KR20170133361A - 고차원 시드리스 라만 펌핑 - Google Patents

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크리스티아노 모나타
알레산드로 페스타
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아이피지 포토닉스 코포레이션
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Abstract

광섬유가 광학적 다중화기에 광학적으로 결합된다. 제1 및 제2 파장-선택적 반사부가 광섬유 상에 형성된다. 제1 파장 선택적 반사부는 제1 파장의 복사선을 반사시키도록 구성되고, 그리고 제2 파장 반사적 선택기는 제1 파장 보다 긴 제2 파장의 복사선을 반사시키도록 구성된다. 공진 레이저 공동이 분배 레일리 거울로서 작용하는 전송 섬유와 제1 및 제2 파장 선택적 반사부 사이에 형성된다. 제1 및 제2 파장-선택적 반사부 및 광섬유는, 전송 섬유 내의 라만 산란 및 이득이 제1 파장 보다 짧은 펌프 파장의 펌프 복사선을 제1 파장의 복사선으로 변환시키도록 그리고 또한 제1 파장의 복사선을 제2 파장의 복사선으로 변환시키도록 구성된다.

Description

고차원 시드리스 라만 펌핑
우선권 주장
본원은, 전체 내용의 전부가 본원에서 참조로 포함되는, 2015년 3월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/141,155호의 이익 향유를 주장한다.
본 개시 내용의 양태는 광섬유 라만 증폭기, 및 그러한 증폭기를 포함하는 광섬유 통신 시스템, 그리고 보다 구체적으로 광학적 원거리 통신 시스템의 전송 섬유의 펌핑에 관한 것이다.
라만 증폭기에서, 신호는, 유도 라만 산란(stimulated Raman scattering)(SRS)을 기초로 하는, 라만 증폭기에 의해서 강화된다. 이러한 유형의 산란은, 고주파수(ωp)의 입사 펌프 광자가 그 에너지를 방출하여 낮은 주파수(ωs)의 감소된 에너지의 다른 광자(신호)를 생성할 때, 비선형 매체 내에서 발생되고(비탄성 산란); 나머지 에너지(ωp-ωs)는 분자 진동(광학적 포논(optical phonon))의 형태로 매체에 의해서 흡수된다. 라만 증폭 효과는 광섬유 내의 펌프 레이저와 신호 사이의 비선형적 상호작용에 의해서 달성될 수 있다. 라만 증폭기는 모든-대역의 파장 범위 및 인-라인 분배 신호 증폭을 제공하기 위해서 광학적 원거리 통신에서 이용된다. 특히, 광학적 전송 섬유는 라만 증폭을 위한 비선형 매체로서 이용될 수 있다. 전송 섬유를 올바른 주파수의 복사선으로 펌핑하면 전송 섬유 내에서 이동되는 광 신호의 증폭이 생성된다.
펌프 광은 전송 섬유에 결합될 수 있고 신호와 동일한 방향으로(공통-방향 펌핑), 반대 방향으로(역-방향 펌핑), 또는 양 방향 모두로 이동될 수 있다. 펌프로부터 신호로의 잡음 전달이 감소되기 때문에, 역-방향 펌핑이 보다 일반적이다.
라만 증폭의 주요 장점은, 전송 섬유 내에서 분배 증폭을 제공할 수 있고, 그에 의해서 증폭기와 재생 장소 사이에 걸쳐지는 길이를 증가시킬 수 있는 능력이다. 라만 증폭기의 증폭 대역폭은 이용되는 펌프 파장에 의해서 규정되고, 그에 따라 증폭은, 증폭 '창(window)'을 규정하기 위한 도펀트 및 장치 설계에 의존하는 다른 유형의 증폭기에서 가능할 수 있는 것 보다, 더 넓고 상이한 영역에 걸쳐 제공될 수 있다.
라만 증폭기는 일부 근본적인 장점을 갖는다. 첫 번째로, 라만 이득이 모든 섬유 내에 존재하고, 이는 단자 끝으로부터의 비용 효과적인 업그레이드 수단을 제공한다. 두 번째로, 이득은 비-공진이며, 이는 이득이 약 0.3 내지 2 ㎛ 범위의 섬유의 전체 투명 영역에 걸쳐 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 라만 증폭기의 세 번째 장점은, 펌프 파장을 조정함으로써 이득 스펙트럼이 재단될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 복수의 펌프 라인을 이용하여 광학적 대역폭을 증대시킬 수 있고, 펌프 분배는 이득 평탄도를 결정한다. 라만 증폭의 다른 장점은, 라만 증폭이 5 THz 초과의 대역폭을 가지는 비교적 광대역의 증폭기이고, 이득이 넓은 파장 범위에 걸쳐 합리적으로 평탄하다는 것이다.
