(57)【要約】光導波路増幅器として使用する光ファイバと、該光増幅器に光学的に接続される少なくとも１つの光励起器とを含むを光ファイバ増幅器システムである。該励起器は、ＤＣ電気的入力及びＡＣ電気的入力を受信し、ＤＣ光学パワー成分及びＡＣ光学パワー成分の両方を有する光励起パワーを該光ファイバに供給する。該光ファイバ増幅器システムは、また、該励起器に光学的に接続される光励起パワー検出器と、該光励起パワー検出器に動作可能に接続され該光励起パワーのＤＣ光学パワー成分を決定する少なくとも１つのコントローラを含み、該コントロール回路は、該ＤＣ光学パワー成分に基づいて該コントローラへのＤＣ電気的入力を調整する。
2004508602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ増幅器システムであって、
光導波路増幅器として使用する光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起パワーを前記光ファイバに供給する少なくとも１つの励起器と、
前記励起器に接続される光学的な励起パワー検出器と、
前記励起パワー検出器に光学的に接続されて前記光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定し、前記ＤＣ光パワー成分に基づいて前記励起器へのＤＣ電気的入力を調整する少なくとも１つのコントローラと、
を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項２】
請求項１記載の増幅器システムであって、前記光ファイバは、光信号伝送ファイバであることを特徴とする増幅器システム。
【請求項３】
請求項１記載の増幅器システムであって、前記光ファイバは、分散補償化ファイバであることを特徴とする増幅器システム。
【請求項４】
請求項１記載の増幅器システムであって、前記光ファイバはラマン光ファイバ導波路ファイバであることを特徴とする増幅器システム。
【請求項５】
請求項１記載の増幅器システムであって、前記コントローラは、前記光励起パワーに比例する電気的励起信号を当該電気的励起信号の２乗と比較することにより、前記光パワー励起器のＤＣ光パワー成分を決定する比較回路を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項６】
請求項５記載の増幅器システムであって、前記比較回路は、前記励起パワー検出器に電気的に接続される第１ミキサーと、前記励起パワー検出器に電気的に接続される２乗回路と、前記２乗回路に電気的に接続される第２ミキサーと、前記第１ミキサー及び第２ミキサーに電気的に接続されて前記励起器へのＡＣ入力として同一変調周波数を有する入力信号を前記第１ミキサー及び第２ミキサーに供給する局部発振器と、を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項７】
請求項６記載の増幅器システムであって、前記発振器の変調周波数は、１０ＫＨｚ以上であることを特徴とする増幅器システム。
【請求項８】
請求項７記載の増幅器システムであって、前記発振器の変調周波数は、約１００ＫＨｚ乃至約２００ＫＨｚの範囲内にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項９】
請求項６記載の増幅器システムであって、前記比較回路は、前記第１ミキサーに電気的に接続される第１振幅検出回路と、前記第２ミキサーに電気的に接続される第２振幅検出回路とを含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項１０】
請求項９記載の増幅器システムであって、前記比較回路は、前記第１及び第２の振幅検出回路に電気的に接続される除算器を含み、前記除算器は、前記光励起パワーのＤＣ成分に等価な電気信号を決定することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の増幅器システムであって、前記励起パワー検出器は、フォトダイオードを含み、前記光励起パワーを電気的励起信号に変換することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の増幅器システムであって、前記比較回路は、前記第１ミキサー及び前記２乗回路に光学的に接続されるインピーダンス変換増幅器を含み、前記インピーダンス変換増幅器は、前記電気的励起パワーを増幅することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の増幅器システムであって、前記比較回路は、前記励起パワー検出器に電気的に接続される第３振幅検出回路と、前記第２及び第３振幅検出回路に電気的に接続される引算器と、を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項１４】
請求項１記載の増幅器システムであって、前記少なくとも１つの励起器は、第１励起器及び第２励起器を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の増幅器システムであって、前記第１励起器からの光励起パワーと、前記第２励起器からの光励起パワーとは、それらの偏波が相互に実質的に直交することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１６】
