JP2001356310A - 利得等化器及び光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得等化器を構成する透過率波長特性変化素
子におけるＰ偏光とＳ偏光に位相差が大きくても光ファ
イバ増幅器の利得の波長特性を正確に補償できる利得等
化器、及び、該利得等化器を縦続に接続して利得偏差を
改善した光ファイバ増幅器を提供する。 【解決手段】 入射光を常光と異常光に分離し、偏光分
離された光の偏光を一致させ、偏光を一致させた光の偏
光角に所定の回転を与え、透過率波長特性可変素子によ
って該回転に対応する透過率の波長特性を与えた後に、
入射光と同じ偏光状態に戻す利得等化器において、該透
過率波長特性可変素子において生ずるＰ偏光とＳ偏光の
位相差を位相差制御素子によって補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ増幅器
の利得の波長特性を補償する利得等化器及び該利得等化
器を適用する光ファイバ増幅器に係り、特に、利得等化
器を構成する透過率波長特性変化素子においてＰ偏光と
Ｓ偏光に位相差があっても光ファイバ増幅器の利得の波
長特性を正確に補償できる利得等化器及び該利得等化器
を適用して利得の波長特性を改善できる光ファイバ増幅
器に関する。

【０００２】光ファイバ通信方式が実用化されてから久
しいが、この間、電気信号を光信号に変換する電気−光
変換素子、なかんずく、レーザ・ダイオードの高速化
と、光ファイバ自体の広帯域化が進められ、伝送速度１
０Ｇｂ／ｓ（ギガ・ビット／秒：ギガは１０⁹ を意味す
る単位である。）の光ファイバ通信方式が国内外で実用
化されている。

【０００３】そして、一時は、１０Ｇｂ／ｓの光ファイ
バ通信方式を中心とする光ファイバ・ネットワークによ
って、十分な伝送容量のデジタル・ネットワークが敷設
されたと考え得る状況になっていた。

【０００４】しかし、音声、データ及び画像を一括して
扱うマルチメディア通信の急速な普及、なかんずく、コ
ンピュータ・ネットワークによりマルチメディア通信を
行なうインターネットの急激ともいえる普及に遭遇し
て、一転して、デジタル・ネットワークを構成する光フ
ァイバ通信方式の伝送容量を即座に増やさなければなら
ないという状況になった。

【０００５】光ファイバ通信方式の伝送容量を増やすに
は、新規に光ファイバ・ネットワークを敷設すればよい
が、そのためにはスペース、物、金及び人が必要にな
り、インターネットの急速な普及に即応することは到底
困難である。

【０００６】しかも、大量の光ファイバを生産するため
には膨大なエネルギーが必要になり、ただでさえ困難な
地球温暖化という環境問題の解決を一層難しくすること
になる。

【０００７】このような状況に鑑み、既設の光ファイバ
・ネットワークを使用し、基本的には開発済の電気・光
変換技術及び光・電気変換技術を適用して、光ファイバ
通信方式の伝送容量を大幅に増やすことができる波長分
割多重光通信方式が再び注目を浴びるようになった。

【０００８】一方、１９８０年代中頃までは、光ファイ
バ通信方式における増幅方式は、電気信号において増幅
してから光変換するという方式であり、従って、中継方
式も光信号を電気変換して伝送データを再生、増幅して
光信号に再変換するという方式であった。

【０００９】この方式は、電気雑音に強い筈の光ファイ
バ通信方式において電気雑音を混入させる原因ともなり
かねず、又、中継伝送路中に挿入される中継器への給電
電流が大きくなる原因でもあるので、長い間、光信号の
まま増幅、中継できる増幅方式の実現が望まれていた。

【００１０】そして、１９８０年代の中頃に、稀土類元
素のイオンを添加した低損失光ファイバと高出力レーザ
・ダイオードが実現されると、急速に稀土類元素添加光
ファイバを用いた光ファイバ増幅器の実用化が進められ
るようになり、今や、光ファイバ通信方式における出力
増幅器及び中継器には光ファイバ増幅器が使用されるよ
うになっている。

【００１１】さて、光ファイバ増幅器の増幅可能な帯域
は広い。従って、波長数が多数の波長分割多重光ファイ
バ通信方式においても光ファイバ増幅器を適用すること
が可能である。このため、光ファイバ増幅器に関する開
発は一層活発に行なわれるようになっている。

【００１２】図２３は、光ファイバ増幅器の基本的構成
である。

【００１３】図２３において、１０１は入力光信号を増
幅する稀土類元素添加光ファイバ、１０２はコアに稀土
類元素添加光ファイバ１０１に添加されている稀土類元
素イオンのエネルギー準位を上位準位に励起する光（励
起光）を供給するレーザ・ダイオード、１０３は入力光
信号とレーザ・ダイオード１０２の出力光を結合する合
波器である。

【００１４】尚、図２３の構成では稀土類元素添加光フ
ァイバの前方で励起光と入力光信号を結合する例を示し
ているが、稀土類元素添加光ファイバの後方で励起光と
入力光信号を結合することも、稀土類元素添加光ファイ
バの前方と後方で励起光と光信号を結合することも可能
で、システム設計上の必要性などに応じていずれかの励
起法が適宜選択されている。

【００１５】ところで、実際の光ファイバ増幅器におい
ては、励起光が入力側に漏れ出ないように図２３の構成
においては、合波器１０３の入力光信号を入力する側に
アイソレータを配置する。又、光ファイバ増幅器の出力
光信号のパワーを一定に保つために光ファイバ増幅器の
出力光の一部を分岐して出力光信号のパワーに対応する
電圧として取り出し、取り出された電圧によってレーザ
・ダイオード１０２の出力光のパワーを制御する自動パ
ワー制御（Automatic Power Control:頭文字による略語
は「ＡＰＣ」である。）が行なわれるが、いずれも図２
３では図示を省略している。

【００１６】さて、光ファイバのコアに添加される稀土
類元素の典型的な例はエルビウムである。従って、光フ
ァイバ増幅器の典型的な例はエルビウム添加光ファイバ
増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier: 頭文字をとっ
て「ＥＤＦＡ」と略されることが多い。）である。

【００１７】光ファイバのコア中のエルビウム・イオン
は複数のエネルギー準位を有していて、５００ナノ・メ
ートル（ｎｍ：ナノは１０^-9を意味する単位である。以
降、図面においては「ｎｍ」を使用する。）、６００ナ
ノ・メートル、９８０ナノ・メートル及び１４８０ナノ
・メートルの波長の光によって上位準位に光励起され
る。そして、最終的にはエネルギー準位 ⁴Ｉ_13/2と基底
状態のエネルギー準位 ⁴Ｉ_15/2との間に、高エネルギー
準位であるエネルギー準位 ⁴Ｉ_13/2の方が電子の存在確
率が高い反転分布が形成される。

【００１８】ここで、Ｔを絶対温度、ｑを電子の電荷、
電位表現したエネルギーをＶ、ｋをボルツマン定数とす
ると、エネルギーがＶの準位における電子の存在確率は
ｅｘｐ（−（ｑＶ／ｋＴ））に比例し、通常はエネルギ
ーが高い程電子の存在確率が低い。従って、高エネルギ
ー準位の方が電子の存在確率が高くなっている分布を
「反転分布」と呼ぶ。これは、仮想的に温度が負になっ
た状態であるとも見られるので、高エネルギー準位の方
が電子の存在確率が高い状態を「負温度状態」と呼ぶこ
ともある。

【００１９】エネルギー準位 ⁴Ｉ_13/2と基底状態のエネ
ルギー準位 ⁴Ｉ_15/2との間に反転分布が形成されている
時に、エネルギー準位 ⁴Ｉ_13/2とエネルギー準位 ⁴Ｉ
_15/2のエネルギー差に等しい１５００ナノ・メートル帯
の入力光信号が入射されると誘導放出によってエネルギ
ー準位 ⁴Ｉ_13/2からエネルギー準位 ⁴Ｉ_15/2に遷移が生
じて、入力光信号にエネルギーが与えられるので該入力
光信号が増幅される。そして、増幅可能な波長の帯域が
広いのが特徴である。

【００２０】逆に、増幅可能な波長の帯域が広いため
に、光ファイバ増幅器の利得は波長特性を持つ。

【００２１】図２４は、光ファイバ増幅器の基本構成の
利得偏差である。

【００２２】図２４に示す如く、波長１５７０ｎｍ近傍
の利得を基準にして、数デシ・ベルの利得偏差がある。

【００２３】ここで、図２４における複数の利得偏差の
フィギュアは、光ファイバ増幅器の利得の大きさに依存
している。

【００２４】上記の如く、現実の光ファイバ増幅器の利
得の波長特性は数デシ・ベル程度あり、このままでは多
重化さる各波長において信号対雑音比が異なることにな
り、波長によって伝送品質に差が出るという不具合が生
ずるので、なんらかの補償をする必要がある。

【００２５】尚、正確には、光ファイバ増幅器の基本構
成の利得偏差は、利得の大きさには無関係な固定利得偏
差と、利得の大きさに依存する可変利得偏差の和によっ
て与えられ、図２４に示した利得偏差は後者の可変利得
偏差である。つまり、図２４に示した利得偏差は、固定
利得偏差がない仮想的な光ファイバ増幅器の利得偏差で
ある。

【００２６】現実には、上記仮想的光ファイバ増幅器は
存在しないが、固定利得偏差を補償する固定等化器を含
めて考えれば上記仮想的光ファイバ増幅器に等価な光フ
ァイバ増幅器が存在すると考えられる。この意味で、本
明細書及び図面において「光ファイバ増幅器」と呼ぶの
は、一貫して、固定利得偏差がない仮想的光ファイバ増
幅器である。

【００２７】

【従来の技術】光ファイバ増幅器の利得の波長特性を補
償する代表的な技術の１つに、光ファイバ増幅器の利得
の波長特性と逆特性の利得特性を有する利得等化器を適
用する技術がある。

【００２８】図１９は、従来の利得等化器の詳細構成で
ある。以降、従来の利得等化器の各々の構成要素と、各
々の構成要素単体の構成や作用の説明を並行して行な
う。

【００２９】図１９において、１０は、入力光信号を利
得等化器に導く入力光ファイバである。

【００３０】９は、該入力光信号を平行光にするコリメ
ート系で、入力光ファイバ１０を接着固定するフェルー
ル９−１、入力光ファイバから出射される光を平行光に
するコリメート・レンズ９−３、コリメート・レンズ９
−３が固着されるレンズ・ホルダ９−２を有して構成さ
れる。

【００３１】ここで、コリメート・レンズ９−３が固着
されるレンズ・ホルダ９−２は、入力光ファイバ１０と
コリメート・レンズ９−３の距離をコリメート・レンズ
９−３の焦点距離に調整した後に、フェルール９−１と
溶接固定される。

【００３２】１は、直線偏光、円偏光、楕円偏光などの
任意の偏光状態で入射される入力光信号の偏光を分離す
る偏光分離素子で、結晶軸Ｘ１を有する。代表的な偏光
分離素子としては平行ルチル板がある。

【００３３】任意の偏光状態の入力光信号が偏光分離素
子１に入射されると、該結晶軸Ｘ１を含む面（紙面と同
じ面）に対して任意偏光の振動方向が垂直な（図１９の
偏光分離素子１において、中心に点を有する丸印によっ
て、結晶軸Ｘ１を含む面に対して偏光の振動方向が垂直
であることを示している。）常光と、結晶軸Ｘ１を含む
面に対して任意偏光の振動方向が平行な（図１９の偏光
分離素子１において、反対向きの矢印を背中合わせにし
た印によって、結晶軸Ｘ１を含む面に対して偏光の振動
方向が平行であることを示している。）異常光に分離さ
れる。

【００３４】ここで、常光は偏光分離素子１の入射面に
おいて屈折することなく直進し、入射面と平行な出射面
においても屈折することなく直進する。一方、異常光は
偏光分離素子の入射面で屈折してから直進し、入射面と
平行な出射面において再び屈折してから入射光と平行な
方向に出射する。従って、任意偏光の光を偏光分離素子
１に入射することによって、平行な常光と異常光を得る
ことができる。

