JP4028218B2 - 改善した広帯域エルビウム添加光ファイバ増幅器 - 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、広帯域光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光通信システムに適用されるエルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)が実用化されてきた。例えば、それぞれ異なる波長を有する複数の光信号が波長分割多重化(ＷＤＭ)される。光増幅器の広帯域によってＷＤＭ信号光の各信号光が増幅される。ＥＤＦＡを使用するシステムでは、ＥＤＦＡの利用可能な利得帯域幅によってチャンネル密度が制限を受けている。従って、ＥＤＦＡ利得が増加するようになると、チャンネル間隔とチャンネル当たりビット率を保持しつつシステム容量を増加させることができる。
【０００３】
ＷＤＭ伝送システムでは、１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍの従来の波長範囲(以下、“Ｃ帯域”と称する。)及び１５７０ｎｍ乃至１６１０ｎｍの長波長範囲(以下、“Ｌ帯域”と称する。)で高い利得を得るために、他の多くの技術が利用されてきた。図１は、従来のシステムにおける広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。受信帯域信号は、２つの増幅ステップ、Ｃ帯域及びＬ帯域を通じて結合された後広帯域幅を生成する。一般的に、従来のＣ帯域ＥＤＦＡよりパワー変換効率が低くてＬ帯域の光ファイバ増幅器には長い(１８８ｍ)ＥＤＦが要求される。このような増幅媒体では、信号光の進行方向と同一方向に伝播される順方向増幅自然放出光(ＡＳＥ)と信号光の進行方向とは反対方向に伝播される逆方向ＡＳＥが発生する。それぞれ光増幅器を備えた複数の反復器が光ファイバの伝送路にある場合、前記光増幅器から生成される雑音スペクトルＡＳＥは、信号スペクトルと関連した光パワーを正確に監視する問題を引き起こす。従って、パワー変換効率が改善し、雑音が減少され、費用効率性が高い光パワー増幅器が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＥＤＦＡ及び関連ポンプ源を効果的に利用してより短いエルビウム添加光ファイバを使用し、ポンプ消耗を減少させて信号帯域幅を増加させる構造を有する光増幅器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による２個以上の光帯域を有する光信号を増幅するための光増幅器は長さがＬ1であり、第１ポンプ光源によってポンピングされる第１エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ1)と、長さがＬ2であり、第２ポンプ光源によってポンピングされる第２エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ2)と、前記ＥＤＦ1とＥＤＦ2との間に位置して入力される増幅光信号を多数のサブ帯域信号に分割する分割部と、前記ＥＤＦ2の出力を前記ＥＤＦ2に逆方向反射して再び増幅させる反射器と、前記分割部の出力端に位置して、前記ＥＤＦ2から出力される逆方向増幅光信号を他の方向に進行させ、前記ＥＤＦ2から発生する増幅自然放出光(ＡＳＥ)が前記分割部の方向に進行することを防止するサーキュレータとを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明による光信号の増幅方法は、第１増幅部(ＥＤＦ1)を通じて入力光信号を通過させて増幅させるステップと、前記増幅された入力信号をＣ帯域信号及びＬ帯域信号に分割するステップと、第２増幅部(ＥＤＦ2)で前記Ｌ帯域信号をさらに増幅するステップと、前記増幅されたＬ帯域信号を逆方向に前記ＥＤＦ２へ再び伝送して増幅するステップと、前記増幅されたＬ帯域光信号及び前記Ｃ帯域信号を再び結合して出力信号を生成するステップとを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。下記の説明において、具体的な回路の構成素子などのような特定事項が示されているが、これは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されただけであり、これら特定事項なしで、本発明が実施されることができることは当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明であろう。そして、本発明の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
【０００８】
