(57)【要約】光ファイバの少なくとも２つの双方向性の対を集合的に形成する異なる一方向性光ファイバにおいて進行する光学信号に各々が光学増幅を供給する少なくとも４つの光増幅器を含む光学自動中継装置が提供される。自動中継装置も、第１の光ファイバの対に位置する第１の光ファイバ、および、第２の光ファイバの対に位置する第２の光ファイバにポンプ・エネルギを提供するための第１の複数のポンプ源を含む。第１の光ファイバおよび第２の光ファイバは、共通の方向において進行している光学信号をサポートする。第１のコンバイナ配置は、第１の複数のポンプ源からのポンプ・エネルギを結合し、かつ、第１および第２の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する光増幅器にそれを分配する。第２の複数のポンプ源は、第１の光ファイバの対に位置する第３の光ファイバ、および、第２の光ファイバの対に位置する第４の光ファイバにポンプ・エネルギを提供する。第３の光ファイバおよび第４の光ファイバは、第１および第２の光ファイバの方向の反対側である共通の方向において進行している光学信号をサポートする。第２のコンバイナ配置は、第２の複数のポンプ源からのポンプ・エネルギを結合し、かつ、第３および第４の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する光増幅器にそれを分配する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学自動中継装置であって、：
集合的に少なくとも２つの双方向性の光ファイバの対を形成する異なる一方向性の光ファイバにおいて進行している光学信号に光学増幅を各々が供給する少なくとも４つの光増幅器と；
第１の前記光ファイバの対において位置する第１の光ファイバ、および、第２の前記光ファイバの対において位置する第２の光ファイバにポンプ・エネルギを提供するための第１の複数のポンプ源であって、前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバは、共通の方向に進行している光学信号をサポートするポンプ源と；
前記第１の複数のポンプ源から前記ポンプ・エネルギを結合し、かつ、それを前記第１お
よび前記第２の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する前記光増幅器に分配する第１のコンバイナ配置と；
前記第１の光ファイバの対において位置する第３の光ファイバ、および、前記第２の光ファイバの対において位置する第４の光ファイバにポンプ・エネルギを提供するための第２の複数のポンプ源であって、前記第３の光ファイバおよび前記第４の光ファイバは、前記第１および第２の光ファイバの方向の反対側である共通の方向に進行している光学信号をサポートするポンプ源と；
前記第２の複数のポンプ源から前記ポンプ・エネルギを結合し、かつ、それを前記第３および前記第４の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する前記光増幅器に分配する第２のコンバイナ配置と；
からなる光学自動中継装置。
【請求項２】
請求項１の光学自動中継装置であって、前記第１および前記第２の光ファイバにおける前記光増幅器を横切る過剰なポンプ・エネルギを前記第３および前記第４の光ファイバに、前記第３および前記第４の光ファイバを横切る光学信号に増幅を供給する前記光増幅器から上流の位置において伝達する第１の受動的な連結配置をさらに含む光学自動中継装置。
【請求項３】
請求項２の光学自動中継装置であって、前記第３および前記第４の光ファイバにおける前記光増幅器を横切る過剰なポンプ・エネルギを前記第１および前記第２の光ファイバに、前記第１および前記第２の光ファイバを横切る光学信号に増幅を供給する前記光増幅器から上流の位置において伝達する第２の受動的な連結配置をさらに含む光学自動中継装置。
【請求項４】
請求項１の前記光学自動中継装置において、前記光増幅器は、希土類をドープさせた光増幅器である光学自動中継装置。
【請求項５】
請求項４の前記光学自動中継装置において、前記希土類をドープさせた光増幅器は、エルビウムをドープさせた光増幅器である光学自動中継装置。
【請求項６】
請求項１の前記光学自動中継装置において、前記第１のコンバイナ配置は、第１のコンバイナ、および、前記コンバイナからのポンプ・エネルギを前記第１および前記第２の光ファイバに結合する第１の複数のカプラを含む光学自動中継装置。
【請求項７】
