(57)【要約】ＥＤＦの所定の平均反転値に対応するＥＤＩＴおよびＥＤＦＡの励起状態吸収（ＥＳＡ）依存パラメータ（利得および雑音指数）を決定するシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品。更に、ＥＤＦＡの利得および雑音指数を計算して、高度の正確性を有するレーザシステムを設計するためにＥＳＡパラメータを組み込んだＥＤＦＡモデルを使用するシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品。
2006505958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加ファイバの波長依存励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する方法であって、
添加ファイバ増幅器の利得を測定して測定利得を生成し、
励起状態吸収（ＥＳＡ）推定値に基づいて前記添加ファイバ増幅器の利得を決定して決定利得を生成し、
前記測定利得に対応する励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定し、
前記測定利得と前記決定利得との差を所定の閾値に対して比較し、
前記最小の差が前記所定の閾値よりも小さいか最小であれば、前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを出力することと、前記差が前記所定の閾値よりも小さくなるか最小になるまで、前記利得の決定、前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータの決定、および前記差の比較を繰り返すこと、のうちの１つを実行する、
ことを含み、
各繰り返しが、前の繰り返しで決定された励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータに基づいて行われ、最終の繰り返しで決定された励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータが出力される、方法。
【請求項２】
利得を決定する前記ステップが、
【数１】
2006505958.tif 000010
を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する前記ステップが、
【数２】
2006505958.tif 000011
を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
決定利得を決定する前記ステップが、
ＭｃＣｕｍｂｅｒ理論に従って前記初期励起状態吸収（ＥＳＡ）推定を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータが前記添加ファイバのバックグラウンド損失特性を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記添加ファイバがＥＤＦである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＥＤＦが、１５６０ｎｍ以上の波長範囲で動作するように構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
添加ファイバの波長依存励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定するように構成されたシステムであって、
添加ファイバ増幅器の利得を測定して測定利得を生成する手段と、
励起状態吸収（ＥＳＡ）推定値に基づいて前記添加ファイバ増幅器の利得を決定して決定利得を生成する手段と、
前記測定利得に対応する励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する手段と、
前記測定利得と前記決定利得との差を所定の閾値に対して比較する手段と、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）を出力する手段と、
を備えるシステム。
【請求項９】
利得を測定する前記手段が、
信号光を出力する手段と、
信号光を出力する前記手段からの信号パワーを所定の信号レベルへ調整する手段と、
前記添加ファイバを含む添加ファイバ増幅器と、
前記添加ファイバ増幅器へ提供された信号パワーを測定する手段と、
信号光を前記添加ファイバ増幅器へ入力する手段と、
前記添加ファイバ増幅器から出力された信号パワーを測定する手段と、
信号光を出力する前記手段、信号パワーを調整する前記手段、前記添加ファイバ増幅器、前記添加ファイバ増幅器へ入力される信号パワーを測定する前記手段、および、前記添加ファイバ増幅器から出力された信号パワーを測定する前記手段を制御する手段と、
前記制御回路を制御して前記測定利得を導出する手段と、
を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
利得を測定する前記手段が、
出力部を有する信号源と、
減衰器入力部および出力部を有する光減衰器であって、該減衰器入力部が前記信号源の出力部に接続された光減衰器と、
第１のスイッチ入力部、第１のスイッチ直接出力部、および第１のスイッチバイパス出力部を有し、前記第１のスイッチ入力部が前記光減衰器の出力部に接続された第１の光スイッチと、
前記添加ファイバを含み、添加ファイバ増幅器入力部および添加ファイバ増幅器出力部を有し、前記添加ファイバ増幅器入力部が前記第１のスイッチ直接出力部に接続された添加ファイバ増幅器と、
第２のスイッチ入力部、アナライザ出力部、およびパワーメータ出力部を有し、前記第２のスイッチ入力部が前記添加ファイバ増幅器出力部に接続された第２の光スイッチと、
アナライザ入力部および出力部を有し、前記アナライザ入力部が前記第２のスイッチのアナライザ出力部に接続された光スペクトルアナライザと、
パワーメータ入力部および出力部を有し、該パワーメータ入力部が前記第２のスイッチのパワーメータ出力部に接続された光パワーメータと、
前記信号源、前記光減衰器、前記第１の光スイッチ、前記添加ファイバ増幅器、前記第２の光スイッチ、前記光スペクトルアナライザ、および、前記光パワーメータを制御するように接続および構成された制御回路と、
