JP4635402B2 - 光増幅器及び光増幅方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は所定の波長帯域に属する異なる波長の複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅器及び光増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器としては、蛍光物質が添加された導波路に信号光とともに当該蛍光物質の励起光とを導くことにより、信号光を増幅する光増幅器が知られている。このような光増幅器は、光伝送システムにおける中継局などに設けられている。特に、異なる波長の複数の信号光を合波した多重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、これら複数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、複数の信号光それぞれのパワーを一定の目標値に増幅して出力する必要がある。
【０００３】
例えば、文献１「K. Inoue, et al., "Tunable Gain Equalization Using a Mach-Zehnder Optical Filter in Multistage Fiber Amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.3, No.8, pp.718-720 (1991)」には、マッハツェンダ干渉計を用いた光フィルタにより光増幅器の利得平坦化を図る技術が記載されている。また、文献２「S. Kinoshita, et al., "Large Capacity WDM Transmission Based on Wideband Erbium-Doped Fiber Amplifiers", OSA TOPS, Vol.25, pp.258-261 (1998)」には、光増幅器の前段光増幅部と後段光増幅部との間に減衰量可変の光減衰器を挿入して、前段光増幅部に入力する信号光のパワーが変動しても、後段光増幅部に入力する信号光のパワーを光減衰器により一定に保つことにより、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定の目標値に保つとともに、光増幅器全体の利得偏差をも一定に保つ技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献１に記載された技術では、例えば光増幅器の前段の伝送路における損失が何らかの原因により変動して、光増幅器に入力される信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定の目標値に保とうとすると、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる必要がある。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれ、光増幅器から出力される複数の信号光それぞれのパワーが等しくなくなる、いわゆる偏差を有することになる。
【０００５】
また、上記文献２に記載された技術では、後段光増幅部に入力される信号光のパワーを光減衰器により一定の目標値に保とうとすると、前段光増幅部に入力した信号光のパワーが充分に大きいときには、光減衰器により大きく減衰させる必要が生ずることになり、その結果、励起効率が悪くなって、雑音指数が劣化してしまう。
【０００６】
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雑音指数を劣化させることなく出力信号光パワーおよび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方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る光増幅器は、所定の波長帯域に属し、波長の異なる複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅器であって、(1)蛍光物質が添加された光導波路を有し、この多重信号光を蛍光物質の光励起を利用して増幅する一つあるいは複数の光増幅部と、(2)光増幅部に所定の励起光を供給する励起光源と、(3)光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて、所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタと、(4)増幅後の光パワーが所定の目標値になるよう励起光源の励起光出力を制御するとともに、最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する制御手段と、(5)光増幅部固有の利得の波長依存性を補償する利得等化器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明に係る光増幅方法は、(1)多重信号光を所定の励起光とともに蛍光物質が添加された光導波路に導いて光増幅する工程と、(2)増幅前あるいは増幅後の少なくともいずれか一方の多重信号光を、前記光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタに導き、光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整することにより、光増幅工程における利得の波長依存性を低減する工程と、(3)励起光の強度を調整して増幅後の光パワーを所定の目標値になるように調整する工程と、（4)最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する工程と、(5)所定の利得等化器により前記光増幅工程における固有の利得の波長依存性を低減する工程とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光増幅器または光増幅方法によれば、光増幅器への入力信号光パワーが変動しても、光増幅器からの出力信号光パワーを所定の目標値に維持することができる。また、入力信号光パワーの変動により光増幅部の利得に波長依存性が生じることがあっても、光フィルタの損失Ｌの波長λに対する傾きｄＬ／ｄλを調整することにより、光増幅器全体の利得平坦性を維持することができる。また、利得等化器が光増幅部固有の利得の波長依存性を等化し、光フィルタが入力信号光のパワー変動の補償を行うことで、光増幅器全体の利得平坦性がより優れたものとなり、制御・調整が容易になる。
【００１０】
この光フィルタの特性が所定の波長帯域内において
Ｌ≒ａ（λ−λc）＋ｂ
（λc（ｎｍ）、ｂ（ｄＢ）は定数）を満たし、ａ（ｄＢ／ｎｍ）が可変であれば、傾きｄＬ／ｄλの調整が容易である。このλcがこの所定の波長帯域内に設定されていると、所定の波長帯域内の波長λcでの損失Ｌが常に一定となり、λcにおける雑音特性を重視した設計が可能となる。
【００１１】
多重信号光に含まれる信号光の数を検出する波数モニタをさらに備え、制御手段は波数モニタで検出された信号光の数に応じて増幅後の光パワーの目標値を調整することが好ましい。信号光の数が増減することで入力信号光のパワーが変動しても各信号光のパワーを一定に保つことができる。
【００１２】
光フィルタの傾きｄＬ／ｄλの調整は、例えば、1)光増幅部に入力される光パワーを検出する入力光パワー検出手段の検出結果に基づいて行ってもよく、2)光増幅部の利得を検出する利得検出手段の検出結果に基づいて行ってもよく、3)光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出して、検出された最短、最長波長のパワー偏差に基づいて行ってもよく、あるいは、4)光増幅部から出力された光の所定の波長帯域の両端外側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出するＡＳＥ光レベル検出手段で検出したそれぞれのＡＳＥ光レベルのレベル差が一定となるように行ってもよい。光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出し、検出された最短波長の光より短波長側と最長波長の光より長波長側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出して調整に用いてもよい。3)、4)の場合は、多重信号光とともに送られてくる最短、最長波長に関する情報を基にしてパワー偏差やＡＳＥ光レベルを検出する波長を決定してもよい。
【００１３】
さらに、光フィルタの所定の波長帯域における全透過率を最大に調整した際にその損失Ｌが波長によらずに略一定となるよう調整することが好ましい。このようにすると、特に入力多重信号光のパワーが小さい場合の雑音指数を低減することが可能である。
【００１４】
これらいずれの構成、方法によっても光フィルタの傾きｄＬ／ｄλの調整が容易となり、本発明の目的を実現することができる。
【００１５】
本発明に係る光増幅器における光フィルタは、(1)多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、(2)この主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第２の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第１の副光路と、(3)主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第５の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第２の副光路と、(4)主光路の第２の領域及び第１の副光路の主光路の第２の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第一の温度調整器と、(5)主光路の第５の領域及び第２の副光路の主光路の第５の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第二の温度調整器とを備えていることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明に係る光増幅方法においては、(1)多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、(2)主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第２の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第１の副光路と、(3)主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第５の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第２の副光路と、を備える光フィルタを用い、利得の波長依存性を低減する工程は、第１の副光路と主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方及び第２の副光路と主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方の温度を調整することにより光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整することが好ましい。
【００１７】
第一、第二の副光路とそれぞれに対応する主光路とはそれぞれマッハツェンダ型の干渉装置を形成している。それぞれのマッハツェンダ型干渉装置において少なくとも一方の光路の温度を調整することでそれぞれの主光路における損失の波長依存性を調整することが可能となり、本発明に係る光増幅器及び光増幅方法における光フィルタとして好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器１００は、光入力端１０１から光出力端１０２へ順に、光カプラ１３０、前段光増幅部１１１、光フィルタ１４０および後段光増幅部１１２が直列接続されている。光増幅器１００はさらに、前段光増幅部１１１、後段光増幅部１１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源１２１と１２２、さらにこれらの励起光源１２１、１２２の光量と光フィルタ１４０の損失スペクトルを制御する制御回路１５０を備える。
【００２０】
光カプラ１３０は、光入力端１０１へ入力された多重信号光の一部を分岐して制御回路１５０へと出力し、残部を前段光増幅部１１１へと出力する。前段光増幅部１１１は、励起光源１２１から励起光が供給され、光カプラ１３０から送られた多重信号光を一括光増幅して出力する。光フィルタ１４０は、この多重信号光の波長帯域において全損失が略一定であって、該波長帯域において損失の波長に対する傾きが可変である損失スペクトルを有している。後段光増幅部１１２は、励起光源１２２から励起光が供給され、光フィルタ１４０から送られた多重信号光を一括光増幅して、光出力端１０２へ出力する。
【００２１】
制御回路１５０は、光カプラ１３０により分岐された多重信号光のパワーを検出する。そして、制御回路１５０は、その入力多重信号光パワーに基づいて、出力多重信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１２１および１２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路１５０は、その入力多重信号光パワーに基づいて、光フィルタ１４０の損失スペクトルを制御する。
【００２２】
図２は、前段光増幅部１１１および励起光源１２１の説明図である。前段光増幅部１１１は、増幅用光ファイバ１１３、光カプラ１１４、光アイソレータ１１５および１１６を含む。光カプラ１１４は、励起光源１２１から出力された励起光を増幅用光ファイバ１１３へ導入するとともに、増幅用光ファイバ１１３から出力された信号光を通過させる。光アイソレータ１１５および１１６それぞれは、順方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。
【００２３】
