特許 7586594 半導体ベースの光通信システムにおける冗長性の改善

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】半導体ベースの光通信システムにおける冗長性の改善

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/032 20130101AFI20241112BHJP

   H04B 10/291 20130101ALI20241112BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20241112BHJP

   H04J 14/06 20060101ALN20241112BHJP

【ＦＩ】

H04B10/032

H04B10/291

H04J14/02

H04J14/06

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020118088

(22)【出願日】2020-07-08

(65)【公開番号】P2021035046

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】16/540,743

(32)【優先日】2019-08-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520096002

【氏名又は名称】サブコン、エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドミトリ ジー．フォーサ

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２７９９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１３９０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３０１０３７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１４－２３９３０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／０３２

Ｈ０４Ｂ １０／２９１

Ｈ０４Ｊ １４／０２

Ｈ０４Ｊ １４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機器であって、
波長分割多重化回路（ＷＤＭ回路）と、
第１の動作波長に対応している第１の半導体光増幅器（第１のＳＯＡ）と、
前記第１の動作波長と異なる第２の動作波長に対応している第２の半導体光増幅器（第２のＳＯＡ）とを備え、
前記ＷＤＭ回路は、
（ｉ）前記第１の動作波長において送信機から光信号を受信し、受信した前記光信号を、増幅を目的として前記第１のＳＯＡへと供給し、前記第１の動作波長において前記光信号を受信することは、前記送信機の少なくとも１つのプロセッサが、前記第２のＳＯＡで故障が発生したかどうかを判定し、前記故障が発生したという前記判定に基づいて、前記送信機が、前記第１の動作波長において前記光信号を伝送することに基づく、又は
（ｉｉ）前記第２の動作波長において前記送信機から前記光信号を受信し、受信した前記光信号を、増幅を目的として前記第２のＳＯＡへと供給し、前記第２の動作波長において前記光信号を受信することは、前記少なくとも１つのプロセッサが、前記第１のＳＯＡで故障が発生したかどうかを判定し、前記故障が発生したという前記判定に基づいて、前記送信機が、前記第２の動作波長において前記光信号を伝送することに基づく、ように構成されている、
機器。

【請求項2】

第３の動作波長において動作するように構成された、第３の半導体光増幅器（第３のＳＯＡ）を更に備え、
前記ＷＤＭ回路は、（ｉ）前記第３の動作波長において前記光信号を受信し、（ｉｉ）受信した前記光信号を、増幅を目的として前記第３のＳＯＡへと供給するように更に構成されている、請求項１に記載の機器。

【請求項3】

（ｉ）前記第１のＳＯＡが前記光信号を増幅するとき、前記第１のＳＯＡがオンにされ、前記第２のＳＯＡがオフにされるか、又は（ｉｉ）前記第２のＳＯＡが前記光信号を増幅するとき、前記第２のＳＯＡがオンにされ、前記第１のＳＯＡがオフにされる、請求項１または２に記載の機器。

【請求項4】

前記第１又は第２のＳＯＡで故障が発生したかどうかを判定することが、前記第１又は第２のＳＯＡが故障モードにあるか、又は電流が印加又は引き込まれていないかを判定するように、前記少なくとも１つのプロセッサを更に構成することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の機器。

【請求項5】

前記機器が光リピータである、請求項１から４のいずれか一項に記載の機器。

【請求項6】

基板パッケージであって、
少なくとも１つの光コンバイナと、
少なくとも１つの光スイッチと、
前記少なくとも１つの光コンバイナ及び前記少なくとも１つの光スイッチに結合された、第１の半導体光増幅器（第１のＳＯＡ）と、
前記少なくとも１つの光コンバイナ及び前記少なくとも１つの光スイッチに結合された、第２の半導体光増幅器（第２のＳＯＡ）とを備え、
前記少なくとも１つの光コンバイナ、前記少なくとも１つの光スイッチ、前記第１のＳＯＡ、及び前記第２のＳＯＡは、前記基板パッケージ内に集積させており、
前記少なくとも１つの光スイッチは、増幅を目的として、光信号を前記第１のＳＯＡ又は前記第２のＳＯＡへと供給するように構成され、
前記少なくとも１つの光コンバイナが偏波ビームコンバイナであり、前記少なくとも１つの光スイッチがアクティブ偏波回転子である、
基板パッケージ。

