JP2000252923A - 波長多重用光増幅器及び光通信システム - Google Patents

波長多重用光増幅器及び光通信システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】広いレベル範囲の入力光に対しても利得の波長
平坦性を確保でき、波長依存性の小さい雑音特性を得る
ことができるＷＤＭ用光増幅器及び光通信システムを提
供する。 【解決手段】本発明によるＷＤＭ用光増幅器の基本構成
は、入力ポートＩＮ及び出力ポートＯＵＴの間に接続さ
れた光増幅部１と、入力ポートＩＮに入力される入力光
のパワーを測定する入力光モニタ部２と、光増幅部１に
接続され可変の損失波長特性を有する可変利得等化器３
と、入力光モニタ部２で測定された入力光パワーに応じ
て、可変利得等化器３の損失波長特性を制御する利得等
化制御部４と、を有する。これにより、光増幅部１の利
得波長特性の変化に対応した損失波長特性を可変利得等
化器３が持つようになって、出力光の利得偏差が補償さ
れるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長の異なる複数
の光信号を含んだ波長多重（ＷＤＭ）信号光を一括して
増幅する光増幅器及びその光増幅器を用いてＷＤＭ信号
光の中継伝送を行う光通信システムに関し、特に、広い
レベル範囲の入力光にも対応可能な優れた雑音特性を有
する波長多重用光増幅器及び光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式は、複数
の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送することによ
り、通信容量を増大させるとが可能な伝送方式である。
このＷＤＭ光伝送方式は、既存の光ファイバを利用でき
るため導入コストが低く、また、光増幅器等を用いるこ
とで伝送路はビットレートフリーとなり、将来のアップ
グレードが容易であるなどの利点を有する。
【０００３】このＷＤＭ光伝送方式に適用される光増幅
器としては、所要の伝送特性を得るために、出力光を所
定の一定レベルに保つことと同時に信号光帯域における
利得の波長依存性を抑えることが重要な課題の１つとな
る。具体的には、入力光パワーが広いレベル範囲で変化
しても、１波長あたりの出力光パワーと利得の波長平坦
性とが一定に保たれることが要求される。
【０００４】このような要求を満たす光増幅器として、
例えば、２段構成とした光増幅部の段間に可変光減衰器
を設置する基本構成を本出願人は提案している。かかる
基本構成の光増幅器では、前段の光増幅部及び後段の光
増幅部について利得を一定に制御する自動利得制御（Ａ
ＧＣ）がそれぞれ行われるとともに、中段に配置した可
変光減衰器の光減衰量を調整して、光増幅器の出力光レ
ベルを所要の一定レベルに制御する自動レベル制御（Ａ
ＬＣ）が行われる。これにより、入力光のパワーレベル
が変化した場合でも、各光増幅部における利得波長特性
が一定に保持され、かつ、光増幅器の出力光レベルも所
要のレベルに保たれるようになる。
【０００５】かかる２段構成の光増幅器について、例え
ば、特開平８−２４８４５５号公報や特開平６−１６９
１２２号公報等で公知の構成もある。かかる光増幅器
は、光増幅器全体としての利得を一定に制御しており、
入力光パワーが変化しても利得の波長特性を一定に保つ
ものである。さらに、本出願人は、利得等化器（光フィ
ルタ）を用いて光増幅部の利得波長特性を平坦化する技
術なども提案している（特願平９−２１６０４９号等参
照）。
【０００６】上記のような従来の光増幅器においては、
入力光パワーが比較的小さい場合には、各光増幅部のＡ
ＧＣ動作が可能であるが、入力光パワーが大きくなって
前段の光増幅部における励起光パワーが上限値に達して
しまった場合には、前段光増幅部の動作がＡＧＣでなく
なって励起光パワー一定制御となり、前段での利得が減
少してしまう。そこで、前段光増幅部の励起光パワーが
上限値に達した場合には、光増幅器全体での利得が入力
光パワーに関係なく一定の値になるように、前段の利得
減少分に対応させて後段の光増幅部の利得を増加させる
制御を行うことによって、利得の波長平坦性が一定に保
たれてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の光増幅器においては、前段光増幅部への
入力光パワーが励起光パワーの上限値に達するような場
合、入力光パワーの増加に従って各光増幅部の利得波長
特性は設計値から変化していく。このため、設計値を基
準とした固定の特性により光増幅部の利得波長特性を補
償しているような場合（例えば損失波長特性が固定であ
る利得等化器を前段および後段光増幅部それぞれに用い
るなど）には、上記入力光パワーが大きくなったときの
利得波長特性の変化に対応できず、光信号パワーを雑音
特性に厳しい前段増幅部で過剰に損失させてしまうとい
った状況が生じる。
【０００８】具体的に説明すると、従来の２段構成の光
増幅器において、前段光増幅部及び後段光増幅部の各利
得波長特性は、入力光パワーに応じて図１７（Ａ）及び
（Ｂ）に示すようにそれぞれ変化する。ただし、図１７
の利得波長特性は、各光増幅部に公知のエルビウムドー
プ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を適用し、波長帯域を
１．５５μｍ帯（１５３５ｎｍ〜１５６１ｎｍ付近）と
したときの一例である。
【０００９】ここで、光増幅器の雑音特性に大きく影響
する前段光増幅部に着目すると、図１７（Ａ）に示すよ
うに、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈと比較的
小さなときには、１．５５μｍ帯における短波長側の利
得が長波長側の利得に比べて高くなっている。一方、入
力光パワーが−９．６ｄＢｍ／ｃｈに増加し、所定の利
得を得るための励起光パワーが足りなくなり利得低下が
生じる。この時、短波長側の利得が大きく減少して長波
長側の利得よりも相対的に低くなっている。
【００１０】このような利得波長特性を有する前段光増
幅部に対して、これまでは、入力光パワーが比較的小さ
い場合の利得波長特性に対応させて予め設計した損失波
長特性を有する（短波長側に相対的に大きな損失を持
つ）利得等化器が適用されていた。したがって、入力光
パワーが増加した場合には、短波長側の利得が相対的に
減少しているにも拘わらず、損失波長特性が固定の利得
等化器によって短波長側の光パワーが過剰に損なわれる
ことになるため、光増幅器の短波長側の雑音特性が粗悪
になるという問題があった。
【００１１】図１８は、上記のような従来の光増幅器の
雑音特性（雑音指数）を入力光パワーに応じて示した図
である。図１８に示すように、入力光パワーが比較的小
さいときには１．５５μｍ帯の全域について略均一の雑
音指数が得られているが、入力光パワーの増加に伴って
短波長側の雑音指数が相対的に大きくなる、すなわち光
増幅器の短波長側の雑音特性が劣化していることがわか
る。
【００１２】本発明は上記の点に着目してなされたもの
で、広いレベル範囲の入力光に対しても信号光利得及び
雑音指数の波長平坦性を同時に実現して、優れた雑音特
性を有するＷＤＭ用光増幅器及び光通信システムを提供
することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＷＤＭ用光増幅器は、波長多重信号光を一
括して増幅する光増幅手段を備えたＷＤＭ用光増幅器に
おいて、入力光パワーを測定する入力光測定手段と、前
記光増幅手段に接続され、該光増幅手段の利得の波長依
存性を抑圧する損失波長特性を有し、かつ、該損失波長
特性を変化させることが可能な利得等化手段と、前記入
力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記
利得等化手段の損失波長特性を制御する利得等化制御手
段と、を備えて構成されるものである。
【００１４】かかる構成では、ＷＤＭ用光増幅器に入力
されたＷＤＭ信号光（入力光）が光増幅手段で一括増幅
される。このとき、光増幅手段が利得の波長依存性を持
つため、増幅後のＷＤＭ信号光（出力光）に利得偏差が
生じる。この出力光の利得偏差は、入力光パワーに応じ
て光増幅手段の動作利得が変化すると、入力光レベルに
依存して変化する。しかし、このような出力光の利得偏
差は、可変の損失波長特性を有する利得等化手段によっ
て抑圧される。すなわち、利得等化制御手段が入力光測
定手段で測定された入力光パワーに応じて利得等化手段
の可変の損失波長特性を制御することにより、光増幅手
段の利得波長特性の変化に対応した損失波長特性を利得
等化手段が持つようになって、出力光の利得偏差が補償
されるようになる。これにより、広いレベル範囲の入力
光に対しても利得の波長平坦性を確保できる。
【００１５】また、上記のＷＤＭ用光増幅器について
は、利得等化手段が、複数段構成の光増幅手段に対して
