JP4402884B2 - 活性ドープ型ユニタリ増幅器を使用した光増幅器 - Google Patents
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Description
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光学的に活性になるようにドープされた光透過性ユニタリチップによって構成されたユニタリ光増幅器を有する活性光増幅器が開示される。このチップは、十分なエネルギのポンプ源によって励起されると、到来する信号フォトンを増幅する。このユニタリ光増幅器は、入力フォトンおよびポンプレーザエネルギを受けて、対応する入力フォトンと同じ空間的定位、位相および偏光を有する出力フォトンを与える。このユニタリ光増幅器は、ケイ酸塩ガラスやリン酸塩ガラスのようなガラスあるいは光学的に活性になるようにドープされうる他の材料によって構成することができる。種々の材料が、ドーパントとして作用するそれらの電子構造に基づいて選択される。一つの実施形態では、ドーパントとしてエルビウム[Er]が使用される。その代わりに、ネオジム[Nd]が使用できる。また、ユニタリ光増幅器に対し、その増幅器からの熱を伝達するために、光透過性伝熱媒体が熱的に結合されることもある。一つの実施形態では、光透過性伝熱媒体は、ユニタリ光増幅器の表面に熱的に結合された薄いダイアモンド板である。ヒートシンクや電熱システムを使用して、光透過性伝熱媒体からの熱を伝達することもある。
図1は、本発明と一致した光信号用増幅器を示している。この増幅器は、入力フォトン102を受信するユニタリ光透過性増幅器108を有する。光源101から受信される入力フォトン102は、特別な空間方位または位置、波長、偏光、および位相を有する。複数の入力フォトンは、例えば複数の隔離された独立の光通信信号か、1以上の対象物から反射された複数のフォトンであって、1つの画像を形成する。
Claims (45)
- 複数の入力フォトンを増幅するための光増幅器であって、前記複数の入力フォトンのそれぞれは空間的定位と位相を含む対応する特性を有し、前記光増幅器は、
前記複数の入力フォトンに光学的に結合されて、前記入力フォトンの画像を与えるように動作する画像化光学系と、
ポンプ信号を与えるためのポンプ源と、および
光学的に活性となるように希土類元素イオンで均質にドープされた部分を少なくとも一つ有したユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップとを備え、
前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、前記ポンプ源によって与えられる前記ポンプ信号に光学的に結合され、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分はさらに、前記画像化光学系に光学的に結合され、そこから前記複数の入力フォトンの画像を受信するものであり、
画像化入力フォトンのそれぞれは、前記均質にドープされた部分内で、対応する1以上の発生されたフォトンを発生し、前記1以上の発生されたフォトンは、対応する入力フォトンと同じ空間的定位と位相を含む実質的に同じ特性を有し、
前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、前記複数の発生されたフォトンを出力として与えるように構成および配置され、
前記複数の発生されたフォトンは、前記複数の入力フォトンより数が多いことを特徴とする前記光増幅器。 - 前記入力フォトンのそれぞれは偏光を有し、前記発生されたフォトンのそれぞれは、対応する入力フォトンとほぼ同じ偏光を有する請求項1に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップは、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、GeO2ガラスおよびB3O2ガラスからなる群から選択されたガラスにより構成されている請求項1に記載の光増幅器。
- 複数の入力フォトンを増幅するための光増幅器であって、前記複数の入力フォトンのそれぞれは空間的定位と位相を含む対応する特性を有し、前記光増幅器は、
前記複数の入力フォトンに光学的に結合されて、前記入力フォトンの画像を与えるように動作する画像化光学系と、
ポンプ信号を与えるためのポンプ源と、および
光学的に活性となるように希土類元素イオンで均質にドープされた部分を少なくとも一つ有した半導体チップとを備え、
前記半導体チップは、前記ポンプ源によって与えられる前記ポンプ信号に光学的に結合され、前記半導体チップはさらに、前記画像化光学系に光学的に結合され、そこから前記複数の入力フォトンの画像を受信するものであり、
画像化入力フォトンのそれぞれは、前記均質にドープされた部分内で、対応する1以上の発生されたフォトンを発生し、前記1以上の発生されたフォトンは、対応する入力フォトンと同じ空間的定位と位相を含む実質的に同じ特性を有し、
前記半導体チップの前記均質にドープされた部分は、前記複数の発生されたフォトンを出力として与えるように構成および配置され、
前記複数の発生されたフォトンは、前記複数の入力フォトンより数が多いことを特徴とする前記光増幅器。 - 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、活性なエルビウムイオンでドープされている請求項1に記載の光増幅器。
