JP2004006637A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い帯域にわたる雑音特性とパワー変換効率との両立。
【解決手段】励起光供給器３、４、６、７から励起光が供給される増幅用光ファイバ２に対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給する雑音抑制光供給器を設ける。さらには、・信号光の波長より短い波長領域である、・信号光の波長領域付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出可能な波長領域である、・希土類元素による吸収がその吸収帯のおける最大吸収ピークの１９％以上となる波長領域である、という波長条件を満たす光を、雑音抑制光として増幅用光ファイバ２に供給する。これにより、増幅用光ファイバ２中において励起準位にあるエネルギーを誘導放出して、光ファイバ２内部において残存自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを雑音抑制光の増幅に消費する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅用光ファイバを用いて信号光を増幅する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光増幅装置においては、増幅用光ファイバに対して、その信号伝播方向の前方側から励起光を供給する構成（前方励起）と、後方側から励起光を供給する構成（後方励起）とがある。
【０００３】
前方励起の構成においては、主として増幅用光ファイバにおける信号伝播方向の前端側部位において信号光の増幅が実施される。そのため、増幅後の信号光や、増幅中に生じて信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は、増幅用光ファイバを比較的長い距離にわたって通過することになる。これにより、前方励起の構成では、増幅により生じて信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は増幅用光ファイバ中において吸収されやすくなり、その分、雑音特性（雑音指数：ＮＦ）が向上する。しかしながら、増幅後の信号光も増幅用光ファイバ中において吸収されやすくなり、その分、パワー変換効率が低下する。
【０００４】
一方、後方励起の構成においては、主として増幅用光ファイバにおける信号伝播方向の後端側部位において信号光の増幅が実施される。そのため、増幅後の信号光や、増幅により生じて信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は、増幅用光ファイバを比較的短い距離にわたって通過することになる。これにより、後方励起の構成では、増幅後の信号光が増幅用光ファイバ中において吸収されにくくなり、その分、パワー変換効率が向上する。しかしながら、増幅中に生じて信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光になりうる励起準位のエネルギーが増幅用光ファイバ中において消費されにくくなり、その分、雑音特性（ＮＦ）が劣化する。
【０００５】
従来から、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の光信号を増幅する光増幅装置においては、双方向励起型の光増幅装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この光増幅装置は、増幅用光ファイバに対して、前方励起を行う手段と後方励起を行う手段とを、両方持ち合わせて構成されている。この光増幅装置によれば、上述した前方励起、後方励起それぞれの特性を活用することで変換効率と雑音特性（ＮＦ）とを両立させた増幅器構成の設計が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２２９２３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された双方向励起型の光増幅装置においても、次のような課題があった。
【０００８】
双方向励起型の光増幅装置において、Ｌバンド増幅を実施する場合、パワー変換効率の向上を目的として、前方励起光と後方励起光との出力比率を最適化していくと、後方励起光による増幅比率が高くなり、そのためにＬバンド領域の短波長側帯域（１５９０ｎｍ以下）において雑音指数ＮＦが劣化する。特に、１５７０ｎｍ以下では、利得が生じているにも拘わらず、雑音指数ＮＦの劣化が激しいために、この波長帯域を増幅波長帯域として利用することができない。このような課題は、増幅波長帯域が短波長側に広がるに連れてさらに顕著になる。
【０００９】
このように、双方向励起型の光増幅装置においては、パワー変換効率と雑音指数とは二律背反に近い関係にあり、両者を両立させた特性を得ることは容易ではなかった。
【００１０】
なお、このような課題を解決するために、光増幅装置を多段に組み合わせることも考えられるが、そうすると、可変パラメータが多くなり過ぎて装置設計に多大な手間がかかるうえに、部品点数が増加する。そのため、製造コストアップを招くうえに、故障率が高くなり、最適な解決策とはいえない。
【００１１】
したがって、本発明の主たる目的は、広い帯域にわたって雑音特性とパワー変換効率とを両立させることができる光増幅装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、希土類元素が添加されており励起光を用いて信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光供給器と、前記増幅用光ファイバに対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給する雑音抑制光供給器とを有し、
前記雑音抑制光供給器は、
・前記信号光の波長より短い波長領域である、
・前記信号光の波長領域付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出可能な波長領域である、
・前記希土類元素による吸収効率が、その吸収帯における最大吸収ピークの１９％以上となる波長領域である、
という条件を満たす光を、前記雑音抑制光として前記増幅用光ファイバに供給するものである、ことに特徴を有している。
【００１３】
これにより、本発明は、次のような作用を発揮する。
【００１４】
増幅用光ファイバで信号光を増幅する場合には、増幅用光ファイバの内部で生じた自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の一部は増幅用光ファイバ内で再吸収されることがなく、増幅された信号光とともにファイバの信号伝播方向に沿って放出される。そのため、信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は信号光にとって雑音成分となってその背景レベルを押し上げる。これに対して本発明では、増幅用光ファイバに対してその信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給している。このようにして増幅用光ファイバに雑音抑制光を供給すると、増幅用光ファイバ中において励起準位にあるエネルギーが誘導放出される結果、光ファイバ内部において残存自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは雑音抑制光の増幅に消費されてしまう。これにより雑音は吸収されることになる。つまり、光ファイバ内部に残存する自然放出光は前記誘導放出により雑音抑制光に吸収されてしまうことになる。そのため、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバから放出される残存自然放出光の出力レベルは低減されることになる。
【００１５】
なお、このようにして増幅用光ファイバに供給される雑音抑制光は信号光にとって雑音となることが懸念される。しかしながら、本発明では増幅用光ファイバに対してその信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給している。そのため、雑音抑制光は、増幅用光ファイバを通過する間に、自然放出光になりうる励起準位のエネルギーを消費して雑音を抑制したのち、増幅用光ファイバの信号入力端から信号光とは逆方向に沿って放出されることになる。したがって、増幅用光ファイバ内において雑音抑制光の反射が生じない限り、雑音抑制光は増幅用光ファイバの出力端から信号光の伝播方向に沿って放出されることはない。このような理由により雑音抑制光は信号光にとって雑音成分とはならない。
【００１６】
また、このような構成を有する本発明の光増幅装置においては、信号光と同等波長の雑音抑制光を用いた場合、信号光と同等波長の雑音抑制光が増幅用光ファイバに存在することによって雑音特性（ＮＦ）やパワー変換効率が劣化する。そのため、本発明では、雑音抑制光として信号光の波長より短い波長領域の光を用いている。
【００１７】
