(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号およびマルチモードポンプ光を受信するように適合された光増幅器と、
前記光増幅器に結合されたスプリッタとを有し、前記スプリッタは、前記光増幅器に提供されるマルチモードポンプ光の少なくとも一部を、光通信中の１つまたは２つ以上のデバイスにそれによる使用のために制御可能に転換し、
前記スプリッタは前記マルチモードポンプ光に対して少なくとも部分的に反射的である、基板上の可動層からなる反射器を含み、前記反射器は前記光増幅器への、または前記光増幅器からの経路中に配置され、かつ前記マルチモードポンプ光の少なくとも一部が前記１つまたは２つ以上のデバイスへの経路に制御可能に転換するように構成されていることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記スプリッタは、前記光増幅器の出力に結合されていることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】
前記スプリッタは、前記光増幅器の入力に結合されていることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項４】
前記光増幅器は、ファイババンドルに結合されたクラッドポンプファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項５】
前記スプリッタは、前記クラッドポンプファイバに結合されていることを特徴とする請求項４記載の光通信システム。
【請求項６】
前記ファイババンドルは、複数のマルチモードファイバを含むことを特徴とする請求項４記載の光通信システム。
【請求項７】
前記スプリッタは、前記複数のマルチモードファイバの少なくとも１つに結合されていることを特徴とする請求項６記載の光通信システム。
【請求項８】
前記スプリッタは、基板上の少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層を含むことを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項９】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、前記基板に対して可動であることを特徴とする請求項８記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、平行平板容量性ドライブ、櫛型容量性ドライブ、ロータリー櫛型ドライブ、リニアスクラッチドライブ、ロータリースクラッチドライブ、熱バイモルフ、電磁ドライブおよび形状記憶合金からなるグループから選択されたメカニズムを使用して、サポートに対して可動であることを特徴とする請求項９記載の光通信システム。
【請求項１１】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、金属、誘電性材料およびポリマーからなるグループから選択されることを特徴とする請求項８記載の光通信システム。
【請求項１２】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、パターン化されていることを特徴とする請求項８記載の光通信システム。
【請求項１３】
光信号およびマルチモードポンプ光を受信するように適合された光増幅器を準備するステップと、
前記光増幅器に結合されたスプリッタを準備するステップとを有し、前記スプリッタは、前記光増幅器に提供されるマルチモードポンプ光の少なくとも一部を、光通信システム中の１つまたは２つ以上のデバイスにそれによる使用のために制御可能に転換し、
前記スプリッタは前記マルチモードポンプ光に対して少なくとも部分的に反射的である、基板上の可動層からなる反射器を含み、前記反射器は前記光増幅器への、または前記光増幅器からの経路中に配置され、かつ前記マルチモードポンプ光の少なくとも一部が前記１つまたは２つ以上のデバイスへの経路に制御可能に転換するように構成されていることを特徴とする光通信システムを動作させる方法。
【請求項１４】
前記スプリッタは、前記光増幅器の出力に結合されていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記スプリッタは、前記光増幅器の入力に結合されていることを特徴とする請求項１３載の方法。
【請求項１６】
前記光増幅器は、ファイババンドルに結合されたクラッドポンプファイバを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記スプリッタは、前記クラッドポンプファイバに結合されていることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記ファイババンドルは、複数のマルチモードファイバを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記スプリッタは、前記複数のマルチモードファイバの少なくとも１つに結合されていることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記スプリッタは、基板上の少