JP2003329870A - 分散の小さなラマンファイバ光増幅器 - Google Patents

分散の小さなラマンファイバ光増幅器

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JP2003329870A JP2002257246A JP2002257246A JP2003329870A JP 2003329870 A JP2003329870 A JP 2003329870A JP 2002257246 A JP2002257246 A JP 2002257246A JP 2002257246 A JP2002257246 A JP 2002257246A JP 2003329870 A JP2003329870 A JP 2003329870A
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ゴード ペーター
Lars Gruner-Nielsen
グルーナ−ニールセン ラース
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パレスドッティアー ベラ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散の小さなラマンファイバ光増幅器 【解決手段】本発明によるラマン光ファイバ増幅器は2
つの光ファイバを含み、これら光ファイバの長さは、こ
れらファイバが入力光信号の波長において実質的に大き
さが等しく、符号が反対の分散を示すような寸法とされ
る。正の分散を有すファイバは、概ね円筒状のコアと、
外側クラッドと、外側クラッドに対するある屈折率プロ
フィルとを有する。このコアは3から6ミクロン(μ
m)の間の直径を有し、コアとクラッドの屈折率の間の
差(Δn)は0.015から0.035の間とされる。
この屈折率プロフィルはコアの外周に隣接するトレンチ
領域を含み、このトレンチ領域は1から4μmの間の幅
と、−0.005から−0.015の間のΔnを有す
る。これら2つのファイバの勾配は広い波長区間に渡っ
て増幅器の正味分散を実質的にゼロに維持できるように
整合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高利得のラマン光フ
ァイバ増幅器と、このような増幅器に対して用いるのに
適する光ファイバに関する。
【0002】
【従来の技術】コア内に高濃度のゲルマニウムを含む光
ファイバ、例えばコアの屈折率が周囲のクラッドのそれ
より0.020以上高く(Δn>0.020)、かつ、
小さな有効面積(20μm以下)を有するファイバ
は、典型的には、ラマン(Raman)増幅に対する媒
体として用いたとき良好な利得を達成する。例えば、こ
のようなファイバが市販の分散補償モジュール(dis
persion compensating modu
les, DCM)内で分散補償ファイバ(dispe
rsion compensating fiber
s, DCF)として用いられている。これに関して
は、例えば、2002年3月16日付けで出願され、本
出願(application)と発明の譲受人に譲渡
された「Raman Amplified Dispe
rsion CompensatingModules
(ラマン増幅分散補償モジュール)」なる名称の合衆国
特許出願10/099,820を参照されたい。
【0003】高いラマン利得を示すファイバを用いる増
幅器は、通常、高く平坦な利得特性を複数の波長区間に
おいて達成するための手段とみられ、この性能は関連す
るポンプ構成によってのみ制限される。ラマン増幅器と
エルビウムドープドファイバ増幅器(Erbium d
oped fiber amplifiers, ED
FA)とを比較した場合、各増幅器に対して要求される
利得ファイバの長さは大きく異なる。例えば、エルビウ
ムドープドファイバ増幅器(EDFA)の場合は、2か
ら30cmのファイバしか必要とされないが、ラマン増
幅器の場合は、典型的には数kmのファイバが要求され
る。このため典型的なラマン増幅器は、通信システム内
で用いた場合、かなりの分散と分散勾配が導入され得
る。
【0004】エルビウムドープドファイバ増幅器(ED
FA)の場合は、通信システムに分散を導入することは
ないが、ただし、この増幅器は、約1528から156
5nmと1570から1615nmの波長区間において
しか利得を提供できない。他方、ラマン増幅器の場合
は、多くの波長区間に渡って動作が可能であり、この性
能は利用可能なポンプ構成によってのみ制限される。よ
り具体的には、ラマン増幅器の利得領域は、ポンプ波長
のそれより約100nm長い所にある。こうして、15
00nmにおいて利得が必要とされる場合は、ポンプ波
長を約1400nmに設定することでラマン増幅器は所
望の利得を提供することが可能になる。
【0005】また、「ゼロ(zero)」正味分散は、
感心のある波長において、それぞれ、同じ大きさの正と
負の分散を有するファイバを組合せることで達成できる
ことが知られている。このような技術が最近の光通信シ
ステムにおいては使用されており、この技術においては
ある伝送ファイバの正の分散は勾配整合分散補償モジュ
ール(slope matching dispers
ion compensating module,
DCM)内で負の分散を有するファイバにて補償され
る。ただし、典型的な伝送ファイバと勾配整合分散補償
モジュール(DCM)から構成される中性の総分散(n
eutral overall dispersio
n)を有するファイバペアは、伝送ファイバの長さがモ
ジュールファイバの長さより何倍も大きなことを必要と
されるためにラマン増幅器として有効でない。加えて、
典型的な伝送ファイバは、これらは低いモーダルラマン
利得(modal Raman gain)係数(0.