【請求項7】

前記少なくとも１つの光コンバイナ、前記少なくとも１つの光スイッチ、前記第１のＳＯＡ、及び前記第２のＳＯＡの集積化がフォトニクス集積化によって実行され、前記フォトニクス集積化が、（ｉ）ＩｎＰ集積化技術、（ｉｉ）Ｓｉ集積化技術、（ｉｉｉ）Ｇｅ／Ｓｉ集積化技術、及び（ｉｖ）異種集積化技術のうちの１つ又はそれ以上を含む、請求項６に記載の基板パッケージ。

【請求項8】

前記光信号の増幅を目的として、前記第１のＳＯＡ又は前記第２のＳＯＡを選択することが、（ｉ）前記少なくとも１つの光スイッチを介して、前記第１のＳＯＡ又は前記第２のＳＯＡ間で切り替えること、及び／又は（ｉｉ）前記第１のＳＯＡ又は前記第２のＳＯＡをオン又はオフにすることによって実行されている、請求項６又は７に記載の基板パッケージ。

【請求項9】

方法であって、
光信号を光リピータへと伝送することであって、前記光リピータは、少なくとも第１の動作波長に対応している第１の半導体光増幅器（第１のＳＯＡ）及び前記第１の動作波長と異なる第２の動作波長に対応している第２の半導体光増幅器（第２のＳＯＡ）を含み、前記第１のＳＯＡは、送信機から前記第１の動作波長で送信された前記光信号を増幅している、光信号を伝送することと、
前記送信機の少なくとも１つのプロセッサを介して、前記光リピータ内の前記第１のＳＯＡが動作していないか、又は故障モードにあると判定することと、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記第１のＳＯＡで故障が発生したと判定することに基づいて、前記送信機が、前記第２の動作波長において前記光信号を伝送することにより前記第２のＳＯＡを選択することと、
前記第２のＳＯＡが前記光信号を増幅するように、前記第２の動作波長において前記光信号を伝送することとを含む、方法。

【請求項10】

前記第２のＳＯＡを選択することが、波長分割多重化（ＷＤＭ）送信機を介して、前記第２の動作波長で前記光信号を伝送することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記光リピータが第３の動作波長に対応している第３の半導体光増幅器（第３のＳＯＡ）を含み、前記方法が、
前記少なくとも１つのプロセッサを介して、前記光リピータ内の前記第２のＳＯＡが動作していないか、又は故障モードにあると判定することと、
前記第３のＳＯＡを選択することと、
前記第３のＳＯＡが前記光信号を増幅するように、前記第３の動作波長において前記光信号を伝送することとを更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、光通信システムの分野に関する。より詳細には、本開示は、半導体ベースの構成要素を含む光通信システムにおける冗長性を改善することに関する。

【背景技術】

【0002】

海底光通信システムなどの長距離光通信システムは一般に、散乱、吸収、及び屈曲を含む様々な要因から生じる信号減衰の影響を受けている。減衰を補償するために、これらの長距離システムは、送信機と受信機との間の伝送路に沿って間隔を置いて配置された、一連の光増幅器又は「リピータ」を備えている可能性がある。このリピータは、受信機で確実に検出ができるように、光信号を増幅している。複数のリピータは通常、光通信システムの長さに応じて、伝送路に沿って配置されている。

