JP2004078176A

JP2004078176A - Optical transmission system and optical amplification method

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Publication number: JP2004078176A
Application number: JP2003174030A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Miyamoto; 宮本　敏行; Mototaka Kadoi; 角井　素貴; Masayuki Shigematsu; 重松　昌行
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: JP4572511B2

Abstract

【課題】優れた雑音特性を有する光伝送システム等を提供する。
【解決手段】信号光が伝搬する光ファイバ伝送路（２０）と、光学デバイス（３０）と、該光学デバイス（３０）の上流に配置されたラマン増幅器を備える。光学デバイスは、信号光に所望の利得を与えるとき、信号波長帯域における雑音特性を長波長側から短波長側に向かって劣化させる要素として機能する。一方、ラマン増幅器は、光ファイバ伝送路（２０）全体の雑音特性を改善すべく、励起光に含まれる各励起チャネルの光パワーを調節することにより、信号波長帯域の長波長側から短波長側に向かって信号チャネルの光パワーが大きくなるよう信号光をラマン増幅する。ラマン増幅器は、光学デバイス（３０）に入射される前に信号光を予めラマン増幅するため、該光学デバイスによる雑音特性への影響が緩和され、システム全体における雑音指数のバラツキが低減される。
【選択図】　図１An optical transmission system having excellent noise characteristics is provided.
An optical fiber transmission line (20) through which a signal light propagates, an optical device (30), and a Raman amplifier disposed upstream of the optical device (30). The optical device functions as an element for deteriorating noise characteristics in a signal wavelength band from a long wavelength side to a short wavelength side when giving a desired gain to signal light. On the other hand, the Raman amplifier adjusts the optical power of each pumping channel included in the pumping light in order to improve the noise characteristics of the entire optical fiber transmission line (20), thereby increasing the signal wavelength band from the long wavelength side to the short wavelength side. The signal light is Raman-amplified so that the optical power of the signal channel increases toward. The Raman amplifier pre-Raman-amplifies the signal light before entering the optical device (30), so that the influence of the optical device on the noise characteristics is reduced, and the variation of the noise figure in the entire system is reduced.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、互いに波長の異なる複数信号チャネルを有する多重化信号光を伝送する光伝送システム、及び、その光伝送システムにおける多重化信号光の増幅方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光伝送システムは、所定の信号波長帯域に含まれる複数の信号チャネルが多重化された信号光（多重化信号光）が伝搬する光ファイバ伝送路を含み、大容量情報の高速送受信を可能にする。また、光ファイバ伝送路を信号光が伝搬する間に生じる伝送損失を補償するため、光増幅器が用いられる。
【０００３】
上記光増幅器として幾つかの種類が知られている。例えば、希土類元素添加光ファイバ増幅器は、希土類元素（例えば、Ｅｒ元素、Ｔｍ元素）が光導波領域に添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、この光ファイバに所定波長の励起光を供給して希土類元素を励起する。このような希土類元素の励起により、該希土類元素の励起準位と基底準位との間のエネルギー差に応じた特定信号波長域内の信号光を増幅することができる。
【０００４】
また、ラマン増幅器は、信号光が伝搬する光伝送路における非線形光学現象の一種である誘導ラマン散乱現象を利用した光増幅器であり、例えば、光伝送路が石英系光ファイバである場合、信号波長より１００ｎｍ程度短い波長の光がラマン増幅用励起光として利用される。また、半導体光増幅器は、電流供給により半導体内に反転分布を生じさせることで、その反転分布におけるエネルギー差に応じた特定波長帯域内の信号光を増幅する。
【０００５】
これら各種の光増幅器のうち、希土類元素添加光ファイバ増幅器及び半導体光増幅器それぞれは、一般にモジュール化された集中定数型光増幅器として利用され。一方、ラマン増幅器は、集中定数型光増幅器として利用されるだけでなく、分布型光増幅器としても利用され得る。分布ラマン増幅器は、光増幅媒体としてはモジュール化された光伝送路を有さず、中継区間に敷設された光ファイバ伝送路において信号光をラマン増幅する。
【０００６】
一方、更なる大容量化を図るべく、ＷＤＭ光伝送システムに適用される信号波長帯域の拡大が求められている。すなわち、これまで使用されてきたＣバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に加えて、これより長波長側のＬバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）も使用されるようになり、また、これより短波長側のＳバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）の使用が検討されている。
【０００７】
なお、従来の光伝送システムには、１５３０ｎｍ〜１６１０ｎｍの信号波長帯域において、平坦な光ＳＮＲスペクトルを得るよう、分布型増幅型ファイバラマン増幅器を用いたシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３１４９０２号公報（第３〜４頁、第１〜１５図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、従来の光伝送システムを検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、Ｓ、Ｃ及びＬバンドを含む広帯域でＷＤＭ光伝送を行うとともに光増幅器により複数チャネルの信号光を増幅する場合、信号チャネル間で生じる雑音指数（ＮＦ：　Ｎｏｉｓｅ　Ｆｉｇｕｒｅ）のバラツキが問題となる。ここで、雑音指数ＮＦは、
ＮＦ＝Ｐ_ＡＳＥ／（ｈ・ν・Δν・Ｇ）　　　　…（１）
なる式で表される。Ｐ_ＡＳＥは、光増幅器により生じる増幅された自然放出光（ＡＳＥ光：　Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｇｈｔ）の光パワーである。ｈはプランク定数であり、νは信号光周波数であり、Δνは信号光周波数の分解能であり、Ｇは光増幅器の利得である。信号波長帯域における雑音指数のバラツキが大きいと、雑音指数の最悪値に合わせたシステム設計を行う必要があるので、伝送容量や光中継距離に制限が生じる。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、優れた雑音特性を有する光伝送システム及び光増幅方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光伝送システムは、光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光に所望の利得を与えるとき、信号波長帯域における雑音特性を劣化させる要素として機能し得る光学デバイスとして、ラマン増幅器、希土類元素添加光ファイバ増幅器、半導体光増幅器などの集中型光増幅器を含むシステムにおいて、当該システム全体の雑音特性を改善するための構造を備える。
【００１２】
光ファイバ伝送路上に集中型光増幅器が配置された光伝送システムでは、光ファイバ伝送路における損失の波長依存性と、信号チャネル間で生じる誘導ラマン散乱に起因したパワー遷移（ＳＲＳ　ｔｉｌｔ：　Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｒａｍａｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｔｉｌｔ）の影響により、信号光パワーは長波長側よりも短波長側の方がより低下する。必然的に、集中型光増幅器の利得は、長波長側よりも短波長側の方が大きくなるため、このように集中型光増幅器を含む光ファイバ伝送路全体において、信号波長帯域における雑音指数は長波長側よりも短波長側でより劣化することになる。そこで、この発明に係る光伝送システムは、集中型光増幅器を含む光ファイバ伝送路全体の雑音特性を改善するべく、ラマン増幅器をさらに備えたことを特徴としている。このラマン増幅器は、分布型ラマン増幅器であっても、また、集中型ラマン増幅器であってもよく、上記集中型光増幅器の上流に配置される。特に、このラマン増幅器は、信号波長帯域において長波長側から短波長側に向かって信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、上記集中型光増幅器に入射されるべき信号光を予めラマン増幅する。
【００１３】
なお、上記ラマン増幅器が分布型ラマン増幅器である場合、互いに異なる波長の複数励起チャネルを有する励起光を出力する励起光源システムを備え、該励起光源システムからの励起光が供給されるラマン増幅用光ファイバとして、伝送路要素の上流側に位置する光ファイバ伝送路の一部が機能する。このとき、分布型ラマン増幅器における励起光源システムでは、ラマン増幅された信号光に含まれる信号チャネルの光パワーが長波長側から短波長側に向かって大きくなるよう、励起チャネルの光パワーがそれぞれ調節される。
【００１４】
一方、この発明に係る光増幅方法は、信号波長帯域内に存在する互いに異なる波長を有する複数信号チャネルの信号光が伝搬する光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路上に配置され、該光ファイバ伝送路を伝搬する信号光に所望の利得を与えるとき、該信号波長帯域における雑音特性を長波長側から短波長側に向かって劣化させる要素として機能し得る光学デバイスとを備えた光伝送システムにおいて、その雑音特性を改善すべく、第１光増幅ステップと、該第１光増幅ステップに続いて行われる第２光増幅ステップを備る。
【００１５】
具体的に、上記第１光増幅ステップは、上記光学デバイスの上流側に位置する上記光ファイバ伝送路の一部に複数チャネルの励起光を供給することにより、信号波長帯域において長波長側から短波長側に向かって信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、上記信号光を予めラマン増幅する。また、上記第２光増幅ステップは、光ファイバ伝送路全体として、第１光増幅ステップにおいてラマン増幅された上記信号光を上記光学デバイスに導き、該光学デバイスにおいてさらにさらに増幅する。
【００１６】
この発明によれば、複数信号チャネルの信号光は、まずラマン増幅器、好ましくは分布型ラマン増幅器により増幅された後、集中定数型光増幅器により更に増幅される。当該システム全体の利得特性は、分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器それぞれの利得特性の総和となる。分布ラマン増幅器から出力される信号光は、集中定数型光増幅器に入射される前に、信号チャネルの光パワーが信号波長帯域内において長波長側から短波長側に向かって大きくなっている。集中定数型光増幅器は、光ファイバ伝送路全体として信号波長帯域における雑音指数を短波長側から長波長側に向かって劣化させる要素であり、上記ラマン増幅器の利得スペクトルが信号波長帯域の短波長側でより大きくなるよう予め調節されることで、該短波長側における利得を低減しても当該システム全体で必要な利得は確保され、結果的に雑音特性の劣化要因が緩和される。このように、雑音特性の劣化要因に信号光が入射される前に、該信号光をより短波長側で光パワーが大きくなるようラマン増幅することにより、システム全体として必要な利得を確保した状態で、信号波長帯域における雑音指数のバラツキを効果的に低減することができる。
【００１７】
なお、上記ラマン増幅器から出力された信号光に含まれる信号チャネルのうち、信号波長帯域における最短波長の信号チャネルにおける光パワーと最長波長の信号チャネルにおける光パワーの差は、２ｄＢ以上であるのが好ましい。また、伝送路要素である上記集中型光増幅器の出力端における雑音特性として、信号波長帯域における最小雑音指数と最大雑音指数との差は、２ｄＢ以下であるのが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光伝送システム等の実施形態を、図１〜図６を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、この発明に係る光伝送システムにおける一実施形態の構成を示す図である。この光伝送システム１は、光送信器１０、光ファイバ伝送路２０及び集中定数型光増幅器３０を備える。また、光ファイバ伝送路２０の終端近傍に光カプラ２１が設けられ、この光カプラ２１に励起光源部２２（励起光源システムに含まれる）が接続されている。
【００２０】
光送信器１０は、所定の信号波長帯域に含まれる、互いに異なる波長の複数信号チャネルを有する信号光（多重化信号光）を送出する。光ファイバ伝送路２０は、光送信器１０と集中定数型光増幅器３０との間の中継区間に敷設されており、光送信器１０から送出された多重化信号光を集中定数型光増幅器３０へ向けて伝送する。集中定数型光増幅器３０はモジュール化された構造を有し、光中継器あるいは光受信器内に設けられている。光ファイバ伝送路２０を伝搬してきた多重化信号光は入力端３１を介して当該集中型光増幅器に入力される。入力された多重化信号光は一括増幅された後、出力端３２を介して受信器に導く光ファイバ伝送路に送出される。
【００２１】
励起光源部２２は１又はそれ以上の励起チャネルの励起光（ラマン増幅用励起光）を出力する。光カプラ２１は、励起光源部２２から出力されたラマン増幅用励起光を、多重化信号光の伝搬方向とは逆方向から光ファイバ伝送路２０へ供給する。また、この光カプラ２１は、光ファイバ伝送路２０から到達した多重化信号光を、集中定数型光増幅器３０へ向かって出力する。すなわち、これら光ファイバ伝送路２０、光カプラ２１及び励起光源部２２は、ラマン増幅用励起光が供給された光ファイバ伝送路２０により信号波長帯域内の複数信号チャネルの信号光を伝送しながらラマン増幅する分布ラマン増幅器を構成している。特に、この分布ラマン増幅器は、信号波長帯域内において短波長であるほど信号チャネルの光パワーが大きくなるよう、多重化信号光を出力する。
【００２２】
光ファイバ伝送路２０は、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバ、波長１．３μｍより長波長側に零分散波長を有し波長１．５５μｍにおいて小さい正の波長分散を有する非零分散シフト光ファイバ、波長１．５５μｍ付近に零分散波長を有する零分散シフト光ファイバ、コア領域が実質的に純石英ガラスであってクラッド領域にＦ元素が添加されている純石英コア光ファイバ、及び、実効断面積が通常の光ファイバより拡大されているシングルモード光ファイバ、等の何れの光ファイバで構成されてもよい。また、光ファイバ伝送路２０は、これらのうち何れか２種以上の光ファイバが接続された構成であってもよいし、これらのうち何れか１種以上の光ファイバと分散補償光ファイバとが接続された構成であってもよい。
【００２３】
集中定数型光増幅器３０は、希土類元素添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅器及び半導体光増幅器の何れであってもよい。希土類元素添加光ファイバ増幅器としては、Ｅｒ元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、ＣバンドやＬバンドの信号光を増幅するタイプや、Ｔｍ元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として利用し、Ｓバンドの信号光を増幅するタイプがある。光ファイバ伝送路２０の累積波長分散の絶対値が大きい場合には、この集中定数型光増幅器３０は分散補償機能をも有するのが好ましい。