請求項１４記載の増幅器システムであって、前記伝送ファイに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力を前記コントローラから受信してＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分を有する光励起パワーを供給する第３及び第４励起器を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項１７】
請求項１６記載の増幅器システムであって、単一の発振器が、前記第１、第２、第３及び第４光励起器を順次制御することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１８】
請求項１６記載の増幅器システムであって、前記第３及び第４励起器により供給される光励起パワーは、それらの偏波が相互に実質的に直交することを特徴とする増幅器システム。
【請求項１９】
請求項１６記載の増幅器システムであって、前記第１及び第２励起器からの光励起パワーは、第１波長にあり、前記第３及び第４励起器からの光励起パワーは、前記第１波長とは異なる第２波長にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２０】
請求項１９記載の増幅器システムであって、前記第１及び第２励起器からの光励起パワーは、約１４００ｎｍ乃至約１５１０ｎｍの波長範囲にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２１】
請求項１９記載の増幅器システムであって、前記増幅器により増幅される光信号は、約１５２０ｎｍ乃至約１５６５ｎｍの波長範囲内にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２２】
請求項１９記載の増幅器システムであって、前記増幅器システムにより増幅される光信号は、約１５６５ｎｍ乃至約１６２０ｎｍの波長範囲内にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２３】
請求項１９記載の増幅器システムであって、前記第３及び第４励起器からの光励起信号は、約１４７０ｎｍ乃至約１５１０ｎｍの波長範囲内にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２４】
請求項１６記載の増幅器システムであって、前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４励起器のＤＣ光パワー成分を決定することを特徴とする増幅器システム。
【請求項２５】
請求項２４記載の増幅器システムであって、前記励起器の各々が、別々のコントローラにより制御されることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２６】
請求項２４記載の増幅器システムであって、少なくとも１つのコントローラが、複数のコントローラを含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項２７】
請求項２６記載の増幅器システムであって、前記複数のコントローラのうちの各々のコントローラは発振器を含み、前記発振器の各々の変調周波数は、互いに異なることを特徴とする増幅器システム。
【請求項２８】
光通信システムであって、
光導波路増幅器として使用する光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起パワーを前記光ファイバに供給する少なくとも１つの光励起器と、
前記励起器に接続される光学的な励起パワー検出器と、
前記励起パワー検出器に接続されて前記光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定し、前記ＤＣ光パワー成分に基づいて前記励起器へのＤＣ電気的入力を調整する少なくとも１つのコントローラと、
前記光導波路増幅器に光学的に接続され、光信号を送信するのに適用される光送信機と、
前記光導波路増幅器に光学的に接続され、そのソース信号を受信するのに適用される光受信機と、
を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項２９】
ラマンファイバ増幅器システムであって、
ラマン光導波路増幅器として使用する光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起をパワーを前記光ファイバに供給する少なくとも１つの光励起器と、
前記励起器に光学的に接続される光学的な励起パワー検出器と、
前記励起パワー検出器に動作可能に接続され、前記光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定し、前記ＤＣ光パワー成分に基づいて前記励起器へのＤＣ電気的入力を調整するのに適用される少なくとも１つのコントローラと、
を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項３０】
請求項２９記載の増幅器システムであって、前記コントローラは、前記光励起パワーに比例する電気的励起信号を当該電気的励起信号の２乗と比較することにより、前記光パワー励起器のＤＣ光パワー成分を決定する比較回路を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項３１】
