JP2015128157A

JP2015128157A - 利得切替可能な光増幅器

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Publication number: JP2015128157A
Application number: JP2014257210A
Authority: JP
Inventors: チアチ・ワン; Wang Chiachi; リフ・ゴン; Gong Lifu; リジエ・チャオ; Qiao Lijie; ウェイファ・ガン; Weihua Guan
Original assignee: OPLINK COMM Inc; OPLINK COMMUNICATIONS Inc
Current assignee: OPLINK COMM Inc; OPLINK COMMUNICATIONS Inc
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2015-07-09
Also published as: US9680283B2; JP2017059857A; US20150180196A1; EP2887567A1; US10666011B2; EP2887567B1; CN104966985A; US20170279243A1; CN104966985B

Abstract

【課題】光通信のための、コンピュータ記憶媒体に符号化されたコンピュータプログラムを含む、方法、システム、および装置を提供すること。【解決手段】1つの光増幅器は、入力ポートと、入力ポートに光学的に結合されたバークロススイッチと、バークロススイッチの第1のポートと出力ポートとの間に光学的に結合された第1の利得段と、バークロススイッチの第2のポートと第3のポートとの間に光学的に結合された二次利得段とを含み、バークロススイッチのバー状態では、二次利得段がバイパスされ、クロス状態では、二次利得段および第1の利得段が入力光ビームに適用される。【選択図】図1

Description

本明細書は、光通信に関する。

従来の光通信システムは、典型的には、ファイバリンクに沿って十分な光パワーを提供するために、光増幅器を含む。典型的には、光増幅器は、入力と出力との間の信号対雑音比の変化を測定する雑音指数(NF:noise figure)値によって表され得る増幅自然放出(ASE:amplified spontaneous emission)雑音を示す。受信端で十分に高い光信号対雑音比(OSNR:optical signal-to-noise ratio)を維持するために、高利得および低雑音指数が望まれる。

一般的に、本明細書で説明される主題の1つの革新的な態様は、入力ポートと、入力ポートに光学的に結合されたバークロス(bar-cross)スイッチと、バークロススイッチの第1のポートと出力ポートとの間に光学的に結合された第1の利得段と、バークロススイッチの第2のポートと第3のポートとの間に光学的に結合された二次利得段とを含む光増幅器で具体化され得、バークロススイッチのバー状態では、二次利得段がバイパスされ、クロス状態では、二次利得段および第1の利得段が入力光ビームに適用される。

上記および他の実施形態は、それぞれ、1つまたは複数の以下の特徴を、単独または組み合わせて任意に含むことができる。二次利得段は、利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを含む。第1の利得段は、利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを含む。光増幅器は、さらにコントローラを含み、コントローラは、バークロススイッチの状態を制御する。二次利得段は、各々が個別の利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを備える複数のカスケード接続利得段を含む。カスケード接続利得段の各々は、ポンプ源を含む。カスケード接続利得段の1つまたは複数は、前の段からの残余ポンプ光を使用する。バークロススイッチは、後続の利得段の希土類ドープファイバをポンプするために残余ポンプ光が使用され得るように、ポンプ光と光信号の両方を通過させるように構成される。増幅器は、Sバンド、Cバンド、およびLバンドの光信号に適用され得る。

第1の利得段および二次利得段は、大きい利得範囲にわたって平坦な利得を提供するように構成される。二次利得段は、さらに、アイソレータと、ポンプ波長WDMと、バイパス挿入損失点とを含むポンプバイパス構造を備える。光増幅器は、さらに、バークロススイッチの第1のポートと第1の利得段との間に直列に結合された1つまたは複数の追加のバークロススイッチを含み、1つまたは複数の追加のバークロススイッチの各々は、対応する二次利得段に結合される。光増幅器は、さらに、入力信号パワーを検出するための入力フォトダイオードと、出力信号パワーを検出するための出力フォトダイオードと、入力フォトダイオードおよび出力フォトダイオードの測定値をコントローラに提供するための電気通信ラインとを含む。

