JP2000349374A

JP2000349374A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JP2000349374A
Application number: JP11161633A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shimojo; 直政下條
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、１つの光ファイバ増幅器で出力光
の利得傾斜およびパワーを制御することができる光ファ
イバ増幅器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、希土類元素添加光ファイバ１
を吸収波長帯域内の光を発振する第１および第２励起光
源２、３で励起させ入力光を増幅する。そして、出力光
の一部を第１波長の光を透過させる第１帯域通過光フィ
ルタ４を介してパワーを第１検出手段６で検出し、出力
光の一部を第２波長の光を透過させる第２帯域通過光フ
ィルタ５を介してパワーを第２検出手段７で検出する。
これら検出手段の出力差の有無が利得傾斜の有無に相当
するから、第１制御手段９は、出力差に応じて、第１励
起光源２の重心波長を調節し利得傾斜を制御する。さら
に、第２制御手段１０は、出力光の一部を受光しパワー
を検出する第３検出手段８からの出力に応じて、第２励
起光源３の出力を調節し出力光のパワーを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素をレー
ザ活性元素とする光ファイバ増幅器において、複数の励
起光源からの励起光を各々調節することにより、１つの
光ファイバ増幅器で利得傾斜およびパワーを制御するこ
とができる光ファイバ増幅器に関する。将来のマルチメ
ディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大
容量の光通信装置が要求されている。この大容量化を実
現する方式として、波長分割多重（wavelength-divisio
n multiplexing、以下、「ＷＤＭ」と略記する。）方式
が、光ファイバの広帯域・大容量性を有効利用できるな
どの有利な点から研究開発が進められている。特に、大
洋を横断する海底ケーブルなどの超長距離光伝送システ
ムでは、ＷＤＭ方式光信号が超長距離光伝送を行う間に
減衰してしまうことからＷＤＭ方式光信号を増幅して中
継する必要がある。このような光ファイバ増幅器とし
て、従来の３Ｒ（reshaping、retiming、regeneratin
g）機能を持つ中継器と比較して、伝送速度の非依存
性、中継器の簡素化可能、ＷＤＭ方式光信号をそのまま
増幅可能などの有利な点を有することから、光ファイバ
増幅器の研究・開発が盛んである。

【０００２】

【従来の技術】従来、希土類元素をレーザ活性元素とす
る光ファイバ増幅器として、図６に示す光ファイバ増幅
器が一般に知られている。例えば、「光増幅器とその応
用」（石尾秀樹監修、オーム社、平成４年５月３０日発
行）９９頁ないし１２５頁に開示されている。

【０００３】図６は、従来の光ファイバ増幅器の構成を
示す図である。図６において、ＬＤ駆動回路１００は、
レーザダイオード（laser diode 、以下、「ＬＤ」と略
記する。）１０１に駆動電流を供給する。ＬＤ１０１
は、この駆動電流によって波長１４８０ｎｍ帯域のレー
ザ光を多モード発振し、このレーザ光は、２×１カプラ
１０２に入射される。

【０００４】カプラ１０２は、ＬＤ１０１からのレーザ
光とＷＤＭ方式光信号とを合波し、合波された光は、エ
ルビウム添加光ファイバ（erbium doped fiber、以下、
「ＥＤＦ」と略記する。）１０３に入射される。エルビ
ウム元素は、ランタノイドの希土類元素の１つで、元素
記号Ｅｒ、原子番号６８である。ランタノイドに属する
元素は、互いに性質が類似している。

【０００５】ＥＤＦ１０３は、ＬＤ１０１からの励起光
を吸収することによりＥＤＦ１０３内の電子が励起され
反転分布を形成する。この反転分布を形成した状態でＷ
ＤＭ方式光信号が入射するとこのＷＤＭ方式光信号に誘
導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ方式光信号が増幅さ
れる。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、一方向にのみ光
を透過するアイソレータ（Isolator、以下、「ＩＳＯ」
と略記する。）１０４に入射し、ＩＳＯ１０４から射出
され、増幅されたＷＤＭ方式光信号として出力される。
ここで、ＩＳＯ１０４をＥＤＦの下流側（光信号が伝送
していく方向）に接続するのは、光ファイバ増幅器に対
して下流側の光部品における接続箇所などで反射した戻
り光によりＥＤＦが自励発振するのを防止するためであ
る。

【０００６】図７（ａ）は、光ファイバ増幅器でＷＤＭ
方式光信号を増幅した場合を示す図である。図７（ｂ）
は、利得傾斜のあるＷＤＭ方式光信号にパワーの等化を
行った場合を示す図である。図７（ａ）および（ｂ）の
縦軸は、光ファイバ増幅器の出力パワーであり、横軸
は、波長である。また、ＷＤＭ方式光信号として５波
（波長λ₁〜λ₅）を多重した場合である。

【０００７】光ファイバ増幅器は、一般に、希土類元素
を添加した光ファイバの波長特性から、利得波長特性が
波長に対して一定ではなく波長依存性を有する。この波
長に対する利得の変化を光ファイバ増幅器の利得傾斜と
いう。光ファイバ増幅器で増幅したＷＤＭ方式光信号
は、光ファイバ増幅器にこの利得傾斜が存在しかつＷＤ
Ｍ方式光信号が波長の異なる光を多重する方式であるた
め、図７（ａ）に示すように、その最短波長のチャネル
における光信号のパワーとその最長波長のチャネルにお
ける光信号のパワーとに差が生じてしまう。このＷＤＭ
方式光信号の光信号のパワーの差が、ＷＤＭ方式光信号
の利得傾斜である。

【０００８】この光ファイバ増幅器の利得傾斜は、中継
器の段数に従って累積するため、多段中継を行うとＷＤ
Ｍ方式光信号の利得傾斜の勾配も急になる。ＷＤＭ方式
光信号の各チャネル間における光信号のパワーに大きな
偏差が生じると、各チャネルごとに光信号レベルダイヤ
グラムが大きく異なることになるから、光通信システム
を構築する上で問題となる。

【０００９】一方、多段中継後に受信局または中継局で
ＷＤＭ方式光信号の処理を行うために光信号のパワーの
等化を行うと、図７（ｂ）に示すようにＷＤＭ方式光信
号の光信号対雑音比（signal to noise ratio 、以下、
「ＳＮＲ」と略記する。）が劣化することになる。

【００１０】そこで、ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜を無
くすために、光ファイバ増幅器の利得波長特性がＥＤＦ
に入射する励起光のパワーによって変化することに着目
して、従来は、励起光のパワーを調節することによりＷ
ＤＭ方式光信号の帯域における光ファイバ増幅器の利得
傾斜を無くしていた。このため、ＬＤ駆動回路１００が
供給する駆動電流を調節することにより、ＬＤ１０１の
出力光のパワーを調節し、ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜
を無くしていた。

【００１１】一方、励起光源を冗長化構成とする光ファ
イバ増幅器として、図８に示す光ファイバ増幅器が、従
来、知られている。例えば、特開平９−９７９４０号公
報に開示されている。図８は、従来の励起光源を冗長化
構成とする光ファイバ増幅器の構成を示す図である。

【００１２】図８において、波長１４８０ｎｍ帯域のレ
ーザ光を多モード発振する各ＬＤ１１０-1、１１０-2か
ら射出されるレーザ光は、各々ファイバグレーティング
フィルタ（fiber bragg grating filter、以下、「ＦＢ
Ｇ」と略記する。）１１１-1、１１１-2に入射される。
ＦＢＧ１１１-1、１１１-2は、各ＬＤ１１０-1、１１０
-2の多モード発振を単一モード発振に安定させるための
フィルタである。

【００１３】各ＦＢＧ１１１-1、１１１-2から射出され
たレーザ光は、ともに２×２カプラ１１５に入射され
る。カプラ１１５は、これらのレーザ光を合波して、さ
らに、合波したレーザ光を２つに分岐し、励起光として
射出する。カプラ１１５から射出された一方の励起光
は、上り方向光信号とカプラ１１６-1で合波された後に
ＥＤＦ１１７-1に入射され、ＥＤＦ１１７-1を励起する
ことにより上り光信号を増幅する。増幅された上り光信
号は、ＩＳＯ１１８-1に入射され、増幅された上り方向
光信号の出力としてＩＳＯ１１８-1から射出される。ま
た、カプラ１１５から射出された他方の励起光は、上述
と同様に、カプラ１１６-2、ＥＤＦ１１７-2およびＩＳ
Ｏ１１８-2を介して、増幅された下り方向光信号の出力
としてＩＳＯ１１８-2から射出される。

【００１４】このような構成の光ファイバ増幅器では、
ＥＤＦ１１７-1、１１７-2を励起する励起光源は、ＬＤ
１１０-1およびＬＤ１１０-2の２つ存在するので、一方
の励起光源、例えば、ＬＤ１１０-1が故障により発振を
停止した場合でも、他方の励起光源ＬＤ１１０-2からの
励起光により光信号を増幅することができる利点があ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の図６
に示す光ファイバ増幅器では、励起光源であるＬＤ１０
１の出力光のパワーを調節することにより、ＷＤＭ方式
光信号の利得傾斜を制御している。したがって、光ファ
イバ増幅器の出力光のパワーを増加させるために、励起
光源であるＬＤ１０１の出力光のパワーを増加させる
と、ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜が生じてしまうという
問題がある。すなわち、１つの光ファイバ増幅器では、
ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜の制御と光ファイバ増幅器
の出力光のパワーの制御とが両立しないという問題があ
る。

