JP3609968B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光信号を増幅する光増幅器及びそれを用いた光通信システムに関し、特に、波長多重（ＷＤＭ）伝送技術を使用した光通信システム及びそのシステムに用いられる光増幅器に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットに代表される爆発的な通信需要の増加と光通信システムの低コスト化の要求に伴って、一本の光ファイバに複数の相異なる波長の信号光を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）伝送方式が検討され、同方式を用いたシステム及びネットワークが検討されている。
ＷＤＭ伝送方式を用いた光通信システムの伝送容量を増大させるために、従来から検討がすすめられている１５５０ｎｍ帯のみならず１５８０ｎｍ帯を使用したシステムが検討されている。この２帯域を使用したシステムには、両帯域をカバーするＥｒ添加ファイバ光増幅器（以下、ＥＤＦＡと称する）が必要であるが、これまでのシステムでは、以下に示す２つの種類のＥＤＦＡが用いられている。
（１）ＥＤＦＡの入出力端に合波器を配置し、入力端の分波器で多重された信号を１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯に分離し、それぞれの帯域毎に増幅し、出力端の合波器で再び両帯域の信号を合波して伝送路に送信する（文献１：Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３４，ｐ．３９２ 参照）。
（２）１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯を共通増幅部で増幅した後、サーキュレータならびにファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて多重された信号を１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯に分離し、それぞれの帯域毎に増幅し、再びサーキュレータならびにファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて両帯域を合波し、伝送路へ送信する（文献２：Ｙ．Ｓｕｎ ｅｔ ａ１．，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ’９８，ｐ．５３ 参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の２種類のＥＤＦＡにはそれぞれ問題がある。すなわち、前記従来技術の（１）では、入力端の分波器の損失によって光増幅器全体のその分波器の損失分だけ雑音指数が劣化（上昇）する。光増幅器の雑音指数の上昇は、光通信システムの受信端での光ＳＮＲ（信号対雑音比）の劣化を招き、結果的に伝送特性を劣化させるという問題がある。
また、前記従来技術の（２）では、１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の信号を合波する合波器とそれらを分波する分波器として、ファイバ・ブラッグ・グレーティングとサーキュレータを組み合わせて用いているが、実装サイズは約６５×５０×８ｍｍ３程度必要であり、実装上さらに小型化が望まれる。また、共通増幅部も含めて光増幅の設計（利得スペクトルの平坦性、出力パワー等）を行っているため、１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯の単一波長帯で使う場合、共通増幅部及び帯域合波器及び分波器が過剰設備となるなど設備増設・撤去の柔軟性が悪くなるという問題がある。
本発明の目的は、光増幅器の雑音指数の劣化（上昇）を抑制することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、小型で設備増設・撤去の柔軟性を持った光増幅器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００５】
（１）信号光を複数の波長帯に分割する分波器と、前記分波器から出力される各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器から出力される各信号光を合波する合波器とを備えた光増幅器において、前記分波器の入力端に前記信号光の全てを増幅する光増幅器を前置増幅器として備え、前記前置増幅器と前記各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する前記複数の光増幅器とが、それぞれ利得等化を行う。
【０００６】
（２）前記手段（１）の光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器はＥｒ添加ファイバ増幅器である。
【０００７】
（３）前記手段（２）の光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加石英系ファイバを用いる。
【０００８】
（４）前記手段（２）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加フッ化物系ファイバを用いる。
【０００９】
（５）前記手段（２）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加テルライト系ファイバを用いる。
【００１０】
（６）前記手段（３）乃至（５）のいずれかのＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光と少なくとも１５７０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光とを増幅するものである。
【００１１】
（７）前記手段（６）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器と合波器が誘電体多層膜フィルタから構成される。
【００１２】
（８）前記手段（７）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、その利得値を常に一定に制御する手段、出力値を一定に制御する手段、励起光源が発生する励起光量を一定に制御する手段のうちいずれか１つの手段を備えている。
【００１３】
（９）前記手段（７）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、Ｅｒ添加ファイバの動径方向に放出される自然放出光をモニタした結果に基づいてその励起光源の発生する光パワーを変化させる手段を有し、前記光増幅器の利得値を常に一定制御するものである。
【００１４】
（１０）前記手段（８）または（９）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する光増幅器と少なくとも１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する。
【００１５】
（１１）前記手段（１０）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段を備えている。
【００１６】
（１２）前記手段（１１）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段と、制御出力値を変化させる制御手段を備えている。
