WO2005002009A1

WO2005002009A1 - 増幅媒体性能シミュレーションの装置および方法並びに光増幅器

Info

Publication number: WO2005002009A1
Application number: PCT/JP2003/008219
Authority: WO
Inventors: Masato Nishihara; Yasushi Sugaya; Etsuko Hayashi
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-06
Also published as: JP3936958B2; US7212335B2; US20050254119A1; JPWO2005002009A1

Abstract

簡略な近似計算式を導入して短時間で且つ信号波周辺以外の利得変動をモデル化できるようにした、増幅媒体性能シミュレーション装置である。　増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部２１と、シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部２２と、基本データ保持部２１および入力信号光情報保持部２２にて保持された内容を用いて、入力信号光の入力による増幅媒体における始準位のイオン分布の変動分を含めて、増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力するシミュレーション実行部３１とをそなえて構成する。

Description

明細書増幅媒体性能シミュレーションの装置および方法並びに光増幅器技術分野

本発明は、増幅媒体性能シミュレーションの装置および方法並びに光増幅器に関するものである。

近年のインターネットの急速な普及に伴うデータ通信トラフィックの急増を踏まえ、ネットワークの高速 ·大容量化のための技術である波長多重伝送技術や、この波長多重伝送技術によって伝送される各々の波長を一つの通信パスに見立てたネットワークであるフォトニックネットワークに関する技術が注目されている。

本発明は、フォトニックネットワークを構築する際に適用される増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう際に用いて好適の、増幅媒体性能シミュレーシヨンの装置おょぴ方法に関し、更にこの装置で得られたシミュレーション結果をもとに構成された光増幅器に関するものである。背景技術

近年、自由度の高い光ネットワーク（フォトニックネットワーク）実現への期待が高まる中、ネットワークを構成するノードでは、通信パスに見立てられた波長数が大幅に変化することに対応することが求められている。特に、ノードの構成要素となる光増幅器においては、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることが求められている。

波長配置'波長数を大幅に変化することが想定されない従来の光ネットヮークシステムに用いられる増幅媒体、例えば E D F A (Erbium Doped Fiber Amplifier) の波長特性は、単一バンド近似によって反転分布率のみに依存すると仮定できた（非特許文献 1参照）。即ち、 E D F Aの増幅帯域全域を一つの単位として、反転分布率の値に応じて波長特性（利得スぺクトラム）を近似して把握することができた。具体的には、図 24に示すように、 EDFAの増幅帯域（図中入力信号光信号の波長 1500 n m〜l 580 n m) の全域にわたる波長特性としての相対利得係数分布のパターンを、反転分布率ごとに把握することができた。従って、 Cバンド（Conventional Band) での E D F Aの波長平坦性は、反転分布率一定とする利得一定制御と、一定に制御された反転分布率に対応する相対利得係数分布に応じた利得等化制御とを組み合わせることで実現していた。

図 25に、波長配置'波長数を大幅に変化することが想定されない従来の光ネットワークシステムに用いられる光中継器 100の構成例を示す。この図 25 に示す光中継器 100は、縦続接続された 2段の EDF A増幅部 101— 1， 101— 2の間に光減衰器 (VOA； Variable Optical Attenuator) 102を挿入することによって構成されている。

また、各々の ED F A増幅部 101— 1 , 101— 2は、ともに、分岐カプラ 101 a， 101 b， EDFAl O l c, フォトダイォード（ P D ； Photo Diode) 101 d, 101 eおよび制御回路 101 f をそなえて構成されている。これにより、各々の EDFA増幅部 101— 1, 101— 2においては、フォトダイオード 101 d， 101 eで入出力パワーをモニタし、制御回路 1 01 f における利得一定制御を受けて EDFA 101 cで増幅された光信号を出力するようになっている。

また、例えば図 26に示すように、光中継器 100の入力パワーが第 1レべノレから第 2レベルに変化したときは、各 EDFA増幅部 101— 1, 101— 2での利得を一定に保ちつつ、可変光減衰器 102の損失量を調整することで、光中継器 100の出力パワーを一定とするようにしている。

このとき、各 EDFA増幅部 101— 1， 101— 2の EDFAl O l cの増幅特性を、単一バンドで近似できる光ネットワークであると仮定すれば、各 EDFA103 cの利得を一定に保持することから利得波長特性は常に一定となり、 £0? 増幅部101—1， 101— 2の後段に損失特性が適当に設計された利得等化器を設けることによって、入力パワーによらず光中継器 100 の利得波長特性を平坦にすることができる。

つまり、従来の光中継器においては、波長配置'波長数を大幅に変化することが想定されない光ネットワークシステムに適用することを想定していたため、

E D F A増幅部 1 0 1— 1， 1 0 1—2後段に配置される利得等化器は、上述のごとき増幅媒体の波長特性を単一パンド近似することを前提として設計されていたのである。

しかしながら、近年要求されているような、波長配置'波長数が大幅に変化する光ネットワークにおいては、特に光波長が狭い帯域に集中する波長配置となつた場合などでは、波長領域における局所的な利得飽和現象のスぺクトラルホ一ルバ一ユング（ S H B； Spectral-Hole Burning) の影響による利得偏差が無視できなくなる。この S H Bによる影響は、光ネットワーク中において想定される波長配置に従って異なってくるため、装置設計にあたっては予め想定される波長配置に応じた S H Bに起因する利得偏差について解析しておく必要がある。

図 2 7は、 E D F Aについての S H Bによる利得偏差特性を示している。 1 5 4 0 n mの飽和信号（E D F Aの利得が飽和する信号）を入力した飽和状態の利得波長特性 Aと、飽和信号が入力していない非飽和状態の利得波長特性 B とを比較すると、飽和状態では、飽和信号波長周辺おょぴ 1 5 3 0 n m周辺の利得が減少して（特性 A， B間の利得差 C参照)、ホールを形成していることが確認できる。

そして、この現象は、不均一拡がりを持った利得媒体の局所的な利得飽和現象によって発生する。従来の単一バンド近似では、この局所的な利得波長特性の変化は無視されている。

これに対し、 S H Bを考慮した E D F Aモデルとして、不均一拡がりによつて形成される準位間の吸収'発光過程およぴ飽和過程をそれぞれ独立に扱つたモデル（非特許文献 2参照）や、単一バンド近似によって得られた利得波長特性から別途測定結果から導出した S H Bによる利得変動量を加えるモデルが報告されている（非特許文献 3参照)。