また、増幅用光ファイバ１１３は、励起光源１２１から出力された励起光により励起可能な蛍光物質が添加された光導波路である。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。また、このとき、励起光源１２１から出力され増幅用光ファイバ１１３へ供給される励起光の波長は１．４８μｍまたは０．９８μｍが好適である。後段光増幅部１１２および励起光源１２２も同様の構成である。
【００２４】
次に、光フィルタ１４０の好適な１実施例について説明する。図３は、光フィルタ１４０の説明図である。この光フィルタ１４０は、例えば石英からなる基板１０上に形成された平面光導波路回路であって、主光路２０、第１の副光路２１、第２の副光路２２、第１の温度調整手段としてのヒータ５１、および、第２の温度調整手段としてのヒータ５３を備えている。
【００２５】
主光路２０は、基板１０の一方の端面にある光入力端１１に入射した光を基板１０の他方の端面にある光出力端１２まで導波させて出射させる光導波路であり、６つの領域Ａ〜Ｆを有している。
【００２６】
主光路２０と第１の副光路２１とは、第１の領域Ａと第３の領域Ｃで近接して互いに光結合され、それぞれ第１の光カプラ３１と第２の光カプラ３２とを形成している。第２の領域Ｂにおいては、主光路２０の光路長が第１の副光路２１の光路長より長く設定され、それぞれの光路が離隔して配置されている。このようにして、主光路の第一の領域Ａから第三の領域Ｃに至る部分と第一の副光路２１とは非対称型のマッハツェンダー型干渉回路を形成している。以下、この部分を第１のマッハツェンダ干渉回路４１と呼ぶ。
【００２７】
同様に、主光路２０と第２の副光路２２とは、第４の領域Ｄと第６の領域Ｆで近接して互いに光結合され、それぞれ第３の光カプラ３３と第４の光カプラ３４とを形成している。第５の領域Ｅにおいては、主光路２０の光路長が第２の副光路２２の光路長より短く設定され、それぞれの光路が離隔して配置されている。このようにして、主光路の第４の領域Ｄから第６の領域Ｆに至る部分と第２の副光路２２とは非対称型のマッハツェンダー型干渉回路を形成している。以下、この部分を第２のマッハツェンダ干渉回路４２と呼ぶ。
【００２８】
ヒータ５１は、主光路２０の第２の領域Ｂ上に設けられている。このヒータ５１は、主光路２０の温度を調整することにより、第１のマッハツェンダ干渉回路４１における主光路２０と第１の副光路２１との光路長差を調整して、第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性を調整する。また、ヒータ５３は、主光路２０の第５の領域Ｅ上に設けられている。このヒータ５３は、主光路２０の温度を調整することにより、第２のマッハツェンダ干渉回路４２における主光路２０と第２の副光路２２との光路長差を調整して、第２のマッハツェンダ干渉回路４２の透過特性を調整する。これらヒータ５１および５３は制御回路１５０により制御される。
【００２９】
なお、第１の副光路２１の第２の領域Ｂ上あるいは第２の副光路２２の第５の領域Ｅ上にヒータを設けて、ヒータ５１、ヒータ５３のそれぞれの代わりとしても、両方にヒータを設置してもよい。また、ヒータに替えて冷却用のペルチエ素子を設けてもよい。
【００３０】
この光フィルタ１では、光入力端１１に入力し主光路２０を経て光出力端１２から出力される光に対する損失スペクトルＬ(λ)［ｄＢ］は、光カプラ３１および３２による主光路２０と第１の副光路２１との間の光結合に基づく第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性Ｔ１(λ)、および、光カプラ３３および３４による主光路２０と第２の副光路２２との間の光結合に基づく第２のマッハツェンダ干渉計４２の透過特性Ｔ２(λ)の双方に従う。
【００３１】
一般に非対称型のマッハツェンダ干渉回路の透過特性Ｔ(λ)は、
【００３２】
【数１】
なる式で表される。ここで、λ［ｎｍ］は光の波長である。Ａ、λ0［ｎｍ］およびΔλ［ｎｍ］それぞれはマッハツェンダ干渉回路の構造パラメータにより決定される定数である。また、Δφは温度調整により設定され得る位相値である。そして、光フィルタ１の損失スペクトルＬ(λ)は、
【数２】
なる式で表される。以下、光フィルタ１の損失スペクトルＬ(λ)の波長に対する傾きｄＬ（λ）／ｄλを単に傾きＳ(λ)と呼ぶ。
【００３３】
光フィルタ１は、第１のマッハツェンダ干渉回路４１および第２のマッハツェンダ干渉回路４２それぞれの定数Ａ、λ0およびΔλの各値を適切に設計することにより、所定の波長帯域中の所定波長λ1における損失Ｌ(λ1)を略一定に維持したまま、ヒータ５１、５３による温度調整により位相値Δφの値を変更することにより、その波長帯域における損失Ｌ(λ)および傾きＳ(λ)を変更することが可能である。後述するように、この光フィルタ１の傾きＳ(λ)は波長λに対する依存性が小さく、光フィルタ１の損失Ｌ(λ)の波長λに対する線形性が優れている。
【００３４】
本発明者は各マッハツェンダ干渉計４１および４２それぞれの構造パラメータを代えた数種の光フィルタ１を作成し、その傾きＳ(λ)の可変性を確認したのでその結果について以下に説明する。
【００３５】
次表は、各実施例における構造パラメータを示している。
【表１】
【００３６】
いずれの実施例の光フィルタにおいてもそれぞれのマッハツェンダ干渉回路４１、４２における光路長差は、基準温度の場合でそれぞれ１２．５λ0、９．５λ0に設定した。そのうえで、ヒータ５１、５３を作動させて主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅの温度をそれぞれ調整することより、マッハツェンダ干渉回路４１および４２それぞれの位相値Δφを符号が逆で絶対値が相等しくなるように０ｒａｄ〜０．５９５ｒａｄの範囲で変化させた。
【００３７】
図４〜図６は、それぞれ実施例Ａ〜Ｃの光フィルタの損失スペクトルを位相値Δφの各値について示したグラフである。
【００３８】
実施例Ａは、図４から分かるように、波長帯域１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ中の中心波長１５５０ｎｍ付近で損失が２．７３ｄＢ〜３．０１ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜５．０５ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失２．８９ｄＢ（＠中心波長１５５０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφが０．５９５ｒａｄであるときに±０．２１ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００３９】
実施例Ｂは、図５から分かるように、波長帯域１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ中の中心波長１５５０ｎｍ付近で損失が３．６５ｄＢ〜３．９８ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜１０ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失０．８７ｄＢ（＠中心波長１５５０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφの値が０．３１４ｒａｄであるときに±０．８７ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００４０】
実施例Ｃは、図６から分かるように、波長帯域１５７５ｎｍ〜１６０５ｎｍ中の中心波長１５９０ｎｍ付近で損失が２．７３ｄＢ〜３．０１ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜５ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失２．８９ｄＢ（＠中心波長１５９０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφの値が０．５９５ｒａｄであるときに±０．２１ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００４１】
なお、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度をある一定のバイアス温度に調整したときに位相値Δφの値が０になるようにマッハツェンダ干渉計４１および４２それぞれの構造パラメータを適切に設定すると、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上記バイアス温度より上昇させることにより位相値Δφの値を０〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることができ、また、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上記バイアス温度より降下させることにより位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜０の範囲で変化させることができる。このようにして位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることにより、所定波長帯域において傾きＳ(λ)を±ａｄＢ／ｎｍの範囲で設定し得る。
【００４２】
また、ヒータ５１、５３に替えてペルチエ素子を設けて、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上昇または降下させることにより、位相値Δφの値を正だけでなく負にも設定することができる。このようにして位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることもできる。
【００４３】
このように図３に示される光フィルタ１４０においては、光入力端１１に入力し主光路２０を経て光出力端１２から出力される光に対する損失スペクトルは、光カプラ３１および３２による主光路２０と第１の副光路２１との間の光結合に基づく第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性、および、光カプラ３３および３４による主光路２０と第２の副光路２２との間の光結合に基づく第２のマッハツェンダ干渉回路４２の透過特性により定まる。この光フィルタ１４０は、基板１０上に集積化されて小型である点で好適であり、また、挿入損失が小さい点でも好適である。
【００４４】
次に、第１の実施形態に係る光増幅器１００の動作を説明するとともに、第１の実施形態に係る光増幅器制御方法を説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、第１の実施形態に係る光増幅器１００の動作を説明する図である。光フィルタ１４０の損失スペクトル（図７Ａ）は、前述したように信号光の波長帯域中の所定波長λ1において損失Ｌ(λ1)が略一定であって、該波長帯域において傾きＳ(λ)が可変である。そして、その傾きＳ(λ)は、入力信号光パワーをモニタする制御回路１５０により制御される。
【００４５】
入力信号光パワーが所定値であり、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得が波長に依らず略一定である場合（図７Ｂ）、これに対して入力信号光パワーが所定値より小さくなったときには、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得は、制御回路１５０により制御されて大きくなり、その結果、波長が長いほど利得が小さくなり、利得は波長に対して依存性を生ずる（図７Ｃ）。しかし、このときに、光フィルタ１４０の傾きＳ(λ)は制御回路１５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さく設定される。したがって、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得の波長依存性が光フィルタ１４０の損失の波長依存性により相殺されて、その結果、光増幅器１００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される（図７Ｄ）。
【００４６】
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、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器１００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ１４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ１４０は、後段光増幅部１１２の後段にあってもよい。
【００４７】
（第２の実施形態）
図８は、本発明に係る第２の実施形態である光増幅器２００の概略構成図である。なお、この図には、光増幅器２００の前段に設けられる光増幅器２００Ａも示されている。本実施形態に係る光増幅器２００は、光入力端２０１から光出力端２０２へ順に、光カプラ２３０、前段光増幅部２１１、光フィルタ２４０および後段光増幅部２１２が直列に接続されている。光増幅器２００はさらに、前段光増幅部２１１、後段光増幅部２１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源２２１と２２２、これらの励起光源２２１と２２２と光フィルタ２４０の損失スペクトルを制御する制御回路２５０を備える。
【００４８】
それぞれの構成は、図１に示される第１の実施形態と同様であるが、制御回路２５０の構成が相違する。制御回路２５０は、光カプラ２３０により分岐された入力信号光のパワーを検出する点では第１の実施形態と同様であるが、前段の光増幅器２００Ａから送信されてきた前段の光増幅器２００Ａの出力信号光パワーに関する情報が入力されている。そして、制御回路２５０は、前段の光増幅器２００Ａの出力信号光パワーおよび自己の入力信号光パワーに基づいて必要利得を算出し、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２２１および２２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路２５０は、その必要利得に基づいて、光フィルタ２４０の損失スペクトルを制御する。
