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JP2000513175A - 多段光ファイバ増幅器 - Google Patents

多段光ファイバ増幅器

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JP2000513175A JP10540641A JP54064198A JP2000513175A JP 2000513175 A JP2000513175 A JP 2000513175A JP 10540641 A JP10540641 A JP 10540641A JP 54064198 A JP54064198 A JP 54064198A JP 2000513175 A JP2000513175 A JP 2000513175A
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Abstract

(57)【要約】 多段光増幅器は、ラマンファイバ増幅器の第1の段を含み、この第1の段は、第2の増幅器段を提供する、希土類がドープされたファイバ増幅器に結合される。2つの波長を有するポンプ信号が、ラマン増幅器に注入され、入力信号と反対方向に伝搬する。ラマン増幅器がポンプ信号を完全には吸収しないため、余分なポンプ信号を第2の段のファイバ増幅器に付与して第2の段のファイバ増幅器をポンピングするために、別個の光路が提供される。ラマン増幅器のゲインおよびバンド幅特性は、ポンプ信号のスペクトル特性により決定され、ラマン増幅器のゲインバンド幅特性は、ポンプ信号の波長を適切に選択することにより選択され得る。1つの実施形態では、ポンプ信号は、第1の段のラマン増幅器が比較的低い雑音特性を有するように選択される。一方、第2の段のファイバ増幅器は、比較的高いパワー特性を有するように設計される。さらに、光増幅器全体のゲインバンド幅を増加するために、第1および第2の増幅器段のゲインバンド幅特性は、一致するようにではなく重なるように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】 多段光ファイバ増幅器 発明の分野 本発明は概して、光ファイバ増幅器に関し、具体的には、低雑音で高パワーの 光ファイバ増幅器回路に関する。 発明の背景 当該分野において公知のように、光増幅器は、供給される入力光信号の振幅を 増大する装置である。そのような増幅器への入力での光信号が単色であれば、出 力もまた単色であり、同じ周波数である。従来のファイバ増幅器は、入力信号波 長およびポンプ波長の両方で低い挿入損失を提供するWDM結合器に接続される ゲイン媒体を含む。ゲイン媒体には、希土類材料がドープされた単一モードガラ スファイバなどがある。入力信号は、結合器を介して媒体に提供される。励起は 、結合器内で、希土類ドーパントの吸収バンド内の光入力信号と結合される、ポ ンピング源からの光ポンピングを通して起こり、そして、増幅された出力信号が ファイバの他端から出射される。 そのような増幅器は、典型的には、様々な応用において使用される。この応用 には、通信システムにおいて光ファイバの長い長さを移動してきた光パルス、な どの弱い光パルスの増幅などがあるが、これに限定されない。光増幅は、シリカ などの、光ファイバが形成される材料を含む、様々な材料において起こり得る。 エルビウム(Er)増幅器と呼ばれる1つのタイプのファイバ増幅器は、エル ビウムがドープされた(具体的には、従来からEr3+として示されるエルビウム イオンがドープされた)単一モードコアを有するシリカファイバを含む。標準の いわゆる3レベルモードで動作するエルビウム光ファイバ増幅器が、980ナノ メートル(nm)の波長でポンピングされるとき、約1.5マイクロメートル( μm)の波長を有する光信号を増幅することができることは、周知である。1. 5μmが、従来の単一モードガラスファイバの最も低い損失波長であるため、エ ルビウム増幅器は、約1.5μmの波長を有する光信号を伝搬するファイバシス テムに含まれるのに十分に適している。 しかし、実際の通信システムにおいて使用されるエルビウムファイバ増幅器に ついては、幾つかの制限がある。1つの問題点は、ゲイン特性が、比較的狭いゲ インバンド幅内でしか比較的均一でないことである。さらに、エルビウム増幅器 により作り出される出力パワー特性は、ファイバをポンピングするために使用さ れるポンプ源から利用可能なパワーの範囲により制限される。また、密な波長分 割多重化(dense wavelength division multiplexed)(WDM)システムの出 現で、利用可能なゲインバンド幅およびゲイン平坦性の均一性は、光増幅器設計 において重大な問題点となっている。 