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

[関連出願との相互参照]
なし
[連邦補助研究または開発に関する表明]
なし
ドープされた媒体を使用し、そしてポンプ源によって励起される光増幅器は、良く知られている。このポンプ源は、ドーパント原子の少なくとも一部を励起して、電子の反転分布を形成する。この電子の反転分布は、励起された電子の1もしくはそれ以上に、到来する信号フォトンが衝突したときに、誘導放出を与える。このようなポンプ式光増幅器は、典型的には、光学的に活性なドーパントでドープされた1以上の光ファイバによって構成されている。1よりも多いファイバが例えば画像化の応用に使用される場合、これらの光ファイバは典型的には、光ファイバの入出力部で堅固に結束される。これは、光ファイバを位置ずれしないようにすることで、到来するフォトンの空間的定位を保つためである。ドープ型光ファイバは、高増幅度の光符号を低雑音指数で出力することが可能であるが、ドープ型光ファイバ増幅器に関連した問題もある。
例えば、複数のドープ型光ファイバ増幅器は、互いに結束されたときに、光ファイバを所望の方位に維持するように構成することが困難になる。加えて、小型パッケージ内では、光ファイバ間の良好な光学的分離を維持することが重要である。更には、ドープ型光ファイバ増幅器は、それが接続されている光ファイバとの結合を必要とする。この結合は、コネクタの使用に固有の損失に起因した信号損失、並びにコネクタ自身と光ファイバケーブルとの間の整合誤差に起因した信号損失を起こす。
従って、整合およびコネクタ損失を伴う光ファイバの結束を形成する固有の複雑さなしに、高利得且つ低雑音指数の光信号を増幅する光増幅器を提供することは有利である。
[発明の簡単な開示]
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。
レーザ方向および距離測定(LADAR)システムは、この活性光増幅器に加えて、入力フォトンをユニタリ光増幅器の表面上に集束させる第1の画像化光学系と、ユニタリ光増幅器からの出力フォトンを焦点面画像センサアレイ上に集束させる第2の画像化光学系とを備えることによって構成される。焦点面画像センサアレイからの電子信号は、通常のディスプレイに表示される。校正システムを使用して、各ピクセルに対するオフセット訂正値を与え、ユニタリ光増幅器の利得変化を補償することもある。その代わりに、ダイヤモンドのような光透過性伝熱媒体を活性光増幅器に結合して、そこからの熱を伝達することもある。
活性光増幅器は、積層構造に構成された複数のユニタリ光増幅器チップを含むことがある。これら増幅器チップのそれぞれは、前段の増幅器チップからフォトンを受け、そして次段の増幅器チップに出力フォトンを与える。ダイヤモンド板のような少なくとも1つの光透過性伝熱媒体は、隣接する増幅器チップの並設された面に熱的に結合されて、そこからの熱を伝達することもある。
この発明は、図面に関連してなされる以下の発明の詳細な説明を参照することによって、より十分に理解される。
[発明の詳細な説明]
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。
ユニタリ光透過性増幅器108はまた、ポンプ波長を有したポンプエネルギ信号105の形態のポンプエネルギを、レーザポンプ源104から受信する。図示の実施形態では、二色性ミラー106を使用して、ポンプエネルギをユニタリ光透過性増幅器108へ反射する。このとき、入力フォトン102は、ミラー106を通して増幅器108へ入力される。ユニタリ光透過性増幅器108は、出力として、入力フォトンよりも多数のフォトン112を与える。これらのフォトンは、対応する入力フォトン102と同じ空間的定位、波長、偏光、および位相を有する。
ユニタリ光透過性増幅器108は、典型的には入力フォトン102の波長である所定の波長で実質的に光透過性となる1以上の要素から構成されている。これらの要素は、単一のユニタリ光透過性チップに形成されている。光学的に活性なドーパントでドープされ、しかも光学的にポンプされうるケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、プラスチック、光ゲル、液体または他の材料は、ユニタリ光増幅器を構成することに使用できる。加えて、ネオジム[Nd]のような材料でドープされた半導体材料および結晶性材料は、ユニタリ光増幅器の材料として使用される。典型的な結晶性材料を使用することの利点は、結晶性材料が典型的には狭い利得帯域幅積を有する点である。かくして、他の材料に対して等価レベルの増幅を達成するために、ドープされた結晶性材料は、典型的には低いポンプエネルギを必要とする。加えて、狭い利得帯域幅積はまた、入力信号の帯域幅と光増幅器の帯域幅との間に良好な整合を与える。この良好な整合は、雑音を低減し、またいくつかの応用では、狭帯域光フィルタに対する必要性を不要にする。