【0003】

長距離光通信システムで一般的に使用されている光増幅器の例としては、誘導ラマン散乱（stimulated Raman scattering：ＳＲＳ）現象に基づいて光信号を増幅することを含むラマン増幅器と、レーザダイオードからの光で励起されて光信号を増幅するコア・エルビウム・ドープ光ファイバを含み得る、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（erbium doped fiber amplifiers：ＥＤＦＡｓ）とが挙げられる。ドープされた様々な活性ファイバに基づく他の種類の光増幅器も、同様に想定可能である。それら他の光増幅器としては、プラセオジム・ドープ・ファイバ増幅器、ビスマス・ドープ・ファイバ増幅器、及びツリウム・ドープ・ファイバ増幅器が挙げられるが、これらに限定されない。別の種類の光増幅器には半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier：ＳＯＡ）があり、誘導放出によって入射光を増幅するように、この半導体光増幅器を構成することができる。たとえば、ＳＯＡのアクティブ領域を通って光が移動すると、電子は光子の形態でエネルギーを失い、接地状態に戻る可能性がある。「誘導される」光子の波長は光信号の波長と同じになり得、光信号を効果的に増幅することになる。

【0004】

ＳＯＡは通常通信システムで使用されるが、地上用途及び海底用途を含み得る長距離光通信システムに、これを実装してもよい。しかしながら、ＳＯＡの例示的な欠点の１つとして、それらが機能的に「オール・オア・ナッシング」型の増幅器であることが挙げられる。たとえば、ＳＯＡの一部が故障した場合、ＳＯＡ全体が故障する恐れがある。また、ＳＯＡに電流が全く印加されない場合、ＳＯＡが完全に動作不能になる恐れがある。したがって、システム実行型ＳＯＡが動作不能になるか、又は故障モードになった場合、システム内で極めて不透明になり得る。したがって、所用のシステム耐用年数にわたって動作することができるほどの十分な冗長機構を備える、ＳＯＡ実行型システムなどの半導体ベースの通信システムを設計する必要がある。

【発明の概要】

【0005】

本開示の実施形態は、半導体ベースの光通信システムにおける冗長性を改善するための技術を対象とする。一実施形態では、機器は、少なくとも波長分割多重化（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）回路と、第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、第２のＳＯＡとを備えていてもよい。第１のＳＯＡは第１の動作波長に対応していてもよく、また第２のＳＯＡは第２の動作波長に対応していてもよい。ＷＤＭ回路は、第１の動作波長において光信号を受信し、受信した光信号を、増幅を目的として第１のＳＯＡへと供給するように構成されてもよいし、又は第２の動作波長において光信号を受信し、受信した光信号を、増幅を目的として第２のＳＯＡへと供給するように構成されてもよい。

【0006】

別の実施形態では、機器は、少なくとも光スイッチング回路と、第１のＳＯＡと、第２のＳＯＡとを備え、これら第１及び第２のＳＯＡを光スイッチング回路に結合している。光スイッチング回路は、光信号を受信し、受信した光信号を、増幅を目的として第１のＳＯＡへと供給するように構成されてもよいし、又は光信号を受信し、受信した光信号を、増幅を目的として第２のＳＯＡへと供給するように構成されてもよい。

【0007】

更に別の実施形態では、基板パッケージは、少なくとも１つの光コンバイナと、少なくとも１つの光スイッチと、第１のＳＯＡと、第２のＳＯＡとを備えていてもよい。これら第１及び第２のＳＯＡは、少なくとも１つの光コンバイナ及び少なくとも１つの光スイッチに結合されていてもよい。更に、少なくとも１つの光コンバイナと、少なくとも１つの光スイッチと、第１のＳＯＡと、第２のＳＯＡとが基板パッケージ内に集積されていてもよい。少なくとも１つの光スイッチは、増幅を目的として、光信号を第１のＳＯＡ又は第２のＳＯＡへと供給するように構成されていてもよい。

【0008】

別の実施形態では、方法は、第１の光信号を光リピータへと伝送することを含んでいてもよく、この光リピータは、少なくとも第１のＳＯＡ及び第２のＳＯＡを含み、第１のＳＯＡは、伝送された第１の光信号を増幅している。本方法は、光リピータ内の第１のＳＯＡが動作していないか、又は故障モードにあると判定することと、第２のＳＯＡを選択するか、又は第２のＳＯＡに切り替えることと、第２のＳＯＡが第２の光信号を増幅するように、第２の光信号を伝送することとを更に含んでいてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】例示的な光通信システムを示す。

