(57)【要約】【課題】生産コストの低減が可能であり、小型化されたシステムにも適用可能な広帯域増幅器を提供する。【解決手段】エルビウムイオン励起用の第１励起光及びラマン増幅誘導用の第２励起光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバ３２０と、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオン励起用に所定の波長の第１励起光を出力する第１励起光源３４０と、前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第１励起光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器３３０と、エルビウム添加光ファイバのラマン増幅誘導用に所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２励起光源３６０と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第２励起光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器３５０と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図２
2004193611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器において、
エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオン励起用に所定の波長の前記第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第１ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバのラマン増幅誘導用に所定の波長の前記第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第２ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えることを特徴とする広帯域増幅器。
【請求項２】
入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、
出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備える請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項３】
第１ポンプ光の波長が９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍとされ、エルビウム添加光ファイバを後方励起してＣ−バンド帯域の光信号を増幅させる請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項４】
第２ポンプ光が１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長範囲内で選択的に生成され、エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導してＬ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅させる請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項５】
第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備える請求項４記載の広帯域増幅器。
【請求項６】
第１ポンプ光及び第２ポンプ光の吸収率が１．０ｄＢ／ｋｍ内外になるように、エルビウム添加光ファイバのエルビウム濃度を設定する請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項７】
エルビウム添加光ファイバは、シリカ材質の振動エネルギーによる光増幅とエルビウムイオン励起による光増幅とにより光信号を増幅する請求項１記載の広帯域増幅器。
【請求項８】
狭い波長帯域でラマン利得が数式１及び数式２により与えられる（式中、ｇ(λ)は増幅媒質のラマン利得係数、Ｐｐはポンプ光パワー、Ａｅｆｆはポンプ光に対する有効領域、Ｌｅｆｆは有効長、Ｌは使用された増幅媒質の全長、αｐは損失）請求項１記載の広帯域増幅器。
【数１】
2004193611.tif 000005
【数２】
2004193611.tif 000006
【請求項９】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、
エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて前記光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の前記第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第１ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の前記第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第２ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備える請求項９記載の光通信システム。
【請求項１１】
広帯域増幅器の第１ポンピング光源は、９８０ｎｍの波長を有する第１ポンプ光を生成し、前記第１ポンプ光により前方励起されたエルビウム添加光ファイバは、Ｃ−バンド光信号を増幅する請求項９記載の光通信システム。
【請求項１２】
広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長を有する第２ポンプ光を選択的に生成し、前記第２ポンプ光により前方ラマン増幅誘導されたエルビウム添加光ファイバは、Ｌ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する請求項９記載の光通信システム。
【請求項１３】
