(57)【要約】ラマン増幅器が、互いに直列に配置された少なくとも第１と第２の光学的ラマン動作ファイバを有する。第１のポンプ光源が第１のラマン動作ファイバに接続され、かつ第１のグループの周波数を含む第１のポンプ放射を発光して第１のラマン動作ファイバ内へと結合させるように構成される。第２のポンプ光源が第２のラマン動作ファイバに接続され、かつ第２のグループの周波数を含む第２のポンプ放射を発光して第２のラマン動作ファイバ内へと結合させるように構成される。前記第１および第２のグループの周波数全体はラマンシフトの少なくとも４０％の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる。前記第１および第２のグループの周波数の各々の最小および最大の周波数は互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なる。
2005534997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号周波数範囲にある周波数を有する光信号を増幅するための方法であって、
予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第１の光路（１１）と第２の光路（１２）へと前記光信号をそれぞれ導入する工程と、
前記第１の光路（１１）に第１のポンプの一部分を導入し、前記第１のポンプの一部分が第１の最小ポンプ周波数と第１の最大ポンプ周波数の間にある第１のグループのポンプ周波数を含む工程と、
前記第２の光路（１２）に第２のポンプの一部分を導入し、前記第２のポンプの一部分が第２の最小ポンプ周波数と第２の最大ポンプ周波数の間にある第２のグループのポンプ周波数を含み、前記第１と第２のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも４０％の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる工程を含み、
前記第１のグループの周波数の少なくとも一部が前記第２のグループの周波数に含まれず、かつ前記第２のグループの周波数の少なくとも一部が前記第１のグループの周波数に含まれないことと、
前記第１と第２のポンプの一部分を前記第１と第２の光路に導入する工程が、前記第１の光路に入る前記第２のポンプ部分の残りが前記第１のポンプの一部分よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に入る前記第１のポンプ部分の残りが前記第２のポンプの一部分よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように実行されることと、
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることと、
前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１と第２のポンプの一部分を前記第１と第２の光路に導入する工程が、前記第１の光路に入る前記第２のポンプ部分の残りが前記第１のポンプの一部分よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に入る前記第１のポンプ部分の残りが前記第２のポンプの一部分よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なることと、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポンプ周波数範囲が前記ラマンシフトの少なくとも５０％の幅を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２のグループの周波数が互いに重なり合わないことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が第１のポンプ周波数範囲を規定し、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が第２のポンプ周波数範囲を規定し、前記第１および第２のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方が前記ラマンシフトの少なくとも２０％の幅を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のグループの周波数が前記光信号の第１の部分をラマン増幅するように構成され、前記第２のグループの周波数が前記光信号の第２の部分をラマン増幅するように構成され、前記ラマン動作材料内で光信号の前記第１の部分が光信号の前記第２の部分よりも大きな減衰度対波長を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複数のポンプレーザによって前記第１および前記第２のポンプ部分を供給する工程をさらに含み、前記複数のポンプレーザが最大で平均ポンプパワーの発光の５０％のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するように構成されたラマン増幅器（１０）であって、予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された第１の光路（１１、２１）と第２の光路（１２、２２）を有し、
前記第１の光路（１１、２１）に接続された第１のポンプ光源（１３）であって、発光して前記第１の光路（１１、２１）内へと結合させるように構成され、第１のポンプの放射が第１の最小ポンプ周波数と第１の最大ポンプ周波数の間にある第１のグループの周波数を有する前記第１のポンプ光源と、
前記第２の光路（１２、２２）に接続された第２のポンプ光源（１４）であって、発光して前記第２の光路（１２、２２）内へと結合させるように構成され、第２のポンプの放射が第２の最小ポンプ周波数と第２の最大ポンプ周波数の間にある第２のグループの周波数を有し、前記第１および第２のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも４０％の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる前記第２のポンプ光源を含み、
前記第１のグループの周波数の少なくとも一部が前記第２のグループの周波数に含まれず、かつ前記第２のグループの周波数の少なくとも一部が前記第１のグループの周波数に含まれないことと、
前記第１および第２のポンプ光源と、前記第１および第２の光路の間の結合が、前記第１の光路に結合させられる前記第２のポンプ放射の残りが前記第１のポンプ放射よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に結合させられる前記第１のポンプ放射の残りが前記第２のポンプ放射よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように為されることと、
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることと、
前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることを特徴とするラマン増幅器。
【請求項１０】
前記第１および第２のポンプ光源と、前記第１および第２の光路の間の結合が、前記第１の光路に結合させられる前記第２のポンプ放射の残りが前記第１のポンプ放射よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に結合させられる前記第１のポンプ放射の残りが前記第２のポンプ放射よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように為されることを特徴とする、請求項９に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１１】
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なることと、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なることを特徴とする、請求項９または１０のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１２】
前記ポンプ周波数範囲が前記ラマンシフトの少なくとも５０％の幅を有することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１３】
前記第１および第２のグループの周波数が互いに重なり合わないことを特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１４】
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が第１のポンプ周波数範囲を規定し、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が第２のポンプ周波数範囲を規定し、前記第１および第２のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方が前記ラマンシフトの少なくとも２０％の幅を有することを特徴とする、請求項９から１３のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１５】
前記第１のグループの周波数が前記光信号の第１の部分をラマン増幅するように構成され、前記第２のグループの周波数が前記光信号の第２の部分をラマン増幅するように構成され、前記ラマン動作材料内で光信号の前記第１の部分が光信号の前記第２の部分よりも大きな減衰度対波長を有することを特徴とする、請求項９から１４のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１６】
前記第１および前記第２のポンプ光源（１３、１４）が複数のポンプレーザを含み、前記複数のポンプレーザが最大で平均ポンプパワーの発光の５０％のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有することを特徴とする、請求項９から１５のいずれか１項に記載のラマン増幅器（１０）。
【請求項１７】
少なくとも１つの光回線を含み、前記光回線が少なくとも１本の光ファイバ、および前記光ファイバに接続された少なくとも１つの請求項９から１６のいずれか１項によるラマン増幅器（１０）を含む光システム。
