JP2004006888A - 光伝送装置及び波長多重光通信システム - Google Patents
光伝送装置及び波長多重光通信システム Download PDFInfo
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Abstract
【目的】波長多重化した光信号を増幅して伝送する光伝送装置及び波長多重光通信システムに関し、安定な波長多重光信号の増幅、伝送を可能とする。
【構成】光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、波長多重光信号の各波長の光信号に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段と第二光増幅手段との利得を制御する構成を備え、増幅した波長多重光信号を受信側の装置に送信する。
【選択図】 図１
【構成】光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、波長多重光信号の各波長の光信号に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段と第二光増幅手段との利得を制御する構成を備え、増幅した波長多重光信号を受信側の装置に送信する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、波長多重光信号を増幅して伝送する為の光伝送装置及びこの光伝送装置を用いた波長多重光通信システムに関する。
【０００２】
近年において、光通信ネットワークは、通信分野に急速に浸透しているが、今後は、マルチメディア化への対応が不可欠であり、その対応策として、波長多重による大容量化が有望であり、その為には、波長多重光信号を増幅する波長多重光増幅手段が必須である。
【０００３】
このような波長多重光増幅手段においては、波長多重光信号の一括増幅時に利得の波長依存性がないこと、さらに、入力パワーの変化によって利得の波長依存性を生じないことが要求されている。
【０００４】
【従来の技術】
稀土類元素をドープした光ファイバによって、光の直接増幅を行う光増幅器は既に各種知られており、このような稀土類ドープファイバ光増幅器を用いて、波長多重光信号の一括増幅を行う波長多重用光増幅器の開発も一部において行われている。
【０００５】
しかしながら、稀土類ドープファイバ光増幅器の利得が波長依存性を有しない領域は、一般に極めて狭く、波長多重システム用の光増幅器として実用に耐えるものは、従来、知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅の際に生じる利得の波長依存性、あるいは、当初、各波長の信号光の利得が同じであっても、入力パワーが変化した場合に生じる利得の波長依存性が、特定の信号光に対する信号対雑音比の劣化を招き、波長多重用光増幅器の実現の妨げになっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するもので、多波長一括増幅の際に利得の波長依存性がなく、利得の波長依存性が入力パワーの大きさによって変化しないようにし、且つ出力パワーの変動を抑圧することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送装置は、図１を参照して説明すると、入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得を制御する構成を備えている。
【０００９】
又入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二増幅手段との間に設けられ、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で、即ち、波長多重光信号の各波長の光信号が等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１と第二光増幅手段（後段の光増幅部２））との利得を制御する構成を備えている。
【００１０】
本発明の波長多重光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、この光可変減衰手段により減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１１】
又波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に設けられて、第一増幅波長多重光信号又は増幅された波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１２】
【作用】
波長多重光信号の一括増幅を行う時に生じる利得の波長依存性、或いは、当初は各波長の光信号の利得が同じであっても、入力パワーが変化したとき生じる利得の波長依存性に対して、第一光増幅手段と第二光増幅手段とを縦続接続し、例えば、それぞれ入力パワーと出力パワーをモニタして、それぞれの励起光源に帰還をかけて、各増幅手段の利得を一定にするＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行って、各光増幅手段の利得の波長依存性が、入力パワーが変化しても一定になるようにすることができる。
【００１３】
又波長多重光通信システムにおいて、光伝送装置により波長多重光信号を増幅して送信する場合に、各波長の光信号パワーを同一として送信することが可能となり、安定な波長多重光通信が可能となる。
【００１４】
【実施例】
先ず、図１〜図１４を参照して、本発明の実施例の概要について説明する。
図１に示すように、（１）．それぞれ稀土類ドープファイバ７，８と該稀土類ドープファイバを励起する励起光源９１，９２ とを備えた前段の光増幅部１（第一光増幅手段）と後段の光増幅部２（第二光増幅手段）とを縦続に接続し、前段の光増幅部１に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３１ と、光分岐カプラ３１ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４１ と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３２ と、光分岐カプラ３２ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４２ と、両ホトダイオード４１，４２ の検出レベルの比が一定になるように励起光源９１ に帰還を行うＡＧＣ回路６１ を設けて、ＡＧＣ制御によって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にし、後段の光増幅部２に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３３ と、光分岐カプラ３３ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４３ と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３４ と、光分岐カプラ３４ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４４ と、両ホトダイオード４３，４４ の検出レベルの比が一定になるように励起光源９２ に帰還を行うＡＧＣ回路６２ を設けて、ＡＧＣ制御によって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にするとともに、前段の光増幅部１の利得の波長特性を補償して光増幅器の利得波長特性を均一にする利得波長特性を後段の光増幅部２に付与し、さらに後段の光増幅部２の出力信号光を分岐するＡＬＣ用光分岐カプラ１２と、ＡＬＣ用光分岐カプラ１２で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード１３と、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入された可変光減衰器１１（光可変減衰手段）と、ホトダイオード１３の検出レベルに応じて可変光減衰器１１の減衰量を制御して後段の光増幅部２の光出力パワーを一定に保つＡＬＣ回路１４を設ける。
【００１５】
（２）．又可変光減衰器１１を後段の光増幅部２とＡＬＣ用光分岐カプラ１２の間に挿入する。
【００１６】
（３）．又ＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００１７】
（４）．又ＡＬＣ回路１４が、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つ構成とする。
【００１８】
（５）．又後段の光増幅部２に、励起光源９２ の光出力を一定に保つＡＰＣ回路１０を設けることによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存にする。
【００１９】
（６）．又後段の光増幅部２に、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３４ と、光分岐カプラ３４ で 分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４４ と、ホトダイオード４４ の検出レベルに応じて励起光源９２ の出力レベルが一定になるように制御するＡＬＣ回路１４２ を設け、さらにＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００２０】
（７）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０１ を有し、ホトダイオード２０１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０２ を有し、ホトダイオード２０２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２１】
