JP4580404B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光増幅装置およびその制御方法に関し、特に、波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送システムにおいて光を増幅する際に用いられる光増幅器に関する。

マルチメディアネットワークの進展に伴い、通信トラフィックの需要は飛躍的に増大し、光増幅装置を用いて光を多中継増幅するＷＤＭ伝送システムが、マルチメディア社会における通信システムの経済化を図る上で、大きな役割を果たしている。

ＷＤＭ伝送システムで想定される伝送損失は、０〜２０ｄＢ程度と非常に幅広い。従来においては、このように想定される幅広い伝送損失を補償する光増幅装置をＷＤＭ伝送システムに適用するにあたって、適用される箇所で求められる伝送損失に対する補償量に応じて、多品種の光増幅装置がメニュー化されている。

しかしながら、多品種のメニュー化を行う場合には、多品種の在庫所有によるコストアップと、光増幅装置の品種選定に要する人件費および時間が発生する、という問題がある。このため、少品種の光増幅装置で上記の伝送損失を広範囲で補償できるようにすることが望まれている。

このような要求により、光増幅装置としては、その動作条件に置き換えると、広い入力ダイナミックレンジに対して、一定の出力パワー、平坦な利得波長特性、および低い雑音指数（Noise Figure：ＮＦ）という３つの性能を実現することが求められるようになってきている。

上記のようなＷＤＭ伝送システムに用いられる光増幅装置に要求される性能を実現するための従来技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されているような光増幅器が知られており、ＷＤＭ伝送システムにおける標準的な構成となっている。この構成では、２段構成の光増幅器の前段増幅部と後段増幅部の間に、増幅とは一見相反する、可変光減衰器（Variable Optical Attenuator ：ＶＯＡ）が配置され、前後段の増幅部としては、ＥＤＦ（Erbium Doped Fiber）等の希土類ドープファイバが用いられる。

このような２段構成の光増幅器を用いずに所定の出力レベルを得るように光増幅装置を設計する場合、以下の３つの増幅方法が考えられる。
（１）図１７に示すように、ＥＤＦからなる増幅媒体１２および励起光源１３を有する光増幅部単体として、光増幅装置を構成する。ＷＤＭカプラ１１は、励起光源１３から出力される励起光とＷＤＭ光を合波して、増幅媒体１２に入力する。

このとき、増幅媒体１２の入力レベル（１波長当たりのパワー）が、例えば、Ｉ１からＩ２に変動すると、出力レベルＰｉを維持するために利得を減少させる必要がある。そこで、励起光パワーを変化させる。しかし、この利得の変化のため、利得波長特性も変動することになるので、ＷＤＭ光のチャネルで特性が変動してしまう。
（２）図１８に示すように、ＥＤＦと励起光源を含み、利得一定制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）される光増幅部２１と、光増幅部２１の後段に配置されたＶＯＡ２２とから、光増幅装置を構成する。

この場合、入力レベルによらずに利得を一定に制御して、利得波長特性についても一定
にすることができる。しかし、入力レベルが比較的高いレベルＩ２であるときには、利得一定制御のために励起光パワーを比較的高くする必要があることに加えて、増幅により得られた光レベルをＶＯＡ２２で減衰させる必要がある。このため、励起光パワーの効率的な利用に支障をきたす。
（３）図１９に示すように、ＶＯＡ３１と、ＶＯＡ３１の後段に配置され、図１８の光増幅部２１と同様の構成を有する光増幅部３２とから、光増幅装置を構成する。この場合、増幅される前の段階で入力光が減衰しているため、後段の光増幅部３２で増幅したとしても、ＮＦを劣化させてしまう。

これに対して、図２０は、特許文献１に記載されているような、前後段の光増幅部の間にＶＯＡを介装した光増幅装置の構成を示している。この構成では、前後段に利得一定制御される２つの光増幅部４１および４３が配置され、光増幅部４１および４３の間には、出力レベル一定制御のためのＶＯＡ４２が設けられている。

この場合、入力光レベルのダイナミックレンジを広げつつ、利得一定制御を行って利得波長特性を一定にすることができ、さらに、励起光パワーを効率的に利用しつつ、良好なＮＦを保つことができる。したがって、上記（１）〜（３）の構成に比べて、より望ましい光増幅装置が実現される。