別のタイプの周知の光ファイバ増幅器は、いわゆるラマン増幅器である。ラマ ン増幅器は、光ファイバにおける誘発ラマン散乱を介して信号の増幅を提供し、 エルビウム増幅器に関連するゲインバンド幅の問題点を有していない。しかし、 ラマン増幅器についての1つの問題点は、ラマン増幅器が比較的非効率的であり 、従って、適切な出力パワーを得るために、比較的高いパワーレベルを有するポ ンプ信号でポンピングされなければならないことである。高パワーポンプ信号か らのエネルギーの多くは使用されず、浪費され、高パワーポンプ信号でポンピン グされても、ラマン増幅器は、ポンプ信号により提供されるエネルギーの非効率 的な使用のため、比較的低いパワーレベルを有する出力信号を提供する。これは 、ラマン増幅器がその「飽和モード」で動作しない場合に特に当てはまる。 ラマン増幅器についての別の問題点は、増幅器の上位原子エネルギー準位(up per atomic energy level)が実質的にゼロの寿命を有することである。波分割 (wave division)多重化システムでは、上位増幅器エネルギー準位の急速な消 耗の結果、必要とされる高パワーポンプ信号と、増幅される入力信号との間のク ロストークが起こり得る。 D1(IEE Proceedings J.Optoelectronics、vol.137、no.4、1 August 19 90、pp.225,229、Aida Kら、「Design and performance of a long-span IM/D D optical transmission system using remotely pumped optical amplifiers」 )は、遠隔からポンピングされる光増幅器を使用する長スパンIM/Dd光 送信システムの設計および性能を開示している。光送信システムのレシーバ側で は、Erがドープされたファイバの後に、34km分散シフト型ファイバ(disp ersion shifted fiber)が続き、両方の光増幅器には、1.45〜1.49μm レーザダイオードから出射されるポンプ光が提供される。 D2(US 5 506 723 A)は、2段ファイバ光増幅器を記載しており、光ファイ バの第1および第2の部分は、エルビウムがドープされたファイバコアからなり 、両方の増幅器段は、光信号の伝搬方向と反対方向または光信号の伝搬方向にポ ンピングされる。 D3(EP 0 463 771 A)は、少なくとも2つの増幅状態を含む多段光増幅器を 開示しており、ここで、各段は、異なるゲインスペクトルを有する、エルビウム がドープされたファイバコアを有する増幅ファイバを含む。2つの段は、別々に ポンピングされ得、各段のゲインは、個々に調節され得る。 D4(EP 0 647 000 A)は、2段光増幅器を開示しており、両方の増幅器段は 、エルビウムがドープされたファイバコアを含む。第1の段の光増幅器のファイ バ長は、2段増幅器全体としての雑音指数が、主として第1の段の雑音指数によ り決定されるように低い雑音および十分なゲインを達成するよう、最適化される 。 従って、比較的広いバンド幅、比較的低い雑音特性、および比較的高い出力パ ワー特性を有する光ファイバ増幅器を提供することが望ましい。 発明の要旨 本発明によれば、多段光増幅器は、第2のファイバ増幅器段に光結合される第 1のファイバ増幅器段を含む。1つの実施形態によれば、ポンプ信号は、第1の 段と第2の段との接続部で第1の増幅器段に注入され、入力信号と反対方向に伝 搬する。第1の増幅器段は、第1の増幅器段が飽和しないように、ポンプ信号を 完全には吸収せず、余分なポンプ信号を第2の増幅器段に付与して第2の増幅器 段をポンピングするために、光路もまた提供され得る。光路は、ポンプ信号がま た、第2の増幅器段における入力信号と反対方向に伝搬するように構成される。 別の実施形態によれば、ポンプ信号は、第2の増幅器段に注入され、入力信号 とは反対方向に伝搬する。第2の増幅器段は、ポンプ信号を完全には吸収せず、 余分なポンプ信号を第1の増幅器段に付与して第1の増幅器段をポンピングする ために、別個の光路が提供される。ポンプ信号はまた、第1の増幅器段における 入力信号と反対方向に伝搬する。 さらに他の実施形態によれば、第1のファイバ増幅器段は、ラマン増幅器であ り、第2の増幅器段は、希土類がドープされたファイバ増幅器である。ラマン増 幅器段のゲインおよびバンド幅特性は、ラマン増幅器段が比較的低い雑音特性を 有するようにポンプ信号の波長を選ぶことにより、選択される。一方、希土類が ドープされた増幅器段は、比較的高いパワー特性を有するように設計される。さ らに、光増幅器全体のゲインバンド幅を増加するために、第1および第2の増幅 器段のゲインバンド幅特性は、一致するようにではなく重なるように選択される 。 