（８）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６１ と、ＷＤＭカプラ１６１ で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７１ とを有し、ホトダイオード１７１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６２ と、ＷＤＭカプラ１６２ で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７２ とを有し、ホトダイオード１７２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２２】
（９）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ７の励起光源９１ と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５３ と、信号光・励起光分波カプラ５３ で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８１ とを有し、ホトダイオード１８１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ８の励起光源９２ と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５４ と、信号光・励起光分波カプラ５４ で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８２ とを有し、ホトダイオード１８２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２３】
（１０） ．又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とが、それぞれの稀土類ドープファイバ７，８の利得波長特性に基づいて互いに逆方向の等しい傾きを持つ線形又は線形に近い利得波長特性を有する。
【００２４】
（１１） ．又稀土類ドープファイバ７，８が、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバからなる。
【００２５】
（１２） ．又前段の光増幅部１は短波長側の利得が高く後段の光増幅部２は長波長側の利得が高い傾きの利得波長特性を有する。
【００２６】
（１３） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい波長特性を有する光フィルタ１５を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２７】
（１４） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２の後段に短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有する光フィルタ１５を挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２８】
（１５） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、前段の光増幅部１が後方励起の場合の励起用合波器又は後段の光増幅部２が前方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００２９】
（１６） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２が後方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００３０】
次に各図を参照して説明する。図１は、本発明の実施例（１）を示したものである。図１において、１は前段の光増幅部（第一光増幅手段）、２は後段の光増幅部（第二光増幅手段）、３１ 〜３４ は光分岐カプラ、４１ 〜４４ はホトダイオード（ＰＤ）、５１，５２ は信号光と励起光とを合分波する光カプラ、６１，６２ はＡＧＣ回路、７は前段の稀土類ドープファイバ、８は後段の稀土類ドープファイバ、９１，９２ は励起光源（ＰＳ）、１１は可変光減衰器（ＡＴＴ）（光可変減衰手段）、１２はＡＬＣ用光分岐カプラ、１３はホトダイオード（ＰＤ）、１４はＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路である。なお、波長多重光信号の入力手段と、波長多重光信号の受信手段とについては図示を省略しているが、各種の手段を適用することができる。
【００３１】
図１の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３２】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３３】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わされた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００３４】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００３５】
可変光減衰器１１には、ファラデー回転子や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）結晶の電気光学効果を利用したもの等を用いることができる。
【００３６】
以下においては、２段構成を用いて、各波長の光信号の利得差を相殺する方法を説明する。各光増幅部において、ＡＧＣ制御を行ってその利得を一定に保つことにより、利得の波長依存性が広い入力レンジにおいて一定に保たれる。
【００３７】
そして、前段の光増幅部と後段の光増幅部のそれぞれの出力スペクトルにおいて利得波長特性が均一、即ち、平坦特性であるような、ＡＧＣ制御設定レベルをＧ０，１ ， Ｇ０，２ としたとき、前段の光増幅部と後段の光増幅部とのＡＧＣ制御の設定レベルＧ１ ， Ｇ２ を、Ｇ１ ≧Ｇ０，１ ， Ｇ２ ≦Ｇ０，２ と設定することによって、各信号波長における利得の波長依存性を、後段の光増幅部で相殺するだけでなく、前段の光増幅部が高い利得であるので、広い入力範囲で、低雑音特性を実現することができる。
【００３８】
なお、図１の構成においては、前方励起構成としているが、後方励起構成でも、原理的には同じである。又、光入力モニタおよび光出力モニタにおいては、光入力パワー又は光出力パワーの一部分（一部の波長部分）を、波長特性を有する光フィルタ等を通して検出する場合を含むものとする。
【００３９】
図２は、本発明の実施例（２）における動作原理を示したものである。図２において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｃ）は前段の光増幅部と後段の光増幅部を縦続に接続した場合の２段構成での利得波長特性であって、λ（ｎｍ）は光の波長、Ｇ（ｄＢ）は利得である。実施例（２）の場合の構成は、図１に示されたものと同様である。
【００４０】
稀土類ドープファイバとして、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバを用いることによって、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域において、図２に示すような、利得の波長特性がほぼ線形である利得帯域特性を持たせることができる。
【００４１】
前述のアルミナ高濃度添加のＥｒドープファイバにおけるＥｒイオンの吸収・放出の特性に依存して、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域においては、励起率が高いときは、短波長側の利得が高く長波長側の利得が低いが、励起率が低いときは、長波長側の利得が高く短波長側の利得が低くなる。実施例（２）では、前段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を長くして励起率を高くすることによって、図２（ａ）に示すように長波長側が利得が低い特性とする。一方、後段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を短くして励起率を低くすることによって、（ｂ）に示すように長波長側の利得が高くなるようにする。
【００４２】
この両者の特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｃ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになるとともに、前段の光増幅部を高励起率にすることによって低雑音指数化し、後段の光増幅部を低励起率にすることによって、励起効率を向上するとともに、高出力化・低消費電力化することができる。
【００４３】
実際に光増幅器を構成して得られた実験例として、４波（１５４８ｎｍ，１５５１ｎｍ，１５５４ｎｍ，１５５７ｎｍ）増幅の場合、光入力レベル−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍにおいて、前段の光増幅部は、最大励起光パワー１６０ｍＷ（９８０ｎｍ）において、利得を２０ｄＢ，利得チルトを１．５ｄＢとし、後段の光増幅部は、最大励起光パワー１００ｍＷ（１４８０ｎｍ）において、各チャネルにおける出力を＋７ｄＢｍとした場合、雑音指数として、最大５．６ｄＢ、最大利得チルト０．２ｄＢが得られた。
【００４４】
図３は、本発明の実施例（３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の入力側に挿入されている。又図４は、本発明の実施例（３）における動作原理を示したものである。図４において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は前段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性の概要を示す。
【００４５】
図３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００４６】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００４７】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係、あるいは入力依存性の小さい状態にする。又、波長特性補償用光フィルタ１５によって、前段の光増幅部１における利得波長特性をさらに極端にし、後段の光増幅部２の利得波長特性によって、最終的に均一な利得波長特性を持つように設定する。
