JP2001136127A

JP2001136127A - 光増幅器

Info

Publication number: JP2001136127A
Application number: JP31433499A
Authority: JP
Inventors: Koji Masuda; 浩次増田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】信号光の総合入力信号光パワーが変化した場
合であっても、利得スペクトルを一定に保つことのでき
る光増幅器を提供する。【解決手段】信号光ＯＳ１の光増幅を行う希土類添加
導波路１０と、希土類添加導波路１０の利得を検出する
利得検出部１３と、希土類添加導波路１０を励起する励
起光源１１と、利得検出部１３が検出した利得に応じて
励起光源１１を駆動して励起光ＥＯ１のパワーを変化さ
せる駆動回路１４と、信号光ＯＳ１を分岐する分岐器１
６と、分岐された信号光ＯＳ１を受光する受光器１７
と、信号光ＯＳ１を減衰する可変減衰器１５と、受光器
１７の検出結果に応じて可変減衰器１５での損失値を制
御する駆動回路１８とを備え、駆動回路１４，１８は信
号光ＯＳ１のパワーに応じて励起光ＥＯ１のパワー及び
可変減衰器１５の損失値を変化させ信号光ＯＳ１のパワ
ー変化に依らず全ての信号光波長で利得を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器に係り、
特に搬送波として波長多重光を用いる光ファイバ通信シ
ステムに設けられる光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、波長多重の光ファイバ通信シ
ステムで線形中継器として用いられる従来技術の光増幅
器の構成を示すブロック図である。図１４に示した従来
の光増幅器は、既に実用に供されていて重要なエルビウ
ム添加ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと称する）を用
いた場合の構成を示す図である。図１４に示した光増幅
器１００は、伝送ファイバ１０１から入力した波長多重
の信号光ＯＳ１を増幅し、伝送ファイバ１０２に信号光
ＯＳ２として出力している。波長多重された信号光ＯＳ
１，ＯＳ２の波長は、波長λ₁，λ₂，…，λ_n（ここ
で、ｎは自然数）の単色光を多重したものとしている。

【０００３】図１４の光増幅器は、利得媒質であるエル
ビウム添加ファイバ（以下、ＥＤＦと称する）１０３
と、ＥＤＦ１０３を光励起するための励起光ＥＯ１０を
出射する励起光源１０４と、励起光源１０４からの励起
光ＥＯ１０と信号光ＯＳ１とを合波する合波器１０５
と、ＥＤＦ１０３の利得を検出することによって光増幅
器１００の利得を検出する利得検出部１０６と、利得検
出部１０６が検出した利得値に基づいて、光増幅器１０
０の利得を一定に保つように励起光源１０４を駆動する
駆動回路１０７とを備える。ただし、図１４においては
通常ＥＤＦの前後に設置するアイソレータ等の自明な光
部品は図示を省略してある。尚、図１４に示した従来の
光増幅器の詳細については、例えば、E. Desurevire, "
Erbium DopedFiber Amplifiers", John Wiley & Sons I
nc., 1994 や S, Sudo. editor, "Optical Fiber Ampli
fiers", Artech House Inc., 1997 を参照されたい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した従来技術
の光増幅器１００の動作について、ＥＤＦ１０３が既に
実用に供されていて重要なシリカＥＤＦである場合につ
いて述べる。一般に、ＥＤＦ１０３へ入射する励起光Ｅ
Ｏ１０のパワーが一定である場合に、信号光ＯＳ１の全
パワー、つまり総合入力信号光パワーＰｓ_inが変化する
と、光増幅器１００の利得が変化する。総合入力信号光
パワーＰｓ_inの変化は、波長再配置等のシステム構成の
変化や、伝送ファイバ１０１，１０２の損失の変化等に
よってもたらされる。総合入力信号光パワーＰｓ_inの変
化に対して、励起光ＥＯ１０のパワーを変化させること
により、信号光ＯＳ１に含まれる全波長における利得を
一定に保つことができる。即ち、利得スペクトルを一定
に保つことができる。上述した動作は、全信号光波長に
おけるシステム性能を、初期の最適状態に保持するため
に必要な動作である。

【０００５】図１５は、従来の光増幅器１００の動作に
関する利得スペクトルの総合入力信号光パワー依存性を
示す図である。図１５に示されたように、光増幅器１０
０は初期の最適動作状態において、波長λ₁から波長λ_n
間の利得は平坦であり、その利得値はＧ１である。総合
入力信号光パワーＰｓ_inが任意の値Ｐ１から、別の任意
の値Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）に変化した場合には、任意の信
号光波長における利得を利得検出部１０６で検出し、こ
の検出値に基づいて駆動回路１０７が励起光源１０４を
駆動することによりＥＤＦ１０３の利得を一定値に保っ
たとき、利得飽和の均一特性により、全利得波長域にお
いて利得が一定に保たれる。即ち、利得スペクトルが一
定に保たれる。

