JP3808734B2 - ラマン増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて用いて好適な、ラマン増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、retiming（リタイミング）、reshaping（リシェイピング）およびregenerating（リジェネレイティング）を行なう光再生中継器を用いて伝送を行っていた。現在では光信号を電気信号に変換することなく増幅して中継する光増幅器の実用化が進んできており、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。
【０００３】
すなわち、このような光伝送システムにて用いられている光再生中継器を、上述のごとき線形中継器としての光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
また、近年のネットワークを介して伝送される情報量の増加に伴って、光伝送システムの大容量化が要求されているが、このような光伝送システムの大容量化を実現する手法のひとつとして、１つの伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（WDM：Wavelength Division Multiplex）光伝送方式が注目されている。
【０００４】
WDM光伝送方式と光増幅中継伝送方式とを組み合わせたWDM光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を電気信号に変換することなく一括して増幅することが可能であり、簡素で低コストな構成で、大容量かつ長距離伝送を実現することが可能である。
ところで、上述の光増幅中継伝送システムの中継器としては、例えばエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が一般的に用いられている。EDFAの利得波長帯域としては、例えば１．５５μm帯(C-band)が用いられ、また、利得帯域を長波長へシフトしたGS-EDFA (Gain shifted-EDFA)の利得波長帯域は１．５８μm帯(L-band)が用いられる。上述のEDFA，GS-EDFAいずれにおいても３０ｎｍ以上の波長帯域幅があり、C-bandおよびL-band向け合分波器を用いて2つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の帯域を実現することも可能である。
【０００５】
ところで、大容量長距離伝送システムを実現するためには信号光波長帯域幅の拡大が重要であるが、この広帯域化を実現するために、近年、ラマン（Raman）散乱を利用するラマン増幅器を中継器として適用することが盛んに検討されている。
ラマン増幅は、光ファイバに励起光を与えることにより、その励起光の波長よりも長波長側に利得が得られるものである。励起光を与える光ファイバの組成によって、例えば、励起光周波数よりも約１３．２ＴＨｚ小さい周波数を利得ピーク光周波数とすることができる。波長に換算すると、例えば、１．４５μｍ帯の励起光波長に対し、そのラマン利得ピーク波長は約１００ｎｍシフトとした１．５５μｍ帯とすることができるのである。
【０００６】
ラマン増幅において要求された信号光波長において増幅機能を実現するためには、このようなラマンシフト周波数を考慮して励起光波長を設定することが重要であるが、異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用いることにより、ラマン増幅の利得波長特性を平坦化することも可能である。
たとえば、ラマン増幅器において、「Y. Emori、 et al.， “100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes”， OFC’99， PD19， 1999.」でも示されているように、励起光パワーおよびその発振波長を調整することにより、その利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保している。
【０００７】
図１９，図２０は従来のラマン増幅器を示すブロック図であり、図１９に示すラマン増幅器１００Ａは励起光源１０１，合波器１０２Ａおよび光ファイバ１０３をそなえて構成され、図２０に示すラマン増幅器１００Ｂは図１９に示すラマン増幅器１００Ａと同様の励起光源１０１および光ファイバ１０３をそなえるとともに、光サーキュレータ１０２Ｂをそなえて構成されている。
【０００８】
ここで、この図１９または図２０に示すラマン増幅器１００Ａ，１００Ｂにおいて、励起光源１０１は互いに異なる波長を有する励起光Ｐ1〜ＰKを生成し、合波器１０２Ａまたは光サーキュレータ１０２Ｂは上述の励起光Ｐ1〜ＰKを信号光Ｓ1〜ＳLとは逆の方向で光ファイバ１０３上に伝搬させる。これにより、信号光Ｓ1〜ＳLは、励起光源１０１にて生成された励起光Ｐ1〜ＰKにて後方励起されラマン増幅され、上述の合波器１０２Ａまたは光サーキュレータ１０２Ｂを通じて出力される。
【０００９】
また、上述のラマン増幅器１００Ａ，１００Ｂにおける信号光Ｓ1〜ＳLおよび励起光Ｐ1〜ＰKは、図２１に示すような波長配置の関係を有している。即ち、この図２１に示すように、信号光波長帯域と励起光波長帯域とが互いに混在しないように波長が配置されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のラマン増幅器において、伝送容量のさらなる大容量化を図るためには、信号光波長帯域幅を拡大させることが必要であるが、このために、例えば図２２に示すように信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置とすることが考えられる。即ち、この図２２に示す波長配置においては、Ｍ本の励起光の波長スペクトル（以下、単にスペクトルという場合がある）Ｐ1〜ＰMのうちの一部の励起光のスペクトルＰQ+1〜ＰMが、信号光のスペクトルＳ1〜ＳNのうちの一部の信号光のスペクトルＳ1〜ＳRの帯域内に混在した波長配置となっている。
【００１１】
しかしながら、上述のごとき信号光および励起光がある帯域内において混在させる配置とした場合には、以下に示すような線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を引き起こすという課題がある。
すなわち、励起光Ｐ1〜ＰMの波長スペクトルは、図２３におけるＰM-1に例示されるように、中心波長ＰM-1の長波長側および短波長側に幅１０１ａを有しているため、信号光波長と励起光波長が混在して配置される帯域１０１ｂにおいては、信号光波長として配置される波長に、励起光の波長スペクトルと広く重なってしまう。
【００１２】
この場合において、図２４に示すように、図２０に示すラマン増幅器１００Ｂと同様の後方励起によるラマン増幅を行なうと、信号光と重なった励起光波長のレーリー散乱光が信号光と同一方向に伝搬することにより信号光の雑音光となり、線形クロストークによって信号光の光SN比を劣化させる。前方励起の場合においても、図２３のように励起光波長の帯域が信号光の帯域の一部と重なっている場合には、励起光が信号光と同方向に進むため、励起光波長と重なり、上述の場合と同様に線形クロストークによって、信号光の光SN比を劣化させる。
【００１３】
さらに、励起光に波長スペクトルが重なった信号光は、以下のような非線形クロストークによっても光ＳＮ比が著しく低下する。
すなわち、励起光パワーが非常に大きいため、信号光と励起光の間および励起光同士の間で四光波混合が生じる。具体的には、ラマン増幅の励起光は信号光に比べると非常に大きいので、信号光と励起光間で四光波混合が生じ、以下に示す非線形クロストークによる伝送特性を引き起こす。
【００１４】
四光波混合は，光周波数の混合により新たに発生する光であり，以下の式（１）又は式（２）に示す条件式を満足する(図２５参照)。
f4 = f2 + f3 - f1 （１）
f4 = 2f3 - f2 （２）
ここで、f4は新たに発生する四光波混合光の周波数で、f1，f2およびf3は既存光の周波数である。例えば信号光にf2が配置されるとともに波長f3に励起光成分がある場合においては、式（２）によって得られる波長f4の新たな光が発生する。この波長f4に信号光が配置されている場合には、当該信号光の伝送特性の劣化を引き起こすことになる。
【００１５】
上述のごとき四光波混合光が発生する際の既存の光パワー閾値が非常に低い。即ち、中心波長から離れた励起光成分の光パワーによって、上述のごとき四光波混合が発生することが考えられる。このような四光波混合により新たに発生した四光波混合光と既存の信号光とのビート雑音が光受信機のベースバンド帯域内に入る場合に、パワークロストークよりもはるかに大きな伝送特性劣化を引き起こし、WDM伝送に大きな影響を与える制限要因となる。
【００１６】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置として伝送容量の大容量化を図りつつ線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を抑制することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のラマン増幅器は、情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、上記波長多重信号光および該光源部からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路と、上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段とをそなえるとともに、該光源部にて生成された励起光について、上記波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くして該励起光供給手段に出力するフィルタ手段をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１８】
また、上述のラマン増幅器は、好ましくは、該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光を前方励起光として上記波長多重信号光に合波させる第１光学手段と、該第２励起光源にて生成された上記第２励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第２光学手段とをそなえて構成することもできる。
【００１９】
さらに、該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光とともに上記第２励起光を、後方励起光として上記伝送路に供給する第３光学手段とをそなえて構成してもよい。
【００２０】
また、本発明のラマン増幅器は、情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段と、上記波長多重信号光および該励起光供給手段からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路とをそなえるとともに、該光源部にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２１】
この場合においては、該可変制御手段を、上記励起光の波長について掃引制御または変調制御するように構成してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態を説明する。
（ａ１）第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図であるが、この図１に示すラマン増幅器１Ａは、情報を載せた複数の信号光Ｓ1〜ＳNが波長多重された波長多重信号光をラマン増幅するものであるが、このラマン増幅器１Ａは、例えば、図２に示す光伝送システム１０における光送信機１１，光受信機１３内における増幅器１１ｃ，１３ａとして、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして用いることができるようになっている。
【００２３】
ここで、この光伝送システム１０の光送信機１１は、複数種類の送信信号を電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ(Electric/Optic)変換部１１ａ−１〜１１ａ−ｎ，Ｅ／Ｏ変換部１１ａ−１〜１１ａ−ｎからの送信光信号について合波（波長多重）し、波長多重光信号として出力する合波器１１ｂ，および本発明にかかるラマン増幅器１１ｃをそなえて構成され、ラマン増幅器１１ｃでは合波器１１ｂからの波長多重信号光についてラマン増幅して、伝送路ファイバ１２に送出する。
【００２４】
さらに、伝送路ファイバ１２は、光送信機１１と光受信機１３とを接続し、光送信機１１から送出される光信号について光受信機１３に対して伝送するためのものであって、この伝送路ファイバ１２上には、本発明にかかる少なくとも一つの（図２中においては５つの）増幅器１２ａが介装される。この増幅器１２ａにより、伝送路ファイバ１２を伝送される波長多重光信号が中継増幅されて後段に出力されるようになっているのである。
【００２５】
また、光受信機１３は、本発明にかかるラマン増幅器１３ａをそなえるとともに、分波器１３ｂおよびＯ／Ｅ変換部１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎをそなえ、ラマン増幅着１３ａにて受信増幅された波長多重光信号について分波器１３ｂにて分波（波長分離）した後に、各Ｏ／Ｅ変換部１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎにおいて電気信号に変換する。
【００２６】
ところで、この図1に示すラマン増幅器１Ａは、増幅対象の波長多重光信号の帯域を含んで複数種類の波長が配置された励起光を用いつつ線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を抑制するため、詳細には光源部１ａ，光フィルタ１ｂ，ＷＤＭ合波器１ｃ，光サーキュレータ１ｄおよび光ファイバ１ｅをそなえて構成されている。
【００２７】
ここで、光源部１ａは、波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成するものであるが、この励起光は、Ｍ本の等間隔に配置された波長スペクトルＰ1〜ＰMを有してなるものである（以下、「励起光」に、当該励起光が有する波長スペクトルの記号Ｐ1〜ＰMを付して表記することとする）。
【００２８】
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の励起光ＰQ+1〜ＰMが波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在するようになっている。これにより、ＰQ近傍の波長を持つ励起光およびＳ1近傍の波長を持つ信号光が長波長を持つ信号光（ＰQ近傍の波長またはＳ1近傍の波長から例えば１００ｎｍ長波長側の波長の信号光）に対する励起光として作用する２段階のラマン励起を引き起こし、広帯域化を実現できる。