【００４９】
具体的には、必要利得が大きくなると、前段光増幅部２１１および後段光増幅部２１２における信号光の光増幅の利得は、波長が長いほど小さくなり、利得に波長依存性が生じる。しかし、このときに、光フィルタ２４０の傾きＳ(λ)は、制御回路２５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。したがって、前段光増幅部２１１および後段光増幅部２１２の利得の波長依存性が光フィルタ２４０の損失スペクトルにより相殺されて、その結果、光増幅器２００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される。
【００５０】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器２００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ２４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ２４０は、後段光増幅部２１２の後段にあってもよい。
【００５１】
（第３の実施形態）
図９は、本発明に係る第３の実施形態である光増幅器３００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００は、光入力端３０１から光出力端３０２へ順に、光カプラ３３１、前段光増幅部３１１、後段光増幅部３１２、光フィルタ３４０および光カプラ３３２が直列に接続されている。光増幅器３００はさらに、前段光増幅部３１１、後段光増幅部３１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源３２１と３２２、これらの励起光源３２１と３２２と光フィルタ３４０の損失スペクトルを制御する制御回路３５０を備える。
【００５２】
各構成要素の構成は、図１に示される第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態では、光出力側に光カプラ３３２を有し、分岐した出力光の一部を制御回路３５０に導いている点と、光フィルタ３４０が多段増幅器３１１、３１２の下流に配置されている点が特徴である。
【００５３】
制御回路３５０は、光カプラ３３１により分岐された入力信号光のパワーを検出するとともに、光カプラ３３２により分岐された出力信号光のパワーを検出する。そして、制御回路３５０は、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３２１および３２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路３５０は、出力信号光パワーおよび入力信号光パワーに基づいて利得を算出し、その利得に基づいて、光フィルタ３４０の損失スペクトルを制御する。
【００５４】
具体的には、利得が大きくなると、前段光増幅部３１１および後段光増幅部３１２における信号光の光増幅の利得は、波長が長いほど小さくなり、利得に波長依存性が生じる。しかし、このときに、光フィルタ３４０の傾きＳ(λ)は、制御回路３５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。したがって、前段光増幅部３１１および後段光増幅部３１２の利得の波長依存性が光フィルタ３４０の損失スペクトルにより相殺されて、その結果、光増幅器３００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される。
【００５５】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器３００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ３４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ３４０は、前段光増幅部３１１と後段光増幅部３１２との間にあってもよい。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１０Ａは、本発明に係る第４の実施形態である光増幅器４００の概略構成図である。実施形態に係る光増幅器４００は、光入力端４０１から光出力端４０２へ順に、前段光増幅部４１１、後段光増幅部４１２および光フィルタ４４０が直列に接続されている。光増幅器４００はさらに、前段光増幅部４１１、後段光増幅部４１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源４２１と４２２、光出力端４０２から出力される各波長の信号光のパワーをモニタするスペクトルモニタデバイス４６０、励起光源４２１と４２２の励起光出力と光フィルタ４４０の損失スペクトルを制御する制御回路４５０を備える。
【００５７】
本実施形態ではスペクトルモニタデバイス４６０を有している点が特徴である。その他の構成は他の実施形態と同様であるためその説明を省略する。
【００５８】
このスペクトルモニタデバイス４６０は、光出力端４０２から出力される光の一部が分岐されて導かれるか、図３に示した構造を有する光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力される光が導かれ、導かれた光を分波する。このスペクトルモニタデバイス４６０は、例えばアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ: Arrayed-Waveguide Grating）により実現することができ、この場合には、図３に示した構造を有する光フィルタ４４０とともに共通の基板上に形成することができるので装置全体の小型化が可能である。
【００５９】
制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０により分波された各波長の出力信号光のパワーを検出する。そして、制御回路４５０は、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４２１および４２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路４５０は、各波長の出力信号光パワーの偏差に基づいて、その偏差が小さくなるように光フィルタ４４０の損失スペクトルを制御する。
【００６０】
ここで、光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０の好適な１実施例について説明する。図１１は、光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０の説明図である。光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０は共通の基板１０Ａ上に形成されている。光フィルタ４４０は、図３に示した構成と同様の構成である。スペクトルモニタデバイス４６０は、基板１０Ａ上に形成されたＡＷＧである。すなわち、スペクトルモニタデバイス４６０は、入力側スラブ導波路６１、複数のチャネル導波路を有するアレイ導波路部６２、出力側スラブ導波路６３および出力側チャネル導波路６４1〜６４Nを備える。
【００６１】
入力側スラブ導波路６１には、光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力される光が入力され、その光をアレイ導波路部６２の各チャネル導波路それぞれへと分波して出力する。アレイ導波路部６２の複数のチャネル導波路それぞれは、入力側スラブ導波路６１から出力側スラブ導波路６３までの光路長が互いに異なり、導波する光に対して互いに異なる位相を与える。出力側スラブ導波路６３は、アレイ導波路部６２の複数のチャネル導波路それぞれから光を入力して、出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力する。
【００６２】
出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力される光は、光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力された光が分波された各波長の信号光である。そこで、制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０の出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力された各波長の信号光のパワーを検出して、この各波長の信号光パワーの偏差が小さくなるように、光フィルタ４４０の損失傾斜を制御する。なお、制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０により分波された各波長の信号光のうちの２波長（例えば最大波長および最小波長）の信号光のパワーの偏差が小さくなるように、光フィルタ４４０の損失傾斜を制御してもよい。
【００６３】
図１０Ｂは、この第４の実施形態の変形形態であり、光入力端４０１側に入力信号光中の監視光成分を分岐する光カプラ４３０を備えている点が図１０Ａに示される第４の実施形態と相違する。監視光には、例えば、送られてくる多重信号光中の最短波長と最長波長に関する情報が含まれており、制御回路４５０はこれらの情報を読み出して、パワー偏差を求める２つの波長を決定する。
【００６４】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器４００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ４４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。更に、特に本実施形態では、光フィルタ４４０の損失傾斜がフィードバック制御されるので、安定した動作が可能である。
【００６５】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明に係る第５の実施形態である光増幅器５００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器５００は、第１の実施形態に係る光増幅器１００において前段光増幅部１１１と光フィルタ１４０との間に利得等化器１７０を挿入したものである。利得等化器１７０は、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の固有の利得波長依存性を等化するものである。この利得等化器１７０は、例えば、光ファイバのコアに屈折率変調が形成された光ファイバグレーティング素子や、ファブリペロー共振器構造を有するエタロン型フィルタ等により実現することができる。
【００６６】
次に、第５の実施形態に係る光増幅器５００の動作、すなわち、第５の実施形態に係る光増幅方法を説明する。図１３Ａ〜図１３Ｃは、第５の実施形態に係る光増幅器５００の動作を説明する図である。入力信号光パワーが所定値であるときであっても、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得スペクトルは、厳密には一定とはならずに、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２に固有の利得波長依存性を有している（図１３Ａ）。利得等化器１７０は、このときの前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得スペクトルの形状と同様の形状の損失スペクトルを有している。したがって、出力される光のスペクトルは平坦なものとなる。
【００６７】
これに対して入力信号光パワーが所定値より小さくなったときには、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得は、制御回路１５０により制御されて大きくなり、その結果、波長が長いほど利得が小さくなり利得の波長依存性が変化する（図１３Ｂ）。しかし、このときに、光フィルタ１４０の損失スペクトルは制御回路１５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。
【００６８】
前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２から出力された光は、その固有の利得波長依存性が利得等化器１７０により等化され、図１３Ｃに示されるように利得（ｄＢ）が波長に対して線型に変化するよう調整される。その後、残存する利得の波長依存性は、光フィルタ１４０の損失スペクトルにより相殺される。その結果、光増幅器５００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、その平坦性が維持される。
【００６９】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器５００全体の利得平坦性を維持することができる。特に本実施形態では、光フィルタ１４０に加えて利得等化器１７０を設けたことにより、光増幅器５００全体の利得平坦性は優れたものとなる。また、光フィルタ１４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ１４０および利得等化器１７０の双方または何れか一方は、後段光増幅部１１２の後段にあってもよい。もちろん、第２〜第４の実施形態に係る光増幅器の何れに利得等化器を挿入しても同様の効果が得られる。
【００７０】
（第６の実施形態）
図１４Ａは、本発明に係る第６の実施形態である光増幅器３００ａの概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００ａは、図９に示される第３の実施形態の光増幅器３００の最終段の光カプラ３３２に代えてＡＳＥ光レベル検出器３３３を設置している点のみが相違する。
【００７１】
このＡＳＥ光レベル検出器３３３は、光フィルタ３４０から出力された信号光の所定波長帯域の両端外側に位置するそれぞれの波長の自然放出光（ＡＳＥ光）レベルを検出するものであり、制御回路３５０は、検出した長波長側と短波長側のＡＳＥ光レベル差を一定に維持するように光フィルタ３４０の損失スペクトルを調整する。ＡＳＥ光のレベル差を利用して制御することで制御が容易になるという利点がある。
