(57)【要約】増幅器システムは、分布型ラマンファイバ増幅器と、分散補償化ファイバを含む集中型ラマンファイバ増幅器と、を含む。該集中型ラマンファイバ増幅器は、該分布型ラマンファイバ増幅器に動作可能なように継がれ、該分布型ラマンファイバ増幅器から受信される信号を増幅する。１つの実施例において、少なくとも１つの励起信号源が該分布型ラマンファイバ増幅器及び該集中型ラマンファイバ増幅器に接続される。この実施例における該分布型ラマンファイバ増幅器及び該集中型ラマンファイバ増幅器は、共用される励起により供給される光励起パワーを共用する。
2004511004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅器システムであって、
（ｉ）分布型ラマンファイバ増幅器と、
（ｉｉ）利得媒体及び前記利得媒体の少なくとも１部分を形成する分散補償化ファイバを含む集中型ラマンファイバ増幅器と、
を含み、前記集中型ラマンファイバ増幅器は、前記分布型ラマンファイバ増幅器に動作可能なように継がれ且つ光学的に接続されて、前記分布型ラマンファイバ増幅器から受信される信号を増幅することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項２】
請求項１記載の光増幅器システムであって、前記分布型ラマンファイバ増幅器及び集中型ラマンファイバ増幅器に接続される少なくとも１つの励起信号源を更に含むことで、前記分布型ラマンファイバ増幅器及び集中型ラマンファイバ増幅器が前記励起により供給される光励起パワーを共用することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項３】
請求項２記載の光増幅器システムであって、前記励起は、前記分布型ラマンファイバ増幅器に後方向励起を提供することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項４】
請求項３記載の光増幅器システムであって、前記励起は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの波長範囲の光を提供することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項５】
請求項１記載の光増幅器システムであって、前記分散補償化ファイバは、無損失の補償化器であることを特徴とする光増幅器システム。
【請求項６】
請求項１記載の光増幅器システムであって、前記分散補償化ファイバは、正味の正利得を提供することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項７】
請求項１記載の光増幅器システムであって、前記集中型ラマンファイバ増幅器に動作可能なように継がれるエルビウム添加ファイバ増幅器を更に含み、前記エルビウム添加ファイバ増幅器は、前記集中型ラマンファイバ増幅器から受信される信号を増幅することを特徴とする光増幅器システム。
【請求項８】
請求項１記載の光増幅器システムであって、少なくとも１つのアイソレータと、少なくとも１つの光タップと、を含むことを特徴とする光増幅器システム。
【請求項９】
請求項１記載の光増幅器システムであって、前記集中型ラマンファイバ増幅器は、２つの光アイソレータを更に含むことを特徴とする光増幅器システム。
【請求項１０】
光システムを増幅する方法であって、
（ｉ）分布型ラマンファイバ増幅器を通して光信号を送信するステップと、
（ｉｉ）前記光信号を、分散補償化ファイバを含む集中型ラマンファイバ増幅器を用いて増幅するステップと、
を含むことを特徴とするする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記分布型ラマンファイバ増幅器及び前記集中型ラマンファイバ増幅器で共用される光励起により励起するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、
（ｉ）前記集中型ラマンファイバ増幅器からの出力信号をエルビウム添加ファイバ増幅器に供給するステップと、
