特表 2022-549184 並列Ｏバンド増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-24

(54)【発明の名称】並列Ｏバンド増幅器

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/291 20130101AFI20221116BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20221116BHJP

【ＦＩ】

H04B10/291

H04J14/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022517724

(86)(22)【出願日】2020-09-18

(85)【翻訳文提出日】2022-05-11

(86)【国際出願番号】 US2020051623

(87)【国際公開番号】W WO2021055844

(87)【国際公開日】2021-03-25

(31)【優先権主張番号】62/902,634

(32)【優先日】2019-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509094034

【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100209808

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 高志

(72)【発明者】

【氏名】イニス，ダリル

(72)【発明者】

【氏名】ミハイロフ，ヴァイタリー

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA17

5K102AA53

5K102AD00

5K102AD01

5K102AH02

5K102AH24

5K102AH26

5K102MB06

5K102MC15

5K102MH04

5K102MH13

5K102MH14

5K102MH22

5K102PA02

5K102PA07

5K102PA11

5K102PD17

5K102PH01

5K102PH12

5K102PH31

5K102PH43

5K102PH49

5K102PH50

(57)【要約】

光信号を増幅するための利得ファイバ（例えばビスマスドープ光ファイバ）を備えるシステム（例えば光増幅器）。光信号は、約１２６０ナノメートル（～１２６０ｎｍ）と～１３６０ｎｍ（Ｏバンド内にある）との間を中心とする動作中心波長（λ０）を有する。利得ファイバは、ポンプ源に光学的に結合され、ポンプ源の数は、利得ファイバの数以下である。ポンプ源は、利得ファイバ間で（任意選択的に）共有され、それによってリソースのより効率的な使用を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光信号入力と、
Ｎ個の利得ファイバであって、Ｎは２以上（２≦Ｎ）の整数であり、前記複数の利得ファイバは対応する光信号入力に光学的に結合され、各利得ファイバは対応する光信号入力から光信号を受信する、Ｎ個の利得ファイバと、
Ｐ個のポンプ源であって、ＰはＮ（Ｐ≦Ｎ）以下の整数であり、各ポンプ源は、複数の利得ファイバの対応するサブセットに光学的に結合され、前記複数のポンプ源は、前記複数の利得ファイバに共有ポンプ信号を提供する、Ｐ個のポンプ源と、
対応する複数の利得ファイバに光学的に結合される複数の光信号出力と、
前記システムが元の帯域（Ｏバンド）で動作するために、約１２６０ナノメートル（約１２６０ｎｍ）と約１３６０ｎｍとの間を中心とする、前記光信号出力の動作中心波長（λ０）と、
を備えるシステム。

【請求項2】

前記システムは並列帯域Ｏバンド光増幅器であり、前記並列帯域Ｏバンド光増幅器は、
約３デシベルを超える受信機入力利得（Ｇ）（Ｇ＞約３ｄＢ）と、
約５パーセントを超える電力変換効率（ＰＣＥ）（ＰＣＥ＞約５％）と、
を備える請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

ポンプユニットをさらに備え、前記ポンプユニットは、
Ｐ個のポンプ源を備えるポンプ分配器と、
Ｐ個のポンプ信号を出力する駆動回路と、
Ｐ個のポンプ信号を実質的に等化するためのポンプ等化器と、
を備える請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記ポンプユニットは、
電流源に並列に接続される複数のレーザダイオードと、
約１１９０ｎｍおよび約１２４０ｎｍの間にある、前記レーザダイオードのポンプ動作中心波長（λｐ）と、
を備える請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記Ｐ個のポンプ源からの共有ポンプ信号をＮ個の個々のポンプ信号に分割するポンプ分配器と、
対応する複数のポンプ信号を受信するためのＮ個のポンプ信号結合器であって、対応する複数の光信号を受信し、前記受信された複数のポンプ信号を前記受信された複数の光信号と結合する、Ｎ個のポンプ信号結合器と、
をさらに備える請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

ＮおよびＰの組み合わせは、
任意の整数値のＰに対して１６Ｐ以上（Ｎ≧１６Ｐ）のＮ、
３２以上（Ｎ≧３２）のＮおよび２以下（Ｐ≦２）のＰ、
９６以上（Ｎ≧９６）のＮおよび６以下（Ｐ≦６）のＰ、
１２８以上（Ｎ≧１２８）のＮおよび２以下（Ｐ≦２）のＰ、
を含む群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記利得ファイバは、
複数のマルチコアファイバ、
コアポンピングのために構成された複数のマルチコアファイバ、
クラッドポンピングのために構成された複数のマルチコアファイバ、
を含む群から選択される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

対応する光信号入力と対応する利得ファイバとの間に光学的に結合されたＮ個の入力光アイソレータと、
対応する利得ファイバと対応する光信号出力との間に光学的に結合されたＮ個の出力光アイソレータと、
をさらに備える請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

複数の伝送光ファイバであって、各伝送光ファイバは、対応する光信号出力に光学的に結合される、複数の伝送光ファイバと、
約２０キロメートル（約２０ｋｍ）より大きい各光ファイバの伝送長と、
をさらに備える請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

