JP2002504756A - Ｗｄｍ処理用アップグレード可能な利得平坦化ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチステージ光ファイバ増幅器システム（ＯＦＡ）は、光通信リンクの信号容量が増加したときに、それに対応してポンプパワーを追加することにより更新されるように設計されている。このシステムは、システムがシステム設計のために更新された場合に有効のままである利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）を含む。さらに、ＧＦＦを向上させる方法、チャネル信号利得傾きを制御する方法、およびＯＦＡシステムのアセンブリラインのために外部利得均一性を同一に調整する方法が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関連出願の参照） 本出願は、１９９８年２月２０日に出願された「ＵＬＴＲＡ−ＨＩＧＨ ＣＡ
ＰＡＣＩＴＹ ＧＡＩＮ ＦＬＡＴＴＥＮ ＥＤＦＡ ＷＩＴＨ ＯＵＴＰＵＴ
ＰＯＷＥＲ ＳＣＡＬＥＡＢＬＥ ＴＯ ２８ｄＢｍ」と題された出願番号第
６０／０７５，６２１号、１９９８年２月２０日に出願された「ＤＥＳＩＧＮ
ＣＯＮＳＩＤＥＲＡＴＩＯＮＳ ＦＯＲ ＡＮ ＵＰＧＲＡＤＡＢＬＥ，ＨＩＧ
Ｈ ＰＯＷＥＲ，ＧＡＩＮ ＦＬＡＴＴＥＮＥＤ ＥＤＦＡ」と題された出願番
号第６０／０７５，３８５号、および１９９８年２月２３日に出願された 「Ｈ
ＩＧＨ ＰＯＷＥＲ，ＭＵＬＴＩＳＴＡＧＥ ＧＡＩＮ−ＦＬＡＴＴＥＮＥＤ
ＦＩＢＥＲ ＡＭＰＲＩＦＥＲ ＦＯＲ ＤＷＤＭ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
」と題される出願番号６０／０７５，７４４号の仮出願の継続であり、これら全
てを本明細書中で参考として援用する。

【０００２】 （発明の分野） 本発明は概して、ＷＤＭまたはＤＷＤＭシステム用ファイバ増幅器に関し、さ
らに特定的には、そのようなシステム内の利得平坦化における改良に関し、パワ
ー出力において未来のアップグレード可能性および信号チャネル容量のために設
計されたシステムに関する。

【０００３】 （発明の背景） 波長分割多重化（ＷＤＭ）または高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）通信システムは、
異なる波長を有するいくつかの光信号を組み合わせることによって、通信システ
ムにおいて光ファイバの伝送容量を増加する。これらのシステムを実用的にする
ために光増幅器は、全てのチャネル信号にわたって利得不均一性を提供するため
に厳密な条件を満たさなければならない。ファイバ増幅器にドープされた希土類
の内因性利得スペクトルは、かなり不均一なため増幅器の利得プロファイルを平
坦化するある方法が実行されなければならない。しかしファイバ増幅器の利得プ
ロファイルは、同様に他のファクタによって複雑化される。ファイバ増幅器（Ｅ
ＤＦＡ）にドープされたエンビウムのような、光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）にド
ープされた希土類の利得プロファイルは、エルビウムをドープしたファイバ内の
エルビウムイオンの平均反転レベルによって決定される。この反転レベルは、増
幅される信号のパワーレベルの関数であり、ポンプソースの印加されたパワーレ
ベルの関数である。信号パワーは印加されたポンプパワーよりも十分小さく、そ
のファイバは１００％近く反転を維持し、信号利得および増幅器利得プロファイ
ルは、入力信号パワーでの変化に伴って観測できるほど変化しない。しかし信号
パワーが増加するにつれて、増幅器における信号利得は、ファイバ増幅器のため
のポンプパワーの有用性によって制限されるようになる。すなわち、出力信号パ
ワーは、もちろん有用なポンプパワーおよび信号入力パワーレベルによって制限
される。ＯＦＡは、通常飽和状態の利得ファイバと共に動作し、そのためこれは
、信号パワー変換に対して最適なポンプを提供する。増幅器の利得が「飽和され
た」場合、反転レベル、増幅器利得、および増幅器の利得プロファイルこれら全
てはポンプパワーに対する信号の比に強く依存する。入力パワーレベルにおける
変化を伴う一定の利得平坦の標準方式は、ポンプパワー比に対して一定の信号を
維持するためにシステムの全ＯＦＡステージにわたり、ポンプパワーを活発に変
化させることである。従って柔軟性を有するＷＤＭ増幅器システムを提供し、増
幅器システムを再設計することなく信号比に対して一定のポンプの保守を提供す
る市販の方法を提供する必要がある。ポンプパワーを増加させることによりこれ
を達成することが十分であるが、これはシステムの入力増幅ステージ（プリ増幅
器とも呼ばれる）を飽和させることなく、その他、雑音指数が材料的に影響を与
える。

【０００４】 Ｍａｓｕｄａらによる「Ｗｉｄｅｂａｎｄ，Ｇａｉｎ−Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ，
Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｒｅ Ａｍｐｌｉｆｅｒ Ｗｉｔｈ ３ｄＢ
Ｂａｎｄｗｉｄｔｈｓ ｏｆ＞５０ｎｍ」，「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ．」Ｖｏｌ．３３（１２），ｐｐ．１０７０−１０７２，１９９７年６
月５日、に図示されるシステムのような、広帯域幅利得平坦化ＯＦＡシステムを
達成するためにかなり進歩してきたが、これらのシステムをより実用化するため
に要求される高出力パワーの達成は、多くの注目および最適化を達成しておらず
、そのシステムの利得平坦化特性の調整性を達成されていない。

【０００５】 追加的ポンプパワーを提供する場合、ＯＦＡシステムは、容易に適応可能なそ
のシステム自体にパワーのアップグレード可能性を与えることが望ましく、消費
者がより低い容量増幅器システムを購入することを可能にし、１チャネルにつき
同一出力利得およびシステム雑音指数での有意な無変化を提供する間、増加して
いる通信要求を有するシステム容量を増加するシステムをアップグレードする。

【０００６】 従って本発明の目的は、マルチステージファイバ増幅器システムを提供するこ
とであり、そのマルチステージファイバ増幅器システムは、ポンプパワーおよび
チャネル容量においてフィールドアップグレード可能である。

【０００７】 本発明の別の目的は、マルチステージファイバ増幅器システムを提供すること
であり、そのマルチステージファイバ増幅器システムは、チャネル毎に信号出力
の統合を維持する一方で、、パワーレベルを高度に出力し、チャネル容量を増加
するようにアップグレード可能である。

【０００８】 本発明のさらなる目的は、アップグレード可能なマルチステージファイバ増幅
器システムを提供することであり、マルチステージファイバ増幅器システムは、
ポンプ信号および信号チャネル容量に変化するにもかかわらず、統合増幅利得平
坦化を断続的に維持する段間利得等化器を使用する一方で、可能な外部利得構成
において、基礎マルチステージ増幅器システムに対して幅広い多様性を可能にす
る。

【０００９】 （発明の要約） 本発明によれば、光通信リンクに使用される第１の使用のためのマルチステー
ジファイバ増幅器システムは、プリ増幅器入力光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）ステ
ージおよびパワー入力光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）ステージを含み、利得平坦化
フィルタ（ＧＦＦ）を含み、ポンプパワーおよびチャネル容量においてフィール
ドアップグレード可能であり、アップグレードされる場合、ポンプパワーに対す
る信号パワーの比が同じであることを維持する一方で、利得平坦化フィルタの特
徴は、アップグレードしたシステムに適用可能である。そのようなアップグレー
ド可能性を達成する場合の重要なファクタは、基礎システム構成の場合またはア
ップグレードされた構成の場合において、高い反転状態、すなわちシステムの入
力ステージにおける変換は、実用的なまたは１００％近くで維持されることであ
る。これは、利得平坦化フィルタをバイパスするため提供され、出力パワー増幅
ステージへランチされる入力ステージにおいて超過ポンプパワーを有する短ファ
イバ入力ステージを作製することによってより簡単に達成され得る。さらにポン
プパワーは、光分割カプラを介して提供され、ポンプパワーを入力および出力Ｏ
ＦＡステージに提供する。追加されたポンプパワーを有するアップグレードシス
テム上で、追加ポンプパワーは、入力コネクタを介して光カプラに提供され得る
。ポンプパワーアップグレード、パワーポンプ内に増加量に比例して、入力およ
び出力ＯＦＡステージに提供される。

