(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ増幅器において、
増幅バージョンから出力光信号を生成するにあたって利用される光学素子を収容する光学モジュールと；
前記光学モジュールに光学的に接続されたファイバモジュールであって、ポンプ光の存在の下、伝達する光信号にゲインを生成する増幅ファイバの一部分を収容するファイバモジュールとを具え、
前記ファイバモジュールが、
同一平面上に円形に巻かれた増幅ファイバの前記一部分を支持する可撓性基板と、
前記可撓性基板を支持する支持構造であって、前記光学モジュールに前記ファイバモジュールを機械的に取付けるための終端部を具える支持構造と、
を具えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記ファイバモジュールが更に、前記増幅ファイバの一部分を前記可撓性基板に取付けるため、前記可撓性基板上に配置された感圧性接着剤のコーティング層を具えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記支持構造が、受け入れ可能な最小ファイバ曲げ半径によって規定される直径を有する中央開口部を具え、前記受け入れ可能な最小のファイバ曲げ半径は、前記増幅ファイバとして利用される前記ファイバの種類によって決められることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記支持構造が更に、前記終端部を覆うように配置された取付け要素を具えていることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項５】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記支持構造の前記終端部が一対の終端部であることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項６】
請求項５に記載の光ファイバ増幅器において、前記支持構造が更に、各終端部に配置された取付け要素を具えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記可撓性基板が、絶縁材料から形成されていることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバ増幅器において、前記可撓性基板が、ポリイミドから形成されていることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項９】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器において、前記光ファイバ増幅器が添加ファイバ増幅器であり、前記増幅ファイバの前記一部分が、ある長さのレアアース添加光ファイバを具えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
請求項９に記載のファイバベースの光増幅器において、前記増幅ファイバの一部分が、ある長さのエルビウム添加ファイバを具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１１】
請求項１に記載のファイバベースの光増幅器において、前記ファイバベースの光増幅器が、分布型ラマン増幅器であり、前記増幅ファイバの一部分が、ある長さの伝送ファイバを具えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１２】
請求項１１に記載のファイバベースの光増幅器において、増幅ファイバの前記一部分が、ある長さのシングルモードファイバを具えることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この出願は、２０１５年３月１９日に出願された米国仮出願第６２／１３５，６４１号の優先権を主張するものであり、この仮出願は、参照により本書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、ファイバベースの光増幅器に関し、より詳細には、光増幅器の増幅ファイバ部分用の小型構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡｓ）および分布型ラマン増幅器（ＤＲＡｓ）のような、様々な種類のファイバベースの光増幅器は、減衰する光信号の再生が必要な場合に、光−電気−光信号変換を実行する必要性のない光コミュニケーションシステムのユビキタス要素である。
【０００４】
ＥＤＦＡｓの場合、光ポンプレーザ（通常、９８０ナノメートルで駆動）が、エルビウム添加光ファイバのある部分に接続されており、入力光信号が、ポンプ光を有するドープしたファイバを通って伝わる。エルビウムドーパントを有するポンプ光の存在が、光励起されたエルビウムイオンの遷移によって伝達する光信号の増幅を生み出す。分布型ラマン増幅器（ＤＲＡｓ）は、光信号の伝達を支援する伝送ファイバの一部分に沿って高出力の短パルスを注入することにより駆動する。これらのパルス（光信号に対してコプロパゲーティングまたはカウンタープロパゲーティングの何れか）の存在が、フォトンを高エネルギレベルに励起して、このフォトンが基底状態に戻る、誘導放出をする。
