JP2005534997A - 多段式ラマン増幅器 - Google Patents
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Abstract
ラマン増幅器が、互いに直列に配置された少なくとも第1と第2の光学的ラマン動作ファイバを有する。第1のポンプ光源が第1のラマン動作ファイバに接続され、かつ第1のグループの周波数を含む第1のポンプ放射を発光して第1のラマン動作ファイバ内へと結合させるように構成される。第2のポンプ光源が第2のラマン動作ファイバに接続され、かつ第2のグループの周波数を含む第2のポンプ放射を発光して第2のラマン動作ファイバ内へと結合させるように構成される。前記第1および第2のグループの周波数全体はラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる。前記第1および第2のグループの周波数の各々の最小および最大の周波数は互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なる。
Description
本発明は、多段式ラマン増幅器内で光信号を増幅するための方法、および多段式ラマン増幅器に関する。特に、本発明は集中型の多段式ラマン増幅器内で光信号を増幅するための方法、および集中型の多段式ラマン増幅器に関する。
単一の光ファイバ上で送信されることが可能な高密度波長分割多重(DWDM)信号の最大数は過去数年にわたって急速に増大してきた。信号あたりのデータ転送率の上昇と結び付いたこの傾向は、データ通信およびインターネットのような用途を維持するためにそのような光ファイバを通って伝搬する信号パワーの量の深刻な増大につながってきた。これは、大きな帯域幅と、そのようなシステムに使用される光増幅器から得られる高い出力パワーの同時的要求を作り出した。
エルビウムをドープされたファイバ増幅器(EDFA)は比較的成熟した技術である。しかしながら、そのような増幅器が作り出し得る帯域幅の量はそのようなデバイス内で光学的利得を生じさせるエルビウム原子の物理学によって根本的に制限される。
ラマン増幅器はEDFAに対する代替選択肢を提供し、帯域幅設計におけるそれらの独特の柔軟性および高出力ポンプモジュール技術の増大する成熟度のせいでDWDMシステムで最近多くの注目を引き付けている。ラマン増幅器はいくつかの利点を提供し、すなわち低ノイズ、信号波長の柔軟的な使用法(なぜならばラマン利得のピークはドーパントの放出断面積に依存するのではなく、主にポンプ波長に依存するからである)、および広い利得帯域幅(多数のポンプが使用されることが可能である)である。特に、多数波長のポンピングは平坦なラマン利得が達成され得る波長範囲を拡大することを可能にし、そのような増幅器の全体的利得プロファイルは各々の個別ポンプから得られる寄与の重ね合わせで構成される。
他方で、増幅器およびそれらを使用するシステムの設計では多くの因子が考慮されるべきである。例えばポンプからポンプへのパワー伝達、信号から信号へのパワー伝達、ポンプの損耗、二重レイリー散乱(DRS)および増幅器の自然発生的ノイズといったいくつかの主要な因子の完全な理解が要求される。H.Kidorfらは彼らの論文「Pump interactions in a 100−nm Bandwidth Raman amplifier」,IEEE Photonics Technology Letters,vol.11,no.5,pag.530−2(1999)の中で上記にリストアップした因子に影響を及ぼすすべての物理学特性をシミュレートするコンピュータモデルを開示している。コンピュータモデルは微分方程式に数字で解を与える。100−nmの帯域幅を備え、かつ最小限の利得変動を備えた分散型ラマン増幅器を設計するために著者らはそれらのモデルを使用した。1nm/チャネルに間隔を置かれた100チャネルについて50mWの合計出力パワーを有するように増幅器は設計された。増幅器の使用目的は純シリカのコアのファイバで作製された(10000km伝送を意図された)45−kmファイバ長さの補償、それに加えて内部損失(WDMカプラ、アイソレータなど)を補償するための余分の3dBである。最初の試みで、著者らは1432nmおよび1516nmの間に8つのポンプを等間隔に置くことを試みた。半導体のポンプで増幅器を導入することを目的として、ポンプあたりの最大ポンプ出力120〜130mWが選択された。著者らによると、この最も単純な設計の結果は極めて粗末な増幅器であった。パワーが低波長ポンプから高波長ポンプへと伝達されることに起因する増幅器の利得変動は10.5dBであった。高波長ポンプに付加されたパワーはさらに高い信号波長で過剰の利得を生じさせた。繰り返しのモデル化を通じて、低波長での大きなエネルギー密度が高波長ポンプと低波長信号の両方にポンプ出力を与えるポンプの仕組みにたどり着いた。ポンプのスペクトル密度を適切に釣り合わせることによって、1.1dBのピーク・トゥ・ピーク利得リップルを備えた増幅器が設計された。
多重波長ポンピングを使用して広い帯域幅で平坦なラマン利得を得るための別の知られている手法は、所望の利得プロファイルを達成するために各々の寄与の大きさを慎重に選択することである。例えば、P.M.Krummrichらは「Bandwidth limitations of broadband distributed Raman fiber amplifiers for WDM systems」,OFC2001,vol.1 pag.MI3/1〜3でポンプの相互作用の影響を数字と実験の両方で分析している。彼らの数字モデルは伝送ファイバ内のポンプおよび信号の放射の伝搬を説明する微分方程式の結合セットを積分することによってはたらく。実験に関すると、著者らは多チャネルのポンプユニットを使用する。1409〜1513nmの波長範囲のポンプの放射は高出力レーザダイオードによって作り出され、WDMカプラによって組み合わされた。さらに特定すると、1530〜1605nmの波長範囲で平坦な利得を達成するために7つのポンプが反対方向ポンプ構成で使用され、以下のポンプ波長のセット、すなわち1424、1438、1453、1467、1483、1497、および1513nmであった。10dBの平均利得、および0.5dB未満の利得変動を達成するように発射パワーが調節された。著者らによると、ポンプの相互作用の最も強い影響は最短および最長の波長を伴なうチャネルで観察される可能性がある。1424nmのポンプチャネルは11dBの追加的な損失を受け、1513nmのチャネルは7dBの利得を受ける。さらに、著者らによると、全体的な利得は増大するはずであり、ポンプ間のエネルギー伝達のせいでいずれのポンプダイオードの出力パワーがどの程度の量で増大するかを予想することは極めて難しい。ポンプの相互作用の強い影響およびその結果として生じる利得勾配に起因する10dBよりも高い利得値に関すると、ポンプレーザ出力パワーのいずれかが増大するならば長波長側の利得は常に短波長側の利得よりも強く増大する。著者らによると、この効果は75nmの信号波長範囲について平坦な利得の最大値を約19dBに制限する。
別の数字モデルがX.Zhouらの「A Simplified Model and Optimal Design of a Multiwavelength Backward−Pumped Fiber Raman Amplifier」,IEEE Photonics Technology Letters,vol.13,no.9,pag.945〜7(2001)に開示されている。著者らはポンプパワーの進展に関する閉形式の分析的表現を得ている。得られた分析的表現に基づいて、小信号の光学的利得および雑音指数を計算するための式がその後提示されている。ポンプの最適化設計に開発されたモデルの応用法もまた検討されている。平坦な利得を有する広帯域の光増幅器のための設計を獲得するために、著者らは次のパラメータ、すなわち最大ポンプ光周波数214.2THz(1400nm)、最小ポンプ光周波数200THz(1500nm)、ポンプ周波数でのファイバ損失0.3dB/km、信号周波数でのファイバ損失0.2dB/km、ファイバ長10km、必要な利得20dB、チャネルの数100(1nmの分離で1510から1610)、ファイバの実効面積50μm2を使用している。3つのポンプ波長を考慮することによって、著者らは最適ポンプ波長1423、1454、および1484nm、およびそれらにそれぞれ対応する最適ポンプパワー1.35、0.19、および0.20Wを得ている。6つのポンプ波長を考慮することによって、著者らは最適ポンプ波長1404、1413、1432、1449、1463、および1495nm、およびそれらにそれぞれ対応する最適ポンプパワー0.68、0.6、0.44、0.19、0.076、および0.054Wを得ている。ポンプ光源の数を増加させることによって利得のリップルが確実に圧縮され得ることが示されている。しかしながら、6ポンプ増幅器のノイズ性能は3ポンプ増幅器のそれよりも明らかに悪い。著者らによると、これは6ポンプの増幅器が一層高い波長(1495nm)のポンプを有するせいである。さらに特定すると、この論文の図1は6ポンプ増幅器について1510nmの約7.5dBから1610nmの約4dBの範囲の雑音指数を示している。他方で、この論文の図1は3ポンプ増幅器について全体の波長範囲で約5dBの利得変動を示している。