請求項３０記載の増幅器システムであって、前記少なくとも１つの励起器は、第１の光励起器及び第２の光励起器を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項３２】
請求項３１記載の増幅器システムであって、前記伝送ファイバに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力を受信して、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分を有する光励起信号を供給する第３及び第４の光励起器を含むことを特徴とする増幅器システム。
【請求項３３】
請求項３２記載の増幅器システムであって、前記第１及び第２励起器からの光励起パワーは第１波長にあり、前記第３及び第４励起器からの光励起パワーは前記第１波長とは異なる第２波長にあることを特徴とする増幅器システム。
【請求項３４】
請求項３３記載の増幅器システムであって、前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４の光励起器のＤＣ光パワー成分を決定するように適用されることを特徴とする増幅器システム。
【請求項３５】
請求項２９記載の増幅器システムであって、前記光ファイバは、光信号伝送ファイバであることを特徴とする増幅器システム。
【請求項３６】
請求項２９記載の増幅器システムであって、前記光ファイバは、分散補償化ファイバであることを特徴とする増幅器システム。
【請求項３７】
光通信システムであって、
ラマン光導波路増幅器として使用する光ファイバと、
前記光ファイバに光学的に接続され、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起パワーを前記光ファイバに供給する少なくとも１つの光励起器と、
前記励起器に光学的に接続される光学的な励起パワー検出器と、
前記励起パワー検出器に動作可能に接続されて前記光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定し、前記ＤＣ光パワー成分に基づいて前記励起器へのＤＣ電気的入力を調整する少なくとも１つのコントローラと、
前記光導波路増幅器に光学的に接続され、光ソース信号を送信するのに適用される光送信機と、
前記光導波路増幅器に光学的に接続され、該ソース信号を受信するのに適用される光受信機と、
を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項３８】
光ファイバ増幅器システムを制御する方法であって、
光導波路増幅器として使用する光ファイバを提供するステップと、
前記光ファイバに沿った伝送のために少なくとも１つの光励起器を用いて、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力を前記励起器に供給することにより、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分を有する光励起パワーを発生するステップと、
光励起パワー検出器を用いて、前記光励起パワーを検出するステップと、
前記光励起パワー検出器に動作可能に接続されて前記励起器からの光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を決定するコントローラを用いて、前記励起器へのＤＣ電気的入力を制御するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法であって、光ファイバを提供するステップは、光信号伝送ファイバを提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法であって、光ファイバを提供するステップは、分散補償化ファイバを提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３８記載の方法であって、光ファイバを提供するステップは、ラマン光導波路ファイバを提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３８記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記光励起パワーに比例する電気的励起信号を当該電気的励起信号の２乗と比較する比較回路を用いるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４２記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記電気的励起信号及び前記２乗された電気的励起信号を、前記励起器へのＡＣ電気的入力と同一の変調周波数を有する混合信号と混合し、混合化電気的信号及び２乗された混合化電気的信号を得るステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記２乗された混合化電気的信号から前記電気的励起信号を引算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法であって、前記電気的励起信号の引算をなすステップは、前記電気的信号の振幅がその振幅検出回路により検出される後に発生することを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記混合化電気的励起信号及び前記２乗された電気的信号の差を、前記混合化電気的信号で除算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