JP4484565B2 - チルト補償機能を有する多段光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は光増幅器に関し、特に波長分割多重（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）方式による複数の光波長信号（以下、「主信号」又は「チャネル」という）等を広帯域で増幅する多段光増幅に関するものである。

近年、インターネットの急速な普及により大容量且つ長距離伝送を可能とする光波長多重伝送技術が注目されている。長距離ＷＤＭ伝送システムに用いられる光増幅には、エルビウムを光ファイバのコア部に添加したエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が使用されている。また、通信の高速・大容量化による主信号の波長数の増加に伴って、ＥＤＦＡよりもさらに広い増幅帯域幅を有するラマンファイバ増幅器も使用されている。

このような使用波長帯域幅の広がりは、ＷＤＭ信号の最短波長チャンネルと最長波長チャンネルとの間のレベル偏差（チルト(tilt）)の増加を助長する傾向にある。チルトは、伝送路のファイバ損失の波長特性、光増幅器の増幅率特性、及び誘導ラマン効果による非線形光学効果、等に起因して発生し、伝送距離やスパン数の増加等によって累積される。

光伝送システムでは、その伝送品質を維持するために所定値以上の光信号雑音比（ＯＳＮＲ）を保証する必要がある。しかしながら、上記のチルトによって、レベルの低下したチャネルのＯＳＮＲは大きく劣化するため、その伝送距離や、伝送スパン数、あるいは多重される波長数（すなわち、伝送帯域幅）が制限されることになる。

そのため、従来においては伝送路や光増幅器中で発生して累積されるチルトを補償するために、数スパンを伝送するごとに、光波長多重された信号を一度光分離器（光ＤＥＭＵＸ）で個別のチャネル信号に分離し、チャンネル信号毎のパワーレベルを光可変減衰器（光ＡＴＴ）で調節してチャネル相互間の平坦化を図り、その後に再度光合波器（光ＭＵＸ）でＷＤＭ信号に変換することが行われていた。

他にも、一段の光増幅器内部でＷＤＭ信号のチルト補償を一括して行うために、所定の擬似信号を用いて増幅内部で発生するチルトを検出し、その検出値に基づいて励起光パワーによる利得制御と光可変減衰器による減衰量制御とを組合せて、光増幅器の利得平坦化を実現していた（特許文献１及び２参照）。

特開２００３−５１７９１号公報 特開２０００−９１６８３号公報

しかしながら、従来例のように数スパン毎に光分波器や光合波器を用い、個々のチャネルのレベル調整を行う装置構成では、装置規模やコストが増大するという問題があった。この場合、光分波器や光合波器を通過する際に発生する挿入損失を補償する光増幅器が通常必要となるが、その光増幅器で発生する自然放出光（ＡＳＥ光）が主信号に重畳してＯＳＮＲが劣化し、伝送品質を低下させるという問題もあった。

また、一段の光増幅器内部で、検出したチルト値に基づいて励起光パワーを制御する場合には、所定の励起光パワーによる増幅利得値一点のみでしか平坦な利得特性が実現できず、光増幅の最大利得が上記の一点に制限されるという問題があった。

この場合、入力信号のレベル変動を考慮して、光可変減衰器により前記最大利得よりも数ｄＢ程度低いレベルに基準の動作点が設定されることになり、光増幅の利得が一層制限される。その結果、この光増幅器を多段構成の初段増幅器として用いるとＯＳＮＲはあまり改善されず、良好な伝送品質が提供できないという問題があった。

そこで本発明の目的は、上記種々の問題点に鑑み、光増幅器内で発生する主信号のチルトを一括して自動的に補償し、適切な装置規模及びコストで顕著に改善されたＯＳＮＲと良好な伝送品質とを保証し得るチルト補償機能付きの多段光増幅器を提供することにある。

本発明によれば、多段接続した複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器の励起光パワーを共通に制御する共通制御部と、を備え、前記共通制御部は、前記複数の光増幅器毎のチルト量を検出するチルト検出手段と、前記チルト検出手段によって検出された光増幅器毎のチルト量を互いに相殺するように、前記複数の光増幅器の励起光パワーを制御するチルト相殺手段と、を含む多段光増幅器が提供される。