【００１６】そして、上述の図８に示す励起光源を冗長
化構成とする光ファイバ増幅器では、光信号をＷＤＭ方
式とした場合に、上り方向光信号を増幅するＥＤＦ１１
７-1と下り方向光信号を増幅するＥＤＦ１１７-2とに同
一の励起光を供給するため、上り方向光信号の利得傾斜
と下り方向光信号の利得傾斜とを個別に最適化できない
という問題がある。さらに、この光ファイバ増幅器で
は、前述と同様に、光信号の利得傾斜の制御と光ファイ
バ増幅器の出力光のパワーの制御とが両立しないという
問題がある。

【００１７】そこで、請求項１、請求項２、請求項３お
よび請求項５に記載の発明では、１つの光ファイバ増幅
器で、ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜の制御と光ファイバ
増幅器の出力光のパワーの制御とを行うことができる光
ファイバ増幅器を提供することを目的とする。

【００１８】また、請求項４および請求項５に記載の発
明では、上り方向光信号の利得傾斜と下り方向光信号の
利得傾斜とを個別に最適化することができるとともに、
光信号の利得傾斜の制御と光ファイバ増幅器の出力光の
パワーの制御とを行うことができる光ファイバ増幅器を
提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】以下、図面を用いて課題
を解決するための手段を説明する。

【００２０】（請求項１）図１は、請求項１、請求項
２、請求項３および請求項５に記載の発明における双方
向励起の場合の原理構成を示す図である。なお、図１の
破線で示す第４検出手段１１およびカプラ１８は、請求
項２に記載の発明の構成を示している。図１において、
請求項１に記載の発明では、第１励起光源２は、後述す
る第１制御手段９からの制御信号に従って希土類元素に
おける吸収波長帯域内の波長の励起光を発振する。この
発振した励起光は、２×１カプラ１５を介して光ファイ
バ１に入射され、希土類元素を添加した光ファイバ１を
励起させる。カプラ１５は、第１励起光源２からの励起
光とこの光ファイバ増幅器で増幅されるべき入力光とを
合波する。

【００２１】また、第２励起光源３は、後述する第２制
御手段１０からの制御信号に従って希土類元素における
吸収波長帯域内の波長の励起光を発振する。この発振し
た励起光は、カプラ１６を介して光ファイバ１に入射さ
れ、光ファイバ１を励起させる。カプラ１６は、第２励
起光源３からの励起光を光ファイバ１に入射させる。こ
のような入力光を増幅する光ファイバ１の双方向から励
起光を入射させる方式を双方向励起（bidirectional pu
mping ）という。

【００２２】光ファイバ１で増幅された入力光は、カプ
ラ１６を介して１×４カプラ１７に入射され、カプラ１
７は、入射した光を４つに分岐する。分岐した光の１つ
は、増幅された出力光として射出される。分岐した光の
他の１つは、第１波長の光を透過させる第１帯域通過光
フィルタ４に入射される。分岐した光の他のもう１つ
は、第１波長と異なる第２波長の光を透過させる第２帯
域通過光フィルタ５に入射される。そして、分岐した光
の残余の１つは、光を受光しこの光のパワーを検出する
第３検出手段８に入射される。

【００２３】第１帯域通過光フィルタ４を透過した光
は、光を受光し第１帯域通過光フィルタ４からの光のパ
ワーを検出する第１検出手段６に入射される。第２帯域
通過光フィルタ５を透過した光は、光を受光し第２帯域
通過光フィルタ４からの光のパワーを検出する第２検出
手段７に入射される。第１制御手段９は、第１検出手段
６からの出力と第２検出手段７からの出力との差に応じ
て第１励起光源２の重心波長を制御する。

【００２４】第２制御手段１０は、第３検出手段８から
の出力に応じて第２励起光源３の出力光のパワーを制御
する。ここで、双方向励起の場合における請求項１に記
載の発明の構成について説明したが、第１励起光源２お
よび第２励起光源３をともに前方向励起としてもよい。
あるいは、第１励起光源２および第２励起光源３をとも
に後方向励起としてもよい。前方向励起（forward pump
ing ）とは、励起光の進行方向と入力光の進行方向とが
一致している場合をいい、後方向励起（backward pumpi
ng）とは、励起光の進行方向と入力光の進行方向とが逆
である場合をいう。

【００２５】また、重心波長λc とは、

【数１】によって示される波長をいう。なお、λj は、ｊ番目の
波長、Ｐj は、ｊ番目の波長における光電力、Ｎは、サ
ンプル数である。このような請求項１に記載の発明で
は、第１波長と第２波長とを出力光（増幅後の入力光）
の利得傾斜を無くしたい帯域における両端の波長に対し
帯域外の短波長側および長波長側（両端の波長を含
む。）にそれぞれ設定する。このように設定することに
より、第１検出手段６からの出力と第２検出手段７から
の出力との差の有無は、出力光の利得傾斜の有無に対応
する。このため、第１制御手段９は、出力光の利得傾斜
の有無に応じた制御信号を第１励起光源２に出力するこ
とができ、第１励起光源２の重心波長を制御することが
できる。重心波長は、例えば、第１励起光源２の温度を
変化させることにより制御する。重心波長を変化させる
と、光ファイバ増幅器の利得波長特性を変化させること
ができるので、第１帯域通過光フィルタ４、第２帯域通
過光フィルタ５、第１検出手段６、第２検出手段７およ
び第１制御手段９のフィードバックループにより、光フ
ァイバ増幅器から射出される出力光の利得傾斜を制御す
ることができる。

【００２６】一方、第３検出手段８は、出力光のパワー
を検出する。このため、第２制御手段１０は、第３検出
手段８の出力に応じて第２励起光源の出力光のパワーを
調節することにより、光ファイバ増幅器から射出される
出力光を所望のパワーに制御することができる。第２励
起光源の出力光のパワーの調節は、例えば、第２励起光
源の駆動電流を調節することで行う。よって、第３検出
手段８および第２制御手段１０のフィードバックループ
により、光ファイバ増幅器から射出される出力光のパワ
ーを制御することができる。

【００２７】このように請求項１に記載の発明では、光
ファイバ増幅器の利得傾斜と出力光のパワーとを制御す
ることができる。（請求項２）図１において、請求項２に記載の発明で
は、請求項１に記載の光ファイバ増幅器おいて、光ファ
イバ１で増幅されるべき入力光を受光しこの光のパワー
を検出する第４検出手段１１をさらに備え、第２制御手
段１０は、第３検出手段８からの出力と第４検出手段１
１からの出力との比率に応じて第２励起光源３の出力光
のパワーを制御する制御手段にすることで構成する。第
４検出手段１１に入射される入力光は、１×２カプラ１
８で入力光を分岐させて得る。

【００２８】このような請求項２に記載の発明では、第
２制御手段１０は、入力光のパワーと出力光のパワーと
の比率に応じて、この比率が一定となるように第２励起
光源３の出力光のパワーを制御するので、光ファイバ増
幅器の利得を一定にすることが容易にできる。（請求項３）図１において、請求項３に記載の発明で
は、請求項１または請求項２に記載の光ファイバ増幅器
において、第１励起光源２は、希土類元素における第１
吸収波長帯域内の波長の励起光を発振し、第２励起光源
３は、希土類元素における、第１吸収波長帯域とは異な
る第２吸収波長帯域内の波長の励起光を発振することで
構成する。

【００２９】希土類元素を添加した光ファイバの利得波
長特性は、希土類元素の吸収波長帯域によって相違す
る。このため、第１励起光源２の発振波長を光ファイバ
増幅器の利得傾斜を制御することに適した波長にし、第
２励起光源３の発振波長を光ファイバ増幅器の出力光の
パワーを制御することに適した波長にする。このような
請求項２に記載の発明では、光ファイバ増幅器の利得傾
斜と出力光のパワーとを制御することにおいて、制御範
囲を広げ、あるいは、応答特性を改善することができ
る。

【００３０】（請求項４）図２は、請求項４および請求
項５に記載の発明における双方向励起の場合の原理構成
を示す図である。図２において、請求項４に記載の発明
では、第１励起光源２０は、希土類元素における第１吸
収波長帯域内の波長の光を一定のパワーで射出する。第
１励起光源２０から射出された光は第１分岐手段２２に
入射され、第１分岐手段２２は、この入射された光を２
つに分岐する。また、第２励起光源２１は、希土類元素
における第１吸収波長帯域とは異なる第２吸収波長帯域
内の波長の光を一定のパワーで射出する。第２励起光源
２１から射出された光は第２分岐手段２３に入射され、
第２分岐手段２３は、この入射された光を２つに分岐す
る。