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、前記基板に対して可動であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、平行平板容量性ドライブ、櫛型容量性ドライブ、ロータリー櫛型ドライブ、リニアスクラッチドライブ、ロータリースクラッチドライブ、熱バイモルフ、電磁ドライブおよび形状記憶合金からなるグループから選択されたメカニズムを使用して、サポートに対して可動であることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、金属、誘電性材料およびポリマーからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、パターン化されていることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに係り、特に、光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、典型的には、様々なデバイス（例えば、光源、光検出器、交換機、光ファイバ、変調器、増幅器およびフィルタ）を含む。例えば、図１に示された光通信システム１において、光源２は、光信号を生成する。光信号は、一連の光パルスを含む。光パルスは、光源２から検出器５へ送信される。典型的には、光ファイバ４は、光パルスを光源２から検出器５に送信する。
【０００３】
多くの光ファイバは、それに沿って送信される光パルスの一部を散乱または吸収するので損失が多い（約０．１−０．２ｄＢ／ｋｍ）。光ファイバを送信される光パルスの一部が散乱または吸収されるとき、そのような光パルスの光パワーは低減される。光ファイバの損失に帰する光パワー損失を補償するために、光増幅器６は、長い光ファイバ４に沿って配置される。光増幅器６は、適切な信号強度の光パルスが、光源２から検出器５へ長い光ファイバ４に沿って伝播するように、光パルスの光パワーを増大させる。
【０００４】
光増幅器は、自由空間を通って伝達する光信号にも有用である。そのような自由空間送信機は、衛星通信リンク、ビル間リンク、都市間リンク、船と埠頭間リンク等に有用である。光増幅器は、そのようなリンクにおける伝送に必要とされる約１００ミリワットないし約１０ワットの高いパワーの光信号を提供する。
【０００５】
光通信システムに有用なまたは自由空間送信機として任意的に有用な光増幅器６の切り欠き図が図２Ａに示されている。光増幅器６は、クラッドポンプ光増幅器である。クラッドポンプ光増幅器は、クラッドポンプファイバ１０およびファイババンドル２０を含む。
【０００６】
ファイババンドル２０は、複数のマルチモードファイバ２２（例えば、６−１９）およびシングルモードファイバ２４を有する。シングルモードファイバ２４は、ファイババンドル２０のほぼ中心に位置される。マルチモードファイバ２２は、ポンプ光を送信する。シングルモードファイバ２４は、光信号を送信する。
【０００７】
複数のマルチモードファイバ２２およびシングルモードファイバ２４は、バンドルに共に溶かされている。バンドルは、クラッドポンプファイバ１０のサイズおよび開口数（ＮＡ）に一致するようにテーパー状にされた直径を有する。ファイババンドル２０のテーパー状にされた端部に近接する複数のマルチモードファイバ２２は、クラッドポンプファイバ１０に結合されている。
【０００８】
ポンプダイオード２５は、ファイババンドル２０中で各マルチモードファイバ２２に結合されている。ポンプダイオード２５は、テーパー状のファイババンドル２０の遠い端部に結合される。ポンプダイオードは、例えば９１５ナノメートル（ｎｍ）、９８０ｎｍの特定の波長で発光するように設計された半導体デバイスである。
【０００９】
クラッドポンプファイバ１０の断面図が、図２Ｂに示されている。クラッドポンプファイバ１０は、シングルモードコア１２、第１のクラッド１４および第２のクラッド１６を含む。シングルモードコア１２は、１つまたは２つ以上のイオン化された希土類元素（例えば、Ｎｄ3+，Ｙｂ3+，Ｔｍ3+およびＥｒ3+）でドープされたシリカからできている。シングルモードコア１２は、典型的には、約４μｍないし約８μｍの直径を有する。光信号は、シングルモードファイバ２４からシングルモードコア１２へ送信される。
【００１０】
シングルモードコア１２は、第１のクラッド１４により取り巻かれている。図２Ｂにおいて、第１のクラッド１４は、星形の断面を持つものとして示されている。しかし、第１のクラッド１４は、任意に、図示しない「矩形」または図示しない「Ｄ型」の断面を有する。第１のクラッド１４は、典型的には、ポンプ光を送信するために適した屈折率を有するシリカからできている。
【００１１】
ポンプダイオード２５からのポンプ光は、マルチモードファイバ２２から第１のクラッド１４に提供される。ポンプ光が第１のクラッド１４を通して伝播するとき、これは、シングルモードコア１２中のイオン化された希土類元素を励起し、反転分布を生じる。反転分布は、イオン化された希土類元素中のより多くの電子が接地状態よりも励起状態にある場合に生じる。
【００１２】
