专利名称：线性中继器以及光纤通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在作为传送路径的城市中敷设的光纤中光放大光信号的分布式拉曼放大系统，以及在从线性中继器或者终端装置分离设置的无源远端激发模块中进行光放大的光纤通信系统。
背景技术：
图21和图22中示出了在波长复用光通信系统中使用的现有技术的分布式拉曼放大系统(DRA系统)的结构实例(例如可以参考非专利文件1或者)。图21是后方激发DRA的情况，图22是双方激发DRA的情况。本DRA系统中使用色散位移光纤(DSF)作为传输路径，DSF的零色散波长(λ0)的典型值是1540nm～1560nm(于此相比，规定值具有稍宽的波长范围)。
在图21的后方激发DRA情况下，波长复用(WDM)信号光的波长以所谓的L频带1575～1605nm(典型值)作为波长复用(WDM)信号光的波长，用1470nm和1500nm作为后方激发的激发光波长。此外，在图22的双方向激发DRA的情况下，用所谓的C频带1530～1560nm(典型值)作为信号光波长，用1420nm和1450nm作为前方和后方激发的激发光波长。
使用合波器14、24把激发光从线性中继器1-3、2-3、1-4、2-4以和光信号相反的方向导入到传输路径中。激发光源是最常用的、具有将光纤布拉格光栅(FBG)作为外反射镜的激光二极管源极光源(具有光纤布拉格光栅的激光二极管型、FBG激发光源)。
此外，各个线性中继器1-3、2-3、1-4、2-4具有添加铒的光纤放大器(EDFA)16，26。从DSF的上游侧线性中继器1-3、1-4输出并通过DSF传输的信号光在靠近DSF下游侧的线性中继器2-3、2-4中经过分布式拉曼放大，在传输路径中被分布式放大后，在EDFA16、26中被集总放大。
图21图示了使用后方激发DRA来提高SNR。另一方面，为了更进一步地提高SNR，图22使用了双方向激发DRA，其中添加了FBG激发光源13-3、23-3、合波器15、25作为前方激发DRA。但是，在现有技术中，在应用前方激发DRA的情况下，信号光波长带仅限于C频带1530nm～1560nm(如下所示，本发明可以通过前方激发DRA在L频带1575～1605nm中进行信号光放大)。
为了更进一步地提高SNR，在图21的结构中，进行前方分布式拉曼放大的情况下，和后方分布式拉曼放大的情况相同，使用信号光波长大约为100nm的短波长侧的激发光来进行放大。该激发光波长例如是1470nm和1500nm(和图21的后方分布式拉曼放大的情况相同)。图23示出了此时的拉曼增益频谱。图23的水平轴表示波长(nm)，垂直轴表示增益(dB)。通过图23，可得到在L频带1575～1605nm范围内的平坦增益频谱。
非专利文件1H.Masuda et al.，Electron Lett.，Vol.35，pp.411-412，1999.
非专利文件2N.Takachio et al.，OFC，PD9，pp.1-3，2000.
非专利文件3M.D.Mermeistein et al.，Electron Lett，Vol.38，pp.403-405，2002.
非专利文件4K.Inoue，J LT.Vol.10，pp.1553-1561，1992.
非专利文件5R.P.Espindola et al.，Electron.Lett.，Vol.38，pp.113-115，2002.
非专利文件6Y.Ohki et al.，OAA，PD7，pp.1-3，2002.
非专利文件7R.H.Stolen，Proc.IEEE，Vol.68，pp.1232-1236，1980.
非专利文件8H.Masuda et al.Electron.Lett，Vol.33，No.12，pp.1070-1072，1997非专利文件9H.Masuda et al.，Electron.Lett.，Vol.39，No.23，pp.1-2，2003.
非专利文件10H.Masuda et al.，IEEE PhotonicsTechnol.Lett，Vol.5，No.9，pp.1017-1019，1993.
