JP2003234525A

JP2003234525A - 光増幅のための装置及び該装置を有するシステム

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Publication number: JP2003234525A
Application number: JP2003044456A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takeda; 美紀竹田; Susumu Kinoshita; 進木下; Hiroshi Onaka; 寛尾中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2017-08-11
Also published as: JP4056901B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光増幅のための装置及びシステムに
関し、低いポンプ光のパワーの下で利得の波長依存性を
抑圧することができる光増幅のための装置の提供が主な
目的である。【構成】本発明による装置は、信号光のための入力端
１２Ａ及び出力端１２Ｂを有する光増幅媒体１２と、光
増幅媒体が予め定められた帯域において実質的に単純な
利得特性を有するように光増幅媒体をポンピングする手
段１４´と、光増幅媒体の入力端及び出力端の少なくと
も何れかに光学的に接続され上記利得特性によって与え
られる利得の波長依存性を抑圧するような特性を有する
光フィルタとを備えている。この構成によると、実質的
に単純な利得特性を低いポンプ光のパワーの下で維持す
ることができるようになり、光フィルタによって利得の
波長依存性が抑圧される。従って、低いポンプ光のパワ
ーの下で利得の波長依存性を抑圧することができるよう
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、一般的に、互いに
異なる波長を有する複数の光キャリアを含む波長分割多
重光を用いた光ファイバ通信に適した光増幅に関し、更
に詳しくは、そのような光増幅のための装置及び該装置
を有するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋ
ｍ）な光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、
光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化され
ている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距
離の伝送を可能にするために、信号光を増幅するための
光増幅器の使用が提案され或いは実用化されている。

【０００３】従来知られている光増幅器は、増幅される
べき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信
号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体
をポンピング（励起）する手段とを備えている。例え
ば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、
光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤ
Ｆ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦ
に供給するためのポンプ光源とを備えている。ポンプ光
の波長を０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯に設定し
ておくことによって、波長１．５５μｍを含む利得帯域
が得られる。また、半導体チップを光増幅媒体として有
する光増幅器も知られている。この場合、半導体チップ
に電流を注入することによってポンピングが行われる。

【０００４】一方、一本の光ファイバによる伝送容量を
増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）
がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、互い
に異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。
各光キャリアを独立に変調することによって得られた複
数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重さ
れ、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路
に送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デ
マルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光
信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤ
Ｍを適用することによって、当該多重数に応じて一本の
光ファイバにおける伝送容量を増大させることができ
る。

【０００５】ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を
組み入れる場合、利得傾斜（ゲインチルト）或いは利得
偏差で代表される利得の波長依存性によって伝送距離が
制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、信号帯域で
複雑な利得特性が生じ、この利得特性はＥＤＦＡへのト
ータル入力パワーやポンプ光パワーに従って変化するこ
とが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】利得の波長依存性を抑
圧するために、光増幅器と光フィルタとを組み合わせる
ことが提案されている。その組み合わせの構成及び得ら
れる効果の詳細については、特開平３−４４２０６号、
特開平３−１９６１２５号、特開平８−２１３６７６
号、ＯＡＡ’９０，ＭＤ１，ｐｐ４４−４７を参照され
たい。

【０００７】この組み合わせにおいて、光フィルタを光
増幅器の上流側（入力側）に配置する場合、雑音指数が
高くなる（悪くなる）。この場合における光フィルタの
挿入損失は、光増幅器の利得の調節によって補償可能で
ある。一方、光フィルタを光増幅器の下流側（出力側）
に配置する場合には、雑音指数が高くなることはない
が、光フィルタの挿入損失によって光出力パワーが低く
なる（小さくなる）。従って、従来技術による場合に
は、雑音指数が高くなることを許容して高出力化を図る
か或いは光出力パワーが低くなることを許容して低雑音
化を図るかの何れかを選択する必要があった。

【０００８】１５４０〜１５６０ｎｍ帯域の利得の波長
依存性は、特にＥＤＦＡにおいては、ポンプ光のパワー
の適切な設定によって抑圧可能である。ポンプ光のパワ
ーが比較的低い場合には、波長が長くなるのに従って利
得が高くなる正の利得傾斜が得られ、ポンプ光のパワー
が比較的高い場合には、波長が長くなるのに従って利得
が低くなる負の利得傾斜が得られるので、利得傾斜がフ
ラットになるようにポンプ光のパワーを制御するのであ
る。しかし、利得傾斜をフラットにするために要求され
るポンプ光のパワーは一般に高いので、高出力なポンプ
光源が必要になる。高いパワーのポンプ光を得るための
レーザダイオードは高価であり、また、高いパワーのポ
ンプ光を得るために複数のレーザダイオードを組み合わ
せて用いる場合には、光回路の構成が複雑になる。

【０００９】よって、本発明の目的は、低いポンプ光の
パワーの下で利得の波長依存性を抑圧することができる
光増幅のための装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、そのような装置を備
えたシステムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面によ
ると、光増幅媒体を含む光増幅器と、利得の波長依存性
を抑圧するために光増幅器に動作的に接続される第１及
び第２の光フィルタとを備えた装置が提供される。

【００１２】この出願において、ある要素と他の要素と
が「動作的に接続される」というのは、これらの要素が
直接接続される場合を含み、更に、これらの要素の間で
光信号又は電気信号の受渡しができる程度の関連性をも
ってこれらの要素が設けられている場合を含む。

【００１３】光増幅媒体は信号光のための入力端及び出
力端を有している。光増幅媒体は光増幅媒体が利得帯域
を提供するようにポンピングされる。利得帯域は、信号
光に対して相対的に高い利得及び雑音指数を与える第１
の帯域と相対的に低い利得及び雑音指数を与える第２の
帯域とを含む。第１の光フィルタは、光増幅媒体の入力
端に光学的に接続されており、第２の帯域における利得
の波長依存性を抑圧するような特性を有している。第２
の光フィルタは、光増幅媒体の出力端に光学的に接続さ
れており、第１の帯域における利得の波長依存性を抑圧
するような特性を有している。

【００１４】本発明の第１の側面に従うと、利得の波長
依存性を抑圧するために、光増幅器の入力側及び出力側
にそれぞれ設けられた２つの光フィルタ（第１及び第２
の光フィルタ）を用いて、各々の光フィルタにおいて利
得の波長依存性の適切な抑圧を行うことができるので、
低い雑音指数及び高い光出力パワーを得ることができ
る。

【００１５】本発明の第２の側面によると、（ａ）信号
光に対して相対的に高い利得及び雑音指数を与える第１
の帯域と相対的に低い利得及び雑音指数を与える第２の
帯域とを含む利得帯域を光増幅媒体が提供するように該
光増幅媒体をポンピングするステップと、（ｂ）上記第
２の帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特
性を有する第１の光フィルタを通過した信号光を上記光
増幅媒体に供給するステップと、（ｃ）上記光増幅媒体
から出力された信号光を上記第１の帯域における利得の
波長依存性を抑圧するような特性を有する第２の光フィ
ルタに供給するステップとを備えた方法が提供される。

【００１６】信号光伝搬方向にカスケード接続された第
１及び第２の光増幅器を用いて本発明の第２の側面に従
う方法を実施する場合には、この方法を特に第２の光増
幅器に適用するのが効果的である。何故ならば、この方
法を第１の光増幅器だけに適用した場合には、第２の光
増幅器において新たな利得の波長依存性が生じる恐れが
あるからである。従って、より一般的には、カスケード
接続された複数の光増幅器を用いてこの方法を実施する
場合には、この方法を最終段（即ち出力側）の光増幅器
に適用するのが効果的である。

【００１７】本発明の第３の側面によると、信号光のた
めの入力端及び出力端を有する光増幅媒体と、該光増幅
媒体が予め定められた帯域において実質的に単純な利得
特性を有するように該光増幅媒体をポンピングする手段
と、上記光増幅媒体の入力端及び出力端の少なくとも何
れかに光学的に接続され上記利得特性によって与えられ
る利得の波長依存性を抑圧するような特性を有する光フ
ィルタとを備えた装置が提供される。

