(57)【要約】【課題】光増幅器の利得を大きくする方法とシステムを提供する。【解決手段】第１光通信経路を有する第１段、および前記第１光通信経路と接続される第２光通信経路を有する第２段を含み、蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている。【選択図】図１
2011018944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光通信経路を有する第１段、および
前記第１光通信経路と接続される第２光通信経路を有する第２段を含み、
蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、
前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている光増幅器。
【請求項２】
第１入力光学信号と第１ポンプ光を結合してから、結合された後の第１入力光学信号と第１ポンプ光を第１光通信経路に送る第１光接合器、および
第２入力光学信号と第２ポンプ光を結合してから、結合された後の第２入力光学信号と第２ポンプ光を第２光通信経路に送る第２光接合器を更に含む請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
光源、および
前記光源と接続された入力端子、前記第１光接合器に到達する前記第１ポンプ光を提供する第１出力端子と、前記第２光接合器に到達する前記第２ポンプ光を提供する第２出力端子を含む第３光接合器を更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器であり、前記第２光接合器が第２光結合器であり、前記第３接合器が第３光結合器である請求項２記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第２ポンプ光を出力し、それが前記第２光結合器に接続される第２光源を更に含み、前記第２光接合器が第２光結合器である請求項３記載の光増幅器。
【請求項５】
前記平面導波路は、出力端子と入力端子を含み、前記光増幅器は、
前記第１光結合器によって前記平面導波路の前記入力端子に接続された第１光アイソレーター、
前記第１ポンプ光の伝送をブロックし、それが前記平面導波路の前記出力端子に接続される光学フィルター、および
前記光学フィルターに接続された第２光アイソレーターを更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器である請求項２記載の光増幅器。
【請求項６】
前記第１ポンプ光を出力し、それが前記第１光結合器に接続される第１光源、および
前記第２ポンプ光を出力し、それが前記第２光結合器に接続される第２光源を更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器であり、前記第２光接合器が第２光結合器である請求項２記載の光増幅器。
【請求項７】
前記第１ポンプ光と前記第２ポンプ光の波長は、９８０ｎｍである請求項２記載の光増幅器。
【請求項８】
前記蛍光材料は、希土類元素を含む請求項２記載の光増幅器。
【請求項９】
前記希土類元素は、エルビウム元素を含む請求項８記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記光増幅器は、入力光学信号を受け、且つ、前記入力光学信号によって反応後の出力光学信号を提供し、前記入力光学信号のパワーが−２５ｄＢｍで、前記出力光学信号が波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある複数の光学信号を含む時、前記光増幅器の複数の利得値は、３７ｄＢより大きく、または等しく、且つ、利得の変化は、１．１ｄＢに等しく、または小さい請求項１記載の光増幅器。
【請求項１１】
前記光増幅器に入った入力信号は、前記平面導波路に伝送され、前記光増幅器の出力信号は、前記光ファイバより提供される請求項１記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記光増幅器に入った入力信号は、前記平面導波路に伝送され、前記光増幅器の出力信号は、前記平面導波路より提供される請求項１記載の光増幅器。
【請求項１３】
各対応する光学信号を伝送し、前記各光学信号は対応する波長を有する複数の送受信機、
前記光学信号を光通信経路に結合するマルチプレクサ、
第１光通信路を有する第１段、および
前記第１光通信経路と接続される第２光通信経路を有する第２段を含む光増幅器、
対応する波長に基づいて各光学信号を区分するデマルチプレクサ、および
