JP3786839B2

JP3786839B2 - Raman amplifier

Info

Publication number: JP3786839B2
Application number: JP2001004272A
Authority: JP
Inventors: 芳博江森; 周並木
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002082366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅器のうち、特にラマン増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の光通信システムに用いられている波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、伝送容量を拡大する方法として、信号波長帯域を拡大して多重波長数を増大させる方法と、１波長当たりの伝送速度（ビットレート）を向上させる方法とがある。通常のＷＤＭシステムでは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得波長帯域の制約から、信号光の波長として、Ｃバンドと呼ばれる約１５３０から１５６５ｎｍの波長帯から波長を選ぶのが最も一般的である。一方で、Ｌバンドと呼ばれる約１５７５から１６１０ｎｍの波長帯でも、ＥＤＦＡによる光増幅が可能であることから、最近はこの帯域でのＷＤＭシステムの開発が進められている。
【０００３】
前記の様に波長帯域を拡大することで、一つのＷＤＭシステムで伝送可能な容量を拡大することができる。ＷＤＭシステムはＣバンドのＷＤＭシステムから導入され始めているため、ＷＤＭシステムの伝送容量を拡大するには、既存のＣバンドのＷＤＭシステムの設備を生かし、それにＬバンドのＷＤＭシステムを追加して段階的に大容量化を実施することが望ましい。従来、ＥＤＦＡを用いたＷＤＭシステムでは、伝送システムを構成する各種要素の技術改善により１波長当たりの伝送速度を向上（高速化）させてきたが、ＥＤＦＡのような集中型増幅器を用いたシステムでは高速化の限界に近づいている。更なる高速化や長距離化のためには、ラマン増幅器のような分布型増幅器との併用が不可欠と言われており、実用化に向けて盛んに開発が行われている。
【０００４】
ラマン増幅器は図２０の様に、増幅用媒体としての光ファイバと、その中で誘導ラマン散乱を起こすための励起光源で構成される。その増幅用媒体に石英系の光ファイバを用いた場合、励起光の波長よりも長波長側、周波数にして約１３.２ＴＨｚ低い周波数帯に利得のピークが現れる。例えば、波長１４５０ｎｍと１５５０ｎｍの周波数の差が１３.２ＴＨｚであるため、Ｃバンドをラマン増幅するためには１４５０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を、Ｌバンドをラマン増幅するためには１４９０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を用いることになる（図２１）。
【０００５】
ところが、一波励起のラマン利得は波長依存性が大きく、図２２から明らかな様に、ラマン利得が５ｄＢを超えたあたりから、３０ｎｍの動作帯域幅に対して利得偏差を１ｄＢ以下に抑えることができなくなってくる。この問題を解決するには、適切な波長間隔の複数の励起光をラマン増幅器に適用する（波長多重励起する）ことが効果的である。この方法によると従来よりも広帯域で且つ利得平坦度の良好なラマン増幅器を実現することができる。
【０００６】
このような考え方自体は、特公平７−９９７８７号の図４の説明でも述べられているように、直感的に理解されうることである。特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号では、波長間隔の具体的な数値について言及しており、その値として６ｎｍから３５ｎｍが適当であると主張している。
【０００７】
図２３（ａ）、（ｂ）は励起光間隔をそれぞれ４.５ＴＨｚ、５ＴＨｚとし、増幅用ファイバとしてＤＳＦを用いた場合のラマン利得プロファイルの例である。図２３（ａ）、（ｂ）より明らかなように、励起光の間隔が大きくなると利得の谷が深くなり利得偏差が大きくなる。尚、図２３（ａ）では励起光の周波数（波長）として次の表１に示す値を用いており、図２３（ｂ）では励起光の周波数（波長）として次の表２に示す値を用いた。この場合、励起光間隔４.５ＴＨｚは３３ｎｍに対応し、５ＴＨｚは３６.６ｎｍに対応する。即ち、励起光間隔が３５ｎｍ以上になると、利得平坦度があまり良くないことがこの例によって示されている。
【０００８】
【表１】

【０００９】
【表２】

【００１０】
次に、励起光間隔を４.５THzとして３波長使用した場合の利得プロファイルを図２４に示す。この図より、３番目の励起波長を付加する場合には、励起光間隔が４.５THzでは利得の谷が深くなってしまうことがわかる。図２５は励起光間隔を２.５THzと４.５THzとして３波長使用した場合の利得プロファイルを示したものであり、図２４と比較すると利得の谷は浅くなっている。ここで用いている周波数間隔２.５THzは波長間隔にして約１８nmであるから、この場合も６nmから３５nmの範囲に入っているといえる。しかしながら、逆の捕らえ方をすると、この範囲の中であっても波長間隔を適切に設定しなければ平坦な利得が得られないともいえる。
【００１１】
ところで、従来のＷＤＭ用光増幅器の設計では、利得平坦度をできるだけ小さくすることが課題であり、全ての信号光が同じ利得を受けるような光増幅器が理想的とされていた。使用する信号の数、パワー、帯域幅が小さい場合には、このような設計思想で十分であったのだが、信号光の使用帯域が拡大するにつれて、信号光間のラマン増幅効果が問題となってきている。この現象は、文献(例えば、S. Bigo et al., IEEE Photonics Technology Letters, pp.671-673, 1999)でも示されているように、伝送路に入射するときに同じパワーに設定されていたＷＤＭ信号が、伝搬後には短波長側が小さく長波長側が大きくなるような直線的な傾きをもってしまうものである。この傾きは、信号光の数、パワー、帯域幅、伝送路を構成するファイバの特性、伝送距離など様々な要因によって決まる。この問題に対処する手段として、波長依存性のある損失媒体を用いて長波長側の信号を減衰させる傾斜補償器(T. Naito et al., OAA'99, WC5)やラマン利得の波長依存性を用いて、短波長側の信号に相対的に大きな利得を与えて傾斜を補償する方法(M. Takeda et al., OAA'99, ThA3)が提案されている。前者の損失を与える方法は雑音の点で不利となるため、後者の方が優れている。ただし、Takedaらの文献では、ラマン利得の傾きが直線状でないため、傾斜を補償した後の利得平坦度が１dB以上と比較的大きい。
【００１２】
ラマン増幅器を用いたＷＤＭシステムでも、先に述べたＥＤＦＡのみを用いたＷＤＭシステムと同様に、Ｃバンド用のＷＤＭシステムが導入されているところでは、その設備を生かしたままＬバンドのＷＤＭシステムを追加できるような構成が望まれる。
【００１３】
波長多重励起によるラマン増幅器において、ＣバンドからＣ＋Ｌバンドに代表されるような利得帯域の拡張を考えた場合、拡張前に使用していた励起波長の全てを利用した上で、拡張後にＣ＋Ｌバンド用として動作するように設計する必要がある。即ち、Ｃバンド用に使用していた励起波長に、新たな励起波長を追加することで、Ｃ＋Ｌバンド用として動作するように設計しなければならない。この場合、ＣバンドとＣ+Ｌバンドで利得を平坦化するための波長配置が共通化されている必要がある。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
利得偏差はピーク利得の大きさに比例するので、利得が大きい場合は励起光間隔を小さく設定する必要が生じる。また、先に示したように、励起光を等間隔に配置する場合には、波長間隔が３５nm以下であっても、利得偏差を十分に小さくできないこともある。このような場合にも、もっと狭い波長間隔を用いる必要性が生じる。原理的には励起光間隔を小さくしていけば利得偏差を小さくできるのだが、合波技術の問題とコストの問題から励起光間隔には現実的な下限値が存在する。特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号においては、合波技術を根拠に下限を６nmとしている。
【００１５】
しかしながら、特願平１０−２０８４５０号、特願平１１−３４８３３号では、隣合う二つの励起波長の間隔が６nmから３５nmの範囲にあるとよいことは開示されているが、詳細な設計値については十分な情報が開示されていない。また、公知文献（Y. Emori et al., OFC'99 PD19）の設計では、利得偏差が１dBとなっており、もっと小さな利得平坦度を要求された場合には適用できない。
そこで、本発明では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器における波長配置の選択方法を示し、利得平坦度のよいラマン増幅器を提供することを第一の目的とし、さらにはラマン利得のピーク値１０dBに対して利得偏差が０.１dB程度となるようなラマン増幅器を提供することを目的とする。
また、本発明は、広帯域ＷＤＭ伝送時に問題となる信号間ラマン効果を補償するのに適したラマン増幅器を提供することの別を目的とする。
【００１６】
本発明では、新たな励起光を追加して利得帯域を拡張する場合に、拡張後の利得及び利得平坦度が拡張前よりも著しく劣化しないようにしたラマン増幅器を提供することも合わせて検討する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は本件発明の開発に先立って、波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルについて研究し、その利得を平坦化するための波長配置を解明した。その原理は次の通りである。
【００１８】
波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルは各励起波長によって生じる利得の重ね合わせで成り立っている。従って、互いに打ち消し合う利得傾斜を組み合わせることが平坦な利得を得る要件となる。即ち、短波長側から長波長側に向かって利得が減少する右下がりの曲線と、短波長側から長波長側に向かって利得が増加する右上がりの曲線を組み合わせることによって波長平坦度の良い利得特性が得られる。励起波長数が二つの場合は、短波長の励起光によって生じる利得曲線の利得ピークよりも長波長側の傾斜と、長波長の励起光によって生じる利得曲線の利得ピークよりも短波長側の傾斜とを組み合わせることになる。重ね合わせの基本である一波長励起のラマン利得曲線は、図２１から明らかな様に利得ピークが単峰ではなく二つあり、しかも、Ｃバンドでは一つ目の右上り傾斜のピークが１５５０ｎｍｍ、二つ目の右下がり傾斜のピークが１５６０ｎｍである。また、Ｌバンドでは一つ目の右上り傾斜のピークが１５９５ｎｍｍ、二つ目の右下がり傾斜のピークが１６０５ｎｍである。このため、いずれの場合も二つの励起波長は最低でも１０ｎｍ以上離す必要がある。図２１の曲線Aは、励起波長の中心波長が１４５０ｎｍ、曲線Ｂは、励起波長の中心波長が１４９０ｎｍの場合である。
【００１９】
図２６にＣバンド用に設計したラマン増幅器の利得プロファイルの例を、表３にそのとき使用した励起波長を示す。想定ファイバは通常のシングルモードファイバ、利得帯域は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍをカバーするように設計されている。波長多重励起によるラマン増幅器の利得プロファイルは、各励起波長によって生じる利得の重ね合わせで成り立つ。図２６では足し合わせた利得の平坦度が最小になるように各波長の利得配分を最適化している。励起波長数は要求される利得平坦度に応じて適宜選択される。同様に、Ｌバンド用に設計したラマン増幅器の利得プロファイルの例を図２７に、そのとき使用した励起波長を表４に示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
【表４】