励起された希土類元素の反転分布中に蓄積されるエネルギは、シングルモードコア１２に沿って伝播する光信号に移され、光信号に光パワー（即ち利得）の増大を生じさせる。シングルモードコア１２中のイオン化された希土類元素の反転分布を生じさせるために、ポンプ光の波長は、そのようなイオン化された希土類元素に対する少なくとも１つの吸収線に対応しなければならない。例えば、９７５ｎｍのポンプ光は、エルビウム（Ｅｒ+3）の吸収線に対応する。
【００１３】
第１のクラッド１４は、第２のクラッド１６により取り囲まれる。第２のクラッド１６は、フッ素処理された低屈折率ポリマまたは低屈折率ガラスからなる。第２のクラッド１６は、第１のクラッド１４の屈折率と異なる屈折率を有する。第１のクラッド１４および第２のクラッド１６の屈折率の差が、ポンプ光を第１のクラッド１４に実質的に閉じこめ、クラッドポンプファイバ１０から漏れ出すことを防止する。例えば、第１のクラッド１４を屈折率が約１．４６であり、第２のクラッド１６の屈折率が約１．３８である場合、２つの屈折率間の差は、ポンプ光の約９０％を第１のクラッド中に閉じこめる。
【００１４】
光増幅器の電気的効率は、増幅器からの正味光パワー出力とポンプダイオードを動作せるために使用させるパワーとの比として計算される。増幅器の正味光パワーは、増幅器出力パワーからプリアンプリファイアパワーを引いたものとして定義される。ポンプダイオードを動作させるために使用されるパワーは、ダイオード当たりの電流電圧積のダイオードの数倍として定義される。
【００１５】
例えば、約１．７ボルトおよび約１．５アンペアで動作される６個のポンプダイオードでポンプされるＥｒ+3／Ｙｂ+3クラッドポンプファイバが１５５０ｎｍ光信号を約１２０ｍＷのプリアンプリファイアパワーから約１．２Ｗの出力パワーに増幅する場合、Ｅｒ+3／Ｙｂ+3クラッドポンプファイバは、約７％の電気的効率を有する（電気的効率＝（１．２Ｗ−０．１２Ｗ）／（６ダイオード×１．７ボルト×１．５アンペア）×１００）。これは、電気的パワーの約７％のみが、光信号入力を増幅するために光増幅器に対して使用されることを意味する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
いくつかの通信システム（例えば、衛星通信システム）において、システム動作に利用可能な電力量は限られる。約１０％未満の低い電気的効率を有する光増幅器は、そのような通信システムにおいて使用するために望ましくない。これは、光増幅器が利用可能なパワーの実質的な部分を消費し、システム中の他のデバイスを動作させるために利用可能なパワーを減少させる可能性があるからである。さらに、いくつかの通信システムのコストは、その中のデバイスを動作させるために必要な電力に直接的に関連する。特に、通信システムのコストは、システム中のデバイスを動作させるために必要とされる電力が増大するにつれて増大する。したがって、より大きな効率を提供する光通信システムが望まれている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光通信システム中の光増幅器に提供されるポンプ光の一部を光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイスに向けるために、ビームスプリッタが使用される光通信システムに関する。ビームスプリッタは、光信号およびポンプ光を受信するように構成される。ビームスプリッタは、光通信システム中の１つの光増幅器に提供されるポンプ光の一部を、光通信システムの他のデバイス（例えば、光増幅器、フィルタ、変調器）に向ける。光通信システム中の１つの光増幅器に提供されるポンプ光の一部を、光通信システム中の他のデバイスに向けることは、そのような光通信システムを動作させるために必要とされる全電力を減少させることにより電力を節約する。
【００１８】
光増幅器は、クラッドポンプファイバがファイババンドルに結合された構造を有する。クラッドポンプファイバは、イオン化された希土類元素（例えば、Ｎｄ3+，Ｙｂ3+，Ｔｍ3+，およびＥｒ3+）でドープされたシングルモードコア、第１のクラッド、および第２のクラッドを有する。第１のクラッドはシングルモードコアを取り巻き、第２のクラッドは第１のクラッドを取り巻く。
【００１９】
光信号は、シングルモードコアに沿って送信される。ポンプ光は、第１のクラッドに沿って送信される。第１のクラッド中のポンプ光は、シングルモードコア中のイオン化された希土類元素を励起し、そのようなイオン化された希土類元素間に反転分布を生じさせる。励起された希土類元素の反転分布中に蓄積されたエネルギのいくらかが、シングルモードコアに沿って送信される光信号に移されて、その光パワーを増大させる。
【００２０】
ファイババンドルは、一緒に溶かされた複数のマルチモードファイバおよびシングルモードファイバを含む。シングルモードファイバは、好ましくは、ファイババンドルのほぼ中心に配置される。シングルモードファイバをファイババンドルのほぼ中心に配置することは、ファイババンドルがクラッドポンプファイバに結合されるとき、シングルモードファイバとシングルモードコアとの間の位置あわせを容易にする。第１のクラッドは、ファイババンドル中の１つまたは２つ以上のマルチモードファイバにより、ポンプ光の源と結合される。
【００２１】
ポンプダイオードは、任意的に、ファイババンドル中の１つまたは２つ以上のマルチモードファイバに結合される。ポンプダイオードは、光増幅器のためのポンプ光の源である。
