JP3699457B2 - 広帯域光ファイバ増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに関し、特に、光通信システムの光送信部と光受信部との間に配置される光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、指数関数的に増えるデータ容量により波長分割多重化光通信システム(wavelength division multiplexing optical communication system)における伝送帯域幅の拡張が要求され、Ｃ−バンド（１５３０〜１５６０ｎｍ）とＬ−バンド（１５７０〜１６００ｎｍ）の双方を同時に利用する広帯域光通信システムに関する研究が活発に進められている。
【０００３】
一般的な光通信システムにおいて光信号を増幅する光増幅器は、稀土類元素(rare-earth elements)が添加された光ファイバ増幅器、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器(Erbium-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ)が広く利用されている。エルビウム添加光ファイバ増幅器は、全幅約３０ｎｍの帯域幅を有しているが、おおよそ２倍の帯域幅が要求されるＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅するには不十分である。一方、ラマン(Raman)光ファイバ増幅器やテルライト基材の（Tellurite-based）エルビウム添加光ファイバ増幅器はＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅可能な広い増幅帯域幅を有している。しかし、ラマン光ファイバ増幅器は高いポンピングパワー(pumping poｗer)が要求されるので実用的な使用には制限があり、テルライト基材のエルビウム添加光ファイバ増幅器は基礎となる増幅技術がいまだ検証されていない。
【０００４】
また、従来からあるシリカ基材の(Silica-based)エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いてＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅できる広帯域エルビウム添加光ファイバ増幅器が開発されている。しかし、この場合は、Ｃ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器とＬ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器をそれぞれ独立させて並列に配置した構造にしなければならないといった欠点がある。
【０００５】
図１は従来技術による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。図示したように、従来の広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ１１０及び第２アイソレータ２５０と、分離器(splitter)１２０と、第１〜第３波長選択結合器(wavelength selective coupler)１４０、１９０、２２０と、第１〜第３ポンピング光源１５０、２００、２３０と、第１エルビウム添加光ファイバ１６０及び第２エルビウム添加光ファイバ２１０と、利得平坦化フィルタ１７０と、結合器(combiner)２４０と、から構成される。
【０００６】
第１アイソレータ１１０は、広帯域光ファイバ増幅器に入力された光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進行する光を遮断する。
【０００７】
分離器１２０は、Ｃ−バンドの光信号とＬ−バンドの光信号とを分離し、Ｃ−バンドの光信号は第１経路１３０に誘導し、Ｌ−バンドの光信号は第２経路１８０に誘導する。
【０００８】
第１波長選択結合器１４０は、分離器１２０から出力されたＣ−バンドの光信号と第１ポンピング光源１５０から出力されたポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ１６０へ出力する。
【０００９】
第１ポンピング光源１５０は、第１エルビウム添加光ファイバ１６０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１０】
利得平坦化フィルタ１７０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号の利得を平坦化する。
【００１１】
第２波長選択結合器１９０は分離器１２０から受信したＬ−バンドの光信号と、第２ポンピング光源２００から受信したポンピング光とを結合して第２エルビウム添加光ファイバ２１０に出力する。
【００１２】
第２ポンピング光源２００は第２エルビウム添加光ファイバ２１０を順方向ポンピングする９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１３】
第３波長選択結合器２２０は第２エルビウム添加光ファイバ２１０から出力された増幅Ｌ−バンド光信号を結合器２４０に順方向で出力し、第３ポンピング光源２３０から出力されたポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバ２１０に逆方向で出力する。
【００１４】
第３ポンピング光源２３０は、第２エルビウム添加光ファイバ２１０を逆方向ポンピングする１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１５】
第２エルビウム添加光ファイバ２１０は、第２波長選択結合器１９０及び第３波長選択結合器２２０を通じて受信したポンピング光により順方向及び逆方向の双方でポンピングされ、第１波長選択結合器１９０を通じて入力されたＬ−バンド光信号を増幅して出力する。
【００１６】
結合器２４０はＣ−バンド光信号とＬ−バンド光信号とを結合して第２アイソレータ２５０に出力する。
【００１７】
第２アイソレータ２５０は入力されたＣ−バンド光信号とＬ−バンド光信号を順方向で出力し、その逆方向に進む光を遮断する。
【００１８】
このような従来の広帯域光ファイバ増幅器における欠点の一つは、第１〜第３ポンピング光源１５０、２００、２３０が高パワーのポンピング光を必要とするため、低い増幅効率しか得られないことにある。また、図１に示した増幅器の欠点として、０．７dB程度の挿入損失を有する分離器１２０が第１エルビウム添加光ファイバ１６０及び第２エルビウム添加光ファイバ２１０の前方に配置されるので、雑音指数を高めるなどの問題点があった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前述した従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、雑音指数が低く、増幅効率が高く、そして経済的構成の広帯域光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
このような目的を達成する本発明の光伝送システムに使用される広帯域光ファイバ増幅器は、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を有する光信号を増幅する第１増幅部と、増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第１経路を通じて受信する第１増幅部に連結された分配部と、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号を受信し、増幅Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する分配部に連結された利得平坦化フィルタと、増幅及び利得平坦化された増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を利得平坦化フィルタを経て分配部へと反射させ、増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化させるために利得平坦化フィルタに連結された第１反射部と、増幅及び２次利得平坦化された増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を受信及び２次増幅する分配部に連結された第２増幅部と、２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信して、２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する分配部と、２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する分配部に連結された第３増幅部と、３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を第２増幅部を経て分配部へと反射させる第２増幅部に連結された第２反射部と、反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して出力する分配部と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
この広帯域光ファイバ増幅器における分配部は、反射Ｌ−バンド光信号要素と２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合する結合器を備えるとよい。
【００２２】
また、分配部は、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を前記第１経路を通じて第１ポートで受信し、第２ポートに入力される増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を出力し、反射Ｌ−バンド光信号要素を第３ポートで受信して第４ポートを通じて第４経路に出力するサーキュレータをさらに備えると好ましい。
【００２３】
さらに、分配部は、２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を分離して、２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を第５経路に出力し、２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を第３経路に出力する分離器をさらに備えるとなおよい。
【００２４】
さらにまた、分配部は、分離器から受信した２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する分離器に連結された第２アイソレータをさらに備えるとなお好ましい。
【００２５】
さらにまた、分配部は、第２増幅部から出力される残留ポンピング光により第３増幅部をポンピングするのに用いられる第３増幅部と分離器との間に配置された第４波長選択結合器及び分離器と第２増幅部との間に配置された第３波長選択結合器をさらに備えるとよい。
