ラマン増幅装置およびラマン増幅システム
入力端（２０）に接続されたラマン増幅器（２１ａ）〜（２１ｎ）によって形成されるグループ（２１Ａ）と、ラマン増幅器（２２ａ）〜（２２ｎ）によって形成されるグループ（２２Ａ）と、ラマン増幅器（２３ａ）〜（２３ｎ）によって形成されるグループ（２３Ａ）と、ラマン増幅器（２４ａ）〜（２４ｎ）によって形成されるグループ（２４Ａ）とが順次接続された構造を有する。グループ（２４Ａ）の末端には光分岐器（２５）が配設され、増幅された光は出力端２７へ出力されると共に、増幅された光の一部は全体利得制御部（２６）に出力される。全体利得制御部（２６）は、各グループに属するラマン増幅器について、ほぼ同一の利得ピークを有するラマン増幅器ごとにセット（２８ａ）〜（２８ｎ）に分類して全体としての利得波長特性が平坦化するよう制御を行う。必要に応じてグループごとにも増幅利得制御部を設けて制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置に関する。
【背景技術】
近年のインターネット等の光通信の発展に伴い、大きな伝送容量を有し、長距離伝送が可能な光通信システムの開発が行われている。伝送容量を増大させる観点からは、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式や、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が提案され、実用化されている。ＷＤＭ方式は、同一の光伝送路中に波長の異なる複数の信号光を伝送させる通信方式をいい、ＤＷＤＭ方式は、同一光伝送路中にＷＤＭ方式よりもさらに多くの信号光を伝送させる通信方式である。これらの通信方式を採用することで、一度に伝送できる信号の量が増大するため、光通信において伝送容量を拡大することができる。
また、長距離伝送を実現する観点からは、光伝送路中を伝送する途上において減衰した信号光の強度を増幅する光増幅装置を配置することが広く行われている。光増幅装置としてはＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や、ラマン増幅を用いたラマン増幅装置が知られている。特に、ラマン増幅装置は、励起光の波長を変化させることで任意の波長の光を増幅することが可能であり、信号光の選択の幅が広がる等の利点を有する。
ＷＤＭ方式若しくはＤＷＤＭ方式とラマン増幅とを組み合わせた光通信システムを実現する場合には、同一伝送路中を伝送し、互いに異なる波長を有する信号光に対して同程度の増幅利得を与えることが重要である。特に、伝送路途上に複数のラマン増幅装置を配置する場合、個々のラマン増幅装置の利得偏差が重畳されることとなるため、光増幅器の利得波長特性の平坦化は重要な問題となる。
このため、従来、１５３９ｎｍから１５７９ｎｍの波長帯域で、この帯域の両端とほぼ中央に利得波長特性のピーク（以下、「利得ピーク」と言う）を備えたＷ型と称する１台のラマン増幅器と、かかるラマン増幅器における利得ピークの間に利得ピークを持つＭ型と称する１台のラマン増幅器とを組み合わせることでラマン増幅装置を形成した例が開示されている（例えば、Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ２００１ Ｊｕｌｙ ９〜１２参照）。
しかし、単に２つのラマン増幅器を組み合わせて、それぞれの利得波長特性の山と谷を単純に埋め合わせる構造とするのみでは、全体として利得波長特性の十分な平坦化を図ることはできない。
また、上記従来技術のようにラマン増幅装置を形成した場合でも、実際に光通信システムに組み込んだ場合に利得波長特性が平坦とならないおそれがある。すなわち、長距離伝送を行う光通信システムでは、外部環境の温度等が変動することにより、ラマン増幅をおこなうための光ファイバにおけるラマン利得係数や、入力される励起光の減衰定数が設計時の値から変動するおそれがある。このため、設計時において平坦な利得波長特性を有しているにもかかわらず、実際に敷設した際に利得波長特性が変動する場合がある。
また、実際の光通信システムにおいては、ラマン増幅装置を形成する励起光源等の故障による問題を考慮する必要がある。広範囲に渡って敷設される光通信システムでは故障部分の特定は容易ではなく、故障部分の場所によっては修理も困難となる。そのため、光通信システムの一部が故障した場合であっても、光通信システムにおける利得偏差を一定範囲内に維持する機構が設けられることが好ましい。
さらに、従来技術によるラマン増幅器を多段に接続したシステム設計を行う場合においては、システム全体として所望の利得波長特性が得られるように、個々のラマン増幅器の利得波長特性を別々に設計する必要がある。このため、設計プロセスが非常に複雑かつ困難となるという問題点を有していた。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、複数のラマン増幅器を備えたラマン増幅装置において、利得偏差を一定の許容範囲内に維持できるラマン増幅装置およびラマン増幅装置を複数組み合わせたラマン増幅システムを実現することを目的とする。
【発明の開示】
本発明にかかるラマン増幅装置は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得波長特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、第１の利得ピークおよび該第１の利得ピークに隣接する第２の利得ピークを含む複数の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第１のラマン増幅器と、前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置する波長の第３の利得ピークを含む１以上の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第２のラマン増幅器と、前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置し、前記第１の利得ピークの波長と前記第３の利得ピークの波長との間で等差数列を形成する波長の第４の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第３のラマン増幅器とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、複数のラマン増幅器を有することとし、それぞれ異なるラマン増幅器から得られる利得ピークの波長が等差数列を形成するよう調整されていることとしたため、全体として所望の利得波長特性を得ることができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、隣接する利得ピーク間の波長間隔は、６ｎｍ以下であることを特徴とする。
この発明によれば、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって供給されることとしたため、隣接する利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能であり、利得波長特性が平坦化すると共に、増幅利得制御手段による制御を容易かつ精密に行うことができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、隣接する利得ピーク間の波長間隔は、０．３ｎｍ以下であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記等差数列の公差は、前記第１のラマン増幅器から得られる隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値をラマン増幅器の個数で除算した値にほぼ等しいことを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、第１利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、前記第１利得特性に対する周期関数和近似より得られる周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ前記第１利得特性からシフトした第２利得特性を備えた１以上のラマン増幅器とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、第１利得特性を備えるラマン増幅器と、第１利得特性に対して周期関数和近似を行い、かかる近似から得られた周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ第１利得特性に対してシフトさせた第２利得特性を備えるラマン増幅器とを備えることで、第１利得特性と第２利得特性とが、互いに凹凸を相殺し、全体として平坦な利得特性を実現することができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期に基づいて定まることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期の１／４以上、３／４以下であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記周期関数和近似は、フーリエ変換により行われることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記第１利得特性は、隣接する利得ピーク間の波長差または周波数差が、ほぼ一定の値であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、前記複数のラマン増幅器によって増幅された光の強度波長特性に基づいて、複数の前記ラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
この発明によれば、複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段を備えることとしたため、何らかの理由によって個々のラマン増幅器の利得波長特性が乱れた場合であっても、所望の利得波長特性を実現することができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、増幅された光において、光強度が所定の許容範囲から外れた波長成分の波長と最も近接する波長の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する波長探知手段をさらに備え、選択したラマン増幅器が有する前記所定の利得ピークの波長および／またはピーク強度を変化させることで前記増幅された光の強度を前記許容範囲以内に抑制するよう前記複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記複数のラマン増幅器は、レーザ光を出力する複数の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を合波するための光結合器とをそれぞれ備えることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、前記半導体レーザ素子の温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記複数のラマン増幅器は、前記半導体レーザ素子の出射波長を規定するファイバグレーティングをさらに備えることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、前記ファイバグレーティングの温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第１のグループと、該第１のグループの末端に接続され、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第２のグループと、該第２のグループの末端に接続され、前記第１および第２のグループに属するラマン増幅器を所定のセットに分類し、利得波長特性を制御する全体利得制御手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、ラマン増幅器によって形成される複数のグループに対して、利得波長特性の制御を単一の全体利得制御手段によって行うこととしたため、利得波長特性の制御を容易に行うことができる。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、上記の発明において、前記全体利得制御手段は、選択したセットに属するラマン増幅器が有する所定の利得ピークの波長および／または強度を変化させることで増幅された光の強度を所定の許容範囲以内に抑制するよう前記第１および前記第２のグループに属するラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、上記の発明において、前記第１のグループ末端に接続され、前記第１のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第１のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第１の増幅利得制御手段と、前記第２のグループ末端に接続され、前記第２のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第２のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第２の増幅利得制御手段とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の構造を示すブロック図であり、第２図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成するラマン増幅器の構造を示すブロック図であり、第３図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を示すグラフであり、第４図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置によって得られる増幅光の波長強度特性と、従来のラマン増幅器によって得られる増幅器の波長強度特性とを比較したグラフであり、第５図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成する増幅利得制御部の構造を示すブロック図であり、第６図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置において、利得波長特性が乱れた状態を示すグラフであり、第７図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成する増幅利得制御部の動作を示すフローチャートであり、第８図は、実施の形態１において、増幅利得制御部の動作によって平坦化されたラマン増幅装置の利得波長特性を示すグラフであり、第９図は、（ａ）、（ｂ）共に、増幅利得制御部による制御前の利得波長特性を示す表であり、第１０図は、実施例において増幅利得制御部によって制御された後の利得波長特性を示す表であり、第１１図は、実施の形態２にかかるラマン増幅装置において、利得特性のシフト量の導出メカニズムについて説明するための模式図であり、第１２図は、実施の形態２の実施例１におけるラマン増幅器Ａの利得特性を示すグラフであり、第１３図は、ラマン増幅器Ａの利得特性をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、第１４図は、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得特性をそれぞれ示すグラフであり、第１５図は、実施例１にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフであり、第１６図は、実施例２にかかるラマン増幅装置において、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得特性をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、第１７図は、実施例２にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフであり、第１８図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの構造を示すブロック図であり、第１９図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの全体利得制御部の構造を示すブロック図であり、第２０図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの全体利得制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかるラマン増幅装置およびラマン増幅システムの好適な実施の形態について説明する。図面の記載において、同一または類似部分には同一あるいは類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかるラマン増幅装置について説明する。第１図は、ラマン増幅装置の全体構成を示すブロック図である。以下、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の構造を説明する。
実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、入力端５に順次接続されたラマン増幅器１〜４と、ラマン増幅器４に接続された光分岐器６と、光分岐器６の出力端子の一方に接続された増幅利得制御部７と、光分岐器６の出力端子の他方によって形成される出力端８とを有する。
第２図は、ラマン増幅器１の構造を示す模式図である。ラマン増幅器１は、励起光源として機能する半導体レーザ素子９ａ〜９ｄと、半導体レーザ素子９ａ〜９ｄにそれぞれ対応して設けられたファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄと、半導体レーザ素子９ａ、９ｂから出力されるレーザ光を合波するための光結合器１１ａと、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄから出力されるレーザ光を合波するための光結合器１１ｂとを有する。また、光結合器１１ａ、１１ｂで合波されたレーザ光をさらに合波して励起光を形成するための光結合器１２をさらに有し、形成された励起光は、光結合器１３を介して増幅用伝送路１４に入力される構造を有する。なお、第２図に示すように、ラマン増幅器１は、増幅用伝送路１４における励起光の進行方向がラマン増幅される光の進行方向と逆になる後方励起方式を用いているが、前方励起方式としても良く、双方向励起方式としても良い。
半導体レーザ素子９ａ、９ｂは、それぞれファイバグレーティング１０ａ、１０ｂによって規定されたほぼ等しいピーク波長を有するレーザ光を出射する構造を有する。また、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄは、それぞれファイバグレーティング１０ｃ、１０ｄで規定されるほぼ等しいピーク波長を有するレーザ光を出射し、半導体レーザ素子９ａ、９ｂのピーク波長と、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄのピーク波長とは、波長間隔が６ｎｍ以上離れている。また、半導体レーザ素子９ａ〜９ｄおよびファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄには、図示しない温調モジュールがそれぞれ付加されており、それぞれの温度を変動可能な構造を有する。
半導体レーザ素子９ａ、９ｂと光結合器１１ａとの間は偏波面保持ファイバによって接続され、半導体レーザ素子９ａ、９ｂから出力されたレーザ光が互いに直交するよう光結合器１１ａで合波される構造を有する。ラマン増幅は偏波依存性を有するため、増幅利得を安定化させるために励起光を無偏波化した上でラマン増幅をすることが好ましいためである。なお、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄと光結合器１１ｂとの間も、同様の理由で偏波面保持ファイバによって接続され、レーザ光の偏波方向が互いに直交するよう合波される。
ラマン増幅器２〜４の構造は、基本的に第２図に示すラマン増幅器１と同様の構造を有するが、利得ピークの中心波長がそれぞれ異なる値となるよう半導体レーザ素子およびファイバグレーティングが形成されている。第３図は、ラマン増幅器１〜４の利得波長特性を組み合わせることによって形成される実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を模式的に示すグラフである。ここで、曲線ｌ１はラマン増幅器１の利得波長特性を示し、曲線ｌ２、ｌ３、ｌ４は順次ラマン増幅器２、３、４の利得波長特性を示す。そして、曲線ｌ１〜ｌ４を合成した曲線ｌ５は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を示す。