記光励起パワーを前記電気的励起信号にフォトダイオードを介して変換するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法であって、前記光励起パワーのＤＣ励起パワー成分を制御するステップは、前記電気的励起信号を混合し且つ２乗するステップに先立って、前記電気的励起信号を増幅するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項３８記載の方法であって、前記光励起パワーを発生するステップは、第１の光励起器及び第２の光励起器から前記光励起パワーを発生するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の方法であって、前記光励起パワーを発生するステップは、第１の光励起器及び第２の光励起器から前記光励起パワーを発生することで、前記第１の光励起器及び第２の光励起器からの光励起パワーが、それらの偏波において相互に実質的に直交することを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の方法であって、前記光ファイバに沿った伝送のための第３及び第４の光励起器を介して光励起パワーを、前記第３及び第４励起器にＤＣ電気的入力成分及びＡＣ電気的入力成分を供給することにより、発生するステップを更に含み、前記第３及び第４の光励起器からの光励起パワーは、ＤＣ励起パワー成分及びＡＣ励起パワー成分を有することを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法であって、前記第１及び第２の光励起器から光励起パワーを発生するステップは、第１の波長で前記第１及び第２の光励起器から光励起パワーを供給するステップを含み、前記第３及び第４の光励起器から光励起パワーを発生するステップは、第２の波長で前記第３及び第４の光励起器から光励起パワーを供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の方法であって、前記第１及び第２の光励起器から光励起パワーを発生するステップは、約１４００ｎｍ乃至約１５１０ｎｍの波長範囲内で前記第１及び第２励起器から光励起パワーを供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５３記載の方法であって、前記第３及び第４の光励起器から光励起パワーを発生するステップは、約１４７０ｎｍ乃至約１５１０ｎｍの波長内で前記第３及び第４の光励起器から光励起パワーを供給するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５１記載の方法であって、前記励起器にＤＣ電気的入力を制御するステップは、前記第１、第２、第３及び第４励起器への前記ＤＣ電気的入力を制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５１記載の方法であって、前記励起器にＤＣ電気的入力を制御するステップは、前記第１、第２、第３及び第４励起器への前記ＤＣ電気的入力を、複数のコントローラにより制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
本発明の出願は、参照により全体として本願に組み入れられる「ラマン利得の励起パワー制御」と題する２０００年９月５日付米国特許仮出願第６０／２３０，０１９号について優先権を主張する。本発明の出願は、また、同様に参照により全体として本願に組み入れられる「ラマン増幅器における利得制御」と題する２０００年８月１８日付米国特許出願第０９／６４１，５７９号について優先権を主張する。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器の利得制御のための励起パワーモニタ方法に関し、特に、複数且つ異なる波長における光増幅器の励起利得を制御するための励起パワーモニタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラマン増幅は、高エネルギー、即ち短波長の励起光子が材料の格子マトリクスの振動モードにより散乱、即ち光フォノンが生じる場合に起き、より低エネルギー、即ちより長い波長の信号光子をコヒーレントに加える。通常、励起レーザがラマン媒体を通した励起放射を供給するように用いられることで、ラマン散乱により他の波長領域でストークス（ｓｔｏｋｅｓ）放射が発生される。そして、かかるストークス放射がラマン媒体を通して伝達されるソース信号を増幅するのに用いられる。このことの直接的帰結としては、何れかの光ファイバにおいてどの波長においても光励起波長の適切な選択をなすことによりラマン増幅が達成されることである。
【０００３】
エルビウム添加ファイバ増幅器及び他の希土類添加ファイバ増幅器が知られるようになって、ラマン増幅の応用開発に対する関心が下火になっている。エルビウム添加ファイバ増幅器は、通常、ラマン増幅器に比して所与の利得量を発生するのに要するパワーが少ない。しかしながら、エルビウム添加ファイバ増幅器は、限定された波長帯域でしか有効に動作しない。エルビウム添加ファイバは１５３０ｎｍ乃至１６１０ｎｍに広がる波長帯域の増幅のために用いられるが、かかる増幅器の構成は、この領域全体をカバーするのに少なくとも３つのエルビウム添加ファイバを必要とする。比較して、ラマン増幅器は単独の光媒体で全波長領域の増幅を可能とする。
【０００４】
