JPH07261052A - 光ファイバ通信システム - Google Patents
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- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 線形極性化信号を伝播し、エルビウムドープ
光ファイバ増幅器でこの信号を増幅しても、その際に生
成される極性依存性のゲインの不均一性を回避できるよ
うな長距離光ファイバ通信システムを提供することであ
る。 【構成】 本発明の光ファイバ通信システムは、リフレ
クタ（反射器）を有し、光信号を希土類をドープした光
ファイバ部分に通過させ、その直交極性状態で反射させ
て戻し、極性ゲインの不均一性を抑制するものである。
ファラデーミラーにおける光信号のファラデー回転は、
極性ホールバーニングと極性依存性のゲインの影響を相
殺する有効な手段であることが本発明により発見され
た。
光ファイバ増幅器でこの信号を増幅しても、その際に生
成される極性依存性のゲインの不均一性を回避できるよ
うな長距離光ファイバ通信システムを提供することであ
る。 【構成】 本発明の光ファイバ通信システムは、リフレ
クタ（反射器）を有し、光信号を希土類をドープした光
ファイバ部分に通過させ、その直交極性状態で反射させ
て戻し、極性ゲインの不均一性を抑制するものである。
ファラデーミラーにおける光信号のファラデー回転は、
極性ホールバーニングと極性依存性のゲインの影響を相
殺する有効な手段であることが本発明により発見され
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信システム
に関し、特に、希土類元素をドープした光ファイバ増幅
器において、極性ゲインの不均一性の影響を緩和する方
法に関する。
に関し、特に、希土類元素をドープした光ファイバ増幅
器において、極性ゲインの不均一性の影響を緩和する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】長距離光通信システムは、例えば、海洋
を横断する光ファイバシステムとして用いられている
が、このシステムにおいては、情報担持光信号は光ファ
イバ内を伝播するにつれて減衰するが、これを再生し、
増幅する再生器、あるいは増幅器を必要とする。通常、
シングルモード光ファイバシステムは、２．４Ｇビット
／秒のデジタル情報を３０−５０ｋｍの長距離にわたっ
て伝送することができる。
を横断する光ファイバシステムとして用いられている
が、このシステムにおいては、情報担持光信号は光ファ
イバ内を伝播するにつれて減衰するが、これを再生し、
増幅する再生器、あるいは増幅器を必要とする。通常、
シングルモード光ファイバシステムは、２．４Ｇビット
／秒のデジタル情報を３０−５０ｋｍの長距離にわたっ
て伝送することができる。
【０００３】従来の増幅装置は、電子−光再生型の再生
器を用いて、光信号を電子信号に変換して増幅してい
た。電子−光再生器は、光受信器と光送信器とを背中合
わせに配置して、受信器の出力が送信器を駆動してい
た。電子回路は信号をデジタル的に「クリーンナップ」
して、再生している。
器を用いて、光信号を電子信号に変換して増幅してい
た。電子−光再生器は、光受信器と光送信器とを背中合
わせに配置して、受信器の出力が送信器を駆動してい
た。電子回路は信号をデジタル的に「クリーンナップ」
して、再生している。
【０００４】この電子−光再生型の再生器は、信号を十
分に増幅するが、その構成は複雑である。長距離の光フ
ァイバシステムにおいては、この電子−光再生型の再生
器では不十分である。それは、その構造が複雑故に、よ
り大きなメンテナンスを必要とするからである。さら
に、海洋の深さではより構造の簡単な増幅システムが必
要となる。
分に増幅するが、その構成は複雑である。長距離の光フ
ァイバシステムにおいては、この電子−光再生型の再生
器では不十分である。それは、その構造が複雑故に、よ
り大きなメンテナンスを必要とするからである。さら
に、海洋の深さではより構造の簡単な増幅システムが必
要となる。
【０００５】この海洋を横断するような長距離システム
においては、電子−光再生型の再生器よりもより単純な
光増幅器を使用することが望ましい。光学増幅器は、光
信号を電気信号に変換することなく、光信号強度を増幅
することができる。この光学増幅器は、希土類元素をド
ープした光ファイバを用い、レーザと同様な励起放射原
理のもとで動作し、その光を生成することなく、外部ソ
ースからの信号を増幅する。
においては、電子−光再生型の再生器よりもより単純な
光増幅器を使用することが望ましい。光学増幅器は、光
信号を電気信号に変換することなく、光信号強度を増幅
することができる。この光学増幅器は、希土類元素をド
ープした光ファイバを用い、レーザと同様な励起放射原
理のもとで動作し、その光を生成することなく、外部ソ
ースからの信号を増幅する。
【０００６】光学増幅器の最も一般的なものは、エルビ
ウムドープ増幅器である。このエルビウムドープ増幅器
は、１５３０−１５６０ｎｍの波長範囲で動作し、外部
ポンプ光信号を用いて、フォトンエネルギーを放出する
エルビウムイオンを励起している。約５３０、６７０、
８００、９８０、１４８０ｎｍのポンプ波長は、これら
のエルビウムドープ光ファイバ増幅器において、４０ｄ
Ｂもの増幅を提供できることが分かっている。増幅器の
出力点では、信号パワーに変換されるようなポンプパワ
ーでもって、信号を増幅している。
ウムドープ増幅器である。このエルビウムドープ増幅器
は、１５３０−１５６０ｎｍの波長範囲で動作し、外部
ポンプ光信号を用いて、フォトンエネルギーを放出する
エルビウムイオンを励起している。約５３０、６７０、
８００、９８０、１４８０ｎｍのポンプ波長は、これら
のエルビウムドープ光ファイバ増幅器において、４０ｄ
Ｂもの増幅を提供できることが分かっている。増幅器の
出力点では、信号パワーに変換されるようなポンプパワ
ーでもって、信号を増幅している。
【０００７】このような光増幅器システムの欠点は、増
幅自然放射（amplified spontaneous emission：ＡＳ
Ｅ）が生成されることである。このＡＳＥの放射の一部
は、信号と同一の波長バンド内にあり、ノイズとなり、
Ｓ／Ｎ比を劣化させる。バンド外（out-of-band）のＡ
ＳＥは、フィルタで除去することができるが、バンド内
（in-band）のＡＳＥは、フィルタで除去することがで
きない。
幅自然放射（amplified spontaneous emission：ＡＳ
Ｅ）が生成されることである。このＡＳＥの放射の一部
は、信号と同一の波長バンド内にあり、ノイズとなり、
Ｓ／Ｎ比を劣化させる。バンド外（out-of-band）のＡ
ＳＥは、フィルタで除去することができるが、バンド内
（in-band）のＡＳＥは、フィルタで除去することがで
きない。
【０００８】このバンド内のＡＳＥ誘起のノイズは信号
自然ビートノイズ（signal spontaneous beat noise ）
の原因となる。ある光学増幅器から次の光学増幅器へ、
そして、さらに、後続の光学増幅器を介して信号が伝播
すると、このＡＳＥは累積される。そして、このＡＳＥ
は累積されると、このＡＳＥは増幅器からの全出力パワ
ーの一成分となり、このことは、Ｓ／Ｎ比の観点からの
みならず、増幅器により得られる有限の飽和出力パワー
の観点から見て、この長距離通信システムから信号パワ
ーを相殺してしまうことになる。
自然ビートノイズ（signal spontaneous beat noise ）
の原因となる。ある光学増幅器から次の光学増幅器へ、
そして、さらに、後続の光学増幅器を介して信号が伝播
すると、このＡＳＥは累積される。そして、このＡＳＥ
は累積されると、このＡＳＥは増幅器からの全出力パワ
ーの一成分となり、このことは、Ｓ／Ｎ比の観点からの
みならず、増幅器により得られる有限の飽和出力パワー
の観点から見て、この長距離通信システムから信号パワ
ーを相殺してしまうことになる。
【０００９】ＡＳＥを誘起するような上記の問題以外に
も、光信号の極性に関連する副作用に起因する増幅の問