【００２４】
また、中継スパンが長距離であって伝送損失が大きい場合には、所望の利得を得るために、多段構成の集中定数型光増幅器３０を利用するのが好ましい。特に、中継スパンが長距離であって、集中定数型光増幅器３０がラマン増幅器である場合には、所望の利得を得るためのみでなく、光増幅器内部で生じるレイリー散乱光やダブルレイリー散乱光の影響を低減するためにも、多段構成の集中定数型光増幅器３０が適している。
【００２５】
図１に示された光伝送システム１では、集中定数型光増幅器３０は２段構成のラマン増幅器となっている。すなわち、この集中定数型光増幅器３０は、入力端３１より出力端３２へ向かう信号光伝搬経路（光送信器１０と光受信器との間に設けられる光ファイバ伝送路の一部を構成する）に沿って順に、光アイソレータ３３１、光カプラ３１１、光ファイバ３４１、光カプラ３１２、光アイソレータ３３２、光カプラ３１３、光ファイバ３４２及び光カプラ３１４を備えており、また、光カプラ３１１に接続された励起光源部３２１、光カプラ３１２に接続された励起光源部３２２、光カプラ３１３に接続された励起光源部３２３、及び、光カプラ３１４に接続された励起光源部３２４をも備えている。
【００２６】
光アイソレータ３３１、３３２それぞれは、入力端３１から出力端３２へ向かう順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。励起光源部３２１〜３２４それぞれはラマン増幅用励起光を出力する。
【００２７】
光カプラ３１１は、励起光源部３２１から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４１へ供給（前方励起）するとともに、光アイソレータ３３１から到達した信号光を光ファイバ３４１へ出力する。光カプラ３１２は、励起光源部３２２から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４１へ供給（後方励起）するとともに、光ファイバ３４１から到達した信号光を光アイソレータ３３２へ出力する。
【００２８】
光カプラ３１３は、励起光源部３２３から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４２へ供給（前方励起）するとともに、光アイソレータ３３２から到達した信号光を光ファイバ３４２へ出力する。光カプラ３１４は、励起光源部３２４から到達したラマン増幅用励起光を光ファイバ３４２へ供給（後方励起）するとともに、光ファイバ３４２から到達した信号光を出力端３２へ出力する。
【００２９】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、ラマン増幅用励起光が供給されることで信号光を一括増幅する光増幅媒体である。光ファイバ３４１は、光カプラ３１１、３１２を介して供給された、励起光源部３２１、３２２からのラマン増幅用励起光により、光カプラ３１１を介して入力された信号光をラマン増幅し、そのラマン増幅された信号光を光カプラ３１２へ出力する。光ファイバ３４２は、光カプラ３１３、３１４を介して供給された、励起光源部３２３、３２４からのラマン増幅用励起光により光カプラ３１３を介して入力された信号光をラマン増幅し、そのラマン増幅された信号光を光カプラ３１４へ出力する。
【００３０】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、既述した各種の光ファイバの何れであってもよいし、負の波長分散を有する分散補償光ファイバ、非線形屈折率が大きいかあるいは実効断面積が小さい高非線形性光ファイバ、及び、所定の屈折率プロファイル及び所望の光学的特性を実現するために長手方向に沿った孔が断面内に分布しているホーリ光ファイバ、等の何れであってもよい。また、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、これらのうちの何れか２種以上の光ファイバが接続された構成であってもよい。
【００３１】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、光ファイバ伝送路の波長分散を補償する機能を有するのが好ましく、また、光ファイバ伝送路の分散スロープをも補償するのが好ましい。この場合、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、単一種類の光ファイバで信号波長帯域全体における波長分散を補償してもよいが、複数種類の光ファイバの組み合わせにより信号波長帯域全体における波長分散を補償してもよい。
【００３２】
励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、例えば、ファブリ・ペロー型の半導体レーザ光源（ＦＰ−ＬＤ）、このＦＰ−ＬＤと光ファイバグレーティングとを組み合わせて出力波長の安定化を図るファイバグレーティングレーザ光源、分布帰還型レーザ光源、及び、ラマンレーザ光源、等の光源を含むのが好ましい。
【００３３】
また、励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、広帯域で所望の利得スペクトルを得るために、複数波長の励起光を出力するのが好ましい。この場合、励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、ラマン増幅用励起光に含まれる励起光成分（それぞれ励起チャネルに相当）を出力する複数の光源、及び、これら複数の光源より出力された励起光成分を合波して出力する光合波器を含む。
【００３４】
励起光源部２１及び励起光源部３２１〜３２４それぞれは、それに含まれる光源が偏波依存性を有する場合に、光源より出力された励起光を偏波合成する偏波合成器を含むのが好ましく、光源から出力された励起光を無偏光化するデポラライザを含んでもよい。
【００３５】
ラマン増幅が行われる光増幅媒体である光ファイバ伝送路２０及び光ファイバ３４１、３４２それぞれは、信号光伝搬方向と同一方向に励起光が供給（前方励起）されてもよいし、信号光伝搬方向と逆の方向に励起光が供給（後方励起）されてもよい。また、双方向に励起光が供給（双方向励起）されてもよい。図１に示された光通信システム１では、光ファイバ伝送路２０は後方励起され、光ファイバ３４１、３４２それぞれは双方向励起されている。
【００３６】
図２は、図１に示された光伝送システム１の動作を説明するためのグラフである。図２（ａ）は、光ファイバ伝送路２０を伝搬した後の信号光パワーの波長特性（パワースペクトル）を示し、グラフＧ２００ａは当該光伝送システム１のパワースペクトル、グラフＧ２００ｂは比較例のパワースペクトルを示す。図２（ｂ）は、当該光伝送システム１全体の利得特性を示し、グラフＧ２１０ａは光伝送システム１のＮＥＴ利得、グラフＧ２１０ｂは比較例のＮＥＴ利得を示す。また、図２（ｃ）は、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音特性を示し、グラフ２２０ａは当該光伝送システム１の雑音指数、グラフＧ２２０ｂは比較例の雑音指数を示す。なお、この実施形態に係る光伝送システム１は、図１に示されたように、光ファイバ伝送路２０と、集中型光増幅器３０と、該光ファイバ伝送路２０をラマン増幅用光ファイバとして利用する分布定数型ラマン増幅器とを備える。一方、比較例に係る光伝送システムは、当該実施形態と同様に、光ファイバ伝送路２０と、集中型光増幅器３０とを備えるが、該集中型光増幅器３０に到達する前に信号光をラマン増幅する構造は備えていない。
【００３７】
信号波長帯域に含まれる複数信号チャネルの信号光は、光送信器１０から欠く信号チャネルが多重化された状態で光ファイバ伝送路２０へ送出される。この光ファイバ伝送路２０には励起光源部２２からラマン増幅用励起光が供給されており、光ファイバ伝送路２０を伝搬している間に信号光はラマン増幅される。また、上述のように、光ファイバ伝送路２０を伝搬した後の多重化信号光は、短波長の信号チャネルであるほど高パワーとなり、信号波長帯域の最短波長及び最長波長それぞれにおける信号チャネルの光パワーの差ΔＰが２ｄＢ以上であるのが好ましい（図２（ａ）中のグラフＧ２００ａ）。なお、光ファイバ伝送路２０において信号光がラマン増幅されない場合（比較例）では、光ファイバ伝送路２０の伝送損失の波長特性や信号チャネル間で生じる誘導ラマン散乱に起因したパワー遷移の影響により、短波長側の光パワーが小さくなる（図２（ａ）中のグラフＧ２００ｂ）。
【００３８】
光ファイバ伝送路２０を伝搬した信号光は、入力端３１を介して集中定数型光増幅器３０に入力し、この集中定数型光増幅器３０により増幅された後、出力端３２を介して出力される。このとき、励起光源部３２１〜３２４それぞれから出力される励起チャネルの波長及び光パワーが適切に設定されて、集中定数型光増幅器３０から出力される信号チャネルそれぞれの光パワーが一定となるように、集中定数型光増幅器３０における増幅動作が制御される。すなわち、光ファイバ伝送路２０を含む分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器３０を含む全体の利得の波長依存性が平坦となるように、集中定数型光増幅器３０における増幅動作が制御される（図２（ｂ））。
【００３９】
したがって、この発明では、集中定数型光増幅器３０に入力される信号光は短波長の信号チャネルほど高パワーであるので、集中定数型光増幅器３０の利得スペクトルは短波長であるほど小さくなるように設定され、それゆえ、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音指数が改善される（図２（ｃ）中のグラフ２２０ａ）。信号波長帯域における雑音指数のバラツキ（＝最大雑音指数−最小雑音指数）が２ｄＢ以下であるのが好ましい。一方、比較例では、集中定数型光増幅器３０に入力される信号光は短波長の信号チャネルほど低パワーであるので、集中定数型光増幅器３０の利得スペクトルは短波長であるほど大きくなるように設定され、それゆえ、集中定数型光増幅器３０により増幅された後の雑音指数は短波長側で著しく劣化する（図２（ｃ）中のグラフＧ２２０ｂ）。
【００４０】
【実施例】
次に、この発明に係る光伝送システムにおける実施例の具体的な構成について、比較例とともに説明する。光送信器１０から送出される多重化信号光は、信号波長帯域１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍに含まれる光周波数間隔１００ＧＨｚの１２６チャネルを含み、各信号チャネルの光パワーは０ｄＢｍであった。実施例及び比較例それぞれにおける光ファイバ伝送路２０は、標準的なシングルモード光ファイバであって、長さが１００ｋｍであった。
【００４１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例に係る光伝送システムの集中定数型光増幅器３０に含まれる光ファイバ３４１、３４２それぞれの伝送損失特性及び波長分散特性を示すグラフである。光ファイバ３４１、３４２それぞれは、ファイバ非線形性（自己位相変調による位相シフト）とラマン増幅特性とのトレードオフを考慮して設計されており、光ファイバ伝送路２０の波長分散を広帯域に亘って補償することができる。光ファイバ３４１、３４２それぞれの長さは５．５ｋｍであった。なお、比較例でも同様である。
【００４２】
光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１４８０ｎｍにおいて、０．５１ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１０９．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．４６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープ、２１４．１ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_Ｒ、１３μｍ^２の実効断面積Ａ_ｅｆｆ、１．６（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ−ｒを有する。光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１５５０ｎｍにおいて、０．４０ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１４７．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．６０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープ、３４３．５ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_Ｒ、１６μｍ^２の実効断面積Ａ_ｅｆｆ、５．１（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ−ｒを有する。また、光ファイバ３４１、３４２それぞれは、波長１６００ｎｍにおいて、０．４２ｄＢ／ｋｍの伝送損失α、−１７３．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散、−０．３８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍの分散スロープ、４１２．０ｐｓ／ｎｍ／ｄＢのＦＯＭ−ｄ、３．９ｍ／Ｗのラマン利得係数ｇ_Ｒ、１９μｍ^２の実効断面積Ａ_ｅｆｆ、６．５（１／Ｗ／ｄＢ）のＦＯＭ−ｒを有する。
【００４３】
なお、ファイバ長の影響とは無関係にラマン利得特性を評価すべく、上記ＦＯＭ−ｒ（Ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ｏｆ　Ｒａｍａｎ）は、励起光波長において、αに対するｇ_Ｒ／Ａ_ｅｆｆの比として定義されている。また、ファイバ長とは無関係に分散特性を評価すべく、ＦＯＭ−ｄ（Ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ｏｆ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）は、信号光波長において、αに対する波長分散の比で定義されている。
【００４４】
図４は、実施例及び比較例それぞれにおけるラマン増幅用励起光の波長及びパワーを纏めた表である。なお、この表中で空欄は未使用波長であることを意味する。
【００４５】
実施例では、励起光源部２２から光ファイバ伝送路２０へ供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９７．３ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー６３．１ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１２３．１ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー７４．１ｍＷ）、及び、波長１４５５ｎｍ（パワー３０．０ｍＷ）の５チャネルを含む。励起光源部３２１から光ファイバ３４１へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２５ｎｍ（パワー１００．０ｍＷ）の２チャネルを含む。励起光源部３２２から光ファイバ３４１へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、それぞれ波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２５ｎｍ（パワー７２．５ｍＷ）、波長１４５５ｎｍ（パワー３４．２ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー３１．８ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー３６．９ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー４６．５ｍＷ）の６チャネルを含む。励起光源部３２３から光ファイバ３４２へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２０ｎｍ（パワー１０３．２ｍＷ）の２チャネルを含む。励起光源部３２４から光ファイバ３４２へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー６５．８ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー７６．４ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー２７．７ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー５４．７ｍＷ）の６チャネルを含む。
【００４６】