【００１８】望ましくは、光増幅媒体はＥＤＦであり、
予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長
によって提供される。この場合、例えば、前述の実質的
に単純な利得特性は波長が長くなるに従って利得が増大
する利得傾斜を与え、光フィルタの特性は波長が長くな
るに従って損失が増大する損失傾斜を与える。

【００１９】本発明の第３の側面に従うと、実質的に単
純な利得特性を低いポンプ光のパワーの下で維持するこ
とができるようになり、光フィルタによって利得の波長
依存性が抑圧される。従って、低いポンプ光のパワーの
下で利得の波長依存性を抑圧することができるようにな
る。

【００２０】本発明の第４の側面によると、Ｅｒ（エル
ビウム）を含むドーパントがドープされたドープファイ
バと、該ドープファイバが予め定められた帯域において
波長が長くなるに従って利得が増大する利得傾斜を有す
るように上記ドープファイバをポンピングする手段と、
上記ドープファイバに動作的に接続され上記利得傾斜を
抑圧する損失傾斜を有する光フィルタとを備えた装置が
提供される。

【００２１】本発明の第５の側面によると、第１及び第
２の端局と、第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送
路と、光ファイバ伝送路の途中に設けられる少なくとも
１つの光中継器とを備えたシステムが提供される。第１
の端局は、互いに異なる波長を有する複数の光信号をそ
れぞれ出力する複数の光送信機と、複数の光信号を波長
分割多重してＷＤＭ信号光にしてＷＤＭ信号光を光ファ
イバ伝送路に出力する光マルチプレクサとを含む。第２
の端局は、光ファイバ伝送路により伝送されたＷＤＭ信
号光を複数の光信号に分ける光デマルチプレクサと、複
数の光信号をそれぞれ受ける複数の光受信機とを含む。
光中継器は、本発明の第１、第３若しくは第４の側面に
よる装置又は該装置の後述する種々の実施形態を含む。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の望ましい実施形態を
添付図面に沿って詳細に説明する。全図を通して実質的
に同一の部分には同一の符号が付される。

【００２３】図１は本発明による光増幅のための装置の
第１の基本構成を示すブロック図である。この装置は増
幅すべき信号光を受けるための入力ポート２と増幅され
た信号光を出力するための出力ポート４とを有してい
る。

【００２４】入力ポート２及び出力ポート４間には、第
１の光フィルタ６と光増幅器８と第２の光フィルタ１０
とがこの順に設けられている。

【００２５】光増幅器８は、信号光のための入力端１２
Ａ及び出力端１２Ｂを有する光増幅媒体１２と、光増幅
媒体１２が利得帯域を提供するように光増幅媒体１２を
ポンピングするためのポンピングユニット１４とを含
む。

【００２６】図２を用いて、図１の光増幅媒体１２によ
って提供される利得帯域について説明する。図２におい
て、縦軸は光パワー（ｄＢｍ）又は利得（ｄＢ）であ
り、横軸は波長である。

【００２７】光増幅媒体１２がポンピングユニット１４
によりポンピングされると、信号光のスペクトルＳ１及
びＳ２に対して利得特性１６を与える利得帯域ＧＢが生
じる。利得特性１６は、光増幅媒体１２における利得の
波長依存性を表している。

【００２８】尚、小信号に対する利得特性は、光増幅媒
体におけるＡＳＥ（増幅された自然放出光）ノイズのス
ペクトルで近似可能である。

【００２９】図２において、利得帯域ＧＢは、信号光
（スペクトルＳ１）に対して相対的に高い利得を与える
第１の帯域Ｂ１と、信号光（スペクトルＳ２）に対して
相対的に低い利得を与える第２の帯域Ｂ２とを含む。第
１の帯域Ｂ１においては、発生するＡＳＥノイズが比較
的多いことにより、雑音指数は高くなる（悪くなる）。
第２の帯域Ｂ２においては、発生するＡＳＥノイズが比
較的少なくなるので、雑音指数は低くなる（良くな
る）。

【００３０】図３の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の
第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０の特性を
示すグラフである。各グラフにおいて縦軸は透過損失
（ｄＢ）、横軸は波長である。

【００３１】第１の光フィルタ６は、図３に（Ａ）に示
されるように、第２の帯域Ｂ２における利得の波長依存
性を抑圧（望ましくは相殺）するような特性を有してい
る。第２の帯域Ｂ２に含まれない波長においては、透過
損失は、光フィルタ６の最小挿入損失により与えられ、
その値は理想的には０（ｄｂ）であり現実的には小さい
値である。

【００３２】第２の光フィルタ１０は、図３の（Ｂ）に
示されるように、第１の帯域Ｂ１における利得の波長依
存性を抑圧（望ましくは相殺）するような特性を有して
いる。第１の帯域Ｂ１に含まれない波長における透過損
失は、光フィルタ１０の最小挿入損失により与えられ、
その値は、理想的には０（ｄｂ）であり現実的には小さ
い値である。

【００３３】図４を参照すると、図１の装置の出力光の
スペクトルの例が示されている。ここでは、入力ポート
２に入力される信号光は波長λ₁，λ₂，…，λ_nを有す
る複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光で
あるとし、各光信号のパワーは等しいとしている。

【００３４】出力ポート４から出力される増幅されたＷ
ＤＭ信号光は、本発明の適用により、図４に示されるよ
うに、利得の波長特性が平坦化され比較的平坦なＡＳＥ
スペクトルにそれぞれの光信号に対応する急峻なスペク
トルが重畳されたスペクトルを有している。

【００３５】そして、第１の光フィルタ６及び第２の光
フィルタ１０によって光増幅媒体１２における利得の波
長依存性が抑圧されていることから、出力されたＷＤＭ
信号光における各信号のパワーは実質的に等しくなる。
このように、本発明による装置の第１の基本構成による
と、利得の波長依存性を抑圧することができる。

【００３６】本発明は増幅されるべき信号光がＷＤＭ信
号光であることによっては限定されない。増幅されるべ
き信号光は単一チャネルの光信号であってもよい。この
場合、光信号を生成する光源の温度変動等に起因して光
信号の波長が変化する可能性があるので、従って、単一
チャネルの光信号の波長変動に対しても本発明は有効で
ある。

【００３７】次に、図１の装置において低い雑音指数及
び高い光出力パワーが得られる理由について詳細に説明
する。ここでは、前段光増幅器及び後段光増幅器をカス
ケード接続してなる２段構成を想定する。この２段構成
において、前段光増幅器及び後段光増幅器の間に光フィ
ルタを挿入した場合におけるトータルの雑音指数（Ｎ
Ｆ）は次の式で与えられる。

【００３８】

【数１】

【００３９】ここで、ＮＦ_fは前段光増幅器の雑音指数
（ｄＢ），ＮＦ_rは後段光増幅器の雑音指数（ｄＢ），
Ａは光フィルタによる損失（ｄＢ），Ｇは前段光増幅器
の利得（ｄＢ）であり、各パラメータは波長の関数であ
る。

【００４０】このように、２段構成のトータルの雑音指
数ＮＦは、前段光増幅器の雑音指数ＮＦ_f及び利得Ｇ
と、後段光増幅器の雑音指数ＮＦ_rと、前段光増幅器及
び後段光増幅器の間に挿入された光フィルタによる損失
Ａとに依存する。上述の式より、光フィルタの挿入損失
Ａが小さいほどトータルの雑音指数ＮＦが低くなること
になる。

