JP2019193277A - ローカルに電力供給される光通信ネットワーク - Google Patents
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Abstract
Description
海底光通信ケーブルは、地上配備局同士を接続する、海底に敷設された光ケーブルである。光通信ケーブルは海を越えて信号を搬送して、異なる大陸間での海を越えたケーブル通信を可能にする。大洋横断海底光ケーブルは各々、複数(最大8個)の対のファイバーを含み、各対は各方向に1つのファイバーを有している。海底光通信ケーブルは複数の区分に分割され、各区分は海底中継器によって他の区分に接続されている。信号が海を越えて搬送されるにつれて、信号は、それらの電力の一部を失う場合がある。各海底中継器は複数のエルビウム添加ファイバー増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier:EDFA)を含み、各ファイバーの各方向における信号につき1つの増幅器となっている。各EDFAは、信号がファイバーの前の区分でのその伝搬中に経験する損失を補償するのに十分な利得を有する。中継器間のケーブル(すなわちファイバー)区分の典型的な長さは約60kmである。長さが10,000kmの典型的な太平洋横断ケーブルは、約150〜180台の中継器を有する。したがって、中継器は、別の地上配備局から信号を受信する地上配備局が信号を理解することを保証する。言い換えれば、中継器は、信号伝搬中の損失を補償するために信号の電力を高める。光信号がより明瞭かつより正確になるにつれて、より複雑な信号がある地上配備局から別の地上配備局に送信され得るため、増加した電力はより高い容量に変換される。
本開示は、従来の大洋横断光ファイバーケーブルの制限に、制限された電力および帯域幅という欠点なく対処する。現在の制限を克服するための1つのメカニズムは、海を越えて延在する通信トランクに沿った電源の使用である。
するために調節可能であってもよい。フィルタリングは、波長を追加すること、ドロップすること、および/または再使用することを含んでいてもよい。
ザは、電源またはその近くに、もしくは、光合成器またはその近くに位置していてもよい。電源は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含んでいてもよい。
詳細な説明
図2を参照して、光通信システム100は、通信トランク102に結合された第1および第2のトランク端末110、120(局とも呼ばれる)を含む。結合は、1つのシステム要素によって搬送される信号を「結合された」要素に付与する任意の接続、リンクなどであってもよい。結合された要素同士は、必ずしも互いに直接接続されなくてもよく、信
号を操作または修正し得る中間構成要素または装置によって分離されてもよい。通信トランク102は、光信号105を関連付けられた光チャネル/波長λ上で搬送する複数の光ケーブルセグメント102、102a〜n(たとえば光海底ケーブル)を含んでいてもよい。
(すなわち、物質の光学特性を変更するために(超低濃度で)物質に挿入される微量不純物元素であるドーパントを含有する光ファイバー)を、光信号を増幅するための利得媒質として使用する光増幅器である。増幅されるべき信号とポンプレーザとが添加ファイバーに多重化され、信号は、添加イオンとの相互作用を通して増幅される。EDFAは、シリカファイバーのコアに3価エルビウムイオンが添加された、DFAの最も一般的な例であり、980nmまたは1,480nmの波長のレーザで効率的にポンプされ、1,550nmの領域で依然として利得を呈し得る。ラマン増幅器では、非線形体制での光媒体においてより低い周波数の信号光子がより高い周波数のポンプ光子の非弾性散乱を誘発する場合、信号は、誘導ラマン散乱(stimulated Raman scattering:SRS)現象に基づくラ
マン増幅によって強くされる。これは、ポンプ周波数と信号周波数との間の余分なエネルギーが媒体の振動状態に渡されて別の信号光子が生成されることをもたらし、光増幅を可能にする。したがって、(EDFAとは異なり)ラマン増幅は、光ファイバー内で信号とポンプレーザとの間に非線形の相互作用を生成する。ラマン増幅の主な利点は、各ファイバーセグメント102内で分散された増幅を提供するその能力であり、それは、次の増幅器150の前のファイバーセグメント102の長さを増加させる。システム帯域幅は、システム100内の光増幅器の使用可能な帯域幅と一致してもよい。各中継器150は、(図1に示すような海岸電源112の代わりに)ローカル電源160を通してローカルに電力供給され、それは、図1に関して示され説明された物理的制限を排除する。各中継器150に電力供給するローカル電源160を追加することにより、光通信システム100は、各ケーブルトランクが含むファイバー対の数を増加させる。たとえば、各ケーブルトランクは以前、5〜6個のファイバー対を含んでいたが、ローカル電源160を追加することにより、それは10倍〜100倍に増加され得る。