JP3420868B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ増幅器に
関し、特に、Ｅｒ^３＋（エルビウムイオン）がコアに添
加された光ファイバ（ＥＤＦ）を利用した光ファイバ増
幅器（ＥＤＦＡ）に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光中継器として、入力信号光を電
気信号に変換して増幅し、その後光信号に変換して送出
するものが多く適用されている。しかしながら、このよ
うな光中継器の構成は大きく、そのため、ＥＤＦＡを備
えて光直接増幅を行なう光中継器の開発、研究が盛んに
行なわれており、実用段階に入りつつある。

【０００３】従来のＥＤＦＡにおいて、ＥＤＦ（増幅用
光ファイバ）の両端にはそれぞれ、アイソレータを介し
て入射側光ファイバ及び出射側光ファイバの一端が接続
され、また、ＥＤＦには、励起光光源が射出した励起光
が光カプラを介して入射されるようになされている。励
起光光源から射出されてＥＤＦに入射された励起光は、
ＥＤＦで吸収されて十分な反転分布を起こし得るもので
ある。励起光がＥＤＦに入射されている状態で、入力信
号光が入射側光ファイバからＥＤＦに入射されると、入
力信号光はＥＤＦの誘導放出作用によって次第に増幅さ
れ、その増幅された信号光が出射側光ファイバに介して
出力信号光として伝送される。

【０００４】上述したように、ＥＤＦは誘導放出作用を
用いて信号光を光直接増幅できる。ここで、信号光波長
として、シリカ系光ファイバ中での損失が最も小さい波
長帯である１５５０〜１５６０ｎｍ帯に選定することが
多い。また、励起光の波長としては、ＥＤＦの吸収帯又
は吸収線である９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯が用いら
れる。

【０００５】なお、ＥＤＦＡ構成のアンプ部を多段（例
えば２段）に接続した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）も
既に提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＥＤＦＡは、１５３０
〜１５６０ｎｍ帯に増幅領域があり、単一波長による狭
帯域光伝送方式には有効なものである。しかし、敷設し
た光ファイバ伝送路を有効利用するためには、多波長チ
ャネルが一括伝送される波長多重（ＷＤＭ）方式が好ま
しい。

【０００７】ここで、ＷＤＭ方式を採用した伝送システ
ムにＥＤＦＡを適用する場合には、波長対利得偏差特性
の改善（各波長の利得平坦化）が重要な課題となってい
る。すなわち、ＥＤＦＡを用いた中継段が多い場合にお
いて、ＥＤＦＡにおける各波長チャネルでの利得が平坦
でないと、伝送後の各波長間での信号電力偏差がかなり
大きくなり、最大中継伝送距離が、最小振幅の波長信号
のＳ／Ｎ比で制限されるためである。そのため、各波長
チャネル間の信号パワー及びＳ／Ｎ比のばらつきを押さ
える上で、ＥＤＦＡの利得平坦化は不可欠な技術であ
る。

【０００８】既に、ＥＤＦＡの利得平坦化方法が多数提
案されている。例えば、波長の利得依存性を光波長フィ
ルタを用いて等化する方法や、高濃度のＡｌ（アルミニ
ウム）を添加してＥＤＦの利得特性を調整する方法や、
ＥＤＦを極低温冷却する方法等が有効であることが知ら
れている。

【０００９】しかしながら、これらの方法を用いた場合
には、１５４０〜１５６０ｎｍ帯で利得平坦化を達成で
きるが、さらなる広帯域には対応できない。また、実際
上、中継器間の距離は一定ではなく、ＥＤＦＡに入力さ
れる信号光パワーも一定ではなく、この点も、広帯域の
利得平坦化を難しくしている。

【００１０】図２は、かかる課題の説明用の特性図であ
り、ＥＤＦにＡｌを添加して利得平坦化を達成しようと
した場合の波長対利得偏差の特性図である。

【００１１】図２における実線の特性曲線は、Ａｌを２
重量％添加したＥＤＦを適用した１段構成のＥＤＦＡの
波長対利得偏差特性を示しており、狭い波長域１５５０
〜１５６０ｎｍでの利得偏差は少ないが、１５４０ｎｍ
帯で利得の落ち込みがあり、１５３０ｎｍ帯に利得ピー
クがある。図２における破線の特性曲線は、Ａｌを５重
量％添加したＥＤＦを適用した１段構成のＥＤＦＡの波
長対利得偏差特性を示しており、波長域１５４０〜１５
６０ｎｍでの利得偏差は少なく広帯域化されているが、
１５３０ｎｍ帯に利得ピークがあり、１５３０〜１５６
０ｎｍ帯（広帯域）での利得平坦化は実現できていな
い。

【００１２】図２は、入力信号光パワーＰｉｎが−２５
ｄＢｍの場合であり、図示は省略するが（後述する図５
参照）、入力信号光パワーＰｉｎが大きくなるに従い、
利得ピークの平坦利得からの大きさは小さくなり、入力
信号光パワーＰｉｎがかなり大きくなると、１５３０ｎ
ｍ帯で利得飽和が起こり、入力信号光パワーＰｉｎが−
２５ｄＢｍの場合と異なる特性曲線となる。

【００１３】そのため、広い波長範囲でしかも広い範囲
の入力信号光パワーについて利得平坦化を実現できる光
ファイバ増幅器が望まれている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、第１〜第３の本発明においては、増幅用光ファイバ
を内部に有するアンプ部がＮ（Ｎは１以上）段縦続接続
されている光ファイバ増幅器において、入力信号光パワ
ーに応じて利得を平滑化する、以下のような構成の利得
平滑化手段を設けたことを特徴とする。

【００１５】本発明者は、入力信号光パワーによって、
利得特性の平坦度が異なることを見出だし、そこで、入
力信号光パワーに応じて利得を平滑化する利得平滑化手
段を光ファイバ増幅器に設けることとした。

