JP2001201773A - 光増幅器およびその性能を強化する方法および光信号を伝送するための装置 - Google Patents

光増幅器およびその性能を強化する方法および光信号を伝送するための装置

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JP2001201773A JP2000389861A JP2000389861A JP2001201773A JP 2001201773 A JP2001201773 A JP 2001201773A JP 2000389861 A JP2000389861 A JP 2000389861A JP 2000389861 A JP2000389861 A JP 2000389861A JP 2001201773 A JP2001201773 A JP 2001201773A
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Atul Kumar Srivastava
クマー スリバスタバ アツル
William James
ウィリアム ジェームス
Yan Sun
サン ヤン
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 それらの広い用途および需要性のために、改
良された希土類元素ドープドファイバ増幅器および特に
改良されたエルビウムドープドファイバ増幅器を提供す
ること。 【解決手段】 雑音指数を低減する一方で、多数の所望
の特性を与えるラマンポンプを使用する光増幅器であ
る。その所望の特性の結果として、ラマンポンプされた
光増幅器は、高密度WDM通信システムにおいて使用さ
れ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に係り、特
に、改良されたラマン(Raman)増幅エルビウムドープド
ファイバ増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】音声およびデータネットワークの発展に
より生じたより大容量の伝送システムに対する需要が多
波長、波長分割多重(WDM)光通信システムおよび多
数の個別チャネルを有するネットワークの開発を導い
た。例えば、Y. Sun, J.B. Judkins, A.K. Srivastava,
L. Garrett, J.L. Zyskind, J.W. Sulhoff, C. Wolf,
R.M. Derosier, A.H. Gnauck, R.W. Tkach, J. Zhou,
R.P. Espindola, A.M. Vengsarkar, and A.R. Chraplyv
y, "Transmission of 32-WDM 10-Gb/s Channels Over 6
40 Km using Broad Band, Gain-Flattened Erbium-Dope
d Silica Fiber Amplifiers," IEEE Photon. Tech. Let
t., Vol. 9, No. 12, pp.1652-1654, December 1997; a
nd A.K. Srivastava, Y. Sun, J.W. Sulhoff, C. Wolf,
M. Zirngibl,R. Monnard, A.R. Chraplyvy, A.A. Abra
mov. R.P. Espindola, T.A. Strasser, J.R. Pedrazzin
i, A.M. Vengarkar, J.L. Zyskind, J. Zhou, D.A. Fer
rand,P.F. Wysocki, J.B. Judkins and Y.P. Li, "1 Tb
/s Transmission of 100 WDM10-Gb/s Channels Over 40
0 Km of TRUEWAVE Fiber", OFC Technical Digest, Pos
tdeadline Papers, PD 10-1-10-4, San Jose, CA, Febr
uary 22-27, 1998; P.B. Hansen and L. Eskildsen, Op
tical Fiber Technology, Vol. 3, pp.221-237, 1997;
and A.K. Srivastava, L. Zhang, Y. Sun and J.W. Sul
hoff, Proc. OFC'99, Paper FC2, pp.53-55, San Dieg
o, CA 1999を参照のこと。
【0003】希土類元素ドープド光ファイバ増幅器は、
そのような通信システムおよびネットワークにおいて使
用される光信号を増幅するために、適切に、使用されて
いる。これらの希土類元素ドープド光ファイバ増幅器
は、安価であり、低雑音を示し、偏光に依存しない比較
的大きい帯域幅を提供し、実質的に低減されたクロスト
ークを示し、かつ関係する動作波長において低い挿入損
失を示すことが分かった。それらの好ましい特性の結果
として、希土類元素ドープド光ファイバ増幅器、例えば
エルビウムドープドファイバ増幅器(EDFA)は、多
くの光光波通信システムおよびネットワークにおいて現
行の光電再生機(regenerator)を置き換えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、それらの
広い用途および需要性のために、改良された希土類元素
ドープドファイバ増幅器および特に改良されたエルビウ
ムドープドファイバ増幅器についての必要性が存在す
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】我々は、増幅器自体の中
に提供されるラマンポンプの結果として、増幅器の雑音
指数を有利に改善するラマン増幅光増幅器を開発した。
