CN103443701A - 光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法及光通信系统 - Google Patents

光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法及光通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法及光通信系统。具备不仅被输入信号光以及泵浦光而且还插入了一个以上的相对移相器的放大用光纤的光放大器。优选地，在放大用光纤的长边方向上插入相对移相器以使相对相位收容于包含0.5π在内的给定的范围中。优选地，放大用光纤是非线性常数为10[1/W/km]以上的高非线性光纤。优选地，放大用光纤的分散在放大频带内处于-1[ps/nm/km]至1[ps/nm/km]的范围。优选地，零分散波长处的放大用光纤的分散斜率的绝对值为0.05[ps/nm2/km]以下。

Description

光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法及光通信系统
技术领域
本发明涉及光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法以及使用了其的光通信系统。
背景技术
在光通信中，光放大器是不可或缺的。在当前的光通信系统中，作为光通信带的光放大器或光放大系统，对EDFA(Erbium-Doped FiberAmplifier)、Raman放大器、或Raman放大系统进行了实用化。
另一方面，如专利文献1所公开的在光放大中利用了光纤中的非线性效应的光参量放大器(OPA：Optical Parametric Amplifier)还未达到实用。未达到实用的主要原因可列举放大频带窄、增益频谱不平坦。此外，OPA还被利用为波长变换器。另外，作为利用了光纤中的非线性效应的光放大器，存在相敏光放大器(PSA：Phase Sensitive Amplifier)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-89781号公报
发明的概要
发明要解决的课题
使OPA的增益频谱平坦的方法有利用两个泵浦光(pump light)的方法。在此，2个泵浦光的波长分别设定为以进行放大的光纤的零分散波长为中心的大致对称的波长处存在的短波侧和长波侧的两波长。然而，利用2个泵浦光的构成会增大成本，因此有时该构成并不实用。故而，在本说明书中，主要针对仅使用1个泵浦光的OPA进行议论，但本发明不限于此。
仅使用1个泵浦光的OPA的典型的增益频谱是如下形状：泵浦光波长处的增益最小，在从泵浦光波长离开数nm至数十nm的长波长侧和短波长侧的两波长处具有最大值。与EDFA或拉曼放大器的增益频谱不同，上述那样的OPA的增益频谱的平坦性低，不实用。
为了将OPA或PSA设为实用的光放大器，优选具有至少使放大对象的波长频带中的最大增益与最小增益之差为1dB以内这样的增益频谱的平坦性。
发明内容
本发明鉴于上述事实而提出，其目的在于，提供增益频谱的平坦性高的光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法以及光通信系统。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，达成目的，本发明所涉及的光放大器特征在于，具备：放大用光纤，其被输入信号光(signal light)以及泵浦光，且插入了1个以上的相对移相器。
另外，本发明所涉及的光放大系统的特征在于，具备本发明所涉及的光放大器。
另外，本发明所涉及的光通信系统的特征在于，具备本发明所涉及的光放大器。
另外，本发明所涉及的波长变换器的特征在于，具备本发明所涉及的光放大器。
另外，本发明所涉及的光放大方法的特征在于，使用被输入信号光以及泵浦光且插入了1个以上的相对移相器的放大用光纤来进行光放大。
发明效果
根据本发明，起到能提高增益频谱的平坦性这样的效果。
附图说明
图1是表示输入至光纤的光和所输出的光的图。
图2是表示输入至光纤的光和所输出的光的图。
图3是在作为放大介质的光纤内插入相对移相器的构成图。
图4是表示光放大器的一构成的图。
图5是表示光放大器的另一构成的图。
图6是实现偏振波无依存的光放大的光放大器的构成图。
图7是在光纤中心有相对移相器的情况下的放大用光纤中插入了相对移相器的构成图。
图8是在插入相对移相器的个数为偶数个的情况下满足中心对称性地在放大用光纤中插入了相对移相器的构成图。
图9是实现偏振波无依存的光放大的光放大器的另一构成图。
图10是利用了电介质多层膜滤波器的相对移相器的构成图。
图11A是FBG的典型的透过频谱特性。
图11B是FBG的典型的透过光的相位特性。
图12是在将FBG作为相对移相器使用多个的情况下在FBG的前级设置隔离器(isolator)的构成图。
图13是在将FBG作为相对移相器使用多个的情况下在FBG的后级设置隔离器的构成图。
图14是表示仿真的条件的图。
图15A是在无相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图15B是在有相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图16A是在无相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图16B是在有相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图17A是在无相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图17B是在有相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图18A是在无相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图18B是在有相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图19是表示仿真的条件的图。
图20A是在无相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图20B是在有相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图21A是在无相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图21B是在有相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图22A是在无相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图22B是在有相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图23A是在无相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图23B是在有相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图24A是表示输出信号光功率的频谱的相对相位偏移依存性的图。
图24B是表示输出信号光功率的频谱的相对相位偏移依存性的图。
图25A是表示输出信号的相对相位频谱的相对相位偏移依存性的图。
图25B是表示输出信号的相对相位频谱的相对相位偏移依存性的图。
图26A是表示输出信号光功率的频谱的泵浦功率依存性的图。
图26B是表示相对相位频谱的泵浦功率依存性的图。
图27A是表示输出信号光功率的频谱的相对移相器的设置周期依存性的图。
图27B是表示相对相位频谱的相对移相器的设置周期依存性的图。
图28是表示仿真的条件的图。
图29A是分散斜率(slope)为0.02[ps/nm2/km]时的输出信号光功率的频谱。
图29B是分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的输出信号光功率的频谱。
图30A是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的输出信号光的相对相位频谱。
图30B是分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的输出信号光的相对相位频谱。
图31A是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的光的功率变动波形图。
图31B是分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的光的功率变动波形图。
图32A是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的信号光的相对相位的变动波形图。
图32B是分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的信号光的相对相位的变动波形图。
图33A是将放大用光纤的零分散波长在范围1564.0-1565.0nm中进行改变的情况下的输出信号频谱。
图33B是将放大用光纤的零分散波长在范围1565.0-1565.4nm中进行改变的情况下的输出信号频谱。
图34A是将放大用光纤的零分散波长在范围1564.0-1565.0nm中进行改变的情况下的相对相位频谱。
图34B是将放大用光纤的零分散波长在范围1565.0-1565.4nm中进行改变的情况下的相对相位频谱。
图35是表示仿真的条件的图。
图36A是在无相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图36B是在有相对移相器的情况下的输出信号光功率的频谱。
图37A是在无相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图37B是在有相对移相器的情况下的输出信号光的相对相位频谱。
图38A是在无相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图38B是在有相对移相器的情况下的光的功率变动波形图。
图39A是在无相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图39B是在有相对移相器的情况下的信号光的相对相位的变动波形图。
图40A是作为泵浦波长与放大用光纤的零分散波长一致时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的信号光频谱。
图40B是作为泵浦波长与放大用光纤的零分散波长一致时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的信号光频谱。
图40C是作为泵浦波长与放大用光纤的零分散波长一致时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的闲散光(idler light)频谱。
图40D是作为泵浦波长与放大用光纤的零分散波长一致时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图41A是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要长1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的信号光频谱。