広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備える請求項１２記載の光通信システム。
【請求項１４】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、
エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて前記光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の前記第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第１ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導するために所定の波長の前記第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第２ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１５】
広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備える請求項１４記載の光通信システム。
【請求項１６】
広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長を有する第２ポンプ光を選択的に生成し、前記エルビウム添加光ファイバが前記第２ポンプ光の波長により後方ラマン増幅誘導されることにより、Ｌ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する請求項１４記載の光通信システム。
【請求項１７】
広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備える請求項１６記載の光通信システム。
【請求項１８】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、
エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて前記光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを後方励起するために所定の波長の前記第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第１ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の前記第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第２ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１９】
広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備える請求項１８記載の光通信システム。
【請求項２０】
波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、
エルビウムイオン励起用の第２及び第３ポンプ光とラマン増幅誘導用の第１及び第４ポンプ光とにより励起されて前記光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の前記第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第２ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の前記第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、
前記光信号及び前記第１ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを後方励起するために前記第２ポンプ光の波長と異なる波長の前記第３ポンプ光を出力する第３ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第３ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第３波長選択結合器と、
前記エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導するために前記第１ポンプ光の波長と異なる波長の前記第４ポンプ光を出力する第４ポンピング光源と、
前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、前記第４ポンプ光を前記エルビウム添加光ファイバへ入射させる第４波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに関し、特に、広帯域の光信号を増幅するためにエルビウム添加光ファイバを備えた広帯域増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、幾何級数的に増加するデータ量により、波長分割多重光通信システム(Wavelength Division Multiplexing optical communication system；WDM optical communication system)の伝送容量の拡充が必要になっている。伝送容量を増加させるための方法には、伝送チャンネル数を増加させる方法及び伝送速度を高める方法があり、伝送速度を高める方法は持続的に研究されている。伝送容量を増加させる方法は、既存のＣ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器(C-band Erbium Doped Fiber Amplifier；C-band EDFA)と、Ｌ−バンドエルビウム添加光ファイバ増幅器(L-band EDFA)を並列に結合して使用する方法と、ツリウム(Thulium；Ｔｍ)添加光ファイバなどの新たな増幅媒体を利用する方法がある。しかし、希土類元素が添加された光ファイバ増幅器は、使用できる増幅帯域が限定されて雑音指数が大きい短所がある。このような対案として、ラマン光ファイバ増幅器に対する研究が活発に進行されている。
【０００３】
