专利名称：光传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及传输相互不同的光频率的多个信号频道被复用了的信号光的光传输系统。
背景技术：
波长分割复用(WDMWavelength Division Multiplexing)光传输系统是把相互不同的光频率的多个信号频道被复用了的信号光(WDM信号光)经由光纤传输的光系统，可以高速地发送接收大容量的信息。在通信需求旺盛的中继线系统的光传送系统中，研究通过减小多个信号频道的光频率间隔增加重用度，由此谋求进一步的大容量化。这种复用度大的WDM，被称为DWDM(密波长分割复用)。
另一方面，在通信需求不太大的光传输系统中，通过扩大多条信号频道的光频率间隔减小重用度，由此谋求系统成本的降低。这种复用度小的WDM，被称为CWDM(疏波长分割复用)。在CWDM光传输系统中，伴随信号光的信号频道数降低而削减了光零件(例如，信号光源、受光元件等)的个数，另外，由于使用由光频率间隔大引起的波长精度要求值低的便宜的光零件(例如，光波合成器、光分波器等)，可以谋求系统成本的降低。
发明内容
本发明人研究了以往的光通信系统的结果，发现了以下的问题。即，在以往的CWDM光传输系统中，因为信号频道的光频率间隔大，所以包含各信号频道的信号波长频带的宽度宽，例如还有频带宽度在100nm的情况。如果频带宽度是100nm，则该信号波长频带内的短波长一侧和长波长一侧的光纤传输线的光学特性(例如，传输损失、波长分散等)就会大不相同。因此，以往的CWDM光传输系统难以维持被包含在信号波长频带内的各信号频道的传输质量均匀。
发明内容本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种多信号频道各自具备可以保证高品质传输的结构的光传输系统。
本发明的光传输系统是经由光纤传输线路传输多个信号被复用的信号光(WDM信号)的CWDM光传输系统，具备用于保证该信号光的各信号频道的高传输品质的结构。即，本发明的光传输系统具备输出光频率间隔在400GHz以上并且在12.5THz以下的多个信号频道被复用的信号光的发送器、传输该信号光的光纤传输线、通过提供喇曼放大用激励光对该信号光进行喇曼放大的受激喇曼散射(SRSStimulated Raman Scattering)装置。进而，该SRS装置包含作为喇曼放大用光纤的光纤传输线的一部分。另外，理想的是包含在信号光中的信号频道的波长间隔是10nm以上。
在本发明的光传输系统中，上述SRS装置也可以是包含构成上述光线传输线的一部分的喇曼放大用光纤的集总常数型放大器。进而，在这种情况下，集总常数型喇曼放大器具备在位于该集总常数型喇曼放大器的外部的光纤传输线的传输线区间也作为喇曼放大用光纤使用(这种情况下，SRS装置还具有作为分布常数型喇曼放大器的功能)、用于把剩余的喇曼放大用激励光引导到该外部传输线区间的结构。另外，理想的是上述SRS装置被设置在上述光纤传输线中的上述信号光的发送端以及接收端的至少一方上。
无论在哪种情况下，都可以高增益地进行喇曼放大。
在本发明的光传输系统中，理想的是，上述光纤传输线中的至少起到喇曼放大用光纤功能的传输线区间包括包含上述信号光的波长频带中的具有负波长分散的光纤。因为一般的光纤传输线具有正的波长分散，所以由被包含在上述SRS装置中的光纤补偿其波长分散，可以进行高品质的信号传输。
另一方面，在本发明的光传输系统中，在上述光纤传输线中的至少起到喇曼放大用光纤功能的传输线区间还包含在波长1.39μm附近的OH基引起的损失峰值在0.33dB/km以下的光纤。在这种情况下，因为可以高效率地提供波长1.39μm附近的激励光，所以可以改善激励效率，另外，还可以改善增益频谱。
在本发明的光传输系统中，理想的是，激励频道的波长位于包含在上述信号光中的信号频道中的相互相邻的信号频道之间。通过这样配置信号频道和激励频道，即使在信号波长频带内的长波长一侧也可以高增益地对信号光进行喇曼放大。
进而在本发明的光传输系统中，理想的是，上述SRS装置在包含在上述信号光中的信号频道中，对在上述光纤传输线中的传输损失在第1阈值以上的波长范围内的信号频道进行喇曼放大。另外，理想的是，上述SRS装置进一步具备在包含在上述信号光中的信号频道中，补偿在上述光纤传输线中的累计波长分散在第2阈值以上的波长范围内的信号频道的波长分散的分散补偿装置。无论在哪种情况下，因为在信号波长频带内所需要的波长范围中可以进行喇曼放大或者分散补偿，所以在各信号频道中可以进行高品质的信号传输。
进而，在为了可以一边抑制信号频道间的增益离散一边进行在更宽波长频带进行光放大，使用多个激励光光源(LD)的技术，例如被揭示在特开2000-98433号公报上。但是，在以往的CWDM光传输系统中，因为激励光的频道间隔在6nm以上35nm以下，所以难以在保持少的激励LD数的同时进一步提高增益平整度。
本发明的光传输系统作为CWDM光传输系统，可以在维持少光源数的状态下在更宽的波长频带中进行喇曼放大。
具体地说，本发明的光传输系统具备输出规定的复用信号的发送器、光纤传输线、喇曼放大该信号的SRS装置。上述发送器输出光频率间隔在400GHz以上并且12.5THz以下的多个信号频道被复用的信号光。上述光纤传输线被铺设在发送器和接收器之间，传送上述信号光。上述喇曼放大器作为喇曼放大用光纤，包含上述光纤传输线的一部分，同时还包含向该光纤传输线的一部分提供1个以上的激励频道被复用后的喇曼放大用激励光的激励光光源。
特别是在本发明的光传输系统中，各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于与各信号频道的光频率不同的光频率上。即，信号频道的光频率与比激励频道的光频率数低13.2THz的频率不同。具体地说，理想的是，将包含在上述激励光中的各激励频道的光频率设定为喇曼增益峰值位于从包含在上述信号光中的各信号频道的光频率离开624GHz(5nm)以上的光频率上。另一方面，理想的是，包含在上述激励光中的各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于从包含在上述信号光中的各信号频道的光频率未离开1248GHz(10nm)以上的光频率。由此，在CWDM光传输系统中，在保持少的激励光光源的状态下在更宽的波长频带中可以得到高增益平整度。
