(57)【要約】偏光多様性光増幅器は、偏光感応性光活性媒質および偏光スプリッタを含む。偏光スプリッタは、入力光を受光し、受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ受光入力光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成される。活性媒質は、第１および第２の光ポートを有する。第１の光ポートは、第１の光学経路セグメントの端部にある。第２のポートは、第２の光学経路セグメントの端部にある。活性媒質は、ポートの一方から、ポートの他方での入力光の受光に応答して増幅光を出力する。好ましい一実施形態では、活性媒質が内部光軸を有し、第１および第２の成分の偏光が、その軸に対して増幅が高められるように向けられる。２つの光学経路セグメントは、偏光保持光導波路を含むことができる。
2009534868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受光し、前記受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光入力光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成された偏光スプリッタと、
内部光軸を有する偏光感応性光活性媒質であって、適切な励起エネルギーがそこに印加されたときに前記入力光を増幅するように構成され、前記第１の光学経路セグメントの端部にある第１の光ポートおよび前記第２の光学経路セグメントの端部にある第２の光ポートを有し、前記ポートの一方から、前記ポートの他方での前記入力の受光に応答して増幅光を出力するように構成された偏光感応性光活性媒質と
を備える装置であって、
前記第１および第２の光学経路が、前記第１および第２の成分の偏光が前記ポートに入ると互いに実質的に平行になるように構成される
装置。
【請求項２】
前記第１および第２の光学経路セグメントがそれぞれ、偏光保持光導波路を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の成分の偏光が前記内部軸に対して前記成分の増幅を高めるように向けられるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の成分の偏光が前記内部軸に実質的に平行に向けられるように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記励起エネルギーの光源であって、前記活性媒質に長手方向に結合された少なくとも１つのレーザを備える光源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記偏光スプリッタが、前記レーザから励起光を受光し、前記受光励起光の第１の偏光成分を前記第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光励起光の第２の偏光成分を前記第２の光学経路セグメントに誘導するように構成され、前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の励起光成分の強度が前記活性媒質に入ると実質的に等しくなるように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記活性媒質が半導体を備え、また前記活性媒質にキャリアを注入するように構成された、前記励起エネルギーの電気的供給源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記光学経路セグメントの少なくとも一方がファラデー回転子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記光学経路セグメントが、前記偏光スプリッタの前記入力光を受光した光ポートとは異なる光ポートから送出偏光光が前記スプリッタを出るように、前記スプリッタに偏光光を送出するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
入力光を受光し、前記受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光入力光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成された偏光スプリッタと、