米国特許出願第2002/0044335号は、少なくとも20%の信号パワー変換効率へのポンプを提供するラマン増幅領域を備えた光伝送回線を含む増幅装置を開示している。このラマン増幅領域は少なくとも30nmの波長範囲にわたって、好ましくは少なくとも50nmの波長範囲にわたって、さらに好ましくは少なくとも70nmの波長範囲にわたって多数の波長で信号を増幅するように構成される。ポンプ光源は光伝送回線に連結される。入力光信号はラマン増幅領域で増幅され、入力光信号よりも少なくとも100mW多くのパワーを有する出力信号が作り出される。開示された1つの実施形態では、増幅装置はLucent DK−20分散補償ファイバを利用して105nmにわたって3.2dBを超える利得を有した。ファイバの両端で1dBの損失が存在すると想定された。このファイバは1396、1416、および1427nmで250mW、1450nmで150mW、1472nmで95mW、および1505nmで75mWのポンプ処理を受けた。1520、1530、1540、1550、1560、1570、1580、1590、1600、および1610nmでの10個の入力信号は12mWのパワーを有し、ポンプ波長に関して反対方向に伝搬していた。44335号特許出願の図6は1520nmで約7.5dBから1610nmで約6dBまでの範囲にある増幅器の雑音指数を示している。「全帯域ラマン増幅器」として開示された実施形態では、増幅器は2つのラマン増幅領域を備えた伝送回線を含む。2つのWDMが設けられる。短い信号波長はラマン増幅領域のうちの1つの中で他よりも多くの利得を受けることが可能である。それらラマン増幅領域の間に減衰部材が配置されることが可能である。この減衰部材はアドドロップマルチプレクサ、利得等化素子、光アイソレータ、または分散補償素子のうちの少なくとも1つを有する可能性がある。一方のWDMは第1のポンプ光源によって供給されるポンプ波長の第1のセットを受け、2つの増幅領域の間にあるWDMは、光信号に利得を与え、かつポンプ波長の第1のセットの少なくとも一部から光エネルギーを抽出することが可能なポンプ波長の第2のセットを受ける。波長の第2のセットは第2のポンプ光源によって供給される。2つの増幅領域の間にあるWDMは信号波長ならびにポンプ波長の第1のセットの少なくとも一部を2つのラマン増幅領域の間で実質的に通すことが可能である。著者らによると、全帯域ラマン増幅器の利得平坦度は利得平坦化フィルタによって、および/またはポンプ波長、ポンプパワー、ポンプの数、およびラマン利得ファイバの長さによって最適化されることが可能である。
日本特許出願番号2001−109026号は光増幅媒体としてテルライトガラスを使用するファイバのラマン光増幅器を開示している。さらに特定すると、長さがそれぞれ150mである3本のテルライトファイバおよび波長がそれぞれ1370nm、1400nm、および1430nmである3つの励起光源を使用し、3つのユニットを連結することによって構成されるファイバのラマン増幅器を開示しており、そこではテルライトガラスファイバと励起光源はそれぞれ直列に組み合わされ、増幅器は励起光のそれぞれの入力パワーを200mW(合計で600mW)にすることによって励起される。1.5から1.6μmへと延びる100nmの帯域内で23dB以上の利得が得られる。
ラマン増幅器に関するさらなる問題は、熱的ノイズおよびファイバの減衰係数の波長依存性に加えてポンプからポンプへと刺激されるラマン散乱のせいで、後ろ方向でかつ多重波長のポンピングの仕組みが短い波長の信号に関してさらに大きな雑音指数に結び付くことである。C.R.S.Fludgerらは「Fundamental Noise Limits in Broadband Raman Amplifiers」,OFC 2001,MA5/1〜3でシリカ−ゲルマニアを主成分とする広帯域の個別ラマン増幅器が量子限界よりも有意に大きな雑音指数を有するであろうことを示している。著者らによると、個別ラマン増幅器では雑音指数の波長依存性4つの主要因子によって決定される。これらは利得スペクトルおよび増幅器入力部での構成部品による損失を含む。また、誘導ラマン散乱(SRS)も短波長ポンプから長波長ポンプへとパワーを伝達するであろう。最後に、雑音指数もまた基底状態のフォノンの熱的分布に起因して増大した自然発生的発光によって影響を受けるであろう。特に、もしもポンプが密な間隔の信号に多量の利得を与えると、過剰の自然発生的ノイズに大幅な増大が生じるであろう。もしもそのポンプによって与えられる利得の全ポンプから得られる合計利得全部に対する比が小さい場合、雑音指数は3dBになる傾向があるであろう。著者らは5波長でポンプ処理された個別ラマン増幅器について最良の達成可能な内部雑音指数を評価している。各々のポンプから得られる相対的利得は1495nmの最高ポンプ波長および1500nm付近の最低信号を伴なう最も広く、かつ最も平坦なスペクトルを与えるように選択された。短い信号波長での合計利得の実質的な量が1495nmのポンプによって与えられるので信号がポンプに近くなると増大した自然発生的発光が生じることが示されている。室温では増幅器の内部雑音指数は、1520より下で5と6dBの間である。しかしながら、いったんファイバの損失、および増幅器入力部での構成部品の挿入損失が含まれると増幅器の合計の雑音指数はこれよりも大きくなるであろう。
S.Kadoらは「Broadband flat−noise Raman amplifiers using low−noise bidirectionally pumping source」,ECOC 2001で、CおよびL帯域にわたってラマン利得と光学的雑音指数の両方で同時に0.7dB未満の平坦度を実現する最適化された双方向ポンピングの仕組みを提案し、実験的に実証している。提案された方法に関して順方向ポンピングを使用するために、低い相対強度雑音(RIN)を有する新しいタイプのポンプレーザもまた開発される。そのようなレーザは波長安定化された多モードのポンプレーザであり、そのレーザチップは3つを超える縦モードを選択するためにレーザキャビティに沿って内部グレーティング層を有する。開発されたレーザのRINは通常のファイバのブラッグ・グレーティング安定化レーザよりも20dB以上低い。著者らによると、この開発は粗末なRIN特性に起因して信号品質を大幅に損なうことなく、順方向のポンピングの仕組みを使用することを可能にする。
上記で提示されたようなラマン増幅器の知られている構造は広い波長範囲で高く、かつ平坦な利得を達成することが可能である。しかしながら、これは短い信号波長で高い値、および長い信号波長で低い値を有する不均衡な雑音指数と調和する(Kadoらによって開示された、平坦な雑音指数を得るために特別なタイプのポンプレーザを使用する増幅器を除く)。この出願人は、ラマン増幅器を有するいくつかの光システムの構造では短い信号波長での高い雑音指数が問題を生じさせ、短い信号波長の少なくとも一部がシステムの仕様から外れる危険性があり得ることに注目する。
さらに、ラマン増幅器の知られている構造、特に広い帯域の波長で平坦な利得を達成するそれらは、通常、短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギー伝達に起因して、短いポンプ波長に関して極めて高いパワー値(500mWを超える)を使用する。出願人はこれが最適の解決策ではないことに注目する。実際上、500mWを超えるパワーの発光を有する半導体レーザは現在市場では入手困難であり、かつ/またはコストが高く、それにより、低いパワーの発光を有する多数のレーザが使用されなければならない。結果として、増幅器全体のコストおよび/またはポンプ光源によって占められるスペースは不都合なことに増大する可能性がある。
出願人は、多重波長でポンプ処理され、高利得で広帯域のラマン増幅器で特別なタイプのレーザを使用することを必要とせずに短波長信号の雑音指数を下げ、同時に長波長信号の雑音指数の低い値を維持する課題に取り組んできた。出願人はまた、ポンプあたり比較的低いパワーでもってそのような低い雑音指数および高い利得に到達する課題にも取り組んできた。
出願人は、光路を分割することによって短い信号波長の雑音指数を下げることを見出しており、そこでは少なくとも2つの光路部分でラマン利得が得られる。異なる光路部分はそれぞれの周波数範囲内に含まれる光周波数を有するそれぞれのポンピング放射によってポンプ処理される。各々の周波数範囲がラマン利得材料のラマンシフトの70%を超えて広がることはない。誘導ラマン散乱に起因する短波長および長波長のポンピング放射の間のエネルギー伝達はそのような方式で、各々の光路部分で大幅に削減される。短波長および長波長のポンピング放射の間のエネルギー伝達の低下は、短波長のポンピング放射を高いエネルギーで発射することを実際上不必要にする。これは短い信号波長の雑音指数を下げる効果を有し、短波長のポンピング放射についてもやはりポンプ波長あたり低いパワーが使用され得るというさらなる利点を伴なう。短波長のポンピング放射は、ラマン利得が得られる光路部分のいずれの中でも飽和体制で作用することはないので、増幅器のさらに低い雑音指数が得られる。さらに、波長あたり実質的に同じポンピングパワーを供給するようにポンプ光源を配置することによって広くかつ平坦なラマン利得が得られることが可能である。必要とされるポンプ光源すべてが同じ平均的信頼性および寿命を有することが可能であるという点でこれは特に有利である。
第1の態様では、本発明は信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するための方法に関し、前記方法は
予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第1の光路と第2の光路へと前記光信号をそれぞれ導入する工程と、
前記第1の光路に第1のポンプの一部分を導入し、前記第1のポンプの一部分が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループのポンプ周波数を含む工程と、
前記第2の光路に第2のポンプの一部分を導入し、前記第2のポンプの一部分が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループのポンプ周波数を含み、前記第1と第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる工程を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1と第2のポンプの一部分を前記第1と第2の光路に導入する工程が、前記第1の光路に入る前記第2のポンプ部分の残りが前記第1のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に入る前記第1のポンプ部分の残りが前記第2のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように実行されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とする。
予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第1の光路と第2の光路へと前記光信号をそれぞれ導入する工程と、
