JP4555290B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅器のための光回路に関し、より特定的には、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）に関する。

エルビウム添加ファイバ増幅器は、公知のものである。典型的なＥＤＦＡは、信号ビーム（例えば、波長１５５０ｎｍのもの）とポンプ・ビーム（例えば、波長９８０ｎｍのもの）とが合成され、エルビウム添加光ファイバに結合されるように配置された多数の光学部品を含む。ポンプ・ビームは、信号ビームの増幅がエルビウム添加ファイバ内で引き起こされるように選択される。
ＥＤＦＡ回路は、以前は、所定の位置に剛に保持された光学部品を用いて実施され、光は自由空間において光学部品間に結合されていた。しかしながら、このような部品に必要な位置合わせを維持することは、特に装置が機械的衝撃を受ける場合には困難であることが分る。さらに、数本の光ファイバを用いて、必要とされる光学部品を互いに光学的に結合することが公知であり、当該技術分野においてはより一般的である。こうした実施により、大きな堅牢性を有するＥＤＦＡデバイスが与えられるが、各々の部品が個々にパッケージされ、その上、ファイバ・インタフェースを含むので、このような装置をコンパクトにすることは困難である。さらに、種々の光ファイバ・インタフェースに関連した光損失が、デバイス性能を激減させることがある。

本発明の目的は、従来技術のＥＤＦＡ光回路装置の不利点の少なくとも幾つかを軽減することである。
本発明の第１の態様によれば、光増幅器の入力ステージのための光回路は、増幅されるべき信号ビームを搬送する第１の光導波路と、ポンプ・ビームを搬送する第２の光導波路と、該第１及び第２の光導波路に光学的に結合されて、合成された信号／ポンプ・ビームを生成するビーム合成手段と、該合成された信号／ポンプ・ビームを増幅光導波路に光学的に結合するための手段とを含み、該第１及び第２の光導波路が基板においてチャネルとして形成された中空コア光導波路であることを特徴とする。
このようにして、信号ビームとポンプ・ビームを合成し、合成された信号／ポンプ・ビームを、エルビウム添加光ファイバのような増幅光導波路に結合することができる光回路が与えられる。基板においてチャネルとして形成された中空コア導波路内に光を導くことで、従来技術の自由空間又は光ファイバ結合システムより、コンパクトで堅牢な装置が与えられる。さらに、ファイバ端部の反射数が、従来技術のファイバ結合システムと比較して低減し、これにより回路に関連した光損失が減少する。

中空コアの光導波路構造が生成された場合には、該中空コアは空気で満たされる傾向があることに注目すべきである。しかしながら、このことは、決して本発明の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。中空コアは、任意の流体（例えば、液体又は窒素等の不活性ガス）を含有することもできるし、或いは真空とすることもできる。「中空コア」という用語は、単に、如何なる固体物質も存在しないコアを意味する。さらに、「光」及び「光学の」という用語は、ここでは、深紫外線から遠赤外線までの波長を有するあらゆる電磁放射線のことを指すように用いられる。
ビーム合成手段は、基板からモノリシック的に形成されるという利便性がある。或いは、ビーム合成手段は、基板に形成された位置合わせスロット内に保持される個別部品である。

光回路はさらに、ポンプ・ビームを第２の中空コア光導波路に結合するように配置されたレーザ源を含むという利点がある。レーザは、基板に形成された位置合わせスロット内に保持される個別部品とすることができる。或いは、基板が適切な材料から形成された場合には、レーザ源は、該基板からモノリシック的に形成できる。
第１の光ファイバ取り付け手段は、入力光ファイバを受け取るように与えられており、該第１の光ファイバ取り付け手段は、取り付けられた入力光ファイバにより搬送される如何なる信号ビームも第１の中空コア光導波路に結合されるように配置されるという利便性がある。光ファイバ取り付け手段は、基板に形成され、中実コアの光ファイバを所定の位置に保持するように配置された位置合わせスロット、すなわちＶ字溝を含んで、これにより光入力／出力を光回路に行うことを可能にすることができる。さらに、バッファ層及びクラッドの両方を保持するために、段付き光ファイバの位置合わせスロットを設けることができる。光ファイバを所定の位置に固定するために、ばねクリップ又はマイクロ・グリッパをさらに設けることもできる。

