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技術 光ファイバの1430〜1530nm低損失ウィンドウのために使用する非線形ファイバ増幅器

出願人 エクステラコミュニケイションズインコーポレイテッドザリージェンツオブザユニバーシティオブミシガン
発明者 イスラムモハメッドナズルルハリスハイデンヘンリー
出願日 1999年3月24日 (20年7ヶ月経過) 出願番号 2000-538439
公開日 2002年3月19日 (17年7ヶ月経過) 公開番号 2002-508601
状態 特許登録済
技術分野 レーザ(2) レーザ(2) 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子
主要キーワード レーザ機構 光学カプラー 光学的カプラ 橄欖石 m格子 波長ウィンド パワー要件 幾何学的形
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図面 (18)

課題・解決手段

光増幅器並列組合せを使用して光ファイバ低損失窓(1430nmから1620nm)で利用可能な略完全な25THz帯を利用可能とするための装置および方法が記述される。約1530nm−1620nmにおける低損失窓は、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)を使用して増幅することができる。しかしながら、より短い波長でのエルビウム固有吸収のために、EDFAは、性能の相当な劣化なしには、約1520nm以下で使用することはできない。約1430nm−1530nmでの低損失窓に対して、光ファイバデイの非線形偏光に基づく増幅器を有効に使用することができる。カスケードラマン増幅パラメトリック増幅又は4波混合と組み合わせる広帯域非線形偏光増幅器(NLPA)が開示される。特に、中間カスケードラマン次数波長λr の一つは増幅ファイバゼロ分散波長λ0 に近接して位置すべきである。この中間ラマン次数に対して、スペクトル広帯域化が4波混合(λr <λ0 の場合)又は位相整合パラメトリック増幅器(λr >λ0 の場合)と位相整合する。より高いカスケードラマン次数において、ゲインスペクトルは、ゲイスプクトルと前のラマン次数からのスペクトルとのコンボリューションのために広帯域化され続ける。

概要

背景

概要

光増幅器並列組合せを使用して光ファイバ低損失窓(1430nmから1620nm)で利用可能な略完全な25THz帯を利用可能とするための装置および方法が記述される。約1530nm−1620nmにおける低損失窓は、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)を使用して増幅することができる。しかしながら、より短い波長でのエルビウム固有吸収のために、EDFAは、性能の相当な劣化なしには、約1520nm以下で使用することはできない。約1430nm−1530nmでの低損失窓に対して、光ファイバデイの非線形偏光に基づく増幅器を有効に使用することができる。カスケードラマン増幅パラメトリック増幅又は4波混合と組み合わせる広帯域非線形偏光増幅器(NLPA)が開示される。特に、中間カスケードラマン次数波長λr の一つは増幅ファイバゼロ分散波長λ0 に近接して位置すべきである。この中間ラマン次数に対して、スペクトル広帯域化が4波混合(λr <λ0 の場合)又は位相整合パラメトリック増幅器(λr >λ0 の場合)と位相整合する。より高いカスケードラマン次数において、ゲインスペクトルは、ゲイスプクトルと前のラマン次数からのスペクトルとのコンボリューションのために広帯域化され続ける。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
1件

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請求項1

波長λを有する光信号を入力するための入力ポート、前記光信号を受け取り非線形偏光を介して内部で前記光信号を増幅且つスペクトル的広帯域化するための、波長λ0 において零分散を有する分散ゲイン媒体、前記分散ゲイン媒体をポンピングするためのポンプ光を発生するための波長λp で動作するポンピング手段、および前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された光信号を出力するための出力ポート、から成り、ここで、λ≧λ0 ≧λp であり、前記ポンピング光は前記分散ゲイン媒体を通過して、零分散波長λ0 に近接する波長λr を有する中間次数を含む複数のラマン次数カスケードし、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合することを特徴とする広帯域非線形偏光増幅器

請求項2

前記波長λr 及びλ0 が以下の関係|λr −λ0 |≦5nmを満足する請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項3

前記分散ゲイン媒体が光ファイバである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項4

前記分散ゲイン媒体が約1310nmの零分散波長λ0 を有する標準分散ファイバである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項5

前記分散ゲイン媒体が、つなぎ合わされた第1及び第2の光ファイバから成り、前記光ファイバが、2つの異なるカスケードされたラマン次数に対して使用され且つそれぞれ1310nmおよび1390nmで零分散波長λ0 を有する請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項6

前記分散ゲイン媒体が少なくとも約1310nmと1390nmとの間で低分散を有する分散平坦ファイバである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項7

前記ポンピング波長がλp が約1117nmである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項8

前記ポンピング波長がλp が約1240nmである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項9

前記光信号が少なくとも約1430nmと1530nmとの間の波長λを有している請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項10

前記ポンピング手段が光ポンプ半導体レーザである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項11

前記ポンピング手段がクロムドープ苦土橄欖石レーザである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項12

前記ポンピング手段がグレーティングベースラマン発振器を伴うクラッディングポンプファイバレーザである請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項13

記入ポートWDMカップラから成る請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項14

前記出力ポートがWDMカップラから成る請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項15

波長λを有する光信号を入力するための入力ポート、前記光入力を受け取り、非線形偏光を介して内部で前記光信号を増幅し且つスペクトル的に広帯域化するための、波長λ0 で零分散を有し且つ1240nmより小さいカットオフ波長を有する光ファイバ、前記光ファイバをポンプするポンヒング光を発生するための、波長1240nmで作動するポンピング手段、前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された光信号を出力するための出力ポート、ここで、λ≧λ0 ≧1240nmであり、前記ポンピング光は前記光ファイバを通過して、零分散波長λ0 に近接する波長λr を有する中間次数を含む複数のラマン次数カスケードし、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合することを特徴とする広帯域非線形偏光増幅器。

請求項16

1240nmで作動し、ポンピング変換効率を増大するために前記光ファイバに接続された逆反射体を更に含む請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項17

前記逆反射体がダイクロイックミラーである請求項16記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項18

前記逆反射体が1240nmグレーティングである請求項16記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項19

前記光ファイバが約1310nmの零分散波長λ0 を有している標準分散ファイバである請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項20

前記光ファイバが、つなぎ合わされた第1及び第2の光ファイバから成り、前記第1の光ファイバが一方のカスケードされたラマン次数に対して使用される約1310nmで零分散波長を有し、前記第2の光ファイバが他方のカスケードされたラマン次数に対して使用される約1390nmで零分散波長を有する請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項21

前記光ファイバが、少なくとも約1310nmと1390nmとの間で低分散を有する分散平坦化ファイバである請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項22

前記光信号が約1430nmと1530nmとの間の波長を有する請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項23

前記ポンピング手段が、カップラベースの又はグレティングベースのラマン発振器キャビティを伴う、1117nmクラッディングポンプファイバである請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項24

前記ポンピング手段が、光ポンプ半導体レーザであることを特徴とする請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項25

前記ポンピング手段がクロムドープ苦土橄欖石である請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項26