【0010】

【図2A】ＷＤＭを用いた、例示的な冗長構成を示す。

【図2B】ＷＤＭを用いた、例示的な冗長構成を示す。

【0011】

【図3】光スイッチを用いた、例示的な冗長構成を示す。

【0012】

【図4】偏波多重化を伴う、光スイッチを用いた例示的な冗長構成を示す。

【0013】

【図5】ＳＯＡ集積化を用いた、例示的な冗長構成を示す。

【0014】

【図6】複数のファイバ対に対応する例示的な冗長構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は、半導体ベースの通信システムにおける冗長性を改善することを対象とする。たとえば、２つ以上の異なる増幅経路をそれぞれ形成している、２つ以上の半導体光増幅器（ＳＯＡ）を実装することにより、冗長性の改善を実現することができる。これら２つ以上のＳＯＡを、同じ光リピータ内に実装してもよい。一実施形態によれば、送信機を介して、所定の動作波長で光信号を伝送することにより、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用して特定のＳＯＡの増幅経路を選択することができる。別の実施形態によれば、２つ以上のＳＯＡを結合している光スイッチを使用して、特定の増幅経路を選択することができる。別の実施形態によれば、コンバイナ、光スイッチなどの他の光学構成要素と共に、２つ以上のＳＯＡを基板パッケージ内に集積させてもよく、これによって少なくとも構成要素レベルで、本システム内の全体的な効率が上昇することになる。

【0016】

上述のように、これらのＳＯＡは「オール・オア・ナッシング」型の構成要素である可能性があり、長距離光通信システムに実装している場合、本システムでそれらが故障すると数多くの問題を引き起こす恐れがある。したがって、本明細書に記載している実施例及び／又は実施形態は、ＳＯＡベースの（若しくは他の任意の半導体ベースの）光通信システムに関連して生じる、前述の問題を克服している。本発明の１つの利点は、光信号の増幅を目的として２つ以上の異なる増幅経路を設けることにより、それらの経路のうちの１つに故障が発生した場合でも、信号増幅が妨害されないことである。これらの経路上での信号増幅は、ＷＤＭ又は光スイッチング機構を使用して、容易に切り替えることができる。本発明の別の利点は、同じ基板パッケージ内に２つ以上のＳＯＡと、他の光学構成要素とを実装できることであり、これによって少なくとも構成要素レベルで、本光通信システム内の効率及び冗長性が改善されることになる。

【0017】

ここで、本発明の好ましい実施形態が示される添付図面を参照しながら、本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全になるように、かつ、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。図面においては、全ての図をとおして、同じ数字は、同じ要素を指す。

【0018】

図面を参照すると、図１は、例示的な双方向光通信システム１０１を示している。この双方向光通信システム１０１では、広帯域光ファイバを使用して、膨大な量のデータを長距離にわたって伝送してもよい。光ファイバ内に光ファイバ経路対を構築し、また、たとえば、波長分割多重化チャネルなどの１つ又はそれ以上のチャネルをファイバ対ごとに伝送することにより、双方向データ伝送を実行することができる。

【0019】

図示のように、光通信システム１０１は、双方向光経路対を共に形成している２つの一方向光経路１１１、１２１、によって結合された、端末１０３及び１０５を備えていてもよい。光経路１１１は、端末１０３の送信機１１３から端末３０５の受信機１１５へと、一方向に（たとえば、右方に）情報を伝送してもよい。光経路１２１は、端末１０５の送信機１２５から端末１０３の受信機１２３へと、他方向に（たとえば、左方に）に情報を伝送してもよい。端末１０３に対して、光経路１１１はアウトバウンド経路であり、光経路１２１はインバウンド経路である。光経路１１１は、光ファイバ１１７－１～１１７－ｎ及び光増幅器１１９－１～１１９－ｎを含んでいてもよく、また光経路１２１は、光ファイバ１２７－１～１２７－ｎ及び光増幅器１２９－１～１２９－ｎを含んでいてもよい。いくつかの実施例では、送信機１１３及び受信機１２３を、端末１０３でトランスポンダとして共に収容でき、同様に、送信機１１５及び受信機１２５も、端末１０５でトランスポンダとして共に収容できることが理解されてもよい。

