(57)【要約】【課題】光ファイバ・システムで使用するためのマルチバンド・ハイブリッド増幅器を開示すること。【解決手段】この増幅器は、対象とする周波数範囲にわたって比較的平坦な利得を生成するためにラマン・レーザ・ポンプおよび半導体光増幅器を直列に使用する。多数のラマン・ポンプが多重化され、その後ファイバに結合される。ラマン増幅された光信号は多重分離され、ＳＯＡによって別々に増幅され、その後再多重化される。ラマン・ポンプおよびＳＯＡの利得プロファイルは利得傾きを補償し、ＳＯＡ内の相互利得変調による電力ペナルティを軽減するように選択される。開示されるハイブリッド増幅器は、低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）システムに特に有用である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ・ケーブルと、
複数の信号チャネル内で光信号を前記ファイバによって伝送するための少なくとも１つの低密度波長分割多重器（ＣＷＤＭ）と、
前記信号を増幅するために前記ファイバに結合され、前記信号チャネルのいずれからも外れるポンピング周波数を有する少なくとも１つのラマン・ポンプと、
前記信号を増幅するために前記ファイバに接続され、前記信号チャネルの少なくとも１つにわたって利得を有する少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）と
を備えるデータ移送システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプの利得が前記周波数範囲内で増加し、前記少なくとも１つのＳＯＡの前記利得が前記周波数範囲内で減少する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記利得の合計が前記周波数範囲にわたって前記個々の利得よりも一定である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが複数のラマン・ポンプを含み、前記複数のラマン・ポンプの出力がポンプ多重化器によって多重化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ポンプ多重化器の出力が光サーキュレータを介して前記光ファイバ・ケーブルに結合される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
光ファイバによって伝送され、ある周波数範囲を有する光信号を増幅するためのハイブリッド光増幅器であって、
前記ファイバに結合され、前記周波数範囲内に利得を有し、ラマン増幅された信号を生成する少なくとも１つのラマン・ポンプと、
前記ファイバの中を伝搬する前記ラマン増幅された信号を、バンド周波数範囲を有する複数のバンド信号に分割するためのバンド多重分離器と、
各半導体光増幅器（ＳＯＡ）が前記複数のバンド信号のうちのあるバンド信号を増幅するために接続され、前記バンド信号の前記バンド周波数範囲内に利得を有する少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、
増幅後に前記バンド信号を再結合するためのバンド多重化器と
を備える増幅器。
【請求項７】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが３つのラマン・ポンプを備え、前記３つのラマン・ポンプの出力がポンプ多重化器によって多重化される、請求項６に記載の増幅器。
【請求項８】
前記ポンプ多重化器の出力が光サーキュレータを介して前記光ファイバ・ケーブルに結合される、請求項７に記載の増幅器。
【請求項９】
前記光信号が複数の周波数バンドを含み、前記ラマン・ポンプの合計された利得が各周波数バンドにわたって単調に増加する、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１０】
前記光信号が、前記チャネル間に空白周波数範囲を有する少なくとも２つの周波数チャネルを含み、前記ラマン・ポンプのうちの少なくとも１つが、前記空白周波数範囲内にある周波数を有するポンプ・レーザを備える、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１１】