前記チルト検出手段は、主信号の両端部に配置されたプローブ光相互間のレベル差によって前記光増幅器毎のチルト量を検出し、前記チルト相殺手段は、前記光増幅器毎のチルト量を互いに相殺することで多段光増幅器の利得−波長特性を平坦化する。

また、前記チルト検出手段は、前記複数の光増幅器からの各プローブ光を共通に検出する共通光検出手段と、前記複数の光増幅器からの各プローブ光を順次切替えて前記共通光検出手段に与えるスイッチ手段と、を含む。

前記多段増幅器は、前段及び後段がエルビューム添加ファイバからなる２段の光増幅器又は前段がエルビューム添加ファイバを有する光増幅器と後段がラマンファイバを有する光増幅器から成る２段の光増幅器で構成される。

また、本発明によれば、光増幅器を２段接続した多段光増幅器において、前段光増幅器及び後段光増幅器をそれぞれの励起光パワーによって立ち上げること、前段光増幅器の光出力レベルが所望のレベルとなるように前段光増幅器の励起光パワーを制御すること、前段光増幅器及び後段光増幅器の各々のチルト量を検出すること、前段光増幅器及び後段光増幅器の合成チルト量が所望の範囲内となるように、前段光増幅器のチルト量を後段光増幅器のチルト量が相殺するように後段光増幅器の励起光パワーを制御すること、から成る前記多段光増幅器のチルト制御方法が提供される。

本発明によれば、光分波器や光合波器等の高価なモジュールを使用せずにチルト累積による伝送品質劣化が一括して抑制でき、適切な装置規模とコストで広帯域ＷＤＭ伝送システムにおける伝送品質を向上させることができる。

また本発明によれば、前段増幅器と後段増幅器のチルト相殺制御及びそれらの利得制御を共通の制御部で行う。そのため、前記チルト相殺制御と前段増幅器及び後段増幅器の利得配分の自由度との組合せにより、従来例における前段増幅器の利得制限を無くし且つ前段にチルトの発生を前提により大きな利得を配分することで、ＯＳＮＲ及び伝送品質を顕著に改善することができる。

さらに本発明によれば、前記共通の制御部が、チルトの相殺状況を確認ながら、一方又は双方の増幅器の利得を制御することが可能となるため、従来の光可変減衰器を不要とすることも可能となる。

図１は、本発明のチルト補償機能を有する多段光増幅器の第１の実施例を示したものである。本例では２段光増幅器の例を示しているが、これに限定されるものではない。
図１において、入力ポート１１から入力された主信号は、光カプラ（ＣＰＬ）１で前段用のＥＤＦＡ励起部（ＥＤＦＡ Ｐｕｍｐ）１６からの励起光と結合される。その信号は、光カプラ（ＣＰＬ）１５及び１３を介して、前段用のプローブ光源１７及び１８からの２つのプローブ光Ｐλ₁及びＰλ₂ とさらに結合されて、前段のエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）１４に入力される。

ＥＤＦ１４は、入力された主信号及びプローブ光を励起光によって増幅し、増幅された信号の一部は光カプラ（ＣＰＬ）１９によって分離される。光カプラ１９で分離された一部の信号は、さらに次段の光カプラ（ＣＰＬ）２３で２波に分割されて、それぞれの光フィルタ２４及び２５に入力される。

光フィルタ２４は各プローブ光Ｐλ₁だけを通過させ、また光フィルタ２５はプローブ光Ｐλ_２だけを通過させる。プローブ光Ｐλ₁及びＰλ_２々の各信号レベルは次段のフォトダイオード２９及び３０により検出される。

一方、光カプラ１９を通過した主信号及びプローブ光は、その主信号部分だけが次段の光フィルタ２０を通過して光可変減衰器（ＡＴＴ）２１に入力される。光可変減衰器２１は、フィードバック制御部３３からの指示により入力された主信号の減衰量を可変して、最終的に出力ポート３７から出力される主信号の出力レベルを一定に保つ。

光可変減衰器２１で減衰された主信号は、サーキュレータ２２をそのまま通過して後段のエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）３４に入力される。後段も、ＥＤＦ３４に入力された主信号を後段用のＥＤＦＡ励起部（ＥＤＦＡ Ｐｕｍｐ）４１からの励起光によって増幅する。後段は、励起光やプローブ光の進行方向が前段とは逆になる以外は、前段と同様の構成を有している。

