JP4149641B2 - ファイバラマンデバイスを有する物品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバラマンデバイスを含む物品（例えば、光ファイバ通信システム、または、このようなシステムのための光源もしくは増幅器）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバラマンレーザおよび増幅器（まとめて「ファイバラマンデバイス」という）は公知である。例えば、米国特許第５，３２３，４０４号には、波長選択素子として作用するファイバグレーティングを有する、第１のタイプの（線形トポロジーの）ファイバラマンデバイスの具体例が記載されている。
【０００３】
第２のタイプの（円形トポロジーの）ファイバラマンレーザについては、例えば、S. V. Chernikov et al., Electronics Letters, Vol.34(7), April 1998, pp.680-681、に記載されている。この具体例は、波長選択素子として溶融ファイバカプラを用いてリングキャビティを形成している。
【０００４】
光ファイバラマンデバイスは、Ｅｒドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）にポンプ光（例えば、波長１４８０ｎｍの）を供給するために使用可能であり、また、信号光（例えば、１３１０ｎｍ）を増幅するために使用可能である。
【０００５】
図１は、ＥＤＦＡのポンピングに適した、線形トポロジーのタイプの従来のファイバラマンレーザ１０の概略図である。ＣＰＦＬ（cladding pumped fiber laser）１１は、所定波長（例えば、１１１７ｎｍ）のポンプ光をラマンレーザに供給する。ラマンファイバ１２は、通常、Ｇｅドープコアを有するシリカ系ファイバであり、通常、数百メートルの長さである。符号１３および１４はそれぞれ、上流（アップストリーム）および下流（ダウンストリーム）のグレーティングセットを指す。理解されるように、この概略図のグレーティングセットでは、それぞれの交差する線が個々のグレーティングを示す。上流セット１３は、通常、高反射率（ＨＲ：high reflectivity）グレーティング（例えば、中心波長が１１７５、１２４０、１３１５、１３９５、および１４８０ｎｍ）のみを有し、下流セット１４は、ＨＲグレーティングに加えて、出力結合を提供するために、比較的低反射率のグレーティングも有する。例として、下流グレーティングは、中心波長が１１１７、１１７５、１２４０、１３１５、１３９５および１４８０ｎｍであり、１１１７ｎｍグレーティングが、ポンプ反射器として作用する。出力カプラは、所望の出力波長（例えば、１４８０ｎｍ）に対応する中心波長を有する。
【０００６】
ＣＰＦＬは公知であり、市販されている（例えば、米国特許出願第０８／８９７，１９５号（出願日：１９９７年７月２１日、発明者：DiGiovanni et al.）および第０８／９９９，４２９号（出願日：１９９７年１２月２９日、発明者：DiGiovanni et al.）を参照）。略言すれば、ＣＰＦＬは、いくつかの高出力発光ダイオード（例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓダイオード）を有する。各ＬＥＤの出力は、マルチモードファイバ（例えば、Ｎ．Ａ．０．２２、コア径１０５μｍ、外径１２５μｍのシリカ系ファイバ）に結合される。ファイバは、例えば米国特許出願第０９／３１５，６３１号（出願日：１９９９年５月２０日、発明者：DiGiovanni et al.）に記載されているようにして、束（バンドル）にして溶融されテーパ状にされる。
【０００７】
現在のところ、７本より多くのマルチモードファイバのテーパ状バンドルを形成することは容易でない。これは、ポンプ光源の数を７個に制限し、対応して、利用手段（例えば、ＥＤＦＡ）に提供可能なパワーを制限している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
明らかに、７個より多くのＬＥＤからファイバラマンデバイスにポンプ光を提供することができれば好ましい。本発明は、７個より多くのポンプＬＥＤ（例えば、１４個のポンプＬＥＤ）からの光でポンピングされるファイバラマンデバイスを有する物品を実現する。
【０００９】
［用語の定義および説明］
「光」および「放射」という用語は、ここでは、関連する電磁放射（通常、赤外光）について、区別なく使用される。
【００１０】
光ファイバグレーティングおよび溶融ファイバカプラは、ここではまとめて「波長選択素子」という。溶融ファイバカプラは「ＷＤＭ」ともいうことが多い。
【００１１】
光ファイバの「ラマンスペクトル」は、入射光からの波長差の関数としての散乱強度である。長波長へのシフトは一般にストークスシフトという。通常、ストークスシフトはセンチメートルの逆数（ｃｍ-1）で表されるが、波長の単位で表すことも可能である。
【００１２】
ゲルマノシリケートガラスのラマンスペクトルは、ポンプ光の波長に比べて、比較的広く、約４４０ｃｍ-1のストークスシフトに顕著な最大を有する。図２に、１４２７ｎｍのポンプ光に対するラマンスペクトルを示す。
【００１３】
与えられたポンプ光に応答するラマンデバイス内の波長選択素子を、ここでは（ポンプ光に関して）「オンレゾナンス」（共鳴する）といい、与えられたポンプ光に応答しない素子を、ここでは（ポンプ光に関して）「オフレゾナンス」（共鳴しない）という。
【００１４】