前記複数のラマン・ポンプが、１３６５ｎｍの発光波長および２００ｍＷの光出力を有する第１のポンプ・レーザと、１４３０ｎｍの発光波長および２５０ｍＷの光出力を有する第２のポンプ・レーザと、１５００ｎｍの発光波長および１５０ｍＷの光出力を有する第３のポンプ・レーザとを備える、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのＳＯＡは、１つのＳＯＡが各バンド信号を増幅するために接続される複数のＳＯＡを備える、請求項６に記載の増幅器。
【請求項１３】
前記光信号が少なくとも２つの周波数バンドを含み、前記少なくとも１つのＳＯＡが前記周波数バンドのうちの第１の周波数バンドを増幅する単一のＳＯＡを備え、前記周波数バンドのうちの第２の周波数バンドがＳＯＡによって増幅されない、請求項６に記載の増幅器。
【請求項１４】
前記光信号が８チャネル・スペクトルを含み、前記バンド多重分離器が前記スペクトルを２つの４チャネル・バンドに分割する、請求項１３に記載の増幅器。
【請求項１５】
少なくとも第１および第２の周波数バンドを有するＣＷＤＭ光信号を増幅する方法であって、
前記光ファイバ・ケーブルに結合された少なくとも１つのラマン・ポンプを使用して前記ＣＷＤＭ光信号を増幅する工程と、
前記増幅されたＣＷＤＭ光信号を前記少なくとも２つの周波数バンドに分割する工程と、
半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用して前記周波数バンドのうちの少なくとも１つをさらに増幅する工程と、
前記少なくとも２つの周波数バンドを再結合する工程と
を含む方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが、各々が異なる波長を有する複数のポンプ・レーザを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣＷＤＭ光信号の前記バンドが、チャネル間に空白周波数範囲を有するチャネルを含み、前記複数のポンプ・レーザのうちの少なくとも１つの波長が前記空白周波数内にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ラマン増幅工程および前記ＳＯＡ増幅工程からの純利得が前記ＣＷＤＭ周波数範囲にわたって５ｄＢ以内まで平坦である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＣＷＤＭ光信号が、２つの４チャネル・バンドに分割される８チャネル・スペクトルを含み、各バンドが別々にＳＯＡによって増幅される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＣＷＤＭ光信号によって占められる波長拡がりが約１５３ｎｍである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年６月２３日出願の「Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  ＳＯＡ−Ｒａｍａｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  ＣＷＤＭ」という名称の係属中の米国仮特許出願第６０／６９３１５８号の優先権を主張するものであり、その全文を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、一般に中距離にわたって単一の光ファイバによって多波長チャネルを移送することに関し、より詳細には、低密度波長分割多重伝送システムで使用するためのマルチバンド・ハイブリッド増幅器に関する。
【背景技術】
【０００３】
低密度波長分割多重（ＣＷＤＭ）は、中距離にわたって単一の光ファイバによって多波長チャネルを移送するための廉価な技術として最近現れてきた。高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）に対するＣＷＤＭの低コストは、ＣＷＤＭスペクトルが一般的なＤＷＤＭスペクトルよりも数桁まばらであることによる。ＣＷＤＭのＩＴＵ規格は２０ｎｍのチャネル間波長分離をもつ最大１８波長チャネルを規定している。その大きなチャネル間隔は１３ｎｍのチャネル・バンド幅を可能にし、これにより廉価なＣＷＤＭ光学系および直接変調非冷却式半導体レーザ送信機の使用が可能になる。対照的に、０．８ｎｍまたは０．４ｎｍの一般的なチャネル間隔をもつＤＷＤＭシステムは、レーザ波長がレーザの全寿命にわたって数分の１ナノメートル以内（一般に０．８ｎｍチャネル間隔をもつシステムでは±０．１ｎｍ）に入らなければならないので、厳重に規定され、制御されたレーザ送信機を必要とする。それらのチャネル数は比較的少ないので、ＣＷＤＭシステムは、トラフィックがネットワーク・コアほど高度に密集していないネットワークの端部で波長を移送するための当然の選択肢になる。
