JP2003338650A

JP2003338650A - 光増幅器

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Publication number: JP2003338650A
Application number: JP2003068988A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Aozasa; 真一青笹; Koji Masuda; 浩次増田; Makoto Shimizu; 誠清水
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2003-11-28
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP3980503B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は広く一般的な希土類イオンが添加さ
れた増幅媒体を用いた光増幅器であって利得プロファイ
ルを一定に保つことができるものを提供する。【解決手段】本発明は、希土類を添加した増幅媒体を
用いる光増幅器において、利得プロファイルを一定に保
つように制御できる光増幅器に関する。本発明の光増幅
器は、増幅媒体としての希土類イオンをコアおよび／ま
たはクラッドに添加した希土類添加光ファイバまたは希
土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するための励起手
段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光の特
定の波長においてレーザー発振を起こさせる光共振器
と、該光増幅器内の光信号をモニタして前記励起手段を
制御するための制御部とを具備する。また、本発明は該
光増幅器の利得プロファイルを一定に制御する方法に関
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、光増幅器に関す
る。より詳細には、希土類イオンを含有する増幅媒体を
備えた光増幅器の利得プロファイルを制御する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】波長分割多重（ＷＤＭ）通信は、近年に
おける光通信容量の急増に対応する最も有効な手段の１
つである。ＷＤＭ通信では信号チャネル数の増加によ
り、通信容量の拡大を行うことを特徴としているが、そ
のためには信号波長域の拡大が不可欠である。

【０００３】現在のＷＤＭ通信では、希土類イオン添加
光ファイバ増幅器が使用されている。ＷＤＭ通信で使用
されている増幅帯域としては、エルビウム添加光ファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ）の増幅帯域であるＣ帯（１５３０
ｎｍ〜１５７０ｎｍ）がある。

【０００４】一方、Ｃ帯と同等の低損失と低分散性を有
する帯域として、Ｓ帯（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）
があり、次世代の信号波長域として注目されている。ツ
リウム添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ）は、Ｓ帯に増
幅帯域を有しており、精力的な検討がなされている。

【０００５】Ｓ帯用のＴＤＦＡでは、光増幅器全体でＬ
帯のＥＤＦＡと同等のパワー変換効率（４０％）が達成
されており、ＷＤＭ伝送の実験も成功している（例え
ば、ＯＦＣ２００１ＰＤ−１（非特許文献１）参
照）。さらに、Ｃ帯の増幅帯域を使用したＥＤＦＡとＬ
帯の増幅帯域を使用したＥＤＦＡとの帯域合波による広
帯域化も達成されており、これにより１０．９Ｔｂｉｔ
／ｓの広帯域伝送が報告されている（例えば、ＯＦＣ２
００１ＰＤ−２４（非特許文献２）参照）。

【０００６】ところで、希土類添加光ファイバを増幅媒
体として用いた増幅器を中継器として複数用いたＷＤＭ
通信において、中継後の増幅器の出力スペクトルが変化
し、場合によっては、そのスペクトルが大きく歪むとい
う問題が発生する。

【０００７】このような現象が現れるのは、伝送路の損
失の経時変化や信号チャネル数の変化により光増幅器へ
の入力信号光のパワーが変化し、これによって光増幅器
の利得スペクトルが変化し、この変化が伝送路全体で累
積して信号の歪みが生じるためである。

【０００８】上述の増幅器の利得スペクトルが大きく歪
む現象は、伝送距離を制限する要因となるため、増幅器
の利得スペクトルが一定になるように制御する必要があ
る。その制御方法としては、各光増幅器において利得プ
ロファイルを一定に保つように制御すること（以下、利
得プロファイル一定制御とも称する。）が有効である。

【０００９】例えば、石英系ＥＤＦＡの制御方法の一例
として、１チャネルの信号光の利得をモニタし、そのチ
ャネルの利得が常に一定となるように励起光パワーを制
御する方法がある。石英系ＥＤＦＡの利得プロファイル
を一定に制御する方法は、この方法でほぼ確立されてい
る。また、フッ化物ＰＤＦＡの利得プロファイル一定制
御についても同様の方法で制御することができる。これ
らの光増幅器の増幅媒体（光ファイバ）は、増幅に関与
する準位が実質的に２つである増幅メカニズムにより動
作する。そのメカニズムは、増幅に関与する始準位（以
下増幅始凖位ともいう）と、増幅に関与する終準位（以
下増幅終凖位ともいう）または基底準位のみで取り扱う
ことができる非常に希なケースである。

【００１０】これらのケースについて、図１を参照して
説明する。図１（Ａ）は石英系ＥＤＦＡの励起準位模式
図であり、図１（Ｂ）は、プラセオジム添加光ファイバ
増幅器（ＰＤＦＡ）の励起準位模式図である。

【００１１】石英系ＥＤＦＡでは、図１（Ａ）に示され
るように、増幅終準位と基底準位が一致するため、増幅
に関与する準位が増幅始準位（^４Ｉ_１３／２）と増幅終
準位（^４Ｉ_１５／２）の２つとなる。従って、１チャネ
ルの信号光の利得をモニタし、そのチャネルの利得が常
に一定となるように励起光源の光量を調節して、利得プ
ロファイルを一定に保つように制御することができる。

【００１２】また、ＰＤＦＡでは、図１（Ｂ）に示すよ
うに、増幅に関与する準位が増幅始準位、増幅終準位お
よび基底準位の３つ存在する。しかし、ＰＤＦＡでは、
増幅終準位の蛍光寿命が増幅始準位に比べ非常に短いた
め、増幅終準位を無視して考えることができる。従っ
て、石英系ＥＤＦＡと同様にして利得プロファイルを一
定に保つように制御することができる。

【００１３】このように、増幅に関与する準位が実質的
に２つである場合には、利得プロファイルを一定に保つ
ことは比較的容易である。

【００１４】しかし、一般には、希土類イオンを添加し
た増幅媒体を用いた光増幅器では、増幅に関与する準位
が実質的に２つと見なせる場合は少なく、このような一
般的な光増幅器には、上述のような、１つの信号の波長
の利得をモニターし、その利得の変化から励起光源の光
量を調節して、利得プロファイルを一定に保つように制
御する方法を適用することができない。即ち、励起光源
の光量を調節して、１つの信号の波長の利得を一定に制
御するのみでは、入力信号のレベルの変動やその他の条
件（例えば温度変化）に対して利得プロファイルを一定
に制御することはできない。

【００１５】このため、このような系では基本的に２種
類の異なる信号の波長での利得をモニタすることが必要
となり、複雑な制御をする必要があった。

【００１６】上述のように、一部の希土類イオンが添加
された増幅媒体（光ファイバあるいは光導波路）を用い
た光増幅器では、１つの信号の波長の利得をモニタし
て、励起光を制御して、利得プロファイルを一定に制御
することができるが、その他の希土類イオンが添加され
た増幅媒体を用いた光増幅器では、利得プロファイルを
一定に制御することができない。

【００１７】上述のような１つの信号の波長の利得をモ
ニターし、その変化に基づいて励起光源の光量を調節し
て、利得プロファイルを一定に保つ方法とは別に、共振
器を用いて利得プロファイルを一定に保つ方法も提案さ
れている。

【００１８】例えば、E. Desurvire et al., "Gain con
trol in erbium-doped fiber amplifiers by all-optic
al feedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vo
l. 27, No.7, pp.560-561, 28th March 1991（非特許文
献３）では、フィードバックループの構成を導入して、
１波長のＡＳＥをレーザ発振させ、該波長の利得をクラ
ンプすることにより、利得スペクトラムを制御する技術
が提案されている。この他、利得をクランプする技術と
して、欧州特許出願公開第０４９７４９１号明細書（特
許文献１）、特表平９−５０９０１２号公報（特許文献
２）、特開平１１−１４５５３３号公報（特許文献３）
などがある。

【００１９】しかし、上述のような共振器を用いる方法
は、増幅に大きく関与する準位（即ち、利得スペクトル
の状態を決定する上で考慮すべき準位をいう。）が２つ
のみである石英系ＥＤＦＡに対しては制御可能である
が、ＴＤＦＡ、その他の希土類添加光ファイバ増幅器に
対しては制御できない。

【００２０】

【特許文献１】欧州特許出願公開第０４９７４９１号明
細書

【００２１】

【特許文献２】特開平７−５２１６７５号公報

【００２２】

【特許文献３】特開平１１−１４５５３３号公報

【００２３】

【非特許文献１】ＯＦＣ２００１ＰＤ−１

【００２４】

【非特許文献２】ＯＦＣ２００１ＰＤ−２４

【００２５】

【非特許文献３】E. Desurvire et al., "Gain control
in erbium-doped fiber amplifiers by all-optical f
eedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vol. 2
7, No.7, pp.560-561, 28th March 1991

【００２６】

【非特許文献４】Ｅ. Desurvire, "Erbium-Doped Fiber
Amplifiers," A. Wiley-Interscience Publication, C
hapter 1, 1994

【００２７】

【非特許文献５】Won Jae Lee et al., "Gain excursio
n & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4
μm/1.5μm dual wavelength control"., OFC2002, Th
Z3

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】従って、簡易な方法
で、広く一般の希土類添加増幅媒体を用いた光増幅器に
適用できる、利得プロファイルを一定に制御できる光増
幅器および制御方法が望まれている。

【００２９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的は、広く一般的な希土類イオンが添
加された増幅媒体を用いた光増幅器において、利得プロ
ファイルを一定に保つように簡便に制御できる光増幅器
を提供することにある。

【００３０】また、本発明の目的は、広く一般的な希土
類イオンが添加された増幅媒体を用いた光増幅器を用い
て利得プロファイルを一定に保つように制御する制御方
法を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面は、
希土類を添加した増幅媒体を用いる光増幅器において、
利得プロファイルを一定に保つように制御できる光増幅
器に関する。特に本発明の光増幅器は、一般の希土類イ
オンを１または複数添加した増幅媒体を用いる光増幅器
に関する。

【００３２】第１の実施形態によれば、本発明の光増幅
器は、増幅媒体としての希土類イオンをコアおよび／ま
たはクラッドに添加した希土類添加光ファイバまたは希
土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するための励起手
段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のス
ペクトル内の少なくとも１波長でレーザー発振させる光
共振器と、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少な
くとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増
幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの
所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも
１つの光パワーをモニタする監視手段、前記監視手段よ
り得られた値を基に前記励起手段を制御するための制御
部とを含む。

【００３３】また、第２の実施形態によれば、本発明の
光増幅器は、増幅媒体として希土類イオンをコアおよび
／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバまた
は希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するための励
起手段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光
を複数の発振波長でレーザー発振させる光共振器を含
む。

【００３４】本発明の第２の側面は、光増幅器の利得プ
ロファイルを一定に制御するための方法である。

【００３５】本発明の第１の実施形態の制御方法は、増
幅媒体としての希土類イオンをコアおよび／またはクラ
ッドに添加した希土類添加光ファイバまたは希土類添加
光導波路、該増幅媒体を励起するための励起手段、レー
ザー発振をさせる光共振器と、監視手段、前記監視手段
より得られた値を基に前記励起手段を制御するための制
御部とを含む光増幅器の利得プロファイルを一定に制御
する方法であって、光増幅器内で前記光共振器により増
幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じ
た増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも１
波長でレーザ発振を起こさせることと、前記監視手段に
より該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも
一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体
から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の
波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも１つの
光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基
に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源
の光量を制御することとを含む。

【００３６】本発明の第２の実施形態の制御方法は、増
幅媒体として希土類イオンをコアおよび／またはクラッ
ドに添加した希土類添加光ファイバまたは希土類添加光
導波路、該増幅媒体を励起するための励起手段、光共振
器を含む光増幅器の利得プロファイルを一定に制御する
方法であって、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然
放出光を複数の発振波長でレーザー発振させることを含
む。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の側面は、希土類を
添加した増幅媒体を用いる光増幅器において、利得プロ
ファイルを一定に保つように制御できる光増幅器に関す
る。

【００３８】本発明の第２の側面は、希土類を添加した
増幅媒体を用いる光増幅器の利得プロファイルを一定に
保つための制御方法に関する。

【００３９】本発明では、上述のように第１の実施形態
および第２の実施形態の光増幅器および制御方法があ
る。まず第１および第２の実施形態の原理について説明
する。

【００４０】まず、増幅に関与する準位が増幅終凖位と
増幅始凖位の２つの準位のみである希土類を添加した増
幅媒体を用いる場合についてその光増幅器と利得プロフ
ァイルを一定に制御する方法について説明する。このよ
うな増幅器には、増幅媒体として石英系ＥＤＦＡを用い
たものがある。

【００４１】石英系のエルビウム添加光ファイバ（ＥＤ
Ｆ）を増幅媒体とする光増幅器は、増幅に関与する準位
が増幅終凖位(^４Ｉ_１５／２）と増幅始凖位(^４Ｉ
_１３／２）の２つの準位であり、比較的簡単な系であ
る。

【００４２】このような増幅器は、例えば石英系ＥＤＦ
を増幅媒体とする光増幅器（石英系ＥＤＦＡ）は、石英
系ＥＤＦ、石英系ＥＤＦを励起するための励起手段、入
力信号光などをモニターするためのモニター手段、およ
びこのモニター手段からの情報を基に励起手段を制御す
るための制御部を少なくとも有する。