4から0.71/W/km)と、50μmを超える有
効面積を有するためにラマン増幅に対する媒体として適
さない。通常の伝送ファイバに対しては、分散補償ファ
イバ(DCF)モジュールの長さの約7倍の長さが要求
され、分散シフトファイバ、例えばOFS Fitel
から市販されるTreuwave(登録商標)ファイバ
に対しては、DCFのそれの約25倍の長さが要求され
る。
【0006】OSF Fitelから市販される分散補
償モジュール(DCM)はRightWave(登録商
標)DKファイバとして知られる分散補償ファイバを採
用する。このRightWave DKファイバは、従
来のシングルモードファイバの分散勾配を約65%補償
する負の分散勾配を示し、1550nmにおいて−20
40 ps/nmという低い分散値が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】最近の光通信システム
の分散公差(dispersion toleranc
es)は極めて狭い。従って、通信システム内で用いた
とき高い利得が得られ、広い帯域幅に渡って実質的にゼ
ロの正味分散を達成できるラマン光ファイバ増幅器に対
する必要性が存在する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によると、ラマン
光ファイバ増幅器内の利得ファイバとして用いるのに適
する光ファイバは、概ね円筒状のコアと、外側クラッド
と、この外側クラッドに対するある屈折率プロフィルと
を有する。このコアは3から6ミクロン(μm)の間の
直径を有し、このコアと外側クラッドの屈折率の間の差
(Δn)は0.015から0.035の間とされる。こ
の屈折率プロフィルはコアの外周に隣接するトレンチ領
域を含み、このトレンチ領域は1から4μmの間の幅
と、−0.005から−0.015の間のΔnを相対屈
折率を有する。
【0009】本発明のもう一面によると、ラマン光ファ
イバ増幅器は、信号入力端とこの信号入力端と反対側の
出力端を有する第一のファイバと;信号出力端とこの信
号出力端の反対側の入力端とを有し、その入力端が第一
のファイバの出力端に接合或いは結合された第二のファ
イバと;第一と第二のファイバに第一のファイバの信号
入力端に加えられ第二のファイバの信号出力端から出力
される光信号に対してラマン増幅を達成するように結合
されたポンプ光源とを備える。これら第一と第二のファ
イバの長さは、これらファイバが光信号の波長において
実質的に大きさが等しく、符号が反対の分散を示すよう
な寸法とされる。正の分散を有すファイバは、概ね円筒
状のコアと、外側クラッドと、外側クラッドに対するあ
る屈折率プロフィルとを有する。このコアは3から6ミ
クロン(μm)の間の直径と、0.015から0.03
5の間のΔnを有する。この屈折率プロフィルはコアの
外周に隣接するトレンチ領域を含み、このトレンチ領域
は1から4μmの間の幅と、−0.005から−0.0
15の間のΔnを有する。
【0010】本発明をより良く理解するためには、以下
の図面を用いての説明と付録のクレームを参照された
い。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明による光ファイバ1
0の断面に沿っての屈折率プロフィルを示すグラフであ
る。y−軸は、Δn、つまり、ファイバ10のコア12
と外周クラッド16の断面に沿って測定されたときの屈
折率の差をグラフのx−軸に沿って測定されたときのこ
の断面内の位置の関数として示す。ファイバ10は、高
いラマン利得係数(Raman gain coeff
icient)と、正の分散と、現存のファイバ、例え
ば負の分散を有する上述のRightWave DKフ
ァイバと整合させるのに適する分散勾配(disper
sion slope)を有する。図2は、本発明のフ
ァイバ10と所定の長さの現存の負の分散を有するファ
イバ、例えばRightWave(登録商標)DKファ