信号光と同等波長の雑音抑制光が存在することによってパワー変換効率が劣化するのは次のような理由によっている。すなわち、信号光と同等波長の雑音抑制光が存在することにより雑音抑制光も増幅作用を受けることになる。その際、本来、信号光の増幅に用いられるエネルギーが雑音抑制光の増幅により消費される。そのため、パワー変換効率が劣化してしまう。
【００１８】
さらに本発明の光増幅装置においては、雑音抑制光の波長を信号光の波長から（短波長側に）離間させればさせる程、信号光付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出させることが困難となる。そのため、本発明では、雑音抑制光として、信号光の波長領域付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出可能な波長領域の光を用いている。具体的には、できるだけ信号光の波長領域に近い波長の光を、雑音抑制光として用いている。
【００１９】
さらには、雑音抑制光は増幅用光ファイバ内において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出により吸収する。そして、自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出により吸収した雑音抑制光は、増幅用光ファイバを伝播する際に希土類元素により吸収されることにより励起光と同等の機能を発揮する。そのため、パワー変換効率の向上に着目した場合、雑音抑制光は、希土類元素による吸収効率が成る丈高い光であるのが望ましい。
【００２０】
そこで、本発明では、雑音抑制光として、希土類元素により比較的良好な吸収率で吸収される波長領域の光を用いることで、パワー変換効率の向上を図っている。具体的には、希土類元素による吸収効率がその吸収帯における最大吸収ピークの１９％以上となる波長領域の光を雑音抑制光として用いることで、パワー変換効率の向上を図っている。パワー変換効率を向上させることにより、出力成分中における信号成分の比率を高めることで雑音特性（ＮＦ）を向上させることができる。
【００２１】
さらには、双方向励起型の光増幅装置において全体のパワー変換効率が高まると、パワー変換効率を主として担っている後方励起構成の増幅比率を減らすことが可能となる。後方励起の構成ではパワー変換効率が良好なものの雑音特性（ＮＦ）は前方励起の構成より劣る。このことは前述した。そのため、全体のパワー変換効率を高めることが可能な本発明の構成では、同一のパワー変換効率を得るという条件下において、雑音特性（ＮＦ）の劣る後方励起構成の増幅比率を減らすことが可能となり、その分でも雑音特性（ＮＦ）を向上させることができる。
【００２２】
記増幅用光ファイバとして、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅するＥＤＦ（エルビウムが添加された光ファイバ）である場合を例にして、本発明における雑音抑制光の波長選択を、図２９を参照して具体的に説明する。図２９では、横軸が波長を示し、縦軸の一方がエルビウムによる光吸収αを示している。縦軸のもう一方が信号光付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出させる際の効率βを示している。
【００２３】
ＥＤＦにおいては、エルビウムによる光の吸収αは、図２９に示すように、１５３０ｎｍ付近をピークとする吸収波長特性を有している。このような吸収波長特性を有するＥＤＦに対して、最大吸収ｄ１に対して１９％となる吸収ｄ２（ｄ２／ｄ１＝０．１９）を下限値とするという条件を課した場合、雑音抑制光の波長領域は１５６０ｎｍ以下となる。これにより、雑音抑制光の長波長側の閾値は１５６０ｎｍと設定される。
【００２４】
一方、ＥＤＦにおいては、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出可能な波長領域は、図２９に示すように、厳密にいうと、１５２５〜１６１０ｎｍとなる。この誘導放出可能な波長領域に基づけば、雑音抑制光の短波長側の閾値は１５２５ｎｍとなるはずである。
【００２５】
しかしながら、１５２５ｎｍ付近においては、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）付近において自然放出光となりうるエネルギーを実用的なレベルに誘導放出させることは不可能である。
【００２６】
ここでの誘導放出を詳細に検討してみると、図２９に示すように、雑音抑制光の波長が信号光の波長領域（１５６５〜１６２５ｎｍ）に近づけば近づく程、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出させる際の効率βは高くなる。このことに着目すると、実用的に実施可能なレベルでこの誘導放出を実施するには、１５５０ｎｍ以上の波長領域の雑音抑制光が必要となることがわかる。これにより、雑音抑制光の短波長側の閾値は１５５０ｎｍと設定される。
【００２７】
そこで、本発明では、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅するＥＤＦから増幅用光ファイバを構成する場合、波長帯域１５５０〜１５６０ｎｍの光を雑音抑制光として増幅用光ファイバに供給している。さらには、同様の構成において最適には、波長帯域１５５５ｎｍの光を雑音抑制光として増幅用光ファイバに供給している。
【００２８】
本発明において雑音抑制光の波長選択を行う際に重要視した上述の波長特性は、ＥＤＦによりＬバンド帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する際にだけ存在するものではない。このような波長特性は、他の帯域の信号光を増幅する際にも存在するし、他の希土類元素を添加したファイバからなる増幅用光ファイバにおいても存在するのはいうまでもない。
【００２９】
また、励起光供給器として、信号伝播方向の逆方向に沿って前記増幅用光ファイバの信号伝播方向後端側から前記増幅用光ファイバに後方励起光を供給する後方励起光供給部を備えたものを用いる場合には、後方励起光と雑音抑制光とを合波した後に、増幅用光ファイバの信号伝播方向後端側から前記増幅用光ファイバに供給するのが好ましい。すなわち、後方励起光と雑音抑制光とを第１の合波器で合波し、この第１の合波器の出力と信号光とを第２合波器で合波するのが好ましい。かかる構成によれば、後方励起光と信号光とを合波する合波器の後方から雑音抑制光を入射させる構成のように、雑音抑制光が、合波器で反射されて該合波器の出力ポートから信号光と共に出力されるといったことがない。この場合、雑音抑制光と後方励起光との間に生じる非線形光学効果によるパワー劣化が生じないように、後方励起光と雑音抑制光の各々の偏波を直交させて合波してもよい。
【００３０】
また、励起光供給器として、信号伝播方向に沿って前記増幅用光ファイバの信号伝播方向前端側から前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給する前方励起光供給部と、信号伝播方向の逆方向に沿って前記増幅用光ファイバの信号伝播方向後端側から前記増幅用光ファイバに後方励起光を供給する後方励起光供給部とを備えたものを用いる場合には次のように構成するのが好ましい。すなわち、後方励起光供給部は、後方励起光として雑音抑制光と同等の波長条件を満たす光を増幅用光ファイバに供給するものであるとすれば、この後方励起光供給部により雑音抑制光供給部を兼務させることが可能となる。
【００３１】
なお、このようにして増幅用光ファイバで生じる雑音成分を抑制するためには、雑音抑制光供給器は、増幅用光ファイバで自然放出光になりうる励起準位のエネルギーを誘導放出により消費する光を、雑音抑制光として前記増幅用光ファイバに供給するものであるのが好ましい。そうすれば、効率よく雑音成分を抑制することができる。
【００３２】
同様に、雑音抑制光供給器は、信号光の増幅時において前記増幅用光ファイバで自然放出光になりうる励起準位のエネルギーを誘導放出により消費する光を、雑音抑制光として増幅用光ファイバに供給するものであるのが好ましい。そうすれば、効率よく雑音成分を抑制することができる。
【００３３】
なお、励起光供給器が、増幅用光ファイバに対してその信号伝播方向の前方側と後方側とのそれぞれから励起光を供給するものである場合には、雑音抑制光供給器は、前記増幅用光ファイバに対して、その信号出力端側から雑音抑制光を供給するものであるのが好ましい。そうすれば、次のようになる。
【００３４】
後方励起の構成においては、前述したように、主として増幅用光ファイバにおける信号伝播方向の後端側部位において信号光の増幅が実施される。そのため、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーも増幅用光ファイバ中において消費されにくくなり、その分、雑音特性（ＮＦ）が劣化する。これに対して、上述した構成（増幅用光ファイバに対して、その信号出力端側から雑音抑制光を供給する構成）をさらに有しておれば、増幅用光ファイバに対して、その信号出力端側から雑音抑制光を供給しているので、後方励起光により増幅用光ファイバの後端側で生じる雑音光（残存自然放出光）となりうる励起準位のエネルギーを雑音抑制光によって効率よく消費することが可能となる。したがって、その分、雑音抑制効果が高まることになる。
