JP2002506281A - 超広帯域低ノイズ利得平坦化希土類ドープファイバ増幅器 - Google Patents

超広帯域低ノイズ利得平坦化希土類ドープファイバ増幅器

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JP2002506281A JP2000534900A JP2000534900A JP2002506281A JP 2002506281 A JP2002506281 A JP 2002506281A JP 2000534900 A JP2000534900 A JP 2000534900A JP 2000534900 A JP2000534900 A JP 2000534900A JP 2002506281 A JP2002506281 A JP 2002506281A
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Abstract

(57)【要約】 広範な波長範囲に渡って平坦な利得増幅を提供するための装置であって、入力信号を増幅導波手段に入力するための入力手段（２１）と、実質的に平坦な利得特性を持つ入力信号の増幅版を備えた出力信号を出力するための出力手段（２２）と、ノイズ消散手段（２７）と、上記入力手段と上記出力手段とに接続された増幅導波手段（２４,２６）とを備え、上記増幅導波手段は上記入力信号の波長成分の可変増幅利得に対処したものであり、増幅度は上記増幅導波手段に沿う信号の伝送の長さに比例し、上記増幅導波手段は一連の出力波長結合手段（２５）をさらに備え、上記出力波長結合手段（２５）は、予め決められ増幅された波長を上記増幅導波手段から上記出力手段に結合するために上記増幅導波手段に沿って配置され、さらにノイズ波長結合手段（２４,２６）を備えて、上記増幅導波手段からの望ましくない増幅を上記ノイズ消散手段（２７）に結合し、上記ノイズ消散手段（２７）によって分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光信号の増幅、特に、光ファイバを通って伝達されると共に希土類
ドープ光ファイバ増幅器を使用して増幅される光信号の増幅に関する。
【０００２】 （背景技術） 最近、光ファイバの高い帯域幅性能のために、通信用の光ファイバの使用が益
々一般的になってきている。光ファイバ伝送に通常使用される波長は、従来から
、単一モード光ファイバの伝送スペクトルの低減衰領域に関連している。まず図
１を見ると、単一モード光ファイバに関する典型的な減衰率のスペクトルが記載
されている。この図は、低損出伝送に重要な２つの特別なウィンドウを示してお
り、第１のものは約１５５０ｎｍにあり、第２のものは１３１０ｎｍにある。１
５５０ｎｍにおけるウィンドウはその低い減衰率のために特に普及している。
【０００３】 また、最近、あらゆる希土類ドープ光ファイバ増幅器が、益々一般的になって
きていて、入力信号のあらゆる光学的増幅に対処したものになっている。良く使
用される増幅器の一特定形態は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
である。ＥＤＦＡは、１５５０ｎｍ領域において特に強力に増幅する。図２は、
異なるポンピングパワーに対して標準ＥＤＦＡによって与えられる利得の一例を
示す（利得が１つづつ標準化されている）。図２から分かるように、ＥＤＦＡの
利得のプロフィール（形状）は大いに不規則である。このことは、単一波長のみ
が光ファイバによって伝送されるとき、これまで問題にはならなかった。しかし
ながら、最近、波長分割多重（ＷＤＭ）システムが提案され、その名が示唆する
ように、異なる周波数すなわち波長で多くの異なるチャンネルを持つ光ファイバ
を用いて製作される。残念ながら、ＥＤＦＡの増幅のプロフィールは、各チャン
ネルが実質的に異なる利得を得るという結果になり、したがって、利得プロフィ
ールが実質的に一定に維持され得ないなら、ＷＤＭシステムはＥＤＦＡによる増
幅に対して問題があるようだ。勿論、図２から、ＥＤＦＡが、通常、適当な波長
の広範なスペクトルに渡って有用な利得度を与えるということは注目される。し
かし、図２からはっきりと分かることは、利得スペクトルは中央のピークが「圧
倒的」である。
【０００４】 （発明の概要） 本発明の目的は、ＷＤＭ伝送システムにおいて結合に適した実質的に平坦な利
得スペクトルを持つ全光学システムを提供することである。
【０００５】 本発明の第１の局面によると、広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を提供
する装置において、増幅導波手段に入力信号を入力するための入力手段と、実質
