JPH06202176A - バランス型光増幅器 - Google Patents

バランス型光増幅器

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JPH06202176A
JPH06202176A JP5250939A JP25093993A JPH06202176A JP H06202176 A JPH06202176 A JP H06202176A JP 5250939 A JP5250939 A JP 5250939A JP 25093993 A JP25093993 A JP 25093993A JP H06202176 A JPH06202176 A JP H06202176A
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JP
Japan
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pump
doped fiber
signal
amplifier
port
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JP5250939A
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English (en)
Inventor
Jean-Marc P Delavaux
ピ−．デラヴォー ジーン−マーク
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AT&T Inc
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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Publication date
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H01S3/06758—Tandem amplifiers
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
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    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のポンプ源の利点を有し、構造が単純な
光ファイバ増幅器を提供する。 【構成】 第１、第２のドープファイバ増幅器１４、１
６と、これらドープファイバ増幅器内で光通信信号の増
幅をする光ポンプ信号の信号源２２とを具備し、光通信
信号を増幅する本発明の装置は、第１、第２のドープフ
ァイバ増幅器とそれぞれ結合された第１、第２のポート
１８、２０と、ポンプ信号源と結合された第３及び第４
のポート２４、２８とを含む、波長分割マルチプレクサ
１２を具備し、しかも、第１のポンプ信号は、第３のポ
ートに入り、第１のドープファイバ増幅器と結合するべ
くマルチプレクサ内を伝搬し、また第２のポンプ信号
は、第４のポートに入り、第２のドープファイバ増幅器
と結合するべくマルチプレクサ内を伝搬するように、第
３及び第４のポートの結合がなされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ドープファイバ増幅器
に関し、特に、一つのマルチプレクサだけで複数の増幅
ステージへの通信信号入力及びポンプ信号入力を提供す
ることのできる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの光通信システムにおいて、従来
は、光・電子変換器と電子レギュレータ／リピータを使
用して信号のパワーを高める方法を用いているが、この
方法の代わりに直接光増幅する方法が求められている。
この要求に応えるべく、希土類でドープした光ファイバ
増幅器の開発が進められている。希土類ドープ光ファイ
バ増幅器を使用するときは、通常、その両端に光通信フ
ァイバが接続され、さらに、（方向性結合器を用いて）
レーザダイオードポンプ信号源が接続される。
【０００３】ポンプ信号（例えば980nmまたは1480nmの
特定波長のもの）が、希土類ドープ光ファイバ内で通信
信号とともに存在すると、通信信号の光ゲインが得られ
る。そのゲインはポンプ信号の伝搬方向に独立している
点が有利である。そのため、ドープファイバ増幅器は、
双方向に伝搬するポンプ信号を利用でき、しばしば、
「順方向伝搬ポンプ」または「逆方向伝搬ポンプ」とし
て用いる。
【０００４】多くの利用例においては、単一のポンプの
損失が増幅の損失につながらないように、複数のポンプ
源を用いる。例えば、米国特許第5,050,949号「複数ス
テージ光ファイバ増幅器」（D.J.DiGiovanni et al.,１
９９１年９月２４日発行）及び、米国特許第5,058,974
号「光伝送システムのための増幅分配」（L.F.Mollenau
er,１９９１年１０月２２日発行）に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記及び他の従来の装
置の問題点は、各ポンプ源ごとに、別個の波長分割マル
チプレクサを必要とすることである。従来の順方向また