【０００５】
光増幅器モジュールを形成する様々な要素は、通常、ファイバ結合型素子として作製され、いくつかのケースでは、これらの要素が集積されて（または、ハイブリッド）、例えば、コンバインドアイソレータとＷＤＭフィルタ、またはコンバインドアイソレータとＧＦＦフィルタ、あるいはこれに類似するものを形成する。当然のことながら、コストが低く、モジュールのサイズが小さいほど、システム全体のコストが下がる。したがって、より小さな要素であること、よりハイブリッドであること、そしてより小さなモジュールであること、というのがここしばらくのトレンドである。実際、より小さなフォームファクタ、およびより低いコストを求める圧力が、この業界にかかり続けるであろう。
【０００６】
これらの要求を緩和する方法は、様々な構成要素のサイズを小さくし続け、ことによれば、集積度を上げることである。しかし、増幅器モジュールのコストも問題である状況では、それは簡単には達成されない。実際には、これらの素子の大きさは、安価な労働力によっては簡単に組み立てることのできないところまで小さくなっている（すなわち、これらの素子いくつかの大きさは、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍオーダーである）。
【０００７】
さらに、ハイブリッド要素内の集積レベルを上げるなどして、光増幅モジュールのサイズを小さくしても、様々なハイブリッドが、ファイバスプライシングおよびルーティングを介して互いに接続する必要がある。比較的多くのファイバスプライスおよび同様のスプライスプロテクタのみならず、光ファイバの最小曲げ半径の結果、現状の構造をさらにハイブリダイズする能力は、すぐにテクニカルリミット、サイズリミット、および実施の経済的可能性に達する。この「曲げ半径」は、受け入れ可能な信号ロス量を規定する決定的な要因である。特に、光信号にみられるロスは、信号が伝達するファイバの曲げ半径が小さくなると増加する。非常に小さな値の曲げ半径では、ファイバ自体の物理的な破損もあり得る。
【０００８】
したがって、ファイバベースの光増幅器において、性能要件を維持したままコストおよびサイズを期待値に達するまで下げ続けるには、光増幅器モジュール内に増幅ファイバを組み入れる異なるアプローチが必要になると思われる。
【発明の概要】
【０００９】
ファイバベースの光増幅器、より詳細には、増幅器の増幅ファイバ部分用の小型構造に関する本発明により、従来技術に残るニーズに対処できる。
【００１０】
本発明の一実施形態では、例示的な光増幅器が、オプティクスモジュールおよびファイバモジュールを具えるように構成されている。オプティクスモジュールは、増幅信号を受け入れ可能な出力形式に処理するために用いられる様々な光学デバイスの収容に用いられ、ファイバモジュールは、増幅が生じる実際のファイバの収容に使われる。独創的なファイバモジュールは、感圧性接着性トップコーティングを有する絶縁材料（例えば、ポリイミド）でできた可撓性基板を具える。ファイバ自体は、絶縁材料上にコイル状に巻かれており、接着性コーティングにより適所に保持されている。より堅い材料でできた支持トレーを用いて、可撓性材料に機械的強度を与えるこのトレーは、コイルの半径が、規定の最小ファイバ曲げ半径よりも小さくならないようにするガイドを具える。
【００１１】
本発明の特定の実施形態は、レアアース添加光ファイバ増幅器として構成されており、入力光信号と同時にレアアース（例えば、エルビウム）添加光ファイバのコイルに沿って伝達する特定波長のポンプ光を提供する。本発明の別の実施形態は、分布型ラマン増幅器（ＤＲＡ）の形態をとり、入力光信号が伝達する信号経路中に高出力レーザパルスを注入する。
【００１２】
本発明の例示的な実施形態は、光学モジュールに光学的に接続された、増幅バージョンおよびファイバモジュールから出力光信号を生成するために使用する光学素子を収容する光学モジュールを具える光ファイバ増幅器の形態をとる。このファイバモジュールを用いて、ポンプ光の存在の下で、伝達する光信号にゲインをつくる増幅ファイバの一部を収容し、このファイバモジュールは、平型コイル構造の増幅ファイバの一部を支持するための、具体的には可撓性基板と、この可撓性基板の下に配置された支持構造と、を具え、この支持構造は、ファイバモジュールを光学モジュールに機械的に取付ける終端部を具える。
【００１３】
本発明のさらにまた別の実施形態は、以下の記載を通して、および添付の図面を参照して明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
ここで図面を参照すると、同じ符号は同じ部分を示している。
【図１】図１は、本発明にて形成された例示的な光ファイバ増幅器の斜視図である。
【図２】図２は、図１の光ファイバ増幅器の分解図である。
【図３】図３は、増幅ファイバの増幅器のファイバモジュール内で使う平型コイルとして提供されている部分を示す。
