JP3903650B2 - 光増幅器および光増幅器制御方法 - Google Patents
光増幅器および光増幅器制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて多波長の信号光を一括して光増幅することができる光増幅器、および、このような光増幅器の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、励起光により励起可能な蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、この光導波路に励起光を供給する励起手段とを含み、光伝送システムにおける中継局などに設けられる。特に、多波長の信号光を伝送する波長多重伝送システムに用いられる光増幅器は、多波長の信号光それぞれを互いに等しい利得で一括光増幅するとともに、多波長の信号光それぞれのパワーを一定の目標値として出力することが重要である。
【０００３】
そこで、文献１「S. Kinoshita, et al., "Wide-dynamic-Range WDM Optical Fiber Amplifiers for 32×10 Gb/s, SMF Transmission Systems", OSA TOPS Vol.25, pp.280-283 (1998)」に記載された光増幅器は、利得平坦性を維持しながら利得を調整する為に、減衰量が可変の光減衰器を備えている。また、文献２「M. J. Yadlowsky, "EDFA without dynamic gain tilt using excited-state trapping", OSA TOPS Vol.25, pp.24-27 (1998)」に記載された光増幅器は、利得平坦性を維持しながら利得を調整する為に、蛍光物質（Ｅｒ元素）を励起準位へ捕捉させる制御光（波長９７７．５ｎｍ）を出力するための光源を、励起光（波長１４７０ｎｍ）を出力する励起光源とは別に備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は以下のような問題点を有している。すなわち、文献１に記載された光増幅器では、光減衰器における減衰量が増大すると、励起効率が低下し、雑音指数が増大することから、光増幅性能が劣化する。また、文献２に記載された光増幅器では、制御光を用いて蛍光物質を励起準位へ捕捉させるための制御が困難であり、利得平坦性を維持するのが困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、入力信号光パワーが変動しても光増幅性能の劣化を抑制するとともに容易に利得平坦性を維持することができる光増幅器および光増幅器制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第１の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。光導波路の温度の制御に際して、温度制御手段により制御される光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、光導波路に入力する信号光のパワーの変化量ΔＰ（単位ｄＢ）に対して、光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）をΔＰ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させるのが好適である。
【０００７】
この第１の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０００８】
本発明に係る第２の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第２の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。光導波路の温度の制御に際して、温度制御手段により制御される光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、利得の変化量ΔＧ（単位ｄＢ）に対して、光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）を−ΔＧ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させるのが好適である。
【０００９】
この第２の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、また、その変動が波数の変動に因るものであっても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。なお、利得は、入力信号光パワーおよび出力信号光パワーそれぞれを検出して両者の比から求めてもよいし、また、前段の光増幅器の出力信号光パワーと自己の光増幅器の入力信号光パワーとの比から求めてもよい。
【００１０】
本発明に係る第３の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第３の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
この第３の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワー差の差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。また、光導波路の温度がフィードバック制御されるので、安定した光増幅動作が可能である。
【００１２】
本発明に係る第１〜第３の光増幅器および光増幅器制御方法では、光導波路が複数の区間に区分され、温度制御手段は光導波路の最上流の区間の温度を一定に維持することを特徴とする。この場合には、温度変化に因る光導波路の雑音特性の劣化を光増幅器全体として回避することができる。
【００１３】
また、本発明に係る第１〜第３の光増幅器および光増幅器制御方法では、蛍光物質がＥｒ元素であることを特徴とする。この場合には、一般に光通信システムにおいて用いられる信号光波長帯域１．５３ｎｍ〜１．６０ｎｍにおいて信号光を光増幅することができる。特に、光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅するものであるのが好適であり、この場合には、入力信号光パワーが変動しても、２５ｎｍ以上の広い帯域に亘って利得平坦性を維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器１００は、入力する信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００１６】
本実施形態に係る光増幅器１００は、入力コネクタ１０１から出力コネクタ１０２へ順に、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１、光カプラ１１２、増幅用光ファイバ１３１、光カプラ１１３、光アイソレータ１２２および光カプラ１１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器１００は、光カプラ１１１に受光素子１４１が接続され、光カプラ１１２に励起光源１５１が接続され、光カプラ１１３に励起光源１５２が接続され、光カプラ１１４に受光素子１４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器１００は、温度制御部１６１および出力制御部１６２を備えている。
【００１７】
光カプラ１１１は、入力コネクタ１０１から到達した信号光の一部を受光素子１４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ１２１へ通過させる。受光素子１４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ１１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ１２１は、光カプラ１１１から光カプラ１１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ１１２は、光アイソレータ１２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ１３１へ出力するとともに、励起光源１５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ１３１へ出力する。励起光源１５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ１３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００１８】
増幅用光ファイバ１３１は、励起光源１５１，１５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ１３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン１３２に巻かれている。また、コイルボビン１３２には、増幅用光ファイバ１３１の温度を調整するペルチエ素子１３３、および、増幅用光ファイバ１３１の温度を検出するサーミスタ１３４が接着して設けられている。
【００１９】
光カプラ１１３は、増幅用光ファイバ１３１から出力された信号光を光アイソレータ１２２へ出力するとともに、励起光源１５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ１３１へ出力する。励起光源１５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ１３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ１２２は、光カプラ１１３から光カプラ１１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ１１４は、光アイソレータ１２２から到達した信号光の一部を受光素子１４２へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ１０２へ通過させる。受光素子１４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ１１４により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。
【００２０】
温度制御部１６１は、受光素子１４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ１３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子１３３を介して増幅用光ファイバ１３１の温度を制御する。また、出力制御部１６２は、受光素子１４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１５２より増幅用光ファイバ１３１へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００２１】
本実施形態に係る光増幅器１００は以下のように動作する。励起光源１５１から出力された励起光は光カプラ１１２を経て順方向より増幅用光ファイバ１３１に供給され、励起光源１５２から出力された励起光は光カプラ１１３を経て後方向より増幅用光ファイバ１３１に供給される。入力コネクタ１０１に入力した信号光は、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１および光カプラ１１２を順に経て増幅用光ファイバ１３１に入力し、増幅用光ファイバ１３１において光増幅される。増幅用光ファイバ１３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ１１３、光アイソレータ１２２および光カプラ１１４を順に経て、出力コネクタ１０２から出力される。
【００２２】
入力コネクタ１０１に入力した信号光の一部は、光カプラ１１１により分岐され、受光素子１４１によりパワーが検出される。そして、この受光素子１４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、ペルチエ素子１３３を介して増幅用光ファイバ１３１の温度が温度制御部１６１により制御される。また、出力コネクタ１０２から出力される信号光の一部は、光カプラ１１４により分岐され、受光素子１４２によりパワーが検出される。そして、この受光素子１４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１５２より増幅用光ファイバ１３１へ供給される励起光のパワーが出力制御部１６２により制御される。
【００２３】
本実施形態に係る光増幅器１００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ１３１は、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が３７００ｗｔ.ｐｐｍであり、長さが１５ｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約５０ｄＢ／ｍである。増幅用光ファイバ１３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源１５１は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー９７ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ１３１に供給する。増幅用光ファイバ１３１に対し後方向から励起光を供給する励起光源１５２は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子１４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ１３１に供給する励起光が出力制御部１６２により制御される。
【００２４】
入力コネクタ１０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−１３ｄＢｍ〜−９ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ１３１の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００２５】
そして、受光素子１４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部１６１による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、
ΔＴ＝ΔＰ／（Ａ・Ｇ） …(1)
なる式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ１３１の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ１３１における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ１３１における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ１３１の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。
【００２６】
このとき、入力信号光の全パワーが−１３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１１．６７ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は２０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は３０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１０．３３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は４０℃に設定される。また、入力信号光の全パワーが−９ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は６０℃に設定される。
【００２７】
図２は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の増幅用光ファイバ１３１の利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。図３は、入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときの利得を基準として、第１の実施形態に係る光増幅器１００の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【００２８】
これらのグラフから判るように、入力信号光パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−２ｄＢだけ変化したとき（−１３ｄＢｍ，温度０℃）に利得が約＋２ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが−０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１１．６７ｄＢｍ，温度２０℃）に利得が約＋０．６７ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが＋０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１０．３３ｄＢｍ，温度４０℃）に利得が約−０．６７ｄＢだけ変化し、また、入力信号光パワーが＋２ｄＢだけ変化したとき（−９ｄＢｍ，温度６０℃）に利得が約−２ｄＢだけ変化する。
【００２９】
したがって、本実施形態に係る光増幅器１００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。特に、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。なお、従来の技術の欄に示された文献２に記載されたものでは、利得が増大すると利得スペクトルの凹凸も増大するのに対して、本実施形態に係る光増幅器１００では、利得が増大しても利得スペクトルの凹凸が増大することなく、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。すなわち、本実施形態に係る光増幅器１００は、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−１１±２ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。
【００３０】
また、図４は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の増幅用光ファイバ１３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、光減衰器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の大幅な増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。従来の技術の欄に示された文献１に記載されたものと比較すると、本実施形態では、可変光減衰器を設ける必要がないので、光増幅器における信号光に対する不要な損失を除去することができ、励起効率が向上する。また、従来の技術の欄に示された文献２に記載されたものと比較すると、本実施形態では、制御光を出力するための光源を設ける必要がなく、コストが削減され、信頼性が向上する。
【００３２】
なお、以上では、増幅用光ファイバ１３１の温度を３０℃±３０Ｋの範囲で変化させたが、より広い温度範囲で増幅用光ファイバ１３１の温度を調整することにより、より広い入力信号光パワーの変動にも対応することができる。また、図１に示した構成の光増幅器１００では、受光素子１４２は、出力信号光だけでなくＡＳＥ光を含めたパワーを検出するので、出力信号光パワーは厳密にいうと一定にならない。
【００３３】
さらに、以上では、図５に示すように、入力する各波長の信号光が一様に変化する場合（図５（ａ）→（ｂ））を想定した。しかし、光源の不具合等に因り或る波長の入力信号光のパワーが他の波長の入力信号光のパワーと異なる変化をする場合（図５（ａ）→（ｃ））もあり得る。後者の場合には、この第１の実施形態の如く入力信号光の全パワーに基づいて増幅用光ファイバの温度を制御するのではなく、次に述べる第２〜第４の実施形態の如く所要利得に基づいて増幅用光ファイバの温度を制御するのが好適である。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る光増幅器２００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器２００は、入力信号光パワーと出力信号光パワーとの比から増幅用光ファイバにおける光増幅の利得を求め、この利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００３５】