は逆方向の増幅器の設計では、マルチプレクサ（バルク
マルチプレクサ、ファイバマルチプレクサまたは、集積
された光機器）の４個のポートのうちの３個を使用す
る。第１入力ポートは、ポンプ信号を結合するために用
い、第２入力ポートは、通信信号を結合するのに用い、
第１出力ポートは両方の入力信号を増幅媒体（例、希土
類ドープファイバ）に運ぶ共通ポートとして用いる。一
般に、第２出力ポートは、ブロックするか、または信号
もしくはポンプのタップとして使用する。
【０００６】各ポンプに別個のマルチプレクサを使用す
ることから必然的に、全体としての光損失、製造上の複
雑さ及びコストが増大する。さらに、ポンプ間のクロス
トークは、ゲインとノイズの不安定を招き、最終的には
ポンプの破壊をもたらすことがある。光フィードバック
からポンプを保護するための追加的アイソレータの挿入
は、このクロストーク問題の一つの解決ではあるが、こ
の場合やはり、増幅器全体の寸法、コスト及び複雑さが
増大する。
【０００７】したがって、本発明の目的は、複数のポン
プ源の利点を有し、余分のコスト及び構造の複雑さの増
大を伴わない光ファイバ増幅器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成する為に、第１所定パラメータを有する第１ドープフ
ァイバ増幅器１４と；第２所定パラメータを有する第２
ドープファイバ増幅器１６と；第１、第２ドープファイ
バ増幅器内で光通信信号Ｓinの増幅をする為に、所定波
長λPにおいて作動する光ポンプ信号Ｐの信号源２２
と；を具備し、所定の波長λSで作動し、光通信信号Ｓ
inの増幅をする装置において、
【０００９】第１ドープファイバ増幅器と結合された第
１ポート１８と、第２ドープファイバ増幅器と結合され
た第２ポート２０と、ポンプ信号源と結合された第３及
び第４ポート２４、２８とを含む、波長分割マルチプレ
クサ１２を具備し、しかも、第１ポンプ信号Ｐ1が第３
ポートに入り、第１ドープファイバ増幅器と結合するべ
くマルチプレクサ内を伝搬し、また、第２ポンプ信号Ｐ
2が第４ポートに入り、第２ドープファイバ増幅器と結
合するべくマルチプレクサ内を伝搬するように、第３及
び第４ポートの結合がなされていることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】図１は、基本的バランス型光増幅器１０の単
純化したブロック図である。増幅器１０は、一つの波長
分割マルチプレクサ１２を有し、二つの増幅部、具体的
には、第１ドープファイバ増幅器１４と第２ドープファ
イバ増幅器１６とを使用することによりバランス（平
衡）を保つ。第１ドープファイバ増幅器１４は、マルチ
プレクサ１２の第１ポート（入力ポート）１８と結合さ
れ、第２ドープファイバ増幅器１６は、マルチプレクサ
１２の第２ポート（出力ポート）２０と結合される。
【００１１】マルチプレクサ２０のその他のポート２
４、２８は、図１に示すように、二つのポンプ源２２、
２６に結合される。ここに、ポンプ源２２、２６は、あ
らかじめ設定されたポンプ波長の放射をする半導体レー
ザダイオードである。ポンプ波長λpumpは、例えばエル
ビウムをドープしたファイバ増幅器の場合、約980nmま
たは1480nmである。図１では、第１ポンプ源２２はマル
チプレクサ１２の第３ポート２４に結合され、第２ポン
プ源２６は第４ポート２８に結合されている。
【００１２】図１のバランス型光増幅器１０では、ポン
プ信号と適用する通信信号とがバランスされて対称的に
組み合わされる。動作時は、通信信号Ｓin（波長λS約1
550nm）は、まず入力アイソレータ３０を通り、第１フ
ァイバ増幅器１４に結合される。その後入力信号Ｓ
inは、第１ファイバ増幅器１４を通過し、第１ポート１
８によりマルチプレクサ１２に結合される。図１の点線
で示すように、信号Ｓinの波長λSはマルチプレクサ１
２内で信号パスを交差し、第２ポート２０から出て第２
ファイバ増幅器１６に結合する。
【００１３】増幅は、第１ポンプ源２２からのポンプ信
号Ｐ1の存在により第１ドープファイバ増幅器１４にお
いて行われる。ポンプ信号Ｐ1がマルチプレクサ１２を
通過するときの伝搬方向は図１に示すとおりである。ド
ープファイバ内をポンプ信号が通る方向は、通信信号の
増幅には影響を与えない。入力アイソレータ３０によ
り、第１ポンプ信号Ｐ1が信号路に沿ってさらに伝搬す
るのが阻止される。したがって、入力信号Ｓinは、第１
増幅器１４内で、逆方向に伝搬する第１ポンプ信号Ｐ1
の存在により増幅される。
【００１４】次に、第１増幅器１４からの出力Ｓamp,1
はマルチプレクサ１２を通過し、第２ドープファイバ増
幅器１６に結合される。図１に示すように、第２ドープ
ファイバ増幅器１６のポンプ信号は、第２ポンプ源２６
のポンプ信号Ｐ2より供給される。ポンプ信号Ｐ2は、図
１に示すように、マルチプレクサ１２内を通過し、第２
ファイバ増幅器１６の順方向伝搬ポンプ信号として与え
られる。信号Ｓamp,1は第２ファイバ増幅器１６内でさ
らに増幅され、バランス光ファイバ増幅器１０の最終的
出力信号Ｓamp,2が出力される。出力アイソレータ３２
は、反射信号が通信経路に沿って光増幅器１０に再び入
るのを阻止するために用いられている。
【００１５】本発明によるバランス型光増幅器１０の利
点の一つは、増幅器を（入力アイソレータ３０から出力
アイソレータ３２まで）「継ぎ目無し」ユニットとして