【００４８】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルを一定に保つ。
【００４９】
従って、前段の光増幅部では、図４（ａ）のように、長波長側が利得の低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与し、波長特性補償用光フィルタを通して（ｂ）のようにさらに傾きを大きくし、後段の光増幅部では（ｃ）のように長波長側が極端に高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化，低消費電力化を図ることができる。
【００５０】
これらの特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５１】
図５は、本発明の実施例（４）を示したもので、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている。又図６は、本発明の実施例（４）における動作原理を示したものである。図６において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性である。
【００５２】
図５の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００５３】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００５４】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。従って、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性によって、ある程度均一に補正されるが、さらに後段の光増幅部の出力側の波長特性補償用光フィルタ１５によって、最終的に均一な利得特性を持たせるようにする。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００５５】
従って、図６に示すように、前段の光増幅部では、（ａ）のように長波長側が利得が低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与するとともに、後段の光増幅部では、（ｂ）のように長波長側が極端に利得が高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化・低消費電力化を図る。
【００５６】
この時点では、（ｃ）のように依然、長波長側の利得が高いが、最後に、波長特性補償用光フィルタ１５を通すことによって、利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５７】
なお、図５に示された波長特性補償用光フィルタ１５の実現手段としては、融着型カプラの波長周期を調節することによって、これを利得傾斜フィルタとして用いることができる。この例では、約３ｄＢダウンのポイントで、線形な利得傾斜が得られる。
【００５８】
本発明の実施例（５）として、実施例（３）に示された波長特性補償用光フィルタ１５を、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の入力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも前段の光増幅部１が後方励起であるか、又は後段の光増幅部２が前方励起であることが必要である。
【００５９】
図７は、本発明の実施例（５）における合波器の特性を示したものであって、（ａ）は合波器と励起光源の構成を示し、（ｂ）は合波器の透過特性を示している。図中、２１は合波器を示し、２２は励起光源である。合波器の透過特性において、λｐ は励起光の波長、λｓ は信号光の波長であって、λｓ１〜λｓｎは信号光の帯域を示している。実線は、通常、通信に使用される特性を示し、点線は特性を変更した場合を示している。
【００６０】
図７（ａ）に示す合波器２１を、前段の光増幅部の後方励起用合波器又は後段の光増幅部の前方励起用合波器とし、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）の点線Ａで示す場合のように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（３）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図４（ｃ）におけるように、後段の光増幅部の励起効率を向上させることができる。
【００６１】
本発明の実施例（６）として、実施例（４）に示された波長特性補償用光フィルタを、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも後段の光増幅部２が後方励起であることが必要である。
【００６２】
図７（ａ）に示す合波器２１を、後段の光増幅部２の後方励起用合波器として、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）に示すように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（４）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図６（ｂ）に示すように、後段の光増幅部２の励起効率を向上させることができる。
【００６３】
なお、実施例（３）〜（６）については、これらの手段を組み合わせて用いることもできる。
【００６４】
図８は、本発明の実施例（７）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１０はＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路である。
【００６５】
図８の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００６６】
後段の光増幅部２においては、ＡＰＣ回路１０によって、励起光源９２ に帰還をかけて、励起光源９２ の励起光出力が一定になるように制御を行っている。後段の光増幅部２においては、光入出力条件が、可変光減衰器１１によってほぼ一定に保たれるので、励起光出力を一定にするＡＰＣ制御を行うことにより、利得波長特性を入力パワーに無依存にするための制御の簡略化を図っている。
【００６７】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得波長特性となるように設定されている。さらに前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６８】
図９は、本発明の実施例（８）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、可変光減衰器１１は、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている点が異なっている。
【００６９】
図９の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００７０】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００７１】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力パワーに対して無依存にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００７２】
さらに、後段の光増幅部２の後方に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、光分岐カプラ１２と、ホトダイオード１３とからなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００７３】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間での利得損失の増加がないので、雑音指数の劣化はあまり生じないが、可変光減衰器１１の前にある後段の光増幅部２の出力レベルが高いことが要求されること等から、実施例（１）の場合と比較して、格段に高い励起光エネルギーを必要とすることになる。
【００７４】
以下に示す実施例（９）〜（１１）は、光利得一定の制御を行う手段に関するものである。これらの実施例に示されたＡＧＣ制御の手法は、実施例（１）の場合を含めて任意に混用して実施することが可能である。即ち、同一実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とに適用してもよく、又、異なる実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２にそれぞれ適用してもよく、この場合の組み合わせは任意である。
【００７５】
図１０は、本発明の実施例（９）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、２０１，２０２ は側方向ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００７６】
図１０の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ：ＡＳＥ）を側方向ホトダイオード２０１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７７】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光を側方向ホトダイオード２０２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７８】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００７９】
図１１は、本発明の実施例（１０）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１６１，１６２ は１５３０／１５５０ＷＤＭカプラであって、１５３０ｎｍ帯の光（自然放出光）と、１５５０ｎｍ帯の光（信号光）とを分離する。１７１，１７２ は自然放出光（ＡＳＥ）を検出するＡＳＥ検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８０】
