未来的多媒体网络将使用光通信系统，随着光通信技术的进展，未来 多媒体网络要求的高带宽、高容量、超长距离传输都有可能实现。波分 复用(以下简称｀WDM′)是为此目的而发展的重要光通信技术，因为 WDM有效地利用了光纤的宽带特性和巨大的容量。
更详细地说，在WDM光通信系统中，不同波长的多个光信号被复用 在一起，成为一个WDM光信号。然后，通过作为光传输线路路的单根 光纤发送WDM光信号。WDM光通信系统能提供极高带宽、极高容量、 极远距离的传输。
在远距离光通信系统中，由于WDM光信号经光传输线路路传输而衰 减，所以在传输某段距离之后，必须把WDM光信号放大。为此，放大 WDM光信号的光放大设备是经常要使用的，所以一直存在对该种设备 的深一层研究和开发。
因此，在常规的WDM光通信系统中，光发送站使用波分复用把多个 不同波长的光信号复用在一起，成为一个WDM光信号。然后通过光传 输线路发送该WDM光信号。光接收站从光传输线路接收发送的WDM 光信号。沿光传输线路设置一个或多个光中继站，用以放大WDM光信 号。光中继站的数目，通常由提供足够放大量的系统设计参数确定。
在通过光传输线路传输的同时，WDM光信号的波形还因波长色散、 传输损耗、和非线性光学效应而恶化。因此已经发明了多种应对措施。
例如，为提供波长色散补偿，已经发明多种常规方法。在一种方法中， 把彼此具有不同波长色散的光纤组合成一色散受控光纤(以下简称 ｀DMF′)。
图1A和1B示意画出常规的色散受控光纤的结构。
更详细说，图1A画出光通信系统中两个站间的部分结构，其中光中 继站1004-A和光中继站1004-B由光传输线路1002连接。光传输线路 1002包括波长色散为正的光传输线路1002-L1和波长色散为负的光传输 线路1002-L2。从光中继站1004-A发送的光信号，经光传输线路1002- L1和光传输线路1002-L2，到达光中继站1004-B。光信号传输时，在 光传输线路1002-L1中经受正的波长色散，又在光传输线路1002-L2中 经受负的波长色散，以此方式进行补偿，使累积的波长色散几乎变为零。 上述DMF已在例如美国专利No.5,191,631和日本专利Laid-open No.Hei 9-318824公开。把波长色散做成对称的一种对称的DMF，也已公开。
图1B画出光通信系统中两个站间的部分结构。光中继站1004-C和光 中继站1004-D由光传输线路1002连接。光传输线路1002包括波长色 散为正的光传输线路1002-L3、波长色散为负的光传输线路1002-L4、 和波长色散为正的光传输线路1002-L5。从光中继站1004-C发送的光信 号，在光传输线路1002-L3中经受正的波长色散，在光传输线路1002-L4 中经受负的波长色散，再在光传输线路1002-L5中经受正的波长色散。 于是，以此方式来补偿发送至光中继站1004-D的光信号，使累积的波 长色散几乎变为零。同时，从光中继站1004-D发送的光信号，在光传 输线路1002-L5中经受正的波长色散，在光传输线路1002-L4中经受负 的波长色散，再在光传输线路1002-L3中经受正的波长色散。于是，以 此方式来补偿发送至光中继站1004-C的光信号，使累积的波长色散几 乎变为零。该DMF公开在例如美国专利No.5,778,128、论文“Enhanced power solitons in optical fibers with periodic dispersion management” (N.J.Smith，F.M.Knox，N.J.Doran，K.J.BloW and I.Bennion： Electronics Letters，Vol.31，No.1，p54-p55，4th Jan.1996)、论文 “Energy-scaling characteristics of solitons in strongly dispersion- managed fibers”(N.J.Smith，N.J.Doran，F.M.Knox，and W.Forysak： Optics Letters，Vol.21，No.24，p1981-p1983，15th Dec.1966)、和论文“40 Gbit/s×16 WDM transmission over 2000 km using dispersion managed low-nonlinear fiber span”(Itsuro Morita，Keiji Tanata，Noburu Edagawa and Masatoshi Suzuki：ECOC 2000，Vol.4，p25-p26，2000)中。
上述常规技术的发明，是基于波长色散补偿的观点。该种技术的发明， 没有考虑到在一个系统中，光传输线路也能作为分布光放大的光放大介 质。
同时，补偿传输损耗的各种方法照例也已经发明了，其中一种是分布 光放大设备，特别是分布Raman光放大器。
图2A和2B示意画出常规的损耗补偿/分布Raman光放大器。
图2A画出上述光通信系统中两个站间的部分结构，其中光中继站 1004-A和光中继站1004-E由光传输线路1002连接。在光中继站1004- E内设有泵浦光源1005-E，为Raman放大提供泵浦光。光传输线路1002 包括具有大的有效截面的光传输线路1002-L6和比光传输线路1002-L6 有较小有效截面的光传输线路1002-L7，且由泵浦光源1005-E向光传输 线路1002提供泵浦光。光信号从光中继站1004-A，经光传输线路1002-L6 和光传输线路1002-L7，发送至光中继站1004-E，并被光传输线路1002 中的泵浦光实施Raman放大，所以光信号在传输的同时，还以此方式 进行补偿，使传输损耗几乎变为零。换而言之，光信号经Raman放大， 使光中继站1004-A的输出光电平与光中继站1004-E的输入光电平，基 本上彼此相等。有效截面是光传输线路截面的一部分，光信号与泵浦光 在有效截面中相互作用，以产生足够的Raman放大。该DMF公开在 例如论文“40 Gbit/s×8 NZR WDM transmission experiment over 80 km×5-span using distributed Raman amplification in RDF”(R.Ohhira， Y.Yano，A.Noda，Y.Suzuki，C.Kurioka，M.Tachigori，S.Moribayashi， K.Fukuchi，T.Ono and T. Suzaki：ECOC′99，26-30，p176-p177，Sep. 1999，Nice，France)中。
这里有效截面的大小与非线性光学效应的大小有关。当有效截面大 时，非线性光学效应则小。相反，当有效截面小时，非线性光学效应则 大。因此，从选择的观点看，是选择增加送出光信号的光中继站1004-A 中的光功率，还是选择增加提供泵浦光的光中继站1004-E中的光功率， 图2B所示结构都是可行的。在图2B中，光传输线路1002包括具有小 有效截面的光传输线路1002-L8和比光传输线路1002-L8有较大有效截 面的光传输线路1002-L9。光传输线路1002-L8与光中继站1004-A连接。 该种结构公开在例如论文“A proposal of a transmission line without any loss in a longitudinal direction utilizing distributed Raman amplification”(Toshiaki Okuno，Tetsufumi Tsuzaki and Masayuki Nishimura：B-10-116，the 2000 Society Conference of the Institute of Electronics，Information and Communication Engineers)中。
图2A和2B所示常规技术，是基于补偿损耗的观点而发明的技术， 没有考虑波长色散的补偿、光的信噪比(以下简称｀光SNR′)等等。
此外，在图1A和1B与图2A和2B的常规技术中，没有考虑非线性 光学效应，特别是非线性相移。
值得注意的是波长色散与有效截面的相关性，即波长色散为正的光 纤，常常具有小的有效截面，而波长色散为负的光纤，常常具有大的有 效截面。
在以较少误码率实现光信号远距离传输时，存在波长色散、传输损耗、 和非线性光学效应等问题，需要相当均衡地作为一个整体进行补偿，而 不是只补偿一个物理量。

本发明的一个目的，是提供一种光放大介质并解决上述各种问题，该 光放大介质要有适当特性来提供分布光放大。本发明还有一个目的，是 提供使用该光放大介质的分布光放大设备、光缆、光通信站、和光通信 系统。
本发明另外的目的和优点，将部分地在下面的说明中展示，而且部分 地可以从该说明中明显看出，或可以从本发明的实施中了解。
本发明的各个目的，是借助提供一种分布光放大设备达到的，该设备 包括具有中部区(middle field)的一种光纤，该中部区的特征值大于中部 区以外的区的特征值，相应区的特征值，是该光纤在该相应区的非线性 折射率除以该光纤在该相应区的有效截面。该设备还包括向该光纤提供 泵浦光的泵浦光源。
