JP2002539601A

JP2002539601A - ファイバ増幅器における利得の平坦化

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Publication number: JP2002539601A
Application number: JP2000597871A
Authority: JP
Inventors: ディゴネット，ミシェル・ジェイ・エフ; サビン，シルビウ
Original assignee: Leland Stanford Junior University
Current assignee: Leland Stanford Junior University
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2002-11-19
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: CA2360925A1; EP1151505A1; KR20010113677A; CN1339188A; JP4574861B2; DE60018908T2; WO2000046890A1; EP1151505B1; CA2360925C; KR100695376B1; AU3207100A; US6356385B1; DE60018908D1; CN100592582C

Abstract

(57)【要約】光増幅器は、広い範囲にわたって、実質的に平坦であってかつポンプパワー、入力信号のパワー、および入力信号の数から独立する、利得プロファイルを有する。増幅器は、利得の広がりが、利得媒体の少なくとも１つの吸収末端において少なくとも１つの波長で利得媒体をポンピングすることにより非均一的にふるまう利得媒体を有する光共振器を用いる。共振器は、好ましくはエルビウムドープファイバを含むリング共振器である。共ドーパントをファイバに加えて、非均一的広がりの効果を向上させてもよい。利得平坦化の方法は、利得媒体にポンプ信号を導入する。ポンプ信号は、利得媒体の吸収プロファイルの末端において波長を有する。異なった波長での複数の光信号が利得媒体に導入される。利得媒体内の誘導放出が利得媒体の利得をクランプする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

発明の分野この発明は一般的に光増幅器に関し、より特定的には、光信号が実質的に同じ
利得を得るよう異なった波長の光信号を増幅するための装置および方法に関する
。

【０００２】関連技術の説明商業的に入手可能であるエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は現在
、広い光帯域幅（シリカ系ファイバにおいては最大５０ｎｍ）にわたる利得を有
する。この帯域幅にわたって、利得は入力信号の波長に大きく依存し得る。しか
しながら多くの用途、特に長距離ファイバ通信においては、波長独立利得によっ
て動作することが非常に望ましい。広大なファイバ帯域幅を利用するために、Ｅ
ＤＦＡの利得帯域幅内にある異なった波長を備えた信号は、同時に同じファイバ
バスで搬送される。これらの信号が異なった利得を得ると、これらはバスの出力
で異なったパワーを有する。この不均衡は、信号が連続するＥＤＦＡの各々を通
過するにつれ深刻になり、超長距離に対しては顕著になり得る。たとえば、多数
のＥＤＦＡに関わる大洋横断バスの出力端部では、ＥＤＦＡごとにより低い利得
しか得ない信号は、高い利得を得る信号の数十分の１ｄＢのパワーしか搬送しな
いかもしれない。デジタルシステムに対しては、信号パワーレベルにおける差は
７ｄＢを超えてはならないが、そうでなければより低いパワーの信号は使用する
にはノイズが多すぎるであろう。ＥＤＦＡの利得の平坦化はこの問題をなくし、
かつかなりの光帯域幅を、よってより高いデータレートを、サポートし得る増幅
器を生成するであろう。予測される世界のＥＤＦＡに対する需要は非常に高いの
で、増幅器の利得を平坦化する一方で高いパワー効率性を維持するための方法の
開発は、非常に重要であり続けている。

【０００３】過去数年の間に、可能な限り広いスペクトル領域にわたり可能な限り平坦な利
得を備えたＥＤＦＡを生成するためのいくつかの方法が開発された。第１の方法
は、ファイバのパラメータ（エルビウム濃度、インデックスプロファイル、コア
ドーパントの性質と濃度）と、ポンプのパラメータ（パワーおよび波長）との両
方を調整することである。この方法は比較的平坦な（±１−２ｄＢ）利得を生成
し得るが、１０ｎｍのオーダのスペクトル幅を有するスペクトル領域をわたって
のみであり、これはほとんどの用途において過度に制限的である。

【０００４】別の方法はＥＤＦＡの各々を、２つの連結したファイバ増幅器の組合せと置き
換えるものであり、この２つの増幅器はそれぞれ異なった信号波長への利得依存
性を有する。これらの依存性は互いを補償し、かつ広いスペクトル領域をわたっ
てほぼ波長から独立する利得を有するファイバ増幅器組合せを生成するよう設計
される（たとえば、Ｍ．ヤマダ、Ｍ．シミズ、Ｙ．オオイシ、Ｍ．ホリグシ、Ｓ
．スドウ、およびＡ．シミズの「Ｅｒ³⁺ドープＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃ファイバとＥ
ｒ³⁺ドープ多成分ファイバとの接続によるエルビウムドープファイバ増幅器の利
得スペクトルの平坦化（"Flattening the Gain Spectrum of an Erbium-Doped F
ibre Amplifier by Connecting an Er³⁺-Doped SiO₂-Al₂O₃ Fibre and an Er³⁺-
doped Multicomponent Fibre"）」Electron. Lett., Vol. 30, no. 21, pp.1762
-1765、１９９４年１０月、を参照されたい）。これは、異なったホストを有す
るファイバ（たとえば、フッ化物ファイバとシリカファイバ）を用いることと、
ラマンファイバ増幅器と組合されたＥＤＦＡとによって達成される。

【０００５】第３の利得等化方法は、Ｅｒドープファイバの信号出力端部でフィルタを加え
ることであり、フィルタはより高い利得を示すスペクトルの部分で損失を導入す
る。この方策は、標準のブレーズドファイバグレーティングから製造されたフィ
ルタを用いて実証される。（たとえば、Ｒ．カシャップ（R．Kashyap）他の「感
光性ファイバブレーズドグレーティングを用いた広帯域利得平坦化エルビウムフ
ァイバ増幅器（"Wideband Gain Flattened Erbium Fibre Amplifier Using a Ph
otosensitive Fibre Blazed Grating"）」Electron. Lett., Vol. 29, pp.154-1
56、１９９３年、を参照されたい）この方策はまた、長周期ファイバグレーティ
ングからのフィルタを用いても実証される（たとえば、Ａ．Ｍ．ヴェングサーカ
ー（A.M. Vengsarkar）他の「長周期ファイバグレーティングに基づく利得イコ
ライザ（"Long-Period Fiber-Grating-Based Gain Equalizers"）」Opt. Lett.
, Vol. 21, pp.336-338、１９９６年３月、を参照されたい）。