【００２９】
換言すれば、励起光としては、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの波長帯域内に複数種類の波長ＰQ+1〜ＰMが配置されるとともに、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの波長帯域外に複数種類の波長Ｐ1〜ＰQが配置されている。
ところで、励起光Ｐ1〜ＰMを構成する波長配置としては、例えば図３に示すように、波長１４３０ｎｍ〜１５４０ｎｍ程度の帯域で、１０ｎｍ程度の間隔で１２本（Ｍ＝１２）配置されるとともに、波長多重信号光を構成する波長配置としては、１５３０ｎｍ〜１６４０ｎｍ程度の帯域で、励起光波長帯と重なる部分を除き０．３ｎｍ程度の間隔で配置される。
【００３０】
さらに、図３に示すように、励起光波長帯に重なっている部分においては、上述のごとき０．３ｎｍ程度の間隔に信号光は配置せず、励起光波長を中心として±２．５ｎｍ程度間隔を空ける。具体的には、励起光波長として設定される１５４０ｎｍの近傍の信号光は、短波長側から順に、１５３６．７ｎｍ，１５３７．０ｎｍ，１５３７．３ｎｍ，１５４２．６ｎｍ，１５４２．９ｎｍ，１５４３．２ｎｍ，…，と波長配置することができるようになっている。
【００３１】
換言すれば、波長多重信号光を構成する波長配置としては、励起光波長帯（波長１４３０ｎｍ〜１５４０ｎｍ）を１００ｎｍ程度長波長側にシフトした帯域（１５３０ｎｍ〜１６４０ｎｍ）において、励起光波長と重なる部分を除き０．３ｎｍ程度の間隔で配置する一方、励起光波長として配置されている波長位置近傍については、当該波長を中心として±２．５ｎｍ程度間隔を空けて配置するようになっている。
【００３２】
光フィルタ（光フィルタ手段）１ｂは、例えば誘電体多層膜にて構成され、光源部１ａにて生成された励起光について、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光の波長スペクトル広がりを、波長多重信号光を構成する各信号光のスペクトル間隔と同程度に狭くして後段のＷＤＭ合波器１ｃに出力するものであり、各励起光ＰQ+1〜ＰMの波長スペクトルについて、中心波長を透過特性のピークとする波長方向に単峰性のフィルタ特性を有して構成されている。
【００３３】
具体的には、光フィルタ１ｂは、各励起光ＰQ+1〜ＰM（第１励起光）のスペクトルについて、図４に示すように、波長方向に単峰性又は周期的な特性を有し、中心波長から±１．２５ｎｍにおいて抑圧比約３０ｄＢの特性を有しており、これにより、励起光スペクトル幅を信号光スペクトルの間隔と同程度に低減させて、±２．５ｎｍ程度中心波長が離れて隣接する信号光成分との波長スペクトルの重なりを低減できるようになっている。
【００３４】
換言すれば、上述のごとき励起光波長として配置されている波長位置近傍における信号光を、等間隔配置される波長位置の間隔よりも離して配置することと、光フィルタ１ｂによる励起光スペクトルの広がりを狭める作用とによって、協働して信号光と励起光との重なりを低減している。
ところで、ＷＤＭ合波器１ｃは、光源部１ａからの励起光Ｐ1〜ＰQ（波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光）と、光フィルタ１ｂにて後述のごとく波長スペクトル広がりが狭められた励起光（励起光波長帯域内に配置された第１励起光）ＰQ+1〜ＰMとについて合波（波長多重）するものである。第１光学手段としての光サーキュレータ１ｄは、波長多重された励起光Ｐ1〜ＰMを伝送路としての光ファイバ１ｅに供給するものである。
【００３５】
これにより、伝送路としての光ファイバ１ｅは、上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNおよび光サーキュレータ１ｄからの励起光を伝搬して、波長多重信号光を後方励起によりラマン増幅するもので、図２に示す光伝送システム１０における伝送路ファイバ１２に相当する。なお、上述のＷＤＭ合波器１ｃおよび光サーキュレータ１ｄにより、励起光を伝送路としての光ファイバ１ｅに供給する励起光供給手段として機能する。
【００３６】
上述の構成により、第１実施形態にかかるラマン増幅器１Ａにおいては、図２に示す光伝送システム１０上における増幅器１１ｃ，１３ａ、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして適用されて、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNを励起光Ｐ1〜ＰMによってラマン増幅する。
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては、光フィルタ１ｂによって波長スペクトル幅が低減されて、信号光と励起光の重なりを低減している。
【００３７】
例えば、図２に示す光伝送システムの中継区間（隣接する中継増幅器１２間の光ファイバの長さ）を５０ｋｍ程度とし、中継区間1区間分の光ＳＮ比が約４０ｄＢ程度とした場合に、レーリー散乱による光ＳＮ比の劣化量を０．１ｄＢ以下とするには、レーリー散乱量は信号光パワーに対して−５７ｄＢ以下が必要となる。1波あたりの信号光パワーを−８ｄＢｍ程度、伝送路入力における励起光パワーを＋１７ｄＢｍ（約50 mW）程度とすると、励起光パワーに対するレーリー散乱量は−８２ｄＢ程度以下にする必要がある。
【００３８】
ここで、励起光源に許容される波長帯域を２．５ｎｍとすると、励起光パワーは例えば−２４ｄＢ、レーリー散乱量は−２８ｄＢ程度となる。従って、上述の図４に示すように、中心波長のピークパワーより全幅２．５ｎｍにおけるパワーを−３０ｄＢ程度小さくすれば、レーリー散乱による光ＳＮ比の劣化量を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。
【００３９】
このように、本発明の第1実施形態にかかるラマン増幅器１Ａによれば、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置としつつ、光フィルタ１ｂによって各励起光の波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分との波長の重なりを低減させることができるので、線形クロストークおよび非線形クロストークによる信号光の光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００４０】
なお、上述の第１実施形態において、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光ＰQ+1〜ＰMについては、少なくとも１波が配置されていればよく、また、複数波の励起光を配置してもよい。
（ａ２）第１実施形態の第１変形例の説明
なお、上述の第１実施形態においては、光フィルタ１ｂを誘電体多層膜により構成しているが、この誘電体多層膜の膜の方位性、即ち偏光依存性を解消するために、結晶方向が互いに９０度異なる誘電体多層膜を、励起光の光路方向に直列に配置させて、この２つの誘電体多層膜によって、上述の第１実施形態におけるものと同様のフィルタ特性が得られるように構成してもよい。
【００４１】
例えば、図５に示すラマン増幅器１Ａ−１のように、上述の光フィルタ１ｂとして、上述の結晶方向を励起光の進行方向に対して垂直配置した光フィルタ１ｂａを光源部１ａからの励起光が入射されるようにそなえるとともに、光フィルタ１ｂａの後段に、励起光の進行方向に対して水平配置した光フィルタ１ｂｂをそなえて構成してもよい。
【００４２】
なお、上述の光フィルタ１ｂａ，１ｂｂの配置順序としては、図５に示すものに限定されるものではなく、光フィルタ１ｂｂを光フィルタ１ｂａの前段に配置するように構成してもよい。また、上述の結晶方向が互いに９０度異なる２つの誘電体多層膜については、１モジュール化して構成することも、もちろん可能である。
【００４３】
このような構成のラマン増幅器１Ａ−１によれば、偏光依存性の解消された光フィルタ１ｂによって、前述の第１実施形態におけるものと同様の利点が得られるほか、励起光の偏光依存性を解消することができ、信号光の増幅性能の安定度を向上させることができる。
（ａ３）第１実施形態の第２変形例の説明
図６は本発明の第1実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ａ−２を示すブロック図であり、この図６に示すラマン増幅器１Ａ−２は、前述の図１に示すもの（符号１Ａ参照）に比して、励起光による励起態様が異なったものであり、光フィルタ１ｂにより、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くすることができる点については同様である。
【００４４】
すなわち、この図６に示すラマン増幅器１Ａ−２は、光源部１ａ−１，１ａ−２，光フィルタ１ｂ，光サーキュレータ１ｄ，光ファイバ１ｅおよび合波器１ｆをそなえて構成されている。なお、図６中、図１と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。
すなわち、第２励起光源としての光源部１ａ−１は波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光Ｐ1〜ＰQを生成するものであるが、この光源部１ａ−１からの励起光Ｐ1〜ＰQは、光サーキュレータ１ｄを介して光ファイバ１ｅを伝搬するようになっている。なお、励起光Ｐ1〜ＰQの伝搬方向は信号光Ｓ1〜ＳNの伝搬方向とは逆の方向である。すなわち、励起光Ｐ1〜ＰQによって信号光Ｓ1〜ＳNを後方励起する。
【００４５】
さらに、第１励起光源としての光源部１ａ−２は波長多重信号光の波長帯域内に配置された第１励起光ＰQ+1〜ＰMを生成して光フィルタ１ｂに出力するものであるが、光フィルタ１ｂは、この光源部１ａ−２からの各励起光ＰQ+1〜ＰMの波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分との波長の重なりを低減させるようになっている。
【００４６】
また、合波器１ｆは、光フィルタ１ｂにて波長スペクトル幅が狭くされ信号光成分との波長の重なりが低減された各励起光ＰQ+1〜ＰMと、伝送すべき信号光Ｓ1〜ＳNとを合波して、光ファイバ１ｅに出力するものである。なお、励起光ＰQ+1〜ＰMの伝搬方向は信号光Ｓ1〜ＳNの伝搬方向と同一の方向である。換言すれば、励起光Ｐ1〜ＰQによって信号光Ｓ1〜ＳNを前方励起する。
【００４７】
したがって、上述の合波器１ｆは、光フィルタ１ｂにてスペクトル広がりが狭くされた第１励起光を前方励起光として波長多重信号光に合波させる第２光学手段として機能し、光サーキュレータ１ｄは、光源部１ａ−１にて生成された第２励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光として光ファイバ１ｅに供給する第３光学手段として機能する。
【００４８】
このような構成により、図６に示すラマン増幅器１Ａ−２においては、後方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび前方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって信号光が増幅されるが、光フィルタ１ｂにより、信号光と励起光を合波する前段において、励起光スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分の波長重なりを低減させる。
【００４９】
したがって、第１実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ａ−２においても、前述の第１実施形態の場合と同様に、励起光のレーリー散乱による信号光の光ＳＮ比劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
また、上述の図６に示す場合のほか、図７に示すラマン増幅器１Ａ−３のように、光源部１ａ−１からの励起光Ｐ1〜ＰQを光ファイバ１ｅに供給する第２光学手段としての機能部分を、光サーキュレータ１ｄの代わりにＷＤＭ合波器１ｄ−２を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
【００５０】
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２ａにおいては、中継増幅器１２ａにおける信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および光フィルタ１ｂをそなえて構成してもよい。
（ｂ１）第２実施形態の説明
図８は本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂを示すブロック図であり、この図８に示すラマン増幅器１Ｂは、前述の第１実施形態の場合と同様に、波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が励起光として配置されて、ＳＮ比を低減させながら広帯域のラマン増幅を行なうことができるものであって、光源部１ａ−１，１ａ−２，ＷＤＭ合波器１ｃ，光サーキュレータ１ｄ，光ファイバ１ｅおよび周波数掃引回路２をそなえて構成されている。
【００５１】
ここで、第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂは、前述の第１実施形態におけるもの（符号１Ａ参照）に比して、光フィルタ１ｂを光サーキュレータの前段に介装せずに、波長多重信号光の帯域内に配置された励起光の波長について掃引する周波数掃引回路２をそなえている点が異なっている。
また、第２実施形態におけるラマン増幅器１Ｂの光源部１ａ−１，１ａ−２は、例えば励起光のとして波長配置される本数（Ｍ−Ｐ）分の励起光源と、励起光源からの励起光を合波する合波器とをそなえて構成されている。更に、励起光源としては、図９に示すように、電流によって駆動されてレーザ光を発光するＬＤチップ３，ＬＤチップ３にて発光されたレーザ光を集光して後段の光ファイバ５に供給するレンズ４およびファイバグレーティング部５ａを有してなる光ファイバ５をそなえて構成されている。
【００５２】
さらに、レンズ４側のＬＤチップ３の端面には無反射部材３ａが、レンズ４の反対側の端面には高反射部材３ｂがそれぞれコーティングされている。これにより、光源部１ａ−１，１ａ−２では、ＬＤチップ３にて発光されたレーザ光が高反射部材３ｂおよびファイバグレーティング部５ａとの間の光路間において共振することにより、ファイバグレーティング部５ａにて特定の周波数の励起光を出力できるようになっている。
【００５３】
なお、ファイバグレーティング部５ａの伸縮動作または曲げ動作や、ファイバグレーティング部５ａの部材温度を制御することによって、グレーティング５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を変化させることが可能である。