【００４１】また、前段光増幅器及び後段光増幅器の間
に光フィルタを挿入する場合と、前段光増幅器及び後段
光増幅器の間には光フィルタを挿入せずにその代わりに
後段光増幅器の出力側に光フィルタを設ける場合とを比
較すると、光フィルタによる損失が同じであれば、トー
タルの雑音指数は後者の場合についてのもののほうが低
い。つまり、後者についての雑音指数は光フィルタによ
る損失によって原理的には劣化しないのである。

【００４２】そこで、本発明による第１の基本構成を後
段光増幅器に適用する場合には、雑音指数が比較的高い
光信号については、雑音指数をそれ以上劣化させないた
めに、利得の補償を行うための光フィルタを後段光増幅
器の出力側に設けるのである。

【００４３】一方、後段光増幅器の出力側に光フィルタ
を設けると、光フィルタによる損失分だけ光出力パワー
が低くなる。これに対して、前段光増幅器及び後段光増
幅器の間に光フィルタを挿入する場合には、その損失は
後段光増幅器の入力対利得特性（例えば図５を参照）に
より補償することができる。

【００４４】そこで、本発明による第１の基本構成を後
段光増幅器に適用する場合には、雑音指数が低い光信号
については、できるだけ高い光出力パワーを得るため
に、利得の補償を行うための光フィルタを前段光増幅器
及び後段光増幅器の間に挿入するのである。

【００４５】このように、前段光増幅器及び後段光増幅
器の間への光フィルタの挿入は雑音特性を劣化させ、ま
た、後段光増幅器の出力側に光フィルタを設けることは
光出力パワーを低くしてしまうので、他信号に比べて雑
音指数が高く且つ利得が大きい信号に対して利得を補正
する光フィルタは後段光増幅器の出力側に設け、且つ、
他信号に比べて雑音指数が低く且つ利得が小さい信号に
対して利得を補正する光フィルタは後段光増幅器の入力
側に設けるのである。更に一般的にいえば、本発明で
は、光フィルタを複数の位置に設けて、波長選択性を持
たせて利得を補正しているのである。雑音特性に敏感な
信号に注意を払って利得を補正することで、光フィルタ
を用いない場合における雑音指数よりも雑音指数が低く
なることがなく且つ高い光出力パワーを得ることができ
る。また、本発明により雑音指数の偏差が小さくなる
が、これについては後述の実証実験の結果により説明す
る。

【００４６】このように、本発明によると、従来のよう
に単に光出力を波長に対して等しくする利得等化でな
く、伝送品質が光ＳＮＲ（信号対雑音比）によって決定
されることに着目して、光出力と同時に雑音指数もでき
るだけ低い値に揃えて保つことを可能にした、所謂光Ｓ
ＮＲ等化という新しい技術が提供される。

【００４７】光増幅媒体１２としては、希土類元素を含
むドーパントがドープされたドープファイバを用いるこ
とができる。この場合、ポンピングユニット１４は、光
増幅媒体１２の第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂの少なく
とも一方から光増幅媒体１２にポンプ光を供給するため
のポンプ光源を含む。

【００４８】波長１．５５μｍを含む利得帯域を得るた
めには、Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントが選択さ
れる。この場合、例えば、第１の帯域Ｂ１は１．５２乃
至１．５４μｍの波長によって提供され、第２の帯域Ｂ
２は１．５４乃至１．５６μｍあるいは１．５４乃至
１．５８μｍの波長によって提供される。

【００４９】ドーパントがＥｒを含む場合、ポンプ光の
波長は０．９８μｍ帯（０．９６乃至１．００μｍ）或
いは１．４８μｍ帯（１．４６乃至１．５０μｍ）にあ
ることが望ましい。

【００５０】光増幅媒体１２として半導体チップを用い
ることもできる。この場合、ポンピングユニット１４は
半導体チップに電流を注入するための電流源を含む。

【００５１】第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ
１０の各々には次のようなことが要求される：（ａ）透過特性の設計値を精度良く実現すること；（ｂ）透過特性の温度依存性が小さいこと；（ｃ）挿入損失が小さいこと；（ｄ）偏光依存性が小さいこと；（ｅ）波長分散が小さいこと；（ｆ）反射光（除去された光）が信号伝送路外に放出さ
れること。

【００５２】これらの要求のうち１つ又は２つ以上の要
求を満足させるためには、第１の光フィルタ６及び第２
の光フィルタ１０の各々としては、マッハツェンダ光フ
ィルタ（例えばＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体）、干
渉膜光フィルタ（誘電体多層膜）、或いはファイバグレ
ーティング型光フィルタを用いることができる。特に、
後述するようなファイバグレーティングを用いることに
よって、前述した要求の多くを満足させることができ
る。

【００５３】図６は図１の装置の実施形態を示すブロッ
ク図である。ここでは、光増幅器８の光増幅媒体１２と
しては、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１８が用
いられている。利得帯域を広くするために、ＥＤＦ１８
にＡｌ（アルミニウム）の化合物がドープされていても
よい。ポンピングユニット１４は、１．４８μｍ帯に含
まれる波長を有するポンプ光を出力するポンプ光源２０
と、ポンプ光をＥＤＦ１８の第１端１８ＡからＥＤＦ１
８に供給するためのＷＤＭカプラ２２とを含む。

【００５４】光増幅器８は、更に、ＷＤＭカプラ２２と
ＥＤＦ１８の第１端１８Ａとの間に接続される光アイソ
レータ２４と、ＥＤＦ１８の第２端１８Ｂと第２の光フ
ィルタ１０との間に接続される光アイソレータ２６とを
有している。

【００５５】第１の光フィルタ６とＷＤＭカプラ２２と
の間には、可変光減衰器２８と、入力モニタ光を得るた
めの分岐カプラ３０とがこの順に設けられている。入力
モニタ光はフォトダイオード等からなるフォトディテク
タ（ＰＤ）３２に供給される。フォトディテクタ３２か
ら出力される電気信号には光増幅器８の入力レベルが反
映され、この電気信号は利得特性を一定に保つための自
動利得制御（ＡＧＣ）回路３４に供給される。

【００５６】第２の光フィルタ１０と出力ポート４の間
には出力モニタ光を得るための分岐カプラ３６が設けら
れている。出力モニタ光はフォトディテクタ３８に供給
される。フォトディテクタ３８から出力される電気信号
には光増幅器８の出力レベルが反映され、その電気信号
はＡＧＣ回路３４に供給される。

【００５７】ＡＧＣ回路３４は、光増幅器８の入力レベ
ル及び出力レベルに基づきポンプ光源２０から出力され
るポンプ光のパワーを制御し、その結果、ＥＤＦ１８に
よって与えられる利得特性が一定に保たれる。例えば、
ＡＧＣ回路３４は、光増幅器８の入力レベル及び出力レ
ベルの比が一定になるようにポンプ光のパワーを調節す
る。

【００５８】フォトディテクタ３８の出力電気信号は自
動レベル制御（ＡＬＣ）回路４０にも供給される。

【００５９】ＡＬＣ回路４０は、光増幅器８の出力レベ
ルが一定に保たれるように可変光減衰器２８による減衰
を制御する。

【００６０】特にこの実施形態では、第１の光フィルタ
６の上流側に第２の光増幅器４２が付加的に設けられて
いる。即ち、この装置は２段構成を有しており、光増幅
器４２及び８はそれぞれ前段光増幅器及び後段光増幅器
として機能する。光増幅器４２を複数にすることによっ
て、この装置は多段構成となる。

【００６１】光増幅器４２は、ＥＤＦ４４と、０．９８
μｍ帯に含まれる波長を有するポンプ光を出力するポン
プ光源４６と、ポンプ光をＥＤＦ４４の第１端４４Ａか
らＥＤＦ４４に供給するためのＷＤＭカプラ４８とを備
えている。