【０００６】第４の方法は利得のクランピングである。この方策では、光共振器の中にＥＤ
ＦＡを配置してレーザ発光させる。所与のレーザ波長での、しきい値以上のレー
ザ共振器においては、ポンプパワーにかかわらず、往復の利得は往復の損失と等
しい（たとえば、Ｙ．ツァオ、Ｊ．ブライスおよびＲ．ミナシャン（Y. Zhao、J
. Bryce、R. Minasian）の「利得クランプされたエルビウムドープファイバ増幅
器‐モデリングおよび実験（"Gain Clamped Erbium-doped Fiber Amplifiers-Mo
deling and Experiment"）」IEEE J. of Selected Topics in Quant. Electron.
, Vol. 3, no. 4, pp.1008-1011、１９９７年８月、を参照されたい）。

【０００７】ツァオ他の利得クランピング実験においては、特定の波長λ₀付近の非常に狭
い帯域幅にわたってのみ高い反射率を示す（かつ、エルビウムドープファイバの
利得スペクトル内の他の波長ではほとんど反射率を示さない）２つのファイバグ
レーティングによって共振器が作られるので、レーザ発光はこの波長λ₀でのみ
起こる。λ₀の選択は、ＥＤＦＡ利得のスペクトル形状に大きな影響を与える。
適切なレーザ波長λ₀を選択することにより（彼らの実験においては１５０８ｎ
ｍ）、利得スペクトルは非常に広い範囲にわたって比較的平坦になり得る。さら
に、λ₀における利得はしきい値を超えるいかなるポンプパワーに対しても、こ
の波長の共振器損失の値にクランプされる。利得が均一に広がると、他の波長で
の利得もまたポンプパワーから独立したままである（ポンプパワーはしきい値以
上であると想定する）。

【０００８】利得クランプＥＤＦＡの利得を平坦化する別の方法は、レーザイオンの非均一
な広がりに依拠することである。ここで特に「レーザイオン」について記載する
が、この説明はイオン、原子、および分子などの、誘導放出を介してレーザを生
成するいかなる粒子に対しても適用し得る。純粋に均一に広がるレーザ媒体にお
いては、すべてのイオンが同じ吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す。そ
のような材料がレーザしきい値以下にポンピングされると、図１（Ａ）に示すよ
うに、レーザ利得スペクトルをわたるすべての周波数で往復の利得はレーザ共振
器往復損失よりも低く、一般に往復損失は利得スペクトル領域をわたって周波数
から独立していると予想された。ちょうどしきい値以上にポンピングされると、
これは利得＝損失という条件を満たす波長λ₁において発振し始める（図１（Ｂ
）を参照）。ポンプパワーがさらに増大されると（図１（Ｃ））、利得＝損失と
いう条件はλ₁において満たされ続け、すなわちλ₁における利得は一定であり続
ける。これは以下のように物理的な視点から理解される。ポンプパワーが増大す
ると、反転分布が増し、これがより強いレーザ発光を生成する。ファイバを通っ
て循環する間に、このより大きいレーザ信号は誘導放出を介して、利得が損失と
等しく留まるために十分なだけ、反転分布を減じる。さらに、広がりが均一であ
るので、すべてのイオンはλ₁での利得に等しく貢献し、したがって、利得スペ
クトルは変化しない。当然、レーザ波長（λ₁）およびレーザ線幅もまた同様に
留まる（図１（Ｃ）を参照）、すなわち、これらはポンプパワーから独立してい
る。これが上述の利得安定化方法の原理である。

【０００９】しかしながら、激しく非均一に広がるレーザ媒体においては、イオンのすべて
が同じ吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示すわけではない。このふるまい
に対する１つの理由は、レーザイオンがある物理的位置のすべてが同一ではない
ことである。たとえば、アルミニウムドープシリカ系ホストの場合において、レ
ーザイオンはシリコンイオン、酸素イオン、またはアルミニウムイオンの隣に位
置することができる。同一の位置に存在するレーザイオン（たとえば、Ｓｉイオ
ンの隣に存在するすべてのレーザイオン）は、同じ吸収および発光スペクトルを
示し、すなわち、これらは互いに対して均一にふるまう。これに対し、異なった
位置に存在するレーザイオンは、たとえば一方がＳｉイオンの隣に位置し、他方
のレーザイオンがＡｌイオンの隣に存在すると、異なった吸収および発光スペク
トルを示し、すなわち、これらは互いに対して非均一的にふるまう。非均一的広
がりの場合において、レーザ媒体はこうしてレーザイオンのサブセットの集合と
して考えることができる。所与のサブセット内のイオンは均一的にふるまう一方
、異なったサブセット内のイオンは非均一的にふるまう。

【００１０】非均一的に広がった材料がレーザしきい値以下にポンピングされると、利得ス
ペクトル領域をわたって周波数から独立する往復損失を想定する場合、図２（Ａ
）に示すように、レーザ利得スペクトルをわたるすべての周波数で往復利得はレ
ーザ共振器往復損失よりも低い。この材料がちょうどしきい値以上にポンピング
されると、これは第１に、利得＝損失という条件を満たす波長λ₁において発振
し始める（図２（Ｂ）を参照して、しきい値以下の場合である図２（Ａ）と比較
されたい）。このレーザ発光は主に、λ₁において相当の利得を示すイオンサブ
セットに関わる。ポンプパワーが増大すると、他の波長でのレーザ発光が現れ始
めるが、図２（Ｃ）に示すように利得＝損失という条件は満たされたままである
。レーザ媒体は、ポンプパワーの増大によって反転分布が増した分だけ正確に反
転分布を減じるのにちょうど十分なだけのレーザパワーを生成することにより、
ここでもこの条件を満たす。こうしてλ₁での利得は、損失の値に「クランプさ
れる」。しかしながら、広がりが非均一的であるので、λ₁以外の波長でピーク
に達する他のイオンサブセットから得られる利得は、λ₁におけるレーザパワー
からはそれほど大きくは損失の値に近づくよう減じられていない。したがって、
ポンプパワーが増加すると、これらの他の波長（たとえば、波長λ₂）での利得
は、その波長での損失のレベルに達するまで増大し、媒体はλ₂でレーザ発光し
始める。この時点で、利得はλ₁およびλ₂の両方でクランプされている。一般的
に、利得カーブは釣鐘型をしていることから、λ₂は非常にλ₁に近い（図２（Ｃ
））。さらにポンプパワーがファイバに入るにつれ（図２（Ｄ））、さらに多く
の波長がレーザ発光し始める。実際には、これらの離散したレーザ線は実際には
有限の線幅を有する。こうして、もしこれらの離散した線が互いに十分に近いと
これらは互いと合流し、このレーザ線の増加は最終的に、レーザの線幅の広がり
を結果としてもたらす。要約すると、非均一的に広げられたレーザ媒体は、ポン
プパワーの増大に伴い広がるレーザ発光を生成する傾向がある。レーザ線幅は主
にこの様式で、これが利得線幅に達するまで増加し得る。