一般的に、本明細書で説明される主題の1つの革新的な態様は、入力ポートと、ポンプ源およびバークロススイッチに結合された波長分割多重ファイバと、バークロススイッチの第1のポートと出力ポートとの間に光学的に結合され、第1の利得平坦化フィルタを含む第1の利得段と、バークロススイッチの第2のポートと第3のポートとの間に光学的に結合され、二次利得平坦化フィルタを含む二次利得段とを含む光増幅器で具体化され得、バークロススイッチのバー状態では、二次利得段がバイパスされ、クロス状態では、二次利得段および第1の利得段が入力光ビームに適用される。

本明細書で説明される主題の特定の実施形態は、以下の利点の1つまたは複数を実現するために実施され得る。大きい利得範囲にわたって低雑音指数を維持する利得切替可能な増幅器が提供される。1×NまたはN×1スイッチの対を使用する従来のシステムとは対照的に、切替可能な利得を達成するために、単一の2×2バークロススイッチが使用される。同様に、単一の2×2バークロススイッチの使用は、切替可能なフィルタが利得スイッチ機能を提供する必要性を回避する。

本明細書の主題の1つまたは複数の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

例示的な光増幅器の図である。 2×2バークロススイッチのスイッチ状態の図である。 2×2バークロススイッチのスイッチ状態の図である。直列バークロススイッチを有する例示的な光増幅器の図である。ポンプバイパス構造を含む例示的な光増幅器の図である。

様々な図面中の同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。

光通信ネットワークでは、波長ルーティングおよびトポロジ変更が、しばしば必要である。これらのシナリオでは、光増幅器のための大きい利得範囲が必要とされる。利得範囲の全体にわたって低雑音指数を維持するために、利得切替可能な増幅器構成が、本明細書で説明される。利得切替可能な増幅器は、光ネットワーク環境での増幅用途のための2×2バークロススイッチを使用する。

図1は、例示的な光増幅器100の図である。光増幅器は、入力タップカプラ104に至る入力光ファイバ102を含む。1つまたは複数の信号波長を有する入力光ビームは、入力光ファイバ102を介して入力され得る。入力タップカプラ104は、例えば、1%と5%との間の入力光ビームの小さい部分を分離し、タップされた光ビームを入力フォトダイオード106に配向するように構成される。入力フォトダイオード106は、光ビームの入力パワーを測定し、それを入力としてコントローラ108に提供する。

光ビームの大部分は、第1のタップカプラ104を出て、ポンプ波長分割マルチプレクサファイバ110に光学的に結合される。ポンプ波長分割マルチプレクサ110は、光ビームを、ポンプ源112から入射するポンプ光と結合する。ポンプ源112は、コントローラ108によって制御される。いくつかの実施態様では、ポンプ源112は、980nmの波長を有する光ビームを放射する。いくつかの他の実施態様では、ポンプ源112は、1480nmの波長を有する光ビームを放射する。

いくつかの実施態様では、入力光信号およびポンプ光は、コンバイナ構成要素で多重化される。多重化された光ビームは、第1の希土類ドープファイバ114、例えば、エルビウムドープファイバを通過する。第1の希土類ドープファイバ114は、誘導放出を介して光増幅を提供するために、ポンプ光を吸収し、入力光ビームに利得をもたらす。

第1の希土類ドープファイバ114は、バークロススイッチ116に光学的に結合される。バークロススイッチ116は、4つのポートA、B、C、およびDを含む。ポートAは、第1の希土類ドープファイバ114に光学的に結合される。ポートBは、第1の利得平坦化フィルタ(GFF:gain flattening filter)118に光学的に結合される。ファイバ増幅器によって提供される利得は、いくつかの波長が他の波長よりも増幅されるように、波長依存性の程度を有することができる。利得平坦化フィルタは、光ビームの信号波長間の利得等化を提供する。利得平坦化フィルタは、例えば、ファイバブラッグ格子を使用することができる。

ポートCは、ポートDおよび二次利得段101に光学的に結合される。具体的には、二次利得段101は、ポートCとポートDとの間のファイバ経路に沿って位置する第2のGFF120と第2の希土類ドープファイバ122とを含む。バークロススイッチ116の状態は、コントローラ108によって制御され、これは、図2Aおよび図2Bに関してより詳細に説明される。