波長選択素子が与えられたポンプ光に「応答する」のは、素子と光の相互作用が最大またはその付近の場合、例えば、グレーティングの反射率がグレーティングの最大反射率の５０％以上であるか、または、ファイバカプラ（ＷＤＭ）の結合強度がカプラの最大結合強度の５０％以上であるような波長範囲内にポンプ光が入る場合である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は、光ポンプパワーを利用するのに適した光ファイバラマンデバイスを有する光ファイバ通信システムなどの物品で実現される。
【００１６】
ラマンデバイスは、
光ファイバ内の光のラマンシフトのための１つ以上の光キャビティを提供するように配置された少なくとも第１および第２の波長選択素子を含む、ある長さのシリカ系光ファイバを有し、
さらに、第１ポンプ光源からの第１波長λ1のポンプ光を前記光ファイバに結合する第１カプラを有し、
さらに、λ1より高い波長λ0のラマンシフトされたラマンデバイス出力光を出力光利用手段に提供する手段を有する。重要な点であるが、ファイバラマンデバイスは、さらに、第２ポンプ光源からの第２波長λ2のポンプ光を前記光ファイバに結合する第２カプラを有する。ここで、λ2はλ1とは異なり、λ0＞λ2であり、前記波長選択素子のうちの少なくとも１つは、λ1およびλ2の少なくとも一方に関してオフレゾナンスである。
【００１７】
ファイバラマンデバイスが線形トポロジーのラマンレーザである場合、第１および第２の波長選択素子は通常ファイバグレーティングであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段は、例えば、比較的低反射率の出力カプラである。デバイスが円形トポロジーのラマンレーザである場合、波長選択素子は通常ファイバカプラ（ＷＤＭ）であり、出力光を出力光利用手段に提供する手段もまた通常ＷＤＭを有する。
【００１８】
ファイバラマンデバイスが線形トポロジーのラマンレーザである場合、波長選択素子は通常ファイバグレーティングであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段は、信号光から１ストークスシフトの光のための高反射率光キャビティを有する。デバイスが円形トポロジーのラマン増幅器である場合、波長選択素子は通常ＷＤＭであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段もまた通常ＷＤＭを有する。
【００１９】
ラマンデバイスが線形トポロジーのラマンデバイスである場合、｜λ1−λ2｜は通常０．２ｎｍより大きく、ラマンデバイスが円形トポロジーのラマンデバイスである場合、｜λ1−λ2｜は通常約３ｎｍより大きい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下の記載の大部分では、２つの実施例について説明する。一方は、（線形トポロジーの）シリカ系ラマンレーザであり、（オンレゾナンスの）第１ポンプ光は１１１７ｎｍであり、（オフレゾナンスの）第２ポンプ光は約１１１５ｎｍであり、ラマンレーザ出力は１４８０ｎｍである。他方は、（円形トポロジーの）ラマンレーザであり、波長選択素子として溶融ファイバカプラを有し、（オンレゾナンスの）第１ポンプ光は１０６０ｎｍであり、（オフレゾナンスの）第２ポンプ光は約１１１０ｎｍである。しかし、理解されるように、本発明は、特定のポンプ波長のセットや、ファイバグレーティングなどの波長選択素子のセットに限定されるものではなく、適当なポンプ波長（少なくとも１つはオフレゾナンス）および波長選択素子を有するすべてのファイバラマンデバイスが考えられる。
【００２１】
図２に、ゲルマノシリケートコアを有し、１４２７ｎｍポンプ光でポンピングされる通常のシリカ系ファイバのラマンスペクトルを示す。図２からわかるように、最大散乱強度は約１５２１ｎｍにあるが、高い強度は、およそ１４６０〜１５５０ｎｍの範囲にわたる。この比較的広いラマンスペクトルを考慮すると、ファイバラマンレーザ内の波長選択素子は、正確な最大ラマン散乱を生じるように選択される必要はなく、その値から多少ずれても、散乱強度の低下は比較的小さい。理解されるように、図２のスペクトルは、使用されるポンプ波長ごとに固有である。
【００２２】
（線形トポロジーの）従来のファイバラマンレーザでは、通常、ポンプ光源１１の波長で反射率がほぼ１００％となるポンプ反射器ファイバグレーティングを設ける。ポンプ反射器ファイバグレーティングに加えて、従来のファイバラマンレーザは、１つ以上の光キャビティを形成する波長選択素子をも有する。各キャビティは、ほぼ同じ波長に高い反射率を有する、間隔をあけて配置された２個のファイバグレーティングを有する。これは、図１では、ポンプ光が１１１７ｎｍ、出力光が１４８０ｎｍの例示的な従来のラマンレーザについて模式的に示されている。セット１３および１４のそれぞれの交差する線はファイバ（ブラッグ）グレーティングを示す。例えば、グレーティングセット１３のグレーティングはそれぞれ、１４８０、１３９５、１３１５、１２４０および１１７５ｎｍで透過率が最小になる。同様に、セット１４のグレーティングはそれぞれ、１１１７、１１７５、１２４０、１３１５、１３８５および１４８０ｎｍで透過率が最小となり、１４８０ｎｍのグレーティングは出力カプラとして作用する。
【００２３】
本発明の目的のためには、グレーティングが並ぶ順序は一般に重要ではない。波長１１１７ｎｍポンプ光がラマンファイバに結合され、下流方向に１１１７ｎｍポンプ反射器グレーティングまで進み、そこで、残っている１１１７ｎｍ光のほぼ全部が反射される。１１１７ｎｍ光はラマン散乱を受け、１１７５ｎｍの光キャビティ内に１１７５ｎｍの光を生じる。続いて、１１７５ｎｍ光のラマン散乱により、１２４０ｎｍの光キャビティ内に１２４０ｎｍの光を生じ、以下同様にして、１４８０ｎｍの光がラマンレーザから出力される。
