JP2011165993A

JP2011165993A - 光増幅器

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Publication number: JP2011165993A
Application number: JP2010028441A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Takeyama; 智明竹山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US8351112B2; JP5504946B2; US20110199672A1

Abstract

【課題】入力波長多重信号光の波長数が変化しても良好な雑音指数が得られる高励起効率で低コストの光増幅器で提供する。
【解決手段】光増幅器１０は、第１および第２増幅媒体１１，１３に対して共通の励起光源２１を設け、励起光源２１から出力される励起光Ｌｐを合波器２２を介して第１増幅媒体１１の一端に与えた後、該第１増幅媒体１１の他端から出力される励起光を、分波器２３、迂回光路２４上の可変光減衰器２６および合波器２５を介して第２増幅媒体１３に供給する。このときに、制御部４０により、可変光減衰器の減衰量が入力ＷＤＭ信号光Ｌｓの波長数に応じて設定された上で、光検出器３２で検出される出力パワーを基に可変光減衰器２６の減衰量または励起光源２１の出力パワーがフィードバック制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光伝送装置に用いられる光増幅器に関し、特に、波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式の信号光を増幅可能な光増幅器に関する。

マルチメディアネットワークの進展に伴い、通信トラフィックの需要は飛躍的に増大している。このような状況の下、波長の異なる複数の信号光を合波したＷＤＭ信号光を、希土類添加光ファイバを増幅媒体とする光増幅器を用いて中継伝送する光伝送装置が、マルチメディア社会における通信システムの経済化を図る上で大きな役割を果たしている。

ＷＤＭ信号光を一括増幅する光増幅器としては、例えば図１に示すように、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間の信号経路上に、第１のエルビウム添加ファイバ（Erbium Doped Fiber：ＥＤＦ）１１１、損失媒体１１２（例えば、利得等化器や波長分散補償器など）および第２のＥＤＦ１１３を直列に配置した構成が知られている。このように２段構成のＥＤＦ１１１，１１３の段間に損失媒体１１２を配置した光増幅器は、１段構成のＥＤＦの前段に損失媒体を配置した場合に発生する雑音指数（Noise Figure：ＮＦ）の劣化という問題と、１段構成のＥＤＦの後段に損失媒体を配置した場合に発生する所要励起光パワーの増大という問題とを同時に解決することができる。このため、光増幅器に要求される諸性能の実現に有効な構成となり得る。

また、上記図１の構成例では、励起光源１２１から合波器１２２を介して前段のＥＤＦ１１１の一端に与えられた後、該ＥＤＦ１１１で吸収されきらずにＥＤＦ１１１の他端から漏れ出てくる励起光Ｌｐが、損失媒体１１２で減衰されることなく、後段のＥＤＦ１１３に与えられるようにするための経路が形成されている。具体的には、前段のＥＤＦ１１１および損失媒体１１２の間に設けた分波器１２３により、ＥＤＦ１１１から漏れ出る励起光Ｌｐが迂回経路１２４側に取り出される。そして、該迂回経路１２４を通った励起光Ｌｐが、損失媒体１１２および後段のＥＤＦ１１３の間に設けた合波器１２５を介して後段のＥＤＦ１１３に与えられる。このような段間の損失媒体１１２を迂回するための励起光の経路を形成することにより、２段構成のＥＤＦ１１１，１１３を共通の励起光源１２１を用いて励起できるため、光増幅器の低コスト化を図ることが可能になる。上記のような励起光の迂回経路を備えた光増幅器は、例えば、特許文献１の図５等に開示されている。

特開２０００−７７７５７号公報

しかし、上記図１に示したような従来の光増幅器の構成については、入力されるＷＤＭ信号光の波長数が減少した場合に、光増幅器のＮＦが劣化してしまうという問題点がある。すなわち、従来の光増幅器では、通常、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ信号光の波長数が変化しても、出力ポートＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーが予め設定した目標値で一定となるように、励起光源１２１から出力される励起光のパワーが制御部１４０により最適化される。このため、入力されるＷＤＭ信号光の波長数が減少した場合には、励起光パワーを減少させる制御が行われる。

上記励起光パワーの減少によって、前段のＥＤＦ１１１の光入力端付近における反転分布率が低下するようになる。この反転分布率の低下により、前段のＥＤＦ１１１におけるＮＦの劣化が発生する。前段のＥＤＦ１１１におけるＮＦ劣化は、光増幅器全体の雑音特性に大きな影響を及ぼすことになる。したがって、波長数の変化に関係なく１波長当たりの出力信号光パワーを目標値で一定に維持しつつ、少数波長時における光増幅器全体のＮＦ劣化を如何にして抑えるかが課題となる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、入力されるＷＤＭ信号光の波長数が変化しても良好な雑音指数が得られる高励起効率で低コストの光増幅器で提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明は、波長の異なる複数の信号光が合波された波長多重信号光を増幅可能な光増幅器を提供する。この光増幅器の一態様は、波長多重信号光が入力される入力ポートと、増幅後の波長多重信号光が出力される出力ポートと、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の信号経路上に直列に配置された第１増幅媒体および第２増幅媒体と、前記第１および第２増幅媒体の間に接続された損失媒体と、励起光を発生する励起光源と、前記入力ポートおよび前記第１増幅媒体の間に配置され、前記励起光源から出力される励起光を前記入力ポートからの波長多重信号光と合波し、該合波光を前記第１増幅媒体の一端に与える第１合波器と、前記第１増幅媒体および前記損失媒体の間に配置され、前記第１増幅媒体の他端から出力される光を波長多重信号光および励起光に分波し、該分波した波長多重信号光を前記損失媒体に与えると共に、前記損失媒体を迂回するための迂回経路の一端に前記分波した励起光を与える分波器と、前記迂回経路の他端から出力される励起光を前記第２増幅媒体に供給する第２合波器と、前記迂回経路上に配置された可変光減衰器と、前記第２増幅媒体から前記出力ポートに送られる波長多重信号光の一部を分岐する第１分岐器と、前記第１分岐器からの分岐光のパワーを検出する第１光検出器と、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定した上で、前記第１光検出器の検出結果に基づいて、前記出力ポートから出力される波長多重信号光の１波長当たりの信号光パワーが予め設定した目標値で一定となるように、前記可変光減衰器の減衰量または前記励起光源の出力パワーを制御する制御部と、を備える。

