JP2020513162A - 光増幅装置および光信号増幅方法 - Google Patents

Abstract

複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合には、複数の光増幅器の電力消費を低減する必要があるため、本発明の典型的な一の側面による光増幅装置は、複数の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、複数の光増幅手段のそれぞれは利得媒体を含み、複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光生成手段と、結合係数に従って可変的に複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を出力する少なくとも１つの光結合手段と、複数の励起光のそれぞれは利得媒体を励起し、結合係数と、複数のレーザー光生成手段のそれぞれの出力パワーとを制御する制御手段、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、光増幅装置および光信号増幅方法に関し、特に、複数の利得媒体を用いる光増幅装置および光信号増幅方法に関する。

光ファイバリンクにおける投資を最適化するためには、光ファイバリンクの容量を増加させることが望ましい。これは、光ファイバリンクを通して伝送される信号のスペクトル効率（ＳＥ；spectral efficiency）を増加させることにより達成することができる。

スペクトル効率ＳＥの増加を達成する一般的な方法は、伝送される情報に対してより効率的な変調フォーマットを用いることである。これは、波長分割多重（ＷＤＭ；ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムと併せて用いることが可能である。

さらに、長距離伝送の可能性を維持しつつ単一のファイバによる伝送容量を増加させるために、空間分割多重（ＳＤＭ；ｓｐａｃｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムが用いられる。

空間分割多重ＳＤＭシステムは、マルチコアファイバ（ＭＣＦ；ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ）と、マルチコア（ＭＣ；ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ）エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ；ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）により実現することができる。ＭＣＦは、光信号を伝搬させる数個のコアを同一ファイバ内に含む。ＭＣ−ＥＤＦＡは、利得媒体としてのＭＣＦを有するファイバ増幅器である（例えば、特許文献１を参照）。ＭＣ−ＥＤＦＡは、直接コア励起方式により個別の励起用レーザーを用いて、単一のＭＣＦ利得媒体であるコアを個別に励起する。ＭＣ−ＥＤＦＡシステムは、システム容量をＭＣＦのコア数だけ増大させる可能性を示している。ＭＣＦを用いることによって、各コアにおけるＷＤＭに加えて、信号を空間的に多重化するためにコアの多重度を利用することができ、伝送距離を犠牲にすることなくファイバを通して伝送される容量を増加させることが可能である。

これに加えて、光増幅の電力消費を低減することが積極的に進められている。増幅器における電力消費の低減は、大容量に拡張可能なシステムにとって、また、消費電力の低減による運用支出（ＯＰＥＸ）の低減にとって最も重要である。

標準的なＷＤＭシステムや、空間多重度を活用したＳＤＭ技術を用いたシステムに対しても、いくつかの方式が提案されている。

特許文献２（ＰＴＬ２）には、励起光分配部、ゲインブロック部、およびノード装置制御部を有する光増幅システムが開示されている。

励起光分配部は、励起レーザー光源部、可変分岐部、および励起光分配制御部を有する。可変分岐部は、励起レーザー光源部によって出力される励起光を分岐し、分岐された光をゲインブロック部に分配する。

各ゲインブロック部は、可変分岐部から分配された励起光と、対応するルートから入力された光信号とをカプラーを用いて結合し、次に増幅媒体で光信号を増幅する。各ゲインブロック部は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）などの能動ファイバ、アイソレータ、光検出器、可変光減衰器（ＶＯＡ）、個別ゲインブロック制御部、および光カプラーを備える。

個別ゲインブロック制御部は、それぞれのセクションにおける光検出器のモニタ情報に基づいてＶＯＡを制御する。ＶＯＡを制御することにより、各ゲインブロック内の個別ゲインブロック制御部は、能動ファイバに入力される励起光パワーを変化させることができる。

ＰＴＬ２の光増幅システムは、各ゲインブロックに励起光源を備える必要がなく、励起光源を集約することにより、配置される励起光源の数を減らすことができる。その結果、ＰＴＬ２の光増幅システムは、光増幅器を備えた光増幅システムのコストと電力消費を低減する効果をもたらすとされている。

ＳＤＭシステムのもう一つの例が特許文献３（ＰＴＬ３）に記載されている。ＰＴＬ３に記載されたファイバ型の光増幅器は、２つの増幅媒体と２つの励起光源を含む冗長構成を有する。

ＰＴＬ３に記載されたファイバ型の光増幅器では、励起光源が出力する励起光波は偏波制御器によって偏光され、互いに直交する偏波状態で合分波器に入力される。上記励起光波は、偏波合成後に分配され、波長多重合分波器を通して希土類添加光ファイバに入力される。

ＰＴＬ３に記載されたファイバ型光増幅器によれば、２つの励起光の合成によって生じるレベル変動のないファイバ型光増幅器を構成することが可能になるとされている。

特開２０１５−１６７１５８号公報 国際公開第２０１２／０５３３２０号 特開平５−１３６４９５号公報

複数のＥＤＦＡ間で共通の励起を用いることによって光増幅の電力消費を低減することは困難である。主な困難さは、増幅器の構成、および必要な励起パワーのＥＤＦＡ間の相違を考慮することにある。例えば、必要な励起パワーのＥＤＦＡ間の相違は、異なる装置トレランス、または増幅器若しくは増幅器が接続される伝送ラインの経年劣化に起因する可能性がある。加えて、必要な励起パワーのＥＤＦＡ間の相違は、異なる光帯域幅または異なるＥＤＦＡによって増幅されるＷＤＭチャネルの数に起因する可能性がある。さらに、動的な帯域幅再構成の経年劣化に伴う現象を考慮すると、ＥＤＦＡ間の必要な励起パワーのレベルは、増幅器の耐用期間の間に変化する。

上述したように、ＰＴＬ３に記載されたファイバ型光増幅器は、固定比の光カプラーを用いてＥＤＦＡ間で励起パワーを分割する励起共有技術を用いている。しかしながら、ＥＤＦＡのファイバ増幅体または伝送ファイバが経年劣化するか、または伝送ファイバがスプライシングによって現場で修復されると、ＥＤＦＡ間の必要な励起パワーは変化する。このような構成は、ＥＤＦＡ間の光励起パワーの分配を変更することはできない。したがって、必要な励起パワーの最大値と同じパワーがＥＤＦＡ間で分配され、より少ないパワーを必要とするＥＤＦＡの出力パワーはその後に低下させる必要がある。このことが、非効率的なパワーと追加の電力消費の原因となる。同じ現象が、あるＥＤＦＡが別のＥＤＦＡよりも著しく多くのＷＤＭチャネルを増幅している場合に発生する。これは、ＥＤＦＡによって増幅された光信号が伝送される異なる伝送ルートで発生する。

加えて、ＰＴＬ３に記載されたファイバ型光増幅器には、２つの増幅器と２つの励起レーザーを有する。励起レーザーの出力光は偏波合成された後に、２つのファイバ増幅器間で分割される。２つの励起レーザーの出力光は、それらの干渉が最小となるように、結合される前に偏波を制御される。しかしながら、結合された出力光の偏波は制御することができない。その結果、レーザーダイオードのそれぞれのレベルのみが制御可能である。ファイバ増幅器に供給される励起パワーは、独立して調整することはできない。そのため、増幅器の電力消費を低減することができない。

ＰＴＬ２に開示された光増幅システムにおいて、能動ファイバに入力される励起光パワーは、上述したように、可変光減衰器（ＶＯＡ）を制御することにより各ゲインブロックにおいて変化させることができる。しかしながら、ＶＯＡを使用すると、励起レーザー光源部によって生成される不要な光を生じることになる。

上述したように、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合には、複数の光増幅器の電力消費を低減する必要があるという問題があった。

本発明の典型的な目的は、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合には、複数の光増幅器の電力消費を低減する必要がある、という上述した問題を解決する、光増幅装置および光信号増幅方法を提供することである。

本発明の典型的な一の側面による光増幅装置は、複数の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、複数の光増幅手段のそれぞれは利得媒体を含み、複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光生成手段と、結合係数に従って可変的に複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を出力する少なくとも１つの光結合手段と、複数の励起光のそれぞれは利得媒体を励起し、結合係数と、複数のレーザー光生成手段のそれぞれの出力パワーとを制御する制御手段、を有する。

