JP2015226057A - 光増幅器及び関連する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＤＭ信号が多くのＷＤＭチャンネルを備える場合に起こる、一つ以上の欠点を克服するのに適した光増幅器を提供する。【解決手段】光増幅器１及び関連する光増幅方法であって、入力端３と出力端４とを有する光路２と、光路に沿って配置された第一エルビウム添加光ファイバ５と、光路に沿って第一エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第一利得平坦化フィルタ６と、光路に沿って第一利得平坦化フィルタの下流に配置される第二エルビウム添加光ファイバ７と、光路に沿って第二エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第二利得平坦化フィルタ８と、光路に沿って第二利得平坦化フィルタの下流に配置される第三エルビウム添加光ファイバ９と、少なくとも第一及び第三エルビウム添加光ファイバを光学的に励起するよう光路に光学的に結合された光ポンプ１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光遠隔通信の分野に関し、特に広帯域幅、即ち４０ｎｍを超える帯域幅を有する光増幅器及び関連する光増幅方法に関する。

エルビウム添加光ファイバー（ＥＤＦ）に基づく光増幅器（ＯＡ）が知られており、約３５ｎｍ（一般には約１５３０ｎｍから約１５６５ｎｍ）の帯域幅を有するいわゆるクラシック増幅帯（Ｃバンド）上で波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）の光信号を光増幅することが可能である。

Ｃバンドの少なくとも一部に加えて、いわゆるロング帯（Ｌバンド）（一般には約１５７０ｎｍから約１６０５ｎｍ）の少なくとも一部上で総増幅帯域が４０ｎｍを超えてＷＤＭ光信号を光増幅可能な、広帯域光増幅器が知られている。

（一般にＣバンド内の一サブバンドとＬバンド内の一サブバンドである、二つ以上のサブバンドにおいて連続的または個々の帯域であり得る）、結果的な総増幅帯により、ＯＡを組み込んだ光通信システムが非常に高い送信能力を備えることが可能となり、例えば、チャンネル間隔が５０ＧＨｚの、１６０チャンネルからなるＷＤＭ信号であって、各ＷＤＭチャンネルが例えば１００Ｇｂ／ｓ以上のビットレートを有する。

並列方式に基づく広帯域光増幅器が知られており、二つのＥＤＦ光路が二つの広帯域カプラ間に並列に配置され、一方のＥＤＦ光路がＣバンド用に最適化され、もう一方がＬバンド用に最適化されて、互いに独立している。

本出願人によれば、（複光路方式（double-pass）ＯＡ等の変種を含む）並列方式に基づくこのようなＯＡは、光学部品の数の点で複雑であり、より広い総波長帯域占有を有し（一般に少なくとも約１５６５ｎｍと１５７０ｎｍとの間の帯域はＷＤＭチャンネルには使えない）、バンド間干渉を受け、より多くのモニタリングチャンネル（monitoring channel）が必要となることがわかっている。

単一のＥＤＦ光路を有する直列方式に基づく広帯域光増幅器も知られている。

例えば、Ｖ．Ｓｉｎｉｖａｓａｇａｍ、Ｋ．Ｄｉｍｙａｔｉ、Ｒ．Ｄ．Ｓｉｎｇｈ、Ａ．Ｍｕｓｔａｆａによる論文「７０ｎｍ以上の動作範囲を備えたＣ＋ＬバンドＥＤＦＡ」（“C+L band EDFA with over 70 nm operating range”、ＴＥＮＣＯＮ ２００４、７８〜８１頁）には、Ｃバンド及びＬバンド領域の両方で動作する、広域シリカ系ＥＤＦＡ設計が開示されている。この増幅器の設計は、二段階からなり、９８０ｎｍで前方励起（ｃｏ−ｐｕｍｐ）される。

本出願人によれば、従来技術の広帯域光増幅器には幾つかの欠点があることがわかっている。例えば、本出願人によれば、これらの増幅器において、特にＷＤＭ信号が多くのＷＤＭチャンネル（即ち、約３０チャンネル以上）を備える場合に起こる、飽和入力パワー動作に関して、パワー変換効率及び／又はスペクトル（即ち、総増幅帯域）利得平坦度及び／又はスペクトル雑音指数及び／又は入力パワーの変動に対するスペクトル利得形状のロバスト性の点で性能に制限が見られる。

「飽和動作」という表現は、光増幅器の入力端に入力する（ＷＤＭ）光信号が、飽和入力パワーより大きい総光パワーを有するＯＡ動作のことを指し、ここで飽和入力パワーは、増幅器の総利得が小信号利得より３ｄＢ低いような入力パワーとして定義される。一般に飽和動作において、光増幅器の入力端に入力する（ＷＤＭ）光信号は、−１０ｄＢｍより大きい総光パワーを有する。

パワー変換効率は、飽和動作での総ＯＡ出力パワーと総励起パワーとの比と定義される。

スペクトル利得平坦度は、総増幅帯域でのスペクトル利得の最大変動と定義される。

雑音指数は、各波長での入力信号対雑音比と出力信号対雑音比との間の比（デシベルで表される）と定義される。

入力パワーの変動に対するスペクトル利得形状のロバスト性は、スペクトル利得傾斜（ｄＢ／ｄＢ単位）とも称するが、（スペクトル利得が平坦である）最適な入力信号パワーに対して、総入力信号パワーの変動のｄＢ毎の、総増幅帯域の対向する端におけるｄＢでのスペクトル利得の絶対差と定義される。

本発明の目的は、従来技術の広帯域ＯＡの欠点のうち、一つ以上の欠点を克服するのに適した光増幅器を提供することである。

本発明の一態様は、光増幅器に関し、入力端と出力端とを有し、光信号の伝播の方向が入力端から出力端へと向かうよう定義される光路と、光路に沿って配置された第一エルビウム添加光ファイバと、光路に沿って第一エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第一利得平坦化フィルタと、光路に沿って第一利得平坦化フィルタの下流に配置される第二エルビウム添加光ファイバと、光路に沿って第二エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第二利得平坦化フィルタと、光路に沿って第二利得平坦化フィルタの下流に配置される第三エルビウム添加光ファイバと、少なくとも第一及び第三エルビウム添加光ファイバを光学的に励起するよう光路に光学的に結合された光ポンプとを備える。

本出願人によれば、第一、第二及び第三ＥＤＦと第一及び第二利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）を直列接続し、少なくとも第一及び第三ＥＤＦを光励起する構成により、非常に柔軟に（具体的な特性は、実際の増幅帯域、総入力パワー及び／又は対象とする総利得に依存する）、スペクトル雑音指数及び／又はスペクトル利得平坦度及び／又はパワー変換効率及び／又は総入力信号パワーの変化に対するロバスト性の点で、良い性能が得られることがわかった。

本明細書及び請求項において、「下流」、「上流」、「入力端」、「出力端」等の表現は、上述の伝播方向を基準にして使用する。

１５５５ｎｍと１５６５ｎｍとの間を第一波長、１５３５ｎｍと１５４５ｎｍとの間を第二波長、１５７５ｎｍと１５８５ｎｍとの間を第三波長と定義する。第一波長が１５６０ｎｍに等しく、第二波長が１５４０ｎｍに等しく、第三波長が１５８０ｎｍに等しいことが好ましい。

一般に、第一及び第二利得平坦化フィルタはそれぞれ、第一波長において第一値の損失を、第二波長において第二値の損失を、第三波長において第三値の損失を有するスペクトル損失曲線を有する。