【００１６】第１の本発明は、利得平滑化手段として、
初段アンプ部の入力側、アンプ部間の段間、及び、最終
段のアンプ部の出力側の少なくとも１か所以上に設けら
れたカットオフ波長が可変のフィルタ部と、入力信号光
パワーに応じて各可変フィルタ部のカットオフ波長を可
変させるものであって、入力信号光パワーが大きいほど
カットオフ波長を短波長側にシフトさせるフィルタ制御
部とを備える。この光ファイバ増幅器においては、従来
の光ファイバ増幅器で所望の波長域内でその平坦利得と
異なる利得ピークを有する帯域の利得を、カットオフ波
長が可変のフィルタ手段によって抑圧させ、また、その
利得ピーク量が入力信号光パワーによって変わるのでフ
ィルタ制御手段が入力信号光パワーに応じてフィルタ手
段のカットオフ波長を可変させる。

【００１７】第２の本発明は、利得平滑化手段として、
少なくとも１以上のアンプ部における励起光光源であっ
て、励起光パワーを可変できるパワー可変励起光光源
と、入力信号光パワーに応じて、各パワー可変励起光光
源からの励起光パワーを可変させるものであって、入力
信号光パワーが大きいほど励起光パワーを大きくさせる
励起光制御部と、信号光の経路上に設けられたカットオ
フ波長が固定の１又は２以上の固定フィルタ部とを備え
る。この光ファイバ増幅器においては、従来の光ファイ
バ増幅器で所望の波長域内でその平坦利得と異なる利得
ピークを有する帯域の利得偏差を、励起光制御部が、入
力信号光パワーに応じて可変励起光光源からの励起光パ
ワーを制御することを通じて、入力信号光パワーの大き
さに関係なく一定化させ、この利得偏差分をカットオフ
波長が固定の固定フィルタ手段で除去し、これにより、
広い波長範囲でしかも広い範囲の入力信号光パワーにつ
いて利得平坦化を達成する。

【００１８】第３の本発明は、利得平滑化手段として、
第１の本発明の利得平滑化手段の構成と、第２の本発明
の利得平滑化手段の構成とを共に有するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施形態 以下、本発明を、ＥＤＦＡに適用した第１の実施形態を
図面を参照しながら説明する。ここで、図１がこの第１
の実施形態の全体構成を示すものである。

【００２０】図１において、この第１の実施形態のＥＤ
ＦＡ１は、プリアンプ部（前段光ファイバ増幅部）２及
びポストアンプ部（後段光ファイバ増幅部）３を縦続接
続した２段構成を基本としている。

【００２１】この第１の実施形態の場合、プリアンプ部
２には前方励起方法を採用したものを適用している。プ
リアンプ部２において、信号光の経路上には、入射側か
ら、アイソレータ２１、波長選択性を有する光カプラ２
２、Ａｌが５重量％添加されているＥＤＦ２３及びアイ
ソレータ２４が順次配置されており、上記光カプラ２２
には例えばレーザダイオードでなる励起光光源２５が接
続されており、励起光光源２５からの励起光（例えば９
８０ｎｍ帯；１４８０ｎｍ帯でも良い）がこの光カプラ
２２を介してＥＤＦ２３に供給される。

【００２２】一方、ポストアンプ部３には、後方励起方
法を採用したものを適用している。ポストアンプ部３に
おいて、信号光の経路上には、入射側から、アイソレー
タ３１、Ａｌが５重量％添加されているＥＤＦ３２、波
長選択性を有する光カプラ３３及びアイソレータ３４が
順次配置されており、上記光カプラ３３には例えばレー
ザダイオードでなる励起光光源３５が接続されており、
励起光光源３５からの励起光（例えば９８０ｎｍ帯；１
４８０ｎｍ帯でも良い）がこの光カプラ３３を介してＥ
ＤＦ３２に供給される。

【００２３】従って、これらプリアンプ部２及びポスト
アンプ部３単独での増幅作用は、周知の通りである。す
なわち、励起光光源２５又は３５から射出され、光カプ
ラ２２又は３３を介してＥＤＦ２３又は３２に入射され
た励起光は、ＥＤＦ２３又は３２で吸収されて十分な反
転分布を起こし、励起光がＥＤＦ２３又は３２に入射さ
れている状態で、信号光がＥＤＦ２３又は３２に入射さ
れると、その信号光はＥＤＦ２３又は３２の誘導放出作
用によって次第に増幅され、その増幅された信号光が出
射信号光として送出される。なお、アイソレータ２１及
び２４、又は、３１及び３４は、プリアンプ部２又はポ
ストアンプ部３における増幅動作が他からの悪影響を受
けないようにすると共に、増幅作用が他に影響を与えな
いようにするために設けられている。

【００２４】この第１実施形態においては、以上のよう
な従来のＥＤＦＡでも存在していた基本的な構成に加え
て、光カプラ４、カットオフ波長を調整可能な例えば誘
電体多層膜による長波長通過フィルタ（ＬＷＰＦ）５、
及び、ＬＷＰＦ５のカットオフ波長を制御するＬＷＰＦ
制御部６が設けられている。

【００２５】光カプラ４は、当該ＥＤＦＡ１の入力段に
設けられており、入射側光ファイバからの波長多重され
ている入力信号光を２分岐し、一方の分岐信号光をプリ
アンプ部２に入射させると共に、他方の分岐信号光をＬ
ＷＰＦ制御部６に入射させるものである。

【００２６】ＬＷＰＦ５は、プリアンプ部２及びポスト
アンプ部３間の信号光経路上に介挿されており、プリア
ンプ部２で増幅された信号光の短波長側をカットするも
のであり、カットオフ波長はＬＷＰＦ制御部６によって
制御される。ここで、カットオフ波長は可変されるもの
であるが、おおむね１５３０ｎｍ近傍で変化するもので
ある。

【００２７】ＬＷＰＦ制御部６は、光カプラ４によって
分岐された入力信号光のパワーを検出し、その検出パワ
ーに応じて、ＬＷＰＦ５のカットオフ波長を変化させ
る。ここでは、入力信号光パワーが大きいほどカットオ
フ波長を短波長側にシフトさせ、１５３０ｎｍ帯での利
得を変化させる。