ラマン増幅は、分散シフトファイバの近零分散波長で波分割多重する技術が実証されたことで、現実的な商業技術になってきている。かかる応用において、通常ラマン補助伝送と称される励起光は、インライン増幅器の照準（ｓｉｇｈｔｓ）においてソース信号、即ち増幅される信号の方向とは反対方向に光ファイバに投入される。その増幅現象は、該伝送ファイバに沿ってその伝送ファイバの出力端近傍で指数関数的に増大する利得を伴って分布する。
【０００５】
分布型ラマン補助伝送が急速に商業的な現実味を持つようになるにつれて、幾つかの技術的な問題が克服されなければならない。エルビウム添加ファイバとは異なり、いくつかの変量に依存して設置前に事前の結果及び利得に関する統御及び情報が僅かしかない。かかる変量としては、単一ファイバ又は特定のスパン毎に組み合わされた複数ファイバの有効面積、ファイバ（複数）自身に含まれるもののみならずファイバ（複数）と増幅器間の励起波長減衰、並びに、スパンをカバーするのに組み合わされた複数のファイバのラマン利得係数等の多様性を含んでいる。
【０００６】
とりわけ、ラマン利得係数及び励起波長における有効面積減衰の大きさにおける製造上のばらつきに起因して、パワー最適化が複数ファイバ型毎ばかりでなく特定のファイバ型内においても必要となる。利得及び利得リップル制御を困難とする他の変量は、異なるファイバ型毎及び特定ファイバ型内のスペクトルの多様性であり、スペクトルの多様性のみで利得リップルが０．５ｄＢを超え、時には１．０ｄＢを超える原因となり得る。更なる欠点は、中心励起波長における製造上のばらつきと、安定化ファイバ・ブラッグ・グレーティングの周期性に対する温度変化である。それ故に、分布型ラマン補助伝送内における利得及び利得リップルを含む増幅制御は、特に６００Ｋｍを超える距離で４０Ｇｂ／ｓの伝送レートとするには有意な制御を要求する。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、光増幅器の利得を制御する励起パワーモニタの方法に関する。特に、本発明の励起パワーモニタの方法は、複数の波長における光増幅器の励起の利得制御を提供する。更に、本発明の励起パワーモニタの方法が、ラマン増幅に関連して説明されるが、複数の波長において動作するエルビウム添加ファイバ増幅器を含む他の光増幅器と協働するように実装され得る。
【０００８】
１つの実施例において、光ファイバ増幅器は、光導波路増幅器の使用に適合する光ファイバと、該光ファイバに接続される少なくとも１つの光励起器を含む。該励起器は、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起パワーを該光ファイバに供給する。光ファイバ増幅器は、更に、該励起器に光学的に接続される励起パワー検出器と、該励起パワー検出器に接続されて該光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定するのに適用される少なくとも１つのコントローラとを含む。該コントローラは、該励起器へのＤＣ電気的入力を調整するのに適用される。
【０００９】
他の１つの実施例おいて、ラマン光ファイバ増幅器システムは、ラマン光ファイバ増幅器として使用する光ファイバと、該光ファイバに光学的に接続される少なくとも１つの光励起器を含む。該励起器は、ＤＣ電気入力及びＡＣ電気入力の両方を受信し、ＤＣ光パワー成分及びＡＣ光パワー成分の両方を有する光励起パワーを前記光ファイバに供給する。該ラマン光ファイバ増幅器システムは、更に、該励起器に光学的に接続され励起パワー検出器と、該励起パワー検出器に動作可能に接続されて該光励起パワーのＤＣ光パワー成分を決定して該励起器へのＤＣ電気的入力を調整する。
【００１０】
加えて、光ファイバ増幅器システムの実施例は、所与の波長で動作する単一の光増幅器の利得を制御する行程と、複数の波長で動作する複数の励起器を含む光増幅器の利得を制御する行程と、該増幅器に接続される光励起器の各々の利得を制御するコントロール回路と、単一のコントロール回路により複数の波長で動作する複数の励起器を制御するスイッチシステムを含む。
【００１１】
他の実施例として、励起パワーモニタ方式を用いる光通信システムと、該励起パワーモニタ方式の使用のための方法とを含む。
本発明による更なる特徴と利点は、引き続く詳細な説明において述べられるが、当業者にとって請求項の記載のみならず添付の図面を含むかかる説明又はここで説明される如き本発明を実施することより容易に明らかとなる。
【００１２】
前述の説明は単に本発明を例を示してたものであり、請求項によって定義された本発明の性質及び特徴を理解するために、全体像又は骨格を提供することが意図されている。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれるものであり、本開示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１つ以上の実施例を示し、本説明と共に本発明の原理と動作の解説を供する。
【００１３】
以降において、本発明の好ましい実施例が添付の図面に示される例を参照して詳細になされる。
【００１４】
【実施例】
本発明の更なる特徴及び利点は以下の詳細な説明において述べられ、該記載からして当業者にとって明らかとなり、更には請求項及び添付の図面と共に以下の記載に説明される如く本発明を実施することにより理解される。