ここで、周波数掃引回路２は、光源部１ａ−２にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段として機能するものであって、例えば図１０（ａ）に示すように、光源部１ａ−２におけるファイバグレーティング部５ａを伸張制御するファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成されている。
【００５４】
このファイバグレーティング伸張制御部２ａは、ファイバグレーティング部５ａの伸張制御による出力励起光の波長変化の特性を利用して、ファイバグレーティングを伸張制御することにより、例えば図１１に示すように励起光を掃引制御するようになっている。
すなわち、この図１１に示すように、励起光周波数を掃引することによって、ファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。具体的には、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分、励起光周波数を線形に増加制御するようになっている。
【００５５】
さらに、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる励起光の掃引周波数としては、励起光のモード間隔よりも小さくなるように設定されており、これにより、掃引した場合に隣接モードにより生じる四光波混合光と重なることを低減することができる。例えば励起光としては図１２に示すようなスペクトルを有している。この図１２に示す励起光のモード間隔（例えば図１２の符号Ａ参照）は約０．３ｎｍであり、励起光掃引周波数はモード間隔以下の０．３ｎｍ以下とすれば、隣接モードにより生じる四光波混合を低減することができる。
【００５６】
上述の構成により、本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器においても、図２に示す光伝送システム１０上における増幅器１１ｃ，１３ａ、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして適用されて、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNを励起光Ｐ1〜ＰMによってラマン増幅する。
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減することができる。
【００５７】
なお、上述の励起光周波数を増加させる基準となる周波数としては、前述の第１実施形態の場合励起光ＰQ+1〜ＰMとして配置される周波数を基準として±０．１５ｎｍ程度の範囲で変化させることが好ましい。
このように、本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂによれば、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減して光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００５８】
なお、上述の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂにおいては、周波数掃引回路２としてファイバグレーティング伸張制御部２ａにてファイバグレーティング部５ａを伸張制御することにより、光源部１ａ−２にて生成される励起光の周波数を可変制御しているが、本発明によればこれに限定されず、周波数掃引回路２を、例えば図１０（ｂ），図１０（ｃ）または図１０（ｄ）に示すように構成してもよく、このようにしても上述の第2実施形態の場合と同様の利点が得られる。
【００５９】
すなわち、周波数掃引回路２を図１０（ｂ）に示すファイバグレーティング温度制御部２ｂにより構成することにより、このファイバグレーティング温度制御部２ｂによるファイバグレーティング部５ａの部材温度の制御を通じて、ファイバグレーティング部５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を前述の図１１と同様に変化させるのである。
【００６０】
また、周波数変換回路２を図１０（ｃ）に示すファイバグレーティング曲げ制御部２ｃにより構成することにより、このファイバグレーティング曲げ制御部２ｃによるファイバグレーティング部５ａの曲げ制御を通じて、ファイバグレーティング部５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を前述の図１１と同様に変化させるのである。
【００６１】
さらに、周波数変換回路２としては、図１０（ｄ）に示すようにチップ温度制御部２ｄにより構成してもよい。即ち、チップ温度制御部２ｄにより光源部１ａ−２のＬＤチップ３の部材温度を制御することによって、出力される励起光の周波数を前述の図１１の場合と同様に変化させることができるのである。
（ｂ２）第2実施形態の第１変形例の説明
上述の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂにおいて、光源部１ａ−１，１ａ−２は、配置される励起光周波数の数に応じて設けられた励起光源および合波器をそなえて構成されているが、この励起光源の構成としては、図９の構成のほかに、例えば図１３に示すように、ＬＤチップ３Ａ，レンズ４および光ファイバ５Ａをそなえて構成することもできる。
【００６２】
ここで、この図１３に示す励起光源におけるＬＤチップ３Ａの活性層にはグレーティング３ｃが形成され、このグレーティング３ｃにより、前述の図９におけるファイバグレーティング部５と同様の機能を持たせている。即ち、ＬＤチップ３Ａにて発光されたレーザ光がＬＤチップ３Ａ内において共振することにより、光ファイバ５Ａにて特定の周波数の励起光を出力できるようになっている。
【００６３】
この図１３に示すような励起光源をそなえてなる光源部１ａ−２からの励起光周波数について掃引する周波数掃引回路２としては、例えば図１４（ａ）に示す駆動電流制御部２ｅにより構成してもよい。即ち、この駆動電流制御部２ｅは、光源部１ａ−２を構成する励起光源７のＬＤチップ３Ａの駆動電流を制御するものであり、これにより、例えば前述の図１１の場合と同様に励起光を掃引できるようになっている。
【００６４】
さらに、光源部１ａ−２からの励起光周波数について掃引する周波数掃引回路２としては、図１４（ａ）に示すもの（符号２ｅ参照）のほか、図１４（ｂ）に示す温度制御部２ｆにより構成してもよい。即ち、この図１４（ｂ）に示す温度制御部２ｆは、上述のＬＤチップ３Ａの部材温度を制御するものであり、これにより、例えば前述の図１１の場合と同様に励起光を掃引できるようになっている。
【００６５】
なお、図１４（ａ），図１４（ｂ）において、８は光源部１ａ−２を構成する合波器である。
したがって、このような構成のラマン増幅器においても、周波数掃引回路２としての駆動電流制御部２ｅまたは温度制御部２ｆによる制御を通じて、波長光多重信号光と帯域が混在する励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なうことができるので、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、上述の第２実施形態の場合と同様の利点を得ることができる。
（ｂ３）第２実施形態の第２変形例の説明
図１５は本発明の第２実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ｂ−２を示すブロック図であり、この図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２は、前述の図８に示すもの（符号１Ｂ参照）に比して、励起光による励起態様が異なったものであり、周波数掃引回路２の配置もこれに伴って前述の図８と異なっている。
【００６６】
ここで、この図６に示すラマン増幅器１Ｂ−２は、前述の図７に示すものと同様に、第１励起光ＰQ+1〜ＰMは前方励起光とする一方、第２励起光Ｐ1〜ＰQについては後方励起光とするように、光源部１ａ−１，１ａ−２が配置されている。なお、図１５中、図７又は図８と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。ここで、光源部１ａ−２を構成する励起光源については前述の図９の場合と同様に構成され、周波数掃引回路２については前述の図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成される。これにより、ファイバグレーティング部５ａの伸張制御による出力励起光の波長変化の特性を利用して、例えば図１１に示すように励起光が掃引されるようにファイバグレーティングを伸張制御できるようになっている。
【００６７】
すなわち、図１１に示すように、励起光周波数を掃引した時のファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。換言すれば、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば後述するように０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分、励起光周波数を線形に増加制御するようになっている。
【００６８】
このような構成により、図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２においては、後方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび前方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって波長多重信号光をラマン増幅する。このとき、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を掃引制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させている。
【００６９】
したがって、第２実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ｂ−２においても、前述の第２実施形態の場合と同様、ファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を掃引制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００７０】
なお、上述の周波数掃引回路２としては、図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａのほかに、前述の図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）または図１４（ａ），図１４（ｂ）に示すように構成してもよい（符号２ｂ〜２ｆ参照）。
また、上述の図１５に示す場合のほか、合波器１ｄ−２としての機能を光サーキュレータ１ｄ（図６参照）を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
【００７１】
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２においては、中継増幅器１２における信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および周波数掃引回路２をそなえて構成してもよい。
（ｃ）第３実施形態の説明
図１６は本発明の第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃを示すブロック図であり、この図１６に示すラマン増幅器１Ｃは、前述の図８に示すラマン増幅器１Ｂに比して、励起光周波数を変化させる態様が異なっており、それ以外の構成については、図８の場合と基本的に同様である。
【００７２】
すなわち、この図１６に示すラマン増幅器１Ｃにおいては、前述の図８に示すラマン増幅器１Ｂと同様に、第１励起光ＰQ+1〜ＰMおよび第２励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とするように、光源部１ａ−１，１ａ−２が配置されている。なお、図１６中、図８と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。また、光源部１ａ−２を構成する励起光源については前述の図９に示す構成を有している。
【００７３】
ここで、周波数変調回路２Ａは、光源部１ａ−２にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段として機能するもので、前述の図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成される。これにより、光源部１ａ−２を構成する励起光源のファイバグレーティング部５ａ（図９参照）を伸張制御して、図１７に示すように励起光を変調させている。
【００７４】
すなわち、図１１に示すように、励起光周波数を変調した時のファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。換言すれば、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分で、励起光周波数を正弦波変調制御するようになっている。
【００７５】
なお、上述の励起光周波数の変調態様としては、正弦波のほか、三角波等のごとく周期的に励起光を変調するものであればよい。
このような構成により、図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２においては、前方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび後方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって波長多重信号光をラマン増幅する。このとき、周波数変調回路２Ａとしてのファイバグレーティング伸張制御部２ａにより励起光を正弦波変調制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させている。
【００７６】
また、光源部１ａ−２にて生成される励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、周波数変調回路２Ａとしてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の正弦波変調を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減することができる。
【００７７】
さらに、上述の変調周波数はモード間隔よりも小さくなるように設定することにより、掃引した場合に隣接モードにより生じる四光波混合光と重なることを低減することができる。例えば励起光としては前述の図１２に示すようなスペクトルを有している。この図１２に示す励起光のモード間隔（例えば図１２の符号Ａ参照）は約０．３ｎｍであり、励起光変調周波数を上述のごときモード間隔以下の０．３ｎｍ以下とすれば、隣接モードにより生じる四光波混合を低減することができる。
【００７８】