前記入力ポートがWDMカップラから成る請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項27

前記入力ポートが、スプリアスフィードバックにより前記増幅器がレーザ発振することを防ぐためのアイソレータを更に含む請求項26記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項28

前記出力ポートがWDMカップラから成る請求項26記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項29

前記出力ポートが、スプリアスフィードバックにより前記増幅器がレーザ発振することを防ぐためのアイソレータを更に含む請求項28記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項30

約1430nmと1530nmとの間の波長を有する光信号を入力するための入力ポート、サニャックラマンキャビティであり、広帯域ミラー、およびラマンゲインファイバとこれに結合された光カップラとから成っており、前記ファイバが前記光信号を受けて、非線形偏光を介して内部で前記光信号を増幅し且つスペクトル的に広帯域化し、前記ファイバが、波長λ0 で零分散を有し且つカットオフ波長λcoを有するサグナップラマンキャビティ、カップリング手段を介して前記ファイバをポンプするためにポンピング光を発生するための、波長λp で作動するポンピング手段、および前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された光信号を出力するための出力ポート、から成り、ここで、1430nm≧λ0 ≧λp であり、前記ポンピング光が前記分散ゲイン媒体を通過して、零分散波長λ0 に近接する波長λr を有する中間次数を含む複数のラマン次数カスケードし、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合することを特徴とする広帯域非線形偏光増幅器。

請求項31

偏光状態を制御するための偏光コントローラを前記サグナッグラマンキャビティを更に含むことを特徴とする請求項30記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項32

前記ファイバか、約1310nmの零分散波長λ0 を有する標準分散ファイバである請求項30記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項33

前記ファイバが、つなぎ合わされた第1及び第2の光ファイバから成っており、前記光ファイバが、2つの異なるカスケードされたラマン次数に対して使用され且つそれぞれ1310nmおよび1390nmの零分散波長λ0 を有する請求項1記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項34

前記ファイバが、少なくとも約1310nmと1390nmとの間で低分散を有する分散平坦化ファイバである請求項15記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項35

前記ポンピング手段が、光ポンプ半導体レーザである請求項30記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項36

前記ポンピング手段が、クロムドープ苦土橄欖石レーザである請求項30記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項37

前記カットオフ波長λcoおよび前記ポンピング波長が、共に約1240nmである請求項30記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項38

前記光カップラが、約1240nmと1430nmとの間の波長を有する少なくとも前記光信号に対して、名目で50:50である請求項37記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項39

前記カップリング手段が、約1300nmと1430nmとの間の少なくとも一波長で透過するWDMカップラから成る請求項37記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項40

前記入力ポートおよび出力ポートの各々が、約1240nmと1425nmとの間の少なくとも一波長で透過するWDMカップラから成る請求項37記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項41

前記ポンピング手段が、カップラベース又はグレーティンクベースのラマン発振器キャビティを伴う1117nmクラッディングポンプファイバレーザである請求項38記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項42

前記カットオフ波長λcoおよび前記ポンピング波長の各々が、約1117nmである請求項38記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項43

前記光カップラが、約1117nmと1430nmとの間の波長を有する少なくとも前記光信号に対して名目で50:50である請求項42記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項44

前記カップリン手段が、約1165nmと1430nmとの間の少なくとも一波長で透過するWDMカップラから成る請求項42記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項45

前記入力ポートおよび出力ポートの各々が、約1117nmと1425nmとの間の少なくとも一波長で透過するWDMカップラから成る請求項43記載の広帯域非線形偏光増幅器。

請求項46

1430nmから1530nmの間の波長を有する光信号を、所定の波長λd で分割し、λd より小さい波長λ1 を有する第1のビームと、λd より大きい波長λ2 を有する第2のビームとにするための分割手段、前記第1のビームを入力するための第1の入力と、前記第1のビームを受けて、非線形偏光を介して内部で前記第1のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するための、波長λ01で零分散を有する第1の分散ゲイン媒体と、前記第1の分散ゲイン媒体をポンプするために、第1のポンピング光を発生するための波長λp1で作動する第1のポンピング手段と、前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された第1のビームを出力する第1の出力ポートとから成る、第1の広帯域非線形偏光増幅器であり、ここで、λ1 ≧λ01≧λp1であり、前記第1のポンピング光が前記第1の分散ゲイン媒体を通過して、零分散波長λ01に近接する波長λr1を有する中間次数を含む複数のラマン次数カスケードし、4波長混合(λr1<λ01の場合)又はパラメトリック増幅(λr1>λ01)と位相整合する第1の広帯域非線形偏光増幅器、前記第2のビームを入力するための第2の入力と、前記第2のビームを受けて、非線形偏光を介して内部で前記第2のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するための、波長λ02で零分散を有する第2の分散ゲイン媒体と、前記第2の分散ゲイン媒体をポンプするために、第2のポンピング光を発生するための波長λp2で作動する第2のポンピング手段と、前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された第2のビームを出力する第2の出力ポートとから成る、第2の広帯域非線形偏光増幅器であり、ここで、λ2 ≧λ02≧λp2であり、前記第2のポンピング光が前記第2の分散ゲイン媒体を通過して、零分散波長λ02に近接する波長λr2を有する中間次数を含む複数のラマン次数カスケードして、4波長混合(λr2<λ02の場合)又はパラメトリック増幅(λr2>λ02)と位相整合する第2の広帯域非線形偏光増幅器、および前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された第1および第2のビームを結合して、増幅された広帯域光信号を発生する手段、から成る広帯域並列光信号増幅装置

請求項47

前記所定の波長λd が、約1480nmである請求項48記載の光信号増幅装置

請求項48

前記第1のゲイン媒体が、約1365nmの前記零分散波長λ01を有する請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項49

前記第2のゲイン媒体が、約1328nmの前記零分散波長λ02を有する請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項50

前記ポンピング波長λp1が、約1100nmである請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項51

前記ポンピング波長λp2が、約1130nmである請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項52

前記分割手段が、WDMカップラから成る請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項53

前記結合手段が、WDMカップラから成る請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項54

前記第1のビーム波長λ1 が、約1455nmである請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項55

前記第2のビーム波長λ2 が、約1505nmである請求項46記載の光信号増幅装置。

請求項56

1430nmから1620nmの間の波長を有する光信号を、所定の波長λd で分割して、λd より小さい波長λを有する第1のビームと、λd より大きい波長を有する第2のビームとにするための分割手段、前記第1のビームを入力するための入力ポートと、前記第1のビームを受けて、非線形偏光を介して内部で前記第1のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するための、波長λ0 で零分散を有する分散ゲイン媒体と、前記分散ゲイン媒体をポンプするためのポンピング光を発生するために波長λp で作動するポンピング手段と、から成る広帯域化非線形偏光増幅器であり、ここで、λ≧λ0 ≧λp であり、前記ポンピング光が前記分散ゲイン媒体を通過して、零分散波長λ0 に近接する波長λr を有する中間次数を含を複数のラマン次数でカスケードし、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合する広帯域非線形偏光増幅器、前記第2のビームを受け且つ増幅された広帯域の第2のビームを発生するためのエルビウムドープファイバ増幅器、および前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された第1および第2のビームを結合して、増幅された広帯域光信号を発生する手段から成る、並列光増幅装置

