig. 21 shows the case of backward excitation DRA
  • Fig. 22 shows the case of bidirectional excitation DRA.
  • DSF dispersion-shifted fiber
  • the typical value of the zero dispersion wavelength ( ⁇ 0) of the DSF is 1540 nm to 1560 nm (the specified value is slightly wider than this and has a wavelength range) It is.
  • the wavelength division multiplexing (WDM) signal light has a so-called L band of 1575 to 1605nm (typical value), and the pumping light wavelength for backward pumping is 1470nm. 1500nm is used.
  • the so-called C-band 1530 to 1560 nm (typical value) is used as the signal light wavelength, and 1420 nm and 1450 nm are used as the excitation light wavelengths for forward and backward excitation! /,
  • the WDM wavelength division multiplexing
  • Excitation light is introduced into the transmission line from the linear repeaters 1 3, 2-3, 1 4, 2-4 using the multiplexers 14 and 24 in the opposite direction to the signal light.
  • the pump light source is the most commonly used laser diode light source (laser diode type with fiber Bragg grating, FBG pump light source) having a fiber Bragg grating (FBG) as an external mirror.
  • FBG fiber Bragg grating
  • Each linear repeater 1-3, 2-3, 1-4, 2-4 has erbium-doped fiber amplifiers (EDFA) 16, 26. Exit the linear repeater 1 ⁇ 3, 1 ⁇ 4 upstream of the DSF and connect the DSF The propagating signal light undergoes distributed Raman amplification near the linear repeaters 2-3 and 2-4 on the downstream side of the DSF, and is amplified in a distributed manner in the transmission line. Amplified.
  • EDFA erbium-doped fiber amplifiers
  • the SNR is improved by using the backward pumping DRA.
  • a bidirectional pumping DRA with the FBG pumping light sources 13-3, 23-3, and multiplexers 15, 25 added as a forward pumping DRA is used.
  • the signal light wavelength band is limited to the C band 1530 to 1560 nm (in the present invention, as shown below, the L band is 1575 to 1605 nm.
  • the pump light on the short wavelength side of about lOOnm of the same signal light wavelength as in the case of backward distributed Raman amplification is used.
  • the excitation light wavelengths are, for example, 1470 nm and 1500 nm (the same as in the case of backward distributed Raman amplification in FIG. 21).
  • Figure 23 shows the Raman gain spectrum at this time.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents gain (dB). According to FIG. 23, a flat gain spectrum is obtained in the L band 1575 to 1605 nm.
  • Non-Patent Document 1 H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 35, pp. 411-412, 1999
  • Non-Patent Document 2 N. Takachio et al., OFC, PD9, pp. 1-3, 2000
  • Non-Patent Document 3 M. D. Mermelstein et al "Electron. Lett., Vol. 38, pp. 403-405, 2002
  • Non-Patent Document 4 K. Inoue, JLT. Vol. 10, pp. 1553-1561, 1992
  • Non-Patent Document 5 RP Espindola et al., Electron. Lett., Vol. 38, pp. 113-115,2002
  • Non-Patent Document 6 Y. Ohki et al., OAA, PD7, pp. 1-3, 2002
  • Non-Patent Document 7 R. H. Stolen, Proc. IEEE, Vol. 68, pp. 1232-1236, 1980
  • Non-Patent Document 8 H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 33, No. 12, pp. 1070-1072, 19
  • Non-Patent Document 9 H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 39, No. 23, pp. 1-2, 2003
  • Non-Patent Document 10 H. Masuda et al., IEEE Photonics Technol. Lett. , Vol. 5, No. 9, pp. 1017-1019, 1993
  • FIG. 24 shows the SNR ⁇ vector of the signal light when the forward-pumped DRA is added to the conventional DRA system of FIG. 21 as shown in FIG.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents SNR (dB).
  • the signal light wavelength is 1575 to 1605 nm in the L band
  • the excitation light wavelengths are 1470 nm and 1500 nm.
  • the group speeds of the signal light and the excitation light are almost the same, and signal light quality deterioration due to the above two phenomena (RIN transition and ND-FWM) becomes remarkable.
  • the RIN transition becomes significant for pump light sources with large RIN, such as FBG pump light sources and fiber lasers.
  • the present invention has been carried out against such a background, and is a linear repeater using a forward-pumped DRA that can use a pumping light source such as an FBG pumping light source and a fiber laser.
  • An object is to realize an optical fiber communication system.
  • the present invention includes a silica fiber as a Raman amplification gain medium for amplifying signal light, a pumping light source for sending pumping light co-propagating through the silica fiber in the same direction as the signal light, and the silica fiber And an optical fiber communication system including a multiplexer of the signal light and the excitation light installed between the excitation light source and the excitation light source.
  • signal light having a wavelength longer than the zero dispersion wavelength of the silica fiber is incident on the multiplexer, and the signal light and the excitation light emitted from the excitation light source are emitted from the excitation light source.
  • Means for combining light, and the pumping light source has a short wavelength in which the longest wavelength of the pumping light is a frequency difference of 13.7 to 30 THz lower than the shortest wavelength of the signal light.
  • the silica fiber may be a dispersion shifted fiber, and the signal light may have a plurality of wavelengths in the L band.
  • the silica fiber is a non-zero dispersion shifted fiber, and the signal light is
  • a remote excitation double-pass EDF module is provided at the signal light output stage of the silica fiber, and the excitation light may have a wavelength of 1430 nm or more and 1470 nm or less.
  • the remote excitation double-pass EDF module can be operated even with an excitation light wavelength of 1430 nm, which has a small dependence on the excitation light wavelength.
  • a remote excitation single-pass EDF module may be provided at the signal light output stage of the silica fiber, and the excitation light may have a wavelength of 1440 nm or more and 1470 nm or less.
  • the excitation efficiency is double-pass. Since it is inferior to the EDF module, the usable pumping light wavelength is longer than the double-pass EDF module (eg, 1440 nm or more).
  • the excitation light source may be a laser diode type with a fiber Bragg grating or a fiber laser type.
  • the minimum value of the signal light wavelength is ⁇ s
  • the minimum value of the zero dispersion wavelength of the silica fiber is ⁇ ⁇
  • the maximum value of the excitation light wavelength of the excitation light source is ⁇ ⁇
  • the signal light wavelength, the zero dispersion wavelength, and the excitation light wavelength can be set so that
  • the pumping light source is a laser diode type with a fiber Bragg grating having a plurality of wavelengths or a Fabry-Perot laser diode type
  • the wavelength of the signal light is set so that 2 ⁇ 0—e s> ⁇ ⁇ +10 holds.
  • a zero dispersion wavelength and the excitation light wavelength may be set.
  • the pumping light source may be a fiber Raman laser type, a laser diode type with a single wavelength fiber Bragg grating, a laser diode type with a multiple wavelength fiber Bragg grating, or a Fabry-Perot laser diode.
  • the signal light wavelength, the zero dispersion wavelength, and the excitation light wavelength may be set so that 2 ⁇ 0 ⁇ s> ⁇ ⁇ +15 holds.
  • the width of the plurality of wavelengths is 10 nm or less.
  • the pump light source may include a variable attenuator for adjusting the pump light output from each Fabry-Perot laser diode on the output side of each of the Fabry-Perot laser diodes that are polarization multiplexed.
  • the optical fiber communication system includes an erbium-doped fiber amplifier, and the erbium-doped fiber amplifier includes an erbium-doped fiber gain block including an erbium-doped fiber as a gain medium, and the erbium-doped fiber amplifier. ⁇ of fiber gain block
  • the gain equalization optical filter installed in the front stage or the rear stage, the inversion distribution detection circuit for detecting the inversion distribution amount of the erbium-doped fiber, and the inversion distribution amount detected by the inversion distribution detection circuit become the intended values.
  • An inversion distribution adjusting circuit for controlling the erbium-doped fiber gain block may be included.
  • the spectrum of the Raman gain newly added by applying the forward pumping DRA to the erbium-doped fiber gain block in the erbium-doped fiber gain block can be obtained using the erbium-doped fiber amplifier used when the forward pumping DRA is not applied. This can be compensated by the decrease in gain of fiber.
  • the upper level share N of the erbium-doped fiber shall be less than 38%.
  • a spectrum of the signal light power is set so that the signal light power of the signal light input to the silica fiber becomes lower toward the shorter wavelength side where the Raman gain by Raman amplification is larger. May be.
  • the net gain spectrum can be flattened even when a nonlinear effect occurs in the silica fiber.
  • the silica fiber may be a silica fiber laid in a cage.
  • the silica fiber may be a silica fiber for concentrated light amplification.
  • the wavelength of the signal light may be a single wavelength, and the difference between the wavelength of the signal light and the longest wavelength of the excitation light may be 15.6 THz or more as a frequency difference.
  • the wavelength range occupied by the signal light is generally much narrower than that of a multi-wavelength WDM system.
  • ND Can solve the disadvantage of signal light quality degradation caused by FWM.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an optical fiber communication system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between gain and wavelength in the optical fiber communication system of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between SNR and wavelength in the optical fiber communication system of the first embodiment.
  • ⁇ 4 Diagram showing the wavelength relationship (in the case of DSF) in the first embodiment.
  • [5] A diagram showing the relationship between the signal light power and the wavelength in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the gain and wavelength of the EDFA of the first embodiment.
  • FIG. 7 is an overall configuration diagram of an optical fiber communication system according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wavelength relationship (in the case of NZ—DSF) in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram of the main part of the optical fiber communication system of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an SNR spectrum of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the LD drive current, the pumping light SNR, and the signal light SNR when an FP-LD pumping light source is used.
  • FIG. 13 A diagram showing a configuration of an FP-LD excitation light source in the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an EDFA installed in the linear repeater in the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing changes in the EDF gain spectrum in the EDF gain block 53 in the fifth embodiment.
  • FIG. 18 In the fifth embodiment, an example of the Raman gain spectrum when the pumping light wavelength of the forward pumping DRA is 1440 nm, and the EDF of the EDF gain block 53 that compensates the Raman gain spectrum. The figure which shows a gain decreasing part spectrum.