【００１７】
本発明のポイントは、信号を複数の波長帯に分割して各波長帯の光増幅器によって信号を増幅した後、各波長帯の信号を合波する形態の光増幅器において、
（イ）信号を複数の波長帯に分割する分波器の入力端に全ての波長帯の信号を増幅する光増幅器を配置することにより、雑音指数の劣化を抑制する。
（ロ）合波器として誘電体多層膜フィルタを使用することにより、合波器のサイズダウンをして装置全体の小型化を行う。
（ハ）利得・出力等の制御機能を具備することにより、設備の増設・撤去の柔軟性を高める。
【００１８】
ここで、雑音指数劣化の抑制について説明する。
図９に示す従来技術の場合、雑音指数（ＮＦ）は次式の数１のように表される。
【００１９】
【数１】
ＮＦ＝ＮＦ１／Ｌｃ
前記数１の式で、ＮＦ１は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの雑音指数を表し、Ｌｃは入力端の分波器の損失を表す。
一方、入力端分波器の前に１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号が増幅できる広帯域ＥＤＦＡを配置した場合（図１）の雑音指数は、次式の数２のようになる。
【００２０】
【数２】
ＮＦ＝ＮＦ０＋ＮＦ１／ＬｃＧ０
前記数２の式で、ＮＦ０、Ｇ０はそれぞれ広帯域ＥＤＦＡの雑音指数、利得を表す。
例えば、１０ｌｏｇ（Ｌｃ）＝２ｄＢ（Ｌｃ＝０．６３）、
１０ｌｏｇ（ＮＦ０）＝１０ｌｏｇ（ＮＦｌ）
＝５．５ｄＢ（ＮＦ０＝ＮＦｌ＝３．５４）、
１０ｌｏｇ（Ｇ０）＝１２ｄＢ（Ｇ０＝１５．８）とすると、
従来技術では、雑音指数は７．５ｄＢとなるが、図１の構成では５．９ｄＢとなり、従来技術に比べて１．６ｄＢ改善できる。
【００２１】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施の形態（実施例）を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成を示すブロック図であり、１は１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号を同時に増幅できる広帯域なＥＤＦＡ（以下、広帯域ＥＤＦＡと称する）、２は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、３は１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、４は多重化された１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の信号を各帯域に分波する分波器、５は１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の信号を合波する合波器である。
【００２３】
図２は、広帯域ＥＤＦＡ１の構成を示すブロック図であり、６はＥｒ添加ファイバ、７は励起光源、８−１は励起光と信号光とを合波する合波器、９−１，９−２はアイソレータ、１０は利得等化器、１１−１，１１−２は光パワーの一部を分岐するタップ、１２−１，１２−２は光受光器、１３は電子的な制御回路（ＡＴＴ）である。
本実施形態１の広帯域ＥＤＦＡの破線で囲んだ光増幅部１５は、タップ１１−１，１１−２ならびに受光器１２−１，１２−２を用いた入出力パワーをモニタによる利得一定制御を行う。入力パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈから−１２ｄＢｍ／ｃｈに対して−１０ｄＢｍ／ｃｈから０ｄＢｍ／ｃｈまで利得１２ｄＢで増幅する。増幅媒体であるＥｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用い、励起光源７としては９８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。
また、利得等化器１０としてマッハツェンダ型フィルタを用いて、波長領域１５３０ｎｍから１６００ｎｍにわたって利得偏差（各チャネルの利得の最大値と最小値の差）を１ｄＢ以下にしている。
【００２４】
図３は、図１に示す１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の構成を示すブロック図であり、６−１，６−２はＥｒ添加フアイバ、１４は光可変減衰器である。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は、それぞれの光増幅器入力パワーが−１１．５ｄＢｍ／ｃｈから−１．５ｄＢｍ／ｃｈの範囲で変化する（広帯域ＥＤＦＡ１の出力がその入力パワーに応じて−１０ｄＢｍ／ｃｈから０ｄＢｍ／ｃｈまで変化し、挿入損失１．５ｄＢの分波器４を通過することにより、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３への入力パワーは、−１１．５ｄＢｍ／ｃｈから−１．５ｄＢｍ／ｃｈとなる）のを光可変減衰器１４により入力パワーの変化を補償することによって出力パワーを常に一定にする。すなわち、自動出力一定制御（ＡＬＣ）を行う。
１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２、１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３共に、増幅媒体であるＥｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加石英系ファイバを用い、励起光源７−１としては９８０ｎｍ帯ＬＤ、励起光源７−２としては１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。図１に示す分波器４及び合波器５としては、誘電体多層膜フィルタを用いた。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明のＥＤＦＡの利得、図４（ｂ）は、雑音特性を示す図であり、本発明の光パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈの６４チャネルを多重した入力信号に対する各チャネルの利得と雑音指数を▲印で示し、比較のために従来技術の光増幅器各チャネルの利得と雑音指数を□印で示してある。
従来技術のＥＤＦＡの雑音指数は最悪チャネルで７．９ｄＢであった。しかし、本発明のＥＤＦＡを分波器の前に配置することにより、雑音指数は最悪チャネルでも６．５ｄＢであり、本発明のＥＤＦＡで雑音指数が改善されるのが分かる。
【００２６】
本発明の光増幅器を、例えば、中継数３個の４スパンの光通信システムの線形中継器に使用した場合、システム全体の光ＳＮＲ（信号対雑音比）を４ｄＢ以上改善することができる。
また、分波器４及び合波器５として誘電体多層膜フィルタを用いることにより、分波器４及び合波器５の実装サイズは４０×４０×８ｍｍ３程度となり、ファイバ・ブラッグ・グレーティングとサーキュレータを組み合わせた従来技術に比べて分波器４及び合波器５の実装サイズを３分の２以下にできる。
【００２７】
