(57)【要約】  光ファイバが、光マルチプレクサに光学的に結合される。第1のおよび第2の波長選択反射器が、光ファイバ上に形成される。第1の波長選択反射器は、第1の波長の放射を反射するように構成され、第2の波長選択反射器は、第1の波長よりも長い第2の波長の放射を反射するように構成されている。共振レーザキャビティが、分布型レイリーミラーとして働く伝送ファイバと、第1のおよび第2の波長選択反射器との間に形成される。第1のおよび第2の波長選択反射器、ならびに光ファイバは、伝送ファイバの中のラマン散乱および利得が、第1の波長よりも小さいポンプ波長におけるポンプ放射を第1の波長の放射に変換し、また第1の波長の放射を第2の波長の放射に変換するように構成されている。
2018513409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光マルチプレクサと、
前記光マルチプレクサに光学的に結合される光ファイバとを備えるシステムであって、
第1の波長選択反射器および第2の波長選択反射器が、前記光ファイバ上に形成され、前記第1の波長選択反射器が、第1の波長の放射を反射するように構成され、前記第2の波長選択反射器が、前記第1の波長よりも長い第2の波長の放射を反射するように構成され、
伝送ファイバの中のラマン散乱および利得が、前記第1の波長よりも小さい一次ポンプ波長における一次ポンプ放射を前記第1の波長の放射に変換すると共に前記第1の波長の放射を前記第2の波長の放射に変換するように、前記第1の波長および前記第2の波長が選択される、
システム。
【請求項２】
前記第1の波長選択反射器が、前記光ファイバ上に形成されるファイバブラッググレーティングである、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記第2の波長選択反射器が、前記光ファイバ上に形成されるファイバブラッググレーティングである、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記第1の波長選択反射器および前記第2の波長選択反射器が、前記光ファイバ上に形成されるファイバブラッググレーティングである、請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記光マルチプレクサが、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射を前記光ファイバから第2のポートにおいて受け取り、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射を第3のポートに送ることと、前記ポンプ放射を第1のポートを介して受け取り、前記ポンプ放射を前記第3のポートに送ることとを行うように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記第3のポートを介して前記光マルチプレクサに光学的に結合されている第2の光マルチプレクサをさらに備え、それにより、前記光マルチプレクサが、第1のマルチプレクサである、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記第2の光マルチプレクサが、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射を第1のポートにおいて受け取り、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射を第2のポートを介して前記伝送ファイバに向けて送るように構成されている、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記第2の光マルチプレクサが、前記一次ポンプ放射と、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射とを前記第2のポートにおいて受け取り、前記一次ポンプ放射と、前記第1の波長および前記第2の波長の前記放射とを前記第2の光マルチプレクサの前記第1のポートを介して前記第1の光マルチプレクサの前記第3のポートに向けて送るように構成されている、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記第2の光マルチプレクサが、前記信号を前記第2の光マルチプレクサの前記第2のポートから前記第2の光マルチプレクサの第3のポートに送るように構成されている、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第1の光マルチプレクサが、波長分割マルチプレクサである、請求項6に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第2の光マルチプレクサが、波長分割マルチプレクサである、請求項6に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第1の光マルチプレクサおよび前記第2の光マルチプレクサが、波長分割マルチプレクサである、請求項6に記載のシステム。