【００６２】ＥＤＦ４４の第２端４４Ｂは光アイソレー
タ５０及び分岐カプラ５２を介して第１の光フィルタ６
に接続される。分岐カプラ５２により分岐された出力モ
ニタ光はフォトディテクタ５４に供給される。フォトデ
ィテクタ５４から出力される電気信号には光増幅器４２
の出力レベルが反映され、この電気信号はＡＧＣ回路５
６に供給される。

【００６３】入力ポート２とＷＤＭカプラ４８との間に
は、光アイソレータ５８及び分岐カプラ６０がこの順に
接続されている。分岐カプラ６０により分岐された入力
モニタ光はフォトディテクタ６２に供給される。フォト
ディテクタ６２から出力される電気信号には光増幅器４
２の入力レベルが反映され、この電気信号はＡＧＣ回路
５６に供給される。

【００６４】ＡＧＣ回路５６は、光増幅器４２の入力レ
ベル及び出力レベルに基づきポンプ光源４６から出力さ
れるポンプ光のパワーを制御し、この制御の結果、ＥＤ
Ｆ４４によって与えられる利得特性が一定に保たれる。
ＡＧＣ回路５６は、例えば、光増幅器４２の入力レベル
及び出力レベルの比が一定になるようにポンプ光をパワ
ーを調節する。

【００６５】ポンプ光源２０及び４６の各々としてはレ
ーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。この場
合、各ポンプ光のパワーは各レーザダイオードの駆動電
流により調節することができる。

【００６６】入力ポート２に入力されたＷＤＭ信号光
は、まず前段光増幅器４２によって増幅される。この増
幅プロセスにおいては、ＡＧＣ回路５６が採用されてい
ることにより、利得特性（利得の波長依存性）は光増幅
器４２の入力レベルに係わらず一定である。

【００６７】増幅されたＷＤＭ信号光は、次いで、第１
の光フィルタ６を通過する。フィルタ６においては、第
２の帯域Ｂ２に含まれる光信号について利得補償が行わ
れる。

【００６８】フィルタ６を通過したＷＤＭ信号光は、可
変光減衰器２８によって制御された減衰を受けた後、後
段光増幅器８に供給される。

【００６９】光増幅器８における増幅プロセスにおいて
は、ＡＧＣ回路３４が採用されていることにより、利得
特性は光増幅器８の入力レベルに係わらず一定である。

【００７０】光増幅器８により増幅されたＷＤＭ信号光
は次いで第２の光フィルタ１０を透過する。フィルタ１
０においては、第１の帯域Ｂ１に含まれる光信号につい
て利得補償が行われる。フィルタ１０を透過したＷＤＭ
信号光は出力ポート４から出力される。

【００７１】ＡＬＣ回路４０及び可変光減衰器２８の採
用により、入力レベルに係わらず出力光パワーを一定に
保つことができる。ここで、可変光減衰器２８を用いて
出力光パワーについてのＡＬＣを行うようにしているの
は、光増幅器８及び４２の各々において利得特性を一定
に保つために各ポンプ光のパワーが制御されており、各
ポンプ光のパワーの調節によってＡＬＣを行うことがで
きないからである。

【００７２】光増幅器８及び４２の各々において利得特
性が一定に保たれていることにより、フィルタ６及び１
０の各々が固定された特性を有しているにも係わらず、
この装置における利得の波長依存性は常に抑圧される。
即ち、入力レベルに係わらず利得の波長依存性の抑圧が
可能になるのである。

【００７３】この実施形態において、前段光増幅器４２
におけるポンプ光の波長を０．９８μｍ帯に設定してい
るのは、比較的パワーが小さい信号光の増幅過程におい
て雑音特性が大きく劣化することを防止するためであ
る。０．９８μｍ帯の波長を有するポンプ光によるＥＤ
Ｆのポンピングは、増幅器を低雑音化する上で有効であ
る。

【００７４】また、後段光増幅器８におけるポンプ光の
波長を１．４８μｍ帯に設定しているのは、高い光出力
パワーを得るためである。０．９８μｍ帯で発振するレ
ーザダイオードに比べて１．４８μｍ帯で発振するレー
ザダイオードの高出力化は容易であり、従って、そのよ
うなハイパワーなポンプ光を用いることによって装置の
光出力パワーを大きくすることができる。

【００７５】図６の実施形態においては、光増幅器８及
び４２の各々において信号光及びポンプ光が当該ＥＤＦ
内を同じ向きに伝搬するようにされ、フォワードポンピ
ングがなされているが、信号光及びポンプ光が光増幅媒
体内を互いに逆向きに伝搬するようにしてバックワード
ポンピングを行ってもよい。また、各光増幅媒体に対し
て２つのポンプ光源を用いてその光増幅媒体に対してフ
ォワードポンピング及びバックワードポンピングの両
方、即ち双方向ポンピングを行うようにしてもよい。そ
の際には、異なるポンプ光波長（例えば０．９８μｍと
１．４８μｍ）によるハイブリッドの双方向ポンピング
を実現してもよい。

【００７６】また、第１の光フィルタ６、可変光減衰器
２８及び分岐カプラ３０は信号光伝搬方向にこの順に設
けられているが、これらの配置順序は任意である。ま
た、第２の光フィルタ１０及び分岐カプラ３６は入れ換
えて配置されてもよい。即ち、フィルタ６及び１０の各
々はＡＧＣのためのループの内側にあってもよいし、外
側にあってもよいのである。

【００７７】図７の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による第１
の基本構成の優位性を従来技術との対比により立証する
ための比較実証実験で用いた装置の構成を示す図であ
る。

【００７８】図７の（Ａ）は光フィルタを用いない２段
構成の従来技術を示している。入力ポート２及び出力ポ
ート４間に、前段光増幅器４２、可変光減衰器２８及び
後段光増幅器８がこの順に設けられている。

【００７９】図７の（Ｂ）は２段構成の間にだけ光フィ
ルタが挿入された従来技術を示している。入力ポート２
及び出力ポート４間に、前段光増幅器４２、可変光減衰
器２８、組み合わせ光フィルタ６４及び後段光増幅器８
がこの順に設けられている。組み合わせ光フィルタ６４
は本発明に適用可能な第１の光フィルタ６と第２の光フ
ィルタ１０とをカスケード接続して構成される。

【００８０】図７の（Ｃ）は２段構成の出力側にだけ光
フィルタを設けた従来技術を示している。組み合わせフ
ィルタ６４は後段光増幅器８及び出力ポート４間に設け
られている。

【００８１】図７の（Ｄ）は本発明が適用される装置を
示している。入力ポート２及び出力ポート４間には、前
段光増幅器４２、可変光減衰器２８、第１の光フィルタ
６、後段光増幅器８及び第２の光フィルタ１０がこの順
に設けられている。

【００８２】尚、実験では、各前段光増幅器４２におけ
るポンプ光のパワーは１００ｍＷに設定され、各後段光
増幅器８におけるポンプ光のパワーは１５０ｍＷに設定
され、各可変光減衰器２８における減衰は−１２．７ｄ
Ｂに設定された。

【００８３】図８の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、それ
ぞれ、実験で用いた第１の光フィルタ６、第２の光フィ
ルタ１０及び組み合わせフィルタ６４の特性を示すグラ
フである。各グラフにおいて、縦軸は透過損失（ｄ
Ｂ）、横軸は波長（μｍ）である。この実験で用いたフ
ィルタ６，１０及び６４の各々はファイバグレーティン
グによって提供された。

【００８４】第１の光フィルタ６は、図８の（Ａ）に示
されるように、相対的に低い利得及び雑音指数を与える
概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域における利得の波
長依存性を抑圧するような特性を有していた。

【００８５】第２の光フィルタ１０は、図８の（Ｂ）に
示されるように、相対的に高い利得及び雑音指数を与え
る概略１．５２乃至１．５４μｍの帯域における利得の
波長依存性を抑圧するような特性を有していた。