比較例において、励起光源部２２から光ファイバ伝送路２０へラマン増幅用励起光は供給されなかった。励起光源部３２１から光ファイバ３４１へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、及び、波長１４２５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）の３チャネルを含む。励起光源部３２２から光ファイバ３４１へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー７９．４ｍＷ）、波長１４２５ｎｍ（パワー７９．４ｍＷ）、波長１４５５ｎｍ（パワー５４．４ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー３４．７ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー１２．５ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー３０．３ｍＷ）７チャネルを含む。励起光源部３２３から光ファイバ３４２へ順方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）の１チャネルのみ含む。励起光源部３２４から光ファイバ３４２へ逆方向に供給されるラマン増幅用励起光は、波長１４０５ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４１０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４２０ｎｍ（パワー１９９．５ｍＷ）、波長１４４０ｎｍ（パワー１３３．４ｍＷ）、波長１４７０ｎｍ（パワー２７．６ｍＷ）、波長１４８０ｎｍ（パワー２３．８ｍＷ）、及び、波長１５１５ｎｍ（パワー２２．２ｍＷ）の７チャネルを含む。
【００４７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例及び比較例それぞれにおける利得特性及び雑音特性をそれぞれ示すグラフである。これらグラフに示されたように、実施例及び比較例の何れでも、光ファイバ伝送路２０の伝送損失と同程度の利得が得られた。雑音特性については、比較例では、短波長側で劣化しており、信号波長帯域内における雑音指数の偏差は５．２ｄＢであった。実施例では、短波長側で比較例に対して６．０ｄＢだけ改善されており、信号波長帯域内における雑音指数のバラツキ（＝最大雑音指数−最小雑音指数）は１．６ｄＢであった。
【００４８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施例及び比較例それぞれにおけるＭＰＩクロストーク（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｃｒｏｓｓ　Ｔａｌｋ）特性及び非線形位相シフト特性をそれぞれ示すグラフである。ＭＰＩクロストークは、信号光強度に対する多経路干渉強度の比を表す（Ｖ．　Ｃｕｒｒｉ，　ｅｔ　ａｌ．，　”ＳＴＡＴＩＳＴＩＣＡＬ　ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ　ＡＮＤ　ＳＹＳＴＥＭ　ＩＭＰＡＣＴ　ＯＦ　ＭＵＬＴＩ−ＰＡＴＨ　ＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ　ＩＮ　ＲＡＭＡＮ　ＡＭＰＬＩＦＩＥＲＳ”，　Ｐｒｏｃ．　２７ｔｈ　Ｅｕｒ．　Ｃｏｎｆ．　ｏｎ　Ｏｐｔ．　Ｃｏｍｍ．　（ＥＣＯＣ２００１−Ａｍｓｔｅｒｄａｍ）　Ｔｕ．Ａ．１．２参照）。また、非線形位相シフトは、光伝送路内部で生じる自己位相変調により生じる。実施例では、ＭＰＩクロストーク及び非線形位相シフトは何れも良好であった。
【００４９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、複数信号チャネルの信号光は、先ず分布ラマン増幅器によりラマン増幅され、その後に集中定数型光増幅器により増幅される。全体の利得特性は、分布ラマン増幅器及び集中定数型光増幅器それぞれの利得特性を総合したものとなる。分布ラマン増幅器から出力される信号光は、信号波長帯域内において短波長の信号チャネルほど高パワーになるようラマン増幅された後、集中定数型光増幅器に入力される。したがって、集中定数型光増幅器では信号波長帯域における短波長側の利得を大きくする必要がないため、所望の利得を確保した状態でシステム全体における雑音指数のバラツキが大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光伝送システムにおける一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示された光伝送システムの動作を説明するためのグラフである。
【図３】図１に示された光伝送システムにおける集中定数型光増幅器に含まれる光ファイバの伝送損失特性及び波長分散特性を示すグラフである。
【図４】この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおけるラマン増幅用励起光の波長及びパワーを纏めた表である。
【図５】は、この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおける利得特性及び雑音特性（雑音指数）を示すグラフである。
【図６】この発明に係る光伝送システムの実施例及び比較例それぞれにおけるＭＰＩクロストーク特性及び非線形位相シフト特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光伝送システム、１０…光送信器、２０…光ファイバ伝送路、２１…光カプラ、２２…励起光源部、３０…集中定数型光増幅器、３１１〜３１４…光カプラ、３２１〜３２４…励起光源部３３１、３３２…光アイソレータ、３４１、３４２…光ファイバ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission system for transmitting multiplexed signal light having a plurality of signal channels having different wavelengths, and a method for amplifying the multiplexed signal light in the optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
A WDM (Wavelength Division Multiplexing) optical transmission system includes an optical fiber transmission line through which signal light (multiplexed signal light) in which a plurality of signal channels included in a predetermined signal wavelength band are multiplexed propagates. Enables high-speed transmission and reception of large amounts of information. In addition, an optical amplifier is used to compensate for a transmission loss generated while the signal light propagates through the optical fiber transmission line.
[0003]
Several types are known as the optical amplifier. For example, a rare earth element-doped optical fiber amplifier uses an optical fiber in which a rare earth element (for example, an Er element or a Tm element) is added to an optical waveguide region as an optical amplifying medium, and supplies pump light having a predetermined wavelength to the optical fiber. To excite the rare earth element. By the excitation of such a rare earth element, signal light within a specific signal wavelength range according to the energy difference between the excitation level of the rare earth element and the ground level can be amplified.
[0004]
A Raman amplifier is an optical amplifier using stimulated Raman scattering, which is a type of nonlinear optical phenomenon in an optical transmission line through which signal light propagates.For example, when the optical transmission line is a silica-based optical fiber, a signal wavelength Light having a wavelength shorter by about 100 nm is used as pumping light for Raman amplification. Further, the semiconductor optical amplifier amplifies signal light within a specific wavelength band according to an energy difference in the population inversion by generating a population inversion in the semiconductor by supplying current.
[0005]
Of these various optical amplifiers, the rare-earth element-doped optical fiber amplifier and the semiconductor optical amplifier are generally used as lumped-constant optical amplifiers that are modularized. On the other hand, a Raman amplifier can be used not only as a lumped-constant optical amplifier but also as a distributed optical amplifier. The distributed Raman amplifier does not have a modular optical transmission line as an optical amplification medium, but performs Raman amplification of signal light on an optical fiber transmission line laid in a relay section.
[0006]
On the other hand, in order to further increase the capacity, it is required to expand a signal wavelength band applied to a WDM optical transmission system. That is, in addition to the C band (1530 nm to 1565 nm) used so far, the L band (1565 nm to 1625 nm) on the longer wavelength side is also used, and the S band on the shorter wavelength side is used. (1460 nm to 1530 nm) is being studied.
[0007]
Note that a conventional optical transmission system uses a distributed amplification type fiber Raman amplifier to obtain a flat optical SNR spectrum in a signal wavelength band of 1530 nm to 1610 nm (for example, see Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-314902 (pages 3 to 4, FIGS. 1 to 15)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of studying a conventional optical transmission system, the inventors have found the following problems. That is, when performing WDM optical transmission in a wide band including the S, C, and L bands and amplifying signal light of a plurality of channels by an optical amplifier, a variation in noise figure (NF) generated between signal channels becomes a problem. . Here, the noise figure NF is
NF = P _ASE / (H · ν · Δν · G) (1)
It is represented by the following formula. P _ASE Is the optical power of the amplified spontaneous emission light (ASE light: Amplified Spontaneous Emission Light) generated by the optical amplifier. h is Planck's constant, ν is the signal light frequency, Δν is the resolution of the signal light frequency, and G is the gain of the optical amplifier. If the variation in the noise figure in the signal wavelength band is large, it is necessary to design a system in accordance with the worst value of the noise figure, and thus the transmission capacity and the optical repeater distance are limited.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide an optical transmission system and an optical amplification method having excellent noise characteristics.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An optical transmission system according to the present invention is an optical fiber transmission line, and an optical device that can function as an element that degrades noise characteristics in a signal wavelength band when a desired gain is given to signal light propagating through the optical fiber transmission line. In a system including a centralized optical amplifier such as a Raman amplifier, a rare-earth element-doped optical fiber amplifier, and a semiconductor optical amplifier, a structure for improving noise characteristics of the entire system is provided.
[0012]