また、本願発明に関連する技術として、以下に示す特許文献 1および特許文献 2に記載された技術もある。

しかしながら、非特許文献 2に記載された技術では、利得偏差の解析のための計算式が非常に複雑であり、処理に時間がかかるという課題を持つ。また、非特許文献 3に記載された技術では、信号波長周辺についてしか考慮されておらず 1 5 3 0 n m周辺の利得変動をモデル化できないという課題を持っている。また、増幅媒体の増幅特性を測定する手法としては、上述のごとく、数値計算によって計算する手法のほか、実際に構成された光増幅器から増幅特性を測定する手法 (ハ一ドウエアシミュレ一ション) がある。しかし、ハードウェアシミュレーシヨンによっては、光中継器の広い動作条件全てについて測定を行なうのは時間や手間がかかるという課題もある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡略な近似計算式を導入することにより、短時間で且つ信号波周辺以外の利得変動をモデル化できるようにした、増幅媒体性能シミュレ一ションの装置および方法並びに光増幅器を提供することを目的とする。

非特許文献 1

C.R.Giles, et al" "Modeling Erbium Doped Fiber Amplifiers," IEEE J. of Lightwave TchnoL, pp.271-283, vol. 9, no.2, Feb, 1991.

非特許文献 2

E. Desurvire, "ERBIUM-DOPED FIBER AMPLIFIERS Principles and Applications," John Wiley & Sons, Inc., Chapter4, 1994

非特許文献 3

T. Aizawa, et al, "Effect of Spectral-Hole Burning on Multi Channel EDFA Gain Profile, "OFC'99, WGl, 1999

特許文献 1

特開 2 0 0 0— 2 6 0 1 7 8号公報

特許文献 2

特開 2 0 0 0— 2 6 1 0 7 9号公報発明の開示

前記の目的を達成するために、本発明の増幅媒体性能シミュレーション装置は、励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション装置であって、増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部と、前記シミュレーシヨンの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パヮ一値について保持する入力信号光情報保持部と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のィォン分布の波長領域における局所的な変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成されたことを特徴としている。

また、シミュレーション実行部は、増幅媒体中の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーに基づく反転分布率を算出する反転分布率算出部と、該反転分布率算出部にて算出された前記反転分布率と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容とを用いて、前記入力信号光の入力により該増幅媒体の始準位のイオン分布が波長領域において局所的に変動することによって生じうる反転分布率の変化量を、前記入力信号光の波長おょぴ該増幅媒体の長手方向位置の関数として算出する反転分布率変化量算出部と、該反転分布率変化量算出部にて算出された反転分布率の変化量と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容と、を用いて定められた微分方程式から、該増幅媒体における信号光入力端から該増幅媒体中を伝搬する信号光についての光パワーの変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆく信号光パワー変化算出部と、該入力信号光情報保持部にて保持された前記入力信号光のパワー値に、該信号光パヮ一変化算出部にて算出される前記微小伝搬範囲での光パヮ一の変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、該増幅媒体中を伝搬する信号光の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーを、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の波長領域における局所的な変動分を含めて算出する信号光パワー算出部と、該信号光パワー算出部にて算出された、前記信号光出力端から出力される信号光のパワーの算出結果を、該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力処理を行なう出力処理部をそなえて構成することができる。

さらに、好ましくは、該反転分布率変化量算出部においては、前記反転分布率の変化量を算出する関数として、少なくとも一つ以上のガウシアン関数を用いる。

また、該反転分布率変化量算出部が、該反転分布率の変化量を、利得飽和状態の第 1波長帯を中心とする第 1関数を演算する第 1関数演算部と、該増幅媒体に特有の第 2波長帯を中心とする関数からなる第 2関数を演算する第 2関数演算部と、該第 1関数演算部および第 2関数演算部からの算出結果について加算する加算部とをそなえて構成することとしてもよい。

また、好ましくは、該第 1関数演算部で演算される該第 1関数が、該入力信号光の波長に応じて与えられるガウシアン関数の総和により構成され、該第 2 関数演算部で演算される該第 2関数が、複数のガウシァン関数の総和により構成することができる。

この場合においては、該第 1関数をなす該入力信号光の波長に応じて与えられるガウシアン関数は、中心波長を該入力信号光の波長とし、半値全幅を該増幅媒体に応じた値として定められるとともに、該第 2関数をなす各ガウシアン関数は、中心波長を該増幅媒体に特有の第 2波長帯とし、半値全幅を該増幅媒体に応じた値として定められ、且つ、該第 1関数おょぴ第 2関数における各ガゥシアン関数の半値全幅を、該基本データ保持部にて保持しておくようにすることができる。

さらに、前記の第 1又は第 2関数をなす各ガウシアン関数の深さは、前記入力信号光の総パワーの増加に伴って増加し、一定値以上で飽和する深さ関数で定義されるようにしてもよレ、。

この場合において、前記の第 1関数をなす該入力信号光の波長に応じて与えられる各ガウシアン関数についての深さ関数を、該入力信号光の波長; I iと、該入力信号光の波長义 iについての該増幅媒体の長手方向座標 zにおける光パヮー P i ( z ) と、該増幅媒体の長手方向座標 _Zにおける入力信号光の総パヮ

- P total ( Z ) とを変数とする関数で定義し、前記の第 2関数をなす各ガウシァン関数についての深さ関数を、前記第 2波長帯の波長； I jと、該増幅媒体の長手方向座標 zにおける、入力信号光の総パワー P_total ( z ) および該増幅媒体の反転分布率 _n (z ) とを変数とする関数で定義し、且つ、該第 1および第 2関数をなす各ガウシアン関数についての深さ関数を定める係数を、該基本データ保持部にて保持しておくようにすることができる。

また、該基本データ保持部を、該増幅媒体の基本データとして、少なくとも該増福媒体についての全長と、入力信号光波長についての関数式で表される利得係数 g ( )，吸収係数 α (λ) および損失 1 ( ) とともに、該増幅媒体における前記始準位のイオン分布の波長領域における局所的な変動を加味しない反転分布率 η (ζ) を保持するように構成し、該信号光パワー変化算出部を、該信号光パワー算出部にて算出される該増幅媒体中を伝搬する信号光の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーから前記反転分布率 η (ζ) を計算するとともに、前記反転分布率 η (ζ) と、該反転分布率変化量算出部にて算出された反転分布率の変化量 Δ η (λ, ζ) と、該基本デ一タ保持部にて保持されている前記基本データとを用いた、該増幅媒体の長手方向に対して長さの微小単位ごとの光パワー変化

d P ( z) Zd z =

{ (g (λ) + a (λ)) (n (z ) + Δ n (λ, z )) - (a (λ) + 1 (λ)) } · P ( z )