例えば、ポンプ信号の波長は、ラマン増幅器段により提供されるゲイン特性が 、希土類がドープされた増幅器段のゲイン特性を補うように選択され得る。これ は、比較的広いバンド幅にわたって高ゲイン特性および低雑音特性を有する増幅 器を提供する。さらに、ポンプ信号のパワーレベルは、ラマン増幅器が不飽和増 幅器モードで動作するように選択され得る。ラマン増幅器が、ポンプ信号のパワ ーのすべてを効率的には使用しないため、ラマン増幅器段からの余分なポンプ信 号パワーが、希土類がドープされた増幅器をポンピングする。従って、ポンプ信 号が、希土類増幅器をポンピングするために再循環されるため、ラマン増幅器の 非効率性の結果が最小にされる。 さらに、ポンプ信号は、入力信号がラマン増幅器段および希土類がドープされ た増幅器段を伝搬する方向とは反対方向に、これらの増幅器段を通って伝搬する ように構成される。これは、入力信号とポンプ信号との間のクロストークを最小 にする。そのようなクロストークの最小化は、入力信号とポンプ信号との間のウ ォークオフ(walk-off)特性が大きいために得られ、従って、このようにして、 ポンプにより媒介される信号クロストーク機構が打ち破られる。 1つの実施形態では、希土類がドープされた増幅器段は、エルビウムがドープ されたシリカファイバを使用し得る。または、別の実施形態では、エルビウムが ドープされたフッ化物ファイバを使用し得る。フッ化物ファイバは、比較的長い 波長を有する信号に増幅を提供するため、フッ化物ファイバの使用は、全体的な 増幅器ゲインバンド幅を増加し得る。別の実施形態では、ラマン増幅器段をポン ピングするために、1435nmおよび1465nmの波長をそれぞれ有する2 つのポンプ信号が使用される。このアプローチの結果、50nm以上のゲインバ ンド幅を有する、比較的幅が広く平坦なゲイン特性を有する光増幅器が得られる 。 さらに他の実施形態では、多段増幅器をポンピングするために、2つのポンプ 周波数が使用される。 さらに他の実施形態では、ラマン増幅器段をポンピングするために、単一のポ ンプ源が使用される。このポンプ源は、典型的には約1480nmの波長を有す る出力信号を提供するラマンファイバレーザであり得る。あるいは、単一のポン プ源は、典型的には約1480nmの波長を有する出力信号を提供する2つの高 パワーダイオードとして提供され得る。 比較実施例では、第1の増幅器段は、エルビウムがドープされたファイバ増幅 器であり、第2の段は、ラマン増幅器である。 比較実施例では、第1の増幅器段は、ツリウムがドープされたZBLANコア を備えるファイバ増幅器であり、第2の段は、エルビウム/イッテルビウムがド ープされたファイバ増幅器である。第1の増幅器段は、1.06μmポンプ源か らクラッドポンピングされる(cladding pumped)。 別の比較実施例では、第1の増幅器段は、プラセオジミウムがドープされたZ BLANコアを備えるファイバ増幅器であり、第2の増幅器段は、エルビウム/ イッテルビウムがドープされたファイバ増幅器である。第1の増幅器段は、1. 04μmポンプ源からクラッドポンピングされる。 別の実施形態では、光増幅器ユニットは、ファイバコア中に活性ドーパントを 有するファイバコアを含む第2の段のファイバ増幅器と、第1の段のファイバ増 幅器と第2の段のファイバ増幅器との間に形成される2つの光結合経路と、をさ らに含む。第1の結合経路は、第1の段のファイバ増幅器と、第2の段のファイ バ増幅器との間であり、第1の段のファイバ増幅器の出力から第2の段のファイ バ増幅器への入力として、入力信号を提供し、第2の結合経路は、第1の段のフ ァイバ増幅器から第2の段のファイバ増幅器へのポンピングパワーの移送を提供 して、第2の段のファイバ増幅器をポンピングする。ラマン増幅器および第2の 段のファイバ増幅器の二重ゲインスペクトルの組み合わせが、数十ナノメートル のバンド幅を越える光増幅器ユニットの総ゲインスペクトルを提供する。別の実 施形態では、ラマン増幅器は、分散補償ファイバコアを有する。 別の実施形態では、第2の段のファイバ増幅器は、希土類がドープされたファ イバコアを有する。 別の実施形態では、第1および第2のスペクトルバンドは、部分的に重なる。 別の実施形態では、第1および第2のスペクトルバンドは、隣接し、実質的に 重なりを持たない。 別の実施形態では、第1および第2のスペクトルバンドは、重ならない。 別の実施形態では、第1の光ファイバ増幅器は、第3の光ファイバを介して、 第2の光ファイバ増幅器と光結合され、ポンプエレメントは、第1の光ファイバ 増幅器に直接結合されてポンピングを行い、且つ、第3の光ファイバを介して第 2の光ファイバ増幅器に結合されてポンピングを行う。 別の実施形態では、ラマンゲイン媒体は、広いゲインバンド幅を提供するよう に選択される。 