【００８６】従って、組み合わせフィルタ６４は、図８
の（Ｃ）に示されるように、概略１．５２乃至１．５６
μｍの帯域における利得の波長依存性を抑圧するような
特性を有していた。

【００８７】図９の（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図７
の（Ａ）〜（Ｄ）で得られた出力光のスペクトルを示す
グラフである。各グラフにおいて、縦軸は光パワー（ｄ
Ｂｍ）、横軸は波長（μｍ）である。実験では、１．５
２乃至１．５６μｍの帯域にそれぞれ含まれる波長を有
する５チャネルの光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ
信号光が用いられた。各入力ポート２における各チャネ
ルの光信号のピークパワーは−１９．９ｄＢｍに設定さ
れた。

【００８８】実験では、図７の（Ａ）〜（Ｄ）の各々の
構成において、最小光出力パワーＰ _min（ｄＢｍ）、光
出力パワーの偏差（最大光出力パワー及び最小光出力パ
ワー間の偏差）ΔＰ（ｄＢ）、最大（最悪）雑音指数Ｎ
Ｆ_max（ｄＢ）及び雑音指数偏差（最大（最悪）雑音指
数及び最小（最良）雑音指数間の偏差）ΔＮＦ（ｄＢ）
が測定され、測定結果が比較された。測定結果を表１に
示す。

【００８９】

【表１】

【００９０】実験結果の比較から、次のことがわかる：（１）図７の（Ｃ）との比較において、雑音指数の偏差
ΔＮＦが０．５４（＝０．８９−０．３５）ｄＢ低減さ
れた；（２）図７の（Ｂ）との比較において、最大雑音指数Ｎ
Ｆ_maxが０．６２（＝７．０４２−６．４２２）ｄＢ改
善された；（３）図７の（Ａ）との比較において、光出力パワーの
偏差ΔＰが４．２６（＝６．３７−２．１１）ｄＢ低減
された；（４）図７の（Ｃ）との比較において、最小光出力パワ
ーＰ_minが１．８３（＝３．３５−１．５２）ｄＢ改善
された；（５）図７の（Ｂ）との比較において、全てのチャネル
の光信号について雑音指数が改善された（最大で０．６
２ｄＢ）；（６）図７の（Ｃ）との比較において、全てのチャネル
の光信号について光出力パワーが増大した。

【００９１】以上の通り、多段構成における最終段に本
発明による第１の構成を適用することによる技術的効果
が実証された。

【００９２】尚、図７の（Ａ）〜（Ｄ）の全ての構成に
おいて、最小光出力パワーＰ_minは実験で用いた５チャ
ネルの光信号の内、最短波長チャネルから２つ目のチャ
ネルの光信号によって与えられ、最大雑音指数ＮＦ_max
は最短波長チャネルの光信号によって与えられた。

【００９３】図１０は本発明による装置の第２の基本構
成を示す図である。この装置は、増幅されるべき信号光
が供給される入力ポート２と、増幅された信号光を出力
するための出力ポート４とを有している。信号光は、そ
の波長が変動する可能性を有する単一波長チャネルの信
号光であってもよいし、互いに異なる波長を有する複数
の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光であって
もよい。

【００９４】入力ポート２及び出力ポート４間には、信
号光の伝搬方向に向かって、光フィルタ６６及び光増幅
器８′がこの順に設けられている。光フィルタ６６は符
号６６′で示されるように光増幅器８′と出力ポート４
との間に設けられていてもよい。

【００９５】光増幅器８′は、信号光のための入力端１
２Ａ及び出力端１２Ｂを有する光増幅媒体１２と、光増
幅媒体１２をポンピングするためのポンピングユニット
１４′とを含む。

【００９６】ここでは、ポンピングユニット１４′は、
光増幅媒体１２が予め定められた帯域において実質的に
単純な利得特性を有するように光増幅媒体１２をポンピ
ングする。光フィルタ６６又は６６′は、上記実質的に
単純な利得特性によって与えられる利得の波長依存性を
抑圧するような特性を有している。

【００９７】光増幅媒体１２としては、希土類元素を含
むドーパントがドープされたドープファイバを用いるこ
とができる。この場合、ポンピングユニット１４′は適
切な波長及びパワーを有するポンプ光を入力端１２Ａ及
び出力端１２Ｂの少なくとも一方から光増幅媒体１２に
供給するためのポンプ光源を含む。

【００９８】予め定められた帯域が１．５５μｍを含む
場合には、Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントがドー
プファイバに対して適している。この場合、例えば、予
め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長に
よって提供され、ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び
１．４８μｍ帯の少なくも何れかに含まれる。

【００９９】光増幅媒体１２として半導体チップを用い
ることもできる。この場合、ポンピングユニット１４′
は半導体チップに電流を注入するための電流源を含む。

【０１００】図１１は、光増幅媒体１２がＥＤＦ（エル
ビウムドープファイバ）を含む場合における光増幅器
８′の利得特性の一例を示す図である。波長１５４８，
１５５１，１５５４及び１５５７ｎｍの４チャネルのＷ
ＤＭ信号光を同じ入力パワー（−３５ｄＢｍ／ｃｈ）
で、ポンピングされているＥＤＦに入力したときの出力
光のスペクトルが示されている。縦軸は光パワー（ｄＢ
ｍ）であり、横軸は波長（μｍ）である。

【０１０１】Ａで示されるスペクトルはポンプ光のパワ
ーが比較的大きいときに対応しており、概略１．５４乃
至１．５６μｍの帯域において負の利得傾斜が生じてい
る。即ち、波長が長くなるに従って利得が減少する利得
傾斜であり、利得（Ｇ）の波長（λ）による微分は負で
ある（ｄＧ／ｄλ＜０）。

【０１０２】Ｃで示されるスペクトルはポンプ光のパワ
ーが比較的小さいときに対応しており、概略１．５４乃
至１．５６μｍの帯域において正の利得傾斜が生じてい
る。即ち、波長が長くなるに従って利得が増大する利得
傾斜であり、利得の波長微分は正である（ｄＧ／ｄλ＞
０）。

【０１０３】Ｂで示されるスペクトルは、概略１．５４
乃至１．５６μｍの帯域において利得傾斜を生じさせな
いための最適なポンプ光パワーに対応しており、利得の
波長微分は０である（ｄＧ／ｄλ＝０）。

【０１０４】何れのスペクトルも、ＡＳＥスペクトルに
各チャネルの光信号に対応する４つの鋭いスペクトルが
重畳された形状を有している。

【０１０５】また、何れのスペクトルにおいても、１．
５４μｍよりも短い帯域では複雑な利得特性が生じてお
り、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域では実質的に
単純な利得特性が得られている。

【０１０６】例えば、光増幅器を含むシステムにＷＤＭ
が適用される場合、その光増幅器に利得傾斜が生じる
と、チャネル間利得偏差が伝送距離を制限する。このた
め、Ｂで示されるスペクトルが常に得られるように光増
幅器の駆動条件が最適化されていることが望ましい。

【０１０７】そのために、従来技術では、光増幅器の利
得をモニタリングして、そのモニタリング値が一定にな
るようにポンプ光のパワーをフィードバック制御し、そ
れによりＢで示されるようなスペクトルが維持されて利
得傾斜が生じないようにしていた。

【０１０８】しかし、利得傾斜を生じさせないためのポ
ンプ光のパワーは大きく、ポンプ光のパワーの制御だけ
で利得傾斜を生じさせなくするためには、ハイパワーで
高コストなポンプ光源を使用する必要があった。

【０１０９】本発明の第２の基本構成においては、光増
幅媒体１２の利得特性の制御と、光フィルタ６６又は６
６′の使用とを組み合わせているので、ポンピングのた
めの低いパワー（例えば低いポンプ光パワー）の下で利
得の波長依存性を抑圧することができる。