図２１は、このような２段構成を応用した光増幅器の構成例を示している。この光増幅器は、ビームスプリッタ５１、５８、ＷＤＭカプラ５２、５６、ＥＤＦ５３、５７、利得等化器（Gain Equalizer：ＧＥＱ）５４、ＶＯＡ５５、光モニタ回路５９、６２、励起光源６０、６１、ＡＧＣ制御部６３、ＶＯＡ減衰量決定回路６４、ＡＧＣ目標値決定回路６５、および入力レベル算出部６６を備える。

このうち、ＷＤＭカプラ５２、ＥＤＦ５３、および励起光源６０は、前段の光増幅部に対応し、ＷＤＭカプラ５６、ＥＤＦ５７、および励起光源６１は、後段の光増幅部に対応する。光モニタ回路５９は、前段の光増幅部に入力される入力光パワーを検出し、光モニタ回路６２は、後段の光増幅部から出力される出力光パワーを検出する。

入力レベル算出部６６は、外部から入力される波長数情報６７に基づき、検出された入力光パワーを波長数で除算して、１波長当たりの入力光パワーである入力レベルを算出する。ＡＧＣ目標値決定回路６５は、光入力レベルの変動に対して出力レベルが変動しないように、利得目標値を決定する。そして、ＡＧＣ制御部６３は、前段の光増幅部に入力される入力光のレベルと、後段の光増幅部から出力される出力光のレベルとの比、すなわち、光増幅器の利得が一定になるように、励起光源６０および６１を制御する。

一方、ＶＯＡ減衰量決定回路６４は、光入力レベルの変動分に応じて、前後段の間に設けられたＶＯＡ５５の減衰量を変化させることで、出力波長特性の平坦性を維持しつつ、所定の光出力レベルを保つ制御を行う。

ＡＧＣ制御部６３による利得一定制御によれば、図２０に示したように、前後段の光増幅部のそれぞれに対して利得一定制御を行う場合に比べて、制御回路を共用化しつつ、制御応答性が改善されるという効果が得られる。

また、前後段の光増幅部の間に利得等化器５４を設けて、光増幅器で一定に制御された利得波長特性に相当する損失波長特性を与えることにより、最終的に光レベルの波長軸上での平坦な利得を実現することができる。

図２２は、前後段の光増幅部における２つのＥＤＦを併せた利得波長特性を示しており
、図２３は、この利得波長特性を相殺するためのＧＥＱの損失波長特性を示している。この場合、図２４に示すように、光増幅器からの出力の利得波長特性を、波長配置によらずに平坦化させることができる。

下記の特許文献２および３は、光ファイバを利用した２段構成の光増幅器に関する。
特許第３５５１４１８号明細書 特開平１１−３０７８５１号公報 特開平０９−２１４０３４号公報

上述した従来の光増幅器には、次のような問題がある。
光増幅器の入力パワー範囲は、波長数と入力レベルの変動を考えると、例えば、波長数１〜４０の範囲で１６ｄＢ変動し、入力レベルが１５ｄＢ変動する場合、合計で２１ｄＢ変動することになる。このため、図２１の光モニタ回路５９が受光する光パワーのダイナミックレンジが非常に広大になり、受光電気回路の構成が複雑になったり、ダイナミックレンジの両端で感度が劣化したりする問題が生じる。

本発明の課題は、２段構成の光増幅器において、入力光パワーを検出する光モニタ回路を使用することなく、一定の出力レベルを維持することである。

図１は、本発明の光増幅器の構成図である。図１の光増幅器は、第１光増幅手段１０１、可変光減衰手段１０２、第２光増幅手段１０３、吸収比率検出手段１０４、励起光制御手段１０５、および減衰量制御手段１０６を備える。

第１光増幅手段１０１は、入力光を第１励起光を用いて増幅し、可変光減衰手段１０２は、第１光増幅手段１０１から出力される光を減衰させ、第２光増幅手段１０３は、可変光減衰手段１０２から出力される光を第２励起光を用いて増幅する。

吸収比率検出手段１０４は、第１光増幅手段１０１における第１励起光の吸収比率情報と、第２光増幅手段１０３における第２励起光の吸収比率情報とを検出し、励起光制御手段１０５は、第１励起光の吸収比率情報と第２励起光の吸収比率情報を用いて、第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御する。減衰量制御手段１０６は、第２光増幅手段１０３から出力される光の出力レベルが一定になるように、可変光減衰手段１０２の減衰量を制御する。