を用いることにより、該増幅媒体の長手方向座標 zの位置を伝搬する信号光についての光パワーの微少変化を算出していくようにすることもできる。

また、好ましくは、シミユレーション実行部を、スぺクトラルホ一ルバ一二ングによって生じる信号光波長間の利得偏差を近似算出するように構成する。さらに、本発明の増幅媒体性能シミュレーション方法は、励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション方法であって、前記信号光の入力により該増幅媒体の始準位のイオン分布が波長領域において局所的に変動することによって生じうる反転分布率の変化量を算出する反転分布率変化量算出ステツプと、該反転分布率変化量算出ステップにて算出された反転分布率の変化量によつて補正された補正後反転分布率に基づく該増幅媒体の伝搬方程式をもとに、該増幅媒体の信号光入力端から該増幅媒体中を伝搬する信号光についての光パヮ一の変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆく光パワー変化算出ステップと、前記入力信号光のパヮー値に、該光パワー変化算出ステップにて算出される前記微小伝搬範囲での光パワーの変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の波長領域における局所的な変動分を含めて算出する出力信号光パワー算出ステップと、該出力信号光パワー算出ステップにて算出された算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーシヨン結果として出力処理を行なう出力処理ステップと、をそなえて構成されたことを特徴としている。

また、本発明の光増幅器は、励起光を出力する励起光源と、該励起光源からの励起光により励起されて、入力信号光を増幅する信号光増幅媒体と、該信号光増幅媒体から出力された出力信号光の利得を等化する利得等化器とをそなえ、該利得等化器の利得等化特性が、励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション装置であって、該増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部と、前記シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の波長領域における局所的な変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成された増幅媒体性能シミュレーシヨン装置から出力された前記シミュレーション結果に基づいて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように設計されていることを特徴している。また、本発明の光増幅器は、励起光を出力する励起光源と、該励起光源からの励起光により励起されて、入力信号光を増幅する信号光増幅媒体と、該励起光源を制御する励起光源制御部とをそなえ、該励起光源制御部が、励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション装置であって、該増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部と、前記シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の波長領域における局所的な変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレ一ション結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成された増幅媒体性能シミュレーション装置から出力された前記シミュレーション結果に基づいて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のィオン分布の変動による利得偏差が補償されるように該励起光源を制御することを特徴としている。

この場合においては、該励起光源制御部を、前記入力信号光および出力信号光のパワーをモニタする第 1パワーモニタと、該増幅媒体を伝搬する信号光の波長配置情報を取得する波長配置情報取得部と、該第 1パワーモニタにてモニタされた前記入出力信号光のパワーから、利得が一定となるように、該励起光源を制御するための信号を出力する利得一定制御部と、該波長配置情報取得部にて取得された波長配置情報をもとに、前記スぺクトルホールパーニングによる波長帯における利得偏差を減少させるように、該利得一定制御部における該励起光源に対する制御量を補正する補正部と、をそなえて構成してもよい。また、該波長配置情報取得部を、該増幅媒体に入力または出力される信号光の波長配置をモニタするスぺクトルアナライザにより構成したり、該信号光とともに伝送される制御信号光から、波長配置情報を取得するように構成したりすることができる。また、励起光源制御部を、該増幅媒体性能シミュレーション装置により得られた前記シミュレーション結果をもとに分割された複数の帯域ごとに、前記の入力信号光および出力信号光のパワーをそれぞれ取得する第 2パワーモニタと、該第 2パワーモニタにて取得した各帯域の入力信号光および出力信号光のパヮ一をもとに、前記各帯域の平均利得が一致するように、該励起光源を制御するための信号を出力する平均利得一定制御部と、をそなえて構成することもできる。

このように、本発明の増幅媒体性能シミユレーションの装置おょぴ方法によれば、シミュレーション実行部において、簡略な近似計算式を導入することにより、短時間の処理で、増幅媒体の長手方向に対して長さの微小単位ごとに始準位の波長領域における局所的なイオン分布の変動によって生じる利得偏差を、信号波周辺以外での利得偏差を含んでシミュレーション結果として出力することができる利点がある。

また、本発明の光増幅器によれば、本発明の増幅媒体性能シミュレーション装置のシミユレーション実行部から短時間の処理で得られる高精度のシミュレーシヨン結果に基づいて、増幅媒体における始準位の波長領域における局所的なイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように、励起光源制御部で励起光源を制御したり、利得等化器を設計したりすることができるので、利得一定制御の安定度を飛躍的に高めることができる利点がある。

特に、信号光の波長配置がダイナミックに変動しうるフォトニックネットヮークにおけるノードの構成要素となる光増幅器において、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることができる利点がある。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置を示すブロック図である。

図 2および図 3はともに、本実施形態にかかる装置 1における演算処理について説明するための図である。

図 4は本発明の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置における動作を説明するためのフローチヤ一トである。

図 5〜図 7はいずれも、第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置によるシミュレーション結果と、実験により得られた測定値とを比較する図である。

図 8は本発明の第 2実施形態にかかる光増幅器を示すブロック図である。図 9は、図 8に示すような E D F Aの後段に設けられる利得等化器による利得等化特性について説明するための図である。

図 1 0は本発明の第 3実施形態にかかる光増幅器を示すプロック図である。図 1 1は第 3実施形態の変形例を示すプロック図である。

図 1 2は第 3実施形態にかかる光増幅器の動作を説明するためのフローチヤ一トである。

図 1 3〜図 1 8はいずれも、第 3実施形態にかかる光増幅器において、利得 —定制御に S H Bによる利得変動の補正を重畳したことによる作用効果を説明するための図である。

図 1 9は本発明の第 4実施形態にかかる光増幅器を示すブロック図である。図 2 0は本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器を示すプロック図である。図 2 1は本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器の動作を説明するためのフローチャートである。

図 2 2，図 2 3はともに、本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器による作用効果を説明するための図である。

図 2 4は、 E D F Aの増幅帯域全域を一つの単位として、反転分布率の値に応じて波長特性（利得スペクトラム）を近似して把握する例を説明するための図である。

図 2 5は、波長配置'波長数を大幅に変化することが想定されない従来の光ネットワークシステムに用いられる光中継器の構成例を示すブロック図である。図 2 6は、図 2 5に示す可変光減衰器の損失量を調整することで、光中継器の出力パワーを一定とする例を説明するための図である。

図 2 7は、 E D F Aについての S H Bによる利得偏差特性を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

( a ) 本発明の第 1実施形態の説明

図 1は本発明の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置 1 を示すブロック図であり、この図 1に示す増幅媒体性能シミュレーション装置 1は、信号光を増幅する増幅媒体の性能をシミュレーションするものであって、特に、フォトニックネットワークを構成する装置に適用される光増幅器における増幅媒体の出力パワー特性おょぴ利得特性の性能についてシミュレーションを実行することができるものである。