【００３１】第１分岐手段２２で分岐した一方の光は、
第１調節手段３１に入射される。第１調節手段３１は、
後述する上り方向用検出部における第１検出手段２８-1
からの出力と第２検出手段２９-1からの出力との差に応
じて入射した第１分岐手段２２からの光のパワーを調節
して射出する。第１調節手段３１から射出された光は、
２×１カプラ４０を介して希土類元素を添加した第１光
ファイバ２４に入射され、希土類元素を励起させる。カ
プラ４０は、第１調節手段３１からの励起光とこの光フ
ァイバ増幅器で増幅されるべき上り方向入力光とを合波
する。

【００３２】また、第２分岐手段２３で分岐した一方の
光は、第２調節手段３２に入射される。第２調節手段３
２は、後述する上り方向用検出部における第３検出手段
３０-1からの出力に応じて入射した第２分岐手段２３か
らの光のパワーを調節して射出する。第２調節手段３２
から射出された光は、カプラ４１を介して第１光ファイ
バ２４に入射され、希土類元素を励起させる。カプラ４
１は、第２分岐手段２３からの励起光を第１光ファイバ
２４に入射する。

【００３３】一方、第１分岐手段２２で分岐した他方の
光は、第３調節手段３３に入射される。第３調節手段３
３は、後述する下り方向用検出部における第１検出手段
２８-2からの出力と第２検出手段２９-2からの出力との
差に応じて入射した第１分岐手段２２からの光のパワー
を調節して射出する。第３調節手段３３から射出された
光は、２×１カプラ４３を介して希土類元素を添加した
第２光ファイバ２５に入射され、希土類元素を励起させ
る。カプラ４３は、第３調節手段３３からの励起光とこ
の光ファイバ増幅器で増幅されるべき下り方向入力光と
を合波する。

【００３４】また、第２分岐手段２３で分岐した他方の
光は、第４調節手段３４に入射される。第４調節手段３
４は、後述する下り方向用検出部における第３検出手段
３０-2からの出力に応じて入射した第２分岐手段２３か
らの光のパワーを調節して射出する。第４調節手段３４
から射出された光は、カプラ４４を介して第２光ファイ
バ２５に入射され、希土類元素を励起させる。カプラ４
４は、第２分岐手段２３からの励起光を第２光ファイバ
２５に入射させる。

【００３５】第１光ファイバ２４で増幅された入力光
は、カプラ４１を介して１×４カプラ４２に入射され、
カプラ４２は、入射した光を４つに分岐する。分岐した
光の１つは、増幅された上り方向出力光として射出され
る。分岐した光の他の１つは、第１波長の光を透過させ
る第１帯域通過光フィルタ２６-1に入射される。分岐し
た光の他のもう１つは、第１波長と異なる第２波長の光
を透過させる第２帯域通過光フィルタ２７-1に入射され
る。そして、分岐した光の残余の１つは、光を受光しこ
の光のパワーを検出する第３検出手段３０-1に入射され
る。

【００３６】第１帯域通過光フィルタ２６-1を透過した
光は、光を受光し第１帯域通過光フィルタ２６-1からの
光のパワーを検出する第１検出手段２８-1に入射され
る。第２帯域通過光フィルタ２７-1を透過した光は、光
を受光し第２帯域通過光フィルタ２７-1からの光のパワ
ーを検出する第２検出手段２９-1に入射される。第１調
節手段３１は、この上り方向用検出部における第１検出
手段２８-1からの出力と第２検出手段２９-1からの出力
との差に応じて、第１分岐手段２２からの光のパワーを
調節して射出する。

【００３７】第２調節手段３２は、この上り方向用検出
部における第３検出手段３０-1からの出力に応じて第２
分岐手段２３からの出力パワーを調節して射出する。ま
た、第２光ファイバ２５で増幅された入力光は、カプラ
４４を介して１×４カプラ４５に入射され、カプラ４５
は、入射した光を４つに分岐する。分岐した光の１つ
は、増幅された下り方向出力光として射出される。分岐
した光の他の１つは、第１波長の光を透過させる第１帯
域通過光フィルタ２６-2に入射される。分岐した光の他
のもう１つは、第１波長と異なる第２波長の光を透過さ
せる第２帯域通過光フィルタ２７-2に入射される。そし
て、分岐した光の残余の１つは、光を受光しこの光のパ
ワーを検出する第３検出手段３０-2に入射される。

【００３８】第１帯域通過光フィルタ２６-2を透過した
光は、光を受光し第１帯域通過光フィルタ２６-2からの
光のパワーを検出する第１検出手段２８-2に入射され
る。第２帯域通過光フィルタ２７-2を透過した光は、光
を受光し第２帯域通過光フィルタ２７-2からの光のパワ
ーを検出する第２検出手段２９-2に入射される。第３調
節手段３３は、この下り方向用検出部における第１検出
手段２８-2からの出力と第２検出手段２９-2からの出力
との差に応じて、第１分岐手段２２からの光のパワーを
調節して射出する。

【００３９】第４調節手段３４は、この下り方向用検出
部における第３検出手段３０-2からの出力に応じて第２
分岐手段２３からの出力パワーを調節して射出する。こ
こで、双方向励起の場合における請求項４に記載の発明
の構成について説明したが、第１励起光源２０および第
２励起光源２１をともに前方向励起としてもよい。ある
いは、第１励起光源２および第２励起光源３をともに後
方向励起としてもよい。

【００４０】このような請求項４に記載の発明では、上
り方向用検出部において、第３波長と第４波長とを上り
方向出力光（増幅後の上り方向入力光）の利得傾斜を無
くしたい帯域における両端の波長に対し帯域外の短波長
側および長波長側（両端の波長を含む。）にそれぞれ設
定する。このように設定することにより、第１検出手段
２８-1からの出力と第２検出手段２９-1からの出力との
差の有無は、上り方向出力光の利得傾斜の有無に対応す
る。このため、第１調節手段３１は、上り方向出力光の
利得傾斜の有無に応じ、第１光ファイバ２４を励起する
第１励起光源２０による励起光のパワーを制御すること
ができる。一般に希土類元素添加光ファイバは、励起光
のパワーを変化させると利得波長特性が変化するので、
第１帯域通過光フィルタ２６-1、第２帯域通過光フィル
タ２７-1、第１検出手段２８-1、第２検出手段２９-1お
よび第１調節手段３１のフィードバックループにより、
光ファイバ増幅器から射出される上り方向出力光の利得
傾斜を制御することができる。

【００４１】一方、第３検出手段３０-1は、上り方向出
力光のパワーを検出する。このため、第２調節手段３２
は、第３検出手段３０-1の出力に応じて第１光ファイバ
２４を励起する第２励起光源２１による励起光のパワー
を制御することができる。第１光ファイバ２４の励起光
のパワーを調節することにより、光ファイバ増幅器から
射出される上り方向出力光を所望のパワーに制御するこ
とができる。よって、第３検出手段３０-1および第２調
節手段３２のフィードバックループにより、光ファイバ
増幅器から射出される上り方向出力光のパワーを制御す
ることができる。

【００４２】このように上り方向入力光に対し利得傾斜
とパワーとを制御することができる。一方、下り方向用
検出部において、第３波長と第４波長とを上述の上り方
向と同様にそれぞれ設定する。このように設定すること
により、第１検出手段２８-2からの出力と第２検出手段
２９-2からの出力との差の有無は、下り方向出力光の利
得傾斜の有無に対応する。このため、第３調節手段３３
は、下り方向出力光の利得傾斜の有無に応じて、第２光
ファイバ２５を励起する第１励起光源２０による励起光
のパワーを制御することができる。このため、第１帯域
通過光フィルタ２６-2、第２帯域通過光フィルタ２７-
2、第１検出手段２８-2、第２検出手段２９-2および第
３調節手段３３のフィードバックループにより、光ファ
イバ増幅器から射出される下り方向出力光の利得傾斜を
制御することができる。

【００４３】一方、第３検出手段３０-2は、下り方向出
力光のパワーを検出する。このため、第４調節手段３４
は、第３検出手段３０-2の出力に応じて第２光ファイバ
２５を励起する第２励起光源２１による励起光のパワー
を制御することができる。第２光ファイバ２５の励起光
のパワーを調節することにより、光ファイバ増幅器から
射出される下り方向出力光を所望のパワーに制御するこ
とができる。よって、第３検出手段３０-2および第４調
節手段３４のフィードバックループにより、光ファイバ
増幅器から射出される下り方向出力光のパワーを制御す
ることができる。

【００４４】このように下り方向入力光に対し利得傾斜
とパワーとを制御することができる。そして、第１調節
手段３１ないし第４調節手段３４によって上り方向入力
光と下り方向出力光とを個別に制御するので、光のパワ
ー波長特性において上り方向入力光と下り方向出力光と
が相違する場合でも、それぞれ最適に利得傾斜を補正し
かつ所望の出力光のパワーにすることができる。

【００４５】さらに、一般にＬＤは、駆動電流または動
作温度を変化させると励起波長のモードホッピング（mo
de hopping）などの現象が生じるため、モード間に分配
される電力が時間的に変動する。そのため、駆動電流を
変化させて励起光のパワーを変化させる方法では、重心
波長を安定させている励起光源の重心波長がシフトして
しまい、安定した特性の光ファイバ増幅器を得ることが
できない。しかし、請求項５に記載の発明では、上り方
向出力光の利得傾斜およびパワーを制御するために、ま
たは、下り方向出力光の利得傾斜およびパワーを制御す
るために、第１励起光源２０および第２励起光源２１の
駆動電流などを変化させない。このため、光ファイバ増
幅器における特性の安定性を改善することができる。