【００４３】図２（Ａ）は、石英系ＥＤＦを増幅媒体と
する光増幅器のＥｒ^３＋イオンのエネルギー凖位を示す
図である。この光増幅器では、増幅の終凖位(^４Ｉ
_１５／２）から増幅の始凖位(^４Ｉ_１３／２）へ励起す
る方法を用いて増幅を行っている。石英系ＥＤＦＡの利
得プロファイル一定制御の方法の一例は、１チャネル
（以下、ｃｈ．とも表記する。）の信号光の利得をモニ
タし、そのチャネルの利得が常に一定となるように励起
光パワーを制御するものである。

【００４４】以下にこの制御の原理を説明する。

【００４５】波長λにおけるエルビウム添加光ファイバ
増幅器の長手方向の位置ｘにおける単位長さあたりの利
得Gain（λ，ｘ）は、以下の式で表される（例えば、E.
Desurvire, "Erbium-Doped Fiber Amplifiers," A. Wi
ley-Interscience Publication, Chapter 1, 1994（非
特許文献４）参照)。

【００４６】Ｇａｉｎ（λ，ｘ）＝（σｅ（λ）Ｎ２（ｘ）−（σａ（λ）Ｎ１（ｘ））（ｅｑ１）

【００４７】

【数１】

【００４８】σｅ：誘導放出断面積 σａ：誘導吸収断面積Ｎ２（ｘ）：位置ｘでの増幅の始凖位(^４Ｉ_１３／２）
のイオン数Ｎ１（ｘ）：位置ｘでの増幅の終凖位(^４Ｉ_１５／２）
のイオン数Ｎｔｏｔａｌ：全イオン数

【００４９】ここで（ｅｑ１）、（ｅｑ２）式より、下
式を得る。

【００５０】Ｇａｉｎ（λ，ｘ）＝（σｅ（λ）Ｎ２（ｘ）−（σａ（λ）（Ｎｔｏｔａｌ−Ｎ２（ｘ））（ｅｑ３）

【００５１】（ｅｑ３）式から解るように、変数はＮ２
のみになる。

【００５２】ここで、誘導放出断面積および誘導吸収断
面積は、増幅媒体に添加される希土類イオンの物性で決
定しているため、利得スペクトルを固定するためにはＮ
２を固定すること、即ち増幅始準位と増幅終凖位のイオ
ン数を固定する必要がある。

【００５３】ＷＤＭ伝送などでは、伝送路の損失の経時
変化や信号チャネル数の変化により光増幅器への入力信
号光のパワーが変化する。このような変化は、石英系Ｅ
ＤＦＡでは、^４Ｉ_１３／２に存在するＥｒ^３＋の誘導放
出速度が変化することに繋がり、結果として、Ｎ２が変
化し、（ｅｑ３）から解るように利得スペクトルが変化
する。

【００５４】従って、石英系ＥＤＦを増幅媒体として用
いる光増幅器のように、増幅に関与する準位が２つであ
る場合には、任意の信号光波長をモニタし、この信号波
長での利得を一定に保つように励起光パワーを制御すれ
ば、光増幅器への入力パワーに関わらず（ｅｑ３）に基
づいて利得スペクトルは一定に保たれる。

【００５５】利得を一定に制御するための具体的手順
は、増幅用光ファイバの入力端および出力端で信号光を
分波して、それぞれの場所での信号光パワーを検出し、
その検出値から信号光の利得を算出し、算出された利得
値と設定値との誤差成分が零になるように励起光量を調
節する。これが石英系ＥＤＦを増幅用光ファイバとして
用いた光増幅器で利得プロファイルを一定に制御するた
め原理である。

【００５６】ところで、このように増幅メカニズムが増
幅始凖位と終凖位にいるイオンのみで記述できる系は非
常にまれである。たとえば、エルビウム添加光ファイバ
で前記と同じ誘導放出を利用する場合においても、光フ
ァイバを構成するホストガラスをフッ化物ガラスに変え
ただけでも、増幅の始凖位よりさらに高エネルギーの励
起凖位への遷移と、遷移した先の凖位での寿命が無視で
きなくなる。このような場合には、ある波長（例えば入
力信号光の１つの波長）での利得を一定に制御したとし
ても、利得プロファイルは一意的に決まらなくなる。こ
れは、増幅動作を記述するにあたり、増幅始凖位、増幅
終凖位およびそれ以外のイオン数を考慮する必要が生じ
たためである。即ち、例えばＴＤＦＡでは、総イオン数
が下記の（ｅｑ２’）により表され、上記（ｅｑ３）の
ように１つのパラメータ（Ｎ２）を考慮するのみでは不
十分となり、その他の準位のイオン数を考慮しなければ
ならなくなったためである。

【００５７】

【数２】

【００５８】３つの準位が増幅に大きく関与する希土類
添加光ファイバを用いる光増幅器には、ツリウム添加光
ファイバ（ＴＤＦ）を用いた光増幅器がある。この光増
幅器では、図２Ｂに示すように、４準位の光増幅器であ
るが、増幅に大きく関与する準位が３つ存在する。即
ち、ＴＤＦＡでは、増幅に大きく関与するエネルギー凖
位として、増幅の始凖位、終凖位および基底凖位が存在
する。従って、これらの準位を全て考慮する必要がある
ため、ＥＤＦＡでの議論のように１波長の利得をモニタ
ーし、これを一定にするように制御するだけでは前記３
つの凖位間のイオン数を一定に保つことはできない。

【００５９】図３は、ＷＤＭ信号を増幅する場合、ＴＤ
ＦＡにおいて光増幅器へ入射する波長λ_１の信号光のパ
ワーと、ＴＤＦＡより増幅されて出射された波長λ_１の
信号光のパワーより計算される利得を一定にするように
ＴＤＦＡの励起光量を調節した場合の、光増幅器の特性
を示す図である。

【００６０】図３中に示すａ〜ｃは、ＴＤＦＡへの全入
力信号パワーが低い場合をａ、中間の値の場合をｂ、高
い場合をｃとして、光増幅器の特性を示したものであ
る。この特性を評価した条件は、ＴＤＦＡのＴｍ^３＋添
加濃度が６０００ｐｐｍであり、励起波長が１４００ｎ
ｍであった。増幅用のＴｍ添加フッ化物光ファイバの励
起は、この光ファイバに対して前方向および後方向より
励起を行う双方向励起である。前方向励起光パワーと後
方向励起パワーの比は常に一定とした。図３より明らか
なように、単に一波長の利得を一定にしただけでは入力
信号光パワーの変化に対して利得プロファイルが変化す
る。このような現象は、共振器を用いた利得クランプを
使用する場合にも発生する。つまり、発振波長での利得
は常に一定となるが、それ以外の利得は一意に定まら
ず、利得プロファイルは一定にならない。

【００６１】このような増幅に大きく関与する準位が３
つ存在する増幅媒体を含む光増幅器を制御する方法とし
て次のような制御方法が提案されている。この制御方法
は、ＴＤＦＡ光増幅器に関するもので、２通りの方法が
ある。この制御方法の１つは、双方向励起のＴＤＦＡ光
増幅器で利用される。この制御方法では、２種類の信号
光の利得をモニタする。このモニタ情報に基づいて、増
幅用光ファイバの前方と後方の励起光のパワーの比を制
御することにより利得帯域を調節し、且つ、総励起光パ
ワーを制御することにより全体の利得を調節する方法で
ある。ＴＤＦＡでは、前方と後方の励起光のパワー比を
変化させると利得スペクトルが波長シフトするという現
象が発生する。

【００６２】また、ＴＤＦＡの第２の制御方法として、
２波長（１．４μｍ、１．５６μｍ）の励起光源の光量
を制御し、利得スペクトルを調節する方法がある（Won
JaeLee et al., "Gain excursion & tilt compensation
algorithm for TDFA using1.4 μm/1.5μm dual wavel
ength control"., OFC2002, ThZ3（非特許文献５）参
照）。

【００６３】上述のような実質的に増幅に関与する準位
が２つである増幅媒体を含む光増幅器を除き、希土類イ
オンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器の場合、励起
光源の光量の調節により一波長の利得を一定値に制御す
るのみでは、入力信号のレベルの変動や他の条件の変化
（例えば温度変化）に対して、利得プロファイルを一定
に制御することはできない。このため、このような系で
は基本的に２種類の信号波長での利得をモニタすること
が必要となり、複雑な制御をする必要があった。

【００６４】本発明の光増幅器および制御方法では、増
幅始凖位、増幅終凖位およびその他の凖位を考慮する必
要がある希土類を添加した増幅媒体を用いることができ
る。以下では、その他の準位が第３の準位のみである場
合について説明するが、本発明はこれに限定されず、さ
らに多くの準位が関与する場合も含む。

【００６５】本発明の光増幅器では、第３の準位が誘導
放出遷移に関与し、終凖位または第３の凖位が基底凖位
であるような増幅媒体を利用することができる。そし
て、本発明の制御方法は、これら３つの凖位のイオン数
を以下の（１）〜（４）方法で制御することによって、
簡便な利得プロファイル一定制御を実現する。（１）第１の方法この方法では、上述した３つの凖位のうち、誘導放出を
起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移に
より、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わ
せ、同時に、例えば波長多重された信号光のうちの任意
の信号光または増幅帯域内で別途に入力された任意の入
力信号光をモニタし、その波長について利得を一定に制
御する。（２）第２の方法この方法では、上述した３つの凖位のうち、誘導放出を
起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移に
より、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わ
せ、同時に光増幅器に入射される信号光の入射パワーと
レーザ発振光のパワーをモニタし、このパワーから得ら
れた値に基づいて利得プロファイルを一定に制御する。（３）第３の方法この方法では、上述した３つの凖位のうちの、誘導放出
を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移
により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わ
せ、同時に信号光の出射パワーとレーザ発振光のパワー
をモニタし、このパワーから得られた値に基づいて利得
プロファイルを一定に制御する。（４）第４の方法この方法は、信号光のモニタを行わない方法である。こ
の方法は、上述した３つの準位から選択される２つの準
位からなる、異なる２種類の遷移で２種類のレーザー発
振を行わせる。即ち、上述した３つの凖位のうち、誘導
放出を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での
第１の遷移により、光増幅器を含む光路中で第１のレー
ザ発振を行わせる。これと同時に、３つの凖位のうち、
第１の遷移に係わった凖位とは異なる組み合わせで、光
増幅器を含む光路中において第２のレーザ発振を行わせ
る。

【００６６】上述した第１〜第３の方法（第１の実施形
態）によれば、光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行
わせるので、レーザ発振に関与する２つの凖位のイオン
数が一定の関係を満たすようになる。この条件下で、さ
らに任意の光信号の利得若しくは入力光のパワー若しく
は出力光のパワーが所定の値となるように励起光の強度
を制御すれば、残った一つの凖位も含めて、３つの凖位
のイオン数を一意に定めることが可能となる。この結
果、利得プロファイルを一意的に固定することができ
る。

【００６７】上述した第４の方法（第２の実施形態）で
は、３つの凖位全てがレーザ発振に関与するので、３つ
の凖位のイオン数が一定の関係を満たすようになる。こ
こで、増幅媒体に添加された希土類イオンの総数が一定
であるという条件を課すことで、３つの凖位のイオン数
が一意に定まる。この結果、利得プロファイルを一意的
に固定することができる。

【００６８】本発明では、複数のレーザ発振を起こさせ
ることが可能である。

【００６９】上述のように、第１〜第３の方法では、本
発明では、光増幅器中でレーザ発振を行わせ、同時に任
意の信号光の利得をモニタすること、または、光増幅器
中でレーザ発振を行わせ、信号光とレーザ発振光との光
量をモニタすることにより利得プロファイルを一定に制
御することを特徴とする。上記第１〜第３の方法では、
具体的なモニタ信号として、以下の３つのものを使用す
ることができるが、これらは例示であり、本発明はこれ
らに限定されない。

【００７０】（Ｉ）入力された少なくとも一つの信号光
について、増幅媒体へ入力する信号光パワーを一部分岐
し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体より出
力される信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得ら
れた電気信号との比より算出される、前記信号光の利得
に比例した電気信号（以下、第１モニタ法という）。な
お、入力された少なくとも１つの信号光は、伝送される
信号光であってもよく、光増幅器にモニタ用信号として
別途入力される信号であってもよい。

【００７１】（ＩＩ）入力された全信号光パワーを一部
分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体入
力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐してこ
の光を光電変換して得られた電気信号（レーザ発振光の
パワーに比例した信号）との和または線形結合された電
気信号（以下、第２モニタ法という）。

【００７２】（ＩＩＩ）出力される全信号光パワーを一
部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体
出力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐して
この光を光電変換して得られた電気信号（レーザ発振光
のパワーに比例した信号）との和または線形結合された
電気信号（以下、第３モニタ法という）。

【００７３】モニタ信号を用いずに制御を行う方法（上
記第４の方法）の場合は、増幅媒体を含む光増幅器内で
２種類の光共振器により２種類のレーザ発振を行う。こ
の方法では、この２種類の光共振器でレーザ発振された
発振光の波長は、例えば、次の３種類から選ばれる。本
発明では特に、異なる２種類の波長を用いることができ
る。

【００７４】（Ａ）レーザ発振光の波長は、増幅始凖位
から増幅終凖位への誘導放出により発生する増幅された
自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる
（以下、第１光共振器という）。

【００７５】（Ｂ）レーザ発振光の波長は、増幅始凖位
から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自
然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる（以
下、第２光共振器という）。

【００７６】（Ｃ）レーザ発振光の波長は、増幅終凖位
から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自
然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる（以
下、第３光共振器という）。

