(57)【要約】【課題】ゲインリップルを許容可能な値未満に維持しながらＣバンド光増幅器のゲイン帯域幅を拡張すること。【解決手段】Ｃバンドスペクトル範囲（すなわち、少なくとも４２ｎｍ、好ましくは４６〜４８ｎｍの範囲内のゲイン帯域幅）の広い範囲にわたってゲインを提供するように特に構成されたファイバ増幅器は、特別に設計された離散ラマン増幅器を高反転レベルＥＤＦＡと組み合わせて使用して、従来のＥＤＦＡＣバンド光増幅器のゲイン帯域幅を拡張する一方で、ゲインリップルを許容値未満に維持する。ＥＤＦＡは、高反転されたレベルでの動作を提供し、特殊離散ラマン増幅器（ｓＤＲＡ）要素は、特定のパラメータ（分散、長さ、有効面積）を有し、「小ゲイン」領域内で動作を維持する一方、ゲイン帯域幅の長波長端を拡張し、ＥＤＦＡ構成要素に起因するゲインリップルを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウムドープ光ファイバと、高反転レベルを達成するために十分な出力レベルを有する励起光を供給する第１のレーザ励起光源とを含む高反転レベルで動作するエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）モジュールであって、前記ＥＤＦＡモジュールを通ってＣバンドスペクトル範囲内の波長で伝播する１つまたは複数の光入力信号は、励起光の存在によって増幅されるＥＤＦＡモジュールと、
前記Ｃバンド範囲内での波長で伝播する１つまたは複数の光信号を入力として受信する光ゲインファイバの部分と、前記光ゲインファイバの部分に励起光を供給する第２のレーザ励起光源とを含む離散ラマン増幅器（ＤＲＡ）モジュールであって、前記光ゲインファイバは、７ｄＢ未満の小ゲイン領域内で動作を維持するために選択された長さを有するとともに、前記ＥＤＦＡモジュールと前記ＤＲＡモジュールとの組み合わせは１５２５〜１５７３ｎｍの波長範囲内で少なくとも４２ｎｍのゲイン帯域幅を提供するＤＲＡモジュールとを含むファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項２】
前記エルビウムドープ光ファイバの部分は、アルミニウムで共ドープされ、所定のＡｌ比を示すことを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項３】
前記エルビウムドープファイバの部分は少なくとも０．４４０のＡｌ比を有することを特徴とする請求項２に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項４】
前記第１のレーザ励起光源は、前記ＥＤＦＡモジュールが約０．６９よりも大きいエルビウムイオン反転レベルを示すように３５０ｍＷよりも大きい出力で動作することを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項５】
前記ＤＲＡモジュールの前記小ゲイン領域は、４ｄＢ以下の平均ゲインとして定義されることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項６】
前記ラマン光ゲインファイバは約６ｋｍ以下の長さを有することを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項７】
前記ラマン光ゲインファイバは、前記Ｃバンド波長範囲にわたって波長分散の正の値を示す正分散光ファイバの部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項８】
前記光増幅器は、前記ＥＤＦＡモジュールの前記出力に接続されたゲイン平坦化フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項９】
前記ＥＤＦＡモジュールは共伝播増幅器として構成され、伝播する前記光信号とともに、前記励起光を多重通信するために前記ＥＤＦＡモジュールへの入力に配置された光波長分割多重通信（ＷＤＭ）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項１０】