在本发明的光传输系统中，理想的是，相邻的2个以上的激励频道的光频率间隔为4680GHz(37.5nm)以上。另外，可以将在包含于上述激励光中的激励频道中的相互相邻的激励频道的光频率设定为喇曼增益峰值位于从包含在上述信号中的各信号频道的光频率离开624GHz以上，并且未离开2496GHz(20nm)以上的光频率上。
在本发明的光传输系统中，上述信号光的光频率频带在12.48THz(100nm)以下，激励频道数由所使用的信号频道数确定。即，在把上述激励光的激励频道数设置为m，把上述信号光的信号频道数设置为n时，这些激励频道数和信号频道数满足m≤n/2，进而m≤(n+4)/2的关系。
进而，在本发明中的光传输系统中，当使用多个激励频道的情况下，上述SRS装置的增益频谱具有被包含在激励光中的激励频道各自相互不同的光频率的喇曼增益峰值。在这种情况下，包含在激励光中的各激励频道的光频率被设定成与包含各激励频道各自的喇曼增益峰值的信号光中的各信号频道的光频率不同的光频率。换句话说，上述SRS装置的增益频谱具有由包含在激励光中的激励频道各自产生的存在第1光频率间隔的喇曼增益峰值，而包含在信号光中的各信号频道的光频率被设置成与激励频道各自产生的喇曼增益峰值不同，并且具有第2光频率间隔。
图1是展示本发明的光传输系统中的实施例1的结构的图。
图2是用于说明信号频道以及激励频道各自的一个配置例的图。
图3是展示本发明的光传输系统中的实施例2的结构的图。
图4是展示本发明的光传输系统中的实施例3的结构的图。
图5是展示本发明的光传输系统中的实施例4的结构的图。
图6是展示在光纤传输线中的传输损失的波长依存性和波长分散的波长依存性关系的曲线图。
图7是在具体例子的光传输系统(作为光纤传输线包含SMF)中的增益频谱(其1)。
图8是在具体例子的光传输系统(作为光纤传输线包含DSF)中的增益频谱(其2)。
图9是在具体例子的光传输系统(作为光纤传输线包含NZDSF)中的增益频谱(其3)。
图10是展示各具体例子的光传输系统中的激励光功率的曲线图。
图11是展示作为实验系统而准备的喇曼放大器的结构的图。
图12是展示在图11所示的实验系统所使用的各激励频道的功率的表。
图13是展示用于说明从4频道信号光的统一喇曼放大到8频道信号光的统一喇曼放大的分段上升的激励频道以及信号频道的配置的图。
图14是展示在图11的实验系统中，信号波长频带的长波长一侧的4信号频道的Net增益以及噪音特性的各波长依存性的曲线图。
图15是分别展示图11的实验系统的增益频谱、Net增益的波长依存性，以及Net噪音特性的波长依存性。
图16是展示在图11的实验系统中，MPI交调失真以及相位偏移量的各波长依存性的曲线图。
图17是展示喇曼增益频谱的一例的图。
图18是展示4频道信号光与激励频道的关系的表。
图19是展示在4频道信号光的统一喇曼放大中的信号频道与激励频道的配置关系的图。
图20是展示在用于改善MPI交调失真的喇曼放大器中的主要部分的结构图。
图21是展示本发明的光传输系统的第1应用例结构的图。
图22是展示本发明的光传输系统的第2应用例结构的图。
图23是展示本发明的光传输系统的第3应用例结构的图。
图24是展示本发明的光传输系统的第4应用例结构的图。
图25是展示本发明的光传输系统的第5应用例结构的图。
图26是展示本发明的光传输系统的第6应用例结构的图。
图27是展示本发明的光传输系统的第7应用例结构的图。
具体实施例方式
以下，用图1～图27详细说明本发明的光传输系统的各实施例。进而，在同一图的说明中在相同的要素上标注了同一符号，并省略重复说明。
(实施例1)首先，说明本发明的光传输系统的实施例1。图1是展示本发明的光传输系统中的实施例1的结构的图。该图1所示的光传输系统1是CWDM光传输系统，至少包含光发送器110、光纤传输线120以及集总常数喇曼放大器(LRA)130。
光发送器110输出光频率间隔在400GHz以上并且在12.5THz以下的多个信号频道被复用的信号光(WDM信号)。从该光发送器110输出的复用信号光的波长间隔(频道间隔)理想的是在10nm以上。作为包含在光发送器110中的输出各信号频道的光源，例如可以使用分布回归型激光光源、法布里-珀罗型半导体激光光源(FP-LD)，以及通过组合该FP-LD和光纤分段激光而谋求输出稳定波长的光纤分段激光光源等。在调制信号光时，可以直接调制这些光源，也可以由外部调制器进行外部调制。另外，这些光源也可以不进行温度调整。在CWDM光传输中，因为各信号频道的波长变动的容许范围宽，所以通过直接调制或者无温度调制，即使信号频道波长有一些变化也可以。
光纤传输线120把从光发送器110输出的复用信号向喇曼放大器130传输。该光纤传输线120可以是在波长1.3μm附近具有零分散波长的标准的单模式光纤(SMFSingle-Mode OpticalFiber)；从波长1.3μm开始在长波长一侧具有零分散而在波长1.55μm中具有小的正波长分散的非零分散偏移光纤(NZDSFNon-Zero Dispersion Shifted Optical Fiber)；在波长1.55μm附近具有零分散波长的分散偏移光纤(DSFDispersion Shifted OpticalFiber)；芯区域实际上是纯石英玻璃，在包层区域上是添加了F元素的纯石英芯光纤；以及实际截面积比通常的面积大的单模式光纤等；哪种光纤都行。另外，光纤传输线120可以通过连接这些光纤中的任意2种以上的光纤构成，也可以通过连接这些光纤中的任意一种以上的光纤和分散补偿光纤(DCFDispersion CompensatingOptical Fiber)构成。