したがって、第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃにおいても、前述の第２実施形態の場合と同様、ファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を変調制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００７９】
なお、上述の第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃにおいては、励起光Ｐ1〜ＰMを後方励起光として用いるように構成されているが、本発明によればこれに限定されず、例えば図１８に示すように、光源部１ａ−２からの励起光（波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっている励起光）を前方励起光として用いるようにしてもよく、このようにしても上述の第３実施形態の場合と同様の利点が得られることはいうまでもない。
【００８０】
また、上述の第３実施形態においては、周波数変調回路２Ａによる変調態様として正弦波変調を行なう例について示したが、少なくとも同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧できる限りにおいて、その他の変調手法を用いることも可能である。
さらに、上述の周波数変調回路２Ａとしては、図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａのほかに、前述の図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）または図１４（ａ），図１４（ｂ）に示すように構成してもよい（符号２ｂ〜２ｆ参照）。
【００８１】
また、上述の図１５に示す場合のほか、合波器１ｄ−２としての機能を光サーキュレータ１ｄ（図６参照）を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２においては、中継増幅器１２における信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および周波数変調回路２Ａをそなえて構成してもよい。
（ｄ）その他
上述の第２，第３実施形態においては、周波数掃引回路２，周波数変調回路２Ａによる掃引制御，変調制御を行なう場合について詳述したが、本発明によれば、少なくとも同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧できる限りにおいて、公知の励起光可変制御手法を用いることも可能である。
【００８２】
上述の各実施形態においては、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在する励起光ＰQ+1〜ＰMとして複数の場合について詳述したが、本発明によれば、少なくとも一本の励起光が波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在していればよく、このような場合においても、各実施形態の場合と同様の利点がある。
さらに、第１ないし第３実施形態では、ラマン増幅を行なう伝送路に対して信号光帯域の外にある励起光Ｐ1〜ＰQと、信号光の帯域の中にある励起光ＰQ+1〜ＰMとを図２６（ｃ）、（ｄ）の関係で説明したが（図中においてはＰ1−ＰQ，ＰQ+1〜ＰMと表記）、図２６（ａ），（ｂ），（ｅ）ないし（ｉ）のような励起光源の配置関係でもよい。
【００８３】
すなわち、上述の第１ないし第３実施形態においては、図２６（ｃ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方励起光としたり、図２６（ｄ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて後方励起光を用いることとしているが、この他、図２６（ａ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて前方励起光を用いることとしたり、図２６（ｂ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを後方励起光としたりすることができる。
【００８４】
さらに、図２６（ｅ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方及び後方励起光を用いつつ励起光ＰQ+1〜ＰMを前方励起光としたり、図２６（ｆ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方及び後方励起光を用いつつ励起光ＰQ+1〜ＰMを後方励起光としたり、図２６（ｇ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方および後方励起光を用いることとしたり、図２６（ｈ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方及び後方励起光を用いることとしたり、図２６（ｉ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて前方及び後方励起光を用いることとしたりすることもできる。
【００８５】
また、上述した実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することも可能である。
さらに、上述のごとく開示された各実施形態によって、本願発明にかかるラマン増幅器を製造することは可能である。
（ｅ）付記
（付記１） 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記波長多重信号光および該光源部からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段とをそなえるとともに、
該光源部にて生成された励起光について、上記波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くして該励起光供給手段に出力するフィルタ手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。
【００８６】
（付記２） 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光と、該第２励起光源からの上記第２励起光とを合波する合波器と、該合波器にて合波された励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第１光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、請求項１記載のラマン増幅器。
【００８７】
（付記３） 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光を前方励起光として上記波長多重信号光に合波させる第２光学手段と、該第２励起光源にて生成された上記第２励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第３光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、付記１記載のラマン増幅器。
【００８８】
（付記４） 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段と、
上記波長多重信号光および該励起光供給手段からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路とをそなえるとともに、
該光源部にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。
【００８９】
（付記５） 該可変制御手段が、上記励起光の波長について掃引制御または変調制御するように構成されたことを特長とする、付記４記載のラマン増幅器。（付記６） 該光フィルタ手段が、上記励起光のスペクトル広がりを上記各信号光のスペクトルと同程度に狭くするように構成されたことを特徴とする、付記１記載のラマン増幅器。
【００９０】
（付記７） 該光フィルタ手段が、偏光依存性を打ち消しあう方向で直列に配置された光フィルタにより構成されたことを特徴とする、付記１〜３および６のいずれか一項記載のラマン増幅器。
（付記８） 上記励起光が、上記波長多重信号光の波長帯域内に複数種類の波長が周期的に配置されるとともに、該光フィルタ手段が、上記励起光の配置間隔に対応した周期的なフィルタ特性を有するように構成されたことを
特徴とする、付記１〜３，６および７のいずれか一項記載のラマン増幅器。
【００９１】
（付記９） 該可変制御手段よる上記励起光の掃引または変調の周波数を、励起光のモード間隔よりも小さくなるように設定されたことを特徴とする、付記５記載のラマン増幅器。
（付記１０） 上記励起光が、上記波長多重信号光の波長帯域内に複数種類の波長が配置されるとともに、上記波長多重信号光の波長帯域外に複数種類の波長が配置されたことを特徴とする、付記１〜９のいずれか一項記載のラマン増幅器。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のラマン増幅器によれば、フィルタ手段により、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置としつつ、各励起光の波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分との波長の重なりを低減させることができるので、線形クロストークおよび非線形クロストークによる信号光の光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００９３】
また、可変制御手段により、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２】本実施形態にて適用される光伝送システムを示すブロック図である。
【図３】励起光および一部の信号光の波長配置例を示す図である。
【図４】光フィルタの特性を示す図である。
【図５】第１実施形態の第１変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図７】第１実施形態の第３変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図９】第２実施形態におけるラマン増幅器を構成する光源部の要部を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）は第２実施形態における光源部の要部を示すブロック図、（ｂ）〜（ｄ）は第２実施形態の変形例における光源部の要部を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態におけるラマン増幅器の掃引制御を説明するための図である。
【図１２】励起光のモード間隔を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態の変形例におけるラマン増幅器を構成する光源部の要部を示すブロック図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）はいずれも第２実施形態の変形例における光源部の要部を示すブロック図である。
【図１５】第２実施形態の変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１７】第３実施形態におけるラマン増幅器の変調制御を説明するための図である。
【図１８】第３実施形態の変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１９】従来のラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２０】従来のラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２１】従来のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置の関係を示す図である。
【図２２】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置とした例を示す図である。
【図２３】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置とした例を示す図である。
【図２４】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置としてラマン増幅を行なった場合の、レーリー散乱光の影響を説明する図である。
【図２５】四光波混合が発生する波長配置を説明する図である。
【図２６】（ａ）〜（ｉ）はいずれも本実施形態の変形例としてのラマン増幅器の励起態様を説明する図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ａ−１，１Ａ−２，１Ａ−３，１Ｂ，１Ｂ−２，１Ｃ ラマン増幅器
１ａ，１ａ−１，１ａ−２ 光源部
１ｂ，１ｂａ，１ｂｂ 光フィルタ
１ｃ ＷＤＭ合波器
１ｄ 光サーキュレータ
１ｄ−２ ＷＤＭ合波器
１ｅ 光ファイバ
１ｆ ＷＤＭ合波器
２ 周波数掃引回路
２ａ ファイバグレーティング伸張制御部
２ｂ ファイバグレーティング温度制御部
２ｃ ファイバグレーティング曲げ制御部
２ｄ チップ温度制御部
２ｅ 駆動電流制御部
２ｆ 温度制御部
２Ａ 周波数変調回路
３，３Ａ ＬＤ(Laser Diode)チップ
３ａ 無反射部材
３ｂ 高反射部材
３ｃ グレーティング
４ レンズ
５，５Ａ 光ファイバ
５ａ ファイバグレーティング部
７ 励起光源
８ 合波器
１０ 光伝送システム
１１ 光送信機
１１ａ−１〜１１ａ―ｎ Ｅ／Ｏ変換部
１１ｂ 合波器
１１ｃ ラマン増幅器
１２ 伝送路ファイバ（光ファイバ）
１２ａ 中継増幅器（ラマン増幅器）
１３ａ ラマン増幅器
１３ｂ 分波器
１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎ Ｏ／Ｅ変換部
１００Ａ，１００Ｂ ラマン増幅器
１０１ 励起光源
１０１ａ 幅
１０１ｂ 帯域
１０２Ａ 合波器
１０２Ｂ 光サーキュレータ
１０３ 光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて用いて好適な、ラマン増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、retiming（リタイミング）、reshaping（リシェイピング）およびregenerating（リジェネレイティング）を行なう光再生中継器を用いて伝送を行っていた。現在では光信号を電気信号に変換することなく増幅して中継する光増幅器の実用化が進んできており、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。
【０００３】
すなわち、このような光伝送システムにて用いられている光再生中継器を、上述のごとき線形中継器としての光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
