JP2004101771A - 光フィルタ及びそれを用いた光増幅器 - Google Patents
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Abstract
【課題】損失スペクトルの制御性が向上される光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器を提供する。
【解決手段】正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子１と、正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子２とを、入力端５１及び出力端５２の間で直列に接続して設置することにより、入力された光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える光フィルタ５を構成する。そして、損失制御回路３により、損失スペクトルの位相が波長に対して同方向にシフトするように２個の光学素子１、２のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相が波長に対してシフトするように２個の光学素子１、２の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子１と、正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子２とを、入力端５１及び出力端５２の間で直列に接続して設置することにより、入力された光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える光フィルタ５を構成する。そして、損失制御回路３により、損失スペクトルの位相が波長に対して同方向にシフトするように２個の光学素子１、２のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相が波長に対してシフトするように２個の光学素子１、２の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された光に対して、所定の損失スペクトルによって損失を与える光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、光伝送システムで光伝送路を伝送される信号光に対して、光伝送路での伝送損失を補償すべく信号光を増幅するものである。光増幅器としては、例えば、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が添加された光ファイバを増幅用光導波路として用いた希土類元素添加ファイバ増幅器などが用いられている。
【０００３】
近年、光伝送路に互いに異なる波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光を伝送させる波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの開発と利用が進められている。このようなＷＤＭ伝送システムに上記した光増幅器を適用する場合、多波長信号光のそれぞれを互いに等しい利得で一括して増幅するとともに、多波長信号光のそれぞれのパワーを一定範囲のパワー値として出力することが重要となる。これに対して、光増幅器において信号光の増幅利得を平坦化するため、増幅用光導波路における利得の波長依存性（利得スペクトル）と同様の損失の波長依存性（損失スペクトル）を有する光フィルタが利得等化器として用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第０１／０５００５号パンフレット
【非特許文献１】
Ｍ． Ｆｕｋｕｔｏｋｕ， Ｍ． Ｆｕｋｕｉ， Ｍ． Ｙａｍａｄａ， Ｋ． Ｏｄａ， ａｎｄ Ｈ． Ｔｏｂａ， ”２５ ｎｍ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ３２−Ｃｈａｎｎｅｌ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｔｙｐｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ”， ＯＡＡ１９９６， Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．， ＦＡ４ （１９９６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光フィルタとして、例えば、特許文献１「国際公開第０１／０５００５号」に記載されたものがある。この文献には、２つの光カプラを介して光結合された２本の光導波路の少なくとも一方に対して損失スペクトルを制御するための温度調整手段が設けられたマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型の光回路を用い、２個のＭＺＩ型光回路を直列に接続することによって構成された光フィルタが記載されている。
【０００６】
上記文献では、２個のＭＺＩ型光回路を合わせた光フィルタの全体での損失スペクトルに対して、それぞれの光回路において光導波路の温度を調整して２個の光回路での損失スペクトルを波長に対して逆方向にシフトさせ、所定波長での損失が略一定に保持された状態で損失傾斜が変化するように全体での損失スペクトルを制御している。このように、光フィルタでの損失傾斜を変化させることにより、光増幅器での利得傾斜の変動を補償し、利得平坦化を実現する。このような利得平坦化は、ＷＤＭ伝送システムの大容量化を進める上でも重要である。
【０００７】
しかしながら、この光フィルタでは、全体での損失スペクトルの制御は、上記したように所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限られている。このため、光増幅器での利得スペクトルの変動の状態によっては、光増幅器における利得平坦化を充分に実現することができない場合がある。
【０００８】
例えば、Ｔｍ（ツリウム）が添加されたＴｍ添加光ファイバ（ＴＤＦ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を増幅用光導波路として用いたＴｍ添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をＷＤＭ伝送システムに適用した場合、多波長信号光での伝送されている信号数の変化、及びそれぞれの信号光パワーの変化の両方が、光増幅器での利得スペクトルの変動の原因となる。
【０００９】
また、このような光増幅器では、利得傾斜の変動のみでなく、利得スペクトルの中心波長がシフトし、あるいは、利得スペクトルの直線性が変化するなど、光増幅器での利得スペクトルが様々な状態に変動する。このような場合、上記した光フィルタ及びその制御方法では、その損失スペクトルの制御性が限られているため、光増幅器における利得平坦化を充分に実現することが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、損失スペクトルの制御性が向上される光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光フィルタは、（１）光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、（２）第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、（３）第１損失スペクトルの位相、及び第２損失スペクトルの位相を波長に対して同方向にシフトさせることによって、第１光学素子及び第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える第１光フィルタとして機能する第１光学素子と、第２損失スペクトルによって損失を与える第２光フィルタとして機能する第２光学素子とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成する。そして、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００１３】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、光増幅器に対して適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１４】
また、損失制御手段は、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることを特徴とする。これにより、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１５】
この場合、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの所定の基準値からの損失傾斜変化量が−０．００２５ｄＢ／ｎｍ以上０．００２５ｄＢ／ｎｍ以下（−０．１ｄＢ／４０ｎｍ以上０．１ｄＢ／４０ｎｍ以下）となる条件が満たされた状態で、損失制御手段によって中心波長を幅６ｎｍ（±３ｎｍ）以上の波長範囲にわたってシフトさせることが可能であることが好ましい。
【００１６】
また、損失制御手段は、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させることを特徴とする。これにより、光増幅器での利得スペクトルの直線性が変化した場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１７】
この場合、所定の波長帯域内において、損失制御手段によって直線性を０．５ｄＢ以下の所定の直線性から１．４ｄＢ以上の所定の直線性までの直線性範囲にわたって変化させることが可能であることが好ましい。
【００１８】
また、（１）第１光学素子は、第１光導波路と、第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第１光導波路と光結合されて、第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、（２）第２光学素子は、第３光導波路と、第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第３光導波路と光結合されて、第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする。
【００１９】
このように、マッハツェンダ干渉計型の光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いることにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００２０】
このようにマッハツェンダ干渉計型の光回路を用いた構成では、損失制御手段は、第１光導波路の光路長をＬ１ａ、第１光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ａ、第２光導波路の光路長をＬ１ｂ、第２光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ｂ、第３光導波路の光路長をＬ２ａ、第３光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ａ、第４光導波路の光路長をＬ２ｂ、第４光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ｂとしたときに、これらの光路長及び供給電力変化量が、関係式
【数２】
を満たす条件で、全体での損失スペクトルを変化させることが好ましい。
【００２１】
これにより、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることができる。このとき、上述したように、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、その利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００２２】
また、本発明による光フィルタは、（１）光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、（２）第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、（３）第１損失スペクトルの位相、または第２損失スペクトルの位相のいずれか一方を波長に対してシフトさせることによって、第１光学素子及び第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
上記した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える第１光フィルタとして機能する第１光学素子と、第２損失スペクトルによって損失を与える第２光フィルタとして機能する第２光学素子とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成する。そして、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００２４】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、光増幅器に対して適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００２５】
また、（１）第１光学素子は、第１光導波路と、第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第１光導波路と光結合されて、第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、（２）第２光学素子は、第３光導波路と、第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第３光導波路と光結合されて、第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする。
【００２６】
このように、マッハツェンダ干渉計型の光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いることにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００２７】
