JPWO2019003797A1 - 光ファイバ増幅器および光ファイバ増幅システム - Google Patents

Abstract

高い電力利用効率を実現可能な光ファイバ増幅器を提供する。光ファイバ１０２１は、光信号を通過させ、その光信号に励起光が合成されると、その光信号の信号強度を増幅する光ファイバである。光源１０３１〜１０３Ｎは、励起光を出力する複数の光源であって、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の光源である。光源駆動手段１０６１は、光源から励起光を出力させる。合成手段１０４１は、光源から出力された励起光を光信号に合成させる。スイッチ１０７１は、個々の光源毎に光源に対応する励起光の入力端を有し、励起光を合成手段１０４１に出力するための出力端を有する。

Description

本発明は、光信号の信号強度を増幅させる光ファイバ増幅器および光ファイバ増幅システムに関する。

光信号の信号強度を増幅させる光ファイバ増幅器の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１には、光信号が入力される希土類添加ファイバに、励起光源から出力される励起光を入力することで、光信号の信号強度を増幅する構成が記載されている。特許文献２にも同様の構成が記載されている。

このような光ファイバ増幅器は、高効率・高利得であり、利得がほぼ偏波無依存であることから光ファイバ通信システムの光信号中継用の増幅器として用いられる。

また、特許文献３には、入力される光信号が１．５５μｍ帯の光信号であることが開示され、励起光が１．４８μｍ帯の光であることが開示されている。また、特許文献３には、現用励起光源と待機用励起光源とを備える構成が開示されている。

特開平１１−１１２４３４号公報 特開平９−１１６５０６号公報 特開平６−３２６３８３号公報

一般的な光ファイバ増幅器の例として、図９に例示する光ファイバ増幅器が考えられる。図９に例示する光ファイバ１２１は、希土類イオンが添加された光ファイバである。ここでは、光ファイバ１２１にエルビウムイオンが添加された場合を例にして説明する。なお、ここでは、図９に示す位置Ａから位置Ｂまでの範囲に、エルビウムイオンが添加されているものとして説明する。光ファイバ１２１には、図９に示すように、第１の光アイソレータ１７１と、第１の信号強度モニタ１０１と、光合波器１４１と、第２の信号強度モニタ１０２と、第２の光アイソレータ１７２とが設けられる。

また、光ファイバ増幅器は、利得制御回路１５１と、１つの励起光源１３１と、光源駆動回路１６１とを備える。

光ファイバ１２１には、光信号Ｌｉｎが入力され、信号強度増幅後の光信号Ｌｏｕｔが出力される。第１の光アイソレータ１７１および第２の光アイソレータ１７２は、光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

第１の信号強度モニタ１０１は、入力される光信号Ｌｉｎの信号強度をモニタし、利得制御回路１５１にその信号強度を通知する。利得制御回路１５１は、出力される光信号Ｌｏｕｔの信号強度が一定になるように、光信号Ｌｉｎの信号強度と、一定とすべき信号強度との利得を算出する。なお、第２の信号強度モニタ１０２は、光信号Ｌｏｕｔの信号強度をモニタし、利得制御回路１５１にその信号強度を通知する。利得制御回路１５１は、第２の信号強度モニタ１０２から通知された信号強度によって、光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていることを確認する。

利得制御回路１５１は、上記のように算出した利得を光源駆動回路１６１に通知する。光源駆動回路１６１は、励起光源１３１を駆動し、利得に応じた励起光出力強度で、励起光源１３１から励起光を出力させる。

光合波器１４１は、励起光源１３１から出力された励起光を光信号Ｌｉｎに合成させる。エルビウムイオンが添加された光ファイバ１２１において、光信号Ｌｉｎに励起光が合成されることで、光信号Ｌｉｎの信号強度が増幅され、信号強度増幅後の光信号Ｌｏｕｔが出力される。

光信号は、一般的に、１．５５μｍ帯の光信号である。また、励起光は、一般的に、１．４８μｍ帯の光または０．９８μｍ帯の光である。

図９に例示する一般的な光ファイバ増幅器が用いられる光ファイバ通信システムは、通信の高速化および大容量化に重要な役割を担っている。そして、通信容量の増大に対応できるように、波長多重化の関連技術の開発が盛んに行われている。

そして、光ファイバ増幅器を長期にわたり効率よく運用するために、運用初期には、「信号伝達に用いられる帯域」を狭くし、トラフィックの増大に合わせて、波長多重化によって「信号伝達に用いられる帯域」を広くする手法がとられる。このように、運用開始後のトラフィックの増大に合わせて、「信号伝達に用いられる帯域」が変化する。なお、「信号伝達に用いられる帯域」は、スペクトラム、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）の信号使用率、あるいは、波長充填率とも称することができる。以下、「信号伝達に用いられる帯域」を、単に、帯域と記す場合がある。

図９に示す光ファイバ増幅器は、１つの励起光源１３１を備える。そして、励起光源１３１は、光信号の最大の帯域に合わせて設計される。すなわち、「信号伝達に用いられる帯域」が広くなった場合に、励起光出力強度が高い励起光を出力できるように、励起光源１３１は設計される。図１０は、そのような励起光源１３１の励起光出力強度対消費電力特性を示す模式図である。図１０に示す横軸は、励起光源の励起光出力強度である。なお、励起光出力強度は、ほぼ「信号伝達に用いられる帯域」に比例すると言える。また、図１０に示す縦軸は、励起光源の消費電力である。上記のように、「信号伝達に用いられる帯域」が広くなった場合に、励起光出力強度が高い励起光を出力できるように設計された励起光源１３１では、帯域が狭い場合でも、消費電力はそれほど低下しない。すると、例えば、運用開始後のように、帯域を狭くした状態では、消費電力が大きくなってしまう。

図１０に破線に示すように、消費電力が励起光出力強度に比例することが好ましい。しかし、上述のように、帯域が狭い場合でも、消費電力はそれほど低下せず、帯域を狭くした状態では、消費電力が大きくなってしまう。

また、低消費電力化を優先し、帯域を狭くした状態で消費電力が小さくなるように設計した場合には、帯域を広くしたときに、励起光出力強度が高い励起光を出力できない。

そこで、本発明は、高い電力利用効率を実現可能な光ファイバ増幅器および光ファイバ増幅システムを提供することを目的とする。

本発明による光ファイバ増幅器は、光信号を通過させ、その光信号に励起光が合成されると、その光信号の信号強度を増幅する光ファイバと、励起光を出力する複数の光源であって、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の光源と、光源から励起光を出力させる光源駆動手段と、光源から出力された励起光を光信号に合成させる合成手段と、個々の光源毎に光源に対応する励起光の入力端を有し、励起光を合成手段に出力するための出力端を有するスイッチとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、高い電力利用効率を実現することができる。

本発明の第１の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。 複数の励起光源の励起光出力強度対消費電力特性を表す模式図である。 一般的な光ファイバ増幅器と、本発明による光ファイバ増幅器との消費電力の差を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態の光ファイバ増幅システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。 本発明の概要を示すブロック図である。 一般的な光ファイバ増幅器の例を示す模式図である。 一般的な光ファイバ増幅器に設けられる励起光源の励起光出力強度対消費電力特性を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

前述の場合と同様に、各実施形態において、「信号伝達に用いられる帯域」を、単に、帯域と記す場合がある。前述のように、「信号伝達に用いられる帯域」は、スペクトラム、ＷＤＭの信号使用率、あるいは、波長充填率とも称することができる。

実施形態１．
図１は、本発明の第１の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態の光ファイバ増幅器は、第１の信号強度モニタ１と、第２の信号強度モニタ２と、帯域モニタ３と、第１の光アイソレータ１１と、第２の光アイソレータ１２と、光ファイバ２１と、複数の励起光源３１〜３Ｎと、光合波器４１と、利得制御回路５１と、光源駆動回路６１と、スイッチ７１と、出力モニタ８１と、スイッチ制御回路９１とを備える。

光ファイバ２１は、希土類イオンが添加された光ファイバである。ここでは、光ファイバ２１にエルビウムイオンが添加されている場合を例にして説明する。また、図１に示す位置Ａから位置Ｂまでの範囲に、エルビウムイオンが添加されているものとして説明する。

また、第１の実施形態の光ファイバ増幅器は１本の光ファイバ２１を備える。本実施形態において、光ファイバ２１は、１本のコアを含む。

光ファイバ２１は、光信号を通過させる。光ファイバ２１に、希土類イオン（本例では、エルビウムイオン）が添加されていることによって、その光信号に励起光が合成されると、その光信号の信号強度は増幅される。

すなわち、光ファイバ２１は、光信号を通過させ、その光信号に励起光が合成されると、その光信号の信号強度を増幅する光ファイバである。

図１に示す例において、光ファイバ２１に入力される光信号をＬｉｎと記す。また、光ファイバから出力される増幅後の光信号をＬｏｕｔと記す。また、便宜的に、光ファイバ２１において、光信号Ｌｉｎが入力される側を上流側と記し、光信号Ｌｏｕｔが出力される側を下流側と記す。

光ファイバ２１において、エルビウムイオンの添加範囲の開始位置Ａよりも上流側に、第１の信号強度モニタ１が接続され、さらに上流側に第１の光アイソレータ１１が接続されている。また、光ファイバ２１において、エルビウムイオンの添加範囲の終了位置Ｂよりも下流側に第２の信号強度モニタ２が接続され、さらに下流側に第２の光アイソレータが接続されている。

また、第１の信号強度モニタ１および第２の信号強度モニタ２はそれぞれ、利得制御回路５１に接続されている。さらに、利得制御回路５１は、光源駆動回路６１に接続されている。

また、第１の光アイソレータ１１と第１の信号強度モニタ１との間に、帯域モニタ３が接続されている。さらに、帯域モニタ３は、光源駆動回路６１に接続されている。

光源駆動回路６１には、各励起光源３１〜３Ｎが接続されている。

スイッチ７１は、個々の励起光源毎に、励起光源に対応する励起光の入力端を備える。図１に示す例では、スイッチ７１は、入力端Ｉ１〜ＩＮを備える。例えば、入力端Ｉ１は励起光源３１に対応し、入力端Ｉ２は励起光源３２に対応している。スイッチ７１の他の入力端もそれぞれ１つの励起光源に対応している。

各励起光源３１〜３Ｎの光出力端は、スイッチ７１の対応する入力端Ｉ１〜ＩＮに接続されている。例えば、励起光源３１の光出力端は、スイッチ７１の入力端Ｉ１に接続されている。