【0020】

光経路対（たとえば、光経路１１１、１２１）を、光ファイバ対１１７－１～１１７－ｎ及び１２７－１～１２７－ｎによって結合された、リピータ１３１－１～１３１－ｎ内の１組の増幅器対１１９－１～１１９－ｎ及び１２９－１～１２９－ｎとして構成してもよく、これらの光ファイバ対は、追加の経路対を支持しているファイバと共に、光ファイバケーブル内に含まれていてもよい。リピータ１３１はそれぞれ、各経路対用に一対の増幅器１１９、１２９を含んでいてもよく、また追加の経路対用に追加の増幅器を含んでいてもよい。光増幅器１１９、１２９では、ＥＤＦＡ若しくは他の希土類ドープファイバ増幅器、ラマン増幅器、又は半導体光増幅器（ＳＯＡ）を利用してもよい。結合経路１３３－１～１３３－ｎを光経路１１１、１２１間で、たとえばリピータ１３１－１～１３１－ｎのうちの１つ又はそれ以上において結合していてもよい。本明細書で使用している「結合する」又は「結合された」という用語は、直接的若しくは間接的接続及び／又は有線若しくは無線接続のいずれかを指し、いかなる方法によっても限定を意図するものではないことが理解されてもよい。

【0021】

光通信システム１０１の例示的な一実施形態を示し、かつ記載しているが、光通信システム１０１の変形例も本開示の範囲内にある。光通信システム１０１は、たとえば、より多数の光経路対と、より多数の、又はより少数のリピータとを備えていてもよい。あるいは、光通信システム１０１はいずれの光増幅器も備えていなくてもよいし、又は光増幅器の代わりに、リピータを結合している光ファイバ内のラマン増幅によって、光学利得を実現するのに好適な光ポンプ電源を備えていてもよい。

【0022】

更に、送信機、受信機、これらの送信機及び受信機を含むトランスポンダ、又はデータを送受信するのに適した他の任意の装置は、少なくとも１つのメモリ及び１つ又はそれ以上のプロセッサ（たとえば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＧＰＡ、任意の従来型プロセッサなど）を含み、これによってメモリに記憶された命令を実行して、たとえば以下に更に記載しているように、偏波状態（State-of-Polarization：ＳＯＰ）分析に基づいて外部からの攻撃を特定かつ検出できることが理解されてもよい。

【0023】

図２Ａは、いくつかの実施形態による、例示的な波長分割多重化（ＷＤＭ）冗長構成２００を示す。このＷＤＭ冗長構成２００を、光リピータ内に実装していてもよい。図示のように、リピータ内の冗長構成２００は、ＷＤＭ回路２０１と、２つの別個の増幅経路２０４及び２０８をそれぞれ形成し得る、２つの別個のＳＯＡ ２０２及び２０６とを含んでいてもよい。したがって、増幅経路２０２を優先経路として使用する場合、増幅経路２０８を冗長経路と見なしてもよい（又はその逆も可能である）。

【0024】

一実施例では、１つ又はそれ以上の光信号を伝送するために、１つ又はそれ以上のトランスポンダによってＷＤＭ通信を使用してもよい。このようにＷＤＭ通信を使用することにより、１つ又はそれ以上のトランスポンダにおける送信機が、所定の波長で１つ又はそれ以上の光信号を伝送することができる。ＳＯＡ ２０２及びＳＯＡ ２０６はそれぞれ、所定の動作波長に対応していてもよい。したがって、たとえば、ＳＯＡ ２０２に対応している動作波長又は波長範囲においてＷＤＭ回路２０１が光信号（又はその一部）を受信した場合、ＳＯＡ ２０２のみを使用して、この光信号を増幅してもよい。同様に、ＳＯＡ ２０６に対応している動作波長又は波長範囲においてＷＤＭ回路２０１が光信号を受信した場合、ＳＯＡ ２０６のみを使用して、この光信号を増幅してもよい。