すなわち、波長配置'波長数が大幅に変化する光ネットワークに適用することを想定した光増幅器を設計する際に、この増幅媒体性能シミュレーション装置

1で得られるシミュレーション結果により、評価対象となる増幅媒体についての利得波長特性を正確に把握することで、入出力パワー特性や利得等化器の特性を、利得平坦性を確保できるように設計することができるようになっている。なお、増幅媒体性能シミュレーション装置 1において、シミュレーションを実行する対象となる増幅媒体として、例えば E D F Aを用いることができる。以下においては、増幅媒体として E D F Aを使用する場合について述べるが、これ以外の増幅媒体を使用することを妨げるものではない。

そして、第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーシヨン装置 1においては、 E D F Aの基本データと入力信号光の情報を与えることによって、前述の S H Bによって生じる E D F Aの利得偏差特性についてシミュレ一トすることができるようになつている。以下においては、この増幅媒体性能シミュレ一シヨン装置 1において、 S H Bによって生じる E D F Aの利得偏差特性を算出する原理について説明する。

前述の図 2 7に示したように、 E D F Aにおける利得飽和状態の波長レベルでの不均一拡がりの影響は、特に信号光波長と 1 5 3 0 n m帯において強いことがわかる。本実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーシヨン装置 1においては、この不均一拡がりが特に強い帯域についての影響に着目して反転分布率の変化量を算出するようになっている。以下においては、信号光波長に発生する利得変動をメインホールと'し、 1 5 3 0 nm近辺に発生する利得変動をセカンドホールと呼ぶこととする。

図 2および図 3は、本実施形態にかかる装置 1における演算処理について説明するための図である。ある波長における SHBによる利得変動は、その光波長に相当する遷移の始準位の E r ³+イオン数が変化、即ち反転分布率が平均値から変化することによって起こる。

そこで、 EDF 5 0の長手方向についての座標 zから微小部分 Δ z (図 2参照）だけ信号光が伝搬した場合における、 SHBによる利得変動を引き起こす反転分布率変化量を A n_SHBとすると、この微小部分 Δ _zでの光パワー P ( z + Δ ζ ) は、式（1 ) に示すようになる。この式（1 ) 中において、 ηは ED F 5 0の長手方向座標 ζにおける反転分布率、 Ρ ( ζ ) は EDF 5 0の長手方向座標 _ζにおける信号光パワー、 G (η) は、反転分布率 ηの場合での ED F 5 0の利得を示している。

Ρ ( ζ+Δ z ) =P ( z ) +G (η +厶 n_SHB) X Ρ ( ζ ) … ( 1 ) そして、 ED F 5 0の伝搬方程式は、式 (2) に示すように表すことができる。尚、式（2) においては、反転分布率 11を、 ED F 5 0の長手方向座標 z に応じた関数値 n ( z ) とし、 Δ n_SHBの値を ED F 5 0の長手方向座標 zとともに信号光波長; Iの関数として表記している。

d P ( z) /d z =

{ (g (λ) + a (λ)) (n ( z) + Δ n _SHB ( λ , z )) - (α (X) + 1 (λ)) } · P ( z )

… （2) ここで、式（2) 中において、 g (λ) は ED F 5 0における利得係数、 a

(λ) は吸収係数、 1 (λ) は損失で、それぞれ信号光の波長; Iに応じた関数として予め与えられるものである。この式（2) から、 ED F 5 0の長手方向座標 _Ζにおける光パワーの微少変化量 d P ( z ) Zd zは、当該座標 zにおける光パワー P ( z ) および n ( z ) +Δ nsHB を得ることで求めることができる。尚、 n ( z) については、 EDF Aの長手方向座標 zでの光パワー P ( z ) をもとに、公知の計算式によって得ることができる（前述の非特許文献 1中の式（14) を参照）。

また、メインホールの原因となる信号光波長帯での反転分布率の変化と、セカンドホールの原因となる 1530 nm近辺での反転分布率の変化に着目することにより、式（2) における Δ ηβΗΒ { , ζ ) を、式（3) のように表すことができる。

⁺∑ ^Dj (^Aj，〖( ， ⁿ(^z))^exP ) λ- jf

(3) 上述の式（3) は、メインホールおよびセカンドホールに対応する反転分布率の変化を表すガゥシアン関数を足し合わせた構成となっている。

また、メィンホールに対応する反転分布率変化の項 (後述の第 1関数) は、信号光として伝送すべき信号光波長（チャンネル）ごとに 1種類のガウシアン関数で表された反転分布率の変化分の総和によってモデル化されている。更に、セカンドホールに対応する反転分布率変化の項 (後述の第 2関数) は、信号光波長に依存しない複数（j個）のガウシアン関数の和によってモデル化している。

たとえば、信号光波長を 1波長とした場合においては、図 3に示すように、メインホールに対応する反転分布率の変化は、信号光波長（又は飽和信号波長 ) を中心波長とする単一のガウシアン関数 G 1として表すことができ、セカンドホールに対応する反転分布率の変化は 1530 nm帯の波長を中心波長とする 2つのガウシアン関数 G 2, G3の足し合わせによって表すことができる。ここで、式（3) において、第 1項はメインホール、第 2項はセカンドホールを表している。ここで、 λ はチャンネル iの信号光波長、 L jはセカンドホールのガウシアン関数の中心波長、 (z) は座標 zの位置を伝播するチヤンネル iの信号パワー、 P_t。_tal ( z ) は座標 _Zの位置を伝播する信号光の総パヮ一、 BWiおよび BWjは各ガウシンアン関数の半値全幅である。また、 C (λ _{i 5} ( z ), P_total ( z )) はチャンネル iの信号光によって形成されるメインホールの深さを決定する深さ関数であり、 Dj ( Ptotal

( z), n (z )) はセカンドホールの深さを決定する深さ関数であって、ともに座標 zの位置を伝搬する信号光の総パワーの増加にともない深さが増加し、パワーが一定値以上で飽和する関数を用いることができる。

これらの関数 C (X _{i 5} (z ), P _al ( z )), D j (λ )， P _totai ( z ), n ( z )) としては、例えばそれぞれ以下に示す式（4)， (5) に示すように表すことができる。

Φ,. , P_I (4 P_MAL (z》 = [ ^? ,² + c + c₃ - exp (- c₄P_lolal (₂))} … (4)