本发明的各个目的，还借助提供一种分布光放大设备达到，该设备包 括一种光纤线(fiber line)和向该光纤线提供泵浦光的泵浦光源。该光纤 线包括连接在一起的第一、第二和第三光纤，使通过该光纤线传播的光， 先通过第一光纤，然后通过第二光纤然后再通过第三光纤。该第一、第 二和第三光纤各有第一、第二和第三特征值。第二特征值大于第一特征 值和第三特征值。相应光纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该 光纤的有效截面。
本发明的各个目的，还进一步借助提供一种分布光放大设备达到，该 设备包括(a)把第一、第二和第三光纤连接在一起而成的光纤线，使 通过光纤线传播的光，传播时通过第一光纤，然后通过第二光纤，然后 再通过第三光纤，以及(b)向该光纤线提供泵浦光的泵浦光源。第一 光纤的波长色散系数D1除以其波长色散斜率S1的值D1/S1，几乎等于 第二光纤的波长色散系数D2除以其波长色散斜率S2的值D2/S2。第一 光纤的波长色散系数D1乘以其长度L1的值D1·L1，与第二光纤的波 长色散系数D2乘以其长度L2的值之和，几乎为零。第三光纤的波长 色散系数、波长色散斜率、和长度，几乎等于第一光纤的波长色散系数 D1、波长色散斜率S1、和长度L1。通过光纤线传输的光信号，在某个 波长上的累积波长色散，在光纤线的输出上几乎为零。在通过该光纤线 传输的光信号波长上，累积波长色散斜率在该光纤线的输出上几乎为 零。
本发明的各个目的，还借助提供一种光通信站达到，该站包括对光信 号执行预定处理的处理装置，和与该处理装置连接的光纤线。该光纤线 包括连接在一起的第一、第二和第三光纤，使通过光纤线传播的光，通 过第一光纤，然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤。第一、第二和 第三光纤各有第一、第二和第三特征值。第二特征值大于第一特征值和 第三特征值。相应光纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该光纤 的有效截面。一泵浦光源向该光纤线提供泵浦光。
本发明的各个目的，还进一步借助提供一种光通信系统达到，该系统 包括(a)一种光传输线路，(b)第一和第二站，用该光传输线路连接 在一起，并对通过该光传输线路传输的光信号执行预定的处理，以及(c) 泵浦光源，向该传输线路提供泵浦光。该传输线路包括连接在一起的第 一、第二和第三光纤，使通过该传输线路传播的光信号，通过第一光纤， 然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤。第一、第二和第三光纤各有 第一、第二和第三特征值。第二特征值大于第一和第三特征值。相应光 纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该光纤的有效截面。
还有，本发明的各个目的，是借助提供一种光通信系统达到的，该系 统包括(a)第一和第二传输线路，各自有第一和第二端，(b)光发送 站，用于产生光信号并把产生的光信号送至第一传输线路的第一端，使 该光信号通过第一传输线路到达第一传输线路的第二端，(c)光中继 站，从第一传输线路的第二端接收光信号、放大接收的光信号、并把放 大的光信号送至第二传输线路的第一端，使放大的光信号通过第二传输 线路传播至第二传输线路的第二端，以及(d)光接收站，从第二光传 输线路的第二端接收放大的光信号。至少第一和第二传输线路之一包括 连接在一起的第一、第二和第三光纤，使通过相应传输线路传播的光信 号，通过第一光纤，然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤传播。第 一、第二和第三光纤各有第一、第二和第三特征值，第二特征值大于第 一和第三特征值。相应光纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该 光纤的有效截面。该相应的传输线路设有泵浦光源。
本发明的各个目的，是借助提供一种光缆达到的，该光缆包括多根光 纤。每根光纤在中部区的特征值大于该光纤中部区以外的区的特征值， 相应的区的特征值，是该光纤在该区的非线性折射率除以该光纤在该区 的有效截面。
本发明的各个目的，还借助提供一种光缆达到，该光缆包括连接在一 起的第一、第二和第三光纤，使通过该光缆传播的光，通过第一光纤， 然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤传播。第二光纤有负的色散值。 第一和第三光纤各有正的色散值。该光缆在光学上把两个光中继站连接 起来，或把一个光中继站与一个终端站连接起来。
还有，本发明的各个目的，是借助提供一种光通信系统达到的，该系 统包括由连接在一起的第一、第二和第三光纤组成的光缆，使通过该光 缆传播的光，通过第一光纤，然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤 传播。第二光纤有负的色散值。第一和第三光纤各有正的色散值。该光 缆在光学上把(a)两个光中继站连接起来，其中一个光中继站向该光 缆提供泵浦光，使该光缆产生分布Raman放大，或把(b)一个光中继 站与一个终端站连接起来，该光中继站与终端站之一，向该光缆提供泵 浦光，使该光缆产生分布Raman放大。  
此外，本发明的各个目的，是借助提供一种设备达到的，该设备包括 一传输线路和一泵浦光源。该传输线路从传输线路的输入端到输出端， 包括连接在一起的第一、第二和第三光纤，使信号光的传播通过该输入 端，然后通过第一光纤，然后通过第二光纤，然后通过第三光纤，最后 通过输出端。第一、第二和第三光纤各有第一、第二和第三特征值。第 二特征值大于第一特征值和第三特征值。相应光纤的特征值，是该光纤 的非线性折射率除以该光纤的有效截面。该泵浦光源向传输线路提供泵 浦光，使信号光通过传输线路传播时被Raman放大。
再有，本发明的各个目的，是借助提供一种设备达到的，该设备包括 一传输线路和一泵浦光源。该传输线路从传输线路的输入端到输出端， 包括连接在一起的第一、第二和第三光纤，使信号光的传播通过该输入 端，然后通过第一光纤，然后通过第二光纤，然后通过第三光纤，最后 通过该输出端。该泵浦光源向传输线路提供泵浦光，使信号光通过传输 线路传播时被Raman放大。该第一光纤的波长色散系数D1除以其波长 色散斜率S1的值D1/S1，几乎等于第二光纤的波长色散系数D2除以其 波长色散斜率S2的值D2/S2。该第一光纤的波长色散系数D1乘以其长 度L1的值D1·L1，与第二光纤的波长色散系数D2乘以其长度L2的值 之和，几乎为零。第三光纤的波长色散系数、波长色散斜率、和长度， 几乎等于第一光纤的波长色散系数D1、波长色散斜率S1、和长度L1。 在该传输线路的输出端，信号光在某个波长上的累积波长色散几乎为 零。在该传输线路的输出端，该信号光在该波长上的累积波长色散斜率 几乎为零。
此外，本发明的各个目的，是借助提供一种光通信系统达到的，该系 统包括(a)一种光传输线路，(b)第一和第二站，用该光传输线路连 接起来，并对通过该传输线路传输的信号光执行预定的处理，以及(c) 泵浦光源，向该传输线路提供泵浦光，使信号光通过该传输线路传播时 被Raman放大。该传输线路包括连接在一起的第一、第二和第三光纤， 使通过传输线路传播的光信号，通过第一光纤，然后通过第二光纤，然 后再通过第三光纤传播。第一、第二和第三光纤各有第一、第二和第三 特征值，第二特征值大于第一特征值和第三特征值。相应光纤的特征值， 是该光纤的非线性折射率除以该光纤的有效截面。
本发明的各个目的，还借助提供一种光通信系统达到，该系统包括(a) 第一和第二传输线路，各自有第一和第二端，(b)光发送站，用于产生 光信号并把产生的光信号送至第一传输线路的第一端，使该光信号通过 第一传输线路到达第一传输线路的第二端，(c)光中继站，从第一传输 线路的第二端接收光信号、放大接收的光信号、并把放大的光信号送至 第二传输线路的第一端，使放大的光信号通过第二传输线路传播至第二 传输线路的第二端，以及(d)光接收站，从第二光传输线路的第二端 接收放大的光信号。至少第一和第二传输线路之一包括连接在一起的第 一、第二和第三光纤，使通过相应传输线路传播的光信号，通过第一光 纤，然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤传播。第一、第二和第三 光纤各有第一、第二和第三特征值，第二特征值大于第一和第三特征值。 相应光纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该光纤的有效截面。 向相应的传输线路提供泵浦光，使光信号通过相应传输线路传播时被 Raman放大。