（ｉｉ）前記提供される出力信号を前記エルビウム添加ファイバ増幅器により増幅するステップと、
を更に含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器システムに関し、特に、分布型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）及び集中型（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）ラマン増幅器を含むシステムに関する。
【０００２】
【従来技術】
長距離通信システムは、通常、伝送ファイバの長スパン間にエルビウム添加ファイバ増幅器を使用する。エルビウム添加ファイバ増幅器の通常の構成は、９８０ｎｍ及び１４８０ｎｍの波長において動作し、エルビウム添加ファイバ増幅器に接続されて出力を供給する１つ以上の励起レーザを含む。エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は集中型増幅器である。かかる増幅器は、伝送ファイバ中の信号の損失を補償するのに十分な利得を提供するのに用いられ、しばしば、複数の高パワー励起を必要とする。信号が伝送ファイバを通って伝播するにつれて減衰する信号レベルが次の増幅器に到達する迄には雑音レベルにまで近づいてしまうことから、エルビウム添加ファイバ増幅器が高パワーの出力信号を生成するために用いられる。複数のエルビウム添加ファイバ増幅器は、通常、互いに約１００キロメータ又はそれ以下の間隔に置かれる。さもなくば、該信号レベルが次のＥＤＦＡに到達する前に雑音レベルに近似するまでに落ちてしまい、次の増幅器が雑音と信号とを弁別することができなくなってしまうことになる。
【０００３】
集中型ラマンファイバ増幅器は、伝送ファイバを通る伝送間に信号が被る損失を補償する増幅装置として用いられ得る。この目的のために、集中型ラマンファイバ増幅器が、伝送ファイバの長い線路（通常、４０乃至１００キロメートル）間に置かれる。残念ながら、集中型ラマンファイバ増幅器のみを備える増幅器システムでは、ＭＰＩ（複数パス干渉）、二重レイリー背面散乱及び励起減損による利得飽和を被る。
【０００４】
分布型ラマンファイバ増幅器は、エルビウム添加ファイバ増幅器と併せてしばしば用いられる。通常の分布型ラマンファイバ増幅器は、利得媒体として通常の伝送ファイバを用いる。しかし、分布型ラマン増幅器を通って伝播する信号は歪みを被り、該ファイバにより生成される色（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ）効果に起因してより広帯域になる。この歪みを生じた信号が供給されてエルビウム添加増幅器により増幅されることで、雑音対信号比率の低下を助長する。信号の広帯域化を補償するために、かかる増幅器システムは、エルビウム添加ファイバ増幅器の２つの増幅段の間に分散補償化ファイバを有する多段エルビウム添加ファイバ増幅器を通常用いる。エルビウム添加ファイバ増幅器の２つの増幅段の間に分散補償化ファイバを挿入することは、該増幅器に約１０ｄＢの損失をもたらす。これは、コスト上の増加を生む励起パワーの追加により克服される場合がある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の第１の特徴によれば、増幅器システムは、（ｉ）分布型ラマンファイバ増幅器と、（ｉｉ）分散補償化ファイバを含む集中型ラマンファイバ増幅器と、を含む。該集中型ラマンファイバ増幅器は、該分布型ラマンファイバ増幅器に動作可能なように継がれ、該分布型ラマンファイバ増幅器から受信される信号を増幅する。１つの実施例において、少なくとも１つの励起信号源が該分布型及び集中型ラマンファイバ増幅器に接続される。この実施例における該分布型ラマンファイバ増幅器及び集中型ラマンファイバ増幅器は、共用される励起により供給される光励起パワーを共有する。本発明の１つの実施例において、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が動作可能なように該分布型ラマンファイバ増幅器及び集中型ラマンファイバ増幅器に継がれ、該集中型ラマンファイバ増幅器から受信される信号を増幅する。