また、スイッチ７１は、入力された励起光を光合波器４１に出力するための出力端Ｏ１を備えている。本実施形態では、スイッチ７１は、１つの出力端Ｏ１を備えている。出力端Ｏ１は、光合波器４１に接続されている。また、光合波器４１は、光ファイバ２１におけるエルビウムイオンの添加範囲内に設けられている。

また、各励起光源３１〜３Ｎの光出力端は、出力モニタ８１に接続されている。

出力モニタ８１は、光源駆動回路６１およびスイッチ制御回路９１に接続されている。スイッチ制御回路９１は、スイッチ７１に接続されている。

次に、個々の要素について説明する。

各励起光源３１〜３Ｎは、それぞれ、励起光出力強度対消費電力特性が異なる励起光源である。図２は、複数の励起光源の励起光出力強度対消費電力特性を表す模式図である。図２に示す横軸は、励起光源の励起光出力強度である。なお、励起光出力強度は、ほぼ「信号伝達に用いられる帯域」に比例すると言える。後述のように、利得制御回路５１によって算出される利得はあまり変化しない傾向があるためである。図２に示す縦軸は、励起光源の消費電力である。図２では、励起光源３１〜３５の特性の例を模式的に示している。消費電力が小さいほど、励起光出力強度の上限値が小さい。例えば、図２に示す例では、低消費電力化の観点からは、励起光源３１，３２，３３，３４，３５の順に好ましい。ただし、励起光源３１は、励起光出力強度Ｒ１までの励起光を出力できるが、それ以上の励起光出力強度の励起光は出力できない。同様に、励起光源３２，３３，３４が出力できる励起光の励起光出力強度の上限は、それぞれＲ２，Ｒ３，Ｒ４である。

例えば、励起光出力強度ａ（図２参照）の励起光を出力する場合、消費電力が最も小さい励起光源３１から励起光を出力することが好ましい。また、励起光出力強度ｂ（図２参照）の励起光を出力する場合、Ｒ１＜ｂであるので、励起光源３１は使用できない。この場合、励起光源３１以外で最も消費電力が小さい励起光源３２から励起光を出力することが好ましい。

本発明では、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の励起光源の中から適切な励起光源を選択することによって、高い電力利用効率を実現する。

また、個々の励起光源３１〜３Ｎは、それぞれペルチエ冷却器を備える。そして、個々の励起光源に対応する個々のペルチエ冷却器の最大吸熱量は、それぞれ異なる。このように、励起光源に設けられるペルチエ冷却器の最大吸熱量をそれぞれ異なるようにすることで、各励起光源３１〜３Ｎの励起光出力強度対消費電力特性を変えることができる。ただし、ペルチエ冷却器の最大吸熱量だけでなく、他の要素も変化させて、各励起光源３１〜３Ｎの励起光出力強度対消費電力特性を変えてもよい。

各励起光源３１〜３Ｎが出力する励起光の波長は共通である。例えば、各励起光源３１〜３Ｎが出力する励起光の波長は、１．４８μｍ帯で共通である。また、例えば、各励起光源３１〜３Ｎが出力する励起光の波長は、０．９８μｍ帯で共通であってもよい。

入力される光信号をＬｉｎの波長は、１．５５μｍ帯である。

第１の光アイソレータ１１および第２の光アイソレータ１２は、光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

第１の信号強度モニタ１は、入力される光信号Ｌｉｎの信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。

利得制御回路５１は、出力される光信号Ｌｏｕｔの信号強度が一定になるように、第１の信号強度モニタ１から通知された光信号Ｌｉｎの信号強度と、一定とすべき信号強度との利得を算出する。換言すれば、利得制御回路５１は、光ファイバ２１内で光信号Ｌｉｎの信号強度を所定の信号強度に増幅する際の利得を算出する。利得制御回路５１は、増幅後における一定とすべき信号強度の値を予め記憶しておき、利得制御回路５１は、光信号Ｌｉｎの信号強度とその信号強度との利得を算出すればよい。

また、第２の信号強度モニタ２は、出力される光信号Ｌｏｕｔの信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。利得制御回路５１は、第２の信号強度モニタ２から通知された信号強度によって、光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていることを確認する。光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていなければ、利得制御回路５１は、算出した利得を調整する。例えば、光信号Ｌｏｕｔの信号強度を１００で一定にすべきであるとする。第２の信号強度モニタ２から通知された実際の光信号Ｌｏｕｔの信号強度が１００より大きければ、利得制御回路５１は、算出した利得の値を小さくするように調整する。また、第２の信号強度モニタ２から通知された実際の光信号Ｌｏｕｔの信号強度が１００より小さければ、利得制御回路５１は、算出した利得の値を大きくするように調整する。

利得制御回路５１は、算出した利得を光源駆動回路６１に通知する。

帯域モニタ３は、光ファイバ２１を通過する光信号Ｌｉｎの帯域（信号伝達に用いられる帯域）をモニタし、光源駆動回路６１にその帯域を通知する。

光源駆動回路６１は、利得制御回路５１から通知された利得と、帯域モニタ３から通知された帯域との積を算出する。そして、光源駆動回路６１は、その利得と帯域との積に基づいて、励起光を出力させる励起光源を、複数の励起光源３１〜３Ｎの中から１つ選択する。

光源駆動回路６１は、利得と帯域との積の範囲（数値範囲）と、選択する励起光源との対応関係を予め記憶している。光源駆動回路６１は、例えば、範囲“０以上Ｔ１未満”と励起光源３１とが対応し、範囲“Ｔ１以上Ｔ２未満”と励起光源３２とが対応する等の対応関係を示す情報を予め記憶している。ここで、各範囲は重複せず境界を挟んで連続するように定められる。また、値の小さい範囲ほど、消費電力が小さな励起光源に対応付けられる。

例えば、上記の例において、利得と帯域との積が範囲“０以上Ｔ１未満”に属しているとする。この場合、光源駆動回路６１は、範囲“０以上Ｔ１未満”に対応する励起光源３１を選択する。

光源駆動回路６１は、選択した１つの励起光源を駆動し、その励起光源に励起光を出力させる。このとき、光源駆動回路６１は、利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で、その励起光源から励起光を出力させる。光源駆動回路６１は、利得と帯域との積の値が大きいほど、励起光出力強度を高くし、利得と帯域との積の値が小さいほど、励起光出力強度を低くする。

光源駆動回路６１は、一旦、利得と帯域との積に基づいて１つの励起光源を選択した後には、出力モニタ８１の指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

利得制御回路５１は、例えば、定期的に利得を光源駆動回路６１に通知する。帯域モニタ３も、例えば、定期的に帯域を光源駆動回路６１に通知する。光源駆動回路６１は、新たに利得および帯域が通知された場合、励起光を出力させている励起光源からの励起光の励起光出力強度を、その利得と帯域の積に応じて変化させる。上記のように、光源駆動回路６１は、一旦、利得と帯域との積に基づいて１つの励起光源を選択した後には、出力モニタ８１の指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。従って、新たに利得および帯域が通知された場合、光源駆動回路６１は、励起光出力強度を制御するが、励起光を出力させる励起光源を選択し直すことはしない。

出力モニタ８１は、励起光源３１〜３Ｎの光出力端から出力される励起光の励起光出力強度をモニタする。出力モニタ８１は、励起光出力強度をモニタするためのセンサとして、例えば、フォトダイオードを備えていればよい。ただし、励起光出力強度をモニタするためのセンサは、フォトダイオード以外のセンサであってもよい。

具体的には、出力モニタ８１は、光源駆動回路６１によって駆動されている励起光源から出力される励起光の励起光出力強度をモニタする。

また、出力モニタ８１は、予め励起光源毎に定められた励起光出力強度の範囲を記憶している。出力モニタ８１は、例えば、励起光源３１に定められた励起光出力強度の範囲“０以上Ｒ１未満（図２参照）”、励起光源３２に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ１以上Ｒ２未満（図２参照）”、励起光源３３に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ２以上Ｒ３未満（図２参照）”等を予め記憶している。励起光源毎に定められた励起光出力強度の範囲は、重複せず境界を挟んで連続するように定められる。

利得制御回路５１が算出した利得と帯域モニタ３がモニタした光信号Ｌｉｎの帯域のうち、いずれか一方、または、両方が変化することによって、利得と帯域との積が変化したとする。すると、光源駆動回路６１は、変化後の積に応じて、励起光を出力させている励起光源からの励起光の励起光出力強度を変化させる。出力モニタ８１は、光源駆動回路６１によって駆動されている励起光源から出力される励起光の励起光出力強度が、その励起光源に対して定められている励起光出力強度の範囲の境界値になると、励起光を出力させる励起光源を、その範囲の隣りの範囲に対応する励起光源に切り替えるように光源駆動回路６１に対して指示する。また、出力モニタ８１は、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示する。

光源駆動回路６１は、出力モニタ８１の指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

また、スイッチ制御回路９１は、出力モニタ８１の指示に従って、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させる。なお、スイッチ７１の入力端と出力端とを接続させるとは、その入力端に入力された励起光がその出力端から出力される状態にすることを意味する。スイッチ制御回路９１は出力端Ｏ１に接続させる入力端を制御していると言うことができる。

以下、図１に示すように、Ｎ個の入力端と１個の出力端Ｏ１とを備えるスイッチ７１を、Ｎ×１スイッチ７１と記す。

なお、Ｎ×１スイッチ７１は、０．９８μｍ帯の励起光または１．４８μｍ帯の励起光、あるいは、その両方に対して動作可能なスイッチであり、最大挿入損失が１ｄＢ以下のスイッチである。

光合波器４１は、Ｎ×１スイッチ７１の出力端Ｏ１から出力された励起光を、光信号Ｌｉｎに合成させる。

個々の励起光源３１〜３Ｎはそれぞれ、例えば、半導体レーザダイオードによって実現される。第１の信号強度モニタ１、第２の信号強度モニタ２、および、帯域モニタ３は、それぞれ専用のセンサによって実現される。

また、利得制御回路５１、光源駆動回路６１、出力モニタ８１、および、スイッチ制御回路９１は、例えば、それぞれ専用のプロセッサによって実現される。出力モニタ８１として動作するプロセッサは、励起光出力強度をモニタするためのセンサを含む。また、利得制御回路５１、光源駆動回路６１、出力モニタ８１、および、スイッチ制御回路９１が、それぞれの要素の機能を有する１つのプロセッサによって実現されてもよい。

