JP4001195B2 - 光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に係り、特に搬送波として波長多重光を用いる光ファイバ通信システムに設けられる光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、波長多重の光ファイバ通信システム線形中継器として用いられる従来の光増幅器の構成を示す図である。図９に示した光増幅器１０４は、伝送ファイバ１００と伝送ファイバ１０２との間に設けられている。いま、伝送ファイバ１００中を長波長帯及び短波長帯の多波長信号光が伝送しているとし、その波長をそれぞれ代表してλl及びλsとする。長波長帯は、例えば１．５８μｍ帯であり、短波長帯は、例えば１．５５μｍ帯である。
【０００３】
光増幅器１０４は、伝送ファイバ１００を伝送してきた信号光を各々の波長帯毎に選択して分波する波長帯選択型分波器１０６と、波長帯選択型分波器１０６によって分波された波長帯の内、長波長帯を増幅する長波長帯増幅部１０８ａと、波長帯選択型分波器１０６によって分波された波長帯の内、短波長帯を増幅する短波長帯増幅部１０８ｂと、長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂによって増幅された信号光を合波する波長帯選択型合波器１１０とを有する。光増幅器１０４が信号光を長波長帯と短波長帯とに分離して各々増幅した後、合波する構成とする目的は主に総合帯域の拡大のためである。
【０００４】
長波長帯増幅部１０８ａは、増幅部１１２ａ、利得等化器１１４ａ、分散補償器１１６ａ、及び増幅部１１８ａを有している。増幅部１１２ａは長波長帯（１．５８μｍ帯）増幅用のエルビウム添加ファイバ（以下、ＥＤＦという）１２０ａと、ＥＤＦ１２０ａを励起するための励起光源１２２ａと、ＥＤＦ１２０ａの利得を制御する利得制御回路１２４ａとを有する。また、増幅部１１２ａは更に励起光と信号光とを合波するための合波器やアイソレータ等の光部品を有するが、簡単のため図９では図示を省略してある。
【０００５】
利得等化器１１４ａは利得スペクトルの平坦化と平坦利得帯域の拡大とを行い、分散補償器１１６ａは高速光パルスの伝送ファイバ分散による波形歪みの補償を行う。増幅器１１８ａは、増幅器１１２ａと同様に、ＥＤＦ１２６ａ、励起光源１２８ａ、及び利得制御回路１３０ａを有し、分散補償器１１６ａから出力される信号光を増幅する。長波長帯増幅器１０８ａが増幅器１１２ａと増幅器１１８ａとを備える理由は、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａがそれぞれ相当量の損失（数ｄＢから十数ｄＢ程度）を有しているため、雑音指数と光出力パワーの劣化を防ぐためである。
【０００６】
また、短波長帯増幅部１０８ｂは、長波長帯増幅部１０８ａと同様の構成であり、増幅部１１２ｂ、利得等化器１１４ｂ、分散補償器１１６ｂ、及び増幅部１１８ｂを有している。また、増幅部１１２ｂは、ＥＤＦ１２０ｂ、励起光源１２２ｂ、及び利得制御回路１２４ｂを備え、増幅部１１８ｂは、ＥＤＦ１２６ｂ、励起光源１２８ｂ、及び利得制御回路１３０ｂを備える。ＥＤＦ１２０ｂは短波長帯（１．５５μｍ帯）を増幅するエルビウム添加ファイバであり、ＥＤＦ１２ａに対しては主に長さが異なる。
【０００７】
上記構成において、伝送ファイバ１００を伝搬してきた信号光（波長λl及びλs）が光増幅器１０４へ入力されると、波長帯選択型分波器１０６において、長波長帯（波長λl）の信号光と、短波長帯（波長λs）の信号光とに分波され、長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂへ入力される。長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂへ入力した信号光は、各々増幅されて波長帯選択型合波器１１０で合波され、伝送ファイバ１０２へ出力される。
【０００８】
以上説明した従来の光増幅器１０４の詳細については、例えば、M.Yamada et al., Electron. Lett., Vol.33, pp.710-711, 1997 又は Y.Sun et al., Proc. of ECOC, pp.53-54, 1998 を参照されたい。
また、以上説明した構成の替わりに、利得等化器１１４ａをＥＤＦ１２０ａと１２６ａとの間に配置した２段増幅構成において、ＥＤＦ１２０ａ，１２０ｂのホストガラスの種類や長さを最適化することにより、単一波長帯の広帯域化増幅器（１．５５μｍ帯と１．５８μｍ帯にまたがる）が構成できることが報告されている。この詳細については、例えば、H.Masuda et al., Electron. Lett., Vol.33, pp.1070-1071, 1997 を参照されたい。この技術においては、当然のことながら波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０は必要ではない。しかしながら、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａは、対象とする信号光帯域が広いほど困難であり、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａが複雑かつ高価になるという欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１０は、図９を用いて説明した従来技術の光増幅器の利得スペクトル特性である。図１０（ａ）は長波長帯増幅部１０８ａが備える増幅部１１２ａの利得及び短波長帯増幅部１０８ｂが備える増幅部１１２ｂの利得を示しており、図１０（ｂ）は波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失を示しており、図１０（ｃ）は光増幅器１０４の利得をそれぞれ示している。
【００１０】
図１０（ａ）において、符号ｇ1が付された曲線は長波長帯増幅部１０８ａの利得であり、符号ｇsが付された曲線は短波長帯増幅部１０８ｂの利得である。また、図１０（ｂ）において、符号ｌ1が付された曲線は、長波長帯増幅部１０８ａを含む経路の波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失であり、符号ｌ2が付された曲線は、短波長帯増幅部１０８ｂを含む経路の波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失である。また、図１０（ｃ）において、符号Ｇ1が付された曲線は、長波長帯増幅部１０８ａを含む経路のみの光増幅器１０４の利得であり、符号Ｇ2が付された曲線は、短波長帯増幅部１０８ｂを含む経路のみの光増幅器１０４の利得である。
【００１１】
波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０は、誘導体多層膜フィルタを用いたもの（以下、多層膜フィルタ型という）や、広波長帯ファイバグレーティング反射器とサーキュレータを用いたもの（以下、ファイバグレーティング型という）等であり、その透過損失（波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失の和）は図１０（ｂ）に示したようになる。
【００１２】
波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失値が中間的な値を示す過渡波長帯は、信号光波長間隔に関して十分狭くなく、波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０が多層膜フィルタ型である場合には約１０ｎｍ、ファイバグレーティング型である場合には約１ｎｍである。図１０（ｂ）においては、過渡波長帯の境界波長をλtr-s及びλtr-lとしている。上記信号光波長間隔は０．８ｎｍ（周波数間隔に換算すると１００ＧＨｚ）や０．４ｎｍ（周波数間隔に換算すると５０ＧＨｚ）等である。
【００１３】
図１０（ａ）は、長波長帯増幅部１０８ａの利得が平坦である箇所の短波長側の境界波長がλtr-lであり、短波長帯増幅部１０８ｂの利得が平坦である箇所の長波長側の境界波長がλtr-sである場合を示している。図１０（ａ）に示した利得（単位：デシベル（ｄＢ））と図１０（ｂ）に示した損失（単位：デシベル（ｄＢ））の差が光増幅器１０４の利得であり、図１０（ｃ）に示されている。
【００１４】
図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）を参照すると、主に波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の過渡波長帯（境界波長λtr-lと境界波長λtr-sで規定される波長帯）における波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の損失によって過渡波長帯における信号光利得が低下しており、その結果、この過渡波長帯は信号光の増幅に使用できないという欠点が生じている。
また、本従来技術の光増幅器は、長波長帯及び短波長帯にそれぞれ２個づつ、計４個の増幅部１１２ａ，１１２ｂ，１１８ａ，１１８ｂを有し、各々の増幅部１１２ａ，１１２ｂ，１１８ａ，１１８ｂは励起光源１２２ａ，１２２ｂ，１２８ａ，１２８ｂ、利得制御回路１２４ａ，１２４ｂ，１３０ａ，１３０ｂ、信号光と励起光との合波器等の部品を有している。従って、総合部品点数が多く、増幅部が大規模化するとともに高価になるという欠点を有する。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点を除去し、又は、総合部品点数の減少が可能であり、光増幅器の規模を減少することができるとともにコストを低下することができる光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光増幅器は、波長多重された信号光の増幅を行う長波長帯増幅部及び短波長帯増幅部と、
前記長波長帯増幅部の利得波長帯と短波長帯増幅部の利得波長帯にまたがって、継ぎ目の無い利得波長帯を有する前段の広帯域増幅部及び後段の広帯域増幅部と、
利得波長帯の重なった波長帯近傍の波長において、波長無依存の分岐比を有する分波器及び合波器とを備え、
前記長波長帯増幅部は、境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記短波長帯増幅部は、前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記長波長帯増幅部及び前記短波長増幅部は、前記境界波長においてお互いに等しく且つ平坦な平坦利得をそれぞれ有し、
前記前段の広帯域増幅部で増幅された信号光を、前記分波器を用いて前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅部側に分波し、前記長波長帯増幅部側及び前記短波長帯増幅部側から出射した信号光を前記合波器で合波した後、前記後段の広帯域増幅部で増幅し、前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅側から出射した信号光が、互いに同じ波長の信号光を含まない様に、前記光フィルタの透過帯域を調整したことを特徴とする。
この発明にあっては、前記境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタ及び前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタは、ブラック型ファイバグレーティングフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
以上の手段を備える本発明をより具体的に説明すると以下の通りである。
図１は、本発明の光増幅器の第１構成を示し、図２は、本発明の光増幅器の第２構成を示す図である。図１に示した本発明の第１構成は、従来技術で問題になっていた信号光の増幅に使用できない過渡波長帯を除去する目的でなされたものであり、第２構成は従来技術の問題点であった総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去する目的でなされたものである。