区分された後の前記光学信号を受け、且つ、前記光学信号を電気信号に変換する複数の受信機を含む波長分割多重の伝送システムであって、
蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、
前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている波長分割多重の伝送システム。
【請求項１４】
第１入力光学信号と第１ポンプ光を結合してから、結合された後の第１入力光学信号と第１ポンプ光を第１光通信経路に送る第１光接合器、および
第２入力光学信号と第２ポンプ光を結合してから、結合された後の第２入力光学信号と第２ポンプ光を第２光通信経路に送る第２光接合器を更に含む請求項１３記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項１５】
光源、および
前記光源と接続された入力端子、前記第１光接合器に到達する前記第１ポンプ光を提供する第１出力端子と、前記第２光接合器に到達する前記第２ポンプ光を提供する第２出力端子を含む第３光接合器を更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器であり、前記第２光接合器が第２光結合器であり、前記第３光接合器が第３光結合器である請求項１４記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項１６】
前記第２ポンプ光を出力し、それが前記第２光結合器に接続される第２光源を更に含み、前記第２光接合器が第２光結合器である請求項１５記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項１７】
前記光増幅器の前記平面導波路は、出力端子と入力端子を含み、前記光増幅器は、
前記第１光結合器によって前記平面導波路の前記入力端子に接続された第１光アイソレーター、
前記第１ポンプ光の伝送をブロックし、それが前記平面導波路の前記出力端子に接続される光学フィルター、および
前記光学フィルターに接続された第２光アイソレーターを更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器である請求項１４記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項１８】
前記第１ポンプ光を出力し、それが前記第１光結合器に接続される第１光源、および
前記第２ポンプ光を出力し、それが前記第２光結合器に接続される第２光源を更に含み、前記第１光接合器が第１光結合器であり、前記第２光接合器が第２光結合器である請求項１４記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項１９】
前記第１ポンプ光と前記第２ポンプ光の波長は、９８０ｎｍである請求項１４記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項２０】
前記蛍光材料は、希土類元素を含む請求項１３記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項２１】
前記希土類元素は、エルビウム元素を含む請求項２０記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項２２】
前記光増幅器は、入力光学信号を受け、且つ、前記入力光学信号によって反応後の出力光学信号を提供し、前記入力光学信号のパワーが−２５ｄＢｍで、前記出力光学信号が波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある複数の光学信号を含む時、前記光増幅器の複数の利得値は、３７ｄＢより大きく、または等しく、且つ利得の変化は、１．１ｄＢに等しく、または小さい請求項１３記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項２３】
前記光増幅器に入った入力信号は、前記平面導波路に伝送され、前記光増幅器の出力信号は、前記光ファイバより提供される請求項１３記載の波長分割多重の伝送システム。
【請求項２４】