【０００４】
ＣＷＤＭは、一般的な商用ＣＷＤＭシステムにおけるすべてのチャネルによって占められる大きな波長拡がり（４チャネル・システムでは７３ｎｍ、８チャネル・システムでは１５３ｎｍ）に、容易に入手可能な低コストの光増幅器によって対応できないので、非増幅式技術とみなされる。例えば、廉価なエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器はわずか約３０ｎｍの光バンド幅を有する。非増幅式技術では、ほとんどの商用ＣＷＤＭシステムの到達距離は約８０ｋｍに制限される。その制約は低コストで広帯域の光増幅器の発明で克服できる。
【０００５】
実際には、半導体光増幅器（ＳＯＡ）はＳＯＡ当たり４つほどのＣＷＤＭチャネルを増幅することができるが、十分な光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を維持することと、利得飽和誘起クロストークを減少させることとの兼ね合いは、純ＳＯＡ解決策のダイナミック・レンジを減少させ、また純ＳＯＡ解決策を縦続接続された増幅器をもつシステムに不十分なものにする。
【０００６】
ラマン増幅器が本出願で試行された。ラマン増幅器は光信号と高出力ポンプ・レーザとの間の非線形光相互作用に基づく。利得媒体は既存の光ファイバとすることができ、またはカスタム高非線形ファイバとすることができる。商用標準の８つのＣＷＤＭチャネル波長を対象範囲とする最近開示された全ラマン増幅器は、約１０ｄＢ低い利得を示し、しかも広範囲に変化するポンプ出力をもつ７つのラマン・ポンプ、１１００ｍＷ超の総出射出力、およびカスタム高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）利得媒体を必要とした。
【０００７】
いくつかのファイバ・ネットワーク・プロバイダは、コストを低減するためにＣＷＤＭシステムを、現在、評価中または配備中である。ＣＷＤＭを配備するすべてのプロバイダは、到達距離を延長しなければならない状況にあるはずである。現在の技術で、プロバイダの唯一の解決策は次の工程を行うための高価な再生器を設置しなければならないことになる。この工程は、１）ＣＷＤＭチャネルを光学的に多重分離する工程と、２）各光チャネルをアナログ電気信号に変換する工程と、３）アナログ電気信号を増幅する工程と、４）システム・クロックを回復する工程と、５）識別回路を使用してアナログ・データおよび回復されたシステム・クロックから時間再調整されたデジタル電気データ・ストリームを再生成する工程と、６）この電気データを使用してチャネル毎にＣＷＤＭレーザ送信機を駆動する工程と、７）共有の伝送ファイバにさまざまなＣＷＤＭ波長を多重化する工程とを含む。これらのすべての工程（工程１〜７）を単一の低コスト光増幅器で置き換えることができる。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／６９３１５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
市販のＣＷＤＭシステムに有用であり、上述の欠点を最小限に抑えるコスト効果の高い増幅器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光信号を増幅する方法およびシステムを提供することによって上述の要求に対処する。本発明の一実施形態では、データ移送システムが提供される。このシステムは、光ファイバ・ケーブルと、複数の信号チャネル内で光信号をファイバによって伝送するための少なくとも１つの低密度波長分割多重器（ＣＷＤＭ）と、信号を増幅するためにファイバに結合され、いずれの信号チャネルからも外れるポンピング周波数を有する少なくとも１つのラマン・ポンプと、信号を増幅するためにファイバに接続され、信号チャネルのうちの少なくとも１つにわたって利得を有する少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを含む。
【００１０】
少なくとも１つのラマン・ポンプの利得はその周波数範囲内で周波数に応じて増加することがあり、少なくとも１つのＳＯＡの利得はその周波数範囲内で減少することがある。これらの利得の合計は、その周波数範囲にわたって個々の利得よりも一定であることが可能である。
【００１１】