前記第1の光路に第1のポンプの一部分を導入し、前記第1のポンプの一部分が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループのポンプ周波数を含む工程と、
前記第2の光路に第2のポンプの一部分を導入し、前記第2のポンプの一部分が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループのポンプ周波数を含み、前記第1と第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる工程を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1と第2のポンプの一部分を前記第1と第2の光路に導入する工程が、前記第1の光路に入る前記第2のポンプ部分の残りが前記第1のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に入る前記第1のポンプ部分の残りが前記第2のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように実行されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とする。
前記第1と第2のポンプの一部分を前記第1と第2の光路に導入する工程は、前記第1の光路に入る前記第2のポンプ部分の残りが前記第1のポンプの一部分よりも13dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に入る前記第1のポンプ部分の残りが前記第2のポンプの一部分よりも13dB低いパワーを有するように実行されることが好ましい。
好ましい実施形態では、前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なり、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なる。
前記ポンプ周波数の範囲は前記ラマンシフトの少なくとも50%の幅を有し得ることが好都合である。
前記第1と第2のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
前記第1と第2のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
好ましい実施形態では、前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数の間および前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数の間でそれぞれ規定される範囲のうちの少なくとも1つは前記ラマンシフトの少なくとも20%の幅を有する。
第1のグループの周波数は、前記ラマン動作材料内で前記第2のグループの周波数で増幅された光信号の前記第2の部分よりも大きな減衰率対波長を有する前記光信号の前記第1の部分をラマン増幅するように構成されることが好都合である。
前記第1と前記第2のポンプの一部分は複数のポンプレーザによって供給されることが可能であり、前記複数のポンプレーザは最大で平均ポンプパワー発光の50%のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有する。
第2の態様では、本発明は、信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するように構成され、かつ予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第1と第2の光路を有するラマン増幅器に関し、前記増幅器は、
前記第1の光路に接続された第1のポンプ光源であって、発光して前記第1の光路内へと結合させるように構成され、第1のポンプの放射が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループの周波数を有する前記第1のポンプ光源と、
前記第2の光路に接続された第2のポンプ光源であって、発光して前記第2の光路内へと結合させるように構成され、第2のポンプの放射が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループの周波数を有し、前記第1および第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる前記第2のポンプ光源を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1および第2のポンプ光源と、前記第1および第2の光路の間の結合が、前記第1の光路に結合させられる前記第2のポンプ放射の残りが前記第1のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に結合させられる前記第1のポンプ放射の残りが前記第2のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように為されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とする。
前記第1の光路に接続された第1のポンプ光源であって、発光して前記第1の光路内へと結合させるように構成され、第1のポンプの放射が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループの周波数を有する前記第1のポンプ光源と、
前記第2の光路に接続された第2のポンプ光源であって、発光して前記第2の光路内へと結合させるように構成され、第2のポンプの放射が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループの周波数を有し、前記第1および第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる前記第2のポンプ光源を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1および第2のポンプ光源と、前記第1および第2の光路の間の結合が、前記第1の光路に結合させられる前記第2のポンプ放射の残りが前記第1のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に結合させられる前記第1のポンプ放射の残りが前記第2のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように為されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とする。
前記第1および第2のポンプ光源と、前記第1および第2の光路の間の結合は、前記第1の光路に結合させられる前記第2のポンプ放射の残りが前記第1のポンプ放射よりも13dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に結合させられる前記第1のポンプ放射の残りが前記第2のポンプ放射よりも13dB低いパワーを有するように為されることが好ましい。
好ましい実施形態では、前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なり、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なる。
前記ポンプ周波数の範囲は前記ラマンシフトの少なくとも50%の幅を有し得ることが好都合である。
前記第1と第2のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
前記第1と第2のグループの周波数は互いに重なり合わないことが好ましい。
好ましい実施形態では、前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数の間および前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数の間でそれぞれ規定される範囲のうちの少なくとも1つは前記ラマンシフトの少なくとも20%の幅を有する。
第1のグループの周波数は、前記ラマン動作材料内で前記第2のグループの周波数で増幅された光信号の前記第2の部分よりも大きな減衰率対波長を有する前記光信号の前記第1の部分をラマン増幅するように構成されることが好都合である。
好ましい実施形態では、前記第1と前記第2のポンプ光源は複数のポンプレーザを含み、前記複数のポンプレーザは最大で平均ポンプパワー発光の50%のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有する。
第3の態様では、本発明は少なくとも1つの光回線を含む光システムに関し、前記光回線が少なくとも1本の光ファイバ、および前記光ファイバに接続された、第2の実施形態による少なくとも1つのラマン増幅器を含む。
この光システムは通常、各々がそれぞれの波長を有するそれぞれの複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を含む送信局をさらに有し、前記送信局が前記光回線の第1の端部に接続される。
この光システムは通常、前記光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を含む受信局をさらに有し、前記受信局が前記光回線の第2の端部に接続される。
本発明のさらなる特徴および利点は添付の図面を参照してここに与えられた以下の詳細な説明によってさらに具体的に示されるであろう。