本実施形態に係る光増幅器２００は、入力コネクタ２０１から出力コネクタ２０２へ順に、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１、光カプラ２１２、増幅用光ファイバ２３１、光カプラ２１３、光アイソレータ２２２および光カプラ２１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器２００は、光カプラ２１１にバンドパスフィルタ２４３を介して受光素子２４１が接続され、光カプラ２１２に励起光源２５１が接続され、光カプラ２１３に励起光源２５２が接続され、光カプラ２１４にバンドパスフィルタ２４４を介して受光素子２４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器２００は、温度制御部２６１および出力制御部２６２を備えている。
【００３６】
光カプラ２１１は、入力コネクタ２０１から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ２４３へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ２２１へ通過させる。受光素子２４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ２１１により分岐されバンドパスフィルタ２４３を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ２２１は、光カプラ２１１から光カプラ２１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ２１２は、光アイソレータ２２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ２３１へ出力するとともに、励起光源２５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ２３１へ出力する。励起光源２５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ２３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００３７】
増幅用光ファイバ２３１は、励起光源２５１，２５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ２３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン２３２に巻かれている。また、コイルボビン２３２には、増幅用光ファイバ２３１の温度を調整するペルチエ素子２３３、および、増幅用光ファイバ２３１の温度を検出するサーミスタ２３４が接着して設けられている。
【００３８】
光カプラ２１３は、増幅用光ファイバ２３１から出力された信号光を光アイソレータ２２２へ出力するとともに、励起光源２５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ２３１へ出力する。励起光源２５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ２３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ２２２は、光カプラ２１３から光カプラ２１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ２１４は、光アイソレータ２２２から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ２４４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ２０２へ通過させる。受光素子２４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ２１４により分岐されバンドパスフィルタ２４４を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ２４３および２４４それぞれの透過特性は互いに等しい。また、特定波長は例えば１５７１ｎｍである。
【００３９】
温度制御部２６１は、受光素子２４１および２４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得を算出する。そして、温度制御部２６１は、この利得に基づいて、サーミスタ２３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子２３３を介して増幅用光ファイバ２３１の温度を制御する。また、出力制御部２６２は、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源２５２より増幅用光ファイバ２３１へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００４０】
本実施形態に係る光増幅器２００は以下のように動作する。励起光源２５１から出力された励起光は光カプラ２１２を経て順方向より増幅用光ファイバ２３１に供給され、励起光源２５２から出力された励起光は光カプラ２１３を経て後方向より増幅用光ファイバ２３１に供給される。入力コネクタ２０１に入力した信号光は、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１および光カプラ２１２を順に経て増幅用光ファイバ２３１に入力し、増幅用光ファイバ２３１において光増幅される。増幅用光ファイバ２３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ２１３、光アイソレータ２２２および光カプラ２１４を順に経て、出力コネクタ２０２から出力される。
【００４１】
入力コネクタ２０１に入力した信号光の一部は光カプラ２１１により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ２４３を通過して受光素子２４１によりパワーが検出される。また、出力コネクタ２０２から出力される信号光の一部は光カプラ２１４により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ２４４を通過して受光素子２４２によりパワーが検出される。そして、温度制御部２６１により、受光素子２４１および受光素子２４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子２３３を介して増幅用光ファイバ２３１の温度が制御される。また、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源２５２より増幅用光ファイバ２３１へ供給される励起光のパワーが出力制御部２６２により制御される。
【００４２】
本実施形態に係る光増幅器２００は、より具体的には以下のように構成される。本実施形態における増幅用光ファイバ２３１は、第１の実施形態における増幅用光ファイバ１３１と同様のものである。本実施形態における励起光源２５１，２５２も、第１の実施形態における励起光源１５１，１５２と略同様のものである。
【００４３】
入力コネクタ２０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとする。また、バンドパスフィルタ２４３，２４４が透過し受光素子２４１，２４２が受光する特定波長の信号光を波長１５７１ｎｍの信号光とする。受光素子２４１により検出される特定波長の信号光のパワーをＰr1（単位ｄＢｍ）とし、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーをＰr2（単位ｄＢｍ）とする。この特定波長の信号光についての光増幅の利得Ｇ（単位ｄＢ）は、
Ｇ＝Ｐr2−Ｐr1 …(2)
なる式で表される。
【００４４】
本実施形態では、励起光源２５２は、受光素子２４２により検出される特定波長の出力信号光パワーＰr2が一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ２３１に供給する励起光が出力制御部２６２により制御される。また、特定波長の信号光についての利得Ｇが所望値であるときに、増幅用光ファイバ２３１の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００４５】
そして、利得の算出結果に基づく温度制御部２６１による温度制御により、この基準状態に対して、特定波長の信号光の利得がΔＧ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、
ΔＴ＝−ΔＧ／（Ａ・Ｇ） …(3)
なる式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ２３１の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ２３１における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ２３１の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。
【００４６】
本実施形態でも、図２〜図４それぞれに示したグラフと同様の特性が得られる。すなわち、本実施形態に係る光増幅器２００は、入力信号光の全パワーが変動した場合だけでなく、或る波長の入力信号光のパワーが他の波長の入力信号光のパワーと異なる変化をした場合にも、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持される。特に、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。本実施形態に係る光増幅器２００は、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−１１±２ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。また、本実施形態に係る光増幅器２００も、光減衰器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る光増幅器３００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００は、前段の光増幅器の出力信号光パワーと自己の光増幅器の入力信号光パワーとに基づいて増幅用光ファイバにおける光増幅の利得を求め、この利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００４８】
本実施形態に係る光増幅器３００は、入力コネクタ３０１から出力コネクタ３０２へ順に、光カプラ３１５、光カプラ３１１、光アイソレータ３２１、光カプラ３１２、増幅用光ファイバ３３１、光カプラ３１３、光アイソレータ３２２、光カプラ３１４および光カプラ３１６が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器３００は、光カプラ３１１に受光素子３４１が接続され、光カプラ３１２に励起光源３５１が接続され、光カプラ３１３に励起光源３５２が接続され、光カプラ３１４に受光素子３４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器３００は、温度制御部３６１、出力制御部３６２および監視部３６３を備えている。
【００４９】
光カプラ３１５は、入力コネクタ３０１から到達した光を分波して、所定波長の監視光を監視部３６３へ向けて出力し、信号光を光カプラ３１１へ向けて出力する。光カプラ３１１は、光カプラ３１５から到達した信号光の一部を受光素子３４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ３２１へ通過させる。受光素子３４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ３１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ３２１は、光カプラ３１１から光カプラ３１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ３１２は、光アイソレータ３２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ３３１へ出力するとともに、励起光源３５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ３３１へ出力する。励起光源３５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ３３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００５０】
増幅用光ファイバ３３１は、励起光源３５１，３５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ３３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン３３２に巻かれている。また、コイルボビン３３２には、増幅用光ファイバ３３１の温度を調整するペルチエ素子３３３、および、増幅用光ファイバ３３１の温度を検出するサーミスタ３３４が接着して設けられている。
【００５１】
光カプラ３１３は、増幅用光ファイバ３３１から出力された信号光を光アイソレータ３２２へ出力するとともに、励起光源３５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ３３１へ出力する。励起光源３５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ３３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ３２２は、光カプラ３１３から光カプラ３１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ３１４は、光アイソレータ３２２から到達した信号光の一部を受光素子３４２へ向けて分岐し、残部を光カプラ３１６へ通過させる。受光素子３４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ３１４により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光カプラ３１６は、光カプラ３１４から到達した信号光および監視部３６３から到達した監視光を合波して、その合波した信号光および監視光を出力コネクタ３０２へ出力する。
【００５２】
監視部３６３は、光カプラ３１５から到達した監視光を入力する。この監視光は、本実施形態に係る光増幅器３００の前段に設けられた光増幅器から出力されたものであって、この前段光増幅器から出力される信号光のパワーに関する情報を伝送するものである。そして、監視部３６３は、この監視光の情報に基づいて、前段光増幅器から出力される信号光のパワーＰ0（単位ｍＷ）を検知し、その検知結果を温度制御部３６１および出力制御部３６２それぞれに通知する。
【００５３】
温度制御部３６１は、監視部３６３により検知された前段光増幅器の出力信号光パワーＰ0、および、受光素子３４１により検出された入力信号光パワーＰ1（単位ｍＷ）に基づいて、
Ｇ＝１０・log(Ｐ1／Ｐ0) …(4)
なる関係式により所要利得Ｇ（単位ｄＢ）を求める。そして、温度制御部３６１は、第２の実施形態の場合と同様にして、この利得Ｇの変化量ΔＧに基づいて、サーミスタ３３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子３３３を介して増幅用光ファイバ３３１の温度を制御する。
【００５４】
また、出力制御部３６２は、監視部３６３により検知された前段光増幅器の出力信号光パワーＰ0、および、受光素子３４１により検出された入力信号光パワーＰ1に基づいて、受光素子３４２により検出される出力信号光のパワーが、
Ｐ2＝(Ｐ1／Ｐ0)・(Ｐ0＋Ｆ) …(5)
なる式で表される一定の目標値Ｐ2（単位ｍＷ）になるよう、励起光源３５２より増幅用光ファイバ３３１へ供給される励起光のパワーを制御する。ここで、Ｆ（単位ｍＷ）は、光増幅器３００の雑音特性により決まる定数であり、１ｍＷ程度である。
【００５５】
本実施形態に係る光増幅器３００は以下のように動作する。励起光源３５１から出力された励起光は光カプラ３１２を経て順方向より増幅用光ファイバ３３１に供給され、励起光源３５２から出力された励起光は光カプラ３１３を経て後方向より増幅用光ファイバ３３１に供給される。入力コネクタ３０１に入力した信号光は、光カプラ３１５、光カプラ３１１、光アイソレータ３２１および光カプラ３１２を順に経て増幅用光ファイバ３３１に入力し、増幅用光ファイバ３３１において光増幅される。増幅用光ファイバ３３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ３１３、光アイソレータ３２２、光カプラ３１４および光カプラ３１６を順に経て、出力コネクタ３０２から出力される。
【００５６】
入力コネクタ３０１に入力した光のうち特定波長の監視光は、光カプラ３１５により分波されて、監視部３６３に入力する。監視部３６３では、その監視光に基づいて、前段の光増幅器から出力される信号光のパワーＰ0を取得する。入力コネクタ３０１に入力した信号光の一部は、光カプラ３１１により分岐され、受光素子３４１によりパワーＰ1が検出される。また、出力コネクタ３０２から出力される信号光の一部は、光カプラ３１４により分岐され、受光素子３４２によりパワーが検出される。
【００５７】
そして、温度制御部３６１により、前段の光増幅器の出力信号光パワーＰ0および自己の光増幅器３００の入力信号光パワーＰ1に基づいて所要利得Ｇが(4)式により求められる。さらに、温度制御部３６１により、この求められた所要利得に基づいて増幅用光ファイバ３３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子３３３を介して増幅用光ファイバ３３１の温度が制御される。
【００５８】
また、出力制御部３６２により、前段の光増幅器の出力信号光パワーＰ0および自己の光増幅器３００の入力信号光パワーＰ1に基づいて出力信号光のパワーの目標値Ｐ2が(5)式により求められる。さらに、出力制御部３６２により、受光素子３４２により検出される出力信号光のパワーが目標値Ｐ2になるよう、励起光源３５２より増幅用光ファイバ３３１へ供給される励起光のパワーが制御される。
【００５９】
本実施形態に係る光増幅器３００は、第２の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、より正確に出力信号光のパワーを一定に維持することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態に係る光増幅器４００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器４００は、光帰還ループを設けて出力信号光のパワーを一定の目標値とするとともに、増幅用光ファイバにおける光増幅の利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００６１】
本実施形態に係る光増幅器４００は、入力コネクタ４０１から出力コネクタ４０２へ順に、光カプラ４１１、光カプラ４１５、光アイソレータ４２１、光カプラ４１２、増幅用光ファイバ４３１、光カプラ４１３、光アイソレータ４２２、光カプラ４１６および光カプラ４１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器４００は、光カプラ４１１にバンドパスフィルタ４４３を介して受光素子４４１が接続され、光カプラ４１２に励起光源４５１が接続され、光カプラ４１３に励起光源４５２が接続され、光カプラ４１４にバンドパスフィルタ４４４を介して受光素子２４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器４００は、温度制御部４６１、可変光減衰器４７１、バンドパスフィルタ４７２およびパイロット光出力制御部４７３を備えている。
【００６２】
光カプラ４１１は、入力コネクタ４０１から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ４４３へ向けて分岐し、残部を光カプラ４１５へ通過させる。受光素子４４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ４１１により分岐されバンドパスフィルタ４４３を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光カプラ４１５は、光カプラ４１１から到達した信号光を光アイソレータ４２１へ出力するとともに、可変光減衰器４７１から到達した光をも光アイソレータ４２１へ出力する。光アイソレータ４２１は、光カプラ４１５から光カプラ４１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ４１２は、光アイソレータ４２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ４３１へ出力するとともに、励起光源４５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ４３１へ出力する。励起光源４５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ４３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００６３】
増幅用光ファイバ４３１は、励起光源４５１，４５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ４３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン４３２に巻かれている。また、コイルボビン４３２には、増幅用光ファイバ４３１の温度を調整するペルチエ素子４３３、および、増幅用光ファイバ４３１の温度を検出するサーミスタ４３４が接着して設けられている。