内部光軸を有する偏光感応性光活性媒質であって、適切な励起エネルギーがそこに印加されたときに前記入力光を増幅するように構成され、前記第１の光学経路セグメントの端部にある第１の光ポートおよび前記第２の光学経路セグメントの端部にある第２の光ポートを有し、前記ポートの一方から、前記ポートの他方での前記入力の受光に応答して増幅光を出力するように構成された偏光感応性光活性媒質と
を備える装置であって、
前記第１および第２の光学経路セグメントがそれぞれ、偏光保持光導波路を備え、
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の成分の偏光が前記内部軸に対して前記成分の増幅を高めるように向けられるように構成される
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光増幅器に関し、より詳細には、光増幅器における偏光多様性に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムでは、伝搬光信号がしばしば、未知の偏光を伴ってネットワーク・ノードに到達する。例えば、到達光信号の偏光は、最終的に予想不可能に変わることがある。到達光信号の偏光に関する事前の知識がないことから、そのような光信号を、偏光に不感応な形で処理することが望ましくなっている。このため、光信号を処理するための光デバイスは一般に、偏光に不感応または無依存な、すなわち、デバイスに対する入力信号の偏光に関係なく、匹敵する性能を提供することができる構造となっている。
【０００３】
偏光無依存であるべきデバイスの例が、光波長変換器および光増幅器ＯＡである。
【０００４】
構成要素が高度に偏光感応性である場合、構成要素の偏光不感応動作を達成するための一技法が、偏光多様性を使用することである。そのようなデバイスにおいて（例えば光波長変換器において）偏光多様性を達成するために、到達光信号を２つの直交偏光成分に分割し、この２つの偏光成分を、別々の光波長変換媒質内で処理することが知られている。普通の光波長変換媒質は、偏光感応性である。光波長変換器は、別々の普通の光波長変換媒質内で生成された光を再結合させて、出力光信号を生成する。そのような光波長変換器は、分割し、別々に波長変換し、次いで再結合することによって、変換後波長におけるそのパワーが、元の到達光信号の偏光に依存しない光信号を生成することができる。
【０００５】
別々の普通の光媒質を使用して到達光信号の直交偏光成分を波長変換するには、制御が必要である。具体的には、温度などの環境条件が、普通の光媒質内での波長変換に影響を及ぼす可能性がある。別々の光波長変換媒質の時間的な条件変動により、光波長変換プロセス全体の偏光多様性が損なわれる可能性がある。偏光多様性を失わないようにするために、一部の光波長変換器は、その環境条件を一定のレベルに維持するデバイスを含んでいる。そうした環境制御デバイスはしばしば、コストがかかり、動作が複雑である。
【０００６】
多くの半導体ＯＡの場合など、増幅媒質が偏光感応性である場合、同様の制限がＯＡにも当てはまる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さまざまな実施形態により、元の光信号の両偏光成分を同じ光学経路を介して伝搬させる、偏光多様性（ＰＤ）ＯＡが提供される。ＰＤ−ＯＡは、両偏光成分からの光を実質的に同じ条件下で増幅させる光活性媒質ＡＭを使用する。両偏光成分が同じ光学経路を介して伝搬し、実質的に同じ条件下で増幅を受けるため、これらの増幅器は、環境条件の変化に対してより高度の安定性を有する。
【０００８】
我々の発明の一態様によれば、装置が、偏光感応性ＰＳ光ＡＭ、および偏光スプリッタを含む。偏光スプリッタは、入力光を受光し、受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ受光光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成される。ＰＳ−ＡＭは、第１および第２の光ポートを有する。第１の光ポートは、第１の光学経路セグメントの端部にある。第２のポートは、第２の光学経路セグメントの端部にある。ＰＳ−ＡＭは、ポートの一方から、ポートの他方での入力光の一部の受光に応答して増幅光を出力し、その逆も同様である。
【０００９】
好ましい一実施形態では、第１および第２の光学経路セグメントが、偏光保持光導波路を含む。さらに好ましい一実施形態では、ＰＳ−ＡＭが内部光軸ＩＯＡを有し、第１および第２の成分の偏光が、その偏光により成分の増幅が高まるようにＩＯＡに対して向けられる。
【００１０】
