超広帯域エルビウム添加ファイバ増幅器の実験的研究

要約：このペーパーでは、最適化されたCバンドおよびLバンドアンプを使用して、並列構造の広帯域CA-Lエルビウムドープアンプを構成しました。 このアンプは、シンプルな構成、高平坦化されたゲイン、低ノイズを備えています。 一方、広帯域ゲイン平坦化コンポーネントなしで、70 nm（1 524—1 602 nm）を超える増幅帯域幅を実現しました。 Cバンドの平均ゲインは30 dBを超え、Lバンドのゲイン変動は2 dB未満です。

1. はじめに

通信容量に対する増大する需要を満たすために、高密度波長分割多重システム（DWDM）を従来のcバンド（1 525から1 5 6 5 nm）からLバンド（1 570、1 610 nm）に拡張することは一般的な傾向です。 。 C + Lバンドのウルトラワイドバンドエルビウムドープファイバーアンプの開発は、通信の帯域幅を2倍にするだけでなく、単一チャネルの伝送速度の増加やチャネル間隔の縮小など、通信容量を増加させる他の方法と比較してシステムのパフォーマンスも向上させます。分散は、狭いチャネル間隔によって引き起こされる可能性がある4波混合（FWM）などの非線形効果を心配する必要がなく、システムパフォーマンスの低下を効果的に回避します。

Cバンドエルビウムドープファイバアンプの研究がますます成熟するにつれて、現在の超広帯域アンプの研究の焦点は、Lバンド信号の高ゲインおよび低ノイズ増幅を達成する方法にあります。3つの主な方法があります。このアプリケーションでは、ドープファイバと通常のシリコンベースのファイバとの間の接続問題が実際のアプリケーションで発生します。（2）従来のEDFAは、ファイバラマン増幅器（FRA）と組み合わせて使用​​されます。これは、FRAが異なる波長の複数の高出力ポンプレーザーを必要とするためです広い平坦化帯域幅を得るには、コストを増加させてください;（3）成熟したcバンド技術に基づいたシリコンベースのエルビウム添加ファイバ増幅器の異なる構造を使用することは、この方法を使用してより実用的です

現在、C + LバンドのウルトラワイドバンドEDFAは、CバンドとLバンドのさまざまな接続モードに応じてタンデムタイプとパラレルタイプに分けられます[i、すごい直列接続構造はより柔軟で効率的ですが、c帯域とL帯域の信号は、ファイバの増幅を通じて互いに影響し合うことは避けられません。本論文では、並列法により2つの帯域を増幅し、増幅のためにそれぞれcバンドおよびLバンド増幅器に信号を送信する方法を紹介する。増幅された信号はコンバイナによって結合されて広帯域信号出力を形成し、cを効果的に防ぐことができる。 1バンドとLバンドの信号は相互に作用します。独立したcバンドとLバンドの増幅技術のみが使用されます。それは単純で実用的です。それぞれのバンドの増幅性能が改善される限り、ウルトラワイドバンドアンプ全体の性能は大幅に改善されます。超広帯域アンプの開発方向・

2. 実験原理と装置

一般に、エルビウム添加ファイバのゲインスペクトルの波長範囲はCバンド（1 525、1 565 nm）であり、セシウムイオン4113/2から4115/2への遷移に対応します。1990年、Massicott et al。[4]は、エルビウムドープファイバの長さにより、particleイオンの粒子数分布はわずかに反転し、エルビウムイオンのゲインスペクトルはLバンドにシフトできます。この変位のゲインスペクトルは、41] 3/2〜4115 /に対応します。 2遷移の尾部、吸収係数および発散係数は小さいが、吸収係数および放出係数が低いため、比較的平坦であるLバンドの高ゲインスペクトルを得るには、ポンプパワーを大きくし、エルビウムドープファイバの長さを大きくする必要があります。不純物濃度での従来のCバンドの4倍または5倍[6つはコストを増加させるだけでなく、ポンプ出力も増加させます。現在、高ドープ、低損失エルビウムドープファイバは、主に必要なファイバの長さを短くし、吸収損失と逆増幅自然放出スペクトル（ASE）エネルギーの蓄積を減らし、電力変換効率を向上させるために使用されます。テクノロジー後方ASE生成、ポンプ入力端にリフレクター[9]を追加するなど、ポンプ効率を改善します; ASE後のセカンダリポンプソースを使用して未励起ファイバーをポンプします10 '11;さまざまな波長と帯域幅の複数のファイバーグレーティングを使用して複数の方向にポンプソースを形成し、これに基づいて、光ファイバーリングミラーを使用して、ファイバーのフロントエンドに後方ASE反射を導入します。 ASEは、電力変換効率を改善するために再利用されています。