【０００６】以上は、ＥＤＦ１０３がシリカＥＤＦであ
る場合について説明したが、次に、ＥＤＦ１０３がフッ
化物ＥＤＦである場合の光増幅器１００の動作について
説明する。尚、フッ化物ＥＤＦは、シリカＥＤＦよりも
利得スペクトル平坦性が優れている等の特徴を有する。
一般に、ＥＤＦＡは１．５〜１．６μｍ近傍に利得帯域
を有するが、これは、活性イオンであるＥｒイオンの上
位レーザ準位（⁴Ｉ_13/2）と下位レーザ準位（⁴Ｉ_15/2）
の間の状態遷移に対応する利得帯域である。

【０００７】シリカＥＤＦでは、Ｅｒイオンが、上記の
上位レーザ準位に存在する割合Ｒ２又は下位レーザ準位
に存在する割合Ｒ１の合計値は値‘１’に十分近く、そ
の他の準位（⁴Ｉ_11/2等）に存在するＥｒイオンの割合
Ｒ０は無視できる。このように割合Ｒ０が無視できるこ
とが、上述の利得スペクトル一定動作のための必要条件
である。一方、フッ化物ＥＤＦでは、一般に割合Ｒ０が
値‘１’より十分に小さいとはいえず、無視することが
できない。この点は、例えば、H. Masuda et al., Elec
rton. Lett. Vol. 33, pp.1710-1711, 1997 及び M. J.
Yadlowsky, Proc. of OAA, PD1, pp.2-5, 1998 に記載
されている。

【０００８】図１６及び図１７は、１．４８μｍ励起の
フッ化物ＥＤＦを用いた従来の光増幅器１００に関し
て、利得スペクトルの総合入力信号光パワーＰｓ_in依存
性を示す図である。この図は、上記文献 H. Masuda et
al., Elecrton. Lett. Vol. 33, pp.1710-1711, 1997
に記載されている。初期状態として、総合入力信号光パ
ワーＰｓ_inが十分小さい値Ｐ１を有するとき、利得スペ
クトルの利得が値Ｇ１で平坦に保たれているとする。

【０００９】図１６は、信号光の波長λ₁から波長λ_nの
波長帯域で利得平坦性が保たれるように、利得検出部１
０６及び駆動回路１０７を用いて利得制御を行った場合
の利得スペクトルを示している。上記初期状態から、Ｐ
ｓ_inが大きな値Ｐ２に変化すると、波長λ₁から波長λ_n
の波長帯域で利得平坦性が保たれるが利得が値Ｇ１より
小さな値Ｇ２になる。即ち、利得が全信号光波長におい
て低下しており、一定に保たれていない。

【００１０】一方、図１７は、信号光波長λ₁における
利得を、利得検出部１０６及び駆動回路１０７を用いて
一定に保った場合の利得スペクトルを示している。上記
初期状態から、総合入力信号光パワーＰｓ_in大きな値Ｐ
２に変わったとき、信号光波長λ₁以外の波長における
利得値はＧ１より小さな値になる。即ち、利得が信号光
波長λ₁以外の波長において低下しており、一定に保た
れていない。

【００１１】図１６及び図１７を用いて具体的に示した
ように、従来の光増幅器１００が備えるＥＤＦ１０３と
してフッ化物ＥＤＦを用いた場合には、総合入力信号光
パワーＰｓ_inが変化したときに利得スペクトルが一定に
保たれないという問題がある。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、信号光の総合入力信号光パワーが変化した場合
であっても、利得スペクトルを一定に保つことのできる
光増幅器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】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、波長多重された信号光の光増幅を行
う希土類添加導波路と、当該希土類添加導波路の利得を
検出する利得検出部と、前記希土類添加導波路を励起光
によって励起する励起光源と、前記利得検出部によって
検出した利得に応じて前記励起光源を駆動して前記励起
光のパワーを変化させる駆動回路とを備える光増幅器で
あって、前記希土類添加導波路に入力する信号光を分岐
する分岐器と、前記分岐器によって分岐された信号光を
受光する受光器と、前記信号光の光路中に設置され、前
記信号光を減衰する可変減衰器と、前記受光器の検出結
果に応じて前記可変減衰器における損失値を制御する制
御回路とを具備し、前記駆動回路及び前記制御回路は、
前記受光器によって受光した信号光のパワーに応じて、
前記励起光パワー及び前記可変減衰器の損失値を変化さ
せ、前記信号光のパワー変化に依らず全ての信号光波長
に渡り利得を一定に保つことを特徴としている。また、
第２の発明は、波長多重された信号光の光増幅を行う希
土類添加導波路と、当該希土類添加導波路の利得を検出
する利得検出部と、前記希土類添加導波路を励起光によ
って励起する励起光源と、前記利得検出部によって検出
した利得に応じて前記励起光源を駆動して前記励起光の
パワーを変化させる駆動回路とを備える光増幅器であっ
て、前記希土類添加導波路に入力する信号光を分岐する
分岐器と、前記分岐器によって分岐された信号光を受光
する受光器と、前記希土類添加導波路の利得を制御する
制御光を出射する制御光源と、前記受光器によって受光
した信号光のパワーに応じて前記制御光源から出射され
る制御光のパワーを変化させる制御回路とを具備し、前
記駆動回路及び前記制御回路は、前記受光器によって受
光した信号光のパワーに応じて、前記励起光のパワー及
び制御光のパワーを変化させ、前記信号光のパワーの変
化に依らず全ての信号光波長に渡り利得を一定に保つこ
とを特徴としている。また、第１の発明は、前記可変減
衰器が、波長無依存の損失値を有し、前記信号光のパワ
ーが変化した場合に、前記希土類添加導波路の利得が全
ての信号光の波長に亘り一様に変化するように前記励起
光のパワーを変化させることを特徴としている。また、
第１の発明は、前記可変減衰器が、波長依存の損失値を
有し、前記信号光のパワーが変化した場合に、前記希土
類添加導波路の利得がある信号光の波長で一定であるよ
うに前記励起光のパワーを変化させることを特徴として
いる。また、第２の発明は、前記制御光の波長が、前記
信号光の波長の近傍に設定され、前記制御回路が、入力
信号光パワーが変化した場合に、前記希土類添加導波路
に入力する信号光パワーと前記制御光パワーとの和が一
定になるように前記制御光源から出射される制御光のパ
ワーを変化させることを特徴としている。