さらに、例えば、光ファイバのクラッドを位置合わせスロット内にクランプすることによって達成される、中空コアの光ファイバのコアと光回路の中空コア導波路との位置合わせは、空気コアと空気コアとの接続ではどのような望ましくない反射もないことになるので有利となる。
光ファイバのコアと光回路の中空コア導波路との間に効率的な結合を与えるためには、該中空コア導波路の断面は、光ファイバのコアの断面に適したものであるべきである。中実コア・ファイバの場合には、クラッドの中への漏洩は、該ファイバにより搬送されるモード幅が実際にはコアの直径より大きいことを意味し、例えば、典型的には、単一モードのガラス・ファイバの１０μｍの中実コアは、約１４μｍの直径の合計フィールド幅を有する。ファイバのモード幅が中空コア導波路のものと異なる場合は、レンズ付きファイバを用いて、必要に応じて、光が該中空コア導波路のものとは異なるサイズのコアを有するファイバに／から結合されることを可能にするように光学的フィールドを拡大及び縮小することができる。光回路の中空コア導波路がデバイスを通って伝播する際に、光学的フィールドを拡大／縮小するために、それをテーパすることもできる。或いは、個別レンズ（例えば、ボール又はＧＲＩＮロッド等）を基板に配置し、必要に応じて、ファイバ端部から光学的フィールドを縮小／拡大するのに用いることもできる。レンズは、反射防止コーティングを保持することができる。中実コア・ファイバのファイバ端部は、光損失を減少させるために反射防止コーティングされてもよい。

少なくとも１つの光アイソレータが、第１の中空コア光導波路により定められる光路内に配置されるという利便性がある。光アイソレータを備えることにより、光回路内の反射が入力光ファイバに再び結合されないことが保証される。
少なくとも１つの可変光減衰器が、第１の中空コア光導波路により定められる光路内に配置されるという利点がある。ＶＯＡを用いて、増幅光導波路に結合される光出力を減衰させることができる。これは、デバイスの出力パワーを制御するために用いることができる。さらに、ＶＯＡを保護シャッタとして用いて、デバイスの起動中に信号ビームが増幅導波路に到達することを阻止することもできる。

増幅光導波路は、基板において又はその上に細長い導波路として形成された増幅材料を含むことができる。例えば、エルビウム添加導波路材料のトラックを、基板に形成された好適なトレンチ内に配置してもよいし、基板の一部を好適な材料で添加してもよいし、或いは導波路を、基板の上部に適切な材料を選択的に配置することによって定めてもよい。このようにして、コンパクトなデバイスを製造することができる。細長い導波路トラックを任意の要求される形状で形成することができ、例えば、螺旋又は蛇行トラックを形成することができる。
或いは、増幅光導波路は、増幅光ファイバを含むことができる。増幅光ファイバは、公知の種類の任意の増幅光ファイバ（例えば、エルビウム添加光ファイバ等）とすることができる。

ビーム合成手段により生成される合成された信号／ポンプ・ビームを増幅光ファイバに結合するための手段は、基板においてチャネルとして形成された第３の中空コア光導波路を含み、該第３の中空コア光導波路は、該合成された信号／ポンプ・ビームを該合成手段から受信するように配置されている。換言すれば、合成された信号／ポンプ・ビームは、ビーム合成手段から中空コア光導波路に結合される。或いは、合成された信号／ポンプ・ビームは、直接、増幅光ファイバに結合されることができる。さらに、第３の中空コア光導波路を用いて、信号／ポンプ・ビームを細長い増幅導波路に結合することもできる。
第２の光ファイバ取り付け手段は、増幅光ファイバを受け取るように与えられて、該第２の光ファイバ取り付け手段は、第３の中空コア光導波路からの合成された信号／ポンプ・ビームを取り付けられた増幅光ファイバに結合するように配置されるという利便性がある。