一般的に、Ｃ−バンド(C-Band)、Ｌ−バンド(L-Band)、及びＳ−バンド(S-Band)帯域のそれぞれは、光通信に使用される波長範囲を意味し、Ｃ−バンドは１５３０〜１５６５ｎｍの波長範囲を、Ｌ−バンドは１５６５〜１６１０ｎｍの波長範囲を、Ｓ−バンドは１４５０〜１５１０ｎｍの波長範囲を意味する。
【０００４】
図１は、従来の光ファイバ増幅器の構成を示す。この光ファイバ増幅器は、エルビウム添加光ファイバ増幅部２２０、ラマン光ファイバ増幅部２３０、エルビウム添加光ファイバ増幅部２２０及びラマン光ファイバ増幅部２３０を連結するコネクタ１６０を備える。
【０００５】
エルビウム添加光ファイバ増幅部２２０は、第１アイソレータ１１０、第１波長選択結合器１２０、第１ポンピング光源１３０、エルビウム添加光ファイバ１４０、及び第２アイソレータ１５０を備える。
【０００６】
第１アイソレータ１１０は、入力端の光ファイバから内部に入力された光信号を第１波長選択結合器１２０に入力させ、第１波長選択結合器１２０から入力される光信号の進行は遮断する。
【０００７】
第１ポンピング光源１３０は、エルビウム添加光ファイバ１４０を前方励起するための９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光を出力し、レーザダイオード(laser diode)などを使用することができる。
【０００８】
第１波長選択結合器１２０は、第１アイソレータ１１０から入力された光信号及び第１ポンプ光源から出力された第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ１４０へ出力する。
【０００９】
エルビウム添加光ファイバ１４０は、第１波長選択結合器１２０から入力されたポンプ光によりエルビウムイオンが順方向にポンピングされることにより、第１波長選択結合器１２０からその内部に入力された光信号を増幅する。
【００１０】
第２アイソレータ１５０は、エルビウム添加光ファイバ１４０とラマン光ファイバ増幅部２３０との間に連結されることにより、エルビウム添加光ファイバ１４０で増幅された光信号をラマン光ファイバ増幅部２３０へ入力させ、一方、ラマン光ファイバ増幅部２３０からエルビウム添加光ファイバ１４０へ進行する光信号は遮断する。
【００１１】
コネクタ１６０は、前置エルビウム添加光ファイバ増幅部２２０と後置ラマン光ファイバ増幅部２３０を連結し、内部に円状のホールを備えるフェルール(ferrule)などを使用することができる。
【００１２】
ラマン光ファイバ増幅部２３０は、第３アイソレータ１７０、第２波長選択結合器１８０、第２ポンピング光源１９０、分散補償光ファイバ２００、及び第４アイソレータ２１０を備える。
【００１３】
第３アイソレータ１７０は、コネクタ１６０と第２波長選択結合器１８０との間に連結されることにより、コネクタ１６０から入力された光信号を第２波長選択結合器１８０へ入力させ、第２波長選択結合器１７０からエルビウム添加光ファイバ増幅部２２０へ進行する光信号は遮断する。
【００１４】
第２ポンピング光源１９０は、分散補償光ファイバ２００を前方励起するための１４５０ｎｍ波長の第２ポンプ光を出力し、レーザダイオードなどを使用することができる。
【００１５】
第２波長選択結合器１８０は、第３アイソレータ１７０から入力された光信号及び第２ポンピング光源１９０から入力された第２ポンプ光を分散補償光ファイバ２００へ出力し、分散補償光ファイバ２００は、第２波長選択結合器１８０から入力された第２ポンプ光によりラマンポンピングされることによりその内部に入力された光信号をラマン増幅させて第４アイソレータ２１０へ出力する。
【００１６】
第４アイソレータ２１０は、分散補償光ファイバ２００を通じて入力された光信号をそのまま通過させ、出力端光ファイバから逆方向に入力される光は遮断する。
【００１７】
しかし、従来の光ファイバ増幅器は、ラマン及びエルビウム増幅部のそれぞれを別途に備えなければならないことにより、生産コストが高くつき、全体的サイズも大きくなり、集積化に影響するという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記背景に鑑みて本発明の目的は、生産コストの低減が可能であり、小型化されたシステムにも適用可能な広帯域増幅器を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために、本発明によれば、エルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器において、エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオン励起用に所定の波長の第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、前記エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバのラマン増幅誘導用に所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この広帯域増幅器では、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、  出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備えることができる。第１ポンプ光の波長は、９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍとすることができ、この場合、エルビウム添加光ファイバを後方励起してＣ−バンド帯域の光信号を増幅させられる。また、第２ポンプ光は１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長範囲内で選択的に生成することができ、この場合、エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導してＬ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅させられる。その第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備える構成が可能である。
【００２１】