【００２２】
励起波長が二つの場合、それらの間隔を大きくすることで、利得帯域幅を広げることができるが、離れすぎると帯域内に利得の谷ができる。従って、利得平坦度と利得帯域はトレードオフの関係となる。図２６、図２７では予め決められた利得帯域で最適化するように励起波長間隔が決められており、その間隔は２７ｎｍと２９ｎｍであった（表３，４参照）。
【００２３】
重ね合わせの基本となる一波長励起のラマン利得曲線は、図２１の様に利得ピークよりも長波長側の利得傾斜の方が、短波長側の利得傾斜よりも急であり、傾斜を利用できる帯域幅が狭い。右下がりの傾斜を緩やかにして広帯域化するためには複数の励起波長を用いて右下がりの利得曲線を作る必要がある。
【００２４】
前記右下がりの利得傾斜をもつ利得曲線を三以上の励起波長を用いて作る場合も、励起波長が二つ場合と同様に、右下がりの利得傾斜を作るための励起波長と、右上がりの利得傾斜を作るための励起波長を最低でも１０ｎｍ以上離す必要がある。ただし、右下がりの利得傾斜を作るための励起光が複数の波長で構成されているので、その中の最も長い励起波長と右上がりの利得傾斜を作るための励起波長を１０ｎｍ以上離すことになる。表３における三波長励起の１４３５ｎｍと１４６０ｎｍの間隔、４波長励起の１４３８ｎｍと１４６２ｎｍの間隔がこれに相当する。また、表４における３波長励起の１４７５ｎｍと１５００ｎｍの間隔、４波長励起の１４７８ｎｍと１５０１ｎｍの間隔がこれに相当する。
【００２５】
三以上の励起波長を用いる場合、励起波長の間隔が等間隔に近いときは、重ね合わせによって生じた右下がりの利得傾斜に現れるリップルが小さくなる。右上がりの曲線と組み合わせて平坦化を行ったときには、このリップルが最終的な利得平坦度を決める。図２６，２７における４波長励起の場合がこの例に相当する。表３，４に示されるように、最適化された波長が１４２３ｎｍ，１４３０ｎｍ，１４３８ｎｍや１４６２ｎｍ，１４７０ｎｍ，１４７８ｎｍであり、等間隔に近い配置となっている。
【００２６】
図２８から図３０は励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものである。図２８は、各励起光から生じる利得が同じであるという条件下で、ピーク利得が１０dBになるように調整したものである。図２８より、励起光間隔が小さいほど、利得の凹凸は小さくなっていることがわかる。図２９は、利得が平坦になるように個々の励起光による利得を調整した例である。この場合にも、図２８と同様に励起光間隔が小さいほど、利得の凹凸は小さくなっている。また、図２８における利得曲線のうねりが図２９における最大利得偏差を決定している様子もわかる。以上より、利得偏差を０.１dB程度とするためには、２THzの励起光間隔では大き過ぎるが、１THzなら十分であるといえる。
【００２７】
次に、励起光間隔を１THzとして、多重数を変えた場合の振る舞いを図３０に示す。１ch励起の利得曲線を見るとわかるように、シリカ系のファイバの場合、利得ピークよりも短波長側は凹凸のない滑らかな曲線であるが、長波長側には比較的大きな凹凸が３つ存在し、これが平坦化の限界を決定する要因となっている。この凹凸は、多重数を増やすにつれて小さくなっていく。例えば、１chの利得曲線をみると、１８７THz付近に１dB近い突起があるが、多重数を増やすごとにこれが小さくなっていく。これは、ピーク利得を同じに設定しているために、多重数が増えるにつれて、一波当たりの利得が小さくなり、突起の大きさ自体が小さくなることと、同じ形の凹凸が等間隔で僅かにずれて足し合わされることによるものである。即ち、ある励起波長の利得曲線の凸部と別の励起波長の利得曲線の凹部が足し合わされることにより、全体としての凹凸が小さくなるのである。請求項２乃至４に記載の約１THzという数値は、この原理を根拠としており、図３０に示されている１ch励起の利得曲線において、１８７THz付近の突起とそのすぐ隣にある１８８THz付近の窪みの周波数差が約１THzであることが根拠となっている。従って、使用するファイバによっては、１ch励起の利得曲線が若干異なる場合もあり、請求項２乃至４で約１THzと記述されている数値が変わる可能性もある。いずれにしても、利得偏差を小さくするためには、足し合わせのもとになる利得曲線の凹凸が打ち消し合うことが必要である。
【００２８】
利得偏差の限界は、重ね合わせのもとになる利得曲線のうねりや凹凸によって決まるので、凹凸の小さい利得曲線を組み合わせることで平坦かつ利得偏差の小さい利得プロファイルが得られると考えられる。従って、約１THz間隔で多重化された励起光による利得曲線と、その励起波長よりも長波側の励起光による利得曲線を組み合わせることによってこれが達成される。このとき、二つの利得曲線のピークは適度に離れている方が、広帯域化の点で望ましい。
【００２９】
これまで述べてきた効果は、利得平坦度を小さくするという目的に対する説明であったが、長波側の励起光による利得を減少させることで、短波側から長波側へ直線的に利得が減少するような利得プロファイルを実現することも可能である。これを、信号光間のラマン効果によって生じるレベル傾斜と合わせれば、信号光のレベルを平坦にすることができる。短波側と長波側の利得の配分を調整することによって、任意の傾きを実現することができるため、いかなるラマン傾斜をも補償しうる。
【００３０】
Ｃバンド、Ｌバンドの利得帯域の拡張を試みる場合、Ｃバンド用とＬバンド用の両方の励起波長を同時に用いるのが最適な方法と考えられる。
【００３１】
しかし、図２６のＣバンド用の励起光と、図２７のＬバンド用の励起光とを同時に用いて、各励起波長の利得配分を最適化したときの利得プロファイルは図３１のようになる。そのとき使用した励起波長を表５に示す。この場合、Ｃ＋Ｌバンドの全帯域にわたって利得平坦度を図２６、２７と同等にするように試みても、図３１の様にＣバンドの帯域内に大きな窪みができてしまい、拡張前よりも利得平坦度が悪くなってしまうという課題があった。
【００３２】
【表５】