In an optical transmission system in which a centralized optical amplifier is arranged on an optical fiber transmission line, a wavelength transition of a loss in the optical fiber transmission line and a power transition (SRS tilt: Stimulated Raman Scattering) caused by stimulated Raman scattering generated between signal channels. Due to the influence of Tilt), the signal light power is lower on the short wavelength side than on the long wavelength side. Inevitably, the gain of the centralized optical amplifier is larger on the short wavelength side than on the long wavelength side. Thus, in the entire optical fiber transmission line including the centralized optical amplifier, the noise figure in the signal wavelength band is It will be more deteriorated on the short wavelength side than on the long wavelength side. Therefore, the optical transmission system according to the present invention is characterized by further including a Raman amplifier in order to improve the noise characteristics of the entire optical fiber transmission line including the centralized optical amplifier. This Raman amplifier may be a distributed Raman amplifier or a lumped Raman amplifier, and is arranged upstream of the lumped optical amplifier. In particular, the Raman amplifier pre-Raman-amplifies the signal light to be incident on the centralized optical amplifier so that the optical power of the signal channel increases from the long wavelength side to the short wavelength side in the signal wavelength band.
[0013]
When the Raman amplifier is a distributed Raman amplifier, the Raman amplifier includes a pumping light source system that outputs pumping light having a plurality of pumping channels having different wavelengths, and a Raman amplification light to which the pumping light from the pumping light source system is supplied. A part of the optical fiber transmission line located on the upstream side of the transmission line element functions as the fiber. At this time, in the pumping light source system in the distributed Raman amplifier, the optical power of the pumping channel is adjusted so that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side to the short wavelength side. Is done.
[0014]
On the other hand, an optical amplification method according to the present invention includes an optical fiber transmission line through which signal lights of a plurality of signal channels having different wavelengths existing in a signal wavelength band propagate, and an optical fiber disposed on the optical fiber transmission line. When a desired gain is given to the signal light propagating through the transmission line, an optical device that can function as an element that degrades noise characteristics in the signal wavelength band from the long wavelength side to the short wavelength side. In order to improve the noise characteristics, a first optical amplification step and a second optical amplification step performed subsequent to the first optical amplification step are provided.
[0015]
Specifically, the first optical amplification step includes supplying a plurality of channels of pumping light to a part of the optical fiber transmission line located on the upstream side of the optical device, thereby shortening the signal wavelength band from the long wavelength side to the short wavelength side. The signal light is Raman-amplified in advance so that the optical power of the signal channel increases toward the wavelength side. In the second optical amplification step, the signal light Raman-amplified in the first optical amplification step is guided to the optical device as a whole optical fiber transmission line, and further amplified in the optical device.
[0016]
According to the present invention, signal light of a plurality of signal channels is first amplified by a Raman amplifier, preferably a distributed Raman amplifier, and then further amplified by a lumped-constant optical amplifier. The gain characteristic of the entire system is the sum of the gain characteristics of the distributed Raman amplifier and the lumped-constant optical amplifier. Before the signal light output from the distributed Raman amplifier enters the lumped-constant optical amplifier, the optical power of the signal channel increases from the longer wavelength side to the shorter wavelength side within the signal wavelength band. A lumped-constant optical amplifier is an element that degrades the noise figure in the signal wavelength band from the short wavelength side to the long wavelength side in the entire optical fiber transmission line, and the gain spectrum of the Raman amplifier is short in the short wavelength side of the signal wavelength band. Is adjusted in advance so as to increase, so that even if the gain on the short wavelength side is reduced, the gain required for the entire system is secured, and as a result, the cause of deterioration of noise characteristics is reduced. As described above, before the signal light is incident on the noise characteristic deterioration factor, the signal light is Raman-amplified so that the optical power is increased on the shorter wavelength side, thereby securing the necessary gain for the entire system. Thus, the variation of the noise figure in the signal wavelength band can be effectively reduced.
[0017]
The difference between the optical power in the shortest wavelength signal channel and the optical power in the longest wavelength signal channel in the signal wavelength band among the signal channels included in the signal light output from the Raman amplifier is preferably 2 dB or more. preferable. As a noise characteristic at the output end of the centralized optical amplifier, which is a transmission path element, the difference between the minimum noise figure and the maximum noise figure in the signal wavelength band is preferably 2 dB or less.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical transmission system and the like according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0019]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment in an optical transmission system according to the present invention. The optical transmission system 1 includes an optical transmitter 10, an optical fiber transmission line 20, and a lumped optical amplifier 30. An optical coupler 21 is provided near the end of the optical fiber transmission line 20, and an excitation light source unit 22 (included in the excitation light source system) is connected to the optical coupler 21.
[0020]
The optical transmitter 10 transmits signal light (multiplexed signal light) having a plurality of signal channels of different wavelengths included in a predetermined signal wavelength band. The optical fiber transmission line 20 is laid in a relay section between the optical transmitter 10 and the lumped-constant optical amplifier 30, and multiplexes the signal light transmitted from the optical transmitter 10 to the lumped-constant optical amplifier 30. Transmit to The lumped-constant optical amplifier 30 has a modular structure and is provided in an optical repeater or an optical receiver. The multiplexed signal light propagating through the optical fiber transmission line 20 is input to the centralized optical amplifier via the input terminal 31. The input multiplexed signal light is collectively amplified and then sent out to an optical fiber transmission line that leads to a receiver via an output terminal 32.
[0021]
The pumping light source unit 22 outputs pumping light (Raman amplification pumping light) of one or more pumping channels. The optical coupler 21 supplies the Raman amplification pump light output from the pump light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20 in a direction opposite to the propagation direction of the multiplexed signal light. The optical coupler 21 outputs the multiplexed signal light arriving from the optical fiber transmission line 20 to the lumped-constant optical amplifier 30. That is, the optical fiber transmission line 20, the optical coupler 21, and the pumping light source unit 22 perform Raman transmission while transmitting signal light of a plurality of signal channels within a signal wavelength band through the optical fiber transmission line 20 to which the pumping light for Raman amplification is supplied. It constitutes a distributed Raman amplifier for amplification. In particular, this distributed Raman amplifier outputs multiplexed signal light such that the shorter the wavelength within the signal wavelength band, the greater the optical power of the signal channel.