【００２８】波長特性が可変なＬＷＰＦ５の構成として
は、既存の種々のものを適用可能であるが、以下では、
２例を挙げて簡単に説明する。

【００２９】図３は、波長特性が可変な上述したＬＷＰ
Ｆ５の第１の構成例を示すものである。

【００３０】このＬＷＰＦ５は、透過中心波長が場所に
よらずに均一の誘電体多層膜によるＬＷＰＦ板（ＬＷＰ
Ｆ本体）５１ａと、ＬＷＰＦ制御部６からの制御信号に
よってＬＷＰＦ板５１ａの角度を変化させるように回転
軸がＬＷＰＦ板５１ａに取り付けられているステッピン
グモータ５２と、ＬＷＰＦ板５１ａを挟んで対向して設
けられているコリメータレンズ５３及び５４から構成さ
れている。一方のコリメータレンズ５３は、アイソレー
タ２４からの出力信号光を伝搬する光ファイバ５３ａの
端部に設けられており、他方のコリメータレンズ５４
は、アイソレータ３１への入力信号光を伝搬する光ファ
イバ５４ａの端部に設けられている。

【００３１】光ファイバ５３ａを伝搬してきてコリメー
タレンズ５３から平行光として空間に出射された信号光
の波長は、ＬＷＰＦ板５１ａを透過することで短波長成
分がカットされ、この短波長成分がカットされた信号光
がコリメータレンズ５４によって集光されて光ファイバ
５４ａに導入されるようになされている。

【００３２】ここで、光軸の直交方向に対するＬＷＰＦ
板５１ａの傾斜角度θが０であれば、ＬＷＰＦ板５１ａ
を透過する光路が最も短くなって中心波長は長波長とな
り、傾斜角度θが大きくなるに従ってＬＷＰＦ板５１ａ
を透過する光路長が長くなって中心波長は短波長側にず
れていき、この中心波長のシフトに伴い、カットオフ波
長もシフトする。すなわち、ＬＷＰＦ制御部６は、入力
信号光の検出パワーに応じて、ステッピングモータ５２
を介して、ＬＷＰＦ板５１ａの傾斜角度θを制御して、
ＬＷＰＦ５のカットオフ波長を変化させる。

【００３３】図４は、波長特性が可変な上述したＬＷＰ
Ｆ５の第２の構成例を示すものである。

【００３４】このＬＷＰＦ５は、透過中心波長がスライ
ド方向に連続的に異なるようになされている誘電体多層
膜によるＬＷＰＦ板（ＬＷＰＦ本体）５１ｂと、ＬＷＰ
Ｆ制御部６からの制御信号に応じた角度だけ回転するス
テッピングモータ５２と、ステッピングモータ５２の回
転方向及び量に応じてＬＷＰＦ板５１ｂをスライドさせ
る回転・直動変換機構（例えばラック及びピニオン）５
５と、ＬＷＰＦ板５１ｂを挟んで対向して設けられてい
るコリメータレンズ５３及び５４から構成されている。

【００３５】この構成例においても、光ファイバ５３ａ
を伝搬してきてコリメータレンズ５３から平行光として
空間に出射された信号光の波長は、ＬＷＰＦ板５１ｂを
透過することで短波長成分がカットされ、この短波長成
分がカットされた信号光がコリメータレンズ５４によっ
て集光されて光ファイバ５４ａに導入されるようになさ
れている。

【００３６】ここで、ＬＷＰＦ板５１ｂの透過中心波長
がスライド方向に連続的に異なるようになされているの
で、照射時におけるＬＷＰＦ板５１ｂのスライド位置に
よって、ＬＷＰＦ板５１ｂを透過した信号光の中心波長
が変化し、この中心波長に応じてカットオフ波長もシフ
トする。すなわち、ＬＷＰＦ制御部６は、入力信号光の
検出パワーに応じて、ステッピングモータ５２及び回転
・直動変換機構５５を介して、ＬＷＰＦ板５１ｂのスラ
イド位置を制御して、ＬＷＰＦ５のカットオフ波長を変
化させる。

【００３７】なお、ＬＷＰＦ５の第１の構成例の場合、
透過中心波長（従ってカットオフ波長）を短波長側にシ
フトさせるほど（傾斜角度θを大きくするほど）、偏波
依存性ロス（ＰＤＬ；Polarization Dependent Loss ）
が大きくなるが、第２の構成例では、透過中心波長（従
ってカットオフ波長）を短波長側にシフトさせてもＰＤ
Ｌは一様である。但し、回転・直動変換機構５５分だ
け、第２の構成例の方が構成要素は多い。

【００３８】第１の実施形態は、１５３０〜１５６０ｎ
ｍ帯において、入力信号光パワーがいずれであっても利
得平坦化を達成できることを意図して図１に示すように
構成したものである。

【００３９】以下、かかる構成を採用した考え方につい
て、上記図２、及び図５をも参照しながら説明する。な
お、図５は、第１の実施形態の構成から、光カプラ４、
ＬＷＰＦ５及びＬＷＰＦ制御部６を除外した構成（２段
構成の従来のＥＤＦＡ）の４波長についての入力信号光
パワー対利得特性を示すものである。

【００４０】まず、第１の実施形態の構成から、光カプ
ラ４、ＬＷＰＦ５及びＬＷＰＦ制御部６を除外した構成
について検討してみる。上述した図２に示すように、Ａ
ｌを５重量％添加したＥＤＦを適用した１段構成のＥＤ
ＦＡは、波長域１５４０〜１５６０ｎｍでの利得偏差は
少なく、この波長域で利得平坦度を達成できており、２
段構成にしても同様である。しかも、図５の４波長につ
いての入力信号光パワー対利得特性から明らかなよう
に、波長域１５４０〜１５６０ｎｍは、入力信号光パワ
ーＰinの広範囲に渡って利得平坦度を達成できている。

【００４１】そのため、この第１の実施形態において
は、ＥＤＦ２３及びＥＤＦ３２としてＡｌを５重量％添
加したＥＤＦを適用し、波長域１５４０〜１５６０ｎｍ
での利得平坦度を得ることとしている。従って、１５３
０（〜１５４０ｎｍ）帯において、同じ利得を得るよう
にすれば良い。