【００３５】２は、偏光分離素子で偏光分離された常光
と異常光の振動方向を同一にする偏光面一致制御素子
で、所謂１／２波長板である。ここで、偏光面一致制御
素子即ち１／２波長板は常光側、異常光側のいずれかに
挿入すればよいが、図１９では、偏光分離素子即ち１／
２波長板を常光側に挿入する例を図示している。

【００３６】さて、所謂波長板中に直交する２つの偏光
成分を持つ光が入射されると、該波長板の厚さによって
２つの偏光間の相対位相を変化させることができる。こ
のうち、１／２波長板は、２つの偏光間の相対位相を１
／２波長変化させるものである。

【００３７】一方の偏光を基準にしてもう一方の偏光の
位相が１／２波長シフトするから、１／２波長板を通さ
ない場合に比較して、２つの偏光を合成した光の振動方
向は９０度回転する。

【００３８】上記の作用によって、偏光分離素子１が出
射する常光を１／２波長板に通せば、偏光分離素子が出
射する異常光と同一の偏光面の光を得ることができ、偏
光分離素子１が出射する異常光を１／２波長板に通せば
常光と同じ偏光面の光を得ることができる。

【００３９】従って、偏光面一致制御素子即ち１／２波
長板は常光側、異常光側のいずれかに挿入すればよく、
図１９では、偏光分離素子即ち１／２波長板を常光側に
挿入する例を図示した訳である。

【００４０】３は、偏光分離素子１が出射する異常光
と、偏光分離素子が出射する常光の偏光を該異常光の偏
光と一致させられた光の偏光角を可変に制御する偏光角
可変制御素子で、磁界によって光の偏光角を回転させる
イットリウム・アイアン・ガーネット結晶（Yttrium Ir
on Garnet:頭文字による略語は「ＹＩＧ（結晶）」であ
る。略語として一般に認められているので、本明細書で
は一貫して「ＹＩＧ結晶」を用いることにする。）を用
いたファラデー回転子３−１と、ファラデー回転子３−
１に磁界をかける磁石系３−２によって構成される。

【００４１】図１９では、立体部品によって構成される
利得等化器を平面的に描いているために、立体的な表現
が難しいので一部省略をしているが、実は、磁石系３−
２は永久磁石と電磁石によって構成されており、該永久
磁石で図１９のファラデー回転子３−１中に示されてい
る光の進行方向に平行な磁界Ｈ１を形成し、該電磁石で
図１９のファラデー回転子３−１中に示されている光の
進行方向に垂直な磁界Ｈ２を形成する。

【００４２】又、８は、該電磁石に電流を供給して磁界
Ｈ２の強度を制御する偏光角制御電流生成手段である。

【００４３】そして、磁界Ｈ１はファラデー回転子３−
１を形成するＹＩＧ結晶を飽和させる磁界強度に設定さ
れている。従って、Ｈ１だけではＹＩＧ結晶における光
の偏光の回転には変化が生じない。

【００４４】上記状態で該電磁石によって磁界Ｈ１と垂
直方向の磁界Ｈ２をかけると、合成磁界の方向は磁界Ｈ
１と磁界Ｈ２によって形成される矩形の対角線の方向に
なる。

【００４５】しかし、ＹＩＧ結晶の飽和磁界強度は磁界
の方向にはよらず一定であるので、実際の合成磁界強度
は該対角線の長さに相当する磁界強度より小さく、磁界
Ｈ１の強度に等しくなる。

【００４６】従って、この実際の合成磁界の磁界Ｈ１方
向の成分は、永久磁石で与えられている飽和磁界Ｈ１よ
り小さくなる。

【００４７】ところで、ＹＩＧ結晶中における偏光の回
転角は光の進行方向の磁界強度によって決まる。上記の
如く、磁界Ｈ２をかけることによって実際の合成磁界強
度の磁界Ｈ１方向の成分は飽和磁界Ｈ１より小さくなっ
て飽和領域から外れるので、偏光の回転角が変化する。

【００４８】磁界Ｈ２は、上記の如く偏光角制御電流生
成手段８によって制御されるので、偏光の回転角も偏光
角制御電流生成手段８によって制御される。

【００４９】尚、ファラデー回転子３−１以外に偏光の
回転角を制御できるものとしては波長板や液晶などがあ
るが、ここでは偏光の回転角を可変に制御する必要があ
るので、ＹＩＧ結晶によるファラデー回転子を使用する
訳である。

【００５０】４は、透過率波長特性可変素子で、ガラス
などの透明物質による基板４−１と、基板４−１上に異
なる屈折率を有する誘電体薄膜を多層に形成した多層誘
電体薄膜４−２によって形成される。

【００５１】異なる屈折率を有する誘電体薄膜の代表的
なものとしては、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、二酸化
チタン（ＴｉＯ₂ ）がある。因みに、二酸化チタンの方
が二酸化チタンより屈折率が高い。

【００５２】多層誘電体薄膜４−２に光が入射される場
合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の大きさ、つまり、偏
光角によって多層誘電体薄膜における光の透過率が異な
る。つまり、偏光角によって光の透過率即ち光に対する
利得が異なる。

【００５３】ここで、Ｐ偏光とＳ偏光について説明をし
ておく必要がある。

【００５４】さきの常光と異常光は、平行ルチル板の結
晶軸Ｘ１を含む平面を基準にして、該平面に垂直な方向
に振動する光を常光、該平面に平行な方向に振動する光
を異常光と定義したが、Ｐ偏光とＳ偏光は多層誘電体薄
膜４−２の面を基準に定義される。

【００５５】即ち、光の進行方向（光軸）を含むように
多層誘電体薄膜４−２の表面に垂直に立てた面に平行な
偏光をＰ偏光、光軸を含むように多層誘電体薄膜４−２
の表面に垂直に立てた面に垂直な偏光をＳ偏光と定義す
る。

【００５６】そして、多層誘電体薄膜中の透過率は、Ｐ
偏光とＳ偏光では異なり、且つ、Ｐ偏光の透過率もＳ偏
光の透過率も、広い波長帯域においてかなり顕著な波長
特性を持っている。つまり、偏光角可変制御素子によっ
て偏光分離素子１が出射する光と、偏光面一致制御素子
２によって偏光分離素子１が出射する光と同一偏光にさ
せられた光の偏光角を偏光角可変制御素子３によって可
変に制御することによって、多層誘電体薄膜に対するＰ
偏光とＳ偏光の成分を可変に制御することができ、これ
によって多層誘電体薄膜４−２中における光の透過率を
可変に制御できるのである。

【００５７】図３は、透過率波長特性可変素子の透過率
対波長特性で、偏光角の違いによって透過率が異なる様
子を示している。

【００５８】想定している多層誘電体薄膜について図３
に示した波長の範囲においては、波長が１５７０ナノ・
メートルから１６００ナノ・メートルの範囲で、Ｐ偏光
（Ｐ：Ｓ＝１：０）の透過率は０デシ・ベル（損失な
し）で、Ｓ偏光（Ｐ：Ｓ＝０：１）の透過率は波長が大
きい程小さくなる（損失が増加する）右下がりの特性に
なる。

【００５９】尚、同じ多層誘電体薄膜でも光の波長が異
なる領域ではＰ偏光及びＳ偏光に対する透過率特性が異
なり、例えば、Ｓ偏光に対する透過率が小さい値で一定
なのに対して、Ｐ偏光に対する透過率が小さい値から大
きい値に右上がりに変化する波長領域も存在する。

【００６０】このように、同一の多層誘電体薄膜でも波
長によって透過率の波長特性が違う領域があるので、利
得等化器として必要なフィギュアが得られる波長領域を
選択して使えばよい。

【００６１】透過率可変制御素子は上記の特性を有して
いるので、偏光分離素子１の出射光と偏光面一致制御素
子２の出射光が、多層誘電体薄膜４−２のＰ偏光と同じ
偏光面の光であれば、図３の例では波長が１５７０ナノ
・メートルから１６００ナノ・メートルの範囲で透過率
が０デシ・ベルとなり、偏光分離素子１の出射光と偏光
面一致制御素子２の出射光が、多層誘電体薄膜４−２の
Ｓ偏光と同じ偏光面の光であれば、図３の例では波長が
１５７０ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの
範囲で波長が大きい程透過率が小さくなる。

【００６２】そして、偏光分離素子１の出射光と偏光面
一致制御素子２の出射光がＰ偏光成分とＳ偏光成分を併
せ持っていれば、その成分の大きさによって、波長が１
５７０ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの範
囲での波長の変化に対する透過率の変化の度合いが変わ
る。この様子を図３が示している。

【００６３】３ａは、偏光分離素子１が出射する異常光
と、偏光分離素子が出射する常光の偏光を該異常光の偏
光と一致させられた光の偏光角を偏光角可変制御素子３
が回転したのとは反対に同じ偏光角だけ回転させる偏光
角可変制御素子で、ＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転
子３−１ａ及びファラデー回転子３−１ａに磁界をかけ
る磁石系３−２ａによって構成される。

【００６４】そして、磁石系３−２ａは、磁石系３−２
と同様に、永久磁石と電磁石によって構成されており、
該永久磁石によって図１９のファラデー回転子３−１中
に示されている光の進行方向に平行な磁界Ｈ１とは反対
方向で、磁界強度は磁界Ｈ１と等しい磁界Ｈ１ｒを形成
し、該電磁石によって図１９のファラデー回転子３−１
中に示されている磁界Ｈ２とは反対方向で、磁界強度は
磁界Ｈ２と等しい磁界Ｈ２ｒを形成する。

【００６５】又、該電磁石の電流は偏光角制御電流生成
手段８によって供給される。

【００６６】そして、磁界Ｈ１ｒはファラデー回転子３
−１ａを形成するＹＩＧ結晶を飽和させる磁界強度に設
定されている。従って、Ｈ１ｒだけではＹＩＧ結晶にお
ける光の偏光角には変化が生じない。

【００６７】この状態で該電磁石によって磁界Ｈ１ｒと
垂直方向の磁界Ｈ２ｒをかけると、合成磁界の方向は磁
界Ｈ１ｒと磁界Ｈ２ｒによって形成される矩形の対角線
の方向になる。

【００６８】しかし、ＹＩＧ結晶の飽和磁界強度は磁界
の方向にはよらず一定であるので、実際の合成磁界強度
は該対角線の長さに相当する磁界強度より小さく、磁界
Ｈ１ｒの強度に等しくなる。

【００６９】従って、この実際の合成磁界の磁界Ｈ１ｒ
方向の成分は、永久磁石で与えられている飽和磁界Ｈ１
ｒより小さくなる。

【００７０】ところで、ＹＩＧ結晶中における偏光の回
転角は光の進行方向の磁界強度によって決まる。上記の
如く、磁界Ｈ２ｒをかけることによって実際の合成磁界
強度の磁界Ｈ１ｒ方向の成分は飽和磁界Ｈ１ｒより小さ
くなって飽和領域から外れるので、偏光の回転角が変化
する。

【００７１】上記によって明らかなように、偏光角可変
制御素子３ａにおいて磁界Ｈ２ｒをかけることによって
生ずる光の進行方向の磁界強度の変化は、偏光角可変制
御素子３において磁界Ｈ２をかけることによって生ずる
光の進行方向の磁界強度の変化とは逆方向に生ずる。

【００７２】従って、偏光角可変制御素子３ａによっ
て、偏光角可変制御素子３において２条の光に与えられ
た偏光の回転とは反対方向で、同一の回転角だけ偏光を
回転でき、ＹＩＧ結晶の入射光の偏光状態に戻すことが
できる。