【００３５】
雑音抑制光供給器は、増幅用光ファイバからその信号伝播方向の逆方向に沿って放出される自然放出光を取り込んで雑音抑制光として用いるものであるのが好ましい。そうすれば、雑音抑制光用の光源を設ける必要がなくなり、その分、部品点数を減らすことができるうえに全ての部品を受動部品（カプラ等）で構成することもできるようになる。これにより、製作コストの削減および故障率の改善を図ることが可能になる。
【００３６】
同様に、雑音抑制光供給器は、増幅用光ファイバからその信号伝播方向に沿って放出される自然放出光を増幅用光ファイバに向けて反射する光反射器を含んでおり、この光反射器で反射された自然放出光を雑音抑制光として用いるものであるのが好ましい。そうすれば、雑音抑制光用の光源を設ける必要がなくなり、その分、部品点数を減らすことができるうえに全ての部品を受動部品（カプラ等）で構成することもできるようになる。これにより、製作コストの削減および故障率の改善を図ることが可能になる。
【００３７】
なお、光反射器を、増幅用光ファイバからその信号伝播方向に沿って放出される自然放出光を前記増幅用光ファイバに向けて反射する反射フィルタにより構成することができる。
【００３８】
また、光反射器を、増幅用光ファイバからその信号伝播方向に沿って放出される自然放出光を信号伝播路から分波する分波器と、分波器によって分波された自然放出光を増幅用光ファイバに向けて反射する反射鏡とを含んで構成することができる。
【００３９】
また、増幅用光ファイバは多段構成とされたものであり、雑音抑制光供給器は、多段構成とされた増幅用光ファイバの中間部において、その信号伝播方向の逆方向に沿って放出される自然放出光を取り込んで前記雑音抑制光として用いるものであるのが好ましい。そうすれば、後段側の増幅用光ファイバから信号伝播方向の逆方向に沿って放出される自然放出光を取り出して雑音抑制光として用いることで、信号光パワーが最小となる前段側の増幅用光ファイバにおける自然放出光を小さくすることができ、その分、さらに雑音特性（ＮＦ）が向上する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の光増幅装置の構成図である。
【００４１】
この光増幅装置１は、双方向励起型の光増幅装置であって、増幅用光ファイバ２と、前方励起光用光源３と、後方励起光用光源４と、雑音抑制光用光源５と、第１の合波器６と、第２の合波器７と、第３の合波器８と、アイソレータ９Ａ、９Ｂとを備えている。
【００４２】
増幅用光ファイバ２は、信号源Ａから入力される信号光を増幅している。本実施形態では、ＥＤＦ（エルビウムが添加された光ファイバ）から増幅用光ファイバ２は構成されている。前方励起光用光源３は、レーザーダイオード等の光源装置から構成されている。前方励起光用光源３は増幅用光ファイバ２に対してその信号光入力端側から供給する励起光（以下、この励起光を前方励起光という）を生成している。後方励起光用光源４はレーザーダイオード等の光源装置から構成されている。後方励起光用光源４は増幅用光ファイバ２に対してその信号光出力端側から供給される励起光（以下、この励起光を後方励起光という）を生成している。雑音抑制光用光源５は、レーザーダイオード等の光源装置から構成されている。雑音抑制光用光源５は増幅用光ファイバ２に対してその信号光出力端側から供給する雑音抑制光を生成している。
【００４３】
第１の合波器６は、前方励起光用光源３で生成した前方励起光を増幅用光ファイバ２の入力端側に配置された信号伝播路（通信用光ファイバおよび増幅用光ファイバ２により構成される）に対して、その信号伝播方向に沿って合波している。これにより、第１の合波器６は、増幅用光ファイバ２に対してその信号入力端側から信号伝播方向に沿って前方励起光を供給している。
【００４４】
第２の合波器７は、後方励起光用光源４で生成した後方励起光を増幅用光ファイバ２の出力端側に配置された信号伝播路に対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って合波している。これにより、第２の合波器７は、増幅用光ファイバ２に対してその信号出力端側から信号伝播方向の逆方向に沿って後方励起光を供給している。
【００４５】
第３の合波器８は、雑音抑制光用光源５で生成した雑音抑制光を増幅用光ファイバ２の出力端側に配置された信号伝播路に対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って合波している。これにより、第３の合波器８は、増幅用光ファイバ２に対してその信号出力端側から信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給している。
【００４６】
アイソレータ９Ａ、９Ｂは、反射波を吸収している。ここで、第３の合波器８とアイソレータ９Ｂとは、図２に示すように、光サーキュレータ２０により代用することができる。
【００４７】
本実施形態では、前方励起光用光源３と第１の合波器６とにより前方励起光供給器が構成され、後方励起光用光源４と第２の合波器７とにより後方励起光供給器が構成され、雑音抑制光用光源５と第３の合波器８とにより雑音抑制光供給器が構成されている。そして、前方励起光供給器と後方励起光供給器とにより励起光供給器が構成されている。
【００４８】
以下、この光増幅装置１による信号光の増幅動作を説明する。前方励起光用光源３では、波長１４８０ｎｍの前方励起光を生成する。前方励起光用光源３で生成された前方励起光は、第１の合波器６を経て信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給される。そして、このようにして供給される前方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ２はＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する。
【００４９】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ２における信号伝播方向の前端側部位において実施される。そのため、前述した従来例に記載したように、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは増幅用光ファイバ２中において消費されやすくなり、その分、雑音特性（雑音指数：ＮＦ）が向上するものの、増幅後の信号光も増幅用光ファイバ２中において吸収されやすくなり、そのためにパワー変換効率が若干低下する。
【００５０】
一方、後方励起光用光源４では、波長１４８０ｎｍの後方励起光を生成する。後方励起光用光源４で生成された後方励起光は、第２の合波器７を経て、信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給される。そして、このようにして供給された後方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ２はＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する。
【００５１】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ２における信号伝播方向の後端側部位において実施される。そのため、前述した従来例に記載したように、増幅後の信号光が増幅用光ファイバ２中において吸収されにくくなり、その分、パワー変換効率が向上する。しかしながら、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーも増幅用光ファイバ２中において消費されにくくなり、その分、雑音特性（ＮＦ）が劣化する。
【００５２】
これに対して光増幅装置１では、前方励起と後方励起とを同時に実施することで、雑音特性（ＮＦ）を維持したうえでパワー変換効率を向上させている。しかしながら、光増幅装置１において、パワー変換効率の向上を目的として、前方励起光と後方励起光との出力比率を最適化していくと、Ｌバンド領域の短波長側帯域（１５９０ｎｍ以下）において雑音指数ＮＦが劣化する。特に、１５７０ｎｍ以下では、利得が生じているにも拘わらず、雑音指数ＮＦの劣化が激しいために、この波長帯域を増幅波長帯域として実質的に利用できない。さらには、増幅波長帯域が短波長側に広がるに連れて雑音指数ＮＦの劣化がさらに顕著になる。
【００５３】
そこで、光増幅装置１では、雑音抑制光用光源５によって雑音抑制光を生成し、その雑音抑制光を、第３の合波器８を介して信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給している。このようにして増幅用光ファイバ２に雑音抑制光を供給すると、増幅中の増幅用光ファイバ２内において発生する自然放出光は抑制されることになる。つまり増幅用光ファイバ２の内部で発生する自然放出光になりうる励起準位にあるエネルギーは、誘導放出の作用により雑音抑制光の増幅に使用されてしまうことになる。そのため、増幅用光ファイバ２から信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光（雑音）の出力レベルは低減されることになる。