第一利得平坦化フィルタの第一損失は、好ましくは−１６ｄＢ以上であり、より好ましくは−１４ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは−８ｄＢ以下であり、より好ましく−１０ｄＢ以下である。

第一利得平坦化フィルタの第二及び／又は第三損失は、好ましくは−８ｄＢ以上であり、より好ましくは−６ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは−１ｄＢ以下である。

第一利得平坦化フィルタの第二損失と第三損失のｄＢでの差が絶対値で６ｄＢ以下であることが好ましく、４ｄＢ以下であることがより好ましい。

第一ＧＦＦ及び／又は第二ＧＦＦのスペクトル損失曲線が１５５５ｎｍと１５６５ｎｍとの間に絶対最小値を有することが好ましい。

第二利得平坦化フィルタの第一損失は、好ましくは−１０ｄＢ以上であり、より好ましくは−８ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは−３ｄＢ以下であり、より好ましくは−５ｄＢ以下である。

第二利得平坦化フィルタの第二損失及び／又は第三損失は、好ましくは−６ｄＢ以上であり、より好ましくは−４ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは−０．５ｄＢ以下である。

第二利得平坦化フィルタの第二損失と第三損失とのｄＢでの差が絶対値で４ｄＢ以下であることが好ましく、３ｄＢ以下であることがより好ましい。

本出願人によれば、スペクトル損失曲線が上述の特性を有することで、単独でも様々に組み合わされても、スペクトル雑音指数及び／又はスペクトル利得平坦度及び／又はパワー変換効率及び／又は総入力信号パワーの変化に対するロバスト性の点で動作中の優れた性能が得られる。これについて、以下により詳細に説明する。

第一エルビウム添加光ファイバでは、１５３０ｎｍでの総吸収損失（即ち、ファイバの全長を考慮した１５３０ｎｍでの累積損失、ファイバの全長に沿ったエルビウムの累積含有量と関連した総吸収損失、その結果ファイバが光励起された後は、増幅容量に関連する）が、好ましくは１００ｄＢ以上であり、より好ましくは１２０ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは１８０ｄＢ以下であり、より好ましくは１６０ｄＢ以下である。

第二エルビウム添加光ファイバでは、１５３０ｎｍでの総吸収損失が、好ましくは１０ｄＢ以上であり、より好ましくは１５ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは４０ｄＢ以下であり、より好ましくは３５ｄＢ以下である。

第三エルビウム添加光ファイバでは、１５３０ｎｍでの総吸収損失が、好ましくは２０ｄＢ以上であり、より好ましくは３０ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは７０ｄＢ以下であり、より好ましくは６０ｄＢ以下である。

第一及び／又は第二及び／又は第三エルビウム添加光ファイバは、（エルビウム添加度に関連するが）１５３０ｎｍにおいて、５ｄＢ／ｍ以上の吸収を有することが好ましい。

第一エルビウム添加光ファイバの長さは、好ましくは５ｍ以上であり、より好ましくは７ｍ以上であり、及び／又は、好ましくは３０ｍ以下であり、より好ましくは２５ｍ以下である。

第二エルビウム添加光ファイバの長さは、好ましくは１ｍ以上であり、より好ましくは２ｍ以上であり、及び／又は、好ましくは１０ｍ以下であり、より好ましく８ｍ以下である。

第三エルビウム添加光ファイバの長さは、好ましくは２ｍ以上であり、より好ましくは３ｍ以上であり、及び／又は、好ましくは１２ｍ以下の長さであり、より好ましくは１０ｍ以下である。

本出願人によれば、エルビウム添加光ファイバが上述の特性を有することで、単独でも様々に組み合わされても、動作中、特に飽和動作中に、最適スペクトル利得が得られる。エルビウム添加光ファイバの上述の特性は、単独でも様々に組み合わされても、ＧＦＦのスペクトル損失曲線についての上述の特性に最適に適合可能である。

光ポンプは、励起波長での光励起放射を放出するような光源を備えることが好ましく、励起波長が９７０ｎｍと９９０ｎｍとの間であることがより好ましい。

光ポンプは、光源を（パワー）駆動するよう構成された駆動装置を備えることが好ましい。

光源と駆動装置は、放出された光励起放射の光パワーが、好ましくは３００ｍＷ以上であるように構成され、より好ましくは４００ｍＷ以上に構成され、及び／又は、好ましくは１０００ｍＷ以下であるように構成され、より好ましく８００ｍＷ以下であるよう構成される。

光ポンプは、第一エルビウム添加光ファイバの入力端に、光励起放射を、好ましくは２００ｍＷ以上の光パワーで、より好ましくは３００ｍＷ以上で、及び／又は、好ましくは７００ｍＷ以下で、より好ましく５００ｍＷ以下で入力するよう構成される。

光ポンプは、伝播方向と共伝播（co-propagating）する第一エルビウム添加光ファイバへと、光励起放射を入力するよう構成されることが好ましい。

光ポンプは、第三エルビウム添加光ファイバの出力端に、光励起放射を、好ましくは５０ｍＷ以上の光パワーで、より好ましくは１００ｍＷ以上で、及び／又は、好ましくは４００ｍＷ以下で、より好ましくは３００ｍＷ以下で入力するよう構成される。

光ポンプは、第二エルビウム添加光ファイバの出力端に、光励起放射を、好ましくは１５０ｍＷ以下の光パワーで、より好ましくは１００ｍＷ以下で入力するよう構成されることが好ましい。

光ポンプは、伝播方向に対して反伝播（counter-propagating）する第三及び／又は第二エルビウム添加光ファイバに光励起放射を入力するよう構成されることが好ましい。

光ポンプは、光路に沿って第一エルビウム添加光ファイバの上流に配置され、光励起放射が伝播方向に対して共伝播するよう光源を光路に結合させるよう構成された第一光カプラを備えることが好ましい。

光ポンプは、光路に沿って第三エルビウム添加光ファイバの下流に配置され、光励起放射が伝播方向に対して反伝播するよう光源を光路に結合させるよう構成された第二光カプラを備えることが好ましい。

光ポンプは、光源と光学的に接続された入力ポートと、第一及び第二光カプラにそれぞれ光学的に接続された第一及び第二出力ポートとを有し、第一及び第二光カプラの両方に光源を光学的に接続する、光スプリッタを備えることが好ましい。

光源は、並列構造の二つのレーザポンプを備えることが好ましく、より好ましくは、これらのレーザポンプは共に光スプリッタの入力ポートに接続される。

光スプリッタは、励起波長において、入力ポートに入力される光パワーに対して第一出力ポートから出力される光パワーのパーセンテージが、好ましくは５０％以上であるように、より好ましくは６０％以上であるように、及び／又は、好ましくは９０％以下であるように、より好ましくは８０％以下であるように、構成されることが好ましい。

本出願人によれば、（より好ましくはＥＤＦ及び／又はＧＦＦの上述の特徴と組み合わせて）光ポンプが上述の特性を有することにより、ＥＤＦ内での最適なスペクトル利得及びＮＦが得られる。

光アイソレータが、光路に沿って、第一エルビウム添加光ファイバの下流であって第三エルビウム添加光ファイバの上流に配置されるのが好ましい。

光増幅器は、動作中に光路内のＷＤＭ信号の光パワーの１％から１０％であるＷＤＭ信号の光パワーの一部を光路から取るために、光路に沿って第三光ファイバの下流に配置されるタップカプラと、このような光パワーの一部を受けるよう構成されたレシーバであって、制御ユニットに接続され、光パワーの一部を表す制御信号を制御ユニットに送るレシーバとを備えることが好ましい。