的に平坦な利得特性を有する上記入力信号の増幅版を含む出力信号を出力するた
めの出力手段と、ノイズ消散手段と、上記入力手段と上記出力手段とに接続され
た増幅導波手段とを備え、上記増幅導波手段は上記入力信号の波長成分の可変増
幅利得に対処し、増幅度は増幅導波手段に沿った上記入力信号の伝搬長さに比例
し、一連の出力波長結合手段を備え、上記出力波長結合手段は上記増幅導波手段
または上記出力手段に沿って配置され、上記増幅導波手段から上記出力手段に予
め決められた増幅波長を結合し、さらにノイズ波長結合手段を備え、上記ノイズ
波長結合手段は上記増幅導波手段からの望ましくない増幅を上記ノイズ消散手段
に結合して上記ノイズ消散手段によって消散する装置が提供される。
【０００６】 上記出力波長結合手段は適当に調製された光学的回折格子を備えることができ
、また上記ノイズ波長結合手段は上記ファイバに沿って形成された回折格子を備
えることができる。上記回折格子は好ましくは長周期の回折格子である。
【０００７】 上記増幅導波手段はファイバ増幅器、例えばエルビウムドープファイバ増幅器
またはニオビウムドープファイバ増幅器を備えることができる。上記ノイズ導波
手段は光ファイバのクラッドを備えることができる。
【０００８】 本発明の別の局面によると、予め決められた波長で伝搬定数が不調和であるが
、その後、長周期の回折格子の書き込みによって調和することを特徴とする多重
コアファイバを備えている。
【０００９】 本発明のさらに別の局面によると、広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を
提供するための装置であって、入力信号を増幅導波手段に入力するための入力手
段と、実質的に平坦な利得特性を有する増幅された版の上記入力信号を備えてい
る出力信号を出力するための出力手段と、ノイズ消散手段と、上記入力手段およ
び上記出力手段に接続された増幅導波手段とを備え、上記増幅導波手段は上記入
力信号の波長成分の可変増幅利得に対処し、増幅度は上記増幅導波手段に沿った
上記入力信号の伝搬長さに比例しており、上記増幅導波手段または上記出力手段
に沿って配置された一連の出力波長結合手段を備え、上記増幅導波手段から上記
出力手段に予め決められた増幅された波長を結合する装置を備えている。
【００１０】 本発明のさらに別の局面によると、広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を
提供するための方法であって、増幅されるべき信号を、予め決められた空間的増
幅特性を持つ広帯域増幅手段に入力し、上記広帯域増幅手段を出力手段に空間的
に接合し、上記信号の実質的に平坦な利得増幅を上記出力手段に供給して、実質
的に平坦な利得増幅出力信号を生じさせ、上記実質的に平坦な利得増幅出力信号
を出力させる方法を備えている。
【００１１】 好ましくは、上記方法は、上記広帯域増幅手段をノイズ減衰手段に空間的に結
合するステップをさらに備え、上記広帯域増幅手段における望ましくない増幅の
減少に対処する。上記空間的な結合は光学的回折格子の使用を備えることができ
て、上記広帯域増幅手段を上記出力手段に結合する。
【００１２】 他の形態が本発明の範囲内に入り得るにも拘わらず、本発明の好ましい形態が
単に一例として添付の図面に言及して述べられる。
【００１３】 （好ましい実施形態およびその他の実施形態の説明） 好ましい実施形態では、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が、回
折格子システムと共に使用され、或る位置において各波長に関連した信号を入力
チャンネルから出力チャンネルへ伝送する。上記或る位置は、特定波長の入力信
号の期待される利得によって決定される。続いて、同一波長の入力信号に付随す
る増幅ノイズは、消散させるために分光チャンネルまたはノイズチャンネルに廃
棄すなわち「捨て」られる。このプロセスは、当該各信号に対して繰り替えされ
る。
【００１４】 好ましい実施形態が明確に理解されるために、初期の装置が提案され、図３に
言及して検討される。この設計では、入力信号１０がエルビウムドープ増幅コア
１１に供される。このエルビウムドープ増幅コア１１は、第２非増幅コア１２に
近接して配置されている。上記２つのコア１１,１２はクラッド層１３内に存在 する。通常、上記２つの導波管１１,１２は極めて近接して配置されるが、それ らはそれらの間で結合（カップリング）が生じないように設計されている（例え
ば、コア直径および屈折率の選択によって行われる。コア直径および屈折率は、
必要に応じて類似した遮断波長（カットオフ波長）を与えると同時に、異なる伝
