(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅する方法であって、前記方法は、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有する、ステップと、
二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記ＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記ＢＲＷに注入され、前記ＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第２の光パワーは、注入される前記電流及び励起放出により増大され、前記光ポンプ及び前記光信号は、前記ＢＲＷの中で互いに位相ロックされ、
前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大される、ステップと、
前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記光信号は、前記キャリア周波数において変調されたレーザビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
光増幅器であって、
二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、電流注入を可能にする該ＢＲＷに取り付けられた電極を有し、前記ＢＲＷは、
増幅のために光信号を受信し、前記光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有し、
前記ＢＲＷを通じて前記光信号を送信し、同時に、前記電極を用いて電流が前記ＢＲＷに注入され、前記ＢＲＷの中で、
ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第２の光パワーは、注入される前記電流及び励起放出により増大され、前記光ポンプ及び前記光信号は、互いに位相ロックされ、
前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大され、
前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力する、
光増幅器。
【請求項５】
前記光信号は、前記キャリア周波数において変調されたレーザビームである、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射される、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項７】
光信号を増幅する方法であって、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、二位相偏移変調又は差動位相偏移変調を用いてデータと共に変調されている、ステップと、
二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプは前記変調されたデータを含まず、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
ステップと、
第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離するステップと、
前記分離された光ポンプを前記光信号と結合するステップであって、結合された信号を生成するために前記光信号に位相調整が適用され、前記光信号は前記結合された信号の中の第２の光パワーを有する、ステップと、
二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記結合された信号を送信するステップであって、前記光信号の前記第２の光パワーは増大される、ステップと、
を有する方法。
【請求項８】
第２の帯域通過フィルタを用いて、前記増大された第２の光パワーを有する前記光信号を分離するステップと、
前記第２の帯域通過フィルタにより出力される前記第２の光パワーを測定するステップと、
を更に有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記測定された第２の光パワーを用いて、前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、
を更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
光増幅器であって、
結合された信号を生成する第１の段であって、前記第１の段は、
増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、前記光信号は、二位相偏移変調又は差動位相偏移変調を用いてデータと共に変調されており、前記光信号は前記第１のＢＲＷを通じて送信され、同時に、電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記光信号のポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプは、前記変調されたデータを含まず、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
第１のＢＲＷと、
前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、
前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿う前記光信号に適用される位相遅延制御と、
前記結合された信号を生成するために、前記分離した光ポンプを、前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する光カプラであって、前記光信号は、前記結合された信号の中の第２の光パワーを有する、光カプラと、
を有する第１の段と、
第２の段であって、
前記結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷであって、前記光信号の前記第２の光パワーは、前記第２のＢＲＷの中で増大される、第２のＢＲＷ、
を有する第２の段と、
を有する光増幅器。
【請求項１１】
前記第２の段は、
前記第２のＢＲＷにより生成された前記光信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、
前記第２の帯域通過フィルタにより出力された前記第２の光パワーを測定する光検出器と、
を更に有する、請求項１０に記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第２の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、
を更に有する請求項１１に記載の光増幅器。
【請求項１３】
光信号を増幅する方法であって、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、不均一四位相偏移変調又は不均一差動四位相偏移変調を用いてデータと共に変調されている、ステップと、
二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
ステップと、
第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離するステップと、
受信した前記光信号に位相調整を適用するステップであって、前記光信号は第２の光パワーを有する、ステップと、
同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを位相調整した後の前記光信号と結合するステップと、
前記第２の光パワーの同相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記同相の結合された信号を送信するステップと、
直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを位相調整及び位相シフトした後の前記光信号と結合するステップと、
前記第２の光パワーの直交位相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷを通じて前記直交位相の結合された信号を送信するステップと、
を有する方法。
【請求項１４】
第２の帯域通過フィルタを用いて、前記第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離するステップと、
第３の帯域通過フィルタを用いて、前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離するステップと、
第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合するステップと、
前記増幅された光信号からの前記第３の光パワーを測定するステップと、
を更に有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記測定された第３の光パワーを用いて、前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、
を更に有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記不均一四位相偏移変調は、四位相偏移変調と二位相偏移変調とを有し、前記不均一差動四位相偏移変調は、差動四位相偏移変調と差動位相偏移変調とを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