制御ユニットは、このような制御信号に応じて光源を駆動するよう構成されることが好ましい。

第一、第二、第三利得を、それぞれ、光増幅の稼働中における、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの入力端での光信号パワーに対する、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの出力端での光信号パワーの比と定義する。第一、第二、第三利得はそれぞれ、波長の関数である。

基準ＷＤＭ光信号は、４０ｎｍから７０ｎｍの帯域幅で１５４０ｎｍから１５８０ｎｍの（例えば１５３３ｎｍから始まる）波長の連続したＷＤＭ帯域内にて等間隔（例えば５０ＧＨｚ毎）の８０から２００のチャンネル（例えば１６０チャンネル）を含む多くのチャンネルを有し、全てのチャンネルがほぼ同一の光パワーを有すると定義する。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に（すなわち、光増幅器の飽和動作中に）、第一波長での第一利得が、好ましくは１６ｄＢ以上であるように、より好ましくは１８ｄＢ以上であるように、及び／又は、好ましくは３０ｄＢより小さくなるように、より好ましくは２６ｄＢ以下であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成される。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第二波長及び／又は第三波長での第一利得が、好ましくは６ｄＢ以上であるように、より好ましくは８ｄＢ以上であるように、及び／又は、好ましくは１８ｄＢより小さくなるように、より好ましくは１６ｄＢ以下であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましく、

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第二及び第三波長での第一利得のｄＢでの差が絶対値で、好ましくは６ｄＢ以下であるように、より好ましくは４ｄＢ以下であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成される。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第一波長での第一利得と第二波長及び／又は第三波長での第一利得とのｄＢでの差が、好ましくは５ｄＢ以上であるように、より好ましく７ｄＢ以上であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成される。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第二波長での第二利得が０ｄＢより小さくなり、第一及び第三波長での第二利得が０ｄＢより大きくなるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましい。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第一、第二、第三波長での第二利得が、絶対値で、好ましくは４ｄＢより小さくなるように、より好ましくは３ｄＢ以下となるように、更により好ましくは２ｄＢ以下となるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましい。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第一及び第二波長での第三利得が、好ましくは４ｄＢ以上であるように、より好ましくは５ｄＢ以上であるように、及び／又は、好ましくは１４ｄＢ以下であるように、より好ましくは１２ｄＢ以下であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましい。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第三波長での第三利得が、好ましくは０ｄＢ以上であるように、より好ましくは１ｄＢ以上であるように、及び／又は、好ましくは９ｄＢ以下であるように、より好ましくは７ｄＢ以下であるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましい。

総入力パワー５ｄＢｍで光増幅器の入力端に基準ＷＤＭ信号を入力した際に、第一及び第二波長での第三利得のｄＢでの差が、絶対値で、好ましくは３ｄＢより小さくなるように、より好ましくは２ｄＢ以下となるように、第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び光ポンプが構成されることが好ましい。

更なる態様において、本発明は、ＷＤＭ光通信システムに関し、光ファイバ通信リンクを備え、光ファイバ通信リンクに沿って、少なくとも一つの（一般には複数の）上述の光増幅器と、光ファイバ通信リンク内にＷＤＭ光信号を上述の伝播方向で発生及び進行させるよう構成されたＷＤＭ送信機と、光ファイバ通信リンクからのＷＤＭ光信号を受信及び処理するよう構成されたＷＤＭ受信機と、を備える。

ＷＤＭ光通信システムは、海底光通信システムであることが好ましい。

更なる態様において、本発明は、ＷＤＭ光信号を光増幅する方法に関し、記載された実施形態のいずれかに係る光増幅器の入力端にＷＤＭ光信号を入力する工程と、少なくとも第一及び第三エルビウム添加光ファイバを光励起してＷＤＭ光信号をそこで増幅するよう、光ポンプにより光路内に光励起放射を送る工程と、光増幅器の出力端から増幅されたＷＤＭ光信号を出力する工程と、を備える。

ＷＤＭ光信号は、間隔を空けた波長を有する複数の光信号チャンネルを備えることが好ましく、より好ましくはＷＤＭ間隔によって等間隔であり、ＷＤＭ光信号の最大及び最小波長のｎｍでの差は、好ましくは４０ｎｍより大きく、より好ましくは５０ｎｍ以上である。

ＷＤＭ光信号の最大及び最小波長は、１５６５ｎｍの波長の両側にあることが好ましい。

最小波長は、好ましくは１５００ｎｍ以上であり、より好ましくは１５１０ｎｍ以上であり、更により好ましく１５２０ｎｍ以上であり、及び／又は、好ましくは１５５０ｎｍ以下であり、より好ましく１５４０以下である。

最大波長は、好ましくは１５８０以上であり、より好ましくは１５９０ｎｍ以上であり、及び／又は、好ましくは１６２０ｎｍ以下であり、より好ましくは１６１０ｎｍ以下である。

ＷＤＭ間隔は、好ましくは２００ＧＨｚ以下であり、より好ましくは１５０ＧＨｚ以下であり、例えば、１００ＧＨｚ又は５０ＧＨｚである。ＷＤＭ光信号は、少なくとも３０チャンネルを有することが好ましく、少なくとも４０チャンネルを有することがより好ましい。各チャンネルのビットレートは少なくとも２．５Ｇｂ／ｓであることが好ましく、少なくとも１０Ｇｂ／ｓであることがより好ましい。

光源が放出する光励起放射は、好ましくは３００ｍＷ以上の、より好ましくは４００ｍＷ以上の、及び／又は、好ましくは１０００ｍＷ以下の、より好ましくは８００ｍＷ以下の、光パワーを有する。

光励起放射は、第一エルビウム添加光ファイバ（の少なくとも一点、より好ましくは入力端）において、好ましくは２００ｍＷ以上の、より好ましくは３００ｍＷ以上の、及び／又は、好ましくは７００ｍＷ以下の、より好ましくは５００ｍＷ以下の、光パワーを有する。

光励起放射は、第一エルビウム添加光ファイバ内の伝播方向に応じて、ＷＤＭ光信号に対して共伝播することが好ましい。

光励起放射は、第三エルビウム添加光ファイバ（の少なくとも一点、より好ましくは出力端）において、好ましくは５０ｍＷ以上の、より好ましくは１００ｍＷ以上の、及び／又は、好ましくは４００ｍＷ以下の、より好ましくは３００ｍＷ以下の光パワーを有する。

光励起放射は、第二エルビウム添加光ファイバ（の少なくとも一点、より好ましくは出力端）において、好ましくは１５０ｍＷ以下の、より好ましくは１００ｍＷ以下の光パワーを有することが好ましい。

光励起放射は、第三及び／又は第二エルビウム添加光ファイバ内で、ＷＤＭ光信号に対して反伝播することが好ましい。

光増幅器の入力端でのＷＤＭ光信号の総光パワーは、好ましくは０ｄＢｍ以上であり、より好ましくは２ｄＢｍ以上であり、及び／又は、好ましくは１０ｄＢｍ以下であり、より好ましくは８ｄＢｍ以下である。

光増幅器の出力端でのＷＤＭ光信号の総光パワーは、好ましくは１４ｄＢｍ以上であり、より好ましくは１６ｄＢｍ以上であり、及び／又は、好ましくは２６ｄＢｍ以下であり、より好ましくは２２ｄＢｍ以下である。

第一波長での第一利得は、好ましくは１６ｄＢ以上であり、より好ましくは１８ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは３０ｄＢより小さく、より好ましくは２６ｄＢ以下である。

