海底光リンク
ほぼ同じ波長の光ポンプが利得段の各々に提供されるように、複数の利得段で光ポンプパワーを共用する海底光中継器。また、傾斜制御メカニズムが、光利得段に供給される光ポンプパワーの量を調整することによって、利得の波長依存性を調整してもよい。前方および後方の両方のラマン増幅からの残留光ポンプパワーが、対応する光励起増幅器を駆動するために使用されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底光中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信ネットワークは、ネットワークノード間で高速データを伝送することによって情報化時代の重要な要求に応えている。光ファイバ通信ネットワークは、相互接続光ファイバリンクの集合体を含む。簡単に言うと、光ファイバリンクは、情報を光の形態で光ファイバの中に放出する光信号源を含む。内部反射の原理に基づいて、光信号は光ファイバの中を伝播して最終的には光信号レシーバに受信される。光ファイバリンクが双方向である場合、情報は典型的に別の光ファイバを用いて逆方向に光学的に伝えることができる。
【０００３】
光ファイバリンクは、各々が異なる光ファイバリンク長を必要とする多種多様なアプリケーションで使用される。たとえば、比較的短い光ファイバリンクは、コンピュータとその隣接した周辺装置の間、あるいはローカルビデオソース（ＤＶＤまたはＤＶＲなど）とテレビジョンの間で情報の通信に使用される場合がある。しかしながら、逆に、情報を二つのネットワークノード間で伝えようとするとき、光ファイバリンクは数百ｋｍ、さらには数千ｋｍに及ぶ場合がある。
【０００４】
長距離または超長距離光学系は、およそ数百ｋｍまたは数千ｋｍの長い光ファイバリンクにわたる光信号の伝送を指す。このような長い距離にわたる光信号の伝送は、膨大な技術的課題を提示する。長距離および超長距離光通信の技術の改善には、多大な時間と資源が必要であるかもしれない。このような改善によって、多くの場合、通信が世界中でさらに広範囲に利用されることにつながるので、個々の改善が著しい進展をもたらす可能性がある。それゆえ、このような進展は、個人が地球上のどこに住んでいるかに関わらず、協力し、学習し、ビジネスを行なうなどの人間の能力を高める可能性を秘めている可能性がある。実際に、長距離および超長距離光ファイバ技術は、グローバル経済の成長をさらに容易に促進する可能性のある通信インフラ基幹を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１８９７５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
長距離光リンクの開発者が直面する多くの課題の一つは、信頼性に関わる。長距離光ファイバリンクの長距離の大きい伝送能力によって、このようなリンクはインターネットの機能的な構成要素として、あるいは音声情報を伝達する手段として広く信頼されている。競合する課題は消費電力である。長距離光リンクでは、電力を必要とする場合にリンク内の点（中継器など）において電力が必ずしも得られるとは限らない。このことは、海底にある海底中継器の場合に特に当てはまる。したがって、パワーは、多くの場合、光ケーブルと一体化される導体または光ケーブルに関連する導体を用いて上記のような点に供給される。距離が長くなることから、電力の多くは導体の全長にわたって熱として失われる。
【０００７】
さらに、海底リンクにおける中継器の間隔は、伝送信号の光学的品質、消費電力、およびリンクのコストに影響を与える。一般に、中継器間隔を長くすると、消費電力とリンクコストが減少するので好ましいが、信号品質が低下するので好ましくない。したがって、
比較的長い中継器間隔において信号品質を向上させて電気効率を高める中継器設計は、長距離および超長距離の光学の最先端技術に著しい改善をもたらす。
【０００８】
先行アプローチでは、中継器内でディスクリートエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を、１）分布後方ラマン増幅、２）遠隔ディスクリートＥＤＦＡをさらに励起する分布後方ラマン増幅、または３）ラマン増幅なしの遠隔ディスクリートＥＤＦＡと組み合わせて使用することによって中継器間隔を長くしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書では、前方および後方光励起増幅器（たとえば、遠隔光励起増幅器）の両方を含む海底光リンクに関係する実施形態を説明する。前方光励起増幅器は、前方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーによって駆動される。その一方で、後方光励起増幅器は、後方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーによって駆動される。一実施形態では、前方および後方の光励起増幅器は同じである。前方および後方の光励起増幅器による前方および後方の両方のラマン増幅を使用すると、一部の実施形態では、より長い光リンクスパンおよび／またはより優れた光信号品質が可能になる。双方向通信リンクでは、双方向リンクにおける一方向からの残留光ポンプパワーを双方向リンクにおける逆方向と共用することによってさらなる効率が見込める。
【００１０】
この概要は、請求項の内容の重要な特徴または基本的な特徴を明らかにすることを意図するものではなく、請求項の内容の範囲を決定する際の補助として使用することを意図するものでもない。
【００１１】
前述および他の長所と特徴が得られる方法を説明するために、添付図面を参照して様々な実施形態をさらに具体的に説明する。これらの図面は、実施形態の例を示しているにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでないとの理解の下で、以下の添付図を使用して当該実施形態をさらに具体的かつ詳細に記載し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】二つの光通信端末を含む光通信ネットワークの例を図式的に示す。
【図２】図１のものなど、光通信システムにおいて使用される中継器または端末などの光学装置を図式的に示す。
【図３】追加ラマン増幅とともに使用される追加ポンプユニットがある場合を除く、図２のものなど、光学装置を図式的に示す。
【図４】図３の第２光ポンプユニットによって提供される光ポンプパワーの冗長性を増すかまたは持たせる追加ポンプユニットがある場合を除く、図３の光学装置を図式的に示す。
【図５】図４の第３光ポンプユニットから追加共用経路を提供する追加光パワー分布構成部品がある場合を除く、図４の光学装置を図式的に示す。
【図６】光通信の特定方向に複数の光利得段があることを示す光通信システムを図式的に示す。
【図７】光利得段に関連する可能性のある波長に関する正および負の利得傾斜の例を示す。
【図８Ａ】図１などの光通信ネットワークにおける二つのノードを互いに結合し、各光通信方向に対して前方光励起増幅器および後方光励起増幅器を含み、そこで光励起増幅器が交差結合される光リンクを示す。
【図８Ｂ】海底光リンクの先行技術構成を示す。
【図８Ｃ】図１などの光通信ネットワークにおける二つのノードを結合し、前方および後方の両方向において光励起される遠隔光励起増幅器を含む光リンクを示す。
【図９】図８Ａおよび８Ｂにおいて東方に進む東向き光信号の光パワープロファイルの例を示す。
【図１０】ポンプパワー交差結合を採用するリンク内の光信号プロファイルを、交差結合を採用しない同様のリンクの光パワープロファイルと比較して示す。
【図１１】ポンプパワー交差結合が採用される場合を交差結合が採用されない場合の同様のシステムと比較して、後方ラマンポンプが故障した場合の性能を示す光パワープロファイルを示す。
【図１２】ポンプパワー交差結合が採用される場合を交差結合が採用されない場合の同様のシステムと比較して、前方ラマンポンプが故障した場合の性能を示す光パワープロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に記載される実施形態に従って、海底光中継器は、ほぼ同じ波長の光ポンプパワーが利得段の各々に提供されるように複数の利得段における光ポンプパワーを共用してもよい。傾斜制御メカニズムが、光利得段に供給される光ポンプパワーの量を調整することによって利得の波長依存性を調整してもよい。一実施形態では、前方および後方の両方のラマン増幅からの残留光ポンプパワーが対応する光励起増幅器（たとえば、遠隔光励起増幅器）を駆動するために使用されてもよい。
【００１４】
図１は、本明細書に記載される原理が採用される可能性のある光通信システム１００の例を図式的に示す。光通信システム１００では、光信号を使用することによって情報が第１端末１０１と第２端末１０２の間で伝達される。このアプリケーションで使用される慣例として、第１端末１０１から第２端末１０２に伝わる光信号は「東向き」であると呼ばれるのに対して、第２端末１０２から第１端末１０１に伝わる光信号は「西向き」であると呼ばれる。「東向き」と「西向き」という用語は、逆方向に伝わる二つの光信号を容易に区別できるように使用される技術用語にすぎない。「東向き」と「西向き」という用語を使用することは、図１における構成要素についての実際の地理的関係を暗示するものではなく、光信号の実際の物理的方向を暗示するものでもない。たとえば、たとえ本明細書で使用される慣例が第１端末１０１から第２端末１０２に伝わる「東向き」光信号を有していても、第１端末１０１は第２端末１０２の地理的に東方に位置していてもよい。
【００１５】
一実施形態では、光信号は、波長分割多重（ＷＤＭ）であり、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）である可能性もある。ＷＤＭまたはＤＷＤＭでは、情報は、以後「波長分割光チャネル」と呼ぶ複数の別個の光チャネルで伝送される。各波長分割光チャネルは、光通信に対して特定の周波数を割り当てられる。したがって、ＷＤＭまたはＤＷＤＭ光信号を用いて通信するために、第１端末１０１は「ｎ」個の光トランスミッタ１１１（光トランスミッタ１１１（１）から光トランスミッタ１１１（ｎ）を含み、ここで、ｎは正の整数である）を有していてもよく、各々は対応する東向き波長分割光チャネルで伝送する光トランスミッタである。同様に、第２端末１０２は、光トランスミッタ１２１（１）から１２１（ｎ）を含む「ｎ」個の光トランスミッタ１２１を有していてもよく、各々は、さらに、対応する西向き波長分割光チャネルで伝送する光トランスミッタである。しかしながら、本明細書に記載される原理は、東向き波長分割光チャネルの数が西向き波長分割光チャネルの数と同じである通信に限定されない。さらに、本明細書に記載される原理は、光トランスミッタの各々の正確な構造に限定されない。しかしながら、レーザは特定周波数における伝送に適した光トランスミッタである。とは言うものの、光トランスミッタは各々がたとえ複数のレーザトランスミッタであってもよく、また、ある周波数範囲内で調整可能であってもよい。
【００１６】
東方向への光伝送の東向きチャネルに関しては、第１端末１０１が光マルチプレクサ１１２を用いて光トランスミッタ１１１からの東向き光信号の各々を単一の東向き光信号に多重化し、単一の東向き光信号は、この後、第１ファイバリンク１１４（１）に伝送され
る前にオプションの東向き光増幅器１１３によって光増幅されてもよい。
【００１７】
東向きチャネルと西向きチャネルの各々において、合計「ｍ」個の中継器１１５と「ｍ＋１」個の光ファイバリンク１１４が第１端末１０１と第２端末１０２の間にある。しかしながら、東向きチャネルと西向きチャネルの各々の中継器の数が等しくなくてもよい。中継器を備えない光通信システムでは、単一のファイバリンク１１４（１）しかない上に第１端末１０１と第２端末１０２の間には中継器がないので「ｍ」はゼロになる。中継器を備える光通信システムでは、「ｍ」は一以上となる。中継器が存在する場合、その各々は、電力を消費することによって光信号を増幅する可能性がある。
【００１８】
最後の光ファイバリンク１１４（ｍ＋１）からの東向き光信号は、オプションとして、このとき、オプションの光増幅器１１６によって第２端末１０２において増幅される。東向き光信号は、この後、光デマルチプレクサ１１７を用いて様々な波長分割光チャネルに逆多重化される。様々な波長分割光チャネルは、この後、レシーバ１１８（１）から１８（ｎ）を含む対応する光レシーバ１１８によって受信されて処理されてもよい。
【００１９】
西方向への光伝送の西向きチャネルに関しては、第２端末１０２が光マルチプレクサ１２２を用いて光トランスミッタ１２１（光トランスミッタ１２１（１）から１２１（ｎ）を含む）からの西向き光信号の各々を単一の西向き光信号に多重化する。多重化された光信号は、この後、第２ファイバリンク１２４（ｍ＋１）に伝送される前にオプションの西向き光増幅器１２３によって光増幅されてもよい。西向き光チャネルが東向き光チャネルと対称であれば、前と同じように「ｍ」個の中継器１２５（１２５（１）から１２５（ｍ）と標記された）と「ｍ＋１」個の光ファイバリンク１２４（１２４（１）から１２４（ｍ＋１）と標記された）とがある。中継器を備えない環境では、一つの光ファイバリンク１２４（１）しかない上に西向きチャネルには中継器１２５がないので「ｍ」はゼロになってもよいことを想起すること。
【００２０】
最後の光ファイバ１２４（１）からの西向き光信号は、オプションとして、このとき、オプションの光増幅器１２６によって第１端末１０１において増幅される。西向き光信号は、この後、光デマルチプレクサ１２７を用いて逆多重化されて、個々の波長分割光チャネルはレシーバ１２８（レシーバ１２８（１）から１２８（ｎ）を含む）によって受信されて処理される。第１端末１０１および／または第２端末１０２は、光通信システム１００に示されるすべての要素を必要とするわけではない。たとえば、光増幅器１１３、１１６、１２３、および／または１２６は、一部の構成では使用されないかもしれない。さらに、対応する光増幅器１１３、１１６、１２３、および／または１２６が存在する場合、これらの各々は必要に応じて複数の光増幅器の組合せであってもよい。
【００２１】
多くの場合、中継器間の光路長はほぼ同じである。中継器間の距離は、全端末間光路距離、データ転送速度、光ファイバの品質、ファイバの損失特性、中継器の数（もしあれば）、各中継器に供給可能な電力量（中継器がある場合）などに依存する。しかしながら、高品質単一モードファイバの中継器間（または、中継器を備えないシステムにおける端末間）の典型的な光路長は、約５０ｋｍである可能性があり、実際には、３０ｋｍ以下から９０ｋｍ以上に及ぶ可能性がある。とは言うものの、本明細書に記載される原理では、中継器間の特定の光路距離に限定されず、光路長距離が一つの中継器を備えるセグメントから次の中継器を備えるセグメントまで同じである中継器システムに限定されない。
【００２２】
光通信システム１００は、説明および実例のみを目的として簡素化して表される。本明細書に記載される原理は、はるかに複雑な光通信システム拡張してもよい。本明細書に記載される原理は、各々が多重化ＷＤＭ光信号を伝達する複数のファイバ対がある光通信に適用されてもよい。さらに、本明細書に記載される原理は、一つの方向の一つ以上のファ
イバ対および／または波長分割光チャネルと、別の方向の一つ以上のファイバ対および／または波長分割光チャネルとを分割する一つ以上の分岐ノードがある光通信に適用されてもよい。
【００２３】
図２は、図１の光通信システム１００などの光通信システムで使用される可能性のある光学装置２００を示す。図３から図５は、光学装置３００、４００、および５００を示し、この順序で後続の部品が追加される。ここでは、図２から図５をその順序で説明する。
【００２４】
一実施形態では、一つ以上、あるいはもしかするとすべての東向き中継器１１５と西向き中継器１２５が海底中継器であってもよい。海底中継器は、海洋表面下で動作するように設計される。図１の光通信システム１００で使用される光学装置２００（または装置３００、４００、または５００のいずれか）は、東向き中継器１１５の一つまたは西向き中継器１２５の一つと統合されてもよい。さらに、光学装置２００（すなわち、装置３００、４００、または５００のいずれか）は、海底中継器内に一体化されてもよい。また、光学装置２００（または装置３００、４００、または５００のいずれか）は、光通信システム１００が中継器を備える光学システムであるか中継器を備えない光学システムであるかに関わらず、第１端末１０１と第２端末１０２のうちの一つと一体化されてもよい。光信号は、東向き光信号であっても西向き光信号であってもよく、図２において左から右へ、あるいは右から左へ進んでいてもよい。図２、図３、図４、および図５は、たとえば、光分離、たとえば、光脱分極をもたらす図に示されない追加部品を含んでいてもよい。
【００２５】
たとえば、光学装置２００が図１の第１端末１０１に組み込まれる場合、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１１３であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（１）であってもよい。その場合、光信号は図２において左から右に進む東向き光信号となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１２６であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（１）であってもよい。その場合、光信号は図２において右から左に進む西向き光信号となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は西向き光信号後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２６】
一方、光学装置２００が図１の第２端末１０２に組み込まれる場合、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１１６であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｍ＋１）であってもよい。その場合、光信号は、図２において右から左に進む東向き光信号となる（つまり、光学装置２００は図１に示されるように、第２端末１０２に適合するように水平にフリップされることになる）。さらに、光ポンプパワーの一部ｋ１は、東向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、ディスクリート増幅器２３１は、図１のディスクリート増幅器１２３であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｍ＋１）であってもよい。その場合、光信号は、図２において左から右に進む西向き光信号となる（つまり、この場合も、光学装置２００は図１に示されるように、第２端末１０２に適合するように水平にフリップされることになる）。さらに、光ポンプパワーの一部ｋ１は、西向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２７】
さらに、光学装置２００は、東向き中継器１１５（ｋ）のいずれか一つに組み込まれてもよく、ここで、ｋは１からｍの任意の整数に等しい。その場合、東向き光信号は図２において左から右に進んでいる可能性があり、その場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｋ＋１）となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、光信号が図２において右から左に進む東向き光信号である場合（つまり、光学装置２００は図１に適合するよ
うに水平にフリップされることになる場合）、光学装置が東向き中継器１１５（ｋ）に組み込まれた場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｋ）となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２８】
最後に、光学装置２００は、西向き中継器１２５（ｋ）のいずれか一つに組み込まれてもよく、ここで、ｋは１からｍの任意の整数に等しい。その場合、西向き光信号は図２において左から右に進んでいる可能性があり（つまり、光学装置２００は図１に適合するように水平にフリップされることになる）、その場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｋ）となる。その場合、光ポンプパワーの一部ｋ１は、西向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、光信号が図２において右から左に進む西向き光信号である場合、光学装置が西向き中継器１２５（ｋ）に組み込まれた場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｋ＋１）となる。その場合、光ポンプパワーの一部ｋ１は西向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２９】
まず図２を参照すると、光学装置２００は光増幅器を光学的に駆動する光ポンプパワーを提供する光ポンプユニット２０１を含む。光パワー分布メカニズム２１１（これは、たとえば、光カプラであってもよい）は、光ポンプパワーの一部（１−ｋ１）（ここで、ｋは０から１の間の分数で、０および１を含まない）をディスクリート光増幅器２３１（たとえば、光マルチプレクサ２２２を用いて）に分布させ、光ポンプパワーの一部（ｋ１）は分布光増幅を実施する際に使用される光ファイバスパン２４１に（たとえば、光マルチプレクサ２２１を用いて）注入される。光マルチプレクサ２２２によって左からディスクリート光増幅器２３１に光ポンプパワーを導入する代わりに、あるいは導入することに加えて、光マルチプレクサ２２３によって右からディスクリート増幅器２３１に光ポンプパワーが導入されてもよい。しかしながら、簡単にするために、図２を基本とする後続の図面には光マルチプレクサ２２３を示していないが、図３から図５における光マルチプレクサ２２２に加えて、あるいは光マルチプレクサ２２２の代わりに光マルチプレクサ２２３を使用してもよい。
【００３０】
光パワー分布メカニズム２１１が図２から図５に示されるような光カプラである場合、光ポンプパワーは周波数特性を維持するように分布される。光カプラ２１１に適用されるように、これはディスクリート光増幅ユニットに割り当てられる光ポンプパワーの一部の周波数特性が分布光増幅で使用される光ポンプパワーの一部の周波数特性とほぼ同じであることを意味する。
【００３１】
一実施形態では、ディスクリート増幅ユニット２３１は、エルビウムドープファイバ増幅器など（ＥＤＦＡ）などの希土類ドープファイバ増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、または高効率ラマン増幅器である。代替的または追加的に、前方または後方ラマン増幅を実施するために光ポンプパワーの一部ｋ１が採用されてもよい。その場合、ラマン増幅は、典型的に、ディスクリート光増幅よりも多くの光パワーを必要とするので、ｋ１は０よりも１に近くなる可能性があり、光パワーの大部分を光ファイバスパン２４１へのラマン増幅に費やすことができる。一実施形態では、ディスクリート光増幅器がエルビウムドープ光増幅器である場合、ｋ１は、たとえば、８９％であってもよいが、本明細書に記載する原理はこのような特定の実施形態に限定されない。ｋ１が８９％よりも高い場合、あるいは低い場合、さらに最適な性能が実現されるかもしれない。ディスクリート光増幅器２３１がエルビウムドープファイバ増幅器である場合、光ポンプパワーは主として１４００ｎｍから１５２５ｎｍの範囲にある可能性がある。さらに、ラマン増幅が分布増幅メカニズムである場合、光信号は光ポンプパワーの少なくとも大部分よりも長い波長を有するはずである。
【００３２】