第１の段であって、
増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、前記光信号は、不均一四位相偏移変調又は不均一差動四位相偏移変調を用いてデータと共に変調されており、前記光信号は前記第１のＢＲＷを通じて送信され、同時に、電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
第１のＢＲＷと、
前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、
前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿う前記光信号に適用される位相遅延制御であって、前記光信号は第２の光パワーを有する、位相遅延制御と、
を有する第１の段と、
第２の段であって、
同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する第１の光カプラと、
前記同相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷであって、前記第２の光パワーの同相部分は、前記第２のＢＲＷの中で増大される、第２のＢＲＷと、
直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力され位相シフトされた前記光信号と結合する第２の光カプラと、
前記直交位相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷであって、前記第２の光パワーの直交位相部分は、前記第３のＢＲＷの中で増大される、第３のＢＲＷと、
を有する第２の段と、
を有する光増幅器。
【請求項１８】
第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、
前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離する第３の帯域通過フィルタと、
第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合する第２の光カプラと、
前記第３の光パワーを測定する光検出器と、
を更に有する請求項１７に記載の光増幅器。
【請求項１９】
前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第３の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、
を更に有する請求項１８に記載の光増幅器。
【請求項２０】
前記不均一四位相偏移変調は、四位相偏移変調と二位相偏移変調とを有し、前記不均一差動四位相偏移変調は、差動四位相偏移変調と差動位相偏移変調とを有する、請求項１７に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、光通信ネットワークに関し、より詳細には、ブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を用いる高調波生成及び位相感応型増幅に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信、ケーブルテレビシステム、データ通信システムは、光ネットワークを用いて、遠隔地点間で大量の情報を迅速に伝達する。光ネットワークでは、情報は、光ファイバを通じて光信号の形式で伝達され得る。光ファイバは、長距離に渡り信号を伝達可能なガラスの細い紐を有し得る。光ネットワークは、光ファイバを介して光信号で情報を伝達するために変調方式を用いる場合が多い。このような変調方式は、ＰＳＫ（phase−shift  keying）、ＦＳＫ（frequency−shift  keying）、ＡＳＫ（amplitude−shift  keying）、及びＱＡＭ（quadrature  amplitude  modulation）を有しても良い。
【０００３】
ＰＳＫでは、光信号により伝達される情報は、搬送波としても知られる参照信号の位相を変調することにより変換されても良い。情報は、差動位相偏移変調（differential  phase−shift  keying：ＤＰＳＫ）又は二位相偏移変調（binary  phase  shift  keying：ＢＰＳＫ）を用いて信号自体の位相を変調することにより変換されても良い。ＱＡＭでは、光信号により運ばれる情報は、搬送波の振幅と位相の両方を変調することにより伝達されても良い。ＰＳＫは、ＱＡＭの一部であると考えられる。ここで、搬送波の振幅は、一定に維持される。
【０００４】
ＰＳＫ及びＱＡＭ信号は、コンステレーション図上で実数軸及び虚数軸を有する複素平面を用いて表現できる。情報を運ぶシンボルを表すコンステレーション図上の点は、図の原点の周りに均一な角度で間隔を空けて位置付けられる。ＰＳＫ及びＱＡＭを用いて変調されるべきシンボルの数は増大し、したがって伝達できる情報が増加し得る。信号の数は、２の倍数で与えられ得る。追加シンボルが追加されると、それらは、元のシンボルの周りに均一に配置され得る。ＰＳＫ信号は、コンステレーション図の上に円に配置される。これは、ＰＳＫ信号が全てのシンボルに対して一定のパワーを有することを意味する。ＱＡＭ信号は、ＰＳＫ信号と同じ角度構成だが、異なる振幅構成を有しても良い。ＱＡＭ信号は、複数の円の周りに配置されるシンボルを有しても良い。これは、ＱＡＭ信号が異なるシンボルに対して異なるパワーを有することを意味する。この構成は、シンボルが可能な限り離されるとき、ノイズのリスクを低減し得る。したがって、シンボル数「ｍ」が用いられ、「ｍ−ＰＳＫ」又は「ｍ−ＱＡＭ」と表す。
【０００５】
異なるシンボル数を有するＰＳＫ及びＱＡＭの例は、コンステレーション図の上で０度及び１８０度（又は０及びπ）の２つの位相を用いるＢＰＳＫ（binary  PSK又は２−PSK）、又は０度、９０度、１８０度及び２７０度（又は０、π／２、π及び３π／２）の４つの位相を用いる四位相偏移変調（quadrature  PSK：ＱＰＳＫ、４−PSK又は４−QAM）を含み得る。このような信号に含まれる位相は、オフセットされても良い。２−ＰＳＫ及び４−ＰＳＫ信号の各々は、コンステレーション図の上に配置され得る。
【０００６】
ｍ−ＰＳＫ信号は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（dual−polarization  QPSK）のような技術を用いて更に偏波されても良い。ここで、別個のｍ−ＰＳＫ信号は、信号を直交偏波することにより多重化される。ｍ−ＱＡＭ信号は、ＤＰ−１６−ＱＡＭ（dual−polarization  １６−QAM）のような技術を用いて偏波されても良い。ここで、別個のｍ−ＱＡＭ信号は、信号を直交偏波することにより多重化される。
【０００７】
光ネットワークは、ネットワーク内で種々の動作を実行するために、増幅器、分散補償器、マルチプレクサ／デマルチプレクサフィルタ、波長選択スイッチ、光スイッチ、カプラ、等のような種々の光学要素を有しても良い。特に、光ネットワークは、光信号のより長い到達を可能にするために光信号を増幅する光増幅器を有しても良い。
【発明の概要】
【０００８】
一態様では、開示の第１の方法は、光信号を増幅するためである。第１の方法は、増幅のために光信号を受信するステップであって、該光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有する、ステップを有しても良い。第１の方法は、二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて光信号を送信するステップであって、同時に、前記ＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために、電流が前記ＢＲＷに注入される、ステップ、を有しても良い。第１の方法における前記ＢＲＷの中で、前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプの第２の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される。第１の方法では、前記光ポンプ及び前記光信号は、互いに位相ロックされても良い。第１の方法における前記ＢＲＷの中で、前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大される。第１の方法は、前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力するステップを更に有しても良い。
【０００９】
第１の方法の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記光信号は、前記キャリア周波数にける変調されたレーザビームであっても良い。第１の方法において、前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射されても良い。
【００１０】