播定数を与える）。上記導波管１１は、ドープ（不純物添加）され且つ強力にポ
ンプ（励起）されたＥＤＦＡを備える。それは、非常な広範囲なスペクトルに渡
って利得を提供する可能性を秘めている。しかしながら、前述したように、図２
の利得スペクトル突端部（ピーク）における強力な利得は、末端部（尾部）を圧
倒している。利得帯域内の波長が或るレベルの利得（例えば、３０デシベル）に
達する点が、導波管１１の長手に沿って１つ存在する。利得ピークにおけるこれ
らの波長は、増幅導波管１１の長手に沿った最初の部分においてこの全レベルの
利得を得て、利得帯域の尾部におけるこれらの波長は、導波管１１の最終部分に
おいて上記利得レベルを得る。利得の平坦化は、２つの導波管１１,１２を或る 点たとえば１５〜１７において一緒に結合することによって行われ、特定波長に
対してその点で得られる利得の量に依存する。結合は、ファイバに書き込まれた
回折格子（グレーティング）によって与えられる。好ましくは、長周期の回折格
子が使用される。書き込まれた回折格子の周波数は、望まれる結合波長に依る。
点１５における結合（カップリング）は利得ピークの近くの最大利得を受け取る
ためにあり、一方、点１７における結合は、導波管１１に沿った利得尾部近くの
遥かに低レベルの利得を得る波長のために存在する。このため、結合点は波長に
従ってファイバの長手下方に沿って変化する。回折格子の位置たとえば１５〜１
７は、出力信号１８の出力利得が全波長に対して実質的に同じであるように調整
され、これによって利得の平坦化が達成される。
【００１５】 残念ながら、図３の装置は、ノイズや、例えば回折格子１５から離れて結合さ
れない残留信号を考慮していない。導波管１１の長手下方においては、残念にも
、残留ノイズ（および点１５で結合されると思われた信号）が劇的に増幅し、こ
れによって導波管１１内でエネルギーを吸収する。そうでなければ、そのエネル
ギーは他の波長を増幅するのに使用される。利得ピークにおける非常に高い利得
をチャンネル１１内で用いると、潜在的には、自発放出は十分な増幅を得て、レ
ージング（レーザーによる単一波長光の発生）を引き起こす。しかしながら、図
３の機器は、単独であっても適切なものである。
【００１６】 図４を見ると、より適切な代替え装置２０を図示している。この装置は図３に
示されたものと同類であって、広帯域の入力信号２１と増幅された出力信号２２
を含む。ＥＤＦＡ２３は通常の方法で設けられ、且つポンプ（励起）される。一
波長だけを例に取ると、前述したように信号を出力導波管２５に結合するために
、最初の結合部２４が設けられている。一連の回折格子たとえば２６は、残りの
ファイバに沿って設けられていて、残留信号と増幅されたノイズを導波管２３か
らノイズ消散導波管２７へ結合する。上記回折格子２６は、ノイズ消散導波管２
７に直接的に結合するように特に調整されている。望まれるなら、ノイズ消散導
波管２７はファイバのクラッドであり得る。利得を集積し奪う前に或いはレージ
ングを引き起こす前に、導波管２７は増幅されたノイズを廃棄するのに都合のよ
い場所を提供する。単純な場合には、上述したように、導波管２７はクラッドか
ら成る。或いはその代わりに、導波管２７は、ノイズを積極的に除去するための
手段として、ポンプされていないドープ導波管であり得る。一連の回折格子２６
は、出力導波管２５に結合した後の残留ノイズ信号の増幅を最小化するために、
導波管２３に沿って第１結合の導波管２４の後に設けられる。
【００１７】 明確にするべく、図４の装置２０は一波長のみの処理（プロセッシング）を示
しているが、他の波長を処理するための多重回折格子が書き込まれていて、導波
管２７へのノイズ廃棄に加えて、導波管２５への平坦な利得結合に対処している
。それ故に、好ましい実施形態は多重コアファイバを含むことができて、長周期
の回折格子を重ね合わせることによって結合が得られる。導波管２５への結合は
、必要な波長が或る利得に到達する各々の点において生じ得る。出力周波数に関
連したノイズであって出力チャンネル２５への結合直後の後続ノイズは全て、「
ノイズ廃棄」チャンネル２７に結合される。
【００１８】 勿論、他の装置も可能である。例えば、最大の尾部利得を配慮するために、反
対方向のポンピングが使用される。また、同一方向および２方向のポンピングが
可能である。この代わりに、必要に応じて、ポンピングエネルギーを分配するた
めの適当な回折格子と共に、第４番目のコア導波管が導入され得る。他の装置で
は、回折格子が他の導波管内に書き込まれ得る。例えば、回折格子は、利得／入
力導波管ではなく出力導波管およびノイズ導波管に書き込まれ得る。