また、近年のネットワークを介して伝送される情報量の増加に伴って、光伝送システムの大容量化が要求されているが、このような光伝送システムの大容量化を実現する手法のひとつとして、１つの伝送路に２つ以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（WDM：Wavelength Division Multiplex）光伝送方式が注目されている。
【０００４】
WDM光伝送方式と光増幅中継伝送方式とを組み合わせたWDM光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いて２つ以上の異なる波長を持つ光信号を電気信号に変換することなく一括して増幅することが可能であり、簡素で低コストな構成で、大容量かつ長距離伝送を実現することが可能である。
ところで、上述の光増幅中継伝送システムの中継器としては、例えばエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が一般的に用いられている。EDFAの利得波長帯域としては、例えば１．５５μm帯(C-band)が用いられ、また、利得帯域を長波長へシフトしたGS-EDFA (Gain shifted-EDFA)の利得波長帯域は１．５８μm帯(L-band)が用いられる。上述のEDFA，GS-EDFAいずれにおいても３０ｎｍ以上の波長帯域幅があり、C-bandおよびL-band向け合分波器を用いて2つの信号光波長帯域を併用することにより、６０ｎｍ以上の帯域を実現することも可能である。
【０００５】
ところで、大容量長距離伝送システムを実現するためには信号光波長帯域幅の拡大が重要であるが、この広帯域化を実現するために、近年、ラマン（Raman）散乱を利用するラマン増幅器を中継器として適用することが盛んに検討されている。
ラマン増幅は、光ファイバに励起光を与えることにより、その励起光の波長よりも長波長側に利得が得られるものである。励起光を与える光ファイバの組成によって、例えば、励起光周波数よりも約１３．２ＴＨｚ小さい周波数を利得ピーク光周波数とすることができる。波長に換算すると、例えば、１．４５μｍ帯の励起光波長に対し、そのラマン利得ピーク波長は約１００ｎｍシフトとした１．５５μｍ帯とすることができるのである。
【０００６】
ラマン増幅において要求された信号光波長において増幅機能を実現するためには、このようなラマンシフト周波数を考慮して励起光波長を設定することが重要であるが、異なる発振中心波長を持つ複数の励起光を用いることにより、ラマン増幅の利得波長特性を平坦化することも可能である。
たとえば、ラマン増幅器において、「Y. Emori、 et al.， “100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes”， OFC’99， PD19， 1999.」でも示されているように、励起光パワーおよびその発振波長を調整することにより、その利得波長帯域幅として１００ｎｍ程度を確保している。
【０００７】
図１９，図２０は従来のラマン増幅器を示すブロック図であり、図１９に示すラマン増幅器１００Ａは励起光源１０１，合波器１０２Ａおよび光ファイバ１０３をそなえて構成され、図２０に示すラマン増幅器１００Ｂは図１９に示すラマン増幅器１００Ａと同様の励起光源１０１および光ファイバ１０３をそなえるとともに、光サーキュレータ１０２Ｂをそなえて構成されている。
【０００８】
ここで、この図１９または図２０に示すラマン増幅器１００Ａ，１００Ｂにおいて、励起光源１０１は互いに異なる波長を有する励起光Ｐ1〜ＰKを生成し、合波器１０２Ａまたは光サーキュレータ１０２Ｂは上述の励起光Ｐ1〜ＰKを信号光Ｓ1〜ＳLとは逆の方向で光ファイバ１０３上に伝搬させる。これにより、信号光Ｓ1〜ＳLは、励起光源１０１にて生成された励起光Ｐ1〜ＰKにて後方励起されラマン増幅され、上述の合波器１０２Ａまたは光サーキュレータ１０２Ｂを通じて出力される。
【０００９】
また、上述のラマン増幅器１００Ａ，１００Ｂにおける信号光Ｓ1〜ＳLおよび励起光Ｐ1〜ＰKは、図２１に示すような波長配置の関係を有している。即ち、この図２１に示すように、信号光波長帯域と励起光波長帯域とが互いに混在しないように波長が配置されるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のラマン増幅器において、伝送容量のさらなる大容量化を図るためには、信号光波長帯域幅を拡大させることが必要であるが、このために、例えば図２２に示すように信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置とすることが考えられる。即ち、この図２２に示す波長配置においては、Ｍ本の励起光の波長スペクトル（以下、単にスペクトルという場合がある）Ｐ1〜ＰMのうちの一部の励起光のスペクトルＰQ+1〜ＰMが、信号光のスペクトルＳ1〜ＳNのうちの一部の信号光のスペクトルＳ1〜ＳRの帯域内に混在した波長配置となっている。
【００１１】
しかしながら、上述のごとき信号光および励起光がある帯域内において混在させる配置とした場合には、以下に示すような線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を引き起こすという課題がある。
すなわち、励起光Ｐ1〜ＰMの波長スペクトルは、図２３におけるＰM-1に例示されるように、中心波長ＰM-1の長波長側および短波長側に幅１０１ａを有しているため、信号光波長と励起光波長が混在して配置される帯域１０１ｂにおいては、信号光波長として配置される波長に、励起光の波長スペクトルと広く重なってしまう。
【００１２】
この場合において、図２４に示すように、図２０に示すラマン増幅器１００Ｂと同様の後方励起によるラマン増幅を行なうと、信号光と重なった励起光波長のレーリー散乱光が信号光と同一方向に伝搬することにより信号光の雑音光となり、線形クロストークによって信号光の光SN比を劣化させる。前方励起の場合においても、図２３のように励起光波長の帯域が信号光の帯域の一部と重なっている場合には、励起光が信号光と同方向に進むため、励起光波長と重なり、上述の場合と同様に線形クロストークによって、信号光の光SN比を劣化させる。
【００１３】
さらに、励起光に波長スペクトルが重なった信号光は、以下のような非線形クロストークによっても光ＳＮ比が著しく低下する。
すなわち、励起光パワーが非常に大きいため、信号光と励起光の間および励起光同士の間で四光波混合が生じる。具体的には、ラマン増幅の励起光は信号光に比べると非常に大きいので、信号光と励起光間で四光波混合が生じ、以下に示す非線形クロストークによる伝送特性を引き起こす。
【００１４】
四光波混合は，光周波数の混合により新たに発生する光であり，以下の式（１）又は式（２）に示す条件式を満足する(図２５参照)。
f4 = f2 + f3 - f1 （１）
f4 = 2f3 - f2 （２）
ここで、f4は新たに発生する四光波混合光の周波数で、f1，f2およびf3は既存光の周波数である。例えば信号光にf2が配置されるとともに波長f3に励起光成分がある場合においては、式（２）によって得られる波長f4の新たな光が発生する。この波長f4に信号光が配置されている場合には、当該信号光の伝送特性の劣化を引き起こすことになる。
【００１５】
上述のごとき四光波混合光が発生する際の既存の光パワー閾値が非常に低い。即ち、中心波長から離れた励起光成分の光パワーによって、上述のごとき四光波混合が発生することが考えられる。このような四光波混合により新たに発生した四光波混合光と既存の信号光とのビート雑音が光受信機のベースバンド帯域内に入る場合に、パワークロストークよりもはるかに大きな伝送特性劣化を引き起こし、WDM伝送に大きな影響を与える制限要因となる。
【００１６】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置として伝送容量の大容量化を図りつつ線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を抑制することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のラマン増幅器は、情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、上記波長多重信号光および該光源部からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路と、上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段とをそなえるとともに、該光源部にて生成された励起光について、上記波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くして該励起光供給手段に出力するフィルタ手段をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１８】
また、上述のラマン増幅器は、好ましくは、該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光を前方励起光として上記波長多重信号光に合波させる第１光学手段と、該第２励起光源にて生成された上記第２励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第２光学手段とをそなえて構成することもできる。
【００１９】
さらに、該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光とともに上記第２励起光を、後方励起光として上記伝送路に供給する第３光学手段とをそなえて構成してもよい。
【００２０】
また、本発明のラマン増幅器は、情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段と、上記波長多重信号光および該励起光供給手段からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路とをそなえるとともに、該光源部にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２１】
この場合においては、該可変制御手段を、上記励起光の波長について掃引制御または変調制御するように構成してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態を説明する。
（ａ１）第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図であるが、この図１に示すラマン増幅器１Ａは、情報を載せた複数の信号光Ｓ1〜ＳNが波長多重された波長多重信号光をラマン増幅するものであるが、このラマン増幅器１Ａは、例えば、図２に示す光伝送システム１０における光送信機１１，光受信機１３内における増幅器１１ｃ，１３ａとして、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして用いることができるようになっている。
【００２３】
ここで、この光伝送システム１０の光送信機１１は、複数種類の送信信号を電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ(Electric/Optic)変換部１１ａ−１〜１１ａ−ｎ，Ｅ／Ｏ変換部１１ａ−１〜１１ａ−ｎからの送信光信号について合波（波長多重）し、波長多重光信号として出力する合波器１１ｂ，および本発明にかかるラマン増幅器１１ｃをそなえて構成され、ラマン増幅器１１ｃでは合波器１１ｂからの波長多重信号光についてラマン増幅して、伝送路ファイバ１２に送出する。
【００２４】
さらに、伝送路ファイバ１２は、光送信機１１と光受信機１３とを接続し、光送信機１１から送出される光信号について光受信機１３に対して伝送するためのものであって、この伝送路ファイバ１２上には、本発明にかかる少なくとも一つの（図２中においては５つの）増幅器１２ａが介装される。この増幅器１２ａにより、伝送路ファイバ１２を伝送される波長多重光信号が中継増幅されて後段に出力されるようになっているのである。
【００２５】
また、光受信機１３は、本発明にかかるラマン増幅器１３ａをそなえるとともに、分波器１３ｂおよびＯ／Ｅ変換部１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎをそなえ、ラマン増幅着１３ａにて受信増幅された波長多重光信号について分波器１３ｂにて分波（波長分離）した後に、各Ｏ／Ｅ変換部１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎにおいて電気信号に変換する。
【００２６】
ところで、この図1に示すラマン増幅器１Ａは、増幅対象の波長多重光信号の帯域を含んで複数種類の波長が配置された励起光を用いつつ線形クロストークおよび非線形クロストークによる伝送特性の劣化を抑制するため、詳細には光源部１ａ，光フィルタ１ｂ，ＷＤＭ合波器１ｃ，光サーキュレータ１ｄおよび光ファイバ１ｅをそなえて構成されている。
【００２７】
ここで、光源部１ａは、波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成するものであるが、この励起光は、Ｍ本の等間隔に配置された波長スペクトルＰ1〜ＰMを有してなるものである（以下、「励起光」に、当該励起光が有する波長スペクトルの記号Ｐ1〜ＰMを付して表記することとする）。
【００２８】
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の励起光ＰQ+1〜ＰMが波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在するようになっている。これにより、ＰQ近傍の波長を持つ励起光およびＳ1近傍の波長を持つ信号光が長波長を持つ信号光（ＰQ近傍の波長またはＳ1近傍の波長から例えば１００ｎｍ長波長側の波長の信号光）に対する励起光として作用する２段階のラマン励起を引き起こし、広帯域化を実現できる。
【００２９】
換言すれば、励起光としては、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの波長帯域内に複数種類の波長ＰQ+1〜ＰMが配置されるとともに、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの波長帯域外に複数種類の波長Ｐ1〜ＰQが配置されている。
ところで、励起光Ｐ1〜ＰMを構成する波長配置としては、例えば図３に示すように、波長１４３０ｎｍ〜１５４０ｎｍ程度の帯域で、１０ｎｍ程度の間隔で１２本（Ｍ＝１２）配置されるとともに、波長多重信号光を構成する波長配置としては、１５３０ｎｍ〜１６４０ｎｍ程度の帯域で、励起光波長帯と重なる部分を除き０．３ｎｍ程度の間隔で配置される。
【００３０】
さらに、図３に示すように、励起光波長帯に重なっている部分においては、上述のごとき０．３ｎｍ程度の間隔に信号光は配置せず、励起光波長を中心として±２．５ｎｍ程度間隔を空ける。具体的には、励起光波長として設定される１５４０ｎｍの近傍の信号光は、短波長側から順に、１５３６．７ｎｍ，１５３７．０ｎｍ，１５３７．３ｎｍ，１５４２．６ｎｍ，１５４２．９ｎｍ，１５４３．２ｎｍ，…，と波長配置することができるようになっている。
