JPH04301626A - 光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光増幅器に、および特に
ファイバラーマン増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファイバラーマン増幅器は一般に光励起
（ｐｕｍｐ）信号を使用する。その信号は持続波であり
且つ増幅されるべき信号の波長から１ストークス（Ｓｔ
ｏｋｅｓ）以上シフトされた適切な波長のものである。 例えば、１．５５ミクロン信号の増幅に対しては１．４
６ミクロン励起である。入力データストリーム信号およ
び励起信号は通常の送信ファイバ内で相互作用し、そし
て利得はラーマン効果によってデータストリーム信号内
で獲得される。エルビウムファイバ増幅器が導入されて
以来、ファイバラーマン増幅器にはあまり多くの注意力
は払われなかった。 何故なら、エルビウムファイバ増幅器の方がパワー的に
よりはるかに効率的だからである。同じ程度の大きさの
利得は、少なくとも１オーダ小さい大きさの平均パワー
にで達成されることができる。ラーマンファイバ増幅器
は通常　２００ｍＷの持続光を提供する光励起源を必要
とするが、エルビウムファイバ増幅器は同じ利得に対し
て約２０ｍＷを必要とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段】本発明によって、ソリトンシステムのための
ファイバラーマン増幅器が提供される。この増幅器は、
ソリトンを送信することができるある長さの光ファイバ
と、ソリトンストリームをファイバの一端部へ供給し且
つ係合するための手段と、パルス状にされた励起信号を
ファイバの前記一端部へ供給し且つ係合するための手段
とを具備しており、そのソリトンおよびパルス状にされ
た励起の信号はソリトンのラーマン増幅がファイバに沿
った送信の間に行われるようなものである。

【０００４】好ましくはパルス状にされた励起信号の設
備手段は、比較的低い平均出力パワーを有しているがソ
リトン間の間隔に対応する間隔で十分に高いピーク出力
パワーのパルスを提供しそれによってソリトンを増幅す
ることができるモード固定された源を具備する。

【０００５】パルスのウォーク−オフ（ｗａｌｋ−ｏｆ
ｆ）問題を解決するため、ソリトン波長はファイバのゼ
ロ分散よりも予め定められた量だけ大きく、そしてパル
ス状にされた励起信号はゼロ分散波長よりもほぼ前記予
め定められた量だけ小さい。

【０００６】

【実施例】上述されるように、ファイバラーマン増幅器
は高い平均光励起パワーを必要とする。このような平均
パワーを生成することができるレーザダイオード励起源
は実現していない。ソリトンシステムは現在、長距離遠
隔通信システムにとって重要な関心事になっている。理
想的なソリトンシステムでは、パルスはファイバを伝播
されてゆきそして分散を受けない。何故なら、自己位相
変調によって発生した新しい周波数構成要素と負の群速
度分散との間に動的釣り合いが存在するからである。負
の分散は新しく発生された高い周波数構成要素を低い周
波数構成要素に相関して加速し、それによってパルスを
その形状に保持する。不都合なことに“理想的な”状態
は、ファイバが無損失、すなわちゼロ減衰であることを
必要とする。ファイバ内の損失は有限であるので、損失
を克服するためにある形式の光増幅が必要とされる。光
増幅器によって、そのソリトン特性を喪失しつつある点
まで達したパルスを再度ソリトンに戻るまで増幅するこ
とができる。増幅器の選択としては、半導体レーザ、エ
ルビウムファイバおよびラーマンファイバの増幅器があ
る。最も広く使用されているのは半導体レーザおよびエ
ルビウムファイバであり、両者は“集中された（ｌｕｍ
ｐｅｄ）”増幅器、すなわち規則的な間隔で送信ファイ
バ中へと組継がれた個別の“装置”である。我々の別出
願明細書である独国特許第　９０２４３９２．４号明細
書（連番　　　　）（Ｋ　Ｃ　Ｂｙｒｏｎ　４２）は、
分布された光増幅機構を開示しており、それによってフ
ァイバは少なくともその長さの部分にわたってはほぼ無
損失を示すようにされ、それによって従来よりも中継器
（増幅器）間のより長い間隔を得る。