[0022]
The optical fiber transmission line 20 is a standard single-mode optical fiber having a zero-dispersion wavelength near 1.3 μm, a positive-dispersion wavelength having a zero-dispersion wavelength longer than 1.3 μm and a wavelength smaller than 1.55 μm. Non-zero dispersion shifted optical fiber having dispersion, zero dispersion shifted optical fiber having zero dispersion wavelength near 1.55 μm, pure silica whose core region is substantially pure silica glass and whose cladding region is doped with element F. Any of optical fibers such as a quartz core optical fiber and a single mode optical fiber whose effective area is larger than that of a normal optical fiber may be used. Further, the optical fiber transmission line 20 may have a configuration in which any two or more types of these optical fibers are connected, or any one or more types of these optical fibers and a dispersion compensating optical fiber. A connected configuration may be used.
[0023]
The lumped-constant optical amplifier 30 may be any of a rare-earth element-doped optical fiber amplifier, a Raman amplifier, and a semiconductor optical amplifier. As a rare earth element-doped optical fiber amplifier, an optical fiber doped with an Er element is used as an optical amplification medium, and a C-band or L-band signal light is amplified, or an optical fiber doped with a Tm element is amplified. There is a type that amplifies S-band signal light by using it as a medium. When the absolute value of the accumulated chromatic dispersion of the optical fiber transmission line 20 is large, it is preferable that the lumped constant optical amplifier 30 also has a dispersion compensation function.
[0024]
When the repeater span is long and transmission loss is large, it is preferable to use a lumped-constant optical amplifier 30 having a multistage configuration in order to obtain a desired gain. In particular, when the relay span is long distance and the lumped-constant optical amplifier 30 is a Raman amplifier, it is possible to obtain not only a desired gain but also Rayleigh scattered light or double Rayleigh scattered light generated inside the optical amplifier. In order to reduce the influence, the lumped-constant optical amplifier 30 having a multistage configuration is suitable.
[0025]
In the optical transmission system 1 shown in FIG. 1, the lumped-constant optical amplifier 30 is a two-stage Raman amplifier. That is, the lumped-constant optical amplifier 30 forms a signal light propagation path from the input terminal 31 to the output terminal 32 (constituting a part of an optical fiber transmission line provided between the optical transmitter 10 and the optical receiver). The optical isolator 331, the optical coupler 311, the optical fiber 341, the optical coupler 312, the optical isolator 332, the optical coupler 313, the optical fiber 342, and the optical coupler 314 are provided in this order. An excitation light source unit 321, an excitation light source unit 322 connected to the optical coupler 312, an excitation light source unit 323 connected to the optical coupler 313, and an excitation light source unit 324 connected to the optical coupler 314 are also provided.
[0026]
Each of the optical isolators 331 and 332 allows light to pass in the forward direction from the input end 31 to the output end 32, but does not allow light to pass in the reverse direction. Each of the pump light sources 321 to 324 outputs Raman amplification pump light.
[0027]
The optical coupler 311 supplies the pump light for Raman amplification arriving from the pump light source unit 321 to the optical fiber 341 (forward pumping), and outputs the signal light arriving from the optical isolator 331 to the optical fiber 341. The optical coupler 312 supplies the Raman amplification pump light that has reached from the pump light source unit 322 to the optical fiber 341 (backward pumping), and outputs the signal light that has reached from the optical fiber 341 to the optical isolator 332.
[0028]
The optical coupler 313 supplies the pumping light for Raman amplification that has arrived from the pumping light source unit 323 to the optical fiber 342 (forward pumping), and outputs the signal light that has reached from the optical isolator 332 to the optical fiber 342. The optical coupler 314 supplies the Raman amplification pumping light from the pumping light source 324 to the optical fiber 342 (backward pumping), and outputs the signal light from the optical fiber 342 to the output terminal 32.
[0029]
Each of the optical fibers 341 and 342 is an optical amplifying medium that collectively amplifies the signal light by supplying the Raman amplification pump light. The optical fiber 341 Raman-amplifies the signal light input through the optical coupler 311 by the Raman amplification pump light from the pump light source units 321 and 322 supplied through the optical couplers 311 and 312, and Raman-amplifies the signal light. The amplified signal light is output to the optical coupler 312. The optical fiber 342 Raman-amplifies the signal light input through the optical coupler 313 by the Raman amplification pump light from the pump light source units 323 and 324 supplied through the optical couplers 313 and 314, and performs Raman amplification of the signal light. The resulting signal light is output to the optical coupler 314.
[0030]
Each of the optical fibers 341 and 342 may be any of the various types of optical fibers described above, a dispersion compensating optical fiber having a negative chromatic dispersion, and a high nonlinearity having a large nonlinear refractive index or a small effective area. It may be any of an optical fiber and a holey optical fiber in which holes along a longitudinal direction are distributed in a cross section to realize a predetermined refractive index profile and desired optical characteristics. Further, each of the optical fibers 341 and 342 may have a configuration in which any two or more types of optical fibers are connected.
[0031]
Each of the optical fibers 341 and 342 preferably has a function of compensating for the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line, and preferably also compensates for the dispersion slope of the optical fiber transmission line. In this case, each of the optical fibers 341 and 342 may compensate for the chromatic dispersion over the entire signal wavelength band using a single type of optical fiber, but the chromatic dispersion over the entire signal wavelength band is compensated for by combining a plurality of types of optical fibers. May be.
[0032]
Each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 is, for example, a Fabry-Perot type semiconductor laser light source (FP-LD), and a fiber for stabilizing an output wavelength by combining this FP-LD with an optical fiber grating. It is preferable to include a light source such as a grating laser light source, a distributed feedback laser light source, and a Raman laser light source.
[0033]
In addition, it is preferable that each of the pump light source unit 21 and the pump light source units 321 to 324 outputs pump light of a plurality of wavelengths in order to obtain a desired gain spectrum in a wide band. In this case, each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 outputs a plurality of light sources that output excitation light components (each corresponding to an excitation channel) included in the Raman amplification excitation light, and outputs from the plurality of light sources. And an optical multiplexer for multiplexing and outputting the excited pump light components.
[0034]