【００４２】ＥＤＦ２３及びＥＤＦ３２としてＡｌを５
重量％添加したＥＤＦを適用した場合、図２に示すよう
に、１５３０ｎｍ帯において利得ピークを有し、この１
５３０ｎｍ帯における利得ピークの波長域１５４０〜１
５６０ｎｍの平坦利得からの偏差は、図５に示すよう
に、入力信号光パワーＰｉｎが大きくなるに従い小さく
なっていき、入力信号光パワーＰｉｎがかなり大きくな
ると、他の波長帯以上に利得の落ち込み（利得飽和によ
る）が大きくなる。

【００４３】そのため、１５３０ｎｍ帯における利得ピ
ークの抑圧と、１５３０ｎｍ帯における利得飽和を回避
することが求められる。

【００４４】ＥＤＦＡへの入力信号光のパワーＰｉｎは
入力側光ファイバ損失等によって一義でないので、固定
の波長フィルタによって、１５３０ｎｍ帯の利得ピーク
を抑圧させることは適用できない。また、ある入力信号
光パワーＰｉｎに対する波長対利得特性の逆特性を有す
るフィルタがあったとしても、入力信号光パワーＰｉｎ
の広範囲に渡って変化する、逆特性を有するフィルタは
入手することは困難である。そこで、この実施形態にお
いては、カットオフ波長を調整可能なＬＷＰＦ５を設
け、入力信号光パワーＰｉｎに応じてＬＷＰＦ５のカッ
トオフ波長を制御することを通じて、入力信号光パワー
Ｐｉｎに応じて１５３０ｎｍ帯の利得ピークの抑圧量を
変えることとした。従って、ＬＷＰＦ５は、擬似的に、
入力信号光の広範囲のパワーＰｉｎに対する波長対利得
特性の逆特性フィルタになっている。

【００４５】ここで、ＬＷＰＦ５をプリアンプ部２及び
ポストアンプ部３間に介挿しているのは、１５３０ｎｍ
帯における利得飽和の回避をも考慮している。

【００４６】ＬＷＰＦ５の介挿位置としては、(1) プリ
アンプ部２の前段、(2) プリアンプ部２及びポストアン
プ部３間、(3) ポストアンプ部３の後段（なお、この場
合は後述するように他の実施形態を構成している）が考
えられる。

【００４７】ＬＷＰＦ５をプリアンプ部２の前段に介挿
した場合(1) には、プリアンプ部２のＥＤＦ２３でのＡ
ＳＥによる雑音成分が増加するので、雑音指数（ＮＦ）
の面から好ましくない。なお、後段側にさらに可変ＬＷ
ＰＦが設けられる場合には、この位置に設けられていて
も良い。

【００４８】ＬＷＰＦ５をポストアンプ部３の後段に介
挿した場合(3) には、プリアンプ部２の増幅によって、
利得ピークを有する１５３０ｎｍ帯をポストアンプ部３
がさらに増幅するので、フィルタリング前に１５３０ｎ
ｍ帯で利得飽和を起こす恐れがある。なお、入力信号光
パワーＰｉｎがある程度小さいことが補償されているＥ
ＤＦＡでは、かかる介挿位置でも良く本発明の他の実施
形態となる。実験上では、第１の実施形態に係る(2) の
場合より利得平坦性は劣っている。

【００４９】第１の実施形態のように、ＬＷＰＦ５をプ
リアンプ部２及びポストアンプ部３間に介挿した場合に
は、プリアンプ部２のＥＤＦ２３でのＡＳＥによる雑音
成分をフィルタリングによって除去できる、ポストアン
プ部３に入力する前に１５３０ｎｍ帯の利得ピークを抑
圧しているので、ポストアンプ部３での増幅によっても
利得飽和を起こしにくくなる、等の理由からかかる介挿
位置が好ましい。

【００５０】なお、ポストアンプ部３によって生じた雑
音成分を除去できないが、ポストアンプ部３にはプリア
ンプ部２によって増幅されたしかも雑音成分が少ないか
なりのパワーを有する信号光が入力されるので、ポスト
アンプ部３で雑音が混入されても十分なＳ／Ｎ比を確保
でき、実際上問題となることはない。

【００５１】この第１の実施形態において、当然に、ポ
ストアンプ部３からの出力信号光での波長域１５３０〜
１５６０ｎｍで利得平坦度を確保できていれば良い。そ
のため、ＬＷＰＦ５からの信号光段階で、１５３０ｎｍ
帯の利得が他の波長域１５４０〜１５６０ｎｍの利得と
同じである必要はなく、ＬＷＰＦ５からの信号光段階で
の利得が、ポストアンプ部３の増幅処理後の出力信号光
の波長域１５３０〜１５６０ｎｍで利得平坦度を確保す
る程度になっておれば良く、これに応じて、ＬＷＰＦ５
のカットオフ波長が選定される。

【００５２】なお、プリアンプ部及びポストアンプ部を
縦続接続した２段構成の従来のＥＤＦＡにおいては、プ
リアンプ部及びポストアンプ部間には１個のアイソレー
タが設けられていた。しかし、この実施形態の場合、Ｌ
ＷＰＦ５をプリアンプ部２及びポストアンプ部３間に介
挿しているため、ＬＷＰＦ５での反射がプリアンプ部２
及びポストアンプ部３のいずれにも影響しないように、
ＬＷＰＦ５の前後にアイソレータ２４及び３１を設けて
いる。

【００５３】図６は、上記第１の実施形態の構成におけ
る４波長の入力信号光パワー対利得特性の実験結果を示
すものである。図５及び図６の比較から明らかなよう
に、この第１の実施形態のＥＤＦＡ１では、ポストアン
プ部３から出力された信号光の利得は、入力信号光パワ
ーＰｉｎの広範囲に渡って波長域１５３０〜１５６０ｎ
ｍで平坦化されている。

【００５４】従って、上記第１の実施形態によれば、カ
ットオフ波長を可変できるＬＷＰＦ５をプリアンプ部２
及びポストアンプ部３間に介在し、入力信号光パワーに
応じてそのカットオフ波長を可変するようにしたので、
入力信号光パワーの広範囲に渡ってしかも広範囲の波長
域で利得平坦化を達成できるＥＤＦＡを実現することが
できる。

【００５５】（Ｂ）第２の実施形態 図７は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、上
述した図１との対応、同一部分には同一符号を付して示
すものである。

