(57)【要約】【課題】  本発明は、光信号が伝送されつつ発生する光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器及びこれを利用した光信号の分散及び損失を補償するための方法に関する。 【解決手段】  光ファイバ増幅器は、エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバと、光ファイバをフォーワード(forward)ポンピングするエルビウム(Erbium)ポンピング部と、エルビウムポンピング部によりフォーワードポンピングされた光ファイバをバックワード(backward)ポンピングするラマンポンピング部とを備える。これにより、光信号がエルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱(Stimulated Raman Scattering；ＳＲＳ)が誘導された光ファイバを通過するようになると、光信号に対する分散及び損失が補償される。【選択図】  図１
2004212999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバと、
該光ファイバを前方励起するエルビウムポンピング部と、
該エルビウムポンピング部により前方励起された前記光ファイバを後方励起するラマンポンピング部と、を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
エルビウムポンピング部は、
所定のポンプ波長の光を放出するポンプレーザダイオードと、
該ポンプレーザダイオードから放出された光と分散補償対象の光信号とを結合して光ファイバを前方励起するための光信号を出力する波長選択結合器と、を備える請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
ポンプレーザダイオードにより放出されるポンプ信号は、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍのうち少なくとも何れか一方の範囲内のポンプ波長を有する請求項２記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
ラマンポンピング部は、 
所定の範囲内で、それぞれ異なる値に設定されたポンプ波長に応じて、それぞれ異なる波長を有する光を発生させて放出する複数のポンプレーザダイオードと、
該複数のポンプレーザダイオードから放出された複数の光を多重化するマルチプレクサと、
該マルチプレクサにより多重化された光信号と分散補償後の光信号とを結合して光ファイバを後方励起するための光信号を出力する波長選択結合器と、を備える請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
複数のポンプレーザダイオードのそれぞれは、１４００ｎｍ乃至１５１０ｎｍの範囲内で異なるポンプ波長の光を放出する請求項４記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバと、
該光ファイバを前方励起するエルビウムポンピング部と、
該エルビウムポンピング部により前方励起された前記光ファイバを後方励起するラマンポンピング部と、
前記エルビウムポンピング部及び前記ラマンポンピング部によりポンピングされた前記光ファイバを通過した光信号のレベルを所定のレベルにフィルタリングする利得平坦化フィルタと、を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
エルビウムポンピング部は、
所定のポンプ波長の光を放出するポンプレーザダイオードと、
該ポンプレーザダイオードから放出された光と分散補償対象の光信号とを結合して光ファイバを前方励起するための光信号を出力する波長選択結合器と、を備える請求項６記載の光ファイバ増幅器。
【請求項８】
ポンプレーザダイオードは、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍのうち少なくとも何れか一方の範囲内のポンプ波長を有するポンプ信号を放出する請求項７記載の光ファイバ増幅器。
【請求項９】
ラマンポンピング部は、 
所定の範囲内でそれぞれ異なる値に設定されたポンプ波長に応じて、それぞれ異なる波長を有する光を発生させて放出する複数のポンプレーザダイオードと、
該複数のポンプレーザダイオードから放出された複数の光を多重化するマルチプレクサと、
該マルチプレクサにより多重化された光信号と分散補償後の光信号とを結合して光ファイバを後方励起するための光信号を出力する波長選択結合器と、を備える請求項６記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
複数のポンプレーザダイオードのそれぞれは、１４００ｎｍ乃至１５１０ｎｍの範囲内で異なるポンプ波長の光を放出する請求項９記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１１】
エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバをエルビウムポンピングするステップと、
前記エルビウムポンピングされた光ファイバをラマンポンピングするステップと、を含むことを特徴とする光ファイバ増幅方法。
【請求項１２】
エルビウムポンピングステップは、 
所定のポンプ波長の光を放出するステップと、
前記所定のポンプ波長の光と分散補償対象の光信号とを結合するステップと、
該結合された光信号により光ファイバを前方励起するステップと、を含む請求項１１記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１３】