本発明の典型的な一の側面による光信号増幅方法は、複数のレーザー光を生成し、結合係数に従って可変的に複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を生成し、複数の励起光によって、複数の光信号が通過する複数の利得媒体を励起し、結合係数と、複数のレーザー光のそれぞれの出力パワーとを制御する。

本発明による典型的な利点は、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができることである。

図１は、本発明の第１の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第２の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第２の実施形態による第１の可変結合装置の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の第２の実施形態による第２の可変結合装置の構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の第２の実施形態による第３の可変結合装置の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の第２の実施形態によるレーザー装置の構成を示すブロック図である。 図７は、本発明の第２の実施形態による励起装置の構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の第３の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の第４の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、本発明の第５の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の第６の実施形態による光増幅装置の制御方法を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第６の実施形態による光増幅装置の制御方法を示すフローチャートである。 図１３Ａは、本発明の第２の実施形態による励起レーザーの電力消費のシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｂは、第３の実施形態による光増幅装置で用いられる波長のシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｃは、第３の実施形態による光増幅装置の電力消費のシミュレーション結果を示す図である。 図１４は、本発明の第７の実施形態による光増幅装置を用いるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 図１５は、本発明の第７の実施形態によるネットワークシステムのセットアップに必要な時間のシミュレーション結果を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図面における矢印の向きは、方向の一例を表示するものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。
＜第１の実施形態＞

図１は、本発明の第１の実施形態による光増幅装置の構成を示すブロック図である。光増幅装置１０は、複数の光増幅器（光増幅手段）２０、複数のレーザー光源（レーザー光生成手段）３０、少なくとも１つの光結合装置（光結合手段）４０、および制御器（制御手段）５０を有する。

複数の光増幅器２０は、複数の光信号を増幅する。複数の光増幅器２０のそれぞれは、利得媒体を含む。複数のレーザー光源３０は、複数のレーザー光線を生成する。

少なくとも１つの光結合装置４０は、結合係数に従って可変的に複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を出力する。複数の励起光のそれぞれは利得媒体を励起する。制御器５０は、結合係数、および複数のレーザー光源３０のそれぞれの出力パワーを制御する。

上述したように、本実施形態による光増幅装置１０は、複数のレーザー光源３０を有し、光増幅装置１０が備える光結合装置４０は、結合係数に従って可変的に複数のレーザー光を結合する。その結果、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。

少なくとも１つの光結合装置４０は、複数の光結合装置を含むこととしてもよい。この場合、制御器５０は、複数の光結合装置のそれぞれの結合係数を制御する。

利得媒体は、マルチコアファイバに含まれるコアとすることができる。この場合、複数のレーザー光源３０のそれぞれは、複数の励起光のそれぞれによって利得媒体を直接励起することができる。

あるいは、利得媒体は、マルチコアファイバとすることができる。この場合、複数のレーザー光源３０のそれぞれは、マルチコアファイバのクラッドを励起することにより利得媒体を励起することができる。複数の励起光のそれぞれは、マルチモード光とすることができる。

さらに、正の整数Ｎで表される複数の光増幅器２０の個数、正の整数Ｍで表される少なくとも１つの光結合装置４０の個数、および、正の整数Ｌで表される複数のレーザー光源３０の個数は、次の関係式を満たすことができる。

この場合、Ｌ＝Ｎ＝Ｍ^２／４という関係式を満たすことができる。あるいは、Ｌ＝Ｎ＝Ｍ／２という関係式を満たすことができる。

次に、本実施形態による光信号増幅方法について説明する。

光信号増幅方法において、複数のレーザー光が生成される。複数のレーザー光は、結合係数に従って可変的に結合され、それによって複数の励起光が生成される。複数の励起光により、複数の光信号が通過する複数の利得媒体が励起される。

さらに、結合係数と、複数のレーザー光のそれぞれの出力パワーが制御される。

上述したように、本実施形態の光増幅装置１０および光信号増幅方法によれば、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。
＜第２の実施形態＞

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態による光増幅装置１００の構成を示すブロック図である。光増幅装置１００は、２つの光増幅器を有する。２つの光増幅器は、それぞれの利得媒体１１０および利得媒体１１１から構成される。利得媒体１１０および利得媒体１１１のそれぞれは、エルビウム添加シングルモードファイバで構成されてもよい。光増幅器は、アイソレータ、ＷＤＭカプラー、および等化フィルタを備えてもよい。

利得媒体１１０は、光ファイバ１０１を通して供給され、パワーモニタ１４１を通過した光信号を増幅する。パワーモニタ１４１は、光ファイバ１０１からの光の小部分を取りだし、フォトダイオードを用いてそれを電気モニタ信号に変換する。典型的には、パワーモニタ１４１は、生成した電気モニタ信号によって入ってくる光パワーをモニタするために、利得媒体１１０に入力される光の１％を取り出すこととしてもよい。同様に、パワーモニタ１４８は、利得媒体１１０の出力光パワーに応じた電気モニタ信号を生成する。利得媒体１１０によって増幅され、モニタ１４８によってモニタされた光信号は、光ファイバ１０８に出力される。

同じように、利得媒体１１１は、光ファイバ１０２から入力され、パワーモニタ１４２によってモニタされた光信号を増幅する。利得媒体１１１によって増幅された光信号は、パワーモニタ１４９によってモニタされ、光ファイバ１０９に出力される。

それぞれの利得媒体１１０および利得媒体１１１による光増幅のための励起光は、それぞれのファイバ１３３およびファイバ１３４を通して供給される。励起光は、可変結合装置１３０から出力される。可変結合装置１３０は、それぞれのファイバ１３３およびファイバ１３４が接続される２つの入力ポートを有する。ファイバ１３１およびファイバ１３２は、それぞれの励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の出力に接続される。

それぞれのファイバ１３１、１３２、１３３、および１３４におけるそれぞれの光パワーは、Ｐ_１３１、Ｐ_１３２、Ｐ_１３３、およびＰ_１３４と表される。可変結合装置１３０の結合係数をＣで表わし、透過率をＴで表わすと、パワー間の関係は典型的には以下のようになる。

透過率Ｔは低損失デバイスでは高く、典型的には０．９８を上回る。結合係数Ｃは、可変結合装置１３０に対して制御され、０と１との間に調整される。パワーＰ_１３１およびＰ_１３２は、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１のそれぞれの出力パワーである。利得媒体１１０および利得媒体１１１に供給される励起パワーは、それぞれパワーＰ_１３３およびＰ_１３４である。

制御装置１４０は、可変結合装置１３０の結合係数Ｃだけではなく、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１も制御する。この制御は、インタフェース１５０によって提供される増幅器設定パラメータに従って、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の動作情報に従って、およびパワーモニタ１４１、１４２、１４８、１４９によって提供されるパワーモニタ情報に従って行われる。

モニタ１４８およびモニタ１４９の出力パワーに応じた制御は、２つの利得媒体１１０および１１１に対して個別に行われる。励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の制御は、モニタ値および増幅器設定パラメータに応じて個別に行われる。その結果、励起レーザーの１つがオフにされることがある。この場合、制御装置１４０は更新された動作値を格納し、オフにされた励起レーザーに対して最後に格納された値に従って制御が実行される。

あるいは、制御装置１４０は、インタフェース１５０によって提供される増幅器設定パラメータに従って、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の動作情報に従って、そしてパワーモニタ１４８およびパワーモニタ１４９によって提供されるパワーモニタ情報に従って、独自に制御を行うこととしてもよい。この場合、パワーモニタ１４１およびパワーモニタ１４２によって提供される情報は、制御のためには使用されない。

２つの利得媒体１１０、１１１を含み、制御装置１４０によって制御される２つの増幅器は、典型的には同じ場所に配置されるので、短距離ファイバによって励起パワーを伝送するための損失は無視できる。入力用のそれぞれの光ファイバ１０１、１０２、および出力用のそれぞれの光ファイバ１０８、１０９を有する２つのファイバは、一方向の態様で構成されることとしてもよい。