【００７３】５は、偏光面復帰素子で、偏光面一致制御
素子２と同一のものである。

【００７４】ただ、図１９の例では、偏光面一致制御素
子２によって、偏光分離素子１が出射する常光の偏光を
異常光の偏光に一致させているので、偏光面復帰素子５
は偏光分離素子が出射する異常光側に挿入して、偏光面
復帰素子５を通る光と偏光面復帰素子５を通らない光の
偏光が９０度異なるようにしている。

【００７５】尚、単純に偏光面復帰素子５を通る光と偏
光面復帰素子５を通らない光の偏光が９０度異なるよう
にするのであれば、偏光面復帰素子５を偏光分離素子１
が出射する常光側に挿入してもよいが、２条の光の偏波
モード分散を同一にする、即ち、２条の光に対する光路
長を一致させるために、偏光分離素子１の出射側で偏光
面一致制御素子２を挿入しなかった光の方に偏光面復帰
素子５を挿入することが好ましい。

【００７６】７は、偏光合成素子で、偏光分離素子１と
同一のものである。

【００７７】偏光合成素子７中では、偏光面復帰素子５
から入射される、偏光合成素子７の常光と同じ偏光の光
は直進し、偏光面復帰素子５を通らずに入射される、偏
光合成素子７の異常光と同じ偏光の光は屈折してから直
進するので、偏光合成素子７と偏光分離素子１が同一材
質で同一寸法であれば、偏光合成素子７の常光と同じ偏
光の光と偏光合成素子７の異常光と同じ偏光の光は、偏
光合成素子７の入射面と反対側の面において同一の点に
到達する。つまり、偏光分離素子１で偏光分離された光
が偏光合成素子７で元の偏光状態に合成される。

【００７８】９ａは、偏光合成素子７から出射される平
行光を出力光ファイバに結合するコリメート系で、フェ
ルール９−１ａ、コリメート・レンズ９−３ａ、コリメ
ート・レンズ９−３ａが固着されるレンズ・ホルダ９−
２ａを有して構成される。

【００７９】１０ａは、利得等化器の出力光ファイバで
ある。

【００８０】そして、出力光ファイバ１０ａはフェルー
ル９−１ａに接着固定され、コリメート・レンズ９−３
ａを固着したレンズ・ホルダ９−２ａは、コリメート・
レンズ９−３ａと出力光ファイバ１０ａの距離をコリメ
ート・レンズ９−３ａの焦点距離に調整後フェルール９
−１ａに溶接固定される。

【００８１】上記の如く、多数の構成要素によって利得
等化器が構成されているが、利得の波長特性を制御する
構成要素は透過率波長特性可変素子４で、他の構成要素
は出力光信号の偏光状態を入力光信号の偏光状態に合わ
せ、且つ、透過率波長特性可変素子４における透過率の
波長特性を設計可能にするためにある。

【００８２】即ち、偏光分離素子１によって常光と異常
光に分離し、偏光面一致制御素子２において該常光と該
異常光の偏光面を一致させてから偏光角可変制御素子３
によって偏光を回転させて透過率波長特性可変素子４に
供給し、透過率波長特性可変素子４から出射される光の
偏光状態を元に戻した上で、常光と異常光を合成するの
は、正に出力光信号の偏光状態を入力光信号の偏光状態
に合わせるためである。

【００８３】そして、偏光分離素子１によって常光と異
常光に分離するのは、透過率波長特性可変素子４におけ
るＰ偏光、Ｓ偏光との関係を規定して、透過率波長特性
の基準を定めるためである。もし、偏光分離素子１を使
用しないで、透過率波長特性可変素子４に入力光信号を
入射すれば、入射光の偏波と透過率波長特性可変素子４
におけるＰ偏光、Ｓ偏光との関係が不明なために透過率
の波長特性の制御が困難になるし、入射光の偏波が変わ
ると透過率の波長特性の制御が不可能になるからであ
る。

【００８４】そして、透過率波長特性可変素子４が理想
的な場合、即ち、透過率波長特性可変素子４においてＰ
偏光とＳ偏光の位相差が無視できる場合には、透過率波
長特性可変素子４の透過率の波長特性は図３に示す如
く、光ファイバ増幅器の利得偏差と逆の特性になる。

【００８５】しかも、図１９の構成の利得等化器は、透
過率波長特性可変素子４によって利得等化器の透過率を
可変に制御できるという特徴を持っている。これによ
り、光ファイバ増幅器の入力レベルが変動したり、励起
レーザ・ダイオードの出力パワーの変動によって光ファ
イバ増幅器の利得が変動することがあっても、これらを
アダプティブに等化する利得等化器が得られる。

【００８６】図２１は、従来の利得等化器を付加した光
ファイバ増幅器の構成である。

【００８７】図２１において、１０１は入力光信号を増
幅する稀土類元素添加光ファイバ、１０２は稀土類元素
添加光ファイバ１０１のコアに添加されている稀土類元
素イオンのエネルギー準位を上位準位に励起する光（励
起光）を供給するレーザ・ダイオード、１０３は入力光
信号とレーザ・ダイオード１０２の出力光を結合する合
波器、１０４ａは図１９に示した従来の利得等化器であ
る。

【００８８】尚、図２１の構成では稀土類元素添加光フ
ァイバの前方で励起光と入力光信号を結合する例を示し
ているが、稀土類元素添加光ファイバの後方で励起光と
入力光信号を結合することも、稀土類元素添加光ファイ
バの前方と後方で励起光と光信号を結合することも可能
である。

【００８９】又、実際の光ファイバ増幅器においては、
励起光が入力側に漏れ出ないように合波器の入力側にア
イソレータを配置する。又、光ファイバ増幅器の出力光
のパワーを一定に保つために光ファイバ増幅器の出力光
の一部を分岐して電圧として取り出し、取り出された電
圧によってレーザ・ダイオード１０２の出力光のパワー
を制御する自動パワー制御が行なわれるが、いずれも光
増幅の基本とは関係がないので図２１では図示を省略し
ている。

【００９０】図１９と図３によって説明した如く、透過
率波長特性可変素子が理想的な場合、即ち、透過率波長
特性可変素子を透過する時のＰ偏光とＳ偏光の位相差が
無視できる場合には、透過率波長特性可変素子を中心と
する図１９の構成の利得等化器によって光ファイバ増幅
器の利得偏差を相殺することができ、利得偏差が少ない
光ファイバ増幅器を実現することができる。

【００９１】しかも、図１９の構成の利得等化器は、透
過率波長特性可変素子４によって利得等化器の透過率を
可変に制御できるという特徴を持っている。これによ
り、光ファイバ増幅器の入力レベルが変動したり、励起
レーザ・ダイオードの出力パワーの変動によって光ファ
イバ増幅器の利得が変動することがあっても、これらに
アダプティブに追随することができるので、入力レベル
変動、利得変動があっても利得偏差が少ない光ファイバ
増幅器を実現することができる。

【００９２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には図１
９の透過率波長特性可変素子４を通過する間にＰ偏光と
Ｓ偏光との間には位相差が生じ、直線偏光が透過率波長
特性可変素子４に入射されても一般的には楕円偏光に変
化する。この楕円偏光化によって偏光面復帰素子５から
出射されて偏光合成素子７に入射される光と、偏光合成
素子７に直接入射される光の偏光が、偏光合成素子７に
おける常光と異常光ではなくなり、常光に異常光成分が
混入し、異常光に常光成分が混入した光になる。

【００９３】この混入成分は偏光合成素子７の出射面に
おいて、常光と異常光が到達する位置とは異なる位置に
到達するので、コリメート・レンズには入射されず損失
となる。更に、混入成分の大きさによって該損失に波長
特性が生ずる。

【００９４】従って、利得等化器の透過特性が光ファイ
バ増幅器の利得偏差特性とは異なるフィギュアになっ
て、光ファイバ増幅器の利得偏差を補償できなくなる。

【００９５】以降、図によって上記事象を説明する。

【００９６】図３は、透過率波長特性可変素子の透過率
対波長特性である。

【００９７】透過率波長特性可変素子に入射される光が
純粋にＰ偏光の場合（図中ではＰ：Ｓ＝１：０と表示し
ている。）には、波長が１５７０ナノ・メートルから１
６００ナノ・メートルの範囲で透過率がほぼ０デシ・ベ
ルである（損失がない。）。一方、透過率波長特性可変
素子に入射される光が純粋にＳ偏光の場合（図中では
Ｐ：Ｓ＝０：１と表示している。）には、波長が１５７
０ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの範囲で
透過率がほぼ右下がりとなる（損失が、波長が長くなる
につれて大きくなる。）。

【００９８】そして、Ｐ偏光とＳ偏光の成分が上記の中
間の場合には、透過率波長特性可変素子の透過率特性は
上記透過率特性の中間の特性になる。

【００９９】図４は、透過率波長特性可変素子における
Ｐ偏光とＳ偏光の位相差の波長特性である。

【０１００】図４に示す如く、この場合には波長が１５
７０ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの範囲
で１５０度前後の位相差がある。

【０１０１】図２０は、透過率波長特性可変素子におけ
るＰ偏光とＳ偏光の位相差が大きい時の利得等化器の透
過率特性である。

【０１０２】透過率波長特性可変素子におけるＰ偏光と
Ｓ偏光の位相差が無視できれば、利得等化器の透過率特
性は図３に示した透過率波長特性可変素子自体の透過率
特性になる筈であるが、透過率波長特性可変素子に図４
に示した程度の位相差がある場合には、図２０に示す如
く、Ｐ偏光とＳ偏光の成分の変化に対して一様に変化す
る透過率特性にはならないのと同時に、波長が１５７０
ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの範囲で右
下がりの特性にはならない。この透過率特性は、図２４
に示した光ファイバ増幅器の利得偏差のフィギュアとは
異なるものである。

【０１０３】図２２は、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差が大き
い利得等化器によって利得等化した光ファイバ増幅器の
利得偏差である。

【０１０４】図２２に示す如く、光ファイバ増幅器の利
得が特定の利得である場合を除いて、利得偏差が波長特
性を持つようになっており、利得偏差の絶対値も５デシ
・ベル超になっている。これは、光ファイバ増幅器自体
の利得偏差が、図２４に示したように、波長が１５７０
ナノ・メートルから１６００ナノ・メートルの範囲で数
デシ・ベルであるから、利得偏差が生ずる波長が異なる
波長にシフトしただけのというに等しい特性である。

【０１０５】本発明は、かかる問題点に鑑み、利得等化
器を構成する透過率波長特性変化素子においてＰ偏光と
Ｓ偏光に位相差があっても光ファイバ増幅器の利得の波
長特性を正確に補償できる利得等化器及び該利得等化器
を適用して利得の波長特性を改善した光ファイバ増幅器
を提供することを目的とする。

【０１０６】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、偏光分離
素子によって常光と異常光に分離し、偏光面一致制御素
子によって、偏光分離された光の偏光を一致させ、第一
の偏光角可変制御素子によって、偏光を一致させた光の
偏光角に所定の回転を与え、透過率波長特性可変素子に
よって、該回転に対応する透過率の波長特性を与え、第
二の偏光角可変制御素子において、第一の偏光角可変制
御素子によって与えられた偏光角の回転とは逆の回転を
与え、偏光面復帰素子によって、常光と異常光を合成す
る利得等化器において、該透過率波長特性可変素子にお
いて生ずるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する技術であ
る。

【０１０７】第一の発明によれば、該透過率波長特性可
変素子において生ずるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償す
ることができる。このため、該偏光面復帰素子に入射さ
れる２条の光の偏光は該偏光面復帰素子の常光と異常光
に一致し、該偏光面復帰素子において損失なく合成でき
ると共に、該損失の波長特性を抑圧することができるの
で、Ｐ偏光とＳ偏光の成分の比率に対して一様に透過率
が変化し、且つ、所要の波長の範囲において透過率が一
様に変化する利得等化器を実現することができる。これ
により、光ファイバのコアに稀土類元素を添加し、励起
光源によって該稀土類元素を励起した状態で光信号を該
光ファイバのコアに導く光ファイバ増幅器の利得偏差を
フィギュアを近似することができる利得等化器を実現す
ることが可能になる。