別の実施形態では、高パワーポンプエレメントは、複数のポンプエレメントを 含み、複数のポンプエレメントの各々は、出力と、ポンプエレメント出力を結合 して第1の段のファイバ増幅器に入力する波分割マルチプレクサと、を有する。 別の実施形態では、複数のポンプエレメントの各々は、第1および第2の段の ファイバ増幅器の吸収バンド内の出力波長を有するレーザダイオードである。 別の実施形態では、複数のポンプエレメントの各々は、ファイバレーザを含む 。 別の実施形態では、光増幅器ユニットは、第2の波分割マルチプレクサの第2 のポートに結合される第1のポートと、第2の段のファイバ増幅器の入力ポート に結合される第2のポートと、を有する第1のアイソレータ(isolator)をさら に含む。 別の実施形態では、光増幅器ユニットは、第3の波分割マルチプレクサの第2 のポートに結合される第1のポートと、光増幅器回路の出力ポートに結合される 出力ポートと、を有する第2のアイソレータをさらに含む。 別の実施形態では、第2の段のファイバ増幅器は、シリカファイバおよびフッ 化物ファイバのうちの1つを含む。 別の実施形態では、ポンプエレメントは、第1の波分割マルチプレクサの第3 のポートに結合される出力ポートを含む。 別の実施形態では、光増幅器ユニットは、第1の入力ポートおよび第2の入力 ポートと、第2の波分割マルチプレクサの第3の入力ポートに結合される出力ポ ートと、を有する第4の波分割マルチプレクサをさらに含む。 別の実施形態では、ポンプエレメントは、第4の波分割マルチプレクサの第1 の入力ポートに結合されるポートを含む。 別の実施形態では、ポンプエレメントは、第4の波分割マルチプレクサの第2 のポートに結合される別のポートを含む。 別の実施形態では、ポンプエレメントは、ラマンファイバレーザおよび複数の 半導体レーザダイオード、のうちの1つを含む。 別の実施形態では、ポンプエレメントは、1480nmの波長を有する信号を 発するラマンファイバレーザを含む。 別の実施形熊では、ポンプエレメントは、レーザダイオードの対を含み、レー ザダイオードの各々は、1480nmの波長を有する信号を発する。 別の実施形態では、第2のアイソレータは、多段アイソレータを含む。 別の実施形態では、第2の段のファイバ増幅器の第1の端部は、光アイソレー タを介して、第1の段のファイバ増幅器の第2の端部に光結合される。 別の比較実施例では、第1の段のファイバ増幅器は、希土類がドープされた増 幅器を含む。 別の実施形態では、第2の段のファイバ増幅器は、ラマン増幅器を含む。 別の実施形態では、ポンプ源は、多数のポンプエレメントを含み、これらのポ ンプエレメントの出力は、結合されて、第1の段のファイバ増幅器の出力端に入 力され、多数のポンプエレメントは、増幅器システムのゲインバンド幅を広くす る。別の実施形態では、多数のポンプエレメントは、第1および第2の段のファ イバ増幅器の吸収バンド内の異なる出力波長を有する。 別の比較実施例では、第1および第2の段のファイバ増幅器は、ファイバラマ ン増幅器である。 別の実施形態では、第1の段の増幅器は、少なくとも2つのラマンファイバ増 幅器を含む。 本発明の別の局面によれば、別の実施形態は、直列に接続される少なくとも2 つの光ファイバ増幅器を含み、1つの段の出力は、別の段のための入力を提供し 、増幅器は、少なくとも1つのポンプ源から提供されるポンピング励起を有する 異なるタイプのゲイン機構を有することを特徴とする。 別の比較実施例では、第1の増幅器段は、ツリウムがドープされたZBLAN コアを備えるファイバ増幅器であり、第2の段は、エルビウム/イッテルビウム がドープされたファイバ増幅器である。第1の増幅器段は、1.06μmポンプ 源からクラッドポンピングされる。 さらに他の比較実施例では、第1の増幅器段は、プラセオジミウムがドープさ れたZBLANコアを備えるファイバ増幅器であり、第2の増幅器段は、エルビ ウム/イッテルビウムがドープされたファイバ増幅器である。第1の増幅器段は 、1.04μmポンプ源からクラッドポンピングされる。 さらに他の比較実施例では、第1の段のファイバ増幅器は、第1のスペクトル バンド内で動作し、第2の段のファイバ増幅器は、第1のスペクトルバンドとは 異なる第2のスペクトルバンド内で動作し、第1および第2の段のファイバ増幅 器はともに、1つよりも多いポンプ源からのポンプ放射(pump radiation)でポ ンピングされる。 さらに他の比較実施例では、入力信号を増幅する光増幅器ユニットは、入力信 号を受け取るラマン増幅器を含むファイバ増幅器と、2つの異なる空間的に間隔 があけられた波長で、ラマン増幅器にポンピングパワーを提供し、ファイバ増幅 器において別個のラマンゲインスペクトルを作り出す少なくとも2つのポンプ源 と、を含む。 図面の簡単な説明 本発明の上記特徴および本発明自体は、図面に関する以下の詳細な説明からよ り十分に理解され得る。 