【００２２】
多くの光増幅器は、低い電気的効率（約１０％未満）を有する。したがって、ポンプダイオードから光増幅器に提供される電力の小さな部分のみ（約１０％未満）が、光信号を増幅するために使用される。
【００２３】
本発明の光通信システムの一実施形態において、ビームスプリッタは、光増幅器の出力に結合される。ビームスプリッタは、増幅された光信号および未使用のポンプ光の両方を光増幅器から受信するように構成される。ビームスプリッタは、未使用のポンプ光の一部を、光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイスへ、それによる使用のために転換する。
【００２４】
ビームスプリッタは、未使用のポンプ光の一部を、光通信システムの他のデバイスへ、基板上の少なくとも部分的に反射性の１つまたは２つ以上の材料層を使用して転換する。少なくとも部分的に反射性の１つまたは２つ以上の材料層は、好ましくは、ポンプ光の波長における光を反射する。例えば、ポンプ光が約９７５ｎｍの波長を有する場合、少なくとも部分的に反射性の１つまたは２つ以上の材料層は、約９７５ｎｍの波長における光を反射する材料からなる。少なくとも部分的に反射性の１つまたは２つ以上の材料層を製造するために適した材料の例は、金属、誘電体材料およびポリマーを含む。適切な基板材料は、シリコン、溶融シリカ、および石英を含む。
【００２５】
ビームスプリッタは、任意的に、基板上の少なくとも部分的に反射性の材料のパターン化された層を備えた光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイスに、未使用ポンプ光の一部を転換する。少なくとも部分的に反射性の１つまたは２つ以上の材料層をパターン化することは、ポンプ光の波長において反射性の基板上の領域およびポンプ光の波長において反射的でない基板の領域を提供する。１つまたは２つ以上の層は、例えば基板上に部分的に反射性の材料のストライプを形成することによりパターン化される。
【００２６】
代替的に、ビームスプリッタは、マイクロメカニカル層を使用して、未使用のポンプ光の一部を転換する。この説明において使用されるマイクロメカニカルという用語は、基板上の少なくとも部分的に反射性の可動層を指す。少なくとも部分的に反射性の層がマイクロメカニカルである場合、ポンプ光の転換は、その層の基板に対する動きにより制御される。例えば、少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、静電的引力メカニズムを使用して基板に対して可動である。適切な静電的引力メカニズムは、平行平板容量性ドライブおよび櫛型容量性ドライブを含む。
【００２７】
本発明の光通信システムの代替的な実施形態において、ビームスプリッタは、光増幅器の入力に結合される。ビームスプリッタが光増幅器の入力に結合される場合、１つまたは２つ以上のマルチモードファイバからのポンプ光の一部は、光通信システム中の他のデバイスに送信される。
【００２８】
本発明の他の目的または特徴は、添付図面との関係で以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。しかし、図面は単に例示のためだけであり、本発明を制限するように働くものではなく、解釈は特許請求の範囲によらなければならない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、光通信システム中の光増幅器に提供されるポンプ光の一部を光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイスに向けるために、ビームスプリッタが使用される光通信システムに関する。ビームスプリッタは、光信号およびポンプ光を受信するように構成される。ビームスプリッタは、光通信システム中の１つの光増幅器に提供されるポンプ光の一部を光通信システムの他のデバイス（例えば、光増幅器、フィルタ、変調器）に向ける。光通信システム中の１つの光増幅器に提供されるポンプ光の一部を光通信システム中の他のデバイスに向けることは、そのような光通信システムを動作させるために必要とされる全電力を減少させることにより電力を維持する。
【００３０】
図３に示されているように、光通信システム１００は、ビームスプリッタ１１０に結合された光増幅器１０１を含む。光通信システム１００は、様々なデバイス１１１も含む。デバイス１１１は、任意的に、光源、光検出器、スイッチ、変調器および／またはフィルタである。
【００３１】
光信号１０７は、光増幅器１０１に結合された図示しない光ファイバに沿って光通信システム１００中を送信される。光信号の波長は可変である。
【００３２】
光増幅器１０１は、ファイババンドル１０５に結合されたクラッドポンプファイバ１０３を含む構造を有する。クラッドポンプファイバ１０３は、図示しないスプライスを備えたファイババンドル１０５に結合されている。
【００３３】
クラッドポンプファイバ１０３は、図示しないシングルモードコアを、図示しない第１のクラッド、および図示しない第２のクラッドを含む。第１のクラッドはシングルモードコアを取り巻き、第２のクラッドは第１のクラッドを取り巻く。
【００３４】
