特許 7490892 光学ファイバ増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-17

(45)【発行日】2024-05-27

(54)【発明の名称】光学ファイバ増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20240520BHJP

   H04B 10/291 20130101ALI20240520BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20240520BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 D

H04B10/291

H04J14/02

H01S3/067

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023519605

(86)(22)【出願日】2021-09-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-25

(86)【国際出願番号】 CN2021120073

(87)【国際公開番号】W WO2022068676

(87)【国際公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-05-10

(31)【優先権主張番号】202011064634.5

(32)【優先日】2020-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】503433420

【氏名又は名称】華為技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｕａｗｅｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｂａｎｔｉａｎ， Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１２９， Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ユィ，ヨンゼ

(72)【発明者】

【氏名】シオン，ディ

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３９３６７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０２９２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５０１３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９４７５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３７４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０９５７２６５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ －３／０２

Ｈ０１Ｓ ３／０４ －３／０９５９

Ｈ０１Ｓ ３／１０ －３／１０２

Ｈ０１Ｓ ３／１０５－３／１３１

Ｈ０１Ｓ ３／１３６－３／２１３

Ｈ０１Ｓ ３／２３ －４／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学ファイバ増幅装置であって：
光学受信ポートと、第１光学出力ポートと、第２光学出力ポートと、利得媒質と、ポンプレーザと、反射膜と、透過反射膜と、を備え、
前記光学受信ポートは前記利得媒質に結合しており；
前記ポンプレーザは前記利得媒質に結合しており；
前記第１光学出力ポート及び前記第２光学出力ポートは前記利得媒質に結合しており；
前記反射膜は前記利得媒質の第１表面及び第２表面に位置しており、前記第１表面及び前記第２表面は互いに平行であり、前記透過反射膜は前記第１表面又は前記第２表面にあり；
前記ポンプレーザは前記利得媒質の機能を活性化して、光学信号を増幅するように構成されており、前記光学信号に対する前記利得媒質の利得効果は、前記利得媒質における前記ポンプレーザによって出力されるレーザ光の伝送距離に関連し、前記利得媒質は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号に対する増幅利得を満たし；
前記光学受信ポートは、前記第１波長帯光学信号及び前記第２波長帯光学信号を含む多重化光学信号を受信し、前記多重化光学信号が前記利得媒質に入射することを可能にするように構成されており；
前記反射膜は、前記第１波長帯光学信号及び前記第２波長帯光学信号が前記利得媒質内で前方及び後方に反射されることを可能にするように構成されており；
前記透過反射膜は、前記第１波長帯光学信号が第１ターゲット利得に達した後、前記第１波長帯光学信号が前記利得媒質から出力されて前記第１光学出力ポートに伝送されることを可能にし、前記第２波長帯光学信号が前方及び後方に反射されて前記利得媒質内で連続的に増幅されることを可能にし、前記第２波長帯光学信号が第２ターゲット利得に達した後、前記第２波長帯光学信号が前記利得媒質から出力されて前記第２光学出力ポートに伝送されることを可能にする、ように構成されている、
装置。

【請求項2】

前記ポンプレーザは前記利得媒質の第３表面に配置されており、前記第３表面は前記第１表面に垂直であり、前記第２表面に垂直であり、前記ポンプレーザは、前記利得媒質上で全体的な励起を実行するように構成されているか、又は
前記ポンプレーザが出力する光学信号は、前記多重化光学信号と多重化され、前記利得媒質に入力され、前記利得媒質において前記多重化された信号が通過する光学路上で励起を行うことを特徴とする、
請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記ポンプレーザが前記利得媒質の前記第３表面上に位置する場合に、ビーム整形コンポーネントが前記ポンプレーザと前記利得媒質との間にさらに含まれ、
前記ビーム整形コンポーネントは、前記ポンプレーザによって出力される前記レーザ光を整形して、前記ポンプレーザによって出力される前記レーザ光によって形成される光スポットが利得媒質をカバーできるように構成されている、
請求項２記載の装置。

【請求項4】

前記ビーム整形コンポーネントは、レンズ又は空間光変調器である、
請求項３記載の装置。

【請求項5】

前記反射膜は、前記第１波長帯光学信号及び前記第２波長帯光学信号を反射するように構成され、
前記透過反射膜は、前記第１波長帯光学信号を透過させ、前記第２波長帯光学信号を反射するように構成されている、
請求項３又は４記載の装置。

【請求項6】

前記ポンプレーザによって出力された前記レーザ光は、光学多重化コンポーネントを介して、前記第１波長帯光学信号及び前記第２波長帯光学信号と多重化される、
請求項２記載の装置。