【００１４】以上の手段を備える本発明をより具体的に
説明すると以下の通りである。図１は、本発明の光増幅
器の第１構成を示す図であり、図２は、本発明の光増幅
器の第２構成を示す図である。本発明の光増幅器は、希
土類添加導波路を用いた増幅器であり、希土類添加ファ
イバ増幅器及び希土類添加プレーナ導波路（Plana Ligh
twave Circuit）増幅器に分類される。

【００１５】図１に示した本発明の第１構成は、信号光
の光路中に新たに可変減衰器を設置し、その損失値を総
合入力信号光パワーに応じて変えることを特徴とし、図
２に示した本発明の第２構成は、新たに設置した制御光
源からの制御光を、希土類添加導波路中に総合入力信号
光パワーに応じて入射させることを特徴としている。本
発明は、希土類添加イオンの上位レーザ準位又は下位レ
ーザ準位以外の準位の寿命が長い等の理由により、それ
らの準位以外の準位に存在する希土類イオンの割合が無
視できない場合に適用可能である。本発明で用いる希土
類添加導波路は、フッ化物エルビウム添加導波路、テル
ライトエルビウム添加導波路、プラセオジウム（Ｐｒ）
添加導波路等である。

【００１６】図１に示した本発明の第１構成は、図１４
に示した従来の光増幅器１００が備える、エルビウム添
加ファイバ（以下、ＥＤＦと称する）１０３、励起光源
１０４、合波器１０５、利得検出部１０６、駆動回路１
０７と同様な構成である。つまり、希土類添加導波路１
０と、希土類添加導波路１０を光励起するための励起光
ＥＯ１を出射する励起光源１１と、励起光源１１からの
励起光ＥＯ１と信号光ＯＳ１とを合波する合波器１２
と、希土類添加導波路１０の利得を検出することによっ
て光増幅器１の利得を検出する利得検出部１３と、利得
検出部１３が検出した利得値に基づいて、光増幅器１の
利得を一定に保つように励起光源１１を駆動する駆動回
路１４とを備える。ただし、図１４と同様に、希土類添
加導波路１０の前後に設置するアイソレータ等の自明な
光部品は図示を省略してある。

【００１７】本発明の第１構成は、上記構成に加え、希
土類添加導波路の後段に可変減衰器１５が設けられると
ともに、希土類添加導波路及び合波器１２の前段に信号
光ＯＳ１の一部を既知の分岐比で分岐して分岐光ＯＢ１
を得る分岐器１６が設置されている。また、分岐器１６
で分岐された分岐光ＯＢ１を受光して総合入力信号光パ
ワーを検出する受光器１７と、受光器１７の検出結果に
基づいて上記可変減衰器１５の損失値を変化させる駆動
回路１８を備える。

【００１８】上記構成における本発明の第１構成では、
分岐器１６で信号光ＯＳ１の一部を分岐光ＯＢ１として
分岐し、分岐光ＯＢ１を受光器１７で受光して総合入力
信号光パワーを検出し、更にその総合入力信号光パワー
の検出値を電気信号として駆動回路１８に導き、受光器
１７の検出値に基づいて可変減衰器１５の損失値を変化
させる。一方、利得検出部１３は、希土類添加導波路１
０における利得を検出して、その検出値を電気信号とし
て駆動回路１４に導き、その検出値に基づいて、励起光
源１１を駆動して励起光ＥＯ１のパワーを変化させるこ
とにより、利得を一定に保つ。

【００１９】本発明の第２構成は、第１構成と同様に、
希土類添加導波路１０、励起光源１１、合波器１２、利
得検出部１３、及び駆動回路１４を備え、これらの構成
に加え、信号光ＯＳ１の一部を既知の分岐比で分岐光Ｏ
Ｂ２として分岐する分岐器２１と、分岐器２１で分岐さ
れた分岐光ＯＢ２を受光して総合入力信号光パワーを検
出する受光器２２とを備えている。また、希土類添加導
波路１０の利得を制御する制御光ＯＣ１を出射する制御
光源２３と、制御光ＯＣ１と分岐器２１を通過した信号
光ＯＳ１とを合波する合波器２４と、受光器２２で検出
された総合入力信号光パワーに基づいて制御光源２３を
駆動して制御光ＯＣ１のパワーを制御する駆動回路２５
備えている。