【００３３】
これまで述べてきたのと同様の理由から、Ｃ＋Ｌバンドで利得平坦度の良い動作をさせる場合も、ほぼ等間隔に配置された複数の励起波長を用いて右下がりの利得曲線を作り、その中の最も長い励起波長より１０ｎｍ以上長波長側の励起光を用いて右上がりの利得曲線を作る必要がある。しかしながら、図３１に用いられている励起波長は、図２６と図２７の励起波長を同時に用いただけであるため、Ｃバンド用の励起波長帯域において、等間隔に近い配置という条件が満たされなくなる。表５は図３１に用いた励起波長を示したものである。これによると、短波長側を等間隔に近い配置にするためには、Ｃバンド用の励起波長帯域に励起波長が不足していることがわかる。この不足分が図３１に示された利得の窪みを生じさせる要因であることが究明された。
【００３４】
以上の結果から、前記目的を達成するために必要な手段は次に示す通りであるということが解明された。
本発明の一つの手段は、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、一つの励起波長のみで構成されており、短波長側と長波長側の励起波長のグループを分ける前記境界の幅が２ THz 以上３ THz 以下であることを特徴とする。
本発明の別の手段では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、前記短波長側のグループの隣り合う励起波長間の波長間隔とほぼ等しい波長間隔を有する二つの励起波長で構成されていることを特徴とする。
本発明の別の手段では、最短励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３ THz 以下離れた波長に一つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これをラマン増幅器の励起光として用いた。また、最短励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−１および第ｎ−２チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の全てを合波したものをラマン増幅器の励起光として用いた。あるいは、第ｎ−２および第ｎ−３チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の全てを合波したものをラマン増幅器の励起光として用いた。
また、本発明の別の手段では、ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１ THz 間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２ THz 以上３ THz 以下離れた波長に１ THz 間隔で並ぶ二つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いた。
【００３５】
本発明の他の一つは、利得波長帯域を拡張するラマン増幅器において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために二以上の励起波長を追加し、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置している。
【００３７】
本発明の他の一つは、利得波長帯域を拡張するラマン増幅器において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために拡張前の励起波長帯域内に一以上の励起波長を追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしている。
【００３８】
本発明の他の一つは、Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長をＣバンドの励起波長帯域内に追加するラマン増幅器である。
【００４０】
本発明の他の一つは、Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域に追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたラマン増幅器である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に示す実施例では、第一チャンネルを２１１THzとした例を示している。これは、現在のＷＤＭ伝送システムで用いられている１５３０nm以上（周波数表示で約１９６THz以下）を増幅帯域として想定したためである。従って、増幅帯域としてLバンドと呼ばれる１５８０nm以上（周波数表示で約１９０THz以下）を想定するならば、励起帯域を６THzシフトさせればよいので、第一チャンネルは２０５THzとすればよい。それ以外の増幅帯域に対しても同様な考え方で第一チャンネルを決めることができる。
【００４２】
図１は本発明の第一の実施形態であり、請求項２に対応する実施例である。第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０７THz(波長１４４８.３nm)まで１THz間隔に並んでいる。これに、第五チャンネルよりも長波長側に２THz離れた波長をもつ励起光（周波数２０５THz、波長１４６２.４nm）を合波してラマン増幅用波長多重励起光源を構成する。図１に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図１に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図１に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。この実施例では、２０７ＴＨｚよりも高い周波数（１４４８.３nmよりも短い波長）と２０５THｚよりも低い周波数（１４６２.４nmよりも長い波長）とを合波できるものを用いている。図１では、誘電体多層膜フィルタ３０により合波された励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。
【００４３】
図１の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図２に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第六チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。効果の欄で説明する通り、短波側の励起光を1THz間隔で多重化することにより、右下がりの滑らかな曲線が形成され、これと長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になる。図２より、１THzという間隔を用いたことにより、複数の利得曲線の凹凸がうまく打ち消し合っている様子がわかる。図３にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９３THz(波長１５５３.３nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。
【００４４】
図１において、第六チャンネルの波長を第五チャンネルよりも長波長側に２．５THz離れた波長（周波数２０４.５THz、波長１４６５.５nm）とした場合の利得プロファイルを図４に示す。図２と同様に、曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第六チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図５にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９２THz(波長１５６１.４nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。図３よりも利得帯域が広くなっているが、帯域の中間における利得の窪みが若干大きくなっている。これは、第五と第六チャンネルの間隔が広くなったためである。
【００４５】
図６は本発明の第二の実施形態であり、請求項２および請求項３に対応する実施例である。第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０４THz(波長１４６９.６nm)まで１THz間隔に並んでいる。全チャンネル数は８で、第六チャンネルと第七チャンネルを除く６波長を用いて励起光源が構成されている。各チャンネルの励起光は第一の実施形態の説明にある通り必要に応じて構成を選択する。図６に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図６に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図６に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。図６では、マッハツェンダ干渉計型合波器２０から出力される励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。図６の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図７に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第五チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第八チャンネルの利得、細線は第一から第五チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図８にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９１THz(波長１５６９.６nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。図３、図５と比較すると、利得帯域が更に広くなっている。これは、最長励起波長がより長波長に設定されているからである。
【００４６】
図９は本発明の第三の実施形態であり、請求項２および請求項４に対応する実施例である。第二の実施形態と同様に、第一チャンネルの周波数は２１１THz(波長１４２０.８nm)で、第二チャンネル以下の周波数は２１０THz(波長１４２７.６nm)から２０４THz(波長１４６９.６nm)まで１THz間隔に並んでいる。全チャンネル数は８で、第五チャンネルと第六チャンネルを除く６波長を用いて励起光源が構成されている。各チャンネルの励起光は第一の実施形態の説明にある通り必要に応じて構成を選択する。図９に示す各波長の励起光源１０にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で波長安定化されたファブリペロー型の半導体レーザーを偏波合成器（ＰＢＣ）で合波されたものを用いている。偏波合成は各波長の励起パワーを増加させると同時にラマン利得の偏波依存性を低減するための措置である。レーザー一台の出力で励起パワーが足りるときには、レーザー出力を非偏向化した後に波長合波器に接続する形態をとってもよい。図９に示すマッハツェンダ干渉計型合波器２０は隣り合う周波数間隔が一定であるような複数の波長の励起光を合波するのに適している。図９に示す誘電体多層膜フィルタ３０は二つの比較的広帯域な波長帯を合波するのに適しており、ある特定波長よりも長いものと短いものとを合波することが可能である。図９では、マッハツェンダ干渉計型合波器２０から出力される励起光をアイソレータ４０を通して誘電体多層膜フィルタ５０に送りだし、光ファイバ中でWDM信号を増幅するようにしてある。図９の励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを図１０に示す。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第四チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第七、第八チャンネルの利得の和、細線は各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１１にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１９１THz(波長１５６９.６nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。ここで注目すべきことは、第二と第三の実施形態における各励起波長による利得の大きさの違いで、図７では最大で８dB近いチャンネルがあるのに対して、図１０では5dB程度が最大となっている。これは、第二の実施形態が曲線Ｃで示される長波側の利得を一つのチャンネルの利得で形成するのに対して、第三の実施形態では二つのチャンネルの利得の和で形成するためである。このことは、一波当たりに必要とされる励起光パワーの最大値を小さくできることを意味しており、実用の観点では大変効果的である。
【００４７】
図１２から図１５は２１１THz(波長１４２０.８nm)から１９９THz(波長１５０６.５nm)まで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合の利得プロファイルである。図１２は請求項３に記載の構成を用いており、２０１THzと２００THz以外の励起光を用いている。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第十チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第十三チャンネルの利得、細線は第一から第十チャンネルの各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１３にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１８６THz(波長１６１１.８nm)のあたりにあり、利得偏差が０．１dB程度という特性が実現されている。
【００４８】
図１４は請求項４に記載の構成を用いており、２０２THzと２０１THz以外の励起光を用いている。曲線Ａはトータルの利得を表わしており、曲線Ｂは第一から第九チャンネルの励起光による利得の和、曲線Ｃは第十二、第十三チャンネルの利得の和、細線は各励起波長による利得を表している。ここでも、短波側の励起光による右下がりの曲線と長波側の励起光による右上がりの利得曲線が足し合わされて、トータルのラマン利得が平坦になっている。図１５にトータル利得の拡大図を示す。ピーク利得が１０dB、利得帯域は１９６THz(波長１５２９.６nm)から１８６THz(波長１６１１.８nm)のあたりにあり、利得偏差が０.１dB程度という特性が実現されている。また、図１２と図１４を比較するとわかるように、第二の実施形態が曲線Ｃで示される長波側の利得を一つのチャンネルの利得で形成するのに対して、第三の実施形態では二つのチャンネルの利得の和で形成するため、図１４の方が一波あたりに必要とされる利得の最大値が小さくなっている。このことは、一波当たりに必要とされる励起光パワーの最大値を小さくできることを意味しており、実用の観点では大変効果的である。
【００４９】
図１６は図１２と同じ励起光源を用いた場合の利得プロファイルで、長波側の利得を減少させることで右下がりの直線的な傾斜を実現している。このようなラマン増幅器を用いることで、Bigoらの文献に示されているような信号光間のラマン効果による右上がりの傾斜を補償し、光増幅中継システムにおいてWDM信号を平坦なレベルに保つことができる。例えば、Bigoらの文献の図２では、２５nmで２.３dBの利得傾斜が生じており、８０nmに換算すると７.４dB減少するような逆傾斜を合わせることで信号間ラマン効果によるレベル傾斜を打ち消すことができる。図１６には、８０nmで３dB、５dB、７dB減少する利得傾斜が示されているが、これを２５nmに換算すると２.２dB、１.６dB、０.９dBであるから、前記文献の図３に示されている様々な条件に対しても、利得傾斜の補償が可能であると考えられる。
【００５０】
（実施例１）
本発明のラマン増幅器を、ＣバンドとＬバンドを組合わせて、Ｃ＋Ｌバンドに拡張する場合を一例として説明する。図１７は拡張前の励起光が二波長の例であり、拡張前後の励起波長は表６の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４３９ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つを、拡張前の励起光の帯域（１４２６〜１４５３ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５１】
【表６】

【００５２】
図１８は拡張前の励起光が三波長の例であり、拡張前後の励起波長は表７の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４４６ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つを、拡張前の励起光の帯域（１４２４〜１４６０ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５３】
【表７】

【００５４】
図１９は拡張前の励起光が四波長の例であり、拡張前後の励起波長は表８の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの二つを１４４５ｎｍと１４５３ｎｍにすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４２３〜１４６２ｎｍ）に配置する。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。尚、この例では、励起波長１４６２ｎｍがＣバンドとＬバンドの両方の単独設計で用いられているため、拡張の際に追加する必要がなくなっている。
【００５５】
【表８】

【００５６】
（実施例２）
この実施例は拡張前の励起光が二波長励起の例であり、しかも拡張前の励起光の波長が実施例１の場合よりも長い場合である。この例では、Ｃバンドの利得帯域を１５３５から１５７０ｎｍとして設計している。拡張前後の励起波長は表７の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４４４ｎｍとすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４３０〜１４５７ｎｍ）に配置される。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５７】
【表９】

【００５８】
（実施例３）
この実施例は拡張前の励起光が二波長励起の例であり、しかも拡張前の励起光の波長が実施例１の場合よりも短い場合である。この例では、Ｃバンドの利得帯域を１５２５から１５６０ｎｍとして設計している。拡張前後の励起波長は表１０の通りである。拡張のために追加する励起波長のうちの一つを１４３８ｎｍとすることで、拡張のために追加する励起光のうちの少なくとも一つが拡張前の励起光の帯域（１４２２〜１４５０ｎｍ）に配置される。この励起光の存在によって利得平坦度を保った拡張が実現される。
【００５９】
【表１０】