【００４６】（請求項５）図１または図２において、請
求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記
載の光ファイバ増幅器において、光ファイバ１、２４、
２５に添加する希土類元素は、エルビウム元素である。
そして、第１吸収波長帯域は、エルビウム元素の吸収波
長帯域の１つである９８０ｎｍ帯域であり、第２吸収波
長帯域は、エルビウム元素の吸収波長帯域の１つである
１４８０ｎｍ帯域である。

【００４７】エルビウム添加光ファイバの吸収波長帯域
は、いくつか知られているが、その利得効率が大きいこ
とから、９８０ｎｍ帯域および１４８０ｎｍ帯域が使用
される。そして、この９８０ｎｍ帯域と１４８０ｎｍ帯
域とを比較すると、９８０ｎｍ帯域の方が重心波長の変
化に対して光ファイバ増幅器の利得傾斜を大きく変化さ
せることができる。このため、光ファイバ増幅器の利得
傾斜を調節する点に関し、９８０ｎｍ帯域の方が優れて
いる。

【００４８】そこで、請求項５に記載の発明では、９８
０ｎｍ帯域の光を調節することにより光ファイバ増幅器
の利得傾斜を制御し、１４８０ｎｍ帯域の光を調節する
ことにより光ファイバ増幅器の出力光のパワーを制御す
る。このため、光ファイバ増幅器の制御範囲をより広
げ、あるいは、より応答特性を改善することができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。

【００５０】（第１の実施形態の構成）第１の実施形態
は、請求項１、請求項３、請求項５に記載の発明に対応
する光ファイバ増幅器の実施形態である。第１の実施形
態における光ファイバ増幅器は、例えば、３２波のＷＤ
Ｍ方式光信号を入力光として、所望の出力光のパワーに
なるようにＷＤＭ方式光信号を増幅し、さらに、ＷＤＭ
方式光信号の利得傾斜をほぼ無くして出力する。

【００５１】図３は、第１の実施形態の光ファイバ増幅
器の構成を示す図である。図３において、ＬＤ５２は、
９８０ｎｍ帯域のレーザ光を発振する。このレーザ光の
重心波長は、後述する自動温度制御（automatic temper
ature control 、以下、「ＡＴＣ」と略記する。）５１
からの出力に基づいてＬＤ５２内のペルチェ素子（図３
には、不図示）の温度を調節することにより制御され
る。

【００５２】一方、このレーザ光のパワーは、ホトダイ
オード（photodiode、以下、「ＰＤ」と略記する。）５
９と自動パワー制御（automatic power control 、以
下、「ＡＰＣ」と略記する。）６０とからなるフィード
バックループによって制御される。すなわち、ＰＤ５９
は、ＬＤ５２のレーザ光を射出する端面とは逆の端面か
ら射出される漏れレーザ光を受光し、受光した漏れレー
ザ光のパワーに従う電流をＡＰＣ６０に出力する。ＡＰ
Ｃ６０は、この出力に基づいてＬＤ５２の駆動電流を調
節することにより、ＬＤ５２にから射出されるレーザ光
が所定のパワーとなるように制御する。

【００５３】ＬＤ５２から射出されたレーザ光は、２×
１カプラ５３に入射され、このカプラ５３でＷＤＭ方式
光信号と合波されて、ＥＤＦ６６に射出される。また、
ＬＤ６２は、１４８０ｎｍ帯域のレーザ光を発振する。
このレーザ光のパワーは、後述する自動レベル制御（au
tomatic level control 、以下、「ＡＬＣ」と略記す
る。）６１からの出力に基づいてＬＤ５２の駆動電流を
調節することにより制御される。

【００５４】ＬＤ６２から射出されたレーザ光は、カプ
ラ６３を介してＥＤＦ６６に射出される。ＥＤＦ６６
は、カプラ５３からの９８０ｎｍ帯域のレーザ光とカプ
ラ６３からの１４８０ｎｍ帯域のレーザ光とを吸収する
ことによりＥＤＦ６６内の電子が励起され反転分布を形
成する。この反転分布を形成した状態で、カプラ５３か
らのＷＤＭ方式光信号が入射するとこのＷＤＭ方式光信
号に誘導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ方式光信号が
増幅される。

【００５５】ＥＤＦ６６で増幅されたＷＤＭ方式光信号
は、カプラ６３と光を１方向にのみ透過するアイソレー
タ（isolator、以下、「ＩＳＯ」と略記する。）とを介
して、１×４カプラ６８に入射される。ＩＳＯ６７をＥ
ＤＦ６６の下流側に接続するのは、光部品の接続部など
で反射した戻り光によりＥＤＦ６６が自励発振するのを
防止するためである。

【００５６】カプラ６８に入射したＷＤＭ方式光信号
は、４つに分岐される。カプラ６８で分岐した１つは、
増幅されたＷＤＭ方式光信号として射出される。カプラ
６８で分岐した他の１つは、ＰＤ６４に入射し受光され
る。また、カプラ６８で分岐した他のもう１つは、帯域
通過光フィルタであるＦＢＧ５４に入射される。そし
て、カプラ６８で分岐した残余の１つは、帯域通過光フ
ィルタであるＦＢＧ５６に入射される。

【００５７】ＰＤ６４は、受光したカプラ６８からの光
のパワーに比例する電流を比較器６５に出力する。比較
器６５は、このＰＤ６４からの電流を抵抗器（図３に不
図示）を用いて電圧に変換した後にこの電圧と基準電圧
Ｖref とを比較し、その差に比例する出力をＡＬＣ６１
に出力する。ＡＬＣ６１は、この比較器６５からの出力
によって増幅後のＷＤＭ方式光信号のパワーを判断し、
増幅後のＷＤＭ方式光信号のパワーが所望のパワーとな
るようにＬＤ６２の駆動電流を調節する。

【００５８】ここで、基準電圧Ｖref は、ＷＤＭ方式光
信号のパワーが所定のパワーである場合、例えば、１０
ｄＢｍである場合にＰＤ６４から出力される電流に対応
する電圧に設定する。一方、ＦＢＧ５４は、３２波のＷ
ＤＭ方式光信号におけるチャネルのなかで最短波長のチ
ャネルの波長より短い波長の光を透過するように通過帯
域を設定される。例えば、最短波長のチャネルｃｈ１の
波長λ1 が１５５１ｎｍである場合には、１５５０ｎｍ
の光を透過するようにＦＢＧ５４における通過帯域の中
心波長を設定される。また、ＦＢＧ５６は、３２波のＷ
ＤＭ方式光信号におけるチャネルのなかで最長波長のチ
ャネルの波長より長い波長の光を透過するように通過帯
域を設定される。例えば、最長波長のチャネルｃｈ３２
の波長λ32が１５７５．８ｎｍである場合には、１５７
７ｎｍの光を透過するようにＦＢＧ５６における通過帯
域の中心波長を設定される。なお、ＷＤＭ方式光信号の
グリッド間隔は、ＩＴＵ−Ｔ勧告に準拠し、０．８ｎｍ
である。

【００５９】ＦＢＧ５４がこのように設定されるため、
ＦＢＧ５４は、入射した光の中で１５５０ｎｍの波長の
光を透過させ、透過した光は、ＰＤ５５に入射される。
ＰＤ５５は、この波長の光を受光し、受光した光のパワ
ーに比例する電流を比較器５８に出力する。同様に、Ｆ
ＢＧ５６は、入射した光の中で１５７７ｎｍの波長の光
を透過させ、透過した光は、ＰＤ５７に入射される。Ｐ
Ｄ５７は、この波長の光を受光し、受光した光のパワー
に比例する電流を比較器５８に出力する。

【００６０】比較器５８は、これらＰＤ５５、５７から
の電流を抵抗器（図３に不図示）を用いてそれぞれ電圧
に変換した後に、これらの電圧を比較し、その差に比例
する出力をＡＴＣ５１に出力する。ＡＴＣ５１は、この
比較器５８からの出力によって増幅後のＷＤＭ方式光信
号にその利得傾斜があるか否かを判断し、増幅後のＷＤ
Ｍ方式光信号の利得傾斜が無くなるようにＬＤ５２内の
ペルチェ素子を調節し、ＬＤ５２の温度を調節する。

【００６１】（本発明と第１の実施形態との対応関係）
請求項１、請求項３および請求項５に記載の発明と第１
の実施形態との対応関係については、光ファイバはＥＤ
Ｆ６６に対応し、第１励起光源はＬＤ５２、ＰＤ５９お
よびＡＰＣ６０に対応し、第２励起光源はＬＤ６２に対
応する。そして、第１帯域通過光フィルタはＦＢＧ５４
に対応し、第２帯域通過フィルタはＦＢＧ５６に対応
し、第１検出手段はＰＤ５５に対応し、第２検出手段は
ＰＤ５７に対応し、第３検出手段はＰＤ６４に対応す
る。さらに、第１制御手段は比較器５８およびＡＴＣ５
１に対応し、第２制御手段は比較器６５およびＡＬＣ６
１に対応する。