前記制御回路を制御して前記測定利得を導出するように接続および構成されたコンピュータと、
を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コンピュータが、
利得を決定する前記手段と、
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する前記手段と、
比較する前記手段と、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）を出力する前記手段と
を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記添加ファイバがＥＤＦであり、前記添加ファイバ増幅器がＥＤＦＡである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
励起状態吸収（ＥＳＡ）に影響される添加ファイバの雑音指数および利得の１つを決定する方法であって、
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定し、
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEを決定する、こととを含み、
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEの前記決定が、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを使用しないで複数の局在励起イオンからの自然放出を決定し、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを使用して誘導放出を介する自然放出の増幅を決定する、ことを含む方法。
【請求項１４】
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEの前記決定が、
【数３】
2006505958.tif 000012
を決定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
更に、信号パワーＰsignalを決定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
信号パワーＰsignalを決定する前記ステップが、
【数４】
2006505958.tif 000013
を決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する前記ステップが、
添加ファイバ増幅器の利得を測定して測定利得を生成し、
励起状態吸収（ＥＳＡ）推定値に基づいて前記添加ファイバ増幅器の利得を決定して決定利得を生成し、
前記測定利得に対応して決定される励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定し、
前記測定利得と前記決定利得との差を所定の閾値に対して比較し、
前記最小の差が所定の閾値よりも小さいか最小であれば、前記決定された励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを出力することと、前記差が前記所定の閾値よりも小さくなるか最小になるまで、前記利得の決定、前記決定される励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータの決定、および前記差の比較を繰り返すこと、のうちの１つを実行する、
ことを含み、
各繰り返しが、前の繰り返しで決定された励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータに基づいて実行され、最終の繰り返しで決定された励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータが出力される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
利得を決定する前記ステップが、
【数５】
2006505958.tif 000014
を決定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する前記ステップが、
【数６】
2006505958.tif 000015
を決定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記添加ファイバがＥＤＦである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＥＤＦが１５６０ｎｍよりも長い波長範囲で動作するように構成された、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
励起状態吸収（ＥＳＡ）に影響されるＥＤＦの雑音指数および利得の１つを決定するように構成されたシステムであって、
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する手段と、
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEを決定する手段と、
を備え、
増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEを決定する前記手段が、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを使用しないで複数の局在励起イオンからの自然放出を決定する手段と、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを使用して誘導放出を介する自然放出の増幅を決定する手段と、
を具備するシステム。
【請求項２３】
更に、信号パワーＰsignalを決定する手段を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する前記手段が、
添加ファイバ増幅器の利得を測定して測定利得を生成する手段と、
励起状態吸収（ＥＳＡ）推定値に基づいて前記添加ファイバ増幅器の利得を決定して決定利得を生成する手段と、