【００１０】 マルチステージ増幅器システムの大量生産において、外部利得チルトおよび外
部利得レベルの均一性を調整および制御する方法が開示される。

【００１１】 本発明のこれらおよび他の特徴は、冗長なポンピング図の記述および議論、お
よび光波通信システムに対するその適用において、添付図面に図示されるように
詳細に説明される。

【００１２】 （発明の好適な実施態様の説明） ここで本発明に含まれる基礎マルチステージファイバシステム１０を示す図１
を参考にする。システム１０は、入力またはプリ増幅器ステージ１２、および出
力またはパワー増幅ステージ１４を含む。入力ステージ１２と出力ステージ１４
との間に結合された任意のパワーステージ１６のような追加的中間増幅ステージ
を含み得る。図示されるように、システム１０は、光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）
、例えばエルビウムをドープしたファイバ（ＥＤＦ）増幅器であるが、これらの
増幅器ステージは、当該技術分野で十分理解されているように、ＹｂまたはＥｒ
−Ｙｂのような他の希土類ドーパントと共にドープされたファイバであり得る。
ステージ１２，１４および１６を含むそのファイバは、当該技術分野で知られて
いるように、単一モードファイバまたはそれぞれファイバコアまたは内部ポンプ
クラッドに結合されたポンプソースを有する二重クラッドであり得る。

【００１３】 入力信号は、ＡＰＣコネクタのような入力コネクタ１８を介して接続される。
コネクタ１８は、ＷＤＭ／アイソレータに接続され、信号チャネルにフィードバ
ックすることを防止する。ＷＤＭ／アイソレータ２０は、商業的に利用できる製
品であり、モニタリングダイオード２６に小さな反射信号フィードバックを提供
小さな反射信号フィードバックを提供する。アイソレータ２０は、ファイバプリ
増幅器ステージ１２の入力に結合される。ステージ１２の出力は、ＷＤＭ／アイ
ソレータ２２および利得平坦化フィルタ２４に結合され、利得平坦化フィルタ２
４の出力は、任意の中間パワーファイバ増幅器ステージ１６の入力に結合される
。中間ステージ１６の出力は、パワー出力ステージ１４の入力に結合される。ス
テージ１４およびステージ１６は、同一のファイバおよび事実上同一のパワーフ
ァイバ増幅器であることが理解される。パワーＯＦＡの一部としてステージ１６
がパワーＯＦＡの他の部分としてステージ１６が考慮され得る。ステージ部は、
バイパス３３を介してプリ増幅器ＯＦＡステージ１２からポンプパワーを用いて
送り、以下でより詳細に説明するように、ステージ部１４は、カプラ５０からフ
ァイバ５１を介してポンプパワーを受け取る。

【００１４】 パワー出力ステージ１４は、ＷＤＭ／アイソレータ２６を介してＡＰＣコネク
タのような出力コネクタ５６に結合される。ＷＤＭ／アイソレータ２６は、１４
８０／１５５０バンドＷＤＭとして機能し、アップグレードポンプ入力コネクタ
５４Ａおよびファイバ５５を介して図３に示されるように、さらなるポンプパワ
ーの追加に提供し、それらは以下に議論される。ＡＰＣコネクタ５４Ａからのア
ップグレード可能なポンプパワーは、２６で組み合わせられたＷＤＭであり、逆
伝播ポンプパワーをパワー増幅ステージ１４に提供する。出力タップ３７は、フ
ァイバ２９を介して提供され、監視フォトダイオード２８を介して増幅出力パワ
ーを監視する。

【００１５】 ここで分枝結合したポンプレーザソース４０Ａ−４０Ｄを説明し、４０Ａ−４
０Ｄは、光学的に結合したファイバピグテール４２Ａ−４２Ｄおよび、ピグテー
ル４２Ａ−４２Ｄ内のフィードバックファイバ格子４４Ａ−４４Ｄを有する。こ
れらのフィードバック格子は、９８０ｎｍの波長付近でエルビウムの吸収バンド
内でポンプパワーを準位幅出力に安定化する。またそのフィードバック格子は、
同一譲受人によって譲渡され、本明細書中で参考として援用される米国特許第５
，４８５，４８１号および第５，７１５，２６３号に説明されているように、低
雑音強度動作を提供する。それらは図２は、ポンプソース４０Ａ−４０Ｄに対す
る出力スペクトルを示す。ファイバ格子４４Ａ−４４Ｄのバンド幅のため、レー
ザソース４０Ａ−４０Ｄがピーク波長４１Ａ−４１Ｄを有する広幅化したバンド
幅を提供し、レーザソース４０Ａ−４０Ｄが、干渉崩壊状態を動作することを可
能にし、ソースの雑音強度をファイバ増幅器ステージ１２，１４および１６によ
って容易に識別可能でないレベルより小さい強度のレベルまで減少する。ポンプ
ソースは、図２に示されるようにソース４０Ａに対して９７０ｎｍのピーク波長
、ソース４０Ｂに対して９８０ｎｍのピーク波長、ソース４０Ｃに対して９７５
ｎｍのピーク波長、ソース４０Ｄに対して９８５ｎｍのピーク波長を有する。１
０ｎｍ離れた２つのソース４０Ｃおよび４０Ｄは、１０ｎｍのＷＤＭヒューズデ
ーパ状カプラ４６Ａを介して結合されたＷＤＭである。従って結合されたポンプ
信号は、５ｎｍのＷＤＭコンバイナ４８によって結合され、またコンバイナ４８
は、ヒューズテーパ状カプラであり得る。この対のツリーＷＤＭコンバイナは、
「ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＦＩＢＥＲ ＧＡＩＮ ＭＥＤＩＡ ＳＹＳＴＥＭ
ＡＣＨＩＥＶＥＤ ＴＨＲＯＵＧＨ ＰＯＷＥＲ ＳＣＡＬＩＮＧ ＶＩＡ Ｍ
ＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ」と題され、譲受人に譲渡され、本明細書で参考として
援用する米国出願（１９９７年１０月２１日に出願された出願番号０８／９５５
，８８３）に開示される。この構成から考えられるようにＮ−１カップラ４８，
５０は、多重Ｎレーザソースを要する。ファイバ４９上に結合されたキンクフリ
ーな（長手方向モードホッピングではない）ポンプパワーは約４００ｍＷで、フ
ァイバ４９を介する１つの部分と他の部分にカプラ５０を用いて５０／５０にス
プリットされる。その１つの部分は、ポンプパワーを１２に提供する９８０／１
５５０バンドＷＤＭカプラ３０につながり、他の部分はファイバ５０をとおって
９８０／１５５０バンドＷＤＭカップラ３６に結合される。カプラ３６はポンプ
パワーを１６と１２へ供給する。またファイバ５１は、アップグレードパワー入
力ＡＰＣコネクタ５２Ａに結合される。ファイバ４２、４９、および５１は、Ｗ
ＤＭコンバイナ３０および３６をともなう単一モードファイバを備え、ＷＤＭコ
ンバイナ３０および３６は、ポンプソース単一モードを結合する融着双円錐カプ
ラを含み、単一モード結合ファイバ４９，５１，および５５をドープされた単一
ファイバから成るステージ１２，１４，および１６を含むＯＦＡシステムに結合
する。しかし、ＯＦＡステージ１４のために希土類二重ファイバを使用すること
が可能である。

【００１６】 マルチステージ増幅器システム１０は、全ファイバシステムに対して提供し、
全ファイバシステムは、外部９８０バンドおよび／または１４８０バンドポンプ
パワーが増幅器システム１０に添加されることを可能にするため、ファイバを接
続する。アップグレードしたパワーを欠く場合、基礎増幅器システム１０を用い
て内部に提供されたポンプは、全ての増幅ステージを十分に駆動する。ポンプア
ップグレードモジュールは、共伝播９８０ｎｍバンドポンピングおよび反伝播１
４８０ｎｍバンドポンピングのために提供され得、基礎増幅器システムが標準フ
ァイバ光コネクタ５２Ａおよび５４Ａを介してアップグレードポンプモジュール
を接続することによって設置されるフィールドにおいて達成され得る。あるいは
、ポンプパワーアップグレードモジュールは、ファイバ５０および５５に直接融
着接続し得る。