【０００７】ソリトンシステムでは、パルスの末尾部内
の有限のエネルギの量から生じる衝突の影響を抑制する
ため、ソリトンパルスはそのパルス幅の約８乃至１０倍
の時間間隔によって分離されなければならない。もしパ
ルスが少しでも接近するならば、それらの間の相互作用
のせいでそれらは互いに襲い始める。持続波光励起を使
用する通常のラーマンファイバ増幅では、たとえ十分に
高い平均パワーを供えた光励起源（持続波）が入手可能
となり且つ使用されることができるとしても、ソリトン
パルス間のかなりの量のエネルギが浪費されるであろう
。 しかしラーマン増幅はピコ秒のオーダの非常に迅速な処
理であり、そしてそれ故に放散の必要があるソリトンパ
ルスはラーマン増幅を使用して増幅されたパルスであり
得る。したがって高い平均パワーを供えた持続波光励起
源を必要とする代わりに、低い平均パワーレベルを供え
ているがソリトン間隔に対応する間隔で非常に短時間の
間に高いピークパワーを有するパルス状にされた光励起
源を使用することが提案されている。計算は、ソリトン
パルス間の時間間隔をソリトンパルス幅の１０倍にする
ことによって、励起源から必要とされる平均パワーは予
め必要とされるよりも１０倍少なくなり、それで　２０
０ｍＷである代わりにエルビウムシステムに対して必要
とされるのと同じ形態、すなわち２０ｍＷが同じ利得を
達成している間使用されることができる。例えば　２０
０ｍＷのピークパワーがなおも必要とされるが、それは
レーザ源が悪影響を受けないであろうような長い間隔お
よびそのような短い時間である。何故なら、大量のパワ
ーが常に必要とされるわけではないからである。

【０００８】例えば２０ピコ秒幅のソリトンパルスおよ
びパルス間のそれらの幅の８倍の時間間隔に対して通常
、安定送信のため暗示されるビットレイトは、１／（８
×２０×１０−１２　）＝６．２５Ｇｂｉｔ／ｓである
。もしソリトン信号が１．５６ミクロンにおいてである
ならば、１．４７ミクロンの光励起波長が使用されるこ
とができる。これに対する適切な光励起源は、３０ｍＷ
の平均出力パワーを有するモード固定されたダイオード
レーザである。このような装置は、現在の装置の許容限
度内に十分に入る。このような装置は、　１００Ｋｍの
長さのファイバ中継器に対して十分な利得を提供しそし
て数千Ｋｍにわたる安定ソリトン送信を可能にするであ
ろう３００ｍＷのピーク出力パワーをも有している。

【０００９】このようなパルス状にされた光励起を使用
することから生じる問題は、分散によるパルスのウォー
ク−オフである。光励起および信号は全く異なった波長
においてであり、分散の故に互いに通過し合い分離する
ことができる。何故なら、それらはファイバで異なった
時間間隔を有するからである。これは、ファイバの設計
および光励起と信号の波長の選択によって容易に改善さ
れることができる。ソリトンシステムでは、ソリトン波
長λＳ　はゼロ分散波長λＯ　（図２）より大きくなる
ように選択され、光励起波長λＰ　はλＳ　およびλＯ
　より短くなるように選択される。パルスのウォーク−
オフ問題を克服するため、λＯ　はλＰ　とλＳ　との
間のほぼ中央にあるべきであり、そして光励起およびソ
リトンパルスはファイバ全体を通して一緒に近接してい
るであろう。

【００１０】図１は、ソリトンファイバラーマン増幅器
の実施例を概略的に示している。データストリーム（１
０１１）は適切に変調されたソリトン源１からの出力で
あり、そしてファイバカプラ２の一方のアームに対する
入力である。カプラ２の他方の入力アームに対しては、
モード固定された（パルス状にされた）光励起源３の出
力が印加される。上述されたような特定化されたλＯ　
を有しその中でソリトン増幅が達成される通常の単一モ
ード送信ファイバ４は、カプラ２の１つの出力アームに
接続される。光励起源３からのパルスの調時とは、それ
がファイバ４内で増幅を得るためにソリトンパルスと同
期されることである。注目すべきなのは、たとえパルス
のウォーク−オフが存在する、すなわちパルスのウォー
ク−オフ問題を回避するための波長が選択されない、と
しても、増幅は提案された装置で達成されることができ
るという点である。増幅器は、パルスのウォーク−オフ
の影響が明確に回避されているときと同じように明確に
は効果的でないであろう。ソリトンシステムは高いビッ
ト速度、すなわち短いパルスを有し、そしてそれ故にウ
ォーク−オフのある光励起と信号との間の相互作用の距
離はそれのないときよりも短い。したがって獲得された
利得はより低くなるであろう。

【００１１】図３に示されるような一連の中継器（増幅
器）が存在する長距離送信システムでは、モード固定さ
れた各源（光励起）の出力は送信ファイバ４にその長さ
に沿った間隔で結合され、５のようなそれぞれ引き続く
源からの光励起パルスはまた入来するソリトンパルスと
同期されねばならない。これは、先行するポンプからの
光励起信号出力からのクロックを再生することによって
およびその際にモード固定された源を駆動するのにそれ
を使用することによって、各中継器において達成される
ことができる。したがって、システム全体は光励起とい
う観点から同期され、そしてソリトン信号は常にシステ
ム全体を通して励起パルスに伴われている。