前記光増幅器に入った入力信号は、前記平面導波路に伝送され、前記光増幅器の出力信号は、前記平面導波路より提供される請求項１３記載の波長分割多重の伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号に利得平坦化増幅器を提供できる光ファイバ領域（field of fiber optics）と光信号の増幅（amplification of optical signal）技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、単一波長の光チャネルを１つ、または複数の光ファイバに伝送する技術は、既に熟知されている。複数の情報源（plural sources）よりデータを伝送するために、時分割多重（ＴＤＭ）がよく用いられている。時分割多重では、特定のタイムスロットが各信号源（signal source）に分配され、完全な信号が各タイムスロットと関係のある部分によって構成される。上述の複数のデータ源を単一の光チャネルに伝送する技術が有効である場合、その容量は光ファイバの分布の制限を受け、高ピーク出力パルス（high peak power pulses）を発生しなければならない。
【０００３】
現在の光ファイバネットワークの容量を増加する方法として波長分割多重が既に発見されている。波長分割多重のシステムでは、複数の光学信号チャネルが特定波長に分配された各チャネルを有する単一の光ファイバに伝送される。各光チャネルが全て時分割多重の形式で作用できることから、光ファイバネットワーク内の全データの伝送容量が大きく上昇される。
【０００４】
波長分割多重システムの光チャネルは、通常、シリカ光ファイバ（silica based optical fiber）で伝送され、且つ、対応して低損失を有し、波長を１５２０〜１５８０ｎｍの間にする。波長分割多重システムの光学信号チャネルの波長は、この低損失ウィンドウ（low loss window）においては、約５０ｋｍ伝送されることができ、過剰なエネルギーの減衰はない。しかし、５０ｋｍ以上の距離を超えた時、光増幅器を用いて光ファイバの損失に補償をしなければならない。
【０００５】
既に開発されている光増幅器は、希土類元素をドープした利得媒質を含み、希土類元素は、エルビウム、プラセオジム、ネオジムと、テルルであることができる。最もよく用いられる希土類元素は、波長範囲が１５２０〜１５８０ｎｍの間にある、最も好ましい利得を発生することができるエルビウムである。また、エルビウムをドープした媒質は、選択された波長で光によってポンプ（pumped）されることができるものである。例えば、選択された波長が９８０ｎｍの場合、光ファイバの波長を低損失ウィンドウに提供することで、増幅される、または利得することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光増幅器の利得を大きくする方法とシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理構造に基づいて、本発明は、実施され、且つ、より広く解釈されることができる。本発明の方法とシステムは、光増幅器の利得を大きくするために用いられる。
【０００８】
本発明の光増幅器は、第１光通信経路を有する第１段、および前記第１光通信経路と接続される第２光通信経路を有する第２段を含み、蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている。
【０００９】
本発明のもう１つの実施例は、波長分割多重伝送システムを提供する。そのシステムは、各対応する光学信号を伝送し、前記各光学信号は対応する波長を有する複数の送受信機、前記光学信号を光通信経路に結合するマルチプレクサ、第１光通信路を有する第１段、および前記第１光通信経路と接続される第２光通信経路を有する第２段を含む光増幅器、対応する波長に基づいて各光学信号を区分するデマルチプレクサ、および区分された後の前記光学信号を受け、且つ、前記光学信号を電気信号に変換する複数の受信機を含む波長分割多重の伝送システムであって、蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている。複数の送受信機を含み、各送受信機は、それぞれの光学信号を伝送し、各光学信号は、それぞれの波長を有し、波長分割多重伝送システムは、マルチプレクサと光増幅システムを更に含む。マルチプレクサは、複数の光学信号を光通信経路に結合し、光増幅器は、平面導波路と光ファイバを含むことができる。前記平面導波路は、基板を含む。基板は領域を含み、前記領域は、蛍光材料がドープされ、光ファイバは、蛍光材料がドープされたコア部を含む。前記光ファイバは、光学の方式で前記平面導波路と接続される。波長分割多重伝送システムは、デマルチプレクサと複数の受信機を更に含むことができる。デマルチプレクサは、個別の波長を有する各光学信号を区分し、受信機は、区分された後の光学信号を受け、且つ、光学信号を電気信号に変換する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光増幅器によれば、利得を平坦化させることができ、且つ、利得飽和挙動により、より大きな波長で利得値を増加することができる。言い換えれば、２段ファイバ増幅器が直列構造で構成された２つの独立した光増幅器を含むことから、光増幅器の利得は、エルビウムイオンの反転分布が利得飽和を起こすまで、強化されるか繰り返されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の波長分割多重の伝送システムのブロック図である。