【請求項１８】
各々がそれぞれの波長を有するそれぞれ複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を有する送信局をさらに含み、前記送信局が前記光回線の第１の端部に接続されることを特徴とする、請求項１７に記載の光システム。
【請求項１９】
前記光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を有する受信局をさらに含み、前記受信局が前記光回線の第２の端部に接続されることを特徴とする、請求項１８に記載の光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段式ラマン増幅器内で光信号を増幅するための方法、および多段式ラマン増幅器に関する。特に、本発明は集中型の多段式ラマン増幅器内で光信号を増幅するための方法、および集中型の多段式ラマン増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の光ファイバ上で送信されることが可能な高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）信号の最大数は過去数年にわたって急速に増大してきた。信号あたりのデータ転送率の上昇と結び付いたこの傾向は、データ通信およびインターネットのような用途を維持するためにそのような光ファイバを通って伝搬する信号パワーの量の深刻な増大につながってきた。これは、大きな帯域幅と、そのようなシステムに使用される光増幅器から得られる高い出力パワーの同時的要求を作り出した。
【０００３】
エルビウムをドープされたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は比較的成熟した技術である。しかしながら、そのような増幅器が作り出し得る帯域幅の量はそのようなデバイス内で光学的利得を生じさせるエルビウム原子の物理学によって根本的に制限される。
【０００４】
ラマン増幅器はＥＤＦＡに対する代替選択肢を提供し、帯域幅設計におけるそれらの独特の柔軟性および高出力ポンプモジュール技術の増大する成熟度のせいでＤＷＤＭシステムで最近多くの注目を引き付けている。ラマン増幅器はいくつかの利点を提供し、すなわち低ノイズ、信号波長の柔軟的な使用法（なぜならばラマン利得のピークはドーパントの放出断面積に依存するのではなく、主にポンプ波長に依存するからである）、および広い利得帯域幅（多数のポンプが使用されることが可能である）である。特に、多数波長のポンピングは平坦なラマン利得が達成され得る波長範囲を拡大することを可能にし、そのような増幅器の全体的利得プロファイルは各々の個別ポンプから得られる寄与の重ね合わせで構成される。
【０００５】
他方で、増幅器およびそれらを使用するシステムの設計では多くの因子が考慮されるべきである。例えばポンプからポンプへのパワー伝達、信号から信号へのパワー伝達、ポンプの損耗、二重レイリー散乱（ＤＲＳ）および増幅器の自然発生的ノイズといったいくつかの主要な因子の完全な理解が要求される。Ｈ．Ｋｉｄｏｒｆらは彼らの論文「Ｐｕｍｐ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ａ  １００−ｎｍ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１１，ｎｏ．５，ｐａｇ．５３０−２（１９９９）の中で上記にリストアップした因子に影響を及ぼすすべての物理学特性をシミュレートするコンピュータモデルを開示している。コンピュータモデルは微分方程式に数字で解を与える。１００−ｎｍの帯域幅を備え、かつ最小限の利得変動を備えた分散型ラマン増幅器を設計するために著者らはそれらのモデルを使用した。１ｎｍ／チャネルに間隔を置かれた１００チャネルについて５０ｍＷの合計出力パワーを有するように増幅器は設計された。増幅器の使用目的は純シリカのコアのファイバで作製された（１００００ｋｍ伝送を意図された）４５−ｋｍファイバ長さの補償、それに加えて内部損失（ＷＤＭカプラ、アイソレータなど）を補償するための余分の３ｄＢである。最初の試みで、著者らは１４３２ｎｍおよび１５１６ｎｍの間に８つのポンプを等間隔に置くことを試みた。半導体のポンプで増幅器を導入することを目的として、ポンプあたりの最大ポンプ出力１２０〜１３０ｍＷが選択された。著者らによると、この最も単純な設計の結果は極めて粗末な増幅器であった。パワーが低波長ポンプから高波長ポンプへと伝達されることに起因する増幅器の利得変動は１０．５ｄＢであった。高波長ポンプに付加されたパワーはさらに高い信号波長で過剰の利得を生じさせた。繰り返しのモデル化を通じて、低波長での大きなエネルギー密度が高波長ポンプと低波長信号の両方にポンプ出力を与えるポンプの仕組みにたどり着いた。ポンプのスペクトル密度を適切に釣り合わせることによって、１．１ｄＢのピーク・トゥ・ピーク利得リップルを備えた増幅器が設計された。
【０００６】
多重波長ポンピングを使用して広い帯域幅で平坦なラマン利得を得るための別の知られている手法は、所望の利得プロファイルを達成するために各々の寄与の大きさを慎重に選択することである。例えば、Ｐ．Ｍ．Ｋｒｕｍｍｒｉｃｈらは「Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｆｏｒ  ＷＤＭ  ｓｙｓｔｅｍｓ」，ＯＦＣ２００１，ｖｏｌ．１  ｐａｇ．ＭＩ３／１〜３でポンプの相互作用の影響を数字と実験の両方で分析している。彼らの数字モデルは伝送ファイバ内のポンプおよび信号の放射の伝搬を説明する微分方程式の結合セットを積分することによってはたらく。実験に関すると、著者らは多チャネルのポンプユニットを使用する。１４０９〜１５１３ｎｍの波長範囲のポンプの放射は高出力レーザダイオードによって作り出され、ＷＤＭカプラによって組み合わされた。さらに特定すると、１５３０〜１６０５ｎｍの波長範囲で平坦な利得を達成するために７つのポンプが反対方向ポンプ構成で使用され、以下のポンプ波長のセット、すなわち１４２４、１４３８、１４５３、１４６７、１４８３、１４９７、および１５１３ｎｍであった。１０ｄＢの平均利得、および０．５ｄＢ未満の利得変動を達成するように発射パワーが調節された。著者らによると、ポンプの相互作用の最も強い影響は最短および最長の波長を伴なうチャネルで観察される可能性がある。１４２４ｎｍのポンプチャネルは１１ｄＢの追加的な損失を受け、１５１３ｎｍのチャネルは７ｄＢの利得を受ける。さらに、著者らによると、全体的な利得は増大するはずであり、ポンプ間のエネルギー伝達のせいでいずれのポンプダイオードの出力パワーがどの程度の量で増大するかを予想することは極めて難しい。ポンプの相互作用の強い影響およびその結果として生じる利得勾配に起因する１０ｄＢよりも高い利得値に関すると、ポンプレーザ出力パワーのいずれかが増大するならば長波長側の利得は常に短波長側の利得よりも強く増大する。著者らによると、この効果は７５ｎｍの信号波長範囲について平坦な利得の最大値を約１９ｄＢに制限する。
【０００７】
別の数字モデルがＸ．Ｚｈｏｕらの「Ａ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｍｏｄｅｌ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｂａｃｋｗａｒｄ−Ｐｕｍｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１３，ｎｏ．９，ｐａｇ．９４５〜７（２００１）に開示されている。著者らはポンプパワーの進展に関する閉形式の分析的表現を得ている。得られた分析的表現に基づいて、小信号の光学的利得および雑音指数を計算するための式がその後提示されている。ポンプの最適化設計に開発されたモデルの応用法もまた検討されている。平坦な利得を有する広帯域の光増幅器のための設計を獲得するために、著者らは次のパラメータ、すなわち最大ポンプ光周波数２１４．２ＴＨｚ（１４００ｎｍ）、最小ポンプ光周波数２００ＴＨｚ（１５００ｎｍ）、ポンプ周波数でのファイバ損失０．３ｄＢ／ｋｍ、信号周波数でのファイバ損失０．２ｄＢ／ｋｍ、ファイバ長１０ｋｍ、必要な利得２０ｄＢ、チャネルの数１００（１ｎｍの分離で１５１０から１６１０）、ファイバの実効面積５０μｍ２を使用している。３つのポンプ波長を考慮することによって、著者らは最適ポンプ波長１４２３、１４５４、および１４８４ｎｍ、およびそれらにそれぞれ対応する最適ポンプパワー１．３５、０．１９、および０．２０Ｗを得ている。６つのポンプ波長を考慮することによって、著者らは最適ポンプ波長１４０４、１４１３、１４３２、１４４９、１４６３、および１４９５ｎｍ、およびそれらにそれぞれ対応する最適ポンプパワー０．６８、０．６、０．４４、０．１９、０．０７６、および０．０５４Ｗを得ている。ポンプ光源の数を増加させることによって利得のリップルが確実に圧縮され得ることが示されている。しかしながら、６ポンプ増幅器のノイズ性能は３ポンプ増幅器のそれよりも明らかに悪い。著者らによると、これは６ポンプの増幅器が一層高い波長（１４９５ｎｍ）のポンプを有するせいである。さらに特定すると、この論文の図１は６ポンプ増幅器について１５１０ｎｍの約７．５ｄＢから１６１０ｎｍの約４ｄＢの範囲の雑音指数を示している。他方で、この論文の図１は３ポンプ増幅器について全体の波長範囲で約５ｄＢの利得変動を示している。
【０００８】