【０１０８】第二の発明は、光ファイバのコアに稀土類
元素を添加し、励起光源によって該稀土類元素を励起し
た状態で光信号を該光ファイバのコアに導く光ファイバ
増幅器に対して、第一の発明によってなる利得等化器を
縦続接続する光ファイバ増幅器の技術である。

【０１０９】第二の発明によれば、光ファイバのコアに
稀土類元素を添加し、励起光源によって該稀土類元素を
励起した状態で光信号を該光ファイバのコアに導く光フ
ァイバ増幅器に、第一の発明によってなる利得等化器を
縦続接続することによって、光ファイバのコアに稀土類
元素を添加し、励起光源によって該稀土類元素を励起し
た状態で光信号を該光ファイバのコアに導く光ファイバ
増幅器の利得偏差を第一の発明によってなる利得等化器
の透過率特性によって抑圧できる。

【０１１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の利得等化器の構
成を示す図（その１）である。

【０１１１】図１において、１は、任意偏光の状態（偏
光の状態が明確になっていない状態、即ち、直線偏光、
円偏光、楕円偏光のいずれの偏光か不明な状態）で入射
される光の偏光を、常光と異常光に分離する偏光分離素
子、２は、偏光分離素子１によって偏光分離された２条
の光の一方の光路に挿入されて、該２条の光の偏光を同
一にする偏光面一致制御素子、３は、偏光分離素子１か
ら直接入射される光と、偏光面一致制御素子２から入射
される光の偏光角を回転させる第一の偏光角可変制御素
子、４は、第一の偏光角可変制御素子３から入射される
光の偏光角によって透過率を可変に制御する透過率波長
特性可変素子、３ａは、透過率波長特性可変素子４から
入射される光に、第一の偏光角可変制御素子３とは逆方
向に偏光角を回転させる第二の偏光角可変制御素子、８
は、第一の偏光角可変制御素子３及び第二の偏光角可変
制御素子３ａにおける偏光角の回転を制御する電流を生
成する偏光角制御電流生成手段、５は、入射される２条
の光の一方の光路に挿入されて、偏光面一致制御素子２
によって一致させられた偏光を元の偏光に戻す偏光面復
帰素子、６は、透過率波長特性可変素子４におけるＰ偏
光とＳ偏光の位相差を補償する位相差制御素子、７は、
位相差制御素子６から入射される２条の光を偏光合成し
て、偏光分離素子１に入射された光の偏光状態を復元す
る偏光合成素子である。

【０１１２】図１の如く利得等化器を構成する理由とそ
の作用は次の通りである。

【０１１３】透過率波長特性可変素子４における透過率
を設計可能に制御するためには、透過率波長特性可変素
子４の面を基準にした特定の偏光、即ち、Ｐ偏光とＳ偏
光の光を透過率波長特性可変素子４に入射する必要があ
る。

【０１１４】一方、利得等化器に入射される光は偏光状
態の変化を無視できない長さの光ファイバを通ってお
り、偏光の状態が不明になっている。この光を入射され
たままで透過率波長特性可変素子４に導くと、透過率波
長特性可変素子４における透過率自体の予測が困難な上
に、透過率波長特性可変素子４の透過率に波長特性が生
じて、利得等化器の透過率特性が所要の特性とは異なる
フィギュアになる。

【０１１５】そこで、偏光分離素子１によって入射され
る光の偏光を特定の偏光、即ち、常光と異常光に分離す
る。

【０１１６】次いで、偏光分離素子１によって偏光分離
された２条の光の双方を利得等化に用いるために、偏光
面一致制御素子２によって常光と異常光の一方の偏光を
９０度回転させて偏光面を一致させる。そして、常光又
は異常光と透過率波長特性可変素子４のＰ偏光又はＳ偏
光の関係を一義的に決める。この際最も好ましいのは、
常光又は異常光と透過率波長特性可変素子のＰ偏光又は
Ｓ偏光の偏光を一致させることである。

【０１１７】透過率波長特性可変素子４の透過率は、入
射される光の偏光角に依存して決まるので、偏光角可変
制御素子３において入射される光の偏光角を可変に制御
する。そして、入射される光の偏光角を可変に制御する
電流を偏光角制御電流生成手段８から供給する。

【０１１８】以上で、利得等化器を通る光に対して所要
の透過率特性を与えることができるので、第二の偏光角
可変制御素子３ａにおいて、第一の偏光角可変制御素子
３によって与えられた偏光角の回転とは逆の回転を与
え、第一の偏光角可変制御素子３に入射された光の偏光
状態に戻す。

【０１１９】次いで、偏光面復帰素子５において、偏光
面一致制御素子２によって偏光面を一致させられた２条
の光の一方の偏光を９０度回転させて、偏光分離素子１
から出射された光の偏光状態、即ち、常光と異常光に戻
すようにする。

【０１２０】しかし、先にも記載した如く、透過率波長
特性可変素子４中ではＰ偏光とＳ偏光との間に位相差が
生じており、偏光面復帰素子５において２条の光の一方
の偏光を９０度回転させただけでは、異常光が混入した
常光と常光が混入した異常光が出射されるので、これを
そのまま偏光合成すると損失が生ずる上に該損失に波長
特性が生ずる。

【０１２１】そこで、位相差制御素子６を挿入して透過
率波長特性可変素子におけるＰ偏光とＳ偏光の位相差を
補償する。これによって、２条の光は偏光合成素子７に
おける純粋な常光と純粋な異常光となる。

【０１２２】上記の如くして得られた常光と異常光を偏
光合成素子によって偏光合成すれば、偏光分離素子１に
入射された光の偏光状態に戻すことができる。

【０１２３】従って、利得等化器の入出力の偏光状態を
合わせた上で、入力光信号に対して所要の透過率特性を
与えることができる。

【０１２４】図２は、本発明の利得等化器の詳細構成で
ある。以降、本発明の利得等化器の各々の構成要素と、
各々の構成要素単体の構成や作用の説明を並行して行な
う。

【０１２５】図２において、１０は、入力光信号を利得
等化器に導く入力光ファイバである。

【０１２６】９は、該入力光信号を平行光にするコリメ
ート系で、入力光ファイバ１０を接着固定するフェルー
ル９−１、入力光ファイバから出射される光を平行光に
するコリメート・レンズ９−３、コリメート・レンズ９
−３が固着されるレンズ・ホルダ９−２を有して構成さ
れる。

【０１２７】ここで、コリメート・レンズ９−３を固着
するレンズ・ホルダ９−２は、入力光ファイバ１０の端
面とコリメート・レンズ９−３との間の距離をコリメー
ト・レンズ９−３の焦点距離に等しく調整した後に、フ
ェルール９−１に溶接固定される。

【０１２８】１は、直線偏光、円偏光、楕円偏光などの
任意の偏光状態（偏光状態が不明な状態）で入射される
入力光信号の偏光を分離する偏光分離素子で、特有な結
晶軸Ｘ１を有する。偏光分離素子１として使用できるも
のは所謂複屈折結晶で、代表的な複屈折結晶には平行ル
チル板や水晶がある。

【０１２９】任意の偏光状態の入力光信号が偏光分離素
子１に入射されると、該結晶軸Ｘ１を含む面（紙面と同
じ面）に対して振動方向が垂直な常光と、結晶軸Ｘ１を
含む面に対して振動方向が平行な異常光に分離される。

【０１３０】ここで、常光は偏光分離素子１の入射面に
おいて屈折することなく直進し、入射面と平行な出射面
においても屈折することなく直進する。一方、異常光は
偏光分離素子の入射面で屈折してから直進し、入射面と
平行な出射面において入射する時とは逆に屈折してから
出射するので、異常光は常光とは異なる光路を通って入
射光と平行な方向に出射する。従って、任意偏光の光を
偏光分離素子１に入射することによって、平行な常光と
異常光とに分離することができる。

【０１３１】２は、偏光分離素子１で偏光分離された光
のそれぞれの振動方向を同一にする偏光面一致制御素子
で、所謂１／２波長板である。ここで、偏光面一致制御
素子２即ち１／２波長板は常光側、異常光側のいずれか
の光路に挿入すればよいが、図２では、常光側に挿入す
る例を図示している。

【０１３２】直交する２つの偏光成分を合成した光が所
謂波長板に入射されると、該波長板の厚さによって２つ
の偏光間の相対位相を変化させることができる。このう
ち、１／２波長板は、２つの偏光間の相対位相を１／２
波長相当、即ち、πだけ変化させるものである。

【０１３３】１／２波長板では、一方の偏光を基準にし
てもう一方の偏光の位相が１／２波長相当シフトするか
ら、１／２波長板を通さない場合に比較して、２つの偏
光を合成した光の振動方向は９０度回転する。これは、
例えば、同一振幅で垂直方向と水平方向に同一位相で振
動する正弦波を合成した正弦波の振動方向が４５度方向
であるのに対して、同一振幅で垂直方向と水平方向に反
対位相で振動する正弦波を合成した正弦波の振動方向は
−４５度になることから容易に理解できることである。

【０１３４】上記の作用によって、偏光分離素子１が出
射する常光を１／２波長板に通せば、偏光分離素子が出
射する異常光と同一の偏光面の光を得ることができ、偏
光分離素子１が出射する異常光を１／２波長板に通せば
常光と同じ偏光面の光を得ることができる。

【０１３５】従って、偏光面一致制御素子２即ち１／２
波長板は偏光分離素子１から出射される常光側、異常光
側のいずれかに挿入すればよく、図２では、常光側に挿
入する例を図示した訳である。

【０１３６】３は、偏光分離素子１が出射する異常光
と、偏光分離素子１が出射する常光の偏光を該異常光の
偏光と一致させられた光の偏光角を可変に制御する偏光
角可変制御素子で、磁界によって光の偏光角を回転させ
るＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転子３−１と、ファ
ラデー回転子３−１に磁界をかける磁石系３−２によっ
て構成される。偏光角を固定的に回転させるのであれ
ば、複屈折結晶を用いることができるが、ここでは偏光
角の回転を可変にする必要があるので、ファラデー回転
子３−１を使用する。

【０１３７】図２では、立体部品によって構成される利
得等化器を平面的に描いているために、立体的な表現が
難しいので一部省略をしているが、実は、磁石系３−２
は永久磁石と電磁石によって構成されており、該永久磁
石で図２のファラデー回転子３−１中に示されている光
の進行方向に平行な磁界Ｈ１を形成し、該電磁石で図２
のファラデー回転子３−１中に示されている光の進行方
向に垂直な可変磁界Ｈ２を形成する。

【０１３８】又、８は、該電磁石に電流を供給して偏光
角の回転を制御する偏光角制御電流生成手段である。

【０１３９】そして、磁界Ｈ１はファラデー回転子３−
１を形成するＹＩＧ結晶を飽和させる磁界強度に設定さ
れている。従って、ＹＩＧ結晶は偏光角が一定な状態に
設定されており、しかも、飽和磁界Ｈ１だけではＹＩＧ
結晶における光の偏光角には変化が生じない。

【０１４０】この状態で該電磁石によって磁界Ｈ１と垂
直方向の可変磁界Ｈ２をかけると、合成磁界の方向は磁
界Ｈ１と磁界Ｈ２によって形成される矩形の対角線の方
向になる。

【０１４１】しかし、ＹＩＧ結晶の飽和磁界強度は磁界
の方向にはよらず一定であるので、実際の合成磁界強度
は上記飽和磁界Ｈ１の強度に等しくなる。従って、この
実際の合成磁界の磁界Ｈ１方向の成分は、永久磁石で与
えられている飽和磁界強度Ｈ１より小さくなる。

【０１４２】ところで、ＹＩＧ結晶中における偏光の回
転角は光の進行方向の磁界強度によって決まる。上記の
如く、可変磁界Ｈ２をかけることによって実際の合成磁
界強度の磁界Ｈ１方向の成分は飽和磁界Ｈ１より小さく
なって飽和領域から外れるので、偏光の回転角が変化す
る。