【請求項１３】
一次ポンプ源をさらに備え、前記一次ポンプ源が、前記第1の光マルチプレクサの前記第1のポートに光学的に結合される、請求項6に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光ファイバは、長さが約4センチメートルから約10センチメートルの間である、請求項1に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光マルチプレクサ、ならびに前記第1の波長選択反射器および前記第2の波長選択反射器を備えた前記ファイバが、任意の特性寸法における約4センチメートル未満の単一のパッケージに配置される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光ファイバ、ならびに前記第1の波長選択反射器および前記第2の波長選択反射器が、固定式または同調可能であり、前記伝送ファイバの中のラマン散乱および利得が、前記ポンプ波長におけるポンプ放射を前記第1の波長の放射に変換し、また前記第1の波長の放射を前記第2の波長の放射に変換するように構成され、前記一次ポンプ波長が、おおよそ1276nmであり、前記第1の波長が、おおよそ1362nmであり、前記第2の波長が、おおよそ1455nmである、請求項1に記載のシステム。
【請求項１７】
前記光ファイバ、ならびに前記第1の波長選択反射器および前記第2の波長選択反射器が、固定式または同調可能であり、前記伝送ファイバの中のラマン散乱および利得が、前記ポンプ波長におけるポンプ放射を前記第1の波長の放射に変換し、また前記第1の波長の放射を前記第2の波長の放射に変換するように構成され、前記一次ポンプ波長が、おおよそ1310nmであり、前記第1の波長が、おおよそ1390nmであり、前記第2の波長が、おおよそ1480nmである、請求項1に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、2015年3月31日に出願の米国特許仮出願第62/141,155号の利益を主張する。
【０００２】
本開示の態様は、光ファイバラマン増幅器、および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し、より詳細には、光通信システムの伝送ファイバをポンピングすることに関する。
【背景技術】
【０００３】
ラマン増幅器においては、信号は、誘導ラマン散乱(SRS:stimulated Raman scattering)に基づくラマン増幅によって強められる。より高い周波数ωpにおける入射ポンプ光子が、そのエネルギーを放出して、より低い周波数ωsにおける低減したエネルギーの別の光子(信号)を生成するとき(非弾性散乱)、この種の散乱が非線形媒質の中で生じ、残りのエネルギーωp-ωsは、分子振動の形で媒質によって吸収される(光学フォノン)。ラマン増幅効果は、光ファイバ内で信号とポンプレーザとの間の非線形相互作用によって達成され得る。光通信においては、全帯域の波長カバレッジおよびインラインの分布型信号増幅を可能にするために、ラマン増幅が使用される。具体的には、ラマン増幅のための非線形媒質として、光伝送ファイバが使用され得る。正しい周波数の放射により伝送ファイバをポンピングすると、伝送ファイバの中を進む光信号の増幅がもたらされる。
【０００４】
ポンプ光は、伝送ファイバの中に結合され、信号と同じ方向で(同方向ポンピング)、逆方向で(逆方向ポンピング)、またはその両方の方向で進むことができる。ポンプから信号への雑音伝達が低減するので、逆方向ポンピングが、より一般的である。
【０００５】
ラマン増幅の主な利点は、伝送ファイバ内に分布型増幅をもたらし、それによって、増幅器と再生位置との間のスパン長を増大させるその能力である。ラマン増幅器の増幅帯域幅は、利用されるポンプ波長によって規定され、したがって、増幅は、増幅「窓(window)」を規定するためにドーパントおよびデバイス設計に依存する他の増幅器タイプを用いて可能であり得るよりも広く異なる領域にわたって提供され得る。
【０００６】