  • FIG. 19 is a diagram showing SNR ⁇ vectors at the same Raman gain for various excitation light sources in the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing the configuration of the optical amplifier in the seventh embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram showing a conventional back-excited DRA configuration.
  • FIG. 22 is a diagram showing a conventional bidirectional excitation DRA configuration.
  • FIG. 23 is a diagram showing a Raman gain spectrum of the prior art.
  • FIG. 24 is a diagram showing a conventional SNR spectrum.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the optical fiber communication system of the first embodiment.
  • silica fibers 10, 11, 20, and 21 as Raman amplification gain media for amplifying signal light, and silica fibers 10 and 11 in the same direction as the signal light.
  • the feature of the present embodiment is that the multiplexers 14, 15, 24, 25 have wavelengths longer than the zero dispersion wavelength of the silica fibers 10, 11, 20, 21.
  • the signal light is incident, and includes means for combining the signal light and the excitation light emitted from the FGB excitation light sources 12-1, 13, 1, 22-1, 1 and 23-1, and the FGB excitation light source 12-1, 13-1, 22-1 and 23-1 are provided with means for emitting excitation light having a wavelength shorter than the wavelength of the signal light by 13.7 THz or more.
  • Silica fibers 10, 11, 20, and 21 are dispersion-shifted fibers, and the signal light has a plurality of wavelengths in the L band, and the excitation light has a wavelength of 1470 nm or less.
  • FIG. 1 shows an optical fiber communication system according to the first embodiment.
  • the main differences from the configuration of the prior art in Fig. 21 are as follows. That is, in this embodiment, forward distributed Raman amplification (forward DRA) is performed using 1440 nm excitation light.
  • the pumping light source 13-1 for the pumping light is installed in the upstream linear repeater 1-1.
  • FIG. 2 shows the Raman gain spectrum for this example.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents gain (dB).
  • Figure 3 shows the SNR spectrum for these excitation wavelengths.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents gain (dB).
  • the pump power for this single pump wavelength was the same as the total power (300 mW) for the two-wavelength (1470 nm and 150 Onm) pump in the conventional technology.
  • the gain spectrum peaks within the signal light wavelength range because the single pump light wavelength is approximately 1470 ⁇ ! This is the case at ⁇ 1500nm. Therefore, in the conventional technique, in order to obtain a high gain in the signal light wavelength range, forward DRA is performed with excitation light having a wavelength of approximately 1470 nm or more and excitation light having a wavelength of approximately 1500 nm or less and at least two wavelengths. Also, compare For example, when two wavelengths of pump light are used, the total gain spectrum is a combination of these two wavelength gain vectors. Therefore, in the prior art, the wavelengths of the two excitation lights were selected so that the combined gain spectrum was almost flat.
  • the shortest signal light wavelength (1575 nm in the above example) and the longest pump light wavelength (1500 nm in the above example) are generally separated from each other only by about lOOnm (frequency difference of about 13 THz).
  • the signal light wavelength is 1, for example, if the signal light wavelength is 1580 nm, the excitation light wavelength is 1480 nm, although 1 wavelength is sufficient. This is a wavelength difference of 100 nm and a frequency difference of 12.8 THz.
  • the SNR spectrum in Fig. 3 when the pumping light wavelength is 1500nm, 1490nm, and 1480nm, the SNR is lower in the signal light wavelength range (approximately 25dB or less).
  • the pumping light wavelength when the pumping light wavelength is 1470 nm, 1460 nm, or 1440 nm, the SNR deterioration in the signal light wavelength range is small, and a high SNR of about 30 dB or more is obtained.
  • the Raman gain in the signal light wavelength region is about 6 dB or more when the pumping light wavelength is 1470 ⁇ m, and about 4 dB or more when the pumping light wavelength is 1440 nm.
  • the longest excitation light wavelength (1470 nm in this embodiment) is larger than lOOnm (105 nm) (frequency difference) with respect to the shortest signal light wavelength (1575 nm). It is set to the short wavelength side at about 13.7 THz).
  • the signal light wavelength is one wavelength, for example, if the signal light wavelength is 1580 nm, the excitation light wavelength may be a force of 1460 nm, which is sufficient for one wavelength. This is a wavelength difference of 120 nm and a frequency difference of 15.6 THz.
  • the wavelength range occupied by the signal light that does not need to ensure the flatness of the gain spectrum is generally much narrower than that of a multi-wavelength WDM system. It can be said that a configuration having a frequency difference smaller than 15.6 THz is possible in the technique method.
  • the longest excitation light wavelength may be set on the short wavelength side with a frequency difference of up to 3 OTHz with respect to the shortest signal light wavelength.
  • the Raman gain has the necessary size to ensure the SNR improvement by DRA.
  • the Raman gain is Although there is a slight improvement in SNR due to the smaller DRA, considering the cost of installing the excitation light source necessary to perform the DRA, there is not much merit as a system.
  • the longest excitation light wavelength may be 1361 to 1469 nm.
  • wavelength speed of light Z frequency.
  • the transmission path is a non-zero dispersion shifted fiber, which will be described later, when the shortest signal light wavelength is 1530 nm and the frequency difference is 13.7 to 30 THz, the longest pump light wavelength is 1327 to 1430 nm.
  • Fig. 4 shows the wavelength relationship for this example (when the transmission line is a DSF).
  • the zero dispersion wavelength is in the vicinity of 1550 nm, and the signal wavelength range is 1575 to 1605 nm in the L band.
  • the excitation light wavelengths are 1470 nm and 1500 nm in the prior art, and in this embodiment, for example, 1440 nm (1460 nm or 1470 nm may be! /).
  • FIG. 3 shows the force when the zero dispersion wavelength is 1545 nm.
  • the zero dispersion wavelength is 1545 nm.
  • the SNR is low within the signal light wavelength range (approximately 25 dB or less).
  • the Raman gain spectrum is generally non-flat within the signal light wavelength region.
  • the excitation light wavelength is 1440nm, 1460
  • Non-flatness increases as the wavelength becomes longer, such as nm and 1470 nm.
  • Figure 5 shows the relationship between signal light power and wavelength. In Fig. 5, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents signal light power (d Bm). Therefore, the spectrum of the signal light power input to the transmission line DSF is made non-flat according to the pumping light wavelength as shown in FIG.
  • the average inversion distribution level (level 1) when the pumping light wavelength is 1440 nm is lower than the average inversion distribution level when the EDFA gain spectrum is flat in the case of the prior art
  • the average inversion distribution level (level 2) when the wavelength is 1460 nm should be lower than level 1.
  • the above embodiment relates to a DRA system that distributes signal light in a transmission line fiber laid on the city (land or sea floor).
  • the length of the force transmission line fiber is 4 Okm and 80km.
  • the present invention can also be applied to the case where the signal light is intensively amplified like EDFA in a linear repeater, and the gain medium is generally a DRA.
  • Silica fiber (DSF, etc.) slightly shorter than the case (10km and 20km, etc.). The same applies to the second and third embodiments described later.
  • the excitation light source is a fiber Bragg grating (FBG) or a laser diode light source having a fiber laser as an external mirror (laser diode type with fiber Bragg grating, FBG excitation light source or fiber laser type, fiber laser excitation light source). is there.
  • FBG fiber Bragg grating
  • laser diode type with fiber Bragg grating, FBG excitation light source or fiber laser type, fiber laser excitation light source is there.
  • FIG. 7 shows an optical fiber communication system of the second embodiment.
  • the configuration of the linear repeaters 1-1 and 2-1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is mainly different from the configuration of the linear repeaters 1-2 and 2-2 of the second embodiment as follows. That is, in this embodiment, a non-zero dispersion shifted fiber (NZ-DSF, LEAF (registered trademark), etc.) is used as a transmission line, and a typical value of zero dispersion is about 1500. What is the signal light wavelength? The band is from 1530 to 1560 nm.
  • NZ-DSF non-zero dispersion shifted fiber
  • the pumping light wavelengths are 1420 nm and 1450 nm in the backward pumping FBG pumping light sources 12-2 and 22-2, which are the same as those in FIG. 22 of the prior art, and the forward pumping FBG pumping light source 13-2, 23—2 is 1390.
  • FIG. 8 shows the wavelength relationship in this example.
  • the excitation light wavelength of the forward DRA is 1420 nm and 1450 nm, which is the same as the excitation light wavelength of the backward DRA, but in this example, as described above, 1390 nm It is.
  • the pumping light wavelength is set to the short wavelength side of about 13.7 THz as a frequency difference with respect to the shortest signal light wavelength (153 Onm). . That is, the excitation light wavelength may be 1430 nm or less.
  • FIG. 9 shows an optical fiber communication system of the third embodiment.
  • the main differences from the configuration of the first embodiment in FIG. 1 are as follows. However, for the sake of simplicity, Fig. 9 shows only the differences from Fig. 1.
  • remote excitation amplification is performed by installing a remote excitation EDF module 30 downstream of the transmission line DSF (DSF-1) of the forward excitation DRA.
  • DSF-1 transmission line DSF
  • FIG. 10 shows excitation characteristics of the double-pass remote excitation EDF module 30.
  • the horizontal axis represents input pumping light power (mW), and the vertical axis represents output signal light power (dBm).
  • the input pump light power dependence was measured by changing the pump light wavelength (1440, 1460, 1470, 1490 nm).
  • Figure 10 and other considerations As a result, the wavelength dependence of the pumping light is small (although 1450 to 1480 nm is usually used as the wavelength for pumping EDF, which is the gain medium provided in the remote pumping EDF module 30), it is substantially 1430 nm. It was found that the double-pass remote excitation EDF module 30 can be operated even at the excitation light wavelength of.
  • a single-pass remote excitation EDF module can be installed instead of the double-pass remote excitation EDF module 30.
  • the pumping efficiency of the single-pass remote excitation EDF module is inferior to that of the double-pass remote excitation EDF module 30; therefore, the usable pumping light wavelength is longer than that of the double-pass remote excitation EDF module 30.
  • Wavelength (1440nm or more).
  • the fiber laser excitation light source is a fiber Raman laser.
  • the minimum value of the signal light wavelength is ⁇ s
  • the minimum value of the zero dispersion wavelength is ⁇ 0
  • the maximum value of the excitation light wavelength is ⁇ ⁇
  • FIG. 11 is a diagram showing the SNR spectrum of the fourth embodiment, where the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents SNR (dB).