图24示出了添加使用如图22所示的前方激发DRA到图21所示现有技术的DRA系统时的信号光的SNR频谱。图24的水平轴表示波长(nm)，垂直轴表示SNR(dB)。如上所述，信号光波长为L频带1575nm～1605nm，激发光波长为1470nm和1500nm。
通过图24，可以了解到信号光波长在1589nm附近，SNR显著劣化。此外，作为传送特性评价，虽然进行了比特差错率(BER)的测量，但是在SNR约为25dB或者25dB以下的波长域内，产生BER的劣化。这是因为对于零色散波长(1545nm)，该波长域的信号光波长(～1589nm)和激发光波长(1500nm)在对称的位置上，激发光的相对强度噪音(RIN)通过激励拉曼散射迁移到信号光上、以及在具有宽振荡频谱的激发光和信号光之间生成非退化的四波混合(ND-FWM)(参考非专利文件3或4)。
在上述波长配置中，信号光和激发光的群速度基本上相同，因为上述2个现象(RIN迁移和ND-FWM)，导致信号光品质显著劣化。但是，关于BG激发光源、激光器等RIN较大的激发光源，RIN的迁移较显著。
因此，对激发光源下功夫，报道了制造特殊的低RIN激发光源(多模式DFB(分布式反馈型)LD(激光二极管)和iGM(inner gratingmultimode)LD)，并在图22的DRA系统中使用(但是，是使用前方激发DRA的情况下)，并对RIN迁移进行抑制(参考非专利文献5或者6)。但是，这些特殊激发光源存在价格高，并且SBS(激励布里渊散射)阈值低的难点。此外，还存在不能抑制ND-FWM的缺点。另一方面，FBG激发光源和光纤激光器的SBS阈值较高。
发明内容
本发明是根据上述背景而进行的，其目的是实现一种使用了前方激发DRA的线性中继器和光纤通信系统，该前方激发DRA能够使用最常使用的FBG激发光源和光纤激光器等激发光源。
本发明涉及一种光纤通信系统，该系统具有作为放大信号光的拉曼放大增益介质的石英光纤；输出激发光的激发光源，该激发光沿和上述信号光相同的方向在上述石英光纤中共同传输；以及在上述石英光纤和上述激发光源之间设置的上述信号光和上述激发光的合波器。
本发明中，所述合波器具有入射波长比所述石英光纤的零色散波长长的信号光，并对该信号光和所述激发光源射出的激发光进行合波的装置，上述激发光源具有发出激发光的装置，该激发光的最长波长与上述信号光的最短波长相比，处于频率差为13.7～30THz的低频侧的短波长侧。
因此，能够解决现有技术中由于RIN迁移和ND-FWM而产生的信号光质量劣化的缺点。
此外，上述的石英光纤是色散位移光纤，上述信号光在L频带具有多个波长。
因此，在传输路径是DSF的情况下，能够抑制现有技术中的SNR劣化的问题。
上述的石英光纤是非零色散位移光纤，上述信号光在C频带具有多个波长。
因此，在传输路径是非零色散位移光纤的情况下，能够抑制现有技术中因RIN迁移和ND-FWM造成的SNR劣化的问题。
在上述石英光纤的信号光输出装置中设置了远端激发双通型EDF模块，上述激发光的波长大于等于1430nm而小于等于1470nm。
因此，激发光波长的依赖性小，实质上，即使是1430nm的激发光波长，也能够使远端激发双通型EDF模块工作。
或者，在上述石英光纤的信号光输出装置中设置了远端激发单通型EDF模块；上述激发光的波长大于等于1440nm而小于等于1470nm。
因为在远端激发单通型EDF模块中，激发效率比在双通型EDF模块差，所以可以使用的激发光波长比双通型EDF模块的波长长(大于等于1440nm)。
上述激发光源是具有光纤布拉格光栅的激光二极管型或者光纤激光器型。
在设定信号光波长的最小值为λs，上述石英光纤的零色散波长的最小值为λ0，以及激发光波长的最大值为λp时，为了使2λ0-λs＞λp成立，可以设定信号光波长，零色散波长和激发光波长。在此，上述激发光源是多波长的具有激光布拉格光栅的激光二极管或者法布里-泊罗(Fabry-Perot)激光二极管型的情况下，为了使2λ0-λs＞λp+10成立，设定上述信号光波长、上述零色散波长和上述激发光波长。
此外，在上述激发光源是光纤拉曼激光器型或者具有单一波长的光纤布拉格光栅的激光二极管型，或者是具有多个波长的激光布拉格光栅激光二极管型，或者法布里-泊罗激光二极管型的情况下，为了使2λ0-λs＞λp+15成立，可以设定上述信号光波长、上述零色散波长和上述激发光波长。
这样，可以避免噪音最大的最坏条件2λ0-λs＞λp的情况。
此时，上述多波长的宽度小于等于10nm。
此外，上述激发光源在极化复用的法布里-泊罗激光二极管的各个输出端具有调整从法布里-泊罗激光二极管输出的激发光的可变衰减器。
这样，能够对因温度变换或者制造偏差而产生的各个激光二极管的激发波长(平均波长)的差异进行补偿。
上述光纤通信系统具有添加铒的光纤放大器，上述添加铒的光纤放大器包括具有作为增益介质的添加铒光纤的添加铒光纤增益块；在上述添加铒光纤增益块的前部或者后部设置的增益均衡光纤；检测上述添加铒的光纤的反向分步量的反向分步检测电路；和为了使通过上述反向分步检测电路检测出的上述反向分步量达到所希望的值，而控制上述添加铒的光纤增益块的反向分步调整电路。
这样，一方面，在不应用前方激发DRA的情况下，可以使用添加铒的光纤放大器，同时，能够通过添加铒的光纤增益块内的添加铒的光纤的增益减少分量来补偿因为应用前方激发DRA而新附加的拉曼增益频谱。
