JP4198082B2 - 光増幅器の利得モニタ方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信に用いられる光増幅器における信号利得を正確にモニタするための利得モニタ方法および装置に関する。

光ファイバ通信システムにおいて、伝送容量を増大させるための方式として、波長分割多重（ＷＤＭ）システムの導入が盛んに行われている。ＷＤＭシステムにおいては、光ファイバの伝送損失を補うために光増幅器が用いられ、長距離伝送を可能にしている。このＷＤＭシステムに用いられる光増幅器には、例えば、希土類添加光ファイバ増幅器やラマン増幅器、半導体光増幅器などがある。実システムに最も導入されている光増幅器としては、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が挙げられる。ＥＤＦＡは、光ファイバの損失が低い波長帯域である１５３０〜１５６５ｎｍ（Ｃ−バンド：Conventional Band)や、１５７０〜１６１０ｎｍ（Ｌ−バンド：Long wavelength Band）の光を増幅できるのもとして実用化されてきた。また、近年では半導体光増幅器の導入が、メトロネットワークなどの中小距離での光伝送中の光損失を補う目的で検討されている。

これらの光増幅器においては、光増幅器への入力信号光パワーと出力信号光パワーの比である信号光利得を一定に制御する利得一定制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）や、出力信号光パワーを一定に制御する出力一定制御（Automatic Level Control：ＡＬＣ）などの光増幅動作に対する制御が行われることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記のような光増幅器では、例えば図８に示すように、励起準位からの自然放出により出力される自然放出光が増幅された光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）が発生し、そのＡＳＥ光が雑音光として信号光と伴に出力される。このため、上記のＡＧＣによって信号光利得を一定に制御したり、ＡＬＣによって出力光パワーを一定に制御したりするには、光増幅器の内部で生じる雑音光の発生量を見積っておく必要がある。

従来の光増幅器では、例えば、雑音光の発生量を光増幅器への入力光パワーの関数として、入力光パワーのモニタ結果に応じて雑音光の発生量を算出し、その結果に基づいて光増幅動作の制御誤差の補正が行われていた（例えば、特許文献２参照）。また、雑音光除去用の光学フィルタを利用して光増幅器の出力光から雑音光を切り出し、そのパワーをモニタして光増幅器の雑音指数を監視する技術なども知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平８−１８１３６号公報 特開２０００−２３２４３３号公報 特開平６−１３２９０５号公報

しかしながら、上記のような従来の技術については、光増幅器の内部で生じる雑音光の発生量を正確に検出することが難しいという課題がある。すなわち、光増幅器への入力光パワーに応じて雑音光の発生量を算出する場合、雑音光の発生量が入力光パワーの測定結果を基に間接的に求められ、実際に発生する雑音光が直接検出されてはいないため、算出される雑音光の発生量に誤差の生じる可能性がある。また、雑音光除去用の光学フィルタを利用して雑音光のパワーをモニタする場合には、信号光波長からずれた帯域の雑音光パワーがモニタされるため、波長の違いによる誤差の生じる可能性がある。このような雑音光の発生量の誤差は、例えば光増幅器が多段接続されたシステムなどにおいては、各段での誤差がたとえ僅かであったとしてもそれが順次累積されるため、ＡＧＣやＡＬＣ等の精度を低下させてしまい問題となる。高精度の制御を実現するためには、実際に発生する雑音光のパワーを正確に検出できるようにするか、若しくは、雑音光を含まない信号光のパワーを検出してＡＧＣ等の制御を行うことができるようにするのが望まれる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、光増幅器の内部で生じる雑音光に関係なく信号光の利得を検出することのできる光増幅器の利得モニタ方法および装置を実現し、また、それを用いて光増幅器の動作を高い精度で制御できる装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明による光増幅器の利得モニタ方法は、（Ａ）前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐し、（Ｂ）前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐し、（Ｃ）前記分岐した入力モニタ光を変調し、（Ｄ）該変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光を合波し、（Ｅ）該合波したモニタ光を受光して電気信号に変換した後、該電気信号に含まれる、前記変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出し、（Ｆ）該抽出した干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出するようにしたものである。