次に、第１の実施形態の光ファイバ増幅器の動作の例について説明する。

光ファイバ２１には、光信号Ｌｉｎが入力される。光信号をＬｉｎの波長は、１．５５μｍ帯である。第１の光アイソレータ１１は、光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

帯域モニタ３は、光ファイバ２１を通過する光信号Ｌｉｎの帯域（信号伝達に用いられる帯域）をモニタし、光源駆動回路６１にその帯域を通知する。ここで、光ファイバ増幅器の運用初期段階では、光信号によるトラフィック（通信量）が少なく、帯域モニタ３によってモニタされる帯域の値も小さい値である。

また、第１の信号強度モニタ１は、光信号Ｌｉｎの信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。

利得制御回路５１は、出力される光信号Ｌｏｕｔの信号強度が一定になるように、第１の信号強度モニタ１から通知された光信号Ｌｉｎの信号強度と、一定とすべき信号強度との利得（すなわち、光信号Ｌｉｎの信号強度を所定の信号強度に増幅する際の利得）を算出する。前述のように、利得制御回路５１は、増幅後における一定とすべき信号強度の値を予め記憶しておき、利得制御回路５１は、光信号Ｌｉｎの信号強度とその信号強度との利得を算出すればよい。利得制御回路５１は、算出した利得を光源駆動回路６１に通知する。

なお、運用時間の経過に伴い、トラフィックが増加し、光信号Ｌｉｎの帯域（信号伝達に用いられる帯域）は増加する傾向がある。また、利得制御回路５１によって算出される利得はあまり変化しない傾向がある。ただし、光信号Ｌｉｎの帯域が減少することがあってもよい。また、利得は全く変化しないとは限らない。

光源駆動回路６１は、利得制御回路５１から通知された利得と、帯域モニタ３から通知された帯域との積を算出する。既に説明したように、光源駆動回路６１は、例えば、範囲“０以上Ｔ１未満”と励起光源３１とが対応し、範囲“Ｔ１以上Ｔ２未満”と励起光源３２とが対応する等の対応関係を示す情報を予め記憶している。また、値の小さい範囲ほど、消費電力が小さな励起光源に対応付けられる。光源駆動回路６１は、算出した積が属する範囲に対応する励起光源を、複数の励起光源３１〜３Ｎの中から１つ選択する。

ここでは、光ファイバ増幅器は運用開始初期の状態であり、入力される光信号Ｌｉｎの帯域の値は、小さい値であるとする。そして、利得と帯域の積も小さく、利得と帯域の積は、範囲“０以上Ｔ１未満”に属しているものとする。このとき、光源駆動回路６１は、範囲“０以上Ｔ１未満”に対応する励起光源３１を選択する。

そして、光源駆動回路６１は、選択した励起光源３１を駆動し、利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光源３１から励起光を出力させる。既に説明したように、光源駆動回路６１は、利得と帯域との積の値が大きいほど、励起光出力強度を高くし、利得と帯域との積の値が小さいほど、励起光出力強度を低くする。

ここで、光源駆動回路６１によって選択された励起光源３１は、利得と帯域との積に応じた励起光出力強度の励起光を出力する際に、励起光出力強度対消費電力特性が最も高効率となる励起光源である。既に説明したように、消費電力が励起光出力強度に比例することが好ましい。そして、励起光出力強度と消費電力とが理想的な比例関係にあると仮定した場合、その比例関係は、図２に破線で示す直線１９で表すことができる。定められた励起光出力強度のもとで、励起光出力強度対消費電力特性が最も高効率となる励起光源とは、（定められた励起光出力強度，消費電力）で表される座標が、その直線に最も近い励起光源である。

例えば、利得と帯域との積に応じた励起光出力強度の値が図２に示す“ａ”であるとする。励起光出力強度ａの励起光を出力する場合、励起光源３１の消費電力が最も小さい。励起光出力強度ａ付近において、励起光源毎に定まる（ａ，消費電力）という座標の中で、励起光源３１に対応する（ａ，消費電力）という座標が、直線１９に最も近い。従って、利得と帯域との積の値が小さく、励起光出力強度も小さくする場合、励起光源３１の励起光出力強度対消費電力特性が最も高効率となる。

なお、運用初期段階では光信号によるトラフィックが少ないことに基づいて、Ｎ×１スイッチ７１において、初期状態で入力端Ｉ１と出力端Ｏ１とが接続されていてもよい。あるいは、光源駆動回路６１が利得と帯域との積に基づいて励起光源を選択した場合には、光源駆動回路６１がその励起光源に対応する入力端と出力端Ｏ１との接続をスイッチ制御回路９１に指示し、スイッチ制御回路９１はその指示に従って、指示された入力端と出力端Ｏ１とを接続させてもよい。この場合、光源駆動回路６１とスイッチ制御回路９１とが接続される構成となる。

励起光源３１は、光源駆動回路６１によって駆動され、光源駆動回路６１が定めた励起光出力強度の励起光を出力する。その励起光はＮ×１スイッチ７１において、励起光源３１に対応する入力端Ｉ１に入力され、Ｎ×１スイッチ７１は、入力端Ｉ１に入力されたその励起光を出力端Ｏ１から出力する。Ｎ×１スイッチ７１は、最大挿入損失が１ｄＢ以下のスイッチであるので、入力端から入力された励起光は、ほとんど全部、出力端Ｏ１から出力される。

光合波器４１は、Ｎ×１スイッチ７１の出力端Ｏ１から出力された励起光を、光信号Ｌｉｎに合成させる。

光合波器４１が励起光を光信号に合成させる態様は、コア個別方式であっても、他の方式であってもよい。コア個別方式は、励起光を、光ファイバ２１内のコアに入力することによって、コア内を通過する光信号に励起光を合成する方式である。あるいは、光合波器４１は、光ファイバ２１において、コアの周囲に存在するクラッドに励起光を入力することによって、コア内を通過する光信号に励起光を合成させてもよい。

励起光が合成された光信号Ｌｉｎが、光ファイバ２１における希土類イオン（本例ではエルビウムイオン）の添加範囲を通過することで、光信号Ｌｉｎの信号強度は増幅される。光信号Ｌｉｎには、光信号Ｌｉｎの帯域および利得制御回路５１によって算出された利得の積に応じた励起光出力強度の励起光が合成される。この結果、光信号Ｌｉｎの信号強度は一定の信号強度に増幅され、光信号Ｌｏｕｔとして出力される。

このとき、第２の信号強度モニタ２は、光信号Ｌｏｕｔの信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。利得制御回路５１は、第２の信号強度モニタ２から通知された信号強度によって、光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていることを確認する。光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていなければ、利得制御回路５１は、以後、算出した利得を調整する。

また、第２の光アイソレータ１２は、光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

利得制御回路５１は、例えば、定期的に利得を光源駆動回路６１に通知する。帯域モニタ３も、例えば、定期的に帯域を光源駆動回路６１に通知する。すると、光源駆動回路６１は、励起光を出力させている励起光源からの励起光の励起光出力強度を、その利得と帯域の積に応じて制御する。従って、利得と帯域の積が変化すると、光源駆動回路６１によって駆動されている励起光源から出力される励起光の励起光出力強度も変化する。

出力モニタ８１は、各励起光源３１〜３Ｎの光出力端から出力される励起光の励起光出力強度をモニタする。そして、出力モニタ８１は、励起光を出力している励起光源の励起光の励起光出力強度が、その励起光源に対して定められた励起光出力強度の範囲の境界値になったときに、光源駆動回路６１に対して、励起光を出力する励起光源を、その境界値を介した隣りの励起光出力強度の範囲に対応する励起光源に切り替えることを指示する。光源駆動回路６１は、その指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

また、出力モニタ８１は、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示する。スイッチ制御回路９１は、その指示に従って、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させる。

以下、図２を参照して、出力モニタ８１の指示に基づく励起光源の切り替えの例を説明する。例えば、利得と帯域の積が増加したことによって、光源駆動回路６１が、励起光源３１に出力させる励起光の励起光出力強度を増加させ、励起光出力強度が境界値Ｒ１（図２参照）になったとする。そして、励起光源３１に定められた励起光出力強度の範囲“０以上Ｒ１未満（図２参照）”からみて、境界値Ｒ１を介した隣りの範囲は、“Ｒ１以上Ｒ２未満（図２参照）”であり、この範囲“Ｒ１以上Ｒ２未満”は、励起光源３２に定められた範囲である。従って、出力モニタ８１は、励起光を出力する励起光源を、励起光源３１から励起光源３２に切り替えることを光源駆動回路６１に指示し、光源駆動回路６１は、励起光を出力する励起光源を、励起光源３１から励起光源３２に切り替える。

このとき、出力モニタ８１は、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源３２に対応するスイッチ７１の入力端Ｉ２と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示し、スイッチ制御回路９１は、入力端Ｉ２と出力端Ｏ１とを接続させる。

この結果、利得と帯域の積が増加し、励起光出力強度が境界値Ｒ１を超える場合、励起光を出力する励起光源が、励起光源３１から励起光源３２に切り替えられる。そして、励起光源３２が出力する励起光が光合波器４１によって光信号Ｌｉｎに合成される。

上記の例では、励起光出力強度を増加させる場合の例を示したが、励起光出力強度を減少させる場合の励起光源の切り替えも同様である。例えば、励起光源３２が励起光源を出力しているとする。そして、利得と帯域の積が減少したことによって、励起光出力強度が境界値Ｒ１（図２参照）になったとする。励起光源３２に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ１以上Ｒ２未満（図２参照）”からみて、境界値Ｒ１を介した隣りの範囲は、“０以上Ｒ１未満（図２参照）”であり、この範囲“０以上Ｒ１未満”は、励起光源３１に定められた範囲である。従って、出力モニタ８１は、励起光を出力する励起光源を、励起光源３２から励起光源３１に切り替えることを光源駆動回路６１に指示し、光源駆動回路６１は、励起光を出力する励起光源を、励起光源３２から励起光源３１に切り替える。

このとき、出力モニタ８１は、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源３１に対応するスイッチ７１の入力端Ｉ１と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示し、スイッチ制御回路９１は、入力端Ｉ１と出力端Ｏ１とを接続させる。