V ¹ ソ

Dj ( J , P_LOLAL

一 exp (- d_3JP_LOTAL … (5) 上述の式（2) および（3) の関係から、信号光が ED F 5 0に入力される時点でのパワー（P i (0)) をもとに、 n ( z ) とともに式（3) における Δ n_SHB ( ， 0) の値を計算し、計算された A n_SHB (λ, 0) を式（2) に用いることにより、 EDF 5 0の信号光入力端の微小部分 Δ ζの位置を伝搬するときの光パワーの微少変化を算出することができる。

さらに、上述のごとく算出された光パワーの微少変化を、入力信号光パワー ¥ Ρ _; (0) に加えて、位置 Δ zの位置を伝搬する信号光パワー P _; (Δ z ) とすることができる。これにより、 ED F 5 0の長手方向座標 ζ = Δ zから微小部分 Δ ζだけ更に信号光が伝搬した場合における光パワー変化についても、上述の場合と同様に計算することができる。

このようにして、上述したような計算を繰り返していくことで、 ED F 5 0 の信号光入力端（ζ = 0) から出力端（z =L) における長手方向座標 zから微小部分 Δ zだけ更に信号光が伝搬した場合における光パワー変化を計算することができる。そして、信号光が ED F 5 0の出力端位置から出力される時点での光パワーについても最終的に算出することができる。

すなわち、式（2) および（3) の演算処理によって、信号光波長ごとの E D F 5 0による増幅後の光パワーを得ることができるので、入力信号光パワーと、上述のごとく算出される信号光波長ごとの光パワーとから、 ED F 5 0の信号光波長ごとに利得偏差利得特性を算出することができるのである。

ついで、本実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置 1において、 EDFAの基本データと入力信号光の情報に基づき、上述のような原理に従つて、 SHBによって生じる EDFAの利得偏差特性についてシミュレートするための構成について説明を進める。

増幅媒体性能シミュレーション装置 1は、図 1に示すように、キーボード等からなる入力インタフヱース (入力 I F) 10，ハードディスクまたはメモリからなる記憶部 20， CPU (Central Processing Unit) 等からなる演算処理部 30およびディスプレイまたはプリンタ等からなる出力インタフェース 40 をそなえて構成されている。

これにより、増幅媒体性能シミュレーション装置 1においては、入力インタフェース 10を通じて、評価対象とする EDFAについての基本データと ED FAに入力すべき入力信号光に関する情報とを入力して、記憶部 20でこれらの基本データおよび入力信号光情報を保持するとともに、記憶部 20に記憶されたデータを用いた演算処理部 30での演算処理を通じて、 EDFAの性能のシミュレーション結果について算出し、出力インタフェース 40を通じて出力するようになつている。

ここで、記憶部 20は、特性評価の対象の ED F Aについての基本データを保持する基本データ保持部 21と、特性評価の対象となる EDFAに入力すベき入力信号光に関する情報としての入力信号光の波長値おょぴ光パワー値について保持する入力信号光情報保持部 22と、をそなえている。

なお、上述の入力インタフェース 10から入力され基本データ保持部 21にて保持される EDFAについての基本データとしては、例えば、特性評価の対象となる EDFAのファイバ長 L，ファイバ径とともに、採用する EDFAによって特定される、上述の演算処理部 30での演算処理において使用する係数，定数又は公知の関数情報等を含めることができる。

すなわち、上述の式（2) 〜（5) における演算処理において用いられる利得係数 g (λ), 吸収係数 α (λ), 損失 1 ( ), 反転分布率 η (ζ) や、セカンドホールに対応する反転分布率のガウシアン関数式における中心波長; I 各ガウシアン関数の半値全幅 BWi， BWj，各ガウシアン関数の深さ関数の係数 _{C l}〜c₄， d _1? d_{2j }} -, d ₃, jを、上述の基本データ保持部 21において E DF 50の基本データとして保持しておくことができるようになつている。また、増幅媒体性能シミュレーション装置 1においては、 EDFAに波長多重信号光を入力した場合にも対応して、 SHBによる利得特性の変化を算出することができる。この場合においては、入力信号光情報保持部 22において保持する入力信号光情報としては、波長多重された信号光をなす各波長データ，各波長の信号光のパワーおょぴ波長多重された入力信号光の総パワーについてのデータを保持しておく。

演算処理部 30は、記憶部 20に記憶されたプログラムを実行し実行結果について出力インタフェース 40に出力するものであって、シミュレーション実行部 31としての機能を有している。即ち、シミュレーション実行部 31としての機能は、図示しない記憶媒体に記憶されたプログラムを記憶部 20に展開して、このプログラムを演算処理部 30で実行することにより実現することができる。

また、シミュレーション実行部 31は、基本データ保持部 21および入力信号光情報保持部 22にて保持された内容を用いて、入力信号光の入力により評価対象とする EDF Aの始準位のイオン分布の変動分を含めて、 EDFAから出力される信号光パヮ.一を信号光波長ごとに近似算出するものであり、この算出結果を、 EDFAの性能のシミュレーション結果として出力するようになつている。

さらに、シミュレーション実行部 31は、反転分布率変化量算出部 31— 1, 信号光パワー変化算出部 31— 2，信号光パワー算出部 31— 3, 補正前反転分布率算出部 31一 4および出力処理部 31-5をそなえて構成されている。ここで、反転分布率変化量算出部 31— 1は、後述の補正前反転分布率算出部 31— 4にて算出された反転分布率と、基本データ保持部 21および入力信号光情報保持部 22にて保持された内容とを用いて、入力信号光の入力により EDF 50の始準位のイオン分布が変動することによって生じうる反転分布率の変化量を算出するものである。具体的には、反転分布率変化量算出部 3 1— 1においては、この反転分布率の変化量を、中心波長と幅を持つ山又は谷形の形状を有する少なくとも一つ以上の波長関数を用いた演算を通じ、入力信号光の波長および E D F 5 0の長手方向座標の関数として算出するようになっている。

また、信号光パワー変化算出部 3 1— 2は、反転分布率変化量算出部 3 1—

1にて算出された反転分布率の変化量と、基本データ保持部 2 1および入力信号光情報保持部 2 2にて保持された内容とを用いて定められた微分方程式とから、 E D F 5 0における信号光入力端から E D F 5 0中を伝搬する信号光についての光パワーの変化を、信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆくものである。

これにより、信号光パワー変化算出部 3 1— 2においては、基本データ保持部 2 1および入力信号光情報保持部 2 2にて保持されている内容を用いることにより、上述の式（2 ) における係数データないし定数データを取得して、 E D F 5 0の長手方向座標 zの位置を伝搬する信号光についての光パワー変化を算出することができるようになつている。