【００６０】
【発明の効果】
請求項１のラマン増幅器では、３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは二つ以下の励起波長で構成されているので、短波長側のグループによって広帯域で凹凸の小さい右下がりの利得曲線が形成され、長波長側のグループによって形成される右上がりの利得曲線と組合されることで、広帯域かつ利得平坦度のよいラマン増幅器が実現される。
請求項２乃至４のラマン増幅器では、短波長側のグループの励起波長間隔が約１ＴＨｚであるため、ラマン利得のピーク値１０ｄＢに対して利得偏差が０．１ｄＢ程度となるラマン増幅器が実現される。
請求項５のラマン増幅器では、利得帯域拡張前の励起波長が二以上である場合に、拡張前使用の励起波長と異なる二以上の新たな励起波長を追加し、そのうちの一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その追加励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置したので、追加帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６１】
請求項６のラマン増幅器では、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内のうち利得不足の波長帯域に配置するので、その励起波長不足帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６２】
請求項７のラマン増幅器では、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を追加することにより、拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたので、励起波長帯域全般が励起され、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６３】
請求項８のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域内に追加したので、Ｃバンドにおける追加帯域が励起されてその帯域の利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６４】
請求項９のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域における利得不足の波長帯域に追加するので、Ｃバンドにおける励起波長不足帯域が励起されて利得が高まり、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【００６５】
本発明の請求項１０のラマン増幅器では、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するときに、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる一以上の励起波長を、拡張前の励起波長帯域内に追加して、拡張前のＣバンドの励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにするので、Ｃバンドの励起波長帯域全般が励起され、広帯域に亙って利得が平坦化され、利得帯域が拡張される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラマン増幅器の第１の実施形態を示す説明図。
【図２】図１に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図３】図２に示すトータル利得の拡大図。
【図４】図１に示すラマン増幅器において、第六チャンネルの波長を第五チャンネルよりも長波長側に２.５THｚ離れた波長とした場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図５】図４に示すトータル利得の拡大図。
【図６】本発明のラマン増幅器の第２の実施形態を示す説明図。
【図７】図６に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図８】図７に示すトータル利得の拡大図。
【図９】本発明のラマン増幅器の第３の実施形態を示す説明図。
【図１０】図９に示す励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１１】図１０に示すトータル利得の拡大図。
【図１２】２１１THzから１９９THzまで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合であって、２０１THzと２００THz以外の励起光を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１３】図１２に示すトータル利得の拡大図。
【図１４】２１１THzから１９９THzまで１THz間隔で１３チャンネルある中から１１チャンネルを使用する場合であって、２０２THzと２０１THz以外の励起光を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１５】図１４に示すトータル利得の拡大図。
【図１６】図１２と同じ励起光源を用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図１７】拡張前の励起光が二波長の場合の利得特性説明図。
【図１８】拡張前の励起光が三波長の場合の利得特性説明図。
【図１９】拡張前の励起光が四波長の場合の利得特性説明図。
【図２０】ラマン増幅器の説明図。
【図２１】Ｃバンド、Ｌバンドをそれぞれ一波長で励起した場合の利得特性説明図。
【図２２】利得の大きさと利得帯域幅の関係を示した図。
【図２３】（ａ）（ｂ）は励起光間隔を夫々４.５THz、５THzとし、増幅用ファイバにＤＳＦを用いた場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２４】励起光間隔を４.５THzとして３波長使用した場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２５】励起光間隔を２.５THzと４.５THzとして３波長使用した場合のラマン利得プロファイルを示す図。
【図２６】本発明のラマン増幅方法をＣバンドに応用した例の波形説明図。
【図２７】本発明のラマン増幅方法をＬバンドに応用した例の波形説明図。
【図２８】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、各励起光から生じる利得が同じであるという条件下で、ピーク利得が１０dBになるように調整した場合の図。
【図２９】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、利得が平坦になるように個々の励起光による利得を調整した場合の図。
【図３０】励起光間隔を等間隔とした場合のラマン利得曲線の振る舞いを示したものであり、励起光間隔を１THｚとして多重数を変えた場合の図。
【図３１】本発明のラマン増幅方法をＣ＋Ｌバンドに適用した場合の利得特性説明図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Raman amplifier among optical amplifiers.
[0002]
[Prior art]
In the wavelength division multiplexing (WDM) system used in the current optical communication system, as a method of expanding the transmission capacity, a method of expanding the signal wavelength band to increase the number of multiplexed wavelengths and a transmission rate per wavelength ( There is a method of improving the bit rate). In a normal WDM system, it is most common to select a wavelength from a wavelength band of about 1530 to 1565 nm called a C band as the wavelength of signal light because of the limitation of the gain wavelength band of an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA). . On the other hand, since light amplification by EDFA is possible even in a wavelength band of about 1575 to 1610 nm called L band, development of a WDM system in this band has been promoted recently.
[0003]
By expanding the wavelength band as described above, the capacity that can be transmitted by one WDM system can be expanded. Since the WDM system has begun to be introduced from the C-band WDM system, in order to expand the transmission capacity of the WDM system, make use of the existing C-band WDM system equipment and add the L-band WDM system to the step-by-step It is desirable to increase the capacity. Conventionally, in a WDM system using an EDFA, the transmission speed per wavelength has been improved (accelerated) by improving the technology of various elements constituting the transmission system, but in a system using a centralized amplifier such as an EDFA, The limit of speedup is approaching. In order to further increase the speed and distance, it is said that the combined use with a distributed amplifier such as a Raman amplifier is indispensable, and development is being actively conducted for practical use.
[0004]
As shown in FIG. 20, the Raman amplifier includes an optical fiber as an amplifying medium and an excitation light source for causing stimulated Raman scattering therein. When a silica-based optical fiber is used as the amplification medium, a gain peak appears in a frequency band longer than the wavelength of the pumping light and about 13.2 THz lower in frequency. For example, since the difference between the frequencies of the wavelengths 1450 nm and 1550 nm is 13.2 THz, the excitation light having a wavelength near 1450 nm is used for Raman amplification of the C band, and the wavelength near 1490 nm is used for Raman amplification of the L band. Excitation light having a λ is used (FIG. 21).
[0005]
However, the Raman gain of single-wave excitation has a large wavelength dependence, and as is clear from FIG. 22, the gain deviation can be suppressed to 1 dB or less with respect to the operating bandwidth of 30 nm after the Raman gain exceeds 5 dB. It becomes impossible. In order to solve this problem, it is effective to apply a plurality of excitation lights with appropriate wavelength intervals to the Raman amplifier (wavelength multiplexing excitation). According to this method, it is possible to realize a Raman amplifier having a wider band and better gain flatness than conventional ones.
[0006]
Such an idea itself can be intuitively understood as described in the description of FIG. 4 of JP-B-7-99787. Japanese Patent Application No. 10-208450 and Japanese Patent Application No. 11-34833 refer to specific numerical values of wavelength intervals, and claim that an appropriate value is 6 nm to 35 nm.
[0007]
FIGS. 23A and 23B are examples of Raman gain profiles when the excitation light intervals are 4.5 THz and 5 THz, respectively, and DSF is used as the amplification fiber. As is clear from FIGS. 23A and 23B, when the interval between the pumping light is increased, the gain valley is deepened and the gain deviation is increased. In FIG. 23A, the value shown in the following Table 1 is used as the frequency (wavelength) of the excitation light, and in FIG. 23B, the value shown in the following Table 2 is used as the frequency (wavelength) of the excitation light. Using. In this case, the excitation light interval of 4.5 THz corresponds to 33 nm, and 5 THz corresponds to 36.6 nm. That is, this example shows that the gain flatness is not so good when the excitation light interval is 35 nm or more.
[0008]
[Table 1]

[0009]
[Table 2]