さらに、広帯域ＥＤＦＡはそれ自体で利得等化を行っており、また１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡも利得等化を行っているので、広帯域ＥＤＦＡ１を用いた１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯両帯域増幅から１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯単体の増幅への移行（設備の撤去）は、広帯域ＥＤＦＡ１と分波器４を撤去すればよい（合波器５を撤去した場合はその損失分の減衰器を挿入する）。反対に、１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯単体の増幅から広帯域ＥＤＦＡ１を用いた１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯両帯域増幅への移行（設備の増設）は設備の撤去と逆の手順でよい。このように、従来の技術に比べて設備の増設・撤去の柔軟性が高まる。
【００２８】
ところで、光増幅部１５の利得制御は、タップ１１を用いて光パワーの一部を分岐し、その光パワーをモニタすることによって行っているが、図５に示すような構成を用いて、受光器１２によりファイバ動径方向に放出される自然放出光をモニタすることにより光増幅器を制御してもよい。
【００２９】
なお、本発明の広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤを使用したが、１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いてもよい。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡでは励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤと１４８０ｎｍ帯ＬＤの両方を用いたが、全ての励起光源を９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよい。また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。
【００３０】
また、本発明のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、Ｅｒ添加ファイバとしてＥｒ添加テルライト系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加石英系ファイバ、Ｅｒ添加フッ化物系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡではＥｒ添加ファイバとしてＥｒ添加石英系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加フッ化物系フッイバ、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
（実施形態２）
本発明による実施形態２の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成は、前記実施形態１の図１に示した構成と同様であり、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は、実施形態１の図３に示した構成と同様である。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は入力パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈから−１２ｄＢｍ／ｃｈに対して＋２ｄＢｍ／ｃｈの一定出力パワーまで増幅するために自動出力一定制御（ＡＬＣ）を行う。
【００３２】
１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの励起光源は、９８０ｎｍ帯ＬＤ及び１４８０ｎｍ帯ＬＤを用い、増幅媒体であるＥｒ添加ファイバとしては、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いた。
なお、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの励起光源は９８０ｎｍ帯のみ、または１４８０ｎｍ帯のみを使用してもよい。Ｅｒ添加ファイバは、Ｅｒ添加石英系ファイバの他にＥｒ添加フッ化物系ファイバ、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用いてもよく、また、これらのファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３３】
本実施形態２のＥＤＦＡに使用されている１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡは、（ａ）必要に応じてＡＬＣによる光出力レベルを必要に応じて変化する機能、（ｂ）前記（ａ）の機能によって光出力レベルを上昇させることができるように、その出力上昇分を見込んだ励起光パワーを備える、の２つの機能及び装備を有する。これらの機能及び装備により出力端の合波器の損失を補償し、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡのみ、または１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡのみの単一波長帯を使用した場合と本発明のＥＤＦＡにより両波長帯を使用した場合とで出力パワーを等しくできる。
【００３４】
広帯域ＥＤＦＡ１の構成は、前記実施形態１の図３に示す構成と同様であり、光増幅部１５−１及び１５−２はそれぞれタップ１１−１，１１−２及び１１−３により分岐した光パワーをモニタし、制御回路１３−１および１３−２により光増幅部の利得が一定になるように制御する。一方、タップ１１−４により分岐した光パワーをモニタし、光増幅部１５−２の出力が一定となるように制御回路１３−３光可変減衰器１４の減衰量を調整する。このように各光増幅部を制御することで広帯域ＥＤＦＡ１は出力一定制御を行う。出力制御の出力目標値は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の入力パワー範囲の最大値−１２ｄＢｍ／ｃｈとする。Ｅｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用いた。励起光源７−１としては９８０ｎｍ帯ＬＤ、励起光源７−２としては１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。
【００３５】
本実施形態２のＥＤＦＡの利得及び雑音特性は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示した前記実施形態１のＥＤＦＡと同様に雑音指数劣化が抑えられる。
また、出力値を１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの入力パワー範囲の最大値に設定することによって、もとの１５５０ｎｍ帯のみ、または１５８０ｎｍ帯のみの単一波長帯を使用した設備の光増幅器を、両波長帯使用に拡張する際にそのまま使用することができる。
これとは逆に、両波長帯を使用した設備から単一波長帯の設備に縮小するときにも、本発明の光増幅器１と使用をやめる波長帯のＥＤＦＡを撤去し、残りの単一波長帯のＥＤＦＡをそのまま使用することができる。このように、設備の増設・撤去の柔軟性が向上する。
【００３６】