喇曼放大器130输入从光纤传输线120传输来的复用信号光，并喇曼放大该复用信号光。理想的是，喇曼放大器130被设置在复用信号光的发送端以及接收端的至少一方上。喇曼放大器130按照从信号光输入端向信号光输出端顺序具备光隔离体131、光耦合器133、喇曼放大用光纤137(和光纤传输线120一同构成被铺设在光发送器和光接收器之间的光纤传输线的一部分)、光耦合器134以及光隔离体132。进而喇曼放大器130具备和光耦合器133连接的激励光源部件135，以及与光耦合器134连接的激励光源部件136。
光隔离体131、132各自使光从信号光输入端向信号光输出端的正方向通过，但光不能在相反方向上通过。激励光源部件135、136各自向光纤137输出用于喇曼放大信号光的激励光。该光耦合器133在将从激励光源部件135传输来的激励光向光纤137正方向输出的同时，还从光隔离体131向光纤137输出已到达的信号光。光耦合器134在将从激励光源部件136传输来的激励光向光纤137反方向输出的同时，从光纤137向光隔离体132输出已到达的信号光。
激励光源部件135、136各自可以使用例如法布里-珀罗型半导体激光光源(FP-LD)、通过组合该FP-LD和光纤分段激光谋求输出稳定波长的光纤分段激光光源、分布回归型激光光源以及喇曼激光光源等。另外，激励光源部件135、136各自在包含在其中的光源具有偏振波依存性的情况下，理想的是包含偏振波合成从该光源中输出的激励光的偏振波合成器。另外，还可以包含使从光源输出的激励光无偏振光化的削偏振器。
喇曼放大用光纤137通过提供喇曼放大用激励光来喇曼放大复用信号光。该光纤137在是石英系列光纤的情况下，激励光频率比信号光频率小13.2THz，激励光波长比信号光波长短100nm左右。另外，一般石英系列光纤在波长1.39μm附近因OH基引起的损失峰值是0.40dB/km左右，但适用在本实施例中的光纤137，理想的是在波长1.39μm附近因OH基引起的损失峰值是0.33dB/km以下。由于该损失峰值小，所以在波长1.39μm附近的喇曼放大用的激励光以低损失在光纤137中被传送，因而可以得到优异的喇曼放大增益。
如果把激励光的输入功率设置为PP，把喇曼放大用光纤的长度设置为L，把在信号光波长中的光纤的传输损失设置为αs，把激励光波长中的光纤的传输损失设置为αP，把光纤的增益系数设置为gR，把光纤的实效截面积设置为Aeff，则由该光纤中的喇曼放大得到的通断增益Gon-off以及Nnet，各自以下式表示。
Gon-off＝exp(LeffPPgR/Aeff)…(1a)Gnet＝exp(LeffPPgR/Aeff-αSL)…(1b)但是Leff＝(1-exp(-αPL))/αP…(1c)Leff表示光纤的实效长。
从这些式子可知，通过减小损失αP，可以增大增益。在使用波长1.39μm附近的波长的激励光的情况下，有减少OH基引起的损失峰值的效果。通过把波长1.39μm附近的OH基引起的损失从通常的0.4dB/km减少到0.33dB/km以下，可以把光纤的有效长度Leff从2.5km增加到3.03km，由此激励效率可以提高2成。
另外，理想的是，喇曼放大用光纤137补偿光纤传输线120的波长分散。一般作为光纤传输线使用的光纤是标准的单模光纤或者分散偏移光纤，在信号波长频带内的波长1.55μm中具有正的波长分散。另外，从一般作为信号光源使用的激光二极管直接调制输出的信号光也具有正的波长分散。因而，理想的是，喇曼放大用光纤137在波长1.55μm中具有负的波长分散。由此，累计波长分散引起的信号光的波长劣化降低，可以进行高品质的信号传输。进而，也可以在光纤137以外设置分散补偿器。
图2是用于说明信号光以及激励光各自的频道配置的图。在图2(a)所示的频道配置中，包含全信号频道(在图中是6频道)的信号波长频带的宽度是100nm以下，从该信号波长频带到短波长一侧存在全部的激励频道。激励频道理想的是各自隔开35nm以上。在图2(b)所示的频道配置中，不只从包含全信息频道的信号波长频带到短波长一侧存在激励频道，在其信号波长频带中的相邻信号频道之间还存在激励频道。通过这样在相邻信号频道间配置激励频道，可以在宽频带上高效率地喇曼放大复用信号光，同时可以把在信号波长频带内的增益频谱设置为所希望的形状。在如图2(c)所示的频道配置中，是包含全信号频道的信号波长频带的宽度在100nm以上的情况，从该信号波长频带到短波长一侧存在全部的激励频道。即使在这种情况下，因为一般也可以在信号波长频带内在传输损失小的高波长一侧不进行喇曼放大(或者即使增益小)，所以可以进行高品质的CWDM光传输。进而，在图2中，各激励频道包含多个纵模，但也可以是线宽度窄的激光。
在该光传输系统1中，光频率间隔在400GHz以上并且12.5THz以下的多个信号频道被复用的信号光被从光发送器110输出，并被传送到光纤传输线120，而后，到达喇曼放大器130。在喇曼放大130中，从激励光源部件135、136输出的激励光经由光耦合器133、134被提供给光纤137。到达喇曼放大器130的复用信号光，通过光隔离体131以及光耦合器133到达光纤137。而后，在该光纤137中复用信号光被喇曼放大。喇曼放大后的信号光通过光耦合器134以及光隔离体132，被输出到喇曼放大器130的外部。因为可以比较自由地设计在喇曼放大器130中的增益频谱的频带宽度和形状，所以即使信号波长频带较宽，也可以高质量地对复用光信号的信号频道各自进行CWDM光传输。
(实施例2)以下，说明本发明的光传输系统的实施例2。图3是展示本发明的光传输系统中的实施例2的结构的图。该图3所示的光传输系统2是CWDM光传输系统，具备光发送器110、光纤传输线120以及集总常数型喇曼放大器230。实施例2的光传输系统2如果与上述的实施例1的光传输系统1比较，则在代替喇曼放大器130而具备喇曼放大器230这一点上不同。
在该实施例2中的喇曼放大器230以从信号光输入端向信号光输出端的顺序，具备喇曼放大器用光纤137(和光纤传输线一同构成被铺设在光发送器和光接收器之间的光纤传输线的一部分)、光耦合器134以及光隔离体132。进而，喇曼放大器230具备被连接在光耦合器134上的激励光源部件136。该喇曼放大器230的结构相当于从实施例1中的喇曼放大器130中除掉光隔离体131、光耦合器133以及激励光源部件135。