【００２６】
第１増幅部は、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅する第１波長選択結合器の出力端に連結された第１エルビウム添加光ファイバと、予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１光源と、第１光源からのポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１波長選択結合器と、を備えると好ましい。
【００２７】
第２増幅部は、増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を増幅する第２波長選択結合器に連結された第２エルビウム添加光ファイバと、予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する第２光源と、第２光源からのポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する第２波長選択結合器と、を備えるとよい。
【００２８】
この広帯域光ファイバ増幅器は、入力された光を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する広帯域光ファイバ増幅器の入力端に連結された第１アイソレータをさらに含むとなおよい。
【００２９】
第３増幅部は、第４波長選択結合器を通じて受信したポンピング光によりポンピングされるエルビウム添加光ファイバであると好ましい。
【００３０】
また、本発明では、光通信システムに使用され、高増幅効率と低雑音指数を示すようにＣ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素で構成された光信号を増幅する方法をも提供する。この方法は、（１）第１増幅段で、Ｃ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素で構成される光信号を増幅する過程と、（２）分配段で、第１経路を通じて第１増幅段で増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信する過程と、（３）分配段から増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を出力する過程と、（４）利得平坦化段で、出力された出力Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する過程と、（５）利得平坦化された利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を利得平坦化段へと反射する過程と、（６）利得平坦化段で、利得平坦化及び反射された利得平坦化及び反射Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化する過程と、（７）第２増幅段で、２次利得平坦化された２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と反射された反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程と、（８）過程（７）で、２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する過程と、（９）分配段から２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を出力する過程と、（１０）第３増幅段で、２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する過程と、（１１）過程（１０）で、３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を分配段へと反射させる過程と、（１２）過程（１１）で反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と過程（８）で２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して光信号を形成する過程と、（１３）結合された結合光信号を出力する過程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
この方法において、第１増幅段で、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素で構成された光信号を増幅する過程は、第１光源から予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、第１波長選択結合器が第１光源からの第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含むようにするとよい。その第１波長は９８０ｎｍであると好ましい。
【００３２】
２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程は、第２光源から予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、第２波長選択結合器が第２光源からの第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含むようにするとよい。その第２波長は１４８０ｎｍであると好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。下記の説明では、本発明の要旨を明確にするため関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【００３４】
第１実施例
【００３５】
図２は、本発明の望ましい第１実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。図示したように、広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ３１０及び第２アイソレータ５００と、第１〜第３増幅部５４０、５５０、４７０と、分配部(DISTRIBUTOR)５６０と、利得平坦化フィルタ(GAIN FLATTENING FILTER)３７０と、第１反射部(1ST REFLECTOR)３８０及び第２反射部(2ND REFLECTOR)４８０と、から構成される。
【００３６】
第１アイソレータ３１０は広帯域光ファイバ増幅器に入力される光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００３７】
第１増幅部(1ST AMPLIFYING UNIT)５４０は第１波長選択結合器３２０、第１ポンピング光源３３０、及び第１エルビウム添加光ファイバ３４０で構成される。
【００３８】
第１波長選択結合器３２０は、第１アイソレータ３１０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と第１ポンピング光源３３０から出力されたポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ３４０に出力する。
【００３９】
第１ポンピング光源３３０は第１エルビウム添加光ファイバ３４０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００４０】
第１エルビウム添加光ファイバ３４０は第１波長選択結合器３２０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第１波長選択結合器３２０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。第１増幅部５４０は以下に記述するようにＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を分配部５６０に出力する。
【００４１】
分配部５６０は第１増幅部５４０で増幅されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信する。分配部５６０はサーキュレータ(circulator) ３６０と、分離器４３０と、結合器５１０と、第３波長選択結合器４２０及び第４波長選択結合器、４４０と、を含んで構成される。
【００４２】
サーキュレータ３６０は第１経路３５０を通じて第１ポートで増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信し、この増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２ポートに出力する。サーキュレータ３６０は第２ポートに入力されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第３ポートに出力し、第３ポートに入力されたＬ−バンド光信号要素を第４ポートに出力する。
【００４３】
また、サーキュレータ３６０は、第２エルビウム添加光ファイバ４１０及び第３エルビウム添加光ファイバ４７０で発生した逆方向の自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission)が第１エルビウム添加光ファイバ３４０に入力されて増幅効率を低下させることを防ぐために使用する。
【００４４】
分離器４３０は、サーキュレータ３６０の第３ポートから出力されたＣ−バンド光信号要素を第５経路４９０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素を第３経路４６０に誘導する。
【００４５】
第２アイソレータ５００は分離器４３０から受信したＣ−バンド光信号要素を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００４６】
第３波長選択結合器４２０及び第４波長選択結合器４４０は、第２増幅部(2ND AMPLIFYING UNIT)５５０から出力される残留ポンピング光を用いて、第３増幅部４７０をポンピングする機能を遂行する。すなわち、第３波長選択結合器４２０は第２増幅部５５０と分離器４３０との間に配置され、第２増幅部５５０から出力される残留ポンピング光を第６経路４５０に出力し、第４波長選択結合器４４０は分離器４３０と第３増幅部４７０との間に配置され、第６経路４５０を通じて受信した残留ポンピング光を第３増幅部４７０に出力する。
【００４７】
結合器５１０は、第４経路５２０を通じて受信したＬ−バンド光信号要素と第５経路４９０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素とを結合して第７経路５３０を通じて光受信機（図示せず）へ出力する。利得平坦化フィルタ３７０は、サーキュレータ３６０の第２ポートを通じて受信した光信号及び再入力された光信号のうちＣ−バンド光信号要素の利得のみを２回平坦化する。２度目の利得平坦化は第１反射部３８０により遂行される。したがって、利得平坦化のために要求される利得平坦化フィルタ３７０の最大挿入損失を半減することができる。第１反射部３８０は利得平坦化フィルタ３７０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を反射して利得平坦化フィルタ３７０に再入力させる。