[0010]
Next, FIG. 24 shows a gain profile when three wavelengths are used with an excitation light interval of 4.5 THz. From this figure, it is understood that when the third excitation wavelength is added, the gain valley becomes deep when the excitation light interval is 4.5 THz. FIG. 25 shows a gain profile when three wavelengths are used with the excitation light intervals of 2.5 THz and 4.5 THz, and the gain trough is shallower than that in FIG. Since the frequency interval of 2.5 THz used here is about 18 nm as a wavelength interval, it can be said that it is also in the range of 6 nm to 35 nm in this case. However, if the opposite is taken, it can be said that even within this range, a flat gain cannot be obtained unless the wavelength interval is set appropriately.
[0011]
By the way, in the design of the conventional WDM optical amplifier, it is a problem to make the gain flatness as small as possible, and an optical amplifier in which all signal lights receive the same gain is ideal. Such design philosophy was sufficient when the number, power, and bandwidth of the signals used were small, but the Raman amplification effect between the signal lights became a problem as the use band of the signal lights expanded. It is coming. This phenomenon was set to the same power when entering the transmission line, as shown in the literature (for example, S. Bigo et al., IEEE Photonics Technology Letters, pp.671-673, 1999). The WDM signal has a linear inclination after propagation so that the short wavelength side is small and the long wavelength side is large. This inclination is determined by various factors such as the number of signal lights, power, bandwidth, characteristics of fibers constituting the transmission path, and transmission distance. As a means to deal with this problem, a slope compensator (T. Naito et al., OAA'99, WC5) that attenuates the signal on the long wavelength side using a wavelength-dependent loss medium and the wavelength dependence of Raman gain A method has been proposed (M. Takeda et al., OAA'99, ThA3) that applies a relatively large gain to a signal on the short wavelength side to compensate the tilt. Since the method of giving the former loss is disadvantageous in terms of noise, the latter is better. However, in Takeda et al., Since the slope of the Raman gain is not linear, the gain flatness after compensation for the slope is relatively large at 1 dB or more.
[0012]
Even in a WDM system using a Raman amplifier, as in the WDM system using only the EDFA described above, an L-band WDM system can be used while keeping the equipment in place. A configuration that can be added is desired.
[0013]
When considering the expansion of the gain band as represented by the C band to the C + L band in the Raman amplifier based on the wavelength division multiplexing pump, after using all the pump wavelengths used before the expansion, the C + L band is used after the expansion. Need to be designed to work as. That is, it must be designed to operate for the C + L band by adding a new excitation wavelength to the excitation wavelength used for the C band. In this case, it is necessary to share the wavelength arrangement for flattening the gain in the C band and the C + L band.
[Problems to be solved by the invention]
[0014]
Since the gain deviation is proportional to the magnitude of the peak gain, it is necessary to set the pumping light interval small when the gain is large. As described above, when the excitation light is arranged at equal intervals, the gain deviation may not be sufficiently reduced even if the wavelength interval is 35 nm or less. Even in such a case, it is necessary to use a narrower wavelength interval. In principle, the gain deviation can be reduced if the pumping light interval is reduced. However, there is a practical lower limit for the pumping light interval due to the problems of the multiplexing technique and the cost. In Japanese Patent Application No. 10-208450 and Japanese Patent Application No. 11-34833, the lower limit is set to 6 nm based on the multiplexing technique.
[0015]
However, Japanese Patent Application No. 10-208450 and Japanese Patent Application No. 11-34833 disclose that the interval between two adjacent excitation wavelengths is preferably in the range of 6 nm to 35 nm. Not enough information is disclosed. In addition, the design of the known literature (Y. Emori et al., OFC'99 PD19) has a gain deviation of 1 dB and cannot be applied when a smaller gain flatness is required.
Therefore, in the present invention, a method for selecting a wavelength arrangement in a Raman amplifier using three or more excitation wavelengths is shown, and it is a first object to provide a Raman amplifier with good gain flatness, and further, a peak value of Raman gain. An object of the present invention is to provide a Raman amplifier whose gain deviation is about 0.1 dB with respect to 10 dB.
Another object of the present invention is to provide a Raman amplifier suitable for compensating for the inter-signal Raman effect, which is a problem during broadband WDM transmission.
[0016]
In the present invention, when a gain band is expanded by adding new pumping light, it is also considered to provide a Raman amplifier in which the gain and the gain flatness after the expansion are not significantly deteriorated compared with those before the expansion. .
[0017]
[Means for Solving the Problems]
Prior to the development of the present invention, the present inventor studied the gain profile of a Raman amplifier by wavelength multiplexing excitation and elucidated the wavelength arrangement for flattening the gain. The principle is as follows.
[0018]
The gain profile of the Raman amplifier by wavelength multiplexing excitation is composed of gain superposition generated by each excitation wavelength. Therefore, a combination of gain slopes that cancel each other is a requirement to obtain a flat gain. That is, a gain with good wavelength flatness is obtained by combining a downward-sloping curve in which the gain decreases from the short wavelength side to the long-wavelength side and a rising-right curve in which the gain increases from the short wavelength side to the long wavelength side. Characteristics are obtained. When the number of pump wavelengths is two, the slope on the longer wavelength side of the gain peak of the gain curve caused by the short wavelength pump light and the slope on the shorter wavelength side of the gain peak of the gain curve caused by the long wavelength pump light Will be combined. As is apparent from FIG. 21, the Raman gain curve for single wavelength excitation, which is the basis of superposition, has two gain peaks instead of a single peak, and in the C band, the first peak at the upper right slope is 1550 nm. A second peak with a downward slope is 1560 nm. In the L band, the first peak at the upper right slope is 1595 nm, and the second peak at the lower right slope is 1605 nm. For this reason, in any case, it is necessary to separate the two excitation wavelengths by at least 10 nm or more. A curve A in FIG. 21 is a case where the central wavelength of the excitation wavelength is 1450 nm, and a curve B is a case where the central wavelength of the excitation wavelength is 1490 nm.
[0019]
FIG. 26 shows an example of the gain profile of the Raman amplifier designed for the C band, and Table 3 shows the excitation wavelength used at that time. The assumed fiber is a normal single mode fiber, and the gain band is designed to cover 1530 nm to 1565 nm. A gain profile of a Raman amplifier by wavelength multiplexing excitation is formed by superposition of gains generated by respective excitation wavelengths. In FIG. 26, the gain distribution of each wavelength is optimized so that the flatness of the added gain is minimized. The number of excitation wavelengths is appropriately selected according to the required gain flatness. Similarly, FIG. 27 shows an example of the gain profile of the Raman amplifier designed for the L band, and Table 4 shows the excitation wavelength used at that time.
[0020]
[Table 3]

[0021]
[Table 4]

[0022]
In the case where there are two excitation wavelengths, the gain bandwidth can be widened by increasing the interval between them, but if it is too far away, a gain valley is formed in the band. Therefore, the gain flatness and the gain band are in a trade-off relationship. In FIGS. 26 and 27, the excitation wavelength interval is determined so as to be optimized in a predetermined gain band, and the intervals are 27 nm and 29 nm (see Tables 3 and 4).
[0023]
In the Raman gain curve for single wavelength excitation which is the basis of superposition, the gain slope on the long wavelength side is steeper than the gain slope on the short wavelength side than the gain peak as shown in FIG. 21, and the slope can be used. The bandwidth is narrow. In order to widen the slope by reducing the slope of the lower right, it is necessary to create a lower right gain curve using a plurality of excitation wavelengths.
[0024]
Even when the gain curve having the right-slope gain slope is formed using three or more excitation wavelengths, the excitation wavelength for creating the right-slope gain slope and the right-side gain are obtained as in the case of two excitation wavelengths. The excitation wavelength for creating the gradient needs to be separated by at least 10 nm. However, since the pumping light for creating the rightward slope is composed of a plurality of wavelengths, the longest pumping wavelength among them is separated from the pumping wavelength for creating the rightward slope by 10 nm or more. . In Table 3, the interval between 1435 nm and 1460 nm for three-wavelength excitation corresponds to the interval between 1438 nm and 1462 nm for four-wavelength excitation. Further, the interval between 1475 nm and 1500 nm for three-wavelength excitation in Table 4 corresponds to the interval between 1478 nm and 1501 nm for four-wavelength excitation.
[0025]
When three or more excitation wavelengths are used, when the intervals between the excitation wavelengths are close to each other, the ripple appearing in the downward-sloping gain slope caused by the superposition is reduced. When flattening is performed in combination with an upward curve, this ripple determines the final gain flatness. The case of four-wavelength excitation in FIGS. 26 and 27 corresponds to this example. As shown in Tables 3 and 4, the optimized wavelengths are 1423 nm, 1430 nm, 1438 nm, 1462 nm, 1470 nm, and 1478 nm, which are close to equal intervals.
[0026]
FIG. 28 to FIG. 30 show the behavior of the Raman gain curve when the excitation light intervals are equal. In FIG. 28, the peak gain is adjusted to 10 dB under the condition that the gains generated from the respective pump lights are the same. From FIG. 28, it can be seen that the unevenness of the gain is smaller as the excitation light interval is smaller. FIG. 29 shows an example in which the gains of the individual pump lights are adjusted so that the gain is flat. Also in this case, as in FIG. 28, the smaller the excitation light interval, the smaller the unevenness of the gain. It can also be seen that the undulation of the gain curve in FIG. 28 determines the maximum gain deviation in FIG. From the above, it can be said that 1 THz is sufficient to make the gain deviation about 0.1 dB, though the excitation light interval of 2 THz is too large.
[0027]
Next, FIG. 30 shows the behavior when the excitation light interval is 1 THz and the multiplexing number is changed. As can be seen from the gain curve of 1ch excitation, in the case of silica fiber, the short wavelength side of the gain peak is a smooth curve with no irregularities, but there are three relatively large irregularities on the long wavelength side. This is a factor that determines the limit of flattening. This unevenness becomes smaller as the number of multiplexing is increased. For example, looking at the gain curve of 1ch, there is a protrusion close to 1 dB near 187 THz, but this becomes smaller as the number of multiplexing is increased. This is because the peak gain is set to be the same, so as the number of multiplexing increases, the gain per wave decreases, the size of the protrusion itself decreases, and the unevenness of the same shape is slightly spaced at equal intervals. This is because they are added together. That is, when the convex portion of the gain curve of one excitation wavelength and the concave portion of the gain curve of another excitation wavelength are added together, the overall unevenness is reduced. The numerical value of about 1 THz according to claims 2 to 4 is based on this principle, and in the gain curve of the 1ch excitation shown in FIG. 30, a projection near 187 THz and a depression near 188 THz adjacent to it are located. The reason is that the frequency difference is about 1 THz. Therefore, the gain curve of 1ch excitation may be slightly different depending on the fiber used, and the numerical value described as about 1 THz in claims 2 to 4 may change. In any case, in order to reduce the gain deviation, it is necessary to cancel out the unevenness of the gain curve that is the basis of addition.
[0028]
Since the limit of the gain deviation is determined by the undulation and unevenness of the gain curve that is the basis of superposition, it is considered that a flat gain profile with a small gain deviation can be obtained by combining gain curves with small unevenness. Therefore, this is achieved by combining a gain curve with pumping light multiplexed at approximately 1 THz intervals and a gain curve with pumping light longer than the pump wavelength. At this time, the peaks of the two gain curves are preferably separated from each other in terms of wide band.
[0029]
The effect described so far was an explanation for the purpose of reducing the gain flatness, but the gain is reduced linearly from the short wave side to the long wave side by reducing the gain due to the pump light on the long wave side. It is also possible to realize a simple gain profile. If this is combined with the level inclination caused by the Raman effect between the signal lights, the level of the signal lights can be flattened. An arbitrary slope can be realized by adjusting the distribution of gains on the short wave side and the long wave side, so that any Raman tilt can be compensated.
[0030]
When attempting to expand the gain bands of the C band and the L band, it is considered that the optimum method is to simultaneously use both the C band and the L band excitation wavelengths.
[0031]
However, the gain profile when the gain distribution of each excitation wavelength is optimized using the C band excitation light of FIG. 26 and the L band excitation light of FIG. 27 at the same time is as shown in FIG. Table 5 shows the excitation wavelengths used at that time. In this case, even if an attempt is made to make the gain flatness equal to that in FIGS. 26 and 27 over the entire C + L band, a large dent is formed in the C band as shown in FIG. There was a problem that the flatness would deteriorate.
[0032]
[Table 5]

[0033]
For the same reason as described above, even when an operation with good gain flatness is performed in the C + L band, a gain curve having a downward slope is created by using a plurality of excitation wavelengths arranged at almost equal intervals. It is necessary to create a gain curve that rises to the right using pumping light having a wavelength longer than 10 nm from the longest pumping wavelength. However, since the excitation wavelengths used in FIG. 31 are only the excitation wavelengths shown in FIGS. 26 and 27 at the same time, in the excitation wavelength band for the C band, the condition of an arrangement at equal intervals is not satisfied. Table 5 shows the excitation wavelengths used in FIG. According to this, it is understood that the excitation wavelength is insufficient in the excitation wavelength band for the C band in order to arrange the short wavelength side at an equal interval. It was determined that this deficiency is a factor causing the gain depression shown in FIG.
[0034]
From the above results, it has been clarified that the means necessary to achieve the above-mentioned object are as follows.
One means of the present invention is that when a Raman amplifier using three or more excitation wavelengths is divided into a group of excitation wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side, with the excitation wavelength having the widest wavelength interval as a boundary. The group on the short wavelength side includes two or more excitation wavelengths, and the wavelength intervals are substantially equal. The group on the long wavelength side is, Which is composed of only one excitation wavelength, and the width of the boundary dividing the group of excitation wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side is 2