また、本発明の光増幅器における利得をモニタする装置は、前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐する第１光分岐部と、前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐する第２光分岐部と、前記第１光分岐部で分岐された入力モニタ光を変調する変調部と、該変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光を合波する光合波部と、該光合波部から出力される合波光を受光して電気信号に変換する光検出部と、該光検出部から出力される電気信号に含まれる、前記変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出するフィルタ部と、該フィルタ部で抽出された干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出する利得検出部と、を備えて構成されるものである。

上記のような光増幅器の利得モニタ方法および装置によれば、光増幅器に入力される信号光の一部が入力モニタ光として分岐されて変調されると共に、光増幅器から出力される信号光の一部が出力モニタ光として分岐され、それらの変調された入力モニタ光および出力モニタ光が合波される。これにより、合波された光は、入力モニタ光および出力モニタ光が干渉することにより、光増幅器で発生する雑音光に関係なく光増幅器の利得に比例して変化する干渉成分（うなり成分）を含むようになるため、合波光を光電変換した後の電気信号から上記の干渉成分を抽出することで光増幅器における信号光に対する利得を検出することができるようになる。

本発明による光増幅器の利得モニタ方法および装置によれば、光増幅器の内部で生じる雑音光に関係なく信号光の利得を正確に検出することができる。これを利用して光増幅器の動作を制御すれば、高い精度の動作制御を実現することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光増幅器の利得モニタ方法を適用した装置の一実施形態を示すブロック図である。
図１において、本装置は、光増幅器１００に対して入力される信号光Ｌｉｎの一部を入力モニタ光として分岐する第１光分岐部としての光分岐器１１と、その入力モニタ光の位相を調整する位相調整部としての位相シフタ１２と、位相シフタ１２から出力される入力モニタ光を変調する変調部としての強度変調器１３と、変調された入力モニタ光の偏光状態を制御する偏光状態調整部としての偏光コントローラ１４と、光増幅器１００から出力される信号光Ｌｏｕｔの一部を出力モニタ光として分岐する第２光分岐部としての光分岐器１５と、偏光コントローラ１４から出力される入力モニタ光および光分岐器１５から出力される入力モニタ光を合波する光合波部としての光合波器１６と、その合波光を検波する光検出部としての光検出器１７と、光検出器１７から出力される電気信号から後述する干渉成分を抽出するフィルタ部としての周波数カットフィルタ（ＢＰＦ）１８と、周波数カットフィルタ１８を通過した電気信号の電圧レベルを基に光増幅器１００における信号利得を検出する利得検出部としての利得検出回路１９と、を備える。

光増幅器１００は、入力される信号光Ｌｉｎを増幅して出力し、その光増幅動作に伴って雑音光を発生する公知の光増幅器である。この光増幅器１００の具体例としては、希土類添加ファイバ増幅器やラマン増幅器、半導体光増幅器などを挙げることができる。
光分岐器１１は、入力ポートに与えられる光を予め設定した比率で分岐し、一方の分岐光を光増幅器１００に出力し、他方の分岐光を入力モニタ光Ｍ１として位相シフタ１２に出力する。

位相シフタ１２は、光合波器１６で合波されることになる入力側および出力側の各モニタ光の位相が揃うように、光分岐器１１から出力される入力モニタ光Ｍ１の位相を調整するものである。この位相シフタ１２としては、例えば熱光学効果などによる屈折率変化を利用して位相を変化させる構造を持った公知の光デバイスを用いることが可能である。ただし、位相シフタ１２の構造は上記の一例に限定されるものではない。また、ここでは位相シフタ１２が光分岐器１１および強度変調器１３の間の光路上に配置される一例を示したが、位相シフタ１２の配置は変更可能であり、光分岐器１１で分岐された入力モニタ光が光合波器１６に到達するまでの伝搬光路上の任意の位置、または、光分岐器１５で分岐された出力モニタ光が光合波器１６に到達するまでの伝搬光路上の任意の位置に位相シフタ１２を設けることができる。

強度変調器１３は、光増幅器１００に入力される信号光Ｌｉｎの変調周波数よりも十分に小さい周波数２・ω_fを有する変調信号に従って、位相シフタ１２から出力される入力モニタ光の強度を変調するものである。この強度変調器１３における変調周波数２・ω_fは、具体的には、信号光Ｌｉｎの変調周波数より２桁以上小さくなるように設定するのが望ましく、例えば、信号光Ｌｉｎの変調周波数が１０ＧＨｚの場合、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度とするのが好適である。このような強度変調器１３の具体例としては、磁気光学デバイスやポッケルス・セルを用いてモニタ光に強度変調をかけるものなどを用いることが可能である。なお、ここでは入力モニタ光を強度変調する一例を示したが、本発明はこれに限らず強度以外の他の変調方式によって入力モニタ光を変調するようにしてもよい。