【０１４３】可変磁界Ｈ２は、上記の如く偏光角制御電
流生成手段８によって制御されるので、偏光の回転角も
偏光角制御電流生成手段８によって制御される。

【０１４４】４は、透過率波長特性可変素子で、ガラス
などの透明物質による基板４−１と、基板４−１上に異
なる屈折率を有する誘電体薄膜を多層に形成した多層誘
電体薄膜４−２によって形成される。

【０１４５】異なる屈折率を有する誘電体薄膜の代表的
なものとしては、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、二酸化
チタン（ＴｉＯ₂ ）がある。因みに、二酸化チタンの方
が二酸化チタンより屈折率が高い。

【０１４６】多層誘電体薄膜４−２に光が入射される場
合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の大きさによって決ま
る偏光角によって多層誘電体薄膜における光の透過率即
ち利得が異なる。

【０１４７】つまり、偏光角可変制御素子３において偏
光分離素子１が出射する光と、偏光面一致制御素子２に
よって偏光分離素子１が出射する光と同一偏光にさせら
れた光の偏光角を可変に制御することによって、多層誘
電体薄膜４−２に対するＰ偏光とＳ偏光の成分を可変に
制御することができ、これによって多層誘電体薄膜４−
２中における光の透過率を可変に制御できるのである。

【０１４８】３ａは、偏光分離素子１が出射する異常光
と、偏光分離素子が出射する常光の偏光を該異常光の偏
光と一致させられた光の偏光角を偏光角可変制御素子３
が回転したのとは反対に同じ偏光角だけ回転させる偏光
角可変制御素子で、ＹＩＧ結晶を用いたファラデー回転
子３−１ａ及びファラデー回転子３−１ａに磁界をかけ
る磁石系３−２ａによって構成される。

【０１４９】そして、磁石系３−２ａは、磁石系３−２
と同様に、永久磁石と電磁石によって構成されており、
該永久磁石によって図１９のファラデー回転子３−１中
に示されている磁界Ｈ１とは反対方向で、磁界強度は磁
界Ｈ１と等しい磁界Ｈ１ｒを形成し、該電磁石によって
図１９のファラデー回転子３−１中に示されている可変
磁界Ｈ２とは反対方向で、磁界強度は可変磁界Ｈ２と等
しい磁界Ｈ２ｒを形成する。

【０１５０】又、該電磁石の電流は偏光角制御電流生成
手段８によって供給される。

【０１５１】そして、磁界Ｈ１ｒと可変磁界Ｈ２ｒの合
成磁界の光の進行方向の成分は磁界Ｈ１ｒの磁界強度よ
り小さくなり、飽和磁界強度から外れるので、ＹＩＧ結
晶における光の偏光角に変化が生ずる。

【０１５２】従って、偏光角可変制御素子３ａによっ
て、偏光角可変制御素子３において２条の光に与えられ
た偏光の回転とは反対方向で、等しい回転角だけ偏光を
回転でき、偏光分離素子１の出射光の偏光状態に戻すこ
とができる。

【０１５３】５は、偏光面復帰素子で、偏光面一致制御
素子２と同一のものである。

【０１５４】ただ、図２の例では、偏光面一致制御素子
２によって、偏光分離素子１が出射する常光の偏光を異
常光の偏光に一致させているので、偏光面復帰素子５は
偏光分離素子が出射する異常光側に挿入して、偏光面復
帰素子５を通る光と偏光面復帰素子５を通らない光の偏
光が９０度異なるようにしている。

【０１５５】尚、単純に偏光面復帰素子５を通る光と偏
光面復帰素子５を通らない光の偏光が９０度異なるよう
にするのであれば、偏光面復帰素子５を偏光分離素子１
が出射する常光側に挿入してもよいが、２条の光の偏波
モード分散を同一にする、即ち、２条の光に対する光路
長を一致させるために、偏光分離素子の出射側で偏光面
一致制御素子を挿入しなかった光の方に偏光面復帰素子
を挿入することが好ましい。

【０１５６】６は、位相差制御素子で、透過率波長特性
可変素子４で発生したＰ偏光とＳ偏光の位相差とは逆の
位相差を与えて、透過率波長特性可変素子４で発生した
Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を補償する。代表的な位相差制
御素子としては波長板や多層誘電体薄膜がある。

【０１５７】７は、偏光合成素子で、偏光分離素子１と
同一のものである。

【０１５８】偏光合成素子７中では、偏光面復帰素子５
から入射される、偏光合成素子７の常光と同じ偏光の光
は直進し、偏光面復帰素子５を通らずに入射される、偏
光合成素子７の異常光と同じ偏光の光は屈折してから直
進するので、偏光合成素子７と偏光分離素子１が同一材
質で同一寸法であれば、偏光合成素子７の常光と同じ偏
光の光と偏光合成素子７の異常光と同じ偏光の光は、偏
光合成素子７の入射面と平行な反対側の面において同一
の点に到達する。つまり、偏光分離素子１で偏光分離さ
れた光が偏光合成素子７で元の偏光状態に合成される。

【０１５９】９ａは、偏光合成素子７から出射される平
行光を出力光ファイバに結合するコリメート系で、フェ
ルール９−１ａ、コリメート・レンズ９−３ａ、コリメ
ート・レンズ９−３ａが固着されるレンズ・ホルダ９−
２ａを有して構成される。

【０１６０】１０ａは、利得等化器の出力光ファイバで
ある。

【０１６１】そして、出力光ファイバ１０ａはフェルー
ル９−１ａに接着固定され、コリメート・レンズ９−３
ａを固着したレンズ・ホルダ９−２ａは、コリメート・
レンズ９−３ａと出力光ファイバ１０ａの距離をコリメ
ート・レンズ９−３ａの焦点距離に調整後フェルール９
−１ａに溶接固定される。

【０１６２】利得等化器が図２の如き構成になっている
ので、利得等化器の入出力の偏光状態を合わせた上で、
透過率波長特性可変素子４におけるＰ偏光とＳ偏光の位
相差を補償して入力光信号に対して所要の透過率特性を
与えることができる。

【０１６３】以降、図を用いて上記事象を説明する。

【０１６４】図３は、透過率波長特性可変素子の透過率
対波長特性で、偏光角の違いによって透過率対波長特性
が異なる様子を示している。そして、透過率波長特性可
変素子４において生ずるＰ偏光とＳ偏光との位相差が小
さければ、この特性が利得等化器の透過率特性となる。

【０１６５】図４は、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差の波長特
性の例である。

【０１６６】このような位相差がある場合には、既に図
２０に示した如く、利得等化器の透過率特性がＰ偏光と
Ｓ偏光の成分の変化に対して一様に変化する透過率特性
にはならないのと同時に、波長が１５７０ナノ・メート
ルから１６００ナノ・メートルの範囲で右下がりの特性
にはならない。

【０１６７】図５は、位相差制御素子の位相差特性であ
る。

【０１６８】透過率波長特性可変素子４のＰ偏光とＳ偏
光の位相差が１５０度前後あるため、位相差制御素子の
位相差特性を透過率波長特性可変素子４のＰ偏光とＳ偏
光の位相差とは逆方向に１４０度程度にしている。

【０１６９】図６は、修正された位相差特性である。

【０１７０】図４の如き透過率波長特性可変素子４の位
相差特性に対して、図５の如き位相差制御素子６の位相
差特性を与えて、０度前後の位相差にしている。

【０１７１】図７は、本発明の利得等化器の透過率特性
である。

【０１７２】図３の如き透過率特性と図４の如き位相差
特性の透過率波長特性可変素子に、図５の如き逆の位相
差特性を有する位相差制御素子６を組み合わせると、図
６の如き残留位相差特性が得られるため、図２の構成の
利得等化器の透過率特性はＰ偏光とＳ偏光の成分の変化
に対して一様に変化する透過率特性にはなるのと同時
に、波長が１５７０ナノ・メートルから１６００ナノ・
メートルの範囲で右下がりの特性になっている。

【０１７３】図８は、本発明の利得等化器を付加した光
ファイバ増幅器の構成である。

【０１７４】図８において、１０１は入力光信号を増幅
する稀土類元素添加光ファイバ、１０２は稀土類元素添
加光ファイバ１０１のコアに添加されている稀土類元素
イオンのエネルギー準位を上位準位に励起する励起光を
供給するレーザ・ダイオード、１０３は入力光信号とレ
ーザ・ダイオード１０２の出力光を結合する合波器、１
０４は図１に示した本発明の利得等化器である。

【０１７５】尚、図８の構成では稀土類元素添加光ファ
イバの前方で励起光と入力光信号を結合する例を示して
いるが、稀土類元素添加光ファイバの後方で励起光と入
力光信号を結合することも、稀土類元素添加光ファイバ
の前方と後方で励起光と光信号を結合することも可能で
ある。

【０１７６】又、実際の光ファイバ増幅器においては、
励起光が入力側に漏れ出ないように合波器の入力側にア
イソレータを配置する。又、光ファイバ増幅器の出力光
のパワーを一定に保つために光ファイバ増幅器の出力光
の一部を分岐して電圧として取り出し、取り出された電
圧によってレーザ・ダイオード１０２の出力光のパワー
を制御する自動パワー制御が行なわれるが、いずれも本
発明の本質とは違うので図８では図示を省略している。

【０１７７】光ファイバ増幅器の基本構成（図８の構成
において本発明の利得等化器を除いた構成）の利得偏差
は図２４の如く、光ファイバ増幅器の基本構成の利得レ
ベルの変化に対して一様に変化する特性であるのと同時
に、波長が１５７０ナノ・メートルから１６００ナノ・
メートルの範囲で右上がりの特性である。

【０１７８】これに対して、本発明の利得等化器の透過
率特性は図７の如く、Ｐ偏光とＳ偏光の成分の変化に対
して一様に変化する透過率特性にはなるのと同時に、波
長が１５７０ナノ・メートルから１６００ナノ・メート
ルの範囲で右下がりの特性になっている。

【０１７９】即ち、光ファイバ増幅器の基本構成の利得
偏差特性と本発明の利得等化器の透過率特性は逆のフィ
ギュアであるので、光ファイバ増幅器の基本構成の利得
偏差特性と本発明の利得等化器の透過率特性を加算した
利得特性は平坦になりうる。

【０１８０】図９は、図１の利得等化器により利得等化
した光ファイバ増幅器の利得偏差である。

【０１８１】図９に示す如く、波長が１５７０ナノ・メ
ートルから１６００ナノ・メートルの範囲で、利得偏差
１デシ・ベル以下の光ファイバ増幅器が実現できてお
り、従来の利得等化器を使用する場合に比較して利得偏
差が約７数分の１に圧縮されている。

【０１８２】ここで、図７に示した透過率特性の本発明
の利得等化器は、１段のみの透過率波長特性可変素子を
備えるもので、一定の透過率波長特性のフィギュアしか
得られないが、２段以上の透過率波長特性可変素子を備
える場合には、１段毎に透過率特性を変えることができ
るので、所要の透過率特性を更に正確に近似することが
容易になる。

【０１８３】従って、２段以上の透過率波長特性可変素
子を用いて適切に透過率特性を制御することによって、
本発明の利得等化器を付加した光ファイバ増幅器の利得
偏差を更に縮小することが可能である。