米国特許出願第２００２／００４４３３５号は、少なくとも２０％の信号パワー変換効率へのポンプを提供するラマン増幅領域を備えた光伝送回線を含む増幅装置を開示している。このラマン増幅領域は少なくとも３０ｎｍの波長範囲にわたって、好ましくは少なくとも５０ｎｍの波長範囲にわたって、さらに好ましくは少なくとも７０ｎｍの波長範囲にわたって多数の波長で信号を増幅するように構成される。ポンプ光源は光伝送回線に連結される。入力光信号はラマン増幅領域で増幅され、入力光信号よりも少なくとも１００ｍＷ多くのパワーを有する出力信号が作り出される。開示された１つの実施形態では、増幅装置はＬｕｃｅｎｔ  ＤＫ−２０分散補償ファイバを利用して１０５ｎｍにわたって３．２ｄＢを超える利得を有した。ファイバの両端で１ｄＢの損失が存在すると想定された。このファイバは１３９６、１４１６、および１４２７ｎｍで２５０ｍＷ、１４５０ｎｍで１５０ｍＷ、１４７２ｎｍで９５ｍＷ、および１５０５ｎｍで７５ｍＷのポンプ処理を受けた。１５２０、１５３０、１５４０、１５５０、１５６０、１５７０、１５８０、１５９０、１６００、および１６１０ｎｍでの１０個の入力信号は１２ｍＷのパワーを有し、ポンプ波長に関して反対方向に伝搬していた。４４３３５号特許出願の図６は１５２０ｎｍで約７．５ｄＢから１６１０ｎｍで約６ｄＢまでの範囲にある増幅器の雑音指数を示している。「全帯域ラマン増幅器」として開示された実施形態では、増幅器は２つのラマン増幅領域を備えた伝送回線を含む。２つのＷＤＭが設けられる。短い信号波長はラマン増幅領域のうちの１つの中で他よりも多くの利得を受けることが可能である。それらラマン増幅領域の間に減衰部材が配置されることが可能である。この減衰部材はアドドロップマルチプレクサ、利得等化素子、光アイソレータ、または分散補償素子のうちの少なくとも１つを有する可能性がある。一方のＷＤＭは第１のポンプ光源によって供給されるポンプ波長の第１のセットを受け、２つの増幅領域の間にあるＷＤＭは、光信号に利得を与え、かつポンプ波長の第１のセットの少なくとも一部から光エネルギーを抽出することが可能なポンプ波長の第２のセットを受ける。波長の第２のセットは第２のポンプ光源によって供給される。２つの増幅領域の間にあるＷＤＭは信号波長ならびにポンプ波長の第１のセットの少なくとも一部を２つのラマン増幅領域の間で実質的に通すことが可能である。著者らによると、全帯域ラマン増幅器の利得平坦度は利得平坦化フィルタによって、および／またはポンプ波長、ポンプパワー、ポンプの数、およびラマン利得ファイバの長さによって最適化されることが可能である。
【０００９】
日本特許出願番号２００１−１０９０２６号は光増幅媒体としてテルライトガラスを使用するファイバのラマン光増幅器を開示している。さらに特定すると、長さがそれぞれ１５０ｍである３本のテルライトファイバおよび波長がそれぞれ１３７０ｎｍ、１４００ｎｍ、および１４３０ｎｍである３つの励起光源を使用し、３つのユニットを連結することによって構成されるファイバのラマン増幅器を開示しており、そこではテルライトガラスファイバと励起光源はそれぞれ直列に組み合わされ、増幅器は励起光のそれぞれの入力パワーを２００ｍＷ（合計で６００ｍＷ）にすることによって励起される。１．５から１．６μｍへと延びる１００ｎｍの帯域内で２３ｄＢ以上の利得が得られる。
【００１０】
ラマン増幅器に関するさらなる問題は、熱的ノイズおよびファイバの減衰係数の波長依存性に加えてポンプからポンプへと刺激されるラマン散乱のせいで、後ろ方向でかつ多重波長のポンピングの仕組みが短い波長の信号に関してさらに大きな雑音指数に結び付くことである。Ｃ．Ｒ．Ｓ．Ｆｌｕｄｇｅｒらは「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｉｎ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」，ＯＦＣ  ２００１，ＭＡ５／１〜３でシリカ−ゲルマニアを主成分とする広帯域の個別ラマン増幅器が量子限界よりも有意に大きな雑音指数を有するであろうことを示している。著者らによると、個別ラマン増幅器では雑音指数の波長依存性４つの主要因子によって決定される。これらは利得スペクトルおよび増幅器入力部での構成部品による損失を含む。また、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）も短波長ポンプから長波長ポンプへとパワーを伝達するであろう。最後に、雑音指数もまた基底状態のフォノンの熱的分布に起因して増大した自然発生的発光によって影響を受けるであろう。特に、もしもポンプが密な間隔の信号に多量の利得を与えると、過剰の自然発生的ノイズに大幅な増大が生じるであろう。もしもそのポンプによって与えられる利得の全ポンプから得られる合計利得全部に対する比が小さい場合、雑音指数は３ｄＢになる傾向があるであろう。著者らは５波長でポンプ処理された個別ラマン増幅器について最良の達成可能な内部雑音指数を評価している。各々のポンプから得られる相対的利得は１４９５ｎｍの最高ポンプ波長および１５００ｎｍ付近の最低信号を伴なう最も広く、かつ最も平坦なスペクトルを与えるように選択された。短い信号波長での合計利得の実質的な量が１４９５ｎｍのポンプによって与えられるので信号がポンプに近くなると増大した自然発生的発光が生じることが示されている。室温では増幅器の内部雑音指数は、１５２０より下で５と６ｄＢの間である。しかしながら、いったんファイバの損失、および増幅器入力部での構成部品の挿入損失が含まれると増幅器の合計の雑音指数はこれよりも大きくなるであろう。
【００１１】
Ｓ．Ｋａｄｏらは「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｆｌａｔ−ｎｏｉｓｅ  Ｒａｍａｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ」，ＥＣＯＣ  ２００１で、ＣおよびＬ帯域にわたってラマン利得と光学的雑音指数の両方で同時に０．７ｄＢ未満の平坦度を実現する最適化された双方向ポンピングの仕組みを提案し、実験的に実証している。提案された方法に関して順方向ポンピングを使用するために、低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を有する新しいタイプのポンプレーザもまた開発される。そのようなレーザは波長安定化された多モードのポンプレーザであり、そのレーザチップは３つを超える縦モードを選択するためにレーザキャビティに沿って内部グレーティング層を有する。開発されたレーザのＲＩＮは通常のファイバのブラッグ・グレーティング安定化レーザよりも２０ｄＢ以上低い。著者らによると、この開発は粗末なＲＩＮ特性に起因して信号品質を大幅に損なうことなく、順方向のポンピングの仕組みを使用することを可能にする。
【００１２】
上記で提示されたようなラマン増幅器の知られている構造は広い波長範囲で高く、かつ平坦な利得を達成することが可能である。しかしながら、これは短い信号波長で高い値、および長い信号波長で低い値を有する不均衡な雑音指数と調和する（Ｋａｄｏらによって開示された、平坦な雑音指数を得るために特別なタイプのポンプレーザを使用する増幅器を除く）。この出願人は、ラマン増幅器を有するいくつかの光システムの構造では短い信号波長での高い雑音指数が問題を生じさせ、短い信号波長の少なくとも一部がシステムの仕様から外れる危険性があり得ることに注目する。
【００１３】
さらに、ラマン増幅器の知られている構造、特に広い帯域の波長で平坦な利得を達成するそれらは、通常、短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギー伝達に起因して、短いポンプ波長に関して極めて高いパワー値（５００ｍＷを超える）を使用する。出願人はこれが最適の解決策ではないことに注目する。実際上、５００ｍＷを超えるパワーの発光を有する半導体レーザは現在市場では入手困難であり、かつ／またはコストが高く、それにより、低いパワーの発光を有する多数のレーザが使用されなければならない。結果として、増幅器全体のコストおよび／またはポンプ光源によって占められるスペースは不都合なことに増大する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
出願人は、多重波長でポンプ処理され、高利得で広帯域のラマン増幅器で特別なタイプのレーザを使用することを必要とせずに短波長信号の雑音指数を下げ、同時に長波長信号の雑音指数の低い値を維持する課題に取り組んできた。出願人はまた、ポンプあたり比較的低いパワーでもってそのような低い雑音指数および高い利得に到達する課題にも取り組んできた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
出願人は、光路を分割することによって短い信号波長の雑音指数を下げることを見出しており、そこでは少なくとも２つの光路部分でラマン利得が得られる。異なる光路部分はそれぞれの周波数範囲内に含まれる光周波数を有するそれぞれのポンピング放射によってポンプ処理される。各々の周波数範囲がラマン利得材料のラマンシフトの７０％を超えて広がることはない。誘導ラマン散乱に起因する短波長および長波長のポンピング放射の間のエネルギー伝達はそのような方式で、各々の光路部分で大幅に削減される。短波長および長波長のポンピング放射の間のエネルギー伝達の低下は、短波長のポンピング放射を高いエネルギーで発射することを実際上不必要にする。これは短い信号波長の雑音指数を下げる効果を有し、短波長のポンピング放射についてもやはりポンプ波長あたり低いパワーが使用され得るというさらなる利点を伴なう。短波長のポンピング放射は、ラマン利得が得られる光路部分のいずれの中でも飽和体制で作用することはないので、増幅器のさらに低い雑音指数が得られる。さらに、波長あたり実質的に同じポンピングパワーを供給するようにポンプ光源を配置することによって広くかつ平坦なラマン利得が得られることが可能である。必要とされるポンプ光源すべてが同じ平均的信頼性および寿命を有することが可能であるという点でこれは特に有利である。
【００１６】
第１の態様では、本発明は信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するための方法に関し、前記方法は
予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第１の光路と第２の光路へと前記光信号をそれぞれ導入する工程と、
前記第１の光路に第１のポンプの一部分を導入し、前記第１のポンプの一部分が第１の最小ポンプ周波数と第１の最大ポンプ周波数の間にある第１のグループのポンプ周波数を含む工程と、
前記第２の光路に第２のポンプの一部分を導入し、前記第２のポンプの一部分が第２の最小ポンプ周波数と第２の最大ポンプ周波数の間にある第２のグループのポンプ周波数を含み、前記第１と第２のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも４０％の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる工程を含み、
前記第１のグループの周波数の少なくとも一部が前記第２のグループの周波数に含まれず、かつ前記第２のグループの周波数の少なくとも一部が前記第１のグループの周波数に含まれないことと、
前記第１と第２のポンプの一部分を前記第１と第２の光路に導入する工程が、前記第１の光路に入る前記第２のポンプ部分の残りが前記第１のポンプの一部分よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に入る前記第１のポンプ部分の残りが前記第２のポンプの一部分よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように実行されることと、