【００１１】一般的に、Ｅｒ³⁺などの三重イオン化希土類要素のレーザ遷移は、均一的およ
び非均一的プロセスの両方によって広がる。均一的機構は、ホスト内のすべての
Ｅｒイオンに対するのと同一の態様で、エルビウムイオンのシュタルクサブレベ
ルの間の遷移の線幅を広げる。しかしながら、いくつかの非均一的機構は、すべ
てのイオンに対して同一ではなくイオンサブセットに依存する、シュタルクサブ
レベルの分布における変化をもたらす。

【００１２】室温では、Ｅｒドープシリカにおける１．５５μｍ遷移は主に均一的に広がる
。しかしながら、材料を極低温に冷却すると、均一的な広がりを減じ、かつ一定
の利得の比較的広いスペクトル範囲にわたって発振するレーザを生成することが
可能である（利得は共振器損失と等しい）。この効果は、７７°Ｋで操作される
ＥＤＦＡにおける平坦な利得を生成するために用いられてきた。（たとえば、Ｖ
．Ｌ．ダ・シルヴァ、Ｖ．シルバーバーグ、Ｊ．Ｓ．ワン、Ｅ．Ｌ．ゴールドス
タイン、およびＭ．Ｊ．アンドレイコ（V.L. da Silva、V. Silberberg、J.S. W
ang、E.L. Goldstein、M.J. Andrejco）の「非均一的利得のクランピングを介し
た光ファイバにおける自動利得平坦化（"Automatic gain flattening in optica
l fiber amplifiers via clamping of inhomogeneous gain"）」IEEE Phot.Tech
Lett., VOl. 5, no. 4, pp.412-14、１９９３年４月、を参照されたい）しかし
ながら、装置がファイバを冷却することを必要とするので、この方策は一般的に
実用には適さない。

【００１３】

【発明の概要】

この発明の好ましい実施例は、エルビウムの１．５５μｍ遷移の非均一的広が
りを用いて、ファイバを極低温に冷却する必要なくエルビウムドープファイバ増
幅器における平坦な利得を生成する。利得広がりはエルビウムイオンの吸収帯の
端部のファイバをポンピングすることにより誘導し得るが、これは９８０−ｎｍ
吸収帯の近傍または中心でポンピングされる既存のエルビウムドープファイバ増
幅器（ＥＤＦＡ）とは対照的である。これに代えて、エルビウムドープファイバ
は同時に多数の波長でポンピングされてエルビウムイオンの多数のサブセットを
励起し、最も広い可能性のあるスペクトル領域をわたって利得を生成してもよい
。たとえば、⁴Ｉ_15/2→⁴Ｉ_11/2の遷移へのポンピングに対しては、ポンプ波長は
均一に分散されるか、そうでなければ吸収スペクトルの実質的な部分を含む約９
７０ｎｍから約９９０ｎｍの間に分散されることができる。このポンピングスペ
クトルの理想的なスペクトル範囲は、用いられる特定のエルビウムドープファイ
バの吸収スペクトルに依存し、吸収スペクトル自体はファイバのコア領域に現わ
れる共ドーパントに依存する。

【００１４】この発明の１つの好ましい実施例は、クランプされた利得を生成するための光
共振器を含む光増幅器であって、該共振器は、吸収プロファイルと利得プロファ
イルとを有する利得媒体を含み、該利得プロファイルは非均一的な広がりによっ
て少なくとも一部は特徴付けられる。該光増幅器はさらに、利得媒体の吸収遷移
のピーク以外における少なくとも１つの波長で利得媒体をポンピングし、非均一
な広がりを用いて利得を平坦化する、光ポンプソースを含む。１つの好ましい実
施例においては、光共振器はリング共振器であって、利得媒体はドープファイバ
を含む。

【００１５】この発明のさらに別の好ましい実施例は、クランプされた利得を生成するため
の光共振器を含む光増幅器であって、該共振器は吸収プロファイルと利得プロフ
ァイルとを有する利得媒体を含み、該利得プロファイルは非均一的な広がりによ
って少なくとも一部は特徴付けられる。この実施例はさらに、利得媒体の吸収遷
移のピーク以外における利得媒体をポンピングし、非均一な広がりを用いて利得
を変更する光ポンプソースを含み、さらに、損失を調整して所望の利得プロファ
イルを生成するための、波長依存損失要素をも含む。

【００１６】この発明のさらに別の好ましい実施例は、実質的に平坦な利得を有する光増幅
器を生成するための方法であって、方法は吸収プロファイルと利得プロファイル
とを有する利得媒体中にポンプ信号を導入するステップを含み、該利得媒体は共
振器内に存在する。該利得プロファイルは、非均一的な広がりによって少なくと
も一部は特徴付けられ、ポンプ信号のスペクトル出力は、利得媒体の非均一的広
がりを用いるために吸収プロファイルのピーク以外をポンピングするよう選択さ
れる。この方法はさらに、異なった波長の複数の光信号を利得媒体に注入して光
信号を増幅するステップを含み、該光信号のそれぞれの波長は利得媒体の利得プ
ロファイル内に存在し、方法はさらに、利得媒体中の誘導放出を用いて光信号の
波長を含むスペクトル領域にわたって利得媒体の利得をクランプするステップを
含む。増幅された光信号は次いで利得媒体から抽出される。この方法の１つの好
ましい実施例においては、１つ以上の共ドーパントが利得媒体に与えられて、利
得プロファイルの非均一的広がりを向上させる。この方法の別の好ましい実施例
においては、共振器内の損失を変化させることにより利得を制御し得る。この方
法のさらに別の好ましい実施例においては、共振器内の波長依存損失要素を調整
することにより利得の平坦度を制御し得る。