図1は本発明によるラマン増幅器10の第1の実施形態を示している。増幅器10は集中型のラマン増幅器であることが可能である。増幅器10は互いに直列に配置された少なくとも2つの段10’および10”を含む。以下の詳細な説明は2つの段のみを有するラマン増幅器を特に参照して為されるであろうが、しかし当業者は異なる仕様に従ったどのような数の必要増幅段にも本発明を適合させることが可能である。奇数の参照番号は第1の段10’に含まれる部品を示すために図1内で使用され、それに対して偶数の参照番号は第2の段10”に含まれる部品を参照するために図1内で使用される。さらに特定すると、第1の段10’は第1の長さのラマン動作光ファイバ11、第1のポンプ光源13、および第1の結合デバイス15を含む。第2の段10”は第2の長さのラマン動作光ファイバ12、第2のポンプ光源14、および第2の結合デバイス16を含む。第1の段10’は一方向の光信号放射を通し、反対方向の光信号放射を遮るように構成されたアイソレータもしくはサーキュレータのような単一方向デバイス17もやはり含むことが好ましい。単一方向デバイス17は第1の段10’の入力部および/または出力部に配置されることが可能である。第2の段10”もやはり一方向の光信号放射を通し、反対方向の光信号放射を遮るように構成されたアイソレータもしくはサーキュレータのような単一方向デバイス18を含むことが好ましい。単一方向デバイス18は第2の段10”の入力部および/または出力部に配置されることが可能である。好ましい実施形態では、1つの単一方向デバイスが増幅器10内で第1の段10’と第2の段10”の間に使用される。そのような実施形態では、第1の段と第2の段の間に単一方向デバイスが存在することはラマン増幅器10内の二重レイリー散乱の発生を大幅に削減することが可能である。
ラマン増幅器10は広帯域のWDM光信号、すなわち少なくとも50nm、好ましくは少なくとも70nmの範囲の中に含まれる多数の波長を備えた光信号を増幅することに適している。1550nm付近の波長範囲がこの光信号用に使用される可能性がある。この光信号は約1460nm以上、さらに好ましくは1510nm以上の1つまたは複数の信号波長λsを含むことが可能であることが好ましい。この光信号は約1650nm以下、さらに好ましくは1625nm以下の1つまたは複数の信号波長λsを含むことが可能であることが好ましい。場合によっては、この光信号用に1300nm付近、例えば1280nmと1340nmの間の光信号が使用される可能性がある。増幅される光信号の波長範囲にわたって、ラマン増幅器は少なくとも5dB、さらに好ましくは少なくとも10dB、なおもさらに好ましくは少なくとも20dBの利得を与えることが可能であることが好ましい。利得のこれら好ましい値は、オンオフ利得が考慮されることを前提とすると分散型増幅にもやはり当てはまる。増幅される光信号の波長範囲にわたって、増幅器10は3dB、さらに好ましくは2dB、なおもさらに好ましくは1dBの最大利得ばらつきを得ることが可能であることが好ましい。増幅器10の雑音指数は増幅される光信号の波長範囲にわたって、8dB以下、さらに好ましくは7dB以下であることが可能であることが好ましい。本発明の目的に関すると、「増幅器の雑音指数」NFについては以下の式
で計算される値を意図されるべきであり、ここでP(ASE)は増幅器の自然発生的発光のパワーであり、Gは増幅器の利得であり、B0は受信器の光学的帯域幅(すなわち通常では、広帯域幅フォトダイオードに接続されたデマルチプレクサの帯域幅)であり、hはプランク定数であり、νは信号の光周波数である。
ラマン動作光ファイバ11、12は誘導ラマン散乱によって利得を得ることに適した光ファイバである。この詳細な説明では、ラマン増幅器10内でラマン利得を得るためのラマン動作光ファイバに対して特に参照が為されるが、しかしながら当業者は本発明の教示をいずれかのラマン動作材料(すなわち誘導ラマン散乱によって光学的利得を供給することが可能な材料)を含む、例えば集積型光導波路のような他のタイプの光路と適合させることが可能である。例えば、ラマン動作ファイバ11、12はシリカを主成分とするファイバであることが可能である。通常、そのようなシリカを主成分とするファイバはゲルマニウムまたはコア内部でラマン効果を高めることに適したその他の、例えばリンもしくはホウ素といったドーパント含むコアを有する。別の実施形態では、ラマン動作ファイバはテルライトを主成分とするファイバであることが可能である。好ましい実施形態では、ラマン動作ファイバ11、12は微細構造ファイバ、すなわち硬質コアの周囲に多数の気孔を組み入れたファイバ構造である可能性がある。ラマン動作ファイバ11、12の長さの合計は約10km以下、さらに好ましくは約8km以下であることが可能であることが好ましい。ラマン動作ファイバ11、12の合計長さを下げることは増幅器10の雑音指数を低く保つことに寄与する。他方で、充分なラマン利得を得るために各々のラマン動作ファイバ11、12の長さは少なくとも100m、好ましくは少なくとも200m、さらに好ましくは少なくとも1000mであることが可能であることが好ましい。ラマン動作ファイバ11、12の実効面積は60μm2以下、さらに好ましくは35μm2以下、なおもさらに好ましくは20μm2以下であることが可能であることが好ましい。実効面積を下げることはラマン動作ファイバ11、12内でラマン増幅のために利用される誘導ラマン散乱のような非線形効果を増大させる。ラマン動作ファイバ11、12のラマン利得係数と実効面積の間の比gR/Aeffは少なくとも1.0 1/(W/km)、さらに好ましくは少なくとも3.0 1/(W/km)、なおもさらに好ましくは6.0 1/(W/km)であることが好ましい。ラマン動作ファイバ11、12のラマン利得係数と実効面積の間の比を高くすることはファイバの単位長さあたりの高いラマン利得を得ることを可能にする。これは、所望の信号増幅を得るために小さい長さのラマン動作ファイバが使用されることが可能となるので増幅器の雑音指数を小さく保つ。ラマン増幅、さらに特定すると雑音指数に影響を有する可能性のある別の重要なパラメータはラマン動作ファイバ11、12の減衰度であって、そのような減衰度はポンプ波長で2.0dB/km以下、さらに好ましくは1.5dB/km以下であることが可能であることが好ましい。信号波長では、ラマン動作ファイバの減衰度は1.0dB/km以下、さらに好ましくは0.7dB/km以下であることが可能であることが好ましい。
ポンプ光源13、14は各々1つまたは複数のレーザダイオードを含む可能性がある。それらのレーザダイオードは高出力のパワー、すなわち少なくとも50mWを有することが好ましい。それらレーザダイオードの波長発光は、例えば外部のファイバのブラッグ・グレーティングで制御されることが可能であることが好ましい。通常、レーザダイオードは偏光ポンプ放射を発射し、偏光を維持するファイバ長さを有する可能性がある。好ましい実施形態では、高出力のパワーおよび偏光に左右されないラマン利得を達成するために、例えば偏光ビームコンバイナによって2つのレーザダイオードが各々のポンプ波長用に組み合わされる可能性がある。いくつかのポンプ波長が、通常では波長分割多重方式(WDM)を使用することによって一体に組み合わされる可能性がある。各々のポンプ光源13、14は少なくとも100mW、さらに好ましくは少なくとも200mWの全体的ポンプパワーを供給することが可能であることが好ましい。ポンプ光源13、14内のレーザダイオードもしくは複数のダイオードによって発射される放射の波長は信号の放射波長に関連し、ラマン増幅を得るためにレーザダイオードの波長発光は、ラマン動作ファイバ11、12のコア内に含まれる材料のラマンシフトに従って、すなわち材料のラマンスペクトル内のピークに対応するシフトに従ってスペクトルの下の方の波長領域で信号の放射波長に関してシフトさせられるはずである(G.P.Agrawalの「Nonlinear Fiber Optics」,Academic Press Inc.(1995),pag.317〜319参照)。例えば、1460nmと1650nmの間に含まれる範囲にあってシリカを主成分とするファイバを使用する光信号の増幅に関すると、そのような波長範囲ではシリカを主成分とするファイバのラマンシフトが約100nmであるので、ポンプの放射波長はほぼ1360nmと1550nmの間に含まれる可能性がある。他の材料は異なるラマンシフトを示す可能性がある。本発明の目的に関すると、波長に加えて、ポンプ光源13、14によって発射されるポンプ放射の光学的周波数もやはり参照することが便利である。さらに、周波数の観点でラマンシフトを表現することもやはり便利である。実際に、ラマン動作材料のラマンシフトは光通信用の関心対象の周波数範囲では実質的に一定であり、例えば、シリカを主成分とするか、またはシリカ/ゲルマニアを主成分とする光ファイバについてはラマンシフトは13.2THzである。これは、使用されるポンプ放射の周波数に関係なく誘導ラマン散乱に起因する増幅がシリカを主成分とするか、またはシリカ/ゲルマニアを主成分とする光ファイバ内で、ポンプ周波数に関して13.2THzの周波数シフトに配置される最大値付近の周波数間隔で得られることを意味する。他の材料(例えばテルライトを主成分とするガラス)はラマン増幅に利用されることが可能な複数のラマンピークを呈する可能性がある。信号を増幅するように構成されたポンプ周波数範囲を所定の周波数範囲に配置するために、最大高さを有するピークに対応する周波数シフトが選択されることが好都合である。そのような選択はまた、例えばラマンピークの幅、またはラマンピークの位置といった他の因子によって影響を受ける可能性もある。実際のところ、細いピークはラマン増幅器を設計するために使用されることが困難である可能性があり、それに対してラマンピークの位置は、例えば所望の周波数およびパワー発射を有するポンプレーザの利用可能性に関係する可能性がある。
材料のラマンスペクトルは従来式の技術で得られることが可能である。例えばそれは、図7に示されたような試験用のラマン動作ファイバ71、WDMカプラ73によってラマン動作ファイバ71に接続された非偏光のポンプ光源72、光スペクトルアナライザ74、およびアッテネータ75を有する装置70を使用することによって得られることが可能である。増幅対象のどのような入力信号も伴なわないラマン動作ファイバ71内に何らかの周波数および少なくとも200mWのパワーを有するポンプ放射を結合させることによって、ラマン動作ファイバ71内でポンプ放射によって引き起こされる自然発生的発光(ASE)をスプクトルアナライザ74で測定することが可能である。スペクトルアナライザ74は、ポンプの伝搬方向に関して反対方向に伝搬するASEを測定するようにWDMカプラ73へと接続される。そのような方式では、ポンプ放射の入力部に関して反対側でラマン動作ファイバ71から出る高出力のポンプ放射によって測定が影響を受けることはない。アッテネータ75は測定時に操作者の傷害を防止すること、および/またはラマン動作ファイバ71の端部で出るポンプ放射の反射減衰量を大幅に削減することを可能にする。その後、ラマン動作ファイバ71に含まれる材料のラマンシフトはASEスペクトルによって、スペクトルアナライザ74で得られるASEスペクトルのピークの周波数と使用されるポンプ放射の周波数の間の差の絶対値として導き出されることが可能である。測定は室温下で実行されることが可能である。多様なピークを有するスペクトルのケースでは、もしも選択されたポンプ周波数範囲の最大ポンプ周波数で測定が実行されるならば、ラマンシフトは信号周波数範囲に対応する周波数範囲に含まれる最も高いピークの周波数とポンプの周波数の間の差の絶対値に対応する。
