(57)【要約】光信号を増幅するのに適した材料を備えるドープ領域を備える導波路を有する、光信号を伝送するためのデバイスの場合に、このデバイスを通るときに信号品質ができるだけ劣化しないようにするために、ドープ領域が事前定義された吸収を有すること、およびその増幅をポンプ光の照射によって変えることができることが提供される。
2004513511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅するのに適した材料を含むドープ領域を有する少なくとも１つの導波路を備える、光信号を伝送するためのデバイスであって、その場合、前記ドープ領域が、事前定義された吸収を有し、その利得を、ポンプ光を照射することによって変えることができ、さらに、光信号のスペクトル成分を分離するためのデバイスを備えるデバイス。
【請求項２】
導波路がＡＷＧ（アレイ導波路格子）の一部である請求項１に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項３】
導波路のドープ領域が少なくとも１つのポンプ光源を割り当てられている請求項１または２に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項４】
ＡＷＧの複数のアームが、各場合に光信号を増幅するのに適した材料を含むドープ領域を有し、ドープ領域がそれぞれポンプ光源を割り当てられている請求項１、２、または３に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項５】
各導波路が、光がドープ領域の少なくとも一部を通った後に光強度を検出するモニタ・ダイオードを割り当てられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項６】
ポンプ光パワーを、モニタ・ダイオードによって検出される光強度に基づいて設定することができる、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項７】
ポンプ光の照射を伴わない、光信号を増幅するのに適した材料の領域内での吸収が、好ましくは０．１〜１０ｄＢ／ｃｍ、特に好ましくは０．５〜５ｄＢ／ｃｍ、最も好ましくは１〜３ｄＢ／ｃｍである、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項８】
光信号のスペクトル分離のためのデバイス、光信号のスペクトル分離のためのデバイスから光信号のスペクトル成分を受け取る少なくとも１つの導波路、少なくとも１つの導波路内に配置された光増幅材料を有する少なくとも１つのセクション、増幅された光信号を結合するためのデバイスを備える、特に請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に広帯域増幅を伴う光増幅器。
【請求項９】
光信号を伝送するためのデバイスの構成要素がＬＴＢ法によって相互接続されている、請求項８に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１０】
光増幅器が、パッシブ・ガラス導波路構成、光増幅材料が中に入れられたドープ領域を有するアクティブ導波路構成を備える、請求項８または９に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１１】
少なくとも１つの導波路、特にパッシブ・ガラス導波路構成およびアクティブ導波路構成が、２次元表面導波路構成である、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１２】
スペクトル分離のためのデバイスが、パッシブ・ガラス導波路構成で抽出された光デマルチプレクサ、特に格子またはＡＷＧである、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１３】
増幅光信号を結合するためのデバイスが、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光結合器またはマルチプレクサである、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１４】
少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードが、好ましくは９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの波長を有するパッシブ・ガラス導波路構成に接続されている、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１５】
光増幅材料がエルビウム（Ｅｒ）および／またはエルビウムとイッテルビウムの組合せ（Ｅｒ／Ｙｂ）を含む、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１６】
光増幅材料が、テルライト・ガラス、アンチモン含有ガラス、ビスマス含有またはビスマス酸ガラス、およびこれらの化合物からなる酸化ガラスを含有する、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項１７】
増幅領域の長さが、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なるサイズである、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１８】
ポンプ光が入射される位置が、増幅材料内部での光路長に関して、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なる、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項１９】