上記光増幅器では、第１および第２増幅媒体に対して共通の励起光源が設けられ、該励起光源から出力される励起光が第１合波器を介して第１増幅媒体の一端に与えられた後、該第１増幅媒体の他端から出力される励起光が、分波器、迂回光路上の可変光減衰器および第２合波器を介して第２増幅媒体に供給される。このときに、可変光減衰器の減衰量が、制御部により入力波長多重信号光の波長数に応じて設定される。また、第１分岐器および第１光検出器により出力波長多重信号光のパワーが検出され、該検出結果に基づいて制御部により１波長当たりの出力信号光パワーが目標値で一定となるように、可変光減衰器の減衰量または励起光源の出力パワーが制御される。

上記のような光増幅器によれば、入力波長多重信号光の波長数が減少しても、第１増幅媒体に大きなパワーの励起光が供給されるので、該第１増幅媒体の光入力端付近における反転分布率が十分に高い状態となり、少数波長時のＮＦ劣化が抑えられる。また、少数波長時の第２増幅媒体への波長多重信号光の入力レベルが高くなるので、第２増幅媒体のＮＦも改善される。よって、入力波長多重信号光の波長数の変化に関係なく光増幅器全体のＮＦを良好な値に保ちながら、高い励起効率で波長信号光を増幅できる光増幅器を低コストで実現することが可能である。

従来の光増幅器の構成例を示すブロック図である。本発明による光増幅器の一実施形態の構成を示すブロック図である。図２の光増幅器におけるＷＤＭ信号光のトータルパワーの変化の一例を示すレベルダイヤである。本発明による光増幅器の他の実施形態の構成を示すブロック図である。図４の光増幅器におけるＶＯＡの減衰量、励起光源の出力パワーおよび第１増幅媒体の光入力端付近の反転分布率の一例を示す図である。図４の光増幅器における第１増幅媒体のＮＦおよび光増幅器全体のＮＦの一例を示す図である。図４の光増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。図４の光増幅器に関連した別の構成例を示すブロック図である。図１の光増幅器に関連した他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明による光増幅器の一実施形態の構成を示すブロック図である。
図２において、本実施形態の光増幅器１０は、例えば、ＷＤＭ信号光Ｌｓが入力される入力ポートＩＮと、増幅後のＷＤＭ信号光Ｌｓが出力される出力ポートＯＵＴと、入力ポートＩＮおよび出力ポートＯＵＴの間の信号経路上に直列に配置された第１増幅媒体１１、損失媒体１２および第２増幅媒体１３と、を備える。また、この光増幅器１０は、第１増幅媒体１１に対して励起光Ｌｐを供給するための励起光源２１および合波器２２と、第１増幅媒体１１で吸収されなかった励起光Ｌｐを損失媒体１２を迂回して第２増幅媒体１３に供給するための分波器２３、迂回経路２４、合波器２５および可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）と、を備える。さらに、上記光増幅器１０は、出力ポートＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光Ｌｓのパワーを検出するための分岐器３１および光検出器（ＰＤ）３２と、ＷＤＭ信号光Ｌｓの波長数情報および光検出器３２の検出結果に基づいて少なくともＶＯＡ２６の減衰量を制御する制御部４０と、を備える。

第１および第２増幅媒体１１，１３は、例えば、光ファイバ（または光導波路）に希土類イオンを添加した希土類添加光ファイバ（または希土類添加光導波路）を用いて構成される。第１増幅媒体１１の長さは、第２増幅媒体１３の長さよりも短くなるように設定するのが好ましい。つまり、第１増幅媒体１１の長さは、その一端より供給される励起光Ｌｐが吸収されきらずに他端から漏れ出るような長さまで短く設定し、第２増幅媒体１３の長さは、供給される励起光Ｌｐの殆どが吸収されるような長さまで長く設定するのがよい。

損失媒体１２は、入力される光に対して損失を与え得る任意の光デバイスである。第１および第２増幅媒体１１，１３の段間によく配置される損失媒体１２としては、例えば、各増幅媒体１１，１３における利得の波長依存性を補償するための利得等化器（Gain Equalizer）や、ＷＤＭ信号光Ｌｓに生じた波長分散を補償するための分散補償器（Dispersion Compensator）などがある。ただし、本発明における損失媒体１２が上記の具体例に限定されることを意味するものではない。