【００１９】 さらに、別の代替え装置においては、ノイズチャンネルはクラッドを備え得る
。他の装置は、例えば中央出力チャンネルを含み、この中央出力チャンネルの周
りに利得増幅器と入力チャンネルとが円周方向に配置され、そしてさらにノイズ
チャンネルが円周方向に配置される。これに代わって、これらのチャンネルは異
なる序列であってもよい。
【００２０】 さらに、好ましい実施形態の原理は他の伝送ウィンドウに拡張され得る。例え
ば、１３００ｎｍウィンドウにおいては、シリカ内のＮｄ3+がこの領域において
利得を与えるものとして知られている。しかし、Ｎｄ3+は、当該帯域上の脆弱な
センタリングと連合した強力且つ拮抗的なレージングの故に、通常使用不可能で
ある。全帯域に渡って利得が与えられるならば、スペクトルの問題部分が高い効
率で外部結合（アウトカップリング）し、１３００ｎｍの領域に対して現実的な
シリカ増幅器となる。
【００２１】 好ましい実施の形態に対する拡張によって、マルチモード源から利得媒介の有
効なポンピングが可能となる。マルチモードのポンプは、利得コアに近接して延
在するマルチモードコアに送り出される。このコアは、利得コアの信号モードあ
るいはポンプモードとポンプコアのモードとの間に、可能なかぎり結合が存在し
ないように設計されている。利得チャンネルにおいてポンプの基本モードにマル
チモードポンプのモードを結合させるために、回折格子が導入されている。ファ
イバに沿った回折格子の間隔は、既に結合されたポンプのこれら成分の強力な吸
収を見込んだものである（したがって、極僅かな後方結合（バックカップリング
）が存在する）。このようにして、各モードは結合され吸収される。これは、例
えばクラッディングポンピングのような既存機構より有利である。クラッディン
グポンピングでは、ポンプの吸収は、導波管領域との簡単なオーバーラップと有
効規模とを当てにしている。この機構は増幅器と同様にレーザーに対して特に有
利である。
【００２２】 さらに、長周期の回折格子は、動揺に対して非常に鋭敏であるということが知
られている。このことは、結合の調整を行って全性能を発揮させるのに使用され
得る。例えば、スペクトルの利得変動に対する第１位の補正は、例えば、歪また
は温度、長周期の回折格子の調整によって行われる。上記スペクトルの利得変動
は、信号やポンプパワーの変化とは逆の変化による。
【００２３】 様々な変更および／または修正が、広義に記載された本発明の精神と範囲から
逸脱することなく、特定の実施例に示された本発明に対してなされ得ることは当
業者には理解される。したがって、本実施形態は、あらゆる点において、例示的
であって限定的なものではないと考えられねばならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 単一モードファイバの典型的な減衰率を示す。
【図２】 異なるポンピングレベルに対するエルビウムドープファイバ増幅
器（ＥＤＦＡ）の増幅利得のグラフを示す。
【図３】 好ましい実施形態に言及して検討された第１の例示的装置を略図
形式で示す。
【図４】 本発明の好ましい実施形態の一形式を略図形式で示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月１４日（１９９９．１２．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光信号の増幅、特に、光ファイバを通って伝達されると共に希土類
ドープ光ファイバ増幅器を使用して増幅される光信号の増幅に関する。
【０００２】 （背景技術） 最近、光ファイバの高い帯域幅性能のために、通信用の光ファイバの使用が益
々一般的になってきている。光ファイバ伝送に通常使用される波長は、従来から
、単一モード光ファイバの伝送スペクトルの低減衰領域に関連している。まず図
１を見ると、単一モード光ファイバに関する典型的な減衰率のスペクトルが記載
されている。この図は、低損出伝送に重要な２つの特別なウィンドウを示してお
り、第１のものは約１５５０ｎｍにあり、第２のものは１３１０ｎｍにある。１
５５０ｎｍにおけるウィンドウはその低い減衰率のために特に普及している。
【０００３】 また、最近、あらゆる希土類ドープ光ファイバ増幅器が、益々一般的になって
きていて、入力信号のあらゆる光学的増幅に対処したものになっている。良く使
用される増幅器の一特定形態は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
である。ＥＤＦＡは、１５５０ｎｍ領域において特に強力に増幅する。図２は、
異なるポンピングパワーに対して標準ＥＤＦＡによって与えられる利得の一例を
示す（利得が１つづつ標準化されている）。図２から分かるように、ＥＤＦＡの