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることと、
前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることを特徴とする。
【００１７】
前記第１と第２のポンプの一部分を前記第１と第２の光路に導入する工程は、前記第１の光路に入る前記第２のポンプ部分の残りが前記第１のポンプの一部分よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に入る前記第１のポンプ部分の残りが前記第２のポンプの一部分よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように実行されることが好ましい。
【００１８】
好ましい実施形態では、前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なり、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なる。
【００１９】
前記ポンプ周波数の範囲は前記ラマンシフトの少なくとも５０％の幅を有し得ることが好都合である。
前記第１と第２のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
【００２０】
好ましい実施形態では、前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数の間および前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数の間でそれぞれ規定される範囲のうちの少なくとも１つは前記ラマンシフトの少なくとも２０％の幅を有する。
【００２１】
第１のグループの周波数は、前記ラマン動作材料内で前記第２のグループの周波数で増幅された光信号の前記第２の部分よりも大きな減衰率対波長を有する前記光信号の前記第１の部分をラマン増幅するように構成されることが好都合である。
【００２２】
前記第１と前記第２のポンプの一部分は複数のポンプレーザによって供給されることが可能であり、前記複数のポンプレーザは最大で平均ポンプパワー発光の５０％のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有する。
【００２３】
第２の態様では、本発明は、信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するように構成され、かつ予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第１と第２の光路を有するラマン増幅器に関し、前記増幅器は、
前記第１の光路に接続された第１のポンプ光源であって、発光して前記第１の光路内へと結合させるように構成され、第１のポンプの放射が第１の最小ポンプ周波数と第１の最大ポンプ周波数の間にある第１のグループの周波数を有する前記第１のポンプ光源と、
前記第２の光路に接続された第２のポンプ光源であって、発光して前記第２の光路内へと結合させるように構成され、第２のポンプの放射が第２の最小ポンプ周波数と第２の最大ポンプ周波数の間にある第２のグループの周波数を有し、前記第１および第２のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも４０％の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる前記第２のポンプ光源を含み、
前記第１のグループの周波数の少なくとも一部が前記第２のグループの周波数に含まれず、かつ前記第２のグループの周波数の少なくとも一部が前記第１のグループの周波数に含まれないことと、
前記第１および第２のポンプ光源と、前記第１および第２の光路の間の結合が、前記第１の光路に結合させられる前記第２のポンプ放射の残りが前記第１のポンプ放射よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に結合させられる前記第１のポンプ放射の残りが前記第２のポンプ放射よりも１０ｄＢ低いパワーを有するように為されることと、
前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることと、
前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの７０％異なることを特徴とする。
【００２４】
前記第１および第２のポンプ光源と、前記第１および第２の光路の間の結合は、前記第１の光路に結合させられる前記第２のポンプ放射の残りが前記第１のポンプ放射よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように、かつ前記第２の光路に結合させられる前記第１のポンプ放射の残りが前記第２のポンプ放射よりも１３ｄＢ低いパワーを有するように為されることが好ましい。
【００２５】
好ましい実施形態では、前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なり、前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの５０％異なる。
【００２６】
前記ポンプ周波数の範囲は前記ラマンシフトの少なくとも５０％の幅を有し得ることが好都合である。
前記第１と第２のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
【００２７】
好ましい実施形態では、前記第１の最小ポンプ周波数と前記第１の最大ポンプ周波数の間および前記第２の最小ポンプ周波数と前記第２の最大ポンプ周波数の間でそれぞれ規定される範囲のうちの少なくとも１つは前記ラマンシフトの少なくとも２０％の幅を有する。
【００２８】
第１のグループの周波数は、前記ラマン動作材料内で前記第２のグループの周波数で増幅された光信号の前記第２の部分よりも大きな減衰率対波長を有する前記光信号の前記第１の部分をラマン増幅するように構成されることが好都合である。
【００２９】
好ましい実施形態では、前記第１と前記第２のポンプ光源は複数のポンプレーザを含み、前記複数のポンプレーザは最大で平均ポンプパワー発光の５０％のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有する。
【００３０】
第３の態様では、本発明は少なくとも１つの光回線を含む光システムに関し、前記光回線が少なくとも１本の光ファイバ、および前記光ファイバに接続された、第２の実施形態による少なくとも１つのラマン増幅器を含む。
【００３１】
この光システムは通常、各々がそれぞれの波長を有するそれぞれの複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を含む送信局をさらに有し、前記送信局が前記光回線の第１の端部に接続される。
【００３２】
この光システムは通常、前記光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を含む受信局をさらに有し、前記受信局が前記光回線の第２の端部に接続される。
【００３３】
本発明のさらなる特徴および利点は添付の図面を参照してここに与えられた以下の詳細な説明によってさらに具体的に示されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は本発明によるラマン増幅器１０の第１の実施形態を示している。増幅器１０は集中型のラマン増幅器であることが可能である。増幅器１０は互いに直列に配置された少なくとも２つの段１０’および１０”を含む。以下の詳細な説明は２つの段のみを有するラマン増幅器を特に参照して為されるであろうが、しかし当業者は異なる仕様に従ったどのような数の必要増幅段にも本発明を適合させることが可能である。奇数の参照番号は第１の段１０’に含まれる部品を示すために図１内で使用され、それに対して偶数の参照番号は第２の段１０”に含まれる部品を参照するために図１内で使用される。さらに特定すると、第１の段１０’は第１の長さのラマン動作光ファイバ１１、第１のポンプ光源１３、および第１の結合デバイス１５を含む。第２の段１０”は第２の長さのラマン動作光ファイバ１２、第２のポンプ光源１４、および第２の結合デバイス１６を含む。第１の段１０’は一方向の光信号放射を通し、反対方向の光信号放射を遮るように構成されたアイソレータもしくはサーキュレータのような単一方向デバイス１７もやはり含むことが好ましい。単一方向デバイス１７は第１の段１０’の入力部および／または出力部に配置されることが可能である。第２の段１０”もやはり一方向の光信号放射を通し、反対方向の光信号放射を遮るように構成されたアイソレータもしくはサーキュレータのような単一方向デバイス１８を含むことが好ましい。単一方向デバイス１８は第２の段１０”の入力部および／または出力部に配置されることが可能である。好ましい実施形態では、１つの単一方向デバイスが増幅器１０内で第１の段１０’と第２の段１０”の間に使用される。そのような実施形態では、第１の段と第２の段の間に単一方向デバイスが存在することはラマン増幅器１０内の二重レイリー散乱の発生を大幅に削減することが可能である。
【００３５】
ラマン増幅器１０は広帯域のＷＤＭ光信号、すなわち少なくとも５０ｎｍ、好ましくは少なくとも７０ｎｍの範囲の中に含まれる多数の波長を備えた光信号を増幅することに適している。１５５０ｎｍ付近の波長範囲がこの光信号用に使用される可能性がある。この光信号は約１４６０ｎｍ以上、さらに好ましくは１５１０ｎｍ以上の１つまたは複数の信号波長λｓを含むことが可能であることが好ましい。この光信号は約１６５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１６２５ｎｍ以下の１つまたは複数の信号波長λｓを含むことが可能であることが好ましい。場合によっては、この光信号用に１３００ｎｍ付近、例えば１２８０ｎｍと１３４０ｎｍの間の光信号が使用される可能性がある。増幅される光信号の波長範囲にわたって、ラマン増幅器は少なくとも５ｄＢ、さらに好ましくは少なくとも１０ｄＢ、なおもさらに好ましくは少なくとも２０ｄＢの利得を与えることが可能であることが好ましい。利得のこれら好ましい値は、オンオフ利得が考慮されることを前提とすると分散型増幅にもやはり当てはまる。増幅される光信号の波長範囲にわたって、増幅器１０は３ｄＢ、さらに好ましくは２ｄＢ、なおもさらに好ましくは１ｄＢの最大利得ばらつきを得ることが可能であることが好ましい。増幅器１０の雑音指数は増幅される光信号の波長範囲にわたって、８ｄＢ以下、さらに好ましくは７ｄＢ以下であることが可能であることが好ましい。本発明の目的に関すると、「増幅器の雑音指数」ＮＦについては以下の式