【００６４】
光カプラ４１３は、増幅用光ファイバ４３１から出力された信号光を光アイソレータ４２２へ出力するとともに、励起光源４５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ４３１へ出力する。励起光源４５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ４３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ４２２は、光カプラ４１３から光カプラ４１６の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ４１６は、光アイソレータ４２２から到達した光の一部をバンドパスフィルタ４７２へ分岐し、残部を光カプラ４１４へ通過させる。光カプラ４１４は、光カプラ４１６から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ４４４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ４０２へ通過させる。受光素子４４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ４１４により分岐されバンドパスフィルタ４４４を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ４４３および４４４それぞれの透過特性は互いに等しい。
【００６５】
温度制御部４６１は、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇ（単位ｄＢ）を算出する。そして、温度制御部４６１は、第２の実施形態の場合と同様にして、この利得Ｇの変化量ΔＧに基づいて、サーミスタ４３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子４３３を介して増幅用光ファイバ４３１の温度を制御する。
【００６６】
バンドパスフィルタ４７２は、光カプラ４１６から到達した光のうち所定波長（例えば１６０３ｎｍ）の光を通過させる。可変光減衰器４７１は、バンドパスフィルタ４７２を通過した所定波長の光を入力し、これに減衰量Ｌ（単位ｄＢ）を与えて光カプラ４１５へ出力する。したがって、光カプラ４１５から増幅用光ファイバ４３１を経て光カプラ４１６に到るまでの光路、ならびに、光カプラ４１６からバンドパスフィルタ４７２および可変光減衰器４７１を経て光カプラ４１５へ戻るまでの経路は、バンドパスフィルタ４７２が通過させる所定波長の光をレーザ発振する光帰還ループを構成している。
【００６７】
パイロット光出力制御部４７３は、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇを算出する。また、パイロット光出力制御部４７３は、光カプラ４１２，４１３，４１５および４１６ならびに光アイソレータ４２１および４２２の全体の損失Ｌ0（単位ｄＢ）を予め記憶している。そして、パイロット光出力制御部４７３は、可変光減衰器４７１の減衰量Ｌを
Ｌ＝Ｇ−Ｌ0 …(6)
なる式で算出される値に設定する。
【００６８】
本実施形態に係る光増幅器４００は以下のように動作する。励起光源４５１から出力された励起光は光カプラ４１２を経て順方向より増幅用光ファイバ４３１に供給され、励起光源４５２から出力された励起光は光カプラ４１３を経て後方向より増幅用光ファイバ４３１に供給される。入力コネクタ４０１に入力した信号光は、光カプラ４１１、光カプラ４１５、光アイソレータ４２１および光カプラ４１２を順に経て増幅用光ファイバ４３１に入力し、増幅用光ファイバ４３１において光増幅される。増幅用光ファイバ４３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ４１３、光アイソレータ４２２、光カプラ４１６および光カプラ４１４を順に経て、出力コネクタ４０２から出力される。
【００６９】
入力コネクタ４０１に入力した信号光の一部は光カプラ４１１により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ４４３を通過して受光素子４４１によりパワーが検出される。また、出力コネクタ４０２から出力される信号光の一部は光カプラ４１４により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ４４４を通過して受光素子４４２によりパワーが検出される。そして、温度制御部４６１により、受光素子４４１および受光素子４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子４３３を介して増幅用光ファイバ４３１の温度が制御される。
【００７０】
また、パイロット光出力制御部４７３により、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇが算出され、可変光減衰器４７１の減衰量Ｌが(6)式により算出される。可変光減衰器４７１は、パイロット光出力制御部４７３により減衰量Ｌに設定される。
【００７１】
本実施形態では、上記光帰還ループの作用により、出力コネクタ４０２から出力される信号光のパワーは一定に維持される。したがって、励起光源４５１，４５２より増幅用光ファイバ４３１へ供給される励起光のパワーは一定でよい。
【００７２】
本実施形態に係る光増幅器４００は、第２の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、より正確に出力信号光のパワーを一定に維持することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第５の実施形態について説明する。図９は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器５００は、増幅用光ファイバが２段構成となっており、Ｃバンドの波長帯域の信号光を光増幅する。
【００７４】
本実施形態に係る光増幅器５００は、入力コネクタ５０１から出力コネクタ５０２へ順に、光カプラ５１１、光アイソレータ５２１、光カプラ５１２、増幅用光ファイバ５３１、光アイソレータ５２２、利得等化器５７１、光カプラ５１３、増幅用光ファイバ５３６、光カプラ５１４、光アイソレータ５２３および光カプラ５１５が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器５００は、光カプラ５１１に受光素子５４１が接続され、光カプラ５１２に励起光源５５１が接続され、光カプラ５１３に励起光源５５２が接続され、光カプラ５１４に励起光源５５３が接続され、光カプラ５１５に受光素子５４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器５００は、温度制御部５６１および５６２ならびに出力制御部５６３を備えている。
【００７５】
光カプラ５１１は、入力コネクタ５０１から到達した信号光の一部を受光素子５４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ５２１へ通過させる。受光素子５４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ５１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ５２１は、光カプラ５１１から光カプラ５１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ５１２は、光アイソレータ５２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ５３１へ出力するとともに、励起光源５５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ５３１へ出力する。励起光源５５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００７６】
増幅用光ファイバ５３１は、励起光源５５１から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ５３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン５３２に巻かれている。また、コイルボビン５３２には、増幅用光ファイバ５３１の温度を調整するペルチエ素子５３３、および、増幅用光ファイバ５３１の温度を検出するサーミスタ５３４が接着して設けられている。
【００７７】
光アイソレータ５２２は、増幅用光ファイバ５３１から利得等化器５７１の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。利得等化器５７１は、増幅用光ファイバ５３１および５３６における信号光の利得の偏差を補償する損失スペクトルを有し、光増幅器５００全体の利得を平坦にする。光カプラ５１３は、利得等化器５７１から到達した信号光を増幅用光ファイバ５３６へ出力するとともに、励起光源５５２から出力された励起光も増幅用光ファイバ５３６へ出力する。励起光源５５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３６に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００７８】
増幅用光ファイバ５３６は、励起光源５５２，５５３から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ５３６は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン５３７に巻かれている。また、コイルボビン５３７には、増幅用光ファイバ５３６の温度を調整するペルチエ素子５３８、および、増幅用光ファイバ５３６の温度を検出するサーミスタ５３９が接着して設けられている。
【００７９】
光カプラ５１４は、増幅用光ファイバ５３６から出力された信号光を光アイソレータ５２３へ出力するとともに、励起光源５５３から出力された励起光を増幅用光ファイバ５３６へ出力する。励起光源５５３は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３６に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ５２３は、光カプラ５１４から光カプラ５１５の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ５１５は、光アイソレータ５２３から到達した信号光の一部を受光素子５４２へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ５０２へ通過させる。受光素子５４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ５１５により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。
【００８０】
温度制御部５６１は、受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ５３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子５３３を介して増幅用光ファイバ５３１の温度を制御する。温度制御部５６２は、受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ５３９による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子５３８を介して増幅用光ファイバ５３６の温度を制御する。また、出力制御部５６３は、受光素子５４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源５５２，５５３より増幅用光ファイバ５３６へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００８１】
本実施形態に係る光増幅器５００は以下のように動作する。励起光源５５１から出力された励起光は光カプラ５１２を経て順方向より前段の増幅用光ファイバ５３１に供給される。また、励起光源５５２から出力された励起光は光カプラ５１３を経て順方向より後段の増幅用光ファイバ５３２に供給され、励起光源５５３から出力された励起光は光カプラ５１４を経て後方向より後段の増幅用光ファイバ５３２に供給される。
【００８２】
入力コネクタ５０１に入力した信号光は、光カプラ５１１、光アイソレータ５２１および光カプラ５１２を順に経て増幅用光ファイバ５３１に入力し、増幅用光ファイバ５３１において光増幅される。増幅用光ファイバ５３１において光増幅されて出力された信号光は、光アイソレータ５２２を経て利得等化器５７１に入力し、利得等化器５７１が有する損失スペクトルに従って波長に依存した損失を受ける。利得等化器５７１から出力された信号光は、光カプラ５１３を経て増幅用光ファイバ５３６に入力し、増幅用光ファイバ５３６において光増幅される。増幅用光ファイバ５３６において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ５１４、光アイソレータ５２３および光カプラ５１５を順に経て、出力コネクタ５０２から出力される。
【００８３】
入力コネクタ５０１に入力した信号光の一部は、光カプラ５１１により分岐され、受光素子５４１によりパワーが検出される。そして、この受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、ペルチエ素子５３３を介して前段の増幅用光ファイバ５３１の温度が温度制御部５６１により制御されるとともに、ペルチエ素子５３８を介して後段の増幅用光ファイバ５３６の温度が温度制御部５６６により制御され、
【００８４】
また、出力コネクタ５０２から出力される信号光の一部は、光カプラ５１５により分岐され、受光素子５４２によりパワーが検出される。そして、この受光素子５４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源５５２．５５３より後段の増幅用光ファイバ５３６へ供給される励起光のパワーが出力制御部５６２により制御される。
【００８５】
本実施形態に係る光増幅器５００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ５３１および５３６それぞれは、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が１０００ｗｔ.ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約７．６ｄＢ／ｍである。前段の増幅用光ファイバ５３１の長さは５ｍであり、後段の増幅用光ファイバ５３６の長さは１２ｍである。
【００８６】
前段の増幅用光ファイバ５３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源５５１は、波長０．９８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー６５ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ５３１に供給する。後段の増幅用光ファイバ５３６に対し順方向および後方向から励起光を供給する励起光源５５２および５５３は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子５４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ５３６に供給する励起光が出力制御部５６３により制御される。
【００８７】
前段の増幅用光ファイバ５３１と後段の増幅用光ファイバ５３６との間に設けられる利得等化器５７１は、図１０に示す形状の損失スペクトルを有するものとする。この図に示すように、利得等化器５７１は、波長帯域１５３７ｎｍ〜１５５９ｎｍの範囲において、波長１５３７ｎｍ付近で損失が最も小さい。
【００８８】
入力コネクタ５０１にはＣバンドの波長帯域１５３７ｎｍ〜１５５９ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−９．０ｄＢｍ〜−７．５ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ５３１および５３６の温度を２５℃として、これを基準状態とする。
【００８９】
そして、受光素子５４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部５６１，５６２による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、上記(1)式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ５３１，５３６の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ５３１および５３６における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度２５℃のときの増幅用光ファイバ５３１および５３６における光増幅の利得の値３４ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ５３１および５３６の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値−９×１０-4／Ｋである。このとき、入力信号光の全パワーが−９．０ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３１および５３６の温度は７５℃に設定される。
【００９０】
図１１は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。図１２は、入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときの利得を基準として、第５の実施形態に係る光増幅器５００の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。これらのグラフから判るように、入力信号光パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−１．５ｄＢだけ変化したとき（−９．０ｄＢｍ，温度７５℃）に利得が約＋１．５ｄＢだけ変化する。
【００９１】
したがって、本実施形態に係る光増幅器５００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。特に、波長帯域１５４７ｎｍ〜１５５５ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。本実施形態に係る光増幅器５００は、波長帯域１５４７ｎｍ〜１５５５ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−９ｄＢｍ〜−７．５ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。
【００９２】
（第６の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第６の実施形態について説明する。図１３は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器６００は、増幅用光ファイバが２段構成となっており、後段の増幅用光ファイバのみの温度を制御することにより、雑音指数の改善を図るものである。
【００９３】
第６の実施形態に係る光増幅器６００は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の構成から、ペルチエ素子５３３、サーミスタ５３４、温度制御部５６１および利得等化器５７１を除いたものである。そして、本実施形態に係る光増幅器６００では、前段の増幅用光ファイバ５３１は室温とされる。
【００９４】
本実施形態に係る光増幅器６００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ５３１および５３６それぞれは、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が３７００ｗｔ.ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約５０ｄＢ／ｍである。前段の増幅用光ファイバ５３１の長さは４．６ｍであり、後段の増幅用光ファイバ５３６の長さは１５ｍである。
【００９５】
前段の増幅用光ファイバ５３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源５５１は、波長０．９８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー４０ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ５３１に供給する。後段の増幅用光ファイバ５３６に対し順方向および後方向から励起光を供給する励起光源５５２および５５３は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子５４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ５３６に供給する励起光が出力制御部５６３により制御される。
【００９６】