【００７７】本発明の第１の実施形態によれば、上記原
理に従った第１の光増幅器が提供される。本発明の光増
幅器は、増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手
段、前記増幅媒体内で生じたＡＳＥのスペクトル内の少
なくとも１波長でレーザー発振させる光共振器と、該光
増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所
定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力
される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲
の光のパワーから選択される少なくとも１つの光パワー
をモニタする監視手段、前記監視手段より得られた値を
基に前記励起手段を制御するための制御部とを含む。

【００７８】第１の実施形態によれば、上記原理に従っ
た第１の制御方法が提供される。第１の制御方法には、
例えば、上記第１の実施形態の光増幅器を用いる方法が
含まれ、光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増
幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅され
た自然放出光のスペクトル内の少なくとも１波長でレー
ザ発振を起こさせることと、前記監視手段により該光増
幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定
の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力さ
れる光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の
光のパワーから選択される少なくとも１つの光パワーを
モニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制
御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制
御することとを含む。

【００７９】第２の実施形態によれば、上記原理に従っ
た第２の光増幅器が提供される。本発明の光増幅器は、
増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記
増幅媒体内で生じたＡＳＥを複数の発振波長でレーザー
発振させる光共振器を含む。

【００８０】上述したような発振波長を有する光共振器
を得るためには、光共振器中に求める波長を選択するた
めの光バンドパスフィルタ、またはこれと同等の波長選
択素子が必要である。また、光共振器の１周回における
レーザ発振波長での損失を調節するための何らかの手
段、たとえば可変光減衰器、固定光アッテネータ等が含
まれていることが好ましい。損失を調整する素子および
波長を調整する素子は、光共振器を構成する際に使用さ
れる光分岐手段（例えば、レーザ発振光を分離または合
波する手段）に機能として含ませることも可能である。

【００８１】第２の実施形態によれば、上記原理に従っ
た第２の制御方法が提供される。この制御方法には、例
えば、上記第２の形態の光増幅器を用いる方法が含ま
れ、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光を複
数の発振波長でレーザー発振させることが含まれる。

【００８２】第１の実施形態および第２の実施形態で
は、監視手段には、光バンドパスフィルタを含むことが
好ましい。また、第１および第２の実施形態には、上記
（１）〜（３）、（Ｉ）〜（ＩＩＩ）、および（Ａ）〜
（Ｃ）に従った方法、モニタ法、および共振器が含まれ
る。

【００８３】本発明では、増幅媒体に添加される希土類
イオンは、１種類であっても複数種類であってもよい。

【００８４】以下に図面を参照して本発明の光増幅器お
よび利得プロファイル一定制御の方法をさらに具体的に
説明するが、これらは例示であり、本発明はこれらに限
定されない。

【００８５】本発明の第１の実施形態は、光増幅器の出
力端と入力端との間でループを形成した光共振器を含む
光増幅器に関する。第１の実施形態の光増幅器の概略を
図４に示し、第２の実施形態の光増幅器の概略を図５に
示す。

【００８６】第１の実施形態の光増幅器４００（図４）
は、光共振器４０２、監視手段４０４と制御部４２０を
具備した光増幅器である。光共振器４０２は、増幅媒体
４１０と、これを励起する励起手段４１２と、光分岐手
段４１４，４１６と、波長選択素子４１８を具備する。
また、監視手段４０４は、該光増幅媒体に入力する光か
ら選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワ
ーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少
なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択さ
れる少なくとも１つの光パワーをモニタする。制御部４
２０は、監視手段から得られた値を基に励起手段４１２
を制御する。本実施形態では、監視手段４０４はモニタ
される光を制御部に入力するための光分岐手段４２６，
４２８を含む。

【００８７】増幅媒体４１０は、希土類元素イオンをコ
アおよび／またはクラッドに添加した希土類添加光ファ
イバを好適に用いることができる。特に本発明では、ツ
リウム添加光ファイバ、エルビウム添加光ファイバ、ホ
ルミウム添加光ファイバなどを使用することができる。
具体的には、増幅媒体としては、希土類イオンを添加し
た増幅用光ファイバを用いることができ、これは、ホス
トガラスとして石英ガラス、ビスマス系ガラス、非輻射
遷移の起こりにくいフッ化物系ガラスのＺＢＬＡＮガラ
ス、Ｉｎ−Ｐｂガラスまたはテルライトガラス等であ
る。希土類イオンは、いずれのイオンであってもよい
が、ツリウムイオン（Ｔｍ^３＋）、ホルミウムイオン
（Ｈｏ^３＋）、エルビウムイオン（Ｅｒ^３＋）が好まし
い。本発明では、これらのイオンの１種または複数種を
増幅媒体に添加することができる。

【００８８】励起手段４１２は、増幅媒体を励起するた
めの励起光源４２２、４２４、励起光源からの光を合波
するための合波器４３６，４３８を含む。この光源は、
希土類添加光ファイバの励起に一般に用いられるもので
ある。例えば、半導体ＬＤ、ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸
ＬＤなどが用いられる。具体的には、例えばＮｄ−ＹＬ
Ｆレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｔｉサファイアレーザ
などの固体レーザや半導体レーザまたはファイバレーザ
等がある。図４に示される光増幅器では、励起光は双方
向励起であるが、本発明はこれに限定されず、前方励起
および後方励起であってもよい。

【００８９】光分岐手段は、溶融延伸のファイバ型（分
岐型、波長分割多重型いずれも）誘電体多層膜、ファイ
バグレーティングまたはファイバグレーティングと組み
合わせたサーキュレータ等であり、入力信号および／ま
たはＡＳＥの一部を反射して取り出すためのデバイスで
ある。

【００９０】また、共振器系に含まれる波長選択素子に
は、誘電体多層膜、ファイバグレーティングなどの光フ
ィルタが含まれる。

【００９１】本発明では、光共振器には、可変光減衰器
などを導入することもできる。本発明では、光共振器
は、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失が一致した
ところで発振するが、可変光減衰器などを導入すること
により、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失の関係
を調整することができる。

【００９２】合波器は、励起光／信号光合波カップラの
ような通常の合波器を使用すればよい。

【００９３】監視手段４０４では、光分岐手段４２６，
４２８で分岐されたモニタされる光（以下モニタ信号と
も称する）（図４中の第１の信号および第２の信号）が
監視部４１９へ入力される。この監視部からの情報に基
づいて、制御部４２０が演算を施し、この値に基づいて
励起手段４１２が励起光の制御を行う。監視手段４０４
は、光分岐手段４２６，４２８で分岐されたモニタ信号
を電気信号に変換する光電変換器などを含んでいてもよ
い。光電変換器は、モニタ信号を電気信号に変換する。
本発明では、このモニタ信号または電気信号をモニタす
る。

【００９４】制御部４２０の例は、差分信号発生回路、
利得信号算出回路（わり算回路）、およびこれらの組み
合わせ、和信号発生回路と線形結合算出回路などであ
る。本発明では、監視手段および制御部は、以下の制御
を行うものを含む。

【００９５】（ｉ）前記監視手段が、少なくとも１つ
の信号光の入力および出力パワーをモニタし、前記制御
部が、前記監視手段より得られた値から信号光の利得を
算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される
値と一致するように前記励起手段を制御する。

【００９６】（ｉｉ）前記監視手段が、前記増幅媒体
の信号入力端における前記光共振器内のレーザ発振光お
よび増幅媒体に入射する信号光のパワーをモニタし、前
記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パ
ワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワ
ー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算
出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値
と一致するように前記励起手段を制御する。

【００９７】（ｉｉｉ）前記監視手段が、前記増幅媒
体の信号入力端において前記光共振器内のレーザ発振光
の一部と増幅媒体に入射する信号光の一部を同時に取り
出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記
監視手段より得られた値が予め定められた値若しくは外
部より入力される値と一致するように前記励起手段を制
御する。

【００９８】（ｉｖ）前記監視手段が、前記増幅媒体
の信号出力端における前記光共振器内のレーザ発振光お
よび増幅媒体から出射する信号光のパワーをモニタし、
前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光
パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パ
ワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を
算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される
値と一致するように前記励起手段を制御する。

【００９９】（ｖ）前記監視手段が、前記増幅媒体の
信号出力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一
部と増幅媒体から出射する信号光の一部を同時に取り出
して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監
視手段より得られた値が、予め定められた値若しくは外
部より入力される値と一致するように前記励起手段を制
御する。

【０１００】なお、第１の実施形態では、図４に示され
るようにアイソレータ４３０，４３２を設けることも好
ましい。

【０１０１】本実施形態において、光共振器を構成する
各部材および制御部などの任意の構成要素は、図４に示
される配置のみではなく、種々の配置をとることができ
る。

【０１０２】第１の実施形態の利得プロファイルを一定
に制御する方法では、光増幅器に入力される入力信号お
よび／または光増幅器内の増幅媒体で増幅された自然放
出光（ＡＳＥ）の一部を取り出し、これを発振させる。
また、モニタされる光（以下モニタ信号とも称する）
（図４中の第１の信号および第２の信号）が監視部４１
９へ入力される。この監視部からの情報に基づいて、制
御部４２０が演算を施し、この値に基づいて励起手段４
１２が励起光の制御を行う。本発明では、モニタ信号ま
たはモニタ信号を変換して得られる電気信号をモニタす
る。

【０１０３】本発明では、監視手段および制御部によ
り、上記（ｉ）〜（ｖ）の制御を行う。

【０１０４】以下に本発明の光増幅器を用いた制御方法
（本発明の光増幅器の動作）について具体的に説明す
る。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をする
が、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構
成などを用いることもできる。

【０１０５】まず、信号光は、図４中の左側より入射
し、光分岐素子４２６によりその一部が分岐される。分
岐された信号光は、第１の信号として監視部４１９に入
力される。第１の信号は、電気信号であることが好まし
い。従って、本実施形態では、分岐された信号光を電気
信号に変換する光電変換素子などにより、モニタ信号光
を電気信号に変換することが好ましい。光分岐素子４２
６を通過した信号光は、光分岐素子４１４、アイソレー
タ４３２、合波器４３６を通過して増幅媒体４１０に入
る。

【０１０６】励起光は、合波器４３６，４３８を介して
前方および後方から入射される。増幅された信号光はア
イソレータ４３０、光分岐素子４１６，４２８を通過し
た後に出力される。光分岐素子４２８は、出力信号光の
一部をモニタするために該信号光の一部を分岐するのも
のである。ここで分岐された光は第２の信号として監視
部４１９に入力される。第２の信号は、電気信号である
ことが好ましい。従って、本実施形態では、分岐された
信号光を電気信号に変換する光電変換素子などにより、
分岐された信号光を電気信号に変換することが好まし
い。

【０１０７】ここで、モニタする光は１チャネル以上の
波長数を有するＷＤＭ光、または、光増幅器に別途入力
される、増幅帯域の波長を有する光などである。本発明
では、上記（ｉ）〜（ｖ）に示される監視手段によりモ
ニタされる信号であることが好ましい。

【０１０８】第１の信号と第２の信号は監視部４１９を
経て制御部４２０に入力され、これらの入力信号の利得
などの値が求められ、その値が、予め設定された値と一
致するような励起光源の電流値を算出し、その電流値と
なるように励起光源４２２，４２４の光量を調整する。
本発明の制御部は、上記（ｉ）〜（ｖ）に記載の処理お
よび制御を行う。

【０１０９】アイソレータ４３０より出射される信号光
およびＡＳＥ光は、光分岐素子４１６によりその一部が
取り出され、波長選択素子４１８を介して、光分岐素子
４１４より再度増幅媒体４１０に注入される。本実施形
態では、少なくとも増幅媒体４１０、励起手段４１２、
光分岐素子４１４，４１６および波長選択素子を含むル
ープにより光共振器が形成される。

【０１１０】この光共振器の発振波長は、光分岐素子４
１４，４１６の分岐特性に波長依存性を持たせるか、ま
たは波長選択素子４１８の機能を使用するかのいずれ
か、または、これらの両方を同時に使用することで特定
される。光共振器は、この発振波長において、光共振器
の１周回の損失と増幅媒体４１０の利得が一致するとこ
ろで発振する。定常的に安定した発振が可能な場合、発
振する条件以上の励起光量を励起光源から注入しても、
波長選択素子などで選択された発振波長での増幅媒体４
１０の利得は変化しない。

【０１１１】以上のようにして、光増幅器内で光共振器
によりレーザ発振を起こさせ、上記（ｉ）〜（ｖ）に示
される監視手段によりモニタしながら利得プロファイル
が一定になるように励起光源の光量を調節する。

【０１１２】本発明の第２の実施形態は、複数の共振器
を具備した光増幅器およびその増幅器の利得プロファイ
ルを一定に制御する方法である。

【０１１３】第２の実施形態の光増幅器の概略を図５に
示す。図５は、２つの共振器を備えた光増幅器を表す。
以下では、この例に基づいて説明をする。本実施形態の
光増幅器５００は、第１の光共振器５０２および第２の
光共振器５０４を含む。第１の光共振器５０２は、増幅
媒体５１０と、これを励起する励起手段５１２と、光分
岐手段５１４，５１６と、波長選択素子５１８を具備す
る。第２の光共振器５０４は、増幅媒体５１０と、これ
を励起する励起手段５１２と、光分岐手段５２０，５２
２と、波長選択素子５２４を具備する。

【０１１４】励起手段５１２は、増幅媒体を励起するた
めの励起光源５２６、５２８、励起光源からの光を合波
するための合波器５３０，５３２を含む。図５に示され
る光増幅器では、励起光は双方向励起であるが、本発明
はこれに限定されず、前方励起および後方励起であって
もよい。

