JP2002530898A - 離調された９８０ｎｍ励起光を用いたＬバンド増幅 - Google Patents
離調された９８０ｎｍ励起光を用いたＬバンド増幅Info
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Abstract
(57)【要約】
既知の励起吸収帯を持った希土類ドープ利得媒質の放出スペクトルの長波長スペクトル領域（Ｌバンド）における、利得と励起光−信号光変換効率を改善した光増幅器の駆動方法であって、大信号入力強度を持つ光信号を、増幅器に与えるステップと、増幅する光信号に対して既知の励起吸収帯の中心波長とは異なった波長を持つ励起光を増幅器に与えるステップと、から成る光増幅器の駆動方法。信号利得と改善された励起光−信号光変換効率は、励起帯中心波長979-980nmから上下±0〜30nmの範囲内で離調した励起光により、エルビウムＬバンド信号に対して実証された。光増幅器の駆動方法についても開示する。
Description
【０００１】
本発明は光増幅器に関し、特に離調した980nmの励起光を用いたＬバンド増幅
の改善方法及び、係る方法を用いた装置に関する。
の改善方法及び、係る方法を用いた装置に関する。
【０００２】
光通信サービス提供者は、より高いデータ能力及びより高速なデータ転送速度
を、顧客が現在及び将来に必要としているサービスとして、継続的に求めている
。システムで採用されている光増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器（
EDFA）のチャンネル密度は、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）が使用可
能な利得波長帯幅により限定されている。マルチチャンネル増幅に対して、利得
フラットフィルタを、平坦化されたエルビウム利得スペクトルに適用した場合で
あっても、この波長幅は35nm程度になる。光ファイバ利用の、マルチチャンネル
システムのシステム能力を増加させる３つの技術として、（1）チャンネル当り
のビットレートを増やすこと、（2）チャンネル間隔を狭めてチャンネル数を増
やすこと、（3）利得媒質中の全利得/転送帯幅を増やしてチャンネル数を増やす
こと、が挙げられる。チャンネル当たりのビット数増加については、多くの既設
システムが現状のOC-48ビットレート（2.5Ｇb/s）を超えて動作させることは出
来ない為、常に実行可能な解決策ではない。同様に、ファイバの非線形性により
、チャンネル間隔を現在の50〜100GHz以下に狭めることは制限される。この様な
ことから、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）の利得帯幅を増加させる方
法は、チャンネル間隔やチャンネル当りのビットレートを保持しながらシステム
能力を増やす直接的な方策として認識されている。1990年には、アインスル（Ai
nslie）他により、長波長帯（1565〜1610nm）における、エルビウム利得波長の
有効性について研究がなされた。このことは、エレクトロニクスレターズ誌、第
26巻、1645-1646頁（1990年）の「高利得を有する1.6μ広域帯Er3+ドープ石英フ
ァイバ増幅器」（High gain, broadband 1.6 micron Er3+ doped silica fiber
amplifier, Electronics Letters, volume 26, pp. 1645-1646 (1990)）に開示
されている。最近では、スリバスタ（Srivastava）他により、1.6ミクロン帯（
Ｌバンド）において、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）石英ファイバー
の応用が実証された。このことは、テクノロジーダイジェスト OFC 1998年、
ポストデッドライン紙 PD10-1、サンノゼ、カリフォルニア、1998年「実波長フ
ァイバによる400kmにわたる、チャンネルあたり、10Gb/sの100WDMチャンネルを
使用した1Tb/s伝送について」（1Tb/s transmission of 100 WDM 10 Gb/s chann
els over 400km of Truewave fiber, Tech. Dig OFC'98, Post deadline paper
PD10-1, San Jose, California, 1998）に開示されている。サン（Sun）他は、
一般的なＣバンド（1530〜1560nm）とＬバンドの両方に対する増幅器の分離バン
ド構造について論述し、80nmの総利得バンド幅を得た。このことは、PROC．OAA
、ポストデッドライン紙 PD2-2、ヴィクトリア、ブリティッシュコロンビア、
カナダ（1997年）の「80nmの帯域幅を有する、ウルトラワイド帯域エルビウムド
ープ石英ファイバ増幅器」（ Ultrawide band erbium-doped silica fiber ampl
ifier with 80nm of bandwidth, PROC. OAA, Post deadline paper PD2-2, Vict
oria, BC Canada（1997））に開示されている。この様に、Ｌバンド増幅は、未
発展ではあるものの、光ファイバを利用した波長多重器（WDM）システム中で、
バンド幅制限の明確な解決法を提供している。
を、顧客が現在及び将来に必要としているサービスとして、継続的に求めている
。システムで採用されている光増幅器、特にエルビウムドープファイバ増幅器（
EDFA）のチャンネル密度は、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）が使用可
能な利得波長帯幅により限定されている。マルチチャンネル増幅に対して、利得
フラットフィルタを、平坦化されたエルビウム利得スペクトルに適用した場合で
あっても、この波長幅は35nm程度になる。光ファイバ利用の、マルチチャンネル
システムのシステム能力を増加させる３つの技術として、（1）チャンネル当り
のビットレートを増やすこと、（2）チャンネル間隔を狭めてチャンネル数を増
やすこと、（3）利得媒質中の全利得/転送帯幅を増やしてチャンネル数を増やす