後段用のＥＤＦＡ励起部４１からの励起光は光カプラ（ＣＰＬ）３６を介して主信号経路と結合され、また後段用のプローブ光源３９及び４０の２つのプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２ は光カプラ３８及び３５を介して同じ主信号経路に結合される。

後段側で入力された励起光及び２つのプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２ は、サーキュレータ２２によって前段側と分離されて光カプラ（ＣＰＬ）２６側に流入する。光カプラ２６はそれらを２波に分割して、それぞれの光フィルタ２７及び２８に入力する。光フィルタ２７はプローブ光Ｐλ_１だけを通過させ、また光フィルタ２８はプローブ光Ｐλ_２だけを通過させる。プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２々の各信号レベルは次段のフォトダイオード３１及び３２によって検出される。

フィードバック制御部３３は、前段及び後段に共用され、前段用のフォトダイオード２９及び３０からのプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２の信号レベルを比較して前段光増幅器のチルト量を検出する。同様に、後段用のフォトダイオード３１及び３２からのプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２の信号レベルを比較して後段光増幅器のチルト量を検出する。

それらの検出結果に基づいて、フィードバック制御部３３は、前段光増幅器のチルト量と後段光増幅器のチルト量とが互いに相殺するように前段用のＥＤＦＡ励起部１６及び後段用のＥＤＦＡ励起部４１からのそれぞれの励起光パワーを制御する。

これにより、前段及び後段の各光増幅器自体は平坦な利得特性を有する必要がなくなり、従来のように光増幅の最大利得を、所定の励起光パワーにより平坦な利得特性を呈する増幅利得値一点に、制限する必要は無くなる。そのため、ある程度のチルトの発生を容認しながら前段増幅器に大きな利得を配分してＯＳＮＲ及び伝送品質を顕著に改善することができる。このことは伝送距離やスパン数の増加にも寄与する。

図２及び３は、励起光パワーとＥＤＦＡ利得特性との関係を示している。
図２の（ａ）には、入力されたＣバンド（１５２０〜１５５０ｎｍ）の主信号の両端部に前段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を配置し、それらと伴に利得特性が平坦な特性を示す励起光パワー（基準値）よりも大きなパワーの励起光（９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍ）を前段のＥＤＦ１４に入力した一例を示している。本例のように励起光のパワーが基準値よりも大きくなると、ＥＤＦ１４の利得特性は低域よりも高域の利得が低下して左肩上がりのチルト特性を呈するようになる。

一方、図２の（ｂ）には、基準値よりも小さなパワーの励起光をＥＤＦ１４に入力して、前記主信号及びプローブ光を増幅した一例を示している。本例のように励起光のパワーが小さくなると、ＥＤＦ１４の利得特性は低域よりも高域の利得が増加して右肩上がりのチルト特性を呈するようになる。

また、図３の（ａ）には、後段のＥＤＦ３４に前段からの主信号を入力した例を示しており、図３の（ｂ）にはその主信号の両端部に配置される後段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２と基準値よりも大きなパワーの後段用励起光とを、主信号の進行方向とは逆方向から後段のＥＤＦ３４に入力した例を示している。

これから、図３の（ａ）の主信号に与えられるチルト特性と、それとは逆方向から入力される図３の（ｂ）のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２のチルト特性とは、互いに一致することが分る。従って、後段用プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２のレベル差から後段光増幅器のチルト特性を検出することができる。

図４は、第１の実施例におけるチルト補償制御フローの一例を示したものである。
図４において、フィードバック制御部３３は、前段ＥＤＦ１４及び後段ＥＤＦ３４をそれぞれ初期値の励起光パワーを使って立ち上げる。その際には、光可変減衰器２１の減衰量を最大に設定しておく（Ｓ００１）。

次に、前段ＥＤＦ１４から増幅された主信号が出力されるＢ点（図１）において、その主信号レベルが前記初期値で予定する所定値に達しているか否かを判定する（Ｓ００２）。前記所定値に達していない場合には、前段用のＥＤＦＡ励起部１６を制御して、前段ＥＤＦ１４におけるチルトの発生を考慮することなく、主信号レベルが前記所定値に達するまで励起光パワーを増加させる（Ｓ００３）。