前記ＤＲＡモジュールは、後方伝播増幅器として構成され、前記ＤＲＡモジュールの前記出力に配置され、入力ポートにおける前記第２の励起光源から前記励起光を受光し、前記光入力信号の前記伝播方向に沿って前記励起光を後方に向ける前記光ＷＤＭをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項１１】
前記ＤＲＡモジュールから増幅された出力信号を前記ＥＤＦＡモジュールへの入力信号として印加されるように前記ＥＤＦＡモジュールの前に前記ＤＲＡモジュールが配置されることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項１２】
前記ＥＤＦＡモジュールから増幅された前記出力信号を前記ＤＲＡモジュールへの入力信号として印加されるように前記ＤＲＡモジュールの前に前記ＥＤＦＡモジュールが配置されることを特徴とする請求項１に記載のファイバベースＣバンド光増幅器。
【請求項１３】
１５２５〜１５７３ｎｍの波長範囲の波長で伝播する光信号を増幅する方法であって、前記方法は、
離散ラマン増幅器（ＤＲＡ）への入力として１５２５〜１５７３ｎｍの波長範囲で動作する複数の光入力信号を印加するステップであって、前記ＤＲＡは、より長い波長に対してゲインが増加し、１５７３ｎｍの長波長端に対して６．６ｄＢ以下およびＣバンド波長範囲全体に対して４ｄＢ以下の平均ゲインを示す傾斜ゲインプロファイルを示すように構成されるステップと、
前記ＤＲＡから出力される小ゲイン領域として、増幅された光出力信号を提供するステップであって、前記増幅は前記傾斜ゲインプロファイルに従うステップと、
少なくとも０．６９の反転レベルで動作するエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）への入力として前記ＤＲＡから前記増幅された光出力信号を印加するステップであって、前記ＤＲＡとＥＤＦＡとの組み合わせは、前記Ｃバンド範囲内で少なくとも４２ｎｍのゲイン帯域幅を作成するステップとを含む方法。
【請求項１４】
前記ＤＲＡは約６ｋｍより短い所定の長さＬのラマンゲインファイバの部分を有し、前記複数の光入力信号は前記ラマンゲインファイバへの入力として印加されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＤＲＡは励起光源を含み、前記方法は、正の分散ゲインファイバの前記部分を通って、前記複数の光入力信号の前記伝播方向に対して、後方伝播方向に低出力励起波を向けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ラマン光ゲインファイバの前記部分は、正分散光ファイバの部分を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＥＤＦＡはエルビウムとアルミニウムの共ドープのゲインファイバを利用する高Ａｌ比ＥＤＦＡを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＤＲＡと前記高反転レベルＥＤＦＡとの前記組み合わせは約４６〜４８ｎｍ程度のゲイン帯域幅を提供することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２５，０２９号の利益を主張する。この米国仮特許出願は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなす。
【０００２】
本発明は、ファイバベース光増幅器に関し、特に、Ｃバンドスペクトル範囲の広い範囲にわたってゲインを提供するように構成されたエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：erbium-doped fiber amplifier）に関し、特別に設計されたファイバラマン増幅器を使用して、ゲイン帯域幅を拡張し、ゲインリップルを許容可能なレベルまで低減する。
【背景技術】
【０００３】