특별한 파장 대역 내의 신호를 위해서 전송 섬유 내에서 라만 이득을 생성하는 것은 섬유의 특징적 라만 천이(Raman shift)에 상응하는 양만큼 신호 파장(들)으로부터 감소 천이된 파장 또는 파장들에서 비교적 큰-파워 레벨(수백 밀리와트)로 섬유가 펌핑될 것을 요구한다. 전형적인 실리카 섬유의 경우에, 라만 이득 스펙트럼은 약 440 cm-1의 천이를 중심으로 하는 비교적 넓은 대역으로 구성된다. 그에 따라, 예를 들어 C-대역 (1530 내지 1565 nm) 내의 신호를 위한 이득을 제공하는 것은 1455-nm 영역 내의 펌프 에너지를 요구한다.
전형적인 종래 기술의 분배된 라만 증폭 실시예에서, 고-파워 레이저 공급원(예를 들어, ~1455 nm의 중심 파장을 가지는 라만 섬유 레이저) 또는 1455-nm 영역 내의 파장을 가지는 다중화된 레이저 다이오드의 그룹의 출력이 수신 또는 반복기 단자로부터 발진되어 섬유를 펌핑하고 유입 C-대역 신호를 위한 이득을 제공한다. 고-용량 WDM 시스템을 위한 증폭 대역폭을 확장하기 위해서, (미리 결정된 파워 및 파장을 각각 가지는) 복수의 라만 레이저의 이용에 의해서 또는 특정 파장 및 파워의 부가적인 레이저 다이오드의 다중화에 의해서, 발진 펌프 스펙트럼이 넓어진다.
라만 레이저에서, 기본적인 광-증폭 메커니즘은 유도 라만 산란이다. 대조적으로, 대부분의 "통상적인" 레이저는 광 증폭을 위해서 유도 전자 전이에 의존한다. 라만 레이저는 광학적으로 펌핑된다. 그러나, 이러한 펌핑은 통상적인 레이저에서와 같은 밀도 반전(population inversion)을 생성하지 않는다. 그 대신에, 펌프 광자는 유도 라만 산란에 의해서 흡수되고 저주파수 레이저-광 광자("스토크(Stokes)" 광자)로서 "즉각적으로" 재-방출된다. 2개의 광자 에너지 사이의 차이는 일정하고 이득 매체의 진동 주파수에 상응한다. 이는, 원칙적으로, 펌프-레이저 파장을 적절하게 선택하는 것에 의해서, 임의의 레이저-출력 파장을 생성할 수 있게 한다. 이는 통상적인 레이저와 대비되며, 통상적인 레이저에서는 가능한 레이저 출력 파장이 이득 재료의 방출선(emission line)에 의해서 결정된다.
섬유-기반의 라만 레이저에서, 펌프 광의 엄격한 공간적 한정은 비교적 먼 거리에 걸쳐 유지될 수 있다. 이는 문턱값 펌프 파워를 실용적 레벨까지 상당히 낮추고 추가적으로 연속-파동 동작을 가능하게 한다. 광학적 원거리 통신 적용예의 경우에, 가장 큰 달성 가능 이득을 유도하도록 전송 섬유 내로의 가장 큰 가능한 발진 파워를 가지는 라만 레이저를 설계하는 것이 바람직하다. 전송 섬유 내에서 달성되는 더 큰 라만 이득은 단자들 사이에 걸쳐지는 더 긴 도달 거리를 가능하게 하고 수신기에서 광 신호 대 잡음비(OSNR)를 개선한다. 이러한 개선은, 최첨단 FEC 및 디지털 신호 프로세싱과 함께, 최신 고비트율 디지털 광학적 시스템이 제공하는 견고성 및 거리를 최대화한다.
이러한 맥락에서 본 발명의 실시예가 발생된다.
도 1은 고차원 라만 펌핑을 구현하기 위한 통상적인 시스템의 개통도이다.