複数のドープ領域および複数の光増幅材料によって画定される、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項２０】
少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向でポンプ光を供給し、少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向とは反対にポンプ光を供給する、請求項１４に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に光増幅器。
【請求項２１】
少なくとも１つの導波路が位相変調器または移相器を含む、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項２２】
各導波路の位相変調器または移相器を、他の導波路の位相変調器または移相器とは別個に駆動することができる、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項２３】
位相変調器または移相器が熱光変調器を備える、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項２４】
位相変調器または移相器がＬｉＮｂＯ３変調器を備える、光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイスを備える、光信号の強度、位相角、および／またはスペクトル幅を制御するためのデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（説明）
本発明は、光信号を増幅するのに適した材料が導入されたドープ領域を有する少なくとも１つの導波路を有する、光信号を伝送するためのデバイスに関する。
【０００２】
光通信および伝送技術での信号伝送中に頻繁に吸収が生じ、この吸収は、所定のスペクトル領域にわたって異なり、または時間と共にそのスペクトル性質を変えることさえもある。しかし、この場合、伝送損失が生じる可能性があり、これは、全てのスペクトル領域の単純な線形増幅によってはもはや補正することができないことが多い。伝送前に非常に大きく信号を増幅することを試みた場合でさえ、特に、非常に強く増幅されたスペクトル領域での非線形現象が、伝送品質の損失をもたらす可能性がある。
【０００３】
ＥＰ０４８８２６６Ｂ１が、複数の光ファイバに関する光カプラを説明しており、このカプラの場合、増幅材料は、小さな直径の導波路のクラッドまたは外被に近接して配置される。それにより、ファイバで伝送される光信号の増幅を行うことができる。しかし、この増幅のスペクトル性質は増幅材料に依存しており、それにより後の用途に関して永久的に固定され、あらゆる用途に関して最適な条件を保証することができない。
【０００４】
ＥＰ０５２７２６５が、単一伝搬方向で前後に配置され、互いに異なるスペクトル吸収性質を有する、シングルモード・コアを有するファイバ内部にある第１の増幅ファイバ・セクションと、光減衰デバイスとを有する光ガラス・ファイバ増幅器を説明している。この狙いは、信号成分のみを大幅に増幅するガラス・ファイバ増幅器内部での増幅を可能にすることである。しかし、この構成の欠点は、直列または前後の増幅要素の配列により、吸収スペクトル成分も前後で切り換えられ、それにより両方の追加の吸収が行われ、伝送経路の延長が生じることである。
【０００５】
ＥＰ０５２２２０１が、信号波長の場合に光パワーが大幅に影響を及ぼされず、しかしそれにもかかわらず他のスペクトル領域では減衰が行われるように、光減衰ガラス・ファイバ・デバイスによってシングルモード・コアを有するファイバ増幅器の増幅スペクトルに影響を及ぼすことを教示する。しかし、シングルモード・コアを有するそのようなファイバ増幅器の欠点は、本質的に、影響を及ぼすことができず、瞬間変化を考慮することができない固定された増幅スペクトルしか実現することができないことである。
【０００６】
ＵＳ５９９３５５２Ａによれば、改善されたスペクトル挙動を有する増幅器の出力信号を発生するために、光増幅器の入力信号のスペクトル的に合致する減衰を使用する試みがすでに行われている。しかし、入力信号の減衰は通常、信号品質、特にビット・エラー率を悪くし、それによりそのような概念は、例えば光信号の長距離伝送の場合、特に、弱い信号しかすでに存在しない場合には望ましくない。さらに、この処置モードでの欠点は、より強い信号成分のより強い減衰およびそれらのかなり大きな増幅により、全ての干渉信号成分が、より高い増幅を受けることである。さらに、光デマルチプレクサおよびマルチプレクサは、光周波数分割多重（ＯＦＤＭ）および波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムの重要な構成要素であり、例えばＷ．Ｊ．Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｉｎ　ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ」Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１６，ｐｐ．２１８０−２１９４（１９９７）、Ｙ．ＩｓｈｉｉおよびＴ．Ｋｕｂｏｔａ「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ　ｉｎ　ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ　ｔｈａｔ　ｕｓｅｓ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ」Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３２，ｐｐ．４４１５−４４２２，（１９９３）、およびＳ．Ｓａｓａｋｉ、Ｋ．Ｓｅｋｉｎｅ、およびＮ．Ｋｉｋｕｃｈｉ「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ」ＩＯＯＣ’９５，ＴｈＣ３−３，ｐｐ．８０−８１（１９９５）に記載されている。