請求項57

前記所定の波長λd が、約1525nmである請求項56記載の光信号増幅装置。

請求項58

前記分割手段が、WDMカップラから成る請求項56記載の光信号増幅装置。

請求項59

前記結合手段が、WDMカップラから成る請求項56記載の光信号増幅装置。

請求項60

波長λを有する光信号を零分散波長λ0 を有する分散ゲイン媒体に入力し、波長λp で作動されるポンピング手段からポンピング光を発生し、前記ポンピング光で前記分散ゲイン媒体をポンピングして前記光信号を増幅し、前記分散ゲイン媒体を通過する前記ポンピング光を、複数のラマン次数カスケードし、波長λp は、中間ラマン次数が零分散波長λ0 に近接する波長λr を有し、前記中間ラマン次数を、スペクトル広帯域化のために、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合させ、そして前記増幅され且つスぺクトル的に広帯域化された光信号を出力し、ここで、λ≧λ0 ≧λp である、増幅された広帯域光信号を発生するための方法。

請求項61

前記波長λr およびλo が以下の関係を|λr −λo |≦5nmを満足する請求項60記載の方法。

請求項62

前記分散ゲイン媒体が、光ファイバである請求項60記載の増幅された広帯域光信号を発生するための方法。

請求項63

前記分散ゲイン媒体が、約1310nmの零分散波長λ0 を有する標準分散ファイバである請求項60記載の増幅された広帯域光信号を発生するための方法。

請求項64

前記分散ゲイン媒体が、つなぎ合わされた第1および第2のファイバから成り、前記光ファイバが2つの異なるカスケードされたラマン次数に対して使用され、それぞれ、約1310nmと1390nmで零分散波長λ0 を有する請求項60記載の増幅された広帯域光信号を発生するための方法。

請求項65

前記分散ゲイン媒体が、少なくとも約1310nmと1390nmとの間で低分散を有する分散平坦化ファイバである請求項60記載の増幅された広帯域光信号を発生するための方法。

請求項66

約1430nmと1530nmとの間の波長λを有する光信号を、波長λ0 で零分散を有し、1240nmより小さいカットオフ波長を有する光ファイバに入力し、1240nmの波長で作動するポンピング手段からポンピング光を発生し、前記光信号を増幅するために、前記ポンピング光で前記光ファイバをポンピングし、前記分散ゲイン媒体を通過する前記ポンピング光を、複数のラマン次数カスケードし、中間のラマン次数が前記零分散波長λ0 に近接する波長λr を有しており、前記中間ラマン次数を、スペクトル広帯域化のために、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合させ、そして前記増幅され且つスぺクトル的に広帯域化された光信号を出力し、ここで、λ≧λ0 ≧1240nmである、増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項67

光ファイバからビームを逆反射することによってポンピング変換効率を増加する工程を更に含む請求項66記載の広帯域光信号を発生する方法。

請求項68

スプリアスフィードバックによってレーザ発振することを防ぐためにアイソレータを使用することを含む請求項66記載の増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項69

広帯域ミラー、およびループミラーから成り、このループミラーが、ラマンゲインファイバとこれに結合された光カップラとから成り、前記ファイバが零分散波長λ0 およびカットオフ波長λcoを有するサニャックラマンキャビティを設け、約1430nmと1530nmとの間に波長を有する光信号を前記ゲインファイバに入力し、波長λp で作動するポンピング手段からポンピング光を発生し、前記光信号を増幅するために、前記ポンピング光で前記ゲインファイバをポンピングし、前記ゲインファイバを通過する前記ポンピング光を複数のラマン次数カスケードし、波長λp は、中間ラマン次数が、前記零分散波長λ0 に近接する波長λr を有するようなものであり、前記中間ラマン次数を、スペクトル広帯域化のために、4波長混合(λr <λ0 の場合)又はパラメトリック増幅(λr >λ0 )と位相整合させ、そして前記増幅され且つスぺクトル的に広帯域化された光信号を出力し、ここで、λ≧λ0 ≧λp である、増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項70

前記方法が、前記サニャックラマンキャビティ内の偏光状態を制御する工程を更に含む請求項69記載の増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項71

1430nmと1530nmとの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法であり、光信号を所定の波長で分割して、前記所定の波長より小さい波長を有する第1のビームと、前記所定の波長より大きい波長を有する第2のビームとにし、前記第1のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するために、請求項1の第1の広帯域非線形偏光増幅器に、前記第1のビームを向け、前記第2のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するために、請求項1の第2の広帯域非線形偏光増幅器に、前記第1のビームを向け、そして前記増幅され且つスぺクトル的に広帯域化された第1および第2のビームを接合して、増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項72

前記所定の波長が、約1480nmであり、前記第1の増幅器の零分散波長が約1365nmであり、前記第2の増幅器の零分散波長が約1328nmである請求項71記載の1430nmと1530nmとの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項73

1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法が、光信号を所定の波長で分割し、前記所定の波長よりも小さい波長を有する第1のビームと、前記所定の波長よりも大きい波長を有する第2のビームとにし、前記第1のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するために、前記第1のビームをラマン増幅器に向け、前記第2のビームを増幅し且つスペクトル的に広帯域化するために、前記第2のビームを希土類ドープ増幅器に向け、そして前記増幅され且つスペクトル的に広帯域化された第1および第2のビームを結合して、増幅された広帯域光信号をすることから成る方法。

請求項74

前記ラマン増幅器が請求項1に従う広帯域非線形偏光増幅器である請求項73記載の1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項75

前記希土類ドープ増幅器がエルビウムドープファイバ増幅器である請求項73記載の1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項76

前記所定の波長が約1525nmである請求項73記載の1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項77

前記ラマン増幅器が請求項1に従う広帯域非線形偏光増幅器である請求項76記載の1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

請求項78

前記希土類ドープ増幅器がエルビウムドープファイバ増幅器である請求項76記載の1430nmから1620nmの間の波長を有する増幅された広帯域光信号を発生する方法。

0001

(発明の分野)

0002

本発明は、一般的に、遠距離通信ケーブルテレビその他のファイバオプティックス用途の光ファイバに使用する光増幅器に関する。一層詳しくは、本発明は、1430〜1530nm範囲の波長を有する光信号から増幅広帯域出力を生成するための光ファイバ増幅器および方法に関する。

0003

(発明の背景

0004

データ集中用途の増大のため、通信帯域に対する需要がはなはだしく高まっている。それに応えて、遠距離通信系のインストール容量は、1970年半ばから3〜4年毎に1桁の単位で増大してきた。この容量増大の多くは、ツイストペア銅ワイヤを通して4桁の帯域幅増幅を行う光ファイバによって供給されてきた。