各段ごとに設けられ、利得等化制御手段が、前記各利得
等化手段の損失波長特性をそれぞれ制御する構成として
もよい。
【００１６】かかる構成によれば、光増幅手段が、例え
ば前後段の光増幅部を有する２段構成等の複数段構成で
ある場合でも、各段で発生する利得偏差がそれぞれに対
応する利得等化手段によって補償されるようになる。
【００１７】さらに、上記のＷＤＭ用光増幅器は、光増
幅手段の利得を一定に制御する利得一定制御手段を備
え、利得等化制御手段が、入力光測定手段で測定された
入力光パワーを基に、最前段の光増幅手段における光増
幅動作が飽和したか否かを判断して、各利得等化手段の
損失波長特性をそれぞれ制御する構成としてもよい。
【００１８】かかる構成では、利得一定制御手段が光増
幅手段の光増幅動作を制御して、光増幅手段の利得が一
定となるようにされることで、入力光パワーが変動して
も光増幅手段の利得波長特性を変化させないようにす
る。この利得一定制御は、光増幅動作が飽和していない
とき有効に機能するが、飽和すると利得が減少して光増
幅手段の利得波長特性が変化してしまう。そこで、利得
等化制御手段が入力光パワーを基に光増幅動作の飽和を
判断し、飽和時の利得波長特性に対応した損失波長特性
となるように各利得等化手段を制御することで、光増幅
手段が飽和するようなレベルの高い入力光に対しても波
長特性の平坦な出力光を得ることができるようになる。
【００１９】上記ＷＤＭ用光増幅器の具体的な構成とし
ては、波長多重信号光が１．５５μｍ帯の波長帯域を有
し、光増幅手段がエルビウムドープ光ファイバ増幅器を
含んで構成され、利得等化制御手段が、最前段の光増幅
手段における光増幅動作の飽和を判断したとき、前記最
前段の光増幅手段に対して設けられた利得等化手段につ
いて、１．５５μｍ帯における短波長側の損失量が飽和
していないときの損失量よりも少なくなるように損失波
長特性を制御する構成としてもよい。
【００２０】また、複数段構成の光増幅手段を備えたＷ
ＤＭ用光増幅器については、複数の利得等化手段のうち
で最前段の光増幅手段に対して設けられる利得等化手段
が、最前段の光増幅手段の出力側に接続され、複数の利
得等化手段のうちで最後段の光増幅手段に対して設けら
れる利得等化手段が、最後段の光増幅手段の入力側に接
続される構成とするのが好ましい。
【００２１】かかる構成によれば、最前段の光増幅手段
の出力側に利得等化手段を設けることで、その光増幅手
段に入力されるＷＤＭ信号光に損失を与えることが防止
されて雑音特性の向上を図ることができ、また、最後段
の光増幅手段の入力側に利得等化手段を設けることで、
その光増幅手段から出力されるＷＤＭ信号光に損失を与
えることが防止されて励起光パワーの高効率化を図るこ
とができるようになる。
【００２２】さらに、上述したＷＤＭ用光増幅器につい
ては、１波長あたりの出力光パワーを一定のレベルに制
御する出力レベル制御手段を備えるようにするのが好ま
しい。具体的には、出力レベル制御手段が、最前段の光
増幅手段と最後段の光増幅手段との間に接続される可変
光減衰部と、１波長あたりの出力光パワーが一定のレベ
ルになるように前記可変光減衰部の光減衰量を制御する
光減衰量制御部と、を備えるようにしてもよい。
【００２３】かかる構成によれば、各波長の信号光パワ
ーが所定の一定値に制御されたＷＤＭ信号光が本光増幅
器から出力されるようになる。加えて、上述したＷＤＭ
用光増幅器の具体的な構成として、利得等化手段が、固
定の損失波長特性を有する第１光フィルタと、線形的に
変化可能な損失波長特性を有する第２光フィルタと、を
備え、利得等化制御手段が、入力光測定手段で測定され
た入力光パワーに応じて、前記第２光フィルタの損失波
長特性を制御する構成としてもよい。
【００２４】また、上述したＷＤＭ用光増幅器について
は、光増幅手段で発生する自然放出光に基づいて、出力
光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出
力偏差検出手段を備え、利得等化制御手段が、入力光測
定手段で測定された入力光パワー及び出力偏差検出手段
で検出された出力偏差に応じて、利得等化手段の損失波
長特性を制御する構成とするのが好ましい。
【００２５】かかる構成では、出力偏差検出手段によっ
て自然放出光を基に検出された出力光の出力偏差に応じ
ても、利得等化制御手段が利得等化手段の損失波長特性
を制御するようになる。これにより、たとえ波長特性が
ある入力光パワーが入力されても波長平坦性を有する出
力光を得ることができ、また、自然放出光を基に出力光
の出力偏差を検出するようにしたことで、信号光の数や
信号光波長の変動に関係なく出力光の偏差を検出できる
ため、光増幅器を設置する環境に応じて、所要の利得等
化の制御をより確実に行うことが可能となる。
【００２６】さらに、上述したＷＤＭ用光増幅器の別の
構成として、利得等化手段が、互いに異なる固定の損失
波長特性を有する複数の利得等化器を備え、利得等化制
御手段が、入力光測定手段で測定された入力光パワー等
に応じて、複数の利得等化器のうちのいずれか１つを選
択し前記光増幅手段に接続する構成としてもよい。
【００２７】かかる構成によれば、固定の損失波長特性
を有する複数の利得等化器を入力光パワー等に応じて選
択的に接続させるようにしたことで、光増幅手段の複雑
な利得波長特性に対応した利得等化手段が比較的容易に
実現されるようになる。
【００２８】また、本発明の光通信システムは、上述し
たようなＷＤＭ用光増幅器を複数備えた光通信システム
であって、複数のＷＤＭ用光増幅器を介して伝送された
波長多重信号光の光ＳＮ比を測定する光ＳＮ比測定手段
と、複数のＷＤＭ用光増幅器の各利得等化制御手段に対
して、光ＳＮ比測定手段で測定される光ＳＮ比が予め設
定した値以上に良好になるように利得等化手段の損失波
長特性を制御させる管理信号を順次送る利得等化管理手
段と、を備えて構成されるものである。さらに、利得等
化管理手段は、送信側に配置されたＷＤＭ用光増幅器の
利得等化制御手段に対して管理信号を優先的に送るよう
にするのが好ましい。
【００２９】かかる構成の光通信システムによれば、複
数のＷＤＭ用光増幅器を介して伝送されたＷＤＭ信号光
の光ＳＮ比が受信側に設けられた光ＳＮ比測定手段によ
って測定され、その測定された光ＳＮ比が所要の値以上
に良好になるように、利得等化管理手段によって各光増
幅器の利得等化手段の損失波長特性が管理されるように
なる。これにより、光増幅器を設置する環境で生じる損
失波長特性や光増幅器自身の利得波長特性の変化に対し
ても、光通信システム中の最適な位置で最適な量の利得
補償を行うことが可能となり、良好な伝送特性を得るこ
とができるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。なお、全図を通して実質的に同一の
部分には同一の符号が付してある。
【００３１】図１は、本発明によるＷＤＭ用光増幅器の
第１の基本構成を示すブロック図である。図１におい
て、本ＷＤＭ用光増幅器は、入力ポートＩＮ及び出力ポ
ートＯＵＴの間に接続された光増幅手段としての光増幅
部１と、入力ポートＩＮに入力される入力光のパワーを
測定する入力光測定手段としての入力光モニタ部２と、
可変の損失波長特性を有し、例えば光増幅部１及び出力
ポートＯＵＴ間等に接続される利得等化手段としての可
変利得等化器３と、入力光モニタ部２で測定された入力
光パワーに応じて、可変利得等化器３の損失波長特性を
制御する利得等化制御手段としての利得等化制御部４
と、を有している。
【００３２】光増幅部１は、波長の異なる複数の光信号
を含んだＷＤＭ信号光を一括して増幅可能な公知の光増
幅器である。この光増幅部１は、上述の図１７に示した
ように使用される光増幅媒体等に固有な利得波長特性
（利得の波長依存性）を持ち、動作利得が入力光パワー
に応じて変化すると、その利得波長特性は入力される光
パワーに応じて変化する。
【００３３】入力光モニタ部２は、入力ポートＩＮから
光増幅部１に送られる入力光の一部を分岐して光パワー
を測定し、その測定結果を基に入力光パワーを検出す
る。可変利得等化器３は、光増幅部１の利得の波長依存
性を抑圧可能な損失波長特性、すなわち、光増幅部１の
利得波長特性に対応した損失波長特性を持ち、その損失
波長特性は外部からの信号に応じて変化させることがで
きるものとする。ここでは、可変利得等化器３が光増幅
部１の出力側に接続される場合を示したが、可変利得等
化器３の配置は、光増幅部１の入力側であっても構わな
い。
【００３４】利得等化制御部４は、入力光モニタ部２か
らの入力光パワー値を基に光増幅部１の動作状態を判断
して、光増幅部１の入力光に対応した利得波長特性が抑
圧されるように、可変利得等化器３の損失波長特性を制
御する信号を生成して、その信号を可変利得等化器３に
伝える。
【００３５】かかる基本構成のＷＤＭ用光増幅器では、
入力ポートＩＮに入力されたＷＤＭ信号光は光増幅部１
に送られるとともに、その入力光の一部が分岐され入力