  • Figure 11 shows the SNR ⁇ vector at the same Raman gain for various pump sources!
  • the types of excitation light sources are fiber Raman laser, single wavelength FBG- LD, and two wavelength FBG- L D and FP—LD (Fabry Perot LD).
  • the minimum zero dispersion wavelength ⁇ ⁇ is 153 Onm.
  • SNR is low in the order of fiber Raman laser, single wavelength FBG-LD, dual wavelength FBG-LD, and FP-LD.
  • the oscillation wavelength width ⁇ of each pumping light source when the intensity decreased by 10 dB was about 0.5 nm for the fiber Raman laser, about 2 nm for the single wavelength FBG-LD, and about 10 nm for the FP-LD. That is, the larger the ⁇ , the higher the SNR. In addition, since the number of wavelengths in a two-wavelength FBG-LD is twice that of a single wavelength FBG-LD, the effective ⁇ is doubled.
  • the wavelength interval is preferably about 10 nm or less because ⁇ of the single wavelength FBG-LD is about 2 ⁇ m. Note that the lower limit of the wavelength interval is not particularly limited (if it is larger than Onm), it may be determined appropriately according to the system conditions.
  • FIG. 12 shows the relationship between the LD drive current, the pumping light SNR, and the signal light SNR when an FP-LD pumping light source is used.
  • the horizontal axis represents drive current (mA) and the vertical axis represents SNR (dB).
  • the pump light SNR and signal light SNR were improved for the first time along with the drive current. Therefore, there is a ⁇ IJ point in keeping the drive current at a high value.
  • FIG. 13 shows the configuration of the FP-LD excitation light source in the fourth embodiment.
  • this pump light source is devised as follows.
  • a variable attenuator 40 is installed corresponding to each LD41 (FP-LD) that performs polarization multiplexing, and the output power is adjusted.
  • the pump light from each variable attenuator 40 is output after being combined by a polarization multiplexer (hereinafter referred to as PBC) 42. It was found that the excitation light wavelength (average wavelength) of each LD41 increased with the drive current and temperature, and increased by about 3 nm for a drive current of 100 mA and about 4 nm for a temperature of 10 degrees. [0078] Further, there is a manufacturing variation of LD, which is approximately ⁇ 5 nm. Therefore, according to the excitation light source in FIG.
  • the pumping light wavelength of each LD41 can be adjusted by adjusting the drive current and temperature, and the pumping light power input from each LD41 to the PBC42 is set to the same value by the variable attenuator 40. it can.
  • the configuration of a normal FP-LD excitation light source is obtained by removing the variable attenuator 40 from the configuration of FIG.
  • the desired wavelength of the excitation light of two LDs to be combined with polarization is 1440nm
  • the LD temperature is 25 ° C
  • the wavelength of LD1 is 144 4nm.
  • the wavelength of LD2 is 1436nm.
  • the excitation light wavelengths of LD1 and LD2 can both be 1440 ⁇ m (desired value).
  • the outputs from LD1 and LD2 generally change, but the individual variable attenuator 40 allows the pumping light power input to the PBC 42 to be set to a desired value by the variable attenuator 40.
  • the gain spectrum equalization method described in the first embodiment with reference to FIG. 6 that is, the net gain spectrum in the unit linear relay section is flattened without using the gain equalization filter). (Method) will be described in detail.
  • FIG. 14 shows a configuration example of the EDFAs 16 and 26 installed in the linear repeaters 1-1 and 1-2 of FIG.
  • This EDFA includes an EDF gain block 51 that is a first EDF gain block disposed on the input side of signal light, and an EDF gain block 53 that is a second EDF gain block disposed on the output side of signal light.
  • a gain equalizing optical filter 52 disposed between the EDF gain block 51 and the EDF gain block 53, and an EDF as a gain medium connected to the EDF gain block 53 and installed in the EDF gain block 53 (not shown)
  • This inversion distribution adjustment circuit 55 excites the EDF gain block 53 so that the inversion distribution amount detected by the inversion distribution detection circuit 54 becomes a desired value by changing the excitation light power for the EDF gain block 53, etc. Adjust the condition.
  • the EDF gain block 51 may not be provided, and the gain equalizing optical filter 52 may be provided after the EDF gain block 53. Further, as the inversion distribution detection circuit 55, for example, The means described in Non-Patent Document 10 may be used.
  • Figure 15 shows the spectrum of the total stimulated emission cross section S and absorption cross section S emi— tot abs
  • FIG. 16 shows the gain spectrum change of the EDF in the EDF gain block 53 obtained using Equation (3).
  • FIG. 16 Each shows the change in EDF gain spectrum.
  • the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents gain (dB).
  • the gain spectrum changes quantitatively.
  • FIG. 17 shows a gain change amount spectrum obtained from FIG. Specifically, when the upper level occupation ratio N is 38% (i.e., the EDF gain spectrum in the signal wavelength range).
  • the gain change spectrum is shown on the basis of the case where the laser beam is almost flat.
  • the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the gain change (dB). If the gain change amount is A G and the gain corresponding to the value of the upper level occupation ratio N is G (N),
  • the spectrum of the Raman gain newly added by applying the forward excitation DRA to the EDF gain block 53 can be obtained using the EDFA that is used when the forward excitation DRA is not applied. It can be compensated by the gain decrease of EDF. As a result, it is not necessary to provide a new EDFA to perform gain compensation, and economic efficiency can be maintained.
  • Figure 18 shows an example of the Raman gain spectrum when the pumping light wavelength of the forward-pumped DRA is 1440 nm (“Raman gain added” in the figure), and the ED F gain block for compensating the Raman gain spectrum 53
  • the EDF gain reduction spectrum (“EDFA gain reduction” in the figure) is shown, with the horizontal axis representing wavelength (nm) and the vertical axis representing gain change (dB).
  • the Raman gain of the forward excitation DRA is expressed as the EDF gain for the spectrum of the total gain in the section (hereinafter referred to as the unit linear relay section) that also has one transmission line and one linear repeater force.
  • Spectral equalization can be performed by the EDF gain in block 53.
  • a mismatch between the Raman gain of the forward pumping DRA and the EDF gain in the EDF gain block 53 can be compensated by the gain equalizing optical filter 52.
  • the peak value of the loss spectrum of the gain equalizing optical filter 52 is small, there is a merit that deterioration of the noise characteristics of the EDFA in this embodiment can be suppressed. That is, when compensation is performed only by the gain equalizing optical filter 52 without using the technique of the present embodiment, the peak value of the loss spectrum of the gain equalizing optical filter 52 is larger than that when the technique of the present embodiment is used. The noise characteristics will deteriorate due to the increase.
  • the peak value of the loss spectrum of the gain equalizing optical filter 52 is small as in the present embodiment, there is a merit in terms of noise characteristics as compared with the case where compensation is performed only by the gain equalizing optical filter 52.
  • the set value of the upper level occupancy ratio N is proportional to the value of the Raman gain and the equation (3).
  • the gain power S is smaller than the long-wave region, and an EDF gain having a spectrum is obtained, and in the L-band short wavelength region, the gain is larger than the long wavelength region.
  • the upper level occupancy N is 3
  • N 34-37%
  • the operating parameter values in the present invention are shown when the transmission path is a DSF.
  • the operating parameter values are shown when the transmission path is NZ-DSF.
  • the typical value of the zero dispersion wavelength is about 1500 nm
  • the signal light wavelength is C band 1530 to 1560 nm.
  • the signal light wavelength is generally a plurality of wavelengths or channels of wavelength multiplexed signals arranged over the entire band in these embodiments.
  • the wavelength of the wavelength multiplexed signal is arranged in the C band 1530 to 1560 nm at intervals of, for example, 100 GHz (that is, intervals of about 0.8 nm).
  • multiple wavelengths of signal light are arranged in a part of the above band.
  • the minimum value of the signal light wavelength is ⁇ s
  • Figure 19 shows the SNR spectrum for the same Raman gain for various excitation light sources, with the horizontal axis representing wavelength (nm) and the vertical axis representing SNR (dB).
  • the types of excitation light sources are fiber Raman laser, single wavelength FBG—LD, two wavelength FBG—LD, and FP—LD (Fabry-Perot LD).
  • Figure 19 shows that the SNR is lower in the order of fiber Raman laser, single wavelength FBG-LD, two-wavelength FBG-LD, and FP-LD.
  • the number of wavelengths of the FBG-LD type excitation light source may be 3 or more. Generally, the number of wavelengths is large, and the higher the SNR, the greater the distribution width of the excitation light wavelength. . The above is clearly true for the fourth embodiment.
  • the force when the transmission path is NZ-DSF, as in the case of the second embodiment, the spectrum of the signal light power input to the NZ-DSF is made non-flat. Considering the non-linear effect in the transmission line DSF, the Raman gain is large and the signal light power is lowered on the shorter wavelength side.
  • An optical fiber communication system includes the linear repeater described in the first to sixth embodiments, and includes silica fibers 10, 11, 20, 21. Is realized as a transmission line DSF.
  • DSF and NZ-DSF are installed in the transmission path fiber, and the bobbin is not in the distributed amplification medium. It may be replaced with a simple amplification medium.
  • the optical fiber communication system can be regarded as an optical amplifier, and this optical amplifier can be installed and used in a linear repeater, a transmitter and a receiver.
  • the present embodiment relates to such an optical amplifier.
  • FIG. 20 shows the configuration of the optical amplifier according to this example. Note that the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • This optical amplifier 70 has a DSF as a medium for concentrated optical amplification, the length of which is, for example, 10 km, and this DSF is wound around a bobbin.
  • the excitation light sources used for backward Raman amplification and forward Raman amplification for DSF are FBG excitation light sources 22-1, 13-1 having the same wavelength as in the first embodiment.
  • the signal light input to the optical amplifier 70 can be amplified without RIN shift and signal quality degradation due to ND-FWM.