【００３６】
【数１】
2005534997.tif 000003
【００３７】
で計算される値を意図されるべきであり、ここでＰ（ＡＳＥ）は増幅器の自然発生的発光のパワーであり、Ｇは増幅器の利得であり、Ｂ０は受信器の光学的帯域幅（すなわち通常では、広帯域幅フォトダイオードに接続されたデマルチプレクサの帯域幅）であり、ｈはプランク定数であり、νは信号の光周波数である。
【００３８】
ラマン動作光ファイバ１１、１２は誘導ラマン散乱によって利得を得ることに適した光ファイバである。この詳細な説明では、ラマン増幅器１０内でラマン利得を得るためのラマン動作光ファイバに対して特に参照が為されるが、しかしながら当業者は本発明の教示をいずれかのラマン動作材料（すなわち誘導ラマン散乱によって光学的利得を供給することが可能な材料）を含む、例えば集積型光導波路のような他のタイプの光路と適合させることが可能である。例えば、ラマン動作ファイバ１１、１２はシリカを主成分とするファイバであることが可能である。通常、そのようなシリカを主成分とするファイバはゲルマニウムまたはコア内部でラマン効果を高めることに適したその他の、例えばリンもしくはホウ素といったドーパント含むコアを有する。別の実施形態では、ラマン動作ファイバはテルライトを主成分とするファイバであることが可能である。好ましい実施形態では、ラマン動作ファイバ１１、１２は微細構造ファイバ、すなわち硬質コアの周囲に多数の気孔を組み入れたファイバ構造である可能性がある。ラマン動作ファイバ１１、１２の長さの合計は約１０ｋｍ以下、さらに好ましくは約８ｋｍ以下であることが可能であることが好ましい。ラマン動作ファイバ１１、１２の合計長さを下げることは増幅器１０の雑音指数を低く保つことに寄与する。他方で、充分なラマン利得を得るために各々のラマン動作ファイバ１１、１２の長さは少なくとも１００ｍ、好ましくは少なくとも２００ｍ、さらに好ましくは少なくとも１０００ｍであることが可能であることが好ましい。ラマン動作ファイバ１１、１２の実効面積は６０μｍ２以下、さらに好ましくは３５μｍ２以下、なおもさらに好ましくは２０μｍ２以下であることが可能であることが好ましい。実効面積を下げることはラマン動作ファイバ１１、１２内でラマン増幅のために利用される誘導ラマン散乱のような非線形効果を増大させる。ラマン動作ファイバ１１、１２のラマン利得係数と実効面積の間の比ｇＲ／Ａｅｆｆは少なくとも１．０  １／（Ｗ／ｋｍ）、さらに好ましくは少なくとも３．０  １／（Ｗ／ｋｍ）、なおもさらに好ましくは６．０  １／（Ｗ／ｋｍ）であることが好ましい。ラマン動作ファイバ１１、１２のラマン利得係数と実効面積の間の比を高くすることはファイバの単位長さあたりの高いラマン利得を得ることを可能にする。これは、所望の信号増幅を得るために小さい長さのラマン動作ファイバが使用されることが可能となるので増幅器の雑音指数を小さく保つ。ラマン増幅、さらに特定すると雑音指数に影響を有する可能性のある別の重要なパラメータはラマン動作ファイバ１１、１２の減衰度であって、そのような減衰度はポンプ波長で２．０ｄＢ／ｋｍ以下、さらに好ましくは１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることが可能であることが好ましい。信号波長では、ラマン動作ファイバの減衰度は１．０ｄＢ／ｋｍ以下、さらに好ましくは０．７ｄＢ／ｋｍ以下であることが可能であることが好ましい。
【００３９】
ポンプ光源１３、１４は各々１つまたは複数のレーザダイオードを含む可能性がある。それらのレーザダイオードは高出力のパワー、すなわち少なくとも５０ｍＷを有することが好ましい。それらレーザダイオードの波長発光は、例えば外部のファイバのブラッグ・グレーティングで制御されることが可能であることが好ましい。通常、レーザダイオードは偏光ポンプ放射を発射し、偏光を維持するファイバ長さを有する可能性がある。好ましい実施形態では、高出力のパワーおよび偏光に左右されないラマン利得を達成するために、例えば偏光ビームコンバイナによって２つのレーザダイオードが各々のポンプ波長用に組み合わされる可能性がある。いくつかのポンプ波長が、通常では波長分割多重方式（ＷＤＭ）を使用することによって一体に組み合わされる可能性がある。各々のポンプ光源１３、１４は少なくとも１００ｍＷ、さらに好ましくは少なくとも２００ｍＷの全体的ポンプパワーを供給することが可能であることが好ましい。ポンプ光源１３、１４内のレーザダイオードもしくは複数のダイオードによって発射される放射の波長は信号の放射波長に関連し、ラマン増幅を得るためにレーザダイオードの波長発光は、ラマン動作ファイバ１１、１２のコア内に含まれる材料のラマンシフトに従って、すなわち材料のラマンスペクトル内のピークに対応するシフトに従ってスペクトルの下の方の波長領域で信号の放射波長に関してシフトさせられるはずである（Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌの「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ」，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．（１９９５），ｐａｇ．３１７〜３１９参照）。例えば、１４６０ｎｍと１６５０ｎｍの間に含まれる範囲にあってシリカを主成分とするファイバを使用する光信号の増幅に関すると、そのような波長範囲ではシリカを主成分とするファイバのラマンシフトが約１００ｎｍであるので、ポンプの放射波長はほぼ１３６０ｎｍと１５５０ｎｍの間に含まれる可能性がある。他の材料は異なるラマンシフトを示す可能性がある。本発明の目的に関すると、波長に加えて、ポンプ光源１３、１４によって発射されるポンプ放射の光学的周波数もやはり参照することが便利である。さらに、周波数の観点でラマンシフトを表現することもやはり便利である。実際に、ラマン動作材料のラマンシフトは光通信用の関心対象の周波数範囲では実質的に一定であり、例えば、シリカを主成分とするか、またはシリカ／ゲルマニアを主成分とする光ファイバについてはラマンシフトは１３．２ＴＨｚである。これは、使用されるポンプ放射の周波数に関係なく誘導ラマン散乱に起因する増幅がシリカを主成分とするか、またはシリカ／ゲルマニアを主成分とする光ファイバ内で、ポンプ周波数に関して１３．２ＴＨｚの周波数シフトに配置される最大値付近の周波数間隔で得られることを意味する。他の材料（例えばテルライトを主成分とするガラス）はラマン増幅に利用されることが可能な複数のラマンピークを呈する可能性がある。信号を増幅するように構成されたポンプ周波数範囲を所定の周波数範囲に配置するために、最大高さを有するピークに対応する周波数シフトが選択されることが好都合である。そのような選択はまた、例えばラマンピーク���幅、またはラマンピークの位置といった他の因子によって影響を受ける可能性もある。実際のところ、細いピークはラマン増幅器を設計するために使用されることが困難である可能性があり、それに対してラマンピークの位置は、例えば所望の周波数およびパワー発射を有するポンプレーザの利用可能性に関係する可能性がある。
【００４０】
材料のラマンスペクトルは従来式の技術で得られることが可能である。例えばそれは、図７に示されたような試験用のラマン動作ファイバ７１、ＷＤＭカプラ７３によってラマン動作ファイバ７１に接続された非偏光のポンプ光源７２、光スペクトルアナライザ７４、およびアッテネータ７５を有する装置７０を使用することによって得られることが可能である。増幅対象のどのような入力信号も伴なわないラマン動作ファイバ７１内に何らかの周波数および少なくとも２００ｍＷのパワーを有するポンプ放射を結合させることによって、ラマン動作ファイバ７１内でポンプ放射によって引き起こされる自然発生的発光（ＡＳＥ）をスプクトルアナライザ７４で測定することが可能である。スペクトルアナライザ７４は、ポンプの伝搬方向に関して反対方向に伝搬するＡＳＥを測定するようにＷＤＭカプラ７３へと接続される。そのような方式では、ポンプ放射の入力部に関して反対側でラマン動作ファイバ７１から出る高出力のポンプ放射によって測定が影響を受けることはない。アッテネータ７５は測定時に操作者の傷害を防止すること、および／またはラマン動作ファイバ７１の端部で出るポンプ放射の反射減衰量を大幅に削減することを可能にする。その後、ラマン動作ファイバ７１に含まれる材料のラマンシフトはＡＳＥスペクトルによって、スペクトルアナライザ７４で得られるＡＳＥスペクトルのピークの周波数と使用されるポンプ放射の周波数の間の差の絶対値として導き出されることが可能である。測定は室温下で実行されることが可能である。多様なピークを有するスペクトルのケースでは、もしも選択されたポンプ周波数範囲の最大ポンプ周波数で測定が実行されるならば、ラマンシフトは信号周波数範囲に対応する周波数範囲に含まれる最も高いピークの周波数とポンプの周波数の間の差の絶対値に対応する。
【００４１】
ラマンスペクトルの獲得はそれぞれ異なる周波数を有する異なる入力信号で実行されることもやはり可能であり、各々の信号周波数によって得られる利得を測定することで、ラマンシフトの値は利得ピークに対応する信号周波数と使用されるポンプ放射の周波数の差の絶対値として得られることが可能である。測定は室温下で実行されることが可能である。多様なピークを有するスペクトルのケースでは、もしも選択されたポンプ周波数範囲の最大ポンプ周波数で測定が実行されるならば、ラマンシフトは信号周波数範囲に対応する周波数範囲に含まれる最も高いピークの周波数とポンプの周波数の間の差の絶対値に対応する。
【００４２】
光信号の広い波長範囲で大幅な増幅を得るために、多数のポンプ周波数が本発明の増幅器１０に使用される。両方のポンプ光源１３、１４によって供給される多数のポンプ周波数全体は広い周波数範囲、すなわちラマン動作ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも４０％、好ましくはラマン動作ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも５０％、さらに好ましくはラマン動作ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも６０％、なおもさらに好ましくはラマン動作ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも７０％にわたって広がる。