光モニタ部２に送られる。光増幅部１では、入力光パワ
ーに対応した利得波長特性で各波長の信号光が一括して
増幅され、可変利得等化器３に送られる。このとき、可
変利得等化器３の損失波長特性は、利得等化制御部４か
らの信号によって光増幅部１の実際の利得波長特性に対
応した特性に制御されている。これにより、可変利得等
化器３では、制御された損失波長特性に従って光増幅部
１からの出力光が減衰され、波長に対して均一なパワー
を有するＷＤＭ信号光が出力ポートＯＵＴから出力され
るようになる。
【００３６】このように本光増幅器は、ＷＤＭ信号光の
入力レベルが広い範囲で変化するようなときにでも、入
力光パワーに応じて変化する光増幅部の利得波長特性を
確実に補償できるため、平坦な利得波長特性の出力光を
得ることが可能である。これにより、従来のように固定
の利得等化器によってＷＤＭ信号光を過剰に損失させて
しまうようなことが防止でき、これは、利得等化器を光
増幅媒体の入力側に設置する場合において、光増幅器の
雑音特性を向上させることができる。
【００３７】次に、上記第１の基本構成を適用したＷＤ
Ｍ用光増幅器の好ましい実施形態について説明する。図
２は、第１の実施形態のＷＤＭ用光増幅器の構成を示す
ブロック図である。
【００３８】図２において、第１の実施形態の光増幅器
は、実質的に２段構成とした光増幅部の段間に可変光減
衰器を配置した従来と同様の構成に対して、上記の基本
構成を適用したものである。ここでは、例えば、前段及
び後段の各光増幅部としてエルビウムドープ光ファイバ
増幅器（ＥＤＦＡ）を使用し、前段の光増幅部は１つの
ＥＤＦＡ１１を有し、後段の光増幅部は直列に接続され
た２つのＥＤＦＡ１２，１２’を有するものとする。な
お、後段の光増幅部を２段のＥＤＦＡ１２，１２’で構
成したが、これは光増幅器の高出力化を実現するために
後段の光増幅部をさらに２段構成としただけであって、
実質的には１つのＥＤＦＡと考えても構わない。
【００３９】各ＥＤＦＡ１１，１２，１２’それぞれ
は、励起光の供給を受けて励起状態とされたエルビウム
ドープ光ファイバ（ＥＤＦ）内に、１．５５μｍ帯のＷ
ＤＭ信号光を入射させ通過させることによって、各波長
の信号光を一括して増幅する。なお、各ＥＤＦＡの励起
光波長は、０．９８μｍ帯または１．４８μｍ帯等とす
ることができ、ここでは、例えばＥＤＦＡ１１及び１２
の励起光波長を０．９８μｍ帯として光増幅器の低雑音
化を図り、ＥＤＦＡ１２’の励起光波長を１．４８μｍ
帯として高出力化を実現するようにしている。
【００４０】また、各々のＥＤＦＡには、利得を一定に
制御するＡＧＣ回路１１Ａ，１２Ａがそれぞれ設けられ
ている。各ＡＧＣ回路は、該当するＥＤＦＡの入力光及
び出力光の各パワーをモニタし、そのＥＤＦＡにおける
利得が所要の値となるように励起光パワーの自動制御を
行う。ここでは、すべてのＥＤＦＡにおける全体の利得
が一定となるように、各々のＡＧＣ回路による制御が実
施される。
【００４１】前段の光増幅部（ＥＤＦＡ１１）及び後段
の光増幅部（ＥＤＦＡ１２，１２’）の各利得波長特性
は、上述の図１７（Ａ）及び（Ｂ）と同様の特性をそれ
ぞれ示すものとする。具体的には、ＥＤＦＡ１１の利得
波長特性は、入力光パワーが大きくなって励起光パワー
が上限値に達する（ＥＤＦＡ１１の光増幅動作が飽和す
る）と、１．５５μｍ帯における短波長側の利得が長波
長側に比べて相対的に減少する特徴を持つ。この入力光
パワーの増大による利得波長特性の変化は、励起光パワ
ーが上限値に達することで前段光増幅部のＡＧＣが有効
に機能しなくなることに起因する。一方、ＥＤＦＡ１
２，１２’の利得波長特性は、短波長側の利得が長波長
側に比べて相対的に小さく、この関係は入力光パワーが
大きくなった場合でも同様である。これは、ＥＤＦＡ１
１の励起光パワーが上限値に達するような入力光パワー
のときにでも、後段のＥＤＦＡ１２，１２’は飽和せ
ず、そのため、光増幅器全体のＡＧＣが有効に機能して
利得波長特性が一定に保たれるためである。
【００４２】上記のような利得の波長依存性を抑圧する
ために、本光増幅器では、前段光増幅部のＥＤＦＡ１１
に対して可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１１Ｂが設けら
れ、後段光増幅部のＥＤＦＡ１２，１２’に対しては、
可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１２Ｂが設けられる。各可
変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂとしては、例えば、音響光
学効果を利用した可変の光フィルタ（ＡＯＴＦ）等とす
るのが好適である。このＡＯＴＦは、外部から与えるＲ
Ｆ信号の周波数を制御することにより、発生する弾性表
面波（ＳＡＷ）を変化させて損失波長特性を変えること
のできるデバイスである。
【００４３】図３は、各可変利得等化器の損失波長特性
の一例を入力光パワーに応じて示した図であって、
（Ａ）は前段の可変利得等化器１１Ｂの特性、（Ｂ）は
後段の可変利得等化器１２Ｂの特性を示すものである。
【００４４】図３に示すように、各可変利得等化器１１
Ｂ，１２Ｂの損失波長特性は、ＥＤＦＡ１１及びＥＤＦ
Ａ１２，１２’の各利得波長特性に対応した特性を有し
ている。すなわち、図３（Ａ）の可変利得等化器１１Ｂ
の損失波長特性は、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／
ｃｈと比較的小さいとき、１．５５μｍ帯における長波
長側の抑圧比がほぼ一定であり、かつ、短波長側の１５
４０ｎｍ付近における抑圧比の絶対値（損失量）が長波
長側に比べて小さくなる。また、入力光パワーが−９．
６ｄＢｍ／ｃｈと大きくなったときには、１５４０ｎｍ
付近における抑圧比がほぼ０ｄＢとなって長波長側に向
けて抑圧比の絶対値が大きくなる。この場合、さらに詳
しくは、波長に対する抑圧比の変化量（傾き）につい
て、１５３５〜１５３９．８ｎｍ間（短波長側）の値が
１５３９．８〜１５６１ｎｍ間（長波長側）の値の４倍
程度となるように設計するのが好ましい。
【００４５】一方、図３（Ｂ）の可変利得等化器１２Ｂ
の損失波長特性は、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／
ｃｈと比較的小さいとき、１５４０ｎｍ付近における抑
圧比がほぼ０ｄＢとなって長波長側に向けて抑圧比の絶
対値が大きくなる。また、入力光パワーが大きくなった
ときには、１５４０ｎｍ付近における抑圧比の絶対値が
入力光パワーの小さいときに比べて若干大きくなるもの
の、ほぼ同様の波長特性となる。
【００４６】さらに、上記各可変利得等化器１１Ｂ，１
２Ｂに対しては、利得等化制御回路（ＶＧＥＱ ＣＯＮ
Ｔ）１３が設けられる（図２）。この利得等化制御回路
１３は、入力光パワーに応じて各可変利得等化器１１
Ｂ，１２Ｂの損失波長特性を制御するための信号を生成
する。利得等化制御回路１３に送られる入力光パワー値
は、光カプラ１３Ａ、受光器（ＰＤ）１３Ｂ及び入力光
モニタ回路（ＭＯＮ）１３Ｃによって得られる。光カプ
ラ１３Ａは、入力ポートＩＮとＥＤＦＡ１１の間に挿入
され、入力光の一部を分岐して受光器１３Ｂに送る。受
光器１３Ｂは、光カプラ１３Ａからの分岐光を電気信号
に変換して入力光モニタ回路１３Ｃに送る。入力光モニ
タ回路１３Ｃは、受光器１３Ｂからの信号に応じて入力
光パワーを算出しその結果を利得等化制御回路１３に送
る。
【００４７】また、本光増幅器の前段光増幅部及び後段
光増幅部の段間には、出力レベル制御手段を構成する可
変光減衰器（ＶＡＴＴ）１４が設けられる。可変光減衰
器１４は、外部からの信号により光減衰量を変化させる
ことのできる公知の光減衰器である。この可変光減衰器
４２の光減衰量は、光減衰量制御部としてのＡＬＣ回路
１４Ａから出力される信号によって制御される。ＡＬＣ
回路１４Ａは、可変光減衰器１４の出力光を光カプラ１
４Ｂで分岐し受光器（ＰＤ）１４Ｃで光電変換した信号
と、ＥＤＦＡ１２’の出力光を光カプラ１４Ｄで分岐し
受光器（ＰＤ）１４Ｅで光電変換した信号とに基づい
て、本光増幅器の１波長あたりの出力光パワーが一定の
レベルとなるように可変光減衰器４２の光減衰量を制御
する信号を発生する。
【００４８】さらに、ここでは本光増幅器に接続される
光ファイバ伝送路等で生じる波長分散を補償するための
分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１５が、例えば光カプラ１
４ＢとＥＤＦＡ１２の間に接続されている。なお、この
分散補償ファイバ１５は、分散補償の必要性に応じて設
ければよく、一般的には、伝送速度が２．５Ｇｂ／ｓを
超えるようなとき（例えば１０Ｇｂ／ｓ等）に光増幅器
内に設けることが好ましい。
【００４９】上記のような構成を有する第１の実施形態
の光増幅器では、入力ポートＩＮに入力されたＷＤＭ信
号光が、光カプラ１３Ａを通過してＥＤＦＡ１１に送ら