此外，希望上述添加铒光纤的高能级(上位準位)占有率N2不到38％。
可以设定所述信号光功率的频谱，以便越靠进上述拉曼放大所引起的增益较大的短波侧，输入到上述石英光纤的上述信号光的信号光功率越低。
这样，即使在石英光纤中生成非线性效果的情况下，也可以使净增益频谱变平坦。
上述石英光纤可以是在城市中铺设的石英光纤。或者，上述石英光纤是集总光放大用的石英光纤。
上述信号光的波长是单一波长，上述信号光的波长和上述激发光的最长波长的频率差为15.6THz或者15.6THz以上。
因为与信号光占有的波长域是多波长WDM系统的情况相比，在信号光波长是单一波长的情况下，一般都非常窄，因此，即使不能确保增益频谱的平坦性的情况下，也能够解决因RIN迁移和ND-FWM而产生信号光质量劣化的缺点。
即使将本发明的线性中继器替换为发送终端装置(发送器)，也可以一样进行说明。
通过本发明，能够解决现有技术中存在的RIN迁移以及因为ND-FWM而产生的信号光品质劣化的缺点。
图1是第一实施例的光纤通信网的整体结构图。
图2是示出了第一实施例的光纤通信系统中增益和波长关系的图。
图3是示出了第一实施例的光纤通信系统中SNR和波长之间的关系的图。
图4是第一实施例中波长关系(DSF情况)的示意图。
图5是第一实施例中信号光功率和波长之间的关系的示意图。
图6是第一实施例的EDFA的增益和波长关系的示意图。
图7是第二实施例的光纤通信系统的整体结构图。
图8是第二实施例的波长关系(NZ-DSF的情形)示意图。
图9是示出了第三实施例的光纤通信系统的主要部件结构的图。
图10是示出了第三实施例的输出信号光功率和输入激发光功率之间的关系的图。
图11示出了第四实施例的SNR频谱的图。
图12示出了在使用FP-LD激发光源的情况下的LD驱动电流和激发光SNR以及信号光SNR之间的关系。
图13是示出了第四实施例中的FP-LD激发光源结构的图。
图14是示出了第五实施例中的在线性中继器内设置的EDFA结构的图。
图15是示出了第五实施例中总的激励释放的横断面Semi-tot和吸收的横断面Sabs的频谱图。
图16是示出了第五实施例中EDF增益块53中的EDF的增益频谱变化的图。
图17是示出了从图16求出的以高能级占有率N2为38％的情况为基准的第五实施例中增益变化量频谱的图。
图18是示出了第五实施例中的前方激发DRA的激发光波长为1440nm的情况下的拉曼增益频谱的实例以及补偿该拉曼增益频谱的EDF增益块53内的EDF增益减少频谱的图。
图19是示出了第六实施例中的对各种激发光源的相同拉曼增益的SNR频谱的图。
图20是示出了第七实施例中光放大器结构的图。
图21是示出了现有后方激发DRA结构的图。
图22是示出了现有双方向激发DRA结构的图。
图23是示出了现有技术的拉曼增益频谱的图。
图24是示出了现有技术的SNR频谱。
具体实施例下面，利用附图对本发明的实施例进行说明。其中，本发明并不仅限于下面说明的各个实施例，例如，适当地组合各个实施例所公开的技术思想亦可。
第一实施例图1是第一实施例的光纤通信系统的整体结构图。
如图1所示，本实施例涉及线性中继器1-1、2-1，该线性中继器包括作为放大信号光的拉曼放大增益介质的石英光纤10、11、20、21；输出激发光的FGB激发光源12-1、13-1、22-1、23-1，所述激发光沿和上述信号光相同的方向上在石英光纤10、11、20、21中共同传播；以及将设置在石英光纤10、11、20、21和FGB激发光源12-1、13-1、22-1、23-1之间的上述信号光和和上述激发光进行合波的合波器14、15、24、25。
在此，本实施例的特征在于，在合波器14、15、24、25中具有一个合波装置，该合波装置入射波长比石英光纤10、11、20、21的零色散波长长的信号光，并将该信号光和从FGB激发光源12-1、13-1、22-1、23-1射出的激发光进行合波，该FGB激发光源12-1、13-1、22-1、23-1具有射出比上述信号光的波长短(13.7THz或13.7THz以上)的激发光的装置。
石英光纤10、11、20、21是色散位移(dispersion-shifeted)光纤，上述信号光在L频带具有多个波长，上述激发光的波长小于等于1470nm。
下面，对第一实施例进一步进行详细说明。
图1示出了第一实施例的光纤通信系统。和图21的现有技术的结构相比，主要有下面的不同。也就是说，在本实施例中，使用1440nm的激发光来进行前方分步式拉曼放大(前方DRA)。该激发光用的激发光源13-1被设置在上游的线性中继器1-1中。
图2示出了与本实施例相关的拉曼增益频谱。图2以水平轴为波长(nm)，以垂直轴为增益(dB)。它是这样一种频谱，即在图1的光通信系统中，前方DRA的单一激发波长从1500nm到1440nm向短波长侧变化时的频谱。此外，图3示出了对于这些激发波长的SNR频谱。图3以水平轴为波长(nm)，以垂直轴为增益(dB)。但是，在该单一激发光波长的情况下的激发光功率和现有技术中2个波长(1470nm和1500nm)激发时的总功率(300mW)相同。