【請求項7】

前記光学多重化コンポーネントは、ダイクロイックミラー又は波長分割マルチプレクサである、
請求項６記載の装置。

【請求項8】

前記反射膜は、前記第１波長帯光学信号、前記第２波長帯光学信号、及び、前記ポンプレーザによって出力される第３波長帯光学信号を反射するように構成されており、
前記透過反射膜は、前記第１波長帯光学信号を透過し、前記第２波長帯光学信号及び前記第３波長帯光学信号を反射するように構成されている、
請求項６又は７記載の装置。

【請求項9】

前記光学受信ポートと前記利得媒質との間にコリメータが含まれ、
前記第１光学出力ポートと前記利得媒質との間にコリメータが含まれ、さらに
前記第２光学出力ポートと前記利得媒質との間にコリメータが含まれる、
請求項１乃至８いずれか１項記載の装置。

【請求項10】

前記第１波長帯光学信号はＣ帯域光学信号であり、前記第２波長帯光学信号はＬ帯域光学信号である、
請求項１乃至９いずれか１項記載の装置。

【請求項11】

前記利得媒質がエルビウムドープ利得媒質であり；
前記エルビウムドープ利得媒質内のエルビウムイオンの反転率は、前記ポンプレーザによって出力された前記レーザ光の前記エルビウムドープ利得媒質内での伝送距離の増加に伴って減少する
請求項１０記載の装置。

【請求項12】

前記エルビウムドープ利得媒質は、エルビウム元素がドープされたバルクガラス材料又はバルク結晶材料である、
請求項１１記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年９月３０日に中国国家知的所有権庁に出願された「ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題された中国特許出願第２０２０１１０６４６３４．５号に対する優先権を主張しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。

【0002】

技術分野
本発明は、光学通信分野に関し、特に、光学ファイバ増幅装置に関する。

【背景技術】

【0003】

様々な産業における光学伝送通信容量に対する需要の増加に伴い、波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）技術は、光学伝送システムにおける主な伝送技術となっている。波長分割多重化技術は、波長の異なる複数の光学信号を伝送するために１本の光学ファイバに多重化する技術である。すなわち、１本の光学ファイバが複数の伝送チャネルを有していてもよい。ＷＤＭシステムにおいて、通信容量を決定する重要な要素は光学ファイバ増幅器である。現在、エルビウムドープ光学ファイバ増幅器は、通信ネットワークで広く使用されており、Ｃ帯域（１５２４ｎｍから１５７２ｎｍ）及びＬ帯域（１５７４ｎｍから１６１０ｎｍ）の通信信号を増幅することができる。Ｃ帯域増幅の間、エルビウムドープ光学ファイバ内のエルビウムイオンの平均反転率は約６０％を維持し、Ｌ帯域増幅の間、エルビウムドープ光学ファイバ内のエルビウムイオンの平均反転率は約４０％を維持する。したがって、単一エルビウムドープ光学ファイバを通じてＣ＋Ｌ帯域増幅を実施することは非常に困難である。

【0004】

現在、Ｃ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、通常、並列に接続される。図１は、Ｃ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器を含む光学増幅システムを示す。光学増幅プロセスにおいて、入力端及び出力端は、波長分割マルチプレクサ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、ＷＤＭ）を使用して、多重化及び逆多重化をそれぞれ実行し、並列に接続されたＣ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、Ｃ帯域光学信号及びＬ帯域光学信号をそれぞれ増幅する。

【0005】

前述の解決策に基づいて、並列に接続されたＣ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、２組の増幅器構造に基づく。このため、システムが複雑になり、Ｃ帯域とＬ帯域の利得を別々に制御する必要がある。

【発明の概要】

【0006】

本出願の実施形態は、少なくとも２つの帯域に対する全体的な増幅を実施し、柔軟な利得制御を実施するための光学ファイバ増幅装置を提供する。

【0007】

第１の態様によれば、本発明の実施形態は、光学ファイバ増幅装置を提供する。光学ファイバ増幅装置は、光学受信ポートと、第１光学出力ポートと、第２光学出力ポートと、利得媒質と、ポンプレーザと、反射膜と、透過反射膜と、を備える。光学受信ポートは利得媒質に結合している。ポンプレーザは利得媒質に結合している。第１光学出力ポート及び第２光学出力ポートは利得媒質に結合している。反射膜は利得媒質の第１表面及び第２表面に位置している。第１表面及び第２表面は互いに平行である。透過反射膜は第１表面又は前記第２表面にある。ポンプレーザは利得媒質の機能を活性化して、光学信号を増幅するように構成されており、光学信号のための利得媒質の利得効果は利得媒質におけるポンプレーザによって出力されるレーザ光の伝送距離に関連し、利得媒質は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号に対する増幅利得を満たす。光学受信ポートは、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号を含む多重化光学信号を受信し、多重化光学信号が利得媒質に入射することを可能にするように構成されている。反射膜は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号が利得媒質内で前方及び後方に反射されることを可能にするように構成されている。
透過反射膜は、
第１波長帯光学信号が第１ターゲット利得に達した後、第１波長帯光学信号が利得媒質から出力されて第１光学出力ポートに伝送されることを可能にし、第２波長帯光学信号が利得媒質内で前方及び後方に反射されて連続的に増幅されることを可能にし、第２波長帯光学信号が第２ターゲット利得に達した後、第２波長帯光学信号が利得媒質から出力されて第２光学出力ポートに伝送されることを可能にする、ように構成されている。