ラマン増幅器は、いくつかの基本的利点を有する。第1に、ラマン利得が、あらゆるファイバの中に存在し、それは、末端部からアップグレードする費用効果の高い手段を提供する。第2に、利得は、非共振であり、それは、利得が、約0.3から2μmまでの範囲のファイバの透過領域全体にわたって利用可能であることを意味する。ラマン増幅器の第3の利点は、利得スペクトルが、ポンプ波長を調節することによって調整可能であることである。例として、複数のポンプラインが、光帯域幅を増大させるのに使用され得、ポンプ分布が、利得平坦性を決定する。ラマン増幅器の別の利点は、それが、帯域幅>5THzの比較的広帯域の増幅器であること、および利得が、広い波長レンジにわたって適度に平坦であることである。
【０００７】
特定の波長帯域の中の信号の伝送ファイバにラマン利得を生み出すには、ファイバは、ファイバの特性ラマンシフトに対応する量だけ信号波長からシフトダウンされる1つの波長または複数の波長において、比較的高パワーのレベル(数百ミリワット)においてポンピングされることが必要である。通常の石英ファイバの場合、ラマン利得スペクトルは、約440cm-1のシフトを中心とする比較的広範な帯域から成る。そのため、たとえば、Cバンド(1530〜1565nm)の中の信号に利得を与えるためには、1455nm領域におけるポンプエネルギーが必要である。
【０００８】
通常の従来技術の分布型ラマン増幅実施形態においては、高パワーレーザ源(たとえば、中心波長が約1455nmのラマンファイバレーザ)、または1455nm領域に波長を有する多重化レーザダイオードの群の出力は、受信用または中継器の端子から出射されて、ファイバをポンピングし、入ってくるCバンド信号に利得を与える。高容量WDMシステムのための増幅帯域幅を拡張するには、出射されたポンプスペクトルが、複数のラマンレーザ(それぞれが所定のパワーおよび波長を有する)を使用することによって、または特定の波長およびパワーの追加のレーザダイオードを多重化することによって拡大される。
【０００９】
ラマンレーザにおいては、基本的な光増幅機構は、誘導ラマン散乱である。対照的に、最も「従来式の」レーザは、光を増幅させるために誘導電子遷移に頼っている。ラマンレーザは、光学的にポンピングされる。しかしながら、このポンピングは、従来式のレーザのように反転分布(population inversion)を生み出さない。むしろ、ポンプ光子は、吸収され、誘導ラマン散乱によってより低い周波数レーザ光の光子(「ストークス」光子)として「即座に」再放出される。2つの光子エネルギー間の差は、固定され、利得媒質の振動周波数に対応する。このことにより、原理上、ポンプレーザ波長を適切に選択することによって、任意のレーザ出力波長を生み出すことが可能になる。これは、可能なレーザ出力波長が利得材料の放出ラインによって決定される従来式レーザとは対照的である。
【００１０】
ファイバベースのラマンレーザにおいては、ポンプ光の狭い空間的閉じ込めが、比較的長い距離にわたって維持され得る。これにより、閾値ポンプパワーが実用レベルまで大幅に低下し、さらには、連続波の動作が可能になる。光通信用途においては、実現できる限りの最も高い利得を促進するために、伝送ファイバの中に可能な限りの最も高い出射パワーを伴うラマンレーザを設計することが望ましい。伝送ファイバの中に達成される、より高いラマン利得は、端子間のより長いスパン範囲を可能にし、受信機における光学信号対雑音比(OSNR:Optical Signal to Noise Ratio)を改良する。最先端のFECおよびデジタル信号処理とともにこの改良は、最新の高ビットレートデジタル光学系によってカバーされるロバスト性および距離を最大限に高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第6,480,326号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この文脈の中で、本発明の諸実施形態が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】より高次のラマンポンピングを実装するための従来式システムの概略図である。
【図２】より高次のラマンポンピングを実装するための従来式システムの概略図である。
【図３】本開示の態様によるより高次のラマンポンピングを実装するためのシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次の詳細な説明は、例示の目的として多くの特定の詳細を含んでいるが、当業者は、次の詳細に対する多くの変形形態および代替形態が、本発明の範囲内にあることを認識するであろう。したがって、後述する本発明の例示的な実施形態は、特許請求される発明に対して、何ら一般性を失うことなく、かつそれに対する制限を課すことなく記載される。
【００１５】
用語解説
本明細書に使用されるとき、次の用語は、次の意味を持つ。
【００１６】