いくつかの例では、中継器150は、1台の中継器150が故障した場合にシステム100が故障しないように、冗長性のために並べられる。加えて、故障した中継器150に隣接する中継器150に電力供給する電源160は、作業中の隣接する中継器150に供給される電力を増加させることによって、故障した中継器150を補償してもよい。別の例では、1つ以上の中継器150は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を処理し、次に電気信号を光信号に再変換し、変換された光信号を出力(送信)することにより、光信号を再生成するために使用される光通信中継器(光−電気−光(optical-electrical-optical:OEO)としても公知)として構成されてもよい。光通信中継器は、光ファイバーの減衰および光信号の歪みによる損失を克服することによって光通信リンクの範囲を広げるために使用される。
、アド/ドロップ経路(たとえば、局Aから局Cまで、および/または局Bから局Cまで)との間の容量宛先変更の機能を可能にする。これはたとえば、各OADM140で波長λAの帯域を同時にアド/ドロップするによって行なわれ得る。「アド/ドロップ」、「
アド/ドロップする」、および「アド/ドロップされた」という用語は、1つ以上の波長λを追加(アド)するか、1つ以上の波長λをドロップするか、または、波長λを追加して他をドロップする動作を指す。それらの用語は、追加動作およびドロップ動作双方を要求するよう意図されてはおらず、追加動作およびドロップ動作を除外するよう意図されてもいない。それらの用語は、動作を追加またはドロップすること、もしくは、動作を追加およびドロップすること双方を指すための便利な方法として使用されるに過ぎない。
加し、すなわち当該チャネルλについての情報を挿入し、結果として生じるWDM信号105(追加された情報を含む)を第2のトランク端末120上に通すように構成されてもよい。いくつかの例では、第1のトランク端末110から生じるWDM信号105は分岐ユニット140で完全に終端され、その場合、分岐端末130からの追加情報は、第2のトランク端末120上に通されるであろう。他の分岐ユニット140は同様に、あるチャネルλを通過させ、追加し、および/またはドロップしてもよい。
〜n(たとえば光海底ケーブル)を含んでいてもよい。
固定され、利得媒質の振動周波数に対応する。このため、ポンプレーザ波長をそれに応じて選択することにより、任意のレーザ出力波長を生成することが可能である(従来のレーザでは、可能なレーザ出力波長は、利得材料の輝線によって定められる)。
ごとに通信トランク102cに注入される。ラマンポンプ波長λRは、ガラスにおける分
子振動のエネルギーによって伝送波長λoからシフトされる。この場合、光学層、すなわ
ちスプリッタ152と、電気層、すなわち電源160およびラマンレーザ170rとの完全な分離が達成される。ケーブル102上に追加要素が搭載されていないため、受動光学層でもあるスプリッタ152は寿命が長い。このため、図6に示される構成は、スプリッタ152が受動波長スプリッタを含むため、ケーブル102の寿命を25年以上延ばす。さらに、いくつかの例では、ラマン増幅器152は、異なる周波数を各々有するいくつかのラマンレーザ170rによってポンプされると、増幅器帯域幅を、4THzのC帯域と比べて2〜3倍拡張する。
中軌道(Medium Earth Orbit:MEO)または地球高軌道(High Earth Orbit:HEO)(対地同期軌道(Geosynchronous Earth Orbit:GEO)を含む)における衛星200bを指してもよい。HACD200は、ソース地上局300から通信20を受信し、通信信号を宛先地上局300に再度ルーティングするアンテナ207を含む。HACD200はまた、受信された通信20を処理し、通信20が宛先地上局300に到達するための経路を定めるデータ処理装置210を含む。システム100は、通信気球200a、衛星200b、または双方の組合せを含んでいてもよい。
1台以上の中継器150およびリンクする光ケーブル102が、分岐端末130をその対応する分岐ユニット140に結合してもよい。システム100はしたがって、端末110、120、130間で光信号105の双方向または一方向通信を提供するように構成されてもよい。
れることもある)は、対地同期軌道の特殊なケースである。
離にわたってルーティングすることが、望ましいことがある。たとえば、2つの衛星200bが衛星間リンクを介して通信してもよく、2つの通信気球200aが気球間リンクを介して通信してもよい。そのような装置(衛星200bまたは気球200a)間リンクIDLは、ソースおよび宛先地上局300から遠いエリアに通信サービスを提供するのに有用であり、また、待ち時間を減少させてセキュリティを向上させ得る(光ファイバーケーブルが遮断され、ケーブルを通るデータが検索され得る)。このタイプの装置間通信は、すべての信号トラフィックが地上配備のゲートウェイ300から衛星200bに進み、次に地上のユーザに直接戻ってくる、またはその逆も同様である、「曲り管」(bent-pipe