在该光传输系统2中，喇曼放大器230具有不只把从激励光源部件136输出的激励光通过光耦合器4提供给光纤137，而且把剩余的激励光从该喇曼放大器230提供给位于外部的光纤传输线120的结构(相当于图3中的光纤传输线12和光纤137的连接点A)。即，该光传输系统2作为受激喇曼散射装置(SRS装置)，除了集总常数型喇曼放大器230外，还具备由光纤传输线120、光耦合器134以及光激励光源部件136构成的分布常数型喇曼放大器(DRA)。因而，从光发送器110输出的复用信号光在被光纤传输线120传送期间被喇曼放大，另外还被喇曼放大器230喇曼放大。
进而，在本实施例2中，因为还向光纤传输线120提供激励光，所以理想的是不只是光纤137而且光纤传输线120在波长1.39m附近因OH基引起的损失峰值在0.33dB/km以下。
(实施例3)以下，说明本发明的光传输系统的实施例3。图4是展示本发明的光传输系统中的实施例3的结构的图。该图4所示的光传输系统3是CWDM光传输系统，具备光发送器110、光纤传输线120、光接收器140、光隔离体131、132、光耦合器133、134以及激励光源部件135、136。光纤传输线120被铺设在光发送器110光接收器140之间。光隔离体131、光耦合器133以及激励光源部件135被设置在光纤传输线120的光发送器110一侧。另外，光隔离体132、光耦合器134以及激励光源部件136被设置在光纤传输线120的光接收器140一侧。
在该第3实施例中，从激励光源部件135输出的激励光在通过光耦合器133后，被以正方向向光纤传输线120提供。另外，从激励光源部件136输出的激励光在通过光耦合器134后，被以反方向向光纤传输线120提供。即，涉及实施例3的光传输系统3作为SRS装置，具备光纤传输线120、光耦合器133、134以及由激励光源部件135、136构成的分布常数型喇曼放大器。因而，从光发送器110输出的复用信号光在光纤传输线120传送期间被喇曼放大，到达光接收器140。
进而，在本实施例3中，因为向光纤传输线120提供激励光，所以理想的是光纤传输线120在波长1.39μm附近因OH基引起的损失峰值在0.33dB/km以下。
(实施例4)以下，说明本发明的光传输系统的实施例4。图5是展示本发明的光传输系统中的实施例4的结构的图。该图5所示的光传输系统4是CWDM光传输系统，具备信号光源部件1111～1114、光波合成器112、光纤传输线120、光分波器142、分散补偿器143、光分波器1441、1442、光接收部件1411～1414、光耦合器133、134以及激励光源部件135、136。
信号光源部件1111～1114各自输出相互不同的波长的信号。光波合成器112对从信号光源部件1111～1114各自输出的各信号频道的光进行波合成。由信号光源部件1111～1114以及光波合成器112构成光发送器。从光波合成器112输出的复用信号光的光频率间隔在400GHz以上12.5THz以下，理想的是信号频道间隔在10nm以下。
光纤传输线120被铺设在光波合成器112和光分波器142之间。光耦合器133以及激励光源部件135被设置在光纤传输线120的光波合成器112一侧。另外，光耦合器134以及激励光源部件136被设置在光纤传输线120的光分波器142一侧。从激励光源部件135输出的激励光在通过光耦合器133后，以正方向向光纤传输线120提供。另外，从激励光源部件136输出的激励光在通过光耦合器134后，被以反方向向光纤传输线120提供。
即，本实施例4的光传输系统4作为SRS装置，也具备由光纤传输线120、光耦合器133、134以及由激励光源部件135、136构成的分布常数型喇曼放大器。因而，从光波合成器112输出的复用信号光在光纤传输线120传送期间被喇曼放大，到达光分波器142。进而，在本实施例4中，因为向光纤传输线120提供激励光，所以理想的是光纤传输线120在波长1.39μm附近因OH基引起的损失峰值在0.33dB/km以下。
光分波器142把光纤传输线120传送来的复用信号光分波为第1波长区域和第2波长区域，把该第1波长区域的光成分输出到光分波器1441，把第2波长区域的光成分输出到分散补偿器143。分散补偿器143在补偿从光分波器142传送来的第2波长区域的光成分的波长分散后，将其输出到光分波器1442。作为分散补偿器143，适合的是在信号波长频带中具有负波长分散的分散补偿光纤。光分波器1441把从光分波器142传送来的第1波长区域的光成分分波为每个信号频道。另外，光分波器1442把从分散器143传送来的第2波长区域的光成分分波为每个信号频道。而后，光接收部件1411～1414各自接收由光分波器1441～1444分别分波后的各信号频道的信号。
作为光分波器1411～1414，理想的是电介质多层膜滤光片和光纤耦合器型滤光片，从降低成本的观点出发，理想的是使用在相邻信号频道间的保护频带在5nm以上的便宜的滤光片。
图6是展示在光纤传输线中的传输损失的波长依存性和波长分散的波长依存性关系的曲线图。进而，在图6中，曲线G610表示传输损失的波长依存性，曲线G620表示波长分散的波长依存性。如该图所示，在波长1400～1500nm左右的信号波长频带内，光纤传输线在长波长一侧累计波长分散的绝对值大，在短波长一侧传输损失大。因而，在本实施例4中，能补偿位于光纤传输线120的累计波长分散大的长波长一侧上的信号频道的波长分散。另外，以比长波长一侧大的增益对位于光纤传输线120的传输损失大的短波长一侧上的信号频道进行喇曼放大。
即，在本实施例4中，适宜地设定从激励光源135、136提供给光纤传输线120的喇曼放大用激励光的波长以及功率，以高增益喇曼放大包含于复用信号光中的全信号频道中的在光纤传输线20中传输损失在第1阈值以上的波长范围内的信号频道。这时，其它的信号频道也被喇曼放大。进而，在每个系统中适宜地设定第1阈值。
