JP2005520323A - ディプレスト型屈折率分布を有するファイバ増幅器を用いた通信システム及び帯域分割増幅装置 - Google Patents
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Abstract
Description
に挟んでSバンドEDFAを製造することを示唆している。例えば、石川らはSバンドEDFAを5段のシリカベースのEDFA及び4つのASE抑制フィルタをカスケード接続することにより製造する方法を、非特許文献2(ECOC−2001, Post Deadline Paper)に掲載の石川らによる「分布ラマン増幅器を備える新規の1500nmバンドEDFA」と題する論文に記載している。石川らによる実験設定では、各EDAの長さは4.5メートルである。1.53μmでの各抑制フィルタの吸収は約30dBであり、そして1.48μm及び0.98μmでの各抑制フィルタの挿入損失はそれぞれ約2dB及び約1dBである。励起構成は双方向であり、0.98μmの波長を使用してD≧0.7(Dは相対反転)を超える大きな反転分布を維持する。順方向及び逆方向励起電力は同じであり、そして合計励起電力は480mWである。石川らは、1518.7nmで25dBの最大利得、9dBの利得傾斜を示している。
13, No. 1, January 2001, pg.31−33及びそこに引用される文献)に掲載の笠松直史による「1.48〜1.51μm波長領域WDM信号用の利得シフトデュアル波長励起型ツリウム添加ファイバ増幅器」のような文献を参照されたい。良好な光学性能がTDFAを使用して得られてきたが、この性能は、複雑で、非標準の、及び/又は高価な励起方式を使用することによってのみ可能であった。また、TDFAはこれらの増幅器のフッ化ファイバ母材に固有の問題を有する、すなわちファイバコストが高く、信頼性が低く、さらに増幅器システムの他の部分で使用する標準シリカファイバとの溶着(スプライシング)が困難である、ということである。
本発明の別の目的は、広帯域ファイバ増幅器を設計する方法を提供することにある。
して、第1及び第2セクションを分離して装置の独立分岐を形成することができる。
ァイバ10にロールオフ損失曲線を生じさせる原理を概説することにより最も良く理解できると考えられる。図1は、ディプレスト型屈折率分布クラッド14により囲まれたコア12を有するファイバ10の断面の一部を示す図である。ディプレスト型屈折率分布クラッド14は副クラッド16に囲まれる。コア12は、ディプレスト型屈折率分布クラッド14及び副クラッド16と同じ円形断面を有する。コア12の領域Iは0≦r≦r0の範囲で延びており、ディプレスト型屈折率分布クラッド14及び副クラッド16は、r0≦r≦r1及びr≧r1の範囲で延びる領域II,IIIを占める。コア12は屈折率n0を、ディプレスト型屈折率分布クラッド14は屈折率n1を、そして副クラッド16は屈折率n2を有する。ファイバ10の部分断面の上方に位置するグラフは、ファイバ10のW字型屈折率分布を定義する平均屈折率分布20を示している。本実施形態では、ファイバ10はシングルモードファイバである。
計される場合、及び遮断が、長波長側での損失増加が有効断面積の増大により生じる利得の増加を上回るように選択される場合である。この技術により、約1.6〜1.8ミクロンの波長範囲の有用な増幅器を構成することができる。電気通信ファイバはこの波長範囲で高い透過性を示すので、この波長範囲で動作する増幅器が非常に望ましいと考えられる。
及びкは境界条件を使用して求めることができ、この境界条件では、ψ及びその一次導関数が共にr0及びr1で連続であることが必要である。
第3に、図3から、sが大きな値の場合、xの値のsに対する依存性が非常に小さいことがわかる。従って、ファイバをパラメータ空間のこの領域に設定することができれば利点が生じる。何故なら、sにエラーを生じさせる製造欠陥があっても基本モードの遮断波長λcの値に対する影響が小さいからである。従って、関係式s≧1+1/ρ、または屈折率で表わした次の関係を使用すれば便利である。