本发明的各个目的，还进一步借助提供一种设备达到，该设备包括由 第一、第二和第三光纤构成的传输线路，第一光纤与第二光纤连接，而 第二光纤与第三光纤连接，使通过传输线路传播的信号光，通过第一光 纤，然后通过第二光纤，然后再通过第三光纤传播。第一、第二和第三 光纤各有第一、第二和第三特征值，第二特征值大于第一特征值和第三 特征值。相应光纤的特征值，是该光纤的非线性折射率除以该光纤的有 效截面。该设备还包括向该传输线路提供泵浦光的泵浦光源，使信号光 通过至少第一、第二和第三光纤之一传播时，该光信号被Raman放大。
附图说明
从下述结合附图的优选实施例，本发明的上述和其他目的以及优点， 将变得明显和更易理解，附图有：
图1A和1B是示意图，画出常规的波长色散受控光传输线路的结 构；
图2A和2B是示意图，画出常规的损耗补偿/分布Raman放大器 的结构；
图3是示意图，按照本发明的一个实施例，画出一种光通信系统 的结构；
图4A、4B和4C按照本发明的一个实施例，示意画出全受控/分布 Raman放大器的结构，以及光功率与累积波长色散的曲线；
图5A、5B、5C和5D按照本发明的一个实施例，对每种传输线路 结构画出光功率与传输距离的相互关系曲线；
图6是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明当实施Raman放 大，使该光传输线路的输入信号功率和光传输线路的输出信号功率彼此 相等时，光传输线路中信号光功率(各信道的平均值)的状态；
图7是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明泵浦光功率与 Raman开/关增益的相互关系；
图8是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR与Raman 开/关增益的相互关系；
图9是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明相移与Raman开/ 关增益的相互关系；
图10A和10B是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR 与Raman开/关增益的相互关系；
图11是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR与泵浦光 功率的相互关系以及相移与Raman开/关增益的相互关系；
图12是曲线图，按照本发明的一个实施例，画出各种光传输线路 结构的眼图；
图13A和13B是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR 与Raman开/关增益的相互关系；
图14A和14B是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR 与Raman开/关增益的相互关系(长度比：约0.5，传输线路长度：分 别为100km、50km)；
图15A和15B是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明光SNR 与Raman开/关增益的相互关系(长度比：约1，传输线路长度：分别 为100km、50km)；
图16是曲线图，按照本发明的一个实施例，表明(类型2)相对 增益与光SNR的相互关系；
图17是示意图，按照本发明的一个实施例，画出光通信系统中一 种光发送站的结构；
图18是示意图，按照本发明的一个实施例，画出光通信系统中一 种光中继站的结构；
图19是示意图，按照本发明的一个实施例，画出光通信系统中一 种光接收站的结构；
图20A、20B和20C是视图，按照本发明的一个实施例，画出模 变换拼接(splicing)的若干例子；
图21是解释用曲线图，按照本发明的一个实施例画出波长色散斜 率；和
图22A和22B是示意图，按照本发明的一个实施例，画出一种双 向光通信系统的结构。

现在详细参照本发明各优选实施例，结合附图加以说明，其中，相同 的参考数字自始至终表示相同的单元。
图3是示意图，按照本发明的一个实施例，画出一种光通信系统的结 构。
图4A、4B和4C按照本发明的一个实施例，示意画出全受控/分布 Raman放大器的结构，以及光功率与累积波长色散的曲线，还画出光 通信系统中两个站之间的部分结构。
现在参看图3和图4A、4B及4C，光通信系统包括光发送站101，光 发送站101产生由多个(例如“m”个)不同波长光信号复用起来的一 个WDM光信号。产生的WDM光信号，通过光传输线路102发送至光 接收站103。光接收站103接收WDM光信号，并处理该接收的WDM 光信号。光传输线路102接收由泵浦光源(图3上未画出，请见图4A 中的泵浦光源105-B)提供的泵浦光，使光传输线路102可用作光放大 介质。图3中画出的光传输线路102由各光传输线路102-1至102-a+1 构成，而图4A中画出的光传输线路102由各光传输线路102-L1、102- L2和102-L3构成。
光中继站104(图3中分别以光中继器104-1至104a表示，而图4A 中以104-A和104-B表示)连接在光通信系统的各光传输线路102之间。 多个光中继站104按需要置于构成光传输线路102的各个个别光传输线 路之间。每个光中继站104包括泵浦光源(如图4A中光中继站104-B 的泵浦光源105-B)，向光传输线路102提供泵浦光，用于分布光放大。 此外，每个光中继站104按需要，通常都有集中的光放大部分和/或光分 /插部分。集中光放大部分例如是把WDM光信号放大至预定输出光电 平的光路。光分/插部分例如是分/插的光路，向/从WDM光信号中插入/ 分出预定信道的光信号。而且，泵浦光源(如图4A中的泵浦光源105- B)也置于光接收站103内。
光传输线路102是一种光纤，对于各中继器之间的每一段光纤，或一 中继站与一终端站之间的每一段光纤，其中部区的特征值大于中部区以 外的区的特征值，这里特征值是非线性折射率n2除以有效截面Aeff。更 具体说，如图4A所示，光传输线路102包括具有预定特征值的第一光 传输线路102-L1、与第一光传输线路102-L1连接且特征值大于第一光 传输线路102-L1特征值的第二光传输线路102-L2、和与第二光传输线 路102-L2连接且特征值小于第二光传输线路102-L2特征值的第三光传 输线路102-L3。第一光传输线路102-L1与置于WDM光信号传输方向 上游一侧的光中继站104-A连接(有时，例如在图3中，与光发送站101 连接)。第三光传输线路102-L3与置于WDM光信号传输方向下游一侧 的光中继站104-B连接(有时，例如在图3中，与光接收站103连接)。
上述光通信系统中，光信号在光传输线路102中被泵浦光源提供的泵 浦光Raman放大，使光传输线路102的传输损耗得到补偿。该种泵浦 光例如可以由光中继站104(如图4A中的泵浦光源105-B)内的泵浦光 源提供，和/或由光接收站103内的泵浦光源提供。
Raman放大的特性能够从下面的方程式1计算。 $\frac{d{P}_f(z,\upsilon )}{\mathrm{dz}}=-\alpha \left(\upsilon \right)P_f(z,\upsilon )+\gamma \left(\upsilon \right)P_b(z,\upsilon )$ $+{\int }_{\xi >\upsilon }\left\{\frac{\mathrm{gr}}{A_{\mathrm{eff}}}(\upsilon -\xi )\right[P_f(z,\xi )+P_b(z,\xi )]P_r(z,\upsilon )$ $+2\mathrm{h\upsilon }\frac{\mathrm{gr}}{A_{\mathrm{eff}}}(\upsilon -\xi )[P_r(z,\xi )+P_b(z,\xi )]\times (1+\frac{1}{e^{h(\xi -\upsilon )/\mathrm{kT}}-1})\}\mathrm{d\xi }$ $-{\int }_{\xi <\upsilon }\left\{\frac{\mathrm{gr}}{A_{\mathrm{eff}}}(\upsilon -\xi )\right[P_f(z,\xi )+P_b(z,\xi )]P_f(z,\upsilon )$ $+2\mathrm{h\upsilon }\frac{\mathrm{gr}}{A_{\mathrm{eff}}}(\upsilon -\xi )[P_f(z,\xi )+P_b(z,\xi )]\times (1+\frac{1}{e^{h(\xi -\upsilon )/\mathrm{kT}}-1})\}\mathrm{d\xi }$
这里，当取z轴与光传输线路102的传输方向平行时，Pf(z，υ)是在距 离z处、频率为υ的向前的光功率(沿光传输线路向前传播的所有光)， Pb(z，υ)是在距离z处、频率为υ的向后的光功率(沿光传输线路向后传 播的所有光)，α(υ)是频率υ上的衰减量，γ(υ)是频率υ上的Reyleigh散 射系数，gr(Δυ)gr(ξ-υ)是频率ξ与υ之间的Raman增益系数，Aeff是光 传输线路102的有效截面，h是Planck常数，k是Boltzmann系数，而 T是光传输线路102的温度。