光学的なポンプシステムでは、到来するフォトンの波長とポンプ波長は、実際上遠く離されるべきである。これは、2つの信号間に起こるクロストークを最小にし、また出力の増幅フォトン信号に加わる雑音を小さくすることを確実にするためである。加えて、ユニタリ光増幅器を構成することに使用される材料は、ポンプ波長で損失的であってはならない。ただし、ポンプ波長での損失は、より強力なレーザポンプ源105を使用して克服される。一実施形態では、到来するフォトンの波長は、一般には波長1.4〜1.7ミクロンの範囲にある。好ましい実施形態では、第1の波長は、波長1.55ミクロンである。ポンプ波長は、一般には0.800〜1.7ミクロンの範囲にある。好ましい実施形態では、ポンプ波長は、0.980ミクロンである。
入力フォトンの好ましい波長およびポンプ波長におけるその光学的特性故に、ユニタリ光増幅器は、光学的に活性なドーパントでドープされたケイ酸塩ガラスで構成されている。ケイ酸塩ガラスが1500nmレンジに減衰最小値を有していると有利であり、また800〜980nmの波長帯の減衰度が低いと同様に有利である。光学的に活性なドーパントでドープされうる他の形態のガラスもまた使用できる。例えば、ドープされたリン酸塩ガラスPもまた、ユニタリ光増幅器を構成することに使用できる。その代わりに、GeOガラスやBガラスも使用できる。
ユニタリ光増幅器は、ポンプ波長によって励起されたときに反転分布を与える光学的に活性なドーパントでドープされている。通常使用される2つのドーパントは、エルビウム[Er]とネオジム[Nd]である。図4は、ガラスホスト中の三価の希土類材料に対して報告された4f→4fレーザ発振遷移を示している。図4に示されるように、増幅レベル、雑音、帯域幅、および特別な応用によって必要とされる他の物理的特徴に依存して、他の希土類材料もドーパントとして使用できる。加えて、希土類材料は、ドナー・アクセプター構成の対として関連付けられる。例えば、イッテルビウム[Yb]とエルビウム[Er]は、示されるように、一緒に使用される。いくつかの環境では、ドナーイオンとアクセプターイオン間で、エネルギ転移が達成される。他の希土類材料も、特別な応用に対する所望の特徴を達成するために、ユニタリ光増幅器内のドーパントとして使用できる。
典型的に、ユニタリ光増幅器は、前置増幅器として使用され、そして増幅器利得曲線の小信号部分で動作させられる。小信号部分での動作は、動作中の媒体を劣化させることなく、しかも入力信号に対して非線形歪みおよび雑音を生じることなく、ユニタリ光増幅器が動作することを可能にする。増幅器利得曲線の小信号部分での動作は、第1の入力信号を回避するために重要である。この第1の入力信号は、増幅器媒体を劣化させ、そして第2の入力信号が期待値より少なく増幅される、即ち非線形に増幅される結果を招く。このことにより、第2の入力信号の増幅度が第1の入力信号の変化するレベルによって変化するときに、第1および第2の入力信号の間にクロストークが生じる。
一般に、ユニタリ光増幅器は、ユニタリ光増幅器全体を通じて実質的に同質な空間ドープ濃度を有する。この同質性は、入力信号の空間的な不一致および非線形な増幅を回避する。このドープレベルの空間的同質性は、到来信号が増幅器を通してとる経路とは関係なく、その到来信号に対して均一な増幅度を、ユニタリ光増幅器が与えることを確実にすることを助ける。
製造工程パラメータの小さな変化によって引き起こされるドープ濃度の小さな変化は、到来光信号に非均一な増幅を生じさせる。ユニタリ光増幅器は、使用に先立って校正される。この場合、レーザ源を使用して滑らかな校正目標を照明し、そしてユニタリ光増幅器からの出力信号を電子的に測定する必要がある。結果の出力に生じる小さな変化は、利得変化を示すものであるが、これは適切なピクセルに対する一連の訂正値として、画像化システムに与えられる。
しかしながら、ユニタリ光増幅器による一定した増幅器の小信号利得が望まれない応用もある。この場合、ユニタリ光増幅器は、変化するレベルでドープまたはポンプされうる。これは、所望の空間可変増幅度を与えるために、または小信号域から外れた大きな増幅レベルを与えることによって非線形に動作するためである。
Erをケイ酸塩またはリン酸塩のガラス母材や他の材料に添加して、ユニタリ光増幅器をErイオンでドープすることができる。Erのドープ濃度は、設計されるシステムの特異な要件に従って変化される。好ましい実施形態におけるErのドープ濃度は、ユニタリ光増幅器108の2重量%である。このドープ濃度のレベルは、ドープされる材料の総合的な光学的完全性を維持するために特異化される。このドープ濃度は、ドープされる材料が、その材料のガラス相を維持し、その材料のセラミック相に遷移しないようにするものである。従来から知られているように、高過ぎるドープ濃度は、自己焼き入れを生じさせ、そしてドープされる材料がセラミック相に遷移した場合は、ユニタリ光増幅器を構成することに使用される材料の微小割れが起こる。
