JP6627579B2 - 位相感応増幅器及び位相感応増幅のための方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して、光通信ネットワークに関し、特に、ラマン増幅器中間段を備えた光位相感応増幅器に関する。

電気通信、ケーブルテレビジョン及びデータ通信システムは、遠隔地点間で大量の情報を高速で運ぶために光ネットワークを使用する。光ネットワークにおいて、情報は、光ファイバを通じて光信号の形で運ばれる。光ファイバは、長距離にわたって信号を通信することができるガラスの細い房を有してよい。光ネットワークは、光ファイバを介して光信号において情報を運ぶために、しばしば変調スキームを用いる。そのような変調スキームは、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）、及び直交振幅変調（ＱＡＭ）を含んでよい。

ＰＳＫにおいて、光信号によって搬送される情報は、搬送波としても知られているリファレンス信号の位相を変調することによって運ばれてよい。情報は、差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）により信号自体の位相を変調することによって運ばれてよい。ＱＡＭにおいて、光信号によって搬送される情報は、搬送波の振幅及び位相の両方を変調することによって運ばれてよい。ＰＳＫは、搬送波の振幅が不変のものとして保たれるＱＡＭの一部と見なされてよい。

ＰＳＫ信号及びＱＡＭ信号は、信号空間ダイアグラムにおいて実数軸及び虚数軸を有する複素平面を用いて表現されてよい。情報を搬送するシンボルを表す信号空間ダイアグラム上の点は、ダイアグラムの原点の周りで間隔をあけて一様な角度により位置付けられてよい。ＰＳＫ及びＱＡＭにより変調されるシンボルの数は、増加して、それ故に、搬送され得る情報を増大させ得る。信号の数は２の倍数で与えられてよい。追加のシンボルが加えられると、それらは、原点の周りで一様な方法で配置されてよい。ＰＳＫ信号は、信号空間ダイアグラムにおいて円形にそのような配置を含んでよく、これは、ＰＳＫ信号が全てのシンボルについて一定のパワーを有することを意味する。ＱＡＭ信号は、ＰＳＫ信号と同じ角度配置を有してよいが、異なった振幅配置を含む。ＱＡＭ信号は、それらのシンボルが複数の円の周りに配置され、これは、ＱＡＭ信号が異なるシンボルについて異なるパワーを含むことを意味する。この配置は、シンボルが可能な限り離されるにつれて、ノイズのリスクを低減し得る。シンボルの数“ｍ”は、それ故に使用され、“ｍ−ＰＳＫ”又は“ｍ−ＱＡＭ”と表されてよい。

異なる数のシンボルを有するＰＳＫ及びＱＡＭの例には、信号空間ダイアグラムにおいて０°及び１８０°（又は０及びπ）にある２つの位相を用いる２値ＰＳＫ（ＢＰＳＫ又は２−ＰＳＫ）、又は０°、９０°、１８０°及び２７０°（又は０、π／２、π、及び３π／２）にある４つの位相を用いる４値ＰＳＫ（ＱＰＳＫ、４−ＰＳＫ、又は４−ＱＡＭ）が含まれてよい。そのような信号における位相はオフセットされてよい。２−ＰＳＫ信号及び４−ＰＳＫ信号の夫々は、信号空間ダイアグラムにおいて配置されてよい。

Ｍ−ＰＳＫ信号は、更に、例えば、二重偏波ＱＰＳＫ（ＤＰ−ＱＰＳＫ）のような技術により偏波されてよい。別々のｍ−ＰＳＫ信号は、それらの信号を直角に偏波することによって多重化される。Ｍ−ＱＡＭ信号は、更に、例えば、二重偏波１６−ＱＡＭ（ＤＰ−１６−ＱＡＭ）のような技術により偏波されてよい。別々のｍ−ＱＡＭ信号は、それらの信号を直角に偏波することによって多重化される。

光ネットワークは、ネットワーク内で様々な動作を実行するために、例えば、増幅器、分散補償器、マルチプレクサ／デマルチプレクサ・フィルタ、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）、光スイッチ、カプラー、などのような様々な光学素子を更に有してよい。特に、光ネットワークは、光信号の届く範囲が単一の光学経路において制限される場合に、遠隔波長制御可能な波長多重化装置（ＲＯＡＤＭ；Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）において高価な光−電気−光（Ｏ−Ｅ−Ｏ）再生を含んでよい。

光ネットワークのデータレートが増大し続け、１テラビット／秒（１Ｔ）に達し、それを越えると、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）に対する要求も、例えば、二重偏波を伴うＱＡＭ及びＰＳＫのような、高度な変調フォーマットの使用に起因して、高まる。特に、極めて高いデータレートで動作する光ネットワークにおける光増幅器のカスケード接続により生じるノイズの蓄積は、所望レベルのＯＳＮＲでの光信号の届く距離を制限することがあるとともに、Ｏ−Ｅ−Ｏ再生の数の増加をもたらし得る。これは、経済的に不都合である。

一態様において、開示されている光位相感応増幅器は、アイドラー段、中間段、及び増幅段を有する。前記アイドラー段は、入力として光信号及び光ポンプを受信し、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力することを可能にされてよい。前記中間段は、ラマン増幅器を有し、該ラマン増幅器は、前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信することを可能にされてよい。前記ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記中間段は、更に、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することを可能にされてよい。前記増幅段は、前記中間段から入力として前記光信号、前記増幅された光ポンプ、及び前記増幅されたアイドラー信号を受信し、前記光信号を増幅することを可能にされてよい。

当該光位相感応増幅器の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有してよい。

当該光位相感応増幅器の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することができる前記中間段は、光パワーにおいて前記光信号に対応するよう前記アイドラー信号を増幅することができる前記ラマン増幅器を更に有してよい。

当該光位相感応増幅器の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記中間段は、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することによって、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更することを更に可能にされてよい。

開示されている実施形態のいずれかにおいて、当該光位相感応増幅器は、当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定する光パワーモニタを更に有してよく、一方、前記中間段は、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することを更に可能にされてよい。当該光位相感応増幅器において、当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅されたのちの前記光信号のＯＳＮＲよりも小さくてよい。

当該光位相感応増幅器の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記中間段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を更に有してよい。当該光位相感応増幅器において、前記ＷＳＳは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更してよい。当該光位相感応増幅器において、前記ＷＳＳは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントしてよい。

当該光位相感応増幅器の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することができる前記中間段は、前記増幅段より前に前記光信号の光パワーを越えるよう前記アイドラー信号を増幅することができる前記ラマン増幅器を更に有してよい。

更なる態様において、開示されている方法は、光位相感応増幅のためである。当該方法は、アイドラー段において、入力として光信号及び光ポンプを受信し、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力することを有してよい。当該方法は、ラマン増幅器を有する中間段において、前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信することを有してよい。前記ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記中間段において、当該方法は、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することを有してよい。当該方法は、増幅段において、前記中間段から入力として前記光信号、前記増幅された光ポンプ、及び前記増幅されたアイドラー信号を受信し、前記光信号を増幅することを有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することは、前記ラマン増幅器によって、光パワーにおいて前記光信号に対応するよう前記アイドラー信号を増幅することを更に有してよい。

開示されている実施形態のいずれかにおいて、当該方法は、前記中間段において、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することを有してよい。

開示されている実施形態のいずれかにおいて、当該方法は、光パワーモニタにより、光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定し、前記中間段において、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することを有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅されたのちの前記光信号のＯＳＮＲよりも小さくてよい。

開示されている実施形態のいずれかにおいて、当該方法は、前記中間段に含まれる波長選択スイッチ（ＷＳＳ）で、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更することを有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記位相を夫々変更することは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更することを更に有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記位相を夫々変更することは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントすることを更に有してよい。