基本モードの遮断波長λcは、領域Iに局在する固有モードに対応する最大波長である。上記遮断波長λcを超える波長の損失は、例えば(i)局在しないが入射波及び出射波を含むモードに関して解き、(ii)各波長に関して解いて最小出射強度を有するモードを求め、そして(iii)この出射強度を使用して損失を推定することにより、求めることができる。上述のように、損失を計算するためには他の方法もこの技術分野の当業者は使用することができる。従って一般的に、所望の基本モードの遮断波長λcを有し、所望の損失を示すファイバ10は、コア12、ディプレスト型屈折率分布クラッド14及び副クラッド16の有効断面積及び屈折率を調整する操作と等価である分布n(r,θ)の調整操作により設計することができる。
屈折率n0の値は、長波長帯域46内の高利得ピーク48に設定される遮断波長λc近傍にロールオフ(ファイバの劈開端面の欠陥)による損失を表わすロールオフ損失曲線38が得られるように選択する。特に、ロールオフ損失曲線38は、Sバンド内の正の利得よりもかなり小さい損失を生じさせながら、長波長帯域46内の高利得と少なくとも同レベルの損失を生じさせるように選択する。ロールオフ損失曲線38が遮断波長λcよりも短い波長の左側で急激に小さくなる、または正の大きな傾斜を示すので、ロールオフ損失曲線38は、分布44で示す正の利得よりも低いレベルにまで下がる。従って利得は、斜線領域50で良く見えるようにしたように、損失をSバンド42全体に渡って超える。好適には、ロールオフ損失曲線38は、利得が短波長帯域42内で損失を少なくとも5dBだけ超えるようになる。適切なロールオフ損失曲線を選択する操作に関するさらに詳細な情報に関しては、読者は2002年3月8日出願の特許文献4(米国特許出願10/095,303)を参照されたい。
断面積及び屈折率n0,n1及びn2は、本発明の方法に従って選択して、遮断波長λcを1525nm近傍に設定する。換言すれば、遮断波長λcはSバンド42と、長波長帯域46またはCバンド及びLバンドとの間の波長になるように選択する。
を結合させ、そしてこれらを出力して増幅器122を通過させ、光信号104の増幅を行なう機能を有するWDM結合器とすることができる。本実施形態では、増幅器122は第2EDFAであり、そして長波長帯域106はCバンドをカバーする。結合器124は適切であればどのような光スプリッタであっても良く、例えば信号104を2つの信号104A及び104Bに分離する機能を有するWDM結合器とすることができる。本実施例では、結合器124は50/50WDM結合器であり、この結合器により信号104は等しい強度及びスペクトル分布を有する信号104A,104Bに分離される。別の構成として、異なる分離比を有する結合器、または短波長帯域108を長波長帯域106から分離する帯域合成器を使用することができる。
第1EDFA138は、上述の手順に従って構成することにより短波長帯域108、すなわち本実施形態のSバンドの信号104Bを増幅する。励起光源140を設けて第1EDFA138に向けられる励起放射142を生成する。励起光源140は励起波長λp=980nmの励起放射を放出するダイオードレーザである。入力ファイバ144及び結合器146を設けて励起放射142を第1EDFA138に送り込む。結合器146は、信号104Bが伝搬する方向の反対側から励起放射142が送り込まれるように接続される。換言すれば、励起放射142は第1EDFA138の信号104Bの伝搬方向と逆の方向に伝搬する。ここで、全ての残留励起放射142’がセグメント118に戻る方向に伝搬するのを結合器134が、そしてアイソレータ136も阻止する。励起放射が逆方向に伝搬することによって励起光入力から信号光出力への変換効率が増幅器138によって非常に高くなる。
ることができ、そして増幅器の正味利得も逆方向伝搬ASEを無くすことにより大きくすることができ、この場合の逆方向伝搬ASEは対策を講じなければ増幅器の電力を消費して反転分布を消滅させ、従って増幅器を飽和させてしまう。
Claims (34)
- a)光信号の長波長帯域を増幅する第1セクションと、