少なくとも１つのラマン・ポンプは複数のラマン・ポンプを含むことができ、複数のラマン・ポンプの出力はポンプ多重化器によって多重化される。ポンプ多重化器の出力を、光サーキュレータを介して光ファイバ・ケーブルに結合することができる。
【００１２】
本発明の別の実施形態は光信号を増幅するためのハイブリッド光増幅器である。光信号は光ファイバによって伝送され、ある周波数範囲を有する。増幅器は、ファイバに結合され、その周波数範囲内で利得を有し、ラマン増幅された信号を生成する少なくとも１つのラマン・ポンプを含む。ハイブリッド増幅器は、ファイバ内を伝搬するラマン増幅された信号を、バンド周波数範囲を有する複数のバンド信号に分割するためのバンド多重分離器と、各半導体光増幅器（ＳＯＡ）が複数のバンド信号のうちのあるバンド信号を増幅するために接続され、そのバンド信号のバンド周波数範囲内に利得を有する、少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、増幅後にバンド信号を再結合するためのバンド多重化器とをさらに含む。
【００１３】
ハイブリッド増幅器のその実施形態では、少なくとも１つのラマン・ポンプは３つのラマン・ポンプを含むことができ、３つのラマン・ポンプの出力はポンプ多重化器によって多重化される。ポンプ多重化器の出力は、光サーキュレータを介して光ファイバ・ケーブルに結合することができる。
【００１４】
光信号は複数の周波数バンドを含むことができ、その場合ラマン・ポンプの合計利得は各周波数バンドにわたって単調に増加する。
光信号は、チャネル間に空白周波数範囲を有する少なくとも２つの周波数チャネルを含むことができ、その場合にラマン・ポンプのうちの少なくとも１つは空白周波数範囲内の周波数を有するポンプ・レーザを含むことができる。
【００１５】
ラマン・ポンプは、発光波長１３６５ｎｍおよびラマン利得媒体に結合された光出力２００ｍＷを有する第１のポンプ・レーザと、発光波長１４３０ｎｍおよびラマン利得媒体に結合された光出力２５０ｍＷを有する第２のポンプ・レーザと、発光波長１５００ｎｍおよびラマン利得媒体に結合された光出力１５０ｍＷを有する第３のポンプ・レーザとを含むことができる。
【００１６】
少なくとも１つのＳＯＡは複数のＳＯＡを含むことができ、１つのＳＯＡが各バンド信号を増幅するために接続される。光信号は少なくとも２つの周波数バンドを含むことができ、その場合少なくとも１つのＳＯＡは前記周波数バンドのうちの第１の周波数バンドを増幅する単一のＳＯＡを含み、前記周波数バンドのうちの第２の周波数バンドはＳＯＡによって増幅されない。光信号は８チャネルのスペクトルを含むことができ、その場合、バンド多重分離器はそのスペクトルを２つの４チャネル・バンドに分割することができる。
【００１７】
しかし、本発明の別の実施形態は、少なくとも第１の周波数バンドおよび第２の周波数バンドを有するＣＷＤＭ光信号を増幅する方法である。この方法は、光ファイバ・ケーブルに結合された少なくとも１つのラマン・ポンプを使用してＣＷＤＭ光信号を増幅する工程と、増幅されたＣＷＤＭ光信号を少なくとも２つの周波数バンドに分割する工程と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用して周波数バンドのうちの少なくとも１つをさらに増幅する工程と、少なくとも２つの周波数バンドを再結合する工程とを含む。
【００１８】
少なくとも１つのラマン・ポンプは、各々が異なる波長を有する複数のポンプ・レーザを含むことができる。ＣＷＤＭ光信号のバンドは、チャネル間に空白周波数範囲を有するチャネルを含むことができ、その場合複数のポンプ・レーザのうちの少なくとも１つの波長が空白周波数内にあること可能である。
【００１９】
ラマン増幅工程およびＳＯＡ増幅工程からの純利得は、ＣＷＤＭ周波数範囲にわたって５ｄＢ以内まで平坦であることができる。ＣＷＤＭ光信号は２つの４チャネル・バンドに分割される８チャネル・スペクトルを含むことができ、各バンドをＳＯＡによって別々に増幅することができる。ＣＷＤＭ光信号によって占められる波長拡がりは約１５３ｎｍであることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
今説明する本発明は、現在の商用システムで使用される８つのＣＷＤＭチャネルのすべてを増幅できるマルチバンド・ハイブリッドＳＯＡラマン増幅器である。本明細書で説明されるように、この増幅器の独特な設計により、８チャネル・バンドの同時増幅が容易になるだけでなく、多数の増幅器の縦続接続を介して比較的に長距離の伝送が可能になる。