所定のポンプ波長の光を放出するステップでは、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍのうち少なくとも何れか一方の範囲内のポンプ波長が放出される請求項１２記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１４】
ラマンポンピングステップは、所定の範囲内でそれぞれ異なる値に設定された複数のポンプ波長の光を放出するステップと、
前記複数のポンプ波長の光を多重化するステップと、
該多重化された光と分散補償後の光信号とを結合するステップと、該結合された光信号により光ファイバを後方励起するステップと、を含む請求項１１記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１５】
複数のポンプ波長の光を放出するステップでは、１４００ｎｍ乃至１５１０ｎｍの範囲内の波長を有する複数のポンプ信号が放出される請求項１４記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１６】
エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバをエルビウムポンピングするステップと、
前記エルビウムポンピングされた光ファイバをラマンポンピングするステップと、
前記エルビウムポンピング及び前記ラマンポンピングされた光ファイバを通過した光信号を所定のレベルにフィルタリングするステップと、を含むことを特徴とする光ファイバ増幅方法。
【請求項１７】
エルビウムポンピングステップは、
所定のポンプ波長の光を放出するステップと、 
前記所定のポンプ波長の光と分散補償対象の光信号とを結合するステップと、
該結合された光信号により光ファイバを前方励起するステップと、を含む請求項１６記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１８】
所定のポンプ波長の光を放出するステップでは、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍのうち少なくとも何れか一方の範囲内のポンプ波長が放出される請求項１７記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項１９】
ラマンポンピングステップは、 
所定の範囲内でそれぞれ異なる値に設定された複数のポンプ波長の光を放出するステップと、
前記複数のポンプ波長の光を多重化するステップと、
該多重化された光と分散補償後の光信号とを結合するステップと、該結合された光信号により光ファイバを後方励起するステップと、を含む請求項１６記載の光ファイバ増幅方法。
【請求項２０】
複数のポンプ波長の光を放出するステップでは、１４００ｎｍ乃至１５１０ｎｍの範囲内の波長を有する複数のポンプ信号が放出される請求項１９記載の光ファイバ増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ増幅器及びこれを利用した光ファイバ増幅方法に関し、特に光信号が伝送される際に発生する光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器及びこれを利用した光ファイバ増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットによるデータトラヒックの幾何級数的な増加に対応するために、波長分割多重方式(Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭと略称する。)の光通信網が必要とされている。そのためには、伝送チャンネル数を拡大するか、またはチャンネル当たり伝送速度を高めることが必要不可欠である。 
【０００３】
ここで、チャンネル当たり伝送速度を高めるために、チャンネル当たりの光信号の伝送速度が１秒当たり１ギガビット(giga-bit)に至るかまたはそれ以上になると、光信号はとても分散(dispersion)に対して敏感に反応するようになる。このため、光信号の分散を補償しなければならなくなる。
【０００４】
光信号の分散を補償する方法としては、分散補償光ファイバ(Dispersion Compensating Fiber；ＤＣＦと略称する。)を使用して光信号に発生する分散と分散傾きを補償する方法が広く利用されている。  
【０００５】
ところが、光信号の分散を補償するためにＤＣＦを使用すると、光信号の電力損失が大きくなるので、光信号を伝送するためには光増幅器を追加する必要がある。このような光増幅器を利用した光信号の分散補償方法としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器(Erbium-Doped Fiber Amplifier；ＥＤＦＡと略称する。)を使用するか、またはＤＣＦにラマン増幅(Raman Amplifier)を使用して光信号を増幅する方法が広く利用されている。このように、ＤＣＦの使用による光信号の電力損失を補償するためには光増幅器が使用される。ここで使用されるＥＤＦＡは、エルビウム(Erbium)という元素がドーピングされた光ファイバにポンピング(pumping)光を加えることにより、入力される光信号を電気信号に換えずに直接増幅する。ラマン増幅器は、光ファイバを非線形媒体として使用して、それに単色光を入射することにより発生する散乱光を通じて光信号を増幅する。
【０００６】
しかし、ＤＣＦの使用による光信号の電力損失を補償するためにＥＤＦＡを使用した場合、光信号を伝送するための伝送距離が長くなるほど、より多くのＥＤＦＡが必要となる。従って、光信号の信号対雑音比(Optical Signal Noise Ratio ；ＯＳＮＲと略称する。)が悪くなる。そして、ＤＣＦと複数のＥＤＦＡを１つにしてモジュール化すると、モジュールのサイズが大きくなるという問題点がある。