主信号レベルが前記所定値に達すると、前段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２ のレベル差から前段ＥＤＦ１４における傾き（チルト量）を検出し（Ｓ００４）、同時に後段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２のレベル差から後段ＥＤＦ３４の現状の傾き（チルト量）を検出する（Ｓ００５）。

次に、前段ＥＤＦ１４の傾きと後段ＥＤＦ３４の傾きが互いに相殺して、利得の平坦化が達成されているか否かを判定する（Ｓ００６）。その結果、２つの傾きを合成した傾きが右肩上がりの場合には、より右肩下がりのチルト特性に補正すべく（図２の（ａ））、後段用のＥＤＦＡ励起部４１を制御して、利得の平坦化が達成されているまで励起光パワーを増加させる（Ｓ００７）。

反対に、２つの傾きを合成した傾きが左肩上がりの場合には、より右肩上がりのチルト特性に補正すべく（図２の（ｂ））、後段用のＥＤＦＡ励起部４１を制御して、利得の平坦化が達成されているまで励起光パワーを減少させる（Ｓ００８）。

利得の平坦化が達成されると、後段ＥＤＦ３４からの主信号が出力されるＣ点（図１）において、主信号の光出力一定制御を行うために、その主信号レベルが所定のレベルに達しているか否かを判定する（Ｓ００９）。前記所定値に達していない場合には、光可変減衰器２１を制御して、主信号レベルが前記所定値に達するまで減衰量を減少させ（Ｓ０１０）、それによって主信号の出力レベルを一定に保つ。

図５は、図１に示す第１の実施例の別の態様例を示したものである。
図１では４個のフォトダイオード２９〜３２を使って、前段からのプローブ光プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２と後段からのプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２とをそれぞれ個別に検出していた。それに対して、本例では光スイッチ５１と１個のフォトダイオード５２を用い、光スイッチ５１を順次切替えて共通のフォトダイオード５２を使って各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を検出できるように構成している。その他は、図１と同様である。

本構成によれば、前段及び後段の共通部の構成が簡素化されると伴に、さらに図１における各フォトダイオード２９〜３２間の受光特性のバラツキを考慮する必要がなくなる。そのため、個々のフォトダイオード２９〜３２を使った光検出回路間の受光レベル調整も不要となる。その結果、前段及び後段に共通のフィードバック制御部３３において、無調整で各々のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を正確に比較することが可能となる。

図６は、本発明のチルト補償機能を有する多段光増幅器の第２の実施例を示したものである。ここでも２段光増幅器の例を示しているが、これに限定されるものではない。
図６では、後段の光増幅器にラマンファイバ増幅器（ＲＡＭＡＮ）６１を採用し、そのためラマンファイバ励起部（ＲＡＭＡＮ Ｐｕｍｐ）６２を設けている。その他は、図１の構成と同様である。

一般にＥＤＦＡは、その利得平坦特性が比較的狭帯域でしか実現できず、そこで利用可能な励起光パワーの範囲も限定される。一方、ラマンファイバ増幅器は、光ファイバにおける誘導ラマン散乱を介して信号を増幅するため、ＥＤＦＡのように利得帯域幅が制限されず、また複数の励起光パワーを用いることで、ある程度任意の利得帯域特性を実現できる。但し、ラマンファイバ増幅器では励起光パワーの利用効率が低下するため、その出力パワーが制限される。

図７には、ラマンファイバにおける励起光パワーと利得帯域特性の一例を示している。
図７の（ａ）では、前段からの主信号の両端部に後段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を配置し、さらに増幅すべきその主信号帯域から約１００ｎｍシフトした２つの励起光λ_１’及びλ_２’を配置した例を示している。この場合、λ_１’は１４２０ｎｍ、そしてλ_２’は１４５０ｎｍとなる。なお、一般にはラマン励起光の数に制限はない。

図７の（ｂ）では、２つの励起光λ_１’及びλ_２’のうちで、励起光λ_１’のパワーを励起光λ_２’のパワーよりも大きくした一例を示している。この場合には、励起光λ_１’に対応する所定帯域内の主信号と励起光λ_２’に対応する所定帯域内の主信号とが、各励起光λ_１’及びλ_２’のパワーに応じてスタガ増幅される。その結果、図中に示すように左肩上がりのチルト特性を呈することになる。