題もまた存在する。線形極性化光信号が増幅されると、
この増幅器のゲインは、光信号に直交する極性よりも、
その信号と同相の極性において、若干余分に飽和する。
この影響は極性ホールバーニング（polarization hole
burning）と称する。光ファイバ内のガラス内のエルビ
ウムイオンは不均一に分布し、その結果、イオンの優先
的な励起が発生し、局部的な方向付け（localfield ori
entation）が行われる。このエルビウムイオンの部分分
布は、より多く飽和し、信号により多くのゲインを与え
る。さらに、同時に、またこのＡＳＥが入射光信号の極
性に直交する極性で蓄積される。
も、光信号の極性に関連する副作用に起因する増幅の問
題もまた存在する。線形極性化光信号が増幅されると、
この増幅器のゲインは、光信号に直交する極性よりも、
その信号と同相の極性において、若干余分に飽和する。
この影響は極性ホールバーニング（polarization hole
burning）と称する。光ファイバ内のガラス内のエルビ
ウムイオンは不均一に分布し、その結果、イオンの優先
的な励起が発生し、局部的な方向付け（localfield ori
entation）が行われる。このエルビウムイオンの部分分
布は、より多く飽和し、信号により多くのゲインを与え
る。さらに、同時に、またこのＡＳＥが入射光信号の極
性に直交する極性で蓄積される。
【００１０】上述した欠点は、信号光が円状に極性化さ
れている場合には存在せず、その結果、円状極性化信号
光はエルビウムイオンの部分分布の全てを自動的にサン
プル化する。この円状極性化光は、伝送の１つの軸に対
し、ゲイン差を与えることはない。
れている場合には存在せず、その結果、円状極性化信号
光はエルビウムイオンの部分分布の全てを自動的にサン
プル化する。この円状極性化光は、伝送の１つの軸に対
し、ゲイン差を与えることはない。
【００１１】従来技術による増幅システムにおいては、
信号ソースで信号の極性化をスクランブルすることを試
みている。例えば、レーザ送信器から生成された近接す
る波長は、この送信器の同一の変調器に送信する。これ
により、信号のランダムな極性化が行われ、線形極性化
信号に起因するゲインの不均一性を回避している。しか
し、このような従来のシステムは、他の設計上の制約を
招き、送信器の設計があまり合理的なものとはならな
い。
信号ソースで信号の極性化をスクランブルすることを試
みている。例えば、レーザ送信器から生成された近接す
る波長は、この送信器の同一の変調器に送信する。これ
により、信号のランダムな極性化が行われ、線形極性化
信号に起因するゲインの不均一性を回避している。しか
し、このような従来のシステムは、他の設計上の制約を
招き、送信器の設計があまり合理的なものとはならな
い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、線形極性化信号を伝播し、エルビウムドープ光ファ
イバ増幅器でこの信号を増幅しても、その際に生成され
る極性依存性のゲインの不均一性を回避できるような長
距離光ファイバ通信システムを提供することである。
は、線形極性化信号を伝播し、エルビウムドープ光ファ
イバ増幅器でこの信号を増幅しても、その際に生成され
る極性依存性のゲインの不均一性を回避できるような長
距離光ファイバ通信システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ通信
システムは、リフレクタ（反射器）を有し、光信号を希
土類をドープした光ファイバ部分に通過させ、その直交
極性状態で反射させて戻し、極性ゲインの不均一性を抑
制するものである。ファラデーミラーにおける光信号の
ファラデー回転は、極性ホールバーニングと極性依存性
のゲインの影響を相殺する有効な手段であることが本発
明により発見された。
システムは、リフレクタ（反射器）を有し、光信号を希
土類をドープした光ファイバ部分に通過させ、その直交
極性状態で反射させて戻し、極性ゲインの不均一性を抑
制するものである。ファラデーミラーにおける光信号の
ファラデー回転は、極性ホールバーニングと極性依存性
のゲインの影響を相殺する有効な手段であることが本発
明により発見された。
【００１４】本発明の一実施例によれば、リフレクタは
ファラデー効果ミラーを具備する。入力ポートと出力ポ
ートとして、光学サーキュレータを用いる反射増幅器に
おいては、増幅器内の１１ｄＢゲインの圧縮を有する極
性ホールバーニングと極性依存性ゲインの不均一性は、
０．２８ｄＢの平均値だけ減少できる。
ファラデー効果ミラーを具備する。入力ポートと出力ポ
ートとして、光学サーキュレータを用いる反射増幅器に
おいては、増幅器内の１１ｄＢゲインの圧縮を有する極
性ホールバーニングと極性依存性ゲインの不均一性は、
０．２８ｄＢの平均値だけ減少できる。
【００１５】さらに、本発明の他の実施例によれば、光
はまずファラデー光学サーキュレータ内を通かし、これ
により、反射信号が第３ポートを介して外に通過できる
ようになる。
はまずファラデー光学サーキュレータ内を通かし、これ
により、反射信号が第３ポートを介して外に通過できる
ようになる。
【００１６】さらに、本発明の他の実施例によれば、増
幅器は様々な構成を有することができる。例えば、 １． 信号のみを反射する同方向伝播と反対方向伝播の
増幅器の構成； ２． ポンプ信号を反射する同方向伝播と反対方向伝播
の増幅器の構成； ３． 信号とポンプ信号の両方を反射する同方向伝播と
反対方向伝播の増幅器の構成。
幅器は様々な構成を有することができる。例えば、 １． 信号のみを反射する同方向伝播と反対方向伝播の
増幅器の構成； ２． ポンプ信号を反射する同方向伝播と反対方向伝播
の増幅器の構成； ３． 信号とポンプ信号の両方を反射する同方向伝播と
反対方向伝播の増幅器の構成。
【００１７】
【実施例】本発明を理解するために、極性ホールバーニ
ングとゲインの不均一性に関連する一般的なバックグラ
ンドについてまず説明する。希土類元素をドープした光
ファイバ増幅器の微細の不均一性（異方性）が極性ホー
ルバーニングと極性依存性のゲインの原因となり、その
結果、ゲインの極性不均一性となる。ガラス材料中でエ
ルビウムイオンの横断面σa、σeはスカラではなく、テ
ンソルである。各イオンはランダムに方向付けられたσ
−楕円で特徴付けられ、その形状はローカルフィールド
強度と方向により決定される。
ングとゲインの不均一性に関連する一般的なバックグラ
ンドについてまず説明する。希土類元素をドープした光
ファイバ増幅器の微細の不均一性（異方性）が極性ホー
ルバーニングと極性依存性のゲインの原因となり、その
結果、ゲインの極性不均一性となる。ガラス材料中でエ
ルビウムイオンの横断面σa、σeはスカラではなく、テ
ンソルである。各イオンはランダムに方向付けられたσ
−楕円で特徴付けられ、その形状はローカルフィールド
強度と方向により決定される。
【００１８】光学増幅器において、そのσ−楕円の主軸
が線形極性化された入射光信号と同軸となるようなエル
ビウムイオンは優先的に励起されて、フォトンを放射す
る。その結果、ゲイン飽和した増幅器において、これが
原因で、極性ホールバーニングが発生し、そこでの増幅
器ゲインは、線形極性化信号の直交面に比較して、その
同相面は若干小さくなる。同様に、若干高いゲインが線
形極性化ポンプビームの極性方向に沿った光学増幅器内
で得ることができる。この現象は極性依存性ゲインと称
する。この極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
は、３−６ｄＢゲイン飽和を有する増幅器において、約
１００ｍｄＢのゲインの不均一性を発生させる。
が線形極性化された入射光信号と同軸となるようなエル
ビウムイオンは優先的に励起されて、フォトンを放射す
る。その結果、ゲイン飽和した増幅器において、これが
原因で、極性ホールバーニングが発生し、そこでの増幅
器ゲインは、線形極性化信号の直交面に比較して、その
同相面は若干小さくなる。同様に、若干高いゲインが線
形極性化ポンプビームの極性方向に沿った光学増幅器内
で得ることができる。この現象は極性依存性ゲインと称