あるいは、ファイバは双方向の態様で構成されていてもよく、これらのうち光ファイバ１０１、１０９はそれぞれ入力用ファイバであり、光ファイバ１０８、１０２はそれぞれ出力用のファイバである。この場合、パワーモニタ１４２は利得媒体１１１の出力パワーをモニタし、パワーモニタ１４９は同じ利得媒体への入力パワーをモニタする。利得媒体と、アイソレータやＷＤＭカプラーなどのそれに取り付けられた構成部品は、光信号の伝搬方向に従って構成される。

制御装置１４０による制御に応じて、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の励起光は、可変結合装置１３０によって分けられる。励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の出力は、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の最小電力消費に向けて設定される。

制御装置１４０による制御によれば、利得媒体１１０および利得媒体１１１による増幅のために、必要以上の励起パワーを用いることはない。このような制御は、光ファイバ１０１および光ファイバ１０２の入力信号が低減したとき、または必要な出力パワーが増加したときでも有効である。

本実施形態によれば、利得媒体１１０、１１１を有する２つの光増幅器の電力消費は、増幅器の耐用期間の間に低減する。電力消費の低減は、これらの増幅器が異なる帯域幅で使用される場合、またはネットワークの耐用期間にわたって帯域幅が変化する場合に、必要な光励起パワーの相違の原因となるシステムの経年劣化に対して効果がある。

図２に示した構成において、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１はそれぞれ同一種類のレーザーである。それらの特性は類似している。利得媒体１１０および利得媒体１１１に必要な合計の励起パワーが中程度である場合、制御装置１４０はいずれかをオフにし、他方を使用して総励起パワーを生成し、利得媒体１１０と利得媒体１１１との間で励起光を適切に分けるように可変結合装置１３０を構成する。例えば、励起レーザー１２０がオンであり、励起レーザー１２１がオフとなる。レーザー１２０の特性が経年劣化によって低下した場合、使用されていないレーザー１２１の効率の方が優れることになる。その結果、制御装置１４０は徐々にレーザー１２１をオン状態とし、レーザー１２１からのより多くのパワーを用いる。それらの相対的な効率、および利得媒体１１０と利得媒体１１１に対して必要な励起パワーに応じて、励起レーザー１２０をオフとしてもよいし、レーザー１２１によってのみ励起パワーを生成することとしてもよい。制御装置１４０は、可変結合装置１３０を適切に制御する。

あるいは、励起レーザー１２０は、非常に高い励起パワーを出力することができるレーザーであり、励起レーザー１２１は、中程度のレーザーパワーだけを出力することができるレーザーである。すなわち、励起レーザー１２０と励起レーザー１２１は複数種類のレーザーであり、異なる仕様を有する。例えば、レーザー１２０は冷却された励起レーザーであってもよく、レーザー１２１は冷却されていない励起レーザーであってもよい。パッケージおよびチップ構造に応じて、レーザー１２１の効率はよくなる。

利得媒体１１０および利得媒体１１１によって増幅される光信号の帯域幅が制限されている場合、低い励起パワーだけが必要となる。この場合、制御装置１４０は励起レーザー１２１のみをオンとし、励起レーザー１２０はオフにされる。可変結合装置１３０は、制御装置１４０によって適切に構成される。

増幅される光信号の帯域幅が拡大すると、より多くの励起パワーが必要となる。励起レーザー１２１のパワーが限界に達し、したがって効率がゼロになった場合、制御装置１４０はより多くの励起パワーを供給するために励起レーザー１２０をオンにし、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１を最小電力消費設定に設定し、可変結合装置１３０の結合係数を適切に調整する。

図２に示した構成において、利得媒体１１０および利得媒体１１１を有する増幅器は、自動パワー制御方式で用いられる。制御装置１４０による制御は、インタフェース１５０によって提供される増幅器設定パラメータに従い、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の動作情報に従い、そしてパワーモニタ１４８およびパワーモニタ１４９によって提供されるパワーモニタ情報に従って行われる。パワーモニタ１４１およびパワーモニタ１４２によって提供される情報は使用されない。

あるいは、利得媒体１１０および利得媒体１１１を有する増幅器は、自動ゲイン制御方式で用いられる。制御装置１４０による制御は、インタフェース１５０によって提供される増幅器設定パラメータに従い、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の動作情報に従い、そしてパワーモニタ１４１、１４２、１４８、および１４９によって提供されるパワーモニタ情報に従って行われる。パワーモニタ１４１のパワーモニタ１４８に対する比率についての情報は、利得媒体１１０による利得に関する情報を提供する。同じように、パワーモニタ１４２のパワーモニタ１４９に対する比率についての情報は、利得媒体１１１による利得に関する情報を提供する。

あるいは、利得媒体１１０および利得媒体１１１を含む増幅器は、自動電流制御方式で用いられる。制御装置１４０による制御は、インタフェース１５０によって提供される増幅器設定パラメータに従い、そして励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の動作情報に従って行われる。パワーモニタ１４１、１４２、１４８、および１４９によって提供される情報は、制御には使用されない。増幅の目標値は、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の駆動電流の合計を用いて設定される。

あるいは、増幅の目標値は、結合係数Ｃとその補完である（１−Ｃ）を考慮して、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の駆動電流の合計を用いて設定される。

Ｎを正の整数としたときの２Ｎ個の増幅器を制御する場合、図２に示した構成を並列して用いることができることは明らかである。この場合、それぞれが図２に記載した装置と同様であるＮ個の増幅システムが用いられる。

図３は、図２に示した可変結合装置１３０として用いることができる可変光カプラー２００の構成を示すブロック図である。可変光カプラー２００は、２つの入力ファイバ２０１および２０２と、２つの出力ファイバ２０３および２０４を有する。可変光カプラー２００は、そのコアがエバネッセント結合しうる２本の結合ファイバ２１０および２１１を備える。

結合係数は、外部信号によって作動する制御器２２０によって調整される。可変光カプラー２００が図２に示した可変結合装置１３０として用いられる場合、制御器２２０は図２の制御装置１４０によって作動させられる。制御器２２０は、結合ファイバ２１０および２１１を変位させるステップモータによって構成することができる。このようなファイバは典型的には０．１ｄＢのオーダの非常に低い挿入損失を有する。結合係数の制御は、結合係数を変更する場合のみに、非常に低い電力消費を必要とする。

図４は、図２に示した可変結合装置１３０として用いることができる可変結合器３００の構成を示すブロック図である。可変結合器３００は、偏光ビーム結合器３１０、偏光制御器３１１、および偏光ビームスプリッタ３１２を有する。可変結合器３００は、偏光ビーム結合器３１０の入力である２つの入力ファイバ３０１と３０２とを有する。可変結合器３００は、偏光ビームスプリッタ３１２の出力ファイバである２本の出力ファイバ３０３と３０４とを有する。

２つの直線偏光は、偏光ビーム結合器３１０によって直交して結合される。可変結合器３００が図２に示した可変結合装置１３０として用いられる場合、入力ファイバ３０１と３０２は偏波保持ファイバであり、そのため励起レーザー１２０と励起レーザー１２１の直線偏光出力は保持され、その後に結合される。可変結合器３００の結合係数は、外部信号によって作動させられる偏光制御器３１１によって調整される。可変結合器３００が図２に示した可変結合装置１３０として用いられる場合、偏光制御器３１１は図２の制御装置１４０によって作動させられる。偏光制御器３１１は、偏光ビーム結合器３１０の出力光の偏光を、偏光ビームスプリッタ３１２の軸に対して回転させる。その結果、２つの入力光を結合させた結果生じる光は、偏光ビームスプリッタ３１２の２つの直交偏光軸上にマッピングされる。