【0025】

したがって、光信号の増幅を目的として、特定の光増幅経路（たとえば、経路２０４又は経路２０８）を、その増幅経路に関連付けられたＳＯＡに対応している特定の動作波長又は波長範囲において光信号を伝送することで選択することができる。ＳＯＡ ２０２に対応している動作波長又は波長範囲は、ＳＯＡ ２０６に対応している動作波長又は波長範囲とは異なっていることが理解されてもよい。ここで対応している動作波長又は波長範囲を、任意の好適な電磁スペクトル、たとえばＥＵ／ＮＡＴＯ／米国無線ＥＣＭ帯域（Ａ～Ｎ帯域）、無線ＩＴＵ帯域、無線ＩＥＥＥ帯域（ＨＦ、ＶＨＦ、ＵＨＦ、Ｌ、Ｓ、ＣＸ、Ｋ、Ｖ、Ｗ、ｍｍなど）から選択できることが更に理解されてもよい。

【0026】

一実施形態によれば、リピータ内の１つのＳＯＡのみをオンにし、その一方で他のＳＯＡをオフにすることにより、電力効率を改善することができる。したがって、リピータ内のあるＳＯＡが故障したか、又は動作不能になった場合（たとえば、ＳＯＡ ２０２が）、「未使用の」又は非給電のＳＯＡ（たとえば、ＳＯＡ ２０６）を、この未使用又は非給電のＳＯＡに対応している動作波長又は波長範囲において光信号を伝送するように、当該送信機を構成若しくは調整することにより、「オン」に切り替えてもよい。いくつかの実施例では、対応しているＳＯＡへの駆動電流をオン又はオフにすることにより、伝送帯域を選択してもよい。

【0027】

挿入損失を最小限に抑えること、動作可能な光学構成要素を別途設ける必要がなくなること、及び増幅器の雑音指数（noise figure：ＮＦ）に与える影響が最小限になることなど、リピータ内にＷＤＭベースの冗長構成を実装する上で、数多くの利点が存在する。別の利点は、本システムにおいて電力量の余剰損失が許容される場合、ＮＦに対するペナルティなしに、パッシブ光コンバイナによって出力ＷＤＭ信号を置換できることにあり得る。

【0028】

図２Ｂは、いくつかの実施形態による、冗長構成２４０の別の実施例を示す。図示のように、図２Ｂにおいて２つを超えるＳＯＡ（たとえば、ＳＯＡ ２４２及び２４４から最大「ｎ」個までのＳＯＡ）を１つの光リピータ内に配置できる点を除いて、冗長構成２４０を図２Ａの構成２００と同様としている。各ＳＯＡ ２４２、２４４、及びＳＯＡ ｎは、それぞれの動作波長又は波長範囲に対応していてもよい。したがって、ＳＯＡに対応している特定の動作波長又は波長範囲において伝送された光信号をＷＤＭ回路２４１が受信した場合、ＷＤＭ回路２４１は、上述のように当該ＳＯＡを選択してその光信号を増幅してもよい。更に、図２Ａの冗長構成２００と同様に、一度に１つのＳＯＡのみをオンにして、電力を節約してもよい。

【0029】

図３は、いくつかの実施形態による、例示的な光スイッチの冗長構成３００を示す。この光スイッチの冗長構成３００を、光リピータ内に実装していてもよい。図示のように、１つ又はそれ以上の光スイッチ又は光スイッチング回路３０１を、２つ以上のＳＯＡ ３０２、３０４から最大ＳＯＡ「ｎ」個までに結合していてもよい。ここで２つの別個の光スイッチを図３に図示しているが、１つの光スイッチが２つのスイッチの機能を実行できることが理解されてもよく、又は２つの光スイッチを１つの光スイッチング回路パッケージ内に配置できることが更に理解されてもよい。

