JP2010524245A - 光信号増幅器、光増幅の方法、および光ネットワーク - Google Patents

Abstract

リング構成（１００）で動作する光ネットワークに用いられる光信号増幅器（１１０）であって、第１のレーザ（２０４）で励起された第１の添加物入光ファイバループ（２０２）と第２のレーザ（２１２）で励起された第２の光ファイバループ（２１０）を備えることを特徴とする光信号増幅器（１１０）。

Description

本発明は、一般的には光伝送ネットワークに関係し、具体的には、「増幅された自然放出光」（ＡＳＥ）の再循環を行う光通信ネットワークにおいて用いられる光増幅器と該光増幅器を動作させる方法に関する。

光ネットワーク産業における現在の課題は、単一ファイバのデータ伝送容量を最大にすることである。波長分割多重（ＤＷＤＭ）システムによって多重化されたチャネルを導入することは、単一チャネルのデータビット速度を着実に改善したように、この容量を大幅に改善した。その結果、今日では総合的なデータ伝送を増大させるためにとるべき３つの取りうる道が存在する。それはすなわち、単一チャネルのビット速度を増大させること、チャネル間隔を短縮すること、あるいは光帯域幅を拡大させることである。

ループ構成の光ネットワークでは、光信号は、ネットワークノードで付加されたり（アド）、ドロップされたりして、ドロップされた信号は、ネットワークの異なる部分、例えば加入者の方へ、さらに伝送される。付加された信号の方は、光ネットワークのループ構成の部分にある信号と合波される。アド／ドロップ合波器やネットワークの他の受動部品で受ける減衰に加えて、ネットワークのノード間の距離は、光信号を減衰させるのに十分な長さである。この減衰を補償するために、光信号は増幅される。

ＷＤＭ応用で用いるために、閉じた形式で増幅機能付き光リングを設計するときに遭遇する主な問題の１つは、通常は希土類元素が添加されたファイバ型、たとえば、特には、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であるところの増幅器のそれぞれによって発生する「増幅された自然放出光」（ＡＳＥ）の再循環である。

ＷＤＭリング構造は、通常、光線路に特定のチャネルを付け加えたり、取り出したりするためのフィルタを用いる。ファイバまたはフィルタ中の損失を補償するために、多くの場合は、１つ以上の光増幅器がリングに沿って必要になる。

これらの増幅器によって発生した、チャネルに割り当てられた帯域の外にある雑音は、抑制されなければリングの中を再循環する可能性がある。ネットワークリング上の全利得が１より大きい場合、すなわち或る増幅器が先行する区間の減衰以上に増幅する際に起こるように全利得が全損失より大きい場合には、再循環のためにＡＳＥ雑音は信号のように増幅され、リング内で無差別に成長し、リングの状態の制御、およびトラフィックチャネルの存続の保証を困難にする。

この問題を解決するための既知の方法は、リング上のＡＳＥ雑音経路に沿って遮断機能を導入することを含む。波長遮断器は、残留雑音および帯域幅の外に発生した雑音を除去することを可能にする。この方式では、問題は解決するが、さらなる受動素子を導入せざるを得なくなるという欠点、および、システムの柔軟性を失うこと、またはそのいずれか一方を伴う。トラフィックの集中化が必要になるか、さもなければトラフィックの再構成はＡＳＥの遮断を実現するノードを必ず通過することを必要とする。

第２の方法では、光リング（ループ）に設置された増幅器のそれぞれは、やや高価なパワー監視装置.を必要とする。この方法は、ネットワークリングの利得をレーザ発振の閾値以下に強制的に保つようにし、リングに沿って伝搬する間にＡＳＥ再循環のパワーが増大できないようにすることに役立つ。この方法の問題点は、ＥＤＦＡまたは同様の増幅器は入力に加えられたパワーに依存する利得をもち、パワーグリッドにおいては増幅器に入力されるパワーは、今度はその時活性になっているチャネルの数に依存することになるという点である。それゆえに、チャネルおよびノードの追加または除去を含む、生じ得るすべての条件下で全利得をレーザ発振の閾値以下に保つためには、多くの監視点を持つリングの、複雑で包括的な制御アルゴリズムが必要になるか、さもなければ、増幅器の最高利得になるような条件でさえ、ネットワークにおける全利得が１未満であることを保証するように個々の増幅器の利得を低い値に保持することが必要である。しかしながら、最高利得条件からはるかに離れているときは個々の増幅器の増幅度が達成可能な値よりもはるかに低くなってしまうので、この方法は達成できる総合的な効率のかなりの低下を伴うことになる。

国際公報ＷＯ２００４／０６４２８０号に開示された他の公知の解決法では、希土類元素が添加されたファイバ光増幅器（たとえば、ＥＤＦＡ）を有するループ構成の光伝送システムにおいて、利得制御は、波長（λ_ASE）での利得ピークをリングに沿って伝送されるチャネルの帯域（λ₁‐‐‐‐λ_n）の外に置くことによって達成される。λ_ASEでのこの利得ピークはリング内の増幅器のＡＳＥ放出ピークに対応しており、この方法では、このように作られたレーザ発振のピークを利得安定化信号として用いる。ＡＳＥ雑音の再循環は（前記したように、チャネルのために確保された帯域λ₁‐‐‐‐λ_nの外側である）λ_ASEでレーザ発振をするピークを作るピーク利得効果を受ける。このピークでのレーザ発振は、他のシステムでは通常はかなり有害であるが、リングにあるすべての増幅器の利得を安定化させるための信号として用いることができ、これによって、特定の個別の増幅器内部でではなく、リングにある増幅器のすべてに共通である安定化信号を用いて抑えられた利得を持つリングを実現する。この方法では、ＡＳＥ雑音のレーザ発振ピークの増大と制御によってリングの全ての増幅器が制御され安定化される。