【００１２】エネルギが励起パルスからソリトンパルス
へと移行されるにつれて、励起パルスそのものは涸渇さ
れるようになりそしてファイバ減衰による損失を受け、
そしてこれは中継器間の間隔に制限を設ける。しかしポ
ンプを励起することによって、すなわち２段階のラーマ
ン増幅処理を使用することによって、この間隔を伸張す
ることができる。２段階ラーマン増幅処理は、Ｔｈｅ　
Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｃｅｎｔｒｅ，Ｔ
ｈｅ　Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎ
ｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃａｎｂｅｒｒａ，ＡＣＴ　２６−
１，Ａｕｓｔｒａｌｉａ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ，　１ｓｔ　Ｍａｒｃｈ　１９９０，Ｖｏｌ
　２６，Ｎｏ　５，ｐｐ　３３４−３３６，Ｇ　Ｄ　Ｐ
ｅｎｇ　“Ｓｔｅｐ　ｂｙ　Ｓｔｅｐ　ＢＳＲＳ　ａｍ
ｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌｏｎｇ　ｓｐａｎ　
ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎ”参照）によって最近提案された。２段階ラーマン
増幅を使用すると、２つのポンプが必要とされ、１つは
図２に示された例示のλＰ　の、１つはより短い方の波
長λＰ１のものである。λＰ１はλＰ　から１ストーク
ス、λＳ　から２ストークスシフトされている。λＰ　
の光励起はλＰ１の光励起によって増幅されるが、同時
にλＰ　の光励起はλＳ　の信号を増幅している。 したがってλＰ　の光励起はλＰ１の光励起によって補
充されており、そして利得はλＳ　において獲得される
。両ポンプの波長の定義によって、遅延曲線上で両方が
等しくされることはあり得ない。しかしより短くより実
用的なレーザの波長である付加的な光励起（λＰ１）は
、ＮｄＹＡＧレーザ或いは例えばシリカ或いはフルオロ
イドのような異なったホストを伴ったＮｄドープされた
ファイバレーザのようなものによって容易に提供される
ことができる。そしてその場合、第１のポンプ（λＰ　
）に対して考えたピークパワーに対して必要とされるよ
うにパルス状にされるよりもむしろ持続波であり得て、
そしてウォーク−オフは問題ではなくなる。したがって
増幅器は、持続波の第１の光励起（１．３１９ミクロン
でのＮｄＹＡＧ）と、１．４６ミクロンの第２のパルス
状にされた光励起と、１．５５ミクロンのオーダのソリ
トン波長とを具備することができる。

【００１３】

【発明の効果】まとめて言えば、したがって本発明は通
常の送信ファイバとパルス状にされた光励起源とを使用
するソリトンシステムのための実用的なファイバラーマ
ン増幅器を提供する。光励起源は比較的低い平均パワー
レベルを必要とするのみであるが、ソリトン間の間隔に
対応する間隔で十分に高いピーク出力パワーパルスを提
供することができなければならず、それによってソリト
ンを増幅する。通常のモード固定されたレーザダイオー
ド源は必要な波長でこれを達成することができる。この
ようなパルス状にされた光励起源の使用が可能なのは、
ソリトンが相互作用の問題を回避するためにそれらのパ
ルス幅の約８乃至１０倍の間隔で隔てられねばならない
からである。通常、ラーマン増幅は高い平均パワー持続
波励起源を必要とし、そして必要な波長での適切なレー
ザダイオード源は入手できない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ソリトンファイバラーマン増幅器の概略図。

【図２】分散の変化を波長と共に示した図。

【図３】２つのソリトンラーマン増幅器を含む長距離ソ
リトン送信システムの概略図。

【符号の説明】

１，３…ソリトン源、２…カプラ、４…ファイバ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ソリトンを送信することができるある
   長さの光ファイバと、ソリトンストリームをファイバの
   一端部に供給し且つ係合するための手段と、パルス状に
   された励起信号をファイバの前記一端部に供給し且つ係
   合するための手段とを具備しており、そのソリトンおよ
   びパルス状にされた励起信号はソリトンのラーマン増幅
   がファイバに沿った送信の間に行われるようなものであ
   るソリトンシステムのためのファイバラーマン増幅器。
2. 【請求項２】　　パルス状にされた励起信号設備手段が
   、比較的低い平均出力パワーを有しているがソリトン間
   の間隔に対応する間隔で十分に高いピーク出力パワーの
   パルスを提供することができるモード固定された源を具
   備しそれによりソリトンを増幅する請求項１記載のファ
   イバラーマン増幅器。
3. 【請求項３】　　ファイバのゼロ分散波長はλＯ　であ
   り、ソリトン波長λＳ　は予め定められた量だけλＯ　
   より大きく、パルス状にされた励起信号波長λＰ　はほ
   ぼ前記予め定められた量だけλＯ　より小さい請求項１
   或いは２記載のファイバラーマン増幅器。
4. 【請求項４】　　第２の励起信号を光ファイバに供給し
   且つ結合するための手段を具備し、その第２の励起信号
   は前記パルス状にされた励起信号よりも短い波長であり
   そして持続波である請求項３記載のファイバラーマン増
   幅器。
5. 【請求項５】　　請求項１乃至４のいずれか１項記載の
   複数のつなぎ合わされたファイバラーマン増幅器を具備
   する長距離ソリトン送信システム。