)モデルとは異なる。「曲り管」モデルは装置間通信を含まず、代わりに、衛星200bは中継器として作用する。「曲り管」モデルのいくつかの例では、衛星200bによって受信された信号は増幅されてから再送信されるが、信号処理は起こらない。「曲り管」モデルの他の例では、異なる光線へのルーティング、エラー訂正、またはサービス品質制御のうちの1つ以上を可能にするために、信号の一部またはすべてが処理され復号されてもよいが、装置間通信は起こらない。
ACD200の数をゲートウェイホップまで減少させ、それは待ち時間を減少させ、ネットワーク能力全体を増加させる。装置間リンクは、ある特定の領域をカバーする1つのHACD200からの通信トラフィックが、同じ領域をカバーする別のHACD200にシームレスに渡されることを可能にする。この場合、第1のHACD200は第1のエリアを去っていき、第2のHACD200はそのエリアに入っていく。
に、ブロック1006で、中間ユニット151で、通信トランク102cから受信された受信光信号105、105cを増幅するステップと、ブロック1008で、増幅された光信号105、105aを中間ユニット151から第2のトランク端末120に送信するステップとを含む。
グするステップと、分岐ユニット140で、第2の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λAの第2の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長の第2の帯域は、第
1の帯域λEと第2の帯域λAとの間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長λEの第1の帯域と重複する。重複帯域は可変サイズを有する。波長の第1の帯域λEは、第1の通信セグメント用の波長の重複帯域の第1の部分を含み、波長λAの第2の帯域は、
第2の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含んでいてもよい。波長の重複帯域は、波長の第1の帯域のスペクトルエッジと波長の第2の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含んでいてもよい。
105cと合成するステップを含む。レーザ170は、電源160またはその近くに、もしくは、光合成器またはその近くに位置していてもよい。電源160は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含んでいてもよい。
タリングするステップと、分岐ユニット140で、第2の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λAの第2の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長λAの第2の帯域は、第1の帯域λEと第2の帯域λAとの間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長λEの第1の帯域と重複し、重複帯域は可変サイズを有する。波長λEの第1の帯域は、第1の通信セグメント用の波長の重複帯域の第1の部分を含み、波長の第2の帯域は、第2の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含む。波長の重複帯域は、波長の第1の帯域のスペクトルエッジと波長の第2の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む。光合成器は、ラマン増幅器または高出力エルビウム添加ファイバー増幅器を含んでいてもよい。
フトウェア、および/またはそれらの組合せにおいて実現され得る。これらのさまざまな実現化例は、少なくとも1つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能および/または解釈可能な1つ以上のコンピュータプログラムにおける実現を含み得る。当該プログラマブルプロセッサは、専用または汎用であってもよく、記憶システム、少なくとも1つの入力装置、および少なくとも1つの出力装置との間でデータおよび命令を送受信するために結合されている。
受信するマシン読取可能媒体を含む。「マシン読取可能信号」という用語は、マシン命令および/またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を指す。
ることによる柔軟なアド/ドロップの概念は、スペクトル共有以外の次元にも拡張可能である。時分割多重化、マルチコアファイバーまたは多くのモードファイバーを使用する空間分割多重化、偏波分割多重化など、固有の直交性を有する任意の他の次元が、重複帯域BOを使用する柔軟なアド/ドロップのために使用可能である。したがって、他の実現化
例は特許請求の範囲内にある。
Claims (30)