本発明による光増幅器は、（ａ）所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、（ｂ）増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、（ｃ）増幅用光導波路と直列に接続され、信号光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える上記した光フィルタとを備えることを特徴とする。
【００２８】
このような光フィルタを用いた光増幅器によれば、増幅用光導波路における利得スペクトルの変動に応じて、光フィルタでの損失スペクトルを制御することにより、利得平坦化が充分に実現された光増幅器が得られる。
【００２９】
この場合、増幅用光導波路としては、例えば、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路を用いることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００３１】
まず、本発明による光フィルタの基本構成について説明する。
【００３２】
図１は、光フィルタの第１実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の光フィルタは、光ファイバや平面光導波路などの光導波路から構成され、入力された光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える光部品である。特に、本光フィルタは、ＷＤＭ伝送システムにおいて光伝送路を伝送される多波長信号光などに対して、信号光パワーの傾斜の補償に好適に適用することが可能に構成されている。
【００３３】
図１に示す光フィルタ５は、第１光学素子１、及び第２光学素子２の２個の光学素子を備える。これらの光学素子は、光フィルタ５の入力端５１と出力端５２との間で、光伝送方向（図中の矢印の方向）に対して光学素子１、２の順で直列に接続されて設置されており、これによって、光フィルタ５が構成されている。
【００３４】
第１光学素子１は、図中に模式的に示すように、その損失特性として、光の波長に対して正弦波状の損失スペクトル（第１損失スペクトル）を有している。図１中に示す例では、第１光学素子１の損失スペクトルは、波長λ１で損失が極小の損失スペクトルとなっている。また、この第１光学素子１は、その損失スペクトルの位相が可変に制御可能なように構成されている。
【００３５】
また、第２光学素子２はその損失特性として、光の波長に対して正弦波状で第１損失スペクトルとは異なる損失スペクトル（第２損失スペクトル）を有している。図１中に示す例では、第２光学素子２の損失スペクトルは、波長λ２で損失が極大の損失スペクトルとなっている。また、この第２光学素子２は、その損失スペクトルの位相が可変に制御可能なように構成されている。
【００３６】
これらの光学素子１、２に対し、第１光学素子１及び第２光学素子２を合わせた光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する制御手段として、損失制御回路３が設置されている。
【００３７】
損失制御回路３は、第１光学素子１での損失スペクトルの位相、及び第２光学素子２での損失スペクトルの位相を調整することによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。具体的には、損失制御回路３は、第１損失スペクトルの位相、及び第２損失スペクトルの位相を波長に対して同方向にシフトさせることによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。あるいは、損失制御回路３は、第１損失スペクトルの位相、または第２損失スペクトルの位相のいずれか一方を波長に対してシフトさせることによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。
【００３８】
図２は、光フィルタの第２実施形態を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した第１実施形態の光フィルタについて、より具体的な構成例を示すものとなっている。また、図３は、図２に示した光フィルタについて、光フィルタを構成する各光導波路の光路長Ｌ、光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力Ｐ、及び供給電力変化量ΔＰを示す図である。
【００３９】
本実施形態の光フィルタ５Ａは、基板５０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路からなる平面導波路型光回路である。基板５０上には、光フィルタ５Ａを構成する平面導波路型光回路として、第１光学素子１である第１光回路１Ａと、第２光学素子２である第２光回路２Ａとが設けられている。これらの光回路は、光フィルタ５Ａの入力端５１と出力端５２との間で、光伝送方向に対して光回路１Ａ、２Ａの順で直列に接続されている。
【００４０】
第１光回路１Ａは、光フィルタ５Ａのうち入力端５１側の光回路部分である。この光回路１Ａは、所定の光路長Ｌ１ａ（図３参照）を有する光導波路（第１光導波路）１１と、光導波路１１よりも短い光路長Ｌ１ｂを有する光導波路（第２光導波路）１２とを含んで構成されている。
【００４１】
光導波路１１は、図中の左側の端部を光フィルタ５Ａの入力端５１として形成されている。この光導波路１１に対して、入力端５１側から第２光回路２Ａ側へと順に、光カプラ１３、及び光カプラ１４の２個の光カプラが設けられている。また、光導波路１２は、光カプラ１３、１４のそれぞれを介して、光導波路１１に対して光結合されている。これにより、光導波路１１、１２、及び光カプラ１３、１４は、非対称のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型の第１光回路１Ａを構成している。
【００４２】
また、この第１光回路１Ａにおいては、ＭＺＩ型光回路を構成している光導波路１１、及び光導波路１２のそれぞれに対して、第１光回路１Ａによって光に与えられる損失の損失スペクトルを可変に制御するためのヒータ１５、１６が設けられている。
【００４３】
すなわち、光カプラ１３、１４の間にある光導波路１１に対し、光導波路１１の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ１５が設置されている。また、光カプラ１３、１４の間にある光導波路１２に対し、光導波路１２の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ１６が設置されている。
【００４４】
これらのヒータ１５、１６は、光導波路１１、１２の温度を調整することによって、長い光路長を有する光導波路１１と、短い光路長を有する光導波路１２とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ１５、１６の温度は、それぞれのヒータへの供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを変えることによって調整することができる。これにより、第１光回路１Ａを通過する光に与えられる損失の第１損失スペクトルは、ヒータ１５、１６への供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを利用して電気的に調整が可能となっている。
【００４５】
第２光回路２Ａは、光フィルタ５Ａのうち出力端５２側の光回路部分である。この光回路２Ａは、所定の光路長Ｌ２ａを有する光導波路（第３光導波路）２１と、光導波路２１よりも短い光路長Ｌ２ｂを有する光導波路（第４光導波路）２２とを含んで構成されている。
【００４６】
光導波路２２は、図中の右側の端部を光フィルタ５Ａの出力端５２として形成されている。また、光導波路２２の左側の端部は、第１光回路１Ａでの光導波路１１の右側の端部と光学的に接続されている。これにより、光導波路１１及び光導波路２２から、入力端５１と出力端５２との間の光導波路が構成されている。
【００４７】
この光導波路２２に対して、第１光回路１Ａ側から出力端５２側へと順に、光カプラ２３、及び光カプラ２４の２個の光カプラが設けられている。また、光導波路２１は、これらの光カプラ２３、２４のそれぞれを介して、光導波路２２に対して光結合されている。これにより、光導波路２１、２２、及び光カプラ２３、２４は、非対称のＭＺＩ型の第２光回路２Ａを構成している。
【００４８】
また、この第２光回路２Ａにおいては、ＭＺＩ型光回路を構成している光導波路２１、及び光導波路２２のそれぞれに対して、第２光回路２Ａによって光に与えられる損失の損失スペクトルを可変に制御するためのヒータ２５、２６が設けられている。
【００４９】
すなわち、光カプラ２３、２４の間にある光導波路２１に対し、光導波路２１の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ２５が設置されている。また、光カプラ２３、２４の間にある光導波路２２に対し、光導波路２２の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ２６が設置されている。
【００５０】
これらのヒータ２５、２６は、光導波路２１、２２の温度を調整することによって、長い光路長を有する光導波路２１と、短い光路長を有する光導波路２２とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ２５、２６の温度は、それぞれのヒータへの供給電力Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを変えることによって調整することができる。これにより、第２光回路２Ａを通過する光に与えられる損失の第２損失スペクトルは、ヒータ２５、２６への供給電力Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを利用して電気的に調整が可能となっている。
【００５１】
これらの光回路１Ａ、２Ａに対し、第１光回路１Ａ及び第２光回路２Ａを合わせた光フィルタ５Ａの全体での損失スペクトルを制御する制御手段として、損失制御回路３が設置されている。損失制御回路３による損失スペクトルの制御方法等については、図１に示した光フィルタ５に関して上述した通りである。
【００５２】
上記実施形態による光フィルタの効果について説明する。
【００５３】
図１及び図２に示した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える前段の光フィルタとして機能する第１光学素子１と、第２損失スペクトルによって損失を与える後段の光フィルタとして機能する第２光学素子２とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成している。そして、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００５４】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、後述するように、光増幅器に対して光フィルタを適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５５】
また、図２に示した光フィルタ５Ａでは、ＭＺＩ型光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いている。これにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００５６】
損失制御回路３による光フィルタの全体での損失スペクトルの具体的な制御方法としては、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる方法がある。これにより、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５７】
あるいは、損失制御回路３による損失スペクトルの制御方法として、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる方法がある。これにより、光増幅器での利得スペクトルの直線性が変化した場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５８】
ここで、Ｅｒ（エルビウム）が添加された光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒ）を用い、Ｃバンド波長帯域等を増幅波長帯域とするＥｒ添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では、入力される信号光パワーの変化等に起因して、所定波長での利得を略一定として利得傾斜が変化する利得スペクトルの変動が発生する。
【００５９】
一方、Ｔｍ（ツリウム）が添加された光ファイバ（ＴＤＦ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を用い、Ｓバンド波長帯域等を増幅波長帯域とするＴｍ添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では、Ｓバンド増幅に関係している励起準位構造などにより、その利得スペクトルの変動がＥＤＦＡに比べて複雑なものとなる。
【００６０】
すなわち、ＴＤＦＡをＷＤＭ伝送システムに適用した場合、多波長信号光での伝送されている信号光のチャンネル数の変化、及び各チャンネルでの信号光パワーの変化などに起因して、ＴＤＦＡでの利得スペクトルが変動する。この場合、利得傾斜の変化のみでなく、（１）利得スペクトルでの利得傾斜変化の中心波長がシフトする変動、及び（２）利得スペクトルの直線性が変化する変動などの、様々な利得スペクトルの変動が発生する。このような利得スペクトルの変動は、Ｔｍ以外の希土類元素が添加された光ファイバを用いた光増幅器においても同様に発生する場合がある。
【００６１】
これに対して、上記した構成及び制御方法の光フィルタによれば、上述したように、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることができる。これにより、ＴＤＦＡを含む様々な光増幅器に対して光フィルタを適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能となる。
【００６２】
図１及び図２に示した光フィルタの具体的な構成及び制御方法等についてさらに説明する。
【００６３】
まず、所定の波長帯域（例えば光伝送システムにおける信号光波長帯域）内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる光フィルタの制御方法について説明する。このような制御方法は、光増幅器において利得スペクトルでの利得傾斜変化の中心波長がシフトする変動が発生した場合などに、好適に適用することができる。