励起光の吸収比率は、光増幅に用いられる増幅媒体における励起光の吸収量（損失）に相当する。後述するように、励起光の吸収比率が決まれば増幅媒体の利得波長特性が決まるため、第１励起光および第２励起光の吸収比率が分かれば、第１光増幅手段１０１および第２光増幅手段１０３の利得和を一定に保つ制御が可能になる。さらに、可変光減衰手段１０２により、第２光増幅手段１０３に入力光を減衰させることで、入力レベルの変動に対しても、一定の出力レベルを得ることが可能になる。

第１光増幅手段１０１は、例えば、後述する図２および図７のＷＤＭカプラ２０１、ＥＤＦ２０２、および励起光源２１１に対応し、可変光減衰手段１０２は、例えば、ＶＯＡ２０５に対応し、第２光増幅手段１０３は、例えば、ＷＤＭカプラ２０６、ＥＤＦ２０７、および励起光源２１６に対応する。吸収比率検出手段１０４は、例えば、光モニタ回路２１２、２１３、２１７、２１８、および励起光吸収比率検出部２１４、２１９に対応し、励起光制御手段１０５は、例えば、励起光吸収比率制御部２２１に対応する。

図２の光増幅器において、減衰量制御手段１０６は、例えば、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２および目標出力トータルパワー算出部２２３に対応し、図７の光増幅器において、減衰量制御手段１０６は、例えば、ＶＯＡ減衰量決定回路７０１および目標出力トータルパワー算出部７０２に対応する。

本発明によれば、２段構成の光増幅器において、波長数および／または入力レベルの大きな変動に対しても、入力光パワーを検出することなく、一定の出力レベルを維持することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図２は、入力光モニタ回路を使用せずに駆動される光増幅器の構成例を示している。この光増幅器は、ＷＤＭカプラ２０１、２０３、２０６、２０８、ＥＤＦ２０２、２０７、ＧＥＱ２０４、ＶＯＡ２０５、ビームスプリッタ２０９、２１０、２１５、励起光源２１１、２１６、光モニタ回路２１２、２１３、２１７、２１８、２２０、励起光吸収比率検出部２１４、２１９、励起光吸収比率制御部２２１、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２、および目標出力トータルパワー算出部２２３を備える。

このうち、ＷＤＭカプラ２０１、ＥＤＦ２０２、および励起光源２１１は、前段の光増幅部に対応し、ＷＤＭカプラ２０６、ＥＤＦ２０７、および励起光源２１６は、後段の光増幅部に対応する。励起光源２１１および２１６としては、例えば、レーザダイオードが用いられる。前後段の光増幅部、ＧＥＱ２０４、およびＶＯＡ２０５の配置は、図２１に示した光増幅器の前後段の光増幅部、ＧＥＱ５４、およびＶＯＡ５５と同様である。

前段のビームスプリッタ２１０は、励起光源２１１からの励起光を２つに分岐して、一方をＷＤＭカプラ２０１に出力し、他方を光モニタ回路２１２に出力する。光モニタ回路２１２は、ビームスプリッタ２１０から入力される光パワーを検出して、検出結果を示す信号を励起光吸収比率検出部２１４に出力し、光モニタ回路２１３は、ＷＤＭカプラ２０３から入力される光パワーを検出して、検出結果を示す信号を励起光吸収比率検出部２１４に出力する。

励起光吸収比率検出部２１４は、図３に示すように、入力励起光パワー検出部３０１、残留励起光パワー検出部３０２、および励起光吸収比率算出回路３０３からなる。入力励起光パワー検出部３０１は、光モニタ回路２１２からの信号に基づいて、ＥＤＦ２０２に入力される入力励起光パワーを検出し、検出結果を示す信号を励起光吸収比率算出回路３０３に出力する。残留励起光パワー検出部３０２は、光モニタ回路２１３からの信号に基づいて、ＥＤＦ２０２からの出力光に残留している残留励起光パワーを検出し、検出結果を示す信号を励起光吸収比率算出回路３０３に出力する。

励起光吸収比率算出回路３０３は、入力励起光パワーと残留励起光パワーから励起光吸収比率を算出する。励起光吸収比率は、対数表示の入力励起光パワーと残留励起光パワーの差で表され、ＥＤＦ２０２における励起光の吸収量に相当する。真数表示の場合は、励起光吸収比率は、入力励起光パワーに対する残留励起光パワーの割合に対応している。こうして算出された励起光吸収比率は、図２の励起光吸収比率制御部２２１に出力される。