一方、図７の（ｃ）では、２つの励起光λ_１’及びλ_２’のうちで、励起光λ_１’のパワーを励起光λ_２’のパワーよりも小さくした一例を示している。この場合には図７の（ｂ）とは反対に、主信号は右肩上がりのチルト特性を呈して増幅される。

このように、ラマンファイバ増幅器は、励起光の利用効率は低いものの、複数の励起光を組合せてそれらのパワーを適宜選択することで、主信号の利得特性と帯域特性とをそれぞれ個別に制御することができる利点を有している。本発明の第２の実施例では、前段ＥＤＦ１４及び後段ラマンファイバ６１のそれぞれの利点を積極的に活用し、且つ両者の欠点を互いに補うように構成する。

すなわち、励起効率の高い前段のＥＤＦ１４では、チルトの発生を前提に、高い利得を配分してＯＳＮＲを改善する。そして、後段のラマンファイバ６１では、主に前段で発生したチルトを補償させることで、その励起パワーの消費を抑える。また、後述するように、後段のラマンファイバ６１には、光可変減衰器２１の代わりに、出力一定制御を行わせることもできる（図９参照）。これらを共通のフィードバック制御３３で制御することにより、適正な装置規模及びコストで、改善されたＯＳＮＲと平坦な利得特性を有する、高効率な光増幅器が提供可能となる。

図８は、第２の実施例におけるチルト補償制御フローの一例を示したものである。
図８は、図４で示した第１の実施例におけるチルト補償制御フローと基本的には変わらない。ここでは、その相違点についてだけ説明する。

先ず、図８のステップＳ１０５では、後段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２のレベル差から後段ラマンファイバ６１の現状の傾き（チルト量）を検出する。次に、前段ＥＤＦ１４の傾きと後段ラマンファイバ６１の傾きが互いに相殺され、利得の平坦化が達成されているか否かを判定する（Ｓ１０６）。

その結果、２つの傾きを合成した傾きが右肩上がりの場合には、そのチルト特性を補正すべく（図７の（ｂ））、後段用のラマンファイバ励起部６２を制御して、利得の平坦化が達成されているまで周波数の高い励起光λ_２’のパワーを減少させる（Ｓ１０７）。

反対に、２つの傾きを合成した傾きが左肩上がりの場合には、そのチルト特性を補正すべく（図７の（ｃ））、後段用のラマンファイバ励起部６２を制御して、利得の平坦化が達成されているまで周波数の低い励起光λ_１’のパワーを減少させる（Ｓ１０８）。その他は図４と同じである。

図９は、図６に示す第２の実施例の変形態様例を示したものである。
図９は、図６の光可変減衰器（ＡＴＴ）２１を削除している以外、図６と同じ構成を有している。本例ではフィードバック制御部３３からの制御によって、ラマンファイバ６１及びラマンファイバ励起部６２が光可変減衰器（ＡＴＴ）２１の機能を果たす。

図１０には、図９のチルト補償制御フローの一例を示している。
図１０も、図８で示した第２の実施例におけるチルト補償制御フローと基本的には変わらず、ここではその相違点についてだけ説明する。

先ず、ステップＳ２０１において、初期値で立ち上げるのは前段のＥＤＦ１４と後段のラマンファイバ６１のみであり、当然のことながら本例では光可変減衰器２１の立ち上げは含まれない。そして、本例に特徴的なステップＳ２１０では、利得の平坦化が達成された後に、後段のラマンファイバ６１からの主信号が出力されるＣ点（図６）において、ラマンファイバ増幅器が主信号の光出力一定制御を行う。

すなわち、所定値に達していない場合には（Ｓ２０９）、フィードバック制御部３３が、平坦化を達成した時点（Ｓ２０６）の励起光λ_１’及びλ_２’の相互のパワー比率を維持しながら、それらの全体パワーを増加させるようにラマンファイバ励起部６２を制御する（Ｓ２１０）。これにより、本例では光可変減衰器２１を使用することなく、主信号の出力レベルが一定値に保たれる。

図１１は、図６に示す第２の実施例のさらに別の態様例を示したものである。
本例では、先に説明した図５と同様に、光スイッチ５１と１個のフォトダイオード５２を用い、光スイッチ５１を順次切替えて共通のフォトダイオード５２を使って各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を検出できるように構成している。その他は図６と同様である。