【００４８】
第３増幅部４７０は第３エルビウム添加光ファイバ４７０で構成される。この第３エルビウム添加光ファイバ４７０は、第４波長選択結合器４４０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、分離器４３０を通じて入力されたＬ−バンドの光信号要素及び再入力されたＬ−バンドの光信号要素を増幅して出力する。
【００４９】
第２反射部４８０は第３エルビウム添加光ファイバ４７０から受信したＬ−バンドの光信号要素を反射して第３エルビウム添加光ファイバ４７０に再入力させる。
【００５０】
第２増幅部５５０は第２波長選択結合器３９０と、第２ポンピング光源４００と、第２エルビウム添加光ファイバ４１０と、から構成される。
【００５１】
第２波長選択結合器３９０は、サーキュレータ３６０の第３ポートを通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と、第２ポンピング光源４００から受信したポンピング光を結合して第２エルビウム添加光ファイバ４１０に出力する。
【００５２】
第２ポンピング光源４００は第２エルビウム添加光ファイバ４１０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００５３】
第２エルビウム添加光ファイバ４１０は第２波長選択結合器３９０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第２波長選択結合器３９０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００５４】
第１実施例の動作説明
【００５５】
以下、図２を参照しながら広帯域光ファイバ増幅器の動作をＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素の流れに沿って説明する。
【００５６】
広帯域光ファイバ増幅器に入力されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ３１０を経て第１増幅部５４０に入力される。第１増幅部５４０では、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が第１波長選択結合器３２０に入力され、第１エルビウム添加光ファイバ３４０でＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅するために、第１波長選択結合器３２０がＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と第１ポンピング光源３３０から出力されたポンピング光とを結合する。第１エルビウム添加光ファイバ３４０で増幅された後、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は分配部５６０に入力される。分配部５６０では、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素はサーキュレータ３６０の第１ポートに入力される。サーキュレータ３６０は増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２ポートに出力する。この場合、Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化フィルタ３７０で２回利得平坦化する。このような利得平坦化過程は、光信号が第１反射部３８０により反射されることにより２回発生するようになる。その後、利得平坦化フィルタ３７０から出力された２次利得平坦化されたＣ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素はサーキュレータの第２ポートに再入力される。サーキュレータ３６０はＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第３ポートに出力するが、これはＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２波長選択結合器３９０を経て第２エルビウム添加光ファイバ４１０に入力させるためである。第２エルビウム添加光ファイバ４１０により増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第３波長選択結合器４２０を通じて分離器４３０に入力される。この分離器４３０はＣ−バンド光信号要素を第５経路４９０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素を第３経路４６０に誘導する。Ｌ−バンド光信号要素は第２反射部４８０により反射され第３エルビウム添加光ファイバ４７０で２回にわたり増幅された後、第４波長選択結合器４４０、分離器４３０、第３波長選択結合器４２０を順次に経て第２エルビウム添加光ファイバ４１０に再入力される。第２エルビウム添加光ファイバ４１０はＬ−バンド光信号要素を２次増幅して出力する。この２次増幅Ｌ−バンド光信号要素は第２波長選択結合器３９０を通じてサーキュレータ３６０の第３ポートに入力される。このサーキュレータ３６０は第３ポートで受信したＬ−バンド光信号要素を第４ポートを通じて第４経路５２０に出力する。
【００５７】
結合器５１０は第５経路４９０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路５２０を通じて受信した２次増幅Ｌ−バンド光信号要素を結合して第７経路５３０を通じて光受信機（図示せず）に出力する。
【００５８】
第２実施例
【００５９】
図３は、本発明の望ましい第２実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。この広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ６１０及び第２アイソレータ７５０と、第１〜第３増幅部７８５、６６０、、７９５と、利得平坦化フィルタ６５０と、分配部７９０と、反射部７４０と、から構成される。
【００６０】
第１アイソレータ６１０は広帯域光ファイバ増幅器に入力された光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００６１】
第１増幅部７８５は、第１波長選択結合器６２０と、第１ポンピング光源６３０と、第１エルビウム添加光ファイバ６４０と、から構成される。
【００６２】
第１波長選択結合器６２０は、第１アイソレータ６１０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンドの光信号要素と第１ポンピング光源６３０から受信したポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ６４０に出力する。
【００６３】
第１ポンピング光源６３０は第１エルビウム添加光ファイバ６４０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００６４】
第１エルビウム添加光ファイバ６４０は、第１波長選択結合器６２０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第１波長選択結合器６２０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００６５】
利得平坦化フィルタ６５０は第１エルビウム添加光ファイバ６４０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素のうちＣ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する。
【００６６】
第３増幅部７９５は、第２波長選択結合器７１０と、第２ポンピング光原７２０と、第３エルビウム添加光ファイバ７３０と、から構成される。
【００６７】
第２波長選択結合器７１０は、サーキュレータ６９０の第２ポートを通じて受信したＬ−バンドの光信号要素と第２ポンピング光源７２０から受信したポンピング光とを結合して第３エルビウム添加光ファイバ７３０に出力する。
【００６８】
第２ポンピング光源７２０は第３エルビウム添加光ファイバ７３０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００６９】
第３エルビウム添加光ファイバ７３０は第２波長選択結合器７１０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第２波長選択結合器７１０を通じて受信したＬ−バンドの光信号要素を増幅して出力する。
【００７０】
反射部７４０は第３エルビウム添加光ファイバ７３０から受信したＬ−バンド光信号要素を反射して第３エルビウム添加光ファイバ７３０に再入力させる。
【００７１】
分配部７９０は、分離器６８０と、サーキュレータ６９０と、結合器７７０と、で構成される。
【００７２】
分離器６８０は、第２エルビウム添加光ファイバ６６０から受信した光信号のうちＣ−バンドの光信号要素を第５経路７６０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素をサーキュレータ６９０に誘導する。
【００７３】
第２アイソレータ７５０は分離器６８０から入力されたＣ−バンド光信号要素を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００７４】
サーキュレータ６９０は、第１ポートに入力されるＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて第２経路７００に出力し、第２ポートに入力されたＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路７６５に出力する。
【００７５】
結合器７７０は第４経路７６５を通じて受信したＬ−バンド光信号要素と第５経路７６０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素とを結合して第３経路７８０に出力する。
【００７６】
第２増幅部６６０は第２エルビウム添加光ファイバ６６０で構成される。
【００７７】
第２エルビウム添加光ファイバ６６０は利得平坦化フィルタ６５０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、利得平坦化フィルタ６５０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００７８】
広帯域光ファイバ増幅器の動作をＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素の流れに沿って説明すれば、次の通りである。
【００７９】
第２実施例の動作説明
【００８０】