【０１１５】本実施形態では、図５に示すように、２つ
の光共振器が発信状態を維持できるように、発振判定回
路５３４を有してもよい。発振判定回路は、各光共振器
から発振光の一部を取り出すための光分岐素子５３６,
５３８と共に発振判定手段を形成する。発振判定回路５
３４へは、例えば、光分岐素子５３６,５３８により信
号光を取り出し、光電変換素子などを介して電気信号と
して信号が入力される。

【０１１６】また、本実施形態においても、光共振器に
は、可変光減衰器などを導入することもできる。本発明
では、光共振器は、増幅媒体の利得と共振系の１周回の
損失が一致したところで発振するが、可変光減衰器など
を導入することにより、増幅媒体の利得と共振系の１周
回の損失の関係を調整することができる。

【０１１７】第２の実施形態では、図５に示されるよう
にアイソレータ５４０，５４２を設けることも好まし
い。

【０１１８】なお、本実施形態において、光共振器を構
成する各部材および発振判定回路などの任意の構成要素
は、図５に示される配置のみではなく、種々の配置をと
ることができる。

【０１１９】本実施形態の各素子などは、先の第１の実
施形態で説明したものと同じものを使用することができ
る。

【０１２０】以下に本実施形態の光増幅器を用いた制御
方法（本発明の光増幅器の動作）について具体的に説明
する。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をす
るが、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の
構成などを用いることもできる。

【０１２１】信号光は、光分岐素子５１４，５２０とア
イソレータ５４０と合波器５３０を介して増幅媒体５１
０に入射する。増幅媒体５１０より出射した信号光は、
合波器５３２とアイソレータ５４２と光分岐素子５２
２，５１６を介して出射される。

【０１２２】本実施形態では、第１の共振器および第２
の共振器を発振状態に維持するために、発振判定回路を
有することが好ましい。光分岐素子５３８により、第１
の共振器内の光が分岐され、これがモニタ信号として発
振判定回路５３４に入力される。また、光分岐素子５３
６により、第２の共振器内の光が分岐され、これがモニ
タ信号として発振判定回路５３４入力される。モニタ信
号としての光は、光電変換素子などにより電気信号に変
換されることが好ましい。両者のモニタ信号により共に
２つの共振器が発振するように励起光源５２６，５２７
から出射される励起光源の光量が制御される。

【０１２３】また、上記第１および第２の実施形態で
は、監視手段に光バンドパスフィルタを含め、モニタ信
号をこれに通すことが好ましい。

【０１２４】以上述べた各実施形態の光増幅器では、特
に増幅媒体内での信号光の伝搬方向については規定して
いなかったが、光増幅器が以下の（ａ）〜（ｃ）の構成
を有し、信号光がこれらに示される伝搬方向をとること
ができる。

【０１２５】（ａ）増幅媒体の入力側または出力側の両
方、或いは、これらのどちらか一方に光アイソレータが
接続される。信号光は、増幅媒体内を一方向のみに伝搬
する（本明細書中で、シングルパスという）。

【０１２６】（ｂ）増幅媒体の一方に光サーキュレータ
が接続され、増幅媒体の他端には少なくとも信号光を反
射させるミラー機能を有するデバイスが接続される。信
号光は光サーキュレータを通過して増幅媒体中を進行
し、増幅される。次いで、信号光は、これを反射させる
ミラーにより折り返されて増幅媒体中を反対方向に進行
し、増幅される。増幅された信号光は、サーキュレータ
を通過して出射する（本明細書で、ダブルパスとい
う）。この場合、上記の第１モニタ法から第３モニタ法
について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を
取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位
置は、増幅媒体より見て光サーキュレータを介して設置
される信号出射ポートに各々設置しても良い。また、光
分岐手段を、光サーキュレータと増幅媒体との間に設置
することもできる。この場合、光分岐手段自体の持つ結
合動作の方向性により入力側モニタと出力側モニタとを
区別することができる。

【０１２７】（ｃ）増幅媒体の両方に光サーキュレータ
が接続される。２種類の進行方向の異なる信号光が同時
または時間的に分離された状態で増幅媒体中を互いに逆
方向に進行し、増幅される（以下、双方向光増幅器とい
う）。この場合、上記の第１モニタ法から第３モニタ法
について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を
取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位
置は、双方向の信号光のうち、どちらか一方の信号光を
規準にして増幅媒体の入力側と出力側に設置されればよ
い。具体的には、光分岐手段は、サーキュレータの外
側、サーキュレータと増幅媒体との間に設置することが
できる。

【０１２８】（実施例）以下、図面を参照して本発明の
実施例について説明する。（実施例１）本実施例は、本発明の第１の実施形態の例
であり、特に上記（１）に相当する光増幅器および制御
方法の例である。

【０１２９】図６は、本発明の光増幅器を説明するため
の構成図である。図６に示されるように、本発明の光増
幅器は、光共振器、監視手段、および制御部を含む。光
共振器は、増幅媒体１３０６、該増幅媒体を励起するた
めの励起光源１３１４，１３１７、波長選択素子１３０
５、可変光減衰器１３０７、波長選択素子および可変光
減衰器へ信号光の一部を分岐する光分岐素子、波長選択
素子および可変光減衰器からの信号光を合波するための
光分岐素子１３０２を含む。監視手段は、第１のモニタ
する信号光を分岐する光分岐素子１３０１、第２のモニ
タする信号光を分岐する光分岐素子１３１１、制御部１
３１６、および、第１および第２のモニタする信号光の
共通波長の光を通すための光バンドパスフィルタ１３１
２，１３２０と、これらのモニタする信号光を電気信号
に変換する光電変換回路１３１３，１３１９を含む。制
御部は、該励起光源を制御するための励起光駆動回路１
３１５，１３１８を含む。本実施例では、双方向励起の
例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起ま
たは後方励起であってもよい。

【０１３０】使用した増幅媒体１３０６は、Ｔｍイオン
を添加、ホストガラスとしてはフッ化物系ガラスの一種
であるＺＢＬＡＮガラスである。Ｔｍ^３＋の添加濃度は
６０００ｐｐｍとした。Ｔｍ添加ＺＢＬＡＮ系フッ化物
光ファイバの長さは５ｍとした。励起光源１３１４，１
３１７は、１４００から１４３０ｎｍまでの発振波長を
持つ半導体レーザを使用した。モニタする信号光を取り
出す部分の光分岐素子１３０１，１３１１は、誘電体多
層膜ミラーを使用し、入射信号光の１％を反射して取り
出す形式のデバイスである。

【０１３１】信号光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎ
ｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光バンドパスフィ
ルタ１３１２，１３２０は、中心波長１４８０ｎｍ、透
過帯域の半値全幅が０．８ｎｍのものを使用した。光電
変換回路１３１３，１３１９は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ
−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１３
０２，１３１０は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損
失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１６ｎｍでの分岐
比が９５％である。

【０１３２】波長選択素子１３０５は、誘電体多層膜を
使用したもので、透過帯域の中心波長が１５１３ｎｍ、
損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振
器１周回での１５１３〜１５１６ｎｍでの損失が１８ｄ
Ｂになるように可変光減衰器１３０７を調整した。可変
光減衰器は光増幅器で通常用いられるものである。

【０１３３】監視部１３１６は、第１のモニタ信号（本
実施例では第１の電気信号）と第２のモニタ信号（本実
施例では第２の電気信号）の比から信号光の利得を算出
するわり算回路などを含む。より具体的には、差分信号
を発生させる差分信号発生回路と利得信号算出回路（わ
り算回路）が含まれる。

【０１３４】以下、図６に示した構成に基づいて本発明
の光増幅器の動作について具体的に説明する。まず、信
号光は、図６中の左側より入射し、光分岐素子１３０１
によりその一部が分岐される。分岐されたモニタする信
号光は、光バンドパスフィルタ１３１２を介して光電変
換回路１３１３に入って第１の電気信号となる。光分岐
素子１３０１を通過した信号光は、光分岐素子１３０
２、アイソレータ１３０３、励起光／信号光合波カップ
ラ１３０４を通過して増幅媒体１３０６に入る。

【０１３５】励起光は、励起光／信号光合波カップラ１
３０８を介して後方向からも入射される。増幅された信
号光はアイソレータ１３０９、光分岐素子１３１０，１
３１１を通過した後に出力される。光分岐素子１３１１
は、出力信号光の一部をモニタするためのものであり、
光バンドパスフィルタ１３２０を介して光電変換回路１
３１９に入って第２の電気信号となる。

【０１３６】ここで、信号光は１チャネル以上の波長数
を有するＷＤＭ光である。２台の光バンドパスフィルタ
１３１２，１３２０の通過波長は同一であり、ＷＤＭ信
号光の特定の１チャネルの波長に合わせてある。

【０１３７】アイソレータ１３０９より出射される信号
光およびＡＳＥ光は、光分岐素子１３１０によりその一
部が取り出され、可変光減衰器１３０７と波長選択素子
１３０５を介して、光分岐素子１３０２より再度増幅媒
体１３０６に注入される。これにより光共振器が形成さ
れる。

【０１３８】この光共振器の発振波長は、光分岐素子１
３０２，１３１０の分岐特性に波長依存性を持たせる
か、または波長選択素子１３０５の機能を使用するかの
いずれか、或いは両方同時に使用することで特定の波長
が選ばれる。選択された発振波長では、光共振器は、光
共振器の１周回の損失と増幅媒体１３０６の利得が一致
するところで発振する。定常的に安定した発振が可能な
場合、発振する条件以上の励起光量を注入しても発振波
長での増幅媒体１３０６の利得は変化しない。

【０１３９】上述の、第１の電気信号と第２の電気信号
は、割り算回路１３１６により利得信号に変換される。
この利得信号により、予め設定された値と一致するよう
に励起光駆動回路１３１５，１３１８が調整され、励起
光源の光量が制御される。励起光は、励起光／信号光合
波カップラ１３０４，１３０８により増幅媒体に注入さ
れる。

【０１４０】図７は、光共振器を構成するための光分岐
素子の位置関係を説明するための図である。なお、図７
において、図６と同じ構成要素には、図６と同じ符号を
用いた。光共振器を構成するための光分岐素子１３０
２，１３１０の位置は、色々なケースがある。光共振器
は、光分岐素子１３０２と増幅媒体１３０６と光分岐素
子１３１０と可変光減衰器１３０７と波長選択素子１３
０５のループにより構成される。この場合、光分岐素子
１３０２，１３０１および励起光／信号光合波カップラ
１３０４の挿入位置は、光アイソレータ１３０３を挟ん
でＡ，Ｂの位置が可能である。

【０１４１】特に、励起波長での光アイソレータ１３０
３の通過損失が高い場合には、励起光／信号光合波カッ
プラ１３０４の挿入位置はＢが望ましい。Ａ，Ｂの範囲
で、各々の素子の挿入位置は、発振波長における各分岐
手段の損失、カップラの損失などにより適当な位置が決
められるが、その配置は必ずしも図６で示した位置に限
定されない。

【０１４２】同様に、光分岐素子１３１１，１３１０お
よび励起光／信号光合波カップラ１３１７の挿入位置
は、ＣおよびＤの位置が可能である。一般的には、光ア
イソレータ１３０９の光の逆方向阻止比は、広い波長域
で高いことが多いので、励起光／信号光合波カップラ１
３１７の挿入位置は、Ｃの位置が望ましい場合が多い。
光分岐素子１３１１，１３１０および励起光／信号光合
波カップラ１３１７に関しては、ＣおよびＤの範囲で、
発振波長における各分岐部の損失、カップラの損失など
により適当な位置を決めることができる。しかし、その
配置は必ずしも図６で示した位置に限定されない。

【０１４３】図８は、各入力信号レベルを変えた場合
の、利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした図
である。つまり、各入力信号レベルを−２５，−２０，
−１５，−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に設定し入力した場合の
利得スペクトルについて、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．での利
得スペクトルを規準として、入力が変わった際の利得ス
ペクトルを、規準スペクトルからのずれのうち最大の値
をプロットした図である。

【０１４４】励起光量は、光共振器が発振するしきい値
の約１．３倍とした。利得の評価は、−３５ｄＢｍの小
信号プローブ光をスキャンすることにより測定した。図
８中の点線は、モニタする信号光による利得の制御をか
けない場合の結果である。図８中の実線は、１４８０ｎ
ｍの信号光をモニタし制御回路を働かせて、１４８０ｎ
ｍでの利得が一定になるように制御を行った場合の値を
プロットしたものである。図８より、制御をかけること
により利得プロファイルが一定となることが明らかとな
った。

【０１４５】（実施例２）本実施例は、上記（１）で表
される光増幅器の例である。図９は、本発明の光増幅器
の第２実施例を説明するための構成図である。本実施例
は、ダブルパスの構成を用いた光増幅器の例であり、特
に、反射型の光増幅器の例である。

【０１４６】本実施例の光共振器は、実施例１と同様の
構成を有する。本実施例では、光共振器の入力端にサー
キュレータ１５０３が設けられ、光共振器の出力側にミ
ラー１５０８を設ける。本実施例の光増幅器の監視手段
は、図９に示されるように、第２の信号光を取り出す光
分岐素子１５０２が、増幅された出力信号を取り出すサ
ーキュレータ１５０３の出力端側に設けられることを除
いて実施例１と同様である。本実施例では、双方向励起
の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起
または後方励起であってもよい。