本構成によれば、図５でも説明したように、図６の共通の制御部分の構成が簡素化されると伴に、フィードバック制御部３３は無調整で各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を正確に比較することが可能となる。

図１２は、本発明のチルト補償機能を有する多段光増幅器の第３の実施例を示したものである。本例も２段光増幅器の場合を示しているが、これに限定されるものではない。
図１２では、フィードバック制御部３３が個別に制御できる２つの後段用のラマンファイバ励起部６３及び６４を設け、そこからの励起光λ_１’及びλ_２’によって生成される周知の四光波混合光を利用して、前段用ＥＤＦ１４の励起光も併せて作成している。

これより、図６に示す前段用のＥＤＦＡ励起部１６やその励起光を主信号伝送路に結合するための光カプラ１２は不要となるため、それらを図中から削除している。その一方で、ラマンファイバ励起部６３及び６４からの励起光λ_１’及びλ_２’を合波して後段のラマンファイバ６１へ供給するための光カプラ６５が設けられ、さらに四光波混合光により得られた前段用の励起光をＥＤＦ１４に供給するために、その光経路を形成する光カプラ６６及び６７が設けられている。その他は、図６と同様の構成を有している。

図１３には、図１２の四光波混合光の一例を示している。
図１３の（ａ）には、図１２の励起光λ_１’及びλ_２’を一例として示している。ここで、λ_１’は１４２０ｎｍ、そしてλ_２’は１４５０ｎｍである（図７の（ａ）参照）。従って、Δλ＝｜λ_１’−λ_２’｜＝３０ｎｍである。

図１２の（ｂ）には、これらを混合して得られる四光波を示している。励起光λ_１’及びλ_２’の両端部には、それらの混合結果として２つの新たな光信号λ_０’（＝λ_１’−Δλ）及びλ_３’（＝λ_２’＋Δλ）が生成される。本例では、このうちのλ_３’＝λ_２’＋Δλ＝１４５０ｎｍ＋３０ｎｍ＝１４８０ｎｍを前段ＥＤＦ１４の励起光として使用する（図２参照）。この励起光は、光カプラ６６及び６７を介して前段のＥＤＦ１４に供給される。

図１４には、図１２のチルト補償制御フローの一例を示している。
図１４において、フィードバック制御部３３は、先ず後段ラマンファイバ６１をその初期値の励起光パワーを使って立ち上げる。その際には、光可変減衰器２１の減衰量を最大に設定しておく（Ｓ３０１）。これと同時に、生成された前段用の励起光λ_３’によって前段ＥＤＦ１４も立ち上がる。

次に、前段ＥＤＦ１４から増幅された主信号が出力されるＢ点（図１２）において、その主信号レベルが所定値に達しているか否かを判定する（Ｓ３０２）。前記所定値に達していない場合には、ラマンファイバ励起部６３及び６４を制御して、主信号レベルが前記所定値に達するまで励起光全体（λ_１’及びλ_２’）のパワーを増加させる（Ｓ３０３）。

主信号レベルが前記所定値に達すると、前段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２ のレベル差から前段ＥＤＦ１４における傾き（チルト量）を検出し（Ｓ３０４）、同時に後段用のプローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２のレベル差から後段ラマンファイバ６１の傾き（チルト量）も検出する（Ｓ３０５）。

次に、前段ＥＤＦ１４の傾きと後段ラマンファイバ６１の傾きが互いに相殺して、利得の平坦化が達成されているか否かを判定する（Ｓ３０６）。その結果、２つの傾きを合成した傾きが右肩上がりの場合には、より右肩下がりのチルト特性に補正すべく（図７の（ａ））、ラマンファイバ励起部６３及び６４を制御して、利得の平坦化が達成されているまで周波数の高い励起光パワーを減少させ、同時に周波数の低い励起光パワーを増加させる（Ｓ３０７）。

反対に、２つの傾きを合成した傾きが左肩上がりの場合には、より右肩上がりのチルト特性に補正すべく（図７の（ｂ））、利得の平坦化が達成されるまで周波数の低い励起光パワーを減少させ、同時に周波数の高い励起光パワーを増加させる（Ｓ３０８）。