【００７２】
多重信号光とともに多重信号光中の最短波長と最長波長に関する情報を有する監視光が送られてくる場合には、光カプラ３３１で分岐された監視光を制御回路３５０で受信してこれらの情報を読み出し、ＡＳＥ光レベル検出器３３３でＡＳＥ光レベルを検出する波長を読み出した最短波長と最長波長の外側近傍の波長となるよう設定すると、多重信号光中の最短波長と最長波長が一定でない場合にも安定した光増幅を行える。
【００７３】
図１４Ｂは、本発明に係る第６の実施形態の変形形態である光増幅器６００の概略構成図である。具体的な構成は、光入力端６０１から光出力端６０２へ順に、光カプラ６３０、前段光増幅部６１１、後段光増幅部６１２、光カプラ６３１および光フィルタ６４０が直列接続されて構成されている。光増幅器６００はさらに、前段、後段の各光増幅部６１１、６１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源６２１、６２２、さらにこれらの励起光源６２１、６２２の光量と光フィルタ６４０の損失スペクトルを制御する制御回路６５０を備える。また、光カプラ６３１で分岐された光はスペクトルモニタデバイス６６０と可変バンドパスフィルタ６７０に導かれる。可変バンドパスフィルタ６７０を透過した光は受光素子６８０によって検出される。スペクトルモニタデバイス６６０と受光素子６８０の出力は制御回路６５０へと送られる。各増幅部６１１、６１２と光フィルタ６４０の構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、スペクトルモニタデバイス６６０で信号光中の最短波長の光と最長波長の光のそれぞれの波長を検出する。そして、可変バンドパスフィルタ６７０を制御することで出力多重信号光に含まれるこれらの波長の外側、すなわち、検出された最短波長より短波長側と検出された最長波長より長波長側のそれぞれのＡＳＥ光レベルを受光素子６８０により検出する。そして、制御回路６５０は、検出した長波長側と短波長側のＡＳＥ光レベル差を一定に維持するように光フィルタ６４０の損失スペクトルを調整する。この場合も制御が容易になるという利点がある。
【００７５】
（第７の実施形態）
図１５は、本発明に係る第７の実施形態である光増幅器７００の概略構成図である。この光増幅器７００は、分散補償ファイバ（DCF: Dispersion Compensating Fiber）７７０を内蔵している。
【００７６】
具体的な構成は、光入力端７０１から光出力端７０２へ順に、光カプラ７３０、前段光増幅部７１１、光フィルタ７４０、中段光増幅部７１２、利得等化器７６０、ＤＣＦ７７０および後段光増幅部７１３が直列接続されて構成されている。光増幅器７００はさらに、前段、中段、後段の各光増幅部７１１〜７１３のそれぞれに励起光を供給する励起光源７２１〜７２３、さらにこれらの励起光源７２１〜７２３の光量と光フィルタ７４０の損失スペクトルを制御する制御回路７５０を備える。各増幅部７１１〜７１３と光フィルタ７４０の構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００７７】
本発明者は損失スペクトルを調整可能な光フィルタを用いた本実施形態の光増幅器７００の雑音特性改善効果を確認するため、従来一般的であった全損失率のみを調整する可変光減衰器を光フィルタとして搭載した場合との比較実験を行った。
【００７８】
実験では、−２８ｄｂｍ／ｃｈ〜−１２ｄｂｍ／ｃｈの１６ｄＢのダイナミックレンジの入力レベルに対する雑音特性を測定した。可変光減衰器を用いる場合、一般的に１６ｄＢもの入力ダイナミックレンジへの対応は困難であるため、−２８ｄｂｍ／ｃｈ〜−２０ｄｂｍ／ｃｈと−２０ｄｂｍ／ｃｈ〜−１２ｄｂｍ／ｃｈの２種に分けてこれらを組み合わせて使用した場合も合わせて測定した。
【００７９】
測定結果を図１６に示す。ここで、○が可変光減衰器を用いて全レンジを１種の光増幅器で増幅した場合、△が可変光減衰器を用いて全レンジを分割して２種の光増幅器でそれぞれ増幅した場合、□が本発明に係る第７の実施形態の光増幅器で増幅した場合の入力レベルに対する雑音特性を示している。
【００８０】
本発明に係る光増幅器では、全ての入力レベルにおいて雑音特性が改善され、さらに適応できるダイナミックレンジが拡大できる効果のあることが確認された。
【００８１】
次に、光フィルタの変形例について説明する。図４〜図６に示される損失スペクトルを有する光フィルタは、使用波長帯域の中心波長付近で損失が略一定であったが、損失が略一定となる波長λ1が短波長側あるいは長波長側にずれていてもよい。図１７に損失スペクトルを示す光フィルタは、この波長λ1が波長帯域の最短波長に位置している。そして、損失スペクトルはＬ0(λ) とＬ2(λ)の間で可変でき、光フィルタへ入力される光のパワーが最大のときには、損失スペクトルがＬ2(λ)となるよう調整し、入力される光のパワーが最小のときには、損失が波長によらずに一定となるＬ0(λ)となるよう調整する。その中間のときにはＬ1(λ)となるよう調整する。このようにすることで、特に短波長帯域での雑音指数劣化を抑制できる。また、入力されるパワーが最小のときには、透過率が最大となるので、特に入力光のパワーが小さいときの雑音特性回前効果がある。
【００８２】
（第８の実施形態）
図１８は、本発明に係る第８の実施形態である光増幅器３００ｂの概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００ｂは、図９に示される第３の実施形態の光増幅器３００の最終段の光カプラ３３２からの分岐先に出力多重信号光中に含まれる信号光の数（波数）を検出する波数モニタ３３５が配置されている点が相違する。
【００８３】
入力多重信号光中に含まれる波数が変動すると、個々の信号光のパワーは変動せずとも入力多重信号光のパワーは変動する。そのため、単に増幅後の出力多重信号光のパワーを一定に維持しようとすると、波数が減少した場合には個々の信号光のパワーが増大し、波数が増加した場合には個々の信号光のパワーは減少して変動することになる。
【００８４】
本実施形態では、制御回路３５０ｂが波数モニタ３３５の出力をもとにして波数に比例して出力多重信号光のパワーの目標値を調整する。これにより、波数が変動した場合も個々の信号光の増幅後の光パワーを一定に維持することができる。
【００８５】
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。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。必ずしも前段光増幅部と後段光増幅部とに区分されていなくてもよく、あるいは３個以上の光増幅部を有していてもよい。
【００８６】
【産業上の利用可能性】
本発明に係る光増幅器、光増幅方法は特に、多重信号光を伝送する波長多重伝送システムにおいて好適に使用される。
【００８７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光増幅器の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】 第１の実施形態の前段光増幅部および励起光源の説明図である。
【図３】 第１の実施形態の光フィルタの説明図である。
【図４】 光フィルタの実施例Ａにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図５】 光フィルタの実施例Ｂにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図６】 光フィルタの実施例Ｃにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図７】 第１の実施形態の光増幅器の動作を説明する図である。
【図８】 本発明に係る光増幅器の第２の実施形態の概略構成図である。
【図９】 本発明に係る光増幅器の第３の実施形態の概略構成図である。
【図１０】 本発明に係る光増幅器の第４の実施形態と、その変形形態の概略構成図である。
【図１１】 第３の実施形態における光フィルタおよびスペクトルモニタデバイスの説明図である。
【図１２】 本発明に係る光増幅器の第５の実施形態の概略構成図である。
【図１３】 本発明に係る光増幅器の第５の実施形態の動作を説明する図である。
【図１４】 本発明に係る光増幅器の第６の実施形態とその変形形態の概略構成図であり、
【図１５】 本発明に係る光増幅器の第７の実施形態の概略構成図である。
【図１６】 上記第７の実施形態と従来の光増幅器の雑音特性を比較したグラフである。
【図１７】 本発明に係る光増幅器に用いられる光フィルタの変形例の損失スペクトルを説明する図である。
【図１８】 本発明に係る光増幅器の第８の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１、１０１、２０１、３０１、４０１、６０１、７０１…光入力端、１２、１０２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２…光出力端、２０…主光路、２１、２２…副光路、３１〜３４、１１４、１３０、２３０、３３１、３３２、４３０、６３０、６３１、７３０…光カプラ、４１、４２…マッハツェンダ干渉回路（干渉計）、５１、５３…ヒータ、６１…入力側スラブ導波路、６２…アレイ導波路部、６３…出力側スラブ導波路、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００…光増幅器、１１１、２１１、３１１、４１１、６１１、７１１…前段光増幅部、１１２、２１２、３１２、４１２、６１２、７１３…後段光増幅部、１１３…増幅用光ファイバ、１１５…光アイソレータ、１２１、１２２、２２１、３２１、４２１、６２１…励起光源、１４０、２４０、３４０、４４０、６４０、７４０…光フィルタ、１５０、２５０、３５０、４５０、６５０、７５０…制御回路、１７０、７６０…利得等化器、３１０…多段増幅器、３３３…光レベル検出器、３３５…波数モニタ、４６０、６６０…スペクトルモニタデバイス、６７０…可変バンドパスフィルタ、６８０…受光素子、７１２…中段光増幅部。
【発明の属する技術分野】
本発明は所定の波長帯域に属する異なる波長の複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅器及び光増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器としては、蛍光物質が添加された導波路に信号光とともに当該蛍光物質の励起光とを導くことにより、信号光を増幅する光増幅器が知られている。このような光増幅器は、光伝送システムにおける中継局などに設けられている。特に、異なる波長の複数の信号光を合波した多重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、これら複数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、複数の信号光それぞれのパワーを一定の目標値に増幅して出力する必要がある。
【０００３】
例えば、文献１「K. Inoue, et al., "Tunable Gain Equalization Using a Mach-Zehnder Optical Filter in Multistage Fiber Amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.3, No.8, pp.718-720 (1991)」には、マッハツェンダ干渉計を用いた光フィルタにより光増幅器の利得平坦化を図る技術が記載されている。また、文献２「S. Kinoshita, et al., "Large Capacity WDM Transmission Based on Wideband Erbium-Doped Fiber Amplifiers", OSA TOPS, Vol.25, pp.258-261 (1998)」には、光増幅器の前段光増幅部と後段光増幅部との間に減衰量可変の光減衰器を挿入して、前段光増幅部に入力する信号光のパワーが変動しても、後段光増幅部に入力する信号光のパワーを光減衰器により一定に保つことにより、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定の目標値に保つとともに、光増幅器全体の利得偏差をも一定に保つ技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献１に記載された技術では、例えば光増幅器の前段の伝送路における損失が何らかの原因により変動して、光増幅器に入力される信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定の目標値に保とうとすると、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる必要がある。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれ、光増幅器から出力される複数の信号光それぞれのパワーが等しくなくなる、いわゆる偏差を有することになる。
【０００５】
また、上記文献２に記載された技術では、後段光増幅部に入力される信号光のパワーを光減衰器により一定の目標値に保とうとすると、前段光増幅部に入力した信号光のパワーが充分に大きいときには、光減衰器により大きく減衰させる必要が生ずることになり、その結果、励起効率が悪くなって、雑音指数が劣化してしまう。
【０００６】