【0008】

この実施形態で提供される光学増幅装置では、利得媒質は、ポンプレーザによって放出されるレーザ光を使用することによって活性化され、ポンプレーザによって放出されるレーザ光が利得媒質内で拡散するにつれて、利得媒質の利得効果が変化し、その結果、利得媒質は、少なくとも２つの光学信号の増幅利得を満たす。その後、少なくとも２つの光学信号が多重化されて利得媒質に入力し、その結果、多重化された光学信号が利得媒質内で前方及び後方に反射される。対応するターゲット利得に達した後、増幅された光学信号は別々に出力される。これは、少なくとも２つの帯域に対する全体的な増幅を実施し、柔軟な利得制御を実施するように構成される。

【0009】

任意選択で、ポンプレーザ及び利得媒質の位置及び構造について、以下のいくつかの可能な実装形態が存在する：

【0010】

可能な実施形態において、ポンプレーザは、利得媒質の第３表面に位置する。第３表面は、第１表面に垂直であり、第２表面に垂直である。ポンプレーザは、利得媒質上で全体的な励起を実行するように構成されている。すなわち、ポンプレーザによって放出されるレーザ光は、利得媒質をカバー（ｃｏｖｅｒ）することができる。この解決策では、ポンプレーザによって放出されるレーザ光を使用することによって利得媒質上で全体的な励起が実行されるとき、ビーム整形構成要素がポンプレーザと利得媒質との間に結合され得る。ビーム整形コンポーネントは、前記ポンプレーザによって出力されるレーザ光を成形して、ポンプレーザによって出力される前記レーザ光によって形成される光スポットが利得媒質をカバーできるように構成されている。ビーム整形コンポーネントは、レンズ又は空間光変調器である。

【0011】

任意選択で、反射膜は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号を反射するように構成され、透過反射膜は、第１波長帯光学信号を透過させ、第２波長帯光学信号を反射するように構成されている。

【0012】

他の可能な実施において、ポンプレーザによって放出されるレーザ光は、光学第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号と多重化されて利得媒質に入力され、利得媒質の部分的な励起を実施する。具体的には、ポンプレーザによって放出されるレーザ光を用いて、利得媒質内の光学路部分で利得励起を行う。この解決策では、ポンプレーザによって放出されるレーザ光は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号と多重化され、利得媒質に入力され、ポンプレーザによって出力されるレーザ光は、光学多重化コンポーネントを介して、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号と多重化される。任意選択で、光学多重化コンポーネントは、ダイクロイックミラー又は波長分割マルチプレクサである。

【0013】

任意選択で、反射膜は、第１波長帯光学信号、第２波長帯光学信号、及び、ポンプレーザによって出力される第３波長帯光学信号を反射するように構成されており；透過反射膜は、第１波長帯光学信号を透過し、第２波長帯光学信号及び第３波長帯光学信号を反射するように構成されている。

【0014】

任意選択で、光学受信ポートと利得媒質との間にコリメータが含まれ、第１光学出力ポートと利得媒質との間にコリメータが含まれ、第２光学出力ポートと利得媒質との間にコリメータが含まれる。コリメータは、出力光信号が光学ファイバに結合することを可能にするように構成される。

【0015】

任意選択で、
第１波長帯光学信号はＣ帯域光学信号であり、第２波長帯光学信号はＬ帯域光学信号である。このようにして、光学ファイバ増幅装置は、Ｃ帯域及びＬ帯域に対する全体的な増幅を実施することができ、Ｃ帯域及びＬ帯域に対する柔軟な利得制御を実施することができる。したがって、この解決策では、ポンプレーザによって放出されるレーザ光を使用することによって利得媒質上で全体的な励起が行われた場合、反射膜は、Ｃ帯光学信号及びＬ帯光学信号を反射するように構成され、透過反射膜は、Ｃ帯光学信号を透過させ、Ｌ帯光学信号を反射するように構成されている。ポンプレーザによって発されるレーザがＣ帯域光信号及びＬ帯光信号によって多重送信されて、それから、利得媒質上の部分的な励起をインプリメントするために、利得媒質に入力される場合に、反射膜は、Ｃ帯域光学信号、Ｌ帯域光学信号及びポンプレーザによって放出されるレーザ光を反射するように構成されており、透過反射膜は、Ｃ帯域光学信号を透過し、Ｌ帯域光学信号及びポンプレーザによって放出されるレーザ光を反射するように構成される。