图41B是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要长1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的信号光频谱。
图41C是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要长1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图41D是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要长1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图42A是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要短1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的信号光频谱。
图42B是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要短1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的信号光频谱。
图42C是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要短1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、不使用相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图42D是作为将泵浦波长设定在比零分散波长要短1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果的、使用了相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图43A是表示1dB增益频带(1dB波长变换频带)的泵浦波长依存性的图。
图43B是表示增益(波长变换效率)为平坦的波长范围中的信号光(闲散光)的输出功率的泵浦波长依存性的图。
图44A是泵浦功率为30dBm时的无相对移相器的情况下的增益频谱。
图44B是泵浦功率为30dBm时的有相对移相器的情况下的增益频谱。
图45A是改变了相对移相器的插入周期时的信号光功率频谱。
图45B是改变了相对移相器的插入周期时的闲散光的频谱。
图45C是表示改变了相对移相器的插入周期时的相对相位的光纤中的变动的图。
图46是级联(cascade)使用光放大器时的构成图。
图47是对拉曼放大器和OPA进行组合来使用时的构成图。
图48是对拉曼放大器、EDFA和OPA进行组合来使用时的构成图。
图49是光通信系统的示意图。
图50是实验构成图。
图51是对相位调制器进行驱动的电路的构成。
图52是表示输入至相位调制后的泵浦光频谱的光接收器的ASE功率依存性的图。
图53是表示基于SBS的反射光功率的输入功率依存性的图。
图54A是在使用了相对移相器(FBG)的情况下的闲散光功率的频谱。
图54B是在不使用相对移相器(FBG)的情况下的闲散光功率的频谱。
图55A是FBG的反射频谱。
图55B是FBG的透过频谱。
图56A是将泵浦光的波长设定在比FBG的布拉格波长要长的波长侧时的闲散光功率的频谱。
图56B是将泵浦光的波长设定在比FBG的布拉格波长要短的波长侧时的闲散光功率的频谱。
图57A是表示在放大用光纤中插入了SMF作为分散媒质的情况下的、将泵浦光的波长设定在比FBG的布拉格波长要长的波长侧时的闲散光功率的频谱的仿真计算结果的图。
图57B是表示在放大用光纤中插入了SMF作为分散媒质的情况下的、将泵浦光的波长设定在比FBG的布拉格波长要短的波长侧时的闲散光功率的频谱的仿真计算结果的图。
图58是OPA的增益频谱。
图59A是FBG的反射频谱。
图59B是FBG的透过频谱。
图60A是作为放大用光纤输出光的频谱的、不使用相对移相器的情况下的信号光频谱。
图60B是作为放大用光纤输出光的频谱的、使用了相对移相器的情况下的信号光频谱。
图60C是作为放大用光纤输出光的频谱的、不使用相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图60D是作为放大用光纤输出光的频谱的、使用了相对移相器的情况下的闲散光频谱。
图61示出了噪声指数(NF)频谱和增益频谱，黑圆示出了有相对移相器时，白四边形示出了无相对移相器时。
图62是有相对移相器(FBG)时(圆)和无相对移相器时(三角)的OPA的增益频谱。
图63示出了噪声指数(NF)频谱和增益频谱，圆示出增益，四边形示出NF。
图64是使用了相对移相器的放大用光纤以4级构成了的OPA的典型的增益频谱(黑圆)和无相对移相器时的(白四边形)的典型的增益频谱。
图65A是在不使用相对移相器(FBG)的情况下的信号光增益频谱。
图65B是在使用了相对移相器(FBG)的情况下的信号光增益频谱。
图65C是在不使用相对移相器(FBG)的情况下的闲散光功率的频谱。
图65D是在使用了相对移相器(FBG)的情况下的闲散光功率的频谱。
图66A是在FBG的前级插入了隔离器的情况下的泵浦光的输出频谱。
图66B是在FBG的前级不插入隔离器的情况下的泵浦光的输出频谱。
图67A示出了无相对移相器时的增益频谱，泵浦波长设定为零分散波长、零分散波长+1[nm]、零分散波长-1[nm]，0.3dB频带在图中示出。
图67B示出了使用了相对移相器时的增益频谱，泵浦波长设定为零分散波长、零分散波长+1[nm]、零分散波长-1[nm]，0.3dB频带在图中示出。
图68A是表示无相对移相器时的相对相位的变化的图。
图68B是表示有相对移相器时的相对相位的变化的图。
图69A是在增加了放大用光纤与相对移相器的配对的级数时的增益频谱。
图69B是表示增加了放大用光纤与相对移相器的配对的级数时的光纤的长度，即相对于放大用光纤与相对移相器的配对的级数的、增益频谱的0.3dB频带的图。
图70是表示利用了电介质多层膜滤波器的反射型全通滤波器(all passfilter)的相位以及反射特性的一例的图。
图71是表示全通滤波器的构成的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明所涉及的光放大器、光放大系统、波长变换器、光放大方法、以及光通信系统的实施方式。此外，并不是通过该实施方式来限定本发明。另外，在各附图中，对相同或对应的要素酌情给予相同的符号。
以下OPA指如下状态。图1是表示在OPA中输入至光纤的光和所输出的光的图。将泵浦光和作为被放大光的信号光输入至作为放大介质的光纤1。在光纤1中，通过泵浦光和信号光的非线性效应来产生闲散光。该闲散光的波长λidler[nm]与泵浦光的波长λpump[nm]和信号光的波长λsignal[nm]具有如下的关系。
1／λidler＝2／λpump-1／λsignal
另外，本说明书中的PSA指如下状态。图2是表示在PSA中输入至光纤的光和所输出的光的图。除了泵浦光和信号光之外，还将相对于信号光具有1／10倍～10倍的功率的闲散光输入至光纤1。对于光纤1的输出，输出泵浦光、放大后的信号光、和放大后的闲散光。该闲散光的波长与所述OPA的闲散光相同，以如下关系来确定。
1／λidler＝2／λpump-1／λsignal
为了使OPA以及PSA的增益频谱波形在波长区域中平坦且宽带，在作为放大介质的光纤中插入一处以上的用来偏移相对相位的相对移相器。图3是在作为放大介质的放大用的光纤1中插入相对移相器2的构成图。在此，相对相位φrel是使用信号光的相位φsignal[弧度：radian]、闲散光的相位φidler[弧度]、泵浦光的相位φpump[弧度]而按照下式所记述的量。
φrel＝Δλ+φsignal+φidler-2φpump[弧度]
相对移相器2根据要输入的泵浦光的功率或光纤的分散特性等，将相对相位φrel偏移适当的量。光纤1的长度或分散根据所需的增益频谱波形来适当地进行设定。在此，以Δk＝ksignal+kidler-2kpump来定义。Ksignal、kidler、kpump是各光的波数。
通过相对移相器2的设置，在光纤1中不插入相对移相器的情况下得不到的增益频谱的平坦性将得以实现。另外，同时得到比在无相对移相器的情况下要低的噪声指数(NF：Noise Figure)。
以下，首先示出光纤放大器的构成的例子，其次讲述插入了相对移相器的效果。
作为OPA或者PSA进行动作的光纤放大器的一构成如图4所示。能在该光纤放大器200的光纤1中例如图3所示插入相对移相器2。在OPA动作时，泵浦光和信号光由光耦合器3进行合路。在PSA动作时，泵浦光、信号光、以及闲散光由光耦合器3进行合路。合路后的各光被输入至光纤1。通过光纤1中的非线性效应，信号光被放大。通过使信号光选择性地透过的光带通滤波器4，从而从光纤1输出的光中取出经放大后的信号光，作为光放大器的功能得以实现。
在此，光耦合器3可以是WDM耦合器或C／L耦合器。另外，光带通滤波器4还能置换成WDM耦合器或C／L耦合器。
进而，若光纤1的非线性常数采用通过XPM法(Cross PhaseModulation Method)测量出的值而为10[1／W／km]以上，则OPA或者PSA动作所需的光纤长变得比1km要短，从而安装变得容易。关于光纤1的波长分散特性，若零分散位于泵浦光波长λpump[nm]的前后10nm以内、且分散斜率的绝对值为0.05[ps／nm2／km]以下，则放大频带变为宽带，作为放大器的功能得以提高。或者，即使光纤1的波长分散在放大对象的波长频带中处于0.0[ps／nm／km]±1.0[ps／nm／km]的范围，光纤1也与所述波长分散特性的情况同样地，放大频带变为宽带，作为光放大器的功能得以提高。
在光纤是非偏振波保持光纤的情况下，期望在使这些光输入至本光纤放大器前使用偏振波控制器进行调整，以使泵浦光与信号光的偏振波一致。
图5示出了对光通信中的C频段全段进行放大的OPA即光纤放大器的构成例，来作为光放大器的另一构成。在该光纤放大器300的光纤1中例如能如图3所示插入相对移相器2。C频段是波长区域1530nm-1565nm。通过将泵浦光的波长设定为比1565nm要长的波长，能使用作为C／L耦合器的光耦合器5进一步减小损耗来对C频段的信号光和位于C频段外的泵浦光进行合路。在此，L频段是指波长范围1565nm～1620nm的区域，C／L耦合器具有利用低通滤波器或者高通滤波器来对两频段进行合路的功能。信号光通过光纤1中的非线性效应进行放大。来自光纤1的输出光通过作为C／L耦合器的光耦合器6而被分离为泵浦光和信号光。分离出的信号光作为经放大后的信号光被输出。在使OPA动作的情况下，泵浦光功率设定为信号光功率的10倍以上的情况较多。故而，有时因C／L耦合器的串扰而不能忽视从C频段端口漏出的泵浦光。此时，通过使C／L耦合器或C频段用带通滤波器多个串联耦合于输出侧，能大大削减泵浦光从C频段透过端口透过的功率。
图6是实现偏振波无依存的光放大的光放大器的构成图。通过图6的构成的光纤放大器400，能对信号光的偏振波无依存地实现光放大。图6中的粗线所示的光纤是偏振波保持光纤。在光纤放大部19中，如后所述，在作为放大介质的光纤中插入了相对移相器。具有任意偏振波的信号光经由光纤10，从光循环器11通过光纤13、14而从作为C／L耦合器的光耦合器5的C频段端口进行输入。另一方面，泵浦光从光纤15输入，通过用于将泵浦光的功率分配给光纤17的2个偏振波轴的泵浦功率两轴分配器16后，从作为C／L耦合器的光耦合器5的L频段端口进行输入。泵浦功率两轴分配器16能使用偏振波分束器(PBS：Polarization Beam Splitter)予以实现。在此，基于泵浦功率两轴分配器16的向泵浦功率的两轴的分离比设定为使输出信号光的放大特性的偏振波依存性成为最小。在PBS的偏振波分支比为1：1、光纤放大部19具有中心对称性时，该比例为1比1。