同様に、後段のビームスプリッタ２１５は、励起光源２１６からの励起光を２つに分岐して、一方をＷＤＭカプラ２０６に出力し、他方を光モニタ回路２１７に出力する。光モニタ回路２１７は、ビームスプリッタ２１５から入力される光パワーを検出して、励起光
吸収比率検出部２１９に出力し、光モニタ回路２１８は、ＷＤＭカプラ２０８から入力される光パワーを検出して、励起光吸収比率検出部２１９に出力する。

励起光吸収比率検出部２１９は、励起光吸収比率検出部２１４と同様の構成を有し、ＥＤＦ２０８の入力励起光パワーと残留励起光パワーから励起光吸収比率を算出して、励起光吸収比率制御部２２１に出力する。

励起光吸収比率制御部２２１は、ＥＤＦ２０２および２０８の励起光吸収比率の和を一定に制御することで、これらのＥＤＦの利得和を一定に保つ。ただし、ここでは、励起光源２１１および２１６の励起光波長が同一であるものとする。

図４は、ＥＤＦの動作原理を示している。ＥＤＦの動作状態は、ＥＤＦの励起状態を示す平均反転分布率ｔに応じて変化する。曲線４０１、４０２、４０３、４０４、および４０５は、それぞれ、ｔ＝０．７、ｔ＝０．６５、ｔ＝０．６、ｔ＝０．５５、およびｔ＝０．５の場合のＥＤＦの利得波長特性を表している。この例から分かるように、ｔが大きくなるほど、励起光波長（例えば、１．４８μｍ）の吸収比率が小さくなる。言い換えれば、ｔが大きくなるほど、励起光波長の負の利得がゼロに近づく。

励起光波長帯と伝送波長帯の利得の関係を考えると、励起光波長の吸収比率が小さくなるほど、つまり、励起光波長の負の利得がゼロに近づくほど、伝送波長帯の利得が大きくなる、という関係にある。また、励起光波長の吸収比率が決まれば、利得波長特性が決まることが分かる。

この性質を用いて、励起光吸収比率制御部２２１は、２つのＥＤＦの吸収比率の和が目標値に近づくように、励起光源２１１および２１６の励起光パワーを調整することで、２つのＥＤＦの利得和を一定に保つ制御を行う。このような励起光パワーの制御により、この光増幅器はＡＧＣ増幅器として動作し、波長数によらず、一定の利得を得ることができる。

しかし、このままでは、図５の内部レベルダイアグラムに示すように、入力レベル変動に対しても同一の利得で動作するため、結果として出力レベルが変動してしまう。これを防ぐために、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２および目標出力トータルパワー算出部２２３により、ＶＯＡ２０５の減衰量を調整する制御を行う。

目標出力トータルパワー算出部２２３は、外部から入力される波長数情報２２４と目標出力レベルから目標出力トータルパワーを算出して、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２に出力する。目標出力トータルパワーは、１波長当たりの目標出力光パワーである目標出力レベルに波長数を乗算することで、算出される。

光モニタ回路２２０は、ビームスプリッタ２０９から入力される光パワーを検出して、検出結果を示す信号をＶＯＡ減衰量決定回路２２２に出力する。ＶＯＡ減衰量決定回路２２２は、光モニタ回路２２０から入力される光増幅器の出力光パワーが、目標出力トータルパワーに近づくように、ＶＯＡの減衰量を決定する。これにより、図６の内部レベルダイアグラムに示すように、入力レベルの変動に対しても、一定の出力レベルを得ることが可能になる。

このように、励起光パワーの制御と減衰量の制御を併用することで、波長数および入力レベルの変動に対しても、入力光パワーを検出することなく、一定の平坦な出力レベルを維持することができる。また、励起光源の前方向パワーを検出することで、励起光源の劣化を検出することも可能になる。

図２の光増幅器では、出力パワーに占める自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）の割合が、１波長動作時においても充分小さく無視できる場合を想定している。これに対して、出力パワーに占めるＡＳＥの割合が無視できず、ＡＳＥ補正が必要な場合は、ＶＯＡに対して別の制御方法が適用される。

図７は、ＡＳＥ補正を行う光増幅器の構成例を示している。この光増幅器は、図２の光増幅器において、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２および目標出力トータルパワー算出部２２３をＶＯＡ減衰量決定回路７０１および目標出力トータルパワー算出部７０２に置き換えた構成を有する。励起光吸収比率制御部２２１による励起光源２１１および２１６の制御方法については、図２の光増幅器と同様である。