我々の発明のもう１つの態様によれば、方法により、光学経路内を伝搬する光をＰＤ光増幅するための諸ステップが提供される。ステップは、入力光を直交する第１および第２の偏光成分に分割すること、入力光の第１の偏光成分を光学経路の第１の端部に伝達すること、および入力光の第２の偏光成分を光学経路の第２の端部に伝達することを含む。光学経路は、増幅経路セグメントを備える。すなわち、光学経路は、光増幅にとって好ましいＩＯＡを有するＰＳ−ＡＭを含む。好ましくは、２つの成分の偏光は、ＩＯＡに対して成分の増幅を高めるように向けられる。ステップは、これらの伝達動作に応答して光学経路の２つの端部で出力された光を再結合することも含む。一実施形態では、光学経路を、第１の経路セグメント、増幅経路セグメント、および第２の経路セグメントの直列配列と見なすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図および説明では、同じ参照符号が機能的に類似の特徴を表す。
【００１２】
本明細書では、さまざまな実施形態が、添付の図および説明を参照してより詳述される。しかし、本発明は、さまざまな形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されない。
【００１３】
図１は、第１および第２の経路セグメント（例えば導波路１８、２０）と、それらを互いに光学的に結合する、増幅媒質を含む第３のセグメントとで形成された光学経路内を伝搬する光の偏光多様性ＰＤ増幅をもたらすように構成されたＯＡ１０を示す。より具体的には、ＰＤ−ＯＡ１０は、偏光スプリッタ１２、偏光感応性ＰＳ光活性媒質ＡＭ１４（線形または非線形）、偏光回転子１６、１７、ならびに増幅すべき入力信号の供給源に光学的に結合された第１および第２の光導波路１８、２０を含む。適切な励起エネルギーがＰＳ−ＡＭ１４に印加されると、ＰＳ−ＡＭ１４は反転分布し、それにより、ＰＳ−ＡＭ１４中を伝搬する入力信号光が増幅される。しかし、ＡＭ１４の偏光感応性とは、以下により詳細に論じるように、特定の偏光が他の偏光よりも多くの利得を優先的に受けることを意味する。
【００１４】
例として、ＰＳ−ＡＭ１４は、ヘテロ構造半導体増幅器の狭バンドギャップ活性領域でも、フォトニック結晶ＰＣ増幅器のＰＣ光ファイバ活性領域でも、高パワー・ファイバ増幅器ＲＥＤＦＡまたはプレーナ型導波路ＰＷＧ増幅器の希土類ドープ活性領域でもよい。
【００１５】
一般に、励起エネルギーは、ＯＡの個々のタイプに応じて光学的または電気的である。例えば、半導体ＯＡの場合、電気的励起エネルギーは一般に、キャリアが活性領域に注入されるのに適した、デバイスに印加される電圧および電流の形をとる。バイポーラ・デバイスでは、キャリア（すなわち正孔および電子）が、ＰＳ−ＡＭ１４中を伝搬する信号光の増幅に必要な反転分布をする。したがってこの場合、励起源１５は、活性領域に順方向バイアスをかけて、必要なキャリア注入をもたらす電圧源を備える。一方、ＲＥＤＦＡ、ＰＣ  ＯＡまたはＰＷＧ  ＯＡの場合には、光励起エネルギーが一般に励起光の形をとり、それがＰＳ−ＡＭ１４によって吸収されて、必要な反転分布が発生する。後者の場合には、励起源１５が、ＰＳ−ＡＭ１４を長手方向に照射するレーザ・ダイオードのアレイを例として備える。長手方向の照射または励起とは、励起光が、増幅すべき信号と同じ方向（共伝搬励起と呼ばれる）に、または逆方向（逆伝搬励起と呼ばれる）に、または両方に、媒質に沿って伝搬するように、細長い活性媒質の端面内に結合されることを意味する。どちらのタイプの長手方向励起方式も、端面励起法と呼ばれることもある。（後に論じる図３および４の実施形態を参照されたい。）最後に、半導体ＯＡは、上記のように長手方向に励起することもでき、または横に励起してもよい、すなわち、励起光がそれを介してデバイスの層に基本的に垂直な（すなわち横）方向に活性領域に入るのを可能にするのに適した窓をデバイスに設けることができることを言及しておく。同様にＲＥＤＦＡまたはＰＷＧ  ＯＡは、横に励起することもできる。しかし、横光励起は、増幅すべき信号と励起光の間の相互作用長が限られるため、好ましくない場合がある。
【００１６】
ここで図１に戻ると、偏光スプリッタ１２が、任意の偏光の入力信号光を光ポート２２で受光し、受光信号光を、直交する平面偏光成分１８．１、２０．１に分割することに留意されたい。偏光スプリッタ１２は、受光光の一方の平面偏光成分１８．１を、光ポート２４を介して光導波路１８に出力し、受光光の他方の平面偏光成分２０．１を、光ポート２６を介して光導波路２０に出力する。例示的な偏光スプリッタ１２には、ニコル・プリズム、ロション・プリズム、グラン・トムソン・プリズム、およびウォラストン・プリズム、プレーナ型導波路偏光スプリッタ、ならびに当業者に公知の他の光偏光スプリッタがある。