れるとともに、その一部が光カプラ１３Ａで分岐され受
光器１３Ｂで光電変換されて入力光モニタ回路１３Ｃに
送られる。
【００５０】ＥＤＦＡ１１では、入力光パワーに対応し
た利得波長特性で各波長の信号光が一括して増幅され、
可変利得等化器１１Ｂに送られる。このとき、入力光パ
ワーが比較的小さく励起光パワーが上限値に達していな
い場合には、ＡＧＣ回路１１Ａが有効に機能して利得が
一定に制御される。一方、入力光パワーが大きくなり励
起光パワーが上限値に達した場合には、ＥＤＦＡ１１の
動作が励起光パワー一定制御となって利得が一定に保た
れなくなり、この場合には、１．５５μｍ帯における短
波長側の利得減少量が長波長側に比べて多くなる。
【００５１】入力光モニタ回路１３Ｃでは、受光器１３
Ｂからの信号を基に入力光パワーが求められ、その結果
が利得等化制御回路１３に伝えられる。そして、利得等
化制御回路１３では、入力光パワーに対応させて各可変
利得等化器１１Ｂ，１２Ｂごとに予め設定しておいた信
号を、それぞれの可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂに出力
する。この利得等化制御回路１３からの信号によって、
各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂの損失波長特性が入力
光パワーに対応したものに制御される。
【００５２】可変利得等化器１１Ｂに送られたＥＤＦＡ
１１の出力光は、入力光パワーに対応した損失波長特性
に従って減衰される。ここでの特徴は、入力光パワーが
大きくなったときに、ＥＤＦＡ１１の短波長側の利得減
少に対応して、可変利得等化器１１Ｂの短波長側の損失
量が少なくなるようにして、前段光増幅部の利得の波長
平坦性を維持することにある。そして、可変利得等化器
１１Ｂで利得等化されたＷＤＭ信号光は、可変光減衰器
１４、光カプラ１４Ｂ及び分散補償ファイバ１５を通過
してＥＤＦＡ１２に送られる。
【００５３】ＥＤＦＡ１２に送られたＷＤＭ信号光は、
ＡＧＣ回路１２Ａの制御下で一括増幅された後、可変利
得等化器１２Ｂにおいて入力光パワーに対応した利得等
化が行われる。可変利得等化器１２Ｂで利得等化された
ＷＤＭ信号光は、ＥＤＦＡ１２’に送られて、ＡＧＣ回
路１２Ａの制御下で一括増幅される。このＥＤＦＡ１
２’の出力光は、各波長の信号光パワーが均一に揃えら
れＷＤＭ信号光となる。
【００５４】さらに、本光増幅器では、ＥＤＦＡ１２’
の出力光の一部及び可変光減衰器１４の出力光の一部
が、光カプラ１４Ｄ及び１４Ｂ、受光器１４Ｅ及び１４
Ｃを介してＡＬＣ回路１４Ａにフィードバックされ、Ａ
ＬＣ回路１４Ａによって可変光減衰器１４の光減衰量が
制御される。これにより、１波長あたりの出力光パワー
が一定に制御されたＷＤＭ信号光が出力ポートＯＵＴを
介して外部に出力されるようになる。
【００５５】ここで、第１の実施形態の光増幅器につい
て雑音特性をシミュレーションした結果を以下に示す。
一般に、光増幅器の雑音指数ＮＦは次の数１に示す
（１）式で与えられる。
【００５６】
【数１】
【００５７】ただし、ＥＤＦ(n)はｎ段目の光増幅媒
体、Ｌ(n)はｎ段目の光増幅部における光部品の挿入損
失、ＮＦEDF(n)はＥＤＦ(n)の雑音指数、ＰASEは自然放
出（ＡＳＥ）光のパワー［ｄＢｍ］、ｈはプランク定
数、νは光の搬送波周波数、Δνは光スペクトルアナラ
イザの分解能から決まる帯域幅［Ｈｚ］、Ｇは信号利得
［ｄＢ］である。
【００５８】本光増幅器の場合、３つのＥＤＦＡから構
成されるので（１）式においてｎ＝３として雑音指数を
計算することが可能である。ここでは、例えば入力光パ
ワーとして−１６．６ｄＢｍ／ｃｈ及び−９．６ｄＢｍ
／ｃｈを想定し、−９．６ｄＢｍ／ｃｈのとき前段のＥ
ＤＦＡ１１の利得が約４ｄＢ減少すると設定して、本実
施形態の光増幅器及び従来の光増幅器（固定の利得等化
器を使用）の各雑音指数ＮＦをシミュレーションした。
次の表１及び図４は、そのシミュレーション結果を示し
たものである。
【００５９】
【表１】
【００６０】このようなシミュレーションの結果より、
本光増幅器は従来のものと比較して、雑音指数の波長平
坦性（波長偏差）について１．５６ｄＢの改善が見込ま
れ、最悪雑音指数については０．８ｄＢの改善が見込ま
れる。
【００６１】上述のように第１の実施形態の光増幅器に
よれば、広いレベル範囲の入力光に対しても利得及び雑
音指数の波長平坦性を同時に実現することができる。こ
れにより、入力光パワーが大きな場合であっても、従来
のように１．５５μｍ帯における短波長側の雑音特性が
劣化してしまうようなことがなくなり、優れた雑音特性
を持つ光増幅器を実現することができる。
【００６２】なお、上記第１の実施形態では、前段光増
幅部の励起光波長として０．９８μｍ帯を適用した。こ
れは（１）式からもわかるように前段光増幅部の雑音特
性が光増幅器全体の雑音特性に大きな影響を与えること
を考慮したものである。しかしながら、前段光増幅部の
励起光波長として１．４８μｍ帯を適用する必要が生じ
た場合、入力光パワーが比較的小さなときにでも１．５
５μｍ帯における短波長側の雑音特性が粗悪になってし
まう。このような場合には、入力光パワーが比較的小さ
なときについても、前段の可変利得等化器１１Ｂの短波
長側の損失を積極的に緩和し、その緩和分に対応させ
て、後段の可変利得等化器１２Ｂの損失を増加させるよ
うにする。図５（Ａ）及び（Ｂ）には、例えば入力光パ
ワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈの場合における前段及び
後段の各可変利得等化器の損失波長特性の一例を前段の
励起波長に応じて示しておく。
【００６３】このような措置をとるときには、前段光増
幅部の利得にあえて波長特性がつくことになり、利得一
定制御に誤差が生じることになる。しかし、１．４８μ
ｍ帯励起方式の場合、この利得一定制御の誤差の影響よ
りも雑音特性の改善効果の方が大きいということがシミ
ュレーションの結果より云える。すなわち、入力光パワ
ーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈのときの最悪雑音指数を計
算すると、上記の措置をとらない場合に７．６７ｄＢと
なるのに対して、上記の措置をとった場合には７．２９
ｄＢとなり、０．３８ｄＢの改善効果が得られる。した
がって、上記の措置を施すことは、前段光増幅部を１．
４８μｍ帯励起方式とするような場合に有効である。
【００６４】次に、第２の実施形態のＷＤＭ用光増幅器
について説明する。図６は、第２実施形態の光増幅器の
構成を示すブロック図である。図６において、本光増幅
器は、第１実施形態の光増幅器（図２）について、前段
の可変利得等化器１１Ｂを２つの光フィルタ１１Ｂ1，
１１Ｂ2で構成し、後段の可変利得等化器１２Ｂを２つ
の光フィルタ１２Ｂ1，１２Ｂで構成したものである。
上記以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成
と同様であるので説明を省略する。
【００６５】可変利得等化器１１Ｂを構成する光フィル
タ１１Ｂ1は、従来の場合と同様に固定の損失波長特性
を有する光フィルタであって、その損失波長特性は、Ｅ
ＤＦＡ１１の基準となる利得波長特性（設計値）に対応
させて設計される。このような光フィルタのデバイスと
しては、例えば、ファイバブラッググレイティングやエ
タロンフィルタ等が適している。また、可変利得等化器
１２Ｂを構成する光フィルタ１２Ｂ1も、上記の光フィ
ルタ１１Ｂ1と同様に、ＥＤＦＡ１２，１２’の基準と
なる利得波長特性に対応した固定の損失波長特性を有す
る光フィルタである。
【００６６】可変利得等化器１１Ｂを構成する光フィル
タ１１Ｂ2は、波長に対して線形的な損失波長特性を有
し、線形性の傾斜量を変化可能な光フィルタであって、
その損失波長特性は、ＥＤＦＡ１１の利得波長特性が設
計値から変動した場合などに生じる利得偏差が補償され
るような、線形性を有する可変の波長特性に設計され
る。このような光フィルタのデバイスとしては、例え
ば、磁気光学効果や音響光学効果を利用した光フィルタ
等が適している。また、可変利得等化器１２Ｂを構成す
る光フィルタ１２Ｂ2も、上記の光フィルタ１１Ｂ2と同
様である。
【００６７】図７は、磁気光学効果を利用した光フィル
タ１１Ｂ2，１２Ｂ2の構成例を示すブロック図である。
図７の光フィルタは、入射光が入力側のレンズ、複屈折
楔及び複屈折板を介して可変ファラデー回転子に入力さ
れ、該可変ファラデー回転子を通過した光が出力側の複
屈折楔及びレンズを介して出力される構成である。可変
ファラデー回転子は、外部から与えられる信号により磁
場が制御され偏光面の回転角が変化する特性を有する。
【００６８】このような磁気光学効果を利用した光フィ
ルタの損失波長特性は、図８に示すように、波長に対す
る損失がほぼ線形的に変化し、可変ファラデー回転子に