図１１の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６１ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８１】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を入力方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６２ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還し、励起光源９２ の励起パワーを制御して、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８２】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８３】
図１２は、本発明の実施例（１１）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、５３，５４ は信号光・励起光分波カプラ、１８１，１８２ は残留励起光検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８４】
図１２の構成において、前段の光増幅部１では、励起光源９１ から前段の稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ７の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５３ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８１ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８５】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ８の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５４ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８２ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８６】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８７】
図１３は、本発明の実施例（１２）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、光分岐カプラ１２が、前段の光増幅部１の後方に配置された可変光減衰器１１と、後段の光増幅部２との間に挿入されている点が異なっている。
【００８８】
図１３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００８９】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００９０】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００９１】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間光入力モニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。従って、等価的に、光増幅器全体として光出力一定にする制御が実現されている。
【００９２】
なお、実施例（１２）において、可変光減衰器１１の減衰量を、光分岐カプラ１２の分岐光に基づいて制御する代わりに、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて制御を行うことによって、後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つようにしてもよい。
【００９３】
図１４は、本発明の実施例（１３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１４１，１４２ はＡＬＣ回路である。
【００９４】
図１４の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００９５】
後段の光増幅部２においては、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルをＡＬＣ回路１４２ に帰還することによって、後段の光増幅部の出力レベルが一定に制御される。
【００９６】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４１ により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。
【００９７】
従って、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定であるため、後段の光増幅部２の動作は、実質上、ＡＧＣ制御されたものと等価であり、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されるので、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の全体として、利得波長特性が光入力パワーに無依存となる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送装置及び波長多重光通信システムは、第一光増幅手段と第二光増幅手段と光可変減衰手段とを含む光伝送装置を備え、第一及び第二の光増幅手段の利得を制御して、波長多重光信号の各波長の光信号に対して、等しい利得で増幅するものであり、従って、波長多重光信号の一括増幅における利得の波長依存性がなく、且つ入力パワーによる変化も生じないものとなり、波長多重光信号を増幅して送信する波長多重光通信システムの安定な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（１）を示す図である。
【図２】本発明の実施例（２）における動作原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例（３）を示す図である。
【図４】本発明の実施例（３）における動作原理を示す図である。
【図５】本発明の実施例（４）を示す図である。
【図６】本発明の実施例（４）における動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例（５）における合波器の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例（７）を示す図である。
【図９】本発明の実施例（８）を示す図である。
【図１０】本発明の実施例（９）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例（１０）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例（１１）を示す図である。
【図１３】本発明の実施例（１２）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例（１３）を示す図である。
【符号の説明】
１ 光増幅部
２ 光増幅部
３１ 光分岐カプラ
３２ 光分岐カプラ
３３ 光分岐カプラ
３４ 光分岐カプラ
４１ ホトダイオード（ＰＤ）
４２ ホトダイオード（ＰＤ）
４３ ホトダイオード（ＰＤ）
４４ ホトダイオード（ＰＤ）
５１ 信号光・励起光分波カプラ
５２ 信号光・励起光分波カプラ
５３ 信号光・励起光分波カプラ
５４ 信号光・励起光分波カプラ
６１ ＡＧＣ回路
６２ ＡＧＣ回路
７ 稀土類ドープファイバ
８ 稀土類ドープファイバ
９１ 励起光源
９２ 励起光源
１０ ＡＰＣ回路
１１ 可変光減衰器（ＡＴＴ）
１２ ＡＬＣ用光分岐カプラ
１３ ホトダイオード
１４ ＡＬＣ回路
１４１ ＡＬＣ回路
１４２ ＡＬＣ回路
１５ 光フィルタ
１６１ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１６２ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１７１ ホトダイオード（ＰＤ）
１７２ ホトダイオード（ＰＤ）
１８１ ホトダイオード（ＰＤ）
１８２ ホトダイオード（ＰＤ）
２０１ ホトダイオード（ＰＤ）
２０２ ホトダイオード（ＰＤ）
【産業上の利用分野】
本発明は、波長多重光信号を増幅して伝送する為の光伝送装置及びこの光伝送装置を用いた波長多重光通信システムに関する。
【０００２】
近年において、光通信ネットワークは、通信分野に急速に浸透しているが、今後は、マルチメディア化への対応が不可欠であり、その対応策として、波長多重による大容量化が有望であり、その為には、波長多重光信号を増幅する波長多重光増幅手段が必須である。
【０００３】
このような波長多重光増幅手段においては、波長多重光信号の一括増幅時に利得の波長依存性がないこと、さらに、入力パワーの変化によって利得の波長依存性を生じないことが要求されている。
【０００４】
【従来の技術】
稀土類元素をドープした光ファイバによって、光の直接増幅を行う光増幅器は既に各種知られており、このような稀土類ドープファイバ光増幅器を用いて、波長多重光信号の一括増幅を行う波長多重用光増幅器の開発も一部において行われている。
【０００５】
しかしながら、稀土類ドープファイバ光増幅器の利得が波長依存性を有しない領域は、一般に極めて狭く、波長多重システム用の光増幅器として実用に耐えるものは、従来、知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅の際に生じる利得の波長依存性、あるいは、当初、各波長の信号光の利得が同じであっても、入力パワーが変化した場合に生じる利得の波長依存性が、特定の信号光に対する信号対雑音比の劣化を招き、波長多重用光増幅器の実現の妨げになっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するもので、多波長一括増幅の際に利得の波長依存性がなく、利得の波長依存性が入力パワーの大きさによって変化しないようにし、且つ出力パワーの変動を抑圧することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送装置は、図１を参照して説明すると、入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得を制御する構成を備えている。