0005

光ファイバの帯域幅を利用するために、2つの重要な技術が、開発され、遠距離通信産業において使用されてきた。すなわち、光増幅器と波長分割多重WDM
)技術である。光増幅器は、信号強度ブーストし、ファイバ固有損失および他の分割損失、挿入損失補正する。WDMによって、光の異なる波長が同じ光フ
ァイバを通して異なった信号を並列で搬送するのが可能になる。WDMは、ファイ
バ帯域幅の主要部分の利用を可能にするという点で重要であるが、光増幅器なしではコスト的に有効とはならないであろう。特に、多くのWDMチャネルの同時増
幅を可能にする広帯域光増幅器は、ファイバ帯域幅をフルに利用するための重要な機器である。

0006

シリカベースの光ファイバは、1430〜1620nmの帯域幅のほぼ25THzで約1550nmの最低損失ウィンドウを有する。たとえば、図1は、50kmの光ファイバの損失プロファイルを示す。この波長領域においては、エルビウム・ドープされたファイバ増幅器(EDFA)が広く使われている。しかしながら、図2に示すように、EDFAの吸収帯域はその放出帯域にほぼ重なっている。約1525nmより短い波長の場合、代表的なガラスにおけるエルビウム原子は増幅よりも多く吸収することになる。EDFAのゲイン・スペクトルを拡げるために、種々のドーピングが加えられてきた。たとえば、図3aに示すように、アルミニウムまたはリンを有するシリカ・コア共ドーピングは、発光スペクトルをかなり拡げる。それにもかかわらず、図3bに示すように、種々のガラスについての吸収ピークは、まだ約1530nmである。

0007

それ故、より多数のWDMチャネルを受け入れるべくEDFAの帯域幅を拡げることが激烈な研究の対象となっている。最先端技術の一例として、「Electronics Letters, Vol. 33, No. 23, pp. 1965-67 (1997)」に示される、Y. Sun等の、80nmの記録光帯域幅を有する超広帯域EDFAのための2帯域アーキテクチャがある。低ノイズ数値および高出力パワーを得るために、2つの帯域は、共通の第1ゲイン・セクション共有し、第2ゲイン・セクションを別にしている。80nm帯域幅は、1525.6〜1562.5nmの1つの増幅器(いわゆる普通の帯域すなわちC帯域)からと、1569.4〜1612.8nmのもう
1つの増幅器(いわゆる長い帯域すなわちL帯域)から来る。別の例として、M. Yamada等がElectronics Letters, Vol. 33, No. 8, pp. 710-711 (1997)で報告している、並列構成の2つのEDFA、すなわち、1530〜1560nmに最適化したEDFAと1576〜1600nmに最適化したEDFAとで達成される54nmゲイン帯域幅がある。また別の例として、H. Masuda等が、Electronics Letters, Vol. 33, No. 12, pp. 1070-72 (1997)で報告している、中間イコ
ライザ付きの2段階EDFAを使用する52nmEDFAがある。

0008

これらの最近の開発は、光ファイバにおける低損失ウィンドウのためのより広い帯域幅の増幅器の研究でのいくつかのポイントを示している。第1に、40〜50nmを上回る帯域幅は、EDFAをもってさえ並列の増幅器組み合わせを必要とすることである。第2に、Y. Sun等によって達成された80nmの帯域幅は、理論的最大値近くまで変えることができるということである。約152nmでの短波長サイドは、エルビウムに固有の吸収性によって制限され、長波長サイドは、1620nmより高いところで標準ファイバにおける曲げ誘発損失によって制限される。したがって、これらの最新の技術によってさえ、低損失ウィンドウの帯域幅(すなわち、1430〜1530nm)の半分は、光増幅器なしのままである。

0009

(発明の概要

0010

本発明の目的は、約1430nm〜1530nmの波長範囲のための光増幅器を提供することにある。

0011

本発明の別の目的は、約1430nm〜1530nmの波長を有する光信号から広帯域出力を生成するための広帯域非線形偏光増幅器(NLPA)を提供することにある。

0012

本発明のさらに別の目的は、光ファイバの低損失ウィンドウにおける1430nm〜1620nmのほとんど25THz帯域幅全体のためのNLPAとEDFAの組み合わせを有する並列光増幅装置を提供することにある。

0013

本発明によれば、広帯域NLPAが、カスケード式ラマン増幅と、光ファイバにおけるパラメトリック増幅(PA)または4波混合(4WM)のいずれかとの組み合わせを使用することによって実施される。広い帯域幅を達成するために、ラマンカスケードの1つの中間次数は、増幅用ファイバゼロ分散波長近接するように配置する。この中間次数は、PA(その波長がゼロ分散波長より大きい場合)または4WM(その波長がゼロ分散波長より小さい場合)に位相整合する。PA/4WMは側波帯を生成し、ポンプ帯域を拡げる。次のラマン次数において、ゲイン帯域幅は、ラマン・ゲイン帯域のポンプ帯域との重畳により、さらに拡げられる。本発明のNLPAから増幅広帯域信号を生成するためには、増幅されるべき光信号は、ゼロ分散波長より大きい波長を持たねばならず、ゼロ分散波長は、NLPAのポンピング手段からのポンピング波長より大きくなければならない。

0014

或る実施例においては、広帯域NLPAは、1240nmポンプと、開ループ・ファイバとを使用し、ゼロ分散波長はラマン次数の1つに対応する(たとえば、1310nmまたは1390nmあるいはこれらの間の分散平坦化値)。他の実施例では、1117nmまたは1240nmのいずれかでポンピングされるサニャック・ラマン・キャビティを使用する。サニャック・ラマン・キャビティによるフィードバックは、必要なポンプ・パワーを減らし、広帯域キャビティ設計が生成された帯域幅の大部分を支持する。

0015

本発明は、また、光増幅器の組み合わせを有する並列光増幅装置に関する。或る実施例においては、並列光増幅装置は、2つのNLPA並列ステージ包含し、1つのNLPAは1430〜1480nmについて最適化され、他のNLPAは1480〜1530nmについて最適化されている。別の実施例において、光ファイバにおける約1430nm〜1620nmの低損失ウィンドウの25THz全部が、本発明の1つのNLPAと1つのEDFAとの並列組み合わせを使用することによって活用される。

0016

NLPAは、ゲイン帯域がポンピング波長によってセットされ、実質的に光ファイバにおける透明領域(すなわち、300nmと2000nmの間)を通してゲインが与えられ得るという利点を有する。さらに、NLPAがグラスファイバ固有の特性を利用するので、ターミナル端を改造することによって既存のファイバでさえNLPAを使用することができる。それ故、NLPAは、ファイバ・オプティックス・システムと完全な互換性を持ち、成熟したファイバ・オプティックス技術に利点を採用することができる。

0017

本発明のこれらおよび他の目的、特徴および構成要素は、以下の本発明の好ましい実施例についての詳細な説明からより良く理解して貰えよう。

0018

(好ましい実施例の詳細な説明)