第３図に示すように、ラマン増幅器１〜４から得られる利得ピークはそれぞれ異なり、各利得ピークの中心波長λ１、λ２、λ３、λ４は、それぞれ等差数列を形成する。実施の形態１において、各利得ピークに対応する波長が形成する等差数列の公差は、ラマン増幅器１から得られる２つの利得ピークの波長λ１、λ１’の差分値をラマン増幅器の個数で割った値とする。また、同じくラマン増幅器１〜４から得られる別の利得ピークの波長λ１’、λ２’、λ３’、λ４’についても同様に等差数列を形成し、公差も波長λ１、λ１’の差分値をラマン増幅器の個数で割った値とする。なお、本実施の形態１では、ラマン増幅器１によって得られる利得ピークの個数を２としているが、ラマン増幅器１の利得ピークが３以上存在する場合には、隣接する利得ピーク間の波長間隔の平均値を公差とすることが好ましい。
ラマン増幅器１〜４から得られる利得波長特性に関して、それぞれから得られる利得ピークの波長が異なることから、同一利得波長特性からなるラマン増幅器を複数備えた場合と比較して、利得偏差が重畳されることが防止される。特に、各利得ピーク波長が等差数列を構成するようラマン増幅器１〜４の利得波長特性を設定することで各利得ピークの間隔が等しくなるため、曲線ｌ５で示すように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、平坦な利得波長特性を有する。また、複数のラマン増幅器によって利得を得る構造としているため、隣接する利得ピーク間の波長間隔に制限がなく、波長間隔を６ｎｍ以下に抑制することが可能となるため、平坦性がより高められている。なお、波長間隔については、６ｎｍ以下が好ましく、さらには０．３ｎｍ以下であることがより好ましい。
第４図は、従来のように同一特性のラマン増幅器を複数組み合わせた場合に得られる利得波長特性と、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性とを比較したグラフである。第４図に示すように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、曲線ｌ６〜ｌ１０にそれぞれ示す利得波長特性を有するラマン増幅器を備え、これらの利得波長特性を合成したラマン増幅装置によって光を増幅した結果、増幅された光の波長強度特性は曲線ｌ１１に示すとおりとなる。
一方、例えば曲線ｌ６の利得波長特性を有するラマン増幅器を従来のように単純に５個組み合わせた場合、増幅光の波長強度特性は曲線ｌ１２に示すようになる。増幅対象となる信号光の波長範囲を１５４０ｎｍ〜１５９５ｎｍとした場合、曲線ｌ１１と曲線ｌ１２とを比較すれば明らかなように、かかる波長範囲内における増幅利得の偏差は大きく異なることとなる。具体的には、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置によって増幅された光の強度偏差は０．９ｄＢ程度であるのに対し、従来例の場合には強度偏差が３ｄＢ以上となる。
次に、増幅利得制御部７について説明する。第５図は、増幅利得制御部７の構造を示すブロック図である。増幅利得制御部７は、第５図に示すように、ラマン増幅された光を分波する光分波器１５と、分波した光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子１６ａ〜１６ｈとを有する。また、光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、制御波長探知部１８に接続されている。制御波長探知部１８は、記憶部１７と接続されており、記憶部１７に記憶された情報と、入力された電気信号とを対比することで、増幅された光において異常を有する波長成分を探知する。また、制御部１９は、制御波長探知部１８、記憶部１７およびラマン増幅器１〜４に接続されている。
光分波器１５は、入力された光を所定の波長範囲の光ごとに分波して出力するためのものである。具体的には、光分波器１５は、複数の光ファイバを溶融結合させて形成された溶融型カプラ等によって形成されている。
光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、入力された光を強度に応じた電気信号に変換するためのものである。具体的には、光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、フォトダイオードや、光抵抗等によって形成される。
記憶部１７は、利得波長特性を制御するために必要な情報を記憶するためのものである。具体的には、光分波器１５で分波された光の各波長成分の強度の許容範囲に関する情報と、増幅利得制御部７に入力される光の波長成分に対応する利得ピークの波長に関する情報と、かかる利得ピークを供給するラマン増幅器を特定する情報とを記憶する。
制御波長探知部１８は、制御対象となるラマン増幅器を特定するためのものである。具体的には、分波された光の強度と、記憶部１７に記憶された光の強度の許容範囲とを対比し、許容範囲からはずれた強度を有する光の波長成分の波長を探知し、かかる波長に基づいて所定の利得ピークを検出し、検出した利得ピークを供給するラマン増幅器を選択する機能を有する。
制御部１９は、制御波長探知部１８、記憶部１７およびラマン増幅器１〜４を制御するためのものである。具体的には、制御波長探知部１８および記憶部１７の動作を制御すると共に、制御波長探知部１８で検出された励起光のピーク波長に基づいて、かかるピーク波長と同一の波長若しくはその近傍の波長を有するピークを出力する半導体レーザ素子に対して制御を行う機能を有する。制御の内容としては、ラマン増幅器１〜４を構成する半導体レーザ素子とファイバグレーティングの少なくとも一方について、付属する温調モジュールの温度を変化させることで励起光の波長若しくは強度を変化させている。また、必要に応じて半導体レーザ素子に注入される電流の値を変化させることで励起光の強度を変化させている。
また、制御部１９による制御の具体的態様をしては、例えば、制御部１９から制御信号を出射し、方向性結合器等を用いて入力端５を介してラマン増幅器１〜４に制御信号を伝達するものとする。この他にも、例えば、ラマン増幅器１〜４が配置された上り回線ではなく、下り回線を用いて制御信号を伝送しても良いし、制御専用の回線を備えた構造としても良い。また、光信号ではなく電気信号等によって制御を行う構造としても良い。
次に、増幅利得制御部７の動作について説明する。第６図は、何らかの原因によって平坦な利得波長特性が崩れた状態を示すグラフであり、第７図は、増幅利得制御部７の動作を示すフローチャートである。第６図に示すように、ラマン増幅器１から得られる利得波長特性（曲線ｌ１’）が全体的に強度の低い方にシフトしたため、曲線ｌ５’に示すラマン増幅装置全体の利得波長特性に関しても平坦性が崩れている。以下、利得波長特性が第６図に示す場合を例として、第７図のフローチャートを参照して増幅利得制御部７の動作を説明する。なお、入力される光は、所定の波長範囲において平坦な強度波長特性を有し、その結果、ラマン増幅器１〜４によって増幅された光は、第６図に示す利得波長特性と同様の強度波長特性となっているものとする。
まず、ラマン増幅器１〜４によって増幅された光のうち、許容範囲から外れている波長成分の有無を検出し、かかる波長成分が存在する場合にはその波長を検出する（ステップＳ１０１）。具体的には、増幅された光は、光分波器１５で所定の波長範囲ごとに分波され、光電変換素子１６ａ〜１６ｈで電気信号に変換された後に、制御波長探知部１８に入力される。制御波長探知部１８は、増幅された光の各波長成分に対応する電気信号について、記憶部１７に記憶された許容範囲と対比して、許容範囲から外れた波長成分を検出する。なお、本ステップにおいて許容範囲から外れている波長成分が存在しない場合には、この時点で増幅利得制御部７の動作は終了する。第６図の例では、波長λ５および波長λ６が検出される。
そして、ステップＳ１０１で検出した波長に基づき、所定の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する（ステップＳ１０２）。具体的には、記憶部１７には増幅された光の波長に対応する励起光のピーク波長が記憶されているため、検出した波長成分の波長と同一若しくは近接する利得ピークを検出し、かかる利得ピークを供給するラマン増幅器を選択する。第６図の例においては、λ２がλ５に近接し、λ２’がλ６に近接するため、波長λ２、λ２’の利得ピークを有するラマン増幅器２を選択する。
その後、選沢したラマン増幅器に対して制御信号を送信し、ラマン増幅器の利得波長特性を変化させる（ステップＳ１０３）。具体的には、制御信号を受信したラマン増幅器は、制御信号の内容に応じて、内部に備えたファイバグレーティング若しくは半導体レーザ素子の温度、半導体レーザ素子に注入する電流値を必要に応じて変化させる。かかる温度等を変化させることによって、選択されたラマン増幅器における利得ピークの波長と強度の少なくとも一方を変化させている。第６図の例においては、利得ピーク波長λ２、λ２’に対応した波長の励起光を出力するラマン増幅器２に対して制御信号が与えられ、ラマン増幅器２が有する２本の利得ピークの波長はそれぞれΔλだけ短波長側にシフトし、第８図に示すように、利得ピーク波長もλ２−Δλ、λ２’−Δλに変化し、曲線ｌ２全体も短波長側にシフトして曲線ｌ２’に変化する。
そして、変化した利得波長特性に基づいて増幅された光に対して、許容範囲から外れた波長成分の有無を検出する（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０１と同様の手法によって許容範囲から外れた波長成分の有無を調べ、許容範囲から外れた波長成分が存在する場合にはステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０２に戻った場合は、前に選択したラマン増幅器と異なるラマン増幅器を選択し、ステップＳ１０３によって再び利得波長特性を変化させる。許容範囲から外れた波長成分が存在しない場合、もはや制御を行う必要は無いため、増幅利得制御部７の動作は終了する。第６図の例においては、第８図に示すように、ラマン増幅装置全体の利得波長特性が平坦化するため、増幅利得制御部７の動作は終了する。
実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、以下の利点を有する。まず、増幅利得制御部７を設けたことで、ラマン増幅装置を設置する場所の環境条件による利得波長特性の変動を抑制できるという利点を有する。既に述べたように、長距離伝送を行う光通信システムでは、外部環境の温度等が変動することによって、ラマン増幅を行う増幅用伝送路におけるラマン利得係数や、半導体レーザ素子から出力される励起光の減衰定数が変動する場合がある。従って、環境条件によっては、実際にラマン増幅装置を設置した場合に製造時と異なる利得波長特性となる場合がある。本実施の形態１では、増幅利得制御部７を設けたため、ラマン増幅装置全体の利得波長特性を調整することが可能であり、環境条件の変化に依存しないラマン増幅装置を実現することが可能である。
また、故障による利得波長特性の変動を抑制できるという利点も有する。第６図の例でも示したように、ラマン増幅装置を構成するラマン増幅器１が故障することで、ラマン増幅装置全体の利得波長特性が変化する場合がある。しかし、増幅利得制御部７によってラマン増幅器２の利得波長特性を変化させることで、ラマン増幅装置全体の利得波長特性の変動を解消またはある程度改善することが可能である。ラマン増幅装置が配置される場所によっては故障部品の交換が困難な場合もあるため、交換するまでの期間において利得波長特性を一定のレベルに維持することができることは大きな利点となる。
さらに、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置を光通信システム等に利用した場合、信号光源の劣化にも対応できるという利点も有する。本実施の形態１では、増幅利得制御部７はラマン増幅された光（光通信システムにおける信号光）の波長強度特性を直接検出してラマン増幅器１〜４の利得波長特性を制御する構成を有する。そのため、例えばラマン増幅器１〜４は所望の利得波長特性を実現しているにもかかわらず、信号光源の劣化によってラマン増幅装置に入力する信号光の強度波長特性が平坦性を失っている場合でも、増幅利得制御部７はラマン増幅装置から出力される増幅光が平坦な波長強度特性を有するようラマン増幅器１〜４を制御するため、信号光源の劣化による波長強度特性の変動を解消若しくはある程度改善することが可能である。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器１〜４のいずれかの故障が発生した場合に、故障したラマン増幅器を迅速に特定できるという利点も有する。制御波長探知部１８は、記憶部１７に記憶した情報に基づいて所定の利得ピークを有するラマン増幅器を特定するため、故障したラマン増幅器を迅速に特定することが可能である。特に、本実施の形態１ではラマン増幅器１〜４がそれぞれ異なる波長の利得ピークを有することとしているため、増幅された光において強度が許容範囲から外れている波長と対応するラマン増幅器とが１対１で対応するため、故障したラマン増幅器を容易に特定することが可能である。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって形成される構造を有するため、利得波長特性の平坦化を容易に行うことが可能である。既に述べたように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置では、隣接する利得ピークは異なるラマン増幅器によって構成されるため、隣接する利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能である。このため、例えば、隣接する利得ピークの波長間隔を各半導体レーザ素子若しくはファイバグレーティングによる利得ピーク波長可変量と同程度とすることができ、増幅利得制御部７による波長可変範囲を広くでき、利得波長特性の平坦化を容易に行うことが可能である。例えば、ファイバグレーティングの温度を制御して励起光のピーク波長を制御する場合、隣接する利得ピークの波長間隔を０．３ｎｍ以下とすることが好ましい。ファイバグレーティングによって変化させることができる波長範囲は０．３ｎｍ程度であるため、かかる波長間隔とすることで容易に制御を行うことができるためである。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置によれば、利得波長特性の制御アルゴリズムを単純化することができるという利点も有する。本実施の形態１にかかるラマン増幅器は、複数存在する利得ピークの波長が、等差数列を形成するよう配置されている。このため、増幅された光において許容範囲から外れた波長成分が存在する場合、かかる波長成分の波長に関わらず、同一のアルゴリズムを用いることができる。すなわち、利得ピークの波長間隔は一定であるため、許容範囲から外れた量に対して隣接する利得ピークの波長をどの程度変化させる必要があるかについては定式化が可能なためである。
なお、本実施の形態１の説明において、ラマン増幅装置が備えるラマン増幅器の個数が４の場合について説明したが、当然のことながらラマン増幅器の個数はこれに限定されず、任意の個数のラマン増幅器によって本実施の形態１にかかるラマン増幅装置を形成することが可能である。
また、ラマン増幅器１〜４の構造についても、上記した構造に限定されるのではない。第２図を例にして説明すれば、ファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄが付属する半導体レーザ素子９ａ〜９ｄは、互いに６ｎｍ以上の波長差を備えていればすべて異なる波長のレーザ光を出力する構造とすることも可能である。実施の形態１では、例えば半導体レーザ素子９ａ、９ｂを対にして互いの偏波方向が直交するよう合波されることとしているが、ファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄと光結合器１１ａ、１１ｂとの間にデポラライザを配設することによって半導体レーザ素子９ａ〜９ｄから出力するレーザ光を直接無偏光化することも可能である。この場合、少ない半導体レーザ素子によって多数の利得ピークを実現することができるため、さらに広い利得帯域を備えたラマン増幅器を実現することが可能である。さらに、これらの構造のみならず、システムの設計によって、任意の波長構成について、かつ任意の合波手段を組み合わせて所望の励起光を実現することが可能である。
また、ラマン増幅器１〜４を形成する半導体レーザ素子についても、単一のピークを有するレーザ光を出力するもののみならず、単一の半導体レーザ素子から複数のピークを有するレーザ光を出力する構造としても良い。また、ファイバグレーティングによってピーク波長を規定する構造とするのではなく、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザや、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザのように、半導体レーザ素子内部に回折格子を設けた構造としても良い。この場合、ファイバグレーティングを省略することが可能となる。
また、ラマン増幅器１〜４における励起光のピーク波長を変化させるために、半導体レーザ素子に注入する電流の値を変化させることも好ましい。注入電流を変化させることによっても半導体レーザ素子内部の屈折率は変化し、出力されるレーザ光の波長を変化させることができるためである。具体的には、半導体レーザ素子にＶＯＡ（可変光減衰器）を付属せしめ、注入電流を変化させることによって励起光のピーク波長を変化させると共に、注入する電流値の変化による励起光の強度の変動をＶＯＡによって抑制することが好ましい。かかる構造を採用することで、ラマン増幅器１〜４における励起光のピーク波長を注入電流の値によって制御することができる。なお、かかる波長制御を行う場合、ファイバグレーティングを省略できるという利点も有する。
さらに、励起光のピーク波長の変化を半導体レーザ素子の温度を制御することによって行うと共に、温度変化による励起光のピーク強度の変化を注入電流制御によって抑制することも好ましい。この場合にも、励起光のピーク波長の制御は半導体レーザ素子に対して直接行うことが可能であるため、ファイバグレーティングを省略することが可能となる。
また、等差数列を形成する利得ピークの配列順序は、実際にラマン増幅器が配置される順序と無関係に決定して良い。例えば、ラマン増幅器の配列について、ラマン増幅器１、ラマン増幅器３、ラマン増幅器４、ラマン増幅器２の順に配置する事が可能である。
さらに、制御部１９による制御についても、増幅された光の波長強度特性において許容範囲から外れた波長成分に最も近接する１本の利得ピークを有するラマン増幅器のみを制御するのではなく、他のラマン増幅器についても併せて制御することとしても良い。具体的には、例えば、許容範囲から外れた波長成分に対して一定の波長間隔の範囲内におけるすべての利得ピークについて制御を行うこととしても良いし、その他の手法を用いても良い。
さらに、ラマン増幅器１〜４を構成する半導体レーザ素子、ファイバグレーティングの個数や、増幅利得制御部７における光電変換素子１６ａ〜１６ｈ等の個数については上記のものに限定されず、任意の個数とすることができる。
また、実施の形態１にかかるラマン増幅装置について、その利得波長特性は平坦なものに限定されることはない。上記では理想的な利得波長特性を平坦なものとしたが、これ以外にも、光通信システム全体の損失波長特性を補償するような利得波長特性としても良いし、信号光源から出力される光の強度波長特性を補償するような利得波長特性としても良い。さらには、システム全体として要求される利得波長特性および／またはＮＦのシステム要求を満足するような利得波長特性としても良い。
【実施例】
実施の形態１にかかるラマン増幅装置について、実際に個々のラマン増幅器の利得ピークを具体的に指定しておき、増幅利得制御部７による制御を行う数値シミュレーションによる実施例について説明する。なお、本実施例において、ラマン増幅器の個数を５（それぞれラマン増幅器Ａ〜Ｅとする）とし、利得ピークの数を４とする。
第９図（ａ）は、増幅利得制御部７による制御を行う前の、各ラマン増幅器のそれぞれの利得ピークの波長λｐ１〜λｐ４を示し、第９図（ｂ）は、各ラマン増幅器のそれぞれの利得ピークの強度を示す。例えば、増幅利得制御部７の制御前におけるラマン増幅器Ａにおいて波長λｐ１の利得ピークの波長は１４２４．１９２ｎｍであって、ピーク強度は１８６ｍＷである。また、ラマン増幅器Ｂにおける波長λｐ４の波長は１４９３．１４３ｎｍであって、ピーク強度は１７９ｍＷである。なお、増幅用伝送路として長さが５０ｋｍのＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：単一モードファイバ）を用いた。また、簡単のため、本実施例において利得ピークの強度については特に変更することなく、利得ピークの波長を制御することでラマン増幅装置の利得波長特性を制御することとしている。
第９図（ａ）、第９図（ｂ）に示す利得波長特性の場合、増幅された光の強度波長特性は、強度の最大値と最小値との差が０．７５ｄＢとなる。これに対して、強度の最大値と最小値との差が０．７０ｄＢ以下となるよう許容範囲を設定した。