この技術において知られるこの解決法の欠点は、ＡＳＥピークが伝送チャネルとして利用可能なスペクトルの１部分（すなわち、１５３０ｎｍと１５６０ｎｍに亘るスペクトルの１部分）をカバーするということである。現在では、λ₁‐‐‐‐λ_nの範囲は、ＩＴＵ勧告で提供されているような１００ＧＨｚ間隔で３２チャネル未満を収容するのに十分である。

したがって、よりよい光増幅器には利点があるであろうし、それは特に、高価なパワー監視装置を用いないでより広いスペクトルでより多くの通信チャネルを伝送できるものであるであろう。

従って本発明は、好ましくは、上記した欠点をひとつずつ、あるいは組み合わせとして緩和しようとし、または軽減しようとし、または取り除こうとするものである。

本発明の第１の側面によれば、第１のレーザによって励起された第１の添加物入(doped)光ファイバループと、第１の利得平坦化フィルタと、第１の利得平坦化フィルタの後の信号を分割するための光スプリッタと、前記スプリッタの１つの出力ポートに結合した、第２のレーザによって励起された第２の光ファイバループと、第２のフィルタと、該第２のフィルタの出力と前記光スプリッタの第２の出力ポートからの信号とを結合するための光カプラを備えていることを特徴とする、リング構成で動作する光ネットワークに用いるための光信号増幅器が提供される。

本発明の第２の側面によれば、リング構成で動作する光ネットワークにおける利得制御の方法であって、第１の添加物入光ファイバループを第１のレーザによって励起して前記第１の添加物入光ファイバループの増幅された自然放出光のピークに対応する第１の波長に利得ピークをつくるステップと、第１の利得平坦化フィルタで前記第１の添加物入光ファイバループからの信号をフィルタリングするステップと、前記第１の利得平坦化フィルタを通過後の信号を分割するステップと、第２の光ファイバループを第２のレーザによって励起し、前記第２の光ファイバループの増幅された自然放出光のピークに対応する第２の波長に利得ピークをつくるステップであって、前記第２の波長は前記第１の波長に比べて短く、かつ前記第２の波長はリング構成の前記ネットワークに沿ったチャネルの帯域の外にあり、前記第２の波長のピークは利得安定化信号として用いられるところのステップと、前記第２の光ファイバループからの信号を第２のフィルタでフィルタリングするステップと、前記第２のフィルタの出力と前記光スプリッタの第２の出力ポートからの信号とを結合するステップとを有する利得制御の方法が提供される。

本発明の第３の側面によれば、第１のレーザで励起された第１の添加物入光ファイバループと、第１の利得平坦化フィルタと、前記第１の利得平坦化フィルタを通過後の信号を分割するための光スプリッタと、前記スプリッタの１つの出力ポートに接続され、第２のレーザによって励起された第２の光ファイバループと、第２のフィルタと、前記第２のフィルタの出力と前記光スプリッタの第２の出力ポートからの信号とを結合するための光カプラとを備える光信号増幅器を具備することを特徴とするリング構成で動作する光ネットワークが提供される。

本発明のさらなる特徴は、従属請求項において主張されているようなものである。

本発明の利点は、チャネルが付加されたりドロップされたりする場合に、自己安定化機能を備え、利得変動を除去する、最適化されたメトロ構成を可能にすることである。ネットワークの設計、設置、及び保守が簡単化され、ファイバが破損した場合の修理の後にリングシステムを安定化させるために手動による介入は必要としない。

本発明は、以下の図面と一緒に次の詳細な記述を読むことにより完全に理解され、認識されるであろう。

図１は、本発明の１つの実施形態における、リング構成で動作する光ネットワークを示す図面である。 図２は、本発明の１つの実施形態における光信号増幅器を示す図面である。 図３Ａは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第１のループの出力端での光信号のスペクトルである。（第１のループ：エルビウム添加光ファイバ、第２のループ：セグメント化(segmented)クラッドファイバ）。 図３Ｂは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第１の利得平坦化フィルタの出力端での光信号のスペクトルである。（第１のループ：エルビウム添加光ファイバ、第２のループ：セグメント化クラッドファイバ）。 図３Ｃは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第２のループの出力端での光信号のスペクトルである。（第１のループ：エルビウム添加光ファイバ、第２のループ：セグメント化クラッドファイバ）。 図３Ｄは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の帯域通過型フィルタの出力端での光信号のスペクトルである。（第１のループ：エルビウム添加光ファイバ、第２のループ：セグメント化クラッドファイバ）。 図３Ｅは本発明の１つの実施形態における光増幅器の光カプラの出力端での光信号のスペクトルである。（第１のループ：エルビウム添加光ファイバ、第２のループ：セグメント化クラッドファイバ）。 図４Ａは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第１のループの出力端での光信号のスペクトルである。（第１と第２のループはエルビウム添加光ファイバ）。 図４Ｂは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第１の利得平坦化フィルタの出力端での光信号のスペクトルである。（第１と第２のループはエルビウム添加光ファイバ）。 図４Ｃは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第２のループの出力端での光信号のスペクトルである。（第１と第２のループはエルビウム添加光ファイバ）。 図４Ｄは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の第２の利得平坦化フィルタの出力端での光信号のスペクトルである。（第１と第２のループはエルビウム添加光ファイバ）。 図４Ｅは、本発明の１つの実施形態における光増幅器の光カプラの出力端での光信号のスペクトルである。（第１と第２のループはエルビウム添加光ファイバ）。