【００５４】
なお、このようにして増幅用光ファイバ２に供給する雑音抑制光が信号光にとって雑音となることが懸念される。しかしながら、この光増幅装置１では、増幅用光ファイバ８に対してその信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給している。そのため、雑音抑制光は、増幅用光ファイバ２を通過する間に残存自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費したのち、増幅用光ファイバ２の信号入力端から信号光とは逆方向に沿って放出されることになる。そのため、増幅用光ファイバ２内において雑音抑制光の反射が生じない限り、雑音抑制光は信号光にとって雑音成分とはならない。
【００５５】
ここで、雑音抑制光のパワーを光増幅装置１への信号入力端において信号パワーよりも小さくしておけば、光増幅器１の雑音特性（ＮＦ）の低下を招来することがないので好ましい。
【００５６】
このようにして増幅用光ファイバ２で生じる雑音成分を効率よく抑制するために、この光増幅装置１においては、雑音抑制光として次の光を増幅用光ファイバ２に供給している。すなわち、増幅用光ファイバ２で雑音光（残存自然放出光）となりうる励起準位のエネルギーを誘導放出により高効率に使用できる光を、雑音抑制光として増幅用光ファイバ２に供給している。
【００５７】
雑音抑制光の帯域設定は次にようにしている。波長１４８０ｎｍの光を前方励起光や後方励起光として増幅用光ファイバ８に供給する場合には、自然放出光として波長１５５０ｎｍ帯（詳細にいえば、１５２０ｎ〜１５６０ｎｍの帯域）の光が発生する。もちろん、この自然放出光は信号光の増幅にとって必要な光である。しかしながら、増幅後に残存する自然放出光は、１５８０ｎｍ以下の信号帯域にとっては雑音となる。
【００５８】
光増幅装置１では、このような波長１５５０ｎｍ帯の残存自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費して雑音を吸収することが可能な帯域の光を雑音抑制光として設定している。具体的な例としては、本実施形態では、１５５０〜１５６０ｎｍの波長領域の光を雑音抑制光として用いることで、効率よく雑音成分を抑制している。さらには、好ましくは、１５５５ｎｍの光を雑音抑制光として用いることで、最も効率よく雑音成分を抑制している。このような雑音抑制光の波長選択は、次のような条件において有効となる。
【００５９】
すなわち、増幅用光ファイバ２としてエルビウムが添加されたものを用い、このような増幅用光ファイバによりＬバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する条件において、上記波長選択は有効となる。
【００６０】
また、光増幅装置１は双方向励起型の増幅器を構成している。このような光増幅装置１において、本実施形態では、雑音抑制光を合波する第３の合波器８を増幅用光ファイバ２の出力端側に設けている。これにより、光増幅装置１では、増幅用光ファイバ２に対して、その信号出力端側から前記雑音抑制光を供給している。
【００６１】
前方励起により信号光の増幅を実施する場合には、前述したように、残存自然放出光は信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出されにくい。しかしながら、この場合、高いパワー変換効率は得られれない。
【００６２】
一方、後方励起により信号光の増幅を実施する場合には、前述したように、高いパワー変換効率が得られる。しかしながら、この場合、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは、増幅用光ファイバ２の内部において完全に消費されにくい。そのため、そのような励起準位のエネルギーは残存自然放出光となって、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出されやすい。
【００６３】
このように、双方向励起型である光増幅装置１では、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出される残存自然放出光は、主として後方励起を行う際に生じ、その発生場所は増幅用光ファイバ２の後端側となる。
【００６４】
そこで光増幅装置１においては、増幅用光ファイバ２に対して、その信号出力端側から雑音抑制光を供給している。これにより、後方励起光により増幅用光ファイバ２の後端側で生じる雑音光（残存自然放出光）となりうる励起準位のエネルギーを効率よく消費することが可能となり、その分、雑音抑制効果が高まる。
【００６５】
このようにして増幅用光ファイバ２に供給される雑音抑制光は信号光にとって雑音とはならない。それは次の理由によっている。
【００６６】
光増幅装置１においては、増幅用光ファイバ２に対してその信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給している。そのため、雑音抑制光は、増幅用光ファイバ２を通過する間に、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費したのち、増幅用光ファイバの信号入力端から信号光とは逆方向に沿って放出されることになる。したがって、増幅用光ファイバ２内において雑音抑制光の反射が生じない限り、雑音抑制光は増幅用光ファイバ２の出力端から信号光に沿って雑音光として放出されることはない。
【００６７】
次に、光増幅装置１により信号光を増幅する際において、利得の波長特性を所定の値に固定した状態で、各波長の雑音指数ＮＦがどのように変動するかを調べた結果を、図３〜図７を参照して説明する。これらの図においては、横軸は信号光の波長を示し、縦軸は利得と雑音指数ＮＦとを示している。図３は、雑音抑制光を供給しない状態における測定結果を示し、図４〜図７は、前方励起光の出力パワーを所定値に固定した状態で所望の利得波長特性が得られるように、後方励起光の出力パワーを設定するという条件において、雑音抑制光の出力パワーを各種変動させて測定した結果を示している。図４は、前方励起光の出力パワーを６５ｍＷに固定した状態での測定結果であり、図５は、前方励起光の出力パワーを１００ｍＷに固定した状態での測定結果であり、図６は、前方励起光の出力パワーを１２５ｍＷに固定した状態での測定結果であり、図７は、前方励起光の出力パワーを１５０ｍＷに固定した状態での測定結果である。
【００６８】
これらの測定においては、増幅用光ファイバ２として、濃度条長積９４ｋｐｐｍ＊ｍとしたエルビウムドーブファイバ（Ｅｒ濃度：２１０ｐｐｍ、Ａｌ濃度：１０００ｐｐｍ、Ｐ濃度：４．８ｍｏｌ％、比屈折率差１．０８％）を用い、さらには、信号光として、０ｄＢｍ（−１２．０４ｄＢｍ×１６波）の多重信号を光増幅装置１に入力した。
【００６９】
まず、雑音抑制光を供給しない状態における測定結果を説明する。図３に示すように、利得を所望値に固定にした状態で、後方励起光の出力パワーを低くし、その分、前方励起光の出力パワーを２００ｍＷ、３００ｍＷ、４４０ｍＷと高くした場合には、雑音特性（ＮＦ）の良い前方励起光に基づく光増幅によって出力パワーの大部分を維持する分、１５９０ｎｍ以下の短波長側帯域においても良好な雑音指数ＮＦが得られる。しかしながら、パワー変換効率の悪い前方励起光によって出力パワーの大部分を維持しなければならない分、前方励起光の出力パワーが４４０ｍＷ、３００ｍＷ、２００ｍＷといった高い値となり、そのためにパワー変換効率が低下するのは否めない。
【００７０】
これに対して、利得を所望値に固定にした状態で、後方励起光の出力パワーを高くし、その分、前方励起光の出力パワーを１５０ｍＷ、１００ｍＷ、７０ｍＷと低くした場合には、パワー変換効率の高い後方励起光によって出力パワーの大部分を維持することができる分、高いパワー変換効率が得られる（但し、一定値以上、前方励起光パワーを小さくすると増幅用ファイバの前端側で信号増幅ができず損失が大きくために効率が低下する）。しかしながら、雑音特性（ＮＦ）の悪い後方励起光によって出力パワーの大部分を維持する分、１５９０ｎｍ以下の短波長側帯域における雑音指数ＮＦが悪化するのは否めない。
【００７１】
このように、双方向励起型の光増幅装置１においては、パワー変換効率と雑音指数とは二律背反に近い関係にあり、雑音抑制光を供給しない状態においては、両者を両立させた特性を得ることは困難である。
【００７２】
これに対して、雑音抑制光を供給する状態においては、図４〜図７の各特性に示すように、雑音抑制光を適量供給することにより、１５９０ｎｍ以下の短波長側帯域においても良好な雑音指数ＮＦが得られている。なお、図示はしないが、雑音抑制光の出力パワーを、信号光の出力パワーの０．１〜１０倍程度に設定すれば、前述した雑音抑制効果が得られる。さらには、前方励起光の出力パワーをいずれの値にしようとも、雑音抑制光の出力パワーを５ｍＷとした場合において最も優れた雑音指数（ＮＦ）を得ることができる。
