JP2000228548A - 性能改善のためのポンプ・ソ―スを備えるラマン増幅器 - Google Patents

性能改善のためのポンプ・ソ―スを備えるラマン増幅器

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 本発明によると、一次ラマン増幅器が低
パワーの一次ラマン・ポンプを含み、その後に１つまた
はそれ以上の、高いパワー・レベルにおいて損失の多
い、あるいは信頼性のない構成部品が続いている。その
構成部品を通過した後、一次ポンプそのものが二次ラマ
ン増幅器によって増幅される。その増幅された一次ポン
プが次に伝送ファイバの中で光信号を増幅するために使
われる。利点は、結果のポンプ・ソースがより信頼性が
高く、そして比較的挿入損失に対して感じ難いことであ
る。便利な低パワー・ソース、たとえば、ろ過された自
然放出のソースを一次ポンプ・ソースとして使うことが
できる。そして、二次ポンプの利得スペクトルを使って
一次ポンプの利得スペクトルを補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラマン光増幅器に
関し、特に改善された増幅器性能を提供するためのポン
プ・ソースを備えるラマン増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】ラ
マン光増幅器は、光通信システムにおける重要な構成部
品である。光ファイバ通信システムは、膨大な量の情報
を迅速に伝送するための大きな可能性を実現し始めてい
る。本質において、光ファイバ・システムは情報を搬送
する光信号のソースと、その光信号を搬送するための光
ファイバ伝送回線と、その光信号を検出してそれらが運
んでいる情報を復調するための受信機とを含む。その信
号は、通常は、シリカ・ファイバの内部で伝播するため
に適している波長の範囲内にあり、そしてその範囲内で
複数波長の異なるチャネルを含むことが好ましい。
【０００３】光ファイバの減衰特性の改善における大き
な進歩にもかかわらず、光ファイバを通って伝送される
信号は吸収および散乱の累積的な、組み合わされた効果
によって減衰される。結果として、長距離の伝送には周
期的な増幅が必要である。
【０００４】光増幅器に対する１つの方法はラマン効果
増幅である。ラマン効果増幅においては、１つの媒体の
内部を進行している光が同じ媒体の内部で進行している
より短い波長のポンプ光の存在によって増幅される。単
色ラマン・ポンプによってポンピングされたシリカ・フ
ァイバの利得のスペクトルは、増幅されるべき信号の周
波数がラマン・ポンプの周波数より約１３ＴＨｚ低い時
に最大利得を示す。ポンプと最大利得の周波数（または
波長）との間の周波数（または波長）差は、ストークス
偏移と呼ばれることが多く、増幅された信号はストーク
ス波と呼ばれる。約１ストークス偏移（１／２のストー
クス偏移から３／２の偏移まで）だけチューニングが外
されているポンプを使用する場合、一次ストークス・ポ
ンピングと呼ばれる。
【０００５】また、共偏光された（ｃｏ‐ｐｏｌａｒｉ
ｚｅｄ）信号およびポンプに対する利得が非常に大きい
ことも観察されている。この偏光の感度は、そのポンプ
が偏光解消されているか、偏光スクランブルされている
か、あるいは偏光マルチプレックスされる２つの同等に
強力な偏光されたポンプから構成されている場合に消去
することができる。たとえば、“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏ
ｕｐｌｅｒ ｆｏｒＯｐｔｉｃａｌ Ｄｉｒｅｃｔ Ａ
ｍｐｌｉｆｉｅｒ”（光直接増幅器のための光カプラ）
と題する、Ｙ．タムラ（Ｔａｍｕｒａ）他に対して発行
された米国特許第４，８０５，９７７号を参照された
い。
【０００６】ラマン増幅器は、分散型または離散型のい
ずれかとして分類することができる。分布増幅器におい
ては、伝送ファイバそのものが利得媒体として使われ
る。離散増幅器においては、ラマン増幅に対して普通に
最適化された別のファイバが利得ファイバとして使われ
る。離散増幅器の利得ファイバの長さは数キロメートル
が可能であるが、それは、通常は、１つの場所において
スプールされ、１つの場所から別の場所へ情報を転送す
るためには使われない。ここで使われている用語「ラマ
ン増幅器」は、ポンプおよび利得媒体の両方を指す。
【０００７】分散型の一次ラマン効果増幅器を利用して
いる信号増幅は、１９８６年１０月１４日付けでジョン
（Ｊｏｈｎ）Ｗ．ヒックス（Ｈｉｃｋｓ）、Ｊｒ．に対
して発行された米国特許第４，６１６，８９８号の中で
記述されている。ヒックス他のシステムは、複数の光ラ
マン・ポンプを伝送回線に沿って間隔を空けて配置す
る。これらのポンプは、１ストークス偏移分だけ信号波
長より短い波長において光ファイバの中にポンプ光を注
入し、そのポンプ光が一次ラマン効果によって、より短
い波長の信号を増幅するようにする。
【０００８】従来のラマン増幅器での問題点は、それら
がそのポンプに対する後続の（下流の）パワー・センシ
ティブ・コンポーネントに、通常は、微妙に依存するこ
とである。ラマン・ポンプ・ソースは、しばしば複数の
ソースを使って高パワー（＞１００ｍＷ）の一次ポンプ
および直ぐ下流のマルチプレキシング・コンポーネント