【０１８４】さて、本発明の利得等化器の構成は図１の
構成には限定されない。以降、本発明の利得等化器の変
形構成について説明する。

【０１８５】図１０は、本発明の利得等化器の構成を示
す図（その２）である。

【０１８６】図１０において、１は、任意偏光の状態で
入射される光の偏光を、常光と異常光に分離する偏光分
離素子、２は、偏光分離素子１によって偏光分離された
２条の光の一方の光路に挿入されて、該２条の光の偏光
を同一にする偏光面一致制御素子、３は、偏光分離素子
１から直接入射される光と、偏光面一致制御素子２から
入射される光の偏光角を回転させる第一の偏光角可変制
御素子、４は、第一の偏光角可変制御素子３から入射さ
れる光の偏光角によって透過率を可変に制御する透過率
波長特性可変素子、３ａは、透過率波長特性可変素子４
から入射される光に、第一の偏光角可変制御素子３とは
逆方向に偏光角を回転させる第二の偏光角可変制御素
子、８は、第一の偏光角可変制御素子３及び第二の偏光
角可変制御素子３ａにおける偏光角の回転を制御する電
流を生成する偏光角制御電流生成手段、６は、透過率波
長特性可変素子におけるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償
する位相差制御素子、５は、入射される２条の光の一方
の光路に挿入されて、偏光面一致制御素子２によって一
致させられた偏光を元の偏光に戻す偏光面復帰素子、７
は、位相差制御素子６から入射される２条の光を偏光合
成して、偏光分離素子１に入射された光の偏光状態を復
元する偏光合成素子である。

【０１８７】即ち、図１０の利得等化器を構成する素子
と図１の利得等化器を構成する素子は同じで、図１０の
構成の利得等化器は図１の構成の利得等化器において偏
光面復帰素子５と位相差制御素子６とを入れ替えたもの
である。

【０１８８】このような変形は、透過率波長特性可変素
子４において生じたＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する
ことと、偏光面一致制御素子２で同一偏光にされた２条
の光の偏光を常光と異常光とに戻すことは独立且つ線型
な機能であるために可能である。

【０１８９】図１１は、本発明の利得等化器の構成（そ
の３）である。

【０１９０】図１１において、１は、任意偏光の状態で
入射される光の偏光を、常光と異常光に分離する偏光分
離素子、２は、偏光分離素子１によって偏光分離された
２条の光の一方の光路に挿入されて、該２条の光の偏光
を同一にする偏光面一致制御素子、３は、偏光分離素子
１から直接入射される光と、偏光面一致制御素子２から
入射される光の偏光角を回転させる第一の偏光角可変制
御素子、４は、第一の偏光角可変制御素子３から入射さ
れる光の偏光角によって透過率を可変に制御する透過率
波長特性可変素子、６は、透過率波長特性可変素子にお
けるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する位相差制御素
子、３ａは、透過率波長特性可変素子４から入射される
光に、第一の偏光角可変制御素子３とは逆方向に偏光角
を回転させる第二の偏光角可変制御素子、８は、第一の
偏光角可変制御素子３及び第二の偏光角可変制御素子３
ａにおける偏光角の回転を制御する電流を生成する偏光
角制御電流生成手段、５は、入射される２条の光の一方
の光路に挿入されて、偏光面一致制御素子２によって一
致させられた偏光を元の偏光に戻す偏光面復帰素子、７
は、位相差制御素子６から入射される２条の光を偏光合
成して、偏光分離素子１に入射された光の偏光状態を復
元する偏光合成素子である。

【０１９１】即ち、図１１の利得等化器を構成する素子
と図１又は図１０の利得等化器を構成する素子は同じ
で、図１１の構成の利得等化器は図１又は図１０の構成
の利得等化器において位相差制御素子を第二の偏光角可
変制御素子の前に移動したものである。

【０１９２】このような変形は、透過率波長特性可変素
子４において生じたＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する
こと、第二の偏光角可変制御素子において第一の偏光角
可変制御素子において回転させた偏光角を逆回転させる
こと、及び、偏光面一致制御素子２で同一偏光にされた
２条の光の偏光を常光と異常光とに戻すことは独立且つ
線型な機能であるために可能である。

【０１９３】図１２は、本発明の利得等化器の構成を示
す図（その４）である。

【０１９４】図１２において、１は、任意偏光の状態で
入射される光の偏光を、常光と異常光に分離する偏光分
離素子、２は、偏光分離素子１によって偏光分離された
２条の光の一方の光路に挿入されて、該２条の光の偏光
を同一にする偏光面一致制御素子、３は、偏光分離素子
１から直接入射される光と、偏光面一致制御素子２から
入射される光の偏光角を回転させる第一の偏光角可変制
御素子、４は、第一の偏光角可変制御素子３から入射さ
れる光の偏光角によって透過率を可変に制御する透過率
波長特性可変素子、６は、透過率波長特性可変素子にお
けるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する位相差制御素
子、５は、入射される２条の光の一方の光路に挿入され
て、偏光面一致制御素子２によって一致させられた偏光
を元の偏光に戻す偏光面復帰素子、３ａは、透過率波長
特性可変素子４から入射される光に、第一の偏光角可変
制御素子３とは逆方向に偏光角を回転させる第二の偏光
角可変制御素子、８は、第一の偏光角可変制御素子３及
び第二の偏光角可変制御素子３ａにおける偏光角の回転
を制御する電流を生成する偏光角制御電流生成手段、７
は、位相差制御素子６から入射される２条の光を偏光合
成して、偏光分離素子１に入射された光の偏光状態を復
元する偏光合成素子である。

【０１９５】即ち、図１２の利得等化器を構成する素子
と図１、図１０又は図１１の利得等化器を構成する素子
は同じで、図１２の構成の利得等化器は図１又は図１０
の構成の利得等化器において位相差制御素子と偏光面復
帰素子を第二の偏光角可変制御素子の前に移動したも
の、又は、図１２の構成の利得等化器は図１１の構成の
利得等化器において偏光角可変制御素子と偏光面復帰素
子の順序を逆にしたものである。

【０１９６】このような変形は、透過率波長特性可変素
子４において生じたＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償する
こと、第二の偏光角可変制御素子において第一の偏光角
可変制御素子において回転させた偏光角を逆回転させる
こと、及び、偏光面一致制御素子２で同一偏光にされた
２条の光の偏光を常光と異常光とに戻すことは独立且つ
線型な機能であるために可能である。

【０１９７】更に、同様な構成の偏光も可能である。図
示は省略するが、例えば、図１２の構成の利得等化器に
おいて位相差制御素子６と透過率波長特性可変素子４の
順序を入れ替えることも可能である。

【０１９８】上記の変更が可能なのは、上記と同じ理由
による。

【０１９９】ただ、種々の素子を順序を入れ替える際に
守るべき制約がある。これは、 透過率波長特性可変素子は第一の偏光角可変制御素
子と第二の偏光角可変制御素子の間に挿入すること、 透過率波長特性可変素子、第二の偏光角可変制御素
子、偏光面復帰素子及び位相差制御素子は全て偏光合成
素子の前に配置することの２つである。

【０２００】以上で、本発明の利得等化器の構成と作用
及び本発明の利得等化器を付加した光ファイバ増幅器の
利得偏差特性を説明し、本発明の利得等化器の構成の変
形例について説明したが、波長特性制御電流生成手段の
構成と動作については未だ説明していない。

【０２０１】そこで、波長特性制御電流生成手段の構成
と動作を、フローチャートも交えて詳細に説明する。

【０２０２】図１３は、偏光角制御電流生成手段の構成
で、光ファイバ増幅器の基本構成と、例えば図１におけ
る偏光分離素子以降偏光合成素子までの各素子によって
なる透過率制御手段も併せて図示している。

【０２０３】図１３において、１０１は入力光信号を増
幅する稀土類元素添加光ファイバ、１０２は稀土類元素
添加光ファイバ１０１のコアに添加されている稀土類元
素イオンのエネルギー準位を上位準位に励起する光（励
起光）を供給するレーザ・ダイオード、１０３は入力光
信号とレーザ・ダイオード１０２の出力光を結合する合
波器で、上記の構成要素で光ファイバ増幅器の基本構成
ができあがる。又、１０５は例えば図１における偏光分
離素子以降偏光合成素子までの各素子によってなる透過
率制御手段である。

【０２０４】８−１は、透過率制御電流生成手段全体の
機能を司る中央処理ユニット（図では、「Central Proc
essing Unit 」の頭文字による略語「ＣＰＵ」で表示し
ている。）である。

【０２０５】８−２は、光ファイバ増幅器の基本構成の
入出力光信号のレベルを測定して光ファイバ増幅器の基
本構成の総合利得を算出する測定部で、アナログ・デジ
タル変換回路（図では、「Analog Digital Converter」
の意味で「Ａ／Ｄ」と標記している。）を備えることを
想定している。

【０２０６】８−３は、光ファイバ増幅器の基本構成の
総合利得に対応する、波長毎の利得偏差のデータと、制
御電流に対応する、波長毎の利得等化器の透過率特性の
データを格納するデータ記憶部、８−４は、測定部８−
２が測定した光ファイバ増幅器の基本構成の総合利得
と、データ記憶部８−３に格納されている光ファイバ増
幅器の利得偏差のデータ及び利得等化器の透過率特性の
データから、所要の制御電流を演算するプログラムを格
納するプログラム記憶部である。

【０２０７】８−５は、光ファイバ増幅器の基本構成の
総合利得と、データ記憶部８−３に格納されている光フ
ァイバ増幅器の利得偏差のデータ及び利得等化器の透過
率特性のデータから演算された所要の制御電流を生成す
る電流源で、デジタル・アナログ変換回路（図では、
「Digital Analog Converter」の意味で「Ｄ／Ａ」と標
記している。）を備えることを想定している。

【０２０８】８−６は、中央処理ユニット８−１、測定
部８−２、データ記憶部８−３、プログラム記憶部８−
４の間でデータの送受信を行なうためのバスである。

【０２０９】８−７は、該光ファイバ増幅器の入力光信
号を分岐する合波器、８−７ａは、該光ファイバ増幅器
の出力光信号を分岐する合波器である。

【０２１０】８−８は、合波器８−７が分岐した光信号
を電気変換するフォト・ダイオード部、８−８ａは、合
波器８−７ａが分岐した光信号を電気変換するフォト・
ダイオード部である。

【０２１１】８−９は、フォト・ダイオード部８−８及
びフォト・ダイオード部８−８ａの出力を切り替えて測
定部８−２に供給するスイッチである。

【０２１２】尚、電流源８−５及びスイッチ８−９も
又、中央処理ユニット８−１の制御下に入る。

【０２１３】そして、中央処理ユニット８−１以降スイ
ッチ８−９までの構成要素によって透過率制御電流生成
手段が構成され、該透過率制御電流生成手段と上記の透
過率制御手段１０５とによって本発明の利得等化器を構
成する。

【０２１４】図１４は、データ記憶部に予め格納してあ
るデータである。

【０２１５】図１４（イ）は、光ファイバ増幅器のトー
タル利得と利得波長特性の関係を示すデータである。

【０２１６】発明者等は、光ファイバ増幅器の基本構成
の固定利得偏差を除いた利得偏差と光ファイバ増幅器の
基本構成のトータル利得はほぼ一義的な関係にあること
を発見した。ここで、「光ファイバ増幅器の基本構成の
総合利得」とは、伝送波長の全帯域にわたる光信号の出
力レベルと入力レベルの比を意味する。

【０２１７】従って、予め光ファイバ増幅器の基本構成
のトータル利得と利得偏差の関係のデータを測定してデ
ータ記憶部に格納しておいて、等化すべき光ファイバ増
幅器の基本構成の現実のトータル利得を測定して、デー
タ記憶部に格納されているトータル利得の中から測定さ
れた現実のトータル利得に等しいトータル利得に対応す
る利得偏差を読み出せば、等化すべき光ファイバ増幅器
の利得偏差を求めることができる。

【０２１８】そこで、光ファイバ増幅器の基本構成のト
ータル利得と利得偏差の関係として、トータル利得ｇ_i
（ｉは１乃至ｍの整数である。）における、波長λ
_j （ｊは１乃至ｎの整数である。）での利得偏差のデー
タＧ_i,j を格納しておく。