【００５６】この第２の実施形態のＥＤＦＡ１−２は、
１５３０ｎｍ帯での利得ピークを抑圧させるためのカッ
トオフ波長が可変のＬＷＰＦ５をプリアンプ部２及びポ
ストアンプ部３間に介挿するだけでなく、第２のＬＷＰ
Ｆ５−２をポストアンプ部３の出力側に設け、この設置
に応じるために、第２の分岐用光カプラ４−２及び第２
のＬＷＰＦ制御部６−２（ＬＷＰＦ制御部６を共用して
も良い）を設けたものである。

【００５７】すなわち、１５３０ｎｍ帯での利得ピーク
の入力信号光パワーに応じた抑圧機能を、２個のＬＷＰ
Ｆ５及び５−２で実現するようにしたものである。

【００５８】従って、この第２の実施形態によっても、
入力信号光パワーの広範囲に渡ってしかも広範囲の波長
域で利得平坦化を達成できるＥＤＦＡを実現することが
できる。また、この第２の実施形態によれば、ポストア
ンプ部３によって生じた雑音成分を第２のＬＷＰＦ５−
２が除去することができる。

【００５９】（Ｃ）第３の実施形態 図８は、本発明の第３の実施形態を示すものであり、上
述した図７との対応、同一部分には同一符号を付して示
すものである。

【００６０】この第３の実施形態のＥＤＦＡ１−３は、
第２の実施形態における第２の分岐用光カプラ４−２の
設置位置を、ＬＷＰＦ５の出力位置にしたものである。
ＬＷＰＦ５から出力された信号光のパワーは入力信号光
のパワーに応じているので、この第３の実施形態におい
ても、第２のＬＷＰＦ５−２は入力信号光のパワーに応
じてカットオフ波長が可変されている。

【００６１】従って、この第３の実施形態によっても、
入力信号光パワーの広範囲に渡ってしかも広範囲の波長
域で利得平坦化を達成できるＥＤＦＡを実現することが
できる。また、この第３の実施形態によれば、ポストア
ンプ部３によって生じた雑音成分を第２のＬＷＰＦ５−
２が除去することができる。

【００６２】（Ｄ）第４の実施形態 次に、本発明を、ＥＤＦＡに適用した第４の実施形態を
図面を参照しながら説明する。ここで、図９がこの第４
の実施形態の全体構成を示すものであり、上述した図１
との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

【００６３】図９において、この第４の実施形態のＥＤ
ＦＡ１−４も、プリアンプ部（前段光ファイバ増幅部）
２及びポストアンプ部（後段光ファイバ増幅部）３を縦
続接続した２段構成を基本としている。

【００６４】この第４の実施形態の場合にも、プリアン
プ部２には前方励起方法を採用したものを適用してお
り、プリアンプ部２は、アイソレータ２１、光カプラ２
２、Ａｌが５重量％添加されているＥＤＦ２３、アイソ
レータ２４及び励起光光源２５で構成されている。

【００６５】一方、ポストアンプ部３には後方励起方法
を採用したものを適用している。ポストアンプ部３にお
いて、信号光の経路上には、入射側から、Ａｌが５重量
％添加されているＥＤＦ３２、波長選択性を有する光カ
プラ３３及びアイソレータ３４が順次配置されており、
上記光カプラ３３には例えばレーザダイオードでなる励
起光光源３６が接続されており、励起光光源３６からの
励起光（例えば９８０ｎｍ帯；１４８０ｎｍ帯でも良
い）がこの光カプラ３３を介してＥＤＦ３２に供給され
る。

【００６６】なお、第４の実施形態の場合、プリアンプ
部２及びポストアンプ部３間にＬＷＰＦ５が設けられて
いないので、プリアンプ部２及びポストアンプ部３間に
設けるアイソレータは１個（２４）だけで十分である。

【００６７】プリアンプ部２及びポストアンプ部３での
内部構成が以上の通りであるので、プリアンプ部２及び
ポストアンプ部３単独での増幅作用は、周知の通りであ
る。すなわち、励起光光源２５又は３６から射出され、
光カプラ２２又は３３を介してＥＤＦ２３又は３２に入
射された励起光は、ＥＤＦ２３又は３２で吸収されて十
分な反転分布を起こし、励起光がＥＤＦ２３又は３２に
入射されている状態で、信号光がＥＤＦ２３又は３２に
入射されると、その信号光はＥＤＦ２３又は３２の誘導
放出作用によって次第に増幅され、その増幅された信号
光が出射信号光として送出される。なお、アイソレータ
２１、２４及び３４は、プリアンプ部２又はポストアン
プ部３における増幅動作が他からの悪影響を受けないよ
うにすると共に、増幅作用が他に影響を与えないように
するために設けられている。

【００６８】この第４の実施形態においては、以上のよ
うな従来のＥＤＦＡでも存在していた基本的な構成に加
えて、光カプラ４、カットオフ波長が固定の例えば誘電
体多層膜による長波長通過フィルタ（固定ＬＷＰＦ）
７、及び、励起光光源制御部８が設けられている。ま
た、ポストアンプ部３における励起光光源３６として、
励起光パワーを可変できるものが適用されている。

【００６９】光カプラ４は、当該ＥＤＦＡ１−４の入力
段に設けられており、入射側光ファイバからの波長多重
されている入力信号光を２分岐し、一方の分岐信号光を
プリアンプ部２に入射させると共に、他方の分岐信号光
を励起光光源制御部８に入射させるものである。

【００７０】固定ＬＷＰＦ７は、ポストアンプ部３の出
力側に設けられており、ポストアンプ部３からの出力信
号光の短波長側をカットするものである。ここで、カッ
トオフ波長は、１５３０ｎｍ近傍に選定されている。

【００７１】励起光光源制御部８は、光カプラ４によっ
て分岐された入力信号光のパワーを検出し、その検出パ
ワーに応じて、パワー可変励起光光源３６からの励起光
パワーを可変させるものである。ここでは、入力信号光
パワーが大きいほど励起光パワーを大きくさせる。

【００７２】この第４の実施形態は、１５３０〜１５６
０ｎｍ帯において、入力信号光パワーがいずれであって
も利得平坦化を達成できることを意図して上述のように
構成したものである。以下、かかる構成を採用した考え
方について、図面を参照しながら説明する。