【図４】図４は、例示的なファイバモジュール上に配置された図３に示す増幅ファイバのコイルを示す図である。
【図５】図５は、ファイバモジュールの支持構造部分を示す図であり、コイルに巻かれた増幅ファイバの曲げ半径を制御するパラメータを示す。
【図６】図６は、独創的な光増幅器の光学モジュールにファイバモジュールを取付ける代替構成を示している。
【図７】図７は、ファイバモジュールの材料によって提案される電気的遮蔽によって、電気回路基板を光増幅器近傍に配置できる小型構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明によって作成した、例示的な小型光増幅器１０の斜視図である。光増幅器１０は、光学モジュール１２と増幅ファイバモジュール１４を両方具えている。光学モジュール１２は従来の形状であり、様々な光学素子、ハイブリッド、その他を具えて、規定されたシステム要求（例えば、ノイズレベル、絶縁、ゲインプロファイル、挿入ロス等に関する）を満たす増幅出力信号を生成する。ファイバモジュール１４は、入力光信号上で実際の増幅機能を果たす増幅ファイバの（相対的に長い）一部分を収容する。光学モジュール１２内にて必要とされる光学機能を提供するために使用可能な多くの様々な構成が存在する。ここで、係属中の米国出願第 号が、いくつかの好ましい実施形態を記載しており、それは、参照により本明細書に組み込まれている。
【００１６】
明瞭にするため、適所に増幅ファイバを有していないファイバモジュール１４を図１に示す。レアアース添加ファイバ増幅器を設計するとき、ドープしたファイバ（例えば、エルビウム添加ファイバ）の一部分は、ファイバモジュール１４内に配置されることを理解されたい。分布型ラマン増幅器の場合、通常、従来のシングルモードファイバの一部分が、ファイバモジュール１４内に配置される。モジュール１４内に増幅ファイバを装填する例示的なプロセスを、図３−５を参照して以下に記載する。
【００１７】
図２は、別の視点からみた例示的な小型光増幅器１０であり、この場合、光学モジュール１２をファイバモジュール１４から分離して示した分解図であり、ファイバモジュール１４を形成する例示的な構成要素のセットも示されている。図１および図２を参照すると、入力光信号が、ファイバピグテールコネクション１６を介して光学モジュール１２に導入されている。入力光信号およびポンプ光（別の外部ソースから供給されるか、または光学モジュール１２内でコパッケージ化される）が、光学モジュール１２内で結合しており、ピグテールファイバコネクション１７を介してファイバモジュール１４内へ結合されている。次いで、光信号とポンプ光は、ファイバモジュール１４と共に収容されている増幅ファイバ２０の長さに沿って伝達される。次いで、増幅信号は、オプティカルファイバピグテール１８において、光学モジュール１２へ再結合される。様々な増幅後の光学機能（特定のシステム要求による、ゲインフラタニング、パワー調整等）が信号上で行われ、この信号は、その後、光増幅器１０からの増幅出力信号として、光ファイバピグテール１９から光学モジュール１２を出ていく。
【００１８】
図２における特定の実施形態には、ファイバモジュール１４が示されており、これは、ほぼ円形の遠端部２４を有するよう構成された堅い支持部２２と、ファイバモジュール１４を光学モジュール１２に取付けるために使用する終端部２６および２８の対向対とを具える。適当な絶縁材料（例えば、ポリイミドベースの材料）でできた可撓性基板３０が、支持部材２２内に配置されており、感圧性接着剤でできたコーティング３１が、可撓性基板３０に塗布されている。接着剤コーティングを用いて、増幅ファイバ２０の可撓性基板３０への取付けの一体性を確実なものにする。図２にはまた、トップカバープレート３２とボトムカバープレート３４が示されており、ファイバモジュール１４内で増幅ファイバ２０をおおっている（図１に最終形態を示す）。
【００１９】
特定の構成のバリエーションが意図されており、光学モジュール１２にファイバモジュール１４を機械的に取付けるより少数の、またはより多数の終端部を具える。可撓性材料３０上に接着剤コーティング３１を具えるのが好ましいが、追加コーティングの必要性がない数種類の接着性のある可撓性材料がある。
【００２０】
本発明の一態様は、増幅ファイバのフラットコイル（従来技術で通常用いられているファイバ束と比較して）としての特定の構造である。図３に示す特定の例では、増幅ファイバ２０が、符号２０−１および２０−２で示す２つのフラットコイルの「スタック」を作る方法でコイル状に巻かれている。図４は、支持構造２２の円形部２４内に配置した増幅ファイバ２０のコイルを示している。小型光増幅器のこの部分を製造するプロセスにおいて、増幅ファイバは、コイル状のファイバを接着剤コーティング３１によって定位置に保持するのに十分な圧力で可撓性材料３０上に文字通り回転させる。
【００２１】