如图2所示，在单一激发光波长大约在1470nm～1500nm的情况下，在信号光波长域内生成增益频谱的峰值。因此，在现有技术中，为了在信号光波长域内得到较高的增益，在大致1470nm或者1470nm以上的激发光和大致1500nm或者1500nm以下的激发光的至少2个波长以上的激发光中进行了前方DRA。此外，在使用2个波长激发光的情况下，总的增益频谱是这两个波长增益频谱的合成。因此，在现有技术中，选择了2个激发光的波长来使合成的增益频谱近似于平坦。在这样的现有技术中，为了获得信号光波长域内的高增益和平坦的增益频谱，是以使用2个波长或者2个波长以上的激发光波长为前提的，以前没有考虑使用单一激发光波长以及使用其增益频谱的峰值在信号光波长域之外的激发光波长。另一方面，在本实施例中，使用了下面的单一激发波长。
因此，在现有技术中，最短的信号光波长(上述例子为1575nm)和最长的激发光波长(上述例子为1500nm)一般仅仅分离大约100nm(频率差大约13THz)。例如在信号光波长为1个波长的情况下，信号光波长如果是1580nm，则激发光波长用一个波长是足够的，设为1480nm。这样，波长差为100nm，频率差为12.8THz。
如果根据图3的SNR频谱，则当激发光波长是1500nm、1490nm、1480nm的情况下，SNR在信号光波长域内变低(大概小于等于25dB)。另一方面，在激发光波长是1470nm、1460nm、1440nm的情况下，信号光波长域内的SNR劣化较小，可以取得大约30dB或者30dB以上的高SNR。此外，在该情况下(激发光波长是1470nm、1460nm、1440nm的情况下)，BER特性良好。此外，在这种情况下，如图2所示，在激发光波长是1470nm的情况下，信号光波长域内的拉曼增益约为6dB或者6dB以上，在激发光波长是1440nm的情况下，信号光波长域内的增益约为4dB或者4dB以上。
因此，虽然和图23的增益(约为8dB)相比较小，但是如果通过DRA来确保改善SNR，就能够获得充分大的增益。此外，和现有技术相比，虽然在信号光波长域内生成了较大的增益偏差，但是这可以通过后述的根据信号光电平的波长进行设定来解决。
如上所述，在本实施例中，最长的激发光波长(在本实施例中为1470nm)被设定在最短信号光波长(1575nm)的短波长侧，并具有大于100nm值(105nm)(频率差约为13.7THz)。在信号光波长是1个波长的情况下，例如，如果信号光波长是1580nm，则激发光波长虽然用一个波长已足够，但是最好设为1460nm。这样，波长差为120nm，频率差为15.6THz。
也就是，在信号光是1个波长的情况下，没有必要确保增益频谱的平坦性，和多波长WDM系统的情况相比，信号光占有的波长域一般都非常窄，所以，在现有技术的方法中，具有比上述15.6THz小的频率差的结构是可以实现的。
此外，上述最长的激发光波长可以设定在上述最短信号光波长的短波侧，并具有最多30THz的频率差。这样，如非专利文件7所述，为了确保由于DRA的SNR改善，拉曼增益要足够大。另一方面，在上述以外的情况下，也就是说，上述最长激发光波长被设定在上述最短信号光波长的短波侧，并具有大于30THz的频率差时，增益较小，虽然通过DRA而使SNR提高了若干，但是鉴于设置上述DRA所需要的激发光源等的费用，作为系统没有什么优点。
例如，在上述最短信号光波长是1575nm时，如果频率差是13.7～30THz，则上述最长激发光波长可以是1361～1469nm。顺便说一下，波长、频率和光速的关系是波长＝光速/频率。
此外，传输路径是后述非零色散位移光纤的情况下，在上述最短信号光波长是1530时，如果频率差为13.7～30THz，则上述最长激发光波长可以为1327～1430nm。
图4示出了与本实施例(传输路径是DSF情况)相关的波长关系。零色散波长在1550nm附近，信号光波长域是L频带1575～1605nm。此外，在现有技术中，激发光波长是1470nm和1500nm，例如，在本实施例中是1440nm(也可以是1460nm，1470nm)。
此外，图3示出了零色散波长是1545nm的情况，但是，例如在零色散波长是1535nm的情况下，除了1500nm、1490nm、1480nm之外，还有1470nm的情况下，信号光波长域内的SNR变低(大概小于等于25dB)。
在本实施例中，通过图23和图2的比较可以知道，拉曼增益频谱一般在信号光波长域内变得不平坦。特别地，随着激发光波长变成1440nm、1460nm、1470nm的长波长，导致非平坦性增加。图5示出了信号光功率和波长的关系。图5用水平轴表示波长(nm)，垂直轴表示信号光功率(dBm)。如图5所示那样输入到传输路径DSF的信号光功率的频谱根据上述激发光的波长而变得不平坦。
考虑传输路径DSF中的非线性效果，拉曼增益越大的波长，信号光功率越低。图6示出了EDFA增益和波长之间的关系，图6的水平轴表示波长(nm)，垂直轴表示增益(dB)。此外，为了使净增益频谱在单位线性中继区间中变平坦，如图6所示，使EDFA的增益频谱变为不平坦。这可以通过降低EDFA激发电平、降低平均反向分步电平来实现，而无需使用增益均衡滤光器(参考非专利文献8)。
但是，在图6中，在激发光波长是1440nm的情况下，平均反向分步电平(电平-1)比现有技术中EDFA增益频谱平坦的情况下的平均反向分步电平低，在激发光波长是1460nm情况下，平均反向分步电平(电平-2)可以比电平-1低。
上述实施例是关于在城市中(陆地或者海底)铺设的传输路径光纤中分布式地放大信号光的DRA系统，传输路径光纤的长度是40km和80km等。