図３は、図２の光学装置２００に似ている光学装置３００を示す。しかしながら、この場合、追加光ファイバスパン３４１が示されている。光信号が図２において左から右に進むと、光信号は光ファイバスパン３４１から光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２と、他の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２２とを通って進む可能性があり、そこで光ポンプユニット２０１からの光ポンプパワーの一部と結合される。その場合、光信号がこの組合せによってディスクリート光増幅器２３１に注入される。増幅された信号は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２１を通って光ファイバスパン２４１に達する。あるいは、図２において右から左に進む光信号の場合、光信号は、光ファイバスパン２４１から、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２１と、ディスクリート増幅器２３１と、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２２と、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２とを通って光ファイバスパン３４１に進む可能性がある。いずれにしても、光信号は、Ｃ帯の一つ以上の潜在的な波長変調光信号チャネルに加えてＬ帯の一つ以上の波長変調光信号チャネルを含む可能性がある。なお、Ｃ帯は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲の光波長に対応するが、Ｌ帯は１５６５ｎｍから１６２５ｎｍの範囲の光波長に対応する。一実施形態では、光波長のすべてが１５５０ｎｍよりも大きく、ことによると、一つ以上の波長が１５６７ｎｍを超えることすらある。
【００３３】
さらに、光ポンプユニット３０１は、光パワー分布メカニズム３１１によって光ポンプパワーを提供し、光パワー分布メカニズム３１１はこの場合も光カプラであってよい。光パワーの一部ｋ２（ここで、０と１を含まない０と１の間の分数である）が光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２に提供されて、光ファイバ３４１に伝播され光ファイバリンク３４１において分布ラマン増幅を実施する。図２において右方向に進む光信号の場合、この分布ラマン増幅は後方ラマン増幅となる。図２において左方向に進む光信号の場合、この分布ラマン増幅は前方ラマン増幅となる。光パワーの別の部分（１−ｋ２）は、光カプラ２１１に提供され、そこで、光ファイバリンク２４１における分布ラマン増幅ポンプパワーおよびディスクリート光増幅器ポンプパワー２３１のいずれにも使用されるように分布される。分布ラマン増幅は典型的にディスクリート光増幅器（たとえば、ＥＤＦＡ）よりも多くの光ポンプパワーを必要とするので、ｋ２は０よりも１に近いかもしれない（たとえば、９５％）。
【００３４】
この場合、光ポンプユニット３０１からの光ポンプパワーは上記のように少なくとも三つの利得段、すなわち、第１ラマン増幅利得段（光カプラ３１１と光マルチプレクサ３２２による）、ディスクリート光増幅利得段（光カプラ３１１と、光カプラ２１１と、光マルチプレクサ３２２とによる）、ならびに第２ラマン増幅利得段（光カプラ３１１、光カプラ２１１、光マルチプレクサ２２１による）に使用され、すべてが一つの信号方向である。光ファイバスパン３４１を有するインラインあるいは光ファイバスパン２４１を有するインラインのどこかに光励起増幅器（遠隔光励起増幅器、すなわち「ＲＯＰＡ」）がある可能性を考えると、光ポンプユニット３０１に由来する光ポンプパワーによって完全に支配される四つまたは五つの光利得段があってもよい。
【００３５】
同様に、光ポンプユニット２０１も、１）ディスクリート光増幅器２３１（光カプラ２１１と光マルチプレクサ２２２による）、２）分布ラマン増幅（光カプラ２１１と光マルチプレクサ２２１による）、ならびに３）光ファイバスパン２４１にあるオプションの遠隔光励起増幅器を含む、一方向の複数の光利得段を供する。
【００３６】
図３の光学的共用は、故障に対する重要な予防策を提供する。たとえば、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１はこれら自体が冗長性を備えていてもよい。たとえば、光ポンプユニット２０１は、一方がおそらくバックアップとして使用され、すなわち万が一他の光ポンプが故障した場合に一方の出力を増加させる二つの光ポンプを備えてい
てもよい。同じことは光ポンプユニット３０１についても言える。しかしながら、ユニット２０１内のすべての光ポンプがたとえ故障しても、ディスクリート光増幅器２３１は、光カプラ３１１と光カプラ２１１を通じて光ポンプユニット３０１によってなお少しは光学的に駆動されることになる。ディスクリート光増幅器の性能は光ポンプ２０１または光ポンプ３０１の場合に低下する可能性があるが、他の光ポンプユニット３０１または光ポンプユニット２０１の寄与によって光通信システムの動作が維持される可能性がある。故障の検出時に容易にアクセスできない海底中継器の場合、光ポンプの故障という点から見ても中継器を長期間にわたって使用し続けることが可能であることは重要である。
【００３７】
図４は、図３の光学装置３００に似ている光学装置４００を示す。しかしながら、この場合、追加光ポンプユニット４０１が提供される。この光ポンプパワーの一部ｋ３（たとえば、５０％）は、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ４１２を用いて光ポンプユニット３０１から光ポンプパワーを加えられ、これは二つの光入力を組み合わせて一つの光出力にするための、たとえば、偏光ビームコンバイナ、または別の光学部品であってもよい。この光ポンプパワーの別の一部（１−ｋ３）（たとえば、５０％）は、逆方向に同様に構成された光ポンプユニットに提供されてもよい。この分布は光カプラ４１１によって達成される。たとえば、光ポンプユニット３０１は、主に、光ファイバリンク３４１における東向き光信号の分布ラマン増幅を駆動するので、光ポンプパワーの一部（１−ｋ３）（たとえば、５０％）は西向き光信号の分布ラマン増幅を駆動するために使用されてもよい。この場合、追加光ポンプユニット４０１は、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１のいずれか一方または両方が故障した場合にすべての光利得段をさらに保護する。また、光ポンプユニット２０１、３０１、および４０１は、主に同じ波長範囲（たとえば、１４００から１５２５ｎｍ、および一例では、１４８０ｎｍ）の光ポンプパワーを提供してもよい。光学装置４００の一実施形態では、ポンプユニット４０１の一部ｋ３は、ポンプユニット３０１の完全な故障がポンプユニット４０１の一部ｋ３によって十分に補償されるようにポンプユニット３０１に対して十分な冗長性を備える。光学装置４００の別に実施形態では、ポンプユニット４０１の一部ｋ３はポンプユニット３０１に対して部分冗長性を備える。
【００３８】
それゆえ、光ポンプパワーの同じ波長は、ディスクリート光増幅器（エルビウムドープ光増幅器、前方遠隔光励起増幅器、および／または後方遠隔光励起増幅器など）および分布光増幅器（後方および／または前方ラマン増幅器など）を駆動するために使用されてもよい。光ポンプ波長におけるこの共通性によって、複数の利得段にわたって光ポンプパワーを共用することができる。また、この共通性によって、光ポンプパワーの相互共用を実施することで各利得段の光パワーを比較的少ない数のポンプから得ることができる。
【００３９】
図５は、図４の光学装置４００に似ている光学装置５００を示す。しかしながら、この場合、たとえば、光カプラであってもよい二つの追加光パワー分布部品である第１追加パワー部品５１１と第２追加パワー部品５１２が備えられる。光カプラ５１１は、光ポンプユニット４０１から供給される光ポンプパワーの一部（１−ｋ４）を使用し、残りのｋ４は光カプラ４１１に供給される。この後、光ポンプユニット４０１からの光ポンプパワーの一部（１−ｋ４）は、光カプラ５１２に供給され、そこで、光カプラ３１１において光ポンプ３０１によって供給される光ポンプパワーを加えるための一部ｋ５と他の方向においておそらく同様の構造で使用される部分（１−ｋ５）とに分割されてもよい。一実施形態では、ｋ４は９０％であってもよいが、ｋ５は５０％であってもよい。これは、一部の追加ポンプパワーをポンプ故障の影響を軽減するディスクリート光増幅器２３１に加える効果を有する。このさらなる補正は、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１のいずれか一方または両方を故障に対してさらに保護する。光カプラ４１１がポンプユニット４０１からのポンプパワーの一部をポンプマルチプレクサ／デマルチプレクサ４１２に似ているかまたはこれと対称的な他の信号方向のポンプマルチプレクサ／デマルチプレ
クサに供給する場合と、光カプラ５１２がポンプユニット４０１からのポンプパワーの一部を光カプラ３１１に似ているかまたは対称的な他の信号方向の光カプラに供給する場合、ポンプユニット４０１は両方向のすべての他のポンプユニットに対して少なくとも部分冗長性を備え、したがって、他のポンプユニットにおけるポンプの故障から両方向のすべてアクセス可能な利得段を少なくとも部分的に保護する。光学装置５００の一実施形態では、ｋ１＝８９％、ｋ２＝９５％、ｋ３＝５０％、ｋ４＝９０％、およびｋ５＝５０％であり、これによって、以下のような（他の透過率を無視した）おおよそのポンプ共用がもたらされる。すなわち、ポンプユニット３０１の９５％［ｋ２］はファイバスパン３４１に向けられ、ポンプユニット３０１の４．５％［（１−ｋ２）ｋ１］はディスクリート光増幅器２３１に向けられ、ポンプユニット３０１の０．６％［（１−ｋ２）（１−ｋ１）］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット２０１の８９％［ｋ１］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット２０１の１１％［（１−ｋ１）］はディスクリート光増幅器２３１に向けられ、ポンプユニット４０１の４３％［ｋ４ｋ３ｋ２＋（１−ｋ４）ｋ５（１−ｋ２）］は光ファイバスパン３４１に向けられ、ポンプユニット４０１の０．８％［ｋ４ｋ３（１−ｋ２）（１−ｋ１）＋（１−ｋ４）ｋ５ｋ２（１−ｋ１）］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット４０１の６．２％［ｋ４ｋ３（１−ｋ２）ｋ１＋（１−ｋ４）ｋ５ｋ２ｋ１］はディスクリート光増幅器２３１に向けられる。
【００４０】
図２から図５の光ポンプユニットは、現存するものであれ、将来開発されるものであれ、いかなる光ポンプユニットであってもよい。単なる例として、光ポンプユニットは外部波長選択回折格子を備えるファブリペロー光キャビティを採用するポンプであってもよい。代替実施形態では、図２から図５の光ユニットは、ファブリペローベースの光ポンプよりも効率が高く低い相対強度ノイズを有しうる分布フィードバックレーザであってもよい。とは言うものの、図２から図５の光ポンプユニットのすべてが同じタイプのものである必要はない。
【００４１】
図６は、光通信経路６００における唯一の方向を示す光通信システムを示す。この場合、具体的な方向は東方であるが、原理は西方にも適用される。東向き光通信経路６００は、最大五つ以上の光学的に駆動される利得段を含む可能性がある。これらは、光増幅器６０１、６０２、６０３、６０４、および６０５を含むものとして示される。光ポンプネットワーク６１０は一つ以上のポンプを含む。光ポンプネットワーク６１０は、二つの光ポンプである第１光ポンプ６１１と第２光ポンプ６１２を含むものとして象徴的に示されているが、長円６１３は光ポンプネットワーク６１０に三つ以上、あるいはもしかすると唯一のポンプユニットがあることを表わす。各ポンプユニットは、信号光通信方向に二つ、三つ、四つ、五つ、またはさらに多くの光利得段を光学的に駆動するように構成されてもよい。これは、矢印６２１から６２５によって象徴的に表わされる。
【００４２】
図３では、たとえば、ポンプネットワークは、第１ポンプ２０１と第２ポンプ３０１を含み、第１ポンプユニット２０１は、１）ディスクリート光増幅器２３１、２）ファイバスパン２４１における分布ラマン増幅器、および３）場合によってファイバスパン２４１に存在する遠隔光励起増幅器を含む最大三つの光利得段を光学的に駆動する。図３における第２ポンプユニット３０１は、１）ファイバスパン２４１における第１分布ラマン増幅器、２）場合によってファイバスパン２４１に存在する第１遠隔光励起増幅器、３）ディスクリート光増幅器２３１、４）ファイバスパン３４１における第２分布ラマン増幅器、および５）場合によってファイバスパン３４１に存在する第２遠隔光励起増幅器を含む最大五つの光利得段を光学的に駆動する。さらに、図８Ａと図９に関して記載される交差結合構成では、第１ポンプユニット２０１と第２ポンプユニット３０１は各々が同様に逆方向の利得段の光駆動に寄与してもよい。
【００４３】
図４と図５では、たとえば、ポンプネットワークは、第１ポンプ２０１、第２ポンプ３０１、および第３ポンプ４０１を含む。第１ポンプ２０１は、前述のように、最大三つの光利得段を光励起する。第２ポンプ３０１は、最大五つの光利得段を光励起する。しかしながら、図４および図５では、第３光ポンプ４０１はさらに五つすべての光励起利得段に光ポンプパワーを供給する。
【００４４】
光利得段６０１から６０５の一つ以上は、異なる波長の光を違った形で光増幅してもよい。たとえば、光利得段の一つ以上は、光信号の少なくとも波長範囲内でより大きい利得で比較的長い波長の光を光増幅する（以後、「波長に対する正の利得傾斜」光利得段、あるいはもしかすると簡単に「正の利得傾斜」光利得段と呼ぶ）。光利得段の別の一つ以上は、光信号の少なくとも波長範囲内でより小さい利得で比較的長い波長の光を光増幅する（以後、「波長に対する負の利得傾斜」光利得段、あるいはもしかすると簡単に「負の利得傾斜」光利得段と呼ぶ）。
【００４５】
ポンプネットワーク６１０は、システム全体が利得全体において正の波長依存性を有するか、それとも負の波長依存性を有するかを測定する傾斜制御メカニズム６１５を含んでいてもよい。全体的に波長に対する正の利得傾斜がある場合、傾斜制御メカニズム６１５は、負の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを増加させかつ／または正の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを減少させることによって対応してもよい。全体的な利得に負の波長依存性がある場合、傾斜制御メカニズム６１５は負の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを減少させかつ／または正の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを増加させることによって対応してもよい。
【００４６】
図７は、１４８０ｎｍの単一光ポンプ波長が光利得段を駆動するために使用されるときの光利得段の正および負の波長依存性の例７００を示す。曲線７０１は、１４８０ｎｍの光ポンプが適用されるときの典型的なエルビウム利得プロファイルを示す。曲線７０２は、１４８０ｎｍの光ポンプが適用されるときのラマン利得プロファイルを示す。図３では、たとえば、ディスクリート光増幅器２３１はエルビウム利得段であってもよく、ラマン利得段は光ファイバ３４１または光ファイバ２４１において分布ラマン増幅でありうる。たとえ、ポンプ３０１のポンプ波長とポンプ２０１のポンプ波長がほぼ同じであっても、ポンプ３０１とポンプ２０１の波長依存性は結合比ｋ１とｋ２を調整することと、スパン３４１、２４１のファイバタイプを選択することとのうちの少なくとも１つによって制御されうる。たとえば、光ファイバ３４１において比較的高いラマン利得を有する高い結合比ｋ２＞０．９の小さいコア断面積ファイバはポンプ３０１への正の波長依存性を形成するが、ディスクリート光増幅器２３１の利得と結合された光ファイバ２４１において比較的低いラマン利得を有する大きいコア断面積ファイバはポンプ２０１への負の波長依存性を形成する。たとえば、ｋ１が８９％に選択され、ｋ２が９５％に選択され、信号方向が左から右であり、ファイバスパン３４１が４０ｋｍのＩＤＦファイバ（３０μｍ２の有効断面積を有するＯＦＳ製）であり、ファイバスパン２４１が４０ｋｍのＳＬＡファイバ（１０６μｍ２の有効断面積を有するＯＦＳ製）であり、ファイバスパン２４１の遠隔光励起増幅器がポンプマルチプレクサ ２２１から４０ｋｍにある８ｍのエルビウムドープファイバ（ＯＦＳ製Ｒ３７０１４）であり、ディスクリート光増幅器２３１がエルビウムドープファイバ（１５ｍのＲ３７００３Ｘまたは同様のＯＦＳ製）であり、ポンプユニット３０１が１４８０ｎｍにおいて０．２５Ｗであり、ポンプユニット２０１が１４８０ｎｍにおいて０．２５Ｗであるとしよう。その場合、ポンプユニット３０１の光利得はポンプパワーが増加されるときに正の波長依存性を有し、ポンプユニット２０１はポンプパワーが増加されるときに負の波長依存性を有する（あるいは、ポンプパワーが減少すると反対の波長依存性を有する）。この例では、ファイバスパン３４１ではファイバの有効断面積が小さいためにラマン利得が高く、ファイバスパン２４１ではファイバの有効断面積が大きいためにラマン利得が低いが、エルビウムドープ利得は高く主としてポンプユニット２
０１によって駆動される。
【００４７】
したがって、本明細書に記載される原理は、光通信システムの信頼性と性能を向上させる可能性のある有効なメカニズムを提供する。図８Ａと図９は、本明細書に記載される原理が機能する可能性のある具体的な環境を示すために提供されているが、本明細書に記載される一般的原理はその環境に限定されない。図８Ａと図９の環境は、前方と後方の両方の遠隔光励起増幅器を提供しており、前方遠隔光励起増幅器は残留前方ラマン光ポンプパワーを使用する場合に対応し、後方遠隔光励起増幅器は残留後方ラマン光ポンプパワーを使用する場合に対応する。
【００４８】
図８Ａは、光通信ネットワークにおいて二つのノードである第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａを接続する光リンク８００Ａを示す。たとえば、光リンク８００Ａが図１の光通信システム１００において使用され、かつ光通信システム１００が中継器を備えないシステムである場合、第１ノード８０１Ａは第１端末１０１であってもよく、第２ノード８０２Ａは第２端末１０２であってもよい。しかしながら、中継器を備える環境では、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａは、一端が端末であり他端が中継器セットであってもよい。たとえば、第１ノード８０１Ａは、図１の第１端末１０１であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の中継器セット１１５（１）および１２５（１）であってもよい。一方、第１ノード８０１Ａは、図１の中継器セット１１５（ｍ）および１２５（ｍ）であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の第２端末１０２であってもよい。中継器を備える環境に複数の中継器（すなわち、ｍ＞１）がある場合、第１ノード８０１Ａおと第２ノード８０２Ａはいずれも中継器セットである可能性がある。一般的には、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａがいずれも中継器セットである場合、第１ノード８０１Ａは、図１の中継器セット１１５（ｋ）および１２５（ｋ）であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の中継器セット１１５（ｋ＋１）および１２５（ｋ＋１）であってもよい。ここで、ｋは１から最大ｍ−１までの任意の正整数である。
【００４９】
たとえば、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａはそれぞれ、図２、図３、図４、または図５の光学装置２００、３００、４００、または５００を備えていてもよい。たとえば、図８Ａのポンプユニット８１１Ａ、ポンプマルチプレクサ８１５Ａ、およびファイバスパン８１２Ａは、図５のそれぞれ、ポンプユニット２０１、ポンプマルチプレクサ２２１、およびファイバスパン２４１に対応していてもよく、図８Ａのポンプユニット８１１Ｂ、ポンプマルチプレクサ８１５Ｂ、ディスクリート増幅器８１６Ａ、およびファイバスパン８１２Ｃは、図５のそれぞれ、ポンプユニット３０１、ポンプマルチプレクサ３２２、ディスクリート増幅器２３１、およびファイバスパン３４１に対応していてもよく、図８Ａの前方光励起増幅器（ＯＰＡ）８１３Ａは、図５のファイバスパン２４１における遠隔光励起増幅器に対応していてもよく、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂは図５のファイバスパン３４１における遠隔光励起増幅器に対応していてもよい。第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａは、図２、図３、図４、または図５のポンプ分布部品２１１、３１１、４１１、４１２、５１１、および／または５１２を備えていてもよいが、これは図８Ａにおいて明確に示されていない。同様の対応は、リンク８００Ａの西向き光信号の経路にある部品に対する第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａにも適用されてよい。この記述を読むと、図２、図３、図４、および図５に記載される原理が光リンク８００Ａに適用されてもよいことは当業者には明らかになろう。
【００５０】
光リンク８００Ａは、双方向性であり、東向きファイバリンクと西向きファイバリンクを含む。東向きファイバリンクは、東向き光信号を第１ノード８０１Ａから第２ノード８０２Ａに伝播する。西向きファイバリンクは、西向き光信号を第２ノード８０２Ａから第１ノード８０１Ａに伝播する。しかしながら、「東向き」と「西向き」という用語は、本明細書では、一つの信号を別の信号と区別するためにのみ使用され、何らかの実際の地理
的関係や方向を表わすために使用されるものではないことを想起すること。また、東向きファイバリンク内の部品または利得段は本明細書において「東向き」という用語によって置き換えられる場合があり、西向きファイバリンク内の部品または利得段は本明細書において「西向き」という用語によって置き換えられる場合がある。
【００５１】
東向きファイバリンクは、最初の東向き光ファイバスパン８１２Ａと、東向き前方光励起増幅器（ＯＰＡ）８１３Ａと、第１東向き光マルチプレクサ／デマルチプレクサ（「ｍｕｘ／ｄｅｍｕｘ」）８１４Ａと、東向き中間光ファイバスパン８１２Ｂと、第２東向き光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂと、後方光励起増幅器８１３Ｂと、最後の東向き光ファイバスパン８１２Ｃとを通じて東向き光信号を第２ノード８０２Ａに伝送する。その際に、光信号は、各方向に対して多くの利得段を通過してもよい。たとえば、東向き光信号は、前方ラマン増幅利得段８１２Ａ、前方光励起増幅器８１３Ａ、後方遠隔光励起増幅器８１３Ｂ、後方ラマン増幅利得段８１２Ｃ、および第２ノード８０２Ａにおけるディスクリート利得段８１６Ａを通過する可能性があってもよい。
【００５２】
なお、「前方」および「後方」光励起増幅器という用語は、信号方向に対する光ポンプの方向を指しており、それにより、「前方」光励起増幅器の光ポンプは信号と同じ方向にあり、「後方」光励起増幅器の光ポンプは信号と逆の方向にある。
【００５３】
東向き光リンクに対して考えられる第１利得段として、光ファイバスパン８１２Ａは、光ポンプユニット８１１Ａによって駆動される分布前方ラマン増幅器としての機能を果たす。第１ノード８０１Ａから第２ノード８０２Ａに伝送される東向き光信号は、東方に伝達される実際の情報を表わす。一方、ポンプユニット８１１Ａは、光信号帯の外にある比較的高い周波数（比較的短い波長）を有する光ポンプパワーを伝送する。そのエネルギは、光信号を光学的に増幅するための信号波長に変換される。ポンプユニット８１１Ａは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１５Ａを用いて前方ラマンポンプパワーを光ファイバスパン８１２Ａに入射して、光ファイバスパン８１２Ａに沿って分布した光信号と共伝播させて光信号を増幅する。