複数の入力ポートであって、各入力ポートは、約４００Ｇｂｐｓ（約４００Ｇｂ／ｓ）の入力データレートを有する複数の入力ポートと、
複数の出力ポートであって、各出力ポートは、約４００Ｇｂ／ｓの出力データレートを有する複数の出力ポートと、
を備える光スイッチをさらに備える請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の参照］
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｉｎｎｉｓによる名称「Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｏ－Ｂａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」を有する、２０１９年ＳＥＰ－１９出願の米国特許仮出願６２／９０２，６３４の利益を主張する。本出願はまた、出願人ＯＦＳ Ｆｉｔｅｌ，ＬＬＣによる名称「Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」を有する２０１９－ＳＥＰ－１３に出願された国際出願（ＰＣＴ）シリアル番号ＰＣＴ／ＵＳ １９／５１０２４、ならびに発明者ＬｕｏおよびＭｉｋｈａｉｌｏｖとしての命名を、その全体において（明示的に記載されているかのように）参照により組み込む。
［開示の分野］

【0002】

本開示は、概して光ファイバに関し、より詳細には、オリジナルバンド（Ｏバンド）における光通信に関する。

【背景技術】

【0003】

オリジナルバンド（Ｏバンド）を使用する光ネットワークは、典型的には、約５００メートル（約５００ｍ）と約１０キロメートル（約１０ｋｍ）との間の距離に及ぶことが多い、単一波長のポイントツーポイントネットワークである。しかしながら、従来のＯバンドネットワークがデータに対する需要の増大をサポートすることは、ますます非実用的になってきている。

【発明の概要】

【0004】

本開示は、並列オリジナルバンド（Ｏバンド）光増幅のためのシステム及び方法を提供する。したがって、一実施形態は、光信号を増幅するための利得ファイバ（例えば、ビスマスドープ光ファイバ）を備えるシステム（例えば、光増幅器）である。光信号は、約１２６０ナノメートル（約１２６０ｎｍ）と約１３６０ｎｍ（Ｏバンド内にある）との間を中心とする動作中心波長（ｌｑ）を有する。利得ファイバは、ポンプ源に光学的に結合され、ポンプ源の数は、利得ファイバの数以下である。したがって、いくつかの実施形態では、ポンプ源は、利得ファイバ間で共有され、それによって、リソースのより効率的な使用を提供する。

【0005】

これを念頭において、他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することにより、当業者に明らかになるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本開示の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。

【0007】

【図1】対応する信号損失（デシベル（ｄＢ）で示す）を有する光伝送システムの構成要素を示すブロック図である。

【図2】並列オリジナルバンド（Ｏバンド）光増幅器システムの一実施形態を示すブロック図である。

【図3A】マルチモード（ＭＭ）信号をシングルモード（ＳＭ）信号に変換するフォトニックランタンの一実施形態の横図を示すブロック図である。

【図3B】図３Ａのフォトニックランタンの軸方向図を示すブロック図である。

【図4】電力等化器の一実施形態を示すブロック図である。

【図5】長距離伝送ファイバを介して１つのデータセンタを別のデータセンタに光学的に結合するための光伝送システムの一実施形態を示すブロック図である。

【図6】より長い距離の送信ファイバを介して中央ノードを複数の周辺ノードに光学的に結合するための光送信システムの一実施形態を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

コストを考慮すると、ポイントツーポイント単一波長オリジナルバンド（Ｏバンド）通信は、最大約１０Ｇｂｐｓ（約１０Ｇｂ／ｓ）のデータレートに対して、より短い距離（例えば、約１０キロメートル（約１０ｋｍ）未満）で実装されることが多い。ポイントツーポイントＯバンド通信はまた、多くの場合、約１００Ｇｂ／ｓ、約２００Ｇｂ／ｓ、および約４００Ｇｂ／ｓで実装され、４または８波長は、多くの場合、ローカルエリアネットワーク波長分割多重化（ＬＡＮ－ＷＤＭ）または粗波長分割多重化（ＣＷＤＭ）チャネルプランで使用される。より高いデータレート（例えば、４００Ｇｂ／ｓ以上）における光伝送および１０ｋｍを超える距離における光伝送も考慮されるが、レーザ出力電力および受信機感度は、典型的には、従来のＯバンドシステムを使用するそのような通信にとって不充分である。その結果、光パワーは、大容量（例えば、４００Ｇｂ／ｓより大きい）データ伝送、またはより長い距離（例えば、１０ｋｍより大きい）通信、または両方のために、これらのＯバンドシステムの使用を制限する。

【0009】

さらに、より短い距離であっても、大容量のスイッチング（たとえば、５０Ｔｂ／ｓ（テラビット毎秒）のスループットよりも大きい）は、多数のデータチャネル（たとえば、１２８個のデータチャネル、各々が約４００Ｇｂ／ｓを搬送する）上で搬送される大量のデータを収容するために必要とされる。そのような高容量スイッチングに対応するために、通信アーキテクチャは、典型的には、ビットレートの増加に起因する受信機感度の低下に対応するために、増加した光パワーバジェットを必要とする。また、従来のバンド（Ｃバンド）アプローチは、コストおよび電力の問題のために非実用的となる。