入力コネクタ５０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−１６．５ｄＢｍ〜−１２．５ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−１４．５ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ５３６の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００９７】
そして、受光素子５４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部５６２による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、上記(1)式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ５３６の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、後段の増幅用光ファイバ５３６における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ５３６における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ５３６の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。なお、前段の増幅用光ファイバ５３１は室温（２５℃）に維持される。
【００９８】
このとき、入力信号光の全パワーが−１６．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１５．１７ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は２０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１４．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は３０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１３．８３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は４０℃に設定される。また、入力信号光の全パワーが−１２．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は６０℃に設定される。
【００９９】
図１４は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、入力信号光パワーが−１４．５ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−２ｄＢだけ変化したとき（−１６．５ｄＢｍ，温度０℃）に利得が約＋２ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが−０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１５．１７ｄＢｍ，温度２０℃）に利得が約＋０．６７ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが＋０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１３．８３ｄＢｍ，温度４０℃）に利得が約−０．６７ｄＢだけ変化し、また、入力信号光パワーが＋２ｄＢだけ変化したとき（−１２．５ｄＢｍ，温度６０℃）に利得が約−２ｄＢだけ変化する。したがって、本実施形態に係る光増幅器６００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。
【０１００】
また、図１５は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の増幅用光ファイバ５３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、光減衰器や利得等化器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。これを第１の実施形態の場合（図４）と比較すると、第１の実施形態では増幅用光ファイバの温度を高くすると雑音指数が劣化するのに対して、第６の実施形態では増幅用光ファイバ５３６の温度を高くしても雑音指数の劣化が僅かである。
【０１０１】
なお、前段の増幅用光ファイバ５３１の温度を室温とし、後段の増幅用光ファイバ５３６の温度を入力信号光パワーに基づいて制御することにより、雑音指数が改善される。一方、前段の増幅用光ファイバ５３１および後段の増幅用光ファイバ５３６それぞれの温度を入力信号光パワーに基づいて制御することにより、より広い入力信号光パワーの変動にも対応することができる。何れを選択するかは、光増幅器の用途次第である。
【０１０２】
（第７の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第７の実施形態について説明する。図１６は、第７の実施形態に係る光増幅器７００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器７００は、第１〜第６の実施形態の場合のように増幅用光ファイバの温度をフィードフォワード制御するのではなく、出力される２波長の信号光のパワーの差に基づいて増幅用光ファイバの温度をフィードバック制御するものである。
【０１０３】
本実施形態に係る光増幅器７００は、入力コネクタ７０１から出力コネクタ７０２へ順に、光アイソレータ７２１、光カプラ７１１、増幅用光ファイバ７３１、光カプラ７１２、光アイソレータ７２２および光カプラ７１３が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器７００は、光カプラ７１１に励起光源７５１が接続され、光カプラ７１２に励起光源７５２が接続され、また、光カプラ７１３に光カプラ７１４ならびにバンドパスフィルタ７４３，７４４を介して受光素子７４１，７４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器７００は、温度制御部７６１および出力制御部７６２を備えている。
【０１０４】
光アイソレータ７２１は、入力コネクタ７０１から光カプラ７１１の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ７１１は、光アイソレータ７２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ７３１へ出力するとともに、励起光源７５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ７３１へ出力する。励起光源７５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ７３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【０１０５】
増幅用光ファイバ７３１は、励起光源７５１，７５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ７３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン７３２に巻かれている。また、コイルボビン７３２には、増幅用光ファイバ７３１の温度を調整するペルチエ素子７３３、および、増幅用光ファイバ７３１の温度を検出するサーミスタ７３４が接着して設けられている。
【０１０６】
光カプラ７１２は、増幅用光ファイバ７３１から出力された信号光を光アイソレータ７２２へ出力するとともに、励起光源７５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ７３１へ出力する。励起光源７５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ７３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ７２２は、光カプラ７１２から光カプラ７１３の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ７１３は、光アイソレータ７２２から到達した信号光の一部を光カプラ７１４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ７０２へ通過させる。
【０１０７】
光カプラ７１４は、光カプラ７１３から到達した信号光のうち波長が互いに異なる信号光を出力する。例えば、光カプラ７１４は、最も短い波長の信号光をバンドパスフィルタ７４３へ出力し、最も長い波長の信号光をバンドパスフィルタ７４４へ出力する。受光素子７４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ７１４から出力されバンドパスフィルタ７４３を通過した最も短い波長の信号光のパワーＰSを検出する。受光素子７４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ７１４から出力されバンドパスフィルタ７４４を通過した最も長い波長の信号光のパワーＰLを検出する。
【０１０８】
温度制御部７６１は、受光素子７４１により検出された最短波長の信号光のパワーＰSおよび受光素子７４２により検出された最長波長の信号光のパワーＰLを入力し、これら最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差に基づいて、ペルチエ素子７３３を介して増幅用光ファイバ７３１の温度を制御する。すなわち、温度制御部７６１は、ＰS＞ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を高くすべきか或いは低くすべきかを予め記憶しておいて、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差が小さくなるように増幅用光ファイバ７３１の温度を制御する。例えば、Ｌバンドの信号光を光増幅する場合には、ＰS＞ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を低くし、ＰS＜ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を高くする。このように本実施形態では、温度制御部７６１は、サーミスタ７３４による温度測定の結果をモニタすることなく、増幅用光ファイバ７３１の温度をフィードバック制御する。
【０１０９】
出力制御部７６２は、受光素子７４１により検出された最短波長の信号光のパワーＰSおよび受光素子７４２により検出された最長波長の信号光のパワーＰLを入力し、これら最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の和が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御する。或いは、出力制御部７６２は、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLのうち何れか一方の値が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御してもよい。或いは、出力制御部７６２は、出力信号光の全パワーまたは他の特定波長のもののパワーが一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御してもよい。
【０１１０】
本実施形態に係る光増幅器７００は以下のように動作する。励起光源７５１から出力された励起光は光カプラ７１１を経て順方向より増幅用光ファイバ７３１に供給され、励起光源７５２から出力された励起光は光カプラ７１２を経て後方向より増幅用光ファイバ７３１に供給される。入力コネクタ７０１に入力した信号光は、光アイソレータ７２１および光カプラ７１１を順に経て増幅用光ファイバ７３１に入力し、増幅用光ファイバ７３１において光増幅される。増幅用光ファイバ７３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ７１２、光アイソレータ７２２および光カプラ７１３を順に経て、出力コネクタ７０２から出力される。
【０１１１】
出力コネクタ７０２から出力される信号光の一部は、光カプラ７１３により分岐され、光カプラ７１４により分波される。光カプラ７１４に分波された最も短い波長の信号光は、バンドパスフィルタ７４３を通過して、受光素子７４１によりパワーＰSが検出される。また、光カプラ７１４に分波された最も長い波長の信号光は、バンドパスフィルタ７４４を通過して、受光素子７４２によりパワーＰLが検出される。
【０１１２】
そして、温度制御部７６１により、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差が小さくなるように、ペルチエ素子７３３を介して増幅用光ファイバ７３１の温度が制御される。また、出力制御部７６２により、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の和が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーが制御される。
【０１１３】
本実施形態に係る光増幅器７００は、第１の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、増幅用光ファイバ７３１の温度をフィードバック制御することにより、より安定した光増幅動作が可能である。
【０１１４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、増幅用光ファイバに添加される蛍光物質は、Ｅｒ元素に限られるものではなく、他の希土類元素（例えば、Ｔｍ元素、Ｐｒ元素、Ｎｄ元素等）であってもよい。また、増幅用光ファイバに替えて、励起光により励起可能な蛍光物質が添加された平面光導波路であってもよい。
【０１１５】
また、後段および後段の増幅用光ファイバを有する場合であって、後段の増幅用光ファイバのみの温度を制御するのは、上記第６の実施形態の如く入力信号光パワーに基づいて温度制御を行う場合だけでなく、利得に基づいて温度制御を行ってもよいし、また、出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて温度制御を行ってもよい。また、３段以上の増幅用光ファイバを有する場合には、最上流の増幅用光ファイバを室温に維持して、２段目以降の増幅用光ファイバの何れかの温度を制御すればよく、この場合にも雑音指数が改善される。
【０１１６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る第１の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０１１７】
また、本発明に係る第２の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、また、その変動が波数の変動に因るものであっても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０１１８】
また、本発明に係る第３の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。また、光導波路の温度がフィードバック制御されるので、安定した光増幅動作が可能である。
【０１１９】
また、光導波路が複数の区間に区分され、温度制御手段は光導波路の最上流の区間の温度を一定に維持する場合には、温度変化に因る光導波路の雑音特性の劣化を光増幅器全体として回避することができる。
【０１２０】
また、蛍光物質がＥｒ元素である場合には、一般に光通信システムにおいて用いられる信号光波長帯域１．５３ｎｍ〜１．６０ｎｍにおいて信号光を光増幅することができる。特に、光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅するものであるのが好適であり、この場合には、入力信号光パワーが変動しても、２５ｎｍ以上の広い帯域に亘って利得平坦性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバの利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図３】入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときの利得を基準として、第１の実施形態に係る光増幅器の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図４】第１の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバの直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図５】各波長の信号光のパワーの変動を説明する図である。
【図６】第２の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図８】第４の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図９】第５の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図１０】第５の実施形態に係る光増幅器における利得等化器の損失スペクトルを示すグラフである。
【図１１】第５の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１２】入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときの利得を基準として、第５の実施形態に係る光増幅器の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１３】第６の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図１４】第６の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１５】第６の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１６】第７の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１００…光増幅器、１０１…入力コネクタ、１０２…出力コネクタ、１１１〜１１４…光カプラ、１２１，１２２…光アイソレータ、１３１…増幅用光ファイバ、１３２…コイルボビン、１３３…ペルチエ素子、１３４…サーミスタ、１４１，１４２…受光素子、１５１，１５２…励起光源、１６１…温度制御部、１６２…出力制御部、２００…光増幅器、２６１…温度制御部、２６２…出力制御部、３００…光増幅器、３６１…温度制御部、３６２…出力制御部、３６３…監視部、４００…光増幅器、４６１…温度制御部、４７１…可変光減衰器、４７２…バンドパスフィルタ、４７３…パイロット光出力制御部、５００…光増幅器、５６１，５６２…温度制御部、５６３…出力制御部、５７１…利得等化器、６００…光増幅器、７００…光増幅器、７６１…温度制御部、７６２…出力制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて多波長の信号光を一括して光増幅することができる光増幅器、および、このような光増幅器の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、励起光により励起可能な蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、この光導波路に励起光を供給する励起手段とを含み、光伝送システムにおける中継局などに設けられる。特に、多波長の信号光を伝送する波長多重伝送システムに用いられる光増幅器は、多波長の信号光それぞれを互いに等しい利得で一括光増幅するとともに、多波長の信号光それぞれのパワーを一定の目標値として出力することが重要である。
【０００３】
そこで、文献１「S. Kinoshita, et al., "Wide-dynamic-Range WDM Optical Fiber Amplifiers for 32×10 Gb/s, SMF Transmission Systems", OSA TOPS Vol.25, pp.280-283 (1998)」に記載された光増幅器は、利得平坦性を維持しながら利得を調整する為に、減衰量が可変の光減衰器を備えている。また、文献２「M. J. Yadlowsky, "EDFA without dynamic gain tilt using excited-state trapping", OSA TOPS Vol.25, pp.24-27 (1998)」に記載された光増幅器は、利得平坦性を維持しながら利得を調整する為に、蛍光物質（Ｅｒ元素）を励起準位へ捕捉させる制御光（波長９７７．５ｎｍ）を出力するための光源を、励起光（波長１４７０ｎｍ）を出力する励起光源とは別に備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は以下のような問題点を有している。すなわち、文献１に記載された光増幅器では、光減衰器における減衰量が増大すると、励起効率が低下し、雑音指数が増大することから、光増幅性能が劣化する。また、文献２に記載された光増幅器では、制御光を用いて蛍光物質を励起準位へ捕捉させるための制御が困難であり、利得平坦性を維持するのが困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、入力信号光パワーが変動しても光増幅性能の劣化を抑制するとともに容易に利得平坦性を維持することができる光増幅器および光増幅器制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第１の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。光導波路の温度の制御に際して、温度制御手段により制御される光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、光導波路に入力する信号光のパワーの変化量ΔＰ（単位ｄＢ）に対して、光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）をΔＰ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させるのが好適である。