【００２０】上記構成における本発明の第２構成は、分
岐器２１で信号光ＯＳ１の一部を分岐光ＯＢ２として分
岐し、分岐光ＯＢ２を受光器２２で受光することにより
総合入力信号光パワーを検出し、検出した総合入力信号
光パワーの検出値を電気信号として駆動回路２５に導
き、総合入力信号光パワーの検出値に基づいて制御光源
２３を駆動し、制御光ＯＣ１のパワーを変化させる。一
方、利得検出部１３は、図１４に示した従来技術の光増
幅器１００の場合と同様に、希土類添加導波路１０の利
得に応じて変化する光増幅器２０の利得を検出して、そ
の検出値を電気信号として駆動回路１４に導き、利得検
出部１３の検出値に基づいて、励起光源を駆動１１して
励起光ＥＯ１のパワーを変化させることにより、利得を
一定に保つ。

【００２１】図３（ａ）は、本発明の第１構成における
利得スペクトルの総合入力信号光パワー（Ｐｓ_in）依存
性を示す図であり、図３（ｂ），（ｃ）は可変減衰器１
５の損失スペクトルの総合入力信号光パワーＰｓ_in依存
性を示す図である。図１５〜図１７に示した従来技術の
光増幅器１００の特性との比較のため、総合入力信号光
パワーＰｓ_inが小さい値Ｐ１である場合の平坦利得をＧ
２としている。

【００２２】図１に示した本発明の第１構成によって希
土類添加導波路１０の利得スペクトルを図１６に示した
ように制御する場合には、可変減衰器１５の損失スペク
トルを図３（ｂ）に示したように制御する。一方、希土
類添加導波路１０の利得スペクトルを図１７に示したよ
うに制御する場合には、可変減衰器１５の損失スペクト
ルを図３（ｃ）に示したように制御する。即ち、図３
（ｂ）では損失値が波長無依存の可変減衰器を用い、図
３（ｃ）では損失値が波長依存の可変減衰器を用いてい
る。その波長無依存の可変減衰器としてはＮＤフィルタ
ー型のものがあり、波長依存の可変減衰器としてはマッ
ハツェンダーフィルター型のものや光ファイバの曲げ損
失を利用したもの等がある。

【００２３】図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示した特性を
有する可変減衰器を用いた場合の何れの場合において
も、総合入力信号光パワーＰｓ_inが小さい値Ｐ１である
場合に、波長λ₁から波長λ_nの利得波長域における可変
減衰器の損失値の最大値を値Ｌ１としている。また、総
合入力信号光パワーＰｓ_inが大きい値Ｐ２になったと
き、可変減衰器の損失値を波長λ₁から波長λ_nの利得波
長域においてゼロに近い値Ｌ２としている。

【００２４】値Ｌ２と値Ｌ１との差Ｌ２−Ｌ１を、Ｇ１
とＧ２との差Ｇ１−Ｇ２に等しく設定することにより、
総合入力信号光パワーＰｓ_inが大きい値Ｐ２になったと
きの平坦利得の値も値Ｇ２となり、利得スペクトルが一
定に保たれる。一般に、希土類添加導波路１０を用いた
光増幅器１，２０の利得は、希土類添加導波路１０の長
さを長くすることにより、高くすることができる。従っ
て、本発明の第１構成の可変減衰器１５の過剰損失は、
希土類添加導波路１０の長さを少し長くすることによ
り、容易に補うことができる。

【００２５】また、本発明の本第２構成においては、総
合入力信号光パワーＰｓ_inに応じたパワーを有する制御
光ＯＣ１を、信号光ＯＳ１とともに希土類添加導波路１
０に導くことにより、前述した上位レーザ準位及び下位
レーザ準位以外の準位に依存する希土類添加イオンの割
合Ｒ０を一定に保っている。従って、利得検出部１１、
駆動回路１４、及び励起光源１１からなる利得制御装置
との組み合わせ動作により、上位レーザ準位及び下位レ
ーザ準位に存在する希土類添加イオンの割合Ｒ２及びＲ
１を共に一定に保つことができる。即ち利得スペクトル
を一定に保つことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態による光増幅器について詳細に説明する。以下
に説明する本発明の実施形態では、第１実施形態から第
６実施形態までを説明しているが、第１，４，５，６実
施形態が本発明の第１構成に関する実施形態であり、第
２及び第３実施形態が本発明の第２構成に関する実施形
態である。

【００２７】〔第１実施形態〕図４は、本発明の第１実
施形態による光増幅器の構成を示す図である。図４
（ａ）に示した光増幅器は、図１に示した可変減衰器１
５として、図３（ｂ）に示したような損失スペクトルの
波長無依存可変減衰器３０を用いた場合であり、図４
（ｂ）に示した光増幅器は、可変減衰器１５として、図
３（ｃ）に示したような損失スペクトルの波長依存可変
減衰器３１を用いた場合である。尚、図４においては、
図１に示した各部に相当する部分には同一の符号が付し
てある。また、本実施形態においては、図１中の希土類
添加導波路１０としてフッ化物エルビウム添加ファイバ
（ＥＤＦ）３２を用いている。