【００１７】
ＰＳ−ＡＭ１４は典型的に、光ポート２８を光ポート３０に接続する光導波路内に組み込まれる。上記で特定したＡＭのタイプと変わらず、例示的な光導波路には、希土類ドープ・ファイバ、あるいは光媒質（例えば半導体またはシリカ）のバルク、プレーナ、または埋込み構造内にある、比較的高い屈折率の領域がある。ＰＳ−ＡＭ１４は、光利得（すなわち増幅）をもたらすように適合された内部光導波路の各端部に、光ポート２８、３０を有する。このため、ＰＳ−ＡＭ１４は、どちらか一方の光ポート２８、３０から増幅信号光を、他方の光ポート３０、２８が入力光を受光し、ＰＳ−ＡＭ１４が励起源１５からのエネルギーによって適切に励起されるのに応答して出力する。
【００１８】
ＰＳ−ＡＭ１４は、内部光軸ＩＯＡを有する。入力信号光の（直線）偏光が、ＩＯＡに対して好ましい角度αに向けられる場合、増幅が最も効率的になる。ＰＳ−ＡＭ１４の設計に応じて、αがゼロである場合があり、その場合、入力光の偏光が好ましくは、ＩＯＡに実質的に平行であり、またはαが９０°である場合があり、その場合、入力光の偏光が好ましくは、ＩＯＡに実質的に垂直であり、またはαが、この２つの極値間の値α０を有する場合があり、その場合、入力光の偏光が好ましくは、ＩＯＡに対して角度α０に向けられる。したがって、ＩＯＡに対して角度αに向けられたどんな直線偏光も好ましいと言及しておく。このため、ＰＳ−ＡＭ１４は、偏光無依存光デバイスではなく、むしろ偏光に感応または依存する。ＩＯＡの例には、ヘテロ構造半導体ＯＡの層に実質的に垂直なまたは平行な方向、ＰＷＧ  ＯＡの平面に実質的に垂直な方向、およびＰＣファイバＯＡの対称軸（または複屈折軸）に実質的に平行な方向がある。しかし、それらの設計の詳細に応じて、それらのデバイスは別法として、上記で論じた特定の層または平面に平行でも垂直でもなく向けられたＩＯＡを有することもできる。
【００１９】
続く図１、３および４の説明を簡単にするために、α＝０であり、入力信号光成分の偏光が、ＰＳ−ＡＭ１４に入るときにＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに実質的に平行に向けられると仮定する。
【００２０】
ＰＤ−ＯＡ１０は、ＰＳ−ＡＭ１４の偏光依存特性を補償する特徴を含む。
【００２１】
まず、光導波路１８、２０および偏光回転子１６、１７が光を、入力光成分１８．１、２０．１の偏光が好ましくは、ＰＳ−ＡＭ１４に入るとＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに実質的に平行になるように、両光ポート２８、３０に送出するように構成される。光導波路１８、２０は具体的に、偏光スプリッタ１２の光ポート２４、２６を介して受光した平面偏光Ｐ、Ｐ’を保持するように構成することができる。例えば、光導波路１８、２０は、偏光保持光ファイバＰＭＦとすることができる。好ましい実施形態では、ＰＭＦはまた、光成分がＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに実質的に沿って偏光されるように、光を光ポート２８、３０に送出するように向けられる。そのような実施形態では、偏光回転子１６、１７がない。他のそのような実施形態では、ＰＭＦが、非最適に偏光された光成分をＰＳ−ＡＭ１４の端部に向かって発するように向けられた横光軸を有する。そのような実施形態では、偏光回転子１６、１７が、発せられた光の平面偏光Ｐ、Ｐ’を、偏光が光ポート２８、３０のところでＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに実質的に平行になるように回転させる。
【００２２】
例示的な偏光回転子１６、１７は、適切に向けられた半波長板、光活性媒質、斜めに向けられたミラー対、または他の公知の偏光回転子である。
【００２３】
典型的に、第１および第２の偏光回転子１６、１７は、光がＰＳ−ＡＭ１４の両端部に実質的に同じ偏光、例えばＰＳ−ＡＭ１４内の光増幅に最適な好ましい偏光を伴って送出されるように、約９０°の相対回転をもたらす。（光ファイバの適用例では、回転子１６、１７の代わりに、２本のファイバ間に９０°の偏光差があるように、かつＰＳ−ＡＭ１４のポート２８、３０に入る偏光が、そのＩＯＡに実質的に平行になるように、ファイバの少なくとも一方を単に軸方向に回転させることによって偏光回転を達成することもできる。）したがって、偏光回転子は、ＰＤ−ＯＡの個々の設計に応じて、図１に示すように一対で使用しても、経路セグメントの一方だけに単独で使用しても、完全に除外してもよいことが明らかである。