仮想的な増幅利得制御部７による制御（実際にはシミュレーション）によって、各ラマン増幅器の利得ピーク波長を第１０図に示すように変化させた。具体的には、ラマン増幅器Ｂの第２の利得ピークの波長を１４４４．２３４ｎｍから１４４４．０３４ｎｍに変化させ、ラマン増幅器Ｃの第２の利得ピークおよび第３の利得ピークの波長を、それぞれ１４４８．５４４ｎｍから１４４８．７４４ｎｍへ、１４６６．０４５ｎｍから１４６５．８４５ｎｍへ変化させている。また、ラマン増幅器Ｄの第２の利得ピークおよび第４の利得ピークの波長を、それぞれ１４３５．６１６ｎｍから１４３５．８１６ｎｍへ、１４８４．５２５ｎｍから１４８４．７２５ｎｍへ変化させている。さらに、ラマン増幅器Ｅの第１、第３および第４の利得ピークを、１４１５．５７３ｎｍから１４１５．３７３ｎｍへ、１４４８．８０７ｎｍから１４４９．００７ｎｍへ、１４８０．２１５ｎｍから１４８０．４１５ｎｍへ変化させている。
このように各利得ピークの波長を変化させることによって、ラマン増幅器Ａ〜Ｅによって増幅された光の強度波長特性における最大値と最小値の差が０．６９ｄＢに変化する。制御前には０．７５ｄＢだったのに対し、最大値と最小値の差が０．７０ｄＢ以下となるよう許容範囲を設定することで、差を０．６９ｄＢにまで低減することができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかるラマン増幅装置について説明する。実施の形態２にかかるラマン増幅装置は、所定の利得特性を備えたラマン増幅器と、かかるラマン増幅器が備える利得特性に対して、かかる利得特性の周期関数和近似に基づいて定まるシフト量だけ上記所定の増幅利得特性をシフトさせたラマン増幅器とを備えることによって、全体として利得特性の平坦化を実現している。なお、本実施の形態２において、ラマン増幅装置の具体的構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態２にかかるラマン増幅装置は、第１図、第２図および第５図に示す構成を有する。以下では、本実施の形態１との相違点である周期関数和近似によるシフト量の導出について説明した後、具体的な実施例について説明する。
ラマン増幅器の利得特性の波形は、―般的な関数の場合と同様に周期関数の和によって近似することが可能である。ここで、利得特性の波形の近似式を構成する周期関数の分布について考察すると、優れた平坦性を有する利得特性の場合には長周期の周期関数または無限大の周期を有する周期関数によって近似式が形成されるか、ほぼ同程度の振幅を有する多種多様の周期関数によって近似式が形成されることでそれぞれの影響が相殺され、全体として平坦な波形を実現している。一方、平坦性に劣る利得特性の場合には、近似式を構成する周期関数の中で、他に比べて振幅の大きい周期関数が存在する。このことは、換言すれば、他に比べて振幅の大きい周期関数の存在により、利得特性の平坦性が乱されているものと考えることができる。
以上の考察に基づいて、本実施の形態２では、基準となる１以上のラマン増幅器によって形成される利得特性の周期関数和近似の結果を用いて、シフト量を決定している。すなわち、周期関数和近似に用いられた周期関数の中から選択した周期関数、例えば最も大きい振幅を有する周期関数の周期に基づいて、かかる周期関数の影響が低減されるよう利得特性のシフト量を決定している。そして、上記基準となるラマン増幅器の利得特性に対して、決定したシフト量だけシフトした利得特性を有するラマン増幅器を新たに追加することで、全体として平坦な利得特性を備えたラマン増幅装置を実現している。
以下、利得特性の周期関数和近似の手法の一つとしてフーリエ変換を用いた場合を例に説明する。なお、以下では、周期関数和近似が行われる利得特性の一例として、増幅利得の周波数依存性である利得周波数特性を用いた例について説明するが、後述するように、周期関数和近似に用いる利得特性として、増幅利得の波長依存性である利得波長特性を用いて行うこととしても良い。
まず、簡単のため、以下では第１１図（ａ）に示すような、任意の利得周波数特性Ｇ（ｆ）を有するラマン増幅器と、利得周波数特性Ｇ（ｆ）に対して周波数ｆ０だけシフトし利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）を有するラマン増幅器とを備えたラマン増幅装置を考える。かかるラマン増幅装置の全体としての利得周波数特性は、Ｇ（ｆ）＋Ｇ（ｆ−ｆ０）で与えられ、以下ではＧ（ｆ）＋Ｇ（ｆ−ｆ０）が周波数変化に対して平坦な関数となるよう周波数ｆ０を定める。
―般に、利得周波数特性Ｇ（ｆ）を核ｅｘｐ（−ｉ２πｆＸ）でフーリエ変換することでＸ空間に写像された関数をＦ（Ｘ）とした場合、利得周波数特性Ｇ（ｆ）とＦ（Ｘ）とは以下の関係を有する。
なお、（１）式のフーリエ変換に用いられる変数Ｘは、近似した周期関数の周期の逆数を意味する変数である。また、利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）とＦ（Ｘ）とは以下の関係を有する。
以上、（１）式および（２）式から、利得周波数特性Ｇ（ｆ）を有するラマン増幅器と、利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）を有するラマン増幅器とを備えたラマン増幅装置の利得周波数特性のフーリエ変換写像は、｛１＋ｅｘｐ（−ｉ２πｆ０Ｘ）｝Ｆ（Ｘ）となる。かかる写像のパワースペクトルは、
を用いて、
と表される。本実施の形態２にかかるラマン増幅装置では、かかる（４）式で示されるパワースペクトルのピーク値を低減するよう、構成要素たるラマン増幅器の利得特性を調整することによって平坦な利得周波数特性を有するラマン増幅装置を実現することとしている。
具体的には以下の通りである。第１１図（ｂ）に示すように、Ｇ（ｆ）から得られた｜Ｆ（Ｘ）｜２に関して、ピーク値を与えるＸが存在するため、まず、｜Ｆ（Ｘ）｜２の最大値を与えるＸの値ＸＭＡＸを導出する。ここで、ＸＭＡＸの選択にあたってＸ≠０の中から選択することとする。すなわち、（３）式よりｃｏｓ（θＸ）はｆ０の関数であることから、ｆ０の値を適当に選択することによって（４）式におけるｃｏｓ２（θＸ）の値が減少し、Ｘ＝ＸＭＡＸにおけるパワースペクトルのピーク値が低減される。具体的には、第１１図（ｃ）に示すように、シフト量ｆ０の値を１／（４ＸＭＡＸ）以上、３／（４ＸＭＡＸ）以下が選ばれる。より好ましくは、Ｘ＝ＸＭＡＸにおける（４）式の値が最小になるようｆ０の値を定める。具体的には、ｆ０の値を１／（２ＸＭＡＸ）とすることによってパワースペクトルのピーク値を低減することが可能である。そして、パワースペクトルのピーク値を低減することによってパワースペクトル全体の平坦性が改善され、ラマン増幅装置の利得周波数特性の平坦性も改善されることとなる。
なお、本実施の形態２にかかるラマン増幅装置を構成するラマン増幅器の利得特性のシフト量の導出に関して、（１）式に示すフーリエ変換を、計算機を利用した離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）によって代替することとしても良い。離散フーリエ変換は、例えばラマン増幅器Ａの利得周波数特性Ｇ（ｆ）において、周波数ｆをｆ１、ｆ１＋ｈ、ｆ１＋２ｈ、・・・、ｆ１＋（ｎ−１）ｈ、・・・、ｆ１＋（Ｎ−１）ｈ（＝ｆ２）のＮ個の離散的な値として扱い、それぞれに対応した利得周波数特性Ｇｎに関して以下の演算を行っている。
なお、周波数ｆおよび利得周波数特性Ｇｎが離散化されたことに伴い、変数Ｘも離散化され、Ｘ＝Ｘｋ＝ｋＸ０＝ｋ／Ｎｈ（ｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１）と表される。
また、（１）式のフーリエ変換によって得られるＦ（Ｘ）に対応する値として、離散フーリエ変換では、フーリエ成分Ｆｋが定義されている。具体的には、フーリエ成分Ｆｋは、
と表され、かかるフーリエ成分Ｆｋの絶対値の自乗が（１）式におけるフーリエ変換のパワースペクトル｜Ｆ（Ｘ）｜２に対応する。従って、離散フーリエ変換を用いる場合には、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性Ｇｎについて（５）式に示す離散フーリエ変換を行い、（６）式に示すフーリエ成分の絶対値の自乗が最大となるｋを導出すればよい。そして、かかるｋに対応したＸｋの値に基づいて、ラマン増幅器Ｂは、利得周波数特性Ｇｎに対して、１／（４Ｘｋ）以上、３／（４Ｘｋ）以下、より好ましくは１／（２Ｘｋ）だけ周波数がシフトした利得周波数特性を備えることで、平坦な利得周波数特性を有するラマン増幅装置を実現することができる。
【実施例１】
実施の形態２で説明した理論の具体例である実施例１について説明する。実施例１にかかるラマン増幅装置は、第１２図に示す利得特性（第１２図では波長を横軸としている）を有するラマン増幅器に対して、かかる利得特性に対して、フーリエ変換写像によって得られるシフト量だけシフトした利得特性を有する別のラマン増幅器を組み合わせた構成を有する。
第１２図に示す利得特性を有するラマン増幅器（以下、「ラマン増幅器Ａ」と称する）は、増幅対象たる信号光の波長帯域を１５３０ｎｍから１６１０ｎｍとし、最も近接する周波数を有する信号光間の周波数間隔たるチャンネル間隔を１００ＧＨｚ、チャンネル数を９６チャンネルとした増幅特性を有する。具体的構成としては、ラマン増幅媒体としてファイバ長が８０ｋｍのディスパージョンシフトファイバ（ＤＳＦ）を使用し、かかるラマン増幅媒体に対して８個の半導体レーザ素子から出射される励起光を後方励起方式によって導入する構成を有する。なお、第１２図に示すラマン増幅器Ａの利得特性は、利得平均値が１６．１３１ｄＢであり、利得の最大値と最小値との差は０．２７９ｄＢである。また、ラマン増幅器Ａにおける励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係は以下の表１に示す通りである。
次に、かかる利得特性を有するラマン増幅器Ａと組み合わせることによってラマン増幅装置全体の利得特性を平坦化させるラマン増幅器（以下、「ラマン増幅器Ｂ」と称する）の利得特性のシフト量の導出について説明する。まず、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性をＸ空間にフーリエ変換し、フーリエ変換によって得られたＦ（Ｘｋ）の絶対値を自乗したパワースペクトルを導出する。なお、実施例１におけるフーリエ変換は、離散フーリエ変換を用いている。
第１３図は、離散フーリエ変換によって導出したパワースペクトルのＸｋ依存性について示すグラフである。第１３図において横軸は、Ｘｋ＝ｋ／Ｎｈにおけるｋの値を示す。本実施例１で行う離散フーリエ変換では、周波数帯域（ｆ２−ｆ１）は９．６ＴＨｚであり、サンプリング周期ｈは０．１ＴＨｚである。従って、サンプリング数Ｎ＝９．６／０．１＝９６であり、第１３図における横軸の値を９．６で除算すればＸｋ（ＴＨｚ）−１が求まる。なお、サンプリング定理により、ｋがＮ／２以上、すなわち本実施例ではｋ≧４９におけるパワースペクトルは無視することができる。
すなわち、本実施例１では、０≦ｋ≦４８の範囲でパワースペクトル｜Ｆｋ｜２が最大となるｋを導出すれば良い。第１３図に示すグラフからかかるｋの値は７であることが明らかであり、Ｘｋ＝ｋ／ＮｈかつＮ＝９６、ｈ＝０．１より、パワースペクトル｜Ｆｋ｜２が最大となるＸｋの値は、７／（９６×０．１）となる。
上述したように、ラマン増幅装置全体としての利得周波数特性を平坦化するためには、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性を、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性に対して１／（４Ｘｋ）以上、３／（４Ｘｋ）以下、より好ましくは１／（２Ｘｋ）だけシフトさせればよい。従って、本実施例１の場合には、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性は、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性に対して０．３４５ＴＨｚ〜１．０３５ＴＨｚ、より好ましくは０．６９ＴＨｚだけシフトさせることとなる。
ここで、周波数シフト量を０．６９ＴＨｚとした場合、ラマン増幅器Ｂの励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係の一例は、以下の表２に示す通りとなる。
第１４図は、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性に関する周波数シフト量を０．６９ＴＨｚとした場合のラマン増幅器Ａの利得特性とラマン増幅器Ｂの利得特性を示すグラフである。なお、第１４図では、利得特性の横軸を波長としている。また、第１４図において、曲線ｌ１３は、ラマン増幅器Ａの利得特性を示し、曲線ｌ１４は、ラマン増幅器Ｂの利得特性を示している。なお、周波数をシフトさせる方向は高周波数方向と低周波数方向のいずれでも良いが、実施例１では、第１４図でも示すように、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性に対して長波長側（低周波数側）にシフトしている。
第１４図に示すように、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性の山の部分に谷が、ラマン増幅器Ａの利得特性の谷の部分に山が来るよう形成されている。従って、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性が有する凹凸を平坦化するよう機能していることが明らかである。
第１５図は、ラマン増幅器Ａの利得特性と、ラマン増幅器Ｂの利得特性とを足し合わせた、実施例１にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフである。第１５図において、曲線ｌ１５はラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを組み合わせた本実施例１のラマン増幅装置全体の利得特性を示し、曲線ｌ１６は、比較のためラマン増幅器Ａを２個直列接続したラマン増幅装置の利得特性を示している。
第１５図に示すように、本実施例１にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器Ａを２個接続した構成と比較して、平坦性に優れた利得特性を実現することができる。具体的には、ラマン増幅器Ａを２個接続した場合の、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は０．５５８ｄＢとなるのに対して、本実施例１にかかるラマン増幅装置は、利得の最大値と最小値との差を０．１１１ｄＢまで低減することが可能である。
【実施例２】
次に、実施例２にかかるラマン増幅装置について説明する。実施例２にかかるラマン増幅装置は、４個のラマン増幅器によって構成されており、既存の２個のラマン増幅器によって実現される利得特性に対して周期関数和による近似を行った上で、既存のラマン増幅器と同様のパターンを有するラマン増幅器のシフト量を決定している。
本実施例２では、既存の２個のラマン増幅器として、実施例１で説明したラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを用いることとしている。そして、かかる既存のラマン増幅器の利得特性の周期関数和近似に基づいて、新たに追加するラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄの利得特性に関するシフト量を決定している。なお、本実施例２において、使用するラマン増幅器の構成は実施例１と同様であり、後述する離散フーリエ変換においても、周波数帯域（ｆ２−ｆ１）、サンプリング周期ｈ、サンプリング数Ｎ等は実施例１と同様であり、サンプリング定理に基づいてｋ≧４９のパワースペクトルを無視できることも同様である。以下、ラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄの利得特性に関するシフト量の導出について具体的に説明する。
まず、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性とラマン増幅器Ｂの利得周波数特性との和によって形成される利得周波数特性に関して離散フーリエ変換を行う。第１６図は、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性とラマン増幅器Ｂの利得周波数特性との和によって形成される利得周波数特性に対して離散フーリエ変換を行った結果を示すグラフである。なお、第１６図において、第１３図と同様に横軸はＸｋを形成するｋの値を示し、縦軸はパワースペクトルの強度を示している。また、第１６図において、ｋ≧４９におけるパワースペクトルは、第１３図の場合と同様にサンプリング定理に基づいて無現される。
第１６図に示すように、最大のパワースペクトルを与えるｋの値は３であることから、本実施例２においてＸｋ＝ｋ／ＮｈかつＮ＝９６、ｈ＝０．１より、パワースペクトルが最大となるＸｋの値は、３／（９６×０．１）となる。従って、ラマン増幅器Ａ〜ラマン増幅器Ｄによって形成される実施例２にかかるラマン増幅装置の利得周波数特性を平坦化するためには、ラマン増幅器Ｃ、Ｄの利得周波数特性を、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得周波数特性から０．８ＴＨｚ〜２．４ＴＨｚの範囲、より好ましくは１．６ＴＨｚだけ周波数シフトさせれば良い。
次に、本実施例２において、ラマン増幅器Ｃ、Ｄの利得周波数特性を、それぞれラマン増幅器Ａ、Ｂの利得周波数特性から１．６ＴＨｚだけ高周波数側（短波長側）にシフトさせた場合のラマン増幅器Ｃ、Ｄにおける励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係を、表３および表４にそれぞれ示す。
次に、表３および表４に示す励起光波長および励起光強度を備えたラマン増幅器Ｃ、Ｄを新たに組み合わせた本実施例２にかかるラマン増幅装置の全体としての利得特性について説明する。第１７図は、実施例２にかかるラマン増幅装置の全体としての利得特性について示すグラフである。なお、第１７図において、曲線ｌ１７は本実施例２にかかるラマン増幅装置の利得特性を示し、曲線ｌ１８は実施例１にかかるラマン増幅装置を２個直列接続すなわちラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを２個ずつ接続したラマン増幅装置の利得特性を示す。また、曲線ｌ１９は、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した構成における利得特性を示している。
第１７図に示すように、本実施例２にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した構成や、実施例１にかかるラマン増幅装置を２個直列接続した場合と比較して、より平坦な利得特性を実現することが可能である。具体的には、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した場合には、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は１．１１６ｄＢであり、実施例１にかかるラマン増幅装置を２個接続した場合の利得の最大値と最小値との差は０．２２２ｄＢである。これに対して、本実施例２にかかるラマン増幅装置の場合には、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は０．１８０ｄＢであり、さらに利得の平坦性が改善されていることが明らかである。
本実施例２に示すように、基準となる利得特性を実現するラマン増幅器を複数とし、基準となる利得特性に対して所定量だけシフトした利得特性を実現するラマン増幅器を複数としても良い。また、本実施例２では、シフト量を導出した後に、ラマン増幅器Ｃの利得特性をラマン増幅器Ａの利得特性に基づいてシフトし、ラマン増幅器Ｄの利得特性をラマン増幅器Ｂの利得特性に基づいてシフトすることとしている。このことは、結果としてはラマン増幅器Ａおよびラマン増幅器Ｂによって得られる利得特性を所定量だけシフトした利得特性を、ラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄによって実現することを意味している。
なお、実施の形態２およびその実施例１、２では、利得特性の例として利得周波数特性を使用し、周波数に関するフーリエ変換による周期関数和近似を行った例について説明している。しかしながら、利得周波数特性を使用するのみならず、利得特性の別の例として利得波長特性を使用し、波長に関するフーリエ変換による周期関数和近似を行うこととしても良い。
例えば、あるラマン増幅器が利得波長特性Ｇ（λ）を有する場合に、（１）式における周波数ｆをλとし、２πＸをＹとし、ｄｆをｄλとすることによって、
と表すことが可能である。また、利得波長特性Ｇ（λ−λ０）を有するラマン増幅器に関するフーリエ変換は、（２）式と同様に、
と与えられる。従って、Ｇ（λ）＋Ｇ（λ−λ０）のフーリエ変換写像は（１＋ｅ−ｉλ０Ｙ）Ｆ（Ｙ）で与えられることとなり、以後、利得周波数特性に基づいてシフト量を定めた場合と同様の手法を用いて、ＹＭＡＸを導出し、波長シフト量λ０を決定することが可能である。また、波長に関するフーリエ変換を行うにあたって、離散フーリエ変換を利用可能であることも同様である。
