JP2004304828A - 光通信システム及び光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、一定のゲインチルトを維持することができる光増幅器を提供する。
【解決手段】
光増幅器において、１端及び第２端を有し第１端には信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体をポンピングする第１の手段と、光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、光増幅媒体内を信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする第２の手段と、スペクトル特性が維持されるように増幅帯域の利得を制御する第３の手段とを備える。
【選択図】図１４

Description

本発明は一般的に長距離大容量伝送に適した光通信システム及び光増幅器に関し、更に詳しくはＷＤＭ（波長分割多重）に適用される光通信システム及びＷＤＭに適した光増幅器に関する。

近年、光増幅器の光通信システムへの適用に関する研究及び開発が精力的に進められている。例えば、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）を有するブースターアンプ、光中継器及びプリアンプの重要性が明らかになっている。

信号光を増幅するための光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体をポンピングする手段とを備えた光増幅器が知られている。

光増幅媒体が第１端及び第２端を有するＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）である場合、ポンピング手段は、適切な波長のポンプ光を出力するポンプ光源と、ポンプ光を第１端及び第２端の少なくともいずれか一方からドープファイバへ供給する手段とを含む。

光増幅媒体が半導体チップにより提供される場合、ポンピング手段はチップに電流注入する手段を含む。

伝送容量を飛躍的に増大するために、ＷＤＭシステム（波長分割多重システム）が提案されている。ＷＤＭシステムは、互いに異なる波長の複数の信号光を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光を送り出す第１の端局と、送り出されたＷＤＭ信号光を伝送する光伝送路と、伝送されたＷＤＭ信号光を受ける第２の端局とを備える。ＷＤＭシステムにおける伝送距離を長くするために、光増幅器を有する光中継器が光伝送路の途中に１つ又は複数設けられる。

光増幅器をＷＤＭシステムに適用する場合、考慮すべき点は、光増幅器に見られるゲインチルトである。ゲインチルトはゲインの波長依存性に基づくものである。

例えばＥＤＦＡにおいては、ＥＤＦの均一広がり（homogeneous broadening) という特性から、トータル入力パワーの変化によりゲインチルトも変化する。従って、ＷＤＭシステム或いは光中継器を運用する場合には、光増幅器のゲインチルトを把握しておき、一定のゲインチルトが維持されるようにしておくことが望ましい。

一方、光増幅器又は光中継器においては、出力レベルが一定に保たれるように、通常ＡＬＣ（自動レベル制御）のためのフィードバックループが採用される。

ＡＬＣが採用されている光増幅器をＷＤＭシステムに適用する場合、波長分割多重されている信号光のチャネル数の増減に従って、１チャネル当たりの出力パワーを一定に保つためのＡＬＣの目標レベルが変化することになり、チャネル数の増減に容易に対応することができないという問題がある。

よって、本発明の目的は、ＷＤＭにおけるチャネル数の増減に容易に対応することができる光通信システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、一定のゲインチルトを維持することができる光増幅器を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、一定のゲインチルトを維持することができ且つ自動レベル制御が可能な光増幅器を提供することにある。

本発明の一側面によると、それぞれ信号光を出力する複数の光送信機と該信号光を波長分割多重する手段とを含む第１の端局と、該第１の端局に接続され上記波長分割多重された信号光を伝送する光伝送路と、該光伝送路に接続され上記波長分割多重された信号光を受ける第２の端局と、上記光伝送路の途中に設けられ上記波長分割多重された信号光を増幅して出力する光増幅器を含む光中継器とを備え、上記第１の端局は、上記波長分割多重された信号光のチャネル数を検知する手段と、該チャネル数を含む監視情報を上記光中継器へ送る手段とを更に含み、上記光中継器は、上記光増幅器の出力レベルを検知する手段と、該検知された出力レベルが目標レベルに一致するように上記光増幅器を制御する手段とを更に含み、該目標レベルは上記監視情報に応じて設定される光通信システムが提供される。

本発明の他の側面によると、それぞれ信号光を出力する複数の光送信機と該信号光を波長分割多重する手段とを含む第１の端局と、該第１の端局に接続され上記波長分割多重された信号光を伝送する光伝送路と、該光伝送路に接続され上記波長分割多重された信号光を受ける第２の端局と、上記光伝送路の途中に設けられ上記波長分割多重された信号光を増幅して出力する光増幅器を含む光中継器とを備え、上記光増幅器は、光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記波長分割多重された信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする手段と、上記増幅帯域に含まれるが上記波長分割多重された信号光の波長とは異なる波長を有する補償光を出力する第１の光源と、上記波長分割多重された信号光及び上記補償光を上記光増幅媒体へ供給する手段とを含み、上記光中継器は、上記光増幅器の出力レベルを検知する手段と、該検知された出力レベルが目標レベルに一致するように上記光増幅器を制御する第１の制御手段と、上記波長分割多重された信号光のチャネル数にかかわらず上記目標レベルが一定になるように上記補償光のパワーを制御する第２の制御手段とを更に含む光通信システムが提供される。

本発明の他の側面によると、第１端及び第２端を有し該第１端には信号光が供給される光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする第１の手段と、上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、上記光増幅媒体内を上記信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする第２の手段と、該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する第３の手段とを備えた光増幅器が提供される。

本発明の他の側面によると、信号光が供給される光導波構造を有する光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように上記光増幅媒体をポンピングする手段と、上記光導波構造からその側方に漏れ出す自然放出光を抽出する手段と、該自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする手段と、該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する手段とを備えた光増幅器が提供される。

本発明の更に他の側面によると、第１及び第２の光増幅ユニットと、該第１及び第２の光増幅ユニットをカスケード接続する手段とを備え、上記第１及び第２の光増幅ユニットの各々は、第１端及び第２端を有し該第１端には信号光が供給される光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする第１の手段と、上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、上記光増幅媒体内を上記信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする第２の手段と、該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する第３の手段とを備え、可変の減衰率を有し上記第１の光増幅ユニットから出力される増幅された信号光を減衰させる光アッテネータと、上記第２の光増幅ユニットから出力される増幅された信号光を第１及び第２の分岐光に分岐する手段と、該第１の分岐光が供給されるフォトディテクタと、該フォトディテクタの出力レベルが一定になるように上記光アッテネータの減衰率を制御する手段とを更に備えた光増幅器が提供される。

以上説明したように、本発明のある側面によると、ＷＤＭにおけるチャネル数の増減に容易に対応することができる光通信システムの提供が可能になるという効果が生じる。

本発明の他の側面によると、一定のゲインチルトを維持することができる光増幅器の提供が可能になるという効果が生じる。

本発明の更に他の側面によると、一定のゲインチルトを維持することができ且つ自動レベル制御が可能な光増幅器の提供が可能になる。

以下本発明の望ましい実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。

図１は本発明を適用可能なＷＤＭシステムのブロック図である。このシステムは、ＷＤＭ信号光を出力する送信局２と、ＷＤＭ信号光を伝送する光ファイバ伝送路４と、伝送されたＷＤＭ信号光を受ける受信局６とを備えている。

送信局２は複数の光送信機８（＃１〜＃５）を有している。各光送信機８は駆動信号を受けるためのターミナル１０を有している。各光送信機は、例えばレーザダイオードの直接変調により、或いはレーザダイオードからのＣＷ光（連続波光）を光変調器により変調し、これによりあらかじめ定められた波長を有する信号光を出力する。

光送信機８（＃１〜＃４）からのステータス信号１２はＳＶ回路（監視回路）１４へ供給される。ステータス信号は各光送信機８が稼働しているか否かを表すフラグを含んでいる。ＳＶ回路１４は、稼働中の光送信機８の台数、即ちＷＤＭ信号光のチャネル数を含む監視情報を出力する。