【００２４】
図１のファイバブラッググレーティングは、１個を除いて全部、高反射率（ＨＲ：通常、ピーク反射率の９５％以上であり、好ましくは、９９％以上）である。グレーティング１５（１４８０ｎｍ）は出力カプラとして作用し、１４８０ｎｍの光キャビティから１４８０ｎｍの出力光を放出させる。例えば、グレーティング１５の反射率は、１４８０ｎｍにおいて、４〜１５％の範囲にある。
【００２５】
通常、ファイバブラッググレーティングは両方向対称性を有する。すなわち、このデバイスでは、ファイバの一方向に進む光に対する応答スペクトルと、逆方向に進む光に対する応答スペクトルは同一である。従って、図１に関していえば、ポンプ反射器１６が、下流へ伝搬する１１１７ｎｍの光に対して高反射率を有する場合、上流へ伝搬する１１１７ｎｍの光に対しても高反射率を有し、両側から１１１７ｎｍ光でこの構造をポンピングすることは有効でない。
【００２６】
しかし、ファイバブラッググレーティングは、第１波長（例えば、１１１７ｎｍ）で高反射率を有し、近くの第２波長（例えば、１１１５ｎｍ）で低反射率（例えば、約９８％以上の透過率）を有するように製造することが可能である。図４に、本発明を実施するのに使用可能な例示的なファイバブラッググレーティングのスペクトルを示す。図４のグレーティングは、中心波長λc＝１１１６．６２ｎｍ、反射率ピークの幅Δλ＝０．３３ｎｍであり、最大反射率は９９％より高い。
【００２７】
また、図４には、反射率ピークの低波長側のスペクトル領域に高透過率（従って低反射率）を有するグレーティングも示している。
【００２８】
理解されるように、図４に示したタイプの透過スペクトルは、従来の手段によって容易に達成可能であり、特殊な製造法を必要としない。
【００２９】
図３は、本発明による例示的なレーザの概略図である。図３のレーザは、図１の従来のレーザに類似しているが、重大な相違点がある。具体的には、図３のレーザは、追加のＣＰＦＬ１１１を有し、このＣＰＦＬの出力は、ＷＤＭ２１によりラマンファイバ１２に結合している。ＣＰＦＬ１１の出力（波長１１１７ｎｍ）は、ポンプ反射器（１１１７ｎｍ）とオンレゾナンスであるが、ＣＰＦＬ１１１の出力（波長１１１５ｎｍ）は、この反射器に関してオフレゾナンスである。オフレゾナンスのポンプ光は、ラマンファイバ１２に結合し、グレーティング１４１および１３とほとんど相互作用せずに上流方向に伝搬する。１１１５ｎｍポンプ光がラマンファイバ１２を通ってグレーティングセット１３まで伝搬することにより、１１１５ｎｍポンプ光のストークスシフトが生じ、ストークスシフトした光は下流方向に伝搬する。
【００３０】
シリカのラマンスペクトルは比較的広い（図２を参照）ため、１１７５ｎｍキャビティによって生成される１１７５ｎｍ光が１１１５ｎｍポンプ光のストークスシフトを誘導する効果は、１１１７ｎｍポンプ光のストークスシフトとほとんど同程度である。これは、本発明による装置の重要な特徴であると考えられる。
【００３１】
図３のグレーティングセット１３は、オプションとして、シフトしていない１１１５ｎｍポンプ光を反射する、中心波長１１１５ｎｍのポンプ反射器グレーティング（図示せず）を有する。
【００３２】
別の従来技術のラマンレーザ（円形トポロジーの）が、前掲のS. V. Chernikov et al.の文献に記載されている。これに記載されているレーザの例は、１．０６μｍのポンプ入力および１．２４μｍの出力を有し、１次ストークスシフトが１．１２μｍで、２次ストークスシフトが１．１８μｍである。図５は、この文献のＦＩＧ．１に対応する。図５において、Ｙｂドープファイバレーザ５１は、ラマンレーザに１．０６μｍ入力を供給する。ラマンレーザのリングキャビティは、ポート１〜４を有するＷＤＭカプラと、Ｇｅドープシングルモードシリカファイバ（１．２ｋｍ）５２と、高反射器５５と、入出力ＷＤＭカプラ５４とを有する。
【００３３】
ポンプ光は、中心波長が１．０６および１．２４μｍのＷＤＭカプラ５４を通じてラマンレーザに結合される。ファイバ内のラマン周波数シフトは約４４０ｃｍ-1であるため、１．０６μｍから１．２４μｍへの変換は、１．１２および１．１８μｍを中心とする２つの中間ストークス次数を介して３次までのカスケードラマン散乱を通じて行われる。従って、このレーザキャビティにより、ポンプパワーが活性ラマンファイバに結合することが可能となり、１次および２次のストークス次数での共鳴により、高いキャビティ間強度が得られ、損失が最小になる。溶融テーパ状カプラ５３は、１．０６μｍにおけるループ内のポンプ光の約８０％をポート１から３へ透過するように設計される。残りの２０％は、ループから現れる未変換のポンプパワーとともに、ミラー５５によって反射され、部分的に、ラマンファイバ内に逆伝搬方向に結合する。キャビティに入るポンプエネルギーの大部分は１次のラマンストークス次数に変換される。カプラ５３は、１．１２および１．１８μｍにおける光に対してポート４からポート３へループ内で最大透過率を有するため、これらの波長における光の８５％および９５％がそれぞれループ内に残ることになる。
【００３４】
高次のストークス次数（約１．３μｍ）でのレーザ発振を抑圧するため、ファイバベンドタイプのフィルタ（図示せず）をキャビティ内に形成する。ラマンレーザ出力は、最終的に、ＷＤＭ５４を通じてキャビティの外部に結合される。
【００３５】
図６は、上記の（円形トポロジーの）図５の従来技術のレーザに類似した、本発明による例示的なラマンレーザの概略図である。図５の従来技術のラマンレーザの特徴に加えて、本発明によるレーザは、光源５１とは異なる波長（例えば、１０５０ｎｍ）の出力を有するもう１つのポンプ光源６６を有し、溶融ファイバカプラ６７は、１０５０ｎｍ（カプラ５３に関してオフレゾナンスであるため、８５〜９５％がポート３からポート４に結合する）のポンプ光をラマンファイバに結合することができるように選択される。