請求項６の前記光学自動中継装置において、前記第２のコンバイナ配置は、第２のコンバイナ、および、前記第２のコンバイナからのポンプ・エネルギを前記第３および前記第４の光ファイバに結合する第２の複数のカプラを含む光学自動中継装置。
【請求項８】
請求項７の前記光学自動中継装置において、前記第１および第２のコンバイナが２×２コンバイナである光学自動中継装置。
【発明の詳細な説明】
【関連した出願についての記載】
【０００１】
本出願は、同じ発明者によって2002年8月20日に出願され、「四角形の増幅器およびポンプ分配構造」という名称の暫定的な米国特許出願60/404,719に対する優先権の利益を請求する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に光伝送システムで使用されるような光増幅器に関し、特に欠陥のあるポンプ源が直ちに決定されることができる光増幅器装置に関する。
【発明の背景】
【０００３】
光増幅器は、動力伝達装置、および、システム損失を補償するネットワーク、特に波長分割多重方式（WDM）および高密度波長分割多重方式（DWDM）通信システムにおいて基本的な構成要素になった。WDM動力伝達装置において、異なるキャリア波長によって各々が定義される２またはそれ以上の光学データ伝達チャネルは、遠隔レシーバに伝達するため一般的な経路へ結合される。キャリア波長は、振動数領域において重ならないように充分に分離される。一般的に、長距離光ファイバ・システムにおいて、光増幅器は通常約120km未満の距離の横断後、同時に一組の波長チャネルを増幅する。
【０００４】
ある種の光増幅器は、希土類イオンを能動素子として使用する希土類をドープさせた光増幅器である。イオンは、ファイバ・コアにおいてドープされ、そして、ゲインを提供するために光学的にポンピングされる。シリカファイバ・コアは、イオンのホスト媒体として役立つ。ネオジム、プラセオジミウム、イッテルビウム他のような多くの異なる希土類イオンがスペクトルの異なる部分においてゲインを提供するために使用されることができる一方で、エルビウムドープファイバ・アンプ（EDFAS）は、ファイバの光学損失が最小であるスペクトル領域において使用可能であるので特に魅力的であると判明した。また、ゲイン圧縮において深部で機能する場合でさえ、漏話という不利益なく多数の波長チャネルを増幅させることができる能力のため、エルビウムドープファイバ・アンプは特に役立つ。
EDFAsはまた、それらがファイバ装置であり、したがって低い損失で電気通信ファイバに容易に接続することができるので魅力的である。
【０００５】
WDM動力伝達装置の設計における重要な考慮すべき問題は、例えば海底における用途のように、特にシステムが修復のために直ちに接近できない場合の信頼性である。レーザー・ポンプが増幅システムの唯一の動的機器であるので、最も劣化または故障する可能性がある。このような故障は、光増幅器とおそらく光学的通信システムとを停止させるであろう。このような事を克服するように、レーザー・ポンプの故障または劣化の影響を限定することができる光学的通信システムを設計するためにいくつかの技術が開発された。例えば、光増幅器の故障を取り除くために代理機能性を有する構成がしばしば使用される。
【０００６】
反対方向において進行する光学信号をサポートする一対の一方向性光ファイバを含む典型的な長距離光学動力伝達装置でよくあることだが、単一の位置において、２つまたはそれ以上の光増幅器が使用される場合、代理機能性を有する構成は都合よく使用されることができる。このようなシステムにおいて、各々のファイバは一般的なハウジングにおいて同じ位置に配置される光増幅器を含み、それは自動中継装置として知られる。多数の増幅器が同じ位置に配置される場合、すべての増幅器の中の利用できるポンプからポンプ・エネルギを分配することにより、代理機能性を有する構成は達成されることができる。例えば、米国特許番号5,173,957において、少なくとも２つのポンプ源から出力するものは、同時に２つの光ファイバ増幅器の各々にポンプ・エネルギを提供するため、３つのdB光学コネクタを経て連結される。ポンプ源のうちの一方が機能しない場合、他方のポンプ源は光増幅器の各々にパワーを提供する。したがって、１つのレーザー・ポンプの故障によって、２つの光増幅器の各々のポンプ能力が５０％縮小する。このようなポンプの分配なしでは、ポンプの故障により一方の増幅器は破滅的に故障し、かつ、他方の増幅器は全く故障させないことになる。多少のポンプ・エネルギが各々の増幅器に達する限り、次の光増幅器に信号を伝達するのに十分なゲインがある。他方では、与えられた増幅器ですべてのポンプ・エネルギを失うことになった場合、それは損失のある媒体になり、信号を減衰させる。そして、通常システムの終わりにおいて過剰な信号対雑音比になる。