【０１４７】図９において、増幅媒体１５２６には、Ｔ
ｍ^３＋を２０００ｐｐｍの濃度で添加したＩｎ系フッ化
物光ファイバを使用した。光ファイバ長は２０ｍであ
る。励起光源は、１０３０ｎｍで発振するＩｎＧａＡｓ
歪み量子井戸ＬＤを使用した。本実施例の光増幅器は、
モニタする信号光を取り出すために、第１の電気信号を
取り出すための構成と、第２の電気信号を取り出すため
の構成を含む。第１の電気信号を取り出すための構成
は、光分岐素子１５０１、光バンドパスフィルタ１５１
７および光電変換回路１５１９を含む。第２の電気信号
を取り出すための構成は、光分岐素子１５０２、光バン
ドパスフィルタ１５１８および光電変換回路１５２０を
含む。

【０１４８】光分岐素子１５０１，１５０２は、誘電体
多層膜ミラーを使用し、入射信号光の１％を反射して取
り出す形式のデバイスである。

【０１４９】信号光は、１４６０ｎｍから１４９０ｎ
ｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光バンドパスフィ
ルタ１５１７，１５１８は、中心波長１４６０ｎｍ、透
過帯域の半値全幅が０．８ｎｍのものを使用した。光電
変換回路１５１９，１５２０は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ
−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１５
０４，１５０７は、１４６０〜１４９０ｎｍでの通過損
失が０．２ｄＢ以下、１４９３〜１４９６ｎｍでの分岐
比が９５％である。

【０１５０】波長選択素子１５１０は、誘電体多層膜を
使用したものであり、透過帯の中心波長が１４９３ｎ
ｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光
共振器１周回での１４９３〜１４９６ｎｍの波長帯にお
ける損失が、２０ｄＢになるように可変光減衰器１５１
１を調整した。

【０１５１】以下、図９に示した構成に基づいて本発明
の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐素
子１５０１を通過した信号光は、サーキュレータ１５０
３を介して増幅媒体１５２６に入り、ミラー１５０８で
反射されて、再度増幅媒体１５２６を通過し、サーキュ
レータ１５０３を介して光分岐素子１５０２側に出射さ
れる。

【０１５２】ここで、光分岐素子１５０１，１５０２
は、モニタする信号光として一部の信号光を分岐する。
分岐されたモニタする信号光は、同一の通過波長を有す
る光バンドパスフィルタ１５１７，１５１８を介して、
必要な信号光成分のみを取り出し、各々光電変換回路１
５１９，１５２０に入射して、電気信号に変換される。
第１および第２の電気信号は、割り算回路１５１６によ
り利得信号として取り出される。この利得信号により、
設定値と一致するように励起光駆動回路１５１４，１５
１５が制御され、励起光源１５１２，１５１３の励起光
量が制御される。励起光は、励起光／信号光合波カップ
ラ１５０５，１５０６により増幅媒体に注入される。

【０１５３】光共振器は、光分岐素子１５０４，１５０
７と波長選択素子１５１０と可変光減衰器１５１１と増
幅媒体１５２６よりなるループにより構成される。ここ
で、光分岐素子１５０４から、波長選択素子１５１０と
可変光減衰器１５１１を経て光分岐素子１５０７を結ぶ
光路部分にアイソレータを付加し、光共振器内の発振光
の進行方向を規定することも可能である。このアイソレ
ータの有無に関わらず、レーザ発振を起こしている光の
波長における増幅媒体の利得は光共振器の１周回の損失
により固定され、取り出された波長におけるモニタする
信号光の利得は割り算回路１５１６を用いた電気的なフ
ィードバック系により固定されることから、増幅器とし
ての利得プロファイルは一意的に決定される。

【０１５４】図１０は、ダブルパスの構成を用いた場合
の光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。モ
ニタ手段、光共振器、および励起手段を構成する各光分
岐素子の挿入位置は、図９に示した以外にも色々な位置
が可能である。なお、図１０において、図９と同じ構成
要素には、図９と同じ符号を用いた。

【０１５５】入射信号光のモニタ回路（光分岐素子１５
０１と光バンドパスフィルタ１５１７と光電変換回路１
５１９の組み合わせ）と、出射信号光のモニタ回路（光
分岐素子１５０２と光バンドパスフィルタ１５１８と光
電変換回路１５２０の組み合わせ）と、励起光の回路
（励起光／信号光合波カップラ１５０５と励起光源１５
１２、励起光／信号光合波カップラ１５０６と励起光源
１５１３の組み合わせ）と、光共振器（光分岐素子１５
０４，１５０７と可変光減衰器１５１１と波長選択素子
１５１０との組み合わせ）との相互の位置関係について
説明する。

【０１５６】光分岐素子１５０１，１５０２が光方向性
結合器の場合、光分岐素子１５０１はＡおよびＢの位置
が可能であり、光分岐素子１５０２はＤおよびＢの位置
が可能である。一方、光分岐素子１５０４および光分岐
素子１５０７は、それぞれＡとＤ、ＢとＣ、ＡとＣ、Ｄ
とＣの組み合わせが可能である。一方、励起光／信号光
合波カップラ１５０６はＣの位置が望ましい。励起光／
信号光合波カップラ１５０５は、励起波長でのサーキュ
レータ１５０３の順方向損失、または逆方向損失が十分
低ければＡ，Ｄの位置が可能であるが、Ｂの位置が望ま
しい。Ａ〜Ｄの各領域内での、個々のデバイスの相互の
位置関係は、各々のデバイスの光学特性を考慮さえすれ
ば自由に設定できる。

【０１５７】図１１は、各入力信号レベルを−２５から
−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた際に、−２５ｄＢｍ
／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準として入力を変
えた場合の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値
をプロットした図である。点線は、モニタする信号光の
波長で利得制御をかけない場合の特性であり、実線は利
得制御をかけた場合の特性である。図１１より、制御を
かけることにより利得プロファイルが一定となることが
明らかとなった。

【０１５８】（実施例３）本実施例は、上記（１）で表
される光増幅器の例である。図１２は、本発明の光増幅
器の第３実施例を説明するための構成図であり、双方向
光増幅器の例である。本実施例では、光共振器、監視手
段、および制御部は実施例１と同じ構造を有する。本実
施例では、図１２に示されるように、光共振器の両端に
サーキュレータ１７０２、１７０７を設け、第１の入力
信号と第２の入力信号が光共振器に対向して入力され
る。なお、図１２では、双方向励起の例を示したが、本
発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であ
ってもよい。

【０１５９】増幅媒体１７２６には、Ｔｍ^３＋を２００
０ｐｐｍの濃度で添加したテルライト系光ファイバを使
用した。光ファイバ長は２０ｍである。励起光源１７１
５は、１４００ｎｍで発振するＬＤを使用し、励起光源
１７１７は、１４００ｎｍで発振するＬＤと１６００ｎ
ｍで発振するＬＤから発生される光を合成して使用し
た。

【０１６０】本実施例は、モニタする信号光を使用して
利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路１７
１６、１７１８を使用して励起光源を制御して利得プロ
ファイルを一定に制御する。これらのうち、励起光駆動
回路１７１８につながる１４００ｎｍおよび１６００ｎ
ｍで発振する２台のＬＤにフィードバックをかけ、これ
らの励起光源を制御した。モニタする信号光の取り出し
は、光分岐素子１７０１，１７０８により行われ、これ
らには、融着延伸型のファイバカップラを使用した。こ
の光分岐素子は、入射信号光の１％を反射し取り出す形
式のデバイスである。

【０１６１】信号光には、１４８０ｎｍから１５１０ｎ
ｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。

【０１６２】光バンドパスフィルタ１７１１，１７１３
は、中心波長１５１０ｎｍ、透過帯域の半値全幅が０．
８ｎｍのものを使用した。光電変換回路１７１２，１７
１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共
振器を構成する光分岐素子１７０３，１７０６は、１４
８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１
４７４〜１４７７ｎｍでの分岐比が９５％である。

【０１６３】波長選択素子１７０９は、誘電体多層膜を
使用したもので、透過帯の中心波長が１４７６ｎｍ、損
失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振
器１周回での１４７４〜１４７７ｎｍでの損失は２０ｄ
Ｂになるように可変光減衰器１７１０を調整した。

【０１６４】入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ
／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、
−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準と
した。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の
偏差の最大値は、１５１０ｎｍで観測され、その値は、
利得制御をかけない場合７ｄＢであるのに対し、利得制
御をかけた場合は０．３ｄＢであった。

【０１６５】以下、図１２に示した構成に基づいて本発
明の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐
素子１７０１を通過した信号光は、サーキュレータ１７
０２を介して増幅媒体１７２６に入る。即ち信号光は、
光分岐素子１７０３と励起光／信号光合波カップラ１７
０４を通過して増幅媒体１７２６中に入り増幅される。
後方向励起光は、励起光／信号光合波カップラ１７０５
により合波される。

【０１６６】増幅された信号光は、光分岐素子１７０
６、サーキュレータ１７０７を通過し、光分岐素子１７
０８を介して取り出される。入射された信号光の一部
は、光分岐素子１７０１と光バンドパスフィルタ１７１
１と光電変換回路１７１２により電気信号に変換され、
出射された信号光の一部は、光分岐素子１７０８と光バ
ンドパスフィルタ１７１３と光電変換回路１７１４によ
り電気信号に変換される。

【０１６７】各々電気信号は、割り算回路１７２０によ
り利得信号に変化される。この利得信号により、予め設
定された値に一致するように、励起光駆動回路１７１
６，１７１８を介して励起光源７１５，７１７からの励
起光量が調整される。このように、入射された信号光の
うち、モニタする信号光の波長における利得は、電気的
なフィードバックにより制御される。

【０１６８】一方、光共振器は、光分岐素子１７０３，
１７０６と波長選択素子１７０９と可変光減衰器１７１
０と増幅媒体１７２６よりなるループにより構成され
る。

【０１６９】ここで、光分岐素子１７０３から、波長選
択素子１７０９と可変光減衰器１７１０を経て光分岐素
子１７０６を結ぶ光路内にアイソレータを付加し、光共
振器内の発振光の進行方向を規定することも可能であ
る。このアイソレータの有無に関わらず、レーザ発振を
起こしている光の波長での増幅媒体の利得は、光共振器
の１周回の損失により固定され、モニタする信号光の波
長における利得は割り算回路１７２０を用いた電気的な
フィードバック系により固定されることから、増幅器と
しての利得プロファイルは一意的に決定される。

【０１７０】図１３は、図１２に示した構成においてモ
ニタ手段、光共振器および励起手段を構成する各光分岐
素子の挿入位置を説明するための図である。モニタおよ
び光共振器を構成する各光分岐素子の挿入位置は、図１
２に示した以外にも色々な位置が可能である。なお、図
１３において、図１２と同じ構成要素には、図１２と同
じ符号を用いた。

【０１７１】入射信号光のモニタ回路（光分岐素子１７
０１と光バンドパスフィルタ１７１１と光電変換回路１
７１２の組み合わせ）と、出射信号光のモニタ回路（光
分岐素子１７０８と光バンドパスフィルタ１７１３と光
電変換回路１７１４の組み合わせ）と、励起光の回路
（励起光／信号光合波カップラ１７０４と励起光源１７
１５、励起光／信号光合波カップラ１７０５と励起光源
１７１７との組み合わせ）と、光共振器（光分岐素子１
７０３，１７０６と可変光減衰器１７１０と波長選択素
子１７０９との組み合わせ）との相互の位置関係につい
て説明する。

【０１７２】光分岐素子１７０１はＡまたはＢの位置が
可能である。光分岐素子１７０８は、Ｃ或いはＤの位置
が可能である。一方、光分岐素子１７０３と光分岐素子
１７０６は、それぞれ、ＡとＤ、ＢとＣ、ＡとＣ、およ
びＢとＣの組み合わせが可能である。一方、励起光／信
号光合波カップラ１７０４はＡまたはＢの位置であり、
Ｂの位置が好ましく、励起光／信号光合波カップラ１７
０５はＣまたはＥの位置であり、Ｃの位置が好ましい。
Ａ〜Ｅの各領域内での個々のデバイスの相互位置は、各
々のデバイスの光学特性を考慮さえすれば自由に設定で
きる。

【０１７３】（実施例４）本実施例は、上記（２）で表
される光増幅器の例である。図１４は、本発明の光増幅
器の第４実施例を説明するための構成図であり、シング
ルパスの構成を示す図である。本実施例の光増幅器は、
実施例１と同様の構成を有する光共振器と、増幅媒体の
入力端における、信号入力の全パワーと共振器の発振を
起こしている光のパワーの和をモニタする監視手段、お
よび励起光源を制御する制御部を有する。監視手段は、
信号入力光および光共振器の発振を起こしている光を取
り出すための光分岐素子１９０２、これらの光のパワー
を電気信号に変換する光電変換回路１９１０、この電気
信号から励起光駆動回路１９１２，１９１４へ信号を送
るための監視部（例えば差分信号発生回路）１９１５を
含む。制御部は、励起光源１９１１，１９１３を制御す
るための励起光駆動回路１９１２，１９１４を具備す
る。

【０１７４】増幅媒体１９１６には、Ｅｒを２０００ｐ
ｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用
した。光ファイバ長は７ｍである。

【０１７５】励起光源１９１１，１９１３には、９８０
ｎｍで発振するＬＤを互いに偏波が直交するように配置
した偏波多重型励起ユニットを用いた。本実施例は、モ
ニタ信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視
し、励起光駆動回路１９１２、１９１４を使用して励起
光源を制御することにより利得プロファイルを一定にす
る。本実施例の制御では、全ＬＤ（励起光源）にフィー
ドバック制御をかけたが、励起光／信号光合波カップラ
１９０４からの励起光量に対し、励起光／信号光合波カ
ップラ１９０５からの励起光量が常に１．４倍になるよ
うにした。