【０２１９】図１４（ロ）は、利得等化器の透過率波長
特性と制御電流の関係のデータである。

【０２２０】先に記載した如く、第一の偏光角可変制御
素子に入射される２条の光の偏光角を可変に制御する
と、透過率波長特性可変素子におけるＰ偏光とＳ偏光の
レベルを可変に制御でき、これによって透過率波長特性
可変素子における透過率を制御することができる。こ
の、第一の偏光角可変制御素子に入射される２条の光の
偏光角の制御量は偏光角制御電流生成手段が生成する制
御電流の大きさで決まる。

【０２２１】そこで、該制御電流に対する利得等化器の
透過率波長特性のデータを取得して予めデータ記憶部に
格納しておく。具体的には、制御電流Ｉ_i （ｉは１乃至
ｍの整数である。）における、波長λ_j （ｊは１乃至ｎ
の整数である。）での透過率特性のデータＴ_i,j を格納
しておく。

【０２２２】さて、等化すべき光ファイバ増幅器の利得
偏差は図１４（イ）に示した格納データから上記の如く
して求めることができるから、等化すべき光ファイバ増
幅器の利得偏差を最もよく補償することができる利得等
化器の透過率波長特性を図１４（ロ）に示した格納デー
タの中から選び、選択された波長特性を与える制御電流
を選択すれば、所要の利得等化器の透過率特性を得るこ
とができる。

【０２２３】上記において偏光角制御電流生成手段にお
ける処理の概要を記載したので、以降では、フローチャ
ートを用いて偏光角制御電流生成手段における処理の詳
細を記載する。

【０２２４】図１５は、透過率制御電流生成手段の処理
のフローチャート（その１）で、等化度偏差の最大値が
最小となる制御電流を選択する場合のフローチャートで
ある。以降、図１５の符号に沿って順を追って処理を説
明する。

【０２２５】先ず、光ファイバ増幅器の基本構成のトー
タル利得の測定結果はｇ_i0（ｉ＝ｉ ₀ ）であったものと
する。従って、等化すべき光ファイバ増幅器の基本構成
の利得偏差は、図１４（イ）の第ｉ₀ 行の利得偏差とな
る。

【０２２６】Ｓ１．図１４（ロ）において、制御電流を
規定する番号ｉを１に設定する。

【０２２７】Ｓ２．ｉ番目の制御電流における透過率特
性による等化度偏差Ｅ_i を格納する領域に０を書き込
み、１番目からｍ番目の制御電流の範囲で等化度偏差Ｅ
_i の最小値Ｒを格納する領域に無限大を書き込む。

【０２２８】Ｓ３．図１４（イ）及び図１４（ロ）にお
いて、波長を規定する番号ｊを１に設定する。

【０２２９】Ｓ４．上記仮定より、等化すべき光ファイ
バ増幅器の基本構成の利得偏差は、図１４（イ）の第ｉ
₀ 行の利得偏差であるので利得偏差特性としてはＧ_io,j
を読み出し、透過率特性としてはＴ_i,j を読み出す。
（今の場合は、ｉ＝１、ｊ＝１に設定されたばかりであ
るので、Ｇ_io,1とＴ_1,1 が読み出されるが、以降、一般
的に説明をしてゆく。） Ｓ５．ｉ番目の制御電流で、ｊ番目の波長に対する等化
度偏差をＥ_i,j とし、Ｇ_io,jとＴ_i,j の和をＥ_i,j に代
入する（Ｅ_i,j ＝Ｇ_io,j＋Ｔ_i,j ）。

【０２３０】Ｓ６．Ｅ_i,j が上記Ｅ_i より大きいか否か
判定する。

【０２３１】Ｅ_i,j がＥ_i より小さいと判定された場合
（Ｎｏ）には、ステップＳ８にジャンプする。

【０２３２】Ｓ７．ステップＳ６で、Ｅ_i,j がＥ_i より
大きいと判定された場合（Ｙｅｓ）には、Ｅ_i,j をＥ_i
に代入する（Ｅ_i ＝Ｅ_i,j ）。

【０２３３】Ｓ８．波長を規定する番号ｊがその最大値
ｎになっているか否かを判定する。

【０２３４】波長を規定する番号ｊがその最大値ｎにな
っていると判定された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ
１０にジャンプする。

【０２３５】Ｓ９．ステップＳ８で、波長を規定する番
号ｊがその最大値ｎになっていないと判定された場合
（Ｎｏ）には、波長を規定する番号ｊを歩進して（ｊ＝
ｊ＋１）ステップＳ４にジャンプする。

【０２３６】そして、波長を規定する番号ｊの最大値ｎ
に対する等化度偏差Ｅ_i を求め終わるまで、ステップＳ
４乃至ステップＳ９の処理を繰り返し行なう。

【０２３７】この段階で、利得等化器のｉ番目の制御電
流に対応する透過率特性による等化度偏差の最大値Ｅ_i
が求められる。

【０２３８】Ｓ１０．利得等化器のｉ番目の制御電流に
対応する透過率特性による等化度偏差の最大値Ｅ_i が、
１番目からｍ番目の制御電流の範囲で等化度偏差Ｅ_i の
最小値を格納する領域に格納されている値Ｒより小さい
か否かを判定する。

【０２３９】Ｅ_i がＲより小さくないと判定された場合
（Ｎｏ）には、ステップＳ１２にジャンプする。

【０２４０】Ｓ１１．ステップＳ１０で、Ｅ_i がＲより
小さいと判定された場合（Ｙｅｓ）には、該Ｅ_i をＲに
代入すると共に、当該電流番号ｉを格納する。

【０２４１】Ｓ１２．制御電流を規定する番号ｉが最大
値ｍになっているか否か判定する。

【０２４２】Ｓ１３．ステップＳ１２で、制御電流を規
定する番号ｉが最大値ｍになっていないと判定された場
合（Ｎｏ）には、ｉを歩進してステップＳ２にジャンプ
する。

【０２４３】そして、制御電流を規定する番号ｉの最大
値ｍまでの等化度偏差の最大値Ｅ_iの最小値を求め終わ
るまで、ステップＳ２乃至ステップＳ１３を繰り返し行
なう。

【０２４４】Ｓ１４．ステップＳ１２で、制御電流を規
定する番号ｉが最大値ｍになっていると判定された場合
（Ｙｅｓ）に、制御電流を規定する番号ｉの最大値ｍま
での等化度偏差の最大値Ｅ_i の最小値を与える制御電流
番号ｉから該当する電流値を選択する。

【０２４５】実際には、選択した電流値に対応する電圧
を示すデジタル値をデジタル・アナログ変換して、電流
源８−５に供給し、所要の制御電流を透過率制御手段、
特に、第一の偏光角可変制御素子及び第一の偏光角可変
制御素子に供給する。

【０２４６】図１６は、透過率制御電流生成手段の処理
のフローチャート（その２）で、等化度偏差の二乗和の
最大値が最小となる制御電流を選択する場合のフローチ
ャートである。以降、図１６の符号に沿って順を追って
処理を説明する。

【０２４７】先ず、光ファイバ増幅器の基本構成のトー
タル利得の測定結果はｇ_i0（ｉ＝ｉ ₀ ）であったものと
する。従って、等化すべき光ファイバ増幅器の基本構成
の利得偏差は、図１４（イ）の第ｉ₀ 行の利得偏差とな
る。

【０２４８】Ｓ２１．図１４（ロ）において、制御電流
を規定する番号ｉを１に設定する。

【０２４９】Ｓ２２．ｉ番目の制御電流における透過率
特性による等化度偏差の二乗和Ｅ_iを格納する領域に０
を書き込み、１番目からｍ番目の制御電流の範囲で等化
度偏差の二乗和Ｅ_i の最小値Ｒを格納する領域に無限大
を書き込む。

【０２５０】Ｓ２３．図１４（イ）及び図１４（ロ）に
おいて、波長を規定する番号ｊを１に設定する。

【０２５１】Ｓ２４．上記仮定より、等化すべき光ファ
イバ増幅器の基本構成の利得偏差は図１４（イ）の第ｉ
₀ 行の利得偏差であるので、利得偏差特性としてはＧ
_io,jを読み出し、透過率特性としてはＴ_i,j を読み出
す。（今の場合は、ｉ＝１、ｊ＝１に設定されたばかり
であるので、Ｇ_io,1とＴ_1,1 が読み出されるが、以降、
一般的に説明をしてゆく。） Ｓ２５．ｉ番目の制御電流で、ｊ番目の波長に対する等
化度偏差をＥ_i,j とし、Ｇ_io,jとＴ_i,j の和をＥ_i,j に
代入する（Ｅ_i,j ＝Ｇ_io,j＋Ｔ_i,j ）。

【０２５２】Ｓ２６．これまで格納されていた等化度偏
差の二乗和Ｅ_i にＥ_i,j ² を加算して、Ｅ_i に代入す
る。

【０２５３】Ｓ２７．波長を規定する番号ｊがその最大
値ｎになっているか否かを判定する。

【０２５４】波長を規定する番号ｊがその最大値ｎにな
っていると判定された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ
２９にジャンプする。

【０２５５】Ｓ２８．ステップＳ２７で、波長を規定す
る番号ｊがその最大値ｎになっていないと判定された場
合（Ｎｏ）には、波長を規定する番号ｊを歩進してステ
ップＳ２４にジャンプする。

【０２５６】そして、波長を規定する番号ｊの最大値ｎ
に対する等化度偏差の二乗和Ｅ_i を求め終わるまで、ス
テップＳ２４乃至ステップＳ２８の処理を繰り返し行な
う。

【０２５７】この段階で、利得等化器のｉ番目の制御電
流に対応する透過率特性による等化度偏差の二乗和Ｅ_i
が求められる。

【０２５８】Ｓ２９．利得等化器のｉ番目の制御電流に
対応する透過率特性による等化度偏差の二乗和Ｅ_i が、
１番目からｍ番目の制御電流の範囲で等化度偏差の二乗
和Ｅ _i の最小値を格納する領域に格納されている値Ｒよ
り小さいか否かを判定する。

【０２５９】Ｅ_i がＲより小さくないと判定された場合
（Ｎｏ）には、ステップＳ３１にジャンプする。

【０２６０】Ｓ３０．ステップＳ２９で、Ｅ_i がＲより
小さいと判定された場合（Ｙｅｓ）には、該Ｅ_i をＲに
代入すると共に、当該電流番号ｉを格納する。

【０２６１】Ｓ３１．制御電流を規定する番号ｉが最大
値ｍになっているか否か判定する。

【０２６２】Ｓ３２．ステップＳ３１で、制御電流を規
定する番号ｉが最大値ｍになっていないと判定された場
合（Ｎｏ）には、ｉを歩進してステップＳ２２にジャン
プする。

【０２６３】そして、制御電流を規定する番号ｉの最大
値ｍまでの等化度偏差の二乗和Ｅ_iを求め終わるまで、
ステップＳ２２乃至ステップＳ３２を繰り返し行なう。

【０２６４】Ｓ３３．ステップＳ３１で、制御電流を規
定する番号ｉが最大値ｍになっていると判定された場合
（Ｙｅｓ）に、制御電流を規定する番号ｉの最大値ｍま
での等化度偏差の二乗和Ｅ_i の最小値を与える制御電流
番号ｉから該当する電流値を選択する。

【０２６５】実際には、選択した電流値に対応する電圧
を示すデジタル値をデジタル・アナログ変換して、電流
源８−５に供給し、所要の制御電流を透過率制御手段、
特に、第一の偏光角可変制御素子及び第一の偏光角可変
制御素子に供給する。

【０２６６】図１７は、透過率制御電流生成手段の処理
のフローチャート（その３）で、図１５の、透過率制御
電流生成手段の処理のフローチャート（その１）におい
て、等化度偏差の真の最小値に近い最小値を求める計算
を併用する場合の処理を示すフローチャートである。以
降、図１７の符号に沿って説明する。

【０２６７】Ｓ４１．図１４（ロ）において、制御電流
を規定する番号ｉを１に設定する。

【０２６８】Ｓ４２．ｉ番目の制御電流における透過率
特性による等化度偏差Ｅ_i を格納する領域に０を書き込
み、１番目からｍ番目の制御電流の範囲で等化度偏差Ｅ
_i の最小値Ｒを格納する領域に無限大を書き込む。