少なくとも１つの光学タップが、光を第１の光導波路から取り出すように与えられることが有利である。光学タップは、ＧＢ２００３／０００３３１及びＧＢ２００３／０００３７０において記載される種類の中空コアの多モード干渉（ＭＭＩ）デバイスとすることができるという利点がある。次に、第１の光導波路から取り出された光を分析することができる。例えば、第１の光導波路から取り出された光を第１のフォトダイオードに向けて、これにより入力光出力を監視することを可能にする。ＶＯＡが与えられた場合には、計測された光出力に応答して信号ビームを減衰させて、要求される光出力レベルのビームを与えることができる。或いは、ポンプ・ビームのパワーを変えて（例えば、ポンプ・レーザに供給される電力を変えることによって）、増幅ファイバ内の信号ビームの増幅を制御することができる。
本発明の第２の態様によれば、光増幅器の出力ステージのための光回路は、光を増幅光導波路から受信するように配置された第１の出力光導波路と、出力光ファイバを受け取るように配置された光ファイバ取り付け手段とを含み、該増幅光導波路からの光は、該第１の出力光導波路を介して該出力光ファイバに光学的に結合され、該第１の出力光導波路は基板においてチャネルとして形成された中空コア光導波路であることを特徴する。

このようにして、増幅光導波路からの増幅された出力ビームを、基板に形成された中空コア光導波路の部分を介して出力光ファイバに結合する、光増幅器の出力ステージのための光回路が形成される。この回路により、光をファイバ間で結合する便利な方法が与えられ、典型的には、ファイバ間の直接的な光結合に関連する種々の位置合わせ及び取り付け問題が克服される。
入力ステージと同じように、増幅光導波路は、基板において又はその上に細長い導波路として形成された増幅材料とすることもできるし、或いは増幅光ファイバを含むこともできる。

ポンプ・ビームを搬送する第２の中空コアの出力光導波路が、基板においてチャネルとして形成され、該第２の中空コアの出力光導波路からのポンプ・ビームを第１の中空コアの出力光導波路を介して増幅光導波路に光学的に結合するための手段が与えられるという利便性がある。さらに、レーザ源を配置して、ポンプ・ビームを第２の中空コアの出力光導波路に結合することができる。このように、増幅ファイバの逆方向ポンピングを実施して、これにより最大可能増幅を増加させることができる。
少なくとも１つの光アイソレータが、第１の中空コアの出力光導波路により定められる光路内に与えられるという利便性がある。

少なくとも１つの光学タップを、第１の中空コアの出力光導波路により定められる光路内に与えるという利点がある。タップ・オフされた光出力を第２のフォトダイオードに向けて、これにより増幅器の光出力を監視することが可能になる。
少なくとも１つの光学フィルタが、第１の中空コアの出力光導波路により定められる光路内に与えられるという利便性がある。光学フィルタを備えることにより、ポンプ放射線が出力光ファイバに結合されないことが保証される。

上述の種々の光学部品（レーザ、フィルタ、光アイソレータ等）のいずれかを、基板に形成された位置合わせスロット内に配置することができる。位置合わせスロットは、部品を受け取るのに適切な形状にされており、従って、必要に応じて、種々の中空コア光導波路より深い／浅い、及び／又は、幅広い／狭いものとすることができる。ばねクリップ又はマイクロ・グリッパを用いて、部品を所定の位置に固定することができる。
さらに、位置合わせスロットは、これが受け取る光学部品を位置合わせするのに十分な精度で製造することができる。従って、光学部品をこのような位置合わせスロット内に配置することは、該光学部品を、本質的に位置合わせすることになり、部品の位置合わせ又は調整ステップを必要としない。換言すれば、本発明は、所望の位置合わせが達成されるまで、部品位置を（例えば、手動で）調整する能動的な位置合わせステップを必要とせずに、光学部品の受動的な位置合わせを与えることができる。電子回路などの製造に用いられる種類の通常のピック・アンド・プレイス技術を用いて、光学部品を関連する位置合わせスロット内に配置することができる。或いは、ピック・アンド・プレイス技術が、必要な位置合わせを与えることができる。例えば、部品は、配置された場合に正確に位置合わせされ、次いで、位置合わせされた状態を維持するように固定される（例えば、接着される）ことができる。