【０００７】
この第１の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０００８】
本発明に係る第２の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第２の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。光導波路の温度の制御に際して、温度制御手段により制御される光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、利得の変化量ΔＧ（単位ｄＢ）に対して、光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）を−ΔＧ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させるのが好適である。
【０００９】
この第２の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、また、その変動が波数の変動に因るものであっても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。なお、利得は、入力信号光パワーおよび出力信号光パワーそれぞれを検出して両者の比から求めてもよいし、また、前段の光増幅器の出力信号光パワーと自己の光増幅器の入力信号光パワーとの比から求めてもよい。
【００１０】
本発明に係る第３の光増幅器は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。また、本発明に係る第３の光増幅器制御方法は、励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
この第３の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光（全信号光であってもよいし特定の波長の信号光であってもよい）のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワー差の差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。また、光導波路の温度がフィードバック制御されるので、安定した光増幅動作が可能である。
【００１２】
本発明に係る第１〜第３の光増幅器および光増幅器制御方法では、光導波路が複数の区間に区分され、温度制御手段は光導波路の最上流の区間の温度を一定に維持することを特徴とする。この場合には、温度変化に因る光導波路の雑音特性の劣化を光増幅器全体として回避することができる。
【００１３】
また、本発明に係る第１〜第３の光増幅器および光増幅器制御方法では、蛍光物質がＥｒ元素であることを特徴とする。この場合には、一般に光通信システムにおいて用いられる信号光波長帯域１．５３ｎｍ〜１．６０ｎｍにおいて信号光を光増幅することができる。特に、光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅するものであるのが好適であり、この場合には、入力信号光パワーが変動しても、２５ｎｍ以上の広い帯域に亘って利得平坦性を維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器１００は、入力する信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００１６】
本実施形態に係る光増幅器１００は、入力コネクタ１０１から出力コネクタ１０２へ順に、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１、光カプラ１１２、増幅用光ファイバ１３１、光カプラ１１３、光アイソレータ１２２および光カプラ１１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器１００は、光カプラ１１１に受光素子１４１が接続され、光カプラ１１２に励起光源１５１が接続され、光カプラ１１３に励起光源１５２が接続され、光カプラ１１４に受光素子１４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器１００は、温度制御部１６１および出力制御部１６２を備えている。
【００１７】
光カプラ１１１は、入力コネクタ１０１から到達した信号光の一部を受光素子１４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ１２１へ通過させる。受光素子１４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ１１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ１２１は、光カプラ１１１から光カプラ１１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ１１２は、光アイソレータ１２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ１３１へ出力するとともに、励起光源１５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ１３１へ出力する。励起光源１５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ１３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００１８】
増幅用光ファイバ１３１は、励起光源１５１，１５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ１３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン１３２に巻かれている。また、コイルボビン１３２には、増幅用光ファイバ１３１の温度を調整するペルチエ素子１３３、および、増幅用光ファイバ１３１の温度を検出するサーミスタ１３４が接着して設けられている。
【００１９】
光カプラ１１３は、増幅用光ファイバ１３１から出力された信号光を光アイソレータ１２２へ出力するとともに、励起光源１５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ１３１へ出力する。励起光源１５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ１３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ１２２は、光カプラ１１３から光カプラ１１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ１１４は、光アイソレータ１２２から到達した信号光の一部を受光素子１４２へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ１０２へ通過させる。受光素子１４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ１１４により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。
【００２０】
温度制御部１６１は、受光素子１４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ１３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子１３３を介して増幅用光ファイバ１３１の温度を制御する。また、出力制御部１６２は、受光素子１４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１５２より増幅用光ファイバ１３１へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００２１】
本実施形態に係る光増幅器１００は以下のように動作する。励起光源１５１から出力された励起光は光カプラ１１２を経て順方向より増幅用光ファイバ１３１に供給され、励起光源１５２から出力された励起光は光カプラ１１３を経て後方向より増幅用光ファイバ１３１に供給される。入力コネクタ１０１に入力した信号光は、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１および光カプラ１１２を順に経て増幅用光ファイバ１３１に入力し、増幅用光ファイバ１３１において光増幅される。増幅用光ファイバ１３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ１１３、光アイソレータ１２２および光カプラ１１４を順に経て、出力コネクタ１０２から出力される。
【００２２】
入力コネクタ１０１に入力した信号光の一部は、光カプラ１１１により分岐され、受光素子１４１によりパワーが検出される。そして、この受光素子１４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、ペルチエ素子１３３を介して増幅用光ファイバ１３１の温度が温度制御部１６１により制御される。また、出力コネクタ１０２から出力される信号光の一部は、光カプラ１１４により分岐され、受光素子１４２によりパワーが検出される。そして、この受光素子１４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１５２より増幅用光ファイバ１３１へ供給される励起光のパワーが出力制御部１６２により制御される。
【００２３】
本実施形態に係る光増幅器１００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ１３１は、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が３７００ｗｔ.ｐｐｍであり、長さが１５ｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約５０ｄＢ／ｍである。増幅用光ファイバ１３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源１５１は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー９７ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ１３１に供給する。増幅用光ファイバ１３１に対し後方向から励起光を供給する励起光源１５２は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子１４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ１３１に供給する励起光が出力制御部１６２により制御される。
【００２４】
入力コネクタ１０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−１３ｄＢｍ〜−９ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ１３１の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００２５】
そして、受光素子１４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部１６１による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、
ΔＴ＝ΔＰ／（Ａ・Ｇ） …(1)
なる式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ１３１の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ１３１における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ１３１における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ１３１の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。
【００２６】
このとき、入力信号光の全パワーが−１３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１１．６７ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は２０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は３０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１０．３３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は４０℃に設定される。また、入力信号光の全パワーが−９ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ１３１の温度は６０℃に設定される。
【００２７】
図２は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の増幅用光ファイバ１３１の利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。図３は、入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときの利得を基準として、第１の実施形態に係る光増幅器１００の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【００２８】
これらのグラフから判るように、入力信号光パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−２ｄＢだけ変化したとき（−１３ｄＢｍ，温度０℃）に利得が約＋２ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが−０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１１．６７ｄＢｍ，温度２０℃）に利得が約＋０．６７ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが＋０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１０．３３ｄＢｍ，温度４０℃）に利得が約−０．６７ｄＢだけ変化し、また、入力信号光パワーが＋２ｄＢだけ変化したとき（−９ｄＢｍ，温度６０℃）に利得が約−２ｄＢだけ変化する。
【００２９】
したがって、本実施形態に係る光増幅器１００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。特に、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。なお、従来の技術の欄に示された文献２に記載されたものでは、利得が増大すると利得スペクトルの凹凸も増大するのに対して、本実施形態に係る光増幅器１００では、利得が増大しても利得スペクトルの凹凸が増大することなく、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。すなわち、本実施形態に係る光増幅器１００は、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−１１±２ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。
【００３０】
また、図４は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の増幅用光ファイバ１３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、光減衰器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の大幅な増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。従来の技術の欄に示された文献１に記載されたものと比較すると、本実施形態では、可変光減衰器を設ける必要がないので、光増幅器における信号光に対する不要な損失を除去することができ、励起効率が向上する。また、従来の技術の欄に示された文献２に記載されたものと比較すると、本実施形態では、制御光を出力するための光源を設ける必要がなく、コストが削減され、信頼性が向上する。
【００３２】
なお、以上では、増幅用光ファイバ１３１の温度を３０℃±３０Ｋの範囲で変化させたが、より広い温度範囲で増幅用光ファイバ１３１の温度を調整することにより、より広い入力信号光パワーの変動にも対応することができる。また、図１に示した構成の光増幅器１００では、受光素子１４２は、出力信号光だけでなくＡＳＥ光を含めたパワーを検出するので、出力信号光パワーは厳密にいうと一定にならない。
【００３３】
さらに、以上では、図５に示すように、入力する各波長の信号光が一様に変化する場合（図５（ａ）→（ｂ））を想定した。しかし、光源の不具合等に因り或る波長の入力信号光のパワーが他の波長の入力信号光のパワーと異なる変化をする場合（図５（ａ）→（ｃ））もあり得る。後者の場合には、この第１の実施形態の如く入力信号光の全パワーに基づいて増幅用光ファイバの温度を制御するのではなく、次に述べる第２〜第４の実施形態の如く所要利得に基づいて増幅用光ファイバの温度を制御するのが好適である。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る光増幅器２００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器２００は、入力信号光パワーと出力信号光パワーとの比から増幅用光ファイバにおける光増幅の利得を求め、この利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００３５】
本実施形態に係る光増幅器２００は、入力コネクタ２０１から出力コネクタ２０２へ順に、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１、光カプラ２１２、増幅用光ファイバ２３１、光カプラ２１３、光アイソレータ２２２および光カプラ２１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器２００は、光カプラ２１１にバンドパスフィルタ２４３を介して受光素子２４１が接続され、光カプラ２１２に励起光源２５１が接続され、光カプラ２１３に励起光源２５２が接続され、光カプラ２１４にバンドパスフィルタ２４４を介して受光素子２４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器２００は、温度制御部２６１および出力制御部２６２を備えている。
【００３６】
光カプラ２１１は、入力コネクタ２０１から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ２４３へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ２２１へ通過させる。受光素子２４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ２１１により分岐されバンドパスフィルタ２４３を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ２２１は、光カプラ２１１から光カプラ２１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ２１２は、光アイソレータ２２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ２３１へ出力するとともに、励起光源２５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ２３１へ出力する。励起光源２５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ２３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００３７】
増幅用光ファイバ２３１は、励起光源２５１，２５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ２３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン２３２に巻かれている。また、コイルボビン２３２には、増幅用光ファイバ２３１の温度を調整するペルチエ素子２３３、および、増幅用光ファイバ２３１の温度を検出するサーミスタ２３４が接着して設けられている。