好都合なことに、そのような増幅器は、高密度波長分割
多重伝送システムにおいて広い適用性を有する。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の基礎として働く
多段光増幅器の基本原理を示す。図1において、光増幅
器100は、光アイソレータのような光学エレメントに
より分離された2つの分離された別個の増幅段を含む。
第1の増幅段120は、光アイソレータ、光フィルタな
どのような受動エレメント160により第2の増幅段1
40に結合されている。第1の段120は、レーザダイ
オードポンプのようなポンプ185からエネルギを受け
取るために、入力ポート182およびポンプポート18
3の両方にカプラ181により結合されたドープド増幅
ファイバ180を含み得る。カプラ181は、マルチプ
レクス/デマルチプレクスタイプのフィルタまたは、例
えば JDS Optics, Ottowa, Canada により製造された光
干渉フィルタであり得る。
【0007】多段増幅器の第2の段140は、増幅され
た信号を提供するための出力ポート130およびレーザ
ダイオードポンプ134からエネルギを受け取るための
ポンプポート132の両方へ、カプラ128により結合
された第2のドープド増幅ファイバ141を含み得る。
第1の段と同様に、カプラ128は、マルチプレクス
(デマルチプレクス)タイプのフィルタまたは、例えば
JDS Optics により製造された光干渉フィルタであり得
る。
【0008】ファイバ180の出力ポート136は、受
動光エレメント160によりファイバ141の入力ポー
ト138に結合されている。光エレメント160は、光
フィルタの光アイソレータまたは両方であり得る。光ア
イソレータは、第1の段120から第2の段140への
光エネルギの伝達を許容するが、逆方向への光エネルギ
の伝達を制限する光ダイオードの形を取り得る。
【0009】光フィルタは、回折格子、薄膜、または増
幅された自発放出(ASE)を制限するおよび/または
多段増幅器の利得特性を修正するためのフィルタリング
特性を有するフィルタ、または2つの段間の流れからの
自発放出の形でのエネルギを減少させかついずれかの段
の飽和を生じさせる他のタイプのフィルタから作られ得
るマルチプレクサの形を取ることができる。光アイソレ
ータおよび/または光フィルタは、光的に、融合によ
り、スプライシングにより、または他の手段により第1
の段120および第2の段140の光ファイバに結合さ
れ得る。
【0010】レーザダイオードポンプ185からの光
は、ポンプポート183に配置された第1の段120の
中に放射され得る。ホログラフィックグレーティング1
39のようなフィルタは、後方散乱を提供することによ
りレーザダイオードポンプから望ましくないモードを拒
絶するために、端部183とカプラ181との間のファ
イバ中に形成され得る。
【0011】上述したように、カプラ181は、入力ポ
ート182により受け取られる入力信号およびポンプポ
ート183により受け取られるポンプ信号の両方を増幅
ファイバ180に結合するように構成される。同様にし
て、カプラ128は、増幅された信号を多段増幅器から
出力ポート130に送り、かつポンプポート132によ
り受け取られたポンプ信号を増幅ファイバ141に結合
するように構成される。
【0012】動作において、増幅されるべき光信号は、
例えば、光学的等のような何らかの通常の手段により入
力ポート180に結合され、ポンプ信号は、ポンプポー
ト139およびポンプポート132に結合される。光フ
ァイバ増幅器の第1の段120のエルビウムドープドフ
ァイバ増幅器180により増幅された受け取られた光信
号は、受動光学エレメントにより光増幅器100の第2
の段140の入力ポートに結合される。
【0013】第1の段120のエルビウムドープドファ
イバ増幅器180は、一方の端部または両方の端部から
ポンプされることができ、第2の段140のエルビウム
ドープドファイバ増幅器141は、一方の端部または両
方の端部からポンプされることができることが理解され
るべきである。そこで、光増幅器100の第1および第
2の段120,140をポンプするためのレーザダイオ
ードおよびマルチプレクサは、単一の基板上に形成さ
れ、受動的光エレメントまたは光アイソレータおよび/
または光ファイバのようなエレメントを含み得る。
【0014】図2は、本発明によるラマン増幅光増幅器
の基本原理を示す。光増幅器200は、多数の段202
[1]…202[N]に分割されている。光信号は、光
増幅器204の入力に入り、複数の段202[1]…2
02[N]を進んだ後出力206を出る。例示的構造2
00に示されているように、複数の段は、希土類元素、
即ちエルビウムドープドファイバ210[1]…210
[N]の1つのセクションを含む。
【0015】図2に示されているように、増幅器200
の第1の段202[1]は、980nmのような適切な
波長において光ポンプによりポンプされる。ポンプの選
択にいくらかの設計的自由があることが分かる。980
nmとして例示的に示されたポンプ212は、高い反転
レベルを維持し、低い雑音指数を生じる。ポンプは、波
長選択カプラ216により光増幅器200の1つの段に
結合される。
【0016】図2に示されているように、本発明の主題
は、波長選択カプラ218により増幅器200の1つの
段に結合されたラマンポンプ214である。ラマンポン
プは、この例示的実施形態において1400ないし15
50nmであるが、好都合に、多数の波長のレーザデバ
イスであり得る。
【0017】図2に明らかに示されていないが、ラマン
ポンプ214は、中間段が恐らく最も好都合であるが、
段202[1]…202[N]のいずれか中の光増幅器
200に結合され得る。このように、980nmポンプ
波長選択カプラ216は、ラマン波長において、非常に
小さな挿入損失でトランスペアレントでなければならな