位置合わせスロット及び（特に）光学部品は、特定のサイズ公差で製造される。光学部品と関連する中空コア光導波路との間の結合効率は、中空コア導波路に対する光学部品の位置合わせの角度エラーが増加するのに伴って、減少することになる。しかしながら、中空コア導波路の断面寸法を縮小すると、縮小されたコア寸法及び増加した（より緊密な）横方向の位置合わせ公差のために、光導波路における僅かに増加した損失にもかかわらず、許容可能な角度公差が増加することになる。従って、特定の光学部品を用いて達成される位置合わせ公差の知識（例えば、光学部品の製造公差の知識から）により、高い結合効率を保証するように中空コア導波路の寸法を選択することを可能にする。
本発明の第３の態様によれば、光増幅器のための光回路は、本発明の第１の態様による増幅器の入力ステージのための光回路と、本発明の第２の態様による増幅器の出力ステージのための光回路とを含む。このようにして、光増幅器のための完全な光回路が与えられる。光回路の入力ステージ及び出力ステージは、単一の基板上に形成され、これによりコンパクトで堅牢な光学装置を与えることができるという利点がある。

上述の光回路は、半導体材料からなる基板に形成できるという利点がある。シリコンのような半導体基板をエッチングして、微細加工技術を用いて高精度の中空コア導波路を与えることができるという利便性がある。基板は、例えば、ＳｉＧｅ、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）、ガラス上シリコン、又はシリコン上ＧａＡｓといった多層ウェーハを含むことができるという利点がある。当業者であれば、微細加工技術が、典型的には、パターンを定めるリソグラフィ・ステップと、これに続いて、該パターンを基板材料上又はこれにおける１つ又はそれ以上の層に転写するエッチング・ステップとを含むことを認識するであろう。リソグラフィ・ステップは、フォトリソグラフィ、Ｘ線、又はｅビーム・リソグラフィを含むことができる。エッチング・ステップは、イオン・ビーム・ミリング、化学エッチング、又はドライ・プラズマ・エッチングを用いて実行することができる。光回路が、深反応性イオン・エッチング（ディープ・ドライ・エッチング又はディープ・シリコン・エッチングとも呼ばれる）により形成されるという利点がある。この種類の微細加工技術は、さらに、スパッタリング、ＣＶＤ、及び電気めっきのような種々の層堆積技術と適合性がある。
半導体材料からなる基板を用いることができるという利点があるが、デバイスは、さらに、様々の代替的な基板上に形成することもできる。例えば、石英、シリカ、又はガラス基板を用いることができる。本発明に用いられる基板は、容易に半導体加工技術をそれに適用させることができるという利便性がある。半導体加工技術は、本来、半導体基板と共に用いるために開発されているが、さらに、基板の半導体特性が必要とされない特定の非半導体基板に適用することもできることに注目すべきである。

デバイスの中空コア光導波路は、ほぼ矩形（ここでは、正方形を含むものである）断面を有するという利点がある。正方形又はほぼ正方形の断面の中空コア導波路は、損失が実質的に偏光に依存しない導波路を与え、光の偏光状態が不明であるか又は変化する場合に好ましい。導波路をその幅より大きい深さを有するような寸法にすると、偏光に依存する損失が増加するが、導波路を通って伝搬する光の偏光状態が分っている場合には利点になる。矩形断面の導波路は利便性があるが、多くの代替的な導波路形状を採用することができる。例えば、円形、楕円形、又はＶ字形状の導波路を形成することができる。
中空コア光導波路は、基本モードで伝搬する放射線を優先的に導くような寸法にされるという利点がある（すなわち、高次モードは、導波路により減衰される）。或いは、中空コア光導波路は、多モードの伝搬に対応するように配置することができるが、光回路は、その基本モードのみを励起させる方法により光を導波路に結合するように配置することができる。

中空コア光導波路の内面は、反射コーティングを保持するという利便性がある。反射コーティングを与える材料は、金、銀、又は銅といった金属層とすることができる。金属は、金属の物理特性により決定される波長帯にわたる、好適には低い屈折率を示すものであり、Ｅ．Ｄ．Ｐａｌｉｋによる「ｔｈｅ ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ」、アカデミック・プレス社、ロンドン、１９９８年等の標準的な教科書では、種々の材料の波長に依存する屈折率についての正確なデータを与える。具体的には、金は、約５００ｎｍから２．２μｍまでの範囲内の波長において空気の屈折率より小さい屈折率を有し、これは、１４００ｎｍから１６００ｎｍまでの重要な電気通信バンド内の波長を含むものである。銅は、５６０ｎｍから２２００ｎｍまでの波長範囲にわたり１より小さい屈折率を示し、銀は、３２０ｎｍから２４８０ｎｍまでの波長範囲にわたり同様の屈折率特性を有する。このようにして、中空コア導波路の反射特性は、ポンプ及び信号の両方のビームの波長光を効率的に導くように容易に調整できることが分る。