도 2는 고차원 라만 펌핑을 구현하기 위한 통상적인 시스템의 개통도이다.
도 3은 본 개시 내용의 양태에 따른 고차원 라만 펌핑을 구현하기 위한 시스템의 개략도이다.
비록 이하의 구체적인 설명이 예시의 목적을 위한 많은 구체적인 상세 내용을 포함하고 있지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 이하의 상세한 내용에 대한 많은 변경 및 수정이 본 발명의 범위 내에 포함된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이하에서 설명되는 본 발명의 예시적인 실시예는, 청구된 발명에 대한 어떠한 보편성의 상실도 없이 그리고 청구된 발명에 어떠한 제한도 부여하지 않고, 기술된다.
용어 설명
본원에서 사용된 바와 같이, 이하의 용어는 이하의 의미를 갖는다:
공동 또는 광학적 공진 공동은, 광이 따라서 왕복 또는 순환될 수 있는 둘 이상의 반사 표면에 의해서 형성되는 광학적 경로를 지칭한다. 광학적 경로와 교차되는 물체는 공동 내에 있는 것으로 지칭된다.
연속적인 파동(CW) 레이저는 펄스형 레이저에서와 같은, 짧은 분출이 아니라 연속적으로 복사선을 방출하는 레이저를 지칭한다.
다이오드 레이저는, 가간섭성 광 출력을 생성하기 위해서 유도 방출을 이용하도록 설계된 발광 다이오드를 지칭한다. 다이오드 레이저는 또한 레이저 다이오드 또는 반도체 레이저로 공지되어 있다.
다이오드-펌핑된 레이저는 다이오드 레이저에 의해서 펌핑된 이득 매체를 가지는 레이저를 지칭한다.
분배된 브래그 반사부는 가변 굴절률을 가지는 교번적인 재료의 복수의 층으로 형성되거나, 유전체 도파관의 (높이와 같은) 일부 특징의 주기적인 변동에 의해서 형성되어, 도파관 내의 유효 굴절률의 주기적인 변동을 초래하는 구조물을 지칭한다. 각각의 층 경계부는 광학적 파동의 부분적인 반사를 유발한다. 층의 광학적 두께의 4배에 근접하는 파장을 가지는 파동의 경우에, 많은 부분적 반사가 보강 간섭을 일으키고, 그러한 층은 고품질 반사부로서 작용한다.
섬유 브래그 격자는 섬유 코어의 굴절률의 주기적인 변동을 생성하는 것에 의해서 광섬유의 짧은 단편 내에서 구축되는 분배된 브래그 반사부의 유형을 지칭한다. 주기적인 굴절률 변동은, 특별한 광 파장을 반사하고 다른 모든 것은 전송하는 파장-특정 유전체 거울을 생성한다.
이득은, 증폭기를 통해서 하나의 지점으로부터 다른 지점으로 전달되는 신호의 세기, 파워, 또는 펄스 에너지의 증가를 지칭한다. "불포화 이득"이라는 용어는, 증폭기의 반전 레벨을 크게 변화시키지 않는, 증폭기를 통과하는 작은 신호의 증가를 지칭한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 이득 및 불포화 이득은 상호 교환 가능하게 사용될 것이다.
이득 매체는 레이저에 대해서 이하에서 설명되는 바와 같이 광학적 이득을 생성할 수 있는 재료를 지칭한다.
적외선 복사선은 약 700 나노미터(nm) 내지 약 1 밀리미터(mm)의 진공 파장을 특징으로 하는 전자기 복사선을 지칭한다.
레이저는 복사선의 유도 방출에 의한 광 증폭의 두문자어이다. 레이저는, 레이저용으로 이용 가능한(lasable) 재료, 또는 이득 매체를 포함하는 공동이다. 이는 임의 재료 - 결정, 유리, 액체, 반도체, 염료 또는 가스 - 이며, 그 원자는, 예를 들어, 다른 광 또는 전기 방전에 의해서 펌핑될 때 광을 방출할 수 있다. 광 방출은 통과 광자의 존재에 의해서 유도되고, 이는 방출 광자가 유도 광자와 대략적으로 동일한 위상 및 방향을 가지게 한다. (본원에서 유도 복사선으로 지칭되는) 광은 공동 내에서 발진되고, 공동으로부터 사출되는 부분이 출력 빔을 형성한다.