い。本発明に従って構成された増幅器において、入力信
号電力はラマン利得のために大きくなり、980nmポ
ンプ212よりも長い波長におけるラマンポンプの存在
は、図2に示された例示的増幅器の第1の段の反転レベ
ルをさらに増大させる。そのような第1の段における反
転レベルは、増幅器の雑音指数を改善するために高く保
たれることがさらに分かる。
【0018】最終的に、図3において、本発明のラマン
増幅光増幅器を含む例示的な波長分割多重(WDM)伝
送システムが示されている。具体的には、受信機304
と送信機302を相互接続する伝送システム300は、
エルビウムドープドファイバ増幅器およびデマルチプレ
クサ315として示されたラマン増幅光増幅器307,
309および311により各々相互接続された多数のフ
ァイバスパン306,308および310を含む。
【0019】動作において、図示しない波長分割多重光
信号は、それらが本発明のラマン増幅光増幅器307,
309および311により増幅されるとき、送信機30
2から出て、複数のファイバスパン306,308およ
び310を横切る。信号は、デマルチプレクサ315の
動作によりその後分離され、そして受信機304により
受信される。これから容易に分かるように、光ファイバ
スパンおよびコンポーネント材料、送信機302、デマ
ルチプレクサ315および受信機304は、よく知られ
ており、特定のアプリケーションにおけるそれらの実際
の実施例は、設計的選択事項である。
【0020】図3中の増幅器307,309および31
1の各々において、本発明によればかつ図2の説明によ
れば、高電力ラマンポンプは、ラマン増幅に対して利得
媒体として働く伝送ファイバを通して送られる。ラマン
ポンプおよび光信号は、伝送システムを逆方向に伝播す
ることになる。結果として、光増幅器中でのラマン増幅
の使用は、増幅器の雑音指数を改善し、システム全体の
マージンを改善する。
【0021】本発明の様々な追加的な修正は、当業者に
よりなされ得る。この原理に基本的の基づく変形および
その均等物は、本発明の範囲内にある。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、そ
れらの広い用途および需要性のために、改良された希土
類元素ドープドファイバ増幅器および特に改良されたエ
ルビウムドープドファイバ増幅器を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基礎となる多段光増幅器を示す図。
【図2】本発明によるラマン増幅光増幅器を示す図。
【図3】本発明によるラマン増幅光増幅器を含む例示的
WDM伝送システムを示す図。
【符号の説明】
100 光増幅器 120 第1の増幅段 128,181 カプラ 130,136 出力ポート 134 レーザダイオードポンプ 138,182 入力ポート 139 ホログラフィックグレーティング 140 第2の増幅段 160 受動エレメント 180 ドープド増幅ファイバ 183 ポンプポート 185 ポンプ 216,218 波長選択カプラ 302 送信機 304 受信機 306,308,310 ファイバスパン 307,309,311 ラマンEDFA 315 デマルチプレクサ
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 アツル クマー スリバスタバ アメリカ合衆国、07724 ニュージャージ ー、イートンタウン、ホワイト ストリー ト 111B (72)発明者 ジェームス ウィリアム アメリカ合衆国、07712 ニュージャージ ー、オーシャン、ディール ロード 1147 (72)発明者 ヤン サン アメリカ合衆国、94025−6931、カリフォ ルニア、メンロ パーク、シャロン パー ク ドライブ 690

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光増幅器内でラマン増幅を提供するため
    の手段を有することを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】 複数の増幅段をさらに有することを特徴
    とする請求項1記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】 前記ラマン増幅手段は、複数の段の中間
    段に配置されることを特徴とする請求項2記載の光増幅
    器。
  4. 【請求項4】 光増幅器内でラマン増幅手段により光信
    号を増幅するステップを有することを特徴とする光増幅
    器の性能を強化する方法。
  5. 【請求項5】 前記ラマン増幅手段は、逆伝播ラマンポ
    ンプを提供することを特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 希土類元素ドープド増幅ファイバを含む
    第1の増幅段と、 希土類元素ドープド増幅ファイバを含む第2の増幅段
    と、 前記第1および第2の増幅段の間に配置された、ラマン
    増幅を提供するための手段を含む中間の増幅段を有する
    ことを特徴とする多段光増幅器。
  7. 【請求項7】 前記ラマン増幅手段は、逆伝播ラマンポ
    ンプを提供することを特徴とする請求項6記載の光増幅
    器。
  8. 【請求項8】 送信機と、 前記送信機に光的に結合された受信機と、 前記送信機と受信機との間に配置されかつこれらに光的
    に結合され、ラマンポンプを含む光増幅器とを有するこ
    とを特徴とする光信号を伝送するための装置。
JP2000389861A 1999-12-30 2000-12-22 光増幅器およびその性能を強化する方法および光信号を伝送するための装置 Pending JP2001201773A (ja)

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