金属層を、当業者に知られる様々な技術を用いて堆積することができる。これらの技術には、スパッタリング、蒸発、化学蒸着（ＣＶＤ）、及び（電気又は無電解）めっきが含まれる。ＣＶＤ及びめっき技術により、大幅な方向依存性の厚さ変動なしで、金属層を堆積させることが可能になる。回転試料及び／又は源を用いたスパッタリングもまた、さらに均一なカバー範囲を与えることになる。めっき技術は、バッチ（すなわち、多基板並行）処理を行うことを可能にするので、特に有利である。具体的には、正角性にとっては、無電解めっきが好ましい。
当業者であれば、金属層を堆積させる前に、接着層及び／又は拡散バリア層を堆積させることができることを認識するであろう。例えば、金を堆積させる前に、クロム又はチタン層を接着層として与えることができる。金を堆積させる前に、白金等のような拡散バリア層を接着層上に堆積させることもできる。或いは、複合接着及び拡散層（窒化チタン、チタン・タングステン合金、又は絶縁層等）を用いることができる。

さらに、反射コーティングを、金属、誘電体、又は半導体のいずれか１つ又はそれ以上の層のスタックにより形成することができ、例えば、誘電体スタック又は金属誘電体スタックを形成することができる。如何なる多層スタックについての反射特性も、ある程度は、それらが堆積させられる材料の特性に依存することになる。従って、基板材料もまた、ベース層を形成することができ、こうした多層スタックの一部とすることができる。
誘電体スタックの場合には、当業者であれば、誘電体層の光学的厚さがコーティングの反射特性を決定することになる干渉効果を与えることを認識するであろう。誘電体材料は、ＣＶＤ、又はスパッタリングすなわち反応性スパッタリングにより堆積できる。或いは、誘電体層は、堆積された金属層との化学反応により形成することができる。例えば、銀の層を化学反応させて、ハロゲン化銀の薄い表層を生成することができる。

反射コーティングが与えられた場合には、基板を形成するのに用いることができる材料数は、大幅に増加する。例えば、プラスチックの導波路デバイスは、ホット・エンボス又は射出成形を含む技術により製造することができる。この技術は、マスタを形成することに関係する。マスタは、ディープ・ドライ・エッチングを用いて、シリコンのような半導体材料に形成することができる。或いは、マスタは、ＬＩＧＡ又はＵＶ ＬＩＧＡ技術を用いた層の電着により形成することができる。マスタが形成されると、中空コア導波路は、型打ち（すなわち、プレッシング）、又は熱間型打ちによりプラスチック基板に形成することができる。さらに、中空コア導波路をプラスチック基板に形成するのに用いることができるサブマスタを形成するのに適したマスタを製造することもできる。このようにして中空のプラスチック導波路を形成し、反射コーティングで被覆することができる。反射コーティングを保持するプラスチックの中空コア導波路は、プラスチック又はポリマーから形成することもできる。例えば、中空コア導波路は、リソグラフィ処理を用いて「スピン・オン」ポリマー・コーティング（例えば、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ．Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から入手可能なＳＵ８）上に形成することができる。

基板は、ベース部分と、リッド部分とを含むという利便性がある。換言すれば、２つの材料片を組み合わせて、デバイスの中空コア導波路の基板を形成することができる。ベース部分は、リッド部分とは異なる材料から形成することができる。これにより、例えば、中空コア導波路及び特定の光学部品をベース部分（例えば、シリコンから作られる）に形成し、特定の電子及び／又は電気光学部品（例えば、フォトダイオード／レーザ等）をＧａＡｓのリッド部分内に形成することが可能になる。或いは、すべての光学部品及びチャネルをベース部分に形成し、ほぼ平坦な材料片がリッド部分を形成することができ、すなわち、この装置は、組み立て中にどのようなリッド／ベース位置合わせステップも必要としない。こうした装置が、必要な中空コア導波路を製造するのに利便性ある手段を与え、ＰＣＴ特許出願ＧＢ２００３／０００３３１号においてさらに詳細に記載されている。