【００６４】
図１に示した光フィルタ５において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる制御方法としては、第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせる方法がある。
【００６５】
例えば、図１に模式的に示した例では、第１損失スペクトルでの極小波長λ１をλ１＋Δλにシフトさせるとともに、第２損失スペクトルでの極大波長λ２を第１損失スペクトルと同一のシフト量でλ２＋Δλにシフトさせる。このとき、第１光学素子１及び第２光学素子２を合わせた全体での損失スペクトルは、そのスペクトル形状が保持された状態で、中心波長がシフト量Δλでシフトすることとなる。
【００６６】
このような中心波長のシフトを、図２に示した光フィルタ５Ａを用いて実現する場合について説明する。一般に、２つの光カプラ（方向性結合器）と、それらの光カプラの間に設けられた互いに異なる光路長を有する２本の光導波路とからなる非対称ＭＺＩ型光回路での光パワー透過率は、下記の式（１）で表されることが知られている。
【００６７】
【数３】
ここで、Ｃは方向性結合器での光の結合率、ｎは光導波路の実効屈折率、ΔＬは上下の光導波路（アーム導波路）間での光路長差、Δφは光導波路に対して設けられたヒータの温度による位相シフト量である。
【００６８】
ヒータの温度により位相シフト量Δφが生じると、それに伴って、ＭＺＩ型光回路での損失スペクトルの中心波長がシフトする。上記した式（１）より、ヒータによる位相シフト量Δφによって生じる損失スペクトルの中心波長のシフト量Δλは、式（２ａ）のように導かれる。
【００６９】
【数４】
ここで、λ０はＭＺＩ型光回路における使用波長帯域の中心波長である。
【００７０】
また、平面導波路型光回路などでは、ヒータへの供給電力変化量ΔＰと、位相シフト量Δφとは、ほぼ比例関係を有する。この場合、式（２ａ）は、下記の式（２ｂ）のように表現できる。
【００７１】
【数５】
この式（２ｂ）からわかるように、損失スペクトルの中心波長シフト量Δλは、位相シフト量Δφ、及び供給電力変化量ΔＰに比例し、また、ＭＺＩ型光回路を構成する２本の光導波路の光路長差ΔＬに反比例する。
【００７２】
このため、同じ位相シフト量Δφを与えた場合でも、得られる中心波長シフト量Δλは、光路長差ΔＬによって異なる値となる。したがって、非対称ＭＺＩ型の２個の光回路１Ａ、２Ａを直列に接続して構成された図２の光フィルタ５Ａでは、全体での損失スペクトルの形状を極力保持しつつ中心波長をシフトさせるためには、ＭＺＩ型光回路での光路長差ΔＬに応じたヒータへの電力供給を行う必要がある。
【００７３】
具体的には、図２に示した光フィルタ５Ａでは、光フィルタ５Ａを構成する各光導波路の光路長Ｌ、及び光導波路に設けられたヒータへの供給電力変化量ΔＰが以下の関係式（３）を満たす条件で、全体での損失スペクトルを変化させる。
【００７４】
【数６】
これにより、全体での損失スペクトルの形状を保持しつつ中心波長をシフトさせることができる。
【００７５】
ここで、式（３）において、Ｌ１ａは第１光回路１Ａにおける長い光路長を有する第１光導波路１１の光路長（図３参照）、ΔＰ１ａはヒータ１５への供給電力変化量である。また、Ｌ１ｂは短い光路長を有する第２光導波路１２の光路長、ΔＰ１ｂはヒータ１６への供給電力変化量である。
【００７６】
同様に、Ｌ２ａは第２光回路２Ａにおける長い光路長を有する第３光導波路２１の光路長、ΔＰ２ａはヒータ２５への供給電力変化量である。また、Ｌ２ｂは短い光路長を有する第４光導波路２２の光路長、ΔＰ２ｂはヒータ２６への供給電力変化量である。
【００７７】
上記した光フィルタの構成及び制御方法について、その具体例とともに説明する。なお、以下に示す損失スペクトルのグラフは、いずれも計算結果である。また、ヒータへの供給電力及び供給電力変化量は、単位ｍＷで示している。
【００７８】
図４は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００７９】
また、図４中に示すグラフＡ１〜Ａ３のうち、グラフＡ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂをそれぞれ標準電力として、標準電力からみた供給電力変化量（ΔＰ１ａ、ΔＰ１ｂ、ΔＰ２ａ、ΔＰ２ｂ）を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＡ２は、供給電力変化量を（０、１０ｍＷ、０、６．８ｍＷ）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＡ３は、供給電力変化量を（１０ｍＷ、０、６．８ｍＷ、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００８０】
また、各光導波路の光路長Ｌ及び光路長差ΔＬについては、直線性の良い損失スペクトルとするため、前段の光回路１Ａにおける光導波路１１、１２の光路長差をΔＬ１＝Ｌ１ａ−Ｌ１ｂ＝１３．３６μｍに、また、後段の光回路２Ａにおける光導波路２１、２２の光路長差をΔＬ２＝Ｌ２ａ−Ｌ２ｂ＝９．０９μｍにそれぞれ設定している。
【００８１】
図４のグラフにおいて、ΔＰ１ｂ＝１０ｍＷ、ΔＰ２ｂ＝６．８ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＡ２では、標準電力を用いたグラフＡ１に対して損失スペクトルの中心波長が３．３ｎｍ短波長側にシフトしている。また、ΔＰ１ａ＝１０ｍＷ、ΔＰ２ａ＝６．８ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＡ３では、グラフＡ１に対して損失スペクトルの中心波長が３．３ｎｍ長波長側にシフトしている。これらの制御条件は、いずれも上記した式（３）を満たしている。
【００８２】
また、このとき、損失スペクトルにおける損失傾斜は、２．１９ｄＢ／４０ｎｍ〜２．２２ｄＢ／４０ｎｍの範囲（０．０５４７５ｄＢ／ｎｍ〜０．０５５５０ｄＢ／ｎｍの範囲）内に保持されている。以上より、この制御方法では、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で、その中心波長がシフトされていることがわかる。
【００８３】
ここで、図４に示したグラフＡ１〜Ａ３では、光フィルタ５Ａの全体での損失スペクトルの損失傾斜について、所定の基準値（例えば、２．２０５ｄＢ／４０ｎｍ）からの損失傾斜変化量が−０．１ｄＢ／４０ｎｍ以上０．１ｄＢ／４０ｎｍ以下（−０．００２５ｄＢ／ｎｍ以上０．００２５ｄＢ／ｎｍ以下）となる条件が満たされている。さらに、このような損失傾斜変化量の条件を満たした状態で、中心波長を幅６ｎｍ以上（±３ｎｍ以上）の波長範囲にわたってシフトさせることが可能となっている。これにより、損失スペクトルの中心波長を充分に広い範囲で好適にシフトさせることができる。
【００８４】
なお、式（３）に示した関係式は、一般に、３個以上のＭＺＩ型光回路を直列に接続して構成された光フィルタに対しても同様に適用することができる。例えば、図５に示すように、それぞれＭＺＩ型光回路からなる第１光回路１Ｂ、第２光回路２Ｂ、…、第ｎ光回路ｎＢ（ｎは３以上の整数）のｎ個の光回路を直列に接続して構成された光フィルタ５Ｂでは、以下の関係式（４）を満たす条件で、全体での損失スペクトルを変化させる。
【００８５】
【数７】
ここで、ｉ＝２、３、…、ｎである。これにより、ｎ個のＭＺＩ型光回路からなる光フィルタにおいても、全体での損失スペクトルの形状を保持しつつ中心波長をシフトさせることができる。
【００８６】
次に、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法について説明する。このような制御方法は、光増幅器において利得スペクトルの直線性が変化する変動が発生した場合などに、好適に適用することができる。
【００８７】
上述したように、第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせることにより、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることができる。このような制御方法は、同時に、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法としても適用することが可能である。
【００８８】
図６は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００８９】
また、図６中に示すグラフＢ１〜Ｂ３のうち、グラフＢ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への標準電力からみた供給電力変化量を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＢ２は、供給電力変化量を（０、７０ｍＷ、０、５１ｍＷ）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＢ３は、供給電力変化量を（７０ｍＷ、０、５１ｍＷ、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００９０】
また、損失スペクトルの直線性については、基準となる直線に対する損失の正方向への最大偏差をΔ＋（ｄＢ）とし、負方向への最大偏差をΔ−（ｄＢ）としたときに、その和Δ＋＋Δ−（ｄＢ）によって直線性を評価する。また、ここでは、直線性を評価する波長帯域として、図６に点線で示すように、波長１５２７ｎｍ〜１５６３ｎｍの波長帯域を設定している。
【００９１】
図６のグラフにおいて、標準電力を用いたグラフＢ１では、上記した波長帯域内での損失スペクトルの直線性は０．３９ｄＢとなっており、直線性の良い損失スペクトルが得られている。また、ΔＰ１ｂ＝７０ｍＷ、ΔＰ２ｂ＝５１ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＢ２では、損失スペクトルの直線性は１．１４ｄＢとなっている。また、ΔＰ１ａ＝７０ｍＷ、ΔＰ２ａ＝５１ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＢ３では、損失スペクトルの直線性は１．４１ｄＢとなっている。
【００９２】
以上より、この制御方法では、損失スペクトルの直線性が変化されていることがわかる。これは、光フィルタを構成しているＭＺＩ型光回路の損失スペクトルが、正弦波状の損失スペクトルとなっているためである。
【００９３】
ここで、図６に示したグラフＢ１〜Ｂ３では、所定の波長帯域内において、損失スペクトルの直線性を０．５ｄＢ以下の所定の直線性（例えば０．３９ｄＢ）から、１．４ｄＢ以上の所定の直線性（例えば１．４１ｄＢ）までの直線性範囲（例えば０．３９ｄＢ〜１．４１ｄＢの直線性範囲）にわたって変化させることが可能となっている。これにより、損失スペクトルの直線性を充分に広い範囲で好適に変化させることができる。
【００９４】
損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法としては、上述した第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせる方法以外の方法を用いることも可能である。すなわち、第１光学素子１での損失スペクトルの位相、または第２光学素子２での損失スペクトルの位相のいずれか一方を所定のシフト量でシフトさせる制御方法によっても、全体での損失スペクトルの直線性を変化させることが可能である。
【００９５】
図７は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失を与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００９６】
また、図７中に示すグラフＣ１〜Ｃ３のうち、グラフＣ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への標準電力からみた供給電力変化量を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＣ２は、供給電力変化量を（０、６０ｍＷ、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＣ３は、供給電力変化量を（６０ｍＷ、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００９７】
図７のグラフにおいて、標準電力を用いたグラフＣ１では、損失スペクトルの直線性は０．２８ｄＢとなっており、直線性の良い損失スペクトルが得られている。また、その損失傾斜は、４．０５ｄＢ／４０ｎｍである。また、ΔＰ１ｂ＝６０ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＣ２では、損失スペクトルの直線性は１．２２ｄＢ、損失傾斜は５．６２ｄＢ／４０ｎｍとなっている。また、ΔＰ１ａ＝６０ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＣ３では、損失スペクトルの直線性は０．４５ｄＢ、損失傾斜は１．４８ｄＢ／４０ｎｍとなっている。
【００９８】
以上より、２個の光学素子での一方の損失スペクトルをシフトさせる制御方法によっても、両方の損失スペクトルを同方向にシフトさせる制御方法と同様に、損失スペクトルの直線性が変化されていることがわかる。
【００９９】
次に、上述した光フィルタを用いた本発明による光増幅器について説明する。
【０１００】
図８は、光増幅器の一実施形態を示す構成図である。本実施形態の光増幅器６は、所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、図１に示した光フィルタ５とを備えて構成されている。
【０１０１】
図８に示した光増幅器６は、光増幅器６内での光伝送路を構成する増幅用光導波路として、前段の第１増幅用光ファイバ７１、及び後段の第２増幅用光ファイバ７２の２本の光ファイバを備えている。これらの直列に接続された増幅用光ファイバ７１、７２により、入力端６１から入力された信号光を出力端６２へと伝搬するとともに、伝搬される信号光を増幅する光増幅器６内での光伝送路が構成される。また、増幅用光ファイバ７１、７２の間には、図１に示した構成を有する光フィルタ５が設置されている。
【０１０２】
増幅用光ファイバ７１、７２からなる光伝送路を伝送される信号光の伝搬方向は、入力端６１と光ファイバ７１との間に設けられた光アイソレータ７３、光ファイバ７１と光フィルタ５との間に設けられた光アイソレータ７４、光フィルタ５と光ファイバ７２との間に設けられた光アイソレータ７５、及び、光ファイバ７２と出力端６２との間に設けられた光アイソレータ７６によって制御されている。光アイソレータ７３、７４、７５、７６のそれぞれは、光を光伝送路の順方向へと通過させるが、逆方向へは通過させないものである。