【００７３】
特に、前方励起光の出力パワーを１２５ｍＷ以上としたうえで、雑音抑制光の出力パワーを５ｍＷとした場合においては、同一の測定条件で光増幅装置１に対して２００ｍＷの出力パワーの前方励起光を供給した場合における雑音指数と等しいことを、本願発明者は測定により確認している。
【００７４】
次に、光増幅装置１のパワー変換効率について説明する。図８は、前方励起光、後方励起光それぞれの出力パワーを各種変動させたときにおいて、１ｍＷの信号光を入力した際における出力パワーおよびパワー変換効率の変化を示している。また、図８においては、雑音抑制光を供給しない状態の光増幅装置１（従来例と同じ構成）の測定値を示している。
【００７５】
図９は、光増幅装置１により信号光を増幅する際において、前方励起光の出力パワーを所定値に固定した状態で所望の利得波長特性が得られるように、後方励起光の出力パワーを各種設定するという条件において、雑音抑制光の出力を各種設定した際におけるパワー変換効率を示している。
【００７６】
本実施形態の光増幅装置１では、前方励起光の出力パワーを１２５ｍＷ以上にしたうえで、雑音抑制光の出力パワーを５ｍＷとした場合における雑音指数ＮＦが、同一の測定条件で２００ｍＷの出力パワーの前方励起光を供給した場合における雑音指数ＮＦと等しいことは前述した。
【００７７】
そこで、雑音抑制光無供給状態で前方励起光の出力パワー２００ｍＷとした場合のパワー変換効率と、５ｍＷの雑音抑制光供給状態で前方励起光の出力パワー１２５ｍＷとした場合のパワー変換効率とを比較する。両データを比較すれば、本発明の構成（雑音抑制光の供給手段）を設けることで、パワー変換効率が向上することが理解できる。以下、このことを、図８、図９のデータの一部を取り出して詳細に説明する。
【００７８】
雑音抑制光無供給状態で前方励起光の出力パワー２００ｍＷとした場合のパワー変換効率は、図８に示すように、１７．２６％である。一方、５ｍＷの雑音抑制光供給状態で前方励起光の出力パワー１２５ｍＷとした場合のパワー変換効率は、図９に示すように、２２．１１％である。このことから明らかなように、同等の雑音指数ＮＦが得られる状態で比較すると、雑音抑制光無供給状態（従来の構成）より、雑音抑制光供給状態（本発明の構成）の方が、パワー変換効率が約５％向上している。つまり、雑音抑制光を適切に供給することで、同等の雑音指数ＮＦが得られる状態におけるパワー変換効率を約１．２８倍にすることが可能であることを示している。
【００７９】
次に、光増幅装置１により１６波多重信号を増幅処理した際における増幅スペクトルを図１０に示す。ここでは、雑音抑制光供給状態、無供給状態それぞれにおいて以下の条件を設定して増幅スペクトルを測定した。
・互いに同等の利得波長特性が得られるようにする。
・雑音抑制光を供給する場合には、前方励起光の出力パワーを１００ｍＷに固定した状態で、互いに同等の利得波長特性が得られるように、後方励起光の出力パワーを設定する。
【００８０】
図１０により明らかなように、雑音抑制光無供給状態であるものの、前方励起光の出力パワーを３００ｍＷと大きく設定した場合には、パワー変換効率の低下は否めない。しかしながら、この場合、雑音特性（ＮＦ）に優れた前方励起光による光増幅量が多い分、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）帯域の短波長側における背景レベルが抑制されている。
【００８１】
これに対して、雑音抑制光を供給する場合においては、雑音抑制光を供給することにより、前方励起光の出力パワーを１００ｍＷと低く抑えた状態でもって背景レベルを抑制した結果が得られている。
【００８２】
この測定結果から明らかなように、光増幅装置１では、パワー変換効率を低下させることなく、雑音特性（ＮＦ）を向上させることができる。
【００８３】
次に、この光増幅装置１において、１５３５ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で雑音抑制光の波長を変更しつつ、その特性を測定した結果を図１１〜図２０を参照して説明する。これらの測定においては、増幅用光ファイバ２として、濃度条長積９４ｋｐｐｍ＊ｍとしたエルビウムドーブファイバ（Ｅｒ濃度：２１０ｐｐｍ、Ａｌ濃度：１０００ｐｐｍ、Ｐ濃度：４．８ｍｏｌ％、比屈折率差１．０８％）を用い、さらには、信号光として、０ｄＢｍ（−１２．０４ｄＢｍ×１６波）の多重信号を光増幅装置１に入力した。
【００８４】
まず、前方励起光のパワーを６５ｍＷに固定した状態において、雑音抑制光の波長を１５３５〜１５６０ｎｍまで５ｎｍ間隔で変更した状態で増幅スペクトルをそれぞれ測定した結果を図１１に示す。また、同様の状態で雑音特性（ＮＦ）を測定した結果を図１２に示す。これらの測定において、雑音抑制光の出力は５ｍＷとしている。また、後方励起光の出力は光スペクトルアナライザで観測しながら調整した。その際、信号ピーク差が最小となるように（所望の利得波長特性が得られるように）調整した。
【００８５】
図１１、図１２に示すように、雑音抑制光の波長が１５３５ｎｍから長波長側になるにしたがい、信号光ではＬバンド領域（１５６５〜１６２５ｎｍ）より短波長側となる波長領域において自然放出光の抑制効果が発揮されているのがわかる。このような残存自然放出光の抑制効果は、雑音抑制光の波長が１５６０ｎｍになるまで維持される。しかも、この雑音抑制光の波長領域では、雑音抑制光が長波長になるほど残存自然放出光の抑制効果が高い。しかしながら、雑音抑制光の波長が１５５５ｎｍを超えて、１５６０ｎｍになると、１５５５ｎｍの雑音抑制光を供給した状態より残存自然放出光の発生量は若干ながら増加している。このことから明らかなように、雑音抑制光の波長が１５３５ｎｍから増加するにつれて残存自然放出光の抑制効果は高まることが理解できる。しかも、１５５５ｎｍの雑音抑制光を供給すると、残存自然放出光の抑制効果が最大となって雑音特性（ＮＦ）が最良となることが理解できる。これは、次のような理由によっている。
【００８６】
増幅用光ファイバ２に導入された雑音抑制光は信号波長（Ｌバンド領域）付近の波長領域で発生する自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出により吸収したうえで増幅用光ファイバ２を信号伝播方向の逆方向に沿って伝播する。その際、雑音抑制光は増幅用光ファイバ２に添加されたエルビウムにより吸収されて励起光と同様の機能（信号光増幅機能）を発揮する。そのため、雑音抑制光を増幅用光ファイバ２に導入すると、パワー変換効率が向上する。
【００８７】
このような特徴を有する雑音抑制光においては、信号光付近の波長領域で自然放出光となるエネルギーを吸収する効率は、１５５５ｎｍを中心としてその周囲（１５５０〜１５６０ｎｍ）の波長領域が最も高く、最良となるのが１５５５ｎｍである。
【００８８】
次に、前方励起光のパワーを６５ｍＷに固定した状態で各波長（１５３５〜１５６０ｎｍまで５ｎｍ間隔）の雑音抑制光を供給しながら雑音特性（ＮＦ）を測定した結果を図１３〜図２０に示す。これらの測定においては、雑音抑制光の出力をそれぞれ変動させた状態（０ｍＷ、０．１ｍＷ、０．５ｍＷ、…８０ｍＷ）で雑音特性（ＮＦ）を測定した。なお、後方励起光の出力は光スペクトルアナライザで観測しながら調整した。その際、信号ピーク差が最小となるように（所望の利得波長特性が得られるように）調整した。
【００８９】
信号光波長領域（１５６５〜１６２５ｎｍ）内、ないしその領域の端部の波長領域に位置する雑音抑制光（１５７０ｎｍ、１５６５ｎｍ）を供給する場合には、図１３、図１４に示すように、短波長側における雑音特性（ＮＦ）が大きく劣化している。一方、信号光波長領域（１５６５〜１６２５ｎｍ）より比較的大きく短波長側に離間した波長領域に位置する雑音抑制光（１５４５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５３５ｎｍ）を供給する場合には、図１８、図１９、図２０に示すように、短波長側の雑音特性（ＮＦ）の改善が比較的小さい。
【００９０】
これに対して、雑音抑制光として、本発明で選択した波長帯域（１５６０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５５０ｎｍ）の雑音抑制光を供給する場合には、図１５、図１６、図１７に示すように、良好な雑音特性（ＮＦ）が得られている。特に、１５５５ｎｍの雑音抑制光を供給する場合に最も雑音特性（ＮＦ）が向上している。
【００９１】
図２１は、本発明の他の実施の形態の構成図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００９２】
図１の実施の形態では、後方励起光を合波する合波器７の後方から雑音抑制光を入射している。このため、合波器７として用いられるＷＤＭカプラにおいて、雑音抑制光の反射が生じ、ＷＤＭカプラの出力ポートに雑音抑制光が、増幅された信号光と共に出力されてまう。
【００９３】
図２２は、図１の実施の形態による出力スペクトルであり、この図２２の矢符Ｄで示されるように、雑音抑制光の反射光が出力されることになる。
【００９４】