【0016】

任意選択で、光学ファイバ増幅装置がＣ帯域光学信号及びＬ帯域光学信号を増幅するように構成されている場合に、利得媒質はエルビウムドープ利得媒質であってもよい。この場合、エルビウムドープ利得媒質内のエルビウムイオンの反転率は、ポンプレーザによって放出されるレーザ光のエルビウムドープ利得媒質内での伝送距離（ａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ）の増加に伴って減少する。すなわち、ポンプレーザによって放出されるレーザ光の、エルビウムドープ利得媒質内のより長い伝送距離は、エルビウムドープ利得媒質内のエルビウムイオンのより小さい反転率を示し、その結果、異なる増幅利得効果が異なる帯域に対して達成される。

【0017】

任意選択で、エルビウムドープ利得媒質は、エルビウム元素がドープされたバルクガラス材料又はバルク結晶材料である。この実施形態では、「バルク」という用語は、直方体又は立方体など、互いに垂直又は平行な表面を有する円筒形の物体を意味することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、Ｃ帯域増幅器とＬ帯域増幅器とが並列に接続された光学増幅システムの構成を示す図である。

【0019】

【図2】図２は、本発明の実施形態による光学ファイバ増幅装置の実施形態の概略を示す図である。

【0020】

【図3】図３は、本出願の実施形態による光学ファイバ増幅装置の別の実施形態の概略を示す図である。

【0021】

【図4】図４は、本出願の実施形態による光学ファイバ増幅装置の別の実施形態の概略を示す図である。

【0022】

【図5】図５は、本出願の実施形態による光学ファイバ増幅装置の別の実施形態の概略を示す図である。

【0023】

【図6】図６は、本発明の実施形態による、エルビウムドープ利得媒質内のエルビウムイオンの反転率とポンプレーザ光の伝送距離との間の関係の概略を示す図である。

【0024】

【図7】図７は、本出願の実施形態による光学ファイバ増幅装置の別の実施形態の概略を示す図である。

【0025】

【図8】図８は、本出願の実施形態による光学ファイバ増幅装置の別の実施形態の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本出願の目的、技術的解決策、及び利点をより明確にするために、以下では、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。説明される実施形態は、本発明の実施形態の一部に過ぎず、全てではないことは明らかである。当業者は、新しい適用シナリオが出現するにつれて、本発明の実施形態において提供される技術的解決策が、同様の技術的問題にも適用可能であることを知ることができる。

【0027】

本出願の明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面において、「第１」、「第２」などの用語は、同様の対象を区別することを意図しているが、必ずしも特定の順序又はシーケンスを示すものではない。このように名付けられたデータは、適切な状況において交換可能であり、したがって、本明細書で説明される実施形態は、本明細書で図示又は説明される順序以外の順序で実装され得ることが理解され得る。加えて、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」及び任意の他の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意味する。例えば、ステップ又はモジュールのリストを含むプロセス、方法、システム、製品、又はデバイスは、必ずしもそれらのステップ又はモジュールに限定されず、明示的に列挙されていない、又は、そのようなプロセス、方法、システム、製品、又はデバイスに固有の他のステップ又はモジュールを含んでもよい。本出願におけるステップの名称又は番号は、方法手順におけるステップが名称又は番号によって示される時間／論理的順序で実行される必要があることを意味するものではない。同一又は類似の技術的効果を達成することができるのであれば、達成すべき技術的目的に基づいて、名称又は番号付けされた手順のステップの実行順序を変更することができる。本出願におけるユニット分割は、論理的分割であり、実際の実装中には他の分割であってもよい。例えば、複数のユニットが別のシステムに組み合わされてもよく、もしくは統合されてもよく、又は、一部の特徴が無視されてもよく、もしくは実行されなくてもよい。さらに、表示又は検討されている相互結合又は直接的結合又は通信接続は、いくつかのインタフェースを通して実装されてもよい。ユニット間の間接的な結合又は通信接続は、電子的又は他の同様の形態で実装されてもよい。これは本出願では限定されない。加えて、別個の部分として説明されるユニット又はサブユニットは、物理的に別個であることも、ないこともでき、物理的ユニットであることも、ないこともでき、又は複数の回路ユニットに分散されることもできる。ユニットの一部又は全部は、本出願の解決策の目的を達成するために、実際の要件に従って選択され得る。