シングルモードコアは、１つまたは２つ以上のイオン化された希土類元素（例えば、Ｎｄ3+，Ｙｂ3+，Ｔｍ3+およびＥｒ3+）でドープされたシリカからなる。シングルモードコアは、約４μｍないし約８μｍの直径を有する。
【００３５】
第１のクラッドは、典型的には、ポンプ光を送信するために適した屈折率のシリカからなる。第１のクラッドは、その形状がファイババンドルからそれへのポンプ光入力の少なくとも約９５％を捉えるのに十分である断面を有する。第１のクラッドの断面の適切な形状は、矩形、星形およびＤ型である。第２のクラッドは、典型的には、フッ素処理されたポリマーまたはガラスからなる。第２のクラッドは、第１のクラッド層の屈折率と異なる屈折率を有する。第１のクラッドおよび第２のクラッドの屈折率の差は、ポンプ光を第１のクラッド内に実質的に閉じこめ、クラッドポンプファイバから漏れ出すことを防止する。
【００３６】
光信号は、シングルモードコアに沿って送信される。ポンプ光は、第１のクラッドに沿って送信される。第１のクラッド中のポンプ光は、シングルモードコア中のイオン化された希土類元素を励起し、そのイオン化された希土類元素間に反転分布を生じる。励起された希土類元素の反転分布中に蓄積されたエネルギのいくらかが、シングルモードコアに沿って送信される光信号に移され、その光パワーを増大させる。
【００３７】
図３において、ファイババンドル１０５は、複数のマルチモードファイバ１０６および１つのシングルモードファイバ１０８を含む。複数のマルチモードファイバ１０６および１つのシングルモードファイバ１０８は、一緒に溶かされている。シングルモードファイバ１０８は、好ましくは、バンドルのほぼ中心に配置されている。シングルモードファイバ１０８をバンドルのほぼ中心に配置することは、ファイババンドル１０５がそれにスプライスされるとき、シングルモードファイバ１０８をクラッドポンプファイバ１０３のコアと実質的に位置合わせする。
【００３８】
図示しない光ポンプダイオードは、任意的に、ファイババンドル１０５中の各マルチモードファイバ１０６に結合されている。光ポンプダイオードは、クラッドポンプファイバ１０３のためのポンプ光１０９の源である。ポンプ光の波長は可変であるが、その波長は、光信号の波長と異ならなければならない。例えば、多くの光信号の波長は典型的には約１３００ｎｍないし約１５９０ｎｍの範囲にあるが、ポンプ光の波長は、約８９０ｎｍないし約９９０ｎｍの範囲にある。適切なポンプダイオードは、ＳＤＬ社、サンノゼ、カリフォルニアおよびオプトパワー社、ツーソン、アリゾナから商業的に入手可能である。
【００３９】
多くの光増幅器は、約１０％未満の低い電気的効率を有する。したがって、光増幅器にポンプダイオードから提供される電力の小さな部分（約１０％未満）のみが、光信号を増幅するために使用される。
【００４０】
本発明の光通信システムの一実施形態において、ビームスプリッタ１１０は、光増幅器１０１の出力に結合される。ビームスプリッタ１１０が光増幅器１０１の出力に結合されるとき、ビームスプリッタ１１０は、増幅された光信号１０７および未使用のポンプ光１０９の両方を受信するように適合される。ビームスプリッタ１１０は、未使用のポンプ光１０９の少なくとも一部を、光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイス１１１へ転換する。ビームスプリッタ１１０は、光信号の波長に対して伝達性である。したがって、ポンプ光の少なくとも一部が、ビームスプリッタ１１０により転換される一方、光信号の波長における光の本質的に全てがそれを通して伝達される。
【００４１】
そして、デバイス１１１は、ビームスプリッタ１１０により転換された未使用のポンプ光で動作する。光増幅器から出力された未使用のポンプ光１０９の一部を光通信システム中の他のデバイス１１１へ提供することは、光通信システム１００を動作させるために必要とされる全電力を減少させることにより電力を維持する。
【００４２】
ビームスプリッタ１１０は、基板上の少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層を使用して、光通信システム１１０のデバイス１１１に未使用のポンプ光１０９の少なくとも一部を転換する。少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、転換されるべきポンプ光の波長のみを反射するように選択される。例えば、９７５ｎｍのポンプ光が転換されるべき場合、少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層は、９７５ｎｍを含む波長の範囲においてのみ光を反射するように選択され、光信号の波長における光に対して伝達性である。
【００４３】
少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層を製造するために適した材料の例は、金属（例えば、金）、誘電性材料（例えば、窒化硅素）およびポリマー層（例えば、Ｌ−９３６７のようなペルフルオロエーテルアクリル酸塩、ＦＣ−７２２のようなフルオロカーボン化合物、およびＦＣ−７２４のようなサーフェスモデファイヤ、これらは全ては３Ｍ社、セントポール、ミネソタ）を含む。適切な基板材料は、シリコン、溶融シリカおよび石英を含む。
【００４４】