【００５４】
図９は、二つのパワーと距離光プロファイル９０１と９０２のパワーと距離光プロファイル図９００の例を示す。実線で描かれたパワープロファイル９０２は、すべての図示された利得段が存在する場合に光信号が図８Ａの東向きファイバリンクを進むときの光信号パワーを示す。西向き光リンクに対するパワーと距離プロファイルの例は示されていないが、パワーと距離プロファイルはパワープロファイル９０２に似ていてもよく、ただし、反転されている。とは言うものの、東向きと西向きの光ファイバリンクの光パワープロファイルの対称性は必要でない。図９では、パワープロファイル９０２の最大パワーがＰＨ１として示されている。位置Ｄ０およびＤ３は、それぞれ、第１ノード８０１Ａおよび第２ノード８０２Ａの位置を表わす。位置Ｄ１およびＤ２は、それぞれ、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの位置を表わす。
【００５５】
光ファイバスパン８１２Ａにおける距離Ｄ０とＤ１の間に存在する第１利得段では、前方ラマン増幅はパワープロファイル９０２における光信号の減衰を最初は遅らせるが、前方ラマン増幅は距離Ｄ０から離れて衰えるにつれて、光ファイバのほぼ対数的に直線の減衰が目立つようになる。とは言うものの、光ファイバの減衰が目立つときでも、前方ラマン増幅は前方ラマン増幅が無い場合に存在する減衰に比べると光ファイバの減衰を緩和してなお余りある。一実施形態では、前方ラマン増幅は、Ｄ０からＤ１までの距離にわたって少なくとも１ｄＢのオン／オフ利得を有するが、はるかに高くなりうる。この記述および特許請求の範囲では、ある距離にわたるラマン増幅の「オン／オフ」利得は、その距離にわたるラマン増幅なしで発生する信号パワーと比較したその距離にわたるラマン増幅によって生じる一つ以上の信号波長の少なくとも一つの光信号パワーの増加を指している。
図９は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、また実際の光パワー−距離プロファイルを伝えることを必ずしも意図するものではなく、パワープロファイルを一般的に記述するために使用されるにすぎない。
【００５６】
図８Ａに戻ると、第２利得段として、前方残留ラマン光ポンプパワーが、この後、前方光励起増幅器８１３Ａを駆動するために使用され、前方光励起増幅器８１３Ａは、この後、東向き光信号を増幅する。前方光励起増幅器８１３Ａは、ディスクリート増幅器として示されているが、ファイバスパン８１２Ａの全部または一部にわたって分布されてもよい。図８Ａに示される光励起増幅器８１３Ａ、８１３Ｂ、８２３Ａ、および８２３Ｂは、「遠隔光励起増幅器」すなわち（ＲＯＰＡ）とより一般的に呼ばれるものであってもよい。しかしながら、「遠隔」という用語は相対的であるので本特許出願には望ましくない。しかしながら、一実施形態では、光励起増幅器は最も近い中継器または端末からの光路距離が少なくとも３０ｋｍであり、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａの間の光路距離は、少なくとも１００ｋｍであるが、さらに、３００ｋｍよりも大きくてもよく、おそらく、さらに５００ｋｍを超えてもよい。図９を参照すると、距離Ｄ１におけるパワープロファイル９０２のディスクリート増幅は前方光励起増幅器８１３Ａの結果である。
【００５７】
光励起増幅器８１３Ａ、８１３Ｂ、８２３Ａ、および８２３Ｂは、各々が任意の光励起増幅器であってもよい。例として、希土類ドープファイバ増幅器（エルビウムドープファイバ増幅器）、光励起半導体増幅器、またはおそらく高効率ラマン増幅器が挙げられる。
【００５８】
なお、光リンク８００Ａでは、各方向に前方光励起増幅器および後方光励起増幅器がある。たとえば、東向きチャネルの場合、前方光励起増幅器８１３Ａは第１ノード８０１Ａにより隣接しており、後方光励起増幅器８１３Ｂは第２ノード８０２Ａにより隣接している。このため、光励起増幅器を駆動するために前方および後方残留ラマン光ポンプパワーをより効率よく利用することができ、このこと自体が技術の著しい進歩を表わしており、ほかのすべての条件が同じであるものとして第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａの距離の延長が可能になる。また、西向きチャネルも第２ノード８０２Ａにより隣接している前方光励起増幅器８２３Ｂと、第１ノード８０１Ａにより隣接している後方光励起増幅器８２３Ａとを有し、西向き光チャネルに対しても効率改善をもたらす可能性がある。この光パワーのこのような有効利用は、電力が非常に高くつく海底中継器においては特に有益である。
【００５９】
東向き光ファイバリンクに戻ると、光ファイバスパン８１２Ａで行なわれた前方ラマン増幅の後にも、また前方光励起増幅器８１３Ａによる増幅の後にも前方残留光ポンプパワーがまだいくらか残っている。前方残留光ポンプパワーの少なくとも一部、およびもしかすると全部が、後方光励起増幅器８２３Ａで使用される逆方向光ファイバリンクに進路変更される。この前方ラマン光ポンプパワーのこの一般的な進路変更は、一般的に、矢印８１７Ａによって表わされる。東向き光ファイバリンクにおける中間光ファイバ８１２Ｂに残留前方ポンプ光パワーをさらに注入し続けることが認められているものとすると、後方光励起増幅器８２３Ａで得られる増幅は、東向き中間光ファイバスパン８１２Ｂで行われている可能性のある前方ラマン増幅よりも著しく大きくてもよい。
【００６０】
この進路変更を容易にするために、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａは前方光励起増幅器８１３Ａの東に配置される。この光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａは、中間光ファイバスパン８１２Ｂに東向き光信号（またはその信号の少なくとも大部分）を通過させることができるが、西向き光ファイバリンクの別の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａの方向に光ポンプパワーを進路変更する。光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａは、この後、後方光励起増幅器８２３Ａの駆動を助けるためにこの残留光ポンプパワーを後方光励起増幅器８２３Ａに注入する。一方、前方光励起増
幅器８１３Ａの増幅は、西向き光ファイバリンクからの残留後方ラマンポンプ光パワーの進路変更によって強化されてもよい。これは、一般的に、矢印８２７Ｂによって表わされる。しかしながら、この進路変更については以下でさらに詳しく説明する。
【００６１】
東向きチャネルに戻ると、東向き光信号は中間光ファイバスパン８１２Ｂに入り、ここでは、東向き光信号はたとえ増幅されるにしてもわずかである。代わりに、図９を参照すると、光パワーは、Ｄ１とＤ２の間の距離でほぼ対数的に直線的に減衰し、これは光ファイバスパン８１２Ｂの長さおよび減衰に対応する。
【００６２】
第３光利得段として、光信号は第２東向きマルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂを通過し、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂによって増幅される。後方光励起増幅器８１３Ｂは、ディスクリート増幅器として示されているが、ファイバスパン８１２Ｃの全体または一部にわたって分布されてもよい。後方光励起増幅器８１３Ｂに供給するために使用される光ポンプパワーの一部は、ポンプユニット８１１Ｂからの後方ラマンポンプ光パワーの残留量の影響によるものである。残留量は、矢印８２７Ａによって表わされるような逆方向の光ファイバリンクからの前方ラマンポンプ光パワーの進路変更の影響によるものである。西向き光リンクの前方ラマンポンピングが効率的でなければ、東向き光リンクに進路変更される十分な量の前方光ポンプパワーが残っているかもしれない。
【００６３】
一実施形態では、東向き信号の光ファイバスパン８１２Ｃ（および西向き信号の光ファイバスパン８２２Ａ）において実施される後方ラマン増幅は、光ファイバスパン８１２Ａにおける東向き信号（および光ファイバスパン８２２Ａにおける西向き信号）の前方ラマン増幅と比べてきわめて効率的であり、光ファイバスパン８１２Ｃでは強力な分布利得を得ることができる。しかしながら、この高利得は、後方光励起増幅器８１３Ｂを駆動するために残っている残留光ポンプパワーが比較的少ないことを意味する。したがって、西向き光リンクから進路変更された前方ラマンポンプ光パワー８２７Ａ（および東向き光リンクからの８１７Ａ）は、東向きファイバリンクの後方光励起増幅器８１３Ｂ（および西向きファイバリンクの後方光励起増幅器８２２Ａ）を光励起するために使用されるときに非常に役立つ。一実施形態では、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａは、主に、負の色分散（Ｄ−）ファイバであり、あるいは、光の伝播に対して少なくとも比較的小さい有効断面積を有する。この記述および特許請求の範囲では、「ＤＳファイバ」は分散特性と無関係に６５μｍ２以下の有効断面積を有するファイバとして定義される。それゆえ、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａは、ＤＳファイバで構成されてもよい。一方、光ファイバスパン８１２Ａおよび８２２Ｃは、正の色分散（Ｄ＋）ファイバである可能性があり、あるいは、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａと比べて少なくとも比較的大きい有効断面積を有する。この記述および特許請求の範囲では、「ＤＬファイバ」は分散特性と無関係に６５μｍ２以上の有効断面積を有するファイバとして定義される。それゆえ、光ファイバスパン８１２Ａおよび８２２ＣはＤＬファイバで構成されてもよい。この場合、後方光励起増幅器８１３Ｂには、矢印８２７Ａによって表わされる逆方向の光リンクから進路変更された光ポンプパワーが非常に役立つ。一般に、後方光励起増幅器８１３Ｂにおける信号パワーは、スパン８１２Ｂのファイバ減衰が補償されないことに起因して前方光励起増幅器８１３Ａにおける信号パワーよりも小さい。したがって、同じ光励起増幅器および同じポンプパワー量を所与として、より多くの増幅が前方光励起増幅器８１３Ａに比べると後方光励起増幅器８１３Ｂで典型的に実現されうる。換言すると、前方光励起増幅器８１３Ａでは、後方光励起増幅器８１３Ｂと比べて同様の利得を実現するためにより高いポンプパワーが典型的に要求される。
【００６４】
第４光利得段として、また既に示唆したように、ポンプユニット８１１Ｂは、後方ラマンポンプ光パワーを提供して光ファイバ８１２Ｃにおいて後方ラマン増幅を実施する。図９を参照すると、これは、距離Ｄ２とＤ３の間に存在する後方分布ラマン増幅をもたらす
。図９のパワープロファイル９０２は距離Ｄ２とＤ３の間のこの分布利得を示しており、これは前述のようにＤ−およびＤ＋ファイバを使用することによるＤ０とＤ１の間のパワープロファイル９０２の分布利得よりもはるかに大きい。一実施形態では、後方ラマン増幅は、Ｄ２からＤ３までの距離にわたって少なくとも５ｄＢのオン／オフ利得を有するが、さらに高くなりうる。ポンプユニット８１１Ｂの後方ラマンポンプパワーは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサユニット８１５Ｂを用いて光ファイバスパン８１２Ｃに注入される。しかしながら、矢印８１７Ｂに沿って進む後方ラマンポンプ光パワーは、光ファイバスパン８１２Ｃで後方ラマン増幅を実施すると低下する。前述のように、残留後方ラマンポンプ光パワーは、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂを駆動するために使用される。後方光励起増幅器８１３Ｂの後に残る残留量は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂを用いて、西向き光ファイバリンクの前方光励起増幅器８２３Ｂの光駆動に使用される光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂを用いる西向き光ファイバリンクに進路変更される。
【００６５】
第２ノード８０２Ａでは、ディスクリート増幅器８１６Ａが第５光利得段を提供する。たとえば、ディスクリート増幅器８１６Ａは、次の伝送光ファイバ（これが中継器に使用される場合）またはレシーバ（これが端末に配置される場合）に対する光信号を増幅してもよい。図９を参照すると、このディスクリート増幅は、第２ノード８０２Ａに対応する距離Ｄ３において行われてもよい。第２ノード８０２Ａが端末である場合、東向き光信号は、この後、たとえば、図１のレシーバ１１８などの端末レシーバに導かれてもよい。第２ノード８０２Ａが中継器である場合、東向き光信号は、この後、光通信システム内のさらに他のノードに伝送されてもよい（もしかすると、たとえば、色分散補償および利得平坦化フィルタ処理などの他の処理の後に）。図示されてはいないが、西に向かう光信号が東向き光ファイバリンクに出入りしないようにする光アイソレータがあってもよい。
【００６６】
西向き光リンクに関しては、前と同じように五つの利得段があってもよい。考えられる第１利得段としては、光ポンプユニット８２１Ｂによって駆動される分布前方ラマン増幅器として働く光ファイバスパン８２２Ｃがある。第２ノード８０２Ａから第１ノード８０１Ａに伝送される西向き光信号は、西方向に伝達される実際の情報を表わす。一方、ポンプユニット８２１Ｂは、光信号帯の外にある比較的高い周波数（比較的短い波長）を有する光ポンプパワーを伝送する。そのエネルギは、光信号を光学的に増幅するための信号波長に変換される。ポンプユニット８２１Ｂは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２５Ｂを用いて前方ラマンポンプパワーを光ファイバスパン８２２Ｃに入射して、光ファイバスパン８２２Ｃに沿って分布した光信号と共伝播させて光信号を増幅する。
【００６７】
第２利得段として、残留前方ラマン光ポンプパワーは、この後、前方光励起増幅器８２３Ｂを駆動するために使用され、前方光励起増幅器８２３Ｂは、この後、西向き光信号を個別に増幅する。
【００６８】
西向き光ファイバリンクでは、光ファイバスパン８２２Ｃで行なわれた前方ラマン増幅の後にも、また前方光励起増幅器８２３Ｂによる増幅の後にも前方残留光ポンプパワーがまだいくらか残っている。前方残留光ポンプパワーの少なくとも一部、およびもしかすると全部が、前述のように、後方光励起増幅器８１３Ｂで使用される逆方向光ファイバリンクに進路変更される。この前方ラマン光ポンプパワーのこの一般的な進路変更は、一般的に、矢印８２７Ａによって表わされる。西向き光ファイバリンクにおける中間光ファイバ８２２Ｂに残留前方ポンプ光パワーをさらに注入し続けることが認められているものとすると、後方光励起増幅器８１３Ｂで得られる増幅は西向き中間光ファイバスパン８２２Ｂで行われている可能性のある前方ラマン増幅よりも著しく大きいかもしれない。
【００６９】
この進路変更を容易にするために、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂは、
前方光励起増幅器８２３Ｂの西方に配置される。この光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂは、中間光ファイバスパン８２２Ｂに西向き光信号（または少なくともその信号の大部分）を通過させることができるが、東向き光ファイバリンクの別の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂの方向に光ポンプパワーの進路を変更する。光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂは、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂの駆動を助けるためにこの残留光ポンプパワーを後方光励起増幅器８１３Ｂに注入する。一方、前方光励起増幅器８２３Ｂの増幅は、前述のように、矢印８１７Ｂによって表わされるように、東向き光ファイバリンクからの残留後方ラマンポンプ光パワーの進路変更によって強化されてもよい。
【００７０】
西向き光信号は、中間光ファイバスパン８２２Ｂに入り、そこではあまり増幅されない。代わりに、光パワーは、光信号が増幅されずに光ファイバを通過するときの状況として知られるようにほぼ対数的に直線的に減衰する。
【００７１】
第３光利得段として、西向き光信号は西向きマルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａを通過し、この後、後方光励起増幅器８２３Ａによって個別に増幅される。後方光励起増幅器８２３Ａを供給するために使用される光ポンプパワーの一部は、ポンプユニット８２１Ａからの後方ラマンポンプ光パワーの残留量の影響によるものである。残留量は、矢印８１７Ａによって表わされるように、東向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプ光パワーの進路変更の影響によるものである。
【００７２】
第４光利得段として、また既に示唆したように、ポンプユニット８２１Ａは、後方ラマンポンプ光パワーを提供して光ファイバ８２２Ａにおいて後方ラマン増幅を実施する。後方ラマンポンプ光パワーは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサユニット８２５Ａを用いて光ファイバスパン８２２Ａに注入される。しかしながら、矢印８２７Ｂに沿って進む後方ラマンポンプ光パワーは、光ファイバスパン８２２Ａで後方ラマン増幅を実施すると低下する。前述のように、残留後方ラマンポンプ光パワーは、この後、後方光励起増幅器８２３Ａを駆動するために使用される。後方光励起増幅器８２３Ａの後に残る残留量は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａを用いて、東向き光ファイバリンクにおける前方光励起増幅器８１３Ａの光励起に使用される光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａを用いる東向き光ファイバリンクに進路変更される。
【００７３】
第１ノード８０１Ａでは、第５利得段はディスクリート増幅器８２６Ａであってもよく、第１ノード８０１Ａが端末に配置される場合はディスクリート増幅器８２６が次の伝送光ファイバまたはレシーバへの光信号を増幅する。第１ノード８０１Ａが端末である場合、西向き光信号は、この後、たとえば、図１のレシーバ１２８などの端末レシーバに導かれてもよい。ディスクリート増幅器８１６Ａおよび８２６Ａは、電力または光パワーのいずれによって駆動されるにせよ、光を増幅しうる任意の増幅器であってよい。例として、希土類ドープファイバ増幅器（エルビウムドープファイバ増幅器など）、高効率ラマン増幅器、および／または半導体光増幅器（ＳＯＡ）が挙げられる。
【００７４】
第１ノード８０１Ａが中継器である場合、西向き光信号は、この後、光通信システムにおけるさらに他のノードに伝送されてもよい（もしかすると、たとえば、色分散補償および利得平坦化フィルタ処理などの他の処理の後）。図示されてはいないが、東に向かう光信号が西向き光ファイバリンクに出入りしないようにする光アイソレータがあってもよい。
【００７５】
したがって、図８Ａでは、クロスファイバ光パワーの進路変更には以下のような四つの例がある。
Ａ）図８Ａにおいて矢印８１７Ａによって表わされる西向き光ファイバリンク（以下では
「進路変更タイプＡ」と呼ぶ）の後方光励起増幅器の光励起を補うために東向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｂ）図８Ａにおいて矢印８２７Ａによって表わされる東向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＢ」と呼ぶ）の後方光励起増幅器光励起を補うために西向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｃ）図８Ａにおいて矢印８１７Ｂによって表わされる西向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＣ」と呼ぶ）の前方光励起増幅器の光励起を補うために東向き光ファイバリンクからの後方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｄ）図８Ａにおいて矢印８２７Ｂによって表わされる東向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＤ」と呼ぶ）の前方光励起増幅器の光励起を補うために西向き光ファイバリンクからの後方ラマンポンプパワーの進路変更。
【００７６】
図８Ａに示すような進路変更タイプＡの一実施形態は、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８２３Ａの両方を備える。進路変更タイプＡの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８１３Ａまたは８２３Ａのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＢの一実施形態は、前方光励起増幅器８２３Ｂおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの両方を備える。進路変更タイプＢの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８２３Ｂまたは８１３Ｂのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＣの一実施形態は、前方光励起増幅器８２３Ｂおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの両方を備える。進路変更タイプＣの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８２３Ｂまたは８１３Ｂのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＤの一実施形態は、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８２３Ａの両方を備える。進路変更タイプＤの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８１３Ａまたは８２３Ａのいずれか）が採用される。
【００７７】
図８Ａには、進路変更タイプＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのすべてが示されている。しかしながら、本明細書に記載される原理は、これら進路変更タイプがすべて揃っていない場合にも適用されてよい。たとえば、本明細書に記載される原理は、進路変更タイプＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの一つ、二つ、または三つだけが提供される場合にも利点をもたらす可能性がある。
【００７８】
図８Ａを参照すると、光励起増幅器８１３Ａおよび８２３Ａと光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａおよび８１４Ｂは、単一アセンブリ８１８Ａ内に含まれていてもよい。その場合、アセンブリ８１８Ａは、事前に製造されてもよく、たとえば、光接続箱であってもよい。接続箱は、各ファイバ対に対して少なくとも四つのポート、すなわち、東向きファイバ入力端子（たとえば、前方光励起増幅器８１３Ａに隣接した）、東向きファイバ出力端子（たとえば、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａに隣接した）、西向きファイバ入力端子（たとえば、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａに隣接した）、および西向きファイバ出力端子（たとえば、後方光励起増幅器８２３Ａに隣接した）を有することになる。アセンブリ８１８Ａは、東向き光チャネルおよび西向き光チャネルを有する。東向き光チャネルは、前方光励起増幅器８１３Ａと光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａとを含む東向きの入力端子と出力端子の間にある。西向き光チャネルは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａと後方光励起増幅器８２３Ａとを含む西向きの入力端子と出力端子の間にある。