【０００７】
また、ＤＣＦの使用による光信号の電力損失を補償するためにラマン増幅器を利用した場合、ＥＤＦＡを利用した時と比べてＯＳＮＲは良くなる。しかし、ラマン増幅は効率が低いため、適切な利得を得るためには、ポンプレーザダイオード(Pump Laser Diode)を使って高いパワーを有するポンピング光を光ファイバに入射しなければならない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】
【０００８】
従って、本発明の目的は、光信号が伝送される間に発生する光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器及び光ファイバ増幅方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、伝送される光信号に対し、より優秀な雑音比(ＯＳＮＲ)を保持することができる光ファイバ増幅器及び光ファイバ増幅方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のまた他の目的は、伝送される光信号に対しより高い利得効率を得、各増幅器を１つにして、モジュール化してもモジュールのサイズを小さくすることができる光ファイバ増幅器及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明は、光ファイバを通じて伝送される光信号を増幅し、光信号の分散を補償するための光ファイバ増幅器において、エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバの前方に配置されてエルビウムイオンの密度反転(inversion)をなすためにエルビウムイオンをポンピングするエルビウムポンピング部と、光ファイバの後方に配置されてエルビウムポンピング部によりエルビウムイオンが密度反転された光ファイバで誘導ラマン散乱(stimulated Raman scattering；ＳＲＳと略称する。)を誘導するラマンポンピング部と、を備えることを特徴とする。このとき、光信号がエルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導された光ファイバを通過するようになると、光信号に対する損失及び分散が補償される。
【００１２】
エルビウムポンピング部は、設定されたポンプ波長に合わせて所定の波長を有する光を発生させて放出するポンプレーザダイオードと、ポンプレーザダイオードから放出された光と分散補償する光信号とを結合して出力する波長選択結合器とを備えることができる。これにより、光ファイバは、波長選択結合器からの結合された光信号によりエルビウムイオンが密度反転された後に誘導放出(stimulated emission)されて所定の利得を得る。このとき、ポンプレーザダイオードに設定されるポンプ波長の波長値は、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍのうち何れか一方の範囲内とすることができる。
【００１３】
ラマンポンピング部は、所定の範囲内でそれぞれ異なる値に設定されたポンプ波長に合わせてそれぞれ異なる波長を有する光を発生して放出する複数のポンプレーザダイオードと、複数のポンプレーザダイオードから放出されたそれぞれ異なる波長の光をマルチプレキシングして所定の範囲内の多波長を有する光信号を出力するマルチプレクサと、マルチプレクサによりマルチプレキシングされた光信号と分散補償した光信号とを結合する波長選択結合器とを備えることができる。これにより、エルビウムポンピングされた光ファイバは、波長選択結合器からの結合された光信号によりＳＲＳを通じて所定の利得を得る。このとき、複数のポンプレーザダイオードに設定されるそれぞれ異なる値を有するポンプ波長は１４００ｎｍ乃至１５１０ｎｍの範囲内の波長値とすることができる。
【００１４】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、光ファイバを通じて伝送される光信号を増幅し、光信号の分散を補償するための光ファイバ増幅器を利用した光信号の増幅方法において、エルビウムイオンが添加された分散補償機能を有する光ファイバの前方に配置されるエルビウムポンピング部を利用して光ファイバでエルビウムイオンの密度反転を遂行するステップと、光ファイバの後方に配置されるラマンポンピング部を利用してエルビウムポンピングされた光ファイバで誘導ラマン散乱を誘導するステップと、エルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導された光ファイバに光信号を通して、損失及び分散を補償するステップと、エルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導された光ファイバを通過した光信号の利得を平坦化するために光信号に対して所定のレベルを基準にフィルタリングするステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
光ファイバに分布するエルビウムイオンの密度を反転するステップは、設定されたポンプ波長により所定の波長を有する光を発生して放出するステップと、放出された光と分散補償する光信号とを結合して出力するステップと、結合された光信号により光ファイバのエルビウムイオンが密度反転された後に誘導放出されて所定の利得を得るステップと、を含むことができる。このとき、ポンプ波長の波長値は、９３０ｎｍ乃至１０３０ｎｍ又は１４３０ｎｍ乃至１５３０ｎｍの何れか一方の範囲内とすることができる。
【００１６】