在对泵浦光和信号光进行了合路后，在光纤18中传播，并在偏振波合束器(PBC：Polarization Beam Coupler)8中进行偏振波分离。合路后的光的一方偏振波透过而从T端口，另一方反射而从R-端口被输入至光纤放大部19的偏振波轴之一。在此，T端口或者R-端口的某一者与光纤放大部19进行使偏振波轴偏移了90度后的耦合。由此，合路后的光的各偏振波分量在光纤放大部19的2个偏振波轴当中的一者的偏振波轴上按照传播方向互逆的方式进行传播。然后，在光纤放大部19中对信号光进行光参量放大。在光纤放大部19传播后的光再次输入至PBC8，在光纤18中传播，并再次输入至光耦合器5。在此，泵浦光、以及在光纤19中产生的闲散光被输出至L频段端口，信号光从C频段端口输出。信号光在光纤14、13中依次传播后，通过光循环器11，从光纤12输出。
在此，光纤14是偏振波保持型的，但也可以是非偏振波保持型的。另外，即使取代C／L耦合器而使用偏振波保持耦合器或WDM耦合器或AWG(Arrayed Waveguide Grating)来作为光耦合器5，也将得到同样的效果。在此情况下，需要对光循环器11的输出端口插入用于仅使放大后的光透过的光滤波器。另外，在该光纤放大器400中，PBC8也作为偏振波分束器(PBS：Polarization Beam Splitter)进行动作。
关于光纤放大部19中的相对移相器的插入位置和相位偏移量，期望的形态如下。在图7中，在光纤放大部500(相当于光纤放大部19)中，光纤被分割为光纤20、20、21、21，并在其间设置有相对移相器2。而且，从光纤放大部500的In侧(例如R-Port侧)传播的信号光与从Out侧(例如T-Port侧)传播的信号光在光纤放大部500的中心呈对称，以便均受相同的作用。图7示出了在光纤放大部500的长边方向的中心对称地设置了相对移相器2的情况。尽管示出了插入了3个相对移相器2的例子，但也可以以1个以上的多个来插入奇数个。从中心开始位于对称的位置的光纤彼此(光纤20彼此以及光纤21彼此)呈相同的波长分散且具有非线性常数，各相对移相器2给出相同的相位偏移量。另外，可以将光纤20彼此或光纤21彼此的长度设为相同。
尽管在图7中，构成的中心成为了相对移相器，但也可以成为光纤。在此情况下，所插入的相对移相器的个数成为偶数个。相对于中心而位于对称的位置的光纤或相对移相器的特性相同。在图8中，在光纤放大部600中，光纤被分割为光纤22、23，其间设置有相对移相器2。如图8所示，在要插入的相对移相器2的个数为偶数时，构成物的中心成为光纤(在图8中，光纤23)。
图9是实现偏振波无依存的光纤放大器(在此OPA)的另一构成。图9的光纤放大器700将从图6的PBC8起后级的部分置换成偏振波轴交换器30。光纤18成为进行利用了非线性效应的放大的光纤。在该光纤放大器700的光纤18中插入有相对移相器。在光纤18的一方的偏振波轴上传播的光在偏振波轴交换器中变换成偏振波轴另一方的偏振波，经反射，在光纤18的另一方的偏振波轴上反向传播。如此，在光纤18中传播的各偏振波轴的分量被补偿偏振波依存群延迟差，偏振波无依存动作得以实现。
作为偏振波轴交换器30，有法拉第旋转镜(FRM：Faraday RotatorMirror)。
在此，在光纤18的部分中，以图7或图8所示的形态，中心对称地配置相对移相器或光纤。如此，朝向偏振波轴交换器30的信号光与反向传播的信号光所受的分散或非线性效应变得相同，偏振波无依存动作得以实现。
接下来，示出相对移相器的优选的构成。
作为相对移相器而期望的特性，使损耗相对于泵浦波长、闲散光波长、信号光波长均尽量小，且给出给定量的相对相位偏移量φrel。例如，可以按照在泵浦波长、闲散光波长、信号光波长处几乎没有损耗的状态，在闲散光波长、信号光波长处不进行相位偏移，而仅在泵浦波长处给出相位偏移量。
例如，若作为放大介质的光纤的零分散波长与FBG(Fiber BraggGrating)的布拉格波长之差为10nm以内，则该FBG作为能在使泵浦波长置于零分散波长附近(λ0±2nm)的基础上满足上述的条件的相对移相器而发挥功能。
有使用光纤来作为相对移相器的方法。相位偏移量能以光纤长来进行调整。该光纤仅给出相位偏移的效果，因此期望非线性常数比放大用的光纤的一半要小。光纤通过对全部的输入光给予分散来实现相位偏移。
有使用电介质多层膜滤波器来作为相对移相器的方法。通过带通滤波器、带阻滤波器、全通滤波器、低通滤波器、高通滤波器等的功能来使相对相位进行偏移。在滤波器为全通滤波器的情况下，还能应用具有泵浦波长前后10nm的波长范围的反射或者使透过光的相位偏移的特性的滤波器。优选具有仅使泵浦光的波长附近的波长范围进行相位偏移、而在范围外的波长处信号的相位不偏移的特性的滤波器。
在电介质多层膜滤波器是透过型滤波器的情况下，能在对置准直器光学系统中进行设置。在进行设置时，通过调整相对于光学轴的角度，能调整相位偏移量。在电介质多层膜滤波器是反射型滤波器的情况下，能在2联的准直器光学系统800中进行设置。如此，如图10所示，从光纤31输出，来自一方的透镜33的光在电介质多层膜滤波器35中被反射，输入至另一方的透镜34，偏移了相对相位的光被输出至光纤32。
此外，尽管在图10中示出了相对于光纤31、32分别组合了透镜33和34，但不限于此，也可以将光纤31和32平行对齐地排列，使透镜为1个来构成同样的光学系统。此时，通过使用在具有与光纤31与32的外径的合计为相同直径的孔的插芯中插入光纤31和32进行固定的二芯光纤插芯等，能准确地平行配置。由此，不仅能以更简便的构成来构成光学系统，还能无偏差地准确给出电介质多层膜滤波器的入射角。故而，在使用电介质多层膜滤波器作为插入至放大介质中的多个移相器的情况下，能使多个移相器间的相位偏移量的波长特性均匀。
在安装于光放大器方面，期望应用对电介质多层膜滤波器、光纤、和透镜进行集成的设备。此时，该设备中使用的光纤不对信号光造成分散和非线性的效果为佳。即，关于该设备中使用的光纤，期望在要放大的光信号的波长范围、泵浦光的波长、对应于信号光而产生的闲散光的波长范围中，非线性常数为5[1／W／km]以下，分散处于-1至1[ps／nm／km]的范围。
有使用光纤布拉格光栅(FBG)来作为相对移相器的方法。图11A、图11B分别是光纤布拉格光栅的典型的透过频谱和透过光的相位偏移量。布拉格波长是1565.0[nm]。在1565[nm]的附近，光纤布拉格光栅的反射率高，因此几乎无透过光。另一方面，在图11A、图11B中，虚线包围的区域的外侧的波长中，几乎无反射率、几乎无损耗的光透过(图11A)。在该波长范围中，几乎无反射率，另一方面，透过光的相位偏移量变得比远离了布拉格波长的波长要大(图11B)。若设定布拉格波长设得泵浦光的波长落入该透过光的相位进行偏移的波长区域中，则通过使泵浦光的相位进行偏移，来使相对相位进行偏移。即，能将光纤布拉格光栅用作相对移相器。在此，灰色所示的波长是透过损耗成为3dB的波长。
光纤布拉格光栅的相位偏移量随布拉格波长处的透过率变小而变大。为此，通过应用布拉格波长处的光的透过率和透过线宽适当的设置，在得到平坦的增益特性的基础上得到适当的相对相位偏移量。若拓宽透过线宽，则可相位偏移的范围会扩大，从而泵浦波长的公差(tolerance)会增加，因此优选。但是，相位偏移量与可相位偏移的范围存在此消彼长(tradeoff)的关系，因此期望基于需要的相位偏移量来个别地进行设定。
在将光纤布拉格光栅应用为相对移相器时，产生反射光，因此为了防止反射，期望在FBG的前级插入光隔离器。在图12中，在光纤放大部900中，相对于光纤1中的光的传播方向，在FBG41的前级插入光隔离器40。在将多个FBG设置在放大用的光纤中的情况下，为了阻止来自后级的FBG的反射光的传播，可以在FBG的后级插入隔离器，在两者中插入也没关系。在图13中，在光纤放大部1000中，相对于光纤1中的光的传播方向，在FBG41的后级插入光隔离器40。此外，在此使用光隔离器模块作为光隔离器的情况下，构成要使用的光隔离器模块的光纤不对信号光造成分散和非线性的效果为佳。即，在要放大的信号光的波长范围、泵浦光的波长、以及对应于信号光而产生的闲散光的波长范围中，期望构成光隔离器模块的光纤的非线性常数小到5[1／W／km]以下，分散位于-1[ps／nm／km]至1[ps／nm／km]的范围而较小。在此，可以在放大用的光纤中(未设置熔接部)直接设置空间耦合系统，进而还将FBG直接写入放大用光纤。如此，能无熔接部从而实现低损耗。
光纤布拉格光栅的布拉格波长随环境温度而较大变动。这是由于，光纤所致的折射率变动周期伴随光纤的热膨胀或伸缩而变动。若布拉格波长变动，则泵浦光的相位偏移量变动，因此光参量放大特性变动。由于使放大特性稳定，因此有效地抑制布拉格波长的温度变动。故而，优选使用封装式设备以缓和光纤布拉格光栅的温度依存性。
另一方面，还能利用布拉格波长随光纤布拉格光栅的光纤长的伸缩而变动的现象。优选在能伸缩光纤布拉格光栅的设备中集成光纤布拉格光栅，使得能调整光纤布拉格光栅的温度来调节成使参量增益特性成为最平坦的相位偏移量。
有使用平面光波电路(PLC：Planar Lightwave Circuit)来作为相对移相器的方法。
例如，PLC内的光电路由以下电路构成：对泵浦光和这以外的光进行分离的电路、使相位进行偏移的电路、以及对泵浦光和这以外的光进行合路的电路。相对移相器通过热光学效应来改变用于使相位偏移的电路的光路长，能调整相位偏移量。
为了抑制相位偏移量或波长的温度变化，期望使PLC与珀尔帖效应元件或加热器等的温度控制元件进行接触，以热敏电阻或热电偶等的温度传感器来测量PLC的温度的同时，控制温度控制元件使得PLC的温度变得恒定。
利用了温度元件和温度传感器的温度控制会消耗电力。为了削减消耗电力，在PLC中装备进行与热所致的变动相反的动作的机构从而进行无热化，这是进一步期望的形态。
使用利用了空间光学系统衍射光栅和LCOS(Liquid Crystal on Silicon)的相位调整器来作为相对移相器的方法。能对信号光的各波长给予任意量的相位偏移，因此调整容易。此时，通过使施加至LCOS的电压进行增减以使增益的波长特性变得平坦，从而来使各波长的光的相位偏移量进行增减。
作为相对移相器，有通过作为上述相对移相器的各设备的组合来使相位进行偏移的方法。
接下来，使用仿真来说明在放大用光纤中插入相对移相器的效果。
为了对光的传播进行仿真，使用了如下微分方程式。
[数式1]
dE p dz = - α 2 E p + iγ [ ( | E p | 2 + 2 | E s | 2 + 2 | E i | 2 ) E p + 2 E p * E s E i exp ( iΔkz ) ] · · · ( 1 a )
dE s dz = - α 2 E s + iγ [ ( 2 | E p | 2 + | E s | 2 + 2 | E i | 2 ) E s + E p 2 E i * exp ( - iΔkz ) ] · · · ( 1 b )
dE i dz = - α 2 E i + iγ [ ( 2 | E p | 2 + 2 | E s | 2 + | E i | 2 ) E i + E p 2 E s * exp ( - iΔkz ) ] · · · ( 1 c )
在此，Ep、Es、Ei是泵浦光、信号光、闲散光的复振幅。另外，z[km]是光纤的传播距离，α是光纤的损耗系数，γ[1／W／km]是光纤的非线性常数。Δk[1/km]是表示相位匹配的常数，定义为：
Δk＝2π(ns/λs+ni/λi-2(np/λp))
np、ns、ni分别是泵浦光波长、信号光波长、闲散光波长处的放大用的光纤的折射率。