する。この極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
は、３−６ｄＢゲイン飽和を有する増幅器において、約
１００ｍｄＢのゲインの不均一性を発生させる。
【００１９】この極性ホールバーニングの大きさは、増
幅器のゲインに比べると小さいものであるが、多数の増
幅器を有する長距離（例えば、千キロメートル）の増幅
通信システムにおいては、信号パワーのマージンを極端
に減少させることもある。このような長距離通信システ
ムにおいては、ＡＳＥは信号に直交する極性方向にノイ
ズを大きく導入し、その結果、信号パワーの損失につな
がる。３１００ｋｍの伝送実験においては、２．５ｄＢ
のＳ／Ｎ比のフェーディングが極性ホールバーニングと
なった。ポンプ誘起による極性依存性ゲインは、その極
性軸が信号に対し、ランダムに方向付けられるために、
極性依存性損失のように機能する。システムの性能にお
けるこの極性依存性ゲインの影響は、極性ホールバーニ
ングよりも深刻な問題ではない。
幅器のゲインに比べると小さいものであるが、多数の増
幅器を有する長距離（例えば、千キロメートル）の増幅
通信システムにおいては、信号パワーのマージンを極端
に減少させることもある。このような長距離通信システ
ムにおいては、ＡＳＥは信号に直交する極性方向にノイ
ズを大きく導入し、その結果、信号パワーの損失につな
がる。３１００ｋｍの伝送実験においては、２．５ｄＢ
のＳ／Ｎ比のフェーディングが極性ホールバーニングと
なった。ポンプ誘起による極性依存性ゲインは、その極
性軸が信号に対し、ランダムに方向付けられるために、
極性依存性損失のように機能する。システムの性能にお
けるこの極性依存性ゲインの影響は、極性ホールバーニ
ングよりも深刻な問題ではない。
【００２０】本発明の手段以外の方法で、極性ホールバ
ーニングとゲインの不均一性を減少することはできる。
例えば、ポンプビームと信号ビームがエルビウムドープ
光ファイバの全長にわたって、円状に極性化されている
場合には、極性ホールバーニングとゲインの不均一性と
いうものは殆どない。実際的な方法としては、送信器か
らの信号極性と増幅器内のポンプビーム極性とをスクラ
ンブルして、特別な極性軸を存在させずに、ゲインを均
一にすることもできる。しかし、このような活性システ
ムにおいては、送信器と再生器の両方に光学装置をさら
に必要とする。従って、このようなシステムは、長距離
海洋横断システムにおいては、実際的ではない。このた
め、本発明においては、ファラデー回転子によりドープ
光ファイバ内に反射させるようなシステムにより、ゲイ
ンの不均一性を自動的にキャンセルすることによって、
上記の欠点を解決しようとするものである。
ーニングとゲインの不均一性を減少することはできる。
例えば、ポンプビームと信号ビームがエルビウムドープ
光ファイバの全長にわたって、円状に極性化されている
場合には、極性ホールバーニングとゲインの不均一性と
いうものは殆どない。実際的な方法としては、送信器か
らの信号極性と増幅器内のポンプビーム極性とをスクラ
ンブルして、特別な極性軸を存在させずに、ゲインを均
一にすることもできる。しかし、このような活性システ
ムにおいては、送信器と再生器の両方に光学装置をさら
に必要とする。従って、このようなシステムは、長距離
海洋横断システムにおいては、実際的ではない。このた
め、本発明においては、ファラデー回転子によりドープ
光ファイバ内に反射させるようなシステムにより、ゲイ
ンの不均一性を自動的にキャンセルすることによって、
上記の欠点を解決しようとするものである。
【００２１】次に、図面に基づいて本発明のシステムを
説明する。図１において、海洋横断の光通信システムを
図示する。同図には、本発明の増幅器を有する複数の離
間して配置された本発明の増幅装置１２が図示されてい
る。海洋横断ケーブル１４は本発明の光ファイバの通信
システムの送信器１６と受信器１８の間の全体の通信リ
ンクを形成し、その長さは約５０００−１００００ｋｍ
である。これらの増幅器は、対水圧ハウジング１９内に
密封されて、３０−１００ｋｍ毎に配置されている。
説明する。図１において、海洋横断の光通信システムを
図示する。同図には、本発明の増幅器を有する複数の離
間して配置された本発明の増幅装置１２が図示されてい
る。海洋横断ケーブル１４は本発明の光ファイバの通信
システムの送信器１６と受信器１８の間の全体の通信リ
ンクを形成し、その長さは約５０００−１００００ｋｍ
である。これらの増幅器は、対水圧ハウジング１９内に
密封されて、３０−１００ｋｍ毎に配置されている。
【００２２】希土類元素をドープした光ファイバ増幅器
（例えば、エルビウム増幅器）は、その飽和状態で動作
した時には、極性ホールバーニングによるゲインの不均
一性を有する。それに対し、本発明は全出力パワーを増
幅器から取り除くようなＡＳＥ蓄積なしに、十分な増幅
器ゲインとローノイズを提供できる。
（例えば、エルビウム増幅器）は、その飽和状態で動作
した時には、極性ホールバーニングによるゲインの不均
一性を有する。それに対し、本発明は全出力パワーを増
幅器から取り除くようなＡＳＥ蓄積なしに、十分な増幅
器ゲインとローノイズを提供できる。
【００２３】図２は長距離光通信システムに採用された
一連の従来技術の増幅装置１２’による従来技術の希土
類元素ドープした光ファイバ増幅器を示している。信号
が各増幅器内を伝播すると、ＡＳＥが蓄積され、増幅器
の全出力パワーから信号パワーを逃がす。このＡＳＥは
システムから、Ｓ／Ｎ比の観点および増幅器により得ら
れた誘電の飽和動作パワーの観点から、信号パワーを取
り出してしまう。そして、最悪の場合には、信号は無に
なり、システムは機能しなくなる。このような小さな信
号ゲインが信号パワーの送出となる関係を図７に示す。
本発明においては、図４に示したように、本発明のシス
テムは、機能しなくなることはない。信号は増幅され、
増幅器からの全出力は、システム全体を通して、安定し
た比率に維持される。
一連の従来技術の増幅装置１２’による従来技術の希土
類元素ドープした光ファイバ増幅器を示している。信号
が各増幅器内を伝播すると、ＡＳＥが蓄積され、増幅器
の全出力パワーから信号パワーを逃がす。このＡＳＥは
システムから、Ｓ／Ｎ比の観点および増幅器により得ら
れた誘電の飽和動作パワーの観点から、信号パワーを取
り出してしまう。そして、最悪の場合には、信号は無に
なり、システムは機能しなくなる。このような小さな信
号ゲインが信号パワーの送出となる関係を図７に示す。
本発明においては、図４に示したように、本発明のシス
テムは、機能しなくなることはない。信号は増幅され、
増幅器からの全出力は、システム全体を通して、安定し
た比率に維持される。
【００２４】本発明が従来の光増幅器に比べて利点は、
本発明のシステムは、エルビウムイオンの方向性、ある
いは、不均一性が光ファイバのガラス内に含まれていて
も、エルビウムイオンの部分分布を自動的に抽出（samp
le）できるからである。従って、信号ソースにおいて、
信号をスクランブルするために、送信器の同一の変調器
に２つの波長の信号を伝送する必要がないからである。
本発明のシステムは、エルビウムイオンの方向性、ある
いは、不均一性が光ファイバのガラス内に含まれていて
も、エルビウムイオンの部分分布を自動的に抽出（samp
le）できるからである。従って、信号ソースにおいて、
信号をスクランブルするために、送信器の同一の変調器
に２つの波長の信号を伝送する必要がないからである。
【００２５】再び図１において、送信器１６は光ファイ
バ送信器の基礎部品、例えば、ハウジング、駆動回路、
モニタ装置、光源、変調器のような従来部品を有してい
る。この送信器１６は電話ネットワークのより大きな伝
送システム内に組み込まれて、信号の多重化のような電
子機能を実行する。海洋を横断する光通信システムにお
いては、複数の光ファイバが１つの大きな海洋横断ケー
ブル内に含まれている。
バ送信器の基礎部品、例えば、ハウジング、駆動回路、
モニタ装置、光源、変調器のような従来部品を有してい
る。この送信器１６は電話ネットワークのより大きな伝
送システム内に組み込まれて、信号の多重化のような電