当該方法の開示されている実施形態のいずれかにおいて、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することは、前記ラマン増幅器で、前記増幅段より前に前記光信号の光パワーを越えるよう前記アイドラー信号を増幅することを更に有してよい。

本発明並びにその特徴及び利点のより完全な理解のために、これより、添付の図面に関連して理解される以下の記載が参照される。

光ネットワークの実施形態の選択された要素のブロック図である。

ラマン増幅器中間段を備えた位相感応増幅器の実施形態の選択された要素のブロック図である。

ラマン増幅器中間段を備えた位相感応増幅器の実施形態の選択された要素のブロック図である。

ラマン増幅器の利得媒体プロファイルのプロットである。

ラマン増幅器中間段を備えた位相感応増幅器についてのラマンポンプパワーに対する利得のプロットである。

ラマン増幅器中間段を備えた位相感応増幅器による広帯域増幅の実施形態の選択された要素のブロック図である。

ラマン増幅器中間段を備えた位相感応増幅器による光位相感応増幅のための方法の選択された要素のフローチャートである。

以下の記載において、詳細は、開示されている対象の議論を容易にするために、一例として示されている。なお、当業者には当然ながら、開示されている実施形態は、例となり、全ての起こりうる実施形態を網羅するものではない。

本開示を通して、ハイフンで結ばれた形の参照符号は、ある要素の具体的なインスタンスを参照し、ハイフンで結ばれていない形の参照符号は、総称的又は集合的に要素を参照する。よって、一例として（図示せず。）、デバイス“１２−１”は、デバイスクラスのインスタンスを参照する。デバイスクラスは、デバイス“１２”と集合的に参照されてよく、且つ、そのうちのいずれか１つは、デバイス“１２”と総称的に参照されてよい。図面及び明細書において、同じ符号は、同じ要素を表すよう意図される。

これより図面を参照すると、図１は、光通信システムに相当し得る光ネットワーク１０１の例となる実施形態を表す。光ネットワーク１０１は、光ネットワーク１０１のコンポーネントによって通信される１つ以上の光信号を運ぶ１つ以上の光ファイバ１０６を有してよい。ファイバ１０６によって連結された光ネットワーク１０１のネットワーク要素は、１つ以上の送信器１０２、１つ以上のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１０４、１つ以上の光増幅器１０８、１つ以上の光アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）１１０、１つ以上のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０５、及び１つ以上の受信器１１２を有してよい。

光ネットワーク１０１は、端末ノードを持ったポイント・ツー・ポイント光ネットワーク、環状光ネットワーク、メッシュ状光ネットワーク、又は如何なる他の適切な光ネットワーク若しくは光ネットワークの組み合わせも有してよい。光ネットワーク１０１は、短距離のメトロポリタンネットワーク、長距離の都市間ネットワーク、又は如何なる他の適切なネットワーク若しくはネットワークの組み合わせにおいても使用されてよい。光ネットワーク１０１の容量は、例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｓ、４００Ｇｂｉｔ／ｓ、又は１Ｔｂｉｔ／ｓを含んでよい。光ファイバ１０６は、極めて低い損失で長距離にわたって信号を通信することができるガラスの細い房を有する。光ファイバ１０６は、光伝送のために多種多様なファイバから選択された適切なタイプのファイバを有してよい。光ファイバ１０６は、例えば、シングルモード・ファイバ（ＳＭＦ；Single-Mode Fiber）、エンハンスト・ラージ・エフェクティブ・エリア・ファイバ（Ｅ−ＬＥＡＦ；Enhanced Large Effective Area Fiber）、又はＴｒｕｅＷａｖｅ（登録商標）リデューストスロープ（ＴＷ−ＲＳ；TrueWave Reduced Slope）ファイバのような、如何なる適切なタイプのファイバも含んでよい。

光ネットワーク１０１は、光ファイバ１０６を介して光信号を送信するデバイスを有してよい。情報は、波長において情報を符号化するよう光の１つ以上の波長の変調によって光ネットワーク１０１を通じて送信及び受信されてよい。光ネットワーキングにおいて、光の波長は、光信号に含まれるチャネルとも呼ばれ得る（ここでは、「波長チャネル」とも呼ばれる。）。各チャネルは、光ネットワーク１０１を通じて一定量の情報を搬送してよい。

光ネットワーク１０１の情報容量及びトランスポート機能を増やすよう、複数のチャネルで送信される複数の信号は、単一の広帯域光信号にまとめられてよい。複数のチャネルで情報を通信するプロセスは、波長分割多重化（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）と光学において呼ばれる。粗波長分割多重化（ＣＷＤＭ；Coarse Wavelength Division Multiplexing）は、少数のチャネルを有して広く間隔をあけられている波長（通常は、２０ｎｍよりも大きく且つ１６個よりも少ない波長）の多重化をいい、密波長分割多重化（ＤＷＤＭ；Dense Wavelength Division Multiplexing）は、多数のチャネルを有して密に間隔をあけられている波長（通常は、間隔が０．８ｎｍ未満であって、４０個よりも多い波長）の多重化をいう。ＷＤＭ又は他の多波長多重化伝送技術は、光ファイバごとの総帯域幅を増やすよう光ネットワークにおいて用いられる。ＷＤＭによらないと、光ネットワークにおける帯域幅は、もっぱら１つの波長のビットレートに制限され得る。更なる帯域幅によれば、光ネットワークは、より多くの情報を送信することが可能である。光ネットワーク１０１は、ＷＤＭ又は何らかの他の適切な他チャネル多重化技術を用いてバラバラなチャネルを送信し、他チャネル信号を増幅させてよい。

光ネットワーク１０１は、特定の波長又はチャネルにおいて光ネットワーク１０１を通じて光信号を送信する１つ以上の光送信器（Ｔｘ）１０２を有してよい。送信器１０２は、電気信号を光信号に変換し、該光信号を送信するシステム、装置又はデバイスを有してよい。例えば、送信器１０２は、夫々が、電気信号を受信し、該電気信号に含まれている情報を、特定の波長でレーザーによって生成される光のビームに変調し、該ビームを送信して光ネットワーク１０１にわたって信号を搬送るレーザー及び変調器を有してよい。

マルチプレクサ１０４は、送信器１０２へ結合されてよく、例えば、夫々の個々の波長で、送信器１０２によって送信された信号をＷＤＭ信号へと結合するシステム、装置又はデバイスであってよい。

光増幅器１０８は、光ネットワーク１０１内の多チャンネル化された信号を増幅させてよい。光増幅器１０８は、光ファイバ１０６のある長さの前又は後に位置付けられてよい。光増幅器１０８は、光信号を増幅させるシステム、装置又はデバイスを有してよい。例えば、光増幅器１０８は、光信号を増幅させる光中継器を有してよい。この増幅は、光−電気又は電気−光変換とともに実行されてよい。いくつかの実施形態において、光増幅器１０８は、ドープトファイバ増幅素子を形成するよう希土類元素をドープされた光ファイバを有してよい。信号がファイバを通る場合に、外部エネルギは、光ファイバのドープされた部分の原子を励起するよう光ポンプの形で印加されてよい。このことは、光信号の強度を増大させる。一例として、光増幅器１０８は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ；Erbium-Doped Fiber Amplifier）を有してよい。