別の態様において、開示の第１の光増幅器は、ＢＲＷであって、電流注入を可能にするために前記ＢＲＷに取り付けられる電極を含むＢＲＷを有する。第１の光増幅器において、前記ＢＲＷは、増幅のために光信号を受信し、前記光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有し、前記ＢＲＷは、前記ＢＲＷを通じて前記光信号を送信し、同時に、前記電極を用いて電流が前記ＢＲＷに注入される。第１の光増幅器における前記ＢＲＷの中で、前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプの第２の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大され、前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大される。第１の光増幅器では、前記光ポンプ及び前記光信号は、互いに位相ロックされる。第１の光増幅器では、前記ＢＲＷは、前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力する。
【００１１】
第１の光増幅器の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記光信号は、前記キャリア周波数にける変調されたレーザビームであっても良い。第１の光増幅器の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射されても良い。
【００１２】
別の態様では、開示の第２の方法は、光信号を増幅するためである。第２の方法は、増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、ＢＰＳＫ又はＤＰＳＫを用いてデータと共に変調されている、ステップと、二次光非線形性を有する第１のＢＲＷを通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために、電流が前記第１のＢＲＷに注入される、ステップと、を有しても良い。第２の方法における前記第１のＢＲＷの中で、前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプは前記変調されたデータを含まず、前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される。第２の方法は、第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成される前記光ポンプを分離するステップと、前記分離された光ポンプを前記光信号と結合するステップと、を有する。第２の方法では、結合された信号を生成するために、位相調整が前記光信号に適用され、前記光信号は、前記結合された信号の中の第２の光パワーを有する。第２の方法は、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記結合された信号を送信するステップであって、同時に、前記光信号の前記第２の光パワーは増大される、ステップ、を有しても良い。
【００１３】
開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第２の方法は、第２の帯域通過フィルタを用いて、前記増大された第２の光パワーを有する前記光信号を分離するステップと、前記第２の帯域通過フィルタにより生成される前記第２の光パワーを測定するステップと、を更に有しても良い。開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第２の方法は、前記測定された第２の光パワーを用いて、前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、を更に有しても良い。
【００１４】
更なる態様では、開示の第２の光増幅器は、第１の段と第２の段とを有する。第２の光増幅器において、前記第１の段は、増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のＢＲＷであって、前記光信号は、ＢＰＳＫ又はＤＰＳＫを用いてデータと共に変調されている、第１のＢＲＷを有する。第２の光増幅器において、前記光信号は、前記第１のＢＲＷを通じて送信され、同時に、電流が前記第１のＢＲＷに注入される。第２の光増幅器における前記ＢＲＷの中で、前記光信号の前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される。第２の光増幅器において、前記光ポンプは、前記変調されたデータを含まない。第２の光増幅器において、前記第１の段は、前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿う前記光信号に適用される位相遅延制御と、前記結合された信号を生成するために、前記分離された光ポンプを前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する光カプラであって、前記光信号が前記結合された信号の中の第２の光パワーを有するようにする、光カプラと、を更に有する。第２の段において、第２の光増幅器は、前記結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを有する。第２の光増幅器において、前記光信号の前記第２の光パワーは、前記第２のＢＲＷの中で増大される。
【００１５】
第２の光増幅器の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記第２の段は、前記第２のＢＲＷにより生成された前記光信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、前記第２の帯域通過フィルタにより生成された前記第２の光パワーを測定する光検出器と、を有しても良い。開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第２の光増幅器は、前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第２の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、を有しても良い。
【００１６】
更に別の態様では、開示の第３の方法は、光信号を増幅するためである。第３の方法は、増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、不均一ＱＰＳＫ又は不均一ＤＱＰＳＫを用いてデータと共に変調されている、ステップと、二次光非線形性を有する第１のＢＲＷを通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために、電流が前記第１のＢＲＷに注入される、ステップ、を有しても良い。第３の方法における前記第１のＢＲＷの中で、前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される。第３の方法は、第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離するステップと、受信した前記光信号に位相調整を適用するステップであって、前記光信号は第２の光パワーを有する、ステップと、同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを、位相調整された後の前記光信号と結合するステップと、を有しても良い。第３の方法は、前記第２の光パワーの同相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記同相の結合された信号を送信するステップと、直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを位相調整及び位相シフトの後の前記光信号と結合するステップと、前記第２の光パワーの直交位相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷを通じて前記直交位相の結合された信号を送信するステップと、を更に有しても良い。
【００１７】
開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第３の方法は、第２の帯域通過フィルタを用いて、前記第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離するステップと、第３の帯域通過フィルタを用いて、前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離するステップと、第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合するステップと、前記増幅された光信号からの前記第３の光パワーを測定するステップと、を更に有しても良い。開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第３の方法は、前記測定された第３の光パワーを用いて、前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、を更に有しても良い。第３の方法の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記不均一ＱＰＳＫは、ＱＰＳＫ及びＢＰＳＫを有しても良く、一方で、前記不均一ＤＱＰＳＫは、ＤＱＰＳＫ及びＤＰＳＫを有しても良い。
【００１８】