記述を明瞭にするために、図面は本発明の実施形態を非常に概略的に表わしていて、本発明を理解するために本質的に重要ではない要素と線は除かれている。

図１を参照すると、リング構成で動作する光ネットワーク１００が示されている。要素１０２−１０８は、ネットワーク１００のノードとして知られている。これらのノードは、チャネルを追加（アド）およびドロップまたはそのいずれかをすることによって局所的なトラフィックを接続するために用いられる。一実施形態では、要素１１８−１２４は、アド／ドロップ合波器であるが、他のデバイスを用いることもできる。隣接するノード間の距離が数１０キロメートルにも及ぶので、光ファイバ中を循環する信号は減衰する。更には、ノード内の装置もまた信号を減衰させる。ネットワークに沿ってトラフィックを効率よく伝送するためには、光信号を増幅することが必要である。

本発明は、リング構成で動作する光ネットワーク内に用いられる光信号増幅器に対して問題解決法を提供するものであり、本発明による増幅器は、パワー監視装置を用いることなく、広いスペクトルに亘って増幅された信号を提供するものである。本発明は、リング状のネットワーク１００中のファイバに沿ったチャネルによって用いられるスペクトルの外側に形成される増幅された自然放出光に対応するピークを利得安定化信号として用いる。ＩＴＵの勧告に従ってより多くのチャネルを伝送するためには、従来技術の解決法にてＡＳＥピークによって用いられているスペクトル（または少なくともその一部分）を用いるか、または,拡張されたスペクトルを発生させる必要がある。

以下に与えられる実施形態の記述は、そうではないことを述べない限り、第１の増幅段階の第１の光ファイバループ２０２はエルビウムがドープされていて（ＥＤＦ−エルビウム添加光ファイバ）、第２の増幅段階の第２の光ファイバループ２１０はセグメント化クラッドファイバであるとしている。図３Ａから３Ｅは、この構成の特性を示す。

図２を参照すると、本発明の１つの実施形態における光信号増幅器１１０が示されている。増幅器１１０は、第１の添加物入光ファイバループ２０２を備え、これは第１のレーザ２０４によって励起されている。好適なる実施形態では、第１のレーザ２０４は、９８０ｎｍの波長で動作し、前方励起（ｃｏ−ｐｕｍｐｉｎｇ）構成で動作している。前方励起とは、第１のレーザからの光が、ファイバ内を伝搬する光と同じ方向からファイバ内に入ることを意味する。第１のレーザ２０４によって発生した励起光を導入すると、増幅器１１０の第１の段階が形成され、また図３Ａに示すように、第１の添加物入た光ファイバループ２０２の「増幅された自然放出光」のピークに対応する第１の波長λ_1,ASE≒１５３０ｎｍで利得ピークを形成することになる。

好適なる実施形態では、第１の添加物入光ファイバループは、シリカファイバベースまたはテルライトファイバベースであって、エルビウムが添加されている（ＥＤＦ−エルビウム添加光ファイバ）。

この利得ピークは伝送チャネルのために指定されたスペクトルの大部分（すなわち約１５３０ｎｍから１５６０ｎｍまで）を占めるので、増幅器の第１段階すなわち第１の添加物入光ファイバループ２０２の出力は、第１の利得平坦化フィルタ２０６に接続される。第１の利得平坦化フィルタ２０６を横断すると、１５３０ｎｍにあるピークは除かれ、その結果としてのスペクトルは、図３Ｂに示すように、ほぼ１５３０ｎｍと１５６０ｎｍの間に跨る広い平坦部によって特徴づけられる。しかしながら、これは、利得安定化信号として用いることのできるピークを欠いているので、光信号のリング増幅を再循環させるために用いることはできない。第１の利得平坦化フィルタ２０６の出力端には光スプリッタ ２０８が接続される。該光スプリッタは信号の１部をとって、それを、第１の出力ポートを経由して、第２の光ファイバループ２１０へ接続する。該第２の光ファイバループ２１０は、第２のレーザ ２１２によって励起されている。

好適なる実施形態では、第２のレーザ２１２は９８０ｎｍの波長で動作し、前方励起構成で動作する。

好適なる実施形態では、第２の光ファイバループ２１０は、セグメント化クラッドファイバである。励起の結果、この異なる材料は、図３Ｃに示すように、第２の光ファイバループ２１０の「増幅された自然放出光」のピークに対応する第２の波長λ_2,ASE≒１４９５ｎｍに利得ピークを作る。第２のループ２１０には異なる材料を用いるために、その結果として出現するＡＳＥ利得ピークはより短い波長へシフトする。