【００７３】まず、第４の実施形態の構成から、光カプ
ラ４、ＬＷＰＦ７及び励起光光源制御部８を除外した構
成について検討してみる。この場合には、第１の実施形
態の構成から特徴構成を除外した場合と同様なことを言
うことができる。すなわち、上述した図２に示すよう
に、Ａｌを５重量％添加したＥＤＦを適用した１段構成
のＥＤＦＡは、波長域１５４０〜１５６０ｎｍでの利得
偏差は少なく、この波長域で利得平坦度を達成できてお
り、２段構成にしても同様に達成できる。しかも、上述
した図５の入力信号光パワー対利得特性から明らかなよ
うに、波長域１５４０〜１５６０ｎｍは、入力信号光パ
ワーＰｉｎの広範囲に渡って利得平坦度を達成できてい
る。

【００７４】そのため、この第４の実施形態において
も、ＥＤＦ２３及びＥＤＦ３２としてＡｌを５重量％添
加したＥＤＦを適用し、波長域１５４０〜１５６０ｎｍ
での利得平坦度を得ることとしている。従って、１５３
０（〜１５４０ｎｍ）帯において、同じ利得を得るよう
にすれば良い。

【００７５】ＥＤＦ２３及びＥＤＦ３２としてＡｌを５
重量％添加したＥＤＦを適用した場合、図２に示すよう
に、１５３０ｎｍ帯において利得ピークを有し、この１
５３０ｎｍ帯における利得ピークの波長域１５４０〜１
５６０ｎｍの平坦利得からの偏差は、図５に示すよう
に、入力信号光パワーＰｉｎが大きくなるに従い小さく
なっていき、入力信号光パワーＰｉｎがかなり大きくな
ると、他の波長帯以上に利得の落ち込み（利得飽和によ
る）が大きくなる。そのため、波長域１５４０〜１５６
０ｎｍでの平坦利得と、１５３０（〜１５４０ｎｍ）帯
の利得を同じにするのに際して、１５３０ｎｍ帯におけ
る利得ピークの抑圧と、１５３０ｎｍ帯における利得飽
和を回避することが求められる。

【００７６】図１０は、この第４の実施形態での処理イ
メージを説明するための仮想的な特性図である。波長域
１５４０〜１５６０ｎｍでの平坦利得と、１５３０ｎｍ
帯の利得を同じにする際に、図１０（ａ）（図５と同様
であるが再掲載している）に示すような波長域１５４０
〜１５６０ｎｍでの平坦利得と１５３０ｎｍ帯の利得と
の偏差が入力信号光パワーＰｉｎによって変化する状況
を、図１０（ｂ）に示すように利得偏差が一定の状態に
する。このようにしたならば、一定の利得偏差分を固定
フィルタで除去できる。

【００７７】なお、利得偏差を一定することは、入力信
号光パワーＰｉｎが大きい領域では、従来に比較して１
５３０ｎｍ帯での利得を持ち上げていることになり、利
得飽和を軽減していることにもなる。

【００７８】第４の実施形態では、利得偏差を入力信号
光パワーに関係なく一定にする手段として、パワー可変
励起光光源３６からの励起光パワーを入力信号光パワー
Ｐｉｎに応じて可変する構成を採用しており、一定利得
偏差を除去する手段として固定ＬＷＰＦ７を設けてい
る。

【００７９】次に、パワー可変励起光光源３６からの励
起光パワーを入力信号光パワーＰｉｎに応じて可変する
ことにより、図１０（ｂ）に示すような利得偏差が一定
の特性が得られることについて図１１を用いて説明す
る。

【００８０】図１１（ａ）は、プリアンプ部２の励起光
パワーが５０ｍＷ、『ポストアンプ部３の励起光パワー
が５０ｍＷ』の場合における、入力信号光パワーＰinと
ポストアンプ部３からの出力光の４波長についての利得
との関係を示すものである。一方、図１１（ｂ）は、プ
リアンプ部２の励起光パワーが５０ｍＷ、『ポストアン
プ部３の励起光パワーが１００ｍＷ』の場合における、
入力信号光パワーＰinとポストアンプ部３からの出力光
の４波長についての利得との関係を示すものである。

【００８１】ここで、今、『ポストアンプ部３の励起光
パワーが５０ｍＷ』に係る図１１（ａ）における入力信
号光パワーＰｉｎが−４０ｄＢｍの場合の波長域１５４
０〜１５６０ｎｍに対する１５３０ｎｍ帯での利得偏差
ΔＧに着目する。『ポストアンプ部３の励起光パワーが
１００ｍＷ』に係る図１１（ｂ）において、この利得偏
差ΔＧは入力信号光パワーＰｉｎがほぼ−２２ｄＢｍの
ときに得られている。従って、逆に考えると、入力信号
光パワーＰｉｎが−４０ｄＢｍのときにポストアンプ部
３の励起光パワーを『５０ｍＷ』にし、入力信号光パワ
ーＰｉｎが−２２ｄＢｍのときにポストアンプ部３の励
起光パワーを『１００ｍＷ』にすると、波長域１５４０
〜１５６０ｎｍに対する１５３０ｎｍ帯での利得偏差Δ
Ｇを同じにできることが分かり、入力信号光パワーＰｉ
ｎが他のときも同様にポストアンプ部３での励起光パワ
ーを適宜選定することで波長域１５４０〜１５６０ｎｍ
に対する１５３０ｎｍ帯での利得偏差ΔＧが同じにでき
ることが分かる。

【００８２】図１２は、ポストアンプ部３の励起光パワ
ーを段階的に変えた場合における、入力信号光パワーＰ
ｉｎとポストアンプ部３からの出力光の４波長について
の利得との関係の実験結果を示すものである。図１３
は、そのポストアンプ部３からの信号光をさらに固定Ｌ
ＷＰＦ７を介した後の信号光の４波長についての利得
と、入力信号光パワーＰｉｎとの関係の実験結果を示す
ものである。図５との比較から明らかなように、波長域
１５４０〜１５６０ｎｍに対する１５３０ｎｍ帯での利
得偏差をポストアンプ部３からの出力光で一定化でき、
それを固定ＬＷＰＦ７で除去できていることが分かる。