【0010】

これらの制限に対処して、本開示は、増大した伝送距離（例えば、－１０ｋｍを超える距離）にわたる高データ容量光通信（例えば、粗波長分割多重（ＣＷＤＭ）またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ＷＤＭ）のためのＯバンドの使用を教示する。過剰な信号損失のために、そのようなＣＷＤＭ／ＬＡＮ－ＷＤＭベースのＯバンド通信の実装は、伝送距離を増加させるために、送信端または受信端のいずれか（または両方）における信号のブースティングを必要とする。言い換えれば、複数の並列Ｏバンド送信チャネルの場合、これらの並列チャネルの各々は、適切な信号送信を可能にするために適切に増幅されなければならない。

【0011】

複数のＯバンド送信チャネルの効率的な増幅を可能にすることであって、本開示は、（ａ）多数の並列利得ファイバ、（ｂ）（利得ファイバの共有ポンピングのような）共有コンポーネントの最大化、（ｃ）機能倍加の最小化を伴う並列Ｏバンド増幅器システムを教示する。共有コンポーネントを最大化し、機能倍増を最小化することによって、開示されるＯバンドシステムは、コスト、複雑さ、および電力消費を低減することによって、より少ない複雑なコンポーネント（利得または電力制御回路、光アイソレータ、利得ファイバ温度コントローラ、または利得等化モジュールなど）を有するより単純な設計を可能にする。

【0012】

例として、一実施形態は、並列Ｏバンド増幅器システム（約１２６０ナノメートル（約１２６０ｎｍ）および約１３６０ｎｍを中心とする動作中心波長（ｌｑ）を有すること）を含む。並列Ｏバンド増幅器システムは、Ｎ個の利得ファイバおよびＰ個のポンプ源を備え、Ｎは２以上の整数（すなわち、Ｎ＞２）であり、ＰはＮ以下の整数（すなわち、Ｐ＜Ｎ）である。したがって、利得ファイバよりも少ないポンプ源があり、それによって、ポンプ源が利得ファイバに共有ポンプ信号を提供することを必要とする。また、システムは、増幅された光信号を出力するＮ個の光信号出力を含む。当業者は、Ｎ個の光信号が４，８個の波長を含むことができ、それによって、たとえばＷＤＭまたは他の同様の方法を使用してＮ個の信号におけるデータ容量の増加を可能にすることを理解するであろう。

【0013】

Ｏバンドにおける並列増幅を提供するポンプ源の共有は、コストおよび電力消費の両方を低減し、同時に設計を単純化する。さらに、電力が低い並列Ｏバンド増幅器システムを配置することは、容認された知識が信号対雑音（ＳＮＲ）劣化を回避するために電力レベルを増加させることであるため、従来の知識に反するが、開示される並列Ｏバンド増幅器システムは、電力が低いシステム内の点（例えば、電気受信機の前）に配置可能であり、それによって、電力消費を低減させる。また、シリコンフォトニクスチップに基づくスイッチ内に構成されるとき、並列Ｏバンド増幅器システムは、ポンプ電力に対する著しいコストなしにポンプ冗長性を可能にする。加えて、シリコンフォトニクスチップを使用する実装は、故障の場合に、構成要素（例えば、伝送レーザ、ポンプレーザ等）のより速く、より安価で、より容易な交換を可能にする。したがって、以前は非実用的であったアプローチ（すなわち、高いデータ容量および増幅を伴う長距離Ｏバンド通信）は、開示された並列Ｏバンド増幅器システムを使用することによって商業的に実行可能になる。

【0014】

技術的問題に対する広範な技術的解決策を提供したので、ここで、図面に示される実施形態の説明を詳細に参照する。具体的には、図１は、並列Ｏバンド通信を採用する伝送アーキテクチャの一実施形態を示し、図２は、並列Ｏバンド増幅器システムの一実施形態を示し、図３Ａ～図４は、システムレベル構成要素の追加の実施形態を示し、図５および図６は、図２の並列Ｏバンド増幅器を適用するネットワークまたは環境の実施形態を示す。いくつかの実施形態がこれらの図面に関連して説明されるが、本開示を本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に限定する意図はない。それどころか、すべての代替形態、修正形態、および均等物を網羅することが意図される。

【0015】

ここで図１を参照すると、並列Ｏバンド光伝送システムを使用する通信アーキテクチャ１００が、信号損失の対応する値（デシベル（ｄＢ）で示されている）とともに示されている。並列Ｏバンドアーキテクチャ１００は、－１５ｄＢ損失を引き起こすスプリッタ１１０（例えば、１×３２スプリッタ）への信号入力１０５を含む。スプリッタ１１０は、送信側の半導体光チップ１９０に入力される信号を分割する。光チップ１９０（チップレットとも呼ばれる）は、ファイバ・ツー・チップ（ＦＩＢＥＲ ＴＯ ＣＨＩＰ）モジュール１２０と、変調器１３０と、マルチプレクサ１４０と、チップ・ツー・ファイバ（ＣＨＩＰ ＴＯ ＦＩＢＥＲ）モジュール１５０とを備える。光信号が光チップ１９０を通って伝搬するにつれて、ファイバ・ツー・チップ・モジュール１２０は－２ｄＢの追加の損失に寄与し、変調器１３０は別の－５ｄＢだけ損失を増加させ、マルチプレクサ１４０は別の－１ｄＢの損失に寄与し、チップ・トゥ・ファイバ・モジュール１５０は追加の－２ｄＢを失う。したがって、伝送ファイバ１５５に到達する前であっても、入力信号は少なくとも－２５ｄＢの損失を受ける。