【００１７】 本発明の重要な局面は、増幅器システム反転レベルの保守であり、パワーに対
する信号パワーの比に強く依存する利得、および利得プロファイルであり、ポン
プパワーにおける増加に応じてシステムが、より高いチャネル容量にアップグレ
ードされる場合、特に維持することが重要である。実質的に同一の信号を、ポン
プパワー比にすることが重要であり、そのためＧＦＦ２４は、増加されたシステ
ムパワーおよびチャネル容量における効果が残存する。これはプリ増幅器システ
ム１２において一定の反転を維持することによって達成され、十分に変換される
ため可能な限り十分にパワー比を接近した状態を維持し、すなわち可能な限り１
００％反転に近づける。高反転レベルがファイバ４９上に接続された出力を提供
する多重ポンプソースを介してステージ１２において維持され、ファイバ４９は
ステージ１２へのポンプ入力とポンプ入力１４との間で分割される。ポンプパワ
ーにおける分割は、１２が高反転レベルで連続的に維持されるような分割である
べきである。この場合、パワー分割比は５０／５０であるが、他の比が同様に適
用できる。これはステージ１２を、例えば１０メータ程度の短いファイバ増幅器
として作製することによって達成され、そのステージは可能な限り十分に反転状
態を維持する。より長いファイバは、反転が吸収のため十分に高く維持されない
ことを許可する。超過ポンプパワーは、その過程ではなく、その過剰パワーをＯ
ＦＡステージ１４または１６にランチすることによってむしろ十分使用される。

【００１８】 従って、本発明の重要な特徴は、前置増幅ステージ１２を実質的に１００％反
転された状態に維持することであり、システムチャネル容量を有するシステムパ
ワーのアップグレード上で、ＧＦＦ２４に示されるような増幅したチャネル信号
の利得および利得プロファイルは、チャネル容量およびポンプパワーにおいてシ
ステムアップグレードを生成する前に、本来のシステム構成と基本的に同一であ
ることを維持する。この点においてポンプパワースプリットカップラ５０の使用
は重要であり、そのためカップラ５０を解して入力コネクタ５２Ａからチャネル
容量における増加および信号パワーにおける対応する増加を有するＷＤＭ３０ま
で比例的なポンプパワー増加を可能にし、基本システムのポンプパワーに対する
信号パワーの比は、実質的に維持される。カプラ５０がポンプパワーを***する
ため、およびポンプパワーアップグレードを可能にするために示される一方で、
アップグレードソースからシステム１０に増加ポンプパワーを受け入れ可能な任
意の他の要素が本発明の実用の点において利用される。

【００１９】 ＯＦＡの飽和した出力は、基礎レーザソース４０Ａ−４０Ｄのようなポンプレ
ーザからの有用なパワーによって制限される。遠隔通信システム要素は特定化さ
れ、２５年より長い特定化された寿命を有する高信頼性を有する。結果として、
高信頼性ポンプレーザ４０Ａ−４０Ｄのみが図３または図４に示されるポンプモ
ジュール６０または８０を使用する基礎増幅器システム１０およびアップグレー
ドシステムにおいて使用される。現在では、単一レーザダイオードソースからの
有用なポンプレーザパワーは、９６０ｎｍレーザダイオードに関して、約１６５
ｍＷから約３２０ｍＷまでであり、１４８０ｎｍレーザダイオードに関して約１
５０ｍＷである。これらの現在のパワーレベル有用な最大パワーは、２０ｄＢｍ
より大きな出力パワーを有するファイバ増幅器を駆動するために重要でない。こ
れは、特許出願番号第０８／９５５，８８３号に詳細に記載されているように多
重化している波長が、特に９８０ｎｍポンプモジュールに関してポンプパワーを
高めるために使用されるためである。しかし１４８０ｎｍポンプレーザソースの
多重化の場合は若干異なる。１４８０ｎｍレーザダイオードが、これらデバイス
の被覆されていない出力面からの約４％の反射率を提供するため、約０．５ｎｍ
のモード間隔を有する多重波長放射を示す。９８０ｎｍポンプレーザダイオード
を安定化するために使用される標準ファイバブラッグ格子は、１４８０ｎｍポン
プレーザダイオードに接続して使用されない。約２％から３％の範囲にある格子
反射レベルは小さすぎる。約０．２ｎｍから０．３ｎｍまでの反射バンド幅は、
格子からのフィードバックが１４８０レーザ放射スペクトルのヌルと共に存在す
ることを可能にする。従って１４８０ｎｍの安定化されたレーザソースに対して
ファイバブラッグ格子はバンド幅に関して幅広く作られるべきである（例えば、
約１．５ｎｍから２．０ｎｍまでの範囲内で、および約９％から１１％までのよ
り高い反射レベル有する）。

【００２０】 図３において、１４８０ｎｍバンドレーザダイオードソース６２Ａ−６２Ｄの
多重化している波長は、アップグレードポンプモジュール６０の場合について示
される。これらの１４８０ｎｍバンドレーザダイオードは、それぞれポンプソー
スであり、そのポンプソースは、ソース６２Ａに対して１４７０ｎｍのピーク波
長、ソース６２Ｂに対して１４８０ｎｍのピーク波長、ソース６２Ｃに対して１
４６５ｎｍのピーク波長、およびソース６２Ｄに対して１４７５ｎｍのピーク波
長を有する。レーザソース６２Ａ−６２Ｄは、ピグテイル６４Ａ−６４Ｄに結合
した出力およびピグテイル６４Ａ−６４Ｄで各フィードバック格子６６Ａ−６６
Ｄを含む。これらの各フィードバック格子６６Ａ−６６Ｄは、エルビウム放射ス
ペクトルでは、１４８０ｎｍである波長内であるエルビウムの吸収バンド内広幅
化した準位幅にポンプパワーを安定化する。またフィードバック格子は、米国特
許第５，４８５，４８１号および第５，７１１５，２６３号上のような様式にお
いて低雑音強度動作に関して提供する。１０ｎｍ離れた２つのソース６２Ａおよ
び６２Ｂは、１０ｎｍＷＤＭヒューズカプラ６８Ａを介して接続され、離れた２
つの１０ｎｍソース６２Ｃおよび６２Ｄは、１０ｎｍＷＤＭヒューズカプラ６８
Ｂを介して接続される。よって接続された５ｎｍ離れたポンプ信号は、５ｎｍＷ
ＤＭコンバイナ７０を介して接続される。上述で指摘したように一対の分枝ＷＤ
Ｍコンバインナ配置は、米国特許出願第０８／９５５，８８３号に詳細に開示さ
れる。ポンプソース６２Ａ−６２Ｄと結合する波長の結合出力は、ファイバ光Ａ
ＰＣコネクタ５４Ｂを介して、図１に示されるシステム１０のファイバ光ＡＰＣ
コネクタ５４Ａに接続するために提供される。ＡＰＣコネクタ５２Ｂにおいて出
力として示されるポンプモジュールから接続された出力スペクトルは、１４６５
ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４７５ｎｍ、および１４６０ｎｍにおいてそれぞれおよ
その波長ピーク９４、９５、９６、および９７の多重モード動作について示して
いる図６において示される。