- 前記活性なエルビウムイオンは、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップを2重量%のEr2O3でドープすることによって与えられる請求項5に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、活性なネオジムイオンでドープされている請求項1に記載の光増幅器。
- 前記複数の入力フォトンは、1.4〜1.7μmの波長を有する請求項1に記載の光増幅器。
- 前記複数の入力フォトンは、1.55μmの波長を有する請求項8に記載の光増幅器。
- 前記ポンプ源によって与えられる増幅光信号は、0.980μmの波長を有する請求項1に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの長軸に沿って、前記ポンプ信号を前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップに光学的に結合するように構成および配置されたビーム分割ミラーを更に備え、このビーム分割ミラーは更に前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分に前記複数の画像化入力フォトンを光学的に結合するように構成および配置されている請求項1に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの少なくとも1つの表面に熱的に結合された光透過性伝熱媒体を更に備える請求項1に記載の光増幅器。
- 前記光透過性伝熱媒体は、ダイアモンドである請求項12に記載の光増幅器。
- 前記光透過性伝熱媒体に熱的に結合されて、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップからの熱を伝達する伝熱システムを更に備える請求項12に記載の光増幅器。
- 前記伝熱システムは、前記光透過性伝熱媒体に熱的に結合されたヒートシンクを有する請求項14に記載の光増幅器。
- 前記伝熱システムは、前記光透過性伝熱媒体に熱的に結合された電熱式伝熱システムを有する請求項14に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップは、利得曲線の小信号領域において動作するものである請求項1に記載の光増幅器。
- 前記光増幅器の雑音指数は、2.5未満である請求項1に記載の光増幅器。
- 前記光増幅器の利得は、15dBより大きい請求項18に記載の光増幅器。
- 複数の入力フォトンを画像化するための光画像化システムであって、前記入力フォトンのそれぞれは対応する空間的定位と位相を含む特性を有し、前記装置は、
前記複数の入力フォトンを受信し、そして画像化出力フォトンを供する非平行化型光学入力と、前記非平行化型光学入力に光学的に結合された増幅器入力を有する光増幅器とを備え、
前記光増幅器は、ポンプ信号を与えるためのポンプ源と、光学的に活性となるように希土類元素イオンで均質にドープされた部分を少なくとも一つ有するユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップとを備え、
前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、前記ポンプ源に結合され、更に前記非平行化型光学入力に結合され、そしてそれから画像化入力を受信し、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、前記画像化入力フォトンのそれぞれが、対応する画像化入力フォトンと実質的に同じ空間的定位と位相を含む実質的に同じ特性を有する、一つ以上の生成フォトンを生成し、そして前記複数の発生されたフォトンを出力として供するように構成及び配列され、
そして前記装置は更に、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの増幅された出力に光学的に結合された複数の光検出器を有した焦点面アレイを備え、この焦点面アレイは、前記光増幅器の増幅された出力の空間的定位を表す複数の電子的信号の出力を与えるように構成および配置されていることを特徴とする光画像化システム。 - 前記入力フォトンのそれぞれは偏光を有し、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップによって与えられる前記発生されたフォトンのそれぞれは対応する入力フォトンと同じ偏光を有する請求項20に記載の光画像化システム。
- さらに画像化光学系を具備する請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記増幅器出力と前記焦点面アレイとの間に挿入された出力光システムを更に備え、前記出力光システムは前記ユニタリ光透過性ガラスチップの前記増幅された出力を前記焦点面検出器に光学的に結合する請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記増幅器出力と前記焦点面アレイとの間に挿入された前記出力光システムは、画像化光学系を有する請求項23に記載の光画像化システム。
- 前記光学増幅器の利得における変化をオフセットするための訂正値を更に備える請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記ユニタリ光透過性ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、活性なエルビウムイオンでドープされている請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記活性なエルビウムイオンは、前記ユニタリ光透過性ガラスチップを2重量%のEr2O3でドープすることによって与えられる請求項26に記載の光画像化システム。