【０００７】
光信号伝送デバイスの特に好ましいクラスは、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）構造を備え、これは、以下では簡単にＡＷＧと表し、例えば１９９２年にＤｒａｇｏｎｅに付与された米国特許第５１３６６７１Ａ号、１９９３年にＤｒａｇｏｎｅに付与された米国特許第５２４３６７２Ａ号、１９９５年にＣｏｌｉｅｎ他に付与された米国特許第５４４０４１６号、Ｍ．Ｋ．Ｓｍｉｔ「Ｎｅｗ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　ｐｌａｎａｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｈａｓｅｄ　ａｒｒａｙ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｐｐ．３８５−３８６，１９８８、Ｃ．Ｄｒａｇｏｎｅ「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ＮｘＮ　Ｓｔａｒ　Ｃｏｕｐｌｅｒｓ　ｕｓｉｎｇ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ」ＩＥＥＥ　Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ．７，ｐｐ．４７９−４８９，１９８９に記載されている。
【０００８】
本発明の目的は、光信号を伝送するためのデバイスを提供することであり、その場合、このデバイスを通る間に信号品質ができるだけ劣化しないようにし、特に、伝送信号のビット・エラー率ができるだけ増大しないようにし、さらにこの信号を、例えば信号強度および信号のスペクトル性質など変化する信号状態に特定の自由度で合致することができるようにすることである。
さらに、できるだけ良い信号伝送に加えて、利用可能な低偏光のコンパクトでコスト効果の高い構成要素を有することが望まれる。
【０００９】
この目的の特に有利な達成は、請求項１の特徴を有する光デバイスによってすでに達成される。この目的のさらに有利な達成は、請求項８の特徴を有するデバイスによって生み出される。
【００１０】
特にスペクトル性質に応じて広範囲の入力光強度で光入力信号をほぼ最適に伝送することは、請求項１に記載のデバイスの増幅材料の事前定義された吸収により行うことができる。例えば、入力信号の１つのスペクトル成分が非常に弱い場合、ポンプ光強度を制御することによって、この信号はさらなる損失を導くことなしにすでにその入力強度に合致することが可能であり、それにより、任意のタイプの減衰を信号強度に行う必要なく増幅後に所望の強度が存在するようにすることができる。
【００１１】
入力信号の別のスペクトル成分がいくぶん強い場合、同様に、実質的に例えばビット・エラー率など伝送品質を劣化することなく、このスペクトル領域でいくぶん弱い増幅を行うことができる。
【００１２】
しかし、入力信号の１つのスペクトル成分が、さらなる伝送経路に関してすでに非常に強い強度である場合、増幅材料が、ポンプ光が存在しない、またはわずかしか存在しない状態で、定義された吸収を生成することができ、その場合、従来技術で知られているように増幅の前に行われる強い減衰の場合よりも少数のノイズ・フォトンが、伝送経路の出力に導かれる。
【００１３】
したがって、例えば、請求項８で定義される増幅器により、有利には、高い選択性をもってスペクトル的に設定することができる応答を伴う非常に広帯域の増幅器を実施することができる。
【００１４】
ポンプ光の照射を伴わない吸収の好ましい値は０．１〜１０ｄＢ／ｃｍであり、特に好ましい吸収の値は０．５〜５ｄＢ／ｃｍであり、最も好ましい吸収の値は１〜３ｄＢ／ｃｍである。
【００１５】
さらに、導波路がＡＷＧ（アレイ導波路格子）の一部である場合、それにより有利には、選択された方法で、かつ／または狭帯域スペクトル伝送曲線に関して、ＡＷＧのスペクトル性質に影響を及ぼすこともできる。
【００１６】
特に好ましい実施形態では、ＡＷＧの複数のアームが、各場合に光信号を増幅するのに適した材料を備えるドープ領域を有し、ドープ領域はそれぞれポンプ光源を割り当てられ、それによりＡＷＧの各アームを、増幅または減衰要素として個別に使用することができる。
【００１７】
それにより、スペクトル的に設定可能な増幅または減衰を達成する特に有利な光デバイスが利用可能になる。
各導波路が、ドープ領域の少なくとも一部の後に光強度を検出するモニタ・ダイオードを割り当てられるとき、これは、この伝送経路の能動制御を行うことができるようにする。
【００１８】
有利には、モニタ・ダイオードによって検出される光強度、および指定して実現することができるように事前定義された出力パワーまたは光増幅の利得に基づいてポンプ光パワーを設定することができる。
【００１９】
パッシブ・ガラス導波路構成およびアクティブ導波路構成が、ＬＴＢ法によって相互接続された２次元表面導波路構成である場合、それにより最高光品質に関係する熱応力からの自由を達成することができるので特に有利である。
【００２０】
スペクトル分離のためのデバイスが、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光マルチプレクサであるとき、それにより、非常に小さなスペースで信号成分の非常に鋭いスペクトル分離を行うことができる。
増幅された光信号を結合するためのデバイスは、好ましくは、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光結合器である。
【００２１】