【０１１０】例えば、光増幅媒体１２は、図１１に符号
Ｃで示されるように、概略１．５４乃至１．５６μｍの
帯域において正の利得傾斜を有するように、ポンピング
ユニット１４′によりポンピングされる。この場合、光
フィルタ６６又は６６′の特性は、波長が長くなるに従
って損失が増大する損失傾斜を与える。それにより、低
いポンプ光のパワーの下での利得の波長依存性の抑圧が
可能になる。

【０１１１】図１２は図１０の装置の実施形態を示すブ
ロック図である。この装置は、図６の実施形態と対比し
て以下の変更点を有している：（１）本発明の第１の基本構成に従う光増幅器８に代え
て本発明の第２の基本構成に従う光増幅器８′が設けら
れている；（２）図１２の実施形態では概略１．５４乃至１．５６
μｍの帯域に含まれる信号光を前提としているので、本
発明の第１の基本構成において用いられる第１の光フィ
ルタ６に代えて、１．５３μｍ帯（例えば１．５２乃至
１．５４μｍの帯域）に阻止帯域を有するリジェクショ
ンフィルタ６８が設けられている；（３）本発明の第１の基本構成において用いられる第２
の光フィルタ１０に代えて、本発明の第２の基本構成の
ための光フィルタ６６′が設けられている。

【０１１２】光増幅器８′においては、ポンプ光源２０
から出力されたポンプ光を第２端１８ＢからＥＤＦ１８
に供給するために、ポンプ光源２０に接続されたＷＤＭ
カプラ２２′はＥＤＦ１８の第２端１８Ｂと光アイソレ
ータ２６との間に設けられている。

【０１１３】ポンプ光源２０から出力されるポンプ光の
パワーは、ＡＧＣ回路３４によって、ＥＤＦ１８に生じ
る実質的に単純な利得特性が一定に保たれるように制御
される。より具体的には、ＡＧＣ回路３４は、光増幅器
８′或いは光増幅器８′及び光フィルタ６６′の組み合
わせにおける入力レベル及び出力レベルの比が一定にな
るようにポンプ光のパワーを調節する。

【０１１４】図１３を参照して、ＡＧＣ回路３４によっ
て一定に保たれている利得特性の例を説明する。その利
得特性によって、光増幅器８′には、波長が長くなるに
従って利得が増大する利得傾斜が与えられている。図１
３において、縦軸は光パワー（ｄＢｍ）、横軸は波長
（ｍｎ）である。

【０１１５】ここでは、８チャネルの光信号を波長分割
多重してなるＷＤＭ信号光が用いられた。光信号の波長
は、それぞれ、１５４６．１２，１５４７．７２，１５
４９．３２，１５５０．９２，１５５２．５２，１５５
４．１３，１５５５．７５，及び１５５７．３６ｎｍで
あった。

【０１１６】最小光パワーと最大光パワーの間の偏差は
１．１６ｄＢであった。従って、１５４６乃至１５５７
ｎｍの帯域における利得傾斜はほぼ０．１ｄＢ／ｎｍで
ある。最小光パワーは最短光波長によって提供され、最
大光パワーは最長波長によって提供されている。利得傾
斜は実質的に線形的である（利得はｄＢ表示）。

【０１１７】図１２のＡＧＣ回路３４は、例えば、図１
３に示されるような利得傾斜が維持されるように、ポン
プ光源２０から出力されるポンプ光のパワーを制御す
る。従って、利得の波長依存性を抑圧するための光フィ
ルタ６６′が固定された特性を有しているにも係わら
ず、ＡＧＣ回路３４の採用によって、利得の波長依存性
を安定に抑圧することができる。

【０１１８】より具体的には、図１３により説明した利
得傾斜を抑圧（望ましくは相殺）するような損失傾斜を
光フィルタ６６′が有している。

【０１１９】図１４を参照すると、光フィルタ６６′の
特性の一例が示されている。縦軸は透過損失（ｄＢ）、
横軸は波長（ｎｍ）である。

【０１２０】光フィルタ６６′は概略１．５４乃至１．
５６μｍの帯域で波長が長くなるに従って損失が増大す
る特性を有しており、その損失傾斜はほぼ０．１ｄＢ／
ｎｍである。従って、光フィルタ６６′の損失傾斜によ
って光増幅器８′の利得傾斜が相殺される。

【０１２１】尚、図１２の実施形態においては、リジェ
クションフィルタ６８及び光フィルタ６６′の各々はフ
ァイバグレーティングによって提供可能である。

【０１２２】図１５は、本発明の装置の第２の基本構成
において、光フィルタが出力側に設けられる場合、即ち
光フィルタ６６′が用いられる場合における所要ポンプ
光パワー及び雑音指数（ＮＦ）と光フィルタの傾斜量
（損失傾斜）との関係を示す図である。縦軸は所要ポン
プ光パワー（ｍＷ）、及び雑音指数（ｄＢ）、横軸は傾
斜量（ｄＢ／ｎｍ）である。ここで、所要ポンプ光パワ
ーは、装置全体で利得傾斜を生じさせないために必要な
ポンプ光のパワーである。

【０１２３】図１５のグラフを与えるデータは、図１２
の実施形態に準じた構成を用いた実験及びシミュレーシ
ョンにより得られた。シミュレーションにおける計算に
おいては、Ｃ．Ｒ．Ｇａｉｌｅｓ，Ｅ．Ｄｅｓｕｒｖｉ
ｒｅ，“ＭｏｄｅｌｉｎｇＥｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ
ＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓ”，ＪＯＵＮＡＬ
ＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，Ｖ
ｏｌ．９，Ｎｏ．２，１９９１を参考にした解析モデル
及び解析手法が用いられた。計算は、所定の出力値（＋
６．０ｄＢｍ／ｃｈ）を得るためのＥＤＦの長さを最適
化した上で、最短波長と最長波長との間で利得が平坦化
するのに必要なポンプ光パワーとそのときの雑音指数に
ついて行った。

【０１２４】図において、傾斜量が０であるというのは
光フィルタ６６′を用いなかった場合に相当し、このと
き所要ポンプ光パワーは約２５０ｍＷであった。これに
対して、傾斜量が０．０５乃至０．２ｄＢ／ｎｍの光フ
ィルタ６６′を用いることによって、電力増幅部である
後段の所要ポンプ光パワーが４０％以上低減されること
を確認した。傾斜量は、小さ過ぎると所要ポンプ光パワ
ーの低減効果が少なく、大き過ぎると雑音指数が高くな
り或いは必要なＥＤＦの長さが長くなるので、０．０５
乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にあることが望ましい。

【０１２５】以上の通り、波長が長くなるに従って利得
が増大する利得傾斜が生じるように比較的低いポンプ光
パワーでＥＤＦをポンピングしておき、且つ、波長が長
くなるに従って損失が増大する損失傾斜を与える光フィ
ルタを用い、その損失傾斜を適切に設定することによっ
て、雑音指数を劣化させることなく利得の波長依存性を
抑圧することができる。

【０１２６】図１６は、本発明の装置の第２の基本構成
において、光フィルタが入力側に設けられる場合、即ち
光フィルタ６６が用いられる場合における所要ポンプ光
パワー及び雑音指数と光フィルタの傾斜量（損失傾斜）
との関係を示している。図１５の場合と比較して、所要
ポンプ光パワーの低減効果（ポンプ効率の改善効果）は
大きいが、雑音指数の劣化が大きい。傾斜量の望ましい
範囲は、図１５における場合と同様の理由に基づき、
０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍである。

【０１２７】よって、本発明による装置の第２の基本構
成を実施する場合において、所要ポンプ光パワーの低減
効果を重視する場合には、光増幅器８′の入力側に光フ
ィルタ６６を設けるのが望ましく、一方、雑音特性を重
視する場合には、光増幅器８′の出力側に光フィルタ６
６′を設けるのが望ましい。