【0016】

引き続き、光伝送ファイバ１５５の長さが約１０キロメートル（約１０ｋｍ）である場合、光信号が受信位置上の半導体光チップ１９５に入る前に、光伝送ファイバ１５５は－４ｄＢのさらなる損失を引き起こす。受信光チップ１９５は、それぞれ－２ｄＢ、－１ｄＢ、および－１０ｄＢのさらなる損失を引き起こすファイバ－チップモジュール１６０、デマルチプレクサ１７０、および受信機１８０を備える。したがって、スプリッタ１１５（開始）から受信機１８０（終了）まで、信号は、－３０ｄＢを超える総損失を経験する。

【0017】

約－３０ｄＢの信号損失を軽減するために、並列Ｏバンド増幅器システム２００を図２に示す。図２に示すように、システム２００は、光信号入力２０５ａ…２０５ｎ（まとめて２０５）を備える。光信号入力２０５の各々は、例えば、既知のＣＷＤＭまたはＬＡＮ－ＷＤＭ方式を使用して、複数の波長（例えば、４つの波長、８つの波長など）で信号を搬送することができ、それによって、より高いデータスループットを可能にする。

【0018】

引き続き、システム２００は、任意の入力光アイソレータ２１５ａ～２１５ｎ（まとめて２１５）とともに、対応する光入力２０５を監視するための任意選択の入力モニタ２１０ａ～２１０ｎ（まとめて２１０）を備え、入力光アイソレータ２１５はそれぞれの入力１０５に光学的に結合されている。特定のネットワーク要件に応じて、入力モニタ２１０および光アイソレータ２１５は、コストおよび複雑さのさらなる低減のために省略することができる。

【0019】

システム２００は、Ｎ個の利得ファイバ２４５ａ～２４５ｎ（まとめて２４５）をさらに備え、ここでＮは２以上の整数（すなわち、Ｎ＞２）である。好ましくは、スケールのより高い効率を達成するために、Ｎ＞３２かつＮ＞９６またはさらにはＮ＞１２８である。実用的な目的のために、Ｎが８の整数倍であることが望ましい（しかし必須ではない）。Ｎ個の利得ファイバ２４５は、対応する入力２０５に光学的に結合される。利得ファイバ２４５は、それぞれの入力２０５から光ファイバ伝送信号を受信し、伝送信号を増幅する。いくつかの実施形態では、利得ファイバ２４５はマルチコアファイバであることを理解されたい。他の実施形態では、利得ファイバ２４５は、リボン化された個々の利得ファイバ２４５であり得る。

【0020】

いくつかの実施形態において、利得ファイバ２４５は、分散補償利得ファイバまたは分散平坦化利得ファイバであり、当業者には理解されるように、適切な共ドーパントまたは様々なファイバ形状を使用して製造することができる。波長分散を補償することによって、利得ファイバは、より高いボーレート（たとえば、５０Ｇｂａｕｄ／秒（ｇｉｇａｂａｕｄｓ－ｐｅｒ－ｓｅｃｏｎｄ）より大きい）および複雑な変調フォーマット（たとえば、パルス振幅変調－４（ＰＡＭ－４）、ＰＡＭ－８など）に対応することができる。

【0021】

利得ファイバ２４５をポンピングするため、システムは、Ｐ個のポンプ信号２２５ａ～２２５ｐ（まとめて２２５）のソースとして機能するポンプユニット２２０をさらに備える。重要なことに、利得ファイバ２４５よりも少ないポンプ２２５が存在し（すなわち、Ｐ＜Ｎ）、それによって、ポンプ源が利得ファイバ２４５に共有ポンプ信号を提供することを必要とする。言い換えれば、送信信号源よりも少ない数のポンプ源があり、それによって、単一のポンプ源２２５が利得ファイバ２４５のサブセットによって共有されることを必要とする。スケールの望ましい効率を達成するために、１つの好ましい実施形態では、ＮとＰとの間の比は、１０以上（すなわち、Ｎ＞１０Ｐ）、さらにより好ましくは、１６以上（すなわち、Ｎ＞１６Ｐ）である。したがって、例えば、Ｎ＝９６個の伝送光チャネルは、６個以下のポンプ（すなわち、Ｐ＜６）で効果的にポンピングすることができる。