【００２１】
ハイブリッド増幅器
最近、発明者らは、単一のＳＯＡおよび単一のラマン・ポンプ・レーザに基づく広帯域（１５１０ｎｍから１５７０ｎｍまでの４チャネル）ハイブリッド増幅器に対して利得および伝送システム・ビット誤り率性能を測定した。ＤＷＤＭシステム用に従来実証されていたその増幅器１００が図１に概略的に示される。伝送ファイバ１１０に、後方伝搬用半導体ラマン・ポンプ・レーザ１２０が波長分割多重（ＷＤＭ）カプラ１３０で結合され、その後に従来の偏波無依存ＳＯＡ１４０および光アイソレータ１５０が続く。
【００２２】
ラマン・ポンプ波長はＳＯＡを補完するように選択されて、ハイブリッド増幅器の結合された利得はＳＯＡ単独と比較して増加され、かつ平坦にされる。図１のハイブリッド増幅器の構成要素の測定された利得のプロット２００が図２に示される。詳細には、その図は、ＳＯＡ単独の測定された利得スペクトル２３０（三角形）、ラマン増幅器２２０単独（菱形）、ハイブリッド増幅器２５０（正方形）を示す。この場合、１４８０ｎｍの波長で作動し、３００ｍＷをもつラマン・ポンプ・レーザが伝送ファイバに結合され、ＳＯＡ利得ピークは約１５１０ｎｍの波長であった。ラマン利得を与えるのに必要な伝送ファイバは、６０ｋｍの標準の水ピーク低減化ファイバ（ＯＦＳ  ＡｌｌＷａｖｅ（登録商標）ファイバ）であった。同様の性能が、標準単一モード・ファイバを含む他の一般的な伝送ファイバ・タイプについて見込まれる。
【００２３】
図２の曲線によって示されるように、ＳＯＡ利得２３０は、４チャネルＣＷＤＭバンド２１０内で、短波長から長波長に単調に減少する。ラマン利得２２０は逆傾向を有し、波長の増加と共に増加する。明白な利得増加および利得傾き補正とは別に、この増幅器構成は別のより巧妙な利点がある。すなわち、この設計により、ＳＯＡの中の相互利得変調（飽和）による電力ペナルティが軽減される。ラマン利得により長波長チャネルを事前強調すると、４チャネル・バンド２１０を相互利得変調が減少する、ＳＯＡ利得ピークの長波長側に配置することが可能になる。これらの３つの特質により、この増幅器は多数の増幅器の縦続接続の候補として極めて有望である。利得の増加および利得の平坦は多数の増幅器の縦続接続にわたって光信号対雑音比を保つのに役立ち、相互利得変調への耐性はクロストークによる信号劣化を防止する。当然、ラマン・ポンプ波長およびＳＯＡ利得ピークを適切に選択すると、１８チャネルＣＷＤＭスペクトル内の任意の連続する４チャネル・バンドが含まれるように同様の構成を実施することができる。しかしながら、短波長になるほど、ファイバ損失の増加のために、より大きいポンプ出力が必要になる。
【００２４】
ハイブリッド・マルチバンド増幅器
当然、ＳＯＡの光バンド幅およびラマン利得は４チャネル・ハイブリッド増幅器の設計によく適合するが、ほとんどの商用ＣＷＤＭシステムは１４７０ｎｍから１６１０ｎｍまでの８つのＣＷＤＭチャネルを使用する。本発明者らは、一般に使用される８チャネル・バンド全体を増幅できるハイブリッドＳＯＡラマン増幅器の新規な２バンドの変形例を開発した。図３はハイブリッド２バンド増幅器３００の概略図である。図中にＰ１、Ｐ２、およびＰ３として示された多数のポンプ３２０、３２２、３２４は、ポンプ多重化器３２６中で一緒に多重化され、光サーキュレータ３３０を介して伝送ファイバ３１０に結合される。ラマン増幅された８チャネル・スペクトルは、２つの４チャネル・バンドにバンド多重分離器３４０中で分割され、各バンドはＳＯＡ（Ｂ１）３４２およびＳＯＡ（Ｂ２）３４４によって別々に増幅される。ＳＯＡ３４２、３４４は、その後に光アイソレータ３５０、３５２が続き、増幅されたバンドはバンド多重化器３５５中で再結合される。
【００２５】
図３のハイブリッド増幅器３００は、３つのラマン・ポンプ３２０、３２２、３２４で示されているが、ポンプの個数、ポンプ波長およびポンプ出力を、所望のピーク利得および利得形状に応じて変えることができる。３つのラマン・ポンプを有する例示的な一構成が、図４のプロット４００で表される。曲線４２０（菱形）は、それぞれ波長１３６５ｎｍ、１４３０ｎｍ、および１５００ｎｍで、２００ｍＷ、２５０ｍＷ、および１５０ｍＷのポンプ出力を有する３つのポンプ３２０、３２２、３２４について計算されたオンオフ・ラマン利得を示す。２つの４チャネル・バンドの各々にわたって単調に増加する、最終の中程度の純ラマン利得４２０は、上述の単一バンド増幅器のラマン利得と同じ目的に役立つ。すなわち、利得が改善され、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が改善され、各４チャネル・バンドにわたって利得傾きが減少し、またＳＯＡスペクトルの低クロストーク領域内における動作が可能になる。１５００ｎｍポンプは、８チャネル・バンド全体の範囲内にあるが、１４９０ｎｍチャネルと１５１０ｎｍチャネルとの間の空白に位置し、したがって過剰なレイリー後方散乱ポンプ光がチャネル受信機に入射することにはならないはずである。