エルビウム添加光ファイバのエルビウム濃度は、第１ポンプ光及び第２ポンプ光の吸収率が１．０ｄＢ／ｋｍ程度になるように設定するのがよい。このエルビウム添加光ファイバは、シリカ材質の振動エネルギーによる光増幅とエルビウムイオン励起による光増幅とにより光信号を増幅する。
【００２２】
また、本発明によれば、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、光信号及び第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、光信号及び第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする。
【００２３】
その広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備えることができる。また、広帯域増幅器の第１ポンピング光源は、９８０ｎｍの波長を有する第１ポンプ光を生成するものとすることができ、この場合、該第１ポンプ光により前方励起されたエルビウム添加光ファイバはＣ−バンド光信号を増幅することができる。さらに、広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長を有する第２ポンプ光を選択的に生成するものとすることができ、この場合、該第２ポンプ光により前方ラマン増幅誘導されたエルビウム添加光ファイバは、Ｌ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅することができる。この第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備える構成が可能である。
【００２４】
また、本発明によれば、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、光信号及び第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導するために所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする。
【００２５】
その広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備えることができる。また、広帯域増幅器の第２ポンピング光源は、１３５０〜１４１０ｎｍ又は１４６５〜１５１０ｎｍの波長を有する第２ポンプ光を選択的に生成するものとすることができ、エルビウム添加光ファイバがその第２ポンプ光の波長により後方ラマン増幅誘導されることにより、Ｌ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する構成が可能である。この第２ポンピング光源は、レーザダイオードを備えたものとすることができる。
【００２６】
また、本発明によれば、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、エルビウムイオン励起用の第１ポンプ光及びラマン増幅誘導用の第２ポンプ光により励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを後方励起するために所定の波長の第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、光信号及び第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする。
【００２７】
その広帯域増幅器は、入力端光ファイバを通じて入力される光信号の逆流を防止する第１光アイソレータと、出力端光ファイバを通じて出力される光信号の逆流を防止する第２光アイソレータと、をさらに備えることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、波長分割多重化された光信号を光ファイバを通じて送受信する波長分割多重方式の光通信システムにおいて、エルビウムイオン励起用の第２及び第３ポンプ光とラマン増幅誘導用の第１及び第４ポンプ光とにより励起されて光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを前方励起するために所定の波長の第２ポンプ光を出力する第２ポンピング光源と、光信号及び第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第２波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを前方ラマン増幅誘導するために所定の波長の第１ポンプ光を出力する第１ポンピング光源と、光信号及び第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第１波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバのエルビウムイオンを後方励起するために第２ポンプ光の波長と異なる波長の第３ポンプ光を出力する第３ポンピング光源と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第３ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第３波長選択結合器と、エルビウム添加光ファイバを後方ラマン増幅誘導するために第１ポンプ光の波長と異なる波長の第４ポンプ光を出力する第４ポンピング光源と、エルビウム添加光ファイバで増幅された光信号を通過させ、第４ポンプ光をエルビウム添加光ファイバへ入射させる第４波長選択結合器と、を備えてなるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明による広帯域増幅器は、エルビウム添加光ファイバを、エルビウム添加光ファイバ増幅器の増幅媒体として使用すると同時にラマン増幅器の増幅媒体としても使用することにより、コストを抑え、集積化が可能なシステムを提供する。また、ラマン増幅用ポンピング光源とエルビウムイオンのポンピングのための光源をそれぞれ別途に備えることにより、広帯域増幅器の出力を向上させ、通信環境に応じて能動的に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【実施例１】