イバを含む本発明によるラマン増幅器50を示す。増幅
器50の総分散はゼロに接近或いは実質的にゼロとな
る。
【0012】ファイバ10が修正化学蒸着(modif
ied chemical vapor deposi
tion, MCVD)過程を用いて、以下の特性を有
することを目標として製造された: 1.高いラマン利得係数。 2.1550nmにおいて約10から12 ps/nm
/kmの.正の分散。 3.典型的なDCF(例えば、RightWave D
Kファイバ)整合できる相対分散勾配(RDS)。 4.ポンプバンドと信号バンドの両方における良好なス
ペクトル特性。つまり、1400から1650nmにお
ける低いスペクトル減衰。 5.低い曲げ損失と、1400nm以下の遮断波長。
【0013】上述のように、ファイバ10は、図1のよ
うな屈折率プロフィルを示す。より具体的には、ファイ
バ10のコア12は、約0.0236なるΔnと、約
4.68ミクロン(μm)なる直径を有する。コアに隣
接するトレンチ領域14は、約−0.0085なる負の
Δnを有し、コア12とトレンチ領域14の総径は、約
8.10μmとなる(つまり、トレンチ領域14の幅
は、(8.1−4.68)/2=1.71μmとな
る)。ファイバ10の外側クラッド16は、約125μ
mなる総径を有する。
【0014】ファイバ10のコア12は、従って、高い
Δn(>20*10−3)と狭い直径を有する。トレン
チ領域14は、薄く、深く窪んでおり、約−9*10
−3なるΔnを有する。このトレンチ領域14なしで
は、ファイバ10はこれより小さな正の分散を示し、約
0.0085ps−1なるRDSを持つこととなる。ト
レンチ領域14を提供することで、こうして、ファイバ
10の有効面積が低減され、分散が増加され、RDSが
低減され、このファイバを上述のRightWave
DKファイバと完全に整合させることが可能となる。
【0015】上述の仕様にて製造されたファイバ10は
以下の特性を示す: 遮断周波数 <1400nm 有効面積(1500nmにおいて) 17μm2 モードルラマン利得(1453nmなるポンプ波長において)2.71/W/km 減衰(1500nmにおいて) 0.45dB/km PMD <0.1ps 分散(1500nmにおいて) 11-12ps/nm/km 分散勾配(1500nmにおいて) 0.033ps/nm2/km 相対分散勾配(1500nmにおいて) 0.0027nm-1 1dB波長 >1700nm ゼロ分散波長 <1200nm ファイバ10が上記の特性を維持するためには、ファイ
バの形状は好ましくは実質的に以下の範囲内に維持され
るべきである: 領域 寸法 外側クラッドに対する屈折率差(Δn) コア12 直径=3から6μm 0.015-0.035 トレンチ14 幅=1から4μm -0.005から-0.015 外側クラッド16 幅=62.5μm 0
【0016】本発明によるファイバ10のある長さを市
販の分散補償ファイバ、例えば負の分散を有するRig
htWave DKファイバと組合せることで、図2に
示すラマン増幅器構成にて実質的にゼロの正味分散と分
散勾配が得られた。上のテーブルに示すように、155
0nmにおいて、ラマン利得ファイバ10の分散は12
ps/nm/kmであるが、DKファイバは約−10
0 ps/nm/kmなる分散を有する。このため、ラ
マン増幅器構成内のDKファイバの8から10倍のラマ
ン利得ファイバ10を用いると、1500nmにおける
総分散はゼロとなる。さらに、1500nmにおける相
対分散勾配は、本発明によるファイバ10とDKファイ
バとで同一であり、このため1550nmにおける総分
散勾配はゼロとなる。追加の特徴として、DKファイバ
もラマン増幅に対する優れた利得媒体である。
【0017】例 図2のラマン増幅器50が、本発明によるファイバ10
を5000メートル、負の分散補償ファイバ52として
のRightWave DKファイバを560メートル