【０００７】
上述したポンプ代理機能性を有する構成配置が一部の用途にとって十分である一方で、特に多数の対の光ファイバを使用する光学動力伝達装置において、信頼性のさらにより大きいポンプ代理機能性を有する構成装置を提供することは望ましい。
【発明の要約】
【０００８】
本発明によれば、光学自動中継装置が提供される。自動中継装置は、少なくとも光ファイバの２つの双方向性の対を集合的に形成する異なる一方向性光ファイバにおいて進行している光学信号に各々が光学増幅を供給する少なくとも４つの光増幅器を含む。自動中継装置も、第１の光ファイバの対において位置する第１の光ファイバにポンプ・エネルギを提供するための第１の複数のポンプ源、および、第２の光ファイバの対において位置する第２の光ファイバを含む。第１の光ファイバおよび第２の光ファイバは、共通の方向において進行している光学信号をサポートする。第１のコンバイナ装置は、第１の複数のポンプ源からポンプ・エネルギを結合し、それを第１および第２の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する光増幅器に分配する。第２の複数のポンプ源は、第１の光ファイバの対において位置する第３の光ファイバ、および、第２の光ファイバの対において位置する第４の光ファイバにポンプ・エネルギを提供する。第3の光ファイバおよび第４の光ファイバは、第１および第２の光ファイバの方向の反対側である共通の方向において進行している光学信号をサポートする。第２のコンバイナ装置は、第２の複数のポンプ源からポンプ・エネルギを結合し、それを第３および第４の光ファイバにおいて進行している光学信号に増幅を供給する光増幅器に分配する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、第１の受動的な連結配置は、第１および第２の光ファイバの光増幅器を横切る過剰なポンプ・エネルギを第３および第４の光ファイバを横切る光学信号に増幅を供給する光増幅器から上流の位置における第３および第４の光ファイバに運搬するために備えられる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、第２の受動的な連結配置は、第３および第４の光ファイバの光増幅器を横切る過剰なポンプ・エネルギを第１および第２の光ファイバを横切る光学信号に増幅を供給する光増幅器から上流の位置における第１および第２の光ファイバに運搬するために備えられる。
【００１１】
本発明のまた別の態様によれば、光増幅器は、希土類をドープさせた光増幅器である。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、希土類をドープさせた光増幅器は、エルビウムをドープさせた光増幅器である。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、第１のコンバイナ装置は、第１のコンバイナ、および、コンバイナからのポンプ・エネルギを第１および第２の光ファイバに結合させる第１の複数のカプラを含む。
【００１４】
本発明のまた別の態様によれば、第２のコンバイナ装置は、第２のコンバイナ、および、第２のコンバイナからのポンプ・エネルギを第３および第４の光ファイバに結合させる第２の複数のカプラを含む。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、第１および第２のコンバイナは、２×２コンバイナである。
【詳細な説明】
【００１６】
本発明の発明者は、２つまたはそれ以上の光ファイバの対に代理機能性を有する構成を提供するポンプ分配技術が、米国特許番号5,173,957に示された上述の装置により提供されるものよりも信頼性が高い方法で使用されることができると認識した。例えば、一方の対のポンプ源が一方のファイバの対にパワーを提供し、他方の対のポンプ源が他方のファイバーの対にパワーを提供するので、２つのファイバの対の従来の装置の使用法の用途では全部で４つのポンプ源が必要である。このような装置において、ファイバの対にパワーを供給している２つのポンプの故障は、その特定のファイバの対の損失に結びつく。他方では下記に示すように、本発明は２つのポンプの故障がファイバの対の完全な損失に至らないような装置を提供する。すなわち、最悪の場合、２つのポンプの故障は、各々の２つのファイバの対の１つのファイバだけの損失に至る。そして、各々のファイバの対の他方のファイバのトラフィックを運ぶ能力を保つことができる。