子機能を実行する。海洋を横断する光通信システムにお
いては、複数の光ファイバが１つの大きな海洋横断ケー
ブル内に含まれている。
【００２６】図１に示すように、海洋横断ケーブル１４
は中心部３０とそれに沿って伸びる複数の光ファイバ３
４を有する。シース３６が中心部３０をカバーしてい
る。別の補強部材３８と耐水部材４０がシース３６を包
囲している。海洋横断ケーブル１４の外側層は外皮５４
により形成され、海洋から保護している。この構成は海
水圧に耐えるものとして公知である。光ファイバ３４は
コア３４ａとクラッド層３４ｂとを有する。
は中心部３０とそれに沿って伸びる複数の光ファイバ３
４を有する。シース３６が中心部３０をカバーしてい
る。別の補強部材３８と耐水部材４０がシース３６を包
囲している。海洋横断ケーブル１４の外側層は外皮５４
により形成され、海洋から保護している。この構成は海
水圧に耐えるものとして公知である。光ファイバ３４は
コア３４ａとクラッド層３４ｂとを有する。
【００２７】コア３４ａはゲルマニウムのドーパントを
含有させ、屈折率を上昇させ、デジタル光信号の伝送用
の所望の導波路ガイドを構成している。このコア３４ａ
に希土類元素もまたドープされている（この実施例にお
いてはエルビウム）。そして、１５２０と１５６０ｎｍ
の間で良好な増幅ゲインを与える。シリカ系の光ファイ
バは１５５０ｎｍで最低の減衰となり、その結果、本発
明のシステムでは、１５５０ｎｍの近傍で動作する。
含有させ、屈折率を上昇させ、デジタル光信号の伝送用
の所望の導波路ガイドを構成している。このコア３４ａ
に希土類元素もまたドープされている（この実施例にお
いてはエルビウム）。そして、１５２０と１５６０ｎｍ
の間で良好な増幅ゲインを与える。シリカ系の光ファイ
バは１５５０ｎｍで最低の減衰となり、その結果、本発
明のシステムでは、１５５０ｎｍの近傍で動作する。
【００２８】希土類元素として、パラセオジミウムのド
ーパントを増幅器の光ファイバのコアに用いられるが、
これはこのシステムが１３００ｎｍで動作する場合に適
しているが、その性能はエルビウムをドープした光ファ
イバほど良好とは考えられていない。パラセオジミウム
が用いられた場合には、コアとしてはフッ化シリカガラ
スが最も好ましい。本発明によれば、希土類元素として
ネオジミウムが用いることができる。しかし、この場
合、レーザラインは１３２０ｎｍ近傍で強く、多くの光
ファイバシステムの１３００−１３１０ｎｍの波長で
は、光を良好に増幅することはできない。
ーパントを増幅器の光ファイバのコアに用いられるが、
これはこのシステムが１３００ｎｍで動作する場合に適
しているが、その性能はエルビウムをドープした光ファ
イバほど良好とは考えられていない。パラセオジミウム
が用いられた場合には、コアとしてはフッ化シリカガラ
スが最も好ましい。本発明によれば、希土類元素として
ネオジミウムが用いることができる。しかし、この場
合、レーザラインは１３２０ｎｍ近傍で強く、多くの光
ファイバシステムの１３００−１３１０ｎｍの波長で
は、光を良好に増幅することはできない。
【００２９】図３は図１の本発明の増幅装置１２内に含
まれる本発明の光増幅器６０を表すブロック図である。
同図において、本発明による光増幅器６０は励起放射に
より動作し、増幅された光が入力信号と同相で生成さ
れ、従来の電子−光再生型再生器よりもはるかに簡単な
構造である。
まれる本発明の光増幅器６０を表すブロック図である。
同図において、本発明による光増幅器６０は励起放射に
より動作し、増幅された光が入力信号と同相で生成さ
れ、従来の電子−光再生型再生器よりもはるかに簡単な
構造である。
【００３０】同図において、光はファラデー光サーキュ
レータ６４の第１ポート６２に入射する。このファラデ
ー光サーキュレータ６４は従来のアイソレータの構成と
類似するが、第１方解石極性化プリズム６６、第２方解
石極性化プリズム６８を有する点が異なる。この実施例
においては、ファラデー光サーキュレータ６４は極性独
立型である。光信号は第１方解石極性化プリズム６６か
ら入り、さらにファラデー回転子７０内を通過する。こ
の光信号はさらに第２方解石極性化プリズム６８を通過
し、第２ポート６９から第２方解石極性化プリズム６８
を出る。第２方解石極性化プリズム６８を過ぎた如何な
る反射もまた第２方解石極性化プリズム６８に戻って、
ファラデー回転子７０により回転する。この反射光は第
１方解石極性化プリズム６６により変更して第３ポート
７２から出る。
レータ６４の第１ポート６２に入射する。このファラデ
ー光サーキュレータ６４は従来のアイソレータの構成と
類似するが、第１方解石極性化プリズム６６、第２方解
石極性化プリズム６８を有する点が異なる。この実施例
においては、ファラデー光サーキュレータ６４は極性独
立型である。光信号は第１方解石極性化プリズム６６か
ら入り、さらにファラデー回転子７０内を通過する。こ
の光信号はさらに第２方解石極性化プリズム６８を通過
し、第２ポート６９から第２方解石極性化プリズム６８
を出る。第２方解石極性化プリズム６８を過ぎた如何な
る反射もまた第２方解石極性化プリズム６８に戻って、
ファラデー回転子７０により回転する。この反射光は第
１方解石極性化プリズム６６により変更して第３ポート
７２から出る。
【００３１】その後、この信号はエルビウムドープ光フ
ァイバ７６に入り、そこでは、半導体ポンプレーザ８０
がエルビウム原子の放出よりもより大きなエネルギーで
もってフォトンを連続的に供給する。
ァイバ７６に入り、そこでは、半導体ポンプレーザ８０
がエルビウム原子の放出よりもより大きなエネルギーで
もってフォトンを連続的に供給する。
【００３２】このポンプレーザはケーブル内の電流によ
りパワーを与えることもできる。このレーザにより放出
されるポンプ波長は信号波長より短いものである。図３
に示されたレーザは１４８０ｎｍで光を放出する。ある
種の応用に対してはイッテルビウムが光ファイバに添加
されて、ネオジウム−ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍ出力
も含まれるような他の波長の光を吸収する。このイッテ
ルビウムはそれが吸収するエネルギーをエルビウムアイ
テムに変換して、エルビウム原子を励起し、その結果、
この光ファイバ増幅器が他の波長でポンプされる。
りパワーを与えることもできる。このレーザにより放出
されるポンプ波長は信号波長より短いものである。図３
に示されたレーザは１４８０ｎｍで光を放出する。ある
種の応用に対してはイッテルビウムが光ファイバに添加
されて、ネオジウム−ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍ出力
も含まれるような他の波長の光を吸収する。このイッテ
ルビウムはそれが吸収するエネルギーをエルビウムアイ
テムに変換して、エルビウム原子を励起し、その結果、
この光ファイバ増幅器が他の波長でポンプされる。
【００３３】パラセオジミウムドープされた光ファイバ
は１０１７ｎｍでレーザによりポンプされると、１２８
０ｎ−１３３０ｎｍで光を増幅する。この光信号はその
後エルビウムドープ光ファイバ７６に入り、そこでポン
プ光によって励起される。この実施例においては、本発
明のシステムは同一方向伝播型で、ポンプ光と信号光と
の両方が反射される。このポンプ信号は波長分割マルチ
プレクサ８２内に送信されて、そこで１４８０ｎｍポン
プ光と１５５０信号光とを結合する。この信号はエルビ
ウムドープ光ファイバを通過する際に増幅される。図６
Ａは、この第１パスでの信号を表し、そこでは、光は入
射極性にあり、図５に示されるように増幅される。
は１０１７ｎｍでレーザによりポンプされると、１２８
０ｎ−１３３０ｎｍで光を増幅する。この光信号はその
後エルビウムドープ光ファイバ７６に入り、そこでポン
プ光によって励起される。この実施例においては、本発
明のシステムは同一方向伝播型で、ポンプ光と信号光と
の両方が反射される。このポンプ信号は波長分割マルチ
プレクサ８２内に送信されて、そこで１４８０ｎｍポン
プ光と１５５０信号光とを結合する。この信号はエルビ
ウムドープ光ファイバを通過する際に増幅される。図６
Ａは、この第１パスでの信号を表し、そこでは、光は入