また、実施の形態２および実施例では、周期関数和近似によって得られる周期関数のうち、もっともパワースペクトルの大きな周期関数を選択し、かかる周期関数の周期に基づいてシフト量を導出している。しかしながら、周期関数の選択条件としてはかかるものに限定して本発明を解釈する必要はなく、様々な選択条件に基づいて周期関数の選択を行うことが可能である。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかるラマン増幅システムについて説明する。実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、実施の形態１または実施の形態２におけるラマン増幅器のグループを多数配置した構造を有し、これら多数のラマン増幅器に対して、単一の全体利得制御装置によって利得波長特性を制御する。第１８図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの構造を示すブロック図であり、以下、第１８図を適宜参照して説明する。
実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎが順次接続されたグループ２１Ａと、ラマン増幅器２２ａ〜２２ｎが順次接続されたグループ２２Ａと、ラマン増幅器２３ａ〜２３ｎが順次接続されたグループ２３Ａと、ラマン増幅器２４ａ〜２４ｎが順次接続されたグループ２４Ａとを備える。グループ２１Ａ〜２４Ａは入力端２０に対して順次接続されており、グループ２４Ａには光分岐器２５が接続され、光分岐器２５の一方の出力端には全体利得制御部２６が接続され、光分岐器２５の他方の出力端２７から増幅された光が出力される構造を有する。
ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎは、実施の形態１または実施の形態２におけるラマン増幅器１〜４と同様に、それぞれ異なる利得波長特性を有し、互いに異なる波長の利得ピークを有する。このため、同一利得波長特性からなるラマン増幅器を複数備えた場合と比較して、利得偏差が重畳されることを防止している。また、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎから得られる利得ピークの波長は、等差数列を形成するよう構成されており、各利得ピークの波長間隔が等しくなるためにグループ２１Ａ全体の利得波長特性は平坦化される。ここで、隣接する利得ピークは異なるラマン増幅器から得られるものとする。このため、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎそれぞれにおける利得ピークの波長間隔は６ｎｍ以上としているにもかかわらず、グループ２１Ａ全体としては利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能であり、さらなる平坦化を図っている。なお、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎ等は、それぞれ第２図と同等の構造を有し、利得ピークの数についても複数であれば２以外としても良い。また、等差数列の公差については、グループを形成する任意のラマン増幅器における隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値とすることが好ましい。
そして、異なるグループに属するラマン増幅器のうち、ラマン増幅器２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａは、ほぼ同一の利得波長特性を有し、ほぼ等しい波長の利得ピークを有する。同様に、ラマン増幅器２１ｂ〜２４ｂ、ラマン増幅器２１ｃ〜２４ｃ等もそれぞれほぼ同一の利得波長特性を有し、ほぼ等しい波長の利得ピークを有する。このため、グループ２２Ａ〜２４Ａは、グループ２１Ａと同一の利得波長特性を有し、グループ２１Ａと同様に平坦な利得波長特性となる。
このように、異なるグループに属し、同一の利得波長特性を有するラマン増幅器が存在するため、同一の利得波長特性を有するラマン増幅器ごとにセットを設定する。すなわち、ラマン増幅器２１ａ〜２４ａをセット２８ａとし、ラマン増幅器２１ｂ〜２４ｂをセット２８ｂとし、以後同様に分類してセット２８ａ〜２８ｎを設定する。
次に、全体利得制御部２６の構造について、第１９図を適宜参照して説明する。第１９図は、全体利得制御部２６の構造を示すブロック図である。全体利得制御部２６は、光分岐器２５から入力された光を波長ごとに分波する光分波器２９と、分波された光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子３０ａ〜３０ｈと、必要な情報を記憶する記憶部３１と、光電変換素子３０ａ〜３０ｈおよび記憶部３１と接続された制御波長探知部３２と、記憶部３１、制御波長探知部３２およびセット２８ａ〜２８ｎを制御する制御部３３とを有する。
光分波器２９は、複数の光ファイバを溶融結合させた溶融型カプラや、アレイ導波路、回折格子等によって構成されており、所定の波長範囲ごとに入力された光を分波するものである。また、光電変換素子３０ａ〜３０ｈは、フォトダイオード等によって形成されている。
記憶部３１は、光分波器２９で分波された光の強度の許容範囲に関する情報と、分波された光の波長成分と対応する利得ピークの波長およびかかるピーク波長がセット２８ａ〜２８ｎのいずれによって供給される利得ピークかについて記憶する。また、制御波長探知部３２は、分波された波長成分に対応した電気信号を入力し、記憶部３１に記憶された情報を適宜参照することで、許容範囲から外れた波長成分に対応するセットを検出して制御部３３に出力する機能を有する。
制御部３３は、記憶部３１、制御波長探知部３２およびセット２８ａ〜２８ｎを制御するためのものである。具体的には、記憶部３１および制御波長探知部３２の動作を制御すると共に、制御波長探知部３２から出力された情報に基づいてセット２８ａ〜２８ｎに所属するラマン増幅器の利得波長特性を制御する機能を有する。
次に、全体利得制御部２６の動作について説明する。第２０図は、全体利得制御部２６の動作を示すフローチャートである。以下、第２０図に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、入力された増幅光について、許容範囲外の波長成分の有無を検出し、かかる波長成分が存在する場合はその波長を検出する（ステップＳ２０１）。具体的には、多数のラマン増幅器によって増幅された光は第１９図に示す光分波器２９によって所定の波長成分ごとに分波され、光電変換素子３０ａ〜３０ｈによって電気信号に変換された後、制御波長探知部３２に入力される。制御波長探知部３２は、各波長成分に対応する電気信号の強度について、記憶部３１に記憶された情報を参照して許容範囲から外れた波長成分の有無を検出し、存在する場合にはその波長を検出する。なお、許容範囲から外れた波長成分が検出されない場合は全体利得制御部２６の動作は終了する。
そして、検出した波長成分の波長に基づいて所定の利得ピークを有するセットを選択する（ステップＳ２０２）。具体的には、記憶部３１に増幅された光の各波長成分に対応するピーク波長およびかかるピーク波長がどのセットに所属するラマン増幅器によるものかについて記憶されており、かかる情報に基づいて適切なセットを選沢する。
その後、選択されたセットに所属するラマン増幅器を選択し（ステップＳ２０３）、かかるラマン増幅器の利得波長特性を変化させる（ステップＳ２０４）。ここで、セットに所属するラマン増幅器はそれぞれほぼ同一の利得波長特性を有するため、セットに属する任意のラマン増幅器を選択し、かかるラマン増幅器の利得波長特性を変化させる。選択されたラマン増幅器では、ファイバグレーティングおよび半導体レーザ素子の温度や、半導体レーザ素子への注入電流を変化させて利得ピークの波長及び強度を変化させる。このように、選択したラマン増幅器の利得波長特性を変化させることで、ラマン増幅システム全体の利得波長特性が変化する。
そして、変化した利得波長特性に基づいて増幅された光に対して、ステップＳ２０１で検出した波長成分の強度が許容範囲内に抑制されたかを調べる（ステップＳ２０５）。具体的には、ステップＳ２０１と同様の手法によって許容範囲から外れた波長成分の有無を調べ、存在する場合にはステップＳ２０３に戻って、同一セットに属する他のラマン増幅器を選択する。許容範囲から外れた波長成分が存在しない場合には、全体利得制御部２６の動作は終了する。
ステップＳ２０３において所定のセットに属する任意のラマン増幅器を選択することとしたのは次の理由である。すなわち、全体利得制御部２６は、増幅された光に対してステップＳ２０１によって許容範囲外の波長成分を検出し、かかる波長成分がどのセットに所属するラマン増幅器に起因するかを判断するが、どのラマン増幅器に起因するかを判断することはできない。そのため、制御対象となるセットを特定した後、かかるセットに属する任意のラマン増幅器を選択することとなる。
実施の形態３にかかるラマン増幅システム全体の利得波長特性に乱れが生じた場合、同時に複数のラマン増幅器に異常が生じている可能性は低く、通常は単一のラマン増幅器が故障等することで全体の利得波長特性が変化する。従って、選択したセットにおいて故障等したラマン増幅器を選択する可能性は低く、正常なラマン増幅器の利得波長特性を変化させることでシステム全体において所望の利得波長特性を実現することができる。なお、万が一ステップＳ２０３で選択したラマン増幅器が故障等しており、ステップＳ２０４でシステム全体の利得波長特性を改善できない場合であっても、ステップＳ２０５において全体の利得波長特性を再度チェックすることによって再びステップＳ２０３に戻って別のラマン増幅器を選択して利得波長特性を変化させることができる。
実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、以下の利点を有する。まず、全体利得制御部２６を備えたことで、システムを構成するラマン増幅器の増幅利得波長特性に異常を生じた際におけるシステム全体の利得波長特性の変動を抑制することができる。このため、ラマン増幅システムを構成するラマン増幅器の故障や、配置した場所における環境条件によって個々の利得波長特性が変動した場合であってもシステム全体として所望の利得波長特性を実現することができる。また、入力する信号光の波長強度特性が劣化している場合でも、所望の波長強度特性を有する増幅光を出力することができる。
また、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、全体の利得波長特性の制御を容易に行うことができるという利点を有する。通常、長距離伝送を行う光通信システムにおいては、ラマン増幅装置は所定距離だけ離隔して複数配置される。このように複数のラマン増幅装置を配置する場合、実施の形態１または実施の形態２にかかるラマン増幅装置を用いることとしても所望の利得波長特性を実現することは可能である。しかし、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムを用いた場合には、かかる複数のラマン増幅装置（本実施の形態３における複数のグループ）全体を制御対象とする全体利得制御部２６のみによって利得波長特性の制御を行うことができる。このため、低コストのラマン増幅システムを実現することができる。
さらに、ほぼ同一の利得波長特性を備えたラマン増幅器ごとに分類してセット２８ａ〜２８ｎを設定して制御を行うこととしたため、制御を容易に行えるという利点を有する。各セットに属するラマン増幅器はほぼ同一の利得波長特性を備えるため、選択したセットに属する任意のラマン増幅器の利得波長特性を変化させることで容易にシステム全体の利得波長特性を制御することができる。
なお、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムにおいて、グループ２１Ａ〜２４Ａの末端にそれぞれ実施の形態１において説明した増幅利得制御部７を設けた構造としても良い。この場合、２通りの制御機構を用いることでより容易にラマン増幅システムにおける利得波長特性を制御することが可能となる。例えば、全体利得制御部２６によって故障したラマン増幅器が所属するセットを特定するのと共に、増幅利得制御部７によって故障したラマン増幅器が所属するグループを特定することで、故障したラマン増幅器を一意に特定することが可能である。かかる場合には、故障したラマン増幅器が所属するセットに所属する他のラマン増幅器を確実に選択することが可能であるため、上記のステップＳ２０３において故障したラマン増幅器を選択することを避けることが可能となる。したがって、セット制御とグループ制御をあわせて行うことで、故障したラマン増幅器を迅速に特定することが可能になると共に、システム全体の利得波長特性の制御を迅速に行うことが可能となる。
また、実施の形態１〜３において用いるラマン増幅器の具体的配置としては、分布型でも良いし、集中型としても良い。さらに、利得特性を具体的に検出する構成としては、各ラマン増幅器から出力される励起光に基づいて利得特性を検出することとしても良いし、実際に増幅された信号光の強度分布に基づいて利得特性を検出することとしても良い。さらに、実施の形態２において、利得特性をシフトさせる際のシフト方向は、プラス方向でも良いし、マイナス方向としても良い。また、実施の形態２において、それぞれのラマン増幅器において励起光の数、すなわち、個々のラマン増幅器における利得ピークの数を多くすることが好ましい。かかる構成とすることによって増幅波長（周波数）帯域が拡大するためである。
以上説明したように、本発明によれば、複数のラマン増幅器を有することとし、第１のラマン増幅器の隣接利得ピークの間に第２の利得ピークが位置する構成としたため、ラマン増幅装置全体として隣接利得ピークの波長間隔を任意に設定できると共に、増幅利得制御手段を備えることとしたため、所望の利得波長特性を実現することができるという効果を奏する。
また、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって供給されるため、隣接利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることができ、利得波長特性が平坦化すると共に、増幅利得制御手段による制御を容易かつ精密に行うことができる。
また、次の発明によれば、第１利得特性を備えるラマン増幅器と、第１利得特性に対して周期関数和近似を行い、かかる近似から得られた周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ第１利得特性に対してシフトさせた第２利得特性を備えるラマン増幅器とを備えることで、第１利得特性と第２利得特性とが、互いに凹凸を相殺し、全体として平坦な利得特性を実現することができるという効果を奏する。
また、次の発明によれば、ラマン増幅器によって形成される複数のグループに対して、利得波長特性の制御を単一の全体利得制御手段によって行うこととしたため、利得波長特性の制御を容易に行うことができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明にかかるラマン増幅装置およびラマン増幅システムは、利得偏差の小さい利得特性を得ることが可能であり、例えば光通信の分野に利用することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【技術分野】
本発明は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置に関する。
【背景技術】
近年のインターネット等の光通信の発展に伴い、大きな伝送容量を有し、長距離伝送が可能な光通信システムの開発が行われている。伝送容量を増大させる観点からは、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式や、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が提案され、実用化されている。ＷＤＭ方式は、同一の光伝送路中に波長の異なる複数の信号光を伝送させる通信方式をいい、ＤＷＤＭ方式は、同一光伝送路中にＷＤＭ方式よりもさらに多くの信号光を伝送させる通信方式である。これらの通信方式を採用することで、一度に伝送できる信号の量が増大するため、光通信において伝送容量を拡大することができる。
また、長距離伝送を実現する観点からは、光伝送路中を伝送する途上において減衰した信号光の強度を増幅する光増幅装置を配置することが広く行われている。光増幅装置としてはＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や、ラマン増幅を用いたラマン増幅装置が知られている。特に、ラマン増幅装置は、励起光の波長を変化させることで任意の波長の光を増幅することが可能であり、信号光の選択の幅が広がる等の利点を有する。
ＷＤＭ方式若しくはＤＷＤＭ方式とラマン増幅とを組み合わせた光通信システムを実現する場合には、同一伝送路中を伝送し、互いに異なる波長を有する信号光に対して同程度の増幅利得を与えることが重要である。特に、伝送路途上に複数のラマン増幅装置を配置する場合、個々のラマン増幅装置の利得偏差が重畳されることとなるため、光増幅器の利得波長特性の平坦化は重要な問題となる。
このため、従来、１５３９ｎｍから１５７９ｎｍの波長帯域で、この帯域の両端とほぼ中央に利得波長特性のピーク（以下、「利得ピーク」と言う）を備えたＷ型と称する１台のラマン増幅器と、かかるラマン増幅器における利得ピークの間に利得ピークを持つＭ型と称する１台のラマン増幅器とを組み合わせることでラマン増幅装置を形成した例が開示されている（例えば、Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ２００１ Ｊｕｌｙ ９〜１２参照）。
しかし、単に２つのラマン増幅器を組み合わせて、それぞれの利得波長特性の山と谷を単純に埋め合わせる構造とするのみでは、全体として利得波長特性の十分な平坦化を図ることはできない。
また、上記従来技術のようにラマン増幅装置を形成した場合でも、実際に光通信システムに組み込んだ場合に利得波長特性が平坦とならないおそれがある。すなわち、長距離伝送を行う光通信システムでは、外部環境の温度等が変動することにより、ラマン増幅をおこなうための光ファイバにおけるラマン利得係数や、入力される励起光の減衰定数が設計時の値から変動するおそれがある。このため、設計時において平坦な利得波長特性を有しているにもかかわらず、実際に敷設した際に利得波長特性が変動する場合がある。
また、実際の光通信システムにおいては、ラマン増幅装置を形成する励起光源等の故障による問題を考慮する必要がある。広範囲に渡って敷設される光通信システムでは故障部分の特定は容易ではなく、故障部分の場所によっては修理も困難となる。そのため、光通信システムの一部が故障した場合であっても、光通信システムにおける利得偏差を一定範囲内に維持する機構が設けられることが好ましい。
さらに、従来技術によるラマン増幅器を多段に接続したシステム設計を行う場合においては、システム全体として所望の利得波長特性が得られるように、個々のラマン増幅器の利得波長特性を別々に設計する必要がある。このため、設計プロセスが非常に複雑かつ困難となるという問題点を有していた。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、複数のラマン増幅器を備えたラマン増幅装置において、利得偏差を一定の許容範囲内に維持できるラマン増幅装置およびラマン増幅装置を複数組み合わせたラマン増幅システムを実現することを目的とする。
【発明の開示】
本発明にかかるラマン増幅装置は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得波長特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、第１の利得ピークおよび該第１の利得ピークに隣接する第２の利得ピークを含む複数の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第１のラマン増幅器と、前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置する波長の第３の利得ピークを含む１以上の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第２のラマン増幅器と、前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置し、前記第１の利得ピークの波長と前記第３の利得ピークの波長との間で等差数列を形成する波長の第４の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第３のラマン増幅器とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、複数のラマン増幅器を有することとし、それぞれ異なるラマン増幅器から得られる利得ピークの波長が等差数列を形成するよう調整されていることとしたため、全体として所望の利得波長特性を得ることができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、隣接する利得ピーク間の波長間隔は、６ｎｍ以下であることを特徴とする。