ＳＶ回路１４からの監視情報は光送信機８（＃５）のターミナル１０に入力され、光送信機８（＃５）からは監視情報で変調された波長λSVの信号光が出力される。光送信機８（＃１〜＃４）はそれぞれのチャネルの伝送データ（主信号）で変調された波長λ1 〜λ4 の信号光を出力する。

各光送信機８からの信号光は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１６で加え合わされて、光ファイバ伝送路４へ送出される。

光ファイバ伝送路４の途中には、２つの光中継器１８が設けられている。光中継器１８は更に多く設けられていてもよいし、１つ設けられていてもよい。

各光中継器１８は、ＷＤＭ信号光を増幅して出力する光増幅器２０と、送信局２から送られてきた監視情報を光増幅器２０とやりとりするＳＶ回路（監視回路）２２とを有している。光中継器１８は、更に、監視情報により変調されている波長λSVの信号光を迂回させてＳＶ回路２２へ供給するために、光カプラ２４を有しており、ＳＶ回路２２から出力される更新された信号光（波長λSV）は、光カプラ２６により光ファイバ伝送路４へ合流させられる。

受信局６は、光ファイバ伝送路４により伝送されたＷＤＭ信号光を分岐するためのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）２８と、分岐されたＷＤＭ信号光に基づき各チャネルの伝送データを復調するための光受信機３０（＃１〜＃４）とを有している。各光受信機３０で復調された伝送データはターミナル３２から出力される。

図２は光中継器の第１実施形態を示すブロック図である。この光中継器は図１の光中継器１８として使用することができる。全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付される。

光カプラ２４により光ファイバ伝送路４から分岐された波長λSVの信号光は、監視情報により変調されている。この信号光は、ＳＶ回路２２に内蔵されるＯ／Ｅ変換器（光／電気変換器）３４に入力され、Ｏ／Ｅ変換器３４の出力信号に基づいて監視情報が再生される。

光カプラ２４を通過した波長λj （ｊ＝１〜４）のＷＤＭ信号光は、光カプラ３６で二分岐され、一方の分岐光は光増幅媒体３８へ供給される。

光増幅媒体３８はポンピング手段４０によりポンピングされており、これにより光増幅媒体３８はＷＤＭ信号光の波長を含む増幅帯域を有するようになっている。

光増幅媒体３８としては、希土類元素がドープされたドープファイバ、例えばＥＤＦを用いることができる。この場合、ポンピング手段４０は、ドープファイバの第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続されドープファイバへポンプ光を供給するポンプ光源を含む。

また、光増幅媒体３８として、半導体チップを用いることもできる（半導体光増幅器）。この場合、ポンピング手段４０は、チップが有する電極対にポンピング電圧を印加して電流を注入する手段を含む。

以下の説明では、光増幅媒体３８はドープファイバであり、ポンピング手段４０はポンプ光源を含むものとする。

光増幅媒体３８で増幅された信号光は、光カプラ４２で２分岐され、一方の分岐光は光カプラ２６を通って下流側の光ファイバ伝送路４へ送出される。

光カプラ４２で分岐された他方の分岐光は、光帯域通過フィルタ４４へ供給される。フィルタ４４は、ＷＤＭ信号光の波長を含む通過帯域を有している。

フィルタ４４を通過した光は、Ｏ／Ｅ変換器４６へ供給され、その出力信号はＡＬＣ回路（自動レベル制御回路）４８及びＳＶ回路２２へ供給される。

ＡＬＣ回路４８は、Ｏ／Ｅ変換器４６の出力レベルが一定になるように、ポンピング手段４０を制御する。具体的には、ポンピング手段４０に含まれるポンプ光源がレーザダイオードである場合には、その駆動電流（バイアス電流）が制御される。

ＳＶ回路２２において再生された監視情報のうち、チャネル数を与える信号ＳＣはＳＶ回路２２からＡＬＣ回路４８へ供給される。

ＡＬＣ回路４８が前述したフィードバック制御を行っていることにより、この光増幅器の出力レベルは目標レベルに一致するように安定化されている。この目標レベルは１チャネルあたりの出力パワーが一定になるように設定されるべきである。

従って、目標レベルはＷＤＭ信号光のチャネル数に応じて設定すべきである。

この実施形態では、チャネル数を与える信号ＳＣに基づいて、目標レベルが設定される。具体的には次の通りである。

図３は図２のＡＬＣ回路４８の具体例を示すブロック図である。ＡＬＣ回路４８は、Ｏ／Ｅ変換器４６の出力信号（出力電圧）を参照電圧ＶREF と比較するための演算増幅器５６を有している。

Ｏ／Ｅ変換器４６の出力電圧は演算増幅器５６のマイナス入力ポートへ供給され、参照電圧ＶREF はプラス入力ポートへ供給される。演算増幅器５６からは両入力ポート間のレベル差に応じた電圧信号が出力される。この電圧信号はＶ／Ｉ変換器５８によって電流信号に変換され、ポンピング手段４０（図２参照）におけるポンプ光源の例えば駆動電流にフィードバックされる。

参照電圧ＶREF をチャネル数に応じて設定するために、ＭＰＵ（マイクロプロセシングユニット）６０が用いられている。チャネル数を与える信号ＳＣはＩ／Ｏ回路６２を介してＭＰＵ６０に取り込まれ、ここでの演算結果に基づいて求められた参照電圧ＶREF がＩ／Ｏ回路６２を介して演算増幅器５６へ供給される。

ＭＰＵ６０における演算は、例えば、チャネル数を与える信号ＳＣをアドレスとして有するデータテーブルを参照することにより行われる。このデータテーブルは、Ｉ／Ｏ回路６２を介してＭＰＵ６０に接続されるメモリ６４内に記憶されている。

例えば、多いチャネル数を与える信号ＳＣに対しては大きい参照電圧（ＶREF ）が設定され、少ないチャネル数を与える信号ＳＣに対しては小さい参照電圧（ＶREF ）が設定される。

このように本実施形態においては、送信局（図１参照）で稼働している光送信機８のチャネル数に応じてＡＬＣにおける目標値を設定するようにしているので、チャネル数の増減に係わらず光増幅器から出力される１チャネル当たりのパワーを一定に保つことができる。従って、図２のような光中継器を用いることによって、図１のＷＤＭシステムをＷＤＭにおけるチャネル数の増減に容易に対応可能にすることができる。

再び図２を参照して、ＳＶ回路２２のさらなる機能を説明する。光カプラ３６で分岐された他方の分岐光は、ＷＤＭ信号光の波長を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ５０へ供給される。

フィルタ５０から出力された光はＯ／Ｅ変換器５２に入力され、その出力信号はＳＶ回路２２へ供給される。

出力側のＯ／Ｅ変換器４６の出力信号もＳＶ回路２２へ供給されている。従って、ＳＶ回路２２においては、この光増幅器の入力光及び出力光のレベル並びに利得が得られることになる。

そこで、このような情報を付加することにより、送信局２から送られてきた監視情報を更新して、この更新された監視情報を下流側の他の光中継器１８又は受信局６へ送るのである。

更新された監視情報は、ＳＶ回路２２に内蔵されるＥ／Ｏ変換器５４によって波長λSVの信号光に変換され、この信号光は光カプラ２６により光ファイバ伝送路４へ送り出される。

図４は本発明を適用可能な他のＷＤＭシステムのブロック図である。このシステムは、ＷＤＭ信号光を出力する送信局６６と、ＷＤＭ信号光を伝送する光ファイバ伝送路４と、伝送されたＷＤＭ信号光を受ける受信局６とを備えている。

光ファイバ伝送路４の途中には、２つの光中継器６８が設けられている。光中継器６８は更に多くあってもよいし、１つでもよい。

各光中継器６８は、光増幅器７０と、監視情報を直接光増幅器７０とやりとりするＳＶ回路７２とを有している。

図１のシステムにおいて監視情報を主に送るための光送信機８（＃５）は、この実施形態では使用されていない。即ち、送信局６６が有する光送信機８（＃１〜＃４）は、それぞれ波長λ1 〜λ4 の伝送データにより変調された信号光を出力可能である。

