JP2005522886A - 光増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
別の手法は、増幅器の長さに沿って要求される反転をもたらすために、可変光減衰器(VOA)を有する可変利得増幅器を設計することである。こうした増幅器は、光信号対ノイズ比(OSNR)を大きく低下させることなく、およそ8−10dBの動的入力パワー範囲を可能にする。しかしながら、それらは、増幅器が、いつか必要とされることになる最も高い利得に合わせて設計されることを要求する。これは、それらを高価なものにする。VOA制御は複雑であり、もう既に高価である固定利得増幅器に比べて20%のオーダーのコストを上乗せする。
したがって、異なる入力パワーを有する多くの異なる増幅器が要求される環境に比較的安価な増幅器を提供するという課題がある。本発明は、この課題に対処するものである。
より具体的には、第1及び第2増幅器段を含むエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)が提供され、第1増幅器段は、第1波長帯域における増幅自然放出(ASE)を生じさせるためのハイパワー励起レーザとエルビウムドープファイバを含み、第2増幅器段は、第1増幅器段からASEによって励起されて、第1波長帯域より長波長の信号チャネルに利得を生じるように配置されたエルビウムドープファイバを含み、第2増幅器段は、所与の入力パワーに対して要求される出力パワーを生じるように選択できる、取り外し可能な長さのエルビウムドープファイバを含む。
EDFAは、プラグイン第2段と第3段との間に配置された、中間損失段を含む第3段を有することが好ましい。この段は、プラグイン段の一部を形成することができる。第3段は、通常のエルビウムドープファイバ、及び1480nmの励起レーザのような励起レーザとすることができる。
本発明の実施形態は、プラグインモジュールの選択肢を有する単一増幅器を用いて、異なる利得要求に関係なしに、伝送線における全てのインライン増幅器を提供することができる。これは、製造業者が単一設計を作り、コストを低減させる簡素な部品を保持することのみを要求されるという利点を有する。プラグインモジュールは単純なものであり、本質的に或る長さのエルビウムドープファイバを有し、異なるファイバ長を有する幾つかのプラグイン・ユニットを保持するコストは、増幅器全体のコストに比べて小さい。
第1段の980nm励起レーザを用いてCバンドASEノイズを生じさせる本発明の好ましい実施形態は、エルビウムイオンのほぼ全反転を達成でき、結果として、一貫して低ノイズの増幅器が得られるという利点を有する。
次に、本発明の実施形態を、単なる例として添付の図面を参照しながら説明する。
増幅器の各々はEDFAであり、各々に要求される入力パワーは、増幅器入力における信号減弱を含むファクタの数に依存することになる。典型的な信号損失は、0.2dB/kmのオーダーである。増幅器段の間のスパン距離は、ネットワークの物理的レイアウトに応じて変化する。図1の例においては、典型的なスパン距離は、およそ25dBの損失を有する第1及び第2EDFA増幅器14、16間の100km、及び、10dBのオーダーの損失を有する第2及び第3増幅器16、18間の20kmとすることができる。
周知のように、1550nmはCバンドに入り、波長が変化しながら依然として高い利得係数を与える、EDFA応答が比較的平坦な領域の中央にある。
L(long)バンドは、約1570nmと1605nmとの間の波長のことをいう。これらの領域における利得は、エルビウムドープファイバへの励起パワー入力をCバンドに比べて減少させることによって達成される。帯域にわたって適度に平坦な利得曲線が達成されるが、相対的な利得係数は、Cバンドにおいて達成される係数よりかなり小さい。この比較的小さな利得は、増幅器に、より長く、より高いドープ濃度のエルビウムドープファイバを用いることによって補償することができる。
このマージンに対する要求は、チャネル間のクロストーク並びに他の非線形効果を制御する必要性によってバランスがとられなければならない。これらの影響は、信号出射パワーに伴って増大する。DWDMシステムが発展される際に、チャネル間隔は、100GHzから50GHzに、さらには25GHzに移行する傾向がある。したがって、必要最小限のパワーを使用し、しかし各増幅器段からの出力パワーが同じであることが保証されることが望ましい。したがって、増幅器は、幅広い利得範囲にわたって動作することが要求される。理論上、各増幅器の利得は、前段区分の損失に合わせられることになる。それにより、20dBにまで変化するスパン損失範囲が、単一の増幅器の利得を変化させることによって対処するには広過ぎるので、幾つかの異なるインライン増幅器を用いる既存の手法が生み出されることになる。典型的には、各々が或る一定範囲の入力パワーを取り扱う多くの異なる増幅器が定められる。適切な増幅器は、スパン損失に従って選択されるが、製造業者は、異なる増幅器の大きな在庫をもたなければならない。