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Abstract

　最もよく用いられる、ＦＢＧ励起光源およびファイバレーザなどの励起光源を用いることのできる前方励起ＤＲＡを用いた線形中継器および光ファイバ通信システムを実現する。信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源と、前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光との合波器とを有する光ファイバ通信システムであって、前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された励起光とを合波する手段を備え、前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の波長より、周波数差にして１３．７ＴＨｚ～３０ＴＨｚ低周波数側であるところの短波長側にある励起光を出射する手段を備える。

Description

明 細 書
線形中継器および光ファイバ通信システム
技術分野
[0001] 本発明は、光信号を、伝送路であるところの市中に敷設した光ファイバ中で光増幅 する分布ラマン増幅システム、および、線型中継器または端局装置から離れて設置 した無給電の遠隔励起モジュールで光増幅する光ファイバ通信システムに関する。 本願は、 2004年 6月 23日に出願された特願 2004— 184601号および 2004年 10 月 5日に出願された特願 2004— 292377号に対して優先権を主張するものであつ て、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 波長多重の光ファイバ通信システムで用いられる、従来技術の分布ラマン増幅シス テム (DRAシステム）の構成例を図 21および図 22に示す (例えば、非特許文献 1ま たは 2参照)。図 21が後方励起 DRAの場合であり、図 22が双方向励起 DRAの場合 である。本 DRAシステムでは、伝送路として分散シフトファイバ（DSF)を用いており、 DSFのゼロ分散波長（ λ 0)の典型値は 1540nm〜1560nm (規定値はこれより若 干広 、波長範囲を有する）である。
[0003] 波長多重 (WDM)信号光の波長として、図 21の後方励起 DRAの場合には、 、わ ゆる L帯 1575〜1605nm (典型値）、後方向励起の励起光波長として 1470nmおよ び 1500nmを用いている。また、図 22の双方向励起 DRAの場合には、信号光波長 として、いわゆる C帯 1530〜1560nm (典型値）、前方向および後方向励起の励起 光波長として 1420nmおよび 1450nmを用いて!/、る。
[0004] 励起光は、線形中継器 1 3、 2— 3、 1 4、 2— 4から、信号光と反対方向に、合波 器 14、 24を用いて伝送路中に導入されている。励起光源は、最もよく用いられてい る、ファイバブラッググレーティング (FBG)を外部鏡として有するレーザダイオード光 源 (ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型、 FBG励起光源)である。
[0005] また、各線形中継器 1— 3、 2— 3、 1—4、 2—4はエルビウム添加ファイバ増幅器（ EDFA) 16、 26を有する。 DSFの上流側の線形中継器 1— 3、 1—4を出て、 DSFを 伝播する信号光は、 DSFの下流側の線形中継器 2— 3、 2— 4近くで分布ラマン増幅 を受けて、伝送路中で分布的に増幅された後、 EDFA16、 26で集中定数的に増幅 される。
[0006] 図 21の場合には、後方励起 DRAを用いて SNRの向上を図っている。一方、図 22 の場合には、さらなる SNRの向上を狙って、前方励起 DRAとして FBG励起光源 13 —3、 23- 3,合波器 15、 25を追カ卩した双方向励起 DRAを用いている。ただし、従 来技術において、前方励起 DRAを適用する場合には、信号光波長帯は、 C帯 1530 〜1560nmに限られていた（本発明では、以下に示すように、 L帯 1575〜1605nm にお 1ヽて、前方励起 DRAによる信号光増幅を可能とする）。
[0007] 図 21の構成において、更なる SNR向上を狙い、前方分布ラマン増幅を行う場合に は、後方分布ラマン増幅の場合と同じぐ信号光波長の約 lOOnm短波長側の励起 光を用いて増幅を行う。その励起光波長は、例えば 1470nmおよび 1500nm (図 21 の後方分布ラマン増幅の場合と同じ)である。このときのラマン利得スペクトルを図 23 に示す。図 23は横軸に波長（nm)をとり、縦軸に利得 (dB)をとる。図 23によれば、 L 帯 1575〜1605nmにおいて、平坦な利得スペクトルが得られている。
[0008] 非特許文献 1 : H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 35, pp. 411-412,1999
非特許文献 2 : N. Takachio et al., OFC, PD9, pp. 1—3, 2000
非特許文献 3 : M. D. Mermelstein et al" Electron. Lett., Vol. 38, pp. 403-405, 2002 非特許文献 4 : K. Inoue, JLT. Vol. 10, pp. 1553-1561,1992
非特許文献 5 : R. P. Espindola et al., Electron. Lett., Vol. 38, pp. 113-115,2002 非特許文献 6 : Y. Ohki et al., OAA, PD7, pp. 1-3, 2002
非特許文献 7 : R. H. Stolen, Proc. IEEE, Vol. 68, pp. 1232-1236, 1980
非特許文献 8 : H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 33, No. 12, pp. 1070-1072,19
97
非特許文献 9 : H. Masuda et al., Electron. Lett., Vol. 39, No. 23, pp. 1—2, 2003 非特許文献 10 : H. Masuda et al., IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 5, No. 9, pp. 1017-1019, 1993
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0009] 図 21の従来技術の DRAシステムに、図 22のように、前方励起 DRAを追加して用 いた場合の信号光の SNR ^ベクトルを図 24に示す。図 24は横軸に波長（nm)をとり 、縦軸に SNR (dB)をとる。ただし、上記のように、信号光波長は L帯 1575〜1605n m、励起光波長は 1470nmおよび 1500nmである。
[0010] 図 24より、信号光波長 1589nm近傍において、顕著な SNR劣化が生じていること がわかる。また、伝送特性評価としてビット誤り率 (BER)測定を行った力 SNRが約 25dB以下の波長域において、 BER劣化が生じていることがわかった。これは、この 波長域の信号光波長（〜1589nm)と、励起光波長（1500nm)が、ゼロ分散波長（1 545nmであった）に対し、対称的な位置にあり、励起光の相対強度雑音 (RIN)が、 信号光に誘導ラマン散乱を介して乗り移ること (RIN移行)、および、広い発振スぺク トルを有する励起光と、信号光との間で、非縮退 4光波混合 (ND— FWM)が生じる ため (非特許文献 3または 4参照)である。
[0011] 上記波長配置では、信号光と励起光の群速度がほぼ同じになり、上記 2つの現象（ RIN移行および ND— FWM)による信号光品質劣化が顕著になる。ただし、 FBG励 起光源、ファイバレーザなどの RINが大きい励起光源に関して RIN移行が顕著にな る。
[0012] そこで、励起光源に工夫を加えた、特殊な低!、RINの励起光源（多モード DFB (分 布帰還型） LD (レーザダイオード）および iGM (inner grating multimode) LD)を作 製し、図 22の DRAシステム（ただし、前方励起 DRAを用いた場合）に用いて、 RIN 移行を抑圧することが報告されている（非特許文献 5または 6参照)。し力しながら、そ れら特殊な励起光源は、高価であり、また、 SBS (誘導ブリルアン散乱）閾値が低いと いう難点がある。さらに、 ND— FWMが抑圧できないという欠点があった。一方、 FB G励起光源およびファイバレーザは、 SBS閾値が高い。
[0013] 本発明は、このような背景に行われたものであって、最もよく用いられる、 FBG励起 光源およびファイバレーザなどの励起光源を用いることのできる前方励起 DRAを用 いた線形中継器および光ファイバ通信システムを実現することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0014] 本発明は、信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、前記 信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励起光源 と、前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光 との合波器とを有する光ファイバ通信システムである。
[0015] ここで、本発明では、前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波 長側の波長を有する信号光が入射され、この信号光と前記励起光源から出射された 励起光とを合波する手段を備え、前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前 記信号光の最短波長より、周波数差にして 13. 7〜30THz低周波数側であるところ の短波長側にある励起光を出射する手段を備えている。
これによれば、従来技術で問題であった RIN移行および ND— FWMによる信号光 品質劣化が生じると 、う欠点を解決できる。
[0016] また、前記シリカファイバは、分散シフトファイバであり、前記信号光は L帯に複数波 長を有することができる。
[0017] これによれば、伝送路が DSFの場合にぉ 、て、従来技術で問題であった SNR劣 化を抑圧できる。
[0018] あるいは、前記シリカファイバは、ノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光は
C帯に複数波長を有することができる。
[0019] これによれば、伝送路がノンゼロ分散シフトファイバの場合にぉ 、て、従来技術で 問題であった、 RIN移行および ND— FWMによる SNR劣化を抑圧できる。
[0020] あるいは、前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起ダブルパス型 EDFモジ ユールが設けられ、前記励起光は、その波長が 1430nm以上であり 1470nm以下で あることができる。