この発明によれば、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって供給されることとしたため、隣接する利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能であり、利得波長特性が平坦化すると共に、増幅利得制御手段による制御を容易かつ精密に行うことができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、隣接する利得ピーク間の波長間隔は、０．３ｎｍ以下であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記等差数列の公差は、前記第１のラマン増幅器から得られる隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値をラマン増幅器の個数で除算した値にほぼ等しいことを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、第１利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、前記第１利得特性に対する周期関数和近似より得られる周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ前記第１利得特性からシフトした第２利得特性を備えた１以上のラマン増幅器とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、第１利得特性を備えるラマン増幅器と、第１利得特性に対して周期関数和近似を行い、かかる近似から得られた周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ第１利得特性に対してシフトさせた第２利得特性を備えるラマン増幅器とを備えることで、第１利得特性と第２利得特性とが、互いに凹凸を相殺し、全体として平坦な利得特性を実現することができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期に基づいて定まることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期の１／４以上、３／４以下であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記周期関数和近似は、フーリエ変換により行われることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記第１利得特性は、隣接する利得ピーク間の波長差または周波数差が、ほぼ一定の値であることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、前記複数のラマン増幅器によって増幅された光の強度波長特性に基づいて、複数の前記ラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
この発明によれば、複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段を備えることとしたため、何らかの理由によって個々のラマン増幅器の利得波長特性が乱れた場合であっても、所望の利得波長特性を実現することができる。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、増幅された光において、光強度が所定の許容範囲から外れた波長成分の波長と最も近接する波長の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する波長探知手段をさらに備え、選択したラマン増幅器が有する前記所定の利得ピークの波長および／またはピーク強度を変化させることで前記増幅された光の強度を前記許容範囲以内に抑制するよう前記複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記複数のラマン増幅器は、レーザ光を出力する複数の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を合波するための光結合器とをそれぞれ備えることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、前記半導体レーザ素子の温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記複数のラマン増幅器は、前記半導体レーザ素子の出射波長を規定するファイバグレーティングをさらに備えることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅装置は、上記の発明において、前記増幅利得制御手段は、前記ファイバグレーティングの温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第１のグループと、該第１のグループの末端に接続され、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第２のグループと、該第２のグループの末端に接続され、前記第１および第２のグループに属するラマン増幅器を所定のセットに分類し、利得波長特性を制御する全体利得制御手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、ラマン増幅器によって形成される複数のグループに対して、利得波長特性の制御を単一の全体利得制御手段によって行うこととしたため、利得波長特性の制御を容易に行うことができる。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、上記の発明において、前記全体利得制御手段は、選択したセットに属するラマン増幅器が有する所定の利得ピークの波長および／または強度を変化させることで増幅された光の強度を所定の許容範囲以内に抑制するよう前記第１および前記第２のグループに属するラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする。
次の発明にかかるラマン増幅システムは、上記の発明において、前記第１のグループ末端に接続され、前記第１のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第１のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第１の増幅利得制御手段と、前記第２のグループ末端に接続され、前記第２のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第２のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第２の増幅利得制御手段とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の構造を示すブロック図であり、第２図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成するラマン増幅器の構造を示すブロック図であり、第３図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を示すグラフであり、第４図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置によって得られる増幅光の波長強度特性と、従来のラマン増幅器によって得られる増幅器の波長強度特性とを比較したグラフであり、第５図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成する増幅利得制御部の構造を示すブロック図であり、第６図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置において、利得波長特性が乱れた状態を示すグラフであり、第７図は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置を構成する増幅利得制御部の動作を示すフローチャートであり、第８図は、実施の形態１において、増幅利得制御部の動作によって平坦化されたラマン増幅装置の利得波長特性を示すグラフであり、第９図は、（ａ）、（ｂ）共に、増幅利得制御部による制御前の利得波長特性を示す表であり、第１０図は、実施例において増幅利得制御部によって制御された後の利得波長特性を示す表であり、第１１図は、実施の形態２にかかるラマン増幅装置において、利得特性のシフト量の導出メカニズムについて説明するための模式図であり、第１２図は、実施の形態２の実施例１におけるラマン増幅器Ａの利得特性を示すグラフであり、第１３図は、ラマン増幅器Ａの利得特性をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、第１４図は、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得特性をそれぞれ示すグラフであり、第１５図は、実施例１にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフであり、第１６図は、実施例２にかかるラマン増幅装置において、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得特性をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、第１７図は、実施例２にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフであり、第１８図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの構造を示すブロック図であり、第１９図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの全体利得制御部の構造を示すブロック図であり、第２０図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの全体利得制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかるラマン増幅装置およびラマン増幅システムの好適な実施の形態について説明する。図面の記載において、同一または類似部分には同一あるいは類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかるラマン増幅装置について説明する。第１図は、ラマン増幅装置の全体構成を示すブロック図である。以下、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の構造を説明する。
実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、入力端５に順次接続されたラマン増幅器１〜４と、ラマン増幅器４に接続された光分岐器６と、光分岐器６の出力端子の一方に接続された増幅利得制御部７と、光分岐器６の出力端子の他方によって形成される出力端８とを有する。
第２図は、ラマン増幅器１の構造を示す模式図である。ラマン増幅器１は、励起光源として機能する半導体レーザ素子９ａ〜９ｄと、半導体レーザ素子９ａ〜９ｄにそれぞれ対応して設けられたファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄと、半導体レーザ素子９ａ、９ｂから出力されるレーザ光を合波するための光結合器１１ａと、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄから出力されるレーザ光を合波するための光結合器１１ｂとを有する。また、光結合器１１ａ、１１ｂで合波されたレーザ光をさらに合波して励起光を形成するための光結合器１２をさらに有し、形成された励起光は、光結合器１３を介して増幅用伝送路１４に入力される構造を有する。なお、第２図に示すように、ラマン増幅器１は、増幅用伝送路１４における励起光の進行方向がラマン増幅される光の進行方向と逆になる後方励起方式を用いているが、前方励起方式としても良く、双方向励起方式としても良い。
半導体レーザ素子９ａ、９ｂは、それぞれファイバグレーティング１０ａ、１０ｂによって規定されたほぼ等しいピーク波長を有するレーザ光を出射する構造を有する。また、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄは、それぞれファイバグレーティング１０ｃ、１０ｄで規定されるほぼ等しいピーク波長を有するレーザ光を出射し、半導体レーザ素子９ａ、９ｂのピーク波長と、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄのピーク波長とは、波長間隔が６ｎｍ以上離れている。また、半導体レーザ素子９ａ〜９ｄおよびファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄには、図示しない温調モジュールがそれぞれ付加されており、それぞれの温度を変動可能な構造を有する。
半導体レーザ素子９ａ、９ｂと光結合器１１ａとの間は偏波面保持ファイバによって接続され、半導体レーザ素子９ａ、９ｂから出力されたレーザ光が互いに直交するよう光結合器１１ａで合波される構造を有する。ラマン増幅は偏波依存性を有するため、増幅利得を安定化させるために励起光を無偏波化した上でラマン増幅をすることが好ましいためである。なお、半導体レーザ素子９ｃ、９ｄと光結合器１１ｂとの間も、同様の理由で偏波面保持ファイバによって接続され、レーザ光の偏波方向が互いに直交するよう合波される。
ラマン増幅器２〜４の構造は、基本的に第２図に示すラマン増幅器１と同様の構造を有するが、利得ピークの中心波長がそれぞれ異なる値となるよう半導体レーザ素子およびファイバグレーティングが形成されている。第３図は、ラマン増幅器１〜４の利得波長特性を組み合わせることによって形成される実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を模式的に示すグラフである。ここで、曲線ｌ１はラマン増幅器１の利得波長特性を示し、曲線ｌ２、ｌ３、ｌ４は順次ラマン増幅器２、３、４の利得波長特性を示す。そして、曲線ｌ１〜ｌ４を合成した曲線ｌ５は、実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性を示す。
第３図に示すように、ラマン増幅器１〜４から得られる利得ピークはそれぞれ異なり、各利得ピークの中心波長λ１、λ２、λ３、λ４は、それぞれ等差数列を形成する。実施の形態１において、各利得ピークに対応する波長が形成する等差数列の公差は、ラマン増幅器１から得られる２つの利得ピークの波長λ１、λ１’の差分値をラマン増幅器の個数で割った値とする。また、同じくラマン増幅器１〜４から得られる別の利得ピークの波長λ１’、λ２’、λ３’、λ４’についても同様に等差数列を形成し、公差も波長λ１、λ１’の差分値をラマン増幅器の個数で割った値とする。なお、本実施の形態１では、ラマン増幅器１によって得られる利得ピークの個数を２としているが、ラマン増幅器１の利得ピークが３以上存在する場合には、隣接する利得ピーク間の波長間隔の平均値を公差とすることが好ましい。
ラマン増幅器１〜４から得られる利得波長特性に関して、それぞれから得られる利得ピークの波長が異なることから、同一利得波長特性からなるラマン増幅器を複数備えた場合と比較して、利得偏差が重畳されることが防止される。特に、各利得ピーク波長が等差数列を構成するようラマン増幅器１〜４の利得波長特性を設定することで各利得ピークの間隔が等しくなるため、曲線ｌ５で示すように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、平坦な利得波長特性を有する。また、複数のラマン増幅器によって利得を得る構造としているため、隣接する利得ピーク間の波長間隔に制限がなく、波長間隔を６ｎｍ以下に抑制することが可能となるため、平坦性がより高められている。なお、波長間隔については、６ｎｍ以下が好ましく、さらには０．３ｎｍ以下であることがより好ましい。
第４図は、従来のように同一特性のラマン増幅器を複数組み合わせた場合に得られる利得波長特性と、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置の利得波長特性とを比較したグラフである。第４図に示すように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、曲線ｌ６〜ｌ１０にそれぞれ示す利得波長特性を有するラマン増幅器を備え、これらの利得波長特性を合成したラマン増幅装置によって光を増幅した結果、増幅された光の波長強度特性は曲線ｌ１１に示すとおりとなる。
一方、例えば曲線ｌ６の利得波長特性を有するラマン増幅器を従来のように単純に５個組み合わせた場合、増幅光の波長強度特性は曲線ｌ１２に示すようになる。増幅対象となる信号光の波長範囲を１５４０ｎｍ〜１５９５ｎｍとした場合、曲線ｌ１１と曲線ｌ１２とを比較すれば明らかなように、かかる波長範囲内における増幅利得の偏差は大きく異なることとなる。具体的には、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置によって増幅された光の強度偏差は０．９ｄＢ程度であるのに対し、従来例の場合には強度偏差が３ｄＢ以上となる。
次に、増幅利得制御部７について説明する。第５図は、増幅利得制御部７の構造を示すブロック図である。増幅利得制御部７は、第５図に示すように、ラマン増幅された光を分波する光分波器１５と、分波した光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子１６ａ〜１６ｈとを有する。また、光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、制御波長探知部１８に接続されている。制御波長探知部１８は、記憶部１７と接続されており、記憶部１７に記憶された情報と、入力された電気信号とを対比することで、増幅された光において異常を有する波長成分を探知する。また、制御部１９は、制御波長探知部１８、記憶部１７およびラマン増幅器１〜４に接続されている。
光分波器１５は、入力された光を所定の波長範囲の光ごとに分波して出力するためのものである。具体的には、光分波器１５は、複数の光ファイバを溶融結合させて形成された溶融型カプラ等によって形成されている。
光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、入力された光を強度に応じた電気信号に変換するためのものである。具体的には、光電変換素子１６ａ〜１６ｈは、フォトダイオードや、光抵抗等によって形成される。
記憶部１７は、利得波長特性を制御するために必要な情報を記憶するためのものである。具体的には、光分波器１５で分波された光の各波長成分の強度の許容範囲に関する情報と、増幅利得制御部７に入力される光の波長成分に対応する利得ピークの波長に関する情報と、かかる利得ピークを供給するラマン増幅器を特定する情報とを記憶する。
制御波長探知部１８は、制御対象となるラマン増幅器を特定するためのものである。具体的には、分波された光の強度と、記憶部１７に記憶された光の強度の許容範囲とを対比し、許容範囲からはずれた強度を有する光の波長成分の波長を探知し、かかる波長に基づいて所定の利得ピークを検出し、検出した利得ピークを供給するラマン増幅器を選択する機能を有する。
制御部１９は、制御波長探知部１８、記憶部１７およびラマン増幅器１〜４を制御するためのものである。具体的には、制御波長探知部１８および記憶部１７の動作を制御すると共に、制御波長探知部１８で検出された励起光のピーク波長に基づいて、かかるピーク波長と同一の波長若しくはその近傍の波長を有するピークを出力する半導体レーザ素子に対して制御を行う機能を有する。制御の内容としては、ラマン増幅器１〜４を構成する半導体レーザ素子とファイバグレーティングの少なくとも一方について、付属する温調モジュールの温度を変化させることで励起光の波長若しくは強度を変化させている。また、必要に応じて半導体レーザ素子に注入される電流の値を変化させることで励起光の強度を変化させている。
また、制御部１９による制御の具体的態様をしては、例えば、制御部１９から制御信号を出射し、方向性結合器等を用いて入力端５を介してラマン増幅器１〜４に制御信号を伝達するものとする。この他にも、例えば、ラマン増幅器１〜４が配置された上り回線ではなく、下り回線を用いて制御信号を伝送しても良いし、制御専用の回線を備えた構造としても良い。また、光信号ではなく電気信号等によって制御を行う構造としても良い。
次に、増幅利得制御部７の動作について説明する。第６図は、何らかの原因によって平坦な利得波長特性が崩れた状態を示すグラフであり、第７図は、増幅利得制御部７の動作を示すフローチャートである。第６図に示すように、ラマン増幅器１から得られる利得波長特性（曲線ｌ１’）が全体的に強度の低い方にシフトしたため、曲線ｌ５’に示すラマン増幅装置全体の利得波長特性に関しても平坦性が崩れている。以下、利得波長特性が第６図に示す場合を例として、第７図のフローチャートを参照して増幅利得制御部７の動作を説明する。なお、入力される光は、所定の波長範囲において平坦な強度波長特性を有し、その結果、ラマン増幅器１〜４によって増幅された光は、第６図に示す利得波長特性と同様の強度波長特性となっているものとする。
まず、ラマン増幅器１〜４によって増幅された光のうち、許容範囲から外れている波長成分の有無を検出し、かかる波長成分が存在する場合にはその波長を検出する（ステップＳ１０１）。具体的には、増幅された光は、光分波器１５で所定の波長範囲ごとに分波され、光電変換素子１６ａ〜１６ｈで電気信号に変換された後に、制御波長探知部１８に入力される。制御波長探知部１８は、増幅された光の各波長成分に対応する電気信号について、記憶部１７に記憶された許容範囲と対比して、許容範囲から外れた波長成分を検出する。なお、本ステップにおいて許容範囲から外れている波長成分が存在しない場合には、この時点で増幅利得制御部７の動作は終了する。第６図の例では、波長λ５および波長λ６が検出される。