前記測定利得に対応する励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する手段と、
前記測定利得と前記決定利得との差を所定の閾値に対して比較する手段と、
前記励起状態吸収（ＥＳＡ）を出力する手段と、
を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
請求項１〜７および請求項１３〜２１の方法のうちのいずれか一項に対応する命令を含むようにおよび提供するように構成されたコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）およびエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）に関し、特に、ＥＤＦの信号励起状態吸収（ＥＳＡ）パラメータを決定する方法、ＷＤＭに応用するＥＤＦＡを設計するためＥＤＦＡをモデル化する方法、および信号ＥＳＡパラメータを組み込んでＥＤＦＡをモデル化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＤＦＡは、光通信分野における多様な用途のために、要件、たとえば、波長の関数としての出力パワー、利得、および雑音指数を満足させるように設計される。ＥＤＦＡの例を図１に示す。ここで、Ｃ１は入力接続部であり、Ｗ１は第１の波長分割多重装置であり、ＬＤ１は１４８０ｎｍで動作する第１のレーザダイオードポンプであり、ＥＤＦ１は第１のエルビウム添加光ファイバであり、Ｉ１はアイソレータであり、ＥＤＦ２は第２のエルビウム添加光ファイバであり、ＬＤ２は１４８０ｎｍで動作する第２のレーザダイオードポンプであり、Ｗ２は第２の波長分割多重装置であり、Ｃ２は出力接続部である。アイソレータＩ１は、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）がＥＤＦ２からＥＤＦ１へと後方に伝搬する影響を最小にする。同様に、ＥＤＦ１およびＥＤＦ２の長さは、ＥＤＦ１の中の後方ＡＳＥが信号パワーと比較して小さくなるように決定される。たとえば、ＥＤＦ１およびＥＤＦ２の長さは、後方ＡＳＥが信号パワーよりもほぼ１桁小さくなるように選択される。
【０００３】
図１で接続部Ｃ１およびＣ２の間にあって接続部Ｃ１およびＣ２を含むＥＤＦＡは、全体的な利得および雑音指数によって特徴づけられる。全体的な利得および雑音指数は、ＥＤＦＡの様々な構成要素の利得および雑音指数を含む。ＥＤＦ１およびＥＤＦ２のこれらの利得および雑音指数パラメータは、波長、エルビウム含有量、および光信号の伝送に関連づけられた物理現象に従って変化する。所定のＥＤＦ利得および雑音指数を想定すれば、ＥＤＦ１および／またはＥＤＦ２の長さを調整することによって、ＥＤＦＡを設計することができる。逆に言えば、所定のＥＤＦＡ利得および雑音指数を想定すれば、ＥＤＦ１および／またはＥＤＦ２の利得および雑音指数を設計することができる。
【０００４】
特定の利得および雑音指数特性を有する全体的システムを設計するために、様々なモデルを使用して、予想される利得および雑音指数の値を推定する。推定された利得および雑音指数の値が、実際の測定された利得および雑音指数の値にかなり近く対応していれば、それだけモデルは正確で有用となる。Ｇｉｌｅｓモデル（非特許文献１：この文献の全内容は、参照によってここに組み込まれる）は、ＥＤＦＡの利得および雑音指数の正確な計算が要求される場合に、ＥＤＦＡの利得および雑音指数をモデル化するため、またＥＤＦＡの設計を最適化するため、広く使用されている。Ｇｉｌｅｓモデルは、次のレート方程式を使用して信号パワーＰsignal、および増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のパワーＰASEを記述する。ここで、次のレート方程式の中の＋および−は、それぞれ前方および後方伝搬を示す。
【数１】
2006505958.tif 000003
【０００５】
しかし、一般的なＧｉｌｅｓモデルは、励起状態吸収（ＥＳＡ）の影響が顕著である場合、ＥＤＦＡまたはＥＤＦの利得および雑音指数を正確に推定できない。ＥＳＡとは、エルビウムの励起状態から、より高いエネルギー準位への吸収をいう。ＥＳＡは、ポンプ効率、利得、および雑音指数を劣化させる。ＥＳＡの影響が大きくなる応用の例は、信号波長が１５６０ｎｍよりも長いＬバンドＥＤＦＡである。4Ｉ13/2から4Ｉ9/2への遷移によって生じる信号ＥＳＡの影響を図２に示す。この影響は、次のように表される有効利得係数ｇ*（λ）’を方程式（１）および（２）のｇ*（λ）へ代入することによって、慣例的にモデル化される。
【数２】
2006505958.tif 000004
【０００６】
ＥＳＡ係数αESA（λ）は、典型的には、問題とする波長で０．５ｄＢ／ｍより小さい値を有する。ＥＳＡの影響が大きくなる波長では、αESA（λ）は、モデルが０．１ｄＢ／ｍよりも高い精度で（即ち、より正確に）利得を予測できるように決定されなければならない。従来のモデルでは、αESAMC（λ）はＭｃＣｕｍｂｅｒ理論から引き出される（非特許文献２：以下、Ｄｅｓｕｒｖｉｒｅと称する。この文献の全内容は、参照によってここに組み込まれる。）。
【０００７】
図３−１および図３−２に、図１で示される構成を有するＥＤＦＡについて、式（１）、（２）、および（３）で記述される従来のモデルを使用して計算された利得および雑音指数を示す。ここで、式（１）および（２）の項ｇ*（λ）の全ては、式（３）のｇ*（λ）’で置換され、αESA（λ）はＭｃＣｕｍｂｅｒ理論によって決定される。図１の構成について、ＭｃＣｕｍｂｅｒによって決定されるαESA（λ）の波長依存度を、図４に示す。図３−１および図３−２において、入力パワーは２．５ｄＢｍであり、ＬＤＦ１は１００ｍＷで動作し、ＬＤＦ２は８０ｍＷで動作し、動作温度は６５℃であり、ＥＤＦ１の長さは７ｍであり、ＥＤＦ２の長さは２６．２ｍである。動作温度はヒータによって維持することができる。測定された利得および雑音指数は、モデルの利得および雑音指数と比較されるように同じグラフで示される。従来のモデルは従来のＭｃＣｕｍｂｅｒ法によって決定されるαESA（λ）を想定しているので、従来のモデルは、計算された利得および雑音指数と、測定された利得および雑音指数との間の差異が大きいという特徴を有する。したがって、従来のモデルは、実際のシステムパフォーマンスを最適に予測するとは言えない。