关于方程式1，请参考论文“Pump interactions in a 100-nm Bandwidth Raman amplifier”(H.Kidorf，K.Rottwitt，M.Nissov，M.Ma，and E. Rabarijaona：IEEE Photonics Technology Letters，Vol.11，No.5，p530- p532)。
按方程式1适当设定泵浦光的光功率，则如图4B所示，在光发送站 101与光中继站104-1之间、在各光中继站104之间(如，光中继站104-1 和104-2之间，和光中继站104-a-1与104-a之间)、和在光中继站104- a与光接收站103之间，接收端的输入电平和发送端的输出电平可以做 到基本上彼此相等。
另外，不按方程式1，而通过在发送端检测输出电平，把检测值通知 接收端，并在接收端检测输入电平，同时控制泵浦光的功率，也可以做 到接收端的输入电平和发送端的输出电平基本上彼此相等。
注意，图4B中的水平轴表示距离而垂直轴表示光信号的功率。
非线性相移ΦNL由下面的方程式2给出。
这里，n2(z)是关于z轴方向的非线性折射率，Aeff是关于z轴方向的有 效截面，P(z)是关于z轴方向的光功率，k表示k＝1/λ，而λ是信号波长。
用方程式2，通过使具有大光功率的区的特征值变小，例如靠近送出 光信号的发送端的区和靠近提供泵浦光的接收端的区，能够防止非线性 相移。此外，在小功率的区，例如沿传输方向靠近光传输线路102中部 的区，即使特征值增加，非线性相移也不会增加得太多。
因此，上述光传输线路102能防止非线性相移，因为光传输线路102- L2的特征值已做成大于其两端的光传输线路102-L1和102-L3的特征 值。
此外，从光传输线路102的波长色散观点看，当例如第一光传输线路 102-L1和第三光传输线路102-L3有正的波长色散(+D)，而第二传输 线路102-L2有负的波长色散(-D)时，累积的波长色散(ps/nm)与距 离(km)的相互关系如图4C所示。更具体说，光通信系统的累积波长 色散可以画成波长色散曲线，其中，随着距离在0与L1之间增加，波 长色散也增加，随着距离在L1与L1+L2之间增加，波长色散却减小， 而随着距离在L1+L2与L1+L2+L3之间增加，波长色散再度增加。因 此，光传输线路102也能补偿波长色散。
还有，与分为两段结构的DMF比较，能够减小光传输线路中累积波 长色散的偏差量，还能使累积波长色散对距离的平均变小，因而能减小 因非线性光学效应产生的波形恶化。
附带指出，第一光传输线路102-L1和第三光传输线路102-L3具有负 的波长色散(-D)，而第二光传输线路102-L2具有正的波长色散(+D)， 这对光传输线路102的波长色散也是合适的。
这里假定，第一光传输线路102-L1的波长色散系数、波长色散斜率、 和长度，分别是D1、S1、和L1，第二光传输线路102-L2的波长色散 系数、波长色散斜率、和长度，分别是D2、S2、和L2，而第三光传输 线路102-L3的波长色散系数、波长色散斜率、和长度，分别是D3、S3、 和L3，那么，当把光传输线路构造成满足下面方程式的关系时，波长 色散斜率同时得到补偿，于是对相应的信号波长，能够实现均匀的传输 特性。
D1/S1＝D1/S2＝D3/S3，D1·L1+D2·L2+D3·L3＝0  …(方程式3)
注意，图4C中的水平轴表示距离而垂直轴表示累积波长色散。
因此，图3和图4A、4B、及4C所示光通信系统，与常规的光通信 系统比较，能够补偿传输损耗和波长色散，还能够防止非线性相移，极 大地改善光SNR。这样就有可能比常规光通信系统把传输距离增加得更 长。
下面说明为证实上述效应而作的模拟。
图5A、5B、5C、和5D是曲线图，对光传输线路的每种结构，画出 光功率与传输距离之间相互关系。
模拟是在带有DMF的光通信系统中进行的，该DMF是结构改变了 的DMF，用作光放大介质和光传输线路，并与一光中继站连接。通过 后向泵浦把泵浦光送至DMF，并在光中继站中设有6dB噪声值的掺饵 光纤放大器。
模拟是对三种类型的DMF结构进行的。第一种情形(类型1)的DMF 包括具有+D的第一光纤和具有-D的第二光纤，并且在本情形中，泵浦 光被送至第二光纤。第二种情形(类型2)的DMF，包括特征值n2/Aeff 小于第二光纤且具有正波长色散的第一光纤、具有负波长色散的第二光 纤、和特征值n2/Aeff小于第二光纤的第三光纤，并且在本情形中，泵浦 光被送至第三光纤。顺便指出，在本模拟中，第一光纤与第三光纤用相 同特性的光纤，且它们的长度彼此相等。第三种情形(类型3)的DMF 包括具有-D的第二光纤和具有+D的第一光纤，并且在本情形中，泵浦 光被送至具有+D的第一光纤。
第二种情形(类型2)是按照本发明的光通信系统。
第一至第三光纤的特性参数示于表1。所用特性参数例子的数值，从 制作观点看都是易于实现的，当然也可以用其他数值。表1中的特性参 数是在1550nm上的数值。
                                                表1
                            第一光纤和第二光纤的特性参数(L1+L3∶L2＝2∶1)   光纤       长度L       (km)   波长色散     D  (ps/nm/km)   损耗    α   (dB)   有效截面  Aeff(μm2)        Raman      增益系数       gr(m/W)    非线性折     射率n2      (W-1) Rayleigh散  射系数  γ(m-1) 第一    L1+L3＝68.7      +20   0.174      110    0.56×10-13   2.9×10-20   5.8×10-8 第二      L2＝31.3     -43.9   0.274      20    0.56×10-13   4.0×10-20   25×10-8       100.0
已经指出，例如在图3，DMF的总长度在所有情形(类型1、类型2、 和类型3)中例如都是100km。按照表1中的特性参数，100km光纤 的总损耗是20.5dB。在第一种至第三种(类型1、类型2、和类型3) 的每种情形中，如图5A所示，调整第一光纤和第二光纤的长度，使WDM 信号通过该DMF传输后(即传输100km之后)，累积波长色散在1550nm 上变为零。WDM光信号中，在C波段的1529nm至1569nm的100GHz 间隔内，复用了44种波的波长。泵浦光的激励波长，按照(方程式1)， 设定在能使WDM光信号被Raman放大的波长上，而泵浦光功率的设 定，要使各信道的光功率在该DMF输出端的偏差在±0.2dB之内。
注意，图5A中的水平轴表示距离而垂直轴表示累积波长色散。图5C 表示，当进行Raman放大，使光传输线路的输入信号功率与光传输线 路的输出信号功率变成彼此相等时，光传输线路内信号光功率(各信道 的平均值)的状态。图5C的情形表示传输距离为100km，而图5D的 情形表示传输距离为50km。
各种结果画在图6至图11上。
图6是曲线图，表示当进行Raman放大，使光传输线路的输入信号 功率(各信道的平均值)与该光传输线路的输出信号功率变成彼此相等 时，该光传输线路内信号光功率的状态。
图7是曲线图，表明泵浦光功率与Raman开/关增益的相互关系。
图8是曲线图，表明光SNR与Raman开/关增益的相互关系。
图9是曲线图，表明相移与Raman开/关增益的相互关系。
图10A和10B是曲线图，表明光SNR与Raman开/关增益的相互关 系。
图11是曲线图，表明光SNR与泵浦光功率的相互关系和相移与Raman 开/关增益的相互关系。
这里图7至图10A和10B，是当传输距离为100km时的结果。
注意，图6中的水平轴表示以km为单位的距离，而垂直轴表示光传 输线路102中的光功率，以dBm为单位。图7中，下面的水平轴表示 以dB为单位的Raman开/关增益，而垂直轴表示以dBm为单位的泵浦 光功率。图8中，下面的水平轴表示以dB为单位的Raman开/关增益， 而垂直轴表示以dB为单位的光SNR。图9中，下面的水平轴表示以dB 为单位的Raman开/关增益，而垂直轴表示相移。图10A和10B中，下 面各水平轴表示以dB为单位的Raman开/关增益，而各垂直轴表示以 dB为单位的光SNR。在图7至图10A和10B中，上面各水平轴表示相 对增益。这里，相对增益定义为Raman开/关增益(dB)除以总传输损 耗(dB)，而在本模拟中，总传输损耗是20.5dB。图11中的水平轴表 示以dBm为单位的泵浦光功率，而垂直轴表示以dB为单位的光SNR。 在每个图中，第一种情形(类型1)的结果，以●或□表示，第二种情 形(类型2)的结果，以□或□表示，第三种情形的结果，以▲或△表示。 光SNR由下面的方程式4计算。