【００３６】
前掲論文において、本発明によれば、溶融ファイバカプラは、波長選択素子である。
【００３７】
（線形トポロジーの）ラマン増幅器は、（線形トポロジーの）ラマンレーザに類似しており、ポンプ光が１個以上の段を通じてラマンシフトされることにより、その結果得られるポンプ光が、所定の信号光より１ストークスシフトだけ低い波長を有するようにされる。ラマン増幅器の動作中、ポンプ光は、信号光を運ぶシリカ系光ファイバに結合され、信号光が、ポンプ光から信号光へのエネルギー輸送を誘導する。
【００３８】
本発明による（円形トポロジーの）ラマン増幅器は、図６に示したのとほぼ同様に構成され、増幅器の動作中、出力光は、信号光を運ぶ光ファイバに結合される。
【００３９】
図７は、本発明による例示的な光ファイバ通信システム７０の概略図であり、符号７１〜７６はそれぞれ、送信機、光伝送ファイバ、受信機、ＥＤＦＡ、本発明によるラマンレーザ、および、ラマンレーザ出力光（例えば、１４８０ｎｍ光）を指す。
【００４０】
図８は、例示的なラマン増幅器と、関連するコンポーネントを示す概略図である。ファイバレーザ８１０（通常、Ｙｂ3+クラッディングポンプファイバレーザ（ＣＰＦＬ））は、ラマンレーザ８２に１１１７ｎｍポンプ光を供給し、ファイバレーザ８１１は、１１１５ｎｍポンプ光を供給する。ラマンレーザは、波長１４５３ｎｍの出力光を有するように選択される。１４５３ｎｍポンプ光は、通常のＷＤＭ８３により信号伝送路に結合され、ある長さ（例えば、約２０ｋｍ）のゲルマノシリケートファイバを通って上流に伝搬する。また、このファイバを通って、１つ以上の信号（波長約１．５５μｍ）が下流方向に伝搬する。信号は、誘導ラマン散乱により通常のように増幅される。増幅された信号は、通常の光アイソレータ８５、通常のＥＤＦＡ８６、および通常のバンドパスフィルタ８７を通って通常の受信機８８へと伝搬する。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、７個より多くのポンプＬＥＤ（例えば、１４個のポンプＬＥＤ）からの光でポンピングされるファイバラマンデバイスを有する物品が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の線形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図２】ゲルマノシリケートのラマンスペクトルの図である。
【図３】本発明による例示的な線形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図４】波長の関数として例示的なファイバグレーティングの透過率を示す図である。
【図５】従来の円形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図６】本発明による円形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図７】本発明による例示的な光ファイバ通信システムの概略図である。
【図８】例示的なラマン増幅器と、関連するコンポーネントを示す概略図である。
【符号の説明】
１０ ファイバラマンレーザ
１１ ＣＰＦＬ
１１１ ＣＰＦＬ
１２ ラマンファイバ
１３ 上流グレーティングセット
１４ 下流グレーティングセット
１５ グレーティング
２１ ＷＤＭ
５１ Ｙｂドープファイバレーザ
５２ Ｇｅドープシングルモードシリカファイバ
５３ 溶融テーパ状カプラ
５４ 入出力ＷＤＭカプラ
５５ 高反射器
６６ ポンプ光源
６７ 溶融ファイバカプラ
７０ 光ファイバ通信システム
７１ 送信機
７２ 光伝送ファイバ
７３ 受信機
７４ ＥＤＦＡ
７５ ラマンレーザ
７６ ラマンレーザ出力光
８１０ ファイバレーザ
８１１ ファイバレーザ
８２ ラマンレーザ
８３ ＷＤＭ
８５ 光アイソレータ
８６ ＥＤＦＡ
８７ バンドパスフィルタ
８８ 受信機
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバラマンデバイスを含む物品（例えば、光ファイバ通信システム、または、このようなシステムのための光源もしくは増幅器）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバラマンレーザおよび増幅器（まとめて「ファイバラマンデバイス」という）は公知である。例えば、米国特許第５，３２３，４０４号には、波長選択素子として作用するファイバグレーティングを有する、第１のタイプの（線形トポロジーの）ファイバラマンデバイスの具体例が記載されている。
【０００３】
第２のタイプの（円形トポロジーの）ファイバラマンレーザについては、例えば、S. V. Chernikov et al., Electronics Letters, Vol.34(7), April 1998, pp.680-681、に記載されている。この具体例は、波長選択素子として溶融ファイバカプラを用いてリングキャビティを形成している。
【０００４】
光ファイバラマンデバイスは、Ｅｒドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）にポンプ光（例えば、波長１４８０ｎｍの）を供給するために使用可能であり、また、信号光（例えば、１３１０ｎｍ）を増幅するために使用可能である。
【０００５】