図５は、マッハ・ツェンダー干渉計４００の構成を示すブロック図であり、マッハ・ツェンダー干渉計４００は図２に示した可変結合装置１３０として用いることができる。マッハ・ツェンダー干渉計４００は、２つの入力ファイバ４０１、４０２と、強め合う干渉および弱め合う干渉の出力が伝搬する２つの出力ファイバ４０３、４０４を有する。マッハ・ツェンダー干渉計４００は、干渉計構造４１０、および干渉計構造４１０の片方のアームに配置されたヒータ４１１を有する。干渉計構造４１０は、挿入損失を低減するために、ファイバで作られたものでもよい。結合係数は制御器４１２によって調整される。制御器４１２は、外部信号によって作動させられ、それに応じてヒータ４１１を制御する。ヒータ４１１の設定に応じて、干渉計構造４１０の両アーム間に位相差が現れる。

マッハ・ツェンダー干渉計４００が図２に示した可変結合装置１３０として用いられる場合、制御器４１２は図２の制御装置１４０によって作動させられる。この場合、励起レーザー１２０および励起レーザー１２１は、それらの波長が互いに異なるように選択される。制御を容易にするために、波長間隔が干渉計のフリースペクトルレンジの半分より大きくなるように波長を設定することができる。ヒータ４１１によって調整された位相差に応じて、２つの入力パワーの結合されたものが、強め合う干渉出力として出力ファイバ４０３を通して出力され、その相補成分が弱め合う干渉出力として出力ファイバ４０４を通して出力される。

図６は、図２に示した励起レーザー１２０および励起レーザー１２１のいずれかとして用いることができるレーザー装置５００の構成を示すブロック図である。レーザー装置５００は、２つの励起レーザーダイオード５２０および５２１を有する。励起レーザーダイオード５２０および励起レーザーダイオード５２１の出力光は、偏光ビーム結合器５２２によって結合され、ファイバ５３０を通して出力される。制御器５１０は、外部信号に従って励起レーザーダイオード５２０および励起レーザーダイオード５２１の両方の出力を制御し、励起レーザーダイオード５２０および励起レーザーダイオード５２１のモニタ値を外部制御システムに戻す。

制御器５１０および偏光ビーム結合器５２２だけでなく、励起レーザーダイオード５２０、５２１もパッケージ５０１に集積することとしてもよい。レーザー装置５００が図２に示した励起レーザー１２０として用いられる場合、制御器５１０は、図２の制御装置１４０による制御に従って励起レーザーダイオード５２０および励起レーザーダイオード５２１の両方を駆動する。このようにして、冗長構成とした励起レーザーダイオードを本実施形態における単一のレーザーとして制御することができ、これによって図２の光増幅装置１００の信頼性も高められる。

図７は、図２に示した可変結合装置１３０だけではなく励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の代わりにも用いることができる励起装置６００の構成を示すブロック図である。励起装置６００は、２つのレーザーダイオードチップ６１０、６１１、および可変結合装置６２０を有する。励起装置６００は、パッケージ６０３内に取り付けられる。励起装置６００は、２つの出力６０１、６０２を備え、これらが可変結合装置６２０の出力である。

レーザーダイオードチップ６１０およびレーザーダイオードチップ６１１は外部制御システムによって駆動される。レーザーダイオードチップ６１０およびレーザーダイオードチップ６１１の駆動条件は、外部制御システムによって設定される。可変結合装置もまた、励起装置６００の外部から制御される。例えば、可変結合装置６２０は可変カプラーで実現することができるが、可変カプラーはレーザーダイオードチップ６１０およびレーザーダイオードチップ６１１と集積することができ、外部制御システムからの電流によって作動させられる。

励起装置６００が、図２の可変結合装置１３０だけでなく励起レーザー１２０および励起レーザー１２１の代わりに用いられる場合、可変結合装置６２０だけでなくレーザーダイオードチップ６１０およびレーザーダイオードチップ６１１も、制御装置１４０によって同じように制御される。レーザーダイオードチップ６１０およびレーザーダイオードチップ６１１の駆動状態は、制御装置１４０によってモニタされる。励起装置６００を用いることにより、増幅器を制御することによる電力削減に加えて、集積化によるコスト低減を図ることができる。

上述したように、本実施形態の光増幅装置１００によれば、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。
＜第３の実施形態＞

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態による光増幅装置７００の構成を示すブロック図である。

光増幅装置７００は、７１０、７１１、７１２、および７１３と表示された４つの受動利得ブロックを有する。これらの受動利得ブロック７１０から７１３のそれぞれは、利得媒体１１０が図２に示したパワーモニタ１４１および１４８と集積された装置と同様である。受動利得ブロックのそれぞれは、シングルモードファイバ入力とシングルモードファイバ出力を有する。各受動利得ブロックのパワーモニタは制御装置７４０に備えられている。

制御装置７４０は、制御装置１４０と同様の態様で制御を実行する。しかしながら、制御装置７４０はより多くの受動利得ブロック、励起レーザー、および可変結合装置とともに動作するように構成されている。制御装置７４０は、受動利得ブロック７１０から７１３を用いる増幅器を設定するためのパラメータをも所持している。

受動利得ブロック７１０および７１１に対する光励起は、可変結合装置７３２の２つの出力によって提供される。受動利得ブロック７１２および７１３に対する光励起は、可変結合装置７３３の２つの出力によって提供される。可変結合装置７３２の２つの入力は、可変結合装置７３０の１つの出力と可変結合装置７３１の１つの出力に接続されている。可変結合装置７３３の２つの入力は、可変結合装置７３０の１つの出力と可変結合装置７３１の１つの出力に接続されている。可変結合装置７３０の２つの入力は、励起レーザー７２０および７２１に接続されている。可変結合装置７３１の２つの入力は、励起レーザー７２２および７２３に接続されている。

励起レーザー７２０から７２３は、図２に示した励起レーザー１２０および１２１と同じである。可変結合装置７３０から７３３は、図２の可変結合装置１３０と同じである。

制御装置７４０は、可変結合装置７３０から７３３の結合係数Ｃだけでなく、励起レーザー７２０から７２３も制御する。この制御は、制御装置７４０の内部に備えられた増幅器設定パラメータに従い、励起レーザー７２０から７２３の動作情報に従い、そして受動利得ブロック７１０から７１３によって提供されるパワーモニタ情報に従って実行される。出力パワーに応じた制御は、４つの受動利得ブロック７１０から７１３に対して個別に実行される。

励起レーザー７２０から７２３の制御は、モニタ値および増幅器設定パラメータに応じて個別に行われる。励起レーザーの少なくとも１つはオフにされてもよい。この場合、制御装置７４０は更新された動作値を格納し、オフにされた励起レーザーに対して最後に格納された値に従って制御を行う。

４つの励起レーザー７２０から７２３の励起光は、可変結合装置の２ｘ２の交差構造によって、４つの受動利得ブロック７１０から７１３のそれぞれに分配される。図８に記載したものと同じ構造を、２Ｎ個の受動利得ブロックに適用することができる。ここで、Ｎは正の整数であり、２Ｎ個のレーザーと、Ｎ個の可変結合装置をＮ列に格子状に構成したＮ^２個の可変結合装置とを有する。

あるいは、コスト低減のために、励起レーザー７２０から７２３のうち最大３個のレーザーを、図８に示した構成から取り除いてもよい。この場合、このような構成としても、４個の受動利得ブロック７１０から７１３に対して励起光を正しく提供することが可能である。

制御装置７４０による制御に従って、励起レーザー７２０から７２３の励起光は、可変結合装置によって分けられる。励起レーザー７２０から７２３の各出力は、励起レーザーの電力消費が最小になるように設定される。

制御装置７４０による制御によれば、受動利得ブロック７１０から７１３の増幅のために、必要以上の励起パワーを必要としない。入力光ファイバの入力信号が減少したとき、または必要な出力パワーが増加したときでも、このような制御は有効である。

本実施形態の光増幅装置７００によれば、受動利得ブロックを含む４つの光増幅器の電力消費が、増幅器の耐用期間の間に低減する。電力消費の低減は、増幅器が種々の帯域幅で使用される場合、または帯域幅がネットワークの耐用期間にわたって変化する場合に、必要な光励起パワーの相違の原因となるシステムの経年劣化に対して有効である。

上述したように、本実施形態の光増幅装置７００によれば、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。
＜第４の実施形態＞