这里Optical SNRDRA是因Raman放大产生的光SNR，而Optical SNREDFA是由于掺饵光纤放大器产生的光SNR。 
Raman开/关增益是当提供泵浦光(开)时接收端上的输入电平与不 提供泵浦光(关)时接收端上的输入电平的比值。
图6是曲线图，它把图5C中各曲线汇总在一个曲线图中。从图6可 以清楚看出，当传输时，光电平在传输距离上降低的程度是第二种情形 (类型2)最小。在0km至50km的距离中，各种情形的特性基本上 彼此相同，而在约50km至100km的距离中，各种情形的特性彼此有 很大程度的不同。因此很清楚，从泵浦光送进的接收端开始，直至约50 km，Raman放大是显著起作用的。
从图7可以清楚看到，为获得相同Raman开/关增益所需的泵浦光功 率，按第一种情形(类型1)、第二种情形(类型2)、和第三种情形(类 型3)的顺序增加。换句话说，在第一种情形中，Raman开/关增益能 够以最小泵浦光功率获得，所以第一种情形是最有效的。这是因为预先 把非线性有效截面小且Raman增益系数大的-D光纤分配在最靠近泵浦 光入射端的区内(就是说，泵浦光功率足够大的区)。注意，图7中Raman 开/关增益为20.5dB的情形画在图6。更具体说，为了使接收端的输入 电平几乎等于发送端的输出电平，泵浦光功率在各种情形中是彼此不同 的。
同时，当Raman开/关增益相同时，从图8可清楚看出，光SNR越 来越恶化的顺序是：第二种情形(类型2)、第三种情形(类型3)、和 第一种情形(类型1)。
使用光放大的传输系统，其光SNR是决定信号质量的基本要素。图8 中，实线表示由信号光功率Ps与噪声光功率Pn之比Ps/Pn定义(这是 普遍使用的光SNR定义)的光SNR。这里噪声光功率Pn是伴随Raman 放大的自发Raman散射光功率Pr与被掺饵光纤放大器(EDFA)放大 的自发辐射(ASE)功率Pe之和：Pn＝Pr+Pe。此外，在使用Raman 放大的传输系统中，因二次Rayleigh散射导致的串扰使信号质量恶化。 因此，在本研究中，还研究二次Rayleigh散射导致的效应。图8中的虚 线表示计及二次Rayleigh散射的光SNR。计算时，二次Rayleigh散射 光也作为自发Raman散射光和ASE之外的噪声光。更具体说，噪声光 功率Pn定义为自发Raman散射光功率Pr、ASE功率Pe、与二次Rayleigh 散射光功率Pd之和：Pn＝Pr+Pe+Pd，而光SNR定义为信号光功率 Ps与噪声光功率Pn之比Ps/Pn。
当Raman开/关增益相同时，从图8可清楚看出，非线性相移越来越 严重的顺序是：第一种情形(类型1)、第二种情形(类型2)、和第三 种情形(类型3)。
因此，权衡了Raman开/关增益效率、光SNR的改善、和防止非线 性相移后，在补偿传输损耗方面，第二种情形(类型2)是最可取的。
关于这一点，可从图10A和10B及图11的曲线图看得更清楚。
图10A和10B是在调整光纤输入功率，使在各种情况下，非线性相 移都变成基准值时得到的结果。该基准值是在第一种情形(类型1)中 输入电平为-2dBm且不提供泵浦光时出现的非线性相移值。
参见计及Rayleigh串扰影响的各种计算结果(图10A中实线)，很明 显，最高(最可取)的光SNR是在类型2的情形中获得。同样明显的 是，在约0.5或更大的相对增益范围内(Raman开/关增益约为10dB 或更大)，类型2情形的光SNR，高于其他情形(类型1和3)。
再有，参见计及Rayleigh串扰影响的各种计算结果(图10B中虚线)， 很明显，在类型2情形中获得的最高光SNR，比其他情形(类型1和类 型3)的最高光SNR都高。所以，最可取的光SNR是在类型2情形中 获得，这个结论对计及Rayleigh串扰时也成立。同样明显的是，在约0.5 至1的相对增益范围内(Raman开/关增益约为10至20.5dB)，类型2 情形的光SNR，比其他情形(类型1和3)都高。
图11是曲线图，图中用泵浦光功率取代图10A和10B的水平轴，还 画出非线性相移曲线。图11的实线表示非线性相移，而虚线表示光SNR。
目前，出于安全的考虑和受泵浦光源的最大输出限制，泵浦光功率的 上限值限于约+27至+30dBm。但是对类型2，显然不超过泵浦光功率 的上限值就能获得较令人满意的光SNR。  
因此，在权衡传输损耗的补偿、Raman开/关增益效率、和防止非虚 线相移之后，第二种情形(类型2)是最可取的。此外，如图4C和图5A 所示，因为在第二种情形(类型2)中，能够减小光传输线路内累积波 长色散的偏差量，所以从色散补偿的观点看，第二种情形(类型2)是 最佳的。为确认这一点，下面进行传输波形模拟。
图12是曲线图，画出每种光传输线路结构的眼图。
图12画出的眼图曲线，是把40 Gbit/s的归零(RZ)光信号，每信号 安排100 GHz间隔，以+4 dBm/ch.的输入电平，输入第一至第三种情形 (类型1、类型2、和类型3)各传输线路，经600km传输(100km×6 跨距)后获得的。
从图12显而易见，按照本发明的第二种情形(类型2)，能获得最令 人满意的有最宽眼图张度的波长。
所以，第二种情形(类型2)的光传输线路，对波长色散、传输损耗、 和非虚线光效应，相当均衡地作为一个整体进行补偿，从而最大地改善 光SNR。
附带指出，在上述说明中，是按第二光纤长度(L2)与第一光纤的总 长度(L1+L3)的比值L2/(L1+L3)近似为0.5的情形说明的，但是， 别的比值也是可以的。下面研究长度的比值。
根据参考的论文、产品目录调查、以及逻辑推理，能以目前技术制作 的光纤，其特征参数值在表2中列出。表2列出的特征参数值是在1550nm 波长上的数值。
                                                     表2
                                             可实现的光纤的特征参数 光纤   有效截面   Aeff(μm2)      非线性折射率         n2(W-1)         n2/Aeff         (1/m-1)    波长色散    D(ps/nm/km)    波长色散斜率    (ps/nm2/km) 第一 55～120  2×10-20～3×10-20  1.7×10-10～5.5×10-10  D1＝+8～+21     0.05～0.07 第二 15～45  2×10-20～4×10-20  4.4×10-10～26.7×10-10  D2＝-14～-60    -0.03～-0.3
为了使在一段(两站之间)内的累积波长色散为零，对第二光纤长度 (L2)与第一光纤的总长度(L1+L3)的比值L2/(L1+L3)有如下要 求：
L2/(L1+L3)＝-D1/D2
显然，按表2中光纤的特征参数，下面的方程式很好地成立。
          L2/(L1+L3)＝-D1/D2＝0.17～1.5
此外，按照图5C等等各个结果，为了以小的泵浦光功率获得补偿传 输损耗的Raman放大特性，加长第二光纤的长度L2更为有利，但另一 方面，为了防止非线性相移，缩短第二光纤的长度L2更为有利。因此， 从权衡的观点看，第二光纤长度(L2)与第一光纤的总长度(L1+L3) 的比值L2/(L1+L3)约在0.5至1是较令人满意的。
为了详细研究这种情况，进行下面的模拟。上面已经指出，当长度比 约为0.5时，本发明是有效的，所以，下面论述把该长度比增加至1时 的情形。在该情形中光纤的特性参数在表3中列出。
                                        表3
                      第一光纤和第二光纤的特性参数(L1+L3∶L2＝1∶1) 光纤   长度L   (km)     波长色散        D   (ps/nm/km)   损耗   α   (dB) 有效截面 Aeff(μm2)    Raman   增益系数    gr(m/W)    非线性折     射率n2     (W-1)   Rayleigh   散射系数   γ(m-1) 第一 L1+L3＝50     +14  0.178     110  0.56×10-13   2.7×10-20   5.8×10-8 第二   L2＝50     -14  0.230     40  0.56×10-13   3.3×10-20   15×10-8   100.0
模拟结果见附图。
模拟结果画在图13A和13B上。图13A和13B是曲线图，表明光SNR 与Raman开/关增益的相互关系，还表明调整光纤的输入功率，使非线 性相移变为基准值时得到的结果。该基准值是在类型1结构中输入电平 为-2dBm/ch.且不提供泵浦光时出现的非线性相移值。参见没有计及 Rayleigh串扰影响的计算结果(图13A和13B中实线)，很明显，最高 (最可取)的光SNR能在类型2的情形中获得。此外，在约0.5或更大 的相对增益范围内(Raman开/关增益约为10dB或更大)，类型2情形 的光SNR，比其他情形(类型1和3)的光SNR都高。