活性Erイオンをドーパントとして使用することには、いくつかの利点がある。例えば、活性Erイオンは、800nmまたは980nmおよび1480nmの波長を有するフォトンによって励起されることを可能にする量子レベルを有することが知られている。良好な光ポンピング源は、これらの波長で容易に利用可能である。光ポンピングの種々の形態は、ユニタリ光増幅器を励起することに使用できる。例えば、フラッシュランプや、好適なパワーレベルを有した他の高エネルギ光源は、ユニタリ光増幅器をポンプすることに使用できる。その代わりに、ユニタリ光増幅器をポンピングすることに好適な出力周波数およびパワーを有するレーザが同様に使用できる。ユニタリ光増幅器を構成することに半導体材料が使用される場合、種々のドーパントが必要な利得を与えるために選択される。そして、ポンプエネルギは、ユニタリ光増幅器の構造およびドーパント材料に、光学的または電気的に依存している。
エルビウムは、種々のポンプエネルギを受容する電子を与えるばかりでなく、1540nmレンジで刺激されて放射する量子レベルを有した電子を与える。かくして、ドーパントとしてエルビウムを使用することにより、ポンプエネルギと信号エネルギが十分に離されるので、2つの信号によって生成されるクロストークおよび雑音は最小になる。エルビウムイオン使用の他の利点は、1540nm波長帯が「眼に安全」な出力信号を与える点である。この波長帯の光は、人間の眼によって簡単には吸収されないので、他の波長よりもダメージが少ないということが知られている。これらの利点を与える電子エネルギ構造を有した上述したような他の材料および材料の組み合わせは、当業者に知られたものであって、同様に使用できる。エルビウムや同様の光学的に活性な特性を有する他の材料を、十分なパワーのポンプレーザと共に使用して、15dB以上の光学的利得と2.5以下の対応する雑音指数とを有するユニタリ光増幅器を構成することができる。
ユニタリ光増幅器108は、特別なシステムで必要とされる形状か、あるいは製造に便利となる如何なる形状でも良い。例えば、ユニタリ増幅器は、立方体、平行六面体、その他の幾何学的形状とされる。好ましい実施形態におけるユニタリ光増幅器108は、直径が0.1〜0.75cmで、長さが2.5cm〜10cmの中実の筒または棒である。好ましい実施形態では、筒の直径は0.5cmで、長さは5cmである。
ある動作モード中に、特に高平均のポンプパワーを使用してユニタリ光増幅器を励起するとき、このユニタリ光増幅器は、そのユニタリ光増幅器から取り除かれなくてはならない熱を発生する。この熱は、ユニタリ光チップにダメージを与え、ユニタリ光増幅器の動作に悪影響を与える。図2は、ユニタリ光増幅器108用の伝熱システムの一実施形態を示している。このシステムでは、光透過性の伝熱媒体202が、ユニタリ光増幅器108の1以上の外面に熱的に接触するように配置されている。この光透過性伝熱媒体202は、伝熱システム204と熱的に結合されている。好ましい実施形態では、光透過性伝熱媒体202は、ユニタリ光増幅器108と熱的に結合して、そのエッジを越えて延伸した薄いダイヤモンド板である。ユニタリ光増幅器の1より多い外面が、伝熱用に使用できる。図2に示された実施形態では、薄いダイヤモンド素材の複数の板が、ユニタリ光増幅器からの熱を伝達することに使用されている。
伝熱システム204は、通常のヒートシンクや熱電ペルチェ素子を含むこともある。ユニタリ光増幅器の応用や、ユニタリ光増幅器108から伝達されなければならない熱の率によっては、他の伝熱システムも同様に使用できる。以下で詳細に説明するように、レーザ検出および測距(LADAR)システムには、目標の連続波(CW)照明か、その目標のパルス波照明のいずれかがある。高い平均パワーのユニタリ光増幅器からの熱の伝達および除去に、異なる冷却法が使用される。
図5に示されるように、光増幅器500は、積層構造に構成された複数のユニタリ光透過性増幅器チップ504から構成される。複数のユニタリ光透過性増幅器チップ504は、入力光信号502を受信するための入力チップ506と、出力光信号510を与える出力チップ508とを含む。それぞれの個別増幅器チップ504は、十分なエネルギのポンプ信号518に結合されて、電子反転分布を与える。複数のポンプ信号518は、例えばレーザ、フラッシュランプ、電子流である1以上のポンプ源によって与えられる。
入力チップ506と出力チップ508との間に介在したユニタリ光透過性増幅器チップ504のそれぞれは、中間フォトンストリーム505を介して、隣接する増幅器チップに光学的に結合されている。例えば、第2増幅器チップ512は、入力増幅器チップ506から第1の中間増幅された光信号を受信して、第2の中間増幅された光信号を第3増幅器チップ514に与える。かくして一般的に、積層構造において、第N増幅器チップは、第(N−1)増幅器チップから第(N−1)の中間増幅された光信号を受信して、第Nの中間増幅された光信号を第(N+1)増幅器チップに与える。少なくとも1つのポンプ信号を各光増幅器チップ504用のポンプに与えるために、少なくとも1つのレーザポンプ源が使用される。複数の増幅器チップ504のそれぞれは、軸方向にポンプされる。