【0022】

当業者であれば、光伝送チャネルの数は１２８と同程度に多く（またはそれより多く）（すなわち、Ｎ＞１２８）、ポンプ源の数Ｐは２と同程度に少なく（またはそれより少なく）（すなわち、Ｐ＜２）できることを理解するであろう。考慮されるべきことは、構成要素の数とそれらの構成要素からの性能利得との間のバランスである。例えば、いかなるタイプの能動冷却も必要としない４つの１００ミリワット（ｍＷ）レーザは、能動冷却を必要とする単一の４００ｍＷレーザよりも安価であり得る。さらに、電力－電流曲線（ＰＩ曲線）の線形部分で動作する複数のレーザの使用は、ＰＩ曲線の飽和点付近で動作する単一のレーザよりも高い効率および低い電力消費をもたらし得る。これらおよび他の考慮事項は、当業者に公知であり、したがって、本明細書ではこれ以上論じない。

【0023】

利得ファイバ２４５がマルチコアファイバである場合、利得ファイバ２４５は、コアポンピングまたはクラッドポンピングのいずれかのために構成され得ることに留意されたい。最終的に、共有ポンプ信号２２５の使用は、並列Ｏバンド増幅器システム２００における大規模並列増幅を可能にする。

【0024】

引き続き図２を参照すると、いくつかの実施形態では、ポンプユニット２２０は、必要な駆動回路とともにＰ個のポンプ信号２２５を生成するポンプ分配器を備える。ビスマスドープされた利得ファイバ２４５の場合、レーザダイオードのポンプ中心波長（ｌｒ）は、約１１９０ｎｍと約１２４０ｎｍとの間である。

【0025】

効率的なポンプ生成を可能にするために、ポンプユニット２２０のいくつかの実施形態は、電流源に並列に接続されたレーザダイオードを有し、それによって、単一の電流源からのＰ個のポンプ信号２２５の生成を可能にする。単一の電流源の代わりに、複数の電流源を使用することが可能である。顕著な点は、現在のソースが共有リソース（意味すると、システム２００はＮ個の電流源を必要としない）であり、それによってコストおよび複雑さを低減することである。レーザダイオードは、単一のレーザダイオードまたは複数のレーザダイオードのいずれかであり得、冷却または非冷却のいずれかであることを理解されたい。また、レーザダイオードは、シングルモードまたはマルチモードのいずれかとして動作してもよい。

【0026】

ポンプ電力を均等に分配するために、システム２００は、Ｐ個のポンプ信号２２５を実質的に等化するポンプ等化器をさらに備える。当業者は、ポンプユニット２２０がＰ個のポンプ信号２２５のためのリボン化された出力を含むことができることを理解するであろう。図２の実施形態はまた、Ｐ個のポンプ信号２２５を受け取り、それらをＮ個の並列経路２３５ａ～２３５ｎ（まとめて２３５）に沿ってＮ個の個々のポンプ信号に分割するスプリッタ２３０（またはポンプ分配器）を示す。スプリッタ２３０はまた、ポンプ等化器として働くように構成することができ、それによって、各レーン（またはチャネル）における増幅を低減することなく、Ｎ個のレーン（またはチャネル）にわたって約Ｐ／Ｎの電力を均等に提供することを理解されたい。したがって、Ｐ＝Ｎの場合でさえ、Ｎ×Ｎスプリッタの使用は信頼性を改善するであろう。

【0027】

代替として、異なる波長で動作するいくつかのポンプが、波長選択的結合器（例えば、ＷＤＭ結合器）によって結合されることができる。そのような場合、電力分配に加えて、各レーンは、Ｏバンド利得ファイバ（たとえば、ビスマスドープ利得ファイバ）における利得帯域幅を拡張または等化するために使用され得る複数のポンプ波長を受信する。

【0028】

Ｎ個の並列経路２３５は、Ｎ個の対応するポンプ信号結合器２４０ａ～２４０ｎ（まとめて２４０）の入力である。共同ポンピング方式のために、Ｎ個の個々のポンプ信号を受信することに加えて、ポンプ信号結合器２４０は、（それらのそれぞれの信号入力２０５から）光信号を同時に受信する。したがって、各並列経路について、ポンプおよび信号は、ポンプ信号結合器２４０において結合され、その後、結合されたポンプおよび信号は、その対応する利得ファイバ２４５に提供される。入力と同様に、各利得ファイバ２４５はまた、任意選択の出力モニタ２５０ａ～２５０ｎ（まとめて２５０）を有することができ、利得ファイバ２４５からの増幅された信号を監視する。ポンプ信号結合器２４０は、テーパファイババンドル（ＴＦＢ）であってもよい。代わりに、ポンプおよび信号は、側面結合を使用して結合されてもよい。代替の実施形態では、当業者によって理解されるように、カウンターポンピング方式を使用することができる。

【0029】

システム２００は、増幅された信号を並列に出力する光信号出力２６０ａ～２６０ｎ（まとめて２６０）をさらに備える。出力アイソレータ２５５ａ～２５５ｎ（まとめて２５５）は任意に利得ファイバ２４５と信号出力２６０との間に挿入され得ることを理解されたい。システム２００がＯバンドで動作する限り、信号出力２６０は、約１２６０ｎｍおよび約１３６０ｎｍを中心とするｌｑを有する。