与える信号（電流値）を変えることによってその傾きが
制御される。
【００６９】したがって、損失波長特性が可変の光フィ
ルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2と損失波長特性が固定の光フィル
タ１１Ｂ1，１２Ｂ1とを組み合わせて使用することで、
第１実施形態で使用した可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂ
と同様の機能がそれぞれ実現されるようになる。
【００７０】かかる構成の光増幅器では、各光フィルタ
１１Ｂ1，１２Ｂ1の固定の損失波長特性が、例えば入力
光パワーが比較的小さいときのＥＤＦＡの利得波長特性
に対応させて設計されているとすると、入力光モニタ回
路１３Ｃで小さな入力光パワーが検出された場合、利得
等化制御回路１３は、各光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2の
損失波長特性の傾きがほぼ０となるように制御する信号
を各光フィルタ１１Ｂ 2，１２Ｂ2にそれぞれ出力する。
一方、入力光モニタ回路１３Ｃで大きな入力光パワーが
検出された場合には、利得等化制御回路１３は、光フィ
ルタ１１Ｂ2の損失波長特性がＥＤＦＡ１１の利得波長
特性の設計値からのずれを補償する傾きとなるように制
御する信号を光フィルタ１１Ｂ2に出力するとともに、
光フィルタ１２Ｂ2の損失波長特性が光フィルタ１１Ｂ2
とは相反する傾きとなるように制御する信号を光フィル
タ１２Ｂ2に出力する。これにより第１の実施形態の場
合と同様の作用効果が得られるようになる。
【００７１】このように第２の実施形態によれば、ＥＤ
ＦＡの利得波長特性に対応した複雑な損失波長特性を有
する可変利得等化器を１つの光デバイスで実現すること
が困難な場合であっても、上記のように固定及び可変の
２種類の光フィルタを組み合わせることで、所望の波長
特性を有する可変利得等化器を比較的容易に実現するこ
とが可能である。
【００７２】次に、第３の実施形態のＷＤＭ用光増幅器
について説明する。図９は、第３実施形態のＷＤＭ用光
増幅器の構成を示すブロック図である。本光増幅器は、
例えば第１実施形態の光増幅器（図２）について、各Ｅ
ＤＦＡ１１，１２，１２’で発生する自然放出光（ＡＳ
Ｅ光）を基に出力光のチャネル間出力偏差を検出するた
めの構成を付加したものである。なお、ここでは入力光
における信号光パワーとその信号光波長におけるＡＳＥ
光との比が波長に対して一定である光増幅器への適用を
前提とする。
【００７３】具体的には、図９において、出力光分岐部
としての光カプラ１６Ａと、該光カプラ１６Ａの分岐光
をさらに２分岐する光カプラ１６Ｂと、第１及び第２Ａ
ＳＥ光抽出部としての光フィルタ１６Ｃ及び１６Ｄと、
各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄを通過した光を電気信号に
変換する受光器１６Ｅ，１６Ｆと、各受光器１６Ｅ，１
６Ｆからの信号を基にＡＳＥ光パワーを求める演算部と
してのＡＳＥ光モニタ回路１６と、が付加される。上記
以外の構成は、第１実施形態の構成と同様である。
【００７４】光カプラ１６Ａは、例えば、ＥＤＦＡ１
２’と光カプラ１４Ｄの間に挿入され、ＥＤＦＡ１２’
の出力光の一部を分岐して光カプラ１６Ｂに送る。光フ
ィルタ１６Ｃは、光カプラ１６Ｂでさらに２分岐された
一方の光信号から、最大入力信号数における最短の信号
光波長に近傍する狭波長帯のＡＳＥ光を抽出するもので
ある。また、光フィルタ１６Ｄは、光カプラ１６Ｂで２
分岐された他方の光信号から、最大入力信号数における
最長の信号光波長に近傍する狭波長帯のＡＳＥ光を抽出
するものである。
【００７５】図１０は、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄで
抽出されるＡＳＥ光の概容を示した図である。図１０に
示すように、ここでは、光フィルタ１６Ｃの透過帯域の
中心波長λSを最短信号波長λMINの短波長側近傍に設定
し、光フィルタ１６Ｄの透過帯域の中心波長λLを最短
信号波長λMAXの短波長側近傍に設定する。中心波長
λS，λLから信号波長λMIN，λMAXまでの波長幅は、各
光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの透過帯域幅に応じて決ま
り、光フィルタの透過帯域内に信号光が含まれない範囲
で可能な限り狭くする。この急峻な透過特性を有する光
フィルタとしては、例えばファイバブラッググレーティ
ング等が好適であり、その透過帯域幅は０．１ｎｍ程度
のものが実現されている。このような光フィルタを使用
する場合には、中心波長λS，λLから信号波長λMIN，
λMAXまでの幅は１ｎｍ程度に設定すればよい。
【００７６】ＡＳＥ光モニタ回路１６は、光フィルタ１
６Ｃで抽出され受光器１６Ｅで光電変換された信号を基
に最短波長近傍のＡＳＥ光パワーを求めるとともに、光
フィルタ１６Ｄで抽出され受光器１６Ｆで光電変換され
た信号を基に最長波長近傍のＡＳＥ光パワーを求め、各
ＡＳＥ光パワーの偏差に応じて出力光におけるチャネル
間出力偏差を算出し、その値を利得等化制御回路１３に
送る。ここで、ＡＳＥ光パワーの偏差を信号光の出力偏
差とすることができるのは、信号光とＡＳＥ光の比が波
長に対して一定であることによる。
【００７７】さらに、利得等化制御回路１３では、ＡＳ
Ｅ光モニタ回路１６で検出された信号光の出力偏差が補
正されるように、各可変利得等化器の損失波長特性の微
調整が行われる。
【００７８】このような構成により、第３の実施形態の
光増幅器では、入力信号光パワーに波長特性があって
も、光増幅器を適用する環境に応じて、チャネル間の出
力バラツキが小さい出力光を得るように利得等化制御を
実施することができる。また、ＡＳＥ光パワーを測定す
るようにしたことで、信号光の数や信号光波長の変動に
関係なく出力光のチャネル間出力偏差を検出でき、これ
を補償することができる。
【００７９】なお、上記第3の実施形態では、光増幅器
内を出力側に伝搬するＡＳＥ光を光カプラ１６Ａで取り
出す構成としたが、本発明はこれに限らず、入力側等の
任意の方向に伝搬するＡＳＥ光をモニタするようにして
もよい。
【００８０】また、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの中心
波長λS，λLを信号波長λMIN，λM AXの外方側にそれぞ
れ設定したが、本発明はこれに限らず信号波長λMIN，
λMAXの内方側に中心波長λS，λLを設定しても構わな
い。この場合、信号波長λMIN，λMAXに隣接する信号波
長が各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの透過帯域内に含まれ
ないように注意する必要がある。
【００８１】次に、第４の実施形態のＷＤＭ用光増幅器
について説明する。図１１は、第４実施形態の光増幅器
の構成を示すブロック図である。本光増幅器は、入力光
における信号光パワーとその信号光波長におけるＡＳＥ
光との比が波長に対して均一でない場合にも適用できる
ように、第３実施形態の光増幅器を改良したものであ
る。
【００８２】図１１において、本光増幅器は、第３実施
形態の光増幅器（図９）について、入力光分岐部として
の光カプラ１７Ａと、該光カプラ１７Ａの分岐光をさら
に２分岐する光カプラ１７Ｂと、第３及び第４ＡＳＥ光
抽出部としての光フィルタ１７Ｃ及び１７Ｄと、各光フ
ィルタ１７Ｃ，１７Ｄを通過した光を電気信号に変換す
る受光器（ＰＤ）１７Ｅ，１７Ｆと、各受光器１７Ｅ，
１７Ｆからの信号を基にＡＳＥ光パワーを求めるＡＳＥ
光モニタ回路（ＡＳＥ ＭＯＮ）１７と、が付加され
る。上記以外の構成は、第３実施形態の構成と同様であ
る。
【００８３】光カプラ１７Ａは、例えば、光カプラ１３
ＡとＥＤＦＡ１１の間に挿入され、本光増幅器の入力光
の一部を分岐して光カプラ１７Ｂに送る。各光フィルタ
１７Ｃ，１７Ｄとしては、上述した光フィルタ１６Ｃ，
１６Ｄと同様のものがそれぞれ用いられる。
【００８４】ＡＳＥ光モニタ回路１７は、光フィルタ１
７Ｃで抽出され受光器１７Ｅで光電変換された信号を基
に最短波長近傍のＡＳＥ光パワーを求めるとともに、光
フィルタ１７Ｄで抽出され受光器１７Ｆで光電変換され
た信号を基に最長波長近傍のＡＳＥ光パワーを求め、そ
れぞれのパワー値を利得等化制御回路１３に送る。
【００８５】かかる構成の光増幅器では、出力光に含ま
れるＡＳＥ光の最短波長近傍及び最長波長近傍の各光パ
ワーがＡＳＥ光モニタ回路１６で検出され、利得等化制
御回路１３に送られる。また、これと同時に、入力光に
含まれるＡＳＥ光の最短波長近傍及び最長波長近傍の各
光パワーもＡＳＥ光モニタ回路１７で検出され、利得等
化制御回路１３に送られる。利得等化制御回路１３で
は、最短波長近傍及び最長波長近傍の各ＡＳＥ光パワー
について、入力値（ＡＳＥ光モニタ回路１７の検出値）