また、反転分布率変化量算出部 3 1 - 1においては、基本データ保持部 2 1 および入力信号光情報保持部 2 2にて保持されている内容を用いることにより、上述の式 ( 3 ) 〜 ( 5 ) における係数データないし定数データを取得して、上述の信号光パワー変化算出部 3 1 - 2における計算で使用する反転分布率の変化量 Δ n _SHBを算出することができるようになっている。

すなわち、反転分布率変化量算出部 3 1— 1は、反転分布率の変化量を、利得飽和状態の第 1波長帯（信号光波長帯）を中心とする第 1関数としての式（ 3 ) の第 1項を演算する第 1関数演算部 3 1 1と、 E D F Aに特有の第 2波長帯（1 5 3 0 n m帯）を中心とする関数からなる第 2関数としての式（3 ) の第 2項を演算する第 2関数演算部 3 1 2と、第 1関数演算部 3 1 1および第 2 関数演算部 3 1 2からの算出結果について加算する加算部 3 1 3とをそなえて構成されている。

また、第 1関数演算部 3 1 1で演算される第 1関数が、入力信号光の波長; I iに応じて与えられるガウシアン関数の総和により構成され、第 2関数演算部 312で演算される第 2関数が、複数の（式（3) においては j個の）ガウシアン関数の総和により構成されている。

さらに、第 1関数をなす入力信号光の波長に応じて与えられるガウシアン関数は、中心波長を入力信号光の波長； I；とし、半値全幅 BWiを EDFAに応じた値として定められるとともに、第 2関数をなす各ガウシアン関数は、中心波長を増幅媒体に特有の第 2波長帯（1530 nm帯）とし、半値全幅 BWjを EDFAに応じた値として定められ、且つ、第 1関数おょぴ第 2関数における各ガウシアン関数の半値全幅 BWi, BWjを、基本データ保持部 21にて保持しておくように構成されている。

また、第 1関数をなす各ガウシアン関数の深さは、入力信号光の総パワーの増加に伴って増加し、一定値以上で飽和する深さ関数 C (式（4) 参照）で定義され、第 2関数をなす各ガウシアン関数の深さについても、入力信号光の総パワーの増加に伴って増加し、一定値以上で飽和する深さ関数 D (式（5) 参照）で定義される。

すなわち、第 1関数をなす入力信号光の波長に応じて与えられる各ガウシァン関数についての深さ関数は、前述の式（4) に示すように、入力信号光の波長 λ iと、入力信号光の波長； L；についての EDFAの長手方向座標 zにおける光パワー P i (z) と、 ED FAの長手方向座標 zの位置を伝搬する信号光の総パワー： P_total (z) とを変数とする関数で定義される。

また、第 2関数をなす各ガゥシアン関数についての深さ関数は、前述の式（ 5 ) に示すように、第 2波長帯の波長； L jと、 EDF Aの長手方向座標 _Zの位置を伝搬する信号光の総パワー P_total (z) および ED FAの反転分布率 n (z) とを変数とする関数で定義される。

さらに、信号光パワー算出部 31— 3は、入力信号光情報保持部 22にて保持された入力信号光のパワー値に、信号光パワー変化算出部 31— 2にて算出される微小伝搬範囲での光パヮ一の変化を、 E D F Aにおける信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、 EDFA中を伝搬する信号光の長手方向座標 zの位置に応じた信号光パワーを、入力信号光の入力による EDFAにおける始準位のイオン分布の変動分を含めて算出するものである。

補正前反転分布率算出部 31— 4は、光パワー変化を算出する際に用いる、 E D F Aにおける始準位のイオン分布の変動を加味しなレ、反転分布率 n ( z ) を補正前反転分布率として算出するものである。具体的には、上述の信号光パヮー算出部 31— 3にて算出される EDF A中を伝搬する信号光の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーをもとに、基本データ保持部 21にて保持されている n (z) の式を用いることにより算出するものである。

これにより、信号光パワー変化算出部 31— 2においては、補正前反転分布率算出部 31— 4において算出された反転分布率 n (z) と、反転分布率変化量算出部 31— 1にて算出された反転分布率の変化量 Δ η (λ, ζ) と、基本データ保持部 21にて保持されている前述の基本データとをもとにして、前述の式（2) を用いることにより、 EDF Αの長手方向に対して長さの微小単位ごとの光パワーの微少変化 d P (ζ) /ά ζを算出する。

さらに、出力処理部 31— 5は、信号光パワー算出部 31—3にて算出された、 E D F Αにおける信号光出力端から出力される信号光パワーの算出結果を、 EDFAの性能のシミュレーション結果として出力処理を行なうものである。上述の構成により、本発明の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置 1における動作を、図 4に示すフローチャートを用いて以下に説明する。

まず、入力インタフェース 10を通じて、入力パラメータとして、前述の E

DF Aの基本データと、入力信号光に関するデータ（波長データおよび入力信号光パワー）とを取得し（ステップ S l)、 EDFAの基本データについて基本データ保持部 21で保持しておくとともに、入力信号光データは入力信号光情報保持部 22にて保持しておく。

ついで、反転分布率変化量算出ステップとして、信号光の入力により EDF

Aの始準位のイオン分布が変動することによって生じうる反転分布率の変化量 Δ n_SHBを算出する。

まず、補正前反転分布率算出部 31— 4では、入力信号光情報保持部 22において保持されている入力信号光情報をもとに、 EDF 50の信号光入力端における捕正前反転分布率としての n (z = 0) を算出する。

そして、反転分布率変化量算出部 31— 1において、上述の n (n = 0) とともに基本データ保持部 21および入力信号光情報保持部 22にて保持されているデータをもとに、上述の式（3) を用いることにより、 An_SHB (λ, 0) の値を計算する。

そして、光パワー変化算出ステップとして、反転分布率変化量算出ステップにて算出された反転分布率の変化量によつて補正された補正後反転分布率に基づく EDF Αの伝搬方程式をもとに、 EDF Aの信号光入力端から該増幅媒体中を伝搬する信号光についての光パワーの変化を、信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆく。

具体的には、信号光パワー変化算出部 31— 2において、光パワー変化算出ステップとして、補正前反転分布率算出部 31—4にて算出された η (ζ = 0 ) の値とともに反転分布率変化量算出部 31— 1で計算された An_SHB {λ, 0 ) をもとにして、式 (2) を用いることにより、 EDF 50の信号光入力端の微小部分 Δ ζの位置を伝搬するときの光パワーの微少変化を算出する（以上、ステップ S 2，ステップ S 3)。

さらに、出力信号光パワー算出ステップとして、入力信号光のパワー値に、光パワー変化算出ステップにて算出される微小伝搬範囲での光パワーの変化を、信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、 Ε DF Α中から出力される出力信号光パワーを、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動分を含めて算出する。