【００７９】
また、アセンブリ８１８Ｂは、前方光励起増幅器８２３Ｂ、後方光励起増幅器８１３Ｂ、ならびに二つの光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂおよび８１４Ｂを含み、アセンブリ８１８Ａについての記載と同様に構成されてよい。しかしながら、アセンブリ８１８Ａは、進路変更タイプＡおよびＤのすべてが採用されるわけではない場合には簡略化されてもよい。たとえば、矢印８１７Ａによって表わされる進路変更タイプＡのみが採
用される場合、後方光励起増幅器８２３Ａは光マルチプレクサ８２４Ａの東方または西方に配置されてよい。さらに、前方光励起増幅器８１３Ａは全く存在しなくてよい。矢印８２７Ｂによって表わされる進路変更タイプＤのみが採用される場合、前方光励起増幅器８１３Ａは光マルチプレクサ８１４Ａの東方または西方に配置されてよい。さらに、後方光励起増幅器８２３Ａは全く存在しなくてよい。アセンブリ８１８Ｂは、一つの進路変更タイプまたは進路変更タイプＢおよびＣしかない場合に同様に簡略化されてもよい。
【００８０】
前述のように、従来の海底中継器技術は、１）分布後方ラマン増幅、２）遠隔ディスクリートＥＤＦＡをさらに励起する分布後方ラマン増幅、または３）ラマン増幅なしの遠隔ディスクリートＥＤＦＡと組み合わせて中継器内にディスクリートエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を使用することによって中継器の間隔を増加させている。図８Ｂは、二つのノードである第１ノード８０１Ｂと第２ノード８０２Ｂの間の先行技術中継器リンク８００Ｂを示す。図８Ａのリンク８００Ａとは対照的に、従来の海底中継器リンク８００Ｂでは、前方ラマン増幅、前方遠隔光励起増幅器（ＲＯＰＡ）、または光ポンプパワーの交差結合も採用していない。その代わりに、海底中継器リンク８００Ｂでは、後方ラマン増幅（東向き光信号の場合にポンプユニット８１１ｂを用いたファイバ８１２ｂ、および西向き光信号の場合にポンプユニット８２１Ａを用いたファイバ８２２Ａによる）を採用してもよい。さらに、後方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーが、遠隔光励起増幅器（ＲＯＰＡ）（すなわち、東向き光信号の場合に遠隔光励起増幅器８１３Ｂ、および西向き光信号の場合に遠隔光励起増幅器８２３Ａ）を駆動するために使用される。一部の従来の海底中継器設計では、ファイバ８１２Ｂおよびファイバ８２２Ｂにおけるラマン増幅が、最大減衰残留パワーをポンプユニット８１１Ｂおよびポンプユニット８２１Ａからそれぞれ後方光励起増幅器８１３Ｂおよび後方光励起増幅器８２３Ａに提供するために、光信号に対して最小限のラマン増幅のみを行なうポンプユニット８１１ｂおよびポンプユニット８２１Ａの波長を選択することによって抑制される。当然ながら、増幅器８２６Ｂおよび増幅器８１６Ｂを使用するディスクリート増幅は、第１ノード８０１Ｂおよび第２ノード８０２Ｂ自体において実施されてもよい。
【００８１】
図９に戻ると、図８Ｂの従来の光リンクを用いて得られる可能性のある光パワー−距離プロファイルの例を示す別のパワープロファイル９０１が示される。前方ラマン増幅がなくかつ前方光励起増幅器がないので、光パワーの対数は距離Ｄ０およびＤ２の間でほぼ直線的に下降する。パワープロファイル９０１は、Ｄ０とＤ１の間と、Ｄ２とＤ３の間のＤ＋ファイバ、ならびにＤ１とＤ２の間のＤ−ファイバのファイバ組成の典型である。さらに、前方および後方の両ラマン増幅が各々これら自体の光励起増幅器とともに採用されるとき、前のパワープロファイル９０１の最大光パワーＰＨ２はパワープロファイル９０２の場合に必要な最大光パワーＰＨ１よりもはるかに高い。最大光パワーＰＨ２は、信号パワープロファイル９０２の最大光パワーＰＨ１よりもはるかに高く、信号品質を劣化させる傾向のある著しい非線形効果をもたらす可能性がある。最大光パワーＰＨ１ははるかに低く、それゆえ、非線形効果に起因するほどの信号劣化に見舞われることはない。さらに、より高い信号パワーＰＨ２は、増幅器ポンプの飽和効果に起因してＤ３におけるディスクリート増幅器により多くの光パワーを必要とし、それゆえ、効率的がさほど良くないかもしれない。さらに、信号プロファイル９０２は、信号品質を改善する信号プロファイル９０１に比べてより高い信号対ノイズ比を有する。
【００８２】
図８Ｃは、新しい海底中継器リンク８００Ｃを示す。ここで、前方および後方の両ラマン増幅は第１ノード８０１Ｃと第２ノード８０２Ｃの間で光信号を伝達するために実施され、前方および後方の両ラマン増幅からの残留光ポンプパワーは同じ光励起増幅器８１３Ａを駆動するために使用される。一実施形態では、前方ラマン増幅のオン／オフ利得は少なくとも１ｄＢであるが、後方ラマン増幅のオン／オフ利得は少なくとも３ｄＢである。前方ラマン増幅は、場合によっては図８Ａのポンプユニット８１１Ａに似ている（ただし
、似ている必要はない）図８Ｃのポンプユニット８１１Ａによってファイバ８１２Ａを通じて提供される。後方ラマン増幅は、場合によっては図８Ａのポンプユニット８１１Ｂに似ている（ただし、似ている必要はない）図８Ｃのポンプユニット８１１Ｂによってファイバ８１２Ｂを通じて提供される。また、第１ノード８０１Ｃおよび第２ノード８０２Ｃは、光信号についてこれら独自のディスクリート増幅を含んでいてもよい。たとえば、第２ノード８０２Ｃは、ディスクリート増幅器８１６Ｃを含むものとして示される。この光増幅は図８Ｃでは一方向の場合（東向き光信号の場合）に対して示されているだけであるが、同じ原理は双方向通信にも適用されてよい。従来の海底中継器リンクと比較して海底中継器リンク８００Ｃについて考えられる一つの優位性は、双方向光ポンピングでは第２ノード８０２Ｃから光励起増幅器８１３Ａまでの距離が後方のみの光ポンピングに比べて増加する可能性があることである。海底中継器リンク８００Ｃについて考えられるもう一つの優位性は、双方向ポンピングからの残留ポンプパワー（ポンプユニット８１１Ｂからの残留ポンプパワーは第１ノード８０１Ｃで受け取られてもよく、ポンプユニット８１１Ａからの残留ポンプパワーは第２ノード８０２Ｃで受け取られてもよい）が情報を伝送するためにポンプ変調技術を用いてノード間通信のために使用される可能性があることである。海底中継器リンク８００Ｃについて考えられるもう一つの優位性は、ポンプユニットの一つが故障した場合に光励起増幅器８１３Ａがなおポンプユニット８１１Ａまたは８１１Ｂの一方からポンプパワーを受け取ることである。
【００８３】
図１０は、本発明の一実施形態から得られる利得の増加を描くパワー−距離光プロファイル図１０００の例を示す。実線で表わされるプロファイルＡは、図８Ａおよび図９に関して前述したように、光結合ポンプが位置Ｄ１およびＤ２にある場合のパワー−距離プロファイルを示す。鎖線で表わされるプロファイル「Ｂ」は、光学的に結合されたポンプがない場合を除く、図８Ａの同じポンプパワーを用いたパワー−距離プロファイルを示す。位置Ｄ１およびＤ２における比較的高いパワーは、図８Ａに示されるような光学的に結合されたポンプによって利得効率が改善された結果である。図１０の光パワープロファイルは、シミュレーションによって得られている。シミュレーションの条件は以下の通りである。
１）Ｄ０からＤ１までの距離は、４０ｋｍであり、ＳＬＡ光ファイバである（「Ｄ＋」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝１０６μｍ２、分散＝２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
２）Ｄ１からＤ２までの距離は、４０ｋｍであり、ＳＬＡ光ファイバである（「Ｄ＋」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝１０６μｍ２、分散＝２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
３）Ｄ２からＤ３までの距離は、４０ｋｍであり、ＩＤＦ光ファイバである（「Ｄ−」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝３０μｍ２、分散＝−４４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
４）前方光励起増幅器と後方光励起増幅器は同じである（ＯＦＳ製Ｒ３７０１４エルビウムファイバ５ｍ）
５）前方ポンプと後方ポンプは同じであり、各々はファイバの入力において１７２ｍＷ、１４８０ｎｍで駆動される。
６）図示された信号プロファイルは５０の信号の平均である。
しかしながら、これらは、一つの特定シミュレーションに関する条件にすぎず、本明細書に記載される原理の適用を多少なりとも制限するものであると解釈されるべきではない。
【００８４】
したがって、図１０におけるプロファイルＡとプロファイルＢを比較する際に、各東向きおよび西向き光ファイバリンクに対して専用の前方および後方光励起増幅器を使用し、東向き光ファイバリンク間のポンプ光パワー結合を通じて、光パワーがより有効に使用されて増幅が実施されることが分かる。
【００８５】
本明細書に記載される実施形態のもう一つの利益は、ラマンポンプユニットの一つが故障したときの通信システムのロバスト性が改善されることである。たとえば、一実施形態では、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８１３Ｂは希土類ドープ増幅器である。図１１は、通常動作（光ポンプ結合がある場合のプロファイルＡ）中および後方ポンプユニット８１１Ｂが故障した場合の図８Ａの東向き光信号に対するこの実施形態のパワー−距離光プロファイル１１００の例を示す。故障の場合、プロファイルＣは、光ポンプ結合が採用されないときのパワー−距離プロファイルを示す。この場合、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）は、信号に対する純損失をもたらす。このプロファイルＣは、光ポンプ結合８２７Ａが図８Ａの西向き前方ポンプユニット８２１Ｂから採用されるときのパワー−距離プロファイルを示すプロファイルＢと比較されてもよい。プロファイルＢの場合、経路８２７Ａから得られる残留ポンプパワーは、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）を励起して後方光励起増幅器８１３Ｂに純利得をもたらす。典型的に、光ポンプ結合（図１１のプロファイルＣ）なしの図８Ａの後方ポンプユニット８１１Ｂの損失は光通信の全損失をもたらすが、この状況（図１１のプロファイルＢ）で光ポンプ結合を使用すると、品質レベルがわずかに低下した状態で光通信を持続することができる。
【００８６】
図１２は、通常動作（光ポンプ結合がある場合のプロファイルＡ）中および前方ポンプユニット８１１Ａが故障した場合の図８Ａの東向き光信号に対する図１１と同じ実施形態のパワー−距離光プロファイル１２００の例を示す。故障の場合、プロファイルＣは、光ポンプ結合が採用されないときのパワー−距離プロファイルを示す。この場合、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）は、信号に対する純損失をもたらす。このプロファイルＣは、光ポンプ結合８２７Ｂが図８Ａの西向き後方ポンプユニット８２１Ａから採用されるときのパワー−距離プロファイルを示すプロファイルＢと比較されてもよい。この場合、経路８２７Ｂから得られた残留ポンプパワーは、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）を励起して前方光励起増幅器８１３Ａに純利得をもたらす。
【００８７】
図１０、図１１、および図１２では故障状況を補償するために追加ポンプパワーが使用されてもよいが、本明細書に記載される光ポンプ共用および結合技術を使用すると比較的少ないポンプパワーがあれば済むことになる。この優位性によって、ポンプ冗長性に対する要求が緩和され、図５のポンプユニット４０１によって示されるように、単一のポンプだけで一つの中継器内で両信号方向に対する部分的な冗長性を提供できる可能性がある。従来の海底中継器の設計では、単一ポンプが故障すると信号品質があまりにも低下してデータ通信を維持できないので、典型的に、新たな冗長ポンプを必要とする（これは海底中継器のコストを押し上げる）。
【００８８】
したがって、各東向きおよび西向き光ファイバリンクに対して専用の前方および後方光励起増幅器を使用することによって、また東向き光ファイバリンク間のポンプ光パワー共用によって、光パワーが増幅を実施するためにより効率的に利用され、より有益な信号パワープロファイルが実現され、有害な非線形効果の減少と高い光信号品質がもたらされる可能性がある。さらに、ポンプの共用によって、単一ポンプユニットは一方向の複数の光利得段だけでなく、逆方向の一つ以上の光利得段も同様に駆動することができる。
【００８９】
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されてもよい。記載された実施形態は、あらゆる点で、制限としてではなく単なる例示として見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意図と等価性の範囲とに入る変更は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底光中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信ネットワークは、ネットワークノード間で高速データを伝送することによって情報化時代の重要な要求に応えている。光ファイバ通信ネットワークは、相互接続光ファイバリンクの集合体を含む。簡単に言うと、光ファイバリンクは、情報を光の形態で光ファイバの中に放出する光信号源を含む。内部反射の原理に基づいて、光信号は光ファイバの中を伝播して最終的には光信号レシーバに受信される。光ファイバリンクが双方向である場合、情報は典型的に別の光ファイバを用いて逆方向に光学的に伝えることができる。
【０００３】
光ファイバリンクは、各々が異なる光ファイバリンク長を必要とする多種多様なアプリケーションで使用される。たとえば、比較的短い光ファイバリンクは、コンピュータとその隣接した周辺装置の間、あるいはローカルビデオソース（ＤＶＤまたはＤＶＲなど）とテレビジョンの間で情報の通信に使用される場合がある。しかしながら、逆に、情報を二つのネットワークノード間で伝えようとするとき、光ファイバリンクは数百ｋｍ、さらには数千ｋｍに及ぶ場合がある。
【０００４】
長距離または超長距離光学系は、およそ数百ｋｍまたは数千ｋｍの長い光ファイバリンクにわたる光信号の伝送を指す。このような長い距離にわたる光信号の伝送は、膨大な技術的課題を提示する。長距離および超長距離光通信の技術の改善には、多大な時間と資源が必要であるかもしれない。このような改善によって、多くの場合、通信が世界中でさらに広範囲に利用されることにつながるので、個々の改善が著しい進展をもたらす可能性がある。それゆえ、このような進展は、個人が地球上のどこに住んでいるかに関わらず、協力し、学習し、ビジネスを行なうなどの人間の能力を高める可能性を秘めている可能性がある。実際に、長距離および超長距離光ファイバ技術は、グローバル経済の成長をさらに容易に促進する可能性のある通信インフラ基幹を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１８９７５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
長距離光リンクの開発者が直面する多くの課題の一つは、信頼性に関わる。長距離光ファイバリンクの長距離の大きい伝送能力によって、このようなリンクはインターネットの機能的な構成要素として、あるいは音声情報を伝達する手段として広く信頼されている。競合する課題は消費電力である。長距離光リンクでは、電力を必要とする場合にリンク内の点（中継器など）において電力が必ずしも得られるとは限らない。このことは、海底にある海底中継器の場合に特に当てはまる。したがって、パワーは、多くの場合、光ケーブルと一体化される導体または光ケーブルに関連する導体を用いて上記のような点に供給される。距離が長くなることから、電力の多くは導体の全長にわたって熱として失われる。
【０００７】
さらに、海底リンクにおける中継器の間隔は、伝送信号の光学的品質、消費電力、およびリンクのコストに影響を与える。一般に、中継器間隔を長くすると、消費電力とリンクコストが減少するので好ましいが、信号品質が低下するので好ましくない。したがって、
比較的長い中継器間隔において信号品質を向上させて電気効率を高める中継器設計は、長距離および超長距離の光学の最先端技術に著しい改善をもたらす。
【０００８】
先行アプローチでは、中継器内でディスクリートエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を、１）分布後方ラマン増幅、２）遠隔ディスクリートＥＤＦＡをさらに励起する分布後方ラマン増幅、または３）ラマン増幅なしの遠隔ディスクリートＥＤＦＡと組み合わせて使用することによって中継器間隔を長くしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書では、前方および後方光励起増幅器（たとえば、遠隔光励起増幅器）の両方を含む海底光リンクに関係する実施形態を説明する。前方光励起増幅器は、前方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーによって駆動される。その一方で、後方光励起増幅器は、後方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーによって駆動される。一実施形態では、前方および後方の光励起増幅器は同じである。前方および後方の光励起増幅器による前方および後方の両方のラマン増幅を使用すると、一部の実施形態では、より長い光リンクスパンおよび／またはより優れた光信号品質が可能になる。双方向通信リンクでは、双方向リンクにおける一方向からの残留光ポンプパワーを双方向リンクにおける逆方向と共用することによってさらなる効率が見込める。
【００１０】
この概要は、請求項の内容の重要な特徴または基本的な特徴を明らかにすることを意図するものではなく、請求項の内容の範囲を決定する際の補助として使用することを意図するものでもない。
【００１１】
前述および他の長所と特徴が得られる方法を説明するために、添付図面を参照して様々な実施形態をさらに具体的に説明する。これらの図面は、実施形態の例を示しているにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでないとの理解の下で、以下の添付図を使用して当該実施形態をさらに具体的かつ詳細に記載し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】二つの光通信端末を含む光通信ネットワークの例を図式的に示す。
【図２】図１のものなど、光通信システムにおいて使用される中継器または端末などの光学装置を図式的に示す。
【図３】追加ラマン増幅とともに使用される追加ポンプユニットがある場合を除く、図２のものなど、光学装置を図式的に示す。
【図４】図３の第２光ポンプユニットによって提供される光ポンプパワーの冗長性を増すかまたは持たせる追加ポンプユニットがある場合を除く、図３の光学装置を図式的に示す。
【図５】図４の第３光ポンプユニットから追加共用経路を提供する追加光パワー分布構成部品がある場合を除く、図４の光学装置を図式的に示す。
【図６】光通信の特定方向に複数の光利得段があることを示す光通信システムを図式的に示す。
【図７】光利得段に関連する可能性のある波長に関する正および負の利得傾斜の例を示す。
【図８Ａ】図１などの光通信ネットワークにおける二つのノードを互いに結合し、各光通信方向に対して前方光励起増幅器および後方光励起増幅器を含み、そこで光励起増幅器が交差結合される光リンクを示す。
【図８Ｂ】海底光リンクの先行技術構成を示す。
【図８Ｃ】図１などの光通信ネットワークにおける二つのノードを結合し、前方および後方の両方向において光励起される遠隔光励起増幅器を含む光リンクを示す。
【図９】図８Ａおよび８Ｂにおいて東方に進む東向き光信号の光パワープロファイルの例を示す。
【図１０】ポンプパワー交差結合を採用するリンク内の光信号プロファイルを、交差結合を採用しない同様のリンクの光パワープロファイルと比較して示す。
【図１１】ポンプパワー交差結合が採用される場合を交差結合が採用されない場合の同様のシステムと比較して、後方ラマンポンプが故障した場合の性能を示す光パワープロファイルを示す。
【図１２】ポンプパワー交差結合が採用される場合を交差結合が採用されない場合の同様のシステムと比較して、前方ラマンポンプが故障した場合の性能を示す光パワープロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に記載される実施形態に従って、海底光中継器は、ほぼ同じ波長の光ポンプパワーが利得段の各々に提供されるように複数の利得段における光ポンプパワーを共用してもよい。傾斜制御メカニズムが、光利得段に供給される光ポンプパワーの量を調整することによって利得の波長依存性を調整してもよい。一実施形態では、前方および後方の両方のラマン増幅からの残留光ポンプパワーが対応する光励起増幅器（たとえば、遠隔光励起増幅器）を駆動するために使用されてもよい。
【００１４】
図１は、本明細書に記載される原理が採用される可能性のある光通信システム１００の例を図式的に示す。光通信システム１００では、光信号を使用することによって情報が第１端末１０１と第２端末１０２の間で伝達される。このアプリケーションで使用される慣例として、第１端末１０１から第２端末１０２に伝わる光信号は「東向き」であると呼ばれるのに対して、第２端末１０２から第１端末１０１に伝わる光信号は「西向き」であると呼ばれる。「東向き」と「西向き」という用語は、逆方向に伝わる二つの光信号を容易に区別できるように使用される技術用語にすぎない。「東向き」と「西向き」という用語を使用することは、図１における構成要素についての実際の地理的関係を暗示するものではなく、光信号の実際の物理的方向を暗示するものでもない。たとえば、たとえ本明細書で使用される慣例が第１端末１０１から第２端末１０２に伝わる「東向き」光信号を有していても、第１端末１０１は第２端末１０２の地理的に東方に位置していてもよい。
【００１５】
一実施形態では、光信号は、波長分割多重（ＷＤＭ）であり、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）である可能性もある。ＷＤＭまたはＤＷＤＭでは、情報は、以後「波長分割光チャネル」と呼ぶ複数の別個の光チャネルで伝送される。各波長分割光チャネルは、光通信に対して特定の周波数を割り当てられる。したがって、ＷＤＭまたはＤＷＤＭ光信号を用いて通信するために、第１端末１０１は「ｎ」個の光トランスミッタ１１１（光トランスミッタ１１１（１）から光トランスミッタ１１１（ｎ）を含み、ここで、ｎは正の整数である）を有していてもよく、各々は対応する東向き波長分割光チャネルで伝送する光トランスミッタである。同様に、第２端末１０２は、光トランスミッタ１２１（１）から１２１（ｎ）を含む「ｎ」個の光トランスミッタ１２１を有していてもよく、各々は、さらに、対応する西向き波長分割光チャネルで伝送する光トランスミッタである。しかしながら、本明細書に記載される原理は、東向き波長分割光チャネルの数が西向き波長分割光チャネルの数と同じである通信に限定されない。さらに、本明細書に記載される原理は、光トランスミッタの各々の正確な構造に限定されない。しかしながら、レーザは特定周波数における伝送に適した光トランスミッタである。とは言うものの、光トランスミッタは各々がたとえ複数のレーザトランスミッタであってもよく、また、ある周波数範囲内で調整可能であってもよい。