を設置し、その出力を広い平坦なバンド幅のポンプに組
み合わせる。代表的な増幅器においては、そのポンプ・
パワーは波長分割マルチプレクサが後に続く高パワーの
半導体ポンプ・レーザのアレイによって発生される。た
とえば、Ｙ．エモリ（Ｅｍｏｒｉ）他の“Ｌｅｓｓ ｔ
ｈａｎ ４．７ ｄＢ Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒ
ｅ．．．”（４．７ｄＢ以下のノイズ・フィギュ
ア．．．）Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａ
ｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（光増幅器についての学会）
の論文ＰＤ３‐１、Ｖａｉｌ Ｃｏｌｏｒａｄｏ（Ｊｕ
ｌｙ ２７‐２９、１９９８）を参照されたい。そのよ
うな増幅器の問題点は、そのマルチプレクサが高パワー
の信号に対して比較的高い挿入損失を示すことである。
さらに、そのマルチプレクサは、高いパワー・レベルに
おいて信頼性がない。他のラマン・ポンプ・ソースは偏
光の異なる複数のソースの後に偏光マルチプレクサを利
用する。偏光マルチプレクサは高いパワーにおいて挿入
損失および信頼性についての同じ問題を示す。そして単
独ソース光のパワー・ポンプでさえも、時には偏光スク
ランブラまたはスペクトル・フィルタとして損失の多い
信頼性のない構成部品が後に続く。したがって、パワー
・センシティブ・コンポーネントに対する感度が減らさ
れている改善されたラマン増幅器に対するニーズが存在
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によると、一次ラ
マン増幅器は、低パワーの一次ラマン・ポンプを含み、
その後に高いパワー・レベルにおいて損失の多い、ある
いは信頼性のない１つまたはそれ以上の構成部品が続い
ている。その構成部品を通過した後、一次ポンプそれ自
身が二次ラマン増幅器によって増幅される。次に、増幅
された一次ポンプが伝送ファイバの中の光信号を増幅す
るために使われる。利点は、結果のポンプ・ソースが比
較的信頼性があり、挿入損失に比較的感じにくいことで
ある。従来の低パワー・ソース、たとえば、ろ過された
自然放出のソースをその一次ポンプ・ソースとして使う
ことができる。そしてその二次ポンプの利得スペクトル
を使って一次ポンプの利得スペクトルを補正することが
できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の利点、性質および各種の
追加の特徴が、以下の添付の図面に関連して詳細に説明
される例示としての実施形態を考慮することによって、
より完全に明らかになるだろう。
【００１１】図面を参照すると、図１は出力が１つまた
はそれ以上のパワー・センシティブ・コンポーネント１
１に接続されている、低パワーの一次ポンプ・ソース１
０を含んでいる分散型のラマン増幅器９を示している。
パワー・センシティブ・コンポーネントは、１００ｍＷ
の光パワーにおいて挿入損失が１０％より大きい構成部
品、あるいは故障率が高くなる構成部品を意味する。高
い故障率は１０００より大きいＦＩＴレートとして定量
化することができ、ここでＦＩＴレートは１０ 9時間に
おける期待される故障回数である。
【００１２】一次ポンプ・ソース１０は波長または偏光
が異なっている複数のソースを含むことができる。次
に、組み合わされた一次ポンプλp1そのものが二次ラマ
ン増幅器によって増幅され、二次ラマン増幅器は、たと
えば、二次ポンプ・ソース１２と、後続のファイバ・セ
グメント１４および伝送線１６の一部分を含んでいる。
ソース１２からの二次ポンプがカプラ１４において一次
ポンプλp1に対して加えられ、そして一次および二次の
ポンプλp1およびλp2がある長さのファイバ１４および
ファイバ１６の一部分に沿って一緒に進行し、λp1のラ
マン増幅を可能にする。カプラ１５はλp1およびλp2を
伝送ファイバ１６の中に発射し、それは伝送ファイバの
中の送信された信号λsと逆方向に伝播している。
【００１３】低パワーの一次ポンプ・ソース１０はパワ
ー・レベルが１００ｍＷより小さいことが好ましい。そ
れは半導体レーザのアレイなどの複数のソースを含むこ
とができ、あるいはろ過された自然放出のソースなどの
単独のソースであってよい。
【００１４】パワー・センシティブ・コンポーネント１
１は、偏光または波長分割のマルチプレクサ、偏光スク
ランブラ、あるいはスペクトル・フィルタ（自然放出の
ソースの場合）であってよい。それは、通常は、１００
ｍＷの光入力を受ける時に損失が１０％以上であるか、
あるいはＦＩＴレートが１０００より大きい。
【００１５】二次ポンプ・ソース１２は高パワーの半導
体レーザであることが好ましい図２は、λp1、λp2およ
びλsの間のスペクトルの関係を示している定性的なパ
ワー・スペクトルである。本質において、λp1はλsよ
り波長が１ストークス偏移分だけ短く、したがって、λ
p1がλsを増幅する。そしてλp2はλp1より１ストーク
ス偏移分だけ短く、したがって、λp2がλp4を増幅す
る。
【００１６】図３は、図２の場合に類似している代替実
施形態を示しており、増幅されたλ p1がλsの分散型の