【０１７６】モニタ信号光を取り出す部分は、光分岐素
子１９０２、光電変換回路１９１０で構成される。光分
岐素子１９０２は、誘電体多層膜をフィルタとして使用
したパルク型のカップラであり、９００〜１００ｎｍお
よび２５００〜３０００ｎｍでの分岐比が１％である。
信号光は、２６００から２６３０ｎｍで２ｎｍ間隔の１
６波を使用した。光電変換回路１９１０はＰＩＮ−ＰＤ
を使用した。

【０１７７】光共振器を構成する光分岐素子１９０１，
１９０７は、２６００〜２６３０ｎｍでの通過損失が
０．２ｄＢ以下、２６１０〜２６５０ｎｍで分岐比が９
５％である。波長選択素子１９０８は誘電体多層膜を使
用したもので、透過帯の中心波長が２６３０ｎｍ、損失
０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器で
は、１周回での２６１０〜２６５０ｎｍでの損失が２０
ｄＢになるように可変光減衰器１９０９を調整した。

【０１７８】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合５ｄＢで
あるのに対し、利得制御をかけた場合は０．２ｄＢであ
った。

【０１７９】以下、図１４に示した構成に基づいて本発
明の光増幅器の動作について具体的に説明する。この実
施例においても、シングルパスの構成、ダブルパスの構
成、双方向光増幅器の構成は当てはまる。

【０１８０】本実施例の光増幅器は、光共振器と、第２
モニタ法とを同時に使用する。特に、本実施例では、第
２モニタ法において、全信号光を一部分岐する光分岐素
子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入力端での光を
一部分岐する光分岐素子とを一つの光分岐デバイスによ
り行うことを特徴とする。分岐された全信号光のパワー
とレーザ発振光のパワーに基づいて、これらの光が同時
に導入される一つの光電変換素子に入射されて電気信号
に変えられる。

【０１８１】この電気信号とあらかじめ設定されている
レベルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回
路を調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した
実施例と同じである。また、使用する光学素子について
も上述した実施例で説明したものと同一である。

【０１８２】信号光は、光分岐素子１９０１，１９０２
とアイソレータ１９０３と励起光／信号光合波カップラ
１９０４を介して増幅媒体に入射し、増幅媒体内で増幅
された信号光は、励起光／信号光合波カップラ１９０５
とアイソレータ１９０６と光分岐素子１９０７を介して
出射する。光共振器は、光分岐素子１９０１，１９０７
と波長選択素子１９０８と可変光減衰器１９０９と増幅
媒体１９１６よりなるループにより構成される。

【０１８３】光分岐素子１９０２は、光共振器内の発振
光と全入射信号光を各々規定の比率で取り出す機能を有
しており、取り出されたモニタ信号光は、光電変換回路
１９１０により電気信号に変換される。この電気信号
は、増幅媒体１９１６に入射する光の量に比例した信号
レベルとなっており、このレベルが予め定められたレベ
ルと比較さる。比較された信号レベルは、その差分信号
を発生する差分信号発生回路１９１５により差分信号と
して出力され、この差分信号により励起光駆動回路およ
び励起光源がフィードバック制御される。

【０１８４】この制御により、増幅媒体１９１６の入射
端に入る光は、予め定められた値または外部より設定さ
れた値に常に一致する。なお、各光分岐手段の挿入位置
は自由度があることは言うまでもない。なお、１９１
２，１９１４は励起光駆動回路を示している。

【０１８５】（実施例５）図１５は、本発明の光増幅器
の第５実施例を説明するための構成図であり、シングル
パスの構成を示す例である。

【０１８６】本実施例は、図１５に示されるように、共
振器の入力端側で第１のモニタする信号光を取り出すた
めの光分岐素子２００２と、これから取り出されたモニ
タする信号光を電気信号に変換するための光電変換回路
２０１２を含むモニタする信号光を取り出す部分と、光
共振器内の可変光減衰器２０１０と光分岐素子２００７
の間にアイソレータ２０１１を有することを除いて、実
施例４と同じ構成を有する。

【０１８７】増幅媒体２０２６には、Ｔｍ^３＋を６００
０ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを
使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２０１
４，２０１６は１４００ｎｍで発振するＬＤである。

【０１８８】本実施例は、モニタする信号光を使用して
利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路２０
１５、２０１７を使用して励起光源を制御することによ
り利得プロファイルを一定にする。本実施例の制御で
は、励起光駆動回路２０１５，２０１７につながる１４
００ｎｍで発振する全てのＬＤにフィードバック制御を
かけた。但し、励起光／信号光合波カップラ２００５か
らの励起光量をＰ１とし、励起光／信号光合波カップラ
２００６からの励起光量をＰ２とした場合、以下の式に
従うように互いの光量の関係を制御した。

【０１８９】Ｐ２（ｍＷ）＝４００ｔＰ１（ｍＷ）＝１００ｔ＋３００但しｔは０から１の実数

【０１９０】モニタする信号を取り出す部分の光分岐素
子２００２，モニタ信号取り出し部分の２００４には、
融着延伸型のファイバカップラを使用した。これは、１
４７０〜１５３０ｎｍでほぼ一定で１％の分岐比をもつ
融着延伸型カップラである。但し、光分岐素子２００２
は、図１５中の左から右の方向に伝搬する光のみを分岐
し、光分岐素子１００４は、図１５中の右から左の方向
に伝搬する光のみを分岐する。信号光は、１４８０ｎｍ
から１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。

【０１９１】光電変換回路２０１２，２０１３は、Ｉｎ
ＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成す
る光分岐素子２００３，２００７は、１４８０〜１５１
０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５
１７ｎｍでの分岐比が９５％である。

【０１９２】波長選択素子２００９は、誘電体多層膜を
使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５ｎ
ｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。
光共振器は、１周回での１５１５ｎｍでの損失が１７ｄ
Ｂになるように可変光減衰器２０１０で調整される。

【０１９３】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、１５１５ｎｍにおいて、利得制御
をかけない場合６ｄＢであるのに対し、利得制御をかけ
た場合は０．３ｄＢであった。なお、図中符号２００
１，２００８，２０１１は光アイソレータを示してい
る。

【０１９４】以下、図１５に示した構成に基づいて本発
明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施
例は、上記第２モニタ法において、全信号光を一部分岐
する光分岐素子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入
力端での光を一部分岐する光分岐素子とが別々のもので
あり、これらを使用することによりそれぞれの光が、そ
れぞれ別の光電変換素子に入射されて、それぞれの光の
パワーに対応した各々独立の電気信号に変えられる。得
られた電気信号は、何らかの電気的手段により両者の線
形結合または和の成分となる電気信号に変換され、これ
を取り出し、電気信号とあらかじめ設定されているレベ
ルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回路を
調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した実施
例と同じである。また、使用する光学素子についても上
述した実施例で説明したものと同一である。

【０１９５】信号光は、アイソレータ２００１と光分岐
素子２００２，２００３と励起光／信号光合波カップラ
２００５を介して増幅媒体２０２６に入射される。増幅
媒体２０２６内で増幅された信号光は、励起光／信号光
合波カップラ２００６と光分岐素子２００７とアイソレ
ータ２００８を介して取り出される。

【０１９６】光共振器は、光分岐素子２００３，２００
７と波長選択素子２００９と可変光減衰器２０１０とア
イソレータ２０１１と増幅媒体２０２６よりなるループ
により構成される。光分岐素子２００２，２００４は、
共に方向性結合器として動作する。このために光分岐素
子２００４は、信号光とは反対方向に進行する光共振器
内のレーザ発振光のみを分岐し取り出す。

【０１９７】光分岐素子２００２，２００４より取り出
された、入射信号光に対応するモニタする信号光、モニ
タ信号光と、レーザ発振光に対応するモニタ光は、各々
光電変換回路２０１２，２０１３により電気信号に変換
され、和信号発生回路２０１８において両者の足し算が
おこなわれ、同時に外部設定レベルと和成分との比較が
おこなわれ両者の差分信号が出力される。

【０１９８】励起光駆動回路２０１５，２０１７および
励起光源２０１４，２０１６では、差分信号が零になる
ようにフィードバック制御される。なお、各光分岐素子
の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。

【０１９９】（実施例６）本実施例は、上記（３）で表
される光増幅器の例である。

【０２００】図１６は、本発明の光増幅器の第６実施例
を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を
示す例である。

【０２０１】本実施例では、増幅媒体の入力端におけ
る、信号入力の全パワーと共振器の発振を起こしている
光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視
手段および制御部に代えて、増幅媒体の出力端におけ
る、信号出力の全パワーと共振器の発振を起こしている
光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視
手段および制御部が、図１６に示されるように、アイソ
レータ２１０５と光分岐素子２１０７の間に設けられて
いることを除いて、実施例４と同じ構成を有する。

【０２０２】増幅媒体２１１６としては、Ｔｍ^３＋を６
０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイ
バを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２
１１０，２１１２は１４００ｎｍで発振するＬＤであ
る。

【０２０３】本実施例は、モニタ信号光を使用して利得
プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路２１１
１、２１１３を使用して励起光源を制御することにより
利得プロファイルを一定にする。

【０２０４】本実施例の制御では、励起光駆動回路２１
１１，１１１３につながる１４００ｎｍで発振する全て
のＬＤにフィードバック制御をかけた。但し、励起光／
信号光合波カップラ２１０３からの励起光量をＰ１と
し、励起光／信号光合波カップラ２１０４からの励起光
量をＰ２とした場合、以下の式に従うように互いの光量
の関係を制御した。

【０２０５】Ｐ１（ｍＷ）＝２×Ｐ２（ｍＷ）

【０２０６】モニタ信号光取り出し部の光分岐素子２１
０６には、融着延伸型のファイバカップラを使用する。
これは、１４７０〜１５３０ｎｍでほぼ一定で１％の分
岐比をもつ融着延伸型カップラである。信号光は、１４
８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用
した。光電変換回路２１１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ
−ＰＤを使用した。

【０２０７】光共振器を構成する光分岐素子２１０１，
２１０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が
０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１７ｎｍでの分岐比が
９５％である。波長選択素子２１０８は、誘電体多層膜
を使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５ｎ
ｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光
共振器では、１周回での１５１５ｎｍにおける損失は１
７ｄＢになるように可変光減衰器２１０９が調整され
た。

【０２０８】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、１５１５ｎｍにおいて、利得制御
をかけない場合６ｄＢであるのに対し、利得制御をかけ
た場合は０．３ｄＢであった。

【０２０９】以下、図１６に示した構成に基づいて本発
明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施
例では光共振器と、上記第３モニタ法とを同時に使用す
る。

【０２１０】信号光は、光分岐素子２１０１とアイソレ
ータ２１０２と励起光／信号光合波カップラ２１０３を
介して増幅媒体に入射される。増幅された信号光は、励
起光／信号光合波カップラ２１０４とアイソレータ２１
０５と光分岐素子２１０６，２１０７を介して取り出さ
れる。

【０２１１】光共振器は、光分岐素子２１０１，２１０
７と波長選択素子２１０８と可変光減衰器２１０９と増
幅媒体２１１６よりなるループにより構成される。光分
岐素子２１０６は、光方向性結合器としては動作しない
形式の分岐素子であり、全信号光とレーザ発振光とを同
時にある比率でモニタ成分として分岐する。光分岐素子
２１０６より取り出されたモニタ信号光は、光電変換回
路２１１４により、モニタ信号光のパワーに対応した電
気信号に変換され、差分信号発生回路２１１５により外
部設定レベルとモニタ成分との比較がおこなわれ両者の
差分信号が出力される。

【０２１２】励起光駆動回路２１１１，２１１３および
励起光源２１１０，２１１２では、差分信号が零になる
ようにフィードバック制御される。なお、各光分岐手段
の挿入位置は、自由度があることは言うまでもない。ま
た、光分岐素子を、レーザ発振成分と増幅された信号成
分に対して各々別々に用意することも可能である。

【０２１３】（実施例７）本実施例は、上記（４）で表
される光増幅器の例である。図１７は、本発明の光増幅
器の第７実施例を説明するための構成図であり、シング
ルパスの構成を示す例である。

【０２１４】本実施例は、２つの光共振器により光増幅
器の利得プロファイルを一定に制御する。本実施例で
は、２つの共振器に同じ光ファイバを使用するため、両
共振器での増幅媒体の希土類イオンの濃度は同じであ
る。従って、上記（４）のような２つの共振器を用いて
利得プロファイルを一定に制御するために求められる、
共振器内の増幅媒体の希土類イオンの総数が一定である
という条件は満たされる。

【０２１５】増幅媒体２２２６としては、Ｔｍ^３＋を６
０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイ
バを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２
２１７，２２１９は１４００ｎｍで発振するＬＤであ
る。本発明の制御では、励起光駆動回路２２１８，２２
２０につながる１４００ｎｍで発振する全てのＬＤにフ
ィードバック制御をかけた。

【０２１６】第１の光共振器を構成する光分岐素子２２
０１，２２０８は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損
失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１７ｎｍでの分岐
比が９５％である。波長選択素子２２０９は誘電体多層
膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５
ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍであ
る。光共振器は、１周回での１５１５ｎｍにおける損失
が１７ｄＢになるように可変光減衰器２２１２が調整さ
れた。