【００１８】
図１に示した本発明の第１構成の光増幅器１は、伝送ファイバ２ａと伝送ファイバ２ｂとの間に配置されている。この光増幅器１は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂと、長波長帯増幅部５ａの利得帯域及び短波長帯増幅部５ｂの利得帯域にまたがる利得帯域を有し、光増幅器１の入力側に設けられた広帯域増幅部３と、広帯域増幅部３と同様の利得帯域を有し、光増幅器１の出力側に設けられた広帯域増幅部１０とを有する。
【００１９】
また、光増幅器１は広帯域増幅部３の後段に１対１の分岐比を有する波長無依存分波器（以下、１対１分波器という）４を備え、１対１分波器４の後段に上記の長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂが配置されている。更に、長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂの後段であって、広帯域増幅部１０の前段に１対１の分岐比を有する波長無依存合波器（以下、１対１合波器という）を備えている。上記長波長帯増幅器５ａは、長波長帯透過フィルタ６ａ、長波長帯用の帯域除去フィルタ７ａ、及び長波長帯増幅装置８ａを備え、上記短波長帯増幅器５ｂは、短波長帯透過フィルタ６ｂ、短波長帯用の帯域除去フィルタ７ｂ、及び短波長帯増幅装置８ｂを備えている。
【００２０】
上記構成において、伝送ファイバ２ａ中を長波長帯及び短波長帯の多波長信号光が伝送しているとし、その波長をそれぞれ代表してλl及びλsとする。長波長帯は、例えば１．５８μｍ帯であり、短波長帯は、例えば１．５５μｍ帯である。この多波長信号が光増幅器１へ入力すると、広帯域増幅部３において長波長帯及び短波長帯の何れもが増幅される。広帯域増幅部３から出力された多波長信号は、１対１分波器４において同一の強度比で分岐される。分岐光の一方は、長波長帯増幅部５ａに入力し、他方は短波長帯増幅部５ｂに入力する。
【００２１】
長波長帯増幅部５ａに入力した波長λl及びλsの信号光は、長波長帯透過フィルタ６ａで短波長の信号光がほぼ除去され、更に帯域除去フィルタ７ａで短波長の信号光が十分に除去される。同様に、短波長帯増幅部５ｂに入力した波長λl及びλsの信号光は、短波長帯透過フィルタ６ｂで長波長の信号光がほぼ除去され、更に帯域除去フィルタ７ｂで長波長の信号光が十分に除去される。帯域除去フィルタ７ａを出射した波長λlの信号光及び帯域除去フィルタ７ｂを出射した波長λsの信号光は、それぞれ長波長帯増幅装置８ａ及び短波波長増幅装置８ｂで増幅された後、１対１合波器９で合波される。１対１合波器９を出射した波長λl及び長波長λsの信号光は広帯域増幅部１０でともに増幅されて光増幅器１の出力光となる。
【００２２】
上記構成においては、長波長帯透過フィルタ６ａ及び帯域除去フィルタ７ａや短波長帯透過フィルタ６ｂ及び帯域除去フィルタ７ｂは、それぞれ、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの後段に設置してもよい。１対１分波器４及び１対１合波器９の信号光損失の典型値は約３ｄＢ、長波長帯透過フィルタ６ａ及び帯域除去フィルタ７ａ、並びに、短波長帯透過フィルタ６ｂ及び帯域除去フィルタ７ｂの信号光損失の典型値は約１ｄＢである。
【００２３】
広帯域増幅部３は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの前段に設置した１対１分波器４等の光部品による信号光損失に起因する雑音指数劣化を回避する目的で設置されている。一方、広帯域増幅部１０は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの後段に設置した１対１合波器９等の光部品による信号光損失に起因する信号出力低下を回避する目的で設置されている。広帯域増幅部３の利得値の典型値は約１０〜１５ｄＢ以上であり、広帯域増幅部１０の利得値の典型値は約５〜１０ｄＢ以上である。
【００２４】
図３は、本発明の第１構成の光増幅器における利得スペクトル特性を示す図である。図３（ａ）において、符号ｇ11が付された曲線は広帯域増幅部３又は広帯域増幅部１０の利得を示しており、図３（ｂ）において、符号ｇ21が付された曲線が長波長帯増幅部５ａの利得を示し、符号ｇ22が付された曲線が短波長帯増幅部５ｂの利得を示している。但し、図３（ｂ）において、図１０に示した過渡波長帯の境界波長λtr-s及びλtr-l近辺における第１構成の過渡波長帯の境界波長をλtrとしている。長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂは、境界波長λtrにおいてそれぞれ平坦利得を有するように設定されている。
【００２５】
また、図３（ｃ）において、符号ｌ11が付された曲線は、長波長帯透過フィルタ６ａの透過損失を示し、符号ｌ12が付された曲線は、短波長帯透過フィルタ６ｂの透過損失を示している。また、図３（ｄ）において、符号ｌ21が付された曲線は、帯域除去フィルタ７ａの透過損失を示しており、符号ｌ22が付された曲線は、帯域除去フィルタ７ｂの透過損失を示している。長波長帯透過フィルタ７ａ及び短波長帯透過フィルタ７ｂは、境界波長λtrにおいて低い透過損失を有する。即ち、過剰な透過損失は無い。また、帯域除去フィルタ７ａは、長波長帯増幅部５側で邪魔になる、境界波長λtr近傍の短波長成分を十分高い損失値（図３（ｄ）の例では４０ｄＢ）で除去している。同様に、帯域除去フィルタ７ｂは、短波長増幅部５ｂ側で邪魔になる、境界波長λtr近傍の長波長成分を十分高い損失値で除去している。
【００２６】
即ち、長波長帯域透過フィルタ６ａと帯域除去フィルタ７ａとにより、１対１分波器４から長波長帯増幅部５ａ側にやってきた、境界波長λtrより短波長の信号光は、十分高い損失値でもって除去され、同様に、短波長帯透過フィルタ６ｂと帯域除去フィルタ７ｂとにより、１対１分波器４から短波長増幅部５ｂ側にやってきた、境界波長λtrより長波長の信号光は、十分高い損失値でもって除去される。
【００２７】
図３（ｅ）は、図３（ａ）〜（ｄ）の利得及び損失特性から得られる、光増幅器１の利得を示している。図３（ｅ）において、符号Ｇ11が付された曲線は、長波長帯増幅部５ａを含む経路の利得を示し、符号Ｇ12が付された曲線は、短長波長帯増幅部５ｂを含む経路の利得を示している。後述する第１実施形態で示すように、帯域除去フィルタ７ａ及び帯域除去フィルタ７ｂの波長選択スペクトルは、十分急峻に設定できるため、図３（ｅ）において、長波長帯増幅部５ａを通る経路の利得と、短波長増幅部５ｂを通る経路の利得は、境界波長λtr近傍で急峻となる波長選択スペクトルを示している。
【００２８】
波長多重された各波長の信号光は、長波長帯増幅部５ａを含む経路又は短波長増幅部５ｂを含む経路を通り、一方の経路を通過して得られる信号光成分パワーは、他方の経路を通過する信号光成分パワーより十分大きいため、コヒーレント干渉による雑音劣化は十分小さく無視できる。例えば、長波長帯増幅部５ａを含む経路から出力される波長λlの信号光のパワーは、短波長増幅部５ｂを含む経路から出力される波長λlの信号光のパワーより十分大きい。
以上述べたように、本発明の第１構成による光増幅器においては、従来技術の光増幅器において問題であった、過渡波長帯が信号光の増幅に使用できないという欠点を解消している。
【００２９】
次に、本発明の第２構成による光増幅器について説明する。図９に示した従来技術の光増幅器が、長波長帯増幅部１０８ａ内の２つの増幅部１１２ａ，１１８ａと、短波長帯増幅部１０８ｂ内の２つの増幅部１１２ｂ，１１８ｂとの計４つの増幅部を有している。これに対し、図２に示した本発明の第２構成の光増幅器は、伝送ファイバ２ａからの信号光を増幅する広帯域増幅部２１ａと、広帯域増幅部２１ａの後段に設けられた波長帯選択型分波器２２と、この波長帯選択型分波器２２の後段に設けられた長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂと、長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂの後段に設けられた波長帯選択型合波器２４と、広帯域増幅部２１ｂとを有している。つまり、増幅部として、広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂの２つのみを備える点が特徴である。
【００３０】
広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂの利得スペクトルは、図３（ａ）に示した第１構成の光増幅器１が備える広帯域増幅部３，１０のそれと同様に、図１０に示した従来技術の光増幅器の長波長帯増幅部１０８ａの利得波長帯と短波長帯増幅部１０８ｂの利得波長帯にまたがるものである。広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂは、光増幅導波路２５ａ，２５ｂ、駆動回路２６ａ，２６ｂ、利得制御回路２７ａ，２７ｂをそれぞれ備えている。
【００３１】
広帯域増幅部２１ａと広帯域増幅部２１ｂとの間に設けられた、長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂとは、図９を用いて説明した利得等化器１１４ａ，１１４ｂや分散補償器１１６ａ，１１６ｂ、及び図示しない多波長信号光挿入・分岐用の光フィルタ（アレイ導波路格子等）、等であり、それらの性能や価格が、多波長信号光の帯域に依存する光部品である。
【００３２】
従来の技術の場合と同様に、広帯域増幅部２１ａ，２１ｂの利得と、帯域幅依存型光部品２３ａ，２３ｂ、波長帯選択型分波器２２、及び波長帯選択型合波器の損失のｄＢ単位における差が光増幅器２０の利得である広帯域増幅部２１ａ，２１ｂの利得値は、従来技術の場合と同様に、増幅器の雑音指数が低く、光出力が大きくなるように設定されている。
本発明の本第２構成による光増幅器では、図２から明らかなように、図９に示した従来技術の光増幅器に比べ、増幅部の数が半分（２個）になっている。従って、従来技術の光増幅器において問題であった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を解消している。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による光増幅器について詳細に説明する。本実施形態においては、第１実施形態〜第３実施形態について説明するが、第１実施形態は、上述の本発明の第１構成に関するものであり、第２及び第３実施形態は、本発明の第２構成に関するものである。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図４は、本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示す図である。本実施形態において光増幅器３０に入力される信号光は波長１５３０〜１６００ｎｍの範囲で配置された多波長信号光である。図１中の広帯域増幅部３として半導体レーザ増幅器部３１を備えている。この半導体レーザ増幅器部３１は、利得媒質である半導体レーザ素子３２と、半導体レーザ素子３２に電流を注入する電流駆動回路３３と、半導体レーザ素子３２の利得を制御する利得制御回路３４とからなる。半導体レーザ増幅器部３１は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。
【００３５】
図１中の１対１分波器４として、分波の比率が波長に依存しない１対１ファイバカプラ３５を用いている。よって、１対１ファイバカプラ３５によって分波された光は波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を含み、同じ強度である。図１中の長波長帯透過フィルタ６ａとしては長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａが設けられる。長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａは、入力された信号光の内、波長が１５３０〜１５６５ｎｍの信号光を除去する。また、図１中の短波長帯透過フィルタ６ｂとして短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂが設けられる。短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂは、入力された信号光の内、波長が１５６６〜１６００ｎｍの信号光を除去する。