【００６２】（第１の実施形態の作用効果）このような
構成の光ファイバ増幅器では、入射されたＷＤＭ方式光
信号は、ＬＤ５２およびＬＤ６２からのレーザ光によっ
て反転分布を形成されたＥＤＦ６６で誘導放射を起こし
て、増幅される。このとき、増幅されて射出されたＷＤ
Ｍ方式光信号に利得傾斜がある場合には、ＰＤ５５の出
力とＰＤ５７の出力とに差が生じる。ＡＴＣ５１は、こ
の比較器５８からの出力によってＷＤＭ方式光信号に利
得傾斜があるか否かを判断することができる。ＡＴＣ５
１は、この差に従う出力を比較器５８から受信し、ＬＤ
５２内のペルチェ素子に流れる電流を調節することによ
りＬＤ５２の温度を調節する。

【００６３】ＬＤ５２は、温度の変化に従って重心波長
を変化させる性質があるから、このＬＤ５２の温度調節
によって、ＬＤ５２から発振するレーザ光の重心波長を
変化させることができる。この結果、ＥＤＦ６６に供給
される９８０ｎｍ帯域のレーザ光の重心波長が変化する
から、この変化に従ってＥＤＦ６６の利得傾斜は、変化
する。ここで、重心波長の変化とＥＤＦ６６の利得傾斜
との関係は、重心波長を９８０ｎｍより短波長側に数ｎ
ｍ変化させるとＥＤＦ６６の利得傾斜が正の勾配の方向
に変化し、重心波長を９８０ｎｍより長波長側に数ｎｍ
変化させるとＥＤＦ６６の利得傾斜が負の勾配の方向に
変化する関係にある。

【００６４】よって、予めＬＤ５２の温度変化とＥＤＦ
６６の利得傾斜との関係を調べておき、この関係に基づ
いて比較器５８の出力値に対するＡＴＣ５１の出力値を
決めることにより、この光ファイバ増幅器は、ＷＤＭ方
式光信号の利得傾斜をほぼ無くすことができる。一方、
増幅されたＷＤＭ方式光信号のパワーは、ＰＤ６４で検
出され、比較器６５に出力される。増幅されたＷＤＭ方
式光信号のパワーが所定のパワーと比較して増減がある
場合には、ＰＤ６４の出力と基準電圧Ｖref とに差が生
じる。このため、ＡＬＣ６１は、この比較器６５からの
出力によってＷＤＭ方式光信号のパワーが所定のパワー
であるか否かを判断することができる。ＡＬＣ６１は、
この差に従う出力を比較器６５から受信し、ＬＤ６２の
駆動電流を調節する。ＬＤ６２の駆動電流を調節するこ
とによりＥＤＦ６６に供給される１４８０ｎｍ帯域のレ
ーザ光のパワーが変化するから、この変化に従ってＥＤ
Ｆ６６の利得を調節することができる。

【００６５】よって、予めＬＤ６２の駆動電流とＥＤＦ
６６の利得との関係を調べておき、この関係に基づいて
比較器６５の出力値に対するＡＬＣ６１の出力値を決め
ることにより、この光ファイバ増幅器は、ＷＤＭ方式光
信号のパワーをほぼ所定の値にすることができる。

【００６６】また、ＬＤ５２の発振波長を９８０ｎｍ帯
域とするのは、前方向励起とする方が後方向励起とする
よりも雑音指数の点において優れているからである。次
に、別の実施形態について説明する。（第２の実施形態の構成）第２の実施形態は、請求項
２、請求項３および請求項５に記載の発明に対応する光
ファイバ増幅器の実施形態である。

【００６７】第２の実施形態は、光ファイバ増幅器の利
得を一定にするために、第１の実施形態に対し、ＥＤＦ
６６に入射するＷＤＭ方式光信号のパワーを検出するＰ
Ｄ７２を新たに設け、図３に示す比較器６５およびＡＬ
Ｃ６１をそれぞれ図４に示す割算器７３およびＡＬＣ７
４に代えた点にある。図４は、第２の実施形態における
光ファイバ増幅器の構成を示す図である。

【００６８】なお、第２の実施形態において、第１の実
施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。図４において、ＬＤ５２は、ＡＴＣ
５１およびＡＰＣ６０に接続され、発振するレーザ光の
重心波長とパワーとが制御される。そして、ＬＤ５２か
らの漏れレーザ光は、ＰＤ５９で受光され、ＰＤ５９
は、ＡＰＣ６０へ出力する。さらに、ＬＤ５２からの重
心波長とパワーとが制御されたレーザ光は、カプラ５３
に入射される。

【００６９】カプラ５３に入射したレーザ光は、１×２
カプラ７１を介して入射されるＷＤＭ方式光信号とこの
カプラ５３で合波され、ＥＤＦ６６へ射出される。カプ
ラ７１は、ＷＤＭ方式光信号の入力光のパワーを検出す
るために、ＷＤＭ方式光信号を２つに分岐するカプラで
ある。このカプラ７１で分岐した一方の光は、カプラ５
３へ射出され、他方の光は、受光した光のパワーに従う
電流を出力するＰＤ７２に射出される。

【００７０】また、ＬＤ６２は、後述するＡＬＣ７４に
接続され、ＡＬＣ７４にパワーを制御されたレーザ光
は、カプラ６３を介してＥＤＦ６６に射出される。ＥＤ
Ｆ６６で増幅されたＷＤＭ方式光信号は、カプラ６３と
ＩＳＯ６７とを介して、１×４カプラ６８に入射され
る。カプラ６８に入射したＷＤＭ方式光信号は、４つに
分岐される。カプラ６８で分岐した１つは、増幅された
ＷＤＭ方式光信号として射出される。カプラ６８で分岐
した他の１つは、ＰＤ６４に入射し受光される。また、
カプラ６８で分岐した他のもう１つは、ＦＢＧ５４に入
射される。そして、カプラ６８で分岐した残余の１つ
は、ＦＢＧ５６に入射される。

【００７１】ＰＤ６４は、カプラ６８からの光のパワー
に比例する電流を割算器７３に出力する。割算器７３
は、ＰＤ６４およびＰＤ７２からの電流をそれぞれ抵抗
器（図４に不図示）を用いて電圧に変換した後にＰＤ６
４による電圧をＰＤ７２による電圧で割り、その結果に
応じた出力をＡＬＣ７４に出力する。ＡＬＣ７４は、こ
の割算器７３からの出力によって増幅前のＷＤＭ方式光
信号のパワーに対する増幅後のＷＤＭ方式光信号のパワ
ーの利得を判断し、増幅後のＷＤＭ方式光信号のパワー
が所望の一定利得となるようにＬＤ６２の駆動電流を調
節する。

【００７２】一方、ＰＤ５５は、ＦＢＧ５４を介して入
射した光を受光し、比較器５８に出力する。そして、Ｐ
Ｄ５６は、ＦＢＧ５６を介して入射した光を受光し、比
較器５８に出力する。比較器５８は、ＰＤ５５からの入
力とＰＤ５７からの入力とを比較し、その差に比例する
信号をＡＴＣ５１に出力する。（本発明と第２の実施形態との対応関係）請求項２、請
求項３および請求項５に記載の発明と第２の実施形態と
の対応関係については、第４検出手段はＰＤ７２に対応
し、第２制御手段は割算器７３およびＡＬＣ７４に対応
する。

【００７３】（第２の実施形態の作用効果）このような
構成の光ファイバ増幅器では、入射されたＷＤＭ方式光
信号は、ＬＤ５２およびＬＤ６２からのレーザ光によっ
て反転分布を形成されたＥＤＦ６６で誘導放射を起こし
て、増幅される。このとき、増幅されて射出されたＷＤ
Ｍ方式光信号に利得傾斜がある場合における制御は、第
１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

【００７４】一方、割算器７３は、増幅前のＷＤＭ方式
光信号のパワーと増幅後のＷＤＭ方式光信号のパワーと
の比率を求め、この比率に従う信号をＡＬＣ７４に出力
する。このため、ＡＬＣ７４は、光ファイバ増幅器のＷ
ＤＭ方式光信号における利得を判断することができる。
ＡＬＣ７４は、この比率に従う出力を比較器６５から受
信し、この比率が所定の一定値になるようにＬＤ６２の
駆動電流を調節する。ＬＤ６２の駆動電流を調節ことに
よりＥＤＦ６６に供給される１４８０ｎｍ帯域のレーザ
光のパワーが変化するから、この変化に従ってＥＤＦ６
６の利得を調節することができる。

【００７５】ここで、所定の一定値は、増幅後のＷＤＭ
方式光信号のパワーが増幅前のＷＤＭ方式光信号のパワ
ーに対し所定の利得である場合、例えば、１０ｄＢであ
る場合に、割算器７３から出力されるべき値を予め求め
て、その値に設定される。よって、予めＬＤ６２の駆動
電流とＥＤＦ６６の利得との関係を調べておき、この関
係に基づいて割算器７３の出力値に対するＡＬＣ７４の
出力値を決ることにより、この光ファイバ増幅器は、Ｗ
ＤＭ方式光信号の利得をほぼ一定にすることができる。