第１の波長λ_1,ASE≒１５３０ｎｍおよび第２の波長λ_2,ASE≒１４９５ｎｍと呼ぶものは、ＡＳＥピークの中心を取り囲む帯域をカバーしていることに注意すべきである。

第２の光ファイバループ２１０の出力は、帯域通過フィルタ２１４に接続される。クラッドファイバを用いた実施形態では、帯域通過フィルタ２１４の役目は、ピークの中心の周りに帯域を持つλ_2,ASE≒１４９５ｎｍにあるＡＳＥ利得ピークだけを通過させ、所定の値以上及び以下の波長をもつ信号を遮断することである。このＡＳＥピークは、利得安定化信号として用いられる。好適なる実施形態では、帯域通過フィルタ２１４は、図３Ｄに示すように、ほぼ１４７８ｎｍから１５２７ｎｍまでの波長をもつ信号を通過させる。光カプラ２１６は、帯域通過フィルタ２１４の出力に接続された第１の入力ポートと、光スプリッタ２０８の第２の出力ポートに接続された第２の入力ポートをもつ。カプラ２１６は、帯域通過フィルタ２１４からの信号出力と、光スプリッタ２０８の第２の出力ポートからの信号とを結合する。その結果出来上がるスペクトルは図３Ｅに示される。図３Ｅのスペクトルは、利得安定化信号として用いられる、ほぼ１４９５ｎｍにある明瞭なピークと、１００ＧＨｚ間隔の４０チャネルに組織化された光信号を増幅するために用いられる、１５３０ｎｍと１５６０ｎｍとの間の広い平坦部を示す。しかし、チャネルの間隔は、必要とあれば、異なる間隔を用いることもできる。

一実施形態では、光信号増幅器１１０は、第１の添加物入光ファイバループ２０２を後方励起（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ）するために（不図示の）第３のレーザを備える。後方励起とは、第３のレーザからの光が、ファイバ中を伝わる光とは反対方向にファイバへ入ることを意味する。

他の実施形態では、光信号増幅器１１０は、第２の光ファイバループ２１０を後方励起するために第４のレーザ２１８を備える。第４のレーザ２１８は、カプラ２２８を経由して第２の光ファイバループ２１０に接続される。カプラ２２８は、９８０ｎｍカプラとは異なっているように描かれている、ＴＦＦ（薄膜フィルタ）で出来た１４８０ｎｍ カプラである。

なお他の実施形態では、光信号増幅器１１０は、それぞれ第１および第２のループを後方励起するために第３のレーザと第４のレーザ２１８を備える。

１つの実施形態では、第３のレーザと第４のレーザ２１８は、波長１４８０ｎｍの光を発生する。

前方励起の構成で９８０ｎｍのレーザだけを用いると、後方励起の構成で１４８０ｎｍのレーザだけを用いる場合に比べて、雑音指数で約１ｄＢ有利であるが、１４８０ｎｍの後方励起をすると、結果として、９８０ｎｍだけの励起に比べてより高出力パワーが実現される。９８０ｎｍの前方励起（励起レーザパワーは１２０−２６０ｍＷの範囲。）と１４８０ｎｍの後方励起（励起レーザパワーは１５０−２３０ｍＷの範囲。）とをもつ構成は、低雑音指数と高出力パワーを可能にする。しかしながら、代替の実施形態では、励起レーザのパワーは別の範囲を用いることもできる。１４８０ｎｍの後方励起は、エルビウム添加光ファイバ入力にて後進するＡＳＥを増加させるが、これは以下に記述するアイソレータによって解決される。

必要とされるスペクトルの部分に利得を発生させるためには、ループは特定の長さが用いられねばならない。一実施形態では、第１のループ２０２における（エルビウム添加）ファイバの長さはほぼ１０−１５ｍであり、第２のループ２１０における（セグメント化クラッド）ファイバの長さはほぼ５−８ｍである。上に与えた長さは一実施形態の例示のためだけである。ある範囲または他の範囲にスペクトルを発生させるために必要な長さは、用いるファイバの特性に依存する。それゆえに、当業者にとっては、上記のものとは異なる長さのファイバを用いることもできることは明らかである。

一実施形態では、増幅器１１０は、光カプラ２１６の出力信号を監視する手段２３０も備える。監視する手段２３０は、第２の光スプリッタ（入出力点）を経由して光カプラ２１６の出力に接続され、監視のために少しの割合（約５％）の信号を取り出す。好適なる実施形態では、監視する手段２３０はＰＩＮダイオードである。しかしながら、他のデバイスも出力信号の監視用に用いることもできることは本発明の意図の範囲内である。増幅器１１０は、第１の添加物入り光ファイバループ２０２を励起するレーザと第２の光ファイバループ２１０を励起するレーザを（不図示の）制御する手段をさらに備える。一実施形態では、制御手段は、第２のレーザ２１２を制御することによってＡＳＥピークの高さを制御し、第１のレーザを制御することによって１５３０ｎｍと１５６０ｎｍに亘る平坦部の高さを制御する。代替の実施形態では、制御手段はまた、第３のレーザ（これは平坦部に影響を及ぼす。）と第４のレーザ（これはＡＳＥピークに影響を及ぼす。）を制御する。第２のループ２１０内のＡＳＥピークを制御することによって（これは第２のループ２１０に入る励起パワーを変えることによってなされるが）、トラフィック波長の制御と安定化が達成される。