【００２６】
次いで、ＳＯＡ（Ｂ１）４３０（三角形）およびＳＯＡ（Ｂ２）４３２（丸）の一般的なＳＯＡ利得が、それぞれラマン利得に加えられて、ハイブリッド２バンド増幅器の計算された総合純利得４５０（正方形）が得られる。純利得は８チャネル・バンドにわたって比較的平坦で、１５３０ｎｍで２１．２ｄＢのピーク利得および１６１０ｎｍで１７．７ｄＢの最小利得をもつ。当然、単一ポンプ波長のラマン利得は信号波長が長くなるとともに増加することにより、全ラマン設計と比較してこの２バンド・ハイブリッド増幅器用のより簡単でより低コストのラマン実装が可能になる。
【００２７】
図５は、２つではなく１つのＳＯＡ５４２だけを使用する、２バンド・ハイブリッドＳＯＡラマン増幅器の変形形態５００を示す。図３の実施例におけるように、ＳＯＡ５４２はその後に光アイソレータ５５０が続き、多重分離器５４０と多重化器５５５との間にある。バンドのうちの１つの中にある信号５４４はＳＯＡを通らない。そのより簡単な設計はラマン・ポンプ出力の増加を犠牲にして達成される。３つの後方伝搬用ポンプ・レーザ、１３６５ｎｍのＰ１（５２０）、１４５５ｎｍのＰ２（５２２）、および１５００ｎｍのＰ３（５２４）は、それぞれ３００ｍＷ、３２０ｍＷ、および２２０ｍＷの出力を有する。
【００２８】
１つのＳＯＡ５４２だけが使用されているが、提案された増幅器５００は依然としてＳＯＡ  Ｂ１の前で（後で）８チャネル・バンドを分割する（結合する）ために多重分離器−多重化器（ｄｍｕｘ−ｍｕｘ）対５４０、５５５を使用する。スペクトルのうちの長波長側の半分にわたってＳＯＡ  Ｂ１が十分小さい過剰損失および偏波依存損失（ＰＤＬ）を示す場合、この保守的な設計を不要にできる（この場合、多重分離器５４０および多重化器５５５を削除できる）。
【００２９】
この増幅器構成に対して計算された利得が図６に示される。菱形は計算されたラマン利得６２０を再び表す。この場合、ラマン利得スペクトルは２つの４チャネル・サブバンドの各々にわたって増加するのでなく、ラマン利得は短波長の４チャネル・バンド（１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍ、１５１０ｎｍ、および１５３０ｎｍ）にわたって増加するが、長波長の４チャネル・バンド（１５５０ｎｍ、１５７０ｎｍ、１５９０ｎｍ、および１６１０ｎｍ）にわたって比較的平坦なままである。したがって、ラマン過程は長波長サブバンドでは増幅のすべてを与えるが、短波長の純利得６５０（正方形）はラマン利得およびＳＯＡ  Ｂ１からの利得６３０（三角形）の両方によるものである。
【００３０】
これらの特別なラマン・ポンプ出力およびＳＯＡの利得形状のために、この設計は上述の２つのＳＯＡによる設計よりわずかに大きな利得変動を示す。計算された純利得は最小の１７．４ｄＢと最大の２１．９ｄＢとの間で変動する。
【００３１】
本発明による方法
本明細書で説明される本発明はさらに、図７に示される、少なくとも第１および第２の周波数バンドを有するＣＷＤＭ光信号を増幅する方法７００を企図する。ＣＷＤＭ光信号によって占められる波長拡がりは、多くの市販のＣＷＤＭシステムの拡がりである約１５３ｎｍであることが可能である。ＣＷＤＭ光信号は、２つの４チャネル・バンドに分割される８チャネル・スペクトルを含むことができる。
【００３２】
ＣＷＤＭ光信号を、光ファイバ・ケーブルに結合された少なくとも１つのラマン・ポンプを使用して増幅する（工程７１０）。少なくとも１つのラマン・ポンプは、各々が異なる波長を有する複数のポンプ・レーザであることが可能である。ＣＷＤＭ光信号のバンドは、チャネル間に空白周波数範囲を有するチャネルを含むことができ、この場合、過剰なレイリー後方散乱ポンプ光がチャネル受信機に入射しないようにするために、複数のポンプ・レーザのうちの少なくとも１つの波長が空白周波数の中にあるようにできる。
【００３３】