ＥＤＦＡは、高出力変換効率（ＰＣＥ：power conversion efficiency）、低雑音指数（ＮＦ：noise figure）の点で優れた性能の結果、光ファイバ通信システムに広くに使用されている。典型的な従来技術のＣバンドＥＤＦＡは、１５２８〜１５６５ｎｍ（約３７ｎｍ程度のゲイン帯域幅としても表現される）の光波長範囲内で動作する。今後、通信などの用途では、ＣバンドＥＤＦＡのゲイン帯域幅を少なくとも４２ｎｍ、好ましくは４６〜４８ｎｍ（すなわち、波長範囲を約１５２５〜１５７３ｎｍに拡張すること）まで増大させることが重要である。許容レベルのゲインを達成し得るこのような更なる１０ｎｍ程度の帯域幅は、伝送システムの容量を増加させ、システムコストを低減し、適応信号変調方式を使用することを可能にするなどを可能にする。
【０００４】
例えば、ゲインファイバ内のドーパント濃度を変更することによって、ＥＤＦＡゲイン帯域幅を拡張することが可能であるが、その結果、異なる個々の波長（「ゲインリップル」と呼ばれる）で提供されるゲイン量の不均一性が著しく増大し、従来のゲイン平坦化フィルタ（ＧＦＥ：gain flattening filter）ではゲインの変動を補償することができないレベルに達する。必要なゲイン帯域幅を拡張するこのアプローチは、出力変換効率（ＰＣＥ：power conversion efficiency）を低下させ、雑音指数（ＮＦ：noise figure）を増加させ、両方とも所望のシステム要件に反する。
【０００５】
Ｃバンド光増幅器のゲイン帯域幅を拡張する別の方法は、ＥＤＦＡの代わりに従来の離散ラマン増幅器（ＤＲＡ：discrete Raman amplifier）を利用することである。拡張ゲイン帯域幅を提供する一方で、ＤＲＡｓはＥＤＦＡｓよりも低いＰＣＥ、高いＮＦを有することが知られており、また、二重レイリー散乱に関連するマルチパス干渉（ＭＰＩ：multi-path interference）、及びＤＲＡ構造に使用されるファイバの比較的小さい有効面積に関連する非線形衝撃のような他の技術的問題に対しても許容可能である。分布ラマン増幅器（離散ラマン増幅器で提供されるような別個の「ゲインファイバ」の代わりにインプレス伝送ファイバを利用する）、ならびにＥＤＦＡと分散ラマン増幅器との組合せに基づく種々のタイプの「ハイブリッド」ファイバ増幅器は、導入に関連する実用上の問題を依然として示すことが分かっている。例えば、スプライシングおよび安全性の問題に関連する問題、ならびに分布型ラマン増幅器のための増幅媒体としてのインプレス伝送ファイバに関連する問題が知られている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、ファイバベース光増幅器に関し、より詳細には、Ｃバンドスペクトル範囲の広い範囲にわたってゲインを提供するように特に構成されたエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：erbium-doped fiber amplifier）に関し、ゲインリップルを許容可能な値未満に維持しながらＣバンド光増幅器のゲイン帯域幅を拡張するために、特別に設計された離散ラマン増幅器と高反転レベルＥＤＦＡとを組み合わせて使用することにより、当該技術分野に残っている要求に対処する。
【０００７】
本発明の原理によれば、広ゲイン帯域幅Ｃバンドファイバベースの光増幅器が提案されており、この光増幅器は、Ｃバンドの長波長端におけるゲインを増大させるように選択された特定のパラメータを有する専用の離散ラマン増幅器（ｓＤＲＡ：specialized discrete Raman amplifier）要素によるＥＤＦＡ（高反転レベルで動作する）を利用する一方、比較的高反転レベルでＥＤＦＡを動作させることに起因するゲインリップルを低減する。本発明のｓＤＲＡ構成要素は、例えば、比較的短い長さの光ゲインファイバを使用することによって達成されるように、「小ゲイン」領域（例えば、４ｄＢ以下の平均ゲイン）で動作を維持する。特に、約６ｋｍ（好ましくは４ｋｍ未満、より具体的には約２〜４ｋｍの範囲）以下の長さが「小ゲイン」領域内でゲインを維持することが分かっている。長さが短い光ゲインファイバに加えて、またはその代わりに、ｓＤＲＡは、「小ゲイン」領域内でファイバ自体の励起出力および／またはラマンゲイン係数の制御を通して動作するように構成されてもよい。
