(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される光信号を順方向に通過させるサーキュレータと、
前記サーキュレータから入射したＣ帯域（１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍ）及びＬ帯域（１５７０ｎｍ乃至１６００ｎｍ）光信号を増幅する第１エルビウム添加光ファイバ増幅部と
前記第１エルビウム添加光ファイバ増幅部の入力側に連結されてポンプ光を発生する第１ポンプ光源と、
前記第１エルビウム添加光ファイバ増幅部の出力側に接続され、前記第１エルビウム添加光ファイバ増幅部で増幅された信号をＣ帯域及びＬ帯域に分割する分割部と、
前記分割部で分割された前記Ｌ帯域光信号を増幅する第２エルビウム添加光ファイバ増幅部と、
前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部の入力側に連結されてポンプ光を発生する第２ポンプ光源と、
前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部で増幅されたＬ帯域光信号と前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部で発生したＣ帯域増幅自然放出光とを逆方向に反射する反射器と、
前記反射器で逆方向に反射され、前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部、前記分割部、前記第１エルビウム添加光ファイバ増幅部及び前記サーキュレータを経由した逆方向反射増幅Ｌ帯域光信号を、前記分割部で分割された前記Ｃ帯域光信号と結合して出力信号を生成する結合器とを備え、
前記反射器で逆方向に反射された逆方向Ｃ帯域増幅自然放出光は前記分割部で遮断されることを特徴とする広帯域光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に、広帯域光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバ増幅器は、高性能の光通信システム及びネットワークに必須的の要素である。通信では、光信号を処理するために他の形態に変換せず直ちに増幅することが非常に望ましい。光システムにおいて、信号増幅のために多様のシリカ系稀土類添加光ファイバ、すなわち、エルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)デザインが利用されている。ＥＤＦＡ利得帯域幅が広くなると、システム容量も増加する。波長分割多重化(ＷＤＭ)伝送システムでは、１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍの従来の波長範囲(以下、“Ｃ帯域”と称する。)と１５７０ｎｍ乃至１６１０ｎｍの長波長範囲(以下、“Ｌ帯域”と称する。)で高利得を得るために複雑な技術が利用される。
【０００３】
図１は、幅広い光帯域幅を得ることができる従来の広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。従来のＥＤＦＡは、基本的に２個の増幅部に分けられ、受信信号は、２個のサブ帯域、Ｃ帯域、及びＬ帯域に分割されてそれぞれ独立的に増幅される。この後、増幅された信号は、再び結合して出力信号になる。図２は、図１に示した従来のシステムの出力パワースペクトルと雑音指数スペクトルを示す。ここで、利得は、エルビウム添加シリカファイバから発生する。
【０００４】
図１に示すように、通常、Ｌ帯域光ファイバ増幅器では、パワー逆変換がＣ帯域ＥＤＦＡよりさらに低いから、一層長いエルビウム添加光ファイバ(１８８ｎｍ)とさらに多いパワーポンプが要求される。このような要求条件のために、従来のシステムを設置すると、費用面において効率的ではない短所があった。