【００２１】 ポンプレーザダイオード多重化している波長の使用は、過剰の１Ｗでポンプパ
ワーに対して非実用的である。８〜１６このレーザダイオード出力ＷＤＭの波長
間隔は、小さすぎるので、遠隔通信システムとして長期間信頼できるポンプモジ
ュールを提供できない。図４は、別の１４８０アップグレードポンプモジュール
８０を図示し、図１のシステム１０と共に使用され得、過剰の１Ｗにおいてポン
プパワーが必要である。モジュール８０は、米国特許第５，３２３，４０４号に
示される型式のカスケードラマン共振器（ＣＲＲ）ソース８８を使用し、その特
許は本明細書で参考として援用する。そのＣＲＲソース８８は、この機能のため
に信頼性があるべきであり、ＣＲＲのためのポンプソースとして標準高出力半導
体レーザアレイソースと共に使用された場合、これまで遠隔通信使用のための機
会を与えられなかった。より高い信頼性は、同一の多重準位幅（例えば９１５ｎ
ｍ）、単一で離れてパッケージングされた半導体レーザソース８２Ａ−８２Ｄの
使用と共に達成された。ソース８２Ａ−８２Ｄの出力は、各多重モードファイバ
８３に結合され、多重モードファイバは、多重モードファイバ８３の出力末端を
公知のヒューズ多重モードファイバ束カップラ８４に形成することで、単一で、
大きな直径マルチモードファイバ８５に付き合わせて結合される。より大きな直
径の多重モードファイバ８５の直径は、ファイバレーザ８６を含む二重クラッド
Ｙｂをドープしたファイバの内部ポンプクラッドの直径と適応するために選択さ
れる。ファイバレーザ８６は、ＣＲＲ８８を含む単一モードファイバに対して融
着接続である。ファイバレーザ８６は、適切な単一モード波長出力パワー、例え
ば１１１７ｎｍを提供し、単一モードファイバＣＲＲソース８８を動作し、単一
モードファイバＣＲＲソース８８は、そのカスケード式ファイバ格子対を有し、
図１のシステム１０においてＡＰＣコネクタ５４Ｂを経由してＡＰＣコネクタ５
４Ａまで結合に約１４８０ｎｍの最終ラマンシフトした出力を提供する。

【００２２】 図３および図４に示されるポンプパワーアップグレード１４８０バンドポンプ
モジュール６０および８０、ならびに比較可能９８０ｎｍバンドポンプモジュー
ルは、標準ファイバ光コネクタ５２Ａおよび５４Ａを経由してアップグレードポ
ンプモジュールに接続することによってフィールド内で直接適用され得れ、他の
方法としてそのポンプパワーは、それぞれファイバ５０および５５に融着接続さ
れ得る。

【００２３】 従って、ファイバ増幅器システム１０は、パワーアップグレード可能であり、
スケーラブルな方式で、図１の基礎増幅器システム１０の同一ＷＤＭカプラ３０
，２６，および３６を経由して、図３における１４８０ｎｍソースに対して示さ
れるモジュール６０（米国特許出願第０８／９５５，８８３号においても開示さ
れる）と構造的に似ている外部９８０バンドポンプモジュール、および図３また
は図４においてそれぞれ示される外部１４８０ｎｍバンドポンプモジュール６０
または８０を有する。ＡＰＣコネクタ５４Ａにおいて結合した９８０ｎｍバンド
ポンプモジュールは、全てのＯＦＡステージ１２，１４および１６に比例してパ
ワーを増加し、従ってエルビウム反転レベルおよび追加ポンプパワーおよびチャ
ネル容量を加えることを備える利得プロファイルを維持するためスケーリング則
を満足する。しかし１４８０ｎｍポンプパワー入力は、１４８０ｎｍポンプソー
スがステージ１２の雑音指数（ＮＦ）効率を低下す場合、アイソレータを経由し
てプリ増幅器ステージ１２から絶縁されなければならない。従ってマルチステー
ジ増幅器システム１０において１４８０ｎｍポンプソースはパワー増幅器ステー
ジ１４または１６にのみ影響を与え、前置ステージ１２においてポンピングレベ
ルは影響されない。本発明の重要な局面は、前置増幅ステージ１２のファイバ長
さが上述のように短く維持され、そのため実質的に全反転が全時間でこのＯＦＡ
ステージで維持され、結合された９８０ｎｍバンドギャップソースから提供され
るパワーは、信号パワーが前置増幅ステージ１２でファイバを飽和するために十
分に強力になること妨げるために十分に高く維持される。図１に示されるように
９８０ｎｍバンドポンプパワーの半分全体が、カプラ５０を経由してプリ増幅器
ステージ１２に提供される。過剰の９８０ｎｍポンプパワーと共に短いプリ増幅
器ファイバ１２を使用することによる直接の結果は、ほとんどのポンプパワーが
前置増幅ＯＦＡステージ１２に吸収されず、単に増幅された信号を有するファイ
バが存在する。７５％と同量のポンプパワーが使用されないことが試験によって
示され、ＯＦＡのパワー効率に著しく影響を与える。しかしこれは、未使用のポ
ンプを直接増幅ステージにバイパスする手段によって、未使用のポンプパワーを
再循環することで解決される。図１に示されるように９８０ｎｍバンド／１５５
０ｎｍバンドＷＤＭカップラ３２は、前置増幅ステージ１２の出力に配置され、
未使用の９８０ｎｍポンプパワーをチャネル信号から絶縁する。そのチャネル信
号は、信号コンディショニングを受けるアイソレータ２２および利得平坦化フィ
ルタ２４を通過して進行する一方で、その９８０ｎｍバンドポンプパワーが、フ
ァイバ３３を経由してフィルタ２４の信号コンディショニングをバイパスし、Ｗ
ＤＭカプラ３４を経由して中間ステージ１６または出力ステージ１４に再結合さ
れ、その場合のように、パワー増幅ステージに追加ポンプパワーを提供する。

【００２４】 要約すると、ＤＷＤＭシステム１０に対するマルチステージＯＦＡは、前置増
幅ステージとパワー増幅ステージとの間に挿入された利得平坦化フィルタと共に
互換性を有する未来のアップグレード可能性のため設計された。システム１０の
全ての利得ステージは、その信号と一緒に９８０ｎｍ光共伝播と共にポンプされ
る。システム１０は、反伝播方向に追加の１４８０ｎｍ光のためにパワーステー
ジを構成することによってアップグレード可能にされる。３６ｎｍバンド幅増幅
器は、２００ＧＨｚ間隔を有する２２チャネルを可能にするが、５０ＧＨｚ間隔
を有する９０チャネルをまた可能にする。各チャネルが５．０ｄＢｍの一定出力
パワー要求する場合、２２チャネルから９０チャネルまでのシステムアップグレ
ードは、ＥＤＦ増幅パワーが１８．４ｄＢｍから２４．５ｄＢｍまでに増加する
ことを要求し、さらに大きなチャネルパワーレベルは、チャネル出力が２つ以上
のファイバ伝送路にわたる伝送のために分割された場合に要求される。システム
１０は、システム１０のチャネル容量が増加した場合、これらのより高いパワー
レベルを提供するためにフィールドアップグレードされる。システム１０のアッ
プグレード可能な構成は、フィールド変換の間、まず、より低い容量増幅器シス
テムの消費者購入を可能にし、エンドユーザの光通信ニーズが増加する場合、チ
ャネル容量およびポンプパワーを増加する。