【００４３】
結合デバイス１５および１６は波長分割マルチプレクサであることが可能である。図１に示された好ましい実施形態では、それらはポンプ光源１３、１４によって供給されるポンピング放射を増幅対象の光信号に関して反対方向に導入し、それにより、ラマン動作光ファイバ１１、１２内で逆方向伝搬ラマン増幅を得る。ラマン増幅器１０の共方向伝搬構造、または共方向と逆方向の混合伝搬構造もやはり使用される可能性がある。
【００４４】
ラマン増幅器１０の第１の段１０’および第２の段１０”は、それらがポンプ波長範囲の中で実質的に互いに隔てられるように構成される。言い換えると、第１の段１０’のポンプ光源１３は第１のラマン動作ファイバ１１のみに実質的にポンプ放射を供給し、第２の段１０”のポンプ光源１４は第２のラマン動作ファイバ１２のみに実質的にポンプ放射を供給する。もしも第１または第２の段１０’、１０”のいずれかで増幅処理からどのようなポンプ残渣が残っても、これは遮られるかまたはフィルタで除去され、それにより、増幅段１０’または１０”の他方の中に実質的に伝搬することは不可能である。ポンプ残渣はまた、増幅器１０に含まれる例えばＷＤＭ１５、１６およびラマン動作ファイバ１１、１２といった様々な部品の間の不完全結合によって誘導される反射によって引き起こされる可能性もある。実際では、第２のポンプ光源１４から入来し、第２のラマン動作ファイバ１２内で増幅に使用されないポンプ放射が第１のラマン動作ファイバ長さ１１内で残差で存在しないことは、第１のポンプ光源１３によって第１のラマン動作ファイバ１１内に結合されるポンプパワーよりも少なくとも１０ｄＢ低い、好ましくは少なくとも１３ｄＢ低い、さらに好ましくは少なくとも２０ｄＢ低い、第１のラマン動作ファイバ１１に入るそのような残差のパワーに対応する可能性がある。同じ方式で、第１のポンプ光源１３から入来し、第１のラマン動作光ファイバ１１内で増幅に使用されないポンプ放射１３が第２のラマン動作ファイバ長さ１２内で残差で存在しないことは、第２のポンプ光源１４によって第２のラマン動作ファイバ１２内に結合されるポンプパワーよりも少なくとも１０ｄＢ低い、好ましくは少なくとも１３ｄＢ低い、さらに好ましくは少なくとも２０ｄＢ低い、第２のラマン動作ファイバ１２に入るそのような残差のパワーに対応する可能性がある。
【００４５】
図１に示された増幅器の構造を参照すると、波長分割マルチプレクサはポンプ波長範囲に関して第１の段１０’と第２の段１０”の間に必要とされる分離を提供することが可能である。例えば、第１と第２のラマン動作ファイバ１１、１２の間に配置された波長分割マルチプレクサ１５は、第２のポンプ光源１４から入来し、第２のラマン動作ファイバ１２の長さの中で増幅に使用されないポンプ放射、すなわち第２の段１０”から由来するポンプ残渣を実質的にすべて抽出することが可能であり、それにより、そのようなポンプ残渣は第１の段１０’内の第１のラマン動作ファイバ１１の長さの中に実質的に伝搬しない。そのような抽出されたポンプ残渣はモニタリング目的、および／または利得制御のために使用されることが可能である。通常、ポンプ光源１３、１４から入来するポンプパワーの大部分はラマン動作ファイバ１１、１２内でラマン増幅のために使用されるので、ポンプ波長範囲の中で少なくとも１０ｄＢの分離レベルは、（少なくとも図１のＷＤＭ１５に関して）波長分割マルチプレクサが必要な分離を提供するために充分である。図１に示された増幅器構造では明らかに、第１のポンプ光源１３から入来するポンプ放射は第２の段１０”の第２のラマン動作ファイバ１２の長さの中に伝搬せず、例外はＷＤＭ１５で考え得るポンプ反射であるが、それは適切な結合によって最小限にされることが可能である。図１に示された逆方向伝搬構造では、もしもＷＤＭ結合デバイス１５がそれ自体で充分な分離を供給することが不可能である場合、第２のラマン動作ファイバ１２の長さから出る考え得るポンプ残渣すべてを実質的に遮るように第１の段１０’と第２の段１０”の間に単一方向デバイスが挿入されることが可能である。単一方向デバイスはアイソレータまたはサーキュレータであることが可能である。第１のポンプ光源１３がサーキュレータのポートのうちの１つに適切に接続されることが可能であるとき、サーキュレータの使用は第１の結合デバイス１５の除外をさらに可能にし得る。他の実施形態では、例えばラマン増幅器１０の共方向伝搬構造では、第１と第２の段１０’、１０”の間に波長選択性フィルタが含まれる可能性があり、その波長選択性フィルタは光信号放射を通過させ、ポンプ放射をフィルタ除去することに適している。
【００４６】
第１の段１０’に含まれるポンプ光源１３は第１のグループの周波数に含まれる少なくとも１つの周波数を有するポンプ放射を供給する。第１のグループの周波数は第１の最小ポンプ周波数と第１の最大ポンプ周波数の間の第１のポンプ周波数範囲を規定する。第２の段１０”に含まれるポンプ光源１４は第２のグループの周波数に含まれる少なくとも１つの周波数を有するポンプ放射を供給する。第２のグループの周波数は第２の最小ポンプ周波数と第２の最大ポンプ周波数の間の第２の周波数範囲を規定する。第１と第２のグループの周波数は一致しない。さらに特定すると、第１のグループに含まれる周波数の少なくとも一部は第２のグループに含まれず、その逆もまた真である。好ましい実施形態では、第１と第２のポンプ周波数は互いに重なり合わない。別の実施形態では、第１のグループの周波数は第２のグループの周波数に対して交互配置にされる可能性がある。第１と第２のポンプ周波数範囲の各々の幅はラマン動作光ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの７０％、好ましくは６０％、さらに好ましくは５０％、なおもさらに好ましくはラマンシフトの４０％を超えない。本発明のラマン増幅器の好ましい実施形態では、各々の増幅段は伝搬する光信号の一部分のみの実質的な増幅を提供し、他の信号部分は事実上増幅されずに放置される。実際では、ラマン増幅で各々のポンプ周波数は、ラマン動作ファイバ１１、１２に含まれる材料のラマンシフトの約２５〜３０％のみの幅を有し、かつポンプ周波数からラマンシフト１つ分シフトした周波数付近に中心を有する周波数範囲の中の光信号の実質的な増幅を提供する。本発明によるラマン増幅器は異なる増幅段のポンプ放射に関して異なる周波数の部分的範囲を使用するので、各々の増幅段はその段に使用されるポンプ周波数の部分的範囲に関してシフトした周波数の部分的範囲、すなわち通常では信号周波数範囲全体のうちの或る部分的範囲のみの実質的な増幅を提供する。
【００４７】
上記で与えられた指摘に従った多様な増幅段のポンプ周波数の割り当てはラマン増幅器内の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達を削減すること、またはおそらく実質的に回避することを可能にする。特に、本発明の多段式増幅器では短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のどのようなエネルギーの伝達もすべての増幅段の中で削減されるかまたは実質的に回避される。これが広帯域ラマン増幅器内の短波長信号の雑音指数を低下させることが可能であることを出願人は見出した。例えば第１のポンプ波長１４２５ｎｍ（周波数νｐ＝２１０．５ＴＨｚ）、および第２のポンプ波長１５０５ｎｍ（周波数νｐ＝１９９．３ＴＨｚ）について考える。これら第１と第２のポンプ波長は、シリカを主成分とするか、またはシリカ／ゲルマニアを主成分とする光ファイバを有するラマン増幅器内で約１５２０ｎｍと１６１０ｎｍの間の範囲に含まれる光信号のラマン増幅のために使用されることが可能である。これらポンプ放射の対応する周波数は互いと１１．２ＴＨｚ、すなわちシリカを主成分とする光ファイバのラマンシフトの約８５％異なる。もしもそのようなポンプ放射が同じラマン動作ファイバ内に発射されたならば、１４２５ｎｍの第１のポンプ波長の光学的パワーのうちの有意の部分が誘導ラマン散乱によって１５０５ｎｍの第２のポンプ波長へと伝達され、それにより、そのような伝達された部分は光信号の増幅に使用されなくなるであろう。その結果、光信号の短波長部分は長波長部分に関してさらに少ない増幅を受けるであろう。したがって、１４２５ｎｍのポンプ放射のパワーはこの効果を考慮に入れるために上げられねばならない。しかしながら、１４２５ｎｍのポンプ放射と１５０５ｎｍのポンプ放射の間のエネルギーの伝達は、ラマン増幅が短波長で飽和の体制ではたらく原因となる可能性がある。実際のところ、増幅された放射が増幅媒体の有意の部分内のポンプ放射と殆ど同じパワーを有するとき、増幅器は飽和の体制ではたらく。このケースでは、短波長を有するポンプ放射によって増幅され、長波長を有するポンプ放射は、２つのポンプ放射の不均衡の発射パワーがラマン動作ファイバに入るケースでさえラマン動作ファイバの重要な部分内で後者と殆ど同じパワーを有する可能性がある。こうして、短いポンプ波長は長いポンプ波長によって深く飽和させられる可能性があり、短波長によって増幅された信号部分がさらに高い雑音指数を有する可能性があるという不都合を伴なう。実際には、線形の体制に関して飽和は増幅器にとってさらにノイズを生じ易い体制である。
【００４８】
対照的に、２段ラマン増幅器としてラマン増幅器を構成することによって、第１の段に１４２５ｎｍの第１のポンプ波長を挿入し、かつ第２の段に１５０５ｎｍの第２のポンプ波長を挿入することによって、およびポンプ波長範囲の中で第１と第２の段を隔てることによって１４２５ｎｍのポンプ波長と１５０５ｎｍのポンプ波長の間でエネルギーの伝達が実際に生じなくなり、それにより、各々の増幅段が線形または低い飽和の体制ではたらくことが可能となり、両方の段での低い雑音指数、すなわち全体として低い雑音指数対増幅器の波長につながる。
【００４９】
例えば広い波長範囲で平坦な利得曲線対波長を得るためにさらに多くのポンプ周波数を使用するケースでは、様々な周波数の間の間隔が考慮されるべきである。例えば、ラマン利得のために利用される材料のラマンシフトにほぼ等しい幅を有する全体的ポンプ周波数範囲の中にいくつかの周波数が含まれる可能性がある。
【００５０】