好適なる実施形態では、増幅器１１０は、第１のループ（２０２）の入力端に第１のアイソレータ（２２０）をさらに備える。第１のアイソレータは、第１のレーザ２０４と第１のループ２０２を結合させるカプラの前に設置される。増幅器１１０はまた、第１のループ２０２の出力端に第２のアイソレータ２２２を備える。

増幅器１１０は、第２のループ２１０の入力端に（すなわち第２のレーザ２１２と第２のループ２１０を結合させるカプラの前に）第３のアイソレータ２２４を、および第２のループ２１０の出力端に第４のアイソレータ２２６を有するのもまた好適である。一実施形態では、第４のアイソレータが帯域通過フィルタ２１４の出力端に設置される。しかし、代替の実施形態では、第４のアイソレータは、第２のループの出力端の近くに（たとえば、第２のループ２１０の前方励起だけが行われる場合には第２のループの出力端に直接）設置することもできる。

アイソレータの機能は、励起されたループ２０２および２１０の内部での望ましくない発振を抑制することである。第１のアイソレータ２２０は第１のループ２０２（第１の増幅段階ともいう）を望ましくない入力成分から切り離し、増幅された信号が入力端へ逆方向伝搬するのを抑制する。第２のアイソレータ２２２の機能は、レーザ発振条件になるであろう活性な構成要素（エルビウム及び励起）によって引き起こされるキャビティ発振(cavity oscillation)を妨げることであり、また（不図示の）コネクタによって引き起こされる反射を低減することである。第３と第４のアイソレータ２２４と２２６は、それに応じて、第２のループ２１０（第２の増幅段階）において同じ機能を果たす。

この分野では１段階および２段階アイソレータが知られている。入力端と出力端に２段階アイソレータを用いると、入力端で低雑音と出力端で高出力パワーを発生することが可能である。２段階アイソレータは挿入損失が低く後方反射に対する分離が良好であるが、１段階アイソレータよりも高価である。１段階アイソレータを用いることは（純粋にコストだけを考えれば）市販品で用いることができるであろうが、第１のアイソレータ２２０および第４のアイソレータ２２６としては１段階アイソレータを用い、第２のアイソレータ２２２と第３のアイソレータ２２４としては２段階アイソレータを用いることもできる。

第１の利得平坦化フィルタ２０６は、エルビウム添加光ファイバで発生した利得―波長特性を成型するという主目的を持っている。よく用いられる技術の１つは、基板上に成膜され、同軸ファイバパッケージに搭載された多層誘電体薄膜であるところの誘電体ファイバである。代替の実施形態では、第１の利得平坦化フィルタは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて実現される。

図２において、要素２３４はタップカプラであり、要素２３２はＰＩＮダイオードである。これらの要素は増幅器の入力端でのパワーを監視するために用いられる。

以下に記述する他の好適なる実施形態では、第１の増幅段階と第２の増幅段階の第１の光ファイバループ２０２および第２の光ファイバループ２１０の両方ともエルビウムが添加されている（ＥＤＦ−エルビウム添加光ファイバ）。図４Ａから４Ｅはこの構成の特性を示している。

光信号増幅器１１０におけるこの実施形態では、第１の光ファイバループ２０２および第２の光ファイバループ２１０はエルビウムが添加されたものである。エルビウム添加光ファイバを持つ２つのループの場合は、第１のループ２０２は、図４Ａに示すように、ほぼ１５２９ｎｍからほぼ１５６０ｎｍまでのＣバンドスペクトルを発生し、一方、第２のループ２１０は、図４Ｃに示すように、ほぼ１５７０ｎｍからほぼ１６１０ｎｍまでのＬバンドスペクトルを発生する。異なるバンドスペクトルを発生するためには、ループの長さは異なる。１つの実施形態では、第１のループ２０２のファイバの長さはほぼ１０−１５ｍであり、第２のループ２１０のファイバの長さはほぼ５０−７０ｍである。エルビウム添加光ファイバの吸収ピークに依存するので、ここで与えた長さは、１つの実施形態を例示するだけのためである。ある範囲または他の範囲のスペクトルを発生させるために必要な長さは、用いるファイバの特性に依存する。それゆえに、同業者にとっては、上に与えた長さとは異なる長さのファイバも用いることができることは明らかである。

２つのエルビウム添加光ファイバのループを持つ構成では、２つの利得平坦化フィルタを用いる。この実施形態では、第２のフィルタ２１４は第２の利得平坦化フィルタである。１つの実施形態では、第１の利得平坦化フィルタ２０６は、１５３７ｎｍ公差±２ｎｍにカットオフを持つように仕立てられる必要がある。第１の利得平坦化フィルタ２０６の機能は、第１の波長λ_1,ASE≒１５３０ｎｍの利得ピークであってこのＡＳＥピークの中心を取り囲む、ほぼ１５３７ｎｍまでの帯域幅を持つ利得ピークを通過させること、および図４Ｂに示すように、１５３７ｎｍより上の特性を平坦化することである。上に与えた波長とは異なる波長のカットオフ値を用いることは本発明の意図する範囲内である。