【０００９】
又入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二増幅手段との間に設けられ、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で、即ち、波長多重光信号の各波長の光信号が等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１と第二光増幅手段（後段の光増幅部２））との利得を制御する構成を備えている。
【００１０】
本発明の波長多重光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、この光可変減衰手段により減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１１】
又波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に設けられて、第一増幅波長多重光信号又は増幅された波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１２】
【作用】
波長多重光信号の一括増幅を行う時に生じる利得の波長依存性、或いは、当初は各波長の光信号の利得が同じであっても、入力パワーが変化したとき生じる利得の波長依存性に対して、第一光増幅手段と第二光増幅手段とを縦続接続し、例えば、それぞれ入力パワーと出力パワーをモニタして、それぞれの励起光源に帰還をかけて、各増幅手段の利得を一定にするＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行って、各光増幅手段の利得の波長依存性が、入力パワーが変化しても一定になるようにすることができる。
【００１３】
又波長多重光通信システムにおいて、光伝送装置により波長多重光信号を増幅して送信する場合に、各波長の光信号パワーを同一として送信することが可能となり、安定な波長多重光通信が可能となる。
【００１４】
【実施例】
先ず、図１〜図１４を参照して、本発明の実施例の概要について説明する。
図１に示すように、（１）．それぞれ稀土類ドープファイバ７，８と該稀土類ドープファイバを励起する励起光源９１，９２ とを備えた前段の光増幅部１（第一光増幅手段）と後段の光増幅部２（第二光増幅手段）とを縦続に接続し、前段の光増幅部１に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３１ と、光分岐カプラ３１ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４１ と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３２ と、光分岐カプラ３２ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４２ と、両ホトダイオード４１，４２ の検出レベルの比が一定になるように励起光源９１ に帰還を行うＡＧＣ回路６１ を設けて、ＡＧＣ制御によって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にし、後段の光増幅部２に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３３ と、光分岐カプラ３３ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４３ と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３４ と、光分岐カプラ３４ で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４４ と、両ホトダイオード４３，４４ の検出レベルの比が一定になるように励起光源９２ に帰還を行うＡＧＣ回路６２ を設けて、ＡＧＣ制御によって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にするとともに、前段の光増幅部１の利得の波長特性を補償して光増幅器の利得波長特性を均一にする利得波長特性を後段の光増幅部２に付与し、さらに後段の光増幅部２の出力信号光を分岐するＡＬＣ用光分岐カプラ１２と、ＡＬＣ用光分岐カプラ１２で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード１３と、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入された可変光減衰器１１（光可変減衰手段）と、ホトダイオード１３の検出レベルに応じて可変光減衰器１１の減衰量を制御して後段の光増幅部２の光出力パワーを一定に保つＡＬＣ回路１４を設ける。
【００１５】
（２）．又可変光減衰器１１を後段の光増幅部２とＡＬＣ用光分岐カプラ１２の間に挿入する。
【００１６】
（３）．又ＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００１７】
（４）．又ＡＬＣ回路１４が、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つ構成とする。
【００１８】
（５）．又後段の光増幅部２に、励起光源９２ の光出力を一定に保つＡＰＣ回路１０を設けることによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存にする。
【００１９】
（６）．又後段の光増幅部２に、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３４ と、光分岐カプラ３４ で 分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４４ と、ホトダイオード４４ の検出レベルに応じて励起光源９２ の出力レベルが一定になるように制御するＡＬＣ回路１４２ を設け、さらにＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００２０】
（７）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０１ を有し、ホトダイオード２０１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０２ を有し、ホトダイオード２０２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２１】
（８）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６１ と、ＷＤＭカプラ１６１ で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７１ とを有し、ホトダイオード１７１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６２ と、ＷＤＭカプラ１６２ で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７２ とを有し、ホトダイオード１７２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２２】
（９）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６１ が、稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ７の励起光源９１ と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５３ と、信号光・励起光分波カプラ５３ で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８１ とを有し、ホトダイオード１８１ の検出レベルが一定になるように励起光源９１ に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６２ が、稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ８の励起光源９２ と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５４ と、信号光・励起光分波カプラ５４ で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８２ とを有し、ホトダイオード１８２ の検出レベルが一定になるように励起光源９２ に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６１ とＡＧＣ回路６２ の両方を上述のような構成にする。
【００２３】
（１０） ．又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とが、それぞれの稀土類ドープファイバ７，８の利得波長特性に基づいて互いに逆方向の等しい傾きを持つ線形又は線形に近い利得波長特性を有する。
【００２４】
（１１） ．又稀土類ドープファイバ７，８が、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバからなる。
【００２５】
（１２） ．又前段の光増幅部１は短波長側の利得が高く後段の光増幅部２は長波長側の利得が高い傾きの利得波長特性を有する。
【００２６】
（１３） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい波長特性を有する光フィルタ１５を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２７】