誘導ラマン散乱を誘導するステップは、設定されたポンプ波長により対応する光を発生して放出するステップと、放出された光と光ファイバから放出される光信号とを結合するステップとを備えることができる。これにより、エルビウムポンピングされた光ファイバは、結合された光信号により誘導ラマン散乱による利得を得る。このとき、ラマンポンピングのために発生されるポンプ波長の波長値は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍ範囲内の波長値とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるエルビウムが添加された分散を補償するための光ファイバ増幅器は、光信号に対して数ｋｍ乃至数十ｋｍの伝送距離を有する。また本発明による光ファイバ増幅器は、数ｋｍ乃至数十ｋｍの区間内で分配増幅の特性を有するので、従来のランプト増幅器(Lumped Amplifier)を利用して光信号を増幅するのに比べてはるかに優秀な光信号対雑音比(ＯＳＮＲ)を得ることができる。また、光ファイバ増幅器は、光信号の増幅のみならず伝送中に蓄積された光信号の分散現象を補償するので、光信号の分散を補償するために光ファイバ増幅器を追加する必要がなく、小さいサイズの製品にモジュール化することができる。 
【００１８】
そして、本発明によるエルビウムが添加された分散補償光ファイバ(ＥＤ−ＤＣＦ)を利用した光ファイバ増幅器は、エルビウムポンピングによる利得及びラマンポンピングによる利得を得ることができるので、光信号の増幅効率を高めることができ、分散増幅器の特性上、さらによい光信号対雑音比を得ることができる。
【００１９】
また、本発明によるエルビウムが添加された分散補償光ファイバを利用した光ファイバ増幅器は、光信号に対する増幅のみならず分散を補償することにより、小さいサイズの製品にモジュール化することができる。 
【００２０】
さらに、本発明によると、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の相互に異なる波長を発生させるポンプレーザダイオードからのポンプ信号のパワーを調節することにより、短波長帯域であるＣ−バンド領域(１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍ)及び長波長帯域であるＬ−バンド領域(１５７０ｎｍ乃至１６００ｎｍ)を増幅させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明による光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器の第１実施例を示すブロック図である。光ファイバ増幅器は、エルビウムポンピング(Erbium Pumping)部１２０と、エルビウム添加分散補償光ファイバ(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber；ＥＤ−ＤＣＦと略称する。)１４０と、ラマンポンピング部(Raman Pumping Section)１６０とを有する。
【００２３】
エルビウムポンピング部１２０は、エルビウム添加分散補償光ファイバ１４０をポンピングする。ＥＤ−ＤＣＦ１４０は、エルビウムポンピング部１２０のポンピング動作によりポンピングされる。ラマンポンピング部１６０は、エルビウムポンピング部１２０のポンピング動作によりポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ１４０を再びポンピングする。
【００２４】
エルビウムポンピング部１２０は、ポンプレーザダイオード(Pump LD)１２４及び第１波長選択結合器(Wavelength Selection Coupler)１２２を有する。ポンプレーザダイオード１２４は、入力される信号に応じて所定の波長を有する光を発生し、第１波長選択結合器１２２に入射する。このとき、ポンプレーザダイオード１２４で光を発生するために設定される波長値は９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍである。
【００２５】
外部から伝送されてきた分散補償する光信号がエルビウムポンピング部１２０で受信されると、エルビウムポンピング部１２０の第１波長選択結合器１２２は、その受信した光信号とポンプレーザダイオード１２４から提供された光信号とを結合する。結合された光信号は、ＥＤ−ＤＣＦ１４０へ伝送されてＥＤ−ＤＣＦ１４０のエルビウムイオンが密度反転された後に誘導放出(stimulated emission)される。その結果、ＥＤ−ＤＣＦ１４０は所定の利得を得ることができる。 
【００２６】
ラマンポンピング部１６０は、複数のポンプレーザダイオード１６６、マルチプレクサ１６４、及び第２波長選択結合器１６２を有する。複数のポンプレーザダイオード１６６は、入力される信号に対応してそれぞれ異なる波長に設定された光信号を発生してマルチプレクサ１６４に入射する。このとき、複数のポンプレーザダイオード１６６でそれぞれ異なる波長を有する光信号を発生するために設定される波長値は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内である。マルチプレクサ１６４は、複数のポンプレーザダイオード１６６から入射された複数の光信号を１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の多波長を有する光信号にマルチプレキシング(muxing)して第２波長選択結合器１６２に伝送する。第２波長選択結合器１６２は、マルチプレクサ１６４によりマルチプレキシングされた光信号に基づいてＥＤ−ＤＣＦ１４０をポンピングする。このとき、第２波長選択結合器１６２でカップリングされるために入力される光信号の波長は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の波長値と１５５０ｎｍの波長値(１４ｘｘ／１５５０ｎｍ)を有する。