【００２８】本実施形態の光増幅器において、ＥＤＦ３
２の励起光源１１は、発振波長が１４８０ｎｍの励起光
ＥＯ１を出射する。また、信号光ＯＳ１は波長１５３０
〜１５６０ｎｍを含み、図１中の分岐器１６として信号
光ＯＳ１を１：１０の分岐比で分岐するファイバカプラ
（１：１０ファイバカプラ）３３を用いている。利得検
出部１３は、波長無依存可変減衰器３０を用いた図４
（ａ）の場合には、分岐比が１：１０であるファイバカ
プラ３４、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）３５、及び２個
の受光器３６ａ，３６ｂを有する。ファイバカプラ３４
で分岐された分岐光ＯＢ２はＡＷＧ３５に入力し、波長
１５３０ｎｍの信号光と波長１５６０ｎｍの信号光とが
分離して出力される。受光器３６ａ，３６ｂは、波長１
５３０ｎｍ及び１５６０ｎｍの信号光のパワーをそれぞ
れ検出し、検出値を差動増幅器１４へ出力する。差動増
幅器１４は、入力される検出値が等しくなるように励起
光源１１を駆動する。

【００２９】また、波長依存可変減衰器３１を用いた図
４（ｂ）の場合には、分岐比が１：１０であるファイバ
カプラ３４、サーキュレータ３７、反射波長が１５３０
ｎｍのファイバグレーティング（ＦＧ）３８、無反射終
端器３９、及び受光器３６を有する。ファイバカプラ３
４で分岐された分岐光ＯＢ２がサーキュレータ３７に入
力すると、ファイバグレーティング３８が接続された入
出力端から出射され、ファイバグレーティング３８の反
射波長に合った波長の信号光のみが反射され、それ以外
の波長の信号光はファイバグレーティング３８を通過
し、無反射終端器３９に至る。無反射終端器３９に至っ
た信号光は反射されない。ファイバグレーティング３８
で反射された信号光は、受光器３６に入射する。受光器
３６は、波長１５３０ｎｍの信号光パワーを検出し、そ
のパワーが一定になるように、利得検出部１３に接続さ
れた差動増幅器１４を用いて励起光源を駆動する。尚、
図４（ｂ）に示した差動増幅器１４の他方の入力端には
受光器３６の出力に対する基準値が入力されている。
尚、図４（ａ），（ｂ）に示した駆動回路１８の例とし
ては、受光器１７に接続したデジタル又はアナログの電
子演算回路と、波長無依存可変減衰器３０又は波長依存
可変減衰器３１に接続した電気回路とを組み合わせたも
のなどがある。

【００３０】図４（ａ），（ｂ）に示した可変減衰器
（波長無依存可変減衰器３０及び波長依存可変減衰器３
１）は、以下の様に動作する。まず、ファイバカプラ３
３で信号光ＯＳ１の一部を分岐して分岐光ＯＢ１をフォ
トダイオード等の受光器１７で受光して、総合入力信号
光パワー値の電気信号を得る。その電気信号に基づき、
駆動回路１８を用いて、波長無依存可変減衰器３０又は
波長依存可変減衰器３１の損失を変化させる。図５は、
波長無依存可変減衰器３０及び波長依存可変減衰器３１
の波長１５３０〜１５６０ｎｍにおける損失最大値と、
総合入力信号光パワーとの関係例を示す図である。図５
を参照すると、総合入力信号光パワーが、十分小さな値
（−３０ｄＢｍ）から大きな値（約−５ｄＢｍ）に変化
したとき、損失最大値は、約３ｄＢ程度減少している。

【００３１】上述の動作により、本実施形態の光増幅器
全体のラマン利得スペクトルは、図３（ａ）に示したよ
うに、総合入力信号光パワーに依らず一定に保持され
る。即ち本実施形態により、従来技術の光増幅器で問題
であった、総合入力信号光パワーが変化したときに、利
得スペクトルが一定に保たれないという欠点を解決でき
る。

【００３２】〔第２実施形態〕図６は、本発明の第２実
施形態による光増幅器の構成を示す図である。本発明の
第２実施形態においては、図２中の希土類添加導波路１
０としてフッ化物エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）３
２を用いている。図６に示した光増幅器は、励起光源１
１として波長１４８０ｎｍの励起光ＥＯ１を出射するも
のを用いている。また、信号光ＯＳ１は波長１５３０ｎ
ｍから波長１５６０ｎｍを含み、図２中の分岐器２１と
して信号光ＯＳ１を１：１０の分岐比で分岐するファイ
バカプラ（１：１０ファイバカプラ）３３を用いてい
る。

【００３３】また、利得検出部１３は、分岐比が１：１
０のファイバカプラ３４、中心波長が１５３０ｎｍであ
る狭帯域透過フィルタ４０、及び受光器４１を有する。
ただし、狭帯域透過フィルタ４０は、図４（ｂ）に示し
た第１実施形態のサーキュレータ３７及びファイバグレ
ーティング３８等を組み合わせた光フィルタである。受
光器４１は、波長１５３０ｎｍの信号光パワーを検出す
る。この検出値は差動増幅器１４の一端に入力され、増
幅器１４の他端に入力される基準値との差が求められ、
その差に応じて励起光源１１を駆動する。つまり、受光
器４１で検出されるパワーが一定になるように、励起光
源１１が駆動される。