但是，如果考虑本实施例的信号光的光放大操作，则也能够应用于像EDFA等那样在线性中继器中集总放大信号光的情况，增益介质一般采用比DRA的情形短若干(10km和20km等)的石英光纤(DSF等)。这和后述的第二和第三实施例相同。
此外，激发光源是具有作为外反射镜的光纤布拉格光栅(FBG)或光纤激光器的光纤二极管光源(具有光纤布拉格光栅型的激光二极管型、GBG激发光源或者光纤激光器型、光纤激光器激发光源)。
如上所述，通过本实施例，在传输路径是DSF的情况下，通过将单一激发光波长设定在大概1470nm或者1470nm以下，从而具有能够抑制现有技术中SNR劣化的问题的效果。
(第二实施例)图7示出了第二实施例的光纤通信系统。和第一实施例中的线性中继器1-2、2-1的结构和第二实施例的线性中继器1-2、2-2的结构相比，主要有以下几点不同。也就是，在本实施例中使用非零色散位移(NZ-DSF/LEAF(登录商标)等)光纤来作为传输路径，零色散的典型值大约是1500nm。信号光波长是C频带1530～1560nm。
在后方激发的FBG激发光源12-2、22-2中，和现有技术的图22中一样，激发光波长是1420nm和1450nm，此外，在前方激发的FBG激发光源13-2、23-2中激发光波长是1390nm。
图8示出了本实施例中的波长关系。如图22所示，现有技术中，前方DRA激发光波长和后方DRA激发光波长相同，是1420nm和1450nm，但是，如上所述，在本实施例中是1390nm。
和第一实施例的情况相同，激发光波长一般设定在最短信号光波长(1530nm)的短波侧，其频率差约为13.7THz。也就是，激发光波长小于等于1430亦可。
因此，和图4的情况相同，本实施例具有如下效果，即能够抑制现有技术中RIN偏移和由于ND-FWM引起的SNR劣化的问题。
(第三实施例)图9示出了第三实施例的光纤通信系统。和图1的第一实施例的结构相比，有以下几点不同。因为图9很简单，所以，仅仅示出了和图1的不同之处。在本实施例中，在前方激发DRA的传输路径DSF(DSF-1)的后部设置了远端激发EDF模块30来进行远端激发放大。使用激发效率较高的双通(double-pass)型来作为该远端激发EDF模块30(参考非专利文献9)。
图10示出了双通型远端激发EDF模块30的激发特性。图10以水平轴为输入激发光功率(mW)，垂直轴为输出信号光功率(dBm)。根据不同的激发光波长(1440、1460、1470、1490nm)来检测输入激发光功率和信号光的总输出功率的相关性。和图10及其它检测结果相比，激发光波长的相关性较小，(为了激发在远端激发EDF模块30中设置的作为增益介质的EDF，通常使用1450～1480nm来作为波长)，但是实质上，即使是1430nm的激发光波长，双通型远端激发EDF模块30也工作。
此外，也可以代替双通型远端激发EDF模块30来设置单通型远端激发EDF模块。在这种情况下，因为激发效率在单通型远端激发EDF模块中比在双通型远端激发EDF模块30中差，所以可以使用的激发光波长比双通型远端激发EDF模块30的波长长(大于等于1440等)。
(第四实施例)通过第一和第二实施例，可以避免在使用现有技术中因为ND-FWM和RIN偏移导致噪音大的FBG激发光源或者光纤激光器的激发光源的系统中的噪音问题。上述光纤激光器激发光源的典型例子是纤维拉曼激光器。
在此，在设定信号光波长的最小值为λs，零色散波长的最小值为λ0，以及激发光波长的最大值为λp时，2λ0-λs＝λp(1)这是上述噪音变为最大的最坏条件。在此，在本发明中，为了避免上述条件，在λ0＝1545nm，λs＝1605nm时，设λp＜1470nm。也就是，设波长单位为nm，设2λ0-λs＞λp+15 (2)
上述值为激发光源是单一波长的FBG激发光源的情况下的大概值。
调查激发光源是单一波长的FBG激发光源之外的情况，并且如下所述。图11示出了第四实施例的SNR频谱，以水平轴为波长(nm)，以垂直轴为SNR(dB)。此外，图11示出了对于各种激发光源的相同拉曼增益中的SNR频谱。
激发光源的种类是光纤拉曼激光器、单一波长FBG-LD、2波长FBG-LD以及FP-LD(Fabry-Perot-LD)。零分散波长的最小值λ0是1530nm。按照光纤拉曼激光器、单一波长FBG-LD、2波长FBG-LD以及FP-LD的顺序，SNR变低。
此时，在各种激发光源的10dB强度降低的振荡波长间隔Δλ在光纤拉曼激光器中大约是0.5nm，在单一波长FBG-LD中大约是2nm，在FP-LD中大约是10nm。也就是，Δλ越大SNR越高。此外，因为在2波长FBG-LD中，频率是单一波长FBG-LD的2倍，所以，有效的Δλ是2倍。
通过如上所述，通过使用FP-LD激发光源、多波长FBG-LD激发光源(简称为FBG激发光源)，可以获得抑制了上述噪音的较高SNR。但是，在制造多波长的FGB激发光源时，为了使激发光波长的平均波长和最大值λp不显著上升，有必要缩小波长间隔。上述平均波长是激发光波长的有效值，最大值λp是确定(1)式的最差条件的值。单一波长FBG-LD的Δλ约为2nm，所以希望上述波长间隔大约小于等于10nm。并且，因为没有关于波长间隔的下限值的特别限制(比0nm大就可以)，所以可以根据系统条件等来适当确定。