従って、パワー変換効率が改善して費用に対して効率が高い光ファイバパワー増幅器が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＥＤＦＡ及び関連ポンプ源を効率的に利用し、これにより、より短いエルビウム添加光ファイバとより低い光ポンプを利用して信号帯域幅を増加させる構造を有する光増幅器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による広帯域光増幅器は、第１ポンプ光源によってポンピングされる第１エルビウム添加光ファイバ増幅部と、第２ポンプ光源によってポンピングされる第２エルビウム添加光ファイバ増幅部と、前記第１エルビウム添加光ファイバ増幅部と第２エルビウム添加光ファイバ増幅部との間に位置して入力される増幅光を第１サブ帯域及び第２サブ帯域に分割して、第２サブ帯域光は、前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部へ印加（入射）される分割部と、前記第２エルビウム添加光ファイバ増幅部から出力される増幅光を前記第２及び第１エルビウム添加光ファイバ増幅部へ逆方向に反射する反射器と、前記第２及び第１エルビウム添加光ファイバ増幅部から出力される前記反射光を前記第１サブ帯域光と結合して出力信号を発生する結合器とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による２個以上の広帯域を有する光信号増幅方法は、第１増幅部を通じて入力光信号を通過させるステップと、前記入力信号をＣ帯域信号及びＬ帯域信号に分割するステップと、第２増幅部で前記Ｌ帯域信号をさらに増幅するステップと、前記増幅されたＬ帯域信号を逆方向に前記第２及び第１増幅部へ再び伝送するステップと、前記第２及び第１増幅部で前記入力されたＬ帯域信号を増幅するステップと、前記再び伝送されたＬ帯域信号と前記分割されたＣ帯域信号とを再び結合して出力信号を生成するステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。下記の説明において、具体的な回路の構成素子などのような特定事項が示されているが、これは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されただけであり、これら特定事項なしで、本発明が実施されることができることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には自明であろう。そして、本発明の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
【０００９】
図３は、本発明の第１実施形態による広帯域光増幅器１０の構成要素を示す概略図である。本発明による増幅器１０は、基本的に２個の増幅部、すなわち、第１増幅部及び第２増幅部に分離される。第１増幅部は、Ｃ帯域及びＬ帯域受信光信号を増幅するための第１エルビウム添加光ファイバコイル１８を備え、第２増幅部は、Ｌ帯域受信光信号を増幅するための第２エルビウム添加光ファイバコイル２２を備える。Ｃ帯域は、１５３０ｎｍ乃至１５６０ｎｍであり、Ｌ帯域は、１５７０ｎｍ乃至１６００ｎｍである。これら帯域範囲は具現し次第であるので、設計及びＥＤＦによって異なることができる。
【００１０】
本発明の第１実施形態による前記広帯域光増幅器１０の主要構成要素として、サーキュレータ１２、９８０／１５５０ｎｍ波長選択結合器(ＷＳＣ)１４に連結された９８０ｎｍポンプレーザダイオード(ＬＤ)１６、ＥＤＦ１８、第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ２０、第２ＥＤＦ２２、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ２４に連結された逆方向１４８０ｎｍ ポンプＬＤ２８、反射器２６、アイソレータ３０、 第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ３２がある。これら構成要素は公知されているのみならず、すでに市販されている。ＥＤＦの長さが図３に示されているが、本発明による増幅器１０は、異なる長さのＥＤＦを使用することもできる。従って、示されているＥＤＦの長さによって本発明の範囲が制限されない。
【００１１】
サーキュレータ１２を通過して順方向に伝播される光信号は、第１ＥＤＦ１８によって増幅され、前記第１ＥＤＦ１８は、光分割の以前に、９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ１４を通じて９８０ｎｍ ダイオードレーザ１６によってポンピングされる。ポンプＬＤ１６は、中心波長が約９８０ｎｍの波長帯域でポンプ波長を発生することが望ましいが、ＥＤＦＡに対する従来のポンプ波長の１４８０ｎｍポンピングも差し支えない。第１増幅部の長さは、１８ｍ以上としてポンプ源１６から出る光にポンピングされるとき、前記ポンプ光の一部が第１増幅部で吸収されるようにすることが望ましい。