本発明の第４の態様によれば、光増幅器は、本発明の第１、第２、又は第３の態様のいずれかによる光回路を含む。増幅器は、さらに、エルビウム添加光ファイバを含むという利点がある。典型的には、エルビウム添加光ファイバを用いて、１５２５ｎｍから１６１０ｎｍまでの波長範囲内の放射線を増幅することができる。例えば、あらゆる希土類添加シリカ・ファイバといった、代替的な増幅光ファイバを用いることができる。このようなファイバに関するさらなる情報は、Ｓａｌｅｈ及びＴｅｉｃｈ著、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ社、１９９１年、ＩＳＢＮ０４７１８３９６５−５の４７９ページ上で見つけることができる。

ここで、本発明を単なる一例に過ぎないものとして、図面を参照して説明する。
図１を参照すると、従来技術のＥＤＦＡ２が示される。ＥＤＦＡは、入力光ファイバ４を介して１５５０ｎｍの波長を有する入力信号ビームを受信するように配置される。第１のタップ・カプラ６は、入力光ファイバ４から受信された信号ビームの一部を第１のフォトダイオード８に向けるように配置される。入力信号ビームの残りは、光アイソレータ１０を介して波長分割マルチプレクサ１２に向けられ、ここで、ポンプ・レーザ源１４により生成される９８０ｎｍの波長を有するポンプ・ビームと合成される。次に、合成されたポンプ／信号ビームは、１本のエルビウム添加光ファイバ１６に結合される。

エルビウム添加光ファイバ内での増幅後、増幅された信号ビームは、第２の光アイソレータ１８を通されて、第２のタップ・カプラ２０に向けられる。第２のタップ・カプラは、増幅された信号ビームの一部を第２のフォトダイオード２２に向け、その増幅されたビームの残りは、出力光ファイバ２４を介してデバイスから出ていく。
上述の従来技術のＥＤＦＡの様々な部品間の光学リンクのすべてが、光ファイバの別個の長さにより与えられる。光学的効率を最大にするために、ファイバ端部は、すべて反射防止コーティングされ、ファイバ位置合わせ手段が、個別の光学部品ごとに与えられる。このような実施は機械的にはかなり堅牢であるが、個々の光学部品の各々をパッケージして、ファイバの相互接続部を形成する費用は高価であり、この装置のサイズは、容易に減少できるものではない。

図２を参照すると、本発明によるＥＤＦＡ回路４０が示される。回路は、入力ステージ４２と、出力ステージ４４とを含む。
１５５２ｎｍの波長を有する信号ビームが、入力光ファイバ４８を介してＥＤＦＡ回路４０の入力ステージ４２の第１の中空コア光導波路４６に結合される。入力ビームの一部は、光学タップ５０により第１の中空コア光導波路４６からタップされて、中空コア導波路のさらに別の部分を介して第１のフォトダイオード５２に向けられる。次に、必要に応じて、第１の中空コア光導波路４６を通って伝搬する信号ビームが、光アイソレータ５６を通って第１のマルチプレクサ５８に向かう前に、可変光減衰器（ＶＯＡ）５４により減衰させられる。

第１のマルチプレクサ５８はさらに、第２の中空コア光導波路６２を介して第１のレーザ・ダイオード６０から９８０ｎｍの波長を有するポンプ・ビームを受信する。図２には示されていないが、ポンプ出力パワーを監視するために、フォトダイオードを与えることもできる。次に、合成されたポンプ／信号ビームが、中空コア導波路のさらに別の部分に結合され、そこから１本のエルビウム添加光ファイバ６３の第１の端部に結合される。図２には示されていないが、ファイバは、レンズ付きの両端を含むこともできるし、或いは個別レンズを基板に配置して、ＥＤＦＡ回路の中空コア導波路とそれに関連する光ファイバとの間の光学的結合を改善することができる。
エルビウム添加光ファイバ６３の第２の端部が、回路の出力ステージ４４内に形成された第３の中空コア光導波路６４に結合される。エルビウム添加光ファイバ６３内の増幅を最大にするために、第２のレーザ・ダイオード６６により生成され、第２のマルチプレクサ６８を用いて第３の中空コア光導波路６４に結合される第２の「逆方向」ポンプ・ビームを形成することもできる。第２のポンプ・ビームは、増幅された信号ビームと逆方向に第３の中空コア光導波路６４に沿って伝搬するように配置され、このようにしてエルビウム添加ファイバ６３に結合される。このように、エルビウム添加ファイバは、両端部から注入され、これによりそれが与えることができる増幅のレベルを増加させる。