キャビティまたは光学共振キャビティは、光が、それに沿って往復運動または円運動をすることができる2つ以上の反射面によって画定される光学経路を示す。光学経路と交差する物体は、キャビティ内にあると言われる。
【００１７】
連続波(CW:continuous wave)レーザは、パルスレーザのように短いバーストではなく、連続的に放射を放つレーザを示す。
【００１８】
ダイオードレーザは、誘導放出を使用して、コヒーレントな光出力を生成するように設計されている発光ダイオードを示す。ダイオードレーザはまた、レーザダイオードまたは半導体レーザとしても知られている。
【００１９】
ダイオードポンピング式レーザは、ダイオードレーザによってポンピングされる利得媒質を有するレーザを示す。
【００２０】
分布型ブラッグ反射器は、種々の屈折率を伴う交互材料の複数層から、または誘電体導波路のいくつかの特性(高さなど)の周期的な変動によって、形成される構造体を示し、それにより結果的には、ガイドの中の有効屈折率に周期的変動がもたらされる。各層境界は、光波の部分反射を引き起こす。波長が層の光学的厚さの4倍に近い波の場合、多くの部分反射が、建設的に干渉し、層は、高品質の反射器として働く。
【００２１】
ファイバブラッググレーティング(fiber Bragg grating)は、ファイバコアの屈折率に周期的変動を作り出すことによって、光ファイバの短いセグメントにおいて構成される分布型ブラッグ反射器の一種を示す。周期的な屈折率変動は、光の特定の波長を反射し、他のすべてを透過する波長固有の誘電体ミラーを生成する。
【００２２】
利得は、増幅器を介してある点から別の点に伝送される信号の強度、パワー、またはパルスエネルギーの増加を示す。「不飽和利得」という用語は、増幅器を通過する小信号の増加を示し、それは、増幅器の中の反転レベルを大幅に変化させない。本明細書に使用されるとき、利得および不飽和利得は、区別せずに使用される。
【００２３】
利得媒質は、レーザに関して後述する光学利得を生成することができる材料を示す。
【００２４】
赤外線放射は、約700ナノメートル(nm)から約1ミリメートル(mm)の間の真空波長を特徴とする電磁放射を示す。
【００２５】
レーザ(laser)は、放射線の誘導放出による光増幅(light amplification by stimulated emission of radiation)の頭字語である。レーザは、レーザ放出可能な(lasable)材料、または利得媒質を含んでいるキャビティである。これは、いずれかの材料、すなわち、結晶、ガラス、液体、半導体、染料、または気体であり、その原子は、たとえば、他の光または放電によってポンピングされたとき、発光することができる。発光は、通過する光子の存在によって誘導され、それにより、放出された光子は、誘導光子とほぼ同じ位相および方向を有することになる。光(本明細書においては、誘導放射と呼ぶ)は、キャビティ内で発振し、一部分がキャビティより放出されて出力ビームを形成する。
【００２６】
光:  本明細書において使用されるとき、「光」という用語は、概して、約100ナノメートル(10-7メートル)から約10マイクロメートル(10-5メートル)までの真空波長レンジにおおよそ対応する赤外線から紫外線まで及ぶ周波数レンジにおける電磁放射を示す。
【００２７】
非線形効果は、線形重ね合わせ(linear superposition)原理がもはや適用されない(たとえば、光入力パワーの2倍が、単に、光出力パワーの2倍という結果にならない)光学的現象の類を示す。これらの効果は、通常、レーザによって生み出されるものなど、高強度の単色に近い指向性の光ビームを用いてしか見ることができない。より高い高調波発生(たとえば、第二、第三、および第四高調波発生)、光パラメトリック発振、和周波発生、差周波発生、光パラメトリック増幅、および誘導ラマン効果は、非線形効果の例である。
【００２８】
非線形材料は、非線形の効果を生じさせ得る光学的放射に対する非ゼロの非線形誘電応答を保有する材料を示す。非線形の材料の例には、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、三ホウ酸リチウム(LBO)、ベータ型ホウ酸バリウム(BBO)、ホウ酸リチウムセシウム(CLBO)、KDPおよびその同形、LiIO3の結晶、ならびに準位相整合された(quasi-phase-matched)材料、たとえば、PPLN、PPSLT、およびPPKTPなどが含まれる。特定の非線形効果、たとえば、誘導ラマン散乱の場合、通常の光ファイバは、非線形材料として働くことができる。
【００２９】