ＯＡＤＭ１１０は、ファイバ１０６を介して光ネットワーク１０１へ結合されてよい。ＯＡＤＭ１１０はアド／ドロップモジュールを有する。このモジュールは、ファイバ１０６から（例えば、個々の波長で）光信号を挿入（add）及び除去（drop）するシステム、装置又はデバイスであってよい。ＯＡＤＭ１１０を通過した後、光信号は、ファイバ１０６に沿って送り先へ直接進んでよく、あるいは、信号は、送り先に到達する前に、１つ以上の追加のＯＡＤＭ１１０及び光増幅器１０８に通されてよい。

光ネットワーク１０１の特定の実施形態では、ＯＡＤＭ１１０は、ＷＤＭ信号の個々の又は複数の波長を挿入又は除去することができる再構成可能なＯＡＤＭ（ＲＯＡＤＭ；Reconfigurable OADM）に相当してよい。個々の又は複数の波長は、例えば、ＲＯＡＤＭに含まれ得る波長選択スイッチ（ＷＳＳ；Wavelength Selective Switch）（図示せず。）を用いて、光領域において挿入又は除去されてよい。

図１で示されるように、光ネットワーク１０１は、ネットワーク１０１の１つ以上の送り先で１つ以上のデマルチプレクサ１０５を更に有してよい。デマルチプレクサ１０５は、単一の合成ＷＤＭ信号を夫々の波長での個々のチャネルに分けることによってデマルチプレクサとして働くシステム、装置又はデバイスを有してよい。例えば、光ネットワーク１０１は、４０チャネルＤＷＤＭ信号を送信及び搬送してよい。デマルチプレクサ１０５６は、単一の４０チャネルＤＷＤＭ信号を、４０個の異なるチャネルに従って、４０個の別々の信号へと分割してよい。

図１において、光ネットワーク１０１は、デマルチプレクサ１０５へ結合されている受信器（Ｒｘ）１１２を更に有してよい。夫々の受信器１１２は、特定の波長又はチャネルで送信された光信号を受信してよく、光信号に含まれる情報（すなわち、データ）を得る（例えば、復調する）よう光信号を処理してよい。然るに、ネットワーク１０１は、ネットワークのチャネルごとに少なくとも１つの受信器１１２を有してよい。

図１における光ネットワーク１０１のような光ネットワークは、光ファイバを介して光信号において情報を運ぶために変調技術を用いてよい。そのような変調スキームは、数ある変調技術の中でもとりわけ、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）、及び直交振幅変調（ＱＡＭ）を含んでよい。ＰＳＫでは、光信号によって搬送される情報は、搬送波、又は単にキャリアとしても知られているリファレンス信号の位相を変調することによって運ばれてよい。情報は、２段階又は２値位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）、４段階又は４値位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、多段階位相シフトキーイング（Ｍ−ＰＳＫ）、及び差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）を用いて信号自体の位相を変調することによって運ばれてよい。ＱＡＭでは、光信号によって搬送される情報は、搬送波の振幅及び位相の両方を変調することによって運ばれてよい。ＰＳＫは搬送波の振幅が不変のものとして保たれるＱＡＭの一部と見なされてよい。

加えて、偏波分割多重化（ＰＤＭ）技術は、情報伝送のためにより大きいビットレートを達成することを可能にすることができる。ＰＤＭ送信は、あるチャネルに関連する光信号の異なる偏波成分に独立して情報を変調することを含む。このようにして、夫々の偏波成分は、他の偏波成分と同時に別々の信号を搬送して、ビットレートが個々の偏波成分の個数に応じて増大することを可能にすることができる。光信号の偏波は、光信号の発信の方向を表してよい。語「偏波（polarization）」は、一般に、光信号の伝播方向に直交する空間内のある点での電界ベクトルの頂点がたどる経路をいう。

図１における光ネットワーク１０１のような光ネットワークにおいて、管理プレーン、制御プレーン、及びトランスポートプレーン（ときどき物理レイヤと呼ばれる。）に言及することが通例である。中央管理ホスト（図示せず。）は、管理プレーンに存在してよく、制御プレーンのコンポーネントを設定及び監督してよい。管理プレーンは、全てのトランスポートプレーン及び制御プレーンエンティティ（例えば、ネットワーク要素）に対する最高の制御を有する。一例として、管理プレーンは、１つ以上のプロセッシングリソース、データ記憶コンポーネント、などを含む中央演算処理センタ（例えば、中央管理ホスト）から成ってよい。管理プレーンは、制御プレーンの要素と電気的に通信してよく、更には、トランスポートプレーンの１つ以上のネットワーク要素とも電気的に通信してよい。管理プレーンは、システム全体のための管理機能を実行し、ネットワーク要素、制御プレーン、及びトランスポートプレーンの間の協調を提供してよい。例として、管理プレーンは、要素の観点からすれば１つ以上のネットワーク要素を扱う要素管理システム（ＥＭＳ）と、ネットワークの観点からすれば多くのデバイスを扱うネットワーク管理システム（ＮＭＳ）と、ネットワーク全体に及ぶ動作を扱う動作支援システム（ＯＳＳ）とを含んでよい。

変更、追加及び削除は、本開示の適用範囲から逸脱することなしに光ネットワーク１０１に対してなされてよい。例えば、光ネットワーク１０１は、図１で表されているよりも多い又は少ない要素を有してよい。また、上述されたように、たとえポイント・ツー・ポイントネットワークとして表されているとしても、光ネットワーク１０１は、例えば、環状、メッシュ状、及び階層ネットワークトポロジのような、光信号を送信するための如何なる適切なネットワークトポロジを有してもよい。

上述されたように、光ネットワーク上で送信され得る情報の量は、情報を符号化され且つ１つの信号に多重化された光チャネルの数とともに変化してよい。然るに、ＷＤＭ信号を用いる光ファイバは、単一のチャネルを介して情報を搬送する光ファイバよりも多くの情報を搬送してよい。チャネルの数及び搬送される偏波成分の数に加えて、どれくらいの情報が光ネットワーク上で送信されるのかに影響する他の要因は、送信のビットレートであってよい。ビットレートが高ければ高いほど、送信される情報の容量はますます大きくなる。より高いビットレートを達成することは、光ネットワーク１０１上での送信のための広帯域幅電気ドライバ技術、デジタル信号プロセッサ技術及び必要とされるＯＳＮＲの増大の利用可能性によって制限され得る。

光ネットワーク１０１の動作において、データレートが１Ｔに達し、それを越えると、相応に高いＯＳＮＲが、過剰な個数Ｏ−Ｅ−Ｏ再生部を回避することによって経済的実現可能性を保つために望まれるようになる。ＯＳＮＲ低下の１つの原因は、送信経路における様々な地点でカスケード接続された光増幅器１０８により生じるノイズの蓄積である。ある光増幅器について、ＯＳＮＲは、式（１）によって与えられる雑音指数（ＮＦ；Noise Figure）として表される：

NF=10log(OSNR_in/OSNR_out)=OSNR_in[dB]-OSNR_out[dB] 式（１）

式１において、OSNR_inは入力のＯＳＮＲであり、OSNR_outは出力のＯＳＮＲであり、dBはデシベルである。

光増幅器のための現在の設計は、位相感応光増幅器を含んでよい。これは、多くの場合に、例えば３ｄＢ未満といった、低い雑音指数を示すことができる。より低い雑音指数は、所与の光信号について光到達距離を延ばすことができ、これは望ましい。