利得のプロフィール（形状）は大いに不規則である。このことは、単一波長のみ
が光ファイバによって伝送されるとき、これまで問題にはならなかった。しかし
ながら、最近、波長分割多重（ＷＤＭ）システムが提案され、その名が示唆する
ように、異なる周波数すなわち波長で多くの異なるチャンネルを持つ光ファイバ
を用いて製作される。残念ながら、ＥＤＦＡの増幅のプロフィールは、各チャン
ネルが実質的に異なる利得を得るという結果になり、したがって、利得プロフィ
ールが実質的に一定に維持され得ないなら、ＷＤＭシステムはＥＤＦＡによる増
幅に対して問題があるようだ。勿論、図２から、ＥＤＦＡが、通常、適当な波長
の広範なスペクトルに渡って有用な利得度を与えるということは注目される。し
かし、図２からはっきりと分かることは、利得スペクトルは中央のピークが「圧
倒的」である。
【０００４】 （発明の概要） 本発明の第１の局面によると、広帯域信号のための光増幅器であって、増幅導
波管を備え、上記増幅導波管は増幅されるべき信号の波長に依存する伝送長さ当
たりの利得を有し、第１の複数の第１結合手段を備え、上記第１結合手段は上記
増幅導波管の長手に沿って配置され、各結合手段は、関連の選択された波長の光
を、上記増幅導波管から上記光増幅器の出力手段に結合するように配置され、上
記増幅導波管において得られた利得が、異なる関連の波長に対して実質的に等し
いように、上記それぞれの結合手段は配置されている光増幅器が提供される。
【０００５】 上記第１の複数の第１結合手段は上記増幅導波管内に形成され得る。
【０００６】 上記第１の複数の第１結合手段は代替的に上記出力手段内に形成され得る。
【０００７】 上記出力手段は出力導波管を備え得る。
【０００８】 上記第１結合手段は光回折格子を各々備え得る。上記回折格子は長周期の回折
格子を備え得る。
【０００９】 上記増幅導波管は光ファイバのコアを備え得る。
【００１０】 一実施例において、上記出力手段は上記光ファイバのクラッドの中に形成され
る。
【００１１】 上記出力手段は上記光ファイバの別のコアを備え得る。
【００１２】 上記増幅導波管は希土類ドープガラスから形成され得る。希土類元素はエルビ
ウムであり得る。
【００１３】 上記光増幅器は、上記増幅導波管の長手に沿って配置された第２の複数の第２
結合手段をさらに備え得て、各結合手段は、関連の選択された波長の光を、上記
増幅導波管からノイズ消散手段に結合するように配置され、上記それぞれの第２
結合手段は、上記同一の関連の波長を有する対応する１つ上記第１結合手段の後
に配置されて、上記同一波長の残留信号が上記増幅導波管から上記ノイズ消散手
段に結合される。
【００１４】 上記ノイズ消散手段は導波管を備え得る。
【００１５】 上記第２結合手段は回折格子を備え得る。
【００１６】 上記第２結合手段は上記増幅導波管の中に形成され得る。代替として、上記第
２結合手段は上記ノイズ消散手段の中に形成され得る。
【００１７】 さらに上記第２結合手段は上記増幅導波管から上記ノイズ消散手段に他のノイ
ズ信号を結合するように配置され得る。
【００１８】 本発明の第２の局面によると、広範な波長の信号を光学的に増幅する方法であ
って、増幅導波管の中で上記広範な波長の信号を増幅するステップを備え、上記
増幅導波管は増幅されるべき信号の波長に依存する伝送長さ当たりの利得を有し
、上記広範な波長の信号の複数の成分を上記増幅導波管から出力手段に結合する
ステップを備え、上記増幅導波管において得られた上記利得が、異なる成分に対
して実質的に等しいような或る位置で、上記成分の各々は上記増幅導波管から結
合されている方法が提供される。
【００１９】 上記方法は、上記広範な波長の信号の複数の成分を上記増幅導波管からノイズ
消散手段に結合するステップを更に備え得て、各成分は、上記増幅導波管からの
波長の残留信号を結合するために、上記同一の波長の成分が上記増幅導波管から
上記出力手段に連結される位置の後の或る位置に、上記増幅導波管から上記ノイ
ズ消散手段に結合されている。
【００２０】 本発明の第３の局面によると、複数のコアを有すると共に、上記コアは予め決
められた波長でそれぞれ異なる伝搬定数を有する光ファイバであって、上記複数
のコアの内の少なくとも１つのコアに長周期の回折格子が設けら、上記長周期の
回折格子は、使用の際に、予め決められた波長において、上記１つのコアの伝搬
定数を上記複数のコアの内のもう１つコアの伝搬定数に調和させて、光を上記一
方のコアから上記他方のコアに連結させるように形成されていることを特徴とす
る光ファイバが提供される。
【００２１】 他の形態が本発明の範囲内に入り得るにも拘わらず、本発明の好ましい形態が