すなわち、信号光パワー算出部 31— 3において、上述のごとく算出された光パワーの微少変化を、入力信号光パワー (0) に加えて、位置 Δ ζの位置を伝搬する信号光パワー P i (Δ z) とする（ステップ S 4)。

これにより、 EDF 50の長手方向座標 z =Δ zから微小部分 Δ zだけ更に信号光が伝搬した場合における光パワー変化についても、上述の場合と同様に、 A nsHB (λ, Δ ζ ) を計算した上で算出することができる。このようにして、上述したような計算を繰り返していくことで、 EDF 50の信号光入力端（ζ -0) から出力端（z = L) に至るまで、微小伝搬範囲 Δ _Zずつの光パヮ一変化を計算することができる（ステップ S 5の NOルー卜からステップ S 3)。そして：出力処理ステップとして、出力信号光パワー算出ステップにて算出された算出結果を EDF Aの性能のシミュレーション結果として出力処理を行なう。即ち、信号光パワー算出部 31— 3において、信号光が EDF 50の出力端位置から出力される時点での光パワーが得られると、出力処理部 31—5 においては、この出力端から出力される時点での光パワーを、 EDFAの出力特性のシミュレーシヨン結果として出力する（ステップ S 6)。

また、シミュレーション実行部 31においては、信号光波長ごとの、 EDF Aに入力された時点での信号光パワーと、 EDF Aを出力する時点での信号光パワーとの関係から、シミュレーション結果を、入力信号光パワーに応じた波長スぺクトラムに対する利得偏差の依存性として出力したり、飽和信号波長に応じた波長スぺクトラムに対する利得偏差の依存性として出力したり、利得一定制御のターゲット（目標値）とする利得値に応じた波長スペクトラムに対する利得偏差の依存性として出力したりすることもできる。

図 5〜図 7は、上述のごときシミュレーション実行部 31におけるシミュレーシヨンの実行により得られたシミュレーション結果（計算値）と、実験により得られた測定値（実験値）とを比較する図である。

ここで、図 5は入力信号光パワーに応じた波長スぺクトラムに対する利得偏差の依存性を示している。図 5中、「秦」は入力信号光パワーを 2. 3 dBm、「口」は入力信号光パワーを 0 d Bm、「酾」は入力信号光パワーを一 5 d Bm

、「X」は入力信号光パワーを _ 10 d Bm、「◊」は入力信号光パワーを一 1 5 d B mとした場合の実験値を示しており、実線はそれぞれの実験値に対応した入力信号光パワーとした場合のシミュレーション結果を示している。

さらに、図 6は飽和信号波長に応じた波長スぺクトラムに対する利得偏差の依存性を示しており、図 6中、「♦」は飽和信号波長を 1529. 7 nm、「◊ 」は飽和信号波長を 1534. 7 nm、「X」は飽和信号波長を 1536. 7 n m、「画」は飽和信号波長を 1540. 7 nm、「口」は飽和信号波長を 154 4. 7 nm、「會」は飽和信号波長を 1549. 7 n mとした場合の実験値を示しており、実線はそれぞれの実験値に対応した入力信号光パワーとした場合のシミュレ一ション結果を示している。

また、図 7は利得一定制御のターゲットとする利得値に応じた波長スぺクトラムに対する利得偏差の依存性を示している。図 7中、「♦」は利得一定制御のターゲットを 2 0 d B、「口」は利得一定制御のターゲットを 2 5 d B、「▲」は利得一定制御のターゲットを 2 9 . 5 d Bとした場合の実験値を示しており、実線はそれぞれの実験値に対応した入力信号光パワーとした場合のシミュレーション結果を示している。

上述の図 5〜図 7に示すいずれのシミュレーション結果を用いた場合においても、本実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置 1においては S H Bによる利得変動を精度良く計算できることが確認できる。このシミュレ一ション結果をもとに E D F Aの入出力パワーや利得等化器による利得等化特性を設計することによって、光中継器の利得平坦性の精度を大幅に高くすることが可能となる。

このように、本発明の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置によれば、シミュレーション実行部 3 1において、簡略な近似計算式を導入することにより、短時間の処理で、増幅媒体の長手方向に対して長さの微小単位ごとに始準位のイオン分布の変動によって生じる利得偏差を、信号波周辺以外での利得偏差を含んでシミュレーション結果として出力することができる利点がある。

( b ) 第 2実施形態の説明

図 8は本発明の第 2実施形態にかかる光増幅器 6 0を示すプロック図であり、この図 8において、 6 1は励起光を出力する励起光源、 6 2は励起光源 6 1かリらの励起光により励起されて、入力信号光を増幅する信号光増幅媒体としての E D F A、 6 3は E D F A 6 2から出力された出力信号光の利得を等化する利得等化器である。

この利得等化器 6 3は、前述の第 1実施形態におけるものと同様の増幅媒体性能シミュレーション装置 1のシミュレーション実行部 3 1からのシミュレーシヨン結果に基づいて、入力信号光の入力による E D F A 6 2における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように設計されている。図 9は、図 8に示すような EDFA62の後段に設けられる利得等化器 63 による利得等化特性について説明するための図であり、図中点線は前述の第 1 実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーション装置 1にて得られた利得偏差特性をもとに設計された利得等化器の利得等化特性であり、実線は E D F Aの利得特性を単一パンド近似と想定した場合の利得等化器の利得等化特性を示している。

この図 9から、増幅媒体性能シミュレーシヨン装置 1にて得られた利得偏差特性をもとに設計された利得等化器によれば、特に 153 Onm周辺の利得偏差を補償できることが期待される。

このように、本発明の第 2実施形態にかかる光増幅器 60によれば、利得等化器 63の利得等化特性を、増幅媒体シミュレーション装置 1のシミュレーション実行部 31から短時間の処理で得られる高精度のシミュレーション結果に基づいて設計することができるので、入力信号光の入力による EDF A 62における始準位のイオン分布の変動を補償することができる利点がある。

特に、信号光の波長配置がダイナミックに変動しうるフォトニックネットヮークにおけるノードの構成要素となる光増幅器において、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることができる利点がある。

(c) 第 3実施形態の説明

図 10は本発明の第 3実施形態にかかる光増幅器 7 OAを示すブロック図であり、この図 10に示す光増幅器 7 OAにおいて、 71は励起光を出力する励起光源、 72は励起光源 71からの励起光により励起されて、入力信号光を増幅する信号光増幅媒体としての EDFA、 73は励起光源 71を制御する励起光源制御部、 74は EDFA72に入力される信号光の一部を分岐する分岐力プラ、 75は EDFA 72から出力される出力信号光の一部を分岐する分岐力プラ、 76は分岐カプラ 75からの出力信号光のパワーについて可変減衰する可変光減衰器（V〇A) である。