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図９は、本発明の第４の実施形態による光増幅装置８００の構成を示すブロック図である。

光増幅装置８００は、Ｃ０１からＣ０７と表示された７コアを備えたマルチコアエルビウム添加ファイバ（ＭＣ−ＥＤＦ）８１０を有する。各コアは、個別の利得媒体であり、同じファイバ８１０に含まれる。入力信号は、コアＣ０１からＣ０７に対して８０１から８０７と表示されている。それぞれの出力信号は８９１から８９７と表示されている。

７コアを有するパワーモニタ８４１は、ＭＣ−ＥＤＦ８１０への入力信号のパワーを個別にモニタする。モニタ信号は、パワーモニタ８４１によって入力コア毎に個別に生成される。７コアを有するパワーモニタ８４２は、ＭＣ−ＥＤＦ８１０からの出力信号のパワーを個別にモニタする。モニタ信号は、パワーモニタ８４２によって出力コア毎に個別に生成される。パワーモニタの情報は、制御装置８４０に提供される。

制御装置８４０は、図８に示した制御装置７４０と同様の方法で制御を実行するが、より多くの利得ブロック、励起レーザー、および可変結合装置と共に動作するように構成されている。制御装置８４０は、コアＣ０１からＣ０７を含む増幅器を設定するためのパラメータも所持している。

ＭＣ−ＥＤＦ８１０は個別コア励起方式で励起される。コアＣ０１からＣ０７の光励起は、可変結合装置８３３、８３４、８３５、および８３６によって提供される。他の３つの可変結合装置８３０から８３２は、８２０から８２２と表示された３つの励起レーザーによって生成された励起光を結合して分配するために、可変結合装置８３３から８３６と組み合わせて用いられる。

各励起レーザーは、可変結合装置の入力に接続される。各可変結合装置８３０、８３２および８３３は、励起レーザーまたは他の可変結合装置の出力のいずれかに接続される２つの入力ポートを有する。各可変結合装置８３１、８３４、８３５、および８３６は、励起レーザーまたは別の可変結合装置の出力のいずれかに接続される１つの入力ポートを有しているが、他方の入力ポートは非接続のままである。８３０から８３６と表示された可変結合装置の各出力ポートは、ＭＣ−ＥＤＦ８１０のコアまたは別の可変結合装置の入力ポートのいずれかに接続される。

ここで、励起レーザーの個数（３）は１より大きいが、個々の利得媒体の個数（７）よりも小さい。可変結合装置の個数（７）は利得媒体の個数の半分（３．５）より大きいが、その二乗（４９）よりは小さい。

制御装置８４０は、８３０から８３６と表示された可変結合装置の結合係数Ｃだけでなく、８２０から８２２と表示された励起レーザーも制御する。この制御は、制御装置８４０に内部に備えられた増幅器設定パラメータに従い、励起レーザー８２０から８２２の動作情報に従い、そして、パワーモニタ８４１および８４２によって提供されるパワーモニタ情報に従って実行される。ＭＣ−ＥＤＦ８１０の７個の利得媒体Ｃ０１からＣ０７に対して、出力パワーに応じた制御が個別に行われる。８２０から８２２と表示された励起レーザーの制御は、モニタ値および増幅器設定パラメータに応じて個別に行われる。励起レーザーの少なくとも１つはオフにされてもよい。この場合、制御装置８４０は更新された動作値を格納し、オフにされる励起レーザーに対して最後に格納された値に従って制御を実行する。

制御装置８４０による制御に応じて、８２０から８２２と表示された励起レーザーの励起光は、可変結合装置によって分けられる。励起レーザー８２０から８２２の出力は、励起レーザーの最小電力消費に設定される。制御装置８４０による制御によれば、ＭＣ−ＥＤＦ８１０のコアＣ０１からＣ０７の増幅のために、必要以上の励起パワーを必要としない。入力ファイバの入力信号が減少したとき、または必要な出力パワーが増加したときでも、このような制御は有効である。

本実施形態によれば、ＭＣＦ光増幅器の電力消費が、増幅器の耐用期間の間に低減する。電力消費の低減は、増幅器が種々の帯域幅で使用される場合、またはネットワークの耐用期間にわたって帯域幅が変化する場合に、必要な光励起パワーの相違の原因となるシステムの経年劣化に対して有効である。

上述したように、本実施形態の光増幅装置８００によれば、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。
＜第５の実施形態＞

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第５の実施形態による光増幅装置９００の構成を示すブロック図である。

光増幅装置９００は、９１０および９１１と表示された２個のマルチコアエルビウム添加ファイバ（ＭＣ−ＥＤＦ）を有する。例えば、ＭＣ−ＥＤＦは１０個のコアを有することとしてもよい。ＭＣ−ＥＤＦ９１０および９１１は、入力信号と出力信号のパワーを個別にモニタするマルチコア・パワーモニタを備える。パワーモニタに関する情報は制御装置９４０に提供される。制御装置９４０は、第４の実施形態の制御装置８４０と同様の方法で制御を実行する。

ＭＣ−ＥＤＦ９１０および９１１は、共通クラッド励起方式で励起される。クラッド励起のためのマルチモード光励起は、可変結合装置９３０によって提供される。可変結合装置９３０は、マルチモード励起レーザー９２０および９２１に接続される２つの入力ポートを備える。

制御装置９４０は、可変結合装置９３０の結合係数Ｃだけでなく、マルチモード励起レーザー９２０および９２１も制御する。この制御は、制御装置９４０の内部に備えられた増幅器設定パラメータに従い、マルチモード励起レーザー９２０および９２１に関する動作情報に従い、そしてＭＣ−ＥＤＦ９１０および９１１内に集積されたパワーモニタによって提供されるパワーモニタ情報に従って実行される。出力パワーに応じた制御が、ＭＣ−ＥＤＦ９１０および９１１に対して実行される。

マルチモード励起レーザー９２０および９２１の制御は、モニタ値および増幅器設定パラメータに応じて個別に行われる。したがって、マルチモード励起レーザーの１つはオフにされてもよい。この場合、制御装置９４０は更新された動作値を格納し、オフにされたマルチモード励起レーザーに対して最後に格納された値に従って制御を行う。制御装置９４０による制御によれば、マルチモード励起レーザー９２０および９２１の励起光は、可変結合装置９３０によって分けられ、マルチモード励起レーザー９２０および９２１の出力は、マルチモード励起レーザーの電力消費が最小になるように設定される。

本実施形態の光増幅装置９００によれば、上述した実施形態と同様に、複数の光増幅器の間で必要な励起パワーに相違がある場合であっても、複数の光増幅器の電力消費を低減することができる。
＜第６の実施形態＞

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態による図２の光増幅装置１００の動作例を、図１１に示したフローチャートを参照して説明する。

図１１は、光増幅装置１００を用いた光信号増幅方法を示すフローチャートである。

制御装置１４０は、まず、パワーモニタ１４８、１４９によって提供されるモニタ情報を用い、それらのモニタ情報を、インタフェース１５０によって提供される自動パワー制御目標とそれぞれ比較する。制御装置１４０は、両方のパワーモニタに対して、モニタされたパワーの目標パワーに対する比率を算出する（ステップ１００１）。

２つの算出された比率が等しい場合（ステップ１００１／Ｙｅｓ）、制御装置１４０はステップ１００３に直接進む。算出された比率が等しくない場合（ステップ１００１／Ｎｏ）、制御装置１４０は、比率を等しくするために、可変結合装置１３０の結合係数Ｃを制御する（ステップ１００２）。この時点では、比率が等しいかどうかをさらにチェックする必要はなく、制御装置１４０はステップ１００３に直接進むことができる。パワー制御目標の１つがゼロである場合、ゼロでない目標を有するパワーモニタに基づいて、制御後にＣ＝０およびＣ＝１である結合係数の値だけが可能である。

制御装置１４０は、その電力消費効率に応じて励起レーザー１２０および１２１をランク付けする（ステップ１００３）。この効率は、励起レーザー１２０および１２１内に集積されたモニタフォトダイオードにより制御装置１４０に提供されたモニタ出力パワーの、励起レーザー１２０および１２１に供給される駆動動作電流に対する比率として算出されることとしてもよい。あるいは、モニタ出力パワーを動作電流と励起電流の合計で、またはそれらの二乗値の合計で割ることによって、励起レーザーに対してこの比率を算出することとしてもよい。