【０００６】
本発明の増幅器システムの特徴は、中央ステージなくして、ＥＤＦＡステージ間の分散補償化ファイバの何ら又は最小の信号広帯域化のみを有することである。分散増幅器に帰属する損失は、代わりに、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐマルチプレクサ、分極モード分散補償器又は動的利得等価器の如き他の構成部品に割り付け得る。
【０００７】
本発明の他の利点は、分散状ラマンファイバ増幅器の使用により伝送損失が最小化されることで、光増幅器が互いに１００キロメートル以上に間隔を空け得ることである。
本発明のより完全な理解のために、その目的及び利点は引き続く記載と、添付の図面とが参照される。本発明の付加的な特徴及び利点は、引き続く詳細な説明により記述される。
【０００８】
前出の概要と引き続く詳細な実施例の記載との両方は本発明による例示でしかないことは理解されるべきであり、請求される如き本発明の性質と特性を理解するために概観又は骨格を提供することが意図されている。添付の図面が本発明の更なる理解を提供するために含まれ、本願に組み入れられて本明細書の一部を構成する。該図面は本発明の多様な特徴及び実施例を示し、本記載と共に本発明の原理及び動作の説明を供する。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例について参照が詳細になされ、かかる例が添付の図面において図示されている。可能な限り、同じ参照符号は図面を通して同一又は同様の部分を参照するのに用いられる。本発明の増幅器システムの第１の実施例が図１に示されていて、これは通常参照符号１０が付されている。本発明によれば、増幅器システム１０は、分布型ラマンファイバ増幅器１２と、集中型ラマンファイバ増幅器１４とを含む。分布型ラマンファイバ増幅器１２は，反対伝播する励起光によりラマン励起されている１本の伝送ファイバ１６を含む。ラマン励起されるファイバ１６の有効長は、該伝送スパン長に対応して４０ｋｍ乃至１００ｋｍの間である。通信システムにおいて、「伝送スパン長」の用語は、２つの別々の増幅器間の伝送ファイバの長さを指す。従って、分布型ラマン増幅器からなる伝送ファイバは、「伝送スパン」を形成する。ファイバ１６は、例えば、Ｇ．６５２、Ｇ．６５３又はＧ．６５４のＩＴＵ規格が付与されたファイバの如き単一モードファイバである。特に、ファイバ１６は、ニューヨーク州コーニングのコーニング社から商業的に入手可能なＳＭＦ−２８ＴＭファイバ、ＳＭＦ−ＤＳＴＭファイバ又はＬＥＡＦＲファイバであって良い。このファイバ１６を通して伝播する信号は増幅され、そのため通常の無励起の伝送ファイバを通して伝播する信号のようには急速に減衰することはない。この実施例の集中型ラマンファイバ増幅器１４は、１巻き以上の分散補償化ファイバ１８を、集中型ラマンファイバ増幅器１４の増幅（即ち，利得）媒体の少なくとも一部として含む。通常の伝送ファイバが集中型ラマンファイバ増幅器の増幅媒体の一部を形成しても良い。分散補償ファイバ１８は、例えば、コーニング社から入手可能なピュアモードＴＭ（Ｐｕｒｅ ＭｏｄｅＴＭ）ＤＣＦファイバ、ＤＣＦ−４０ＴＭファイバ、ＤＣＭ−６０ＴＭファイバ又はＤＣＭ−８０ＴＭであっても良い。増幅媒体として分散補償化ファイバ１８を用いることは、分散補償化ファイバ１８が信号広帯域化を補償しつつ増幅を果たすことを可能とする。
【００１０】
特に、集中型ラマンファイバ増幅器１４は、分布型ラマンファイバ増幅器１２に光学的に接続且つ動作可能なように継がれる。集中型ラマンファイバ増幅器１４は、この分布型ラマンファイバ増幅器１２から受信される信号Ｓ’を増幅し、更に増幅された信号Ｓ’’を提供する。分布型ラマンファイバ増幅器１２からの出力信号Ｓは、通常、分布型ラマンファイバ増幅器１２の伝送ファイバ１６によりもたらされる色分散効果に起因して広帯域化される（入力信号Ｓについてビット周期の約１／３に至る）。集中型ラマンファイバ増幅器１４が少なくとも１巻の分散補償化ファイバ１８を利用して、例えば、１５３０ｎｍ乃至１５７０ｎｍの信号帯域における分散補償を提供することでこの信号の広帯域化を修正することは本発明の利点である。これは、図２において図解的に示される。