【図２】本発明の２段増幅器の実施例のブロック図である。
【図３】本発明のエルビウムドープ平面導波路の実施例の概略図である。
【図４】本発明のエルビウムドープファイバの実施例の概略図である。
【図５】エルビウムドープ平面導波路増幅器の入力信号パワーが０と−２５ｄＢｍで、波長分割多重信号の波長が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時の利得性能と雑音指数の曲線変化図である。
【図６】１０ｍの長さのエルビウムドープファイバを有するエルビウムドープ増幅器であり、入力信号パワーが０と−２５ｄＢｍで、波長分割多重信号の波長が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時で、且つ、ポンプパワーが７２ｍＷである時の利得性能と雑音指数の曲線変化図である。
【図７】利得平坦２段増幅器の入力信号パワーが０と−２５ｄＢｍで、波長分割多重信号の波長が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時の利得性能と雑音指数の曲線変化図である。
【図８】本発明の光増幅器のビット誤り率のテスト結果を示すグラフである。
【図９】本発明の増幅器の他の実施例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の増幅器のさらに他の実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、波長分割多重の伝送システム１００の概略図である。図に示すように、波長分割多重の伝送システム１００は、複数の送受信機１１０、波長分割多重（ＷＤＭ）マルチプレクサ（multiplexer）１２０、光通信経路１３０、少なくとも１つの光増幅器１４０、波長分割多重デマルチプレクサ１５０と、複数の受信機１６０を含む。一般的に、波長分割多重の伝送システム１００によって光学信号を伝送する時、各送受信機１１０は、それぞれ異なる波長の光学信号を伝送し、光通信経路１３０は、シリカ光ファイバを含み、且つ、前記波長は、１５２０〜１５８０ｎｍの間にあり、光通信経路１３０の低損失ウィンドウとなる。送受信機１１０は、例えば、発光ダイオード、またはレーザー光の光源を含む。送受信機１１０は、バイナリ入力ストリームに基づいて調整されることができる。各送受信機１１０より出力された光学信号は、波長分割多重マルチプレクサ１２０に入る。波長分割多重マルチプレクサ１２０は、光学信号と結合し、且つ、光通信経路１３０に沿って、結合後の光学信号を伝送する。光通信経路１３０は、少なくとも１つのセグメント（segment）の光ファイバを含む。
【００１４】
一般的に言うと、少なくとも１つの光増幅器１４０が光通信経路１３０に設置され、伝送された光学信号を増幅して、光通信経路１３０上の損失を補償する。以下、図２を参照に更に説明をする。光増幅器１４０は、２段増幅器（two-stage amplifier）を含み、ほぼ均一な利得を提供する。
【００１５】
光通信経路１３０に沿って伝播した後、光学信号は、続いて波長分割多重デマルチプレクサ１５０に進み、その個別の波長特徴を用いて、既に入った信号を区分する。続いて、波長分割多重デマルチプレクサ１５０より出力した信号は、対応する受信機１６０に入る。受信機１６０は、光検知器（photodetector）を含み、受けた光学信号を対応する電気信号に変換し、続く製造ステップに進む。
【００１６】
図２は、２段増幅器１４０の実施例の概略図である。図に示すように、光増幅器１４０は、第１段２１０と第２段２２０を含む。この両段は、一般的に、光学信号を増幅するエルビウムをドープした利得媒質（erbium doped gain medium）を含む。また、一般的に言えば、第１段２１０は、一般的にエルビウムをドープした平面導波路媒質（erbium doped planar waveguide medium）２１４を含み、第２段２２０は、一般的にエルビウムをドープしたファイバ（erbium doped fiber）を含む。以下、更に細部について説明する。エルビウムドープ平面導波路媒質２１４は、比較的小型である基板を含み、エルビウムドープファイバは、一般的に数メートル〜数十メートルの長さである。また、本実施例はまた、エルビウムドープ平面導波路媒質を含む第１段２１０と、エルビウムドープファイバを含む第２段２２０の位置を交換することもできる。また、半導体の製造プロセスを用いて実現されることから、光増幅器１４０は、エルビウムドープ平面導波路媒質、またはエルビウムドープファイバを有する２段型式（two-stage）（第１段２１０と第２段２２０を含む）を用いて直列接続されて得られることができる。