0019

本発明は、1420nm〜1620nmの光ファイバの低損失ウィンドウにおいて利用できる帯域幅のほぼ25THz全部を活用できる構造を提供する。本発明の広帯域NLPA増幅器は、ラマン増幅をPAまたは4WMのいずれかと組み合わせ、技術それ自体が従来配布されたことがなかった帯域幅性能向上を達成する。

0020

より具体的には、本発明の広帯域NLPAは、波長λを有する光信号を入力するための入力ポートと、受け入れる光信号を受信し、非線形偏光によって光信号を増幅し、スペクトル的に拡大する分散形媒体と、波長λで作動してポンピング光を生成し、分散形ゲイン媒体をポンピングするポンピング手段と、増幅され、スペクトル的に拡大された光信号を出力するための出力ポートとを包含する。分散形ゲイン媒体は、λ≧λ0≧λpとなるように、波長λ0でゼロ分散を有する。
ポンピング光は、分散形ゲイン媒体を通して、ゼロ分散波長に近接した波長λr
を有する中間次数を含む複数のラマン次数にカスケード化し、4波混合(λr<
λ0の場合)あるいはパラメトリック増幅(λr>λ0の場合)を位相整合させる

0021

NLPAの第1実施例は、光ファイバ・ゲイン媒体と共に開ループ増幅を使用する。1240nmで作動するポンプ源を使用する。ポンプは、変換効率を高めるために逆反射させてもよい。NLPAの第2実施例は、1240nmでポンピングされるサニャック・ラマン・キャビティを使用する。サニャック・ラマン・キャビティにおけるフィードバックは、必要なポンプ・パワーを減らし、広帯域キャビティ設計が生成された帯域幅の大部分を支持する。NLPAの第3実施例は、非常に広い帯域操作のために1117nmでポンピングされるサニャック・ラマン・キャビティを使用する。

0022

本発明は、また、光増幅器の組み合わせを有する並列光増幅装置に関する。或る実施例においては、並列光増幅装置は、2つのの並列NLPAステージを包含し、1つのNLPAは1430〜1480nmについて最適化され、他のNLPAは1480〜1530nmについて最適化されている。別の実施例において、光ファイバにおける低損失ウィンドウの25THz全部が、1つのラマン増幅器と1つの希土酸化物ドープド増幅器との並列組み合わせを使用することによって活用される。好ましくは、本発明のNLPAは、約1430nm〜1530nmの低損失ウィンドウをカバーするのに用いられ、EDFAは、約1530nm〜1620nmの低損失ウィンドウをカバーするのに使用される。

0023

本発明における作業中の増幅機構をより良く理解して貰うべく、まず、誘導ラマン散乱、ラマン・カスケーディング、PAおよび4WMを説明する。誘導ラマン
散乱効果、PAおよび4WMは、光ファイバのような誘電材料を強い光にさらしたときに生じる3次非線形性の結果である。3次非線形性効果は、瞬間的な光強度に比例する。

0024

1.誘導ラマン散乱作用

0025

誘導ラマン散乱作用は、光ファイバを増幅器およびチューン可能レーザ内に折り込む重要な非線形プロセスである。ラマン・ゲインは、シリカ・ファイバ内の光学フォノンとの強い光の相互作用から生じ、ラマン効果は、1つの光学ビーム(ポンプ)から別の光学ビーム(信号)へのエネルギ移行を招く。信号は、シリカ・ファイバの振動モードによって決まる量だけ、周波数シフトダウン(または、波長をシフトアップ)される。シリカ・ファイバのためのラマン・ゲイン係数grが図4に示してある。特に、ラマン・ゲインgrは、大きい周波数範囲最高40THz)にわたって延びており、広いピークが13.2THz(440cm-1
の波長に対応する)に中心を置く。この大きい周波数範囲にわたるこの動作は、シリカ・ガラスの無定形性によるものであり、ラマン効果を広帯域増幅器で使用するのを可能にする。ラマン・ゲインは、また、ファイバ・コアの組成に依存しており、異なるドープ剤濃度で変え得る。

0026

ラマン増幅は、いくつかの魅力的な特徴を有する。まず、ラマン・ゲインは、既存のファイバにおける光学フォノンとのポンプ光の相互作用に基づくため、既存の光ファイバ・リンクアップグレードするための良い候補であるということである。第2に、ポンプ・パワーがない場合でも過度の損失がないということである(これはシステムの信頼性について重要な考慮すべき点である)。

0027

2.ラマン・カスケーディング

0028

カスケーディングは、ポンプ波長での光学エネルギを、一連の非線形偏光を通じて、より長い波長の光信号に転移させる機構である。誘電体の各非線形偏光は、誘導を発生した光の波長からオフセットした波長に対応する分子振動状態を生じさせる。非線形偏光効果は、誘電体全体にわたって分散され、或る波長のエネルギが1つのより長い波長で光を発生する振動モードを活用するときにカスケード状の一連の波長シフトを生じさせる。このプロセスは、多数の次数を通じてカスケードすることができる。シリカ・ファイバにおいてラマン・ゲイン・プロファイルが13.2THzに中心を置くピークを有するため、1つのラマン次数を、
13.2THzだけ先の次数から切り離して配置することができる。

0029

カスケーディングは、誘導ラマン散乱増幅器を非常に望ましいものとする。ラマン増幅それ自体は、ゲイン・スペクトルが非常に広いので(13.2THzでピークまわり5THzより大きい帯域幅)、多数の波長(波長分割多重化における
と同じ)または短い光学パルスを増幅するのに用いることができる。さらに、カスケーディングは、広範囲にわたる異なった波長を通じてラマン増幅を可能にする。ポンプ波長を変化させることによって、または、ラマン・ゲインのカスケード次数を使用することよって、ゲインは、1300nm〜1600nmの遠距離通信ウィンドウ全体にわたって得ることができる。

0030

3.パラメトリック増幅および4波混合

0031

PA/4WMは、ストークス(S)光子および反ストークス(A)光子を創り出す2つのポンプ(P)光子を含む。PA/4WMおよびラマン増幅は、共に、光ファイバにおける3次感受性x(3)から生じる。より具体的には、x(3)の実数部分、いわゆる非線形屈折率n2は、PA/4WMに責任があり、分子振動に組み
合ったx(3)の虚数部分はラマン・ゲイン効果に対応する。シリカ・ファイバに
おいては、n2の約4/5は、紫外線共振によって生じる電子的な瞬間非線形
性であり、n3の約1/5は、ラマン活性振動、たとえば光学フォノンから生じ
る(M.N. Islam, Ultrafast Fiber Switching Devices and Systems, Cambridge University press, 1992参照)。後者の虚数部分は、図4のラマン・ゲイン・
スペクトルと一致する。