更に別の態様では、開示の第３の光増幅器は、第１の段と第２の段とを有する。第３の光増幅器において、前記第１の段は、増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のＢＲＷであって、前記光信号は、不均一ＱＰＳＫ又は不均一ＤＱＰＳＫを用いてデータと共に変調されている、第１のＢＲＷを有する。第３の光増幅器の第１の段において、前記光信号は、前記第１のＢＲＷを通じて送信されても良く、同時に、電流が前記ＢＲＷに注入される。第３の光増幅器における前記第１のＢＲＷの中で、前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される。第３の光増幅器の第１の段は、前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿った前記光信号に適用される位相遅延制御であって、前記光信号は第２の光パワーを有する、位相遅延制御と、を更に有しても良い。前記第３の光増幅器の第２の段は、同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する第１の光カプラと、前記同相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷであって、同時に、前記第２の光パワーの同相部分は、前記第２のＢＲＷの中で増大される、第２のＢＲＷと、直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力され位相シフトされた前記光信号と結合する第２の光カプラと、前記直交位相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷと、を有しても良い。第３の増幅器の前記第２の段において、前記第２の光パワーの直交位相部分は、前記第３のＢＲＷの中で増大される。
【００１９】
第２の光増幅器の開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、前記第２の段は、前記第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離する第３の帯域通過フィルタと、第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合する第２の光カプラと、前記第３の光パワーを測定する光検出器と、を有しても良い。
【００２０】
開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、第２の光増幅器は、前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第３の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、を更に有しても良い。第２の光増幅器において、前記不均一ＱＰＳＫは、ＱＰＳＫ及びＢＰＳＫを有しても良く、一方で、前記不均一ＤＱＰＳＫは、ＤＱＰＳＫ及びＤＰＳＫを有しても良い。
【００２１】
ＢＲＷを用いる位相感応型光増幅の追加の開示の態様は、本願明細書に記載のような、光通信システム及び光伝送ネットワークを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明並びにその特徴及び利点のより完全な理解のため、添付の図と共に以下の説明を参照する。
【図１】光ネットワークの一実施形態の選択された要素のブロック図である。
【図２】ＢＲＷを用いる光増幅器の一実施形態の選択された要素のブロック図である。
【図３】２個のＢＲＷを用いる光増幅器の一実施形態の選択された要素のブロック図である。
【図４】３個のＢＲＷを用いる光増幅器の一実施形態の選択された要素のブロック図である。
【図５】ＢＲＷ位相感応型光増幅のための方法の一実施形態の選択された要素のフロー図である。
【図６】ＢＲＷ位相感応型光増幅のための方法の一実施形態の選択された要素のフロー図である。
【図７Ａ】ＢＲＷ位相感応型光増幅のための方法の一実施形態の選択された要素のフロー図である。
【図７Ｂ】ＢＲＷ位相感応型光増幅のための方法の一実施形態の選択された要素のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の説明では、開示の主題の議論を容易にするために例として詳細事項が説明される。しかしながら、当業者には、開示の実施形態が例示であること及び全ての可能な実施形態を網羅するものではないことが明らかである。
【００２４】
本開示を通じて、ハイフンで結んだ形式の参照符号は、１つの要素の特定のインスタンスを表し、ハイフンを有しない形式の参照符号は、要素を一般的又は集合的に表す。したがって、例として（図示しない）、装置１２−１は、装置クラスのインスタンスを表し、装置１２として集合的に言及されても良く、それらのうちの任意のものが装置１２として一般的に言及されても良い。図及び説明の中で、同様の記号は同様の要素を表す。
【００２５】
図を参照すると、図１は、光通信システムを表し得る光ネットワーク１０１の例示的な実施形態を示す。光ネットワーク１０１は、光ネットワーク１０１のコンポーネントにより通信される１又は複数の光信号を運ぶために、１又は複数の光ファイバ１０６を有しても良い。光ネットワーク１０１のネットワーク要素は、ファイバ１０６により互いに結合され、１又は複数の送信機１０２、１又は複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１０４、１又は複数の光増幅器１０８、１又は複数の光アド／ドロップマルチプレクサ（optical  add/drop  multiplexer：ＯＡＤＭ）１１０、及び１又は複数のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０５、及び１又は複数の受信機１１２を有しても良い。
【００２６】
光ネットワーク１０１は、端末ノードを有するポイントツーポイント型光ネットワーク、リング型光ネットワーク、メッシュ型光ネットワーク、又は任意の他の適切な光ネットワーク若しくは光ネットワークの組合せを有しても良い。光ネットワーク１０１は、短距離都市域ネットワーク、長距離都市間ネットワーク、又は任意の他の適切なネットワーク若しくはネットワークの組合せの中で用いられても良い。光ネットワーク１０１の容量は、例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｓ、４００Ｇｂｉｔ／ｓ、又は１Ｔｂｉｔ／ｓを有しても良い。光ファイバ１０６は、非常に低損失で長距離に渡り信号を伝達可能なガラスの細い紐を有しても良い。光ファイバ１０６は、光伝送のために種々の異なるファイバから選択される適切な種類のファイバを有しても良い。光ファイバ１０６は、ＳＭＦ（Single−Mode  Fiber）、Ｅ−ＬＥＡＦ（Enhanced  Large  Effective  Area  Fiber）、又はＴＷ−ＲＳ（TrueWave（登録商標）Reduced  Slope）ファイバのような任意の適切な種類のファイバを有しても良い。
【００２７】
光ネットワーク１０１は、光ファイバ１０６を介して光信号を送信する装置を有しても良い。情報は、波長に関する情報を符号化するために１又は複数の光の波長の変調により、光ネットワーク１０１を通じて送信及び受信されても良い。光ネットワークでは、光の波長は、光信号に含まれるチャネル（本願明細書では「波長チャネル」としても参照される）とも称されることがある。各チャネルは、光ネットワーク１０１を通じて特定量の情報を伝達しても良い。
【００２８】
光ネットワーク１０１の情報容量及び伝送能力を増大するために、複数のチャネルで送信される複数の信号は、単一の広帯域光信号に結合されても良い。複数のチャネルで情報を通信するプロセスは、光学的にＷＤＭ（wavelength  division  multiplexing）として言及される。ＣＷＤＭ（Coarse  wavelength  division  multiplexing）は、通常２０ｎｍより大きく１６個の波長より少ない、少ないチャネル数を有する広く間隔の開けられた波長の、１本のファイバへの多重化を表す。また、ＤＷＤＭ（dense  wavelength  division  multiplexing）は、通常０．８ｎｍより狭い間隔で４０個より多い、多くのチャネル数を有する密な間隔の波長の、１本のファイバへの多重化を表す。ＷＤＭ又は他の複数波長多重送信技術は、光ファイバ当たりの集約帯域幅を増大するために、光ネットワークで用いられる。ＷＤＭ無しでは、光ネットワークにおける帯域幅は、たった１波長のビットレートに制限され得る。より大きな帯域幅により、光ネットワークは、より多くの情報を送信できる。光ネットワーク１０１は、ＷＤＭ又は何らかの他の適切な多チャネル多重化技術を用いて異なるチャネルを送信し、多チャネル信号を増幅しても良い。
【００２９】
光ネットワーク１０１は、特定の波長又はチャネルで、光ネットワーク１０１を通じて光信号を送信する１又は複数の光送信機（Ｔｘ）１０２を有しても良い。送信機１０２は、電気信号を光信号に変換し該光信号を送信するシステム、機器、又は装置を有しても良い。例えば、送信機１０２は、それぞれ、レーザと、電気信号を受信し該電気信号に含まれる情報を特定の波長でレーザにより生成される光のビームに変調し光ネットワークを通じて信号を伝達するビームを送信する変調器と、を有しても良い。
【００３０】
マルチプレクサ１０４は、送信機１０２に結合されても良く、送信機１０２により、例えばそれぞれ個々の波長で送信される信号を、ＷＤＭ信号に結合するシステム、機器又は装置であっても良い。
【００３１】