各光送信機８の稼働状態を表すステータス信号はＳＶ回路７４へ供給される。ＳＶ回路７４は、ＷＤＭ信号光のチャネル数を含む監視情報に基づいてトーン信号を生成する。このトーン信号は主信号（各光送信機８における伝送データ）よりも十分低い周波数を有している。

トーン信号はＳＶ回路７４からローパスフィルタ７６を介して光送信機８（＃４）へ供給される。そして、このトーン信号は、ターミナル１０から光送信機８（＃４）へ供給される変調信号（伝送データ）に重畳される。

図５を参照すると、トーン信号の波形図が示されている。ＷＤＭ信号光の１つに、主信号７８よりも十分低速なトーン信号８０が重畳されている。トーン信号８０は、低周波数のトーン成分をサブキャリアとして監視情報に基づいた変調を行うことにより得ることができる。トーン成分の周波数は、各周波数成分が光増幅器で減衰しないように、例えば１ＫＨｚ乃至１ＭＨｚに設定される。

図６を参照すると光中継器の第２実施形態を示すブロック図が示されている。この光中継器は図４の光中継器６８として用いることができる。

この光中継器は、ＡＬＣ回路４８を含むフィードバックループを有している。このループは図２に示されるのと同じであるので、その説明を省略する。

上流側の光伝送路４から供給されたＷＤＭ信号光は、光カプラ８２で２分岐される。一方の分岐光は光増幅媒体３８へ供給される。光増幅媒体３８において増幅されたＷＤＭ信号光は、光カプラ４２を通って下流側の光ファイバ伝送路４へ送出される。

光カプラ８２で分岐された他方の分岐光は、光帯域通過フィルタ８４へ供給される。フィルタ８４はＷＤＭ信号光の波長を含む通過帯域を有している。

フィルタ８４から出力された光はＯ／Ｅ変換器８６へ供給される。Ｏ／Ｅ変換器８６の出力信号は、帯域通過フィルタ８８へ供給される。

フィルタ８８はトーン信号のキャリア周波数を含む通過帯域を有している。従って、フィルタ８８によりトーン信号が抽出され、このトーン信号はＳＶ回路９０へ供給される。

ＳＶ回路９０ではトーン信号に基づいて監視情報が再生され、この監視情報に基づいて得られるチャネル数を与える信号ＳＣがＳＶ回路９０からＡＬＣ回路４８へ供給される。

ＡＬＣ回路４８においては、チャネル数を与える信号ＳＣに基づいて参照電圧ＶREF （図３参照）が設定され、これによりチャネル数の増減に係わらずチャネルあたりの光出力パワーを一定に保つことができる。

図４のシステムでは、光送信機８（＃４）が出力する波長λ4 の信号光だけにトーン信号が重畳されているとしたが、ＷＤＭ信号光の全チャネルにトーン信号が重畳されていてもよい。この場合、光マルチプレクサ１６と光伝送路４との間に光変調器が設けられ、これによりトーン信号がＷＤＭ信号光に重畳される。

例えば、トーン信号の周波数により稼働チャネル数を伝送することができる。即ち、１チャネルのみが稼働しているときには、１０ＫＨｚのトーン信号を重畳し、２チャネルが稼働しているときには、１１ＫＨｚのトーン信号を重畳し、３チャネルが稼働しているときには１２ＫＨｚのトーン信号を重畳し、…、トーン信号の周波数により稼働チャネル数を検知するのである。

また、各チャネルにトーン信号の周波数を割り当てておき、波長分割多重を行う前に各チャネルに対して各トーン信号を重畳するようにしてもよい。この場合、トーン信号の周波数成分の数に基づいて稼働チャネル数を検知することができる。

図７は本発明を適用可能な更に他のＷＤＭシステムのブロック図である。このシステムは、ＷＤＭ信号光を出力する送信局９２と、ＷＤＭ信号光を伝送する光ファイバ伝送路４と、伝送されたＷＤＭ信号光を受ける受信局６とを備えている。

光ファイバ伝送路４の途中には２つの光中継器９４が設けられている。光中継器９４は更に多くあってもよいし、１つであってもよい。

各光中継器９４は、ＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器９６と、光増幅器９６の出力レベルが目標レベルに一致するように制御するＡＬＣ回路１００とを有している。

光増幅器９６から出力されたＷＤＭ信号光の一部は、光カプラ９８により分岐され、その分岐光のパワーが一定になるようにＡＬＣ回路１００が光増幅器９６を制御する。

送信局９２は、波長が異なる信号光をそれぞれ生成することができる５つの光送信機８（＃１〜＃５）と、信号光を波長分割多重してＷＤＭ信号光とする光マルチプレクサ１６とを有している。

この実施形態では、３つの光送信機８（＃１〜＃３）は運用されており、残りの光送信機８（＃４，＃５）は運用されていない。

即ち、光送信機８（＃１〜＃３）の各々の駆動端子１０には主信号に対応するパルス信号が供給されており、光送信機８（＃４，＃５）の駆動端子１０にはＤＣのバイアスが供給されている。

これにより、光送信機８（＃１〜＃３）が出力する信号光はそれぞれ主信号により変調されたものとなり、光送信機（＃４，＃５）が出力する光はＣＷ光（連続波光）となる。

このように運用されていない光送信機８（＃４，＃５）が主信号に関係のないＣＷ光を出力するようにしているのは、各光中継器９４へ供給されるＷＤＭ信号光のトータルパワーを一定にするためである。トータルパワーが一定であると、各光中継器９４においてＡＬＣ回路１００の目標レベルを運用チャネル数に係わらず一定にすることができる。

従って、この実施形態によると、各光中継器９４においてＡＬＣの目標レベルの変更が不要になるので、ＡＬＣ回路を簡単にすることができる。

尚、ＡＬＣ回路１００の制御対象は、光増幅器９６がＥＤＦＡである場合には、ＥＤＦへ供給されるポンプ光のパワーとすることができる。ゲインチルトの制御のためにポンプ光のパワーが用いられている場合には、ＡＬＣ回路１００の制御対象は、光増幅器９６の上流側あるいは下流側に設けられる光アッテネータの減衰率であってもよい。

図８は光中継器の第３実施形態を示すブロック図である。この光中継器は図４のＷＤＭシステムにおける光中継器６８に代えて用いることができる。

この光中継器は、ＡＬＣのためのフィードバックループを有している。このループに含まれるＡＬＣ回路１０２は、光増幅器の出力レベルが目標レベルに一致するようにポンピング手段４０におけるポンプ光のパワーを制御する。そしてその目標レベルは、この実施形態ではＷＤＭ信号光のチャネル数に係わらず一定である。

そのために、増幅帯域に含まれるがＷＤＭ信号光の波長とは異なる波長を有する補償光を出力する補償光源１０４が用いられる。光カプラ８２で分岐された一方の分岐光と、光源１０４からの補償光とが光カプラ１０６で加え合わされて、光増幅媒体３８へ供給される。

光カプラ８２で分岐された他方の分岐光は、ＷＤＭ信号光の波長を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ８４へ供給される。フィルタ８４から出力された光は、Ｏ／Ｅ変換器８６へ供給される。

Ｏ／Ｅコンバータ８６の出力信号は、図４のシステムで説明したように、監視情報により変調されたトーン信号を含んでいる。このトーン信号は帯域通過フィルタ８８により抽出されてＳＶ回路１０８へ供給される。

ＳＶ回路１０８は、監視情報の再生により判明したＷＤＭ信号光のチャネル数に基づいて、補償光源１０４が出力する補償光のパワーを制御して、ＡＬＣ回路１０２における目標レベルが運用チャネル数に係わらず一定になるようにする。