次いで、増幅されたＣＷＤＭ光信号を周波数バンドに分割する（工程７２０）。分割された周波数バンドのうちの少なくとも１つを、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用してさらに増幅する（工程７３０）。好ましい実施形態では、ラマン増幅工程およびＳＯＡ増幅工程からの純利得は、ＣＷＤＭ周波数範囲にわたって５ｄＢ以内まで平坦である。ＣＷＤＭ信号の各バンドをＳＯＡによって別々に増幅することができる。次いで、このバンドを再結合させる（工程７４０）。
【００３４】
概要
発明者らは、ＣＷＤＭ伝送システム用のいくつかの新しいマルチバンド・ハイブリッドＳＯＡラマン増幅器の設計を提案した。両方の実施態様とも、１４７０〜１６１０ｎｍの中の８つのＣＷＤＭチャネルを同時に増幅することができる。発明者らによってなされた計算からの示唆によれば、これらのコスト効果の高い設計は、ピーク利得、利得形状、およびクロストーク許容範囲に関して、全ＳＯＡおよび全ラマン増幅器の両方よりも性能が優れ、したがって縦続接続された増幅器を必要とする用途によく適合する。さらに、２つの設計の各々で要求される個々の最大ポンプ出力（それぞれ、２５０ｍＷおよび３００ｍＷ）は、商用の半導体ポンプ・レーザから容易に得られる。
【００３５】
上述の詳細な説明は、すべての点で説明および例示のためのものであり、限定的なものではないと理解されるべきであり、本明細書で開示される本発明の範囲は、詳細な説明から決定されるのではなく、特許法によって許可される最大範囲に従って解釈されるように請求の範囲から決定されるべきである。例えば、本発明の方法は、ＣＷＤＭを使用する光伝送に関して本明細書で説明されたが、本発明の方法および装置は、比較的広い波長バンド幅が信号によって占められる他の光多重方式で使用することができる。本明細書で示され、説明された実施形態は本発明の原理の例証にすぎず、当業者なら本発明の範囲および趣旨から逸脱することなくさまざまな変形を実施できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術のハイブリッド増幅器の概略図である。
【図２】図１の増幅器のいくつかの構成要素を表す利得対波長のプロットである。
【図３】本発明の一実施形態によるハイブリッド増幅器の概略図である。
【図４】図３の増幅器のいくつかの構成要素を表す利得対波長のプロットである。
【図５】本発明の別の実施形態によるハイブリッド増幅器の概略図である。
【図６】図５の増幅器のいくつかの構成要素を表す利得対波長のプロットである。
【図７】本発明の一実施形態による方法を示す流れ図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月27日(2006.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ・ケーブルと、
ある波長範囲内で複数の信号チャネル内で光信号を前記ファイバによって伝送するための少なくとも１つの低密度波長分割多重器（ＣＷＤＭ）と、
前記信号を増幅するために前記ファイバに結合され、前記信号チャネルのいずれからも外れるポンピング波長を有する少なくとも１つのラマン・ポンプと、
前記信号を増幅するために前記ファイバに接続され、前記信号チャネルの少なくとも１つにわたって利得を有する少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）と
を備えるデータ移送システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプの利得が前記波長範囲内で増加し、前記少なくとも１つのＳＯＡの前記利得が前記波長範囲内で減少する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記利得の合計が前記波長範囲にわたって前記個々の利得よりも一定である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが複数のラマン・ポンプを含み、前記複数のラマン・ポンプの出力がポンプ多重化器によって多重化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ポンプ多重化器の出力が光サーキュレータを介して前記光ファイバ・ケーブルに結合される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
光ファイバによって伝送され、ある周波数範囲を有する光信号を増幅するためのハイブリッド光増幅器であって、
前記ファイバに結合され、前記周波数範囲内に利得を有し、ラマン増幅された信号を生成する少なくとも１つのラマン・ポンプと、