そして、ステップＳ１０１で検出した波長に基づき、所定の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する（ステップＳ１０２）。具体的には、記憶部１７には増幅された光の波長に対応する励起光のピーク波長が記憶されているため、検出した波長成分の波長と同一若しくは近接する利得ピークを検出し、かかる利得ピークを供給するラマン増幅器を選択する。第６図の例においては、λ２がλ５に近接し、λ２’がλ６に近接するため、波長λ２、λ２’の利得ピークを有するラマン増幅器２を選択する。
その後、選沢したラマン増幅器に対して制御信号を送信し、ラマン増幅器の利得波長特性を変化させる（ステップＳ１０３）。具体的には、制御信号を受信したラマン増幅器は、制御信号の内容に応じて、内部に備えたファイバグレーティング若しくは半導体レーザ素子の温度、半導体レーザ素子に注入する電流値を必要に応じて変化させる。かかる温度等を変化させることによって、選択されたラマン増幅器における利得ピークの波長と強度の少なくとも一方を変化させている。第６図の例においては、利得ピーク波長λ２、λ２’に対応した波長の励起光を出力するラマン増幅器２に対して制御信号が与えられ、ラマン増幅器２が有する２本の利得ピークの波長はそれぞれΔλだけ短波長側にシフトし、第８図に示すように、利得ピーク波長もλ２−Δλ、λ２’−Δλに変化し、曲線ｌ２全体も短波長側にシフトして曲線ｌ２’に変化する。
そして、変化した利得波長特性に基づいて増幅された光に対して、許容範囲から外れた波長成分の有無を検出する（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０１と同様の手法によって許容範囲から外れた波長成分の有無を調べ、許容範囲から外れた波長成分が存在する場合にはステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０２に戻った場合は、前に選択したラマン増幅器と異なるラマン増幅器を選択し、ステップＳ１０３によって再び利得波長特性を変化させる。許容範囲から外れた波長成分が存在しない場合、もはや制御を行う必要は無いため、増幅利得制御部７の動作は終了する。第６図の例においては、第８図に示すように、ラマン増幅装置全体の利得波長特性が平坦化するため、増幅利得制御部７の動作は終了する。
実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、以下の利点を有する。まず、増幅利得制御部７を設けたことで、ラマン増幅装置を設置する場所の環境条件による利得波長特性の変動を抑制できるという利点を有する。既に述べたように、長距離伝送を行う光通信システムでは、外部環境の温度等が変動することによって、ラマン増幅を行う増幅用伝送路におけるラマン利得係数や、半導体レーザ素子から出力される励起光の減衰定数が変動する場合がある。従って、環境条件によっては、実際にラマン増幅装置を設置した場合に製造時と異なる利得波長特性となる場合がある。本実施の形態１では、増幅利得制御部７を設けたため、ラマン増幅装置全体の利得波長特性を調整することが可能であり、環境条件の変化に依存しないラマン増幅装置を実現することが可能である。
また、故障による利得波長特性の変動を抑制できるという利点も有する。第６図の例でも示したように、ラマン増幅装置を構成するラマン増幅器１が故障することで、ラマン増幅装置全体の利得波長特性が変化する場合がある。しかし、増幅利得制御部７によってラマン増幅器２の利得波長特性を変化させることで、ラマン増幅装置全体の利得波長特性の変動を解消またはある程度改善することが可能である。ラマン増幅装置が配置される場所によっては故障部品の交換が困難な場合もあるため、交換するまでの期間において利得波長特性を一定のレベルに維持することができることは大きな利点となる。
さらに、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置を光通信システム等に利用した場合、信号光源の劣化にも対応できるという利点も有する。本実施の形態１では、増幅利得制御部７はラマン増幅された光（光通信システムにおける信号光）の波長強度特性を直接検出してラマン増幅器１〜４の利得波長特性を制御する構成を有する。そのため、例えばラマン増幅器１〜４は所望の利得波長特性を実現しているにもかかわらず、信号光源の劣化によってラマン増幅装置に入力する信号光の強度波長特性が平坦性を失っている場合でも、増幅利得制御部７はラマン増幅装置から出力される増幅光が平坦な波長強度特性を有するようラマン増幅器１〜４を制御するため、信号光源の劣化による波長強度特性の変動を解消若しくはある程度改善することが可能である。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器１〜４のいずれかの故障が発生した場合に、故障したラマン増幅器を迅速に特定できるという利点も有する。制御波長探知部１８は、記憶部１７に記憶した情報に基づいて所定の利得ピークを有するラマン増幅器を特定するため、故障したラマン増幅器を迅速に特定することが可能である。特に、本実施の形態１ではラマン増幅器１〜４がそれぞれ異なる波長の利得ピークを有することとしているため、増幅された光において強度が許容範囲から外れている波長と対応するラマン増幅器とが１対１で対応するため、故障したラマン増幅器を容易に特定することが可能である。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置は、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって形成される構造を有するため、利得波長特性の平坦化を容易に行うことが可能である。既に述べたように、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置では、隣接する利得ピークは異なるラマン増幅器によって構成されるため、隣接する利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能である。このため、例えば、隣接する利得ピークの波長間隔を各半導体レーザ素子若しくはファイバグレーティングによる利得ピーク波長可変量と同程度とすることができ、増幅利得制御部７による波長可変範囲を広くでき、利得波長特性の平坦化を容易に行うことが可能である。例えば、ファイバグレーティングの温度を制御して励起光のピーク波長を制御する場合、隣接する利得ピークの波長間隔を０．３ｎｍ以下とすることが好ましい。ファイバグレーティングによって変化させることができる波長範囲は０．３ｎｍ程度であるため、かかる波長間隔とすることで容易に制御を行うことができるためである。
また、本実施の形態１にかかるラマン増幅装置によれば、利得波長特性の制御アルゴリズムを単純化することができるという利点も有する。本実施の形態１にかかるラマン増幅器は、複数存在する利得ピークの波長が、等差数列を形成するよう配置されている。このため、増幅された光において許容範囲から外れた波長成分が存在する場合、かかる波長成分の波長に関わらず、同一のアルゴリズムを用いることができる。すなわち、利得ピークの波長間隔は一定であるため、許容範囲から外れた量に対して隣接する利得ピークの波長をどの程度変化させる必要があるかについては定式化が可能なためである。
なお、本実施の形態１の説明において、ラマン増幅装置が備えるラマン増幅器の個数が４の場合について説明したが、当然のことながらラマン増幅器の個数はこれに限定されず、任意の個数のラマン増幅器によって本実施の形態１にかかるラマン増幅装置を形成することが可能である。
また、ラマン増幅器１〜４の構造についても、上記した構造に限定されるのではない。第２図を例にして説明すれば、ファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄが付属する半導体レーザ素子９ａ〜９ｄは、互いに６ｎｍ以上の波長差を備えていればすべて異なる波長のレーザ光を出力する構造とすることも可能である。実施の形態１では、例えば半導体レーザ素子９ａ、９ｂを対にして互いの偏波方向が直交するよう合波されることとしているが、ファイバグレーティング１０ａ〜１０ｄと光結合器１１ａ、１１ｂとの間にデポラライザを配設することによって半導体レーザ素子９ａ〜９ｄから出力するレーザ光を直接無偏光化することも可能である。この場合、少ない半導体レーザ素子によって多数の利得ピークを実現することができるため、さらに広い利得帯域を備えたラマン増幅器を実現することが可能である。さらに、これらの構造のみならず、システムの設計によって、任意の波長構成について、かつ任意の合波手段を組み合わせて所望の励起光を実現することが可能である。
また、ラマン増幅器１〜４を形成する半導体レーザ素子についても、単一のピークを有するレーザ光を出力するもののみならず、単一の半導体レーザ素子から複数のピークを有するレーザ光を出力する構造としても良い。また、ファイバグレーティングによってピーク波長を規定する構造とするのではなく、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザや、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザのように、半導体レーザ素子内部に回折格子を設けた構造としても良い。この場合、ファイバグレーティングを省略することが可能となる。
また、ラマン増幅器１〜４における励起光のピーク波長を変化させるために、半導体レーザ素子に注入する電流の値を変化させることも好ましい。注入電流を変化させることによっても半導体レーザ素子内部の屈折率は変化し、出力されるレーザ光の波長を変化させることができるためである。具体的には、半導体レーザ素子にＶＯＡ（可変光減衰器）を付属せしめ、注入電流を変化させることによって励起光のピーク波長を変化させると共に、注入する電流値の変化による励起光の強度の変動をＶＯＡによって抑制することが好ましい。かかる構造を採用することで、ラマン増幅器１〜４における励起光のピーク波長を注入電流の値によって制御することができる。なお、かかる波長制御を行う場合、ファイバグレーティングを省略できるという利点も有する。
さらに、励起光のピーク波長の変化を半導体レーザ素子の温度を制御することによって行うと共に、温度変化による励起光のピーク強度の変化を注入電流制御によって抑制することも好ましい。この場合にも、励起光のピーク波長の制御は半導体レーザ素子に対して直接行うことが可能であるため、ファイバグレーティングを省略することが可能となる。
また、等差数列を形成する利得ピークの配列順序は、実際にラマン増幅器が配置される順序と無関係に決定して良い。例えば、ラマン増幅器の配列について、ラマン増幅器１、ラマン増幅器３、ラマン増幅器４、ラマン増幅器２の順に配置する事が可能である。
さらに、制御部１９による制御についても、増幅された光の波長強度特性において許容範囲から外れた波長成分に最も近接する１本の利得ピークを有するラマン増幅器のみを制御するのではなく、他のラマン増幅器についても併せて制御することとしても良い。具体的には、例えば、許容範囲から外れた波長成分に対して一定の波長間隔の範囲内におけるすべての利得ピークについて制御を行うこととしても良いし、その他の手法を用いても良い。
さらに、ラマン増幅器１〜４を構成する半導体レーザ素子、ファイバグレーティングの個数や、増幅利得制御部７における光電変換素子１６ａ〜１６ｈ等の個数については上記のものに限定されず、任意の個数とすることができる。
また、実施の形態１にかかるラマン増幅装置について、その利得波長特性は平坦なものに限定されることはない。上記では理想的な利得波長特性を平坦なものとしたが、これ以外にも、光通信システム全体の損失波長特性を補償するような利得波長特性としても良いし、信号光源から出力される光の強度波長特性を補償するような利得波長特性としても良い。さらには、システム全体として要求される利得波長特性および／またはＮＦのシステム要求を満足するような利得波長特性としても良い。
【実施例】
実施の形態１にかかるラマン増幅装置について、実際に個々のラマン増幅器の利得ピークを具体的に指定しておき、増幅利得制御部７による制御を行う数値シミュレーションによる実施例について説明する。なお、本実施例において、ラマン増幅器の個数を５（それぞれラマン増幅器Ａ〜Ｅとする）とし、利得ピークの数を４とする。
第９図（ａ）は、増幅利得制御部７による制御を行う前の、各ラマン増幅器のそれぞれの利得ピークの波長λｐ１〜λｐ４を示し、第９図（ｂ）は、各ラマン増幅器のそれぞれの利得ピークの強度を示す。例えば、増幅利得制御部７の制御前におけるラマン増幅器Ａにおいて波長λｐ１の利得ピークの波長は１４２４．１９２ｎｍであって、ピーク強度は１８６ｍＷである。また、ラマン増幅器Ｂにおける波長λｐ４の波長は１４９３．１４３ｎｍであって、ピーク強度は１７９ｍＷである。なお、増幅用伝送路として長さが５０ｋｍのＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：単一モードファイバ）を用いた。また、簡単のため、本実施例において利得ピークの強度については特に変更することなく、利得ピークの波長を制御することでラマン増幅装置の利得波長特性を制御することとしている。
第９図（ａ）、第９図（ｂ）に示す利得波長特性の場合、増幅された光の強度波長特性は、強度の最大値と最小値との差が０．７５ｄＢとなる。これに対して、強度の最大値と最小値との差が０．７０ｄＢ以下となるよう許容範囲を設定した。
仮想的な増幅利得制御部７による制御（実際にはシミュレーション）によって、各ラマン増幅器の利得ピーク波長を第１０図に示すように変化させた。具体的には、ラマン増幅器Ｂの第２の利得ピークの波長を１４４４．２３４ｎｍから１４４４．０３４ｎｍに変化させ、ラマン増幅器Ｃの第２の利得ピークおよび第３の利得ピークの波長を、それぞれ１４４８．５４４ｎｍから１４４８．７４４ｎｍへ、１４６６．０４５ｎｍから１４６５．８４５ｎｍへ変化させている。また、ラマン増幅器Ｄの第２の利得ピークおよび第４の利得ピークの波長を、それぞれ１４３５．６１６ｎｍから１４３５．８１６ｎｍへ、１４８４．５２５ｎｍから１４８４．７２５ｎｍへ変化させている。さらに、ラマン増幅器Ｅの第１、第３および第４の利得ピークを、１４１５．５７３ｎｍから１４１５．３７３ｎｍへ、１４４８．８０７ｎｍから１４４９．００７ｎｍへ、１４８０．２１５ｎｍから１４８０．４１５ｎｍへ変化させている。
このように各利得ピークの波長を変化させることによって、ラマン増幅器Ａ〜Ｅによって増幅された光の強度波長特性における最大値と最小値の差が０．６９ｄＢに変化する。制御前には０．７５ｄＢだったのに対し、最大値と最小値の差が０．７０ｄＢ以下となるよう許容範囲を設定することで、差を０．６９ｄＢにまで低減することができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかるラマン増幅装置について説明する。実施の形態２にかかるラマン増幅装置は、所定の利得特性を備えたラマン増幅器と、かかるラマン増幅器が備える利得特性に対して、かかる利得特性の周期関数和近似に基づいて定まるシフト量だけ上記所定の増幅利得特性をシフトさせたラマン増幅器とを備えることによって、全体として利得特性の平坦化を実現している。なお、本実施の形態２において、ラマン増幅装置の具体的構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態２にかかるラマン増幅装置は、第１図、第２図および第５図に示す構成を有する。以下では、本実施の形態１との相違点である周期関数和近似によるシフト量の導出について説明した後、具体的な実施例について説明する。
ラマン増幅器の利得特性の波形は、―般的な関数の場合と同様に周期関数の和によって近似することが可能である。ここで、利得特性の波形の近似式を構成する周期関数の分布について考察すると、優れた平坦性を有する利得特性の場合には長周期の周期関数または無限大の周期を有する周期関数によって近似式が形成されるか、ほぼ同程度の振幅を有する多種多様の周期関数によって近似式が形成されることでそれぞれの影響が相殺され、全体として平坦な波形を実現している。一方、平坦性に劣る利得特性の場合には、近似式を構成する周期関数の中で、他に比べて振幅の大きい周期関数が存在する。このことは、換言すれば、他に比べて振幅の大きい周期関数の存在により、利得特性の平坦性が乱されているものと考えることができる。
以上の考察に基づいて、本実施の形態２では、基準となる１以上のラマン増幅器によって形成される利得特性の周期関数和近似の結果を用いて、シフト量を決定している。すなわち、周期関数和近似に用いられた周期関数の中から選択した周期関数、例えば最も大きい振幅を有する周期関数の周期に基づいて、かかる周期関数の影響が低減されるよう利得特性のシフト量を決定している。そして、上記基準となるラマン増幅器の利得特性に対して、決定したシフト量だけシフトした利得特性を有するラマン増幅器を新たに追加することで、全体として平坦な利得特性を備えたラマン増幅装置を実現している。
以下、利得特性の周期関数和近似の手法の一つとしてフーリエ変換を用いた場合を例に説明する。なお、以下では、周期関数和近似が行われる利得特性の一例として、増幅利得の周波数依存性である利得周波数特性を用いた例について説明するが、後述するように、周期関数和近似に用いる利得特性として、増幅利得の波長依存性である利得波長特性を用いて行うこととしても良い。
まず、簡単のため、以下では第１１図（ａ）に示すような、任意の利得周波数特性Ｇ（ｆ）を有するラマン増幅器と、利得周波数特性Ｇ（ｆ）に対して周波数ｆ０だけシフトし利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）を有するラマン増幅器とを備えたラマン増幅装置を考える。かかるラマン増幅装置の全体としての利得周波数特性は、Ｇ（ｆ）＋Ｇ（ｆ−ｆ０）で与えられ、以下ではＧ（ｆ）＋Ｇ（ｆ−ｆ０）が周波数変化に対して平坦な関数となるよう周波数ｆ０を定める。
―般に、利得周波数特性Ｇ（ｆ）を核ｅｘｐ（−ｉ２πｆＸ）でフーリエ変換することでＸ空間に写像された関数をＦ（Ｘ）とした場合、利得周波数特性Ｇ（ｆ）とＦ（Ｘ）とは以下の関係を有する。
なお、（１）式のフーリエ変換に用いられる変数Ｘは、近似した周期関数の周期の逆数を意味する変数である。また、利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）とＦ（Ｘ）とは以下の関係を有する。
以上、（１）式および（２）式から、利得周波数特性Ｇ（ｆ）を有するラマン増幅器と、利得周波数特性Ｇ（ｆ−ｆ０）を有するラマン増幅器とを備えたラマン増幅装置の利得周波数特性のフーリエ変換写像は、｛１＋ｅｘｐ（−ｉ２πｆ０Ｘ）｝Ｆ（Ｘ）となる。かかる写像のパワースペクトルは、
を用いて、
と表される。本実施の形態２にかかるラマン増幅装置では、かかる（４）式で示されるパワースペクトルのピーク値を低減するよう、構成要素たるラマン増幅器の利得特性を調整することによって平坦な利得周波数特性を有するラマン増幅装置を実現することとしている。
具体的には以下の通りである。第１１図（ｂ）に示すように、Ｇ（ｆ）から得られた｜Ｆ（Ｘ）｜２に関して、ピーク値を与えるＸが存在するため、まず、｜Ｆ（Ｘ）｜２の最大値を与えるＸの値ＸＭＡＸを導出する。ここで、ＸＭＡＸの選択にあたってＸ≠０の中から選択することとする。すなわち、（３）式よりｃｏｓ（θＸ）はｆ０の関数であることから、ｆ０の値を適当に選択することによって（４）式におけるｃｏｓ２（θＸ）の値が減少し、Ｘ＝ＸＭＡＸにおけるパワースペクトルのピーク値が低減される。具体的には、第１１図（ｃ）に示すように、シフト量ｆ０の値を１／（４ＸＭＡＸ）以上、３／（４ＸＭＡＸ）以下が選ばれる。より好ましくは、Ｘ＝ＸＭＡＸにおける（４）式の値が最小になるようｆ０の値を定める。具体的には、ｆ０の値を１／（２ＸＭＡＸ）とすることによってパワースペクトルのピーク値を低減することが可能である。そして、パワースペクトルのピーク値を低減することによってパワースペクトル全体の平坦性が改善され、ラマン増幅装置の利得周波数特性の平坦性も改善されることとなる。
なお、本実施の形態２にかかるラマン増幅装置を構成するラマン増幅器の利得特性のシフト量の導出に関して、（１）式に示すフーリエ変換を、計算機を利用した離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）によって代替することとしても良い。離散フーリエ変換は、例えばラマン増幅器Ａの利得周波数特性Ｇ（ｆ）において、周波数ｆをｆ１、ｆ１＋ｈ、ｆ１＋２ｈ、・・・、ｆ１＋（ｎ−１）ｈ、・・・、ｆ１＋（Ｎ−１）ｈ（＝ｆ２）のＮ個の離散的な値として扱い、それぞれに対応した利得周波数特性Ｇｎに関して以下の演算を行っている。
なお、周波数ｆおよび利得周波数特性Ｇｎが離散化されたことに伴い、変数Ｘも離散化され、Ｘ＝Ｘｋ＝ｋＸ０＝ｋ／Ｎｈ（ｋ＝０、１、・・・、Ｎ−１）と表される。
また、（１）式のフーリエ変換によって得られるＦ（Ｘ）に対応する値として、離散フーリエ変換では、フーリエ成分Ｆｋが定義されている。具体的には、フーリエ成分Ｆｋは、