第二波長及び／又は第三波長での第一利得は、好ましくは６ｄＢ以上であり、より好ましくは８ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは１８ｄＢより小さく、より好ましくは１６ｄＢ以下である。

第二及び第三波長での第一利得のｄＢでの差が、絶対値で、好ましくは６ｄＢ以下であり、より好ましくは４ｄＢ以下である。

第一波長での第一利得と第二波長及び／又は第三波長での第一利得とのｄＢでの差が、好ましくは５ｄＢ以上であり、より好ましくは７ｄＢ以上である。

第二波長での第二利得が０ｄＢより小さく、第一及び第三波長での第二利得が０ｄＢより大きいことが好ましい。

第一、第二、第三波長での第二利得が、絶対値で、好ましくは４ｄＢより小さく、より好ましくは３ｄＢ以下であり、更により好ましくは２ｄＢ以下である。

第一及び第二波長での第三利得は、好ましくは４ｄＢ以上であり、より好ましくは５ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは１４ｄＢ以下であり、より好ましくは１２ｄＢ以下である。

第三波長での第三利得は、好ましくは０ｄＢ以上であり、より好ましくは１ｄＢ以上であり、及び／又は、好ましくは９ｄＢ以下であり、より好ましく７ｄＢ以下である。

第一及び第二波長での第三利得のｄＢでの差が絶対値で３ｄＢより小さいことが好ましく、２ｄＢ以下であることがより好ましい。

本発明の更なる態様は、添付の請求項に記載されている。

更なる特性や利点については、本発明に係る光増幅器及び関連する方法の幾つかの、但し排他的ではない実施形態例の詳細な説明により明らかとなるであろう。

以下、添付の図面を参照しながら、説明を開示するが、以下の記載は例示に過ぎず、本発明をこれに限定する意図はない。
本発明に係る、光増幅器の一実施形態の概略図を論理ブロックにより示す図である。 比較光増幅器の概略図を論理ブロックにより示す図である。 図１および２の光増幅器における利得平坦化フィルタのスペクトル損失曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器におけるエルビウム添加光ファイバの利得曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器におけるエルビウム添加光ファイバの雑音指数曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器における総利得曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器における総雑音指数曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器の更なる実施形態における利得平坦化フィルタのスペクトル損失曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器の更なる実施形態における総利得曲線の例を示す図である。 図１および２の光増幅器の更なる実施形態における総雑音指数曲線の例を示す図である。

図１を参照すると、本発明にかかる光増幅器は一般に参照符号１で示される。

光増幅器１は、入力端３と出力端４とを有する光路２であって、光信号の伝播（図１において黒塗りの矢印で表す）の方向が、入力端から出力端へと向かうよう定義される光路と、光路に沿って配置された第一エルビウム添加光ファイバ５と、光路に沿って第一エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第一利得平坦化フィルタ６と、光路に沿って第一利得平坦化フィルタ６の下流に配置される第二エルビウム添加光ファイバ７と、光路に沿って第二エルビウム添加光ファイバ７の下流に配置される第二利得平坦化フィルタ８と、光路に沿って第二利得平坦化フィルタ８の下流に配置される第三エルビウム添加光ファイバ９と、少なくとも第一及び第三エルビウム添加光ファイバを光学的に励起するよう光路に光学的に結合された光ポンプ１０とを備える。

例えば、第一、第二及び第三ＥＤＦ５、７、９は、１５３０ｎｍ付近に８．３５２ｄＢ／ｍの吸収ピークを有する市販のＣｏｒｎｉｎｇ ＥＲ１５５０Ｃ３ファイバである。

例えば、第一、第二及び第三ＥＤＦはそれぞれ、１７ｍ、３ｍ、５ｍの長さを有する。

尚、本発明の利点は、異なる種類のＥＤＦ、例えば長さが異なる及び／又は（例えば、１５３０ｎｍでの吸収損失により表される）エルビウムドーピングのレベルが異なるようなＥＤＦにより達成可能であることを本出願人は確認している。一般に当業者であれば、例えば１５３０ｎｍでの総吸収損失を上述の範囲に一致させる等によって、本発明の一つ以上の利点を得るべく、エルビウム（及び／又はそのほかの希土類）のドーピングレベルとファイバ長との適切な組み合わせを選択可能であろう。

例えば、第一、第二、第三ＥＤＦ５、７、９の１５３０ｎｍでの総（即ち、ファイバの全長を考慮した累積損失）吸収損失はそれぞれ、１４２ｄＢ、２５ｄＢ、４２ｄＢに等しい。

光アイソレータ１１を、光路に沿って、第一エルビウム添加光ファイバの下流であって第三エルビウム添加光ファイバの上流、一般には第一ＧＦＦ６の下流で第二ＥＤＦ７の上流に配置するのが好ましい。光アイソレータによると、上記伝播の方向にのみ光信号が伝播するようになる。

光ポンプ１０は、励起波長、例えば約９８０ｎｍでの光励起放射を放出するような光源１２を備えることが好ましい。

光ポンプ１０は、光源に電気的に接続され、光源をパワー駆動するよう構成された駆動装置１３を備えることが好ましい。図において、電力線を点線で示す。

光ポンプ１０は、光路２に沿って第一ＥＤＦ５の上流に配置され、光励起放射が第一ＥＤＦの伝播方向に対して共伝播（co-propagating）するよう光源１２を光路に結合させるよう構成された第一光カプラ１４を備えることが好ましい。

光ポンプ１０は、光路２に沿って第三ＥＤＦの下流に配置され、光励起放射が第三ＥＤＦ９の伝播方向に対して反伝播（counter-propagating）するよう光源を光路に結合させるよう構成された第二光カプラ１５を備えることが好ましい。

光ポンプ１０は、光学スプリッタ１６を備え、この光学スプリッタは、光源１２と光学的に接続された入力ポート１７と、第一１４および第二光カプラ１５とにそれぞれ光学的に接続された第一及び第二出力ポート１８、１９とを有し、第一及び第二光カプラの両方に光源１２を光学的に接続することが好ましい。

光源１２は、並列構造の二つのレーザポンプ２０を備えることが好ましく、これらのレーザポンプは共に、更なる光カプラ２１を介して、光学スプリッタ１６の入力ポート１７に接続されることがより好ましい。

例えば、光学スプリッタ１６は、励起波長において、入力ポート１７への光パワー入力に対する第一出力ポート１８からの光パワー出力のパーセンテージが約７０％であるよう構成される。

光増幅器１は、動作中に光路内のＷＤＭ信号の光パワーの例えば５％に相当するＷＤＭ信号の光パワーの一部を光路２から利用するために、光路に沿って第三ＥＤＦ９の下流に配置されるタップカプラ２２と、このような光パワーの一部を受けるレシーバ２３であって、（例えば、図に点線で示した電力線を通じて）制御ユニット２４に接続され、光パワーの一部を表す制御信号を制御ユニットに送るレシーバとを備えることが好ましい。例えば、駆動装置１３と制御ユニット２４とは、図示するように、同じ処理装置内に一体化することが好ましい。

制御ユニット２４は、このような制御信号に応じて光源を駆動するよう構成されることが好ましい。

光カプラは、（図１及び２に模式的に示すような）双方向の光カプラであって、それぞれが狭い間隔で設けられた一対の光ファイバ部によって形成されることが好ましい。

増幅器は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）又は他の希土類添加ファイバにより実施可能であり、ラマン増幅及び／又は半導体光増幅器の組み合わせであってもよい。