単に一例として添付の図面に言及して述べられる。
【００２２】 （好ましい実施形態およびその他の実施形態の説明） 好ましい実施形態では、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が、回
折格子システムと共に使用され、或る位置において各波長に関連した信号を入力
チャンネルから出力チャンネルへ伝送する。上記或る位置は、特定波長の入力信
号の期待される利得によって決定される。続いて、同一波長の入力信号に付随す
る増幅ノイズは、消散させるために分光チャンネルまたはノイズチャンネルに廃
棄すなわち「捨て」られる。このプロセスは、当該各信号に対して繰り替えされ
る。
【００２３】 好ましい実施形態が明確に理解されるために、初期の装置が提案され、図３に
言及して検討される。この設計では、入力信号１０がエルビウムドープ増幅コア
１１に供される。このエルビウムドープ増幅コア１１は、第２非増幅コア１２に
近接して配置されている。上記２つのコア１１,１２はクラッド層１３内に存在 する。通常、上記２つの導波管１１,１２は極めて近接して配置されるが、それ らはそれらの間で結合（カップリング）が生じないように設計されている（例え
ば、コア直径および屈折率の選択によって行われる。コア直径および屈折率は、
必要に応じて類似した遮断波長（カットオフ波長）を与えると同時に、異なる伝
播定数を与える）。上記導波管１１は、ドープ（不純物添加）され且つ強力にポ
ンプ（励起）されたＥＤＦＡを備える。それは、非常な広範囲なスペクトルに渡
って利得を提供する可能性を秘めている。しかしながら、前述したように、図２
の利得スペクトル突端部（ピーク）における強力な利得は、末端部（尾部）を圧
倒している。利得帯域内の波長が或るレベルの利得（例えば、３０デシベル）に
達する点が、導波管１１の長手に沿って１つ存在する。利得ピークにおけるこれ
らの波長は、増幅導波管１１の長手に沿った最初の部分においてこの全レベルの
利得を得て、利得帯域の尾部におけるこれらの波長は、導波管１１の最終部分に
おいて上記利得レベルを得る。利得の平坦化は、２つの導波管１１,１２を或る 点たとえば１５〜１７において一緒に結合することによって行われ、特定波長に
対してその点で得られる利得の量に依存する。結合は、ファイバに書き込まれた
回折格子（グレーティング）によって与えられる。好ましくは、長周期の回折格
子が使用される。書き込まれた回折格子の周波数は、望まれる結合波長に依る。
点１５における結合（カップリング）は利得ピークの近くの最大利得を受け取る
ためにあり、一方、点１７における結合は、導波管１１に沿った利得尾部近くの
遥かに低レベルの利得を得る波長のために存在する。このため、結合点は波長に
従ってファイバの長手下方に沿って変化する。回折格子の位置たとえば１５〜１
７は、出力信号１８の出力利得が全波長に対して実質的に同じであるように調整
され、これによって利得の平坦化が達成される。
【００２４】 残念ながら、図３の装置は、ノイズや、例えば回折格子１５から離れて結合さ
れない残留信号を考慮していない。導波管１１の長手下方においては、残念にも
、残留ノイズ（および点１５で結合されると思われた信号）が劇的に増幅し、こ
れによって導波管１１内でエネルギーを吸収する。そうでなければ、そのエネル
ギーは他の波長を増幅するのに使用される。利得ピークにおける非常に高い利得
をチャンネル１１内で用いると、潜在的には、自発放出は十分な増幅を得て、レ
ージング（レーザーによる単一波長光の発生）を引き起こす。しかしながら、図
３の機器は、単独であっても適切なものである。
【００２５】 図４を見ると、より適切な代替え装置２０を図示している。この装置は図３に
示されたものと同類であって、広帯域の入力信号２１と増幅された出力信号２２
を含む。ＥＤＦＡ２３は通常の方法で設けられ、且つポンプ（励起）される。一
波長だけを例に取ると、前述したように信号を出力導波管２５に結合するために
、最初の結合部２４が設けられている。一連の回折格子たとえば２６は、残りの
ファイバに沿って設けられていて、残留信号と増幅されたノイズを導波管２３か
らノイズ消散導波管２７へ結合する。上記回折格子２６は、ノイズ消散導波管２
７に直接的に結合するように特に調整されている。望まれるなら、ノイズ消散導
波管２７はファイバのクラッドであり得る。利得を集積し奪う前に或いはレージ
ングを引き起こす前に、導波管２７は増幅されたノイズを廃棄するのに都合のよ
い場所を提供する。単純な場合には、上述したように、導波管２７はクラッドか
ら成る。或いはその代わりに、導波管２７は、ノイズを積極的に除去するための
手段として、ポンプされていないドープ導波管であり得る。一連の回折格子２６