典型的な位相感応光増幅器は、光ポンプによりアイドラー信号を最初に生成するアイドラー段と、光ポンプ及びアイドラー信号により入力信号を増幅する増幅段とを含む異なる段を備える。アイドラー段と増幅段との間には、中間段が位相感応光増幅器に実装されてよい。中間段は、入力信号及びアイドラー信号の電力レベルを調整するための複雑な信号処理及びポンプパワー回復を伴ってよい。典型的な位相感応光増幅器では、入力信号、光ポンプ及びアイドラー信号の光学経路は、信号の夫々のパワーを独立に変調するために、中間段において分けられてよい。分けられた光学経路が再結合される場合に、信号の位相をアライメントし直すよう位相調整が実行されてよい。位相調整は、入力信号及びアイドラー信号の位相を光ポンプとアライメントし直すよう光位相ロックループを伴ってよい。

更に詳細に記載されるように、位相マッチングのためのフィードフォワード制御ループのような位相ロックループの使用により生じる比較的複雑な信号処理及び潜在的な動作不安定性を回避することができるラマン増幅器中間段を備えた光位相感応増幅器（ＰＳＡ；Phase-Sensitive Amplifier）を実装する方法及びシステムがここでは開示されている。ここで開示されるように、中間段（再生段とも呼ばれる。）は、入力信号、光ポンプ及びアイドラー信号の光学経路を分けないラマン増幅器を有してよい。このようにして、ここで開示されるラマン増幅器中間段を備えたＰＳＡは、光学経路が分けられ次いで結合される場合の位相の再アライメントのために位相ロックループを有することを回避し得る。ここで開示されるラマン増幅器を備えたＰＳＡは、更には、分けられた光学経路の夫々に異なった影響を及ぼし得る、例えば、温度、振動、などのような環境効果に影響され得ない。ここで開示されるラマン増幅器中間段を備えたＰＳＡは、更には、ＷＤＮ入力チャネルの信号品質をモニタしてよい。ここで開示されているラマン増幅器中間段を備えたＰＳＡは、また更には、入力される光チャネルの数及び構成における様々な変化に適応するよう十分な光帯域幅及び柔軟なハードウェアを提供し得る。ここで開示されるラマン増幅器中間段を備えたＰＳＡは、Ｃバンド又はＬバンドにおける光信号のような、ＷＤＭ入力チャネルの広帯域増幅器のためにも使用されてよい。

これより図２を参照すると、ラマン増幅器中間段を用いた光位相感応増幅を提供する光システム２００の例となる実施形態の選択された要素が表されている。図示されるように、光システム２００は光増幅器２０２を有する。光増幅器２０２は、増幅器１０８（図１を参照）の実施形態の選択された要素を表してよい。光増幅器２０２のような１つ以上の光増幅器は、中間段におけるラマン増幅器を然るべく有してよい。光増幅器２０２は、いくつかの実施形態において（更に図３を参照）、ＷＳＳを更に有してよい。

光増幅器２０２は、光システム２００において光信号を増幅してよい。光システム２００は、光増幅器２０２によって出力チャネル２１４として増幅されるべき入力チャネル（すなわち、光信号）２１０を有してよい。チャネル２１０、２１４は、光ネットワーク１０１（図１を参照）上で光システム２００によって送信されてよい。光ネットワーク１０１は、如何なる適切な配置においても、例えば、２つの光コンポーネントの間の伝送線路において、又はＲＯＡＤＭにおいて、光増幅器２０２を有してよい。更に、光増幅器２０２は、スタンドアローンのデバイスとして、又は光伝送設備の他の要素の部分として、動作してよい。図示されるように、入力チャネル２１０は、２１０−１、２１０−２、・・・、２１０−Ｎと示されたＮ個のチャネルを有する。光増幅器２０２によって出力される増幅されたチャネル２１４は、相応に、２１４−１、２１４−２、・・・、２１４−Ｎと示されたＮ個のチャネルを有する。Ｎは、１以上の如何なる値も有してよいことが知られる。Ｎ＝１であるとき、入力チャネル２１０は、たとえ入力チャネル２１０が複数形においてここで用いられているとしても、単一チャネルを有してよい。

光増幅器２０２は、ここで記載されるように、光信号増幅を実行するために如何なる適切な数及び種類のコンポーネントも有してよい。光増幅器２０２の全部又は一部の例となる実施は、図３に関して以下で記載されるラマン増幅器中間段を備えたＰＳＡ３００を含んでよい。光増幅器２０２は、メモリ２０６へ結合されているプロセッサ２０４を有してよい。一実施形態において、光信号増幅を実行するよう、光増幅器２０２は、入力信号及び他のシステム特性（光ポンプを含む。）をモニタし、調整し、予め補償するためのコンポーネントを有してよい。他の実施形態では、光信号増幅を実行するよう、光増幅器２０２は、１ポンプ光４波混合（ＦＷＭ；Four-Wave Mixing）を実行するためのコンポーネントを有してよい。更なる実施形態では、ＦＷＭは、ドープト光ファイバ、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ；periodically poled lithium niobate）、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、又は所望の光学非線形性を示す他の半導体材料のような非線形光学素子（ＮＬＥ）に入力信号又はそのフィルタをかけられた部分を通すことによって、達成されてよい。

光増幅器２０２は、２つの光処理段を利用してよい。第１の段では、光増幅器２０２は、入力チャネル２１０のアイドラー共役信号（単に「アイドラー信号」又は「アイドラー」とも呼ばれる。）を生成してよい。第２の段では、光増幅器２０２は、位相感応ＦＷＭを行ってよい。そのようなＦＷＭは、光ポンプからのエネルギを入力チャネル２１０へ及びアイドラー信号へ移してよい。

具体的に、光増幅器２０２は、レーザー光ポンプ（単に「光ポンプ」とも呼ばれる。）を生成する手段を有してよい。光ポンプは、入力信号に加えてアイドラー信号を生成するためにＮＬＥアイドラー段において使用されてよい。アイドラー信号は、入力チャネル２１０への夫々の共役波長を表してよい。光増幅器２０２は、次いで、対称的なアイドラー信号に基づき入力チャネル２１０を増幅するＮＬＥ増幅段においてＦＷＭを実行してよい。入力チャネル２１０及びアイドラー信号の波長は、光ポンプの波長からスペクトル的に等距離にあってよい（又はほぼスペクトル的に等距離にある）。スペクトル的に等距離にあるか又はほぼスペクトル的に等距離にある波長は、例えば、全体の性能が有意に影響を及ぼされ得ないように、完全にスペクトル的に等距離にあるか、又はおおよそスペクトル的に等距離にある波長を含んでよい。そのようなほぼスペクトル的に等距離にある波長は、ほぼ等しいアイドラー信号と光ポンプとの間の波長差、又はほぼ等しい光ポンプと入力チャネル２１０との間の波長差を含んでよい。一実施形態において、ほぼ等しい波長差は、波長差どうしの間の変動が１０パーセントに満たない波長差を含んでよい。アイドラー信号は、入力チャネル２１０の位相の反転である位相を示してよい。

入力チャネル２１０は、ｍ−ＱＡＭ又はｍ−ＰＳＫのような如何なる適切な方法によっても変調された光信号を含んでよい。入力チャネル２１０は二重偏波成分を含んでよい。光増幅器２０２は、如何なる適切な方法においても二重偏波信号を受け入れてよい。

光増幅器２０２は、光学性能モニタリング（ＯＰＭ；Optical Performance Monitoring）と、光増幅器２０２の動作を動的に制御するコントローラとを有してよい。例えば、波長、パワー、残留色分散、偏波モード分散、及びＯＳＮＲのような、入力チャネル２１０に関する情報がモニタされてよい。更に、光増幅器２０２のコンポーネントの動作及び出力に関する情報がモニタされてよい（更に図３を参照）。