另外，通过使用具有适宜的分波特性的光分波器142，可以用光分散补偿器143补偿包含于复用信号光中的全信号频道中的在光纤传输线20中的累计波长分散在第2阈值以上的波长范围内的信号频道的分散。这时，对于其它波长的信号频道，为了避免进一步的损失，理想的是不进行分散补偿。进而，在每个系统中也适宜地设定第2阈值。
这样，在本实施例4中的光传输系统4，除了上述实施例1～3各自的光传输系统起到的效果外，还可以起到以下这样的效果。即，以高增益喇曼放大位于信号波长频带中的光纤传输线的传输损失大的短波长一侧的信号频道，或者通过分散补偿位于信号波长频带中的光纤传输线的累计波长分散大的长波长一侧上的信号频道，即使是更宽的信号波长频带，也可以以高质量对包含在复用信号光中的信号频道各自进行CWDM光传输。
(具体例)以下，说明实施例3的光传输系统3的具体例。在此，把光纤传输线120的长度设置为80km，是标准的单模光纤(SMF)、分散偏移光纤(DSF)，以及非零分散偏移光纤(ND-DSF)中的一个。假设从光发送器110输出的复用信号光是波长频带1510～1610nm范围内的间隔20nm的6频道。设定从激励光源部件135、136输出的激励光的波长以及功率，使得在光纤传输线120中的喇曼放大的Net增益Gnet为-170dB。假设激励频道数是2或者3。在激励频道数是2的情况下，假设各激励频道的波长是1420nm以及1490nm。当激励频道数是3的情况下，假设各激励频道的波长是1420nm、146nm以及1490nm。假设光隔离体131、132各自的插入损失为0.6dB。
波长1550nm中的传输损失，在单模光纤中是0.195dB/km，在分散偏移光纤中是0.210dB/km，在非零分散偏移光纤中是0.200dB/km。在非零分散偏移光纤的波长1380nm下的传输损失是0.32dB/km。表示喇曼放大效率的FOM-r(＝gR/Aeff)，在单模光纤中是0.37/W/km，在分散偏移光纤中是0.87/W/km，在非零分散偏移光纤中是0.67/W/km。
图7～图9是各个具体例的光传输系统中的增益频谱。图7是作为光纤传输线120使用了标准的单模光纤情况下的增益频谱。在该图7中，曲线G710展示未喇曼放大时的Net增益、曲线G720展示激励频道数是2时的Net增益、曲线G730是激励频道数是3时的Net。图8展示了作为光纤传输线120使用分散偏移光纤时的增益频谱。在该图8中，曲线G810展示未喇曼放大时的Net增益、曲线G820展示激励频道数是2时的Net增益、曲线G830是激励频道数是3时的Net增益。另外，图9展示了作为光纤传输线120使用非零分散偏移光纤时的增益频谱。在该图9中，曲线G910展示未喇曼放大时的Net增益、曲线G920展示激励频道数是2时的Net增益、曲线G930是激励频道数是3时的Net增益。进而，图10展示了在各具体例的光传输系统中的激励光功率。即，在图10中，展示了提供给使用了标准单模光纤(SMF)的光纤传输线的激励频道数2以及3的各激励光功率、提供给使用了分散偏移光纤(DSF)的光纤传输线的激励频道数2以及3的各激励光功率、提供给使用了非零分散偏移光纤(NZDSF)的光纤传输线的激励频道数2以及3的各激励光功率。
从图7～图10可知，即使在使用了任何种类的光纤作为光纤传输线120的情况下，即使激励频道数是2的情况也可以得到良好的增益频谱，另外，如果激励频道数是3的情况下可以进一步得到良好的增益频谱。即使在被放大的输出信号光的级差是3dB以下，也可以得到良好的结果。在使用了OH基引起的吸收损失小的非零分散偏移光纤的情况下，在信号波长频带中的短波长一侧的激励光所需要的功率小。
进而，本发明的光传输系统作为CWDM光传输系统，因为在维持少的光源数的状态下，可以进行更宽波长频带中的喇曼放大，所以被包含在激励光中的各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于与包含在信号光中的各信号频道的光频率不同的光频率。即，信号频道的光频率与比激励频道的光频率低13.2THz的光频率不同。具体地说，理想的是，包含在上述激励光中的各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于从包含在上述信号光中的各信号频道的光频率离开624GHz(5nm)以上的频率。另一方面，理想的是，被包含在上述激励光中的各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于从包含在上述信号光中的各信号频道的光频率不离开248GHz(10nm)以上的光频率。由此，在CWDM光传输系统中，在保持少的激励光光源数的状态下，可以在更宽的波长频带中得到高增益平整度。
以下，说明统一放大8频道的信号光的情况和统一放大4频道的信号光的情况。
(8频道信号光的统一放大)在此，对利用了8频道信号光的集总常数型喇曼放大器进行研究。在信号频道数是8频道的情况下，因为信号波长频带宽度是140nm，所以通常难以统一进行喇曼放大。因而，交替配置信号频道和激励频道。在信号频道间隔窄的DWDM中，为了实现这样的频道配置，需要注意相邻的频道的间隔，但在本发明的光传输系统的CWDM中，信号频道的间隔为隔开20nm。因此，认为在使用光纤分段激光(FGL)作为激励光光源的情况下，由于信号光和激励光的传送引起的后方瑞利散射光的干涉不太成问题。
图11是展示为了评价8频道信号光的统一喇曼放大而准备的实验系统结构的图。该图11的实验系统(LRA)具备包含在发送器中的光波合成器500、作为接收器准备的光频谱分析器505，同时还具备被顺序配置在光波合成器500和光频谱分析器505之间的光隔离体501、光耦合器502、喇曼放大用光纤503、光循环器504。进而，本实验系统可以利用如Net增益为+10dB(8频道CWDM信号的输入功率是+0dBm/CH、输出功率是+10dBm/CH)的6频道激励光。