図１は、ＥＤＦＡのポンピングに適した、線形トポロジーのタイプの従来のファイバラマンレーザ１０の概略図である。ＣＰＦＬ（cladding pumped fiber laser）１１は、所定波長（例えば、１１１７ｎｍ）のポンプ光をラマンレーザに供給する。ラマンファイバ１２は、通常、Ｇｅドープコアを有するシリカ系ファイバであり、通常、数百メートルの長さである。符号１３および１４はそれぞれ、上流（アップストリーム）および下流（ダウンストリーム）のグレーティングセットを指す。理解されるように、この概略図のグレーティングセットでは、それぞれの交差する線が個々のグレーティングを示す。上流セット１３は、通常、高反射率（ＨＲ：high reflectivity）グレーティング（例えば、中心波長が１１７５、１２４０、１３１５、１３９５、および１４８０ｎｍ）のみを有し、下流セット１４は、ＨＲグレーティングに加えて、出力結合を提供するために、比較的低反射率のグレーティングも有する。例として、下流グレーティングは、中心波長が１１１７、１１７５、１２４０、１３１５、１３９５および１４８０ｎｍであり、１１１７ｎｍグレーティングが、ポンプ反射器として作用する。出力カプラは、所望の出力波長（例えば、１４８０ｎｍ）に対応する中心波長を有する。
【０００６】
ＣＰＦＬは公知であり、市販されている（例えば、米国特許出願第０８／８９７，１９５号（出願日：１９９７年７月２１日、発明者：DiGiovanni et al.）および第０８／９９９，４２９号（出願日：１９９７年１２月２９日、発明者：DiGiovanni et al.）を参照）。略言すれば、ＣＰＦＬは、いくつかの高出力発光ダイオード（例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓダイオード）を有する。各ＬＥＤの出力は、マルチモードファイバ（例えば、Ｎ．Ａ．０．２２、コア径１０５μｍ、外径１２５μｍのシリカ系ファイバ）に結合される。ファイバは、例えば米国特許出願第０９／３１５，６３１号（出願日：１９９９年５月２０日、発明者：DiGiovanni et al.）に記載されているようにして、束（バンドル）にして溶融されテーパ状にされる。
【０００７】
現在のところ、７本より多くのマルチモードファイバのテーパ状バンドルを形成することは容易でない。これは、ポンプ光源の数を７個に制限し、対応して、利用手段（例えば、ＥＤＦＡ）に提供可能なパワーを制限している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
明らかに、７個より多くのＬＥＤからファイバラマンデバイスにポンプ光を提供することができれば好ましい。本発明は、７個より多くのポンプＬＥＤ（例えば、１４個のポンプＬＥＤ）からの光でポンピングされるファイバラマンデバイスを有する物品を実現する。
【０００９】
［用語の定義および説明］
「光」および「放射」という用語は、ここでは、関連する電磁放射（通常、赤外光）について、区別なく使用される。
【００１０】
光ファイバグレーティングおよび溶融ファイバカプラは、ここではまとめて「波長選択素子」という。溶融ファイバカプラは「ＷＤＭ」ともいうことが多い。
【００１１】
光ファイバの「ラマンスペクトル」は、入射光からの波長差の関数としての散乱強度である。長波長へのシフトは一般にストークスシフトという。通常、ストークスシフトはセンチメートルの逆数（ｃｍ-1）で表されるが、波長の単位で表すことも可能である。
【００１２】
ゲルマノシリケートガラスのラマンスペクトルは、ポンプ光の波長に比べて、比較的広く、約４４０ｃｍ-1のストークスシフトに顕著な最大を有する。図２に、１４２７ｎｍのポンプ光に対するラマンスペクトルを示す。
【００１３】
与えられたポンプ光に応答するラマンデバイス内の波長選択素子を、ここでは（ポンプ光に関して）「オンレゾナンス」（共鳴する）といい、与えられたポンプ光に応答しない素子を、ここでは（ポンプ光に関して）「オフレゾナンス」（共鳴しない）という。
【００１４】
波長選択素子が与えられたポンプ光に「応答する」のは、素子と光の相互作用が最大またはその付近の場合、例えば、グレーティングの反射率がグレーティングの最大反射率の５０％以上であるか、または、ファイバカプラ（ＷＤＭ）の結合強度がカプラの最大結合強度の５０％以上であるような波長範囲内にポンプ光が入る場合である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は、光ポンプパワーを利用するのに適した光ファイバラマンデバイスを有する光ファイバ通信システムなどの物品で実現される。
【００１６】
ラマンデバイスは、
光ファイバ内の光のラマンシフトのための１つ以上の光キャビティを提供するように配置された少なくとも第１および第２の波長選択素子を含む、ある長さのシリカ系光ファイバを有し、
さらに、第１ポンプ光源からの第１波長λ1のポンプ光を前記光ファイバに結合する第１カプラを有し、
さらに、λ1より高い波長λ0のラマンシフトされたラマンデバイス出力光を出力光利用手段に提供する手段を有する。重要な点であるが、ファイバラマンデバイスは、さらに、第２ポンプ光源からの第２波長λ2のポンプ光を前記光ファイバに結合する第２カプラを有する。ここで、λ2はλ1とは異なり、λ0＞λ2であり、前記波長選択素子のうちの少なくとも１つは、λ1およびλ2の少なくとも一方に関してオフレゾナンスである。
【００１７】
ファイバラマンデバイスが線形トポロジーのラマンレーザである場合、第１および第２の波長選択素子は通常ファイバグレーティングであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段は、例えば、比較的低反射率の出力カプラである。デバイスが円形トポロジーのラマンレーザである場合、波長選択素子は通常ファイバカプラ（ＷＤＭ）であり、出力光を出力光利用手段に提供する手段もまた通常ＷＤＭを有する。