光増幅器は、入力光信号のパワーを増幅する装置を示す。光増幅器は、それが、ポンピング放射によって駆動する利得媒質を使用する点で、レーザに類似している。増幅器は、概して、フィードバック(すなわち、キャビティ)がなく、それにより、増幅器は、利得を有するが、発振しない。本明細書に使用されるとき、光パワー増幅器は、概して、増幅されたビームをターゲットまたは波長変換器に供給する前の最後の光増幅器を示す。放射源とパワー増幅器との間の増幅器段は、概して、本明細書においては、前置増幅器と呼ぶ。
【００３０】
ラマン散乱は、散乱光が入射光ωpよりも低い周波数ωsを有するということによる入射光の散乱を示す。入射光の周波数と散乱光の周波数との差(ラマンシフトと呼ぶ)は、散乱材料の固有振動周波数(natural vibrational frequency)に対応する。
【００３１】
光増幅器の飽和は、ある遷移周波数付近の媒質の利得係数が、その周波数付近の入射放射線のパワーが一定の値を超えたとき、減少することを示す。利得係数が一定である場合、媒質によって放出されるパワーは、入射パワーに比例する。しかしながら、通常、利得媒質がパワーを放出することができる速度には限界がある。この限界は、関与するエネルギーレベルの寿命に依存する。この限界に到達すると、誘導遷移は、より高いエネルギーレベル分布密度を大幅に下げるほど十分に速くなり、それによって、利得係数が減少する。この効果は、増幅されたパワーを入力されたパワーの関数として「平坦化する」ことである。
【００３２】
スパンバジェットは、光通信システムの送信機と受信機との間の減衰を示す。
【００３３】
誘導ラマン散乱(SRS)は、強い光ビームにより生じ得るラマン散乱の一種である。ラマン散乱光は、利得を受け、そのパワーは、指数関数的に増加する。入射光のパワーが閾値を超える場合、入射光の大部分は、入射光よりも低い周波数を有するラマン散乱光に変換される。SRSはまた、時として、誘導ラマン効果またはコヒーレントラマン効果としても知られている。
【００３４】
紫外(UV)放射は、可視領域の真空波長よりも短いが、軟X線の真空波長よりは長い真空波長を特徴とする電磁放射を示す。紫外放射は、次の波長レンジ、すなわち、約380nmから約200nmまでの近UV、約200nmから約10nmまでの遠UVまたは真空UV(FUVまたはVUV)、および約1nmから約31nmまでの極UV(EUVまたはXUV)に細分され得る。
【００３５】
真空波長:  電磁放射の波長は、概して、波が進行する媒質の関数である。真空波長は、放射が真空内を伝播した場合、所与の周波数の電磁放射が有するであろう波長であり、真空中の光速度を周波数で割ることによって与えられる。
【００３６】
導入
本開示の態様によれば、光通信のためのより高次のラマンポンピングスキームは、従来技術のより高次のラマンポンピングスキームよりも少ない構成要素を使用することができる。
【００３７】
米国特許第6,480,326号には、光通信のためのラマンレーザシステムの従来の使途について記載されている。このスキームにおいては、1276nmの波長における一次ポンプ放射が、1355nmおよび1455nmの波長を有する2つのより低パワーの二次源からの放射とともに伝送ファイバ内に出射される。1276nm波長における放射は、まず、ラマンカスケードの第1の段階において、1355nmへの誘導ラマン変換を受ける。ラマンカスケードの第2の段階においては、結果として生じる1355nmにおける高パワー放射は、1550nm領域における信号の分布型ラマン増幅を生み出すのに必要なポンプ波長である1455nmにおける高パワー放射をもたらすように変換される。図1は、伝送ファイバ5の端子1、2間を進む信号を増幅するために、逆方向ポンピングおよびシード放射を提供するそのようなスキームを実装するためのシステムの一例を示している。一次ポンプ源6は、第1の波長(たとえば、1276nm)におけるポンプ放射を供給し、シード源(たとえば、ダイオードレーザ8、9)は、シード放射、ならびにたとえば、それぞれ、1355nmおよび1455nmの第2の波長および第3の波長を供給する。ポンプ放射およびシード放射は、波長分割マルチプレクサ(WDM:wavelength division multiplexer)7、10、11および接続用ファイバ12を介して、伝送ファイバ5内に結合される。ポンプ源は、第1のWDM7に結合され、シード源8、9は、第2のWDM10に結合され、この第2のWDM10は、ひいては、第3のWDM11に結合される。ファイバ12は、第1のWDM7を第3のWDM11に接続する。端子2に到達する伝送ファイバ5からの信号は、第3のWDM11に結合される。
【００３８】