好ましい実施形態では、少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードが、パッシブ・ガラス導波路構成に接続され、好ましくは９８０ｎｍ〜１４８０ｎｍの波長または波長範囲を有する。
光増幅材料は、好ましくは、エルビウム（Ｅｒ）および／またはエルビウムとイッテルビウムの組合せ（Ｅｒ／Ｙｂ）を含む。
【００２２】
増幅領域の長さは、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なるサイズであるときに特に有利である。これは、このようにすると、より長い増幅経路によって特定のスペクトル領域のより小さな増幅を補償することができるからである。
【００２３】
ポンプ光が入射される位置が、増幅材料内部での光路長に関して、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なるとき、ポンプ光と増幅される光との実効相互作用長さを、最適に、または事前定義されたように設定することができる。
複数のドープ領域および複数の光増幅材料を仮定すると、増幅スペクトルを大幅に広げることができる。
【００２４】
少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向でポンプ光を供給し、少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向とは反対にポンプ光を供給すると、特に有利である。これは、このようにすると、ポンプ光の特に有効な入射を達成することができ、その場合に導波路での散乱損失を避けることができるためである。
本発明を、添付図面を用いて、好ましい例示実施形態を参照して以下に説明する。
【００２５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
以下、好ましい例示実施形態を用いてより詳細に本発明を説明する。はじめに図１を参照する。図１は、可変の増幅と減衰を伴う光モジュールの形で、光信号を伝送するための本発明による第１のデバイスを示す。
【００２６】
図１に例示され、全体を参照番号１として提供されるモジュールは、光ＡＷＧ（アレイ導波路格子）を備える。光ＡＷＧは、例えばＤＥ１０１１２３３１またはＤＥ１０１１２３４９でより詳細に説明されているので、それらの内容を全て本出願の主題とする。
【００２７】
光信号が、信号ファイバ２でＡＷＧ３のフリービーム領域３’に供給され、図面には例として３つのみが示されているＡＷＧ３の個別アーム４、５、６が、例えば希土類材料など増幅材料でドープされた少なくとも１つのセクションを各場合に有する。この領域は、図１では例としてアクティブ・ガラスとして表されており、さもなければ実質的に透明な基板または支持材料で構成される。
【００２８】
本発明によって可能となる増幅により、ＡＷＧのアームの数、したがってＡＷＧのスペクトル分解能を非常に高くすることができる。１００本よりも多くのアーム、４００本よりも多くのアーム、特に１０００本よりも多くのアームをＡＷＧに提供することが、本発明の範囲内にある。通常のアーム総数ｎ≦１００００はそれぞれ、望まれるスペクトル分解能に応じて選択し、実装することができる。この場合、支持材料の表面に導波路を構成するためにリソグラフィ技法を使用することができる。この所望の数のアームにフリービーム領域３’を適合させることは、当業者が専門知識を用いれば可能である。
【００２９】
また、増幅材料としてテルライト・ガラス、アンチモン含有ガラス、ビスマス含有またはビスマス酸ガラス、およびこれらの化合物からなる酸化ガラス（ｏｘｉｄｉｃ ｇｌａｓｓ）を使用することも本発明の範囲内にある。
好ましい実施形態では、ＡＷＧ３のアームおよびＡＷＧ３のフリービーム領域３’は２次元基板内部に構成され、システムの光学構成要素、またはそれら構成要素の少なくともいくつかは、ＰＣＴ　ＵＳ００／４１７２０およびＰＣＴ　ＵＳ００／４１７２１、ならびにそれらの優先権を確定する出願に記載されているようにＬＴＢ（低温ボンディング）法によって相互接続され、それら出願全ての全内容を参照により本説明の主題とする。
【００３０】
導波路が構成される基板は、ガラス、シリカ・ガラス、シリコン、例えばインジウムまたはガリウム砒素などの半導体材料からなっていても、プラスチック、例えばポリカーボネート材料からなっていてもよく、特定の支持材料に限定されない。
【００３１】
強度を独立して制御することができる専用ポンプ・レーザ・ダイオード７、８、９が、それぞれＡＷＧ３の各アーム４、５、６に接続されることが好ましい。
各ポンプ・レーザ・ダイオード７、８、９に、当該のアーム４、５、６から光を受け取る専用モニタ・ダイオードまたはフォトダイオード１０、１１、１２を割り当てることが好ましく、ポンプ・レーザ・ダイオード７、８、９は、シングル・モノリシック・ブロックとして図１に示され、それらの電子駆動装置と共に共通の半導体基板上に実装することができる。
【００３２】
当該のアーム４、５、６から受け取られた光は、誘電体ビーム・スプリッタによって好ましくは大幅に強度を低減されて、それによって発生する損失が最小限に保たれる。ビーム・スプリッタの好ましいスプリッタ比は、１：１０であり、好ましくは１：１００であり、さらに好ましくは１：１０００であり、または１：１００００よりも大きい。
【００３３】
ポンプ・レーザ・ダイオード７、８、９の光強度を制御するために、各場合にフォトダイオード１０、１１、１２の下流に電子増幅経路１３、１４、１５が接続されており、それぞれが独立して設定可能な増幅を有する。
【００３４】
さらに、好ましくはＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザ）として構成されるポンプ・レーザ・ダイオード７、８、９の絶対光強度を外部手段（図面には示さず）によって設定することもでき、それにより、電子的に検索することができる固定され事前設定されたスペクトル増幅プロフィルを実現することができる。