超広帯域EDFA構造を図1に示します。主にCとLの2つの部分に分かれています。どちらも1 480 nm LD後方ポンプと980 nm LD前方ポンプです。

Fig. 1 Experimental setup Of the broad band EDFA

前記Lバンド増幅部エルビウム添加光ファイバナイフEフロリダ州高いドーピング濃度：25メートル; Lバンド入力信号を出力するサーキュレータ、ファイバループミラー、5の結合比：縮合5 、Cの反射光の自然放出波長帯域用に構成カプラー、一方、Lバンド信号ファイバループもミラー二次増幅、したがってこのような構成の両方のCバンドのASEスペクトルEDFIの完全な使用による増幅後二次ポンプ、及びLバンド信号光が二倍に増幅されるので、大幅に強化ゲインLバンド信号と電力変換効率を向上させる・

EDFAカスケードセグメントのCバンドデュアル拡大部分は、中間スペーサIS02の使用は、順方向自然放出光を抑制することができ、増幅器は低ノイズ、高ゲイン、エルビウムドープファイバ全長21メートルの特性を有するように、増幅を逆; EDF2における中間アイソレータの位置：利得平坦度の出力で10 M、EDF3 = 11、mは2アイソレータ・ISOIは、IS03は、目的は、自励発振により生じるファイバ端の反射を防止するために、2つのバンドを使用して追加されています超広帯域カップリング波長帯域によるL自体による広帯域増幅された信号出力は、これだけcは超広帯域のフラットゲインに平坦利得帯域を実現することができるされ、良好な平坦性を有するようにC及びLバンド低損失のゲインおよびゲイン平坦性を向上させることができません・

広帯域で光源は、CとLバンド狭帯域信号Fに基づいて選択されたスペクトルノイズアンプゲイン及び・により測定、P波であります

3. 結果と考察

フィルタF pを2nmの選択された波長で1 524,1 602 nmで分離された選択された周波数を用いて広帯域源に基づいて、C及びLバンド信号は、入力信号の大きさは40 dBmで、プラスのエラーの場合またはマイナス1 dBです超広帯域EDFA 2後に測定し、ゲインカーブ・黒四角は28の1 530 nmで出力ゲイン、最も低いCバンドに対応する各波長を表す。・3​​2の最大で75デシベル「1 562ナノメートル・37デシベルは、利得変動が23で少なくとも1 602nm 20・39デシベル、最大594nm 1の・Lバンド・08デシベルは、30 nm.1 566,1 570 nmでの過剰の3 dB帯域幅は、主にCによって、デッド得るために4デシベル未満でありますLのWDM特性が決定+、実際に測定された利得の減少は、これは一般的に波長間隔不安定で使用されていない多数のとかなりノイズあり・C及びLバンドFによる周波数選択フィルタPへの信号、

・C及びLバンドの波長は、出力の個々の目標平均ゲインであるが、全体的な傾向は、より良好な結果をもたらすはずである波長可変ファイバレーザの安定化の使用を検討し、ほぼ平坦です。

図3は、超広帯域EDFA自然放出スペクトルを示しています。C帯域パワーは、37 nmで1 528・2 nmから1・6 dB、L帯域は、1 567 nmで25 GHzから2・3 dBです。実験では、Lバンドの1 567 nmから1 580 nmの波長でASEスペクトルがポンプソースによって意図的に改善されたため、得られたLバンドゲイン信号はよりフラットになりました.LバンドとCバンドの典型的な信号出力ラインスペクトルのいくつかのセットが実験で測定されました。図4から、Lバンドが逆方向ASEによってポンピングされ、Lバンド信号が2倍に増幅され、ゲインが大幅に強化されていることがわかります.1 590 nmの波長では、信号ゲインは22・6 dB、ノイズ指数は9・5 dBですLバンド増幅器は反射構造を使用し、Lバンド信号は2倍に増幅され、LバンドASEは2倍に増幅され、実験装置（主にフランジと可動ジョイントが接続されている）であるため、測定されたノイズは高くなります。デバイスの損失は無視できないほど小さく、その他の理由もあります。図5は、波長1 554 nmで信号ゲインが31.2 dB、ノイズが3・66 dBであることを示しています。Cバンド増幅セクションは2ステージステージを使用していることがわかります。ジョイント構造は、ノイズを低減しながらゲインを改善します。ブラッググレーティングファイバーグレーティングフィルターを使用することにより、Cバンドでもゲインフラットネス効果が得られます。

ゲインの変動は4 dB未満であり、ゲインは1 524〜1602 nmのほぼ70 nmの帯域幅で22 dB以上です。