Each of the excitation light source unit 21 and the excitation light source units 321 to 324 preferably includes a polarization synthesizer that performs polarization synthesis on the excitation light output from the light source when the light source included therein has polarization dependency. A depolarizer that depolarizes the excitation light output from the light source may be included.
[0035]
The optical fiber transmission line 20 and the optical fibers 341 and 342, which are optical amplification media on which Raman amplification is performed, may be supplied with pumping light (forward pumping) in the same direction as the signal light propagation direction, or may be provided with the signal light propagation direction. The pumping light may be supplied (backward pumping) in a direction opposite to the above. Further, the pumping light may be supplied bidirectionally (bidirectional pumping). In the optical communication system 1 shown in FIG. 1, the optical fiber transmission line 20 is pumped backward, and the optical fibers 341 and 342 are bidirectionally pumped.
[0036]
FIG. 2 is a graph for explaining the operation of the optical transmission system 1 shown in FIG. FIG. 2A shows a wavelength characteristic (power spectrum) of the signal light power after propagating through the optical fiber transmission line 20. A graph G200a is a power spectrum of the optical transmission system 1, and a graph G200b is a power spectrum of a comparative example. Is shown. FIG. 2B shows a gain characteristic of the entire optical transmission system 1, a graph G210a shows the NET gain of the optical transmission system 1, and a graph G210b shows the NET gain of the comparative example. FIG. 2C shows noise characteristics after being amplified by the lumped-constant optical amplifier 30, a graph 220a shows a noise figure of the optical transmission system 1, and a graph G220b shows a noise figure of a comparative example. The optical transmission system 1 according to this embodiment, as shown in FIG. 1, uses an optical fiber transmission line 20, a centralized optical amplifier 30, and the optical fiber transmission line 20 as an optical fiber for Raman amplification. And a distributed constant type Raman amplifier. On the other hand, the optical transmission system according to the comparative example includes the optical fiber transmission line 20 and the centralized optical amplifier 30 as in the present embodiment. No amplification structure is provided.
[0037]
The signal light of a plurality of signal channels included in the signal wavelength band is transmitted to the optical fiber transmission line 20 in a state where the missing signal channels from the optical transmitter 10 are multiplexed. The optical fiber transmission line 20 is supplied with Raman amplification pumping light from the pumping light source unit 22, and the signal light is Raman-amplified while propagating through the optical fiber transmission line 20. Further, as described above, the multiplexed signal light after propagating through the optical fiber transmission line 20 has higher power as the signal wavelength is shorter, and the light of the signal channel at each of the shortest wavelength and the longest wavelength of the signal wavelength band. The power difference ΔP is preferably 2 dB or more (graph G200a in FIG. 2A). In the case where the signal light is not Raman-amplified in the optical fiber transmission line 20 (comparative example), due to the wavelength characteristics of the transmission loss of the optical fiber transmission line 20 and the effect of power transition caused by stimulated Raman scattering generated between signal channels, The optical power on the short wavelength side decreases (graph G200b in FIG. 2A).
[0038]
The signal light propagating through the optical fiber transmission line 20 is input to the lumped-constant optical amplifier 30 via the input terminal 31, amplified by the lumped-constant optical amplifier 30, and output via the output terminal 32. . At this time, the wavelength and optical power of the pumping channel output from each of the pumping light source units 321 to 324 are appropriately set, and the optical power of each signal channel output from the lumped-constant optical amplifier 30 is constant. The amplification operation in the lumped-constant optical amplifier 30 is controlled. That is, the amplification operation in the lumped-constant optical amplifier 30 is controlled such that the wavelength dependence of the entire gain including the distributed Raman amplifier including the optical fiber transmission line 20 and the lumped-constant optical amplifier 30 becomes flat (FIG. 2 (b)).
[0039]
Therefore, in the present invention, the signal light input to the lumped-constant type optical amplifier 30 has a higher power as the signal wavelength of the shorter wavelength channel is higher, so that the gain spectrum of the lumped-constant type optical amplifier 30 becomes smaller as the wavelength becomes shorter. The noise figure after being set and thus amplified by the lumped-constant optical amplifier 30 is improved (graph 220a in FIG. 2C). The variation of the noise figure in the signal wavelength band (= maximum noise figure−minimum noise figure) is preferably 2 dB or less. On the other hand, in the comparative example, since the signal light input to the lumped-constant optical amplifier 30 has a lower power as the signal channel has a shorter wavelength, the gain spectrum of the lumped-constant optical amplifier 30 increases as the wavelength becomes shorter. The noise figure after being set and thus amplified by the lumped-constant optical amplifier 30 significantly deteriorates on the short wavelength side (graph G220b in FIG. 2C).
[0040]
【Example】
Next, a specific configuration of the embodiment in the optical transmission system according to the present invention will be described together with a comparative example. The multiplexed signal light transmitted from the optical transmitter 10 included 126 channels with an optical frequency interval of 100 GHz included in the signal wavelength band of 1520 nm to 1620 nm, and the optical power of each signal channel was 0 dBm. The optical fiber transmission line 20 in each of the example and the comparative example was a standard single mode optical fiber and had a length of 100 km.
[0041]
FIGS. 3A and 3B are graphs showing transmission loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of the optical fibers 341 and 342 included in the lumped-constant optical amplifier 30 of the optical transmission system according to the embodiment. Each of the optical fibers 341 and 342 is designed in consideration of a trade-off between fiber nonlinearity (phase shift due to self-phase modulation) and Raman amplification characteristics, and compensates for chromatic dispersion of the optical fiber transmission line 20 over a wide band. can do. The length of each of the optical fibers 341 and 342 was 5.5 km. The same applies to the comparative example.
[0042]
Each of the optical fibers 341 and 342 has a transmission loss α of 0.51 dB / km, a chromatic dispersion of −109.2 ps / nm / km, and a wavelength of −0.46 ps / nm at a wavelength of 1480 nm. ² / Km dispersion slope, 214.1 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain factor g _R , 13 μm ² Effective area A of _eff , 1.6 (1 / W / dB). Each of the optical fibers 341 and 342 has a transmission loss α of 0.40 dB / km, a chromatic dispersion of −147.7 ps / nm / km, and a wavelength of −0.60 ps / nm at a wavelength of 1550 nm. ² / Km dispersion slope, 343.5 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain factor g _R , 16 μm ² Effective area A of _eff It has a FOM-r of 5.1 (1 / W / dB). The optical fibers 341 and 342 have a transmission loss α of 0.42 dB / km, a chromatic dispersion of −173.4 ps / nm / km, and a wavelength of −0.38 ps / nm at a wavelength of 1600 nm. ² / Km dispersion slope, 412.0 ps / nm / dB FOM-d, 3.9 m / W Raman gain factor g _R , 19 μm ² Effective area A of _eff , 6.5 (1 / W / dB).