【００１７】
図２に示されるように、既に入った波長分割多重信号は、光学信号の複合チャネルを含む。各光学信号は異なる波長を有し、複合チャネルは、光増幅器１４０の第１段２１０に位置する光アイソレーター２１１に用いられる。光アイソレーター２１１は、一般的に受動装置であり、光通信経路１３０の反射の防止に用いられる。例えば、光アイソレーター２１１は、第１段２１０で発生された増幅された自然放出光（amplified spontaneous emission）を光通信経路１３０に沿って伝わるのを防ぐことができる。一部の光通信経路１３０は、増幅された自然放出光を反射し、第１段２１０に戻して雑音を増加する可能性がある。
【００１８】
光アイソレーター２１１を通過した後、波長分割多重信号（例えば、第１入力光学信号）は、第１光接合器２１３で第１ポンプ光と結合する。また、例えば、第１光接合器２１３は、融合ファイバ結合器（fused fiber coupler）、または薄膜フィルターを含むことができ、第１光接合器２１３は、第１光通信経路１３０ａによって平面導波路媒質２１４の入力端子と連結される。第１ポンプ光は、一般的に例えば、レーザーまたは発光ダイオードの光源２１２より出力され、その波長は、ほぼ９８０ｎｍに等しい。また、その他の周知のポンプ波長（pump wavelength）１４８０ｎｍも用いられることができる。
【００１９】
結合された後の第１ポンプ光と波長分割多重信号は、第１光通信経路１３０ａによって平面導波路媒質２１４の入力端子に送られる。図３に示されるように、平面導波路媒質２１４は、平面導波を含み、シリコン基板またはガラス基板３０５を含むこともできる。シリコン基板またはガラス基板３０５は、埋め込み領域（embedded region）３１０を有し、埋め込み領域３１０は、対応して高い屈射率（周囲の基板に比べ）を有する。よって、埋め込み領域３１０の光線は、基板３０５のある一部に局限される。埋め込み領域３１０は、イオン交換プロセス（ion exchange process）、またはスパッタリングプロセスの方式によって形成されることができる。平面導波路媒質２１４は、対応して比較的小さく、偏光依存性（polarization dependence）とクロストーク（cross-talk）を低下させることができる。
【００２０】
光源２１２より出力されたポンプ光は、埋め込み領域３１０に位置するエルビウム原子を刺激する。例えば、エルビウム原子が低エネルギー状態にある時、誘導放射（stimulated emission）によって、１つまたは複数の波長分割多重信号の波長にある光線が放射される。よって、入力する波長分割多重信号に増幅効果を提供し、続いて、平面導波路媒質２１４より出力された増幅後の波長分割多重信号は、光学フィルター２１５に到達する。光学フィルター２１５と平面導波路媒質２１４の出力端子は、接続され、平面導波路媒質２１４により吸収されていないポンプ光の伝送を適度にブロックする。光学フィルター２１５と接続された第２光アイソレーター２１６を通過した後、波長分割多重信号は、第１段２１０により第２段２２０に出力される。
【００２１】
第２段２２０は、第２ポンプ光に出力する光源２２１を含むことができる。本実施例では第２光結合器２２２と称される波長分割多重光結合器（ＷＤＭ  coupler）、エルビウムドープファイバ２２３と、光アイソレーター２２４は、第２段２２０の波長分割多重信号（即ち、第２入力光学信号）に出力され、光源２２１より発された第２ポンプ光と結合し、且つ、光源２２１は、第２光結合器２２２を有し、第２光結合器２２２と第１光接合器２１３の構造は似ている。結合後の第２ポンプ光と波長分割多重信号は、第２光通信経路１３０ｂによってエルビウムドープファイバ２２３に入る。
【００２２】
図４に示されるように、エルビウムドープファイバ２２３は、ドープされたエルビウムの対応して高い屈射率のコア（core）部４１０と対応して高い屈射率のクラッド（cladding）４２０を含み、コア部４１０とクラッド４２０の間が異なる屈射率を有することから、ポンプ光と波長分割多重信号は、コア部４１０内に制限され、ポンプ光（例えば、波長が９８０ｎｍまたは１４８０である）は、コア部４１０内に設定されたエルビウム原子に吸収される。その過程は、上述の図３とほぼ同じである。以下、更に、エルビウム原子が基底状態にある時の説明をする。波長分割多重信号の１つ、または複数の波長にある光線が放射され、波長分割多重信号を増幅する。続いて、波長分割多重信号が第２段２２０に出力される前に、増幅後の波長分割多重信号が光アイソレーター２２４に通過される。