好適なる実施形態では、増幅器１１０は、第２のループ２１０の入力端に（すなわち、第２のレーザ２１２と第２のループ２１０とを結合するカプラの前に）第３のアイソレータ２２４を有する。この第３のアイソレータの機能の１つは、以前に言及した機能に加えて、第１のループ２０２で発生したＣ−バンド内のすべての利得を取り除くことである。

第２の利得平坦化フィルタ２１４は、図４Ｄに示すように、第２のループ２１０内で発生した、ほぼ１５７０ｎｍからほぼ１６１０ｎｍに亘る全スペクトルの特性を平坦化する。第２の利得平坦化フィルタ２１４は、第１の利得平坦化フィルタ２０６と同じ技術を用いて実現できる。

光カプラ２１６は、第２の利得平坦化フィルタ２１４の出力端に接続された第１の入力ポートと，光スプリッタ２０８の第２の出力ポートに接続された第２の入力ポートとを有する。カプラ２１６は、第２の利得平坦化フィルタ２１４からの信号出力と光スプリッタ２０８の第２の出力ポートからの信号とを結合する。その結果できあがるスペクトルは図４Ｅに示される。図３Ｅのスペクトルは、利得安定化信号として用いられるほぼ１５３０ｎｍにある明瞭なピークと、および光信号を増幅するために用いられるほぼ１５３７ｎｍから１６１０ｎｍに亘る広い平坦部とを示す。１５３７ｎｍから１６１０ｎｍに亘る広い平坦部はＣバンドとＬバンドをカバーし、ＩＴＵ勧告によって必要とされる１００ＧＨｚ間隔の４０チャネルを収容するために十分である。

エルビウムが添加された第１のループとセグメント化クラッドファイバをもつ第２のループとをもつ実施形態と同様に、エルビウムが添加された２つのループをもつこの実施形態においても、増幅器１１０は、第１の添加物入光ファイバループ２０２を励起するレーザと第２の光ファイバループ２１０を励起するレーザとを制御する（不図示の）手段を備える。１つの実施形態では、制御手段は、第１のレーザ２０４を制御することによってＡＳＥピークの高さを制御し、第１の利得平坦化フィルタ２０６を制御することによってＣバンドの平坦部の平坦性を制御する。該制御手段はまた、第２のレーザ２１２を制御することによってＬバンドの平坦部を制御する。代替の実施形態では、該制御手段はまた、第３のレーザ（これはＡＳＥピークに影響を与える。）と、第４のレーザ（これはＬバンドの平坦部に影響を与える。）を制御する。第１のループ２０２におけるＡＳＥピークを制御することによって、（これは第１のループ２０２への励起パワーを変えることによって達成されるが、）、トラフィック波長の制御と安定化が達成される。

２つのエルビウムが添加されたループを持つ実施形態における増幅器１１０の残りの要素は、エルビウムが添加された第１のループとセグメント化クラッドファイバをもつ第２のループとをもつ実施形態における場合と同じように動作する。

第１のループ２０２および第２のループ２１０内のファイバの長さが異なるような本発明の別の実施形態も、レーザの異なる励起パワーの実施形態も可能である。これらの実施形態のいくつかは上に記述してきた。以下の表１は、ループ内のファイバの長さの値と、励起に用いられるレーザのパワーの値をまとめたものである。ある範囲または別の範囲のスペクトルを発生するために必要な長さおよび励起パワーは用いるファイバの特性に依存するので、以前に記述したように，ここに表わした値は例示だけのためである。

リング構成で動作する、図１の１つの実施形態で示した光ネットワーク１００は、上に記述した光増幅器１１０−１１６を備える。

本発明の１つの実施形態では、リング構成で動作する光ネットワーク１００における利得制御の方法は、以下のステップを備える。
−第１の波長λ_1,ASEに利得ピークを形成するために、第１のレーザ２０４が第１の添加物入光ファイバループ２０２を励起する。この第１の波長は、第１の添加物入光ファイバループ２０２の「増幅された自然放出光」のピークに対応する。
−第１の利得平坦化フィルタ２０６を用いて、第１の添加物入光ファイバループ２０２からの信号をフィルタリングする。光増幅器の実施形態において上記したように、これはエルビウムが添加された第１のループ２０２とセグメント化クラッドファイバを持つ第２のループ２１０とをもつ第１の実施形態に対する全範囲のスペクトルを平坦化する利得平坦化フィルタであってもよい。第２の実施形態に対しては、第１の利得平坦化フィルタ２０６は、１５３７ｎｍ公差±２ｎｍの波長にカットオフを持つ。第１の利得平坦化フィルタ２０６の機能は、第１の波長λ_1,ASE≒１５３０ｎｍでの利得ピークであって、このＡＳＥピークの中心を囲むほぼ１５３７ｎｍまでの帯域幅を持つ利得ピークを通過させることと、図４Ｂに示すように１５３７ｎｍ以上の特性を平坦化することである。
―第１の利得平坦化フィルタ２０６から受けた信号を分割するステップ。
―第２の波長λ_2,ASEに利得ピークを形成するために、第２のレーザ２１２は、第２の光ファイバループ２１０を励起する。この利得ピークは、第２の光ファイバループ２１０の増幅された自然放出光のピークに対応し、該第２の波長λ_2,ASEは、該第１の波長λ_1,ASEに比べて短く、かつ第２の波長λ_2,ASEはリング構成のネットワーク１００に沿ったチャネルの帯域の外にあることを特徴とする。第２の波長λ_2,ASEのピークは利得安定化信号として働く。
―第２の光ファイバループ２１０からの信号を第２のフィルタ２１４を用いてフィルタリングする。
―最後のステップでは、第２のフィルタ２１４の出力と光スプリッタ２０８の第２の出力ポートからの信号とがカプラ２１６で結合される。