前述の説明は本発明を単に例示したものであり、請求項の記載において定義される如き本発明の性質及び特徴の概観及び理解を提供することが意図される。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれるものであり、本開示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と実施例を示し、これらに関する記載と共になって本発明の原理と動作の解説を供する。
【００１５】
本発明の励起パワーモニタシステム及び方法は、光増幅器に関わる励起パワーを、要求される利得及び利得リップルの仕様に適合するように最適化するのに用いられる。該利得及び利得リップルの仕様は、当該励起パワー及び特定設定点からの偏差としての誤差信号をモニターし、対応する励起器を各々駆動する励起駆動電流にフィードバックすることにより維持される。しかし本発明の励起パワーモニタ方法がラマン増幅器に関連して述べられるが、本発明の方法は、例えば、複数の波長において動作するエルビウム添加ファイバ増幅器を含む他の光増幅器と結びついて実装され得る。
【００１６】
図示される例において、光ファイバ増幅器システム１０（図１）は、光伝送ファイバとして動作する光導波路増幅器１４に向けて方向矢印１３で指示されるように励起放射を発生する励起器１２を含む。ここで説明されるように、該増幅器システムは、送信及び／又は受信局を含まないばかりか、ラマン増幅に使用されない１Ｋｍを超える伝送ファイバをも含まない。図示されるように光励起器１２は、ラマンレーザを含む。例えば、半導体ダイオードレーザ、ラマンファイバレーザ、又は他のレーザ放出デバイスが代替され得る。複数のレーザ放射デバイスが同時に用いられて、以降に説明される如き広波長範囲にわたって増幅を提供することに注意を要する。更に、増幅器ファイバ１４は、分散補償化ファイバとして使用されても良い。励起放射、すなわち励起パワー１３は、光タップ１８を通して増幅器ファイバ１４に伝送される。光励起器１２は、ＤＣ電気的入力成分及びＡＣ電気的入力成分の両方を有する電気的入力を、方向矢印１９で示されるように受信する。結果的に、光励起パワー１３は、ＤＣ光励起パワー成分及びＡＣ光励起パワー成分を含む。
【００１７】
光タップ１８は、励起パワーの一部を光フォトダイオード１６及びインピーダンス変換増幅器２２を介してコントローラ回路２０に迂回させる。図示される例において、光タップ１８は、１×２ファイバベースの２％光タップであるが、励起パワー１３の何％かをタッピングし得る他の光部品が代替されても良い。それ故に、ここで示されるアナログ機器のみならず、コントローラ回路２０と等価なデジタル機器が代替されても良い。光フォトダイオード１６は、励起パワー検出器として動作し、対応する電気信号をインピーダンス変換増幅器２２に供給し、励起パワー１３に電気的に等価な信号をコントロール回路２０に供給する。
【００１８】
励起パワー１３が検出されてインピーダンス変換増幅器２２によって変換された後には、該電気的信号は、ＰＤＣ ＋ ｍ ｃｏｓ（ωｉ）ｔ に比例する。ここで、ＰＤＣは該光励起パワーのＤＣ成分であり、ｍ は該光励起パワーのＡＣ成分であり、ωｉ はｉ番目の励起レーザの変調周波数であり、それらの大きさについては後に説明される。電気的に増幅された信号は混合回路、すなわちミキサー２４に供給され、ここでその信号は、局部発振器２６から受信される信号と結合される。局部発振器２６は、以降で説明するように光励起器１２への電気的入力１９のＡＣ電気的入力成分のみならずミキサー２４に対しても該ＡＣの変調を提供する。ミキサー２４により混合された信号は、次いで、振幅検出回路２８により検出され、次いで分割回路、即ち除算器３０に供給される。インピーダンス変換増幅器２２により供給される電気的信号を同じ周波数ωｉを持つ局部発振器２６で周波数混合することにより、除算器３０に行く信号はｍに比例する。２乗回路３２が、インピーダンス変換増幅器２２が供給する信号を２乗することにより、ＰＤＣ２ ＋ ＰＤＣ２ ｍ ｃｏｓ（ω１）ｔ ＋ ｍ２ ｃｏｓ ２（ω１）ｔ に比例する信号が得られる。
【００１９】
該２乗された信号は、次いで、混合回路、すなわちミキサー３４を介して局部発振器２６により混合され、次いで、振幅検出回路３６により検出され、振幅検出回路３６の出力で２ｍＰＤＣに比例する信号を供給する。１つの局部発振器２６が複数光励起のためにあれば、インピーダンス変換増幅器の外部への付加的な経路が用いられる。とりわけ、振幅検出回路３９は、インピーダンス変換増幅器２２から供給される信号の振幅を検出するように用いられる。該信号は、次いで、２ｍＰＤＣに比例する信号と比較する引算回路に流される。引算回路３８により供給される信号は、次いで、増幅器保護回路２８から除算器３０を介した信号と比較されて、ＰＤＣに比例する最終出力信号を提供する。
【００２０】
ＰＤＣに比例する信号は、次いで、光励起器１２の最適パワー設定を計算するのに用いられる。とりわけ、ＰＤＣ信号は引算回路４２に流され、ここでレーザパワー設定点を最適化するために送られるパワーソース４３から受信される信号と比較されることで、矢印４４で指示される誤差信号を生む。誤差信号４４は、計数回路４６に流される。レーザパワー設定点を提供するパワーソース４３は、最適化信号を計数回路４８に供給し、次いで、加算回路５０に供給し、ここで該最適化信号は計数回路４６からの信号と混合される。加算回路５０からのＤＣ出力信号は、次いで、局部発振器２６により供給されるＡＣ信号と混合される。とりわけ、局部発振器２６により供給されるＡＣ信号は計数回路５２に流され、その結果信号は、バイアスＴ回路５４を介して加算回路５０からのＤＣ信号と合成される。バイアスＴ５４からのこの合成信号ＡＣ／ＤＣ信号は、光励起器１２の電気的入力信号１９として機能して励起器１２を精確に制御する。