【０１０３】
前段の第１増幅用光ファイバ７１に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、第１励起光源８１が設置されている。
【０１０４】
励起光源８１は、光アイソレータ７３と光ファイバ７１との間に設けられ、励起光源８１から供給された励起光を光ファイバ７１へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８６によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。これにより、光増幅器６の前段部分は、順方向励起の光増幅器として構成されている。
【０１０５】
一方、後段の第２増幅用光ファイバ７２に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、第２励起光源８２、第３励起光源８３、及び第４励起光源８４が設置されている。
【０１０６】
これらの励起光源のうち、励起光源８２は、光アイソレータ７５と光ファイバ７２との間に設けられ、励起光源８２から供給された励起光を光ファイバ７２へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８７によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。また、励起光源８３は、光ファイバ７２と光アイソレータ７６との間に設けられ、励起光源８３から供給された励起光を光ファイバ７２へと逆方向に合波させるＷＤＭカプラ８８によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。また、励起光源８４は、光アイソレータ７５とＷＤＭカプラ８７との間に設けられ、励起光源８４から供給された励起光を光ファイバ７２へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８９によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。これにより、光増幅器６の後段部分は、双方向励起の光増幅器として構成されている。
【０１０７】
入力端６１と光アイソレータ７３との間には、入力端６１から入力される光の一部を分岐する光分岐器９６が設けられている。光分岐器９６によって分岐された入力光は入力光検出部９７によって検出され、これによって、入力光パワーがモニタされる。
【０１０８】
また、出力端６２と光アイソレータ７６との間には、出力端６２から出力される光の一部を分岐する光分岐器９８が設けられている。光分岐器９８によって分岐された出力光は出力光検出部９９によって検出され、これによって、出力光パワーがモニタされる。
【０１０９】
入力光検出部９７による入力光パワーのモニタ結果、及び出力光検出部９９による出力光パワーのモニタ結果は、それぞれ増幅制御回路９０へと入力されている。また、この増幅制御回路９０には、本光増幅器６が設置されている光伝送システム内の監視システム等から、伝送されている信号光のチャンネル数の情報が入力されている。増幅制御回路９０は、これらの入力光パワー、出力光パワー、及びチャンネル数の情報に基づいて、光増幅器６における光の増幅を制御する。
【０１１０】
本実施形態においては、増幅制御回路９０は、損失制御回路９１と励起光源制御回路９２とを有している。損失制御回路９１は、上記した各情報に基づき、光フィルタ５の損失制御回路３（図１参照）を介して、光フィルタ５での損失スペクトルを制御する。また、励起光源制御回路９２は、上記した各情報に基づき、励起光源８２、８３から供給される励起光パワーを、その比を一定に保持しつつ制御する。
【０１１１】
これにより、光増幅器６の全体としての増幅利得、及びその波長に対する利得スペクトルが制御される。なお、上記構成では、励起光源８１、８４から供給される励起光パワーは固定とされている。
【０１１２】
図８に示した光増幅器６の具体的な構成としては、例えば、以下に示す構成がある。まず、増幅用光ファイバ７１、７２としては、それぞれＴｍが所定の添加量添加されたＴＤＦを適用する。また、ＴＤＦ７１、７２に対して励起光源８１〜８４から供給される励起光の波長については、励起光源８１、８２、８３から供給される励起光は波長１．０５μｍ、励起光源８４から供給される励起光は波長１．５６μｍにそれぞれ設定する。以上の構成例では、本光増幅器６は、順方向励起の前段のＴＤＦＡ、及び双方向励起の後段のＴＤＦＡが直列に接続された光増幅器として構成される。
【０１１３】
このように、図１に示した構成を有する光フィルタ５を適用した光増幅器６によれば、増幅用光ファイバ７１、７２における利得スペクトルに応じて、光フィルタ５での損失スペクトルを制御することにより、利得平坦化が充分に実現された光増幅器が得られる。
【０１１４】
図９は、図８に示した光増幅器６における光フィルタ５での損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５の全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。また、光フィルタ５の構成としては、具体的には図２に示した光フィルタ５Ａの構成を想定している。
【０１１５】
また、図９中に示すグラフＤ１〜Ｄ４は、図８に示した２段構成のＴＤＦＡにおいて、入力される信号光のチャンネル数、及びトータルでの入力信号光パワーを変えたときに、その出力信号光パワーの平坦性が保持されるように調整した場合の光フィルタ５での損失スペクトルを示している。
【０１１６】
具体的には、グラフＤ１は、チャンネル数を３２ｃｈ、トータルの入力信号光パワーを−１０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ２は、チャンネル数を３２ｃｈ、入力信号光パワーを−１４ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ３は、チャンネル数を８ｃｈ、入力信号光パワーを−２０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ４は、チャンネル数を２ｃｈ、入力信号光パワーを−２０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。
【０１１７】
また、グラフＥは、損失スペクトルが正の損失傾斜を示すときに、従来の方法にしたがって損失スペクトルの直線性が高くなるように制御した場合の損失スペクトルを示している。なお、グラフＤ１〜Ｄ４、及びＥのそれぞれの場合での、ヒータ１５、１６、２５、２６への供給電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、及び供給電力差Ｐ１ａ−Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ−Ｐ２ｂは、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す通りである。また、光回路１Ａ、２Ａに与えられる位相シフト量Δφ１、Δφ２は、それぞれ供給電力差Ｐ１ａ−Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ−Ｐ２ｂに比例している。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）の表では、供給電圧を単位Ｖ、供給電力を単位ｍＷで示し、また、Ｐ＝Ｖ２／３００Ωとしている。
【０１１８】
図９のグラフに示すように、上述した光フィルタの構成及び制御方法を用いることにより、光増幅器での利得スペクトルの変動に対応して、光フィルタでの損失スペクトルを様々に変化させることができる。例えば、トータルの入力信号光パワーが−２０ｄＢｍのときでも、チャンネル数が２ｃｈの場合には、チャンネル数が８ｃｈの場合よりも直線性を劣化させた方が、良好な出力信号光パワーの平坦性が得られている。
【０１１９】
なお、図９及び図１０に示した光フィルタの制御条件では、例えば、グラフＥの制御条件からグラフＤ１の制御条件へと変化させた場合、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光回路のそれぞれを制御する条件を満たしている。
【０１２０】
本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光フィルタの構成については、図１及び図２に示した２段構成に限らず、図５に示したように３段以上の構成としても良い。また、光フィルタに用いられる各光学素子については、図２に示したＭＺＩ型光回路に限らず、正弦波状の損失スペクトルを有するものであれば、ＭＺＩ型光回路以外の光学素子を用いても良い。
【０１２１】
例えば、光フィルタの光学素子としては、図１１に示すファブリーペロエタロンを用いることが可能である。ファブリーペロエタロンは、両面に所定の反射率を有する反射コーティングを設けたガラス膜等で構成されるものである。このようなファブリーペロエタロンを光軸に対して傾けることで、波長に対してシフトさせることが可能な正弦波状の損失スペクトルを実現することができる。具体的には、ファブリーペロエタロンによって実現される透過スペクトルは、以下のスペクトル関数Ｔ（λ）で表される。
【０１２２】
【数８】
ここで、Ｒはファブリーペロエタロンの両面に設けられた反射コーティングの反射率、ｎはファブリーペロエタロンの屈折率、ｄは厚さ、θは傾き角度である。
【０１２３】
また、ファブリーペロエタロン以外にも、例えば、偏波分離カプラと、分離後の一方の光路に複屈折率板、楔形素子を何段か有する、いわゆる光格子型素子を用いても（例えば、非特許文献１「Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｋｕ ｅｔ．ａｌ， ＯＡＡ１９９６， Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．， ＦＡ４ （１９９６）」参照）、波長に対してシフトさせることが可能な正弦波状の損失スペクトルを実現することができる。さらに、光格子型素子の場合、損失の振幅を可変とすることも可能である。また、光格子型素子において、複屈折率板を液晶に置き換えても同等の効果が得られる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、入力された光に対して、正弦波状の第１損失スペクトルによって損失を与える第１光学素子と、正弦波状の第２損失スペクトルによって損失を与える第２光学素子とを直列に接続するとともに、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御する構成によれば、損失スペクトルの制御性が向上されて、光増幅器での利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタ、及び光増幅器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光フィルタの第１実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】光フィルタの第２実施形態を示す構成図である。
【図３】図２に示した光フィルタについて、光フィルタを構成する各光導波路の光路長Ｌ、光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力Ｐ、及び供給電力変化量ΔＰを示す図である。
【図４】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図５】光フィルタの他の実施形態を示す構成図である。
【図６】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図７】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】図１に示した光フィルタを備える光増幅器の一実施形態を示す構成図である。
【図９】図８に示した光増幅器における光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図１０】ヒータへの供給電圧、供給電力、及び供給電力差を示す表である。
【図１１】ファブリーペロエタロンについて示す図である。
【符号の説明】
５、５Ａ…光フィルタ、５０…基板、５１…入力端、５２…出力端、
１…第１光学素子、１Ａ…第１光回路、１１…第１光導波路、１２…第２光導波路、１３、１４…光カプラ、１５、１６…ヒータ、２…第２光学素子、２Ａ…第２光回路、２１…第３光導波路、２２…第４光導波路、２３、２４…光カプラ、２５、２６…ヒータ、３…損失制御回路、
６…光増幅器、６１…入力端、６２…出力端、７１…第１増幅用光ファイバ、７２…第２増幅用光ファイバ、７３、７４、７５、７６…光アイソレータ、８１、８２、８３、８４…励起光源、８６、８７、８８、８９…ＷＤＭカプラ、９０…増幅制御回路、９１…損失制御回路、９２…励起光源制御回路、９６…光分岐器、９７…入力光検出部、９８…光分岐器、９９…出力光検出部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された光に対して、所定の損失スペクトルによって損失を与える光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、光伝送システムで光伝送路を伝送される信号光に対して、光伝送路での伝送損失を補償すべく信号光を増幅するものである。光増幅器としては、例えば、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が添加された光ファイバを増幅用光導波路として用いた希土類元素添加ファイバ増幅器などが用いられている。
【０００３】
近年、光伝送路に互いに異なる波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光を伝送させる波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの開発と利用が進められている。このようなＷＤＭ伝送システムに上記した光増幅器を適用する場合、多波長信号光のそれぞれを互いに等しい利得で一括して増幅するとともに、多波長信号光のそれぞれのパワーを一定範囲のパワー値として出力することが重要となる。これに対して、光増幅器において信号光の増幅利得を平坦化するため、増幅用光導波路における利得の波長依存性（利得スペクトル）と同様の損失の波長依存性（損失スペクトル）を有する光フィルタが利得等化器として用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開第０１／０５００５号パンフレット