ビームスプリッタ１１０は、任意的に、未使用のポンプ光の少なくとも一部を、光通信システム中の少なくとも１つの他のデバイスへ、基板上の少なくとも部分的に反射性の材料のパターン化された層で転換する。少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層をパターン化することは、ポンプ光の波長において反射性の基板の領域およびポンプ光の波長において反射的でない基板の領域を提供する。ポンプ光の波長において反射的でない基板の領域に衝突する未使用のポンプ光は反射されない。１つまたは２つ以上の層は、例えば、基板上に部分的に反射性の材料のストライプを形成することによりパターン化される。
【００４５】
代替的に、ビームスプリッタ１１０は、未使用のポンプ光の一部を、マイクロメカニカル層を使用して転換する。この説明中で使用されるマイクロメカニカルという用語は、基板上の少なくとも部分的に反射性の可動層を指す。少なくとも部分的に反射性の層がマイクロメカニカルである場合、ポンプ光の転換は、そのような層の基板に対する動きにより制御される。即ち、マイクロメカニカル層がポンプ光の経路中に配置される場合、そのようなポンプ光は、反射され、マイクロメカニカル層がポンプ光の経路中に配置されないとき、その光は反射されない。例えば、ポリシリコンおよび／または窒化硅素は、静電的アクチュエータメカニズムを使用してシリコン基板に対して可動である。
【００４６】
静電的アクチュエータはキャパシタの２つの電極間に静電的な力を加え、部分的に反射性の層を基板に対して動かす。一方の電極は、部分的に反射性の層により形成されるかまたはこれに取り付けられ、他方の電極は、基板にしっかりと固定される。適切な静電的アクチュエータの例は、それぞれ図４Ａおよび４Ｂに示された櫛型容量性ドライブ１４０および平行平板容量性ドライブ１５０を含む。
【００４７】
櫛型容量性ドライブ１４０について、キャパシタの２つの電極１４１，１４２は、インタリーブされたフィンガである。電極１４２は、基板１４７のパッド１４３に取り付けられている。電極１４１は部分的反射層１４６に取り付けられている。電極１４１および部分的反射層１４６は、基板１４７上を電極１４２に対して可動である。電極１４１，１４２のインタリーブされたフィンガのうちの２つの間の静電容量は、次式で決定される。
【数１】
0003862928.tif 000002
【００４８】
ここでε0は、自由空間の誘電率であり、ｌ0は、静電力の印加前のインタリーブされたフィンガのオーバラップ長さ１４５であり、ｈは部分的反射層１４６に取り付けられる櫛のバックボーンの高さであり、ｄはインタリーブされたフィンガ１４８間の間隔であり、ｘは電極１４２に対する電極１４１のずれである。式（１）から、電極１４１，１４２のインタリーブされたフィンガのうちの２つの間の静電容量は、ずれｘの線形関数である。
【００４９】
いかなる容量的構造に対しても、他方の電極による一方の電極に及ぼされる力（Ｆ）は、次式で表される。
【数２】
0003862928.tif 000003
ここで、Ｃは静電容量であり、Ｖは電圧であり、ｘはずれである。式（１）を式（２）に代入して次式を得る。
【数３】
0003862928.tif 000004
【００５０】
したがって、櫛型容量性ドライブについて、部分的反射層１４６を動かすための電極１４１へ電極１４２により及ぼされる力は、ずれｘに無関係であり、電極１４１，１４２に印加される電圧によってのみ決まる。
【００５１】
平行平板容量性ドライブ１５０について、キャパシタの２つの電極１５５，１５１は平行平板である。電極１５５は、基板１５７のパッド１５３に取り付けられる。電極１５１は部分的反射層１５６に取り付けられる。電極１５１および部分的反射層１５６は、基板１５７上を、電極１５５に対して可動である。電極１５５，１５１間の静電容量は次式で決まる。
【数４】
0003862928.tif 000005
ここで、Ａ＝ｌｈであり、ｘ0は静電力の印加前の電極１５５と１５１との間の距離である。
【００５２】
式（４）から、静電容量は、ずれｘに反比例する。式（４）を式（２）に代入して次式を得る。
【数５】
0003862928.tif 000006
式（５）から、部分的反射層１５６を動かすための電極１５１への電極１５５により及ぼされる力は、ｘ0、電極１５５と１５１との間の距離に依存する。特に、ｘ0が大きくなると、部分的反射層１５６を動かすために必要とされる電圧も増大する。
【００５３】
１つまたは２つ以上の部分的反射層を基板に対して動かすために適した他のメカニズムは、ロータリ櫛型ドライブ、リニアスクラッチドライブ、ロータリスクラッチドライブ、熱バイモルフ、電磁ドライブおよび形状記憶合金を含む。例示的なデバイスは、米国特許第５，５００，７６１号、第５，６５４，８１９号、第５，５８９，９７４号、第５，７５１，４６９号および第５，８７０，２２１号に示されている。また、Marxer等による“MHz Opto-Mechanical Modulator", Transducers '95-Eurosensors IX, Royal Swedish Academy of Eng. Sciences, Stockholm (June 1995), pp. 289-292も参照のこと。
【００５４】