【００１８】
ファイバラマンデバイスが線形トポロジーのラマンレーザである場合、波長選択素子は通常ファイバグレーティングであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段は、信号光から１ストークスシフトの光のための高反射率光キャビティを有する。デバイスが円形トポロジーのラマン増幅器である場合、波長選択素子は通常ＷＤＭであり、出力光を出力光利用手段に提供する手段もまた通常ＷＤＭを有する。
【００１９】
ラマンデバイスが線形トポロジーのラマンデバイスである場合、｜λ1−λ2｜は通常０．２ｎｍより大きく、ラマンデバイスが円形トポロジーのラマンデバイスである場合、｜λ1−λ2｜は通常約３ｎｍより大きい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下の記載の大部分では、２つの実施例について説明する。一方は、（線形トポロジーの）シリカ系ラマンレーザであり、（オンレゾナンスの）第１ポンプ光は１１１７ｎｍであり、（オフレゾナンスの）第２ポンプ光は約１１１５ｎｍであり、ラマンレーザ出力は１４８０ｎｍである。他方は、（円形トポロジーの）ラマンレーザであり、波長選択素子として溶融ファイバカプラを有し、（オンレゾナンスの）第１ポンプ光は１０６０ｎｍであり、（オフレゾナンスの）第２ポンプ光は約１１１０ｎｍである。しかし、理解されるように、本発明は、特定のポンプ波長のセットや、ファイバグレーティングなどの波長選択素子のセットに限定されるものではなく、適当なポンプ波長（少なくとも１つはオフレゾナンス）および波長選択素子を有するすべてのファイバラマンデバイスが考えられる。
【００２１】
図２に、ゲルマノシリケートコアを有し、１４２７ｎｍポンプ光でポンピングされる通常のシリカ系ファイバのラマンスペクトルを示す。図２からわかるように、最大散乱強度は約１５２１ｎｍにあるが、高い強度は、およそ１４６０〜１５５０ｎｍの範囲にわたる。この比較的広いラマンスペクトルを考慮すると、ファイバラマンレーザ内の波長選択素子は、正確な最大ラマン散乱を生じるように選択される必要はなく、その値から多少ずれても、散乱強度の低下は比較的小さい。理解されるように、図２のスペクトルは、使用されるポンプ波長ごとに固有である。
【００２２】
（線形トポロジーの）従来のファイバラマンレーザでは、通常、ポンプ光源１１の波長で反射率がほぼ１００％となるポンプ反射器ファイバグレーティングを設ける。ポンプ反射器ファイバグレーティングに加えて、従来のファイバラマンレーザは、１つ以上の光キャビティを形成する波長選択素子をも有する。各キャビティは、ほぼ同じ波長に高い反射率を有する、間隔をあけて配置された２個のファイバグレーティングを有する。これは、図１では、ポンプ光が１１１７ｎｍ、出力光が１４８０ｎｍの例示的な従来のラマンレーザについて模式的に示されている。セット１３および１４のそれぞれの交差する線はファイバ（ブラッグ）グレーティングを示す。例えば、グレーティングセット１３のグレーティングはそれぞれ、１４８０、１３９５、１３１５、１２４０および１１７５ｎｍで透過率が最小になる。同様に、セット１４のグレーティングはそれぞれ、１１１７、１１７５、１２４０、１３１５、１３８５および１４８０ｎｍで透過率が最小となり、１４８０ｎｍのグレーティングは出力カプラとして作用する。
【００２３】
本発明の目的のためには、グレーティングが並ぶ順序は一般に重要ではない。波長１１１７ｎｍポンプ光がラマンファイバに結合され、下流方向に１１１７ｎｍポンプ反射器グレーティングまで進み、そこで、残っている１１１７ｎｍ光のほぼ全部が反射される。１１１７ｎｍ光はラマン散乱を受け、１１７５ｎｍの光キャビティ内に１１７５ｎｍの光を生じる。続いて、１１７５ｎｍ光のラマン散乱により、１２４０ｎｍの光キャビティ内に１２４０ｎｍの光を生じ、以下同様にして、１４８０ｎｍの光がラマンレーザから出力される。
【００２４】
図１のファイバブラッググレーティングは、１個を除いて全部、高反射率（ＨＲ：通常、ピーク反射率の９５％以上であり、好ましくは、９９％以上）である。グレーティング１５（１４８０ｎｍ）は出力カプラとして作用し、１４８０ｎｍの光キャビティから１４８０ｎｍの出力光を放出させる。例えば、グレーティング１５の反射率は、１４８０ｎｍにおいて、４〜１５％の範囲にある。
【００２５】
通常、ファイバブラッググレーティングは両方向対称性を有する。すなわち、このデバイスでは、ファイバの一方向に進む光に対する応答スペクトルと、逆方向に進む光に対する応答スペクトルは同一である。従って、図１に関していえば、ポンプ反射器１６が、下流へ伝搬する１１１７ｎｍの光に対して高反射率を有する場合、上流へ伝搬する１１１７ｎｍの光に対しても高反射率を有し、両側から１１１７ｎｍ光でこの構造をポンピングすることは有効でない。
【００２６】
しかし、ファイバブラッググレーティングは、第１波長（例えば、１１１７ｎｍ）で高反射率を有し、近くの第２波長（例えば、１１１５ｎｍ）で低反射率（例えば、約９８％以上の透過率）を有するように製造することが可能である。図４に、本発明を実施するのに使用可能な例示的なファイバブラッググレーティングのスペクトルを示す。図４のグレーティングは、中心波長λc＝１１１６．６２ｎｍ、反射率ピークの幅Δλ＝０．３３ｎｍであり、最大反射率は９９％より高い。
【００２７】
また、図４には、反射率ピークの低波長側のスペクトル領域に高透過率（従って低反射率）を有するグレーティングも示している。
【００２８】
理解されるように、図４に示したタイプの透過スペクトルは、従来の手段によって容易に達成可能であり、特殊な製造法を必要としない。
【００２９】