エルビウム・ファイバ６３から受信された増幅された信号ビームは、第３の中空コア光導波路に沿って伝搬し、出力光ファイバ７６に結合される前に、第２のマルチプレクサ６８、光アイソレータ７０、ライン・フィルタ７２、及び第２の光学タップ７４を通過する。第２の光学タップ７４は、信号ビームの一部を取り出し、それを第２のフォトダイオード７８に向ける。
使用の際は、入力ビームの強度は、第１のフォトダイオード５２により計測され、出力（すなわち、増幅された）ビームの強度は、第２のフォトダイオード７８により計測される。第１及び第２のフォトダイオード５２及び７８の出力は、制御回路５３により監視され、ポンプ・レーザ６０及び６６の出力パワーがこれに従って改変されて、必要とされる増幅のレベルが与えられる。さらに、ＶＯＡ５４により、ビームは、必要であれば、増幅前に減衰させることも可能になる。

ＥＤＦＡ回路４０の中空導波路は、ベース部分とリッド部分とを有する基板から形成される。典型的には、位置合わせスロットをベース部分に形成して、回路における種々の個別の光学部品を受け取る。位置合わせスロットは、部品がそれぞれのスロット内に配置された場合に、それらが自己位置合わせするように十分な精度で形成することができる。この受動的な位置合わせは、部品を取り付ける前に能動的な位置合わせステップを必要とすることなく、光学部品が基板の中空導波路に対して位置合わされることを保証する。当業者であれば、特定の光学構造を代替的に基板からモノリシック的に形成できることを認識するであろう。
リッド部分は、十分に中空コア導波路を定めるために、ベース部分に取り付けられた（例えば、エポキシ層を用いて接着される）、単に、実質的に平坦な材料片からなることができる。或いは、光学部品又は構造（例えば、ベース部分における部品に対応するキャビティ）は、リッド部分に形成されてもよいし、或いはそれに取り付けられてもよい。リッド部分は、ベース部分とは異なる材料から形成されてもよい。例えば、ベース部分はシリコンから形成され、リッド部分はＧａＡｓから形成されてもよい。これにより、位置合わせスロットがシリコンのベース部分に形成され、制御電子回路及び／又は電気光学部品（例えば、フォトダイオード、レーザ等）がＧａＡｓのリッド部分に形成されることが可能になる。

図３を参照すると、上述のデバイスは、代替的に、光ファイバではなく、基板８０において又はその上に形成された増幅光導波路８２と共に用いることができることに注目すべきである。中空コア光導波路６４は、増幅光導波路８２を上述の入力ステージ及び／又は出力ステージにリンクさせることができる。増幅光導波路は、螺旋若しくは蛇行形状又はその他のあらゆる適切な形状を有することができる。
光導波路８２は、希土類添加材料（例えば、エルビウム添加ガラス）を基板に形成されたトレンチに配置することによって形成することができる。増幅材料が配置されるトレンチは、中空コア光導波路を形成するのに用いられるのと同じ製造技術を用いて形成できる。トレンチは、さらに、中空コア導波路を形成するのに用いられる処理ステップの少なくとも幾つかを用いて形成することもできる。或いは、光導波路８２は、基板上に配置された増幅光材料のトラックを含むことができる。このような導波路を形成する種々の技術は、当業者にはよく知られているものである。
当業者であれば、さらに、本発明の回路を実施するのに用いることができる幾多の代替的な光学装置を認識するであろう。

従来技術のファイバ結合ＥＤＦＡを示す。 本発明によるＥＤＦＡを示す。 本発明の希土類添加導波路を示す。

Claims (22)