上記の指摘に従って、最小ポンプ周波数からラマンシフトの７０％未満隔たっている周波数を有するポンピング放射が例えば一方の増幅段に配置される可能性があり、最小ポンプ周波数からラマンシフトの７０％を超える間隔で隔たっている周波数を有するポンピング放射が例えば他方の増幅段に配置される可能性がある。２つの増幅段の間でポンプ波長範囲に高い分離度を与えることによって、各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達は各増幅段の最小ポンプ波長と最大ポンプ波長の間の比較的小さい隔たりに起因して大幅に削減されるか回避すらされる。特に、各々の増幅段のポンプ波長範囲を少なくするにつれて各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間の相互作用が少なくなる。さらに、第１と第２の増幅段の間の分離は第１と第２の増幅段の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間で実際にエネルギーの伝達が生じ得ないことを保証することが可能である。したがって、各々の増幅段が線形または低い飽和の体制ではたらくことが可能となり、両方の段での低い雑音指数、すなわち全体として低い雑音指数対増幅器の波長につながる。
【００５１】
理想的には、いくつかのポンプ周波数を使用するケースで考え得る解決策は、多様なポンプ周波数間のどのようなエネルギー伝達も完全に回避するように各々のポンプ周波数について１つの隔てられた増幅段を配置することである可能性がある。このケースでは、各々の増幅段は伝搬する光信号の極めてわずかの部分のみの実質的な増幅を提供し、他の信号部分は実際に増幅されずに放置されるであろう。しかしながら、ポンプ周波数範囲の中の多様な段の間で必要とされる隔たりが適切な部品（例えばＷＤＭ、アイソレータ、波長選択性フィルタ）によって提供されるべきであり、これらの部品の各々が光信号に挿入損失を導入することが考慮されなければならない。伝搬する光信号への損失のさらなる発生源は多様な段に含まれるラマン動作ファイバによって、第１の増幅段の中の少なくとも実質的に増幅されない光信号の部分に関して表わされる。そのような状況では、最後の増幅段は第１の増幅段の中の実質的に増幅されない光信号のいくつかの部分に関して極めて乏しいレベルの光信号パワーを受信する可能性がある。したがって、使用されるポンプ周波数の数が３以上であるとき、１つの段に少なくとも２つのポンプ周波数を配置することが好ましくなる可能性がある。第１および第２のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方はラマン動作ファイバに含まれる材料のラマンシフトの少なくとも２０％の幅を有することが好ましい。これは、一方で多様なポンプ波長の間のエネルギー伝達を削減することと、他方で増幅段を充分に少ない数にすることの間の良好な妥協にたどり着くことを可能にし、それにより、すべての増幅段の中の光信号の全波長範囲内で受容可能なレベルのパワーを維持し、その結果、全体として低い雑音指数を維持する。
【００５２】
好ましくはラマン動作ファイバ１１、１２に含まれるラマン動作媒体の減衰度対波長を考慮に入れることによって第１および第２の増幅段１０’、１０”に異なるポンプ周波数が配置されることが可能である。さらに特定すると、低い雑音指数を得るために、ラマン動作媒体内で光信号の第２の部分に関してさらに大きな減衰度を有する光信号の第１の部分はラマン増幅器内で好ましくは最初に増幅されるべきである。したがって、光信号のそのような第１の部分を増幅するために適したポンプ周波数は、増幅される光信号の伝搬方向に関して最初の増幅段に配置され得ることが好ましい。例えば図１を参照し、増幅される光信号の左から右への伝搬方向を考えると、ラマン増幅器１０はシリカを主成分とするファイバまたはシリカ／ゲルマニアを主成分とするファイバを有する可能性があり、１５３０ｎｍから１６１０ｎｍの範囲にある信号を増幅するように構成される可能性がある。この目的のために次の４つのポンプ波長、すなわち１４２５ｎｍ（νｐ＝２１０．５ＴＨｚ）、１４４０ｎｍ（ν２＝２０８．３ＴＨｚ）、１４７０ｎｍ（νｐ＝２０４．１ＴＨｚ）、１５１０ｎｍ（νｐ＝１９８．７ＴＨｚ）が使用される可能性がある。これら４つのポンプ波長について好ましい配列は最初の２つの波長を第１の段１０’のポンピングのために配置し、第２の２つの波長を第２の段１０”のポンピングのために配置することである可能性がある。そのような配列でもって、第１の増幅段１０’は約１５３０ｎｍと１５６０ｎｍの間の範囲に含まれる波長を有する光信号の部分の実質的な増幅を提供し、その一方で第２の増幅段１０”は約１５６０ｎｍと１６１０ｎｍの間の範囲に含まれる波長を有する光信号の部分の実質的な増幅を提供する。シリカを主成分とするかまたはシリカ／ゲルマニアを主成分とする光ファイバ内で１５３０ｎｍと１５６０ｎｍの間に含まれる波長を有する光信号の減衰度は１５６０ｎｍと１６１０ｎｍの間に含まれる波長を有する光信号の減衰度に関してさらに大きいので、短いポンピング波長を第１の増幅段１０’に配置し、長いポンプ波長を第２の増幅段１０”に配置することが好都合である。実際では、大きい波長を有する光信号部分は第２の増幅段１０”で増幅される前に大き過ぎる減衰を被ることなく第１の増幅段１０’を通過して光信号のこの部分の雑音指数を受容可能なレベルに保つことが可能である。他方で、小さい波長を有する光信号部分は第１の増幅段１０’で増幅され、第２の増幅段１０”で減衰に起因する雑音指数の実質的な劣化を伴なうことはない。
【００５３】
本発明によるポンプ周波数の配列は都合の良いことに、実質的に同じポンプパワーの発光を有する、すなわちラマン増幅器内で使用されるポンプレーザの平均ポンプパワーの最大で５０％、好ましくは４０％、さらに好ましくは３０％の全体的ばらつきを有するポンプレーザを使用することによって低い雑音指数、および平坦で広帯域のラマン利得を有するラマン増幅器につながる。実際に、エネルギーの伝達が削減または事実上回避されるので、平坦なラマン利得対波長にたどり着くために異なるポンプ波長について異なるパワーを使用する必要がない。実質的に同じポンプパワーの発光を有するポンプレーザの使用は、例えばポンプレーザの信頼性（同じ信頼性のポンプレーザが使用されることが可能である）、ポンプレーザの耐久性（平均してポンプレーザが殆ど同じ時間健全にはたらく）、ポンプレーザの冷却（すべてのポンプレーザに同じタイプの冷却装置が使用されることが可能である）、ポンプレーザの製造技術（すべてのポンプレーザが同じ種類であることが可能である）といったラマン増幅器の設計および機能に関連する多様な態様に関して特に重要である。
【００５４】
本発明によるラマン増幅器は、送信局、受信局、および前記送信局と受信局を結ぶ光回線を有するＷＤＭ伝送システムの一部であることが可能である。送信局は、各々がそれぞれの波長を有するそれぞれの複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を有する。複数の光チャネルは光回線の第１の端部に挿入される多重化デバイスによってＷＤＭ内で一体に組み合わされる。受信局はＷＤＭ光信号を受信し、受信した各光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を有する。この目的のために、受信局は通常、光回線の第２の端部に接続され、ＷＤＭ光信号に含まれる多様な光チャネルを分離するように構成された逆多重化デバイスを有する。通常、光回線は少なくとも１本の伝送用光ファイバを有する。前記伝送用光ファイバもしくは複数のファイバの少なくとも一部によって光信号に導入される減衰を阻止するために、本発明によるラマン増幅器を少なくとも１つ含む少なくとも１つの増幅器が光回線に沿って設けられる。減衰の他の発生源は光回線に沿って、および／または送信局内、および／または受信局内に配置されたコネクタ、カプラ／スプリッタ、および様々なデバイス、例えば変調器、交換器、アドドロップマルチプレクサなどである可能性がある。本発明によるラマン増幅器を少なくとも１つ含む光伝送システムは、例えば地上の伝送システムまたは海底の伝送システムといったどのような種類の光伝送システムである可能性もある。光回線はまた、本発明による少なくとも１つのラマン増幅器と組み合わせられた、例えばエルビウムをドープしたファイバの増幅器または半導体の増幅器といった他のタイプの増幅器を含む可能性もある。特に、本発明の教示に従って配列された集中型ラマン増幅器の実施形態と組み合わせて分散型ラマン増幅が使用される可能性がある。
【００５５】
特に、図２は４つの段１０ｉ、１０ｉｉ、１０ｉｉｉ、１０ｉｖを有する本発明による集中型ラマン増幅器１０の好ましい実施形態を示している。４つの増幅段の各々がラマン動作ファイバ（１１、１２、２１、２２）およびＷＤＭカプラ（１５、１６、２５、２６）を有する。４つの増幅段はまた、光アイソレータ（１７、１８、２７、２８）も有する。第１のポンプ光源１３は第１と第３の段１０ｉ、１０ｉｉｉのラマン動作ファイバ１１、２１にポンプ放射を供給するように配置される。この目的のために、分割用デバイス１９がポンプ光源１３によって発射される放射を分割することに使用される可能性がある。第２のポンプ光源１４は第２と第４の段１０ｉｉ、１０ｉｖのラマン動作ファイバ１２、２２にポンプ放射を供給するように配置される。この目的のために、分割用デバイス２０がポンプ光源１４によって発射される放射を分割することに使用される可能性がある。例えば溶融ファイバカプラまたは集積型導波路カプラといったどのような従来式の分割用デバイス１９、２０も図１に示された実施形態に使用される可能性がある。ＷＤＭカプラ１５、１６、２５、２６とポンプ光源１３、１４のラマン動作ファイバ１１、１２、２１、２２の特徴に関すると、図１と結び付けて上記で開示されたものに対して参照が為される。特に、第１のグループのポンプ周波数が第１と第３の増幅段に使用され、第２のグループのポンプ周波数が第２と第４の増幅段に使用される。第１および第２のグループのポンプ周波数は図１と結び付けて上記で開示した特徴を有する。
【００５６】
図１または図２に示されたラマン増幅器の好ましい実施形態は、１４６０ｎｍと１６５０ｎｍの間、通常は１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間に含まれるＷＤＭもしくはＤＷＤＭ光信号を増幅するためにエルビウムドープしたファイバの増幅器に代わって都市圏、長距離、または超長距離の光システムに都合よく使用されることが可能である。図１または図２の増幅器はＷＤＭ光信号用のすべての利用可能な波長帯域を利用する光信号を都合よく増幅することが可能である。対照的に、エルビウムドープしたファイバの増幅器に基づいた増幅は、通常、異なる波長帯域を増幅するために逆多重化デバイスと多重化デバイスの間に異なる段が互いに並列に配置される増幅の仕組みを使用して実施される。これは、異なった並列増幅段の中で異なった波長を正確に分離して経路決定する目的のために、帯域幅の複数の部分が光信号のために使用されることが不可能になるという不都合を有する。