【００２７】
第１波長選択結合器１２２により結合されて出力された光信号は、エルビウムポンピング部１２０とラマンポンピング部１６０によりエルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ１４０を通過しつつ損失及び分散が補償される。ラマンポンピング部１６０の第２波長選択結合器１６２は、ＥＤ−ＤＣＦ１４０で損失及び分散が補償された光信号とマルチプレクサ１６４から伝送された光信号とを合成する。第２波長選択結合器１６２から出力端へ出された分散補償／増幅後の光信号は該当デバイスへ伝送される。
【００２８】
図２は、本発明による図１の光ファイバ増幅器を利用した光信号の分散及び損失を補償するための方法を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、エルビウムポンピング部１２０は、Ｓ１００でＥＤ−ＤＣＦ１４０に対してエルビウムイオンの密度反転を誘導する。ラマンポンピング部１６０は、Ｓ１２０でエルビウムポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ１４０に対して誘導ラマン散乱を誘導する過程を遂行する。エルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ１４０を光信号が通過すると、Ｓ１４０で通過する光信号に対して損失及び分散を補償する。  
【００３０】
図３は、図２のエルビウムポンピング部１２０によるエルビウムイオンの密度反転ステップＳ１００をより詳細に示すフローチャートである。まず、ポンプレーザダイオード１２４は、Ｓ１０２で、入力される信号に対応して設定された波長を有する光を発生し、第１波長選択結合器１２２に入射する。第１波長選択結合器１２２は、Ｓ１０４で、分散補償する光信号が受信されたか否かを判断する。外部から光信号が受信されたと判断すると、第１波長選択結合器１２２は、Ｓ１０６で、外部から入力された光信号とポンプレーザダイオード１２４から入射された光をカップリング、すなわち合成する。これにより、第１波長選択結合器１２２で合成された光信号はＥＤ−ＤＣＦ１４０へ伝送される。ＥＤ−ＤＣＦ１４０は、Ｓ１０８で第１波長選択結合器１２２から伝送された光信号によってエルビウムイオンが密度反転され誘導放出がおこることで利得を得るようになる。 
【００３１】
図４は、図２の誘導ラマン散乱を誘導するステップＳ１２０をより詳細に示すフローチャートである。まず、複数のポンプレーザダイオード１６６は、Ｓ１２２で、入力される信号に対応して設定されたそれぞれ異なる波長を有する光を発生しマルチプレクサ１６４に入射する。このとき、複数のポンプレーザダイオード１６６でそれぞれ異なる波長を有する光信号を発生するために設定されるそれぞれの波長は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内のいずれか１つの波長値を有する。マルチプレクサ１６４は、Ｓ１２４で、複数のポンプレーザダイオード１６６から入射された複数の光信号を１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の多波長を有する光信号にマルチプレキシング(muxing)して第２波長選択結合器１６２に伝送する。
【００３２】
第２波長選択結合器１６２は、Ｓ１２６で、マルチプレクサ１６４によりマルチプレキシングされた光信号に基づいてＥＤ−ＤＣＦ１４０における誘導ラマン散乱により利得を得る。このとき、第２波長選択結合器１６２でカップリングされるために入力される光信号の波長は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の波長値と１５５０ｎｍの波長値(１４ｘｘ／１５５０ｎｍ)を有する。
【００３３】
従って、第１波長選択結合器１２２により結合されて出力された光信号は、エルビウムポンピング部１２０とラマンポンピング部１６０によりエルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ１４０を通過しつつ損失及び分散が補償される。
【００３４】
図５は、本発明による光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器の第２実施例を示すブロック図である。光ファイバ増幅器は、エルビウムポンピング部(Erbium Pumping Section)２２０、エルビウム添加分散補償光ファイバ(Erbium-Doped Dispersion Compensating Fiber；ＥＤ−ＤＣＦ)２４０、ラマンポンピング部(Raman Pumping Section)２６０、及び利得平坦化フィルタ(Gain Flattening Filter)２８０を有する。
【００３５】
エルビウムポンピング部２２０は、ＥＤ−ＤＣＦ２４０に対してエルビウムイオンの密度反転を誘導する。ＥＤ−ＤＣＦ２４０は、エルビウムポンピング部２２０のポンピング動作によりポンピングされる。ラマンポンピング部２６０は、エルビウムポンピング部２２０のポンピング動作によりエルビウムポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ２４０に対してラマンポンピングを遂行する。利得平坦化フィルタ２８０は、エルビウムポンピング部２２０ 及びラマンポンピング部２６０のポンピング動作によりポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ２４０を通過した光信号を所定のレベルにフィルタリングして利得を平坦化させる。
【００３６】