再者，参见计及Rayleigh串扰影响的计算结果(图13A和13B中虚 线)，很明显，在类型2情形中获得的最大的光SNR，比其他情形(类 型1和类型3)的最大光SNR都高。因此，最可取的光SNR在类型2 情形中获得，这个结论对计及Rayleigh串扰时也成立。此外，在约0.5～ 1的相对增益范围内(Raman开/关增益约为10～20.5dB)，类型2情 形的光SNR，比其他情形(类型1和3)的光SNR都高。
上述结果证明，当光纤长度比L2/(L1+L3)接近1而不是0.5时，本 发明也是有效的。因此可以说，当长度比L2/(L1+L3)是0.5～1时， 本发明特别有效。
接着，研究对本发明有效的传输线路长度。为了获得以较小的泵浦光 来补偿传输损耗的Raman放大特性，缩短传输线路的总长度 (L1+L2+L3)是更有利的，但当缩短传输线路长度时，在有大非线性 系数的第二光纤中会增加信号光功率，使本发明的作用降低。为了确认 这一点，用缩短至50km的传输线路长度进行模拟。
图14A和14B画出当长度比L2/(L1+L3)约0.5且传输线路长度分 别为100km和50km时的光SNR。图15A和15B画出当长度比L2/ (L1+L3)约为1且传输线路长度分别为100km和50km时的光SNR。 图14A及14B和图15A及15B都是计及二次Rayleigh散射影响的结果。 从这些图上易见，类型2和类型1两种情形的光SNR，比类型3的光SNR 更为可取，但因类型1和类型2的最大光SNR几乎在同一电平，故与100 km长的传输线路比较，类型2优于其他类型的优势下降了。因此很显 然，当传输线路的长度在50km或更长而不是不断缩短时，本发明特别 有效。但是，当它是50km或更短时，从色散补偿光缆的制作效率的观 点看，本发明并未丧失优势。
图16是曲线图，图上就类型2情形中相对增益与光SNR的相互关系， 对以上所述结果进行概括。所有曲线表示的结果都计及二次Rayleigh散 射并固定非线性相移。根据图16易见，所有各种情形中，在相对增益 为0.5至1的范围内，都可以获得较令人满意的光SNR。
下面，详细举出光发送站101、光中继站104、和光接收站103结构 的例子。
首先说明光发送站101的结构。
图17是示意图，画出光通信系统中光发送站的结构。图17中，光发 送器(以下简称｀OS′)211-1至211-m，每个都产生一光信号，输入光复 用器(以下简称｀MUX′)222。光发送器的数目通常等于共同复用为一 个WDM光信号的波长数。例如，分别在不同的波长上设置m个光发 送器OS 211-1至OS 211-m，以产生m个光信号。该m个光信号然后 被MUX 222复用为一个WDM光信号。
OS 211-1至OS 211-m中的每一个，例如包括：半导体激光器，用于 在预定波长上产生振荡激光；外调制器，例如Mach-Zehnder干涉仪类 型的光调制器，用待发送的信息调制该激光，从而产生调制的光信号； 以及把光信号放大的半导体光放大器。半导体激光器的振荡波长根据 WDM光信号的每一信道设定。例如，C波段的WDM光信号被安排在 1530nm～1570nm。顺便指出，还有其他波段，如S+波段(1450nm～ 1490nm)、S波段(1490nm～1530nm)、L波段(11570nm～1610nm)、 和L+波段(1610nm～1650nm)。当然，光发送器不限于本特定实施例， 有许多现成的不同类型和配置的光发送器可供使用。
MUX 222把各OS 221-1～221-m输出光信号的波长复用，从而输出 一个WDM光信号。
MUX 222输出的WDM光信号，输入光耦合器(以下简称｀CPL′)223， 并被分为，例如两个信号。分开的信号之一输入光放大部分240，而另 一个输入光电二极管(以下简称｀PD′)226。
CPL 223是一种光学部件，用于把入射光分为两个信号，并输出该两 个信号。例如，一种微型光耦合器，如半反射镜、光纤型融接光纤光耦 合器、光波导型光耦合器等等，都是可以用作CPL 223装置的例子。但 是，本发明不限于所举的例子。
PD 226是光电转换器，能根据接收的光功率产生电流。PD 226的输 出送至模数转换器(以下简称｀A/D′)228，把模拟输入转换为数字输出。 A/D 228的输出送至中央处理单元(以下简称｀CPU′)231，如用于计算 和处理的微处理器。输入至光放大部分240的WDM光信号的输入电平， 由PD226检测。
光放大部分240是集中的光放大电路，包括例如CPL 241及243、掺 饵光纤(以下简称｀EDF′)242、激光二极管(以下简称｀LD′)244及245、 和LD驱动电路246。饵元素是一种稀土元素，其元素符号是Er，原子 序数是68。镧系各元素的性质彼此类似。 
输入光放大部分240的WDM光信号，被送至CPL 241。LD 244输 出的激光被送至CPL 241，又被送至EDF 242作为泵浦光。各种半导体 激光器，如Fabry-Perot谐振型激光器、分布反馈激光器、分布Bragg 反射激光器等等，都可以用作该LD。但是，本发明不限于所举例子。
CPL 241把输入光放大部分240的WDM光信号和LD 244输出的激 光复用，然后把复用的信号输入EDF 242。LD 245输出的激光还经CPL 243输入至EDF 242的另一端。
EDF 242吸收从LD 244和LD 245输出的激光，激励EDF 242内的 饵离子，形成粒子数反转。当WDM光信号输入形成粒子数反转的EDF 242时，该WDM光信号在EDF 242内引起受激辐射，把WDM光信号 放大。因此，EDF 242是在两个方向上被激励的。因为LD 244和245 是用于EDF 242的泵浦光源，所以它们的振荡波长被设定在EDF 242 的激励波长上，例如1480nm、980nm、等等。
在本实施例中，使用掺饵元素的光纤放大器作为放大器，但可以根据 光放大部分240的放大波段来选择稀土元素。放大其他波段的稀土元素， 例如已知的有钕(Nd)、镨(Pr)、铥(Tm)、等等。因此，本发明不限 于使用任何特定的稀土元素。
LD驱动电路246输出控制信号，分别送至LD 244和LD245。LD驱 动电路246例如调节LD 244和245的元素温度，以稳定激光的振荡波 长。此外，LD驱动电路246例如根据CPU231的控制信号，调节LD244 和245的驱动电路，以控制激光的光功率，从而控制光放大部分240的 增益。有许多不同方法可以适当地驱动激光二极管，所以本发明不限于 这里指出的特定方法。
图17的光放大部分240，具有用一级掺饵光纤放大器把WDM光信 号放大的结构，但本发明不限于该种结构。例如，光放大部分240可以 具有两级结构，例如包括放大光的第一光放大器、把第一光放大器输出 的光衰减的光衰减部分、和把光衰减器输出的光放大的第二光放大器。 在如此构造的光放大部分240中，作为波长函数的增益，特别是光放大 部分240的增益斜率，能够在第一和第二光放大器中调节，而光放大部 分240的输出电平，能够在光衰减器中调节。作为调节输出电平的光衰 减器，用可变衰减器是合适的，它能够衰减输入光并把它输出，同时还 能够改变衰减量。光可变衰减器的类型可以是，在输入光和输出光之间 加一磁光晶体，在磁光晶体的输出端加一偏振片，然后对磁光晶体施加 一磁场，通过改变磁场强度来调节其衰减量。
光放大部分240输出的WDM光信号，被送至能把两个输入光波长复 用的光复用器/消复用器(以下简称｀W-CPL′)224。
同时，一个例如与前述光发送器有相同结构的OS 229，产生被监控信 息(以下简称｀OSC′)调制的光信号。监控信息是诸如维护信息和状态 信息的信息，该信息对光通信系统的运行是必不可少的，并且至少包括 光发送站101输出的WDM光信号的输出电平。OSC被设置在例如比 WDM光信号最小信道ch.1(信道1)的波长更短的一侧。但是，本发 明不限于把OSC设置在该波长上。例如，可以把OSC设置在WDM光 信号最大信道ch.m的较长波长一侧。
OS 229中产生的OSC被送至W-CPL 224。W-CPL 224把光放大部 分240输出的WDM光信号与OSC的波长复用。其波长与OSC波长复 用的WDM光信号，输入CPL 225，被分为两个信号。分开的信号之一 输入PD 227，而另一个作为光发送站101的输出，送至光传输线路 102-1，准备发送至下一级的光中继站104-1。
PD 227对输入光进行光电转换，且其输出在A/D 230中被转换为数字 信号后，送至CPU 231。PD 227检测光发送站101输出的WDM光信 号的输出电平。
CPU231与A/D228及230、LD驱动电路246、存储器232、和OS229 连接，以便向/从各电路发送/接收信号。根据A/D 228的输出和A/D 230 的输出，CPU 231控制光放大部分240，以获得固定的增益，并控制该 放大部分以获得固定的输出。CPU 231根据A/D 230的输出，检测光发 送站101输出的WDM光信号输出电平、把输出电平信息通知OS 229、 把该输出电平信息纳入OSC中、和把该输出电平信息通知下一级的光 中继站104-1。