【０００８】
本発明の例示的な実施形態は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：erbium-doped fiber amplifier）モジュールおよび離散ラマン増幅器（ＤＲＡ：discrete Raman amplifier）モジュールを含むファイバベースＣバンド光増幅器の形態を取る。ＥＤＦＡモジュールは、高反転レベルで動作するように構成され、高反転レベルを達成するのに十分な出力レベルで動作する第１のレーザ励起光源からの励起光に応答するエルビウムドープ光ファイバのセクションを含む。ＤＲＡモジュールは、Ｃバンド範囲内の波長で伝播する１つまたは複数の光信号を入力として受信するラマン光ゲインファイバのセクションと、光ゲインファイバのセクションに励起光を供給するための第２のレーザ励起光源とを含む。ラマン光ゲインファイバのセクションは、長さ、ラマンゲイン係数、および小ゲイン領域（例えば、７ｄＢ未満）内でＤＲＡの動作を維持する励起出力の組み合わせを有するように選択される。ＥＤＦＡモジュールとＤＲＡモジュールの組合せは、４２ｎｍのＣバンド波長範囲内で少なくとも１５２５〜１５７３ｎｍのゲイン帯域幅を提供する。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施形態は、１５２５〜１５７３ｎｍのＣバンド範囲内の波長で伝播する光信号を増幅する方法であって、（１）Ｃバンド範囲で動作する複数の光入力信号を離散ラマン増幅器（ＤＲＡ：discrete Raman amplifier）への入力として印加するステップであって、ＤＲＡは、より長い波長についてゲインが増大する傾斜ゲインプロファイルで１５７３ｎｍの長波長エッジについて６．６ｄＢ以下、および完全なＣバンド波長範囲について４ｄＢ以下の平均ゲインである傾斜ゲインプロファイルを示すように構成されるステップと（２）ｓＤＲＡから出力される小ゲイン領域として増幅された光出力信号を提供するステップであって、傾斜ゲインプロファイルに従って増幅するステップと、（３）少なくとも０．６９の反転レベルで動作するエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：erbium-doped fiber amplifier）への入力としてＤＲＡから増幅された光出力信号を印加するステップであって、ＥＤＦＡとＤＲＡの組み合わせは少なくとも４２ｎｍのゲイン帯域幅を生成するステップとを含む。
【００１０】
本発明の他のおよびさらなる実施形態および態様は、以下の議論の過程において、および添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により形成された例示的な広ゲイン帯域幅Ｃバンド光増幅器を示している。
【図２】図１に示された増幅器において利用される特殊離散ラマン増幅器に対する波長の関数としてのゲインのプロットを含む。
【図３】本発明の別の実施形態を示し、高Ａｌ比ＥＤＦＡおよび正分散ゲインファイバに基づく離散ラマン増幅器を利用する広ゲイン帯域幅Ｃバンド光増幅器を示す。
【図４】特殊ＤＲＡ、高Ａｌ比ＥＤＦＡおよび特殊ＤＲＡと高Ａｌ比ＥＤＦＡとの組み合わせによって形成される例示的な発明の増幅器に対する波長の関数としてのゲインを示すプロットの集合を含む。
【図５】増加した帯域幅を提供するのに必要な条件で動作するＥＤＦＡと、本発明の増幅器構成によって提供されるゲインリップルの低減およびゲイン帯域幅の拡大を示す本発明の増幅器（特殊ＤＲＡと高Ａｌ比ＥＤＦＡの組み合わせから成る）との比較ゲインプロファイルプロットを含む。
【図６】本発明により形成される広ゲイン帯域幅Ｃバンド光増幅器の他の実施形態を示す。