【非特許文献１】
Ｍ． Ｆｕｋｕｔｏｋｕ， Ｍ． Ｆｕｋｕｉ， Ｍ． Ｙａｍａｄａ， Ｋ． Ｏｄａ， ａｎｄ Ｈ． Ｔｏｂａ， ”２５ ｎｍ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ３２−Ｃｈａｎｎｅｌ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｔｙｐｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ”， ＯＡＡ１９９６， Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．， ＦＡ４ （１９９６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した光フィルタとして、例えば、特許文献１「国際公開第０１／０５００５号」に記載されたものがある。この文献には、２つの光カプラを介して光結合された２本の光導波路の少なくとも一方に対して損失スペクトルを制御するための温度調整手段が設けられたマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型の光回路を用い、２個のＭＺＩ型光回路を直列に接続することによって構成された光フィルタが記載されている。
【０００６】
上記文献では、２個のＭＺＩ型光回路を合わせた光フィルタの全体での損失スペクトルに対して、それぞれの光回路において光導波路の温度を調整して２個の光回路での損失スペクトルを波長に対して逆方向にシフトさせ、所定波長での損失が略一定に保持された状態で損失傾斜が変化するように全体での損失スペクトルを制御している。このように、光フィルタでの損失傾斜を変化させることにより、光増幅器での利得傾斜の変動を補償し、利得平坦化を実現する。このような利得平坦化は、ＷＤＭ伝送システムの大容量化を進める上でも重要である。
【０００７】
しかしながら、この光フィルタでは、全体での損失スペクトルの制御は、上記したように所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限られている。このため、光増幅器での利得スペクトルの変動の状態によっては、光増幅器における利得平坦化を充分に実現することができない場合がある。
【０００８】
例えば、Ｔｍ（ツリウム）が添加されたＴｍ添加光ファイバ（ＴＤＦ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を増幅用光導波路として用いたＴｍ添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をＷＤＭ伝送システムに適用した場合、多波長信号光での伝送されている信号数の変化、及びそれぞれの信号光パワーの変化の両方が、光増幅器での利得スペクトルの変動の原因となる。
【０００９】
また、このような光増幅器では、利得傾斜の変動のみでなく、利得スペクトルの中心波長がシフトし、あるいは、利得スペクトルの直線性が変化するなど、光増幅器での利得スペクトルが様々な状態に変動する。このような場合、上記した光フィルタ及びその制御方法では、その損失スペクトルの制御性が限られているため、光増幅器における利得平坦化を充分に実現することが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、損失スペクトルの制御性が向上される光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光フィルタは、（１）光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、（２）第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、（３）第１損失スペクトルの位相、及び第２損失スペクトルの位相を波長に対して同方向にシフトさせることによって、第１光学素子及び第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える第１光フィルタとして機能する第１光学素子と、第２損失スペクトルによって損失を与える第２光フィルタとして機能する第２光学素子とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成する。そして、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００１３】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、光増幅器に対して適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１４】
また、損失制御手段は、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることを特徴とする。これにより、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１５】
この場合、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの所定の基準値からの損失傾斜変化量が−０．００２５ｄＢ／ｎｍ以上０．００２５ｄＢ／ｎｍ以下（−０．１ｄＢ／４０ｎｍ以上０．１ｄＢ／４０ｎｍ以下）となる条件が満たされた状態で、損失制御手段によって中心波長を幅６ｎｍ（±３ｎｍ）以上の波長範囲にわたってシフトさせることが可能であることが好ましい。
【００１６】
また、損失制御手段は、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させることを特徴とする。これにより、光増幅器での利得スペクトルの直線性が変化した場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００１７】
この場合、所定の波長帯域内において、損失制御手段によって直線性を０．５ｄＢ以下の所定の直線性から１．４ｄＢ以上の所定の直線性までの直線性範囲にわたって変化させることが可能であることが好ましい。
【００１８】
また、（１）第１光学素子は、第１光導波路と、第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第１光導波路と光結合されて、第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、（２）第２光学素子は、第３光導波路と、第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第３光導波路と光結合されて、第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする。
【００１９】
このように、マッハツェンダ干渉計型の光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いることにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００２０】
このようにマッハツェンダ干渉計型の光回路を用いた構成では、損失制御手段は、第１光導波路の光路長をＬ１ａ、第１光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ａ、第２光導波路の光路長をＬ１ｂ、第２光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ｂ、第３光導波路の光路長をＬ２ａ、第３光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ａ、第４光導波路の光路長をＬ２ｂ、第４光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ｂとしたときに、これらの光路長及び供給電力変化量が、関係式
【数２】
【００２１】
これにより、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることができる。このとき、上述したように、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、その利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００２２】
また、本発明による光フィルタは、（１）光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、（２）第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、（３）第１損失スペクトルの位相、または第２損失スペクトルの位相のいずれか一方を波長に対してシフトさせることによって、第１光学素子及び第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
上記した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える第１光フィルタとして機能する第１光学素子と、第２損失スペクトルによって損失を与える第２光フィルタとして機能する第２光学素子とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成する。そして、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００２４】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、光増幅器に対して適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００２５】
また、（１）第１光学素子は、第１光導波路と、第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第１光導波路と光結合されて、第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、（２）第２光学素子は、第３光導波路と、第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して第３光導波路と光結合されて、第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする。
【００２６】
このように、マッハツェンダ干渉計型の光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いることにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００２７】
本発明による光増幅器は、（ａ）所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、（ｂ）増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、（ｃ）増幅用光導波路と直列に接続され、信号光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える上記した光フィルタとを備えることを特徴とする。
【００２８】
このような光フィルタを用いた光増幅器によれば、増幅用光導波路における利得スペクトルの変動に応じて、光フィルタでの損失スペクトルを制御することにより、利得平坦化が充分に実現された光増幅器が得られる。
【００２９】
この場合、増幅用光導波路としては、例えば、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路を用いることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００３１】
まず、本発明による光フィルタの基本構成について説明する。
【００３２】
図１は、光フィルタの第１実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の光フィルタは、光ファイバや平面光導波路などの光導波路から構成され、入力された光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える光部品である。特に、本光フィルタは、ＷＤＭ伝送システムにおいて光伝送路を伝送される多波長信号光などに対して、信号光パワーの傾斜の補償に好適に適用することが可能に構成されている。
【００３３】
図１に示す光フィルタ５は、第１光学素子１、及び第２光学素子２の２個の光学素子を備える。これらの光学素子は、光フィルタ５の入力端５１と出力端５２との間で、光伝送方向（図中の矢印の方向）に対して光学素子１、２の順で直列に接続されて設置されており、これによって、光フィルタ５が構成されている。
【００３４】
第１光学素子１は、図中に模式的に示すように、その損失特性として、光の波長に対して正弦波状の損失スペクトル（第１損失スペクトル）を有している。図１中に示す例では、第１光学素子１の損失スペクトルは、波長λ１で損失が極小の損失スペクトルとなっている。また、この第１光学素子１は、その損失スペクトルの位相が可変に制御可能なように構成されている。
【００３５】
また、第２光学素子２はその損失特性として、光の波長に対して正弦波状で第１損失スペクトルとは異なる損失スペクトル（第２損失スペクトル）を有している。図１中に示す例では、第２光学素子２の損失スペクトルは、波長λ２で損失が極大の損失スペクトルとなっている。また、この第２光学素子２は、その損失スペクトルの位相が可変に制御可能なように構成されている。
【００３６】
これらの光学素子１、２に対し、第１光学素子１及び第２光学素子２を合わせた光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する制御手段として、損失制御回路３が設置されている。
【００３７】
損失制御回路３は、第１光学素子１での損失スペクトルの位相、及び第２光学素子２での損失スペクトルの位相を調整することによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。具体的には、損失制御回路３は、第１損失スペクトルの位相、及び第２損失スペクトルの位相を波長に対して同方向にシフトさせることによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。あるいは、損失制御回路３は、第１損失スペクトルの位相、または第２損失スペクトルの位相のいずれか一方を波長に対してシフトさせることによって、光フィルタ５の全体での損失スペクトルを制御する。