【００３４】また、本実施形態における制御光源２３
は、波長が９８０ｎｍの励起光ＯＣ１を出射する。励起
光ＯＣ１の励起光パワーが大きいほど、Ｅｒイオンの上
位レーザ準位又は下位レーザ準位以外の準位の割合Ｒ０
が大きくなる。制御光源２３は、総合入力信号光パワー
の変化にかかわらず、上記割合ＲＯが一定になるよう
に、以下の様に駆動する。まず、ファイバカプラ３３で
信号光ＯＳ１の一部を分岐して分岐光ＯＢ２とし、分岐
光ＯＢ２をフォトダイオード等の受光器２２で受光し
て、総合入力信号光パワー値の電気信号を得る。その総
合入力信号光パワー値の電気信号に基づいて駆動回路１
８は制御光源２３から出射される制御光ＯＣ１のパワー
を変化させる。図７は、制御光ＯＣ１のパワーと総合入
力信号光パワーとの関係例を示す図である。総合入力信
号光パワーが、十分小さな値（−３０ｄＢｍ）から大き
な値（約−５ｄＢｍ）に変化したとき、制御光のパワー
は、約１０ｍＷから約２ｍＷに減少している。この動作
により、本実施形態の全体のラマン利得スペクトルは、
前記第１実施形態と同様に、図３（ａ）に示したよう
に、総合入力信号光パワーに依らず一定に保持される。

【００３５】〔第３実施形態〕図８は、本発明の第３実
施形態による光増幅器の構成を示す図である。図８に示
した本発明の第３実施形態による光増幅器が図６に示し
た本発明の第２実施形態による光増幅器と異なる点は、
主として制御光源２３からの制御光ＯＣ１を、信号光波
長域１５３０〜１５６０ｎｍの近傍の１５２９ｎｍに設
定している点が異なる。制御光源２３から出射される制
御光ＯＣ１のパワーが大きいほど、Ｅｒイオンの上位レ
ーザ準位又は下位レーザ準位以外の準位の割合ＲＯが大
きくなる。また、図２中の合波器２４に代えて、合波器
４２が設けられている。合波器４２はサーキュレータ４
３とファイバグレーティング（ＦＧ）４４から構成され
ている。

【００３６】利得検出部１３は、第２実施形態と同様
に、ファイバカプラ３４と、中心波長が１５６０ｎｍの
狭帯域透過フィルタ４０、及び受光器４１を有する。受
光器４１は、波長１５６０ｎｍの信号光パワーを検出
し、そのパワーが一定になるように利得検出部１３に接
続した差動増幅器１４を用いて励起光源１１を駆動す
る。前述した第２実施形態及び本第３実施形態の利得検
出部１３の構成から明らかなように、利得検出を行う信
号光波長は、任意の波長でよい。

【００３７】また、制御光源２３は、総合入力信号光パ
ワーの変化にかかわらず、割合Ｒ０が一定になるよう
に、前記第２実施形態と同様に駆動する。図９は、制御
光パワーと総合入力信号光パワーの関係例を示す図であ
る。本実施形態においては、制御光ＯＣ１の波長が信号
光ＯＳ１の波長に近いため、総合入力信号光パワーと制
御光パワーの和がほぼ一定になるように、制御光ＯＣ１
のパワーを変化させている。図９から分かるように、総
合入力信号光パワーが、十分小さな値（−３０ｄＢｍ）
から大きな値（約−５ｄＢｍ）に変化したとき、制御光
パワーは、約１０ｍＷから約０ｍＷに減少している。上
述の動作により、本実施形態の全体のラマン利得スペク
トルは、前記第１実施形態と同様に、図３（ａ）に示し
たように、総合入力信号光パワーに依らず一定に保持さ
れる。

【００３８】〔第４実施形態〕図１０は、本発明第４実
施形態による光増幅器の構成を示す図である。本実施形
態による光増幅器は前述の第１実施形態と類似した構成
であるが、主に、ＥＤＦを２本用いて、その中間に可変
減衰器を設置した２段増幅構成を用い、可変減衰器の損
失による光増幅器出力の低下を防いでいる点が異なる。
つまり、ＥＤＦ３２、利得検出部１３、差動増幅器を備
えた駆動回路１４、励起光源１１、及び合波器１２を備
えた点は、図４（ａ），（ｂ）に示した第１実施形態と
同様である。

【００３９】本実施形態では、更に、分岐器３３と合波
器１２との間に、ＥＤＦ４５、可変減衰器４６、利得等
化器５０を備える。可変減衰器４６は図４（ａ），
（ｂ）中の波長無依存可変減衰器３０又は波長依存可変
減衰器３１である。分岐器３３によって分岐された分岐
光ＯＢ１を検出する受光器１７、受光器１７の検出結果
に基づいて可変減衰器４６を駆動する駆動回路１８を備
える点は第１実施形態と同様である。また、本実施形態
では、ＥＤＦ４５を励起する波長１４８０ｎｍの励起光
ＥＯ２を出射する励起光源４７、励起光源４７を駆動す
る駆動回路４９、及び励起光ＥＯ２と信号光ＯＳ１とを
合波してＥＤＦ４５へ導く合波器４８が設けられてい
る。