【００３５】
したがって、ＡＷＧ３のアーム４、５、６はそれぞれ、独立して制御された、または永久的に設定可能な増幅を有する。
アーム４、５、６の光は、カプラまたは結合器１６内に一体に導かれ、出力光ファイバ１７内に入射する。
【００３６】
結合器１６は、この分野の当業者に知られているものなど２次元導波路カプラを備えることができる。
増幅材料でのドーピングにより、アーム４、５、６はそれぞれ、ドーピング濃度に応じた指定可能な吸収を有し、したがって低ポンプ光に関して、増幅材料によって達成される増幅が材料の減衰よりも小さいときには、設定可能な光減衰を有する。
【００３７】
さらに、例えば、所望のスペクトルに従って定義される吸収曲線を得るため、またはスペクトル増幅性質をそれぞれ存在するＡＷＧのアームに適合させるために、追加の物質または混合物を増幅領域内に添加することも本発明の範囲内にある。
【００３８】
増幅は、ポンプ光パワーが増大する場合に減衰よりも大きくなる場合がある。その結果、減衰および増幅値をＡＷＧ３の各アーム４、５、６に関して独立して設定することができ、それにより、各スペクトル領域内で、指定可能な減衰から増幅まで達する光モジュールのスペクトル伝送特性を生み出す。
【００３９】
図３は、８つの入力信号導波路（ｎ＝８）を備えるＡＷＧ３の概略図を示し、これは、例えば、各場合に、各光信号における波長λ１、λ２、λ３、・・・、λｍのｍ個のスペクトル的に隣接する光信号を有する８つの信号チャネルを備えることができる。
【００４０】
これらの信号は、フリービーム領域３’を通って個々のアームに供給され、アームの数は、図３では１７本のアームとして単に模式的に例示されており、これらのアーム内を伝搬する光は、上述したように各場合に増幅材料の１つの領域を使って当業者に知られている方法でポンプ光内に入射され、光増幅される。この場合のＡＷＧ３の各アームは、図３の増幅器によって表される専用の増幅器を有し、この増幅器は、増幅器内を伝搬する光の増幅または減衰の独立設定を可能にし、活性基板によって表される領域内に配置される。
【００４１】
光がＡＷＧ３のアームを通り、その中で増幅または減衰された後、これらのアームの光は、フリービーム領域１６’内部で、ｍ個のスペクトル的に隣接する出力導波路１９上に投影され、導波路内に入射される。
一般性の制限を加えずに、数ｍは図３での値８も有し、しかし本発明は、ｎとｍが等しいことに限定されない。
【００４２】
本発明によるこの実施形態は、可変の増幅と減衰を伴い、可変スペクトル伝送性質を伴う周波数デマルチプレクサとして動作するのに特に適しており、その場合、波長λ１、λ２、λ３、・・・、λｍを有する各入力信号の８つのスペクトル成分を、スペクトル的に分離された形で８つの出力導波路１９内に入射することができる。
【００４３】
伝送関数のスペクトル幅の変動性が、図５に模式的に例示されており、図６により正確に計算された形で示されている。細い、連続的に表されているスペクトル伝送曲線２０は、全てのアームが増幅される場合に実現される。
【００４４】
ＡＷＧ３のアームのいくつかが高い吸収または減衰によって「オフに切り換え」られた場合、またはそれらが、無視することができる信号強度しか有さない場合、スペクトル伝送曲線は、参照番号２１で提供される曲線まで広がる。
【００４５】
遮断に等しいこの高い減衰付近で、活性材料のドーピング濃度の選択、および／または例えば色素など選択可能な吸収スペクトルを有する吸収物質の追加の添加により、０．１〜１０ｄＢ／ｃｍ、特に好ましくは０．５〜５ｄＢ／ｃｍ、最も好ましくは１〜３ｄＢ／ｃｍの、ポンプ光の照射を伴わない増幅領域内部での吸収の値がもたらされる。その他の場合は、目的は、残りの伝送領域におけるできるだけ吸収を受けない伝送である。
【００４６】
伝送アームの数の減少に伴って、その後、参照番号２２、２３、および２４で示されるスペクトル伝送曲線が実現され、それにより、多くの光学適用例に関して非常に価値がある、可変スペクトル幅を有するフィルタを提供することができるようになる。
【００４７】
例えば、そのようなフィルタにより、第１のスペクトル・チャネル・スペーシングから第２のスペクトル・チャネル・スペーシングに配置し直す、例えば２００ＧＨｚ離隔された信号を１００ＧＨｚのチャネル・スペーシングに移すことができる。ＡＷＧ３のアームの数は、そのアームでの増幅によって増加することができ、それによりそのスペクトル・フィネスを向上させることができる。
さらに、レーザ信号のスペクトル形状も、適用例に応じて、スペクトル特性および強度に関して各場合に最適化することができる。
【００４８】
図６は、損失なく操作されるＡＷＧ３に関するより正確に計算されたスペクトル伝送曲線を示し、伝送曲線２５は、８０本の損失なく伝送するアームを用いた操作に関するものであり、伝送曲線２６は、ＡＷＧ３の２０本の損失なく伝送するアームを用いた操作に関するものである。
【００４９】
図３からのＡＷＧ３の発展が図４に例示されており、この場合、増幅領域、すなわち活性領域を備える各導波路が、この位相で変調ができる領域も含む。単に例として、図４で、移相基板とも表される位相変調器の領域が、信号伝搬方向で見て活性領域の下流に配置されている。この領域は、同様に、増幅領域の上流に配置することもできる。
【００５０】
位相変調器は、実効屈折率を変えることができる材料、例えばＬｉＮｂＯ３など、例えば熱光学または電子光学材料を有する。実効屈折率の変化は、ＡＷＧ３の当該のアーム内部での光路長の変化をもたらし、これはまた、このアーム内を伝搬する光信号の移相として表すこともでき、このため、位相変調器は移相器とも表される。
【００５１】
ＡＷＧ３の各アームの各位相変調器または移相器は、割り当てられた電子制御システムへの専用接続線を有し、この接続線は、図４での移相器に関する制御線として単に模式的に例示されている。
【００５２】