【０１２８】本発明を実施する場合、各光フィルタとし
てはファイバグレーティングが適している。ファイバグ
レーティングを用いることによって、前述の要求特性の
（ａ）〜（ｆ）の多くを満足させることができる。

【０１２９】光学媒質（例えばガラス）の屈折率が光照
射によって恒久的に変化する場合、その媒質は感光性
（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）であるといわれる。
この性質を用いることにより、光ファイバのコアにファ
イバグレーティングを作製することができる。

【０１３０】ファイバグレーティングの特徴は、グレー
ティングピッチ及びファイバモードの有効屈折率によっ
て決定される共振波長近傍の狭い帯域で光をブラッグ反
射させることである。

【０１３１】ファイバグレーティングは、例えばフェイ
ズマスクを用いて波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍで発振
するエキシマレーザを光ファイバに照射することによっ
て作製することができる。

【０１３２】例えば、図８の（Ａ）又は（Ｂ）に示され
る特性は、チャープ法を適用してファイバグレーティン
グを作製することによって得られる。チャープ法では、
グレーティングピッチが適切な分布に従って設定され、
それにより所望の特性が得られる。現実的に、図８の
（Ｂ）のファイバグレーティングについては、１５２８
乃至１５６２ｎｍの帯域で設計通りの特性が得られるこ
とが実証されている。

【０１３３】ファイバグレーティングの温度特性が良好
であることを実証するために、図１２のリジェクション
フィルタ６８及び光フィルタ６６′（６６）について実
験を行った。実験対象となる各ファイバグレーティング
を２３．３°Ｃ，９１．２°Ｃ，及び−５．４°Ｃの環
境にこの順でそれぞれ長期間放置し、種々の項目につい
ての測定が行われた。

【０１３４】リジェクションフィルタに関しては、リジ
ェクション域にて最小出力を示す波長の変化量は１．１
９（ｎｍ）であり、光フィルタ６６′（６６）に関して
は、傾斜量及び挿入損失共に殆ど変化が見られなかっ
た。

【０１３５】ファイバグレーティングは光回路を構成す
るための光ファイバに直接スプライス接続することがで
き、スプライスによる損失は約０．１ｄＢであるから、
ファイバグレーティングの挿入損失は小さい。

【０１３６】光源及び偏波コントローラを用いてファイ
バグレーティングの偏光依存性及び偏光依存性の温度依
存性について測定を行ったところ、これらの依存性は殆
どなかった。

【０１３７】信号光の帯域が３０ｎｍであり、ファイバ
グレーティングのグレーティングの実質的長さが３０ｍ
ｍである場合、光の遅延は４．８ｐｓ／ｎｍと見積もら
れる。従って、ファイバグレーティングによる波長分散
は実用上十分小さいということができるが、高速伝送に
おいてこの遅延が累積すると許容範囲を越える恐れがあ
る。そのための対策については後述する。

【０１３８】チャープ法によりファイバグレーティング
が作製された場合、各グレーティングがファイバ軸に対
して垂直であることに起因して、反射光がファイバの導
波モードに結合される。その結果、所望の特性を得るた
めに複数のファイバグレーティングをカスケード接続し
ている場合には、反射光の影響により設計通りの特性を
得られないことがあり、また、単一のファイバグレーテ
ィングにより設計通りの特性が得られたとしても、その
ファイバグレーティングに光学的に接続されている光増
幅媒体に反射光が戻ることにより所望の利得特性が得ら
れない可能性がある。このような可能性を排除するため
には光アイソレータの使用が有効であるが、光アイソレ
ータの使用は装置構成を複雑化且つ大型化させる。

【０１３９】ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）法又はロング
ピリオド法を適用してファイバグレーティングを得るこ
とによって、反射光を有効に除去することができる。ブ
レーズド法では、各グレーティングがファイバ軸に対し
て斜めに形成され、これにより反射光がファイバ外に放
出される。ロングピリオド法では、グレーティングピッ
チが比較的大きく設定され、それにより反射光が除去さ
れる。

【０１４０】チャープ法、ブレーズド法又はロングピリ
オド法についての付加的な詳細については、ＹｕＬｉ
ｕｅｔａｌ．，“ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｏｎ
ｇ−ｐｅｒｉｏｄａｎｄＳｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ
ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇｓｂｙＰ
ｈａｓｅＭａｔｃｈｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎ”，
ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．２８９３，ｐｐ４４１−４４７及び
Ｐ．ＳｔＪＲｕｓｓｅｌｌｅｔａｌ．，“Ｆｉｂ
ｅｒＧｒａｔｉｎｇｓ”，ＰｈｙｓｉｃｓＷｏｒｌ
ｄ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９９３，ｐｐ４１−４６を参照
されたい。

【０１４１】図１７は本発明による光ファイバ通信シス
テムの実施形態を示すブロックである。このシステム
は、第１の端局７０と、第２の端局７２と、端局７０及
び７２を結ぶ光ファイバ伝送路７４と、光ファイバ伝送
路７４の途中に設けられる複数（図では２つ）の光中継
器７６とを備えている。各光中継器７６は、本発明によ
る第１又は第２の基本構成に従う装置７８を含む。単一
の光中継器７６が用いられていてもよい。

【０１４２】第１の端局７０は、互いに異なる波長を有
する複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信機
（ＯＳ）８０（＃１，＃２，…，＃ｎ）と、複数の光信
号を波長分割多重してＷＤＭ信号光にして光ファイバ伝
送路７４に出力する光マルチプレクサ（ＭＵＸ）８２と
を含む。

【０１４３】第２の端局７２は、光ファイバ伝送路７４
により伝送されたＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける
光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）８４と、複数の光信号
をそれぞれ受ける複数の光受信機８６（＃１，＃２，
…，＃ｎ）とを含む。

【０１４４】この構成によると、光ファイバ７４の途中
に設けられた少なくとも１つの光中継器７６によってＷ
ＤＭ信号光の損失が補償されるので、長距離伝送が可能
になる。この効果を得るために、第１の端局７０がブー
スタアンプ（ポストアンプ）としての光増幅器を有して
いてもよいし、第２の端局７２がプリアンプとしての光
増幅器を有していてもよい。

【０１４５】特に、ここでは各光中継器７８は本発明に
よる装置７８を有しているので、各光中継器７６内にお
ける利得の波長依存性が抑圧され、利得偏差による伝送
距離の制限が小さくなる。また、各装置７８に本発明の
第２の基本構成が適用されている場合には、各装置７８
において低いポンプ光のパワーの下で利得の波長依存性
を抑圧することができるので、信頼性が高く且つ安価な
システムの構築が可能になる。

【０１４６】前述のように、本発明を実施する上で使用
する各光フィルタとしてファイバグレーティングを用い
る場合、各ファイバグレーティングでは約４．８ｐｓ／
ｎｍの遅延が生じる。図１７のシステムにおいて、各装
置７８に本発明の第１の基本構成が適用される場合に
は、各装置７８には２つの光フィルタが含まれているの
で、装置７８の数が例えば９である場合には、全体での
分散値は８６．４ｐｓ／ｎｍ（＝４．８ｐｓ／ｎｍ×２
×９）になる。

【０１４７】例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの外部変調が適
用されるシステムにおいては、波長分散の限界値は約７
５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであるから、この場合、８６．４
ｐｓ／ｎｍの分散値は限界値の約１２％に達し、許容範
囲を越えてしまう。

【０１４８】図１７のシステムにおいて、各装置７８に
おける分散値を小さくして理想的には０にし、或いは、
システム全体の波長分散を管理する上で、本発明による
第１の基本構成は効果的である。具体的には次の通りで
ある。