【００３６】
図１中の帯域除去フィルタ７ａ及び帯域除去フィルタ７ｂとして、長波長帯側ファイバグレーティングフィルタ３７ａ及び短波長帯側ファイバグレーティングフィルタ３７ｂがそれぞれ設けられている。以下、ファイバグレーティングフィルタをＦＧＦと称する。長波長帯側ＦＧＦ３７ａは、１５６５ｎｍの信号光を反射するブラック型ファイバグレーティング３８ａと、１５６０〜１５６４ｎｍの信号光をまとめて反射するチャープブラック型ファイバグレーティング３９とからなる。
【００３７】
同様に、短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、１５６６ｎｍの信号光を反射するブラック型ファイバグレーティング３８ｂと、１５６７〜１５７１ｎｍの信号光をまとめて反射するチャープブラック型ファイバグレーティング３９ｂとからなる。即ち、長波長帯側ＦＧＦ３７ａは１５６０〜１５６５ｎｍの信号光を高反射率で反射するがそれ以外の波長の信号光は透過させ、短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは１５６６〜１５７１ｎｍの信号光を高反射率で反射するがそれ以外の波長の信号光は透過させる。
【００３８】
本実施形態では、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、それぞれ１つのブラックファイバグレーティング３８ａ，３８ｂと１個のチャープブラック型ファイバグレーティング３９ａ，３９ｂで構成しているが、これは、あくまでも一例であり、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの反射及び透過特性が上記の条件を満たせば他の構成であってもも良い。例えば、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂが複数個のブラック型ファイバグレーティングのみからなるものであっても良い。
【００３９】
図１中の長波長帯増幅装置８ａとして、１．５８μｍ帯エルビウム添加ファイバ増幅器（以下、エルビウム添加ファイバ増幅器をＥＤＦＡという）部４０ａを、短波長帯増幅装置８ｂとして、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂをそれぞれ設けている。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａは、長さが５０ｍのエルビウム添加ファイバ（以下、ＥＤＦという）４１ａと、ＥＤＦ４１ａを励起するために設けられ、１．４８μｍの励起光を出射する励起光源４２ａと、長波長帯側ＦＧＦ３７ａから出力された信号光と励起光源４２ａから出射された光とを合波する光カプラ４３ａと、ＥＤＦ４１ａの利得を制御する利得制御回路４４ａとを備えている。１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂも同様にＥＤＦ４１ｂ、励起光源４２ｂ、光カプラ４３ｂ、及び利得制御回路４４ｂを備えている。
【００４０】
ここで、ＥＤＦ４１ｂは長さが１０ｍである点においてＥＤＦ４１ｂと異なり、励起光源４２ｂは、０．９８μｍの励起光を出射する点において励起光源４２ａと異なる。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａは１５６６〜１６００ｎｍの信号光を増幅し、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂは、１５３０〜１５６５ｎｍの信号光を増幅する。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂは、通常、図９に示した従来技術における長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長増幅部１０８ｂのように、中間に信号光損失を有する光部品を用いた２段増幅構成であるが、図４では簡単のため１段増幅構成としてある。しかしながら、１段増幅構成の場合と２段増幅構成の場合で、その動作及び作用等において本質的な違いはない。
【００４１】
図１中の１対１合波器９として、波長無依存型の１対１ファイバカプラ４５を用いている。また、図１中の項帯域増幅部１０としてラマン増幅器部４６を用いている。ラマン増幅器部４６は、利得媒質であるラマンファイバ４７と、ラマンファイバ４７を励起するために設けられ、１４３０〜１５００ｎｍの範囲の数波長からなる励起光を出射する励起光４８と、ラマンファイバ４７から出力された信号光と励起光源４８から出射された励起光とを合波する光カプラ４９と、ラマンファイバ４７の利得を制御する利得制御回路５０とを備えている。このラマン増幅器部４６は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。
【００４２】
次に、上記構成における、本発明の第１実施形態による光増幅器の動作について図４及び図５を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第１実施形態による光増幅器の各部の特性を示す図である。図５において、（ａ）は半導体レーザ増幅器部３１及びラマン増幅器部４６の利得スペクトル特性を示し、（ｂ）は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａ及び短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂの透過損失を示し、（ｃ）は長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの透過損失スペクトルを示し、（ｄ）は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂの利得を示している。また、図５において、（ｅ）は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａを含む経路、及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂを含む経路の利得スペクトルを示し、（ｆ）は境界波長１５６５．５ｎｍ近傍の信号光波長と利得スペクトルの詳細を示している。
【００４３】
図４に示されたように、波長１５３０〜１６００ｎｍの信号光が入力されると、半導体レーザ増幅器部３１に入力される。信号光が半導体レーザ増幅器部３１に入力されると、信号光は波長１５３０〜１６００ｎｍの帯域内全てにおいて増幅される。図５（ａ）において、符号ｇ３１が付された曲線は、半導体レーザ増幅器部３１の利得を示しており、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲でほぼ平坦な利得を有しており、その平坦利得は、約１５ｄＢである。
【００４４】
信号光が半導体レーザ増幅器部３１から出力されると、１対１ファイバカプラ３５において、１対１の強度比を有する２つの分岐光に分岐される。分岐光の一方は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａに入射し、他方は、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂに入射する。図５（ｂ）において、符号ｌ36aが付された曲線は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａの透過特性を示す曲線であり、符号ｌ36bが付された曲線は短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂの透過特性を示す曲線である。図５（ｂ）から分かるように、これらの損失は、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍で過渡特性を示し、境界波長１５６５．５ｎｍから７ｎｍ程度波長が離れると、損失値は約４０ｄＢ以上に達する。この損失値は、前述したコヒーレント干渉による雑音劣化を除去するのに十分大きな値である。
【００４５】
長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａ及び短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂを透過した信号光は、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂへそれぞれ入射する。図５（ｃ）において、符号ｌ37aが付された曲線が長波長帯側ＦＧＦ３７ａの透過損失スペクトルを示し、符号ｌ37bが付された曲線が短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの透過損失スペクトルを示している。
【００４６】
また、図５（ｃ）に示したように、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、１つのブラックファイバグレーティング３８ａ，３８ｂと１個のチャープブラック型ファイバグレーティング３９ａ，３９ｂとをそれぞれ接続して構成されているので、それら２つのグレーティングに対応した段階状の損失平坦値を有しており、特に境界波長１５６５．５ｎｍ近傍での損失値は大きい。
【００４７】
ここで、長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａと長波長帯側ＦＧＦ３７ａとを合わせた透過損失を考えてみると、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍より長波長側で、常に約４０ｄＢより大きく、また、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂと短波長帯側ＦＧＦ３７ｂとを合わせた透過損失を考えてみると、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍より短波長側で、常に約４０ｄＢより大きい。従って、前述したコヒーレント干渉による雑音劣化を除去することができる。
【００４８】
長波長帯側ＦＧＦ３７ａからは１５６６〜１６００ｎｍの信号光が出力され、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂからは１５３０〜１５６５ｎｍの信号光が出力される。これらの信号光は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂへそれぞれ入力される。図５（ｄ）に示したように、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａの利得は１５６５〜１６００ｎｍの波長領域で平坦であり、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂの利得は、１５３０〜約１５６５ｎｍの波長領域で平坦である。よって、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａへ入力した１５６６〜１６００ｎｍの信号光及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂへ入力した１５３０〜１５６５ｎｍの信号光は増幅される。
【００４９】