【0028】

様々な産業における光学伝送通信容量に対する需要の増加に伴い、波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）技術は、光学伝送システムにおける主な伝送技術となっている。波長分割多重化技術は、波長の異なる複数の光学信号を１本の光学ファイバに多重して伝送する技術である。すなわち、１本の光学ファイバが複数の伝送チャネルを有していてもよい。ＷＤＭシステムにおいて、通信容量を決定する重要な要素は光学ファイバ増幅器である。現在、エルビウムドープ光学ファイバ増幅器は、通信ネットワークで広く使用されており、Ｃ帯域（１５２４ｎｍから１５７２ｎｍ）及びＬ帯域（１５７４ ｎｍから１６１０ ｎｍ）の通信信号を増幅することができる。Ｃ帯域増幅の間、エルビウムドープ光学ファイバ内のエルビウムイオンの平均反転率は約６０％を維持し、Ｌ帯域増幅の間、エルビウムドープ光学ファイバ内のエルビウムイオンの平均反転率は約４０％を維持する。したがって、単一エルビウムドープ光学ファイバを介してＣ＋Ｌ帯域増幅を実現することは非常に困難である。現在、Ｃ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、通常、並列に接続される。図１は、Ｃ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器を含む光学増幅システムを示す。光学増幅プロセスにおいて、入力端及び出力端は、波長分割マルチプレクサ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、ＷＤＭ）を使用して、多重化及び逆多重化（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）をそれぞれ実行し、並列に接続されたＣ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、Ｃ帯域光学信号及びＬ帯域光学信号をそれぞれ増幅する。前述の解決策に基づいて、並列に接続されたＣ帯域増幅器及びＬ帯域増幅器は、２組の増幅器構造に基づいており、したがって、複合システムが形成され；Ｃ帯域及びＬ帯域における利得は、別々に制御されなければならない。

【0029】

この問題を解決するために、具体的には、図２に示すように、本発明の実施形態は、光学ファイバ増幅装置２００を提供する。光学ファイバ増幅装置２００は、光学受信ポート２０１と、第１光学出力ポート２０２と、第２光学出力ポート２０３と、利得媒質２０４と、ポンプレーザ２０５と、反射膜２０６と、透過反射膜２０７と、を備える。光学受信ポート２０１は利得媒質２０４に結合している。ポンプレーザ２０５は利得媒質２０４に結合している。第１光学出力ポート２０２及び第２光学出力ポート２０３は利得媒質２０４に結合している。反射膜２０６は利得媒質２０４の第１表面及び第２表面に位置している。第１表面及び第２表面は互いに平行であり、透過反射膜２０７は第１表面又は前記第２表面にある。光学受信ポート２０１は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号を含む多重化光学信号を受信し、多重化光学信号が利得媒質２０４に入射することを可能にするように構成されている。ポンプレーザ２０５は利得媒質２０４の機能を活性化して、光学信号を増幅するように構成されており、光学信号のための利得媒質２０４の利得効果は利得媒質２０４におけるポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光の伝送距離に関連し、利得媒質２０４は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号に対する増幅利得を満たす。反射膜２０６は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号が利得媒質２０４内で前方及び後方に反射されることを可能にするように構成されている。透過反射膜２０７は、第１波長帯光学信号が第１ターゲット利得に達した後、第１波長帯光学信号が利得媒質２０４から出力されて第１光学出力ポート２０２に伝送されることを可能にし；第２波長帯光学信号が利得媒質２０４内で前方及び後方に反射されて連続的に増幅されることを可能にし；第２波長帯光学信号が第２ターゲット利得に達した後、第２波長帯光学信号が前記利得媒質２０４から出力されて第２光学出力ポート２０３に伝送されることを可能にする、ように構成されている。

【0030】

任意選択的に、ポンプレーザ２０５及び利得媒質２０４の位置及び構造、以下のいくつかの可能な実装形態が存在する：

【0031】

可能な実施形態において、ポンプレーザ２０５は、利得媒質２０４の第３表面に位置する。第３表面は、第１表面に垂直であり、第２表面に垂直である。ポンプレーザ２０５は、利得媒質２０４上で全体的な励起を実行するように構成されている。すなわち、ポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光は、利得媒質２０４をカバーすることができる。図３に示すように、この解決策では、ビーム整形コンポーネント２０８は、ポンプレーザ２０５と利得媒質２０４と間に結合されることができる。ビーム整形コンポーネント２０８は、ポンプレーザ２０５によって出力されるレーザ光を整形して、ポンプレーザ２０５によって出力されるレーザ光によって形成される光スポットが利得媒質２０４をカバーできるように構成されている。この場合、反射膜２０６は、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号を反射するように構成されることができ、透過反射膜２０７は、第１波長帯光学信号を透過させ、第２波長帯光学信号を反射するように構成されることができる。