この結果、利得と帯域の積が減少し、励起光出力強度が境界値Ｒ１を超える場合、励起光を出力する励起光源が、励起光源３２から励起光源３１に切り替えられる。そして、励起光源３１が出力する励起光が光合波器４１によって光信号Ｌｉｎに合成される。

なお、利得と帯域の積が変化する態様としては、帯域のみが変化することで積が変化する態様、利得のみが変化することで積が変化する態様、利得と帯域の両方が変化することで積が変化する態様がある。利得と帯域の積が変化する態様は、これらのいずれでもよい。

本実施形態によれば、光ファイバ増幅器は、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の励起光源を備える。そして、光源駆動回路６１は、利得制御回路５１から通知された利得と帯域モニタ３から通知された帯域（入力光Ｌｉｎの帯域）との積に基づいて１つの励起光源を選択する。従って、光源駆動回路６１は、励起光出力強度対消費電力特性が最も高効率となる励起光源から励起光を出力させることができる。よって、高い電力利用効率を実現することができる。

さらに、光源駆動回路６１は、励起光源から、上記の積に応じた励起光出力強度で励起光を出力させる。利得と帯域との積が変化し、励起光出力強度が励起光源に定められた励起光出力強度の範囲の境界値になると、出力モニタ８１が、光源駆動回路６１に励起光源の切り替えを指示する。さらに、出力モニタ８１は、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源３１に対応するスイッチ７１の入力端Ｉ１と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示する。従って、利得と帯域との積の変化に応じて励起光出力強度が変化しても、光ファイバ増幅器は、励起光出力強度対消費電力特性が最も高効率となる励起光源から励起光を出力させることができる。この点においても、高い電力利用効率を実現することができる。

図３は、図９に示す一般的な光ファイバ増幅器と、本発明による光ファイバ増幅器との消費電力の差を示す模式図である。図３に示す横軸は、時間（年）の経過を示す。左側の縦軸は、トラフィックを示す。トラフィックが増大すると、信号伝達に用いられる帯域も増大する。右側の縦軸は消費電力を示す。また、図３に示す実線のグラフは、トラフィックの変化を示す。一般に、光ファイバ増幅器の運用開始後、時間の経過とともにトラフィックは増加し、入力信号Ｌｉｎの帯域も増加する。また、図３に示すような、災害等による一時的なトラフィックの増加も起こり得る。図３に示す一点鎖線のグラフは、図３に示すトラフィックの変化に応じた一般的な光ファイバ増幅器（図９参照）における消費電力の変化を模式的に示す。図３に示す破線のグラフは、図３に示すトラフィックの変化に応じた本発明の消費電力の変化を模式的に示す。本発明の消費電力の方が、図９に示す一般的な光ファイバ増幅器よりも低く、本発明によれば、高い電力利用効率を実現できる。

次に、第１の実施形態の変形例を説明する。以下に示す変形例は、後述の各実施形態に適用可能である。前述のように、利得制御回路５１によって算出される利得はあまり変化しない傾向がある。このため、光源駆動回路６１は、帯域モニタ３から通知された帯域のみに基づいて、励起光源を選択してもよい。ただし、光源駆動回路６１は、選択した励起光源から、利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で励起光を出力させる。

この場合、光源駆動回路６１は、帯域の範囲（数値範囲）と、選択する励起光源との対応関係を予め記憶している。光源駆動回路６１は、例えば、範囲“０以上Ｗ１未満”と励起光源３１とが対応し、範囲“Ｗ１以上Ｗ２未満”と励起光源３２とが対応する等の対応関係を示す情報を予め記憶する。ここで、各範囲は重複せず境界を挟んで連続するように定められる。また、値の小さい範囲ほど、消費電力が小さな励起光源に対応付けられる。

例えば、上記の例において、帯域モニタ３から通知された入力信号Ｌｉｎの帯域（信号伝達に用いられる帯域）の値が、範囲“０以上Ｗ１未満”に属しているとする。この場合、光源駆動回路６１は、範囲“０以上Ｗ１未満”に対応する励起光源３１を選択する。そして、光源駆動回路６１は、その励起光源３１から、利得（利得制御回路５１から通知された利得）とその帯域との積に応じた励起光出力強度で励起光を出力させる。

この場合においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の変形例において、帯域モニタ３から通知された帯域の値が小さく、例えば、励起光源３１が選択されたとする。また、利得制御回路５１から通知された利得が大きく、利得と帯域の積の値が大きくなり、利得と帯域の積に応じた励起光出力強度が、励起光源３１に定められた励起光出力強度の上限よりも大きいとする。すると、光源駆動回路６１は、選択した励起光源３１に、励起光出力強度Ｒ１で励起光を出力させ、その結果、出力モニタ８１が、直ちに、励起光を出力する励起光源の切り替えを指示する。このように、上記の変形例では、光源駆動回路６１が励起光源を選択し、その励起光源から励起光を出力させた後、直ちに、出力モニタ８１が励起光源の切り替えを指示する場合があり得る。

実施形態２．
図４は、本発明の第２の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態と同様の構成要素には、図１と同一の符号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態の光ファイバ増幅器は、第１の実施形態における出力モニタ８１の代わりに、切り替え指示回路８３および複数の励起光出力強度モニタ８２を備える。励起光出力強度モニタ８２と励起光源３１〜３Ｎは、一対一に対応し、個々の励起光出力強度モニタ８２は、対応する励起光源に集積される。

各励起光出力強度モニタ８２は、切り替え指示回路８３に接続されている。切り替え指示回路８３は、光源駆動回路６１およびスイッチ制御回路９１に接続されている。

そして、個々の励起光出力強度モニタ８２は、対応する励起光源の光出力端から出力される励起光の励起光出力強度をモニタし、そのモニタ結果（出力される励起光の励起光出力強度）を切り替え指示回路８３に通知する。

切り替え指示回路８３は、予め励起光源毎に定められた励起光出力強度の範囲を記憶している。切り替え指示回路８３は、例えば、励起光源３１に定められた励起光出力強度の範囲“０以上Ｒ１未満（図２参照）”、励起光源３２に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ１以上Ｒ２未満（図２参照）”、励起光源３３に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ２以上Ｒ３未満（図２参照）”等を予め記憶している。この点は、第１の実施形態における出力モニタ８１と同様である。

そして、切り替え指示回路８３は、励起光を出力している励起光源に対応する励起光出力強度モニタ８２から励起光出力強度の通知を受ける。そして、切り替え指示回路８３は、その励起光出力強度が、その励起光源に対して定められた励起光出力強度の範囲の境界値になったときに、光源駆動回路６１に対して、励起光を出力する励起光源を、その境界値を介した隣りの励起光出力強度の範囲に対応する励起光源に切り替えることを指示する。光源駆動回路６１は、その指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

また、スイッチ制御回路９１に対して、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させることを指示する。スイッチ制御回路９１は、その指示に従って、切り替え後の励起光源に対応するスイッチ７１の入力端と、スイッチ７１の出力端Ｏ１とを接続させる。

切り替え指示回路８３および複数の励起光出力強度モニタ８２は、第１の実施形態における出力モニタ８１を、励起光の励起光出力強度をモニタする部分（複数の励起光出力強度モニタ８２）と、それ以外の機能を実現する部分（切り替え指示回路８３）とに分離した構成である。切り替え指示回路８３と複数の励起光出力強度モニタ８２とを含む部分の機能は、第１の実施形態における出力モニタ８１の機能と同様である。

各励起光出力強度モニタ８２は、例えば、フォトダイオードで実現される。切り替え指示回路８３は、例えば、専用のプロセッサによって実現される。利得制御回路５１、光源駆動回路６１、切り替え指示回路８３、および、スイッチ制御回路９１が、それぞれの要素の機能を有する１つのプロセッサによって実現されていてもよい。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

出力モニタ８１の代わりに、切り替え指示回路８３および複数の励起光出力強度モニタ８２を備える構成とすることは、後述の各実施形態にも適用可能である。

実施形態３．
図５は、本発明の第３の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態と同様の構成要素には、図１と同一の符号を付し、説明を省略する。

第３の実施形態の光ファイバ増幅器は、第１の実施形態における光ファイバ２１の代わりに、１本の光ファイバ２１ａを備える。第１の実施形態における光ファイバ２１が１本のコアを含む光ファイバであるのに対して、第３の実施形態における光ファイバ２１ａは、複数本のコアを含むマルチコア光ファイバである。本実施形態では、光ファイバ２１ａがＫ本のコアを含んでいるものとして説明する。

光ファイバ２１ａには、希土類イオン（ここでは、エルビウムイオンとする。）が添加されている。ここでは、図５に示す位置Ａから位置Ｂまでの範囲にエルビウムイオンが添加されているものとして説明する。

また、本実施形態の光ファイバ増幅器には、複数の光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが入力される。そして、光ファイバ増幅器は、各光信号を増幅し、増幅後の光信号を、光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫとして出力する。

本実施形態では、第１の信号強度モニタ１の上流側にファイババンドルファンアウト８７が設けられ、ファイババンドルファンアウト８７を介して、光ファイバ２１ａと、Ｋ本の光ファイバ９１１〜９１Ｋとが接続されている。Ｋ本の光ファイバ９１１〜９１Ｋはそれぞれ、１本のコアを含む。また、Ｋ本の光ファイバ９１１〜９１Ｋには、それぞれ別個に、第１の光アイソレータ１１１，１１２，・・・，１１Ｋが接続されている（図５参照）。

同様に、第２の信号強度モニタ２の下流側にはファイババンドルファンイン８８が設けられ、ファイババンドルファンイン８８を介して、光ファイバ２１ａと、Ｋ本の光ファイバ９２１〜９２Ｋとが接続されている。Ｋ本の光ファイバ９２１〜９２Ｋはそれぞれ、１本のコアを含む。また、Ｋ本の光ファイバ９２１〜９２Ｋには、それぞれ別個に、第２の光アイソレータ１２１，１２２，・・・，１２Ｋが接続されている（図５参照。）

ファイババンドルファンアウト８７およびファイババンドルファンイン８８は、共通の構成の部材である。ファイババンドルファンアウト８７およびファイババンドルファンイン８８は、いずれも、それぞれが１本のコアを含む複数の光ファイバと、複数のコアを含む１本の光ファイバ２１ａとを接続させる部材である。より具体的には、複数の光ファイバ内にそれぞれ含まれている１本のコアと、１本の光ファイバ２１ａ内に含まれている個々のコアとを、一対一に接続させる部材である。ファイババンドルファンアウト８７では、Ｋ本の光ファイバ９１１〜９１Ｋが上流側に存在し、１本の光ファイバ２１ａが下流側に存在する（図５参照）。また、ファイババンドルファンイン８８では、１本の光ファイバ２１ａが上流側に存在し、Ｋ本の光ファイバ９２１〜９２Ｋが下流側に存在する（図５参照）。