【００２３】
光増幅器１４０の利得性能（gain performance）と雑音指数（noise figure、ＮＦ）のスペクトルは、０．０５ｎｍの解像度を有する波長可変レーザー（tunable laser）とスペクトラムアナライザによって測定される。図５は、第１段２１０の０と−２５ｄＢｍのそれぞれの入力信号パワー（input signal power、Ｐｉｎ）で、波長分割多重信号の波長が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時の利得性能と雑音指数の曲線変化図を表している。図５に示されるように、入力信号パワーが０ｄＢで、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時、この時の利得（Ｇ）は、９．５ｄＢより大きく、雑音指数（ＮＦ）は、７．５ｄＢより小さい。しかし、波長が１５３２ｎｍの時、ピーク利得（peak gain）は、３０．１ｄＢであり、雑音指数は、５．７ｄＢである。また、入力信号パワーが−２５ｄＢで、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時、雑音指数は、５〜６．３ｄＢの間で分布され、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時、獲得できるピーク利得変化量は、４．７ｄＢであることがわかる。
【００２４】
図６は、第２段２２０の０と−２５ｄＢｍのそれぞれの入力信号パワー（input signal power、Ｐｉｎ）で、波長分割多重信号の波長が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時で、１０ｍの長さのエルビウムドープファイバを用い、且つ、エルビウムドープファイバ２２３が第２段２２０にあり、且つ、９８０ｎｍのレーザーポンプダイオードパワー（laser pump diode power）が７２ｍＷである時の利得性能と雑音指数の曲線変化図を表している。入力パワーが０ｄＢｍの時、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間の利得は、１４．２ｄＢより高く、雑音指数の範囲は６．３〜７．１ｄＢの間にある。同時に、３６．２ｄＢのピーク利得と４．８ｄＢの雑音指数は、１５３２ｎｍに現れる。また、図６では、入力信号パワーが−２５ｄＢｍの時、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時、獲得できるピーク利得変化量は、１２．２ｄＢである。
【００２５】
図７は、光増幅器１４０を含む実施例の利得性能と雑音指数の曲線変化図を表している。図は、第１段と第２段を含む。第１段と第２段は、前述の図５と図６に述べた利得性能と雑音指数を有する。入力信号パワー（Pin）が０ｄＢの時、ピーク利得の変化量は、０．３ｄＢであり、波長分割多重信号の波長範囲は１５２８〜１５６２ｎｍにある各波長の利得は全て１４．８ｄＢを超える。また、図７では、ピーク利得（Ｇ）は、波長が１５３２ｎｍである３７．４ｄＢと波長が１５５６ｎｍである３７ｄＢである。ピーク利得の変化量は、入力信号パワーが−２５ｄＢｍである曲線で見ることができる。本発明の光増幅器は、利得を平坦化させることができ、且つ、利得飽和挙動（gain saturation behavior）により、より大きな波長で利得値を増加することができる。言い換えれば、２段ファイバ増幅器が直列構造で構成された２つの独立した光増幅器を含むことから、光増幅器の利得は、エルビウムイオンの反転分布が利得飽和を起こすまで、強化されるか繰り返されることができる。以上の結果は、本発明の光増幅器が光利得を達成できることを証明する。仮に、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍにある時、利得は３５ｄＢを超え、且つ、光増幅器は、利得曲線をほぼ平坦にさせる。仮に、入力信号パワーが−２５ｄＢｍである時、最大変化量は、１．１ｄＢである。また、２段増幅器１４０の利得飽和の特徴は、利得をより小さい利得域を超えるまで増加させることである。よって、２段増幅器１４０は、利得スペクトルの曲線を平坦化できるだけでなく、更に利得を増加することができる。
【００２６】
図８は、本発明の光増幅器のビット誤り率（bit error rate、ＢＥＲ）のテスト結果である。ビット誤り率テストは、光伝送システム内である素子が誤りを生じる可能性のある範囲を決めるように用いられることができる。