図５（ｅ）において、符号Ｇ40aが付された曲線は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａを含む経路の利得スペクトルを示し、符号Ｇ40bが付された曲線は１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂを含む経路の利得スペクトルについて示している。図５（ｅ）に示されたように、各々の経路の利得は境界波長１５６５．５近傍を除き、ほぼ平坦な利得となっている。図５（ｆ）に示したように、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍においては、図１０（ｃ）中における波長λtr-sと波長λtr-lとによって規定される信号光の増幅に使用できない波長帯が存在しない。
よって、本実施形態によれば、１５３０〜１６００ｎｍの全信号光波長において、平坦利得が得られる。
【００５０】
１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂから出力された信号光は、１対１ファイバカプラ４５へ入力されて合波される。合波された信号光はラマン増幅器部４６へ入力して増幅される。ラマン増幅器部４６の利得は、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲で平坦利得であり、その平坦利得は、約７ｄＢに設定されている。よって、１対１ファイバカプラ４５から出力された信号光はラマン増幅器部４６において１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲にわたって増幅される。
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、従来技術の光増幅器で問題であった、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点を除去することができる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示す図である。図２に示した第２構成の広域増幅部２１ａとしてハイブリッド増幅器部６１を用いている。ハイブリッド増幅器部６１は、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３と、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３を励起するために波長１４３０〜１５００ｎｍの中の数波長で多重された励起光を出射する励起光源６４と、波長多重された１５３０〜１６００ｎｍの信号光と励起光源６４から出射された励起光とを合波する合波器６５と、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３の利得を制御する利得制御回路６６とを備える。
【００５２】
このハイブリッド増幅器部６１は、いわば図４に示した半導体レーザ増幅器部３１とラマン増幅器部４６とを合わせたものであり、１５３０〜１６００ｎｍの信号光を増幅する。ハイブリッド増幅器部６１の利得は約２０ｄＢに設定されている。ハイブリッド増幅器部６１の詳細については、例えば、H.Masuda et al., Phton. Technol. Lett., Vol.11, pp.647-649, 1999を参照されたい。尚、伝送ファイバ２ａを介して入力される信号光の１チャンネル当たりの変調速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓとする。また、伝送ファイバ２ａ，２ｂは、分散シフトファイバである。
【００５３】
図２中の波長帯選択型分波器２２として誘電体多層膜型分波器６７を用いている。また、図２中の長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂとして、分散補償ファイバ６８ａ及び信号光挿入分離回路６９ａ並びに分散補償ファイバ６８ｂ及び信号光挿入分離回路６９ｂを用いている。信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂは、それぞれ性能・価格が帯域幅に依存するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）を２個含む。図６においては、信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂから分離される波長をλout、挿入される波長をλinとしている。
【００５４】
また、図２中の波長帯選択型合波器２４として、誘電体多層膜型合波器７０を用い、広帯域増幅部２１ｂとしてハイブリッド増幅器部７１を用いている。このハイブリッド増幅器部７１の内部構成は、ハイブリッド増幅器部６１と同様であり、ＥＤＦ７２、ラマンファイバ７３、励起光源７４、合波器７５、利得制御回路７６とを備えるが、ハイブリッド増幅器７１の利得が約１０ｄＢに設定されている点において異なる。
【００５５】
ハイブリッド増幅器部６１とハイブリッド増幅器部７１との間の光部品（例えば、誘電体多層膜型分波器６７、分散補償ファイバ６８ａ，６８ｂ、信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂ、及び誘電体多層膜型合波器７０等）による信号損失は約１０ｄＢである。従って、本発明の第２実施形態による光増幅器６０の利得は約２０ｄＢである。
本実施形態における境界波長は１５６０〜１５７０ｎｍの１０ｎｍである。各波長帯の信号光は、各波長帯に合わせて作製された分散補償ファイバ６８ａ，６８ｂ及び信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂを通過し、誘電体多層膜合波器７０で合波される。
以上述べたように、本発明の第２実施形態によれば、従来技術の光増幅器で問題があった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示す図である。図７に示した第３実施形態による光増幅器８０は、１．３μｍ零分散ファイバ８１ａ，８１ｂ間に設けられている。本実施形態においては、１．３μｍ零分散ファイバ８１ａから入力される信号光として、波長多重された１４３０〜１５００ｎｍの信号光を考え、１チャンネル当たりの変調速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓとする。
【００５７】
本実施形態においては、図２に示した本発明の第２構成の広帯域増幅部２１ａとして半導体レーザ増幅器部８２を用いている。この半導体レーザ増幅器部８２は、図４に示した半導体レーザ増幅器部３１と同様のものであり、半導体レーザ素子８３、電流駆動回路８４、及び利得制御回路８５を有する。半導体レーザ増幅器部３１は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。半導体レーザ増幅器部８２の利得は、約１５ｄＢである。
【００５８】
また、図２中の波長帯選択型分波器２２として、誘電体多層膜型分波器８６を用いており、帯域幅依存型光部品として分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃを用いる。また、波長帯選択型合波器２２として、誘電体多層膜型合波器８８を用いている。図８は、誘電体多層膜型分波器８６及び誘電体多層膜型合波器８８の構成を示す図である。
【００５９】
図８（ａ）は誘電体多層膜型分波器８６の構成を示しており、境界波長帯が１４５０〜１４５５ｎｍの誘電体多層膜型分波器８６ａと、境界波長帯が１４７５〜１４８０ｎｍの誘電体多層膜型分波器８６ｂとを２段接続したものである。この誘電体多層膜型分波器８６ａに波長１４３０〜１５００ｎｍの信号光が入力されると、２０ｎｍ波長幅を有する３波長帯（１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、１４８０〜１５００ｎｍの波長帯）に分波される。
【００６０】
また、図８（ｂ）は誘電体多層膜型合波器８８の構成を示しており、境界波長帯が１４５０〜１４５５ｎｍの誘電体多層膜型合波器８８ａと、境界波長帯が１４７５〜１４８０ｎｍの誘電体多層膜型合波器８８ｂとを２段接続したものである。この誘電体多層膜型分波器８８ａに１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、及び１４８０〜１５００ｎｍの波長帯が入力されると、１４３０〜１５００ｎｍの波長帯を有する信号光に合波される。
【００６１】
本実施形態においては、図２に示した本発明の第２構成の広帯域増幅部２１ｂとしてラマン増幅器部８９を用いている。このラマン増幅器部８９は、図４に示したラマン増幅器部４６と同様のものであり、ラマンファイバ９０、励起光源４８、光カプラ４９、及び利得制御回路９３を備えている。励起光源９１は、１３３０〜１４００ｎｍの中の数波長で多重された励起光を出射するものが用いられる。これは、ラマン増幅器８９において、１４３０〜１５００ｎｍの波長帯域を増幅する必要があるからである。ラマン増幅器部８９の利得は、約１５ｄＢである。
【００６２】
半導体レーザ増幅器部８２及びラマン増幅器部８９の利得は前述のように約１５ｄＢであり、半導体レーザ増幅器部８２とラマン増幅器部８９の間の光部品（例えば、誘電体多層膜型分波器８６、分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃ、及び誘電体多層膜型合波器８８等）による信号光損失は約５ｄＢである。従って、本実施形態による光増幅器８０の利得は約２０ｄＢである。
【００６３】
本実施形態の光増幅器８０へ入力された信号光は、半導体レーザ増幅器部８２で増幅された後、誘電体多層膜型分波器８６で分波され、３波長帯（１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、１４８０〜１５００ｎｍの波長帯）の信号光とされる。各波長帯の信号光は、各波長帯に合わせて作製された分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃを通過し、誘電体多層膜型合波器８８で合波される。
以上述べたように、本実施例によれば、従来技術の光増幅器で問題であった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点、あるいは、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光増幅器の第１構成を示す図である。
【図２】 本発明の光増幅器の第２構成を示す図である。
【図３】 本発明の第１構成の光増幅器における利得スペクトル特性を示す図である。
【図４】 本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図５】 本発明の第１実施形態による光増幅器の各部の特性を示す図である。
【図６】 本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図７】 本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図８】 誘電体多層膜型分波器８６及び誘電体多層膜型合波器８８の構成を示す図である。
【図９】 波長多重の光ファイバ通信システム線形中継器として用いられる従来の光増幅器の構成を示す図である。
【図１０】 図９を用いて説明した従来技術の光増幅器の利得スペクトル特性である。
【符号の説明】
３…広帯域増幅部（前段の広帯域増幅部）、４…１対１分波器（分波器）、６ａ…長波長帯域透過フィルタ（光フィルタ）、６ｂ…短波長帯域透過フィルタ（光フィルタ）、７ａ，７ｂ…帯域除去フィルタ（光フィルタ）、８ａ…長波長帯域増幅装置（長波長帯増幅部）、８ｂ…短波長帯域増幅装置（短波長帯増幅部）、９…１対１合波器（合波器）、１０…広帯域増幅部（後段の広帯域増幅部）、２１ａ…広帯域増幅部（前段の広帯域増幅部）、２１ｂ…広帯域増幅部（後段の広帯域増幅部）、２２…波長帯選択型分波器、２３ａ…長波長帯の帯域幅依存型光部品（長波長帯の光部品）、２３ｂ…短波長帯の帯域幅依存型光部品（短波長帯の光部品）、２４…波長帯選択型合波器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に係り、特に搬送波として波長多重光を用いる光ファイバ通信システムに設けられる光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、波長多重の光ファイバ通信システム線形中継器として用いられる従来の光増幅器の構成を示す図である。図９に示した光増幅器１０４は、伝送ファイバ１００と伝送ファイバ１０２との間に設けられている。いま、伝送ファイバ１００中を長波長帯及び短波長帯の多波長信号光が伝送しているとし、その波長をそれぞれ代表してλl及びλsとする。長波長帯は、例えば１．５８μｍ帯であり、短波長帯は、例えば１．５５μｍ帯である。