図2は、図1におけるシステムに関する変形形態を示し、ここでは、シード源8は、金反射器またはファイバブラッググレーティング(FBG:fiber Bragg grating)などの、反射器19に置き換えられる。ポンプ源6からの一次ポンプ放射が、伝送ファイバ5を下って伝播するとき、それは、自発ラマン散乱を受け、それにより、ファイバの中の両方向に進行するラマンシフトのスペクトルプロファイルを含む放射が生み出される。自発ラマン散乱放射は、ファイバの中のポンプ放射によって提供されるラマン利得に起因して、それが伝送ファイバ5の中を進むとき、増幅される。加えて、出射自発ラマン散乱放射の一部は、後方レイリー散乱(backward Rayleigh scattering)を受け、それが端子2に向かって戻るように進むとき、さらに増幅される。端子2に戻る増幅された自発ラマン散乱放射は、WDM11およびWDM10を戻るように経由して反射器19に結合される。反射器19が、第2の波長においてピーク反射率を伴うファイバブラッググレーティングである場合、第2の波長における増幅された自発ラマン散乱放射のスペクトルのその一部は、WDM10およびWDM11を戻るように経由して伝送ファイバ5へと反射する。この例においては、第2の波長における所望のシード放射において放射するための増幅用キャビティが、反射器19および分布型レイリー「ミラー」によって、伝送ファイバ5内に形成される。このことは、端子2付近の伝送ファイバ5の中の第2の波長における実質的なエネルギーの存在につながり、ここでは、それは、図1のシステムにおける第2の波長において出射されたシード源と同じ役割を果たす。
【００３９】
図1および図2のシステムは、低ポンプパワーを有する1つまたは複数のシードレーザを使用する高パワーファイバラマンレーザを用いて、より高次のポンピングを達成する。しかしながら、シードレーザは、能動型光電子ダイオード構成要素であり、冷却、たとえば、熱電冷却(TEC:thermo-electric cooling)を通常必要とする制限された動作温度レンジを伴い、それは、追加の電力消費を加え、信頼性を制限する。
【００４０】
本開示の諸態様は、従来の第1次のラマンポンピングスキームと比較して、限られた追加のハードウェアを用いて、最大2.3dBまでスパンバジェットを向上させるために、第3次のラマンポンピングを実施することができる。これにより、第1次のラマンポンピングシステムと基本的に同じハードウェアを用いて端子間に最大13kmの追加の距離を効果的に加えることができる。
【００４１】
本開示の諸態様によれば、第3次のラマンポンピングシステム100は、2つの反射器を直列に含み、かつ図1および図2に示されているシステムの中のWDMのうちの1つを排除して、図3に示されているように構成可能である。1つのWDMを排除すると、結合損失および複雑さが低減すると同時に、最小限の追加の費用によってコンパクトさおよび信頼性が向上する。システム100は、概して、第1の光マルチプレクサ17に結合される一次ポンプ源16として高パワーラマンレーザを含むことができ、この第1の光マルチプレクサ17は、ひいては、たとえば、1本のファイバ18によって、第2の光マルチプレクサ21に結合される。限定ではなく、例として、光マルチプレクサ17、21は、波長分割マルチプレクサ(WDM:wavelength division multiplexer)であってもよい。伝送ファイバ25は、第1の端子31と第2の端子32との間の光信号を運ぶ。限定ではなく、例として、伝送ファイバ25は、約1525nmから1565nmの間(Cバンド)または約1570nmから1610nmの間(Lバンド)の波長のためのリモートから光学的にポンピングされたエルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:erbium-doped fiber amplifier)として働くエルビウム添加ファイバの一部分を含んでいてもよい。第2のWDM21は、逆方向ポンピングのために、端子のうちの一方、たとえば、第2の端子32に結合される。
【００４２】
システム100の重要な構成要素は、第1のおよび第2の波長選択反射器104、106がその上に形成される1本の(a length of)光ファイバ102である。この1本のファイバ102は、第1の光マルチプレクサ17に結合される。反射器は、第1および第2の波長における放射を選択的に反射するように構成されている。限定ではなく、例として、反射器104、106は、用途に応じて、たとえば、エキシマレーザ、固定式または同調可能な波長を使用して、光ファイバの共通部分上に刻んだファイバブラッググレーティングとすることができる。光ファイバ102は、反射器104、106が、たとえば、ファイバブラッググレーティングの場合に、いかに密接に形成され得るかに応じて、たとえば、約4センチメートルから約10センチメートルの間の比較的短くすることができる。非線形媒質としての伝送ファイバ25と、キャビティの一方の端部における反射器104、106と、キャビティの他方の端部についての分布型ミラーとして働く伝送ファイバの中のレイリー散乱とを使用するカスケード型ラマンキャビティが形成される。