- 光学システム(100)であって、
光信号(105、105c)を放出する第1のトランク端末(110)と、
前記光信号(105、105c)を受信する第2のトランク端末(120)と、
水域の底に沿って配置され、前記第1のトランク端末(110)を前記第2のトランク端末(120)に結合する通信トランク(102、102c)とを含み、前記通信トランク(102、102c)は、前記光信号(105、105c)を前記第1のトランク端末(110)から前記第2のトランク端末(120)に送信し、前記光学システムはさらに、
前記第1および第2のトランク端末(110、120)間の前記通信トランク(102、102c)に接続された中間ユニット(151)を含み、前記中間ユニット(151)は、前記第1のトランク端末(110)から放出された前記光信号(105)を受信し、受信された前記光信号(105、105c)を増幅し、増幅された前記光信号(105、105a)を前記第2のトランク端末(120)に送信し、前記光学システムはさらに、
前記中間ユニット(151)に接続され、前記中間ユニット(151)に電力供給する電源(160)を含み、前記電源(160)は、前記水域の表面またはその近くに位置する、光学システム(100)。 - 前記中間ユニット(151)は、
前記電源(160)によって電力供給され、光出力(105、105p、105r)を放出するレーザ(170、170r)と、
前記レーザ(170、170r)ならびに前記第1および第2のトランク端末(110、120)と通信する光合成器(150、150p、152)とを含み、前記光合成器(150)は、
前記第1のトランク端末(110)からの前記光信号(105、105c)と、前記レーザ(170、170r)からの前記光出力(105、105p、105r)とを受信し、
前記第1のトランク端末(110)からの前記光信号(105、105c)と前記レーザ(170、170r)からの前記光出力(105、105p、105r)とを合成することによって前記光信号(105、105c)を増幅し、
増幅された前記信号(105、105a)を前記第2のトランク端末(120)に出力する、請求項1に記載の光学システム(100)。 - 前記光合成器(150、152)は、エルビウム添加ファイバー増幅器、海底ファイバーにおけるラマン増幅を可能にするための光合成器/スプリッタ、または光アドドロップマルチプレクサを含む、請求項2に記載の光学システム(100)。
- 前記光合成器(150、152)と前記レーザ(170、170r)とを接続し、前記光出力(105、105p、105r)を前記レーザ(170、170r)から前記光合成器(150、152)に送信する光ファイバー(102、102p)をさらに含む、請求項2に記載の光学システム(100)。
- 前記光合成器(150、152)は、ラマン増幅器またはエルビウム添加ファイバー増幅器を含む、請求項2に記載の光学システム(100)。
- 前記電源(160)は、前記レーザ(170、170r)に電力供給する、請求項2に記載の光学システム(100)。
- 前記電源(160)と前記中間ユニット(151)とを結合し、前記中間ユニット(1
51)に電力供給する電力ケーブル(104)をさらに含む、請求項1に記載の光学システム(100)。 - 前記中間ユニット(151)は、
受信された前記光信号(105、105c)を電気信号に変換し、
前記電気信号を処理し、
処理された前記電気信号を増幅された光信号(105、105a)に変換するように構成された光通信中継器(150、150a)を含む、請求項1に記載の光学システム(100)。 - 前記電源(160)は、風力源、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含む、請求項1に記載の光学システム(100)。
- 前記通信トランク(102、102c)に沿って配置され、分岐端末(130)を前記通信トランク(102、102c)に結合する分岐ユニット(140)をさらに含み、前記分岐ユニット(140)は光アドドロップマルチプレクサを含み、前記光アドドロップマルチプレクサは、
第1の通信セグメント用の通信スペクトルの波長(λE)の第1の帯域をフィルタリ
ングする第1のフィルタ(142)と、
第2の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長(λA)の第2の帯域をフィル
タリングする第2のフィルタ(142)とを含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前
記第1の帯域と前記第2の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長(λE)の前記第1の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し、
波長(λE)の前記第1の帯域は、前記第1の通信セグメント用の波長の前記重複帯域
の第1の部分を含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第2の通信セグメント用の