（１４） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２の後段に短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有する光フィルタ１５を挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２８】
（１５） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、前段の光増幅部１が後方励起の場合の励起用合波器又は後段の光増幅部２が前方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００２９】
（１６） ．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２が後方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００３０】
次に各図を参照して説明する。図１は、本発明の実施例（１）を示したものである。図１において、１は前段の光増幅部（第一光増幅手段）、２は後段の光増幅部（第二光増幅手段）、３１ 〜３４ は光分岐カプラ、４１ 〜４４ はホトダイオード（ＰＤ）、５１，５２ は信号光と励起光とを合分波する光カプラ、６１，６２ はＡＧＣ回路、７は前段の稀土類ドープファイバ、８は後段の稀土類ドープファイバ、９１，９２ は励起光源（ＰＳ）、１１は可変光減衰器（ＡＴＴ）（光可変減衰手段）、１２はＡＬＣ用光分岐カプラ、１３はホトダイオード（ＰＤ）、１４はＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路である。なお、波長多重光信号の入力手段と、波長多重光信号の受信手段とについては図示を省略しているが、各種の手段を適用することができる。
【００３１】
図１の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３２】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３３】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わされた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００３４】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００３５】
可変光減衰器１１には、ファラデー回転子や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）結晶の電気光学効果を利用したもの等を用いることができる。
【００３６】
以下においては、２段構成を用いて、各波長の光信号の利得差を相殺する方法を説明する。各光増幅部において、ＡＧＣ制御を行ってその利得を一定に保つことにより、利得の波長依存性が広い入力レンジにおいて一定に保たれる。
【００３７】
そして、前段の光増幅部と後段の光増幅部のそれぞれの出力スペクトルにおいて利得波長特性が均一、即ち、平坦特性であるような、ＡＧＣ制御設定レベルをＧ０，１ ， Ｇ０，２ としたとき、前段の光増幅部と後段の光増幅部とのＡＧＣ制御の設定レベルＧ１ ， Ｇ２ を、Ｇ１ ≧Ｇ０，１ ， Ｇ２ ≦Ｇ０，２ と設定することによって、各信号波長における利得の波長依存性を、後段の光増幅部で相殺するだけでなく、前段の光増幅部が高い利得であるので、広い入力範囲で、低雑音特性を実現することができる。
【００３８】
なお、図１の構成においては、前方励起構成としているが、後方励起構成でも、原理的には同じである。又、光入力モニタおよび光出力モニタにおいては、光入力パワー又は光出力パワーの一部分（一部の波長部分）を、波長特性を有する光フィルタ等を通して検出する場合を含むものとする。
【００３９】
図２は、本発明の実施例（２）における動作原理を示したものである。図２において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｃ）は前段の光増幅部と後段の光増幅部を縦続に接続した場合の２段構成での利得波長特性であって、λ（ｎｍ）は光の波長、Ｇ（ｄＢ）は利得である。実施例（２）の場合の構成は、図１に示されたものと同様である。
【００４０】
稀土類ドープファイバとして、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバを用いることによって、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域において、図２に示すような、利得の波長特性がほぼ線形である利得帯域特性を持たせることができる。
【００４１】
前述のアルミナ高濃度添加のＥｒドープファイバにおけるＥｒイオンの吸収・放出の特性に依存して、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域においては、励起率が高いときは、短波長側の利得が高く長波長側の利得が低いが、励起率が低いときは、長波長側の利得が高く短波長側の利得が低くなる。実施例（２）では、前段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を長くして励起率を高くすることによって、図２（ａ）に示すように長波長側が利得が低い特性とする。一方、後段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を短くして励起率を低くすることによって、（ｂ）に示すように長波長側の利得が高くなるようにする。
【００４２】
この両者の特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｃ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになるとともに、前段の光増幅部を高励起率にすることによって低雑音指数化し、後段の光増幅部を低励起率にすることによって、励起効率を向上するとともに、高出力化・低消費電力化することができる。
【００４３】
実際に光増幅器を構成して得られた実験例として、４波（１５４８ｎｍ，１５５１ｎｍ，１５５４ｎｍ，１５５７ｎｍ）増幅の場合、光入力レベル−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍにおいて、前段の光増幅部は、最大励起光パワー１６０ｍＷ（９８０ｎｍ）において、利得を２０ｄＢ，利得チルトを１．５ｄＢとし、後段の光増幅部は、最大励起光パワー１００ｍＷ（１４８０ｎｍ）において、各チャネルにおける出力を＋７ｄＢｍとした場合、雑音指数として、最大５．６ｄＢ、最大利得チルト０．２ｄＢが得られた。
【００４４】
図３は、本発明の実施例（３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の入力側に挿入されている。又図４は、本発明の実施例（３）における動作原理を示したものである。図４において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は前段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性の概要を示す。
【００４５】
図３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００４６】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００４７】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係、あるいは入力依存性の小さい状態にする。又、波長特性補償用光フィルタ１５によって、前段の光増幅部１における利得波長特性をさらに極端にし、後段の光増幅部２の利得波長特性によって、最終的に均一な利得波長特性を持つように設定する。
【００４８】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルを一定に保つ。
【００４９】
従って、前段の光増幅部では、図４（ａ）のように、長波長側が利得の低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与し、波長特性補償用光フィルタを通して（ｂ）のようにさらに傾きを大きくし、後段の光増幅部では（ｃ）のように長波長側が極端に高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化，低消費電力化を図ることができる。
【００５０】
これらの特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５１】
図５は、本発明の実施例（４）を示したもので、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている。又図６は、本発明の実施例（４）における動作原理を示したものである。図６において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性である。
【００５２】
図５の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００５３】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００５４】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。従って、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性によって、ある程度均一に補正されるが、さらに後段の光増幅部の出力側の波長特性補償用光フィルタ１５によって、最終的に均一な利得特性を持たせるようにする。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００５５】
従って、図６に示すように、前段の光増幅部では、（ａ）のように長波長側が利得が低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与するとともに、後段の光増幅部では、（ｂ）のように長波長側が極端に利得が高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化・低消費電力化を図る。
【００５６】