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雑音指数を劣化させることなく出力信号光パワーおよび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方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る光増幅器は、所定の波長帯域に属し、波長の異なる複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅器であって、(1)蛍光物質が添加された光導波路を有し、この多重信号光を蛍光物質の光励起を利用して増幅する一つあるいは複数の光増幅部と、(2)光増幅部に所定の励起光を供給する励起光源と、(3)光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて、所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタと、(4)増幅後の光パワーが所定の目標値になるよう励起光源の励起光出力を制御するとともに、最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する制御手段と、(5)光増幅部固有の利得の波長依存性を補償する利得等化器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明に係る光増幅方法は、(1)多重信号光を所定の励起光とともに蛍光物質が添加された光導波路に導いて光増幅する工程と、(2)増幅前あるいは増幅後の少なくともいずれか一方の多重信号光を、前記光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタに導き、光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整することにより、光増幅工程における利得の波長依存性を低減する工程と、(3)励起光の強度を調整して増幅後の光パワーを所定の目標値になるように調整する工程と、（4)最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する工程と、(5)所定の利得等化器により前記光増幅工程における固有の利得の波長依存性を低減する工程とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光増幅器または光増幅方法によれば、光増幅器への入力信号光パワーが変動しても、光増幅器からの出力信号光パワーを所定の目標値に維持することができる。また、入力信号光パワーの変動により光増幅部の利得に波長依存性が生じることがあっても、光フィルタの損失Ｌの波長λに対する傾きｄＬ／ｄλを調整することにより、光増幅器全体の利得平坦性を維持することができる。また、利得等化器が光増幅部固有の利得の波長依存性を等化し、光フィルタが入力信号光のパワー変動の補償を行うことで、光増幅器全体の利得平坦性がより優れたものとなり、制御・調整が容易になる。
【００１０】
この光フィルタの特性が所定の波長帯域内において
Ｌ≒ａ（λ−λc）＋ｂ
（λc（ｎｍ）、ｂ（ｄＢ）は定数）を満たし、ａ（ｄＢ／ｎｍ）が可変であれば、傾きｄＬ／ｄλの調整が容易である。このλcがこの所定の波長帯域内に設定されていると、所定の波長帯域内の波長λcでの損失Ｌが常に一定となり、λcにおける雑音特性を重視した設計が可能となる。
【００１１】
多重信号光に含まれる信号光の数を検出する波数モニタをさらに備え、制御手段は波数モニタで検出された信号光の数に応じて増幅後の光パワーの目標値を調整することが好ましい。信号光の数が増減することで入力信号光のパワーが変動しても各信号光のパワーを一定に保つことができる。
【００１２】
光フィルタの傾きｄＬ／ｄλの調整は、例えば、1)光増幅部に入力される光パワーを検出する入力光パワー検出手段の検出結果に基づいて行ってもよく、2)光増幅部の利得を検出する利得検出手段の検出結果に基づいて行ってもよく、3)光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出して、検出された最短、最長波長のパワー偏差に基づいて行ってもよく、あるいは、4)光増幅部から出力された光の所定の波長帯域の両端外側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出するＡＳＥ光レベル検出手段で検出したそれぞれのＡＳＥ光レベルのレベル差が一定となるように行ってもよい。光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出し、検出された最短波長の光より短波長側と最長波長の光より長波長側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出して調整に用いてもよい。3)、4)の場合は、多重信号光とともに送られてくる最短、最長波長に関する情報を基にしてパワー偏差やＡＳＥ光レベルを検出する波長を決定してもよい。
【００１３】
さらに、光フィルタの所定の波長帯域における全透過率を最大に調整した際にその損失Ｌが波長によらずに略一定となるよう調整することが好ましい。このようにすると、特に入力多重信号光のパワーが小さい場合の雑音指数を低減することが可能である。
【００１４】
これらいずれの構成、方法によっても光フィルタの傾きｄＬ／ｄλの調整が容易となり、本発明の目的を実現することができる。
【００１５】
本発明に係る光増幅器における光フィルタは、(1)多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、(2)この主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第２の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第１の副光路と、(3)主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第５の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第２の副光路と、(4)主光路の第２の領域及び第１の副光路の主光路の第２の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第一の温度調整器と、(5)主光路の第５の領域及び第２の副光路の主光路の第５の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第二の温度調整器とを備えていることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明に係る光増幅方法においては、(1)多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、(2)主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第２の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第１の副光路と、(3)主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、主光路の第５の領域に対応する領域の長さが主光路と異なる第２の副光路と、を備える光フィルタを用い、利得の波長依存性を低減する工程は、第１の副光路と主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方及び第２の副光路と主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方の温度を調整することにより光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整することが好ましい。
【００１７】
第一、第二の副光路とそれぞれに対応する主光路とはそれぞれマッハツェンダ型の干渉装置を形成している。それぞれのマッハツェンダ型干渉装置において少なくとも一方の光路の温度を調整することでそれぞれの主光路における損失の波長依存性を調整することが可能となり、本発明に係る光増幅器及び光増幅方法における光フィルタとして好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光増幅器１００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器１００は、光入力端１０１から光出力端１０２へ順に、光カプラ１３０、前段光増幅部１１１、光フィルタ１４０および後段光増幅部１１２が直列接続されている。光増幅器１００はさらに、前段光増幅部１１１、後段光増幅部１１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源１２１と１２２、さらにこれらの励起光源１２１、１２２の光量と光フィルタ１４０の損失スペクトルを制御する制御回路１５０を備える。
【００２０】
光カプラ１３０は、光入力端１０１へ入力された多重信号光の一部を分岐して制御回路１５０へと出力し、残部を前段光増幅部１１１へと出力する。前段光増幅部１１１は、励起光源１２１から励起光が供給され、光カプラ１３０から送られた多重信号光を一括光増幅して出力する。光フィルタ１４０は、この多重信号光の波長帯域において全損失が略一定であって、該波長帯域において損失の波長に対する傾きが可変である損失スペクトルを有している。後段光増幅部１１２は、励起光源１２２から励起光が供給され、光フィルタ１４０から送られた多重信号光を一括光増幅して、光出力端１０２へ出力する。
【００２１】
制御回路１５０は、光カプラ１３０により分岐された多重信号光のパワーを検出する。そして、制御回路１５０は、その入力多重信号光パワーに基づいて、出力多重信号光のパワーが一定の目標値になるよう、励起光源１２１および１２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路１５０は、その入力多重信号光パワーに基づいて、光フィルタ１４０の損失スペクトルを制御する。
【００２２】
図２は、前段光増幅部１１１および励起光源１２１の説明図である。前段光増幅部１１１は、増幅用光ファイバ１１３、光カプラ１１４、光アイソレータ１１５および１１６を含む。光カプラ１１４は、励起光源１２１から出力された励起光を増幅用光ファイバ１１３へ導入するとともに、増幅用光ファイバ１１３から出力された信号光を通過させる。光アイソレータ１１５および１１６それぞれは、順方向へ光を通過させるが、逆方向へは光を通過させない。
【００２３】
また、増幅用光ファイバ１１３は、励起光源１２１から出力された励起光により励起可能な蛍光物質が添加された光導波路である。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。また、このとき、励起光源１２１から出力され増幅用光ファイバ１１３へ供給される励起光の波長は１．４８μｍまたは０．９８μｍが好適である。後段光増幅部１１２および励起光源１２２も同様の構成である。
【００２４】
次に、光フィルタ１４０の好適な１実施例について説明する。図３は、光フィルタ１４０の説明図である。この光フィルタ１４０は、例えば石英からなる基板１０上に形成された平面光導波路回路であって、主光路２０、第１の副光路２１、第２の副光路２２、第１の温度調整手段としてのヒータ５１、および、第２の温度調整手段としてのヒータ５３を備えている。
【００２５】
主光路２０は、基板１０の一方の端面にある光入力端１１に入射した光を基板１０の他方の端面にある光出力端１２まで導波させて出射させる光導波路であり、６つの領域Ａ〜Ｆを有している。
【００２６】
主光路２０と第１の副光路２１とは、第１の領域Ａと第３の領域Ｃで近接して互いに光結合され、それぞれ第１の光カプラ３１と第２の光カプラ３２とを形成している。第２の領域Ｂにおいては、主光路２０の光路長が第１の副光路２１の光路長より長く設定され、それぞれの光路が離隔して配置されている。このようにして、主光路の第一の領域Ａから第三の領域Ｃに至る部分と第一の副光路２１とは非対称型のマッハツェンダー型干渉回路を形成している。以下、この部分を第１のマッハツェンダ干渉回路４１と呼ぶ。
【００２７】
同様に、主光路２０と第２の副光路２２とは、第４の領域Ｄと第６の領域Ｆで近接して互いに光結合され、それぞれ第３の光カプラ３３と第４の光カプラ３４とを形成している。第５の領域Ｅにおいては、主光路２０の光路長が第２の副光路２２の光路長より短く設定され、それぞれの光路が離隔して配置されている。このようにして、主光路の第４の領域Ｄから第６の領域Ｆに至る部分と第２の副光路２２とは非対称型のマッハツェンダー型干渉回路を形成している。以下、この部分を第２のマッハツェンダ干渉回路４２と呼ぶ。
【００２８】
ヒータ５１は、主光路２０の第２の領域Ｂ上に設けられている。このヒータ５１は、主光路２０の温度を調整することにより、第１のマッハツェンダ干渉回路４１における主光路２０と第１の副光路２１との光路長差を調整して、第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性を調整する。また、ヒータ５３は、主光路２０の第５の領域Ｅ上に設けられている。このヒータ５３は、主光路２０の温度を調整することにより、第２のマッハツェンダ干渉回路４２における主光路２０と第２の副光路２２との光路長差を調整して、第２のマッハツェンダ干渉回路４２の透過特性を調整する。これらヒータ５１および５３は制御回路１５０により制御される。
【００２９】
なお、第１の副光路２１の第２の領域Ｂ上あるいは第２の副光路２２の第５の領域Ｅ上にヒータを設けて、ヒータ５１、ヒータ５３のそれぞれの代わりとしても、両方にヒータを設置してもよい。また、ヒータに替えて冷却用のペルチエ素子を設けてもよい。
【００３０】
この光フィルタ１では、光入力端１１に入力し主光路２０を経て光出力端１２から出力される光に対する損失スペクトルＬ(λ)［ｄＢ］は、光カプラ３１および３２による主光路２０と第１の副光路２１との間の光結合に基づく第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性Ｔ１(λ)、および、光カプラ３３および３４による主光路２０と第２の副光路２２との間の光結合に基づく第２のマッハツェンダ干渉計４２の透過特性Ｔ２(λ)の双方に従う。
【００３１】
一般に非対称型のマッハツェンダ干渉回路の透過特性Ｔ(λ)は、
【００３２】
【数１】
【数２】
【００３３】
光フィルタ１は、第１のマッハツェンダ干渉回路４１および第２のマッハツェンダ干渉回路４２それぞれの定数Ａ、λ0およびΔλの各値を適切に設計することにより、所定の波長帯域中の所定波長λ1における損失Ｌ(λ1)を略一定に維持したまま、ヒータ５１、５３による温度調整により位相値Δφの値を変更することにより、その波長帯域における損失Ｌ(λ)および傾きＳ(λ)を変更することが可能である。後述するように、この光フィルタ１の傾きＳ(λ)は波長λに対する依存性が小さく、光フィルタ１の損失Ｌ(λ)の波長λに対する線形性が優れている。