【００７６】次に、別の実施形態について説明する。（第３の実施形態の構成）第３の実施形態は、請求項４
および請求項５に記載の発明に対応する光ファイバ増幅
器の実施形態である。第３の実施形態における光ファイ
バ増幅器は、双方向光通信を行う光通信システムの中継
器として使用され、例えば、３２波の上りＷＤＭ方式光
信号および下りＷＤＭ方式光信号を入力光として、各方
向のＷＤＭ方式光信号を個別に所望のパワーになるよう
に増幅し、さらに、各方向のＷＤＭ方式光信号の利得傾
斜をほぼ無くして出力する。

【００７７】図５は、第３の実施形態の光ファイバ増幅
器の構成を示す図である。図５において、ＬＤ８１は、
９８０ｎｍ帯域のレーザ光を発振する。このレーザ光の
パワーは、ＰＤ９３とＡＰＣ９４とからなるフィードバ
ックループによって制御される。すなわち、ＰＤ９３
は、ＬＤ８１のレーザ光を射出する端面とは逆の端面か
ら射出される漏れレーザ光を受光し、受光した漏れレー
ザ光のパワーに従う電流をＡＰＣ９４に出力する。ＡＰ
Ｃ９４は、この出力に基づいてＬＤ８１の駆動電流を調
節することにより、ＬＤ８１にから射出されるレーザ光
が所定のパワーとなるように制御する。ＬＤ８１から射
出されたレーザ光は、９８０ｎｍに反射率の極大値を持
つＦＢＧ８２に入射される。ＦＢＧ８２の９８０ｎｍに
おける反射率は、５〜１０％に設定する。このように設
定することにより、ＦＢＧ８２で反射されたレーザ光
は、ＬＤ８１に戻り、９８０ｎｍ帯域で多モード発振し
ていたＬＤ８１を９８０ｎｍの単一モード発振に固定す
ることができる。

【００７８】そして、ＬＤ８３は、ＬＤ８１、ＰＤ９
３、ＡＰＣ９４およびＦＢＧ８２と同様の構成をＬＤ８
３、ＰＤ９５、ＡＰＣ９６およびＦＢＧ８４から構成
し、所定のパワーであって９８０ｎｍの単一モードであ
るレーザ光を発振する。ＦＢＧ８２から射出されたレー
ザ光およびＦＢＧ８４から射出されたレーザ光は、２×
２カプラ８５に入射され、このカプラ８５で合波された
後に２つに分岐される。

【００７９】分岐した一方のレーザ光は、後述する比較
器９２によって透過するレーザ光のパワーを調節される
減衰器（attenuator、以下、「ＡＴＴ」と略記する。）
で、レーザ光のパワーが減衰（減衰量が０の場合を含
む。）されて、２×１カプラ８７に入射される。そし
て、カプラ８７は、この入射したレーザ光と上りＷＤＭ
方式光信号とを合波して、上りＷＤＭ光信号を増幅する
ＥＤＦ１０１に入射する。

【００８０】また、分岐した他方のレーザ光は、後述す
る比較器１２８によって透過するレーザ光のパワーを調
節されるＡＴＴ１２９で、レーザ光のパワーが減衰（減
衰量が０の場合を含む。）されて、２×１カプラ１１７
に入射される。そして、カプラ１１７は、この入射した
レーザ光と下りＷＤＭ方式光信号とを合波して、下りＷ
ＤＭ光信号を増幅するＥＤＦ１３１に入射する。

【００８１】一方、ＬＤ１１１は、１４８０ｎｍ帯域の
レーザ光を発振する。このレーザ光のパワーは、ＰＤ１
２３とＡＰＣ１２４とからなるフィードバックループに
よって制御される。すなわち、ＰＤ１２３は、ＬＤ１１
１のレーザ光を射出する端面とは逆の端面から射出され
る漏れレーザ光を受光し、受光した漏れレーザ光のパワ
ーに従う電流をＡＰＣ１２４に出力する。ＡＰＣ１２４
は、この出力に基づいてＬＤ１１１の駆動電流を調節す
ることにより、ＬＤ１１１にから射出されるレーザ光が
所定のパワーとなるように制御する。ＬＤ１１から射出
されたレーザ光は、１４８０ｎｍに反射率の極大値を持
つＦＢＧ１１２に入射される。ＦＢＧ１１２の１４８０
ｎｍにおける反射率は、５〜１０％に設定する。このよ
うに設定することにより、ＦＢＧ８２、８４の場合と同
様に、ＦＢＧ１１２は、１４８０ｎｍ帯域で多モード発
振していたＬＤ８１を１４８０ｎｍの単一モード発振に
固定することができる。

【００８２】そして、ＬＤ１１３は、ＬＤ１１１、ＰＤ
１２３、ＡＰＣ１２４およびＦＢＧ１１２と同様の構成
をＬＤ１１３、ＰＤ１２５、ＡＰＣ１２６およびＦＢＧ
１１４から構成し、所定のパワーであって１４８０ｎｍ
の単一モードであるレーザ光を発振する。ＦＢＧ１１２
から射出されたレーザ光およびＦＢＧ１１４から射出さ
れたレーザ光は、２×２カプラ１１５に入射され、この
カプラ１１５で合波された後に２つに分岐される。

【００８３】分岐した一方のレーザ光は、後述する比較
器９８によって透過するレーザ光のパワーを調節される
ＡＴＴ９９でレーザ光のパワーが減衰（減衰量が０の場
合を含む。）され、カプラ１００を介してＥＤＦ１０１
に入射される。

【００８４】また、分岐した他方のレーザ光は、後述す
る比較器１２８によって透過するレーザ光のパワーを調
節されるＡＴＴ１２９でレーザ光のパワーが減衰（減衰
量が０の場合を含む。）され、カプラ１３０を介してＥ
ＤＦ１３１に入射される。以下、上り方向ＷＤＭ方式光
信号を増幅し増幅後の上り方向ＷＤＭ方式光信号の利得
傾斜およびそのパワーを検出する構成と、下り方向ＷＤ
Ｍ方式光信号を増幅し増幅後の下り方向ＷＤＭ方式光信
号の利得傾斜およびそのパワーを検出する構成とは、同
一なので、上り方向ＷＤＭ方式光信号を増幅し増幅後の
上り方向ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜およびそのパワー
を検出する構成を説明し、下り方向のその構成は、かっ
こ内に対応する構成の符号を示して、その説明を省略す
る。そして、下り方向のその構成の場合には、上り方向
ＷＤＭ方式光信号を下り方向ＷＤＭ方式光信号に読み替
える。

【００８５】ＥＤＦ１０１（１３１）は、カプラ８７
（１１７）からの９８０ｎｍ帯域のレーザ光とカプラ１
００（１３０）からの１４８０ｎｍ帯域のレーザ光とを
吸収することによりＥＤＦ１０１（１３１）内の電子が
励起され反転分布を形成する。この反転分布を形成した
状態で、カプラ８７（１１７）からの上りＷＤＭ方式光
信号が入射するとこのＷＤＭ方式光信号に誘導されて誘
導放射が起こり、上りＷＤＭ方式光信号が増幅される。

【００８６】ＥＤＦ１０１（１３１）で増幅された上り
ＷＤＭ方式光信号は、カプラ１００（１３０）と光を１
方向にのみ透過するＩＳＯ１０２（１３２）とを介し
て、１×４カプラ１０３（１３３）に入射される。ＩＳ
Ｏ１０２（１３２）をＥＤＦ１０１（１３１）の下流側
に接続するのは、光部品の接続部などで反射した戻り光
によりＥＤＦ１０１（１３１）が自励発振するのを防止
するためである。

【００８７】カプラ１０３（１３３）に入射した上りＷ
ＤＭ方式光信号は、４つに分岐される。カプラ１０３
（１３３）で分岐した１つは、増幅された上りＷＤＭ方
式光信号として射出される。カプラ１０３（１３３）で
分岐した他の１つは、ＰＤ９７（１２７）に入射し受光
される。また、カプラ１０３（１３３）で分岐した他の
もう１つは、帯域通過光フィルタであるＦＢＧ８８（１
１８）に入射される。そして、カプラ１０３（１３３）
で分岐した残余の１つは、帯域通過光フィルタであるＦ
ＢＧ９０（１２０）に入射される。

【００８８】ＰＤ９７（１２７）は、受光したカプラ１
０３（１３３）からの光のパワーに比例する電流を比較
器９８（１２８）に出力する。比較器９８（１２８）
は、このＰＤ９７（１２７）からの電流を抵抗器（図５
に不図示）を用いて電圧に変換した後にこの電圧と基準
電圧Ｖref とを比較し、その差に比例する出力をＡＴＴ
９９（１２９）に出力する。ＡＴＴ９９（１２９）は、
この比較器９８（１２８）からの出力に基づいて増幅後
のＷＤＭ方式光信号のパワーを判断し、増幅後のＷＤＭ
方式光信号のパワーが所望のパワーとなるようにカプラ
１１５から入射される１４８０ｎｍのレーザ光のパワー
を調節してカプラ１００（１３０）に射出する。