THz

3 above THz IsIt is characterized by that.
  In another means of the present invention, in a Raman amplifier using three or more excitation wavelengths, when the excitation wavelengths having the widest adjacent wavelength intervals are separated into a group of excitation wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side. , Short wavelength side glueTheIncludes two or more excitation wavelengths, and the wavelength intervals are almost equally spaced., Having a wavelength interval substantially equal to the wavelength interval between adjacent excitation wavelengths of the group on the short wavelength sidetwoHornIt is characterized by being configured with an excitation wavelength.
  In another means of the present invention, when the shortest excitation wavelength is defined as the first channel, and when the second to nth channels are defined at an interval of about 1 THz from there to the longer wavelength side, the wavelengths corresponding to the first to nth channels are defined. In addition to the multiplexed excitation light ofIs2 THz or more from the nth channel3 THz Less thanDistantOne excitation per wavelengthExcitation light with wavelengthonlyWere combined and used as excitation light for the Raman amplifier. In addition, when the shortest excitation wavelength is defined as the first channel and the second to nth channels are defined on the long wavelength side at intervals of about 1 THz, it corresponds to a channel other than the n-1 and n-2 channels. What combined all the wavelengths was used as excitation light of a Raman amplifier. Alternatively, a combination of all wavelengths corresponding to channels other than the n-2 and n-3 channels was used as the excitation light for the Raman amplifier.
  In another means of the present invention, a certain excitation wavelength is defined as the first channel, and about 1 to the long wavelength side from there. THz When defining the second to n-th channels at intervals, in addition to the multiplexed excitation light of the wavelengths corresponding to the first to n-th channels, the longer wavelength side has 2 from the n-th channel.

THz

3 above

THz

1 for wavelengths below THz Only excitation light having two excitation wavelengths arranged at intervals was combined and used as an excitation light source.
[0035]
Another aspect of the present invention is a Raman amplifier that extends the gain wavelength band, wherein the excitation wavelength before expansion is two or more, and two or more excitation wavelengths are added for extending the gain wavelength band, and the excitation wavelength is added. One or more of them is different from the excitation wavelength used before expansion, and the one or more excitation wavelengths are arranged in the excitation wavelength band used before expansion.
[0037]
Another aspect of the present invention is that in a Raman amplifier that extends the gain wavelength band, the excitation wavelength before extension is two or more, and one or more excitation wavelengths are included in the excitation wavelength band before extension for extending the gain wavelength band. As a result of the addition, the excitation wavelengths in the excitation wavelength band before expansion are made to be at equal intervals or close to equal intervals.
[0038]
In another aspect of the present invention, two or more excitation wavelengths for amplifying the C band and two or more excitation wavelengths for amplifying the L band are used simultaneously, and the C band and the L band are simultaneously used. When amplifying, the Raman amplifier adds one or more excitation wavelengths different from the C-band excitation wavelength used before expansion into the C-band excitation wavelength band.
[0040]
In another aspect of the present invention, two or more excitation wavelengths for amplifying the C band and two or more excitation wavelengths for amplifying the L band are used simultaneously, and the C band and the L band are simultaneously used. At the time of amplification, one or more excitation wavelengths different from the C-band excitation wavelength used before the expansion are added to the C-band excitation wavelength band, so that the excitation wavelengths in the excitation wavelength band before the expansion are equally spaced. Alternatively, it is a Raman amplifier designed to have an interval close to equal intervals.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following embodiment, an example in which the first channel is 211 THz is shown. This is because 1530 nm or more (about 196 THz or less in frequency display) used in the current WDM transmission system is assumed as an amplification band. Therefore, if it is assumed that the amplification band is 1580 nm or more called the L band (about 190 THz or less in frequency display), the excitation band may be shifted by 6 THz, and the first channel may be 205 THz. The first channel can be determined in the same way for other amplification bands.
[0042]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention and an example corresponding to claim 2. The frequency of the first channel is 211 THz (wavelength 1420.8 nm), and the frequencies below the second channel are arranged at intervals of 1 THz from 210 THz (wavelength 1427.6 nm) to 207 THz (wavelength 1448.3 nm). This is combined with pumping light (frequency 205 THz, wavelength 1462.4 nm) having a wavelength 2 THz away from the fifth channel on the longer wavelength side to constitute a wavelength amplification pumping light source for Raman amplification. As the pumping light source 10 of each wavelength shown in FIG. 1, a Fabry-Perot type semiconductor laser whose wavelength is stabilized by a fiber Bragg grating (FBG) is combined by a polarization beam combiner (PBC). Polarization synthesis is a measure for increasing the excitation power of each wavelength and reducing the polarization dependence of the Raman gain. When the pump power is sufficient with the output of one laser, the laser output may be depolarized and then connected to the wavelength multiplexer. A Mach-Zehnder interferometer-type multiplexer 20 shown in FIG. 1 is suitable for multiplexing excitation light having a plurality of wavelengths such that adjacent frequency intervals are constant. The dielectric multilayer filter 30 shown in FIG. 1 is suitable for combining two relatively broad wavelength bands, and can combine a longer wavelength and a shorter wavelength than a specific wavelength. In this embodiment, the one that can combine a frequency higher than 207 THz (a wavelength shorter than 1448.3 nm) and a frequency lower than 205 THz (a wavelength longer than 1462.4 nm) is used. In FIG. 1, the excitation light combined by the dielectric multilayer filter 30 is sent to the dielectric multilayer filter 50 through the isolator 40 to amplify the WDM signal in the optical fiber.
[0043]
FIG. 2 shows a Raman gain profile when the excitation light source of FIG. 1 is used. Curve A represents the total gain, curve B is the sum of gains from the first to fifth channel excitation light, curve C is the sixth channel gain, and thin line is the first to fifth channel excitation wavelength. Represents gain. As explained in the effect column, the short-wave side excitation light is multiplexed at 1 THz intervals to form a smooth curve that descends to the right, and the gain curve that rises to the right by the excitation light on the long-wave side is added. The total Raman gain becomes flat. From FIG. 2, it can be seen that the unevenness of the plurality of gain curves cancels each other well by using the interval of 1 THz. FIG. 3 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 193 THz (wavelength 1553.3 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized.
[0044]
FIG. 4 shows a gain profile in the case where the wavelength of the sixth channel in FIG. 1 is set to a wavelength (frequency 204.5 THz, wavelength 1465.5 nm) that is 2.5 THz longer than the fifth channel. Similarly to FIG. 2, curve A represents the total gain, curve B is the sum of gains from the first to fifth channel excitation light, curve C is the sixth channel gain, and thin line is the first to fifth gain. It represents the gain for each excitation wavelength of the channel. Here too, the downward-sloping curve due to the short-wave side excitation light and the upward-sloping gain curve due to the long-wave side excitation light are added together to flatten the total Raman gain. FIG. 5 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 192 THz (wavelength 1561.4 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized. Although the gain band is wider than that in FIG. 3, the gain depression in the middle of the band is slightly larger. This is because the distance between the fifth and sixth channels has increased.
[0045]
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, which is an example corresponding to

claims

2 and 3. The frequency of the first channel is 211 THz (wavelength 1420.8 nm), and the frequencies below the second channel are arranged at intervals of 1 THz from 210 THz (wavelength 1427.6 nm) to 204 THz (wavelength 1469.6 nm). The total number of channels is 8, and the excitation light source is configured using 6 wavelengths excluding the sixth channel and the seventh channel. The configuration of the excitation light of each channel is selected as necessary as described in the first embodiment. As the excitation light source 10 of each wavelength shown in FIG. 6, a Fabry-Perot type semiconductor laser whose wavelength is stabilized by a fiber Bragg grating (FBG) is combined by a polarization beam combiner (PBC). Polarization synthesis is a measure for increasing the excitation power of each wavelength and reducing the polarization dependence of the Raman gain. When the pump power is sufficient with the output of one laser, the laser output may be depolarized and then connected to the wavelength multiplexer. A Mach-Zehnder interferometer-type multiplexer 20 shown in FIG. 6 is suitable for multiplexing excitation light having a plurality of wavelengths such that adjacent frequency intervals are constant. The dielectric multilayer filter 30 shown in FIG. 6 is suitable for combining two relatively broad wavelength bands, and can combine a longer wavelength and a shorter wavelength than a specific wavelength. In FIG. 6, the pump light output from the Mach-Zehnder interferometer-type multiplexer 20 is sent to the dielectric multilayer filter 50 through the isolator 40 to amplify the WDM signal in the optical fiber. FIG. 7 shows a Raman gain profile when the excitation light source of FIG. 6 is used. Curve A represents the total gain, curve B is the sum of gains from the first to fifth channel excitation light, curve C is the eighth channel gain, and thin line is the first to fifth channel excitation wavelength. Represents gain. Here too, the downward-sloping curve due to the short-wave side excitation light and the upward-sloping gain curve due to the long-wave side excitation light are added together to flatten the total Raman gain. FIG. 8 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 191 THz (wavelength 1569.6 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized. Compared with FIGS. 3 and 5, the gain band is further widened. This is because the longest excitation wavelength is set to a longer wavelength.
[0046]
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention, which is an example corresponding to