【００４０】本実施形態においては、中間の光部品の損
失によらず、高い信号光出力が得られるため、適宜必要
とされる利得等化器５０等の光部品を、図１０に示した
ように、可変減衰器に加えて設置することができるとい
う利点も有する。尚、ＥＤＦ４５は、簡単のため一定の
パワーを有する励起光ＥＯ２で駆動され、ＥＤＦ３２
が、利得スペクトルの一定制御に用いられている。ＥＤ
Ｆ３２を励起する励起光源１１は、光増幅器から出射し
た波長１５３０ｎｍ及び１５６０ｎｍの信号光パワーが
等しくなるように、利得検出部１３に接続した差動増幅
器１４を用いて励起光源１１を駆動する。上述の動作に
より、本実施形態の全体のラマン利得スペクトルは、前
記第１実施形態と同様に、図３（ａ）に示したように、
総合入力信号光パワーによらず一定に保持される。

【００４１】〔第５実施形態〕図１１は、本発明の第５
実施形態による光増幅器の構成を示す図である。本発明
の第５実施形態は上述した本発明の第４実施形態と類似
した構成であるが、主に、可変減衰器４６の駆動の仕方
が異なる。本発明の第１〜４実施形態は、１波長あたり
の光増幅器への入力信号光パワーが一定である場合に適
用されるが、本実施形態は、伝送ファイバの損失変動な
どの要因により、その１波長あたりの入力信号光パワー
が変化する場合に適用される。

【００４２】図１１に示した本発明の第５実施形態が図
１０に示した本発明の第４実施形態と異なる点は、利得
検出部１３の後段に分岐器３３を設け、出力される信号
光ＯＳ２の一部を分岐光ＯＢ３として分岐し、その分岐
光ＯＢ３のパワーを信号光出力パワー検出部５２で検出
し、この検出値と受光器１７で検出される信号光ＯＳ１
の検出値とに基づき駆動回路５３が可変減衰器４６の動
作を制御する。

【００４３】つまり、第４実施形態で与えられる可変減
衰器４６の損失値に、１波長あたりの信号光ＯＳ２パの
ワーを一定に保つための損失値が可変減衰器４６によっ
て加減される。この点については、例えば、H. Suzuki
et al., Photon. Technol. Lett. Vol.10, pp. 734-73
6, 1998 を参照されたい。以上の動作により、本実施形
態の全体のラマン利得スペクトルは、前記第１実施形態
と同様に、図３（ａ）に示したように、総合入力信号光
パワーに依らず一定に保持される。

【００４４】〔第６実施形態〕以上説明した本発明の第
１実施形態から第５実施形態による光増幅器では、希土
類添加導波路１０としてフッ化物エルビウム添加ファイ
バ（ＥＤＦ）を用いていたが、本実施形態ではプラセオ
ジウム添加ファイバ５１を用いている。図１２は、本発
明の第６実施形態による光増幅器の構成を示す図であ
る。図１２に示されるように、図４（ａ）に示した第１
実施形態による光増幅器とは、信号光波長、励起光波
長、利得検出部のパラメータなどが異なるのみで、光増
幅器の部品配置や動作は同様である。

【００４５】つまり、両実施形態の部品配置や動作は、
希土類添加ファイバの種類に依らず、フッ化物エルビウ
ム添加ファイバやプラセオジウム添加ファイバ以外の希
土類添加ファイバ（ツリウム添加ファイバなど）を用い
てもよい。また、上述した第２実施形態から第５実施形
態においても同様であり、ともにフッ化物エルビウム添
加ファイバを用いた例を示しているが、他の希土類添加
ファイバを用いてもよい。

【００４６】本実施形態に示した光増幅器において、励
起光源１１は波長が１０２０ｎｍのもの、信号光ＯＳ３
は波長１２９０から波長１３１０ｎｍの波長帯域であ
る。利得検出部１３は、波長１２９０ｎｍ及び１３１０
ｎｍの信号光パワーを検出し、それらのパワーが等しく
なるように、本利得検出部に接続した作動増幅器を用い
て励起光源を駆動する。上述の動作により、本実施形態
の全体のラマン利得スペクトルは、前記第１実施形態と
同様に、図５（ａ）に示したように、総合入力信号光パ
ワーに依らず一定に保持される。

【００４７】〔第７実施形態〕図１３は、本発明の第７
実施形態の光増幅器の構成を示す図である。本発明の第
７実施形態による光増幅器は第１実施形態による光増幅
器と類似した構成であるが、希土類添加導波路１０とし
てエルビウム添加プレーナ導波路５２を用いている点が
異なる。利得検出部１３は、波長１５３０ｎｍ及び１５
６０ｎｍの信号光パワーを検出し、それらのパワーが等
しくなるように、利得検出部１３に接続した差動増幅器
１４を用いて励起光源を駆動する。上述の動作により、
本実施形態の全体のラマン利得スペクトルは、前記第１
実施形態と同様に、図３（ａ）に示したように、総合入
力信号光パワーに依らず一定に保持される。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
総合入力信号光パワーが変化したときであっても、利得
スペクトルを一定に保つことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光増幅器の第１構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の光増幅器の第２構成を示す図であ
る。