図３は、本発明による例示的なレーザの概略図である。図３のレーザは、図１の従来のレーザに類似しているが、重大な相違点がある。具体的には、図３のレーザは、追加のＣＰＦＬ１１１を有し、このＣＰＦＬの出力は、ＷＤＭ２１によりラマンファイバ１２に結合している。ＣＰＦＬ１１の出力（波長１１１７ｎｍ）は、ポンプ反射器（１１１７ｎｍ）とオンレゾナンスであるが、ＣＰＦＬ１１１の出力（波長１１１５ｎｍ）は、この反射器に関してオフレゾナンスである。オフレゾナンスのポンプ光は、ラマンファイバ１２に結合し、グレーティング１４１および１３とほとんど相互作用せずに上流方向に伝搬する。１１１５ｎｍポンプ光がラマンファイバ１２を通ってグレーティングセット１３まで伝搬することにより、１１１５ｎｍポンプ光のストークスシフトが生じ、ストークスシフトした光は下流方向に伝搬する。
【００３０】
シリカのラマンスペクトルは比較的広い（図２を参照）ため、１１７５ｎｍキャビティによって生成される１１７５ｎｍ光が１１１５ｎｍポンプ光のストークスシフトを誘導する効果は、１１１７ｎｍポンプ光のストークスシフトとほとんど同程度である。これは、本発明による装置の重要な特徴であると考えられる。
【００３１】
図３のグレーティングセット１３は、オプションとして、シフトしていない１１１５ｎｍポンプ光を反射する、中心波長１１１５ｎｍのポンプ反射器グレーティング（図示せず）を有する。
【００３２】
別の従来技術のラマンレーザ（円形トポロジーの）が、前掲のS. V. Chernikov et al.の文献に記載されている。これに記載されているレーザの例は、１．０６μｍのポンプ入力および１．２４μｍの出力を有し、１次ストークスシフトが１．１２μｍで、２次ストークスシフトが１．１８μｍである。図５は、この文献のＦＩＧ．１に対応する。図５において、Ｙｂドープファイバレーザ５１は、ラマンレーザに１．０６μｍ入力を供給する。ラマンレーザのリングキャビティは、ポート１〜４を有するＷＤＭカプラと、Ｇｅドープシングルモードシリカファイバ（１．２ｋｍ）５２と、高反射器５５と、入出力ＷＤＭカプラ５４とを有する。
【００３３】
ポンプ光は、中心波長が１．０６および１．２４μｍのＷＤＭカプラ５４を通じてラマンレーザに結合される。ファイバ内のラマン周波数シフトは約４４０ｃｍ-1であるため、１．０６μｍから１．２４μｍへの変換は、１．１２および１．１８μｍを中心とする２つの中間ストークス次数を介して３次までのカスケードラマン散乱を通じて行われる。従って、このレーザキャビティにより、ポンプパワーが活性ラマンファイバに結合することが可能となり、１次および２次のストークス次数での共鳴により、高いキャビティ間強度が得られ、損失が最小になる。溶融テーパ状カプラ５３は、１．０６μｍにおけるループ内のポンプ光の約８０％をポート１から３へ透過するように設計される。残りの２０％は、ループから現れる未変換のポンプパワーとともに、ミラー５５によって反射され、部分的に、ラマンファイバ内に逆伝搬方向に結合する。キャビティに入るポンプエネルギーの大部分は１次のラマンストークス次数に変換される。カプラ５３は、１．１２および１．１８μｍにおける光に対してポート４からポート３へループ内で最大透過率を有するため、これらの波長における光の８５％および９５％がそれぞれループ内に残ることになる。
【００３４】
高次のストークス次数（約１．３μｍ）でのレーザ発振を抑圧するため、ファイバベンドタイプのフィルタ（図示せず）をキャビティ内に形成する。ラマンレーザ出力は、最終的に、ＷＤＭ５４を通じてキャビティの外部に結合される。
【００３５】
図６は、上記の（円形トポロジーの）図５の従来技術のレーザに類似した、本発明による例示的なラマンレーザの概略図である。図５の従来技術のラマンレーザの特徴に加えて、本発明によるレーザは、光源５１とは異なる波長（例えば、１０５０ｎｍ）の出力を有するもう１つのポンプ光源６６を有し、溶融ファイバカプラ６７は、１０５０ｎｍ（カプラ５３に関してオフレゾナンスであるため、８５〜９５％がポート３からポート４に結合する）のポンプ光をラマンファイバに結合することができるように選択される。
【００３６】
前掲論文において、本発明によれば、溶融ファイバカプラは、波長選択素子である。
【００３７】
（線形トポロジーの）ラマン増幅器は、（線形トポロジーの）ラマンレーザに類似しており、ポンプ光が１個以上の段を通じてラマンシフトされることにより、その結果得られるポンプ光が、所定の信号光より１ストークスシフトだけ低い波長を有するようにされる。ラマン増幅器の動作中、ポンプ光は、信号光を運ぶシリカ系光ファイバに結合され、信号光が、ポンプ光から信号光へのエネルギー輸送を誘導する。
【００３８】
本発明による（円形トポロジーの）ラマン増幅器は、図６に示したのとほぼ同様に構成され、増幅器の動作中、出力光は、信号光を運ぶ光ファイバに結合される。
【００３９】
図７は、本発明による例示的な光ファイバ通信システム７０の概略図であり、符号７１〜７６はそれぞれ、送信機、光伝送ファイバ、受信機、ＥＤＦＡ、本発明によるラマンレーザ、および、ラマンレーザ出力光（例えば、１４８０ｎｍ光）を指す。
【００４０】