【0030】

並列（またはアレイ）Ｏバンドシステム２００は、光スイッチ（たとえば、Ｎ並列の約４００Ｇｂ／ｓ入力および／または出力ポートを有する光スイッチなど）、光ルータ（たとえば、約４００Ｇｂ／ｓ並列入力および／または出力ポートを有する光ルータ）の要素と統合され得る分散モジュールで構築され得る、または任意の他のタイプの光トランシーバ。並列Ｏバンド増幅を光スイッチに統合する実施形態であって、並列Ｏバンド増幅器２００は、スイッチの出力において、またはスイッチの入力において、またはその両方において電力をブーストし得る。

【0031】

好ましくは、いくつかの実施形態では、並列Ｏバンド光増幅器システム２００は、約３デシベルを超える受信機入力利得（Ｇ）を生成し（すなわち、Ｇ＞約３ｄＢ）、約５パーセントを超える電力変換効率（ＰＣＥ）を生成する（すなわち、ＰＣＥ＞－５％）。したがって、システム２００は、別々のファイバ、別々のファイバコア（例えば、マルチコアファイバ）、または両方の組合せ（例えば、複数のマルチコアファイバ）上で実行されるいくつかの光レーンを同時に増幅し、各レーンはいくつかのＷＤＭチャネル（ＣＷＤＭまたはＬＡＮ－ＷＤＭとして）を潜在的に搬送する。

【0032】

当業者は、効果的である（典型的なパワーバジェットを考慮する）ために、開示される並列Ｏバンド増幅器システム２００は、光レーン当たり数ｄＢの利得および数ｄＢｍの出力パワーのみを提供する必要があることを理解するであろう。たとえば、４ｄＢ利得は、リンク長（または伝送距離）を－１０ｋｒｎだけ増加させるのに充分であり得ることであって、５０Ｇｂａｕｄ／ｓのＰＡＭ－４に対する典型的な受信機感度は、約－４ｄＢｍから－０ｄＢｍである。他の例として、１０％ＰＣＥおよび０ｄＢ／レーンの必要な出力電力の場合、開示される実施形態は、約１０ｍＷ／レーンのみのポンプ電力を必要とする。比較すると、従来の典型的なシングルモード（ＳＭ）レーザダイオードは、約５００ｍＷの出力電力を有するが、従来のマルチモード（ＭＭ）レーザダイオードは、約１０Ｗの出力電力を有する（開示された並列Ｏバンド増幅器システム２００の要件と比較して大きな差である）。

【0033】

全体的な電力消費に関して、低電力信号の増幅は、ＰＣＥを制限しても、連続波（ＣＷ）レーザの電力を増加させるよりも効率的である場合がある。例えば、２６ｄＢｍ（４００ｍＷ）の総ＣＷソース電力を有する３２個のファイバチャネルの電力バジェットが６ｄＢだけ改善される場合、受信機の入力電力は、ファイバチャネル当たり－６ｄＢｍから－１－０ｄＢｍに相応して増加する。言い換えれば、送信後の各ファイバチャネルにおける電力は、総ＣＷソース電力よりも３２ｄＢ低い。従来、ＣＷソース電力の６ｄＢの増加は、光電力の１．２ワット（Ｗ）の増加および電力の４．８Ｗの増加を必要とし得る（冷却された高出力レーザについて２５パーセント（２５％）の壁プラグ効率を仮定する）。比較すると、開示された並列Ｏバンド増幅器システム２００が２０％ＰＣＥの効率を有すると仮定すると、並列Ｏバンド増幅器システム２００は、対応する改善のために１６０ｍＷのポンプ光パワーしか必要としない。さらに、非冷却ポンプレーザは、多くの場合、Ｏバンド通信のために使用されるため、並列Ｏバンド増幅器システム２００は、３２０ｍＷの電力に対して、より高い壁プラグ効率（約５０％）を呈する。約５％のＰＣＥであっても、並列Ｏバンド増幅器システム２００は、単一波長増幅器システム（例えば、半導体光増幅器または単一波長ファイバ増幅器）と比較して３．７５倍低い電力消費をもたらす。

【0034】

基本的には、コスト、複雑さ、および電力消費を低減するために、機能の倍増を同時に回避しながら、構成要素（たとえば、共有ポンプ）の共有を最大化すべきである。また、スプライスの数を最小限に抑えるためにリボン化構成要素およびリボン繊維を使用することも有益であろう。レーンは、複数の光ファイバ、単一のファイバ（例えば、マルチコアファイバ）内の複数のコア、または複数のマルチコアファイバなどの任意の導波路構造を指し得ることにも留意されたい。

【0035】

次に、チャネルビットレートおよびＷＤＭチャネル数を増加させることによって、より高い容量がしばしば実現される。言い換えると、リンク容量は、典型的には、ファイバチャネル容量を上昇させるか、またはファイバチャネルの数を増加させることによって増加させられる。しかしながら、ファイバチャネル容量を増大させることによってリンク容量を増大させることは、電力バジェットの制限をもたらすことになる。したがって、並列Ｏバンド増幅器システム２００において、複数のファイバチャネルに同時利得を提供することは、従来の増幅器システムにおいて実施されているものよりも効率的な解決策を提供する。