图12示出了使用FP-LD激发光源情况下的LD驱动电流和激发光SNR和信号光SNR之间的关系。图12的水平轴表示驱动电流(mA)，垂直轴表示SNR(dB)。如图12所示，激发光SNR和信号光SNR和驱动电流同时得到提高。因此，驱动电流保持较高值是有利的。
图13出了第四实施例的FP-LD激发光源的结构。在该激发电源中，为了得到较高SNR，就要执行下面的方法。根据极化复用(polarization multiplexing)的各个LD41(FP-LD)来分别设置可变的衰减器40来调整输出功率。
来自于各个可变衰减器40的激发光在极化合波器(下面称为PBC)42中合波后输出。各个LD41的激发光波长(平均波长)和驱动电流以及温度一起上升，驱动电流每上升100mA，光波长大约上升3nm，温度每上升10度，光波长大约上升4nm。
此外，存在LD制造偏差，其大概是±5nm。因此，使用图13的激发光源通过调整驱动电流和温度，可以调整各个LD41的激发光波长，并且从各个LD41输入到PBC42的激发光功率可以在可变衰减器40中设定为相同的值。普通的FP-LD激发光源的结构是从图13的结构中除去上述可变衰减器40的结构。
例如，在极化合成的2个LD(LD1和LD2)的激发光波长的希望波长是1440nm时，通过制造偏差，在LD温度时25℃时，设定LD1的波长是1444nm，LD2的波长是1436nm。此时，通过设定LD1的温度是15℃，LD2的温度是3515℃，从而LD1和LD2的激发光波长能够一起达到1440nm(希望值)。此时，虽然来自于LD1和LD2的输出一般将发生变化，但是通过上述个别可变衰减器40，可以在可变衰减器40中将输入到PBC42的激发光功率设定为期望的值。
(第五实施例)本实施例参考图6对第一实施例中叙述的增益频谱均衡方法(也就是，不使用增益均衡光纤来使单位线性中继区间中的净增益频谱变得平坦)而进行详细描述。
图14示出了图1的线性中继器1-1、1-2内设置的各种EDFA16、26的结构例。该EDFA具有配置在信号光输入侧的作为第1EDF增益块的EDF增益块51；配置在信号光输出侧的作为第2EDF增益块的EDF增益块53；配置在EDF增益块51和EDF增益块53之间的增益均衡光纤52；连接在EDF增益块53上，并检测出EDF(图中省略)反向分步量的反向分步检测电路54，所述的EDF作为增益介质设置在EDF增益块53中；以及连接到反向分步检测电路54的反向分步调整电路55。该反向分步调整电路55，改变对EDF增益块53的激发光功率等来调整EDF增益块53的激发状态以便使通过反向分步检测电路54检测出的反向分步量达到所希望的值。
并且，可以没有EDF增益块51，此外，增益均衡光纤52可以设置在EDF增益块53的后部。此外，例如可以使用非专利文献10中记载的方法来作为反向分步检测电路55。
下面，对本实施例中的操作进行说明。EDF增益块53中的EDF的dB单位的增益(G)在下式中给出G＝A(Semi-totN2-Sabs) (3)其中设比例常数为A，激励散射横断面积为Semi(＝Emission)，高能级吸收横断面积为SESA(Excited State Absorption)，吸收横断面积为Sabs(＝Absorption)，总的激励散射横断面积为Semi-tot＝Semi+SESA，高能级占有率为N2。
图15以水平轴为波长(mn)，以垂直轴为横断面积(标准化值)，示出了总的激励散射面积Semi-tot以及吸收截面积Sabs的频谱。在图15中，这些横断面积的峰值被标准化为100。图16示出了使用式(3)求出的EDF增益块53中的EDF增益频谱的变化，示出了在上述方向分步量的高能级占有率N2为42％、40％、38％、36％、34％的情况下的各种EDF增益频谱变化。并且，图16以水平轴为波长(mn)，以垂直轴为增益(dB)。如从图16中知道的，在高能级占有率N2＝38％时，L频带中的平坦增益约为20dB。因此，如图16所示，根据高能级占有率N2的值，能够在定量地求出增益频谱变化的方式。
图17示出了从图16求出的增益变化量频谱。更具体地，示出了以高能级占有率N2＝38％(也就是，信号光波长域中的EDF增益频谱变得接近于平坦的情况下)为基准的增益变化量频谱，横轴表示波长(nm)，纵轴表示增益变化量(dB)。设增益变化量为ΔG，对应于高能级占有率N2值的增益为G(N2)，则存在如下的关系ΔG＝G(N2)-G(N2＝38％) (4)从图17可知，关于L频带信号光波长域，随着波长变短，增益变化量ΔG的绝对值变大。
通过使用该增益变换的特征，能够在不适合使用前方激发DRA的情况下使用的EDFA，同时，用EDF增益块53内的EDF增益减少成分来补偿采用前方激发DRA而新增加的拉曼增益频谱。这样，为了进行增益补偿而不需要设计新的EDFA，即可确保经济性。
图18以水平轴为波长(mn)，以垂直轴为增益(dB)示出了在前方激发DRA激发光波长是1440nm的情况下的拉曼增益频谱(图中的拉曼增益附加部分)的例子以及补偿该拉曼增益频谱的EDF增益块53中的EDF增益减少部分频谱(图中的EDFA增益减少部分)。其中，设EDF增益块53内的EDF高能级占有率N2为N2＝36.5％。
如果信号光波长域1575～1605nm中看到两者一致的情况，则可以理解两者在1dB以内具有良好的一致性。因此，在例如图1所示的结构中，由一个传输路径和一个线性中继器构成的区间(以下，称之为单位线性中继区间)中的总增益的频谱，通过EDF增益块53内的EDF增益能够对前方激发ERA的拉曼增益进行频谱均衡。