【００３１】
換言すれば、波長多重信号光を構成する波長配置としては、励起光波長帯（波長１４３０ｎｍ〜１５４０ｎｍ）を１００ｎｍ程度長波長側にシフトした帯域（１５３０ｎｍ〜１６４０ｎｍ）において、励起光波長と重なる部分を除き０．３ｎｍ程度の間隔で配置する一方、励起光波長として配置されている波長位置近傍については、当該波長を中心として±２．５ｎｍ程度間隔を空けて配置するようになっている。
【００３２】
光フィルタ（光フィルタ手段）１ｂは、例えば誘電体多層膜にて構成され、光源部１ａにて生成された励起光について、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光の波長スペクトル広がりを、波長多重信号光を構成する各信号光のスペクトル間隔と同程度に狭くして後段のＷＤＭ合波器１ｃに出力するものであり、各励起光ＰQ+1〜ＰMの波長スペクトルについて、中心波長を透過特性のピークとする波長方向に単峰性のフィルタ特性を有して構成されている。
【００３３】
具体的には、光フィルタ１ｂは、各励起光ＰQ+1〜ＰM（第１励起光）のスペクトルについて、図４に示すように、波長方向に単峰性又は周期的な特性を有し、中心波長から±１．２５ｎｍにおいて抑圧比約３０ｄＢの特性を有しており、これにより、励起光スペクトル幅を信号光スペクトルの間隔と同程度に低減させて、±２．５ｎｍ程度中心波長が離れて隣接する信号光成分との波長スペクトルの重なりを低減できるようになっている。
【００３４】
換言すれば、上述のごとき励起光波長として配置されている波長位置近傍における信号光を、等間隔配置される波長位置の間隔よりも離して配置することと、光フィルタ１ｂによる励起光スペクトルの広がりを狭める作用とによって、協働して信号光と励起光との重なりを低減している。
ところで、ＷＤＭ合波器１ｃは、光源部１ａからの励起光Ｐ1〜ＰQ（波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光）と、光フィルタ１ｂにて後述のごとく波長スペクトル広がりが狭められた励起光（励起光波長帯域内に配置された第１励起光）ＰQ+1〜ＰMとについて合波（波長多重）するものである。第１光学手段としての光サーキュレータ１ｄは、波長多重された励起光Ｐ1〜ＰMを伝送路としての光ファイバ１ｅに供給するものである。
【００３５】
これにより、伝送路としての光ファイバ１ｅは、上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNおよび光サーキュレータ１ｄからの励起光を伝搬して、波長多重信号光を後方励起によりラマン増幅するもので、図２に示す光伝送システム１０における伝送路ファイバ１２に相当する。なお、上述のＷＤＭ合波器１ｃおよび光サーキュレータ１ｄにより、励起光を伝送路としての光ファイバ１ｅに供給する励起光供給手段として機能する。
【００３６】
上述の構成により、第１実施形態にかかるラマン増幅器１Ａにおいては、図２に示す光伝送システム１０上における増幅器１１ｃ，１３ａ、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして適用されて、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNを励起光Ｐ1〜ＰMによってラマン増幅する。
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては、光フィルタ１ｂによって波長スペクトル幅が低減されて、信号光と励起光の重なりを低減している。
【００３７】
例えば、図２に示す光伝送システムの中継区間（隣接する中継増幅器１２間の光ファイバの長さ）を５０ｋｍ程度とし、中継区間1区間分の光ＳＮ比が約４０ｄＢ程度とした場合に、レーリー散乱による光ＳＮ比の劣化量を０．１ｄＢ以下とするには、レーリー散乱量は信号光パワーに対して−５７ｄＢ以下が必要となる。1波あたりの信号光パワーを−８ｄＢｍ程度、伝送路入力における励起光パワーを＋１７ｄＢｍ（約50 mW）程度とすると、励起光パワーに対するレーリー散乱量は−８２ｄＢ程度以下にする必要がある。
【００３８】
ここで、励起光源に許容される波長帯域を２．５ｎｍとすると、励起光パワーは例えば−２４ｄＢ、レーリー散乱量は−２８ｄＢ程度となる。従って、上述の図４に示すように、中心波長のピークパワーより全幅２．５ｎｍにおけるパワーを−３０ｄＢ程度小さくすれば、レーリー散乱による光ＳＮ比の劣化量を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。
【００３９】
このように、本発明の第1実施形態にかかるラマン増幅器１Ａによれば、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置としつつ、光フィルタ１ｂによって各励起光の波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分との波長の重なりを低減させることができるので、線形クロストークおよび非線形クロストークによる信号光の光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００４０】
なお、上述の第１実施形態において、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光ＰQ+1〜ＰMについては、少なくとも１波が配置されていればよく、また、複数波の励起光を配置してもよい。
（ａ２）第１実施形態の第１変形例の説明
なお、上述の第１実施形態においては、光フィルタ１ｂを誘電体多層膜により構成しているが、この誘電体多層膜の膜の方位性、即ち偏光依存性を解消するために、結晶方向が互いに９０度異なる誘電体多層膜を、励起光の光路方向に直列に配置させて、この２つの誘電体多層膜によって、上述の第１実施形態におけるものと同様のフィルタ特性が得られるように構成してもよい。
【００４１】
例えば、図５に示すラマン増幅器１Ａ−１のように、上述の光フィルタ１ｂとして、上述の結晶方向を励起光の進行方向に対して垂直配置した光フィルタ１ｂａを光源部１ａからの励起光が入射されるようにそなえるとともに、光フィルタ１ｂａの後段に、励起光の進行方向に対して水平配置した光フィルタ１ｂｂをそなえて構成してもよい。
【００４２】
なお、上述の光フィルタ１ｂａ，１ｂｂの配置順序としては、図５に示すものに限定されるものではなく、光フィルタ１ｂｂを光フィルタ１ｂａの前段に配置するように構成してもよい。また、上述の結晶方向が互いに９０度異なる２つの誘電体多層膜については、１モジュール化して構成することも、もちろん可能である。
【００４３】
このような構成のラマン増幅器１Ａ−１によれば、偏光依存性の解消された光フィルタ１ｂによって、前述の第１実施形態におけるものと同様の利点が得られるほか、励起光の偏光依存性を解消することができ、信号光の増幅性能の安定度を向上させることができる。
（ａ３）第１実施形態の第２変形例の説明
図６は本発明の第1実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ａ−２を示すブロック図であり、この図６に示すラマン増幅器１Ａ−２は、前述の図１に示すもの（符号１Ａ参照）に比して、励起光による励起態様が異なったものであり、光フィルタ１ｂにより、波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くすることができる点については同様である。
【００４４】
すなわち、この図６に示すラマン増幅器１Ａ−２は、光源部１ａ−１，１ａ−２，光フィルタ１ｂ，光サーキュレータ１ｄ，光ファイバ１ｅおよび合波器１ｆをそなえて構成されている。なお、図６中、図１と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。
すなわち、第２励起光源としての光源部１ａ−１は波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光Ｐ1〜ＰQを生成するものであるが、この光源部１ａ−１からの励起光Ｐ1〜ＰQは、光サーキュレータ１ｄを介して光ファイバ１ｅを伝搬するようになっている。なお、励起光Ｐ1〜ＰQの伝搬方向は信号光Ｓ1〜ＳNの伝搬方向とは逆の方向である。すなわち、励起光Ｐ1〜ＰQによって信号光Ｓ1〜ＳNを後方励起する。
【００４５】
さらに、第１励起光源としての光源部１ａ−２は波長多重信号光の波長帯域内に配置された第１励起光ＰQ+1〜ＰMを生成して光フィルタ１ｂに出力するものであるが、光フィルタ１ｂは、この光源部１ａ−２からの各励起光ＰQ+1〜ＰMの波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分との波長の重なりを低減させるようになっている。
【００４６】
また、合波器１ｆは、光フィルタ１ｂにて波長スペクトル幅が狭くされ信号光成分との波長の重なりが低減された各励起光ＰQ+1〜ＰMと、伝送すべき信号光Ｓ1〜ＳNとを合波して、光ファイバ１ｅに出力するものである。なお、励起光ＰQ+1〜ＰMの伝搬方向は信号光Ｓ1〜ＳNの伝搬方向と同一の方向である。換言すれば、励起光Ｐ1〜ＰQによって信号光Ｓ1〜ＳNを前方励起する。
【００４７】
したがって、上述の合波器１ｆは、光フィルタ１ｂにてスペクトル広がりが狭くされた第１励起光を前方励起光として波長多重信号光に合波させる第２光学手段として機能し、光サーキュレータ１ｄは、光源部１ａ−１にて生成された第２励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光として光ファイバ１ｅに供給する第３光学手段として機能する。
【００４８】
このような構成により、図６に示すラマン増幅器１Ａ−２においては、後方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび前方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって信号光が増幅されるが、光フィルタ１ｂにより、信号光と励起光を合波する前段において、励起光スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分の波長重なりを低減させる。
【００４９】
したがって、第１実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ａ−２においても、前述の第１実施形態の場合と同様に、励起光のレーリー散乱による信号光の光ＳＮ比劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
また、上述の図６に示す場合のほか、図７に示すラマン増幅器１Ａ−３のように、光源部１ａ−１からの励起光Ｐ1〜ＰQを光ファイバ１ｅに供給する第２光学手段としての機能部分を、光サーキュレータ１ｄの代わりにＷＤＭ合波器１ｄ−２を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
【００５０】
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２ａにおいては、中継増幅器１２ａにおける信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および光フィルタ１ｂをそなえて構成してもよい。
（ｂ１）第２実施形態の説明
図８は本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂを示すブロック図であり、この図８に示すラマン増幅器１Ｂは、前述の第１実施形態の場合と同様に、波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が励起光として配置されて、ＳＮ比を低減させながら広帯域のラマン増幅を行なうことができるものであって、光源部１ａ−１，１ａ−２，ＷＤＭ合波器１ｃ，光サーキュレータ１ｄ，光ファイバ１ｅおよび周波数掃引回路２をそなえて構成されている。
【００５１】
ここで、第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂは、前述の第１実施形態におけるもの（符号１Ａ参照）に比して、光フィルタ１ｂを光サーキュレータの前段に介装せずに、波長多重信号光の帯域内に配置された励起光の波長について掃引する周波数掃引回路２をそなえている点が異なっている。
また、第２実施形態におけるラマン増幅器１Ｂの光源部１ａ−１，１ａ−２は、例えば励起光のとして波長配置される本数（Ｍ−Ｐ）分の励起光源と、励起光源からの励起光を合波する合波器とをそなえて構成されている。更に、励起光源としては、図９に示すように、電流によって駆動されてレーザ光を発光するＬＤチップ３，ＬＤチップ３にて発光されたレーザ光を集光して後段の光ファイバ５に供給するレンズ４およびファイバグレーティング部５ａを有してなる光ファイバ５をそなえて構成されている。
【００５２】
さらに、レンズ４側のＬＤチップ３の端面には無反射部材３ａが、レンズ４の反対側の端面には高反射部材３ｂがそれぞれコーティングされている。これにより、光源部１ａ−１，１ａ−２では、ＬＤチップ３にて発光されたレーザ光が高反射部材３ｂおよびファイバグレーティング部５ａとの間の光路間において共振することにより、ファイバグレーティング部５ａにて特定の周波数の励起光を出力できるようになっている。
【００５３】
なお、ファイバグレーティング部５ａの伸縮動作または曲げ動作や、ファイバグレーティング部５ａの部材温度を制御することによって、グレーティング５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を変化させることが可能である。
ここで、周波数掃引回路２は、光源部１ａ−２にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段として機能するものであって、例えば図１０（ａ）に示すように、光源部１ａ−２におけるファイバグレーティング部５ａを伸張制御するファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成されている。
【００５４】
このファイバグレーティング伸張制御部２ａは、ファイバグレーティング部５ａの伸張制御による出力励起光の波長変化の特性を利用して、ファイバグレーティングを伸張制御することにより、例えば図１１に示すように励起光を掃引制御するようになっている。
すなわち、この図１１に示すように、励起光周波数を掃引することによって、ファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。具体的には、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分、励起光周波数を線形に増加制御するようになっている。
【００５５】
さらに、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる励起光の掃引周波数としては、励起光のモード間隔よりも小さくなるように設定されており、これにより、掃引した場合に隣接モードにより生じる四光波混合光と重なることを低減することができる。例えば励起光としては図１２に示すようなスペクトルを有している。この図１２に示す励起光のモード間隔（例えば図１２の符号Ａ参照）は約０．３ｎｍであり、励起光掃引周波数はモード間隔以下の０．３ｎｍ以下とすれば、隣接モードにより生じる四光波混合を低減することができる。