こと、が挙げられる。チャンネル当たりのビット数増加については、多くの既設
システムが現状のOC-48ビットレート（2.5Ｇb/s）を超えて動作させることは出
来ない為、常に実行可能な解決策ではない。同様に、ファイバの非線形性により
、チャンネル間隔を現在の50〜100GHz以下に狭めることは制限される。この様な
ことから、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）の利得帯幅を増加させる方
法は、チャンネル間隔やチャンネル当りのビットレートを保持しながらシステム
能力を増やす直接的な方策として認識されている。1990年には、アインスル（Ai
nslie）他により、長波長帯（1565〜1610nm）における、エルビウム利得波長の
有効性について研究がなされた。このことは、エレクトロニクスレターズ誌、第
26巻、1645-1646頁（1990年）の「高利得を有する1.6μ広域帯Er3+ドープ石英フ
ァイバ増幅器」（High gain, broadband 1.6 micron Er3+ doped silica fiber
amplifier, Electronics Letters, volume 26, pp. 1645-1646 (1990)）に開示
されている。最近では、スリバスタ（Srivastava）他により、1.6ミクロン帯（
Ｌバンド）において、エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）石英ファイバー
の応用が実証された。このことは、テクノロジーダイジェスト OFC 1998年、
ポストデッドライン紙 PD10-1、サンノゼ、カリフォルニア、1998年「実波長フ
ァイバによる400kmにわたる、チャンネルあたり、10Gb/sの100WDMチャンネルを
使用した1Tb/s伝送について」（1Tb/s transmission of 100 WDM 10 Gb/s chann
els over 400km of Truewave fiber, Tech. Dig OFC'98, Post deadline paper
PD10-1, San Jose, California, 1998）に開示されている。サン（Sun）他は、
一般的なＣバンド（1530〜1560nm）とＬバンドの両方に対する増幅器の分離バン
ド構造について論述し、80nmの総利得バンド幅を得た。このことは、PROC．OAA
、ポストデッドライン紙 PD2-2、ヴィクトリア、ブリティッシュコロンビア、
カナダ（1997年）の「80nmの帯域幅を有する、ウルトラワイド帯域エルビウムド
ープ石英ファイバ増幅器」（ Ultrawide band erbium-doped silica fiber ampl
ifier with 80nm of bandwidth, PROC. OAA, Post deadline paper PD2-2, Vict
oria, BC Canada（1997））に開示されている。この様に、Ｌバンド増幅は、未
発展ではあるものの、光ファイバを利用した波長多重器（WDM）システム中で、
バンド幅制限の明確な解決法を提供している。
【０００３】 当業者により次のことが知られている。すなわち、Ｌバンド領域（ここでは約
1560〜約1615nmのスペクトル領域と定義する）で動作するエルビウムドープファ
イバ増幅器（EDFA）は、通常約1530〜約1560nmの領域であって、非常に良く使用
されているＣバンドにおいて動作するように設計された増幅器とは区別される特
徴を有する。この重要な特徴の中には、相対的フラット利得スペクトルが低反転
率である（0.4に対して0.6〜0.7）ことが挙げられ、エルビウムドープファイバ
長が、約300mを上限として、約75mと同等か又はそれ以上の長さが必要となるの
に対して、一般的なＣバンド装置においては、約50mと同等か又はそれ以下とな
る。これは少なくとも、1560nm近辺よりも長波長に対しては、エルビウムの相対
的放出光断面積が小さいことに起因する。低反転増幅に対して必要とする、非常
に長いエルビウムドープファイバ長の意義は、大量逆進行増幅自然放出光（ASE
）光の生成にある。さらに、Ｌバンドを使用する環境の特徴は、980nm吸収帯に
励起波長を選択することに強く影響している。いずれにしても、エルビウムドー
プファイバ（EDFA）Ｌバンド増幅器は、第4世代通信の窓口として参照されるも
のの中で動作するシステムの為の、基本的な実施可能技術となっている。
1560〜約1615nmのスペクトル領域と定義する）で動作するエルビウムドープファ
イバ増幅器（EDFA）は、通常約1530〜約1560nmの領域であって、非常に良く使用
されているＣバンドにおいて動作するように設計された増幅器とは区別される特
徴を有する。この重要な特徴の中には、相対的フラット利得スペクトルが低反転
率である（0.4に対して0.6〜0.7）ことが挙げられ、エルビウムドープファイバ
長が、約300mを上限として、約75mと同等か又はそれ以上の長さが必要となるの
に対して、一般的なＣバンド装置においては、約50mと同等か又はそれ以下とな
る。これは少なくとも、1560nm近辺よりも長波長に対しては、エルビウムの相対
的放出光断面積が小さいことに起因する。低反転増幅に対して必要とする、非常
に長いエルビウムドープファイバ長の意義は、大量逆進行増幅自然放出光（ASE
）光の生成にある。さらに、Ｌバンドを使用する環境の特徴は、980nm吸収帯に
励起波長を選択することに強く影響している。いずれにしても、エルビウムドー
プファイバ（EDFA）Ｌバンド増幅器は、第4世代通信の窓口として参照されるも
のの中で動作するシステムの為の、基本的な実施可能技術となっている。
【０００４】 主として、980nmの半導体励起レーザーダイオードが持つ波長の制約を緩和す
ることを企図した励起波長を、Ｃバンド増幅の為に、980nm帯域の離調した励起
波長を使用することは、多数の著者により報告されている。ペダーソン（Peders
on）他は小信号の利得とノイズ特性を、980nm帯域で励起されたエルビウムドー
プファイバ強度増幅器について、ファイバ長と励起波長の関数として測定した。
このことは、IEEE フォトニクステクノロジーレターズ誌、第4巻、第4、351-35