claims

2 and 4. Similar to the second embodiment, the frequency of the first channel is 211 THz (wavelength 1420.8 nm), and the frequency of the second channel and lower is 210 THz (wavelength 1427.6 nm) to 204 THz (wavelength 1469.6 nm) at 1 THz intervals. Are lined up. The total number of channels is 8, and the excitation light source is configured using 6 wavelengths excluding the fifth channel and the sixth channel. The configuration of the excitation light of each channel is selected as necessary as described in the first embodiment. As the pumping light source 10 of each wavelength shown in FIG. 9, a Fabry-Perot type semiconductor laser whose wavelength is stabilized by a fiber Bragg grating (FBG) is combined by a polarization beam combiner (PBC). Polarization synthesis is a measure for increasing the excitation power of each wavelength and reducing the polarization dependence of the Raman gain. When the pump power is sufficient with the output of one laser, the laser output may be depolarized and then connected to the wavelength multiplexer. A Mach-Zehnder interferometer-type multiplexer 20 shown in FIG. 9 is suitable for multiplexing excitation light having a plurality of wavelengths such that adjacent frequency intervals are constant. The dielectric multilayer filter 30 shown in FIG. 9 is suitable for combining two relatively wide wavelength bands, and can combine a longer wavelength and a shorter wavelength than a specific wavelength. In FIG. 9, the pump light output from the Mach-Zehnder interferometer-type multiplexer 20 is sent to the dielectric multilayer filter 50 through the isolator 40 to amplify the WDM signal in the optical fiber. FIG. 10 shows a Raman gain profile when the excitation light source of FIG. 9 is used. Curve A represents the total gain, curve B is the sum of the gains from the first to fourth channel excitation lights, curve C is the sum of the gains of the seventh and eighth channels, and the thin line is the gain for each excitation wavelength. Represents. Here too, the downward-sloping curve due to the short-wave side excitation light and the upward-sloping gain curve due to the long-wave side excitation light are added together to flatten the total Raman gain. FIG. 11 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 191 THz (wavelength 1569.6 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized. What should be noted here is the difference in the magnitude of the gain depending on each excitation wavelength in the second and third embodiments. In FIG. 7, there is a channel close to 8 dB at the maximum, whereas in FIG. It has become the maximum. This is because, in the second embodiment, the long-wave gain indicated by the curve C is formed by the gain of one channel, whereas in the third embodiment, the gain of the two channels is formed. is there. This means that the maximum value of the pumping light power required per wave can be reduced, which is very effective from a practical viewpoint.
[0047]
FIG. 12 to FIG. 15 are gain profiles when 11 channels are used from among 13 channels at intervals of 1 THz from 211 THz (wavelength 1420.8 nm) to 199 THz (wavelength 1506.5 nm). FIG. 12 uses the configuration described in claim 3 and uses excitation light other than 201 THz and 200 THz. Curve A represents the total gain, curve B is the sum of gains from the first to tenth channel pumping light, curve C is the thirteenth channel gain, and thin line is the first to tenth channel pump wavelength. Represents the gain. Here too, the downward-sloping curve due to the short-wave side excitation light and the upward-sloping gain curve due to the long-wave side excitation light are added together to flatten the total Raman gain. FIG. 13 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 186 THz (wavelength 1611.8 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized.
[0048]
FIG. 14 uses the configuration described in claim 4 and uses excitation light other than 202 THz and 201 THz. Curve A represents the total gain, curve B is the sum of the gains from the first to ninth channel excitation lights, curve C is the sum of the gains of the twelfth and thirteenth channels, and the thin line is for each excitation wavelength. Represents gain. Here too, the downward-sloping curve due to the short-wave side excitation light and the upward-sloping gain curve due to the long-wave side excitation light are added together to flatten the total Raman gain. FIG. 15 shows an enlarged view of the total gain. The peak gain is 10 dB, the gain band is around 196 THz (wavelength 1529.6 nm) to 186 THz (wavelength 1611.8 nm), and the characteristic that the gain deviation is about 0.1 dB is realized. As can be seen from a comparison between FIG. 12 and FIG. 14, the second embodiment forms the long-wave gain indicated by the curve C with the gain of one channel, whereas the third embodiment has two gains. Since it is formed by the sum of the gains of two channels, the maximum value of gain required per wave is smaller in FIG. This means that the maximum value of the pumping light power required per wave can be reduced, which is very effective from a practical viewpoint.
[0049]
FIG. 16 shows a gain profile when the same pumping light source as that in FIG. 12 is used, and a linear slope with a lower right is realized by reducing the gain on the long wave side. By using such a Raman amplifier, it is possible to compensate for the upward slope due to the Raman effect between the signal lights as shown in the literature of Bigo et al., And to keep the WDM signal at a flat level in the optical amplification repeater system. Can do. For example, in FIG. 2 of the document of Bigo et al., A gain slope of 2.3 dB occurs at 25 nm, and the level slope due to the inter-signal Raman effect is canceled by adjusting the reverse slope that decreases by 7.4 dB when converted to 80 nm. be able to. FIG. 16 shows gain slopes that decrease by 3 dB, 5 dB, and 7 dB at 80 nm, which are 2.2 dB, 1.6 dB, and 0.9 dB when converted to 25 nm. It is believed that gain tilt compensation is possible for the various conditions shown.
[0050]
(Example 1)
The case where the Raman amplifier of the present invention is expanded to the C + L band by combining the C band and the L band will be described as an example. FIG. 17 shows an example in which the excitation light before expansion has two wavelengths. Table 6 shows the excitation wavelengths before and after expansion. By setting one of the excitation wavelengths added for expansion to 1439 nm, at least one of the excitation light added for expansion is arranged in the band (1426 to 1453 nm) of the excitation light before expansion. To do. The expansion that maintains the gain flatness is realized by the presence of the excitation light.
[0051]
[Table 6]

[0052]
FIG. 18 shows an example in which the excitation light before expansion has three wavelengths. Table 7 shows the excitation wavelengths before and after expansion. By setting one of the excitation wavelengths added for extension to 1446 nm, at least one of the excitation lights added for extension is arranged in the band (1424-1460 nm) of the excitation light before extension. To do. The expansion that maintains the gain flatness is realized by the presence of the excitation light.
[0053]
[Table 7]

[0054]
FIG. 19 shows an example in which the excitation light before expansion has four wavelengths. Table 8 shows the excitation wavelengths before and after expansion. By setting two of the excitation wavelengths added for expansion to 1445 nm and 1453 nm, at least one of the excitation lights added for expansion is arranged in the band (1423-1462 nm) of the excitation light before expansion. To do. The expansion that maintains the gain flatness is realized by the presence of the excitation light. In this example, since the excitation wavelength of 1462 nm is used in the single design of both the C band and the L band, it is not necessary to add at the time of expansion.
[0055]
[Table 8]

[0056]
(Example 2)
In this embodiment, the excitation light before expansion is an example of two-wavelength excitation, and the wavelength of the excitation light before expansion is longer than that in the first embodiment. In this example, the C band gain band is designed to be 1535 to 1570 nm. Table 7 shows excitation wavelengths before and after expansion. By setting one of the excitation wavelengths added for expansion to 1444 nm, at least one of the excitation light added for expansion is arranged in the band (1430 to 1457 nm) of the excitation light before expansion. . The expansion that maintains the gain flatness is realized by the presence of the excitation light.
[0057]
[Table 9]

[0058]
(Example 3)
In this embodiment, the excitation light before expansion is an example of two-wavelength excitation, and the wavelength of the excitation light before expansion is shorter than that in the first embodiment. In this example, the C band gain band is designed to be 1525 to 1560 nm. Table 10 shows excitation wavelengths before and after expansion. By setting one of the excitation wavelengths added for expansion to 1438 nm, at least one of the excitation light added for expansion is arranged in the band (1422-1450 nm) of the excitation light before expansion. . The expansion that maintains the gain flatness is realized by the presence of the excitation light.
[0059]
[Table 10]