【０００３】
光増幅器１０４は、伝送ファイバ１００を伝送してきた信号光を各々の波長帯毎に選択して分波する波長帯選択型分波器１０６と、波長帯選択型分波器１０６によって分波された波長帯の内、長波長帯を増幅する長波長帯増幅部１０８ａと、波長帯選択型分波器１０６によって分波された波長帯の内、短波長帯を増幅する短波長帯増幅部１０８ｂと、長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂによって増幅された信号光を合波する波長帯選択型合波器１１０とを有する。光増幅器１０４が信号光を長波長帯と短波長帯とに分離して各々増幅した後、合波する構成とする目的は主に総合帯域の拡大のためである。
【０００４】
長波長帯増幅部１０８ａは、増幅部１１２ａ、利得等化器１１４ａ、分散補償器１１６ａ、及び増幅部１１８ａを有している。増幅部１１２ａは長波長帯（１．５８μｍ帯）増幅用のエルビウム添加ファイバ（以下、ＥＤＦという）１２０ａと、ＥＤＦ１２０ａを励起するための励起光源１２２ａと、ＥＤＦ１２０ａの利得を制御する利得制御回路１２４ａとを有する。また、増幅部１１２ａは更に励起光と信号光とを合波するための合波器やアイソレータ等の光部品を有するが、簡単のため図９では図示を省略してある。
【０００５】
利得等化器１１４ａは利得スペクトルの平坦化と平坦利得帯域の拡大とを行い、分散補償器１１６ａは高速光パルスの伝送ファイバ分散による波形歪みの補償を行う。増幅器１１８ａは、増幅器１１２ａと同様に、ＥＤＦ１２６ａ、励起光源１２８ａ、及び利得制御回路１３０ａを有し、分散補償器１１６ａから出力される信号光を増幅する。長波長帯増幅器１０８ａが増幅器１１２ａと増幅器１１８ａとを備える理由は、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａがそれぞれ相当量の損失（数ｄＢから十数ｄＢ程度）を有しているため、雑音指数と光出力パワーの劣化を防ぐためである。
【０００６】
また、短波長帯増幅部１０８ｂは、長波長帯増幅部１０８ａと同様の構成であり、増幅部１１２ｂ、利得等化器１１４ｂ、分散補償器１１６ｂ、及び増幅部１１８ｂを有している。また、増幅部１１２ｂは、ＥＤＦ１２０ｂ、励起光源１２２ｂ、及び利得制御回路１２４ｂを備え、増幅部１１８ｂは、ＥＤＦ１２６ｂ、励起光源１２８ｂ、及び利得制御回路１３０ｂを備える。ＥＤＦ１２０ｂは短波長帯（１．５５μｍ帯）を増幅するエルビウム添加ファイバであり、ＥＤＦ１２ａに対しては主に長さが異なる。
【０００７】
上記構成において、伝送ファイバ１００を伝搬してきた信号光（波長λl及びλs）が光増幅器１０４へ入力されると、波長帯選択型分波器１０６において、長波長帯（波長λl）の信号光と、短波長帯（波長λs）の信号光とに分波され、長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂへ入力される。長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長帯増幅部１０８ｂへ入力した信号光は、各々増幅されて波長帯選択型合波器１１０で合波され、伝送ファイバ１０２へ出力される。
【０００８】
以上説明した従来の光増幅器１０４の詳細については、例えば、M.Yamada et al., Electron. Lett., Vol.33, pp.710-711, 1997 又は Y.Sun et al., Proc. of ECOC, pp.53-54, 1998 を参照されたい。
また、以上説明した構成の替わりに、利得等化器１１４ａをＥＤＦ１２０ａと１２６ａとの間に配置した２段増幅構成において、ＥＤＦ１２０ａ，１２０ｂのホストガラスの種類や長さを最適化することにより、単一波長帯の広帯域化増幅器（１．５５μｍ帯と１．５８μｍ帯にまたがる）が構成できることが報告されている。この詳細については、例えば、H.Masuda et al., Electron. Lett., Vol.33, pp.1070-1071, 1997 を参照されたい。この技術においては、当然のことながら波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０は必要ではない。しかしながら、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａは、対象とする信号光帯域が広いほど困難であり、利得等化器１１４ａ及び分散補償器１１６ａが複雑かつ高価になるという欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１０は、図９を用いて説明した従来技術の光増幅器の利得スペクトル特性である。図１０（ａ）は長波長帯増幅部１０８ａが備える増幅部１１２ａの利得及び短波長帯増幅部１０８ｂが備える増幅部１１２ｂの利得を示しており、図１０（ｂ）は波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失を示しており、図１０（ｃ）は光増幅器１０４の利得をそれぞれ示している。
【００１０】
図１０（ａ）において、符号ｇ1が付された曲線は長波長帯増幅部１０８ａの利得であり、符号ｇsが付された曲線は短波長帯増幅部１０８ｂの利得である。また、図１０（ｂ）において、符号ｌ1が付された曲線は、長波長帯増幅部１０８ａを含む経路の波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失であり、符号ｌ2が付された曲線は、短波長帯増幅部１０８ｂを含む経路の波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失である。また、図１０（ｃ）において、符号Ｇ1が付された曲線は、長波長帯増幅部１０８ａを含む経路のみの光増幅器１０４の利得であり、符号Ｇ2が付された曲線は、短波長帯増幅部１０８ｂを含む経路のみの光増幅器１０４の利得である。
【００１１】
波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０は、誘導体多層膜フィルタを用いたもの（以下、多層膜フィルタ型という）や、広波長帯ファイバグレーティング反射器とサーキュレータを用いたもの（以下、ファイバグレーティング型という）等であり、その透過損失（波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失の和）は図１０（ｂ）に示したようになる。
【００１２】
波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の透過損失値が中間的な値を示す過渡波長帯は、信号光波長間隔に関して十分狭くなく、波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０が多層膜フィルタ型である場合には約１０ｎｍ、ファイバグレーティング型である場合には約１ｎｍである。図１０（ｂ）においては、過渡波長帯の境界波長をλtr-s及びλtr-lとしている。上記信号光波長間隔は０．８ｎｍ（周波数間隔に換算すると１００ＧＨｚ）や０．４ｎｍ（周波数間隔に換算すると５０ＧＨｚ）等である。
【００１３】
図１０（ａ）は、長波長帯増幅部１０８ａの利得が平坦である箇所の短波長側の境界波長がλtr-lであり、短波長帯増幅部１０８ｂの利得が平坦である箇所の長波長側の境界波長がλtr-sである場合を示している。図１０（ａ）に示した利得（単位：デシベル（ｄＢ））と図１０（ｂ）に示した損失（単位：デシベル（ｄＢ））の差が光増幅器１０４の利得であり、図１０（ｃ）に示されている。
【００１４】
図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）を参照すると、主に波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の過渡波長帯（境界波長λtr-lと境界波長λtr-sで規定される波長帯）における波長帯選択型分波器１０６及び波長帯選択型合波器１１０の損失によって過渡波長帯における信号光利得が低下しており、その結果、この過渡波長帯は信号光の増幅に使用できないという欠点が生じている。
また、本従来技術の光増幅器は、長波長帯及び短波長帯にそれぞれ２個づつ、計４個の増幅部１１２ａ，１１２ｂ，１１８ａ，１１８ｂを有し、各々の増幅部１１２ａ，１１２ｂ，１１８ａ，１１８ｂは励起光源１２２ａ，１２２ｂ，１２８ａ，１２８ｂ、利得制御回路１２４ａ，１２４ｂ，１３０ａ，１３０ｂ、信号光と励起光との合波器等の部品を有している。従って、総合部品点数が多く、増幅部が大規模化するとともに高価になるという欠点を有する。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点を除去し、又は、総合部品点数の減少が可能であり、光増幅器の規模を減少することができるとともにコストを低下することができる光増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光増幅器は、波長多重された信号光の増幅を行う長波長帯増幅部及び短波長帯増幅部と、
前記長波長帯増幅部の利得波長帯と短波長帯増幅部の利得波長帯にまたがって、継ぎ目の無い利得波長帯を有する前段の広帯域増幅部及び後段の広帯域増幅部と、
利得波長帯の重なった波長帯近傍の波長において、波長無依存の分岐比を有する分波器及び合波器とを備え、
前記長波長帯増幅部は、境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記短波長帯増幅部は、前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記長波長帯増幅部及び前記短波長増幅部は、前記境界波長においてお互いに等しく且つ平坦な平坦利得をそれぞれ有し、
前記前段の広帯域増幅部で増幅された信号光を、前記分波器を用いて前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅部側に分波し、前記長波長帯増幅部側及び前記短波長帯増幅部側から出射した信号光を前記合波器で合波した後、前記後段の広帯域増幅部で増幅し、前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅側から出射した信号光が、互いに同じ波長の信号光を含まない様に、前記光フィルタの透過帯域を調整したことを特徴とする。
この発明にあっては、前記境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタ及び前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタは、ブラック型ファイバグレーティングフィルタを含むことが好ましい。
【００１７】
以上の手段を備える本発明をより具体的に説明すると以下の通りである。
図１は、本発明の光増幅器の第１構成を示し、図２は、本発明の光増幅器の第２構成を示す図である。図１に示した本発明の第１構成は、従来技術で問題になっていた信号光の増幅に使用できない過渡波長帯を除去する目的でなされたものであり、第２構成は従来技術の問題点であった総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去する目的でなされたものである。
【００１８】
図１に示した本発明の第１構成の光増幅器１は、伝送ファイバ２ａと伝送ファイバ２ｂとの間に配置されている。この光増幅器１は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂと、長波長帯増幅部５ａの利得帯域及び短波長帯増幅部５ｂの利得帯域にまたがる利得帯域を有し、光増幅器１の入力側に設けられた広帯域増幅部３と、広帯域増幅部３と同様の利得帯域を有し、光増幅器１の出力側に設けられた広帯域増幅部１０とを有する。