【００３１】
図２は、本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第１実施例を示す。図２を参照すると、本例の広帯域増幅器は、第１アイソレータ３１０、第２アイソレータ３７０、エルビウム添加光ファイバ３２０、第１波長選択結合器３３０、第２波長選択結合器３５０、第１ポンピング光源３４０、及び第２ポンピング光源３６０を備える。
【００３２】
第１アイソレータ３１０は、入力端光ファイバから内部に入力された光信号をエルビウム添加光ファイバ３２０へ出力し、エルビウム添加光ファイバ３２０から入力される光信号は遮断する。
【００３３】
第１ポンピング光源３４０は、９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ３２０へ出力することにより、エルビウム添加光ファイバ３２０のエルビウムイオンを後方励起し、この第１ポンプ光により後方励起されたエルビウム添加光ファイバ３２０は、Ｃ−バンド(C-Band)帯域の光信号を増幅するようになる。第１ポンピング光源３４０は、レーザダイオードなどを使用することができる。
【００３４】
第２ポンピング光源３６０は、エルビウム添加光ファイバ３２０を後方ラマン励起するための１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の第２ポンプ光を出力し、レーザダイオードなどを使用することができる。この第２ポンプ光により後方ラマン励起されたエルビウム添加光ファイバ３２０は、その内部に入力された第２ポンプ光の波長によりＬ−バンドまたはＳ−バンド波長帯域の光信号を選択的に増幅することができる。
【００３５】
第１波長選択結合器３３０は、エルビウム添加光ファイバ３２０で増幅された光信号を第２波長選択結合器３５０に入力させ、第１ポンピング光源３４０から入力された第１ポンプ光及び第２波長選択結合器３５０から入力された第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ３２０へ入力させる。
【００３６】
第２波長選択結合器３５０は、エルビウム添加光ファイバ３２０から入力された光信号を第２アイソレータ３７０へ出力させ、第２ポンピング光源３６０から入力された第２ポンプ光を第１波長選択結合器３３０へ入力させる。
【００３７】
エルビウム添加光ファイバ３２０は、エルビウムイオンを後方励起する第１ポンプ光と後方ラマン増幅を誘導するための第２ポンプ光のそれぞれでポンピングされることにより、相異なる波長帯域の光信号を増幅することができる。
【００３８】
エルビウム添加光ファイバ３２０は、十分なラマン利得を得ることができるように数ｋｍの長さを有し、エルビウム濃度を十分に低く設定して励起光に対する吸収率を１．０ｄＢ／ｋｍ内外にする。エルビウム添加光ファイバ３２０では、エルビウム添加光ファイバ３２０の構成物質であるエルビウムイオンによる増幅(通常的なエルビウム添加光ファイバ増幅器の増幅原理)と、他の構成物質であるシリカ(silica)の振動エネルギー(vibration energy)による増幅(ラマン光ファイバ増幅器の増幅原理)が同時に発生する。
【００３９】
狭い波長帯域でのラマン利得(Raman gain)は、下記数式１及び数式２により与えられる。
【００４０】
【数１】
2004193611.tif 000003
【数２】
2004193611.tif 000004
【００４１】
数式１及び数式２において、ｇ(λ)は増幅媒体のラマン利得係数、Ｐｐはポンプ光パワー、Ａｅｆｆはポンプ光に対する有効領域(effective area)、Ｌｅｆｆは有効長、Ｌは使用された増幅媒体の全長、αｐは損失を意味する。
【００４２】
数式で示すように、ラマン利得は、ラマン利得係数、ポンプ光パワー、及び有効長が一定であると仮定する場合、有効領域に反比例する。すなわち、使用される増幅媒体のコア(すなわち、光ファイバのコア)が小さいほど有効領域も小さくなるのでラマン利得は大きくなる。通常、通信用光ファイバ(単一モード光ファイバ)の場合、有効領域は７０μｍ２、分散遷移光ファイバの場合、有効領域は５０μｍ２、分散補償光ファイバの場合、有効領域は２０μｍ２、エルビウム添加光ファイバの場合、有効領域は１５〜２０μｍ２である。従って、増幅媒体にエルビウム添加光ファイバを使用する場合、ラマン光ファイバ増幅器の増幅媒体として使用される分散補償光ファイバに近く、似たようなラマン利得を得ることができる。
【００４３】
第２アイソレータ３７０は、第２波長選択結合器３５０から入力された光信号を出力端光ファイバへ通し広帯域増幅器の外部へ出力し、出力端光ファイバから入力してくる光信号が第２波長選択結合器３５０へ侵入することを防止する。
【実施例２】
【００４４】
図３は、本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第２実施例を示す。図３を参照すると、本例の広帯域増幅器は、エルビウム添加光ファイバ４６０、順方向の第１ポンプ光を生成する第１ポンピング光源４５０、第１波長選択結合器４４０、第２ポンピング光源４３０、第２波長選択結合器４２０、第１アイソレータ４１０、及び第２アイソレータ４７０を備える。
【００４５】
第１アイソレータ４１０は、当該広帯域増幅器の外部から入力される光信号を第１波長選択結合器４４０へ出力し、第１波長選択結合器４４０から入力される光信号は遮断する。
【００４６】
第１ポンピング光源４５０は、エルビウム添加光ファイバ４６０のエルビウムイオンを前方励起するための９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光を生成し、この第１ポンプ光により前方励起されたエルビウム添加光ファイバ４６０は、Ｃ−バンド(C-Band)帯域の光信号を増幅する。
【００４７】
第２ポンピング光源４３０は、エルビウム添加光ファイバ４６０を前方ラマン励起するための１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の第２ポンプ光を選択的に生成し、この第２ポンプ光によりラマン励起されたエルビウム添加光ファイバ４６０は、Ｌ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する。
【００４８】
