(57)【要約】本発明は、入力手段と出力手段を備え、光ファイバパスが前記入力と出力手段を信号を伝送可能なように接続している光ファイバラマン増幅器を提供し、前記光ファイバパスは複数の単一段ラマン増幅器を備え、さらに信号波長より短い波長を有する少なくとも１つの励起波長を、各単一段ラマン増幅器に結合させるための手段を備え、各単一段ラマン増幅器は個別の局所利得曲線を有しており、単一段ラマン増幅器の局所利得曲線は、全体としてフラットな利得曲線を提供するよう選択される。本発明は、さらに少なくとも１つのそのような光ファイバラマン増幅器を備える光伝送を対象としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力手段と出力手段を備え、光ファイバパスが前記入力と出力手段を信号を伝送可能なように接続した光ファイバラマン増幅器であって、前記光ファイバパスは複数の単一段ラマン増幅器を備え、さらに信号波長より短い波長を有する少なくとも１つの励起波長を、各単一段ラマン増幅器に結合させるための手段を備え、各単一段ラマン増幅器は個別の局所利得曲線を有しており、単一段ラマン増幅器の局所利得曲線は、全体としてフラットな利得曲線を提供するよう選択されることを特徴とする光ファイバラマン増幅器。
【請求項２】
複数の波長を、各単一段ラマン増幅器に結合することを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
各単一段ラマン増幅器を、複数の励起波長の少なくとも１つの異なる波長と結合することを特徴とする請求項２に記載の増幅器。
【請求項４】
励起波長が相補的であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項５】
単一のラマン増幅器が交互に配置されることを特徴とする請求項４に記載の増幅器。
【請求項６】
複数の単一ラマン増幅器が、交互に配列する増幅器の２つの同一グループに分割されることを特徴とする請求項５に記載の増幅器。
【請求項７】
グループが、周期的に反転されることを特徴とする請求項６に記載の増幅器。
【請求項８】
交互に配列する増幅器の２つのグループが、反転された順序で配置されることを特徴とする請求項６に記載の増幅器。
【請求項９】
光信号のための送信機、送信機から隔てられた光信号のための受信機、および前記送信機と受信機を接続する伝送パスを備え、さらに前記伝送パスに沿って配置される請求項１に記載の少なくとも１つの光ラマン増幅器を備える光伝送システム。
【請求項１０】
励起波長が１．１５マイクロメータから１．６０マイクロメータを含む範囲であり、信号波長は１．２５マイクロメータから１．７マイクロメータを含む範囲であることを特徴とする請求項９に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光ファイバラマン増幅器（ＦＲＡ）に関し、かつ、少なくとも１つのそのような増幅器を備える光ファイバ通信システムに関する。
【０００２】
光ファイバの伝送容量は、将来、向上していくことが期待されている。光増幅器の進歩は、このプロセスに含まれる技術の１つである。この進歩のかぎは、シリカによって可能とされるほどんどすべての伝送ウインドウにわたって増幅を行う超広帯域光増幅器の使用可能性である。これらの要件は、とりわけ、ラマン増幅器によって満たすことができる。
【０００３】
所与の信号波長のラマン増幅器は、たとえばエルビウムなどの希土類ドープファイバが対応しない波長に伝送を拡張することが可能である。このことは、ラマン増幅器が、たとえば、１．２５マイクロメータから１．７マイクロメータの広い伝送波長ウインドウによる光伝送システムの可能性を開くことを意味している。
【０００４】
光ファイバラマン増幅器（ＦＲＡ）は、良く知られており、１．２５マイクロメータから１．７マイクロメータの間の望ましい波長で動作するよう設計されるものが知られている。ＦＲＡは、シリカベースのファイバを利用しており、非励起時に高い透過性を示す。ＦＲＡの動作原理は、誘導ラマン散乱に基づいており、たとえば、１９９８年、ハンブルグ、「Ｕｎｔｅｒｓｕｃｈｕｎｇｅｎ　ｚｕｍ　ｋｕｅｎｆｔｉｎｇｅｎ　Ｅｉｎｓａｔｚ　ｓｏｌｉｔｏｎｅｎｇｅｎｓｔｕｅｔｚｔｅｒ　ｆａｓｅｒｏｐｔｉｓｃｈｅｒ　Ｎａｃｈｒｉｃｈｔｅｎｕｅｂｅｒｔｒａｇｕｎｇ　ｂｅｉ　１、３μｍ　Ｗｅｌｌｅｎｌａｅｎｇｅ：波長１、３μｍにおけるソリトンによる光ファイバ情報伝送の将来の導入に対する研究」という名称のＰ．Ｒｉｅｄｅｌの博士論文において説明されている。たとえば、ＦＲＡは、従来の中継器または半導体増幅器に対する代替品として、あるいはそれらと組合せて機能することができる。
【０００５】
フラットな利得信号を得なければならない大容量の光伝送回線のための広帯域ラマン増幅器を得ることは非常に望ましい。
【０００６】