図８は、例示的なラマン増幅器と、関連するコンポーネントを示す概略図である。ファイバレーザ８１０（通常、Ｙｂ3+クラッディングポンプファイバレーザ（ＣＰＦＬ））は、ラマンレーザ８２に１１１７ｎｍポンプ光を供給し、ファイバレーザ８１１は、１１１５ｎｍポンプ光を供給する。ラマンレーザは、波長１４５３ｎｍの出力光を有するように選択される。１４５３ｎｍポンプ光は、通常のＷＤＭ８３により信号伝送路に結合され、ある長さ（例えば、約２０ｋｍ）のゲルマノシリケートファイバを通って上流に伝搬する。また、このファイバを通って、１つ以上の信号（波長約１．５５μｍ）が下流方向に伝搬する。信号は、誘導ラマン散乱により通常のように増幅される。増幅された信号は、通常の光アイソレータ８５、通常のＥＤＦＡ８６、および通常のバンドパスフィルタ８７を通って通常の受信機８８へと伝搬する。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、７個より多くのポンプＬＥＤ（例えば、１４個のポンプＬＥＤ）からの光でポンピングされるファイバラマンデバイスを有する物品が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の線形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図２】ゲルマノシリケートのラマンスペクトルの図である。
【図３】本発明による例示的な線形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図４】波長の関数として例示的なファイバグレーティングの透過率を示す図である。
【図５】従来の円形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図６】本発明による円形トポロジーのラマンレーザの概略図である。
【図７】本発明による例示的な光ファイバ通信システムの概略図である。
【図８】例示的なラマン増幅器と、関連するコンポーネントを示す概略図である。
【符号の説明】
１０ ファイバラマンレーザ
１１ ＣＰＦＬ
１１１ ＣＰＦＬ
１２ ラマンファイバ
１３ 上流グレーティングセット
１４ 下流グレーティングセット
１５ グレーティング
２１ ＷＤＭ
５１ Ｙｂドープファイバレーザ
５２ Ｇｅドープシングルモードシリカファイバ
５３ 溶融テーパ状カプラ
５４ 入出力ＷＤＭカプラ
５５ 高反射器
６６ ポンプ光源
６７ 溶融ファイバカプラ
７０ 光ファイバ通信システム
７１ 送信機
７２ 光伝送ファイバ
７３ 受信機
７４ ＥＤＦＡ
７５ ラマンレーザ
７６ ラマンレーザ出力光
８１０ ファイバレーザ
８１１ ファイバレーザ
８２ ラマンレーザ
８３ ＷＤＭ
８５ 光アイソレータ
８６ ＥＤＦＡ
８７ バンドパスフィルタ
８８ 受信機
Claims (8)
- ａ）光ファイバ内の光のラマンシフトのための１つ以上の光キャビティを提供するように配置された少なくとも第１および第２の光ファイバブラッググレーティングを有する、ある長さのシリカ系光ファイバと、
ｂ）波長λ０のラマンデバイス出力光を生成するために、第１波長λ１のポンプ光（λ １ ＜λ ０ ）を前記第１の光ファイバブラッググレーティングが配置された前記光ファイバの一端に結合する第１ポンプ光源とを含むファイバラマンデバイスを有する物品において、前記ファイバラマンデバイスはさらに、
ｃ）波長λ０ のラマンデバイス出力光を生成するために、第２波長λ２のポンプ光（λ ２ ＜λ ０ 及びλ ２ ≠λ １ ）を前記第２の光ファイバブラッググレーティングが配置された前記光ファイバの他端に結合する第２ポンプ光源を含み、
前記第１の光ファイバブラッググレーティングは前記第１波長λ １ に関してオフレゾナンスであり、前記第２の光ファイバブラッググレーティングは前記第２波長λ ２ に関してオフレゾナンスであることを特徴とする、ファイバラマンデバイスを有する物品。 - ａ）ＷＤＭカプラを有する、光のラマンシフトを生成するある長さのシリカ系光ファイバを含み、前記ＷＤＭカプラは、前記シリカ系光ファイバの一端と他端とを結合して円形トポロジを形成しており、さらに、
ｂ）波長λ ０ のラマンデバイス出力光を生成するために、第１波長λ １ のポンプ光（λ １ ＜λ ０ ）を前記ＷＤＭカプラに結合する第１ポンプ光源を含むファイバラマンデバイスを有する物品において、前記ファイバラマンデバイスはさらに、
ｃ）波長λ ０ のラマンデバイス出力光を生成するために、第２波長λ ２ のポンプ光（λ ２ ＜λ ０ 及びλ ２ ≠λ １ ）を前記シリカ系光ファイバに結合する第２ポンプ光源を含み、
前記ＷＤＭカプラは、前記第１波長λ １ に関してオンレゾナンスであって前記第１波長λ １ のポンプ光を前記シリカ系光ファイバに結合し、そして、前記ＷＤＭカプラは、前記第２波長λ ２ に関してオフレゾナンスであって前記第２波長λ ２ のポンプ光を前記シリカ系光ファイバに結合することを特徴とする、ファイバラマンデバイスを有する物品。 - 前記ファイバラマンデバイスは、ファイバラマンレーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の物品。
- 前記ファイバラマンデバイスは、ファイバラマン増幅器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の物品。
- 前記第１波長λ １ は１１１７ｎｍであり、前記第２波長λ ２ は１１１５ｎｍであり、そして前記波長λ ０ は１４８０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の物品。
- 前記第１波長λ １ は１０６０ｎｍであり、前記第２波長λ ２ は１０５０ｎｍであり、そして前記波長λ ０ は１２４０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の物品。
- ｜λ１−λ２｜は０．２ｎｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の物品。
- ｜λ１−λ２｜は３ｎｍより大きいことを特徴とする請求項２に記載の物品。
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