【００２５】 マルチステージシステム１０における本発明の重要な局面は、利得平坦化フィ
ルタ（ＧＦＦ）２４の使用である。そのようなフィルタは、Ｐａｕｌ Ｆ．Ｗｙ
ｓｃｏｋｉらによる「Ｂｒｏａｄ−Ｂａｎｄ Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉ
ｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｅｒ Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｂｅｙｏｎｄ ４０ｎｍ Ｕ
ｓｉｎｇ Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｆｉｌｔｅｒ」と題され
たＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ
ｏｌ ９（１０），ｐｐ．１３４３−１３４５，１９９７年１０月に公開された
論文内に開示され、それらの論文は本明細書内で参考として援用される。システ
ム１０のようなＷＤＭ増幅器システムは、各異なるチャネルに対する利得を要求
し、異なる波長信号を含み、統合性を維持する。増幅器の利得スペクトルにわた
る波長は、全て等価に増幅されないために、いくつかのチャネル波長は、他より
も高いレベルで自然に増幅され、そのためマルチステージ増幅器システムを介し
て、システム１０のような弱い増幅信号は、システム雑音において損失されるよ
うになり得る。その最大利得偏差は、通常１．０ｄＢ付近で特定化される。エル
ビウムをドープしたシリカをベースとしたファイバの変更されない利得プロファ
イルは、この要求を満たさないため、その利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）が使用
される。ＧＦＦ２４は、選択された希土類をドープしたファイバの波長利得スペ
クトルに沿って波長依存性損失を提供し、その増幅器または複数の増幅器の利得
スペクトルにわたって平坦化プロファイルに提供する。ＧＦＦ２４の最大減衰は
、変更されないファイバ増幅器において最も高い利得値と最も低い利得値との間
の差に直接関連付けられる。利得差は、ＯＦＡの長さに依存して、信号パワーレ
ベルおよびポンプパワーレベルをかなり変動する。利得平坦化フィルタは、幅広
い多様性の利得差に対して補償するために設計され得、ＧＦＦ２４によって発生
する損失は、前置ステージ１２における利得よりも著しく損失が残存し、または
雑音指数はそのステージで悪化する。本発明において、ＧＦＦ２４の減衰は、Ｅ
ＤＦ増幅器の提供によって最小化され、１５３２ｎｍおよび１５５５ｎｍにおけ
る放射または利得プロファイルの２つの主要ピーク利得特性は、十分に接近して
おり、フィルタされていないファイバ増幅構成の場合と比較して等価な利得を有
する。これはフィルタが最も可能性の低い損失を有するように設計され、システ
ム１０において雑音指数の最小低下が存在する。図５は、９２（１５３２）およ
び９３（１５５５ｎｍ）での減衰ピークを有する前置増幅ステージ１２が存在す
る信号に対して典型的な減衰プロファイル９０を図示し、そのプロファイルは、
実質的にエルビウムをドープしたシリカファイバの放射スペクトルに関して対称
となる。注目されることは、ピーク値９２および９３は同様の大きさであり、図
５に示されるようにピーク減衰は５ｄＢ以下に維持される。

【００２６】 ＧＦＦ２４は現在、長周期格子を使用することによって作製される。注目され
ることは、減衰ピーク９２に関して、減衰ピーク９３と比較してかなり急チルト
のプロファイルを有する。長周期格子を製造する場合、利得入射プロファイルに
正確に従うことは困難である。波長約１５３０ｎｍ所与の波長に対して、より狭
いピーク９２に関して利得と減衰した点との間の差は、ブロード（ｂｒｏａｄｅ
ｒ）なピーク９３付近の所与の波長に対して、例えば波長１５５０ｎｍ付近の波
長と比較して著しく大きい。これは波長勾配変化に対して減衰（または利得プロ
ファイルの場合）は、ブロードピーク９３と比較してより狭いピーク９２に対し
てかなり高い。ブロードに基づくカーブ９３に対して格子を形成することは、よ
り狭いカーブ９２よりも容易であり、利得入射プロファイルとフィルタ２４の減
衰プロファイルとの間にほとんど差異がない。従って代替的アプローチは、ステ
ージ９２においてそのファイバをより長く作製されるピーク９２である。そのた
めパワー吸収は、より高波長で発生する。より長いファイバは、利得反転を低く
し、そのためピーク９２で通常吸収されるパワーは、一般的に図５Ａに示される
ピーク９３Ａ有するブロード減衰プロファイルにより容易に適合するなブロード
なピークと比較してブロードな利得スペクトル有するポロファイルを提供する利
得バンドにおいて再吸収される。結果として、ＯＦＡ１２の利得プロファイルと
ＧＦＦ２４の減衰プロファイルとの間の差異がほとんどなくなっている長周期格
子を作製することは容易である。ＯＦＡ１２においてより長いファイバがあれば
、ポンプパワーは、その高い利得反転を維持するに従って、調整され得る 図１の実施形態に従って作られるシステムについて、以下の例が提供される。

【００２７】 システム１０は、ＳＤＬ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡから市販され、
例えば、波長λ＝９７０，９７５，９８０および９８５ｎｍを有し、部品番号Ｓ
ＤＬＯ−２０００のような、４つの波長安定化ポンプレーザ４０Ａ−４０Ｄによ
って昇圧されるように使用される。５ｎｍＷＤＭコンバイナ４８の後に、単一モ
ードファイバ４９で利用されるポンプパワーは、４１９ｍＷであった。図１のシ
ステム１０に基づく２つの異なったシステムは、ポンプパワーのアップグレード
を提供するために使用された。第１のシステムは、図３に示されるアップグレー
ドポンプモジュール６０であり、４つの波長（λ＝１４６５，１４７０，１４７
５，および１４８０）が多重化されたポンプを有する。モジュール６０によって
提供される単一モードパワーは、図２に示されるような出力スペクトルで５５ｍ
Ｗであった。第２のシステムは、図４に示されるアップグレードポンプモジュー
ル８０であり、そのアップグレードポンプモジュール８０は、図３の第１のシス
テムより高いポンプパワーを提供し、４つの高い信頼度の９１５ｎｍ多重モード
ダイオード８２Ａ−８２Ｄによって駆動され、それぞれが１Ｗ以上のポンプパワ
ー（ＳＤＬ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡから市販されている、部品番号
ＳＤＬＯ−４０００）を提供する。ポンプレーザ８２Ａ−８２Ｄの組み合わされ
た出力は、Ｙｂドープのファイバレーザ８６およびＣＲＲ８８を駆動し、単一モ
ードファイバのλ＝１４７８における１０５０ｍＷのコネクタ５４Ｂにおいてポ
ンプ出力を提供する。９１５ｎｍから１４８０ｎｍまでの帯域のパワー変換効率
は、約２３％である。

【００２８】 べースファイバ増幅器システム１０（任意のファイバ増幅器１６を使用するこ
とがない）は、４１９ｍＷポンプパワー、λ＝９７８±８ｎｍで操作した場合、
５６において合計出力パワー２１．２ｄＢｍを提供する。システム１０が、モジ
ュール６０の追加によりアップグレードされ、追加のポンプパワー３５５ｍＷを
λ＝１４７３±８ｎｍで提供した場合、５６における出力パワーは２５．３ｄＢ
ｍまで上昇させられる。システム１０は、ＣＲＲアップグレードモジュール８０
と共にアップグレードされ、１４７８ｎｍで１０５０ｍＷの追加のポンプパワー
を提供する場合、５６での出力パワーは２８．６ｄＢｍに増加された。このパワ
ーレベルは、５．０ｄＢｍにおける２２９光チャネルをそれぞれ支持する。

【００２９】 各出力パワーレベルに対する利得平坦度は、同じパワーの３つの飽和プローブ
（λ＝１５３０，１５４０，および１５５５ｎｍ）の存在下、ファイバ接続の広
帯域ＬＥＤを使用して測定された。入力パワーは、２５ｄＢ利得条件を維持する
ように調節された。図７は、オリジナルベースおよびアップグレードされたパワ
ーシステムにおける利得平坦度測定を示す。すなわち、そのアップグレードされ
たパワーシステムは、カーブ１００において任意の増幅器１６を有することのな
い、図１に示されるようなシステム１０であり、カーブ１０２においてポンプパ
ワーモジュール６０によってアップグレードされる同じシステム１０、およびカ
ーブ１０４においてポンプパワーモジュール８０によってアップグレードされる
同じシステム１０である。図７から分かるように、３６ｎｍ（約１５２８ｎｍか
ら１５６４ｎｍ）を超える利得平坦度は、出力パワー２１．２、２５．３および
２８．６ｄＢｍに対してそれぞれ、１．１、１．２および１．３ｄＢである。維
持される利得平坦化における類似性が示しているところによると、すべての増幅
ステージにおけるエルビウム反転レベルは、たとえ、増幅器による信号が５つの
要因により増加されたとしても顕著な変化はしない。さらに、利得プロファイル
の形状が増加するポンプパワーによって変化しないので、利得平坦化は、ＧＦＦ
２４のさらなる最適化によって０．５ｄＢ以下まで低減され得る。

【００３０】 雑音指数は、ＨＰ−７１４５２Ｂ光学スペクトル分析器に基づく時間領域減衰
方法を使用して、すべての波長に亘って測定された。３６ｎｍの利得平坦化帯域
を超える最大の雑音指数は、出力パワー２１．２、２５．３および２８．６ｄＢ
ｍにおいて、それぞれ、５．０、５．３および５．９ｄＢであった。雑音指数の
増加は、入力ステージ１２における利得の減少によるものであり、その利得の減
少は、ポンプパワーが一定を保ち、入力信号パワーが増加した場合に生じる。