Ｙ．Ｅｍｏｒｉ（江森芳博）とＳ．Ｎａｍｉｋｉ（並木繁行）は、ＯＦＣ９９において、１２個の波長チャネルＷＤＭ高出力レーザダイオードによって、励起および利得の等化が行われるＰＤ１９−１からＰＤ１９−３のラマン増幅器を開示している。各レーザは、１１−ＭＺＩ（マッハツエンダー干渉計）−平面光波回路（ＰＬＣ）によって多重化され、個別に複雑な制御ユニットによって電力が供給されなければならない。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、コストのかかる多重化またはフィルタリングおよび複数の励起波長に追加的に電力を供給することを必要とせずに広帯域幅にわたってフラットな信号利得のＦＲＡを提供することである。
【０００８】
この課題は、入力手段と出力手段を備え、光ファイバパスが前記入力と出力手段を信号を伝送可能なように接続するＦＲＡによって解決され、前記光ファイバパスは複数の単一段ラマン増幅器を備え、さらに信号波長より短い波長を有する少なくとも１つの励起信号を、各単一段ラマン増幅器に結合させるための手段を備え、各単一段ラマン増幅器は個別の局所利得曲線を有しており、単一段ラマン増幅器の局所利得曲線は、全体としてフラット利得を提供するように選択されることを特徴としている。
【０００９】
これは、従来技術の等化設定に比べてより少ないポンプを用いた、より容易な等化に通じ、各増幅器の局所利得を組み合わせることによって、非常に複雑なＷＤＭおよび励起手段を使用することなく、大容量の伝送回線を構築することを可能にする非常にフラットな利得を有する平均利得変動がもたらされる。他の利点は、本発明による増幅器が伝送ファイバ内で分散ラマン増幅、ならびに局所ラマン増幅も可能にすることである。
【００１０】
増幅器は、さらに少なくとも１つの増幅ユニットを備えることが好ましく、後で複数の単一段ラマン増幅器を配置することで、制御の容易な多段増幅器が得られる。
【００１１】
さらに、増幅ユニットには、波長選択手段を備えることが有利であり、これによって、増幅ユニットに異なるタイプの他の増幅器を容易に追加したり、またはＤＣＦおよびＯＡＤＭ手段を統合したりすることが可能になる。
【００１２】
複数の波長を各単一段ラマン増幅器に結合することが好ましい。
【００１３】
各単一のラマン増幅器を、複数の励起放射波長の少なくとも１つの異なる波長と結合し、複数の波長の一部の多重化のみを必要とすることが好ましい。
【００１４】
励起波長は相補的であることがさらに好ましい。
【００１５】
有利な一実施形態では、単一のラマン増幅器は交互に配置される。
【００１６】
複数の単一ラマン増幅器は、交互に配列する増幅器の２つの同一グループに分割されることがさらに好ましい。
【００１７】
交互に配列する増幅器の２つのグループが、周期的に反転され、また他の好ましい実施形態では、２つのグループが反転された順序で配置されることが好ましい。これは、非反転増幅器に比べ、より良いＳＮＲ（信号対雑音比）に通じる。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、簡単なシステムの設定である一方で、大容量光ファイバ伝送システムを提供することである。
【００１９】
この目的は、光信号のための送信機、送信機から隔てられた光信号のための受信機、および前記送信機と受信機を接続する伝送パスを備え、本発明による少なくとも１つの光ラマン増幅器が前記伝送パスに沿って配置される光伝送システムによって解決される。
【００２０】
励起波長は１．１５マイクロメータから１．６マイクロメータを含む範囲であり、信号波長は１．２５マイクロメータから１．７マイクロメータを含む範囲であることが好ましい。
【００２１】
本発明の他の利点は以下の図面において説明する。
【００２２】
前述の利点および以下において説明する本発明の特徴は、具体的に記述している組合せのみにおいて使用するものではなく、当業者により、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せまたは単独で使用することができることを理解されたい。
【００２３】
本発明を、図１から８の図で概略的に説明し、図面を参照しながら詳細に述べる。
【００２４】
図１は、１つのＦＲＡのためにλ１からλ６の多数の励起レーザの励起波長１２を多重化する従来の技術１１を図示している。１つのＦＲＡの局所利得１３は、９０ナノメータ帯域全体にわたって０．１デシベル以内でフラットである。３つのＦＲＡを、伝送回線に沿って組み合わせて、矢印１４で表示する。これらは、伝送回線の各増幅器が同一になるように、フィルタを使用して受動的に等化したり、または各ＦＲＡについて、λ１からλ６の励起波長１２を波長多重化することによって能動的に等化する。前述の３つのＦＲＡの平均利得１５も、９０ナノメータ帯域全体にわたって０．１デシベル以内でフラットである。さらに従来の技術では、それぞれが４０個までの励起波長によって励起される、２０個までのＦＲＡの波長多重化を開示している。
【００２５】