未使用ポンプ光の一部を光通信システム１００中のデバイスに転換するために適したビームスプリッタ１１０の構成は、図５Ａに示されている。ビームスプリッタ１１０は、複数のガイド２０５を備えた基板２００およびその上に形成された少なくとも部分的に反射性の表面２１０を含む。ガイド２０５は、第１および第２の光ファイバ２０７，２０９をサポートする。
【００５５】
ガイド２０５は、光ファイバ２０７，２０９を光学軸１−１′に沿って位置合わせするためにも使用される。光信号およびポンプ光は、光学軸１−１′と同一空間である経路２１５に沿って、光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間で伝達される。別の光ファイバ２１１は、光学軸１−１′に実質的に直交する光学軸２−２′に沿って基板２００に同様に取り付けられている。
【００５６】
ガイド２０５は、基板２００の上面に形成された正方形の溝である。ガイド２０５は、任意的に、図４ＢのＶ型溝、図示しないレール、および／または図示しないチャネルとして構成される。適切な光ファイバは、シングルモードファイバおよび／またはマルチモードファイバを含む。
【００５７】
少なくとも部分的に反射性の表面２１０は、基板２００の表面に形成された少なくとも部分的に反射性の材料の１つまたは２つ以上の層を含む。基板２００の少なくとも部分的に反射性の表面２１０は、光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間の経路２１５に沿って配置される。少なくとも部分的に反射性の表面２１０のトップエッヂは、経路２１５の少なくとも一部をブロックする。
【００５８】
少なくとも部分的に反射性の表面２１０が経路２１５の一部をブロックする場合、これは、光ファイバ２０７を通してビームスプリッタ１１０に提供されるポンプ光２１３の一部を転換する。ポンプ光２１３の転換された部分は、光通信システム中の他のデバイスによる使用のために、光学軸１−１′から光ファイバ２１１に伝達される。ポンプ光および光信号のブロックされない部分は、光学軸１−１′に沿って光ファイバ２０９へ伝達される。
【００５９】
基板２００の少なくとも部分的に反射性の表面２１０は、任意的に、経路２１５をブロックする。光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間の経路２１５が基板２００により完全にブロックされる場合、基板２００を含む部材が、光信号の光学軸１−１′に沿う伝達に影響を与える。光学軸１−１′に沿う光ファイバ２０７から光ファイバ２０９への光信号のそのような伝達を容易にするために、基板２００は、光信号の波長範囲に対して透過性の材料から好ましくはなる。特に、溶融シリカおよび／または二酸化硅素は、光信号に対して典型的に使用される動作波長範囲（約１０００ｎｍ以上）における光に対して透過性である。
【００６０】
ビームスプリッタ１１０の少なくとも部分的に反射性の表面２１０は、光学軸１−１′に対して可変である角度で配置される。ビームスプリッタ１１０の少なくとも部分的に反射性の表面２１０を光学軸１−１′にある角度で配置することは、光通信システム中の他のデバイスにより使用するための光ファイバ２１１へ、ポンプ光を転換する。少なくとも部分的に反射性の表面２１０のための適切な角度は、約３°ないし約９０°の範囲中の角度を含む。
【００６１】
光通信システム１００中のデバイス１１１へポンプ光の一部を伝達するために適した代替的なビームスプリッタ１１０の構成は、図５Ｂに示されている。ビームスプリッタ１１０は、基板上に形成された少なくとも部分的に反射性の表面が光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間の経路２１５を完全にブロックするように構成される。
【００６２】
図５Ｂにおいて、ビームスプリッタ１１０は、基板２９０、ガイド２０５、ハウジング２７０、可動アーム３００上に形成された少なくとも部分的に反射性の表面２５０を含む。ガイド２０５は、基板２９０の表面に形成されたＶ字型溝である。ガイド２０５は、第１および第２の光ファイバ２０７，２０９をサポートする。ガイド２０５は、光ファイバ２０７，２０９を光学軸１−１′に沿って位置合わせるために使用される。
【００６３】
ハウジング２７０は、基板２９０の表面２８０上に取り付けられる。ハウジング２７０は、可動アーム３００をサポートする。その上に少なくとも部分的に反射性の表面２５０が形成された可動アーム３００は、光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間の経路２１５を完全にブロックする。ハウジング２７０は、基板２９０の表面２８０に実質的に直交する垂直な位置に可動アーム３００をサポートする。
【００６４】
光ファイバ２０７と光ファイバ２０９との間の経路２１５が可動アームにより完全にブロックされる場合、可動アーム３００を含む部材は、それを通るポンプ光および／または光信号の伝達に影響を与える。特に、シリコンは、ポンプ光に対して典型的に使用される動作波長範囲（約１０００ｎｍ未満）における光を吸収する。反射されないポンプ光が光学軸１−１′に沿って光ファイバ２０７から光ファイバ２０９へ伝達されるべき場合、伝達性ウィンドウがシリコン基板の反射表面に形成される。
【００６５】
