JP3892446B2

JP3892446B2 - ラマン光増幅器モジュール

Info

Publication number: JP3892446B2
Application number: JP2004092337A
Authority: JP
Inventors: 承佑金; 星澤黄; 定錫李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: CN1324394C; JP2004326093A; US20040212874A1; CN1540430A; KR100487190B1; KR20040091809A; US7136218B2

Description

本発明は、光通信のための光増幅器に関し、特に、光信号をラマン増幅させるためのラマンポンピング光源及び光ファイバ増幅器を備えるラマン光増幅器に関する。

光通信網は、光信号を長距離伝送するために、光信号の強度を増幅できる多様な形態の光増幅器を使用する。しかし、このような光増幅器は、光信号の強度のみならず光信号の内に含まれた雑音も増幅することになり、光信号の雑音指数などを劣化させるなどの問題がある。

一般的な光増幅器としては、高い利得、低い雑音指数、及び大きい飽和出力パワーなどによって基幹網またはメトロ(Metro)網などに主にエルビウム添加光ファイバなどが使用される。しかし、これら多くの長所を有するとしても、エルビウム添加光ファイバ増幅器は、他の光増幅器に比べて、価格が高く且つそのサイズが相対的に大きい問題がある。一方、半導体光増幅器は、安価で比較的広い増幅帯域を有するが、高い雑音特性によってその使用が制限されてきた。

光信号の増幅とともに増幅される雑音を抑制するための手段として、光信号をラマン増幅するラマン光増幅器が提案されている。

図１は、従来のラマン光増幅器モジュールを示す。図１を参照すると、ラマン光増幅器モジュールは、ラマン光ファイバ増幅器１１０と、ラマンポンピング（励起）光源１３０と、ラマン光ファイバ増幅器１１０でラマン増幅された光信号を二次的に増幅する半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier)１４０と、第１アイソレータ１５０と、第２アイソレータ１６０と、波長選択結合器(Wavelength select coupler)１２０とを備える。

ラマン光ファイバ増幅器１１０は、所定の波長のラマンポンピング光によってラマンポンピングされた後に、その内部に入力された光信号をラマン増幅する。ラマン光ファイバ増幅器１１０としては単一モード光ファイバなどを使用することができる。

第１アイソレータ１５０は、増幅対象の光信号を光ファイバ増幅器１１０に出力し、光ファイバ増幅器１１０から第１アイソレータ１５０の方向に逆流する一部増幅された光信号を遮断することにより光信号の損失を最小化させる。

ラマンポンピング光源１３０は、ラマン光ファイバ増幅器１１０をラマンポンピングさせるための所定の波長のラマンポンピング光を生成する。ラマンポンピング光源１３０としては半導体レーザなどを使用することができる。

波長選択結合器１２０としては、Ｙ−分岐(Y-Branch)構造の光導波路列格子などが使用可能で、ラマンポンピング光源１３０、ラマン光ファイバ増幅器１１０、及び半導体光増幅器１４０のそれぞれに連結される。従って、波長選択結合器１２０は、ラマンポンピング光源１３０から放出されたラマンポンピング光をラマン光ファイバ増幅器１１０に出力し、ラマン光ファイバ増幅器１１０からラマン増幅された光信号を半導体光増幅器１４０に出力する。

半導体光増幅器１４０は、ラマン光ファイバ増幅器１１０でラマン増幅された光信号を二次的に増幅して第２アイソレータ１６０に出力する。すなわち、半導体光増幅器１４０は、ラマン光ファイバ増幅器１１０でラマン増幅された光信号を二次的に増幅することにより、ラマン増幅された光信号の増幅利得を向上させる。また、ラマン光ファイバ増幅器１１０が、半導体光増幅器１３０で光信号を増幅する以前にその内部に入力された光信号をラマン増幅することにより、半導体光増幅器１３０で光信号を増幅する場合に発生する雑音指数を減少させている。