偏光コントローラ１４は、光合波器１６で合波されることになる入力側および出力側の各モニタ光の偏光状態が一致するように、強度変調器１３から出力される入力モニタ光Ｍ２の偏光状態を調整するものである。なお、ここでは偏光コントローラ１４が強度変調器１３および光合波器１６の間の光路上に配置される一例を示したが、偏光コントローラ１４の配置は変更可能であり、光分岐器１１で分岐された入力モニタ光が光合波器１６に到達するまでの伝搬光路上の任意の位置、または、光分岐器１５で分岐された出力モニタ光が光合波器１６に到達するまでの伝搬光路上の任意の位置に偏光コントローラ１４を設けることができる。

光分岐器１５は、光増幅器１００から出力される光を予め設定した比率で分岐し、一方の分岐光を出力信号光Ｌｏｕｔとして外部に出力し、他方の分岐光を出力モニタ光Ｍ３として光合波器１６に出力する。
光合波器１６は、偏光コントローラ１４から出力される入力モニタ光Ｍ２が一方の入力ポートに与えられ、光分岐器１５で分岐された出力モニタ光Ｍ３が他方の入力ポートに与えられ、入力モニタ光Ｍ２および出力モニタ光Ｍ３を例えばハーフミラーなどを用いて合波し、その合波光Ｍ４を光検出器１７に出力する。

光検出器１７は、光合波器１６から出力される合波光Ｍ４を受光し、合波光Ｍ４のパワーに応じて電圧レベルの変化する電気信号に生成し、その電気信号を周波数カットフィルタ１８に出力する。
周波数カットフィルタ１８は、強度変調器１３における変調周波数２・ω_fの半分（１／２倍）の周波数ω_fを中心とする狭い通過帯域を有し、光検出器１７から出力される電気信号に含まれる、変調入力モニタ光および出力モニタ光により生じる干渉成分（うなり成分）を抽出して利得検出回路１９に出力する電気フィルタである。この周波数カットフィルタ１８の具体例としては、バンドパスフィルタやロックインアンプなどを使用することが可能である。

利得検出回路１９は、周波数カットフィルタ１８を通過した周波数ω_fの電気信号の電圧レベルに応じて光増幅器１００における信号利得を求め、その信号利得を示す信号を光増幅器１００に出力する。光増幅器１００では、利得検出回路１９からの出力信号に基づいて、ＡＧＣやＡＬＣ等の制御が行われる。
次に、本実施形態の動作について説明する。

上記のような構成の装置では、光増幅器１００に入力される信号光Ｌｉの一部が光分岐器１１で入力モニタ光Ｍ１として分岐され、その入力モニタ光Ｍ１が位相シフタ１２を介して強度変調器１３に与えられて周波数２・ω_fで強度変調される。そして、強度変調された入力モニタ光Ｍ２は、偏光コントローラ１４を介して光合波器１６に送られる。
一方、光分岐器１１を通過した信号光Ｌｉｎは、光増幅器１００に入力されて所要のレベルまで増幅される。このとき、光増幅器１００の内部では信号光の増幅動作によって雑音光が発生し、その雑音光が信号光と伴に出力される（図８参照）。光増幅器１００の出力光Ｌｏｕｔは、その一部が光分岐器１１で分岐されて出力モニタ光Ｍ３として光合波器１６に送られる。

光合波器１６に到達する入力モニタ光Ｍ２および出力モニタ光Ｍ３は、ここでは入力側のモニタ光路上に配置された位相シフタ１２および偏光コントローラ１４によって入力モニタ光Ｍ２の位相および偏光状態が調整されることによって、各々の位相が揃い偏光状態が一致した信号となっている。このような入力モニタ光Ｍ２および出力モニタ光Ｍ３が光合波器１６で合波されることにより、周波数ω_fのうなり成分を持った合波光Ｍ４が光検出器１７に出力されるようになる。