レーザ放射によってファイバ中のEr3+イオンが励起され、3種類の遷移状態、すなわち、吸収、誘導放出、及び自然放出を生じる。励起レーザからの入来フォトンによって励起イオンが基底状態に戻るときに誘導放出が起こる。放出されたフォトンは、コヒーレントであり、入来信号の増幅をもたらす。有効な作動のために、これらの放出を最大にすることが望ましい。慣例的には、フォトンの制御されない放出によって励起イオンが基底状態へと緩和されるときに起こる自然放出を最小にすることが望ましい。これは、ノイズを生み出す。励起レーザの目的は、エルビウムイオンを励起させることである。供給されたエネルギーは、レーザ波長の増大に伴って減少する。したがって、980nmレーザは、1480nmレーザより多くのエネルギーを供給する。1480nmレーザは、エルビウム3+イオンを4I 13/2バンドの上部まで励起させる。それに対して、980nmレーザによる励起は、Er3+イオンを4I 15/2バンドまで励起させる。レーザ励起波長は、緩和されたときのエルビウムイオンによって放出される波長より短くなければならない。980nm励起レーザは、良好なノイズ性能を与えるが、1480nm励起レーザがより有効である(より高い出力信号パワーを与える)。
伝送ファイバ10上にPinとして示されている入力信号は、タップ40、分離器42及びWDMカプラ44を含むブロックに到達する。励起レーザ46は、WDMカプラ44への他の入力を与えて、エルビウムドープファイバ(EDF)の第1段48へと前方励起する。EDFの出力側は、分離器50によって分離され、次いで、さらに別のWDMカプラ52に送られ、該カプラ52は、さらに別の励起レーザ54からのエネルギーをファイバに結合する。EDFの第2段56に続いて、中間アクセス段(固定損失を有する)58が含められても良い。この段は、前述のような多重化信号のための分散補償ユニットを収容することができる。中間アクセスポイント段の後に、さらに別の分離器60と、さらに別のWDMカプラ62によってシステムに連結されたさらに別の励起レーザ64があり、該レーザ64は、EDFの第3区分66を励起する。最終的な増幅信号が、増幅器の最終段を形成するさらに別の分離器68を通過する。この地点における出力パワーは、伝送線上の全てのEDFAに関して同じであるべきである。
Lバンド増幅器においては、EDFの全長は100mほどもの長さである。これは、Cバンド増幅器において要求されるファイバの長さの数倍である。さらに、ファイバには、Cバンド増幅に用いられるより高濃度のエルビウムイオンがドープされる。
前述のEDFAへの入力パワーが変化するのに伴って、増幅器利得が傾斜することになる。増幅器がさらに反転されるのに伴って、該増幅器はCバンドに向けて傾斜する。これは明らかにLバンド増幅器においては望ましいことではない。それにより、従来技術において幾つかの異なるインライン増幅器が使用されることになる。これらの各々は、全てのチャネルにわたり名目上平坦な利得を与える入力パワー範囲内で動作可能である。実際には、約1dBの平坦度が許容可能である。利得を変化させるために、ファイバ中により多くのエルビウムを使用しなければならない。これは、例えば、可変レーザ励起パワーを有する長さ可変の第2増幅器段を設けることによって達成可能である。しかしながら、前述の分散補償ファイバにおける高いパワー密度によってもたらされる制約により問題が生じる。
図4においては、第1EDF段48の出力は、分離器50を通過する。EDFの第2の励起されない区分72は、線74によって示されるドロップイン区分として挿入される。ファイバのドロップイン区分の端部は、コネクタ78、80により増幅器の残りの部分に連結される。各コネクタ対の半分は、ドロップインモジュール上に与えられ、もう半分は増幅器上に与えられる。
増幅器の第3段は、図3と同様のものであり、励起レーザは、EDFの第3段を励起する。この段は、良好なパワー変換効率を有するので好ましい従来の1480nmレーザであってもよい。
したがって、図4の増幅器は、2つの固定段と可変利得第2段とを有し、第2段は、第1段によって生成されたASEパワーによって励起される長さ可変のEDFである。ASEパワーは、第2及び第3段の出力より短い波長におけるものである。したがって、例えば、第1段レーザは、LバンドASEを生じるように選択することができ、それは次いで、第2段を励起してXLバンドの平坦利得を生じさせるのに使用可能である。