【００２１】
好ましい実施例において、複数の光励起器が用いられて複数の別々の波長領域にわたって利得を提供する。とりわけ、光ファイバ増幅器システム５６（図２）は、システム１０に関連して上記した光励起器１２と類似の複数の光励起器５８、６０、６２、６４、６６及び６８を含む。図２に示されるように、光励起器５８、６０、６２、６４、６６及び６８の光出力は、複数の偏光マルチプレクサ及び波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）を通して合成される。これらの励起器は、４つの励起波長において励起パワーを供給し、好ましくは高パワー１４ｘｘファイバ・ブラッグ・グレーティング安定化ファブリ・ペロ半導体レーザである。この光励起器は、好ましくは１０ＫＨｚを超える周波数における小ＡＣ変調を有する。電気的周波数は、光励起器５８、６０、６２、６４、６６及び６８の各々に複数の発振器２６により供給され、好ましくは各光励起器で間隔を置くような等しくない独自の電気的周波数とする。これらの電気的周波数は、好ましくは約１０ｍＡ乃至約２００ｍＡの範囲内の変調振幅を有し、更に好ましくは約１００ｍＡ乃至約２００ｍＡの範囲内の変調振幅を有する。図２の実施例において、発振器２６はコントロール回路８８乃至９８に含まれる。該変調周波数は十分に分離されて個別の電気的フィルタリングをなすよう注意されなければならない。加えて、所与の振幅検出回路のそのフィルタ帯域が維持されるように該周波数は間隔を空けられて、該周波数は１０ＫＨｚを上回るようにすることで反対方向からそこに伝播する信号への特定の如何なる周波数成分の移転をも避け、該電流変調の振幅は十分に大きくその検出が可能なようにしなければならない。
【００２２】
図示されるように、光励起器５８及び６０により供給される励起パワーは同じ波長であり且つ直交変調され、ファイバベース偏光マルチプレクサ７０により合成される。光励起器６２及び６４により供給される励起パワーの同様の合成は、ファイバベース偏光マルチプレクサ７２によりなされる。図示されるように、励起器６６及び６８について１つである波長の各励起パワーは、波長分割マルチプレクサ７４により合成される。偏光マルチプレクサ７０及び７２からの非偏光の光は、波長分割マルチプレクサ７４’で合成される。示される例において、ファイバベース波長分割マルチプレクサ７６、すなわち例えばマイクロ・オプティクが用いられて、光励起器５８、６０、６２及び６４から供給される励起パワーを光励起器６６及び６８から供給される励起パワーと合成する。本例において、光励起器５８、６０、６２及び６４は、約１４００ｎｍ乃至約１５１０ｎｍ間の波長範囲の励起パワーを供給し、一方、光励起器６６及び６８は、約１４７０ｎｍ乃至約１５１０ｎｍ間の波長範囲の励起パワーを供給する。光励起器５８乃至６８の動作波長範囲は、また、Ｓ帯域、Ｃ帯域及びＬ帯域の全体を増幅するように他の波長範囲を含んでも良い。付加的な励起波長範囲は、上記したものと同様の励起ソース７８を介して供給され、光カプラー８０を介して波長分割マルチプレクサ７８の出力と接続され得る。
【００２３】
光励起器５８−６８及び付加的励起ソース７８により供給される励起パワーは、上記した増幅ファイバ１４と同様の光波長ファイバ８４に送信される。上記した光タップ１８と同様の光タップカプラー８６が、上記したインピーダンス変換増幅器２２と同様のインピーダンス変換増幅器１００を介して複数のコントロール回路８８、９０、９２、９４、９６及び９８に、光励起器５８−６８により供給される励起パワーの一部分を向ける。各コントロール回路８８−９８は、上記したコントロール回路２０と同様に動作することで、ファイバ８４に沿って伝播するソース信号に励起器５８−６８によりもたらされる利得及び利得リップルの精確な制御を可能とする。各コントロール回路８８−９８は、独自の変調周波数の電気的発振器を含む。これらの発振器は、それらの各々の光励起器及びそれら各々のミキサーに異なるＡＣ電気的入力を印加する。
【００２４】
参照符号５６ａ（図３）は、通常、本発明の第２の好ましい実施例に割り当てられている。増幅器システム５６ａが前述した増幅器システム５６と同様であることから、図２及び図３に現れる同様の部品は、数字の末尾の添え字「ａ」以外各々同じ対応する参照符号で表されている。
増幅器５６ａにおいて、上記したコントロール回路２０と同様のコントロール回路１０２が、インピーダンス変換増幅器１００ａと、上記した局部発振器２６と同様の局部発振器１０４とから電気的信号を受信する。加算回路１０６が、局部発振器１０４からのＡＣ電気的入力信号のみならずコントロール回路１０２からの電気的出力信号を受信する。加算回路１０６の出力信号は、１×６、すなわち光励起器５８ａ−６８ａに接続する６つの出力ライン間をスイッチし、スイッチ１０８の出力ポート間を順次変更するクロックタイマーにより制御される６通路の電気的スイッチ１０８に流される。スイッチ１０８からの出力信号は、光励起器５８ａ−６０ａに各々に対応して、複数の加算回路１１２、１１４、１１６、１１８、１２０及び１２２のうちの１つに、複数の計数回路１２４を介して向けられる。加算回路１１２−１２２により受信された信号は、複数の計数回路１３８を介して複数の励起ソース１２６、１２８、１３０、１３２、１３４及び１３６の各々により供給されるレーザダイオードパワー設定点により合成される。