【００５６】
上述の構成により、本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器においても、図２に示す光伝送システム１０上における増幅器１１ｃ，１３ａ、または伝送路ファイバ１２上に介装された光増幅器１２ａとして適用されて、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNを励起光Ｐ1〜ＰMによってラマン増幅する。
また、励起光Ｐ1〜ＰMのうちの一部の帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減することができる。
【００５７】
なお、上述の励起光周波数を増加させる基準となる周波数としては、前述の第１実施形態の場合励起光ＰQ+1〜ＰMとして配置される周波数を基準として±０．１５ｎｍ程度の範囲で変化させることが好ましい。
このように、本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂによれば、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減して光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００５８】
なお、上述の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂにおいては、周波数掃引回路２としてファイバグレーティング伸張制御部２ａにてファイバグレーティング部５ａを伸張制御することにより、光源部１ａ−２にて生成される励起光の周波数を可変制御しているが、本発明によればこれに限定されず、周波数掃引回路２を、例えば図１０（ｂ），図１０（ｃ）または図１０（ｄ）に示すように構成してもよく、このようにしても上述の第2実施形態の場合と同様の利点が得られる。
【００５９】
すなわち、周波数掃引回路２を図１０（ｂ）に示すファイバグレーティング温度制御部２ｂにより構成することにより、このファイバグレーティング温度制御部２ｂによるファイバグレーティング部５ａの部材温度の制御を通じて、ファイバグレーティング部５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を前述の図１１と同様に変化させるのである。
【００６０】
また、周波数変換回路２を図１０（ｃ）に示すファイバグレーティング曲げ制御部２ｃにより構成することにより、このファイバグレーティング曲げ制御部２ｃによるファイバグレーティング部５ａの曲げ制御を通じて、ファイバグレーティング部５ａを構成するグレーティングの間隔を変化させ、出力される励起光の周波数を前述の図１１と同様に変化させるのである。
【００６１】
さらに、周波数変換回路２としては、図１０（ｄ）に示すようにチップ温度制御部２ｄにより構成してもよい。即ち、チップ温度制御部２ｄにより光源部１ａ−２のＬＤチップ３の部材温度を制御することによって、出力される励起光の周波数を前述の図１１の場合と同様に変化させることができるのである。
（ｂ２）第2実施形態の第１変形例の説明
上述の第２実施形態にかかるラマン増幅器１Ｂにおいて、光源部１ａ−１，１ａ−２は、配置される励起光周波数の数に応じて設けられた励起光源および合波器をそなえて構成されているが、この励起光源の構成としては、図９の構成のほかに、例えば図１３に示すように、ＬＤチップ３Ａ，レンズ４および光ファイバ５Ａをそなえて構成することもできる。
【００６２】
ここで、この図１３に示す励起光源におけるＬＤチップ３Ａの活性層にはグレーティング３ｃが形成され、このグレーティング３ｃにより、前述の図９におけるファイバグレーティング部５と同様の機能を持たせている。即ち、ＬＤチップ３Ａにて発光されたレーザ光がＬＤチップ３Ａ内において共振することにより、光ファイバ５Ａにて特定の周波数の励起光を出力できるようになっている。
【００６３】
この図１３に示すような励起光源をそなえてなる光源部１ａ−２からの励起光周波数について掃引する周波数掃引回路２としては、例えば図１４（ａ）に示す駆動電流制御部２ｅにより構成してもよい。即ち、この駆動電流制御部２ｅは、光源部１ａ−２を構成する励起光源７のＬＤチップ３Ａの駆動電流を制御するものであり、これにより、例えば前述の図１１の場合と同様に励起光を掃引できるようになっている。
【００６４】
さらに、光源部１ａ−２からの励起光周波数について掃引する周波数掃引回路２としては、図１４（ａ）に示すもの（符号２ｅ参照）のほか、図１４（ｂ）に示す温度制御部２ｆにより構成してもよい。即ち、この図１４（ｂ）に示す温度制御部２ｆは、上述のＬＤチップ３Ａの部材温度を制御するものであり、これにより、例えば前述の図１１の場合と同様に励起光を掃引できるようになっている。
【００６５】
なお、図１４（ａ），図１４（ｂ）において、８は光源部１ａ−２を構成する合波器である。
したがって、このような構成のラマン増幅器においても、周波数掃引回路２としての駆動電流制御部２ｅまたは温度制御部２ｆによる制御を通じて、波長光多重信号光と帯域が混在する励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の掃引を行なうことができるので、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、上述の第２実施形態の場合と同様の利点を得ることができる。
（ｂ３）第２実施形態の第２変形例の説明
図１５は本発明の第２実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ｂ−２を示すブロック図であり、この図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２は、前述の図８に示すもの（符号１Ｂ参照）に比して、励起光による励起態様が異なったものであり、周波数掃引回路２の配置もこれに伴って前述の図８と異なっている。
【００６６】
ここで、この図６に示すラマン増幅器１Ｂ−２は、前述の図７に示すものと同様に、第１励起光ＰQ+1〜ＰMは前方励起光とする一方、第２励起光Ｐ1〜ＰQについては後方励起光とするように、光源部１ａ−１，１ａ−２が配置されている。なお、図１５中、図７又は図８と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。ここで、光源部１ａ−２を構成する励起光源については前述の図９の場合と同様に構成され、周波数掃引回路２については前述の図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成される。これにより、ファイバグレーティング部５ａの伸張制御による出力励起光の波長変化の特性を利用して、例えば図１１に示すように励起光が掃引されるようにファイバグレーティングを伸張制御できるようになっている。
【００６７】
すなわち、図１１に示すように、励起光周波数を掃引した時のファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。換言すれば、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば後述するように０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分、励起光周波数を線形に増加制御するようになっている。
【００６８】
このような構成により、図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２においては、後方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび前方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって波長多重信号光をラマン増幅する。このとき、周波数掃引回路２としてのファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を掃引制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させている。
【００６９】
したがって、第２実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器１Ｂ−２においても、前述の第２実施形態の場合と同様、ファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を掃引制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００７０】
なお、上述の周波数掃引回路２としては、図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａのほかに、前述の図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）または図１４（ａ），図１４（ｂ）に示すように構成してもよい（符号２ｂ〜２ｆ参照）。
また、上述の図１５に示す場合のほか、合波器１ｄ−２としての機能を光サーキュレータ１ｄ（図６参照）を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
【００７１】
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２においては、中継増幅器１２における信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および周波数掃引回路２をそなえて構成してもよい。
（ｃ）第３実施形態の説明
図１６は本発明の第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃを示すブロック図であり、この図１６に示すラマン増幅器１Ｃは、前述の図８に示すラマン増幅器１Ｂに比して、励起光周波数を変化させる態様が異なっており、それ以外の構成については、図８の場合と基本的に同様である。
【００７２】
すなわち、この図１６に示すラマン増幅器１Ｃにおいては、前述の図８に示すラマン増幅器１Ｂと同様に、第１励起光ＰQ+1〜ＰMおよび第２励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とするように、光源部１ａ−１，１ａ−２が配置されている。なお、図１６中、図８と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。また、光源部１ａ−２を構成する励起光源については前述の図９に示す構成を有している。
【００７３】
ここで、周波数変調回路２Ａは、光源部１ａ−２にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段として機能するもので、前述の図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａにより構成される。これにより、光源部１ａ−２を構成する励起光源のファイバグレーティング部５ａ（図９参照）を伸張制御して、図１７に示すように励起光を変調させている。
【００７４】
すなわち、図１１に示すように、励起光周波数を変調した時のファイバ長手方向における励起光周波数を変化させる。換言すれば、ファイバグレーティング伸張制御部２ａによる制御を通じて、最初に波長多重信号光を送信した時点から、当該最初の波長多重信号光が光ファイバ１ｅ（伝送路ファイバ１２）を通じて次段の装置（中継増幅器１２ａまたは光受信機１３）に到達した時点までの間に、例えば０．３ｎｍ程度の波長差に相当する周波数分で、励起光周波数を正弦波変調制御するようになっている。
【００７５】
なお、上述の励起光周波数の変調態様としては、正弦波のほか、三角波等のごとく周期的に励起光を変調するものであればよい。
このような構成により、図１５に示すラマン増幅器１Ｂ−２においては、前方例起用の励起光Ｐ1〜ＰQおよび後方励起用の励起光ＰQ+1〜ＰMによって波長多重信号光をラマン増幅する。このとき、周波数変調回路２Ａとしてのファイバグレーティング伸張制御部２ａにより励起光を正弦波変調制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させている。
【００７６】
また、光源部１ａ−２にて生成される励起光ＰQ+1〜ＰMについては上述の波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっているが、周波数変調回路２Ａとしてのファイバグレーティング伸張制御部２ａによるファイバグレーティングの伸張制御を通じて、当該帯域の励起光ＰQ+1〜ＰMについて周波数の正弦波変調を行なって、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減することができる。
【００７７】
さらに、上述の変調周波数はモード間隔よりも小さくなるように設定することにより、掃引した場合に隣接モードにより生じる四光波混合光と重なることを低減することができる。例えば励起光としては前述の図１２に示すようなスペクトルを有している。この図１２に示す励起光のモード間隔（例えば図１２の符号Ａ参照）は約０．３ｎｍであり、励起光変調周波数を上述のごときモード間隔以下の０．３ｎｍ以下とすれば、隣接モードにより生じる四光波混合を低減することができる。
【００７８】
したがって、第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃにおいても、前述の第２実施形態の場合と同様、ファイバグレーティング伸張制御部２ａにより、励起光を変調制御して、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００７９】
なお、上述の第３実施形態にかかるラマン増幅器１Ｃにおいては、励起光Ｐ1〜ＰMを後方励起光として用いるように構成されているが、本発明によればこれに限定されず、例えば図１８に示すように、光源部１ａ−２からの励起光（波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に重なっている励起光）を前方励起光として用いるようにしてもよく、このようにしても上述の第３実施形態の場合と同様の利点が得られることはいうまでもない。
【００８０】
また、上述の第３実施形態においては、周波数変調回路２Ａによる変調態様として正弦波変調を行なう例について示したが、少なくとも同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧できる限りにおいて、その他の変調手法を用いることも可能である。
さらに、上述の周波数変調回路２Ａとしては、図１０（ａ）に示すファイバグレーティング伸張制御部２ａのほかに、前述の図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）または図１４（ａ），図１４（ｂ）に示すように構成してもよい（符号２ｂ〜２ｆ参照）。