なお、本実施形態のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤと１４８０ｎｍ帯ＬＤの両方を用いたが、全ての励起光源を９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよい。
また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。また、本発明のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、Ｅｒ添加ファイバとしてＥｒ添加テルライト系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加石英系ファイバ、Ｅｒ添加フッ化物系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３７】
さらに、光増幅部１５の制御はタップ１１を用いて光パワーの一部を分岐し、その光パワーをモニタすることによって行っているが、図５及び図６に示すような構成により制御してもよい。図６に示す構成では、光増幅部１５−２の入力または出力（図では出力の場合を示す）パワーをタップ（光分岐器）１１−３とタップ（光分岐器）１１−４で分岐した後、タップ１１−３で分岐された各信号の光パワーを光受光器１２−２にモニタし、タップ１１−４で分岐された各信号の光パワーは、さらに光分岐器１６で２方向に分岐し、一方の各信号の光パワーを光受光器１２−２によりモニタし、他方の各信号の光パワーを光受光器１７によりモニタし、その最大値が一定となるように光可変減衰器１４の減衰量を制御回路１３−３により制御する。
【００３８】
（実施形態３）
本発明による実施形態３のＥＤＦＡは、前記実施形態２のＥＤＦＡ構成と同様であり、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡも前記実施形態２のＥＤＦＡ構成と同様である。
図７に１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号を同時に増幅できる広帯域なＥＤＦＡの構成を示す。本実施形態３の広帯域ＥＤＦＡは、破線で囲んだ光増幅部１５はタップ１１−１，１１−２ならびに受光器１２−１，１２−２を用いた入出力パワーをモニタによる制御回路（ＡＴＴ）１３−１を制御して利得一定制御を行い、さらに、出力パワーをタップ１１−２ならびに受光器１２−２を用いてモニタし、制御回路（ＡＴＴ）１３−２を制御して出力一定制御を行う。本実施形態３の構成の広帯域ＥＤＦＡを使用することによって、前記実施形態２よりも簡素な構成のＥＤＦＡが構成でき、光学特性は図４（ａ）、図４（ｂ）と同様の結果が得られる。
なお、光増幅部１５は、図８に示すように、アイソレータ９−１，９−２，９−３で増幅部を分割してさらに雑音指数劣化を低減してもよい。
また、前記図７または図８に示した構成において、励起光源７−１，７−２が発生する励起光パワーを常に一定に保持してもよい。
なお、本実施形態３のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源としては９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよく、複数の励起光源を使用する場合は、それらの両方を使用してもよい。また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。
【００３９】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し得ることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器の雑音指数の劣化（上昇）を低減することができる。
また、小型で設備増設・撤去の柔軟性が持った光増幅器を提供することができる。
また、本発明の光増幅器を２つ以上の波長帯を光通信システムに使用することによって、雑音指数劣化を抑え、かつ、設備の増設・撤去が柔軟に行えるシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の広帯域ＥＤＦＡ１の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態１の１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のＥＤＦＡの利得及び雑音特性を示す図である。
【図５】本実施形態２の光増幅部の制御の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態２の光増幅部の制御の別の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態３に使用される広帯域ＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態３に使用される広帯域ＥＤＦＡの別の構成を示すブロック図である。
【図９】従来技術の光増幅器の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…広帯域なＥＤＦＡ、２…１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、３…１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、４…分波器、５…合波器、６…Ｅｒ添加ファイバ、７，７−１，７−２…励起光源、８−１，８−２…励起光と信号光とを合波する合波器、９−１〜９−３…アイソレータ、１０…利得等化器、１１−１〜１１−４…タップ、１２，１２−１，１２−２…光受光器、１３，１３−１〜１３−３…電子的制御回路（ＡＴＴ）、１４…光可変減衰器、１５，１５−１，１５−２…光増幅部、１６…光分岐器、１７…分波器と光受光器。
【発明が属する技術分野】
本発明は、光信号を増幅する光増幅器及びそれを用いた光通信システムに関し、特に、波長多重（ＷＤＭ）伝送技術を使用した光通信システム及びそのシステムに用いられる光増幅器に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットに代表される爆発的な通信需要の増加と光通信システムの低コスト化の要求に伴って、一本の光ファイバに複数の相異なる波長の信号光を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）伝送方式が検討され、同方式を用いたシステム及びネットワークが検討されている。
ＷＤＭ伝送方式を用いた光通信システムの伝送容量を増大させるために、従来から検討がすすめられている１５５０ｎｍ帯のみならず１５８０ｎｍ帯を使用したシステムが検討されている。この２帯域を使用したシステムには、両帯域をカバーするＥｒ添加ファイバ光増幅器（以下、ＥＤＦＡと称する）が必要であるが、これまでのシステムでは、以下に示す２つの種類のＥＤＦＡが用いられている。
（１）ＥＤＦＡの入出力端に合波器を配置し、入力端の分波器で多重された信号を１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯に分離し、それぞれの帯域毎に増幅し、出力端の合波器で再び両帯域の信号を合波して伝送路に送信する（文献１：Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３４，ｐ．３９２ 参照）。