【００３８】
図２は、光フィルタの第２実施形態を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した第１実施形態の光フィルタについて、より具体的な構成例を示すものとなっている。また、図３は、図２に示した光フィルタについて、光フィルタを構成する各光導波路の光路長Ｌ、光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力Ｐ、及び供給電力変化量ΔＰを示す図である。
【００３９】
本実施形態の光フィルタ５Ａは、基板５０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路からなる平面導波路型光回路である。基板５０上には、光フィルタ５Ａを構成する平面導波路型光回路として、第１光学素子１である第１光回路１Ａと、第２光学素子２である第２光回路２Ａとが設けられている。これらの光回路は、光フィルタ５Ａの入力端５１と出力端５２との間で、光伝送方向に対して光回路１Ａ、２Ａの順で直列に接続されている。
【００４０】
第１光回路１Ａは、光フィルタ５Ａのうち入力端５１側の光回路部分である。この光回路１Ａは、所定の光路長Ｌ１ａ（図３参照）を有する光導波路（第１光導波路）１１と、光導波路１１よりも短い光路長Ｌ１ｂを有する光導波路（第２光導波路）１２とを含んで構成されている。
【００４１】
光導波路１１は、図中の左側の端部を光フィルタ５Ａの入力端５１として形成されている。この光導波路１１に対して、入力端５１側から第２光回路２Ａ側へと順に、光カプラ１３、及び光カプラ１４の２個の光カプラが設けられている。また、光導波路１２は、光カプラ１３、１４のそれぞれを介して、光導波路１１に対して光結合されている。これにより、光導波路１１、１２、及び光カプラ１３、１４は、非対称のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型の第１光回路１Ａを構成している。
【００４２】
また、この第１光回路１Ａにおいては、ＭＺＩ型光回路を構成している光導波路１１、及び光導波路１２のそれぞれに対して、第１光回路１Ａによって光に与えられる損失の損失スペクトルを可変に制御するためのヒータ１５、１６が設けられている。
【００４３】
すなわち、光カプラ１３、１４の間にある光導波路１１に対し、光導波路１１の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ１５が設置されている。また、光カプラ１３、１４の間にある光導波路１２に対し、光導波路１２の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ１６が設置されている。
【００４４】
これらのヒータ１５、１６は、光導波路１１、１２の温度を調整することによって、長い光路長を有する光導波路１１と、短い光路長を有する光導波路１２とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ１５、１６の温度は、それぞれのヒータへの供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを変えることによって調整することができる。これにより、第１光回路１Ａを通過する光に与えられる損失の第１損失スペクトルは、ヒータ１５、１６への供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを利用して電気的に調整が可能となっている。
【００４５】
第２光回路２Ａは、光フィルタ５Ａのうち出力端５２側の光回路部分である。この光回路２Ａは、所定の光路長Ｌ２ａを有する光導波路（第３光導波路）２１と、光導波路２１よりも短い光路長Ｌ２ｂを有する光導波路（第４光導波路）２２とを含んで構成されている。
【００４６】
光導波路２２は、図中の右側の端部を光フィルタ５Ａの出力端５２として形成されている。また、光導波路２２の左側の端部は、第１光回路１Ａでの光導波路１１の右側の端部と光学的に接続されている。これにより、光導波路１１及び光導波路２２から、入力端５１と出力端５２との間の光導波路が構成されている。
【００４７】
この光導波路２２に対して、第１光回路１Ａ側から出力端５２側へと順に、光カプラ２３、及び光カプラ２４の２個の光カプラが設けられている。また、光導波路２１は、これらの光カプラ２３、２４のそれぞれを介して、光導波路２２に対して光結合されている。これにより、光導波路２１、２２、及び光カプラ２３、２４は、非対称のＭＺＩ型の第２光回路２Ａを構成している。
【００４８】
また、この第２光回路２Ａにおいては、ＭＺＩ型光回路を構成している光導波路２１、及び光導波路２２のそれぞれに対して、第２光回路２Ａによって光に与えられる損失の損失スペクトルを可変に制御するためのヒータ２５、２６が設けられている。
【００４９】
すなわち、光カプラ２３、２４の間にある光導波路２１に対し、光導波路２１の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ２５が設置されている。また、光カプラ２３、２４の間にある光導波路２２に対し、光導波路２２の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ２６が設置されている。
【００５０】
これらのヒータ２５、２６は、光導波路２１、２２の温度を調整することによって、長い光路長を有する光導波路２１と、短い光路長を有する光導波路２２とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ２５、２６の温度は、それぞれのヒータへの供給電力Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを変えることによって調整することができる。これにより、第２光回路２Ａを通過する光に与えられる損失の第２損失スペクトルは、ヒータ２５、２６への供給電力Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを利用して電気的に調整が可能となっている。
【００５１】
これらの光回路１Ａ、２Ａに対し、第１光回路１Ａ及び第２光回路２Ａを合わせた光フィルタ５Ａの全体での損失スペクトルを制御する制御手段として、損失制御回路３が設置されている。損失制御回路３による損失スペクトルの制御方法等については、図１に示した光フィルタ５に関して上述した通りである。
【００５２】
上記実施形態による光フィルタの効果について説明する。
【００５３】
図１及び図２に示した光フィルタにおいては、入力された光に対して、第１損失スペクトルによって損失を与える前段の光フィルタとして機能する第１光学素子１と、第２損失スペクトルによって損失を与える後段の光フィルタとして機能する第２光学素子２とを直列に接続して、光フィルタの全体を構成している。そして、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御している。
【００５４】
このような構成及び制御方法によれば、所定波長での損失を略一定としての損失傾斜の調整に限らず、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることが可能となる。これにより、光フィルタでの損失スペクトルの制御性が向上される。また、後述するように、光増幅器に対して光フィルタを適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５５】
また、図２に示した光フィルタ５Ａでは、ＭＺＩ型光回路を２個の光学素子のそれぞれとして用いている。これにより、上記構成の光フィルタを好適に実現することができる。また、このような構成では、平面導波路型光回路等によって光フィルタを形成することができるので、小型の光フィルタとすることができる。
【００５６】
損失制御回路３による光フィルタの全体での損失スペクトルの具体的な制御方法としては、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる方法がある。これにより、光増幅器での利得スペクトルの中心波長がシフトした場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５７】
あるいは、損失制御回路３による損失スペクトルの制御方法として、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる方法がある。これにより、光増幅器での利得スペクトルの直線性が変化した場合に、そのような利得スペクトルの変動が補償されるように光フィルタでの損失スペクトルを制御して、利得平坦化を実現することが可能な光フィルタが得られる。
【００５８】
ここで、Ｅｒ（エルビウム）が添加された光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒ）を用い、Ｃバンド波長帯域等を増幅波長帯域とするＥｒ添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では、入力される信号光パワーの変化等に起因して、所定波長での利得を略一定として利得傾斜が変化する利得スペクトルの変動が発生する。
【００５９】
一方、Ｔｍ（ツリウム）が添加された光ファイバ（ＴＤＦ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）を用い、Ｓバンド波長帯域等を増幅波長帯域とするＴｍ添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）では、Ｓバンド増幅に関係している励起準位構造などにより、その利得スペクトルの変動がＥＤＦＡに比べて複雑なものとなる。
【００６０】
すなわち、ＴＤＦＡをＷＤＭ伝送システムに適用した場合、多波長信号光での伝送されている信号光のチャンネル数の変化、及び各チャンネルでの信号光パワーの変化などに起因して、ＴＤＦＡでの利得スペクトルが変動する。この場合、利得傾斜の変化のみでなく、（１）利得スペクトルでの利得傾斜変化の中心波長がシフトする変動、及び（２）利得スペクトルの直線性が変化する変動などの、様々な利得スペクトルの変動が発生する。このような利得スペクトルの変動は、Ｔｍ以外の希土類元素が添加された光ファイバを用いた光増幅器においても同様に発生する場合がある。
【００６１】
これに対して、上記した構成及び制御方法の光フィルタによれば、上述したように、光フィルタでの損失スペクトルを様々な状態に変化させることができる。これにより、ＴＤＦＡを含む様々な光増幅器に対して光フィルタを適用した場合に、その利得平坦化を充分に実現することが可能となる。
【００６２】
図１及び図２に示した光フィルタの具体的な構成及び制御方法等についてさらに説明する。
【００６３】
まず、所定の波長帯域（例えば光伝送システムにおける信号光波長帯域）内において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる光フィルタの制御方法について説明する。このような制御方法は、光増幅器において利得スペクトルでの利得傾斜変化の中心波長がシフトする変動が発生した場合などに、好適に適用することができる。
【００６４】
図１に示した光フィルタ５において、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせる制御方法としては、第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせる方法がある。
【００６５】
例えば、図１に模式的に示した例では、第１損失スペクトルでの極小波長λ１をλ１＋Δλにシフトさせるとともに、第２損失スペクトルでの極大波長λ２を第１損失スペクトルと同一のシフト量でλ２＋Δλにシフトさせる。このとき、第１光学素子１及び第２光学素子２を合わせた全体での損失スペクトルは、そのスペクトル形状が保持された状態で、中心波長がシフト量Δλでシフトすることとなる。
【００６６】
このような中心波長のシフトを、図２に示した光フィルタ５Ａを用いて実現する場合について説明する。一般に、２つの光カプラ（方向性結合器）と、それらの光カプラの間に設けられた互いに異なる光路長を有する２本の光導波路とからなる非対称ＭＺＩ型光回路での光パワー透過率は、下記の式（１）で表されることが知られている。
【００６７】
【数３】
【００６８】
ヒータの温度により位相シフト量Δφが生じると、それに伴って、ＭＺＩ型光回路での損失スペクトルの中心波長がシフトする。上記した式（１）より、ヒータによる位相シフト量Δφによって生じる損失スペクトルの中心波長のシフト量Δλは、式（２ａ）のように導かれる。
【００６９】
【数４】
【００７０】
また、平面導波路型光回路などでは、ヒータへの供給電力変化量ΔＰと、位相シフト量Δφとは、ほぼ比例関係を有する。この場合、式（２ａ）は、下記の式（２ｂ）のように表現できる。
【００７１】
【数５】
【００７２】
このため、同じ位相シフト量Δφを与えた場合でも、得られる中心波長シフト量Δλは、光路長差ΔＬによって異なる値となる。したがって、非対称ＭＺＩ型の２個の光回路１Ａ、２Ａを直列に接続して構成された図２の光フィルタ５Ａでは、全体での損失スペクトルの形状を極力保持しつつ中心波長をシフトさせるためには、ＭＺＩ型光回路での光路長差ΔＬに応じたヒータへの電力供給を行う必要がある。
【００７３】
具体的には、図２に示した光フィルタ５Ａでは、光フィルタ５Ａを構成する各光導波路の光路長Ｌ、及び光導波路に設けられたヒータへの供給電力変化量ΔＰが以下の関係式（３）を満たす条件で、全体での損失スペクトルを変化させる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
ここで、式（３）において、Ｌ１ａは第１光回路１Ａにおける長い光路長を有する第１光導波路１１の光路長（図３参照）、ΔＰ１ａはヒータ１５への供給電力変化量である。また、Ｌ１ｂは短い光路長を有する第２光導波路１２の光路長、ΔＰ１ｂはヒータ１６への供給電力変化量である。
【００７６】
同様に、Ｌ２ａは第２光回路２Ａにおける長い光路長を有する第３光導波路２１の光路長、ΔＰ２ａはヒータ２５への供給電力変化量である。また、Ｌ２ｂは短い光路長を有する第４光導波路２２の光路長、ΔＰ２ｂはヒータ２６への供給電力変化量である。
【００７７】
上記した光フィルタの構成及び制御方法について、その具体例とともに説明する。なお、以下に示す損失スペクトルのグラフは、いずれも計算結果である。また、ヒータへの供給電力及び供給電力変化量は、単位ｍＷで示している。
【００７８】