このように本実施形態ではＷＤＭ信号光の他に補償光が光増幅媒体３８へ供給されるようにしているので、この補償光のパワーを運用チャネル数に応じて設定することにより、ＡＬＣ回路１０２における目標レベルの変更が不要になる。

図９は光中継器の第４実施形態を示すブロック図である。この光中継器は図４の光中継器６８に代えて同図のＷＤＭシステムに適用可能である。

この光中継器は、図８と同様のＡＬＣ回路１０２を含むフィードバックループの他にもう１つのフィードバックループが設けられている。

光源１０４からの補償光は、光カプラ１０６においてＷＤＭ信号光に加えられ、光カプラ１０６の出力光は光カプラ１１０を通って光増幅媒体３８へ供給される。

光カプラ１１０においては、ＷＤＭ信号光及び補償光の一部が分岐され、分岐光は光帯域通過フィルタ１１２へ供給される。フィルタ１１２はＷＤＭ信号光の波長及び補償光の波長を含む通過帯域を有している。

フィルタ１１２の出力光はＯ／Ｅ変換器１１４に入力する。ＳＶ回路１１６は、Ｏ／Ｅ変換器１１４の出力レベルが一定になるように補償光のパワーを制御する。

光増幅媒体３８へ供給されるＷＤＭ信号光及び補償光のトータルパワーはＯ／Ｅ変換器１１４の出力レベルに反映される。従って、このようなフィードバックループを光増幅媒体３８の上流側に設けておくことによって、光増幅媒体３８へ供給されるＷＤＭ信号光及び補償光のトータルパワーを一定に保つことができる。トータルパワーが一定に保たれると、ＷＤＭ信号光のチャネル数に係わらずＡＬＣ回路１０２における目標レベルが一定になり、ＡＬＣ回路１０２を簡単に構成することができる。

ＳＶ回路１１６を含むフィードバックループを設けたことにより、この実施形態ではＷＤＭ信号光のチャネル数に関する情報をこの光中継器が受ける必要がない。従って、図９の光中継器が適用される場合には、図４の送信局６６におけるＳＶ回路７４はなくてもよい。

尚、図８及び図９の光中継器においては、ＡＬＣ回路１０２がポンピング手段４０におけるポンプ光のパワーを制御するようにしているが、ポンプ光のパワーがゲインチルトの制御のために用いられている場合には、光増幅媒体３８の上流側又は下流側に設けられる図示しない光アッテネータの減衰率をＡＬＣ回路１０２が制御するようにしてもよい。

図１０は本発明の光増幅器の第１の基本構成を示すブロック図である。この光増幅器は、これまでに説明した光中継器に含まれる光増幅器と同様光増幅媒体３８及びポンピング手段４０を有している。

ポンピングされている光増幅媒体３８の第１端３８Ａに信号光が供給されると、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂからは増幅された信号光１３２が出力される。

このように光増幅媒体３８が増幅帯域を有するようにポンピングが行われている状態にあっては、光増幅媒体３８内においてはＡＳＥ光（増幅された自然放出光）が発生する。ＡＳＥ光は信号光と同方向に第２端３８Ｂから出力されるだけでなく、信号光とは逆方向に第１端３８Ａからも出力される。

この信号光とは逆方向に伝搬するＡＳＥ光１３４はＡＳＥ抽出手段１３６により抽出される。抽出されたＡＳＥ光に基づいて、モニタリング手段１３８がＡＳＥ光のパワーの波長依存性を与えるスペクトル特性をモニタリングする。

そして、このモニタリングされたスペクトル特性が維持されるように、光増幅媒体３８における増幅帯域のゲインチルトが依存するパラメータ（或いはゲインそのもの）がパラメータ制御手段１４０によって制御される。

光増幅媒体３８としては、ＥＤＦ等の希土類元素がドープされたドープファイバを用いることができる。また、半導体チップからなる光増幅媒体３８を用いることもできる（半導体光増幅器）。この場合、ポンピング手段４０は、媒体へ電流を注入する手段を含む。具体的には、半導体光増幅器の電極対にポンピング電圧が印加される。

ドープファイバに適したポンピング手段４０は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、光増幅媒体３８の第１端３８Ａ及び第２端３８Ｂの少なくともいずれか一方に動作的に接続されポンプ光を光増幅媒体３８へ供給する光結合手段とを含む。

本明細書において、光学部品同士が「動作的に接続される」というのは、ファイバ接続或いはコリメートビームを用いた空間接続により直接接続される場合を含み、更に光フィルタ等の他の光学部品を介して接続される場合を含む。

ポンピング手段４０がポンプ光源を含む場合には、パラメータ制御手段１４０の制御対象となるパラメータとしては、ポンプ光のパワーを採用することができる。

この場合、増幅された信号光１３２のパワー（光増幅器のトータル利得）を一定にするためのＡＬＣのフィードバックループにポンプ光源を含ませることができないので、ＡＬＣを行うためには、減衰率可変の光アッテネータを含むフィードバックループを設けるとよい。

光増幅媒体３８の増幅帯域に含まれる波長を有する補償光を光増幅媒体３８へ供給する補償光源１４２をこの光増幅器が有している場合には、パラメータ制御手段１４０の制御対象となるパラメータは、補償光のパワーであってもよい。この場合、ポンプ光源をＡＬＣのためのフィードバックループに含ませることができる。尚、補償光の波長は信号光の波長とは異なるように設定される。

この光増幅器をＷＤＭシステムに適用する場合には、ＷＤＭ信号光が第１端３８Ａから光増幅媒体３８へ供給される。

ＡＳＥ光１３４のスペクトル特性には、光増幅媒体３８の利得特性、即ちゲインチルトが反映される。このＡＳＥ光１３４は光増幅媒体３８において信号光と逆方向に伝搬するので、そのスペクトル特性は原理的にはＷＤＭ信号光のチャネル数、入力レベル、累積ＡＳＥの影響は受けない。

従って、ＡＳＥ光１３４のスペクトル特性が維持されるように、ゲインチルトが依存するパラメータを制御することによって、容易に一定のゲインチルトを得ることができる。スペクトル特性のモニタリング方法の具体例については後述する。

図１０の光増幅器の第１の基本構成は、望ましくは、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂに動作的に接続される光帯域通過フィルタ１４３を有している。フィルタ１４３の有効性について以下に説明する。

光増幅媒体３８において信号光と同じ方向に伝搬するフォワードＡＳＥのスペクトル特性は、信号光の入力レベル及び累積ＡＳＥの影響を受けるのに対して、光増幅媒体３８において信号光と逆方向に伝搬するバックワードＡＳＥのスペクトル特性は、原理的にはこれらの影響を受けない。

しかし、現実的には、光増幅媒体３８の出力側に反射が僅かでもあると、累積ＡＳＥが反射され、この反射した累積ＡＳＥが光増幅媒体３８において増幅されてバックワードＡＳＥに混入することがある。そこで、バックワードＡＳＥへの累積ＡＳＥの混入が問題になる場合には、適切な通過帯域を有する光帯域通過フィルタ１４３を用いるのである。

図１１の（Ａ）を参照すると、光帯域通過フィルタ１４３の望ましい通過帯域が示されている。通過帯域の最短波長λL はＷＤＭ信号光の最短波長よりも僅かに短く設定され、通過帯域の最長波長λH はＷＤＭ信号光の最長波長よりも僅かに長く設定されている。これにより、累積ＡＳＥのパワーを有効に小さくすることができる。

図１０のモニタリング手段１３８は、望ましくは、それぞれ別の通過帯域を有する２つの光帯域通過フィルタを有している（例えば図１４のスペクトルモニタの光帯域通過フィルタ１７０及び１７２）。