- 前記複数の入力フォトンは、1.55μmの波長を有する請求項27に記載の光画像化システム。
- 前記ポンプ源によって与えられる増幅光信号は、0.980μmの波長を有する請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの長軸に沿って、前記ポンプ信号を前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップに光学的に結合するように構成および配置された二色ミラーを更に備え、この二色ミラーは更に、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分に、前記画像化入力フォトンを光学的に結合するように構成および配置されている請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの少なくとも1つの表面に熱的に結合された光透過性伝熱媒体を更に備える請求項20に記載の光画像化システム。
- 前記光透過性伝熱媒体は、ダイアモンドである請求項31に記載の光画像化システム。
- 前記光透過性伝熱媒体に熱的に結合されて、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップからの熱を伝達する伝熱システムを更に備える請求項31に記載の光画像化システム。
- 複数の増幅器入力フォトンを増幅するための光増幅器であって、それぞれのフォトンは空間的定位と位相を含む対応する特性を有し、そして前記光増幅器は、
前記複数の増幅器入力フォトンを受信し、そして前記複数の画像化入力フォトンを供するように動作する入力画像化光学系と、
複数のポンプ信号を与えるための少なくとも1つのポンプ源と、
複数のユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップとを備え、
それぞれのチップは光学的に活性な均質に希土類元素イオンでドープされた部分を有し、そしてそれぞれは前記複数のポンプ信号の1つに結合されており、
前記複数のユニタリ光透過性ガラスチップは積層構造体を有し、そこでは隣接するユニタリ光透過性チップの光学的に活性な均質にドープされた部分は互いに光学的に結合され、前記積層構造体の入力は、前記入力画像化光学系に光学的に結合されて、そこから複数の画像化入力フォトンを受信するものであり、
ここで、各ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップは、入力フォトンを受信し、そして光学的に活性なドープ部分内で、対応する入力フォトンと実質的な同じ空間的定位と位相を含む実質的に同じ特性を有する、一つ以上の対応する生成フォトンを生成し、そして一つ以上の対応する生成フォトンを出力し、
かくして、積層構造体は、各対応する増幅器入力フォトンと実質的に同じで、数ではより多い、空間的定位と位相を含む実質的に同じ特性を有する複数の出力フォトンを供することを特徴とする前記光増幅器。 - 一対の隣接するユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの並置された面の間に介在した少なくとも1つの光透過性伝熱媒体を更に備え、この光透過性伝熱媒体は、少なくとも一つのユニタリ光透過性ガラスチップから熱エネルギを伝達するように構成および配置されものである請求項34に記載の光増幅器。
- 前記光透過性伝熱媒体は、隣接するユニタリ光透過性ガラスチップの並置された面のそれぞれに熱的に結合されたダイアモンド板である請求項35に記載の光増幅器。
- 前記光透過性伝熱媒体に熱的に結合されて、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップからの熱を伝達する伝熱システムを更に備える請求項35に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記ドープされた部分は、活性なエルビウムイオンでドープされている請求項34に記載の光増幅器。
- 前記活性なエルビウムイオンは、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップを2重量%のEr2O3でドープすることによって与えられる請求項38に記載の光増幅器。
- 前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップの前記均質にドープされた部分は、活性なネオジムイオンでドープされている請求項34に記載の光増幅器。
- 前記複数の入力フォトンは、1.4〜1.7μmの波長を有する請求項34に記載の光増幅器。
- 前記複数の入力フォトンは、1.55μmの波長を有する請求項41に記載の光増幅器。
- 前記ポンプ源によって与えられる増幅光信号は、0.980μmの波長を有する請求項34に記載の光増幅器。
- 前記入力フォトンは偏光を有し、前記ユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップによって与えられる前記一つ以上の発生されたフォトンは、対応する入力フォトンと実質的に同じ偏光を有する請求項34に記載の光増幅器。
- 前記複数のユニタリ光透過性固体幾何学的ガラスチップは、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、GeO2ガラスおよびB3O2ガラスからなる群から選択されたガラスにより構成されている請求項34に記載の光増幅器。
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