位相変調器または移相器を適切に駆動することによって、増幅中に生じる移相を補償することができ、または例えば知られている基準信号、および割り当てられた電子制御システム（ただし図には示さない）によるそのスペクトル検出によって、活性している際のＡＷＧ３のアームの長さの構成要素誘発変動を補償することができる。さらに、それにより、熱誘発変動を補償することもできる。
【００５３】
そのような光モジュールは通常、有利には遠隔通信システムで使用してシステムの伝送特性を大幅に改善し、特に、伝送特性を、下流の光信号伝送および／または処理デバイスに関する所望のスペクトル強度条件に適合させることができる。
【００５４】
本発明による第２の例示実施形態の以下の説明では、広帯域光増幅器を示す図２を参照する。
広帯域光増幅器は、例えばＰＣＴ　ＵＳ００／４１７２０に記載されており、その内容全体を、参照により本説明の主題とする。
【００５５】
全体を参照番号２７として提供され、図２に例示される広帯域光増幅器は、光入力信号のスペクトル分離のために、スペクトル分離のためのデバイス２８、例えばＡＷＧと、様々な狭帯域フィルタを備えるビーム・スプリッタ・システムまたはプリズムとを備え、そこに、入力導波路２９が、様々なスペクトル位置または領域λ１、λ２、λ３、・・・、λｎを有する光信号を供給する。
【００５６】
そのスペクトル分離の後、これらのスペクトル成分λ１、λ２、λ３、・・・、λｎはそれぞれ、光増幅材料２０を備える少なくとも１つのセクション３４、３５をそれぞれ有する専用の割り当てられた導波路３０、３１、３２、３３に供給される。
【００５７】
増幅材料を備えるセクションの後、導波路３０、３１、３２、３３が、増幅された光を、増幅された光信号を統合するためのデバイス（結合器）３６に送る。
増幅器２７の上述した個々の構成要素は、２つ以上の光学基板上に実装される場合に、ＬＴＢ法によって相互接続されることが好ましい。このＬＴＢ法の説明も、上で参照により完全に本明細書に組み込んだ。
【００５８】
増幅材料を備える領域は、各場合に光増幅材料が中に入れられたドープ領域を有するアクティブ導波路構成を画定し、導波路３０、３１、３２、３３はそれぞれ、活性基板１および活性基板２として表される活性領域の外側に、光学基板の表面に配置された従来の２次元導波路を画定する。
【００５９】
最も好ましい実施形態では、スペクトル分離のためのデバイス２８が、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光マルチプレクサ、例えばＡＷＧであり、増幅光信号を統合するためのデバイス（結合器）が、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光結合器、例えば導波路カプラである。
【００６０】
ポンプ・レーザ・ダイオードＰＬ１が、それぞれパッシブ・ガラス導波路構成の各導波路３０、３１、３２、３３に個別に接続されており、好ましくは、９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの波長を有し、または９８０ｎｍ〜１４８０ｎｍのこの波長領域全体にわたって広帯域に放出し、光増幅材料は、希土類元素、または希土類元素の混合物、好ましくはエルビウム（Ｅｒ）および／またはエルビウムとイッテルビウムの組合せ（Ｅｒ／Ｙｂ）を含む。
ポンプ・レーザ・ダイオードＰＬ１は、増幅される光の伝搬方向にポンプ光を供給する。
【００６１】
本発明の簡略化された形態では、ポンプ・レーザ・ダイオードが全ての導波路３０、３１、３２、３３に供給する。この場合、増幅にスペクトル的に影響を及ぼすための以下に説明するさらなる手段が特に有利であり、しかしそれらはこの実施形態に限定されない。
【００６２】
増幅領域の長さは、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なるサイズであり、これは、ポンプ光を利用可能な長さが、異なるスペクトル成分λ１、λ２、λ３、・・・、λｎに関して異なるサイズであることを意味する。
これは、台形の活性領域（活性基板１および活性基板２）によって、この領域の境界を定める線３８、３９、４０、４１を用いて添付図面に概略的に示されている。
【００６３】
しかし、増幅材料の長さのこの変化は、直線状または台形状の変化に限定されず、任意のスペクトル成分λ１、λ２、λ３、・・・、λｎに関して本質的に自由に選択することができる。
それにより、例えば、導波路３０、３１、３２、３３の増幅経路の当該の長さを、活性基板１および活性基板２内部の増幅材料のスペクトル増幅に関して逆に選択して、スペクトル的に一定の増幅関数を提供する、または伝送システムのスペクトル損失に適合された長さを有することができる。
【００６４】
さらに、導波路３０、３１、３２、３３を非等間隔で配置することもでき、それにより、活性基板１および活性基板２の台形増幅領域の場合でさえ、台形の脚部の内角および導波路３０、３１、３２、３３のスペーシングに応じて、スペクトル的に実質上任意に事前決定することができる増幅プロフィルを実現することができる。
【００６５】
さらに、フォトリソグラフィ・マスク形成および表面仕上げ技法を使用することによって、活性基板１および活性基板２の増幅領域に関して実質上任意の幾何形状で、増幅材料を導波路３０、３１、３２、３３に添加することができる。
【００６６】
さらに、増幅される光の様々なスペクトル成分に関するポンプ光ＰＬ１、ＰＬ２の入射位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を、増幅材料内部でカバーされる光路長に関して様々に選択することができ、それにより、実効相互作用長さを、ポンプ光と増幅される光との間でスペクトル的に設定することもできる。
【００６７】