形成することができる点である。すなわち、増幅器１０
は、二つの別個の希土類ドープファイバ（例えば、エル
ビウムまたはプラセオジミウムでドープしたファイバ）
部からなる。図１に示すように、バランス型光増幅器１
０は、第１ドープファイバ部分３４（第１増幅器１４、
マルチプレクサ１２のポート１８とポート２４の間の部
分、およびポンプ源２２に至るまでの光経路を形成する
部分）と、第２ドープファイバ部分３６（第２ポンプ源
２６から、マルチプレクサ１２のポート２８とポート２
０の間の部分、及び第２増幅器１６に至るまでの光経路
を形成する部分）とからなる。
【００１６】マルチプレクサ１２内の増幅器通信信号Ｓ
amp,1の交差はファイバ３４とファイバ３６とを結合す
ることにより実現される。この結合は、例えば、融合フ
ァイバ結合、研磨／露出コア結合、エバネッセントフィ
ールド結合等である。このように、増幅器１０を構成す
るのにファイバ部分３４、３６のみを利用することか
ら、増幅器の設計上、寸法、コスト及び複雑さを低下さ
せることができる。さらに、分離したコンポーネント
（増幅器、マルチプレクサ、ポンプ源）の間を継ぐ必要
がないことから、増幅器１０内の挿入損失及び反射は著
しく低減される。
【００１７】ドープファイバ増幅器内での増幅は、特定
の波長（例えばλP＝980nmまたは1480nm）のポンプ信号
の存在のもとで予め決められた信号波長（λS＝1550n
m）で起こる。図１に示すように、第１ポンプ源２２と
第２ポンプ源２６は同じ波長（すなわちλP1＝λP2＝98
0nm）のポンプ信号を与えるものでよい。このような装
置は、真の「倹約型」増幅器（単一のポンプ源の損失が
全体の増幅損失に影響しない増幅器）、または図２に関
連して後述するように、単一のポンプ源をポンプ信号Ｐ
1およびＰ2両方に利用する場合に適する。しかし一般に
は、λP1とλP2とは相違してもよい。実際、各ポンプ波
長は異なる利点を生ずるため、両方のポンプ源の特質を
表すバランス型光増幅器を形成するために各波長が用い
られる。
【００１８】例えば図１において、ポンプ源２２はλP1
＝980nmのポンプ信号Ｐ1を第１ドープファイバ増幅器１
４に与える。980nmのポンプ信号を用いることは、比較
的高いゲインで低いノイズ（前置増幅器として理想的条
件）をもたらすものであることが知られている。
【００１９】第２ポンプ源２６は、λP2＝1480nmの第２
ポンプ信号Ｐ2を第２ドープファイバ増幅器１６に与え
るものであってもよい。1480nmでのポンピングは、その
ドープファイバ内での十分な反転分布を実現し、比較的
高い変換係数（例えば、１ｍＷのポンプにより０．８ｍ
Ｗの増大通信信号レベル）を実現させる。すなわち、パ
ワーを上げるのに理想的である。したがって、λP1＝98
0nmのポンプ信号Ｐ1とλP2＝1480nmのポンプ信号Ｐ2と
の組み合わせにより、比較的低い増幅自然放出（ＡＳ
Ｅ）（増幅器１４では低ノイズで、増幅器１６では高変
換効率）の、全体として平衡（バランス）した光増幅器
１０が実現できる。
【００２０】反射したポンプ信号およびその他の増幅自
然放出が増幅器に再び入るのを防ぐため、第１増幅器１
４と第２増幅器１６との間の信号経路に、追加のアイソ
レータを挿入してもよい。さらに、ドープファイバファ
イバ増幅器の種々のパラメータは、所望の増幅器性能を
得るべく制御してもよい。これらのパラメータには、例
えば、ファイバ内のドーピング濃度（及びさらにファイ
バ内のドーピング剤の分布勾配）、ドープファイバ部分
の長さｌ（小文字のエル）、ポンプ波長λP及びポンプ
パワーがある。これら及びその他のパラメータの組み合
わせは、ユーザが所望する結果（例えば最大ゲイン、パ
ワー上昇等）を得るように制御される。
【００２１】本発明のバランス型光増幅器の他の実施例
を図２に示す。バランス型光増幅器４０は図１のバラン
ス型光増幅器１０と共通の部分を多く含み、それらは共
通の符号を付してある。増幅器４０と増幅器１０との相
違点は、第１ドープファイバ増幅器１４および第２ドー
プファイバ増幅器１６にポンプ信号を与える手段の違い
にある。実際、バランス型増幅器４０の装置では、単一
のポンプ源が、第１ファイバ増幅器１４向けの逆方向伝
搬ポンプ信号Ｐ1と第２ファイバ増幅器１６向けの順方
向伝搬ポンプ信号Ｐ2の両方を供給するのに利用されう
る。
【００２２】図２において、ポンプ源４２は、ポンプ信
号ＰAをｋ比結合器４４の入力として供給する。結合器
４４は、単に、フューズ（融合）ファイバ結合器、ニオ
ブ酸リチウム結合器、またはその他の望ましい受動的ま
たは能動的結合器である。結合器４４は、二つの出力信
号経路に沿って入力信号のパワーレベルを分割する機能
を持つ。例えば従来の３ｄＢ結合器では、分割比は５
０：５０であって、各経路に沿う二つの等パワーレベル
信号を与えるものである。ポンプパワーは、望ましい増
幅特性を得るように制御されるパラメータの一つであ
る。図２において、増幅器４０への二つの出力ポンプ信
号ＰA1、ＰA2は、結合器４４からの別個の出力として形
成される。ここに、各ポンプそれぞれのパワーレベルは
結合器４４の比（すなわち「ｋ」の値）の関数である。
【００２３】図示のように、第１ポンプ信号ＰA1はマル
チプレクサ１２の第３ポート２４に結合され、第１ファ
イバ増幅器１４の逆方向伝搬ポンプ信号として使用され