【００１７】
図示の必要上、本発明は、４つのポンプ源からポンプ・エネルギを受け取る４つのファイバ伝達経路と関連して記載されている。しかしながら、本発明はこのような装置に限られていない。さらに一般的にいえば本発明は、２Ｎファイバおよび２Ｎポンプ源の各々においてそれぞれ位置する２Ｎ光増幅器と共にＮ対の光ファイバを使用する伝達経路に適用できる。ここにおいて、Ｎは２より大きい整数である。
【００１８】
図１は、ファイバ経路に沿って進行している光学信号にゲインを与えるため、各々希土類をドープさせたファイバ１１４１、１１４２、１１６１および１１６２をそれぞれ含む4つの一方向性の光ファイバ経路１１０１、１１０２、１１２１および１１２２を示す。動力伝達装置において、ファイバ経路１１０１、１１０２、１１２１および１１２２は2つの対において配列される。そして、それぞれは双方向通信をサポートする。具体的には、第１のファイバ対１１０は、反対方向において進行している光学信号をサポートする一方向性ファイバ１１０１および１１０２を備える。同様に、第２のファイバ対１１２もまた、互いに関して反対方向において進行している光学信号をサポートする一方向性ファイバ１１２１、および１１２２を備える。
【００１９】
本発明によれば、第１のポンプ装置は、ファイバ対１１０および１１２の各々における一方のファイバにポンプ・エネルギを供給するように提供される。
特に、２つのポンプ源１２０１および１２０２は、第１のファイバ対１１０のファイバ１１０１に位置する希土類をドープさせたファイバ１１４１および、第２のファイバ対１１２のファイバ１１２１に位置する希土類をドープさせたファイバ１１６１にポンプ・エネルギを供給する。２×２コンバイナ/スプリッタ１５０は、ポンプ源１２０１および１２０２により生成されたポンプ・エネルギを結合し、希土類をドープさせたファイバ１１４１および１１
６１の間で結合されたパワーを分割する。結合要素１４０１および１４０２は、２×２コンバイナ/スプリッタ１５０の出力口からポンプ・エネルギを受容し、ポンプ・エネルギが信号と結合されるファイバ経路１１０１および１１２１上へそれぞれポンプ・エネルギを向ける。
例えばファイバ・カプラまたは波長分割マルチプレクサと融合させることができる結合要素１４０１および１４０２は、ポンプ・エネルギ波長における高カップリング比率、および、信号波長における低カップリング比率を有するように一般に構成される。
【００２０】
第１のポンプ装置と類似して、第２のポンプ装置は、ファイバ対１１０および１１２の各々における一方のファイバにポンプ・エネルギを供給するため提供される。特に、2つのポンプ源１３０１および１３０２は、第１のファイバ対１１０のファイバ１１０２に位置する希土類をドープさせたファイバ１１４２、および、第２のファイバ対１１２のファイバ１１２２に位置する希土類をドープさせたファイバ１１６２にポンプ・エネルギを供給する。２×２コンバイナ/スプリッタ１６０は、ポンプ源１３０１および１３０２により生成されたポンプ・エネルギを結合し、希土類をドープさせたファイバ１１４２および１１６２の間で結合されたパワーを分割する。結合要素１４４１および１４４２は、２×２コンバイナ/スプリッタ１６０の出力口からポンプ・エネルギを受容し、ポンプ・エネルギが信号と結合されるファイバ経路１１０２および１１２２上へそれぞれポンプ・エネルギを向ける。結合要素１４０１および１４０２のように、結合要素１４４１および１４４２は、例えば、融合されたファイバ・カプラまたは波長分割マルチプレクサを含む従来技術における当業者に公知であるいかなる適当な結合配置をも備えることができる。
【００２１】
本発明においては、各々のポンプ装置が異なるファイバ対に位置するファイバにパワーを提供するので、２つのポンプの故障により、２つのファイバ対の各々に沿って一方向へトラフィックが運ばれるのをなお許容する。例えば、図１に関連すると、ポンプ源１２０１および１２０２の両方の故障は、それぞれ第１のファイバ対１１０および第２のファイバ対１１２の光ファイバ１１０１および １１２１におけるトラフィックの損失に至る。第１のファイバ対１１０の光ファイバ１１０２、および、第２のファイバ対の光ファイバ１１２２のトラフィックは影響を受けない。他方では、しかしながら、異なるポンプ配置の１つに位置する各々のポンプについては、２つのポンプが故障した場合、いずれのファイバ上のトラフィックは失われない。例えば、第１のポンプ配置のポンプ源１２０１（またはポンプ源１２０２）、および、第２のポンプ配置のポンプ源１３０１（またはポンプ源１３０２）の両方の故障によりファイバ１１０１、１１０２、１１２１および１１２２に供給される全体のパワーの半分が減少するだけである。したがって、４つのすべてのファイバ１１０１、１１０２、１１２１および１１２２に沿ったトラフィックの継続を許容する。