（２）１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯を共通増幅部で増幅した後、サーキュレータならびにファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて多重された信号を１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯に分離し、それぞれの帯域毎に増幅し、再びサーキュレータならびにファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて両帯域を合波し、伝送路へ送信する（文献２：Ｙ．Ｓｕｎ ｅｔ ａ１．，Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ’９８，ｐ．５３ 参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の２種類のＥＤＦＡにはそれぞれ問題がある。すなわち、前記従来技術の（１）では、入力端の分波器の損失によって光増幅器全体のその分波器の損失分だけ雑音指数が劣化（上昇）する。光増幅器の雑音指数の上昇は、光通信システムの受信端での光ＳＮＲ（信号対雑音比）の劣化を招き、結果的に伝送特性を劣化させるという問題がある。
また、前記従来技術の（２）では、１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の信号を合波する合波器とそれらを分波する分波器として、ファイバ・ブラッグ・グレーティングとサーキュレータを組み合わせて用いているが、実装サイズは約６５×５０×８ｍｍ３程度必要であり、実装上さらに小型化が望まれる。また、共通増幅部も含めて光増幅の設計（利得スペクトルの平坦性、出力パワー等）を行っているため、１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯の単一波長帯で使う場合、共通増幅部及び帯域合波器及び分波器が過剰設備となるなど設備増設・撤去の柔軟性が悪くなるという問題がある。
本発明の目的は、光増幅器の雑音指数の劣化（上昇）を抑制することが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、小型で設備増設・撤去の柔軟性を持った光増幅器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００５】
（１）信号光を複数の波長帯に分割する分波器と、前記分波器から出力される各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器から出力される各信号光を合波する合波器とを備えた光増幅器において、前記分波器の入力端に前記信号光の全てを増幅する光増幅器を前置増幅器として備え、前記前置増幅器と前記各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する前記複数の光増幅器とが、それぞれ利得等化を行う。
【０００６】
（２）前記手段（１）の光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器はＥｒ添加ファイバ増幅器である。
【０００７】
（３）前記手段（２）の光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加石英系ファイバを用いる。
【０００８】
（４）前記手段（２）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加フッ化物系ファイバを用いる。
【０００９】
（５）前記手段（２）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加テルライト系ファイバを用いる。
【００１０】
（６）前記手段（３）乃至（５）のいずれかのＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光と少なくとも１５７０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光とを増幅するものである。
【００１１】
（７）前記手段（６）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器と合波器が誘電体多層膜フィルタから構成される。
【００１２】
（８）前記手段（７）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、その利得値を常に一定に制御する手段、出力値を一定に制御する手段、励起光源が発生する励起光量を一定に制御する手段のうちいずれか１つの手段を備えている。
【００１３】
（９）前記手段（７）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、Ｅｒ添加ファイバの動径方向に放出される自然放出光をモニタした結果に基づいてその励起光源の発生する光パワーを変化させる手段を有し、前記光増幅器の利得値を常に一定制御するものである。
【００１４】
（１０）前記手段（８）または（９）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する光増幅器と少なくとも１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する。
【００１５】
（１１）前記手段（１０）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段を備えている。
【００１６】
（１２）前記手段（１１）のＥｒ添加ファイバ光増幅器において、前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段と、制御出力値を変化させる制御手段を備えている。
【００１７】
本発明のポイントは、信号を複数の波長帯に分割して各波長帯の光増幅器によって信号を増幅した後、各波長帯の信号を合波する形態の光増幅器において、
（イ）信号を複数の波長帯に分割する分波器の入力端に全ての波長帯の信号を増幅する光増幅器を配置することにより、雑音指数の劣化を抑制する。
（ロ）合波器として誘電体多層膜フィルタを使用することにより、合波器のサイズダウンをして装置全体の小型化を行う。
（ハ）利得・出力等の制御機能を具備することにより、設備の増設・撤去の柔軟性を高める。
【００１８】
ここで、雑音指数劣化の抑制について説明する。
図９に示す従来技術の場合、雑音指数（ＮＦ）は次式の数１のように表される。
【００１９】
【数１】
ＮＦ＝ＮＦ１／Ｌｃ
前記数１の式で、ＮＦ１は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの雑音指数を表し、Ｌｃは入力端の分波器の損失を表す。
一方、入力端分波器の前に１５５０ｎｍ帯と１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号が増幅できる広帯域ＥＤＦＡを配置した場合（図１）の雑音指数は、次式の数２のようになる。
【００２０】
【数２】
ＮＦ＝ＮＦ０＋ＮＦ１／ＬｃＧ０
前記数２の式で、ＮＦ０、Ｇ０はそれぞれ広帯域ＥＤＦＡの雑音指数、利得を表す。
例えば、１０ｌｏｇ（Ｌｃ）＝２ｄＢ（Ｌｃ＝０．６３）、
１０ｌｏｇ（ＮＦ０）＝１０ｌｏｇ（ＮＦｌ）
＝５．５ｄＢ（ＮＦ０＝ＮＦｌ＝３．５４）、