ここで、合波光Ｍ４について信号光に対応する成分と雑音光に対応する成分とに分けて具体的に説明する。合波光Ｍ４の信号光に対応する成分は、例えば図２に示すように、周波数２・ω_fで強度変調された入力モニタ光Ｍ２と増幅された出力モニタ光Ｍ３が合波されることによって、周波数ω_fのうなり成分が得られるようになる。一方、合波光Ｍ４の雑音光に対応する成分は、例えば図３に示すように、出力モニタ光Ｍ３にのみ存在し、入力モニタ光Ｍ１，Ｍ２には存在しないため、合波光Ｍ４はうなり成分のない定常状態の波形となる。このため、合波光Ｍ４を光検出器１７で検波し、その光検出器１７の出力電気信号に含まれるω_f近傍の周波数成分のみを周波数カットフィルタ１８で取り出すことによって、雑音光に対応した電圧成分を除去することが可能となる。

上記のような本装置における動作について数式を用いて更に詳細に説明する。なお、ここでは信号光の波数ベクトルをｋ＝２π／λ、時間をｔで表し、また、光増幅器に対する入力光の電場をＥｉｎ（ｋ，ｔ）、出力光の電場をＥｏｕｔ（ｋ，ｔ）とする。
光分岐器１１における入力モニタ光Ｍ１の分岐比および光合波器１５における出力モニタ光Ｍ３の分岐比をそれぞれα（＜１）、β（＜１）とすると、光合波器１６で合波される光の電場Ｅｍｉｘ（ｋ，ｔ）は、次の（１）式で表すことができる。

Ｅｍｉｘ（ｋ，ｔ）＝√α・Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）・Ｃｏｓ（ω_f・ｔ）
＋√β・Ｅｏｕｔ（ｋ，ｔ）…（１）
また、光増幅器１００からの出力光の電場Ｅｏｕｔ（ｋ，ｔ）は、ＡＳＥ光の電場をＥａｓｅ（ｋ，ｔ）とし、信号利得をＧとすると、次の（２）式で表すことができる。
Ｅｏｕｔ（ｋ，ｔ）＝√Ｇ・Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）＋Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）…（２）
よって、上記の（１）式および（２）式の関係より、次の（３）式の関係が得られる。

Ｅｍｉｘ（ｋ，ｔ）＝√α・Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）・Ｃｏｓ（ω_f・ｔ）
＋√β・｛√Ｇ・Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）＋Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）｝…（３）
光検出器１７で検出される光のパワーＰｍｉｘは、時間平均を示す記号を＜＞で表すことにすると、次の（４）式となる。
Ｐｍｉｘ（ｋ）＝Σ_kＰｍｉｘ（ｋ）＝Σ_k＜｜Ｅｍｉｘ（ｋ，ｔ）｜²＞…（４）
ここで、１／ω_fは平均する時間よりも十分長いとすると、上記の（４）式の関係は、次の（５）式のように表すことができる。

Ｐｍｉｘ（ｋ）＝α・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞・Ｃｏｓ²（ω_f・ｔ）
＋Ｇ・β・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞＋β・＜｜Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）｜²＞
＋２・√α・√β・√Ｇ・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞・Ｃｏｓ（ω_f・ｔ）
＋２・√α・＜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）・Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）＞・Ｃｏｓ（ω_f・ｔ）
＋２・√β・√Ｇ・＜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）・Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）＞…（５）
光増幅器１００への入力光の電場ＥｉｎとＡＳＥ光の電場Ｅａｓｅとは全く相関がないことを考えると、上記の（５）式における＜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）・Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）＞は０となる。また、Ｃｏｓ²（ω_f・ｔ）＝｛Ｃｏｓ（２・ω_f・ｔ）＋１｝／２を用いると、上記の（５）式の関係は、次の（６）式のように表すことができる。