図４は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００７９】
また、図４中に示すグラフＡ１〜Ａ３のうち、グラフＡ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂをそれぞれ標準電力として、標準電力からみた供給電力変化量（ΔＰ１ａ、ΔＰ１ｂ、ΔＰ２ａ、ΔＰ２ｂ）を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＡ２は、供給電力変化量を（０、１０ｍＷ、０、６．８ｍＷ）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＡ３は、供給電力変化量を（１０ｍＷ、０、６．８ｍＷ、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００８０】
また、各光導波路の光路長Ｌ及び光路長差ΔＬについては、直線性の良い損失スペクトルとするため、前段の光回路１Ａにおける光導波路１１、１２の光路長差をΔＬ１＝Ｌ１ａ−Ｌ１ｂ＝１３．３６μｍに、また、後段の光回路２Ａにおける光導波路２１、２２の光路長差をΔＬ２＝Ｌ２ａ−Ｌ２ｂ＝９．０９μｍにそれぞれ設定している。
【００８１】
図４のグラフにおいて、ΔＰ１ｂ＝１０ｍＷ、ΔＰ２ｂ＝６．８ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＡ２では、標準電力を用いたグラフＡ１に対して損失スペクトルの中心波長が３．３ｎｍ短波長側にシフトしている。また、ΔＰ１ａ＝１０ｍＷ、ΔＰ２ａ＝６．８ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＡ３では、グラフＡ１に対して損失スペクトルの中心波長が３．３ｎｍ長波長側にシフトしている。これらの制御条件は、いずれも上記した式（３）を満たしている。
【００８２】
また、このとき、損失スペクトルにおける損失傾斜は、２．１９ｄＢ／４０ｎｍ〜２．２２ｄＢ／４０ｎｍの範囲（０．０５４７５ｄＢ／ｎｍ〜０．０５５５０ｄＢ／ｎｍの範囲）内に保持されている。以上より、この制御方法では、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で、その中心波長がシフトされていることがわかる。
【００８３】
ここで、図４に示したグラフＡ１〜Ａ３では、光フィルタ５Ａの全体での損失スペクトルの損失傾斜について、所定の基準値（例えば、２．２０５ｄＢ／４０ｎｍ）からの損失傾斜変化量が−０．１ｄＢ／４０ｎｍ以上０．１ｄＢ／４０ｎｍ以下（−０．００２５ｄＢ／ｎｍ以上０．００２５ｄＢ／ｎｍ以下）となる条件が満たされている。さらに、このような損失傾斜変化量の条件を満たした状態で、中心波長を幅６ｎｍ以上（±３ｎｍ以上）の波長範囲にわたってシフトさせることが可能となっている。これにより、損失スペクトルの中心波長を充分に広い範囲で好適にシフトさせることができる。
【００８４】
なお、式（３）に示した関係式は、一般に、３個以上のＭＺＩ型光回路を直列に接続して構成された光フィルタに対しても同様に適用することができる。例えば、図５に示すように、それぞれＭＺＩ型光回路からなる第１光回路１Ｂ、第２光回路２Ｂ、…、第ｎ光回路ｎＢ（ｎは３以上の整数）のｎ個の光回路を直列に接続して構成された光フィルタ５Ｂでは、以下の関係式（４）を満たす条件で、全体での損失スペクトルを変化させる。
【００８５】
【数７】
【００８６】
次に、所定の波長帯域内において、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法について説明する。このような制御方法は、光増幅器において利得スペクトルの直線性が変化する変動が発生した場合などに、好適に適用することができる。
【００８７】
上述したように、第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせることにより、全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることができる。このような制御方法は、同時に、全体での損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法としても適用することが可能である。
【００８８】
図６は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００８９】
また、図６中に示すグラフＢ１〜Ｂ３のうち、グラフＢ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への標準電力からみた供給電力変化量を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＢ２は、供給電力変化量を（０、７０ｍＷ、０、５１ｍＷ）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＢ３は、供給電力変化量を（７０ｍＷ、０、５１ｍＷ、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００９０】
また、損失スペクトルの直線性については、基準となる直線に対する損失の正方向への最大偏差をΔ＋（ｄＢ）とし、負方向への最大偏差をΔ−（ｄＢ）としたときに、その和Δ＋＋Δ−（ｄＢ）によって直線性を評価する。また、ここでは、直線性を評価する波長帯域として、図６に点線で示すように、波長１５２７ｎｍ〜１５６３ｎｍの波長帯域を設定している。
【００９１】
図６のグラフにおいて、標準電力を用いたグラフＢ１では、上記した波長帯域内での損失スペクトルの直線性は０．３９ｄＢとなっており、直線性の良い損失スペクトルが得られている。また、ΔＰ１ｂ＝７０ｍＷ、ΔＰ２ｂ＝５１ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＢ２では、損失スペクトルの直線性は１．１４ｄＢとなっている。また、ΔＰ１ａ＝７０ｍＷ、ΔＰ２ａ＝５１ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＢ３では、損失スペクトルの直線性は１．４１ｄＢとなっている。
【００９２】
以上より、この制御方法では、損失スペクトルの直線性が変化されていることがわかる。これは、光フィルタを構成しているＭＺＩ型光回路の損失スペクトルが、正弦波状の損失スペクトルとなっているためである。
【００９３】
ここで、図６に示したグラフＢ１〜Ｂ３では、所定の波長帯域内において、損失スペクトルの直線性を０．５ｄＢ以下の所定の直線性（例えば０．３９ｄＢ）から、１．４ｄＢ以上の所定の直線性（例えば１．４１ｄＢ）までの直線性範囲（例えば０．３９ｄＢ〜１．４１ｄＢの直線性範囲）にわたって変化させることが可能となっている。これにより、損失スペクトルの直線性を充分に広い範囲で好適に変化させることができる。
【００９４】
損失スペクトルの直線性を変化させる光フィルタの制御方法としては、上述した第１光学素子１での損失スペクトルの位相と、第２光学素子２での損失スペクトルの位相とを同一のシフト量で同方向にシフトさせる方法以外の方法を用いることも可能である。すなわち、第１光学素子１での損失スペクトルの位相、または第２光学素子２での損失スペクトルの位相のいずれか一方を所定のシフト量でシフトさせる制御方法によっても、全体での損失スペクトルの直線性を変化させることが可能である。
【００９５】
図７は、図２に示した光フィルタ５Ａでの損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失を与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５Ａの全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。
【００９６】
また、図７中に示すグラフＣ１〜Ｃ３のうち、グラフＣ１は、ヒータ１５、１６、２５、２６への標準電力からみた供給電力変化量を（０、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＣ２は、供給電力変化量を（０、６０ｍＷ、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＣ３は、供給電力変化量を（６０ｍＷ、０、０、０）に設定した場合の損失スペクトルを示している。
【００９７】
図７のグラフにおいて、標準電力を用いたグラフＣ１では、損失スペクトルの直線性は０．２８ｄＢとなっており、直線性の良い損失スペクトルが得られている。また、その損失傾斜は、４．０５ｄＢ／４０ｎｍである。また、ΔＰ１ｂ＝６０ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＣ２では、損失スペクトルの直線性は１．２２ｄＢ、損失傾斜は５．６２ｄＢ／４０ｎｍとなっている。また、ΔＰ１ａ＝６０ｍＷの供給電力変化量を加える制御を行ったグラフＣ３では、損失スペクトルの直線性は０．４５ｄＢ、損失傾斜は１．４８ｄＢ／４０ｎｍとなっている。
【００９８】
以上より、２個の光学素子での一方の損失スペクトルをシフトさせる制御方法によっても、両方の損失スペクトルを同方向にシフトさせる制御方法と同様に、損失スペクトルの直線性が変化されていることがわかる。
【００９９】
次に、上述した光フィルタを用いた本発明による光増幅器について説明する。
【０１００】
図８は、光増幅器の一実施形態を示す構成図である。本実施形態の光増幅器６は、所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、図１に示した光フィルタ５とを備えて構成されている。
【０１０１】
図８に示した光増幅器６は、光増幅器６内での光伝送路を構成する増幅用光導波路として、前段の第１増幅用光ファイバ７１、及び後段の第２増幅用光ファイバ７２の２本の光ファイバを備えている。これらの直列に接続された増幅用光ファイバ７１、７２により、入力端６１から入力された信号光を出力端６２へと伝搬するとともに、伝搬される信号光を増幅する光増幅器６内での光伝送路が構成される。また、増幅用光ファイバ７１、７２の間には、図１に示した構成を有する光フィルタ５が設置されている。
【０１０２】
増幅用光ファイバ７１、７２からなる光伝送路を伝送される信号光の伝搬方向は、入力端６１と光ファイバ７１との間に設けられた光アイソレータ７３、光ファイバ７１と光フィルタ５との間に設けられた光アイソレータ７４、光フィルタ５と光ファイバ７２との間に設けられた光アイソレータ７５、及び、光ファイバ７２と出力端６２との間に設けられた光アイソレータ７６によって制御されている。光アイソレータ７３、７４、７５、７６のそれぞれは、光を光伝送路の順方向へと通過させるが、逆方向へは通過させないものである。
【０１０３】
前段の第１増幅用光ファイバ７１に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、第１励起光源８１が設置されている。
【０１０４】
励起光源８１は、光アイソレータ７３と光ファイバ７１との間に設けられ、励起光源８１から供給された励起光を光ファイバ７１へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８６によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。これにより、光増幅器６の前段部分は、順方向励起の光増幅器として構成されている。
【０１０５】
一方、後段の第２増幅用光ファイバ７２に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、第２励起光源８２、第３励起光源８３、及び第４励起光源８４が設置されている。
【０１０６】
これらの励起光源のうち、励起光源８２は、光アイソレータ７５と光ファイバ７２との間に設けられ、励起光源８２から供給された励起光を光ファイバ７２へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８７によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。また、励起光源８３は、光ファイバ７２と光アイソレータ７６との間に設けられ、励起光源８３から供給された励起光を光ファイバ７２へと逆方向に合波させるＷＤＭカプラ８８によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。また、励起光源８４は、光アイソレータ７５とＷＤＭカプラ８７との間に設けられ、励起光源８４から供給された励起光を光ファイバ７２へと順方向に合波させるＷＤＭカプラ８９によって、光増幅器６内の光伝送路へと接続されている。これにより、光増幅器６の後段部分は、双方向励起の光増幅器として構成されている。
【０１０７】
入力端６１と光アイソレータ７３との間には、入力端６１から入力される光の一部を分岐する光分岐器９６が設けられている。光分岐器９６によって分岐された入力光は入力光検出部９７によって検出され、これによって、入力光パワーがモニタされる。
【０１０８】
また、出力端６２と光アイソレータ７６との間には、出力端６２から出力される光の一部を分岐する光分岐器９８が設けられている。光分岐器９８によって分岐された出力光は出力光検出部９９によって検出され、これによって、出力光パワーがモニタされる。
【０１０９】
入力光検出部９７による入力光パワーのモニタ結果、及び出力光検出部９９による出力光パワーのモニタ結果は、それぞれ増幅制御回路９０へと入力されている。また、この増幅制御回路９０には、本光増幅器６が設置されている光伝送システム内の監視システム等から、伝送されている信号光のチャンネル数の情報が入力されている。増幅制御回路９０は、これらの入力光パワー、出力光パワー、及びチャンネル数の情報に基づいて、光増幅器６における光の増幅を制御する。
【０１１０】
本実施形態においては、増幅制御回路９０は、損失制御回路９１と励起光源制御回路９２とを有している。損失制御回路９１は、上記した各情報に基づき、光フィルタ５の損失制御回路３（図１参照）を介して、光フィルタ５での損失スペクトルを制御する。また、励起光源制御回路９２は、上記した各情報に基づき、励起光源８２、８３から供給される励起光パワーを、その比を一定に保持しつつ制御する。
【０１１１】
これにより、光増幅器６の全体としての増幅利得、及びその波長に対する利得スペクトルが制御される。なお、上記構成では、励起光源８１、８４から供給される励起光パワーは固定とされている。
【０１１２】