【００８３】従って、上記第４の実施形態によれば、カ
ットオフ波長が固定の固定ＬＷＰＦ７を設けると共に、
ポストアンプ部３の励起光パワーを入力信号光パワーに
応じて可変するようにしたので、入力信号光パワーの広
範囲に渡ってしかも広範囲の波長域で利得平坦化を達成
できるＥＤＦＡを実現することができる。

【００８４】（Ｅ）第５の実施形態 図１４は、本発明の第５の実施形態を示すものであり、
上述した図１や図９との対応、同一部分には同一符号を
付して示すものである。

【００８５】この第５の実施形態のＥＤＦＡ１−５は、
第１の実施形態のＥＤＦＡ１の特徴構成と、第４の実施
形態のＥＤＦＡ１−４の特徴構成とを共に備えたもので
ある。すなわち、光カプラ４、４−２と、可変ＬＷＰＦ
５と、ＬＷＰＦ制御部６と、固定ＬＰＷＦ７と、励起光
光源制御部８とを備えている。

【００８６】第１の実施形態の説明から明らかなよう
に、この第５の実施形態でも、可変ＬＷＰＦ５及びＬＷ
ＰＦ制御部６を備えているので、これらの構成によっ
て、１５３０ｎｍ帯での利得を波長域１５４０〜１５６
０ｎｍでの平坦利得に揃えることができる。また、第４
の実施形態の説明から明らかなように、この第５の実施
形態でも、励起パワー可変の励起光光源３６、固定ＬＷ
ＰＦ７及び励起光光源制御部８を備えているので、これ
らの構成によって、１５３０ｎｍ帯での利得を波長域１
５４０〜１５６０ｎｍでの平坦利得に揃えることができ
る。

【００８７】以上のように、第５の実施形態において
は、２種類の利得平坦化構成を併用し、各種類での平坦
化誤差を相互に補償するようにさせたものである。

【００８８】従って、上記第５の実施形態によれば、カ
ットオフ波長が固定の固定ＬＷＰＦ７を設け、かつポス
トアンプ部３の励起光パワーを入力信号光パワーに応じ
て可変すると共に、カットオフ波長を可変できる可変Ｌ
ＷＰＦ５をプリアンプ部２及びポストアンプ部３間に介
在し、入力信号光パワーに応じてそのカットオフ波長を
可変するようにしたので、入力信号光パワーの広範囲に
渡ってしかも広範囲の波長域で利得平坦化を達成できる
ＥＤＦＡを実現することができる。

【００８９】（Ｆ）他の実施形態 (F-1) 上記各実施形態においては、アンプ部の２段の組
み合わせとして好適と考えられている、プリアンプ部２
が前方励起方法を採用しポストアンプ部３が後方励起方
法を採用したものを示したが、プリアンプ部２が後方励
起方法や双方向励起方法を採用したものであっても良
く、また、ポストアンプ部３が前方励起方法や双方向励
起方法を採用したものであっても良い。

【００９０】(F-2) 上記各実施形態においては、アンプ
部を２段縦続接続したものを示したが、１段や３段以上
縦続接続したものにも本発明を適用できる。

【００９１】この場合において、可変ＬＷＰＦの配置に
ついては以下のようにすれば良い。１段の場合には、出
力側にカットオフ波長が可変のＬＷＰＦを配置すれば良
い。また、３段以上の場合には、初段のアンプ部の入力
側、段間及び最終段アンプ部の出力側の少なくとも１か
所以上に、カットオフ波長が可変のＬＷＰＦを配置すれ
ば良い。なお、ＬＷＰＦを１個設ける場合には、初段の
アンプ部の入力側に設けることは上述した理由により避
けなければならないが、ＬＷＰＦを２個以上設ける場合
には、その内の１個を初段のアンプ部の入力側に設けて
も良い。

【００９２】(F-3) 第４の実施形態を変形した実施形態
として、固定ＬＷＰＦ７をプリアンプ部２及びポストア
ンプ部３間に設けたものや、プリアンプ部２の入力側に
設けたものを挙げることができる。また、複数の固定Ｌ
ＷＰＦ７を設けたものを挙げることができる。すなわ
ち、第４の実施形態では、利得偏差を一定化した後にそ
の利得偏差を除去するものであったが、一定の利得偏差
分だけ予め１５３０ｎｍ帯の利得を減衰させた後、ポス
トアンプ部３の励起光パワーを調節してその利得を波長
域１５４０〜１５６０ｎｍに合わせるようにしても良
い。

【００９３】(F-4) 第４の実施形態を変形した実施形態
として、ポストアンプ部３の励起光パワーを調節するだ
けでなく、プリアンプ部２の励起光パワーをも調節する
ようにして、波長域１５４０〜１５６０ｎｍに対する１
５３０ｎｍ帯での利得偏差を一定化させるものを挙げる
ことができ、また、プリアンプ部２の励起光パワーだけ
を可変させることで１５３０ｎｍ帯での利得偏差を一定
化させるものを挙げることができる。

【００９４】(F-5) 第５の実施形態を変形した実施形態
として、２種類の利得平坦化構成を任意に組み合わせた
ものを挙げることができる。

【００９５】例えば、プリアンプ部２の励起光パワーの
調整による利得平坦化を行ない（この場合、固定ＬＷＰ
Ｆ７は例えばプリアンプ部２の入力側）、その後、プリ
アンプ部２及びポストアンプ部３間に設けられた可変Ｌ
ＷＰＦ５によるカットオフ波長の可変による利得平坦化
を行なうようにしても良い。また、例えば、プリアンプ
部２の励起光パワーの調整による利得平坦化を行ない
（この場合、固定ＬＷＰＦ７は例えばプリアンプ部２の
入力側）、その後、プリアンプ部２及びポストアンプ部
３間に設けられた可変ＬＷＰＦ５によるカットオフ波長
の可変による利得平坦化を行ない、さらに、ポストアン
プ部３の励起光パワーの調整による利得平坦化を行なう
ようにしても良い。

【００９６】(F-6) 第５の実施形態を変形した実施形態
として、ポストアンプ部３の励起光パワーの調節による
利得平坦化で機能する固定ＬＷＰＦ７を省略し、その固
定ＬＷＰＦ７が担う機能を可変ＬＷＰＦ５が担うように
させたものも挙げることができる。