【００５７】
通常、長距離または超長距離のシステムでは色分散の補償は増幅器側で行なわれる。さらに、光回線に沿って光チャネルを抽出および挿入するために光学的アドドロップマルチプレクサが増幅器側に配置される可能性がある。色分散補償器および／または光学的アドドロップマルチプレクサは、図２に示されたラマン増幅器１０の好ましい実施形態では第２と第３の増幅段の間に都合よく配置されることが可能である。
【実施例１】
【００５８】
最初のシミュレーションで、出願人は図３による２段増幅器について考えた。ラマン増幅器の第１および第２の段３０’、３０”の各々が、６．５×１０−３  １／（Ｗ・ｍ）のｇＲ／Ａｅｆｆ比、１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間の信号波長で０．４ｄＢ／ｋｍの減衰度、および１４２５ｎｍと１５１０ｎｍの間に含まれるポンプ波長範囲で０．６ｄＢ／ｋｍの減衰度を有する３５００ｍの長さのシリカ−ゲルマニアのラマン動作光ファイバ（３１、３２）を有した。両方のラマン動作ファイバ３１、３２のポンピングのために４つの異なるポンプ波長、すなわちλ１＝１４２５ｎｍ（ν１＝２１０．５ＴＨｚ）、λ２＝１４４０ｎｍ（ν２＝２０８．３ＴＨｚ）、λ３＝１４７０ｎｍ（ν３＝２０４．１ＴＨｚ）、λ４＝１５１０ｎｍ（ν４＝１９８．７ＴＨｚ）が使用された。さらに特定すると、ポンプ光源３３ではポンプレーザの４対のポンプパワー発光（ポンプ波長あたり１対、各々の対は偏光ビームコンバイナに接続された２つのレーザで構成される）が一体に多重化され、６０／４０スプリッタ３９およびＷＤＭカプラ３５、３６を経由して両方のラマン動作ファイバ３１、３２へと送られた。さらに特定すると、ポンプ放射の６０％が第１の段へと送られ、４０％が第２の段へと送られた。各々の増幅段で、最小および最大のポンプ周波数の間の差は１１．８ＴＨｚ（すなわちラマンシフトの約８９％）であった。
【００５９】
上記のように配列されたラマン増幅器の雑音指数が２つの異なる構造について計算され、
ａ）チャネルあたり−１１ｄＢｍの入力信号パワー（５０ＧＨｚのチャネル間隔で２００チャネルを使用する超長距離システムに適している）で１０ｄＢの利得と、
ｂ）チャネルあたり−２８ｄＢｍの入力信号パワー（５０ＧＨｚのチャネル間隔で２００チャネルを使用する長距離システムに適している）で２８ｄＢの利得を得るために最適化された。
【００６０】
以下の表に、各々のポンプレーザあたりのポンプパワーＰ（λ）が上記の性能を満足させるために最適化された２つの構造ａ）とｂ）について記入されている。
【００６１】
【表１】
2005534997.tif 000004
【００６２】
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第１の段３０’と第２の段３０”の間で６ｄＢの媒体アクセス損失もやはり考慮された。１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた利得平坦度は両方の構造ａ）とｂ）に関して±０．５ｄＢであった。
【００６３】
図４は構造ａ）（曲線４１）およびｂ）（曲線４２）について１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達に起因して、両方のケースで長い信号波長に関して短い信号波長でさらに高い雑音指数が得られる。このエネルギー伝達のせいで、短いポンプ波長でのポンプ放射は信号の増幅に使用されるわけではない高いパワーを有する必要がある。
【実施例２】
【００６４】
第２のシミュレーションでは、出願人は図２によるラマン増幅器の構造について考えた。実施例１に関して開示された同じポンプ波長が使用されたが、しかし今回は、ポンプ光源１３が波長λ１、λ２を有するポンプレーザのみを含み、ポンプ光源１４が波長λ３、λ４を有するポンプレーザのみを含んだ（波長あたり１対のレーザ、偏光ビームコンバイナを介して組み合わされる）。４段の増幅器に使用されるラマン動作ファイバの特徴はやはり実施例１と同じであった。スプリッタ１９は６０／４０スプリッタであり、スプリッタ２０は６５／３５スプリッタであった。さらに特定すると、第１と第３の増幅段に一層高いポンプパワーが送られた。その結果、第１と第３の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差が１ＴＨｚ（すなわちラマンシフトの約７．５％）であり、それに対して第２と第４の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差は５．４ＴＨｚ（すなわちラマンシフトの約４１％）であった。
【００６５】
実施例１のケースａ）（超長距離システム）に必要とされる条件を満たすために、第１のラマン動作ファイバ１１は１５００ｍの長さであり、第２のラマン動作ファイバ１２は１４００ｍの長さであり、第３のラマン動作ファイバ２１は１８００ｍの長さであり、第４のラマン動作ファイバ２２は２０００ｍの長さであった。すべてのポンプレーザが４００ｍＷのパワーの発光を有した。
【００６６】
実施例１のケースｂ）（長距離システム）に必要とされる条件を満たすために、第１のラマン動作ファイバ１１は２０００ｍの長さであり、第２のラマン動作ファイバ１２は２０００ｍの長さであり、第３のラマン動作ファイバ２１は３０００ｍの長さであり、第４のラマン動作ファイバ２２は３０００ｍの長さであった。すべてのポンプレーザが４１５ｍＷのパワーの発光を有した。
【００６７】
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第２の段と第３の段の間の６ｄＢの媒体アクセス損失がやはり両方のケースで考慮された。１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた利得平坦度は両方のケースで±０．５ｄＢであった。
【００６８】
図５は構造ａ）（曲線５１）およびｂ）（曲線５２）について１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達に起因して、短い信号波長で図４に示された前のケースに関して低い雑音指数が得られる。さらに特定すると、図５の曲線５１は波長範囲全体にわたって図４の対応する曲線４１よりも低く、他方で図５の曲線５２は約１５９０ｎｍまでは図４の対応する曲線４２よりも低い。長い信号波長に関すると、増幅器の第２と第４の段にのみ長い信号波長が実際に加えられ、それによってそれらが短い信号波長と比べて高い入力損失を被るという事実に起因してケースｂ）の前の実施例に関してわずかに高い雑音指数が得られる。しかしながら、構造ｂ）については図４の約７ｄＢに関して約５．９ｄＢの最大値が得られる。
【実施例３】
【００６９】
第３のシミュレーションでは、出願人は図２によるラマン増幅器のさらなる構造を考えた。実施例１に関して開示された同じポンプ波長が使用されたが、しかし今回は、ポンプ光源１３が波長λ１、λ２、λ３を有するポンプレーザを含み、ポンプ光源１４が波長λ４を有するポンプレーザのみを含んだ（波長あたり１対のレーザ、偏光ビームコンバイナを介して組み合わされる）。４段の増幅器に使用されるラマン動作ファイバの特徴はやはり実施例１と同じであった。スプリッタ１９は６０／４０スプリッタであり、スプリッタ２０は６５／３５スプリッタであった。さらに特定すると、第１と第３の増幅段に一層高いポンプパワーが送られた。その結果、第１と第３の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差が６．４ＴＨｚ（すなわちラマンシフトの約４９％）であった。
【００７０】
実施例１のケースａ）（超長距離システム）に必要とされる条件を満たすために、第１のラマン動作ファイバ１１は１８００ｍの長さであり、第２のラマン動作ファイバ１２は２０００ｍの長さであり、第３のラマン動作ファイバ２１は２０００ｍの長さであり、第４のラマン動作ファイバ２２は２２００ｍの長さであった。実施例１のケースｂ）（長距離システム）に必要とされる条件を満たすために、第１のラマン動作ファイバ１１は２０００ｍの長さであり、第２のラマン動作ファイバ１２は３０００ｍの長さであり、第３のラマン動作ファイバ２１は２５００ｍの長さであり、第４のラマン動作ファイバ２２は２５００ｍの長さであった。
【００７１】
以下の表２に、各々のポンプレーザあたりのポンプパワーＰ（λ）が必要な性能を満足させるために最適化された２つの構造ａ）とｂ）について記入されている。
【００７２】
【表２】
2005534997.tif 000005
【００７３】
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第２の段と第３の段の間で６ｄＢの媒体アクセス損失もやはり考慮された。１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた利得平坦度は両方の構造ａ）とｂ）に関して±０．５ｄＢであった。
【００７４】
図６は構造ａ）（曲線６１）およびｂ）（曲線６２）について１５３０ｎｍと１６１０ｎｍの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、実質的に平坦な雑音指数対波長が得られる。さらに特定すると、ケースａ）では図４の約８．７ｄＢに関して約７．４ｄＢの最大雑音指数値が得られ、それに対してケースｂ）では図４の約７ｄＢに関して約６．２ｄＢの最大雑音指数値が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明によるラマン増幅器の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明によるラマン増幅器の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】第１の段および第２の段に同じポンプ放射が使用される先行技術によるラマン増幅器の実施形態を示す図である。
【図４】図３によるラマン増幅器の２つの構造で得られる雑音指数を示す図である。
【図５】図２によるラマン増幅器の２つの構造で得られる雑音指数を示す図である。
【図６】図２によるラマン増幅器の２つのさらなる構造で得られる雑音指数を示す図である。
【図７】ラマンシフトを測定するための実験装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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