【００４３】
説明のための例においては、第1の光マルチプレクサ17は、一次ポンプ放射λpを一次ポンプ源16から第1のポート17Aにおいて受け取り、このポンプ放射を第3のポート17Cを介してファイバ18に向けて送り、第1および第2の波長λ1、λ2の放射を第2のポート17Bから第3のポート17Cに送る。第2の光マルチプレクサ21は、一次ポンプ放射と、第1および第2の波長λ1、λ2の放射とを第1のポート21Aを介して受け取り、ポンプ放射λpと、第1のおよび第2の波長λ1、λ2の放射とを第2のポート21Bを介して伝送ファイバ25に送って、その中を進む信号23を増幅するために伝送ファイバをポンピングするように構成されている。信号23は、第2のポート21Bにおいて受け取られ、第3のポート21Cを介して、たとえば、別の1本の伝送ファイバ(図示せず)に、または光通信システムの末端構成要素、たとえば、光アド/ドロップマルチプレクサ、波長選択スイッチに、もしくは低雑音前置増幅器EDFAのような他の構成要素に送られる。
【００４４】
限定ではなく、例として、ファイバ102は、反射器104および106と分布型レイリーミラーとして働く伝送ファイバ25との間で、1276nm〜1362nm放射の範囲におけるポンプ放射のラマン利得と波長変換、ならびに1362nm放射〜1455nm放射の範囲における追加のラマン利得と波長変換が存在するように構成され得る。1455nm放射は、伝送ファイバ25に結合されて、伝送ファイバの中を進む1550nm信号を増幅するようにポンピングを行う。当業者は、波長の他の組合せが、伝送ファイバ25の中で増幅されることになる信号の波長に応じて使用され得ることを認識するであろう。
【００４５】
同じ構成を実装する別の共通の適用例は、一次ポンプ源16から1310nm放射、第1の波長λ1として1390nm、および第2の波長λ2として1480nmを使用するように設計可能になる。
【００４６】
システム100は、追加の構成要素、たとえば、シードレーザおよび追加のマルチプレクサのコスト、複雑さ、ならびに結合損失なしに、第3次ポンプの利益を提供する。システムは、シードレーザよりも信頼性が高く、それほど高価ではない固定式または同調可能の受動型の構成要素、反射器を使用する。ファイバの同じ部分に反射器104、106を形成することによって、結合損失が低減可能であり、パッケージングが単純化し、信頼性が向上し得る。対照的に、図1および図2に示されているタイプのシステムの中の2つの反射器を使用すると、結果的に、2つの反射器間にWDM10が存在するという構成になり、それは、より高い結合損失を取り込むことになる。
【００４７】
上記は、本発明の好ましい実施形態の完全な説明であるが、様々な代替形態、修正形態、および等価形態を使用することが可能である。そのため、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲をそれらの完全な等価形態範囲とともに参照して決定すべきである。好ましいか否かにかかわらず、任意の特徴が、好ましいか否かにかかわらず、任意の他の特徴と組合せ可能である。次の特許請求の範囲においては、「A」または「An」という不定冠詞は、別段、明示的に述べている場合を除いて、その冠詞の後に続く項目の1つまたは複数という量を示している。添付の特許請求の範囲は、機能+手段(means-plus-function)の限定を含むものと解釈すべきではなく、ただし、そのような限定が、「〜のための手段(means for)」という句を使用して所与の請求項において明確に記載されている場合を除く。
【符号の説明】
【００４８】
1、2  端子
5  伝送ファイバ
6  一次ポンプ源
7、10、11  波長分割マルチプレクサ(WDM)
8  シード源
16  一次ポンプ源
17  光マルチプレクサ(WDM)
17A、17B、17C  ポート
21  光マルチプレクサ(WDM)
21A、21B、21C  ポート
18  ファイバ
19  反射器
23  信号
25  伝送ファイバ
31、32  端子
100  ラマンポンピングシステム
102  光ファイバ
104、106  波長選択反射器
λp  ポンプ放射
λ1、λ2  波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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