１０ｌｏｇ（Ｇ０）＝１２ｄＢ（Ｇ０＝１５．８）とすると、
従来技術では、雑音指数は７．５ｄＢとなるが、図１の構成では５．９ｄＢとなり、従来技術に比べて１．６ｄＢ改善できる。
【００２１】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施の形態（実施例）を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成を示すブロック図であり、１は１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号を同時に増幅できる広帯域なＥＤＦＡ（以下、広帯域ＥＤＦＡと称する）、２は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、３は１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、４は多重化された１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の信号を各帯域に分波する分波器、５は１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の信号を合波する合波器である。
【００２３】
図２は、広帯域ＥＤＦＡ１の構成を示すブロック図であり、６はＥｒ添加ファイバ、７は励起光源、８−１は励起光と信号光とを合波する合波器、９−１，９−２はアイソレータ、１０は利得等化器、１１−１，１１−２は光パワーの一部を分岐するタップ、１２−１，１２−２は光受光器、１３は電子的な制御回路（ＡＴＴ）である。
本実施形態１の広帯域ＥＤＦＡの破線で囲んだ光増幅部１５は、タップ１１−１，１１−２ならびに受光器１２−１，１２−２を用いた入出力パワーをモニタによる利得一定制御を行う。入力パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈから−１２ｄＢｍ／ｃｈに対して−１０ｄＢｍ／ｃｈから０ｄＢｍ／ｃｈまで利得１２ｄＢで増幅する。増幅媒体であるＥｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用い、励起光源７としては９８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。
また、利得等化器１０としてマッハツェンダ型フィルタを用いて、波長領域１５３０ｎｍから１６００ｎｍにわたって利得偏差（各チャネルの利得の最大値と最小値の差）を１ｄＢ以下にしている。
【００２４】
図３は、図１に示す１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の構成を示すブロック図であり、６−１，６−２はＥｒ添加フアイバ、１４は光可変減衰器である。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は、それぞれの光増幅器入力パワーが−１１．５ｄＢｍ／ｃｈから−１．５ｄＢｍ／ｃｈの範囲で変化する（広帯域ＥＤＦＡ１の出力がその入力パワーに応じて−１０ｄＢｍ／ｃｈから０ｄＢｍ／ｃｈまで変化し、挿入損失１．５ｄＢの分波器４を通過することにより、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３への入力パワーは、−１１．５ｄＢｍ／ｃｈから−１．５ｄＢｍ／ｃｈとなる）のを光可変減衰器１４により入力パワーの変化を補償することによって出力パワーを常に一定にする。すなわち、自動出力一定制御（ＡＬＣ）を行う。
１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２、１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３共に、増幅媒体であるＥｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加石英系ファイバを用い、励起光源７−１としては９８０ｎｍ帯ＬＤ、励起光源７−２としては１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。図１に示す分波器４及び合波器５としては、誘電体多層膜フィルタを用いた。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明のＥＤＦＡの利得、図４（ｂ）は、雑音特性を示す図であり、本発明の光パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈの６４チャネルを多重した入力信号に対する各チャネルの利得と雑音指数を▲印で示し、比較のために従来技術の光増幅器各チャネルの利得と雑音指数を□印で示してある。
従来技術のＥＤＦＡの雑音指数は最悪チャネルで７．９ｄＢであった。しかし、本発明のＥＤＦＡを分波器の前に配置することにより、雑音指数は最悪チャネルでも６．５ｄＢであり、本発明のＥＤＦＡで雑音指数が改善されるのが分かる。
【００２６】
本発明の光増幅器を、例えば、中継数３個の４スパンの光通信システムの線形中継器に使用した場合、システム全体の光ＳＮＲ（信号対雑音比）を４ｄＢ以上改善することができる。
また、分波器４及び合波器５として誘電体多層膜フィルタを用いることにより、分波器４及び合波器５の実装サイズは４０×４０×８ｍｍ３程度となり、ファイバ・ブラッグ・グレーティングとサーキュレータを組み合わせた従来技術に比べて分波器４及び合波器５の実装サイズを３分の２以下にできる。
【００２７】
さらに、広帯域ＥＤＦＡはそれ自体で利得等化を行っており、また１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡも利得等化を行っているので、広帯域ＥＤＦＡ１を用いた１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯両帯域増幅から１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯単体の増幅への移行（設備の撤去）は、広帯域ＥＤＦＡ１と分波器４を撤去すればよい（合波器５を撤去した場合はその損失分の減衰器を挿入する）。反対に、１５５０ｎｍ帯または１５８０ｎｍ帯単体の増幅から広帯域ＥＤＦＡ１を用いた１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯両帯域増幅への移行（設備の増設）は設備の撤去と逆の手順でよい。このように、従来の技術に比べて設備の増設・撤去の柔軟性が高まる。
【００２８】
ところで、光増幅部１５の利得制御は、タップ１１を用いて光パワーの一部を分岐し、その光パワーをモニタすることによって行っているが、図５に示すような構成を用いて、受光器１２によりファイバ動径方向に放出される自然放出光をモニタすることにより光増幅器を制御してもよい。
【００２９】
なお、本発明の広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤを使用したが、１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いてもよい。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡでは励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤと１４８０ｎｍ帯ＬＤの両方を用いたが、全ての励起光源を９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよい。また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。