【００９７】(F-7) 上記各実施形態においてはＥＤＦＡ
を示したが、他の希土類元素を添加した光ファイバ増幅
器に対しても本発明を適用可能である。例えば、プラセ
オジウム添加光ファイバ増幅器やネオジム添加光ファイ
バ増幅器は、さらなる研究や特性上の評価が待たれてい
る段階であり、広帯域化手法を適用したときに、ＥＤＦ
Ａと同様な波長対利得偏差特性や入力信号光パワー対利
得特性を有するか不明な点が多いが、同様な特性を呈す
るのならば本発明を適用できる。この場合において、所
望の波長域において平坦利得と異なる利得ピークを有す
る帯域が長波長側に出現するのならば、カットオフ波長
可変の短波長通過フィルタを適用すれば良い。

【００９８】

【発明の効果】以上のように、本発明の光ファイバ増幅
器によれば、入力信号光パワーに応じて信号経路上に介
挿された可変フィルタ部のカットオフ波長を可変させた
り、及び又は、入力信号光パワーに応じて励起光パワー
を可変させると共に信号光パワーを固定減衰させたりす
る利得平滑化手段を設けたので、広い波長範囲でしかも
広い範囲の入力パワーについて利得平坦化を実現できる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】１段構成の従来の光ファイバ増幅器の波長対利
得偏差特性図である。

【図３】第１の実施形態の可変ＬＷＰＦの第１構成例を
示すブロック図である。

【図４】第１の実施形態の可変ＬＷＰＦの第２構成例を
示すブロック図である。

【図５】２段構成の従来の光ファイバ増幅器の４波長に
ついての入力信号光パワー対利得特性図である。

【図６】第１の実施形態の４波長についての入力信号光
パワー対利得特性図である。

【図７】第２の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】第３の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図９】第４の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】第４の実施形態の動作原理を説明するモデル
特性図である。

【図１１】第４の実施形態の利得偏差を入力信号光パワ
ーに無関係にする方法の説明用特性図である。

【図１２】第４の実施形態のポストアンプ部３の出力光
の４波長についての入力信号光パワー対利得特性図であ
る。

【図１３】第４の実施形態の固定ＬＷＰＦ７の出力光の
４波長についての入力信号光パワー対利得特性図であ
る。

【図１４】第５の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１、１−２、１−３、１−４、１−５…ＥＤＦＡ（光フ
ァイバ増幅器）、２…プリアンプ部、３…ポストアンプ
部、４、４−２…分岐用光カプラ、５、５−２…可変Ｌ
ＷＰＦ（可変フィルタ部）、６、６−２…ＬＷＰＦ制御
部（フィルタ制御部）、７…固定ＬＷＰＦ（固定フィル
タ部）、８…励起光光源制御部（励起光制御部）、２
３、３２…ＥＤＦ（増幅用光ファイバ）、３６…パワー
可変励起光光源。

フロントページの続き (72)発明者 青木 周生 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−233519（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69891（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 増幅用光ファイバを内部に有するアンプ
   部がＮ（Ｎは１以上）段縦続接続されている光ファイバ
   増幅器において、 初段アンプ部の入力側、アンプ部間の段間、及び、最終
   段のアンプ部の出力側の少なくとも１か所以上に設けら
   れたカットオフ波長が可変のフィルタ部と、 入力信号光パワーに応じて上記各可変フィルタ部のカッ
   トオフ波長を可変させるものであって、入力信号光パワ
   ーが大きいほどカットオフ波長を短波長側にシフトさせ
   るフィルタ制御部とを有することを特徴とする光ファイ
   バ増幅器。
2. 【請求項２】 上記増幅用光ファイバがエルビウム添加
   光ファイバである上記アンプ部を２段接続し、その段間
   に、長波長通過フィルタでなる上記可変フィルタ部を配
   置したことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増
   幅器。
3. 【請求項３】 増幅用光ファイバを内部に有するアンプ
   部がＮ（Ｎは１以上）段縦続接続されている光ファイバ
   増幅器において、 少なくとも１以上のアンプ部における励起光光源であっ
   て、励起光パワーを可変できるパワー可変励起光光源
   と、 入力信号光パワーに応じて、上記各パワー可変励起光光
   源からの励起光パワーを可変させるものであって、入力
   信号光パワーが大きいほど励起光パワーを大きくさせる
   励起光制御部と、 信号光の経路上に設けられたカットオフ波長が固定の１
   又は２以上の固定フィルタ部とを備えることを特徴とす
   る光ファイバ増幅器。
4. 【請求項４】 上記増幅用光ファイバがエルビウム添加
   光ファイバである上記アンプ部を２段接続し、その後段
   アンプ部の出力側に長波長通過フィルタでなる上記固定
   フィルタ部を配置すると共に、上記後段アンプ部におけ
   る励起光光源として励起光パワーを可変できるパワー可
   変励起光光源を適用したことを特徴とする請求項３に記
   載の光ファイバ増幅器。
5. 【請求項５】 増幅用光ファイバを内部に有するアンプ
   部がＮ（Ｎは１以上）段縦続接続されている光ファイバ
   増幅器において、 初段アンプ部の入力側、アンプ部間の段間、及び、最終
   段のアンプ部の出力側の少なくとも１か所以上に設けら
   れたカットオフ波長が可変のフィルタ部と、 入力信号光パワーに応じて上記各可変フィルタ部のカッ
   トオフ波長を可変させるものであって、入力信号光パワ
   ーが大きいほどカットオフ波長を短波長側にシフトさせ
   るフィルタ制御部と、 少なくとも１以上のアンプ部における励起光光源であっ
   て、励起光パワーを可変できるパワー可変励起光光源
   と、 入力信号光パワーに応じて、上記各パワー可変励起光光
   源からの励起光パワーを可変させるものであって、入力
   信号光パワーが大きいほど励起光パワーを大きくさせる
   励起光制御部と、 信号光の経路上に設けられたカットオフ波長が固定の１
   又は２以上の固定フィルタ部とを備えることを特徴とす
   る光ファイバ増幅器。