る。第２ポンプ信号ＰA2はマルチプレクサ１２の第４ポ
ート２８に結合され、第２ファイバ増幅器１６の順方向
伝搬ポンプ信号として使用される。増幅器４０の動作
は、図１に示した増幅器１０とほぼ同様である。
【００２４】単一のポンプ源を使用することは、そのポ
ンプ源が故障したときに増幅が全く行われなくなること
から、望ましくないことが多い。このため、第２ポンプ
源（ほぼ同一の波長で作動するもの）を、バックアップ
（予備）モードで、または両方のポンプ源を同時に使用
するようにして、利用することの方が望ましい。図２で
は、そのような第２ポンプ源４６が示されていて、第２
ポンプ源４６は結合器４４の第２入力となっている。第
２ポンプ源４６はポンプ信号ＰBを供給するもので、信
号ＰBは、上述のＰAと同様に、結合器４４で分割され二
つの出力信号となる。
【００２５】第２ポンプ源４６は、第１ポンプ源４２が
作動している間は作動せず、第１ポンプ源４２が故障し
たときだけ利用されるようにしてもよい。または、前述
のように、第２ポンプ源４６を第１ポンプ源４２と同時
に使用するようにしてもよい。後述するように、両方の
ポンプを使用することにより、この増幅器装置に供給さ
れるポンプパワーが倍増してこのバランス型光増幅器の
特性が改善される。
【００２６】望ましくは、図示のように、バランス型光
増幅器４０は、二つのドープファイバ部分３４、３６
（アイソレータ３０、３２の間に配設）を有し、マルチ
プレクサ１２及び結合器４４の両方を形成するように互
いに（例えば、融合により、または研磨により）結合さ
れる。この場合もまた、このような「継ぎ目無し」構造
は、分離（デイスクリート）タイプに比べてよりコスト
効率がよく、強力で、かつ挿入損失及び反射が小さい。
【００２７】図１及び図２に示した本発明のバランス型
光増幅器構造によれば、従来の構造に比べて、損失及び
クロストークの両方について制約が緩和される。例え
ば、入力信号Ｓinの挿入損失が比較的高いことから、ゲ
インが低くなるが、信号と増幅自然放出が同程度に減衰
されるので、ノイズ形状は悪化しない。
【００２８】クロストークは、マルチプレクサ１２が前
記二つのポンプ信号が光信号経路を交換するのを禁止す
る程度に極小化される。λpump＝980nmの場合、従来の
波長分割マルチプレクサは、隣接する導波路同士の間で
２５ｄＢ以上のアイソレーションを示す。
【００２９】さらに、ドープファイバ増幅器の種々のパ
ラメータ、例えば第１ドープファイバ増幅器１４の長さ
ｌ1及び第２ドープファイバ増幅器１６の長さｌ2、を制
御することにより、種々の応用（例えば前置増幅、λP1
≠λP2のパワー上昇）に適した光ポンピングが得られ
る。
【００３０】図３は、図２に示した装置におけるポンプ
パワーの関数として内部ゲインとノイズを示すグラフで
ある。通信信号Ｓinのパワーは３２ｄＢｍとし、ポンプ
波長は981nmとする。図示された実測値は、３種の信号
波長（λS）：1533nm,1548nm,1563nmにおける値であ
る。ここに、これら３種の波長は、この増幅器のゲイン
スペクトラムの３個の別個の領域に対応する。図示のよ
うに、信号ゲインは、増幅自然放出の形を再現するもの
で、λS＝1533nmの場合で最大ゲインは３４ｄＢであ
る。ノイズの形は、直線的部分で、３ないし４ｄＢ（λ
Sに依存する）の相違があり、両方の増幅器でほぼ完全
な反転分布があることを示している。
【００３１】この発明のバランス型光増幅器は、前置増
幅器として使用できる。前置増幅器で重要な基準は、比
較的高いゲイン（例えば２０ｄＢ以上）と低いノイズ
（例えば約３ｄＢ）である。これらの目的は、第１増幅
器１４の増幅を制限することにより、例えば、第１ドー
プファイバ部の長さｌ1を第２ドープファイバ部の長さ
ｌ2よりも短くするこにより達成できる（または、増幅
を制限するために、ポンプパワー及び／またはドーピン
グ剤濃度を減少させることでも達成できる）。例えば、
ｌ1を１ｍとし、ｌ2を５ｍとする。
【００３２】このような前置増幅器構成の、λS＝1533n
mおよび1548nmについての飽和特性を図４に示す。実線
は、７０ｍＷのポンプパワーに対応し、単一のポンプ源
（例えば図２のポンプ源４２）を、順方向に伝搬するポ
ンプ信号及び逆方向に伝搬するポンプ信号を供給するも
のとして使用したときに対応する。また、破線は、１４
０ｍＷのポンプパワーに対応し、二つのポンプ源（例え
ば図２のポンプ源４２及び４６）を同時に使用する場合
に対応する。
【００３３】本発明によるバランス型光増幅器は、例え
ば第１ドープファイバ増幅器領域内のゲインを増すこと
により、パワーブースタとして使用できる。ゲインを増
すには、例えば、第１ドープファイバ増幅器１４の長さ
ｌ1を増すことで達成できる。ここにｌ1は、第２ドープ
ファイバ増幅器１６の長さとほぼ同じ長さ（ｌ1＝ｌ2＝
５ｍ）にまで増すことができる。他の例として、ポンプ
パワー及び／またはドーピング剤濃度を変えてもよい。
【００３４】図５は、本発明のパワーブースタの実施例
のゲインとノイズを示すグラフである。図示のとおり、
ポンプパワーが１４０ｍＷで、信号波長λSが1533nm及
び1548nmの場合（すなわち、ポンプ源４２と４６を同時
に使用）のゲインとノイズを測定した。両方の波長のゲ
イン曲線は飽和領域で収束することがわかる。また、両
方の波長のノイズ曲線は、飽和の開始の時に少し低下す