光増幅器１０８は、光ネットワーク１０１の中の多チャネル信号を増幅しても良い。光増幅器１０８は、特定長のファイバ１０６の前又は後に置かれても良い。光増幅器１０８は、光信号を増幅するシステム、機器又は装置を有しても良い。例えば、光増幅器１０８は、光信号を増幅する光リピータを有しても良い。この増幅は、光−電気又は電気−光変換により実行されても良い。幾つかの実施形態では、光増幅器１０８は、希土類元素をドープされた光ファイバを有し、ドープ光ファイバ増幅素子を形成しても良い。信号がファイバを通過するとき、外部エネルギが光ポンプ（又は単に「ポンプ」）の形式で印可され、光ファイバのドープされた部分の原子を励起し、光信号の強度を増大する。一例として、光増幅器１０８は、エルビウムドープファイバ増幅器（erbium−doped  fiber  amplifier：ＥＤＦＡ）を有しても良い。
【００３２】
ＯＡＤＭ１１０は、ファイバ１０６を介して光ネットワーク１０１に結合されても良い。ＯＡＤＭ１１０は、ファイバ１０６から光信号を（つまり、個々の波長で）アッド又はドロップするシステム、機器又は装置を有しても良いアッド／ドロップモジュールを有しても良い。ＯＡＤＭ１１０を通過した後に、光信号は、ファイバ１０６に沿って宛先へと直接進んでも良く、或いは、信号は、宛先に達する前に、１又は複数の追加ＯＡＤＭ１１０及び／又は光増幅器１０８を通過しても良い。
【００３３】
光ネットワーク１０１の特定の実施形態では、ＯＡＤＭ１１０は、ＷＤＭ信号の個々の又は複数の波長をアッド又はドロップできるＲＯＡＤＭ（reconfigurable  OADM）を表しても良い。個々の又は複数の波長は、例えば、ＲＯＡＤＭに含まれ得るＷＳＳ（wavelength  selective  switch）（図示しない）を用いて光ドメインの中でアッド又はドロップされても良い。
【００３４】
図１に示すように、光ネットワーク１０１は、ネットワーク１０１の１又は複数の宛先に、１又は複数のデマルチプレクサ１０５を有しても良い。デマルチプレクサ１０５は、単一の合成ＷＤＭ信号をそれぞれの波長において個々のチャネルに分離することによりデマルチプレクサとして動作するシステム、機器又は装置を有しても良い。例えば、光ネットワーク１０１は、４０チャネルＤＷＤＭ信号を伝送しても良い。デマルチプレクサ１０５は、４０個の異なるチャネルに従って、信号、４０チャネルＤＷＤＭ信号を４０個の別個の信号に分割しても良い。
【００３５】
図１で、光ネットワーク１０１は、デマルチプレクサ１０５に結合される受信機１１２も有しても良い。各受信機１１２は、特定の波長又はチャネルで送信される光信号を受信し、該光信号をそれらが含む情報（つまり、データ）を得る（例えば、復調する）ために処理しても良い。したがって、ネットワーク１０１は、ネットワークの各チャネル毎に少なくとも１つの受信機１１２を有しても良い。
【００３６】
図１の光ネットワーク１０１のような光ネットワークは、光ファイバを介して光信号の中で情報を伝達するために、変調技術を用いても良い。このような変調方式は、変調技術の他の例の中でも特に、ＰＳＫ（phase−shift  keying）、ＦＳＫ（frequency−shift  keying）、ＡＳＫ（amplitude−shift  keying）、及びＱＡＭ（quadrature  amplitude  modulation）を有しても良い。ＰＳＫでは、光信号により伝達される情報は、搬送波又は単にキャリアとしても知られる参照信号の位相を変調することにより変換されても良い。情報は、２レベル又はＢＰＳＫ（binary  phase−shift  keying）、４レベル又はＱＰＳＫ（quadrature  phase−shift  keying）、Ｍ−ＰＳＫ（multi−level  phase−shift  keying）及びＤＰＳＫ（differential  phase−shift  keying）を用いて信号自体の位相を変調することにより変換されても良い。ＱＡＭでは、光信号により運ばれる情報は、搬送波の振幅と位相の両方を変調することにより伝達されても良い。ＰＳＫは、ＱＡＭの一部であると考えられる。ここで、搬送波の振幅は、一定に維持される。
【００３７】
さらに、ＰＤＭ（polarization  division  multiplexing）技術は、情報送信のために、より大きなビットレートを達成できる。ＰＤＭ伝送は、チャネルに関連する光信号の種々の偏光成分に情報を変調することを含む。光信号の偏波は、通常、光信号の振動方向を表し得る。用語「偏波」は、通常、光信号の伝搬方向に垂直な、空間内のある点における光信号の電場ベクトルの先端により追跡される経路を表し得る。
【００３８】
図１の光ネットワーク１０１のような光ネットワークでは、管理プレーン、制御プレーン、及びトランスポートプレーン（物理層と呼ばれることが多い）を言及することが通常である。中央管理ホスト（図示しない）は、管理プレーンに存在しても良く、制御プレーンのコンポーネントを構成し管理しても良い。管理プレーンは、トランスポートプレーン及び制御プレーンのエンティティ（例えば、ネットワーク要素）全てに渡る最終的な制御を有する。一例として、管理プレーンは、１又は複数の処理リソース、データ記憶コンポーネント、等を含む中央処理センタ（例えば、中央管理ホスト）を有しても良い。管理プレーンは、制御プレーンの要素と電気的に通信しても良く、トランスポートプレーンの１又は複数のネットワーク要素と電気的に通信しても良い。管理プレーンは、システム全体の管理機能を実行し、ネットワーク要素、制御プレーン及びトランスポートプレーンの間の調整を提供しても良い。例として、管理プレーンは、要素の観点から１又は複数のネットワーク要素を取り扱うＥＭＳ（element  management  system）、ネットワークの観点から多くの装置を取り扱うＮＭＳ（network  management  system）、及びネットワーク全体の動作を取り扱うＯＳＳ（operational  support  system）を有しても良い。
【００３９】
本開示の範囲から逸脱することなく、光ネットワーク１０１に対し変更、追加又は省略が行われても良い。例えば、光ネットワーク１０１は、図１に示すものより多くの又は少ない要素を有しても良い。また、上述のように、ポイントツーポイントネットワークとして図示されたが、光ネットワーク１０１は、リング、メッシュ、又は階層構造のネットワークトポロジのような光信号を送信する任意の適切なネットワークトポロジを有しても良い。
【００４０】
上述のように、光増幅器１０８は、光ネットワークの中の光信号の光パワーを増大するために使用される。特に、ブラッグ反射導波路（Bragg  reflection  waveguide：ＢＲＷ）は、二次非線形性を有し、光信号のパラメータ増幅のために使用されても良い。パラメータ増幅のための光ポンプ（本願明細書では単に「ポンプ」としても参照される）は、電流注入を用いてポンプ周波数においてレージングを引き起こすことにより、ＢＲＷの中で生成されても良い。しかしながら、パラメータ処理による位相感応型増幅（phase  sensitive  amplification：ＰＳＡ）が望ましいとき、標準的に、光信号のキャリア位相に位相ロックされた外部シードレーザが用いられる。
【００４１】
更に詳述するように、ＢＲＷを用いる、パラメータ増幅、並びに光ポンプのためのシードの生成を可能にする、位相感応型光増幅器（ＰＳＡ）のための方法及びシステムが本願明細書に開示される。ＢＲＷのレージング光周波数は、様々な方法を用いて制御され得る。例えば、非不定比のアルミニウムガリウムヒ素ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、ＢＲＷにおいてブラッグ反射層のために使用されている。バンドギャップ工学技術を適用することにより、ｘの化学量論的値は、ＢＲＷにおける特定のレーザ周波数を設計するために使用できる。このように、光信号のキャリア周波数の第２高調波の近くに利得ピークを有するＢＲＷが設計できる。したがって、ポンプ周波数が第２高調波に非常に近くなる。これは、キャリア周波数（又はキャリア波長の半分における第２高調波）を２倍にする。したがって、ポンプ周波数は、第２高調波周波数にロックされるようになる。次に、ポンプ周波数におけるポンプの振幅は、電流注入及び励起放出により増大する。所望の縦モードのようなＢＲＷ設計の更なる態様は、特定のレーザ周波数を達成するために用いられ得る。さらに、注入電流は、レーザ周波数、並びにＢＲＷにおける位相整合状態を調整するために加えられても良い。したがって、ＢＲＷを用いて生成される光ポンプのレージング周波数は、位相感応型増幅により増幅されるべき光信号の第２高調波に近くなるよう設計され制御され得る。
【００４２】
光信号が、非変調の又はオンオフキーイングを用いてデータと共に変調された搬送波のような、キャリアトーンを有するとき、キャリアトーンの第２高調波は、ＢＲＷの中のポンプの注入ロックのためのシードとして機能する。注入ロックのための「シード」は、注入ロックのために提供される光子を表し、シードは、同じ光周波数における励起放出をもたらし得る。第２高調波生成（second  harmonic  generation：ＳＨＧ）が不十分であり、光パワーの観点で非常に弱いシードしか生成しないときでも、シードは、注入ロックのために機能できる。一旦、注入ロックが開始すると、光ポンプ及び光信号は、本質的に、ＢＲＷの中で互いに位相ロックされる。次に、光ポンプは、ＢＲＷの中の光信号の位相感応型増幅を実行し始める。
【００４３】
光信号が、ＢＰＳＫ又はＤＰＳＫ変調によるようなキャリアトーンを有しないとき、ＢＲＷの中のＳＨＧ処理は、変調データを除去し、ＳＨＧは、ＢＲＷの中の光ポンプの注入ロックに役立つ非常に単純なキャリアトーンになる。
【００４４】