1. 光増幅器の入力ステージのための光回路であって、増幅されるべき信号ビームを搬送する第１の光導波路と、ポンプ・ビームを搬送する第２の光導波路と、前記第１及び第２の光導波路に光学的に結合されて、合成された信号及びポンプ・ビームを生成するビーム合成手段と、前記合成された信号及びポンプ・ビームを増幅光導波路に光学的に結合するための手段とを含み、該第１及び第２の光導波路が基板においてチャネルとして形成された中空コア光導波路であり、前記ビームを結合するための手段が、前記基板に形成された位置合わせスロット内に保持された個別部品であることを特徴とする光回路。
2. 前記基板に形成された位置合わせスロット内に保持された個別部品が、波長分割マルチプレクサである請求項１に記載の光回路。
3. ポンプ・ビームを前記第２の中空コア光導波路に結合するように配置されたレーザ源をさらに含む請求項１または２に記載の光回路。
4. 第１の光ファイバ取り付け手段が入力光ファイバを受け取るように与えられ、前記第１の光ファイバ取り付け手段が、取り付けられた入力光ファイバにより搬送される如何なる信号ビームも前記第１の中空コア光導波路に結合されるように配置された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光回路。
5. 光アイソレータ及び可変光減衰器の少なくとも一方が、前記第１の中空コア光導波路により定められる光路内に配置された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光回路。
6. 前記増幅光導波路が、（a）前記基板において又はその上に導波路として形成された増幅材料及び（ｂ）増幅光ファイバの一方を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光回路。
7. 前記ビーム合成手段により生成された前記合成された信号及びポンプ・ビームを前記増幅光ファイバに結合する前記手段が、前記基板においてチャネルとして形成された第３の中空コア光導波路を含み、前記第３の中空コア光導波路が、該合成された信号及びポンプ・ビームを該合成手段から受け取るように配置された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光回路。
8. 第２の光ファイバ取り付け手段が前記増幅光ファイバを受け取るように与えられ、前記第２の光ファイバ取り付け手段が、前記第３の中空コア光導波路からの前記合成された信号及びポンプ・ビームを取り付けられた増幅光ファイバに結合するように配置された請求項７に記載の光回路。
9. 光を前記第１の中空コア光導波路から取り出すために少なくとも１つの光学タップをさらに含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光回路。
10. 第１のフォトダイオードをさらに含み、前記第１の中空コア光導波路から取り出された光が前記第１のフォトダイオードに向けられる請求項９に記載の光回路。
11. 光増幅器の出力ステージのための光回路であって、光を増幅光導波路から受け取るように配置された第１の出力光導波路と、出力光ファイバを受け取るように配置された光ファイバ取り付け手段とを含み、前記増幅光導波路からの光が、前記第１の出力光導波路を介して、前記出力光ファイバに光学的に結合され、該第１の出力光導波路が、基板においてチャネルとして形成された中空コア光導波路であり、少なくとも１つの光学フィルタが、中空コアの前記第１の出力光導波路により定められる前記光路内に与えられたことを特徴とする光回路。
12. 前記増幅光導波路が増幅光ファイバを含み、前記光回路が前記増幅光ファイバを受け取るように配置されたさらに別の光ファイバ取り付け具を含む請求項１１に記載の光回路。
13. 前記増幅光導波路が、前記基板において又はその上に導波路として形成された増幅材料を含む請求項１１に記載の光回路。
14. ポンプ・ビームを搬送する第２の中空コアの出力光導波路が、前記基板においてチャネルとして形成され、前記第２の中空コアの出力光導波路からの前記ポンプ・ビームを、前記第１の中空コアの出力光導波路を介して、増幅導波路に光学的に結合するための手段が与えられた請求項１１に記載の光回路。
15. 前記ポンプ・ビームを前記第２の中空コアの出力光導波路に結合するように配置されたレーザ源をさらに含む請求項１４に記載の光回路。
16. 光アイソレータ、光学タップ及び光学フィルタの内の少なくとも１つが、前記第１の中空コアの出力光導波路により定められる光路内に与えられた請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の光回路。
17. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の増幅器の入力ステージのための光回路と、請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の増幅器の出力ステージのための光回路とを含む光増幅器のための光回路。
18. 前記中空コア光導波路が、矩形の断面のものである請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光回路。
19. 前記中空コア光導波路が、基本モードで伝搬する放射線を導くような寸法にされた請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記中空コア光導波路が、多数の光モードで伝搬する放射線を導くような寸法にされた請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記中空コア光導波路の内面が、反射コーティングを保持する請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の光回路。
22. 請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光回路を含む光増幅器。

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