【００３８】
光カプラ２１３は、増幅用光ファイバ２３１から出力された信号光を光アイソレータ２２２へ出力するとともに、励起光源２５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ２３１へ出力する。励起光源２５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ２３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ２２２は、光カプラ２１３から光カプラ２１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ２１４は、光アイソレータ２２２から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ２４４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ２０２へ通過させる。受光素子２４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ２１４により分岐されバンドパスフィルタ２４４を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ２４３および２４４それぞれの透過特性は互いに等しい。また、特定波長は例えば１５７１ｎｍである。
【００３９】
温度制御部２６１は、受光素子２４１および２４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得を算出する。そして、温度制御部２６１は、この利得に基づいて、サーミスタ２３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子２３３を介して増幅用光ファイバ２３１の温度を制御する。また、出力制御部２６２は、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源２５２より増幅用光ファイバ２３１へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００４０】
本実施形態に係る光増幅器２００は以下のように動作する。励起光源２５１から出力された励起光は光カプラ２１２を経て順方向より増幅用光ファイバ２３１に供給され、励起光源２５２から出力された励起光は光カプラ２１３を経て後方向より増幅用光ファイバ２３１に供給される。入力コネクタ２０１に入力した信号光は、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１および光カプラ２１２を順に経て増幅用光ファイバ２３１に入力し、増幅用光ファイバ２３１において光増幅される。増幅用光ファイバ２３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ２１３、光アイソレータ２２２および光カプラ２１４を順に経て、出力コネクタ２０２から出力される。
【００４１】
入力コネクタ２０１に入力した信号光の一部は光カプラ２１１により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ２４３を通過して受光素子２４１によりパワーが検出される。また、出力コネクタ２０２から出力される信号光の一部は光カプラ２１４により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ２４４を通過して受光素子２４２によりパワーが検出される。そして、温度制御部２６１により、受光素子２４１および受光素子２４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子２３３を介して増幅用光ファイバ２３１の温度が制御される。また、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源２５２より増幅用光ファイバ２３１へ供給される励起光のパワーが出力制御部２６２により制御される。
【００４２】
本実施形態に係る光増幅器２００は、より具体的には以下のように構成される。本実施形態における増幅用光ファイバ２３１は、第１の実施形態における増幅用光ファイバ１３１と同様のものである。本実施形態における励起光源２５１，２５２も、第１の実施形態における励起光源１５１，１５２と略同様のものである。
【００４３】
入力コネクタ２０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとする。また、バンドパスフィルタ２４３，２４４が透過し受光素子２４１，２４２が受光する特定波長の信号光を波長１５７１ｎｍの信号光とする。受光素子２４１により検出される特定波長の信号光のパワーをＰr1（単位ｄＢｍ）とし、受光素子２４２により検出される特定波長の信号光のパワーをＰr2（単位ｄＢｍ）とする。この特定波長の信号光についての光増幅の利得Ｇ（単位ｄＢ）は、
Ｇ＝Ｐr2−Ｐr1 …(2)
なる式で表される。
【００４４】
本実施形態では、励起光源２５２は、受光素子２４２により検出される特定波長の出力信号光パワーＰr2が一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ２３１に供給する励起光が出力制御部２６２により制御される。また、特定波長の信号光についての利得Ｇが所望値であるときに、増幅用光ファイバ２３１の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００４５】
そして、利得の算出結果に基づく温度制御部２６１による温度制御により、この基準状態に対して、特定波長の信号光の利得がΔＧ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、
ΔＴ＝−ΔＧ／（Ａ・Ｇ） …(3)
なる式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ２３１の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ２３１における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ２３１における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ２３１の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。
【００４６】
本実施形態でも、図２〜図４それぞれに示したグラフと同様の特性が得られる。すなわち、本実施形態に係る光増幅器２００は、入力信号光の全パワーが変動した場合だけでなく、或る波長の入力信号光のパワーが他の波長の入力信号光のパワーと異なる変化をした場合にも、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持される。特に、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。本実施形態に係る光増幅器２００は、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−１１±２ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。また、本実施形態に係る光増幅器２００も、光減衰器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る光増幅器３００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００は、前段の光増幅器の出力信号光パワーと自己の光増幅器の入力信号光パワーとに基づいて増幅用光ファイバにおける光増幅の利得を求め、この利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００４８】
本実施形態に係る光増幅器３００は、入力コネクタ３０１から出力コネクタ３０２へ順に、光カプラ３１５、光カプラ３１１、光アイソレータ３２１、光カプラ３１２、増幅用光ファイバ３３１、光カプラ３１３、光アイソレータ３２２、光カプラ３１４および光カプラ３１６が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器３００は、光カプラ３１１に受光素子３４１が接続され、光カプラ３１２に励起光源３５１が接続され、光カプラ３１３に励起光源３５２が接続され、光カプラ３１４に受光素子３４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器３００は、温度制御部３６１、出力制御部３６２および監視部３６３を備えている。
【００４９】
光カプラ３１５は、入力コネクタ３０１から到達した光を分波して、所定波長の監視光を監視部３６３へ向けて出力し、信号光を光カプラ３１１へ向けて出力する。光カプラ３１１は、光カプラ３１５から到達した信号光の一部を受光素子３４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ３２１へ通過させる。受光素子３４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ３１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ３２１は、光カプラ３１１から光カプラ３１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ３１２は、光アイソレータ３２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ３３１へ出力するとともに、励起光源３５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ３３１へ出力する。励起光源３５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ３３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００５０】
増幅用光ファイバ３３１は、励起光源３５１，３５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ３３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン３３２に巻かれている。また、コイルボビン３３２には、増幅用光ファイバ３３１の温度を調整するペルチエ素子３３３、および、増幅用光ファイバ３３１の温度を検出するサーミスタ３３４が接着して設けられている。
【００５１】
光カプラ３１３は、増幅用光ファイバ３３１から出力された信号光を光アイソレータ３２２へ出力するとともに、励起光源３５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ３３１へ出力する。励起光源３５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ３３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ３２２は、光カプラ３１３から光カプラ３１４の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ３１４は、光アイソレータ３２２から到達した信号光の一部を受光素子３４２へ向けて分岐し、残部を光カプラ３１６へ通過させる。受光素子３４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ３１４により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光カプラ３１６は、光カプラ３１４から到達した信号光および監視部３６３から到達した監視光を合波して、その合波した信号光および監視光を出力コネクタ３０２へ出力する。
【００５２】
監視部３６３は、光カプラ３１５から到達した監視光を入力する。この監視光は、本実施形態に係る光増幅器３００の前段に設けられた光増幅器から出力されたものであって、この前段光増幅器から出力される信号光のパワーに関する情報を伝送するものである。そして、監視部３６３は、この監視光の情報に基づいて、前段光増幅器から出力される信号光のパワーＰ0（単位ｍＷ）を検知し、その検知結果を温度制御部３６１および出力制御部３６２それぞれに通知する。
【００５３】
温度制御部３６１は、監視部３６３により検知された前段光増幅器の出力信号光パワーＰ0、および、受光素子３４１により検出された入力信号光パワーＰ1（単位ｍＷ）に基づいて、
Ｇ＝１０・log(Ｐ1／Ｐ0) …(4)
なる関係式により所要利得Ｇ（単位ｄＢ）を求める。そして、温度制御部３６１は、第２の実施形態の場合と同様にして、この利得Ｇの変化量ΔＧに基づいて、サーミスタ３３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子３３３を介して増幅用光ファイバ３３１の温度を制御する。
【００５４】
また、出力制御部３６２は、監視部３６３により検知された前段光増幅器の出力信号光パワーＰ0、および、受光素子３４１により検出された入力信号光パワーＰ1に基づいて、受光素子３４２により検出される出力信号光のパワーが、
Ｐ2＝(Ｐ1／Ｐ0)・(Ｐ0＋Ｆ) …(5)
なる式で表される一定の目標値Ｐ2（単位ｍＷ）になるよう、励起光源３５２より増幅用光ファイバ３３１へ供給される励起光のパワーを制御する。ここで、Ｆ（単位ｍＷ）は、光増幅器３００の雑音特性により決まる定数であり、１ｍＷ程度である。
【００５５】
本実施形態に係る光増幅器３００は以下のように動作する。励起光源３５１から出力された励起光は光カプラ３１２を経て順方向より増幅用光ファイバ３３１に供給され、励起光源３５２から出力された励起光は光カプラ３１３を経て後方向より増幅用光ファイバ３３１に供給される。入力コネクタ３０１に入力した信号光は、光カプラ３１５、光カプラ３１１、光アイソレータ３２１および光カプラ３１２を順に経て増幅用光ファイバ３３１に入力し、増幅用光ファイバ３３１において光増幅される。増幅用光ファイバ３３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ３１３、光アイソレータ３２２、光カプラ３１４および光カプラ３１６を順に経て、出力コネクタ３０２から出力される。
【００５６】
入力コネクタ３０１に入力した光のうち特定波長の監視光は、光カプラ３１５により分波されて、監視部３６３に入力する。監視部３６３では、その監視光に基づいて、前段の光増幅器から出力される信号光のパワーＰ0を取得する。入力コネクタ３０１に入力した信号光の一部は、光カプラ３１１により分岐され、受光素子３４１によりパワーＰ1が検出される。また、出力コネクタ３０２から出力される信号光の一部は、光カプラ３１４により分岐され、受光素子３４２によりパワーが検出される。
【００５７】
そして、温度制御部３６１により、前段の光増幅器の出力信号光パワーＰ0および自己の光増幅器３００の入力信号光パワーＰ1に基づいて所要利得Ｇが(4)式により求められる。さらに、温度制御部３６１により、この求められた所要利得に基づいて増幅用光ファイバ３３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子３３３を介して増幅用光ファイバ３３１の温度が制御される。
【００５８】
また、出力制御部３６２により、前段の光増幅器の出力信号光パワーＰ0および自己の光増幅器３００の入力信号光パワーＰ1に基づいて出力信号光のパワーの目標値Ｐ2が(5)式により求められる。さらに、出力制御部３６２により、受光素子３４２により検出される出力信号光のパワーが目標値Ｐ2になるよう、励起光源３５２より増幅用光ファイバ３３１へ供給される励起光のパワーが制御される。
【００５９】
本実施形態に係る光増幅器３００は、第２の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、より正確に出力信号光のパワーを一定に維持することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態に係る光増幅器４００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器４００は、光帰還ループを設けて出力信号光のパワーを一定の目標値とするとともに、増幅用光ファイバにおける光増幅の利得に基づいて増幅用光ファイバの少なくとも一部の温度を制御するものである。
【００６１】
本実施形態に係る光増幅器４００は、入力コネクタ４０１から出力コネクタ４０２へ順に、光カプラ４１１、光カプラ４１５、光アイソレータ４２１、光カプラ４１２、増幅用光ファイバ４３１、光カプラ４１３、光アイソレータ４２２、光カプラ４１６および光カプラ４１４が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器４００は、光カプラ４１１にバンドパスフィルタ４４３を介して受光素子４４１が接続され、光カプラ４１２に励起光源４５１が接続され、光カプラ４１３に励起光源４５２が接続され、光カプラ４１４にバンドパスフィルタ４４４を介して受光素子２４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器４００は、温度制御部４６１、可変光減衰器４７１、バンドパスフィルタ４７２およびパイロット光出力制御部４７３を備えている。
【００６２】
光カプラ４１１は、入力コネクタ４０１から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ４４３へ向けて分岐し、残部を光カプラ４１５へ通過させる。受光素子４４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ４１１により分岐されバンドパスフィルタ４４３を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光カプラ４１５は、光カプラ４１１から到達した信号光を光アイソレータ４２１へ出力するとともに、可変光減衰器４７１から到達した光をも光アイソレータ４２１へ出力する。光アイソレータ４２１は、光カプラ４１５から光カプラ４１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ４１２は、光アイソレータ４２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ４３１へ出力するとともに、励起光源４５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ４３１へ出力する。励起光源４５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ４３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００６３】
増幅用光ファイバ４３１は、励起光源４５１，４５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ４３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン４３２に巻かれている。また、コイルボビン４３２には、増幅用光ファイバ４３１の温度を調整するペルチエ素子４３３、および、増幅用光ファイバ４３１の温度を検出するサーミスタ４３４が接着して設けられている。
【００６４】
光カプラ４１３は、増幅用光ファイバ４３１から出力された信号光を光アイソレータ４２２へ出力するとともに、励起光源４５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ４３１へ出力する。励起光源４５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ４３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ４２２は、光カプラ４１３から光カプラ４１６の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ４１６は、光アイソレータ４２２から到達した光の一部をバンドパスフィルタ４７２へ分岐し、残部を光カプラ４１４へ通過させる。光カプラ４１４は、光カプラ４１６から到達した信号光の一部をバンドパスフィルタ４４４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ４０２へ通過させる。受光素子４４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ４１４により分岐されバンドパスフィルタ４４４を通過した特定波長の信号光の一部を受光して、その特定波長の入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。なお、バンドパスフィルタ４４３および４４４それぞれの透過特性は互いに等しい。
【００６５】
温度制御部４６１は、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇ（単位ｄＢ）を算出する。そして、温度制御部４６１は、第２の実施形態の場合と同様にして、この利得Ｇの変化量ΔＧに基づいて、サーミスタ４３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子４３３を介して増幅用光ファイバ４３１の温度を制御する。