【０００８】
【非特許文献１】C.R. Giles著，「エルビウム添加光ファイバ増幅器のモデル化」（"Modeling Erbium-Doped Fiber Amplifiers"）、光波技術（J. Lightwave Technol.），１９９１年，９，ｐ．２７１
【非特許文献２】E. Desurvire著，「エルビウム添加光ファイバの増幅器、原理、並びにその応用」（"Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Principles and Applications"），ウイリーインターサイエンス（Wiley-Interscience），１９９４年，ｐ．２７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされるものは、発明者らによって認識されるように、励起状態吸収（ＥＳＡ）の影響が大きい場合、αESA（λ）を正確に決定し、個々であろうとその組み合わせであろうと、ＥＤＦおよびＥＤＦＡの利得特性と雑音指数特性とを決定して、ＥＤＦＡを用いた構成要素およびシステムを効率的、正確、かつ経済的に構築できるようにする方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、従来のシステムおよび方法に関連づけられた前記および他の制限を克服するように、ＥＤＦまたはＥＤＦＡのＥＳＡパラメータを決定するシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品に向けられる。本発明は、更に、ＥＳＡ効果を考慮に入れることによって、高い精度でＥＤＦＡの利得および雑音指数をモデル化するシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品に向けられる。
【００１１】
本発明、および本発明に伴う利点の多くについて、更に完全な評価が容易に得られるであろう。なぜなら、本発明は以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによって、より良好に理解されるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ＥＳＡの影響が大きい場合に使用するＥＤＦＡまたはＥＤＦを設計するため、本発明の１つの実施形態は、システムの利得および雑音指数の実際の値が、生産前により信頼性をもって予測されるようにＥＳＡパラメータを正確に予測する方法である。ＥＳＡの影響が大きくなる波長では、αESA（λ）は、利得精度が０．１ｄＢ／ｍよりも大きく（即ち、より正確に）なるように決定されなければならない。
【００１３】
図６に、このＥＳＡパラメータ決定方法で用いるプロセスのフローチャートを示す。まず、ステップＳ４０３において、長さＬのＥｒ3+添加ファイバ（ＥＤＦ）を有するＥＤＦＡの利得を平均反転モデルによって計算する。ここで、
【数３】
2006505958.tif 000005
【００１４】
ステップＳ４０３の計算は、Ｓ４０１で示されるように、或る一定のパラメータの入力に基づいている。ＥＳＡ係数の初期値として、αESAMC（λ）が、前述したＭｃＣｕｍｂｅｒ理論によって導出される。ＥＤＦＡで典型的に使用される平均反転比／Ｉｎｖ（Ｉｎｖの上にバー記号−：以下同様に表現する）は、Ｃバンドで約０．５であり、Ｌバンドで０．３である。ここで、初期平均反転比／Ｉｎｖiniは、テスト対象のＥＤＦＡ設計のタイプに応じて、これらの典型的な値の１つの近傍にて任意に選択される。ＧEXP（λ）は、図７に関して以下で説明される方法に従って決定される測定利得である。Ｌは、αESA（λ）がモデル化されるシステムのＥＤＦの長さである。ファイバパラメータｇ*meas（λ）およびα（λ）は、Ｄｅｓｕｒｖｉｒｅの２７４ページで教示されるように、ＥＤＦとは別に測定される。これらの測定値を使用して、式（４）の平均反転モデルの利得係数*（λ）は、次のようにｇ*meas（λ）から決定される。
【数４】
2006505958.tif 000006
【００１５】
式（５）の結果を式（４）中で用いることによって、ステップＳ４０５において、平均反転比／Ｉｎｖは、次のように、ＥＳＡ係数αESA（λ）の計算に使用される。
【数５】
2006505958.tif 000007
【００１６】
なお、この推定では、ファイバのバックグラウンド損失はＥＳＡ係数αESA（λ）と区別できない。しかし、ファイバのバックグラウンドとαESA（λ）とを一緒に処理しても、後続の利得および雑音指数計算の精度は影響を受けない。
【００１７】
次に、ステップＳ４０７において、計算利得ＧCal（λ）と測定利得ＧExp（λ）との差ΔＧを所定の閾値と比較する。実施形態の一例として、ΔＧは波長について平均されたＧCal（λ）とＧExp（λ）との間の差の平方である。実施形態の別の例として、他のΔＧ値を使用してもよい（たとえば、絶対値の平均など）。上記した所定の閾値は、所望の利得精度に基づいて決定される。たとえば、利得精度を０．１ｄＢよりも小さく（即ち、良好に）したい場合には、上記した所定の閾値を０．０５ｄＢに等しくなるように設定してもよい。よって、差ΔＧが上記した所定の閾値よりも大きい場合には、αESAMC（λ）の代わりに推定されたαESA（λ）を用いて、その差が所定の閾値よりも小さくなるか最小になるまでプロセスを繰り返す。その差が所定の閾値より小さくなるか最小になったとき、ステップ４０５の最後の繰り返しで計算されたαESA（λ）の値が出力され、関連したＥＤＦの利得および雑音指数を推定するために使用される後続のレート方程式計算においてαESA（λ）の最終値として使用される。
【００１８】
図７は、図６に関して説明した方法に従ってＥＳＡ係数パラメータを決定するように構成されたシステムのブロック図である。図７のシステムは、更に、図６で説明されたアルゴリズムで使用されるＧExp（λ）の値を決定するように構成される。
【００１９】