本明細書で用いる、「光学的に接続された」という表現は、あるシステム要素による光放射が、「接続された」要素又は複数の要素に与えられる、任意の接続、結合、リンク等を指す。特に明記しない限り、このように「接続された」装置は、互いに直接に接続されている必要はなく、信号を操作又は変更可能な中間要素又は装置によって分断されていてもよい。

動作中、ＷＤＭ光信号は、光増幅器１の入力端３に入力され、上述のように定義した伝播方向で光路２に沿って伝播する。

一方、光源１２が放出する（例えば約９８０ｎｍの波長の）光励起放射は、光路２に入力され、ＥＤＦ５及び９内で及び好ましくはＥＤＦ７内ではより少ない程度にエルビウムを励起する。この光励起放射は、第一ＥＤＦ５内の伝播方向に応じて、ＷＤＭ光信号に対して共伝播し、第三及び場合によっては第二ＥＤＦ内では反伝播することが好ましい。

このようにＷＤＭ光信号は、第一、第二、第三ＥＤＦ５、７、９内でそれぞれのスペクトル利得で光増幅され、第一及び第二ＧＦＦ６、８内でスペクトルパワーの整形が行われる。

増幅されたＷＤＭ光信号は、光増幅器１の出力端４から最終的に出力される。

図２は、比較光増幅器１００を模式的に示す図である。図１を参照して説明した構成要素と同じ又は同様の構成要素については、同じ参照符号を付与する。

この比較光増幅器１００は、光路２に沿って配置された第一ＥＤＦ１０５と、光路に沿って第一ＥＤＦ１０５の下流に配置された利得平坦化フィルタ１０６と、光路２に沿ってＧＦＦ１０６の下流に配置された第二ＥＤＦ１０７とを備える。

光増幅器１に対して、比較光増幅器１００は、更なるＥＤＦ及び／又は更なるＧＦＦを備えない。

例えば、第一、第二ＥＤＦ１０５、１０７は、１５３０ｎｍ付近に８．３５２ｄＢ／ｍの吸収ピークを有する市販のＣｏｒｎｉｎｇ ＥＲ１５５０Ｃ３ファイバである。

例えば、第一及び第二ＥＤＦ１０５、１０７はそれぞれ、１７ｍ、８ｍの長さを有する。

例えば、第一ＥＤＦ１０５及び第二ＥＤＦ１０７の１５３０ｎｍでの総吸収損失はそれぞれ、１４２ｄＢ、６７ｄＢに等しい。

比較のために、光ポンプ１０は、図１の光増幅器１のものと同一とする。動作中、二つのＥＤＦ段階１０５及び１０７はそれぞれ、７０／３０光スプリッタ１６を介して分割される９８０ｎｍの光源１２に対して前方及び後方励起され、二つのカプラ１４、１５に供給され、９８０ｎｍの光励起放射とＷＤＭ光信号とを組み合わせる。

図３には、光増幅器１００の第一の実施形態のＧＦＦ１０６のスペクトル損失曲線の例が示されている（曲線３０１）。

図３には更に、光増幅器１の第一の実施形態の第一ＧＦＦ６のスペクトル損失曲線の例（曲線３０２）と第二ＧＦＦ８のスペクトル損失曲線の例（曲線３０３）が示されている。

図３から図１０のすべてに関して、横軸は、波長をｎｍで表す。図３及び図８に関して、縦軸は、ＧＦＦ損失をｄＢで表し、この損失は入力信号パワーに対する出力信号パワーの比として定義される。

尚、第一の実施形態において、基準波長を、１５６０ｎｍに等しい第一波長、１５４０ｎｍに等しい第二波長、１５８０ｎｍに等しい第三波長とすると、比較光増幅器１００のＧＦＦ１０６の第一損失は、約−１８．８ｄＢに等しく、光増幅器１の第一ＧＦＦ６の第一損失は、約−１２．３ｄＢに等しく、光増幅器１の第二ＧＦＦ８の第一損失は、約−６．２ｄＢに等しい。

例えば、第一ＧＦＦ６の第二損失及び第三損失はそれぞれ、約−４ｄＢ及び約−３ｄＢに等しく、第一のＧＦＦの第二及び第三損失（ｄＢでの）差は約−１ｄＢである。

例えば、第二ＧＦＦ８の第二損失及び第三損失は、約−２ｄＢに等しい。

例えば、比較光増幅器１００のＧＦＦ１０６の第二損失及び第三損失はそれぞれ、約−７ｄＢ及び約−５ｄＢに等しい。

本出願人は、図１から図３を参照して、本発明の光増幅器１及び上述の比較光増幅器１００の第一の実施形態それぞれについて、動作中の数値（ソフトウェア）シミュレーションを行った。

比較のために、ＷＤＭ信号、ＷＤＭ信号の総入力及び出力パワー、光ポンプ１０のパワーは、光増幅器１及び比較光増幅器１００共に実質的に同一とした。

増幅器１及び１００の双方のＥＤＦについて、上述のような１５３０ｎｍ付近に８．３５２ｄＢ／ｍの吸収ピークを有する市販のＣｏｒｎｉｎｇ ＥＲ１５５０Ｃ３ファイバの計測されたジャイルズパラメータ（Ｇｉｌｅｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）（スペクトル吸収係数、スペクトル利得係数、飽和ファイバパラメータ、励起及び信号波長における背景損失）に基づいて、数値スペクトルモデルによってシミュレータにて数値的にモデル化を行った。

二つの増幅器１及び１００のそれぞれの第一の実施形態において、各ＥＤＦは、先に例示した長さを有する。

シミュレーションした光増幅器１及び１００の双方において、入力ＷＤＭ光信号（第一基準ＷＤＭ信号と呼ぶ）は、等しい光パワーを有し、１５３３．０７ｎｍ（最小波長）から１６０２．２ｎｍ（最大波長）に跨るＷＤＭ帯域上で５３．４ＧＨｚで等間隔の１６０のチャンネルを有し、総連続帯域幅は約６９．１ｎｍである。但し、実際のＷＤＭ通信システムでは、ＷＤＭの間隔は一般に、５０ＧＨｚに概算される。このような値を選ぶと、このように、シミュレーションした基準ＷＤＭ光信号が同じ帯域に広がり、５０ＧＨｚで等間隔の１６０チャンネルを備えた実際のＷＤＭ信号と、（ＯＴＤＲモニタリングチャンネル等の）モニタリングチャンネルとによって占有される。一般に、実際には、ＷＤＭ信号の最小及び最大波長から特定の距離（例えば少なくとも２ｎｍ）のところで、ＷＤＭ信号の両側に、二つのモニタリングチャンネルを配置する。出願人の知る限りでは、総入力及び出力パワーが同じであれば、基準ＷＤＭ信号についての数値結果は、５０ＧＨｚ間隔の１６０のチャンネルと二つのモニタリングチャンネルを備える実際のＷＤＭ信号の結果とほぼ同じであると考える。