射極性にあり、図５に示されるように増幅される。
【００３４】その後、この信号はコリメータ８４を通過
して、ファラデー効果ミラー８６に到達する。そして、
この信号はファラデー効果ミラー８６で反射される。光
は反射される前に、どのような入射極性状態にあろう
と、光信号は図６Ｂに示すような直交極性状態に反射さ
れる。この第２の反射パスにおいては、その後、信号は
再び増幅されるが、今回は直交極性状態において行われ
る（図５）。かくして、全体的な平均ゲインは、図６Ｃ
に示すように、水平ゲインと直交ゲインもゲイン差とな
る。この全体的なゲインの影響は、初期の円状極性を有
するのと同様で、この状態においては、エルビウムイオ
ンの部分分布のすべてが励起され、その結果、極性の異
なる軸については、ゲイン差は存在しない。
して、ファラデー効果ミラー８６に到達する。そして、
この信号はファラデー効果ミラー８６で反射される。光
は反射される前に、どのような入射極性状態にあろう
と、光信号は図６Ｂに示すような直交極性状態に反射さ
れる。この第２の反射パスにおいては、その後、信号は
再び増幅されるが、今回は直交極性状態において行われ
る（図５）。かくして、全体的な平均ゲインは、図６Ｃ
に示すように、水平ゲインと直交ゲインもゲイン差とな
る。この全体的なゲインの影響は、初期の円状極性を有
するのと同様で、この状態においては、エルビウムイオ
ンの部分分布のすべてが励起され、その結果、極性の異
なる軸については、ゲイン差は存在しない。
【００３５】その後、この増幅された信号はファラデー
光サーキュレータ６４に戻り、そこでは、この反射され
た光信号は第１方解石極性化プリズム６６により偏向さ
れて、その後、この信号は光ファイバ通信システム内を
伝播し、減衰され、本発明の増幅器により再び増幅され
る。このプロセスは、光信号が受信器１８に到達するま
で繰り返される。
光サーキュレータ６４に戻り、そこでは、この反射され
た光信号は第１方解石極性化プリズム６６により偏向さ
れて、その後、この信号は光ファイバ通信システム内を
伝播し、減衰され、本発明の増幅器により再び増幅され
る。このプロセスは、光信号が受信器１８に到達するま
で繰り返される。
【００３６】図３に示された信号光とポンプ光の両方を
反射するような同一方向伝播の増幅器以外の他の増幅器
構成も、本発明の増幅器として用いることもできる。
反射するような同一方向伝播の増幅器以外の他の増幅器
構成も、本発明の増幅器として用いることもできる。
【００３７】例えば、本発明の一実施例によれば、この
増幅器は光信号のみを反射し、ポンプ信号は反射しない
ように構成することもできる。図８は波長分割マルチプ
レクサ８２を有する同一方向伝播増幅器９０を示すが、
この同一方向伝播増幅器９０は、元の信号のみを反射
し、高ゲインを提供し、ポンプ信号を排除している。図
９の反対方向伝播増幅器９１は、ポンプ信号のみを反射
し、高ゲインを提供しているが、マルチプレクサは具備
していない。
増幅器は光信号のみを反射し、ポンプ信号は反射しない
ように構成することもできる。図８は波長分割マルチプ
レクサ８２を有する同一方向伝播増幅器９０を示すが、
この同一方向伝播増幅器９０は、元の信号のみを反射
し、高ゲインを提供し、ポンプ信号を排除している。図
９の反対方向伝播増幅器９１は、ポンプ信号のみを反射
し、高ゲインを提供しているが、マルチプレクサは具備
していない。
【００３８】さらに、ポンプ信号のみを反射する構成も
可能である。例えば、図１０は波長分割マルチプレクサ
８２を具備する同一方向伝播増幅器９４が示されている
が、これはポンプ信号のみを反射している。この同一方
向伝播増幅器９４は低いポンプしきい値と高い飽和値と
が可能となる。別法として、図１１に示すように、マル
チプレクサを具備する反対方向伝播増幅器９５は、低い
ポンプしきい値と高い飽和パワーとが可能となる。図１
２、１３は、信号とポンプの両方を反射する増幅器が図
示されている。図１２は波長分割マルチプレクサ８２を
具備する同一方向伝播増幅器９６が図示され、これがは
図３に示した増幅器と類似構成である。この構成によれ
ば、高ゲインと低ポンプしきい値が可能となる。図１３
の同一方向伝播増幅器９４は高ゲインと低ポンプしきい
値とを提供するが、マルチプレクサは具備していない。
可能である。例えば、図１０は波長分割マルチプレクサ
８２を具備する同一方向伝播増幅器９４が示されている
が、これはポンプ信号のみを反射している。この同一方
向伝播増幅器９４は低いポンプしきい値と高い飽和値と
が可能となる。別法として、図１１に示すように、マル
チプレクサを具備する反対方向伝播増幅器９５は、低い
ポンプしきい値と高い飽和パワーとが可能となる。図１
２、１３は、信号とポンプの両方を反射する増幅器が図
示されている。図１２は波長分割マルチプレクサ８２を
具備する同一方向伝播増幅器９６が図示され、これがは
図３に示した増幅器と類似構成である。この構成によれ
ば、高ゲインと低ポンプしきい値が可能となる。図１３
の同一方向伝播増幅器９４は高ゲインと低ポンプしきい
値とを提供するが、マルチプレクサは具備していない。
【００３９】図１４は本発明の方法をテストするために
用いられた本発明の実験システム１００を表す。この本
発明の実験システム１００は、１５５７ｎｍレーザ１０
２と同調レーザ１０４とを用いている。同図において
は、増幅器はファラデー効果ミラーを用いているため
に、反射型増幅器と称する。
用いられた本発明の実験システム１００を表す。この本
発明の実験システム１００は、１５５７ｎｍレーザ１０
２と同調レーザ１０４とを用いている。同図において
は、増幅器はファラデー効果ミラーを用いているため
に、反射型増幅器と称する。
【００４０】同調レーザ１０４から出た光信号はコリメ
ータ／変調器１１０を介して、さらに減衰器１１２を介
してロックインアンプ１１４に受けられ、このロックイ
ンアンプ１１４は１００ｋＨｚの発振器１１５からの入
力を受信する。この信号はサーキュレータ１２０を介し
て入る１５５７ｎｍレーザの信号と合成される。この光
信号はエルビウムドープ光ファイバ増幅器１３０を介し
て伝播し、このエルビウムドープ光ファイバ増幅器１３
０は１４８０ｎｍレーザ１３２からポンプされる。この
ポンプ光と信号光とはマルチプレクサ１３４で合流す
る。この信号はサーキュレータ１２０内で反射される。
この光信号は減衰器１３６とロックインアンプ１３８を
介して、光学サーキュレータ１２０の第３ポートから反
射して取り出される。
ータ／変調器１１０を介して、さらに減衰器１１２を介
してロックインアンプ１１４に受けられ、このロックイ
ンアンプ１１４は１００ｋＨｚの発振器１１５からの入
力を受信する。この信号はサーキュレータ１２０を介し
て入る１５５７ｎｍレーザの信号と合成される。この光
信号はエルビウムドープ光ファイバ増幅器１３０を介し
て伝播し、このエルビウムドープ光ファイバ増幅器１３
０は１４８０ｎｍレーザ１３２からポンプされる。この
ポンプ光と信号光とはマルチプレクサ１３４で合流す
る。この信号はサーキュレータ１２０内で反射される。
この光信号は減衰器１３６とロックインアンプ１３８を
介して、光学サーキュレータ１２０の第３ポートから反
射して取り出される。
【００４１】サーキュレータ１２０の第３ポートの入力
と出力伝送損失は１．５ｄＢで、反射損失は３０ｄＢで
あった。エルビウムドープ光ファイバ増幅器１３０の長
さは１２ｍで、１４８０ｎｍレーザ１３２で１４８０ｎ
ｍの光で、３０ｍＷでもって、干渉フィルタ型のポンプ
信号のマルチプレクサ１３４を介してポンプされ、１５
５７ｎｍの１８ｄＢの二重パスの小信号ゲインを生成す
る。この増幅／反射装置は、ファイバピグテール（fibe
r-pigtailed）のＧＲＩＮ−レンズのコリメータ１４０
とアルミ製反射ミラー１４２からなる。反射器の挿入損
失は１．０ｄＢであった。極性ホールバーニングと極性
依存性ゲインの不均一性を表すために、１５５０ｎｍで
４５°の一回パス回転を有するファラデー回転子１４４
をコリメータ１４０とアルミ製反射ミラー１４２との間
に配置した。
と出力伝送損失は１．５ｄＢで、反射損失は３０ｄＢで
あった。エルビウムドープ光ファイバ増幅器１３０の長