好ましい実施形態の場合、活性基板１または活性基板２の複数のドープ領域が存在し、改善のために複数の光増幅材料がドープされて、広帯域での増幅をサポートする。したがって、例えば、導波路３０、３１、３２、３３が、各場合に様々なスペクトル的に最適な活性材料を含むことができ、または複数の導波路がそれぞれ、増幅される光とポンプ光との適合された相互作用長さにより、同じ活性材料を有することができる。
【００６８】
増幅される光の伝搬方向でポンプ光を供給する少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードＰＬ１に加えて、最も好ましい実施形態は、パッシブ・ガラス導波路構成に接続され、増幅される光の伝搬方向と反対の方向にポンプ光を供給する少なくとも１つのさらなるポンプ・レーザ・ダイオードＰＬ２を備える。
【００６９】
上述した手段によって、最高光品質の非常に広帯域の増幅器を実装することができる。
さらに、導波路３０、３１、３２、３３内部で、ｉ）材料、ｉｉ）ポンプ光と増幅される光との相互作用長さ、および／またはｉｉｉ）導波路３０、３１、３２、３３に割り当てられた、所望の増幅に対応するポンプ光の入射位置をそれぞれ有する事前定義されたスペクトル増幅プロフィルを生成することができる。
好ましい実施形態では、増幅器の個々の構成要素が、全体として参照により本説明の主題としたように、ＬＴＢ（低温ボンディング）法によって相互接続される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
可変増幅および減衰を伴う光モジュールの形で、光信号を伝送するための本発明による第１のデバイスを示す図である。
【図２】
広帯域光増幅器の形で、特に、スペクトル的に適合された増幅性質を有する広帯域光増幅器の形で、光信号を伝送するための本発明による第２のデバイスを示す図である。
【図３】
図１に示される実施形態のさらなる発展として、ＡＷＧの形で、特に、スペクトル的に適合された増幅性質を有するＡＷＧの形で、光信号を伝送するための本発明によるさらなるデバイスを示す概略図である。
【図４】
図１に示される実施形態のさらなる発展として、ＡＷＧの形で、特に、スペクトル的に適合された増幅性質およびスペクトル的に分離された位相変調または移相デバイスを有するＡＷＧの形で、光信号を伝送するための本発明によるさらなるデバイスを示す概略図である。
【図５】
伝送信号のスペクトル幅で図３に例示されるＡＷＧのアーム内部での増幅の影響を示す概略図である。
【図６】
図３に示されるＡＷＧで伝送される信号のスペクトル幅のより正確な計算を示し、ＡＷＧの２０本のアームに関して点線で示し、ＡＷＧの８０本のアームに関して連続線で示した図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月13日(2003.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅するのに適した材料を含むドープ領域を有する少なくとも１つの導波路を備える、光信号を伝送するためのデバイスであって、その場合、前記ドープ領域が、事前定義された吸収を有し、その利得を、ポンプ光を照射することによって変えることができ、さらに、光信号のスペクトル成分を分離するためのデバイスを備え、前記導波路が、光がドープ領域の少なくとも一部を通った後に光強度を検出するモニタ・ダイオードを割り当てられているデバイス。
【請求項２】
導波路がＡＷＧ（アレイ導波路格子）の一部である請求項１に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項３】
導波路のドープ領域が少なくとも１つのポンプ光源を割り当てられている請求項１または２に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項４】
ＡＷＧの複数のアームが、各場合に光信号を増幅するのに適した材料を含むドープ領域を有し、前記ドープ領域がそれぞれポンプ光源を割り当てられている請求項２または３に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項５】
ポンプ光パワーを、モニタ・ダイオードによって検出される光強度に基づいて設定することができる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項６】
ポンプ光の照射を伴わない、光信号を増幅するのに適した材料の領域内での吸収が、好ましくは０．１〜１０ｄＢ／ｃｍ、特に好ましくは０．５〜５ｄＢ／ｃｍ、最も好ましくは１〜３ｄＢ／ｃｍである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス。
【請求項７】
光信号のスペクトル分離のためのデバイス、光信号のスペクトル分離のためのデバイスから光信号のスペクトル成分を受け取る少なくとも１つの導波路と、少なくとも１つの導波路内に配置され吸収が増幅材料の所定のものである光増幅材料を有する少なくとも１つのセクション、増幅された光信号を結合するためのデバイスを備える、特に請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイス、特に広帯域増幅を伴う光増幅器。
【請求項８】
光信号を伝送するためのデバイスの構成要素がＬＴＢ法（低温ボンディング法）によって相互接続されている、請求項７に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項９】
光増幅器が、パッシブ・ガラス導波路構成、光増幅材料が中に入れられたドープ領域を有するアクティブ導波路構成を備える、請求項７または８に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１０】
少なくとも１つの導波路、特にパッシブ・ガラス導波路構成およびアクティブ導波路構成が、２次元表面導波路構成である、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１１】