【００８１】
また、上述の図１５に示す場合のほか、合波器１ｄ−２としての機能を光サーキュレータ１ｄ（図６参照）を用いて構成してもよく、このようにしても、上述のごとき利点を得ることができる。
さらに、図２に示す中継増幅器１２ａまたは光受信機１３の増幅器１３ａとしてラマン増幅器１Ａ−２，１Ａ−３を用いる場合においては、光源部１ａ−２を前段の送信側装置に設けるように構成してもよい。例えば、伝送路上において最も光送信機１１側の中継増幅器１２においては、中継増幅器１２における信号光の増幅のために、光送信機１１内に光源部１ａ−２および周波数変調回路２Ａをそなえて構成してもよい。
（ｄ）その他
上述の第２，第３実施形態においては、周波数掃引回路２，周波数変調回路２Ａによる掃引制御，変調制御を行なう場合について詳述したが、本発明によれば、少なくとも同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧できる限りにおいて、公知の励起光可変制御手法を用いることも可能である。
【００８２】
上述の各実施形態においては、波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在する励起光ＰQ+1〜ＰMとして複数の場合について詳述したが、本発明によれば、少なくとも一本の励起光が波長多重信号光Ｓ1〜ＳNの帯域に混在していればよく、このような場合においても、各実施形態の場合と同様の利点がある。
さらに、第１ないし第３実施形態では、ラマン増幅を行なう伝送路に対して信号光帯域の外にある励起光Ｐ1〜ＰQと、信号光の帯域の中にある励起光ＰQ+1〜ＰMとを図２６（ｃ）、（ｄ）の関係で説明したが（図中においてはＰ1−ＰQ，ＰQ+1〜ＰMと表記）、図２６（ａ），（ｂ），（ｅ）ないし（ｉ）のような励起光源の配置関係でもよい。
【００８３】
すなわち、上述の第１ないし第３実施形態においては、図２６（ｃ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方励起光としたり、図２６（ｄ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて後方励起光を用いることとしているが、この他、図２６（ａ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて前方励起光を用いることとしたり、図２６（ｂ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを後方励起光としたりすることができる。
【００８４】
さらに、図２６（ｅ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方及び後方励起光を用いつつ励起光ＰQ+1〜ＰMを前方励起光としたり、図２６（ｆ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方及び後方励起光を用いつつ励起光ＰQ+1〜ＰMを後方励起光としたり、図２６（ｇ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを前方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方および後方励起光を用いることとしたり、図２６（ｈ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQを後方励起光とし励起光ＰQ+1〜ＰMを前方及び後方励起光を用いることとしたり、図２６（ｉ）に「○」で示すように励起光Ｐ1〜ＰQ及び励起光ＰQ+1〜ＰMについて前方及び後方励起光を用いることとしたりすることもできる。
【００８５】
また、上述した実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することも可能である。
さらに、上述のごとく開示された各実施形態によって、本願発明にかかるラマン増幅器を製造することは可能である。
（ｅ）付記
（付記１） 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記波長多重信号光および該光源部からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段とをそなえるとともに、
該光源部にて生成された励起光について、上記波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くして該励起光供給手段に出力するフィルタ手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。
【００８６】
（付記２） 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光と、該第２励起光源からの上記第２励起光とを合波する合波器と、該合波器にて合波された励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第１光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、請求項１記載のラマン増幅器。
【００８７】
（付記３） 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光を前方励起光として上記波長多重信号光に合波させる第２光学手段と、該第２励起光源にて生成された上記第２励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第３光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、付記１記載のラマン増幅器。
【００８８】
（付記４） 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段と、
上記波長多重信号光および該励起光供給手段からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路とをそなえるとともに、
該光源部にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。
【００８９】
（付記５） 該可変制御手段が、上記励起光の波長について掃引制御または変調制御するように構成されたことを特長とする、付記４記載のラマン増幅器。（付記６） 該光フィルタ手段が、上記励起光のスペクトル広がりを上記各信号光のスペクトルと同程度に狭くするように構成されたことを特徴とする、付記１記載のラマン増幅器。
【００９０】
（付記７） 該光フィルタ手段が、偏光依存性を打ち消しあう方向で直列に配置された光フィルタにより構成されたことを特徴とする、付記１〜３および６のいずれか一項記載のラマン増幅器。
（付記８） 上記励起光が、上記波長多重信号光の波長帯域内に複数種類の波長が周期的に配置されるとともに、該光フィルタ手段が、上記励起光の配置間隔に対応した周期的なフィルタ特性を有するように構成されたことを
特徴とする、付記１〜３，６および７のいずれか一項記載のラマン増幅器。
【００９１】
（付記９） 該可変制御手段よる上記励起光の掃引または変調の周波数を、励起光のモード間隔よりも小さくなるように設定されたことを特徴とする、付記５記載のラマン増幅器。
（付記１０） 上記励起光が、上記波長多重信号光の波長帯域内に複数種類の波長が配置されるとともに、上記波長多重信号光の波長帯域外に複数種類の波長が配置されたことを特徴とする、付記１〜９のいずれか一項記載のラマン増幅器。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のラマン増幅器によれば、フィルタ手段により、信号光および励起光がある帯域内に混在させる配置としつつ、各励起光の波長スペクトル幅を狭くして、信号光成分と励起光成分との波長の重なりを低減させることができるので、線形クロストークおよび非線形クロストークによる信号光の光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【００９３】
また、可変制御手段により、同一の波長に四光波混合光が発生するのを抑圧することができるため、四光波混合光による波形劣化を低減させて光ＳＮ比の劣化を抑圧することができ、伝送容量伝送特性の劣化を抑制することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２】本実施形態にて適用される光伝送システムを示すブロック図である。
【図３】励起光および一部の信号光の波長配置例を示す図である。
【図４】光フィルタの特性を示す図である。
【図５】第１実施形態の第１変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態の第２変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図７】第１実施形態の第３変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図９】第２実施形態におけるラマン増幅器を構成する光源部の要部を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）は第２実施形態における光源部の要部を示すブロック図、（ｂ）〜（ｄ）は第２実施形態の変形例における光源部の要部を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態におけるラマン増幅器の掃引制御を説明するための図である。
【図１２】励起光のモード間隔を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態の変形例におけるラマン増幅器を構成する光源部の要部を示すブロック図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）はいずれも第２実施形態の変形例における光源部の要部を示すブロック図である。
【図１５】第２実施形態の変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１７】第３実施形態におけるラマン増幅器の変調制御を説明するための図である。
【図１８】第３実施形態の変形例にかかるラマン増幅器を示すブロック図である。
【図１９】従来のラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２０】従来のラマン増幅器を示すブロック図である。
【図２１】従来のラマン増幅器における信号光および励起光の波長配置の関係を示す図である。
【図２２】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置とした例を示す図である。
【図２３】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置とした例を示す図である。
【図２４】信号光および励起光をある帯域内に混在させる配置としてラマン増幅を行なった場合の、レーリー散乱光の影響を説明する図である。
【図２５】四光波混合が発生する波長配置を説明する図である。
【図２６】（ａ）〜（ｉ）はいずれも本実施形態の変形例としてのラマン増幅器の励起態様を説明する図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ａ−１，１Ａ−２，１Ａ−３，１Ｂ，１Ｂ−２，１Ｃ ラマン増幅器
１ａ，１ａ−１，１ａ−２ 光源部
１ｂ，１ｂａ，１ｂｂ 光フィルタ
１ｃ ＷＤＭ合波器
１ｄ 光サーキュレータ
１ｄ−２ ＷＤＭ合波器
１ｅ 光ファイバ
１ｆ ＷＤＭ合波器
２ 周波数掃引回路
２ａ ファイバグレーティング伸張制御部
２ｂ ファイバグレーティング温度制御部
２ｃ ファイバグレーティング曲げ制御部
２ｄ チップ温度制御部
２ｅ 駆動電流制御部
２ｆ 温度制御部
２Ａ 周波数変調回路
３，３Ａ ＬＤ(Laser Diode)チップ
３ａ 無反射部材
３ｂ 高反射部材
３ｃ グレーティング
４ レンズ
５，５Ａ 光ファイバ
５ａ ファイバグレーティング部
７ 励起光源
８ 合波器
１０ 光伝送システム
１１ 光送信機
１１ａ−１〜１１ａ―ｎ Ｅ／Ｏ変換部
１１ｂ 合波器
１１ｃ ラマン増幅器
１２ 伝送路ファイバ（光ファイバ）
１２ａ 中継増幅器（ラマン増幅器）
１３ａ ラマン増幅器
１３ｂ 分波器
１３ｃ−１〜１３ｃ−ｎ Ｏ／Ｅ変換部
１００Ａ，１００Ｂ ラマン増幅器
１０１ 励起光源
１０１ａ 幅
１０１ｂ 帯域
１０２Ａ 合波器
１０２Ｂ 光サーキュレータ
１０３ 光ファイバ
Claims (5)
- 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記波長多重信号光および該光源部からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段とをそなえるとともに、
該光源部にて生成された励起光について、上記波長多重信号光の波長帯域内に配置された励起光のスペクトル広がりを狭くして該励起光供給手段に出力するフィルタ手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。 - 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光と、該第２励起光源からの上記第２励起光とを合波する合波器と、該合波器にて合波された励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第１光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、請求項１記載のラマン増幅器。 - 該光源部が、該波長多重信号光の波長帯域内に配置された第1励起光を生成して該フィルタ手段に出力する第1励起光源と、該波長多重信号光の波長帯域外に配置された第２励起光を生成する第２励起光源とをそなえるとともに、
該励起光供給手段が、該フィルタ手段にてスペクトル広がりが狭くされた上記第１励起光を前方励起光として上記波長多重信号光に合波させる第２光学手段と、該第２励起光源にて生成された上記第２励起光を後方励起光として上記伝送路に供給する第３光学手段とをそなえて構成されたことを
特徴とする、請求項１記載のラマン増幅器。 - 情報を載せた複数の信号光が波長多重された波長多重信号光を増幅するラマン増幅器であって、
上記波長多重信号光の帯域を含んで複数種類の波長が配置されて、上記波長多重信号光を増幅するための励起光を生成する光源部と、
上記励起光を該伝送路に供給する励起光供給手段と、
上記波長多重信号光および該励起光供給手段からの励起光を伝搬して上記波長多重信号光を増幅する伝送路とをそなえるとともに、
該光源部にて生成される励起光の波長について可変制御する可変制御手段をそなえて構成されたことを
特徴とする、ラマン増幅器。 - 該可変制御手段が、上記励起光の波長について掃引制御または変調制御するように構成されたことを特長とする、請求項４記載のラマン増幅器。
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