【図３】（ａ）は、本発明の第１構成における利得ス
ペクトルの総合入力信号光パワー（Ｐｓ_in）依存性を示
す図であり、（ｂ），（ｃ）は可変減衰器１５の損失ス
ペクトルの総合入力信号光パワーＰｓ_in依存性を示す図
である。

【図４】本発明の第１実施形態による光増幅器の構成
を示す図である。

【図５】波長無依存可変減衰器３０及び波長依存可変
減衰器３１の波長１５３０〜１５６０ｎｍにおける損失
最大値と、総合入力信号光パワーとの関係例を示す図で
ある。

【図６】本発明の第２実施形態による光増幅器の構成
を示す図である。

【図７】制御光ＯＣ１のパワーと総合入力信号光パワ
ーとの関係例を示す図である。

【図８】本発明の第３実施形態による光増幅器の構成
を示す図である。

【図９】制御光パワーと総合入力信号光パワーの関係
例を示す図である。

【図１０】本発明第４実施形態による光増幅器の構成
を示す図である。

【図１１】本発明の第５実施形態による光増幅器の構
成を示す図である。

【図１２】本発明の第６実施形態による光増幅器の構
成を示す図である。

【図１３】本発明の第７実施形態の光増幅器の構成を
示す図である。

【図１４】波長多重の光ファイバ通信システムで線形
中継器として用いられる従来技術の光増幅器の構成を示
すブロック図である。

【図１５】従来の光増幅器１００の動作に関する利得
スペクトルの総合入力信号光パワー依存性を示す図であ
る。

【図１６】１．４８μｍ励起のフッ化物ＥＤＦを用い
た従来の光増幅器１００に関して、利得スペクトルの総
合入力信号光パワーＰｓ_in依存性を示す図である。

【図１７】１．４８μｍ励起のフッ化物ＥＤＦを用い
た従来の光増幅器１００に関して、利得スペクトルの総
合入力信号光パワーＰｓ_in依存性を示す図である。

【符号の説明】

１０…希土類添加導波路、１３…利得検出部、１１…励
起光源、１４…駆動回路、１６…分岐器、１７，２２…
受光器、１５…可変減衰器、２３…制御光源、１８，２
５…駆動回路（制御回路）。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｓ 3/131 Ｈ０４Ｂ 9/00 ＪＨ０４Ｊ 14/00 14/02 Ｈ０４Ｂ 10/17 10/16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長多重された信号光の光増幅を行う希
土類添加導波路と、当該希土類添加導波路の利得を検出
する利得検出部と、前記希土類添加導波路を励起光によ
って励起する励起光源と、前記利得検出部によって検出
した利得に応じて前記励起光源を駆動して前記励起光の
パワーを変化させる駆動回路とを備える光増幅器であっ
て、前記希土類添加導波路に入力する信号光を分岐する分岐
器と、前記分岐器によって分岐された信号光を受光する受光器
と、前記信号光の光路中に設置され、前記信号光を減衰する
可変減衰器と、前記受光器の検出結果に応じて前記可変減衰器における
損失値を制御する制御回路とを具備し、前記駆動回路及び前記制御回路は、前記受光器によって
受光した信号光のパワーに応じて、前記励起光パワー及
び前記可変減衰器の損失値を変化させ、前記信号光のパ
ワー変化に依らず全ての信号光波長に渡り利得を一定に
保つことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】波長多重された信号光の光増幅を行う希
土類添加導波路と、当該希土類添加導波路の利得を検出
する利得検出部と、前記希土類添加導波路を励起光によ
って励起する励起光源と、前記利得検出部によって検出
した利得に応じて前記励起光源を駆動して前記励起光の
パワーを変化させる駆動回路とを備える光増幅器であっ
て、前記希土類添加導波路に入力する信号光を分岐する分岐
器と、前記分岐器によって分岐された信号光を受光する受光器
と、前記希土類添加導波路の利得を制御する制御光を出射す
る制御光源と、前記受光器によって受光した信号光のパワーに応じて前
記制御光源から出射される制御光のパワーを変化させる
制御回路とを具備し、前記駆動回路及び前記制御回路は、前記受光器によって
受光した信号光のパワーに応じて、前記励起光のパワー
及び制御光のパワーを変化させ、前記信号光のパワーの
変化に依らず全ての信号光波長に渡り利得を一定に保つ
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項３】前記可変減衰器は、波長無依存の損失値
を有し、前記信号光のパワーが変化した場合に、前記希
土類添加導波路の利得が全ての信号光の波長に亘り一様
に変化するように前記励起光のパワーを変化させること
を特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】前記可変減衰器は、波長依存の損失値を
有し、前記信号光のパワーが変化した場合に、前記希土
類添加導波路の利得がある信号光の波長で一定であるよ
うに前記励起光のパワーを変化させることを特徴とする
請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】前記制御光の波長は、前記信号光の波長
の近傍に設定され、前記制御回路は、入力信号光パワーが変化した場合に、
前記希土類添加導波路に入力する信号光パワーと前記制
御光パワーとの和が一定になるように前記制御光源から
出射される制御光のパワーを変化させることを特徴とす
る請求項２記載の光増幅器。