第２アイソレータ１６０は、半導体光増幅器１４０で増幅された光信号をモジュール外部に出力し、外部からラマン光増幅器モジュール内部に入ろうとする光信号を遮断する。

しかし、ラマン光ファイバ増幅器モジュールは、別途のラマンポンピング光源をさらに備えなければならない。すなわち、ラマンポンピング光源をさらに備えることによって駆動電力の消耗が大きくなり、ラマン光増幅器モジュールの生産コスト及びボリュームが大きくなるなどの問題がある。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、より向上した増幅効率を保持しつつその大きさ及び電力消耗を最小にできるラマン光増幅器モジュールを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明によるラマン光増幅器モジュールは、入力された光信号をラマン増幅して一次増幅光信号を出力するラマン光ファイバ増幅器と、前記ラマン光ファイバ増幅器をラマンポンピングするためのラマンポンピング光を生成すると共に、前記一次増幅光信号を二次増幅して出力する半導体光増幅器と、第１ポートに入力される前記一次増幅光信号を第２ポートに出力し、該第２ポートに入力される前記二次増幅光信号及び前記ラマンポンピング光を第３ポートに出力し、該第３ポートに再入力される前記ラマンポンピング光を前記第１ポートに出力するサーキュレータと、前記サーキュレータの第３ポートに連結され、前記ラマンポンピング光を前記サーキュレータに反射させ且つ前記二次増幅光信号を通過させる光ファイバ格子と、を備え、前記半導体光増幅器は、両端に相互に対向するように形成され、ラマンポンピング光として用いる波長の光が共振するように所定の周期を有するブラッグ格子と、サーキュレータの第２ポートとの連結端とは反対側の端部に形成され、ラマンポンピング光及び二次増幅光信号を前記第２ポートに向けて反射させる高反射層と、を備えることを特徴とする。このモジュールでは、ラマン光ファイバ増幅器の入力側に連結され、増幅対象の光信号をラマン光ファイバ増幅器に出力するアイソレータをさらに備えてもよい。

ラマンポンピング光の波長は、増幅対象の光信号の波長より１００ｎｍ小さい波長を中心とする領域で選択的に使用することが可能で、特に、増幅対象の光信号の波長より８０〜１２０ｎｍ小さい波長の範囲内で選択することができ、増幅対象の光信号の波長に従って選択可能である。

このような本発明によれば、ラマン光ファイバ増幅器によるラマン増幅で、ラマン光ファイバ増幅器によるラマン増幅で、入力された光信号を一次増幅する一次増幅ステップと、その両端に相互に対向するように形成され、ラマンポンピング光として用いる波長の光が共振するように所定の周期を有するブラッグ格子と、サーキュレータの第２ポートとの連結端とは反対側の端部に形成され、ラマンポンピング光及び二次増幅光信号を前記第２ポートに向けて反射させる高反射層とを有する半導体光増幅器により、前記一次増幅された光信号を二次増幅すると共に、前記ラマン光ファイバ増幅器をラマンポンピングするためのラマンポンピング光を前記ブラッグ格子による共振によって生成する二次増幅ステップと、前記一次増幅光信号をサーキュレータの第１ポートに入力して該サーキュレータの第２ポートから前記半導体光増幅器に出力し、前記二次増幅光信号及び前記ラマンポンピング光を前記サーキュレータの第２ポートに入力して該サーキュレータの第３ポートから出力し、前記サーキュレータの第３ポートに再入力される前記ラマンポンピング光を該サーキュレータの第１ポートから前記ラマン光ファイバ増幅器に出力する光循環ステップと、光ファイバ格子により、前記サーキュレータの第３ポートから出力された前記ラマンポンピング光を該サーキュレータの第３ポートに反射させ且つ前記二次増幅光信号を通過させる出力ステップと、を含むことを特徴としたラマン光増幅方法が提供される。

本発明によるラマン光増幅器モジュールは、ラマン光ファイバ増幅器からラマン増幅された一次増幅光信号を出力し、この一次増幅光信号を半導体光増幅器で二次増幅することにより、光信号の増幅効率を増加させ、さらに、半導体光増幅器がラマンポンピング光源及び光増幅器の機能を同時に遂行することにより、生産コストが節減され、そのボリュームがより小型化された構造にも適用可能である。

以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の好適な実施例によるラマン光増幅器モジュールの構成を示す。図２を参照すると、ラマン光増幅器モジュールは、その内部を進行する光信号を一次増幅するラマン光ファイバ増幅器２３０と、所定の波長のラマンポンピング光を出力する半導体光増幅器２４０と、ラマン増幅された一次増幅光及びラマンポンピング光の入出力を制御するサーキュレータ２１０と、光ファイバ格子２２０とを備える。

ラマン光ファイバ増幅器２３０は、半導体光増幅器２４０から出力されたラマンポンピング光によってラマンポンピングされることにより、その内部に入力された光信号をラマン増幅し、ラマン増幅された一次増幅光をサーキュレータ２１０に出力する。