[0021] これによれば、励起光波長依存性は小さぐ実質的に 1430nmの励起光波長でも 、遠隔励起ダブルパス型 EDFモジュールを動作させることができる。
[0022] あるいは、前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起シングルパス型 EDFモ ジュールが設けられ、前記励起光は、その波長が 1440nm以上であり 1470nm以下 であることができる。
[0023] このように、遠隔励起シングルパス型 EDFモジュールでは、励起効率がダブルパス 型 EDFモジュールより劣るため、使用可能な励起光波長は、ダブルパス型 EDFモジ ユールより長波長（1440nm以上など）となる。
[0024] また、前記励起光源は、ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型もし くはファイバレーザ型であることができる。
[0025] また、信号光波長の最小値を λ s、前記シリカファイバのゼロ分散波長の最小値を λ Ο、また、前記励起光源の励起光波長の最大値を λ ρとしたとき、
2 λ 0— L s> λ ρ
が成り立つように信号光波長、ゼロ分散波長、および励起光波長を設定することがで きる。 ここで、前記励起光源が複数波長のファイバブラッググレーティング付きレー ザダイオード型またはフアブリ一ペローレーザダイオード型である場合、 2 λ 0—え s > λ ρ + 10が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起 光波長を設定しても良い。
また、前記励起光源が、ファイバラマンレーザ型、または、単一波長のファイバブラ ッググレーティング付きレーザダイオード型、または、複数波長のファイバブラッグダレ 一ティング付きレーザダイオード型、または、フアブリ一ペローレーザダイオード型で ある場合、 2 λ 0— s> λ ρ + 15が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散 波長、および前記励起光波長を設定しても良い。
[0026] これにより、雑音が最大となる最悪条件が 2 λ θ— s = λ ρである場合に、これを回 避することができる。
[0027] このときに、前記複数波長の幅が 10nm以下であることが望ましい。
[0028] さらに、前記励起光源は、偏波多重するフアブリーペローレーザダイオードの各々 の出力側に、各フアブリーペローレーザダイオードからの励起光出力を調整する可変 減衰器を備えることができる。
[0029] これにより、温度変化あるいは製造バラツキによる各レーザダイオードの励起光波 長 (平均波長)の差異を補償することができる。
[0030] また、前記光ファイバ通信システムはエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、前記ェ ルビゥム添加ファイバ増幅器は、利得媒質としてのエルビウム添加ファイバを備えた エルビウム添カ卩ファイバ利得ブロックと、前記エルビウム添カ卩ファイバ利得ブロックの 前段または後段に設置された利得等化光フィルタと、前記エルビウム添加ファイバの 反転分布量を検出する反転分布検出回路と、前記反転分布検出回路により検出さ れる前記反転分布量が所期の値になるように前記エルビウム添加ファイバ利得ブロッ クを制御する反転分布調整回路とを有して ヽてもよ ヽ。
これにより、前方励起 DRAを適用しない場合に使用されるエルビウム添加ファイバ 増幅器を用いながら、前方励起 DRAの適用によって新たに付加されるラマン利得の スペクトルを、エルビウム添カ卩ファイバ利得ブロック内のエルビウム添カ卩ファイバの利 得減少分で補償することができる。
なお、前記エルビウム添加ファイバの上位準位占有比率 Nは 38%未満とすること
2
が望ましい。
[0031] また、前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ 入力される前記信号光の信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスぺタト ルを設定しても良い。
これにより、シリカファイバ中で非線形効果が生じるような場合にもネット利得スぺク トルを平坦にすることができる。
[0032] また、前記シリカファイバは巿中に敷設されたシリカファイバであっても良い。あるい は、前記シリカファイバは集中光増幅用のシリカファイバであっても良い。
[0033] また、前記信号光の波長が単一波長であり、前記信号光の波長と前記励起光の最 長波長との差が周波数差にして 15. 6THz以上であっても良い。
信号光の波長が単一波長の場合、信号光が占有する波長域は多波長の WDMシ ステムの場合に比べて一般にきわめて狭 、ので、利得スペクトルの平坦性を確保し なくとも、 RIN移行および ND— FWMによる信号光品質劣化が生じるという欠点を解 決できる。
[0034] なお、本発明の線形中継器を送信端局装置 (送信器）に置き替えても同様に説明 することができる。
発明の効果
[0035] 本発明によれば、従来技術で問題であった RIN移行および ND— FWMによる信 号光品質劣化が生じるという欠点を解決できる。 図面の簡単な説明
[図 1]第-一実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図。
[図 2]第-一実施例の光ファイバ通信システムにおける利得と波長との関係を示す図。
[図 3]第-一実施例の光ファイバ通信システムにおける SNRと波長との関係を示す図。 圆 4]第-一実施例における波長関係（DSFの場合)を示す図。
圆 5]第-一実施例の信号光パワーと波長との関係を示す図。
[図 6]第-一実施例の EDFAの利得と波長との関係を示す図。
[図 7]第:二実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図。
[図 8]第:二実施例の波長関係 (NZ— DSFの場合)を示す図。
[図 9]第:三実施例の光ファイバ通信システムの要部構成図。
圆 10]第三実施例の出力信号光パワーと入力励起光パワーとの関係を示す図。
[図 11]第四実施例の SNRスペクトルを示す図。
[図 12]FP— LD励起光源を用いた場合における LD駆動電流と励起光 SNRおよび 信号光 SNRとの関係を示す図。
圆 13]第四実施例における FP— LD励起光源の構成を示す図。
[図 14]第五実施例における線形中継器内に設置した EDFAの構成を示す図。
[図 15]第五実施例におけるトータルの誘導放出断面積 S および吸収断面積 S
emi— tot ab のスペクトルを示す図。
s
[図 16]第五実施例における EDF利得ブロック 53中の EDFの利得スペクトル変化を 示す図。
[図 17]第五実施例において、図 16から求めた、上位準位占有比率 Nが 38%の場合
2
を基準とした利得変化量スペクトルを示す図。
[図 18]第五実施例にお 、て、前方励起 DRAの励起光波長が 1440nmの場合のラマ ン利得スペクトルの例、および、そのラマン利得スペクトルを補償する EDF利得ブロッ ク 53内の EDFの利得減少分スペクトルを示す図。
[図 19]第六実施例において、各種励起光源に対する同じラマン利得における SNR^ ベクトルを示す図。
圆 20]第七実施例における光増幅器の構成を示す図。 [図 21]従来の後方励起 DRA構成を示す図。
[図 22]従来の双方向励起 DRA構成を示す図。
[図 23]従来技術のラマン利得スペクトルを示す図。
[図 24]従来技術の SNRスペクトルを示す図。
符号の説明
[0037] 1— 1、 1— 2、 1— 3、 1—4、 2—1、 2— 2、 2— 3、 2— 4 線形中継器
10、 11、 20、 21 シリカファイノ
12— 1、 12— 2、 12— 3、 13— 1、 13— 2、 13— 3、 22—1、 22— 2、：
、23— 2、 23— 3 FBG励起光源
14、 15、 24、 25 合波器
16、 26 EDFA
30 遠隔励起 EDFモジュール
40 可変アツテネータ
41 フアブリ一ペロー LD
42 偏波合波器
51、 53 EDF利得ブロック
52 利得等化光フィルタ
54 反転分布検出回路
55 反転分布調整回路
70 光増幅器
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、本発明は以下に説明する 各実施例に限定されるものではなぐ例えば、各実施例に開示されている技術思想 を適宜組み合わせてもよ ヽ。
[0039] (第一実施例）
図 1は第一実施例の光ファイバ通信システムの全体構成図である。
[0040] 本実施例は、図 1に示すように、信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としての シリカファイバ 10、 11、 20、 21と、前記信号光と同一方向にシリカファイバ 10、 11、 2 0、 21中を共伝播する励起光を送出する FGB励起光源 12—1、 13— 1、 22— 1、 23 — 1と、シリカファイノ 10、 11、 20、 21と 〇8励起光源12—1、 13— 1、 22—1、 23 1との間に設置された前記信号光と前記励起光とを合波する合波器 14、 15、 24、 25とを有する線形中継器 1— 1、 2—1である。
[0041] ここで、本実施例の特徴とするところは、合波器 14、 15、 24、 25には、シリカフアイ バ 10、 11、 20、 21のゼロ分散波長より長波長側の波長を有する信号光が入射され 、この信号光と FGB励起光源 12—1、 13— 1、 22— 1、 23— 1から出射された励起 光とを合波する手段を備え、 FGB励起光源 12— 1、 13— 1、 22— 1、 23— 1は、前 記信号光の波長より 13. 7THz以上短波長側にある励起光を出射する手段を備えた ところにある。
[0042] シリカファイバ 10、 11、 20、 21は、分散シフトファイバであり、前記信号光は L帯に 複数波長を有し、前記励起光は、その波長が 1470nm以下である。
[0043] 以下では、第一実施例をさらに詳細に説明する。
[0044] 図 1は、第一実施例の光ファイバ通信システムを示している。図 21の従来技術の構 成とは、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では、前方分布ラマン増幅 (前 方 DRA)を、 1440nmの励起光を用いて行っている。その励起光用の励起光源 13 - 1は上流の線形中継器 1— 1中に設置して 、る。
[0045] 本実施例に関するラマン利得スペクトルを図 2に示す。図 2は横軸に波長 (nm)をと り、縦軸に利得（dB)をとる。これは、図 1の光通信システムにおいて、前方 DRAの単 一の励起光波長を 1500nmから 1440nmまで、短波長側に向けて変化させた場合 のスペクトルである。また、それら励起波長に対する SNRスペクトルを図 3に示す。図 3は横軸に波長 (nm)をとり、縦軸に利得 (dB)をとる。ただし、この単一の励起光波 長の場合における励起光パワーは、従来技術における 2波長（1470nmおよび 150 Onm)励起の場合のトータルパワー（300mW)と同じにした。