用いて製造された。これより長いファイバを用いること
で、同一の正味利得をより小さなポンプ電力にて達成す
ることもできるが、ただし、この場合は二重のレイリー
後方散乱の増加に起因してマルチパス干渉(multi
−path interference,MPI)が増
加することとなる。
【0018】入力信号はファイバ52の一端54に入
る。ファイバ52の他端56は本発明のファイバ10の
一端58に接合される。ポンプ60はファイバ10の信
号出力端62に対してカウンタ(逆方向)ポンプ構成に
配列される。増幅器50は、代替として、必要であれ
ば、フォワード(同一方向)或いは双方向ポンプ構成と
することもできる。
【0019】テスト入力信号の波長が1526nmから
1610nmまでの全C−バンドとL−バンドに渡って
変化された。以下のようなポンプ電力と波長に対して6
0の入力チャネルと0dBなる総入力電力(チャネル当
たり0.0167mW)を用いた結果、10dBなる平
均正味利得と0.4dB以下の利得リプルが達成され
た。 ポンプ波長(mn) ポンプ電力(mW) 1422 247 1435.5 173 1451 100 1466 70 1477 72 1505 84
【0020】図3は図2の増幅器50に対するグラフで
あり、曲線70は正味利得を示し、曲線72は雑音指数
をdBにて示す。平均MPIは44.4dBであった。
【0021】図4は1つのラマン利得ファイバ10を図
に示すような若干異なる相対分散勾配(RDS)を有す
る3つの異なるRightWave DKファイバに接
合したときの様子を示す。3つの異なる波長区間、つま
り、S−バンド(曲線80)、C−バンド(曲線8
2)、及びLバンド(曲線84)において、ほぼゼロの
残留分散が達成された。より具体的には、C−バンドに
おいて、残留分散は、1520から1570nmの範囲
で±0.025 ps/nm/km以内であった。
【0022】これとは対照的に、図4の曲線86は、O
FS Fitel Denmarkによって製造された
負の分散を有する標準(従来)のRaman利得ファイ
バと、正の分散を有する標準(従来)の伝送ファイバを
組合せて用いた際の残留分散を示す。1550nmにお
いてはゼロ残留分散を達成することができるが、155
0nm以外の波長においてはファイバの勾配がマッチ
(整合)しないためにかなりの残留分散が残ることがわ
かる。
【0023】上では本発明の幾つかの好ましい実施例に
ついて説明したが、当業者においては明らかなように、
クレームによって定義される本発明の精神及び範囲から
逸脱することなく様々な変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるラマン利得ファイバの屈折率プロ
フィルであり、ファイバコアと周囲のクラッドの断面に
沿っての屈折率の差を示す図である。
【図2】本発明によるラマン光ファイバ増幅器構成を示
す図である。
【図3】図2の増幅器によって得られた正味利得と雑音
指数を波長の関数として示すグラフである。
【図4】図1のファイバと若干異なる相対分散勾配(R
DS)を有する様々な分散補償ファイバと組合せたとき
得られる残留分散を示すグラフである。
【符号の説明】
10 光ファイバ 12 ファイバのコア 16 クラッド 50 ラマン増幅器 60 ポンプ 62 信号出力端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラース グルーナ−ニールセン デンマーク国 デーケー−2700 ブローエ ンスホー,アーヴェンディンゲン 22エー (72)発明者 ベラ パレスドッティアー デンマーク国 デーケー−2100 コペンハ ーゲン,14.テーヴィ,ローゼンヴァーエ ンゲッツ アレー 19 Fターム(参考) 2H050 AC14 AC73 2K002 AA02 AB30 BA01 DA10 EA30 FA15 GA10 HA23 5F072 AB07 AK06 JJ20 PP07 QQ07 RR01 YY17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 概ね円筒状のコアと、外側クラッドと、
