JP3676167B2 - 性能改善のためのポンプ・ソースを備えるラマン増幅器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン光増幅器に関し、特に改善された増幅器性能を提供するためのポンプ・ソースを備えるラマン増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
ラマン光増幅器は、光通信システムにおける重要な構成部品である。光ファイバ通信システムは、膨大な量の情報を迅速に伝送するための大きな可能性を実現し始めている。本質において、光ファイバ・システムは情報を搬送する光信号のソースと、その光信号を搬送するための光ファイバ伝送回線と、その光信号を検出してそれらが運んでいる情報を復調するための受信機とを含む。その信号は、通常は、シリカ・ファイバの内部で伝播するために適している波長の範囲内にあり、そしてその範囲内で複数波長の異なるチャネルを含むことが好ましい。
【０００３】
光ファイバの減衰特性の改善における大きな進歩にもかかわらず、光ファイバを通って伝送される信号は吸収および散乱の累積的な、組み合わされた効果によって減衰される。結果として、長距離の伝送には周期的な増幅が必要である。
【０００４】
光増幅器に対する１つの方法はラマン効果増幅である。ラマン効果増幅においては、１つの媒体の内部を進行している光が同じ媒体の内部で進行しているより短い波長のポンプ光の存在によって増幅される。単色ラマン・ポンプによってポンピングされたシリカ・ファイバの利得のスペクトルは、増幅されるべき信号の周波数がラマン・ポンプの周波数より約１３ＴＨｚ低い時に最大利得を示す。ポンプと最大利得の周波数（または波長）との間の周波数（または波長）差は、ストークス偏移と呼ばれることが多く、増幅された信号はストークス波と呼ばれる。約１ストークス偏移（１／２のストークス偏移から３／２の偏移まで）だけチューニングが外されているポンプを使用する場合、一次ストークス・ポンピングと呼ばれる。
【０００５】
また、共偏光された（ｃｏ‐ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）信号およびポンプに対する利得が非常に大きいことも観察されている。この偏光の感度は、そのポンプが偏光解消されているか、偏光スクランブルされているか、あるいは偏光マルチプレックスされる２つの同等に強力な偏光されたポンプから構成されている場合に消去することができる。たとえば、“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｒｅｃｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”（光直接増幅器のための光カプラ）と題する、Ｙ．タムラ（Ｔａｍｕｒａ）他に対して発行された米国特許第４，８０５，９７７号を参照されたい。
【０００６】
ラマン増幅器は、分散型または離散型のいずれかとして分類することができる。分布増幅器においては、伝送ファイバそのものが利得媒体として使われる。離散増幅器においては、ラマン増幅に対して普通に最適化された別のファイバが利得ファイバとして使われる。離散増幅器の利得ファイバの長さは数キロメートルが可能であるが、それは、通常は、１つの場所においてスプールされ、１つの場所から別の場所へ情報を転送するためには使われない。ここで使われている用語「ラマン増幅器」は、ポンプおよび利得媒体の両方を指す。
【０００７】
分散型の一次ラマン効果増幅器を利用している信号増幅は、１９８６年１０月１４日付けでジョン（Ｊｏｈｎ）Ｗ．ヒックス（Ｈｉｃｋｓ）、Ｊｒ．に対して発行された米国特許第４，６１６，８９８号の中で記述されている。ヒックス他のシステムは、複数の光ラマン・ポンプを伝送回線に沿って間隔を空けて配置する。これらのポンプは、１ストークス偏移分だけ信号波長より短い波長において光ファイバの中にポンプ光を注入し、そのポンプ光が一次ラマン効果によって、より短い波長の信号を増幅するようにする。
【０００８】