[0043]
In order to evaluate the Raman gain characteristic independently of the influence of the fiber length, the above-mentioned FOM-r (figure of Merit of Raman) is obtained by comparing g to α at the pump light wavelength. _R / A _eff Is defined as the ratio of Further, in order to evaluate the dispersion characteristics irrespective of the fiber length, FOM-d (figure of Merit of Dispersion) is defined by the ratio of chromatic dispersion to α at the signal light wavelength.
[0044]
FIG. 4 is a table summarizing the wavelength and the power of the Raman amplification pump light in each of the example and the comparative example. In this table, blanks indicate unused wavelengths.
[0045]
In the embodiment, the pumping light for Raman amplification supplied from the pumping light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20 has a wavelength of 1405 nm (power 197.3 mW), a wavelength of 1410 nm (power 63.1 mW), and a wavelength of 1420 nm (power 123.mW). 1mW), 5 channels with a wavelength of 1440 nm (power 74.1 mW), and a wavelength of 1455 nm (power 30.0 mW). The pumping light for Raman amplification supplied from the pumping light source unit 321 to the optical fiber 341 in the forward direction includes two channels each having a wavelength of 1405 nm (power: 199.5 mW) and a wavelength of 1425 nm (power: 100.0 mW). The pumping light for Raman amplification supplied in the opposite direction from the pumping light source unit 322 to the optical fiber 341 has a wavelength of 1405 nm (power: 199.5 mW), a wavelength of 1425 nm (power: 72.5 mW), a wavelength of 1455 nm (power: 34.2 mW), respectively. It includes six channels with a wavelength of 1470 nm (power 31.8 mW), a wavelength of 1480 nm (power 36.9 mW), and a wavelength of 1515 nm (power 46.5 mW). The pumping light for Raman amplification supplied from the pumping light source unit 323 to the optical fiber 342 in the forward direction includes two channels having a wavelength of 1405 nm (power: 199.5 mW) and a wavelength of 1420 nm (power: 103.2 mW). The pumping light for Raman amplification supplied in the opposite direction from the pumping light source section 324 to the optical fiber 342 has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1420 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1440 nm (power 65.8 mW), and a wavelength. It includes 6 channels of 1470 nm (power 76.4 mW), wavelength 1480 nm (power 27.7 mW), and wavelength 1515 nm (power 54.7 mW).
[0046]
In the comparative example, the pump light for Raman amplification was not supplied from the pump light source unit 22 to the optical fiber transmission line 20. The pumping light for Raman amplification supplied from the pumping light source unit 321 to the optical fiber 341 in the forward direction has a wavelength of 1405 nm (power: 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power: 199.5 mW), and a wavelength of 1425 nm (power: 199.5 mW). 3 channels are included. The pumping light for Raman amplification supplied in the opposite direction from the pumping light source unit 322 to the optical fiber 341 has a wavelength of 1405 nm (power: 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power: 79.4 mW), a wavelength of 1425 nm (power: 79.4 mW), and a wavelength of It includes 7 channels at 1455 nm (power 54.4 mW), wavelength 1470 nm (power 34.7 mW), wavelength 1480 nm (power 12.5 mW), and wavelength 1515 nm (power 30.3 mW). The Raman amplification pumping light supplied from the pumping light source 323 to the optical fiber 342 in the forward direction includes only one channel having a wavelength of 1420 nm (power: 199.5 mW). The pumping light for Raman amplification supplied in the opposite direction from the pumping light source unit 324 to the optical fiber 342 has a wavelength of 1405 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1410 nm (power 199.5 mW), a wavelength of 1420 nm (power 199.5 mW), and a wavelength. It includes seven channels of 1440 nm (power 133.4 mW), wavelength 1470 nm (power 27.6 mW), wavelength 1480 nm (power 23.8 mW), and wavelength 1515 nm (power 22.2 mW).
[0047]
FIGS. 5A and 5B are graphs showing gain characteristics and noise characteristics in the example and the comparative example, respectively. As shown in these graphs, in each of the example and the comparative example, a gain equivalent to the transmission loss of the optical fiber transmission line 20 was obtained. In the comparative example, the noise characteristic deteriorated on the short wavelength side, and the deviation of the noise figure in the signal wavelength band was 5.2 dB. In the example, the noise was improved by 6.0 dB on the short wavelength side with respect to the comparative example, and the variation of the noise figure in the signal wavelength band (= maximum noise figure−minimum noise figure) was 1.6 dB.
[0048]
FIGS. 6A and 6B are graphs respectively showing the MPI crosstalk (Multi-Path Interference Cross Talk) characteristic and the nonlinear phase shift characteristic in the example and the comparative example. MPI crosstalk represents the ratio of the multipath interference intensity to the signal light intensity (V. Curri, et al., "STATISTICAL PROPERTIES AND SYSTEM IMPACT OF MULTI-PATH INTERFERENCE IN RAMAN AMPLIFIERS on Proc. 27. Proc. Opt.Comm. (ECOC2001-Amsterdam) Tu.A.1.2). Further, the non-linear phase shift is caused by self-phase modulation generated inside the optical transmission line. In the example, both the MPI crosstalk and the nonlinear phase shift were good.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, signal lights of a plurality of signal channels are first Raman-amplified by the distributed Raman amplifier, and then amplified by the lumped-constant optical amplifier. The overall gain characteristic is the sum of the gain characteristics of the distributed Raman amplifier and the lumped-constant optical amplifier. The signal light output from the distributed Raman amplifier is Raman-amplified so that the shorter the wavelength of the signal channel in the signal wavelength band, the higher the power, and then input to the lumped-constant optical amplifier. Therefore, in the lumped-constant optical amplifier, it is not necessary to increase the gain on the short wavelength side in the signal wavelength band, so that the variation of the noise figure in the entire system is greatly improved while the desired gain is secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment in an optical transmission system according to the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating an operation of the optical transmission system shown in FIG.
FIG. 3 is a graph illustrating transmission loss characteristics and chromatic dispersion characteristics of an optical fiber included in a lumped-constant optical amplifier in the optical transmission system illustrated in FIG. 1;
FIG. 4 is a table summarizing the wavelengths and powers of Raman amplification pump light in each of the embodiment and the comparative example of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a gain characteristic and a noise characteristic (noise figure) in the optical transmission system according to the embodiment of the present invention and a comparative example, respectively.
FIG. 6 is a graph showing an MPI crosstalk characteristic and a non-linear phase shift characteristic in an optical transmission system according to an embodiment of the present invention and a comparative example, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmission system, 10 ... Optical transmitter, 20 ... Optical fiber transmission line, 21 ... Optical coupler, 22 ... Excitation light source part, 30 ... Lumped constant type optical amplifier, 311-314 ... Optical coupler, 321-324 ... Excitation Light source units 331, 332: optical isolators, 341, 342: optical fibers.