【0036】

マルチモード（ＭＭ）ポンプおよびシングルモード（ＳＭ）利得ファイバを有する実施形態では、対応する数のＭＭ－ＳＭ変換が必要とされる。１つのアプローチは、図３Ａおよび３Ｂに示されるフォトニックランタン３００を使用することである。具体的には、図３Ａは、ＭＭ信号をＳＭ信号に変換するフォトニックランタン３００の横図を示し、図３Ｂは、フォトニックランタン３００の軸方向図（ＭＭ側とＳＭ側との間のスプライス点）を示す。ＭＭファイバ３１０は、ＭＭコア３２０を含む。ＭＭ側は、ＳＭ側３４０にスプライスされる（線Ａ－Ａによって示される点において）。ＳＭ側３４０は、複数のテーパＳＭコア３３０ａ～３３０ｎ（まとめて３３０）を備えることにより、ＭＭ信号のＳＭ信号への変換を可能にする。

【0037】

フォトニックランタン３００の出力電力は、しばしば等しくないので、電力等化が必要であり得る。１つのアプローチは、図４に示される、融合結合器等の電力等化器４００を使用することである。図４に示すように、電力等化器４００は、ＭＭ－ＳＭカプラ４２０（図３Ａおよび図３Ｂに示すようなもの）への光接続４１５を有するマルチモードポンプ４１０を備える。ＭＭポンプ４１０からの１入力４１５は、Ｎカプラ出力４２５に変換される。Ｎ個のカプラ出力４２５は、Ｎ個の等化ＳＭ信号４３５を生成するＮ入力Ｎ出力ＳＭカプラ４３０に入力される。当業者は、信号等化およびＭＭからＳＭへの変換に対する他のアプローチが採用され得ることを理解するであろう。

【0038】

開示される並列Ｏバンドシステム２００は、様々な電気通信、データ通信システム、または非データ伝送環境において実装され得る。そのような実装の例を図５および図６に示す。具体的には、図５は、ロングホール伝送ファイバ５２０ａ～５２０ｎ（まとめて５２０）を介してあるデータセンタ５１０から別のデータセンタ５３０に通信するための光伝送システムのブロック図を示す。図５に示すように、送信ファイバ５２０は、送信端および受信端の両方において並列Ｏバンド増幅器システム２００ａ、２００ｂに光学的に結合される。この構成では、並列Ｏバンド増幅器システム２００ａ、２００ｂは、約２０ｋｍを超える（好ましくは約４０ｋｍを超える）光ファイバ伝送長を必要とするシステムで使用することができる。

【0039】

大容量情報が１つのデータセンタ５１０から別のデータセンタ５３０に送信されるので、送信ファイバ５２０には大きなファイバ数（例えば、Ｎ＞９６）が必要とされる。したがって、容量のアップグレード（たとえば、チャネルの数が増加する、データレートが増加するなどである。）が実施されるとき、適切な並列Ｏバンド増幅（例えば、ポンプ出力を増加させることなど。）でシリコンフォトニクスチップをアップグレードすることによれば、多数のプラガブルコンポーネントをアップグレードすることよりも便利かつ費用効果が高くなる。さらに、波長、変調フォーマット、およびボーレートに応じて、Ｏバンドの分散限界は、典型的には、約４０ｋｍおよび約１２０ｋｍの間であり、したがって、Ｏバンドの電力限界（または予算）は、総リンク容量とともに低減される。並列Ｏバンド増幅器システム２００は、費用効果の高い方法でこれらの延長された距離に適応する。

【0040】

例えば、４００Ｇｂ／ｓのＬＲ－８、２５Ｇｂａｕｄ／ｓのＰＡＭ－４のＬＡＮ－ＷＤＭシステムは、電力により－１０ｋｒｎに制限される。しかし、対応する分散限界は－５０ｋｍである。Ｏバンドシングルモードファイバ損失は約４ｄＢ／１０ｋｍであるので、長距離伝送距離は、開示される並列Ｏバンド増幅器システム２００を使用して、約４ｄＢだけ単純に利得を増加させることによって、約２０ｋｍに拡張されることができる。同様に、利得をそれぞれ約８ｄＢおよび約１２ｄＢに増加させることによって、伝送距離を約３０ｋｍまで、さらには約４０ｋｍまで延ばすことができる。これらの利得値（例えば、約４ｄＢ、約８ｄＢ、または約１２ｄＢ）は、従来のＣバンド地上リンクまたはメトロリンクよりもはるかに低いことに留意する価値がある。それにもかかわらず、そのような低い利得値でも、Ｏバンド伝送は、凡そ４倍（約４倍）増加させることができる。

【0041】

注目すべき点は、図５において、並列Ｏバンドアンプシステム２００を低電力の箇所に配置することにより、消費電力を低減できることである。電気通信システムは、典型的には雑音によって制限され、したがって、信号対雑音（ＳＮＲ）劣化を回避するために充分な信号電力を必要とするので、並列Ｏバンド増幅器システム２００のこの配置は、従来受け入れられている知識に反して行われる。