【００８９】ここで、基準電圧Ｖref は、上りＷＤＭ方
式光信号のパワーが所定のパワーである場合、例えば、
１０ｄＢｍである場合にＰＤ９７（１２７）から出力さ
れる電流に対応する電圧に設定する。一方、ＦＢＧ８８
（１１８）は、３２波のＷＤＭ方式光信号におけるチャ
ネルのなかで最短波長のチャネルの波長より短い波長の
光を透過するように通過帯域を設定される。例えば、最
短波長のチャネルｃｈ１の波長λ1 が１５５１ｎｍであ
る場合には、１５５０ｎｍの光を透過するようにＦＢＧ
８８（１１８）における通過帯域の中心波長を設定され
る。また、ＦＢＧ９０（１２０）は、３２波のＷＤＭ方
式光信号におけるチャネルのなかで最長波長のチャネル
の波長より長い波長の光を透過するように通過帯域を設
定される。例えば、最長波長のチャネルｃｈ３２の波長
λ32が１５７５．８ｎｍである場合には、１５７７ｎｍ
の光を透過するようにＦＢＧ９０（１２０）における通
過帯域の中心波長を設定される。なお、ＷＤＭ方式光信
号のグリッド間隔は、ＩＴＵ−Ｔ勧告に準拠し、０．８
ｎｍである。

【００９０】ＦＢＧ８８（１１８）がこのように設定さ
れるため、ＦＢＧ８８（１１８）は、入射した光の中で
１５５０ｎｍの波長の光を透過させ、ＰＤ８９（１１
９）に入射させる。ＰＤ８９（１１９）は、この波長の
光を受光し、受光した光のパワーに比例する電流を比較
器９２（１２２）に出力する。同様に、ＦＢＧ９０（１
２０）は、入射した光の中で１５７７ｎｍの波長の光を
透過させ、ＰＤ９１（１２１）に入射させる。ＰＤ９１
（１２１）は、この波長の光を受光し、受光した光のパ
ワーに比例する電流を比較器９２（１２２）に出力す
る。

【００９１】比較器９２（１２２）は、これらＰＤ８９
（１１９）、９１（１２１）からの電流を抵抗器（図５
に不図示）を用いてそれぞれ電圧に変換した後に、これ
らの電圧を比較し、その差に比例する出力をＡＴＴ８６
（１１６）に出力する。ＡＴＣ８６（１１６）は、この
比較器９２（１２２）からの出力に基づいて増幅後のＷ
ＤＭ方式光信号にその利得傾斜があるか否かを判断し、
増幅後のＷＤＭ方式光信号の利得傾斜が無くなるように
カプラ８５から入射される９８０ｎｍのレーザ光のパワ
ーを調節してカプラ８７（１１７）に射出する。

【００９２】（本発明と第３の実施形態との対応関係）
請求項４および請求項５に記載の発明と第３の実施形態
との対応関係については、第１励起光源はＬＤ８１、８
３、ＦＢＧ８２、８４、ＰＤ９３、９５およびＡＰＣ９
４、９６に対応し、第２励起光源はＬＤ１１１、１１
３、ＦＢＧ１１２、１１４、ＰＤ１２３、１２５および
ＡＰＣ１２４、１２６に対応し、第１分岐手段はカプラ
８５に対応し、第２分岐手段はカプラ１１５に対応し、
第１光ファイバはＥＤＦ１０１に対応し、第２光ファイ
バはＥＤＦ１３１に対応する。そして、第１帯域通過光
フィルタはＦＢＧ８８、１１８に対応し、第２帯域通過
フィルタはＦＢＧ９０、１２０に対応し、第１検出手段
はＰＤ８９、１１９に対応し、第２検出手段はＰＤ９
０、１２０に対応し、第３検出手段はＰＤ９７、１２７
に対応する。さらに、第１調節手段は比較器９２および
ＡＴＴ８６に対応し、第２調節手段は比較器９８および
ＡＴＴ９９に対応し、第３調節手段は比較器１２２およ
びＡＴＴ１１６に対応し、第４調節手段は比較器１２８
およびＡＴＴ１２９に対応する。

【００９３】（第３の実施形態の作用効果）このような
構成の光ファイバ増幅器では、入射された上り方向ＷＤ
Ｍ方式光信号は、ＬＤ８１、ＬＤ８３、ＬＤ１１１およ
びＬＤ１１３からのレーザ光によって反転分布を形成さ
れたＥＤＦ１０１で誘導放射を起こして、増幅される。
一方、入射された下り方向ＷＤＭ方式光信号は、ＬＤ８
１、ＬＤ８３、ＬＤ１１１およびＬＤ１１３からのレー
ザ光によって反転分布を形成されたＥＤＦ１３１で誘導
放射を起こして、増幅される。

【００９４】このとき、増幅されて射出された上り方向
ＷＤＭ方式光信号に利得傾斜がある場合には、ＰＤ８９
の出力とＰＤ９１の出力とに差が生じる。ＡＴＴ８６
は、この比較器９２からの出力によって上り方向ＷＤＭ
方式光信号に利得傾斜があるか否かを判断することがで
きる。ＡＴＴ８６は、この差に従う出力を比較器９２か
ら受信し、カプラ８５から入射した９８０ｎｍのレーザ
光の減衰量をこの差に応じて調節する。この結果、ＥＤ
Ｆ１０１に供給される９８０ｎｍのレーザ光のパワーが
変化するから、この変化に従ってＥＤＦ１０１の利得傾
斜は、変化する。

【００９５】よって、予めＥＤＦ１０１に入射する９８
０ｎｍの励起光のパワーとＥＤＦ１０１の利得傾斜との
関係を調べておき、この関係に基づいて比較器９２の出
力値に対するＡＴＴ８６の減衰量を決ることにより、こ
の光ファイバ増幅器は、上り方向ＷＤＭ方式光信号の利
得傾斜をほぼ無くすことができる。一方、増幅された上
り方向ＷＤＭ方式光信号のパワーは、ＰＤ９７で検出さ
れ、比較器９８に出力される。増幅された上り方向ＷＤ
Ｍ方式光信号のパワーが所定のパワーと比較して増減が
ある場合には、ＰＤ９７の出力と基準電圧Ｖref1とに差
が生じる。ＡＴＴ９９は、この比較器９８からの出力に
よって上り方向ＷＤＭ方式光信号のパワーが所定のパワ
ーであるか否かを判断することができる。ＡＴＴ９９
は、この差に従う出力を比較器９８から受信し、カプラ
１１５から入射した１４８０ｎｍのレーザ光の減衰量を
この差に応じて調節する。この結果、ＥＤＦ１０１に供
給される１４８０ｎｍのレーザ光のパワーが変化するか
ら、この変化に従ってＥＤＦ１０１の利得を調節するこ
とができる。

【００９６】よって、予めＥＤＦ１０１に入射する１４
８０ｎｍの励起光のパワーとＥＤＦ１０１の利得との関
係を調べておき、この関係に基づいて比較器９８の出力
値に対するＡＴＴ９９の減衰量を決ることにより、この
光ファイバ増幅器は、上り方向ＷＤＭ方式光信号のパワ
ーをほぼ所定の値にすることができる。同様に、下り方
向ＷＤＭ方式光信号においても、ＡＴＴ１１６によって
ＥＤＦ１０１に供給される９８０ｎｍのレーザ光のパワ
ーを調節することができるから、ＥＤＦ１０１の利得傾
斜を調節することができる。したがって、この光ファイ
バ増幅器は、下り方向ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜をほ
ぼ無くすことができる。そして、ＡＴＴ１２９によって
ＥＤＦ１０１に供給される１４８０ｎｍのレーザ光のパ
ワーを調節することができるから、ＥＤＦ１０１の利得
を調節することができる。したがって、この光ファイバ
増幅器は、下り方向ＷＤＭ方式光信号のパワーをほぼ所
定の値にすることができる。

【００９７】また、ＡＴＴ８６、９９、１１６、１２９
によって上り方向ＷＤＭ方式光信号と下り方向ＷＤＭ方
式光信号とを個別に制御するので、入力するＷＤＭ方式
光信号のパワー波長特性において上り方向と下り方向と
で相違する場合でも、それぞれ最適に利得傾斜を補正し
かつ所望の出力光のパワーにすることができる。さら
に、上り方向ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜およびパワー
を制御するために、または、下り方向ＷＤＭ方式光信号
の利得傾斜およびパワーを制御するために、ＬＤ８１、
８３、１１１、１１３の駆動電流などを変化させない。
このため、カプラ８５、１１５からの分岐光は、波長お
よびパワーに関し安定したレーザ光を維持できるので、
安定した特性の光ファイバ増幅器にすることができる。