此外，上述前方激发DRA的拉曼增益和EDF增益块53内的EDF增益的不一致部分能够通过增益均衡光纤52进行补偿。此时，因为增益均衡光纤52的损失频谱峰值较小，所以就有能够抑制本实施例的EDFA噪音特性发生劣化的优点。也就是，在不使用本实施例的手法而仅仅通过增益均衡化光纤52进行补偿的情况下，因为和使用本实施例方法的情况相比，增益均衡光纤52的损失增益峰值变大，所以噪音特性劣化了。对此，和仅仅用增益均衡光纤52进行补偿的情况相比，如本实施例那样，如果增益均衡光纤52的损失频谱的峰值较小，则在噪音特性这点上就具有优点。
此外，高能级占有率N2的设定值依赖于上述拉曼增益的值和式(3)的比例常数A。如图18所示，在L频带的短波长域获得具有比长波长域增益小的频谱的EDF增益，为了在L频带的短波长域内对具有比长波长域增益大的频谱的拉曼增益进行补偿，高能级占有率N2需要比38％小。高能级占有率N2的典型值是N2＝34～37％。
(第六实施例)在第四实施例中示出了对于传输路径是DSF情况下的本发明动作的参数值。本实施例示出了传输路径是NZ-DSF情况下的动作参数值。
在本实施例中，零色散波长的典型值约为1500nm，信号光波长是C频带1530～1560nm。但是，对于本实施例和前述第一实施例～第四实施例，信号光波长一般是全部配置在这些实施例的整个频带的波长复用信号的多个波长或者信道。在本实施例中，例如在C频带1530～1560nm上以100GHz的间隔(也就是大约0.8nm间隔)配置波长复用信号的波长或者信道。在系统运用开始初期等情况下，在上述频带的一部分配置信号光的多个波长。
在此，和第四实施例叙述的一样，在设信号光波长的最小值为λs，零色散波长的最小值为λ0，激发光波长的最大值为λp时，2λ0-λs＝λp(上述式(1))是噪音变为最大的最坏条件。因此，在本实施例中，为了避免上述条件，在λ0＝1480nm，λs＝1560nm时，设为λP＜1385nm。也就是，设波长单位为m，设2λ0-λs＞λP+15(上述式(2))。其中，上述值是激发光源是单一波长的FBG激发光源情况下的大概值。
如果研究激发光源是单一波长的FBG激发光源情况之外的情况，则可以理解下面所述的。图19以水平轴为波长(mn)，以垂直轴为增益(dB)示出了对各种激发光源的相同的拉曼增益中SNR频谱。此外，图19示出了λp＝1385nm情况下的频谱。激发光源的种类是光纤拉曼激光器、单一波长FBG-LD、两波长FGB-LD和FP-LD(Fabry-Perot LD)。从图19可知，按照光纤拉曼激光器、单一波长FBG-LD、两波长FGB-LD和FP-LD顺序，SNR变低。
例如在λs＝1560nm和λp＝1385nm，如果使用单一波长FGB-LD和2波长FGB-LD，则SNR的值变为SNR＝23dB和SNR＝28.5dB。虽然该SNR频谱的最低值的期望值依赖于传输距离或者传输速度等系统条件，但是作为典型值，可以例如是25dB。因此，在单一波长FGB-LD的情况下，可以是λp＝1385nm。此外，在2波长FGB-LD的情况下，能够将图19的波长向长波长侧偏移5nm，在λs＝1560nm和λp＝1385nm时，SNR频谱的最低值为27dB。因此，在使用2波长FGB-LD的情况下，可以是2λ0-λs＞λp+10 (5)并且，FBGT-LD型激发光源的波长数最好大于等于3，一般地，激发光波数越多，激发光波长的分步幅度越不会显著变宽，由此就可以得到很高的SNR。从上述可知，很明显上述内容在第四实施例中也成立。
此外，本实施例虽然是传输路径是NZ-DSF的情况，但是和第二实施例的情况相同，使输入到NZ-DSF的信号光功率的频谱非平坦化。考虑传输路径DSF中的非线性效果，越靠近拉曼增益较大的短波长侧，信号光功率越低。
(总结第一～第六实施例)本发明实施例的光纤通信系统是通过在城市中铺设石英光纤10、11、20、21作为传输路径DSF来实现的，并且具有第一～第六实施例中所说明的线性中继器。
(第七实施例)如第一实施例中所述那样，在城市中铺设了DSF和NZ-DSF的传输路径光纤之类的分步放大介质替换为卷在线轴等上的石英光纤之类的集总放大介质。在这种情况下，上述光纤通信系统可以被看成是光放大器，该光放大器能够设置在线性中继器、发送器和接收器内进行使用。本实施例是有关这样的光放大器。
图20示出了本实施例的光放大器。对于和图1所示结构相同的结构要素给予相同的符号，并省略其说明。该光放大器70具有作为集总光放大介质的DSF，其长度可以是例如10km，该DSF卷在线轴上。在DSF用的后方拉曼放大、前方拉曼放大中使用的激发光源具有和第一实施例相同波长的FBG激发光源22-1、13-1。
通过本实施例，因为RIN迁移和ND-FWM不会造成信号质量劣化，所以能够放大输入到光放大器70的信号光。
此外，在本实施例中，对第一实施例的结构进行了说明，但是对于第一实施例之外的实施例也是一样的。
上面，虽然参考
了本发明的实施例，但是显而易见的是，这些实施例仅仅是例示，本发明不仅限于这些实施例。因此，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下进行结构元素的增加、省略、替换等其它的变更。