光ファイバ増幅器２３０としては、単一モード光ファイバ及びノンゼロ分散遷移光ファイバ(Non Zero Dispersion Shifted Fiber)などを使用することができる。

ノンゼロ分散遷移光ファイバは、コアの有効直径が単一モード光ファイバより小さい場合にも適用可能である。すなわち、コアの有効直径が小さいノンゼロ分散遷移光ファイバを使用することにより、ラマンポンピング光のパワーレベルを減少させ、またラマン増幅された光信号のラマン増幅利得を保持することができる。

半導体光増幅器２４０は、その両端に形成された所定の周期を有する一対のブラッグ格子(Bragg Grating)２４１と、半導体光増幅器２４０の末端に積層された高反射層(highly reflective layer)２４２とを備えることにより、ラマン光ファイバ増幅器２３０をラマンポンピングさせるためのラマンポンピング光を生成すると共に、一次増幅光を二次増幅してサーキュレータ２１０に出力する。

ブラッグ格子２４１は、一種の反射型格子として半導体光増幅器２４０の内部で生成されたラマンポンピング光を所定のパワーに到達するように共振させてサーキュレータ２１０に出力する。ブラッグ格子２４１は、ラマンポンピング光のみを反射させることができる周期で形成することにより、二次増幅光をその外部に出力することができる。すなわち、ブラッグ格子２４１は、ラマンポンピング光を所定の強度に到達するときまで共振させる共振器の機能を遂行することにより、光ファイバ増幅器２３０をラマンポンピングさせることができる十分な強度のラマンポンピング光を出力するようになる。

高反射層２４２は、半導体光増幅器２４０の末端に積層されることにより、ラマンポンピング光及び二次増幅光信号をサーキュレータ２１０に出力する。

サーキュレータ２１０は、ラマン光ファイバ増幅器２３０に連結された第１ポートに入力される一次増幅光信号を、半導体光増幅器２４０に連結された第２ポートに出力し、また、第２ポートを通じて入力される二次増幅光信号及びラマンポンピング光を、光ファイバ格子２２０に連結された第３ポートに出力し、そして、光ファイバ格子２２０で反射されて第３ポートに再び入力されるラマンポンピング光を第１ポートを通じて出力する。

すなわち、サーキュレータ２１０は、第１ポートに入力された一次増幅光信号を第２ポートに出力し、第２ポートに入力されたラマンポンピング光を最終的には第１ポートに出力し、第２ポートに入力された二次増幅光信号を第３ポートを通じて出力する。

光ファイバ格子２２０は、サーキュレータ２１０の第３ポートに連結された光ファイバ２２１と、該光ファイバ２２１に、ラマンポンピング光を反射させるための周期を有するように形成されたブラッグ格子２２２とを備える。すなわち、光ファイバ格子２２０は、サーキュレータ２１０の第３ポートから出力されたラマンポンピング光及び二次増幅光信号のうちラマンポンピング光を第３ポートに反射させ、二次増幅光信号をラマン光増幅器モジュールの外部に出力する。

アイソレータ４５０は、外部から流入する光信号をラマン光ファイバ増幅器２３０に入力し、光ファイバ増幅器２３０でラマン増幅された一次増幅光信号が逆流して外部に出力されることを防止する。

図３は、図２に示したラマン光ファイバ増幅器に入力されるラマンポンピング光の強度変化に応じてラマン増幅された光信号のラマン利得スペクトルを示すグラフである。図３を参照すると、ラマン利得スペクトルを示すグラフのｘ軸は、光ファイバ増幅器から出力される光信号の波長範囲を示す。また、ラマン利得スペクトルのｙ軸は、ラマン増幅利得(ｄＢ)を示す。すなわち、ラマン利得スペクトルは、１４６０ｎｍの波長を有するラマンポンピング光の強度変化に従って光ファイバ増幅器でラマン増幅された光信号の強度変化を示す。

ラマンポンピング光の強度が１００ｍＷである場合には、ラマン増幅された１５６０ｎｍの光信号は２．５ｄＢ以上のラマン利得を有し、ラマンポンピング光の強度が１５０ｍＷである場合には、ラマン増幅された１５６０ｎｍの光信号は４ｄＢのラマン利得を有する。また、ラマンポンピング光の強度が２００ｍＷである場合には、ラマン増幅された１５６０ｎｍの光信号は５．５ｄＢのラマン利得を有し、ラマンポンピング光の強度が２５０ｍＷである場合には、ラマン増幅された１５６０ｎｍの光信号は７ｄＢ程度のラマン利得をそれぞれ有するようになる。図３のラマン利得スペクトルの測定に使用されたラマン光ファイバ増幅器は、７０ｋｍ長さの単一モード光ファイバを使用している。結果的に、ラマン光ファイバ増幅器は、ラマンポンピング光の強度に従ってラマン増幅された光信号のラマン利得も変化することが分かる。