【0030】

例示的な一実施形態によれば、特定の帯域に限定することなく、あるＳＯＡを選択したり、これに切り替わるように、光スイッチング回路３０１を構成したりしてもよい。更に、図２Ａ及び２Ｂの例示的な冗長構成２００並びに２４０をそれぞれ用いて上述したように、１つのＳＯＡのみ（たとえば、動作中のＳＯＡ）を「オン」にし、その一方で他のＳＯＡをオフにすることで、光リピータ内の電力効率を維持してもよい。いくつかの実施例では、ＳＯＡへの駆動電流を切り替えるように、光スイッチング回路を更に構成してもよい。

【0031】

一実施例では、ＳＯＡ ３０２が故障したか、又は動作不能になった場合、光スイッチング回路３０１は、動作しているＳＯＡ（たとえば、ＳＯＡ ３０４、ＳＯＡ ｎ）を選択及び／又はこれに切り替えてもよい。関連システムにおいて電力量の余剰損失が許容される場合、雑音指数（ＮＦ）に対するペナルティなしに、出力においてパッシブ光コンバイナを使用できることが理解されてもよい。

【0032】

図４は、いくつかの実施形態による、偏波多重化と組み合わせて光スイッチを使用する、例示的な冗長構成を示す。例示的な一実施形態によれば、図示している２つの増幅経路（たとえば、垂直偏波増幅経路４０２、水平偏波増幅経路４０４）のそれぞれについては、偏波保持（polarization maintaining：ＰＭ）構成要素とすることができる光スイッチに結合する形態で、２つ以上のＳＯＡを実装することにより、冗長性を実現してもよい。

【0033】

たとえば、偏波ビームコンバイナ（polarization beam combiner：ＰＢＣ）４２０で入力され得る光信号を増幅するために、ＳＯＡ ４０８若しくはＳＯＡ ４１０のいずれかを選択するか、又はこれに切り替えるように、ＰＭ光スイッチ４０６を構成してもよい。同様に、別の実施例では、光信号を増幅するために、ＳＯＡ ４１４若しくはＳＯＡ ４１６のいずれかを選択するか、又はこれに切り替えるように、ＰＭ光スイッチ４１２を構成してもよい。少なくともその点では、偏波多重化を用いて光信号を増幅するときに、ＰＭ光スイッチ及びそれぞれのＳＯＡによって冗長性を実現することができる。いくつかの実施例では、それぞれのＳＯＡに対して電流を駆動するように、ＰＭ光スイッチ４０６及び４１２を更に構成してもよい。また光信号の各偏波のために、光スイッチング技術に加えて、ＷＤＭ及びＳＯＡ集積化（以下に更に記載する）を用いて、冗長性を更に実現できることが理解されてもよい。

【0034】

図５は、いくつかの実施形態による、ＳＯＡ集積化を用いた例示的な冗長構成５００を示す。図示のように、２つ以上のＳＯＡ（たとえば、ＳＯＡ ５０２、ＳＯＡ ５０４、ＳＯＡ「ｎ」）を、同じ基板パッケージ内に集積させてもよい。たとえば、ＳＯＡ集積化技術としてはフォトニクス集積化が挙げられ、これは一例としてＩｎＰ集積化技術、Ｓｉ集積化技術、Ｇｅ／Ｓｉ集積化技術、異種集積化技術などの様々な方法を用いて実行され得る。冗長構成５００を有する、図４に示すものを例とするＳＯＡ集積型パッケージ又は基板のうちの１つ又はそれ以上を、光通信システムのリピータ内に実装又は配置できることが理解されてもよい。