は、出力導波管２５に結合した後の残留ノイズ信号の増幅を最小化するために、
導波管２３に沿って第１結合の導波管２４の後に設けられる。
【００２６】 明確にするべく、図４の装置２０は一波長のみの処理（プロセッシング）を示
しているが、他の波長を処理するための多重回折格子が書き込まれていて、導波
管２７へのノイズ廃棄に加えて、導波管２５への平坦な利得結合に対処している
。それ故に、好ましい実施形態は多重コアファイバを含むことができて、長周期
の回折格子を重ね合わせることによって結合が得られる。導波管２５への結合は
、必要な波長が或る利得に到達する各々の点において生じ得る。出力周波数に関
連したノイズであって出力チャンネル２５への結合直後の後続ノイズは全て、「
ノイズ廃棄」チャンネル２７に結合される。
【００２７】 勿論、他の装置も可能である。例えば、最大の尾部利得を配慮するために、反
対方向のポンピングが使用される。また、同一方向および２方向のポンピングが
可能である。この代わりに、必要に応じて、ポンピングエネルギーを分配するた
めの適当な回折格子と共に、第４番目のコア導波管が導入され得る。他の装置で
は、回折格子が他の導波管内に書き込まれ得る。例えば、回折格子は、利得／入
力導波管ではなく出力導波管およびノイズ導波管に書き込まれ得る。
【００２８】 さらに、別の代替え装置においては、ノイズチャンネルはクラッドを備え得る
。他の装置は、例えば中央出力チャンネルを含み、この中央出力チャンネルの周
りに利得増幅器と入力チャンネルとが円周方向に配置され、そしてさらにノイズ
チャンネルが円周方向に配置される。これに代わって、これらのチャンネルは異
なる序列であってもよい。
【００２９】 さらに、好ましい実施形態の原理は他の伝送ウィンドウに拡張され得る。例え
ば、１３００ｎｍウィンドウにおいては、シリカ内のＮｄ3+がこの領域において
利得を与えるものとして知られている。しかし、Ｎｄ3+は、当該帯域上の脆弱な
センタリングと連合した強力且つ拮抗的なレージングの故に、通常使用不可能で
ある。全帯域に渡って利得が与えられるならば、スペクトルの問題部分が高い効
率で外部結合（アウトカップリング）し、１３００ｎｍの領域に対して現実的な
シリカ増幅器となる。
【００３０】 好ましい実施の形態に対する拡張によって、マルチモード源から利得媒介の有
効なポンピングが可能となる。マルチモードのポンプは、利得コアに近接して延
在するマルチモードコアに送り出される。このコアは、利得コアの信号モードあ
るいはポンプモードとポンプコアのモードとの間に、可能なかぎり結合が存在し
ないように設計されている。利得チャンネルにおいてポンプの基本モードにマル
チモードポンプのモードを結合させるために、回折格子が導入されている。ファ
イバに沿った回折格子の間隔は、既に結合されたポンプのこれら成分の強力な吸
収を見込んだものである（したがって、極僅かな後方結合（バックカップリング
）が存在する）。このようにして、各モードは結合され吸収される。これは、例
えばクラッディングポンピングのような既存機構より有利である。クラッディン
グポンピングでは、ポンプの吸収は、導波管領域との簡単なオーバーラップと有
効規模とを当てにしている。この機構は増幅器と同様にレーザーに対して特に有
利である。
【００３１】 さらに、長周期の回折格子は、動揺に対して非常に鋭敏であるということが知
られている。このことは、結合の調整を行って全性能を発揮させるのに使用され
得る。例えば、スペクトルの利得変動に対する第１位の補正は、例えば、歪また
は温度、長周期の回折格子の調整によって行われる。上記スペクトルの利得変動
は、信号やポンプパワーの変化とは逆の変化による。
【００３２】 様々な変更および／または修正が、広義に記載された本発明の精神と範囲から
逸脱することなく、特定の実施例に示された本発明に対してなされ得ることは当
業者には理解される。したがって、本実施形態は、あらゆる点において、例示的
であって限定的なものではないと考えられねばならない。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を提供する装置にお
    いて、 増幅導波手段に入力信号を入力するための入力手段と、 実質的に平坦な利得特性を有する上記入力信号の増幅版を含む出力信号を出力
    するための出力手段と、 ノイズ消散手段と、 上記入力手段と上記出力手段とに接続された増幅導波手段とを備え、上記増幅
    導波手段は上記入力信号の波長成分の可変増幅利得に対処し、増幅度は増幅導波
    手段に沿った上記入力信号の伝搬長さに比例し、 一連の出力波長結合手段を備え、上記出力波長結合手段は上記増幅導波手段に