【図７】両構成要素（ＥＤＦＡとｓＤＲＡ）の雑音指数（ＮＦ）とそれらの組み合わせに関連する全体ＮＦのプロットを含む。
【図８】本発明に関連して形成される広ゲイン帯域幅Ｃバンド光増幅器の更に別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ｃバンドの光信号を増幅するために使用される典型的な従来技術のＥＤＦＡは、１５２８ｎｍと１５６５ｎｍとの間の制限されたバンド（すなわち、約３７ｎｍのゲイン帯域幅）内でのみ許容可能なゲインを提供することが知られている。本発明の目標は、このゲイン帯域幅を少なくとも４２ｎｍの値、好ましくは４６〜４８ｎｍの範囲の値に拡張し、１５２５〜１５７３ｎｍの波長にわたるゲインを提供することである。
【００１３】
以下に説明するように、比較的高い反転レベル（例えば、約０．６９以上）で動作するＥＤＦＡは、特定のラマンゲインファイバ特性（長さだけでなく、おそらく分散および／または有効面積に関する）を有する特殊離散ラマン増幅器（ｓＤＲＡ）を用いて、全体ゲインの大部分を生成するために使用され、その組み合わせが広い帯域幅を有し、従来のゲイン平坦化フィルタ（ＧＦＦ）によって制御され得るゲインリップルを示すように、高反転レベルＥＤＦＡのゲインスペクトルを増大させるために使用される。ＥＤＦＡは、固定された波長範囲を有するので、特殊ＤＲＡは、ゲインが達成される波長範囲を拡張することができる（長波長端に拡張される）。
【００１４】
図１は、本発明の原理に従って形成された例示的なＣバンド光増幅器１０を示しており、ゲインの大部分を提供するために出力側で高反転レベルＥＤＦＡを使用し、ゲイン帯域幅の長波長端を拡張しゲインリップルが管理可能であることを保証するために入力側で特殊ＤＲＡ（ｓＤＲＡ）を使用する。図１に示されるように、Ｃバンド光増幅器１０は、１５２５〜１５７３ｎｍのＣバンド範囲内の波長で動作する複数の光入力信号に応答する。
【００１５】
増幅器１０は、ある長さのエルビウムドープファイバ１４と励起光源１６とを含むＥＤＦＡモジュール１２を含むものとして示されている。光カプラ１８（ＷＤＭカプラなど）は、励起光をエルビウムドープファイバ１４に導入するために使用され、増幅器１０の構成において、励起光は、入力信号と同じ方向に伝搬する（すなわち、共励起される）。励起光源１６は、約９８０ｎｍの波長で動作するレーザダイオードを含み、光源１６は、比較的高い出力を提供するように構成される。比較的高い出力は、ドープファイバ１４内のエルビウムイオンの大部分が「反転」されることを確実にするために利用され、したがって、ドープファイバ１４を通過する入力信号と相互作用するとき、ゲインのかなりの部分（すなわち過半数）を提供する。本発明の目的のために、反転レベル０．６９（すなわち、エルビウムイオンの６９％が高エネルギー状態に反転している）が許容可能であることが分かっている。約０．７２程度の反転レベルが好ましいと考えられる。
【００１６】
本発明によれば、Ｃバンドファイバベース光増幅器のためのゲイン帯域幅を拡張する能力は、全体的な増幅器構成に特別に設計された離散ラマン増幅器（ｓＤＲＡ）を含めることによって提供される。例示的なｓＤＲＡ２０は、図１に、比較的短い部分の光ファイバ２２（約６ｋｍ未満、好ましくは２〜４ｋｍの範囲内の長さＬを有する）を含むものとして示されている。以下「ラマンゲインファイバ２２」と呼ばれる光ファイバ２２は、約１４６４〜１４７２ｎｍの範囲の励起波長で動作する半導体レーザ２４によって後方励起される。第２のＷＤＭカプラ２６を使用して、この励起光をファイバ２２の出力に注入し、励起光が入力光信号に対して反対方向に伝搬して、「後方伝播」構成を提供する。場合によっては、ラマンゲインファイバ２２は、２０μｍ２程度の比較的小さい有効面積（Ａｅｆｆ）を有するように構成される。
【００１７】