【００１９】
また、光増幅器１は広帯域増幅部３の後段に１対１の分岐比を有する波長無依存分波器（以下、１対１分波器という）４を備え、１対１分波器４の後段に上記の長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂが配置されている。更に、長波長帯増幅部５ａ及び短波長帯増幅部５ｂの後段であって、広帯域増幅部１０の前段に１対１の分岐比を有する波長無依存合波器（以下、１対１合波器という）を備えている。上記長波長帯増幅器５ａは、長波長帯透過フィルタ６ａ、長波長帯用の帯域除去フィルタ７ａ、及び長波長帯増幅装置８ａを備え、上記短波長帯増幅器５ｂは、短波長帯透過フィルタ６ｂ、短波長帯用の帯域除去フィルタ７ｂ、及び短波長帯増幅装置８ｂを備えている。
【００２０】
上記構成において、伝送ファイバ２ａ中を長波長帯及び短波長帯の多波長信号光が伝送しているとし、その波長をそれぞれ代表してλl及びλsとする。長波長帯は、例えば１．５８μｍ帯であり、短波長帯は、例えば１．５５μｍ帯である。この多波長信号が光増幅器１へ入力すると、広帯域増幅部３において長波長帯及び短波長帯の何れもが増幅される。広帯域増幅部３から出力された多波長信号は、１対１分波器４において同一の強度比で分岐される。分岐光の一方は、長波長帯増幅部５ａに入力し、他方は短波長帯増幅部５ｂに入力する。
【００２１】
長波長帯増幅部５ａに入力した波長λl及びλsの信号光は、長波長帯透過フィルタ６ａで短波長の信号光がほぼ除去され、更に帯域除去フィルタ７ａで短波長の信号光が十分に除去される。同様に、短波長帯増幅部５ｂに入力した波長λl及びλsの信号光は、短波長帯透過フィルタ６ｂで長波長の信号光がほぼ除去され、更に帯域除去フィルタ７ｂで長波長の信号光が十分に除去される。帯域除去フィルタ７ａを出射した波長λlの信号光及び帯域除去フィルタ７ｂを出射した波長λsの信号光は、それぞれ長波長帯増幅装置８ａ及び短波波長増幅装置８ｂで増幅された後、１対１合波器９で合波される。１対１合波器９を出射した波長λl及び長波長λsの信号光は広帯域増幅部１０でともに増幅されて光増幅器１の出力光となる。
【００２２】
上記構成においては、長波長帯透過フィルタ６ａ及び帯域除去フィルタ７ａや短波長帯透過フィルタ６ｂ及び帯域除去フィルタ７ｂは、それぞれ、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの後段に設置してもよい。１対１分波器４及び１対１合波器９の信号光損失の典型値は約３ｄＢ、長波長帯透過フィルタ６ａ及び帯域除去フィルタ７ａ、並びに、短波長帯透過フィルタ６ｂ及び帯域除去フィルタ７ｂの信号光損失の典型値は約１ｄＢである。
【００２３】
広帯域増幅部３は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの前段に設置した１対１分波器４等の光部品による信号光損失に起因する雑音指数劣化を回避する目的で設置されている。一方、広帯域増幅部１０は、長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂの後段に設置した１対１合波器９等の光部品による信号光損失に起因する信号出力低下を回避する目的で設置されている。広帯域増幅部３の利得値の典型値は約１０〜１５ｄＢ以上であり、広帯域増幅部１０の利得値の典型値は約５〜１０ｄＢ以上である。
【００２４】
図３は、本発明の第１構成の光増幅器における利得スペクトル特性を示す図である。図３（ａ）において、符号ｇ11が付された曲線は広帯域増幅部３又は広帯域増幅部１０の利得を示しており、図３（ｂ）において、符号ｇ21が付された曲線が長波長帯増幅部５ａの利得を示し、符号ｇ22が付された曲線が短波長帯増幅部５ｂの利得を示している。但し、図３（ｂ）において、図１０に示した過渡波長帯の境界波長λtr-s及びλtr-l近辺における第１構成の過渡波長帯の境界波長をλtrとしている。長波長帯増幅部５ａ及び短波長増幅部５ｂは、境界波長λtrにおいてそれぞれ平坦利得を有するように設定されている。
【００２５】
また、図３（ｃ）において、符号ｌ11が付された曲線は、長波長帯透過フィルタ６ａの透過損失を示し、符号ｌ12が付された曲線は、短波長帯透過フィルタ６ｂの透過損失を示している。また、図３（ｄ）において、符号ｌ21が付された曲線は、帯域除去フィルタ７ａの透過損失を示しており、符号ｌ22が付された曲線は、帯域除去フィルタ７ｂの透過損失を示している。長波長帯透過フィルタ７ａ及び短波長帯透過フィルタ７ｂは、境界波長λtrにおいて低い透過損失を有する。即ち、過剰な透過損失は無い。また、帯域除去フィルタ７ａは、長波長帯増幅部５側で邪魔になる、境界波長λtr近傍の短波長成分を十分高い損失値（図３（ｄ）の例では４０ｄＢ）で除去している。同様に、帯域除去フィルタ７ｂは、短波長増幅部５ｂ側で邪魔になる、境界波長λtr近傍の長波長成分を十分高い損失値で除去している。
【００２６】
即ち、長波長帯域透過フィルタ６ａと帯域除去フィルタ７ａとにより、１対１分波器４から長波長帯増幅部５ａ側にやってきた、境界波長λtrより短波長の信号光は、十分高い損失値でもって除去され、同様に、短波長帯透過フィルタ６ｂと帯域除去フィルタ７ｂとにより、１対１分波器４から短波長増幅部５ｂ側にやってきた、境界波長λtrより長波長の信号光は、十分高い損失値でもって除去される。
【００２７】
図３（ｅ）は、図３（ａ）〜（ｄ）の利得及び損失特性から得られる、光増幅器１の利得を示している。図３（ｅ）において、符号Ｇ11が付された曲線は、長波長帯増幅部５ａを含む経路の利得を示し、符号Ｇ12が付された曲線は、短長波長帯増幅部５ｂを含む経路の利得を示している。後述する第１実施形態で示すように、帯域除去フィルタ７ａ及び帯域除去フィルタ７ｂの波長選択スペクトルは、十分急峻に設定できるため、図３（ｅ）において、長波長帯増幅部５ａを通る経路の利得と、短波長増幅部５ｂを通る経路の利得は、境界波長λtr近傍で急峻となる波長選択スペクトルを示している。
【００２８】
波長多重された各波長の信号光は、長波長帯増幅部５ａを含む経路又は短波長増幅部５ｂを含む経路を通り、一方の経路を通過して得られる信号光成分パワーは、他方の経路を通過する信号光成分パワーより十分大きいため、コヒーレント干渉による雑音劣化は十分小さく無視できる。例えば、長波長帯増幅部５ａを含む経路から出力される波長λlの信号光のパワーは、短波長増幅部５ｂを含む経路から出力される波長λlの信号光のパワーより十分大きい。
以上述べたように、本発明の第１構成による光増幅器においては、従来技術の光増幅器において問題であった、過渡波長帯が信号光の増幅に使用できないという欠点を解消している。
【００２９】
次に、本発明の第２構成による光増幅器について説明する。図９に示した従来技術の光増幅器が、長波長帯増幅部１０８ａ内の２つの増幅部１１２ａ，１１８ａと、短波長帯増幅部１０８ｂ内の２つの増幅部１１２ｂ，１１８ｂとの計４つの増幅部を有している。これに対し、図２に示した本発明の第２構成の光増幅器は、伝送ファイバ２ａからの信号光を増幅する広帯域増幅部２１ａと、広帯域増幅部２１ａの後段に設けられた波長帯選択型分波器２２と、この波長帯選択型分波器２２の後段に設けられた長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂと、長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂの後段に設けられた波長帯選択型合波器２４と、広帯域増幅部２１ｂとを有している。つまり、増幅部として、広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂの２つのみを備える点が特徴である。
【００３０】
広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂの利得スペクトルは、図３（ａ）に示した第１構成の光増幅器１が備える広帯域増幅部３，１０のそれと同様に、図１０に示した従来技術の光増幅器の長波長帯増幅部１０８ａの利得波長帯と短波長帯増幅部１０８ｂの利得波長帯にまたがるものである。広帯域増幅部２１ａ及び広帯域増幅部２１ｂは、光増幅導波路２５ａ，２５ｂ、駆動回路２６ａ，２６ｂ、利得制御回路２７ａ，２７ｂをそれぞれ備えている。
【００３１】
広帯域増幅部２１ａと広帯域増幅部２１ｂとの間に設けられた、長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂとは、図９を用いて説明した利得等化器１１４ａ，１１４ｂや分散補償器１１６ａ，１１６ｂ、及び図示しない多波長信号光挿入・分岐用の光フィルタ（アレイ導波路格子等）、等であり、それらの性能や価格が、多波長信号光の帯域に依存する光部品である。
【００３２】
従来の技術の場合と同様に、広帯域増幅部２１ａ，２１ｂの利得と、帯域幅依存型光部品２３ａ，２３ｂ、波長帯選択型分波器２２、及び波長帯選択型合波器の損失のｄＢ単位における差が光増幅器２０の利得である広帯域増幅部２１ａ，２１ｂの利得値は、従来技術の場合と同様に、増幅器の雑音指数が低く、光出力が大きくなるように設定されている。
本発明の本第２構成による光増幅器では、図２から明らかなように、図９に示した従来技術の光増幅器に比べ、増幅部の数が半分（２個）になっている。従って、従来技術の光増幅器において問題であった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を解消している。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による光増幅器について詳細に説明する。本実施形態においては、第１実施形態〜第３実施形態について説明するが、第１実施形態は、上述の本発明の第１構成に関するものであり、第２及び第３実施形態は、本発明の第２構成に関するものである。
【００３４】
〔第１実施形態〕
図４は、本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示す図である。本実施形態において光増幅器３０に入力される信号光は波長１５３０〜１６００ｎｍの範囲で配置された多波長信号光である。図１中の広帯域増幅部３として半導体レーザ増幅器部３１を備えている。この半導体レーザ増幅器部３１は、利得媒質である半導体レーザ素子３２と、半導体レーザ素子３２に電流を注入する電流駆動回路３３と、半導体レーザ素子３２の利得を制御する利得制御回路３４とからなる。半導体レーザ増幅器部３１は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。
【００３５】
図１中の１対１分波器４として、分波の比率が波長に依存しない１対１ファイバカプラ３５を用いている。よって、１対１ファイバカプラ３５によって分波された光は波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を含み、同じ強度である。図１中の長波長帯透過フィルタ６ａとしては長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａが設けられる。長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａは、入力された信号光の内、波長が１５３０〜１５６５ｎｍの信号光を除去する。また、図１中の短波長帯透過フィルタ６ｂとして短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂが設けられる。短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂは、入力された信号光の内、波長が１５６６〜１６００ｎｍの信号光を除去する。
【００３６】