【００３４】
本発明者は各マッハツェンダ干渉計４１および４２それぞれの構造パラメータを代えた数種の光フィルタ１を作成し、その傾きＳ(λ)の可変性を確認したのでその結果について以下に説明する。
【００３５】
次表は、各実施例における構造パラメータを示している。
【表１】
いずれの実施例の光フィルタにおいてもそれぞれのマッハツェンダ干渉回路４１、４２における光路長差は、基準温度の場合でそれぞれ１２．５λ0、９．５λ0に設定した。そのうえで、ヒータ５１、５３を作動させて主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅの温度をそれぞれ調整することより、マッハツェンダ干渉回路４１および４２それぞれの位相値Δφを符号が逆で絶対値が相等しくなるように０ｒａｄ〜０．５９５ｒａｄの範囲で変化させた。
【００３７】
図４〜図６は、それぞれ実施例Ａ〜Ｃの光フィルタの損失スペクトルを位相値Δφの各値について示したグラフである。
【００３８】
実施例Ａは、図４から分かるように、波長帯域１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ中の中心波長１５５０ｎｍ付近で損失が２．７３ｄＢ〜３．０１ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜５．０５ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失２．８９ｄＢ（＠中心波長１５５０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφが０．５９５ｒａｄであるときに±０．２１ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００３９】
実施例Ｂは、図５から分かるように、波長帯域１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ中の中心波長１５５０ｎｍ付近で損失が３．６５ｄＢ〜３．９８ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜１０ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失０．８７ｄＢ（＠中心波長１５５０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφの値が０．３１４ｒａｄであるときに±０．８７ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００４０】
実施例Ｃは、図６から分かるように、波長帯域１５７５ｎｍ〜１６０５ｎｍ中の中心波長１５９０ｎｍ付近で損失が２．７３ｄＢ〜３．０１ｄＢと略一定であり、その波長帯域において傾きＳ(λ)を０〜５ｄＢ／３０ｎｍの範囲で設定可能である。また、損失２．８９ｄＢ（＠中心波長１５９０ｎｍ）の点を通る直線との偏差の最大値は、位相値Δφの値が０．５９５ｒａｄであるときに±０．２１ｄＢであって充分に小さく、傾きＳ(λ)は線形性に優れていることが確認された。
【００４１】
なお、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度をある一定のバイアス温度に調整したときに位相値Δφの値が０になるようにマッハツェンダ干渉計４１および４２それぞれの構造パラメータを適切に設定すると、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上記バイアス温度より上昇させることにより位相値Δφの値を０〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることができ、また、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上記バイアス温度より降下させることにより位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜０の範囲で変化させることができる。このようにして位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることにより、所定波長帯域において傾きＳ(λ)を±ａｄＢ／ｎｍの範囲で設定し得る。
【００４２】
また、ヒータ５１、５３に替えてペルチエ素子を設けて、主光路２０の第２の領域Ｂと第５の領域Ｅのそれぞれの温度を上昇または降下させることにより、位相値Δφの値を正だけでなく負にも設定することができる。このようにして位相値Δφの値を−０．５９５ｒａｄ〜＋０．５９５ｒａｄの範囲で変化させることもできる。
【００４３】
このように図３に示される光フィルタ１４０においては、光入力端１１に入力し主光路２０を経て光出力端１２から出力される光に対する損失スペクトルは、光カプラ３１および３２による主光路２０と第１の副光路２１との間の光結合に基づく第１のマッハツェンダ干渉回路４１の透過特性、および、光カプラ３３および３４による主光路２０と第２の副光路２２との間の光結合に基づく第２のマッハツェンダ干渉回路４２の透過特性により定まる。この光フィルタ１４０は、基板１０上に集積化されて小型である点で好適であり、また、挿入損失が小さい点でも好適である。
【００４４】
次に、第１の実施形態に係る光増幅器１００の動作を説明するとともに、第１の実施形態に係る光増幅器制御方法を説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、第１の実施形態に係る光増幅器１００の動作を説明する図である。光フィルタ１４０の損失スペクトル（図７Ａ）は、前述したように信号光の波長帯域中の所定波長λ1において損失Ｌ(λ1)が略一定であって、該波長帯域において傾きＳ(λ)が可変である。そして、その傾きＳ(λ)は、入力信号光パワーをモニタする制御回路１５０により制御される。
【００４５】
入力信号光パワーが所定値であり、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得が波長に依らず略一定である場合（図７Ｂ）、これに対して入力信号光パワーが所定値より小さくなったときには、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得は、制御回路１５０により制御されて大きくなり、その結果、波長が長いほど利得が小さくなり、利得は波長に対して依存性を生ずる（図７Ｃ）。しかし、このときに、光フィルタ１４０の傾きＳ(λ)は制御回路１５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さく設定される。したがって、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得の波長依存性が光フィルタ１４０の損失の波長依存性により相殺されて、その結果、光増幅器１００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される（図７Ｄ）。
【００４６】
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、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器１００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ１４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ１４０は、後段光増幅部１１２の後段にあってもよい。
【００４７】
（第２の実施形態）
図８は、本発明に係る第２の実施形態である光増幅器２００の概略構成図である。なお、この図には、光増幅器２００の前段に設けられる光増幅器２００Ａも示されている。本実施形態に係る光増幅器２００は、光入力端２０１から光出力端２０２へ順に、光カプラ２３０、前段光増幅部２１１、光フィルタ２４０および後段光増幅部２１２が直列に接続されている。光増幅器２００はさらに、前段光増幅部２１１、後段光増幅部２１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源２２１と２２２、これらの励起光源２２１と２２２と光フィルタ２４０の損失スペクトルを制御する制御回路２５０を備える。
【００４８】
それぞれの構成は、図１に示される第１の実施形態と同様であるが、制御回路２５０の構成が相違する。制御回路２５０は、光カプラ２３０により分岐された入力信号光のパワーを検出する点では第１の実施形態と同様であるが、前段の光増幅器２００Ａから送信されてきた前段の光増幅器２００Ａの出力信号光パワーに関する情報が入力されている。そして、制御回路２５０は、前段の光増幅器２００Ａの出力信号光パワーおよび自己の入力信号光パワーに基づいて必要利得を算出し、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２２１および２２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路２５０は、その必要利得に基づいて、光フィルタ２４０の損失スペクトルを制御する。
【００４９】
具体的には、必要利得が大きくなると、前段光増幅部２１１および後段光増幅部２１２における信号光の光増幅の利得は、波長が長いほど小さくなり、利得に波長依存性が生じる。しかし、このときに、光フィルタ２４０の傾きＳ(λ)は、制御回路２５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。したがって、前段光増幅部２１１および後段光増幅部２１２の利得の波長依存性が光フィルタ２４０の損失スペクトルにより相殺されて、その結果、光増幅器２００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される。
【００５０】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器２００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ２４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ２４０は、後段光増幅部２１２の後段にあってもよい。
【００５１】
（第３の実施形態）
図９は、本発明に係る第３の実施形態である光増幅器３００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００は、光入力端３０１から光出力端３０２へ順に、光カプラ３３１、前段光増幅部３１１、後段光増幅部３１２、光フィルタ３４０および光カプラ３３２が直列に接続されている。光増幅器３００はさらに、前段光増幅部３１１、後段光増幅部３１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源３２１と３２２、これらの励起光源３２１と３２２と光フィルタ３４０の損失スペクトルを制御する制御回路３５０を備える。
【００５２】
各構成要素の構成は、図１に示される第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態では、光出力側に光カプラ３３２を有し、分岐した出力光の一部を制御回路３５０に導いている点と、光フィルタ３４０が多段増幅器３１１、３１２の下流に配置されている点が特徴である。
【００５３】
制御回路３５０は、光カプラ３３１により分岐された入力信号光のパワーを検出するとともに、光カプラ３３２により分岐された出力信号光のパワーを検出する。そして、制御回路３５０は、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３２１および３２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路３５０は、出力信号光パワーおよび入力信号光パワーに基づいて利得を算出し、その利得に基づいて、光フィルタ３４０の損失スペクトルを制御する。
【００５４】
具体的には、利得が大きくなると、前段光増幅部３１１および後段光増幅部３１２における信号光の光増幅の利得は、波長が長いほど小さくなり、利得に波長依存性が生じる。しかし、このときに、光フィルタ３４０の傾きＳ(λ)は、制御回路３５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。したがって、前段光増幅部３１１および後段光増幅部３１２の利得の波長依存性が光フィルタ３４０の損失スペクトルにより相殺されて、その結果、光増幅器３００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、利得の平坦性が維持される。
【００５５】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器３００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ３４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ３４０は、前段光増幅部３１１と後段光増幅部３１２との間にあってもよい。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１０Ａは、本発明に係る第４の実施形態である光増幅器４００の概略構成図である。実施形態に係る光増幅器４００は、光入力端４０１から光出力端４０２へ順に、前段光増幅部４１１、後段光増幅部４１２および光フィルタ４４０が直列に接続されている。光増幅器４００はさらに、前段光増幅部４１１、後段光増幅部４１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源４２１と４２２、光出力端４０２から出力される各波長の信号光のパワーをモニタするスペクトルモニタデバイス４６０、励起光源４２１と４２２の励起光出力と光フィルタ４４０の損失スペクトルを制御する制御回路４５０を備える。
【００５７】
本実施形態ではスペクトルモニタデバイス４６０を有している点が特徴である。その他の構成は他の実施形態と同様であるためその説明を省略する。