作为OPA的仿真，考虑在放大用的光纤(长度200m)的中间插入了1个相对移相器的系统。图14示出了仿真的条件(泵浦光波长、泵浦光功率、信号光功率、零分散波长、分散斜率、非线性常数、放大用光纤的光纤长以及损耗、相对移相器的设置位置、相对相位偏移量)。在图14所示的条件下，在图1所示的构成中插入了相对移相器的情况与此外情况下的光的传播仿真结果如下所示。图15A、15B分别是在无相对移相器时的、有相对移相器时的信号光功率的频谱。与无相对移相器时(图15A)进行比较，在有相对移相器时(图15B)，波长1565nm处的光功率与频谱的最大功率之差从13dB变小为4.2dB，在波长1520nm～1620nm的范围中得到了更平坦的频谱。
根据该结果可知，相对移相器对于获得信号光功率的增益的平坦性是有效的。
图16A、16B分别示出无相对移相器时的、有相对移相器时的光纤输出中的相对相位。在得到了信号频谱的平坦性的波长1520nm～1620nm的范围中，可知有相对移相器的一方(图16A)更接近表示相位匹配的相对相位即π/2。
图17A、17B分别示出无相对移相器时的、有相对移相器时的各光的功率的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。在有相对移相器时可知，在光纤长100m之处设置了相对移相器，因此从该处信号光和闲散光的增加率发生了变化。由此可知，相对移相器对信号光和闲散光的增益率增大作出了贡献。
图18A、18B分别示出无相对移相器时的、有相对移相器时的相对相位的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。在无相对移相器时(图18A)可知，相对相位从π/2开始后，均匀增加，之后收敛于0.9π附近。另一方面，在有相对移相器时(图18B)，相对相位从π/2开始后，逐渐增加，但在到达了0.83π附近的光纤长100m的地点，由相对移相器仅偏移-0.66π。从该点起，相对相位逐渐增加，在再次到达0.83π附近时进行输出。
一般而言，关于OPA增益，相对相位越靠近取得了相位匹配的相对相位π/2，增益率越高。有相对移相器的一方在光纤100m传播以后，通过了增益变高的相对相位区域。在图17B中，光纤传播100m以后的增益率增加了的状况能从相对相位的方面进行说明。
作为OPA的仿真，考虑在放大用的光纤(长度200m)中以50m周期插入相对移相器的系统。在图19所示的条件下，图1所示的构成中的信号光的传播仿真结果如下所示。图20A、20B分别是无相对移相器时的、有相对移相器时的信号光功率的频谱。在无相对移相器时可知，泵浦光波长的周边的功率低，从泵浦光波长离开50nm程度的波长的功率变高。另一方面，在有相对移相器时可知，在波长1530nm～1600nm的范围中信号光功率呈现出0.3dB的平坦性。根据该结果可知，相对移相器对于获得信号光功率的增益的平坦性是有效的。
图21A、21B分别示出在无相对移相器时的、有相对移相器时的光纤输出中的相对相位。在无相对移相器时可知，在波长1530nm～1600nm的范围中，相对相位为0.75π以上，且，相对相位根据波长较大变动。另一方面，在有相对移相器时可知，相对相位处于0.61π至0.69π的幅度0.08π的窄范围中，波长依存性小。
图22A、22B分别表示无相对移相器时的、有相对移相器时的各光的功率的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。关于光纤输出中的信号光的功率，在无相对移相器时为-9.3dBm，而在有相对移相器时为0.89dBm，存在10.1dB程度之差。由此也可知，相对移相器对信号光和闲散光的增益率增大作出了贡献。
图23A、23B分别表示无相对移相器时的、有相对移相器时的相对相位的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。在有相对移相器时，相对相位从π/2开始后逐渐增加，但在到达了0.75π附近的光纤长50m地点，通过相对移相器偏移0.25π左右。从该点起，相对相位逐渐增加，在再次到达了0.75π附近的光纤长100m、150m的每一个中，通过相对移相器偏移0.25π左右，对上述状况周期性地反复。如此，相对移相器使相对相位以功率增益高的相对相位π/2为中心进行振动的情况成为了图22中的增益之差。这被认为信号光按照动态地进行了相位匹配的条件进行传播。也可谓伪相位匹配(pseudo phase matching)的状态。通过相对移相器的插入来缓和相位匹配条件，其结果，信号光的增益实现了平坦化。
图19的条件中，在放大用的光纤中以50m周期插入了相对移相器的情况下，调节了基于相对移相器的相对相位偏移量，使得增益频谱变得最平坦。另一方面，图24是使图19的条件保持不变地，使相对相位偏移量进行了变化而得到的。使相对相位偏移量从0.0π变化至0.6π的信号光的增益频谱如图24A所示，使相对相位偏移量从0.6π变化至1.0π的信号光功率的频谱如图24B所示。不仅相对相位偏移量从0.0π增大至0.6π，而且信号光功率的频谱的平坦性得以提高。此时，随着相对相位偏移量的增大，增益频带的3dB增益频带从120nm减少至80nm程度。另一方面，可知尽管随着将相位偏移量增大得比相对相位偏移量0.6π更大，也仍维持了平坦性，但频谱平坦的波长频带变窄。即，可知存在既满足信号光的功率的频谱的平坦性又使动作波长频带成为最大的最佳的相位偏移量。
使相对相位偏移量从0.0π变化至了0.6π的信号光的输出相对相位频谱如图25A所示，使相对相位偏移量从0.6π变化至了1.0π的信号光的输出相对相位频谱如图25B所示。从图24A、24B的比较可知，相对相位的平坦性与增益频谱的平坦性存在相关。即，在图25A中，随着相对相位从0.0π起增加，存在相对相位的平坦性和波长频带的增加。在图25B中可知，随着相对相位从0.6π起增加，相对相位平坦的波长区域变窄。
图26A、26B分别是以图19的条件来使泵浦光的功率进行了变化时的信号光功率的频谱、光纤输出中的相对相位频谱。此外，在各泵浦光功率中调整了相对相位偏移量(图中φ所示)，使得信号光功率的频谱平坦且波长频带成为最大。从图26A可知，伴随泵浦功率的增大，1)信号光的输出功率增大，2)最佳的相对相位偏移量增大，3)频谱为平坦的波长区域不变化。从图26B可知，伴随泵浦功率的增大，信号光的输出的相对相位逐渐增大。这是由于，伴随泵浦功率的增大，光纤长边方向的非线性相位偏移的变化率增大，因此其补偿所需的相位偏移量增大了。
说明相对移相器的设置周期依存性。图27A、27B分别是使相对移相器的设置周期进行了变化时的信号光功率的频谱、以及相对相位频谱。此外，在各设置周期中调整了相对相位偏移量(图中φ所示)，使得信号光功率的频谱平坦且平坦的波长区域成为最大。从图27A可知，随着缩短设置周期，平坦的波长范围几乎不变而输出功率增大了。显然，缩短设置周期使信号光的增益得以增加。从图27B可知，若缩短设置周期，则输出信号光的相对相位频谱的，1)平坦的波长区域几乎不变，2)逐渐接近表示相位匹配的相对相位即0.5π。设置周期越短则信号光的增益越高这一点能通过变得更接近增益最高的相位即相对相位0.5π来进行说明。因此，优选在放大光纤的长边方向上插入相对移相器，以使相对相位收容于包含0.5π在内的给定的范围中。
保持将放大用光纤的零分散波长设定为1565nm的状态，使分散斜率增大至比作为图19的条件的0.02[ps/nm2/km]更大的0.05[ps/nm2/km]，比较两者，示出分散斜率的影响。此时的仿真条件如图28所示。
图29A、29B分别是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的输出信号光功率的频谱、分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的输出信号光功率的频谱。可知即使分散斜率变大，也将得到平坦的频谱，但平坦的频谱的波长范围变窄。
图30A、30B分别是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的输出信号光的相对相位频谱、分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的输出信号的相对相位频谱。任一方相对相位在波长1565nm下均具有与0.69π相同的值。但是可知，由于分散斜率增大，因此具有平坦的相对相位频谱的波长范围变窄。这与图29的平坦的光功率频谱的波长范围变窄相对应。
图31A、31B分别是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的光功率的长边方向的变化、分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的各光的光功率的长边方向的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。可知在分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时，信号光的输出功率为0.89[dBm]，在分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时，信号光的输出功率是0.92[dBm]这样的几乎相同的值。可知在具有平坦的频谱的波长范围内，分散斜率的不同对信号光的增益造成的影响几乎没有。
图32A、32B分别是分散斜率为0.02[ps/nm2/km]时的信号光的相对相位的长边方向的变化、分散斜率为0.05[ps/nm2/km]时的信号光的相对相位的长边方向的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。可知相对相位的变化几乎一致。
从以上可知，分散斜率的主要的影响施加在信号光的光功率的平坦的波长范围中。分散斜率越小，得到平坦的增益特性的波长范围越是宽带，因此期望放大用光纤的零分散波长处的分散斜率越小越好。例如，关于放大用光纤，零分散波长处的分散斜率的绝对值小于0.05[ps/nm2/km]的放大用光纤对于平坦的增益特性的宽带化有效。
至此讨论了放大用光纤的零分散波长与泵浦光波长一致的情况。图33A、33B分别是将放大用光纤的零分散波长在范围1564.0-1565.0nm、1565.0-1565.5nm中进行改变的情况下的输出信号频谱。尽管最大也就1nm程度，但随着零分散波长偏移至比泵浦波长(1565nm)更短的波长侧，信号光的输出功率频谱为平坦的波长范围变窄(图33A)。另一方面，尽管最大也就1nm程度，但随着零分散波长偏移至比泵浦波长更长的波长侧，在信号光的输出功率频谱为平坦的波长范围变宽的同时，平坦性劣化(图33B)。图34A、34B是与图33A、33B相对应的相对相位频谱。可知信号光功率频谱为平坦的波长频带和平坦性的劣化，与相对相位频谱为0.5π的频带在偏移上存在相关。即，使放大用光纤的零分散与泵浦光的波长一致，能够保持信号光的输出功率频谱的平坦性优良的状态，获得宽带的频谱，因此重要。
考虑光纤的分散特性因环境温度等而变动的可能性。作为光放大器的功能，放大频带宽度比平坦性更重要的情况下，期望将光纤的零分散波长设定在比泵浦光波长更短的波长侧。反之，作为光放大器的功能，在平坦性比放大频带宽度更重要的情况下，期望将光纤的零分散波长设定在比泵浦光波长更长的波长侧。
至此将放大用光纤的4阶的分散值设为零进行了讨论。接下来，示出在考虑了放大用光纤的4阶的分散(分散斜率的波长微分)的情况下的仿真结果。仿真的条件如图35所示。每隔50m设置有相对移相器，其相对相位偏移量是0.52π。
图36A、36B分别是无相对移相器时的、有相对移相器时的信号光功率的频谱。在无相对移相器时可知，泵浦光波长的周边的功率低，从泵浦光波长离开30nm程度的波长的功率变高。另一方面，在有相对移相器时可知，在波长1520nm～1610nm的范围中，信号光功率呈现出1.3dB的平坦性。根据该结果，能再次确认相对移相器对于获得信号光功率的增益的平坦性是有效的。