この後、前記増幅された信号は、第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ２０によって２個のサブ帯域、Ｃ帯域及びＬ帯域に分割される。該技術分野における通常の知識を有する者ならば、第１ＷＳＣ２０は、グレーティング(grating)、帯域分割器、薄膜フィルタ、ＷＤＭ装置、及び１本またはそれ以上の波長を反射または再び伝送するのに適合した装置で構成されることができることを分かるであろう。分割されたＣ帯域信号は、アイソレータ３０に印加される。アイソレータ３０は、一方向にのみ光を通過させて第１ＷＳＣ２０での反射を防止する役割を行う。一方、Ｌ帯域信号は、第２増幅部の第２ＥＤＦ２２に順方向に印加（入射）される。前記第２ＥＤＦ２２は、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ２４を通じて１４８０ｎｍ ポンプＬＤ８によってポンピングされる。前記ポンプＬＤ２８は、中心波長が約１４８０ｎｍの波長帯域でポンプ波長を発生することが望ましいが、従来のＥＤＦＡのためのポンプ波長９８０ｎｍも差し支えない。第２増幅部の長さは、８５ｍ以上としてポンプ源２８から発生した光によってポンピングされるとき、ポンプ光の一部が第２増幅部に吸収されるようにすることが望ましい。
【００１２】
この後、順方向に進行するＬ帯域増幅信号は、光ファイバ反射器２６によって反射されて第２増幅部に再び伝送される。このとき、第２増幅部で発生したＣ帯域増幅自然放出光(ＡＳＥ)も光ファイバ 反射器２６によって逆方向に反射される。前記反射されたＬ帯域及びＣ帯域ＡＳＥは、第２ＥＤＦ２２を通じて第２増幅部に戻る。逆方向Ｃ帯域ＡＳＥは第１ＷＳＣ２０によって遮断され、残りの逆方向増幅Ｌ帯域光は、第１ＷＳＣ２０、第１ＥＤＦ１８、９８０／１５５０ｎｍＷＳＣ１４、及びサーキュレータ１２を順々に通過して第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ３２に印加される。従って、前記反射光が逆方向増幅過程を通じてさらに増幅されると、本発明では、前記第２増幅部のエルビウム利得スペクトルのＬ帯域を効率的にポンピングして高い信号の利得帯域幅を得る。前記Ｌ帯域反射光は、アイソレータ３０から出力されたＣ帯域光及び第２ＷＳＣ３２で再び結合して最終出力信号になる。
【００１３】
本発明による光増幅器１０の主要な特徴は、多様なステップから得られる高利得及び高ポンピング効率にあるので、ＥＤＦパワーポンプ数を減少させることができるという効果がある。このような効果は、前述したように、信号を逆方向にさらに増幅することによって得られる。Ｌ帯域光を反射器２６によって多数の増幅部を通過させてＬサブ帯域の出力パワーを向上させると、２０ｄＢ以上の高利得を得ることができる。
【００１４】
他の実施形態として、本発明の原理を示す光帯域増幅器の構造が図４に概略的に示されている。第２増幅部で順方向ポンピングが利用される点のみ異なるのみ、それ以外の第２実施形態の構造及び動作は、図３と関連して説明した第１実施形態と本質的に同一である。
【００１５】
図４を参照すると、本発明の第２実施形態による広帯域光増幅器４０は、サーキュレータ４２、９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ４４に連結された９８０ｎｍ ポンプＬＤ４６、ＥＤＦ４８、第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ５０、アイソレータ５２、第２の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ５４、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ５６に連結された１４８０ｎｍ ポンプＬＤ５８、及び反射器６２を備える。ＥＤＦのそれぞれの長さが図４に例示的に示されている。しかし、本発明による光増幅器４０には、異なる長さのＥＤＦが使用されることができるので、示されているＥＤＦの長さによって本発明の範囲が制限されない。また、前述した構成要素と類似した図４の要素に対する説明は、重複を避けるために省略する。
【００１６】