【００５８】
このスペクトルモニタデバイス４６０は、光出力端４０２から出力される光の一部が分岐されて導かれるか、図３に示した構造を有する光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力される光が導かれ、導かれた光を分波する。このスペクトルモニタデバイス４６０は、例えばアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ: Arrayed-Waveguide Grating）により実現することができ、この場合には、図３に示した構造を有する光フィルタ４４０とともに共通の基板上に形成することができるので装置全体の小型化が可能である。
【００５９】
制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０により分波された各波長の出力信号光のパワーを検出する。そして、制御回路４５０は、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４２１および４２２それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。また、制御回路４５０は、各波長の出力信号光パワーの偏差に基づいて、その偏差が小さくなるように光フィルタ４４０の損失スペクトルを制御する。
【００６０】
ここで、光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０の好適な１実施例について説明する。図１１は、光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０の説明図である。光フィルタ４４０およびスペクトルモニタデバイス４６０は共通の基板１０Ａ上に形成されている。光フィルタ４４０は、図３に示した構成と同様の構成である。スペクトルモニタデバイス４６０は、基板１０Ａ上に形成されたＡＷＧである。すなわち、スペクトルモニタデバイス４６０は、入力側スラブ導波路６１、複数のチャネル導波路を有するアレイ導波路部６２、出力側スラブ導波路６３および出力側チャネル導波路６４1〜６４Nを備える。
【００６１】
入力側スラブ導波路６１には、光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力される光が入力され、その光をアレイ導波路部６２の各チャネル導波路それぞれへと分波して出力する。アレイ導波路部６２の複数のチャネル導波路それぞれは、入力側スラブ導波路６１から出力側スラブ導波路６３までの光路長が互いに異なり、導波する光に対して互いに異なる位相を与える。出力側スラブ導波路６３は、アレイ導波路部６２の複数のチャネル導波路それぞれから光を入力して、出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力する。
【００６２】
出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力される光は、光フィルタ４４０の第２の副光路２２から出力された光が分波された各波長の信号光である。そこで、制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０の出力側チャネル導波路６４1〜６４Nそれぞれへ出力された各波長の信号光のパワーを検出して、この各波長の信号光パワーの偏差が小さくなるように、光フィルタ４４０の損失傾斜を制御する。なお、制御回路４５０は、スペクトルモニタデバイス４６０により分波された各波長の信号光のうちの２波長（例えば最大波長および最小波長）の信号光のパワーの偏差が小さくなるように、光フィルタ４４０の損失傾斜を制御してもよい。
【００６３】
図１０Ｂは、この第４の実施形態の変形形態であり、光入力端４０１側に入力信号光中の監視光成分を分岐する光カプラ４３０を備えている点が図１０Ａに示される第４の実施形態と相違する。監視光には、例えば、送られてくる多重信号光中の最短波長と最長波長に関する情報が含まれており、制御回路４５０はこれらの情報を読み出して、パワー偏差を求める２つの波長を決定する。
【００６４】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器４００全体の利得平坦性を維持することができる。また、光フィルタ４４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。更に、特に本実施形態では、光フィルタ４４０の損失傾斜がフィードバック制御されるので、安定した動作が可能である。
【００６５】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明に係る第５の実施形態である光増幅器５００の概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器５００は、第１の実施形態に係る光増幅器１００において前段光増幅部１１１と光フィルタ１４０との間に利得等化器１７０を挿入したものである。利得等化器１７０は、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の固有の利得波長依存性を等化するものである。この利得等化器１７０は、例えば、光ファイバのコアに屈折率変調が形成された光ファイバグレーティング素子や、ファブリペロー共振器構造を有するエタロン型フィルタ等により実現することができる。
【００６６】
次に、第５の実施形態に係る光増幅器５００の動作、すなわち、第５の実施形態に係る光増幅方法を説明する。図１３Ａ〜図１３Ｃは、第５の実施形態に係る光増幅器５００の動作を説明する図である。入力信号光パワーが所定値であるときであっても、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得スペクトルは、厳密には一定とはならずに、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２に固有の利得波長依存性を有している（図１３Ａ）。利得等化器１７０は、このときの前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２の利得スペクトルの形状と同様の形状の損失スペクトルを有している。したがって、出力される光のスペクトルは平坦なものとなる。
【００６７】
これに対して入力信号光パワーが所定値より小さくなったときには、前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２における信号光の光増幅の利得は、制御回路１５０により制御されて大きくなり、その結果、波長が長いほど利得が小さくなり利得の波長依存性が変化する（図１３Ｂ）。しかし、このときに、光フィルタ１４０の損失スペクトルは制御回路１５０により制御されて、波長が長いほど損失が小さくなるよう設定される。
【００６８】
前段光増幅部１１１および後段光増幅部１１２から出力された光は、その固有の利得波長依存性が利得等化器１７０により等化され、図１３Ｃに示されるように利得（ｄＢ）が波長に対して線型に変化するよう調整される。その後、残存する利得の波長依存性は、光フィルタ１４０の損失スペクトルにより相殺される。その結果、光増幅器５００全体の利得特性は、波長に依らず略一定となり、その平坦性が維持される。
【００６９】
以上のように、本実施形態でも、入力信号光パワーが変動しても、出力信号光パワーを一定の目標値に維持するとともに、光増幅器５００全体の利得平坦性を維持することができる。特に本実施形態では、光フィルタ１４０に加えて利得等化器１７０を設けたことにより、光増幅器５００全体の利得平坦性は優れたものとなる。また、光フィルタ１４０の損失が信号光の波長帯域中の所定波長において略一定であるので、雑音指数が劣化することがない。なお、本実施形態において、光フィルタ１４０および利得等化器１７０の双方または何れか一方は、後段光増幅部１１２の後段にあってもよい。もちろん、第２〜第４の実施形態に係る光増幅器の何れに利得等化器を挿入しても同様の効果が得られる。
【００７０】
（第６の実施形態）
図１４Ａは、本発明に係る第６の実施形態である光増幅器３００ａの概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００ａは、図９に示される第３の実施形態の光増幅器３００の最終段の光カプラ３３２に代えてＡＳＥ光レベル検出器３３３を設置している点のみが相違する。
【００７１】
このＡＳＥ光レベル検出器３３３は、光フィルタ３４０から出力された信号光の所定波長帯域の両端外側に位置するそれぞれの波長の自然放出光（ＡＳＥ光）レベルを検出するものであり、制御回路３５０は、検出した長波長側と短波長側のＡＳＥ光レベル差を一定に維持するように光フィルタ３４０の損失スペクトルを調整する。ＡＳＥ光のレベル差を利用して制御することで制御が容易になるという利点がある。
【００７２】
多重信号光とともに多重信号光中の最短波長と最長波長に関する情報を有する監視光が送られてくる場合には、光カプラ３３１で分岐された監視光を制御回路３５０で受信してこれらの情報を読み出し、ＡＳＥ光レベル検出器３３３でＡＳＥ光レベルを検出する波長を読み出した最短波長と最長波長の外側近傍の波長となるよう設定すると、多重信号光中の最短波長と最長波長が一定でない場合にも安定した光増幅を行える。
【００７３】
図１４Ｂは、本発明に係る第６の実施形態の変形形態である光増幅器６００の概略構成図である。具体的な構成は、光入力端６０１から光出力端６０２へ順に、光カプラ６３０、前段光増幅部６１１、後段光増幅部６１２、光カプラ６３１および光フィルタ６４０が直列接続されて構成されている。光増幅器６００はさらに、前段、後段の各光増幅部６１１、６１２のそれぞれに励起光を供給する励起光源６２１、６２２、さらにこれらの励起光源６２１、６２２の光量と光フィルタ６４０の損失スペクトルを制御する制御回路６５０を備える。また、光カプラ６３１で分岐された光はスペクトルモニタデバイス６６０と可変バンドパスフィルタ６７０に導かれる。可変バンドパスフィルタ６７０を透過した光は受光素子６８０によって検出される。スペクトルモニタデバイス６６０と受光素子６８０の出力は制御回路６５０へと送られる。各増幅部６１１、６１２と光フィルタ６４０の構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、スペクトルモニタデバイス６６０で信号光中の最短波長の光と最長波長の光のそれぞれの波長を検出する。そして、可変バンドパスフィルタ６７０を制御することで出力多重信号光に含まれるこれらの波長の外側、すなわち、検出された最短波長より短波長側と検出された最長波長より長波長側のそれぞれのＡＳＥ光レベルを受光素子６８０により検出する。そして、制御回路６５０は、検出した長波長側と短波長側のＡＳＥ光レベル差を一定に維持するように光フィルタ６４０の損失スペクトルを調整する。この場合も制御が容易になるという利点がある。
【００７５】
（第７の実施形態）
図１５は、本発明に係る第７の実施形態である光増幅器７００の概略構成図である。この光増幅器７００は、分散補償ファイバ（DCF: Dispersion Compensating Fiber）７７０を内蔵している。
【００７６】
具体的な構成は、光入力端７０１から光出力端７０２へ順に、光カプラ７３０、前段光増幅部７１１、光フィルタ７４０、中段光増幅部７１２、利得等化器７６０、ＤＣＦ７７０および後段光増幅部７１３が直列接続されて構成されている。光増幅器７００はさらに、前段、中段、後段の各光増幅部７１１〜７１３のそれぞれに励起光を供給する励起光源７２１〜７２３、さらにこれらの励起光源７２１〜７２３の光量と光フィルタ７４０の損失スペクトルを制御する制御回路７５０を備える。各増幅部７１１〜７１３と光フィルタ７４０の構成は第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００７７】
本発明者は損失スペクトルを調整可能な光フィルタを用いた本実施形態の光増幅器７００の雑音特性改善効果を確認するため、従来一般的であった全損失率のみを調整する可変光減衰器を光フィルタとして搭載した場合との比較実験を行った。
【００７８】
実験では、−２８ｄｂｍ／ｃｈ〜−１２ｄｂｍ／ｃｈの１６ｄＢのダイナミックレンジの入力レベルに対する雑音特性を測定した。可変光減衰器を用いる場合、一般的に１６ｄＢもの入力ダイナミックレンジへの対応は困難であるため、−２８ｄｂｍ／ｃｈ〜−２０ｄｂｍ／ｃｈと−２０ｄｂｍ／ｃｈ〜−１２ｄｂｍ／ｃｈの２種に分けてこれらを組み合わせて使用した場合も合わせて測定した。
【００７９】
測定結果を図１６に示す。ここで、○が可変光減衰器を用いて全レンジを１種の光増幅器で増幅した場合、△が可変光減衰器を用いて全レンジを分割して２種の光増幅器でそれぞれ増幅した場合、□が本発明に係る第７の実施形態の光増幅器で増幅した場合の入力レベルに対する雑音特性を示している。
【００８０】
本発明に係る光増幅器では、全ての入力レベルにおいて雑音特性が改善され、さらに適応できるダイナミックレンジが拡大できる効果のあることが確認された。
【００８１】
次に、光フィルタの変形例について説明する。図４〜図６に示される損失スペクトルを有する光フィルタは、使用波長帯域の中心波長付近で損失が略一定であったが、損失が略一定となる波長λ1が短波長側あるいは長波長側にずれていてもよい。図１７に損失スペクトルを示す光フィルタは、この波長λ1が波長帯域の最短波長に位置している。そして、損失スペクトルはＬ0(λ) とＬ2(λ)の間で可変でき、光フィルタへ入力される光のパワーが最大のときには、損失スペクトルがＬ2(λ)となるよう調整し、入力される光のパワーが最小のときには、損失が波長によらずに一定となるＬ0(λ)となるよう調整する。その中間のときにはＬ1(λ)となるよう調整する。このようにすることで、特に短波長帯域での雑音指数劣化を抑制できる。また、入力されるパワーが最小のときには、透過率が最大となるので、特に入力光のパワーが小さいときの雑音特性回前効果がある。
【００８２】
（第８の実施形態）
図１８は、本発明に係る第８の実施形態である光増幅器３００ｂの概略構成図である。本実施形態に係る光増幅器３００ｂは、図９に示される第３の実施形態の光増幅器３００の最終段の光カプラ３３２からの分岐先に出力多重信号光中に含まれる信号光の数（波数）を検出する波数モニタ３３５が配置されている点が相違する。