広帯域光ファイバ増幅器にＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が入力されると、このＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ６１０及び第１波長選択結合器６２０を通じて第１エルビウム添加光ファイバ６４０に入力される。第１エルビウム添加光ファイバ６４０で増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は利得平坦化フィルタ６５０に入力され、利得平坦化フィルタ６５０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号のみを利得平坦化する。その後、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第２エルビウム添加光ファイバ６６０により増幅された後、分離器６８０に入力される。分離器６８０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号要素を第５経路７６０に出力し、Ｌ−バンド光信号要素はサーキュレータ６９０に出力する。サーキュレータ６９０は受信したＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて出力する。Ｌ−バンド光信号要素は反射部７４０により第３エルビウム添加光ファイバ７３０で２回にわたり増幅された後、第２波長選択結合器７１０を経てサーキュレータ６９０の第２ポートに入力される。サーキュレータ６９０は第２ポートで受信したＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路７６５に出力する。結合器７７０は第５経路７６０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路７６５を通じて受信したＬ−バンド光信号要素とを結合して出力する。
【００８１】
第３実施例
【００８２】
図４は、本発明の望ましい第３実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ８１０及び第２アイソレータ９３０と、第１増幅部９８５及び第２増幅部９９５と、利得平坦化フィルタ９４０と、分配部９９０と、反射部９２０と、から構成される。
【００８３】
広帯域光ファイバ増幅器にＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が入力されると、このＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ８１０及び第１波長選択結合器８２０を経て第１エルビウム添加光ファイバ８４０に入力される。第１エルビウム添加光ファイバ８４０により増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は分離器８６０に入力される。分離器８６０は入力された広信号のうち、Ｃ−バンド光信号要素を第５経路９５０に出力し、Ｌ−バンド光信号要素はサーキュレータ８７０に出力する。サーキュレータ８７０は受信したＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて出力する。Ｌ−バンド光信号要素は反射部９２０により第２エルビウム添加光ファイバ９１０で２回増幅された後、第２波長選択結合器８９０を経てサーキュレータ８７０の第２ポートに入力される。サーキュレータ８７０は第２ポートで受信した２次増幅されたＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路９７０に出力する。結合器９６０は第５経路９５０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路９７０を通じて受信したＬ−バンド光信号要素を結合して出力する。
【００８４】
【発明の効果】
上述したように本発明による広帯域光ファイバ増幅器は、反射部を利用して光信号を増幅部に２回入力させるようにしているので、要求されるポンピング光源のパワー、エルビウム添加光ファイバの長さなどを節減できることに加えて、増幅効率を向上することもできる利点がある。また、本発明による広帯域光ファイバ増幅器は、反射部を用いることにより、利得平坦化フィルタの最大挿入損失を減少させて雑音指数を最小化することができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図２】本発明の望ましい第１実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図３】本発明の望ましい第２実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図４】本発明の望ましい第３実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【符号の説明】
３１０、６１０、８１０ 第１アイソレータ
３２０、６２０、８２０ 第１波長選択結合器
３３０、６３０、８３０ 第１ポンピング光源
３４０、６４０、８４０ 第１エルビウム添加光ファイバ
３５０ 第１経路
３６０、６９０、８７０ サーキュレータ
３７０、６５０、９４０ 利得平坦化フィルタ
３８０ 第１反射部
３９０、７１０、８９０ 第２波長選択結合器
４００、７２０ 第２ポンピング光源
４１０、９１０ 第２エルビウム添加光ファイバ
４２０ 第３波長選択結合器
４３０、６８０、８６０ 分離器
４４０ 第４波長選択結合器
４５０ 第６経路
４６０、７８０ 第３経路
４７０、７９５ 第３増幅部
４８０ 第２反射部
４９０、７６０、９５０ 第５経路
５００、７５０、９３０ 第２アイソレータ
５１０、７７０、９６０ 結合器
５２０、７６５、９７０ 第４経路
５３０ 第７経路
５４０、７８５、９８５ 第１増幅部
５５０、６６０、９９５ 第２増幅部
５６０、７９０、９９０ 分配部
７００ 第２経路
７３０ 第３エルビウム添加光ファイバ
７４０、９２０ 反射部
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに関し、特に、光通信システムの光送信部と光受信部との間に配置される光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、指数関数的に増えるデータ容量により波長分割多重化光通信システム(wavelength division multiplexing optical communication system)における伝送帯域幅の拡張が要求され、Ｃ−バンド（１５３０〜１５６０ｎｍ）とＬ−バンド（１５７０〜１６００ｎｍ）の双方を同時に利用する広帯域光通信システムに関する研究が活発に進められている。
【０００３】
一般的な光通信システムにおいて光信号を増幅する光増幅器は、稀土類元素(rare-earth elements)が添加された光ファイバ増幅器、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器(Erbium-Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ)が広く利用されている。エルビウム添加光ファイバ増幅器は、全幅約３０ｎｍの帯域幅を有しているが、おおよそ２倍の帯域幅が要求されるＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅するには不十分である。一方、ラマン(Raman)光ファイバ増幅器やテルライト基材の（Tellurite-based）エルビウム添加光ファイバ増幅器はＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅可能な広い増幅帯域幅を有している。しかし、ラマン光ファイバ増幅器は高いポンピングパワー(pumping poｗer)が要求されるので実用的な使用には制限があり、テルライト基材のエルビウム添加光ファイバ増幅器は基礎となる増幅技術がいまだ検証されていない。
【０００４】
また、従来からあるシリカ基材の(Silica-based)エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いてＣ−バンドとＬ−バンドの双方を増幅できる広帯域エルビウム添加光ファイバ増幅器が開発されている。しかし、この場合は、Ｃ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器とＬ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器をそれぞれ独立させて並列に配置した構造にしなければならないといった欠点がある。
【０００５】
図１は従来技術による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。図示したように、従来の広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ１１０及び第２アイソレータ２５０と、分離器(splitter)１２０と、第１〜第３波長選択結合器(wavelength selective coupler)１４０、１９０、２２０と、第１〜第３ポンピング光源１５０、２００、２３０と、第１エルビウム添加光ファイバ１６０及び第２エルビウム添加光ファイバ２１０と、利得平坦化フィルタ１７０と、結合器(combiner)２４０と、から構成される。
【０００６】
第１アイソレータ１１０は、広帯域光ファイバ増幅器に入力された光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進行する光を遮断する。
【０００７】
分離器１２０は、Ｃ−バンドの光信号とＬ−バンドの光信号とを分離し、Ｃ−バンドの光信号は第１経路１３０に誘導し、Ｌ−バンドの光信号は第２経路１８０に誘導する。
【０００８】
第１波長選択結合器１４０は、分離器１２０から出力されたＣ−バンドの光信号と第１ポンピング光源１５０から出力されたポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ１６０へ出力する。
【０００９】
第１ポンピング光源１５０は、第１エルビウム添加光ファイバ１６０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１０】
利得平坦化フィルタ１７０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号の利得を平坦化する。
【００１１】
第２波長選択結合器１９０は分離器１２０から受信したＬ−バンドの光信号と、第２ポンピング光源２００から受信したポンピング光とを結合して第２エルビウム添加光ファイバ２１０に出力する。
【００１２】
第２ポンピング光源２００は第２エルビウム添加光ファイバ２１０を順方向ポンピングする９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１３】