第1のGFF118は、バークロススイッチ116と第3の希土類ドープファイバ124との間に光学的に結合される。第3の希土類ドープファイバ124は、第2のタップカプラ126に光学的に結合される。第2のタップカプラ126は、入力光ビームの一部、例えば、1%〜5%を分離し、タップされた光ビームを出力フォトダイオード128に配向するように構成される。出力フォトダイオード128は、光ビームの出力パワーを測定し、それを入力としてコントローラ108に提供する。コントローラ108は、例えば、1つまたは複数のポンプ源、ならびにバークロススイッチ116のスイッチ状態を制御するために、入力光ビームパワーおよび出力光ビームパワーの測定値を使用することができる。

光ビームの大部分は、第2のタップカプラ126を出て、出力光ファイバ130に光学的に結合される。したがって、増幅された出力光ビームは、光ファイバ130を介して光増幅器100を出る。しかしながら、入力光ビームと比較した出力光ビームの利得の量は、以下に説明するように可変であり得る。

図2Aおよび図2Bは、2×2バークロススイッチ200のスイッチ状態の図である。具体的には、図2Aは、バー状態202にあるバークロススイッチ200を示す。バー状態202では、ポートAでの光学光入力は、ポートAからポートBに直接伝送される。加えて、ポートCは、ポートDに光学的に結合される。しかしながら、信号光は、ポートCとポートDとの間を通過しない。

図2Bは、クロス状態204にあるバークロススイッチ200を示す。クロス状態204では、ポートAでの光学光入力は、ポートAからポートDに伝送される。加えて、ポートCでの光学光入力は、ポートBに伝送される。バー状態202からクロス状態204への変化は、マイクロコントローラ、例えば、図1のコントローラ108から受信された電気信号によって制御される。

図1の光増幅器100に戻ると、バークロススイッチ116がバー状態にあるとき、ポートCおよびDに光学的に結合された二次利得段は、バイパスされる。第1のGFF118は、二次利得段がバイパスされている間、成形された、典型的には平坦化された利得スペクトルを提供する。第1の希土類ドープファイバ114および第3の希土類ドープファイバ124によって、より小さい程度の増幅が入力光ビームに適用される。

バークロススイッチ116がクロス状態にあるとき、二次利得段は、追加の光利得を提供するために、光経路に含まれる。上述のように、二次利得段は、第2のGFF120と、第2の希土類ドープファイバ122とを含む。第2のGFF120は、二次利得段のための、成形された、典型的には平坦化された利得スペクトルを提供する。

結果的に、第1のGFF118および第2のGFF120の使用は、大きい利得範囲にわたる平坦な利得スペクトルを可能にする。バー状態では、光増幅器100が比較的小さい利得を提供する状況で平坦な出力を提供するために、第1のGFF118のみが使用される。クロス状態では、比較的大きい全体的な利得で、成形された、典型的には平坦化された利得スペクトルを提供するために、2つのGFFが組み合わされるように、第2のGFF120を含む二次利得段が適用される。

いくつかの実施態様では、光増幅器100は、ポンプパワーを第1の希土類ドープファイバ114と第2の希土類ドープファイバ122の両方に提供するために、同じポンプ源112を使用することができる。具体的には、バークロススイッチ116は、ポンプ波長と信号波長の両方で作動することができるので、バー状態またはクロス状態を通じて信号およびポンプ光の共伝播を可能にする。したがって、バークロススイッチ116がクロス状態にあるとき、第1の希土類ドープファイバ114からの残余ポンプ光は、追加のポンプ源なしに追加の利得を提供するために、第2の希土類ドープファイバ122への二次利得段に導かれる。同様に、バークロススイッチ116がバー状態にあるとき、第1の希土類ドープファイバ114からの残余ポンプ光は、第3の希土類ドープファイバ124に導かれる。バークロススイッチ116に関する挿入損失は、ポンプ光と信号光ビームの両方に関して最適化され得る。代替的には、いくつかの実施態様では、各それぞれの希土類ドープファイバにポンプ光を提供するために、個別のポンプ源が使用され得る。