図８に示した光増幅器６の具体的な構成としては、例えば、以下に示す構成がある。まず、増幅用光ファイバ７１、７２としては、それぞれＴｍが所定の添加量添加されたＴＤＦを適用する。また、ＴＤＦ７１、７２に対して励起光源８１〜８４から供給される励起光の波長については、励起光源８１、８２、８３から供給される励起光は波長１．０５μｍ、励起光源８４から供給される励起光は波長１．５６μｍにそれぞれ設定する。以上の構成例では、本光増幅器６は、順方向励起の前段のＴＤＦＡ、及び双方向励起の後段のＴＤＦＡが直列に接続された光増幅器として構成される。
【０１１３】
このように、図１に示した構成を有する光フィルタ５を適用した光増幅器６によれば、増幅用光ファイバ７１、７２における利得スペクトルに応じて、光フィルタ５での損失スペクトルを制御することにより、利得平坦化が充分に実現された光増幅器が得られる。
【０１１４】
図９は、図８に示した光増幅器６における光フィルタ５での損失スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は損失が与えられる光の波長（ｎｍ）を、縦軸は光フィルタ５の全体で光に与えられる損失（ｄＢ）を示している。また、光フィルタ５の構成としては、具体的には図２に示した光フィルタ５Ａの構成を想定している。
【０１１５】
また、図９中に示すグラフＤ１〜Ｄ４は、図８に示した２段構成のＴＤＦＡにおいて、入力される信号光のチャンネル数、及びトータルでの入力信号光パワーを変えたときに、その出力信号光パワーの平坦性が保持されるように調整した場合の光フィルタ５での損失スペクトルを示している。
【０１１６】
具体的には、グラフＤ１は、チャンネル数を３２ｃｈ、トータルの入力信号光パワーを−１０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ２は、チャンネル数を３２ｃｈ、入力信号光パワーを−１４ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ３は、チャンネル数を８ｃｈ、入力信号光パワーを−２０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。また、グラフＤ４は、チャンネル数を２ｃｈ、入力信号光パワーを−２０ｄＢｍとした場合の損失スペクトルを示している。
【０１１７】
また、グラフＥは、損失スペクトルが正の損失傾斜を示すときに、従来の方法にしたがって損失スペクトルの直線性が高くなるように制御した場合の損失スペクトルを示している。なお、グラフＤ１〜Ｄ４、及びＥのそれぞれの場合での、ヒータ１５、１６、２５、２６への供給電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、供給電力Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、及び供給電力差Ｐ１ａ−Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ−Ｐ２ｂは、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す通りである。また、光回路１Ａ、２Ａに与えられる位相シフト量Δφ１、Δφ２は、それぞれ供給電力差Ｐ１ａ−Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ−Ｐ２ｂに比例している。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）の表では、供給電圧を単位Ｖ、供給電力を単位ｍＷで示し、また、Ｐ＝Ｖ２／３００Ωとしている。
【０１１８】
図９のグラフに示すように、上述した光フィルタの構成及び制御方法を用いることにより、光増幅器での利得スペクトルの変動に対応して、光フィルタでの損失スペクトルを様々に変化させることができる。例えば、トータルの入力信号光パワーが−２０ｄＢｍのときでも、チャンネル数が２ｃｈの場合には、チャンネル数が８ｃｈの場合よりも直線性を劣化させた方が、良好な出力信号光パワーの平坦性が得られている。
【０１１９】
なお、図９及び図１０に示した光フィルタの制御条件では、例えば、グラフＥの制御条件からグラフＤ１の制御条件へと変化させた場合、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光回路のそれぞれを制御する条件を満たしている。
【０１２０】
本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光フィルタの構成については、図１及び図２に示した２段構成に限らず、図５に示したように３段以上の構成としても良い。また、光フィルタに用いられる各光学素子については、図２に示したＭＺＩ型光回路に限らず、正弦波状の損失スペクトルを有するものであれば、ＭＺＩ型光回路以外の光学素子を用いても良い。
【０１２１】
例えば、光フィルタの光学素子としては、図１１に示すファブリーペロエタロンを用いることが可能である。ファブリーペロエタロンは、両面に所定の反射率を有する反射コーティングを設けたガラス膜等で構成されるものである。このようなファブリーペロエタロンを光軸に対して傾けることで、波長に対してシフトさせることが可能な正弦波状の損失スペクトルを実現することができる。具体的には、ファブリーペロエタロンによって実現される透過スペクトルは、以下のスペクトル関数Ｔ（λ）で表される。
【０１２２】
【数８】
【０１２３】
また、ファブリーペロエタロン以外にも、例えば、偏波分離カプラと、分離後の一方の光路に複屈折率板、楔形素子を何段か有する、いわゆる光格子型素子を用いても（例えば、非特許文献１「Ｍ．Ｆｕｋｕｔｏｋｕ ｅｔ．ａｌ， ＯＡＡ１９９６， Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．， ＦＡ４ （１９９６）」参照）、波長に対してシフトさせることが可能な正弦波状の損失スペクトルを実現することができる。さらに、光格子型素子の場合、損失の振幅を可変とすることも可能である。また、光格子型素子において、複屈折率板を液晶に置き換えても同等の効果が得られる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明による光フィルタ、及びそれを用いた光増幅器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、入力された光に対して、正弦波状の第１損失スペクトルによって損失を与える第１光学素子と、正弦波状の第２損失スペクトルによって損失を与える第２光学素子とを直列に接続するとともに、損失スペクトルの位相が同方向にシフトするように２個の光学素子のそれぞれを制御し、または、いずれか一方の損失スペクトルの位相がシフトするように２個の光学素子の一方を制御することによって、全体での損失スペクトルを制御する構成によれば、損失スペクトルの制御性が向上されて、光増幅器での利得平坦化を充分に実現することが可能な光フィルタ、及び光増幅器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光フィルタの第１実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】光フィルタの第２実施形態を示す構成図である。
【図３】図２に示した光フィルタについて、光フィルタを構成する各光導波路の光路長Ｌ、光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力Ｐ、及び供給電力変化量ΔＰを示す図である。
【図４】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図５】光フィルタの他の実施形態を示す構成図である。
【図６】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図７】図２に示した光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】図１に示した光フィルタを備える光増幅器の一実施形態を示す構成図である。
【図９】図８に示した光増幅器における光フィルタでの損失スペクトルの例を示すグラフである。
【図１０】ヒータへの供給電圧、供給電力、及び供給電力差を示す表である。
【図１１】ファブリーペロエタロンについて示す図である。
【符号の説明】
５、５Ａ…光フィルタ、５０…基板、５１…入力端、５２…出力端、
１…第１光学素子、１Ａ…第１光回路、１１…第１光導波路、１２…第２光導波路、１３、１４…光カプラ、１５、１６…ヒータ、２…第２光学素子、２Ａ…第２光回路、２１…第３光導波路、２２…第４光導波路、２３、２４…光カプラ、２５、２６…ヒータ、３…損失制御回路、
６…光増幅器、６１…入力端、６２…出力端、７１…第１増幅用光ファイバ、７２…第２増幅用光ファイバ、７３、７４、７５、７６…光アイソレータ、８１、８２、８３、８４…励起光源、８６、８７、８８、８９…ＷＤＭカプラ、９０…増幅制御回路、９１…損失制御回路、９２…励起光源制御回路、９６…光分岐器、９７…入力光検出部、９８…光分岐器、９９…出力光検出部。
Claims (13)
- 光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、
前記第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、
前記第１損失スペクトルの位相、及び前記第２損失スペクトルの位相を波長に対して同方向にシフトさせることによって、前記第１光学素子及び前記第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段と
を備えることを特徴とする光フィルタ。 - 前記損失制御手段は、所定の波長帯域内において、前記全体での損失スペクトルの形状が保持された状態で中心波長をシフトさせることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。
- 前記所定の波長帯域内において、前記全体での損失スペクトルの所定の基準値からの損失傾斜変化量が−０．００２５ｄＢ／ｎｍ以上０．００２５ｄＢ／ｎｍ以下となる条件が満たされた状態で、前記損失制御手段によって前記中心波長を幅６ｎｍ以上の波長範囲にわたってシフトさせることが可能であることを特徴とする請求項２記載の光フィルタ。
- 前記損失制御手段は、所定の波長帯域内において、前記全体での損失スペクトルの直線性を変化させることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。
- 前記所定の波長帯域内において、前記損失制御手段によって前記直線性を０．５ｄＢ以下の所定の直線性から１．４ｄＢ以上の所定の直線性までの直線性範囲にわたって変化させることが可能であることを特徴とする請求項４記載の光フィルタ。
- 前記第１光学素子は、第１光導波路と、前記第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して前記第１光導波路と光結合されて、前記第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、
前記第２光学素子は、第３光導波路と、前記第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して前記第３光導波路と光結合されて、前記第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。 - 前記損失制御手段は、
前記第１光導波路の光路長をＬ１ａ、前記第１光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ａ、前記第２光導波路の光路長をＬ１ｂ、前記第２光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ１ｂ、
前記第３光導波路の光路長をＬ２ａ、前記第３光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ａ、前記第４光導波路の光路長をＬ２ｂ、前記第４光導波路に設けられた温度調整手段への供給電力変化量をΔＰ２ｂ
としたときに、これらの光路長及び供給電力変化量が、関係式
- 所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、
前記増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、
前記増幅用光導波路と直列に接続され、前記信号光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える請求項１記載の光フィルタと
を備えることを特徴とする光増幅器。 - 前記増幅用光導波路は、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路であることを特徴とする請求項８記載の光増幅器。
- 光の波長に対して正弦波状の第１損失スペクトルを有する第１光学素子と、
前記第１光学素子と直列に接続され、光の波長に対して正弦波状の第２損失スペクトルを有する第２光学素子と、
前記第１損失スペクトルの位相、または前記第２損失スペクトルの位相のいずれか一方を波長に対してシフトさせることによって、前記第１光学素子及び前記第２光学素子を合わせた全体での損失スペクトルを制御する損失制御手段と
を備えることを特徴とする光フィルタ。 - 前記第１光学素子は、第１光導波路と、前記第１光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して前記第１光導波路と光結合されて、前記第１光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第２光導波路とを含む第１光回路であり、
前記第２光学素子は、第３光導波路と、前記第３光導波路よりも短い光路長を有し、少なくとも２つの光カプラを介して前記第３光導波路と光結合されて、前記第３光導波路とともにマッハツェンダ干渉計を構成する第４光導波路とを含む第２光回路であることを特徴とする請求項１０記載の光フィルタ。 - 所定の増幅波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅する増幅用光導波路と、
前記増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段と、
前記増幅用光導波路と直列に接続され、前記信号光に対して所定の損失スペクトルによって損失を与える請求項１０記載の光フィルタと
を備えることを特徴とする光増幅器。 - 前記増幅用光導波路は、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路であることを特徴とする請求項１２記載の光増幅器。
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