本システムは、光信号源（１）、光減衰器（２）、光スイッチ（３ａおよび３ｂ）、ＥＤＦＡ（４）、制御回路（５）、光スペクトルアナライザ（６）、光パワーメータ（７）、およびコンピュータ（８）を含む。図７の実線は光信号の経路に対応する。光スイッチ（３ａ）は、光信号がＥＤＦＡ（４）を通過するか迂回することを可能にし、それによってＥＤＦＡの入力および出力信号の測定を可能にする。光スイッチ（３ｂ）は、ＥＤＦＡ（４）の対応する入力または出力が光スペクトルアナライザ（６）または光パワーメータ（７）のいずれかへ送られることを可能にする。
【００２０】
図７の破線は電気信号線に対応し、コンピュータ（８）が信号源（１）、光減衰器（２）、光スイッチ（３ａ）および（３ｂ）、制御回路（５）、光スペクトルアナライザ（６）、および光パワーメータ（７）を制御する。コンピュータは、更に、測定されたデータから、図６の方法で初期条件として使用されるＧExp（λ）の値を導出する。コンピュータは、更に、図６のフローチャートで示される計算を実行し、以下で説明するレート方程式を解く。制御回路（５）は、コンピュータ（８）の出力によって決定された電気信号を送ってＥＤＦＡ（４）を制御する。
【００２１】
実施形態の一例として、ＥＤＦＡ（４）は図１に示すように構成される。実施形態の別例として、他のＥＤＦＡ構成が使用されてよい。どのようなＥＤＦＡ構成であっても、コンピュータ（８）は、測定されたデータからＧExp（λ）を導出し、図６の計算を実行する。
【００２２】
更に、図１の構成について、ＥＤＦＡ全体の利得は、１０〜３０ｄＢの間の値であることが知られている。平均反転レベルは０．０と１．０との間になければならず、約０．３であることが知られており、０．３のオーダで（たとえば、０．３５）初期平均反転レベルを任意に選択することができる。更に、所望のＥＤＦＡ利得を達成するため、全体のＥＤＦ（即ち、ＥＤＦ１＋ＥＤＦ２）が、既知のエルビウム含有量、ポンプのパワーレベルなどに基づき従来の方法によって選択される。長さを固定することによって、図６に従ってαESA（λ）を計算することができる。ＥＤＦ１とＥＤＦ２との間でのＥＤＦの全長の分割は、ＥＳＡの影響に対して所定の感度が得られるように決定される。即ち、後方ＡＳＥが信号パワーよりも約１桁小さくなるように、全長Ｌの配分がＥＤＦ１とＥＤＦ２との間で決定される。
【００２３】
まず、以下のステップに従って、ＧExp（λ）の測定を実行する。信号源（１）は、光スイッチ（３ａ）を通りＥＤＦＡ（４）を迂回するように光パワーメータ（７）へ接続され、光減衰器（２）は、信号源（１）のパワーレベルが所定のレベルになるように調整される。次に、入力光信号が光スペクトルアナライザ（６）へ入力されるように、第２の光スイッチ（３ｂ）を配置する。光スペクトルアナライザ（６）は入力信号スペクトルを測定する。次に、光信号がＥＤＦＡ（４）へ入力され且つ同時にＥＤＦＡ（４）からの出力信号が光パワーメータ（７）に接続されるように、双方の光スイッチ（３ａおよび３ｂ）を縦列に切り替える。コンピュータ（８）は制御回路（５）の出力信号レベルを制御し、ＥＤＦＡ（４）からの出力信号レベルが所定の好ましいレベルになるようにする。次に、ＥＤＦＡ（４）からの出力信号が光スペクトルアナライザ（６）へ接続されるように、第２の光スイッチ（３ｂ）を切り替える。スペクトルアナライザ（６）は、ＥＤＦＡ（４）からの出力信号スペクトルを測定する。測定された利得ＧExp（λ）は、前述したように、測定された入力および出力スペクトルから導出される。即ち、ＧExp（λ）＝１０＊ｌｏｇ（出力パワー（λ）／入力パワー（λ））である。
【００２４】
次に、図６で説明されたアルゴリズムの計算コンピュータ（８）または他のコンピュータで実行する。ＥＤＦの長さＬ、利得係数ｇ*、および吸収係数αは、前述したように、ＥＤＦＡ（４）で使用されたＥＤＦの別個に測定された値から採用される。更に、ＥＳＡパラメータの初期値は、前述したように決定される。コンピュータ（８）は、多様な動作条件について利得ＧCal（λ）を計算する。
【００２５】
次に、コンピュータ（８）は、取得したＧExp（λ）を用いて、図６で示されるフローを実行し、ΔＧが所定の閾値より小さくなるか最小になるまで、Ｇcal（λ）、ΔＧ、およびαESA（λ）を繰り返して計算する。
【００２６】
一度、特定のファイバについてαESA（λ）が計算されると、種々のＥＤＦＡの利得と雑音指数を計算することができる。ここで、ＥＤＦＡはＥＤＦの数および／またはＥＤＦの長さに従って変化し、これらの構成で使用されるＥＤＦは、αESA（λ）が計算されたファイバと同じ材料を含む。
【００２７】
特に、種々のＥＤＦＡ構成について、全体的システムの利得と雑音指数は、次のレート方程式に従ってコンピュータで計算することができる。
【数６】
2006505958.tif 000008
【数７】
2006505958.tif 000009
【００２８】
式（７）および（８）は、式（６）の結果を使用することによって、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を考慮に入れる。式（７）は従来の式（１）および式（３）の組み合わせに対応し、式（１）の項ｇ*（λ）は式（３）の項ｇ*（λ）’で置換される。しかし、式（２）におけるｇ*（λ）の全ての表示が式（３）の項ｇ*（λ）’で置換される従来のシステムとは異なり、式（８）ｇ*（λ）の３番目の項にあるｇ*（λ）は項ｇ*（λ）’で置換されない。即ち、式（８）の３番目の項は利得係数ｇ*（λ）を含み、αESA（λ）を含まないが、方程式（８）の最初の項はαESA（λ）を含む。これは、式（８）の３番目の項が局在励起イオンからの自然放出を表し、ＥＳＡの影響に対応する遷移が存在しないのに対し、式（８）の最初の項は、誘導放出を介する自然放出の増幅を記述し、ＥＳＡの影響が存在する。したがって、従来のモデルはＥＳＡの影響を全く考慮しないか、ＥＳＡの影響を過剰に修正するのに対し、本発明の式（８）は、ＥＳＡの影響の考慮を、ｄＰ±ASE（λ，ｚ）／ｄｚの最初の項だけに適正に限定する。この改善されたモデルは、以下のテスト結果で分かるように、従来技術よりも利得および雑音指数についての非常に正確な推定を提供する。
【００２９】