第３波長選択結合器２２０は第２エルビウム添加光ファイバ２１０から出力された増幅Ｌ−バンド光信号を結合器２４０に順方向で出力し、第３ポンピング光源２３０から出力されたポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバ２１０に逆方向で出力する。
【００１４】
第３ポンピング光源２３０は、第２エルビウム添加光ファイバ２１０を逆方向ポンピングする１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００１５】
第２エルビウム添加光ファイバ２１０は、第２波長選択結合器１９０及び第３波長選択結合器２２０を通じて受信したポンピング光により順方向及び逆方向の双方でポンピングされ、第１波長選択結合器１９０を通じて入力されたＬ−バンド光信号を増幅して出力する。
【００１６】
結合器２４０はＣ−バンド光信号とＬ−バンド光信号とを結合して第２アイソレータ２５０に出力する。
【００１７】
第２アイソレータ２５０は入力されたＣ−バンド光信号とＬ−バンド光信号を順方向で出力し、その逆方向に進む光を遮断する。
【００１８】
このような従来の広帯域光ファイバ増幅器における欠点の一つは、第１〜第３ポンピング光源１５０、２００、２３０が高パワーのポンピング光を必要とするため、低い増幅効率しか得られないことにある。また、図１に示した増幅器の欠点として、０．７dB程度の挿入損失を有する分離器１２０が第１エルビウム添加光ファイバ１６０及び第２エルビウム添加光ファイバ２１０の前方に配置されるので、雑音指数を高めるなどの問題点があった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前述した従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、雑音指数が低く、増幅効率が高く、そして経済的構成の広帯域光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００２０】
【課題を達成するための手段】
このような目的を達成する本発明の光伝送システムに使用される広帯域光ファイバ増幅器は、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を有する光信号を増幅する第１増幅部と、増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第１経路を通じて受信する第１増幅部に連結された分配部と、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号を受信し、増幅Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する分配部に連結された利得平坦化フィルタと、増幅及び利得平坦化された増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を利得平坦化フィルタを経て分配部へと反射させ、増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化させるために利得平坦化フィルタに連結された第１反射部と、増幅及び２次利得平坦化された増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を受信及び２次増幅する分配部に連結された第２増幅部と、２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信して、２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する分配部と、２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する分配部に連結された第３増幅部と、３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を第２増幅部を経て分配部へと反射させる第２増幅部に連結された第２反射部と、反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して出力する分配部と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
この広帯域光ファイバ増幅器における分配部は、反射Ｌ−バンド光信号要素と２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合する結合器を備えるとよい。
【００２２】
また、分配部は、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を前記第１経路を通じて第１ポートで受信し、第２ポートに入力される増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を出力し、反射Ｌ−バンド光信号要素を第３ポートで受信して第４ポートを通じて第４経路に出力するサーキュレータをさらに備えると好ましい。
【００２３】
さらに、分配部は、２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を分離して、２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を第５経路に出力し、２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を第３経路に出力する分離器をさらに備えるとなおよい。
【００２４】
さらにまた、分配部は、分離器から受信した２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する分離器に連結された第２アイソレータをさらに備えるとなお好ましい。
【００２５】
さらにまた、分配部は、第２増幅部から出力される残留ポンピング光により第３増幅部をポンピングするのに用いられる第３増幅部と分離器との間に配置された第４波長選択結合器及び分離器と第２増幅部との間に配置された第３波長選択結合器をさらに備えるとよい。
【００２６】
第１増幅部は、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅する第１波長選択結合器の出力端に連結された第１エルビウム添加光ファイバと、予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１光源と、第１光源からのポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１波長選択結合器と、を備えると好ましい。
【００２７】
第２増幅部は、増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と増幅Ｌ−バンド光信号要素を増幅する第２波長選択結合器に連結された第２エルビウム添加光ファイバと、予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する第２光源と、第２光源からのポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する第２波長選択結合器と、を備えるとよい。
【００２８】
この広帯域光ファイバ増幅器は、入力された光を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する広帯域光ファイバ増幅器の入力端に連結された第１アイソレータをさらに含むとなおよい。
【００２９】
第３増幅部は、第４波長選択結合器を通じて受信したポンピング光によりポンピングされるエルビウム添加光ファイバであると好ましい。
【００３０】
また、本発明では、光通信システムに使用され、高増幅効率と低雑音指数を示すようにＣ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素で構成された光信号を増幅する方法をも提供する。この方法は、（１）第１増幅段で、Ｃ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素で構成される光信号を増幅する過程と、（２）分配段で、第１経路を通じて第１増幅段で増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信する過程と、（３）分配段から増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を出力する過程と、（４）利得平坦化段で、出力された出力Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する過程と、（５）利得平坦化された利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を利得平坦化段へと反射する過程と、（６）利得平坦化段で、利得平坦化及び反射された利得平坦化及び反射Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化する過程と、（７）第２増幅段で、２次利得平坦化された２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と反射された反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程と、（８）過程（７）で、２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する過程と、（９）分配段から２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を出力する過程と、（１０）第３増幅段で、２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する過程と、（１１）過程（１０）で、３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を分配段へと反射させる過程と、（１２）過程（１１）で反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と過程（８）で２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して光信号を形成する過程と、（１３）結合された結合光信号を出力する過程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
この方法において、第１増幅段で、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素で構成された光信号を増幅する過程は、第１光源から予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、第１波長選択結合器が第１光源からの第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含むようにするとよい。その第１波長は９８０ｎｍであると好ましい。
【００３２】