入力される光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、光ファイバ９１１〜９１Ｋに別個に入力される。

同様に、出力される光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫは、光ファイバ９２１〜９２Ｋから別個に出力される。

また、本実施形態における光合波器４１ａは、複数本のコアを含む光ファイバ２１ａに対して励起光を、クラッド一括方式によって合成する光合波器である。光ファイバ２１ａは、クラッド内に複数本のコアが設けられる構成となっている。クラッド一括方式は、クラッドに励起光を入力することによって、光ファイバ２１ａ内のそれぞれのコアを通過する光信号に励起光を合成させる方式である。

第３の実施形態では、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫがそれぞれ光ファイバ９１１〜９１Ｋに別個に入力される。各光ファイバ９１１〜９１Ｋにそれぞれ設けられた第１の光アイソレータ１１１〜１１Ｋは、入力された光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

Ｋ本の光ファイバ９１１〜９１Ｋに入力された光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、ファイババンドルファンアウト８７を通過することによって、１本の光ファイバ２１ａ内に存在するそれぞれ別々のコアを通過する。

上記のように、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが１本の光ファイバ２１ａ内を通過する状態で、帯域モニタ３は、光ファイバ２１ａを通過する光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫ全体の帯域（信号伝達に用いられる帯域）をモニタし、光源駆動回路６１にその帯域を通知する。

また、第１の信号強度モニタ１は、光ファイバ２１ａを通過する光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫ全体の信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。

以降の利得制御回路５１、光源駆動回路６１、励起光源３１〜３Ｎ、出力モニタ８１、スイッチ制御回路９１、Ｎ×１スイッチ７１、および光合波器４１ａの動作は、第１の実施形態における利得制御回路５１、光源駆動回路６１、励起光源３１〜３Ｎ、出力モニタ８１、スイッチ制御回路９１、Ｎ×１スイッチ７１、および光合波器４１の動作と同様である。スイッチ制御回路９１は、第１の実施形態と同様に、１つの励起光源を選択する。

ただし、本実施形態では、光合波器４１ａは、光ファイバ２１ａ内のそれぞれのコアを通過する光信号に対して、クラッド一括方式によって励起光を合成させる。

また、本実施形態では、十分な励起光出力強度を得られるようにするため、励起光源３１〜３Ｎとして、それぞれマルチモード出力の励起光源を用いることが好ましい。この場合、Ｎ×１スイッチ７１は、マルチモード出力の励起光源とともに使用される。また、Ｎ×１スイッチ７１の挿入損失は小さいことが好ましい。そのため、Ｎ×１スイッチ７１は、例えば、ピエゾアクチュエータ等を用いた機械式制御の光スイッチであることが好ましい。

また、第２の信号強度モニタ２は、光ファイバ２１ａを通過する増幅後の光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫ全体の信号強度をモニタし、利得制御回路５１にその信号強度を通知する。利得制御回路５１は、第２の信号強度モニタ２から通知された信号強度によって、増幅後の光信号全体の信号強度が所定の一定値になっていることを確認する。増幅後の光信号全体の信号強度が所定の一定値になっていなければ、利得制御回路５１は、算出した利得を調整する。この点は、第１の実施形態と同様である。

光ファイバ２１ａ内で増幅された光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫは、ファイババンドルファンイン８８を通過することによって、１本の光ファイバ２１ａから分岐して、それぞれ別々の光ファイバ９２１〜９２Ｋ内を通過して行く。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、高い電力利用効率を実現できる。さらに、複数の光信号に対して、同時に、信号強度を増幅させることができる。

実施形態４
図６は、本発明の第４の実施形態の光ファイバ増幅システムの構成例を示すブロック図である。本実施形態の光ファイバ増幅システムは、本発明の第１の実施形態の光ファイバ増幅器、または、本発明の第２の実施形態の光ファイバ増幅器を、複数個備える。光ファイバ増幅器の数をＫ個とする。

図６に示す光ファイバ増幅システムは、複数の光ファイバ増幅器１０を備える。各光ファイバ増幅器１０は、本発明の第１の実施形態の光ファイバ増幅器（図１参照）であっても、本発明の第２の実施形態の光ファイバ増幅器（図４参照）であってもよい。

本実施形態の光ファイバ増幅システムは、複数の光ファイバ増幅器１０に加えて、光ファイバ２２１を備える。以下、各光ファイバ増幅器１０が内部に備える光ファイバ２１（図１、図４を参照）と区別して、光ファイバ２２１を外部光ファイバ２２１と記す。

また、光ファイバ増幅システムは、第１の信号強度モニタ２０１と、第２の信号強度モニタ２０２と、利得制御回路２５１と、光源駆動回路２６１と、光合波器２４１とを備える。以下、第１の信号強度モニタ２０１、第２の信号強度モニタ２０２、利得制御回路２５１、光源駆動回路２６１および光合波器２４１をそれぞれ、各光ファイバ増幅器１０に設けられている同様の要素と区別して、第１の外部信号強度モニタ２０１、第２の外部信号強度モニタ２０２、外部利得制御回路２５１、外部光源駆動回路２６１、外部光合波器２４１と記す。光ファイバ増幅システムは、各光ファイバ増幅器１０の外部に、１つの励起光源２３１を備える。

さらに、光ファイバ増幅システムは、ファイババンドルファンアウト２８７と、ファイババンドルファンイン２８８と、ファイババンドルファンアウト２８７の上流側に接続される複数の光ファイバ９３１〜９３Ｋとを備える。以下、ファイババンドルファンアウト２８７の上流側に接続される光ファイバの本数がＫであるものとして説明する。

外部光ファイバ２２１は、１本であり、その外部光ファイバ２２１は、複数本のコアを含むマルチコア光ファイバである。以下、外部光ファイバ２２１がＫ本のコアを含んでいるものとして説明する。

外部光ファイバ２２１には、希土類イオン（ここでは、エルビウムイオンとする。）が添加されている。ここでは、図６に示す位置Ａ’から位置Ｂ’までの範囲にエルビウムイオンが添加されているものとして説明する。

また、本実施形態では、複数の光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが入力される。入力される光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、光ファイバ９３１〜９３Ｋに別個に入力される。Ｋ本の光ファイバ９３１〜９３Ｋは、それぞれ１本のコアを含む。

外部光ファイバ２２１において、エルビウムイオンの添加範囲の開始位置Ａ’よりも上流側に、第１の外部信号強度モニタ２０１が接続されている。さらに上流側にはファイババンドルファンアウト２８７が設けられている。ファイババンドルファンアウト２８７によって、Ｋ本の光ファイバ９３１〜９３Ｋと、外部光ファイバ２２１とが接続される。また、Ｋ本の光ファイバ９３１〜９３Ｋには、それぞれ個別に、光アイソレータ２１１，２１２，・・・，２１Ｋが接続されている（図６参照）。以下、光アイソレータ２２１〜２１Ｋを、各光ファイバ増幅器１０に設けられている第１の光アイソレータ１１および第２の光アイソレータ１２と区別して、外部光アイソレータ２１１〜２１Ｋと記す。

また、第２の外部信号強度モニタ２０２の下流側にはファイババンドルファンイン２８８が設けられ、ファイババンドルファンイン２８８によって、外部光ファイバ２２１と、各光ファイバ増幅器１０の光ファイバ２１とが接続される。すなわち、外部光ファイバ２２１内のＫ本のコアは、Ｋ個のそれぞれの光ファイバ増幅器１０内の光ファイバ２１内のコアと対応していて、対応しているコア同士がファイババンドルファンイン２８８によって接続されている。

前述のように、ファイババンドルファンアウトおよびファイババンドルファンインは、共通の構成の部材である。具体的には、複数の光ファイバ内にそれぞれ含まれている１本のコアと、１本の光ファイバ（ここでは、外部光ファイバ２２１）内に含まれている個々のコアとを、一対一に接続させる部材である。

また、第１の外部信号強度モニタ２０１および第２の外部信号強度モニタ２０２は、それぞれ外部利得制御回路２５１に接続されている。さらに、外部利得制御回路２５１は、外部光光源駆動回路２６１に接続されている。

外部光光源駆動回路２６１は、励起光源２３１に接続され、励起光源２３１は、外部光合波器２４１に接続されている。

第１の外部信号強度モニタ２０１および第２の外部信号強度モニタ２０２は、外部光ファイバ２２１を通過する光信号の信号強度をモニタし、その信号強度を、外部利得制御回路２５１に通知する。外部利得制御回路２５１は、増幅後の各光信号全体の信号強度が一定値になるように、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫ全体の信号強度と、一定とすべき信号強度との利得を算出する。外部利得制御回路２５１は、その利得を外部光源駆動回路２６１に通知する。

外部利得制御回路２５１および外部光光源駆動回路２６１は、例えば、それぞれ専用のプロセッサで実現される。また、例えば、外部利得制御回路２５１および外部光光源駆動回路２６１が、それぞれの要素の機能を有する１つのプロセッサによって実現されてもよい。

第６の実施形態における動作の例を説明する。

まず、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが光ファイバ９３１〜９３Ｋに別個に入力される。各光ファイバ９３１〜９３Ｋにそれぞれ設けられた外部光アイソレータ２１１〜２１Ｋは、入力された光信号伝搬方向を一定方向に制限する。

Ｋ本の光ファイバ９３１〜９３Ｋに別個に入力された光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、ファイババンドルファンアウト２８７を通過することによって、１本の外部光ファイバ２２１内に存在するそれぞれ別々のコアを通過する。

上記のように、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが１本の外部光ファイバ２２１内を通過する状態で、第１の信号強度モニタ２０１は、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫ全体の信号強度をモニタし、外部利得制御回路２５１にその信号強度を通知する。

外部利得制御回路２５１は、増幅後の各光信号全体の信号強度が一定になるように、第１の信号強度モニタ２０１から通知された信号強度と、一定とすべき信号強度との利得を算出する。換言すれば、外部利得制御回路２５１は、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫ全体の信号強度を所定の信号強度に増幅する際の利得を算出する。外部利得制御回路２５１は、増幅後における一定とすべき信号強度の値を予め記憶しておき、外部利得制御回路２５１は、第１の信号強度モニタ２０１から通知された信号強度と、その信号強度との利得を算出すればよい。