図６のプロセスおよび図７のシステムは、図１の構成へ適用された。ここで再度、入力パワーは２．５ｄＢｍであり、ＬＤＦ１は１００ｍＷで動作し、ＬＤＦ２は８０ｍＷで動作し、動作温度は６５℃であり、Ｌは３３．２ｍである（即ち、ＥＤＦ１およびＥＤＦ２の長さの合計。ここで、ＥＤＦ１の長さは７ｍであり、ＥＤＦ２の長さは２６．２ｍである）。αESA（λ）の計算で使用される測定利得Ｇexp（λ）の値は、問題とする波長に対応する図３−１の値から選択された。ｇ*meas（λ）およびα（λ）の波長特定値は、図５のグラフから選択された。／Ｉｎｖは０と１との間であるから、／Ｉｎｖiniは任意に０．３５となるように選択され、閾値は０．０５ｄＢである。これは０．１ｄＢの所望の感度に対応する。図８に、図１のＥＤＦＡ構成について、図６および図７に従って波長の関数として決定されたＥＳＡ係数αESA（λ）を示す。図８では、従来の方法で計算された図４のαESA（λ）値が比較のために重ねられている。これによって、初期測定利得値を考慮に入れる図６の繰り返し方法は、αESA（λ）の異なった推定値を生成するということが示される。
【００３０】
次に、この実験で計算されたαESA（λ）の値を、式（７）および（８）で使用し、図９−１および図９−２に示される利得および雑音指数を計算する。図９−１および図９−２を図３−１および図３−２と比較することによって、本発明によるαESA（λ）の正確な推定および洗練されたレート方程式が共に働き、これにより、従来技術よりも、利得および雑音指数の非常に正確な推定を提供するということが明らかである。
【００３１】
図１０−１および図１０−２に、図３−１および図３−２とは異なった条件で本発明に従って計算されたＥＤＦＡ利得および雑音指数を示す。図１０−１および図１０−２において、入力は−７ｄＢｍであり、ＬＤＦ１は１００ｍＷで動作し、ＬＤＦ２は８０ｍＷで動作し、動作温度は６５℃であり、ＥＤＦ１の長さは７ｍであり、ＥＤＦ２の長さは２６．２ｍである。測定された利得および雑音指数は図１０−１および図１０−２に示される。これは、本発明が、異なった動作条件でも同様に、高度に正確な推定を提供するということを示す。
【００３２】
更に、レート方程式（７）および（８は、αESA（λ）の計算で使用されたＥＤＦの長さと同じＥＤＦ長を有するＥＤＦＡをモデル化する場合に限定されない。即ち、レート方程式（７）および（８）、並びに計算されたαESA（λ）を、αESA（λ）の計算で使用されたＥＤＦと類似の材料組成を有するＥＤＦを含むＥＤＦＡの利得および雑音指数をより正確に計算するために使用してもよい。これらの異なった構成について計算された利得および雑音指数は、従来の方法によって計算された値よりも正確である。もっとも、構成が同一である場合よりも、精度は低くなるかもしれない。
【００３３】
図１１は、本発明の実施形態が実現しうるコンピュータシステム１３０１のブロック図である。更に、コンピュータシステム１３０１は、ここで説明されたＥＤＦＡモデルを実現するため適切にプログラムされる。コンピュータシステム１３０１は、情報を伝達するためのバス１３０２または他の通信メカニズムを含み、また情報を処理するためバス１３０２に結合されたプロセッサ１３０３を含む。コンピュータシステム１３０１は、更に、メインメモリ１３０４、たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他のダイナミックメモリデバイス（たとえば、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、およびシンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ））を含む。これらは、情報およびプロセッサ１３０３によつて実行される命令を記憶するためバス１３０２へ結合される。更に、プロセッサ１３０３によって命令が実行される間、テンポラリ変数または他の中間情報を記憶するため、メインメモリ１３０４を用いてもよい。コンピュータシステム１３０１は、更に、プロセッサ１３０３のためにスタティック情報および命令を記憶するためバス１３０２へ結合される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３０５または他のスタティックメモリデバイス（たとえば、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能なＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、および電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ））を含む。
【００３４】
コンピュータシステム１３０１は、更に、情報および命令を記憶する１つまたは複数のメモリデバイス、たとえば、磁気ハードディスク１３０７およびリムーバルメディアドライブ１３０８（たとえば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、読み出し専用コンパクトディスクドライブ、読み出し／書き込みコンパクトディスクドライブ、コンパクトディスクジュークボックス、テープドライブ、およびリムーバブル光磁気ドライブ）を制御するためバス１３０２へ結合されるディスクコントローラ１３０６を含む。メモリデバイスは、適切なデバイスインタフェース（たとえば、スモールコンピュータシステムインタフェース（ＳＣＳＩ）、インテグレーテッドデバイスエレクトロニクス（ＩＤＥ）、エンハンストＩＤＥ（Ｅ−ＩＤＥ）、ダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）、またはＵｌｔｒａ−ＤＭＡ）を使用して、コンピュータシステム１３０１に追加されてもよい。
【００３５】
コンピュータシステム１３０１は、更に、専用ロジックデバイス（たとえば、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ））または構成可能ロジックデバイス（たとえば、単純プログラマブルロジックデバイス（ＳＰＬＤ）、複合プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））を含んでもよい。
【００３６】