と表され、かかるフーリエ成分Ｆｋの絶対値の自乗が（１）式におけるフーリエ変換のパワースペクトル｜Ｆ（Ｘ）｜２に対応する。従って、離散フーリエ変換を用いる場合には、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性Ｇｎについて（５）式に示す離散フーリエ変換を行い、（６）式に示すフーリエ成分の絶対値の自乗が最大となるｋを導出すればよい。そして、かかるｋに対応したＸｋの値に基づいて、ラマン増幅器Ｂは、利得周波数特性Ｇｎに対して、１／（４Ｘｋ）以上、３／（４Ｘｋ）以下、より好ましくは１／（２Ｘｋ）だけ周波数がシフトした利得周波数特性を備えることで、平坦な利得周波数特性を有するラマン増幅装置を実現することができる。
【実施例１】
実施の形態２で説明した理論の具体例である実施例１について説明する。実施例１にかかるラマン増幅装置は、第１２図に示す利得特性（第１２図では波長を横軸としている）を有するラマン増幅器に対して、かかる利得特性に対して、フーリエ変換写像によって得られるシフト量だけシフトした利得特性を有する別のラマン増幅器を組み合わせた構成を有する。
第１２図に示す利得特性を有するラマン増幅器（以下、「ラマン増幅器Ａ」と称する）は、増幅対象たる信号光の波長帯域を１５３０ｎｍから１６１０ｎｍとし、最も近接する周波数を有する信号光間の周波数間隔たるチャンネル間隔を１００ＧＨｚ、チャンネル数を９６チャンネルとした増幅特性を有する。具体的構成としては、ラマン増幅媒体としてファイバ長が８０ｋｍのディスパージョンシフトファイバ（ＤＳＦ）を使用し、かかるラマン増幅媒体に対して８個の半導体レーザ素子から出射される励起光を後方励起方式によって導入する構成を有する。なお、第１２図に示すラマン増幅器Ａの利得特性は、利得平均値が１６．１３１ｄＢであり、利得の最大値と最小値との差は０．２７９ｄＢである。また、ラマン増幅器Ａにおける励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係は以下の表１に示す通りである。
次に、かかる利得特性を有するラマン増幅器Ａと組み合わせることによってラマン増幅装置全体の利得特性を平坦化させるラマン増幅器（以下、「ラマン増幅器Ｂ」と称する）の利得特性のシフト量の導出について説明する。まず、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性をＸ空間にフーリエ変換し、フーリエ変換によって得られたＦ（Ｘｋ）の絶対値を自乗したパワースペクトルを導出する。なお、実施例１におけるフーリエ変換は、離散フーリエ変換を用いている。
第１３図は、離散フーリエ変換によって導出したパワースペクトルのＸｋ依存性について示すグラフである。第１３図において横軸は、Ｘｋ＝ｋ／Ｎｈにおけるｋの値を示す。本実施例１で行う離散フーリエ変換では、周波数帯域（ｆ２−ｆ１）は９．６ＴＨｚであり、サンプリング周期ｈは０．１ＴＨｚである。従って、サンプリング数Ｎ＝９．６／０．１＝９６であり、第１３図における横軸の値を９．６で除算すればＸｋ（ＴＨｚ）−１が求まる。なお、サンプリング定理により、ｋがＮ／２以上、すなわち本実施例ではｋ≧４９におけるパワースペクトルは無視することができる。
すなわち、本実施例１では、０≦ｋ≦４８の範囲でパワースペクトル｜Ｆｋ｜２が最大となるｋを導出すれば良い。第１３図に示すグラフからかかるｋの値は７であることが明らかであり、Ｘｋ＝ｋ／ＮｈかつＮ＝９６、ｈ＝０．１より、パワースペクトル｜Ｆｋ｜２が最大となるＸｋの値は、７／（９６×０．１）となる。
上述したように、ラマン増幅装置全体としての利得周波数特性を平坦化するためには、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性を、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性に対して１／（４Ｘｋ）以上、３／（４Ｘｋ）以下、より好ましくは１／（２Ｘｋ）だけシフトさせればよい。従って、本実施例１の場合には、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性は、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性に対して０．３４５ＴＨｚ〜１．０３５ＴＨｚ、より好ましくは０．６９ＴＨｚだけシフトさせることとなる。
ここで、周波数シフト量を０．６９ＴＨｚとした場合、ラマン増幅器Ｂの励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係の一例は、以下の表２に示す通りとなる。
第１４図は、ラマン増幅器Ｂの利得周波数特性に関する周波数シフト量を０．６９ＴＨｚとした場合のラマン増幅器Ａの利得特性とラマン増幅器Ｂの利得特性を示すグラフである。なお、第１４図では、利得特性の横軸を波長としている。また、第１４図において、曲線ｌ１３は、ラマン増幅器Ａの利得特性を示し、曲線ｌ１４は、ラマン増幅器Ｂの利得特性を示している。なお、周波数をシフトさせる方向は高周波数方向と低周波数方向のいずれでも良いが、実施例１では、第１４図でも示すように、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性に対して長波長側（低周波数側）にシフトしている。
第１４図に示すように、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性の山の部分に谷が、ラマン増幅器Ａの利得特性の谷の部分に山が来るよう形成されている。従って、ラマン増幅器Ｂの利得特性は、ラマン増幅器Ａの利得特性が有する凹凸を平坦化するよう機能していることが明らかである。
第１５図は、ラマン増幅器Ａの利得特性と、ラマン増幅器Ｂの利得特性とを足し合わせた、実施例１にかかるラマン増幅装置全体の利得特性を示すグラフである。第１５図において、曲線ｌ１５はラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを組み合わせた本実施例１のラマン増幅装置全体の利得特性を示し、曲線ｌ１６は、比較のためラマン増幅器Ａを２個直列接続したラマン増幅装置の利得特性を示している。
第１５図に示すように、本実施例１にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器Ａを２個接続した構成と比較して、平坦性に優れた利得特性を実現することができる。具体的には、ラマン増幅器Ａを２個接続した場合の、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は０．５５８ｄＢとなるのに対して、本実施例１にかかるラマン増幅装置は、利得の最大値と最小値との差を０．１１１ｄＢまで低減することが可能である。
【実施例２】
次に、実施例２にかかるラマン増幅装置について説明する。実施例２にかかるラマン増幅装置は、４個のラマン増幅器によって構成されており、既存の２個のラマン増幅器によって実現される利得特性に対して周期関数和による近似を行った上で、既存のラマン増幅器と同様のパターンを有するラマン増幅器のシフト量を決定している。
本実施例２では、既存の２個のラマン増幅器として、実施例１で説明したラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを用いることとしている。そして、かかる既存のラマン増幅器の利得特性の周期関数和近似に基づいて、新たに追加するラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄの利得特性に関するシフト量を決定している。なお、本実施例２において、使用するラマン増幅器の構成は実施例１と同様であり、後述する離散フーリエ変換においても、周波数帯域（ｆ２−ｆ１）、サンプリング周期ｈ、サンプリング数Ｎ等は実施例１と同様であり、サンプリング定理に基づいてｋ≧４９のパワースペクトルを無視できることも同様である。以下、ラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄの利得特性に関するシフト量の導出について具体的に説明する。
まず、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性とラマン増幅器Ｂの利得周波数特性との和によって形成される利得周波数特性に関して離散フーリエ変換を行う。第１６図は、ラマン増幅器Ａの利得周波数特性とラマン増幅器Ｂの利得周波数特性との和によって形成される利得周波数特性に対して離散フーリエ変換を行った結果を示すグラフである。なお、第１６図において、第１３図と同様に横軸はＸｋを形成するｋの値を示し、縦軸はパワースペクトルの強度を示している。また、第１６図において、ｋ≧４９におけるパワースペクトルは、第１３図の場合と同様にサンプリング定理に基づいて無現される。
第１６図に示すように、最大のパワースペクトルを与えるｋの値は３であることから、本実施例２においてＸｋ＝ｋ／ＮｈかつＮ＝９６、ｈ＝０．１より、パワースペクトルが最大となるＸｋの値は、３／（９６×０．１）となる。従って、ラマン増幅器Ａ〜ラマン増幅器Ｄによって形成される実施例２にかかるラマン増幅装置の利得周波数特性を平坦化するためには、ラマン増幅器Ｃ、Ｄの利得周波数特性を、ラマン増幅器Ａ、Ｂの利得周波数特性から０．８ＴＨｚ〜２．４ＴＨｚの範囲、より好ましくは１．６ＴＨｚだけ周波数シフトさせれば良い。
次に、本実施例２において、ラマン増幅器Ｃ、Ｄの利得周波数特性を、それぞれラマン増幅器Ａ、Ｂの利得周波数特性から１．６ＴＨｚだけ高周波数側（短波長側）にシフトさせた場合のラマン増幅器Ｃ、Ｄにおける励起光波長（単位ｎｍ）と、励起光強度（単位ｍＷ）との関係を、表３および表４にそれぞれ示す。
次に、表３および表４に示す励起光波長および励起光強度を備えたラマン増幅器Ｃ、Ｄを新たに組み合わせた本実施例２にかかるラマン増幅装置の全体としての利得特性について説明する。第１７図は、実施例２にかかるラマン増幅装置の全体としての利得特性について示すグラフである。なお、第１７図において、曲線ｌ１７は本実施例２にかかるラマン増幅装置の利得特性を示し、曲線ｌ１８は実施例１にかかるラマン増幅装置を２個直列接続すなわちラマン増幅器Ａとラマン増幅器Ｂとを２個ずつ接続したラマン増幅装置の利得特性を示す。また、曲線ｌ１９は、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した構成における利得特性を示している。
第１７図に示すように、本実施例２にかかるラマン増幅装置は、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した構成や、実施例１にかかるラマン増幅装置を２個直列接続した場合と比較して、より平坦な利得特性を実現することが可能である。具体的には、ラマン増幅器Ａを４個直列接続した場合には、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は１．１１６ｄＢであり、実施例１にかかるラマン増幅装置を２個接続した場合の利得の最大値と最小値との差は０．２２２ｄＢである。これに対して、本実施例２にかかるラマン増幅装置の場合には、使用帯域における利得の最大値と最小値との差は０．１８０ｄＢであり、さらに利得の平坦性が改善されていることが明らかである。
本実施例２に示すように、基準となる利得特性を実現するラマン増幅器を複数とし、基準となる利得特性に対して所定量だけシフトした利得特性を実現するラマン増幅器を複数としても良い。また、本実施例２では、シフト量を導出した後に、ラマン増幅器Ｃの利得特性をラマン増幅器Ａの利得特性に基づいてシフトし、ラマン増幅器Ｄの利得特性をラマン増幅器Ｂの利得特性に基づいてシフトすることとしている。このことは、結果としてはラマン増幅器Ａおよびラマン増幅器Ｂによって得られる利得特性を所定量だけシフトした利得特性を、ラマン増幅器Ｃおよびラマン増幅器Ｄによって実現することを意味している。
なお、実施の形態２およびその実施例１、２では、利得特性の例として利得周波数特性を使用し、周波数に関するフーリエ変換による周期関数和近似を行った例について説明している。しかしながら、利得周波数特性を使用するのみならず、利得特性の別の例として利得波長特性を使用し、波長に関するフーリエ変換による周期関数和近似を行うこととしても良い。
例えば、あるラマン増幅器が利得波長特性Ｇ（λ）を有する場合に、（１）式における周波数ｆをλとし、２πＸをＹとし、ｄｆをｄλとすることによって、
と表すことが可能である。また、利得波長特性Ｇ（λ−λ０）を有するラマン増幅器に関するフーリエ変換は、（２）式と同様に、
と与えられる。従って、Ｇ（λ）＋Ｇ（λ−λ０）のフーリエ変換写像は（１＋ｅ−ｉλ０Ｙ）Ｆ（Ｙ）で与えられることとなり、以後、利得周波数特性に基づいてシフト量を定めた場合と同様の手法を用いて、ＹＭＡＸを導出し、波長シフト量λ０を決定することが可能である。また、波長に関するフーリエ変換を行うにあたって、離散フーリエ変換を利用可能であることも同様である。
また、実施の形態２および実施例では、周期関数和近似によって得られる周期関数のうち、もっともパワースペクトルの大きな周期関数を選択し、かかる周期関数の周期に基づいてシフト量を導出している。しかしながら、周期関数の選択条件としてはかかるものに限定して本発明を解釈する必要はなく、様々な選択条件に基づいて周期関数の選択を行うことが可能である。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかるラマン増幅システムについて説明する。実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、実施の形態１または実施の形態２におけるラマン増幅器のグループを多数配置した構造を有し、これら多数のラマン増幅器に対して、単一の全体利得制御装置によって利得波長特性を制御する。第１８図は、実施の形態３にかかるラマン増幅システムの構造を示すブロック図であり、以下、第１８図を適宜参照して説明する。
実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎが順次接続されたグループ２１Ａと、ラマン増幅器２２ａ〜２２ｎが順次接続されたグループ２２Ａと、ラマン増幅器２３ａ〜２３ｎが順次接続されたグループ２３Ａと、ラマン増幅器２４ａ〜２４ｎが順次接続されたグループ２４Ａとを備える。グループ２１Ａ〜２４Ａは入力端２０に対して順次接続されており、グループ２４Ａには光分岐器２５が接続され、光分岐器２５の一方の出力端には全体利得制御部２６が接続され、光分岐器２５の他方の出力端２７から増幅された光が出力される構造を有する。
ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎは、実施の形態１または実施の形態２におけるラマン増幅器１〜４と同様に、それぞれ異なる利得波長特性を有し、互いに異なる波長の利得ピークを有する。このため、同一利得波長特性からなるラマン増幅器を複数備えた場合と比較して、利得偏差が重畳されることを防止している。また、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎから得られる利得ピークの波長は、等差数列を形成するよう構成されており、各利得ピークの波長間隔が等しくなるためにグループ２１Ａ全体の利得波長特性は平坦化される。ここで、隣接する利得ピークは異なるラマン増幅器から得られるものとする。このため、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎそれぞれにおける利得ピークの波長間隔は６ｎｍ以上としているにもかかわらず、グループ２１Ａ全体としては利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることが可能であり、さらなる平坦化を図っている。なお、ラマン増幅器２１ａ〜２１ｎ等は、それぞれ第２図と同等の構造を有し、利得ピークの数についても複数であれば２以外としても良い。また、等差数列の公差については、グループを形成する任意のラマン増幅器における隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値とすることが好ましい。
そして、異なるグループに属するラマン増幅器のうち、ラマン増幅器２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａは、ほぼ同一の利得波長特性を有し、ほぼ等しい波長の利得ピークを有する。同様に、ラマン増幅器２１ｂ〜２４ｂ、ラマン増幅器２１ｃ〜２４ｃ等もそれぞれほぼ同一の利得波長特性を有し、ほぼ等しい波長の利得ピークを有する。このため、グループ２２Ａ〜２４Ａは、グループ２１Ａと同一の利得波長特性を有し、グループ２１Ａと同様に平坦な利得波長特性となる。
このように、異なるグループに属し、同一の利得波長特性を有するラマン増幅器が存在するため、同一の利得波長特性を有するラマン増幅器ごとにセットを設定する。すなわち、ラマン増幅器２１ａ〜２４ａをセット２８ａとし、ラマン増幅器２１ｂ〜２４ｂをセット２８ｂとし、以後同様に分類してセット２８ａ〜２８ｎを設定する。
次に、全体利得制御部２６の構造について、第１９図を適宜参照して説明する。第１９図は、全体利得制御部２６の構造を示すブロック図である。全体利得制御部２６は、光分岐器２５から入力された光を波長ごとに分波する光分波器２９と、分波された光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子３０ａ〜３０ｈと、必要な情報を記憶する記憶部３１と、光電変換素子３０ａ〜３０ｈおよび記憶部３１と接続された制御波長探知部３２と、記憶部３１、制御波長探知部３２およびセット２８ａ〜２８ｎを制御する制御部３３とを有する。
光分波器２９は、複数の光ファイバを溶融結合させた溶融型カプラや、アレイ導波路、回折格子等によって構成されており、所定の波長範囲ごとに入力された光を分波するものである。また、光電変換素子３０ａ〜３０ｈは、フォトダイオード等によって形成されている。
記憶部３１は、光分波器２９で分波された光の強度の許容範囲に関する情報と、分波された光の波長成分と対応する利得ピークの波長およびかかるピーク波長がセット２８ａ〜２８ｎのいずれによって供給される利得ピークかについて記憶する。また、制御波長探知部３２は、分波された波長成分に対応した電気信号を入力し、記憶部３１に記憶された情報を適宜参照することで、許容範囲から外れた波長成分に対応するセットを検出して制御部３３に出力する機能を有する。
制御部３３は、記憶部３１、制御波長探知部３２およびセット２８ａ〜２８ｎを制御するためのものである。具体的には、記憶部３１および制御波長探知部３２の動作を制御すると共に、制御波長探知部３２から出力された情報に基づいてセット２８ａ〜２８ｎに所属するラマン増幅器の利得波長特性を制御する機能を有する。
次に、全体利得制御部２６の動作について説明する。第２０図は、全体利得制御部２６の動作を示すフローチャートである。以下、第２０図に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、入力された増幅光について、許容範囲外の波長成分の有無を検出し、かかる波長成分が存在する場合はその波長を検出する（ステップＳ２０１）。具体的には、多数のラマン増幅器によって増幅された光は第１９図に示す光分波器２９によって所定の波長成分ごとに分波され、光電変換素子３０ａ〜３０ｈによって電気信号に変換された後、制御波長探知部３２に入力される。制御波長探知部３２は、各波長成分に対応する電気信号の強度について、記憶部３１に記憶された情報を参照して許容範囲から外れた波長成分の有無を検出し、存在する場合にはその波長を検出する。なお、許容範囲から外れた波長成分が検出されない場合は全体利得制御部２６の動作は終了する。
そして、検出した波長成分の波長に基づいて所定の利得ピークを有するセットを選択する（ステップＳ２０２）。具体的には、記憶部３１に増幅された光の各波長成分に対応するピーク波長およびかかるピーク波長がどのセットに所属するラマン増幅器によるものかについて記憶されており、かかる情報に基づいて適切なセットを選沢する。
その後、選択されたセットに所属するラマン増幅器を選択し（ステップＳ２０３）、かかるラマン増幅器の利得波長特性を変化させる（ステップＳ２０４）。ここで、セットに所属するラマン増幅器はそれぞれほぼ同一の利得波長特性を有するため、セットに属する任意のラマン増幅器を選択し、かかるラマン増幅器の利得波長特性を変化させる。選択されたラマン増幅器では、ファイバグレーティングおよび半導体レーザ素子の温度や、半導体レーザ素子への注入電流を変化させて利得ピークの波長及び強度を変化させる。このように、選択したラマン増幅器の利得波長特性を変化させることで、ラマン増幅システム全体の利得波長特性が変化する。
そして、変化した利得波長特性に基づいて増幅された光に対して、ステップＳ２０１で検出した波長成分の強度が許容範囲内に抑制されたかを調べる（ステップＳ２０５）。具体的には、ステップＳ２０１と同様の手法によって許容範囲から外れた波長成分の有無を調べ、存在する場合にはステップＳ２０３に戻って、同一セットに属する他のラマン増幅器を選択する。許容範囲から外れた波長成分が存在しない場合には、全体利得制御部２６の動作は終了する。
ステップＳ２０３において所定のセットに属する任意のラマン増幅器を選択することとしたのは次の理由である。すなわち、全体利得制御部２６は、増幅された光に対してステップＳ２０１によって許容範囲外の波長成分を検出し、かかる波長成分がどのセットに所属するラマン増幅器に起因するかを判断するが、どのラマン増幅器に起因するかを判断することはできない。そのため、制御対象となるセットを特定した後、かかるセットに属する任意のラマン増幅器を選択することとなる。