【００１７】

【好ましい実施例の詳細な説明】

図３（Ａ）に、この発明の１つの好ましい実施例を示す。利得媒体２０は好ま
しくは、エルビウムがレーザイオンとして作用する、エルビウムドープファイバ
増幅器（ＥＤＦＡ）である。利得媒体２０は、光共振器３０の一部を形成する。
ドープされた集積光導波路、バルク利得媒体などの他の光利得媒体、およびＧａ
Ａｓなどの半導体をも用い得る。エルビウムドープ利得媒体２０をポンピングす
るための光ポンプソース３４は、９５０−１０００ｎｍのスペクトル領域におい
て１つ以上の線で発光する近赤外線ダイオードレーザを有利に含み得る。ダイク
ロイックカプラ３８、たとえば、すべてのポンプパワーを実質的に共振器３０に
結合するがリング外のレーザ信号５４は実質的に結合しない波長分割マルチプレ
クサによって、ポンプ光はエルビウムドープファイバに結合される。図３（Ａ）
に、いくつもの可能なポンプ構成のうちの１つのみを示す。たとえば、エルビウ
ムドープファイバのいずれかの端部に１つ以上のダイクロイックカプラ３８また
はコンバイナを好適に配置することにより、エルビウムドープファイバ２０を前
向きに、後ろ向きに、または同時に両方の方向に（双方向ポンピング）、ポンピ
ングし得る。コンバイナは、当該技術分野において周知である、標準のファイバ
波長分割マルチプレクサ、偏光ビームコンバイナ、またはいくつもの導波路もし
くはバルク光コンバイナであってもよい。光ポンプソース３４のスペクトル出力
は、エルビウムドープファイバに固有の非均一的な広がりを利用して、単一のス
ペクトル領域またはより小さな狭い間隔をあけた一連のスペクトル領域のいずれ
かにおいて、利得プロファイルのすべてまたは実質的な部分の利得をクランピン
グすることを可能にするよう選択される。たとえば、光ポンプソース３４は、エ
ルビウムの吸収遷移の長波長側かまたは短波長側のいずれかで、吸収遷移の吸収
のピーク以外（ウィング）における離散した波長で動作可能である。利得媒体が
Ｅｒドープファイバであるとき、起こり得るポンプ遷移は１４８０ｎｍ付近の⁴
Ｉ_15/2→⁴Ｉ_13/2の遷移と、９８０ｎｍ付近の⁴Ｉ_15/2→⁴Ｉ_11/2の遷移とを含む
。しかしながら、⁴Ｉ_15/2→⁴Ｉ_13/2の遷移でポンピングするときは、長波長のピ
ーク以外におけるポンピングは可能ではない。これに代えて、吸収遷移の短波長
のピーク以外と長波長のピーク以外の両方をポンピングしてもよい。広帯域ポン
プソースまたは多重波長ソースのいずれかを用い得る。利得媒体２０をこの態様
でポンピングすることにより、エルビウムドープファイバの利得プロファイルは
線中心の近傍でポンピングされたよりもより非均一にふるまい、それによりより
広い領域にわたる利得クランピングを容易にする。光ポンプソース３４は好まし
くは、ダイクロイックカプラ３８によって共振器３０の中に結合される。ここで
用いられる場合、広帯域ポンプソースとは、超蛍光ファイバソース（ＳＦＳ）ま
たは増幅された自然放出に基づくソースなどの、広いスペクトル領域（すなわち
、計測可能な変動な幅、たとえば用いられるポンプ帯域の２０％の線幅を備えた
、スペクトル領域）にわたって光を放出する、光源を意味する。たとえば、エル
ビウムドープファイバ２０はイッテルビウムによって共ドープされてもよく、こ
れはたとえばＰ．Ｆ．ワイソキー、Ｐ．ナムクヨー、Ｄ．ディジョヴァンニ（P.
F. Wysocki, P. Namkyoo, D. DiGiovanni）の「＋２６ｄＢｍまでの出力パワー
と１７ｎｍの平坦スペクトルを備えた二重ステージエルビウムドープ・エルビウ
ム／イッテルビウム共ドープファイバ増幅器（"Dual-stage erbium-doped, erbi
um/ytterbium-codoped fiber amplifier with up to +26dBm output power and
a 17-nm flat spectrum"）」Optics Letters, Vol.21, no.21, pp.1744-1746、
１９９６年１１月１日、に教示される。当該技術分野において周知であるように
、そのようなＥｒ／Ｙｂファイバは１０６０ｎｍ付近でポンピングされることが
でき、ポンプ放射は増幅器ファイバのＹｂイオンによって吸収され、これは励起
されたエネルギをエルビウムイオンに転送し、エルビウムイオンの反転分布をも
たらす。そのようなＥｒ−Ｙｂドープされた増幅器ファイバは、（イッテルビウ
ムが超蛍光ファイバソース内においてレーザイオンとして作用する）Ｙｂドープ
された超蛍光ファイバソースによってポンピングされることができ、ソースは１
０４０−１０８０ｎｍウィンドウ付近で広いスペクトル領域をわたって高パワー
を放出するよう設計されることができる。（たとえば、Ｌ．ゴールドバーグ、Ｊ
．Ｐ．コプロー、Ｒ．Ｐ．モエラー、Ｄ．Ａ．Ｖ．クライナー（L. Goldberg, J
.P. Koplow, R.P. Moeller, D.A.V. Kliner）の「サイドポンピングされたＹｂ
ドープダブルクラッドファイバによるハイパワー超蛍光源（"High-power superf
luorescent source with a side-pumped Yb-doped double-cladding fiber"）」
Optics Letters, vol. 23, no.13, pp.1037-1039、１９９８年７月１日、を参照
されたい。）広帯域ポンプソースの帯域幅は、たとえば内部もしくは外部のフィ
ルタ、または他の光学的手段によって、所望の値に調整し得る。

【００１８】共振器３０は好ましくは、エルビウムドープファイバ２０からのレーザ発光が
光アイソレータ４２によって共振器内を単方向的に、すなわち矢印４６によって
示される方向に循環させられる、リング共振器である。共振器内の損失を制御す
るために、共振器３０内に好ましくは少なくとも１つの減衰器５０が用いられる
。特定のレーザ波長では、レーザ共振器３０内の往復の損失は往復の利得と等し
いので、減衰器５０は共振器全体の利得をも効率的に制御する。減衰器５０は有
利に可変である（すなわち、可変の損失を有する）か、またはその損失は波長に
依存して所望の利得プロファイルを生成する（たとえば、利得プロファイルを平
坦化する）か、またはこれは可変でありかつ波長依存であってもよい。たとえば
、利得プロファイル内に非均一的損失要素を導入することにより、導入しなけれ
ば非均一的であった共振器３０内の損失スペクトルを補償し、かつ実質的に平坦
な利得スペクトルを生成することが可能である。さらに、波長依存減衰器５０は
、共振器内部の減衰器５０の代わりに、またはこれに加えて、共振器３０の外部
に位置してもよい。ニュージャージー州ブーントンのジョハンソンカンパニー（
Johanson company）によって製造されるような（たとえば、モデル番号２５０４
Ｆ７Ｂ５０Ｃ）、いくつものモデルの可変減衰器が商業的に入手可能である。減
衰器５０は、感光ファイバグレーティング（たとえばＡ．Ｍ．ヴェングサーカー
他の「長周期ファイバグレーティングに基づく利得イコライザ」Opt. Lett., V
ol. 21, pp.336-338、１９９６年３月、を参照されたい）、または機械的ファイ
バグレーティングなどの、波長依存損失要素を含み得る。