【0032】

他の可能な実施において、ポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光は、光学第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号と多重化され、利得媒質２０４に入力され、利得媒質２０４の部分的な励起を実施する。具体的には、ポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光を用いて、利得媒質２０４内の光学路部分で利得励起を行う。この解決策において、図４に示すように、ポンプレーザによって出力されるレーザ光は、光学多重化コンポーネント２０９（例えば、ダイクロイックミラー又は波長分割マルチプレクサ）を介して、第１波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号と多重化されることができる。この場合、反射膜２０６は、ポンプレーザ２０５によって出力される第３波長帯光学信号、第２波長帯光学信号、及び、第１波長帯光学信号を反射するように構成されており、透過反射膜２０７は、ポンプレーザ２０５によって出力される第３波長帯光学信号及び第２波長帯光学信号を反射し、第１波長帯光学信号を透過するように構成されている。

【0033】

任意選択で、例示的な解決策では、図５に示されるように、コリメータ２１０が光学受信ポート２０１と利得媒質２０４との間に含まれ；第１光学出力ポート２０２と利得媒質２０４との間にコリメータ２１０が含まれ；第２光学出力ポート２０３と利得媒質２０４との間にコリメータが含まれる。コリメータ２１０は、出力光信号が光学ファイバに結合することを可能にするように構成される。

【0034】

任意選択で、第１波長帯光学信号はＣ帯域光学信号であり、第２波長帯光学信号はＬ帯域光学信号である。この場合、利得媒質はエルビウムドープ利得媒質である。エルビウムドープ利得媒質中のエルビウムイオンは、ポンプレーザ光を吸収することができる。したがって、エルビウムドープ利得媒質内のポンプレーザ光の強度分布は、ポンプレーザ光の伝送方向とともに徐々に減少する。ポンプレーザ光のエネルギーを吸収した後、エルビウムイオンは、イオン数反転を達成するために上位エネルギー準位に遷移する。エルビウムイオンの反転率は、ポンプレーザ光の強度に関連する。したがって、エルビウムイオンの反転率は、ポンプレーザ光の強度の分布と一致し、エルビウムイオンの反転率は、ポンプレーザ光の伝送方向とともに徐々に減少し、これは図６に具体的に示され得る。ポンプレーザ光の伝送方向において、伝送距離が短いほどエルビウムイオンの反転率が大きく、伝送距離が長くなるほどエルビウムイオンの反転率が小さくなる。しかしながら、エルビウムドープ利得媒質の場合、エルビウムイオンの異なる反転率は、光学信号の異なる利得係数に対応する。具体的には、エルビウムイオンの反転率が約５０％以下である場合、エルビウムドープ利得媒質は、Ｃ帯域光学信号を吸収してＬ帯域光学信号を増幅し；エルビウムイオンの反転率が約５０％以上である場合、エルビウムドープ利得媒質は、Ｃ帯域光学信号を増幅してＬ帯域光学信号を弱く増幅する。したがって、エルビウムイオンの反転率を調節することによって、Ｃ帯域光学信号及びＬ帯域光学信号の光学増幅を具現することができる。

【0035】

任意選択で、エルビウムドープ利得媒質は、エルビウム元素がドープされたバルクガラス材料又はバルク結晶材料である。本実施例において、「バルク」という用語は、直方体や立方体など、相互に垂直又は平行な面を有する円筒形の物体を意味する場合がある。