【００２７】
図８のビット誤り率テストの結果に示されるように、入力信号のテストは、その波長が１５５０ｎｍであり、前記信号は、パターン長（pattern length）２31−１の２．５Ｇｂ／ｓを有する非ゼロ復帰（non-return-to-zero）疑似ランダムバイナリーシーケンス（pseudo random binary sequence）に基づいて変調される。前記信号は、ニオブ酸リチウム電気工学変調器（ＬｉＮｂＯ3  electro-optical modulator）に変調される。また、２．５Ｇｂ／ｓの受信機は、伝送された信号の測定に用いられる。図８に示されるように、送受信機と受信機を含むバック・トゥー・バック構成（back-to-back configuration）のビット誤り率であり、且つ、図８は、バックツーバック構成のビット誤り率に沿ったプロット図である。バック・トゥー・バック構成は、送受信機と受信機の間に設置された光増幅器１４０を含む。前記テストの結果より明白に分かるように、光増幅器１４０を通過する入力信号をテストする時、光パワーの損失は約０．４ｄＢである。
【００２８】
本発明は、光学方式で直列接続された第１段２１０と第２段２２０を有する利得平坦増幅器１４０を挙げている。ここで挙げた演算データ（operational data）は、以下の演算を証明する。入力信号波長の範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある時、利得は、３５ｄＢより大きく、雑音指数は、５．５〜６．７ｄＢの間にあり、且つ、入力信号パワーが−２５ｄＢｍである時、ピーク利得変化量は、１．１ｄＢである。よって、本発明の光増幅器１４０は、ほぼ平坦で、且つ、スペクトルが均一な利得を提供し、更に、波長範囲が１５２８〜１５６２ｎｍの間にある利得値を増加する。また、波長範囲は、波長分割多重信号と関連がある。
【００２９】
前述の描写は、図式の説明に用いられたもので本発明の外型として制限するもの、またはその他の実施例を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修正を付加することは可能である。例えば、図９に示されるように、選択可能なポンプ光源は、第１段２１０と第２段２２０の間の接続構造を共有し、第３光結合器９１２の入力端子は、光源９１１（例えば、レーザーまたは発光ダイオード）と接続される。第３光結合器９１２の第１と第２出力端子は、第１光結合器２１３と第２光結合器２２２と接続され、第１出力端子は、第１ポンプ光を第１光結合器２１３に到達するように提供され、第２出力端子は、第２ポンプ光を第２光結合器２２２に到達するように提供される。第１と第２ポンプ光は、光源９１１より出力され、第１光結合器２１３と第２光結合器２２２によって平面導波路媒質２１４とエルビウムドープファイバ２２３にそれぞれ伝送される。よって、本実施例は、２つのポンプ光源を用いて第１と第２ポンプ光を提供するのと異なり、図９の光増幅器１４０は、１つの光源９１１のみ有し、且つ、光源９１１によって第１と第２ポンプ光を提供する。
【００３０】
また、もう１つの方面から見てエルビウムドープファイバ２２３は、また入力を受けることができる波長分割多重信号の第１段に設置されることができ、エルビウムドープ平面導波路媒質２１４を含む第１段は、出力するように増幅された後の波長分割多重信号の第２段に設置されることができる。前述のように、光増幅器１４０は、エルビウムドープ平面導波路媒質、またはエルビウムドープファイバを有する２段型式（第１段２１０と第２段を含む）の直列接続を用いて得ることができる。また、エルビウムが平面導波路媒質２１４とエルビウムドープファイバ２２３の蛍光材料として描写されているが、その他の対応する、異なるポンプ波長を有する蛍光材料、例えばその他の希土類元素を用いることもできる。
【００３１】
図１０の実施例は、図９とほぼ同じであり、異なる部分は、本実施例の光増幅器６４０が第１段６１０と第２段６２０を含むことである。第１段６１０と第２段６２０の内部素子は、図９の実施例と僅かに差異を有する。第１段６１０は、第１光アイソレーター２１１と第１光接合器２１３の間に第１光源６１１が設置され、第１平面導波路５１４と第１光学フィルター５１５は、第１光接合器２１３と第２光アイソレーター２１６の間に順次に設置される。また、第２段６２０の構造は、第１段６１０とほぼ同じであり、第３光アイソレーター５１１、第２光源７１１、第２光結合器２２２、第２平面導波路５１７、第２光学フィルター５１３と、第４光アイソレーター５１６を含み、順次に接続される。また、注意するのは、第１光通信経路１３０ａと第２光通信経路１３０ｂは、第１と第２平面導波路５１４と５１７にそれぞれ接続される。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００３３】