ることがわかる。
【００３５】図６は、本発明によるカスケード型バラン
ス型光増幅器の実施例５０を示す。バランス型光増幅器
５０は、前置増幅器として機能する第１増幅ステージ５
２と、パワーブースタとして機能する第２増幅ステージ
５４とを有する。第１アイソレータ５６は増幅器５０の
入力部に配設され、第２アイソレータ５７は第１増幅ス
テージ５２と第２増幅ステージ５４との間に配設され、
第３アイソレータ５８は増幅器５０の出力部に配設され
ている。前置増幅器５２は、上述の前置増幅器と同様に
機能する。ここで、第１増幅器６０の長さｌ1は、（第
１増幅器６０内での増幅を制限するために）第２増幅器
６２の長さｌ2よりも短くする。
【００３６】通信信号Ｓin及びポンプ信号Ｐ1、Ｐ2の方
向は図６に示すとおりである。第１増幅ステージ５２の
出力における増幅されたメッセージ信号Ｓamp,2は、ア
イソレータ５７を通り、その後パワーブースタ増幅ステ
ージ５４のインプットとして与えられる。第２増幅ステ
ージ５４は、第１増幅器６４と第２増幅器６６とがほぼ
等しいゲインとなるように形成されている。ここに各増
幅器６４、６６の長さは、図６でｌ3として示されてい
る。信号Ｓamp,2は、パワーブースタ５４の第１増幅器
６４に入力される。そして、第１増幅器６４からは信号
Ｓamp,3が出力され、信号Ｓamp,3はその後マルチプレク
サ６５を通過し、最後に第２増幅器６６で増幅され出力
信号Ｓamp,4を形成する。
【００３７】図７には、「継ぎ目無し」カスケード型バ
ランス型光増幅器７０を示す。上述のカスケード型バラ
ンス型光増幅器５０と同様に、増幅器７０は、前置増幅
器たる第１ステージ７２とパワーブースタたる第２ステ
ージ７４とを有する。アイソレータ５６、５７、５８が
図示のように配設されている。図示の構成で、ポンプ信
号は両方のステージ間で分配され結合され、これにより
ポンプ源の共用がなされるとともに、予備系を提供する
ことにもなる。
【００３８】図示のように、前置増幅器７２には、長さ
ｌ1の第１増幅器７６と、ファイバマルチプレクサ８０
と、長さｌ2の第２増幅器７８とを含んでいる。ここに
ｌ1＜ｌ2である。パワーブースタ７４は、同様に、長さ
ｌ3の第１ドープファイバ増幅器８２と、融合ファイバ
マルチプレクサ８６と、同じ長さｌ3の第２ドープファ
イバ増幅器８４とを含んでいる。
【００３９】ポンプ信号は、一組のポンプ源８７、８
８、８９、９０により、４個のドープファイバ増幅器７
６、７８、８２、８４すべてに供給される。図７に示す
ように、ポンプ源８７と８８は方向性結合器９２で結合
され、二つの出力ポンプ信号Ｐ1、Ｐ2を出力する。同様
に、ポンプ源８９と９０は方向性結合器９４で結合さ
れ、二つの出力ポンプ信号Ｐ3、Ｐ4を出力する。上述の
ように、一つの信号ポンプ源は、結合器９２または９４
を通過すると二つの出力信号を出力する。したがって、
ポンプ源８８、９０は単に「予備」ポンプ源であって、
必ずしも使用されない。
【００４０】他の実施例（図示せず）として、４個の増
幅器すべてに対して１個のポンプ源だけを使用すること
もできる。この場合、その１個のポンプ信号が、直列に
並べられた結合器を通してすべてのドープファイバ増幅
器に分配される。
【００４１】カスケード型バランス型光増幅器７０は、
すべての必要な機能（アイソレータを除く）をドープフ
ァイバの４部分だけで行うという意味で「継ぎ目無し」
である。図７ではこの４部分をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示して
いる。
【００４２】具体的には、ドープファイバＡ部分の機能
は、（１）ポンプ源８７の信号経路；（２）結合器９２
の第１信号経路；（３）ポンプ信号Ｐ1の信号経路；
（４）マルチプレクサ８０の第１信号経路；（５）前置
増幅器７２の第２ドープファイバ増幅器７８；である。
同様に、ドープファイバＢ部分の機能は、（１）ポンプ
源８８の信号経路（もしもあれば）；（２）結合器９２
の第２信号経路；（３）ポンプ信号Ｐ2の信号経路；
（４）マルチプレクサ８６の第１信号経路；（５）パワ
ーブースタ７４の第２ドープファイバ増幅器８４；であ
る。ドープファイバ部分Ｃ及びＤも、図７に示すよう
に、同様である。
【００４３】本発明のバランス型光増幅器の構成で、通
常の通信の帯域幅（すなわち1530-1560nm）でドープフ
ァイバ内のゲインを等化させることも重要である。特
に、通常の通信の帯域幅で、希土類ドーピング剤の不規
則的蛍光スペクトラムにより不均一なゲインがもたらさ
れる。1530-1560nmの帯域の全体的ゲインの効果的な平
滑化は、その増幅器内でノッチフィルタを使用すること
で実現できることがわかった。または、本発明により、
ドープファイバのポンピングされない長さの吸収特性を
利用して、受動的等化も可能である。
【００４４】具体的には、ポンピングされないエルビウ
ムドープのファイバの吸収の増大は、1530nmにおけるゲ
インピークに対応する。したがって、通信信号パワー及
び自然放出セルフポンピングがファイバの実質飽和パワ
ーよりも小さいときは、ファイバはゲインスペクトラム
の短い方の波長を選択的に吸収する。このようにして、
ファイバからポンプ信号を取り除くことにより、短い波
長（1531nm）におけるゲインピークは低下し、増幅器の
正味ゲインリップルが低減する。
【００４５】図８は、本発明のバランス型光増幅器１０