【００２４】
入力光の偏光とＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡとの間のアライメント誤差は、１０°以下、好ましくは５°以下、より好ましくは１°以下である。
【００２５】
ＰＤ−ＯＡ１０では、光ポート２２が、入力光を受光し、出力光を伝達する。両偏光成分は、逆方向にではあるが同じ光学経路を移動する。両偏光成分は、実質的に同じ条件下で光増幅を受け、すなわち、実質的に同じ励起エネルギーを受け、好ましくは、ＰＳ−ＡＭ１４内で実質的に同じ偏光方向を有する。このため、ＰＤ−ＯＡ１０は、環境条件の変化に対して比較的小さな感応性を有する。
【００２６】
図２は、例えば図１、３または４それぞれのＰＤ−ＯＡ１０、１０’、１０’’において、光学経路内を伝搬する光の光増幅を偏光多様な形で実施するための方法４０を示す。先に論じたように、光学経路は例示的に、経路セグメント、すなわち第１および第２の経路セグメント（例えば導波路１８、２０）と、それらを互いに光学的に結合する、増幅媒質を含む第３のセグメント（例えばＰＳ−ＡＭ１４）とからなる直列配列を含む。概して、方法４０のステップ４２は、受光入力信号光を、第１の平面偏光成分と、直交する第２の平面偏光成分に分割することを含む。第１の成分は、第２の成分の直線偏光に直交する直線偏光を有する。方法４０のステップ４４は、受光光の第１の偏光成分を、光学経路の第１の端部に伝達することを含む。光学経路は、光放射（または光）を増幅するための、偏光感応性経路セグメントを含む。光増幅経路セグメントは、例えば図１、３および４のＰＳ−ＡＭ１４と同様に、入力信号光の波長を有する光を増幅するように適合されたＰＳ−ＡＭを含む。方法４０のステップ４６は、受光入力信号光の第２の偏光成分を同じ光学経路の第２の端部に伝達し、同時に第１の偏光成分を第１の端部に伝達することを含む。さらに、これらの伝達ステップにより、好ましくは、入力光の２つの偏光成分が、増幅経路セグメント内で実質的に平行な偏光状態を有する。
【００２７】
いくつかの実施形態では、一方または両方の成分の偏光が、増幅経路セグメント内に入れられる前に、増幅経路セグメント内（例えばＰＳ−ＡＭ１４内）でのそれらの偏光を整合させるように回転される。いくつかの実施形態では、一方または両方の成分が、増幅経路セグメント内で２つの成分の偏光を互いに実質的に平行に、かつ特定の、最適な増幅に好ましい方向に実質的に平行に（例えば、ＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに好ましくは実質的に平行に）させるために、適切に整合された偏光保持光導波路を通って送出される。
【００２８】
方法４０のステップ４８は、伝達ステップに応答して光学経路の２つの端部から出力された（すなわち出てくる）光を再結合することを含む。再結合光は増幅信号光である。再結合光では、増幅光の強度および質が、元の入力信号光の偏光に実質的に無依存であり、したがって、方法４０は偏光多様性である。方法４０は、２つの特徴のため、環境条件が変化する際、依然として偏光不感応のままである。第１に、両偏光成分が、分割するステップから再結合するステップの間に、実質的に同じ光学経路を移動する。第２に、両偏光成分が、実質的に同じ条件下で増幅を受ける。
【００２９】
方法４０が、図３〜４に示し以下に説明するものなど、ＰＳ−ＡＭ１４の長手方向の励起を使用する我々の発明の諸実施形態に適用される場合、ステップ４２は、入力光と励起光のどちらも第１および第２の偏光成分に分割することを含み、ステップ４８は、増幅光と励起光のどちらも再結合することを含むことに留意されたい。
【００３０】
図３および４は、ＷＤＭ光通信ネットワーク用のＰＤ−ＯＡ１０’、１０’’の、長手方向に励起される実施形態を示す。したがって、これらの実施形態では、図１の励起源１５が、励起レーザ源３４の形をとり、その出力が、以下に説明する適切な光学構成要素の配列を介して、ＰＳ−ＡＭ１４内に長手方向に結合される。
【００３１】