いくつかの実施態様では、二次利得段は、複数の直列利得段を含むことができる。これらの利得段の各々は、それぞれのGFFと希土類ドープファイバとを含むことができる。いくつかの場合では、各利得段は個別のポンプ源を含む。いくつかの他の場合では、利得段は、前段の残余ポンプ光を使用する。第1の利得段は、上記で説明したように、ポンプ源を含むことができ、または、ポンプ源112の残余ポンプ光を使用することができる。

さらに、いくつかの実施態様では、直列二次利得段が含まれ得る。各二次利得段は、各二次利得段のためのそれぞれのバークロススイッチによって直列にリンクされ得る。したがって、図1に示す例に基づくと、バークロススイッチ116は、第2のバークロススイッチに直列に結合され、対応する二次利得段を有する。この第2のバークロススイッチは、第3のバークロススイッチおよび二次利得段に直列に結合され得る、などである。これは、入力光信号に適用される利得範囲のより高い柔軟性および制御を可能にする。

図3は、直列バークロススイッチを有する例示的な光増幅器300の図である。光増幅器300は、図1の光増幅器100と同様である。しかしながら、この例ではバークロススイッチ116のポートBは、第2のバークロススイッチ302のポートAにおける入力に結合される。バークロススイッチ302は、バークロススイッチ116と同様に、第2の二次利得段に結合される。第2の二次利得段は、第4の希土類ドープファイバ304と、第4のGFF306とを含む。第2のバークロススイッチ302の出力ポートBは、第1のGFF118に光学的に結合される。第2のバークロススイッチのみが示されているが、任意の適切な数の同様のスイッチおよび二次利得段が、第1のバークロススイッチ116と第1のGFF118との間に直列にカスケード接続されてよい。いくつかの実施態様では、希土類ドープファイバは、各バークロススイッチの間に結合される。

図4は、ポンプバイパス構造を含む例示的な光増幅器400の図である。光増幅器400は、図1の光増幅器100と同様である。しかしながら、光増幅器400の二次利得段は、変更されている。具体的には、二次利得段401は、ポートDと、第2のGFF120と、第2の希土類ドープファイバ122とに結合されたアイソレータ402を含む。具体的には、光増幅器400では、第2のGFF120は、アイソレータ402と第2の希土類ドープファイバ122との間に光学的に結合される。二次利得段401は、また、ポンプ波長WDM404および408と、バイパス挿入損失点406とを含む。ポンプバイパス構造のための、アイソレータ402、ポンプ波長WDM404および408、ならびにバイパス挿入損失点406。ポンプバイパス構造は、自然放出雑音(ASE)を抑制するのを助ける。

光増幅器100は、様々な増幅用途に使用され得る。加えて、光増幅器100は、Cバンド、Sバンド、およびLバンドの信号を含む様々な信号波長のための増幅を提供するために使用され得る。

本明細書は、多くの特定の実施態様の詳細を含むが、これらは、任意の発明の、または、特許請求され得るものの範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、特定の発明の特定の実施形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書で別々の実施形態の文脈で説明される特定の特徴は、単一の実施形態で組み合わせて実施されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施形態で別々に、または、任意の適切な部分的組合せで実施されてもよい。さらに、特徴は、特定の組合せで作用するように上記で説明されている場合があり、そのようなものとして当初に特許請求されている場合さえあるが、特許請求された組合せからの1つまたは複数の特徴は、いくつかの場合では、組合せから削除されてよく、特許請求された組合せは、部分的組合せ、または部分的組合せの変形形態を対象とすることができる。

同様に、動作は、特定の順序で図面に示されているが、これは、所望の結果を達成するために、そのような動作が図示された特定の順序で、もしくはシーケンシャルな順序で実行されること、または、すべての図示された動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスクおよび並列処理が有利であり得る。さらに、上記で説明した実施形態における様々なシステムモジュールおよび構成要素の分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明されるプログラム構成要素およびシステムは、一般的に、単一のソフトウェア製品に一緒に統合されてよく、または、複数のソフトウェア製品にパッケージ化されてよいことを理解すべきである。