【0036】

以下では、説明のために、第１波長帯光学信号はＣ帯域光学信号であり、第２波長帯光学信号はＬ帯域光学信号である。

【0037】

例示的な解決策では、図７に示すように、レンズ２０８１は、（レンズ２０８１はビーム整形コンポーネント２０８の任意の解決策であり、ビーム整形コンポーネント２０８は代替的に空間光変調器などの別のコンポーネントであってもよく、詳細は本明細書では説明しない）ポンプレーザ２０５と利得媒質２０４のと間に結合され、レンズ２０８１は、ポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光を整形することができ、したがって、ポンプレーザ２０５は、利得媒質上で全体的な励起を実行するように構成されている。反射膜２０６及び透過反射膜２０７は、図７に示す利得媒質２０４の左側表面に位置しており、反射膜２０６は、図７に示す利得媒質２０４の右側表面にも設けられている。本実施形態では、Ｃ＋Ｌ帯域信号光は、図７に示す左側表面から入射し、したがって、図７に示す左側表面が利得媒質２０４における信号光の入射表面となる。図７に示す右側表面は、信号の入射表面と平行である。利得媒質２０４における信号光の入射表面と、ポンプレーザ２０５によって出力されるレーザ光の入射表面とは、互いに直交する２つの隣接表面である。コリメータ２１０は、Ｃ帯域光学信号とＬ帯域光学信号とを多重化して入力する位置と、Ｃ帯域の増幅された光学信号を出力する位置と、Ｌ帯域の増幅された光学信号を出力する位置と、にそれぞれ設けられている。光学ファイバ増幅装置２００において、ポンプレーザが出力するレーザ光の波長は、９７４ナノメートル（ｎｍ）又は１４８０ｎｍである。Ｃ＋Ｌ帯域信号光は、まずコリメータ２１０によってコリメートされた後、利得媒質２０４に入射する。Ｃ帯域信号光及びＬ帯域信号光は、利得媒質２０４内の高いエルビウムイオン反転率（反転率が５０％より大きい）を有する領域に最初に入射し、利得媒質２０４の両側の反射膜２０６を介して前後に反射される（このとき、反射膜２０６は、Ｃ＋Ｌ帯域信号光の高反射を実現する）。Ｃ帯域信号光がターゲット利得に達すると、Ｃ帯域信号光及びＬ帯域信号光が透過反射膜２０７へ反射され（このとき、透過反射膜２０７は、Ｃ帯域信号光に対しては透過、Ｌ帯域信号光に対しては高反射を実現する）、その後、Ｃ帯域信号光は透過反射膜２０７を介して、コリメータ２１０によってコリメートされて出力される。残りのＬ帯域信号光は、利得媒質２０４内で前方及び後方に反射され続ける。このとき、Ｌ帯域信号光は、エルビウムイオン反転率が５０％未満の領域に広がり、Ｌ帯域信号を増幅する。Ｌ帯域信号光は、ターゲット利得に達した後、透過反射膜及び反射膜が設けられていない領域に反射され、コリメータ２１０によってコリメートされて出力される。以上の処理により、Ｃ帯域の信号光及びＬ帯域の信号光の全体増幅が実現される。

【0038】

図７に示される解決策では、反射膜２０６及び透過反射膜２０７の位置について、Ｃ帯域信号光のターゲット利得及びＬ帯域信号光のターゲット利得は、既知のポンプパワー、材料の吸収係数及び放出係数、ならびに光学信号を増幅するための経路の長さなどのパラメータに基づく理論的計算を介して得ることができる。Ｃ帯域信号光のターゲット利得及びＬ帯域信号光のターゲット利得が得られた後、利得媒質２０４上の反射膜２０６及び透過反射膜２０７の位置は、対応する変換（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を通じて決定される。

【0039】

例示的な解決策では、図８に示すように、レンズ２０８１は（レンズ２０８１はビーム整形コンポーネント２０８の任意の解決策であり、ビーム整形コンポーネント２０８は代替的に空間光変調器などの別のコンポーネントであってもよく、詳細は本明細書では説明しない）、ポンプレーザ２０５とダイクロイックミラー２０９１のと間に結合され（ダイクロイックミラー２０９１は光学多重化コンポーネント２０９の任意の解決策であり、光学多重化コンポーネントは代替的に波長分割マルチプレクサであってもよく、詳細は本明細書では説明しない）、レンズ２０８１は、ポンプレーザ２０５によって放出されるレーザ光を整形することができる。ダイクロイックミラー２０９１は、コリメータ２１０によってコリメートされたＣ＋Ｌ帯域信号光と、ポンプレーザ２０５によって出力されたレーザ光とを多重化して、利得媒質２０４へ出力する。反射膜２０６及び透過反射膜２０７は、図８に示す利得媒質２０４の左側表面に位置しており、反射膜２０６は、図８に示す利得媒質２０４の右側表面にも設けられている。本実施形態では、Ｃ＋Ｌ帯域の信号光は、図８に示す左側の表面から入射し、したがって、図８に示す左側の表面が利得媒質２０４における信号光の入射表面となる。図８に示す右側の表面は、信号の入射表面と平行である。コリメータ２１０は、Ｃ帯域増幅光学信号を出力する位置及びＬ帯域増幅光学信号を出力する位置にそれぞれ備えられる。光学ファイバ増幅装置２００において、ポンプレーザ２０５が出力するレーザ光の波長は、９７４ナノメートル（ｎｍ）又は１４８０ｎｍである。Ｃ＋Ｌ帯域の信号光は、まずコリメータ２１０によってコリメートされ、ダイクロイックミラー２０９１を介して、ポンプレーザ２０５によって出力されるレーザ光と多重化され、次いで利得媒質２０４に入射する。このようにして、Ｃ＋Ｌ帯域信号光及びポンプレーザ２０５によって出力されるレーザ光は、利得媒質２０４内の高いエルビウムイオン反転率（反転率が５０％より大きい）を有する領域に最初に入射し、利得媒質２０４の両側の反射膜２０６を介して前後に反射される（このとき、反射膜２０６は、Ｃ＋Ｌ帯域信号光及びポンプレーザによって出力されるレーザ光の高反射を実現する）。Ｃ帯域信号光がターゲット利得に達すると、Ｃ帯域信号光及びＬ帯域信号光は、透過反射膜２０７へ反射され（このとき、透過反射膜２０７は、ポンプレーザによって出力されるレーザ光及びＬ帯域に対して高反射を実現し、Ｃ帯域に対して透過を実現することができる）、その後、Ｃ帯域信号光は、透過反射膜２０７を通過し、コリメータ２１０によってコリメートされて出力される。残りのＬ帯域信号光及びポンプレーザによって出力されるレーザ光は、利得媒質２０４内で前方及び後方に反射され続ける。このとき、Ｌ帯域信号光は、エルビウムイオン反転率が５０％未満の領域に広がり、Ｌ帯域信号を増幅する。Ｌ帯域の信号光は、ターゲット利得に達した後、透過反射膜及び反射膜が設けられていない領域に反射され、コリメータ２１０によってコリメートされて出力される。以上の処理により、Ｃ帯域の信号光及びＬ帯域の信号光の全体増幅が実現される。