3頁（1992年4月）の「離調した980nm励起光によるエルビウムドープファイバ強
度増幅器の励起に対する利得とノイズ損失について」（Gain and Noise Penalty
for Detuned 980nm Pumping of Erbium-Doped Fiber Power Amplifiers, IEEE
Photonics Technology Letters, Vol.4, No.4, pp.351-353 (April 1992)）に開
示されている。報告中では、1551nmのＣバンド入力信号に対する出力信号が、励
起光波長が979nm吸収ピークから±20nmだけ離調されることにより、減少するこ
とを示した。 ペダーソン（Pederson）他は、1532nmと1551nmにおけるＣバンド
入力信号について、複数の小信号エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）に及
ぼす、励起波長の離調の効果について検証した。このことは、IEEE フォトニク
ステクノロジーレターズ誌、第4巻、第6、556-558頁（1992年6月）の「980nm帯
域において励起された小信号エルビウムドープファイバ増幅器の利得及びノイズ
特性について」（Gain and Noise Properties of Small-Signal Erbium-Doped Fi
ber Amplifiers Pumped in the 980-nm Band, IEEE Photonics Technology Let
ters, Vol.4, No.6, pp. 556-558 (June 1992)）の特に図２に開示されている。
パーシバル（Percival）他は、ファイバが正しい遮断波長を有するという条件下
で、980nmを中心波長として38nmの励起範囲の広がりを持った場合において、153
6nmでのＣバンド入力信号に対する一定利得について報告した。このことは、エ
レクトロニクスレターズ誌 第27巻 第14、1266-1268頁（1991年7月）「966-10
04nm励起波長による一定利得を有するエルビウムドープファイバ増幅器」（Erbi
um-Doped Fibre Amplifier With Constant Gain For Pump Wavelengths Between
966 to 1004nm, Electronics Letters, Vol.27, No.14, pp.1266-1268(July 19
91)）に特に開示されている。
ることを企図した励起波長を、Ｃバンド増幅の為に、980nm帯域の離調した励起
波長を使用することは、多数の著者により報告されている。ペダーソン（Peders
on）他は小信号の利得とノイズ特性を、980nm帯域で励起されたエルビウムドー
プファイバ強度増幅器について、ファイバ長と励起波長の関数として測定した。
このことは、IEEE フォトニクステクノロジーレターズ誌、第4巻、第4、351-35
3頁（1992年4月）の「離調した980nm励起光によるエルビウムドープファイバ強
度増幅器の励起に対する利得とノイズ損失について」（Gain and Noise Penalty
for Detuned 980nm Pumping of Erbium-Doped Fiber Power Amplifiers, IEEE
Photonics Technology Letters, Vol.4, No.4, pp.351-353 (April 1992)）に開
示されている。報告中では、1551nmのＣバンド入力信号に対する出力信号が、励
起光波長が979nm吸収ピークから±20nmだけ離調されることにより、減少するこ
とを示した。 ペダーソン（Pederson）他は、1532nmと1551nmにおけるＣバンド
入力信号について、複数の小信号エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）に及
ぼす、励起波長の離調の効果について検証した。このことは、IEEE フォトニク
ステクノロジーレターズ誌、第4巻、第6、556-558頁（1992年6月）の「980nm帯
域において励起された小信号エルビウムドープファイバ増幅器の利得及びノイズ
特性について」（Gain and Noise Properties of Small-Signal Erbium-Doped Fi
ber Amplifiers Pumped in the 980-nm Band, IEEE Photonics Technology Let
ters, Vol.4, No.6, pp. 556-558 (June 1992)）の特に図２に開示されている。
パーシバル（Percival）他は、ファイバが正しい遮断波長を有するという条件下
で、980nmを中心波長として38nmの励起範囲の広がりを持った場合において、153
6nmでのＣバンド入力信号に対する一定利得について報告した。このことは、エ
レクトロニクスレターズ誌 第27巻 第14、1266-1268頁（1991年7月）「966-10
04nm励起波長による一定利得を有するエルビウムドープファイバ増幅器」（Erbi
um-Doped Fibre Amplifier With Constant Gain For Pump Wavelengths Between
966 to 1004nm, Electronics Letters, Vol.27, No.14, pp.1266-1268(July 19
91)）に特に開示されている。
【０００５】 本発明は、これら報告とは異なり、大信号入力強度のＬバンド増幅に対する98
0nm励起離調光が持つ未評価の利点に関するものである。これら利点には、Ｌバ
ンド利得及び改善された励起信号変換効率が含まれている。ここでは、大信号入
力強度とは、飽和状態にあり、かつ入力信号強度には基本的には依存しない出力
信号強度を生み出している光増幅器に対して、入力される信号状態に関連してい
る。すなわち、出力信号強度は、励起強度に依存し、Ｐout = ＫＰpump の関係
になる。ここでＫは増幅効率を表している。一方で、小信号増幅が供給する出力
信号強度は、増幅または増幅器の利得によって、入力信号強度に依存し、Ｐout
= ＧＰinとなる。これらのことについては、当業者の間でよく知られている。