光増幅器２０２はＷＤＭ信号を受け入れてよい。光増幅器２０２の第１のＮＬＥアイドラー段は、入力チャネル２１０の各ＷＤＭ成分についてアイドラー信号を生成してよい。更に、光増幅器２０２の第２のＮＬＥ増幅段は、入力チャネル２１０内の信号及び第１のＮＬＥアイドラー段から生成された夫々の対応するアイドラー信号の各対についてＦＷＭを実行してよい。ＷＤＭ信号が光増幅器２０２において使用される場合に、夫々のアイドラー信号は、入力チャネル２１０における対応する入力信号の波長に対して光ポンプから波長において等距離（又はほぼ等距離）にあってよい。

プロセッサ２０４は、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はプログラム命令を解釈及び実行し、データを処理するための如何なる他のデジタル若しくはアナログ回路構成も有してよい。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０４は、光増幅器２０２の動作の一部又は全てを実行するよう、プログラム命令を解釈及び実行し、メモリ２０６に記憶されているデータを処理してよい。メモリ２０６は、アプリケーションメモリ、システムメモリ、又はその両方であってよい。メモリ２０６は、１つ以上のメモリモジュールを受信する如何なるシステム、デバイス又は装置も有してよい。夫々のメモリモジュールは、ある期間の間プログラム命令及びデータを保有する如何なるシステム、デバイス又は装置も有してよい（例えば、コンピュータ読出可能な媒体）。メモリ２０６は非一時的であってよい。光増幅器２０２の１つ以上の部分又は機能性は、プロセッサ２０４によるメモリ２０６内にある命令の実行によって実施されてよい。

更に、光増幅器２０２は、第１のＮＬＥアイドラー段と第２のＮＬＥ増幅段との間に中間段を有してよい。中間段はラマン増幅器及びＷＳＳを有してよい。それらはいずれも、ＮＬＥアイドラー段及びＮＬＥ増幅段を含む単一の光学経路に沿って光信号を送信してよい。ラマン増幅器は、入力信号及び光ポンプが単一の光学経路に沿って伝播する間に光ポンプを選択的に増幅する狭帯域利得媒体を利用してよい。ある実施形態では、ラマン増幅器は、アイドラー信号も増幅することができる利得媒体を利用してよい。いくつかの実施形態において、ラマン増幅器は、光ポンプとともに、例えばＣバンド又はＳバンドのような光帯域にわたって多数の光チャネルを増幅することができる広帯域利得媒体を利用してよい。ラマン増幅器は、処理される光信号とは反対の伝播方向において利得媒体に通される、例えばレーザー源のようなラマン光ポンプを有する。ラマン光ポンプは、使用される利得媒体に基づき選択されてよい。例えば、１３ＴＨｚ光ポンプは、ＧｅＯ_２／ＳｉＯ_２シングルモードファイバ（ＳＭＦ）とともに使用されてよく、一方、４０ＴＨｚ光ポンプは、Ｐ_２Ｏ_５−ドープトＳｉＯ_２リン酸塩−ドープトファイバ（ＰＤＦ）（更に図４を参照）とともに使用されてよい。更に、ラマン増幅器におけるラマンポンプパワーの変調又は変更は、光増幅器２０２の光学利得を決定又は変更するために使用されてよい（更に図５を参照）。

特定のファイバ非線形効果は、光増幅器２０２内の中間段より前にＮＬＥアイドラー段の間に入力信号及び光ポンプの位相ずれを引き起こし得るので、光増幅器２０２は、光信号、アイドラー信号及び光ポンプに対してある程度の位相及び振幅変調を実行するようＷＳＳを更に有してよい。ＷＳＳは、増幅段における光学利得を最適化するよう位相アライメントを実行してよい。加えて、光増幅器２０２は、入力チャネル２１０のＯＳＮＲを測定するよう光パワーモニタを有してよい。ラマン光ポンプの光パワーは、入力チャネル２１０の測定されたＯＳＮＲに基づき変調又は変更されてよい。いくつかの実施形態において、光増幅器は、入力チャネル２１０に対して、増幅されたチャネル２１４のＯＳＮＲを増大させることができる。このようにして、光増幅器２０２の中間段は、狭い利得帯域幅が、異なる光学経路に沿った入力信号及び光ポンプの分離によらずに、且つ、複雑性を追加し得るとともに動作信頼性を損なわせ得る位相ロックループの使用によらずに、ポンプパワーを増幅することを可能にすることができる。

これより図３を参照すると、低雑音の光位相感応増幅を提供するためのラマン中間相を備えた位相感応光増幅器３００の実施形態の選択された要素が表されている。光増幅器３００は、図２における光増幅器２０２の実施形態であってよい。図３では、光増幅器３００は、略図において示されており、実寸通りではない。別の実施形態では、光増幅器３００は、更なる又はより少ない要素を有して動作し得ることが知られる。

図３では、光増幅器３００は、Ｎ個の入力チャネル２１０（図２を参照）によって表される入力光ＷＤＭ信号に関して記載される。固定グリッドのＷＤＭ入力チャネル２１０が便宜上ここでは示されているが、例えば固定グリッドチャネル間隔のような他のスペクトルチャネル配置が特定の実施形態において実施され得ることが知られる。また、図３では、実線は光学経路を表し、一方、点線は電気接続を表す。

図３で示されるように、光増幅器３００は、送信器１０２から受信器１１２への単一の光学経路に沿って光ネットワーク１０１において使用されてよい。ＥＤＦＡに基づく光増幅器のような位相感応光増幅器の使用は、位相感応である光増幅器３００のノイズ性能を悪化させ得る。従って、特定の実施形態において、光増幅器３００は、光学経路において光増幅器３００より前に位相感応光増幅器を含まない光学経路において使用されてよい。

図３では、入力チャネル２１０は、示されている伝播方向において光増幅のために供給されている。光増幅器３００は、入力チャネル２１０のような入力信号を受け入れるメカニズムを有してよい。入力チャネル２１０は複数のＷＤＭチャネルを有してよい。夫々のＷＤＭチャネルは、異なる波長に対応してよい。更に、夫々のそのようなチャネルは、異なる変調フォーマットに対応してよい。いくつかの実施形態において、夫々のチャネルについて、入力チャネル２１０は、Ｘ偏波及びＹ偏波成分を含んでよい。

タップ３０２−１で、入力チャネル２１０は分けられ、ＷＳＳ３０４−１及びＯＰＭ３１８−１へ向けられる。ＷＳＳ３０４−１は、入力チャネル２１０の中から所望のチャネル群を選択するために使用されてよい。例えば、光増幅器３００によってサポートされる光帯域幅に応じて、入力チャネル２１０におけるチャネルの数は、ＷＳＳ３０４−１において処理のために制限されてよい。他の実施形態では、ＷＳＳ３０４−１は、処理のために全ての入力チャネル２１０を通してよい。このように、ＷＳＳ３０４−１は、例えば、波長ごとに、入力チャネル２１０の中から処理されるべき所望のチャネルを選択してよい。ＷＳＳ３０４−１は、如何なる適切な方法においても、例えば、アクティブ若しくはパッシブ設定可能フィルタ、アレイ導波管、電気機械デバイス、又は水晶によって、実施されてよい。図示されるように、ＷＳＳ３０４−１は、電気接続を用いて制御及びモニタリングのためにコントローラ３３０へ通信上結合されている。コントローラ３３０は、例えば、入力チャネル２１０の中のどの部分が光増幅器３００によって増幅されるべきかを選択するよう、ＷＳＳ３０４−１の動作を調整してよい。