【０１４９】光フィルタの各々としてファイバグレーテ
ィングを用いる場合、図１８の（Ａ）及び（Ｂ）に示さ
れるように、ファイバグレーティングの挿入の向きによ
り波長分散の符号（正負）を選択可能である。例えば、
ファイバグレーティングに異なる波長λＡ及びλ_Bの光
が供給された場合に、ブラッグ反射の位置が異なるの
で、例えば図１８の（Ａ）で正の波長分散が得られてい
る場合に、図１８の（Ｂ）に示されるようにファイバグ
レーティングの挿入の向きを逆にすることによって、そ
のファイバグレーティングは負の波長分散を与えるので
ある。

【０１５０】従って、図１７の各装置７８に本発明によ
る第１の基本構成が適用されている場合には、図１の第
１の光フィルタ６によって与えられる第１の波長分散と
第２の光フィルタ１０によって与えられる第２の波長分
散の符号を互いに異なるように設定しておくことによっ
て、各装置７８における波長分散を小さくすることがで
きる。特に、第１及び第２の波長分散の絶対値を実質的
に等しくしておくことによって、各ファイバグレーティ
ングにおける波長分散を相殺することができ、各装置７
８における波長分散を実質的に０にすることができる。
従って、端局７０及び７２間における光ファイバ伝送路
７４の波長分散を管理して波長分散に起因する伝送特性
の劣化を防ぐ対策を既に施してあるシステムについて
は、各装置７８における波長分散を実質的に０に設定す
ることによって、既存の波長分散の管理方法をそのまま
適用することができる。

【０１５１】ここで、波長分散の管理というのは、端局
７０及び７２間におけるトータルの波長分散を予め定め
られた値或いは範囲内に設定することである。

【０１５２】例えば、端局７０及び７２間の光ファイバ
伝送路７４における波長分散の管理が十分に行われてい
ない場合には、前述の第１及び第２の波長分散を同じ符
号にしておき、光ファイバ伝送路７４によって与えられ
る波長分散を各装置７８の波長分散（第１及び第２の波
長分散の和）によって積極的に相殺して、波長分散の管
理を行うことができる。

【０１５３】例えば、光ファイバ伝送路７４の複数のス
パンにおいては、光ファイバの製造技術上のバラツキ或
いは信号光の波長の変動によって、各スパン毎に波長分
散の符号が正になったり負になったりする。その結果、
光ファイバ伝送路７４の全長における波長分散の符号が
正である場合には、各装置７８によって与えられる波長
分散の符号を負に設定するのである。

【０１５４】更に、自己位相変調（ＳＰＭ）等のファイ
バの非線形効果に起因する波形劣化を防止するために、
端局７０及び７２間において局部的に或いは全体的に予
め定められた波長分散を設定しておくことがある。この
ような場合にも、各装置７８において所望の波長分散の
値を設定することができる。

【０１５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
低い雑音指数及び高い光出力パワーを得ることができ且
つ利得の波長依存性を抑圧することができる方法、装置
又はシステムの提供が可能になるという効果が生じる。

【０１５６】また、本発明によると、光増幅媒体の低い
ポンピングパワー（例えばポンプ光のパワー）の下で利
得の波長依存性を抑圧することができる方法、装置又は
システムの提供が可能になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の第１の基本構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１の光増幅媒体１２によって提供される利得
帯域の説明図である。

【図３】図１の第１の光フィルタ６及び第２の光フィル
タ１０の特性の例を示す図である。

【図４】図１の装置の出力光のスペクトルの例を示す図
である。

【図５】光増幅器における利得と入力光パワーの関係の
一例を示す図である。

【図６】図１の装置の実施形態を示すブロック図であ
る。

【図７】比較実証実験で用いた装置の構成を示す図であ
る。

【図８】実験で用いた光フィルタの特性を示す図であ
る。

【図９】実験で得られたスペクトルを示す図である。

【図１０】本発明による装置の第２の基本構成を示す図
である。

【図１１】ポンプ光のパワーに従う利得傾斜の変化の説
明図である。

【図１２】図１０の装置の実施形態を示すブロック図で
ある。

【図１３】図１２の光増幅器８′における利得傾斜を示
す図である。

【図１４】図１２の光フィルタ６６′の特性を示す図で
ある。

【図１５】光フィルタが出力側に設けられる場合におけ
る所要ポンプ光パワー及び雑音指数と傾斜量との関係を
示す図である。

【図１６】光フィルタが入力側に設けられる場合におけ
る所要ポンプ光パワー及び雑音指数と傾斜量との関係を
示す図である。

【図１７】本発明によるシステムの実施形態を示すブロ
ック図である。

【図１８】ファイバグレーティングの挿入の向きによる
波長分散の正負を説明するための図である。

【符号の説明】

２入力ポート４出力ポート６第１の光フィルタ８，８′ 光増幅器１０第２の光フィルタ１２光増幅媒体１４，１４′ ポンピングユニット６６，６６′ 光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾中寛神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 KK30 PP07 YY17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信号光のための入力端及び出力端を有す
る光増幅媒体と、該光増幅媒体が予め定められた帯域において実質的に単
純な利得特性を有するように該光増幅媒体をポンピング
する手段と、上記光増幅媒体の入力端及び出力端の少なくとも何れか
に光学的に接続され上記利得特性によって与えられる利
得の波長依存性を抑圧するような特性を有する光フィル
タとを備えた装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置であって、上記光増幅媒体は希土類元素を含むドーパントがドープ
されたドープファイバからなり、上記ポンピングする手段は、ポンプ光を出力するポンプ
光源と、上記ポンプ光を上記入力端及び上記出力端の少
なくとも一方から上記光増幅媒体に供給するための光カ
プラとを含む装置。
【請求項３】請求項２に記載の装置であって、上記ドーパントはＥｒ（エルビウム）を含み、上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの
波長によって提供される装置。
【請求項４】請求項３に記載の装置であって、上記ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ
帯の少なくとも何れかに含まれる装置。
【請求項５】請求項３に記載の装置であって、上記実質的に単純な利得特性は波長が長くなるに従って
利得が増大する利得傾斜を与え、上記光フィルタの特性は波長が長くなるに従って損失が
増大する損失傾斜を与える装置。
【請求項６】請求項５に記載の装置であって、上記損失傾斜は０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲に
ある装置。
【請求項７】請求項２に記載の装置であって、上記実質的に単純な利得特性が一定に保たれるように上
記ポンプ光のパワーを制御する手段を更に備えた装置。
【請求項８】請求項７に記載の装置であって、上記制御する手段は、上記装置の入力レベル及び出力レ
ベルをそれぞれ検出する手段と、上記入力レベル及び上
記出力レベルの比が一定になるように上記ポンプ光のパ
ワーを調節する手段とを含む装置。
【請求項９】請求項１に記載の装置であって、上記光フィルタはファイバグレーティングからなる装
置。
【請求項１０】請求項１に記載の装置であって、上記信号光は互いに異なる波長を有する複数の光信号を
波長分割多重してなるＷＤＭ信号光である装置。
【請求項１１】Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパント
がドープされたドープファイバと、該ドープファイバが予め定められた帯域において波長が
長くなるに従って利得が増大する利得傾斜を有するよう
に上記ドープファイバをポンピングする手段と、上記ドープファイバに動作的に接続され上記利得傾斜を
抑圧する損失傾斜を有する光フィルタとを備えた装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の装置であって、上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの
波長によって提供される装置。
【請求項１３】第１及び第２の端局と、該第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路の途中に設けられる少なくとも１つ
の光中継器とを備え、上記第１の端局は、互いに異なる波長を有する複数の光
信号をそれぞれ出力する複数の光送信機と、上記複数の
光信号を波長分割多重してＷＤＭ信号光にして該ＷＤＭ
信号光を上記光ファイバ伝送路に出力する光マルチプレ
クサとを含み、上記第２の端局は、上記光ファイバ伝送路により伝送さ
れたＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける光デマルチプ
レクサと、該複数の光信号をそれぞれ受ける複数の光受
信機とを含み、上記光中継器は請求項１乃至１２の何れかに記載された
装置を含むシステム。