광: 본원에서 사용된 바와 같이, "광"이라는 용어는, 대략적으로 약 100 나노미터(10-7 미터) 내지 약 10 마이크로미터( 10-5 미터)의 진공 파장의 범위에 상응하는, 적외선으로부터 자외선을 통한 주파수 범위 내의 전자기 복사선을 일반적으로 지칭한다.
비-선형적 효과는, 선형 중첩 원리가 더 이상 유지되지 않는(예를 들어, 2배의 광학적 입력 파워가 단순히 2배의 광학적 출력 파워를 초래하지 않는) 광학적 현상의 종류를 지칭한다. 이러한 효과는 전형적으로, 레이저에 의해서 생성되는 것과 같이, 큰 세기의, 거의 단색적인, 방향성 광의 빔으로만 관찰될 수 있다. 더 높은 고조파 생성(예를 들어, 2차-, 3차-, 및 4-차 고조파 생성), 광학적 파마메트릭 발진(optical parametric oscillation), 합-주파수 생성, 차-주파수 생성, 광학적 파라메트릭 증폭, 및 유도 라만 효과가 비-선형적 효과의 예이다.
비-선형적 재료는, 비-선형적 효과를 발생시킬 수 있는 광학적 복사선에 대한 영이 아닌 비선형적 유전 응답을 가지는 재료를 지칭한다. 비-선형적 재료의 예에는 리튬 니오베이트(LiNbO3), 리튬 트리보레이트(LBO), 베타-바륨 보레이트(BBO), 세슘 리튬 보레이트(CLBO), KDP 및 그 동형체, LiIO3의 결정뿐만 아니라, 준-상-정합형 재료(quasi-phase-matched material), 예를 들어 PPLN, PPSLT, PPKTP 및 기타가 포함된다. 특정 비선형 효과, 예를 들어, 유도 라만 산란의 경우에, 일반적인 광섬유가 비선형적 재료로서 작용할 수 있다.
광학적 증폭기는, 입력 광 신호의 파워를 증폭시키는 장치를 지칭한다. 광학적 증폭기는, 복사선 펌핑에 의해서 구동되는 이득 매체를 이용한다는 점에서 레이저와 유사하다. 증폭기는 일반적으로 피드백(즉, 공동)을 가지지 않고, 그에 따라 이득을 가지지만 발진하지는 않는다. 본원에서 사용된 바와 같이, 광학적 파워 증폭기는, 증폭된 빔을 표적 또는 파장 변환기에 전달하기 전의 마지막 광학적 증폭기를 일반적으로 지칭한다. 복사선의 공급원과 파워 증폭기 사이의 증폭기 스테이지는 일반적으로 예비증폭기로서 본원에서 지칭된다.
라만 산란은, 산란된 광이 입사 광의 주파수(ωp) 보다 낮은 주파수(ωs)를 가지는 물질에 의한 입사 광의 산란을 지칭한다. (라만 천이로 지칭되는) 입사광과 산란된 광의 주파수들 사이의 차이는 산란 재료의 고유 진동 주파수에 상응한다.
광학적 증폭기의 포화는, 해당 주파수에 근접한 입사 복사선의 파워가 특정 값을 초과할 때, 일부 전이 주파수 근처의 매체의 이득 계수의 감소를 지칭한다. 이득 계수가 일정하다면, 매체에 의해서 방출되는 파워는 입사 파워에 비례한다. 그러나, 전형적으로, 이득 매체가 파워를 방출할 수 있는 비율에는 한계가 있다. 이러한 한계는 관련된 에너지 레벨의 수명에 의존한다. 이러한 한계에 도달될 때, 유도 전이가 빨라져 상한 에너지 레벨 밀도를 상당히 낮추고, 그에 의해서 이득 계수를 감소시킨다. 그러한 효과는 입력 파워에 따라 증폭된 파워를 "평탄화"시킨다.
스팬 버짓(Span Budget)은 광학적 원거리 통신 시스템의 송신기와 수신기 사이의 감쇠를 지칭한다.
유도 라만 산란(SRS)은, 강한 광학적 빔으로 발생될 수 있는 라만 산란의 유형이다. 라만-산란된 광에서 이득이 발생되고 그 파워는 지수함수적으로 증가된다. 만약 입사 광의 파워가 문턱값을 초과한다면, 입사 광의 큰 부분이 입사 광 보다 낮은 주파수를 가지는 라만-산란된 광으로 변환된다. SRS는 또한 유도 라만 효과 또는 가간섭성 라만 효과로서 종종 공지되어 있다.