光波合成器500对波长1470～1610nm频道间隔20nm的8信号频道进行波合成。光耦合器502以正方向向喇曼放大用光纤503提供波长1360nm的激励光，同时使通过光隔离体501的信号光通过喇曼放大用光纤503。喇曼放大用光纤503是3km长的高非线性光纤。光循环器504以反方向向喇曼放大用光纤503提供包含波长1360nm、1390nm、1405nm、1430nm、1460nm、1500nm的激励频道的激励光，另一方面，使来自喇曼放大用光纤503的被放大的信号光通过光频谱分析器505。被提供的每个激励频道的激励功率如图12所示。进而，理想的是，喇曼放大光纤503具有负的波长分散。这是因为通常的光纤传输线在信号波长频带中具有正的波长分散，所以需要取得与该波长分散的一致性。进而，理想的是，该喇曼放大用光纤具有绝对值大的波长分散，其值在-20ps/nm/km以下，更理想的是在-60ps/nm/km以下。另外，在该实验系统中，作为后方激励用的激励频道使用波长1405nm的激励频道，但实际上假定了利用波长1410nm的激励频道(对Net增益等几乎没有影响)。如果可以利用频道波长1410nm的激励光，则因为利用8输入1输出的光波合成器和光循环器波合成为信号光，所以可以以低成本制造LRA。
图13是用于说明本实验系统中的激励频道和信号频道的配置的图。如图13(a)所示，在4频道信号光的统一喇曼放大中，通过利用波长1460nm和1500nm的2频道激励光，统一喇曼放大信号波长频带的波长长一侧4频道的信号光。另一方面，在8频道信号光的统一喇曼放大中，如图13(b)所示，利用上述2频道(波长1460nm，1500nm)的激励光放大信号波长频带中的长波长一侧4频道的信号光，同时通过追加提供波长1360nm、1390nm、1405nm的4频道激励光，还可以喇曼放大短波长一侧4频道的信号光。通过这样配置激励频道和放大对象的信号频道，可以容易地实现从4频道信号光的统一喇曼放大到8频道信号光的统一喇曼放大的升级。
进而，图14展示了喇曼放大信号波长频带中的长波长一侧4频道的信号光时的Net增益(图14(a))和Net噪音特性(NFNoise Figure、图14(b))的模拟结果。提供给喇曼放大用光纤的激励功率必须是波长1460nm的激励频道358.9mW、波长1500nm激励频道175.1mW。
在图15中分别展示在该实验系统(进行8频道信号光统一喇曼放大的LRA)中的增益频谱(15(a))、Net增益的波长依存性(图15(b))，以及NetNF的波长依存性(图15(c))。进而，在图15(b)中，曲线G1430a展示了实测出的Net增益，曲线G1430b展示了模拟结果。另外，在图15(c)中，曲线G1440a展示了实测出的NetNF，曲线G1440b展示了模拟结果。
在图15(a)中，是在波长1460nm(图中的箭头P1)和波长1500nm(图中的箭头P2)下观测激励光的后方激励散射成分。另外，在图15(b)中，可知Net增益是10dB左右。进而，在图15(c)中，在短波长一侧观测的实测值和模拟结果的NF的不同，可以推测是由于实测和在模拟中前方激励光和后方激励光的功率分配有若干不同，和在模拟中，未考虑激励光的后方瑞利散射成分的缘故。包含在被提供的激励光中的各激励频道的功率如图12的表所示，激励光的总功率是1121mW左右。在这种情况下，即使使用高输出激光，改变前方激励功率和后方激励功率的分配，也需要合计10个(在波长130nm下的前方激励2个，波长1360nm下的后方激励4个，其它的波长4个)激励光源(激励LD)。
进而，图16(a)展示了进行8频道信号光的统一喇曼放大的实验性的MPI(多路干涉)交调失真的模拟结果，图16(b)展示了在该实验系统中的相位偏移量的模拟结果。这些MPI交调失真以及相位偏移量都处于没有问题的水平。
(4频道信号光的统一放大)以下，说明4频道信号光的统一喇曼放大的情况。图17是展示CWDM中的增益频谱、激励光以及信号光的关系的曲线图。在CWDM中，因为信号频道间隔宽，所以和DWDM不同，通过只使各信号频道中的增益一致就可以提高增益平整度。换句话说，即使使用少的激励光光源(激励LD)也可以提高增益平整度。例如，如图19所示，为了统一喇曼放大4频道信号光，可以通过利用2激励频道的激励光进行。如图1所示，即使是2频道激励光，也可以知道与DWDM的增益偏差D相比CWDM的增益偏差C的一方显著减小(增益平坦度高)。进而，由该2频道激励光产生的增益频谱1710在信号波长频带中具有2个喇曼增益峰值。在这种情况下，通过新追加激励频道还可以进一步提高增益平整度。
图18的表表示CWDM信号(4频道)的波长和激励光波长的关系。这样，为了在波长1400nm～1700nm的波长带中进行喇曼放大，包含在激励光中的激励频道的波长间隔(频道间隔)只要至少离开37.5nm(这种情况下是40nm左右)即可。
对于激励光，理想的是比各激励频道的光频率还低13.2THz的光频率(喇曼增益频谱的峰值频率)从CWDM信号光的各信号频道至少离开624GHz(5nm)。图17展示喇曼增益系数的频谱形状，如果从喇曼增益峰值离开1248GHz(10nm)，则喇曼增益系数降低15％左右。如果在该喇曼增益的光频率上配置信号频道，则信号频道间隔在2496GHz时ON-OFF增益偏差增大15％以上。因而，如果在从喇曼增益峰值离开624GHz的位置上配置信号频道，则可以说是在增益偏差更小的方向上有利的条件。
另外，在准备了多个激励频道的情况下，理想的是，相互相邻的激励频道的波长间隔(频道间隔)至少在4680GHz(约37.5nm)以上。进而，在信号波长频带在100nm以下的情况下，理想的是，包含在激励光中的激励频道数m和包含在信号光中的信号频道数n满足m≤(n+4)/2的关系。进而，在信号波长区域在100nm以上的情况下，理想的是包含在激励光中的激励频道数m和包含在信号光中的信号频道数n满足m≤(n+4)/2的关系。