【００３１】 以下の表１は、３つの異なる検査の構成における、システム１０の出力パワー
、利得平坦度、および雑音指数の結果を集約する。このデータは、特にＥＤＦ増
幅器において、ＯＦＡの高い容量性を支持する。なぜなら、ＤＷＤＭの適用は、
信頼できるように設計され得、さらに平坦化された利得およびポンプパワーは、
システムの再設計あるいは利得平坦化フィルタを交換すること、および効果的な
ポンプ構成の使用による高出力チャネルパワーに到達することなく、アップグレ
ード可能であり、強い単一モードポンプパワーを９８０ｎｍおよび１４８０ｎｍ
の両方において提供するからである。

【００３２】

【表１】 図８と分散補償ファイバ１１５を含む分散補償モジュール（ＤＣＭ）１１４の
利用を含むマルチステージ増幅器システム１０Ａとを参照する。システム１０Ａ
は、図１のシステム１０と実質的に同じであり、システム１０Ａの同様の構成要
素は、図１に見られるものと同じ参照符号を有する。それにより、これらの構成
要素の説明はここでは繰り返さない。しかし、３つのＷＤＭの組み合わされた共
伝播および逆伝播ポンプレーザソース４０Ａ−４０Ｃおよびソース６２Ａ−６２
Ｃがそれぞれ利用され、その逆伝播する群は単一モードファイバ５２に融合され
る、という違いがある。このような逆伝播する群は、米国特許出願第０８／９５
５，８８３号に開示されているように、コネクタ６１Ａ−６１Ｃを介して連結さ
れたソースを含み、そのフィールドにおいて後の配置あるいは置換を提供する。
この実施形態において、システム１０Ａは示されるようにポンプレーザソース６
２Ａ−６６Ｃを有することなく、取り付けられるが、安定化ファイバ格子６６Ａ
−６６Ｃ、ＷＤＭカプラ６８および７０、およびファイバ５２と統合され得る。
システムアップグレードのためにその時間が来れば、ポンプレーザ６２Ａ−６２
Ｃは、コネクタ６１Ａ−６１Ｃを介してフィールド内に取り付けられる得る。２
７および２９におけるタップは、そのシステムを監視するためのフォトダイオー
ドに結合されたものである。Ｔ−ドロップタップ２１およびＴ−アドタップ３９
は、システム１０Ａの外部温度電流監視のためにある。公知のように、システム
１０Ａは、そのパッケージ提供された冷却器を用いて制御された温度であり得る
。また、図８に示されるように複数のファイバの融着接続されたファイバは、全
ファイバマルチステージ増幅器システム１０Ａを形成する。

【００３３】 図１におけるシステム１０と図８のシステム１０Ａの主要な差異は、システム
におけるＤＣＭ１１４の包含である。ＤＣＭ１１４は、信号伝播のため、通過す
るファイバ通信リンクにわたってチャネル信号に関する分散効果のクリーンアッ
プを提供する。ＤＣＭ１１４は、ＡＰＣコネクタ対１１２Ａ，１１２Ｂ，１１６
Ａ，１１６Ｂを経由し、システム１０Ａに解放可能に接続され、異なるシステム
１０Ａが設けられ、適切な長さのファイバを補償する適切な分散を有してもよい
。

【００３４】 システム１０Ａはまた、ラマンフィルタ１１０を含み、チャネル信号の利得チ
ルトを調節および制御し得る。また、アイソレータ１１８は、最終出力ステージ
１４から要素を単離するように備えられてもよい。

【００３５】 上述で示されたように図１のシステム１０における減衰利得平坦化フィルタ２
４は、図５に示されるようにシステム１０の必要なバンド幅動作にわたって利得
を等化する。システム１０およびフィルタ２４に対する増幅器構成が適切に選択
されると、システム１０は、固定内部利得とともに利得平坦化動作が可能で、固
定内部利得は、ドープされたファイバの利得および利得ファイバの長さに依存す
る。しかし、あいにく、光ネットワークにおいて増幅器利用における重要なファ
クタは、システムの外部利得であり、それによってコネクタ損失、内部部品損失
、内部接続損失、および他のそのような挿入損のため内部利得は低くなる。これ
らの値は、各増幅器システムに対して異なるため、外部利得は、異なって製造さ
れた増幅器システムに対して異なる。光ネットワーク設計は、そのシステムで使
用された増幅器間の外部利得変化を可能にしても、各利得平坦化フィルタ設計は
、単一内部利得セッティングにおいて最適な動作のみが可能である。１５ｄＢか
ら３５ｄＢまでのような利得の幅広い範囲を有する増幅器に対する要求があるが
、各増幅器システムに対して各個々に設計されたフィルタは、各製造システムに
対して追加された費用を提供し、個々の製造を達成するための時間を要する（現
在は数ヶ月）。

【００３６】 従って、同じフィルタ設計、すなわち外部利得値の幅広い範囲を有する増幅器
を製造するために単一利得平坦化フィルタ設計を用いる手段を使用する間、その
システムの外部利得に対する値を正確にセットするための能力を提供する間、シ
ステム１０の外部利得構成のセッティングにおける幅広い変化を可能にする設計
を有することが望ましい。これは所望の外部利得を生成するために必要な利得値
よりも高い利得値を有するフィルタ２４を設計することで達成され、さらにシス
テム１０において、挿入損エレメントまたは所定の利得レベルに外部利得をセッ
ティングまたは調節可能な装置を含む。システム１０が構築されれば、外部利得
条件は監視される一方で同時に制御された内部損失を発生する。適切に配置され
る場合、内部損失は、システム雑音または信号出力入力に著しく影響を与えるこ
となく望まれる場合、外部利得条件を低くする。その利得は、利得不均一に関し
て小さな効果を有する５ｄＢまたはそれ以上の利得によって調節され得る。

【００３７】 内部損失を誘導することは、図９および図１０に示される装置で達成され得る
。この装置は、入力ステージ１２および出力ステージ１４間で、好適には、出力
ステージ１４のすぐ前にシステムファイバに対しマイクロベンディング（ｍｉｃ
ｒｏｂｅｎｄｉｎｇ）損失を提供する。これらの挿入損装置は高価でなく、これ
は高生産環境下で容易に行う調整および調整セットで所望な量の挿入損を容易に
調整する。２つの異なるアプローチは、図９および図１０の装置に図示され、両
方の場合において、損失はトラック内にシステムファイバを配置することで誘導
され、そのシステムファイバは、ファイバトレイを支持するシステム１０Ａに構
築され、そのファイバにマイクロベンドを提供し、所望の損失調節を達成後、そ
の場所に固定される。図９において、挿入損装置１２０は、セットスクリュー１
２６の使用を介して、ファイバマイクロベンド損失を提供する。セットスクリュ
ー１２６は、増幅器システムファイバトレイ１２４の端部に固定され、ファイバ
支持部材１２８は、ファイバトレイ１２４に対して固定された位置でファイバ１
２２を支持する。ファイバ１２２は、ファイバ１４の入力端部、またはファイバ
１４に融着接続した別のファイバであり得る。光損失の減衰レベルは、トレイ１
２４に対して内方向または外方向にセットスクリュー１２６を回転することで調
整され、それぞれファイバ１２２においてループ１２７を形成するための曲がり
量を増加または減少させ、それに応じて挿入損を増加または減少させる。装置１
２０は、エンドユーザ所望の利得条件の正確な要求に一致するため４．５ｄＢも
の大きさまでシステム１０Ａの平坦利得条件を調節するために使用される。

【００３８】 図１０に示されるように挿入損装置１３０は、外部ツールまたは備品１３３と
エポキシ１３５との使用を介してファイバマイクロベンディング損失を与える。
ファイバ支持部材１３８は、ファイバトレイ１３４に対して固定された位置で支
持する。ファイバ１３２は、ファイバ１４の入力端またはファイバ１４に対して
別のファイバ融着接続であり得る。光損失の減衰レベルは、ツール１３３によっ
てファイバループ１３７においてマイクロベンド量を調節することにより調節さ
れる。所望な損失の調節が達成される場合、エポキシ１３５は、ループ１３７に
おける位置および曲げ量を維持するために付与され、位置にしっかりと固定され
る。