[0046] 図 2より、信号光波長域内に利得スペクトルのピークが生じるのは、単一の励起光 波長がおよそ 1470ηπ！〜 1500nmにある場合である。そこで、従来技術では、信号 光波長域内で高利得を得るため、概略 1470nm以上の励起光と、概略 1500nm以 下の励起光の少なくとも 2波長以上の励起光で前方 DRAを行っていた。また、例え ば 2波長の励起光を用いた場合、トータルの利得スペクトルはこれら 2波長の利得ス ベクトルを合成したものとなる。そこで従来技術では、合成された利得スペクトルがほ ぼ平坦となるように 2つの励起光の波長を選んでいた。このように従来技術では、信 号光波長域内で高利得および平坦な利得スペクトルを得るために 2波長以上の励起 光波長の使用を前提としており、単一の励起光波長を用いること、および、利得スぺ タトルのピークが信号光波長域を外れて 、る励起光波長を用いることは従来考えられ ていな力つた。一方、本実施例では、以下の単一の励起波長を用いる。
[0047] したがって、従来技術では、最短の信号光波長（上記例では 1575nm)と、最長の 励起光波長（上記例では 1500nm)は、一般に、約 lOOnm (周波数差にして約 13T Hz)しか離れていない。信号光波長が 1波長の場合には、例えば、信号光波長が 15 80nmであれば、励起光波長は、 1波長で十分であるが、 1480nmとされている。こ れは、波長差 100nm、周波数差にして 12. 8THzである。
[0048] 図 3の SNRスペクトルによると、励起光波長が 1500nm、 1490nm、 1480nmの場 合に、信号光波長域内で SNRが低くなつている（概略 25dB以下)。一方、励起光波 長が 1470nm、 1460nm、 1440nmの場合には、信号光波長域内における SNR劣 化は小さぐ約 30dB以上の高い SNRが得られている。また、この場合 (励起光波長 力 470nm、 1460nm、 1440nmの場合）に、 BER特性も良好であった。さらに、こ の場合に、図 2より、信号光波長域内におけるラマン利得は、励起光波長が 1470η mの場合に約 6dB以上、励起光波長が 1440nmの場合に約 4dB以上などである。
[0049] すなわち、図 23の禾 IJ得（約 8dB)に比べれば小さいが、 DRAによる SNR改善を確 保するには十分な大きさの利得が得られることがわかった。また、従来技術に比べ、 大きな、信号光波長域内における利得偏差が生じているが、これは、信号光レベル の波長に応じた設定を後述のごとく行うことによって問題にならない。
[0050] 上記のように、本実施例では、最短の信号光波長（1575nm)に対し、最長の励起 光波長 (本実施例では 1470nm)は、 lOOnmより大きな値（105nm) (周波数差にし て約 13. 7THz)をもって、短波長側に設定されている。信号光波長が 1波長の場合 には、例えば、信号光波長が 1580nmであれば、励起光波長は、 1波長で十分であ る力 1460nmとしてよい。これは、波長差 120nm、周波数差にして 15. 6THzであ る。
すなわち、信号光が 1波長の場合には、利得スペクトルの平坦性を確保する必要が なぐ信号光が占有する波長域は多波長の WDMシステムの場合に比べて一般にき わめて狭いので、従来技術の手法において、上記 15. 6THzより小さな周波数差を 有する構成が可能であると言える。
[0051] また、前記最長の励起光波長は、前記最短の信号光波長に対し、周波数差にして 3 OTHzまでの値をもって、短波長側に設定されていてもよい。このとき、非特許文献 7 によれば、ラマン利得は DRAによる SNR改善を確保するために必要な大きさを有す る。一方、上記以外の場合、すなわち、前記最長の励起光波長が、前記最短の信号 光波長に対し、周波数差にして 30THzより大きい値をもって、短波長側に設定され た場合には、ラマン利得は小さぐ DRAによる SNR改善は若干あるものの、上記 DR Aを行うために必要な励起光源等を設置するコストを鑑みると、システムとしてのメリツ トがあまり無い。
例えば、前記最短の信号光波長が 1575nmのとき、周波数差が 13. 7〜30THzで あれば、前記最長の励起光波長は 1361〜1469nmであればよい。ちなみに、波長
,周波数，および光速の関係は、波長 =光速 Z周波数、である。
また、伝送路が後述のノンゼロ分散シフトファイバの場合、前記最短の信号光波長 が 1530nmのとき、周波数差が 13. 7〜30THzであれば、前記最長の励起光波長 は 1327〜 1430nmであればよ!、。
[0052] 図 4は、本実施例 (伝送路が DSFの場合）に関する波長関係を示して 、る。ゼロ分 散波長は 1550nm近傍にあり、信号光波長域は L帯 1575〜1605nmである。また、 励起光波長は、従来技術では、 1470nmおよび 1500nmであり、本実施例では、例 えば 1440nm ( 1460nm、 1470nmでもよ!/、）である。
[0053] また、図 3は、ゼロ分散波長が 1545nmの場合である力 例えば、ゼロ分散波長が
1535nmの場合には、 1500nm、 1490nm、 1480nmにカロ免、 1470nmの場合に、 信号光波長域内で SNRが低くなる (概略 25dB以下)。
[0054] 本実施例では、図 23と図 2との比較からわ力るように、ラマン利得スペクトルが一般 に、信号光波長域内で非平坦になっている。特に、励起光波長が、 1440nm、 1460 nm、 1470nmと長波長になるにしたがって、非平坦性が増加する。信号光パワーと 波長との関係を図 5に示す。図 5は横軸に波長 (nm)をとり、縦軸に信号光パワー（d Bm)をとる。そこで、伝送路 DSFに入力する信号光パワーのスペクトルを図 5に示す ように、上記励起光波長に応じて非平坦にする。
[0055] 伝送路 DSF中での非線形効果を考慮して、ラマン利得が大き!/、波長ほど、信号光 パワーを低くする。 EDFAの利得と波長との関係を図 6に示す。図 6は横軸に波長 (n m)をとり、縦軸に利得 (dB)をとる。さらに、単位線形中継区間でのネット利得スぺタト ルを平坦にするため、図 6に示すように、 EDF Aの利得スペクトルを非平坦とする。こ れは、利得等化フィルタを用いることなぐ EDFAの励起レベルを低減し、平均反転 分布レベル (非特許文献 8参照）を低減することにより、実現できることがわ力つた。
[0056] すなわち、図 6において、励起光波長が 1440nmの場合の平均反転分布レベル（ レベル 1)は、従来技術の場合の EDFA利得スペクトルが平坦な場合の平均反転 分布レベルより低くし、励起光波長が 1460nmの場合の平均反転分布レベル（レべ ルー 2)はレベル 1より低くすればよい。
[0057] 上記実施例は、市中（陸上または海底）に敷設した伝送路ファイバ中で、信号光を 分布的に増幅する DRAシステムに関するものである力 伝送路ファイバの長さは、 4 Okmおよび 80kmなどである。
[0058] しかしながら、本実施例における信号光の光増幅動作を考慮すると、信号光を線形 中継器内で EDFAなどのように集中的に増幅する場合にも適用でき、利得媒質は、 一般に DRAの場合より若干短め（10kmおよび 20kmなど）のシリカファイバ（DSFな ど)である。このことは、後述の第二および第三実施例に関しても同じである。
[0059] また、励起光源は、ファイバブラッググレーティング (FBG)もしくはファイバレーザを 外部鏡として有するレーザダイオード光源 (ファイバブラッググレーティング付きレー ザダイオード型、 FBG励起光源もしくはファイバレーザ型、ファイバレーザ励起光源） である。
[0060] 以上述べたように、本実施例によれば、伝送路が DSFの場合に、単一の励起光波 長を概略 1470nm以下に設定することにより、従来技術で問題であった SNR劣化を 抑圧できるという効果がある。 [0061] (第二実施例）
図 7は、第二実施例の光ファイバ通信システムを示している。図 1の第一実施例の 線形中継器 1— 1、 2—1の構成と第二実施例の線形中継器 1— 2、 2— 2の構成とは 、以下の点が主に異なる。すなわち、本実施例では伝送路としてノンゼロ分散シフト ファイバ (NZ— DSF、 LEAF (登録商標）など）を用いており、ゼロ分散の典型値は 約 1500應である。信号光波長は。帯 1530〜 1560nmである。
[0062] 励起光波長は、後方向励起の FBG励起光源 12— 2、 22— 2では、従来技術の図 22と同じ 1420nmおよび 1450nmであり、また、前方向励起の FBG励起光源 13— 2、 23— 2では 1390應である。
[0063] 本実施例における波長関係を図 8に示す。従来技術では、図 22に示したように、前 方向 DRAの励起光波長は、後方向 DRAの励起光波長と同じ、 1420nmおよび 14 50nmであるが、本実施例では、上記のように、 1390nmである。
[0064] 一般的には、第一実施例の場合と同様に、励起光波長は、最短信号光波長（153 Onm)に対して、周波数差にして約 13. 7THz短波長側に設定される。すなわち、励 起光波長は 1430nm以下にすればよい。
[0065] したがって、図 4の場合と同じように、本実施例によれば、従来技術で問題であった 、 RIN移行および ND - FWMによる SNR劣化を抑圧できると!、う効果がある。
[0066] (第三実施例）
図 9は、第三実施例の光ファイバ通信システムを示している。図 1の第一実施例の 構成とは、以下の点が主に異なる。ただし、図 9では簡単のため、図 1と異なる点のみ を示している。本実施例では、前方励起 DRAの伝送路 DSF (DSF— 1)の後段に遠 隔励起 EDFモジュール 30を設置して、遠隔励起増幅を行っている。その遠隔励起 E DFモジュール 30としては、励起効率の高いダブルパス型を用いている（非特許文献 9参照)。
[0067] 図 10は、ダブルパス型の遠隔励起 EDFモジュール 30の励起特性を示している。
図 10は横軸に入力励起光パワー (mW)をとり、縦軸に出力信号光パワー（dBm)を とる。信号光のトータル出力パワーについて、入力励起光パワー依存性を、励起光 波長を変えて（1440、 1460、 1470、 1490nm)測定した。図 10および他の検討結 果より、励起光波長依存性は小さぐ（遠隔励起 EDFモジュール 30内に設けられた 利得媒質である EDFを励起するための波長として通常は 1450〜1480nmが用いら れるが、）実質的に 1430nmの励起光波長でも、ダブルパス型の遠隔励起 EDFモジ ユール 30が動作することがわかった。
[0068] また、ダブルパス型の遠隔励起 EDFモジュール 30に替えてシングルパス型の遠隔 励起 EDFモジュールを設置することもできる。この場合には、シングルパス型の遠隔 励起 EDFモジュールでは、励起効率がダブルパス型の遠隔励起 EDFモジュール 3 0より劣るため、使用可能な励起光波長は、ダブルパス型の遠隔励起 EDFモジユー ル 30より長波長（1440nm以上など）となる。
[0069] (第四実施例）