励起光源２１は、第１および第２増幅媒体１１，１３内の希土類イオンを励起可能な所要の波長を有する励起光Ｌｐを発生する一般的な励起光源である。この励起光源２１は、励起光Ｌｐの出力パワーが予め定めた値で一定となるように駆動されるか、または、制御部４０からの出力信号に従って駆動状態がフィードバック制御される。なお、励起光源２１の駆動状態の詳細については後述する。合波器２２は、入力ポートＩＮおよび第１増幅媒体１１の間に配置され、励起光源２１から出力される励起光Ｌｐを、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ信号光Ｌｓと合波して第１増幅媒体１１の一端（光入力端）に与える。

分波器２３は、第１増幅媒体１１および損失媒体１２の間に配置され、第１増幅媒体１１の他端（光出力端）から出力される光を波長に応じてＷＤＭ信号光Ｌｓと励起光Ｌｐとに分離し、ＷＤＭ信号光Ｌｓを損失媒体１２に与え、励起光Ｌｐを迂回経路２４に与える。合波器２５は、損失媒体１２および第２増幅媒体１３の間に配置され、迂回経路２４を伝搬した励起光Ｌｐを、損失媒体１２を通過したＷＤＭ信号光Ｌｓと合波して、第２増幅媒体１３の一端（光入力端）に与える。可変光減衰器（ＶＯＡ）２６は、分波器２３および合波器２５の間を接続する迂回経路２４上に挿入され、迂回経路２４を伝搬する励起光Ｌｐを可変の減衰量に従って減衰させる。ＶＯＡ２６の減衰量は、後で詳しく説明するように制御部４０からの出力信号に従って設定、制御される。

分岐器３１は、第２増幅媒体１３および出力ポートＯＵＴの間に配置され、第２増幅媒体１３の他端（光出力端）から出力ポートＯＵＴに送られる光の一部を分岐して光検出器３２に出力する。光検出器３２は、分岐器３１で分岐された光のパワーを検出し、該検出結果を制御部４０に伝える。

制御部４０は、外部等より与えられる波長数情報を用いて、入力ポートＩＮに与えられるＷＤＭ信号光Ｌｓの波長数に対応したＶＯＡ２６の減衰量を設定する。また、制御部４０は、分岐器３１の分岐比および光検出器３２で検出される光パワーに基づいて、出力ポートＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光Ｌｓの１波長当たりの信号光パワーを求め、該信号光パワーが予め設定された目標値で一定になるように、ＶＯＡ２６の減衰量または励起光源２１の駆動状態をフィードバック制御する。

上記のような構成の光増幅器１０では、入力ポートＩＮに与えられたＷＤＭ信号光Ｌｓが合波器２２を通って第１増幅媒体１１に入力される。第１増幅媒体１１には、励起光源２１から出力される励起光Ｌｐが合波器２２を介して入力ポートＩＮ側の一端から供給されており、該励起光Ｌｐにより第１増幅媒体１１内の希土類イオンが励起される。また、第１増幅媒体１１の励起には寄与しなかった余剰の励起光Ｌｐ、つまり、第１増幅媒体１１で吸収されきらずに損失媒体１２側の他端から漏れ出る励起光Ｌｐは、分波器２３により迂回経路２４側に送られ、迂回経路２４上のＶＯＡ２６および合波器２５を介して第２増幅媒体１３に供給される。この損失媒体１２を迂回した励起光Ｌｐにより第２増幅媒体１３内の希土類イオンが励起される。

第１増幅媒体１１の一端に入力されたＷＤＭ信号光Ｌｓは、励起された希土類イオンの誘導放出作用により増幅されて第１増幅媒体１１の他端から出力される。第１増幅媒体１１で増幅されたＷＤＭ信号光Ｌｓは、分波器２３を通って損失媒体１２に入力され、利得等化や分散補償などの処理が行われると同時に損失を受けて損失媒体１２から出力される。損失媒体１２を通過したＷＤＭ信号光Ｌｓは、合波器２５を通って第２増幅媒体１３の一端に入力され、励起された希土類イオンの誘導放出作用により増幅されて第２増幅媒体１３の他端から出力される。

第２増幅媒体１３で増幅されたＷＤＭ信号光Ｌｓは、その一部が分岐器３１により分岐されて光検出器３２に送られ、残りのＷＤＭ信号光Ｌｓが出力ポートＯＵＴから外部に出力される。光検出器３２では、分岐器３１で分岐された光のパワーが検出され、該検出結果が制御部４０に伝えられる。制御部４０では、入力ＷＤＭ信号光の波長数に対応したＶＯＡ２６の減衰量の設定と、光検出器３２の検出結果に基づいたＶＯＡ２６または励起光源２１のフィードバック制御とが行われる。

ここで、制御部４０の動作について詳しく説明する。
上記のように入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ信号光Ｌｓを第１および第２増幅媒体１１，１３で増幅して出力ポートＯＵＴから出力する光増幅器１０では、入力ＷＤＭ信号光の波長数が変化すると、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーを目標値にするために必要となる第１および第２増幅媒体１１，１３への励起光Ｌｐの供給パワーが変化する。すなわち、入力ＷＤＭ信号光の波長数が、想定される範囲（例えば、１波から４０波まで）で最大となる時、第１および第２増幅媒体１１，１３に対して最も大きな励起光パワーを供給することが必要になり、波長数の減少とともに所要励起光パワーは小さくなる。第１および第２増幅媒体１１，１３に供給される励起光パワーは、第１増幅媒体１１については励起光源２１の出力パワーに応じて変化し、第２増幅媒体１３については励起光源２１の出力パワーおよびＶＯＡ２６の減衰量に応じて変化する。