この場合、図１１の（Ｂ）に示されるように、一方のフィルタの通過帯域の最短波長及び最長波長をそれぞれλL −Δλ及びλL に設定し、他方のフィルタの通過帯域の最短波長及び最長波長をそれぞれλH 及びλH ＋Δλに設定する。こうすることにより、累積ＡＳＥの反射成分がバックワードＡＳＥに混入したとしても、モニタリングの結果にその影響は出ない。

図１２は本発明の光増幅器の第１実施形態を示すブロック図である。増幅すべき信号光は、光カプラ１４４を通って光増幅媒体３８へその第１端３８Ａから供給される。

光増幅媒体３８内において信号光と逆方向に伝搬するＡＳＥ光は、光カプラ１４４により抽出される。抽出されたＡＳＥ光はスペクトルモニタ１４６へ供給される。光カプラ１４４としては、ファイバ融着型の光カプラ、その特殊な形態としてのＷＤＭカプラ、或いは光サーキュレータを用いることができる。

光増幅媒体（例えばドープファイバ）３８をポンピングするために、ポンプ光源としてのレーザダイオード１４８が用いられている。レーザダイオード１４８から出力されたポンプ光は、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂに接続された光カプラ１５０を通って光増幅媒体３８へ供給される。

レーザダイオード１４８には駆動回路１５２によってバイアス電流が与えられている。ポンプ光のパワーはバイアス電流により制御することができる。

スペクトルモニタ１４６によってモニタリングされたＡＳＥ光のスペクトル特性は制御回路１５４へ供給される。制御回路１５４は、スペクトルモニタ１４６からのスペクトル特性が維持されるように、駆動回路１５２がレーザダイオード１４８へ供給するバイアス電流を制御する。

この実施形態では、ポンプ光を出力するレーザダイオード１４８のバイアス電流がゲインチルトを維持するためのフィードバックループに含まれているので、レーザダイオード１４８のバイアス電流によりＡＬＣを行うことができない。

そこで、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂから光カプラ１５０を通って出力される増幅された信号光を光アッテネータ１５６に入力する。光アッテネータ１５６の減衰率は可変である。

光アッテネータ１５６から出力された光は光カプラ１５８により２分岐され、一方の分岐光は図示しない光伝送路へ送出される。

光カプラ１５８における他方の分岐光は、信号光の波長を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ１６０へ供給される。フィルタ１６０の出力光はＯ／Ｅコンバータ１６２により電気信号に変換され、ＡＬＣ回路１６４がＯ／Ｅ変換器１６２の出力レベルが一定になるように光アッテネータ１５６の減衰率を制御する。

図１３は図１２の光増幅器におけるゲインチルトの一例を説明するための図である。波長１５４８，１５５１，１５５４及び１５５７ｎｍの４チャネルのＷＤＭ信号光を同じ入力パワー（−３５ｄＢｍ／ｃｈ）でＥＤＦへ入力したときの出力光のスペクトルが示されている。

縦軸は出力パワー（ｄＢｍ）であり、横軸は波長（ｎｍ）である。

Ａで示されるスペクトルはポンプ光のパワーが比較的大きいときに対応しており、負のゲインチルトが生じている。即ち、ゲインの波長微分は負である（ｄＧ／ｄλ＜０）。

Ｃで示されるスペクトルはポンプ光のパワーが比較的小さいときに対応しており、正のゲインチルトが得られている（ｄＧ／ｄλ＞０）。

Ｂで示されるスペクトルはゲインチルトを生じさせないための最適なポンプ光パワーに対応しており、ゲインの波長微分は０である（ｄＧ／ｄλ＝０）。

いずれのスペクトルも、ＡＳＥ光のスペクトルに各チャネルの信号光に対応する４つの鋭いスペクトルが重畳された形状を有している。

図１２の光増幅器では、光増幅媒体３８の第１端３８Ａから出力されるＡＳＥ光を抽出しているので、そのスペクトルにはＷＤＭ信号光のスペクトルが重畳されていない。従って、スペクトルモニタ１４６はＷＤＭ信号光のパワーに影響されずにＡＳＥ光のスペクトルを高精度にモニタリングすることができる。

以下、このような信号光とは逆方向に伝搬するＡＳＥ光をバックワードＡＳＥ光と称する。

バックワードＡＳＥ光のパワーをＰASE （λ）とすると、その値は次式で与えられ、波長λの関数になる。

ＰASE （λ0 ）＝２ｎsp（λ0 ）ｈ（Ｃ／λ0 ）〔Ｇ（λ0 ）−１〕Δλ…（１）
ここで、ｎsp（λ0 ）は自然放出光係数、ｈはプランク定数、Ｃは真空中での光速、λ0 はモニタリングする帯域の中心波長、Δλはモニタする帯域の帯域幅である。ここで、通常、各パラメータの波長依存性はΔλの範囲ではほぼ一定なのでλ0 を代表値とした。

自然放出光係数ｎsp（λ0 ）は波長依存性を有しており、この波長依存性に対処してモニタ精度を高める方法については後述する。

また、（１）式中Ｇ（λ0 ）は波長の関数として与えられる利得を表している。このように、バックワードＡＳＥ光のスペクトルには利得特性（利得の波長依存性）が反映されることとなる。

従って、増幅帯域に含まれる２つ或いはそれ以上の狭い帯域を切り出して、それらのパワーを別々に検出し、検出値の偏差を求めることにより、利得特性を評価することができる。

具体的には、図１２のスペクトルモニタ１４６は、バックワードＡＳＥ光を第１及び第２の分岐光に分岐する手段と、第１の分岐光を受け増幅帯域に含まれる狭い第１の通過帯域を有する第１の光帯域通過フィルタと、第２の分岐光を受け増幅帯域に含まれるが第１の通過帯域とは異なる狭い第２の通過帯域を有する第２の光帯域通過フィルタと、第１及び第２の光帯域通過フィルタを通過した光がそれぞれ供給される第１及び第２のフォトディテクタと、第１及び第２のフォトディテクタの出力レベルの偏差を検出する手段とを備える。更に具体的には次の通りである。

図１４は図１２のスペクトルモニタ１４６の構成例を示すブロック図である。光増幅媒体３８（図１２参照）で生じたバックワードＡＳＥ光は、光アイソレータ１６６を通って光カプラ１６８へ供給される。バックワードＡＳＥモニタ系からの反射が小さければ光アイソレータ１６６は不要である。光カプラ１６８は受けたバックワードＡＳＥ光を第１及び第２の分岐光に分岐する。第１及び第２の分岐光の分岐比は例えば１：１である。

第１及び第２の分岐光はそれぞれ光帯域通過フィルタ１７０及び１７２へ供給される。

図１３に示されるようなＡＳＥ光のスペクトルとほぼ同様のスペクトルをバックワードＡＳＥ光が有している場合、フィルタ１７０及び１７２の通過帯域の中心波長は例えばそれぞれ１５４１ｎｍ及び１５５９ｎｍに設定される。

フィルタ１７０及び１７２を通過した光はそれぞれフォトダイオード１７４及び１７６へ供給される。

フォトダイオード１７４及び１７６の出力信号は電流信号であるので、フォトダイオード１７４及び１７６にそれぞれ対応してＩ／Ｖ変換器（電流／電圧変換器）１７８及び１８０が用いられる。

変換器１７８及び１８０の出力電圧信号はそれぞれ演算増幅器１８２のマイナス入力ポート及びプラス入力ポートに供給される。その結果、演算増幅器１８２の出力信号には、フォトダイオード１７４及び１７６の出力レベルの偏差が反映される。

従って、演算増幅器１８２の出力信号をレーザダイオード１４８（図１２参照）のバイアス電流にフィードバックさせることによって、光増幅媒体３８において生じるバックワードＡＳＥ光のスペクトル特性を維持することができ、その結果、ゲインチルトを一定に保つことができる。フィードバックループにおける偏差の目標値を適切に設定することにより、例えば図１３においてＢで示されるようにゲインチルトをフラットにすることができる。