ここで、具体例として、伝送される光の波長帯域が１５３１．９ｎｍから１５６３．９ｎｍであり、それぞれの波長は１００ＧＨｚ間隔で配置され、最大波長数が４０である場合を考える。入力レベルは−３０ｄＢｍ／ｃｈから−１５ｄＢｍ／ｃｈまで変動し、目標出力レベルは０ｄＢｍ／ｃｈであるものとする。また、励起光源２１１および２１６の励起光波長はともに１．４８μｍであり、ＥＤＦ２０２および２０７の長さはそれぞれ９ｍおよび１２ｍであるものとする。

この場合、入力レベルの下限（−３０ｄＢｍ／ｃｈ）における所要の増幅器利得は３０ｄＢである。そこで、図８に示すように、２つのＥＤＦの利得和の波長特性８０１から伝送系の光部品損失を差し引いた利得波長特性８０２の最小利得が３０ｄＢとなるように、ＥＤＦの動作点を決定する。そして、利得波長特性８０２を平坦な利得波長特性８０３に変換するため、ＧＥＱ２０４の損失波長特性は図９のように決定される。

図８の利得波長特性８０１を伝送帯域外まで伸ばすと、図１０のような特性が得られる。この例では、励起光波長の１．４８μｍにおける利得は−１１．２ｄＢであるから、２つのＥＤＦの励起光吸収比率の和が１１．２ｄＢとなるように励起光パワーを制御すれば、所定のＥＤＦ利得和が得られることが分かる。この制御により、この光増幅器はＡＧＣ増幅器として動作し、波長数によらず、一定の利得を得ることができる。

次に、入力レベルの変動に対しても出力レベルを一定に保つ制御方法について説明する。
目標出力トータルパワー算出部７０２は、外部から入力されたＡＳＥ補正値情報７０３を保持しており、この情報を用いて、目標出力レベルから算出される目標出力トータルパワーを補正する。ＡＳＥ補正値情報７０３は、図１１に示すように、波長数および入力レベルに対するＡＳＥ補正値を表す。曲線１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、および１１０５は、ぞれぞれ、波長数が１、２、４、８、および１６のときの入力レベルとＡＳＥ補正値の対応関係を表している。

目標出力トータルパワー算出部７０２は、ＡＳＥ補正値情報７０３と波長数情報２２４から、現在の波長数における入力レベルと目標出力トータルパワーの対応関係を求める。目標出力レベルは０ｄＢｍ／ｃｈであるから、例えば、１波長動作時は、図１１の曲線１１０１がそのまま目標出力トータルパワーを表し、図１２に示すような対応関係が得られる。

ところで、入力レベルの変動に対しても一定の出力レベルを維持するためには、図２０に示したように、入力レベルが増加した分だけＶＯＡの減衰量を増加させる必要がある。このような入力レベルとＶＯＡ減衰量の関係をグラフにすると、図１３に示すような傾き１の直線になる。この関係を用いて、図１２の横軸を入力レベルからＶＯＡ減衰量に置き
換えると、図１４に示すような、ＶＯＡ減衰量と目標出力トータルパワーの対応関係を表す曲線１４０３が得られる。

そこで、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２は、得られたＶＯＡ減衰量と目標出力トータルパワーの対応関係を用いて、出力レベルを一定に保つためのＶＯＡ減衰量を決定する。まず、ＶＯＡ減衰量決定回路２２２は、現在のＶＯＡ減衰量における出力トータルパワーをプロットする。例えば、現在のＶＯＡ減衰量が２ｄＢであり、出力トータルパワーが６ｄＢｍであるとすると、図１４の点１４０１の位置が初期値となる。このときの減衰量では、曲線１４０３上の目標出力トータルパワーに対して、出力トータルパワーが１．７ｄＢ程度高めにずれていることが分かる。

ここで、ＶＯＡ減衰量の増加と出力パワーの減少は１対１の関係にあると考えてよいので、点１４０１を通る傾き−１の直線１４０４を求める。そして、この直線１４０４と曲線１４０３の交点１４０２を求め、その点におけるＶＯＡ減衰量である５．５ｄＢを目標値に決定する。

図１５は、４０波長動作時における前後段ＥＤＦの入力励起光パワー、残留励起光パワー、および励起光吸収比率の詳細を示している。この場合、入力レベルの変動に対して、前後段の励起光吸収比率の和が１１．２ｄＢになるように、励起光源２１１および２１６が制御される。