在此，在喇曼增益中使用的光纤(喇曼增益用光纤)的长度，还由该光纤自身具有的喇曼增益系数和传输损失决定，但在实际上成问题的是，在和信号光在同一方向上传送的多路径反射光成分之间产生MPI。在这种情况下，如果把信号光和多路径反射光的光功率比率设定为MPIcrosstalk(dB)(＝Psignal(dB)-PMPI(dB))，则理想的是设计喇曼放大器使得该值不下降到30dB以下。在MPIcrosstalk(dB)下降30dB以下的情况下，如图20所示，可以设置迂回于配置在喇曼放大用光纤610、620之间的光隔离体632的旁路线路。进而，在图20的喇曼放大器中，631是用于把在喇曼放大光纤620中传送的激励光暂时引导到旁路路径的光耦合器，633是用于把在旁路线路中传送的激励光引导到喇曼放大用光纤610中的光耦合器。另外，634是用于向喇曼放大用光纤620提供激励光的光耦合器。在该喇曼放大器中，使用光耦合器(WDM滤光片)和光隔离体，但也可以使用光循环器。
作为喇曼放大用光纤，为了更有效地使其产生非线性相位位移，理想的是非线性折射率N2在3.5×10-20(m2/W)以上。另外，即使是实效截面积Aeff，为了更有效地产生非线性相位位移，在30mm2以下，更理想的是在15mm2以下。因而，N2/Aeff≥1.7×10-9(1/W)，进而如果N2/Aeff≥3.0×10-9(1/W)，则能够改善传输特性。
在提高喇曼放大效率这一点上，理想的是光纤的损失在信号波长频带中在1.0dB/km以下。另外，如果考虑激励光波长附近的OH基引起的吸收损失的损失增大，则理想的是在1.38～1.39μm波长带中的因OH基础引起的损失增大成分在0.5dB/km以下。
进而，对于在喇曼放大中使用的光纤，理想的是该光纤的波长分散是负的。这是因为通常的光纤传输线在信号波长频带中具有正的波长分散，所以取和该波长分散的一致性的缘故。进而，理想的是该波长分散的绝对值大，该值在-20ps/nm以下，更理想的是在-60ps/nm/km以下。另外，喇曼放大用光纤和通常的光纤的连接损失，理想的是在考虑了喇曼放大效率的情况下是0.5dB以下。
以下，说明本发明的光传输系统的各种应用例。
(应用例1)
图21是展示本发明的光传输系统的应用例1的结构的图。该应用例1的光传输系统是使用用于波长1470～1530nm(4频道)的LRA和用于波长1550～1610nm(4频道)的LRA分别放大信号频道，在1条光纤传输线上传送8频道的CWDM信号光的系统。被放大的信号光由WDM耦合器进行波合成，在传输线中被传送。在具备这样的结构的光传输系统中，在想抑制初期成本的情况下，各自配置1台4频道用发送器以及LAR来使其运行。以下，在想增设信号频道时，可以再使用1个喇曼放大器。通过这样结构的光传输系统，可以得到分割波长频带产生的可升级性。
(应用例2)图22是展示本发明的光传输系统的应用例2的结构的图。该应用例2的光传输系统和上述应用例1的光传输系统一样，在传输8频道CWDM信号光的情况下，在发送器发送8频道的信号光时，该8频道信号光暂时由WDM耦合器分离为波长1470～1530nm的信号光和波长1550～1610nm的信号光，各自在喇曼放大器中被放大后再次由WDM耦合器进行波合成。
在具备这样结构的光传输系统中，在想抑制初期成本的情况下，在发送器内部的预先配置想要传送的信号光模块以及1台4频道用LRA来使其运行。而后，在以后想增设信号频道时，可以再使用1个喇曼放大器。通过这样结构的光传输系统，可以得到分割波长频带产生的可升级性。
(应用例3)图23是展示本发明的光传输系统的应用例3的结构的图。该应用例3的光传输系统是使用用来波长1470～1530nm(4频道)的LRA、用于波长1550～1610nm(4频道)的LRA分别放大信号频道各自，经由1个光纤传输线双向传输被放大后的信号光的系统。被放大后的信号光，由WDM耦合器进行波合成，在该光纤传输线中传输。通过具备这样结构的光传输系统，可以双向传输波长1470～1530nm的信号光和波长1550～1610nm的信号光。
(应用例4)图24是展示本发明的光传输系统的应用例4的结构的图。该应用例4的光传输系统是整体构成发送接收模块的系统。在这种情况下，暂时由WDM耦合器分离出波长1470～1530nm的信号光和波长1550～1610nm的信号光，在从发送器发送出之后，由LRA喇曼放大其中一方的信号光，另一方的信号光直接透过。而后，由于再次用WDM耦合器波合成这些信号光，因而可以进行双向传输。
(应用例5)图25是展示本发明的光传输系统的应用例5的结构的图。该应用例5的光传输系统是把喇曼放大器产生的增益用于光学零件的损失补偿的系统。作为这种情况下的结构，还可考虑用光增减模块(OADM)的结构。通过配置LRA这样补偿OADM损失，可以以简单的结构构筑宽频带的环网(Metro Ring Network)。
(应用例6)图26是展示本发明的光传输系统的应用例6的结构的图。该应用例6的光传输系统和上述应用例5的光传输系统一样，是考虑了光零件损失补偿的系统。该光传输系统使用1×8频道的光分配器，把1个信号光分配在8频道上，可以应用到视频播放(Broadcast)服务等中。
(应用例7)图27是展示本发明的光传输系统的应用例7的结构的图。该应用例7的光传输系统也和上述应用例6的光传输系统一样，是考虑了光零件损失补偿的系统。该光传输系统，也使用1×8频道的光分配器，把1个信号光分配在8频道上，可以应用到视频播放(Broadcast)服务等中。进而，在该实施例7的光传输系统中，在发送器之后可以由光分配器进行光分配。
如上所述如果采用本发明，则由于具备由光纤传输线传输光频率间隔在400GHz以上12.5THz以下的多信号频道被复用的信号光，同时包含该光纤传输线的至少一部分，由喇曼放大用激励光喇曼放大该信号光的SRS装置，因而，在CWDM光传输中，可以高质量地传输各个被复用的信号频道。
进而，通过把激励频道的频率数设定为喇曼增益峰值位于与信号频道的光频率数不同的光频率上，可以在更宽的波长频带上实现高的增益平整度。
权利要求
1.一种光传输系统，其特征在于包含发送器，输出光频率间隔在400GHz以上并且12.5THz以下的多个信号频道被复用了的信号光；光纤传输线，传输上述信号光；以及受激喇曼散射装置，作为喇曼放大用光纤包含上述光纤传输线的至少一部分，同时通过提供喇曼放大用激励光，喇曼放大上述信号光。