オフにされた励起レーザーに対しては、励起レーザーの最後の動作値の保存されている値を用いて、効率を算出する。その結果、励起レーザー１２０および１２１の１つが最も高いランクを有し、他の１つが低いランクを有することになる。

次に、パワーモニタ１４８によって提供されたモニタパワー情報を、インタフェース１５０によって提供されるその目標値と比較する（ステップ１００４）。モニタ値が目標値よりも大きい場合（ステップ１００４／Ｙｅｓ）、効率が最も低い励起レーザーにより出力されるパワーを低下させる（ステップ１００５）。最も低いランクの励起レーザーの動作電流がゼロに達した場合、それはオフにされ、その最後の効率値は制御装置１４０に記憶される。ランクが最も低い励起レーザーが既にオフになっている場合、代わりに次に高いランクのレーザーを制御して、その出力パワーを低下させる。

次に、パワーモニタ１４８によって提供されたモニタパワー情報を、インタフェース１５０によって提供されるその目標値と再び比較する（ステップ１００６）。モニタ値が目標値より小さい場合（ステップ１００６／Ｙｅｓ）、最も効率が高い励起レーザーにより出力されるパワーを増加させる（ステップ１００７）。最高ランクの励起レーザーの動作電流が上限に達した場合、代わりに次に高いランクのレーザーを制御して、その出力パワーを増加させる。

次に、パワーモニタ１４８によって提供されたモニタパワー情報を、インタフェース１５０によって提供されたその目標値と再び比較する（ステップ１００８）。両者の値が等しい場合（ステップ１００８／Ｙｅｓ）、制御ループはステップ１００１に戻る。両者の値が等しくないか、または許容範囲外である場合（ステップ１００８／Ｎｏ）、制御ループはステップ１００４に戻る。

このようにして、図２の制御装置１４０は、３つのパラメータ、すなわち、可変結合装置１３０の結合係数Ｃ、励起レーザー１２０の出力、および励起レーザー１２１の出力を、２つのパワーモニタ１４８および１４９に従って制御することができる。これにより、パワーモニタ１４８および１４９の出力の目標値と実際の値だけを用いているにもかかわらず、電力消費の低減を実現し維持することができる。

上記の説明では、励起レーザーの出力パワーを低下させるステップ（ステップ１００５）、および励起レーザーの出力パワーを増加させるステップ（ステップ１００７）を、モニタパワーの目標パワーに対する比率を算出するステップ（ステップ１００１）、およびこの比率を等しくするために結合係数Ｃを制御するステップ（ステップ１００２）の後に実行することとした。しかしながら、出力パワーを低下させるステップ（ステップ１００５）および出力パワーを増加させるステップ（ステップ１００７）を、比率を算出するステップ（ステップ１００１）および結合係数Ｃを制御するステップ（ステップ１００２）の前に実行することとしてもよい。

図８に示した第３の実施形態による制御装置７４０に対しても、同様の制御方法を適用することができる。この場合、ステップ１００１およびステップ１００２は、７３０から７３３の各可変結合装置について繰り返される。各可変結合装置について、目標値とモニタ値の比率を、制御される可変結合装置の出力が接続される利得媒体の異なる組と比較する。

Ｎ個の利得媒体に対して最大でＮ^２個の可変結合装置が存在するため、比較可能な可変結合装置の十分な数のペアが存在する。同じケースでは、励起レーザー１２０から１２３の全てがステップ１００３でランク付けされる。その結果、４つのランクが作成される。同じモニタ情報を用いて、最高ランクおよび最低ランクのＬＤを制御することができる。

最高ランクの効率を有するレーザーにより出力される光パワーを増加させ、最低ランクの効率を有するレーザーにより出力される光パワーを同じ比率で低下させる追加ステップを、ステップ１００８とステップ１００１との間に追加することができる。この追加ステップの効果は、光増幅装置の電力消費の低減を効果的に早めることである。

次に、図２の第２の実施形態の光増幅装置１００の別の動作例を、図１２に示したフローチャートを参照して説明する。

図１２は、光増幅装置１００を用いた光信号増幅方法を示すフローチャートである。

まず、ステップ１１０１は図１１のステップ１００１と同一である。２つの算出された比率が等しい場合（ステップ１１０１／Ｙｅｓ）、制御装置１４０はステップ１１０３に直接進む。算出された比率が等しくない場合（ステップ１１０１／Ｎｏ）、制御装置１４０は、その比率を等しくするために、可変結合装置１３０の結合係数Ｃを制御する（ステップ１１０２）。ステップ１１０１およびステップ１１０２は、ステップ１１０１で算出された比率が等しくなるまで繰り返される。

ステップ１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、および１１０７は、図１１のそれぞれのステップ１００３、１００４、１００５、１００５、１００６、および１００７と同じである。しかしながら、ステップ１１０５およびステップ１１０７の後に、制御ループはステップ１１０１にジャンプする。ステップ１１０６の後に、制御ループはステップ１１０１にジャンプする。

このようにして、図２の制御装置１４０は３つのパラメータ、すなわち、可変結合装置１３０の結合係数Ｃ、励起レーザー１２０の出力、および励起レーザー１２１の出力を、２つのパワーモニタ１４８および１４９に従って制御することができる。これにより、パワーモニタ１４８および１４９の出力の目標値と実際の値だけを用いているにもかかわらず、電力消費の低減を実現し、維持することができる。

図１１に示した制御方法と同じく、図１２に示した制御方法を、図８、図９、および図１０に示した制御装置７４０、８４０、および９４０にそれぞれ適用することができる。

最高ランクの効率を有するレーザーにより出力される光パワーを増加させ、最低ランクの効率を有するレーザーにより出力される光パワーを同じ比率で低下させる追加ステップを、ステップ１１０６とステップ１１０１との間に追加することができる。この追加ステップの効果は、光増幅装置の電力消費の低減を効果的に早めることである。

図１３Ａは、図２の励起レーザー１２０の電力消費のシミュレーション結果を示す図であり、出力光励起パワーに対してプロットしたものである。しきい値効果が存在することが明らかである。このことは、利得媒体の光励起に必要なハイパワーが達成される前に、ある程度のエネルギーが消費される必要があることを意味している。したがって、いくつかの利得媒体の間で同じレーザーダイオードを共有することにより、光増幅の電力低減がもたらされる。

図１３Ｂは、ネットワークにおけるトラフィックの進展をシミュレーションした結果を示す図である。このシミュレーションにおいては、図８に示した第３の実施形態による光増幅装置７００を用いた。

各曲線１２１１、１２１２、１２１３、および１２１４は、ネットワークの耐用期間の間に各受動利得ブロック７１０、７１１、７１２、および７１３を通過するトラフィックを表す。最初は、トラフィックは通常程度である。その結果、利用可能なＷＤＭ波長の一部のみが受動利得ブロック７１０を通過する。時間が経過するに従ってトラフィックは増加し、より多くの波長が使用される。すなわち、受動利得ブロック７１０に加えて、受動利得ブロック７１１、７１２、および７１３によって増幅される波長が徐々に用いられる。

図１３Ｃは、図８に示した第３の実施形態による光増幅装置７００の電力消費をシミュレーションした結果を示す図である。シミュレーションは、図１３Ｂに示したトラフィック条件の下で行った。

曲線１２２３は、図１１に記載したものと同様の制御方法によって制御した、図８の光増幅装置に対するシミュレーション結果を示す。比較のために、曲線１２２１が同じグラフ上にプロットされているが、これは、各受動利得ブロックが専用の励起レーザーを備えている従来の増幅と同一条件の下における電力消費を表わしている。比較のためにまた、曲線１２２２は、固定比の光カプラーを用いた光増幅器の同一条件の下での電力消費を表す。