図３は、偏光多様性であるＰＤ−ＯＡ１０’を示す。ＰＤ−ＯＡ１０’は、図１のＰＤ−ＯＡ１０に関してすでに述べたように、偏光スプリッタ１２、ＰＳ−ＡＭ１４、ＰＳ−ＡＭ１４に光学的に結合された励起レーザ源３４、ファラデー光回転子１６、１７、および、好ましくは偏光保持光ファイバＰＭＦ１８、２０を含む。この場合、光回転子１６、１７は、偏光スプリッタ１２から受光した光の偏光を、回転誤差が最大で５°以下、好ましくは１°以下で、４５°回転させる。光回転子１６、１７は、偏光回転後の光をＰＭＦ１８、２０に伝達する。ＰＭＦは、その上に入射した光の偏光を保持するように向けられる。ＰＭＦ１８、２０はまた、送出される光の偏光がＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡに実質的に沿って向けられるように、光をＰＳ−ＡＭ１４の光ポート２８、３０に送出するように向けられる。
【００３２】
ＰＤ−ＯＡ１０’は、励起レーザ源３４、励起光ファイバ３５、入力光ファイバ３７、出力光ファイバ３８、およびダイクロイック板３９も含む。励起レーザ源３４は、光増幅で使用する励起光を発生させる。励起光ファイバ３５は、励起光をダイクロイック板３９に選択された偏光を伴って送出するＰＭＦである。入力光ファイバ３７は、入力光をダイクロイック板３９に送出する。例えば薄膜デバイスでよいダイクロイック板３９は、励起レーザ源３４の波長の光を選択的に透過し、入力光の波長の光を選択的に反射する。すなわち、ダイクロイック板３９は、励起光と入力光のどちらも、偏光スプリッタ１２の光ポート２２に向かって誘導するように構成される。
【００３３】
一実施形態では、励起光ファイバ３５が、光ポート２２のところで偏光スプリッタ１２の内部光軸に対してその偏光が４５°±５°、または４５°±１°の角度をなす励起光を放出するように向けられる。このため、偏光スプリッタ１２は、励起光の実質的に同じ強度を各光ポート２４、２６に伝達する。光ファイバ１８、２０が光回転子１６、１７から受光した光の偏光を保持するように向けられるので、これらの光ファイバ１８、２０は、受光した励起光強度を、実質的な減衰なしで光ポート２８、３０に送出する。各光ファイバ１８、２０が励起光の実質的に同じ強度を受光するので、光ファイバ１８、２０は、実質的に同じ励起光強度をＰＳ−ＡＭ１４の各光ポート２８、３０に送出する。
【００３４】
光ファイバ１８、２０は、光ポート２４、２６間で光ループを閉じる。この光ループ内で、光ファイバ１８、２０は、ＰＳ−ＡＭ１４から受光した光を光回転子１６、１７に送出し、したがって偏光スプリッタ１２に送出する。光ループを回って、約９０°の全体的な偏光回転が生じる、すなわち、光回転子１６、１７におけるファラデー効果の非相反性によるものである。この偏光回転により、偏光スプリッタ１２が、ループから受光した光を光ポート２２に戻すのではなく出力光ファイバ３８に方向変更する。
【００３５】
ＰＤ−ＯＡ１０’では、入力光の異なる偏光成分がＰＭＦ内を共伝搬しない。具体的には、ＰＭＦである励起光ファイバ３５が、励起光のみを伝達し、やはりＰＭＦである光ファイバ１８、２０が、入力光の単一の偏光成分のみを伝達する。さらに、光成分が基本的に同一の光学経路長を移動するので、入力光は、ＰＤ−ＯＡ１０’内で大幅な偏光モード分散ＰＭＤを受けない。（低ＰＭＤは、ＰＤ−ＯＡ１０および１０’’の特徴でもある。）ＰＭＤは、光データ伝送速度に対する大きな制限となり得るので、低ＰＭＤまたはゼロＰＭＤは、高データ転送速度で動作するＷＤＭ光通信ネットワークにおいて望ましい。
【００３６】
しかし、我々のＰＤ−ＯＡ１０、１０’、１０’’は、ＷＤＭ通信システムでの使用に限定されない。例えばそれらは、（例えば衛星間の）自由空間通信における高パワーＯＡとして応用することができる。
【００３７】
図３のＰＤ−ＯＡ１０’のいくつかの実施形態は、さらなる改善点を有する。例えば、残りの励起光を除去するために、偏光スプリッタ１２の光出力と出力光ファイバ３８との間にダイクロイック板を挿入することができる。また、２つの光ファラデー回転子１６、１７を、約９０°の回転をもたらす単一の光デバイスと置き換えることもできる。（単一の９０°回転デバイスは、ポート２６とポート３０の間、またはポート２４とポート２８の間のどこにでも配置することができる。）また、偏光スプリッタ１２を、図３に示す偏光スプリッタ・キューブではなく、ウォークオフ結晶とすることもできる。そのような偏光スプリッタ１２の場合、光出力２４、２６が単一のファラデー光回転子上の異なる位置に光を伝達することができるので、ファラデー光回転子１６および１７を単一のファラデー光回転子と置き換えることができる。
【００３８】