から出力値（ＡＳＥ光モニタ回路１７の検出値）を差し
引いた値が算出される。そして、算出された短波長側及
び長波長側の各値が等しくなるように、各可変利得等化
器の損失波長特性の微調整が行われる。これにより、入
力光の信号光とＡＳＥ光の比と同じ波長特性を有する出
力光を得るように利得等化制御を実施することができ
る。もちろん、ＡＳＥ光パワーを測定するため、信号光
の数や信号光波長の変動に関係なく確実に利用すること
が可能である。
【００８６】次に、第1の基本構成を変形した第２の基
本構成について説明する。図１２は、ＷＤＭ用光増幅器
の第２の基本構成を示すブロック図である。図１２にお
いて、本光増幅器は、第１の基本構成の場合と同様の光
増幅部１及び入力光モニタ部２と、互いに異なる固定の
損失波長特性を有する複数の利得等化器５と、入力光モ
ニタ部２で測定された入力光パワーに応じて、複数の利
得等化器５のうちのいずれか１つを選択して、例えば光
増幅部１及び出力ポートＯＵＴ間等に接続する利得等化
制御手段としての利得等化選択部６と、を有している。
【００８７】複数の利得等化器５は、光増幅部１の利得
の波長依存性を抑圧可能な互いに異なる固定の損失波長
特性を持ち、それぞれの利得等化器５の損失波長特性
は、入力光パワーに応じて変化する光増幅部１の利得波
長特性に対応したものに予め設計されている。各利得等
化器５に用いる光デバイスとしては、融着ＷＤＭカプ
ラ、ファイバブラッググレーティング、エタロンフィル
タ等が適している。
【００８８】利得等化選択部６は、入力光モニタ部２か
らの入力光パワー値を基に光増幅部１の動作状態を判断
して、該光増幅部１の利得波長特性に対応した損失波長
特性を持つ利得等化器５を複数の利得等化器５のうちか
ら１つ選択し、その利得等化器５を光増幅部１の出力側
に接続させる。ここでは、いずれかの利得等化器５が光
増幅部１の出力側に接続される場合を示したが、利得等
化器３の接続位置は、光増幅部１の入力側であっても構
わない。
【００８９】かかる第２の基本構成の光増幅器では、第
１の基本構成の場合と同様に、入力ポートＩＮにＷＤＭ
信号光が入力されると、その入力光は、光増幅部１にお
いて各波長の信号光が一括して増幅されるとともに、入
力光モニタ部２において入力光パワーがモニタされる。
入力光モニタ部２で得られた入力光パワー値は利得等化
選択部６に送られ、利得等化選択部６では、入力光パワ
ーに対応した利得等化器５が選択され光増幅部１の出力
側に接続される。そして、光増幅部１で増幅されたＷＤ
Ｍ信号光は、選択された利得等化器５に送られ固定の損
失波長特性に従って減衰され、波長に対して均一なパワ
ーを有するＷＤＭ信号光が出力されるようになる。この
ように第２の基本構成の光増幅器においても、第１の基
本構成の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００９０】上記第２の基本構成は、例えば図１３のブ
ロック図に示すように、上述した第１の実施形態の構成
について、各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂをそれぞれ
複数の利得等化器（ＧＥＱ）２１，２２に置き換え、利
得等化制御回路１３を利得等化選択回路（ＧＥＱ ＳＥ
Ｌ）２３に置き換えることによって具体化される。ま
た、第２の実施形態の場合には、可変の損失波長特性を
有する光フィルタ１１Ｂ 2，１２Ｂ2をそれぞれ複数の利
得等化器２１，２２に置き換えて、従来と同様の１つの
固定光フィルタ１１Ｂ1，１２Ｂ1及び複数の利得等化器
２１，２２の組み合わせとし、かつ、利得等化制御回路
１３を利得等化選択回路２３に置き換えることによって
具体化される。さらに、第３及び第４の実施形態の場合
についても、上記の場合と同様にして具体化することが
可能である。
【００９１】ここで、複数の利得等化器５に必要な補償
量について具体的に検討する。光増幅器を設置する環境
において、常時、一定に発生すると考えられる波長特性
としては、光ファイバ伝送路の損失波長特性と、分散補
償器（ＤＣＦ）の損失波長特性と、光増幅器自身の利得
波長特性と、経時劣化による損失波長特性と、が挙げら
れる。信号光帯域を１．５５μｍ帯としてそれぞれの値
を見積もると、光ファイバ伝送路（１．３μｍＳＭＦ，
８０ｋｍ）の損失波長特性は−０．５ｄＢ、分散補償器
の損失波長特性は±０．５ｄＢ、光増幅器の利得波長特
性は±１．０ｄＢ、経時劣化による損失波長特性は±
０．５ｄＢとなる。ただし、波長に対して挿入損失（あ
るいは挿入利得）が大きくなる場合を「＋」とし、小さ
くなる場合を「−」とする。上記各値の絶対値を単純に
加算した波長特性は２．５ｄＢとなる。
【００９２】したがって、複数の利得等化器５の組合せ
として、例えば、１．５５μｍ帯における傾斜量が＋
１．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器と、１．
５５μｍ帯における傾斜量が＋２．０ｄＢの損失波長特
性を有する利得等化器と、１．５５μｍ帯における傾斜
量が−１．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器
と、１．５５μｍ帯における傾斜量が−２．０ｄＢの損
失波長特性を有する利得等化器と、を設けることで多く
の場合の利得補償を行うことが可能となる。図１４に
は、各利得等化器の損失波長特性を示しておく。なお、
上記の組合せは一例であって、本発明がこれに限定され
るものではない。
【００９３】次に、本発明による光通信システムの実施
形態について説明する。図１５は、本実施形態の光通信
システムの構成を示すブロック図である。図１５におい
て、本光通信システムは、送信側の端局１００と、受信
側の端局２００と、それら送受信端局の間を結ぶ光ファ
イバ伝送路３００と、該光ファイバ伝送路３００の途中
に設けられる複数の光中継局４００とから構成される。
【００９４】送信側の端局１００は、波長の異なる複数
（例えば３２波等）の光信号をそれぞれ出力する複数の
光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１と、複数の光信号を波長多重
してＷＤＭ信号光とし光ファイバ伝送路３００に出力す
る合波器１０２と、ＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅
するポストアンプ１０３とを有する。
【００９５】受信側の端局２００は、光ファイバ伝送路
３００により伝送されたＷＤＭ信号光を所要のレベルに
増幅するプリアンプ２０１と、プリアンプ２０１からの
出力光の一部を分岐する光カプラ２０２と、光カプラ２
０２を通過したＷＤＭ信号光を波長に応じて複数の光信
号に分ける分波器２０３と、複数の光信号をそれぞれ受
信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）２０４と、光カプ
ラ２０２で分岐されたＷＤＭ信号光を用いて受信端局２
００における各波長の光ＳＮ比を測定し、ＷＤＭ信号光
の伝送状態を判定する受信モニタ部２０５とを有する。
ここでは、受信モニタ部２０５が光ＳＮ比測定手段及び
利得等化管理手段として機能する。
【００９６】光ファイバ伝送路３００は、例えば単一モ
ード光ファイバ（ＳＭＦ）等の一般的な光伝送路とす
る。各局間のＳＭＦの長さは、ここでは例えば８０ｋｍ
等とするが、この値に限定されるものではない。
【００９７】各光中継局４００は、上述のいずれかの実
施形態で示したＷＤＭ用光増幅器をそれぞれ備え、光フ
ァイバ伝送路３００により伝送されたＷＤＭ信号光を一
括して増幅する。また、送信端局１００のポストアンプ
１０３及び受信端局２００のプリアンプ２０１について
も、上述のいずれかの実施形態で示したＷＤＭ用光増幅
器が適用されるものとする。これら各局に設けられたＷ
ＤＭ用光増幅器の利得等化制御回路１３（あるいは利得
等化選択回路２３）に対して、受信端局２００の受信モ
ニタ部２０５から出力される信号（管理信号）が送られ
る。この信号は、受信モニタ部２０５で判定されたＷＤ
Ｍ信号光の伝送状態に従って各光増幅器の利得等化動作
を制御する信号である。
【００９８】次に、上記のような構成の光通信システム
における利得等化の制御動作について説明する。一般
に、光増幅器を適用したＷＤＭ光通信システムにおいて
所定の伝送特性を得るためには、各増幅中継段において
各波長（チャネル）間の信号光パワーのバラツキを１ｄ
Ｂ以下に抑える必要がある。各信号光パワーは、その上
限が非線形効果により制限され、下限が受信ＳＮ比によ
り制限されることが知られている。そこで、各光増幅器
の利得波長特性を小さくすることはもちろんのこと、光
通信システムを構成する光ファイバ伝送路３００等の損
失波長特性についても小さくすることが必要になる。
【００９９】光通信システムにおいて、各光増幅器の可
変利得等化器（あるいは複数の利得等化器）で行われる
利得等化は、前述したような常時一定に発生する損失波