0032

ラマン増幅が光学ゲインを与えるについて魅力的であるが、PA/4WXは、光学ゲインの帯域幅を拡大するのに効果的な方法を提供する。PA/4WXは、ラマン増幅よりもかなり小さい、ポンプ、信号の周波数分離を有し、周波数差ポンプ強度に依存する可能性がある。ラマン増幅とまったく同様に、PA/4WMゲインの主な効果は、それがあらゆるファイバに存在するということである。しかしながら、ラマン効果とは異なり、PAおよび4WMは、共に、位相整合を必要とする。4WMは、位相整合についての要件により、長いファイバでは有効ではない。しかしながら、非線形屈折率を使用してポンプ、側波帯を位相整合するので、PAは、自己位相整合体として作用し得る。ファイバにおけるゼロ分散波長の近くで作動するとき、これは特に当てはまる。4WMおよびPAが、シングルモード・ファイバのゼロ分散波長の近くで生じるとき、位相整合はファイバにおいて自動的に行われる。4WMにおいては、ポンプ波長が通常の分散様式(ポンピング波長がゼロ分散波長より短い)にあるとき、側波帯はゲインなしで生成される。PAは、非線形屈折率がポンプおよび側波帯を位相整合させるのに使用される4-光子増幅である。PAについては、ポンプ波長は、変則グループ速度様
式(すなわち、ポンピング波長がゼロ分散波長より長い)になければならず、正しい位相整合では、ポンプおよび信号が共伝播することが必要である。

0033

PA/4WMゲインを知るには、R.H. Stolen and J.E. Bjorkholm,IEEE J. Quantum Elect., QE-IB, 1062 (1982)において導かれているようなゲイン係数を検討されたい。
平方根記号下の最初の項は、ポンプ光子を側波帯に連結する3次非線形性に対応する。二番目の項は、波間の位相不整合に対応し、2つの部分、すなわち、異なる波長での波ベクトル不整合による部分と、ポンプによって誘導される非線形インデックスにおける増大による部分からなる。非線形パラメータは、次のように定義される。
また、ゼロ分散波長λ0近くで作動していると仮定すると、伝播定数は次のよう
展開することができる。
ここで、
ポンプ波長が通常の分散体様式内にあるときには、D<0、?D/∂λ>0、(
λp−λ0)<0となり、Δk>0となる。この場合、gは常に虚数であり、側波
生成プロセス中、ゲインはない。これは、4WMの場合と一致する。操作が変則
グループ速度分散様式にあるばあいには、D>0、?D/∂λ>0、(λp−λ0
)>0となり、Δk<0となる。これは、PAの様式であり、非線形性が位相不整合を減らす助けとなる(すなわち、式(1)における第2項の2つの部分が互いに反対の記号となる)。PAについてはゲインがあり、このゲインは、ポンプ・パワーと共にチューン可能である。一例として、パワー・ゲイン係数2gは、変則グループ速度様式で操作するために図5に概略的に示すようにプロットされる。ピーク・ゲイン(gpeak=YP)は、Δkpeak=−2YPで生じる。ゲインが存在する範囲は、0>Δk>−4YPによって与えられる。したがって、ピーク・ゲインは、ポンプ・パワーに比例し、Δk範囲は、ポンプ・パワーによって決まる。したがって、式(2)から、帯域幅がポンプ・パワーを増大させるか、非線形係数n2を増大させるか、有効面積Aeffを減少させることによって増大し得ることがわかる。あるいは、ゲインが必要とする所与の必要な周波数範囲について、ポンプ要件は、有効非線形性(n2/Aeff)を増大させることによって、低減することができる。

0034

4.ラマンとPA、4WMのいずれかを組み合わせることによる広帯域NLPA

0035

本発明は、少なくとも1つの中間ラマン・カスケード次数をゼロ分散波長λ0
(たとえば、λ0の±5nm以内、最適には、±2nm以内)に近接して配置す
ることによって、カスケード式ラマン増幅のための広帯域ゲインに至る。4WM(λr<λ0の場合)またはPA(λr>λ0の場合)は、その特定のラマン次数のスペクトル拡大に通じる。それ故、引き続くラマン次数では、帯域幅はいっそうさらに大きくなることになる。カスケード・ラマン波長λrがλ0の長波長側に位置して(すなわち、変則分散様式にあって)パラメトリック増幅が生じ得るならば、さらに有利である。

0036

広帯域NLPAの基本概念が、図6に示してある。ポンプ波長λpから始まっ
て、カスケード式ラマン増幅を、第1の2、3のステージで使用することができる。これは、ポンプが2つ以上のラマン・シフトすなわちゼロ分散波長から13.2THz離れている場合だけである。(これら初期段階でより高い効率を保ちた
いならば、狭帯域キャビティ設計、たとえば、格子または波長選択カプラーに基づいた設計を使用してもよい)。

0037

ゲイン帯域幅を拡げる発明に対するキーは、中間ラマン・カスケード次数の1つがゼロ分散波長λ0に近接して位置しているということである。λ0に接近して作動することによって、ほとんど自動的に4WMまたはPAのいずれかと位相整合する。引き続くカスケード・ラマン次数においては、ゲイン帯域幅は拡大し続けることができる。これは、ラマンの効果的なゲイン帯域幅がポンプ帯域幅(この場合、前のラマン・カスケード次数)とラマン・ゲイン・カーブとの重畳であるために、生じる。この点については、R.H. stolen等の「Development of the stimulated Raman spectrum in single-mode silica fibers」、Journal of the Optical Society of America B, Vol. 1 (1984), pp. 652-57」の内容を参照されたい。したがって、基本概念は、ゲイン・スペクトルがポンプ・スペクトルをたどるラマン増幅の特性の利点を利用することである。ポンプ波長が変わるにつれて、光学フォノン・エネルギの距離だけ分離してラマン・ゲインも変化する。この距離は、シリカ・ファイバにおいては、約13.2THzの周波数シフトダウ
ンである。

0038

ファイバが普通のいわゆる標準ファイバである場合、ゼロ分散波長λ0は約1
310nmである。一方、分散シフト式ファイバの場合には、ゼロ分散波長λ0
は、導波路分散を加えることによって、より長い波長にシフトすることができる。あるいは、分散平坦化式ファイバを、ラマン・スケード次数の1つまたはそれ以上にわたって低分散値について使用することができる。分散平坦化式ファイバを使用することの付加的な利点は、分散勾配が小さく、ゲイン帯域幅がもっと大きくなるということである(式(2)、(3)参照)。

0039

引き続く次数の帯域幅を制限するものがラマン・キャビティ内に何もない限り、ラマン・ゲイン・スペクトルは、ポンプ・スペクトルをたどることができる。したがって、これらのより高いカスケード次数ラマン・レーザ機構の場合、格子または波長選択カプラーを使用することは望ましくない。一方、サニャック・ラマン増幅器およびレーザの広帯域キャビティ設計は、それ自体、当然、ポンプ・スペクトルを制御することによって帯域幅の拡大に通じる。シングルパス・ファイバ設計は、最も広い帯域幅の設計を構成する。しかしながら、フィードバックが閾値および必要なポンプ・パワーを低下させるのに用いられるため、サニャック・ラマン・キャビティのような広帯域キャビティは有利である。
また、帯域幅を拡げることが効率の低下に通じるので、広帯域キャビティ設計についてポンプ・パワーが既に高くなっているという点に注目されたい。