積層構造の増幅器チップ504から熱を除去するために、少なくとも1つの光透過性伝熱媒体516が、例えば隣接する対の増幅器チップ512および514の並置された面520および522間に介在される。光透過性伝熱媒体516は、隣接する増幅器504の1以上の対の間に設けられる。光透過性伝熱媒体516の実際の配置は、特別なシステム要求に依存する。光透過性伝熱媒体516は、並置された面518および520に熱的に結合された薄いダイヤモンド板を備える。各ユニタリ光増幅器からの熱は、1以上のダイヤモンド板を介して伝達される。それから、これらのダイヤモンド板は、それらのエッジが、外部の伝熱法、例えば電熱冷却器やヒートシンクによって冷却される。
光増幅器は、光学機器として構成されることがある。例えば、光増幅器は、レンズとして構成される。この場合、レンズの中心は適切にドープされ、ポンプされる。その代わりに、光増幅器は、プリズム、アラインメントプリズム、あるいはダブプリズムとして構成される。特別なシステムの光学的要求によっては、他の光学的構成もまた使用できる。かくして、到来する光信号を増幅するだけでなく、システムのサイズ、重量、および複雑さを低減するために、到来する光フォトンの他の光学的操作が同時に達成される。
上述したユニタリ光増幅器は、図3に示された焦点面レーザ方向および距離測定(LADAR)システム300に含まれることがある。このLADARシステム300は、第1の波長、第1の空間的定位、および第1の位相を有した複数の入力信号フォトン302を含む。これらのフォトンは、典型的にはレーザ源(図示せず)によって照明された視界内にある1以上の対象から反射されたものである。入力フォトンの空間的定位は、視界内にある対象の形状、間隔、そして場合によっては、深さを示す。入力フォトンは、入力画像化光学系システム304および二色ミラー306によって、ユニタリ光増幅器310に光学的に結合される。レーザポンプ源は、ユニタリ光増幅器310をポンプすることに使用されるレーザポンプ信号307を与えて、上述したように、電子の反転分布を形成する。ユニタリ光増幅器310は、複数の出力信号フォトン311を与える。これらの出力信号フォトンは、対応する入力信号フォトン302よりも数が多く、そして空間的定位、波長および位相が等しい。出力信号フォトン311は、CCDや他の光電信号変換器のような焦点面画像検出器312に光学的に結合されている。変換された電気信号は、電子的前置増幅器/信号処理器によって処理および増幅され、さらに通常の電子ディスプレイ上に表示される。
典型的には、LADARシステムの2つの広いカテゴリーがある。1つのカテゴリーは、1つの目標に対し2次元情報を与えるが、他の処理が照明信号に与えられなければ、距離データは与えない連続波(CW)システムである。典型的には、CW−LADARシステムは、以下で説明されるパルスLADARシステムよりも低いピークパワーと高い平均パワーを有する。CW−LADARシステムで使用されるユニタリ光増幅器は、連続的に増幅するものなので、ユニタリ光増幅器からの熱を伝達する問題は、重要な考慮すべき事項になる。上述したように、種々の伝熱法が使用され、そしてCW−LADARシステムでは、電熱ペルチェ冷却器のような光透過性伝熱媒体から十分な率で伝熱する方法が使用される。
パルスLADARシステムでは、目標の照明は、パルスレーザを使用して達成される。このシステムは、目標の距離情報を与えることも可能である。このようにして、個別のフォトン計数および高解像度の目標画像化が可能なPIN検出器アレイに関連したユニタリ光増幅器を使用して、パルスLADARシステムは構成される。
パルスLADARシステムでは、受信器の平均パワーは、上述したCW−LADARシステムより遙かに低いが、ピークパワーは遙かに高い。そのようなものとして、使用されるパワーレベルによって、光透過性伝熱媒体と周囲環境に対し熱的に結合されたヒートシンクを使用する表面冷却システムは、十分な率でユニタリ光増幅器からの熱を伝達するに十分である。
ユニタリ光増幅器は、上述したCW−LADARシステムまたはパルスLADARシステムのいずれで使用されるにしても、増幅器利得の小信号部分で動作されるべきである。このようにして、ユニタリ光増幅器を含んだ媒体は劣化されることがなく、また出力信号の歪みは最小に保たれる。
当業者は、上述したユニタリ光増幅器並びにこのユニタリ光増幅器を組み入れたLADARシステムを構成するための方法、装置およびシステムに対する変形および修正が、ここに開示された発明の概念を逸脱することなしになされるものであることを認めるべきである。従って、この発明は、添付した請求の範囲の範囲精神によってのみ制限されるものとみなされるべきである。
ここに開示された活性光増幅器の一実施形態のブロック図である。 図1に示された活性光増幅器と共に使用するに好適な伝熱システムの模式的ブロック図である。 図1に示された活性光増幅器を含むLADARシステムのブロック図である。 ガラスホスト中の三価の希土類材料に対する種々のレーザ発振遷移を示すグラフである。 活性光増幅器の他の実施形態の模式的ブロック図である。

Claims (45)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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、GeOガラスおよびB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に記載の光増幅器。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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Erでドープすることによって与えられる請求項に記載の光増幅器。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 前記複数の入力フォトンは、1.55μmの波長を有する請求項に記載の光増幅器。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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。
  27. 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Er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。
  28. 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。
  29. 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。
  30. 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。
  31. 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。
  32. 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。
  33. 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。
  34. 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。
  35. 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。
  36. 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。
  37. 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。
  38. 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。
  39. 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Er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。
  40. 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。
  41. 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。
  42. 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。
  43. 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。
  44. 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。
  45. 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、GeOガラスおよびB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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JPH04151126A (ja) 光信号受信器

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