このような雑音抑制光の反射光を含む信号光を、Ｃバンドの信号光と合波したときには、波長が重なるなどＣバンドの信号光に悪影響を及ぼすことになる。
【００９５】
そこで、この実施の形態では、図２１に示されるように、後方励起光用光源４からの後方励起光と雑音抑制光用光源５からの雑音抑制光とを合波した後に、増幅用光ファイバ２に対してその信号出力端側から信号伝播方向とは逆方向に沿って供給している。
【００９６】
すなわち、後方励起光供給部を構成する後方励起光用光源４からの後方励起光と、雑音抑制光供給器を構成する雑音抑制光用光源５からの雑音抑制光とを合波する第１の合波器２１を備えるとともに、この第１の合波器２１の出力と信号光とを合波する第２の合波器２２とを備えている。
【００９７】
第２の合波器２２として用いられるＷＤＭカプラは、波長１４８０ｎｍの後方励起光および波長が１５６５ｎｍより短い雑音抑制光を合波する透過特性を有している。
【００９８】
かかる構成によれば、雑音抑制光が反射しても雑音抑制光用光源５側に戻るだけであって、第２の合波器２２の出力ポートから出力されることはなく、信号光の伝送に悪影響を及ぼすことがない。
【００９９】
なお、図２３に示されるように、第２の合波器２２に代えて、サーキュレータ２３を設けてもよく、この場合には、出力側のアイソレータ９Ｂを省略することができる。
【０１００】
また、雑音抑制光と後方励起光との合波は、両者の間に生じる非線形光学効果によるパワー劣化が生じないように、後方励起光と雑音抑制光の各々の偏波を直交させて合波するようにしてもよい。すなわち、１４８０ｎｍの後方励起光で励起した場合には、１５６０ｎｍ付近は、ラマン利得が発生する波長帯となるので、僅かではあるが、後方励起光が非効率的に雑音抑制光の増幅に使用される可能性があり、それを防止するために、後方励起光と雑音抑制光の各々の偏波を直交させて合波するのである。
【０１０１】
なお、本発明においては、後方励起光供給部によって雑音抑制光供給部を兼務することができる。その構成を図２４を参照して説明する。この構成においては、後方励起光供給部を構成する後方励起光光源４’が、雑音抑制光と同等の波長条件を満たす光を後方励起光として増幅用光ファイバ２に供給している。具体的には、後方励起光光源４’は、１５５０〜１５６０ｎｍの波長帯域の後方励起光を増幅用光ファイバ２に供給している。なお、この構成において前方励起光光源３は、従来と同様、１４８０ｎｍの光を前方励起光として増幅用光ファイバ２に供給している。
【０１０２】
後方励起光光源４’を有する図２４の構成では、後方励起光供給部（特に、後方励起光光源４’）が雑音抑制光供給部を兼務している。そして、このように構成しても、前述した実施の形態と同等の増幅特性（雑音特性）が得られる。さらには、この場合、雑音抑制光供給部を別途設ける必要がない分、構成が簡単になるとともに部品点数の削減が図れる。
【０１０３】
本願発明者は、図２４に示す構成において、後方励起光供給部（後方励起光光源４’）が供給する後方励起光の波長を種々変更して雑音特性（ＮＦ）を測定した。その結果、１５５５ｎｍの後方励起光を供給した際における雑音特性が５．７０ｄＢと最も低いことを本願発明者は確認した。また、その際、２８０ｍＷの前方励起光と８０ｍＷの後方励起光とを必要とし、パワー変換効率は１４％であることも確認した。
【０１０４】
波長１４８０ｎｍの前方励起光と波長１４８０ｎｍの後方励起光とを供給する構成において上述した５．７０ｄＢの雑音特性を得るためには、４００ｍＷの前方励起光と４０ｍＷの後方励起光とを必要とすることを本願発明発明は測定により確認した。この場合、パワー変換効率は１１％であった。
【０１０５】
このように、後方励起光によって雑音抑制光を兼用する構成においても、前述した実施の形態の構成（後方励起光とは別に雑音抑制光を設ける構成）と同様の効果（ノイズ特性やパワー変換効率）が得られる。さらには、この構成における最適波長の選択においても、前述した実施の形態と同様の選択結果（１５５５ｎｍ）が導き出されている。
【０１０６】
次に、雑音抑制光供給器の他の例を図２５〜図２７を参照して説明する。以下、説明する変形例においては、その基本的な構成は上述した実施の形態と同様である。そのため、図２５〜図２７において図１と同一ないし同等の部品、部分については、図１と同一の符号を付し、それらのついての詳細な説明は省略する。
【０１０７】
図２５に示す変形例においては、バイパス用光ファイバ路１０と、第１のサーキュレータ１１と、バンドパスフィルタ１２と、第２のサーキュレータ１３とを有している。
【０１０８】
バイパス用光ファイバ路１０は、増幅用光ファイバ２の入力端と出力端とを、増幅用光ファイバ２を通過することなく短絡させるように設けられている。第１のサーキュレータ１１は、増幅用光ファイバ２の入力端側において信号伝播路とバイパス用光ファイバ路１０との分岐点に設けられている。バンドパスフィルタ１２は、バイパス用光ファイバ路１０の中途に設けられている。第２のサーキュレータ１３は、増幅用光ファイバ２の出力端側において信号伝播路とバイパス用光ファイバ路１０との分岐点に設けられている。
【０１０９】
この変形例においては、第１、第２のサーキュレータ１１、１３と、バンドパスフィルタ１２とによって雑音抑制光供給器が構成されている。
【０１１０】
この変形例は、次のように機能する。増幅中において増幅用光ファイバ２内で発生して、増幅用光ファイバ２の入力端から信号伝播方向とは逆の方向に沿って放出される残存自然放出光は、第１のサーキュレータ１１により信号伝播路から取り出されてバイパス用光ファイバ路１０に導入される。バイパス用光ファイバ路１０には、雑音抑制光として用いる帯域の光（例えば、１５６０ｎｍ帯）だけを通過させる機能を有するバンドパスフィルタ１２が配置されている。そのため、バイパス用光ファイバ路１０に導入された光のうち、残存自然放出光だけがバンドパスフィルタ１２を通過することで、この残存自然放出光が雑音抑制光として選択的に取り出される。
【０１１１】
バンドパスフィルタ１２により取り出された雑音抑制光は、第２のサーキュレータ１３を介して信号伝播路に再投入される。このとき、雑音抑制光は、第２のサーキュレータ１３の機能により信号伝播方向の逆方向に沿って再投入されて増幅用光ファイバ２に供給される。
【０１１２】
このようにして増幅用光ファイバ２に供給される雑音抑制光により増幅時の雑音は抑制される。雑音抑制のメカニズムは上述した実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１１３】
この変形例においては、雑音抑制光用の光源を別途設ける必要がない分、構成が簡単になるうえに、部品点数の削減を図ることができる。なお、この変形例の構成においては、バイバス用光ファイバ路１０を通過する残存自然放出光を発振させる必要はないのは勿論である。
【０１１４】
なお、図２５に示す変形例においては、バンドパスフィルタ１２を省略することができる。これは、残存自然放出光をそのまま増幅用光ファイバ２の出力端から増幅用光ファイバ２に入射しても雑音抑制効果があるためである。また、増幅用光ファイバ２の中間部分にアイソレータ等を挿入してループを遮断し得る構成とすればより安定な動作を達成できるので好ましい。
【０１１５】
図２６に示す変形例においては、増幅用光ファイバ２の出力端側に反射フィルタ１５を一つもしくは複数設けている（図２６では一つ）。反射フィルタ１５は、信号光と重ならない１５８０ｎｍ以下の短波長域の光を反射する機能を有するもの（例えば、短周期グレーティング）から構成されている。
【０１１６】
この変形例においては、反射フィルタ１５により雑音抑制光供給器が構成されている。
【０１１７】
この変形例では次のようにして雑音抑制光を生成している。信号光中に含まれる自然放出光は１５８０ｎｍ以下の短波長域であるため、増幅用光ファイバ２の出力端から信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は、反射フィルタ１５により反射されることになる。その結果、反射された残存自然放出光は、雑音抑制光となって、信号伝播方向とは逆の向きに沿って増幅用光ファイバ２にその出力端から導入される。
【０１１８】
このようにして増幅用光ファイバ２に供給される雑音抑制光により増幅時の雑音は抑制される。雑音抑制のメカニズムは上述した実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１１９】
なお、増幅用光ファイバ２の出力端から信号伝播方向に沿って放出される雑音（残存自然放出光）の出力レベルは、反射フィルタ１５による反射作用によっても低減されるのは勿論である。
【０１２０】
図２７に示す変形例においては、増幅用光ファイバ２の出力端側に信号伝播路から分岐する分岐用光ファイバ路１６を設けるとともに、分岐用光ファイバ路１６と信号伝播路との分岐点に、信号伝播路伝送中の信号光から１５８０ｎｍ以下の短波長域の光を分波する分波器１７を設ける。そして、分岐用光ファイバ路１６の路端に反射ミラー１８を設ける。分岐用光ファイバ路１６と、分波器１７と反射ミラー１８との組合せは、増幅用光ファイバ２の出力端側に単一設けてもよいし、複数設けてもよい。分波器１６としては、ＷＤＭカプラを用いることができる。