図２は、本発明による方法を図示している。たとえば、３つのＦＲＡ２２、２３、２４を使用し、それぞれが、ＦＲＡ２２に対しては２つの異なる波長λ１とλ４、ＦＲＡ２３に対しては波長λ２とλ５、ＦＲＡ２５に対しては波長λ３とλ６によって励起される。ＦＲＡ２２は局所利得２５を発生させ、ＦＲＡ２３は局所利得２６を発生させ、ＦＲＡ２４は局所利得２７を発生させる。局所利得２５、２６、２７は、９０ナノメータ帯域全体にわたって０．１デシベル以内でフラットではない。伝送回線２８に沿ってＦＲＡ２２、２３、２４を交互に配列することによって、９０ナノメータ帯域全体にわたって０．１デシベル以内でフラットの平均標準利得３０を発生させる。
【００２６】
本発明の範囲内において、励起波長の数のほか、交互に配列する増幅器の数も当業者によって計画的に選択することができることを理解されたい。たとえば、それぞれ４つのポンプのある交互に配列された８個の異なる増幅器は、それぞれ３２個のポンプの多重化によって励起された８個の従来技術の増幅器を能動的に等化するものと同じくフラットな平均利得を生み出す。
【００２７】
図３は、本発明によるＦＲＡ３０の動作原理を図示しており、２つの単一段ラマン増幅器３７、３８のそれぞれを、１つの異なる波長３１および３２のみで励起する。各単一段増幅器３７および３８の局所利得は、数字３３および３４によって図示している。加算手段３５を介して局所利得３３および３４を加算した後、増幅器３０の良好な平均利得３６が得られる。単一段ラマン増幅器の数は対応する特定の実施形態の必要の範囲内で変えることができ、単一段増幅器の数は当業者の知識の範囲内であることを理解されたい。それは、増幅器３１および３２またはそれより多くが後で増幅ユニット内に配置されたり、または伝送ファイバに沿って間隔をおいて配置されたりする場合にも当てはまる。本発明のこの実施形態は、２つ以上の段階のある局所化された増幅器を使用するとき、および／または１５デシベルの微弱な伝送帯域の場合に、とりわけ有用である。
【００２８】
図４は、本発明によるＦＲＡ４０の動作原理を図示しており、第１単一段増幅器４８を、第２単一段増幅器４９よりも倍の数の波長４１および４２を用いて励起する。第２増幅器４９の波長４３は、およそ第１増幅器４８の波長４１と波長４２の間に配置する。交互に配列する増幅器の数のほか、励起波長の特定の数も、少なくとも１つの励起波長の数が他の励起波長の数のおよそ倍の数であるならば、特定の増幅器の設定の必要に従って計画的に選択することができることを理解されたい。個々の利得４４および４５は、加算手段４６を介して加算され、フラットな平均信号４７を提供する。単一段ラマン増幅器の数は対応する特定の実施形態の必要の範囲内で変えることができ、単一段増幅器の数は当業者の知識の範囲内であることを理解されたい。それは、増幅器４８および４９またはそれより多くが後で増幅ユニット内に配置されたり、または伝送ファイバに沿って間隔をおいて配置されたりする場合にも当てはまる。
【００２９】
図５は、本発明による他のＦＲＡ５０の動作原理を図示している。この特定の場合には、励起波長５１から５６の内の少なくとも１つの波長５１、５４を、少なくとも２つの単一段増幅器９２および９３内で繰り返される。両方の個々の利得５７および５８は、加算手段５９を介して加算され、フラットな平均信号９０を提供する。単一段ラマン増幅器の数は対応する特定の実施形態の必要の範囲内で変えることができ、単一段増幅器の数は当業者の知識の範囲内であることを理解されたい。それは、増幅器９２および９３またはそれより多くが後で増幅ユニット内に配置されたり、または伝送ファイバに沿って間隔をおいて配置されたりする場合にも当てはまる。この設定は、より短い波長に対する励起パワーが微弱な場合に、とりわけ好ましい。このことは、短い波長のエネルギーがより長い波長に伝達される、いわゆる「ラマン傾斜（Ｒａｍａｎ−ｔｉｌｔ）」と呼ばれることが原因となっている可能性がある。
【００３０】
図６は、本発明による光伝送デバイス６０のための簡単化した設定を示している。デバイス６０は、それ自体当業者によって知られている送信機６８と受信機６９を備えている。デバイス６０はさらに、ＳＭＦおよびＲＤＦファイバを備える３つ（またはそれ以上）のスパン６１、６２、６３を備え、各スパンの間に、単一段ラマン増幅器６４、６５、および６６を配置している。単一段ラマン増幅器およびスパンの数は対応する特定の実施形態の必要の範囲内で変えることができ、図６に示している特定の配置に従う場合、単一段ラマン増幅器およびスパンの数は当業者の知識の範囲内であることを理解されたい。それは、増幅器６４、６５および６６またはそれより多くが後で増幅ユニット内に配置されたり、または伝送ファイバに沿って間隔をおいて配置されたりする場合にも当てはまる。
【００３１】