第一および第二実施例によれば、従来技術で問題であった ND— FWMおよび RI N移行に起因する雑音の大きな FBG励起光源またはファイバレーザ励起光源を用 いたシステムにおいて、その雑音を回避できる。ただし、前記ファイバレーザ励起光 源の典型例はファイバラマンレーザである。
[0070] ここで、信号光波長の最小値を λ s、ゼロ分散波長の最小値を λ 0、また、励起光波 長の最大値を λ ρとしたとき、
2 λ 0- l s= λ ρ
が上記雑音が最大となる最悪条件である。そこで、本発明では、上記条件が回避さ れるように、 λ 0= 1545ηπι、 s= 1605nmのとき、 λ p< 1470nmとして!/ヽる。すな わち、波長の単位を nmとして、
2 λ 0- l s> λ ρ + 15 - -- (2)
としている。ただし、上記値は励起光源が単一波長の FBG励起光源である場合の概 略値である。
[0071] 励起光源が単一波長の FBG励起光源以外の場合を調べると以下のことがわかつ た。図 11は第四実施例の SNRスペクトルを示す図であり、横軸に波長 (nm)をとり縦 軸に SNR(dB)をとる。また、図 11は各種励起光源に対する同じラマン利得における SNR ^ベクトルを示して!/ヽる。
[0072] 励起光源の種類は、ファイバラマンレーザ、単一波長 FBG— LD、 2波長 FBG— L D、および FP— LD (フアブリーペロー LD)である。ゼロ分散波長の最小値 λ θは 153 Onmである。ファイバラマンレーザ、単一波長 FBG—LD、 2波長 FBG—LD、 FP— LDの順で SNRが低 、ことがわ力る。
[0073] このとき、各種励起光源の 10dB強度低下における発振波長幅 Δ λは、ファイバラ マンレーザで約 0. 5nm、単一波長 FBG—LDで約 2nm、 FP—LDで約 10nmであ つた。すなわち、 Δ λが大きいほど SNRが高い。また、 2波長 FBG—LDでは、波長 数が単一波長 FBG—LDの 2倍であるから、実効的な Δ λは 2倍である。
[0074] 以上のことから、 FP— LD励起光源、多波長の FBG— LD励起光源（略して FBG 励起光源とも呼ぶ)を用いることにより、前記雑音が抑圧された高 SNRが得られること がわかった。ただし、多波長の FBG励起光源を作製するとき、波長間隔を狭くして、 励起光波長の平均波長と最大値 λ ρを顕著に上昇させな!、ようにすることが肝要で ある。ただし、前記平均波長は励起光波長の実効値であり、最大値 λ ρは、（1)式の 最悪条件を決める値である。前記波長間隔は、単一波長 FBG— LDの Δ λが約 2η mであることから、約 10nm以下であることが望ましい。なお、波長間隔の下限値に関 しては特に制約がな ヽ（Onmより大きければ良 、）ので、システム条件などに応じて 適宜決定すれば良い。
[0075] 図 12は、 FP— LD励起光源を用いた場合における LD駆動電流と励起光 SNRお よび信号光 SNRとの関係を示している。図 12は横軸に駆動電流 (mA)をとり、縦軸 に SNR(dB)をとる。図 12に示すように、駆動電流とともに励起光 SNRおよび信号光 SNRが向上することが初めてわ力つた。したがって、駆動電流を高い値に保つことに 禾 IJ点がある。
[0076] 図 13は、第四実施例における FP— LD励起光源の構成を示している。本励起光源 では、高 SNRを得るため、以下の工夫をしている。偏波多重する各 LD41 (FP— LD )に対応させてそれぞれ可変アツテネータ 40を設置して出力パワーを調整して 、る。
[0077] 各可変アツテネータ 40からの励起光は偏波合波器 (以下では PBCと 、う） 42で合 波された後に出力される。各 LD41の励起光波長（平均波長）は、駆動電流および温 度とともに上昇し、駆動電流 100mAあたりで約 3nm、温度 10度あたりで約 4nm上昇 することがわかった。 [0078] また、 LDの製造バラツキがあり、それは概略 ± 5nmである。したがって、図 13の励 起光源によれば、駆動電流および温度の調整により、各 LD41の励起光波長を調整 でき、かつ各 LD41から PBC42に入力する励起光パワーを可変アツテネータ 40で 同じ値に設定できる。ちなみに、通常の FP— LD励起光源の構成は、図 13の構成か ら前記可変アツテネータ 40を取り除 、た構成である。
[0079] 例えば、偏波合成する 2つの LD (LD1および LD2とする）の励起光波長の所望の 波長が 1440nmのとき、製造バラツキによって、 LD温度 25°Cで、 LD1の波長が 144 4nm、 LD2の波長が 1436nmになっていたとする。このとき、 LD1の温度を 15°C、 L D2の温度を 35°Cとすることにより、 LD1および LD2の励起光波長をともに、 1440η m (所望値）にすることができる。このとき、一般に LD1および LD2からの出力が変化 するが、前記個別の可変アツテネータ 40により、 PBC42に入力する励起光パワーを 可変アツテネータ 40で所望の値に設定できる。
[0080] (第五実施例）
本実施例では、図 6を参照して第一実施例で述べた利得スペクトル等化の手法 (す なわち、利得等化フィルタを用いずに単位線形中継区間でのネット利得スペクトルを 平坦にする手法）について具体的に述べる。
[0081] 図 14は、図 1の線形中継器 1— 1, 1— 2内にそれぞれ設置した EDFA16, 26の構 成例を示している。この EDFAは、信号光の入力側に配置された第 1の EDF利得ブ ロックである EDF利得ブロック 51と、信号光の出力側に配置された第 2の EDF利得 ブロックである EDF利得ブロック 53と、 EDF利得ブロック 51と EDF利得ブロック 53の 間に配置された利得等化光フィルタ 52と、 EDF利得ブロック 53に接続され、 EDF利 得ブロック 53中に設置した利得媒質としての EDF (図示省略)の反転分布量を検出 する反転分布検出回路 54と、反転分布検出回路 54に接続された反転分布調整回 路 55とを有する。この反転分布調整回路 55は、 EDF利得ブロック 53に対する励起 光パワーを変化させるなどして、反転分布検出回路 54によって検出される反転分布 量が所期の値になるように EDF利得ブロック 53の励起状態を調整する。
[0082] なお、 EDF利得ブロック 51は無くてもよぐまた、利得等化光フィルタ 52は EDF利得 ブロック 53の後段に設置しても良い。さらに、反転分布検出回路 55としては、例えば 、非特許文献 10に記載の手段を用いればよい。
[0083] 次に、本実施例における動作を説明する。 EDF利得ブロック 53中の EDFの dB単位 での利得 (G)は、比例定数を A、誘導放出断面積を S (=Emission)、上位準位吸収
emi
断面積を S (=Excited State Absorption)、吸収断面積を S (=Absorption)、トータ
ESA abs ルの誘導放出断面積を S =S +S 、また上位準位占有比率を Nとして、 emi— tot emi ESA 2 次式で与えられる。
G=A (S N— S ) - -- (3)
emi— tot 2 abs
[0084] 図 15は、トータルの誘導放出断面積 S および吸収断面積 S のスペクトルを示 emi— tot abs
しており、横軸に波長 (nm)をとり、縦軸に断面積 (規格ィ匕値)をとつている。ただし、 図 15ではこれら断面積のピーク値を 100に規格ィ匕している。図 16は、式（3)を用い て求めた EDF利得ブロック 53中の EDFの利得スペクトル変化を示しており、前記反 転分布量である上位準位占有比率 N力 2%、 40%、 38%、 36%、 34%の場合に
2
ついてそれぞれ EDF利得スペクトル変化を示している。なお、図 16では横軸に波長 (nm)をとり、縦軸に利得 (dB)をとつている。図 16から分かるように、上位準位占有 比率 N = 38%のときの L帯における平坦利得は約 20dBである。そして、図 16によ
2
れば、上位準位占有比率 Nの値に応じて、利得スペクトルが変化する様子を定量的
2
に求めることができる。
[0085] 図 17は、図 16から求めた利得変化量スペクトルを示している。具体的には、上位準 位占有比率 Nが 38%の場合 (すなわち、信号光波長域において EDF利得スぺタト
2
ルがほぼ平坦になる場合)を基準とした利得変化量スペクトルを示しており、横軸に 波長 (nm)をとり、縦軸に利得変化量 (dB)をとつている。利得変化量を A G、上位準 位占有比率 Nの値に応じた利得を G (N )とすると、
2 2
A G = G (N ) -G (N = 38%) · '· (4)
2 2
の関係がある。図 17から分力るように、 L帯の信号光波長域に関し、波長が短くなる に従 、、利得変化量 Δ Gの絶対値が大きくなつて 、る。
[0086] この利得変化の特徴を用いることで、前方励起 DRAを適用しない場合に使用される EDFAを用いながら、前方励起 DRAの適用によって新たに付加されるラマン利得の スペクトルを、 EDF利得ブロック 53内の EDFの利得減少分で補償することができる。 これにより、利得補償を行うために新たな EDFAを設ける必要がなくなり、経済性を ½保することができる。
[0087] 図 18は、前方励起 DRAの励起光波長が 1440nmの場合のラマン利得スペクトルの 例（図中の「ラマン利得付加分」）、および、そのラマン利得スペクトルを補償する ED F利得ブロック 53内の EDFの利得減少分スペクトル（図中の「EDFA利得減少分」 ) を示しており、横軸に波長 (nm)をとり、縦軸に利得変化量 (dB)をとつている。ただし 、 EDF利得ブロック 53内の EDFの上位準位占有比率 Nを N = 36. 5%とした。
2 2
[0088] 信号光波長域 1575〜1605nmにおける両者の一致具合を見ると、両者は ldB以内 で良好に一致していることが分かる。したがって、例えば図 1に示した構成において、 1つの伝送路と 1つの線形中継器力もなる区間（以下、単位線形中継区間という）に おけるトータル利得のスペクトルに関し、前方励起 DRAのラマン利得を EDF利得ブ ロック 53内の EDFの利得によってスペクトル等化することができる。
[0089] また、前記前方励起 DRAのラマン利得と EDF利得ブロック 53内の EDFの利得の不 一致分は、利得等化光フィルタ 52により補償できる。このとき、利得等化光フィルタ 5 2の損失スペクトルのピーク値が小さ 、ため、本実施例における EDFAの雑音特性 の劣化を抑圧できるというメリットも生じる。すなわち、本実施例の手法を用いることな ぐ利得等化光フィルタ 52のみにより補償するとした場合、利得等化光フィルタ 52の 損失スペクトルのピーク値が本実施例の手法を用いた場合に比べて大きくなるため、 雑音特性が劣化してしまう。これに対して、本実施例のように利得等化光フィルタ 52 の損失スペクトルのピーク値が小さければ、利得等化光フィルタ 52のみで補償する 場合に比べて雑音特性の点でメリットがある。
[0090] なお、上位準位占有比率 Nの設定値は、前記ラマン利得の値および式（3)の比例
2
定数 Aに依存する。図 18に示したように、 L帯の短波長域において長波長域より利得 力 S小さ 、スペクトルを有する EDF利得を得て、 L帯の短波長域で長波長域より利得 が大きいスペクトルを有するラマン利得を補償するために、上位準位占有比率 Nは 3