【００３９】 他の機構が存在し、それが図９および図１０を観測に基づいて、ファイバに調
節可能な曲げを誘導することを含むことが当業者に明らかである。

【００４０】 本発明の特徴の重要な局面は、ファイバ１２２および１３２は、ファイバ１２
２および１３２がその装置に入る角度と同じ角度でマイクロベンド損失装置１２
０および１３２から出る。実験は、入口からマイクロベンド装置の出口まで均一
的でない場合、望ましくない分極依存損失（ＰＤＬ）が、マイクロベンドによっ
て引きおこされ得る事を示す。そのように引きおこされたＰＤＬは、ファイバ１
２２および１３２に対して作製されたベンドマイクロベンドループ１２７および
１３７の入口および出口ベンドが相反性、すなわち長さおよび曲率において同一
である場合も意味がない。

【００４１】 マイクロベンド損失装置１２０および１３０の他の重要な特徴は、実行するた
めに安価であり、システムファイバに対してスパイシング（ｓｐｉｃｉｎｇ）を
要求せず、製造しやすく、製造環境を調整しやすい。

【００４２】 図１１は、システム１０Ａの利得平坦化モデル結果を図示する。図１１におい
て、４つの飽和利得トーンは、λ＝１５３０，１５４０，１５５０，および１５
６０ｎｍにおいて図示される。利得スペクトルは、１４０（反伝播ポンピング群
６２Ａ−６２Ｃでないシステム１０Ａ）において１７．１ｄＢｍ出力を有するパ
ワーで２０チャネルに基づくシステムに対して、図８においてシステム１０Ａ図
示されたように２３．０ｄＢｍ出力を有する十分にアップグレードされた８０チ
ャネルシステムに対して、それぞれ示される。両方の場合において、利得平坦度
は、約０．２７ｄＢである。従って、増幅器システムおよび利得平坦化フィルタ
は特別に設計され、２０チャネルバージョンにおいて３×９７５±３ｎｍポンプ
レーザを有する基礎システム、ならびに３×９７５±３ｎｍポンプレーザおよび
動作の全波長バンドにわたって約５．５ｄＢの雑音指数を有する８０チャネルバ
ージョンにおいて１４７５±５ｎｍポンプレーザを有する図８に示された十分に
ポンプされたシステム、において利得平坦化を最適化する。

【００４３】 要約するとマルチステージ増幅器システム１０および１０Ａは、チャネル毎に
一定出力パワーを維持する間に、ポンプパワーをアップグレードするために存在
する、増加したチャネルローディングを有するシステムの単純化された設計を提
供する。これら前方監視増幅器システムにおいて優れた利得平坦化は、以下の組
み合わせによって達成される。 ・入力ステージプリ増幅器および２つのファイバ増幅器の混成を備える出力ステ
ージパワー増幅器を有する多数の希土類をドープしたステージであって、低雑音
指数および高出力パワーの最適妥協点を提供する。 ・入力および出力ファイバステージ間に配置された利得平坦化フィルタは、希土
類をドープしたファイバにおいて、適切に設計された波長依存性損失を導入する
ことによって利得の固有の非平坦化を補償し、有用な利得スペクトルにわたって
利得等化を達成する。そのフィルタは、ピーク損失およびバンド幅の変更を有す
るファイバ部においていくつかの分散長周期格子をカスケードすることで作製さ
れ、希土類をドープしたファイバの固有の非平坦化利得スペクトルの対照を形成
する。入力および出力ステージ間のフィルタ配置は、雑音指数およびパワー出力
間の最良の妥協である。そのフィルタの減衰は、フィルタ利得プロファイルの利
得ピークを提供することにより最小化され、大きさにおいて実質的にお互い等し
い。 ・入力および出力増幅器ステージ間のアイソレータの挿入は、後方ＡＳＥが入力
増幅器ステージの利得を減少させることを妨げる。それによって、高い利得を保
持し、その結果の低雑音指数、所定の利得平坦度を得る。 ・容易に有用な部品および結果として所定の、および増幅器利得平坦化に対して
ある同調可能性を有する利得平坦化フィルタの入力および出力ファイバ増幅器ス
テージイネーブル合成内で希土類ファイバ長さの適切な選択。 ・挿入損要素有するシステムにおける高内部利得を提供、または適切に設計され
または調整された内部利得損失を提供するシステムにおける装置を提供し、複数
の製造されたマルチステージ増幅器システムにわたって統合外部出力利得を達成
する。

【００４４】 本発明は、１つ以上の好適な実施態様と組み合わせて記載されてきたが、他の
代替、変動、改変は、本発明の精神および特許請求の範囲内に存在する場合、上
述の記載を考慮して当業者に明らかである。従って本明細書中で記載される本発
明は、以下の請求項の精神および請求の範囲内のそのような全ての代替、変動、
および改変を包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、共伝搬および逆伝搬ポンプアップグレードを提供するアップグレード
可能な、利得平坦化された、マルチステージファイバ増幅器システムを含む本発
明の第１実施態様の略図である。

【図２】 図１においてλ＝９７８±８ｎｍにおける共伝搬ポンプレーザ、多重化された
波長の出力スペクトルの略図である。

【図３】 図３は、図１の増幅器システムのための第１のアップグレード可能なポンプモ
ジュールの図である。

【図４】 図４は、図１の増幅器システムのための第２のアップグレード可能なポンプモ
ジュールの図である。

【図５】 図１の増幅器システムにおいて利得平坦化フィルタの減衰プロファイルのグラ
フ図である。

【図５Ａ】 修正した利得平坦化フィルタの減衰プロファイルのグラフ図である。

【図６】 図３のアップグレード可能なポンプモジュールと組み合わされたＤＷＤＭの出
力スペクトルのグラフ図である。

【図７】 図７は、図１に示される基礎増幅器システムの利得プロファイルのグラフ図で
ある。

【図８】 図８は、エンドユーザ要求を満たすためにシステムの外部利得を調整するため
の手段を備える、アップグレード可能な、平坦化された利得、マルチステージフ
ァイバ増幅器システムを含む本発明の第２実施態様の略図である。

【図９】 図９は、図８のシステムの外部利得を調整するための本発明のさらなる実施態
様の略図である。

【図１０】 図１０は、図８のシステムの外部利得を調整するための本発明のさらなる実施
態様の略図である。

【図１１】 図１１は、図８の２０チャネルバージョンおよび８０チャネルバージョンのた
めのモジュールされた利得プロファイルのグラフ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｊ 14/02 (31)優先権主張番号 ６０／０７５，７４４ (32)優先日 平成10年２月23日(1998．2．23) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (71)出願人 80 Ｒｏｓｅ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｗａｙ， Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ 95134−1365 Ｕ．Ｓ．Ａ． (72)発明者 グラブ， スティーブン ジー． アメリカ合衆国 メリーランド 21045， コロンビア， レースゲート ラン 5372 (72)発明者 ラトフ， ダニエル エイ． アメリカ合衆国 カリフォルニア 95112， サン ノゼ， ノース ９ティーエイチ ストリート 24 (72)発明者 メハイズ， デイビッド ジー． アメリカ合衆国 カリフォルニア 94087， サニーベイル， アシュクロフト ウェ イ 1538 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 KK30 PP07 YY17 5K002 CA10 CA13 DA02 FA01