さは１２ｍで、１４８０ｎｍレーザ１３２で１４８０ｎ
ｍの光で、３０ｍＷでもって、干渉フィルタ型のポンプ
信号のマルチプレクサ１３４を介してポンプされ、１５
５７ｎｍの１８ｄＢの二重パスの小信号ゲインを生成す
る。この増幅／反射装置は、ファイバピグテール（fibe
r-pigtailed）のＧＲＩＮ−レンズのコリメータ１４０
とアルミ製反射ミラー１４２からなる。反射器の挿入損
失は１．０ｄＢであった。極性ホールバーニングと極性
依存性ゲインの不均一性を表すために、１５５０ｎｍで
４５°の一回パス回転を有するファラデー回転子１４４
をコリメータ１４０とアルミ製反射ミラー１４２との間
に配置した。
【００４２】このファラデー回転子１４４を用いて、こ
の反射された（二回目に通過する）信号極性は、第一回
目のパスの信号極性に直交する。線形極性化信号の位置
ｚにおけるローカルゲイン係数は、
の反射された（二回目に通過する）信号極性は、第一回
目のパスの信号極性に直交する。線形極性化信号の位置
ｚにおけるローカルゲイン係数は、
【数１】 で表される。ここで、ｇ0は最小ゲインで、δｇＰＨＢ
とδｇＰＤＧは、それぞれ極性ホールバーニングと極性
依存性ゲインによって導入されるゲイン変動の大きさを
表す。角度（θ）と（φ）は、信号極性軸と、極性ホー
ルバーニングの対応する軸と、極性依存性ゲインの対応
する軸との間の角度を表す。ファラデー効果ミラーを用
いた二重パスの信号については、二重パスゲイン係数ｇ
dpは次式で表される。
とδｇＰＤＧは、それぞれ極性ホールバーニングと極性
依存性ゲインによって導入されるゲイン変動の大きさを
表す。角度（θ）と（φ）は、信号極性軸と、極性ホー
ルバーニングの対応する軸と、極性依存性ゲインの対応
する軸との間の角度を表す。ファラデー効果ミラーを用
いた二重パスの信号については、二重パスゲイン係数ｇ
dpは次式で表される。
【数２】 このｇdpは角度θとφから独立している。
【００４３】この二重パス増幅器ゲインは、信号極性か
ら独立しており、かくして、均一（等方性）である。こ
の二重パス増幅器ゲインはδｇＰＨＢとδｇＰＤＧに依
存し、飽和信号の極性状態とポンプ信号極性状態ととも
に変動する。ｇdpの小変動の最悪の場合の予測は、単純
化したモデル、例えば、エルビウムイオンは２つの等し
い分布に分割され、これらの分布では、σ−楕円の主軸
と導波路の軸とは、相互に直交するようなモデルを用い
て乱される。小信号と短軸と長軸に沿ってのσの比が
０．６の場合には、ｇdpは典型的なパワーレベルにおけ
る線形極性ポンプに対し、ポンプにより導入される極性
依存性のゲインがない場合から、最大の極性依存性ゲイ
ンの範囲にわたって、わずか０．３％以下しか変動しな
い。このような数値は、極性ホールバーニングにおける
変動により引き起こされるｇdpの残留変化に対しても起
こることになる。
ら独立しており、かくして、均一（等方性）である。こ
の二重パス増幅器ゲインはδｇＰＨＢとδｇＰＤＧに依
存し、飽和信号の極性状態とポンプ信号極性状態ととも
に変動する。ｇdpの小変動の最悪の場合の予測は、単純
化したモデル、例えば、エルビウムイオンは２つの等し
い分布に分割され、これらの分布では、σ−楕円の主軸
と導波路の軸とは、相互に直交するようなモデルを用い
て乱される。小信号と短軸と長軸に沿ってのσの比が
０．６の場合には、ｇdpは典型的なパワーレベルにおけ
る線形極性ポンプに対し、ポンプにより導入される極性
依存性のゲインがない場合から、最大の極性依存性ゲイ
ンの範囲にわたって、わずか０．３％以下しか変動しな
い。このような数値は、極性ホールバーニングにおける
変動により引き起こされるｇdpの残留変化に対しても起
こることになる。
【００４４】極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
の除去は、極性状態のゲインの飽和の依存性を測定する
ことによって示すことができる。線形極性化装置１５０
を反射パス内に一時的に配置する。極性調整器を用い
て、線形極性化装置１５０の伝送軸に対し、平行かある
いは直交するかの何れかの線形極性状態を見いだす。こ
のエルビウムドープ光ファイバ内では、これらの直交極
性状態は、一般的に楕円状で、場所により変動するが、
時間によってはゆっくりとしか変動しない。この入力プ
ローブビームは、１５５７．１ｎｍの波長で、−２５ｄ
Ｂｍであるが、外部から１００ｋＨｚでもって、発振器
により変調され、ＰＩＮ光ディテクタ／ロークイン増幅
器を用いて、増幅器出力点において検知される。このＣ
Ｗ飽和信号パワーは、１５５７．０ｎｍで、１．０ｄＢ
ｍであり、約１１ｄＢだけ１８ｄＢの小信号ゲインを圧
縮した。
の除去は、極性状態のゲインの飽和の依存性を測定する
ことによって示すことができる。線形極性化装置１５０
を反射パス内に一時的に配置する。極性調整器を用い
て、線形極性化装置１５０の伝送軸に対し、平行かある
いは直交するかの何れかの線形極性状態を見いだす。こ
のエルビウムドープ光ファイバ内では、これらの直交極
性状態は、一般的に楕円状で、場所により変動するが、
時間によってはゆっくりとしか変動しない。この入力プ
ローブビームは、１５５７．１ｎｍの波長で、−２５ｄ
Ｂｍであるが、外部から１００ｋＨｚでもって、発振器
により変調され、ＰＩＮ光ディテクタ／ロークイン増幅
器を用いて、増幅器出力点において検知される。このＣ
Ｗ飽和信号パワーは、１５５７．０ｎｍで、１．０ｄＢ
ｍであり、約１１ｄＢだけ１８ｄＢの小信号ゲインを圧
縮した。
【００４５】この出力プローブパワーは、飽和信号がタ
ーンオンした場合としない場合の２つの直交極性状態に
対し測定された。
ーンオンした場合としない場合の２つの直交極性状態に
対し測定された。
【００４６】飽和信号の２つの極性状態、すなわち、平
行（‖）と直交（■）のゲイン差δG次式で表される。
行（‖）と直交（■）のゲイン差δG次式で表される。
【数３】 Ｐsatは飽和信号がある場合とない場合のプローブ出力
パワーである。この方法は、カプラと光学サーキュレー
タ内の極性依存性損失から発生するシステマテックなエ
ラーを最小にする。この２つのデータの組は、飽和信号
の極性状態を２つのプローブ極性状態の各々に整合する
ことによって得られる。
パワーである。この方法は、カプラと光学サーキュレー
タ内の極性依存性損失から発生するシステマテックなエ
ラーを最小にする。この２つのデータの組は、飽和信号
の極性状態を２つのプローブ極性状態の各々に整合する
ことによって得られる。
【００４７】ファラデー効果ミラー（ＦＥＭ）がある場
合とない場合とのこの測定されたゲイン差δGを図１５
に示す。この縦方向のエラーバーは、この飽和信号の２
つの極性状態の測定されたゲイン差を表し、データ点は
その平均を表す。各データ対は光ファイバの極性状態の
限界を変化させるために、エルビウムドープの光ファイ
バに極性コントローラをランダムに調整した後、測定さ
れた値である。この測定は、反射装置にファラデー回転
子を具備しない場合とした場合とのケースについて、５
回繰り返した。
合とない場合とのこの測定されたゲイン差δGを図１５
に示す。この縦方向のエラーバーは、この飽和信号の２
つの極性状態の測定されたゲイン差を表し、データ点は
その平均を表す。各データ対は光ファイバの極性状態の
限界を変化させるために、エルビウムドープの光ファイ
バに極性コントローラをランダムに調整した後、測定さ
れた値である。この測定は、反射装置にファラデー回転
子を具備しない場合とした場合とのケースについて、５
回繰り返した。
【００４８】ファラデー効果ミラーが具備しない場合、
０．１９ｄＢ≦δG≦０．４５ｄＢで、飽和信号とプロ
ーブビームとポンプビームの極性状態に依存する正味の
極性ホールバーニングと極性依存性ゲインとともに変動
する。より高いゲイン差が予測できる場合は、エルビウ
ムドープした光ファイバの飽和領域内を伝播するビーム
が極性化されている場合である。ファラデー回転がない
場合のすべての測定に対する平均的なδGが０．２８ｄ
Ｂであった。ファラデー効果ミラーを具備する場合に
は、平均的なゲイン変動は０．００±０．０３ｄＢであ
った。ゲイン差がこのように減少することは、ファラデ