【０２１７】第２の光共振器を構成する光分岐素子２２
０２，２２０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損
失が０．２ｄＢ以下、１６００〜１８００ｎｍでの分岐
比が９５％である。波長選択素子２２１０は誘電体多層
膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１７００
ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍであ
る。光共振器は、１周回での１７００ｎｍにおける損失
が１６ｄＢになるように可変光減衰器１２１３が調整さ
れた。

【０２１８】本実施例では、２つの光共振器が常に発振
状態となるための制御部分を有する。該制御部分はモニ
ター信号光取り出し部を有する。モニタ信号光取り出し
部は、光分岐素子２２１５，２２１１と、光電変換回路
２２１４，２２１６を含む。光分岐素子２２１５，２２
１１は、融着延伸型のファイバカップラを使用し、１４
７０〜１７５０ｎｍでほぼ一定で１％の分岐比をもつ融
着延伸型カップラである。光電変換回路２２１６，２２
１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。信号
光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１
６波を使用した。

【０２１９】光電変換回路２２１４，２２１６での電気
信号を用いて、第１の光共振器および第２の光共振器が
常に発振状態になるように発振判定回路２２２１を用い
て励起光源をフィードバック制御した。

【０２２０】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、光共振器による制御をかけない場
合に６ｄＢであるのに対し、制御をかけた場合は０．３
ｄＢであった。

【０２２１】以下、図１７に示した構成に基づいて本発
明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施
例は、第１の光共振器と第２の光共振器の２つの光共振
器を持つ光増幅器の例である。本実施例の場合、励起光
源は光増幅器内の２つの光共振器がともにレーザ発振状
態に保たれればよい。従って、この目的を達成するため
に各々のレーザ発振状態をモニタする機能（図１７で
は、光分岐手段２２１１、光電変換回路２２１６、発振
判定回路２２２１、および、光分岐手段２２１５、光電
変換回路２２１４、発振判定回路２２２１などから構成
される）を光増幅器内に組み込むことができる。この機
能によりレーザ発振の状態をモニタし、常に両光共振器
がレーザ発振するように励起光源を調整することが可能
となる。

【０２２２】以上に説明した光増幅器において、図１７
に示すように、光共振器中に１周回の損失を可変にする
ための可変減衰器２２１２、２２１３等を含むことも可
能である。

【０２２３】信号光は、光分岐素子２２０１，２２０２
とアイソレータ２２０３と励起光／信号光合波カップラ
２２０４を介して増幅媒体２２２６に入射する。増幅媒
体２２２６より出射した信号光は、励起光／信号光合波
カップラ２２０５とアイソレータ２２０６と光分岐素子
２２０７，２２０８を介して出射される。

【０２２４】光共振器は、光分岐素子２２０１と波長選
択素子２２０９と可変光減衰器２２１２と光分岐素子２
２１５，２２０８により構成される第１の光共振器と、
光分岐素子２２０２，２２１１と波長選択素子２２１０
と可変光減衰器２２１３と光分岐素子２２０７により構
成される第２の光共振器である。

【０２２５】光分岐素子２２１５は、第１の共振器内の
光を分岐し、光電変換回路２２１４に入力するためのも
のであり、得られた電気信号は発振判定回路２２２１に
入力される。光分岐素子２２１１は、第２の共振器内の
光を分岐し光電変換回路２２１６に入力するためのもの
であり、得られた電気信号は発振判定回路２２２１に入
力される。両者の電気信号により共に２つの共振器が発
振するように励起光駆動回路２２１８，２２２０によ
り、励起光源２２１７，２２１９から出射される励起光
量が制御される。なお、各光分岐素子の挿入位置は自由
度があることは言うまでもない。

【０２２６】（実施例８）図１８は、本発明の光増幅器
の第８実施例を説明するための構成図であり、シングル
パスを直列に２段に接続する場合を示す。まず、第１の
光増幅器について説明する。第１の光増幅器２３０１
は、図６に示した実施例１と同一のものである。従っ
て、光増幅器１の構成および動作は、先に実施例１で説
明したとおりである。

【０２２７】また、第２の光増幅器２３０２は、図１４
（実施例４）と同じである。従って、以下にこの増幅器
の各部品を説明するが、図１４をベースに説明する。

【０２２８】増幅媒体１９１６としては、Ｔｍ^３＋を６
０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイ
バを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源１
９１１，１９１３は１４００ｎｍで発振するＬＤを互い
に偏波が直交するように配置した偏波多重型励起ユニッ
トを用いた。モニタ信号光を使用した制御では、全ＬＤ
にフィードバック制御をかけたが、励起光／信号光合波
カップラ１９０４からの励起光量に対し、励起光／信号
光合波カップラ１９０５からの励起光量が常に２倍にな
るようにした。

【０２２９】モニタ信号光取り出し部分の光分岐素子１
９０２は、誘電体多層膜をフィルタとして使用したバル
ク型のカップラである。これは、１４６０〜１５３０ｎ
ｍでの分岐比が１％である。信号光は、１４８０〜１５
１０ｎｍで２ｎｍ間隔の１６波を使用した。

【０２３０】光電変換回路１９１０はＰＩＮ−ＰＤを使
用した。光共振器を構成する光分岐素子１９０１，１９
０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２
ｄＢ以下、１４７０〜１４７７ｎｍでの分岐比が９５％
である。波長選択素子１９０８は誘電体多層膜を使用し
たもので、透過帯の中心波長が１４７５ｎｍ、損失が
０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器
は、１周回での１４７５ｎｍにおける損失が１５ｄＢに
なるように可変光減衰器１９０９が調整された。

【０２３１】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１０ｄＢ
であるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢで
あった。

【０２３２】実施例１や実施例４以外の実施例２，３，
５，６および７で説明した光増幅器を任意に選択してこ
れらを直列に接続することが可能である。複数の光ファ
イバ増幅器を直列に繋ぐことにより、より高効率動作が
期待できる。

【０２３３】（実施例９）図１９は、本発明の光増幅器
の第９実施例を説明するための構成図であり、シングル
パスを直列に２段に接続する場合を示す。本実施例の光
増幅器は、実施例８で説明した２段型光増幅器の中間部
分（接続部分）に利得等価器２４０２および可変光減衰
器２４０３を挿入したものである。

【０２３４】利得等価器２４０２は、長周期ファイバグ
レーティングを使用したものであり、可変光減衰器２４
０３は、１４８０〜１５１０ｎｍでの損失の平坦度が
０．１ｄＢ以下である。

【０２３５】このように、利得等価器２４０２および可
変光減衰器２４０３を用いることにより、実施例８では
１４８０〜１５１０ｎｍでの利得平坦度が３０％であっ
たのに対して、本実施例では２％となった。

【０２３６】ここで、利得平坦度とは以下のように定義
した。（利得平坦度）＝｛（増幅帯域内の最大利得）−（同帯
域内の最小利得）｝／（同帯域内の最小利得）

【０２３７】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対
し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規
準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利
得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１０ｄＢ
であるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢで
あった。

【０２３８】第１の光増幅器２４０１および第２の光増
幅器２４０４は、上述した実施例１〜実施例７に記載さ
れている光増幅器の中から任意に選択することができ
る。利得等価器２４０２は、利得プロファイルを平坦化
するために挿入され、光可変減衰器２４０３は、第２の
光増幅器への入力信号光量を調整する役目を有する。

【０２３９】（実施例１０）図２０は、本発明の光増幅
器の第１０実施例を説明するための構成図であり、シン
グルパスを直列に２段に接続する場合を示す。本実施例
の光増幅器は、実施例８で説明した２段型光増幅器の中
間部分に利得等価器２５０２および可変光減衰器２５０
３を挿入したものである。さらに本実施例の光増幅器
は、光分岐素子２５０４、光バンドパスフィルタ２５０
６、光電変換回路２５０７および差分信号発生回路２５
０８からなる制御部を含む。光分岐素子２４０４は、１
４８０〜１５１０ｎｍで分岐比１％のバルク型デバイス
である。光バンドパスフィルタ１５０６は、透過帯の中
間波長が１４８０ｎｍ、半値全幅が０．８ｎｍ、透過中
心波長での損失１ｄＢである誘電体多層膜をフィルタと
して使用したデバイスである。

【０２４０】利得等価器２５０２は、長周期ファイバグ
レーティングを使用したもので、可変光減衰器２５０３
は、１４８０〜１５１０ｎｍでの損失の平坦度が０．１
ｄＢ以下であり、外部からの電気信号により減衰量が制
御できる。

【０２４１】本実施例では、光増幅器の制御は、上記制
御部により１４８０ｎｍの信号光をモニタし、その値が
一定となるように、制御部の差分信号発生回路２５０８
を介して、光可変減衰器２５０３をフィードバック制御
した。この結果、第２の光増幅器２５０５に入射する信
号光の各々のチャネルでのレベルが一定になる。

【０２４２】本実施例により、実施例８では１４８０〜
１５１０ｎｍでの利得平坦度が３０％であったのに対し
て、本実施例では２％となった。

【０２４３】ここで利得平坦度とは以下のように定義し
た。（利得平坦度）＝｛（増幅帯域内の最大利得）−（同帯
域内の最小利得）｝／（同帯域内の最小利得）

【０２４４】さらに、各入力信号レベルを−２５から−
１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変
化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイ
ルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルか
らの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１
０ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３
ｄＢであった。また、本実施例の光増幅器の信号出力部
分での各ＷＤＭ光のレベルは常に３ｄＢｍに保たれた。

【０２４５】この実施例１０に記載されているように、
本発明の光増幅器は、可変光減衰器を制御する制御部を
含むことができる。このような光増幅器の可変光減衰器
の減衰量は、取り出されたモニタ信号光に基づいて電気
的に調整する機能を有する制御部により調整されうる。

【０２４６】第１の光増幅器２５０１および第２の光増
幅器２５０５は、上述した実施例１〜実施例７に記載さ
れている光増幅器の中から任意に選択することもができ
る。利得等価器２５０２は、利得プロファイルを平坦化
するため挿入される。光分岐素子２５０４は、信号光の
一部を分岐する。光バンドパスフィルタ２５０６は、任
意の１チャネルの信号のみを取り出し、光電変換回路２
５０７によりこの信号が電気信号に変換される。この電
気信号と差分信号発生回路２５０８内に予め設定された
値とから、制御信号が発生され、この制御信号により可
変光減衰器が制御される。

【０２４７】第１の光増幅器２５０１と第２の光増幅器
２５０５の差が小さくなるように、好ましくは零になる
ように、光可変減衰器の減衰量をフィードバック制御す
る。

【０２４８】この実施例では、第２の光増幅器への入力
信号はＷＤＭ信号の各チャネルの入力レベルが等しくな
る。

【０２４９】（実施例１１）図２１は、本発明の光増幅
器の第１１実施例を説明するための構成図であり、シン
グルパスを多段に結合した光増幅器の例である。本実施
例では、光増幅器２６１８と、光増幅器２６１９の２台
を使用する。本実施例は、光増幅器に入力される入力信
号を予め２つの帯域に分割し、各々を別の光増幅器で増
幅し、増幅された信号光を再度合波する例である。な
お、図中符号２６０２は第１の光増幅器、２６０３は利
得等価器、２６０４は可変光減衰器、２６０５は光分岐
素子、２６０６は第２の光増幅器、２６０７は光バンド
パスフィルタ、２６０８，２６１５は光電変換回路、２
６０９は差分信号発生回路を示している。

【０２５０】光増幅器２６１８は、実施例１０と同一の
ものである。従って、光増幅器２６１８の構成および動
作は実施例１０で説明したとおりである。光増幅器２６
１９は以下に説明する。

【０２５１】光増幅器２６１９中で示した第３の光増幅
器２６１０は、実施例１で用いた光増幅器である。光分
岐素子２６１３は、１４６０〜１４９０ｎｍであり、こ
れは分岐比１％のバルク型デバイスである。光バンドパ
スフィルタ２６１４は、透過帯の中心波長が１４６０ｎ
ｍ、半値全幅が０．８ｎｍ、透過中心波長での損失１ｄ
Ｂである誘電体多層膜をフィルタとして使用したデバイ
スである。

【０２５２】利得等価器２６１１は、長周期ファイバグ
レーティングを使用したものである。可変光減衰器２６
１２は、１４６０〜１４９０ｎｍでの損失の平坦度が
０．１ｄＢ以下であり、外部からの電気信号により減衰
量が制御できる。

【０２５３】本実施例の光増幅器の制御は、１４６０ｎ
ｍの信号光をモニタし、その値が一定となるように差分
信号発生回路２６１６を介して、可変光減衰器２６１２
をフィードバック制御した。これにより、光増幅器２６
１９から出射する信号光の各々のチャネルでのレベルが
一定になる。

【０２５４】信号光帯域分波器２６０１および信号光帯
域合波器２６１７は、１４６０〜１４７６ｎｍの帯域と
１４８０〜１５１０ｎｍの帯域を合分波する。信号光
は、１４６０〜１４７６ｎｍにおいて２ｎｍ間隔で配置
した９波と、１４８０〜１５１０ｎｍで２ｎｍで配置し
た１６波とをあわせた２５波ＷＤＭである。

【０２５５】各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢ
ｍ／ｃｈ．に変化させた場合、信号光合波器２６１７か
らの出力光は、制御をしない場合１０ｄＢ以上変化した
のに対して、制御をした場合は、５．０〜５．２ｄＢｍ
にすべての信号光成分が入った。