２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程は、第２光源から予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、第２波長選択結合器が第２光源からの第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含むようにするとよい。その第２波長は１４８０ｎｍであると好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。下記の説明では、本発明の要旨を明確にするため関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【００３４】
第１実施例
【００３５】
図２は、本発明の望ましい第１実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。図示したように、広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ３１０及び第２アイソレータ５００と、第１〜第３増幅部５４０、５５０、４７０と、分配部(DISTRIBUTOR)５６０と、利得平坦化フィルタ(GAIN FLATTENING FILTER)３７０と、第１反射部(1ST REFLECTOR)３８０及び第２反射部(2ND REFLECTOR)４８０と、から構成される。
【００３６】
第１アイソレータ３１０は広帯域光ファイバ増幅器に入力される光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００３７】
第１増幅部(1ST AMPLIFYING UNIT)５４０は第１波長選択結合器３２０、第１ポンピング光源３３０、及び第１エルビウム添加光ファイバ３４０で構成される。
【００３８】
第１波長選択結合器３２０は、第１アイソレータ３１０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と第１ポンピング光源３３０から出力されたポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ３４０に出力する。
【００３９】
第１ポンピング光源３３０は第１エルビウム添加光ファイバ３４０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００４０】
第１エルビウム添加光ファイバ３４０は第１波長選択結合器３２０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第１波長選択結合器３２０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。第１増幅部５４０は以下に記述するようにＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を分配部５６０に出力する。
【００４１】
分配部５６０は第１増幅部５４０で増幅されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信する。分配部５６０はサーキュレータ(circulator) ３６０と、分離器４３０と、結合器５１０と、第３波長選択結合器４２０及び第４波長選択結合器、４４０と、を含んで構成される。
【００４２】
サーキュレータ３６０は第１経路３５０を通じて第１ポートで増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信し、この増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２ポートに出力する。サーキュレータ３６０は第２ポートに入力されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第３ポートに出力し、第３ポートに入力されたＬ−バンド光信号要素を第４ポートに出力する。
【００４３】
また、サーキュレータ３６０は、第２エルビウム添加光ファイバ４１０及び第３エルビウム添加光ファイバ４７０で発生した逆方向の自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission)が第１エルビウム添加光ファイバ３４０に入力されて増幅効率を低下させることを防ぐために使用する。
【００４４】
分離器４３０は、サーキュレータ３６０の第３ポートから出力されたＣ−バンド光信号要素を第５経路４９０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素を第３経路４６０に誘導する。
【００４５】
第２アイソレータ５００は分離器４３０から受信したＣ−バンド光信号要素を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００４６】
第３波長選択結合器４２０及び第４波長選択結合器４４０は、第２増幅部(2ND AMPLIFYING UNIT)５５０から出力される残留ポンピング光を用いて、第３増幅部４７０をポンピングする機能を遂行する。すなわち、第３波長選択結合器４２０は第２増幅部５５０と分離器４３０との間に配置され、第２増幅部５５０から出力される残留ポンピング光を第６経路４５０に出力し、第４波長選択結合器４４０は分離器４３０と第３増幅部４７０との間に配置され、第６経路４５０を通じて受信した残留ポンピング光を第３増幅部４７０に出力する。
【００４７】
結合器５１０は、第４経路５２０を通じて受信したＬ−バンド光信号要素と第５経路４９０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素とを結合して第７経路５３０を通じて光受信機（図示せず）へ出力する。利得平坦化フィルタ３７０は、サーキュレータ３６０の第２ポートを通じて受信した光信号及び再入力された光信号のうちＣ−バンド光信号要素の利得のみを２回平坦化する。２度目の利得平坦化は第１反射部３８０により遂行される。したがって、利得平坦化のために要求される利得平坦化フィルタ３７０の最大挿入損失を半減することができる。第１反射部３８０は利得平坦化フィルタ３７０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を反射して利得平坦化フィルタ３７０に再入力させる。
【００４８】
第３増幅部４７０は第３エルビウム添加光ファイバ４７０で構成される。この第３エルビウム添加光ファイバ４７０は、第４波長選択結合器４４０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、分離器４３０を通じて入力されたＬ−バンドの光信号要素及び再入力されたＬ−バンドの光信号要素を増幅して出力する。
【００４９】
第２反射部４８０は第３エルビウム添加光ファイバ４７０から受信したＬ−バンドの光信号要素を反射して第３エルビウム添加光ファイバ４７０に再入力させる。
【００５０】
第２増幅部５５０は第２波長選択結合器３９０と、第２ポンピング光源４００と、第２エルビウム添加光ファイバ４１０と、から構成される。
【００５１】
第２波長選択結合器３９０は、サーキュレータ３６０の第３ポートを通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と、第２ポンピング光源４００から受信したポンピング光を結合して第２エルビウム添加光ファイバ４１０に出力する。
【００５２】
第２ポンピング光源４００は第２エルビウム添加光ファイバ４１０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００５３】
第２エルビウム添加光ファイバ４１０は第２波長選択結合器３９０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第２波長選択結合器３９０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００５４】
第１実施例の動作説明
【００５５】
以下、図２を参照しながら広帯域光ファイバ増幅器の動作をＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素の流れに沿って説明する。
【００５６】
広帯域光ファイバ増幅器に入力されたＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ３１０を経て第１増幅部５４０に入力される。第１増幅部５４０では、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が第１波長選択結合器３２０に入力され、第１エルビウム添加光ファイバ３４０でＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅するために、第１波長選択結合器３２０がＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素と第１ポンピング光源３３０から出力されたポンピング光とを結合する。第１エルビウム添加光ファイバ３４０で増幅された後、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は分配部５６０に入力される。分配部５６０では、増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素はサーキュレータ３６０の第１ポートに入力される。サーキュレータ３６０は増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２ポートに出力する。この場合、Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化フィルタ３７０で２回利得平坦化する。このような利得平坦化過程は、光信号が第１反射部３８０により反射されることにより２回発生するようになる。その後、利得平坦化フィルタ３７０から出力された２次利得平坦化されたＣ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素はサーキュレータの第２ポートに再入力される。サーキュレータ３６０はＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第３ポートに出力するが、これはＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第２波長選択結合器３９０を経て第２エルビウム添加光ファイバ４１０に入力させるためである。第２エルビウム添加光ファイバ４１０により増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第３波長選択結合器４２０を通じて分離器４３０に入力される。この分離器４３０はＣ−バンド光信号要素を第５経路４９０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素を第３経路４６０に誘導する。Ｌ−バンド光信号要素は第２反射部４８０により反射され第３エルビウム添加光ファイバ４７０で２回にわたり増幅された後、第４波長選択結合器４４０、分離器４３０、第３波長選択結合器４２０を順次に経て第２エルビウム添加光ファイバ４１０に再入力される。第２エルビウム添加光ファイバ４１０はＬ−バンド光信号要素を２次増幅して出力する。この２次増幅Ｌ−バンド光信号要素は第２波長選択結合器３９０を通じてサーキュレータ３６０の第３ポートに入力される。このサーキュレータ３６０は第３ポートで受信したＬ−バンド光信号要素を第４ポートを通じて第４経路５２０に出力する。