【００１９】入力光信号５４は、光アイソレータ５８を介して光共振器３０と、光カプラ６
１（たとえば、信号およびレーザ波長で１０％の結合（または９０％の伝送）を
有するカプラ）などの第１の結合装置とに入り、それにより入力信号はエルビウ
ムドープレーザ発光の方向に対向して伝播する、すなわち、入力信号５４は矢印
６６によって示される方向に伝播する。利得媒体２０とダイクロイックカプラ３
８とを通過した後で、光信号はポート６３で光カプラ６２（たとえば、これもま
た１０％カプラ）などの第２の結合装置を通過し、次いで第２のアイソレータ７
０を通過することにより、共振器３０を離れ、ここで光信号は出力光信号７４と
称する。リングレーザ発光は、増幅される信号５４の方向とは逆の方向に循環す
るので、リングレーザ信号はカプラ６２においては出力されず、このカプラの別
のポート、すなわちポート６４において出力される。こうして図３（Ａ）の実施
例は、出力光信号７４がエルビウムファイバ２０のレーザ発光から明確に分離す
ることを可能にする。

【００２０】カプラ６１、６２は好ましくは、入力信号５４に与えられる損失を最小化する
ために、できるだけ小さな結合比率を信号波長で有する。これは、０％カプラの
限界に近づくことを意味する。たとえば、１％カプラによっては、カプラ６１で
の入力信号５４（およびカプラ６２でのタップ信号７４）によって受けられる結
合「損失」は非常に低く（１％）、これは好ましい。同様に、リングレーザ信号
に対する結合「損失」は非常に高く（９９％）、（高いＥＤＦＡ利得を得るため
に）高いキャビティ損失が望ましいので、これもまた好ましい。こうして、カプ
ラ６１および６２を用いてリング損失を、したがって信号が得る利得を、調整す
る（しかしながら、カプラの結合比率と信号が得る正味利得との間の関係は注意
深くモデル化されねばならない）。こうして、可変減衰器５０を使用することに
対する代替例は、カプラのいずれかまたはその両方の結合比率を用いて利得レベ
ルを変化させることである。

【００２１】図３（Ａ）を参照すると、カプラ６１の結合比率が低いほど、カプラ６１によ
って入力信号５４に与えられる損失も低くなる。同様に、カプラ６２の結合比率
が低いほど、カプラ６２によって増幅された信号に与えられる損失も低くなる。
したがって、カプラ６１および６２の結合比率が低いほど、信号が図３（Ａ）の
増幅器を通して移動する間に受ける損失も低くなり、したがって信号が受ける正
味利得は高くなる（または逆に、所与の正味利得を達成するために要求されるポ
ンプパワーが低くなる）。以上を鑑みて、所与の要求される正味利得に対しては
、結合比率の両方を減じることが有利である。結合比率を減じるための１つの方
法は、ループ内の他の要素、特定的には減衰器５０およびアイソレータ４２の損
失を減じることである。（さらに、ダイクロイックカプラ３８の損失も可能な限
り低くあるべきである。これは３つの利益を有する。すなわち、ダイクロイック
カプラ３８内のポンプパワー損失が減じられる；ダイクロイックカプラ３８内で
失われる信号パワーの量が減じられる；カプラ６１および６２に対するより低い
結合比率を選択し得る）。たとえば、２０ｄＢのクランプされた利得が要求され
ていれば、１つの可能な構成は、２ｄＢの基礎（波長独立）損失と、カプラ６１
および６２の各々に対し１２．６％の結合比率（９ｄＢの伝送）、すなわち、２
×９＋２＝２０ｄＢのループ全体の損失（ループ要素の他のすべてのものは、無
視できるほどの損失しか有さないと想定する）とを備えた、波長依存減衰器５０
である。好ましい解決法は、０ｄＢのバックグラウンド（波長独立）損失と、カ
プラ６１および６２の各々に対し１０％の結合比率（または１０ｄＢの伝送）、
すなわち２×１０＋０＝２０ｄＢのループ全体の損失を備えた、波長依存減衰器
５０を用いることである。前者の場合においては、２つのカプラ６１および６２
の各々は信号に１２．６％の損失を与える。第２の場合においては、２つのカプ
ラ６１および６２の各々は、信号に１０％の損失を与え、これは第１の場合より
も２ｄＢ少ない往復信号損失に対応する。

【００２２】これに代えてカプラ６１および６２のうちの１つ（またはその両方）を、光サ
ーキュレータなどの別の結合装置と置き換えてもよい。これを図３（Ｂ）に示す
が、これはカプラ６１および６２が光サーキュレータ８１および８２に置き換え
られ、入力および出力アイソレータ５８および７０が取除かれているという点を
除いては、図３（Ａ）に類似する。この実施例においては、入力信号５４は入力
サーキュレータ８１内において分離損失を被らず、出力信号７４は出力サーキュ
レータ８２内において分離損失を被らない。この利益とは、信号損失がより低く
、よって増幅器２０はより低い利得しか必要としない（よってより低いポンプパ
ワーしか必要としない）ことである。しかしながら、カプラ６１および６２とは
異なって、サーキュレータ８１および８２は（高利得増幅器の場合において）要
求される高い共振器損失を提供できず、この目的のためには可変減衰器５０を用
いねばならない。現在の商業的なサーキュレータは、１ｄＢ前後、またはちょう
ど１ｄＢ以下の、小さな内部損失を示す。しかしながら、この損失に対する基本
的な限界はなく、将来のサーキュレータ設計においては小さくなると予想し得る
。

【００２３】光サーキュレータ８１（および光サーキュレータ８２）は３ポート装置であっ
て、ポート８４を介して入来する実質的にすべての光を次の隣接するポート、す
なわちポート８３から結合させて出力させる周知の態様で動作することに留意さ
れたい。光サーキュレータは単方向装置であるが、これは光はサーキュレータの
中で１方向にのみ循環することを意味する（図３（Ｂ）においては反時計回り）
。こうして、共振器リングから戻りサーキュレータ８１のポート８３から入る光
は、サーキュレータ８１の第３のポート８５を通って結合されるが、サーキュレ
ータ８１のポート８４からは出力されない。サーキュレータ８１はこうして、ポ
ート８４からリング共振器に入来する光が直接ポート８５に伝播することを防ぐ
、アイソレータとして動作する。例示的な光サーキュレータは、カリフォルニア
州９５１３１サンノゼ、ランディーアベニュー１８８５のＥ‐ＴＥＫダイナミッ
クス（E-TEK Dynamics, Inc.）から入手可能である。