この時点では、（ｃ）のように依然、長波長側の利得が高いが、最後に、波長特性補償用光フィルタ１５を通すことによって、利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５７】
なお、図５に示された波長特性補償用光フィルタ１５の実現手段としては、融着型カプラの波長周期を調節することによって、これを利得傾斜フィルタとして用いることができる。この例では、約３ｄＢダウンのポイントで、線形な利得傾斜が得られる。
【００５８】
本発明の実施例（５）として、実施例（３）に示された波長特性補償用光フィルタ１５を、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の入力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも前段の光増幅部１が後方励起であるか、又は後段の光増幅部２が前方励起であることが必要である。
【００５９】
図７は、本発明の実施例（５）における合波器の特性を示したものであって、（ａ）は合波器と励起光源の構成を示し、（ｂ）は合波器の透過特性を示している。図中、２１は合波器を示し、２２は励起光源である。合波器の透過特性において、λｐ は励起光の波長、λｓ は信号光の波長であって、λｓ１〜λｓｎは信号光の帯域を示している。実線は、通常、通信に使用される特性を示し、点線は特性を変更した場合を示している。
【００６０】
図７（ａ）に示す合波器２１を、前段の光増幅部の後方励起用合波器又は後段の光増幅部の前方励起用合波器とし、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）の点線Ａで示す場合のように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（３）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図４（ｃ）におけるように、後段の光増幅部の励起効率を向上させることができる。
【００６１】
本発明の実施例（６）として、実施例（４）に示された波長特性補償用光フィルタを、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも後段の光増幅部２が後方励起であることが必要である。
【００６２】
図７（ａ）に示す合波器２１を、後段の光増幅部２の後方励起用合波器として、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）に示すように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（４）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図６（ｂ）に示すように、後段の光増幅部２の励起効率を向上させることができる。
【００６３】
なお、実施例（３）〜（６）については、これらの手段を組み合わせて用いることもできる。
【００６４】
図８は、本発明の実施例（７）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１０はＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路である。
【００６５】
図８の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００６６】
後段の光増幅部２においては、ＡＰＣ回路１０によって、励起光源９２ に帰還をかけて、励起光源９２ の励起光出力が一定になるように制御を行っている。後段の光増幅部２においては、光入出力条件が、可変光減衰器１１によってほぼ一定に保たれるので、励起光出力を一定にするＡＰＣ制御を行うことにより、利得波長特性を入力パワーに無依存にするための制御の簡略化を図っている。
【００６７】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得波長特性となるように設定されている。さらに前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６８】
図９は、本発明の実施例（８）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、可変光減衰器１１は、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている点が異なっている。
【００６９】
図９の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００７０】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００７１】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力パワーに対して無依存にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００７２】
さらに、後段の光増幅部２の後方に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、光分岐カプラ１２と、ホトダイオード１３とからなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００７３】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間での利得損失の増加がないので、雑音指数の劣化はあまり生じないが、可変光減衰器１１の前にある後段の光増幅部２の出力レベルが高いことが要求されること等から、実施例（１）の場合と比較して、格段に高い励起光エネルギーを必要とすることになる。
【００７４】
以下に示す実施例（９）〜（１１）は、光利得一定の制御を行う手段に関するものである。これらの実施例に示されたＡＧＣ制御の手法は、実施例（１）の場合を含めて任意に混用して実施することが可能である。即ち、同一実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とに適用してもよく、又、異なる実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２にそれぞれ適用してもよく、この場合の組み合わせは任意である。
【００７５】
図１０は、本発明の実施例（９）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、２０１，２０２ は側方向ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００７６】
図１０の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ：ＡＳＥ）を側方向ホトダイオード２０１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７７】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光を側方向ホトダイオード２０２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７８】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００７９】
図１１は、本発明の実施例（１０）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１６１，１６２ は１５３０／１５５０ＷＤＭカプラであって、１５３０ｎｍ帯の光（自然放出光）と、１５５０ｎｍ帯の光（信号光）とを分離する。１７１，１７２ は自然放出光（ＡＳＥ）を検出するＡＳＥ検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８０】
図１１の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６１ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８１】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を入力方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６２ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還し、励起光源９２ の励起パワーを制御して、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８２】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８３】
図１２は、本発明の実施例（１１）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、５３，５４ は信号光・励起光分波カプラ、１８１，１８２ は残留励起光検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８４】
図１２の構成において、前段の光増幅部１では、励起光源９１ から前段の稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ７の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５３ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８１ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８５】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ８の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５４ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８２ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８６】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８７】