低雑音指数（ＮＦ）を達成し、ｓＤＲＡ２０からの非線形劣化を最小化するために、ラマンゲインファイバ２２は、高いラマンゲイン係数、励起および信号の両方での低い減衰を示す必要がある。例示的なｓＤＲＡ２０ゲインプロファイルは図２にプロットされる。図示のように、プロファイルは、Ｃバンドの長波長端に向かって傾斜され、最長波長１５７３ｎｍにおいて６．６ｄＢ以下の最大ゲインを提供する。比較的長い伝送ファイバ（例えば、数十ｋｍ）がゲイン媒体として使用される従来の分布ラマン増幅器とは対照的に、本発明に従って利用される「離散」ラマン増幅器は、既存の伝送ファイバに結合される内蔵型モジュールである。従って、離散ラマン増幅器については、提供されるゲインの量は、例えば、その目的に適したラマンゲインファイバの長さおよび有効面積（あるいは、励起出力およびラマンゲイン係数）を選択することによって制御され得る。本発明によれば、ｓＤＲＡ２０を「小ゲイン」領域（すなわち、Ｃバンド範囲の長波長端において約７．０ｄＢ以下のゲイン）で動作するように維持することが意図されている。この目的に適したラマンゲインファイバの長さＬは、６ｋｍと短くてもよく、小ゲイン領域の動作を保証するためには２〜４ｋｍ程度の長さが好ましい。好ましくは、ｓＤＲＡ２０は、４．０ｄＢの平均ゲインを有する（例えば、１５２５ｎｍにおける１．５ｄＢから１５７３ｎｍにおける６．６ｄＢ）。ｓＤＲＡ２０のゲインをこのように比較的低いレベルに維持することによって、少なくとも０．６９の反転レベルで動作するＥＤＦＡとのその組合せは、ゲインリップルの許容レベルを有する少なくとも４２ｎｍのゲイン帯域幅を達成する。
【００１８】
図３は、本発明の別の実施形態を示しており、拡張ゲイン帯域幅Ｃバンド光増幅器３０は、アルミニウムとエルビウムとが共ドープされたゲインファイバを使用することによってゲインのレベルを増加したＥＤＦＡ３２を含む。高出力励起光源３４は、９８０ｎｍで励起光を供給するために使用され、第１のＷＤＭ３６は、励起光を高Ａｌ比ゲインファイバ３２の入力に結合するために使用される。図１に示された実施形態と同様に、最大レベルの励起出力が伝搬光信号の最大出力と相互作用するように、共励起構成が好ましい。
【００１９】
本発明の本実施形態によれば、ＥＤＦＡ３２は、エルビウムとアルミニウムとの両方で共ドープされた、好ましくは高いアルミニウム含有量を有するように形成されたゲインファイバ３４の部分を含む。Ａｌドーパントの存在は、達成されるゲインレベルを増加する一方、比較的低い雑音指数（ＮＦ）を維持することが知られている。特に、Ａｌ濃度はエルビウムドープファイバのゲインスペクトルに大きな影響を及ぼすことが知られている。当該技術分野で知られているように、１４８０ｎｍにおける吸収レベルは、エルビウムドープファイバにおけるＡｌ共ドーピング濃度の変動の非常に高感度な尺度である。１４８０ｎｍにおける吸収（α１４８０ｎｍと表示される）とピーク吸収（αｐｅａｋと表示される）との間の比を「Ａｌ比」として定義し、異なるアルミニウムドーピングレベルを区別し、スペクトルの均一性／一貫性を監視するために測定可能なパラメータとして選択される。本発明の目的のために、高いＡｌ比（例えば、約０．４４６のα１４８０／αｐｅａｋ（より広くには約０．４４より大きく、場合によっては約０．４６より大きい））は、増幅器が所望の高い反転レベルで動作しながら、さらに所望の低いＮＦおよび広いゲイン帯域幅を維持しながら、さらなるゲインを生成することを可能にする。
【００２０】
図４は、図３において示されるＥＤＦＡ３２（図４においてプロットＩとして示される）などの例示的な高Ａｌ比ＥＤＦＡに対するゲインプロファイルのプロットを含む。高Ａｌ比ＥＤＦＡの使用は、１５２５から約１５６０ｎｍ（すなわち、約３５ｎｍのゲイン帯域幅）の波長範囲にわたって１５ｄＢより大きいゲインを提供することが示されている。このタイプの高Ａｌ比ＥＤＦＡでは、ゲイン平坦性、ＮＦ、および出力変換効率（ＰＣＥ）を著しく損なうことなく、ファイバ設計、増幅器設計、またはガラス組成の変更を通して、ゲイン帯域幅をこの３５ｎｍの範囲をはるかに超えて拡張することは困難である。
【００２１】