【００１６】
東方向への光伝送の東向きチャネルに関しては、第１端末１０１が光マルチプレクサ１１２を用いて光トランスミッタ１１１からの東向き光信号の各々を単一の東向き光信号に多重化し、単一の東向き光信号は、この後、第１ファイバリンク１１４（１）に伝送され
る前にオプションの東向き光増幅器１１３によって光増幅されてもよい。
【００１７】
東向きチャネルと西向きチャネルの各々において、合計「ｍ」個の中継器１１５と「ｍ＋１」個の光ファイバリンク１１４が第１端末１０１と第２端末１０２の間にある。しかしながら、東向きチャネルと西向きチャネルの各々の中継器の数が等しくなくてもよい。中継器を備えない光通信システムでは、単一のファイバリンク１１４（１）しかない上に第１端末１０１と第２端末１０２の間には中継器がないので「ｍ」はゼロになる。中継器を備える光通信システムでは、「ｍ」は一以上となる。中継器が存在する場合、その各々は、電力を消費することによって光信号を増幅する可能性がある。
【００１８】
最後の光ファイバリンク１１４（ｍ＋１）からの東向き光信号は、オプションとして、このとき、オプションの光増幅器１１６によって第２端末１０２において増幅される。東向き光信号は、この後、光デマルチプレクサ１１７を用いて様々な波長分割光チャネルに逆多重化される。様々な波長分割光チャネルは、この後、レシーバ１１８（１）から１８（ｎ）を含む対応する光レシーバ１１８によって受信されて処理されてもよい。
【００１９】
西方向への光伝送の西向きチャネルに関しては、第２端末１０２が光マルチプレクサ１２２を用いて光トランスミッタ１２１（光トランスミッタ１２１（１）から１２１（ｎ）を含む）からの西向き光信号の各々を単一の西向き光信号に多重化する。多重化された光信号は、この後、第２ファイバリンク１２４（ｍ＋１）に伝送される前にオプションの西向き光増幅器１２３によって光増幅されてもよい。西向き光チャネルが東向き光チャネルと対称であれば、前と同じように「ｍ」個の中継器１２５（１２５（１）から１２５（ｍ）と標記された）と「ｍ＋１」個の光ファイバリンク１２４（１２４（１）から１２４（ｍ＋１）と標記された）とがある。中継器を備えない環境では、一つの光ファイバリンク１２４（１）しかない上に西向きチャネルには中継器１２５がないので「ｍ」はゼロになってもよいことを想起すること。
【００２０】
最後の光ファイバ１２４（１）からの西向き光信号は、オプションとして、このとき、オプションの光増幅器１２６によって第１端末１０１において増幅される。西向き光信号は、この後、光デマルチプレクサ１２７を用いて逆多重化されて、個々の波長分割光チャネルはレシーバ１２８（レシーバ１２８（１）から１２８（ｎ）を含む）によって受信されて処理される。第１端末１０１および／または第２端末１０２は、光通信システム１００に示されるすべての要素を必要とするわけではない。たとえば、光増幅器１１３、１１６、１２３、および／または１２６は、一部の構成では使用されないかもしれない。さらに、対応する光増幅器１１３、１１６、１２３、および／または１２６が存在する場合、これらの各々は必要に応じて複数の光増幅器の組合せであってもよい。
【００２１】
多くの場合、中継器間の光路長はほぼ同じである。中継器間の距離は、全端末間光路距離、データ転送速度、光ファイバの品質、ファイバの損失特性、中継器の数（もしあれば）、各中継器に供給可能な電力量（中継器がある場合）などに依存する。しかしながら、高品質単一モードファイバの中継器間（または、中継器を備えないシステムにおける端末間）の典型的な光路長は、約５０ｋｍである可能性があり、実際には、３０ｋｍ以下から９０ｋｍ以上に及ぶ可能性がある。とは言うものの、本明細書に記載される原理では、中継器間の特定の光路距離に限定されず、光路長距離が一つの中継器を備えるセグメントから次の中継器を備えるセグメントまで同じである中継器システムに限定されない。
【００２２】
光通信システム１００は、説明および実例のみを目的として簡素化して表される。本明細書に記載される原理は、はるかに複雑な光通信システム拡張してもよい。本明細書に記載される原理は、各々が多重化ＷＤＭ光信号を伝達する複数のファイバ対がある光通信に適用されてもよい。さらに、本明細書に記載される原理は、一つの方向の一つ以上のファ
イバ対および／または波長分割光チャネルと、別の方向の一つ以上のファイバ対および／または波長分割光チャネルとを分割する一つ以上の分岐ノードがある光通信に適用されてもよい。
【００２３】
図２は、図１の光通信システム１００などの光通信システムで使用される可能性のある光学装置２００を示す。図３から図５は、光学装置３００、４００、および５００を示し、この順序で後続の部品が追加される。ここでは、図２から図５をその順序で説明する。
【００２４】
一実施形態では、一つ以上、あるいはもしかするとすべての東向き中継器１１５と西向き中継器１２５が海底中継器であってもよい。海底中継器は、海洋表面下で動作するように設計される。図１の光通信システム１００で使用される光学装置２００（または装置３００、４００、または５００のいずれか）は、東向き中継器１１５の一つまたは西向き中継器１２５の一つと統合されてもよい。さらに、光学装置２００（すなわち、装置３００、４００、または５００のいずれか）は、海底中継器内に一体化されてもよい。また、光学装置２００（または装置３００、４００、または５００のいずれか）は、光通信システム１００が中継器を備える光学システムであるか中継器を備えない光学システムであるかに関わらず、第１端末１０１と第２端末１０２のうちの一つと一体化されてもよい。光信号は、東向き光信号であっても西向き光信号であってもよく、図２において左から右へ、あるいは右から左へ進んでいてもよい。図２、図３、図４、および図５は、たとえば、光分離、たとえば、光脱分極をもたらす図に示されない追加部品を含んでいてもよい。
【００２５】
たとえば、光学装置２００が図１の第１端末１０１に組み込まれる場合、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１１３であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（１）であってもよい。その場合、光信号は図２において左から右に進む東向き光信号となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１２６であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（１）であってもよい。その場合、光信号は図２において右から左に進む西向き光信号となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は西向き光信号後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２６】
一方、光学装置２００が図１の第２端末１０２に組み込まれる場合、ディスクリート増幅器２３１は図１のディスクリート増幅器１１６であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｍ＋１）であってもよい。その場合、光信号は、図２において右から左に進む東向き光信号となる（つまり、光学装置２００は図１に示されるように、第２端末１０２に適合するように水平にフリップされることになる）。さらに、光ポンプパワーの一部ｋ１は、東向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、ディスクリート増幅器２３１は、図１のディスクリート増幅器１２３であってもよく、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｍ＋１）であってもよい。その場合、光信号は、図２において左から右に進む西向き光信号となる（つまり、この場合も、光学装置２００は図１に示されるように、第２端末１０２に適合するように水平にフリップされることになる）。さらに、光ポンプパワーの一部ｋ１は、西向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２７】
さらに、光学装置２００は、東向き中継器１１５（ｋ）のいずれか一つに組み込まれてもよく、ここで、ｋは１からｍの任意の整数に等しい。その場合、東向き光信号は図２において左から右に進んでいる可能性があり、その場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｋ＋１）となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、光信号が図２において右から左に進む東向き光信号である場合（つまり、光学装置２００は図１に適合するよ
うに水平にフリップされることになる場合）、光学装置が東向き中継器１１５（ｋ）に組み込まれた場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１１４（ｋ）となり、光ポンプパワーの一部ｋ１は東向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２８】
最後に、光学装置２００は、西向き中継器１２５（ｋ）のいずれか一つに組み込まれてもよく、ここで、ｋは１からｍの任意の整数に等しい。その場合、西向き光信号は図２において左から右に進んでいる可能性があり（つまり、光学装置２００は図１に適合するように水平にフリップされることになる）、その場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｋ）となる。その場合、光ポンプパワーの一部ｋ１は、西向き光信号の前方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。あるいは、光信号が図２において右から左に進む西向き光信号である場合、光学装置が西向き中継器１２５（ｋ）に組み込まれた場合、光ファイバスパン２４１は図１の光ファイバスパン１２４（ｋ＋１）となる。その場合、光ポンプパワーの一部ｋ１は西向き光信号の後方ラマン増幅を実施するために使用されることになる。
【００２９】
まず図２を参照すると、光学装置２００は光増幅器を光学的に駆動する光ポンプパワーを提供する光ポンプユニット２０１を含む。光パワー分布メカニズム２１１（これは、たとえば、光カプラであってもよい）は、光ポンプパワーの一部（１−ｋ１）（ここで、ｋは０から１の間の分数で、０および１を含まない）をディスクリート光増幅器２３１（たとえば、光マルチプレクサ２２２を用いて）に分布させ、光ポンプパワーの一部（ｋ１）は分布光増幅を実施する際に使用される光ファイバスパン２４１に（たとえば、光マルチプレクサ２２１を用いて）注入される。光マルチプレクサ２２２によって左からディスクリート光増幅器２３１に光ポンプパワーを導入する代わりに、あるいは導入することに加えて、光マルチプレクサ２２３によって右からディスクリート増幅器２３１に光ポンプパワーが導入されてもよい。しかしながら、簡単にするために、図２を基本とする後続の図面には光マルチプレクサ２２３を示していないが、図３から図５における光マルチプレクサ２２２に加えて、あるいは光マルチプレクサ２２２の代わりに光マルチプレクサ２２３を使用してもよい。
【００３０】
光パワー分布メカニズム２１１が図２から図５に示されるような光カプラである場合、光ポンプパワーは周波数特性を維持するように分布される。光カプラ２１１に適用されるように、これはディスクリート光増幅ユニットに割り当てられる光ポンプパワーの一部の周波数特性が分布光増幅で使用される光ポンプパワーの一部の周波数特性とほぼ同じであることを意味する。
【００３１】
一実施形態では、ディスクリート増幅ユニット２３１は、エルビウムドープファイバ増幅器など（ＥＤＦＡ）などの希土類ドープファイバ増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、または高効率ラマン増幅器である。代替的または追加的に、前方または後方ラマン増幅を実施するために光ポンプパワーの一部ｋ１が採用されてもよい。その場合、ラマン増幅は、典型的に、ディスクリート光増幅よりも多くの光パワーを必要とするので、ｋ１は０よりも１に近くなる可能性があり、光パワーの大部分を光ファイバスパン２４１へのラマン増幅に費やすことができる。一実施形態では、ディスクリート光増幅器がエルビウムドープ光増幅器である場合、ｋ１は、たとえば、８９％であってもよいが、本明細書に記載する原理はこのような特定の実施形態に限定されない。ｋ１が８９％よりも高い場合、あるいは低い場合、さらに最適な性能が実現されるかもしれない。ディスクリート光増幅器２３１がエルビウムドープファイバ増幅器である場合、光ポンプパワーは主として１４００ｎｍから１５２５ｎｍの範囲にある可能性がある。さらに、ラマン増幅が分布増幅メカニズムである場合、光信号は光ポンプパワーの少なくとも大部分よりも長い波長を有するはずである。
【００３２】
図３は、図２の光学装置２００に似ている光学装置３００を示す。しかしながら、この場合、追加光ファイバスパン３４１が示されている。光信号が図２において左から右に進むと、光信号は光ファイバスパン３４１から光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２と、他の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２２とを通って進む可能性があり、そこで光ポンプユニット２０１からの光ポンプパワーの一部と結合される。その場合、光信号がこの組合せによってディスクリート光増幅器２３１に注入される。増幅された信号は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２１を通って光ファイバスパン２４１に達する。あるいは、図２において右から左に進む光信号の場合、光信号は、光ファイバスパン２４１から、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２１と、ディスクリート増幅器２３１と、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ２２２と、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２とを通って光ファイバスパン３４１に進む可能性がある。いずれにしても、光信号は、Ｃ帯の一つ以上の潜在的な波長変調光信号チャネルに加えてＬ帯の一つ以上の波長変調光信号チャネルを含む可能性がある。なお、Ｃ帯は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの範囲の光波長に対応するが、Ｌ帯は１５６５ｎｍから１６２５ｎｍの範囲の光波長に対応する。一実施形態では、光波長のすべてが１５５０ｎｍよりも大きく、ことによると、一つ以上の波長が１５６７ｎｍを超えることすらある。
【００３３】
さらに、光ポンプユニット３０１は、光パワー分布メカニズム３１１によって光ポンプパワーを提供し、光パワー分布メカニズム３１１はこの場合も光カプラであってよい。光パワーの一部ｋ２（ここで、０と１を含まない０と１の間の分数である）が光マルチプレクサ／デマルチプレクサ３２２に提供されて、光ファイバ３４１に伝播され光ファイバリンク３４１において分布ラマン増幅を実施する。図２において右方向に進む光信号の場合、この分布ラマン増幅は後方ラマン増幅となる。図２において左方向に進む光信号の場合、この分布ラマン増幅は前方ラマン増幅となる。光パワーの別の部分（１−ｋ２）は、光カプラ２１１に提供され、そこで、光ファイバリンク２４１における分布ラマン増幅ポンプパワーおよびディスクリート光増幅器ポンプパワー２３１のいずれにも使用されるように分布される。分布ラマン増幅は典型的にディスクリート光増幅器（たとえば、ＥＤＦＡ）よりも多くの光ポンプパワーを必要とするので、ｋ２は０よりも１に近いかもしれない（たとえば、９５％）。
【００３４】
この場合、光ポンプユニット３０１からの光ポンプパワーは上記のように少なくとも三つの利得段、すなわち、第１ラマン増幅利得段（光カプラ３１１と光マルチプレクサ３２２による）、ディスクリート光増幅利得段（光カプラ３１１と、光カプラ２１１と、光マルチプレクサ３２２とによる）、ならびに第２ラマン増幅利得段（光カプラ３１１、光カプラ２１１、光マルチプレクサ２２１による）に使用され、すべてが一つの信号方向である。光ファイバスパン３４１を有するインラインあるいは光ファイバスパン２４１を有するインラインのどこかに光励起増幅器（遠隔光励起増幅器、すなわち「ＲＯＰＡ」）がある可能性を考えると、光ポンプユニット３０１に由来する光ポンプパワーによって完全に支配される四つまたは五つの光利得段があってもよい。
【００３５】
同様に、光ポンプユニット２０１も、１）ディスクリート光増幅器２３１（光カプラ２１１と光マルチプレクサ２２２による）、２）分布ラマン増幅（光カプラ２１１と光マルチプレクサ２２１による）、ならびに３）光ファイバスパン２４１にあるオプションの遠隔光励起増幅器を含む、一方向の複数の光利得段を供する。
【００３６】
図３の光学的共用は、故障に対する重要な予防策を提供する。たとえば、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１はこれら自体が冗長性を備えていてもよい。たとえば、光ポンプユニット２０１は、一方がおそらくバックアップとして使用され、すなわち万が一他の光ポンプが故障した場合に一方の出力を増加させる二つの光ポンプを備えてい
てもよい。同じことは光ポンプユニット３０１についても言える。しかしながら、ユニット２０１内のすべての光ポンプがたとえ故障しても、ディスクリート光増幅器２３１は、光カプラ３１１と光カプラ２１１を通じて光ポンプユニット３０１によってなお少しは光学的に駆動されることになる。ディスクリート光増幅器の性能は光ポンプ２０１または光ポンプ３０１の場合に低下する可能性があるが、他の光ポンプユニット３０１または光ポンプユニット２０１の寄与によって光通信システムの動作が維持される可能性がある。故障の検出時に容易にアクセスできない海底中継器の場合、光ポンプの故障という点から見ても中継器を長期間にわたって使用し続けることが可能であることは重要である。
【００３７】
図４は、図３の光学装置３００に似ている光学装置４００を示す。しかしながら、この場合、追加光ポンプユニット４０１が提供される。この光ポンプパワーの一部ｋ３（たとえば、５０％）は、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ４１２を用いて光ポンプユニット３０１から光ポンプパワーを加えられ、これは二つの光入力を組み合わせて一つの光出力にするための、たとえば、偏光ビームコンバイナ、または別の光学部品であってもよい。この光ポンプパワーの別の一部（１−ｋ３）（たとえば、５０％）は、逆方向に同様に構成された光ポンプユニットに提供されてもよい。この分布は光カプラ４１１によって達成される。たとえば、光ポンプユニット３０１は、主に、光ファイバリンク３４１における東向き光信号の分布ラマン増幅を駆動するので、光ポンプパワーの一部（１−ｋ３）（たとえば、５０％）は西向き光信号の分布ラマン増幅を駆動するために使用されてもよい。この場合、追加光ポンプユニット４０１は、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１のいずれか一方または両方が故障した場合にすべての光利得段をさらに保護する。また、光ポンプユニット２０１、３０１、および４０１は、主に同じ波長範囲（たとえば、１４００から１５２５ｎｍ、および一例では、１４８０ｎｍ）の光ポンプパワーを提供してもよい。光学装置４００の一実施形態では、ポンプユニット４０１の一部ｋ３は、ポンプユニット３０１の完全な故障がポンプユニット４０１の一部ｋ３によって十分に補償されるようにポンプユニット３０１に対して十分な冗長性を備える。光学装置４００の別に実施形態では、ポンプユニット４０１の一部ｋ３はポンプユニット３０１に対して部分冗長性を備える。
【００３８】
それゆえ、光ポンプパワーの同じ波長は、ディスクリート光増幅器（エルビウムドープ光増幅器、前方遠隔光励起増幅器、および／または後方遠隔光励起増幅器など）および分布光増幅器（後方および／または前方ラマン増幅器など）を駆動するために使用されてもよい。光ポンプ波長におけるこの共通性によって、複数の利得段にわたって光ポンプパワーを共用することができる。また、この共通性によって、光ポンプパワーの相互共用を実施することで各利得段の光パワーを比較的少ない数のポンプから得ることができる。
【００３９】
図５は、図４の光学装置４００に似ている光学装置５００を示す。しかしながら、この場合、たとえば、光カプラであってもよい二つの追加光パワー分布部品である第１追加パワー部品５１１と第２追加パワー部品５１２が備えられる。光カプラ５１１は、光ポンプユニット４０１から供給される光ポンプパワーの一部（１−ｋ４）を使用し、残りのｋ４は光カプラ４１１に供給される。この後、光ポンプユニット４０１からの光ポンプパワーの一部（１−ｋ４）は、光カプラ５１２に供給され、そこで、光カプラ３１１において光ポンプ３０１によって供給される光ポンプパワーを加えるための一部ｋ５と他の方向においておそらく同様の構造で使用される部分（１−ｋ５）とに分割されてもよい。一実施形態では、ｋ４は９０％であってもよいが、ｋ５は５０％であってもよい。これは、一部の追加ポンプパワーをポンプ故障の影響を軽減するディスクリート光増幅器２３１に加える効果を有する。このさらなる補正は、光ポンプユニット２０１と光ポンプユニット３０１のいずれか一方または両方を故障に対してさらに保護する。光カプラ４１１がポンプユニット４０１からのポンプパワーの一部をポンプマルチプレクサ／デマルチプレクサ４１２に似ているかまたはこれと対称的な他の信号方向のポンプマルチプレクサ／デマルチプレ
クサに供給する場合と、光カプラ５１２がポンプユニット４０１からのポンプパワーの一部を光カプラ３１１に似ているかまたは対称的な他の信号方向の光カプラに供給する場合、ポンプユニット４０１は両方向のすべての他のポンプユニットに対して少なくとも部分冗長性を備え、したがって、他のポンプユニットにおけるポンプの故障から両方向のすべてアクセス可能な利得段を少なくとも部分的に保護する。光学装置５００の一実施形態では、ｋ１＝８９％、ｋ２＝９５％、ｋ３＝５０％、ｋ４＝９０％、およびｋ５＝５０％であり、これによって、以下のような（他の透過率を無視した）おおよそのポンプ共用がもたらされる。すなわち、ポンプユニット３０１の９５％［ｋ２］はファイバスパン３４１に向けられ、ポンプユニット３０１の４．５％［（１−ｋ２）ｋ１］はディスクリート光増幅器２３１に向けられ、ポンプユニット３０１の０．６％［（１−ｋ２）（１−ｋ１）］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット２０１の８９％［ｋ１］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット２０１の１１％［（１−ｋ１）］はディスクリート光増幅器２３１に向けられ、ポンプユニット４０１の４３％［ｋ４ｋ３ｋ２＋（１−ｋ４）ｋ５（１−ｋ２）］は光ファイバスパン３４１に向けられ、ポンプユニット４０１の０．８％［ｋ４ｋ３（１−ｋ２）（１−ｋ１）＋（１−ｋ４）ｋ５ｋ２（１−ｋ１）］は光ファイバスパン２４１に向けられ、ポンプユニット４０１の６．２％［ｋ４ｋ３（１−ｋ２）ｋ１＋（１−ｋ４）ｋ５ｋ２ｋ１］はディスクリート光増幅器２３１に向けられる。
【００４０】
図２から図５の光ポンプユニットは、現存するものであれ、将来開発されるものであれ、いかなる光ポンプユニットであってもよい。単なる例として、光ポンプユニットは外部波長選択回折格子を備えるファブリペロー光キャビティを採用するポンプであってもよい。代替実施形態では、図２から図５の光ユニットは、ファブリペローベースの光ポンプよりも効率が高く低い相対強度ノイズを有しうる分布フィードバックレーザであってもよい。とは言うものの、図２から図５の光ポンプユニットのすべてが同じタイプのものである必要はない。