2.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于在上述信号光中的信号频道间隔在10nm以上。
3.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于上述受激喇曼散射装置是集总常数型喇曼放大器。
4.权利要求3所述的光传输系统，其特征在于上述集总常数型喇曼放大器具有把在上述光纤传输线中位于该集总型喇曼放大器的外部的传输线区间作为喇曼放大用光纤使用，把剩余的喇曼放大用激励光引导到该外部传输区间的结构。
5.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于上述受激喇曼散射装置至少被设置在上述光纤传输线中的上述信号光的发送端以及接收端的任意一方上。
6.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于至少在上述光纤传输线中的具有喇曼放大用光纤的功能的传输线区间中，包含在上述信号光的多个信号频道存在的波长频带中具有负波长分散的光纤。
7.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于至少在上述光纤传输线中的具有喇曼放大用光纤的功能的传输线区间中，包含在波长1.39μm附近因OH基引起的损失峰值在0.33dB/km以下的光纤。
8.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于在包含于上述信号光中的多个信号频道中的相邻的信号频道之间存在上述喇曼放大用的激励频道。
9.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于上述受激喇曼散射装置喇曼放大包含于上述信号光中的多个信号频道中的在上述光纤传输线中的传输损失在第1阈值以上的波长范围内的信号频道。
10.权利要求1所述的光传输系统，其特征在于进一步包含分散补偿装置，补偿包含于上述信号光中的多个信号频道中的在上述光纤传输线中的累计波长分散在第2阈值以上的波长范围内的信号频道的分散。
11.一种光传输系统，其特征在于包含发送器，输出光频率间隔在400GHz以上并且12.5THz以下的多个信号频道被复用后的信号光；光纤传输线，传输上述信号光；以及受激喇曼散射装置，作为喇曼放大用光纤包含上述光纤传输线的一部分，同时包含向该光纤传输线的一部分提供1个以上的激励频道被复用的喇曼放大用激励光的激励光光源，通过提供该喇曼放大用激励光，喇曼放大上述信号光；其中包含在上述激励光中的各激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于与包含在上述信号光中的各信号频道的光频率不同的光频率上。
12.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于上述激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值位于从上述各信号频道的光频率离开624GHz以上的光频率上。
13.权利要求12所述的光传输系统，其特征在于上述激励频道的光频率被设定成喇曼增益峰值从各信号频道的光频率不离开1248GHz以上的光频率上。
14.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于相邻的上述激励频道的光频率间隔，在4680GHz以上。
15.权利要求14所述的光传输系统，其特征在于包含在上述激励光内的激励频道中的相互相邻的激励频道的光频率被设定为喇曼增益峰值位于从包含于上述信号光中的各信号频道的光频率离开624GHz以上，另一方面不离开2496GHz以上的光频率上。
16.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于上述信号光的光频率频带在12.48THz以下，在把上述激励光的激励频道数设置为m，把上述信号光的信号频道数设置为n时，这些激励频道数和信号频道数满足以下关系m≤n/2。
17.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于上述信号光的光频率频带在12.48THz以下，在把上述激励光的激励频道数设置为m，把上述信号光的信号频道数设置为n时，这些激励频道数和信号频道数满足以下关系m≤(n+4)/2。
18.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于上述受激喇曼散射装置的增益频谱具有由包含在上述激励光中的激励频道各自引起的相互不同的光频率的喇曼增益峰值，包含在上述激励光中的各激励频道的光频率被设定成由该激励频道各自引起的喇曼增益峰值位于与包含在上述信号光中的各信号频道的光频率不同的光频率上。
19.权利要求11所述的光传输系统，其特征在于上述受激喇曼散射装置的增益频谱具有由包含在上述激励光中的激励频道各自引起的以第1光频率间隔存在的喇曼增益峰值，包含在上述信号光中的各信号频道的光频率被设定成与由上述激励频道各自引起的喇曼增益峰值不同，并且为第2光频率间隔。
全文摘要
本发明提供可以对各个被复用了的多个信号频道进行高质量传输的光传输系统。在该光传输系统中，光频率间隔是400GHz以上12.5THz以下的多个信号频道被复用的信号光被从光发送器经由光纤传输线传输到喇曼放大器中。在喇曼放大器中，来自激励光源部件的激励光经由光耦合器被提供给光纤。被输入到喇曼放大器中的复用信号光经由光隔离体和光耦合器到达光纤，在光纤中被喇曼放大。该被喇曼放大后的复用信号光经由光耦合器和光隔离体，从喇曼放大器输出。
文档编号H04B10/291GK1481103SQ0314850
公开日2004年3月10日 申请日期2003年6月27日 优先权日2002年6月28日
发明者宫本敏行, 行, 重松昌行, 幸, 西村正幸 申请人:住友电气工业株式会社