図1は、本発明の原理に従って構成される光増幅器であって、ラマン増幅器の 第1の段と、希土類がドープされた第2の段とを備える、光増幅器のブロック図 である。 図2は、本発明の原理に従って構成される光増幅器であって、希土類がドープ された第1の段と、ラマン増幅器の第2の段とを備える、光増幅器のブロック図 である。 図3は、図1および図2に示される多段増幅器のゲインスペクトルのプロット である。 図4は、本発明の原理に従って構成される光増幅器であって、第1の増幅器段 が、ツリウムがドープされたZBLANコアを備えるファイバ増幅器であり、第 2の段が、エルビウム/イッテルビウムがドープされたファイバ増幅器である、 光増幅器のブロック図である。 図5は、図4に示される多段増幅器のゲインスペクトルのプロットである。 図6は、本発明の原理に従って構成される光増幅器であって、第1の増幅器段 が、プラセオジミウムがドープされたZBLANコアを備えるファイバ増幅器で あり、第2の段が、エルビウム/イッテルビウムがドープされたファイバ増幅器 である、光増幅器のブロック図である。 図7は、図6に示される多段増幅器のゲインスペクトルのプロットである。 図8は、本発明の原理に従って構成される光増幅器であって、ポンピング信号 が第2の増幅器段に付与される、光増幅器のブロック図である。 好適な実施形態の詳細な説明 次に図1を参照して、入力ポート10aおよび出力ポート10bを有する光増 幅器10は、増幅器入力ポート10aに結合される入力ポート12aを有する第 1の波分割マルチプレクサ(WDM)12を含む。WDM12の出力ポート12 bは、増幅器10の第1の増幅器段としての役割を果たすラマンファイバ増幅器 14の入力ポート14aに結合される。ラマン増幅器14は、光増幅器10に比 較的低い雑音指数を持たせる量子制限された(quantum-limited)雑音指数を有 する。増幅器14は、クラッド光ファイバ(cladded optical fiber)からなる 。このクラッド光ファイバは、例えば、典型的には約2μm〜約5μmの範囲の コ ア径を有し、約1480nmの波長で0.6デシベル/キロメートル(db/k m)以下の挿入損失特性を有するゲルマノーシリカファイバであり得る。また、 ファイバが波長λlの放射を増幅するものであり、λl=λi-l'+Δλiであると き、比較的高い値のデルタを有するファイバが好ましい。ここで、Δλiは、フ ァイバに関連する適切なストークスバンド内の長さであり、l=1,...,n( nは、2以上の整数)であり、λi-lは、l=1のとき、ポンプ放射の波長λpで あるとして規定される。 増幅器14は、第2のWDM16および第1のアイソレータ20を介して、エ ルビウムがドープされたファイバ増幅器22の入力ポートに結合される。具体的 には、増幅器14の出力ポート14bは、第2のWDM16の入力ポート16a に結合され、WDM16の出力ポート16bは、アイソレータ20の入力ポート 20aに結合される。典型的には約40dBの分離(isolation)特性を有する アイソレータ20が提供される。アイソレータ20の出力ポート20bは、増幅 器10の第2の増幅器段を提供する、エルビウムがドープされた(Er)増幅器 22の第1の入力ポート22aに結合される。 Er増幅器22は、従来のドーピング技術を用いてEr3+イオンがドープされ たコアを有する単一モードファイバ部分から提供される。好適な実施形態では、 第2の段の増幅器22はEr増幅器であるが、その代わりに、増幅器段22が、 エルビウム以外の希土類金属がドープされたコアを有する単一モードファイバか ら製造されてもよいことが認識されるはずである。さらに、ファイバは、シリカ ガラスファイバであってもよく、あるいは、例えばZBLAおよびZBLANな どの、ZrF4に基づくフッ化ガラス組成物もまた使用され得る。 増幅器段22は、所定の波長を有する信号でポンピングされる。増幅器22の 出力は、第3のWDM24の入力ポート24aに結合され、WDM24の第1の 出力ポート24bは、入力ポート26aで第2のアイソレータ26に結合される 。アイソレータ26は、例えば、増幅器段14、22により提供されるゲインバ ンド幅と少なくとも同じ幅のパスバンドにおいて比較的低い挿入損失を有する多 段アイソレータとして提供され得る。アイソレータ26の出力ポート26bは、 増幅器出力ポート10bに結合される。 第4のWDM18は、入力ポート18a、18bを有し、これらの入力ポート 18a、18bを通して、波長λ1およびλ2をそれぞれ有するポンプ信号P1、 P2がそれぞれ供給される。WDM18の出力ポート18cは、WDM16の第 2の入力ポート16cに結合される。このようにして、ポンプ信号P1、P2は、 WDM18を介して、WDM16の入力ポート16cに供給される。 