Ｐｍｉｘ（ｋ）＝（α／２）・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞
＋Ｇ・β・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞
＋β・＜｜Ｅａｓｅ（ｋ，ｔ）｜²＞
＋（α／２）・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞・Ｃｏｓ（２・ω_f・ｔ）
＋２・√α・√β・√Ｇ・＜｜Ｅｉｎ（ｋ，ｔ）｜²＞・Ｃｏｓ（ω_f・ｔ）
…（６）
この（６）式における第１項は入力光のパワー、第２項は出力光のパワー、第３項はＡＳＥ光の発生量を表している。また、最後の第５項は入力光と出力光の合波により生じる項であり、干渉項と呼ばれる。光検出器１７から出力される電気信号は、例えば図４に示すように、上記の（６）式における第１項〜第３項に該当する電圧が周波数０の近傍に集まり、第４項に該当する電圧が周波数２・ω_fの成分を持ち、干渉項に該当する電圧が周波数ω_fの成分を持つようになる。

したがって、周波数ω_fの電圧レベルは√Ｇに比例して変化するため、この成分を周波数カットフィルタ１８で抽出して利得検出回路１９で処理することにより、雑音光成分を含まない信号光成分のみについての光増幅器１００の利得を検出することが可能になる。
上記のようにして利得検出回路１９で検出された信号利得が光増幅器１００にフィードバックされ、その信号利得に基づいてＡＧＣやＡＬＣ等の光増幅動作の制御が行われることにより、光増幅器１００の内部で発生する雑音光の影響を受けることのない非常に高い精度の制御が実現可能になる。

次に、上記のような本発明の一実施形態についての具体的な実施例について説明する。
図５は、本発明をＥＤＦＡに適用した実施例の構成を示すブロック図である。
図５に示す構成は、上述の図１に示した構成における光増幅器１００として、例えば、光増幅が２段階で行われる公知のＥＤＦＡを用いた場合の一例である。この２段構成のＥＤＦＡは、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１０１Ａ、励起光源（ＬＤ）１０２ＡおよびＷＤＭカプラ１０３Ａからなる前段の光増幅部と、ＥＤＦ１０１Ｂ、励起光源１０２ＢおよびＷＤＭカプラ１０３Ｂからなる後段の光増幅部とが、光アイソレータ１０５Ｂ、利得等化器（ＧＥＱ）１０６および光減衰器１０７を介して直列に接続されている。

前段の光増幅部には、光分岐器１１を通過した信号光Ｌｉｎが光アイソレータ１０５Ａを介して入力され、その入力信号光ＬｉｎはＷＤＭカプラ１０３Ａを通過してＥＤＦ１０１Ａに送られる。このＥＤＦ１０１Ａには、ＬＤ駆動回路１０４により駆動される励起光源１０２Ａで発生する励起光ＬｐがＷＤＭカプラ１０３Ａを介して供給されており、励起されたエルビウムの誘導放出作用によってＥＤＦ１０１Ａを伝搬する信号光が増幅される。また、信号光の増幅の際にＡＳＥ光が発生し、それが雑音光となって信号光と伴に出力される。

後段の光増幅部には、ＥＤＦ１０１Ａからの出力光が光アイソレータ１０５Ｂ、利得等化器１０６および光減衰器１０７を介して入力され、その入力光がＷＤＭカプラ１０３Ｂを通過してＥＤＦ１０１Ｂに送られる。このＥＤＦ１０１Ｂにも、ＬＤ駆動回路１０４により駆動される励起光源１０２Ｂで発生する励起光ＬｐがＷＤＭカプラ１０３Ｂを介して供給されており、ＥＤＦ１０１Ｂを伝搬する信号光が増幅されると共にＡＳＥ光が発生する。ＥＤＦ１０１Ｂから出力される光は、光アイソレータ１０５Ｃを介して光分岐器１５に送られる。

利得等化器１０６は、前段および後段の光増幅部の利得波長特性に対応した損失波長特性を有し、増幅後の各波長の信号光パワーが等化されるようにするための公知の光デバイスである。また、光減衰器１０７は、出力光Ｌｏｕｔのパワーが所要のレベルで一定となるように後段の光増幅部に入力される光のパワーを調整するためのものである。
上記のような２段構成のＥＤＦＡに対して、前段のＥＤＦ１０１Ａに入力される信号光Ｌｉｎの一部が入力モニタ光として光分岐器１１で分岐され、位相シフタ１２、強度変調器１３および偏光コントローラを順に通過して、周波数２・ω_fで変調された入力モニタ光が光合波器１６に送られる。また、ＥＤＦＡの出力光Ｌｏｕｔの一部が出力モニタ光として光分岐器１５で分岐されて光合波器１６に送られる。そして、入力モニタ光および出力モニタ光が光合波器１６で合波され、その合波光に生じた周波数ω_fのうなり成分が光検出器１６および周波数カットフィルタ１８によって抽出されることにより、前段および後段の各光増幅部で発生するＡＳＥ光を除去した信号光成分についての総利得が利得検出回路１９で検出される。この利得検出回路１９の検出結果は、ここではＬＤ駆動回路１０４に伝達されて、ＥＤＦＡでの利得が一定となるように各励起光源１０２Ａ，１０２Ｂの駆動状態がフィードバック制御される。これにより、ＥＤＦＡのＡＧＣを高い精度で行うことが可能になる。