記述した方法の好適なる実施形態および代替の実施形態は、当業者にとっては、上記した光増幅器の記述内容から明らかである。

Claims (37)

1. リング構成（１００）で動作する光ネットワークに用いられる光信号増幅器（１１０）であって、
   第１のレーザ（２０４）で励起された第１の添加物入光ファイバループ（２０２）と、
   第１の利得平坦化フィルタ（２０６）と、
   前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）の後で信号を分割するための光スプリッタ（２０８）と、
   前記スプリッタ（２０８）の１つの出力ポートに接続された、第２のレーザによって励起された第２の光ファイバループ（２１０）と、
   第２のフィルタ（２１４）と、
   前記第２のフィルタ（２１４）の出力と前記光スプリッタ（２０８）の第２の出力ポートからの信号とを結合するための光カプラ（２１６）と
   を備えることを特徴とする光信号増幅器（１１０）。
2. 前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を後方励起するための第３のレーザをさらに備え、
   前記第１のレーザ（２０４）は前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を前方励起することを特徴とする請求項１に記載の光信号増幅器（１１０）。
3. 前記第２の光ファイバループ（２１０）を後方励起するための第４のレーザ（２１８）をさらに備え、
   前記第２のレーザが、前記第２の光ファイバループを前方励起することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光信号増幅器（１１０）。
4. 前記第１のレーザ（２０４）及び前記第２のレーザ（２１２）は、９８０ｎｍの波長の光を発生することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
5. 前記第３のレーザ及び前記第４のレーザ（２１８）は、１４８０ｎｍの波長の光を発することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
6. 前記第１の光ファイバループ（２０２）はエルビウムが添加されており、
   前記第２の光ファイバループ（２１０）はセグメント化クラッドファイバであり、
   前記第２のフィルタ（２１４）は帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
7. 前記第１の光ファイバループ（２０２）及び前記第２の光ファイバループ（２１０）はエルビウムが添加されており、
   前記第２のフィルタ（２１４）は第２の利得平坦化フィルタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
8. 前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）は、通過範囲内の部分のみの信号の特性を平坦化することを特徴とする請求項１乃至５または７のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
9. 前記第１のループ（２０２）の入力端に第１のアイソレータ（２２０）を、前記第１のループ（２０２）の出力端に第２のアイソレータ（２２２）をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
10. 前記第２のループ（２１０）の入力端に第３のアイソレータ（２２４）を、前記第２のループ（２１０）の出力端に第４のアイソレータ（２２６）をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
11. 前記光カプラ（２１６）の出力信号を監視する手段（２３０）と、
    前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を励起するレーザと前記第２の光ファイバループ（２１０）を励起するレーザとを制御する手段と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光信号増幅器（１１０）。
12. 前記第２の光ファイバループ（２１０）への励起パワーを制御することによって前記第２の光ファイバループ（２１０）の増幅された自然放出光のピークを制御することを特徴とする請求項６に記載の光信号増幅器（１１０）。
13. 前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）への励起パワーを制御することによって前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）の増幅された自然放出光のピークを制御することを特徴とする請求項７に記載の光信号増幅器（１１０）。
14. リング構成で動作する光ネットワーク（１００）における利得制御の方法であって、
    第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を第１のレーザ（２０４）によって励起して前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）の増幅された自然放出光のピークに対応する第１の波長（λ_1,ASE）に利得ピークをつくるステップと、
    第１の利得平坦化フィルタ（２０６）で前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）からの信号をフィルタリングするステップと、
    前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）からの受信した信号を分割するステップと、
    第２の光ファイバループ（２１０）を第２のレーザ（２１２）によって励起して前記第２の光ファイバループ（２１０）の増幅された自然放出光のピークに対応する第２の波長（λ_2,ASE）に利得ピークをつくるステップであって、前記第２の波長（λ_2,ASE）は前記第１の波長（λ_1,ASE）に比べて短く、かつ前記第２の波長（λ_2,ASE）はリング構成の前記ネットワーク（１００）に沿ったチャネルの帯域の外にあり、前記第２の波長（λ_2,ASE）のピークは利得安定化信号として用いられるところのステップと、
    前記第２の光ファイバループ（２１０）からの信号を第２のフィルタ（２１４）でフィルタリングするステップと、
    前記第２のフィルタ（２１４）の出力と前記光スプリッタ（２０８）の第２の出力ポートからの信号とを結合するステップと
    を有することを特徴とする方法。
15. 前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を第３のレーザによって後方励起するステップをさらに備え、
    前記第１のレーザ（２０４）が前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を前方励起することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 第２の光ファイバループ（２１０）を第４のレーザ（２１８）によって後方励起するステップをさらに備え、
    前記第２のレーザ（２１２）が前記第２の光ファイバループ（２１０）を前方励起することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の方法。