長特性（見積値２．５ｄＢ）だけでなく、入力条件の動
的な変化や温度変化などにより発生する損失波長特性に
対しても補償が行われることが望まれる。具体的には、
例えば、誘導ラマン散乱により伝送路（ＳＭＦ，８０ｋ
ｍ）に発生する損失波長特性が約−１ｄＢとなることが
本出願人によって確認されており、また、光ファイバ伝
送路、分散補償器及び光増幅器の温度特性により発生す
る損失波長特性が±０．３ｄＢ程度になると考えられ
る。これらの値を前述の見積値２．５ｄＢに加算する
と、各光増幅器の可変利得等化器（あるいは複数の利得
等化器）は、損失波長特性の変化の幅として３．８ｄＢ
程度が必要となる。この場合の可変利得等化器の損失波
長特性を図１６に示しておく。
【０１００】上記のような誘導ラマン散乱や温度変化に
よる損失波長特性は、光通信システムのいずれの部分で
発生したかを特定することが困難であるため、受信端局
２００におけるＷＤＭ信号光の受信状態に基づいて判断
することが必要となる。本光通信システムでは、受信端
局２００の受信モニタ部２０５において光ＳＮ比が測定
され、その光ＳＮ比の値が予め設定した閾値よりも劣化
した場合に、各光増幅器の利得等化動作を制御する管理
信号が受信モニタ部２０５から各光増幅器に出力され
る。
【０１０１】この管理信号は、光通信システムの送信
（上流）側に位置する光増幅器に対して優先的に送ら
れ、受信（下流）側の光増幅器まで順次出力される。管
理信号を受けた利得等化制御回路１３（あるいは利得等
化選択回路２３）は、可変利得等化器の損失特性を段階
的に変化させ（あるいは、複数の利得等化器を順に切り
替えて接続させ）、それぞれ変化させたときの受信ＳＮ
比が受信モニタ部２０５で測定される。そして、すべて
の光増幅器に対する上記の動作が終了すると、最も良好
な伝送特性が得られたときの動作状態となるように、各
可変利得等化器の損失波長特性が設定される。
【０１０２】なお、ここでは、受信ＳＮ比が閾値より劣
化したときに上記一連の処理を実行するようにしたが、
本発明における利得等化の制御方法はこれに限られるも
のではない。例えば、ある時間内で試行錯誤的に各光増
幅器の可変利得等化器の損失特性を変化させて受信ＳＮ
比を測定し、その中で最も良好な伝送特性を得たときの
動作状態に各可変利得補償器の損失波長特性を設定する
ようにしても構わない。
【０１０３】このように本光通信システムによれば、光
中継局４００等に用いられる光増幅器として上述した各
実施形態のＷＤＭ用光増幅器を適用し、光増幅器を設置
する環境で生じる損失波長特性や光増幅器自身の利得波
長特性に対し、各光増幅器において各チャネル間の光パ
ワーのバラツキを抑えるようにしたことによって、光通
信システム中の最適な位置で最適な量の利得補償を行う
ことが可能となり、良好な伝送特性を得ることができる
ようになる。
【０１０４】なお、上述した各実施形態では、ＷＤＭ信
号光の波長帯域を１．５５μｍ帯として説明したが、本
発明はこれに限られるものではなく、例えば、ＥＤＦＡ
の長波長側の増幅帯域として注目されている１．５８μ
ｍ帯に対応させた波長帯域のＷＤＭ信号光について応用
することもできる。また、光増幅手段としてＥＤＦＡを
用いたが、これに限らず、例えばエルビウム以外の他の
希土類元素を含んだ希土類元素ドープ光ファイバ増幅器
等についても応用可能である。
【０１０５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＷＤＭ用
光増幅器によれば、可変の損失波長特性を有する利得等
化手段を設け、その可変の損失波長特性を入力光パワー
の変化に応じて制御するようにしたことで、入力光パワ
ーに応じて変化する光増幅手段の利得波長特性を確実に
補償できるため、平坦な波長特性の出力光を得ることが
可能である。これにより、広いレベル範囲の入力光に対
しても利得の波長平坦性を確保でき、波長依存性の小さ
い雑音特性を得ることができ、本発明を適用しない場合
と比べて、信号帯域における最悪の雑音特性の値を改善
することができる。
【０１０６】また、本発明のＷＤＭ用光増幅器を適用し
た光通信システムによれば、受信側に光ＳＮ比測定手段
を設けてＷＤＭ信号光の光ＳＮ比を測定し、その光ＳＮ
比が所要の値以上に良好になるように各光増幅器の利得
等化手段の損失波長特性を管理するようにしたことで、
光増幅器を設置する環境で生じる損失波長特性や光増幅
器自身の利得波長特性の変化に対しても、光通信システ
ム中の最適な位置で最適な量の利得補償を行うことが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＷＤＭ用光増幅器の第１の基本構
成を示すブロック図である。
【図２】第１の基本構成を適用した第１実施形態の光増
幅器の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に用いる可変利得等化器の損失
波長特性を示す図であって、（Ａ）は前段の可変利得等
化器の特性、（Ｂ）は後段の可変利得等化器の特性を示
す図である。
【図４】第１の実施形態の光増幅器について雑音特性を
シミュレーションした結果を示す図である。
【図５】第１の実施形態に関し、前段の光増幅部を１．
４８μｍ帯励起とした場合に適した可変利得等化器の損
失波長特性を示す図であって、（Ａ）は前段の可変利得
等化器の特性、（Ｂ）は後段の可変利得等化器の特性を
示す図である。
【図６】第１の基本構成を適用した第２実施形態の光増
幅器の構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態で用いられる磁気光学効果を利用
した光フィルタの構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の光フィルタの損失波長特性の変化を示す
図である。
【図９】第１の基本構成を適用した第３実施形態の光増
幅器の構成を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態について光フィルタにより抽出
されるＡＳＥ光の概容を説明する図である。
【図１１】第１の基本構成を適用した第４実施形態の光
増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明によるＷＤＭ用光増幅器の第２の基本
構成を示すブロック図である。
【図１３】第２の基本構成を第１実施形態の場合と同様
にして適用した光増幅器の構成を示すブロック図であ
る。
【図１４】第２の基本構成について、利得等化器の損失
波長特性の組み合わせの一例を示す図である。
【図１５】本発明による光通信システムの構成を示すブ
ロック図である。
【図１６】本発明による光通信システムに用いられる光
増幅器の可変利得等化器における損失波長特性を示す図
である。
【図１７】従来の２段構成の光増幅器における入力光パ
ワーに応じた利得波長特性を示す図であって、（Ａ）は
前段光増幅部の特性、（Ｂ）は後段光増幅部の特性を示
す図である。
【図１８】従来の光増幅器入力光パワーに応じた雑音特
性（雑音指数）を示した図である。
【符号の説明】
１…光増幅部 ２…入力光モニタ部 ３，１１Ｂ，１２Ｂ…可変利得等化器（ＶＧＥＱ） ４…利得等化制御部 ５，２１，２２…利得等化器 ６…利得等化選択部 １１，１２，１２’…エルビウムドープ光ファイバ増幅
器（ＥＤＦＡ） １１Ａ，１２Ａ…ＡＧＣ回路 １１Ｂ1，１２Ｂ1…光フィルタ（固定） １１Ｂ2，１２Ｂ2…光フィルタ（可変） １３…利得等化制御回路（ＶＧＥＱ ＣＯＮＴ） １３Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ，１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１
７Ｂ，２０２…光カプラ １３Ｂ，１４Ｃ，１４Ｅ，１６Ｅ，１６Ｆ，１７Ｅ，１
７Ｆ…受光器（ＰＤ） １３Ｃ…入力光モニタ回路 １４…可変光減衰器（ＶＡＴＴ） １４Ａ…ＡＬＣ回路 １５…分散補償ファイバ（ＤＣＦ） １６，１７…ＡＳＥ光モニタ回路 １６Ｃ，１６Ｄ，１７Ｃ，１７Ｄ…光フィルタ ２３…利得等化選択回路（ＧＥＱ ＳＥＬ） １００…送信端局 ２００…受信端局 ３００…光ファイバ伝送路 ４００…光中継局 ２０５…受信モニタ部 ＩＮ…入力ポート ＯＵＴ…出力ポート
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/14 10/06 10/04 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 HH02 HH03 JJ02 JJ05 MM01 RR01 YY17 5K002 AA06 BA04 CA02 CA10 CA13 DA02 FA01

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】波長多重信号光を一括して増幅する光増幅