なお、上記の実施例では、２段構成のＥＤＦＡについて説明したが、本発明が適用されるＥＤＦＡの構成は上記の一例に限定されるものではなく、各種構成のＥＤＦＡに対して本発明は有効である。また、エルビウム以外の他の希土類をドープした光ファイバを増幅媒体として用いた公知の希土類ドープ光ファイバ増幅器に対して本発明を適用することも勿論可能である。

次に、本発明を適用した装置の他の実施例について説明する。
図６は、本発明をラマン増幅器に適用した実施例の構成を示すブロック図である。
図６に示す構成は、上述の図１に示した構成における光増幅器１００として、例えば、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を増幅媒体として利用したラマン増幅器を用いた場合の一例である。このラマン増幅器は、ＬＤ駆動回路１１４により駆動される各励起光源（ＬＤ）１１２Ａ，１１２Ｂで発生する励起光Ｌｐが各ＷＤＭカプラ１１３Ａ，１１３Ｂを介して分散シフトファイバ１１１の両端から双方向に供給されることにより、非線形現象であるラマン効果を利用して分散シフトファイバ１１１を伝搬する光を増幅する。このラマン効果は、励起光Ｌｐの周波数よりも１３．２ＴＨｚ低い周波数に利得ピークが発生する現象であり、１．５μｍ帯では励起光波長から約１００ｎｍ長波長側に離れた波長帯の光が増幅される。また、信号光がラマン増幅される際、ラマン増幅媒体の内部で励起光に起因した誘導ラマン散乱による雑音光が発生し、その雑音光がラマン増幅された信号光と伴に出力される。

上記のような構成のラマン増幅器に対して、分散シフトファイバ１１１に入力される信号光Ｌｉｎの一部が入力モニタ光として光分岐器１１で分岐され、位相シフタ１２、強度変調器１３および偏光コントローラを順に通過して、周波数２・ω_fで変調された入力モニタ光が光合波器１６に送られる。また、ラマン増幅器の出力光Ｌｏｕｔの一部が出力モニタ光として光分岐器１５で分岐されて光合波器１６に送られる。そして、入力モニタ光および出力モニタ光が光合波器１６で合波され、その合波光に生じた周波数ω_fのうなり成分が光検出器１６および周波数カットフィルタ１８によって抽出されることにより、分散シフトファイバ１１１の内部で発生する誘導ラマン散乱による雑音光を除去した信号光成分についてのラマン利得が利得検出回路１９で検出される。この利得検出回路１９の検出結果は、ここではＬＤ駆動回路１１４に伝達されて、ラマン利得が所望の値となるように各励起光源１１２Ａ，１１２Ｂの駆動状態がフィードバック制御される。これにより、ラマン増幅器における光増幅動作を高い精度で制御することが可能になる。

なお、上記の実施例では、分散シフトファイバ１１１をラマン増幅媒体とする一例を示したが、ラマン増幅媒体はこれに限らず、例えば、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ等の伝送路ファイバや非線形係数の高いラマン増幅用ファイバなどとすることが可能である。また、ここでは励起光Ｌｐが分散シフトファイバ１１１の両端から双方向に供給される構成例を示したが、分散シフトファイバ１１１の一端から一方向に供給される前方励起若しくは後方励起としてもよい。