図３に示す実施形態に戻ると、増幅器３０は、短い長さ（すなわち６ｋｍ以下）の「正分散」光ファイバ４２（以下、「ラマンゲインファイバ４２」と呼ばれる）から形成されたｓＤＲＡ４０を含む。ラマン励起光源４４は、励起光の供給源として使用され、第２のＷＤＭカプラ４６は、ラマン励起光を正分散ラマンゲインファイバ４２の出力に結合するために使用される。図３における好ましい後方励起構成に示されているが、ｓＤＲＡ４０は、特に、励起光源４４の相対強度雑音（ＲＩＮ：relative intensity noise）が十分に低い場合、共励起配置としても構成され得ることが理解されるべきである。
【００２２】
波長分散は、ファイバを通過する異なる波長の伝播速度の差の尺度である。「正分散」とは、具体的には、長波長光が短波長光よりも速く伝播する特定のファイバ組成物をいう（これは、反対の効果が生じる従来の「負分散」ファイバとは対照的である）。正分散は、典型的には、離散ラマン増幅器においては使用されないが、コヒーレント伝送システムにおいて典型的に見られる非線形チャネル間およびチャネル内障害を回避するために、この特定の用途において望ましい。本発明の目的のためには、少なくとも１５５０ｎｍにおいて１０ｐｓ／ｎｍ＊ｋｍの正分散値が好ましいが、必要ではない。最も広い意味では、ラマンゲインファイバが非ゼロ分散を示す限り、Ｃバンド増幅器のゲイン帯域幅を拡張する「非線形」素子として適切に機能する。
【００２３】
ｓＤＲＡ４０に関連するゲインは、図４（プロットＩＩ）にも示されており、高Ａｌ比ＥＤＦＡ３２とｓＤＲＡ４０との組み合わせから全増幅器ゲインを示しており、これは、２０ｄＢの全体平均ゲインおよび４８ｎｍのゲイン帯域幅をもたらすことが示されている。従来のゲイン平坦化フィルタ（ＧＦＦ）を用いて４．７ｄＢのゲインリップルを補償できる。
【００２４】
図５は、Ｃバンド動作波長範囲において４８ｎｍに近い帯域幅を提供するために特殊ＤＲＡ（ｓＤＲＡ）を高Ａｌ比ＥＤＦＡと組み合わせて使用することによって、性能の改善をよりよく示すグラフを含む。図５におけるプロットＡは、Ｃバンド増幅器として動作する高Ａｌ比ＥＤＦＡに関連するゲインプロファイルである。十分に高い出力励起入力（例えば、６００ｍＷの励起出力）を使用することによって、高Ａｌ比ＥＤＦＡを、所望の４８ｎｍ値に近いゲイン帯域幅を示すように駆動することができるが、これは、ゲインに大きなリップルを導入することを犠牲にして生じる。図５に示されるように、関連するリップルは７．３ｄＢ程度であり、これは容認できないほど低いＰＣＥ値をもたらし、さらに、典型的なゲイン平坦化フィルタによる補正能力を超えている。
【００２５】
図５におけるプロットＢは、特殊ＤＲＡ（上記の特徴を有する）を高Ａｌ比ＥＤＦＡと組み合わせることによる性能の改善を示しており、図示のように、ゲイン帯域幅は、Ｃバンドの長波長端に沿ってさらに広がり、ゲインリップルは、４．７４ｄＢの値に低減される（従来のゲイン平坦化フィルタを用いて補償できるリップルである）。
【００２６】
図６は、本発明の１つまたは複数の実施形態に従って形成された別のファイバベースＣバンド光増幅器を示す。ここで、例示的な光増幅器６０は、図３に関連して上述したように、高Ａｌ比ＥＤＦＡ３２およびｓＤＲＡ４０を含むものとして示されている。また、図６の実施形態には、ゲイン平坦化フィルタ（ＧＦＦ）６２がＥＤＦＡ３２の出力に配置されている。周知の技術を使用して、ＧＦＦ６２は、４．７４ｄＢの残りのゲインリップルを、例えば、約０．２〜０．３ｄＢの値まで低減することができ、Ｃバンド光増幅器６０の全帯域幅にわたって実質的に均一なゲインを提供する。光アイソレータもまた、Ｃバンド光増幅器６０の構成要素として含まれ、反射光信号によって生成される雑音の量を低減するために使用される。図示のように、アイソレータ６４、６６および６８は、それぞれ、ｓＤＲＡ４０の入力、ＥＤＦＡ３２の入力、およびＥＤＦＡ３２の出力に配置される。
【００２７】
光アイソレータの使用に加えて、ｓＤＲＡ２０、４０の特定のパラメータは、本発明のファイバベース光増幅器に対して比較的低い雑音指数（ＮＦ）を維持するように設計することができる。特に、ＮＦは次式から求められる。
ここで、ＧｓＤＲＡはｓＤＲＡ２０、４０に関連する平均ゲイン成分である。
【００２８】