存储器232是一种存储电路，如半导体存储器。存储器232存储控制 光放大部分240的控制程序，以及各种数据。
顺便指出，例如在MUX 222和CPL 225之间的某些地方，可以设置 光隔离器。例如，可以设置在EDF 242和CPL 241之间或EDF 242和 CPL 243之间。光隔离器是只让光从一个方向通过的光学部件，它能够 例如把Faraday旋转器放在两个彼此偏转45°的偏置片之间构成。在光 发送站101内，光隔离器能防止各光学部件间连接部分的反射光无休止 地传播。特别是，如果反射光返回半导体激光器，则各种相位和振幅的 反射光会引起半导体激光器振荡模式的变化并产生噪声。这些有害效应 可以用光隔离器防止。
下面说明光中继站104的结构。
图18是示意图，画出光通信系统中光中继站的结构。在图18中，例 如沿光传输线路102-1发送的WDM光信号，经W-CPL 251输入CPL 253。泵浦光源单元270输出的泵浦光被送至W-CPL 251。
泵浦光源单元270是一光路，向光传输线路102-1提供用于分布Raman 放大的泵浦光，该单元包括，例如，W-CPL 272和273、偏振光束分束 器(以下简称｀PBS′)274至276、LD277至282、以及LD驱动电路283。
LD 277输出的激光和LD 278输出的激光，被送进PBS 274，并被偏 振化/合成，成为具有互成直角的线偏振成分的激光。同样，LD 279输 出的激光和LD 280输出的激光，被送进PBS 275，并被偏振化/合成， 而LD 281输出的激光和LD 282输出的激光，被送进PBS 276，并被偏 振化/合成。
在PBS 275被偏振化/合成的激光，和在PBS 276被偏振化/合成的激 光，输入W-CPL 273，并把它们的波长复用。在W-CPL 273内波长被 复用的激光与在PD 274内被偏振化/合成的激光，输入W-CPL 272，并 把它们的波长复用。
在W-CPL 272内波长被复用的激光，作为泵浦光经W-CPL 251输入 光传输线路102-1，并把光传输线路102-1用作放大介质，对WDM光 信号进行Raman放大。
这里，为了把1529nm至1569nm上安排各光信号的WDM光信号 进行Raman放大，分别列举LD277至282各振荡波长的例子，LD277 的波长设定为1422.0nm、LD 278的波长设定为1426.0nm、LD 279的 波长设定为1433.0nm、LD 280的波长设定为1437.0nm、LD 281的波 长设定为1459.5nm、LD 282的波长设定为1463.5nm。当考虑到用一 种波长的激光进行Raman放大时增益是波长的函数，那么，通过把LD 277至282的振荡波长设定在六种波长上，用包含六种波长的泵浦光进 行Raman放大，作为波长函数的增益就能够在1529nm至1569nm上 形成基本上直线的形状。当然，这些波长仅是举例的，而本发明不限于 任何特定的波长。
LD驱动电路283输出控制信号，分别送至LD 277至282。LD驱动 电路283调节LD 277至282的元素温度，以稳定激光的振荡波长。此 外，LD驱动电路283还根据CPU 261的控制信号，调节LD 277至282 的驱动电流，控制激光的光功率，使Raman放大的增益得到控制。  
顺便指出，图18中的泵浦光源单元270包括，例如六个LD277至282， 以便获得必要的泵浦光功率和必要的作为波长函数的增益，但LD的数 目可以按照需要的泵浦光功率和作为波长函数的增益而确定。
输入CPL 253的WDM光信号被分为两个信号。分开的信号之一送 至PD256，而另一个则送至W-CPL261。
PD 256对输入光进行光电转换，且其输出在A/D 258中被转换为数字 信号后，送至CPU 261。PD 256检测输入光中继站的WDM光信号的 输出电平。
W-CPL 261把OSC波长与WDM光信号波长消复用，把OSC输出 至光接收器(以下简称｀OR′)263，又把WDM光信号输出至光信号处 理单元262。为此，W-CPL 261的截止波长设定在OSC波段与WDM 光信号之间。OR 263接收并处理OSC，从OSC中取出监控信息，并 把监控信息通知CPU 261。于是，CPU 261能够获得前一级光发送站101 的输出电平。
光信号处理单元262按照光中继站104-1的要求，放大WDM光信号， 和/或向/从WDM光信号插入/分出预定的光信号(信道)。
放大WDM光信号时所用结构，与已参照图17说明的光放大部分240 结构相同，因此，这里省略其说明。
分/插时的结构是，例如，为了把要分出的预定光信号分出，设置一个 CPL，用于把WDM光信号分为两个，一个光信号拒绝部分，用于拒绝 CPL输出的WDM光信号中预定的光信号，一个W-CPL，用于把要插 入的光信号插入光信号拒绝部分输出的WDM光信号中(连同被拒绝的 预定光信号)。光信号拒绝部分由滤光器，例如，与预定要分出的光信 号数目相等的光纤光栅滤波器(以下简称｀FBG′)级联而成。FBG的反 射波段分别对应于要分出的各信道的波长。
顺便指出，例如可以用声光可调谐滤波器(AOTF)作为光信号拒绝 部分。声光可调谐滤波器是一种光学部件，它通过声光效应引起光波导 中折射率的改变，并旋转通过该光波导传播的光的偏振态，从而分离/选 择波长。
执行两种功能的结构，可以把两种结构级联而得到。
光信号处理单元262输出的WDM光信号，被送至W-CPL 254。
同时，OS 259产生OSC，然后，把OSC送至W-CPL 254。OSC至 少包括光中继站104-1输出的WDM光信号的输出电平。
W-CPL 254把光信号处理单元262输出的WDM光信号波长，与OSC 波长复用。与OSC波长复用的WDM光信号，被送至CPL 255分为两 个信号。分开的信号之一输入PD 257，而另一个作为光中继站104-1发 送至下一级光中继站104-2的输出，送至光传输线路102-2。
PD 257对输入光进行光电转换，且其输出在A/D 260中被转换为数字 信号后，送至CPU 261。PD 257检测光中继站104-1输出的WDM光 信号的输出电平。
CPU 261连接至A/D 258及260、光信号处理单元262、存储器1262、 OR 263、OS 259、和泵浦光源单元270的LD驱动电路283，以便向/从 这些电路发送/接收信号。CPU 261根据OR 263的OSC，获得前一级 光发送站101的输出电平，同时参照A/D 258的输出，控制LD驱动电 路283，使光传输线路102-1两端的光电平变得彼此相等，或使光传输 线路102-1输出端的光电平变成预定值。在前一级，当输入电平没有达 到光发送站101的输出电平时，CPU 261增加LD 277至282的驱动电 流而加强泵浦光，而在前一级，当输入电平超过光发送站101的输出电 平时，CPU261降低LD277至282的驱动电流而减弱泵浦光。CPU261 从A/D 260的输出，检测作为本地站的光中继站104-1输出的WDM光 信号的输出电平，把该输出电平信息通知OS 259，并把该输出电平信息 纳入OSC中，最后把该输出电平信息通知下一级的光中继站104-2。
存储器1262存储例如控制泵浦光源单元270的控制程序，以及各种 数据。
这样，在图3所示的光通信系统中，光发送站101发送的WDM光信 号，基本上经过多个光中继站104中继，然后被光接收站103接收。这 里，每个光中继站104从OSC获得前一级光中继站104的输出电平， 用它来控制本光中继站104的泵浦光源单元270，再把本光中继站104 的输出电平纳入OSC，从而把本光中继站的输出电平通知下一级的光中 继站104。
下面，说明光接收站103的结构。
图19是示意图，画出光通信系统中光接收站的结构。
在图19中，从上一级光中继站104-a，经光传输线路102-a+1发送至 光接收站103的WDM光信号，经W-CPL 291送至CPL 292。从泵浦 光源单元297输出的泵浦光，输入W-CPL 291。泵浦光源单元297是一 种光路，用于向光传输线路102-a+1提供泵浦光，供分布Raman放大 之用，该泵浦光源单元297例如与泵浦光源单元270有相同的结构，因 而这里省略其说明。
输入CPL 292的WDM光信号被分为两个信号。分开的信号之一送 至PD 295，另一个则送至W-CPL 293。
PD 295对输入光进行光电转换，且其输出在A/D 298中被转换为数字 信号后，送至CPU 299。PD 295检测输入光接收站103的WDM光信 号的输出电平。
W-CPL 293把OSC波长与WDM光信号消复用，把OSC送至OR 296，并把WDM光信号输出至光放大部分294。因此，W-CPL 293的 截止波长设定在OSC波长与WDM光信号波段之间。OR 296接收并处 理OSC，从OSC中取出监控信息，并把监控信息通知CPU 299。于是， CPU 299能够获得前一级光发送站104-a的输出电平。