因为通过本发明可以解决现有技术中的由RIN迁移和ND-FWM产生的信号光质量劣化的缺点，所以能够以低成本实现高通信信号质量。
权利要求
1.一种光纤通信系统，其特征在于，该系统具有作为放大信号光的拉曼放大增益介质的石英光纤；输出激发光的激发光源，该激发光沿和所述信号光相同的方向在所述石英光纤中共同传输；以及在所述石英光纤和所述激发光源之间设置的所述信号光和所述激发光的合波器，所述合波器具有入射波长比所述石英光纤的零色散波长长的信号光，并对该信号光和所述激发光源射出的激发光进行合波的装置，所述激发光源具有射出激发光的装置，该激发光的最长波长与所述信号光的最短波长相比，处于频率差为13.7～30THz的低频率侧的短波长侧。
2.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中所述石英光纤是色散位移光纤，所述信号光在L频带具有多个波长。
3.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中所述石英光纤是非零色散位移光纤，所述信号光在C频带具有多个波长。
4.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中在所述石英光纤的信号光输出部分设置了远端激发双通型EDF模块；所述激发光的波长大于等于1430nm而小于等于1470nm。
5.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中在所述石英光纤的信号光输出部分设置了远端激发单通型EDF模块；所述激发光的波长大于等于1430nm而小于等于1470nm。
6.根据权利要求1到5之一记载的光纤通信系统，其中所述激发光源是具有光纤布拉格光栅的激光二极管型或者光纤激光器型。
7.根据权利要求2或3记载的光纤通信系统，其中在设定信号光波长的最小值为λs，所述石英光纤的零色散波长的最小值为λ0，以及所述激发光源的激发光波长的最大值为λP时，为了使2λ0-λs＞λP成立，对信号光波长，零色散波长和激发光波长进行了设定。
8.根据权利要求7记载的光纤通信系统，其中所述激发光源是多波长的具有激光布拉格光栅的激光二极管型、或者是法布里-泊罗激光二极管型，为了使2λ0-λs＞λP+10成立，设定了所述信号光波长，所述零色散波长和所述激发光波长。
9.根据权利要求7记载的光纤通信系统，其中所述激发光源是光纤拉曼激光器或者具有单一波长光纤布拉格光栅的激光二极管型、或者是具有多个波长的激光布拉格光栅激光二极管型、或者法布里-泊罗激光二极管型，为了使2λ0-λs＞λP+10成立，对所述信号光波长、所述零色散波长和所述激发光波长进行了设定。
10.根据权利要求8或者9记载的光纤通信系统，其中所述多波长的宽度小于等于10nm。
11.根据权利要求8或者9记载的光纤通信系统，其中所述激发光源在极化复用的法布里-泊罗激光二极管的各输出端具有调整从法布里-泊罗激光二极管输出的激发光的可变衰减器。
12.根据权利要求2或者3记载的光纤通信系统，其中所述光纤通信系统具有添加铒的光纤放大器，所述添加铒的光纤放大器包括添加铒光纤增益块，具有作为增益介质的添加铒的光纤；增益均衡光纤，设置在所述添加铒光纤增益块的前部或者后部；和反向分步检测电路，检测所述添加铒的光纤反向分步量；和反向分步调整电路，为了使通过所述反向分步检测电路检测出的所述反向分步量达到所希望的值，控制所述添加铒的光纤增益块。
13.根据权利要求12记载的光纤通信系统，其中所述添加铒的光纤的高能级占有率N2不到38％。
14.根据权利要求2或者3记载的光纤通信系统，其中，设定该信号光功率的频谱，以便越靠近所述拉曼放大产生的增益较大的短波侧，输入到所述石英光纤的所述信号光的信号光功率越低。
15.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中所述石英光纤是在城市中铺设的石英光纤。
16.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中所述石英光纤是集总光放大用的石英光纤。
17.根据权利要求1记载的光纤通信系统，其中所述信号光的波长是单一波长，所述信号光的波长和所述激发光的最长波长的差，按照频率差则为15.6THz或15.6THz以上。
全文摘要
实现一种使用了前方激发DRA的线性中继器和光纤通信系统，所述前方激发DRA能够使用最长用的、FBG激发光源和光纤激光器等激发光源。该光纤通信系统具有作为放大信号光的拉曼放大增益介质的石英光纤；输出激发光的激发光源，该激发光沿和上述信号光相同的方向在上述石英光纤中共同传播；在上述石英光纤和上述激发光源之间设置的上述信号光和上述激发光的合波器，上述合波器包括入射具有比上述石英光纤的零色散波长长的波长的信号光，并对该信号光和从上述激发光源射出的激发光进行合波的装置，上述激发光源具有射出激发光的装置，该激发光与上述信号光的波长相比，处于频率差为13.7THz～30THz的低频率侧的短波侧。
文档编号H04B10/16GK1906532SQ20058000154
公开日2007年1月31日 申请日期2005年6月17日 优先权日2004年6月23日
发明者增田浩次, 佐藤宪史, 宫本裕 申请人:日本电信电话株式会社