図４は、偏光多様性である第２のＯＡ１０’’を示す。ＰＤ−ＯＡ１０’’は、図１および３のＰＤ−ＯＡ１０、１０’に関してすでに述べたように、偏光スプリッタ１２、ＰＳ−ＡＭ１４、光回転子１６、１７、およびＰＭＦ１８、２０を含む。ＰＤ−ＯＡ１０’’は、光サーキュレータ５２、励起レーザ源３４、光ファイバ・カプラ６０を介して光導波路５８に結合された励起ファイバ３５も含む。
【００３９】
光サーキュレータ５２は、３つの順に並べられた光ポート６２、６４、６６を有する。第１の光ポート６２は、例えばＷＤＭ光通信ネットワークの入力光ファイバ３７から、入力信号光を受光する。第２の光ポート６４は、入力信号光を光導波路５８の第１の端部に伝達する。第３の光ポート６６は、第２の光ポート６４で受光した光を、ＷＤＭ光通信ネットワークの出力光ファイバ３８に伝達する。
【００４０】
励起レーザ源３４が、直線偏光された励起光を光励起ファイバ３５に伝達し、光励起ファイバ３５は、励起光を光ファイバ・カプラ６０に伝達する。励起ファイバ３５および光ファイバ・カプラ６０は、直線偏光された励起光を光導波路５８に効率的に送出するようにその横光軸が整合された、偏光保持導波路である。
【００４１】
光導波路５８は、偏光保持光導波路であり、光サーキュレータ５２の第２の光ポート６４および光ファイバ・カプラ６０を、偏光スプリッタ１２の光ポート２２に接続する。光ポート２２は、入力光および励起光を偏光スプリッタ１２に伝達する光入力、ならびに励起光と増幅光の混合物を偏光スプリッタ１２から受光する光出力として機能する。偏光保持光導波路５８は、励起光を光ポート２２に送出し、それにより、偏光スプリッタ１２が送出された励起光強度を光導波路１８と光導波路２０の間で実質的に等しく分割するように整合された、その横光軸を有する。
【００４２】
好ましくは、光導波路１８、２０は、実質的に等しい励起光強度をＰＳ−ＡＭ１４の各側に送出するようにその横光軸が整合されたＰＭＦでもある。１つまたは２つの光回転子１６、１７は、光導波路１８、２０から放出された光の偏光が、好ましくは、光ポート２８、３０のところでＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡと実質的に整合するように偏光回転をもたらすことができる。ＰＳ−ＡＭ１４のＩＯＡを、その光軸に実質的に沿って偏光された光を両ＰＭＦ１８、２０が送出するように向けることもできる。
【００４３】
光導波路１８、２０はまた、ＰＳ−ＡＭ１４から偏光スプリッタ１２に光を送出する。光スプリッタ１２は、光ポート２４、２６に送出された光を光ポート２２に伝達する。光導波路５８が、光ポート２２から光サーキュレータ５２の第２の光ポート６４に光を伝達する。光サーキュレータ５２が、第２の光ポート６４から、出力光ファイバ３８に接続する光ポート６６に光を伝達する。
【００４４】
ＰＤ−ＯＡ１０’’のいくつかの実施形態は、光サーキュレータ５２の第３の光ポート６６とＷＤＭ光通信ネットワークの出力光ファイバ３８の間に挿入された、１つまたは複数の帯域通過光フィルタ７２も含む。帯域通過光フィルタ７２は、励起光の波長を有する光を除去する。次いで、ＷＤＭ光通信ネットワークの出力光ファイバ３８が、ＰＳ−ＡＭ１４内で生成された、増幅波長の実質的にただ１つの光を受光する。
【００４５】
図３および４を参照すると、ＰＤ−ＯＡ１０’、１０’’は、環境条件に実質的に不感応であり、２つの理由で偏光多様性である。第１に、両偏光成分が、光ＰＤ−ＯＡ１０’、１０’’内で同じ光学経路に沿って循環する。第２に、入力光が、光ＰＳ−ＡＭ１４内で実質的に同じ増幅条件を受ける。具体的には、実質的に同じ偏光および強度の励起光が、ＰＳ−ＡＭ１４の各端部内に長手方向に発せられる。さらに、入力光が、ＰＳ−ＡＭ１４の各端部内に、実質的に同じ偏光を伴って発せられる。
【００４６】
本発明の他の実施形態は、本願の明細書、図面、および特許請求の範囲に照らして、当業者に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】偏光多様性（ＰＤ）であるＯＡの概略ブロック図である。
【図２】ＰＤ−ＯＡ、例えば図１、３または４のＰＤ−ＯＡを動作させる方法の流れ図である。
【図３】図１のＰＤ−ＯＡの別の実施形態の概略ブロック図である。
【図４】図１のＰＤ−ＯＡのさらに別の実施形態の概略ブロック図である。
【図１】
2009534868.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月7日(2008.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受光し、前記受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光入力光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成された偏光スプリッタと、