0040

5.PAおよびカスケード式ラマンからのNLPAゲイン拡大例

0041

低損失ウィンドウの1430〜1330nm範囲に達するためのカスケード式ラマン増幅を説明するために、ここでは、約1060〜1140nmで作動する市販のクラッディングポンプ式ファイバ・レーザでのポンピングについて考察する。種々のラマン次数(各々、前の次数から13.2THzだけ分離している)
が、表1に記載してある。

0042

表1———1060〜1140nmでポンピングするときの種々のラマン次数(次数間の分離、13.2THz)

0043

1430nm〜1520nmのゲインを得るために、ポンプを、1090nm〜1140nmで作動させ、5つのカスケード式ラマン次数を使用して所望の波長を達成する。PAまたは4WMから拡大作用を利用するために、ポンピング機構は、この範囲の中間で選ぶ。すなわち、1117nmのポンプ波長から始める。それ故、種々のラマン次数は、ほぼ1175nm、1240nm、1310nm、1390nm、最後に1480nmとなる。特に、第3のラマン周波数(1310nm)は、1本の標準ファイバのゼロ分散ポイントを通過する。そして、ファイバが分散シフトされた場合には、次の次数(1390nm)が接近するはずである。したがって、広帯域ゲインは、標準分散および1117nm、1175nmまたは1240nmのポンプ波長と共にファイバを使用することによって1480nmあたりに中心を置く1430〜1530nm範囲における波長のためのものと予想される。

0044

次に、PAから予想される拡大を考察する。ここでは、標準ファイバを使用し、ポンプ波長が1117nmで始まると仮定する。計算は、高ラマン横断面ファイバのための代表的なパラメータ(λ0=1310nm、Y=9.9W-1km—1
)および0.05ps/nm−kmの分散勾配と共に式(1〜4)を使用する。図7において、PAについてのゲイン係数が、1Wのポンプ・パワーでの種々の
波長0.5、1、2、5nmの波長分離(λr−λ0)についてプロットしてある。2nmの波長分離の場合、PAピーク・ゲインは±10nmで生じ、その結果、スペクトル拡大は20nmを越える。ポンプ波長がゼロ分散波長に近ければ近いだけ、ゲイン帯域幅は広くなる。それに加えて、図8が、(λr−λ0)=1nmの分離および0.7、1、2、3Wのポンプ・パワーについてゲイン対波長をプロットしている。ピーク・ゲインがポンプ・パワーに正比例して増大するのに対して、帯域幅は、ポンプ・パワーの正方根として増大する。

0045

6.NLPA増幅器の好ましい実施例

0046

図9は、1430nm〜1530nmの波長範囲について増幅広帯域信号を生成する開ループ設計を使用する本発明の第1実施例を示している。この開ループ設計は、最も単純な非線形偏光増幅器であるが、高ポンプ・パワー要件を持ち得る。図9に示すようなNLPA増幅器20においては、1430nm〜1530nmの波長を有する光信号が、入力ポート25から光ファイバ30まで入力される。光ファイバ30は、約1240nmの波長で作動するポンピング・レーザ35で発生したポンピング光によってポンピングされる。この光信号は、増幅され、非線形偏光によってファイバ内でスペクトル的に拡大され、出力ポート40を通して出力される。この構成は、光信号がファイバのゼロ分散波長より大きい波長を有するように配置される。そして、この波長は、1240nmのポンピング波長より大きい。

0047

この開ループ構成においては、ファイバは、1240nmより小さいカットオフ波長を有し、ラマン・カスケードのすべての波長にわたってシングルモード(空間的)とならなければならない。この構成においては、ファイバの3つの選択が好ましい。第1に、約1310nmでのゼロ分散波長を有する標準分散ファイバである。第2に、2本のファイバを添え継ぎしたものであり、一方のファイバが約1310nmのゼロ分散波長(第1カスケード)を有し、他方のファイバが1390nmのゼロ分散波長(第2カスケード)を有するものである。第3に、少なくとも1310nm〜1390nmの低分散を有する分散平坦化式ファイバである。このような分散平坦化式ファイバの分散勾配が減ると、PAまたは4WM
のための帯域幅がかなり増大する。

0048

例示的な1240nmポンプ・レーザは、(a)カプラ・ベースまたはグレーティングベース(格子)のラマン発振器キャビティ(1117nm、1175nmおよび1240nmのための格子を有する)のたどる1117nmクラッディング・ポンプ式ファイバ・レーザ、(b)光学的にポンピングされる半導体レーザ、または、(c)クロム・ドープ苦土橄欖石フォーステライト)レーザを包含する。ファイバの一端には、1240nm逆反射体45を設置してポンピング変換効率を高めると好ましい。逆反射体は、好ましくは、ダイクロイックミラーまたは1240nm格子である。入力、出力ポートは、好ましくは、WDMカプラ
ーである。そして、アイソレータを入力、出力ポートで使用して、のフィードバックによるレーザ光線出力を防がなければならない。この開ループ構成におけるノイズ変動を平均化するために逆伝播幾何学的形状を使用することが望ましい。共伝播幾何学的形状を使用することも可能である。

0049

ポンプ・パワー要件を低減するために、サニャック・ラマン・キャビティのような広帯域キャビティを使用する。図10は、1240nmポンプ付きのサニャック・ラマン・キャビティ設計を使用するNLPAの実施例を示している。図10を参照して、NLPA60のサニャック・ラマン・キャビティは、広帯域ミラー70と、ラマン・ゲイン・ファイバ65およびそれに接続した光学カプラー90とからなるループミラーによって形成されている。サニャック・ラマン・キャビティ設計は、米国特許出願通し番号08/773,482に記載されている。この特許出願は、ここに参考資料として引用する。1430nm〜1530nmの波長を有する光信号は、入力ポート75を通してラマン・ゲイン・ファイバ65に入力される。1240nm波長で作動するポンピング・レーザ80は、カップリング手段85を通してファイバ65をポンピングするポンピング光を生成する。光信号は、増幅され、非線形偏光を介してファイバ内でスペクトル的に拡大され、出力ポート95を通して出力される。この構成は、光信号がファイバのゼロ分散波長より大きい波長を有するように配置される。この波長は、1240nmのポンピング波長より大きい。

0050

ラマン・ゲイン・ファイバは、開ループ設計について上述したと同じ特徴を有する。同様に、第1実施例で使用されたレーザがこの第2実施例において使用される。広帯域NLPAは、さらに、偏光状態を制御するためのサニャック・ラマン・キャビティ内の偏光コントローラ100を包含する。しかしながら、ファイバが偏光維持される場合、偏光コントローラは不要である。光学カプラー90は、少なくとも、約1240nm〜1430nmの波長を有する光信号に対して、名目上、50:50である。カップリング手段85は、少なくとも約1300nm〜1430nmの波長で伝送するWDMカプラーである。さらに、入力ポートお
よび出力ポートは、各々、少なくとも、約1240nm〜1425nmを伝送するWDMカプラーを包含する。サニャック・ラマン・キャビティの重要な利点は、
種々のラマン次数のより穏やかなカスケーディングに通じる受動的ノイズ減衰特性を有するということである。