以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。

光増幅器及びラマンポンピング光源を備える従来のラマン光増幅器の構成を概略的に示す図。本発明の好適な実施例によるラマン光増幅器の構成を概略的に示す図。図２に示したラマン光ファイバ増幅器に入力されるラマンポンピング光の強度変化によってラマン増幅された光信号の強度変化を示すラマン利得スペクトルを示したグラフ。

符号の説明

２１０サーキュレータ
２２０光ファイバ格子
２３０光ファイバ増幅器（ラマン増幅器）
２４０半導体光増幅器

Claims

入力された光信号をラマン増幅して一次増幅光信号を出力するラマン光ファイバ増幅器と、
前記ラマン光ファイバ増幅器をラマンポンピングするためのラマンポンピング光を生成すると共に、前記一次増幅光信号を二次増幅して出力する半導体光増幅器と、
第１ポートに入力される前記一次増幅光信号を第２ポートに出力し、該第２ポートに入力される前記二次増幅光信号及び前記ラマンポンピング光を第３ポートに出力し、該第３ポートに再入力される前記ラマンポンピング光を前記第１ポートに出力するサーキュレータと、
前記サーキュレータの第３ポートに連結され、前記ラマンポンピング光を前記サーキュレータに反射させ且つ前記二次増幅光信号を通過させる光ファイバ格子と、を備え、
前記半導体光増幅器は、両端に相互に対向するように形成され、ラマンポンピング光として用いる波長の光が共振するように所定の周期を有するブラッグ格子と、サーキュレータの第２ポートとの連結端とは反対側の端部に形成され、ラマンポンピング光及び二次増幅光信号を前記第２ポートに向けて反射させる高反射層と、を備えることを特徴とするラマン光増幅器モジュール。
ラマン光ファイバ増幅器の入力側に連結され、増幅対象の光信号を前記ラマン光ファイバ増幅器に出力するアイソレータをさらに備える請求項１記載のラマン光増幅器モジュール。
光ファイバ格子は、サーキュレータの第３ポートに連結された光ファイバと、ラマンポンピング光を反射させるために前記光ファイバに形成された所定の周期のブラッグ格子と、を備える請求項１記載のラマン光増幅器モジュール。
ラマンポンピング光の波長は、１４６０ｎｍである請求項１記載のラマン光増幅器モジュール。
ラマンポンピング光の波長は、増幅対象の光信号の波長に従って選択される請求項４記載のラマン光増幅器モジュール。
ラマン光ファイバ増幅器は、ノンゼロ分散遷移光ファイバで構成される請求項１記載のラマン光増幅器モジュール。
ラマン光ファイバ増幅器によるラマン増幅で、入力された光信号を一次増幅する一次増幅ステップと、
その両端に相互に対向するように形成され、ラマンポンピング光として用いる波長の光が共振するように所定の周期を有するブラッグ格子と、サーキュレータの第２ポートとの連結端とは反対側の端部に形成され、ラマンポンピング光及び二次増幅光信号を前記第２ポートに向けて反射させる高反射層とを有する半導体光増幅器により、前記一次増幅された光信号を二次増幅すると共に、前記ラマン光ファイバ増幅器をラマンポンピングするためのラマンポンピング光を前記ブラッグ格子による共振によって生成する二次増幅ステップと、
前記一次増幅光信号をサーキュレータの第１ポートに入力して該サーキュレータの第２ポートから前記半導体光増幅器に出力し、前記二次増幅光信号及び前記ラマンポンピング光を前記サーキュレータの第２ポートに入力して該サーキュレータの第３ポートから出力し、前記サーキュレータの第３ポートに再入力される前記ラマンポンピング光を該サーキュレータの第１ポートから前記ラマン光ファイバ増幅器に出力する光循環ステップと、
光ファイバ格子により、前記サーキュレータの第３ポートから出力された前記ラマンポンピング光を該サーキュレータの第３ポートに反射させ且つ前記二次増幅光信号を通過させる出力ステップと、を含むことを特徴とするラマン光増幅方法。
ラマン光ファイバ増幅器は、ノンゼロ分散遷移光ファイバで構成する請求項７記載のラマン光増幅方法。