図３は、本発明の第１実施形態による広帯域光増幅器１０の構成要素を示す。本発明による増幅器１０は、基本的に、２個の増幅部、すなわち、第１増幅部及び第２増幅部に分離される。第１増幅部は、９８０ｎｍ ポンプレーザダイオードＬＤ１４によってポンピングされる第１ＥＤＦ１８を備え、第２増幅部は、１４８０ｎｍ ポンプＬＤ２６によってポンピングされる第２ＥＤＦ３０を備える。光増幅器１０は、入力光信号を順方向に進行させるアイソレータ１２、９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ１６を通じて９８０ｎｍ ポンプＬＤ１４に連結された第１ＥＤＦ１８、増幅された光信号をＣ帯域及びＬ帯域に分割する第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ２０、Ｃ帯域光信号を順方向に進行させるアイソレータ２２、Ｌ帯域光信号を順方向に通過させるサーキュレータ２４、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ２８に連結された１４８０ｎｍ ポンプＬＤ２６によってポンピングされる第２ＥＤＦ３０、前記増幅されたＬ帯域光信号及び順方向ＡＳＥを逆方向に第２ＥＤＦ３０に再び伝送する反射器３２、及びアイソレータ２２から出力されたＣ帯域光信号及びサーキュレータ２４によってＷＳＣ３４へ再び伝送された逆方向増幅Ｌ帯域光信号を結合して広帯域を得る 結合器を備える。一般的に、Ｃ帯域は、１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍであり、Ｌ帯域は１５７０ｎｍ乃至１６００ｎｍである。しかし、これら帯域範囲は、具現し次第であるので、デザインまたはＥＤＦによって異なることができる。また、図３に示したＥＤＦの長さは例示に過ぎないので、本発明による増幅器１０には異なる長さのＥＤＦを使用することができる。従って、示されているＥＤＦの長さによって本発明の範囲が制限されない。
【０００９】
第１実施形態において、アイソレータ１２を通過して順方向に伝播される光信号は、第１ＥＤＦ１８によって増幅され、前記第１ＥＤＦ１８は、９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ１６を通じて９８０ｎｍ ダイオードレーザ１４によってポンピングされる。アイソレータ１２は、光がただ一方向にのみ進行するように誘導する役割を行う。この後、前記増幅された信号は、第１の１５５０／１５９０ｎｍＷＳＣ２０によって２個のサブ帯域、Ｃ帯域及びＬ帯域に分割される。該技術分野における通常の知識を有する者ならば、第１ＷＳＣ２０は、グレーティング、帯域分割器、薄膜フィルタ、ＷＤＭ装置、及び１本またはそれ以上の波長を反射または再伝送するのに適合した装置で構成されることができることを分かるであろう。また、ポンプＬＤ１４は、中心波長が約９８０ｎｍの波長域のポンプ光を発生することが望ましいが、従来のＥＤＦＡのポンプ波長である１４８０ｎｍも差し支えない。第１増幅部の長さは、１８ｍ以上が望ましい。ポンプ源１４の光によってポンピングされると、前記ポンプ光の一部は、第１増幅部で吸収される。
【００１０】
光分割の後、分割されたＣ帯域信号は、アイソレータ２２によって順方向に進行するが、これは、第１ＷＳＣ２０での反射を防止する役割を行う。同時に、Ｌ帯域信号は、第２ＥＤＦ３０に順方向に印加される。前記第２ＥＤＦ３０は、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ２８を通じて１４８０ｎｍ ポンプＬＤ２６によって順方向ポンピングされる。前記ポンプＬＤ２６は、中心波長が約１４８０ｎｍの波長帯域でポンプ波長を発生させることが望ましいが、従来のＥＤＦＡのためのポンプ波長９８０ｎｍも差し支えない。第２増幅部の長さは、８５ｍ以上が望ましく、ポンプ源２６から発生した光によってポンピングされるとき、ポンプ光の一部が第２増幅部に吸収される。第２増幅の後、順方向に進行するＬ帯域増幅信号は、光ファイバ反射器３２によって反射される。このとき、第２増幅部で発生して順方向に伝播されるＣ帯域ＡＳＥも光ファイバ反射器３２によって反射される。前記反射されたＬ帯域及びＣ帯域ＡＳＥは、ポンプ源２６のポンプ光の進行方向と反対方向に第２増幅部に再び伝送されて増幅され、この後、サーキュレータ２４によって第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ３４の入力に印加される。前記反射されたＬ帯域光信号及び逆方向Ｃ帯域光信号は、サーキュレータ２４に進行することができるので、サーキュレータ２４は、ＡＳＥを含む雑音光をフィルタリングし、前記増幅されたＬ帯域光信号を第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ３４に通過させて第１増幅部でのＣ帯域ＡＳＥの飽和を防止し、Ｃ帯域ＡＳＥによって雑音を抑制するようになる。最後、前記反射されたＬ帯域光信号は、アイソレータ２２から出力されたＣ帯域光信号と結合して出力信号になる。
【００１１】
図４は、図３に示した第１実施形態による広帯域ＥＤＦＡに対する実験結果として、波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。図４に示すように、光ＥＤＦＡ及びパワーポンプ数を減少させつつも、２２ｄＢ以上の利得を得ることができる。
【００１２】