従来のラマン増幅器での問題点は、それらがそのポンプに対する後続の（下流の）パワー・センシティブ・コンポーネントに、通常は、微妙に依存することである。ラマン・ポンプ・ソースは、しばしば複数のソースを使って高パワー（＞１００ｍＷ）の一次ポンプおよび直ぐ下流のマルチプレキシング・コンポーネントを設置し、その出力を広い平坦なバンド幅のポンプに組み合わせる。代表的な増幅器においては、そのポンプ・パワーは波長分割マルチプレクサが後に続く高パワーの半導体ポンプ・レーザのアレイによって発生される。たとえば、Ｙ．エモリ（Ｅｍｏｒｉ）他の“Ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ４．７ ｄＢ Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ．．．”（４．７ｄＢ以下のノイズ・フィギュア．．．）Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（光増幅器についての学会）の論文ＰＤ３‐１、Ｖａｉｌ Ｃｏｌｏｒａｄｏ（Ｊｕｌｙ ２７‐２９、１９９８）を参照されたい。そのような増幅器の問題点は、そのマルチプレクサが高パワーの信号に対して比較的高い挿入損失を示すことである。さらに、そのマルチプレクサは、高いパワー・レベルにおいて信頼性がない。他のラマン・ポンプ・ソースは偏光の異なる複数のソースの後に偏光マルチプレクサを利用する。偏光マルチプレクサは高いパワーにおいて挿入損失および信頼性についての同じ問題を示す。そして単独ソース光のパワー・ポンプでさえも、時には偏光スクランブラまたはスペクトル・フィルタとして損失の多い信頼性のない構成部品が後に続く。したがって、パワー・センシティブ・コンポーネントに対する感度が減らされている改善されたラマン増幅器に対するニーズが存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、一次ラマン増幅器は、低パワーの一次ラマン・ポンプを含み、その後に高いパワー・レベルにおいて損失の多い、あるいは信頼性のない１つまたはそれ以上の構成部品が続いている。その構成部品を通過した後、一次ポンプそれ自身が二次ラマン増幅器によって増幅される。次に、増幅された一次ポンプが伝送ファイバの中の光信号を増幅するために使われる。利点は、結果のポンプ・ソースが比較的信頼性があり、挿入損失に比較的感じにくいことである。従来の低パワー・ソース、たとえば、ろ過された自然放出のソースをその一次ポンプ・ソースとして使うことができる。そしてその二次ポンプの利得スペクトルを使って一次ポンプの利得スペクトルを補正することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の利点、性質および各種の追加の特徴が、以下の添付の図面に関連して詳細に説明される例示としての実施形態を考慮することによって、より完全に明らかになるだろう。
【００１１】
図面を参照すると、図１は出力が１つまたはそれ以上のパワー・センシティブ・コンポーネント１１に接続されている、低パワーの一次ポンプ・ソース１０を含んでいる分散型のラマン増幅器９を示している。パワー・センシティブ・コンポーネントは、１００ｍＷの光パワーにおいて挿入損失が１０％より大きい構成部品、あるいは故障率が高くなる構成部品を意味する。高い故障率は１０００より大きいＦＩＴレートとして定量化することができ、ここでＦＩＴレートは１０⁹時間における期待される故障回数である。
【００１２】
一次ポンプ・ソース１０は波長または偏光が異なっている複数のソースを含むことができる。次に、組み合わされた一次ポンプλ_p1そのものが二次ラマン増幅器によって増幅され、二次ラマン増幅器は、たとえば、二次ポンプ・ソース１２と、後続のファイバ・セグメント１４および伝送線１６の一部分を含んでいる。ソース１２からの二次ポンプがカプラ１４において一次ポンプλ_p1に対して加えられ、そして一次および二次のポンプλ_p1およびλ_p2がある長さのファイバ１４およびファイバ１６の一部分に沿って一緒に進行し、λ_p1のラマン増幅を可能にする。カプラ１５はλ_p1およびλ_p2を伝送ファイバ１６の中に発射し、それは伝送ファイバの中の送信された信号λ_sと逆方向に伝播している。
【００１３】
低パワーの一次ポンプ・ソース１０はパワー・レベルが１００ｍＷより小さいことが好ましい。それは半導体レーザのアレイなどの複数のソースを含むことができ、あるいはろ過された自然放出のソースなどの単独のソースであってよい。
【００１４】
パワー・センシティブ・コンポーネント１１は、偏光または波長分割のマルチプレクサ、偏光スクランブラ、あるいはスペクトル・フィルタ（自然放出のソースの場合）であってよい。それは、通常は、１００ｍＷの光入力を受ける時に損失が１０％以上であるか、あるいはＦＩＴレートが１０００より大きい。
【００１５】
二次ポンプ・ソース１２は高パワーの半導体レーザであることが好ましい