자외선(UV)은 가시광선 영역의 파장 보다 짧고 연성 X-레이의 파장 보다 긴 진공 파장을 특징으로 하는 전자기 복사선을 지칭한다. 자외선은 이하의 파장 범위로 세분될 수 있다: 근 UV, 약 380 nm 내지 약 200 nm; 원 또는 진공 UV(FUV 또는 VUV), 약 200 nm 내지 약 10 nm; 및 극 UV(EUV 또는 XUV), 약 1 nm 내지 약 31 nm.
진공 파장: 전자기 복사선의 파장은 일반적으로 파장이 내부에서 이동되는 매체에 따라 결정된다. 진공 파장은, 복사선이 진공을 통해서 전파되는 경우에, 주어진 주파수의 전자기 복사선이 가질 수 있는 파장이고, 주파수로 나눈 진공 내의 광의 속도에 의해서 주어진다.
소개
본 개시 내용의 양태에 따라, 광학적 원거리 통신을 위한 고차원의 라만 펌핑 체계는 통상적인 종래 기술의 고차원 라만 펌핑 체계 보다 적은 수의 구성요소를 이용할 수 있다.
미국 특허 6,480,326는 광학적 원거리 통신을 위한 라만 레이저 시스템의 통상적인 이용을 설명한다. 이러한 체계에서, 파장이 1276 nm인 일차적인 펌프 복사선이, 1355 및 1455 nm의 파장을 가지는 2개의 낮은-파워의 이차적인 공급원으로부터의 복사선과 함께, 전송 섬유 내로 발진된다. 1276-nm 파장의 복사선이 먼저 라만 캐스케이드(Raman cascade)의 제1 단계에서 1355 nm로 유도 라만 변환된다. 라만 캐스케이드의 제2 단계에서, 1355 nm의 결과적인 고파워 복사선이 변환되어 1455 nm의 고파워 복사선을 생성하고, 이는 1550-nm 영역 내의 신호의 분배된 라만 증폭을 생성하는데 필요한 펌프 파장이다. 도 1은 전송 섬유(5)의 단자(1)와 단자(2) 사이에서 이동되는 신호를 증폭하기 위해서 역-방향성 펌핑 및 시드 복사선을 제공하기 위한 그러한 체계를 구현하기 위한 시스템의 예를 도시한다. 일차적인 펌프 공급원(6)은 제1 파장(예를 들어, 1276 nm)의 펌프 복사선을 제공하고, 시드 공급원(예를 들어, 다이오드 레이저(8, 9))은 시드 복사선 및 각각 예를 들어 1355 nm 및 1455 nm인 제2 및 제3 파장을 제공한다. 펌프 복사선 및 시드 복사선은 파장 분할 다중화기(WDM)(7, 10, 11) 및 연결 섬유(12)를 통해서 전송 섬유(5) 내로 결합된다. 펌프 공급원은 제1 WDM(7)에 결합되고, 시드 공급원(8, 9)은 제2 WDM(10)에 결합되며, 이는 다시 제3 WDM(11)에 결합된다. 섬유(12)는 제1 WDM(7)를 제3 WDM(11)에 연결한다. 단자(2)에 도달되는 전송 섬유(5)로부터의 신호가 제3 WDM(11)에 결합된다.