次に、本発明を適用した装置の別の実施例について説明する。
図７は、本発明をＣ−バンドおよびＬ−バンドに対応したＥＤＦＡに適用した実施例の構成を示すブロック図である。
図７において、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドに対応したＥＤＦＡは、前述の図５に示した単一バンド対応のＥＤＦＡをＣ−バンド用の光増幅部とし、それと同様の構成を有するＬ−バンド用の光増幅部をＣ／Ｌ分離カプラ１０８ＡおよびＣ／Ｌ合波カプラ１０８Ｂを用いて並列に接続した構成を備える。なお、Ｌ−バンド用の光増幅部の各構成要素にはＣ−バンド用の光増幅部の各構成要素に対応させてダッシュ（’）付きの符号が付してある。

また、上記のようなＥＤＦＡに対して入出力される信号光のモニタ系の構成としては、ここでは例えば、Ｃ／Ｌ分離カプラ１０８Ａに与えられる信号光Ｌｉｎの一部を入力モニタ光として光分岐器１１で分岐し、その入力モニタ光を強度変調器１３に与えて周波数２・ω_fで強度変調した後、その変調光を光分岐器２０で２分岐してＣ−バンド用の光合波器１６およびＬ−バンド用の光合波器１６’にそれぞれ送るようにする。また、出力側については、Ｃ／Ｌ合波カプラ１０８Ｂで合波された出力光の一部を２つの光分岐器１５，１５’でそれぞれ分岐してＣ−バンド用の出力モニタ信号およびＬ−バンド用の出力モニタ信号を生成する。各バンドに対応した出力モニタ信号は、位相シフタ１２，１２’および偏光コントローラ１４，１４’を介して光合波器１６，１６’にそれぞれ送られ、入力モニタ信号に対して位相および偏光状態の略一致した出力モニタ信号が各光合波器１６，１６’にそれぞれ入力されるようにする。各光合波器１６，１６’から出力される合波光は、光検出器１７，１７’で検波された後、周波数カットフィルタ１８，１８’で抽出された周波数ω_fのうなり成分が利得検出回路１９，１９’にそれぞれ送られることにより、Ｃ−バンド用およびＬ−バンド用の各光増幅部で発生するＡＳＥ光を除去した信号光成分についての総利得がそれぞれ検出される。各利得検出回路１９，１９’の検出結果は、ここではＬＤ駆動回路１０４，１０４’にそれぞれ伝達されて、各バンドの光増幅部における総利得が一定となるように各々の励起光源１０２Ａ，１０２Ｂおよび１０２Ａ’，１０２Ｂ’の駆動状態がフィードバック制御される。これにより、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドに対応したＥＤＦＡのＡＧＣを高い精度で行うことが可能になる。

なお、上記の実施例ではＣ−バンドおよびＬ−バンドの信号光を一括して増幅するＥＤＦＡについて説明したが、これと同様にして３つ以上の異なるバンドの光信号を一括して増幅する希土類ドープ光ファイバ増幅器にも本発明を適用することが可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）光増幅器における利得をモニタする方法において、
前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐し、
前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐し、
前記分岐した入力モニタ光を変調し、
該変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光を合波し、
該合波したモニタ光を受光して電気信号に変換した後、該電気信号に含まれる、前記変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出し、
該抽出した干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出することを特徴とする光増幅器の利得モニタ方法。

（付記２）前記変調した入力モニタ光の位相および偏光状態が前記分岐した出力モニタ光の位相および偏光状態に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の位相および偏光状態を調整した後に、その入力モニタ光および出力モニタ光を合波することを特徴とする付記１に記載の光増幅器の利得モニタ方法。

（付記３）前記分岐した入力モニタ光を、信号光の変調周波数よりも低い周波数を有する変調信号に従って強度変調することを特徴とする付記１に記載の光増幅器の利得モニタ方法。

（付記４）光増幅器における利得をモニタする装置において、
前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐する第１光分岐部と、
前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐する第２光分岐部と、
前記第１光分岐部で分岐された入力モニタ光を変調する変調部と、
該変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光を合波する光合波部と、
該光合波部から出力される合波光を受光して電気信号に変換する光検出部と、
該光検出部から出力される電気信号に含まれる、前記変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出するフィルタ部と、
該フィルタ部で抽出された干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出する利得検出部と、を備えて構成されたことを特徴とする装置。