図示されるように、光増幅器３００は、入力チャネル２１０を受信する光学性能モニタリング（ＯＰＭ；Optical Performance Monitoring）３１８−１を含む。ＯＰＭ３１８−１は、電気接続を用いて制御及びモニタリングのためにコントローラ３３０へ通信上結合されてよい。ＯＰＭ３１８−１は、波長、パワー、残留色分散、偏波モード分散、及びＯＳＮＲのような、入力チャネル２１０に関する情報をモニタしてよい。コントローラ３３０は、ＯＰＭ３１８−１からモニタリング情報を受信してよく、様々な他のコンポーネントを然るべく調整してよい。

ＷＳＳ３０４−１は、光信号をカプラー３１０−１へ送信してよい。カプラー３１０−１は、光ポンプ３０８を更に受信する。様々な実施形態において、光ポンプ３０８は、調整可能なレーザーのような調整可能な光源を有してよい。光ポンプ３０８は、コントローラ３３０へ通信上結合されてよい。コントローラ３３０は、例えば、入力チャネル２１０の性質若しくは種類、光ポンプ３０８の検出された出力、又は光増幅器３００の検出された出力に基づき、光信号の中でもとりわけ、光ポンプ３０８の波長、パワー、位相、又は動作の他の側面を調整してよい。ある事例では、光ポンプ３０８は、ＮＬＥにおいて好ましくない散乱を引き起こし得る密度差を補償するよう誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ；Stimulated Brillouin Scattering）抑制を有してよい。更に、光ポンプ３０８は、存在する場合に、入力チャネル２１０における二重偏波の夫々に対して偏向されてよい。

カプラー３１０−１は、ポンプ３０８によって生成された光ポンプと入力チャネル２１０とを結合し、結合された出力を光サーキュレータ３１２−１へ供給してよい。光サーキュレータ３１２−１は、本開示に従う入力及び出力の選択的なルーティングのための如何なる適切なメカニズムも有してよい。例えば、光サーキュレータ３１２−１は、複数の順次に識別された光入出力ポートを有してよく、光が一方向においてのみ進むことを可能にしてよい。第１のポートに入力された光信号は第２のポートから出るが、第２のポートに入った信号は第３のポートから出る。第１、第２及び第３のポートの順次識別、従って、入出力挙動は、時計回り又は反時計回りのインジケータにより概略的に特定されてよい。図３の例では、光サーキュレータ３１２−１は、カプラー３１０−１からの入力が光リンク３３６−１を介してＮＬＥアイドラー段３１４−１へ出力され、ＮＬＥアイドラー段３１４−１からの入力が光リンク３２６を介してレギュレーション段３２０へ出力されるように、時計回りで動作する。

ＮＬＥアイドラー段３１４−１において、入力チャネル２１０に対して光ポンプ３０８に関して波長において対称なアイドラー信号が、加えられる。光増幅器３００へ入力のためにＷＳＳ３０４−１によって何が選択されるのかに基づき、ＮＬＥアイドラー段３１４−１は、制御リンク３３８−１を介してコントローラ３３０によって命じられるように、対応するアイドラー信号を加えてよい。ＮＬＥアイドラー段３１４−１は、夫々の偏波成分を分離し、夫々の偏波成分を異なる伝播方向においてＮＬＥを通じて送信することによって、偏波に依存しない様態において動作してよい。ＮＬＥアイドラー段３１４−１の出力において、入力チャネル２１０及びアイドラー信号の振幅は未だ増幅されておらず、光増幅器３００の入力レベルに対応して、振幅が比較的弱くてよい。入力チャネル２１０とアイドラー信号との間にある振幅のいくらかの好ましくない差異は、ＮＬＥアイドラー段３１４−１の出力において存在し得ることが知られる。また、光ポンプ３０８は、ＮＬＥアイドラー段３１４−１から現れる場合に入力チャネル２１０の波長とアイドラー信号の波長との間の混合又は光波長相互作用に起因してある程度不純にされ得る。

図３では、光リンク３２６は、結合された入力チャネル２１０、光ポンプ及びアイドラー信号を中間段３２０へ送信する。図示されるように、中間段３２０は、ラマン増幅器３２２及びＷＳＳ３０４−３を有する。ラマン増幅器３２２は、シングルモード・ファイバ及びラマン光ポンプのような利得媒体を有してよい。ラマン光ポンプ（図示せず。）は、光リンク３２６の伝播方向とは逆方向において光エネルギをラマン増幅器３２２へ供給してよい。中間段３２０の出力において、光リンク３２８は、ラマン増幅器３２２によって生成された増幅された光ポンプ及びアイドラー信号とともに入力チャネル２１０を含んでよい。様々な実施形態において、アイドラー信号の光パワーは、ラマン増幅器３２２によって入力チャネル２１０の光パワーと等しくされてよい。いくつかの事例では、アイドラー信号の光パワーは、ラマン増幅器３２２によって入力チャネル２１０の光パワーよりも大きいように増幅されてよい。このことは、光増幅器３００によって生成される増幅された光信号２１４の全体的なＯＳＮＲを改善することができる。コントローラ３３０は、例えば、入力チャネル２１０の性質若しくは種類、又は光増幅器３００の検出された出力に基づき、光信号及びアイドラー信号の波長、パワー、位相、又は動作の他の側面を調整してよい。

図示されるように、ＷＳＳ３０４−３は、光リンク３２８において入力チャネル２１０、光ポンプ及びアイドラー信号の位相をアライメントするよう中間段３２０内で位相変調をモニタすることを実行してよい。位相は、増幅段において光信号を増幅するための光学利得を変更又は最適化するようＷＳＳ３０４−３によって変更されてよい。例えば、入力チャネル２１０（光信号）、アイドラー信号及び光ポンプのうちのいずれか１つ以上の間の位相アライメントは、ＷＳＳ３０４−３を用いて実行されてよい。いくつかの実施形態において、入力チャネル２１０における異なる光チャネル間の利得差は、夫々の個々のチャネルについて異なる位相を選択することによって等しくされてよい。

ラマン増幅器３２２は、フィードバック又はフィードフォワード制御ループなしで動作してよいことが知られる。例えば、ラマン増幅器３２２は、所与の動作構造のために最初に調整されてよく、次いで、安定した様態において動作してよい。特定の実施形態では、ラマン増幅器３２２は、手動で調整されてよい。中間段は光学経路の如何なる分離も伴わないので、別々の光学経路に沿った位相不一致に作用し得る温度、振動、などから影響は、光増幅器３００においては安全に無視されてよい。このことは、ＰＳＡ増幅器３００の全体の複雑性を低減しながら、安定性及びロバスト性を改善することができる。

いくつかの実施形態において、中間段３２０は、例えば、Ｐドープト・ラマン増幅器が使用される場合のように、アイドラー信号とは別に光ポンプ３０８を増幅してよい。アイドラー信号は、ファイバ・ブリルアン増幅器のような狭帯域増幅器により別個に増幅されてよい。特定の事例では、光ポンプ３０８のみが中間段３２０の間に増幅され、一方、入力チャネル２１０の電力レベルは、アイドラー信号と等しくするよう減衰される。

図３では、中間段３２０は、光リンク３２８をサーキュレータ３１２−２へ出力する。サーキュレータ３１２−２は、受信した光信号を光リンク３３６−２でＮＬＥ増幅段３１４−２へ出力する。サーキュレータ３１２−２は、増幅された光信号をＮＬＥ増幅段３１４−２から光リンク３３６−２を介して受信し、増幅された光信号を光リンク３４０へ出力する。タップ３０２−２で、光リンク３４０は、増幅された光信号をＯＰＭ３１８−２へ供給する。ＯＰＭ３１８−２は、光増幅器３００の出力電力レベルのインジケーションを供給するようコントローラ３３０と通信する。タップ３０２−２は、増幅された光信号をＷＳＳ３０４−２へも出力する。ＷＳＳ３０４−２は、出力のために入力チャネル２１０に対応する波長を選択してよく、出力信号２１４を生成するよう、例えば光ポンプ及びアイドラー信号のような他の好ましくない波長をブロックアウトしてよい。