【００１１】
分散補償化ファイバ１８は、無損失広帯域補償器をなすのに丁度十分にして励起され得る。即ち、分散補償化ファイバ１８は、無利得又は無損失を提供するのに丁度十分にして励起され得る。広帯域は、３０ｎｍ以上である波長帯域であり、好ましくは１００ｎｍ又はそれ以上である。図１に示される増幅器システムにおいて、分散補償化ファイバ１８は、１００ｍＷ励起により励起されて分散補償化ファイバ１８を無損失補償器とする。この励起は、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍにおげる光励起信号を提供する。分散補償化ファイバ１８に付加的な励起パワーが与えられれば、集中型ラマンファイバ増幅器１４は増幅器システム１０に正味の利得を与える。
【００１２】
示される実施例において、集中型ラマンファイバ増幅器１４は、又、信号方向とは反対の方向に伝播する１５５０ｎｍ範囲の光雑音を防止する少なくとも１つのアイソレータを含む。この実施例において、集中型ラマンファイバ増幅器１４は、２つのアイソレータ２０Ａ及び２０Ｂを、それらの間の利得ファイバ及び／又は分散補償化ファイバ１８と併せて含む。ファイバ１８の上流側の第１アイソレータ２０Ａは、反対伝播する雑音信号が分布型ラマンファイバ増幅器１２に入るのを防止する。ファイバ１８の下流側の第２アイソレータ２０Ｂは、反対伝播する雑音信号が分散補償化ファイバ１８に入るのを防止する。
【００１３】
この実施例において、１４５０ｎｍの励起器２２が、ＤＣＦ１８及び分布型ラマンファイバ増幅器１２の両方に反対伝播する励起光を提供する。かかる構成が励起により引き起こされる雑音変調により生成される光信号の変調を低減することから、励起器２２は反対（信号伝播の方向に関して）伝播する励起エネルギーを提供する。しかし、該励起雑音が低減されるなら（即ち、該励起のスペクトル上のコヒーレンスが増加するならば）、協働する方向の励起（即ち、増幅されている信号とは同じ方向）が用いられても良い。付加的な励起器２２Ａが、また、より以上の励起パワーを提供するために用いられても良い。これらの励起器２２、２２Ａは、例えば、波形分割マルチプレクサ２３と共に接続されても良い。特にこの実施例において、励起器２２は、共用ファイバブラッグ回折格子安定化されたファブリ−ペロ半導体レーザダイオード励起であっても良い。励起器２２により供給される励起光は、カプラ２４（例えば、タップビーム・スプリッタ、可変スイッチカプラ又は３ｄＢカプラ）に入り、該励起光のより小さい部分を、集中型ラマン増幅器１４へと継ぐ波長選択カプラ２４Ｂに向けて流れ、該励起光のより大きい部分を分布型ラマンファイバ増幅器１２へと継ぐ波長選択カプラ２４Ａに向けて流れる。励起器２２により供給される光の量は、例えば、入出力２％タップカプラ２５Ａ、２４Ｂ、フォトダイオード２６、並びに電圧制御化スイッチカプラ２４及び可変光減衰器ＶＯＡ２６への帰還回路を介して制御されて、分布型及び集中型ラマン増幅器の利得制御を提供しても良い。
【００１４】
上記に示された図１の増幅器システムの利得プロファイルは、図３において示される。理解し得るように、この増幅器システムは、集中型ラマン増幅器及び分布型ラマン増幅器により励起が共用されているにもかかわらず相対的に平坦な利得曲線を有している。
図４は、図１に示されているものと同様の増幅器システムを図示している。しかし図４に図示される増幅器システムは、２巻きの分散補償化ファイバ１８と、これらの間に接続される光学的部品とを含んでいる。図４に図示される増幅器システムは、また、２組の励起器２２Ａ、２２Ｂを利用し、そのうちの１つ（２２Ａ）は、分布型ラマンファイバ増幅器１２及び集中型ラマンファイバ増幅器１４とにより共用されている。他の励起器２２Ｂは、分布型ラマンファイバ増幅器１２に励起光を供給する。この構成は、集中型ラマンファイバ増幅器１４からの残っている励起パワーを保持し、これを分布型ラマンファイバ増幅器１２に印加する。この励起構成は、より励起パワーを増幅器システム１０に提供し、それ故により利得を生み、増幅器システムの外部により出力パワーを生む。分布型及び集中型ラマン増幅器は、また、同様のやり方でより以上の光励起を共用しても良い。