図１６は、４０波長動作時の内部レベルダイアグラムを示している。光増幅部１６０１および１６０２は、それぞれ前段および後段の光増幅部に相当し、折れ線１６１１および１６１２は、それぞれ入力レベルが−３０ｄＢｍ／ｃｈおよび−１５ｄＢｍ／ｃｈのときの光パワーの内部変化を表している。この場合、入力レベルの下限（−３０ｄＢｍ／ｃｈ）ではＮＦは６．３ｄＢ、入力レベルの上限（−１５ｄＢｍ／ｃｈ）ではＮＦは１２．６ｄＢとなり、ＮＦについては良好な値が得られる。

上述した実施形態では、前段および後段の励起光波長が同一である場合を想定しているが、これらの波長が異なる場合にも、励起光吸収比率を用いた制御が可能である。例えば、０．９８μｍおよび１．４８μｍにおけるＥＤＦの励起光吸収比率は、ｇｉｌｅｓモデルに基づいて、次式により求められる。

Ｌ（０．９８）＝α（０．９８）（１−ｔ）−ｇ^* （０．９８）ｔ （１）
Ｌ（１．４８）＝α（１．４８）（１−ｔ）−ｇ^* （１．４８）ｔ （２）

各パラメータの定義は、以下の通りである。

Ｌ（０．９８）：０．９８μｍにおけるＥＤＦの励起光吸収比率［ｄＢ］
Ｌ（１．４８）：１．４８μｍにおけるＥＤＦの励起光吸収比率［ｄＢ］
α（０．９８）：０．９８μｍにおけるＥＤＦの吸収係数［ｄＢ］
α（１．４８）：１．４８μｍにおけるＥＤＦの吸収係数［ｄＢ］
ｇ^* （０．９８）：０．９８μｍにおけるＥＤＦの放射係数［ｄＢ］
ｇ^* （１．４８）：１．４８μｍにおけるＥＤＦの放射係数［ｄＢ］
ｔ：平均反転分布率

（１）式および（２）式より、Ｌ（０．９８）とＬ（１．４８）の関係式は次のようになる。

また、吸収係数および放射係数の値としては、以下の数値を用いる。

α（０．９８）：６．７２［ｄＢ］
α（１．４８）：３．６１［ｄＢ］
ｇ^＊（０．９８）：０［ｄＢ］
ｇ^＊（１．４８）：１．３［ｄＢ］

これらの数値を（３）式に代入すると、次式が得られる。

Ｌ（１．４８）＝−０．５７＋０．７３・Ｌ（０．９８） （４）

前段および後段の励起光波長がともに１．４８μｍであれば、前段および後段の励起光吸収比率をそれぞれＬ（１．４８前段）およびＬ（１．４８後段）として、次式を満たすように励起光源２１１および２１６を制御すればよい。

Ｌ（１．４８前段）＋Ｌ（１．４８後段）＝１１．２［ｄＢ］ （５）

これに対して、前段の励起光波長が０．９８μｍであり、後段の励起光波長が１．４８μｍである場合は、前段の励起光吸収比率検出部２１４により検出されるのはＬ（０．９８前段）であるため、（５）式をそのまま用いることはできない。この場合、（４）式より、次式が成り立つ。

Ｌ（１．４８前段）＝−０．５７＋０．７３・Ｌ（０．９８前段） （６）

そこで、（６）式のＬ（１．４８前段）を（５）式に代入すると、次式が得られる。

−０．５７＋０．７３・Ｌ（０．９８前段）＋Ｌ（１．４８後段）＝１１．２［ｄＢ］
（７）

したがって、（７）式を満たすように、すなわち、ＥＤＦ２０２の励起光吸収比率をＥＤＦ２０８と同じ励起光波長に換算した値と、ＥＤＦ２０８の励起光吸収比率との和を一定にするように、励起光源２１１および２１６が制御される。

ところで、図２および図７の光増幅器では、前後段の光増幅部における増幅媒体としてＥＤＦを使用しているが、希土類ドープ導波路のような別の増幅媒体を使用してもよい。
また、光増幅部に入力される励起光パワーを検出するために光モニタ回路を設けているが、その代わりに、励起光源に用いられるレーザダイオードの電流から励起光パワーを検出してもよい。この場合、励起光吸収比率検出部２１４および２１９は、電流と励起光パワーの対応関係をあらかじめ取得しておく。そして、運用時には、その対応関係に基づき現在の電流値に対応する励起光パワーを求めて、励起光吸収比率の計算に使用する。