光信号がＱＰＳＫ又はＤＱＰＳＫを用いて変調されるとき、剰余キャリアは、送信側でＱＰＳＫ又はＤＱＰＳＫ変調器の振幅及びバイアスを制御することにより、光信号の中に生成され得る。結果として、ＳＨＧも、ＢＲＷの中の光ポンプの注入ロックのための剰余キャリアを有する。代替で、剰余キャリアを生成するために、ＱＰＳＫ変調単独では現れない不均一変調方式が用いられても良い。例示的な一実施形態では、ＱＰＳＫは、９０％のシンボルが０又は１８０度の位相変調を有し、１０％のシンボルが９０又は２７０殿位相変調を有するように、使用され得る。これは、剰余キャリアを生成し得る。他の不均一変調方式がＱＰＳＫ又はＤＱＰＳＫ変調と共に使用されても良いことが理解される。別の例示的な実施形態では、光信号の中の特定数のシンボルは、９０％のＱＰＳＫ及び１０％のＢＰＳＫのように、ＢＰＳＫを用いて変調されても良い。これも、光信号のＳＨＧの中に剰余キャリアトーンを生成する。一旦、生成されると、剰余キャリアトーンは、ＢＲＷの中のポンプの注入ロックを推進する。
【００４５】
図２を参照すると、キャリアトーンを有する光信号２１０に対する光位相感応型増幅を提供するためのＢＲＷ増幅器２００の例示的な実施形態の選択された要素が示される。図示のように、ＢＲＷ増幅器は、増幅器１０８の一実施形態（図１を参照）の選択された要素を表し得るＢＲＷ２０２を有する。図２は、概略図であり、実寸通りではない。
【００４６】
図２では、ＢＲＷ２０２は、側面図２０２−１及びファセット図２０２−２に示される。ＢＲＷ２０２の中で、ブラッグ反射面２０４は、種々の材料層として示され、上述のような異なる用途及びレージング周波数のために設計されても良い。追加で、電極２０６は、電極２０６−１及び２０６−２として示され、電流注入を可能にするために、ＢＲＷ２０２の上面及び底面に適用される。さらに、前面（前ファセット）２１４−１及び後面（後ファセット）２１４−２は、光信号２１０にとって透過であっても良いがポンプ２０８にとっては依然として反射する部分反射層により覆われる。したがって、ポンプ２０８は、ＢＲＷ２０２の中で内部で反射される。ＢＲＷ２０２のファセット図では、光が通過し非線形相互作用を受ける突起導波路２２０及び光チャネル２２２が示される。
【００４７】
キャリアトーンを有する光信号によるＢＲＷ２０２の動作では、光信号２１０が導入されると、光信号２１０の中の一部の光子は、ＳＨＧによりポンプ２０８の光子に変換され、注入ロックのシードとして機能する。次に、注入ロックされたポンプ２０８の強度（光パワー）は、電流注入及び励起放出により増大する。ポンプ２０８の強度が増大すると、ポンプ２０８の光子は、ＢＲＷの中の光信号２１１のパラメータ増幅をもたらし、結果として増幅された光信号２１２がＢＲＷにより出力されている。図２には、スペクトル２３０及び２３２も示される。スペクトル２３０は、どのように光信号２１０がＳＨＧによるポンプ２０８のシードをもたらすかを示す。スペクトル２３２は、ポンプ２０８により増幅された出力信号２１２のパラメータ増幅を示す。
【００４８】
図３を参照すると、ＤＰＳＫ又はＢＰＳＫにより変調されている光信号３１０に対する光位相感応型増幅を提供するためのＢＲＷ増幅器３００の例示的な実施形態の選択された要素が示される。図示のように、ＢＲＷ増幅器３００は、２個のＢＲＷ３０２−１及び３０２−２を有し、増幅器１０８の一実施形態（図１を参照）の選択された要素を表し得る。図３は、概略図であり、実寸通りではない。ＢＲＷ増幅器３００は、結合された信号３２０の生成のための第１の段、及び増幅された光信号３１２の生成のための第２の段、を有しても良い。
【００４９】
ＢＲＷ増幅器３００では、光信号３１０は、ビームスプリッタ３０１で分離される。光信号３１０の第１の部分はＢＲＷ３０２−１に向けられ、ポンプ２０８は、上述のように注入ロックを用いて生成される。帯域通過フィルタ（bandpass  filter：ＢＰＦ）３０８−１において、光信号３１０は、他の光周波数から分離されたポンプ２０８を含む光ポンプ３２２を生成するためにフィルタリングされる。一方で、光信号３１０の第２の部分は、位相遅延３０６に向けられる。以下に記載するように、ＢＲＷ増幅器３００により実行される光パラメータ増幅において、増幅された光信号３１２の光パワーは、光ポンプ３２２と光信号３１０との間の位相関係に依存するので、位相遅延３０６は、位相ロック光信号３２４を出力するために、フィードバック位相−パワー制御３１８の制御下で、種々の位相遅延を適用する。次に、位相ロック光信号３２４は、結合された信号３２０を生成するために、光カプラ３０４において光ポンプ３２２と結合される。ここで、位相ロック信号３２４は、光ポンプ３２２に位相ロックされる。次に、結合された信号３２０は、第２のＢＲＷ３０２−２に向けられる。ＢＲＷ３０２−２において、結合された信号３２０の中の位相ロック光信号３２４のパラメータ増幅が起こる。したがって、光信号３１０の光パワーは増大され、光ポンプ３２２を除去するためのＢＰＦ３０８−２におけるフィルタリングの後に、増幅された光信号３１２を生じる。光タップ３１４において、増幅された光信号３１２の一部は、キャプチャされ、フォトダイオードであっても良い光検出器３１６へ送信されても良い。光検出器３１６は、フィードバック位相−パワー制御３１８に、増幅された光信号３１２の光パワーを示す電気信号を出力しても良い。次に、フィードバック位相−パワー制御３１８は、制御信号を位相遅延３０６へ送信して相応して光信号３１０の位相を調整することにより、例えば最大出力パワーまで出力パワーを調整しても良い。
【００５０】
図４を参照すると、不均一ＱＰＳＫのようなＱＰＳＫに基づく変調又は上述のような不均一ＤＰＳＫにより変調されている光信号４１０に対する光位相感応型増幅を提供するためのＢＲＷ増幅器４００の例示的な実施形態の選択された要素が示される。図示のように、ＢＲＷ増幅器４００は、３個のＢＲＷ３０２−１、３０２−２及び３０２−３を有し、増幅器１０８の一実施形態（図１を参照）の選択された要素を表し得る。図４は、概略図であり、実寸通りではない。ＢＲＷ増幅器４００は、同相の結合された信号４２０−１及び直交位相の結合された信号４２０−２の生成のための第１の段と、増幅された光信号４１２の生成のための第２の段と、を有しても良い。
【００５１】
ＢＲＷ増幅器４００の第１の段では、光信号４１０は、ビームスプリッタ４０１−１で分離される。光信号４１０の第１の部分はＢＲＷ３０２−１に向けられ、ポンプ２０８は、上述のように注入ロックを用いて生成される。帯域通過フィルタ（bandpass  filter：ＢＰＦ）３０８−１において、光信号４１０は、他の光周波数から分離されたポンプ２０８を含む光ポンプ４１８を生成するためにフィルタリングされても良い。一方で、光信号４１０の第２の部分は、位相遅延３０６に向けられる。図２において上述したように、位相遅延３０６は、位相ロック光信号４１９を生成するために、フィードバック位相−パワー制御３１８の制御下で、種々の位相遅延を適用する。光ポンプ４１８は、次に、ビームスプリッタ４０１−２により分離される。一方で、位相ロック光信号４１９は、ビームスプリッタ４０１−３により分離される。光カプラ４０４−１において、光ポンプ４１８は、位相ロック光信号４１９と結合され、同相の結合された信号４２０−１を生成する。光カプラ４０４−２において、光ポンプ４１８は、位相シフト４０６（π／２）を通り位相ロック光信号４１９と結合され、直交位相の結合された信号４２０−２を生成する。
【００５２】
ＢＲＷ増幅器４００の第２の段では、同相の結合された信号４２０−１は、増大した光パワーを有する光信号４１０の同相部分を生成するために、ＢＲＷ３０２−２及びＢＰＦ３０８−２に向けられる。一方で、直交位相の結合された信号４２０−２は、増大した光パワーを有する光信号４１０の直交位相部分を生成するために、ＢＲＷ３０２−３及びＢＰＦ３０８−３に向けられる。光カプラ４０４−３において、同相及び直交位相部分は、結合されて、増幅された光信号４１２を生成する。光タップ３１４において、増幅された光信号４１２の一部は、キャプチャされ、フォトダイオードであっても良い光検出器３１６へ送信される。光検出器３１６は、フィードバック位相−パワー制御３１８に、増幅された光信号４１２の光パワーを示す電気信号を出力しても良い。次に、フィードバック位相−パワー制御３１８は、制御信号を位相遅延３０６へ送信して、位相ロック光信号４１９を提供するために光信号４１０の位相を調整することにより、例えば最大出力パワーまで出力パワーを調整しても良い。
【００５３】
図５を参照すると、本願明細書で記載されるような、ＢＲＷ位相感応型増幅のための方法５００の一実施形態の選択された要素のブロック図がフローチャートの形式で示される。方法５００は、図２のＢＲＷ増幅器２００を用いて実行されても良い。留意すべきことに、方法５００で記載される特定の動作は、異なる実施形態では任意であっても良く或いは再配置されても良い。
【００５４】
方法５００は、ステップ５０２で、増幅のために光信号を受信することにより開始しても良い。該光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有する。ステップ５０４で、光信号はＢＲＷを通じて送信されると同時に、電流がＢＲＷに注入されて、ＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にする。したがって、ポンプ周波数における光ポンプは、光信号からのＳＨＧからのシードにより注入ロックされる。光ポンプの第２の光パワーは、電流注入及び励起放出により増大される。ここで、光ポンプ及び光信号は、ＢＲＷの中で互いに位相ロックされる。光信号の第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大される。ステップ５０６で、増大された第１の光パワーを有する光信号は、ＢＲＷから出力される。