도 2는 도 1의 시스템의 변경예를 도시하며, 여기에서 시드 공급원(8)은, 금 반사부 또는 섬유 브래그 격자(FBG)와 같은 반사부(19)로 대체된다. 펌프 공급원(6)으로부터의 일차적인 펌프 복사선이 전송 섬유(5)를 따라 전파됨에 따라, 그러한 복사선은 자발적인 라만 산란을 겪고, 섬유 내에서 양 방향으로 이동되는 라만-천이된 스펙트럼 프로파일을 가지는 복사선을 생성한다. 자발적인 라만 산란된 복사선은, 전송 섬유(5) 내에서 이동될 때, 섬유 내의 펌프 복사선에 의해서 제공된 라만 이득으로 인해서, 증폭된다. 또한, 진출하는 자발적인 라만 산란된 복사선의 일부는 후방 레일리(Rayleigh) 산란을 겪고 단자(2)를 향해서 역으로 이동됨에 따라 더 증폭된다. 단자(2)로 복귀되는 증폭된 자발적인 라만 산란된 복사선은 WDM(11 및 10)을 통해서 반사부(19)로 역으로 결합된다. 반사부(19)가 제2 파장에서 피크 반사도를 가지는 섬유 브래그 격자인 경우에, 제2 파장의 증폭된 자발적인 라만 산란된 복사선의 스펙트럼의 해당 부분이 WDM(10 및 11)을 통해서 전송 섬유(5) 내로 역으로 반사된다. 이러한 예에서, 제2 파장의 희망 시드 복사선에서의 복사를 위한 증폭 공동은 반사부(19) 및 분배된 레일리 '거울'에 의해서 전송 섬유(5) 내로 형성된다. 이는 단자(2)에 근접하는 전송 섬유(5) 내에서 제2 파장의 실질적인 에너지의 존재를 유도하고, 여기에서 그것은 도 1의 시스템의 제2 파장의 발진된 시드 공급원과 같은 역할을 수행한다.
도 1 및 도 2의 시스템은, 낮은 파워 펌프를 가지는 하나 이상의 시드 레이저를 이용하는 고파워 섬유 라만 레이저로 고차원 펌핑을 달성한다. 그러나, 전형적으로 냉각, 예를 들어, 열-전기 냉각(TEC)을 필요로 하는 제한된 동작 온도 범위를 가지는 능동 광전자 다이오드 시드 구성요소인 시드 레이저는 별도의 전력 소비를 추가하고 신뢰성을 제한한다.
본 개시 내용의 양태는, 통상적인 1차 라만 펌핑 체계에 비해서 제한된 별도의 하드웨어로 스팬 버짓을 2.3dB까지 개선하기 위한 3차 라만 펌핑을 구현할 수 있다. 이는, 1차 라만 펌핑 시스템과 기본적으로 동일한 하드웨어로, 단자들 사이에서 13 km의 별도의 거리를 효과적으로 부가할 수 있다.
본 개시 내용의 양태에 따라서, 3차 라만 펌핑 시스템(100)은, 2개의 직렬 반사부를 가지고 도 1 및 도 2에 도시된 시스템 내의 WDM 중 하나가 제거되어, 도 3에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 하나의 WDM의 제거는 결합 손실 및 복잡성을 감소시키는 한편, 최소의 별도 비용으로 조밀도(compactness) 및 신뢰성을 개선한다. 시스템(100)은 일반적으로 제1 광학적 다중화기(17)에 결합된 일차적인 펌프 공급원(16)으로서 고파워 라만 레이저를 포함하고, 그러한 제1 광학적 다중화기는 다시, 예를 들어 섬유(18)의 길이에 의해서, 제2 광학적 다중화기(21)에 결합된다. 예로서, 그리고 비제한적으로, 광학적 다중화기(17, 21)는 파장 분할 다중화기(WDM)일 수 있다. 전송 섬유(25)는 제1 단자(31)와 제2 단자(32) 사이에서 광 신호를 운반한다. 예로서, 그리고 비제한적으로, 전송 섬유(25)는, 약 1525 내지 1565　nm(C 대역), 또는 1570 내지 1610　nm(L 대역)의 파장을 위한 원격 광학 펌핑된 에르븀-도핑된 섬유 증폭기(EDFA)로서 작용하는 에르븀-도핑된 섬유의 섹션을 포함할 수 있다. 제2 WDM(21)은 역-방향성 펌핑을 위해서 단자 중 하나, 예를 들어 제2 단자(32)에 결합된다.
시스템(100)의 주요 구성요소는, 제1 및 제2 파장-선택적 반사부(104, 106)가 형성되는 광섬유(102)의 길이이다. 섬유(102)의 길이는 제1 광학적 다중화기(17)에 결합된다. 반사부는 제1 및 제2 파장의 복사선을 선택적으로 반사시키도록 구성된다. 예로서, 그리고 비제한적으로, 반사부(104, 106)는, 예를 들어, 적용예에 따라 일정한 또는 조율 가능한 파장의, 엑시머 레이저를 이용하여, 광섬유의 공통 부분 상에 새겨 넣은 섬유 브래그 격자일 수 있다. 광섬유(102)는 비교적 짧을 수 있고, 예를 들어, 섬유 브래그 격자의 경우에, 반사부(104, 106)가 얼마나 근접하게 함께 형성되는지에 따라서, 예를 들어 약 4 센티미터 내지 약 10 센티미터일 수 있다. 비선형 매체로서의 전송 섬유(25), 공동의 일 단부에 위치되는 반사부(104, 106) 및 공동의 타 단부를 위한 분배된 거울로서 작용하는 전송 섬유 내의 레일리 산란을 이용하는, 캐스케이드형 라만 공동이 형성된다.