図１５を参照すると、本発明に適用可能な他のスペクトルモニタが示されている。ここでは、Ｉ／Ｖ変換器１７８及び１８０の出力信号は、Ｉ／Ｏポート１８４を介してＭＰＵ（マイクロプロセシングユニット）１８６に取り込まれる。

ＭＰＵ１８６はＩ／Ｏポート１８４を介してメモリ１８８に接続されている。ＭＰＵ１８６は、変換器１７８及び１８０の出力レベルを受けてその偏差を算出してＩ／Ｏポート１８４を介して出力する。

前述した通り、（１）式における自然放出光係数ｎsp（λ0 ）は波長依存性を有している、即ち、モニタする波長λ0 に依存する。従って、より高いモニタリング精度が要求される場合には、波長をパラメータとした自然放出光係数ｎsp（λ0 ）のデータテーブルをメモリ１８８に記憶しておき、それに基づいて正確なスペクトル特性を得るようにすればよい。例えば偏差の算出値に基づいて、利得Ｇ（λ）を正確に算出することができる。

図１４又は図１５に示されるスペクトルモニタにおいては、増幅帯域から切り出す狭い帯域が２つ（第１及び第２の通過帯域）であるとしたが、３つ以上の光帯域通過フィルタを用いてその数に応じた数の狭い帯域を増幅帯域から切り出すようにしてもよい。こうすることにより、例えばＭＰＵ１８６で算出されるバックワード光のスペクトル特性の精度を高めることができる。

図１６は本発明の光増幅器の第２実施形態を示すブロック図である。この光増幅器は、図１２の光増幅器と対比して、ＡＬＣのための光アッテネータ１５６′が光増幅媒体３８の上流側に設けられている点で特徴付けられる。

即ち、増幅された信号光を減衰させるのではなく、光増幅媒体３８へその第１端３８Ａから入力する信号光をあらかじめ減衰させるのである。光アッテネータ１５６′の減衰率は、この光増幅器の出力レベルに対応するＯ／Ｅ変換器１６２の出力レベルが一定になるように、ＡＬＣ回路１６４によって制御される。

図１２又は図１６の光増幅器によると、一定のゲインチルトを維持することができるようになり、しかもＡＬＣも可能になる。

図１７は本発明の光増幅器の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、補償光を光増幅媒体３８へ供給する光源が用いられており、バックワードＡＳＥ光のスペクトル特性が維持されるように補償光のパワーが制御される。これに伴って、ポンプ光のパワーはＡＬＣに供される。

補償光源としてレーザダイオード１９０が用いられる。レーザダイオード１９０からの補償光は、光カプラ１９２を通って光増幅媒体３８へその第１端３８Ａから供給される。

増幅すべき信号光は、バックワードＡＳＥ光を抽出するための光カプラ１４４と補償光のための光カプラ１９２とをこの順に通って光増幅媒体３８へその第１端３８Ａから供給される。

光増幅媒体３８において生じたバックワードＡＳＥ光は、光カプラ１９２及び１４４をこの順に通ってスペクトルモニタ１４６へ供給される。

レーザダイオード１９０には駆動回路１９４からバイアス電流が供給されており、このバイアス電流が制御回路１５４によって制御される。

制御回路１５４は、スペクトルモニタ１４６でモニタリングされたバックワードＡＳＥ光のスペクトル特性が維持されるように、レーザダイオード１９０のバイアス電流を制御する。これによりレーザダイオード１９０が出力する補償光のパワーが制御され、この光増幅器の利得特性が一定に維持される。

この実施形態では、利得特性を一定に維持するための制御にポンプ光のパワーを用いていないので、ＡＬＣのためのフィードバックループにポンプ光源を含ませることができる。補償光をスペクトル特性の維持で使用するので、この場合は光フィルタ１６０で補償光を除去した後にＯ／Ｅ変換器１６２でＯ／Ｅ変換する。ポンプ光源としてのレーザダイオード１４８には駆動回路１５２からバイアス電流が供給されており、このバイアス電流がＡＬＣ回路１６４によって制御される。

このようにして、第３実施形態によっても、一定のゲインチルトを維持することができ且つＡＬＣが可能な光増幅器の提供が可能になる。しかも、第３実施形態では、ＡＬＣのための光アッテネータが不要である。

以上説明した光増幅器の実施形態では、ポンプ光源としてのレーザダイオード１４８が光増幅媒体３８の第２端３８Ｂに動作的に接続されて、光増幅媒体３８においてポンプ光が信号光とは逆方向に伝搬するようにされている。即ちバックワードポンピングが採用されている。

ポンプ光源を光増幅媒体３８の第１端３８Ａに動作的に接続して、光増幅媒体３８においてポンプ光及び増幅すべき信号光が同方向に伝搬するようにして、フォワードポンピングを行うようにしてもよい。

また、ポンプ光が光増幅媒体３８へその第１端３８Ａ及び第２端３８Ｂの双方から供給されるようにし、ポンピング効率を高めるようにしてもよい。

図１８は本発明の光増幅器の第４実施形態を示すブロック図である。ここでは、スペクトルモニタ１４６におけるバックワードＡＳＥ光のスペクトル特性のモニタリング精度を高めるために、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂに動作的に接続される反射鏡１９６及び１９８を設けている。

スペクトルモニタ１４６が図１４のように構成されている場合、反射鏡１９６は光帯域通過フィルタ１７０の通過帯域に含まれる波長の光を反射させ、それ以外の光を透過させる。また、反射鏡１９８は、光帯域通過フィルタ１７２の通過帯域に含まれる波長の光を反射させ、それ以外の光を透過させる。

このような反射鏡１９６及び１９８を設けておくことによって、光増幅媒体３８の第２端３８Ｂから出力されるフォワードＡＳＥ光のうち特定帯域の光を光増幅媒体３８内で往復させることができるので、図１４のフォトダイオード１７４及び１７６の入力パワーが増大し、スペクトルのモニタリング精度が向上する。

尚、ＡＳＥ光のスペクトルから切り出される狭い帯域が３以上である場合には、その数に応じた数の反射鏡が用いられる。

ところで、ＥＤＦ等のドープファイバにおいては、その側方にＳＥ光（自然放出光）が漏れ出し、ＳＥ光にはドープファイバにおける利得特性が反映される。また、側方に漏れ出すＳＥ光は、ＷＤＭ信号光のチャネル数、入力レベル数及び累積ＡＳＥの影響を受けない。このことは、Aida et al. によって1991年の国際会議(Optical Amplifiers and their Applications; OAA)で報告されており(FE3) 、ドープファイバ側面からのSE光をファイバ長Ｌに渡って積分した値ＰSE（λ）から利得Ｇ（λ）が以下の式より求まることが明らかとなっている。

ＰSE（λ）＝〔ｌｎ［Ｇ（λ）］＋αS （λ）Ｌ〕／Ｃ（λ）…（２）
Ｃ（λ）＝η（λ）〔σe （λ）＋σa （λ）〕τ／〔ｈ（Ｃ／λ）π（γEr）2 〕…（３）
ここでσe （λ），σa （λ），αS （λ）はそれぞれ、放射断面積、吸収断面積、波長λでの損失であり、τ，γErは自然放出光寿命及びＥr がドープされた領域の半径を表している。また、η（λ）は波長依存性を有する係数である。

従って、側方に漏れ出すＳＥ光のスペクトル特性をモニタリングすることによって、利得特性（ゲインチルト）を把握することができる。

図１９は本発明の光増幅器の第２の基本構成を示すブロック図である。光増幅媒体３８は信号光が供給される光導波構造を有している。ポンピング手段４０は光増幅媒体３８が信号光の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体３８をポンピングする。

ＳＥ抽出手段２００は、光増幅媒体３８の光導波構造からその側方に漏れ出すＳＥ光を抽出する。モニタリング手段１３８は、抽出されたＳＥ光のパワーの波長依存性を与えるスペクトル特性をモニタリングする。