【００３０】
また、本発明のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、Ｅｒ添加ファイバとしてＥｒ添加テルライト系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加石英系ファイバ、Ｅｒ添加フッ化物系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡではＥｒ添加ファイバとしてＥｒ添加石英系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加フッ化物系フッイバ、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
（実施形態２）
本発明による実施形態２の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成は、前記実施形態１の図１に示した構成と同様であり、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は、実施形態１の図３に示した構成と同様である。１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３は入力パワーが−２２ｄＢｍ／ｃｈから−１２ｄＢｍ／ｃｈに対して＋２ｄＢｍ／ｃｈの一定出力パワーまで増幅するために自動出力一定制御（ＡＬＣ）を行う。
【００３２】
１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの励起光源は、９８０ｎｍ帯ＬＤ及び１４８０ｎｍ帯ＬＤを用い、増幅媒体であるＥｒ添加ファイバとしては、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いた。
なお、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの励起光源は９８０ｎｍ帯のみ、または１４８０ｎｍ帯のみを使用してもよい。Ｅｒ添加ファイバは、Ｅｒ添加石英系ファイバの他にＥｒ添加フッ化物系ファイバ、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用いてもよく、また、これらのファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３３】
本実施形態２のＥＤＦＡに使用されている１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡは、（ａ）必要に応じてＡＬＣによる光出力レベルを必要に応じて変化する機能、（ｂ）前記（ａ）の機能によって光出力レベルを上昇させることができるように、その出力上昇分を見込んだ励起光パワーを備える、の２つの機能及び装備を有する。これらの機能及び装備により出力端の合波器の損失を補償し、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡのみ、または１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡのみの単一波長帯を使用した場合と本発明のＥＤＦＡにより両波長帯を使用した場合とで出力パワーを等しくできる。
【００３４】
広帯域ＥＤＦＡ１の構成は、前記実施形態１の図３に示す構成と同様であり、光増幅部１５−１及び１５−２はそれぞれタップ１１−１，１１−２及び１１−３により分岐した光パワーをモニタし、制御回路１３−１および１３−２により光増幅部の利得が一定になるように制御する。一方、タップ１１−４により分岐した光パワーをモニタし、光増幅部１５−２の出力が一定となるように制御回路１３−３光可変減衰器１４の減衰量を調整する。このように各光増幅部を制御することで広帯域ＥＤＦＡ１は出力一定制御を行う。出力制御の出力目標値は１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の入力パワー範囲の最大値−１２ｄＢｍ／ｃｈとする。Ｅｒ添加ファイバ６としては、Ｅｒ添加テルライト系ファイバを用いた。励起光源７−１としては９８０ｎｍ帯ＬＤ、励起光源７−２としては１４８０ｎｍ帯ＬＤを用いた。
【００３５】
本実施形態２のＥＤＦＡの利得及び雑音特性は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示した前記実施形態１のＥＤＦＡと同様に雑音指数劣化が抑えられる。
また、出力値を１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡと１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡの入力パワー範囲の最大値に設定することによって、もとの１５５０ｎｍ帯のみ、または１５８０ｎｍ帯のみの単一波長帯を使用した設備の光増幅器を、両波長帯使用に拡張する際にそのまま使用することができる。
これとは逆に、両波長帯を使用した設備から単一波長帯の設備に縮小するときにも、本発明の光増幅器１と使用をやめる波長帯のＥＤＦＡを撤去し、残りの単一波長帯のＥＤＦＡをそのまま使用することができる。このように、設備の増設・撤去の柔軟性が向上する。
【００３６】
なお、本実施形態のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源として９８０ｎｍ帯ＬＤと１４８０ｎｍ帯ＬＤの両方を用いたが、全ての励起光源を９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよい。
また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。また、本発明のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、Ｅｒ添加ファイバとしてＥｒ添加テルライト系ファイバを使用したが、Ｅｒ添加石英系ファイバ、Ｅｒ添加フッ化物系ファイバを使用してもよく、これらＥｒ添加ファイバを組み合わせて使用してもよい。
【００３７】
さらに、光増幅部１５の制御はタップ１１を用いて光パワーの一部を分岐し、その光パワーをモニタすることによって行っているが、図５及び図６に示すような構成により制御してもよい。図６に示す構成では、光増幅部１５−２の入力または出力（図では出力の場合を示す）パワーをタップ（光分岐器）１１−３とタップ（光分岐器）１１−４で分岐した後、タップ１１−３で分岐された各信号の光パワーを光受光器１２−２にモニタし、タップ１１−４で分岐された各信号の光パワーは、さらに光分岐器１６で２方向に分岐し、一方の各信号の光パワーを光受光器１２−２によりモニタし、他方の各信号の光パワーを光受光器１７によりモニタし、その最大値が一定となるように光可変減衰器１４の減衰量を制御回路１３−３により制御する。
【００３８】
（実施形態３）
本発明による実施形態３のＥＤＦＡは、前記実施形態２のＥＤＦＡ構成と同様であり、１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡも前記実施形態２のＥＤＦＡ構成と同様である。