ラマンスペクトルの獲得はそれぞれ異なる周波数を有する異なる入力信号で実行されることもやはり可能であり、各々の信号周波数によって得られる利得を測定することで、ラマンシフトの値は利得ピークに対応する信号周波数と使用されるポンプ放射の周波数の差の絶対値として得られることが可能である。測定は室温下で実行されることが可能である。多様なピークを有するスペクトルのケースでは、もしも選択されたポンプ周波数範囲の最大ポンプ周波数で測定が実行されるならば、ラマンシフトは信号周波数範囲に対応する周波数範囲に含まれる最も高いピークの周波数とポンプの周波数の間の差の絶対値に対応する。
光信号の広い波長範囲で大幅な増幅を得るために、多数のポンプ周波数が本発明の増幅器10に使用される。両方のポンプ光源13、14によって供給される多数のポンプ周波数全体は広い周波数範囲、すなわちラマン動作ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも40%、好ましくはラマン動作ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも50%、さらに好ましくはラマン動作ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも60%、なおもさらに好ましくはラマン動作ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの少なくとも70%にわたって広がる。
結合デバイス15および16は波長分割マルチプレクサであることが可能である。図1に示された好ましい実施形態では、それらはポンプ光源13、14によって供給されるポンピング放射を増幅対象の光信号に関して反対方向に導入し、それにより、ラマン動作光ファイバ11、12内で逆方向伝搬ラマン増幅を得る。ラマン増幅器10の共方向伝搬構造、または共方向と逆方向の混合伝搬構造もやはり使用される可能性がある。
ラマン増幅器10の第1の段10’および第2の段10”は、それらがポンプ波長範囲の中で実質的に互いに隔てられるように構成される。言い換えると、第1の段10’のポンプ光源13は第1のラマン動作ファイバ11のみに実質的にポンプ放射を供給し、第2の段10”のポンプ光源14は第2のラマン動作ファイバ12のみに実質的にポンプ放射を供給する。もしも第1または第2の段10’、10”のいずれかで増幅処理からどのようなポンプ残渣が残っても、これは遮られるかまたはフィルタで除去され、それにより、増幅段10’または10”の他方の中に実質的に伝搬することは不可能である。ポンプ残渣はまた、増幅器10に含まれる例えばWDM15、16およびラマン動作ファイバ11、12といった様々な部品の間の不完全結合によって誘導される反射によって引き起こされる可能性もある。実際では、第2のポンプ光源14から入来し、第2のラマン動作ファイバ12内で増幅に使用されないポンプ放射が第1のラマン動作ファイバ長さ11内で残差で存在しないことは、第1のポンプ光源13によって第1のラマン動作ファイバ11内に結合されるポンプパワーよりも少なくとも10dB低い、好ましくは少なくとも13dB低い、さらに好ましくは少なくとも20dB低い、第1のラマン動作ファイバ11に入るそのような残差のパワーに対応する可能性がある。同じ方式で、第1のポンプ光源13から入来し、第1のラマン動作光ファイバ11内で増幅に使用されないポンプ放射13が第2のラマン動作ファイバ長さ12内で残差で存在しないことは、第2のポンプ光源14によって第2のラマン動作ファイバ12内に結合されるポンプパワーよりも少なくとも10dB低い、好ましくは少なくとも13dB低い、さらに好ましくは少なくとも20dB低い、第2のラマン動作ファイバ12に入るそのような残差のパワーに対応する可能性がある。
図1に示された増幅器の構造を参照すると、波長分割マルチプレクサはポンプ波長範囲に関して第1の段10’と第2の段10”の間に必要とされる分離を提供することが可能である。例えば、第1と第2のラマン動作ファイバ11、12の間に配置された波長分割マルチプレクサ15は、第2のポンプ光源14から入来し、第2のラマン動作ファイバ12の長さの中で増幅に使用されないポンプ放射、すなわち第2の段10”から由来するポンプ残渣を実質的にすべて抽出することが可能であり、それにより、そのようなポンプ残渣は第1の段10’内の第1のラマン動作ファイバ11の長さの中に実質的に伝搬しない。そのような抽出されたポンプ残渣はモニタリング目的、および/または利得制御のために使用されることが可能である。通常、ポンプ光源13、14から入来するポンプパワーの大部分はラマン動作ファイバ11、12内でラマン増幅のために使用されるので、ポンプ波長範囲の中で少なくとも10dBの分離レベルは、(少なくとも図1のWDM15に関して)波長分割マルチプレクサが必要な分離を提供するために充分である。図1に示された増幅器構造では明らかに、第1のポンプ光源13から入来するポンプ放射は第2の段10”の第2のラマン動作ファイバ12の長さの中に伝搬せず、例外はWDM15で考え得るポンプ反射であるが、それは適切な結合によって最小限にされることが可能である。図1に示された逆方向伝搬構造では、もしもWDM結合デバイス15がそれ自体で充分な分離を供給することが不可能である場合、第2のラマン動作ファイバ12の長さから出る考え得るポンプ残渣すべてを実質的に遮るように第1の段10’と第2の段10”の間に単一方向デバイスが挿入されることが可能である。単一方向デバイスはアイソレータまたはサーキュレータであることが可能である。第1のポンプ光源13がサーキュレータのポートのうちの1つに適切に接続されることが可能であるとき、サーキュレータの使用は第1の結合デバイス15の除外をさらに可能にし得る。他の実施形態では、例えばラマン増幅器10の共方向伝搬構造では、第1と第2の段10’、10”の間に波長選択性フィルタが含まれる可能性があり、その波長選択性フィルタは光信号放射を通過させ、ポンプ放射をフィルタ除去することに適している。
第1の段10’に含まれるポンプ光源13は第1のグループの周波数に含まれる少なくとも1つの周波数を有するポンプ放射を供給する。第1のグループの周波数は第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間の第1のポンプ周波数範囲を規定する。第2の段10”に含まれるポンプ光源14は第2のグループの周波数に含まれる少なくとも1つの周波数を有するポンプ放射を供給する。第2のグループの周波数は第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間の第2の周波数範囲を規定する。第1と第2のグループの周波数は一致しない。さらに特定すると、第1のグループに含まれる周波数の少なくとも一部は第2のグループに含まれず、その逆もまた真である。好ましい実施形態では、第1と第2のポンプ周波数は互いに重なり合わない。別の実施形態では、第1のグループの周波数は第2のグループの周波数に対して交互配置にされる可能性がある。第1と第2のポンプ周波数範囲の各々の幅はラマン動作光ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの70%、好ましくは60%、さらに好ましくは50%、なおもさらに好ましくはラマンシフトの40%を超えない。本発明のラマン増幅器の好ましい実施形態では、各々の増幅段は伝搬する光信号の一部分のみの実質的な増幅を提供し、他の信号部分は事実上増幅されずに放置される。実際では、ラマン増幅で各々のポンプ周波数は、ラマン動作ファイバ11、12に含まれる材料のラマンシフトの約25〜30%のみの幅を有し、かつポンプ周波数からラマンシフト1つ分シフトした周波数付近に中心を有する周波数範囲の中の光信号の実質的な増幅を提供する。本発明によるラマン増幅器は異なる増幅段のポンプ放射に関して異なる周波数の部分的範囲を使用するので、各々の増幅段はその段に使用されるポンプ周波数の部分的範囲に関してシフトした周波数の部分的範囲、すなわち通常では信号周波数範囲全体のうちの或る部分的範囲のみの実質的な増幅を提供する。
上記で与えられた指摘に従った多様な増幅段のポンプ周波数の割り当てはラマン増幅器内の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達を削減すること、またはおそらく実質的に回避することを可能にする。特に、本発明の多段式増幅器では短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のどのようなエネルギーの伝達もすべての増幅段の中で削減されるかまたは実質的に回避される。これが広帯域ラマン増幅器内の短波長信号の雑音指数を低下させることが可能であることを出願人は見出した。例えば第1のポンプ波長1425nm(周波数νp=210.5THz)、および第2のポンプ波長1505nm(周波数νp=199.3THz)について考える。これら第1と第2のポンプ波長は、シリカを主成分とするか、またはシリカ/ゲルマニアを主成分とする光ファイバを有するラマン増幅器内で約1520nmと1610nmの間の範囲に含まれる光信号のラマン増幅のために使用されることが可能である。これらポンプ放射の対応する周波数は互いと11.2THz、すなわちシリカを主成分とする光ファイバのラマンシフトの約85%異なる。もしもそのようなポンプ放射が同じラマン動作ファイバ内に発射されたならば、1425nmの第1のポンプ波長の光学的パワーのうちの有意の部分が誘導ラマン散乱によって1505nmの第2のポンプ波長へと伝達され、それにより、そのような伝達された部分は光信号の増幅に使用されなくなるであろう。その結果、光信号の短波長部分は長波長部分に関してさらに少ない増幅を受けるであろう。したがって、1425nmのポンプ放射のパワーはこの効果を考慮に入れるために上げられねばならない。しかしながら、1425nmのポンプ放射と1505nmのポンプ放射の間のエネルギーの伝達は、ラマン増幅が短波長で飽和の体制ではたらく原因となる可能性がある。実際のところ、増幅された放射が増幅媒体の有意の部分内のポンプ放射と殆ど同じパワーを有するとき、増幅器は飽和の体制ではたらく。このケースでは、短波長を有するポンプ放射によって増幅され、長波長を有するポンプ放射は、2つのポンプ放射の不均衡の発射パワーがラマン動作ファイバに入るケースでさえラマン動作ファイバの重要な部分内で後者と殆ど同じパワーを有する可能性がある。こうして、短いポンプ波長は長いポンプ波長によって深く飽和させられる可能性があり、短波長によって増幅された信号部分がさらに高い雑音指数を有する可能性があるという不都合を伴なう。実際には、線形の体制に関して飽和は増幅器にとってさらにノイズを生じ易い体制である。