【0040】

図８に示される解決策では、反射膜２０６及び透過反射膜２０７の位置について、Ｃ帯域信号光のターゲット利得及びＬ帯域信号光のターゲット利得は、既知のポンプパワー、材料の吸収係数及び放出係数、ならびに光学信号を増幅するための経路の長さなどのパラメータに基づく理論的計算を通じて取得され得る。Ｃ帯域信号光のターゲット利得及びＬ帯域信号光のターゲット利得が得られた後、利得媒質２０４上の反射膜２０６及び透過反射膜２０７の位置は、対応する変換を通じて決定される。

【0041】

便利で簡潔な説明の目的のために、前述のシステム、装置、及びユニットの詳細な動作プロセスについては、前述の方法の実施形態における対応するプロセスを参照することが当業者によって明確に理解され得、詳細はここでは再び説明されない。

【0042】

本出願において提供されるいくつかの実施形態において、開示されたシステム、装置、及び方法は、他の方式で実装され得ることが理解され得る。例えば、説明された装置の実施形態は単なる例である。例えば、ユニットへの分割は単なる論理関数の分割であり、実際の実施では他の分割となることがある。例えば、複数のユニットやコンポーネントを組み合わせたり、別のシステムに統合したり、一部の機能を無視したり、実行しなかったりすることがある。さらに、表示又は検討される相互結合又は直接結合又は通信接続は、いくつかのインタフェースを介して実装されてもよい。装置又はユニット間の間接的な結合又は通信接続は、電子的、機械的、又は他の形態で実装されてもよい。

【0043】

別個の部分として説明されるユニットは、物理的に別個であってもなくてもよく、ユニットとして表示される部分は、物理的ユニットであってもなくてもよく、１つの位置に配置されてもよく、又は複数のネットワークユニット上に分散されてもよい。ユニットの一部又は全部は、実施形態の解決策の目的を達成するために、実際の要件に従って選択され得る。

【0044】

さらに、本出願の実施形態における機能ユニットは、１つの処理ユニットに統合されてもよく、ユニットの各々が物理的に単独で存在してもよく、又は２つ以上のユニットが１つのユニットに統合されてもよい。統合されたユニットは、ハードウェアの形態で実装されてもよく、ソフトウェア機能ユニットの形態で実装されてもよい。

【0045】

統合されたユニットがソフトウェア機能ユニットの形態で実装され、独立した製品として販売又は使用されるとき、統合されたユニットは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されることができる。そのような理解に基づいて、本出願の技術的解決策は本質的に、又は現在の技術に寄与する部分は、又は技術的解決策の全部もしくは一部は、ソフトウェア製品の形態で実装され得る。コンピュータソフトウェア製品は、記憶媒体に記憶され、コンピュータデバイス（パーソナルコンピュータ、サーバ、ネットワークデバイスなどであり得る）に、本出願の実施形態において説明される方法のステップのすべて又はいくつかを実行するように命令するためのいくつかの命令を含む。記憶媒体は、ＵＳＢフラッシュドライブ、リムーバブルハードディスク、読取り専用メモリ（ＲＯＭ、Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク、又は光学ディスクなど、プログラムコードを記憶することができる任意の媒体を含む。

【0046】

結論として、前述の実施形態は、本出願の技術的解決策を説明することを意図しているに過ぎず、本出願を限定することを意図していない。本出願は、前述の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者は、本出願の実施形態の技術的解決策の趣旨及び範囲から逸脱することなく、前述の実施形態において説明されている技術的解決策に対して修正を行うことができ、又はそのいくつかの技術的特徴に対して同等の置換を行うことができることを理解すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】