図７に１５５０ｎｍ帯及び１５８０ｎｍ帯の両波長帯の信号を同時に増幅できる広帯域なＥＤＦＡの構成を示す。本実施形態３の広帯域ＥＤＦＡは、破線で囲んだ光増幅部１５はタップ１１−１，１１−２ならびに受光器１２−１，１２−２を用いた入出力パワーをモニタによる制御回路（ＡＴＴ）１３−１を制御して利得一定制御を行い、さらに、出力パワーをタップ１１−２ならびに受光器１２−２を用いてモニタし、制御回路（ＡＴＴ）１３−２を制御して出力一定制御を行う。本実施形態３の構成の広帯域ＥＤＦＡを使用することによって、前記実施形態２よりも簡素な構成のＥＤＦＡが構成でき、光学特性は図４（ａ）、図４（ｂ）と同様の結果が得られる。
なお、光増幅部１５は、図８に示すように、アイソレータ９−１，９−２，９−３で増幅部を分割してさらに雑音指数劣化を低減してもよい。
また、前記図７または図８に示した構成において、励起光源７−１，７−２が発生する励起光パワーを常に一定に保持してもよい。
なお、本実施形態３のＥＤＦＡに使用した広帯域ＥＤＦＡでは、励起光源としては９８０ｎｍ帯ＬＤまたは１４８０ｎｍ帯ＬＤのどちらか一方を使用してもよく、複数の励起光源を使用する場合は、それらの両方を使用してもよい。また、励起法は前方励起系を示したが、後方励起系、双方向励起系、これらを混合した形態のいずれの方法でもよい。
【００３９】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し得ることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光増幅器の雑音指数の劣化（上昇）を低減することができる。
また、小型で設備増設・撤去の柔軟性が持った光増幅器を提供することができる。
また、本発明の光増幅器を２つ以上の波長帯を光通信システムに使用することによって、雑音指数劣化を抑え、かつ、設備の増設・撤去が柔軟に行えるシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の光増幅器（ＥＤＦＡ）の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の広帯域ＥＤＦＡ１の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態１の１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ２及び１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ３の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明のＥＤＦＡの利得及び雑音特性を示す図である。
【図５】本実施形態２の光増幅部の制御の構成を示すブロック図である。
【図６】本実施形態２の光増幅部の制御の別の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態３に使用される広帯域ＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態３に使用される広帯域ＥＤＦＡの別の構成を示すブロック図である。
【図９】従来技術の光増幅器の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…広帯域なＥＤＦＡ、２…１５５０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、３…１５８０ｎｍ帯ＥＤＦＡ、４…分波器、５…合波器、６…Ｅｒ添加ファイバ、７，７−１，７−２…励起光源、８−１，８−２…励起光と信号光とを合波する合波器、９−１〜９−３…アイソレータ、１０…利得等化器、１１−１〜１１−４…タップ、１２，１２−１，１２−２…光受光器、１３，１３−１〜１３−３…電子的制御回路（ＡＴＴ）、１４…光可変減衰器、１５，１５−１，１５−２…光増幅部、１６…光分岐器、１７…分波器と光受光器。
Claims (12)
- 信号光を複数の波長帯に分割する分波器と、前記分波器から出力される各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器から出力される各信号光を合波する合波器とを備えた光増幅器において、前記分波器の入力端に前記信号光の全てを増幅する光増幅器を前置増幅器として具備し、前記前置増幅器と前記各波長帯の信号光をそれぞれ増幅する前記複数の光増幅器とが、それぞれ利得等化を行うことを特徴とする光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器はＥｒ添加ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加石英系ファイバを用いるＥｒ添加ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加フッ化物系ファイバを用いるＥｒ添加ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、増幅媒体としてＥｒ添加テルライト系ファイバを用いるＥｒ添加ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光と、少なくとも１５７０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光とを増幅することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光増幅器。
- 前記分波器と合波器が誘電体多層膜フィルタから構成されることを特徴とする請求項６に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、その利得値を常に一定に制御する手段、出力値を一定に制御する手段、励起光源が発生する励起光量を一定に制御する手段のうちいずれか１つの手段を具備することを特徴とする請求項７に記載の光増幅器。
- 前記分波器の入力端に配置し、信号光の全てを増幅する光増幅器は、Ｅｒ添加ファイバの動径方向に放出される自然放出光をモニタした結果に基づいてその励起光源の発生する光パワーを変化させる手段を有し、前記光増幅器の利得値を常に一定制御することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器。
- 前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、少なくとも１５２５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する光増幅器と、少なくとも１５２５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域にある１つ以上の信号光を増幅する光増幅器であることを特徴とする請求項８または９に記載の光増幅器。
- 前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段を具備することを特徴とする請求項１０に記載の光増幅器。
- 前記分波された各波長帯の信号光を増幅する光増幅器は、出力値を一定に制御する手段と、制御出力値を変化させる制御手段を具備することを特徴とする請求項１１に記載の光増幅器。
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