【００２２】
図２は、図１に示されるポンプ配置におけるより高程度の代理機能性を有する構成を提供する本発明の別の実施例を示す。図１および２において、同類の要素は参照番号のように示される。本発明の本実施例において、希土類をドープさせたファイバ１１４１および１１６１を横切り、かつ、ファイバ１１０１および１１２１に沿って下流に（例えば、東回りの方向に）続く、過剰なまたは未使用の共に伝搬するポンプ・パワーは、ファイバ１１０２および１１２２に移される。ここで、過剰パワーは、希土類をドープさせたファイバ１１４２および１１６２を共に供給するため、下流（例えば、西回りの方向）に移動する。このポンプ・パワーの移送またはリサイクルは、結合要素２１０１、２１０２、２２０１および２２０２、２×２コンバイナ/スプリッタ２７０および２８０を含む受動的な連結配置によって、成し遂げられる。
【００２３】
示されたように、結合要素２１０１および２２０１はそれぞれ第1のファイバ対１１０のファイバ１１０１、および、第２のファイバ対１１２のファイバ１１２１に位置する。結合要素２１０１および２２０１は、それぞれ希土類をドープさせたファイバ１１４１および１１６１の下流に位置する。
加えて、結合要素２１０２および２２０２は、それぞれ第１のファイバ対のファイバ１１０２および第２のファイバ対１１２のファイバ１１２２に位置する。
結合要素２１０２および２２０２は、それぞれ希土類をドープさせたファイバ１１４２および１１６２の上流に位置する。
【００２４】
動作において、２×２コンバイナ/スプリッタ２７０は、カプラ２１０１および２２０１から過剰なポンプ・エネルギを受容し、２×２コンバイナ/スプリッタ２８０の各々の入力に一部の結合されたポンプ・パワーを出力する。コンバイナ/スプリッタ２８０は、交替でその入力において受容されたパワーを結合し、かつ分割し、結合要素２１０２および２２０２に分割したパワーの各々の部分を向ける。このようにして、過剰なポンプ・パワーは、ファイバ１１０２および１１２２まで伝達されるので、パワーは希土類をドープさせたファイバ１１４２および１１６２までの下流に進むことができる。
【００２５】
図２に記載される受動的な連結配置は、東回りの方向において進行している過剰ポンプ・パワーをファイバ１１０１および１１２１に沿って移送するので、パワーは、ファイバ１１０２および１１２２に沿って西回りの方向において進行する。従来技術の当業者は、供給するためエルビウムをドープさせたファイバ１１４１および１１６１を類似した配置が、西回りの方向においてファイバ１１０２および１１２２に沿って進行する過剰なポンプ・パワーを東回りの方向にファイバ１１０１および１１２１に沿って移すために使用されることができることを認識するであろう。この場合、２つの追加２×２コンバイナ/スプリッタは、４つの結合要素のうち、２つはそれぞれファイバ１１０１および１１２２に沿って希土類をドープさせたファイバ１１４１および１１６１から上流に位置し、そして、もう２つはそれぞれファイバ１１０２および１１２２に沿って希土類をドープさせたファイバ１１４２および１１６２から下流に位置するような結合要素に加えて使用される。
【００２６】
過剰なポンプ・パワーが西回りの方向から東回りの方向へと同様に、東回りの方向から西回りの方向に移される上述した配置を使用することにより、ポンプ源１２０１、１２０２、１３０１および１３０２のうちのいずれか３つが故障した場合にも、トラフィックがファイバ対１１０および１１２のすべての４つのファイバに沿って継続させるため、充分なポンプ・パワーが、残留する使用可能なポンプ源によって供給されることができる。このようにして、すべての４つのポンプ源が４つのファイバ上において完全にトラフィックを失うことがないので、高程度の信頼性を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるファイバ経路に沿って進行している光学信号にゲインを与えるため、希土類をドープさせたファイバを各々含む４つの一方向性の光ファイバ経路を示す。
【図２】本発明の別の実施例を示す。
【図１】
2005536892.tif 000002
【図２】
2005536892.tif 000003
【国際調査報告】
2005536892.tif 000004