Claims

An optical fiber transmission line in which signal light of a plurality of signal channels having different wavelengths existing in the signal wavelength band propagates,
It is arranged on the optical fiber transmission line and functions as an element for deteriorating noise characteristics in the signal wavelength band from a long wavelength side to a short wavelength side when giving a desired gain to signal light propagating through the optical fiber transmission line. An optical device that can
It is arranged on the upstream side of the optical device when viewed from the traveling direction of the signal light, and is incident on the optical device so that the optical power of the signal channel in the signal wavelength band increases from the long wavelength side to the short wavelength side. An optical transmission system comprising a Raman amplifier for pre-Raman-amplifying the signal light to be transmitted.

The optical transmission system according to claim 1, wherein the optical device includes a lumped-constant optical amplifier.

The Raman amplifier includes: a pumping light source system that outputs pumping light having a plurality of pumping channels having different wavelengths; and a Raman amplification optical fiber to which the pumping light is supplied from the pumping light source system, the traveling direction of the signal light. A distributed Raman amplifier comprising a part of the optical fiber transmission line located upstream of the optical device as viewed from above,
The distributed Raman amplifier adjusts the optical power of the pump channel such that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side to the short wavelength side. The optical transmission system according to claim 1.

Among the signal channels included in the signal light output from the Raman amplifier, the difference between the optical power in the shortest wavelength signal channel and the optical power in the longest wavelength signal channel in the signal wavelength band is 2 dB or more. The optical transmission system according to claim 1, wherein

2. The optical transmission system according to claim 1, wherein a difference between a minimum noise figure and a maximum noise figure in the signal wavelength band is 2 dB or less as a noise characteristic at an output end of the optical device.

An optical fiber transmission line through which signal light of a plurality of signal channels having different wavelengths existing in the signal wavelength band propagates; and a desired gain disposed on the optical fiber transmission line and transmitting the signal light through the optical fiber transmission line. The optical amplification method in an optical transmission system comprising an optical device that can function as an element that degrades noise characteristics in the signal wavelength band from the long wavelength side toward the short wavelength side,
The pump light of a plurality of pump channels is supplied to a part of the optical fiber transmission line located on the upstream side of the optical device when viewed from the propagation direction of the signal light, and from the long wavelength side to the short wavelength side in the signal wavelength band. A first optical amplification step of preliminarily Raman-amplifying the signal light so that the optical power of the signal channel increases,
An optical amplification method, which is performed subsequent to the first optical amplification step, and further includes a second optical amplification step of guiding the Raman-amplified signal light to the optical device and further amplifying the signal light in the optical device.

The optical amplification method according to claim 6, wherein the optical device includes a lumped-constant optical amplifier.

In the first optical amplification step, the optical power of the plurality of excitation channels included in the excitation light is such that the optical power of the signal channel included in the Raman-amplified signal light increases from the long wavelength side to the short wavelength side. The optical amplification method according to claim 6, wherein each of the optical amplification is adjusted.

The difference between the optical power of the shortest wavelength signal channel in the signal wavelength band and the optical power of the longest wavelength signal channel among the signal channels of the signal light Raman-amplified in the first optical amplification step is 2 dB or more. 7. The optical amplification method according to claim 6, wherein:

7. The optical amplification method according to claim 6, wherein a difference between a minimum noise figure and a maximum noise figure in the signal wavelength band is 2 dB or less as noise characteristics after amplification in the second optical amplification step.