【０２６９】Ｓ４３．図１４（イ）及び図１４（ロ）に
おいて、波長を規定する番号ｊを１に設定する。

【０２７０】Ｓ４４．上記仮定より、等化すべき光ファ
イバ増幅器の基本構成の利得偏差は、図１４（イ）の第
ｉ₀ 行の利得偏差であるので利得偏差特性としてはＧ
_io,jを読み出し、透過率特性としてはＴ_i,j を読み出
す。（今の場合は、ｉ＝１、ｊ＝１に設定されたばかり
であるので、Ｇ_io,1とＴ_1,1 が読み出されるが、以降、
一般的に説明をしてゆく。） Ｓ４５．ｉ番目の制御電流で、ｊ番目の波長に対する等
化度偏差をＥ_i,j とし、Ｇ_io,jとＴ_i,j の和をＥ_i,j に
代入する。

【０２７１】Ｓ４６．Ｅ_i,j が上記Ｅ_i より大きいか否
か判定する。

【０２７２】Ｅ_i,j がＥ_i より小さいと判定された場合
（Ｎｏ）には、ステップＳ４８にジャンプする。

【０２７３】Ｓ４７．ステップＳ４６で、Ｅ_i,j がＥ_i
より大きいと判定された場合（Ｙｅｓ）には、Ｅ_i,j を
Ｅ_i に代入する。

【０２７４】Ｓ４８．波長を規定する番号ｊがその最大
値ｎになっているか否かを判定する。

【０２７５】波長を規定する番号ｊがその最大値ｎにな
っていると判定された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ
５０にジャンプする。

【０２７６】Ｓ４９．ステップＳ４８で、波長を規定す
る番号ｊがその最大値ｎになっていないと判定された場
合（Ｎｏ）には、波長を規定する番号ｊを歩進してステ
ップＳ４４にジャンプする。

【０２７７】そして、波長を規定する番号ｊの最大値ｎ
に対する等化度偏差Ｅ_i を求め終わるまで、ステップＳ
４４乃至ステップＳ４９の処理を繰り返し行なう。

【０２７８】この段階で、利得等化器のｉ番目までの制
御電流に対応する透過率特性による等化度偏差の最大値
Ｅ_i が求められる。

【０２７９】Ｓ５０．制御電流を規定する番号ｉが最大
値ｍになっているか否か判定する。

【０２８０】Ｓ５１．ステップＳ１２で、制御電流を規
定する番号ｉが最大値ｍになっていないと判定された場
合（Ｎｏ）には、ｉを歩進してステップＳ４２にジャン
プする。

【０２８１】そして、制御電流を規定する番号ｉの最大
値ｍまでの等化度偏差の最大値Ｅ_iを全て求め終わるま
で、ステップＳ４２乃至ステップＳ５１を繰り返し行な
う。

【０２８２】Ｓ５２．制御電流を規定する番号ｉの最大
値ｍまでの等化度偏差の最大値Ｅ_iの中で最小値とその
両隣の３個を選択する。

【０２８３】これは、通常のソーティング技術で容易に
実施できることである。

【０２８４】そして、 Ｓ５３．一次近似での最小値を計算し、 Ｓ５４．該当する電流値を計算する。

【０２８５】上記ステップＳ５３及びステップＳ５４に
おける計算について、次に説明する。

【０２８６】図１８は、一次近似での最小値を計算し、
該当する電流値を計算する方法を説明する図である。

【０２８７】図１８において、横軸は電流を規定する番
号ｉ、縦軸は等化度偏差の最大値Ｅ _i である。そして、
等化度偏差の最大値の中でＥ_p-1 、Ｅ_p 及びＥ_p+1 が制
御電流を規定する番号ｉの最大値ｍまでの等化度偏差の
最大値Ｅ_i の中で最小値とその両隣の３個であるとす
る。但し、ｐはｐ−１≧１且つｐ＋１≦ｍである正の整
数である。

【０２８８】更に、Ｅ_p ＜Ｅ_p-1 ＜Ｅ_p;1 であるものと
仮定するが、この仮定は、一般性を失わせるものではな
い。

【０２８９】まず、点（ｐ、Ｅ_p ）と点（ｐ＋１、Ｅ
_P+1 ）を結ぶ直線の方程式は次に示す（１）式で与えら
れる。

【０２９０】E _i −E _p+1 ＝〔(E_p+1-E _p )/（p+1-p)〕（ｉ−(p+1)) （１） 上記直線上でＥ_i がＥ_p-1 に等しくなるｉの値ｉ₁ は、
(1) 式においてＥ_i ＝Ｅ_p-1 とおいて、（２）式をｉに
ついて解くことによって得られる。

【０２９１】E _p-1 −E _p+1 ＝〔(E_p+1-E _p )/（p+1-p)〕（ｉ−(p+1)) （２） （２）式によってＥ_p-1 に等しくなるｉ₁ が求まれば、
一次近似でＥ_i の最小値を与えるｉの値ｉ₂ は（３）式
で与えられる。

【０２９２】 ｉ₂ ＝（（ｐ−１）＋ｉ₁ ）／２ （３） これで、一次近似での等化度偏差Ｅ_i の最小値を与える
電流を指定する数値が求められた。ここまでの計算がス
テップ５３の計算である。

【０２９３】そして、一次近似での等化度偏差Ｅ_i の最
小値を与える電流を指定する数値がｉ₂ として求められ
たので、ｉ₂ における制御電流Ｉ₂ は、ｐにおける制御
電流Ｉ_p とｐ−１ における制御電流Ｉ_p-1 を用いて比
例計算することによって求めることができる。この計算
がステップＳ５４の計算である。

【０２９４】上記のようにして真の最小値を与える電流
を求めて、第一の偏光角可変素子及び第二の偏光角可変
素子に制御電流を供給すれば、等化度偏差を更に小さく
することができる。

【０２９５】又、光ファイバ増幅器の基本構成について
求めたトータル利得が、予め利得偏差を求めた時のトー
タル利得に等しくない場合にも、比例計算によって、光
ファイバ増幅器の基本構成について求めたトータル利得
に正確に対応する利得偏差を求めることができるが、こ
れについては説明の記載を省略する。

【０２９６】

【発明の効果】第一の発明によれば、該透過率波長特性
可変素子において生ずるＰ偏光とＳ偏光の位相差を補償
することができる。このため、偏光面復帰素子に入射さ
れる２条の光の偏光は該偏光面復帰素子の常光と異常光
に一致し、偏光面復帰素子において損失なく合成できる
と共に、該損失の波長特性を抑圧することができるの
で、Ｐ偏光とＳ偏光の成分の比率に対して一様に透過率
が変化し、且つ、所要の波長の範囲において透過率が一
様に変化する利得等化器を実現することができ、光ファ
イバのコアに稀土類元素を添加し、励起光源によって該
稀土類元素を励起した状態で光信号を該光ファイバのコ
アに導く光ファイバ増幅器の利得偏差をフィギュアを近
似することができる利得等化器を実現することが可能に
なる。

【０２９７】第二の発明によれば、光ファイバのコアに
稀土類元素を添加し、励起光源によって該稀土類元素を
励起した状態で光信号を該光ファイバのコアに導く光フ
ァイバ増幅器に、第一の発明によってなる利得等化器を
縦続接続することによって、光ファイバのコアに稀土類
元素を添加し、励起光源によって該稀土類元素を励起し
た状態で光信号を該光ファイバのコアに導く光ファイバ
増幅器の利得偏差を第一の発明によってなる利得等化器
の透過率特性によって抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の利得等化器の構成を示す図（その
１）。

【図２】 本発明の利得等化器の詳細構成。

【図３】 透過率波長特性可変素子の透過率対波長特
性。

【図４】 Ｐ偏光とＳ偏光の位相差の波長特性。

【図５】 位相差制御素子の位相差特性。

【図６】 修正されたＰ偏光とＳ偏光の位相差特性。

【図７】 本発明の利得等化器の透過率特性。

【図８】 本発明の利得等化器を付加した光ファイバ増
幅器の構成。

【図９】 本発明の利得等化器により利得等化した光フ
ァイバ増幅器の利得偏差。

【図１０】 本発明の利得等化器の構成を示す図（その
２）。

【図１１】 本発明の利得等化器の構成を示す図（その
３）。

【図１２】 本発明の利得等化器の構成を示す図（その
４）。

【図１３】 偏光角制御電流生成手段の構成。

【図１４】 データ記憶部に予め格納してあるデータ。

【図１５】 透過率制御電流生成手段の処理のフローチ
ャート（その１）。

【図１６】 透過率制御電流生成手段の処理のフローチ
ャート（その２）。

【図１７】 透過率制御電流生成手段の処理のフローチ
ャート（その３）。

【図１８】 一次近似での最小値を計算し、該当する電
流値を求める方法。

【図１９】 従来の利得等化器の詳細構成。

【図２０】 Ｐ偏光とＳ偏光の位相差が大きい時の利得
等化器の透過率特性。

【図２１】 従来の利得等化器を付加した光ファイバ増
幅器の構成。

【図２２】 Ｐ偏光とＳ偏光の位相差が大きい利得等化
器によって利得等化した光ファイバ増幅器の利得偏差。

【図２３】 光ファイバ増幅器の基本構成。

【図２４】 光ファイバ増幅器の基本構成の利得偏差。

【符号の説明】

１ 偏光分離素子 ２ 偏光面一致制御素子 ３ 第一の偏光角可変制御素子 ３ａ 第二の偏光角可変制御素子 ４ 透過率波長特性可変素子 ５ 偏光面復帰素子 ６ 位相差制御素子 ７ 偏光合成素子 ８ 偏光角制御電流生成手段 ８−１ 中央処理ユニット（ＣＰＵ） ８−２ 測定部 ８−３ データ記憶部 ８−４ プログラム記憶部 ８−５ 電流源 ８−６ バス ８−７ 合波器 ８−７ａ 合波器 ８−８ フォト・ダイオード部 ８−８ａ フォト・ダイオード部 ８−９ スイッチ ９ コリメート系 ９−１ フェルール ９−２ レンズ・ホルダ ９−３ コリメート・レンズ ９ａ コリメート系 ９−１ａ フェルール ９−２ａ レンズ・ホルダ ９−３ａ コリメート・レンズ １０ 入力光ファイバ １０ａ 出力光ファイバ １０１ 稀土類元素添加光ファイバ １０２ 励起レーザ・ダイオード １０３ 合波器 １０４ 利得等化器 １０４ａ 利得等化器 １０５ 透過率制御手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/18 (72)発明者 三田村 宣明 北海道札幌市北区北七条西四丁目３番地１ 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H079 AA03 BA02 CA09 DA13 EB18 KA01 KA06 KA20 5F072 AB09 AK06 HH09 JJ20 MM20 5K002 BA02 CA10 CA13 FA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光分離素子によって、入射光を常光と
   異常光に分離し、 偏光面一致制御素子によって、偏光分離された光の偏光
   を一致させ、 第一の偏光角可変制御素子によって、偏光を一致させた
   光の偏光角に所定の回転を与え、 透過率波長特性可変素子によって、該回転に対応する透
   過率の波長特性を与え、 第二の偏光角可変制御素子において、該第一の偏光角可
   変制御素子によって与えられた偏光角の回転とは逆の回
   転を与え、 偏光面復帰素子によって、常光と異常光を合成する利得
   等化器において、 該透過率波長特性可変素子において生ずるＰ偏光とＳ偏
   光の位相差を位相差制御素子によって補償することを特
   徴とする利得等化器。
2. 【請求項２】 光ファイバのコアに稀土類元素イオンを
   添加し、 励起光源によって該稀土類元素イオンを励起した状態で
   光信号を該光ファイバのコアに導く光ファイバ増幅器の
   基本構成に、 請求項１記載の利得等化器を縦続接続することを特徴と
   する光ファイバ増幅器。