2
8%より小さいことが必要である。上位準位占有比率 Nの典型値は、 N = 34〜37%
2 2
である。
[0091] (第六実施例） 第四実施例では、伝送路が DSFの場合について本発明における動作パラメータ 値を示したものである。本実施例では伝送路が NZ— DSFの場合についての動作パ ラメータ値を示す。
[0092] 本実施例では、ゼロ分散波長の典型値は約 1500nm、信号光波長は C帯 1530〜1 560nmである。ただし、本実施例および前記第一実施例〜第四実施例について、 信号光波長は、一般的にそれら実施例における帯域全体に配置された波長多重信 号の複数波長ないしチャネルである。本実施例の場合には、 C帯 1530〜1560nm に例えば 100GHz間隔 (すなわち約 0. 8nm間隔)で波長多重信号の波長な!/、しチ ャネルが配置される。ただし、システム運用開始初期などの場合には、上記帯域の一 部に信号光の複数波長が配置される。
[0093] ここで、第四実施例で述べたのと同様に、信号光波長の最小値を λ s、ゼロ分散波長 の最小値をえ 0、励起光波長の最大値を λ ρとしたとき、 2ぇ0— s = λ ρ (上記式（1 ) )が雑音の最大となる最悪条件である。そこで、本実施例では、上記条件が回避さ れるように、 0= 1480nm、 λ s= 1560nmのとき、 λ pく 1385nmとして!/ヽる。すな わち、波長の単位を nmとして、 2 λ 0— s> λ ρ + 15 (上記式（2) )としている。ただ し、上記値は励起光源が単一波長の FBG励起光源である場合の概略値である。
[0094] 励起光源が単一波長の FBG励起光源以外の場合を調べると下記のことがわ力つた 。図 19は、各種励起光源に対する同じラマン利得における SNRスペクトルを示して おり、横軸に波長（nm)をとり、縦軸に SNR (dB)をとつている。なお、図 19は λ ρ = 1 385nmの場合について示したものである。励起光源の種類は、ファイバラマンレー ザ、単一波長 FBG— LD、 2波長 FBG— LD、および FP— LD (フアブリーペロー LD )である。図 19からファイバラマンレーザ、単一波長 FBG— LD、 2波長 FBG— LD、 FP— LDの順で SNRが低いことがわかる。
[0095] SNRの値としては、例えば、 s = 1560nmおよび p= 1385nmにおいて、単一 波長 FBG— LDおよび 2波長 FBG— LDで、それぞれ SNR= 23dBおよび SNR = 2 8. 5dBとなっている。この SNRのスペクトル最低値の所期値は、伝送距離や伝送速 度などのシステム条件に依存する力 典型値としては例えば 25dBである。したがつ て、単一波長 FBG— LDの場合には p= 1385nmでよい。また、 2波長 FBG—LD の場合には、図 19の波長を長波長側に 5nmシフトすることができ、 s= 1560nm および p= 1385nmにおける SNRのスペクトル最低値は 27dBとなる。したがって、 2波長 FBG—LDを用いた場合には、
2 λ 0- l s> λ ρ + 10 - -- (5)
であればよい。さらに、 FBG— LD型励起光源の波長数は 3以上でもよぐ一般的に 波長数が多 、ほど、励起光波長の分布幅が顕著に広くならない限りにお 、て高 、S NRが得られる。上記のことは、明らかに第四実施例の場合にも成り立つ。
[0096] また、本実施例は伝送路が NZ— DSFの場合である力 第二実施例の場合と同様に 、 NZ— DSFに入力する信号光パワーのスペクトルを非平坦にする。伝送路 DSF中 での非線形効果を考慮して、ラマン利得が大き!、短波長側ほど信号光パワーを低く する。
[0097] (第一〜第六実施例まとめ） 本発明の実施例による光ファイバ通信システムは、第 一〜第六実施例で説明した線形中継器を備え、シリカファイバ 10、 11、 20、 21が伝 送路 DSFとして巿中に敷設されることによって実現される。
[0098] (第七実施例）
第一実施例で述べたように、 DSFおよび NZ - DSFを巿中に敷設した伝送路ファ ィバと 、つた分布的な増幅媒質ではなぐボビンなどに卷 、たシリカファイバと!、つた 集中的な増幅媒質に置き換えてもよい。この場合、前記光ファイバ通信システムは光 増幅器とみなせ、この光増幅器は、線形中継器、送信器および受信器内などに設置 して使用することができる。本実施例はこうした光増幅器に関するものである。
[0099] 本実施例による光増幅器の構成を図 20に示す。なお、図 1に示したものと同じ構成 要素については同一の符号を付してその説明を省略する。本光増幅器 70は、集中 光増幅の媒質として DSFを有し、その長さは例えば 10kmであり、この DSFはボビン に卷かれている。 DSF用の後方向ラマン増幅、前方向ラマン増幅に用いる励起光源 は、第一実施例と同じ波長を有する FBG励起光源 22— 1, 13— 1である。
[0100] 本実施例によれば、光増幅器 70に入力した信号光を、 RIN移行および ND— FWM による信号品質劣化なく増幅することができる。
なお、本実施例では第一実施例に対応する構成について説明したが、第一実施 例以外の実施例についても同様である。
[0101] 以上、本発明の実施例を図面を参照して説明してきたが、これら実施例は本発明の 例示に過ぎず、本発明がこれら実施例に限定されるものでないことは明らかである。 したがって、本発明の精神および範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加，省略， 置換，その他の変更を行うようにしても良い。
産業上の利用可能性
[0102] 本発明によれば、従来技術で問題であった RIN移行および ND— FWMによる信 号光品質劣化が生じるという欠点が解決できるため、高い通信信号品質を低コストで 実現することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 信号光を増幅するラマン増幅の利得媒質としてのシリカファイバと、
前記信号光と同一方向に前記シリカファイバ中を共伝播する励起光を送出する励 起光源と、
前記シリカファイバと前記励起光源との間に設置された前記信号光と前記励起光と の合波器と
を有する光ファイバ通信システムであって、
前記合波器には、前記シリカファイバのゼロ分散波長より長波長側の波長を有する 信号光が入射され、この信号光と前記励起光源力 出射された励起光とを合波する 手段を備え、
前記励起光源は、前記励起光の最長波長が、前記信号光の最短波長より、周波数 差にして 13. 7〜30THz低周波数側であるところの短波長側にある励起光を出射す る手段を備えた
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。
[2] 前記シリカファイバは、分散シフトファイバであり、前記信号光は L帯に複数波長を 有する請求項 1記載の光ファイバ通信システム。
[3] 前記シリカファイバは、ノンゼロ分散シフトファイバであり、前記信号光は C帯に複数 波長を有する請求項 1記載の光ファイバ通信システム。
[4] 前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起ダブルパス型 EDFモジュールが 設けられ、
前記励起光は、その波長が 1430nm以上であり 1470nm以下である
請求項 1記載の光ファイバ通信システム。
[5] 前記シリカファイバの信号光出力段に、遠隔励起シングルパス型 EDFモジュール が設けられ、
前記励起光は、その波長が 1440nm以上であり 1470nm以下である
請求項 1記載の光ファイバ通信システム。
[6] 前記励起光源は、ファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型もしくはフ アイバレーザ型である請求項 1な 、し 5の 、ずれかに記載の光ファイバ通信システム
[7] 信号光波長の最小値を λ s、前記シリカファイバのゼロ分散波長の最小値を λ 0、ま た、前記励起光源の励起光波長の最大値を λ ρとしたとき、
2 λ 0—； L s > λ ρ
が成り立つように信号光波長、ゼロ分散波長、および励起光波長を設定した請求項 2 または 3に記載の光ファイバ通信システム。
[8] 前記励起光源が複数波長のファイバブラッググレーティング付きレーザダイオード型 またはフアブリ一ペローレーザダイオード型であり、
2 λ 0- l s > λ ρ + 10
が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設 定した請求項 7に記載の光ファイバ通信システム。
[9] 前記励起光源が、ファイバラマンレーザ型、または、単一波長のファイバブラッググ レーティング付きレーザダイオード型、または、複数波長のファイバブラッググレーテ イング付きレーザダイオード型、または、フアブリ一ペローレーザダイオード型であり、 2 λ 0- l s > λ ρ + 15
が成り立つように前記信号光波長、前記ゼロ分散波長、および前記励起光波長を設 定した
請求項 7に記載の光ファイバ通信システム。
[10] 前記複数波長の幅が lOnm以下である請求項 8または 9記載の光ファイバ通信シス テム。
[11] 前記励起光源は、偏波多重するフアブリーペローレーザダイオードの各々の出力 側に、各フアブリーペローレーザダイオードからの励起光出力を調整する可変減衰 器を備えた請求項 8または 9記載の光ファイバ通信システム。
[12] 前記光ファイバ通信システムはエルビウム添加ファイバ増幅器を有し、
前記エルビウム添加ファイバ増幅器は、
利得媒質としてのエルビウム添加ファイバを備えたエルビウム添加ファイバ利得ブロ ックと、
前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックの前段または後段に設置された利得等化 光フィルタと、
前記エルビウム添加ファイバの反転分布量を検出する反転分布検出回路と、 前記反転分布検出回路により検出される前記反転分布量が所期の値になるように 前記エルビウム添加ファイバ利得ブロックを制御する反転分布調整回路と
を有する請求項 2または 3記載の光ファイバ通信システム。
[13] 前記エルビウム添加ファイバの上位準位占有比率 Nが 38%未満である請求項 12
2
記載の光ファイバ通信システム。
[14] 前記ラマン増幅によるラマン利得が大きい短波長側ほど、前記シリカファイバへ入力 される前記信号光の信号光パワーが低くなるように、該信号光パワーのスペクトルを 設定した請求項 2または 3に記載の光ファイバ通信システム。
[15] 前記シリカファイバが巿中に敷設されたシリカファイバである請求項 1記載の光フアイ バ通信システム。
[16] 前記シリカファイバが集中光増幅用のシリカファイバである請求項 1記載の光ファイバ 通信システム。
[17] 前記信号光の波長が単一波長であり、前記信号光の波長と前記励起光の最長波長 との差が周波数差にして 15. 6THz以上である請求項 1記載の光ファイバ通信シス テム。
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