ー回転子により導入される９０°の回転でもって、プロ
ーブ信号を逆反射することにより、極性ホールバーニン
グと極性依存性ゲインの影響を相殺することを表してい
る。この飽和信号と残留ポンプ光とは、ファラデー効果
ミラーにより回転され、エルビウムドープ光ファイバ内
に導入される極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
の差を減少させる。
０．１９ｄＢ≦δG≦０．４５ｄＢで、飽和信号とプロ
ーブビームとポンプビームの極性状態に依存する正味の
極性ホールバーニングと極性依存性ゲインとともに変動
する。より高いゲイン差が予測できる場合は、エルビウ
ムドープした光ファイバの飽和領域内を伝播するビーム
が極性化されている場合である。ファラデー回転がない
場合のすべての測定に対する平均的なδGが０．２８ｄ
Ｂであった。ファラデー効果ミラーを具備する場合に
は、平均的なゲイン変動は０．００±０．０３ｄＢであ
った。ゲイン差がこのように減少することは、ファラデ
ー回転子により導入される９０°の回転でもって、プロ
ーブ信号を逆反射することにより、極性ホールバーニン
グと極性依存性ゲインの影響を相殺することを表してい
る。この飽和信号と残留ポンプ光とは、ファラデー効果
ミラーにより回転され、エルビウムドープ光ファイバ内
に導入される極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
の差を減少させる。
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、フ
ァラデー反射と希土類元素（好ましくはエルビウム）を
ドープした光ファイバ増幅器を介して、光信号を二回通
過させることにより、極性ゲインの不均一性を抑制する
ことができる。
ァラデー反射と希土類元素（好ましくはエルビウム）を
ドープした光ファイバ増幅器を介して、光信号を二回通
過させることにより、極性ゲインの不均一性を抑制する
ことができる。
【００５０】以上述べたように、本発明によれば、二重
パスのエルビウムドープ光ファイバ増幅器のミラーにお
ける信号のファラデー回転は、極性ホールバーニングと
極性依存性ゲインの影響を除去する手段として、有効で
あることがわかった。本発明を増幅器においては、入力
ポートと出力ポートを有する光学サーキュレータを用い
た場合、この極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
により、導入される不均一性は１１ｄＢのゲインを有
し、ファラデー回転子がない場合に０．２８ｄＢの平均
値から、ある場合の０．００ｄＢの平均値に圧縮を減少
することができた。エルビウムドープ光ファイバ増幅器
内のゲインの不均一性を圧縮するこの方法は、実現が容
易で、長距離光伝送システムにおいて採用すると有益
で、これにより、好ましくない信号の減衰を回避でき
る。
パスのエルビウムドープ光ファイバ増幅器のミラーにお
ける信号のファラデー回転は、極性ホールバーニングと
極性依存性ゲインの影響を除去する手段として、有効で
あることがわかった。本発明を増幅器においては、入力
ポートと出力ポートを有する光学サーキュレータを用い
た場合、この極性ホールバーニングと極性依存性ゲイン
により、導入される不均一性は１１ｄＢのゲインを有
し、ファラデー回転子がない場合に０．２８ｄＢの平均
値から、ある場合の０．００ｄＢの平均値に圧縮を減少
することができた。エルビウムドープ光ファイバ増幅器
内のゲインの不均一性を圧縮するこの方法は、実現が容
易で、長距離光伝送システムにおいて採用すると有益
で、これにより、好ましくない信号の減衰を回避でき
る。
【図１】本発明の方法を実現するために示された長距離
通信システムを表す概略図で、送信器と受信機と様々な
増幅器がこの通信リンクに沿って配置された状態を表す
図。Ａは下図の線FIG.１Ａから見た図、Ｂは下図の線１
Ｂ−１Ｂから見た図である。
通信システムを表す概略図で、送信器と受信機と様々な
増幅器がこの通信リンクに沿って配置された状態を表す
図。Ａは下図の線FIG.１Ａから見た図、Ｂは下図の線１
Ｂ−１Ｂから見た図である。
【図２】Ａは従来の送信器と受信機との間に配置された
増幅器を表す図、Ｂはゲインの非均一性により信号が徐
々に減衰する状態を表したチャート図。
増幅器を表す図、Ｂはゲインの非均一性により信号が徐
々に減衰する状態を表したチャート図。
【図３】図１の増幅器の参照番号３から見た本発明の希
土類ドープの増幅器を表すブロック図。
土類ドープの増幅器を表すブロック図。
【図４】Ａは本発明により送信器と受信器との間に配置
された増幅器を表す図で、Ｂはゲインの非均一性を抑圧
することにより信号強度がほぼ一定に維持された状態を
表すチャート図。
された増幅器を表す図で、Ｂはゲインの非均一性を抑圧
することにより信号強度がほぼ一定に維持された状態を
表すチャート図。
【図５】光増幅器の第１往パスと第２復（リターン）パ
スに発生するゲインを表すグラフ。
スに発生するゲインを表すグラフ。
【図６】Ａは第１パスにおける光信号極性を表す図、Ｂ
は第２リターンパスにおける光信号極性を表す、Ｃは平
均した光信号極性を表す図。
は第２リターンパスにおける光信号極性を表す、Ｃは平
均した光信号極性を表す図。
【図７】光増幅器からの全信号パワーとゲインとの関係
を表す図。
を表す図。
【図８】本発明による信号のみが反射される同一方向伝
搬の増幅器を表す図。
搬の増幅器を表す図。
【図９】本発明による信号のみが反射される反対方向伝
搬の増幅器を表す図。
搬の増幅器を表す図。
【図１０】本発明によるポンプ信号のみが反射される同
一方向伝搬の増幅器を表す図。
一方向伝搬の増幅器を表す図。
【図１１】本発明によるポンプ信号のみが反射される反
対方向伝搬の増幅器を表す図。
対方向伝搬の増幅器を表す図。
【図１２】本発明による信号とポンプビームの両方が反
射される同一方向伝搬の増幅器を表す図。
射される同一方向伝搬の増幅器を表す図。
【図１３】本発明による信号とポンプビームの両方が反
射される反対方向伝搬の増幅器を表す図。
射される反対方向伝搬の増幅器を表す図。
【図１４】反射型のエルビウムドープ増幅器内のゲイン
の非均一性を測定する実験装置を表す図。
の非均一性を測定する実験装置を表す図。
【図１５】ファラデー効果ミラーが存在する場合と存在
しない場合の直交極性状態の間のゲインの差を表すグラ
フ。
しない場合の直交極性状態の間のゲインの差を表すグラ
フ。
１２ 本発明の増幅装置 １２’ 従来技術の増幅装置 １４ 海洋横断ケーブル １６ 送信器 １８ 受信器 １９ 耐水圧ハウジング ３０ 中心部 ３２ 充填部 ３４ 光ファイバ ３４ａ コア ３４ｂ クラッド層 ３６ シース ３８ 補強部材（高強度スチールワイヤ） ４０ 耐水部材 ５４ 外皮 ６０ 光増幅器 ６２ 第１ポート ６４ ファラデー光サーキュレータ ６６ 第１方解石極性化プリズム ６８ 第２方解石極性化プリズム ６９ 第２ポート ７０ ファラデー回転子 ７２ 第３ポート ７６ エルビウムドープ光ファイバ ８０ 半導体ポンプレーザ ８２ 波長分割マルチプレクサ ８４ コリメータ ８６ ファラデー効果ミラー ９０、９４、９６ 同一方向伝播増幅器 ９１、９５、９８ 反対方向伝播増幅器 １００ 本発明の実験システム １０２ １５５７ｎｍレーザ １０４ 同調レーザ １１０ コリメータ／変調器 １１２ 減衰器 １１４、１３８ ロックインアンプ １１５ 発振器 １２０ サーキュレータ １３０ エルビウムドープ光ファイバ増幅器 １３２ １４８０ｎｍレーザ １３４ マルチプレクサ １３６ 減衰器 １４０ コリメータ １４２ アルミ製反射ミラー １４４ ファラデー回転子 １５０ 線形極性化装置
Claims (25)
- 【請求項１】 （Ａ）光信号を増幅する希土類元素をド
ープした光ファイバを有する光ファイバと、 （Ｂ）光信号を前記の希土類元素ドープ光ファイバに第
１入射極性状態で通過させる手段と、 （Ｃ）前記光信号を前記希土類元素ドープ光ファイバを
介して、その第１極性状態に直交する第２極性状態で反
射する手段と、からなる極性によるゲインの不均一性の