【００５５】
図６を参照すると、本願明細書で記載されるような、ＢＲＷ位相感応型増幅のための方法６００の一実施形態の選択された要素のブロック図がフローチャートの形式で示される。方法６００は、図３のＢＲＷ増幅器３００を用いて実行されても良い。留意すべきことに、方法６００で記載される特定の動作は、異なる実施形態では任意であっても良く或いは再配置されても良い。
【００５６】
方法６００は、ステップ６０２で、増幅のために光信号を受信することにより開始しても良い。該光信号は、ＢＰＳＫ又はＤＰＳＫを用いてデータと共に変調されている。ステップ６０４で、光信号は第１のＢＲＷを通じて送信されると同時に、電流が第１のＢＲＷに注入されて、第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にする。したがって、ポンプ周波数における光ポンプは、光信号からのＳＨＧからのシードにより注入ロックされる。光ポンプは変調されたデータを含まない。光ポンプの第１の光パワーは、電流注入及び励起放出により増大される。ステップ６０６で、光ポンプは、第１の帯域通過フィルタを用いて分離される。ステップ６０８で、位相調整が光信号に適用された後に、結合された信号を生成するために、光ポンプは光信号と結合される。光信号は、結合された信号において第２の光パワーを有する。ステップ６１０で、結合された信号は、第２のＢＲＷを通じて送信されると同時に、光信号の第２の光パワーは増大される。ステップ６１２で、増大された第２の光パワーを有する光信号は、第２の帯域通過フィルタを用いて分離される。ステップ６１４で、第２の帯域通過フィルタにより生成された第２の光パワーが測定される。ステップ６１６で、第２の光パワーは、第２の光パワーを最大化するよう位相調整のフィードバック制御を実行するために使用される。
【００５７】
図７Ａ及び７Ｂを参照すると、本願明細書で記載されるような、ＢＲＷ位相感応型増幅のための方法７００及び７０１の一実施形態の選択された要素のブロック図がフローチャートの形式で示される。方法７００は、図４のＢＲＷ増幅器４００を用いて実行されても良い。留意すべきことに、方法７００、７０１で記載される特定の動作は、異なる実施形態では任意であっても良く或いは再配置されても良い。
【００５８】
図７Ａで、方法７００は、ステップ７０２で、増幅のために光信号を受信することにより開始しても良い。該光信号は、不均一ＱＰＳＫ又は不均一ＤＱＰＳＫを用いてデータと共に変調されている。特定の実施形態では、不均一ＱＰＳＫは、９０％のＱＰＳＫ及び１０％のＢＰＳＫを用いても良い。ステップ７０４で、光信号は第１のＢＲＷを通じて送信されると同時に、電流が第１のＢＲＷに注入されて、第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にする。したがって、ポンプ周波数における光ポンプは、光信号からのＳＨＧからのシードにより注入ロックされる。光ポンプの第１の光パワーは、電流注入及び励起放出により増大される。ステップ７０６で、光ポンプは、第１の帯域通過フィルタを用いて分離されても良い。ステップ７０８で、位相調整が光信号に適用される。該光信号は、第２の光パワーを有する。ステップ７１０で、第１の帯域通過フィルタにより出力される光ポンプは、同相の結合された信号を生成するために、位相調整の後の光信号と結合される。ステップ７１２で、同相の結合された信号は、第２の光パワーの同相部分を増大するために、第２のＢＲＷを通じて送信される。ステップ７１４で、第１の帯域通過フィルタにより出力される光ポンプは、直交位相の結合された信号を生成するために、位相調整及び位相シフト後の光信号と結合される。ステップ７１６で、直交位相の結合された信号は、第２の光パワーの直交位相部分を増大するために、第３のＢＲＷを通じて送信される。ステップ７１６の後、方法７００は、図７Ｂの方法７０１へ進んでも良い。
【００５９】
図７Ｂで、方法７０１は、ステップ７１８において、第２の帯域通過フィルタを用いて第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離することにより開始しても良い。ステップ７２０で、第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号は、第３の帯域通過フィルタを用いて分離される。ステップ７２２で、同相の増幅された信号及び直交位相の増幅された信号は、結合されて、第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成する。ステップ７２４で、第３の光パワーは、第３の光パワーを最大化するよう位相調整のフィードバック制御を実行するために使用される。
【００６０】
本願明細書に開示のように、方法及びシステムは、注入ロックにより光ポンプを生成するために二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を用いる光信号の増幅を可能にする。ＢＲＷは、光ポンプを用いる光信号のパラメータ増幅にも使用されても良い。フィードバック位相−パワー制御は、出力パワーを最大化するために実行されても良い。
【００６１】
以上に開示した主題は、説明のためであり、限定ではないと考えられるべきである。また、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神及び範囲に包含される全ての変更、拡張及び他の実施形態を包含することを意図している。したがって、法により認められる最大範囲まで、本開示の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物の最も広い許容可能な解釈により決定されるべきであり、前述の詳細な説明により限定又は制限されるべきではない。
【００６２】
以上の実施形態に加えて、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  光信号を増幅する方法であって、前記方法は、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有する、ステップと、
二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記ＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記ＢＲＷに注入され、前記ＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第２の光パワーは、注入される前記電流及び励起放出により増大され、前記光ポンプ及び前記光信号は、前記ＢＲＷの中で互いに位相ロックされ、
前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大される、ステップと、
前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力するステップと、
を有する方法。
（付記２）  前記光信号は、前記キャリア周波数において変調されたレーザビームである、付記１に記載の方法。
（付記３）  前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射される、付記１に記載の方法。
（付記４）  光増幅器であって、
二次光非線形性を有するブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、電流注入を可能にする該ＢＲＷに取り付けられた電極を有し、前記ＢＲＷは、
増幅のために光信号を受信し、前記光信号は、キャリア周波数を含み、第１の光パワーを有し、
前記ＢＲＷを通じて前記光信号を送信し、同時に、前記電極を用いて電流が前記ＢＲＷに注入され、前記ＢＲＷの中で、
ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第２の光パワーは、注入される前記電流及び励起放出により増大され、前記光ポンプ及び前記光信号は、互いに位相ロックされ、
前記光信号の前記第１の光パワーは、光パラメータ増幅により増大され、
前記ＢＲＷから、前記増大された第１の光パワーを有する前記光信号を出力する、
光増幅器。
（付記５）  前記光信号は、前記キャリア周波数において変調されたレーザビームである、付記４に記載の光増幅器。
（付記６）  前記光ポンプは、前記ＢＲＷにおいて内部で少なくとも部分的に反射される、付記４に記載の光増幅器。
（付記７）  光信号を増幅する方法であって、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、二位相偏移変調又は差動位相偏移変調を用いてデータと共に変調されている、ステップと、
二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプは前記変調されたデータを含まず、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
ステップと、
第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離するステップと、
前記分離された光ポンプを前記光信号と結合するステップであって、結合された信号を生成するために前記光信号に位相調整が適用され、前記光信号は前記結合された信号の中の第２の光パワーを有する、ステップと、