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々が希土類ドープファイバを含み、かつ、各々が利得スペ
   クトル全体に亘って固有の利得プロファイルを有する、入力増幅器ステージ（１
   ２）および出力増幅器ステージ（１４）であって、該入力ステージがプリ増幅器
   を含み、該出力ステージがパワー増幅器を含む、入力増幅器ステージ（１２）お
   よび出力増幅器ステージ（１４）と、 出力が組み合わされて該入力および出力ステージ（１２、１４）にポンプパワ
   ーを供給する、第１の複数のポンプレーザ源（４０Ａ〜４０Ｄ）と、 を含むマルチステージファイバ増幅器システムであって、 該組み合わされたポンプ出力が分割（５０）されて、該入力増幅器ステージ（
   １２）と該出力増幅器ステージ（１４）とを、それぞれのファイバポンプファイ
   バ（４２Ａ〜４２Ｄ）と入力カプラ（３０、３６）とを介して、釣り合った状態
   でポンピングして該ポンプパワーを該ステージに送り出し、 すべての該増幅器ステージへの該ポンプパワーを釣り合った状態で増加させ、
   それにより、信号パワーが増加したときに、該増幅器ステージ内の希土類反転レ
   ベルと該利得プロファイルとを維持する、さらなるポンプパワー受け取る手段を
   さらに含むことを特徴とする、マルチステージファイバ増幅器システム。
2. 【請求項２】 前記ポンプパワーのほぼ半分が前記入力増幅器ステージに供
   給され、該入力増幅器ステージファイバの長さが、組み合わされた信号パワーが
   該入力増幅器ステージを飽和するまで駆動することを防止するために十分短い、
   請求項１に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
3. 【請求項３】 前記入力増幅器ステージと前記出力ステージとの間に連結さ
   れて、前記信号チャネル利得プロファイルを該入力増幅器ステージの所定の利得
   スペクトル全体に亘って均一にする、利得平坦化フィルタをさらに含む、請求項
   １に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
4. 【請求項４】 前記入力および出力増幅器ステージ間に、前記フィルタを迂
   回するように連結されて、該入力増幅器ステージからの超過ポンプ光を該出力増
   幅器ステージに直接連結する、ポンプ光バイパスファイバをさらに含む、請求項
   ３に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
5. 【請求項５】 前記ポンプパワーのほとんどが前記入力増幅器ステージに供
   給される、請求項１に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
6. 【請求項６】 前記入力および出力増幅器ステージ（１２、１４）間に設け
   られて、該入力増幅器ステージの利得帯域全体に亘って、フィルタ形状特性に低
   減衰を与える、利得平坦化フィルタ（２４）をさらに含み、 該入力増幅器ステージ（１２）が、実質的に完全に反転した状態にあり、複数
   のチャネル信号を入力として受け取るように連結されている、請求項１に記載の
   マルチステージファイバ増幅器システム。
7. 【請求項７】 前記入力増幅器ステージからの超過ポンプパワーが、前記出
   力増幅器ステージに送り出される、請求項６に記載のマルチステージファイバ増
   幅器システム。
8. 【請求項８】 前記入力増幅器ステージの超過ポンプパワーが、前記出力増
   幅器ステージの第１の部分に供給され、該出力増幅器ステージの第２の部分が、
   該ポンプパワーの該他の部分によってポンピングされる、請求項７に記載のマル
   チステージファイバ増幅器システム。
9. 【請求項９】 前記出力増幅器ステージの前記第１の部分が、前記システム
   内に中間の増幅器ステージを含む、請求項８に記載のマルチステージファイバ増
   幅器システム。
10. 【請求項１０】 前記利得平坦化フィルタの回りに設けられて、前記入力増
    幅器ステージからの超過ポンプパワーを前記出力ステージに向ける、光学バイパ
    スをさらに含む、請求項６に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
11. 【請求項１１】 前記入力および出力増幅器ステージ間に設けられた光学ア
    イソレータをさらに含む、請求項１０に記載のマルチステージファイバ増幅器シ
    ステム。
12. 【請求項１２】 出力が組み合わされて、逆伝搬ポンプパワーを供給するよ
    うに、前記出力増幅器ステージの出力に連結された入力コネクタを介して、該出
    力増幅器ステージをポンピングするポンプパワーを供給する、第３の複数のポン
    プレーザ源をさらに含む、請求項６に記載のマルチステージファイバ増幅器シス
    テム。
13. 【請求項１３】 前記第３の複数のポンプレーザ源が、出力が前記出力増幅
    器ステージ入力コネクタに連結された、カスケードラマン共振器をポンピングす
    るファイバレーザを含む、請求項１２に記載のマルチステージファイバ増幅器シ
    ステム。
14. 【請求項１４】 前記入力増幅器ステージの長さが、実質的に完全な反転状
    態を維持するように選択される、請求項６に記載のマルチステージファイバ増幅
    器システム。
15. 【請求項１５】 各々が希土類ドープファイバを含み、かつ、利得スペクト
    ル全体に亘って固有の利得プロファイルを有する、入力増幅器ステージ（１２）
    および出力増幅器ステージ（１４）と、 出力が組み合わされて該入力（１２）および出力（１４）増幅器ステージにポ
    ンプパワーを供給する、複数のポンプレーザ源（４０Ａ〜４０Ｄ）と、 該入力および出力（１４）ステージ間に設けられて、該入力増幅器ステージ（
    １２）の所定の利得スペクトル全体に亘って利得平衡化を与える、利得平坦化フ
    ィルタ（２４）と、 を含むマルチステージファイバ増幅器システムであって、 該利得平坦化フィルタ（２４）の減衰（主要減衰ピークのうちの少なくとも２
    つ）が、実質的に同一の大きさを有し、該少なくとも２つの主要減衰ピークが、
    該入力増幅器ステージ（１２）の２つの利得ピークに合致することを特徴とする
    、マルチステージファイバ増幅器システム。
16. 【請求項１６】 前記フィルタが、長期ファイバグレーティングフィルタで
    ある、請求項１５に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
17. 【請求項１７】 前記希土類ドープファイバが、Ｅｒドープシリカファイバ
    であって、該フィルタの該利得プロファイルピークが約１５３２ｎｍおよび１５
    ５５ｎｍである、請求項１５に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
18. 【請求項１８】 前記入力および出力ステージ間にあって、前記入力ステー
    ジへのＡＳＥフィードバックを防止するアイソレータをさらに含む、請求項１５
    に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
19. 【請求項１９】 該入力および出力増幅器ステージ間にあって、前記増幅器
    システムからの外部利得出力を所定の利得レベルに調整するように該増幅器シス
    テムの内部利得損失を制御する、挿入損装置をさらに含む、請求項１５に記載の
    マルチステージファイバ増幅器システム。
20. 【請求項２０】 前記挿入利益損装置が、前記増幅器システム内の損失の量
    に対する調整可能性を有する、請求項１９に記載のマルチステージファイバ増幅
    器システム。
21. 【請求項２１】 前記増幅器システムに接続可能であって、該ステージに供
    給されたポンプパワーを増加させ、それによって、チャネル毎に均一な利得を維
    持しながらチャネル容量の増加を可能にする、第２の複数のポンプレーザ源をさ
    らに含む、請求項１５に記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
22. 【請求項２２】 前記第２の複数のポンプレーザ源が、前記増幅器システム
    の設置時に接続可能である、請求項２１に記載のマルチステージファイバ増幅器
    システム。
23. 【請求項２３】 前記入力および出力増幅器ステージ間に、前記フィルタを
    迂回するように連結されて、該入力増幅器ステージからの超過ポンプ光を該出力
    増幅器ステージに直接連結する、ポンプ光バイパスをさらに含む、請求項１５に
    記載のマルチステージファイバ増幅器システム。
24. 【請求項２４】 各々が希土類ドープファイバを含み、かつ、利得スペクト
    ル全体に亘って固有の利得プロファイルを有する、入力増幅器ステージ（１２）
    および出力増幅器ステージ（１４）と、 出力が組み合わされて該入力および出力増幅器ステージ（１２、１４）にポン
    プパワーを供給する、複数のポンプレーザ源（４０Ａ〜４０Ｄ）と、 該入力および出力ステージ（１２、１４）間に設けられて、該入力増幅器ステ
    ージの所定の利得スペクトル全体に亘って利得平衡化を与える、利得平坦化フィ
    ルタ（２４）と、 を含む、マルチステージファイバ増幅器システムであって、 主要減衰ピークの少なくとも２つに関して、一方の減衰ピークが他方の減衰ピ
    ークに対して最小化するように、該利得平坦化フィルタ（２４）の減衰が最小化
    され、該入力増幅器ステージ（１２）のドープファイバの長さが、２つの利得ピ
    ークを生成するように適合され、一方の利得ピークが他方の利得ピークに対して
    最小化され、該最小化された減衰ピークに対応することを特徴とする、マルチス
    テージファイバ増幅器システム。
25. 【請求項２５】 信号ハンド全体に亘る前記利得フィルタの損失が５ｄＢ以
    下である、請求項１５または２４に記載のマルチステージファイバ増幅器システ
    ム。