図１中の帯域除去フィルタ７ａ及び帯域除去フィルタ７ｂとして、長波長帯側ファイバグレーティングフィルタ３７ａ及び短波長帯側ファイバグレーティングフィルタ３７ｂがそれぞれ設けられている。以下、ファイバグレーティングフィルタをＦＧＦと称する。長波長帯側ＦＧＦ３７ａは、１５６５ｎｍの信号光を反射するブラック型ファイバグレーティング３８ａと、１５６０〜１５６４ｎｍの信号光をまとめて反射するチャープブラック型ファイバグレーティング３９とからなる。
【００３７】
同様に、短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、１５６６ｎｍの信号光を反射するブラック型ファイバグレーティング３８ｂと、１５６７〜１５７１ｎｍの信号光をまとめて反射するチャープブラック型ファイバグレーティング３９ｂとからなる。即ち、長波長帯側ＦＧＦ３７ａは１５６０〜１５６５ｎｍの信号光を高反射率で反射するがそれ以外の波長の信号光は透過させ、短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは１５６６〜１５７１ｎｍの信号光を高反射率で反射するがそれ以外の波長の信号光は透過させる。
【００３８】
本実施形態では、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、それぞれ１つのブラックファイバグレーティング３８ａ，３８ｂと１個のチャープブラック型ファイバグレーティング３９ａ，３９ｂで構成しているが、これは、あくまでも一例であり、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの反射及び透過特性が上記の条件を満たせば他の構成であってもも良い。例えば、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂが複数個のブラック型ファイバグレーティングのみからなるものであっても良い。
【００３９】
図１中の長波長帯増幅装置８ａとして、１．５８μｍ帯エルビウム添加ファイバ増幅器（以下、エルビウム添加ファイバ増幅器をＥＤＦＡという）部４０ａを、短波長帯増幅装置８ｂとして、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂをそれぞれ設けている。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａは、長さが５０ｍのエルビウム添加ファイバ（以下、ＥＤＦという）４１ａと、ＥＤＦ４１ａを励起するために設けられ、１．４８μｍの励起光を出射する励起光源４２ａと、長波長帯側ＦＧＦ３７ａから出力された信号光と励起光源４２ａから出射された光とを合波する光カプラ４３ａと、ＥＤＦ４１ａの利得を制御する利得制御回路４４ａとを備えている。１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂも同様にＥＤＦ４１ｂ、励起光源４２ｂ、光カプラ４３ｂ、及び利得制御回路４４ｂを備えている。
【００４０】
ここで、ＥＤＦ４１ｂは長さが１０ｍである点においてＥＤＦ４１ｂと異なり、励起光源４２ｂは、０．９８μｍの励起光を出射する点において励起光源４２ａと異なる。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａは１５６６〜１６００ｎｍの信号光を増幅し、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂは、１５３０〜１５６５ｎｍの信号光を増幅する。１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂは、通常、図９に示した従来技術における長波長帯増幅部１０８ａ及び短波長増幅部１０８ｂのように、中間に信号光損失を有する光部品を用いた２段増幅構成であるが、図４では簡単のため１段増幅構成としてある。しかしながら、１段増幅構成の場合と２段増幅構成の場合で、その動作及び作用等において本質的な違いはない。
【００４１】
図１中の１対１合波器９として、波長無依存型の１対１ファイバカプラ４５を用いている。また、図１中の項帯域増幅部１０としてラマン増幅器部４６を用いている。ラマン増幅器部４６は、利得媒質であるラマンファイバ４７と、ラマンファイバ４７を励起するために設けられ、１４３０〜１５００ｎｍの範囲の数波長からなる励起光を出射する励起光４８と、ラマンファイバ４７から出力された信号光と励起光源４８から出射された励起光とを合波する光カプラ４９と、ラマンファイバ４７の利得を制御する利得制御回路５０とを備えている。このラマン増幅器部４６は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。
【００４２】
次に、上記構成における、本発明の第１実施形態による光増幅器の動作について図４及び図５を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第１実施形態による光増幅器の各部の特性を示す図である。図５において、（ａ）は半導体レーザ増幅器部３１及びラマン増幅器部４６の利得スペクトル特性を示し、（ｂ）は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａ及び短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂの透過損失を示し、（ｃ）は長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの透過損失スペクトルを示し、（ｄ）は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂの利得を示している。また、図５において、（ｅ）は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａを含む経路、及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂを含む経路の利得スペクトルを示し、（ｆ）は境界波長１５６５．５ｎｍ近傍の信号光波長と利得スペクトルの詳細を示している。
【００４３】
図４に示されたように、波長１５３０〜１６００ｎｍの信号光が入力されると、半導体レーザ増幅器部３１に入力される。信号光が半導体レーザ増幅器部３１に入力されると、信号光は波長１５３０〜１６００ｎｍの帯域内全てにおいて増幅される。図５（ａ）において、符号ｇ３１が付された曲線は、半導体レーザ増幅器部３１の利得を示しており、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲でほぼ平坦な利得を有しており、その平坦利得は、約１５ｄＢである。
【００４４】
信号光が半導体レーザ増幅器部３１から出力されると、１対１ファイバカプラ３５において、１対１の強度比を有する２つの分岐光に分岐される。分岐光の一方は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａに入射し、他方は、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂに入射する。図５（ｂ）において、符号ｌ36aが付された曲線は長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａの透過特性を示す曲線であり、符号ｌ36bが付された曲線は短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂの透過特性を示す曲線である。図５（ｂ）から分かるように、これらの損失は、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍で過渡特性を示し、境界波長１５６５．５ｎｍから７ｎｍ程度波長が離れると、損失値は約４０ｄＢ以上に達する。この損失値は、前述したコヒーレント干渉による雑音劣化を除去するのに十分大きな値である。
【００４５】
長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａ及び短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂを透過した信号光は、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂへそれぞれ入射する。図５（ｃ）において、符号ｌ37aが付された曲線が長波長帯側ＦＧＦ３７ａの透過損失スペクトルを示し、符号ｌ37bが付された曲線が短波長帯側ＦＧＦ３７ｂの透過損失スペクトルを示している。
【００４６】
また、図５（ｃ）に示したように、長波長帯側ＦＧＦ３７ａ及び短波長帯側ＦＧＦ３７ｂは、１つのブラックファイバグレーティング３８ａ，３８ｂと１個のチャープブラック型ファイバグレーティング３９ａ，３９ｂとをそれぞれ接続して構成されているので、それら２つのグレーティングに対応した段階状の損失平坦値を有しており、特に境界波長１５６５．５ｎｍ近傍での損失値は大きい。
【００４７】
ここで、長波長帯透過多層膜フィルタ３６ａと長波長帯側ＦＧＦ３７ａとを合わせた透過損失を考えてみると、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍より長波長側で、常に約４０ｄＢより大きく、また、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂと短波長帯側ＦＧＦ３７ｂとを合わせた透過損失を考えてみると、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍より短波長側で、常に約４０ｄＢより大きい。従って、前述したコヒーレント干渉による雑音劣化を除去することができる。
【００４８】
長波長帯側ＦＧＦ３７ａからは１５６６〜１６００ｎｍの信号光が出力され、短波長帯透過多層膜フィルタ３６ｂからは１５３０〜１５６５ｎｍの信号光が出力される。これらの信号光は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂへそれぞれ入力される。図５（ｄ）に示したように、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａの利得は１５６５〜１６００ｎｍの波長領域で平坦であり、１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂの利得は、１５３０〜約１５６５ｎｍの波長領域で平坦である。よって、１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａへ入力した１５６６〜１６００ｎｍの信号光及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂへ入力した１５３０〜１５６５ｎｍの信号光は増幅される。
【００４９】
図５（ｅ）において、符号Ｇ40aが付された曲線は１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａを含む経路の利得スペクトルを示し、符号Ｇ40bが付された曲線は１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂを含む経路の利得スペクトルについて示している。図５（ｅ）に示されたように、各々の経路の利得は境界波長１５６５．５近傍を除き、ほぼ平坦な利得となっている。図５（ｆ）に示したように、境界波長１５６５．５ｎｍ近傍においては、図１０（ｃ）中における波長λtr-sと波長λtr-lとによって規定される信号光の増幅に使用できない波長帯が存在しない。
よって、本実施形態によれば、１５３０〜１６００ｎｍの全信号光波長において、平坦利得が得られる。
【００５０】
１．５８μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ａ及び１．５５μｍ帯ＥＤＦＡ部４０ｂから出力された信号光は、１対１ファイバカプラ４５へ入力されて合波される。合波された信号光はラマン増幅器部４６へ入力して増幅される。ラマン増幅器部４６の利得は、１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲で平坦利得であり、その平坦利得は、約７ｄＢに設定されている。よって、１対１ファイバカプラ４５から出力された信号光はラマン増幅器部４６において１５３０〜１６００ｎｍの波長範囲にわたって増幅される。