上記のような光増幅器１０の特性を踏まえて、制御部４０は、ＶＯＡ２６の減衰量を、入力ＷＤＭ信号光が最大波長数時に最小値（例えば、０）に設定し、波長数の減少に合わせて減衰量の設定値を増加させる。このとき、励起光源２１の出力パワーは、入力ＷＤＭ信号光の波長数が減少しても、最大波長数時に必要な励起光パワーを基本的に維持するように設定される。つまり、波長数の減少時にＶＯＡ２６の減衰量を増加させることにより、第１増幅媒体１１に供給される励起光パワーは最大波長数時と同様の状態を保ちつつ、第２増幅媒体１３に供給される励起光パワーが小さくなるようにしている。これにより、入力ＷＤＭ信号光の波長数の変化に関係なく、第１増幅媒体１１に対して大きなパワーの励起光Ｌｐが供給されるので、該第１増幅媒体１１の光入力端付近における反転分布率は十分に高い状態となる。したがって、上述したような従来の光増幅器における少数波長時のＮＦ劣化が抑えられるようになる。

ＶＯＡ２６の減衰量の設定は、光増幅器１０の運用開始前に、ＶＯＡ２６の減衰量を最小値に設定した状態で、入力ＷＤＭ信号光の波長数と、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーを目標値とするために必要な励起光源２１の出力パワー（所要励起光パワー）との関係を実測またはシミュレーションにより求めておき、該関係を示す情報を制御部４０の図示を省略したメモリに記憶させておく。そして、光増幅器１０の運用開始後に、メモリの記憶情報より、制御部４０に与えられる波長数情報が示す波長数に対応した所要励起パワーを読み出し、最大波長数時の所要励起パワーに対する差分値を求め、ＶＯＡ２６の減衰量の最小値に上記差分値を加算した値を、運用時におけるＶＯＡ２６の減衰量として設定する。具体的な一例を挙げておくと、最大波長数（４０波）時にＶＯＡ２６の減衰量を０ｄＢに設定したときの所要励起光パワーが２４．１ｄＢｍであり、少数波長（１波）時の所要励起光パワーが１４．０ｄＢｍまで減少する場合には、２４．１ｄＢｍ−１４．０ｄＢｍ＝１０．１ｄＢだけＶＯＡ２６を閉じる、つまり、１波時のＶＯＡ２６の減衰量として１０．１ｄＢを設定すればよい。

図３は、入力ＷＤＭ信号光の波長数が４０波から１波に減少した場合に、ＷＤＭ信号光Ｌｓのトータルパワーが光増幅器１０内でどのように変化するかの一例を示したレベルダイヤである。波長数が４０波から１波に減少することによって、第２増幅媒体１３から出力されるＷＤＭ信号光Ｌｓは、１波長当たりの信号光パワーが一定に保たれていても、そのトータルパワーはＰｏｕｔ（４０）からＰｏｕｔ（１）まで減少する。従来の光増幅器１００の構成（図１）では、波長数の減少に応じて励起光源１２１の出力パワーを減少させることにより、出力ＷＤＭ信号光のトータルパワーＰｏｕｔ（１）を実現しているので、１波時のレベルダイヤは、図３中の破線で示すように４０波時のレベルダイヤを下方にシフトさせたものとなっている。

一方、本実施形態の光増幅器１０の構成（図２）では、迂回経路２４上に設けたＶＯＡ２６の減衰量を波長数の減少に応じて増加させ、励起光源２１の出力パワーについては最大波長数時と同様の状態を維持することにより、出力ＷＤＭ信号光のトータルパワーＰｏｕｔ（１）を実現しているので、１波時のレベルダイヤは、図３中の実線で示すように、第１増幅媒体１１における利得が４０波時よりも高められている。また、損失媒体１２においてＷＤＭ信号光Ｌｓが受ける損失は波長数が減少しても一定であるので、第１増幅媒体１１での利得の上昇分に応じて、第２増幅媒体１３に入力されるＷＤＭ信号光Ｌｓのトータルパワーが大きくなっている。第２増幅媒体１３へのＷＤＭ信号光の入力レベルが高くなることで、第２増幅媒体１３のＮＦが光増幅器全体のＮＦへ与える影響も改善される。このため、第１増幅媒体１１に供給される励起光パワーの増大による光入力端付近での反転分布率の上昇と、第２増幅媒体１３へのＷＤＭ信号光の入力レベル上昇との相乗効果により、少数波長時における光増幅器１０全体のＮＦは、従来の光増幅器１００の場合と比べて大幅に改善するようになる。

なお、前述したＶＯＡ２６の減衰量の設定方法では、ＷＤＭ信号光の波長数と所要励起光パワーとの関係が、ＶＯＡ２６の減衰量を最小値に設定した状態で実測またはシミュレーションにより取得されるので、該関係における所要励起光パワーは、波長数の減少と共にＶＯＡ２６の減衰量を増加させることで第１増幅媒体１１の利得が上昇する影響を反映させた値にはなっていない。このため、上記関係を用いて計算した少数波長時の減衰量をＶＯＡ２６に設定して実現される、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーは、目標値からずれてしまう可能性がある。当該誤差を補償するために、制御部４０は、光検出器３２の検出結果を用いて、実際に得られる出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーを求め、該信号光パワーが目標値で一定になるように、ＶＯＡ２６の減衰量または励起光源２１の駆動状態のフィードバック制御を行っている。