ポンプ信号P1、P2は、WDM16およびポンプラマン増幅器14を通って伝 搬する。光信号経路28は、WDM12の出力ポート12cに結合される第1の 端部と、WDM24の第3のポート24cに結合される第2の端部28bと、を 有する。 動作において、波長λ1およびλ2をそれぞれ有するポンプ信号P1およびP2は 、増幅器14の飽和レベルよりも低いレベルで、ラマン増幅器14をポンピング する。従って、第1の不飽和ラマン増幅器段14からの余分なポンプパワーが、 信号経路28を介して結合され、WDM24を通って、第2の増幅器段22に供 給され、それにより、Er増幅器22をポンピングする。 従って、第1の増幅器段14で使用されないボンプ信号エネルギーは、第2の 増幅器段22で使用される。このように、ラマン増幅器14は、意図的に飽和モ ードで動作されない。なぜなら、ポンプ信号P1およびP2により提供されるポン プパワーを、第2の増幅器段22に利用可能にすることが望ましいからである。 この第2の増幅器段22では、ポンプパワーは、ラマン増幅器14がポンプ信号 を使用する効率と比べた場合、比較的効率的な態様で使用される。典型的な応用 では、信号経路28を通って第2の段の増幅器22に結合されるラマン増幅器1 4に供給されるポンプパワーのパーセンテージは、約40%〜約90%の範囲で あり、典型的には、約75%のポンプパワーが好ましい。 上記のように、ラマン増幅器は比較的非効率的であり、従って、比較的高いパ ワーレベルを有するポンプ信号を必要とする。これは、ラマン増幅器が、増幅器 をその飽和領域にさせるレベルでポンピングされない場合に、特に当てはまる。 従って、信号経路28を使用して、第1の増幅器段から第2の増幅器段にポンプ パワーを結合することにより、ラマン増幅器の非効率性および高パワーポンプ信 号の要求が軽減される。 さらに、ポンプ信号が、入力信号の方向と反対方向にラマン増幅器を通って伝 搬するため、ポンプ信号と入力信号との間のクロストークが最小にされる。これ は、入力信号とポンプ信号との間のウォークオフが比較的大きく、従って、ポン プにより媒介される信号クロストークが低減されるためである。 ラマン増幅器のゲインおよびバンド幅特性は、ポンプ信号のスペクトル特性に より決定される。従って、ラマン増幅器は、ポンプ信号P1およびP2の波長およ びパワー特性の適切な選択により、好適なゲインおよびバンド幅特性を有するよ うに設計され得る。この態様でラマン増幅器14のゲインおよびバンド幅特性を 改変することは、比較的容易である。この技術は、ラマン増幅器22の、高いポ ンプパワーの要求の欠点を軽減する。 さらに、ポンプ信号の波長は、ラマン増幅器のゲインが、より長い波長でEr 増幅器のゲインを補うように選択され得るが、それでも、ポンプ信号は依然とし て、第2の増幅器段22のErファイバをポンピングするために、信号経路28 を通して再循環され得る。例えば、増幅器22が、1550nmと1570nm との間の波長を有する信号について、線形に減少するゲイン特性を有する場合、 ポンプ信号P1、P2の波長は、1550nmの波長と1570nmの波長との間 で線形に増加するゲイン特性を有するラマン増幅器14を提供するように選択さ れ得る。従って、光増幅器10のハイブリッドラマン増幅器/Erパワー増幅器 構成は、各増幅器タイプの利点を用いて、比較的広いバンドで、高いゲインで、 高いパワーの増幅器10を提供する。 分散補償ファイバをラマンゲインファイバに使用することにより、さらに他の 改良点が得られ得る。分散補償ファイバは周知であり、従来の光ファイバを通過 することにより引き起こされるパルスの分散を逆にするために使用され得る。 第2の段のErファイバがフッ化物ファイバである場合、このファイバは、比 較的長い波長でゲインを提供し、第2の段の増幅器22においてシリカファイバ が使用される場合に増幅器10が有するバンド幅よりも広いバンド幅を、増幅器 10に持たせる。 別の実施形態によれば、ポンプ信号P1、P2は、それぞれ1465nmおよび 1485nmの波長を有するように設計される。この場合、増幅器10の複合 ゲインスペクトルは、従来の増幅器のゲインスペクトルよりも幅が広く、平坦で あり得る。従って、本発明の技術を用いて、40nmを越えるゲインバンド幅を 有する光増幅器が提供され得る。 ポンプ信号P1、P2を提供するポンプ源(図示せず)は、典型的には約148 0nmの波長を有する出力信号を生成するラマンファイバレーザであり得る。あ るいは、ポンプ源は、各々が1420nm〜1520nmのバンドの異なる出力 波長を有する信号を提供する2つの高パワーレーザダイオードから提供されても よい。ポンプ源の特定のタイプの選択は、様々なファクタに依存する。このファ クタには、光増幅器10から望まれる総出力パワーなどがあるが、これに限定さ れない。 