第２波長選択結合器４２０は、第１アイソレータ４１０及び第２ポンピング光源４３０のそれぞれから入力された光信号及び第２ポンプ光を第１波長選択結合器４４０へ入力させる。
【００４９】
第１波長選択結合器４４０は、第２波長選択結合器４２０から入力された光信号及び第２ポンプ光と、第１ポンピング光源４５０から入力された第１ポンプ光とをエルビウム添加光ファイバ増幅器４６０へ出力する。
【００５０】
エルビウム添加光ファイバ４６０は、９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光によりエルビウムイオンが順方向に励起されることによりＣ−バンド波長帯域の光信号を増幅し、第２ポンプ光により順方向にラマン励起されることによりＬ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する。すなわち、エルビウム添加光ファイバ４６０は、第１ポンプ光によりエルビウムイオンが前方励起され、このとき入力される光信号によりエルビウムイオンが誘導遷移されて該光信号を増幅(通常的なエルビウム添加光ファイバ増幅器の増幅原理)するようになる。また、エルビウム添加光ファイバ４６０は、第２ポンプ光によりエルビウム添加光ファイバの他の構成物質であるシリカの振動エネルギーによる増幅(ラマン光ファイバ増幅器の増幅原理)も同時に発生する。
【００５１】
第２アイソレータ４７０は、エルビウム添加光ファイバ４６０で増幅された光信号を当該広帯域増幅器の外部へ出力し、広帯域増幅器の外部から入力された光がエルビウム添加光ファイバ４６０へ進行することを防止する。
【実施例３】
【００５２】
図４は、本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第３実施例を示す。図４を参照すると、本例の広帯域増幅器は、エルビウム添加光ファイバ５４０、順方向の第１ポンプ光を生成する第１ポンピング光源５３０、第１波長選択結合器５２０、逆方向の第２ポンピング光源５６０、第２波長選択結合器５５０、第１アイソレータ５１０、及び第２アイソレータ５７０を備える。
【００５３】
第１アイソレータ５１０は、その内部に入力された光信号を第１波長選択結合器５２０へ出力し、第１波長選択結合器５２０から入力された光信号が広帯域増幅器の外部へ放出されることを防止する。
【００５４】
第１ポンピング光源５３０は、エルビウム添加光ファイバ５４０のエルビウムイオンを前方励起する第１ポンプ光を第１波長選択結合器５２０へ出力する。
【００５５】
第２ポンピング光源５６０は、エルビウム添加光ファイバ５４０を後方ラマン増幅するための第２ポンプ光を第２波長選択結合器５５０へ出力し、１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の光を生成することができるレーザダイオードなどを使用する。
【００５６】
第１波長選択結合器５２０は、第１アイソレータ５１０から入力された光信号と、第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ５４０へ入力させる。
【００５７】
第２波長選択結合器５５０は、エルビウム添加光ファイバ５４０から出力された光信号を第２アイソレータ５７０へ出力し、第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ５４０に入力させる。
【００５８】
エルビウム添加光ファイバ５４０は、エルビウムイオンを前方励起する第１ポンプ光と、後方ラマン増幅を誘導するための第２ポンプ光によりポンピングされて相異なる波長帯域の光信号を増幅する。
【００５９】
エルビウム添加光ファイバ５４０は、９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光によりエルビウムイオンが前方励起されることによりＣ−バンド波長帯域の光信号を増幅し、第２ポンプ光により後方ラマン励起されることによりＬ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する。
【００６０】
第２アイソレータ５７０は、第２波長選択結合器５５０から入力された光信号を広帯域増幅器の外部へ出力させ、広帯域増幅器の外部から入力された光が第２波長選択結合器５５０へ進行することを防止する。
【実施例４】
【００６１】
図５は、本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第４実施例を示す。図５を参照すると、本例の広帯域増幅器は、エルビウム添加光ファイバ６４０、第２ポンピング光源６３０、第２波長選択結合器６２０、第１ポンピング光源６６０、第１波長選択結合器６５０、第１アイソレータ６１０、及び第２アイソレータ６７０を備える。
【００６２】
第１アイソレータ６１０は、エルビウム添加光ファイバ６４０で増幅された光信号が広帯域増幅器の外部へ放出されることを防止し、第２アイソレータ６７０は、広帯域増幅器の外部から入力される光が第１波長選択結合器６５０へ入力されることを防止する。
【００６３】
第１ポンピング光源６６０は、エルビウム添加光ファイバ６４０のエルビウムイオンを後方励起するための第１ポンプ光を生成し、第２ポンピング光源６３０は、エルビウム添加光ファイバ６４０を前方ラマン励起する第２ポンプ光を生成する。
【００６４】
第１ポンピング光源６６０は、９８０ｎｍ波長の光を生成することができるレーザダイオードを使用することができ、第２ポンピング光源６３０は、１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の光を選択的に生成することができるレーザダイオードなどを備えることができる。
【００６５】
第２波長選択結合器６２０は、第１アイソレータ６１０から入力された光信号と、第２ポンピング光源６３０から入力された第２ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ６４０へ入力させる。
【００６６】
第１波長選択結合器６５０は、エルビウム添加光ファイバ６４０から出力された光信号を第２アイソレータ６７０へ出力し、第１ポンピング光源６６０から生成された第１ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ６４０へ入力させる。