ＥＤＦＡの実装において、増幅ファイバ２０は、長さ約１メートルのレアアース添加ファイバの一部分を具える（１メートルよりも長い長さが必要な場合がある）。ＤＲＡｓは、増幅ファイバ２０の形で、長さ数メートルの従来型信号モード光ファイバを使用することがある。比較的小さな寸法のパッケージ内にこれらの比較的長い増幅ファイバを組み入れるにあたっては、伝達する信号の曲げ損失の影響を理解する必要がある。つまり、非常に小さな曲げ半径でファイバがカーブに曲げられると（この場合、コイルの形成時）、伝達する信号の大部分が、コア領域の外に拡散してしまう。ファイバ半径が小さい程、損失は大きくなる。また、非常に小さなファイバ曲げ半径も、ファイバ自体の破損を引き起こすことがある。一方で、曲げ半径が大きな値に維持されると（すなわち、比較的「ゆるやかな」曲げのみがファイバに与えられると）、計器または２つの増幅ファイバを収容するのに必要とされるパッケージのサイズが、ほとんどのＣＦＰの条件に対して大きすぎることになる。
【００２２】
図５は、本発明のこれらの態様にしたがって形成された例示的な支持構造２２を示す図であり、増幅ファイバ２０のコイル構造に導入された曲率を制御する。特に、支持構造２２の円形部２４は、中心開口部３６を具えているものが示されており、開口部３６の直径ｄは、増幅ファイバ２０が、非常に小さな曲げ半径でコイル状になるのを防ぐよう選定されている。円形部２４の外径Ｄは、光増幅器１０の最終寸法が、確実に特定のパッケージ設計によって課される制限内になるように選定される。開口部３６は、リム３８を具えており、増幅ファイバがこの中央領域に入らないようにしている。同様に、支持構造２２の外周もリム４０を具え、指定された境界内にファイバがあり続けるようにしている。
【００２３】
例示的な組立てプロセスにおいては、増幅ファイバ２０が、開口部３６（リム３８を有する）とプロセスを案内する外側リム４０とを用いて、支持構造２２の可撓性基板３０の上で回転する。つまり、増幅ファイバ２０が、従来のように束にされるのではなく、むしろファイバピグテール１７および１８に接続するために適所に挿入された小型スプライスプロテクタを有するフラットな構成内にてスプールに巻かれる。光増幅器のこの部分は、小さな設置面積で、高い歩止まりおよび低いコストで高度に繰り返し可能なプロセスを構成する、オートメーション化された方法で組み立てることができる。
【００２４】
光学モジュール１２にファイバモジュール１４を機械的に取付けるために使用できる様々な構成があることを理解されたい（上記で説明した、ファイバピグテイル１７および１８を介して提供される光接続）。図１および図２に示される例示的な構成では、ファイバモジュール１４の終端部２６、２８と、光学モジュール１２のハウジング４６内に形成された取付け要素４２、４４との間の、簡単なスナップ式の摩擦嵌合を利用している（図２に最も良く示されている）。
【００２５】
図６は、代替的な取付け構造を示す斜視図であり、この場合、ねじ４８のセットを使用して、光学モジュール１２のハウジング４６にファイバモジュール１４の終端部２６、２８を取付けるようにしている。光増幅器１０を下から見た、リム３８と４０の詳細も、本発明の小型光増幅器モジュールのこの図に示されており、ファイバモジュール１４の光モジュール１２への取付けを示している。この図では、終端部２６および２８の両方を見ることができ、補強要素４２および４２’が図に示すように配置されている。取付けねじ５０および５２は、光学モジュール１２に終端部２６を取付けるよう示されており、終端部２８の取付けに使用する同様の取付けねじ５０’および５２’も示されている。
【００２６】
上記のように、本発明の小型増幅器モジュール構造の別の利点は、ファイバモジュール１４の支持構造２２が絶縁材料で形成されていることである。そのことから、その性能に影響することなしに、ファイバモジュール１４のすぐ近位に、関連する電気回路を配置することが可能である。図７は、この態様を示す本発明の小型光増幅器の例示である。増幅ファイバ２０を覆う被覆層は、明瞭にするために示されていない。このケースでは、電気回路基板１００が、小型光増幅器１０の直下に配置されており、光学モジュール１２とファイバモジュール１４の両方の下に延在する。
【００２７】
ファイバベースの光増幅器用の本発明のファイバモジュールは、組立の際にモジュールの可撓性基板上でスプールに巻かれたファイバであることのみが変更された、添加されたファイバ増幅器（ＥＤＦＡなど）の形式、または分布型ラマン増幅器の形式で使用することができる。支持構造２２の特定の寸法（特に中央開口部３２）は、特定の増幅器の設計基準に関連した最小曲げ半径に応じて変更し得る。
【００２８】
幅広い本発明の概念から逸脱することなしに、上記の実施形態に変更を加えることができるのは当業者には自明である。したがって、本発明は、特定の開示された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の概念の精神および範囲内の変更の包含を意図していることを理解されたい。
【図１】
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【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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