図７は、本発明によるデバイス７０の他の実施形態を図示している。デバイス７０は、とりわけ、それ自体当業者によって知られている送信機と受信機を備えているが、それらは図７では図示していない。スパン７２と７７の間に、増幅ユニット７８を配置する。増幅ユニット７８は、単一段増幅器７３、７４、および７６を備えている。増幅器７４と増幅器７６の間に、たとえば、他の増幅器、ＤＣＦ手段またはＯＡＤＭ手段などの他の手段７５を配置する。増幅ユニット７８の増幅器７３、７４、７６、および他の手段７５の配置の正確な順序のほか、増幅ユニット７８の単一段増幅器数および他の手段７５の数も、本発明の趣旨にとってあまり重要なことではない。このことは、本発明によるデバイスの特定の要件の範囲内で変動するスパン７２、７７、および増幅ユニット７８の数に対しても当てはまる。
【００３２】
図８は、本発明によるデバイス８０の他の実施形態を図示している。デバイス８０は、それ自体当業者によって知られている送信機と受信機を備えているが、それらは図８では図示していない。デバイス８０はさらに、ＳＭＦおよびＲＤＦファイバを備える少なくとも３つ（またはそれ以上）のスパン８２、８３、８４を備えている。各スパンの間に、それぞれ少なくとも２つの増幅器８５、８６および８７、８８を備える増幅ユニット８９および９１を配置している。単一段ラマン増幅器の数は対応する特定の実施形態の必要の範囲内で変えることができ、単一段ラマン増幅器の数は当業者の知識の範囲内であることを理解されたい。
【００３３】
本発明による単一段ラマン増幅器を等化する方法によって全能動的等化が行われ、フィルタによる余分の利得損失を引き起こす等化フィルタが不要である。
【００３４】
図１で示している従来技術の能動的等化に比べると、対応する伝送回線において本発明によるＦＲＡのコストおよび大きさが削減され、ポンプ間のラマンのクロストークは、各増幅器の励起帯域が狭くなるので低減する。
【００３５】
さらに、伝送回線の効率も、各増幅器が従来技術の増幅器よりも少ないポンプを用いて多重化されるので改善される。
【００３６】
他の例示的な実施形態では、等しい数の同じ増幅器の２つの連続配列を使用し、たとえば、３つの増幅器の２つのグループの場合、ＡＢＣＡＢＣと呼ぶことにする。これらを反転した順序で配置する。図２において記述しているように、周期的に増幅器の配置を反転することにより、この反転を行うことも可能である。このことによって、例えば本発明により非反転の増幅器よりも、さらに良いＳＮＲが生じるＡＢＣＣＢＡという順序になる。各連続配列における反転された増幅器の数は、計画的に変えることができるが、各連続配列において、３つ以上である必要があることを理解されたい。
【００３７】
以下の表は、従来技術の増幅器と本発明による増幅器の間のＳＮＲの比較を示している。
【００３８】
表１：従来技術の増幅器および本発明による増幅器のＳＮＲ値の比較。
【表１】
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【００３９】
これらの値は、１１デシベルの２００個のスパンを介する７０００キロメートルの長さのファイバに基づいており、１つのスパンはＳＭＦおよびＲＤＦファイバである。
【００４０】
見てわかるように、本発明による交互配列の増幅器のＳＮＲは、従来の技術の等化増幅器のためのより複雑な設定とほぼ同じである。伝送回線の終端のＳＮＲは、本発明によるＦＲＡの交互配置の影響をほとんど受けていない。本発明による複数のＦＲＡの連続配列を周期的に反転することによって、さらに良い結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
複数の励起波長を多重化する従来技術の解決策を示す概略図である。
【図２】
本発明による方法の動作原理を示す概略図である。
【図３】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【図４】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【図５】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【図６】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【図７】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【図８】
本発明の他の好ましい実施形態を示す概略図である。
【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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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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2004502964.tif 000014
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【国際調査報告】
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2004502964.tif 000031