波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、請求項1に記載の光学システム(100)。 - 波長(λE)の前記第1の帯域は、前記第1の通信セグメント用の波長の重複帯域全体
を含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第2の通信セグメントから波長の前記重
複帯域を除外する、請求項10に記載の光学システム(100)。 - 波長の前記重複帯域は、波長の前記第1の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第2の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項10に記載の光学システム(100)。
- 前記第1のフィルタおよび/または前記第2のフィルタ(142)は、前記通信スペクトルの波長の一定サイズの重複帯域を提供する、請求項10に記載の光学システム(100)。
- 前記第1のフィルタおよび/または前記第2のフィルタ(142)は、前記通信スペクトルの波長の可変サイズの重複帯域を提供するために調節可能である、請求項10に記載の光学システム(100)。
- フィルタリングは、波長を追加すること、ドロップすること、および/または再使用することを含む、請求項10に記載の光学システム(100)。
- 方法(1000)であって、
光信号(105、105c)を第1のトランク端末(110)から、水域の底に沿って配置された通信トランク(102、102c)に放出するステップを含み、前記通信トランク(102、102c)は、前記第1のトランク端末(110)を第2のトランク端末
(120)に結合し、前記光信号(105、105c)を前記第1のトランク端末(110)から前記第2のトランク端末(120)に送信し、前記方法はさらに、
前記第1のトランク端末(110)と前記第2のトランク端末(120)との間の中間ユニット(151)で前記光信号(105、105c)を受信するステップを含み、前記中間ユニット(151)は、前記第1および第2のトランク端末(110、120)間の前記通信トランク(102、102c)に接続され、前記中間ユニット(151)は、前記水域の表面またはその近くに位置する電源(160)によって電力供給され、前記方法はさらに、
前記中間ユニット(151)で、受信された前記光信号(105、105c)を増幅するステップと、
増幅された前記光信号(105、105a)を前記中間ユニット(151)から前記第2のトランク端末(120)に送信するステップとを含む、方法(1000)。 - 受信された前記光信号(105、105c)を増幅するステップは、前記中間ユニット(151)のレーザ(170、170r)からの光出力(105、105p、105r)を、受信された前記光信号(105、105c)と合成するステップを含む、請求項16に記載の方法(1000)。
- 前記中間ユニット(151)で、
受信された前記光信号(105、105c)を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号を処理するステップと、
処理された前記電気信号を増幅された前記光信号(105、105a)に変換するステップとをさらに含む、請求項16に記載の方法(1000)。 - 前記中間ユニット(151)は、
前記電源(160)によって電力供給され、光出力(105、105p、105r)を放出するレーザ(170、170r)と、
前記レーザ(170、170r)ならびに前記第1および第2のトランク端末(110、120)と通信する光合成器(150、152)とを含み、前記光合成器(150、152)は、
前記第1のトランク端末(110)からの前記光信号(105、105c)と、前記レーザ(170、170r)からの前記光出力(105、105p、105r)とを受信し、
前記第1のトランク端末(110)からの前記光信号(105、105c)と前記レーザ(170、170r)からの前記光出力(105、105p、105r)とを合成することによって前記光信号(105、105c)を増幅し、
増幅された前記信号(105、105a)を前記第2のトランク端末(120)に出力する、請求項16に記載の方法(1000)。 - 前記電源(160)は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源のうちの1つを含む、請求項16に記載の方法(1000)。
- 前記中間ユニット(151)と通信する分岐ユニット(140)で、第1の通信セグメント用の通信スペクトルの波長(λE)の第1の帯域をフィルタリングするステップと、