光増幅器１及び１００双方の入力端３での第一基準ＷＤＭ信号の総光パワーは、５ｄＢｍ（飽和動作）に等しいものとした。

光増幅器１及び１００の出力端４での第一基準ＷＤＭ信号の総光パワーは、それぞれ約１８．８５ｄＢｍ、１９ｄＢｍに等しくなった。

増幅器１及び１００の双方に関して、光源１２が放出する光励起放射の光パワーは、６００ｍＷに等しいものとした。第一及び第二出力ポート１８、１９でのスプリッタ１６の分割比が７０／３０であるので、光学部品の一般的な損失（例えば、アイソレータ１１の損失を０．４ｄＢ、スプリッタ１６（７０／３０）の追加損失を０．４ｄＢ、各ＷＤＭカプラ１４及び１５の損失を９８０ｎｍで０．３ｄＢ、１５５０ｎｍで０．４ｄＢ、スプリッタ２２（９５／５）の追加損失を０．４ｄＢ）とスプライス損失（各スプライス損失に関して０．１ｄＢ）とを考慮すると、第一ＥＤＦ５の入力端５’での光励起放射の光パワーは３５７ｍＷとなり、第三ＥＤＦ９の出力端９’では１５３ｍＷ、第二ＥＤＦ７の出力端７”では２１ｍＷとなる（ＧＦＦ８での励起減衰は無視できるので、第三ＥＤＦ９の入力端９’での光励起放射の光パワーと実質的に等しい）。

比較により、光増幅器１００の第一ＥＤＦ１０５の入力端１０５’での光励起放射の光パワーは、３５７ｍＷに等しく、第二ＥＤＦ１０７の出力端１０７”では１５３ｍＷに等しい。

図４から７は、光増幅器１及び１００双方の第一の実施形態について上述の条件の下でのシミュレーション結果を示す図である。尚、シミュレーションは離散した数のチャンネルで行ったが、離散値を補間することによって、連続したスペクトル利得及び雑音指数曲線を得る。このために、ＯＡの性能を評価する目的で、上述の境界内で（４０ｎｍと７０ｎｍとの間の帯域幅を有し、１５４０ｎｍ及び１５８０ｎｍの波長を含む連続した帯域内で等間隔に配置された８０及び２００のパワーを標準化されたＷＤＭチャンネル間で）基準信号を任意に設定してもよい。

図４の曲線４０１は、光増幅器１の第一ＥＤＦ５及び比較光増幅器１００の第一ＥＤＦ１０５に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル利得曲線を示し、これら二つのスペクトル利得曲線はほぼ等しい。光増幅器１の第一ＥＤＦ５に沿った利得（「第一利得」曲線と称する）は、各波長において、第一ＥＤＦ５の入力端５’での光信号パワーに対する第一ＥＤＦ５の出力端５”での光信号パワーの比として定義される。

同様に、比較光増幅器１００の第一ＥＤＦ１０５に沿った利得は、各波長において、第一ＥＤＦ１０５の入力端１０５’での光信号パワーに対する第一ＥＤＦ１０５の出力端１０５”での光信号パワーの比として定義される。双方の増幅器に関して、第一利得は、約２２．５ｄＢに等しい値で１５６０ｎｍの第一波長の周辺でピークを有し、１５４０ｎｍの第二波長及び１５８０ｎｍの第三波長の両方での第一利得は約１４ｄＢに等しく、第一波長での第一利得と第二及び第三波長での第一利得との差は約８．５ｄＢに等しくなる。第一ＧＦＦ６は、最終的なスペクトル利得を１０ｄＢ付近で維持可能としながら、第一利得（曲線４０１）を標準化するスペクトル損失（図３の曲線３０２）を有する。

図４の曲線４０２は、比較光増幅器１００の第二ＥＤＦ１０７に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル利得曲線を示し、各波長において、第二ＥＤＦ１０７の入力端１０７’での光信号パワーに対する第二ＥＤＦ１０７の出力端１０７”での光信号パワーの比として定義される。

図４の曲線４０３は、光増幅器１の第二ＥＤＦ７に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル利得曲線（「第二利得」曲線と称する）を示し、各波長において、第二ＥＤＦ７の入力端７’での光信号パワーに対する第二ＥＤＦ７の出力端７”での光信号パワーの比として定義される。尚、第二波長での第二利得は、約−１ｄＢに等しく、第一及び第三波長での第二利得は約１．５ｄＢに等しい。

この種の高域スペクトル利得は、ＣバンドがＬバンドを励起した影響と関連するかもしれず、第三ＥＤＦ９から生じる第二ＥＤＦ７内の残存励起放射は、部分的に劣化した（ｄｅｐｌｅｔｅｄ）Ｃバンドの低い領域が若干減衰するようになるものと本出願人は考える。

図４の曲線４０４は、光増幅器１の第三ＥＤＦ９に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル利得曲線（「第三利得」曲線と称する）を示し、各波長において、第三ＥＤＦ９の入力端９’での光信号パワーに対する第三ＥＤＦ９の出力端９”での光信号パワーの比として定義される。尚、第一及び第二波長での第三利得はそれぞれ、約９ｄＢ及び約７．５ｄＢに等しく、第三波長での第三利得は約４．５ｄＢに等しく、第一及び第二波長での第三利得の差は、約１．５ｄＢに等しい。尚、第二ＧＦＦ８のスペクトル損失（曲線３０３）は、第二及び第三ＥＤＦの利得を標準化する傾向にある。更に、第三のスペクトル利得は、Ｃバンドでの増幅を重視し、Ｌバンドでの寄与を減じている。

図６を参照すると、曲線６０１及び６０２はそれぞれ、光増幅器１及び比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、各波長において、光増幅器の入力端３での光信号パワーに対する出力端４での光信号パワーの比として定義され、これら二つのスペクトル利得曲線はほぼ同じである。利得の平坦性が認められる。

図５を参照すると、曲線５０１は、光増幅器１の第一ＥＤＦ５に沿って及び比較光増幅器１００の第一ＥＤＦ１０５に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル雑音指数曲線を示し、これら二つのスペクトルＮＦ曲線はほぼ等しい。光増幅器１の第一ＥＤＦ５に沿った雑音指数は、各波長において第一ＥＤＦ５の出力端５”での入力信号対雑音比に対する第一ＥＤＦ５の入力端５’での入力信号対雑音比の比（デシベルで表す）として定義される（増幅器１及び１００の各ＥＤＦに沿ったＮＦに関して同様である）。

図５の曲線５０２は、比較光増幅器１００の第二ＥＤＦ１０７に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトルＮＦ曲線を示す。

図５の曲線５０３及び５０４はそれぞれ、光増幅器１の第二ＥＤＦ７と第三ＥＤＦ９に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内でのスペクトル雑音指数曲線を示す。尚、第二ＥＤＦ７のスペクトルＮＦは、Ｃバンドについてより高いが、総ＮＦに対する寄与は、第一ＥＤＦ５の利得と第一ＧＦＦ６の損失からの等価利得により減少する。更に、第三ＥＤＦ９のスペクトルＮＦは、減少する傾斜曲線を有する第二ＥＤＦのＮＦより好ましいが、これは例えば、波長約１５６０ｎｍでのピボット値（約４．５ｄＢ）を中心とする回転による。総ＮＦへの寄与は、第一、第二ＥＤＦの利得及び第一、第二ＧＦＦの損失からの等価利得により依然として減少する。

図７を参照すると、曲線７０１（実線）と７０２（点線）はそれぞれ、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトルＮＦ曲線を示し、総ＮＦは、各波長においてそれぞれの光増幅器の出力端４での入力信号対雑音比に対する入力端３での入力信号対雑音比の比（デシベルと表す）として定義される。

ほぼ同一のパワー変換効率において、比較光増幅器１００に対して、本発明の光増幅器１は、総スペクトルＮＦが大きく（即ち、最大で１ｄＢ）減少していることがわかる。

ＷＤＭ信号の総入力光パワーの変動に対する本発明の光増幅器の性能のロバスト性を評価するべく、本出願人は、上述の条件の下で光増幅器１と比較光増幅器１００双方の第一実施形態に関する数値シミュレーションを行った。但し、上述の５ｄＢｍの最適値からＷＤＭ信号の総入力パワーを変更して行なった。