二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記結合された信号を送信するステップであって、前記光信号の前記第２の光パワーは増大される、ステップと、
を有する方法。
（付記８）  第２の帯域通過フィルタを用いて、前記増大された第２の光パワーを有する前記光信号を分離するステップと、
前記第２の帯域通過フィルタにより出力される前記第２の光パワーを測定するステップと、
を更に有する付記７に記載の方法。
（付記９）  前記測定された第２の光パワーを用いて、前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、
を更に有する付記８に記載の方法。
（付記１０）  光増幅器であって、
結合された信号を生成する第１の段であって、前記第１の段は、
増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、前記光信号は、二位相偏移変調又は差動位相偏移変調を用いてデータと共に変調されており、前記光信号は前記第１のＢＲＷを通じて送信され、同時に、電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記光信号のポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、前記光ポンプは、前記変調されたデータを含まず、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
第１のＢＲＷと、
前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、
前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿う前記光信号に適用される位相遅延制御と、
前記結合された信号を生成するために、前記分離した光ポンプを、前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する光カプラであって、前記光信号は、前記結合された信号の中の第２の光パワーを有する、光カプラと、
を有する第１の段と、
第２の段であって、
前記結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷであって、前記光信号の前記第２の光パワーは、前記第２のＢＲＷの中で増大される、第２のＢＲＷ、
を有する第２の段と、
を有する光増幅器。
（付記１１）  前記第２の段は、
前記第２のＢＲＷにより生成された前記光信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、
前記第２の帯域通過フィルタにより出力された前記第２の光パワーを測定する光検出器と、
を更に有する、付記１０に記載の光増幅器。
（付記１２）  前記第２の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第２の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、
を更に有する付記１１に記載の光増幅器。
（付記１３）  光信号を増幅する方法であって、
増幅のために光信号を受信するステップであって、前記光信号は、不均一四位相偏移変調又は不均一差動四位相偏移変調を用いてデータと共に変調されている、ステップと、
二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）を通じて前記光信号を送信するステップであって、同時に、前記第１のＢＲＷの中のポンプ周波数の光利得を可能にするために電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
ステップと、
第１の帯域通過フィルタを用いて前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離するステップと、
受信した前記光信号に位相調整を適用するステップであって、前記光信号は第２の光パワーを有する、ステップと、
同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを位相調整した後の前記光信号と結合するステップと、
前記第２の光パワーの同相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷを通じて前記同相の結合された信号を送信するステップと、
直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを位相調整及び位相シフトした後の前記光信号と結合するステップと、
前記第２の光パワーの直交位相部分を増大するために、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷを通じて前記直交位相の結合された信号を送信するステップと、
を有する方法。
（付記１４）  第２の帯域通過フィルタを用いて、前記第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離するステップと、
第３の帯域通過フィルタを用いて、前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離するステップと、
第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合するステップと、
前記増幅された光信号からの前記第３の光パワーを測定するステップと、
を更に有する付記１３に記載の方法。
（付記１５）  前記測定された第３の光パワーを用いて、前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相調整のフィードバック制御を実行するステップ、
を更に有する付記１４に記載の方法。
（付記１６）  前記不均一四位相偏移変調は、四位相偏移変調と二位相偏移変調とを有し、前記不均一差動四位相偏移変調は、差動四位相偏移変調と差動位相偏移変調とを有する、付記１３に記載の方法。
（付記１７）  第１の段であって、
増幅のために光信号を受信する、二次光非線形性を有する第１のブラッグ反射導波路（ＢＲＷ）であって、前記光信号は、不均一四位相偏移変調又は不均一差動四位相偏移変調を用いてデータと共に変調されており、前記光信号は前記第１のＢＲＷを通じて送信され、同時に、電流が前記第１のＢＲＷに注入され、前記第１のＢＲＷの中で、
前記ポンプ周波数における光ポンプは、前記光信号からの第２高調波生成からのシードにより注入ロックされ、
前記光ポンプの第１の光パワーは、注入された前記電流及び励起放出により増大される、
第１のＢＲＷと、
前記第１のＢＲＷにより生成された前記光ポンプを分離する第１の帯域通過フィルタと、
前記第１のＢＲＷから分離した光経路に沿う前記光信号に適用される位相遅延制御であって、前記光信号は第２の光パワーを有する、位相遅延制御と、
を有する第１の段と、
第２の段であって、
同相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力された前記光信号と結合する第１の光カプラと、
前記同相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第２のＢＲＷであって、前記第２の光パワーの同相部分は、前記第２のＢＲＷの中で増大される、第２のＢＲＷと、
直交位相の結合された信号を生成するために、前記第１の帯域通過フィルタにより出力された前記光ポンプを前記位相遅延制御から出力され位相シフトされた前記光信号と結合する第２の光カプラと、
前記直交位相の結合された信号を受信する、二次光非線形性を有する第３のＢＲＷであって、前記第２の光パワーの直交位相部分は、前記第３のＢＲＷの中で増大される、第３のＢＲＷと、
を有する第２の段と、
を有する光増幅器。
（付記１８）  第２のＢＲＷにより生成された同相の増幅された信号を分離する第２の帯域通過フィルタと、
前記第３のＢＲＷにより生成された直交位相の増幅された信号を分離する第３の帯域通過フィルタと、
第３の光パワーを有する増幅された光信号を生成するために、前記同相の増幅された信号及び前記直交位相の増幅された信号を結合する第２の光カプラと、
前記第３の光パワーを測定する光検出器と、
を更に有する付記１７に記載の光増幅器。
（付記１９）  前記第３の光パワーを最大化するよう前記位相遅延制御を制御するために、前記測定された第３の光パワーを用いるフィードバック制御ループ、
を更に有する付記１８に記載の光増幅器。
（付記２０）  前記不均一四位相偏移変調は、四位相偏移変調と二位相偏移変調とを有し、前記不均一差動四位相偏移変調は、差動四位相偏移変調と差動位相偏移変調とを有する、付記１７に記載の光増幅器。
【符号の説明】
【００６３】
２１０  光信号
２１２  増幅された光信号
３０６  位相遅延
３１０  光信号
３１２  増幅された光信号
３１６  光検出器
３１８  フィードバック位相−パワー制御
４０６  位相シフト
４１０  光信号
４１２  増幅された光信号
【図１】
0006699484.tif 000002
【図２】
0006699484.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006699484.tif 000006
【図６】
0006699484.tif 000007
【図７Ａ】
0006699484.tif 000008
【図７Ｂ】
0006699484.tif 000009