图37A、37B分别表示无相对移相器时的、有相对移相器时的光纤输出中的信号光的相对相位。在无相对移相器时可知，在波长1520nm～1610nm的范围中，相对相位为0.75π以上，且相对相位根据波长而较大地变动。另一方面，在有相对移相器时可知，相对相位处于0.59π至0.70π这样宽0.11π的狭窄范围，波长依存性小。
图38A、38B分别表示无相对移相器时的、有相对移相器时的各信号功率的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。光纤输出中的信号光的功率在无相对移相器时为-8.6dBm，而在有相对移相器时为1.3dBm，存在9.9dB之差。据此也可知，相对移相器对信号光和闲散光的增益率增大作出了贡献。
图39A、39B表示无相对移相器时的、有相对移相器时的相对相位的光纤长边方向上的变化。在此，信号光的波长λs设定为了1560nm。在有相对移相器时，相对相位从π/2开始后，逐渐增加，但在到达了0.75π附近时，通过相对移相器偏移0.25π左右。从该点起，相对相位逐渐增加，在再次到达了0.75π附近时，通过相对移相器偏移0.25π左右，对上述状况周期性地反复。使相对相位以功率增益高的相位即相对相位π/2为中心进行振动的情况，成为了图38B中的增益之差。这被认为信号光按照动态地进行了相位匹配的条件进行传播。通过相对移相器的插入来缓和相位匹配条件，进行伪相位匹配(pseudo phase matching)。其结果，信号光的增益实现了平坦化。
再次确认相对移相器的效果。在相对移相器的有无的各情况下调查了信号光的增益和要产生的闲散光的功率的各波长依存性。泵浦光的波长以3个波长进行了计算：1)零分散波长，2)零分散波长+1[nm]的波长，3)零分散波长-1[nm]。泵浦光的功率以5种类，100、500、1000、1500、2000[mW]的功率进行了计算。信号光的输入功率是-20[dBm](0.01[mW])。放大用光纤的光纤长为200[m]，分散斜率为0.02[ps/nm2/km]，4阶的分散为一0.0002[ps/nm3/km]，非线性常数为12[1/W/km]，传输损耗为0.8[dB/km]。相对移相器以50m周期插入至了光纤中。相对相位偏移量在各条件下设定为了信号光的增益特性最平坦(在将信号的波长频带内的最大与最小的信号光功率之差设为了Δ时，Δ变得最小)且成为最宽带的偏移量。
图40A～40D是泵浦波长与放大用光纤的零分散波长一致时的来自放大用光纤的输出光的频谱的计算结果。图40A是无相对移相器时的信号光输出功率频谱，图40B是有相对移相器时的信号光输出功率频谱，图40C是无相对移相器时的闲散光输出功率频谱，图40D是有相对移相器时的闲散光输出功率频谱。相对移相器的相位偏移量设定为了使信号光的波形保证功率变动0.5dB以内的平坦性的同时平坦的频带成为最大的偏移量。
在泵浦光的波长与零分散波长一致时，即使无相对移相器，增益波形、闲散波形也都平坦性高。但在有相对移相器的情况下可知，若将泵浦光的功率与相同的波形进行比较，则平坦的波形的频带和增益都扩大了。即，相对移相器的插入具有将增益特性和波长变换效率都增大的效果。
图41A～41D是将泵浦波长设定在比放大用光纤的零分散波长要长1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果。图41A是无相对移相器时的信号光输出功率频谱，图41B是有相对移相器时的信号光输出功率频谱，图41C是无相对移相器时的闲散光输出功率频谱，图41D是有相对移相器时的闲散光输出功率频谱。相对移相器的相位偏移量设定为了使信号光的波形保证功率变动0.5dB以内的平坦性的同时频带成为最大的偏移量。
在无相对移相器的情况下，信号波形和闲散波形丧失平坦性，成为泵浦波长的两端各具有一个峰值的波形。另一方面，有相对移相器的情况下，信号波形和闲散波形具有功率变动0.5dB以内的平坦性。进而，增益特性和波长变换效率都增大。
图42A～42D是将泵浦波长设定在比放大用光纤的零分散波长要短1[nm]的波长侧时的放大用光纤输出光的频谱的计算结果。较之于泵浦波长与放大光纤的零分散波长一致的情况，波形的平坦性、频带、以及增益和波长变换效率变小。此外，图42A是无相对移相器时的信号光输出功率频谱，图42B是有相对移相器时的信号光输出功率频谱，图42C是无相对移相器时的闲散光输出功率频谱，图42D是有相对移相器时的闲散光输出功率频谱。相对移相器的相位偏移量设定为了使信号光的波形保证功率变动0.5dB以内的平坦性的同时频带成为最大的偏移量。
在有相对移相器的情况下，与具有平坦的特性的频带一起，信号光的增益特性和闲散光的波长变换效率均增大。
在图40-图42中可知，只要在有相对移相器的情况下，就与泵浦波长的设定无关地得到平坦的波长特性。于是，调查了平坦的波长特性的频带和功率相对于泵浦光的波长呈现怎样的行为(图43A、43B)。图43A示出闲散光的1dB频带宽度的泵浦波长依存性，图41B示出闲散光具有平坦的特性所示的波长区域的功率的泵浦波长依存性。在此，在闲散光的功率比信号光的输入功率即-20[dBm]要大时，由于信号光与闲散光的功率一致，因此信号光呈现与闲散光相同的行为。
图44A、44B是在图40-图42中提取泵浦功率为1000[mW](30dBm)的频谱并进行了再绘制而得到的。在无相对移相器时(图44A)，增益频谱的波形相对于泵浦光波长的1[nm]的变动而较大地变动。另一方面，在有相对移相器时(图44B)，以几乎相同的增益且具有增益范围收容于0.5dB的范围的平坦性。其中，将泵浦长波长设定得越向长波长侧，平坦的增益频带越扩大，但同时逐渐丧失平坦性。
图44B示出泵浦波长越是长波长则具有平坦的特性的波长频带越是宽带，另一方面，示出了泵浦波长越是长波长，则波长特性的平坦性越劣化，波长特性的功率变动变得越大。即，波长频带与平坦性存在此消彼长的关系。这意味着，按照应用光放大器的系统的要求，存在最佳的泵浦波长。
图43B示出了闲散光的波长变换特性和信号光的增益特性几乎不依赖于泵浦光的波长而保持恒定。
关于信号的增益特性和闲散光的波长变换特性，在放大用光纤中存在4阶的分散的情况下重新计算了相对移相器的插入周期依存性。泵浦光的波长以零分散波长+1[nm]，泵浦光的功率以1500[mW]的功率进行了计算。信号光的输入功率是-20[dBm](0.01[mW])。放大用光纤的光纤长是200[m]，分散斜率是0.02[ps/nm2/km]，4阶的分散是-0.0002[ps/nm3/km]，非线性常数是12[1/W/km]，传输损耗是0.8[dB/km]。相对相位偏移量在各条件下设定为了使信号光的增益特性最平坦且成为最宽带的偏移量。
图45A是信号光功率频谱。图45B是闲散光功率的频谱。插入周期是100m、50m、25m、12.5m。可知插入周期越短，则增益或变换效率变得越高。另外，随着插入周期变短，用于得到平坦的波长特性的各相对移相器的最佳的相位偏移量变得越小。图45C是各条件下的相对相位的光纤的长边方向上的变化。插入周期越短，从表示相位匹配的偏移量即相对相位偏移量0.5π[弧度]开始的偏移变得越小。即，插入周期越短，则光以越接近更理想的PSA的条件的条件来进行传播。离相位匹配条件越近，则增益或变换效率越高。而且，越接近相位匹配条件，则噪声指数(Noise figure)变得越小。
在图45A、45B的计算中，由于传输损耗小到可忽略的0.8[dB/km]，因此将相对移相器的插入周期设为了恒定。但由于实际的放大用光纤存在传输损耗，因此泵浦光功率随着传播而衰减。其结果，越是在后级传播的光，损耗部分所致的增益或变换效率越下降。为了补偿因放大光纤或相对移相器的损耗所带来的放大率下降，越到后级使相对移相器的插入周期越长，使相对移相器间的放大光纤的光纤长越增加，这在得到更高的增益方面有利。
此外，上述的仿真主要是作为OPA进行动作的情况。另一方面，如图2所示，若进行将泵浦光、信号光、闲散光同时输入至放大用光纤的光的传播仿真，则能确认作为PSA的动作、以及其效果。在PSA的情况下，将相对移相器导入了放大用光纤1处以上的效果与作为OPA的动作时相同。
以上公开了本发明的实施方式所涉及的、在放大用光纤中插入了相对移相器的OPA或者PSA。公开的光放大器具有NF小且NF不依赖于波长而具有大致相同的值的特长。于是，通过设置EDFA或YDFA(Ytterbiumdoped fiber amplifier)或EYDFA(Erbium Ytterbium doped fiber amplifier)等的在利用光的吸收和发光的现有的光放大器的前级中公开的光放大器，使其作为前置放大器进行动作，从而能系统整体实现低噪声且高输出的光放大系统。
图46示出了将作为本发明的一实施方式的光放大器1200设置于作为EDFA的光放大器1300的前级、并对光放大器进行了级联连接的光放大系统1100。该光放大系统1100是通过光放大器1200的低噪声特性而实现系统整体低噪声且高输出的光放大系统。
同样，通过在利用了Raman效应的光放大系统的后级设置已提案的光放大器，能构筑放大频带内整体上NF小的光放大系统。图47示出了将作为本发明的一实施方式的OPA进行动作的光放大器1200设置于由拉曼放大用光纤50、激发光源合路用的光耦合器51、以及拉曼放大用激发光源52构成的拉曼放大系统1500的后级中的光放大系统1400。在图47中，为了使光输出增加，可以在光放大系统1400的最终级设置EDFA或YDFA或EYDFA等的利用光的吸收和发光的现有的光放大器1300来构成光放大系统1600(图48)。
还能构筑利用了作为本发明的一实施方式而公开的光放大器的光通信系统。在图49所示的光通信系统1700中，在从发送器1800经由中继器1900而至接收器2000的传输用的光纤60的路径上的任意之处插入任意个数的已公开的光放大器1200。作为插入处的例子，可列举图示那样的发送器1800的后级、中继器1900前级、中继器1900后级、以及接收器2000的前级。可以在发送器1800内或接收器2000内设置提案的光放大器1200。这能延长将现有的EDFA作为光放大器进行使用的光通信系统的传输距离，减少发送功率，削减消耗电力等。
上述的仿真所得到的结果通过以下的实验来进行确认。
实验中用到的光学系统2100的构成如图50所示。
在泵浦光产生中，利用了以TLS(tunable laser source)71、PC(polarization controller)73、PM(phase modulator)74、EYDFA77、BPF(Band pass filter)78构成的泵浦光发生源。TLS71不使用相干控制(coherence control)而输出CW(continuous wave)。将输出光输入至PM74。此时，若PM74的偏振波轴与输入光的偏振波轴相同，则能效率良好地进行相位调制。于是，使用PC73来调节了输入光的偏振波。进行了偏振波的调节使得PM74的输出光功率变得最大。这是由于，因偏光器(polarizer)进入了PM74中，从而向PM74的入射光的偏振波轴与偏光器的偏振波轴一致时，输出光的功率变得最大。为了提高偏振波调整的自由度，在PM74的后级设置了PC73。将该PC73的输出光由EYDFA77进行放大而产生了泵浦光。
对于驱动PM74的信号源，使用了频带1.2GHz的白噪声源75。将该白噪声以宽带RF放大器76放大至27dBm程度，来驱动PM74。其结果，能宽带且高强度地对泵浦光进行相位调制。这将抑制在作为放大用光纤的FUT(fiber under test)84中产生的SBS(stimulated Brillouin scattering)所致的反射光。此外，作为产生宽带且高强度地进行了相位调制后的光的方法，除了图50所示的方法之外，还有使用法布里-珀罗LD(laser diode)的方法。