【０２５６】

【発明の効果】本発明の第１の光増幅器では、少なくと
も光増幅器内にレーザ発振する光共振器を有し、任意の
信号光の利得を制御すること、または、少なくとも光増
幅器内にレーザ発振する光共振器を持ち、レーザ発振光
と信号光パワーとの合計を一定に制御することができ
る。また、本発明の第２の実施形態では、光増幅器内に
２以上の光共振器を組み込むことにより、利得スペクト
ルを一定に制御することができる。

【０２５７】また、本発明の光増幅器は、ＷＤＭ伝送シ
ステムに適用した場合、信号チャネル数の変化に伴う入
力レベルの変動および温度変化による利得スペクトルの
変化に対し、信号光の利得スペクトルの制御が可能であ
る。

【０２５８】また、本発明の光増幅器は、伝送路損失の
経時変化時の補償に必要な出力を一定に制御することが
でき、さらに、発振波長のホールバーニング等にも対応
することができる。

【０２５９】本発明の制御方法は、広く一般的な希土類
イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器で利用可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、Ｅｒイオ
ン、およびＰｒイオンの、増幅に大きく関与するエネル
ギー準位を表す模式図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、Ｅｒイオン
およびＴｍイオンのエネルギー凖位を示す図である。

【図３】ＴＤＦＡにおいて波長λ_１での利得を一定に
し、ＴＤＦＡの励起光量を調節した場合の特性を示す図
である。

【図４】本発明の光増幅器の第１の実施形態の構成を説
明するための構成図である。

【図５】本発明の光増幅器の第２の実施形態の構成を説
明するための構成図である。

【図６】本発明の光導波路の第１の実施形態の実施例を
説明するための構成図である。

【図７】図６に示す実施例の光共振器を構成するための
光分岐手段の位置関係を説明する図である。

【図８】実施例１において、各入力信号レベルを変えた
場合の利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした
図である。

【図９】本発明の光増幅器の第２実施例を説明するため
の構成図である。

【図１０】実施例２（ダブルパスの構成）の光分岐素子
の挿入位置を説明するための図である。

【図１１】実施例２において、各入力信号レベルを−２
５から１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた場合の利得プロ
ファイルの偏差の最大値をプロットした図である。

【図１２】本発明の光増幅器の第３実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１３】実施例３の各光分岐素子の挿入位置を説明す
るための図である。

【図１４】本発明の光増幅器の第４実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１５】本発明の光増幅器の第５実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１６】本発明の光増幅器の第６実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１７】本発明の光増幅器の第７実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１８】本発明の光増幅器の第８実施例を説明するた
めの構成図である。

【図１９】本発明の光増幅器の第９実施例を説明するた
めの構成図である。

【図２０】本発明の光増幅器の第１０実施例を説明する
ための構成図である。

【図２１】本発明の光増幅器の第１１実施例を説明する
ための構成図である。

【符号の説明】

４００、５００光増幅器４０２、５０２光共振器４０４、５０４監視手段４１０、５１０増幅媒体４１２、５１２励起手段４１４、４１６、４２６、４２８、５１８、５２４、５
３６、５３８光分岐素子４１８波長選択素子４１９監視部４２０制御部４２２、５２６励起光源４２６、５３０、５３２合波器４３０、４３２、５４０、５４２アイソレータ５３４発振判定回路１３０５、１９０８、２００９、２１０８波長選択
素子１２１３、１３０７、１５１１、１７０９、１７１０、
１９０９、２０１０、２１０９可変光減衰器１３１２、１３２０、１５０６、１５０７、１５１７、
１５１８光バンドパスフィルタ１３１６監視部１３１６算回路１３１６制御部１５０３、１７０２、１７０７サーキュレータ１５０８ミラー１９１５、２５０８差分信号発生回路２０１８和信号発生回路２２２１発振判定回路２４０２利得等価器２６０１、２６１７信号光帯域分波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水誠東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5F072 AB07 AB09 AK06 KK30 PP07 YY17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】増幅媒体としての希土類イオンをコアお
よび／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバ
または希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するため
の励起手段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放
出光のスペクトル内の少なくとも１波長でレーザー発振
させる光共振器と、該光増幅媒体に入力する光から選ば
れる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよ
び該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくと
も一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少
なくとも１つの光パワーをモニタする監視手段、前記監
視手段より得られた値を基に前記励起手段を制御するた
めの制御部とを含むことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】前記監視手段が、少なくとも１つの信号
光の入力および出力パワーをモニタするものであり、前
記制御部が、前記監視手段より得られた値から信号光の
利得を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力
される値と一致するように前記励起手段を制御するもの
であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入
力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅
媒体に入射する信号光のパワーをモニタするものであ
り、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発
振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振
光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる
値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力さ
れる値と一致するように前記励起手段を制御するもので
あることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項４】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入
力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増
幅媒体に入射する信号光の一部を同時に取り出して、そ
の総パワーをモニタするものであり、前記制御部が、前
記監視手段より得られた値が予め定められた値若しくは
外部より入力される値と一致するように前記励起手段を
制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の
光増幅器。
【請求項５】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出
力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅
媒体に出射する信号光のパワーをモニタするものであ
り、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発
振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振
光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる
値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力さ
れる値と一致するように前記励起手段を制御するもので
あることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項６】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出
力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増
幅媒体から出射する信号光の一部を同時に取り出して、
その総パワーをモニタするものであり、前記制御部が、
前記監視手段より得られた値が、予め定められた値若し
くは外部より入力される値と一致するように前記励起手
段を制御するものであることを特徴とする請求項１に記
載の光増幅器。
【請求項７】前記光共振器の発振波長が前記信号光を
増幅するための希土類イオンの増幅始準位から増幅終凖
位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光ス
ペクトルの帯域内に位置することを特徴とする請求項１
乃至６に記載の光増幅器。
【請求項８】前記発振波長が、信号光帯域の短波長側
に位置することを特徴とする請求項７に記載の光増幅
器。
【請求項９】前記発振波長が、信号光帯域の長波長側
に位置することを特徴とする請求項７に記載の光増幅
器。
【請求項１０】前記光共振器の発振波長が前記信号光
を増幅するための希土類イオンの増幅始準位から基底準
位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光ス
ペクトルの帯域内に位置することを特徴とする請求項１
乃至６に記載の光増幅器。
【請求項１１】前記光共振器の発振波長が前記信号光
を増幅するための希土類イオンの増幅終準位から基底準
位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光ス
ペクトルの帯域内に位置することを特徴とする請求項１
乃至６に記載の光増幅器。
【請求項１２】増幅媒体として希土類イオンをコアお
よび／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバ
または希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するため
の励起手段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放
出光を複数の発振波長でレーザー発振させる光共振器を
含むことを特徴とする光増幅器。
【請求項１３】前記光共振器の複数の発振波長が、前
記信号光を増幅するための希土類イオンの増幅始準位か
ら増幅終凖位への誘導放出により発生する増幅された自
然放出光スペクトルの帯域内に位置することを特徴とす
る請求項１２に記載の光増幅器。
【請求項１４】前記光共振器の複数の発振波長が、前
記信号光を増幅するための希土類イオンの増幅始準位か
ら増幅終凖位への誘導放出、増幅始準位から基底準位へ
の誘導放出および増幅終凖位から基底準位への誘導放出
により発生する３つの増幅された自然放出光スペクトル
の帯域のうち少なくとも２つの帯域内に位置することを
特徴とする請求項１２に記載の光増幅器。
【請求項１５】前記発振器がバンドパスフィルタをさ
らに具備することを特徴とする請求項１乃至１４に記載
の光増幅器。
【請求項１６】前記光共振器の共振器内損失を可変に
する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１
５に記載の光増幅器。
【請求項１７】前記各々の光共振器のレーザ発振状態
を監視し、発振状態を維持できるように前記励起手段を
制御する発振維持手段を含むことを特徴とする請求項１
乃至１６に記載の光増幅器。
【請求項１８】請求項１乃至１７に記載の光増幅器か
ら選択される複数の光増幅器を直列および／または並列
に接続したことを特徴とする多段光増幅器。
【請求項１９】少なくとも１つの光増幅器の後段に利
得等価器および可変減衰器から選択される光デバイスの
１つ以上または利得等価器と可変減衰器が複合化された
機能を有する光デバイスをさらに含むことを特徴とする
請求項１乃至１８に記載の光増幅器。
【請求項２０】可変減衰器、または利得等価器と可変
減衰器が複合化された機能を有する光デバイスを含み、
該光デバイスからの出射信号光のパワーをモニタし、そ
のパワー値に基づき前記可変減衰器の光損失を調整する
ことを特徴とする請求項１９に記載の光増幅器。
【請求項２１】前記増幅媒体が、信号光を増幅するイ
オンとしてツリウムイオンを添加した希土類添加光ファ
イバまたは希土類添加光導波路であり、該イオンの最も
エネルギーの低い基底準位を１番目として数えた場合、
増幅の始準位が４番目の準位であり、増幅の終凖位が２
番目の準位であることを特徴とする請求項１乃至２０に
記載の光増幅器。
【請求項２２】励起手段の励起波長が、６３０〜７２
０ｎｍ、７４０〜８３０ｎｍ、１０００〜１１００ｎ
ｍ、１３２０〜１５２０ｎｍの範囲より選ばれる１以上
の波長であることを特徴とする請求項２１に記載の光増
幅器。
【請求項２３】励起手段の励起波長が、６３０〜７２
０ｎｍ、７４０〜８３０ｎｍ、１０００〜１１００ｎ
ｍ、１３２０〜１５２０ｎｍの範囲より選択される１以
上の波長であり、且つ、１０００〜１３００ｎｍ、１５
２０〜２０００ｎｍの範囲のうちから選択される１以上
の波長の励起光を同時に増幅媒体に入力させることを特
徴とする請求項２１に記載の光増幅器。
【請求項２４】前記増幅媒体が、信号光を増幅するイ
オンとしてホルミウムイオンを添加した希土類添加光フ
ァイバまたは希土類添加光導波路であり、該イオンの最
もエネルギーの低い基底準位を１番目として数えた場
合、増幅の始準位が３番目の準位であり、増幅の終凖位
が２番目の準位であることを特徴とする請求項１乃至２
０に記載の光増幅器。
【請求項２５】前記増幅媒体が、信号光を増幅するイ
オンとしてエルビウムイオンを添加した希土類添加光フ
ァイバまたは希土類添加光導波路であり、該イオンの最
もエネルギーの低い基底準位を１番目として数えた場
合、増幅の始準位が３番目の準位であり、増幅の終凖位
が２番目の準位であることを特徴とする請求項１乃至２
０に記載の光増幅器。
【請求項２６】増幅媒体としての希土類イオンをコア
および／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイ
バまたは希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するた
めの励起手段、レーザー発振をさせる光共振器と、監視
手段、前記監視手段より得られた値を基に前記励起手段
を制御するための制御部とを含む光増幅器の利得プロフ
ァイルを一定に制御する方法であって、光増幅器内で前
記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前
記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクト
ル内の少なくとも１波長でレーザ発振を起こさせること
と、前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から
選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワー
および該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少な
くとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択され
る少なくとも１つの光パワーをモニタし、前記監視手段
より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制
御して前記励起光源の光量を制御することとを含むこと
を特徴とする制御方法。
【請求項２７】前記監視手段が、少なくとも１つの信
号光の入力および出力パワーをモニタし、前記制御部
が、前記監視手段より得られた値から信号光の利得を算
出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値
と一致するように前記励起手段を制御することを特徴と
する請求項２６に記載の制御方法。
【請求項２８】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号
入力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増
幅媒体に入射する信号光のパワーをモニタし、前記制御
部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値
と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と
信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、
予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致
するように前記励起手段を制御することを特徴とする請
求項２６に記載の制御方法。
【請求項２９】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号
入力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と
増幅媒体に入射する光信号の一部を同時に取り出して、
その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段
より得られた値が予め定められた値若しくは外部より入
力される値と一致するように前記励起手段を制御するこ
とを特徴とする請求項２６に記載の制御方法。
【請求項３０】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号
出力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増
幅媒体に出射する信号光のパワーをモニタし、前記制御
部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値
と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と
信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、
予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致
するように前記励起手段を制御することを特徴とする請
求項２６に記載の制御方法。
【請求項３１】前記監視手段が、前記増幅媒体の信号
出力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と
増幅媒体から出射する光信号の一部を同時に取り出し
て、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視
手段より得られた値が、予め定められた値若しくは外部
より入力される値と一致するように前記励起手段を制御
することを特徴とする請求項２６に記載の制御方法。
【請求項３２】増幅媒体として希土類イオンをコアお
よび／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバ
または希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するため
の励起手段、光共振器を含む光増幅器の利得プロファイ
ルを一定に制御する方法であって、前記増幅媒体内で生
じた増幅された自然放出光を複数の発振波長でレーザー
発振させることを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項３３】前記光共振器の複数の発振波長が、前
記信号光を増幅するための希土類イオンの増幅始準位か
ら増幅終凖位への誘導放出により発生する増幅された自
然放出光スペクトルの帯域内に位置することを特徴とす
る請求項３２に記載の制御方法。
【請求項３４】前記光共振器の複数の発振波長が、前
記信号光を増幅するための希土類イオンの増幅始準位か
ら増幅終凖位への誘導放出、増幅始準位から基底準位へ
の誘導放出および増幅終凖位から基底準位への誘導放出
により発生する３つの増幅された自然放出光スペクトル
の帯域のうち少なくとも２つの帯域内に位置することを
特徴とする請求項３２に記載の制御方法。