エルビウムポンピング部２２０は、ポンプレーザダイオード(Pump LD)２２４及び第１波長選択結合器(Wavelength Selection Coupler)２２２を有する。ポンプレーザダイオード２２４は、入力される信号により所定の波長を有する光を発生し、第１波長選択結合器２２２に入射する。このとき、ポンプレーザダイオード２２４で光を発生するために設定される波長値は９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍである。  
【００３７】
第１波長選択結合器２２２は、外部から伝送されてきた分散補償する光信号がエルビウムポンピング部２２０に受信されると、その受信した光信号とポンプレーザダイオード２２４から提供された光とをカップリングする。カップリングされた光信号はＥＤ−ＤＣＦ２４０へ伝送され、ＥＤ−ＤＣＦ２４０がエルビウムイオンの密度反転をされた後に誘導放出がおこる。その結果、ＥＤ−ＤＣＦ２４０は所定の利得を得ることができる。
【００３８】
ラマンポンピング部２６０は、ポンプレーザダイオード２６４及び第２波長選択結合器２６２を有する。ポンプレーザダイオード２６４は、入力される信号に対応して設定された波長を有する光を発生し、第２波長選択結合器２６２に入射する。第２波長選択結合器２６２は、ポンプレーザダイオード２６４から入射された光信号に基づいてＥＤ−ＤＣＦ２４０で誘導ラマン散乱による利得を得る。
【００３９】
これにより、第１波長選択結合器２２２により結合されて出力された光信号は、エルビウムポンピング部２２０及びラマンポンピング部２６０によりエルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ２４０を通過しつつ損失及び分散が補償される。ラマンポンピング部２６０の第２波長選択結合器２６２は、ＥＤ−ＤＣＦ２４０で損失及び分散が補償された光信号とポンプレーザダイオード２６４から入射された光信号とを合成する。
【００４０】
第２波長選択結合器２６２から出された分散補償後の光信号は、利得平坦化フィルタ２８０へ伝送される。これにより、利得平坦化フィルタ２８０は、第２波長選択結合器２６２から伝送された光信号に対して利得が所定のレベルを保持するように利得平坦化フィルタリングを遂行する。  
【００４１】
従って、損失及び分散が補償された光信号に対して利得を平坦化することにより、光ファイバ増幅器に入力され増幅されて出力される光信号はより高い利得効率を得ることができる。
【００４２】
図６は、図５に示した本発明による光ファイバ増幅器を利用した光信号の分散及び損失を補償するための方法を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、エルビウムポンピング部２２０は、Ｓ２２０で、ＥＤ−ＤＣＦ２４０に対してエルビウムイオンの密度反転を誘導する。ラマンポンピング部２６０は、Ｓ２４０で、エルビウムポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ２４０に対して誘導ラマン散乱を誘導する過程を遂行する。エルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ２４０に光信号が通過すると、Ｓ２６０では、通過する光信号に対して損失及び分散を補償する。利得平坦化フィルタ２８０は、エルビウムイオンの密度反転及び誘導ラマン散乱が誘導されたＥＤ−ＤＣＦ２４０を通過した光信号が入力されると、Ｓ２８０で、入力された光信号の利得を所定のレベルに平坦化するための利得平坦化フィルタリングを遂行する。  
【００４４】
図７は、ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０に添加されたエルビウムイオンの吸収及び放出断面積(absorption & emission cross-section)の変化を示すグラフである。このグラフは、エルビウムポンピング部１２０、２２０において、ポンプレーザダイオード１２４、２２４から入射される９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの波長を有する光により、エルビウムイオンが密度反転されたＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０を通過する光信号の変化を表している。
【００４５】
図７を見ると、１５５０ｎｍ領域で入射された光信号は、ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０に分布するエルビウムイオンの特性により、放出される断面積(σe)より吸収される断面積(σa)が大きい。従って、光信号が１５５０ｎｍ領域でより増幅された波長を得ることができることがわかる。
【００４６】
図８は、１４５０ｎｍの波長でラマンポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０から放出される光信号のラマン利得(Raman Gain)を示すグラフである。 
【００４７】
ラマンポンピング部１６０、２６０において、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の波長を有する光がポンプレーザダイオード１６６、２６４より入射されてラマンポンピングされたＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０を通過する光信号は、ラマン分散(Raman scattering)現象により１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の任意の波長を有するポンピング波長と１００ｎｍ程度離れた１５５０ｎｍ領域でより高い利得を得ることができる。また、ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０を通過する光信号は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍ範囲の波長でもエルビウムイオンによる吸収現象が発生するのでエルビウムによる利得も追加的に得ることができる。 