図２は、λ_p1、λ_p2およびλ_sの間のスペクトルの関係を示している定性的なパワー・スペクトルである。本質において、λ_p1はλ_sより波長が１ストークス偏移分だけ短く、したがって、λ_p1がλ_sを増幅する。そしてλ_p2はλ_p1より１ストークス偏移分だけ短く、したがって、λ_p2がλ_p4を増幅する。
【００１６】
図３は、図２の場合に類似している代替実施形態を示しており、増幅されたλ_p1がλ_sの分散型の増幅のために伝送ライン１６の中に導入される前に、離散型ラマン利得ファイバ３０の中に組み合わされた一次ポンプを二次ポンプが増幅するようになっている。利得ファイバ３０は本質的に１つまたはそれ以上のコイルのファイバであり、λ_p1およびλ_p2は一緒に伝播する。ソース１２および利得ファイバ３０が離散型の二次ラマン増幅器を形成する。
【００１７】
図４は、図３の場合と同様な第２の代替実施形態を示している。ただし、増幅された一次ポンプλ₁が第２の離散型ラマン利得ファイバ４０の中でλ_sを増幅する。
【００１８】
上記実施形態は、本発明の原理の応用を表すことができる、多くの可能な特定の実施形態のうちの極く僅かなものの例示であることを理解されたい。多くの、そして各種の他の装置が、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、これらの原理に従って可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一次ポンプの分散型の二次増幅を使用しているラマン増幅器の第１の実施形態を概略的に示す。
【図２】図１の増幅器に対する波長間の関係を示す概略スペクトル図である。
【図３】一次ポンプの離散型の二次増幅を使っているラマン増幅器を概略的に示す。
【図４】一次ポンプの離散型の二次増幅を使っているラマン増幅器を概略的に示す。 上記図面は本発明のコンセプトを説明するためのものであって、正確な縮尺図ではないことを理解されたい。

Claims (10)

1. 伝送ファイバの中で伝播する光信号を増幅するためのラマン光増幅器であって、
   該伝送ファイバに光学的に結合するためのポンプの光導波経路、
   該光信号の一次ラマン増幅のために該ポンプの光導波経路に光学的に結合され、該経路にポンプ光を注入するためのラマン一次ポンプ・ソース、
   前記一次ポンプ・ソースの出力を受け取るための該ポンプ経路に配置されたパワー・センシティブ・コンポーネントであって、１００ｍＷの光パワーにおいて挿入損失が１０％より大きい構成部品、あるいは故障率が高くなる構成部品であるパワー・センシティブ・コンポーネント、
   該一次ポンプ光を増幅するためのラマン二次ポンプ・ソース、
   該二次ポンプ・ソースからのポンプ光を該ポンプ経路に注入するための光カップラであって、該一次ポンプ光が該パワー・センシティブ・コンポーネントから抜けた後に該一次ポンプ光を増幅するために、該一次ポンプ・ソース及び該パワー・センシティブ・コンポーネントから下流の該ポンプ経路に配置された光カップラ
   からなるラマン光増幅器。
2. 請求項１に記載の増幅器において、前記一次ポンプ・ソースが異なる波長の複数のソースを含み、前記パワー・センシティブ・コンポーネントが波長分割マルチプレクサを含む増幅器。
3. 請求項１に記載の増幅器において、前記一次ポンプ・ソースが異なる偏光の複数のソースを含み、前記パワー・センシティブ・コンポーネントが偏光マルチプレクサを含む増幅器。
4. 請求項１に記載の増幅器において、前記増幅された一次ポンプが分散型のラマン増幅によって前記光信号を増幅するために、前記伝送ファイバの中に発射されるようになっている増幅器。
5. 請求項１に記載の増幅器において、前記増幅された一次ポンプが、離散型ラマン増幅によって前記光信号を増幅するために、利得ファイバの中に導入されるようになっている増幅器。
6. 請求項１に記載の増幅器において、前記一次ポンプ・ソースが、パワー・レベルが１００ｍＷより小さい低パワーのポンプ・ソースである増幅器。
7. 請求項１に記載の増幅器において、前記一次ポンプ・ソースが自然放出のソースを含む増幅器。
8. 請求項１に記載の増幅器において、前記パワー・センシティブ・コンポーネントが偏光スクランブラを含む増幅器。
9. 請求項１に記載の増幅器において、前記パワー・センシティブ・コンポーネントがスペクトル・フィルタを含む増幅器。
10. 請求項１に記載の増幅器において、前記パワー・センシティブ・コンポーネントの挿入損失が１０％以上であり、１０ ^９ 時間における期待される故障回数であるＦＩＴレートが１００ｍＷの光パワーに対して１０００より大きい増幅器。

Images