前記ファイバの中を伝搬する前記ラマン増幅された信号を、バンド周波数範囲を有する複数のバンド信号に分割するためのバンド多重分離器と、
各半導体光増幅器（ＳＯＡ）が前記複数のバンド信号のうちのあるバンド信号を増幅するために接続され、前記バンド信号の前記バンド周波数範囲内に利得を有する少なくとも１つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、
増幅後に前記バンド信号を再結合するためのバンド多重化器と
を備える増幅器。
【請求項７】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが３つのラマン・ポンプを備え、前記３つのラマン・ポンプの出力がポンプ多重化器によって多重化される、請求項６に記載の増幅器。
【請求項８】
前記ポンプ多重化器の出力が光サーキュレータを介して前記光ファイバ・ケーブルに結合される、請求項７に記載の増幅器。
【請求項９】
前記光信号が複数の波長バンドを含み、前記ラマン・ポンプの合計された利得が各波長バンドにわたって単調に増加する、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１０】
前記光信号が、前記チャネル間に空白周波数範囲を有する少なくとも２つの周波数チャネルを含み、前記ラマン・ポンプのうちの少なくとも１つが、前記空白周波数範囲内にある周波数を有するポンプ・レーザを備える、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１１】
前記複数のラマン・ポンプが、１３６５ｎｍの発光波長および２００ｍＷの光出力を有する第１のポンプ・レーザと、１４３０ｎｍの発光波長および２５０ｍＷの光出力を有する第２のポンプ・レーザと、１５００ｎｍの発光波長および１５０ｍＷの光出力を有する第３のポンプ・レーザとを備える、請求項７に記載の増幅器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのＳＯＡは、１つのＳＯＡが各バンド信号を増幅するために接続される複数のＳＯＡを備える、請求項６に記載の増幅器。
【請求項１３】
前記光信号が少なくとも２つの周波数バンドを含み、前記少なくとも１つのＳＯＡが前記周波数バンドのうちの第１の周波数バンドを増幅する単一のＳＯＡを備え、前記周波数バンドのうちの第２の周波数バンドがＳＯＡによって増幅されない、請求項６に記載の増幅器。
【請求項１４】
前記光信号が８チャネル・スペクトルを含み、前記バンド多重分離器が前記スペクトルを２つの４チャネル・バンドに分割する、請求項１３に記載の増幅器。
【請求項１５】
少なくとも第１および第２の周波数バンドを有するＣＷＤＭ光信号を増幅する方法であって、
前記光ファイバ・ケーブルに結合された少なくとも１つのラマン・ポンプを使用して前記ＣＷＤＭ光信号を増幅する工程と、
前記増幅されたＣＷＤＭ光信号を前記少なくとも２つの周波数バンドに分割する工程と、
半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用して前記周波数バンドのうちの少なくとも１つをさらに増幅する工程と、
前記少なくとも２つの周波数バンドを再結合する工程と
を含む方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのラマン・ポンプが、各々が異なる波長を有する複数のポンプ・レーザを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣＷＤＭ光信号の前記バンドが、チャネル間に空白周波数範囲を有するチャネルを含み、前記複数のポンプ・レーザのうちの少なくとも１つの波長が前記空白周波数内にある、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ラマン増幅工程および前記ＳＯＡ増幅工程からの純利得が前記ＣＷＤＭ周波数範囲にわたって５ｄＢ以内まで平坦である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＣＷＤＭ光信号が、２つの４チャネル・バンドに分割される８チャネル・スペクトルを含み、各バンドが別々にＳＯＡによって増幅される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＣＷＤＭ光信号によって占められる波長拡がりが約１５３ｎｍである、請求項１９に記載の方法。