도시된 예에서, 제1 광학적 다중화기(17)는 제1 포트(17A)에서 일차적인 펌프 공급원(16)로부터 일차적인 펌프 복사선(λp)을 수신하고, 제3 포트(17C)를 통해서 섬유(18)를 향해서 펌프 복사선을 전송하고, 그리고 제2 포트(17B)로부터 제3 포트(17C)까지 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)의 복사선을 전송한다. 제2 광학적 다중화기(21)는 제1 포트(21A)를 통해서 일차적인 펌프 복사선 및 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)의 복사선을 수신하도록, 그리고 제2 포트(21B)를 통해서 펌프 복사선(λp) 및 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)의 복사선을 전송 섬유(25)에 전송하여 전송 섬유를 펌핑함으로써 그 내부에서 이동되는 신호(23)를 증폭시키도록 구성된다. 신호(23)는 제2 포트(21B)에서 수신되고 제3 포트(21C)를 통해서, 예를 들어, 다른 전송 섬유(미도시)의 길이에 또는 광학적 원거리 통신 시스템의 단자 구성요소에, 예를 들어 광학적 추가/삭제 다중화기, 파장 선택적 스위치, 또는 저잡음 예비 증폭기(EDFA)와 같은 다른 구성요소에 전송된다.
예로서, 그리고 비제한적으로, 반사부(104 및 106)와 분배된 레일리 거울로서 작용하는 전송 섬유(25) 사이에서, 라만 이득 및 1276 nm의 펌프 복사선으로부터 1362-nm 복사선으로의 파장 변환, 및 부가적인 라만 이득 및 1362-nm 복사선으로부터 1455-nm 복사선으로의 파장 변환이 이루어지도록, 섬유(102)가 구성될 수 있다. 1455-nm 복사선이 전송 섬유(25)에 결합되어, 전송 섬유 내에서 이동되는 1550 nm 신호를 증폭하기 위한 펌핑을 제공한다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 전송 섬유(25) 내에서 증폭하고자 하는 신호의 파장에 따라서 파장의 다른 조합이 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
동일한 구성을 구현하는 다른 일반적인 적용예가 일차적인 펌프 공급원(16)으로부터의 1310 nm 복사선, 제1 파장(λ1)으로서의 1390 nm 및 제2 파장(λ2)으로서의 1480 nm를 이용하도록 설계될 수 있다.
시스템(100)은, 별도 구성요소, 예를 들어 시드 레이저 및 별도의 다중화기와 관련된 비용, 복잡성 및 결합 손실이 없이, 3차 펌프의 장점을 제공한다. 시스템은, 시드 레이저 보다 더 신뢰할 수 있고 저비용인, 일정한 또는 조율 가능한, 피동적 구성요소인, 반사부를 이용한다. 반사부(104, 106)를 섬유의 동일한 부분 상에 형성하는 것에 의해서, 결합 손실이 감소될 수 있고, 패키징이 단순화될 수 있고 신뢰성이 개선될 수 있다. 대조적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 유형의 시스템 내의 2개의 반사부를 이용하는 것은, 큰 결합 손실을 도입할 수 있는, WDM(10)이 2개의 반사부들 사이에 있을 수 있는 배열을 초래할 수 있다.