具体的に、制御部４０がＶＯＡ２６の減衰量をフィードバック制御するようにした場合、励起光源２１の駆動状態は、入力ＷＤＭ信号光の波長数の変化に関係なく、最大波長数時の所要励起光パワーで一定とされる。そして、上記関係に従い波長数に対応させて設定したＶＯＡ２６の減衰量が、光検出器３２の検出結果に基づいて出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーが目標値に一致するように最適化される。また、制御部４０が励起光源２１の駆動状態をフィードバック制御するようにした場合には、ＶＯＡ２６の減衰量が上記関係に従い波長数に対応した値に設定される。そして、励起光源２１の駆動状態が、光検出器３２の検出結果に基づいて出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーが目標値に一致するように最適化される。

なお、上記フィードバック制御におけるＶＯＡ２６および励起光源２１の応答速度を比較すると、励起光源２１の応答速度の方が高速である。このため、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーの精度を重視する場合には、光検出器３２の検出結果に基づいて励起光源２１のフィードバック制御を行うようにするのが好ましい。このような励起光源２１のフィードバック制御は、従来の光増幅器で行われているＡＧＣやＡＬＣと同様な制御になるので、その実現は容易である。一方、光検出器３２の検出結果に基づいてＶＯＡ２６のフィードバック制御を行うようにすれば、励起光源２１を一定の状態で駆動すればよいので、光増幅器１０の構成を簡略化することが可能である。

上述したように本実施形態の光増幅器１０によれば、第１増幅媒体１１から漏れ出る励起光Ｌｐを、段間に配置された損失媒体１２を迂回して第２増幅媒体１３に供給する場合に、励起光Ｌｐが伝搬する迂回経路２４上にＶＯＡ２６を配置し、該ＶＯＡ２６の減衰量を入力ＷＤＭ信号光の波長数に応じて設定すると共に、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーをモニタしてＶＯＡ２６の減衰量または励起光源２１の駆動状態をフィードバック制御するようにしたことで、入力ＷＤＭ信号光の波長数の変化に関係なく光増幅器全体のＮＦを良好な値に保ちながら、高い励起効率でＷＤＭ信号光の増幅を行うことが可能になる。

次に、本発明による光増幅器の他の実施形態について説明する。
図４は、上記光増幅器の他の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、上述した図２と同一の符号は、同一または相当部分を示すものとし、以降、他の図面についても同様とする。

図４において、本実施形態の光増幅器１０’は、上述した図２の構成について、制御部４０として減衰量設定回路４１および励起光源制御回路４２を設けると共に、入力ポートＩＮに入力されるＷＤＭ信号光Ｌｓのパワーを検出するための分岐器３３および光検出器（ＰＤ）３４を設けている。

減衰量設定回路４１は、本光増幅器１０’を搭載する図示しない光伝送装置が他の光伝送路装置との間で送受信する監視制御信号等を利用して、光増幅器１０’の入力ポートＩＮに与えられるＷＤＭ信号光Ｌｓの波長数情報を取得する。そして、減衰量設定回路４１は、前述したように最大波長数時の所要励起光パワーと、波長数情報が示す波長数に対応した所要励起光パワーとの差分値を求め、ＶＯＡ２６の減衰量の最小値に差分値を加算し、該算出値をＶＯＡ２６の減衰量として設定する。

分岐器３３は、入力ポートＩＮおよび第１増幅媒体１１の間に配置され、入力ポートＩＮから第１増幅媒体１１に送られる光の一部を分岐して光検出器３４に出力する。光検出器３４は、分岐器３３で分岐された光のパワーを検出し、該検出結果を励起光源制御回路４２に伝える。

励起光源制御回路４２は、入力側の光検出器３４および出力側の光検出器３２でそれぞれ検出される光パワーに基づいて光増幅器１０’全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように、励起光源２１の駆動状態をフィードバック制御する。この励起光源制御回路４２による励起光源２１のフィードバック制御により、入力ＷＤＭ信号光の波長数が変化しても、出力ポートＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光Ｌｓの１波長当たりの信号光パワーが所要の目標値で一定になる。

上記のような構成の光増幅器１０’では、減衰量設定回路４１で波長数情報に応じて算出される減衰量がＶＯＡ２６に設定され、該減衰量の設定は波長数情報が示す波長数に変化が生じる都度更新される。この減衰量設定回路４１によるＶＯＡ２６の減衰量の制御は、励起光源制御回路４２による励起光源２１のフィードバック制御とは基本的に独立して行うことが可能である。

図５の上段は、減衰量設定回路４１により設定される波長数に対応したＶＯＡ２６の減衰量の一例を示したグラフである。この例では、ＶＯＡ２６の減衰量が、最大波長数である４０波時に０ｄＢに設定され、波長数の減少に伴い徐々に増大していき、１波時には１０．１ｄＢに設定されている。なお、ここではＷＤＭ信号光Ｌｓについて、Ｃ−バンドの波長帯域に１００ＧＨｚの波長間隔で１波から４０波までの信号光が配置され、１波長当たりの入力信号光パワーが−２０．４ｄＢｍ／ｃｈ、出力信号光パワーが２．５ｄＢｍ／ｃｈに設定される場合を想定している。また、第１増幅媒体１１として長さ５．５ｍのエルビウム添加ファイバ（Erbium Doped Fiber：ＥＤＦ）、第２増幅媒体１３として長さ１５．５ｍのＥＤＦをそれぞれ使用し、励起光源２１の波長は０．９８μｍとしている。