（付記１）入力光を第１励起光を用いて増幅する第１光増幅手段と、
前記第１光増幅手段から出力される光を減衰させる可変光減衰手段と、
前記可変光減衰手段から出力される光を第２励起光を用いて増幅する第２光増幅手段と、
前記第１光増幅手段における前記第１励起光の吸収比率情報と、前記第２光増幅手段における前記第２励起光の吸収比率情報とを検出する吸収比率検出手段と、
前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御する励起光制御手段と、
前記第２光増幅手段から出力される光の出力レベルが一定になるように、前記可変光減衰手段の減衰量を制御する減衰量制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
（付記２）前記励起光制御手段は、前記第１励起光の吸収比率と前記第２励起光の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御することを特徴とする付記１記載の光増幅器。
（付記３）前記励起光制御手段は、前記第１励起光の波長と前記第２励起光の波長が異なるとき、前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、同一の波長における前記第１光増幅手段の吸収比率と前記第２光増幅手段の吸収比率を求め、該第１光増幅手段の吸収比率と第２光増幅手段の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御することを特徴とする付記１記載の光増幅器。
（付記４）前記光増幅器は、前記第２光増幅手段から出力される光の出力トータルパワーを検出する光検出手段をさらに備え、前記減衰量制御手段は、検出された出力トータルパワーが目標出力トータルパワーに近づくように前記減衰量を制御することを特徴とする付記１、２、または３記載の光増幅器。
（付記５）前記減衰量制御手段は、１波長当たりの目標出力レベルと波長数情報から前記目標出力トータルパワーを算出する算出手段を含むことを特徴とする付記４記載の光増幅器。
（付記６）前記算出手段は、波長数および１波長当たりの入力レベルと自然放出光補正値の対応関係を表す自然放出光補正値情報を用いて、前記目標出力トータルパワーを補正し、前記減衰量制御手段は、前記検出された出力トータルパワーと現在の減衰量から、補正された目標出力トータルパワーに対応する減衰量を決定することを特徴とする付記５記載の光増幅器。
（付記７）前記第２光増幅手段から出力される光の利得波長特性を平坦化する利得等価手段をさらに備えることを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載の光増幅器。
（付記８）入力光を第１励起光を用いて増幅し、
増幅された光を可変減衰量に応じて減衰させ、
減衰した光を第２励起光を用いて増幅し、
前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を検出し、
前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御し、
前記第２励起光を用いて増幅された光の出力レベルが一定になるように、前記可変減衰量を制御する
ことを特徴とする光増幅方法。

本発明の光増幅器の原理図である。 第１の光増幅器の構成図である。 励起光吸収比率検出部の構成図である。 ＥＤＦの動作原理を示す図である。 第１の制御方法を示す図である。 第２の制御方法を示す図である。 第２の光増幅器の構成図である。 第２の光増幅器の利得波長特性を示す図である。 第２の光増幅器におけるＧＥＱの損失波長特性を示す図である。 第２の光増幅器におけるＥＤＦの利得波長特性を示す図である。 ＡＳＥ補正値情報を示す図である。 入力レベルと目標出力トータルパワーとの関係を示す図である。 入力レベルとＶＯＡ減衰量との関係を示す図である。 ＶＯＡ減衰量決定手順を示す図である。 励起光吸収比率を示す図である。 第２の光増幅器のパワーレベルを示す図である。 従来の第１の増幅方法を示す図である。 従来の第２の増幅方法を示す図である。 従来の第３の増幅方法を示す図である。 従来の第４の増幅方法を示す図である。 従来の光増幅器の構成図である。 従来のＥＤＦの利得波長特性を示す図である。 従来のＧＥＱの損失波長特性を示す図である。 従来の平坦な利得波長特性を示す図である。