【００４１】
図６は、光通信経路６００における唯一の方向を示す光通信システムを示す。この場合、具体的な方向は東方であるが、原理は西方にも適用される。東向き光通信経路６００は、最大五つ以上の光学的に駆動される利得段を含む可能性がある。これらは、光増幅器６０１、６０２、６０３、６０４、および６０５を含むものとして示される。光ポンプネットワーク６１０は一つ以上のポンプを含む。光ポンプネットワーク６１０は、二つの光ポンプである第１光ポンプ６１１と第２光ポンプ６１２を含むものとして象徴的に示されているが、長円６１３は光ポンプネットワーク６１０に三つ以上、あるいはもしかすると唯一のポンプユニットがあることを表わす。各ポンプユニットは、信号光通信方向に二つ、三つ、四つ、五つ、またはさらに多くの光利得段を光学的に駆動するように構成されてもよい。これは、矢印６２１から６２５によって象徴的に表わされる。
【００４２】
図３では、たとえば、ポンプネットワークは、第１ポンプ２０１と第２ポンプ３０１を含み、第１ポンプユニット２０１は、１）ディスクリート光増幅器２３１、２）ファイバスパン２４１における分布ラマン増幅器、および３）場合によってファイバスパン２４１に存在する遠隔光励起増幅器を含む最大三つの光利得段を光学的に駆動する。図３における第２ポンプユニット３０１は、１）ファイバスパン２４１における第１分布ラマン増幅器、２）場合によってファイバスパン２４１に存在する第１遠隔光励起増幅器、３）ディスクリート光増幅器２３１、４）ファイバスパン３４１における第２分布ラマン増幅器、および５）場合によってファイバスパン３４１に存在する第２遠隔光励起増幅器を含む最大五つの光利得段を光学的に駆動する。さらに、図８Ａと図９に関して記載される交差結合構成では、第１ポンプユニット２０１と第２ポンプユニット３０１は各々が同様に逆方向の利得段の光駆動に寄与してもよい。
【００４３】
図４と図５では、たとえば、ポンプネットワークは、第１ポンプ２０１、第２ポンプ３０１、および第３ポンプ４０１を含む。第１ポンプ２０１は、前述のように、最大三つの光利得段を光励起する。第２ポンプ３０１は、最大五つの光利得段を光励起する。しかしながら、図４および図５では、第３光ポンプ４０１はさらに五つすべての光励起利得段に光ポンプパワーを供給する。
【００４４】
光利得段６０１から６０５の一つ以上は、異なる波長の光を違った形で光増幅してもよい。たとえば、光利得段の一つ以上は、光信号の少なくとも波長範囲内でより大きい利得で比較的長い波長の光を光増幅する（以後、「波長に対する正の利得傾斜」光利得段、あるいはもしかすると簡単に「正の利得傾斜」光利得段と呼ぶ）。光利得段の別の一つ以上は、光信号の少なくとも波長範囲内でより小さい利得で比較的長い波長の光を光増幅する（以後、「波長に対する負の利得傾斜」光利得段、あるいはもしかすると簡単に「負の利得傾斜」光利得段と呼ぶ）。
【００４５】
ポンプネットワーク６１０は、システム全体が利得全体において正の波長依存性を有するか、それとも負の波長依存性を有するかを測定する傾斜制御メカニズム６１５を含んでいてもよい。全体的に波長に対する正の利得傾斜がある場合、傾斜制御メカニズム６１５は、負の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを増加させかつ／または正の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを減少させることによって対応してもよい。全体的な利得に負の波長依存性がある場合、傾斜制御メカニズム６１５は負の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを減少させかつ／または正の利得傾斜光利得段に供給される光パワーを増加させることによって対応してもよい。
【００４６】
図７は、１４８０ｎｍの単一光ポンプ波長が光利得段を駆動するために使用されるときの光利得段の正および負の波長依存性の例７００を示す。曲線７０１は、１４８０ｎｍの光ポンプが適用されるときの典型的なエルビウム利得プロファイルを示す。曲線７０２は、１４８０ｎｍの光ポンプが適用されるときのラマン利得プロファイルを示す。図３では、たとえば、ディスクリート光増幅器２３１はエルビウム利得段であってもよく、ラマン利得段は光ファイバ３４１または光ファイバ２４１において分布ラマン増幅でありうる。たとえ、ポンプ３０１のポンプ波長とポンプ２０１のポンプ波長がほぼ同じであっても、ポンプ３０１とポンプ２０１の波長依存性は結合比ｋ１とｋ２を調整することと、スパン３４１、２４１のファイバタイプを選択することとのうちの少なくとも１つによって制御されうる。たとえば、光ファイバ３４１において比較的高いラマン利得を有する高い結合比ｋ２＞０．９の小さいコア断面積ファイバはポンプ３０１への正の波長依存性を形成するが、ディスクリート光増幅器２３１の利得と結合された光ファイバ２４１において比較的低いラマン利得を有する大きいコア断面積ファイバはポンプ２０１への負の波長依存性を形成する。たとえば、ｋ１が８９％に選択され、ｋ２が９５％に選択され、信号方向が左から右であり、ファイバスパン３４１が４０ｋｍのＩＤＦファイバ（３０μｍ２の有効断面積を有するＯＦＳ製）であり、ファイバスパン２４１が４０ｋｍのＳＬＡファイバ（１０６μｍ２の有効断面積を有するＯＦＳ製）であり、ファイバスパン２４１の遠隔光励起増幅器がポンプマルチプレクサ ２２１から４０ｋｍにある８ｍのエルビウムドープファイバ（ＯＦＳ製Ｒ３７０１４）であり、ディスクリート光増幅器２３１がエルビウムドープファイバ（１５ｍのＲ３７００３Ｘまたは同様のＯＦＳ製）であり、ポンプユニット３０１が１４８０ｎｍにおいて０．２５Ｗであり、ポンプユニット２０１が１４８０ｎｍにおいて０．２５Ｗであるとしよう。その場合、ポンプユニット３０１の光利得はポンプパワーが増加されるときに正の波長依存性を有し、ポンプユニット２０１はポンプパワーが増加されるときに負の波長依存性を有する（あるいは、ポンプパワーが減少すると反対の波長依存性を有する）。この例では、ファイバスパン３４１ではファイバの有効断面積が小さいためにラマン利得が高く、ファイバスパン２４１ではファイバの有効断面積が大きいためにラマン利得が低いが、エルビウムドープ利得は高く主としてポンプユニット２
０１によって駆動される。
【００４７】
したがって、本明細書に記載される原理は、光通信システムの信頼性と性能を向上させる可能性のある有効なメカニズムを提供する。図８Ａと図９は、本明細書に記載される原理が機能する可能性のある具体的な環境を示すために提供されているが、本明細書に記載される一般的原理はその環境に限定されない。図８Ａと図９の環境は、前方と後方の両方の遠隔光励起増幅器を提供しており、前方遠隔光励起増幅器は残留前方ラマン光ポンプパワーを使用する場合に対応し、後方遠隔光励起増幅器は残留後方ラマン光ポンプパワーを使用する場合に対応する。
【００４８】
図８Ａは、光通信ネットワークにおいて二つのノードである第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａを接続する光リンク８００Ａを示す。たとえば、光リンク８００Ａが図１の光通信システム１００において使用され、かつ光通信システム１００が中継器を備えないシステムである場合、第１ノード８０１Ａは第１端末１０１であってもよく、第２ノード８０２Ａは第２端末１０２であってもよい。しかしながら、中継器を備える環境では、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａは、一端が端末であり他端が中継器セットであってもよい。たとえば、第１ノード８０１Ａは、図１の第１端末１０１であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の中継器セット１１５（１）および１２５（１）であってもよい。一方、第１ノード８０１Ａは、図１の中継器セット１１５（ｍ）および１２５（ｍ）であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の第２端末１０２であってもよい。中継器を備える環境に複数の中継器（すなわち、ｍ＞１）がある場合、第１ノード８０１Ａおと第２ノード８０２Ａはいずれも中継器セットである可能性がある。一般的には、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａがいずれも中継器セットである場合、第１ノード８０１Ａは、図１の中継器セット１１５（ｋ）および１２５（ｋ）であってもよいが、第２ノード８０２Ａは、図１の中継器セット１１５（ｋ＋１）および１２５（ｋ＋１）であってもよい。ここで、ｋは１から最大ｍ−１までの任意の正整数である。
【００４９】
たとえば、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａはそれぞれ、図２、図３、図４、または図５の光学装置２００、３００、４００、または５００を備えていてもよい。たとえば、図８Ａのポンプユニット８１１Ａ、ポンプマルチプレクサ８１５Ａ、およびファイバスパン８１２Ａは、図５のそれぞれ、ポンプユニット２０１、ポンプマルチプレクサ２２１、およびファイバスパン２４１に対応していてもよく、図８Ａのポンプユニット８１１Ｂ、ポンプマルチプレクサ８１５Ｂ、ディスクリート増幅器８１６Ａ、およびファイバスパン８１２Ｃは、図５のそれぞれ、ポンプユニット３０１、ポンプマルチプレクサ３２２、ディスクリート増幅器２３１、およびファイバスパン３４１に対応していてもよく、図８Ａの前方光励起増幅器（ＯＰＡ）８１３Ａは、図５のファイバスパン２４１における遠隔光励起増幅器に対応していてもよく、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂは図５のファイバスパン３４１における遠隔光励起増幅器に対応していてもよい。第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａは、図２、図３、図４、または図５のポンプ分布部品２１１、３１１、４１１、４１２、５１１、および／または５１２を備えていてもよいが、これは図８Ａにおいて明確に示されていない。同様の対応は、リンク８００Ａの西向き光信号の経路にある部品に対する第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａにも適用されてよい。この記述を読むと、図２、図３、図４、および図５に記載される原理が光リンク８００Ａに適用されてもよいことは当業者には明らかになろう。
【００５０】
光リンク８００Ａは、双方向性であり、東向きファイバリンクと西向きファイバリンクを含む。東向きファイバリンクは、東向き光信号を第１ノード８０１Ａから第２ノード８０２Ａに伝播する。西向きファイバリンクは、西向き光信号を第２ノード８０２Ａから第１ノード８０１Ａに伝播する。しかしながら、「東向き」と「西向き」という用語は、本明細書では、一つの信号を別の信号と区別するためにのみ使用され、何らかの実際の地理
的関係や方向を表わすために使用されるものではないことを想起すること。また、東向きファイバリンク内の部品または利得段は本明細書において「東向き」という用語によって置き換えられる場合があり、西向きファイバリンク内の部品または利得段は本明細書において「西向き」という用語によって置き換えられる場合がある。
【００５１】
東向きファイバリンクは、最初の東向き光ファイバスパン８１２Ａと、東向き前方光励起増幅器（ＯＰＡ）８１３Ａと、第１東向き光マルチプレクサ／デマルチプレクサ（「ｍｕｘ／ｄｅｍｕｘ」）８１４Ａと、東向き中間光ファイバスパン８１２Ｂと、第２東向き光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂと、後方光励起増幅器８１３Ｂと、最後の東向き光ファイバスパン８１２Ｃとを通じて東向き光信号を第２ノード８０２Ａに伝送する。その際に、光信号は、各方向に対して多くの利得段を通過してもよい。たとえば、東向き光信号は、前方ラマン増幅利得段８１２Ａ、前方光励起増幅器８１３Ａ、後方遠隔光励起増幅器８１３Ｂ、後方ラマン増幅利得段８１２Ｃ、および第２ノード８０２Ａにおけるディスクリート利得段８１６Ａを通過する可能性があってもよい。
【００５２】
なお、「前方」および「後方」光励起増幅器という用語は、信号方向に対する光ポンプの方向を指しており、それにより、「前方」光励起増幅器の光ポンプは信号と同じ方向にあり、「後方」光励起増幅器の光ポンプは信号と逆の方向にある。
【００５３】
東向き光リンクに対して考えられる第１利得段として、光ファイバスパン８１２Ａは、光ポンプユニット８１１Ａによって駆動される分布前方ラマン増幅器としての機能を果たす。第１ノード８０１Ａから第２ノード８０２Ａに伝送される東向き光信号は、東方に伝達される実際の情報を表わす。一方、ポンプユニット８１１Ａは、光信号帯の外にある比較的高い周波数（比較的短い波長）を有する光ポンプパワーを伝送する。そのエネルギは、光信号を光学的に増幅するための信号波長に変換される。ポンプユニット８１１Ａは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１５Ａを用いて前方ラマンポンプパワーを光ファイバスパン８１２Ａに入射して、光ファイバスパン８１２Ａに沿って分布した光信号と共伝播させて光信号を増幅する。
【００５４】
図９は、二つのパワーと距離光プロファイル９０１と９０２のパワーと距離光プロファイル図９００の例を示す。実線で描かれたパワープロファイル９０２は、すべての図示された利得段が存在する場合に光信号が図８Ａの東向きファイバリンクを進むときの光信号パワーを示す。西向き光リンクに対するパワーと距離プロファイルの例は示されていないが、パワーと距離プロファイルはパワープロファイル９０２に似ていてもよく、ただし、反転されている。とは言うものの、東向きと西向きの光ファイバリンクの光パワープロファイルの対称性は必要でない。図９では、パワープロファイル９０２の最大パワーがＰＨ１として示されている。位置Ｄ０およびＤ３は、それぞれ、第１ノード８０１Ａおよび第２ノード８０２Ａの位置を表わす。位置Ｄ１およびＤ２は、それぞれ、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの位置を表わす。
【００５５】
光ファイバスパン８１２Ａにおける距離Ｄ０とＤ１の間に存在する第１利得段では、前方ラマン増幅はパワープロファイル９０２における光信号の減衰を最初は遅らせるが、前方ラマン増幅は距離Ｄ０から離れて衰えるにつれて、光ファイバのほぼ対数的に直線の減衰が目立つようになる。とは言うものの、光ファイバの減衰が目立つときでも、前方ラマン増幅は前方ラマン増幅が無い場合に存在する減衰に比べると光ファイバの減衰を緩和してなお余りある。一実施形態では、前方ラマン増幅は、Ｄ０からＤ１までの距離にわたって少なくとも１ｄＢのオン／オフ利得を有するが、はるかに高くなりうる。この記述および特許請求の範囲では、ある距離にわたるラマン増幅の「オン／オフ」利得は、その距離にわたるラマン増幅なしで発生する信号パワーと比較したその距離にわたるラマン増幅によって生じる一つ以上の信号波長の少なくとも一つの光信号パワーの増加を指している。
図９は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、また実際の光パワー−距離プロファイルを伝えることを必ずしも意図するものではなく、パワープロファイルを一般的に記述するために使用されるにすぎない。
【００５６】
図８Ａに戻ると、第２利得段として、前方残留ラマン光ポンプパワーが、この後、前方光励起増幅器８１３Ａを駆動するために使用され、前方光励起増幅器８１３Ａは、この後、東向き光信号を増幅する。前方光励起増幅器８１３Ａは、ディスクリート増幅器として示されているが、ファイバスパン８１２Ａの全部または一部にわたって分布されてもよい。図８Ａに示される光励起増幅器８１３Ａ、８１３Ｂ、８２３Ａ、および８２３Ｂは、「遠隔光励起増幅器」すなわち（ＲＯＰＡ）とより一般的に呼ばれるものであってもよい。しかしながら、「遠隔」という用語は相対的であるので本特許出願には望ましくない。しかしながら、一実施形態では、光励起増幅器は最も近い中継器または端末からの光路距離が少なくとも３０ｋｍであり、第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａの間の光路距離は、少なくとも１００ｋｍであるが、さらに、３００ｋｍよりも大きくてもよく、おそらく、さらに５００ｋｍを超えてもよい。図９を参照すると、距離Ｄ１におけるパワープロファイル９０２のディスクリート増幅は前方光励起増幅器８１３Ａの結果である。
【００５７】
光励起増幅器８１３Ａ、８１３Ｂ、８２３Ａ、および８２３Ｂは、各々が任意の光励起増幅器であってもよい。例として、希土類ドープファイバ増幅器（エルビウムドープファイバ増幅器）、光励起半導体増幅器、またはおそらく高効率ラマン増幅器が挙げられる。
【００５８】
なお、光リンク８００Ａでは、各方向に前方光励起増幅器および後方光励起増幅器がある。たとえば、東向きチャネルの場合、前方光励起増幅器８１３Ａは第１ノード８０１Ａにより隣接しており、後方光励起増幅器８１３Ｂは第２ノード８０２Ａにより隣接している。このため、光励起増幅器を駆動するために前方および後方残留ラマン光ポンプパワーをより効率よく利用することができ、このこと自体が技術の著しい進歩を表わしており、ほかのすべての条件が同じであるものとして第１ノード８０１Ａと第２ノード８０２Ａの距離の延長が可能になる。また、西向きチャネルも第２ノード８０２Ａにより隣接している前方光励起増幅器８２３Ｂと、第１ノード８０１Ａにより隣接している後方光励起増幅器８２３Ａとを有し、西向き光チャネルに対しても効率改善をもたらす可能性がある。この光パワーのこのような有効利用は、電力が非常に高くつく海底中継器においては特に有益である。
【００５９】
東向き光ファイバリンクに戻ると、光ファイバスパン８１２Ａで行なわれた前方ラマン増幅の後にも、また前方光励起増幅器８１３Ａによる増幅の後にも前方残留光ポンプパワーがまだいくらか残っている。前方残留光ポンプパワーの少なくとも一部、およびもしかすると全部が、後方光励起増幅器８２３Ａで使用される逆方向光ファイバリンクに進路変更される。この前方ラマン光ポンプパワーのこの一般的な進路変更は、一般的に、矢印８１７Ａによって表わされる。東向き光ファイバリンクにおける中間光ファイバ８１２Ｂに残留前方ポンプ光パワーをさらに注入し続けることが認められているものとすると、後方光励起増幅器８２３Ａで得られる増幅は、東向き中間光ファイバスパン８１２Ｂで行われている可能性のある前方ラマン増幅よりも著しく大きくてもよい。
【００６０】
この進路変更を容易にするために、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａは前方光励起増幅器８１３Ａの東に配置される。この光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａは、中間光ファイバスパン８１２Ｂに東向き光信号（またはその信号の少なくとも大部分）を通過させることができるが、西向き光ファイバリンクの別の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａの方向に光ポンプパワーを進路変更する。光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａは、この後、後方光励起増幅器８２３Ａの駆動を助けるためにこの残留光ポンプパワーを後方光励起増幅器８２３Ａに注入する。一方、前方光励起増
幅器８１３Ａの増幅は、西向き光ファイバリンクからの残留後方ラマンポンプ光パワーの進路変更によって強化されてもよい。これは、一般的に、矢印８２７Ｂによって表わされる。しかしながら、この進路変更については以下でさらに詳しく説明する。
【００６１】
東向きチャネルに戻ると、東向き光信号は中間光ファイバスパン８１２Ｂに入り、ここでは、東向き光信号はたとえ増幅されるにしてもわずかである。代わりに、図９を参照すると、光パワーは、Ｄ１とＤ２の間の距離でほぼ対数的に直線的に減衰し、これは光ファイバスパン８１２Ｂの長さおよび減衰に対応する。
【００６２】
第３光利得段として、光信号は第２東向きマルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂを通過し、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂによって増幅される。後方光励起増幅器８１３Ｂは、ディスクリート増幅器として示されているが、ファイバスパン８１２Ｃの全体または一部にわたって分布されてもよい。後方光励起増幅器８１３Ｂに供給するために使用される光ポンプパワーの一部は、ポンプユニット８１１Ｂからの後方ラマンポンプ光パワーの残留量の影響によるものである。残留量は、矢印８２７Ａによって表わされるような逆方向の光ファイバリンクからの前方ラマンポンプ光パワーの進路変更の影響によるものである。西向き光リンクの前方ラマンポンピングが効率的でなければ、東向き光リンクに進路変更される十分な量の前方光ポンプパワーが残っているかもしれない。
【００６３】
一実施形態では、東向き信号の光ファイバスパン８１２Ｃ（および西向き信号の光ファイバスパン８２２Ａ）において実施される後方ラマン増幅は、光ファイバスパン８１２Ａにおける東向き信号（および光ファイバスパン８２２Ａにおける西向き信号）の前方ラマン増幅と比べてきわめて効率的であり、光ファイバスパン８１２Ｃでは強力な分布利得を得ることができる。しかしながら、この高利得は、後方光励起増幅器８１３Ｂを駆動するために残っている残留光ポンプパワーが比較的少ないことを意味する。したがって、西向き光リンクから進路変更された前方ラマンポンプ光パワー８２７Ａ（および東向き光リンクからの８１７Ａ）は、東向きファイバリンクの後方光励起増幅器８１３Ｂ（および西向きファイバリンクの後方光励起増幅器８２２Ａ）を光励起するために使用されるときに非常に役立つ。一実施形態では、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａは、主に、負の色分散（Ｄ−）ファイバであり、あるいは、光の伝播に対して少なくとも比較的小さい有効断面積を有する。この記述および特許請求の範囲では、「ＤＳファイバ」は分散特性と無関係に６５μｍ２以下の有効断面積を有するファイバとして定義される。それゆえ、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａは、ＤＳファイバで構成されてもよい。一方、光ファイバスパン８１２Ａおよび８２２Ｃは、正の色分散（Ｄ＋）ファイバである可能性があり、あるいは、光ファイバスパン８１２Ｃおよび８２２Ａと比べて少なくとも比較的大きい有効断面積を有する。この記述および特許請求の範囲では、「ＤＬファイバ」は分散特性と無関係に６５μｍ２以上の有効断面積を有するファイバとして定義される。それゆえ、光ファイバスパン８１２Ａおよび８２２ＣはＤＬファイバで構成されてもよい。この場合、後方光励起増幅器８１３Ｂには、矢印８２７Ａによって表わされる逆方向の光リンクから進路変更された光ポンプパワーが非常に役立つ。一般に、後方光励起増幅器８１３Ｂにおける信号パワーは、スパン８１２Ｂのファイバ減衰が補償されないことに起因して前方光励起増幅器８１３Ａにおける信号パワーよりも小さい。したがって、同じ光励起増幅器および同じポンプパワー量を所与として、より多くの増幅が前方光励起増幅器８１３Ａに比べると後方光励起増幅器８１３Ｂで典型的に実現されうる。換言すると、前方光励起増幅器８１３Ａでは、後方光励起増幅器８１３Ｂと比べて同様の利得を実現するためにより高いポンプパワーが典型的に要求される。
【００６４】
第４光利得段として、また既に示唆したように、ポンプユニット８１１Ｂは、後方ラマンポンプ光パワーを提供して光ファイバ８１２Ｃにおいて後方ラマン増幅を実施する。図９を参照すると、これは、距離Ｄ２とＤ３の間に存在する後方分布ラマン増幅をもたらす