増幅のために伝送ライン１６の中に導入される前に、離
散型ラマン利得ファイバ３０の中に組み合わされた一次
ポンプを二次ポンプが増幅するようになっている。利得
ファイバ３０は本質的に１つまたはそれ以上のコイルの
ファイバであり、λp1およびλp2は一緒に伝播する。ソ
ース１２および利得ファイバ３０が離散型の二次ラマン
増幅器を形成する。
【００１７】図４は、図３の場合と同様な第２の代替実
施形態を示している。ただし、増幅された一次ポンプλ
1が第２の離散型ラマン利得ファイバ４０の中でλsを増
幅する。
【００１８】上記実施形態は、本発明の原理の応用を表
すことができる、多くの可能な特定の実施形態のうちの
極く僅かなものの例示であることを理解されたい。多く
の、そして各種の他の装置が、本発明の精神および範囲
から逸脱することなしに、これらの原理に従って可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一次ポンプの分散型の二次増幅を使用している
ラマン増幅器の第１の実施形態を概略的に示す。
【図２】図１の増幅器に対する波長間の関係を示す概略
スペクトル図である。
【図３】一次ポンプの離散型の二次増幅を使っているラ
マン増幅器を概略的に示す。
【図４】一次ポンプの離散型の二次増幅を使っているラ
マン増幅器を概略的に示す。上記図面は本発明のコンセ
プトを説明するためのものであって、正確な縮尺図では
ないことを理解されたい。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 伝送ファイバの中で伝播している光信号
    を増幅するためのラマン光増幅器であって、 一次ポンプのソースと、 前記一次ポンプのソースの出力を受け取るためのパワー
    ・センシティブ・コンポーネントと、 前記一次ポンプ・ソースおよびパワー・センシティブ・
    コンポーネントから下流にあって、前記一次ポンプを増
    幅するための二次ポンプ・ソースおよび利得ファイバを
    含んでいる二次ラマン増幅器とを含む増幅器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    一次ポンプ・ソースが異なる波長の複数のソースを含
    み、前記パワー・センシティブ・コンポーネントが波長
    分割マルチプレクサを含む増幅器。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    一次ポンプ・ソースが異なる偏光の複数のソースを含
    み、前記パワー・センシティブ・コンポーネントが偏光
    マルチプレクサを含む増幅器。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    二次増幅器が分散型の二次増幅器を含む増幅器。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    二次増幅器が離散型の二次増幅器を含む増幅器。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    増幅器された一次ポンプが分散型のラマン増幅によって
    前記光信号を増幅するために、前記伝送ファイバの中に
    発射されるようになっている増幅器。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    増幅された一次ポンプが、離散型ラマン増幅によって前
    記光信号を増幅するために、利得ファイバの中に導入さ
    れるようになっている増幅器。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    一次ポンプ・ソースが、パワー・レベルが１００ｍＷよ
    り小さい低パワーのポンプ・ソースである増幅器。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の増幅器において、前記
    一次ポンプ・ソースが自然放出のソースを含む増幅器。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の増幅器において、前
    記パワー・センシティブ・コンポーネントが偏光スクラ
    ンブラを含む増幅器。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の増幅器において、前
    記パワー・センシティブ・コンポーネントがスペクトル
    ・フィルタを含む増幅器。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載の増幅器において、前
    記パワー・センシティブ・コンポーネントの挿入損失が
    １０％以上である増幅器。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載の増幅器において、前
    記パワー・センシティブ・コンポーネントのＦＩＴレー
    トが１００ｍＷの光パワーに対して１０００より大きい
    増幅器。
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