【００２５】
以上の如く説明された光ファイバ増幅器システムは、光学的及び電気的な構成を提供し、各光励起器により供給される励起パワーを得る。これらの光励起パワーは、上記したコントロール回路に入力されることで、異なるファイバタイプにわたって適正な光性能を、信号ファイバタイプの製造上のばらつきと、用いられる励起器の製造上のばらつき及び温度範囲とのなかで保証する。以上においてはアナログ回路が説明されたが、同様の機能を実行するデジタル構成部品により代替され得ることが注記される。ここで説明された如き本発明の好ましい実施例に対する多様な改変は、添付の請求項により画定される本発明の思想及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは当業者にとって明らかである。
＜例＞
第１の例において（図４参照）、３つの別々の励起波長が通常のＬＥＡＦＴＭファイバで用いられて、１２ｄＢの最小利得及び１ｄＢ未満の利得リップルを達成した。該ファイバは、米国ニューヨーク州コーニングのコーニング社により製造され入手可能である。表１には、この例において用いられた波長及び励起パワーに関する情報が示されている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
この例において、最大励起パワー要求仕様は、ＬＥＡＦＴＭファイバについて１２ｄＢ最小利得に設定される。より小さい有効面積のファイバが用いられる時、かかるファイバに対する要求励起パワーはより低い（図５）。これらの図は、利得リップル性能が励起パワーを再調整することにより小さい有効面積のファイバについても維持され得ることを示している。
【００２８】
具体的には、３つの波長の６つの励起ダイオードファイバ構成の場合の最適スペクトル利得依存性が更なる例として図４に示されている。この例において、励起パワーが信号スペクトルにわたって０．８０ｄＢの利得リップルで１２ｄＢ最小利得を与えるように調整されている。励起パワーを低減し再分布せしめることにより、図５に示される如き小有効面積ファイバについて該利得スペクトルが得られる。このファイバの１２ｄＢ最小利得における対応する利得リップルは、０．８９ｄＢである。示されたように、再度のパワー最適化により異なるファイバタイプにわたって利得リップル性能を維持できる。
【００２９】
同じラインに沿って、他の例では４つの励起構成として、１４５８．６ｎｍ及び１６５ｍＷの第１励起器と、１４６９．２ｎｍ及び１５０ｍＷの第２励起器と、１４７９．４ｎｍ及び１１５ｍＷの第３励起器と、１５０７．８ｎｍ及び２２５ｍＷの第４励起器とを用いた。この励起方式／システムは、利得リップルに対する最小利得の比率として１９．０５と、１３．３２ｄＢの最小利得と、０．６９９ｄＢの利得リップルの最大最小差の結果を与える。図６は、４つの励起方式／システムの波長対利得の結果を示している。
【００３０】
また、＋／−０．５ｎｍの中心波長分布を仮定し、図６に対応する励起波長構成の場合について、＋０．５ｎｍ又は−０．５ｎｍの何れかを有するものと各励起器の可能な組み合わせをモデル化することにより、励起中心波長に対する増幅器感度の許容度が決定される。
中心値からの励起波長偏差の最悪の組み合わせにより、リップルは０．８ｄＢとなる。該第１、第２、第３及び第４の励起器の各々について、励起波長を維持しつつ、１４５ｍＷ、１３０ｍＷ、１４５ｍＷ及び２２５ｍＷに各々再調整することにより、１３．１９ｄＢの利得及び０．６８２ｄＢの利得リップルが得られた。これらの例の結果は、励起中心波長が多様である場合に、励起パワー制御が利得リップルの維持を助けていることを示している。また、励起パワー制御が、利得リップルを単一ファイバタイプの製造ばらつき内に維持するのを助けていることが更に注記される。
【００３１】
ここで説明された本発明の好ましい実施例に対して、当業者より多様な改変が、添付の請求項の記載の如き本発明の思想及び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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施化する光増幅器利得を制御し、単一励起器及び単一コントロール回路を含む励起パワーモニタの全体図である。
【図２】光増幅器の利得を制御し、複数の光励起器及びこれに接続される複数のコントロール回路を含む励起パワーモニタシステムの第１変形例の全体図である。
【図３】光増幅器の利得を制御し、複数の光励起器、電気的スイッチ及びこれに接続されるクロックタイマを含む励起パワーモニタシステムの全体図である。
【図４】３つの波長及び６つの光励起器を用いる本発明の励起パワーモニタシステムの場合における波長対利得のグラフである。
【図５】図４のシステムにおいて、１２ｄＢの利得及び０．８ｄＢの利得リップルを提供するように調整した場合の波長対利得のグラフである。
【図６】本発明の励起パワーモニタシステムにおいて、４つの光励起器を用いる場合の波長対利得のグラフである。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004508602.tif 000012
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508602.tif 000041
2004508602.tif 000042
【国際調査報告】
2004508602.tif 000043
2004508602.tif 000044