전술한 내용이 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 완전한 설명이지만, 여러 가지 대안, 수정 및 균등물을 이용할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그 균등물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다. 바람직한 또는 그렇지 않은 임의의 특징이, 바람직하든 그렇지 않든 간에, 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다. 이하의 청구범위에서, 부정 관사("A" 또는 "An")는, 명백하게 달리 기술된 경우를 제외하고, 그 내용에 후술된 물품의 하나 이상의 수량을 지칭한다. "~하기 위한 수단"이라는 문구를 이용하여 주어진 청구항에서 제한을 명백하게 인용하지 않는 한, 첨부된 청구항은 기능항(means-plus-function limitations) 제한을 포함하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims (17)

  1. 시스템이며:
    광학적 다중화기; 및
    상기 광학적 다중화기에 광학적으로 결합된 광섬유로서, 제1 및 제2 파장-선택적 반사부가 상기 광섬유 상에 형성되고, 상기 제1 파장 선택적 반사부는 제1 파장의 복사선을 반사하도록 구성되고, 상기 제2 파장 반사적 선택부는 상기 제1 파장 보다 긴 제2 파장의 복사선을 반사하도록 구성되며, 전송 섬유 내의 라만 산란 및 이득이 제1 파장 보다 짧은 일차적인 펌프 파장의 일차적인 펌프 복사선을 제1 파장의 복사선으로 변환시키도록 그리고 또한 제1 파장의 복사선을 제2 파장의 복사선으로 변환시키도록, 상기 제1 및 제2 파장이 선택되는, 광섬유
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 선택적 반사부는 상기 광섬유 상에 형성된 섬유 브래그 격자인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장 선택적 반사부는 상기 광섬유 상에 형성된 섬유 브래그 격자인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파장 선택적 반사부는 상기 광섬유 상에 형성된 섬유 브래그 격자인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 다중화기는, 제2 포트에서 상기 광섬유로부터 제1 및 제2 파장의 복사선을 수신하고 그러한 복사선을 제3 포트로 전송하도록, 그리고 제1 포트를 통해서 펌프 복사선을 수신하고 그러한 펌프 복사선을 제3 포트로 전송하도록, 구성되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 포트를 통해서 상기 광학적 다중화기에 광학적으로 결합된 제2 광학적 다중화기를 더 포함하고, 그에 의해서 상기 광학적 다중화기가 제1 다중화기가 되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 광학적 다중화기는, 제1 포트에서 제1 및 제2 파장의 복사선을 수신하고 제2 포트를 통해서 제1 및 제2 파장의 복사선을 전송 섬유를 향해서 전송하도록 구성되는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 광학적 다중화기는, 제2 포트에서 일차적인 펌프 복사선 그리고 제1 및 제2 파장의 복사선을 수신하고 그러한 일차적인 펌프 복사선 그리고 제1 및 제2 파장의 복사선을 상기 제2 광학적 다중화기의 제1 포트를 통해서 상기 광학적 제1 다중화기의 제3 포트를 향해서 전송하도록 구성되는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 광학적 다중화기는, 상기 제2 광학적 다중화기의 제2 포트로부터 상기 제2 광학적 다중화기의 제3 포트로 신호를 전송하도록 구성되는, 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광학적 다중화기는 파장 분할 다중화기인, 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제2 광학적 다중화기는 파장 분할 다중화기인, 시스템.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학적 다중화기는 파장 분할 다중화기인, 시스템.
  13. 제6항에 있어서,
    일차적인 펌프 공급원을 더 포함하고, 상기 일차적인 펌프 공급원은 상기 제1 광학적 다중화기의 제1 포트에 광학적으로 결합되는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유가 약 4 센티미터 내지 약 10 센티미터의 길이인, 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 다중화기 그리고 상기 제1 및 제2 파장 선택적 반사부를 가지는 섬유는, 임의의 특징적인 치수가 약 4 센티미터 미만인 단일 패키지 내에 배열되는, 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 그리고 제1 및 제2 파장 선택적 반사부는, 일정하거나 조율 가능하며, 전송 섬유 내의 라만 산란 및 이득이 펌프 파장의 펌프 복사선을 제1 파장의 복사선으로 변환시키도록 그리고 또한 제1 파장의 복사선을 제2 파장의 복사선으로 변환시키도록 구성되며, 상기 일차적인 펌프 파장은 약 1276 nm이고, 상기 제1 파장은 약 1362 nm이며, 상기 제2 파장은 약 1455 nm인, 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 그리고 제1 및 제2 파장 선택적 반사부는, 일정하거나 조율 가능하며, 전송 섬유 내의 라만 산란 및 이득이 펌프 파장의 펌프 복사선을 제1 파장의 복사선으로 변환시키도록 그리고 또한 제1 파장의 복사선을 제2 파장의 복사선으로 변환시키도록 구성되며, 상기 일차적인 펌프 파장은 약 1310 nm이고, 상기 제1 파장은 약 1390 nm이며, 상기 제2 파장은 약 1480 nm인, 시스템.
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