【００６７】
エルビウム添加光ファイバ６４０は、前方ラマン増幅を誘導するための第２ポンプ光とエルビウムイオンを後方励起するための第１ポンプ光によりポンピングされて相異なる波長帯域の光信号を増幅する。
【００６８】
エルビウム添加光ファイバ６４０は、９８０ｎｍ波長の第１ポンプ光によりエルビウムイオンが後方励起されることによりＣ−バンド波長帯域の光信号を増幅し、第２ポンプ光により前方ラマン励起されることによりＬ−バンド及びＳ−バンド波長帯域の光信号を増幅する。
【実施例５】
【００６９】
図６は、本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第５実施例を示す。図６を参照すると、本例の広帯域増幅器は、エルビウム添加光ファイバ７６０、前方ラマン増幅するための第１ポンピング光源７３０、第１波長選択結合器７２０、エルビウムイオンを前方励起するための第２ポンピング光源７５０、第２波長選択結合器７４０、エルビウムイオンを後方励起するための第３ポンピング光源７８０、第３波長選択結合器７７０、後方ラマン増幅するための第４ポンピング光源８００、第４波長選択結合器７９０、第１アイソレータ７１０、及び第２アイソレータ８１０を備える。
【００７０】
第１アイソレータ７１０は、外部から入力される光信号の逆流を防止するための素子であって、当該広帯域増幅器へ入力された光信号をそのまま通過させ、その逆方向に進行する光、すなわち、第１波長選択結合器７２０から入力される光は遮断する。
【００７１】
第１ポンピング光源７３０は、エルビウム添加光ファイバ７６０を前方ラマン増幅するための第１ポンプ光を生成し、１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の光を選択的に生成することができるレーザダイオードなどを備えることができる。
【００７２】
第２ポンピング光源７５０は、エルビウム添加光ファイバ７６０のエルビウムイオンを前方励起するための第２ポンプ光を生成し、９８０ｎｍ波長のレーザダイオードなどを使用することができる。
【００７３】
第３ポンピング光源７８０は、エルビウム添加光ファイバ７６０のエルビウムイオンを後方励起するための第３ポンプ光を生成する。
【００７４】
第４ポンピング光源８００は、エルビウム添加光ファイバ７６０を後方ラマン励起するための第４ポンプ光を生成し、エルビウム添加光ファイバ７６０の全増幅帯域のうち、Ｌ−バンドまたはＳ−バンド帯域をカバーできるように１３５０ｎｍ〜１４１０ｎｍまたは１４６５ｎｍ〜１５１０ｎｍ波長帯域の光を選択的に生成することができるレーザダイオードなどを備えることができる。
【００７５】
第２ポンピング光源７５０及び第３ポンピング光源７８０は、エルビウム添加光ファイバ７６０のエルビウムイオンをポンピングするためのポンプ光を生成し、第２ポンプ光及び第３ポンプ光によりポンピングされたエルビウム添加光ファイバ７６０は、Ｃ−バンド波長帯域の光信号を増幅する。第２ポンプ光は、エルビウム添加光ファイバ７６０に順方向に入力され、第３ポンプ光は逆方向に入力される。
【００７６】
第１ポンピング光源７３０及び第４ポンピング光源８００は、エルビウム添加光ファイバ７６０をラマン増幅するための第１及び第４ポンプ光を生成し、エルビウム添加光ファイバ７６０は、第１及び第４ポンプ光によりポンピングされたシリカの振動エネルギーを利用して、Ｓ−バンドまたはＬ−バンド波長帯域の光信号をラマン増幅する。第１ポンプ光は、エルビウム添加光ファイバ７６０に順方向に入力され、前記第４ポンプ光は逆方向に入力される。
【００７７】
前述したポンピング光源は、相異なる波長帯域を有するレーザダイオードの組合せにより多様に構成されることができる。
【００７８】
第１及び第２波長選択結合器７２０，７４０は、それぞれ第１ポンプ光及び第２ポンプ光と光信号をエルビウム添加光ファイバ７６０へ入射させる。第３波長選択結合器７７０及び第４波長選択結合器７９０は、それぞれ第３ポンプ光及び第４ポンプ光をエルビウム添加光ファイバ７６０へ入射させ、エルビウム添加光ファイバ７６０で増幅された光信号を通過させる。
【００７９】
エルビウム添加光ファイバ７６０は、エルビウムイオンを前方励起する第２ポンプ光と、エルビウムイオンを後方励起する第３ポンプ光と、前方ラマン増幅を誘導するための第１ポンプ光と、後方ラマン増幅を誘導する第４ポンプ光によりポンピングされて相異なる波長帯域の光信号を増幅する。
【００８０】
以上、本発明の詳細につき具体的な実施形態により説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】従来技術による光ファイバ増幅器の構成を示す図。
【図２】本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域光増幅器の第１実施例を示す図。
【図３】本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第２実施例を示す図。
【図４】本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第３実施例を示す図。
【図５】本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第４実施例を示す図。
【図６】本発明によるエルビウム添加光ファイバを利用した広帯域増幅器の第５実施例を示す図。
【符号の説明】
【００８２】
３１０，３７０，４１０，４７０，５１０，５７０，６１０，６７０，７１０，８１０…アイソレータ
３２０，４６０，５４０，６４０，７６０…増幅光ファイバ（エルビウム添加光ファイバ）
３３０，３５０，４２０，４４０，５２０，５５０，６２０，６５０，７２０，７４０，７７０，７９０…波長選択結合器
３４０，４５０，５３０，６６０，７５０，７８０…ポンピング光源（励起光源）
３６０，４３０，５６０，６３０，７３０，８００…ラマンポンピング光源（ラマン励起光源）
【図１】
2004193611.tif 000007
【図２】
2004193611.tif 000008
【図３】
2004193611.tif 000009
【図４】
2004193611.tif 000010
【図５】
2004193611.tif 000011
【図６】
2004193611.tif 000012