【0042】

続ける前に、図５のデータセンタ間アーキテクチャは、高いデータ容量要件を有するデータセンタ内アーキテクチャにおいて実装され得ることを理解されたい。システム構成要素が、データセンタ間アーキテクチャとデータセンタ内アーキテクチャとの間で実質的に同様である限り、高容量データセンタ内システムのさらなる説明は、本明細書では省略される。

【0043】

図６を参照すると、中央ノード６１０および周辺ノード６３０ａ～６３０ｎ（まとめて６３０）を有するスター型ネットワークが示されている。図５とは異なり、Ｎ本の伝送線５２０の全ては、２つのエンティティ（すなわち、１つのデータセンタ５１０と別のデータセンタ５３０）の間のみに接続され、図６の実施形態は、中央ノード６１０から複数の異なる周辺ノード６３０に接続される伝送線６２０ａ～６２０ｎ（まとめて６２０）を備える。言い換えれば、並列Ｏバンド増幅器システム２００は、複数の異なるエンティティへのロングホール送信のために使用される。複数の周辺ノード６３０を有することは、並列Ｏバンド増幅器システム２００をリモートノードに配置することを排除しないことに留意されたい。

【0044】

図２の並列Ｏバンド増幅器システム２００はまた、光スイッチまたは光ルータ（上記で論議される）と同様に、光学サブシステムの一部として構成されることができる。これらのタイプの光スイッチまたはルータは、多数の（例えば、Ｎ＝１２８）大容量入力ポート（例えば、約４００Ｇｂ／ｓ入力）および多数の（例えば、Ｎ＝１２８）大容量出力ポート（例えば、約４００Ｇｂ／ｓ出力）を有す、各ポートは、非常に高いデータレート（例えば、約１００Ｇｂ／ｓ超）で複数のＷＤＭチャネル（例えば、４から８チャネル）を搬送する。

【0045】

したがって、１つのアプローチは、シリコンフォトニクスチップ内のいくつかのデータ変調器間で分割される比較的少数の高出力レーザを使用することであり、高出力レーザは、シリコンフォトニクスチップから離れて（いくらかの距離で）配置される。レーザダイオードの出力電力の制限のため、およびシリコンフォトニクスチップとファイバリンクとの結合損失が－３０ｄＢを超える可能性があるため、並列Ｏバンド増幅器システム２００を用いて、追加のファイバごとの並列光増幅を提供することができる。

【0046】

当然のことながら、ポンプレーザは、遠隔（シリコンフォトニクスチップから数メートルまで）に配置することができ、それによって熱分配の問題が低減される。利得ファイバおよび他の構成要素は、スイッチまたはルータの中心ではなく、スイッチまたはルータの物理的周囲の周りに配置され得る。

【0047】

いくつかの実施形態について、ポンプ信号コンバイナはシリコンフォトニクスチップ上に配置することができ、それによって、ポンプレーザを遠隔に配置することを可能にするが、ポンプおよび信号の近接が送信または受信レーン（または両方のレーン）に近いように、シリコンフォトニクスチップ自体でポンプ信号を分割する。この構成は、利得ファイバがシリコンフォトニクスチップの入力または出力に結合されることを可能にする。

【0048】

図２～図６の実施形態に示すように、Ｏバンドにおける並列増幅を提供するためのリソース（例えば、ポンプソースなど）の共有は、コストおよび電力消費の両方を低減する。したがって、以前は非実用的であったアプローチ（すなわち、高いデータ容量および長距離Ｏバンド通信）は、開示された並列Ｏバンド増幅器システム２００を使用することによって商業的に実行可能になる。

【0049】

本開示の当業者によって理解されるように、フローチャートにおける任意のプロセスの説明またはブロックは、関与する機能に応じて、実質的に同時または逆の順序を含む、図示または説明された順序とは異なる順序で実行可能である。

【0050】

例示的な実施形態を示し、説明してきたが、当業者には、説明したような本開示に対して多くの変更、修正、または改変を行うことができることが明らかであろう。

【0051】

例えば、個別のまたは共有の媒体ポンプ信号コンバイナが使用されてもよい。また、ポンプおよび信号は、融合された構成要素を使用して組み合わせられてもよい（個々のまたは統合された解決策の場合（すなわち、いくつかの構成要素がともにパッケージ化される））。さらに、融合ＷＤＭの中心波長は、利得等化を提供するように選択され得る。いくつかの実施形態では、ポンプ信号結合のために受動フィルタを使用することができる。例えば、共有媒体（例えば、薄膜フィルタ）を使用して、同時に複数のポンプ信号対を組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、ポンプ信号コンバイナは、例えば、統合アイソレータ、タップ等の他の構成要素を含んでもよい。カウンターポンピング方式の場合、ポンプおよび信号は、光サーキュレータを通して組み合わせることができる。ポンプ信号コンバイナはまた、リボン化構成要素であってもよいことを理解されたい。利得ファイバが漂白効果（入力信号電力のＰＣＥ依存性）を示す実施形態では、送信端および受信端の両方が増幅され得る。

【0052】

したがって、全てのそのような変更、修正、および改変は、本開示の範囲内であると見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】