在信号光的产生中，使用了TLS72、PC73。TLS72不使用相干控制而输出CW光。为了使OPA增益、PSA增益或者波长变换效率最大，需要使信号光的偏振波与泵浦光的偏振波一致，因此配置了PC73。
在EYDFA77的后级设置了光循环器79。这是为了避免在实验中SBS所致的反射光从FUT84返回至EYDFA78，与此同时，以功率计80来测量返回光的功率。
泵浦光与信号光经由17dB耦合器81进行了合路。在此，泵浦光通过透过端口，信号光通过-17dB端口。这是因为，由于在实验中泵浦光在几乎所有情况下使用30dBm以上的功率，因此想尽量避免损耗，另一方面，信号光只要有-20dBm程度即可。为了以功率计83来测量要输入至FUT84的光功率，将20dB耦合器82设置于FUT84的前级。并以光功率计来测量了20dB82耦合器的-20dB端口的光功率。
使用了高非线性光纤作为FUT84，并使用了FBG85作为插入至FUT84的相对移相器。
若将FUT84的输出光直接输入至OSA(optical spectrum analyzer)87，则输入功率有超过OSA87的输入上限的可能性，因此在OSA87刚刚之前设置光衰减器(ATT)86，保护了OSA87。
如下所示产生了驱动PM74的RF信号源即1.2GHz的宽带的白噪声源75(图51所示的白噪声源88)。以无输入信号光的方式驱动EDFA89。如此，ASE(amplified spontaneous emission)光被输出。将ASE光以光接收器90进行接收，并变换成白噪声RF信号。在此，光接收器90是由10GHz宽带PD、10GHz宽带TIA(trans-impedance amplifier)以及限幅放大器(limiting amplifier)构成的模块。将产生的白噪声RF信号以频带2GHz以上的宽带RF放大器76放大了56dB。
以由宽带白噪声75驱动的PM74所调制后的、TLS71的输出光的频谱的、输入至光接收器90的ASE功率依存性如图52所示。在图52中，“M”是指负的符号。例如M29.5dBm是指-29.5dBm。随着使输入至光接收器90的ASE光的功率增加，光频谱的峰值减少，同时频谱的线宽成为了宽带。为了抑制SBS，一般以放大后的多个RF信号来驱动PM74。此时，尽管光频谱的线宽扩展了，但光信号具有带RF信号之间隔的梳状的频谱。由于在梳状的光频谱间没有光功率，因此即使光频谱的线宽变宽，SBS抑制的效果也小。另一方面，以白噪声信号进行了调制后的光信号具有无间隙的光频谱，因此SBS抑制的效果更高。图53是对于非线性常数12[1/W/km]的高非线性光纤，通过针对已输入的信号光的功率的SBS而被反射的光功率。在输入了未经调制的信号光的情况下，从输入功率超过了20dBm附近起反射功率增大，即，SBS阈值为20.8[dBm]。另一方面，在以2.0GHz的RF信号进行了相位调制的情况下，SBS阈值增大为29.3[dBm]。进而，在以与RF信号具有相同的RF功率的白噪声进行了相位调制的情况下，SBS阈值超过了34dBm。如此可知，白噪声抑制SBS的效果比RF信号更高。
使用以上的光学系统2100，来调查插入了FBG作为相对移相器的高非线性光纤的信号增益特性和闲散光的特性。
图54A是在距离100m的高非线性光纤的端部50m的地点插入了以遵照ITU-T(国际电气通信联合)G.652规格的SMF(single mode fiber)所制作的长度5cm的FBG时的闲散光功率的频谱。泵浦光波长为1566.3nm。图54B是在相同高非线性光纤中未插入FBG的，即，仅高非线性光纤时的闲散光功率的频谱。已输入的泵浦光的功率是32.4dBm，信号光的功率是-20dBm。泵浦光波长是1566.0nm。关于高非线性光纤的特性，零分散波长是1564nm，作为零分散波长下的特性，分散斜率是0.014[ps/nm2/km]，非线性常数是18[1/W/km]，损耗是0.9[dB/km]。图55A、55B分别是已插入的FBG(FBG85)的透过频谱和反射频谱。布拉格波长是1565nm且线宽是0.6nm。透过频谱中的布拉格波长下的损耗是-38.5dB。在高非线性光纤中插入该FBG时的熔接损耗在FBG的两端合起来是2.5dB。图50中的OSA87的前级的衰减器86的衰减量设定为了-20dB。
比较图54A与54B可知FBG的插入的效果。在无FBG的插入的情况下，由于泵浦波长处于比零分散波长要长的波长，因此通过MI(modulationinstability)而成为泵浦波长的两端具有峰值的波形，无平坦性。另一方面，插入了FBG的波形是梯形形状。进而，1dB频带有53nm。由此确认了，通过FBG的插入，相对相位在光纤长50m的地点偏移，其结果，将得到平坦的波形特性。图54A的平坦的波长区域中的闲散光功率是-43.2dBm。FBG熔接损耗为2.5dB，衰减器的设定为-20dB，通过利用了泵浦光的白噪声的相位调制，若考虑闲散光的峰值功率是总功率的-10dB程度，则闲散光的光纤输出功率能估计为大约-10dBm程度。该功率在无FBG时的闲散光频谱中与泵浦波长附近的凹部的底的功率大致相同。
图56A是将泵浦波长设定在比FBG的布拉格波长更长的波长侧时的闲散光功率的频谱。通例示出了泵浦光的波长。尽管存在1dB平坦频带之差，在比1566.3nm更长的波长时，仍呈现出具有大致相同的平坦的波形特性的频谱波形。
图56B是将泵浦光的波长设定在比布拉格波长更短的波长侧时的闲散光功率的频谱。可知随着将泵浦光的波长设为短波长，泵浦波长附近的闲散光功率变得更小。这示出了进行相位偏移的方向在布拉格波长的长波长侧和短波长侧相反。在长波长侧，使泵浦光的波长附近的功率增加，对形成平坦的波形特性作贡献。另一方面，在短波长侧使泵浦光的波长附近的功率衰减，因此给出了丧失平坦性的示教。
图57A、57B是为了呈示图56A所示的平坦的波形特性并非FBG的分散的效果，而在距离高非线性光纤的端部50m的地点插入了长度5cm的SMF时的仿真计算结果。图57A是泵浦波长位于比零分散波长更长的波长侧时，图57B是泵浦波长位于比零分散波长更短的波长侧时的闲散光功率的频谱的仿真计算结果。高非线性光纤的特性如同实验中用到的特性，作为泵浦光功率1500mW(31.8dBm)进行了计算。在图57A、57B中可知，均得不到平坦的波形特性。该仿真计算结果支持了图56A的平坦的波形特性是基于FBG的相位偏移的效果这一事实。
图54A的平坦的频谱的1dB频带是53nm，但受到以SMF制作的FBG所具有的分散所带来的影响，较之于能忽视FBG的分散的情况，平坦的频带变窄。于是，作为能忽视分散的FBG，以与实验中用到的高非线性光纤(HNLF)相同的特性的HNLF来制作了FBG，并串联耦合2个，作为相对移相器进行了应用。
图58是在对相对移相器应用使用HNLF而制作的FBG时和无FBG时的信号光的增益频谱。泵浦光的波长是1565.9[nm]，是比零分散波长短1.0[nm]的波长侧。有FBG时的频谱与无时的频谱比较，增益增加2dB，1dB频带从40nm增加至56nm。如此明确了，FBG作为相对移相器进行动作，而且扩大增益和频带。
此时用到的FBG的反射频谱和透过频谱分别是图59A和图59B。布拉格波长是1566.52nm，透过频谱的布拉格波长处的透过损耗是-37.8dB，线宽是0.65nm。高非线性光纤，长度是200m，零分散是1566.9nm，作为零分散波长下的特性，分散斜率是0.02[ps/nm2/km]，非线性常数是12[1/W/km]，损耗是0.9[dB/km]。FBG插入至了距离高非线性光纤的端部100m的地点。
图60A～60D是在应用了以HNLF制作的FBG时和不应用时的信号光的增益频谱和闲散光功率的频谱。图60A是无FBG时的信号光增益频谱，图60B是有FBG时的信号光增益频谱，图60C是无FBG时的闲散光功率的频谱，图60D是有FBG时的闲散光功率的频谱。此外，在图60C的测量时将OSA的前级的衰减器的衰减量设定为-20dB，在图60D的测量时设定为了-15dB。图60A和60C的波形作为高非线性光纤单体的频谱是典型的。随着泵浦波长变得比零分散波长要短，1dB频带变窄，随着泵浦波长变得比零分散波长要长，丧失频谱的平坦性，泵浦波长的两端的峰值进行成长。图60B和60D中，平坦的波形特性是以几个泵浦光波长所得到的。
典型的增益频谱和测量了其NF的结果如图61所示。黑圆示出将2个FBG应用为相对移相器时，白四边形是无FBG的应用时的波形。应用了FBG时的泵浦波长设定为了1565.9nm，未应用时设定为了作为零分散的1566.9nm。其他条件与上述实验相同。此外，NF的测量沿袭了EDFA的NF测量的方法，即，在光频谱中，基于放大光纤的输入频谱以及输出频谱，对增益和输出光的ASE电平进行测量，并使用这些测量值来计算NF。在此要注意的是，在本光学系统2100的构成中，由于是不对与泵浦光的偏振波垂直的分量进行放大的偏振波依存光放大器，因此NF的最小值不是3dB而成为0dB。为了换算成偏振波无依存的构成时的NF，对图61所示的所得到的NF加3dB即可。
图61示出，在从泵浦波长起至1530nm为止的范围中，与FBG的应用的有无无关，NF在0.9dB以下为大致恒定的值。
将泵浦光的波长设定在比零分散波长更长的波长侧时的增益频谱如图62所示。通过插入FBG，增益增大2dB，3dB频带从65[nm]增大至85[nm]。关于比泵浦波长更长的波长侧的增益，基于泵浦光的拉曼放大的结果是，增益比短波侧增大了0.5dB程度。另一方面，在短波侧，在1540[nm]至泵浦光的波长1567.65[nm]的范围中，实现了增益收容于9.31dB～9.61dB这样的0.3dB的范围中的平坦状。为了使增益收容于0.5dB的范围中的平坦状更宽带，优选使用使光纤的4阶分散尽量接近零的高非线性光纤，将泵浦光波长设定在比零分散波长要长1[nm]以内的波长侧(异常分散侧)。其中，作为比零分散波长要长1[nm]以上的波长的泵浦光波长使增益的3dB频带增大，但收容于0.5dB的范围中的平坦的增益范围变窄。
此外，高非线性光纤，长度是200m，零分散是1566.9nm，作为零分散波长下的特性，分散斜率是0.02[ps/nm2/km]，非线性常数是12[1/W/km]，损耗是0.9[dB/km]。FBG插入至了距离高非线性光纤的端部100m的地点。泵浦光的波长是1567.65[nm]，输入功率是31.7[dBm]。通过以1.5GHz-宽带白噪声信号27dBm来驱动的相位调制器(PM)，对泵浦光进行了相位调制，因此不产生SBS，已输入的泵浦功率全部在HNLF进行了传播。
图63是在图62的条件下的OPA的增益和噪声指数(NF)的频谱。NF收容于0.98dB至1.6dB的范围中，大致恒定。在此要注意的点是，在本光学系统2100的构成中，由于是不对与泵浦光的偏振波垂直的分量进行放大的偏振波依存光放大器，因此NF的最小值不是3dB而成为0dB。为了换算成偏振波无依存的构成时的NF，对图63所示的所得到的NF加3dB即可。
接下来，测量了在作为长度200m的放大用光纤的HNLF中以50m周期配置了以HNLF制作的FBG使得信号光的增益进一步变大时的频谱。此外，在各FBG的前级设置了隔离器模块。因此，作为HNLF的放大光纤成为4级构成。
图64是将使用HNLF而制作的FBG作为相对移相器以50m周期配置于长度200m的HNLF时、和无FBG时的信号光的增益频谱。有FBG时的频谱与无FBG时的频谱比较，增益增加了4dB。这是因为，关于在有FBG情况下的放大频带的减少，构成设置于FBG的前级的光隔离器的长度10cm的SMF的分散在各级中缩窄了频带。此外，测量了有FBG时的频谱的泵浦光的波长是1568.0nm，测量了无FBG时的频谱的泵浦光的波长是1567.0nm。除了长度200m的HNLF的零分散波长是1567.0nm这一点之外，其他的条件与上述实验相同。