図2は、第1の増幅器段14が、希土類がドープされたファイバ増幅器であり 、第2の増幅器段22がラマン増幅器である、比較実施例を示す。ポンピング構 成は、図1に示される構成と同じである。この構成は、図1に示される増幅器と 同様の特性を有するが、より優れた雑音指数を有し得る。図1および図2に示さ れる増幅器のゲインスペクトルが、図3に示される。図3は、本発明の1つの実 施形態により得られ得るスペクトルの重なりを示す。特に、エルビウム増幅器の ゲインスペクトルは、約1530nmから約1560nmまで延び、ラマン増幅 器のゲインスペクトルは、1560nmから1580nmにわたるように調節さ れ得る。その結果、より幅の広い全体ゲインスペクトルとなる。 図4は、第1の増幅器段と第2の増幅器段とがともに、希土類がドープされた ファイバ増幅器である、光増幅器の比較実施例のブロック図である。具体的には 、第1の増幅器段30は、ツリウムがドープされたZBLANコアを備えるファ イバ増幅器であり、第2の段22は、エルビウム/イッテルビウムがドープされ たファイバ増幅器である。増幅器は、1.06μmの信号周波数を有するポンプ 信号32でポンピングされる。そのような増幅器のゲインスペクトルが、図5に 示される。ツリウムがドープされた増幅器のゲインスペクトル500は、1.4 8μmを中心とし、エルビウム/イッテルビウムのスペクトル502は、1.5 5μmを中心とする。これらの2つのスペクトルの間には重なりがない。 図6は、第1の増幅器段34が、プラセオジミウムがドープされたZBLAN コアを備えるファイバ増幅器であり、第2の段22が、エルビウム/イッテルビ ウムがドープされたファイバ増幅器である、光増幅器の別の比較実施例のブロッ ク図である。増幅器は、1.04μmの信号周波数を有するポンプ信号36でポ ンピングされる。そのような増幅器のゲインスペクトルが、図7に示される。ツ リウムがドープされた増幅器のゲインスペクトル700は、1.3μmを中心と し、エルビウム/イッテルビウムのスペクトル702は、1.55μmを中心と する。これらの2つのスペクトルの間には重なりがない。 図8は、エルビウム増幅器804がラマン増幅器814に結合される、別の比 較実施例を示す。具体的には、増幅器は、アイソレータ802を介してエルビウ ム増幅器804に接続される入力ポート800を有する。エルビウム増幅器80 4の信号出力は、第1の波分割マルチプレクサ(WDM)804、第2のアイソ レータ808、および第2のWDM810により、ラマン増幅器814の信号入 力に接続される。増幅器814の信号出力は、WDM816を介して出力ポート 818に接続される。例えば1480nmのポンプ信号820が、WDM816 を介してシステムに付与され、ラマン増幅器814における入力信号と反対方向 に伝搬する。 ラマン増幅器814をポンピングした後に残る余分なポンプ信号は、WDM8 10および804により、アイソレータ808付近でパイパスされ、そして、エ ルビウム増幅器804をポンピングする。ポンプ信号はまた、増幅器804にお ける入力信号と反対方向に伝搬する。図8には単一のポンピング周波数が示され ているが、上記のように、2つの異なる周波数が使用されてもよい。 以上、本発明の好適な実施形態を説明してきたが、上記実施形態の概念を組み 込む他の実施形態が使用され得ることが、今当業者に明らかになる。例えば、好 適な実施形態では、増幅器10はアイソレータ20を含むが、幾つかの応用では 、アイソレータ20は、増幅器10から省略され得ることに注目されたい。アイ ソレータ20の除去は、Er増幅器22を通って反対方向に伝搬する余分なポン プ信号が、WDM16を通ってラマン増幅器14に伝搬し続けることを可能にす る。概して、この余分なポンプ信号は、ラマン増幅器14の雑音性能に悪影響を 及ぼすが、幾つかの環境では、これは許容可能である。同様に、多段アイソレー タ2 0の除去により、WDM24が、増幅器出力ポート10bに結合される構成要素 からの背面反射(back reflections)を受け取り得る。 さらに、本発明の多段増幅器は、他の増幅器と組み合わせて使用され得る。例 えば、開示されたラマン/エルビウムがドープされた増幅器は、3段増幅器の第 2の段および第3の段として使用され得る。エルビウムの第1の段は、アイソレ ータにより、ラマン/エルビウムがドープされた増幅器に結合され得る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.