スペクトル分離のためのデバイスが、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光デマルチプレクサ、特に格子またはＡＷＧである、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１２】
増幅光信号を結合するためのデバイスが、パッシブ・ガラス導波路構成で構成された光結合器またはマルチプレクサである、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１３】
少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードが、好ましくは９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの波長を有するパッシブ・ガラス導波路構成に接続されている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１４】
光増幅材料がエルビウム（Ｅｒ）および／またはエルビウムとイッテルビウムの組合せ（Ｅｒ／Ｙｂ）を含む、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１５】
光増幅材料が、テルライト・ガラス、アンチモン含有ガラス、ビスマス含有またはビスマス酸ガラス、およびこれらの化合物からなる酸化ガラスを含有する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１６】
増幅領域の長さが、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なるサイズである、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１７】
ポンプ光が入射される位置が、増幅材料内部での光路長に関して、増幅される光の異なるスペクトル成分に関して異なる、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１８】
複数のドープ領域および複数の光増幅材料によって画定される、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項１９】
少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向でポンプ光を供給し、少なくとも１つのポンプ・レーザ・ダイオードがパッシブ・ガラス導波路構成に接続され、この構成が、増幅される光の伝搬方向とは反対にポンプ光を供給する、請求項１３に記載のデバイス、特に光増幅器。
【請求項２０】
少なくとも１つの導波路が位相変調器または移相器を含む、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項２１】
各導波路の位相変調器または移相器を、他の導波路の位相変調器または移相器とは別個に駆動することができる、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
位相変調器または移相器が熱光変調器を備える、請求項２０または２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
位相変調器または移相器がＬｉＮｂＯ３変調器を備える、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の光信号を伝送するためのデバイスを備える、光信号の強度、位相角、および／またはスペクトル幅を制御するためのデバイス。
【請求項２５】
光信号を増幅するのに適した材料を含み、事前定義された吸収を有するドープ領域を有する少なくとも１つの導波路を有し、
光信号のスペクトル成分が分離され、
スペクトル成分が、ポンプ光強度を変えることによって、事前定義された吸収を有するドープ領域での入力光強度に応じて増幅され、または定義された吸収を生成することによって減衰される、
特に請求項１乃至２４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、光信号を伝送するための方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの導波路がモニタ・ダイオードを割り当てられ、光強度が、ドープ領域の少なくとも一部の後にモニタ・ダイオードによって検出される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
増幅の能動調整が行われる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ポンプ光パワーが、モニタ・ダイオードによって検出される光強度に基づいて設定される請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
増幅または減衰された光信号が結合される請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
光信号のスペクトル成分が、パッシブ・ガラス導波路構成で構成される光デマルチプレクサ、特に格子またはＡＷＧによって分離される請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
増幅される光の異なるスペクトル成分に関するポンプ光が、増幅材料内部でカバーされた光路長に関して、異なる位置で入射される請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
スペクトル成分の位相が変調される請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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