图65A～65D是在应用了以HNLF制作的FBG时和不应用时的信号光的增益频谱和闲散光功率的频谱。图65A是无FBG时的信号光增益频谱，图65B是有FBG时的信号光增益频谱，图65C是无FBG时的闲散光功率的频谱，图65D是有FBG时的闲散光功率的频谱。此外，在图65C、65D的测量时将OSA的前级的衰减器的衰减量设定为了-20dB。图65A和65C的波形作为高非线性光纤单体的频谱是典型的。随着泵浦波长变得比零分散波长要短，1dB频带变窄，随着泵浦波长变得比零分散波长要长，丧失频谱的平坦性，泵浦波长的两端的峰值成长。图65B和65D中，平坦的波形特性是以几个泵浦光波长所得到的。
图66A、66B是在波长200m的HNLF中以50m周期插入了FBG时、在FBG前级插入了隔离器时的泵浦光的输出频谱(图66A)和未插入隔离器时的泵浦光的输出频谱(图66B)。无光隔离器的插入时的频谱能如下所示进行解释。首先，在FBG间构成共振器。其次，在布拉格波长的光噪声在共振器内往返时进行参量放大。然后，放大后的光成为基础，通过FWM来产生高阶的光。由此，在将FBG作为相对移相器插入多个的情况下，优选在FBG的前级或者后级插入隔离器。
此外，尽管在上述实施方式中，在长边方向上使用了相对相位增大的放大用光纤，但本发明不限于此。例如，也可以在长边方向上使用相对相位从0.5π减少的放大用光纤，在给定位置插入使相对相位增加那样的相对移相器。
追加放大用光纤与相对移相器的配对，通过仿真来调查了在增加配对的级数时增益频谱的频带如何变化。
用于计算的放大用光纤的特性如下。非线性常数：12[1／W／km]，损耗：0.8[dB／km]，零分散波长：1565[nm]，分散斜率0.02[ps／nm2／km]，4阶的分散-0.00025[ps／nm3／km]。放大用光纤与相对移相器的配对在一级附近使用的放大用光纤的光纤长是50m。即，相对移相器以50m周期进行了插入。泵浦光和信号光的输入功率分别是31.77dBm(1500mW)、-20dBm。
首先，对相对移相器的有无、泵浦波长的不同所致的增益频谱进行了比较。图67A、67B分别是无移相器时和使用了移相器时的增益频谱。泵浦波长设定为了零分散波长、以及零分散波长+1[nm]、零分散波长-1[nm]。0.3dB频带的值如图所示。在此，关于0.3dB频带，以零分散波长处的增益为基准，设为了较之于基准以0.3dB增益变小的波长与零分散波长之间的波长差。无相对移相器时的0.3dB频带，在泵浦光的波长为零分散波长时、为零分散波长-1[nm]时，分别是14.3[nm]、5.0[nm]。在此，泵浦光波长为零分散波长+1[nm]时的0.3dB频带不能定义，因此未记载。使用了移相器时的0.3dB频带，在泵浦光的波长为零分散波长+1[nm]、零分散波长、零分散波长-1[nm]时，分别是41.2[nm]、30.5[nm]、19.9[nm]。使用了相对移相器的此时的相对相位偏移量，在泵浦光波长为零分散波长+1[nm]、零分散波长、零分散波长-1[nm]时，分别是0.28π、0.32π、0.31π[弧度]。在使用了相对移相器时可知，增益波形平坦，且0.3dB频带也增大至了2倍以上。
接下来，分别在信号光波长为1540[nm]、1550[nm]、1560[nm]时调查了泵浦光波长为零分散波长+1[nm]时的、相对相位的光纤长方向上的变化。放大用光纤的长度以200m进行了计算。图68A是无相对移相器时的相对相位的变化，图68B是有相对移相器时的相对相位变化。在无相对移相器时，相对相位收容于0.8π-0.9π[弧度]中。在使用了相对移相器的时，每隔50m周期性地进行变化。
上述调查了基本特性，因此调查了在增加了放大用光纤与移相器的配对的级数时的频带。图69A是在增加了放大用光纤与相对移相器的配对的级数时的增益频谱。在图69A中，记载了0.3dB频带与放大用光纤的长度的总和。例如，在“光纤150m点”中，放大用光纤与相对移相器的配对的级数是3。图69B是放大用光纤的长度的总和，即针对(配对的级数×50)m的、增益频谱的0.3dB频带。可知即使增加配对的级数，增益频带也几乎不变化。另外可知，增益频谱也维持平坦的形状。要注意的点是，若增益增加且与信号光成对的闲散光的功率增大，则来自泵浦光的能量移动变大到不能忽视，因此增益频谱形状发生了变化，或者每一级的增益率变小。
以上的讨论不仅对于信号光的增益率，而且对于成对成长的闲散光的功率、或者针对闲散光的输入信号光的增益率也相同。
此外，作为能作为上述的相对移相器进行使用的全通滤波器如下。图70是表示利用了通过计算而求出的电介质多层膜滤波器的反射型全通滤波器的相位以及反射特性的一例的图。从图70所示的特性可以明确，在波长1560nm与1570nm之间设定了泵浦光的波长的情况下，由本滤波器反射后的泵浦光因本滤波器的相位特性而相位发生偏移。另一方面，在比波长1560nm更短的波长的区域、与比波长1570nm更长的波长的区域之间，相位特性因反射而偏移大致2π，即光的相位呈现大致恒定。因此，本滤波器作为仅使泵浦光的相位偏移而在信号光和闲散光中使相位不变化的泵浦光移相器发挥功能。
作为具有这样的特性的全通滤波器，例如存在具有图71所示的构成的滤波器。但图示的滤波器为了说明而进行了模式化，因此各层的厚度与实际不同。在此，全通滤波器35A由以下构成：在玻璃基板35Aa上由电介质多层膜滤波器构成的带通滤波器(BPF)层35Ab、以及构成于其上的全反射镜层35Ac。BPF层35Ab如图70中作为反射特性所呈现的那样，从1560nm至1570nm具有透过率(仅就BPF层35Ab而言，几乎100％的透过率)，在除此以外的波长处具有接近几乎100％的反射率。另外，全反射镜层35Ac至少在本发明的OPA或者PSA中所使用的全波长域中具有接近几乎100％的反射率。
即，如图71所示，在该全通滤波器35A中，已入射的信号光在BPF层35Ab被反射，而泵浦光在透过了BPF层35Ab后在全反射镜层35Ac被反射，再次透过BPF层35Ab，最终成为来自全通滤波器35A的反射光。此时，通过透过BPF层35Ab来对泵浦光给予相位差，其结果，全通滤波器35A将作为相对移相器发挥功能。
此外，图70所示的全通滤波器在泵浦波长附近具有0.2～0.3dB程度的损耗，但这是因全反射镜层的若干的损耗而呈现出了BPF层的透过特性的一部分。也就是，虽然与BPF层的透过率的绝对值不同，但反映了其波长轮廓(profile)。这通过使电介质多层膜的层数增加等来进一步提高全反射镜层的反射率，从而能使图70的反射率进一步降低而实质上几乎为零。
另外，尽管在上述实施方式中，使用了BPF层来给出相位偏移，但不限于此，还可以取代BPF层而使用在泵浦光波长附近给出相位差的长波长透过滤波器层、或短波长透过滤波器层。
另外，尽管在上述实施方式中公开了使用FBG来在放大介质中插入多个相对移相器，或者使用电介质多层膜滤波器来在放大介质中插入多个相对移相器，但也可以对基于FBG的相对移相器和基于电介质多层膜滤波器的相对移相器的两者进行组合来插入至放大介质。
如上所述，通过插入了本发明的1个以上的相对移相器的放大用光纤，能在OPA或者PSA中实现优选具有1dB以下的平坦性的增益特性。
优选地，在放大用光纤的长边方向上按照使相对相位收容于包含0.5π在内的给定的范围中的方式插入相对移相器。
优选地，放大用光纤是非线性常数为10[1／W／km]以上的高非线性光纤。
优选地，放大用光纤的分散在放大频带内处于-1[ps／nm／km]至1[ps／nm／km]的范围。
优选地，零分散波长处的放大用光纤的分散斜率的绝对值为0.05[ps／nm2／km]以下。
优选地，相对移相器是光纤。
优选地，通过光纤的长度来调节相对相位偏移量。
优选地，相对移相器是电介质多层膜滤波器。
优选地，以电介质多层膜滤波器的斜度来调节相对相位偏移量。
优选地，电介质多层膜滤波器是使全部波长通过的全通滤波器。
优选地，相对移相器是对电介质多层膜滤波器以及与输入和输出相对应的2根带准直器透镜的光纤进行了集成的设备。
优选地，所述电介质多层膜滤波器是反射型的，输入至光纤的光由光纤端的准直器透镜进行准直并输出至空间，且入射至电介质多层膜滤波器，电介质多层膜滤波器按照使光入射至另一根带准直器的光纤的方式对光进行反射，并从另一根带准直器的光纤输出光。
优选地，所述设备中使用的带准直器的光纤的分散在要放大的信号光的波长范围、泵浦光的波长、以及对应于信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps／nm／km]至1[ps／nm／km]的范围。
优选地，相对移相器是光纤布拉格光栅。
优选地，通过光纤布拉格光栅的布拉格波长处的透过损耗的大小或者反射率的大小来调节相对相位偏移量。
优选地，在以光纤布拉格光栅的布拉格波长为中心波长的透过损耗的3dB波长频带的外侧设定泵浦波长，并使泵浦光的相位进行偏移。
优选地，在比所述光纤布拉格光栅的布拉格波长更长的波长侧设定泵浦光的波长，并使泵浦光的相位进行偏移。
优选地，光纤布拉格光栅的分散在要放大的信号光的波长范围、泵浦光的波长、以及对应于信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps／nm／km]至1[ps／nm／km]的范围。
优选地，相对移相器是使光纤布拉格光栅的布拉格波长随温度变化的状况缓和的设备。由此，能实现温度稳定性。
优选地，相对移相器通过使光纤布拉格光栅伸缩来使布拉格波长变化，其结果，是具备调节泵浦波长处的相位偏移量的功能的设备。
优选地，在光纤布拉格光栅的前级设置光隔离器。由此，能使来自光纤布拉格光栅的反射光不传播到前级。进而，能防止反射光在前级的光纤布拉格光栅中再一次反射并在与泵浦光相同方向上进行传播时被放大。
优选地，在光纤布拉格光栅的后级设置光隔离器。由此，能再一次反射来自后级的光纤布拉格光栅的反射光而不使其传播至后级。进而，能防止再一次反射后的信号光在与泵浦光相同方向上传播时被放大。
优选地，构成已设置的光隔离器模块的光纤的分散在要放大的信号光的波长范围、泵浦光的波长、以及对应于信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps／nm/km]至1[ps／nm／km]的范围。
优选地，相对移相器是PLC。
优选地，PLC内的光电路由以下电路构成：对泵浦光的波长和这以外的波长的光进行分离的电路、使泵浦光的相位进行偏移的电路、以及对泵浦光的波长和这以外的波长的光进行合路的电路。
优选地，使用PLC的热光学效应来调节相对相位偏移量。
优选地，所述PLC通过利用了珀尔帖效应的温度控制元件来将温度保持为恒定。
优选地，对所述PLC进行无热化，以使没有因温度变化所带来的动作波长变化。
优选地，相对移相器是利用了空间光学系统的衍射光栅和LCOS的设备。
优选地，利用LCOS的相位调节功能使泵浦光的相位进行偏移，以使该光放大器的增益特性变得平坦。
优选地，在使用多个相对移相器时采用的相对移相器是上述相对移相器的组合。
另外，提供对插入了本发明的相对移相器后的放大用光纤进行使用的光放大方法。
优选地，插入了相对移相器后的放大用光纤是偏振波保持放大用光纤，提供利用了其的偏振波无依存光放大器以及偏振波无依存光放大方法。
优选地，应用于偏振波无依存光放大器的放大用光纤的构成物的配置在长边方向上具有中心对称性。
优选地，放大用光纤的零分散波长与泵浦光波长一致。由此，在0.2dB的范围中具有增益的平坦状的频带是最宽带，能设为相对于温度变化等所致的零分散波长或相位偏移量的偏移最具耐性的特性。
优选地，泵浦光波长比放大用光纤的零分散波长更短。由此，能使具有维持了平坦性的环境温度耐力。
优选地，泵浦光波长比放大用光纤的零分散波长更长。由此，能使具有维持了放大频带的环境温度耐力。
优选地，在放大用光纤中周期性地插入相对移相器。由此，能将平坦的放大频带以维持恒定的状态来进行放大。