0nm励起離調光が持つ未評価の利点に関するものである。これら利点には、Ｌバ
ンド利得及び改善された励起信号変換効率が含まれている。ここでは、大信号入
力強度とは、飽和状態にあり、かつ入力信号強度には基本的には依存しない出力
信号強度を生み出している光増幅器に対して、入力される信号状態に関連してい
る。すなわち、出力信号強度は、励起強度に依存し、Ｐout = ＫＰpump の関係
になる。ここでＫは増幅効率を表している。一方で、小信号増幅が供給する出力
信号強度は、増幅または増幅器の利得によって、入力信号強度に依存し、Ｐout
= ＧＰinとなる。これらのことについては、当業者の間でよく知られている。
【０００６】
本発明は方法と装置に関し、Ｌバンド光信号増幅を、離調された980nm帯によ
り励起することで改善することを含んでいて、利得及び励起光−信号光変換効率
を改善した方法と装置に関する。更なる発明の特徴及び利点は、次の説明で述べ
ることとし、発明の実施により明らかになるはずである。発明の目的と他の利点
については、特に記載した説明や請求項、さらに図の中で示した装置と方法によ
り実現されている。
り励起することで改善することを含んでいて、利得及び励起光−信号光変換効率
を改善した方法と装置に関する。更なる発明の特徴及び利点は、次の説明で述べ
ることとし、発明の実施により明らかになるはずである。発明の目的と他の利点
については、特に記載した説明や請求項、さらに図の中で示した装置と方法によ
り実現されている。
【０００７】
本発明の実施例は、長波長スペクトル領域、つまり約1560〜約1615nmの領域、
での光信号増幅に関する光増幅器の駆動方法に関する。このスペクトル領域は、
以下に言及されており、かつ当業者の間では、希土類ドープ利得媒質のＬバンド
として知られている領域でもある。希土類ドープ利得媒質は、約980nmを中心と
した励起吸収帯と、約1480nmを中心とした吸収帯とを有することは知られており
、前者は本発明において非常に重要である。この実施例では、大信号強度を持つ
光信号を増幅器へ入力すること、及び既知の励起吸収帯の中心波長とは異なる波
長を持つ励起光により利得媒質を励起することを含んでいる。この実施例の様々
な側面において、既知の励起吸収帯の中心波長が約980nmであって、利得媒質は
希土類ドープ光ファイバ、好ましくはエルビウムドープファイバの導波路であっ
て、励起光波長は、中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、好ましくは中心波
長の上下5〜30nmの範囲にあって、一般に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同
等かそれ以上の長さを持っている。
での光信号増幅に関する光増幅器の駆動方法に関する。このスペクトル領域は、
以下に言及されており、かつ当業者の間では、希土類ドープ利得媒質のＬバンド
として知られている領域でもある。希土類ドープ利得媒質は、約980nmを中心と
した励起吸収帯と、約1480nmを中心とした吸収帯とを有することは知られており
、前者は本発明において非常に重要である。この実施例では、大信号強度を持つ
光信号を増幅器へ入力すること、及び既知の励起吸収帯の中心波長とは異なる波
長を持つ励起光により利得媒質を励起することを含んでいる。この実施例の様々
な側面において、既知の励起吸収帯の中心波長が約980nmであって、利得媒質は
希土類ドープ光ファイバ、好ましくはエルビウムドープファイバの導波路であっ
て、励起光波長は、中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、好ましくは中心波
長の上下5〜30nmの範囲にあって、一般に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同
等かそれ以上の長さを持っている。
【０００８】 本発明の別の実施例は、既知の励起吸収帯をもつ希土類ドープ利得ファイバ放
出スペクトルのＬバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、励
起する光信号信号に対応した既知の励起吸収帯の中心波長からは離調した励起光
を増幅器に与えるステップが含まれている。ここで、離調した励起光は、励起中
心波長から得られた出力信号強度よりも、強い強度を有する増幅出力信号を供給
するように作用する。この実施例の様々な側面において、既知の励起吸収帯は約
980nmであって、利得媒質が、好ましくはエルビウムドープファイバである希土
類ドープ光ファイバの導波路であって、励起光波長は、中心波長から上下0〜30n
mの範囲内にあり、好ましくは中心波長から上下5〜30nmの範囲内にあって、一般
に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同等かそれ以上の長さを持っている。
出スペクトルのＬバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、励
起する光信号信号に対応した既知の励起吸収帯の中心波長からは離調した励起光
を増幅器に与えるステップが含まれている。ここで、離調した励起光は、励起中
心波長から得られた出力信号強度よりも、強い強度を有する増幅出力信号を供給
するように作用する。この実施例の様々な側面において、既知の励起吸収帯は約
980nmであって、利得媒質が、好ましくはエルビウムドープファイバである希土
類ドープ光ファイバの導波路であって、励起光波長は、中心波長から上下0〜30n
mの範囲内にあり、好ましくは中心波長から上下5〜30nmの範囲内にあって、一般
に100〜300mの間の利得媒質は約75mと同等かそれ以上の長さを持っている。
【０００９】 他の実施例においては、既知の励起吸収帯をもつ希土類ドープ利得ファイバ放
出スペクトルのＬバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、既
知の励起吸収帯の中心波長から離調した波長を持つ励起光により利得媒体を励起
するステップが含まれている。ここで、励起光の方向とは反対方向に進行する増
幅自然放出光（ASE）は、励起帯中心波長で測定された反対進行増幅自然放出光
（ASE）よりも少なく測定される。