【００４８】
本発明による光信号の分散及び損失を補償するための光ファイバ増幅器は、より望ましくは図１に示すように、エルビウムポンピング部１２０のポンプレーザダイオード１２４を利用して９８０ｎｍの波長を有する光でＥＤ−ＤＣＦ１４０を前方励起(forward pumping)し、ラマンポンピング部１６０のポンプレーザダイオード１６６を利用して１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内でそれぞれ異なる波長を有する光で後方励起(backward pumping)する構造にすると良い。これにより、分散補償のために最も効率的なエルビウム添加光ファイバ増幅器を得ることができる。なぜならば、９８０ｎｍの波長を有する光を発生するポンプレーザダイオード１２４により９８０ｎｍの波長特性上よい雑音指数(Noise Figure)を有することができ、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の波長の光を発生するポンプレーザダイオード１６６によりラマン分散現象によるラマン利得を得ることができるからである。また更に、ＥＤ−ＤＣＦ１４０に分布するエルビウムイオンによる利得を得ることができるので、光信号のより高い増幅効率を得ることができる。
【００４９】
ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０がポンピングされると、ポンプレーザダイオード１２４、１６６、２２４、２６４から入射される９８０ｎｍ、１４８０ｎｍ、及び１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の波長を有する光は、エルビウムイオンにより一部が吸収されてエルビウムイオンによる利得が発生する。また、エルビウムイオンに吸収されない１４８０ｎｍ及び１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の光によりラマン利得を得ることができる。従って、ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０に添加(doping)されるエルビウムイオンの濃度は低くなければならない。このとき、ＥＤ−ＤＣＦ１４０、２４０に添加されるエルビウムの濃度が低くてもラマン利得を得ることができるので、全体的に光信号の増幅効率がよくなる。
【００５０】
図１で示したように、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲内の相互に異なる波長を有する光を発生するポンプレーザダイオード１６６を利用すると、光信号の利得を平坦化するためのフィルタリングを遂行しなくても、各ポンプ波長の光に対するパワーを調節することができる。このとき、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍ範囲内の相互に異なる波長を発生するポンプレーザダイオード１６６からのポンプ信号のパワーを調節すると、短波長帯域であるＣ−バンド領域(１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍ)及び長波長帯域であるＬ−バンド領域(１５７０ｎｍ乃至１６００ｎｍ)を増幅させることができる。
【００５１】
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、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、上記実施形態に限るものでなく、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】
【００５２】
【図１】本発明による光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器の第１実施例を示すブロック図。
【図２】第１実施例の光ファイバ増幅器を利用した光信号の分散及び損失を補償するための方法を示すフローチャート。
【図３】図２のエルビウムポンピングステップをより詳細に示すフローチャート。
【図４】図２のラマンポンピングステップをより詳細に示すフローチャート。
【図５】本発明による光信号の分散及び損失を補償できる光ファイバ増幅器の第２実施例を示すブロック図。
【図６】第２実施例の光ファイバ増幅器を利用した光信号の分散及び損失を補償するための方法を示すフローチャート。
【図７】ＥＤ−ＤＣＦに添加されたエルビウムイオンの吸収及び放出断面積(absorption & emission cross-section)の変化を示すグラフ。
【図８】１４５０ｎｍ波長でラマンポンピングされたＥＤ−ＤＣＦから放出される光信号のラマン利得を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１２０  ２２０  エルビウムポンピング部
１２２  ２２２  第１波長選択結合器
１２４，１６６，２２４，２６４  ポンプレーザダイオード
１４０，２４０  エルビウム添加分散補償光ファイバ（ＥＤ−ＤＣＦ）
１６２，２６２  第２波長選択結合器
１６４  マルチプレクサ
２８０  利得平坦化フィルタ
【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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