上記のように波長数情報に応じてＶＯＡ２６の減衰量が設定されることで、上述した図２の光増幅器１０の場合と同様に、励起光源２１から出力される励起光Ｌｐが第１および第２増幅媒体１１，１３に供給され、ＷＤＭ信号光Ｌｓが第１および第２増幅媒体１１，１３を伝搬することで増幅される。このとき、入力側の光検出器３４でＷＤＭ信号光Ｌｓの入力パワーが検出されると共に、出力側の光検出器３２でＷＤＭ信号光Ｌｓの出力パワーが検出され、各々の検出結果が励起光源制御回路４２に伝えられる。励起光源制御回路４２では、各光検出器３２，３４での検出結果を基に光増幅器１０’全体の利得が演算され、該利得が目標利得で一定となるように励起光源２１のフィードバック制御が行われる。つまり、励起光源制御回路４２によって光増幅器１０’の自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）が行われる。この励起光源制御回路４２によるＡＧＣにより、入力ＷＤＭ信号光の波長数が変化しても、出力ポートＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーが目標値で一定となる。

図５の中段は、入力ＷＤＭ信号光の波長数に対する励起光源２１の出力パワーの関係の一例を示したグラフである。図中の丸印で示す従来の場合、励起光源の出力パワーは、４０波時に２４．１ｄＢｍに設定され、波長数の減少と共に小さくなり、１波時には１４．０ｄＢｍとなる。一方、図中の四角印で示す本実施形態の場合、従来の場合と同様にして４０波時に２４．１ｄＢｍに設定される励起光源２１の出力パワーは、波長数が減少しても僅かに減少するだけで、１波時に２２．５ｄＢｍとなっている。少数波長時における励起光源２１の出力パワーの僅かな減少は、励起光源制御回路４２によるＡＧＣに起因するものであり、前述した第１増幅媒体１１の利得上昇による出力信号光パワーの誤差がＡＧＣによって補償されることで、励起光源２１の出力パワーが減少した結果である。

上記のように本実施形態の光増幅器１０’では少数波長時にも励起光源２１から十分なパワーの励起光Ｌｐが出力され、該励起光Ｌｐが合波器２２を介して第１増幅媒体１１へ供給される。これにより、第１増幅媒体１１の光入力端付近の反転分布率は、図５下段の四角印に示すように、少数波長時においても最大波長数時と同程度となる。一方、従来の場合は、図５下段の菱形印に示すように少数波長時における反転分布率の低下が顕著となる。具体的に１波時の反転分布率を比較すると、従来の場合に０．９０７であった反転分布率が本実施形態では０．９８４まで改善している。

これにより、本実施形態の光増幅器１０’では、図６の上段に示すように、従来の光増幅器のような少数波長時における第１増幅媒体のＮＦ劣化が効果的に抑えられる。具体的に１波時の第１増幅媒体のＮＦを比較すると、従来の３．４３ｄＢが本実施形態では３．０７ｄＢとなっており、４０波時の３．０９ｄＢにほぼ等しい値まで改善している。また、上述の図３に示したように第１増幅媒体１１での利得が上昇することで第２増幅媒体１３に入力されるＷＤＭ信号光のレベルが高くなるため、第２増幅媒体１３のＮＦも改善する。したがって、光増幅器１０全体のＮＦは、図６の下段に示すように、波長数が減少しても劣化することはなく、最大波長数時と同等以上の値まで改善される。具体的に、１波時の値は４．１１ｄＢであり、４０波時の４．３７ｄＢと比べるとむしろ少数波長時の値の方が良くなっている。これは少数波長時における第１および第２増幅媒体１１，１３のＮＦ改善の相乗効果が大きいことを示している。

なお、上記の光増幅器１０’では、入力ＷＤＭ信号光の波長数情報が監視制御信号等を利用して減衰量設定回路４１に与えられる場合について説明したが、例えば図７に示すように、光検出器３４で検出される入力パワーを基に波長数検出回路４３で波長数を検出し、該波長数を減衰量設定回路４１に与えるようにすることも可能である。この場合、波長数検出回路４３は、分岐器３３の分岐比および光検出器３４の検出パワーを基に入力ＷＤＭ信号光のトータルパワーを求め、該トータルパワーを１波長当たりの信号光パワーの目標値で除算することにより、入力ＷＤＭ信号光の波長数を検出する。このような構成によれば、光増幅器１０’が単独で波長数情報を取得できるようになる。

また、上記の光増幅器１０’では、励起光源制御回路４２により励起光源２１の駆動状態をフィードバック制御することで光増幅器１０’のＡＧＣを行うようにしたが、励起光源２１のフィードバック制御に代えて、ＶＯＡ２６の減衰量の設定をフィードバック制御することにより、光増幅器１０’のＡＧＣを行うことも可能である。この場合の構成例を図８に示す。