    手段を備えた波長多重用光増幅器において、 入力光パワーを測定する入力光測定手段と、 前記光増幅手段に接続され、該光増幅手段の利得の波長
    依存性を抑圧する損失波長特性を有し、かつ、該損失波
    長特性を変化させることが可能な利得等化手段と、 前記入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じ
    て、前記利得等化手段の損失波長特性を制御する利得等
    化制御手段と、を備えて構成されたことを特徴とする波
    長多重用光増幅器。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の波長多重用光増幅器であ
    って、 前記利得等化手段が、複数段構成の前記光増幅手段に対
    して各段ごとに設けられ、 前記利得等化制御手段が、前記各利得等化手段の損失波
    長特性をそれぞれ制御する構成としたことを特徴とする
    波長多重用光増幅器。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の波長多重用光増幅器であ
    って、 前記光増幅手段の利得を一定に制御する利得一定制御手
    段を備え、 前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定さ
    れた入力光パワーを基に、最前段の光増幅手段における
    光増幅動作が飽和したか否かを判断して、前記各利得等
    化手段の損失波長特性をそれぞれ制御する構成としたこ
    とを特徴とする波長多重用光増幅器。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の波長多重用光増幅器であ
    って、 前記波長多重信号光が、１．５５μｍ帯の波長帯域を有
    し、 前記光増幅手段が、エルビウムドープ光ファイバ増幅器
    を含んで構成され、 前記利得等化制御手段が、前記最前段の光増幅手段にお
    ける光増幅動作の飽和を判断したとき、前記最前段の光
    増幅手段に対して設けられた前記利得等化手段につい
    て、１．５５μｍ帯における短波長側の損失量が飽和し
    ていないときの損失量よりも少なくなるように損失波長
    特性を制御する構成としたことを特徴とする波長多重用
    光増幅器。
  5. 【請求項５】請求項２〜４のいずれか１つに記載の波長
    多重用光増幅器であって、 前記複数の利得等化手段のうちで最前段の光増幅手段に
    対して設けられる利得等化手段が、前記最前段の光増幅
    手段の出力側に接続され、 前記複数の利得等化手段のうちで最後段の光増幅手段に
    対して設けられる利得等化手段が、前記最後段の光増幅
    手段の入力側に接続される構成としたことを特徴とする
    波長多重用光増幅器。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長
    多重用光増幅器であって、 １波長あたりの出力光パワーを一定のレベルに制御する
    出力レベル制御手段を備えたことを特徴とする波長多重
    用光増幅器。
  7. 【請求項７】請求項５に記載の波長多重用光増幅器であ
    って、 前記出力レベル制御手段が、最前段の光増幅手段と最後
    段の光増幅手段との間に接続される可変光減衰部と、１
    波長あたりの出力光パワーが一定のレベルになるように
    前記可変光減衰部の光減衰量を制御する光減衰量制御部
    と、を備えたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１つに記載の波長
    多重用光増幅器であって、 前記利得等化手段が、固定の損失波長特性を有する第１
    光フィルタと、波長に対して線形的な損失を有し、その
    損失波長特性の傾斜量を変化することが可能な第２光フ
    ィルタと、を備え、 前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定さ
    れた入力光パワーに応じて、前記第２光フィルタの損失
    波長特性を制御する構成としたことを特徴とする波長多
    重用光増幅器。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長
    多重用光増幅器であって、 前記光増幅手段で発生する自然放出光に基づいて、出力
    光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出
    力偏差検出手段を備え、 前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定さ
    れた入力光パワー及び前記出力偏差検出手段で検出され
    た出力偏差に応じて、前記利得等化手段の損失波長特性
    を制御する構成としたことを特徴とする波長多重用光増
    幅器。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載の波長多重用光増幅器で
    あって、 入力光における信号光パワーと当該信号光波長における
    自然放出光パワーとの比が波長に対して一定である場合
    において、 前記出力偏差検出手段が、出力光の一部を分岐する出力
    光分岐部と、 最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽
    出する第１自然放出光抽出部と、 最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽
    出する第２自然放出光抽出部と、 前記第１及び第２自然放出光抽出部で抽出された各自然
    放出光のパワーに基づいて、出力信号光の出力偏差を求
    める演算部と、を備えたことを特徴とする波長多重用光
    増幅器。
  11. 【請求項１１】請求項９に記載の波長多重用光増幅器で
    あって、 入力光における信号光パワーと当該信号光波長における
    自然放出光パワーとの比が波長に対して均一でない場合
    において、 前記出力偏差検出手段が、出力光の一部を分岐する出力
    光分岐部と、 最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽
    出する第１自然放出光抽出部と、 最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽
    出する第２自然放出光抽出部と、 入力光の一部を分岐する入力光分岐部と、 最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽
    出する第３自然放出光抽出部と、 最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波
    長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽
    出する第４自然放出光抽出部と、 前記第１〜第４自然放出光抽出部で抽出された各自然放
    出光パワーに基づいて、出力信号光の出力偏差を求める
    演算部と、を備えたことを特徴とする波長多重用光増幅
    器。
  12. 【請求項１２】請求項１に記載の波長多重用光増幅器で
    あって、 前記利得等化手段が、互いに異なる固定の損失波長特性
    を有する複数の利得等化器を備え、 前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定さ
    れた入力光パワーに応じて、前記複数の利得等化器のう
    ちのいずれか１つを選択し前記光増幅手段に接続する構
    成としたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
  13. 【請求項１３】請求項１〜１２のいずれか１つに記載の
    波長多重用光増幅器を複数備えた光通信システムであっ
    て、 前記複数の波長多重用光増幅器を介して伝送された波長
    多重信号光の光ＳＮ比を測定する光ＳＮ比測定手段と、 前記複数の波長多重用光増幅器の各利得等化制御手段に
    対して、前記光ＳＮ比測定手段で測定される光ＳＮ比が
    予め設定した値以上に良好になるように前記利得等化手
    段の損失波長特性を制御させる管理信号を順次送る利得
    等化管理手段と、を備えて構成されたことを特徴とする
    光通信システム。
  14. 【請求項１４】請求項１３に記載の光通信システムであ
    って、 前記利得等化管理手段が、送信側に配置された前記波長
    多重用光増幅器の利得等化制御手段に対して前記管理信
    号を優先的に送ることを特徴とする光通信システム。
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