[0060]
【The invention's effect】
In the Raman amplifier according to claim 1, in a Raman amplifier using three or more excitation wavelengths, when the excitation wavelengths having the widest adjacent wavelength intervals are separated into a group of excitation wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side. The group on the short wavelength side includes two or more excitation wavelengths, the wavelength intervals are substantially equal, and the group on the long wavelength side is composed of two or less excitation wavelengths. As a result, a lower-right gain curve with a small unevenness is formed in a wide band, and combined with an upward-right gain curve formed by a group on the long wavelength side, a broadband amplifier with good gain flatness is realized.
In the Raman amplifier according to claims 2 to 4, since the pump wavelength interval of the short wavelength group is about 1 THz, a Raman amplifier having a gain deviation of about 0.1 dB with respect to the peak value of Raman gain of 10 dB is realized. .
In the Raman amplifier according to claim 5, when the excitation wavelength before the gain band expansion is two or more, two or more new excitation wavelengths different from the excitation wavelength used before the expansion are added, and one or more of the excitation wavelengths are changed. Since it is different from the excitation wavelength used before expansion, and the additional excitation wavelength is arranged in the excitation wavelength band used before expansion, the additional band is excited to increase the gain of the band, and the gain is flat over the wide band. And the gain band is expanded.
[0061]
In the Raman amplifier according to claim 6, one or more pumping wavelengths to be added are different from the pumping wavelengths used before the extension, and the one or more pumping wavelengths are set in a wavelength band with insufficient gain in the pumping wavelength band used before the extension. Since the excitation wavelength shortage band is excited, the gain of the band is increased, the gain is flattened over a wide band, and the gain band is expanded.
[0062]
In the Raman amplifier according to claim 7, one or more excitation wavelengths to be added are different from the excitation wavelengths used before the extension, and by adding the one or more excitation wavelengths, the excitation wavelength in the excitation wavelength band before the extension is increased. Since the intervals are equal or close to equal intervals, the entire excitation wavelength band is excited, the gain is flattened over a wide band, and the gain band is expanded.
[0063]
In the Raman amplifier according to claim 8, when the C band and the L band are simultaneously amplified, one or more excitation wavelengths different from the excitation wavelength of the C band used before expansion are added within the excitation wavelength band of the C band. The additional band in the C band is excited to increase the gain of the band, the gain is flattened over the wide band, and the gain band is expanded.
[0064]
The Raman amplifier according to claim 9, wherein when the C band and the L band are simultaneously amplified, one or more excitation wavelengths different from the excitation wavelength of the C band used before expansion are set to a wavelength with insufficient gain in the excitation band of the C band. Since it is added to the band, the pump wavelength shortage band in the C band is excited to increase the gain, the gain is flattened over the wide band, and the gain band is expanded.
[0065]
In the Raman amplifier according to claim 10 of the present invention, when the C band and the L band are simultaneously amplified, one or more excitation wavelengths different from the excitation wavelength of the C band used before the expansion are included in the excitation wavelength band before the expansion. In addition, since the excitation wavelengths in the excitation wavelength band of the C band before expansion are set to be equal intervals or close to equal intervals, the entire excitation wavelength band of the C band is excited, and gain is obtained over a wide band. Is flattened and the gain band is expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a Raman amplifier according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a Raman gain profile when the excitation light source shown in FIG. 1 is used.
3 is an enlarged view of the total gain shown in FIG.
4 is a diagram showing a Raman gain profile when the wavelength of the sixth channel is set to be 2.5 THz longer than the fifth channel in the Raman amplifier shown in FIG. 1;
FIG. 5 is an enlarged view of the total gain shown in FIG. 4;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a second embodiment of the Raman amplifier of the present invention.
7 is a diagram showing a Raman gain profile when the excitation light source shown in FIG. 6 is used. FIG.
8 is an enlarged view of the total gain shown in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a third embodiment of the Raman amplifier of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a Raman gain profile when the excitation light source shown in FIG. 9 is used.
11 is an enlarged view of the total gain shown in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a Raman gain profile when 11 channels are used from 211 THz to 199 THz at intervals of 1 THz and pumping light other than 201 THz and 200 THz is used.
13 is an enlarged view of the total gain shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a Raman gain profile when 11 channels are used from 211 THz to 199 THz at intervals of 1 THz and pumping light other than 202 THz and 201 THz is used.
15 is an enlarged view of the total gain shown in FIG.
16 is a diagram showing a Raman gain profile when the same excitation light source as that in FIG. 12 is used.
FIG. 17 is an explanatory diagram of gain characteristics when pump light before expansion has two wavelengths.
FIG. 18 is an explanatory diagram of gain characteristics when pump light before expansion has three wavelengths.
FIG. 19 is an explanatory diagram of gain characteristics when the excitation light before expansion has four wavelengths.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a Raman amplifier.
FIG. 21 is an explanatory diagram of gain characteristics when the C band and the L band are each excited by one wavelength.
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the magnitude of gain and the gain bandwidth.
FIGS. 23A and 23B are diagrams showing Raman gain profiles when excitation light intervals are 4.5 THz and 5 THz, respectively, and a DSF is used for an amplification fiber. FIGS.
FIG. 24 is a diagram showing a Raman gain profile when three wavelengths are used with an excitation light interval of 4.5 THz.
FIG. 25 is a diagram showing a Raman gain profile when three wavelengths are used with excitation light intervals of 2.5 THz and 4.5 THz.
FIG. 26 is a waveform explanatory diagram of an example in which the Raman amplification method of the present invention is applied to the C band.
FIG. 27 is a waveform explanatory diagram of an example in which the Raman amplification method of the present invention is applied to the L band.
FIG. 28 shows the behavior of the Raman gain curve when the pumping light intervals are equal, and the peak gain is adjusted to 10 dB under the condition that the gains generated from the respective pumping light are the same. Figure when you do.
FIG. 29 shows the behavior of the Raman gain curve when the pumping light intervals are equal, and is a diagram when the gains of individual pumping lights are adjusted so that the gain is flat.
FIG. 30 shows the behavior of a Raman gain curve when the pumping light intervals are equal, and is a diagram when the multiplexing number is changed with the pumping light interval set to 1 THz.
FIG. 31 is an explanatory diagram of gain characteristics when the Raman amplification method of the present invention is applied to the C + L band.

Claims

３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、一つの励起波長のみで構成されており、短波長側と長波長側の励起波長のグループを分ける前記境界の幅が２ THz 以上３ THz 以下であることを特徴とするラマン増幅器。In a Raman amplifier using three or more pump wavelengths, when the pump wavelength having the widest adjacent wavelength interval is divided into a group of pump wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side, the group on the short wavelength side is divided into two. Including two or more excitation wavelengths, the wavelength intervals are substantially equal, and the long wavelength group is composed of only one excitation wavelength, and the short wavelength side and long wavelength side excitation wavelength groups are separated. A Raman amplifier having a width of the boundary of 2 THz or more and 3 THz or less .

３以上の励起波長を用いたラマン増幅器において、隣り合う波長間隔が最も広い励起波長を境界として、短波長側と長波長側の励起波長のグループに分けたときに、短波長側のグループは二つ以上の励起波長を含み、その波長間隔がほぼ等間隔であり、長波長側のグループは、前記短波長側のグループの隣り合う励起波長間の波長間隔とほぼ等しい波長間隔を有する二つの励起波長で構成されていることを特徴とするラマン増幅器。In a Raman amplifier using three or more pump wavelengths, when the pump wavelength having the widest adjacent wavelength interval is divided into a group of pump wavelengths on the short wavelength side and the long wavelength side, the group on the short wavelength side is divided into two. one or more containing an excitation wavelength, the wavelength interval is substantially equal intervals, a group of the long wavelength side, two excitation with wavelength substantially equal distance to the wavelength interval between the excitation wavelength adjacent groups of the short wavelength side A Raman amplifier comprising a wavelength.

ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２THz以上３ THz 以下離れた波長に一つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。When a certain excitation wavelength is defined as the first channel and the second to nth channels are defined at intervals of about 1 THz on the longer wavelength side, excitation light having a wavelength corresponding to the first to nth channels is multiplexed. in addition, further to the long wavelength side, characterized by using only the excitation light with a single excitation wavelength from the n channel 3 THz or less away or more wavelengths 2THz multiplexes, this as an excitation light source Raman amplifier.

ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１A certain excitation wavelength is defined as the first channel, and there is about 1 on the long wavelength side from there. THzTHz 間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第一から第ｎチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものに加えて、さらに長波長側には、第ｎチャンネルから２When defining the second to n-th channels at intervals, in addition to the multiplexed excitation light of the wavelengths corresponding to the first to n-th channels, the longer wavelength side has 2 from the n-th channel. THzTHz 以上３3 above THzTHz 以下離れた波長に１1 for wavelengths below THzTHz 間隔で並ぶ二つの励起波長をもつ励起光のみを合波し、これを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。A Raman amplifier characterized in that only pumping light having two pumping wavelengths arranged at intervals is combined and used as a pumping light source.

ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−１および第ｎ−２チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。 When a certain excitation wavelength is defined as the first channel and the second to nth channels are defined at intervals of about 1 THz from there to the longer wavelength side, the wavelengths corresponding to the channels other than the n-1 and n-2 channels A Raman amplifier using a pumping light source multiplexed with pumping light.

ある励起波長を第一チャンネルと定義し、そこから長波長側に約１THz間隔で第二から第ｎチャンネルを定義するとき、第ｎ−２および第ｎ−３チャンネル以外のチャンネルに相当する波長の励起光を多重化したものを励起光源として用いたことを特徴とするラマン増幅器。 When a certain excitation wavelength is defined as the first channel and the second to nth channels are defined on the long wavelength side at intervals of about 1 THz, the wavelengths corresponding to the channels other than the n-2 and n-3 channels A Raman amplifier using a pumping light source multiplexed with pumping light.

利得波長帯域を拡張するラマン増幅方法において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために二以上の励起波長を追加し、追加する励起波長の一以上を拡張前使用の励起波長と異なるものとし、その一以上の励起波長を拡張前使用の励起波長帯域内に配置することを特徴とするラマン増幅器。 In the Raman amplification method for extending the gain wavelength band, the excitation wavelength before extension is two or more, and two or more excitation wavelengths are added to extend the gain wavelength band, and one or more of the added excitation wavelengths are used before extension. A Raman amplifier characterized by being different from an excitation wavelength, and arranging one or more excitation wavelengths in an excitation wavelength band used before expansion.

利得波長帯域を拡張するラマン増幅方法において、拡張前の励起波長が二以上であり、利得波長帯域拡張のために拡張前の励起波長帯域内に一以上の励起波長を追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたことを特徴とするラマン増幅器。 In the Raman amplification method that expands the gain wavelength band, the excitation wavelength before expansion is two or more, and one or more excitation wavelengths are added within the excitation wavelength band before expansion for expansion of the gain wavelength band, and expanded by the addition. A Raman amplifier characterized in that the excitation wavelengths in the previous excitation wavelength band are at equal intervals or close to equal intervals.

Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長をＣバンドの励起波長帯域内に追加することを特徴とするラマン増幅器。 In simultaneously amplifying the C band and the L band using two or more excitation wavelengths for amplifying the C band and two or more excitation wavelengths for amplifying the L band, A Raman amplifier, wherein one or more excitation wavelengths different from the excitation wavelength of the band are added in the excitation wavelength band of the C band.

Ｃバンドを増幅するための二以上の励起波長と、Ｌバンドを増幅するための二以上の励起波長とを同時に使用して、ＣバンドとＬバンドとを同時に増幅するに際し、拡張前使用のＣバンドの励起波長と異なる波長の一以上の励起波長を、Ｃバンドの励起波長帯域に追加し、その追加により拡張前の励起波長帯域内の励起波長が等間隔又は等間隔に近い間隔となるようにしたことを特徴とするラマン増幅器。 In simultaneously amplifying the C band and the L band using two or more excitation wavelengths for amplifying the C band and two or more excitation wavelengths for amplifying the L band, One or more excitation wavelengths different from the excitation wavelength of the band are added to the excitation wavelength band of the C band so that the excitation wavelengths in the excitation wavelength band before expansion become equal intervals or close to equal intervals. A Raman amplifier characterized by that.