外部光源駆動回路２６１は励起光源２３１のみを駆動する。外部光源駆動回路２６１は、外部利得制御回路２５１から通知された利得に応じた励起光出力強度で、励起光源２３１から励起光を出力させる。外部光源駆動回路２６１は、利得の値が大きいほど励起光出力強度を高くし、利得の値が小さいほど励起光出力強度を低くする。

励起光源２３１が出力した励起光は、外部光合波器２４１に入力される。外部光合波器２４１は、外部光ファイバ２２１内のそれぞれのコアを通過する光信号に対して、クラッド一括方式によって励起光を合成させる。すなわち、外部光合波器２４１は、外部光ファイバ２２１のクラッドに励起光を入力することによって、励起光を各光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫに合成させる。

励起光が合成された各光信号が、外部光ファイバ２２１におけるエルビウムイオンの添加範囲を通過することで、各光信号の信号強度は増幅される。

また、第２の外部信号強度モニタ２０２は、増幅後の各光信号全体の信号強度をモニタし、外部利得制御回路２５１にその信号強度を通知する。外部利得制御回路２５１は、第２の信号強度モニタ２から通知された信号強度によって、増幅後の各光信号の信号強度が所定の一定になっていることを確認する。その信号強度が所定の一定値になっていなければ、外部利得制御回路２５１は、算出した利得を調整する。この動作は、各光ファイバ増幅器１０に設けられた利得制御回路５１の動作と同様である。

外部光ファイバ２２１内で増幅された各光信号は、ファイババンドルファンイン２８８を通過することによって、１本の外部光ファイバ２２１から分岐して、それぞれ別々のＫ個の光ファイバ増幅器１０に入力される。

ファイババンドルファンイン２８８を通過することによって分岐した個々の光信号は、第１の実施形態または第２の実施形態における光信号Ｌｉｎに相当する。

光信号が入力された各光ファイバ増幅器１０の動作は、第１の実施形態の光ファイバ増幅器の動作、または、第２の実施形態の光ファイバ増幅器の動作と同様である。

各光ファイバ増幅器１０は、それぞれ１本の光ファイバ２１（図１、図４を参照）を備え、その光ファイバ２１は１本のコアを含む。光ファイバ増幅器１０内の光合波器４１（図１、図４参照）は、例えば、コア個別方式で励起光を光信号に合成させる。

Ｋ個の光ファイバ増幅器１０それぞれから出力される光信号を、光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫとする。

本実施形態では、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、１本の外部光ファイバ２２１で増幅された後、それぞれ別々のＫ個の光ファイバ増幅器１０で再度、増幅され、光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫとして出力される。

本実施形態の光ファイバ増幅システムは、第１の実施形態または第２の実施形態の光ファイバ増幅器１０を備える。従って、第１の実施形態や第２の実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態では、外部光ファイバ２２１に対して励起光を出力する励起光源２３１は１つである。すると、外部光ファイバ２２１内での各光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫの増幅にばらつきが生じ得る。しかし、その後、各光信号は、それぞれＫ個の光ファイバ増幅器１０で再度、増幅される。従って、外部光ファイバ２２１内で各光信号に生じた増幅のばらつきを、それぞれの光ファイバ増幅器１０で調整することができる。

実施形態５．
図７は、本発明の第５の実施形態の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロック図である。第５の実施形態の光ファイバ増幅器には、複数の光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが入力され、その各光信号は、増幅後に、光信号Ｌｏｕｔ１〜ＬｏｕｔＫとして出力される。各光信号は、それぞれ、別々の光ファイバを通過する。

以下、第５の実施形態では、複数の光信号として、光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫが光ファイバ増幅器に入力され、光ファイバ増幅器は、Ｋ本の光ファイバ２７１〜２７Ｋを備えている場合を例にして説明する。

光ファイバ２７１〜２７Ｋは、いずれも１本のコアを含む。

また、光ファイバ２７１〜２７Ｋにはそれぞれ、希土類イオン（ここでは、エルビウムイオンとする。）が添加されている。個々の光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲は、第１の実施形態における光ファイバ２１におけるエルビウムイオンの添加範囲と同様である。

また、第５の実施形態では、光ファイバ増幅器は、光ファイバ毎に、第１の光アイソレータ、第１の信号強度モニタ、光合波器、第２の信号強度モニタ、第２の光アイソレータおよび利得制御回路を備える。

従って、光ファイバ増幅器は、Ｋ個の第１の光アイソレータ３１１〜３１Ｋと、Ｋ個の第１の信号強度モニタ８１１〜８１Ｋと、Ｋ個の光合波器４１１〜４１Ｋと、Ｋ個の第２の信号強度モニタ８２１〜８２Ｋと、Ｋ個の第２の光アイソレータ３２１〜３２Ｋと、Ｋ個の利得制御回路５１１〜５１Ｋとを備える。

第１の光アイソレータ３１１〜３１Ｋはいずれも、第１の実施形態における第１の光アイソレータ１１と同様である。また、第２の光アイソレータ３２１〜３２Ｋはいずれも、第１の実施形態における第２の光アイソレータ１２と同様である。第１の信号強度モニタ８１１〜８１Ｋはいずれも、第１の実施形態における第１の信号強度モニタ１と同様である。また、第２の信号強度モニタ８２１〜８２Ｋはいずれも、第１の実施形態における第２の信号強度モニタ２と同様である。光合波器４１１〜４１Ｋはいずれも、第１の実施形態における光合波器４１と同様である。また、利得制御回路５１１〜５１Ｋはいずれも、第１の実施形態における利得制御回路５１と同様である。第１の実施形態と同様の上記の要素については説明を省略する。

また、個々の光ファイバ２７１〜２７Ｋにおける第１の光アイソレータ、第１の信号強度モニタ、光合波器、第２の信号強度モニタ、第２の光アイソレータおよび利得制御回路の接続態様は、第１の実施形態におけるそれらの要素の接続態様と同様である。例えば、光ファイバ２７１において、エルビウムイオンの添加範囲の開始位置（図７において図示略）よりも上流側に、第１の信号強度モニタ８１１が接続され、さらに上流側に第１の光アイソレータ３１１が接続されている。また、光ファイバ２７１において、エルビウムイオンの添加範囲の終了位置（図７において図示略）よりも下流側に第２の信号強度モニタ８２１が接続され、さらに下流側に第２の光アイソレータ３２１が接続されている。また、第１の信号強度モニタ８１１および第２の信号強度モニタ８２１はそれぞれ、利得制御回路５１１に接続されている。また、光ファイバ２７１におけるエルビウムイオンの添加範囲内に光合波器４１１が設けられている。ここでは、光ファイバ２７１を例にして説明したが、他の光ファイバ２７２〜２７Ｋでも同様である。

また、第５の実施形態では、光ファイバ増幅器は、帯域モニタ５３と、光源駆動回路５６１と、複数（ここではＭ個とする。）の励起光源３１〜３Ｍと、出力モニタ５８１と、スイッチ制御回路５９１と、Ｍ×Ｋスイッチ５７１とを備える。

帯域モニタ５３は、各光ファイバ２７１〜２７Ｋにおける第１の光アイソレータと第１の信号強度モニタとの間に接続されている。さらに、帯域モニタ５３は、光源駆動回路５６１に接続されている。また、各利得制御回路５１１〜５１Ｋも光源駆動回路５６１に接続されている。

光源駆動回路５６１には、各励起光源３１〜３Ｍが接続されている。第１の実施形態と同様に、各励起光源３１〜３Ｍは、それぞれ、励起光出力強度対消費電力特性が異なる励起光源である。各励起光源３１〜３Ｍの励起光出力強度対消費電力特性は、例えば、個々の励起光源に設けられるペルチエ冷却器の最大吸熱量を変えることで変化させればよい。

Ｍ×Ｋスイッチ５７１は、励起光の入力端をＭ個有し、励起光の出力端をＫ個有しているスイッチである。Ｍ×Ｋスイッチ５７１の入力端Ｉ１〜ＩＭは、励起光源３１〜３Ｍと一対一に対応し、各入力端Ｉ１〜ＩＭは、対応する励起光源に接続されている。また、Ｍ×Ｋスイッチ５７１の出力端Ｏ１〜ＯＫは、光ファイバ２７１〜２７Ｋと一対一に対応し、各出力端Ｏ１〜ＯＫは、対応する光ファイバに設けられた光合波器４１１〜４１Ｋに接続されている。ただし、本実施形態において、ＭとＫの大小関係は、Ｋ＜ＭまたはＫ＝Ｍである。

出力モニタ５８１は、光源駆動回路５６１およびスイッチ制御回路５９１に接続されている。また、光源駆動回路５６１はスイッチ制御回路５９１に接続されている。スイッチ制御回路５９１は、Ｍ×Ｋスイッチ５７１に接続されている。

帯域モニタ５３は、光ファイバ２７１〜２７Ｋ毎に、光ファイバ内を通過する光信号の帯域（信号伝達に用いられる帯域）をモニタし、光ファイバ２７１〜２７Ｋ毎に得られた光信号の帯域をそれぞれ光源駆動回路５６１に通知する。

また、各利得制御回路５１１〜５１Ｋはそれぞれ、算出した利得を光源駆動回路５６１に通知する。

この結果、光源駆動回路５６１は、光ファイバ毎に、利得と帯域との組を得る。そして、光源駆動回路５６１は、光ファイバ毎に、利得と待機の積を算出する。光源駆動回路５６１は、利得と待機の積に基づいて、光ファイバ毎に、励起光を出力すべき１つの励起光源を選択する。従って、光源駆動回路５６１は、Ｋ個の励起光源を選択することになる。

光源駆動回路５６１が、個々の光ファイバ毎に、１つの励起光源を選択する方法は、第１の実施形態と同様である。すなわち、光源駆動回路５６１は、利得と帯域との積の範囲（数値範囲）と、選択する励起光源との対応関係を予め記憶している。光源駆動回路５６１は、例えば、範囲“０以上Ｔ１未満”と励起光源３１とが対応し、範囲“Ｔ１以上Ｔ２未満”と励起光源３２とが対応する等の対応関係を示す情報を予め記憶している。