【００２４】図３（Ｂ）に示す実施例の別の利点とは、図３（Ａ）の入力および出力アイソ
レータ５８および７０がもはや必要ではないことである。この理由は、リング内
のアイソレータ４２がサーキュレータ８１および８２とともに、アイソレータと
して作用するためである。出力分離に関する限り、（サーキュレータ８１の）出
力ポート８３から出力サーキュレータ８２に戻ってくるいかなる浮遊信号もアイ
ソレータ４２に向けられ、ここでＥｒドープファイバ増幅器２０に入ることなく
、効率的に消滅する。こうして、増幅器２０は出力ポート８３からのいかなるフ
ィードバックからも分離される。入力分離に関しては、いかなる光もリングから
出て（サーキュレータ８１の）入力ポート８４には入らない。これは、Ｅｒドー
プファイバ２０からの入力サーキュレータ８１に向かういかなる逆信号（特に、
Ｅｒドープファイバによって生成されるＡＳＥ信号および信号のスプリアスな反
射）も入力サーキュレータに入り、入力サーキュレータはこれらをリングに向け
るからである。こうして、この逆信号が入力ポート８４に入ることはない。これ
は、図３（Ａ）の実施例には当てはまらないが、ここでは入力カプラ６１はスプ
リアス信号の９０％をカプラ６１の入力ポート８８に向けるので、この実施例は
入力アイソレータ５８を必要とする。もしサーキュレータ８１および８２によっ
て提供されるよりもよいアイソレータが提供され、かつアイソレータ４２が必要
とされるならば、図３（Ｂ）の実施例において入力および出力アイソレータをや
はり使用できることに留意されたい。これに代えて、サーキュレータの一方のみ
を用いてもよい。たとえば、図３（Ｂ）の信号出力側で、サーキュレータ８２を
、図３（Ａ）の信号出力側に示されるカプラ６２／アイソレータ７０の構成に置
換えてもよい。

【００２５】入力信号５４の波長は、利得媒体２０の利得プロファイル内に入るよう好まし
く選択され、利得媒体２０はエルビウムドープファイバに対しては広く、好まし
くは少なくとも５ナノメータ（ｎｍ）幅である。利得が損失を超えるほどポンプ
パワーが十分に高いと、共振器３０は効率的に利得プロファイルにわたる利得を
クランプすることにより、すべての入力信号がエルビウムドープファイバ２０を
通過するにつれて等しい利得を受ける。図３（Ａ）および図３（Ｂ）の実施例も
また、広い範囲（すなわち、ポンプパワーしきい値と、ポンプパワーソースから
利用可能である最高のポンプパワーとの間の範囲）のポンプパワーにわたるポン
プパワー変化に反応しない利得を生成するという利点を提供する。

【００２６】これが無反応である理由は、もしリングレーザ３０がしきい値を比較的高く超
えてポンピングされると、循環するリングレーザ発光によって利得がその小さな
信号値から顕著に減じられるためである。もしポンプパワーがその公称の値より
も増大されるとすると、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）に関して既に説明したよう
に、利得は同じ値にクランプされ続けるが、利得帯域幅は増大するであろう（利
得帯域幅がこの公称のポンプパワーの最適の値に達していないと想定する）。も
しポンプパワーがその公称の値から減じられるとすると、（ポンプパワーがしき
い値以下に減じられない場合）利得はここでも同じ値にクランプされ続け、かつ
利得帯域幅もまた減少するであろう。したがって、（１）ポンプパワーがしきい
値以下に降下しないとすると利得値はポンプパワーの変化に反応を示さず、かつ
（２）利得帯域幅はポンプパワーに依存する。しかしながら、ポンプパワーの最
も低い予想値に対して、組合された入力信号によって占められるスペクトル帯域
幅よりも利得帯域幅が大きくなることを確実にすると、利得帯域幅は常に十分に
広く、かつすべての入力信号５４はポンプパワーの変化から独立して同じ利得を
受ける。

【００２７】同様に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）の実施例は信号パワーのいくらかの範囲
にわたって無反応であり、かついくつかの入力信号の変化のいくらかの範囲にわ
たっていくつかの入力信号の変動に対して無反応である利得を生成するという利
点を提供する。このふるまいは以下のように説明し得る。もしいくつかの入力信
号５４が一定に保たれるが入力信号のいくらかもしくはすべてのパワーが増大さ
れると、エルビウムドープファイバの反転分布は一定にとどまり、それにより利
得は一定にとどまる。レーザは、これをリングレーザパワーを低めることにより
達成する。しかしながら、もしポンプパワーが十分に高ければ、より狭い線幅に
わたってではあるが、レーザはレーザ発光し続けるであろう。こうして、利得帯
域幅は減少するが、利得はその元の値にクランプされたままである。先の段落に
おいて説明されたように、この利得帯域幅における減少は、その最小の可能な値
では、かつ帯域幅がすべての入力信号５４に対して平坦な利得を提供するのにや
はり十分に広ければ、瑣末なものである。もし個々の信号パワーが一定に保たれ
る一方で、いくつかの入力信号５４が変化すると、同様の論証が可能である。た
とえば、入力信号５４のうちの１つまたはそれ以上が降下すると、利得は同じ値
にクランプされたままであるが、利得線幅は増加する（ここでも利得が最大の可
能である値に達していないと想定する）。

【００２８】このポンプパワー、信号パワー、および入力信号５４の数に対する無反応性は
、光学通信システムにおいて特に重要である。たとえば、この発明で説明された
ものなどの増幅器を通過する入力信号の数は、時間の経過に従ってユーザの数が
変動するにつれて、または光学信号を供給する光源のうちの１つの偶発的な故障
の場合、変化し得る。同様に、入力信号パワーとポンプパワーとは、たとえばそ
れらを供給する光源のエージングまたは故障の結果、時間の経過につれて変化す
る可能性がある。