対照的に、2段ラマン増幅器としてラマン増幅器を構成することによって、第1の段に1425nmの第1のポンプ波長を挿入し、かつ第2の段に1505nmの第2のポンプ波長を挿入することによって、およびポンプ波長範囲の中で第1と第2の段を隔てることによって1425nmのポンプ波長と1505nmのポンプ波長の間でエネルギーの伝達が実際に生じなくなり、それにより、各々の増幅段が線形または低い飽和の体制ではたらくことが可能となり、両方の段での低い雑音指数、すなわち全体として低い雑音指数対増幅器の波長につながる。
例えば広い波長範囲で平坦な利得曲線対波長を得るためにさらに多くのポンプ周波数を使用するケースでは、様々な周波数の間の間隔が考慮されるべきである。例えば、ラマン利得のために利用される材料のラマンシフトにほぼ等しい幅を有する全体的ポンプ周波数範囲の中にいくつかの周波数が含まれる可能性がある。
上記の指摘に従って、最小ポンプ周波数からラマンシフトの70%未満隔たっている周波数を有するポンピング放射が例えば一方の増幅段に配置される可能性があり、最小ポンプ周波数からラマンシフトの70%を超える間隔で隔たっている周波数を有するポンピング放射が例えば他方の増幅段に配置される可能性がある。2つの増幅段の間でポンプ波長範囲に高い分離度を与えることによって、各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達は各増幅段の最小ポンプ波長と最大ポンプ波長の間の比較的小さい隔たりに起因して大幅に削減されるか回避すらされる。特に、各々の増幅段のポンプ波長範囲を少なくするにつれて各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間の相互作用が少なくなる。さらに、第1と第2の増幅段の間の分離は第1と第2の増幅段の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間で実際にエネルギーの伝達が生じ得ないことを保証することが可能である。したがって、各々の増幅段が線形または低い飽和の体制ではたらくことが可能となり、両方の段での低い雑音指数、すなわち全体として低い雑音指数対増幅器の波長につながる。
理想的には、いくつかのポンプ周波数を使用するケースで考え得る解決策は、多様なポンプ周波数間のどのようなエネルギー伝達も完全に回避するように各々のポンプ周波数について1つの隔てられた増幅段を配置することである可能性がある。このケースでは、各々の増幅段は伝搬する光信号の極めてわずかの部分のみの実質的な増幅を提供し、他の信号部分は実際に増幅されずに放置されるであろう。しかしながら、ポンプ周波数範囲の中の多様な段の間で必要とされる隔たりが適切な部品(例えばWDM、アイソレータ、波長選択性フィルタ)によって提供されるべきであり、これらの部品の各々が光信号に挿入損失を導入することが考慮されなければならない。伝搬する光信号への損失のさらなる発生源は多様な段に含まれるラマン動作ファイバによって、第1の増幅段の中の少なくとも実質的に増幅されない光信号の部分に関して表わされる。そのような状況では、最後の増幅段は第1の増幅段の中の実質的に増幅されない光信号のいくつかの部分に関して極めて乏しいレベルの光信号パワーを受信する可能性がある。したがって、使用されるポンプ周波数の数が3以上であるとき、1つの段に少なくとも2つのポンプ周波数を配置することが好ましくなる可能性がある。第1および第2のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方はラマン動作ファイバに含まれる材料のラマンシフトの少なくとも20%の幅を有することが好ましい。これは、一方で多様なポンプ波長の間のエネルギー伝達を削減することと、他方で増幅段を充分に少ない数にすることの間の良好な妥協にたどり着くことを可能にし、それにより、すべての増幅段の中の光信号の全波長範囲内で受容可能なレベルのパワーを維持し、その結果、全体として低い雑音指数を維持する。
好ましくはラマン動作ファイバ11、12に含まれるラマン動作媒体の減衰度対波長を考慮に入れることによって第1および第2の増幅段10’、10”に異なるポンプ周波数が配置されることが可能である。さらに特定すると、低い雑音指数を得るために、ラマン動作媒体内で光信号の第2の部分に関してさらに大きな減衰度を有する光信号の第1の部分はラマン増幅器内で好ましくは最初に増幅されるべきである。したがって、光信号のそのような第1の部分を増幅するために適したポンプ周波数は、増幅される光信号の伝搬方向に関して最初の増幅段に配置され得ることが好ましい。例えば図1を参照し、増幅される光信号の左から右への伝搬方向を考えると、ラマン増幅器10はシリカを主成分とするファイバまたはシリカ/ゲルマニアを主成分とするファイバを有する可能性があり、1530nmから1610nmの範囲にある信号を増幅するように構成される可能性がある。この目的のために次の4つのポンプ波長、すなわち1425nm(νp=210.5THz)、1440nm(ν2=208.3THz)、1470nm(νp=204.1THz)、1510nm(νp=198.7THz)が使用される可能性がある。これら4つのポンプ波長について好ましい配列は最初の2つの波長を第1の段10’のポンピングのために配置し、第2の2つの波長を第2の段10”のポンピングのために配置することである可能性がある。そのような配列でもって、第1の増幅段10’は約1530nmと1560nmの間の範囲に含まれる波長を有する光信号の部分の実質的な増幅を提供し、その一方で第2の増幅段10”は約1560nmと1610nmの間の範囲に含まれる波長を有する光信号の部分の実質的な増幅を提供する。シリカを主成分とするかまたはシリカ/ゲルマニアを主成分とする光ファイバ内で1530nmと1560nmの間に含まれる波長を有する光信号の減衰度は1560nmと1610nmの間に含まれる波長を有する光信号の減衰度に関してさらに大きいので、短いポンピング波長を第1の増幅段10’に配置し、長いポンプ波長を第2の増幅段10”に配置することが好都合である。実際では、大きい波長を有する光信号部分は第2の増幅段10”で増幅される前に大き過ぎる減衰を被ることなく第1の増幅段10’を通過して光信号のこの部分の雑音指数を受容可能なレベルに保つことが可能である。他方で、小さい波長を有する光信号部分は第1の増幅段10’で増幅され、第2の増幅段10”で減衰に起因する雑音指数の実質的な劣化を伴なうことはない。
本発明によるポンプ周波数の配列は都合の良いことに、実質的に同じポンプパワーの発光を有する、すなわちラマン増幅器内で使用されるポンプレーザの平均ポンプパワーの最大で50%、好ましくは40%、さらに好ましくは30%の全体的ばらつきを有するポンプレーザを使用することによって低い雑音指数、および平坦で広帯域のラマン利得を有するラマン増幅器につながる。実際に、エネルギーの伝達が削減または事実上回避されるので、平坦なラマン利得対波長にたどり着くために異なるポンプ波長について異なるパワーを使用する必要がない。実質的に同じポンプパワーの発光を有するポンプレーザの使用は、例えばポンプレーザの信頼性(同じ信頼性のポンプレーザが使用されることが可能である)、ポンプレーザの耐久性(平均してポンプレーザが殆ど同じ時間健全にはたらく)、ポンプレーザの冷却(すべてのポンプレーザに同じタイプの冷却装置が使用されることが可能である)、ポンプレーザの製造技術(すべてのポンプレーザが同じ種類であることが可能である)といったラマン増幅器の設計および機能に関連する多様な態様に関して特に重要である。
本発明によるラマン増幅器は、送信局、受信局、および前記送信局と受信局を結ぶ光回線を有するWDM伝送システムの一部であることが可能である。送信局は、各々がそれぞれの波長を有するそれぞれの複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を有する。複数の光チャネルは光回線の第1の端部に挿入される多重化デバイスによってWDM内で一体に組み合わされる。受信局はWDM光信号を受信し、受信した各光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を有する。この目的のために、受信局は通常、光回線の第2の端部に接続され、WDM光信号に含まれる多様な光チャネルを分離するように構成された逆多重化デバイスを有する。通常、光回線は少なくとも1本の伝送用光ファイバを有する。前記伝送用光ファイバもしくは複数のファイバの少なくとも一部によって光信号に導入される減衰を阻止するために、本発明によるラマン増幅器を少なくとも1つ含む少なくとも1つの増幅器が光回線に沿って設けられる。減衰の他の発生源は光回線に沿って、および/または送信局内、および/または受信局内に配置されたコネクタ、カプラ/スプリッタ、および様々なデバイス、例えば変調器、交換器、アドドロップマルチプレクサなどである可能性がある。本発明によるラマン増幅器を少なくとも1つ含む光伝送システムは、例えば地上の伝送システムまたは海底の伝送システムといったどのような種類の光伝送システムである可能性もある。光回線はまた、本発明による少なくとも1つのラマン増幅器と組み合わせられた、例えばエルビウムをドープしたファイバの増幅器または半導体の増幅器といった他のタイプの増幅器を含む可能性もある。特に、本発明の教示に従って配列された集中型ラマン増幅器の実施形態と組み合わせて分散型ラマン増幅が使用される可能性がある。