図６を参照すると、曲線６０１’と６０２’はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが４ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、曲線６０１”と６０２”はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが６ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示す。比較光増幅器１００に対して、本発明の光増幅器１において、総スペクトル利得の傾きが若干減少（即ち、約０．１ｄＢ）しているのがわかる。

図７を参照すると、曲線７０１’と７０２’はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが４ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、曲線７０１”と７０２”はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが６ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示す。本発明の光増幅器のＮＦに関して一貫した性能の向上が認められる。

本出願人は、上述と同じ部品やパラメータを選択し、但し以下を用いて、光増幅器１と比較光増幅器１００双方の第二の実施形態に関する更なる数値シミュレーションを行った。

第一、第二、及び第三ＥＤＦ５、７、９の選択に関して、１５３０ｎｍ付近に８．３５２ｄＢ／ｍの吸収ピークを有するものの、第二の実施形態では、第一、第二、及び第三ＥＤＦの長さはそれぞれ、１９ｍ、３ｍ、５．５ｍとする。

第一及び第二ＥＤＦ１０５、１０７の選択に関して、１５３０ｎｍ付近に８．３５２ｄＢ／ｍの吸収ピークを有するものの、第二の実施形態では、第一及び第二ＥＤＦの長さはそれぞれ、１９ｍ、８．５ｍとする。

図８には、光増幅器１００の第二の実施形態のＧＦＦ１０６のスペクトル損失曲線８０１が示される。図８には更に、光増幅器１の第二の実施形態の第一ＧＦＦ６のスペクトル損失曲線（曲線８０２）と第二ＧＦＦ８のスペクトル損失曲線（曲線８０３）が示される。

シミュレーションした光増幅器１及び１００の第二の実施形態の双方において、入力したＷＤＭ光信号（第二基準ＷＤＭ光信号と呼ぶ）は、等しい光パワーを有し、１５３９．３５ｎｍ（最小波長）から１６０９．１９ｎｍ（最大波長）に跨るＷＤＭ帯域上で５３．５ＧＨｚで等間隔の１６０のチャンネルを有し、総連続帯域幅は約６９．８ｎｍである。

光増幅器１及び１００双方の入力端３での第二基準ＷＤＭ信号の総光パワーは、４，５ｄＢｍ及び６ｄＢｍ（飽和動作）に等しいものとした。

総入力パワーが５ｄＢｍに等しい場合には、光増幅器１及び１００の出力端４でのＷＤＭ信号の総光パワーは、それぞれ約１８．８ｄＢｍ、１８．９ｄＢｍに等しくなった。

増幅器１及び１００の双方に関して、光源１２が放出する光励起放射の光パワーは、常に６００ｍＷに等しいものとし、スプリッタ１６の分割比は第一の実施形態と同じ７０−３０である。

図９及び１０は、光増幅器１及び１００双方の第二の実施形態について上述の条件の下でのシミュレーション結果を示す図である。

図９を参照すると、曲線９０１及び９０２はそれぞれ、光増幅器１及び比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、これら二つのスペクトル利得曲線はほぼ同じである。ここでも利得の平坦性が認められる。曲線９０１’と９０２’はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが４ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、曲線９０１”と９０２”はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが６ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示す。比較光増幅器１００に対して、本発明の光増幅器１において、総スペクトル利得の傾きが減少しているのがわかる。

図１０を参照すると、曲線１００１（実線）と１００２（点線）はそれぞれ、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトルＮＦ曲線を示し、曲線１００１’と１００２’はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが４ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示し、曲線１００１”と１００２”はそれぞれ、ＷＤＭ信号の総入力パワーが６ｄＢｍに等しい状態で、光増幅器１と比較光増幅器１００に沿って、ＷＤＭ基準信号が経たＷＤＭ帯域内での総スペクトル利得曲線を示す。本発明の光増幅器のＮＦに関して一貫した性能の向上が認められる。

数値結果により、本発明の光増幅器は、少なくとも１６１０ｎｍまでの様々な波長帯域幅においてＷＤＭ信号に関してよく機能することが示される。

本出願人は更に、パワー変換効率（ＰＣＥ）が約１３％であり、比較的高い値であることにも注目する。

Claims (16)