【００２９】多重波長ポンピングを用いてもよいが、広帯域ポンピングはよりよい結果をも
たらすと期待される。エルビウムドープファイバ２０に対する１つの広帯域ポン
プソースは、９８０ｎｍ付近でポンピングされるイッテルビウムドープファイバ
によって作られる超蛍光ファイバソース（ＳＦＳ）であり、これは０．９７−１
．０４μｍ範囲において数十ｍＷの超蛍光放出を生成し得る。（たとえば、Ｄ．
Ｃ．ハナ、Ｉ．Ｒ．ペリー、Ｐ．Ｊ．サニ、Ｊ．Ｅ．タウンセンドおよびＡ．Ｃ
．トラッパー（D.C. Hanna, I.R. Perry, P.J. Suni, J.E. Townsend, A.C. Tro
pper）の「Ｙｂドープファイバからの９７４ｎｍおよび１０４０ｎｍでの効率的
な超蛍光放出（"Efficient superfluorescent emission at 974nm and 1040nm f
rom an Yb-doped finer"）」Opt. Comm, Vol. 72, nos. 3-4, pp.230-234, １９
８９年７月、を参照されたい。）これらのファイバのスペクトル出力は、一部そ
れらの長さに依存し、より長いファイバはより長波長で発光する。１つの短いフ
ァイバ（０．５ｍ）が９７４ｎｍで２ｎｍ帯域幅の放出を生成するのに対し、長
いファイバ（５ｍ）は１０４０ｎｍで１９ｎｍ帯域幅の放出を生成する。そのよ
うなＳＦＳは、Ｅｒドープファイバを広帯域ポンピングするためにその短波長範
囲において用いられる（ＳＦＳは９８０ｎｍで動作するのに十分に長く、その線
幅は十分に広いと想定する）。ＳＦＳはまた、Ｅｒ／Ｙｂドープファイバを広帯
域ポンピングするためにもその長波長範囲において用いられる（典型的には０．
９８−１．０６４μｍ範囲においてポンピングされる）。

【００３０】この発明の別の実施例は、エルビウムドープファイバ２０のコアの組成に関す
る。コアにおける共ドーパント化学種の数を増加させると、エルビウムイオンが
存在できる、より多様な物理位置が生じる。位置の各々はエルビウムイオンのわ
ずかに異なったシュタルク分離を誘導するので、共ドーパント科学種が加えられ
るにつれエルビウムイオンの非均一的広がりが増加する。一般的に、ネットワー
ク調整共ドーパントの数が増加すると、利得はより非均一的になると期待される
。この原理は、（Ｅｒ³⁺だけでなく）いかなるレーザイオンにも適用され、（シ
リカまたはフッ化ガラスだけでなく）いかなるファイバホストにも適用される。

【００３１】ファイバ２０のコアに好ましく導入される共ドーパントは、いわゆるネットワ
ーク調整子であるが、これはガラスホストにおける希土類イオンの溶解度を向上
させる傾向がある。少なくとも一部はネットワーク調整子として作用する共ドー
パントは、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｌｉ、およびＡｌを含むが、これらに限定されるも
のではない。Ｇｅなどのインデックス調整子として知られる共ドーパントは、一
般的に希土類イオンの溶解度を向上させないが、たとえばファイバの屈折率を制
御するために、ファイバ内に導入し得る。しかしながら、Ｇｅはエルビウムドー
プシリカ系ファイバの利得の非均一的な線幅を増す傾向がある（先に引用のＶ．
Ｌ．ダ・シルヴァ他を参照されたい）。

【００３２】吸収プロファイルのピーク以外におけるポンピングによる非均一的な利得の広
がりの向上は、図４に示すファイバリングレーザ１００を用いて実証される。レ
ーザ１００は、３ｍ長さのＥｒドープファイバ１０４、２つのＷＤＭファイバカ
プラ１０８および１１０、およびレーザ共振を単一の方向に向けさせるための光
アイソレータ１１２を含む。ファイバリングレーザ１００は、９８０ｎｍで動作
する２つのポンプレーザダイオード１１６および１１８によってポンピングされ
る。レーザダイオード１１６および１１８は、それぞれの第１および第２のＷＤ
Ｍファイバカプラ１０８および１１０を介してリングレーザ１００内に結合され
る。第２のＷＤＭカプラ１１０は、リングレーザ１００からレーザ信号を抽出す
るためにも用いられる。第３のＷＤＭカプラ１２０は、リングレーザ１００の出
力に配置されて、リングレーザ１００のレーザ信号から吸収されない９８０ｎｍ
ポンプを分離させるために用いられ、レーザ信号は約１５３０ｎｍから約１５７
０ｎｍの範囲にある。これら２つの信号の各々のスペクトルは、光学スペクトル
アナライザ１３０において独立して観察される。

【００３３】図５は、２つの異なったポンピング条件下で測定されたファイバリングレーザ
１００の出力のスペクトルを示す。リングレーザ１００が１つのレーザダイオー
ドのみによって９７８ｎｍで、すなわちＥｒドープファイバの⁴Ｉ_15/2→⁴Ｉ_11/2 の吸収遷移の中心付近でポンピングされると、リングレーザ出力は、１５６０．
８ｎｍ付近を中心とする比較的狭いスペクトル（数十ｎｍ）を示す。一方、リン
グレーザ１００が２つのレーザダイオードで、一方が９７４ｎｍでかつ他方が９
８５ｎｍでポンピングされると、リングレーザのスペクトルは顕著に増大して、
約１５６１ｎｍから１５６３ｎｍに拡張する。他の実験は、１４ｎｍまたはそれ
以上の帯域幅が達成されることを示唆する。Ｅｒドープファイバの利得スペクト
ルはいずれのポンピング構成を用いても測定されていないが、図５の結果はＥｒ
ドープファイバをその吸収帯のピーク以外においてポンピングすると、吸収の中
心のみにおいてポンピングするよりもより広い放出がファイバから生成されるが
、これはピーク以外をポンピングする場合においてはより多数のＥｒ³⁺サブセッ
トが同時に励起することによるものと推定される。ここで開示される９８０ｎｍ
吸収帯のピーク以外をポンピングすることに加えて、１４８０ｎｍ吸収帯のピー
ク以外をポンピングすることによる非均一的な広がりもまた観察されるであろう
。

【００３４】この発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の特定の形
式において実施し得る。記載された実施例は、いかなる意味においても例示的な
ものと考えられるべきであり、限定的なものと考えられるべきではない。したが
ってこの発明の範囲は上述の説明ではなく、前掲の特許請求の範囲によって示さ
れる。特許請求の範囲の等価物の意味および範囲に入る、すべての変化はその範
囲内に包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、均一的広がりに対して、ポンプパワ
ーがレーザ発光しきい値以下、しきい値、およびそれ以上である場合、周波数に
よってどのように利得が変化するかを示す図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、非均一的な広がりに対して
、ポンプパワーがレーザ発光しきい値以下、しきい値、それ以上、および顕著に
それ以上である場合、どのように利得が周波数によって変化するかをそれぞれ示
す図である。（Ｃ）においては、レーザ発光は比較的狭いスペクトル範囲にわた
って起こるのに対し、（Ｄ）においてはレーザ発光は比較的広いスペクトル領域
にわたって起こる。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、利得媒体の利得プロファイルをわたって平坦
なクランプされた利得を生成する光増幅器に入力信号が注入される、この発明の
好ましい実施例を示す図である。