特に、図2は4つの段10i、10ii、10iii、10ivを有する本発明による集中型ラマン増幅器10の好ましい実施形態を示している。4つの増幅段の各々がラマン動作ファイバ(11、12、21、22)およびWDMカプラ(15、16、25、26)を有する。4つの増幅段はまた、光アイソレータ(17、18、27、28)も有する。第1のポンプ光源13は第1と第3の段10i、10iiiのラマン動作ファイバ11、21にポンプ放射を供給するように配置される。この目的のために、分割用デバイス19がポンプ光源13によって発射される放射を分割することに使用される可能性がある。第2のポンプ光源14は第2と第4の段10ii、10ivのラマン動作ファイバ12、22にポンプ放射を供給するように配置される。この目的のために、分割用デバイス20がポンプ光源14によって発射される放射を分割することに使用される可能性がある。例えば溶融ファイバカプラまたは集積型導波路カプラといったどのような従来式の分割用デバイス19、20も図1に示された実施形態に使用される可能性がある。WDMカプラ15、16、25、26とポンプ光源13、14のラマン動作ファイバ11、12、21、22の特徴に関すると、図1と結び付けて上記で開示されたものに対して参照が為される。特に、第1のグループのポンプ周波数が第1と第3の増幅段に使用され、第2のグループのポンプ周波数が第2と第4の増幅段に使用される。第1および第2のグループのポンプ周波数は図1と結び付けて上記で開示した特徴を有する。
図1または図2に示されたラマン増幅器の好ましい実施形態は、1460nmと1650nmの間、通常は1530nmと1610nmの間に含まれるWDMもしくはDWDM光信号を増幅するためにエルビウムドープしたファイバの増幅器に代わって都市圏、長距離、または超長距離の光システムに都合よく使用されることが可能である。図1または図2の増幅器はWDM光信号用のすべての利用可能な波長帯域を利用する光信号を都合よく増幅することが可能である。対照的に、エルビウムドープしたファイバの増幅器に基づいた増幅は、通常、異なる波長帯域を増幅するために逆多重化デバイスと多重化デバイスの間に異なる段が互いに並列に配置される増幅の仕組みを使用して実施される。これは、異なった並列増幅段の中で異なった波長を正確に分離して経路決定する目的のために、帯域幅の複数の部分が光信号のために使用されることが不可能になるという不都合を有する。
通常、長距離または超長距離のシステムでは色分散の補償は増幅器側で行なわれる。さらに、光回線に沿って光チャネルを抽出および挿入するために光学的アドドロップマルチプレクサが増幅器側に配置される可能性がある。色分散補償器および/または光学的アドドロップマルチプレクサは、図2に示されたラマン増幅器10の好ましい実施形態では第2と第3の増幅段の間に都合よく配置されることが可能である。
最初のシミュレーションで、出願人は図3による2段増幅器について考えた。ラマン増幅器の第1および第2の段30’、30”の各々が、6.5×10−3 1/(W・m)のgR/Aeff比、1530nmと1610nmの間の信号波長で0.4dB/kmの減衰度、および1425nmと1510nmの間に含まれるポンプ波長範囲で0.6dB/kmの減衰度を有する3500mの長さのシリカ−ゲルマニアのラマン動作光ファイバ(31、32)を有した。両方のラマン動作ファイバ31、32のポンピングのために4つの異なるポンプ波長、すなわちλ1=1425nm(ν1=210.5THz)、λ2=1440nm(ν2=208.3THz)、λ3=1470nm(ν3=204.1THz)、λ4=1510nm(ν4=198.7THz)が使用された。さらに特定すると、ポンプ光源33ではポンプレーザの4対のポンプパワー発光(ポンプ波長あたり1対、各々の対は偏光ビームコンバイナに接続された2つのレーザで構成される)が一体に多重化され、60/40スプリッタ39およびWDMカプラ35、36を経由して両方のラマン動作ファイバ31、32へと送られた。さらに特定すると、ポンプ放射の60%が第1の段へと送られ、40%が第2の段へと送られた。各々の増幅段で、最小および最大のポンプ周波数の間の差は11.8THz(すなわちラマンシフトの約89%)であった。
上記のように配列されたラマン増幅器の雑音指数が2つの異なる構造について計算され、
a)チャネルあたり−11dBmの入力信号パワー(50GHzのチャネル間隔で200チャネルを使用する超長距離システムに適している)で10dBの利得と、
b)チャネルあたり−28dBmの入力信号パワー(50GHzのチャネル間隔で200チャネルを使用する長距離システムに適している)で28dBの利得を得るために最適化された。
a)チャネルあたり−11dBmの入力信号パワー(50GHzのチャネル間隔で200チャネルを使用する超長距離システムに適している)で10dBの利得と、
b)チャネルあたり−28dBmの入力信号パワー(50GHzのチャネル間隔で200チャネルを使用する長距離システムに適している)で28dBの利得を得るために最適化された。
以下の表に、各々のポンプレーザあたりのポンプパワーP(λ)が上記の性能を満足させるために最適化された2つの構造a)とb)について記入されている。
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第1の段30’と第2の段30”の間で6dBの媒体アクセス損失もやはり考慮された。1530nmと1610nmの間で得られた利得平坦度は両方の構造a)とb)に関して±0.5dBであった。
図4は構造a)(曲線41)およびb)(曲線42)について1530nmと1610nmの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達に起因して、両方のケースで長い信号波長に関して短い信号波長でさらに高い雑音指数が得られる。このエネルギー伝達のせいで、短いポンプ波長でのポンプ放射は信号の増幅に使用されるわけではない高いパワーを有する必要がある。
第2のシミュレーションでは、出願人は図2によるラマン増幅器の構造について考えた。実施例1に関して開示された同じポンプ波長が使用されたが、しかし今回は、ポンプ光源13が波長λ1、λ2を有するポンプレーザのみを含み、ポンプ光源14が波長λ3、λ4を有するポンプレーザのみを含んだ(波長あたり1対のレーザ、偏光ビームコンバイナを介して組み合わされる)。4段の増幅器に使用されるラマン動作ファイバの特徴はやはり実施例1と同じであった。スプリッタ19は60/40スプリッタであり、スプリッタ20は65/35スプリッタであった。さらに特定すると、第1と第3の増幅段に一層高いポンプパワーが送られた。その結果、第1と第3の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差が1THz(すなわちラマンシフトの約7.5%)であり、それに対して第2と第4の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差は5.4THz(すなわちラマンシフトの約41%)であった。
実施例1のケースa)(超長距離システム)に必要とされる条件を満たすために、第1のラマン動作ファイバ11は1500mの長さであり、第2のラマン動作ファイバ12は1400mの長さであり、第3のラマン動作ファイバ21は1800mの長さであり、第4のラマン動作ファイバ22は2000mの長さであった。すべてのポンプレーザが400mWのパワーの発光を有した。
実施例1のケースb)(長距離システム)に必要とされる条件を満たすために、第1のラマン動作ファイバ11は2000mの長さであり、第2のラマン動作ファイバ12は2000mの長さであり、第3のラマン動作ファイバ21は3000mの長さであり、第4のラマン動作ファイバ22は3000mの長さであった。すべてのポンプレーザが415mWのパワーの発光を有した。
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第2の段と第3の段の間の6dBの媒体アクセス損失がやはり両方のケースで考慮された。1530nmと1610nmの間で得られた利得平坦度は両方のケースで±0.5dBであった。
図5は構造a)(曲線51)およびb)(曲線52)について1530nmと1610nmの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、各々の増幅段の中の短いポンプ波長と長いポンプ波長の間のエネルギーの伝達に起因して、短い信号波長で図4に示された前のケースに関して低い雑音指数が得られる。さらに特定すると、図5の曲線51は波長範囲全体にわたって図4の対応する曲線41よりも低く、他方で図5の曲線52は約1590nmまでは図4の対応する曲線42よりも低い。長い信号波長に関すると、増幅器の第2と第4の段にのみ長い信号波長が実際に加えられ、それによってそれらが短い信号波長と比べて高い入力損失を被るという事実に起因してケースb)の前の実施例に関してわずかに高い雑音指数が得られる。しかしながら、構造b)については図4の約7dBに関して約5.9dBの最大値が得られる。
第3のシミュレーションでは、出願人は図2によるラマン増幅器のさらなる構造を考えた。実施例1に関して開示された同じポンプ波長が使用されたが、しかし今回は、ポンプ光源13が波長λ1、λ2、λ3を有するポンプレーザを含み、ポンプ光源14が波長λ4を有するポンプレーザのみを含んだ(波長あたり1対のレーザ、偏光ビームコンバイナを介して組み合わされる)。4段の増幅器に使用されるラマン動作ファイバの特徴はやはり実施例1と同じであった。スプリッタ19は60/40スプリッタであり、スプリッタ20は65/35スプリッタであった。さらに特定すると、第1と第3の増幅段に一層高いポンプパワーが送られた。その結果、第1と第3の増幅段では最小と最大のポンプ周波数の間の差が6.4THz(すなわちラマンシフトの約49%)であった。
実施例1のケースa)(超長距離システム)に必要とされる条件を満たすために、第1のラマン動作ファイバ11は1800mの長さであり、第2のラマン動作ファイバ12は2000mの長さであり、第3のラマン動作ファイバ21は2000mの長さであり、第4のラマン動作ファイバ22は2200mの長さであった。実施例1のケースb)(長距離システム)に必要とされる条件を満たすために、第1のラマン動作ファイバ11は2000mの長さであり、第2のラマン動作ファイバ12は3000mの長さであり、第3のラマン動作ファイバ21は2500mの長さであり、第4のラマン動作ファイバ22は2500mの長さであった。