図５は、第２実施形態による広帯域光増幅器４０を示す。説明の明確性及び簡潔性のために、図３で取り扱えた類似した構成要素に対する説明は省略する。第２実施形態において、アイソレータ４２を通過した光信号は、第１ＥＤＦ４８によって増幅され、第１ＥＤＦ４８は、光分割の前に９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ４６を通じて９８０ｎｍ ポンプＬＤ４４によってポンピングされる。第１ＥＤＦ４８の長さは１８ｍ以上が望ましい。この後、前記増幅された信号は、第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ５０によって２個のサブ帯域、Ｃ帯域及びＬ帯域に分割される。前記Ｃ帯域反射光信号は、アイソレータ５２によって順方向にのみ進行するが、これは、第１ＷＳＣ５０での光反射を防止する役割を行う。一方、Ｌ帯域信号は第２ＥＤＦ５６を通じて順方向に進行しつつ、前記第２ＥＤＦ５６は、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ５８に連結された１４８０ｎｍ ダイオードレーザ６４によってポンピングされる。第２ＥＤＦ５６の長さは９５ｍ以上が望ましい。
【００１３】
第２増幅の後、順方向に進行する増幅されたＬ帯域光信号は、光ファイバ反射器６０によって反射される。同時に、第１及び第２増幅過程で発生して順方向に進行するＣ帯域ＡＳＥも光ファイバ反射器６０によって反射される。前記反射されたＬ帯域光信号及びＣ帯域ＡＳＥは、ポンプ源６４のポンプ光の進行方向と同じ方向に第２増幅部に再び印加されて増幅された後、サーキュレータ５４を通じて第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ６２の入力に印加される。サーキュレータ５４も第１増幅部に逆方向に進行するＡＳＥを含む雑音をフィルタリングし、前記増幅されたＬ帯域光信号を第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ６２の入力に印加することにより、Ｃ帯域ＡＳＥの飽和を防止し、Ｃ帯域ＡＳＥによって雑音を抑制する役割を行う。前記反射されたＬ帯域光信号は、アイソレータ５２から出力されたＣ帯域光信号と再び結合して出力信号になる。
【００１４】
図６は、図５に示した第２実施形態による広帯域ＥＤＦＡに対する実験結果として、波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。図６に示すように、光ＥＤＦＡ及びパワーポンプ数を減少させつつも、２２ｄＢ以上の利得を得ることができる。
【００１５】
本発明の原理によって多様な変形が可能である。例えば、図７は、本発明の中心範囲を外れなくとも本発明が実施されることができる特定の場合を示す。両方向ポンピングが第２増幅部で行われる点を除いて、図７に示す第３実施形態の構造及び動作は、図３及び図５に示した実施形態と本質的に同一である。従って、図３及び図５で説明した要素に対する説明は、重複を避けるために省略する。
【００１６】
図３及び図５に示す本発明による広帯域光増幅器の構造に対する実験を実施した。図３及び図５に示す本発明の構造及び図１に示した従来の構造における実験結果である利得帯域幅及び使用ポンプパワーは、図８に示されている。実験のために、それぞれ１８ｍ及び９５ｍの２個のＥＤＦを光増幅のためにそれぞれ第１及び第２増幅ステップで使用した。Ｃ帯域に対しては９８０ｎｍで動作する第１ポンプレーザを使用し、Ｌ帯域に対しては１４８０ｎｍで動作する第２ポンプレーザを使用した。図８から分かるように、従来に比べてより低いポンプパワーとより短いＥＤＦとを使用して同じ利得帯域幅を得た。このことから、本発明による構造が光学コンポーネントの数を減少させつつも、費用に対しさらに効率の良いことを分かる。
【００１７】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の思想を外れない範囲内で様々な変形及び変更が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を有する者には自明であろう。そこで、本発明の範囲は、前記実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【００１８】
【発明の効果】
以上から述べてきたように、本発明による光増幅器は、ＥＤＦＡ及び関連ポンプ源を効果的に利用してより短いエルビウム添加光ファイバを使用し、ポンプ消耗を減少させて信号帯域幅を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のシステムにおけるＥＤＦＡを示す図である。
【図２】 図１に示した光ファイバ増幅器に対する実験結果から得た波長(ｎｍ)に対する利得、雑音指数(ｄＢ)、及び出力パワー(ｄＢｍ)を示すグラフである。
【図３】 本発明の第１実施形態による順方向広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。
【図４】 図３に示した第１実施形態による光ファイバ増幅器に対する実験結果から得た波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。
【図５】 本発明の第２実施形態による逆方向広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。
【図６】 図５に示した第２実施形態による光ファイバ増幅器に対する実験結果から得た波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。
【図７】 本発明の第３実施形態による両方向にポンピングされる広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。
【図８】 従来の構造と本発明による構造間の出力パワーを比較した表である。