図８において、励起光源２１から出力される励起光Ｌｐのパワーは、入力ＷＤＭ信号光の波長数の変化に関係なく、最大波長数時の所要励起光パワーで一定となるように設定される。減衰量制御回路４３は、入力側の光検出器３４および出力側の光検出器３２でそれぞれ検出される光パワーに基づいて光増幅器１０’全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように、ＶＯＡ２６の減衰量をフィードバック制御する。このような構成では、入力ＷＤＭ信号光の波長数に変化が生じても、第１増幅媒体１１には一定パワーの励起光Ｌｐが供給されるので少数波長時にＮＦが劣化するようなことはない。また、減衰量制御回路４３により波長数に応じてＶＯＡ２６の減衰量が最適化されることにより、入力ＷＤＭ信号光の波長数が変化しても、出力ＷＤＭ信号光の１波長当たりの信号光パワーが目標値で一定となる。

したがって、図８の構成を適用することにより、上記図４の場合と同様の効果が得られると共に、光増幅器１０’の構成の簡略化を図ること可能になる。ただし、減衰量制御回路４３によりフィードバック制御されるＶＯＡ２６の応答速度は、励起光源制御回路４２によりフィードバック制御される励起光源２１の応答速度よりも遅くなるため、波長数の変化時に出力信号光パワーが目標値に収束するまでの時間は若干長くなる。この点を考慮すると、信号光パワーの精度を重視する場合には、図４または図７の構成の方が適している。

さらに、上述した各実施形態の光増幅器１０，１０’では、損失媒体１２を迂回した励起光Ｌｐが第２増幅媒体１３の前方（損失媒体１２側に位置する一端）より与えられる構成例について説明したが、例えば図９に示すように、合波器２５を第２増幅媒体１３および分波器３１の間に配置し、第２増幅媒体１３の後方（出力ポートＯＵＴ側に位置する他端）より励起光が与えられるようにしても同様の作用効果を得ることができる。

以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）波長の異なる複数の信号光が合波された波長多重信号光を増幅可能な光増幅器において、
波長多重信号光が入力される入力ポートと、
増幅後の波長多重信号光が出力される出力ポートと、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の信号経路上に直列に配置された第１増幅媒体および第２増幅媒体と、
前記第１および第２増幅媒体の間に接続された損失媒体と、
励起光を発生する励起光源と、
前記入力ポートおよび前記第１増幅媒体の間に配置され、前記励起光源から出力される励起光を前記入力ポートからの波長多重信号光と合波し、該合波光を前記第１増幅媒体の一端に与える第１合波器と、
前記第１増幅媒体および前記損失媒体の間に配置され、前記第１増幅媒体の他端から出力される光を波長多重信号光および励起光に分波し、該分波した波長多重信号光を前記損失媒体に与えると共に、前記損失媒体を迂回するための迂回経路の一端に前記分波した励起光を与える分波器と、
前記迂回経路の他端から出力される励起光を前記第２増幅媒体に供給する第２合波器と、
前記迂回経路上に配置された可変光減衰器と、
前記第２増幅媒体から前記出力ポートに送られる波長多重信号光の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器からの分岐光のパワーを検出する第１光検出器と、
前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定した上で、前記第１光検出器の検出結果に基づいて、前記出力ポートから出力される波長多重信号光の１波長当たりの信号光パワーが予め設定した目標値で一定となるように、前記可変光減衰器の減衰量または前記励起光源の出力パワーを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記２）付記１に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の最大波長数時に、前記可変光減衰器の減衰量を最小値に設定し、波長数の減少に合わせて減衰量の設定値を増加させることを特徴とする光増幅器。

（付記３）付記２に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、運用開始前に、前記可変光減衰器の減衰量を最小値に設定した状態で、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数と、前記出力ポートから出力される波長多重信号光の１波長当たりの信号光パワーを目標値とするために必要な前記励起光源の出力パワーとの関係を求めて記憶し、運用開始後に、該記憶した関係を用いて、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に対応した前記励起光源の出力パワーを判断して最大波長数時の前記励起光源の出力パワーに対する差分値を求め、前記可変光減衰器の減衰量の最小値に前記差分値を加算した値を、運用時における前記可変光減衰器の減衰量として設定することを特徴とする光増幅器。

（付記４）付記１〜３のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記入力ポートから前記第１増幅媒体に送られる波長多重信号光の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器からの分岐光のパワーを検出する第２光検出器と、を備え、
前記制御部は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定する減衰量設定回路と、前記第１および第２光検出器の各検出結果に基づいて光増幅器全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する励起光源制御回路と、を有することを特徴とする光増幅器。

（付記５）付記４に記載の光増幅器であって、
前記減衰量設定回路は、前記光増幅器の外部より与えられる波長数情報を用いて、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数を判断し、該波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定することを特徴とする光増幅器。

（付記６）付記４に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記第２光検出器の検出結果を基に前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数を検出する波長数検出回路を有し、
前記減衰量設定回路は、前記波長数検出回路で検出される波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定することを特徴とする光増幅器。

（付記７）付記１〜３のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記入力ポートから前記第１増幅媒体に送られる波長多重信号光の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器からの分岐光のパワーを検出する第２光検出器と、を備え、
前記励起光源は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数の変化に関係なく出力パワーが一定となるように駆動状態が設定され、
前記制御部は、前記第１および第２光検出器の各検出結果に基づいて光増幅器全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように前記可変光減衰器の減衰量を制御する減衰量制御回路を有することを特徴とする光増幅器。

（付記８）付記１〜７のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第２合波部は、前記損失媒体および前記第２増幅媒体の間に配置されることを特徴とする光増幅器。

（付記９）付記１〜７のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第２合波部は、前記第２増幅媒体および前記第１分岐器の間に配置されることを特徴とする光増幅器。