以下の表2に、各々のポンプレーザあたりのポンプパワーP(λ)が必要な性能を満足させるために最適化された2つの構造a)とb)について記入されている。
例えば分散補償器を完成させるケースでは、第2の段と第3の段の間で6dBの媒体アクセス損失もやはり考慮された。1530nmと1610nmの間で得られた利得平坦度は両方の構造a)とb)に関して±0.5dBであった。
図6は構造a)(曲線61)およびb)(曲線62)について1530nmと1610nmの間で得られた雑音指数対波長を示している。見られ得るように、実質的に平坦な雑音指数対波長が得られる。さらに特定すると、ケースa)では図4の約8.7dBに関して約7.4dBの最大雑音指数値が得られ、それに対してケースb)では図4の約7dBに関して約6.2dBの最大雑音指数値が得られる。
Claims (19)
- 信号周波数範囲にある周波数を有する光信号を増幅するための方法であって、
予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された少なくとも第1の光路(11)と第2の光路(12)へと前記光信号をそれぞれ導入する工程と、
前記第1の光路(11)に第1のポンプの一部分を導入し、前記第1のポンプの一部分が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループのポンプ周波数を含む工程と、
前記第2の光路(12)に第2のポンプの一部分を導入し、前記第2のポンプの一部分が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループのポンプ周波数を含み、前記第1と第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる工程を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1と第2のポンプの一部分を前記第1と第2の光路に導入する工程が、前記第1の光路に入る前記第2のポンプ部分の残りが前記第1のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に入る前記第1のポンプ部分の残りが前記第2のポンプの一部分よりも10dB低いパワーを有するように実行されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とする方法。 - 前記第1と第2のポンプの一部分を前記第1と第2の光路に導入する工程が、前記第1の光路に入る前記第2のポンプ部分の残りが前記第1のポンプの一部分よりも13dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に入る前記第1のポンプ部分の残りが前記第2のポンプの一部分よりも13dB低いパワーを有するように実行されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なることと、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記ポンプ周波数範囲が前記ラマンシフトの少なくとも50%の幅を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1および第2のグループの周波数が互いに重なり合わないことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が第1のポンプ周波数範囲を規定し、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が第2のポンプ周波数範囲を規定し、前記第1および第2のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方が前記ラマンシフトの少なくとも20%の幅を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1のグループの周波数が前記光信号の第1の部分をラマン増幅するように構成され、前記第2のグループの周波数が前記光信号の第2の部分をラマン増幅するように構成され、前記ラマン動作材料内で光信号の前記第1の部分が光信号の前記第2の部分よりも大きな減衰度対波長を有することを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 複数のポンプレーザによって前記第1および前記第2のポンプ部分を供給する工程をさらに含み、前記複数のポンプレーザが最大で平均ポンプパワーの発光の50%のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- 信号周波数範囲内の周波数を有する光信号を増幅するように構成されたラマン増幅器(10)であって、予め決められたラマンシフトを有するラマン動作材料を各々が含み、互いに直列に配置された第1の光路(11、21)と第2の光路(12、22)を有し、
前記第1の光路(11、21)に接続された第1のポンプ光源(13)であって、発光して前記第1の光路(11、21)内へと結合させるように構成され、第1のポンプの放射が第1の最小ポンプ周波数と第1の最大ポンプ周波数の間にある第1のグループの周波数を有する前記第1のポンプ光源と、
前記第2の光路(12、22)に接続された第2のポンプ光源(14)であって、発光して前記第2の光路(12、22)内へと結合させるように構成され、第2のポンプの放射が第2の最小ポンプ周波数と第2の最大ポンプ周波数の間にある第2のグループの周波数を有し、前記第1および第2のグループの周波数全体が前記ラマンシフトの少なくとも40%の幅を有するポンプ周波数範囲にわたって広がる前記第2のポンプ光源を含み、
前記第1のグループの周波数の少なくとも一部が前記第2のグループの周波数に含まれず、かつ前記第2のグループの周波数の少なくとも一部が前記第1のグループの周波数に含まれないことと、
前記第1および第2のポンプ光源と、前記第1および第2の光路の間の結合が、前記第1の光路に結合させられる前記第2のポンプ放射の残りが前記第1のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に結合させられる前記第1のポンプ放射の残りが前記第2のポンプ放射よりも10dB低いパワーを有するように為されることと、
前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることと、
前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの70%異なることを特徴とするラマン増幅器。 - 前記第1および第2のポンプ光源と、前記第1および第2の光路の間の結合が、前記第1の光路に結合させられる前記第2のポンプ放射の残りが前記第1のポンプ放射よりも13dB低いパワーを有するように、かつ前記第2の光路に結合させられる前記第1のポンプ放射の残りが前記第2のポンプ放射よりも13dB低いパワーを有するように為されることを特徴とする、請求項9に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なることと、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が互いに最大で前記ラマンシフトの50%異なることを特徴とする、請求項9または10のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記ポンプ周波数範囲が前記ラマンシフトの少なくとも50%の幅を有することを特徴とする、請求項9から11のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記第1および第2のグループの周波数が互いに重なり合わないことを特徴とする、請求項9から12のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記第1の最小ポンプ周波数と前記第1の最大ポンプ周波数が第1のポンプ周波数範囲を規定し、前記第2の最小ポンプ周波数と前記第2の最大ポンプ周波数が第2のポンプ周波数範囲を規定し、前記第1および第2のポンプ周波数範囲のうちの少なくとも一方が前記ラマンシフトの少なくとも20%の幅を有することを特徴とする、請求項9から13のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記第1のグループの周波数が前記光信号の第1の部分をラマン増幅するように構成され、前記第2のグループの周波数が前記光信号の第2の部分をラマン増幅するように構成され、前記ラマン動作材料内で光信号の前記第1の部分が光信号の前記第2の部分よりも大きな減衰度対波長を有することを特徴とする、請求項9から14のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 前記第1および前記第2のポンプ光源(13、14)が複数のポンプレーザを含み、前記複数のポンプレーザが最大で平均ポンプパワーの発光の50%のポンプパワー発光の全体的ばらつきを有することを特徴とする、請求項9から15のいずれか1項に記載のラマン増幅器(10)。
- 少なくとも1つの光回線を含み、前記光回線が少なくとも1本の光ファイバ、および前記光ファイバに接続された少なくとも1つの請求項9から16のいずれか1項によるラマン増幅器(10)を含む光システム。
- 各々がそれぞれの波長を有するそれぞれ複数の光チャネルを発射するように構成された複数の送信器を有する送信局をさらに含み、前記送信局が前記光回線の第1の端部に接続されることを特徴とする、請求項17に記載の光システム。
- 前記光チャネルによって搬送される情報を識別するように構成された複数の受信器を有する受信局をさらに含み、前記受信局が前記光回線の第2の端部に接続されることを特徴とする、請求項18に記載の光システム。
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