曲線１２２３は曲線１２２１および１２２２よりも常に低いことからわかるように、実施形態の光増幅装置によって、光信号が増幅されるファイバ間でトラフィックが変化する場合であっても、ネットワークの耐用期間にわたって光増幅の電力消費を効率よく低減することが可能になる。
＜第７の実施形態＞

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１４は、本発明の第７の実施形態による光増幅装置を用いたネットワークシステム１３００の構成を示すブロック図である。

ネットワークシステム１３００は、トランスポンダが集約されているノード装置を有する。ノード装置１３１０のトランスポンダは、光信号を波長で多重化し、また４本のファイバ線によって空間的にも多重化しており、トランスポンダが集約されている別のノード装置１３１１と連結している。ノード装置１３１０とノード装置１３１１との間には、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の２つのグループ１３２１と１３２２が光ファイバのスパン間に配置されている。

ＥＤＦＡ１３２１および１３２２のそれぞれは、図８に示した光増幅装置７００と同様の構成としてもよい。あるいは、ＥＤＦＡ１３２１および１３２２のそれぞれは、図２に示した光増幅装置１００を２セット並列に用いるのと同様の構成としてもよい。また、ノード装置１３１０とノード装置１３１１の間の光ファイバはマルチコアファイバであり、ＥＤＦＡ１３２１および１３２２は、図９に示した光増幅装置８００を４セット並列に用いるのと同様の構成としてもよい。あるいは、ノード装置１３１０とノード装置１３１１との間の光ファイバはマルチコアファイバであり、ＥＤＦＡ１３２１および１３２２は、図１０に示した光増幅装置９００を２セット並列に用いるのと同様の構成としてもよい。

ノード装置１３１０および１３１１に集約されているトランスポンダによって伝送されるトラフィックの変動に応じて、ＥＤＦＡ１３２１、１３２２、それらの励起レーザー、および可変結合装置の設定が変更される。図１１に記載した制御方法に従って、この設定を変更してもよい。あるいは、図１２に記載した制御方法に従って、この設定を変更してもよい。ネットワークシステムにおける光増幅の電力消費は、それに応じて低減される。

さらに、ＥＤＦＡ１３２１とＥＤＦＡ１３２２の間の光ファイバの一部は修復やスプライスされることがあるが、それによって、さらなるスパン損失が生じる。この場合、ＥＤＦＡの設定を、図１１または図１２に記載した制御方法に従って再び変更することとしてもよい。ネットワークシステムにおける光増幅の電力消費は、それに応じて低減される。

図１５は、図１４のネットワークシステム１３００をセットアップするために必要な時間をシミュレーションした結果を示す図である。このシミュレーションでは、ＥＤＦＡ１３２１およびＥＤＦＡ１３２２のそれぞれは、図８に示した第３の実施形態の光増幅装置７００と同様である。セットアップ時間は、ノード装置１３１０および１３１１のトランスポンダの波長情報を導入してから、ＥＤＦＡ１３２１および１３２２が安定化するまでの経過時間を意味する。

棒グラフ１４１０は、ＥＤＦＡ１３２１および１３２２を図１１に記載した手順によって制御するのに必要な時間を表す。参考のために示した棒グラフ１４１１は、ネットワークシステムの同じ条件に対して必要となる時間を表すが、この場合のＥＤＦＡ１３２１および１３２２のセットアップ値は、図８の可変結合装置とレーザーダイオードの値を、動作を開始する前に取り得る値にわたってスキャンすることによって決定される。本実施形態によって、ネットワークシステムの増幅器をより迅速に設定することができることがわかる。

上述したように、第７の実施形態による光増幅装置を用いたネットワークシステム１３００によれば、いくつかの光増幅器を用いたネットワークの設定時間を短縮することができる。すなわち、ネットワークの設置から光信号の実際の伝送までの時間を短縮することができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）複数の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、前記複数の光増幅手段のそれぞれは利得媒体を含み、複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光生成手段と、結合係数に従って可変的に前記複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を出力する少なくとも１つの光結合手段と、前記複数の励起光のそれぞれは前記利得媒体を励起し、前記結合係数と、前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれの出力パワーとを制御する制御手段、を有する光増幅装置。

（付記２）付記１に記載した光増幅装置であって、前記少なくとも１つの光結合手段は、複数の光結合手段を含み、前記制御手段は、前記複数の光結合手段のそれぞれの前記結合係数を制御する。

（付記３）付記１または２に記載した光増幅装置であって、前記利得媒体は、マルチコアファイバに含まれるコアであり、前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、前記複数の励起光のそれぞれによって前記利得媒体を直接励起する。

（付記４）付記１または２に記載した光増幅装置であって、前記利得媒体はマルチコアファイバであり、前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、前記マルチコアファイバのクラッドを励起することによって前記利得媒体を励起し、前記複数の励起光のそれぞれはマルチモード光である。

（付記５）付記１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、正の整数Ｎで表される前記複数の光増幅手段の個数、正の整数Ｍで表される前記少なくとも１つの光結合手段の個数、および、正の整数Ｌで表される前記複数のレーザー光生成手段の個数は、

という関係式を満たす。

（付記６）付記５に記載した光増幅装置であって、Ｌ＝Ｎ＝Ｍ^２／４という関係式が満たされる。

（付記７）付記５に記載した光増幅装置であって、Ｌ＝Ｎ＝Ｍ／２という関係式が満たされる。

（付記８）付記１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、前記少なくとも１つの光結合手段は可変光カプラーであり、前記可変光カプラーは、２本の入力ファイバと、２本の出力ファイバと、コアがエバネッセント結合を行うように構成された２本の結合ファイバ、とを有し、前記制御手段は、前記２本の結合ファイバを変位させることによって前記結合係数を制御する。

（付記９）付記１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、前記少なくとも１つの光結合手段は、直線偏光を有する前記複数のレーザー光を直交して結合させるように構成された偏光ビーム結合器と、前記偏光ビーム結合器によって出力された光の偏光を回転させるように構成された偏光制御器と、前記偏光制御器によって出力された光を分割するように構成された偏光ビームスプリッタ、とを備え、前記制御手段は、前記偏光制御器を制御することによって前記結合係数を制御する。

（付記１０）付記１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、前記少なくとも１つの光結合手段はマッハ・ツェンダー干渉計を有し、前記マッハ・ツェンダー干渉計は、干渉計構造と、前記干渉計構造の一方のアームに配置され、前記干渉計構造の両アーム間の位相差を調整するヒータ、とを有し、前記制御手段は、前記ヒータを制御することによって前記結合係数を制御する。

（付記１１）付記１から１０のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、同一種類のレーザー光源である。

（付記１２）付記１から１０のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、前記複数のレーザー光生成手段は、複数種類のレーザー光源であり、異なる仕様を有する。

（付記１３）複数のレーザー光を生成し、結合係数に従って可変的に前記複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を生成し、前記複数の励起光によって、複数の光信号が通過する複数の利得媒体を励起し、前記結合係数と、前記複数のレーザー光のそれぞれの出力パワーとを制御する光信号増幅方法。

（付記１４）付記１３に記載した光信号増幅方法であって、前記結合係数と前記出力パワーとを前記制御することは、前記複数の利得媒体のそれぞれを通過した光信号の出力レベルをモニタし、前記出力レベルの目標値に対する比率を算出し、前記複数の利得媒体のうちの一の利得媒体に対する前記比率を、前記複数の利得媒体のうちの別の利得媒体に対する前記比率と等しくするように、前記結合係数を制御することを含む。

（付記１５）付記１４に記載した光信号増幅方法であって、前記結合係数と前記出力パワーとを前記制御することは、前記複数のレーザー光のそれぞれを生成するための効率を評価し、前記出力レベルが前記目標値よりも大きい場合、前記複数のレーザー光のなかで最低の前記効率を有するレーザー光の光パワーを減少させ、前記出力レベルが前記目標値よりも小さい場合、前記複数のレーザー光のなかで最高の前記効率を有するレーザー光の光パワーを増加させることを含む。

（付記１６）付記１５に記載した光信号増幅方法であって、前記光パワーを減少させること、および前記光パワーを増加させることは、前記比率を算出すること、および前記結合係数を制御することの後に実行される。