（付記１０）付記１〜９のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第１増幅媒体の長さが、前記第２増幅媒体の長さよりも短く設定されることを特徴とする光増幅器。

（付記１１）付記１〜１０のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第１および第２増幅媒体は、希土類添加光ファイバまたは希土類添加光導波路を用いて構成されることを特徴とする光増幅器。

（付記１２）付記１〜１１のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記損失媒体は、前記第１および第２増幅媒体における利得の波長依存性を補償するための利得等化器を含むことを特徴とする光増幅器。

（付記１３）付記１〜１１のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記損失媒体は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光に生じた波長分散を補償するための分散補償器を含むことを特徴とする光増幅器。

１０，１０’…光増幅器
１１…第１増幅媒体
１２…損失媒体
１３…第２増幅媒体
２１…励起光源
２２，２５…合波器
２３…分波器
２４…迂回経路
２６…可変光減衰器（ＶＯＡ）
３１，３３…分岐器
３２，３４…光検出器（ＰＤ）
４０…制御部
４１…減衰量設定回路
４２…励起光源制御回路
４３…減衰量制御回路
ＩＮ…入力ポート
Ｌｐ…励起光
Ｌｓ…ＷＤＭ信号光
ＯＵＴ…出力ポート

Claims

波長の異なる複数の信号光が合波された波長多重信号光を増幅可能な光増幅器において、
波長多重信号光が入力される入力ポートと、
増幅後の波長多重信号光が出力される出力ポートと、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の信号経路上に直列に配置された第１増幅媒体および第２増幅媒体と、
前記第１および第２増幅媒体の間に接続された損失媒体と、
励起光を発生する励起光源と、
前記入力ポートおよび前記第１増幅媒体の間に配置され、前記励起光源から出力される励起光を前記入力ポートからの波長多重信号光と合波し、該合波光を前記第１増幅媒体の一端に与える第１合波器と、
前記第１増幅媒体および前記損失媒体の間に配置され、前記第１増幅媒体の他端から出力される光を波長多重信号光および励起光に分波し、該分波した波長多重信号光を前記損失媒体に与えると共に、前記損失媒体を迂回するための迂回経路の一端に前記分波した励起光を与える分波器と、
前記迂回経路の他端から出力される励起光を前記第２増幅媒体に供給する第２合波器と、
前記迂回経路上に配置された可変光減衰器と、
前記第２増幅媒体から前記出力ポートに送られる波長多重信号光の一部を分岐する第１分岐器と、
前記第１分岐器からの分岐光のパワーを検出する第１光検出器と、
前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定した上で、前記第１光検出器の検出結果に基づいて、前記出力ポートから出力される波長多重信号光の１波長当たりの信号光パワーが予め設定した目標値で一定となるように、前記可変光減衰器の減衰量または前記励起光源の出力パワーを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
請求項１に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の最大波長数時に、前記可変光減衰器の減衰量を最小値に設定し、波長数の減少に合わせて減衰量の設定値を増加させることを特徴とする光増幅器。
請求項２に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、運用開始前に、前記可変光減衰器の減衰量を最小値に設定した状態で、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数と、前記出力ポートから出力される波長多重信号光の１波長当たりの信号光パワーを目標値とするために必要な前記励起光源の出力パワーとの関係を求めて記憶し、運用開始後に、該記憶した関係を用いて、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に対応した前記励起光源の出力パワーを判断して最大波長数時の前記励起光源の出力パワーに対する差分値を求め、前記可変光減衰器の減衰量の最小値に前記差分値を加算した値を、運用時における前記可変光減衰器の減衰量として設定することを特徴とする光増幅器。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記入力ポートから前記第１増幅媒体に送られる波長多重信号光の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器からの分岐光のパワーを検出する第２光検出器と、を備え、
前記制御部は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定する減衰量設定回路と、前記第１および第２光検出器の各検出結果に基づいて光増幅器全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように前記励起光源の駆動状態を制御する励起光源制御回路と、を有することを特徴とする光増幅器。
請求項４に記載の光増幅器であって、
前記減衰量設定回路は、前記光増幅器の外部より与えられる波長数情報を用いて、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数を判断し、該波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定することを特徴とする光増幅器。
請求項４に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記第２光検出器の検出結果を基に前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数を検出する波長数検出回路を有し、
前記減衰量設定回路は、前記波長数検出回路で検出される波長数に応じて前記可変光減衰器の減衰量を設定することを特徴とする光増幅器。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記入力ポートから前記第１増幅媒体に送られる波長多重信号光の一部を分岐する第２分岐器と、
前記第２分岐器からの分岐光のパワーを検出する第２光検出器と、を備え、
前記励起光源は、前記入力ポートに入力される波長多重信号光の波長数の変化に関係なく出力パワーが一定となるように駆動状態が設定され、
前記制御部は、前記第１および第２光検出器の各検出結果に基づいて光増幅器全体の利得を演算し、該利得が予め設定した目標利得で一定となるように前記可変光減衰器の減衰量を制御する減衰量制御回路を有することを特徴とする光増幅器。
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第２合波部は、前記損失媒体および前記第２増幅媒体の間に配置されることを特徴とする光増幅器。
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第２合波部は、前記第２増幅媒体および前記第１分岐器の間に配置されることを特徴とする光増幅器。
請求項１〜９のいずれか１つに記載の光増幅器であって、
前記第１増幅媒体の長さが、前記第２増幅媒体の長さよりも短く設定されることを特徴とする光増幅器。