図１３は、本発明の実施例（１２）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、光分岐カプラ１２が、前段の光増幅部１の後方に配置された可変光減衰器１１と、後段の光増幅部２との間に挿入されている点が異なっている。
【００８８】
図１３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００８９】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００９０】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００９１】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間光入力モニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。従って、等価的に、光増幅器全体として光出力一定にする制御が実現されている。
【００９２】
なお、実施例（１２）において、可変光減衰器１１の減衰量を、光分岐カプラ１２の分岐光に基づいて制御する代わりに、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて制御を行うことによって、後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つようにしてもよい。
【００９３】
図１４は、本発明の実施例（１３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１４１，１４２ はＡＬＣ回路である。
【００９４】
図１４の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００９５】
後段の光増幅部２においては、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルをＡＬＣ回路１４２ に帰還することによって、後段の光増幅部の出力レベルが一定に制御される。
【００９６】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４１ により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。
【００９７】
従って、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定であるため、後段の光増幅部２の動作は、実質上、ＡＧＣ制御されたものと等価であり、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されるので、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の全体として、利得波長特性が光入力パワーに無依存となる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送装置及び波長多重光通信システムは、第一光増幅手段と第二光増幅手段と光可変減衰手段とを含む光伝送装置を備え、第一及び第二の光増幅手段の利得を制御して、波長多重光信号の各波長の光信号に対して、等しい利得で増幅するものであり、従って、波長多重光信号の一括増幅における利得の波長依存性がなく、且つ入力パワーによる変化も生じないものとなり、波長多重光信号を増幅して送信する波長多重光通信システムの安定な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（１）を示す図である。
【図２】本発明の実施例（２）における動作原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例（３）を示す図である。
【図４】本発明の実施例（３）における動作原理を示す図である。
【図５】本発明の実施例（４）を示す図である。
【図６】本発明の実施例（４）における動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例（５）における合波器の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例（７）を示す図である。
【図９】本発明の実施例（８）を示す図である。
【図１０】本発明の実施例（９）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例（１０）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例（１１）を示す図である。
【図１３】本発明の実施例（１２）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例（１３）を示す図である。
【符号の説明】
１ 光増幅部
２ 光増幅部
３１ 光分岐カプラ
３２ 光分岐カプラ
３３ 光分岐カプラ
３４ 光分岐カプラ
４１ ホトダイオード（ＰＤ）
４２ ホトダイオード（ＰＤ）
４３ ホトダイオード（ＰＤ）
４４ ホトダイオード（ＰＤ）
５１ 信号光・励起光分波カプラ
５２ 信号光・励起光分波カプラ
５３ 信号光・励起光分波カプラ
５４ 信号光・励起光分波カプラ
６１ ＡＧＣ回路
６２ ＡＧＣ回路
７ 稀土類ドープファイバ
８ 稀土類ドープファイバ
９１ 励起光源
９２ 励起光源
１０ ＡＰＣ回路
１１ 可変光減衰器（ＡＴＴ）
１２ ＡＬＣ用光分岐カプラ
１３ ホトダイオード
１４ ＡＬＣ回路
１４１ ＡＬＣ回路
１４２ ＡＬＣ回路
１５ 光フィルタ
１６１ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１６２ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１７１ ホトダイオード（ＰＤ）
１７２ ホトダイオード（ＰＤ）
１８１ ホトダイオード（ＰＤ）
１８２ ホトダイオード（ＰＤ）
２０１ ホトダイオード（ＰＤ）
２０２ ホトダイオード（ＰＤ）
Claims (4)
- 入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段と、
減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段とを備え、
前記波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅して前記第二増幅波長多重光信号が得られるように前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との利得を制御する構成を備えた
ことを特徴とする光伝送装置。 - 入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段と、
前記第一光増幅手段と前記第二増幅手段との間に設けられ、前記第一増幅波長多重光信号又は前記第二増幅波長多重光信号に基づいて前記第二光増幅手段に入力される前記第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段とを備え、
前記波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅して前記第二増幅波長多重光信号が得られるように前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との利得を制御する構成を備えた
ことを特徴とする光伝送装置。 - 波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、
前記波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、
該光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、
前記光伝送装置は、
前記波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段と、
減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して該増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段とを備え、
且つ前記波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との利得が制御される構成を備えた
ことを特徴とする波長多重光通信システム。 - 波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、
前記波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、
該光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、
前記光伝送装置は、
前記波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して該増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段と、
前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との間に設けられ、前記第一増幅波長多重光信号又は増幅された波長多重光信号に基づいて前記第二光増幅手段に入力される前記第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段とを備え、
且つ前記波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との利得が制御される構成を備えた
ことを特徴とする波長多重光通信システム。
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2003
- 2003-05-27 JP JP2003148589A patent/JP3551419B2/ja not_active Expired - Lifetime
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