（付記５）前記変調部で変調された入力モニタ光の位相が前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光の位相に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の位相を調整する位相調整部と、
前記変調部で変調された入力モニタ光の偏光状態が前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光の偏光状態に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の偏光状態を調整する偏光状態調整部と、
を備えて構成されたことを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記６）前記利得検出部の検出結果に応じて前記光増幅器の動作を制御することを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記７）前記変調部は、信号光の変調周波数よりも低い周波数を有する変調信号に従って前記入力モニタ光を強度変調することを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記８）前記光増幅器が、希土類ドープ光ファイバ増幅器であることを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記９）前記光増幅器が、ラマン増幅器であることを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記１０）前記光増幅器が、半導体光増幅器であることを特徴とする付記４に記載の装置。

（付記１１）前記光増幅器は、複数の信号波長帯域にそれぞれ対応した複数の光増幅部を有し、該各光増幅部が並列に接続され、
前記第２光分岐部、前記光合波部、前記光検出部、前記フィルタ部および前記利得検出部が、前記複数の光増幅部にそれぞれ対応させて複数設けられたことを特徴とする付記４に記載の装置。

本発明による光増幅器の利得モニタ方法を適用した装置の一実施形態を示すブロック図である。 上記実施形態における合波光の信号光成分についての波形例を示す図である。 上記実施形態における合波光の雑音光成分についての波形例を示す図である。 上記実施形態の光検出器から出力される電気信号のスペクトルを示す図である。 本発明をＥＤＦＡに適用した実施例の構成を示すブロック図である。 本発明をラマン増幅器に適用した実施例の構成を示すブロック図である。 本発明をＣ−バンドおよびＬ−バンドに対応したＥＤＦＡに適用した実施例の構成を示すブロック図である。 光増幅器で発生する雑音光について説明する図である。

符号の説明

１１，１５，１５’，２０…光分岐器
１２，１２’…位相シフタ
１３…強度変調器
１４，１４’…偏光コントローラ
１６，１６’…光合波器
１７，１７’…光検出器
１８，１８’…周波数カットフィルタ
１９，１９’…利得検出回路
１００…光増幅器
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ａ’，１０１Ｂ’…エルビウムドープファイバ
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ａ’，１０２Ｂ’，１１２Ａ，１１２Ｂ…励起光源
１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ａ’，１０３Ｂ’，１１３Ａ，１１３Ｂ…ＷＤＭカプラ
１０４，１０４’，１１４…ＬＤ駆動回路
１０８Ａ…Ｃ／Ｌ分離カプラ
１０８Ｂ…Ｃ／Ｌ合波カプラ

Claims (5)

1. 光増幅器における利得をモニタする方法において、
   前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐し、
   前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐し、
   前記分岐した入力モニタ光を変調し、
   該変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光を合波し、
   該合波したモニタ光を受光して電気信号に変換した後、該電気信号に含まれる、前記変調した入力モニタ光および前記分岐した出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出し、
   該抽出した干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出することを特徴とする光増幅器の利得モニタ方法。
2. 前記変調した入力モニタ光の位相および偏光状態が前記分岐した出力モニタ光の位相および偏光状態に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の位相および偏光状態を調整した後に、その入力モニタ光および出力モニタ光を合波することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器の利得モニタ方法。
3. 光増幅器における利得をモニタする装置において、
   前記光増幅器に入力される信号光の一部を入力モニタ光として分岐する第１光分岐部と、
   前記光増幅器から出力される光の一部を出力モニタ光として分岐する第２光分岐部と、
   前記第１光分岐部で分岐された入力モニタ光を変調する変調部と、
   該変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光を合波する光合波部と、
   該光合波部から出力される合波光を受光して電気信号に変換する光検出部と、
   該光検出部から出力される電気信号に含まれる、前記変調部で変調された入力モニタ光および前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光により生じる干渉成分を抽出するフィルタ部と、
   該フィルタ部で抽出された干渉成分に基づいて前記光増幅器における信号光に対する利得を検出する利得検出部と、を備えて構成されたことを特徴とする装置。
4. 前記変調部で変調された入力モニタ光の位相が前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光の位相に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の位相を調整する位相調整部と、
   前記変調部で変調された入力モニタ光の偏光状態が前記第２光分岐部で分岐された出力モニタ光の偏光状態に略一致するように、前記入力モニタ光および前記出力モニタ光のうちの少なくとも一方の偏光状態を調整する偏光状態調整部と、
   を備えて構成されたことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記利得検出部の検出結果に応じて前記光増幅器の動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の装置。
   

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