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、従来技術の光増幅器で問題であった、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点を除去することができる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示す図である。図２に示した第２構成の広域増幅部２１ａとしてハイブリッド増幅器部６１を用いている。ハイブリッド増幅器部６１は、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３と、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３を励起するために波長１４３０〜１５００ｎｍの中の数波長で多重された励起光を出射する励起光源６４と、波長多重された１５３０〜１６００ｎｍの信号光と励起光源６４から出射された励起光とを合波する合波器６５と、ＥＤＦ６２及びラマンファイバ６３の利得を制御する利得制御回路６６とを備える。
【００５２】
このハイブリッド増幅器部６１は、いわば図４に示した半導体レーザ増幅器部３１とラマン増幅器部４６とを合わせたものであり、１５３０〜１６００ｎｍの信号光を増幅する。ハイブリッド増幅器部６１の利得は約２０ｄＢに設定されている。ハイブリッド増幅器部６１の詳細については、例えば、H.Masuda et al., Phton. Technol. Lett., Vol.11, pp.647-649, 1999を参照されたい。尚、伝送ファイバ２ａを介して入力される信号光の１チャンネル当たりの変調速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓとする。また、伝送ファイバ２ａ，２ｂは、分散シフトファイバである。
【００５３】
図２中の波長帯選択型分波器２２として誘電体多層膜型分波器６７を用いている。また、図２中の長波長帯の帯域幅依存型光部品２３ａ及び短波長帯の帯域幅依存型光部品２３ｂとして、分散補償ファイバ６８ａ及び信号光挿入分離回路６９ａ並びに分散補償ファイバ６８ｂ及び信号光挿入分離回路６９ｂを用いている。信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂは、それぞれ性能・価格が帯域幅に依存するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）を２個含む。図６においては、信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂから分離される波長をλout、挿入される波長をλinとしている。
【００５４】
また、図２中の波長帯選択型合波器２４として、誘電体多層膜型合波器７０を用い、広帯域増幅部２１ｂとしてハイブリッド増幅器部７１を用いている。このハイブリッド増幅器部７１の内部構成は、ハイブリッド増幅器部６１と同様であり、ＥＤＦ７２、ラマンファイバ７３、励起光源７４、合波器７５、利得制御回路７６とを備えるが、ハイブリッド増幅器７１の利得が約１０ｄＢに設定されている点において異なる。
【００５５】
ハイブリッド増幅器部６１とハイブリッド増幅器部７１との間の光部品（例えば、誘電体多層膜型分波器６７、分散補償ファイバ６８ａ，６８ｂ、信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂ、及び誘電体多層膜型合波器７０等）による信号損失は約１０ｄＢである。従って、本発明の第２実施形態による光増幅器６０の利得は約２０ｄＢである。
本実施形態における境界波長は１５６０〜１５７０ｎｍの１０ｎｍである。各波長帯の信号光は、各波長帯に合わせて作製された分散補償ファイバ６８ａ，６８ｂ及び信号光挿入分離回路６９ａ，６９ｂを通過し、誘電体多層膜合波器７０で合波される。
以上述べたように、本発明の第２実施形態によれば、従来技術の光増幅器で問題があった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示す図である。図７に示した第３実施形態による光増幅器８０は、１．３μｍ零分散ファイバ８１ａ，８１ｂ間に設けられている。本実施形態においては、１．３μｍ零分散ファイバ８１ａから入力される信号光として、波長多重された１４３０〜１５００ｎｍの信号光を考え、１チャンネル当たりの変調速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓとする。
【００５７】
本実施形態においては、図２に示した本発明の第２構成の広帯域増幅部２１ａとして半導体レーザ増幅器部８２を用いている。この半導体レーザ増幅器部８２は、図４に示した半導体レーザ増幅器部３１と同様のものであり、半導体レーザ素子８３、電流駆動回路８４、及び利得制御回路８５を有する。半導体レーザ増幅器部３１は、波長１５３０〜１６００ｎｍの全ての信号光を増幅する。半導体レーザ増幅器部８２の利得は、約１５ｄＢである。
【００５８】
また、図２中の波長帯選択型分波器２２として、誘電体多層膜型分波器８６を用いており、帯域幅依存型光部品として分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃを用いる。また、波長帯選択型合波器２２として、誘電体多層膜型合波器８８を用いている。図８は、誘電体多層膜型分波器８６及び誘電体多層膜型合波器８８の構成を示す図である。
【００５９】
図８（ａ）は誘電体多層膜型分波器８６の構成を示しており、境界波長帯が１４５０〜１４５５ｎｍの誘電体多層膜型分波器８６ａと、境界波長帯が１４７５〜１４８０ｎｍの誘電体多層膜型分波器８６ｂとを２段接続したものである。この誘電体多層膜型分波器８６ａに波長１４３０〜１５００ｎｍの信号光が入力されると、２０ｎｍ波長幅を有する３波長帯（１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、１４８０〜１５００ｎｍの波長帯）に分波される。
【００６０】
また、図８（ｂ）は誘電体多層膜型合波器８８の構成を示しており、境界波長帯が１４５０〜１４５５ｎｍの誘電体多層膜型合波器８８ａと、境界波長帯が１４７５〜１４８０ｎｍの誘電体多層膜型合波器８８ｂとを２段接続したものである。この誘電体多層膜型分波器８８ａに１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、及び１４８０〜１５００ｎｍの波長帯が入力されると、１４３０〜１５００ｎｍの波長帯を有する信号光に合波される。
【００６１】
本実施形態においては、図２に示した本発明の第２構成の広帯域増幅部２１ｂとしてラマン増幅器部８９を用いている。このラマン増幅器部８９は、図４に示したラマン増幅器部４６と同様のものであり、ラマンファイバ９０、励起光源４８、光カプラ４９、及び利得制御回路９３を備えている。励起光源９１は、１３３０〜１４００ｎｍの中の数波長で多重された励起光を出射するものが用いられる。これは、ラマン増幅器８９において、１４３０〜１５００ｎｍの波長帯域を増幅する必要があるからである。ラマン増幅器部８９の利得は、約１５ｄＢである。
【００６２】
半導体レーザ増幅器部８２及びラマン増幅器部８９の利得は前述のように約１５ｄＢであり、半導体レーザ増幅器部８２とラマン増幅器部８９の間の光部品（例えば、誘電体多層膜型分波器８６、分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃ、及び誘電体多層膜型合波器８８等）による信号光損失は約５ｄＢである。従って、本実施形態による光増幅器８０の利得は約２０ｄＢである。
【００６３】
本実施形態の光増幅器８０へ入力された信号光は、半導体レーザ増幅器部８２で増幅された後、誘電体多層膜型分波器８６で分波され、３波長帯（１４３０〜１４５０ｎｍの波長帯、１４５５〜１４７５ｎｍの波長帯、１４８０〜１５００ｎｍの波長帯）の信号光とされる。各波長帯の信号光は、各波長帯に合わせて作製された分散補償ファイバ８７ａ〜８７ｃを通過し、誘電体多層膜型合波器８８で合波される。
以上述べたように、本実施例によれば、従来技術の光増幅器で問題であった、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号光の増幅に使用できない波長帯が存在するという欠点、あるいは、総合部品点数が多く、増幅器が大規模、高価になるという欠点を除去できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光増幅器の第１構成を示す図である。
【図２】 本発明の光増幅器の第２構成を示す図である。
【図３】 本発明の第１構成の光増幅器における利得スペクトル特性を示す図である。
【図４】 本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図５】 本発明の第１実施形態による光増幅器の各部の特性を示す図である。
【図６】 本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図７】 本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示す図である。
【図８】 誘電体多層膜型分波器８６及び誘電体多層膜型合波器８８の構成を示す図である。
【図９】 波長多重の光ファイバ通信システム線形中継器として用いられる従来の光増幅器の構成を示す図である。
【図１０】 図９を用いて説明した従来技術の光増幅器の利得スペクトル特性である。
【符号の説明】
３…広帯域増幅部（前段の広帯域増幅部）、４…１対１分波器（分波器）、６ａ…長波長帯域透過フィルタ（光フィルタ）、６ｂ…短波長帯域透過フィルタ（光フィルタ）、７ａ，７ｂ…帯域除去フィルタ（光フィルタ）、８ａ…長波長帯域増幅装置（長波長帯増幅部）、８ｂ…短波長帯域増幅装置（短波長帯増幅部）、９…１対１合波器（合波器）、１０…広帯域増幅部（後段の広帯域増幅部）、２１ａ…広帯域増幅部（前段の広帯域増幅部）、２１ｂ…広帯域増幅部（後段の広帯域増幅部）、２２…波長帯選択型分波器、２３ａ…長波長帯の帯域幅依存型光部品（長波長帯の光部品）、２３ｂ…短波長帯の帯域幅依存型光部品（短波長帯の光部品）、２４…波長帯選択型合波器。
Claims (2)
- 波長多重された信号光の増幅を行う長波長帯増幅部及び短波長帯増幅部と、
前記長波長帯増幅部の利得波長帯と短波長帯増幅部の利得波長帯にまたがって、継ぎ目の無い利得波長帯を有する前段の広帯域増幅部及び後段の広帯域増幅部と、
利得波長帯の重なった波長帯近傍の波長において、波長無依存の分岐比を有する分波器及び合波器とを備え、
前記長波長帯増幅部は、境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記短波長帯増幅部は、前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタを含み、
前記長波長帯増幅部及び前記短波長増幅部は、前記境界波長においてお互いに等しく且つ平坦な平坦利得をそれぞれ有し、
前記前段の広帯域増幅部で増幅された信号光を、前記分波器を用いて前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅部側に分波し、前記長波長帯増幅部側及び前記短波長帯増幅部側から出射した信号光を前記合波器で合波した後、前記後段の広帯域増幅部で増幅し、前記長波長帯増幅部側及び短波長帯増幅側から出射した信号光が、互いに同じ波長の信号光を含まない様に、前記光フィルタの透過帯域を調整したことを特徴とする光増幅器。 - 前記境界波長より短波長の信号光を除去する光フィルタ及び前記境界波長より長波長の信号光を除去する光フィルタは、ブラック型ファイバグレーティングフィルタを含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
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