【００６６】
バンドパスフィルタ４７２は、光カプラ４１６から到達した光のうち所定波長（例えば１６０３ｎｍ）の光を通過させる。可変光減衰器４７１は、バンドパスフィルタ４７２を通過した所定波長の光を入力し、これに減衰量Ｌ（単位ｄＢ）を与えて光カプラ４１５へ出力する。したがって、光カプラ４１５から増幅用光ファイバ４３１を経て光カプラ４１６に到るまでの光路、ならびに、光カプラ４１６からバンドパスフィルタ４７２および可変光減衰器４７１を経て光カプラ４１５へ戻るまでの経路は、バンドパスフィルタ４７２が通過させる所定波長の光をレーザ発振する光帰還ループを構成している。
【００６７】
パイロット光出力制御部４７３は、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇを算出する。また、パイロット光出力制御部４７３は、光カプラ４１２，４１３，４１５および４１６ならびに光アイソレータ４２１および４２２の全体の損失Ｌ0（単位ｄＢ）を予め記憶している。そして、パイロット光出力制御部４７３は、可変光減衰器４７１の減衰量Ｌを
Ｌ＝Ｇ−Ｌ0 …(6)
なる式で算出される値に設定する。
【００６８】
本実施形態に係る光増幅器４００は以下のように動作する。励起光源４５１から出力された励起光は光カプラ４１２を経て順方向より増幅用光ファイバ４３１に供給され、励起光源４５２から出力された励起光は光カプラ４１３を経て後方向より増幅用光ファイバ４３１に供給される。入力コネクタ４０１に入力した信号光は、光カプラ４１１、光カプラ４１５、光アイソレータ４２１および光カプラ４１２を順に経て増幅用光ファイバ４３１に入力し、増幅用光ファイバ４３１において光増幅される。増幅用光ファイバ４３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ４１３、光アイソレータ４２２、光カプラ４１６および光カプラ４１４を順に経て、出力コネクタ４０２から出力される。
【００６９】
入力コネクタ４０１に入力した信号光の一部は光カプラ４１１により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ４４３を通過して受光素子４４１によりパワーが検出される。また、出力コネクタ４０２から出力される信号光の一部は光カプラ４１４により分岐され、そのうちの特定波長の成分がバンドパスフィルタ４４４を通過して受光素子４４２によりパワーが検出される。そして、温度制御部４６１により、受光素子４４１および受光素子４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得が算出され、この利得に基づいてペルチエ素子４３３を介して増幅用光ファイバ４３１の温度が制御される。
【００７０】
また、パイロット光出力制御部４７３により、受光素子４４１および４４２それぞれにより検出された特定波長の信号光のパワーに基づいて増幅用光ファイバ４３１における光増幅の利得Ｇが算出され、可変光減衰器４７１の減衰量Ｌが(6)式により算出される。可変光減衰器４７１は、パイロット光出力制御部４７３により減衰量Ｌに設定される。
【００７１】
本実施形態では、上記光帰還ループの作用により、出力コネクタ４０２から出力される信号光のパワーは一定に維持される。したがって、励起光源４５１，４５２より増幅用光ファイバ４３１へ供給される励起光のパワーは一定でよい。
【００７２】
本実施形態に係る光増幅器４００は、第２の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、より正確に出力信号光のパワーを一定に維持することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第５の実施形態について説明する。図９は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器５００は、増幅用光ファイバが２段構成となっており、Ｃバンドの波長帯域の信号光を光増幅する。
【００７４】
本実施形態に係る光増幅器５００は、入力コネクタ５０１から出力コネクタ５０２へ順に、光カプラ５１１、光アイソレータ５２１、光カプラ５１２、増幅用光ファイバ５３１、光アイソレータ５２２、利得等化器５７１、光カプラ５１３、増幅用光ファイバ５３６、光カプラ５１４、光アイソレータ５２３および光カプラ５１５が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器５００は、光カプラ５１１に受光素子５４１が接続され、光カプラ５１２に励起光源５５１が接続され、光カプラ５１３に励起光源５５２が接続され、光カプラ５１４に励起光源５５３が接続され、光カプラ５１５に受光素子５４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器５００は、温度制御部５６１および５６２ならびに出力制御部５６３を備えている。
【００７５】
光カプラ５１１は、入力コネクタ５０１から到達した信号光の一部を受光素子５４１へ向けて分岐し、残部を光アイソレータ５２１へ通過させる。受光素子５４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ５１１により分岐された信号光の一部を受光して、入力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。光アイソレータ５２１は、光カプラ５１１から光カプラ５１２の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ５１２は、光アイソレータ５２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ５３１へ出力するとともに、励起光源５５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ５３１へ出力する。励起光源５５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００７６】
増幅用光ファイバ５３１は、励起光源５５１から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ５３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン５３２に巻かれている。また、コイルボビン５３２には、増幅用光ファイバ５３１の温度を調整するペルチエ素子５３３、および、増幅用光ファイバ５３１の温度を検出するサーミスタ５３４が接着して設けられている。
【００７７】
光アイソレータ５２２は、増幅用光ファイバ５３１から利得等化器５７１の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。利得等化器５７１は、増幅用光ファイバ５３１および５３６における信号光の利得の偏差を補償する損失スペクトルを有し、光増幅器５００全体の利得を平坦にする。光カプラ５１３は、利得等化器５７１から到達した信号光を増幅用光ファイバ５３６へ出力するとともに、励起光源５５２から出力された励起光も増幅用光ファイバ５３６へ出力する。励起光源５５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３６に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【００７８】
増幅用光ファイバ５３６は、励起光源５５２，５５３から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ５３６は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン５３７に巻かれている。また、コイルボビン５３７には、増幅用光ファイバ５３６の温度を調整するペルチエ素子５３８、および、増幅用光ファイバ５３６の温度を検出するサーミスタ５３９が接着して設けられている。
【００７９】
光カプラ５１４は、増幅用光ファイバ５３６から出力された信号光を光アイソレータ５２３へ出力するとともに、励起光源５５３から出力された励起光を増幅用光ファイバ５３６へ出力する。励起光源５５３は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ５３６に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ５２３は、光カプラ５１４から光カプラ５１５の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ５１５は、光アイソレータ５２３から到達した信号光の一部を受光素子５４２へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ５０２へ通過させる。受光素子５４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ５１５により分岐された信号光の一部を受光して、出力信号光のパワーを示す電気信号を出力する。
【００８０】
温度制御部５６１は、受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ５３４による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子５３３を介して増幅用光ファイバ５３１の温度を制御する。温度制御部５６２は、受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、サーミスタ５３９による温度測定の結果をモニタしながらペルチエ素子５３８を介して増幅用光ファイバ５３６の温度を制御する。また、出力制御部５６３は、受光素子５４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源５５２，５５３より増幅用光ファイバ５３６へ供給される励起光のパワーを制御する。
【００８１】
本実施形態に係る光増幅器５００は以下のように動作する。励起光源５５１から出力された励起光は光カプラ５１２を経て順方向より前段の増幅用光ファイバ５３１に供給される。また、励起光源５５２から出力された励起光は光カプラ５１３を経て順方向より後段の増幅用光ファイバ５３２に供給され、励起光源５５３から出力された励起光は光カプラ５１４を経て後方向より後段の増幅用光ファイバ５３２に供給される。
【００８２】
入力コネクタ５０１に入力した信号光は、光カプラ５１１、光アイソレータ５２１および光カプラ５１２を順に経て増幅用光ファイバ５３１に入力し、増幅用光ファイバ５３１において光増幅される。増幅用光ファイバ５３１において光増幅されて出力された信号光は、光アイソレータ５２２を経て利得等化器５７１に入力し、利得等化器５７１が有する損失スペクトルに従って波長に依存した損失を受ける。利得等化器５７１から出力された信号光は、光カプラ５１３を経て増幅用光ファイバ５３６に入力し、増幅用光ファイバ５３６において光増幅される。増幅用光ファイバ５３６において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ５１４、光アイソレータ５２３および光カプラ５１５を順に経て、出力コネクタ５０２から出力される。
【００８３】
入力コネクタ５０１に入力した信号光の一部は、光カプラ５１１により分岐され、受光素子５４１によりパワーが検出される。そして、この受光素子５４１により検出された入力信号光のパワーに基づいて、ペルチエ素子５３３を介して前段の増幅用光ファイバ５３１の温度が温度制御部５６１により制御されるとともに、ペルチエ素子５３８を介して後段の増幅用光ファイバ５３６の温度が温度制御部５６６により制御され、
【００８４】
また、出力コネクタ５０２から出力される信号光の一部は、光カプラ５１５により分岐され、受光素子５４２によりパワーが検出される。そして、この受光素子５４２により検出される出力信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源５５２．５５３より後段の増幅用光ファイバ５３６へ供給される励起光のパワーが出力制御部５６２により制御される。
【００８５】
本実施形態に係る光増幅器５００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ５３１および５３６それぞれは、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が１０００ｗｔ.ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約７．６ｄＢ／ｍである。前段の増幅用光ファイバ５３１の長さは５ｍであり、後段の増幅用光ファイバ５３６の長さは１２ｍである。
【００８６】
前段の増幅用光ファイバ５３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源５５１は、波長０．９８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー６５ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ５３１に供給する。後段の増幅用光ファイバ５３６に対し順方向および後方向から励起光を供給する励起光源５５２および５５３は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子５４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ５３６に供給する励起光が出力制御部５６３により制御される。
【００８７】
前段の増幅用光ファイバ５３１と後段の増幅用光ファイバ５３６との間に設けられる利得等化器５７１は、図１０に示す形状の損失スペクトルを有するものとする。この図に示すように、利得等化器５７１は、波長帯域１５３７ｎｍ〜１５５９ｎｍの範囲において、波長１５３７ｎｍ付近で損失が最も小さい。
【００８８】
入力コネクタ５０１にはＣバンドの波長帯域１５３７ｎｍ〜１５５９ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−９．０ｄＢｍ〜−７．５ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ５３１および５３６の温度を２５℃として、これを基準状態とする。
【００８９】
そして、受光素子５４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部５６１，５６２による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、上記(1)式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ５３１，５３６の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、増幅用光ファイバ５３１および５３６における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度２５℃のときの増幅用光ファイバ５３１および５３６における光増幅の利得の値３４ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ５３１および５３６の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値−９×１０-4／Ｋである。このとき、入力信号光の全パワーが−９．０ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３１および５３６の温度は７５℃に設定される。
【００９０】
図１１は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。図１２は、入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときの利得を基準として、第５の実施形態に係る光増幅器５００の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。これらのグラフから判るように、入力信号光パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−１．５ｄＢだけ変化したとき（−９．０ｄＢｍ，温度７５℃）に利得が約＋１．５ｄＢだけ変化する。
【００９１】
したがって、本実施形態に係る光増幅器５００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。特に、波長帯域１５４７ｎｍ〜１５５５ｎｍの範囲内では、各波長の信号光の出力パワーの変動は±０．１ｄＢ以下である。本実施形態に係る光増幅器５００は、波長帯域１５４７ｎｍ〜１５５５ｎｍの範囲内の信号光を用いれば、入力信号光のパワーが−９ｄＢｍ〜−７．５ｄＢｍの範囲で変動しても、利得平坦性が保たれたまま、各波長の出力信号光のパワーも一定に保たれる。
【００９２】
（第６の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第６の実施形態について説明する。図１３は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器６００は、増幅用光ファイバが２段構成となっており、後段の増幅用光ファイバのみの温度を制御することにより、雑音指数の改善を図るものである。
【００９３】
第６の実施形態に係る光増幅器６００は、第５の実施形態に係る光増幅器５００の構成から、ペルチエ素子５３３、サーミスタ５３４、温度制御部５６１および利得等化器５７１を除いたものである。そして、本実施形態に係る光増幅器６００では、前段の増幅用光ファイバ５３１は室温とされる。
【００９４】
本実施形態に係る光増幅器６００は、より具体的には以下のように構成される。増幅用光ファイバ５３１および５３６それぞれは、Ｅｒ元素およびＡｌ元素がコアに添加された石英系の光ファイバであって、Ｅｒ元素添加濃度が３７００ｗｔ.ｐｐｍであり、カットオフ波長が１．１μｍであり、波長１．５３μｍにおける吸収が約５０ｄＢ／ｍである。前段の増幅用光ファイバ５３１の長さは４．６ｍであり、後段の増幅用光ファイバ５３６の長さは１５ｍである。
【００９５】
前段の増幅用光ファイバ５３１に対し順方向から励起光を供給する励起光源５５１は、波長０．９８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、パワー４０ｍＷの励起光を増幅用光ファイバ５３１に供給する。後段の増幅用光ファイバ５３６に対し順方向および後方向から励起光を供給する励起光源５５２および５５３は、波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源であり、受光素子５４２により検出される出力信号光パワーが一定の目標値になるよう、増幅用光ファイバ５３６に供給する励起光が出力制御部５６３により制御される。
【００９６】
入力コネクタ５０１にはＬバンドの波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲内の多波長の信号光が入力するものとし、また、入力する各波長の信号光のパワーが一様に変動し、全パワーが−１６．５ｄＢｍ〜−１２．５ｄＢｍの範囲で変動するものとする。入力信号光の全パワーが−１４．５ｄＢｍであるときに、増幅用光ファイバ５３６の温度を３０℃として、これを基準状態とする。
【００９７】
そして、受光素子５４１による入力信号光パワーの検出結果に基づく温度制御部５６２による温度制御により、この基準状態に対して、入力信号光の全パワーがΔＰ（単位ｄＢ）だけ増加したときに、上記(1)式で表される温度差ΔＴ（単位Ｋ）だけ増幅用光ファイバ５３６の温度を上昇させる。ここで、Ｇ（単位ｄＢ）は、後段の増幅用光ファイバ５３６における正味利得の調整範囲の設定中心値であり、今の場合、温度３０℃のときの増幅用光ファイバ５３６における光増幅の利得の値２６ｄＢである。また、Ａ（単位１／Ｋ）は、増幅用光ファイバ５３６の組成と信号光波長帯域とにより定まる定数であり、今の場合、値２．６×１０-3／Ｋである。なお、前段の増幅用光ファイバ５３１は室温（２５℃）に維持される。
【００９８】
このとき、入力信号光の全パワーが−１６．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１５．１７ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は２０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１４．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は３０℃に設定される。入力信号光の全パワーが−１３．８３ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は４０℃に設定される。また、入力信号光の全パワーが−１２．５ｄＢｍであるとき、増幅用光ファイバ５３６の温度は６０℃に設定される。
【００９９】
図１４は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、入力信号光パワーが−１４．５ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときを基準とすると、入力信号光パワーが−２ｄＢだけ変化したとき（−１６．５ｄＢｍ，温度０℃）に利得が約＋２ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが−０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１５．１７ｄＢｍ，温度２０℃）に利得が約＋０．６７ｄＢだけ変化し、入力信号光パワーが＋０．６７ｄＢだけ変化したとき（−１３．８３ｄＢｍ，温度４０℃）に利得が約−０．６７ｄＢだけ変化し、また、入力信号光パワーが＋２ｄＢだけ変化したとき（−１２．５ｄＢｍ，温度６０℃）に利得が約−２ｄＢだけ変化する。したがって、本実施形態に係る光増幅器６００は、入力信号光のパワーが変動しても、出力信号光のパワーは一定の目標値となり、しかも、利得スペクトルの形状は一定に維持されている。