【００５７】
結合器５１０は第５経路４９０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路５２０を通じて受信した２次増幅Ｌ−バンド光信号要素を結合して第７経路５３０を通じて光受信機（図示せず）に出力する。
【００５８】
第２実施例
【００５９】
図３は、本発明の望ましい第２実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。この広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ６１０及び第２アイソレータ７５０と、第１〜第３増幅部７８５、６６０、、７９５と、利得平坦化フィルタ６５０と、分配部７９０と、反射部７４０と、から構成される。
【００６０】
第１アイソレータ６１０は広帯域光ファイバ増幅器に入力された光を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００６１】
第１増幅部７８５は、第１波長選択結合器６２０と、第１ポンピング光源６３０と、第１エルビウム添加光ファイバ６４０と、から構成される。
【００６２】
第１波長選択結合器６２０は、第１アイソレータ６１０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンドの光信号要素と第１ポンピング光源６３０から受信したポンピング光とを結合して第１エルビウム添加光ファイバ６４０に出力する。
【００６３】
第１ポンピング光源６３０は第１エルビウム添加光ファイバ６４０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる９８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００６４】
第１エルビウム添加光ファイバ６４０は、第１波長選択結合器６２０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第１波長選択結合器６２０を通じて受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００６５】
利得平坦化フィルタ６５０は第１エルビウム添加光ファイバ６４０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素のうちＣ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する。
【００６６】
第３増幅部７９５は、第２波長選択結合器７１０と、第２ポンピング光原７２０と、第３エルビウム添加光ファイバ７３０と、から構成される。
【００６７】
第２波長選択結合器７１０は、サーキュレータ６９０の第２ポートを通じて受信したＬ−バンドの光信号要素と第２ポンピング光源７２０から受信したポンピング光とを結合して第３エルビウム添加光ファイバ７３０に出力する。
【００６８】
第２ポンピング光源７２０は第３エルビウム添加光ファイバ７３０をポンピング、すなわちエルビウムイオンを励起させる１４８０ｎｍ波長のポンピング光を出力する。
【００６９】
第３エルビウム添加光ファイバ７３０は第２波長選択結合器７１０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、第２波長選択結合器７１０を通じて受信したＬ−バンドの光信号要素を増幅して出力する。
【００７０】
反射部７４０は第３エルビウム添加光ファイバ７３０から受信したＬ−バンド光信号要素を反射して第３エルビウム添加光ファイバ７３０に再入力させる。
【００７１】
分配部７９０は、分離器６８０と、サーキュレータ６９０と、結合器７７０と、で構成される。
【００７２】
分離器６８０は、第２エルビウム添加光ファイバ６６０から受信した光信号のうちＣ−バンドの光信号要素を第５経路７６０に誘導し、Ｌ−バンド光信号要素をサーキュレータ６９０に誘導する。
【００７３】
第２アイソレータ７５０は分離器６８０から入力されたＣ−バンド光信号要素を順方向に通過させる一方、その逆方向に進む光を遮断する。
【００７４】
サーキュレータ６９０は、第１ポートに入力されるＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて第２経路７００に出力し、第２ポートに入力されたＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路７６５に出力する。
【００７５】
結合器７７０は第４経路７６５を通じて受信したＬ−バンド光信号要素と第５経路７６０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素とを結合して第３経路７８０に出力する。
【００７６】
第２増幅部６６０は第２エルビウム添加光ファイバ６６０で構成される。
【００７７】
第２エルビウム添加光ファイバ６６０は利得平坦化フィルタ６５０を通じて受信したポンピング光によりポンピングされ、利得平坦化フィルタ６５０から受信したＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅して出力する。
【００７８】
広帯域光ファイバ増幅器の動作をＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素の流れに沿って説明すれば、次の通りである。
【００７９】
第２実施例の動作説明
【００８０】
広帯域光ファイバ増幅器にＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が入力されると、このＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ６１０及び第１波長選択結合器６２０を通じて第１エルビウム添加光ファイバ６４０に入力される。第１エルビウム添加光ファイバ６４０で増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は利得平坦化フィルタ６５０に入力され、利得平坦化フィルタ６５０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号のみを利得平坦化する。その後、Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第２エルビウム添加光ファイバ６６０により増幅された後、分離器６８０に入力される。分離器６８０は入力された光信号のうちＣ−バンド光信号要素を第５経路７６０に出力し、Ｌ−バンド光信号要素はサーキュレータ６９０に出力する。サーキュレータ６９０は受信したＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて出力する。Ｌ−バンド光信号要素は反射部７４０により第３エルビウム添加光ファイバ７３０で２回にわたり増幅された後、第２波長選択結合器７１０を経てサーキュレータ６９０の第２ポートに入力される。サーキュレータ６９０は第２ポートで受信したＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路７６５に出力する。結合器７７０は第５経路７６０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路７６５を通じて受信したＬ−バンド光信号要素とを結合して出力する。
【００８１】
第３実施例
【００８２】
図４は、本発明の望ましい第３実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図を示すものである。広帯域光ファイバ増幅器は、第１アイソレータ８１０及び第２アイソレータ９３０と、第１増幅部９８５及び第２増幅部９９５と、利得平坦化フィルタ９４０と、分配部９９０と、反射部９２０と、から構成される。
【００８３】
広帯域光ファイバ増幅器にＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素が入力されると、このＣ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は第１アイソレータ８１０及び第１波長選択結合器８２０を経て第１エルビウム添加光ファイバ８４０に入力される。第１エルビウム添加光ファイバ８４０により増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素は分離器８６０に入力される。分離器８６０は入力された広信号のうち、Ｃ−バンド光信号要素を第５経路９５０に出力し、Ｌ−バンド光信号要素はサーキュレータ８７０に出力する。サーキュレータ８７０は受信したＬ−バンド光信号要素を第２ポートを通じて出力する。Ｌ−バンド光信号要素は反射部９２０により第２エルビウム添加光ファイバ９１０で２回増幅された後、第２波長選択結合器８９０を経てサーキュレータ８７０の第２ポートに入力される。サーキュレータ８７０は第２ポートで受信した２次増幅されたＬ−バンド光信号要素を第３ポートを通じて第４経路９７０に出力する。結合器９６０は第５経路９５０を通じて受信したＣ−バンド光信号要素と第４経路９７０を通じて受信したＬ−バンド光信号要素を結合して出力する。
【００８４】
【発明の効果】
上述したように本発明による広帯域光ファイバ増幅器は、反射部を利用して光信号を増幅部に２回入力させるようにしているので、要求されるポンピング光源のパワー、エルビウム添加光ファイバの長さなどを節減できることに加えて、増幅効率を向上することもできる利点がある。また、本発明による広帯域光ファイバ増幅器は、反射部を用いることにより、利得平坦化フィルタの最大挿入損失を減少させて雑音指数を最小化することができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図２】本発明の望ましい第１実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図３】本発明の望ましい第２実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【図４】本発明の望ましい第３実施例による広帯域光ファイバ増幅器の構成図。
【符号の説明】
３１０、６１０、８１０ 第１アイソレータ
３２０、６２０、８２０ 第１波長選択結合器
３３０、６３０、８３０ 第１ポンピング光源
３４０、６４０、８４０ 第１エルビウム添加光ファイバ
３５０ 第１経路
３６０、６９０、８７０ サーキュレータ
３７０、６５０、９４０ 利得平坦化フィルタ
３８０ 第１反射部
３９０、７１０、８９０ 第２波長選択結合器
４００、７２０ 第２ポンピング光源