影響を除去する光ファイバ通信システム。 - 【請求項２】 前記反射手段はファラデー効果ミラーで
あることを特徴とする請求項１のシステム。 - 【請求項３】 前記希土類元素ドープ光ファイバによっ
て生成された増幅自然放射光は、その飽和状態時で、光
信号が前記希土類元素ドープ光ファイバを通過する際
に、第２極性状態のほうが第１極性状態よりも大きく、 前記増幅自然放射光は、その第２極性化状態で、前記希
土類元素ドープ光ファイバ部分を通過することを特徴と
する請求項１のシステム。 - 【請求項４】 前記（Ｂ）の手段は、 光信号を第１ポートを介して、前記の希土類元素ドープ
光ファイバに分配する手段と、 前記希土類元素ドープ光ファイバの別のポートを介して
出力する手段と、 を有することを特徴とする請求項１のシステム。 - 【請求項５】 前記（Ｂ）の手段は、ファラデー光サー
キュレータであることを特徴とする請求項４のシステ
ム。 - 【請求項６】 前記希土類元素ドープ光ファイバは、エ
ルビウムを含有したシリカ製コアを有することを特徴と
する請求項１のシステム。 - 【請求項７】 （Ｄ）ポンプ信号をポンプ波長で前記の
希土類元素ドープ光ファイバ内に生成し、希土類元素を
励起する手段と、 （Ｅ）前記ポンプ信号と光信号と統合する波長分割マル
チプレクサカプラと、 をさらに有することを特徴とする請求項１のシステム。 - 【請求項８】 前記希土類元素ドープ光ファイバは、反
対方向に光を伝播させる性質を有し、 光信号の伝播方向とは反対方向にポンプ信号をポンプ波
長で、前記希土類元素ドープ光ファイバ部分に生成する
手段を有することを特徴とする請求項１のシステム。 - 【請求項９】 光通信システム（Ａ）情報担持光信号を
生成する送信器と、 （Ｂ）前記情報担持光信号を受信する受信器と、 （Ｃ）前記送信器と受信器との間に接続された光ファイ
バ通信リンクとからなる通信システムにおいて、 前記（Ｃ）の光ファイバ通信リンクは（Ｄ）前記情報担
持光信号を増幅するために、前記光ファイバ通信リンク
内に離間して配置された一連のエルビウムドープ増幅器
を有し、 前記（Ｄ）の増幅器は、 （Ｅ）エルビウムドープ光ファイバ部分と、 （Ｆ）前記エルビウムドープ光ファイバ部分に情報担持
光信号を第１入射極性状態で通過させる手段と、 （Ｇ）前記第１入射極性状態に直交する第２極性状態
で、前記情報担持光信号を前記エルビウムドープ光ファ
イバ部分を介して反射する手段と、 を有する極性によるゲインの不均一性の影響を除去する
光通信システム。 - 【請求項１０】 前記（Ｇ）の反射手段は、ファラデー
効果ミラーであることを特徴とする請求項９のシステ
ム。 - 【請求項１１】 前記希土類元素ドープ光ファイバによ
って生成された増幅自然放射光は、その飽和状態時で、
光信号が前記希土類元素ドープ光ファイバを通過する際
に、第２極性状態のほうが第１極性状態よりも大きく、 前記増幅自然放射光は、その第２極性化状態で、前記希
土類元素ドープ光ファイバ部分を通過することを特徴と
する請求項９のシステム。 - 【請求項１２】 前記（Ｆ）の手段は、 光信号を第１ポートを介して、前記の希土類元素ドープ
光ファイバに通過させる手段と、 前記希土類元素ドープ光ファイバの第２ポートを介して
出力する手段と、 を有することを特徴とする請求項９のシステム。 - 【請求項１３】 前記（Ｆ）の手段は、ファラデー光サ
ーキュレータであることを特徴とする請求項１２のシス
テム。 - 【請求項１４】 ポンプ信号をポンプ波長で前記の希土
類元素ドープ光ファイバ内に生成し、希土類元素を励起
する手段と、 前記ポンプ信号と光信号と統合する波長分割マルチプレ
クサカプラと、をさらに有することを特徴とする請求項
９のシステム。 - 【請求項１５】 前記希土類元素ドープ光ファイバは、
反対方向に光を伝播させる性質を有し、 光信号の伝播方向とは反対方向にポンプ信号をポンプ波
長で、前記希土類元素ドープ光ファイバ部分に生成する
手段を有することを特徴とする請求項９のシステム。 - 【請求項１６】 （Ａ）少なくともエルビウムドープ光
ファイバ部分を有する光ファイバと、 （Ｂ）光信号を前記エルビウムドープ光ファイバ部分を
介して第１入射極性状態で通過させる手段と、 （Ｃ）エルビウム元素を励起するために、ポンプ信号を
ポンプ波長で前記エルビウムドープ光ファイバ部分内に
生成し、光信号を増幅する手段と、 （Ｄ）前記第１入射極性状態に直交する第２極性状態
で、前記ポンプ信号を前記エルビウムドープ光ファイバ
部分を介して反射する手段と、 からなり、極性によるゲインの不均一性の影響を除去す
ることを特徴とする光ファイバシステム。 - 【請求項１７】 前記反射手段はファラデー効果ミラー
であることを特徴とする請求項１６のシステム。 - 【請求項１８】 前記エルビウムドープ光ファイバによ
って生成された増幅自然放射光は、その飽和状態時で、
光信号が前記エルビウムドープ光ファイバを通過する際
に、第２極性状態のほうが第１極性状態よりも大きく、 前記増幅自然放射光は、その第２極性化状態で、前記希
土類元素ドープ光ファイバ部分を通過することを特徴と
する請求項１６のシステム。 - 【請求項１９】 （Ａ）エルビウムドープ光ファイバ
と、 （Ｂ）光信号を前記エルビウムドープ光ファイバ部分を
介して第１入射極性状態で通過させる手段と、 （Ｃ）エルビウム元素を励起するために、ポンプ信号を
ポンプ波長で前記エルビウムドープ光ファイバ部分内に
生成し、光信号を増幅する手段と、 （Ｄ）前記第１入射極性状態に直交する第２極性状態
で、前記ポンプ信号を前記エルビウムドープ光ファイバ
部分を介して反射する手段と、 からなり、極性によるゲインの不均一性の影響を除去す
ることを特徴とする光増幅装置。 - 【請求項２０】 前記ポンプ信号が反射されることを特
徴とする請求項１９の装置。 - 【請求項２１】 前記光信号が反射されることを特徴と
する請求項１９の装置。 - 【請求項２２】 前記光信号とポンプ信号が反射される
ことを特徴とする請求項１９の装置。 - 【請求項２３】 前記反射手段はファラデー効果ミラー
であることを特徴とする請求項１９の装置。 - 【請求項２４】 光信号を前記エルビウムドープ光ファ
イバ部分内に第１ポートから通過させ、第２ポートを介
して出力するファラデー光サーキュレータをさらに有す
ることを特徴とする請求項２３の光増幅器。 - 【請求項２５】 前記ポンプ信号と光信号とを統合する
波長分割マルチプレクサカプラをさらに有することを特
徴とする請求項１９の光増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/198,011 US5481391A (en) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Optical fiber system and method for overcoming the effects of polarization gain anisotropy in a fiber amplifier |
| US198011 | 1994-02-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261052A true JPH07261052A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=22731623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7046683A Pending JPH07261052A (ja) | 1994-02-17 | 1995-02-13 | 光ファイバ通信システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5481391A (ja) |
| EP (1) | EP0668671A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07261052A (ja) |
| CA (1) | CA2140802C (ja) |
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