光入力信号を増幅して、該入力信号の光パワーよりも大きい光パワーを有す る中間信号を生成する第1の光ファイバ増幅器段(14)であって、ラマンゲイ ン媒体を含む第1の光ファイバ増幅器段(14)と、 該中間信号を増幅して、該中間信号の光信号パワーよりも大きい光信号パワー を有する出力信号を生成する第2の光ファイバ増幅器段(22)であって、1つ 以上の希土類材料を含むゲイン媒体を含む第2の光ファイバ増幅器段(22)と 、を含む、多段光増幅器ユニット。 2.前記増幅器段の両方をポンピングするために、単一のポンプ源が使用される 、請求項1に記載の多段光ファイバ増幅器ユニット。 3.光ファイバを含み、該光ファイバは、第1の端部(14a)と、第2の端部 (14b)とを有する前記第1の段のファイバ増幅器(14)を、該第1の段の ファイバ増幅器(14)の該第2の端部(14b)に光結合される第1の端部( 22a)と、第2の端部(22b)とを有する前記第2の段のファイバ増幅器( 22)に光結合し、そのため、該第1の段のファイバ増幅器の該第1の端部(1 4a)で吸収されないポンプ信号が、該第2の段のファイバ増幅器(22)に付 与され、該第2の段のファイバ増幅器をポンピングし、前記ポンプ源(18)は 、該第1の段の増幅器の該第2の端部(14b)に光結合され、該第1の段の増 幅器にポンピング信号を提供し、該ポンピング信号は、該ポンピング信号が、該 第1の段のファイバ増幅器の該第1の端部に伝搬するとき、該第1の段のファイ バ増幅器をポンピングする、請求項1または2に記載の多段光増幅器ユニット。 4.入力信号が、前記第1の段のファイバ増幅器の前記第1の端部に提供され、 該第1の段のファイバ増幅器の前記第2の端部に伝搬して増幅し、前記ポンプ信 号が、該入力信号と反対方向に伝搬する、請求項3に記載の多段光増幅器ユニッ ト。 5.前記第1の増幅器段が、前記第2の増幅器段のゲインバンド幅とは異なるゲ インバンド幅を有する、請求項1から4のいずれかに記載の多段光増幅器ユニッ ト。 6.前記第1の増幅器段の前記ゲインバンド幅が、前記第2の増幅器段の前記ゲ インバンド幅と重なる、請求項5に記載の多段光増幅器。 7.前記光増幅器ユニットの全体のゲインが、前記第1および第2のゲインバン ド幅の各々よりも広いシステムゲインバンド幅にわたって実質的に均一である、 請求項6に記載の多段光増幅器ユニット。 8.前記第1の増幅器段が、低雑音増幅器を含み、前記第2の増幅器段が、高ゲ イン増幅器を含む、請求項1から7のいずれかに記載の多段光増幅器ユニット。 9.前記第1および第2の段のファイバ増幅器の間に形成される2つの光結合経 路(28、16、20)をさらに含み、該第1の結合経路(16、20)は、該 第1および第2の段のファイバ増幅器を接続し、該第1の段のファイバ増幅器の 出力から該第2の段のファイバ増幅器への入力として前記入力信号を提供し、該 第2の結合経路(28)は、該第1の段のファイバ増幅器から該第2の段のファ イバ増幅器への余分なポンピングパワーの移送を提供して、該第2の段のファイ バ増幅器をポンピングする、請求項1、2、4から8のいずれかに記載の多段光 増幅器ユニット。 10.前記光増幅器の入力ポートに結合される第1の入力ポート(12a)を有 し、前記第1の増幅器段(14)の前記第1のポート(14a)に結合される第 2のポート(12b)を有する、第1の波分割マルチプレクサ(12)と、 該第1の増幅器段(14)の前記第2のポート(14b)に結合される第1の ポート(16a)と、前記第2の増幅器段(22)の前記第1のポート(22a )に結合される第2のポート(16b)と、を有する、第2の波分割マルチプレ クサ(16)と、 第3の分割マルチプレクサ(24)であって、該第2の増幅器段(22)の前 記第2のポート(22b)に結合される第1のポート(24a)と、該光増幅器 の出力ポートに結合される第3の波分割マルチプレクサの第2のポート(24b )と、を有する第3の分割マルチプレクサ(24)と、 該第1の波分割マルチプレクサ(12)の第3のポートと、該第3の波分割マ ルチプレクサ(24)の第3のポート(24c)との間に結合される信号経路( 28)と、をさらに含む、請求項1、2、4から9のいずれかに記載の多段光増 幅器ユニット。 11.ポンプ信号が、前記第1の段において増幅される信号と反対方向に、該第 1の増幅器段を通って伝搬し、該ポンプ信号の吸収されない部分が、前記第2の 段において増幅される信号と反対方向に伝搬するように該第2の増幅器段に向け られる、請求項1から10のいずれかに記載の多段光増幅器ユニット。 12.前記第1の増幅器段が、該第1の増幅器段をその飽和レベルよりも下のレ ベルに維持する態様で、前記ポンプ源によりポンピングされる、請求項1から1 1のいずれかに記載の多段光増幅器ユニット。 13.互いに結合される複数のポンプ源を含むポンプエネルギー源をさらに含む 、請求項1から12のいずれかに記載の多段光増幅器ユニット。
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