内部光軸を有する偏光感応性光活性媒質であって、適切な励起エネルギーがそこに印加されたときに前記入力光を増幅するように構成され、前記第１の光学経路セグメントの端部にある第１の光ポートおよび前記第２の光学経路セグメントの端部にある第２の光ポートを有し、前記ポートの一方から、前記ポートの他方での前記入力の受光に応答して増幅光を出力するように構成された偏光感応性光活性媒質、及び
前記励起エネルギーの光源であって、ここで前記光源が、前記活性媒質に長手方向に結合された少なくとも１つのレーザを備える装置からなり、
前記偏光スプリッタが、前記レーザから励起光を受光し、前記受光励起光の第１の偏光成分を前記第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光励起光の第２の偏光成分を前記第２の光学経路セグメントに誘導するように構成され、前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の励起光成分の強度が前記活性媒質に入ると実質的に等しくなるように構成され、
前記第１および第２の光学経路が、前記第１および第２の入力光成分の偏光が前記ポートに入ると互いに実質的に平行になるように構成される
装置。
【請求項２】
前記第１および第２の光学経路セグメントがそれぞれ、偏光保持光導波路を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の成分の偏光が前記内部軸に対して前記成分の増幅を高めるように向けられるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の成分の偏光が前記内部軸に実質的に平行に向けられるように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記励起エネルギーの光源が前記活性媒質に結合する偏光保持導波路をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光学経路セグメントの少なくとも一方がファラデー回転子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光学経路セグメントが、前記偏光スプリッタの前記入力光を受光した光ポートとは異なる光ポートから送出偏光光が前記スプリッタを出るように、前記スプリッタに偏光光を送出するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
入力光を受光し、前記受光入力光の第１の偏光成分を第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光入力光の第２の偏光成分を別の第２の光学経路セグメントに誘導するように構成された偏光スプリッタと、
内部光軸を有する偏光感応性光活性媒質であって、適切な励起エネルギーがそこに印加されたときに前記入力光を増幅するように構成され、前記第１の光学経路セグメントの端部にある第１の光ポートおよび前記第２の光学経路セグメントの端部にある第２の光ポートを有し、前記ポートの一方から、前記ポートの他方での前記入力の受光に応答して増幅光を出力するように構成された偏光感応性光活性媒質、及び
前記励起エネルギーの光源であって、ここで前記光源が、前記活性媒質に長手方向に結合された少なくとも１つのレーザを備える装置からなり、
前記偏光スプリッタが、前記レーザから励起光を受光し、前記受光励起光の第１の偏光成分を前記第１の光学経路セグメントに誘導し、かつ前記受光励起光の第２の偏光成分を前記第２の光学経路セグメントに誘導するように構成され、前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の励起光成分の強度が前記活性媒質に入ると実質的に等しくなるように構成され、
前記第１および第２の光学経路セグメントがそれぞれ、偏光保持光導波路を備え、
前記第１および第２の光学経路セグメントが、前記第１および第２の入力光成分の偏光が前記内部軸に対して前記成分の増幅を高めるように向けられるように構成される
装置。
【国際調査報告】
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