加えて、光増幅器３００は、入力のＯＳＮＲへの依存性を示すことがある。入力のＯＳＮＲは、ＯＰＭ３１８−１によってモニタされてよい。ＮＬＥ増幅段３１４−２においてある所望の光学利得を得るよう、光ポンプ３０８若しくはラマン光ポンプ又はその両方の光パワーは、入力のＯＳＮＲに応じて変更されてよい。いくつかの実施形態において、光増幅器３００は、全く又はほとんど光学利得を有さず動作するが、それにもかかわらず、入力光信号２１０と比較して、増幅された光信号２１４のＯＳＮＲの増大を提供することができる。そのような配置において、光増幅器３００は、ＯＳＮＲを改善することによって光信号の届く距離を延ばすよう、Ｏ−Ｅ−Ｏ再生部に取って代わってよい。

これより、図４を参照すると、図３の中間段３２０におけるラマン増幅器３２２により使用可能な利得媒体についての利得媒体プロファイルを示すプロット４００が表されている。ＳＭＦ及びＰＤＦタイプのファイバについての利得プロファイルが示されている。ラマン周波数シフトは、以下、式（２）によって与えられる：

バーν＝（１／λ_ｉ）−（１／λ_ｓ） （２）

式（２）において、バーνは周波数シフトであり、λ_ｉは初期波長であり、λ_ｓはシフトされた波長である。図４におけるＳＭＦ及びＰＤＦの両方についての約１３ＴＨｚの周波数シフトでの利得ピークは、ラマン増幅器３２２についての１つの可能なラマンポンプ周波数を示す。非対称の利得プロファイルは、中間段３２０において光ポンプ及びアイドラー信号を選択的に増幅するために使用されてよい。いくつかの実施形態において、１３ＴＨｚの周波数シフトでの利得ピークは、広帯域増幅のために使用されてよい（更に図６を参照）。約５〜６ｎｍの波長に対応するごく狭い帯域幅の利得も、光ポンプを増幅するために４０ＴＨｚラマンポンプ周波数でＰＤＦを用いて利用可能である。

これより図５を参照すると、ラマンポンプパワーに対する光増幅器利得を示すプロットが表されている。図５は、図３における光増幅器３００に、具体的には、ラマン増幅器３２２に適用可能である。図５で示されるように、ラマンポンプパワーの変化に伴うＰＳＡ利得の変化は、ラマン増幅器３２２が光増幅器３００の光ポンプの位相制御を実施することができることを示す。ＰＳＡ利得の変化は、ラマンポンプパワーを変化させることによって引き起こされ得る光増幅器３００の光ポンプの位相シフトの結果であってよい。

これより図６を参照すると、ラマン増幅器中間段を備えた位相感応光増幅器による広帯域増幅６００の実施形態の選択された要素のブロック図が示されている。図示されるように、広帯域増幅６００は、図３に関して上述されたようにＰＳＡ３００を用いて実行されてよい。使用される媒体のために所望のラマン利得プロファイルを選択することによって、比較的平坦な利得プロファイルが広帯域増幅６００のために達成され得る。

広帯域増幅６００において、入力光信号は、様々な組み合わせ又は配置においてＣバンド信号及びＬバンド信号を含んでよい。Ｃバンド信号は分離され、増幅のためにＰＳＡ３００−１へ向けられてよく、一方、Ｌバンド信号は、増幅のためにＰＳＡ３００−２へ向けられてよい。次いで、増幅されたＣバンド信号及びＬバンド信号は、出力光信号６０４へと再結合されてよい。

Ｓバンド光増幅器として働くＰＳＡ３００−１で、Ｓバンドにおけるアイドラー信号は、スペクトル６３０−１で示されるように、ＮＬＥアイドラー段３１４−１において生成されてよい。この場合に、光ポンプ３０８は、約１５３０ｎｍの波長で生成されてよい。次いで、広帯域ラマン利得プロファイルは、スペクトル６３２−１で示されるように、Ｓバンドのアイドラー信号及び光ポンプ３０８を選択的に増幅するよう、約１４２５ｎｍでラマン光ポンプにより使用されてよい。

Ｃバンド光増幅器として働くＰＳＡ３００−２で、Ｃバンドにおけるアイドラー信号は、スペクトル６３０−２で示されるように、ＮＬＥアイドラー段３１４−１において生成されてよい。この場合に、光ポンプ３０８は、約１５６０ｎｍの波長で生成されてよい。次いで、広帯域ラマン利得プロファイルは、スペクトル６３２−２で示されるように、Ｃバンドのアイドラー信号及び光ポンプ３０８を選択的に増幅するよう、約１４５５ｎｍでラマン光ポンプにより使用されてよい。

広帯域増幅６００において、光ポンプ３０８のためのあるレベルの光パワーは、光パワーの位相感応変調を達成するようラマン増幅器３２２に導入されてよい。いくつかの実施形態において、光ポンプ３０８の光パワーは少なくとも１０ｄＢｍであってよい。

これより図７を参照すると、ここで記載されるラマン増幅器中間段を備えた位相感応光増幅器による光位相感応増幅のための方法７００の実施形態の選択された要素のブロック図が、フローチャート形式で表されている。方法７００は、光増幅器３００を用いて実行されてよい。方法７００で記載されている特定の動作は、任意であってよく、あるいは、別の実施形態では再配置されてよい。

方法７００は、入力光信号を受信し、光ポンプを加えることによって、ステップ７０２で開始してよい。ステップ７０４で、光信号及び光ポンプは、アイドラー信号を生成するようＮＬＥアイドラー段へ向けられてよい。ステップ７０６で、光信号、光ポンプ及びアイドラー信号は、ラマン増幅器を含む中間段へ向けられてよい。ステップ７０８で、ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、光ポンプ及びアイドラー信号は選択的に増幅されてよい。ステップ７１０で、光信号、増幅された光ポンプ、及び増幅されたアイドラー信号は、ＮＬＥ増幅段へ向けられてよい。ステップ７１２で、光信号は、ＮＬＥ増幅段で増幅されてよい。

ここで開示されるように、光信号を増幅する方法及びシステムは、第１非線形要素（ＮＬＥ）で光ポンプを用いて入力信号についてのアイドラー信号を生成することを含む。ラマン増幅器を含む中間段は、単一の光学経路に沿って第１ＮＬＥからの出力を用いてポンプ増幅を実行する。入力信号の光パワーのモニタリングは、パワーイコライゼーションのために使用されてよい。中間段は、ある程度の位相変調のために波長選択スイッチを有してよい。位相感応増幅された信号は、光ポンプを用いて第２ＮＬＥで生成される。入力信号の光パワーのモニタリングは、パワーイコライゼーションと、低雑音動作を達成するための他の制御機能とのために使用されてよい。

先に開示された対象は、限定ではなく、実例と見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の主旨及び適用範囲の中にある全てのそのような変更、拡張、及び他の実施形態をカバーするよう意図される。このように、法によって許される最大範囲において、本開示の適用範囲は、特許請求の範囲及びその均等の最も広い許容される解釈によって決定されるべきであり、上記の詳細な説明によって制限又は限定されるべきではない。