【００８３】
入力多重信号光中に含まれる波数が変動すると、個々の信号光のパワーは変動せずとも入力多重信号光のパワーは変動する。そのため、単に増幅後の出力多重信号光のパワーを一定に維持しようとすると、波数が減少した場合には個々の信号光のパワーが増大し、波数が増加した場合には個々の信号光のパワーは減少して変動することになる。
【００８４】
本実施形態では、制御回路３５０ｂが波数モニタ３３５の出力をもとにして波数に比例して出力多重信号光のパワーの目標値を調整する。これにより、波数が変動した場合も個々の信号光の増幅後の光パワーを一定に維持することができる。
【００８５】
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。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。必ずしも前段光増幅部と後段光増幅部とに区分されていなくてもよく、あるいは３個以上の光増幅部を有していてもよい。
【００８６】
【産業上の利用可能性】
本発明に係る光増幅器、光増幅方法は特に、多重信号光を伝送する波長多重伝送システムにおいて好適に使用される。
【００８７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光増幅器の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】 第１の実施形態の前段光増幅部および励起光源の説明図である。
【図３】 第１の実施形態の光フィルタの説明図である。
【図４】 光フィルタの実施例Ａにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図５】 光フィルタの実施例Ｂにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図６】 光フィルタの実施例Ｃにおいて位相値Δφを変更したときの損失スペクトルを示したグラフである。
【図７】 第１の実施形態の光増幅器の動作を説明する図である。
【図８】 本発明に係る光増幅器の第２の実施形態の概略構成図である。
【図９】 本発明に係る光増幅器の第３の実施形態の概略構成図である。
【図１０】 本発明に係る光増幅器の第４の実施形態と、その変形形態の概略構成図である。
【図１１】 第３の実施形態における光フィルタおよびスペクトルモニタデバイスの説明図である。
【図１２】 本発明に係る光増幅器の第５の実施形態の概略構成図である。
【図１３】 本発明に係る光増幅器の第５の実施形態の動作を説明する図である。
【図１４】 本発明に係る光増幅器の第６の実施形態とその変形形態の概略構成図であり、
【図１５】 本発明に係る光増幅器の第７の実施形態の概略構成図である。
【図１６】 上記第７の実施形態と従来の光増幅器の雑音特性を比較したグラフである。
【図１７】 本発明に係る光増幅器に用いられる光フィルタの変形例の損失スペクトルを説明する図である。
【図１８】 本発明に係る光増幅器の第８の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１、１０１、２０１、３０１、４０１、６０１、７０１…光入力端、１２、１０２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２…光出力端、２０…主光路、２１、２２…副光路、３１〜３４、１１４、１３０、２３０、３３１、３３２、４３０、６３０、６３１、７３０…光カプラ、４１、４２…マッハツェンダ干渉回路（干渉計）、５１、５３…ヒータ、６１…入力側スラブ導波路、６２…アレイ導波路部、６３…出力側スラブ導波路、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００…光増幅器、１１１、２１１、３１１、４１１、６１１、７１１…前段光増幅部、１１２、２１２、３１２、４１２、６１２、７１３…後段光増幅部、１１３…増幅用光ファイバ、１１５…光アイソレータ、１２１、１２２、２２１、３２１、４２１、６２１…励起光源、１４０、２４０、３４０、４４０、６４０、７４０…光フィルタ、１５０、２５０、３５０、４５０、６５０、７５０…制御回路、１７０、７６０…利得等化器、３１０…多段増幅器、３３３…光レベル検出器、３３５…波数モニタ、４６０、６６０…スペクトルモニタデバイス、６７０…可変バンドパスフィルタ、６８０…受光素子、７１２…中段光増幅部。
Claims (21)
- 所定の波長帯域に属し、波長の異なる複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅器であって、蛍光物質が添加された光導波路を有し、前記多重信号光を前記蛍光物質の光励起を利用して増幅する一つあるいは複数の光増幅部と、前記光増幅部に所定の励起光を供給する励起光源と、前記光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて、前記所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタと、増幅後の光パワーが所定の目標値になるよう前記励起光源の励起光出力を制御するとともに、最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する制御手段と、前記光増幅部固有の利得の波長依存性を補償する利得等化器とを備える光増幅器。
- 前記多重信号光に含まれる信号光の数を検出する波数モニタをさらに備え、前記制御手段は前記波数モニタで検出された信号光の数に応じて増幅後の光パワーの目標値を調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記光増幅部に入力される光パワーを検出する入力光パワー検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記入力光パワー検出手段の検出結果に基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記光増幅部の利得を検出する利得検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記利得検出手段の検出結果に基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出する検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出手段で検出された最短、最長波長のパワー偏差に基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記多重信号光とともに送られてきた入力光信号中の最短波長、最長波長に関する情報を読み出す読み出し手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記読み出し手段で得られた情報を基にして前記パワー偏差を求める請求項５記載の光増幅器。
- 前記光増幅部から出力された光の前記所定の波長帯域の両端外側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出するＡＳＥ光レベル検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記ＡＳＥ光レベル検出手段で検出したそれぞれのＡＳＥ光レベルのレベル差が一定となるように前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記光増幅部から出力された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された最短波長の光より短波長側と最長波長の光より長波長側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出するＡＳＥ光レベル検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記ＡＳＥ光レベル検出手段で検出したそれぞれのＡＳＥ光レベルのレベル差が一定となるように前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１記載の光増幅器。
- 前記多重信号光とともに送られてきた入力光信号中の最短波長、最長波長に関する情報を読み出す読み出し手段をさらに備えており、前記ＡＳＥ光レベル検出手段は、前記読み出し手段で得られた情報を基にしてＡＳＥ光レベルを求める波長を決定する請求項８記載の光増幅器
- 前記光フィルタは、
前記多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、
前記主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、前記主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、前記主光路の第２の領域に対応する領域の長さが前記主光路と異なる第１の副光路と、
前記主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、前記主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、前記主光路の第５の領域に対応する領域の長さが前記主光路と異なる第２の副光路と、
前記主光路の第２の領域及び前記第１の副光路の前記主光路の第２の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第一の温度調整器と、
前記主光路の第５の領域及び前記第２の副光路の前記主光路の第５の領域に対応する領域の少なくとも一方に配置されている第二の温度調整器とを備えている請求項１記載の光増幅器。 - 所定の波長帯域に属し、波長の異なる複数の信号光を合波した多重信号光を一括して増幅する光増幅方法であって、
前記多重信号光を所定の励起光とともに蛍光物質が添加された光導波路に導いて光増幅する工程と、
増幅前あるいは増幅後の少なくともいずれか一方の前記多重信号光を、前記光増幅部における利得の波長依存性の変化に応じて前記所定の波長帯域内において損失Ｌ（ｄＢ）の波長λ（ｎｍ）に対する傾きｄＬ／ｄλを変更可能な光フィルタに導き、前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整することにより、前記光増幅工程における利得の波長依存性を低減する工程と、
前記励起光の強度を調整して増幅後の光パワーを所定の目標値になるように調整する工程と、
最終的な利得の波長依存性を平坦化させるように、前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する工程と、
所定の利得等化器により前記光増幅工程における固有の利得の波長依存性を低減する工程と、
を備えている光増幅方法。 - 多重信号光に含まれる信号光の数を検出し、検出された信号光の数に応じて増幅後の光パワーの目標値を調整する工程をさらに備えている請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記光増幅工程で入力される前記多重信号光の光パワーに基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記光増幅工程での利得に基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記光増幅工程で増幅された光の前記所定の波長帯域中の異なる２つの波長における光パワーの偏差に基づいて前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記多重信号光とともに送られてきた入力光信号中の最短波長、最長波長に関する情報を読み出す工程をさらに備え、前記異なる２つの波長は、それぞれ読み出した最短波長と最長波長である請求項１５記載の光増幅方法。
- 前記光増幅工程で増幅された光の前記所定の波長帯域の両端外側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出し、そのレベル差が一定となるように前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記光増幅工程で増幅された光に含まれる信号光の各波長、出力を検出して、検出された最短波長の光より短波長側と最長波長の光より長波長側におけるそれぞれのＡＳＥ光レベルを検出する工程をさらに備えている請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記多重信号光とともに送られてきた入力光信号中の最短波長、最長波長に関する情報を読み出す工程をさらに備え、前記ＡＳＥ光レベルを検出する工程では読み出した最短波長、最長波長を基に検出する波長を決定する請求項１８記載の光増幅方法。
- 前記光フィルタの前記所定の波長帯域における全透過率を最大に調整した際にその損失Ｌが波長によらずに略一定となるよう調整する請求項１１記載の光増幅方法。
- 前記光フィルタは、
前記多重信号光を導波させ、上流側から順に第１〜第６の領域に区分される主光路と、
前記主光路の第１及び第３の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、前記主光路の第２の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、前記主光路の第２の領域に対応する領域の長さが前記主光路と異なる第１の副光路と、
前記主光路の第４及び第６の領域に対しては伝搬光が光結合する程度に近接し、前記主光路の第５の領域に対しては伝搬光が光結合しない程度に離隔されて配置され、前記主光路の第５の領域に対応する領域の長さが前記主光路と異なる第２の副光路と、
を備えており、前記利得の波長依存性を低減する工程は、前記第１の副光路と前記主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方及び前記第２の副光路と前記主光路のこれに対応する領域の少なくとも一方の温度を調整することにより前記光フィルタの傾きｄＬ／ｄλを調整する請求項１１記載の光増幅方法。
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