第3増幅器段からの出力曲線の形状は、プロット85と同様である。しかしながら、パワーは、波長範囲にわたって大きくなる。
本発明の実施形態は、長さ可変プラグインのインストールが簡単であり、インストールにかかる時間と、要するスキルを減少させるという更なる利点を有する。これらのファクタの両方ともコストを低減させる。
前述の実施形態への種々の修正が可能であり、当業者には想起されるであろう。例えば、本発明は、Lバンドの増幅器に限定されるものではなく、理論的には、ASEノイズが目標波長より短い波長において生じるような、どんな増幅にも適用可能である。本発明は、前述のような3段増幅器に限定されるものではない。3段増幅器が現在好ましいが、或る状況において説明される他の構成も可能である。利得段においてより短波長のASEノイズを生成し、そのノイズを用いて次の段を励起して、より長波長の出力を生成する必要がある。
Claims (11)
- 第1(48)及び第2(74)増幅器段を有し、前記第1増幅器段が、第1波長帯域における増幅自然放出(ASE)を生じさせるためのハイパワー励起レーザ(70)とエルビウムドープファイバ(48)を含み、前記第2増幅器段(74)が、前記第1増幅器段(48)から前記ASEによって励起されて、前記第1波長帯域より長い波長帯域の信号チャネルに利得を生じるように配置された、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)であって、前記第2増幅器段(74)が、所与の入力パワーに対して要求される出力パワーを生じるように選択できる取り外し可能な長さのエルビウムドープファイバを含み、かつ前記増幅器に接続するために前記ファイバ(72)の端部にコネクタ(78、80)を有する取り外し可能なプラグインユニット(74)として配置されることを特徴とするEDFA。
- 励起レーザ及びエルビウムドープファイバを含み、前記第2増幅器段からの出力を増幅するための第3増幅器段を備えることを特徴とする請求項1に記載のEDFA。
- 前記第2増幅器段と前記第3増幅器段との間に配置される中間損失段を備えることを特徴とする請求項2に記載のEDFA。
- 前記中間段損失が、前記プラグインユニットとして配置されることを特徴とする請求項3に記載のEDFA。
- 前記第1増幅器段によって生じるASEが、Cバンドにおけるものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のEDFA。
- 前記第2増幅器段によって生じる利得が、Lバンドにおけるものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のEDFA。
- 前記第1増幅器段の前記ハイパワー励起レーザが980nmレーザであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のEDFA。
- 前記第1増幅器段の前記ハイパワー励起レーザが、前記第1増幅器段の前記エルビウムドープファイバ中のほぼ全てのエルビウムイオンを反転させるのに十分なパワーのものであることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載のEDFA。
- 前記第1増幅器段の前記ハイパワーレーザが、300mwのパワーを有することを特徴とする請求項8に記載のEDFA。
- 前記第3増幅器段励起レーザが、1480nmレーザであることを特徴とする請求項2に記載のEDFA。
- 第1、第2及び第3増幅器段を有するエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)であって、前記第1及び第3段は、励起レーザと或る長さのエルビウムドープファイバを有する固定利得段からなり、前記第1段の前記励起レーザは、EDFAによって増幅される信号の波長帯域より短い波長帯域の増幅自然放出(ASE)ノイズを生じさせるためのハイパワー励起レーザであり、前記第2増幅器段は、各々が使用の際に前記第1増幅器段によって生じるASEノイズによって励起される異なる長さのエルビウムドープファイバを含む複数のプラグイン段の1つからなり、前記プラグイン段は、前記第1増幅器段の所与の信号入力パワーに対する前記第3増幅器段の所定の出力信号パワーを生じるように選択されることを特徴とするエルビウムドープファイバ増幅器。
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