b)該光信号の短波長帯域を増幅するためのファイバ増幅器を有する第2セクションと、を備え、該ファイバ増幅器は、
1)コア断面積及び屈折率n0を有するコアと、
2)同コアに添加される活性材料と、
3)同コアを取り囲み、ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積及び屈折率n1を有するディプレスト型屈折率分布クラッドと、
4)同ディプレスト型屈折率分布クラッドを取り囲み、副クラッド断面積及び屈折率n2を有する副クラッドと、
5)前記活性材料を励起して大きな相対反転分布Dを形成して、前記活性材料が前記短波長帯域で正の利得を示し、そして前記長波長帯域で高利得を示す励起光源と、を含み、
前記コア断面積、前記ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積、及び前記屈折率n0,n1及びn2は、遮断波長λc近傍にロールオフ損失曲線を生成するように選択され、同ロールオフ損失曲線は前記長波長帯域の前記高利得と少なくとも同程度の損失、及び前記短波長帯域の前記正の利得よりも非常に小さい損失を示す、帯域分割増幅装置。 - 前記活性材料はエルビウムであり、このエルビウムによって前記ファイバ増幅器が第1エルビウム添加ファイバ増幅器となる、請求項1記載の帯域分割増幅装置。
- 前記短波長帯域は少なくともSバンドの一部を含み、そして前記長波長帯域は少なくともCバンドの一部を含み、そして前記遮断波長λcは前記Sバンドと前記Cバンドとの間のクロスオーバー波長に設定される、請求項2記載の帯域分割増幅装置。
- 前記長波長帯域はさらに、少なくともLバンドの一部を含む、請求項3記載の帯域分割増幅装置。
- 前記遮断波長は約1530nmに設定される請求項3記載の帯域分割増幅装置。
- 前記第1セクションは第2エルビウム添加ファイバ増幅器を含む請求項1記載の帯域分割増幅装置。
- 前記活性材料はエルビウムであり、このエルビウムによって前記ファイバ増幅器が第1エルビウム添加ファイバ増幅器となる、請求項6記載の帯域分割増幅装置。
- さらに、励起放射を前記第1エルビウム添加ファイバ増幅器及び前記第2エルビウム添加ファイバ増幅器に送り込む共通励起光源を備える、請求項7記載の帯域分割増幅装置。
- 前記共通励起光源は約980nmの前記励起放射を放出するレーザダイオードである請求項8記載の帯域分割増幅装置。
- 前記第1セクション及び前記第2セクションは重複セグメントを共有する請求項1記載の帯域分割増幅装置。
- 前記重複セグメントは前記長波長帯域を増幅する第2エルビウム添加ファイバ増幅器を含む請求項10記載の帯域分割増幅装置。
- 帯域分割増幅装置を使用して帯域分割増幅を行なう方法であって、
a)光信号の長波長帯域を増幅する第1セクションを設ける工程と、
b)前記光信号の短波長帯域を増幅するためのファイバ増幅器を有する第2セクションを設ける工程と、であって、同ファイバ増幅器は、
1)コア断面積及び屈折率n0を有するコアを設ける工程と、
2)活性材料を該コアに添加する工程と、
3)該コアの周りに、ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積及び屈折率n1を有するディプレスト型屈折率分布クラッドを設ける工程と、
4)同ディプレスト型屈折率分布クラッドの周りに、副クラッド断面積及び屈折率n2を有する副クラッドを設ける工程と、
5)遮断波長λc近傍にロールオフ損失曲線を生成し、同ロールオフ損失曲線が前記長波長帯域の高利得と少なくとも同程度の損失、及び前記短波長帯域の正の利得よりも非常に小さい損失を示すように前記コア断面積、前記ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積、及び前記屈折率n0,n1及びn2を選択する工程と、により構成される方法。 - さらに、エルビウムを前記活性材料として選択することにより前記ファイバ増幅器が第1エルビウム添加ファイバ増幅器となる、請求項12記載の方法。
- さらに、前記第1エルビウム添加ファイバ増幅器を後方励起する、請求項13記載の方法。