４１０、９１０ 第２エルビウム添加光ファイバ
４２０ 第３波長選択結合器
４３０、６８０、８６０ 分離器
４４０ 第４波長選択結合器
４５０ 第６経路
４６０、７８０ 第３経路
４７０、７９５ 第３増幅部
４８０ 第２反射部
４９０、７６０、９５０ 第５経路
５００、７５０、９３０ 第２アイソレータ
５１０、７７０、９６０ 結合器
５２０、７６５、９７０ 第４経路
５３０ 第７経路
５４０、７８５、９８５ 第１増幅部
５５０、６６０、９９５ 第２増幅部
５６０、７９０、９９０ 分配部
７００ 第２経路
７３０ 第３エルビウム添加光ファイバ
７４０、９２０ 反射部
Claims (15)
- 光伝送システムに使用される広帯域光ファイバ増幅器において、
Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を有する光信号を増幅する第１増幅部と、
前記増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を第１経路を通じて受信する前記第１増幅部に連結された分配部と、
前記増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信し、該増幅Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する前記分配部に連結された利得平坦化フィルタと、
前記増幅及び利得平坦化された増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記増幅Ｌ−バンド光信号要素を前記利得平坦化フィルタを経て前記分配部へと反射させ、前記増幅及び利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化させるために前記利得平坦化フィルタに連結された第１反射部と、
前記増幅及び２次利得平坦化された増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記増幅Ｌ−バンド光信号要素を受信及び２次増幅する前記分配部に連結された第２増幅部と、
前記２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信して、２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する前記分配部と、
前記２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する前記分配部に連結された第３増幅部と、
前記３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を前記第２増幅部を経て前記分配部へと反射させる前記第３増幅部に連結された第２反射部と、
前記反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と前記２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して出力する前記分配部と、を含むことを特徴とする広帯域光ファイバ増幅器。 - 前記分配部は、前記反射Ｌ−バンド光信号要素と前記２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合する結合器を備える請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 前記分配部は、前記増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を前記第１経路を通じて第１ポートで受信し、
第２ポートに入力される増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記増幅Ｌ−バンド光信号要素を出力し、
前記反射Ｌ−バンド光信号要素を第３ポートで受信して第４ポートを通じて第４経路に出力するサーキュレータをさらに備える請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。 - 前記分配部は、前記２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を分離して、前記２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を第５経路に出力し、前記２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を第３経路に出力する分離器をさらに備える請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 前記分配部は、前記分離器から受信した前記２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する前記分離器に連結された第２アイソレータをさらに備える請求項４記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 前記分配部は、前記第２増幅部から出力される残留ポンピング光により前記第３増幅部をポンピングするのに用いられる前記第３増幅部と前記分離器との間に配置された第４波長選択結合器及び前記分離器と前記第２増幅部との間に配置された第３波長選択結合器をさらに備える請求項４記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 前記第１増幅部は、前記Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を増幅する第１波長選択結合器の出力端に連結された第１エルビウム添加光ファイバと、
予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を前記第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１光源と、
前記第１光源からのポンピング光を前記第１エルビウム添加光ファイバに出力する第１波長選択結合器と、を備える請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。 - 前記第２増幅部は、前記増幅及び２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記増幅Ｌ−バンド光信号要素を増幅する前記第２波長選択結合器に連結された第２エルビウム添加光ファイバと、
予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を前記第２エルビウム添加光ファイバに出力する第２光源と、
前記第２光源からのポンピング光を前記第２エルビウム添加光ファイバに出力する前記２波長選択結合器と、を備える請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。 - 前記広帯域光ファイバ増幅器に入力された光を順方向に通過させ、その逆方向に進む光を遮断する前記広帯域光ファイバ増幅器の入力端に連結された第１アイソレータをさらに含む請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 前記第３増幅部は、第４波長選択結合器を通じて受信したポンピング光によりポンピングされるエルビウム添加光ファイバである請求項１記載の広帯域光ファイバ増幅器。
- 光通信システムに使用され、高増幅効率と低雑音指数を示すようにＣ−バンド光信号要素とＬ−バンド光信号要素で構成された光信号を増幅する方法において、
（１）第１増幅段で、前記Ｃ−バンド光信号要素と前記Ｌ−バンド光信号要素で構成される前記光信号を増幅する過程と、
（２）分配段で、第１経路を通じて前記第１増幅段で増幅された増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を受信する過程と、
（３）前記分配段から前記増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を出力する過程と、
（４）利得平坦化段で、前記出力された出力Ｃ−バンド光信号要素のみを利得平坦化する過程と、
（５）前記利得平坦化された利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素を前記利得平坦化段へと反射する過程と、
（６）前記利得平坦化段で、前記利得平坦化及び反射された利得平坦化及び反射Ｃ−バンド光信号要素を２次利得平坦化する過程と、
（７）第２増幅段で、前記２次利得平坦化された２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記反射された反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程と、
（８）前記過程（７）で、２次増幅された２次増幅Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素を２次増幅Ｃ−バンド光信号要素と２次増幅Ｌ−バンド光信号要素に分離する過程と、
（９）前記分配段から前記２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を出力する過程と、
（１０）第３増幅段で、前記２次増幅及び分離Ｌ−バンド光信号要素を３次増幅する過程と、
（１１）前記過程（１０）で、３次増幅された３次増幅Ｌ−バンド光信号要素を前記分配段へと反射させる過程と、
（１２）前記過程（１１）で反射された反射Ｌ−バンド光信号要素と前記過程（８）で前記２次増幅及び分離された２次増幅及び分離Ｃ−バンド光信号要素とを結合して光信号を形成する過程と、
（１３）前記結合された結合光信号を出力する過程と、を含むことを特徴とする広帯域光信号の増幅方法。 - 前記第１増幅段で、前記Ｃ−バンド及びＬ−バンド光信号要素で構成された前記光信号を増幅する過程は、
第１光源から予め設定された第１波長を有する第１ポンピング光を第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、
第１波長選択結合器が前記第１光源からの前記第１ポンピング光を前記第１エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含む請求項１１記載の広帯域光信号の増幅方法。 - 前記第１波長は９８０ｎｍである請求項１２記載の広帯域光信号の増幅方法。
- 前記２次利得平坦化Ｃ−バンド光信号要素と前記反射Ｌ−バンド光信号要素を２次増幅する過程は、
第２光源から予め設定された第２波長を有する第２ポンピング光を第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、
第２波長選択結合器が前記第２光源からの前記第２ポンピング光を前記第２エルビウム添加光ファイバに出力する過程と、をさらに含む請求項１１記載の広帯域光信号の増幅方法。 - 前記第２波長は１４８０ｎｍである請求項１４記載の広帯域光信号の増幅方法。
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