パラメータ制御手段１４０は、モニタリングされたスペクトル特性が維持されるように、光増幅媒体３８における増幅帯域のゲインチルトが依存するパラメータ（或いはゲインそのもの）を制御する。

図示された例では、制御対象となるパラメータはポンピング手段４０におけるポンプ光のパワーである。

図１１に示されるのと同じように、パラメータ制御手段１４０が補償光のパワーを制御するようにしてもよい。

図２０は図１９のＳＥ抽出手段２００及びモニタリング手段１３８として用いることができるスペクトルモニタの構成図である。

光増幅媒体３８（図１９参照）としてＥＤＦ２０２が用いられている。ＥＤＦ２０２をポンピングする手段の図示は省略されている。

ＥＤＦ２０２は、外部から光が入らないように構成される積分球等のケース２０４内に収容されている。ＥＤＦ２０２の被覆は部分的に除去されており、そこからＳＥ光が側方に漏れ出す。

ＳＥ光は光バンドパスフィルタ２０６及び２０８へ供給される。

フィルタ２０６及び２０８はそれぞれ図１５の光バンドパスフィルタ１７０及び１７２と同じような通過帯域を有している。

フィルタ２０６及び２０８を透過した光はそれぞれフォトダイオード２１０及び２１２により電流信号に変換される。それぞれの電流信号は、Ｉ／Ｖ変換器２１４及び２１６により電圧信号に変換され、演算増幅器２１８へ供給される。

ＳＥ光のスペクトルには、前述したように光増幅器の利得特性が反映されるので、モニタリングされたＳＥ光のスペクトル特性に基づいて例えばポンプ光のパワーを制御することによって、光増幅器のゲインチルトを一定に維持することができる。

図２０のスペクトルモニタを図１５の構成に準じて変更することができる。即ち、スペクトル特性のモニタリングにＭＰＵを用いるのである。

この場合、（２）式及び（３）式におけるＣ（λ），αs Ｌをメモリに記憶しておくことによって、スペクトル特性のモニタリング精度を高めることができる。尚、ＳＥ光のスペクトルにおいて切り出される狭い帯域の数を３以上にして、各帯域における光パワーを検出し、それに基づいて各種制御を行うようにしてもよい。

図２１は本発明の光増幅器の第３の基本構成を示すブロック図である。この光増幅器は、第１の光増幅ユニット２２０と第２の光増幅ユニット２２２とをカスケード接続して構成される。

光増幅ユニット２２０及び２２２は、それぞれ、図１１に示される第１の基本構成を有している。

第１の光増幅ユニット２２０で増幅された光は、減衰率が可変な光アッテネータ２２４により減衰させられて、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）２２６により第２の光増幅ユニット２２２へ送られる。

ＤＣＦ２２６は、伝送路において信号光が受けた色分散を相殺するような分散値を有している。

第２の光増幅ユニット２２２から出力された光は、光カプラ２２８で分岐され、一方の分岐光は図示しない光伝送路へ送出される。

光カプラ２２８における他方の分岐光は、Ｏ／Ｅ変換器２３０により電気信号に変換される。

ＡＬＣ回路２３２はＯ／Ｅ変換器２３０の出力レベルが一定に保たれるように光アッテネータ２２４の減衰率を制御する。

この実施形態において、光増幅ユニットを２段構成にしている第１の理由は、一般にＤＣＦの損失は大きく、ＤＣＦ２２６の上流側において信号光のレベルをある程度まで引き上げておく必要があるからである。

第２の理由は、ＤＣＦ２２６の上流側における光増幅の利得をあまり大きくし過ぎて信号光のパワーが大きくなると、ＤＣＦ２２６において非線形効果が生じやすくなるところにある。

ＷＤＭが適用されているシステムにおいて、ＤＣＦ２２６で非線形効果の１つである四光波混合（ＦＷＭ）が生じると、チャネル間クロストークが悪くなる。また、自己位相変調（ＳＰＭ）も信号品質の劣化を招く。

第３の基本構成によると、一定のゲインチルトを維持することができ且つＡＬＣが可能な光増幅器の提供が可能になる。

本発明を適用可能なＷＤＭシステムのブロック図である。 光中継器の第１実施形態を示すブロック図である。 ＡＬＣ回路のブロック図である。 本発明を適用可能な他のＷＤＭシステムのブロック図である。 トーン信号の説明図である。 光中継器の第２実施形態を示すブロック図である。 本発明を適用可能な更に他のＷＤＭシステムのブロック図である。 光中継器の第３実施形態を示すブロック図である。 光中継器の第４実施形態を示すブロック図である。 光増幅器の第１の基本構成を示すブロック図である。 累積ＡＳＥの影響を排除するための実施形態の説明図である。 光増幅器の第１実施形態を示すブロック図である。 ゲインチルトの説明図である。 スペクトルモニタのブロック図である。 他のスペクトルモニタのブロック図である。 光増幅器の第２実施形態を示すブロック図である。 光増幅器の第３実施形態を示すブロック図である。 光増幅器の第４実施形態を示すブロック図である。 光増幅器の第２の基本構成を示すブロック図である。 図１９の第２の基本構成において使用することができるスペクトルモニタの構成図である。 光増幅器の第３の基本構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ 送信局
４ 光ファイバ伝送路
６ 受信局
８ 光送信機
１８ 光中継器
２０ 光増幅器
３０ 光受信機

Claims (28)