0051

代替案として、同じ種類のサニャック・ラマン・キャビティは、1117nmと低損失ウィンドウ間の5つすべてのラマン・カスケード次数について使用できる。図11は、NLPA操作のための5次サニャック・ラマン増幅器の第3実施例を示している。約1117nm当たりで作動するクラッディング・ポンプ式ファイバ・レーザは、ポンピング・レーザ120として使用される。ファイバがポンプのためのシングルモード操作適応させるために1117nmの下でcut-oft波長を有しなければならないことを除いては、第1実施例において説明した
異なったファイバ組み合わせを使用できるが、ただし、ファイバが1117nmより小さいカットオフ波長を有し、ポンプのためのシングルモード動作順応できなければならない。光学的カプラー130は、少なくとも、約1117nm〜1430nmの波長を有する光信号について、名目上、50:50である。カップリング手段125は、少なくとも、約1165nm〜1430nmの波長で伝送するWDMカプラーである。さらに、入力、出力ポートは、各々、少なくとも、
約1117nm〜1425nmの波長で伝送するWDMカプラーを包含する。種々
の構成要素の波長範囲が増大するが、この構成は、ポンプ帯域幅が1117nm〜1240nm間の最初の2つのカスケード中にさえ増大し得るので、さらに広いゲインに通じる。また、サニャック・キャビティのノイズ減衰特性は、5つすべてのラマン次数にわたって有利に使用することができる。

0052

一般に、NLPAは次のように作動する。波長λを有する光信号は、入力ポートを通して、光ファイバのような、波長λ0でゼロ分散を有する分散形ゲイン媒
体内へ入力される。そして、波長λpで作動するポンピング手段からのポンピン
グ光によてポンピングされる(ここで、λ≧λ0≧λp)。ポンピング光は、分散形ゲイン媒体を通して、ゼロ分散波長λ0に近接した波長λrを有する中間次数を含む複数のラマン次数をカスケードし、4波混合(λr<λ0の場合)またはパラメトリック増幅(λr>λ0の場合)を位相整合する。増幅され、スペクトル的に拡大された光信号は、出力ポートを通して出力される。

0053

7.広帯域並列光増幅装置

0054

上記の実施例は、単一のNLPAが低損失ウィンドウの全帯域幅に順応できることを示している。さらに、2つ以上のラマン増幅器と希土酸化物ドープド増幅器の組み合わせを用いることによって、低損失ウィンドウの全帯域幅を達成できる。好ましくは、NLPAおよびEDFAを使用する。

0055

図12は、1430nm〜1530nmの波長範囲に対して2つNLPAの組み合わせを使用している並列光増幅装置の第1実施例を示している。図12を参照して、分割手段170は、所定の波長、好ましくは、1480nmで、1430nm〜1530nmの波長を有する光信号を、所定波長より小さい波長を有する第1ビームと、所定波長より大きい波長を有する第2ビームとに分割する。第1ビームは、第1NLPA180に入力され、そこで、増幅、スペクトル拡大を受ける。第2ビームは、第2NLPA190に入力され、そこで、増幅、スペクトル拡大を受ける。第1、第2のNLPAからの出力は、結合手段200によって結合され、増幅され、スペクトル的に拡大された光信号を生成する。入力ポート170および出力ポート200は、好ましくは、WDMカプラーである。

0056

第1NLPA180が1430〜1480nmについて最適化され、第2NLPAが1480〜1530nmについて最適化され、1505nmのところに中心を置くと好ましい。表1から、これらの2つのウィンドウは、短波長側については約1100nmのポンプ波長で、長波長側については約1130nmのポンプ波長で始めることによって、5次数カスケードにおいて達成され得る。短波長側については、ファイバが1365nmあたりのゼロ分散を持たなければならず、長波長側については、ゼロ分散ファイバが1328nmまたは1410nmあたりになければならない。

0057

各NLPAについての狭帯域幅もまた、各増幅器について効率を高めることになる。さらに、これらの構成要素は、波長ウィンドウがそれほど大きくないので、より容易に製造することができる。最後に、多数の増幅器は、必要に応じて帯域幅をEDFAウィンドウに加えて、システムの段階的なアップグレードを可能にすることができる。

0058

低損失ウィンドウにおける1430〜1620nmのスペクトルは、ラマン増幅器および希土酸化物ドープド増幅器からなる並列光増幅装置を使用することによって、増幅され、スペクトル的に拡大される。図13には、並列光増幅装置の第2実施例が示してある。この増幅装置は、本発明で開示したような1つの広帯域NLPA240と1つのEDFA250とを包含する。この装置の分割手段230は、所定波長、好ましくは、1525nmで、1430nm〜1620nmの波長を有する光信号を、所定波長より小さい波長を有する第1ビームと、所定波長より大きい波長を有する第2ビームとに分割する。広帯域NLPA240は、第1ビームを受け入れ、増幅広帯域第1ビームを生成する。EDPA250は、第2ビームを受け入れ、増幅広帯域第2ビームを生成する。カップリング手段260は、増幅され、スペクトル的に拡大された第1、第2のビームを結合して増幅広帯域光信号を生成する。分割手段230およびカップリング手段260が共にWDMカプラーであることが好ましい。

0059

多波長WDMチャネルと共にこれらの実施例のうち任意のものを使用するために
は、おそらくは、増幅器の出力部のところに、ゲインを均等化するためのなんらかの手段を設ける必要がある。ゲイン帯域についてのこの波長依存性すなわち不均一性は、単一チャンネルの伝送ではほとんど影響がない。しかしながら、増幅器は、増幅器のカスケードを通しての多チャネル操作には不適当になる。異なる波長でのチャネルが一連の増幅器を通して伝播するとき、これらの増幅器は、ゲインおよび信号対雑音比に関して増幅器間の相違蓄積し、増大させる。ゲイン平坦化要素を使用すれば、増幅器の長い連鎖の有用帯域幅をかなり増大させることができる。たとえば、NLPAに続いてゲイン平坦化要素を設け、ことなったチャネルについてゲイン均等化を行うことができる。あるいは、ゲイン平坦化要素を、図10または11のサニャック干渉計ループ内に直接導入しても良い。

0060

業者であれば、発明の範囲、精神から逸脱することなく、種々の他の変更態様が明らかであろう。したがって、本願明細書の特許請求の範囲がここに説明した実施例に限定されるものではなく、むしろ、本発明に係わる技術の当業者によって均等物として扱われるすべての特徴を含めて、本発明に内在する特許可能な新規なすべての特徴を含むものとして特許請求の範囲を解釈すべきである。

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