例えば、光ファイバ２７１から得られた利得と帯域の積が範囲“０以上Ｔ１未満”に属しているとする。この場合、光源駆動回路５６１は、光ファイバ２７１に励起光を出力する励起光源として、範囲“０以上Ｔ１未満”に対応する励起光源３１を選択する。また、例えば、光ファイバ２７２から得られた利得と帯域の積が範囲“Ｔ１以上Ｔ２未満”に属しているとする。この場合、光源駆動回路５６１は、光ファイバ２７２に励起光を出力する励起光源として、範囲“Ｔ１以上Ｔ２未満” に対応する励起光源３２を選択する。

光源駆動回路５６１は、選択したそれぞれの励起光源を駆動し、その励起光源に励起光を出力させる。このとき、光源駆動回路５６１は、励起光源に対応する光ファイバから得られた利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光源から励起光を出力させる。例えば、光源駆動回路５６１は、光ファイバ２７１に励起光を出力する励起光源として、励起光源３１を選択したとする。この場合、光源駆動回路５６１は、光ファイバ２７１から得られた利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光源３１から励起光を出力させる。光源駆動回路５６１は、利得と帯域との積の値が大きいほど、励起光出力強度を高くし、利得と帯域との積の値が小さいほど、励起光出力強度を低くする。光源駆動回路５６１は、選択した他の励起光源についても同様に駆動する。

さらに、光源駆動回路５６１は、光ファイバ毎に励起光源を選択すると、その励起光源に対応するＭ×Ｋスイッチ７１の入力端と、光ファイバに設けられた光合波器に対応するＭ×Ｋスイッチ７１の出力端とを接続させることを、スイッチ制御回路５９１に指示する。例えば、上記のように、光ファイバ２７１に励起光を出力する励起光源として、励起光源３１を選択したとする。この場合、光源駆動回路５６１は、励起光源３１に対応する入力端Ｉ１と、光ファイバ２７１に設けられた光合波器４１１に対応する出力端Ｏ１とを接続させることをスイッチ制御回路５９１に指示する。光源駆動回路５６１は、スイッチ制御回路５９１に対して、入力端と出力端の接続の指示をＫ組分行う。スイッチ制御回路５９１は、光源駆動回路５６１の指示に従って、指定された入力端と出力端とを接続させる。

光源駆動回路５６１は、一旦、個々の光ファイバ毎に励起光源を選択した後には、出力モニタ５８１の指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

出力モニタ５８１は、励起光源３１〜３Ｍの光出力端から出力される励起光の励起光出力強度をモニタする。具体的には、出力モニタ５８１は、光源駆動回路５６１によって駆動されているＫ個の励起光源から出力される励起光の励起光出力強度をモニタする。

また、出力モニタ５８１は、予め励起光源毎に定められた励起光出力強度の範囲を記憶している。出力モニタ５８１は、例えば、励起光源３１に定められた励起光出力強度の範囲“０以上Ｒ１未満（図２参照）”、励起光源３２に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ１以上Ｒ２未満（図２参照）”、励起光源３３に定められた励起光出力強度の範囲“Ｒ２以上Ｒ３未満（図２参照）”等を予め記憶している。この点は、第１の実施形態と同様である。

光源駆動回路５６１は、光ファイバ毎に、光ファイバから得られる利得および帯域のいずれか一方または両方が変化したことによって、利得と帯域の積が変化した場合に、その光ファイバに励起光を出力する励起光源における励起光出力強度を変化させる。出力モニタ５８１は、励起光を出力しているいずれかの励起光源から出力される励起光の励起光出力強度が、その励起光源に対して定められている励起光出力強度の範囲の境界値になると、励起光を出力させる励起光源を、その範囲の隣りの範囲に対応する励起光源に切り替えるように光源駆動回路５６１に指示する。光源駆動回路５６１は、その指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。

また、出力モニタ５８１は、スイッチ制御回路５９１に対して、切り替え前の励起光源に対応する入力端が接続されていた出力端と、切り替え後の励起光源に対応する入力端とを接続させるように指示する。スイッチ制御回路５９１は、その指示に従って、Ｍ×Ｋスイッチの入力端と出力端との接続を切り替える。

本実施形態において、利得制御回路５１１〜５１Ｋ、光源駆動回路５６１、出力モニタ５８１、および、スイッチ制御回路５９１は、例えば、それぞれ専用のプロセッサによって実現される。また、利得制御回路５１１〜５１Ｋ、光源駆動回路５６１、出力モニタ５８１、および、スイッチ制御回路５９１が、それぞれの要素の機能を有する１つのプロセッサによって実現されてもよい。

第５の実施形態の光ファイバ増幅器は、入力されるそれぞれの光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫに対して同様の処理を行う。以下、光信号Ｌｉｎ１を例にして、第５の実施形態の動作の例を説明する。なお、第１の実施形態で既に説明した事項については、適宜説明を省略する。

光ファイバ２７１に光信号Ｌｉｎ１が入力されると、第１の光アイソレータ３１１は、その光信号の伝搬方向を一定方向に制限する。

帯域モニタ５３は、光ファイバ２７１を通過する光信号Ｌｉｎ１の帯域をモニタし、光源駆動回路５６１にその帯域を通知する。

また、第１の信号強度モニタ８１１は、光信号Ｌｉｎ１の信号強度をモニタし、利得制御回路５１１にその信号強度を通知する。利得制御回路５１１は、出力される光信号Ｌｏｕｔ１の信号強度が一定になるように、第１の信号強度モニタ８１１から通知された光信号Ｌｉｎ１の信号強度と、一定とすべき信号強度との利得（すなわち、光信号Ｌｉｎ１の信号強度を所定の信号強度に増幅する際の利得）を算出する。利得制御回路５１１は、算出した利得を光源駆動回路５６１に通知する。

光源駆動回路５６１は、通知された利得と帯域との積を算出し、その積に応じて、光ファイバ２７１に対して励起光を出力する励起光源を選択する。ここでは、光源駆動回路５６１が励起光源３１を選択したものして説明する。

そして、光源駆動回路５６１は、励起光源３１に対応するＭ×Ｋスイッチ５７１の入力端Ｉ１と、光ファイバ２７１に設けられた光合波器４１１に対応する出力端Ｏ１とを接続させることを、スイッチ制御回路５９１に指示する。スイッチ制御回路５９１は、その指示に従って、入力端Ｉ１と出力端Ｏ１とを接続させる。

さらに、光源駆動回路５６１は、上記の利得と帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光源３１から励起光を出力させる。その励起光は、Ｍ×Ｋスイッチ５７１の入力端Ｉ１に入力され、出力端Ｏ１から出力される。光合波器４１１は、その励起光を、光信号Ｌｉｎ１に合成させる。この結果、光信号Ｌｉｎ１の信号強度は一定の信号強度に増幅され、光信号Ｌｏｕｔ１として出力される。

このとき、第２の信号強度モニタ８２１は、光信号Ｌｏｕｔ１の信号強度をモニタし、利得制御回路５１１にその信号強度を通知する。利得制御回路５１１は、第２の信号強度モニタ８２１から通知された信号強度によって、光信号Ｌｏｕｔ１の信号強度が所定の一定値になっていることを確認する。光信号Ｌｏｕｔの信号強度が所定の一定値になっていなければ、利得制御回路５１１は、以後、算出した利得を調整する。

また、第２の光アイソレータ３２１は、光信号Ｌｏｕｔ１の伝搬方向を一定方向に制限する。

光ファイバ増幅器は、入力される他の光信号Ｌｉｎ２〜ＬｉｎＫに関しても同様の処理を行う。この結果、入力される各光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫは、それぞれ増幅される。

また、出力モニタ５８１は、励起光を出力しているいずれかの励起光源から出力される励起光の励起光出力強度が、その励起光源に対して定められている励起光出力強度の範囲の境界値になると、励起光を出力させる励起光源を、その範囲の隣りの範囲に対応する励起光源に切り替えるように光源駆動回路５６１に指示する。光源駆動回路５６１は、その指示に従って、励起光を出力させる励起光源を切り替える。例えば、励起光源３１から出力される励起光の励起光出力強度がＲ１（図２参照）になったとする。ここで、Ｍ×Ｋスイッチ５７１において、入力端Ｉ１と出力端Ｏ１とが接続されているとする。出力モニタ５８１は、励起光源３１から出力される励起光の励起光出力強度がＲ１になったことに基づいて、励起光を出力する励起光源を、励起光源３１から励起光源３２に切り替えることを光源駆動回路５６１に指示する。光源駆動回路５６１は、励起光を出力する励起光源を、励起光源３１から励起光源３２に切り替える。

また、出力モニタ５８１は、出力端Ｏ１と切り替え後の励起光源３２に対応する入力端Ｉ２とを接続させることを、スイッチ制御回路５９１に指示する。スイッチ制御回路５９１は、その指示に従い、入力端Ｉ１と出力端Ｏ１との接続を切り、Ｍ×Ｋスイッチ５７１の入力端Ｉ２と出力端Ｏ１とを接続させる。この結果、励起光源３２から出力された励起光が光合波器４１１によって光信号Ｌｉｎ１に合成され、光信号Ｌｉｎ１の信号強度が増幅される。

上記の説明では、光ファイバ２７１に励起光を出力する励起光源の切り替えを例に説明した。他の光ファイバに励起光を出力する励起光源の切り替える場合における出力モニタ５８１、光源駆動回路５６１およびスイッチ制御回路５９１の動作も上記と同様である。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、本実施形態によれば、複数の光信号Ｌｉｎ１〜ＬｉｎＫの信号強度を個別に増幅させることができる。

さらに、本実施形態の光ファイバ増幅器は、Ｍ×Ｋスイッチ５７１を備える。従って、励起光源の数の増加を防止することができる。例えば、第１の実施形態におけるＮ×１スイッチを用いた場合には、１本の光ファイバ毎に、Ｎ個の励起光源が必要になるため、光ファイバの本数がＫ本であれば、Ｎ×Ｋ個の励起光源が必要になる。本実施形態では、Ｍ×Ｋスイッチ５７１を用いるので、Ｋ＜ＭまたはＫ＝Ｍを満足していれば、Ｋ本の光ファイバに対してＭ個の励起光源を設ければよく、励起光源の数の増加を防止できる。

また、上記の各実施形態では、光合波器を、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲内における上流側に配置して、光ファイバ内において光信号と励起光が同一方向に伝搬する場合を例にして説明した。このような態様で光信号の信号強度を増幅する態様を前方励起と呼ぶ。