- さらに、前記第1セクションに、前記長波長帯域を増幅するための第2エルビウム添加ファイバ増幅器を設ける、請求項12記載の方法。
- さらに、エルビウムを前記活性材料として選択することにより前記ファイバ増幅器が第1エルビウム添加ファイバ増幅器となる請求項15記載の方法。
- さらに、前記第1エルビウム添加ファイバ増幅器及び前記第2エルビウム添加ファイバ増幅器を共通励起光源により双方向励起する請求項16載の方法。
- 前記共通励起光源は約980nmの励起放射を送り込む請求項17記載の方法。
- 前記短波長帯域は少なくともSバンドの一部を含み、そして前記長波長帯域は少なくともCバンドの一部を含み、そして前記遮断波長λcはSバンドとCバンドとの間のクロスオーバー波長に設定される請求項12記載の方法。
- 前記長波長帯域はさらに、少なくともLバンドの一部を含む、請求項19記載の方法。
- 前記遮断波長λcは約1530nmに設定される請求項19記載の方法。
- a)Sバンド波長の信号を供給するための信号源と、
b)該信号を増幅するファイバ増幅器と、を備え、同ファイバ増幅器は、
1)エルビウムが添加され、コア断面積及び屈折率n0を有するコアと、
2)同コアを取り囲み、ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積及び屈折率n1を有するディプレスト型屈折率分布クラッドと、
3)同ディプレスト型屈折率分布クラッドを取り囲み、副クラッド断面積及び屈折率n2を有する副クラッドと、
4)前記コアに含まれるエルビウムを励起して大きな相対反転分布Dを形成して前記活性材料が前記Sバンドで正の利得を示し、同Sバンドよりも長い長波長帯域で高利得を示す励起光源と、を含み、
前記コア断面積、前記ディプレスト型屈折率分布クラッド断面積、及び前記屈折率n0
,n1及びn2は、前記長波長帯域の前記高利得と較べて少なくとも同程度の損失、及び前記Sバンドの正の利得よりも非常に小さい損失が生じるように選択される、光通信システム。 - 前記ファイバ増幅器は、プリアンプ、パワーブースト増幅器、インライン増幅器から成るグループから選択される増幅器である請求項22記載の光通信システム。
- 前記光通信システムは波長分割多重(Wavelength−Division−Multiplexed)通信システムである請求項22記載の光通信システム。
- 前記ファイバ増幅器は、プリアンプ、パワーブースト増幅器、インライン増幅器から成るグループから選択される増幅器である請求項24記載の光通信システム。
- さらに、
a)通信ファイバと、
b)前記信号を前記通信ファイバを通して多重化する波長分割マルチプレクサ(Wavelength−Division−Multiplexer)と、
c)前記信号を逆多重化する波長分割デマルチプレクサ(Wavelength−Division−Demultiplexer)と、を備える請求項24記載の光通信システム。 - 前記ファイバ増幅器は、前記波長分割デマルチプレクサの後段に設置されるプリアンプである請求項26記載の光通信システム。
- 前記ファイバ増幅器は、前記波長分割マルチプレクサと前記波長分割デマルチプレクサとの間に設置される請求項26記載の光通信システム。
- 前記ファイバ増幅器は、プリアンプ、パワーブースト増幅器、インライン増幅器から成るグループから選択される増幅器である請求項28記載の光通信システム。
- 前記信号源はレーザアレイに属するレーザからなる請求項24記載の光通信システム。
- 前記長波長帯域は、少なくともCバンドまたはLバンドの一部を含む請求項22記載の光通信システム。
- 前記励起光源は約980nmの励起放射を放出するレーザダイオードである請求項22記載の光通信システム。
- 前記信号は情報搬送信号である請求項22記載の光通信システム。
- 前記ファイバ増幅器は前記Sバンドのサブバンドを増幅するように調整される請求項22記載の光通信システム。
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