1. 入力端（３）と出力端（４）とを有する光路（２）であって、光信号の伝播の方向が、前記入力端から前記出力端へと向かうよう定義される光路と、前記光路に沿って配置された第一エルビウム添加光ファイバ（５）と、前記光路に沿って前記第一エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第一利得平坦化フィルタ（６）と、前記光路に沿って前記第一利得平坦化フィルタの下流に配置される第二エルビウム添加光ファイバ（７）と、前記光路に沿って前記第二エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第二利得平坦化フィルタ（８）と、前記光路に沿って前記第二利得平坦化フィルタの下流に配置される第三エルビウム添加光ファイバ（９）と、少なくとも前記第一及び前記第三エルビウム添加光ファイバを光学的に励起するよう前記光路に光学的に結合された光ポンプ（１０）とを備える光増幅器（１）であって、
   前記第一及び第二利得平坦化フィルタはそれぞれ、１５５５ｎｍと１５６５ｎｍとの間の第一波長において第一損失を有し、１５３５ｎｍと１５４５ｎｍとの間の第二波長において第二損失を有し、１５７５ｎｍと１５８５ｎｍとの間の第三波長において第三損失を有し、前記第一利得平坦化フィルタの前記第二損失が−８ｄＢ以上である、
   光増幅器。
2. 前記第一エルビウム添加光ファイバは、１５３０ｎｍでの総吸収損失が１００ｄＢ以上かつ１８０ｄＢ以下であり、前記第三エルビウム添加光ファイバは、１５３０ｎｍでの総吸収損失が２０ｄＢ以上であって７０ｄＢ以下である、
   請求項１に記載の光増幅器。
3. 前記第二エルビウム添加光ファイバは、１５３０ｎｍでの総吸収損失が１０ｄＢ以上かつ４０ｄＢ以下である、
   請求項１又は２に記載の光増幅器。
4. 前記光ポンプは、２００ｍＷ以上かつ７００ｍＷ以下の光パワーで、前記第一エルビウム添加光ファイバの入力端（５’）へと光励起放射を入力するよう構成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅器。
5. 前記光ポンプは、５０ｍＷ以上かつ４００ｍＷ以下の光パワーで、前記第三エルビウム添加光ファイバの出力端（９”）へと光励起放射を入力するよう構成される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の光増幅器。
6. 前記光ポンプは、１５０ｍＷ以下の光パワーで、前記第二エルビウム添加光ファイバの出力端（７”）へと光励起放射を入力するよう構成される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光増幅器。
7. 前記光ポンプが、前記伝播方向と共伝播する前記第一エルビウム添加光ファイバへと、及び、前記伝播方向に関して反伝播する前記第三及び第二エルビウム添加光ファイバへと、光励起放射を入力するよう構成される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の光増幅器。
8. 前記光ポンプは、励起波長での光励起放射を放出するような光源と、前記光源を駆動するよう構成された駆動装置（１３）とを備え、前記光源と前記駆動装置とは、放出される光励起放射の光パワーが３００ｍＷ以上かつ１０００ｍＷ以下であるよう構成され、前記光ポンプは、前記光路に沿って前記第一エルビウム添加光ファイバの上流に配置され、光励起放射が前記伝播方向に対して共伝播するよう前記光源を前記光路に結合させるよう構成された第一光カプラ（１４）と、前記光路に沿って前記第三エルビウム添加光ファイバの下流に配置され、光励起放射が前記伝播方向に対して反伝播するよう前記光源を前記光路に結合させるよう構成された第二光カプラ（１５）と、前記光源と光学的に接続された入力ポート（１７）と、前記第一及び前記第二光カプラにそれぞれ光学的に接続された第一（１８）及び第二出力ポート（１９）とを有し、前記第一及び第二光カプラの両方に前記光源を光学的に接続する、光スプリッタ（１６）とを備え、前記光スプリッタは、前記励起波長において、前記入力ポートに入力される光パワーに対する前記第一出力ポートから出力される光パワーのパーセンテージが５０％以上かつ９０％以下となるよう構成される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光増幅器。
9. 前記第一利得平坦化フィルタの前記第一損失が−１６ｄＢ以上及び／又は−８ｄＢ以下であって、前記第一利得平坦化フィルタの前記第三損失が−８ｄＢ以上であって、前記第一利得平坦化フィルタの前記第二損失と前記第三損失とのｄＢでの差が絶対値で６ｄＢ以下である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の光増幅器。
10. 前記第二利得平坦化フィルタの前記第一損失が−１０ｄＢ以上及び／又は−３ｄＢ以下であって、前記第二利得平坦化フィルタの前記第二損失及び／又は第三損失が−６ｄＢ以上であって、前記第二利得平坦化フィルタの前記第二損失と前記第三損失とのｄＢでの差が絶対値で４ｄＢ以下である、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の光増幅器。
11. 第一、第二、第三利得をそれぞれ、前記第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの入力端での光信号パワーに対する前記第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの出力端での光信号パワーの比と定義し、総入力パワー５ｄＢｍで前記光増幅器の入力端に、４０ｎｍから７０ｎｍの帯域幅で１５４０ｎｍから１５８０ｎｍの波長の連続したＷＤＭ帯域内にて等間隔の８０から２００のチャンネルを含む多数のチャンネルを有し、全ての前記チャンネルが実質的に同一の光パワーを有する、基準ＷＤＭ信号を入力した際に、１５５５ｎｍから１５６５ｎｍの第一波長での前記第一利得が１６ｄＢ以上及び／又は３０ｄＢより小さく、１５３５ｎｍから１５４５ｎｍの第二波長及び／又は１５７５ｎｍから１５８５ｎｍの第三波長での前記第一利得が６ｄＢ以上及び／又は１８ｄＢより小さく、前記第二及び第三波長での前記第一利得のｄＢでの差が絶対値で６ｄＢ以下であって、前記第一波長での前記第一利得と前記第二波長及び／又は前記第三波長での前記第一利得とのｄＢでの差が５ｄＢ以上であって、前記第二波長での前記第二利得が０ｄＢより小さく、前記第一及び第三波長での前記第二利得が０ｄＢより大きく、前記第一、第二、第三波長での前記第二利得が絶対値で４ｄＢより小さく、前記第一及び第二波長での前記第三利得が４ｄＢ以上であって、１４ｄＢ以下であり、前記第三波長での前記第三利得が０ｄＢ以上であって、９ｄＢ以下であり、前記第一及び第二波長での前記第三利得のｄＢでの差が絶対値で３ｄＢより小さくなるように、前記第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバ及び前記光ポンプが構成される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の光増幅器。
12. 光ファイバ通信リンクを備えるＷＤＭ光通信システムであって、
    前記光ファイバ通信リンクに沿って、少なくとも一つの請求項１から１１のいずれか１項に記載の光増幅器（１）と、
    前記光ファイバ通信リンク内にＷＤＭ光信号を前記伝播方向で発生及び進行させるよう構成されたＷＤＭ送信機と、
    前記光ファイバ通信リンクからのＷＤＭ光信号を受信及び処理するよう構成されたＷＤＭ受信機と、
    を備える、ＷＤＭ光通信システム。
13. ＷＤＭ光信号を光増幅する方法であって、
    入力端（３）と出力端（４）とを有する光路（２）であって、前記ＷＤＭ光信号が、前記入力端から前記出力端へと向かう伝播方向に沿って伝播する光路と、前記光路に沿って配置された第一エルビウム添加光ファイバ（５）と、前記光路に沿って前記第一エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第一利得平坦化フィルタ（６）と、前記光路に沿って前記第一利得平坦化フィルタの下流に配置される第二エルビウム添加光ファイバ（７）と、前記光路に沿って前記第二エルビウム添加光ファイバの下流に配置される第二利得平坦化フィルタ（８）と、前記光路に沿って前記第二利得平坦化フィルタの下流に配置される第三エルビウム添加光ファイバ（９）と、前記光路に光学的に結合された光ポンプ（１０）とを備える光増幅器（１）の前記入力端（３）に前記ＷＤＭ光信号を入力する工程と、
    少なくとも前記第一及び第三エルビウム添加光ファイバを光励起して前記ＷＤＭ光信号を増幅するよう、前記光ポンプにより前記光路内に光励起放射を送る工程と、
    前記光増幅器の前記出力端から前記増幅されたＷＤＭ光信号を出力する工程と、
    を備え、
    前記ＷＤＭ光信号は、間隔を空けた波長を有する複数の光信号チャンネルを備え、前記ＷＤＭ光信号の最大及び最小波長の差は４０ｎｍより大きく、前記ＷＤＭ光信号の最大及び最小波長は、１５６５ｎｍの波長の両側にある、
    方法。
14. 前記光励起放射は、前記第一エルビウム添加光ファイバの少なくとも一点において２００ｍＷ以上及び／又は７００ｍＷ以下の光パワーを有し、前記第三エルビウム添加光ファイバの少なくとも一点において５０ｍＷ以上及び／又は４００ｍＷ以下の光パワーを有し、前記第二エルビウム添加光ファイバの少なくとも一点において１５０ｍＷ以下の光パワーを有する、
    請求項１３に記載の方法。
15. 第一、第二、第三利得をそれぞれ、前記第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの入力端での光信号パワーに対する前記第一、第二、第三エルビウム添加光ファイバの出力端での光信号パワーの比と定義し、１５５５ｎｍから１５６５ｎｍの第一波長での前記第一利得が１６ｄＢ以上及び／又は３０ｄＢより小さく、１５３５ｎｍから１５４５ｎｍの第二波長及び／又は１５７５ｎｍから１５８５ｎｍの第三波長での前記第一利得が６ｄＢ以上及び／又は１８ｄＢより小さく、前記第二及び第三波長での前記第一利得のｄＢでの差が絶対値で６ｄＢ以下であって、前記第一波長での前記第一利得と前記第二波長及び／又は前記第三波長での前記第一利得とのｄＢでの差が５ｄＢ以上である、
    請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記第二波長での前記第二利得が０ｄＢより小さく、前記第一及び第三波長での前記第二利得が０ｄＢより大きく、前記第一、第二、第三波長での前記第二利得が絶対値で４ｄＢより小さく、前記第一及び第二波長での前記第三利得が４ｄＢ以上及び／又は１４ｄＢ以下であり、前記第三波長での前記第三利得が０ｄＢ以上及び／又は９ｄＢ以下であり、前記第一及び第二波長での前記第三利得のｄＢでの差が絶対値で３ｄＢより小さい、
    請求項１３、１４又は１５に記載の方法。

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