出スペクトルのＬバンドにある光信号を増幅する光増幅器の駆動方法に関する。
この方法には、大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に入力するステップと、既
知の励起吸収帯の中心波長から離調した波長を持つ励起光により利得媒体を励起
するステップが含まれている。ここで、励起光の方向とは反対方向に進行する増
幅自然放出光（ASE）は、励起帯中心波長で測定された反対進行増幅自然放出光
（ASE）よりも少なく測定される。
【００１０】 さらに実施例としては、放出スペクトルを有し、放出スペクトルのＬバンド領
域に増幅したい入力光信号、ここでは大入力信号強度を持つ光信号、に対応する
既知の励起吸収波長を有する希土類ドープ利得ステージと、励起吸収帯の中心波
長から異なる波長を使用した励起光源と、から成り、利得ステージと接続されて
いる増幅器に関する。増幅器から出力された増幅信号は、実質上、励起中心波長
による励起に起因した出力信号よりも、離調した励起波長による出力信号強度の
ほうが強力である。この実施例の様々な側面においては、励起中心波長は約980n
mであって、離調した励起波長は、この中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、
好ましくは励起中心波長の上下5〜30nmの範囲にある。
域に増幅したい入力光信号、ここでは大入力信号強度を持つ光信号、に対応する
既知の励起吸収波長を有する希土類ドープ利得ステージと、励起吸収帯の中心波
長から異なる波長を使用した励起光源と、から成り、利得ステージと接続されて
いる増幅器に関する。増幅器から出力された増幅信号は、実質上、励起中心波長
による励起に起因した出力信号よりも、離調した励起波長による出力信号強度の
ほうが強力である。この実施例の様々な側面においては、励起中心波長は約980n
mであって、離調した励起波長は、この中心波長から上下0〜30nmの範囲にあり、
好ましくは励起中心波長の上下5〜30nmの範囲にある。
【００１１】 前述の概要説明と以下の詳細な説明は例示的であり、特許請求された発明の更
なる説明をなすものである。 添付図面には発明の更に理解を深める内容であって、発明の実施例を示し、こ
の明細書の一部となっていて、発明の原理の説明をなすものである。
なる説明をなすものである。 添付図面には発明の更に理解を深める内容であって、発明の実施例を示し、こ
の明細書の一部となっていて、発明の原理の説明をなすものである。
【００１２】
図１は、光学信号出力強度と、遡行増幅自然発光（ASE）と、励起強度と、残
励起強度と、を測定するための実験装置である。図１中に概略的に示された装置
を用いることで、約980nmに吸収ピークを持つ励起波長を変化させた場合におけ
る影響を、大きな入力強度を持ち、かつエルビウムＬバンド中の光学信号に対し
て、詳細に実験した。同調自在なTiサファイアポンプレーザ12は（示されていな
いが、励起にはArイオンレーザによって励起される）、光学素子14により、3dB
カプラ16のピグテイル32に接続された。入力励起光の半分は、3dBカプラ16から
、図１の２重ダイアモンド印で示された強度検出器18に導いた。残励起光は、波
長多重器（WDM）20から、100mのタイプＩエルビウムファイバから成る、活性増
幅ファイバ26へと導かれた。DFBレーザ22は、光信号源として用いられ、1565nm
の飽和信号を出力した。この飽和信号は、アイソレータ24を通過し、更にタップ
カプラ28を通過して、波長多重器（WDM）20により活性ファイバ26に供給された
。活性ファイバ26の下流にある波長多重器（WDM）36は、増幅光学信号をアイソ
レータ38を経て伝搬し、光学バンドパスフィルタ40を通過し、光学信号出力強度
を測定する強度モニタ（図示されていない）に送られた。一方、残励起強度は波
長多重器（WDM）36から二重ダイヤモンド印により示された強度モニタ42に供給
された。光学バンドパスフィルタは、1565nm（信号波長）に中心があり、1nm‐3
dBの帯域幅を持っている。
励起強度と、を測定するための実験装置である。図１中に概略的に示された装置
を用いることで、約980nmに吸収ピークを持つ励起波長を変化させた場合におけ
る影響を、大きな入力強度を持ち、かつエルビウムＬバンド中の光学信号に対し
て、詳細に実験した。同調自在なTiサファイアポンプレーザ12は（示されていな
いが、励起にはArイオンレーザによって励起される）、光学素子14により、3dB
カプラ16のピグテイル32に接続された。入力励起光の半分は、3dBカプラ16から
、図１の２重ダイアモンド印で示された強度検出器18に導いた。残励起光は、波
長多重器（WDM）20から、100mのタイプＩエルビウムファイバから成る、活性増
幅ファイバ26へと導かれた。DFBレーザ22は、光信号源として用いられ、1565nm
の飽和信号を出力した。この飽和信号は、アイソレータ24を通過し、更にタップ
カプラ28を通過して、波長多重器（WDM）20により活性ファイバ26に供給された
。活性ファイバ26の下流にある波長多重器（WDM）36は、増幅光学信号をアイソ
レータ38を経て伝搬し、光学バンドパスフィルタ40を通過し、光学信号出力強度
を測定する強度モニタ（図示されていない）に送られた。一方、残励起強度は波
長多重器（WDM）36から二重ダイヤモンド印により示された強度モニタ42に供給
された。光学バンドパスフィルタは、1565nm（信号波長）に中心があり、1nm‐3
dBの帯域幅を持っている。
【００１３】 当業者には良く知られているが、増幅自然放出光（ASE）は励起光による励起
に起因して活性ファイバ26中で発生し、この増幅自然放出光（ASE）の一部は反
対方向、つまり入力光学信号に抗する方向に進行する。この遡行増幅自然放出光
（ASE）は、波長多重器（WDM）20から、導波路34を経路し、タップカプラ28へ進
み、カプラ28を通った内、５％の遡行増幅自然放出光（ASE）が、二重ダイアモ
ンド印によって強度モニタ30に入力された。本発明の例示的な実施例では、DFB
レーザ22から出力される光信号は1565nmに調整された。この信号波長下で、４組
の測定データが、入力信号強度を、a)2.0dBm、 b)0.15dBm、 c)-4.93dBm、d)-9.