1. それぞれ信号光を出力する複数の光送信機と該信号光を波長分割多重する手段とを含む第１の端局と、
   該第１の端局に接続され上記波長分割多重された信号光を伝送する光伝送路と、
   該光伝送路に接続され上記波長分割多重された信号光を受ける第２の端局と、
   上記光伝送路の途中に設けられ上記波長分割多重された信号光を増幅して出力する光増幅器を含む光中継器とを備え、
   上記第１の端局は、上記波長分割多重された信号光のチャネル数を検知する手段と、該チャネル数を含む監視情報を上記光中継器へ送る手段とを更に含み、
   上記光中継器は、上記光増幅器の出力レベルを検知する手段と、該検知された出力レベルが目標レベルに一致するように上記光増幅器を制御する手段とを更に含み、
   該目標レベルは上記監視情報に応じて設定される光通信システム。
2. 請求項１に記載の光通信システムであって、
   上記監視情報は上記波長分割多重された信号光の少なくともいずれか１つにより伝送され、
   上記光中継器は上記監視情報を伝送するための信号光を上記光増幅器から迂回させて光／電気変換する手段を更に含む光通信システム。
3. 請求項１に記載の光通信システムであって、
   上記波長分割多重された信号光の少なくともいずれか１つは主信号よりも低周波数のトーン信号により変調されており、
   上記監視情報は該トーン信号により伝送される光通信システム。
4. 請求項１に記載の光通信システムであって、
   上記光中継器は複数ある光通信システム。
5. それぞれ信号光を出力する複数の光送信機と該信号光を波長分割多重する手段とを含む第１の端局と、
   該第１の端局に接続され上記波長分割多重された信号光を伝送する光伝送路と、
   該光伝送路に接続され上記波長分割多重された信号光を受ける第２の端局と、
   上記光伝送路の途中に設けられ上記波長分割多重された信号光を増幅して出力する光増幅器を含む光中継器とを備え、
   上記複数の光送信機のうち運用されているものの各々が出力する信号光は主信号により変調されており、運用されていないものの各々が出力する信号光は連続波であり、
   上記光中継器は、上記光増幅器の出力レベルを検知する手段と、該検知された出力レベルが目標レベルに一致するように上記光増幅器を制御する手段とを更に含み、
   該目標レベルは上記運用されている光送信機の数にかかわらず一定である光通信システム。
6. 請求項５に記載の光通信システムであって、
   上記光中継器は複数ある光通信システム。
7. それぞれ信号光を出力する複数の光送信機と該信号光を波長分割多重する手段とを含む第１の端局と、
   該第１の端局に接続され上記波長分割多重された信号光を伝送する光伝送路と、
   該光伝送路に接続され上記波長分割多重された信号光を受ける第２の端局と、
   上記光伝送路の途中に設けられ上記波長分割多重された信号光を増幅して出力する光増幅器を含む光中継器とを備え、
   上記光増幅器は、光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記波長分割多重された信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする手段と、上記増幅帯域に含まれるが上記波長分割多重された信号光の波長とは異なる波長を有する補償光を出力する第１の光源と、上記波長分割多重された信号光及び上記補償光を上記光増幅媒体へ供給する手段とを含み、
   上記光中継器は、上記光増幅器の出力レベルを検知する手段と、該検知された出力レベルが目標レベルに一致するように上記光増幅器を制御する第１の制御手段と、上記波長分割多重された信号光のチャネル数にかかわらず上記目標レベルが一定になるように上記補償光のパワーを制御する第２の制御手段とを更に含む光通信システム。
8. 請求項７に記載の光通信システムであって、
   上記ポンピングする手段は、ポンプ光を出力する第２の光源と、該ポンプ光を上記光増幅媒体へ供給する手段とを含み、
   上記第１の制御手段は上記ポンプ光のパワーを制御する光通信システム。
9. 請求項７に記載の光通信システムであって、
   上記第１の端局は、上記波長分割多重された信号光のチャネル数を検知する手段と、該チャネル数を含む監視情報を上記光中継器へ送る手段とを更に含み、
   上記第２の制御手段は上記監視情報に基づいて上記補償光のパワーを制御する光通信システム。
10. 請求項７に記載の光通信システムであって、
    上記光中継器は上記光増幅媒体へ供給される上記波長分割多重された信号光及び上記補償光のトータルパワーを検知する手段を更に含み、
    上記第２の制御手段は上記トータルパワーが一定になるように上記補償光のパワーを制御する光通信システム。
11. 請求項７に記載の光通信システムであって、
    上記光中継器は上記光増幅媒体において増幅されて出力される上記波長分割多重された信号光及び上記補償光のトータルパワーを検知する手段を更に含み、
    上記第２の制御手段は上記トータルパワーが一定になるように上記補償光のパワーを制御する光通信システム。
12. 請求項７に記載の光通信システムであって、
    上記光中継器は複数ある光通信システム。
13. 第１端及び第２端を有し該第１端には信号光が供給される光増幅媒体と、
    該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする第１の手段と、
    上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、上記光増幅媒体内を上記信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする第２の手段と、
    該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する第３の手段とを備えた光増幅器。
14. 請求項１３に記載の光増幅器であって、
    上記第１の手段は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、上記光増幅媒体の第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続され上記ポンプ光を上記光増幅媒体へ供給する第１の光カプラとを含み、
    上記利得は上記ポンプ光のパワーによって制御される光増幅器。
15. 請求項１４に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体の第２端から出力される増幅された信号光を第１及び第２の分岐光に分岐する第２の光カプラと、
    該第１の分岐光が供給されるフォトダイオードと、
    該フォトダイオードの出力レベルが一定になるように上記光増幅器のトータル利得を制御する自動レベル制御手段とを更に備えた光増幅器。
16. 請求項１５に記載の光増幅器であって、
    上記自動レベル制御手段は減衰率が可変な光アッテネータを含み、
    該光アッテネータは上記光増幅媒体の第２端及び上記第２の光カプラに動作的に接続されて上記光増幅媒体から出力される増幅された信号光を減衰させる光増幅器。
17. 請求項１５に記載の光増幅器であって、
    上記自動レベル制御手段は減衰率が可変な光アッテネータを含み、
    該光アッテネータは上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続されて上記光増幅媒体へ供給される信号光を減衰させる光増幅器。
18. 請求項１４に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体は希土類元素がドープされたドープファイバである光増幅器。
19. 請求項１３に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され上記増幅帯域に含まれるが上記信号光の波長とは異なる波長を有する補償光を上記光増幅媒体へ供給する第１の光源を更に備え、
    上記利得は上記補償光のパワーによって制御される光増幅器。
20. 請求項１９に記載の光増幅器であって、
    上記第１の手段は、ポンプ光を出力する第２の光源と、上記光増幅媒体の第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続され上記ポンプ光を上記光増幅媒体へ供給する第１の光カプラとを含み、
    上記光増幅媒体の第２端から出力される増幅された信号光を第１及び第２の分岐光に分岐する第２の光カプラと、
    該第１の分岐光が供給されるフォトダイオードと、
    該フォトダイオードの出力レベルが一定になるように上記ポンプ光のパワーを制御する手段とを更に備えた光増幅器。
21. 請求項１３に記載の光増幅器であって、
    上記第２の手段は、
    上記増幅された自然放出光を第１及び第２の分岐光に分岐する手段と、
    上記第１の分岐光を受け上記増幅帯域に含まれる第１の通過帯域を有する第１の光帯域通過フィルタと、
    上記第２の分岐光を受け上記増幅帯域に含まれるが上記第１の通過帯域とは異なる第２の通過帯域を有する第２の光帯域通過フィルタと、
    上記第１及び第２の光帯域通過フィルタを通過した光がそれぞれ供給される第１及び第２のフォトディテクタと、
    該第１及び第２のフォトディテクタの出力レベルの偏差を検出する手段とを含む光増幅器。
22. 請求項２１に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体の第２端に動作的に接続される第３の光帯域通過フィルタを更に備え、
    該第３の光帯域通過フィルタは、上記信号光の波長を含むが上記第１及び第２の通過帯域を含まない第３の通過帯域を有している光増幅器。
23. 請求項２１に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体の第２端に動作的に接続される第１及び第２の反射手段を更に備え、
    該第１及び第２の反射手段はそれぞれ上記第１及び第２の通過帯域に含まれる波長の光を反射して上記第２端から上記光増幅媒体へ供給する光増幅器。
24. 請求項１３に記載の光増幅器であって、
    上記光増幅媒体の第２端に動作的に接続される光帯域通過フィルタを更に備え、
    該光帯域通過フィルタは上記信号光の波長を含む通過帯域を有している光増幅器。
25. 請求項１３に記載の光増幅器であって、
    上記信号光は波長分割多重された複数の信号光からなる光増幅器。
26. 信号光が供給される光導波構造を有する光増幅媒体と、
    該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように上記光増幅媒体をポンピングする手段と、
    上記光導波構造からその側方に漏れ出す自然放出光を抽出する手段と、
    該自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする手段と、
    該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する手段とを備えた光増幅器。
27. 第１及び第２の光増幅ユニットと、
    該第１及び第２の光増幅ユニットをカスケード接続する手段とを備え、
    上記第１及び第２の光増幅ユニットの各々は、
    第１端及び第２端を有し該第１端には信号光が供給される光増幅媒体と、
    該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングする第１の手段と、
    上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、上記光増幅媒体内を上記信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光のスペクトル特性をモニタリングする第２の手段と、
    該スペクトル特性が維持されるように上記増幅帯域の利得を制御する第３の手段とを備え、
    可変の減衰率を有し上記第１の光増幅ユニットから出力される増幅された信号光を減衰させる光アッテネータと、
    上記第２の光増幅ユニットから出力される増幅された信号光を第１及び第２の分岐光に分岐する手段と、
    該第１の分岐光が供給されるフォトディテクタと、
    該フォトディテクタの出力レベルが一定になるように上記光アッテネータの減衰率を制御する手段とを更に備えた光増幅器。
28. 請求項２７に記載の光増幅器であって、
    上記カスケード接続する手段は、上記信号光が受けた波長分散を相殺するようにその分散値が設定される分散補償ファイバを含む光増幅器。

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