コンピュータシステム１３０１は、更に、ディスプレイコントローラ１３０９を含んでもよい。ディスプレイコントローラ１３０９は、コンピュータユーザへ情報を表示するディスプレイ１３１０、たとえば、陰極線管（ＣＲＴ）を制御するためバス１３０２へ結合される。コンピュータシステムは、コンピュータユーザと対話し、情報をプロセッサ１３０３へ提供する入力デバイス、たとえば、キーボード１３１１およぴポインティングデバイス１３１２を含む。ポインティングデバイス１３１２は、たとえば、マウス、トラックボール、またはポインティングスティックであってよい。これらは方向情報およびコマンド選択をプロセッサ１３０３へ伝え、ディスプレイ１３１０の上でカーソル移動を制御する。更に、プリンタによって、コンピュータシステム１３０１によって記憶および／または生成されたデータの印刷リストを提供してもよい。
【００３７】
コンピュータシステム１３０１は、メモリ、たとえば、メインメモリ１３０４に含まれる１つまたは複数の命令より成る１つまたは複数のシーケンスを実行するプロセッサ１３０３に応答して、本発明の処理ステップの一部または全部を実行する。そのような命令は、他のコンピュータ読み取り可能メディア、たとえば、ハードディスク１３０７またはリムーバブルメディアドライブ１３０８からメインメモリ１３０４へ読み出すことができる。更に、メインメモリ１３０４に含まれた命令のシーケンスを実行するため、マルチプロセッシング配置で１つまたは複数のプロセッサを使用してもよい。代替の実施形態において、ソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて、ハードワイヤード回路を用いてもよい。したがって、実施形態は、ハードウェア回路およびソフトウェアの特定の組み合わせに限定されない。
【００３８】
前述したように、コンピュータシステム１３０１は少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能メディアまたはメモリを含む。これらのメディアまたはメモリは、本発明の教示に従ってプログラムされた命令を保持し、ここで説明されたデータ構造、テーブル、レコード、または他のデータを含む。コンピュータ読み取り可能メディアの例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、または他の磁気メディア、コンパクトディスク（たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ）、または他の光学式媒体、パンチカード、紙テープ、または孔のパターンを有する他の物理媒体、搬送波（後述する）、またはコンピュータが読み取ることのできる他のメディアである。
【００３９】
コンピュータ読み取り可能メディアのどれか１つまたは組み合わせの上に記憶されて、本発明は、コンピュータシステム１３０１を制御し、本発明を実現するための１つまたは複数のデバイスを駆動し、コンピュータシステム１３０１とユーザ（たとえば、印刷物作成者）とを対話させるソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアを含むが、それらに限定されない。そのようなコンピュータ読み取り可能メディアは、更に、本発明のコンピュータプログラム製品を含む。このコンピュータプログラム製品は、本発明を実現するときに実行される処理の全部または一部（処理が分散される場合）を実行する。
【００４０】
本発明のコンピュータコードデバイスは、任意の解釈可能または実行可能コードメカニズムであってよい。このメカニズムは、スクリプト、解釈可能プログラム、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、および完全実行可能プログラムを含むが、それらに限定されない。更に、本発明の処理の一部は、パフォーマンス、信頼性、および／またはコストを改善するために分散されてもよい。
【００４１】
ここで使用される「コンピュータ読み取り可能メディア」という用語は、プロセッサ１３０３へ実行を目的として命令を提供することに参加するいかなるメディアをも意味する。コンピュータ読み取り可能メディアは、多くの形態を取ることができる。そのような形態は、不揮発性メディア、揮発性メディア、および伝送メディアを含むが、それらに限定されない。不揮発性メディアは、たとえば、ハードディスク１３０７、またはリムーバルメディアドライブ１３０８のような、光ディスク、磁気ディスク、および光磁気ディスクを含む。揮発性メディアは、メインメモリ１３０４のような、ダイナミックメモリを含む。伝送メディアは、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含み、これらはバス１３０２を構成している線を含む。伝送メディアは、更に、音波または光波、たとえば、無線および赤外線データ通信の際に生成される波の形態を取ることができる。
【００４２】
実行のためのプロセッサ１３０３に対する１つまたは複数の命令から成る１つまたは複数のシーケンスを実行するに際して、様々な形態のコンピュータ読み取り可能メディアが関与してもよい。たとえば、命令は、最初にリモートコンピュータの磁気ディスク上で実行されてもよい。リモートコンピュータは、本発明の全部または一部を実現する命令を遠隔でダイナミックメモリへロードし、モデムを使用し電話線を介して命令を送信することができる。コンピュータシステム１３０１に対してローカルのモデムは、電話線上のデータを受信し、赤外線送信器を使用してデータを赤外線信号へ変換する。バス１３０２に結合された赤外線検出器は、赤外線信号で搬送されたデータを受信し、データをバス１３０２に置くことができる。バス１３０２はデータをメインメモリ１３０４へ搬送し、そこからプロセッサ１３０３は命令を検索して実行する。メインメモリ１３０４によって受信された命令は、プロセッサ１３０３による実行の前または後で、任意にメモリデバイス１３０７または１３０８に記憶されてもよい。
【００４３】