91dBmに変化させることによって得られた。なお、いずれの設定条件ともエルビ
ウムドープファイバ26の飽和には十分である。出力強度は、光ファイバの出力点
で測定され、波長多重器（WDM）(0.5dB)、アイソレータ(0.6dB)、 及び光学バン
ドパスフィルタ(1.4dB)に起因する受動損失が含まれている。
に起因して活性ファイバ26中で発生し、この増幅自然放出光（ASE）の一部は反
対方向、つまり入力光学信号に抗する方向に進行する。この遡行増幅自然放出光
（ASE）は、波長多重器（WDM）20から、導波路34を経路し、タップカプラ28へ進
み、カプラ28を通った内、５％の遡行増幅自然放出光（ASE）が、二重ダイアモ
ンド印によって強度モニタ30に入力された。本発明の例示的な実施例では、DFB
レーザ22から出力される光信号は1565nmに調整された。この信号波長下で、４組
の測定データが、入力信号強度を、a)2.0dBm、 b)0.15dBm、 c)-4.93dBm、d)-9.
91dBmに変化させることによって得られた。なお、いずれの設定条件ともエルビ
ウムドープファイバ26の飽和には十分である。出力強度は、光ファイバの出力点
で測定され、波長多重器（WDM）(0.5dB)、アイソレータ(0.6dB)、 及び光学バン
ドパスフィルタ(1.4dB)に起因する受動損失が含まれている。
【００１４】 励起レーザ12は20dBm(+/-0.3dB)の一定強度を持った調整自在な出力信号を供
給した。ケースC)の場合、チャンネル当りの入力強度が-20dBmの32チャンネルに
ほぼ相当しており、励起波長を980nmから954nm(-26nm)または1007nm(+27nm)にチ
ューニング調整した結果、出力信号強度は3dBの増加が見られた。この様な励起
光−信号光変換効率の増加が図２に示されている。図２には、前述した(a)、 (b
)、 および(d)の各ケースごとの信号強度と励起波長の関係も示しており、入力
信号強度の4つのケースa〜dに対するそれぞれの最小利得値は13dB、 14.6dB、 1
7.2dB及び19.4dBに相当している。980nm励起吸収帯の中心波長から離調した励起
波長の関数として、信号強度が増加することは、少なくとも一部は、遡行増幅自
然放出光（ASE）の減少によるものと考える。図３中に遡行増幅自然放出光（ASE
）の測定値を示す。遡行増幅自然放出光（ASE）はコイル長にも依存している。
前述した通り、エルビウムドープファイバ26は100mの長さを持ち、全ての光入力
信号強度は前述した通りの大入力信号である。図２に示された離調した励起光波
長と出力信号強度への影響は、自己飽和状況（すなわち小信号入力強度を用いた
状況）で使用するＣバンド増幅器に関して、既に報告されている研究結果と同様
である。しかしながら、この結果については実用的な興味はない。エルビウムフ
ァイバ中の励起光吸収も現れて、記載された現象の中で、一定の役割をなす。我
々は、遡行増幅自然放出光（ASE）強度と励起吸収は依存しないと仮説を立てて
いる。測定していないが、我々は、励起波長が、利得媒質の前方端反転の減少に
より、吸収ピークから離調するに従い雑音値は増大すると期待している。
給した。ケースC)の場合、チャンネル当りの入力強度が-20dBmの32チャンネルに
ほぼ相当しており、励起波長を980nmから954nm(-26nm)または1007nm(+27nm)にチ
ューニング調整した結果、出力信号強度は3dBの増加が見られた。この様な励起
光−信号光変換効率の増加が図２に示されている。図２には、前述した(a)、 (b
)、 および(d)の各ケースごとの信号強度と励起波長の関係も示しており、入力
信号強度の4つのケースa〜dに対するそれぞれの最小利得値は13dB、 14.6dB、 1
7.2dB及び19.4dBに相当している。980nm励起吸収帯の中心波長から離調した励起
波長の関数として、信号強度が増加することは、少なくとも一部は、遡行増幅自
然放出光（ASE）の減少によるものと考える。図３中に遡行増幅自然放出光（ASE
）の測定値を示す。遡行増幅自然放出光（ASE）はコイル長にも依存している。
前述した通り、エルビウムドープファイバ26は100mの長さを持ち、全ての光入力
信号強度は前述した通りの大入力信号である。図２に示された離調した励起光波
長と出力信号強度への影響は、自己飽和状況（すなわち小信号入力強度を用いた
状況）で使用するＣバンド増幅器に関して、既に報告されている研究結果と同様
である。しかしながら、この結果については実用的な興味はない。エルビウムフ
ァイバ中の励起光吸収も現れて、記載された現象の中で、一定の役割をなす。我
々は、遡行増幅自然放出光（ASE）強度と励起吸収は依存しないと仮説を立てて
いる。測定していないが、我々は、励起波長が、利得媒質の前方端反転の減少に
より、吸収ピークから離調するに従い雑音値は増大すると期待している。
【００１５】 前述した例示的な実施例によると、励起吸収帯中心波長の上下0〜30nmの領域
の内、+27又は-26nmだけ離調した励起波長が、Ｌバンド信号増幅を使用した環境
の中で、改善された利得及び変換効率をもたらした。特に、1565nmにおいて、-4
.93dBmの入力信号強度の場合、3dBの改善が、980nm励起中心波長から離調した波
長により得られた。上述した利点に加え、技術的問題（例えば熱損失）や販売の
問題（例えば利用性や価格）を伴う1480nm励起光から、Ｌバンド増幅器中におけ
る、離調980nm励起レーザダイオードに変更できる場合があり得る。
の内、+27又は-26nmだけ離調した励起波長が、Ｌバンド信号増幅を使用した環境
の中で、改善された利得及び変換効率をもたらした。特に、1565nmにおいて、-4
.93dBmの入力信号強度の場合、3dBの改善が、980nm励起中心波長から離調した波
長により得られた。上述した利点に加え、技術的問題（例えば熱損失）や販売の
問題（例えば利用性や価格）を伴う1480nm励起光から、Ｌバンド増幅器中におけ
る、離調980nm励起レーザダイオードに変更できる場合があり得る。
【００１６】 図４に図示した発明の別の実施例によれば、光増幅器80は、好ましくはエルビ
ウムドープファイバの希土類ドープファイバ利得ステージ82を含んでいる。希土
類ドープファイバ利得ステージは、図５に示したＬバンド放出スペクトルを有し
、更に希土類ドープファイバ利得ステージは、入力信号を増幅するに対応する約
980nmに中心がある既知の励起波長吸収帯を持っている。その入力信号は、利得