光放大部分294是一种光路，用于把WDM光信号放大至预定的光电 平，并与参照图17所说明的光放大部分240有相同结构，因而这里省 略其说明。
从光放大部分294输出的WDM光信号，被送至光消复用器(以下简 称｀DEMUX′)301，对每一波长消复用。DEMUX 301把WDM光信号 消复用，成为与各信道对应的各个光信号。对应于各信道的消复用的光 信号，分别送至OR 302-1至302-m，供接收/处理。每个OS 302例如 包括：一光接收部分，如光电二极管；一均衡放大器，使光接收部分的 输出均衡；一定时电路，从均衡放大器的输出抽取时间标记；以及一鉴 别电路，按定时电路的时间标记，从均衡放大器的输出中取出信号。
CPU 299与A/D 298、泵浦光源单元297、光放大部分294、和存储器 303连接，以便向/从这些装置发送/接收信号。CPU 299根据A/D 298的 输出，控制泵浦光源单元270中的LD驱动电路283。
存储器303存储控制泵浦光源单元297的控制程序，以及各种数据。
作为例子，干涉滤波器中一种多层介质膜滤波器、排列的波导光栅、 等等，都可以用作MUX、DEMUX、或W-CPL。
如图4A所示，每一段连接在光发送站101、各光中继站104、以及光 接收站103之间的光传输线路，每一段按从发送端至接收端的顺序，包 括：有小特征值的第一光传输线路102-L1、有大特征值的第二光传输线 路102-L2、和有小特征值的第三光传输线路102-L3。作为第一光传输 线路102-L1和第三光传输线路102-L3，例如可以用单模光纤，而第二 光传输线路102-L2例如可以用波长色散位移光纤。
在这里，模场直径因为特征值的不同而各不相同。
图20A、20B和20C是视图，画出模变换拼接的若干例子。
图20A中，小特征值的光纤的模场直径(r1)，比大特征值的光纤的 模场直径(r5)更大(r1＞r5)。因此，当第一光传输线路102-L1(第 三光传输线路102-L3)与第二光传输线路102-L2简单地连接时，由于 模场直径不同，会引起大量连接损耗。
在这里，如图20B所示，准备好单根或多根，例如三根连接部分有不 同模场直径的光传输线路，用模场直径逐步改变的光传输线路102-a至 102-m把该光传输线路连接起来。或者，如图20C所示，把模场直径逐 步改变的光传输线路通过熔融连接部分彼此连接起来。
为了补偿光传输线路102的波长色散，最好令第一光传输线路102-L1 (第三光传输线路102-L3)的波长色散斜率d1的绝对值，与第二光传 输线路102-L2的波长色散斜率d2的绝对值几乎彼此相等，使光传输线 路102的波长色散斜率几乎变为零。
下面说明双向光通信系统的结构。
图22A和22B是示意图，画出双向光通信系统的结构。现在参看图22A 和22B，该双向光通信系统包括：光发送/接收站111-A和111-B，用于 产生数量为m的多种波长的WDM光信号，并接收/处理发送的WDM 光信号；光缆112-1至112-a+1，每一光缆包括在光传送/接收站111-A 和111-B之间传送上游WDM光信号且用作光放大介质的光纤(如图22B 中的122-L1、122-L2、和122-L3)；以及传送下游WDM光信号且用作 光放大介质的光纤(如图22B中的123-L1、123-L2、和123-L3)。
此外，在双向光通信系统中，在各光缆之间连接有光中继站(如图22A 中光中继站114-1至114-a)。该多个光中继站114-1至114-a设置在各 光缆112-1至112-a+1之间。
各光中继站114-1至114-a通常包括提供泵浦光的泵浦光源，用于分 布光放大。例如，如图22B所示，光中继站114-A至114-B沿传输线路 彼此相邻。光中继站114-A包括泵浦光源单元270-Aa和270-Ab，向光 缆提供分布光放大所需泵浦光。同样，光中继站114-B包括泵浦光源单 元270-Ba和270-Bb，向光缆提供分布光放大所需泵浦光。泵浦光源单 元270通常也设置在光发送/接收站111-A和111-B中。
如上所述，各光发送/接收站111-A和111-B，能够用光发送站101与 光接收站103组合而构成。如上所述，各光中继站114-1至114-a，能够 用两个光中继站104组合而成。
每根光缆在其内部容纳多根捆在一起的缆心光纤，且基本上由缆心光 纤、高抗拉材料、和外覆皮构成。缆心光纤是包有保护材料诸如尼龙的 光纤。高抗拉材料防止埋设光缆时由拉伸引起光纤的张力，避免光纤内 产生持续的张力。按传输特性、绞距的可操作性、和连接的可操作性， 研发了各种光缆，其中例如有：尼龙心光纤单元光缆、松套光缆、槽式 光缆、和带状槽式光缆。
如图22B所示，发送上游WDM光信号的光纤122包括，有小特征值 的第一光纤122-L1、与第一光纤122-L1连接且有大特征值的第二光纤 122-L2、和与第二光纤122-L2连接且有小特征值的第三光纤122-L3。 第一光纤122-L1与放在WDM光信号传输方向上游端的光中继站114- A连接，第三光纤122-L3与放在WDM光信号传输方向下游端的光中 继站114-B连接。
同时，如图22B所示，发送下游WDM光信号的光纤123包括，有小 特征值的第一光纤123-L1、与第一光纤123-L1连接且有大特征值的第 二光纤123-L2、和与第二光纤123-L2连接且有小特征值的第三光纤 123-L3。第一光纤123-L1与放在WDM光信号传输方向上游端的光中 继站114-B连接，第三光纤123-L3与放在WDM光信号传输方向下游 端的光中继站114-A连接。
在上述双向光通信系统中，中部区的特征值大于中部区以外区特征值 的光纤122和123，被用来发送WDM光信号并把该WDM光信号进行 Raman放大。波长色散、传输损耗、和非线性光学效应，能够相当均 衡地作为一个整体进行补偿，从而最大地改善光SNR。
此外，由于光纤的对称特性，光纤122-L1的长度与光纤123-L3的长 度，光纤122-L2的长度与光纤123-L2的长度，和光纤122-L3的长度 与光纤123-L1的长度，都能分别作成彼此相等，所以该光缆是易于制 作的。
按照本发明的分布光放大设备、光通信站、光通信系统、与光缆，能 对波长色散、传输损耗、和非虚线光效应，相当均衡地作为一个整体进 行补偿，从而也最大地改善光SNR。
因此，能把传输距离增加得比常规技术的传输距离更长。
按照本发明以上各个实施例，当把非线性折射率除以有效截面的值， 设为特征值时，则分布光放大设备包括一种光纤，其中部区的特征值大 于中部区以外的区的特征值，还包括向该光纤提供泵浦光的泵浦光源。
还有，按照本发明各个实施例的分布光放大设备，包括一种光纤，该 光纤包括有第一特征值的第一光纤、与第一光纤连接且有大于第一光纤 特征值的第二特征值的第二光纤、和与第二光纤连接且有小于第二光纤 特征值的第三特征值的第三光纤。该特征值是非线性折射率除以有效截 面。泵浦光源向该光纤提供泵浦光。
此外，按照本发明各个实施例的一种光通信站，包括：处理装置，用 于对光信号进行预定的处理；和与处理装置连接的光纤，且该光纤包括 第一光纤、第二光纤和第三光纤，第一光纤有第一特征值，第二光纤与 第一光纤连接且有大于第一光纤特征值的第二特征值，第三光纤与第二 光纤连接且有小于第二光纤特征值的第三特征值。该特征值是非线性折 射率除以有效截面。该光通信站还包括向该光纤提供泵浦光的泵浦光 源。
再有，按照本发明以上各个实施例的一种光通信站，包括用于对光信 号执行预定处理的第一站和第二站。该光通信系统还包括连接第一站和 第二站的光传输线路。该光传输线路是一种光纤，包括第一光纤、第二 光纤和第三光纤，第一光纤有第一特征值，第二光纤与第一光纤连接且 有大于第一光纤特征值的第二特征值，第三光纤与第二光纤连接且有小 于第二光纤特征值的第三特征值。该特征值是非线性折射率除以有效截 面。泵浦光源向该光纤提供泵浦光。
按照本发明各个实施例的一种光缆，包括多根中部区的特征值大于中 部区以外区特征值的光纤，这里所说的特征值是非线性折射率除以有效 截面。
按照本发明各个实施例，上述分布光放大设备、光通信站、光通信系 统、和光缆，都用到有上述特殊结构的光纤，使波长色散、传输损耗、 和非线性光学效应能够相当均衡地作为一个整体进行补偿，从而最大地 改善光SNR。因此，能把传输距离增加得比常规技术的传输距离更长。
本文所说几乎彼此相等的各种数值或电平，表示这些数值或电平基本 上相等。
本发明各实施例涉及把多根光纤连接在一起的光纤线。例如，在本发 明各实施例中，如在图4A中，光纤线102包括连接在一起的第一、第 二、和第三光纤102-L1、102-L2、和102-L3。“光纤线”一词，简单地 指由多根光纤连接在一起的光纤，因而不限于指光通信系统的“传输” 线。
虽然已经举出并说明了几个优选实施例，但本领域熟练人员明白，可 以改动这些实施例而不偏离本发明的精神和由权利要求书及其等价表述 规定的范围。
交叉参考相关申请
本申请要求的优先权为日本申请No.2000-330966，2000年10月30 申请，合并于此供参考。