本発明の各実施形態は、光合波器を、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲内における下流側に配置して、光ファイバ内において光信号の伝搬方向と、励起光の伝搬方向とが逆方向になるように、光合波器が励起光を光ファイバに入力してもよい。このような態様で光信号の信号強度を増幅する態様を後方励起と呼ぶ。本発明の各実施形態において、後方励起を採用してもよい。

また、各実施形態では、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲内に光合波器を設ける場合を例にして説明した。上記の各実施形態で、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲外に光合波器が設けられてもよい。例えば、前方励起を採用する場合では、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲の開始位置（例えば、図１に例示する位置Ａ）よりも上流側に光合波器が設けられてもよい。また、例えば、後方励起を採用する場合では、光ファイバにおけるエルビウムイオンの添加範囲の終了位置（例えば、図１に例示する位置Ｂ）よりも下流側に光合波器が設けられてもよい。

また、上記の各実施形態で示した光アイソレータは、光信号の多重反射に起因する光ファイバ増幅器の発振を防止する目的で設けられる。上記の各実施形態において、光ファイバとして長尺の光ファイバを用いることで反射減衰量が高い状態が保たれている場合には、光アイソレータを設けない構成としてもよい。

次に、本発明の概要について説明する。図８は、本発明の概要を示すブロック図である。本発明の光ファイバ増幅器は、光ファイバ１０２１と、複数の光源１０３１〜１０３Ｎと、光源駆動手段１０６１と、合成手段１０４１と、スイッチ１０７１とを備える。

光ファイバ１０２１（例えば、光ファイバ２１、光ファイバ２１ａ、光ファイバ２７１〜２７Ｋ等）は、光信号を通過させ、その光信号に励起光が合成されると、その光信号の信号強度を増幅する光ファイバである。

光源１０３１〜１０３Ｎ（例えば、励起光源３１〜３Ｎ、励起光源３１〜３Ｍ等）は、励起光を出力する複数の光源であって、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の光源である。

光源駆動手段１０６１（例えば、光源駆動回路６１、光源駆動回路５６１等）は、光源から励起光を出力させる。

合成手段１０４１（例えば、光合波器４１、光合波器４１ａ、光合波器４１１〜４１Ｋ等）は、光源から出力された励起光を光信号に合成させる。

スイッチ１０７１（例えば、Ｎ×１スイッチ７１、Ｍ×Ｋスイッチ５７１等）は、個々の光源毎に光源に対応する励起光の入力端を有し、励起光を合成手段１０４１に出力するための出力端を有する。

そのような構成によって、高い電力利用効率を実現することができる。

上記の本発明の各実施形態は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下に限定されるわけではない。

（付記１）
光信号を通過させ、前記光信号に励起光が合成されると、前記光信号の信号強度を増幅する光ファイバと、
前記励起光を出力する複数の光源であって、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の光源と、
光源から励起光を出力させる光源駆動手段と、
前記光源から出力された励起光を前記光信号に合成させる合成手段と、
個々の光源毎に光源に対応する励起光の入力端を有し、励起光を前記合成手段に出力するための出力端を有するスイッチとを備える
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。

（付記２）
スイッチにおいて出力端に接続させる入力端を制御するスイッチ制御手段を備え、
光源から出力される励起光の励起光出力強度をモニタし、前記励起光出力強度が、前記光源に対して定められている励起光出力強度の範囲の境界値となったときに、光源駆動手段に、励起光を出力させる光源の切り替えを指示するとともに、前記スイッチ制御手段に、切り替え後の光源に対応する入力端を出力端に接続させるように指示する切り替え指示手段を備える
付記１に記載の光ファイバ増幅器。

（付記３）
複数の光源は、それぞれペルチエ冷却器を備え、個々の光源に対応する個々のペルチエ冷却器の最大吸熱量はそれぞれ異なる
付記１または付記２に記載の光ファイバ増幅器。

（付記４）
光ファイバに入力される光信号の信号強度と、所定の信号強度との利得を算出する利得算出手段と、
光ファイバに入力される光信号における、信号伝達に用いられる帯域をモニタする帯域モニタ手段とを備え、
光源駆動手段は、少なくとも前記帯域に基づいて、励起光を出力させる光源を選択し、前記光源から、前記利得と前記帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光を出力させる
付記１から付記３のうちのいずれかに記載の光ファイバ増幅器。

（付記５）
光ファイバに入力される光信号の信号強度と、所定の信号強度との利得を算出する利得算出手段と、
光ファイバに入力される光信号における、信号伝達に用いられる帯域をモニタする帯域モニタ手段とを備え、
光源駆動手段は、前記利得と前記帯域との積に基づいて、励起光を出力させる光源を選択し、前記光源から、前記利得と前記帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光を出力させる
付記１から付記４のうちのいずれかに記載の光ファイバ増幅器。

（付記６）
１本のコアを有する１本の光ファイバを備え、
光源駆動手段は、励起光を出力させる光源を１つ選択する
付記４または付記５に記載の光ファイバ増幅器。

（付記７）
合成手段は、コア個別方式によって、光信号に励起光を合成させる
付記６に記載の光ファイバ増幅器。

（付記８）
複数本のコアを有する１本の光ファイバを備え、
光源駆動手段は、励起光を出力させる光源を１つ選択する
付記４または付記５に記載の光ファイバ増幅器。

（付記９）
合成手段は、クラッド一括方式によって、光信号に励起光を合成させる
付記８に記載の光ファイバ増幅器。

（付記１０）
１本のコアを有する複数本の光ファイバを備え、
光ファイバ毎に合成手段を備え、
スイッチは、個々の合成手段毎に合成手段に対応する出力端を有し、
光源駆動手段は、光ファイバ毎に、励起光を出力させる光源を１つ選択する
付記４または付記５に記載の光ファイバ増幅器。

（付記１１）
光ファイバは、希土類イオンが添加された光ファイバである
付記１から付記１０のうちのいずれかに記載の光ファイバ増幅器。

（付記１２）
付記６または付記７に記載の光ファイバ増幅器を複数備え、
それぞれの光ファイバ増幅器内の光ファイバ内のコアに対応する複数のコアを含み、複数の光ファイバ増幅器の外部に設けられる１本の外部光ファイバを備え、
前記外部光ファイバに対して励起光を出力する１つの外部光源を備える
ことを特徴とする光ファイバ増幅システム。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１７年６月２８日に出願された日本特許出願２０１７−１２６６２２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

産業上の利用の可能性

本発明は、光信号の信号強度を増幅させる光ファイバ増幅器および光ファイバ増幅システムに好適に適用される。

１ 第１の信号強度モニタ
２ 第２の信号強度モニタ
３ 帯域モニタ
１１ 第１の光アイソレータ
１２ 第２の光アイソレータ
２１ 光ファイバ
３１〜３Ｎ 励起光源
４１ 光合波器
５１ 利得制御回路
６１ 光源駆動回路
７１ スイッチ
８１ 出力モニタ
９１ スイッチ制御回路

Claims (12)

1. 光信号を通過させ、前記光信号に励起光が合成されると、前記光信号の信号強度を増幅する光ファイバと、
   前記励起光を出力する複数の光源であって、励起光出力強度対消費電力特性がそれぞれ異なる複数の光源と、
   光源から励起光を出力させる光源駆動手段と、
   前記光源から出力された励起光を前記光信号に合成させる合成手段と、
   個々の光源毎に光源に対応する励起光の入力端を有し、励起光を前記合成手段に出力するための出力端を有するスイッチとを備える
   ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. スイッチにおいて出力端に接続させる入力端を制御するスイッチ制御手段を備え、
   光源から出力される励起光の励起光出力強度をモニタし、前記励起光出力強度が、前記光源に対して定められている励起光出力強度の範囲の境界値となったときに、光源駆動手段に、励起光を出力させる光源の切り替えを指示するとともに、前記スイッチ制御手段に、切り替え後の光源に対応する入力端を出力端に接続させるように指示する切り替え指示手段を備える
   請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
3. 複数の光源は、それぞれペルチエ冷却器を備え、個々の光源に対応する個々のペルチエ冷却器の最大吸熱量はそれぞれ異なる
   請求項１または請求項２に記載の光ファイバ増幅器。
4. 光ファイバに入力される光信号の信号強度と、所定の信号強度との利得を算出する利得算出手段と、
   光ファイバに入力される光信号における、信号伝達に用いられる帯域をモニタする帯域モニタ手段とを備え、
   光源駆動手段は、少なくとも前記帯域に基づいて、励起光を出力させる光源を選択し、前記光源から、前記利得と前記帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光を出力させる
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
5. 光ファイバに入力される光信号の信号強度と、所定の信号強度との利得を算出する利得算出手段と、
   光ファイバに入力される光信号における、信号伝達に用いられる帯域をモニタする帯域モニタ手段とを備え、
   光源駆動手段は、前記利得と前記帯域との積に基づいて、励起光を出力させる光源を選択し、前記光源から、前記利得と前記帯域との積に応じた励起光出力強度で、励起光を出力させる
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
6. １本のコアを有する１本の光ファイバを備え、
   光源駆動手段は、励起光を出力させる光源を１つ選択する
   請求項４または請求項５に記載の光ファイバ増幅器。
7. 合成手段は、コア個別方式によって、光信号に励起光を合成させる
   請求項６に記載の光ファイバ増幅器。
8. 複数本のコアを有する１本の光ファイバを備え、
   光源駆動手段は、励起光を出力させる光源を１つ選択する
   請求項４または請求項５に記載の光ファイバ増幅器。
9. 合成手段は、クラッド一括方式によって、光信号に励起光を合成させる
   請求項８に記載の光ファイバ増幅器。
10. １本のコアを有する複数本の光ファイバを備え、
    光ファイバ毎に合成手段を備え、
    スイッチは、個々の合成手段毎に合成手段に対応する出力端を有し、
    光源駆動手段は、光ファイバ毎に、励起光を出力させる光源を１つ選択する
    請求項４または請求項５に記載の光ファイバ増幅器。
11. 光ファイバは、希土類イオンが添加された光ファイバである
    請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の光ファイバ増幅器。
12. 請求項６または請求項７に記載の光ファイバ増幅器を複数備え、
    それぞれの光ファイバ増幅器内の光ファイバ内のコアに対応する複数のコアを含み、複数の光ファイバ増幅器の外部に設けられる１本の外部光ファイバを備え、
    前記外部光ファイバに対して励起光を出力する１つの外部光源を備える
    ことを特徴とする光ファイバ増幅システム。

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