17. 第１のレーザ（２０４）と第２のレーザ（２１２）とは、９８０ｎｍの波長の光を発生することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記第３のレーザと第４のレーザ（２１８）とは１４８０ｎｍの波長の光を発生することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記第１の光ファイバループ（２０２）はエルビウムが添加されており、
    前記第２の光ファイバループ（２１０）はセグメント化クラッドファイバであり、
    前記第２のフィルタ（２１４）は帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記第１の光ファイバループ（２０２）と前記第２の光ファイバループ（２１０）とはエルビウムが添加されたものであり、前記第２のフィルタ（２１４）は第２の利得平坦化フィルタであることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）は、通過範囲内の部分のみの信号の特性を平坦化することを特徴とする請求項１４乃至１８または２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記光カプラ（２１６）の出力信号を監視（２３０）するステップと、
    前記監視するステップの結果に応答して、前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を励起するレーザと前記第２の光ファイバループ（２１０）を励起するレーザとを制御するステップと
    をさらに有することを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記第２の光ファイバループ（２１０）への励起パワーを制御することにより、前記第２の光ファイバループ（２１０）の増幅された自然放出光のピークを制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. 前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）への励起パワーを制御することによって前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）の増幅された自然放出光のピークを制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
25. リング構成で動作する光ネットワーク（１００）であって、
    第１のレーザ（２０４）によって励起された第１の添加物入光ファイバループ（２０２）と、
    第１の利得平坦化フィルタ（２０６）と、
    前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）から受信した信号を分割するための光スプリッタ（２０８）と、
    前記スプリッタ（２０８）の出力ポートの１つに接続された、前記第２のレーザ（２１２）で励起される第２の光ファイバループ（２１０）と、
    第２のフィルタ（２１４）と、
    前記第２のフィルタ（２１４）の出力と前記光スプリッタ（２０８）の第２の出力ポートからの信号とを結合するための光カプラ（２１６）と
    を備える光信号増幅器（１１０）を具備することを特徴とする光ネットワーク（１００）。
26. 前記光信号増幅器（１１０）は、前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を後方励起するための第３のレーザをさらに備え、前記第１のレーザ（２０２）は前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を前方励起することを特徴とする請求項２５に記載のネットワーク（１００）。
27. 前記光信号増幅器（１１０）は、前記第２の光ファイバループ（２１０）を後方励起するための第４のレーザ（２１８）をさらに備え、前記第２のレーザ（２１２）は前記第２の光ファイバループ（２１０）を前方励起することを特徴とする請求項２５または請求項２６に記載のネットワーク（１００）。
28. 前記光信号増幅器（１１０）では、前記第１のレーザ（２０４）と前記第２のレーザ（２１２）とは９８０ｎｍの波長の光を発することを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
29. 前記光信号増幅器（１１０）では、前記第３のレーザと前記第４のレーザ（２１８）とは１４８０ｎｍの波長の光を発生することを特徴とする請求項２６乃至２８のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
30. 前記光増幅器（１１０）では、前記第１の光ファイバループ（２０２）はエルビウムが添加されており、前記第２の光ファイバループ（２１０）はセグメント化クラッドファイバであり、前記第２のフィルタ（２１４）は帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
31. 前記光信号増幅器（１１０）では、前記第１の光ファイバループ（２０２）と前記第２の光ファイバループ（２１０）とはエルビウムが添加されており、第２のフィルタ（２１４）は第２の利得平坦化フィルタであることを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
32. 前記第１の利得平坦化フィルタ（２０６）は通過範囲内の部分のみの信号の特性を平坦化することを特徴とする請求項２５乃至２９または３１のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
33. 前記光信号増幅器（１１０）は、前記第１のループ（２０２）の入力端に第１のアイソレータ（２２０）を、前記第１のループ（２０２）の出力端に第２のアイソレータ（２２２）をさらに備えることを特徴とする請求項２５乃至３２のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
34. 前記光信号増幅器（１１０）は、前記第２のループ（２１０）の入力端に第３のアイソレータ（２２４）を、前記第２のループ（２１０）の出力端に第４のアイソレータ（２２６）をさらに備えることを特徴とする請求項２５乃至３３のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
35. 前記光信号増幅器は、前記光カプラ（２１６）の出力信号を監視する手段（２３０）と、
    前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）を励起するレーザと前記第２の光ファイバループ（２１０）を励起するレーザとを制御する手段と
    をさらに備えることを特徴とする請求項２５乃至３４のいずれか一項に記載のネットワーク（１００）。
36. 前記光信号増幅器は、前記第２の光ファイバループ（２１０）への励起パワーを制御することによって、前記第２の光ファイバループ（２１０）の増幅された自然放出光のピークを制御することを特徴とする請求項３０に記載のネットワーク（１００）。
37. 前記光信号増幅器は、前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）への励起パワーを制御することによって、前記第１の添加物入光ファイバループ（２０２）の増幅された自然放出光のピークを制御することを特徴とする請求項３１に記載のネットワーク（１００）。

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