【0035】

一実施形態によれば、１つ又はそれ以上のスイッチング機構を、同じＳＯＡ集積化プロセスに更に実装してもよい。たとえばスイッチング機構は、一例として、１ｘＮ及び／又はＮｘ１光スイッチングの形態であってもよい。別の実施例では、このスイッチング機構をＷＤＭ結合、又は光経路を他の任意の好適な形態で組み合わせたものとすることができる。更に別の実施例では、スイッチとして効果的に機能する偏波ビームコンバイナ及びアクティブ偏波回転子を使用することにより、偏波結合を実行してもよい。上述の実施例と同様に、光増幅経路の選択を、ＳＯＡ間で切り替えることによって実行してもよい。異なる実施例では、特定のＳＯＡをオンにするか、又はオフにすることで、スイッチング効果を得てもよい。少なくとも光電力量、システム要件、及びシステム複雑度に基づいて、パッシブ又はアクティブ光結合を使用できることが理解されてもよい。

【0036】

例示的な一実施形態では、ＳＯＡ ５０２をオンにし、その一方で各リピータ内の他のＳＯＡをオフにしてもよい。本システムの１つ又はそれ以上のリピータにおいて、ＳＯＡ ５０２などのＳＯＡが故障した場合、ＳＯＡ ５０２への電流をオフにしてもよく、また１つ又はそれ以上の冗長ＳＯＡ（たとえば、ＳＯＡ ５０４、ＳＯＡ ｎ）への電力をオンにしてもよい。記載のとおり、いくつかの実施例では、特定のＳＯＡを選択的にオン又はオフにすることで、切替えを実行してもよい。異なる実施例では、１つ又はそれ以上の光スイッチ若しくは光スイッチング回路を介して、切替えを実行してもよい。

【0037】

図６は、いくつかの実施形態による、３つの別個のファイバ対を有する光デジタル伝送路に対応する例示的な冗長構成６００を示す。それぞれのファイバ対は、受信機ファイバと送信機ファイバとを含む。また、３つのファイバ対を図６に示しているが、より多数の、又はより少数のファイバ対を実装できることが理解されてもよい。

【0038】

図示のように、それぞれのファイバ対における増幅経路の数は、１つ又はそれ以上のＳＯＡとすることができる増幅器の数に依存してもよい。例示的な実施形態では、光経路ごとに２つ以上のＳＯＡ（たとえば、リピータに関連付けられた経路）を使用して、冗長性及びシステム信頼性の全体的な改善を実現してもよい。これらの冗長構成は、上述の実施例又は実施形態のいずれか、たとえばＷＤＭ、光スイッチング、ＳＯＡ集積化に基づいていてもよい。いくつかの実施例では、コマンド制御チャネルを光デジタル伝送路に含めることで、たとえば光スイッチング、並びに光コンバイナ及び／又は光スイッチとＳＯＡとの集積化を用いた冗長構成に対応してもよい。

【0039】

上述の冗長構成のうちの１つ又はそれ以上において、利得及び利得傾斜の調整を、ＳＯＡ及び／又は駆動電流の温度制御によって達成してもよい。これにより、本システムにおける利得設定、及び伝送路における時効効果及び修復の調整が可能になってもよい。温度の調整をこのように行うことから、ＳＯＡの温度制御部と、本システム内の全てのリピータ又はリピータのごく一部のコマンド制御機構とを実装することが想定される。ＳＯＡの全体的な利得を制御する他の方法を用いてもよく、これには可変光減衰器、及び所定の光減衰器又は光学フィルタを有する光スイッチが挙げられるが、これらに限定されない。

【0040】

本明細書では、半導体ベースの通信システムにおける冗長性を改善するための、新規かつ独創的な機器、システム、及び方法を開示している。本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって、その範囲が限定されるものではない。実際に、本明細書に記載されるものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び本開示への様々な修正が、これまでの説明及び添付の図面から当業者には明らかとなるであろう。

【0041】

したがって、そのような他の実施形態及び修正は、本開示の範囲内に含まれるということが意図される。更に、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実装の文脈で本明細書に記載されているが、当業者であれば、その有用性はこれに限定されず、本開示は任意の数の目的のために任意の数の環境で有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示の最大の範囲及び趣旨を考慮して解釈されるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】