コンピュータシステム１３０１は、更に、バス１３０２に結合された通信インタフェース１３１３を含む。通信インタフェース１３１３は、ネットワークリンク１３１４へ結合する双方向データ通信を提供する。ネットワークリンク１３１４は、たとえば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１３１５または他の通信ネットワーク１３１６、たとえば、インターネットへ接続される。たとえば、通信インタフェース１３１３は、いかなるパケット交換ＬＡＮへ取り付けられるネットワークインタフェースカードであってもよい。他の例として、通信インタフェース１３１３は、非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）カード、総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）カードまたはモデムであって、対応するタイプの通信回線へデータ通信接続を提供することができる。無線リンクも実現される。そのような実現形態において、通信インタフェース１３１３は、様々なタイプの情報を表すディジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号、または光信号を送受信する。
【００４４】
ネットワークリンク１３１４は、典型的には、１つまたは複数のネットワークを介して、他のデータデバイスへデータ通信を提供する。たとえば、ネットワークリンク１３１４は、ローカルネットワーク１３１５（たとえば、ＬＡＮ）を介して、またはサービスプロバイダによって運用される機器を介して、他のコンピュータへ接続を提供することができる。サービスプロバイダは、通信ネットワーク１３１６を介して通信サービスを提供する。ローカルネットワーク１３１４および通信ネットワーク１３１６は、たとえば、ディジタルデーストリームを搬送する電気信号、電磁信号、または光信号、および関連した物理レイヤ（たとえば、ＣＡＴ５ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバなど）を使用する。コンピュータシステム１３０１との間でディジタルデータを搬送し、様々なネットワークを通る信号、およびネットワークリンク１３１４上にあって通信インタフェース１３１３を通る信号は、ベースバンド信号または搬送波ベース信号として実現されてもよい。ベースバンド信号は、ディジタルデータビットのストリームを記述する非変調電気パルスとして、ディジタルデータを伝達する。ここで「ビット」という用語は、シンボルを意味するものとして広く解釈されるべきであり、各々のシンボルは少なくとも１つまたは複数の情報ビットを伝達する。ディジタルデータは、更に、たとえば、振幅、位相、および／または周波数偏移変調信号などで搬送波を変調するために使用されてもよい。これらの信号は、導電性メディアを介して伝搬されるか、伝搬メディアを介する電磁波として伝送される。したがって、ディジタルデータは、「ワイヤード」通信路を介して非変調ベースバンドデータとして送信され、および／または搬送波を変調することによって、ベースバンドとは異なる所定の周波数帯で送信されてよい。コンピュータシステム１３０１は、ネットワーク１３１５および１３１６、ネットワークリンク１３１４、および通信インタフェース１３１３を介して、プログラムコードを含むデータを送受信することができる。更に、ネットワークリンク１３１４は、ＬＡＮ１３１５を介して、モバイルデバイス１３１７、たとえば、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータ、または携帯電話へ接続を提供することができる。
【００４５】
本明細書はＥＤＦおよびＥＤＦＡの応用を開示するが、教示された方法およびシステムは、レーザアクティブイオン、原子、または分子で添加されたファイバのいかなるタイプにも応用可能である。更に、上記の開示に照らして、本発明の多数の修正および変形が可能である。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲の中で、ここで具体的に説明された方法以外の方法で実施されうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】典型的なＥＤＦＡ構成のブロック図である。
【図２】ＥＳＡの影響のグラフである。
【図３−１】従来の方法に従って計算された利得および雑音指数のグラフである。
【図３−２】従来の方法に従って計算された利得および雑音指数のグラフである。
【図４】従来の方法に従って決定されたＥＳＡ係数のグラフである。
【図５】ＥＳＡの影響の決定に使用するため従来の方法に従って計算されたパラメータのグラフである。
【図６】本発明の実施形態に従ってＥＳＡ係数を決定する方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に従ってＥＳＡ係数パラメータを決定するように構成されたシステムのブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に従って決定されたＥＳＡ係数の値を図５のグラフと比較したグラフである。
【図９−１】第１の動作条件のもとで本発明の実施形態に従って計算されたＥＤＦＡ利得および雑音指数のグラフである。
【図９−２】第１の動作条件のもとで本発明の実施形態に従って計算されたＥＤＦＡ利得および雑音指数のグラフである。
【図１０−１】第２の動作条件のもとで本発明の実施形態に従って計算されたＥＤＦＡ利得および雑音指数のグラフである。
【図１０−２】第２の動作条件のもとで本発明の実施形態に従って計算されたＥＤＦＡ利得および雑音指数のグラフである。
【図１１】本発明に関連づけられたコンピュータのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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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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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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