０を示すもので、上述の受動ゲイン等化を提供するもの
である。図示のように、増幅器１００は、マルチプレク
サ１０２、第１ドープファイバ増幅器１０２、第２ドー
プファイバ増幅器１０４を有する。前述の構成とほぼ同
様に、第１ドープファイバ増幅器１０２はマルチプレク
サ１０２の第１ポート（入力ポート）１０８と結合さ
れ、第２ドープファイバ増幅器１０４はマルチプレクサ
１０２の第２ポート（出力ポート）１１０と結合され
る。二つのアイソレータ１１２、１１４が、それぞれ、
増幅器１００の入力部及び出力部に配設されている。
【００４６】通信信号Ｓinは、図示のように増幅器１０
０に結合され、破線の矢印で示すように増幅器１００内
を伝搬される。第１ドープファイバ増幅器１０２は第１
ポンプ源１１６からのポンプ信号Ｐにより逆方向にポン
ピングされる。この第１ポンプ信号Ｐはマルチプレクサ
１０２のポート１１８に結合され、増幅器１００内を図
８に示す方向に伝搬される。第２ドープファイバ増幅器
１０４は、この実施例ではポンピングされず、増幅器１
００の全体ゲインを極端に下げないで必要なゲインの等
化をするような長さを選択する。
【００４７】このような構成において、動作時は、通信
信号Ｓinは、ポンピングされる第１ドープファイバ増幅
器１０２を通過するときに増幅され、信号Ｓampを作
る。増幅された信号Ｓampはその後マルチプレクサ１０
２を通過し、第２増幅器１０４（これはポンピングされ
ない）にはいる。そのあと増幅された信号Ｓampのゲイ
ンは第２増幅器１０４内で少し減衰される。第２増幅器
は、全体のゲインが低くなりすぎないように、しかも必
要な程度の「平坦化」をするように長さを選択する。
【００４８】例えば、第１増幅器１０２は長さｌaを約
５ｍとし、第２（ポンピングしない）増幅器１０４は長
さｌbを約２．５ｍとする。したがって、この実施例で
は、第１増幅器１０２は前置増幅器として機能し、低ノ
イズ（約３ｄＢ）で高ゲインを呈する。第２増幅器１０
４の長さは、実用される波長帯域において最小のゲイン
リップルを達成するように選択される。
【００４９】図９は、図８の等化したバランス型光増幅
器１００のゲインとゲインリップルとを表す曲線を示
す。ゲインとゲインリップルは、２種類の信号波長
λS：1533nmおよび1548nmについて、ポンプパワーが１
０ｍＷ以下から約７０ｍＷまでの幅で測定した。両方の
信号波長のゲイン曲線とも、広い範囲のポンプパワー領
域について、等化がうまくいっていることを示してい
る。同様に、ゲインリップルは、比較的一定であって、
３０ｍＷでは最大値２．５ｄＢ、７０ｍＷでは最大値
４．１ｄＢをとることがわかる。
【００５０】図１０は、自動ゲイン制御機能を持つ増幅
器の実施例１２０を示す。第２増幅器をポンピングしな
い場合と異なり、この増幅器のポンプ信号入力は、増幅
器のゲイン・損失特性を修正するべく制御（例えばオン
とオフ）される。上述のものと同様に、増幅器１２０
は、第１ドープファイバ増幅器１２２と、第２ドープフ
ァイバ増幅器１２４とを具備する。これら増幅器１２
２、１２４の間には、波長分割マルチプレクサ１２６が
配設されていて、これにより通信信号Ｓinとポンプ信号
との必要な伝搬方向を与える。
【００５１】アイソレータ１２８、１３０は、図示のよ
うに、それぞれ入力部と出力部とに配設される。第１ポ
ンプ源１３２は、図示のように、第１増幅器１２２への
ポンプ信号入力として、ポンプ信号Ｐ1を供給するべ
く、マルチプレクサ１２６に結合される。第１増幅器１
２２は、高ゲイン、低ノイズを入力信号Ｓinに与えるよ
うな長さｌ1を選択する。したがって、他の構成と同
様、信号Ｐ1による一定ポンピングは、第１増幅器１２
２の出力として、増幅された信号Ｓ1を生成する。
【００５２】第２ポンプ源１３４も図１０に示されてい
る。この図では、上述の構成とは異なり、第２ポンプ源
１３４はマルチプレクサ１２６に直接結合されておら
ず、変調器１３６を通過する。変調器１３６は、時間の
関数として変化するポンプ信号Ｐ2（ｔ）を生成するも
のである。そこで、信号Ｐ2（ｔ）のデユーテイサイク
ルは、第２増幅器１２４内で望ましいゲイン・損失値を
与えるべく、（すなわち、デユーテイサイクルが低いほ
どポンプパワーが低くなるように、０％パワーは信号無
しに、５０％は半分のパワーに、１００％はフルパワー
に対応するように）制御される。
【００５３】実際には、動的修正をするために、そして
それにより自動ゲイン制御を行うために、第２増幅器１
２４からの増幅された出力信号を、変調器１３６の入力
としてフィードバックしてもよい（図示せず）。さら
に、第１増幅器１２２に与えられるポンプ信号Ｐ1もま
た、ゲイン／損失制御可能性を付加するために、変調し
てもよい。
【００５４】上述の構成のほか、図８及び図１０のゲイ
ンの等化と自動レベル制御を「継ぎ目無し」増幅器とし
て形成することもできる。その場合、増幅器１２０の変
調器１３６さえもドープファイバの一部分で形成するこ
とができる。さらに、これらの構成は、前置増幅器とパ
ワーブースタの組み合わせにより、種々の所望の特性を
与える多ステージの組み合わせを形成できる。
【００５５】その他の実施例として、波長分割マルチプ
レクサ、方向性結合器、変調器等に種々の別個のコンポ
ーネントを利用することもできる。さらに、現在はドー
プファイバ増幅器用ドーピング剤としてエルビウムが考