伝達性ウィンドウは、例えば、ポタジウム水酸化（ＫＯＨ）を使用してシリコン基板をエッチングすることにより、または任意的に、エチレンジアミンプロピオン酸（ＥＤＰＡ）、テラメチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）、またはフッ化水素酸／硝酸／酢酸（ＨＦ／ＨＮＯ3／ＣＨ3ＣＯＯＨ）の混合物の溶液を使用してシリコン基板をエッチングすることにより形成される。シリコン基板は、任意的に、塩素プラズマまたはフッ素プラズマを使用してエッチングされる。
【００６６】
その上に少なくとも部分的に反射性の表面２５０を備えた可動アーム３００は、光学軸１−１′に対して可動にある角度で配置される。ポンプ光の反射された部分が、光学軸２−２′に沿って、図示しない光ファイバに伝達される。ハウジング２７０は、任意的に、基板２９０に対して可動アーム３００を動かす。
【００６７】
適切なハウジングは、ハウジング２７０の任意的な動きを可能にするアクチュエータおよびスプリングの様々な組合せと共に、アンカー、戻り止めを備えたロッキングプレート、ヒンジロッキングプレートおよびエポキシのような固定構造を含みうる。そのようなハウジングの例は、米国特許第５，８２４，９１０号、第５，６４６，４６４号および第４，７４６，２４２号に示されている。
【００６８】
本発明による光通信システムの代替的な実施形態において、ビームスプリッタ１１０は、図６に示されているように、光増幅器１０１の入力に結合される。ビームスプリッタ１１０が光増幅器１０１の入力に結合される場合、ビームスプリッタ１１０は、ファイババンドル１０５中の１つまたは２つ以上のマルチモードファイバ１０６から光増幅器に提供されるポンプ光１０９の少なくとも一部を受信するように適合されている。ファイババンドル１０５中のポンプ光１０９の残りの部分は、クラッドポンプファイバ１０３に提供される。ビームスプリッタにより受信されるポンプ光の部分は、光通信システム中の他のデバイスに伝達される。
【００６９】
以下の例は、本発明の特定の実施例を示す。
【実施例】
２つの誘電性コーティングＡおよびＢに対してシミュレーションスタディが行われた。各コーティングは多層の誘電性材料からなる。シミュレーションは、Evaporated Coatings Inc., Willow Grove, Paにより行われた。
【００７０】
図７Ａは、波長の関数としてプロットされた誘電性コーティングＡの透過率のグラフである。多層の誘電性材料は、約９５０ｎｍ未満の波長を有する光に対して約１００％の透過率を有した。これに対応して、約９５０ｎｍより大きい波長における本質的に全ての光が、誘電性コーティングＡにより反射された（ほぼゼロの透過率）であった。
【００７１】
図７Ｂは、波長の関数としてプロットされた誘電性コーティングＢの透過率のグラフである。多層の誘電性材料は、約１０２０ｎｍより大きい波長を有する光に対して約１００％の透過率を有した。これは、約１０２０ｎｍよりも大きい波長における光の約１００％が誘電性コーティングＢにより透過されたことを意味する。約１０２０ｎｍよりも大きい波長における光はコーティングＢにより殆ど反射されなかった。
【００７２】
コーティングＡおよびコーティングＢの両方は、約９８０ｎｍにおいて約１０％の透過率を有し、約９８０ｎｍにおいて約９０％の反射率を有した。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、より大きな効率を提供する光通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光源、光増幅器および検出器を含む光通信システムの構成を示す図。
【図２】クラッドポンプファイバおよびファイババンドルを含む図１の光通信システムにおいて使用するために適した光増幅器を示す図。
【図３】光増幅器の出力にビームスプリッタが結合された本発明の光通信システムを示す図。
【図４】容量性ドライブを備えた基板を示す図。
【図５】図３に示されたビームスプリッタの構造を示す図。
【図６】光増幅器の入力にビームスプリッタが結合された本発明の光通信システムを示す図。
【図７】本発明の実施例による誘電性コーティングの透過率を波長の関数でプロットしたグラフ。
【符号の説明】
２０  ファイババンドル
１０  クラッドポンプファイバ
１２  シングルモードコア
１４  第１のクラッド
１６  第２のクラッド
２２  マルチモードファイバ
２５  ポンプダイオード
２４  シングルモードファイバ
１００  光通信システム
１０１  光増幅器
１１０  ビームスプリッタ
１１１  デバイス
１０３  クラッドポンプファイバ
１０５  ファイババンドル
１０６  マルチモードファイバ
１０７  光信号
１０８  シングルモードファイバ
１０９  ポンプ光
１４０  櫛型容量性ドライブ
１４１，１４２  電極
１４３  パッド
１４６  部分的反射層
１４７  基板
１５０  平行平板容量性ドライブ
１５１  電極
１５３  パッド
１５６  部分的反射層
１５７  基板
【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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