１００  波長分割多重の伝送システム
１１０  送受信機
１２０  波長分割多重マルチプレクサ
１３０  光通信経路
１３０ａ  第１光通信経路
１３０ｂ  第２光通信経路
１４０、６４０  光増幅器
１５０  波長分割多重デマルチプレクサ
１６０  受信機
２１０、６１０  第１段
２１１、２２４  光アイソレーター
２１２、２２１、９１１  光源
２１３  第１光接合器
２１４  平面導波路媒質
２１５  光学フィルター
２１６  第２光アイソレーター
２２０、６２０  第２段
２２２  第２光接合器
２２３  エルビウムドープファイバ
３０５  ガラス基板
３１０  埋め込み領域
４１０  コア部
４２０  クラッド
５１１  第３光アイソレーター
５１３  第２光学フィルター
５１４  第１平面導波路
５１５  第１光学フィルター
５１６  第４光アイソレーター
５１７  第２平面導波路
６１１  第１光源
７１１  第２光源
９１２  第３光接合器
【図１】
2011018944.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011018944.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月18日(2010.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の光増幅器は、第１光通信経路を有する第１段、および前記第１光通信経路と直列接続される第２光通信経路を有する第２段を含み、蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のもう１つの実施例は、波長分割多重伝送システムを提供する。そのシステムは、各対応する光学信号を伝送し、前記各光学信号は対応する波長を有する複数の送受信機、前記光学信号を光通信経路に結合するマルチプレクサ、第１光通信路を有する第１段、および前記第１光通信経路と直列接続される第２光通信経路を有する第２段を含む光増幅器、対応する波長に基づいて各光学信号を区分するデマルチプレクサ、および区分された後の前記光学信号を受け、且つ、前記光学信号を電気信号に変換する複数の受信機を含む波長分割多重の伝送システムであって、蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている。複数の送受信機を含み、各送受信機は、それぞれの光学信号を伝送し、各光学信号は、それぞれの波長を有し、波長分割多重伝送システムは、マルチプレクサと光増幅システムを更に含む。マルチプレクサは、複数の光学信号を光通信経路に結合し、光増幅器は、平面導波路と光ファイバを含むことができる。前記平面導波路は、基板を含む。基板は領域を含み、前記領域は、蛍光材料がドープされ、光ファイバは、蛍光材料がドープされたコア部を含む。前記光ファイバは、光学の方式で前記平面導波路と接続される。波長分割多重伝送システムは、デマルチプレクサと複数の受信機を更に含むことができる。デマルチプレクサは、個別の波長を有する各光学信号を区分し、受信機は、区分された後の光学信号を受け、且つ、光学信号を電気信号に変換する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第１光通信経路を有する第１段、および
前記第１光通信経路と直列接続される第２光通信経路を有する第２段を含み、
蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、
前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている光増幅器。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
各対応する光学信号を伝送し、前記各光学信号は対応する波長を有する複数の送受信機、
前記光学信号を光通信経路に結合するマルチプレクサ、
第１光通信路を有する第１段、および
前記第１光通信経路と直列接続される第２光通信経路を有する第２段を含む光増幅器、
対応する波長に基づいて各光学信号を区分するデマルチプレクサ、および
区分された後の前記光学信号を受け、且つ、前記光学信号を電気信号に変換する複数の受信機を含む波長分割多重の伝送システムであって、
蛍光材料がドープされた領域を含む基板を含む平面導波路が、前記第１段の前記第１光通信経路に接続され、
前記蛍光材料がドープされたコア部を含む光ファイバが、前記第２段の前記第２光通信経路に接続されている波長分割多重の伝送システム。