    沿って配置され、上記増幅導波手段から上記出力手段に予め決められた増幅波長
    を結合し、さらにノイズ波長結合手段を備え、上記ノイズ波長結合手段は上記増
    幅導波手段からの望ましくない増幅を上記ノイズ消散手段に結合して上記ノイズ
    消散手段によって消散することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、上記出力波長結合手段は光
    学的回折格子を備えていることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置において、上記ノイズ波長結
    合手段は上記ファイバに沿って形成された回折格子を備えていることを特徴とす
    る装置。
  4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の装置において、上記回折格子は長
    周期回折格子を備えていることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、上記増幅
    導波手段はファイバ増幅器を備えていることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、上記ファイバ増幅器は希土
    類ドープファイバ増幅器であることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、上記ファイバ増幅器はエル
    ビウムドープファイバ増幅器であることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の装置において、上記ノイズ導波手段は光フ
    ァイバのクラッドを備えていることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 予め決められた波長で伝搬定数が不調和であるが、その後、
    長周期の回折格子の書き込みによって調和することを特徴とする多重コアファイ
    バ。
  10. 【請求項１０】 広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を提供するための
    装置において、 入力信号を増幅導波手段に入力するための入力手段と、 実質的に平坦な利得特性を有する増幅された版の上記入力信号を備えている出
    力信号を出力するための出力手段と、 ノイズ消散手段と、 上記入力手段および上記出力手段に接続された増幅導波手段とを備え、上記増
    幅導波手段は上記入力信号の波長成分の可変増幅利得に対処し、増幅度は上記増
    幅導波手段に沿った上記入力信号の伝搬長さに比例しており、 上記増幅導波手段または上記出力手段に沿って配置された一連の出力波長結合
    手段を備え、上記増幅導波手段から上記出力手段に予め決められた増幅された波
    長を結合することを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 広範な波長領域に渡って平坦な利得増幅を提供するための
    方法において、 増幅されるべき信号を、予め決められた空間的増幅特性を持つ広帯域増幅手段
    に入力し、 上記広帯域増幅手段を出力手段に空間的に接合し、上記信号の実質的に平坦な
    利得増幅を上記出力手段に供給して、実質的に平坦な利得増幅出力信号を生じさ
    せ、 上記実質的に平坦な利得増幅出力信号を出力させることを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、上記広帯域増幅手段を
    ノイズ減衰手段に空間的に結合するステップをさらに備え、上記広帯域増幅手段
    における望ましくない増幅の減少に対処することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１１または１２に記載の方法において、上記広帯域
    増幅手段は光ファイバを備えていることを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１１に記載の方法において、上記空間的な結合は光
    学的回折格子の使用を備えて、上記広帯域増幅手段を上記出力手段に結合するこ
    とを特徴とする方法。
JP2000534900A 1998-03-04 1999-03-03 超広帯域低ノイズ利得平坦化希土類ドープファイバ増幅器 Pending JP2002506281A (ja)

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