主題の特定の実施形態を説明してきた。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。例えば、特許請求の範囲に記載のアクションは、異なる順序で実行されてよく、依然として所望の結果を達成することができる。一例として、添付図面に示されたプロセスは、所望の結果を達成するために、示された特定の順序、またはシーケンシャルな順序を必ずしも必要としない。いくつかの実施態様では、マルチタスクおよび並列処理が有利であり得る。

100 光増幅器
101 二次利得段
102 入力光ファイバ
104 入力タップカプラ
106 入力フォトダイオード
108 コントローラ
110 ポンプ波長分割マルチプレクサファイバ
112 ポンプ源
114 第1の希土類ドープファイバ
116 バークロススイッチ
118 第1の利得平坦化フィルタ
120 第2のGFF
122 第2の希土類ドープファイバ
124 第3の希土類ドープファイバ
126 第2のタップカプラ
128 出力フォトダイオード
130 出力光ファイバ
200 2×2バークロススイッチ
202 バー状態
204 クロス状態
300 光増幅器
302 第2のバークロススイッチ
304 第4の希土類ドープファイバ
306 第4のGFF
400 光増幅器
401 二次利得段
402 アイソレータ
404 ポンプ波長WDM
406 バイパス挿入損失点
408 ポンプ波長WDM

Claims

入力ポートと、
前記入力ポートに光学的に結合されたバークロススイッチと、
前記バークロススイッチの第1のポートと出力ポートとの間に光学的に結合された第1の利得段と、
前記バークロススイッチの第2のポートと第3のポートとの間に光学的に結合された二次利得段と
を備える光増幅器であって、前記バークロススイッチのバー状態では、前記二次利得段がバイパスされ、クロス状態では、前記二次利得段および前記第1の利得段が入力光ビームに適用される、光増幅器。
前記二次利得段が、利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを備える、請求項1に記載の光増幅器。
前記第1の利得段が、利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを備える、請求項1に記載の光増幅器。
さらにコントローラを備え、前記コントローラが、前記バークロススイッチの状態を制御する、請求項1に記載の光増幅器。
前記二次利得段が、各々が個別の利得平坦化フィルタと、希土類ドープファイバとを備える複数のカスケード接続利得段を備える、請求項1に記載の光増幅器。
前記カスケード接続利得段の各々が、ポンプ源を含む、請求項5に記載の光増幅器。
前記カスケード接続利得段の1つまたは複数が、前の段からの残余ポンプ光を使用する、請求項5に記載の光増幅器。
前記バークロススイッチが、後続の利得段の希土類ドープファイバをポンプするために残余ポンプ光が使用され得るように、ポンプ光と光信号の両方を通過させるように構成された、請求項1に記載の光増幅器。
前記増幅器が、Sバンド、Cバンド、およびLバンドの光信号に適用され得る、請求項1に記載の光増幅器。
前記第1の利得段および前記二次利得段が、大きい利得範囲にわたって平坦な利得を提供するように構成された、請求項1に記載の光増幅器。
前記二次利得段が、さらに、アイソレータと、ポンプ波長WDMと、バイパス挿入損失点とを含むポンプバイパス構造を備える、請求項1に記載の光増幅器。
前記バークロススイッチの第1のポートと前記第1の利得段との間に直列に結合された1つまたは複数の追加のバークロススイッチをさらに備え、前記1つまたは複数の追加のバークロススイッチの各々が、対応する二次利得段に結合された、請求項1に記載の光増幅器。
入力信号パワーを検出するための入力フォトダイオードと、
出力信号パワーを検出するための出力フォトダイオードと、
前記入力フォトダイオードおよび前記出力フォトダイオードの測定値をコントローラに提供するための電気通信ラインと
をさらに備える、請求項1に記載の光増幅器。
入力ポートと、
ポンプ源およびバークロススイッチに結合された波長分割多重ファイバと、
前記バークロススイッチの第1のポートと出力ポートとの間に光学的に結合され、第1の利得平坦化フィルタを含む第1の利得段と、
前記バークロススイッチの第2のポートと第3のポートとの間に光学的に結合され、二次利得平坦化フィルタを含む二次利得段と
を備える光増幅器であって、
前記バークロススイッチのバー状態では、前記二次利得段がバイパスされ、クロス状態では、前記二次利得段および前記第1の利得段が入力光ビームに適用される、光増幅器。