【００９８】また、９８０ｎｍのレーザ光を前方向励起
とするので、雑音指数の優れた光ファイバ増幅器とする
ことができる。なお、第１の実施形態ないし第３の実施
形態に関しＷＤＭ方式光信号の利得傾斜の制御およびそ
のパワーの制御において、目標値に対し収束が悪い場合
には、利得傾斜の制御を行うフィードバックループの時
定数をパワーの制御を行うフィードバックループの時定
数より、大きくすることにより改善することができる。
ＷＤＭ方式光信号の利得傾斜の制御は、そのパワーの制
御に対して頻繁に行うものではないので、このように両
者の時定数を設定しても実用上差し支えない。

【００９９】また、第１の実施形態および第３の実施形
態において、０．８ｎｍグリッド間隔の３２波のＷＤＭ
方式光信号について説明したが、これに限定されるもの
ではない。グリッド間隔は、０．４ｎｍなどの適当なグ
リッド間隔にすることができる。そして、多重度も、８
波多重、１６波多重などの適当な多重度にすることがで
きる。

【０１００】さらに、第１の実施形態ないし第３の実施
形態では、ＥＤＦを使用したがこれに限定されるもので
はない。他の希土類をドープした光ファイバを使用して
もよい。例えば、１３００ｎｍ帯を増幅するネオジウム
（元素記号：Ｎｄ、原子番号６０）、プラセオジウム
（元素記号：Ｐｒ、原子番号５９）、１４５０ｎｍ帯を
増幅するツリウム（元素記号：Ｔｍ、原子番号６９）な
どをドープした光ファイバを使用してもよい。

【０１０１】

【発明の効果】請求項１、請求項３および請求項５に記
載の発明では、１本の希土類元素を添加した光ファイバ
に対し、出力光の利得傾斜を制御する励起光源と出力光
のパワーを制御する励起光源とを個別に設けるので、１
つの光ファイバ増幅器で出力光の利得傾斜およびパワー
を制御することができる。

【０１０２】請求項２、請求項３および請求項５に記載
の発明では、１本の希土類元素を添加した光ファイバに
対し、出力光の利得傾斜を制御する励起光源と出力光の
利得を制御する励起光源とを個別に設けるので、１つの
光ファイバ増幅器で出力光の利得傾斜および利得を制御
することができる。

【０１０３】請求項４および請求項５に記載の発明で
は、第１調節手段ないし第４調節手段によって、上り方
向出力光の利得傾斜およびパワーならびに下り方向の利
得傾斜およびパワーをそれぞれ別個に制御する。このた
め、上り方向入力光と下り方向入力光が相違する場合で
も、それぞれ最適に利得傾斜を制御することができる。
そして、上り方向入力光と下り方向入力光が相違する場
合でも、それぞれ所望のパワーにすることができる。も
ちろん、上り方向の出力光のパワーと下り方向の出力光
のパワーとを相違させることも可能である。

【０１０４】また、請求項１ないし請求項５に記載の発
明を超長距離光伝送システムの中継器に使用することに
より、中継器ごとにＷＤＭ方式光信号の利得傾斜を補正
することができるので、より超長距離の光伝送システム
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、請求項２、請求項３および請求項５
に記載の発明における双方向励起の場合の原理構成を示
す図である。

【図２】請求項４および請求項５に記載の発明における
双方向励起の場合の原理構成を示す図である。

【図３】第１の実施形態における光ファイバ増幅器の構
成を示す図である。

【図４】第２の実施形態における光ファイバ増幅器の構
成を示す図である。

【図５】第３の実施形態における光ファイバ増幅器の構
成を示す図である。

【図６】従来の光ファイバ増幅器の構成を示す図であ
る。

【図７】（ａ）は、光ファイバ増幅器でＷＤＭ方式光信
号を増幅した場合を示す図である。（ｂ）は、利得傾斜
のあるＷＤＭ方式光信号にパワーの等化を行った場合を
示す図である。

【図８】従来の励起光源を冗長化構成とする光ファイバ
増幅器の構成を示す図である。

【符号の説明】

４、２６第１帯域通過光フィルタ５、２７第２帯域通過光フィルタ６、２８第１検出手段７、２９第２検出手段８、３０第３検出手段９第１制御手段１０第２制御手段１１第４検出手段３１第１調節手段３２第２調節手段３３第３調節手段３４第４調節手段５１ＡＴＣ５４、５６、８２、８４、８８、９０、１１２、１１
４、１１８、１２０ＦＢＧ５５、５７、５９、７２、９３、９５、１２３、１２
５、８９、９１、９７、１１９、１２１、１２７ＰＤ５８、６５、９２、９８、１２２、１２８比較器６１、７４ＡＬＣ７３割算器８６、９９、１１６、１２９ＡＴＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類元素を添加した光ファイバと、前記希土類元素における吸収波長帯域内の波長の励起光
を発振して前記光ファイバを励起させる第１励起光源お
よび第２励起光源と、第１波長の光を透過させる第１帯域通過光フィルタと、前記第１波長と異なる第２波長の光を透過させる第２帯
域通過光フィルタと、前記光ファイバで増幅された光を前記第１帯域通過光フ
ィルタを介して受光し受光した光のパワーを検出する第
１検出手段と、前記光ファイバで増幅された光を前記第２帯域通過光フ
ィルタを介して受光し受光した光のパワーを検出する第
２検出手段と、前記光ファイバで増幅された光を受光し受光した光のパ
ワーを検出する第３検出手段と、前記第１検出手段からの出力と前記第２検出手段からの
出力との差に応じて前記第１励起光源の重心波長を制御
する第１制御手段と、前記第３検出手段からの出力に応じて前記第２励起光源
における出力光のパワーを制御する第２制御手段とを備
えた光ファイバ増幅器。
【請求項２】請求項１に記載の光ファイバ増幅器おい
て、前記光ファイバで増幅されるべき入力光を受光し受光し
た光のパワーを検出する第４検出手段をさらに備え、前記第２制御手段は、前記第３検出手段からの出力と前
記第４検出手段からの出力との比率に応じて前記第２励
起光源における出力光のパワーを制御する制御手段であ
ることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の光ファ
イバ増幅器において、前記第１励起光源は、前記希土類元素における第１吸収
波長帯域内の波長の励起光を発振し、前記第２励起光源は、前記希土類元素における、第１吸
収波長帯域とは異なる第２吸収波長帯域内の波長の励起
光を発振することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】希土類元素における第１吸収波長帯域内
の波長の光を一定のパワーで射出する第１励起光源と、
前記希土類元素における前記第１吸収波長帯域とは異な
る第２吸収波長帯域内の波長の光を一定のパワーで射出
する第２励起光源と、前記第１励起光源からの光が入射
され前記第１励起光源からの光を２つに分岐する第１分
岐手段と、前記第２励起光源からの光が入射され前記第
２励起光源からの光を２つに分岐する第２分岐手段と、
前記第１分岐手段からの一方の光および前記第２分岐手
段からの一方の光が入射され前記希土類元素を添加した
第１光ファイバと、前記第１分岐手段からの他方の光お
よび前記第２分岐手段からの他方の光が入射され前記希
土類元素を添加した第２光ファイバとを備えた上り方向
の光および下り方向の光を増幅する光ファイバ増幅器に
おいて、第３波長の光を透過させる第１帯域通過光フィルタと、
前記第３波長と異なる第４波長の光を透過させる２つの
第２帯域通過光フィルタと、前記第１帯域通過光フィル
タからの光を受光して受光した光のパワーを検出する第
１検出手段と、前記第２帯域通過光フィルタからの光を
受光して受光した光のパワーを検出する第２検出手段
と、入射する光を受光して受光した光のパワーを検出す
る第３検出手段とからなる上り方向用検出部および下り
方向用検出部と、前記第１分岐手段と前記第１光ファイバとの間に接続さ
れ、前記上り方向用検出部における前記第１検出手段か
らの出力と前記第２検出手段からの出力との差に応じて
前記第１分岐手段からの光のパワーを調節する第１調節
手段と、前記第２分岐手段と前記第１光ファイバとの間に接続さ
れ、前記上り方向用検出部における記第３検出手段から
の出力に応じて前記第２分岐手段からの光のパワーを調
節する第２調節手段と、前記第１分岐手段と前記第２光ファイバとの間に接続さ
れ、前記下り方向用検出部における前記第１検出手段か
らの出力と前記第２検出手段からの出力との差に応じて
前記第１分岐手段からの光のパワーを調節する第３調節
手段と、前記第２分岐手段と前記第２光ファイバとの間に接続さ
れ、前記下り方向用検出部における記第３検出手段から
の出力に応じて前記第２分岐手段からの光のパワーを調
節する第４調節手段とをさらに備え、前記上り方向用検出部における前記第１帯域通過フィル
タ、前記第２帯域通過フィルタおよび前記第３検出手段
のそれぞれに前記第１光ファイバから射出された光を入
射させ、前記下り方向用検出部における前記第１帯域通過フィル
タ、前記第２帯域通過フィルタおよび前記第３検出手段
のそれぞれに前記第２光ファイバから射出された光を入
射させることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項５】請求項３または請求項４に記載の光ファ
イバ増幅器において、前記希土類元素は、エルビウム元素であり、前記第１吸収波長帯域は、９８０ｎｍ帯域であり、前記第２吸収波長帯域は、１４８０ｎｍ帯域であること
を特徴とする光ファイバ増幅器。