【符号の説明】
１２，２２，４２，５２，８２，９２ アイソレータ
１４，４４，８４ ９８０ｎｍ ポンプレーザダイオードＬＤ
１６，４６，８６ ９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ
１８，４８，８８ 第１ＥＤＦ
２０，５０，９０ 第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ
２４，５４，９４ サーキュレータ
２６，６４，９６，１０４ １４８０ｎｍ ポンプＬＤ
２８，５８，９８ １４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ
３０，５６，１００ 第２ＥＤＦ
３２，６０，１０６ 反射器
３４，６２，１０８ 第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ

Claims (12)

  1. 長さがＬ1であり、第１ポンプ光源によってポンピングされる第１エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ1)と、
    長さがＬ2であり、第２ポンプ光源によってポンピングされる第２エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ2)と、
    前記第１ＥＤＦ1と第２ＥＤＦ2との間に位置して入力される増幅光信号を複数のサブ帯域信号に分割する分割部と、
    前記第２ＥＤＦ2の出力を前記第２ＥＤＦ2に逆方向に反射して再び増幅させる反射器と、 前記分割部の出力端と前記第２ＥＤＦ2の入力端との間に位置し、前記第２ＥＤＦ2から出力される逆方向増幅光信号を前記分割部の方向とは異なる方向へ進行させ、前記第２ＥＤＦ2から発生する増幅自然放出光(ＡＳＥ)が前記分割部の方向へ進行するのを防止するサーキュレータと、
    前記異なる方向の端に位置して前記ＥＤＦ 2 から出力される逆方向増幅出力と前記分割部で分割された複数のサブ帯域信号のうちの一のサブ帯域信号とを結合して出力信号を発生する結合器と、
    を備えることを特徴とする広帯域光増幅器。
  2. 前記第１ポンプ光源は、増幅信号光の方向に対して順方向または逆方向に位置することを特徴とする請求項１に記載の広帯域光増幅器。
  3. 前記第２ポンプ光源は、増幅信号光の方向に対して順方向または逆方向に位置することを特徴とする請求項１に記載の広帯域光増幅器。
  4. 前記入力光信号を前記ＥＤＦ1に順方向に伝播する第１アイソレータと、前記分割部の出力に連結されて前記サブ帯域信号のうち１つを前記結合器の入力に印加する第２アイソレータとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の広帯域光増幅器。
  5. 前記Ｌ2は、前記Ｌ1よりさらに大きいことを特徴とする請求項１に記載の広帯域光増幅器。
  6. 入力と出力を有する第１エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ1)と、
    前記第１ＥＤＦ1の入力に連結されてポンプ光を発生する第１ポンプ光源と、
    入力と出力を有する第２エルビウム添加光ファイバ増幅部(ＥＤＦ2)と、
    前記第２ＥＤＦ2の入力に連結されてポンプ光を発生する第２ポンプ光源と、
    前記ＥＤＦ1とＥＤＦ2との間に位置してＥＤＦ1の出力を複数のサブ帯域信号に分割する分割部と、
    前記ＥＤＦ2の増幅出力信号を逆方向に反射して前記第２ＥＤＦ2に再び印加する反射器と、
    前記分割部の出力端と前記第２ＥＤＦ2の入力端との間に位置し、逆方向に進行する前記反射された増幅出力信号を前記分割部の方向とは異なる方向へ誘導し、前記第２ＥＤＦ2で発生するＡＳＥが前記分割部の方向へ進行することを防止するサーキュレータと、
    前記分割部の方向とは異なる方向へ誘導された増幅出力信号及び前記分割部から出力される前記サブ帯域信号のうち１つを結合して出力信号を生成する結合器とを備えることを特徴とする広帯域光増幅器。
  7. 入力光信号を前記ＥＤＦ1に順方向に伝播する第１アイソレータと、前記分割部の出力に連結されて前記サブ帯域信号のうち１つを前記結合器の入力に印加する第２アイソレータとをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の広帯域光増幅器。
  8. 前記第１ポンプ光源は、増幅信号光の方向に対して順方向または逆方向に位置することを特徴とする請求項６に記載の広帯域光増幅器。
  9. 前記第２ポンプ光源は、増幅信号光の方向に対して順方向または逆方向に位置することを特徴とする請求項６に記載の広帯域光増幅器。
  10. 前記第１ポンプ光源によって発生されたポンプ光は、中心波長が約９８０ｎｍの波長域にあることを特徴とする請求項６に記載の広帯域光増幅器。
  11. 前記第２ポンプ光源によって発生されたポンプ光は、中心波長が約１４８０ｎｍの波長域にあることを特徴とする請求項６に記載の広帯域光増幅器。
  12. 前記ＥＤＦ2の第２エルビウム添加光ファイバは、前記ＥＤＦ1の第１エルビウム添加光ファイバよりさらに長いことを特徴とする請求項１に記載の広帯域光増幅器。
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