。図９のパワープロファイル９０２は距離Ｄ２とＤ３の間のこの分布利得を示しており、これは前述のようにＤ−およびＤ＋ファイバを使用することによるＤ０とＤ１の間のパワープロファイル９０２の分布利得よりもはるかに大きい。一実施形態では、後方ラマン増幅は、Ｄ２からＤ３までの距離にわたって少なくとも５ｄＢのオン／オフ利得を有するが、さらに高くなりうる。ポンプユニット８１１Ｂの後方ラマンポンプパワーは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサユニット８１５Ｂを用いて光ファイバスパン８１２Ｃに注入される。しかしながら、矢印８１７Ｂに沿って進む後方ラマンポンプ光パワーは、光ファイバスパン８１２Ｃで後方ラマン増幅を実施すると低下する。前述のように、残留後方ラマンポンプ光パワーは、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂを駆動するために使用される。後方光励起増幅器８１３Ｂの後に残る残留量は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂを用いて、西向き光ファイバリンクの前方光励起増幅器８２３Ｂの光駆動に使用される光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂを用いる西向き光ファイバリンクに進路変更される。
【００６５】
第２ノード８０２Ａでは、ディスクリート増幅器８１６Ａが第５光利得段を提供する。たとえば、ディスクリート増幅器８１６Ａは、次の伝送光ファイバ（これが中継器に使用される場合）またはレシーバ（これが端末に配置される場合）に対する光信号を増幅してもよい。図９を参照すると、このディスクリート増幅は、第２ノード８０２Ａに対応する距離Ｄ３において行われてもよい。第２ノード８０２Ａが端末である場合、東向き光信号は、この後、たとえば、図１のレシーバ１１８などの端末レシーバに導かれてもよい。第２ノード８０２Ａが中継器である場合、東向き光信号は、この後、光通信システム内のさらに他のノードに伝送されてもよい（もしかすると、たとえば、色分散補償および利得平坦化フィルタ処理などの他の処理の後に）。図示されてはいないが、西に向かう光信号が東向き光ファイバリンクに出入りしないようにする光アイソレータがあってもよい。
【００６６】
西向き光リンクに関しては、前と同じように五つの利得段があってもよい。考えられる第１利得段としては、光ポンプユニット８２１Ｂによって駆動される分布前方ラマン増幅器として働く光ファイバスパン８２２Ｃがある。第２ノード８０２Ａから第１ノード８０１Ａに伝送される西向き光信号は、西方向に伝達される実際の情報を表わす。一方、ポンプユニット８２１Ｂは、光信号帯の外にある比較的高い周波数（比較的短い波長）を有する光ポンプパワーを伝送する。そのエネルギは、光信号を光学的に増幅するための信号波長に変換される。ポンプユニット８２１Ｂは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２５Ｂを用いて前方ラマンポンプパワーを光ファイバスパン８２２Ｃに入射して、光ファイバスパン８２２Ｃに沿って分布した光信号と共伝播させて光信号を増幅する。
【００６７】
第２利得段として、残留前方ラマン光ポンプパワーは、この後、前方光励起増幅器８２３Ｂを駆動するために使用され、前方光励起増幅器８２３Ｂは、この後、西向き光信号を個別に増幅する。
【００６８】
西向き光ファイバリンクでは、光ファイバスパン８２２Ｃで行なわれた前方ラマン増幅の後にも、また前方光励起増幅器８２３Ｂによる増幅の後にも前方残留光ポンプパワーがまだいくらか残っている。前方残留光ポンプパワーの少なくとも一部、およびもしかすると全部が、前述のように、後方光励起増幅器８１３Ｂで使用される逆方向光ファイバリンクに進路変更される。この前方ラマン光ポンプパワーのこの一般的な進路変更は、一般的に、矢印８２７Ａによって表わされる。西向き光ファイバリンクにおける中間光ファイバ８２２Ｂに残留前方ポンプ光パワーをさらに注入し続けることが認められているものとすると、後方光励起増幅器８１３Ｂで得られる増幅は西向き中間光ファイバスパン８２２Ｂで行われている可能性のある前方ラマン増幅よりも著しく大きいかもしれない。
【００６９】
この進路変更を容易にするために、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂは、
前方光励起増幅器８２３Ｂの西方に配置される。この光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂは、中間光ファイバスパン８２２Ｂに西向き光信号（または少なくともその信号の大部分）を通過させることができるが、東向き光ファイバリンクの別の光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂの方向に光ポンプパワーの進路を変更する。光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ｂは、この後、後方光励起増幅器８１３Ｂの駆動を助けるためにこの残留光ポンプパワーを後方光励起増幅器８１３Ｂに注入する。一方、前方光励起増幅器８２３Ｂの増幅は、前述のように、矢印８１７Ｂによって表わされるように、東向き光ファイバリンクからの残留後方ラマンポンプ光パワーの進路変更によって強化されてもよい。
【００７０】
西向き光信号は、中間光ファイバスパン８２２Ｂに入り、そこではあまり増幅されない。代わりに、光パワーは、光信号が増幅されずに光ファイバを通過するときの状況として知られるようにほぼ対数的に直線的に減衰する。
【００７１】
第３光利得段として、西向き光信号は西向きマルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａを通過し、この後、後方光励起増幅器８２３Ａによって個別に増幅される。後方光励起増幅器８２３Ａを供給するために使用される光ポンプパワーの一部は、ポンプユニット８２１Ａからの後方ラマンポンプ光パワーの残留量の影響によるものである。残留量は、矢印８１７Ａによって表わされるように、東向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプ光パワーの進路変更の影響によるものである。
【００７２】
第４光利得段として、また既に示唆したように、ポンプユニット８２１Ａは、後方ラマンポンプ光パワーを提供して光ファイバ８２２Ａにおいて後方ラマン増幅を実施する。後方ラマンポンプ光パワーは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサユニット８２５Ａを用いて光ファイバスパン８２２Ａに注入される。しかしながら、矢印８２７Ｂに沿って進む後方ラマンポンプ光パワーは、光ファイバスパン８２２Ａで後方ラマン増幅を実施すると低下する。前述のように、残留後方ラマンポンプ光パワーは、この後、後方光励起増幅器８２３Ａを駆動するために使用される。後方光励起増幅器８２３Ａの後に残る残留量は、この後、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａを用いて、東向き光ファイバリンクにおける前方光励起増幅器８１３Ａの光励起に使用される光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａを用いる東向き光ファイバリンクに進路変更される。
【００７３】
第１ノード８０１Ａでは、第５利得段はディスクリート増幅器８２６Ａであってもよく、第１ノード８０１Ａが端末に配置される場合はディスクリート増幅器８２６が次の伝送光ファイバまたはレシーバへの光信号を増幅する。第１ノード８０１Ａが端末である場合、西向き光信号は、この後、たとえば、図１のレシーバ１２８などの端末レシーバに導かれてもよい。ディスクリート増幅器８１６Ａおよび８２６Ａは、電力または光パワーのいずれによって駆動されるにせよ、光を増幅しうる任意の増幅器であってよい。例として、希土類ドープファイバ増幅器（エルビウムドープファイバ増幅器など）、高効率ラマン増幅器、および／または半導体光増幅器（ＳＯＡ）が挙げられる。
【００７４】
第１ノード８０１Ａが中継器である場合、西向き光信号は、この後、光通信システムにおけるさらに他のノードに伝送されてもよい（もしかすると、たとえば、色分散補償および利得平坦化フィルタ処理などの他の処理の後）。図示されてはいないが、東に向かう光信号が西向き光ファイバリンクに出入りしないようにする光アイソレータがあってもよい。
【００７５】
したがって、図８Ａでは、クロスファイバ光パワーの進路変更には以下のような四つの例がある。
Ａ）図８Ａにおいて矢印８１７Ａによって表わされる西向き光ファイバリンク（以下では
「進路変更タイプＡ」と呼ぶ）の後方光励起増幅器の光励起を補うために東向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｂ）図８Ａにおいて矢印８２７Ａによって表わされる東向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＢ」と呼ぶ）の後方光励起増幅器光励起を補うために西向き光ファイバリンクからの前方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｃ）図８Ａにおいて矢印８１７Ｂによって表わされる西向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＣ」と呼ぶ）の前方光励起増幅器の光励起を補うために東向き光ファイバリンクからの後方ラマンポンプパワーの進路変更。
Ｄ）図８Ａにおいて矢印８２７Ｂによって表わされる東向き光ファイバリンク（以下では「進路変更タイプＤ」と呼ぶ）の前方光励起増幅器の光励起を補うために西向き光ファイバリンクからの後方ラマンポンプパワーの進路変更。
【００７６】
図８Ａに示すような進路変更タイプＡの一実施形態は、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８２３Ａの両方を備える。進路変更タイプＡの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８１３Ａまたは８２３Ａのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＢの一実施形態は、前方光励起増幅器８２３Ｂおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの両方を備える。進路変更タイプＢの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８２３Ｂまたは８１３Ｂのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＣの一実施形態は、前方光励起増幅器８２３Ｂおよび後方光励起増幅器８１３Ｂの両方を備える。進路変更タイプＣの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８２３Ｂまたは８１３Ｂのいずれか）が採用される。図８Ａに示すような進路変更タイプＤの一実施形態は、前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８２３Ａの両方を備える。進路変更タイプＤの別の実施形態では、一つの光励起増幅器のみ（８１３Ａまたは８２３Ａのいずれか）が採用される。
【００７７】
図８Ａには、進路変更タイプＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのすべてが示されている。しかしながら、本明細書に記載される原理は、これら進路変更タイプがすべて揃っていない場合にも適用されてよい。たとえば、本明細書に記載される原理は、進路変更タイプＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤの一つ、二つ、または三つだけが提供される場合にも利点をもたらす可能性がある。
【００７８】
図８Ａを参照すると、光励起増幅器８１３Ａおよび８２３Ａと光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａおよび８１４Ｂは、単一アセンブリ８１８Ａ内に含まれていてもよい。その場合、アセンブリ８１８Ａは、事前に製造されてもよく、たとえば、光接続箱であってもよい。接続箱は、各ファイバ対に対して少なくとも四つのポート、すなわち、東向きファイバ入力端子（たとえば、前方光励起増幅器８１３Ａに隣接した）、東向きファイバ出力端子（たとえば、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａに隣接した）、西向きファイバ入力端子（たとえば、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａに隣接した）、および西向きファイバ出力端子（たとえば、後方光励起増幅器８２３Ａに隣接した）を有することになる。アセンブリ８１８Ａは、東向き光チャネルおよび西向き光チャネルを有する。東向き光チャネルは、前方光励起増幅器８１３Ａと光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８１４Ａとを含む東向きの入力端子と出力端子の間にある。西向き光チャネルは、光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ａと後方光励起増幅器８２３Ａとを含む西向きの入力端子と出力端子の間にある。
【００７９】
また、アセンブリ８１８Ｂは、前方光励起増幅器８２３Ｂ、後方光励起増幅器８１３Ｂ、ならびに二つの光マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２４Ｂおよび８１４Ｂを含み、アセンブリ８１８Ａについての記載と同様に構成されてよい。しかしながら、アセンブリ８１８Ａは、進路変更タイプＡおよびＤのすべてが採用されるわけではない場合には簡略化されてもよい。たとえば、矢印８１７Ａによって表わされる進路変更タイプＡのみが採
用される場合、後方光励起増幅器８２３Ａは光マルチプレクサ８２４Ａの東方または西方に配置されてよい。さらに、前方光励起増幅器８１３Ａは全く存在しなくてよい。矢印８２７Ｂによって表わされる進路変更タイプＤのみが採用される場合、前方光励起増幅器８１３Ａは光マルチプレクサ８１４Ａの東方または西方に配置されてよい。さらに、後方光励起増幅器８２３Ａは全く存在しなくてよい。アセンブリ８１８Ｂは、一つの進路変更タイプまたは進路変更タイプＢおよびＣしかない場合に同様に簡略化されてもよい。
【００８０】
前述のように、従来の海底中継器技術は、１）分布後方ラマン増幅、２）遠隔ディスクリートＥＤＦＡをさらに励起する分布後方ラマン増幅、または３）ラマン増幅なしの遠隔ディスクリートＥＤＦＡと組み合わせて中継器内にディスクリートエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を使用することによって中継器の間隔を増加させている。図８Ｂは、二つのノードである第１ノード８０１Ｂと第２ノード８０２Ｂの間の先行技術中継器リンク８００Ｂを示す。図８Ａのリンク８００Ａとは対照的に、従来の海底中継器リンク８００Ｂでは、前方ラマン増幅、前方遠隔光励起増幅器（ＲＯＰＡ）、または光ポンプパワーの交差結合も採用していない。その代わりに、海底中継器リンク８００Ｂでは、後方ラマン増幅（東向き光信号の場合にポンプユニット８１１ｂを用いたファイバ８１２ｂ、および西向き光信号の場合にポンプユニット８２１Ａを用いたファイバ８２２Ａによる）を採用してもよい。さらに、後方ラマン増幅からの残留光ポンプパワーが、遠隔光励起増幅器（ＲＯＰＡ）（すなわち、東向き光信号の場合に遠隔光励起増幅器８１３Ｂ、および西向き光信号の場合に遠隔光励起増幅器８２３Ａ）を駆動するために使用される。一部の従来の海底中継器設計では、ファイバ８１２Ｂおよびファイバ８２２Ｂにおけるラマン増幅が、最大減衰残留パワーをポンプユニット８１１Ｂおよびポンプユニット８２１Ａからそれぞれ後方光励起増幅器８１３Ｂおよび後方光励起増幅器８２３Ａに提供するために、光信号に対して最小限のラマン増幅のみを行なうポンプユニット８１１ｂおよびポンプユニット８２１Ａの波長を選択することによって抑制される。当然ながら、増幅器８２６Ｂおよび増幅器８１６Ｂを使用するディスクリート増幅は、第１ノード８０１Ｂおよび第２ノード８０２Ｂ自体において実施されてもよい。
【００８１】
図９に戻ると、図８Ｂの従来の光リンクを用いて得られる可能性のある光パワー−距離プロファイルの例を示す別のパワープロファイル９０１が示される。前方ラマン増幅がなくかつ前方光励起増幅器がないので、光パワーの対数は距離Ｄ０およびＤ２の間でほぼ直線的に下降する。パワープロファイル９０１は、Ｄ０とＤ１の間と、Ｄ２とＤ３の間のＤ＋ファイバ、ならびにＤ１とＤ２の間のＤ−ファイバのファイバ組成の典型である。さらに、前方および後方の両ラマン増幅が各々これら自体の光励起増幅器とともに採用されるとき、前のパワープロファイル９０１の最大光パワーＰＨ２はパワープロファイル９０２の場合に必要な最大光パワーＰＨ１よりもはるかに高い。最大光パワーＰＨ２は、信号パワープロファイル９０２の最大光パワーＰＨ１よりもはるかに高く、信号品質を劣化させる傾向のある著しい非線形効果をもたらす可能性がある。最大光パワーＰＨ１ははるかに低く、それゆえ、非線形効果に起因するほどの信号劣化に見舞われることはない。さらに、より高い信号パワーＰＨ２は、増幅器ポンプの飽和効果に起因してＤ３におけるディスクリート増幅器により多くの光パワーを必要とし、それゆえ、効率的がさほど良くないかもしれない。さらに、信号プロファイル９０２は、信号品質を改善する信号プロファイル９０１に比べてより高い信号対ノイズ比を有する。
【００８２】
図８Ｃは、新しい海底中継器リンク８００Ｃを示す。ここで、前方および後方の両ラマン増幅は第１ノード８０１Ｃと第２ノード８０２Ｃの間で光信号を伝達するために実施され、前方および後方の両ラマン増幅からの残留光ポンプパワーは同じ光励起増幅器８１３Ａを駆動するために使用される。一実施形態では、前方ラマン増幅のオン／オフ利得は少なくとも１ｄＢであるが、後方ラマン増幅のオン／オフ利得は少なくとも３ｄＢである。前方ラマン増幅は、場合によっては図８Ａのポンプユニット８１１Ａに似ている（ただし
、似ている必要はない）図８Ｃのポンプユニット８１１Ａによってファイバ８１２Ａを通じて提供される。後方ラマン増幅は、場合によっては図８Ａのポンプユニット８１１Ｂに似ている（ただし、似ている必要はない）図８Ｃのポンプユニット８１１Ｂによってファイバ８１２Ｂを通じて提供される。また、第１ノード８０１Ｃおよび第２ノード８０２Ｃは、光信号についてこれら独自のディスクリート増幅を含んでいてもよい。たとえば、第２ノード８０２Ｃは、ディスクリート増幅器８１６Ｃを含むものとして示される。この光増幅は図８Ｃでは一方向の場合（東向き光信号の場合）に対して示されているだけであるが、同じ原理は双方向通信にも適用されてよい。従来の海底中継器リンクと比較して海底中継器リンク８００Ｃについて考えられる一つの優位性は、双方向光ポンピングでは第２ノード８０２Ｃから光励起増幅器８１３Ａまでの距離が後方のみの光ポンピングに比べて増加する可能性があることである。海底中継器リンク８００Ｃについて考えられるもう一つの優位性は、双方向ポンピングからの残留ポンプパワー（ポンプユニット８１１Ｂからの残留ポンプパワーは第１ノード８０１Ｃで受け取られてもよく、ポンプユニット８１１Ａからの残留ポンプパワーは第２ノード８０２Ｃで受け取られてもよい）が情報を伝送するためにポンプ変調技術を用いてノード間通信のために使用される可能性があることである。海底中継器リンク８００Ｃについて考えられるもう一つの優位性は、ポンプユニットの一つが故障した場合に光励起増幅器８１３Ａがなおポンプユニット８１１Ａまたは８１１Ｂの一方からポンプパワーを受け取ることである。
【００８３】
図１０は、本発明の一実施形態から得られる利得の増加を描くパワー−距離光プロファイル図１０００の例を示す。実線で表わされるプロファイルＡは、図８Ａおよび図９に関して前述したように、光結合ポンプが位置Ｄ１およびＤ２にある場合のパワー−距離プロファイルを示す。鎖線で表わされるプロファイル「Ｂ」は、光学的に結合されたポンプがない場合を除く、図８Ａの同じポンプパワーを用いたパワー−距離プロファイルを示す。位置Ｄ１およびＤ２における比較的高いパワーは、図８Ａに示されるような光学的に結合されたポンプによって利得効率が改善された結果である。図１０の光パワープロファイルは、シミュレーションによって得られている。シミュレーションの条件は以下の通りである。
１）Ｄ０からＤ１までの距離は、４０ｋｍであり、ＳＬＡ光ファイバである（「Ｄ＋」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝１０６μｍ２、分散＝２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
２）Ｄ１からＤ２までの距離は、４０ｋｍであり、ＳＬＡ光ファイバである（「Ｄ＋」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝１０６μｍ２、分散＝２０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
３）Ｄ２からＤ３までの距離は、４０ｋｍであり、ＩＤＦ光ファイバである（「Ｄ−」ＯＦＳ製ファイバ、Ａｅｆｆ＝３０μｍ２、分散＝−４４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ＠１５５０ｎｍ）。
４）前方光励起増幅器と後方光励起増幅器は同じである（ＯＦＳ製Ｒ３７０１４エルビウムファイバ５ｍ）
５）前方ポンプと後方ポンプは同じであり、各々はファイバの入力において１７２ｍＷ、１４８０ｎｍで駆動される。
６）図示された信号プロファイルは５０の信号の平均である。
しかしながら、これらは、一つの特定シミュレーションに関する条件にすぎず、本明細書に記載される原理の適用を多少なりとも制限するものであると解釈されるべきではない。
【００８４】
したがって、図１０におけるプロファイルＡとプロファイルＢを比較する際に、各東向きおよび西向き光ファイバリンクに対して専用の前方および後方光励起増幅器を使用し、東向き光ファイバリンク間のポンプ光パワー結合を通じて、光パワーがより有効に使用されて増幅が実施されることが分かる。
【００８５】
本明細書に記載される実施形態のもう一つの利益は、ラマンポンプユニットの一つが故障したときの通信システムのロバスト性が改善されることである。たとえば、一実施形態では、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａおよび後方光励起増幅器８１３Ｂは希土類ドープ増幅器である。図１１は、通常動作（光ポンプ結合がある場合のプロファイルＡ）中および後方ポンプユニット８１１Ｂが故障した場合の図８Ａの東向き光信号に対するこの実施形態のパワー−距離光プロファイル１１００の例を示す。故障の場合、プロファイルＣは、光ポンプ結合が採用されないときのパワー−距離プロファイルを示す。この場合、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）は、信号に対する純損失をもたらす。このプロファイルＣは、光ポンプ結合８２７Ａが図８Ａの西向き前方ポンプユニット８２１Ｂから採用されるときのパワー−距離プロファイルを示すプロファイルＢと比較されてもよい。プロファイルＢの場合、経路８２７Ａから得られる残留ポンプパワーは、図８Ａの後方光励起増幅器８１３Ｂ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）を励起して後方光励起増幅器８１３Ｂに純利得をもたらす。典型的に、光ポンプ結合（図１１のプロファイルＣ）なしの図８Ａの後方ポンプユニット８１１Ｂの損失は光通信の全損失をもたらすが、この状況（図１１のプロファイルＢ）で光ポンプ結合を使用すると、品質レベルがわずかに低下した状態で光通信を持続することができる。
【００８６】