媒質を飽和できる大きな入力信号強度を持っていて、かつその波長は、長波長領
域である放出スペクトル領域、好ましくは約1560〜1615nmまで広がっているＬバ
ンド領域中にある。980nmの励起帯に光を供給する励起光源84は、980nmの中心波
長から離調した波長、好ましくは中心波長から+/-5〜30nmの範囲の波長において
動作する。図示された通り、励起光はカプラ86を通じてエルビウムドープファイ
バに導入される。他の励起方法も可能である。例えば、離調励起領域において、
残前方進行（つまり信号と共に伝搬する）励起光強度を用いる場合、励起光リフ
レクタを使用することで、この残励起光を、反対伝播方向へとファイバ中に再注
入し、また、活性ファイバの入力方向へ反転させることも可能である。これは当
業者では知られた方法である。同一または反対方向の励起光も考慮される。反対
方向の励起光単独では、前方端反転を高く維持する必要性により、増幅器の良い
ノイズ特性対しては、有益とは思えない。
ウムドープファイバの希土類ドープファイバ利得ステージ82を含んでいる。希土
類ドープファイバ利得ステージは、図５に示したＬバンド放出スペクトルを有し
、更に希土類ドープファイバ利得ステージは、入力信号を増幅するに対応する約
980nmに中心がある既知の励起波長吸収帯を持っている。その入力信号は、利得
媒質を飽和できる大きな入力信号強度を持っていて、かつその波長は、長波長領
域である放出スペクトル領域、好ましくは約1560〜1615nmまで広がっているＬバ
ンド領域中にある。980nmの励起帯に光を供給する励起光源84は、980nmの中心波
長から離調した波長、好ましくは中心波長から+/-5〜30nmの範囲の波長において
動作する。図示された通り、励起光はカプラ86を通じてエルビウムドープファイ
バに導入される。他の励起方法も可能である。例えば、離調励起領域において、
残前方進行（つまり信号と共に伝搬する）励起光強度を用いる場合、励起光リフ
レクタを使用することで、この残励起光を、反対伝播方向へとファイバ中に再注
入し、また、活性ファイバの入力方向へ反転させることも可能である。これは当
業者では知られた方法である。同一または反対方向の励起光も考慮される。反対
方向の励起光単独では、前方端反転を高く維持する必要性により、増幅器の良い
ノイズ特性対しては、有益とは思えない。
【００１７】 これまでに述べた本発明の方法に関する例示的な実施例は、ここで説明された
増幅器の実施例に十分に応用される。 当業者にとっては、発明の精神と範囲を離れることなく、様々な改良と変更が
、本発明の装置及び方法においてなされることは明白である。従って、請求項と
、またはそれと同等の範囲内にある限り、発明の改良及び変更も本発明が包含す
ることが企図されている。
増幅器の実施例に十分に応用される。 当業者にとっては、発明の精神と範囲を離れることなく、様々な改良と変更が
、本発明の装置及び方法においてなされることは明白である。従って、請求項と
、またはそれと同等の範囲内にある限り、発明の改良及び変更も本発明が包含す
ることが企図されている。
【図１】励起強度と、出力信号強度と、遡行増幅自然発光および残励起強度を測
定する為の、本発明による実験的な装置の実施例を示した全体図である。
定する為の、本発明による実験的な装置の実施例を示した全体図である。
【図２】本発明の４つの入力信号強度に対して、励起波長の関数として、出力信
号強度を示すグラフである。
号強度を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例による４つの入力信号強度に対して、励起波長に対する
遡行増幅自然発光強度を示すグラフである。
遡行増幅自然発光強度を示すグラフである。
【図４】本発明の増幅器の実施例の全体図である。
【図５】タイプＩエルビウムファイバの代表的な放出特性を示すグラフである。
18 強度検出器 26 希土類ドープファイバ 30 強度検出器 42 強度モニタ 82 希土類ドープファイバ 84 励起光光源 86 カプラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (19)
- 【請求項１】 既知の励起吸収帯を持つ希土類ドープ利得媒質放出スペクトルの
長波長スペクトル領域（Ｌバンド）における、利得と励起光−信号光変換効率を
改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)前記既知の励起吸収帯の中心波長からは異なる励起光波長を持つ励起光を 、前記増幅器に与えて、前記光信号を増幅するステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。 - 【請求項２】 前記励起光波長は、既知の励起吸収帯の中心波長から約±30nmの
範囲にあることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記励起光波長は、既知の励起吸収帯の中心波長から約±5〜30n
mの範囲にあることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記増幅器は、希土類ドープファイバ利得媒質から成ることを特
徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記希土類ドープファイバは、励起光吸収ドーパントとしてエル
ビウムを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記増幅器の希土類ドープファイバは、約75mに等しいか、又は
それ以上の長さを持つことを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項７】 前記既知の励起吸収帯の中心波長は、約980nmであることを特徴
とする請求項２記載の方法。 - 【請求項８】 前記既知の励起吸収帯の中心波長は、約980nmであることを特徴
とする請求項３記載の方法。 - 【請求項９】 前記Ｌバンドは、約1565〜約1615nmの帯域であることを特徴とす
る請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 既知の励起吸収帯を持つ希土類ドープ利得媒質の放出スペクト
ルの長波長スペクトル領域（Ｌバンド）において、利得と励起光−信号光変換効