上記の実施形態に加えて、以下の付記を開示する。
（付記１）
入力として光信号及び光ポンプを受信し、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力することができるアイドラー段と、
前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信することができるラマン増幅器を有し、該ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅する中間段と、
前記中間段から入力として前記光信号、前記増幅された光ポンプ、及び前記増幅されたアイドラー信号を受信し、前記光信号を増幅することができる増幅段と
を有する光位相感応増幅器。
（付記２）
前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有する、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記３）
前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することができる前記中間段は、光パワーにおいて前記光信号に対応するよう前記アイドラー信号を増幅することができる前記ラマン増幅器を更に有する、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記４）
前記中間段は、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することによって、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更することが更にできる、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記５）
当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定する光パワーモニタを更に有し、
前記中間段は、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することが更にできる、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記６）
当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅されたのちの前記光信号のＯＳＮＲよりも小さい、
付記５に記載の光位相感応増幅器。
（付記７）
前記中間段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を更に有する、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記８）
前記ＷＳＳは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更する、
付記７に記載の光位相感応増幅器。
（付記９）
前記ＷＳＳは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントする、
付記７に記載の光位相感応増幅器。
（付記１０）
前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することができる前記中間段は、前記増幅段より前に前記光信号の光パワーを越えるよう前記アイドラー信号を増幅することができる前記ラマン増幅器を更に有する、
付記１に記載の光位相感応増幅器。
（付記１１）
光位相感応増幅のための方法であって、
アイドラー段において、
入力として光信号及び光ポンプを受信し、
前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力し、
ラマン増幅器を有する中間段において、
前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信し、
前記ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅し、
増幅段において、
前記中間段から入力として前記光信号、前記増幅された光ポンプ、及び前記増幅されたアイドラー信号を受信し、
前記光信号を増幅する
ことを有する方法。
（付記１２）
前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有する、
付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することは、前記ラマン増幅器によって、光パワーにおいて前記光信号に対応するよう前記アイドラー信号を増幅することを更に有する、
付記１１に記載の方法。
（付記１４）
前記中間段において、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更する
ことを更に有する付記１１に記載の方法。
（付記１５）
光パワーモニタにより、光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定し、
前記中間段において、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更する
ことを更に有する付記１１に記載の方法。
（付記１６）
前記光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅されたのちの前記光信号のＯＳＮＲよりも小さい、
付記１５に記載の方法。
（付記１７）
前記中間段に含まれる波長選択スイッチ（ＷＳＳ）で、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更する
ことを更に有する付記１１に記載の方法。
（付記１８）
前記位相を夫々変更することは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更することを更に有する、
付記１７に記載の方法。
（付記１９）
前記位相を夫々変更することは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントすることを更に有する、
付記１７に記載の方法。
（付記２０）
前記光ポンプ及び前記アイドラー信号を選択的に増幅することは、前記ラマン増幅器で、前記増幅段より前に前記光信号の光パワーを越えるよう前記アイドラー信号を増幅することを更に有する、
付記１１に記載の方法。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１５年３月６日付けで出願された、“OPTICAL PHASE-SENSITIVE AMPLIFIER WITH RAMAN AMPLIFIER INTERMEDIATE STAGE”と題された米国特許仮出願第６２／１２９５４８号に基づく優先権を主張するものである。

１０１ 光ネットワーク
１０２ 送信器（Ｔｘ）
１０４ マルチプレクサ
１０５ デマルチプレクサ
１０６ 光ファイバ
１０８，２０２，３００ 光増幅器
１１０ ＯＡＤＭ
１１２ 受信器（Ｒｘ）
２０４ プロセッサ
２０６ メモリ
２１０ 入力チャネル
２１４ 出力チャネル
３０４ ＷＳＳ
３０８ 光ポンプ
３１０ カプラー
３１２ 光サーキュレータ
３１４−１ ＮＬＥアイドラー段
３１４−２ ＮＬＥ増幅段
３１８ ＯＰＭ
３２０ 中間段
３２２ ラマン増幅器
３３０ コントローラ
６００ 広帯域増幅
６０２ 入力光信号
６０４ 出力光信号

Claims (16)

1. 入力として光信号及び光ポンプを受信し、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力することができるアイドラー段と、
   前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信することができるラマン増幅器を有し、該ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記光信号の光パワーに対して前記光ポンプ及び前記アイドラー信号の各々の光パワーを選択的に調整する中間段と、
   前記中間段から入力として前記光信号、前記調整された光ポンプ、及び前記調整されたアイドラー信号を受信し、前記光信号を増幅することができる増幅段と
   を有し、
   前記中間段は、前記アイドラー信号の増幅又は前記光信号の減衰によって、前記アイドラー信号及び前記光信号がそれらの光パワーにおいて等しくなるようにするパワーイコライゼーションを実行するよう構成される、
   光位相感応増幅器。
2. 前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有する、
   請求項１に記載の光位相感応増幅器。
3. 前記中間段は、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することによって、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更することが更にできる、
   請求項１に記載の光位相感応増幅器。
4. 当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定する光パワーモニタを更に有し、
   前記中間段は、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更することが更にできる、
   請求項１に記載の光位相感応増幅器。
5. 当該光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅された後の前記光信号のＯＳＮＲよりも小さい、
   請求項４に記載の光位相感応増幅器。
6. 前記中間段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を更に有する、
   請求項１に記載の光位相感応増幅器。
7. 前記ＷＳＳは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更する、
   請求項６に記載の光位相感応増幅器。
8. 前記ＷＳＳは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントする、
   請求項６に記載の光位相感応増幅器。
9. 光位相感応増幅のための方法であって、
   アイドラー段において、
   入力として光信号及び光ポンプを受信し、
   前記光信号、前記光ポンプ、及び前記光信号に対応するアイドラー信号を出力し、
   ラマン増幅器を有する中間段において、
   前記アイドラー段から入力として前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号を受信し、
   前記ラマン増幅器におけるラマン光ポンプに基づき、前記光信号の光パワーに対して前記光ポンプ及び前記アイドラー信号の各々の光パワーを選択的に調整し、
   増幅段において、
   前記中間段から入力として前記光信号、前記調整された光ポンプ、及び前記調整されたアイドラー信号を受信し、
   前記光信号を増幅する
   ことを有し、
   前記中間段は、前記アイドラー信号の増幅又は前記光信号の減衰によって、前記アイドラー信号及び前記光信号がそれらの光パワーにおいて等しくなるようにするパワーイコライゼーションを実行する、
   方法。
10. 前記アイドラー段、前記中間段、及び前記増幅段は、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号が伝播する単一の光学経路を有する、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記中間段において、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記ラマン光ポンプの光パワーを変更する
    ことを更に有する請求項９に記載の方法。
12. 光パワーモニタにより、光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を測定し、
    前記中間段において、前記光信号の前記ＯＳＮＲに基づき前記ラマン光ポンプの光パワーを変更する
    ことを更に有する請求項９に記載の方法。
13. 前記光位相感応増幅器によって受信された前記光信号の前記ＯＳＮＲは、前記増幅段で増幅された後の前記光信号のＯＳＮＲよりも小さい、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記中間段に含まれる波長選択スイッチ（ＷＳＳ）で、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて、位相及び振幅の少なくとも１つを夫々変更する
    ことを更に有する請求項９に記載の方法。
15. 前記位相を夫々変更することは、前記増幅段において前記光信号を増幅するための光学利得を変更するよう、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号のうちの少なくとも１つについて前記位相を夫々変更することを更に有する、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記位相を夫々変更することは、前記光信号、前記光ポンプ、及び前記アイドラー信号の間で前記位相をアライメントすることを更に有する、
    請求項１４に記載の方法。

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