前記分岐ユニット(140)で、第2の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長(λA)の第2の帯域をフィルタリングするステップとをさらに含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第1の帯域と前記第2の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長(λE)の前記第1の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し
、
波長(λE)の前記第1の帯域は、前記第1の通信セグメント用の波長の前記重複帯域
の第1の部分を含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第2の通信セグメント用の
波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、請求項16に記載の方法(1000)。 - 波長の前記重複帯域は、波長の前記第1の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第2の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項21に記載の方法(1000)。
- 方法(1100)であって、
水域の底に沿って配置された通信トランク(102、102c)に接続された中間ユニット(151)で光信号(105、105c)を受信するステップを含み、前記中間ユニット(151)は、第1のトランク端末(110)を第2のトランク端末(120)に結合し、前記方法はさらに、
前記中間ユニット(151)で、前記通信トランク(102、102c)に光を注入することによって、受信された前記光信号(105)を増幅するステップを含み、前記中間ユニット(151)は、
前記通信トランク(102、102c)に接続された光合成器(150、152)と、
前記光合成器(150、152)と光通信し、光出力を前記光合成器(150、152)に送信するレーザ(170、170r)とを含み、前記方法はさらに、
前記中間ユニット(151)と通信し、前記水域の表面またはその近くに位置する電源(160)を使用して、前記レーザ(170、170r)に電力供給するステップを含む、方法(1100)。 - 受信された前記光信号(105、105c)を増幅するステップは、前記中間ユニット(151)の前記レーザ(170、170r)からの光出力(105、105p、105r)を、受信された前記光信号(105、105c)と合成するステップを含む、請求項23に記載の方法(1100)。
- 前記中間ユニット(151)で、
受信された前記光信号(105、105c)を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号を処理するステップと、
処理された前記電気信号を増幅された前記光信号(105、105a)に変換するステップとをさらに含む、請求項23に記載の方法(1100)。 - 前記レーザ(170、170r)は、前記電源(160)またはその近くに、もしくは、前記光合成器(150、152)またはその近くに位置する、請求項23に記載の方法(1100)。
- 前記電源(160)は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含む、請求項23に記載の方法(1100)。
- 前記中間ユニット(151)と通信する分岐ユニット(140)で、第1の通信セグメント用の通信スペクトルの波長(λE)の第1の帯域をフィルタリングするステップと、
前記分岐ユニット(140)で、第2の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長(λA)の第2の帯域をフィルタリングするステップとをさらに含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第1の帯域と前記第2の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長(λE)の前記第1の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し
、
波長(λE)の前記第1の帯域は、前記第1の通信セグメント用の波長の前記重複帯域
の第1の部分を含み、波長(λA)の前記第2の帯域は、前記第2の通信セグメント用の
波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、請求項23に記載の方法(1100)。 - 波長の前記重複帯域は、波長の前記第1の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第2の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項28に記載の方法(1100)。
- 前記光合成器(150、152)は、ラマン増幅器またはエルビウム添加ファイバー増幅器を含む、請求項23に記載の方法(1100)。
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