（付記１７）付記１５に記載した光信号増幅方法であって、前記光パワーを前記減少させること、および前記光パワーを前記増加させることは、前記比率を前記算出すること、および前記結合係数を前記制御することの前に実行される。

（付記１８）付記１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、前記複数の利得媒体は、前記複数の利得媒体のそれぞれから出力される出力信号パワーに従って、自動パワー制御方式で制御される。

（付記１９）付記１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、前記複数の利得媒体は、前記複数の利得媒体のそれぞれに入力される入力信号パワー、および前記複数の利得媒体のそれぞれから出力される出力信号パワーに従って、自動利得制御方式で制御される。

（付記２０）付記１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、前記複数の利得媒体は、前記複数のレーザー光を生成する電流に従って、自動電流制御方式で制御される。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０、１００、７００、８００、９００ 光増幅装置
２０ 光増幅器
３０ レーザー光源
４０ 光結合装置
５０ 制御器
１０１、１０２、１０８、１０９ 光ファイバ
１１０、１１１ 利得媒体
１２０、１２１、７２０から７２３、８２０から８２２ 励起レーザー
１３０、６２０、７３０から７３３、８３０から８３６、９３０ 可変結合装置
１３１、１３２、１３３、１３４、５３０ ファイバ
１４０、７４０、８４０、９４０ 制御装置
１４１、１４２、１４８、１４９、８４１、８４２ パワーモニタ
１５０ インタフェース
２００ 可変光カプラー
２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２ 入力ファイバ
２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４ 出力ファイバ
２１０、２１１ 結合ファイバ
２２０、４１２ 制御器
３００ 可変結合器
３１０ 偏光ビーム結合器
３１１ 偏光制御器
３１２ 偏光ビームスプリッタ
４００ マッハ・ツェンダー干渉計
４１０ 干渉計構造
４１１ ヒータ
５００ レーザー装置
５０１ パッケージ
５１０ 制御器
５２０、５２１ 励起レーザーダイオード
５２２ 偏光ビーム結合器
６００ 励起装置
６０１、６０２ 出力
６０３ パッケージ
６１０、６１１ レーザーダイオードチップ
７１０、７１１、７１２、７１３ 受動利得ブロック
８０１から８０７ 入力信号
８１０、９１０、９１１ マルチコアエルビウム添加ファイバ
８９１から８９７ 出力信号
９２０、９２１ マルチモード励起レーザー
１３００ ネットワークシステム
１３１０、１３１１ ノード装置
１３２１，１３２２ エルビウム添加ファイバ増幅器

Claims (20)

1. 複数の光信号を増幅する複数の光増幅手段と、前記複数の光増幅手段のそれぞれは利得媒体を含み、
   複数のレーザー光を生成する複数のレーザー光生成手段と、
   結合係数に従って可変的に前記複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を出力する少なくとも１つの光結合手段と、前記複数の励起光のそれぞれは前記利得媒体を励起し、
   前記結合係数と、前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれの出力パワーとを制御する制御手段、を有する
   光増幅装置。
2. 請求項１に記載した光増幅装置であって、
   前記少なくとも１つの光結合手段は、複数の光結合手段を含み、
   前記制御手段は、前記複数の光結合手段のそれぞれの前記結合係数を制御する。
3. 請求項１または２に記載した光増幅装置であって、
   前記利得媒体は、マルチコアファイバに含まれるコアであり、
   前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、前記複数の励起光のそれぞれによって前記利得媒体を直接励起する。
4. 請求項１または２に記載した光増幅装置であって、
   前記利得媒体はマルチコアファイバであり、
   前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、前記マルチコアファイバのクラッドを励起することによって前記利得媒体を励起し、
   前記複数の励起光のそれぞれはマルチモード光である。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
   正の整数Ｎで表される前記複数の光増幅手段の個数、正の整数Ｍで表される前記少なくとも１つの光結合手段の個数、および、正の整数Ｌで表される前記複数のレーザー光生成手段の個数は、
   

   

   という関係式を満たす。
6. 請求項５に記載した光増幅装置であって、
   Ｌ＝Ｎ＝Ｍ^２／４という関係式が満たされる。
7. 請求項５に記載した光増幅装置であって、
   Ｌ＝Ｎ＝Ｍ／２という関係式が満たされる。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
   前記少なくとも１つの光結合手段は可変光カプラーであり、
   前記可変光カプラーは、
   ２本の入力ファイバと、
   ２本の出力ファイバと、
   コアがエバネッセント結合を行うように構成された２本の結合ファイバ、とを有し、
   前記制御手段は、前記２本の結合ファイバを変位させることによって前記結合係数を制御する。
9. 請求項１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
   前記少なくとも１つの光結合手段は、
   直線偏光を有する前記複数のレーザー光を直交して結合させるように構成された偏光ビーム結合器と、
   前記偏光ビーム結合器によって出力された光の偏光を回転させるように構成された偏光制御器と、
   前記偏光制御器によって出力された光を分割するように構成された偏光ビームスプリッタ、とを備え、
   前記制御手段は、前記偏光制御器を制御することによって前記結合係数を制御する。
10. 請求項１から７のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
    前記少なくとも１つの光結合手段はマッハ・ツェンダー干渉計を有し、
    前記マッハ・ツェンダー干渉計は、
    干渉計構造と、
    前記干渉計構造の一方のアームに配置され、前記干渉計構造の両アーム間の位相差を調整するヒータ、とを有し、
    前記制御手段は、前記ヒータを制御することによって前記結合係数を制御する。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
    前記複数のレーザー光生成手段のそれぞれは、同一種類のレーザー光源である。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載した光増幅装置であって、
    前記複数のレーザー光生成手段は、複数種類のレーザー光源であり、異なる仕様を有する。
13. 複数のレーザー光を生成し、
    結合係数に従って可変的に前記複数のレーザー光を結合し、複数の励起光を生成し、
    前記複数の励起光によって、複数の光信号が通過する複数の利得媒体を励起し、
    前記結合係数と、前記複数のレーザー光のそれぞれの出力パワーとを制御する
    光信号増幅方法。
14. 請求項１３に記載した光信号増幅方法であって、
    前記結合係数と前記出力パワーとを前記制御することは、
    前記複数の利得媒体のそれぞれを通過した光信号の出力レベルをモニタし、
    前記出力レベルの目標値に対する比率を算出し、
    前記複数の利得媒体のうちの一の利得媒体に対する前記比率を、前記複数の利得媒体のうちの別の利得媒体に対する前記比率と等しくするように、前記結合係数を制御することを含む。
15. 請求項１４に記載した光信号増幅方法であって、
    前記結合係数と前記出力パワーとを前記制御することは、
    前記複数のレーザー光のそれぞれを生成するための効率を評価し、
    前記出力レベルが前記目標値よりも大きい場合、前記複数のレーザー光のなかで最低の前記効率を有するレーザー光の光パワーを減少させ、
    前記出力レベルが前記目標値よりも小さい場合、前記複数のレーザー光のなかで最高の前記効率を有するレーザー光の光パワーを増加させることを含む。
16. 請求項１５に記載した光信号増幅方法であって、
    前記光パワーを減少させること、および前記光パワーを増加させることは、前記比率を算出すること、および前記結合係数を制御することの後に実行される。
17. 請求項１５に記載した光信号増幅方法であって、
    前記光パワーを前記減少させること、および前記光パワーを前記増加させることは、前記比率を前記算出すること、および前記結合係数を前記制御することの前に実行される。
18. 請求項１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、
    前記複数の利得媒体は、前記複数の利得媒体のそれぞれから出力される出力信号パワーに従って、自動パワー制御方式で制御される。
19. 請求項１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、
    前記複数の利得媒体は、前記複数の利得媒体のそれぞれに入力される入力信号パワー、および前記複数の利得媒体のそれぞれから出力される出力信号パワーに従って、自動利得制御方式で制御される。
20. 請求項１３から１７のいずれか一項に記載した光信号増幅方法であって、
    前記複数の利得媒体は、前記複数のレーザー光を生成する電流に従って、自動電流制御方式で制御される。

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