図７は、Ｃバンドにわたる増幅器６０の計算された全体雑音指数、ならびにｓＤＲＡ４０（ＮＦｓＤＲＡ）およびＥＤＦＡ３２（ＮＦＥＤＦＡ）に関連する雑音指数成分をプロットする。ＮＦＥＤＦＡプロットをレビューすると、高Ａｌ比ＥＤＦＡ３２は全体ＮＦのごく一部しか寄与せず（この増幅器は、特に、その高い反転レベルで動作するように構成されているので）、本質的に３．５ｄＢの値以下に留まっていることが明らかである。ＮＦの主な寄与はｓＤＲＡ４０からであり、ＮＦｓＤＲＡプロットは１４７３ｎｍの長波長端で４．８ｄＢの最大ＮＦを示す。しかし、この特殊離散ラマン増幅器からのＮＦは、従来の離散ラマン増幅器と比較して比較的低い。これは、ｓＤＲＡ４０が、例えば短い長さのラマンゲインファイバ４２を含むその特殊な特性によって、「小ゲイン」状態で動作するためである（すなわち、ｓＤＲＡ４０からの平均ゲインは約４．０ｄＢにすぎない。）。他の特殊な特性もまた、低出力励起を使用し、そしておそらく比較的低いラマンゲイン係数を有するゲインファイバを有するなど、ｓＤＲＡ４０の「小ゲイン」動作を維持することができる。さらに、後方励起配置の使用は、励起光源の相対強度雑音（ＲＩＮ）が伝搬光信号伝達される（共励起ラマン増幅器において起きる）のを防止することによって、ラマン増幅器の全体の雑音をさらに低減する。
【００２９】
したがって、低ＮＦ動作を達成するために、ｓＤＲＡ４０からの正味ゲインは小さくなければならず、それに応じてラマンゲインファイバ４２（そして、おそらく、励起光源４４）の特性が制御されなければならない。また、マルチパス干渉（ＭＰＩ：multi-path interference）は、小ゲイン領域で動作するため、小さいことが期待される。
【００３０】
多くの実施形態では、本発明の増幅器のｓＤＲＡ構成要素は、ＥＤＦＡ構成要素の入力側に配置される低信号出力領域で動作する。したがって、これらの実施形態では、ｓＤＲＡからの非線形損傷が比較的小さいことが期待される。実際、全体ＮＦプロットをレビューすると、最高レベルは、十分な量のゲインが存在する５．５ｎｍ帯域幅内で４８ｄＢ未満のままであることが明らかである。
【００３１】
しかしながら、ＥＤＦＡ構成要素を「入力」増幅器として配置し、ｓＤＲＡ構成要素をＥＤＦＡ構成要素の出力に配置してもよい他の用途もある。このような状況では、伝送システムがｓＤＲＡ構成要素に存在する非線形性の影響を受けないか、またはｓＤＲＡの非線形長さが短すぎてかなりの量の非線形性を導入できないかのいずれかである。
【００３２】
図８は、この特定の構成を有する本発明の例示的な広ゲイン帯域幅光増幅器８０を示す。図示のように、複数の入力信号は、高反転レベルで動作するＥＤＦＡ８２に、例えば高出力励起光源８４を使用して結合される。ゲインファイバ８６は、エルビウムドーパントのみを含んでもよく、あるいは、上述のように、さらなるレベルのゲインを提供するためにアルミニウムと共ドープされてもよい。その後、ＥＤＦＡ８２から増幅された出力は、上述のように、ゲイン帯域幅の長波長端を拡張し、かつＥＤＦＡ８２によって生成されるゲイン帯域幅にわたるリップル量を低減するように特に構成されたｓＤＲＡ９０への入力として印加される。すなわち、ラマンゲインファイバ９２の特性（長さ、分散、有効面積、ラマン利得係数）は、おそらく、励起光源９４の出力レベルを制御しながら、ｓＤＲＡ９０のための「小ゲイン」領域における動作を維持するために利用され、同時に、ＥＤＦＡ８２からの増幅された出力に対して、拡張ゲイン帯域幅（例えば、約４８ｎｍまで）および低減されたリップルの観点からの改善も提供する。実際、図８の構成は、増幅器の出力における追加のＧＦＦの必要性を排除することが可能である。
【００３３】
上述した本発明は、上述した実施形態に関して説明したが、多くの変形が可能である。したがって、これらに限定されるものではないが、上述のような修正および変更は、以下の特許請求の範囲内であると考えられる。
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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