【０１２１】
この変形例においては、分岐用光ファイバ路１６と分波器１７と反射ミラー１８とにより雑音抑制光供給器が構成されている。
【０１２２】
この変形例では、次のようにして雑音抑制光を生成している。信号光中に含まれる残存自然放出光は１５８０ｎｍ以下の短波長域である。そのため、増幅用光ファイバ２の出力端から信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光は、分波器１７を介して分岐用光ファイバ路１６に導入される。分岐用光ファイバ路１６に導入される残存自然放出光は反射ミラー１８により反射されたのち、分岐用光ファイバ路１６と分波器１７とを介して信号伝播路に導入される。このようにして反射されて信号伝播路に導入される残存自然放出光は雑音抑制光となって、信号伝播方向とは逆の向きに沿って増幅用光ファイバ２にその出力端から導入される。
【０１２３】
このようにして増幅用光ファイバ２に供給される雑音抑制光により増幅時の雑音は抑制される。雑音抑制のメカニズムは上述した実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１２４】
なお、図２５〜図２７に示す変形例は互いに並存させることもでき、その場合であっても、同等もしくはそれ以上の雑音抑制効果を発揮することができる。
【０１２５】
上述した実施の形態やその変形例においては、増幅用光ファイバ２に対して前方励起光と後方励起光をそれぞれ供給する双方向励起型の光増幅装置において、本発明を実施していたが、後方励起型の光増幅装置において、本発明を実施しても同様の効果が得られる。また、前方励起型の光増幅装置において、本発明を実施しても同様の効果が得られる。
【０１２６】
さらには、上述した実施形態やその変形例においては、増幅用光ファイバ２に対して雑音抑制光を合波させる第３の合波器８を増幅用光ファイバ２の出力端に設けており、これにより、雑音抑制光を増幅用光ファイバ２に対してその出力端から供給していた。しかしながら、本発明は、雑音抑制光の供給箇所をこのような位置に限定するものではなく、供給箇所は増幅用光ファイバ２のいずれの位置であってもよい。要は、雑音抑制光を、信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給することができれば、前述した各種効果を奏することが可能となる。
【０１２７】
例えば、図２８に示すように、構成してもよい。この例において、増幅用光ファイバ２’は、前段側光ファイバ２Ａと後段側光ファイバ２Ｂとを直列に接続してなる多段構成としている。さらに、この光増幅装置は、バイパス用光ファイバ路３０と、第１のサーキュレータ３１と、バンドパスフィルタ３２と、第２のサーキュレータ３３とを有している。
【０１２８】
バイパス用光ファイバ路３０は、後段側光ファイバ路２Ｂの入力端と出力端とを、後段側光ファイバ２Ｂを通過することなく短絡させるように設けられている。第１のサーキュレータ３１は、後段側光ファイバ２Ｂの入力端側において信号伝播路とバイパス用光ファイバ路３０との分岐点に設けられている。バンドパスフィルタ３２は、バイパス用光ファイバ路３０の中途に設けられている。第２のサーキュレータ３３は、後段側光ファイバ２Ｂの出力端側において信号伝播路とバイパス用光ファイバ路３０との分岐点に設けられている。
【０１２９】
この変形例においては、第１、第２のサーキュレータ３１、３３と、バンドパスフィルタ３２とによって雑音抑制光供給器が構成されている。
【０１３０】
この変形例は、次のように機能する。増幅中において後段側光ファイバ２Ｂ内で発生して、後段側光ファイバ２Ｂの入力端から信号伝播方向とは逆の方向に沿って放出される残存自然放出光は、第１のサーキュレータ３１により信号伝播路から取り出されてバイパス用光ファイバ路３０に導入される。バイパス用光ファイバ路３０には、雑音抑制光として用いる帯域の光（例えば、１５６０ｎｍ帯）だけを通過させる機能を有するバンドパスフィルタ３２が配置されている。そのため、バイパス用光ファイバ路３０に導入された光のうち、残存自然放出光だけがバンドパスフィルタ３２を通過することで、この残存自然放出光が雑音抑制光として選択的に取り出される。
【０１３１】
バンドパスフィルタ３２により取り出された雑音抑制光は、第２のサーキュレータ３３を介して信号伝播路に再投入される。このとき、雑音抑制光は、第２のサーキュレータ３３の機能により信号伝播方向の逆方向に沿って再投入されて後段側光ファイバ２Ｂに供給される。
【０１３２】
このようにして後段側光ファイバ２Ｂに供給される雑音抑制光により後段側光ファイバ２Ｂが実施する光増幅の際に生じる雑音は抑制される。雑音抑制のメカニズムは上述した実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３３】
また、後段側光ファイバ２Ｂから信号伝播方向の逆方向に沿って放出される自然放出光を取り出して雑音抑制光として用いることで、信号光パワーが最小となる前段側光ファイバ２Ａのおける自然放出光を小さくすることができ、その分、さらに雑音特性（ＮＦ）が向上する。
【０１３４】
この変形例においては、雑音抑制光用の光源を別途設ける必要がない分、構成が簡単になるうえに、部品点数の削減を図ることができる。なお、この変形例の構成においては、バイパス用光ファイバ路３０を通過する残存自然放出光を発振させる必要はないのも勿論である。
【０１３５】
なお、図２８に示す変形例においては、バンドパスフィルタ３２を省略することができる。これは、残存自然放出光をそのまま後段側光ファイバ２Ｂの出力端から後段側光ファイバ２Ｂに入射しても雑音抑制効果があるためである。また、増幅用光ファイバ２’（具体的に後段側光ファイバ２Ｂ）の中間部分にアイソレータ等を挿入してループを遮断し得る構成とすることもできる。そうすればより安定な動作を達成できるので好ましい。
【０１３６】
次に多段の光増幅用光ファイバを有する光増幅装置において本発明を実施した図２８に示す変形例がさらに有効である点を説明する。
【０１３７】
図２５に示す変形例においては、上述したように、増幅用光ファイバ２の入力端側に設けた第１のサーキュレータ１１から残存自然放出光を取り出し、取り出した残存自然放出光を増幅用光ファイバ２の出力端側に設けた第２のサーキュレータ１３から増幅用光ファイバ２に導入している。このような図２５の変形例に示す構成を、多段の光増幅用光ファイバを有する光増幅装置に適用することが考えられる。しかしながら、この構成は次の点で不都合がある。
【０１３８】
一般に増幅用光ファイバの入力側には、反射光（戻り光）の吸収遮断等を目的にしてアイソレータ類（サーキュレータも含まれる）が配置される。増幅用光ファイバを多段に配置する場合には、光ファイバの中間位置にもアイソレータ類が配置される。
【０１３９】
サーキュレータは、上述したアイソレータ類の機能（反射光の吸収遮断等）を発揮することができるほか、残存自然放出光を取り出す機能を発揮することができる。そのため、増幅用光ファイバを多段に配置した構成においては、増幅用光ファイバの入力端に設けるアイソレータ類と中間位置に配置するアイソレータ類とのうちのいずれか一方をサーキュレータにすることで残存自然放出光を取り出すことができる。
【０１４０】
これに対して、サーキュレータは一般にアイソレータより挿入損失が大きいという特徴がある。したがって、増幅用光ファイバ２Ａの入力端にあるアイソレータ類としてサーキュレータを用いることで残存自然放出光を取り出した場合（図２５の変形例に示す構成）では、信号光は、サーキュレータという挿入損失が比較的大きい素子を通過したうえで増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂに入力されることになる。そのため、このようにして残存自然放出光を取り出した場合には、信号光は挿入損失が比較的大きい状態で増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂで増幅されることになり、雑音特性（ＮＦ）の劣化は大きくなる。
【０１４１】
一方、多段に配置した増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂの中間位置にあるアイソレータ類としてサーキュレータ３１を用いることで残存自然放出光を取り出した場合（図２８に示す変形例の構成）では、信号光は、アイソレータ９Ａという挿入損失が比較的小さい素子を通過したうえで増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂに入力されることになる。したがって、このようにして残存自然放出光を取り出した場合には、信号光は挿入損失が比較的小さい状態のままで増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂで増幅されることになる。そのため、前述した構成（図２５の変形例に示す構成を多段の光増幅用光ファイバを有する光増幅装置に適用した構成）に比べて雑音特性（ＮＦ）の劣化は小さくなる。図２８に示す変形例は、このような点で有効である