【０１００】
また、図１５は、第６の実施形態に係る光増幅器６００の増幅用光ファイバ５３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。このグラフから判るように、光減衰器や利得等化器により信号光を減衰させないので、励起効率が低下することなく、雑音指数の増大や光増幅性能の劣化を抑制することができる。これを第１の実施形態の場合（図４）と比較すると、第１の実施形態では増幅用光ファイバの温度を高くすると雑音指数が劣化するのに対して、第６の実施形態では増幅用光ファイバ５３６の温度を高くしても雑音指数の劣化が僅かである。
【０１０１】
なお、前段の増幅用光ファイバ５３１の温度を室温とし、後段の増幅用光ファイバ５３６の温度を入力信号光パワーに基づいて制御することにより、雑音指数が改善される。一方、前段の増幅用光ファイバ５３１および後段の増幅用光ファイバ５３６それぞれの温度を入力信号光パワーに基づいて制御することにより、より広い入力信号光パワーの変動にも対応することができる。何れを選択するかは、光増幅器の用途次第である。
【０１０２】
（第７の実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器および光増幅器制御方法の第７の実施形態について説明する。図１６は、第７の実施形態に係る光増幅器７００の構成図である。本実施形態に係る光増幅器７００は、第１〜第６の実施形態の場合のように増幅用光ファイバの温度をフィードフォワード制御するのではなく、出力される２波長の信号光のパワーの差に基づいて増幅用光ファイバの温度をフィードバック制御するものである。
【０１０３】
本実施形態に係る光増幅器７００は、入力コネクタ７０１から出力コネクタ７０２へ順に、光アイソレータ７２１、光カプラ７１１、増幅用光ファイバ７３１、光カプラ７１２、光アイソレータ７２２および光カプラ７１３が縦続接続されている。また、本実施形態に係る光増幅器７００は、光カプラ７１１に励起光源７５１が接続され、光カプラ７１２に励起光源７５２が接続され、また、光カプラ７１３に光カプラ７１４ならびにバンドパスフィルタ７４３，７４４を介して受光素子７４１，７４２が接続されている。さらに、本実施形態に係る光増幅器７００は、温度制御部７６１および出力制御部７６２を備えている。
【０１０４】
光アイソレータ７２１は、入力コネクタ７０１から光カプラ７１１の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ７１１は、光アイソレータ７２１から到達した信号光を増幅用光ファイバ７３１へ出力するとともに、励起光源７５１から出力された励起光も増幅用光ファイバ７３１へ出力する。励起光源７５１は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ７３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。
【０１０５】
増幅用光ファイバ７３１は、励起光源７５１，７５２から出力された励起光により励起可能な蛍光物質がコアに添加された光導波路であり、信号光を光増幅して出力する。添加される蛍光物質は、好適には希土類元素であり、より好適にはＥｒ元素である。Ｅｒ元素が添加される場合、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので好適である。増幅用光ファイバ７３１は、熱伝導性に優れた材質（例えばアルミニウム）からなるコイルボビン７３２に巻かれている。また、コイルボビン７３２には、増幅用光ファイバ７３１の温度を調整するペルチエ素子７３３、および、増幅用光ファイバ７３１の温度を検出するサーミスタ７３４が接着して設けられている。
【０１０６】
光カプラ７１２は、増幅用光ファイバ７３１から出力された信号光を光アイソレータ７２２へ出力するとともに、励起光源７５２から出力された励起光を増幅用光ファイバ７３１へ出力する。励起光源７５２は、例えば半導体レーザ光源であり、増幅用光ファイバ７３１に添加された蛍光物質を励起し得る波長の励起光を出力する。光アイソレータ７２２は、光カプラ７１２から光カプラ７１３の方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。光カプラ７１３は、光アイソレータ７２２から到達した信号光の一部を光カプラ７１４へ向けて分岐し、残部を出力コネクタ７０２へ通過させる。
【０１０７】
光カプラ７１４は、光カプラ７１３から到達した信号光のうち波長が互いに異なる信号光を出力する。例えば、光カプラ７１４は、最も短い波長の信号光をバンドパスフィルタ７４３へ出力し、最も長い波長の信号光をバンドパスフィルタ７４４へ出力する。受光素子７４１は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ７１４から出力されバンドパスフィルタ７４３を通過した最も短い波長の信号光のパワーＰSを検出する。受光素子７４２は、例えばフォトダイオードであり、光カプラ７１４から出力されバンドパスフィルタ７４４を通過した最も長い波長の信号光のパワーＰLを検出する。
【０１０８】
温度制御部７６１は、受光素子７４１により検出された最短波長の信号光のパワーＰSおよび受光素子７４２により検出された最長波長の信号光のパワーＰLを入力し、これら最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差に基づいて、ペルチエ素子７３３を介して増幅用光ファイバ７３１の温度を制御する。すなわち、温度制御部７６１は、ＰS＞ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を高くすべきか或いは低くすべきかを予め記憶しておいて、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差が小さくなるように増幅用光ファイバ７３１の温度を制御する。例えば、Ｌバンドの信号光を光増幅する場合には、ＰS＞ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を低くし、ＰS＜ＰLであるときに増幅用光ファイバ７３１の温度を高くする。このように本実施形態では、温度制御部７６１は、サーミスタ７３４による温度測定の結果をモニタすることなく、増幅用光ファイバ７３１の温度をフィードバック制御する。
【０１０９】
出力制御部７６２は、受光素子７４１により検出された最短波長の信号光のパワーＰSおよび受光素子７４２により検出された最長波長の信号光のパワーＰLを入力し、これら最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の和が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御する。或いは、出力制御部７６２は、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLのうち何れか一方の値が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御してもよい。或いは、出力制御部７６２は、出力信号光の全パワーまたは他の特定波長のもののパワーが一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーを制御してもよい。
【０１１０】
本実施形態に係る光増幅器７００は以下のように動作する。励起光源７５１から出力された励起光は光カプラ７１１を経て順方向より増幅用光ファイバ７３１に供給され、励起光源７５２から出力された励起光は光カプラ７１２を経て後方向より増幅用光ファイバ７３１に供給される。入力コネクタ７０１に入力した信号光は、光アイソレータ７２１および光カプラ７１１を順に経て増幅用光ファイバ７３１に入力し、増幅用光ファイバ７３１において光増幅される。増幅用光ファイバ７３１において光増幅されて出力された信号光は、光カプラ７１２、光アイソレータ７２２および光カプラ７１３を順に経て、出力コネクタ７０２から出力される。
【０１１１】
出力コネクタ７０２から出力される信号光の一部は、光カプラ７１３により分岐され、光カプラ７１４により分波される。光カプラ７１４に分波された最も短い波長の信号光は、バンドパスフィルタ７４３を通過して、受光素子７４１によりパワーＰSが検出される。また、光カプラ７１４に分波された最も長い波長の信号光は、バンドパスフィルタ７４４を通過して、受光素子７４２によりパワーＰLが検出される。
【０１１２】
そして、温度制御部７６１により、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の差が小さくなるように、ペルチエ素子７３３を介して増幅用光ファイバ７３１の温度が制御される。また、出力制御部７６２により、最短波長信号光パワーＰSおよび最長波長信号光パワーＰLそれぞれの値の和が一定の目標値になるよう、励起光源７５２より増幅用光ファイバ７３１へ供給される励起光のパワーが制御される。
【０１１３】
本実施形態に係る光増幅器７００は、第１の実施形態に係るものが奏する効果に加えて、増幅用光ファイバ７３１の温度をフィードバック制御することにより、より安定した光増幅動作が可能である。
【０１１４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、増幅用光ファイバに添加される蛍光物質は、Ｅｒ元素に限られるものではなく、他の希土類元素（例えば、Ｔｍ元素、Ｐｒ元素、Ｎｄ元素等）であってもよい。また、増幅用光ファイバに替えて、励起光により励起可能な蛍光物質が添加された平面光導波路であってもよい。
【０１１５】
また、後段および後段の増幅用光ファイバを有する場合であって、後段の増幅用光ファイバのみの温度を制御するのは、上記第６の実施形態の如く入力信号光パワーに基づいて温度制御を行う場合だけでなく、利得に基づいて温度制御を行ってもよいし、また、出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて温度制御を行ってもよい。また、３段以上の増幅用光ファイバを有する場合には、最上流の増幅用光ファイバを室温に維持して、２段目以降の増幅用光ファイバの何れかの温度を制御すればよく、この場合にも雑音指数が改善される。
【０１１６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る第１の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０１１７】
また、本発明に係る第２の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係が求められ、この関係と検出された光導波路における光増幅の利得に基づいて光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、また、その変動が波数の変動に因るものであっても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。
【０１１８】
また、本発明に係る第３の光増幅器および光増幅器制御方法によれば、光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御されるとともに、光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、光導波路の少なくとも一部の温度が制御される。これにより、入力信号光パワーが変動しても、光増幅性能の劣化が抑制され、容易に利得平坦性を維持することができる。また、光導波路の温度がフィードバック制御されるので、安定した光増幅動作が可能である。
【０１１９】
また、光導波路が複数の区間に区分され、温度制御手段は光導波路の最上流の区間の温度を一定に維持する場合には、温度変化に因る光導波路の雑音特性の劣化を光増幅器全体として回避することができる。
【０１２０】
また、蛍光物質がＥｒ元素である場合には、一般に光通信システムにおいて用いられる信号光波長帯域１．５３ｎｍ〜１．６０ｎｍにおいて信号光を光増幅することができる。特に、光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅するものであるのが好適であり、この場合には、入力信号光パワーが変動しても、２５ｎｍ以上の広い帯域に亘って利得平坦性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバの利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図３】入力信号光の全パワーが−１１ｄＢｍ（温度が３０℃）であるときの利得を基準として、第１の実施形態に係る光増幅器の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図４】第１の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバの直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図５】各波長の信号光のパワーの変動を説明する図である。
【図６】第２の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図８】第４の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図９】第５の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図１０】第５の実施形態に係る光増幅器における利得等化器の損失スペクトルを示すグラフである。
【図１１】第５の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１２】入力信号光の全パワーが−７．５ｄＢｍ（温度が２５℃）であるときの利得を基準として、第５の実施形態に係る光増幅器の利得の変化を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１３】第６の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【図１４】第６の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１から増幅用光ファイバ５３６にかけての利得スペクトルを入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１５】第６の実施形態に係る光増幅器の増幅用光ファイバ５３１の直前で測定した雑音指数の波長依存性を入力信号光パワーの各値について示したグラフである。
【図１６】第７の実施形態に係る光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１００…光増幅器、１０１…入力コネクタ、１０２…出力コネクタ、１１１〜１１４…光カプラ、１２１，１２２…光アイソレータ、１３１…増幅用光ファイバ、１３２…コイルボビン、１３３…ペルチエ素子、１３４…サーミスタ、１４１，１４２…受光素子、１５１，１５２…励起光源、１６１…温度制御部、１６２…出力制御部、２００…光増幅器、２６１…温度制御部、２６２…出力制御部、３００…光増幅器、３６１…温度制御部、３６２…出力制御部、３６３…監視部、４００…光増幅器、４６１…温度制御部、４７１…可変光減衰器、４７２…バンドパスフィルタ、４７３…パイロット光出力制御部、５００…光増幅器、５６１，５６２…温度制御部、５６３…出力制御部、５７１…利得等化器、６００…光増幅器、７００…光増幅器、７６１…温度制御部、７６２…出力制御部。
Claims (16)
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、
前記光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。 - 前記温度制御手段は、前記温度制御手段により制御される前記光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、前記光導波路に入力する信号光のパワーの変化量ΔＰ（単位ｄＢ）に対して、前記光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）をΔＰ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、
前記光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された前記光導波路における光増幅の利得に基づいて前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。 - 前記温度制御手段は、前記温度制御手段により制御される前記光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、前記利得の変化量ΔＧ（単位ｄＢ）に対して、前記光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）を−ΔＧ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させることを特徴とする請求項３記載の光増幅器。
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器であって、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御する出力制御手段と、
前記光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御する温度制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。 - 前記光導波路が複数の区間に区分され、前記温度制御手段は前記光導波路の最上流の区間の温度を一定に維持することを特徴とする請求項１，３および５の何れか１項に記載の光増幅器。
- 前記蛍光物質がＥｒ元素であることを特徴とする請求項１，３および５の何れか１項に記載の光増幅器。
- 前記光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅することを特徴とする請求項７記載の光増幅器。
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、前記光導波路に入力する入力信号光のパワーの検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される入力信号光パワーと温度の関係を求め、この関係と検出された前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする光増幅器制御方法。 - 前記光導波路の温度の制御に際して、前記温度制御手段により制御される前記光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、前記光導波路に入力する信号光のパワーの変化量ΔＰ（単位ｄＢ）に対して、前記光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）をΔＰ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させることを特徴とする請求項９記載の光増幅器制御方法。
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、前記光増幅器の利得の検出結果に基づき利得スペクトルの形状が一定に維持される利得と温度の関係を求め、この関係と検出された前記光導波路における光増幅の利得に基づいて前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする光増幅器制御方法。 - 前記光導波路の温度の制御に際して、前記温度制御手段により制御される前記光導波路の部分における正味利得の調整範囲の設定中心値をＧ（単位ｄＢ）とし、定数をＡ（単位１／Ｋ）としたときに、前記利得の変化量ΔＧ（単位ｄＢ）に対して、前記光導波路の温度の目標値（単位Ｋ）を−ΔＧ／（Ａ・Ｇ）だけ変化させることを特徴とする請求項１１記載の光増幅器制御方法。
- 励起光により励起可能な希土類元素の蛍光物質が添加された信号光を光増幅する光導波路と、前記光導波路に励起光を供給する励起手段とを備える光増幅器を用い、
前記光導波路から出力される信号光のパワーが一定の目標値になるように制御するとともに、前記光導波路から出力される２波以上の信号光それぞれのパワーの差に基づいて、２波長のパワーの差が小さくなるように、前記光導波路の少なくとも一部の温度を制御することを特徴とする光増幅器制御方法。 - 前記光導波路が複数の区間に区分され、そのうちの最上流の区間の温度を一定に維持することを特徴とする請求項９，１１および１３の何れか１項に記載の光増幅器制御方法。
- 前記蛍光物質がＥｒ元素であることを特徴とする請求項９，１１および１３の何れか１項に記載の光増幅器制御方法。
- 前記光導波路が波長１５７４ｎｍ〜１６０１ｎｍの範囲の信号光を光増幅することを特徴とする請求項１５記載の光増幅器制御方法。
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