えられているが、その他にも使用可能性のある材料はた
くさんある。例えばプラセオジミウム等の他の希土類元
素であり、これは、上述の例で示した980nm及び1480nm
以外の波長での増幅で利用できる。
【００５６】
【発明の効果】本発明の光ファイバ増幅器によれば、複
数のポンプ源の利点を有し、しかも余分のコスト及び構
造の複雑さの増大を伴わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】２個の別個のポンプ源を使用する本発明の基本
的バランス型光増幅器の一実施例のブロック図。
【図２】２個のポンプ源とｋ比結合器を使用する本発明
の基本的バランス型光増幅器の他の実施例のブロック
図。
【図３】図２に示す装置の内部ゲインとノイズとを、ポ
ンプパワーと駆動流との関数として示すグラフ。
【図４】本発明のバランス型光増幅器を前置増幅器とし
て使用した場合の飽和特性を示すグラフ。
【図５】本発明のバランス型光増幅器の構造のパワーブ
ースタの特性を示すグラフ。
【図６】前置増幅器とパワーブースタの双方を含む本発
明のカスケード型バランス型光増幅器のブロック図。
【図７】本発明の「継ぎ目無し」カスケード型バランス
型光増幅器のブロック図。
【図８】本発明のゲイン等化型バランス型光増幅器のブ
ロック図。
【図９】図９のゲイン等化型バランス型光増幅器のゲイ
ンとゲインリップルを示すグラフ。
【図１０】本発明の自動レベル制御型バランス型光増幅
器のブロック図。
【符号の説明】 １０ 増幅器 １２ マルチプレクサ １４ 第１ドープファイバ増幅器 １６ 第２ドープファイバ増幅器 １８ 第１ポート ２０ 第２ポート ２２ 第１ポンプ源 ２４ 第３ポート ２６ 第２ポンプ源 ２８ 第４ポート ３０ 入力アイソレータ ３２ 出力アイソレータ ３４ 第１ドープファイバ部分 ３６ 第２ドープファイバ部分 ４０ バランス型光増幅器 ４２ 第１ポンプ源 ４４ 結合器 ４６ 第２ポンプ源 ５０ バランス型光増幅器 ５２ 第１増幅ステージ ５４ 第２増幅ステージ ５６ 第１アイソレータ ５７ 第２アイソレータ ５８ 第３アイソレータ ６０、６４ 第１増幅器 ６１、６５ マルチプレクサ ６２、６６ 第２増幅器 ７０ カスケードバランス増幅器 ７２ 前置第１増幅ステージ ７４ パワーブースタ増幅器 ７６ 第１増幅器 ７８ 第２増幅器 ８０、８６ ファイバマルチプレクサ ８２ 第１ドープファイバ増幅器 ８４ 第２ドープファイバ増幅器 ８７、８８、８９、９０ ポンプ源 ９２、９４ 方向性結合器 １００ 増幅器 １０２ マルチプレクサ １０４ 第１ドープファイバ増幅器 １０６ 第２ドープファイバ増幅器 １０８ 第１ポート １１０ 第２ポート １１２、１１４ アイソレータ １１６ ポンプ源 １１８ ポート １２０ 増幅器 １２２ 第１ドープファイバ増幅器 １２４ 第２ドープファイバ増幅器 １２６ 波長分割マルチプレクサ １２８、１３０ アイソレータ １３２ 第１ポンプ源 １３４ 第２ポンプ源 １３６ 変調器

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１所定パラメータの第１ドープファイ
    バ増幅器（１４）と、 第２所定パラメータの第２ドープファイバ増幅器（１
    ６）と、 前記第１、第２ドープファイバ増幅器内で、光通信信号
    （Ｓin）の増幅をする所定波長（λP）で作動する光ポ
    ンプ信号（Ｐ）の信号源（２２）と、 前記第１ドープファイバ増幅器が結合される第１ポート
    （１８）と、前記第２ドープファイバ増幅器と結合され
    る第２ポート（２０）と、前記ポンプ信号源と結合され
    る第３ポート（２４）及び第４ポート（２４、２８）と
    を有する波長分割マルチプレクサ（１２）と、を具備す
    るバランス型光増幅器において、 第１ポンプ信号（Ｐ1）が、前記第３ポートに入り、前
    記第１ドープファイバ増幅器と結合するべく前記マルチ
    プレクサ内を伝搬し、 第２ポンプ信号（Ｐ2）が、前記第４ポートに入り、前
    記第２ドープファイバ増幅器と結合するべく前記マルチ
    プレクサ内を伝搬するように、前記第３及び第４ポート
    が結合され所定波長（λS）で作動し、前記光通信信号
    （Ｓin）を増幅することを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項２】 前記第１及び第２所定パラメータは、
    各ドープファイバ増幅器の長さ（ｌ）と、各ドープファ
    イバ増幅器内のドーピング濃度と、ポンプ信号パワー
    と、ポンプ信号波長とを含むことを特徴とする請求項１
    の装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２所定のパラメータ
    は、前記第１ドープファイバ増幅器内の増幅が前記第２
    ドープファイバ増幅器内の増幅よりも小さくなるような
    前置増幅器を形成するよう、選択されることを特徴とす
    る請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１ドープファイバ増幅器の長さ
    （ｌ1）を前記第２ドープファイバ増幅器の長さ（ｌ2）
    よりも小さくし、前置増幅器として機能させることを特