【００１５】
ここで実施され図１及び図４に示されるように、波長選択カプラ２４Ａ及び２４Ｂは、信号光（通常、約１５５０ｎｍを中心とする）を１つの方向に受け渡し、１４００ｎｍ乃至１５００ｎｍの励起光を他の方向に反射する。結果的に、信号Ｓ’が分布型ラマンファイバ増幅器１２から集中型ラマンファイバ増幅器１４に向けて波長選択カプラ２４Ａにより経路付けされる。波長選択カプラ２４Ａは、また、励起器２２により提供される励起光の１部分を分布型ラマンファイバ増幅器１２に経路付けする。同様に、波長選択カプラ２４Ｂは、集中型ラマンファイバ増幅器１４の増幅媒体（例えば、分散補償化ファイバ１８）の出力に信号Ｓ’’を経路付けし、その間この増幅媒体に反対伝播励起信号を提供する。
【００１６】
本発明の増幅器システムの他の変形例が図５に示されている。図５の増幅器システムは、図１に図示される増幅器システム１０と同様であり、ここでは、集中型ラマンファイバ増幅器１４に動作可能なように継がれる分布型ラマンファイバ増幅器１２を利用している。しかし、追加的に、増幅器システムは、また、集中型ラマンファイバ増幅器１４に光学的に接続され且つ動作可能なように継がれるエルビウム添加ファイバ増幅器３０を含む。エルビウム添加ファイバ増幅器３０は、例えば、増幅ステージ３２Ａ及び３２Ｂを有する多段増幅器と、これらの間に置かれる光損失エレメント３４と、コントローラ３５とであっても良い。損失エレメント３４は、エルビウム添加ファイバ増幅器の中心ステージに約４ｄＢ乃至１２ｄＢの損失を提供する。かかる損失エレメントは、例えば、波長スイッチング又は経路付けのためのＡｄｄ／Ｄｒｏｐ多重化器、利得平坦化フィルタ、分極モード分散（ＰＭＤ）補償化器、若しくは動的利得利用化デバイスであっても良い。
【００１７】
以上のように、本発明に対して多様な改変及び変容が当業者により本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは明らかである。本発明が添付の請求項及びそれらに等価な範囲にある発明の改変及び適応化を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】分散補償化ファイバを含む集中型ラマン増幅器に動作可能なように継がれる分布型ラマン増幅器を概略的に示している図である。
【図２】図１の分布型ラマン増幅器に入る入力信号と、図１の集中型ラマン増幅器から出る修正された信号と、該増幅器から出る広帯域化された出力信号とを概略的に示している図である。
【図３】図１の増幅器システムの利得プロファイルを示している図である。
【図４】集中型ラマン増幅器に動作可能なように継がれる分布型ラマン増幅器を概略的に示している図であり、集中型ラマン増幅器からの残りの励起は分布型ラマン増幅器と共用される。
【図５】集中型ラマンファイバ増幅器に動作可能なように継がれ、次いで動作可能なようにエルビウム添加ファイバ増幅器に継がれる分布型ラマンファイバ増幅器を概略的に示している図である。
【符号の簡単な説明】
１０　増幅器システム
１２　分布型ラマンファイバ増幅器
１４　集中型ラマンファイバ増幅器
１６　伝送ファイバ
１８　分散補償化ファイバ
【図１】
2004511004.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004511004.tif 000009
2004511004.tif 000010
2004511004.tif 000011
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2004511004.tif 000016
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2004511004.tif 000021
2004511004.tif 000022
【国際調査報告】
2004511004.tif 000023
2004511004.tif 000024