优选地，越是后级的相对移相器，越加长相对移相器的配置的周期，使相对移相器间的放大用光纤的光纤长越增加，以使对于相对移相器补偿因放大用光纤或相对移相器的损耗所带来的放大率下降。
优选地，通过缩短相对移相器的设置周期，较之于按照比其更长的周期进行设置时，能按照增益率大或NF进一步小的方式进行放大。
优选地，通过将相对移相器的相位偏移量设定为使信号光的增益特性具有功率变动为0.5dB以下的平坦性的频带成为最宽频带的偏移量，来构成参量放大器。
优选地，通过将相对移相器的相位偏移量设定为使闲散光的变换功率具有功率变动为0.5dB以下的平坦性的频带成为最宽频带的偏移量，来构成波长变换器。
优选地，输入至对泵浦光进行相位调制的相位调制器的电信号是具有100MHz以上的频带的白噪声。由此，能抑制放大光纤中的SBS的产生。
优选地，泵浦光源是法布里-珀罗LD。通过使用具有白色光同样大的线宽的LD，能抑制放大用光纤中的SBS的产生。
优选地，在利用了本发明的放大用光纤的光放大器的后级设置EDFA，来构成得到更大输出的光放大系统。
优选地，构成以使用了本发明的放大用光纤的光放大器来对利用拉曼效应而放大的信号光进行放大的放大系统。由此，相比使用EDFA，能实现低噪声的放大。
优选地，构成使用利用了本发明的放大用光纤的光放大器的光通信系统。由此，由于能以比EDFA等的一般的光放大器更低的噪声来进行放大，因此能延长大容量传输信号光的传输距离。
并非通过上述实施方式来限定本发明，对上述的各构成要素进行适当组合而构成的产物也包含在本发明中。另外，进一步的效果或变形例能由本领域技术人员容易导出。因此，本发明的更宽范围的形态不限于上述的实施方式，能进行各种变更。
工业实用性
如上所述，本发明适合利用于光通信的用途。
符号说明
1、10、12、13、14、15、17、18、20、21、22、22、23、31、32、60光纤
2  相对移相器
3、5、6、51  光耦合器
4  光带通滤波器
8  PBC
11、79  光循环器
16  泵浦功率两轴分配器
19、500、600、900、1000  光纤放大部
30  偏振波轴交换器
33、34  透镜
35  电介质多层膜滤波器
40  光隔离器
41  FBG
50  拉曼放大用光纤
52  拉曼放大用激发光源
71、72  TLS
73  PC
74  PM
75、88  白噪声源
76  宽带RF放大器
77  FYDFA
78  BPF
80、83  功率计
81  17dB耦合器
82  20dB耦合器
84  FUT
85  FBG
86  光衰减器
87  OSA
89  EDFA
90  光接收器
200、300、400、700、900  光纤放大器
800、2100  光学系统
1100、1400、1600  光放大系统
1200、1300  光放大器
1500  拉曼放大系统
1700  光通信系统
1800  发送器
1900  中继器
2000  接收器

Claims (47)

1.一种光放大器，其特征在于，具备：
放大用光纤，该放大用光纤被输入信号光以及泵浦光，且插入了1个以上的相对移相器。
2.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
在所述放大用光纤的长边方向上按照使相对相位收容于包含0.5π在内的给定的范围中的方式插入所述相对移相器。
3.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述放大用光纤是非线性常数为10[1/W/km]以上的高非线性光纤。
4.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述放大用光纤的分散在放大频带内处于-1[ps/nm/km]至1[ps/nm/km]的范围。
5.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
零分散波长处的所述放大用光纤的分散斜率的绝对值为0.05[ps/nm2/km]以下。
6.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是光纤。
7.根据权利要求6所述的光放大器，其特征在于，
通过所述光纤的长度来调节所述相对相位偏移量。
8.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是电介质多层膜滤波器。
9.根据权利要求8所述的光放大器，其特征在于，
以所述电介质多层膜滤波器的斜度来调节所述相对相位偏移量。
10.根据权利要求8所述的光放大器，其特征在于，
所述电介质多层膜滤波器是使全部波长通过的全通滤波器。
11.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是对电介质多层膜滤波器以及与输入和输出相对应的2根带准直器透镜的光纤进行了集成的设备。
12.根据权利要求11所述的光放大器，其特征在于，
所述电介质多层膜滤波器是反射型的，输入至所述光纤的光由所述光纤端的所述准直器透镜进行准直并输出至空间，且入射至所述电介质多层膜滤波器，所述电介质多层膜滤波器按照使光入射至所述另一根带准直器的光纤的方式对光进行反射，并从所述另一根带准直器的光纤输出光。
13.根据权利要求12所述的光放大器，其特征在于，
所述设备中使用的带准直器的光纤的分散在要放大的所述信号光的波长范围、所述泵浦光的波长、以及对应于所述信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps/nm/km]至1[ps/nm/km]的范围。
14.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是光纤布拉格光栅。
15.根据权利要求14所述的光放大器，其特征在于，
通过所述光纤布拉格光栅的布拉格波长处的透过损耗的大小或者反射率的大小来调节相对相位偏移量。
16.根据权利要求14所述的光放大器，其特征在于，
在以所述光纤布拉格光栅的布拉格波长为中心波长的透过损耗的3dB波长频带的外侧设定泵浦波长，并使泵浦光的相位进行偏移。
17.根据权利要求16所述的光放大器，其特征在于，
在比所述光纤布拉格光栅的布拉格波长更长的波长侧设定所述泵浦光的波长，并使泵浦光的相位进行偏移。
18.根据权利要求14所述的光放大器，其特征在于，
所述光纤布拉格光栅的分散在要放大的所述信号光的波长范围、所述泵浦光的波长、以及对应于所述信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps/nm/km]至1[ps/nm/km]的范围。
19.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是使光纤布拉格光栅的布拉格波长随温度变化的状况缓和的设备。
20.根据权利要求19所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器通过使光纤布拉格光栅伸缩来使布拉格波长变化，从而调节所述泵浦波长处的相位偏移量。
21.根据权利要求14所述的光放大器，其特征在于，
在所述光纤布拉格光栅的前级设置光隔离器。
22.根据权利要求14所述的光放大器，其特征在于，
在所述光纤布拉格光栅的后级设置光隔离器。
23.根据权利要求21或22所述的光放大器，其特征在于，
构成已设置的所述光隔离器模块的光纤的分散在要放大的所述信号光的波长范围、所述泵浦光的波长、以及对应于所述信号光而产生的闲散光的波长范围中处于-1[ps/nm/km]至1[ps/nm/km]的范围。
24.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是PLC。
25.根据权利要求24所述的光放大器，其特征在于，
所述PLC内的光电路由以下电路构成：对泵浦光的波长和这以外的波长的光进行分离的电路、使泵浦光的相位进行偏移的电路、以及对泵浦光的波长和这以外的波长的光进行合路的电路。
26.根据权利要求24所述的光放大器，其特征在于，
使用所述PLC的热光学效应来调节相对相位偏移量。
27.根据权利要求24所述的光放大器，其特征在于，
所述PLC通过利用了珀尔帖效应的温度控制元件来将温度保持为恒定。
28.根据权利要求24所述的光放大器，其特征在于，
对所述PLC进行无热化，以使没有因温度变化所带来的动作波长变化。
29.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器是利用了空间光学系统的衍射光栅和LCOS的设备。
30.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器利用LCOS的相位调节功能使所述泵浦光的相位进行偏移，以使该光放大器的增益特性变得平坦。
31.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述放大用光纤是偏振波保持放大用光纤。
32.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
由所述放大用光纤以及所述相对移相器构成的构成物在长边方向上具有中心对称性。
33.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述放大用光纤的零分散波长与所述泵浦光的波长一致。
34.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述泵浦光的波长比所述放大用光纤的零分散波长更短。
35.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述泵浦光的波长比所述放大用光纤的零分散波长更长。
36.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述相对移相器周期性地被插入至所述放大用光纤中。
37.根据权利要求36所述的光放大器，其特征在于，
越是后级的相对移相器，将所述相对移相器的配置的周期设置得越长。
38.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
将所述相对移相器的相位偏移量设定为使所述信号光的增益特性具有功率变动为0.5dB以下的平坦性的频带成为最宽频带的偏移量。
39.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
输入至对所述泵浦光进行相位调制的相位调制器的电信号是具有100MHz以上的频带的白噪声。
40.根据权利要求1所述的光放大器，其特征在于，
所述泵浦光的泵浦光源是法布里-珀罗LD。
41.一种光放大系统，其特征在于，具备权利要求1～40中任一项所述的光放大器。
42.根据权利要求41所述的光放大系统，其特征在于，具备设置于所述光放大器的后级的利用光的吸收和发光的光放大器。
43.根据权利要求41所述的光放大系统，其特征在于，
具备设置于所述光放大器的前级的拉曼放大器。
44.一种光通信系统，其特征在于，具备权利要求1～40中任一项所述的光放大器。
45.一种波长变换器，其特征在于，具备权利要求1～40中任一项所述的光放大器。
46.根据权利要求45所述的波长变换器，其特征在于，
将所述相对移相器的相位偏移量设定为使闲散光的变换功率具有功率变动为0.5dB以下的平坦性的频带成为最宽频带的偏移量。
47.一种光放大方法，其特征在于，
使用被输入信号光以及泵浦光且插入了1个以上的相对移相器的放大用光纤来进行光放大。
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