符号の説明

１１、５２、５６、２０１、２０３、２０６、２０８ ＷＤＭカプラ
１２ 増幅媒体
１３ 励起光源
２１、３２、４１、４３、１６０１、１６０２ 光増幅部
２２、３１、４２、５５、２０５ ＶＯＡ
５１、５８、２０９、２１０、２１５ ビームスプリッタ
５３、５７ ＥＤＦ
５４、２０４ ＧＥＱ
５９、６２、２１２、２１３、２１７、２１８、２２０ 光モニタ回路
６０、６１、２１１、２１６ 励起光源
６３ ＡＧＣ制御部
６４、２２２、７０１ ＶＯＡ減衰量決定回路
６５ ＡＧＣ目標値決定回路
６６ 入力レベル算出部
６７、２２４ 波長数情報
１０１ 第１光増幅手段
１０２ 可変光減衰手段
１０３ 第２光増幅手段
１０４ 吸収比率検出手段
１０５ 励起光制御手段
１０６ 減衰量制御手段
２０２、２０７ ＥＤＦ
２１４、２１９ 励起光吸収比率検出部
２２１ 励起光吸収比率制御部
２２３、７０２ 目標出力トータルパワー算出部
３０１ 入力励起光パワー検出部
３０２ 残留励起光パワー検出部
３０３ 励起光吸収比率算出回路
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、１１０１、１１０２、１１０３、１１０４
、１１０５、１４０３ 曲線
７０３ ＡＳＥ補正値情報
８０１、８０２、８０３ 利得波長特性
１４０１ 初期値
１４０２ 交点
１４０４ 直線
１６１１、１６１２ 折れ線

Claims (6)

1. 入力光を第１励起光を用いて増幅する第１光増幅手段と、
   前記第１光増幅手段から出力される光を減衰させる可変光減衰手段と、
   前記可変光減衰手段から出力される光を第２励起光を用いて増幅する第２光増幅手段と、
   前記第１光増幅手段における前記第１励起光の吸収比率情報と、前記第２光増幅手段における前記第２励起光の吸収比率情報とを検出する吸収比率検出手段と、
   前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、前記第１励起光の吸収比率と前記第２励起光の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御する励起光制御手段と、
   前記第２光増幅手段から出力される光の出力レベルが一定になるように、前記可変光減衰手段の減衰量を制御する減衰量制御手段と
   を備えることを特徴とする光増幅器。
2. 入力光を第１励起光を用いて増幅する第１光増幅手段と、
   前記第１光増幅手段から出力される光を減衰させる可変光減衰手段と、
   前記可変光減衰手段から出力される光を第２励起光を用いて増幅する第２光増幅手段と、
   前記第１光増幅手段における前記第１励起光の吸収比率情報と、前記第２光増幅手段における前記第２励起光の吸収比率情報とを検出する吸収比率検出手段と、
   前記第１励起光の波長と前記第２励起光の波長が異なるとき、前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、同一の波長における前記第１光増幅手段の吸収比率と前記第２光増幅手段の吸収比率を求め、該第１光増幅手段の吸収比率と第２光増幅手段の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御する励起光制御手段と、
   前記第２光増幅手段から出力される光の出力レベルが一定になるように、前記可変光減衰手段の減衰量を制御する減衰量制御手段と
   を備えることを特徴とする光増幅器。
3. 前記光増幅器は、前記第２光増幅手段から出力される光の出力トータルパワーを検出する光検出手段をさらに備え、前記減衰量制御手段は、検出された出力トータルパワーが目標出力トータルパワーに近づくように前記減衰量を制御することを特徴とする請求項１または２記載の光増幅器。
4. 前記減衰量制御手段は、１波長当たりの目標出力レベルと波長数情報から前記目標出力トータルパワーを算出する算出手段を含むことを特徴とする請求項３記載の光増幅器。
5. 入力光を第１励起光を用いて増幅し、
   増幅された光を可変減衰量に応じて減衰させ、
   減衰した光を第２励起光を用いて増幅し、
   前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を検出し、
   前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、前記第１励起光の吸収比率と前記第２励起光の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御し、
   前記第２励起光を用いて増幅された光の出力レベルが一定になるように、前記可変減衰量を制御する
   ことを特徴とする光増幅方法。
6. 第１光増幅手段により、入力光を第１励起光を用いて増幅し、
   増幅された光を可変減衰量に応じて減衰させ、
   第２光増幅手段により、減衰した光を第２励起光を用いて増幅し、
   前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を検出し、
   前記第１励起光の波長と前記第２励起光の波長が異なるとき、前記第１励起光の吸収比率情報と前記第２励起光の吸収比率情報を用いて、同一の波長における前記第１光増幅手段の吸収比率と前記第２光増幅手段の吸収比率を求め、該第１光増幅手段の吸収比率と第２光増幅手段の吸収比率の和が一定になるように、該第１励起光および第２励起光の励起光パワーを制御し、
   前記第２励起光を用いて増幅された光の出力レベルが一定になるように、前記可変減衰量を制御する
   ことを特徴とする光増幅方法。