さらには、図２８に示す変形例では、より大きな残存自然放出光を取り出すことができるという利点もある。すなわち、図２５の変形例に示す構成を、多段の増幅用光ファイバを有する光増幅装置に適用した場合には、前段の増幅用光ファイバから放出される残存自然放出光しか取り出すことができない。これは、後段の増幅用光ファイバから信号伝播方向の逆方向に沿って放出される残存自然放出光は増幅用光ファイバの中間位置に設けられたアイソレータ類により吸収されるためである。
【０１４２】
これに対して、図２８に示す変形例では、後段の増幅用光ファイバ２Ｂから信号伝播方向の逆方向に沿って放出される残存自然放出光を取り出すことができるほか、前段の増幅用光ファイバ２Ａから信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光も次のようにして取り出すことができる。すなわち、前段の増幅用光ファイバ２Ａから信号伝播方向に沿って放出される残存自然放出光と励起光とは第１のサーキュレータ３１を通過して後段の増幅用光ファイバ２Ｂに取り込まれる。後段の増幅用光ファイバ２Ｂでは第１のサーキュレータ３１から取り込まれた残存自然放出光と励起光とによっても自然放出光が発生する。そして、発生した自然放出光の一部は信号伝播方向の逆方向に沿って放出される。そのため、このようにして放出される残存自然放出光は、第１のサーキュレータ３１を介して取り出すことができる。
【０１４３】
このように図２８に示す変形例では、前段、後段それぞれの増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂから放出される残存自然放出光を有効に取り出すことができる。
【０１４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広い帯域にわたって雑音特性とパワー変換効率とを両立させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光増幅装置の構成を示す構成図である。
【図２】実施形態の光増幅装置の変形例を示す構成図である。
【図３】従来と同等の構成を有する光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）を示す図である。
【図４】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）を示す図である。
【図５】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）を示す図である。
【図６】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）を示す図である。
【図７】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）を示す図である。
【図８】従来と同等の構成を有する光増幅装置のパワー変換効率の変化を示す表である。
【図９】本発明の光増幅装置のパワー変換効率の変化を示す表である。
【図１０】本発明の光増幅装置の増幅スペクトルの波長特性を示す図である。
【図１１】本発明の光増幅装置の増幅スペクトルの波長特性を示す図である。
【図１２】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１３】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１４】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１５】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１６】本発明の光増幅装置の増幅スペクトルの波長特性を示す図である。
【図１７】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１８】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図１９】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図２０】本発明の光増幅装置の雑音特性（ＮＦ）と利得特性を示す図である。
【図２１】本発明の第１の変形例を示す図である。
【図２２】図１の光増幅装置の増幅スペクトルの波長特性を示す図である。
【図２３】本発明の第２の変形例を示す図である。
【図２４】本発明の第３の変形例を示す図である。
【図２５】本発明の第４の変形例を示す図である。
【図２６】本発明の第５の変形例を示す図である。
【図２７】本発明の第６の変形例を示す図である。
【図２８】本発明の第７の変形例を示す図である。
【図２９】本発明の光増幅装置において雑音抑制光に対して実施する波長選択の説明に供する図である。
【符号の説明】
Ａ　信号源　　　１　光増幅装置　　２　増幅用光ファイバ
２’増幅用光ファイバ　２Ａ前段側光ファイバ　２Ｂ後段側光ファイバ
３　前方励起光用光源　　４　後方励起用光源　　５　雑音抑制光用光源
６　第１の合波器　　７　第２の合波器　　８　第３の合波器
９Ａ、９Ｂ　アイソレータ
１０　バイパス用光ファイバ路
１１　第１のサーキュレータ
１２　バンドパスフィルタ
１３　第２のサーキュレータ　　　　１５　反射フィルタ
１６　分岐用光ファイバ路　　　　　１７　分波器
１８　反射ミラー　　２０　サーキュレータ
３０　バイパス用光ファイバ路
３１　第１のサーキュレータ　　　　３２バンドパスフィルタ
３３　第２のサーキュレータ

Claims (6)

1. 希土類元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いて信号光を増幅する増幅用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバに前記励起光を供給する励起光供給器と、
   前記増幅用光ファイバに対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って雑音抑制光を供給する雑音抑制光供給器とを有し、
   前記雑音抑制光供給器は、
   ・前記信号光の波長より短い波長領域である、
   ・前記信号光の波長領域付近において自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出可能な波長領域である、
   ・前記希土類元素による吸収が、その吸収帯における最大吸収ピークの１９％以上となる波長領域である、
   という波長条件を満たす光を、前記雑音抑制光として前記増幅用光ファイバに供給するものである、
   ことを特徴とする光増幅装置。
2. 請求項１に記載の光増幅装置において、
   前記増幅用光ファイバは、前記希土類元素としてエルビウムが添加されたものであって、Ｌバンド波長帯域（１５６５〜１６２５ｎｍ）の前記信号光を増幅するものであり、
   前記雑音抑制光供給器は、波長帯域１５５０〜１５６０ｎｍの光を前記雑音抑制光として前記増幅用光ファイバに供給するものである、
   ことを特徴とする光増幅装置。
3. 請求項２に記載の光増幅装置において、
   前記雑音抑制光供給器は、波長帯域１５５５ｎｍの光を前記雑音抑制光として前記増幅用光ファイバに供給するものである、
   ことを特徴とする光増幅装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光増幅装置において、
   前記励起光供給器は、前記増幅用光ファイバに対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って後方励起光を供給する後方励起光供給部を備えており、
   前記雑音抑制光および前記後方励起光を合波した後に、前記増幅用光ファイバに供給することを特徴とする光増幅装置。
5. 請求項４に記載の光増幅装置において、
   前記雑音抑制光供給器は、前記雑音抑制光を生成する雑音抑制光用光源を備える一方、前記後方励起光供給部は、後方励起光を生成する後方励起光用光源を備えており、
   前記両光源からの雑音抑制光および前記後方励起光を合波する第１の合波器と、この第１の合波器の出力および前記信号光を合波する第２の合波器とを備えることを特徴とする光増幅装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光増幅装置において、
   前記励起光供給器は、信号伝播方向に沿って前記増幅用光ファイバの信号伝播方向前端側から前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給する前方励起光供給部と、信号伝播方向の逆方向に沿って前記増幅用光ファイバの信号伝播方向後端側から前記増幅用光ファイバに後方励起光を供給する後方励起光供給部とを備えており、
   前記後方励起光供給部は、前記後方励起光として前記雑音抑制光と同等の波長条件を満たす光を前記増幅用光ファイバに供給することで、前記雑音抑制光供給部を兼務する、
   ことを特徴とする光増幅装置。

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