利得の平坦化が達成されると、後段ラマンファイバ６１からの主信号が出力されるＣ点（図１２）において、主信号の光出力一定制御を行うために、その主信号レベルが所定のレベルに達しているか否かを判定する（Ｓ３０９）。前記所定値に達していない場合には、光可変減衰器２１を制御して、主信号レベルが前記所定値に達するまで減衰量を減少させ（Ｓ３１０）、それによって主信号の出力レベルを一定に保つ。

図１５は、図１２に示す第３の実施例の別の態様例を示したものである。
本例では、先に説明した図５と同様に、光スイッチ５１と１個のフォトダイオード５２を用い、光スイッチ５１を順次切替えて共通のフォトダイオード５２を使って各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を検出できるように構成している。その他は、図１２と同様である。

本構成によれば、図１２の共通の制御部分の構成が簡素化されると伴に、フィードバック制御部３３は無調整で各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を正確に比較することが可能となる。

図１６は、図１２に示す第３の実施例のさらに別の態様例を示したものである。
図１６は、図１２の光可変減衰器（ＡＴＴ）２１を削除している以外、図１２と同じ構成を有している。本例ではフィードバック制御部３３からの制御によって、ラマンファイバ６１及びラマンファイバ励起部６３及び６４が光可変減衰器（ＡＴＴ）２１の機能を果たす。

図１７には、図１６のチルト補償制御フローの一例を示している。
図１７については、図１４で示したチルト補償制御フローと相違する点だけを説明する。先ず、ステップＳ４０１では、当然に光可変減衰器２１の設定を含まない。そして、ステップＳ４０２では、ステップＳ４０６〜４０８で利得の平坦化が達成された後更に、その平坦化処理によって生じたＣ点でのレベル変動を補正する。

そのため、ステップＳ４０２では、ラマンファイバ励起部６３及び６４を繰り返し制御して、主信号レベルが所定の一定値に安定するまで励起光全体のパワーを増減させ（Ｓ４０３−１及び４０３−２）、これによって主信号の光出力一定制御を行う。その他は、図１４の制御フローと同様である。

図１８は、図１６の別の態様例を示したものである。
本例では、先に説明した図５と同様に、光スイッチ５１と１個のフォトダイオード５２を用い、光スイッチ５１を順次切替えて共通のフォトダイオード５２を使って各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を検出できるように構成している。その他は、図１６と同様である。

本構成によれば、図１６の共通制御部分の構成がより一層簡素化されると伴に、フィードバック制御部３３は無調整で各プローブ光Ｐλ_１及びＰλ_２を正確に比較することが可能となる。

本発明の第１の実施例を示した図である。 ＥＤＦＡの励起光パワーと利得特性との関係（１）を示した図である。 ＥＤＦＡの励起光パワーと利得特性との関係（２）を示した図である。 図１のチルト補償制御フローの一例を示した図である。 図１の別の態様例を示した図である。 本発明の第２の実施例を示した図である。 ラマンファイバの励起光パワーと利得特性との関係を示した図である。 図６のチルト補償制御フローの一例を示した図である。 図６の別の態様例（１）を示した図である。 図９のチルト補償制御フローの一例を示した図である。 図６の別の態様例（２）を示した図である。 本発明の第３の実施例を示した図である。 四光波混合光の一例を示した図である。 図１２のチルト補償制御フローの一例を示した図である。 図１２の別の態様例（１）を示した図である。 図１２の別の態様例（２）を示した図である。 図１６のチルト補償制御フローの一例を示した図である。 図１２の別の態様例（３）を示した図である。

符号の説明

１２…光カプラ
１４…エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）
１６、４１…ＥＤＦＡ励起部
１７−１８、３９−４０…プローブ光源
２０、２４−２５、２７−２８…光フィルタ
２１…光可変減衰器
２９−３２、５２…フォトダイオード
３３…フィードバック制御部
５１…光スイッチ
６１…ラマンファイバ
６２−６４…ラマンファイバ励起部

Claims (10)