率を改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)既知の励起吸収帯の中心波長からは離調された波長を持つ励起光を前記増幅 器に与えて光信号を増幅して、励起帯中心波長での増幅信号強度に比べて、 離調した励起波長の増幅信号強度値の方を大きくするステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。 - 【請求項１１】 前記励起光を前記増幅器に与えるステップは、励起光波長を約
±5〜30nmの範囲において、中心波長から離調させることを特徴とする請求項１
０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記中心波長は、約980nmであることを特徴とする請求項１０
記載の方法。 - 【請求項１３】 前記Ｌバンドは、約1565〜約1615nmの帯域であることを特徴と
する請求項１０記載の方法。 - 【請求項１４】 既知の励起吸収帯を持つ希土類ドープ利得媒質の放出スペクト
ルの長波長スペクトル領域（Ｌバンド）において、利得と励起光−信号光変換効
率を改善する光増幅器の駆動方法であって、 (a)大信号入力強度を持つ光信号を増幅器に与えるステップと、 (b)前記既知の励起吸収帯の中心波長からは離調された波長を持つ励起光を、前 記増幅器に与えて、前記励起光とは反対方向に進行する増幅自然放出光（AS E）の測定値が、励起帯中心波長の増幅自然放出光（ASE）測定値よりも、 離調した励起波長の測定値の方を低くするステップと、 から成ることを特徴とする光増幅器の駆動方法。 - 【請求項１５】 前記励起光を前記増幅器に与えるステップが、前記励起光波長
を、前記中心波長から約±5〜30nmの範囲において離調させることを特徴とする
請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 前記中心波長は、約980nmであることを特徴とする請求項１４
記載の方法。 - 【請求項１７】 前記Ｌバンドは、約1565〜約1615nmの帯域であることを特徴と
する請求項１４記載の方法。 - 【請求項１８】 放出スペクトル及び既知の励起波長吸収帯を有し、前記放出ス
ペクトルの長波長領域における波長を有する信号と、大入力信号を有する入力信
号と、を増幅する希土類ドープ利得ステージと、 前記利得ステージに接続されて、前記励起吸収帯の中心波長からは異なる値の駆
動波長を放出する励起光光源と、から成り、増幅された出力信号強度は、駆動波
長が前記中心波長と実質的にほぼ同一である場合の出力信号よりも、離調した駆
動波長における場合の方が、強い強度を持つことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項１９】 前記放出スペクトルの長波長領域は、約1565〜約1615nmの帯域
であって、前記中心波長は、約980nmであり、かつ前記駆動波長は、前記中心波
長から約±5〜30nmの範囲にあることを特徴とする請求項１８記載の増幅器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10939398P | 1998-11-20 | 1998-11-20 | |
| US60/109,393 | 1998-11-20 | ||
| PCT/US1999/026777 WO2000031840A1 (en) | 1998-11-20 | 1999-11-10 | L-band amplification with detuned 980nm pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002530898A true JP2002530898A (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=22327428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000584567A Pending JP2002530898A (ja) | 1998-11-20 | 1999-11-10 | 離調された９８０ｎｍ励起光を用いたＬバンド増幅 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307669B1 (ja) |
| EP (1) | EP1131863A1 (ja) |
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| KR (1) | KR20010101027A (ja) |
| CN (1) | CN1413370A (ja) |
| AU (1) | AU1477100A (ja) |
| CA (1) | CA2362087A1 (ja) |
| TW (1) | TW486579B (ja) |
| WO (1) | WO2000031840A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008182072A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toshiba Corp | ファイバ増幅器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN1264845A (zh) * | 1999-01-23 | 2000-08-30 | 大宇通信株式会社 | 用来使用光纤产生l波段光源的装置和光放大器 |
| FR2799055B1 (fr) * | 1999-09-23 | 2001-12-14 | Cit Alcatel | Amplificateur a fibre optique en bande l |
| AU2002220816A1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-21 | Nortel Networks Limited | Optical amplifier method and apparatus |
| WO2005013444A1 (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-10 | Spi Lasers Uk Limited | Eye safe high power fibre laser |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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