    徴とする請求項３の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２ドープファイバ増幅
    器は、エルビウムでドープした増幅器で、λPは約980nm
    であり、ｌ1は約１ｍで、ｌ2は約５ｍであることを特徴
    とする請求項４の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１増幅器のパラメータは、前記
    装置がパワーブースタ増幅器を構成するよう、第２増幅
    器のパラメータとほぼ等しいことを特徴とする請求項１
    の装置。
  7. 【請求項７】 前記第１ドープファイバ増幅器の長さ
    ｌ1と前記第２ドープファイバ増幅器の長さｌ2とをほぼ
    等しくし、パワーブースタとして機能させることを特徴
    とする請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２ドープファイバ増幅
    器は、エルビウムでドープした増幅器を具備し、λPは
    約980nmであり、ｌ1及びｌ2は、約５ｍであることを特
    徴とする請求項７の装置。
  9. 【請求項９】 前記第１ポンプ信号は、前記第２ポン
    プ信号の波長（λP2）とほぼ等しい波長（λP1）を有す
    ることを特徴とする請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】 前記ポンプ信号源は、２個の別個の
    ポンプ源要素を有し、そのうちの第１ポンプ源要素は、
    前記波長分割マルチプレクサの第３ポートに結合され、
    第２ポンプ源要素は、前記波長分割マルチプレクサの第
    ４ポート結合されることを特徴とする請求項９の装置。
  11. 【請求項１１】 前記ポンプ信号源は、 １個のポンプ源要素と；そのポンプ源要素からの出力
    を、前記マルチプレクサの第３ポートに結合される第１
    光経路と、前記マルチプレクサの第４ポートに結合され
    る第２光経路とに沿って、二つに分割する手段と；を有
    することを特徴とする請求項９の装置。
  12. 【請求項１２】 前記分割手段は、前記第１、第２信
    号経路の間で必要なパワー分配を得られるように制御さ
    れたｋの値をもつｋ比結合器を具備することを特徴とす
    る請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 前記分割手段は、第２入力ポンプ源
    要素に応じることを特徴とする請求項１１の装置。
  14. 【請求項１４】 前記第２入力ポンプ源要素は、予備
    ポンプ源要素として使用され、前記第１ポンプ源要素が
    故障したときに作動することを特徴とする請求項１３の
    装置。
  15. 【請求項１５】 前記第２入力ポンプ源要素は、ポン
    プパワーを増すために、前記第１ポンプ源要素と同時に
    使用されることを特徴とする請求項１３の装置。
  16. 【請求項１６】 第１ポンプ信号は、前記第２ポンプ
    信号に係る波長（λP2）と異なる第１ポンプ波長
    （λP1）で動作することを特徴とする請求項１の装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１及び第２ドープファイバ増
    幅器は、エルビウムでドープした増幅器で、λP1は約98
    0nmで、λP2は約1480nmであることを特徴とする請求項
    １６の装置。
  18. 【請求項１８】 前記マルチプレクサの第４ポートへ
    の前記ポンプ信号入力は、時間の関数として変化する信
    号レベルを提供するよう制御されることを特徴とする、
    請求項１の装置。
  19. 【請求項１９】 前記第４ポートへのポンプ入力は、
    前記第２ドープファイバ増幅器がポンピングされないで
    増幅されるのに必要なレベルよりも低く維持されること
    を特徴とする請求項１８の装置。
  20. 【請求項２０】 前記第４ポートへのポンプ入力は、
    前記第２ドープファイバ増幅器が「オン」（ポンピング
    あり）と「オフ」（ポンピング無し）との間で変化する
    ように変調されることを特徴とする請求項１８の装置。
  21. 【請求項２１】 前記第１ドープファイバ増幅器、前
    記マルチプレクサの第１ポートから第３ポートまでの前
    記マルチプレクサ内の第１光信号経路、及び前記第１ポ
    ンプ信号のための光信号経路、の形成に使用される第１
    ドープファイバ部分と、 前記第２ポンプ信号のための前記光信号経路と、前記マ
    ルチプレクサの第４ポートから第２ポートまでの前記マ
    ルチプレクサ内の第２光信号経路と、前記第２ドープフ
    ァイバ増幅器との形成に使用される第２ドープファイバ
    部分と、を有し、 前記第１ドープファイバ部分及び第２ドープファイバ部
    分は、前記マルチプレクサ内部で、前記第１ポートから
    第２ポートへの信号経路及び前記第４ポートから第３ポ
    ートへの信号経路を構成するように融合され、継ぎ目無
    しであることを特徴とする請求項１の装置。
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