実施の形態３にかかるラマン増幅システム全体の利得波長特性に乱れが生じた場合、同時に複数のラマン増幅器に異常が生じている可能性は低く、通常は単一のラマン増幅器が故障等することで全体の利得波長特性が変化する。従って、選択したセットにおいて故障等したラマン増幅器を選択する可能性は低く、正常なラマン増幅器の利得波長特性を変化させることでシステム全体において所望の利得波長特性を実現することができる。なお、万が一ステップＳ２０３で選択したラマン増幅器が故障等しており、ステップＳ２０４でシステム全体の利得波長特性を改善できない場合であっても、ステップＳ２０５において全体の利得波長特性を再度チェックすることによって再びステップＳ２０３に戻って別のラマン増幅器を選択して利得波長特性を変化させることができる。
実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、以下の利点を有する。まず、全体利得制御部２６を備えたことで、システムを構成するラマン増幅器の増幅利得波長特性に異常を生じた際におけるシステム全体の利得波長特性の変動を抑制することができる。このため、ラマン増幅システムを構成するラマン増幅器の故障や、配置した場所における環境条件によって個々の利得波長特性が変動した場合であってもシステム全体として所望の利得波長特性を実現することができる。また、入力する信号光の波長強度特性が劣化している場合でも、所望の波長強度特性を有する増幅光を出力することができる。
また、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムは、全体の利得波長特性の制御を容易に行うことができるという利点を有する。通常、長距離伝送を行う光通信システムにおいては、ラマン増幅装置は所定距離だけ離隔して複数配置される。このように複数のラマン増幅装置を配置する場合、実施の形態１または実施の形態２にかかるラマン増幅装置を用いることとしても所望の利得波長特性を実現することは可能である。しかし、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムを用いた場合には、かかる複数のラマン増幅装置（本実施の形態３における複数のグループ）全体を制御対象とする全体利得制御部２６のみによって利得波長特性の制御を行うことができる。このため、低コストのラマン増幅システムを実現することができる。
さらに、ほぼ同一の利得波長特性を備えたラマン増幅器ごとに分類してセット２８ａ〜２８ｎを設定して制御を行うこととしたため、制御を容易に行えるという利点を有する。各セットに属するラマン増幅器はほぼ同一の利得波長特性を備えるため、選択したセットに属する任意のラマン増幅器の利得波長特性を変化させることで容易にシステム全体の利得波長特性を制御することができる。
なお、本実施の形態３にかかるラマン増幅システムにおいて、グループ２１Ａ〜２４Ａの末端にそれぞれ実施の形態１において説明した増幅利得制御部７を設けた構造としても良い。この場合、２通りの制御機構を用いることでより容易にラマン増幅システムにおける利得波長特性を制御することが可能となる。例えば、全体利得制御部２６によって故障したラマン増幅器が所属するセットを特定するのと共に、増幅利得制御部７によって故障したラマン増幅器が所属するグループを特定することで、故障したラマン増幅器を一意に特定することが可能である。かかる場合には、故障したラマン増幅器が所属するセットに所属する他のラマン増幅器を確実に選択することが可能であるため、上記のステップＳ２０３において故障したラマン増幅器を選択することを避けることが可能となる。したがって、セット制御とグループ制御をあわせて行うことで、故障したラマン増幅器を迅速に特定することが可能になると共に、システム全体の利得波長特性の制御を迅速に行うことが可能となる。
また、実施の形態１〜３において用いるラマン増幅器の具体的配置としては、分布型でも良いし、集中型としても良い。さらに、利得特性を具体的に検出する構成としては、各ラマン増幅器から出力される励起光に基づいて利得特性を検出することとしても良いし、実際に増幅された信号光の強度分布に基づいて利得特性を検出することとしても良い。さらに、実施の形態２において、利得特性をシフトさせる際のシフト方向は、プラス方向でも良いし、マイナス方向としても良い。また、実施の形態２において、それぞれのラマン増幅器において励起光の数、すなわち、個々のラマン増幅器における利得ピークの数を多くすることが好ましい。かかる構成とすることによって増幅波長（周波数）帯域が拡大するためである。
以上説明したように、本発明によれば、複数のラマン増幅器を有することとし、第１のラマン増幅器の隣接利得ピークの間に第２の利得ピークが位置する構成としたため、ラマン増幅装置全体として隣接利得ピークの波長間隔を任意に設定できると共に、増幅利得制御手段を備えることとしたため、所望の利得波長特性を実現することができるという効果を奏する。
また、隣接する利得ピークが異なるラマン増幅器によって供給されるため、隣接利得ピークの波長間隔を６ｎｍ以下とすることができ、利得波長特性が平坦化すると共に、増幅利得制御手段による制御を容易かつ精密に行うことができる。
また、次の発明によれば、第１利得特性を備えるラマン増幅器と、第１利得特性に対して周期関数和近似を行い、かかる近似から得られた周期関数の周期分布に基づいて定まるシフト量だけ第１利得特性に対してシフトさせた第２利得特性を備えるラマン増幅器とを備えることで、第１利得特性と第２利得特性とが、互いに凹凸を相殺し、全体として平坦な利得特性を実現することができるという効果を奏する。
また、次の発明によれば、ラマン増幅器によって形成される複数のグループに対して、利得波長特性の制御を単一の全体利得制御手段によって行うこととしたため、利得波長特性の制御を容易に行うことができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明にかかるラマン増幅装置およびラマン増幅システムは、利得偏差の小さい利得特性を得ることが可能であり、例えば光通信の分野に利用することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得波長特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、
第１の利得ピークおよび該第１の利得ピークに隣接する第２の利得ピークを含む複数の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第１のラマン増幅器と、
前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置する波長の第３の利得ピークを含む１以上の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第２のラマン増幅器と、
前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置し、前記第１の利得ピークの波長と前記第３の利得ピークの波長との間で等差数列を形成する波長の第４の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第３のラマン増幅器と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅装置。
【請求項２】
隣接する利得ピーク間の波長間隔は、６ｎｍ以下であることを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項３】
隣接する利得ピーク間の波長間隔は、０．３ｎｍ以下であることを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項４】
前記等差数列の公差は、前記第１のラマン増幅器から得られる隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値をラマン増幅器の個数で除算した値にほぼ等しいことを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項５】
増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、
第１利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、
前記第１利得特性に対する周期関数和近似より得られる周期分布に基づいて定まるシフト量だけ前記第１利得特性からシフトした第２利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅装置。
【請求項６】
前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期に基づいて定まることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項７】
前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期の１／４以上、３／４以下であることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項８】
前記周期関数和近似は、フーリエ変換により行われることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項９】
前記第１利得特性は、隣接する利得ピーク間の波長差または周波数差が、ほぼ一定の値であることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項１０】
前記複数のラマン増幅器によって増幅された光の強度波長特性に基づいて、複数の前記ラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載のラマン増幅装置。
【請求項１１】
前記増幅利得制御手段は、増幅された光において、光強度が所定の許容範囲から外れた波長成分の波長と最も近接する波長の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する波長探知手段をさらに備え、選択したラマン増幅器が有する前記所定の利得ピークの波長および／またはピーク強度を変化させることで前記増幅された光の強度を前記許容範囲以内に抑制するよう前記複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする請求の範囲１０に記載のラマン増幅装置。
【請求項１２】
前記複数のラマン増幅器は、
レーザ光を出力する複数の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を合波するための光結合器と、
をそれぞれ備えることを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載のラマン増幅装置。
【請求項１３】
前記増幅利得制御手段は、前記半導体レーザ素子の温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする請求の範囲１２に記載のラマン増幅装置。
【請求項１４】
前記複数のラマン増幅器は、前記半導体レーザ素子の出射波長を規定するファイバグレーティングをさらに備えることを特徴とする請求の範囲１３に記載のラマン増幅装置。
【請求項１５】
前記増幅利得制御手段は、前記ファイバグレーティングの温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする請求の範囲１４に記載のラマン増幅装置。
【請求項１６】
互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第１のグループと、
該第１のグループの末端に接続され、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第２のグループと、
該第２のグループの末端に接続され、前記第１および第２のグループに属するラマン増幅器を所定のセットに分類し、利得波長特性を制御する全体利得制御手段と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅システム。
【請求項１７】
前記全体利得制御手段は、選択したセットに属するラマン増幅器が有する所定の利得ピークの波長および／または強度を変化させることで増幅された光の強度を所定の許容範囲以内に抑制するよう前記第１および前記第２のグループに属するラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする請求の範囲１６に記載のラマン増幅システム。
【請求項１８】
前記第１のグループ末端に接続され、前記第１のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第１のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第１の増幅利得制御手段と、
前記第２のグループ末端に接続され、前記第２のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第２のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第２の増幅利得制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲１６に記載のラマン増幅システム。
【請求項１】
増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得波長特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、
第１の利得ピークおよび該第１の利得ピークに隣接する第２の利得ピークを含む複数の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第１のラマン増幅器と、
前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置する波長の第３の利得ピークを含む１以上の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第２のラマン増幅器と、
前記第１の利得ピークおよび前記第２の利得ピークの間に位置し、前記第１の利得ピークの波長と前記第３の利得ピークの波長との間で等差数列を形成する波長の第４の利得ピークを有する利得波長特性を備えた第３のラマン増幅器と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅装置。
【請求項２】
隣接する利得ピーク間の波長間隔は、６ｎｍ以下であることを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項３】
隣接する利得ピーク間の波長間隔は、０．３ｎｍ以下であることを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項４】
前記等差数列の公差は、前記第１のラマン増幅器から得られる隣接利得ピーク間の波長間隔の平均値をラマン増幅器の個数で除算した値にほぼ等しいことを特徴とする請求の範囲１に記載のラマン増幅装置。
【請求項５】
増幅利得が極大となる利得ピークを有する利得特性を備えた複数のラマン増幅器を含むラマン増幅装置であって、
第１利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、
前記第１利得特性に対する周期関数和近似より得られる周期分布に基づいて定まるシフト量だけ前記第１利得特性からシフトした第２利得特性を備えた１以上のラマン増幅器と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅装置。
【請求項６】
前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期に基づいて定まることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項７】
前記シフト量は、前記第１利得特性に対する周期関数和近似を形成する周期関数のうち、最大振幅を有する周期関数の周期の１／４以上、３／４以下であることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項８】
前記周期関数和近似は、フーリエ変換により行われることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項９】
前記第１利得特性は、隣接する利得ピーク間の波長差または周波数差が、ほぼ一定の値であることを特徴とする請求の範囲５に記載のラマン増幅装置。
【請求項１０】
前記複数のラマン増幅器によって増幅された光の強度波長特性に基づいて、複数の前記ラマン増幅器の利得波長特性を制御する増幅利得制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載のラマン増幅装置。
【請求項１１】
前記増幅利得制御手段は、増幅された光において、光強度が所定の許容範囲から外れた波長成分の波長と最も近接する波長の利得ピークを有するラマン増幅器を選択する波長探知手段をさらに備え、選択したラマン増幅器が有する前記所定の利得ピークの波長および／またはピーク強度を変化させることで前記増幅された光の強度を前記許容範囲以内に抑制するよう前記複数のラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする請求の範囲１０に記載のラマン増幅装置。
【請求項１２】
前記複数のラマン増幅器は、
レーザ光を出力する複数の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を合波するための光結合器と、
をそれぞれ備えることを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載のラマン増幅装置。
【請求項１３】
前記増幅利得制御手段は、前記半導体レーザ素子の温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする請求の範囲１２に記載のラマン増幅装置。
【請求項１４】
前記複数のラマン増幅器は、前記半導体レーザ素子の出射波長を規定するファイバグレーティングをさらに備えることを特徴とする請求の範囲１３に記載のラマン増幅装置。
【請求項１５】
前記増幅利得制御手段は、前記ファイバグレーティングの温度を制御することによって前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の強度波長特性を変化させることを特徴とする請求の範囲１４に記載のラマン増幅装置。
【請求項１６】
互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第１のグループと、
該第１のグループの末端に接続され、互いに異なる波長の利得ピークを有する複数のラマン増幅器を備えた第２のグループと、
該第２のグループの末端に接続され、前記第１および第２のグループに属するラマン増幅器を所定のセットに分類し、利得波長特性を制御する全体利得制御手段と、
を備えたことを特徴とするラマン増幅システム。
【請求項１７】
前記全体利得制御手段は、選択したセットに属するラマン増幅器が有する所定の利得ピークの波長および／または強度を変化させることで増幅された光の強度を所定の許容範囲以内に抑制するよう前記第１および前記第２のグループに属するラマン増幅器の利得波長特性を制御することを特徴とする請求の範囲１６に記載のラマン増幅システム。
【請求項１８】
前記第１のグループ末端に接続され、前記第１のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第１のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第１の増幅利得制御手段と、
前記第２のグループ末端に接続され、前記第２のグループによって増幅された光の強度波長特性に基づいて、前記第２のグループを構成するラマン増幅器の利得波長特性を制御する第２の増幅利得制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求の範囲１６に記載のラマン増幅システム。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３１８４７
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【発行日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４１２１６（Ｐ２００４−５４１２１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１０９８１
【国際出願日】平成１５年８月２８日（２００３．８．２８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【発行日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１０９８１
【国際出願日】平成１５年８月２８日（２００３．８．２８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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