【図４】リングレーザ内に配置されるエルビウムドープファイバから出力
されるスペクトルを分析するための、実験的なテストセットアップを示す図であ
る。

【図５】図４のセットアップから出力されるスペクトルが、ポンプスペク
トルの関数としてどのように変化するかを示す図である。

【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１３年３月１３日（２００１．３．１３）

【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

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者サビン，シルビウシンガポール、436918 ペブル・ベイ、ナンバー・04−21 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 HH05 HH06 JJ20 LL17 PP07 QQ07 YY17 5K002 AA06 CA03 CA13 DA02 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光増幅器であって、クランプされた利得を生成するための光共振器を含み、前記共振器は吸収プロ
ファイルと利得プロファイルとを有する利得媒体を含み、前記利得プロファイル
は、非均一的な広がりを少なくとも一部は特徴とし、さらに前記利得媒体を、前記利得媒体の吸収遷移のピーク以外における少なくとも１
つの波長でポンピングして非均一的な広がりをゲインの平坦化のために用いるた
めの光ポンプソースを含む、光増幅器。
【請求項２】前記利得プロファイルをわたる利得は実質的に一定である、
請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】前記光ポンプソースは、吸収遷移の長波長側をポンピングす
る、請求項１に記載の増幅器。
【請求項４】前記光ポンプソースは、吸収遷移の短波長のピーク以外をポ
ンピングする、請求項１に記載の増幅器。
【請求項５】前記光ポンプソースは、吸収遷移の短波長のピーク以外と長
波長のピーク以外の両方をポンピングする、請求項１に記載の増幅器。
【請求項６】前記利得媒体はドープファイバを含む、請求項１に記載の増
幅器。
【請求項７】前記利得媒体はエルビウムを含み、前記エルビウムはレーザ
イオンとして作用する、請求項１に記載の増幅器。
【請求項８】前記光ポンプソースは広帯域である出力を有する、請求項１
に記載の増幅器。
【請求項９】前記光ポンプソースは、少なくとも１つの離散した波長での
出力を有する、請求項１に記載の増幅器。
【請求項１０】前記共振器はリング共振器である、請求項１に記載の増幅
器。
【請求項１１】前記リング共振器は、レーザ共振を単方向に規制するため
の光アイソレータを含む、請求項１０に記載の増幅器。
【請求項１２】前記光増幅器への入力信号は、レーザ発振の方向とは逆の
方向に伝播する、請求項１１に記載の増幅器。
【請求項１３】非均一な損失プロファイルを補償して所望の利得プロファ
イルを生成するための、波長依存損失要素をさらに含む、請求項１に記載の増幅
器。
【請求項１４】前記光ポンプソースは超蛍光ファイバソースである、請求
項１に記載の増幅器。
【請求項１５】前記超蛍光ファイバソースは、レーザイオンとしてイッテ
ルビウムを含む、請求項１４に記載の増幅器。
【請求項１６】前記利得媒体は、前記利得媒体の非均一性を向上させるた
めの少なくとも１つの共ドーパントを含む、請求項１に記載の増幅器。
【請求項１７】前記共ドーパントはネットワーク調整子を含む、請求項１
６に記載の増幅器。
【請求項１８】前記共ドーパントは、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｌｉ、Ａｌ、およ
びＧｅからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１６に記
載の増幅器。
【請求項１９】前記利得媒体は、少なくとも５ナノメートルのスペクトル
範囲にわたって平坦であって広い利得を提供する、請求項１に記載の増幅器。
【請求項２０】損失のレベルを制御して、前記利得媒体において所望のレ
ベルの利得を生成するための可変減衰器をさらに含む、請求項１に記載の増幅器
。
【請求項２１】異なった波長の入力信号を生成するための光源をさらに含
む、請求項１に記載の増幅器。
【請求項２２】入力信号と前記利得媒体からのレーザ発振とは対向して伝
播する、請求項２１に記載の増幅器。
【請求項２３】信号を前記光共振器の中に組入れ、かつ取出すための結合
装置をさらに含む、請求項１に記載の増幅器。
【請求項２４】前記結合装置は少なくとも１つの光カプラを含む、請求項
２３に記載の増幅器。
【請求項２５】前記結合装置は少なくとも１つの光サーキュレータを含む
。請求項２３に記載の光増幅器。
【請求項２６】光増幅器であって、クランプされた利得を生成するための光共振器を含み、前記共振器は吸収プロ
ファイルと利得プロファイルとを有する利得媒体を含み、前記利得プロファイル
は非均一的な広がりを少なくとも一部は特徴とし、さらに、前記利得媒体を前記利得媒体の吸収遷移のピーク以外においてポンピングして
、非均一的な広がりを利得を変更するために用いるための、光ポンプソースと、損失を調整して、所望の利得プロファイルを生成するための波長依存損失要素
とを含む、光増幅器。
【請求項２７】前記光共振器は前記波長依存損失要素を含む、請求項２６
に記載の増幅器。
【請求項２８】前記波長依存損失要素は、共振器の損失を調整して実質的
に平坦な利得を生成する、請求項２６に記載の増幅器。
【請求項２９】比較的平坦な利得を有する光増幅器を生成するための方法
であって、ポンプ信号を、吸収プロファイルと利得プロファイルとを有する利得媒体に導
入するステップを含み、利得媒体は共振器内に存在し、前記利得媒体は、非均一
的な広がりを少なくとも一部は特徴とし、ポンプ信号のスペクトル出力は、前記
吸収プロファイルのピーク以外をポンピングして利得媒体の非均一的広がりを利
用するよう選択され、さらに、異なった波長の複数の光信号を前記利得媒体に注入して光信号を増幅させるス
テップを含み、光信号のそれぞれの波長は前記利得媒体の利得プロファイル内に
入り、さらに、前記利得媒体内で誘導放出を用いて、光信号の波長を含むスペクトル領域をわ
たって前記利得媒体の利得をクランプするステップと、前記利得媒体から増幅された光信号を抽出するステップとを含む、方法。
【請求項３０】前記利得媒体に共ドーパントを加えて、前記利得プロファ
イルの非均一的な広がりを向上させるステップをさらに含む、請求項２９に記載
の方法。
【請求項３１】前記共振器内の損失を変化させることにより利得を制御す
るステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】注入される光信号の伝播の方向とは逆の方向にレーザ発振
を規制するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】前記利得媒体はドープファイバを含む、請求項２９に記載
の方法。
【請求項３４】前記共振器内の波長依存損失要素を調整することにより、
利得平坦度を制御するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】前記誘導放出はレーザ発光を含む、請求項２９に記載の方
法。