    この外側クラッドに対するある屈折率プロフィルとを有
    する光ファイバであって、 (a)前記コアが3から6ミクロン(μm)の間の直径
    を有し、前記コアと外側クラッドの屈折率の間の差(Δ
    n)が0.015から0.035の間とされ;(b)前
    記屈折率プロフィルが前記コアの外周に隣接するトレン
    チ領域を含み、 (c)前記トレンチ領域が1から4μmの間の幅と、前
    記外側クラッドに対する−0.005から−0.015
    の間のΔnを有することを特徴とする光ファイバ。
  2. 【請求項2】 前記トレンチ領域の幅が約1.71μm
    とされることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ。
  3. 【請求項3】 前記トレンチ領域が約−0.0085な
    るΔnを有することを特徴とする請求項1記載の光ファ
    イバ。
  4. 【請求項4】 前記ファイバが1500nmにおいて1
    1から12 ps/nm/kmの間の正の分散を示すこ
    とを特徴とする請求項1記載の光ファイバ。
  5. 【請求項5】 前記ファイバが1500nmにおいて約
    0.0027 nm −1 なる相対分散勾配を有するこ
    とを特徴とする請求項4記載の光ファイバ。
  6. 【請求項6】 前記ファイバが約17μmなる有効面
    積を有することを特徴とする請求項1記載の光ファイ
    バ。
  7. 【請求項7】 前記コアが約0.0236なるΔnを有
    することを特徴とする請求項1記載の光ファイバ。
  8. 【請求項8】 ラマン光ファイバ増幅器であって、この
    増幅器が:信号入力端とこの信号入力端と反対側の出力
    端を有する第一のファイバと;信号出力端とこの信号出
    力端の反対側の入力端を有し、この入力端が前記第一の
    ファイバの出力端に結合された第二のファイバと;前記
    第一のファイバの信号入力端に加えられ、前記第二のフ
    ァイバの信号出力端から出力される光信号に対してラマ
    ン増幅を達成するように前記第一のファイバと第二のフ
    ァイバとに結合されたポンプ光源とを備え;前記第一と
    第二のファイバの長さが、これらファイバが実質的に等
    しい相対分散勾配を有し、前記光信号の波長において実
    質的に大きさが等しく、符号が反対の分散を示すような
    寸法にされ、前記正の分散を有するファイバが概ね円筒
    状のコアと、外側クラッドと、この外側クラッドに対す
    るある屈折率プロフィルとを有し、 (a)前記コアが3から6ミクロン(μm)の間の直径
    を有し、前記コアと外側クラッドの屈折率の間の差(Δ
    n)が0.015から0.035の間とされ; (b)前記屈折率プロフィルが前記コアの外周に隣接す
    るトレンチ領域を含み、 (c)前記トレンチ領域が1から4μmの間の幅と、前
    記外側クラッドに対する−0.005から−0.015
    の間のΔnを有することを特徴とするラマン光ファイバ
    増幅器。
  9. 【請求項9】 前記第一と第二のファイバが1500n
    mにおいて約0.0027nm−1なる相対分散勾配を
    有することを特徴とする請求項8記載のラマン光ファイ
    バ増幅器。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の光ファイバを含むこと
    を特徴とするラマン光ファイバ増幅器。
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