本実施形態においては、サーキュレータ４２を通過して順方向に伝播される光信号は第１ＥＤＦ４８によって増幅され、前記第１ＥＤＦ４８は、光分割の以前に、９８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ４４に連結された９８０ｎｍ ポンプＬＤ４６によってポンピングされる。この後、前記増幅された信号は、第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ５０によって２個のサブ帯域、Ｃ帯域及びＬ帯域に分割される。前記Ｃ帯域反射光信号は、アイソレータ５２を通じて順方向に進行する。前記アイソレータ５２は、一方向にのみ光を通過させて第１の１５５０／１５９０ｎｍ ＷＳＣ５０での光反射を防止する役割を行う。一方、Ｌ帯域信号は、第２ＥＤＦ６０に順方向に印加される。前記第２ＥＤＦ６０は、１４８０／１５５０ｎｍ ＷＳＣ５６に連結された１４８０ｎｍ ダイオードレーザ５８によってポンピングされる。この後、前記Ｌ帯域増幅光とＥＤＦ６０から発生したＣ帯域順方向ＡＳＥは、光ファイバ反射器６２によって逆方向(すなわち、ポンプ源５８から発生したポンプ光の進行反対方向)に反射されて第２増幅部へ戻る。その後、１４８０ｎｍ ポンプＬＤ５８は、逆方向に進行するＬ帯域反射光を増幅するが、入力されたＣ帯域ＡＳＥによってさらに増幅するようになる。前記逆方向増幅Ｌ帯域光は、逆方向に第１増幅部に進行して９８０ｎｍ ポンプＬＤ４６によってもう一度増幅される。前記逆方向増幅光は、サーキュレータ４２によってＷＳＣ５４に再伝送されてアイソレータ５２から出力されたＣ帯域光と再結合して最終出力信号になる。
【００１７】
図３及び図４に示した本発明による広帯域光増幅構造に対する実験を施した。図５は、本発明の実施形態による広帯域ＥＤＦＡを数値のシミュレーションから得られた波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。実験のために、それぞれ１５ｍ、８５ｍである２個のＥＤＦを光増幅のために使用する。Ｃ帯域に対しては９８０ｎｍで動作する第１ポンプレーザ１６を使用し、Ｌ帯域に対しては１４８０ｎｍで動作する第２ポンプレーザ２８を使用する。
【００１８】
図６は、図３及び図４に示した本発明の構造及び図１に示した従来の構造における実験結果の利得帯域幅及び使用ポンプパワーを示す。 図６を参照すると、より低いポンプパワーとより短いＥＤＦとを使用して類似した利得帯域幅を得る。このことから、本発明による構造が従来のシステムと同程度の目標利得を達成することができ、費用に対してさらに効果的であることが分かる。
【００１９】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。例えば、本発明の原理は、他の稀土類元素添加光増幅器、すなわち、ツリウム添加光ファイバ(thulium-doped fiber)や酸化ハロゲン物活性光ファイバ(oxyhalide active fiber)のような合成物にも適用可能である。従って、第１及び第２増幅部で両方向パワーポンプを一体に形成するもののように多様な変形が可能である。そこで、本発明の範囲は、前記実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【００２０】
【発明の効果】
以上から述べてきたように、本発明は、ＥＤＦＡ及び関連ポンプ源を効率的に利用し、これにより、より短いエルビウム添加光ファイバとより低い光ポンプを利用して信号帯域幅を増加させる構造を有する広帯域光増幅器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のシステムにおけるＥＤＦＡを示す図である。
【図２】  図１に示した光ファイバ増幅器に対する実験結果から得た波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。
【図３】  本発明の第１実施形態による広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。
【図４】  本発明の第２実施形態による広帯域ＥＤＦＡを示す概略図である。
【図５】  本発明の実施形態による広帯域ＥＤＦＡに対する実験結果から得た波長(ｎｍ)に対する利得及び雑音指数(ｄＢ)を示すグラフである。
【図６】  従来構造と本発明による構造間の出力パワーを比較した表である。
【符号の説明】
１０，４０  広帯域光増幅器
１２，４２  サーキュレータ
１６，５８  ポンプレーザ
１８，４８  第１ＥＤＦ
１４，２０，２４，３２，４４，５０，５４，５６  ＷＳＣ
２２，６０  第２ＥＤＦ
２６，６２  反射器
２８，４６  ダイオードレーザ
３０，５２  アイソレータ
【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】
0004046506.tif 000007