1. ２段接続した複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器の励起光パワーを制御する制御部と、を備えた多段光増幅器であって、前記制御部は、
   主信号の両端部に配置されたプローブ光相互間のレベル差によって前記複数の光増幅器毎のチルト量を検出するチルト検出手段と、
   前記チルト検出手段によって検出された光増幅器毎のチルト量を互いに相殺して多段光増幅器の利得−波長特性を平坦化するように、前記複数の光増幅器の励起光パワーを制御するチルト相殺手段と、
   を含み、前記制御部は、前段光増幅器に対する励起光及びプローブ光が主信号の伝播方向に進行し、後段光増幅器に対する励起光及びプローブ光が主信号の伝播方向と反対の方向に進行するように、励起光及びプローブ光を入射させ、各光増幅器を通過した各プローブ光を、両光増幅器の間の一箇所に配置された前記チルト検出手段で検出することを特徴とする多段増幅器。
2. 前記チルト検出手段は、
   前記複数の光増幅器からの各プローブ光を共通に検出する共通光検出手段と、
   前記複数の光増幅器からの各プローブ光を順次切替えて前記共通光検出手段に与えるスイッチ手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の多段光増幅器。
3. 前記多段増幅器は、前段及び後段がエルビューム添加ファイバからなる２段の光増幅器で構成され、
   前記チルト相殺手段は、前記前段及び後段の光増幅器の各エルビューム添加ファイバ励起光パワーを個別に増減させて互いのチルト量を相殺する、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の多段光増幅器。
4. さらに、前記前段光増幅器と前記後段光増幅器との間に、光出力レベルを調整する可変光減衰器を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の多段光増幅器。
5. 前記多段光増幅器は、前段がエルビューム添加ファイバを有する光増幅器と後段がラマンファイバを有する光増幅器から成る２段の光増幅器で構成され、
   前記チルト相殺手段は、前記前段光増幅器のエルビューム添加ファイバ励起光パワーを増減させ、そして前記後段光増幅器の複数のラマンファイバ励起光パワーの全体及び／又は一部を増減させて互いのチルト量を相殺する、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の多段光増幅器。
6. さらに、前記前段光増幅器と前記後段光増幅器との間に、光出力レベルを制御する可変光減衰器を有する、ことを特徴とする、請求項５に記載の多段光増幅器。
7. 前記可変光減衰器に代えて、前記後段光増幅器の複数のラマンファイバ励起光パワーの全体を増減させることで光出力レベルを制御する、ことを特徴とする請求項６記載の多段光増幅器。
8. 前記エルビューム添加ファイバ励起光は、前記複数のラマンファイバ励起光の四光波混合光として生成される、請求項５〜７のいずれか一つに記載の多段光増幅器。
9. 多段接続した複数の光増幅器と、前記複数の光増幅器の励起光パワーを制御する制御部と、を備えた多段光増幅器であって、
   前記制御部は、前記複数の光増幅器毎のチルト量を検出するチルト検出手段と、前記チルト検出手段によって検出された光増幅器毎のチルト量を互いに相殺するように、前記複数の光増幅器の励起光パワーを制御するチルト相殺手段と、を含み、
   前記多段光増幅器は、前段がエルビューム添加ファイバを有する光増幅器と後段がラマンファイバを有する光増幅器から成る２段の光増幅器で構成され、
   前記チルト相殺手段は、前記前段光増幅器のエルビューム添加ファイバ励起光パワーを増減させ、そして前記後段光増幅器の複数のラマンファイバ励起光パワーの全体及び／又は一部を増減させて互いのチルト量を相殺し、
   前記エルビューム添加ファイバ励起光は、前記複数のラマンファイバ励起光の四光波混合光として生成される、多段光増幅器。
10. 光増幅器を２段接続した多段光増幅器のチルト制御方法であって、
    前段光増幅器及び後段光増幅器をそれぞれの励起光パワーによって立ち上げること、
    前段光増幅器の光出力レベルが所望のレベルとなるように前段光増幅器の励起光パワーを制御すること、
    主信号の両端部に配置されたプローブ光相互間のレベル差によって前段光増幅器及び後段光増幅器の各々のチルト量を検出すること、
    前段光増幅器及び後段光増幅器の合成チルト量が所望の範囲内となるように、前段光増幅器のチルト量を後段光増幅器のチルト量が相殺するように後段光増幅器の励起光パワーを制御すること、
    から成り、前段光増幅器に対する励起光及びプローブ光が主信号の伝播方向に進行し、後段光増幅器に対する励起光及びプローブ光が主信号の伝播方向と反対の方向に進行するように、励起光及びプローブ光を入射させ、各光増幅器を通過した各プローブ光を、両光増幅器の間の一箇所で検出することを特徴とする、多段光増幅器のチルト制御方法。

Images