図１２は、通常動作（光ポンプ結合がある場合のプロファイルＡ）中および前方ポンプユニット８１１Ａが故障した場合の図８Ａの東向き光信号に対する図１１と同じ実施形態のパワー−距離光プロファイル１２００の例を示す。故障の場合、プロファイルＣは、光ポンプ結合が採用されないときのパワー−距離プロファイルを示す。この場合、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）は、信号に対する純損失をもたらす。このプロファイルＣは、光ポンプ結合８２７Ｂが図８Ａの西向き後方ポンプユニット８２１Ａから採用されるときのパワー−距離プロファイルを示すプロファイルＢと比較されてもよい。この場合、経路８２７Ｂから得られた残留ポンプパワーは、図８Ａの前方光励起増幅器８１３Ａ（この実施形態では希土類ドープ増幅器である）を励起して前方光励起増幅器８１３Ａに純利得をもたらす。
【００８７】
図１０、図１１、および図１２では故障状況を補償するために追加ポンプパワーが使用されてもよいが、本明細書に記載される光ポンプ共用および結合技術を使用すると比較的少ないポンプパワーがあれば済むことになる。この優位性によって、ポンプ冗長性に対する要求が緩和され、図５のポンプユニット４０１によって示されるように、単一のポンプだけで一つの中継器内で両信号方向に対する部分的な冗長性を提供できる可能性がある。従来の海底中継器の設計では、単一ポンプが故障すると信号品質があまりにも低下してデータ通信を維持できないので、典型的に、新たな冗長ポンプを必要とする（これは海底中継器のコストを押し上げる）。
【００８８】
したがって、各東向きおよび西向き光ファイバリンクに対して専用の前方および後方光励起増幅器を使用することによって、また東向き光ファイバリンク間のポンプ光パワー共用によって、光パワーが増幅を実施するためにより効率的に利用され、より有益な信号パワープロファイルが実現され、有害な非線形効果の減少と高い光信号品質がもたらされる可能性がある。さらに、ポンプの共用によって、単一ポンプユニットは一方向の複数の光利得段だけでなく、逆方向の一つ以上の光利得段も同様に駆動することができる。
【００８９】
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されてもよい。記載された実施形態は、あらゆる点で、制限としてではなく単なる例示として見なされるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意図と等価性の範囲とに入る変更は、特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信システムにおける第１ノードと第２ノードの間の通信用の海底光リンクであって、前記第１ノードまたは前記第２ノードの少なくとも一方は、海底光中継器であり、前記海底光リンクは、
前記第１ノードにおけるまたは隣接する前方ラマンポンプと；
前方光励起増幅器と；
前記前方ラマンポンプを前記前方光励起増幅器に相互接続する第１ファイバスパンであって、前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマンポンプが前方光パワーを前記第１ファイバスパンに注入することによって、前記第１ファイバスパン内で光信号の前方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマン増幅の後に残存する注入された前記前方光パワーの残留量の一部が前記前方光励起増幅器を駆動することによって前記光信号をさらに増幅するために使用され、前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも１ｄＢであることと；
前記第２ノードにおけるまたは隣接する後方ラマンポンプと；
後方光励起増幅器と；
前記後方ラマンポンプを前記後方光励起増幅器に相互接続する第２ファイバスパンであって、前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマンポンプが後方光パワーを前記第２ファイバスパンに注入することによって、前記第２ファイバスパン内で前記光信号の後方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマン増幅の後に残存する注入された前記後方光パワーの残留量の一部が前記後方光励起増幅器を駆動することによって前記光信号を増幅するために使用され、前記第２ファイバスパンにおける前記後方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも５ｄＢであることと
を備えることを特徴とする、海底光リンク。
【請求項２】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器は、互いに独立した光励起増幅器である、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項３】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器の少なくとも一方は、希土類ドープファイバ増幅器である、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項４】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器の少なくとも一方は、エルビウムドープファイバ増幅器である、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項５】
前記海底光リンクはさらに、前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器を相互接続する第３ファイバスパンを備え、
前記第３ファイバスパンは、前記前方光励起増幅器によって増幅される前記光信号を、前記光信号が前記後方光励起増幅器によって増幅されるために前記後方光励起増幅器に伝送し、
前記第１ファイバスパンは、６５μｍ２よりも大きい有効断面積を有するファイバであり、
前記第３ファイバスパンは、６５μｍ２よりも大きい有効断面積を有するファイバであり、
前記第２ファイバスパンは、６５μｍ２よりも小さい有効断面積を有するファイバである、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項６】
第１光結合メカニズムは、逆の信号経路における後方光励起増幅器を駆動するために使用されるように前記前方光励起増幅器を駆動した後に、残存する注入された前記前方光パワーの一部を進路変更するように構成され、
第２光結合メカニズムは、逆の信号経路における前方光励起増幅器を駆動するために使用されるように前記後方光励起増幅器を駆動した後に、残存する注入された前記後方光パワーの一部を進路変更するように構成される、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項７】
前記第１光結合メカニズムは、前記逆の信号経路から前記前方光励起増幅器に注入された後方光パワーの一部をさらに進路変更し、
前記第２光結合メカニズムは、前記逆の信号経路から前記後方光励起増幅器に注入された前方光パワーの一部をさらに進路変更する、
請求項６記載の海底光リンク。
【請求項８】
前記第１ファイバスパンと前記第２ファイバスパンとを通じて進む光信号は、波長が１５５０ｎｍよりも大きい複数の波長分割光信号または高密度波長分割光信号を有し、
複数の前記波長分割光信号または高密度波長分割光信号の少なくとも一方は、１５６７ｎｍよりも大きい波長を有する、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項９】
前記海底光リンクはさらに、前方ラマン増幅と後方ラマン増幅とのうちの少なくとも一方のために提供される光ポンプパワーを調整することによって、利得の波長依存性を調整するように構成された傾斜制御メカニズムを備える、
請求項８記載の海底光リンク。
【請求項１０】
前記第１ファイバスパンと前記第２ファイバスパンと通じて進む光信号は、複数の波長分割光信号または高密度波長分割光信号を有し、
その少なくとも一方は、１５６７ｎｍよりも大きい波長を有する、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項１１】
前記第１ノードは、海底光中継器であり、
前記第１ノードは、光パワーを放出する光パワーソースと、前記海底光リンクにおいて前記前方ラマン増幅に使用される放出された前記光パワーを分布させる光パワー分布メカニズムと、隣接する海底光リンクにおける後方ラマン増幅と、前記海底光中継器におけるディスクリート増幅とをすべて同じ信号方向で備える、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項１２】
前記光パワー分布メカニズムは、前記放出される光パワーの周波数特性が維持されるように前記放出される光パワーが分布するように構成される、
請求項１１記載の海底光リンク。
【請求項１３】
前記光パワーソースは、分布フィードバックレーザを備える、
請求項１１記載の海底光中継器。
【請求項１４】
前記ディスクリート増幅は、エルビウムドープファイバ増幅器を用いて実施され、
放出された前記光パワーは、１４００から１５２５ｎｍの波長範囲にある、
請求項１１記載の海底光リンク。
【請求項１５】
前記光パワー分布メカニズムによって、放出された前記光パワーの少なくとも一部は、逆の信号経路において一つ以上の利得段の光学的駆動に使用されうる、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１６】
前記光パワー分布メカニズムは、両信号方向におけるすべての光ポンプに少なくとも部分的なポンプ冗長性を提供する冗長光ポンプを備える、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１７】
放出された前記光パワーは、１４８０ｎｍの波長において２０ｎｍ以内にある、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１８】
一つの信号方向に対して放出された前記光パワーの全光ポンプパワーは、６００ｍＷ未満である、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１９】
前記海底光リンクにおける光路の全長は、９０ｋｍ以上である、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項２０】
光通信システムにおける第１ノードと第２ノードの間の通信用の海底光リンクであって、前記第１ノードと前記第２ノードの少なくとも一方は海底光中継器であり、前記海底光リンクは、
前記第１ノードにおけるまたは隣接する前方ラマンポンプと；
光励起増幅器と；
前記前方ラマンポンプを前記光励起増幅器に相互接続する第１ファイバスパンであって、前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマンポンプが前方光パワーを前記第１ファイバスパンに注入することによって、前記第１ファイバスパン内で前方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマン増幅の後に残存する注入された前記前方光パワーの残留量が前記前方光励起増幅器を駆動するために使用されうるようにすることと；
前記第２ノードにおけるまたは隣接する後方ラマンポンプと；
前記後方ラマンポンプを前記光励起増幅器に相互接続する第２ファイバスパンであって、前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマンポンプが後方光パワーを前記第２ファイバスパンに注入することによって、前記第２ファイバスパン内で後方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマン増幅の後に残存する注入された前記後方光パワーの残留量が前記光励起増幅器をさらに駆動するために使用されうるようにすることと
を備えることを特徴とする、海底光リンク。
【請求項２１】
前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも１ｄＢであり、
前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも３ｄＢである、
請求項２０記載の海底光リンク。
【請求項２２】
前記第１ノードは、前記注入された前方光パワーに関するデータである前方光パワーデータを変調するように構成されたデータ変調モジュールを備え、
前記第２ノードは、前記第２ノードに達する前記前方光パワーデータを取り込むように構成されたデータ復調モジュールを備える、
請求項２０記載の海底光リンク。
【請求項２３】
前記第２ノードは、前記注入された後方光パワーに関するデータである後方光パワーデータを変調するように構成されたデータ変調モジュールを備え、
前記第１ノードは、前記第１ノードに達する前記後方光パワーデータを取り込むように構成されたデータ復調モジュールをさらに備える、
請求項２０記載の海底光リンク。
【請求項１】
光通信システムにおける第１ノードと第２ノードの間の通信用の海底光リンクであって、前記第１ノードまたは前記第２ノードの少なくとも一方は、海底光中継器であり、前記海底光リンクは、
前記第１ノードにおけるまたは隣接する前方ラマンポンプと；
前方光励起増幅器と；
前記前方ラマンポンプを前記前方光励起増幅器に相互接続する第１ファイバスパンであって、前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマンポンプが前方光パワーを前記第１ファイバスパンに注入することによって、前記第１ファイバスパン内で光信号の前方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマン増幅の後に残存する注入された前記前方光パワーの残留量の一部が前記前方光励起増幅器を駆動することによって前記光信号をさらに増幅するために使用され、前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも１ｄＢであることと；
前記第２ノードにおけるまたは隣接する後方ラマンポンプと；
後方光励起増幅器と；
前記後方ラマンポンプを前記後方光励起増幅器に相互接続する第２ファイバスパンであって、前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマンポンプが後方光パワーを前記第２ファイバスパンに注入することによって、前記第２ファイバスパン内で前記光信号の後方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマン増幅の後に残存する注入された前記後方光パワーの残留量の一部が前記後方光励起増幅器を駆動することによって前記光信号を増幅するために使用され、前記第２ファイバスパンにおける前記後方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも５ｄＢであることと
を備えることを特徴とする、海底光リンク。
【請求項２】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器は、互いに独立した光励起増幅器である、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項３】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器の少なくとも一方は、希土類ドープファイバ増幅器である、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項４】
前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器の少なくとも一方は、エルビウムドープファイバ増幅器である、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項５】
前記海底光リンクはさらに、前記前方光励起増幅器と前記後方光励起増幅器を相互接続する第３ファイバスパンを備え、
前記第３ファイバスパンは、前記前方光励起増幅器によって増幅される前記光信号を、前記光信号が前記後方光励起増幅器によって増幅されるために前記後方光励起増幅器に伝送し、
前記第１ファイバスパンは、６５μｍ２よりも大きい有効断面積を有するファイバであり、
前記第３ファイバスパンは、６５μｍ２よりも大きい有効断面積を有するファイバであり、
前記第２ファイバスパンは、６５μｍ２よりも小さい有効断面積を有するファイバである、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項６】
第１光結合メカニズムは、逆の信号経路における後方光励起増幅器を駆動するために使用されるように前記前方光励起増幅器を駆動した後に、残存する注入された前記前方光パワーの一部を進路変更するように構成され、
第２光結合メカニズムは、逆の信号経路における前方光励起増幅器を駆動するために使用されるように前記後方光励起増幅器を駆動した後に、残存する注入された前記後方光パワーの一部を進路変更するように構成される、
請求項２記載の海底光リンク。
【請求項７】
前記第１光結合メカニズムは、前記逆の信号経路から前記前方光励起増幅器に注入された後方光パワーの一部をさらに進路変更し、
前記第２光結合メカニズムは、前記逆の信号経路から前記後方光励起増幅器に注入された前方光パワーの一部をさらに進路変更する、
請求項６記載の海底光リンク。
【請求項８】
前記第１ファイバスパンと前記第２ファイバスパンとを通じて進む光信号は、波長が１５５０ｎｍよりも大きい複数の波長分割光信号または高密度波長分割光信号を有し、
複数の前記波長分割光信号または高密度波長分割光信号の少なくとも一方は、１５６７ｎｍよりも大きい波長を有する、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項９】
前記海底光リンクはさらに、前方ラマン増幅と後方ラマン増幅とのうちの少なくとも一方のために提供される光ポンプパワーを調整することによって、利得の波長依存性を調整するように構成された傾斜制御メカニズムを備える、
請求項８記載の海底光リンク。
【請求項１０】
前記第１ファイバスパンと前記第２ファイバスパンと通じて進む光信号は、複数の波長分割光信号または高密度波長分割光信号を有し、
その少なくとも一方は、１５６７ｎｍよりも大きい波長を有する、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項１１】
前記第１ノードは、海底光中継器であり、
前記第１ノードは、光パワーを放出する光パワーソースと、前記海底光リンクにおいて前記前方ラマン増幅に使用される放出された前記光パワーを分布させる光パワー分布メカニズムと、隣接する海底光リンクにおける後方ラマン増幅と、前記海底光中継器におけるディスクリート増幅とをすべて同じ信号方向で備える、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項１２】
前記光パワー分布メカニズムは、前記放出される光パワーの周波数特性が維持されるように前記放出される光パワーが分布するように構成される、
請求項１１記載の海底光リンク。
【請求項１３】
前記光パワーソースは、分布フィードバックレーザを備える、
請求項１１記載の海底光中継器。
【請求項１４】
前記ディスクリート増幅は、エルビウムドープファイバ増幅器を用いて実施され、
放出された前記光パワーは、１４００から１５２５ｎｍの波長範囲にある、
請求項１１記載の海底光リンク。
【請求項１５】
前記光パワー分布メカニズムによって、放出された前記光パワーの少なくとも一部は、逆の信号経路において一つ以上の利得段の光学的駆動に使用されうる、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１６】
前記光パワー分布メカニズムは、両信号方向におけるすべての光ポンプに少なくとも部分的なポンプ冗長性を提供する冗長光ポンプを備える、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１７】
放出された前記光パワーは、１４８０ｎｍの波長において２０ｎｍ以内にある、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１８】
一つの信号方向に対して放出された前記光パワーの全光ポンプパワーは、６００ｍＷ未満である、
請求項１４記載の海底光リンク。
【請求項１９】
前記海底光リンクにおける光路の全長は、９０ｋｍ以上である、
請求項１記載の海底光リンク。
【請求項２０】
光通信システムにおける第１ノードと第２ノードの間の通信用の海底光リンクであって、前記第１ノードと前記第２ノードの少なくとも一方は海底光中継器であり、前記海底光リンクは、
前記第１ノードにおけるまたは隣接する前方ラマンポンプと；
光励起増幅器と；
前記前方ラマンポンプを前記光励起増幅器に相互接続する第１ファイバスパンであって、前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマンポンプが前方光パワーを前記第１ファイバスパンに注入することによって、前記第１ファイバスパン内で前方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第１ファイバスパンは、前記前方ラマン増幅の後に残存する注入された前記前方光パワーの残留量が前記前方光励起増幅器を駆動するために使用されうるようにすることと；
前記第２ノードにおけるまたは隣接する後方ラマンポンプと；
前記後方ラマンポンプを前記光励起増幅器に相互接続する第２ファイバスパンであって、前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマンポンプが後方光パワーを前記第２ファイバスパンに注入することによって、前記第２ファイバスパン内で後方ラマン増幅を行わせ、且つ前記第２ファイバスパンは、前記後方ラマン増幅の後に残存する注入された前記後方光パワーの残留量が前記光励起増幅器をさらに駆動するために使用されうるようにすることと
を備えることを特徴とする、海底光リンク。
【請求項２１】
前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも１ｄＢであり、
前記第１ファイバスパンにおける前記前方ラマン増幅のオン／オフ利得は、少なくとも３ｄＢである、
請求項２０記載の海底光リンク。
【請求項２２】
前記第１ノードは、前記注入された前方光パワーに関するデータである前方光パワーデータを変調するように構成されたデータ変調モジュールを備え、
前記第２ノードは、前記第２ノードに達する前記前方光パワーデータを取り込むように構成されたデータ復調モジュールを備える、
請求項２０記載の海底光リンク。
【請求項２３】
前記第２ノードは、前記注入された後方光パワーに関するデータである後方光パワーデータを変調するように構成されたデータ変調モジュールを備え、
前記第１ノードは、前記第１ノードに達する前記後方光パワーデータを取り込むように構成されたデータ復調モジュールをさらに備える、
請求項２０記載の海底光リンク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１２−５１８３４０（Ｐ２０１２−５１８３４０Ａ）
【公表日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５０２９１（Ｐ２０１１−５５０２９１）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２４１６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９３９７４
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５０７２８２１６３）エックステラ コミュニケーションズ，インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２４１６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９３９７４
【国際公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【出願人】（５０７２８２１６３）エックステラ コミュニケーションズ，インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]