ここで、励起光源制御部 73は、入力信号光の入力による EDFA72における始準位のィオン分布の変動による利得偏差が補償されるように励起光源 7 1を制御するようになっており、フォトダイオード（PD) 73 a, スぺタトルアナライザ（S AU) 7 3 b , 利得一定制御部 7 3 cおよび補正部 7 3 dをそなえて構成されている。

また、フォトダイオード 7 3 aは、分岐力ブラ 7 4によって分岐された信号光のパワーをモニタするもので、スペクトルアナライザ 7 3 bは、分岐カプラ 7 5によって分岐された出力信号光のパワーおょぴ信号波長の配置情報をモニタするものである。

したがって、上述のフォトダイォード 7 3 aおよびスぺクトルアナライザ 7 3 bにより、入力信号光および出力信号光のパワーをモニタする第 1パワーモニタとして機能するとともに、スペクトルアナライザ 7 3 bは、増幅媒体である E D F A 7 2を伝搬する信号光の波長配置情報を取得する波長配置情報取得部としての機能も有している。

さらに、利得一定制御部 7 3 cは、第 1パヮ一モニタとしてのフォトダイォード 7 3 aおよびスぺクトルアナライザ 7 3 bにてモニタされた入出力信号光のパワーから、利得が一定となるように、励起光源 7 1を制御するための信号を出力するものである。

さらに、補正部 7 3 dは、スペクトルアナライザ 7 3 bにて取得された波長配置情報をもとに、スぺクトルホールバーニングによる波長帯における利得偏差を減少させるように、利得一定制御部 7 3 cにおける励起光源 7 1に対する制御量を補正するものである。

たとえば、補正部 7 3 dにおいては、前述の第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1においてシミュレーションが実行された結果から、利得偏差を減少させるための励起光制御情報を保持しておくテーブル 7 3 d - 1をそなえるとともに、利得一定制御部 7 3 cからの信号光波長配置情報，入力信号光パワーと出力信号光のパワー比（利得）の情報，および出力パワーをキーとしてテーブル 7 3 d—1を検索することにより信号光波長配置に応じた利得偏差を減少させるための励起光制御情報を取り出す検索部 7 3 d— 2をそなえて構成されている。

すなわち、補正部 7 3 dにおいては、この検索部 7 3 d— 2にて検索された励起光制御情報を利得一定制御部 7 3 cに与えることにより、利得一定制御部 73 cにおける励起光源 71に対する制御量を補正できるようになつている。上述の構成により、第 3実施形態にかかる光増幅器 7 OAでは、図 12に示すように、励起光源 71からの励起光が制御されて、 SHBによる利得偏差を補償している。

励起光源制御部 73の利得一定制御部 73 cでは、フォトダイオード 73 a およびスぺクトルアナライザ 73 bから入力信号光パワーおよび出力信号光パヮ一とともに、信号光の波長配置情報を取得し（ステップ Al)、これら取得したデータから、 EDFA 72の利得状態を算出し、利得一定制御によりあらかじめ決められた利得となるように出力パワーの目標値を決定する。

このとき、補正部 73 dでは、信号配置情報，利得情報および出力パワーのモニタ値を利得一定制御部 73 cから受け取るとともに、上述のごときテープル検索を行なうことにより、これらの値から SHBによる利得変動の補正が必要か否かを判断し、 SHBの補正が必要な場合は、信号配置情報、利得、出力パワーから出力パヮ一の目標値に加える補正量を決定する（ステップ A 2 )。これにより、利得一定制御部 73 cでは、補正部 73 dにて決定された励起光制御用の補正量を受けて、励起光制御の目標とする出力パワーを決定して、スぺクトルアナライザ 75にてモニタされる出力信号光パワーが目標値となるように、励起光源 71が供給する励起光の強度等を制御するための信号を出力する。

なお、 VOA76では、補正部 73 dにおいて SHBによる利得変動を補償するための励起光制御量の補正を行なった場合には、 EDFA72の出力パヮ一が当初の所望していた値から増減するため、所望の出力パワーがえられるように損失量を制御する（ステップ A 3)。

図 13〜図 18は、第 3実施形態にかかる光増幅器 7 OAにおいて、上述のごとく光増幅器利得一定制御に S H Bによる利得変動の補正を重畳したことによる作用効果を説明するための図である。

波長配置がダイナミックに変化するような自由度の高い光通信システムにおいては、 SHBによる局所的な利得変動が生じ、 EDF Aの利得波長特性と利得等化器の特性との間に誤差が生じる。このとき、励起パワー P_AGCで光増幅器を利得一定制御で駆動すると、 SHBによって AGの利得偏差が生じるが、第 3実施形態にかかる光増幅器 7 OAのごとく、励起パワー P_AGCに対して補正部 73 dにおける補正量に相当する励起パワーの変化量 Δ PSHBを加え、光増幅器 7 OAの反転分布率を変動させることにより、利得偏差 AG' が AG> AG⁷ となるように制御することができる。

たとえば、図 13に示すように、 40チャンネルの波長多重信号光に対して利得波長特性が平坦になるような特性を持った利得等化器（GEQ) を EDF A 72の後段に挿入することを想定する。このときの利得等化器は図 14に示すような損失特性とすることができる。尚、図 13中において、利得等化器を挿入した場合の利得特性を A (GEQあり）とし、利得等化器を揷入しない場合の利得特性を B (GEQなし）とする。

この EDFA72に対して、長波長側に波長配置が集中する例として、短波長側 1チヤンネル（波長 1533. 5 nm)、およぴ長波長側 8チヤンネル（ 1 555-1560. 6 nm) の波長配置を持つ波長多重信号光を入力した場合において、利得一定制御部 73 cで利得一定制御によって平均利得が一定となるように励起光の制御を行なうことを想定する。

このような利得一定制御部 73 cによる利得一定制御のみを行なった場合には、励起光源 71においては、例えば前方励起光 53mW、後方励起光 32m Wの励起パワーを有する励起光を ED F A 72に供給する。図 15は、このような波長配置の信号光を伝搬する E D F A 72に対して、上述の利得一定制御部 73 cによる利得一定制御のみを行なった場合の、各波長配置における信号光の利得波長特性について示す図である。

この図 15における Cとして示す 40チャンネル増幅時の利得波長特性（図中の「令」の点参照）においては、利得偏差は各チャンネル間で 0. 03 dB であったが、この図 15における Dとして示す（短波長側 1チャンネル +長波長側 8チャンネル）増幅の場合の利得波長特性（図 15中の「圏」の点参照）においては、利得偏差は 0. 51 d Bとなり、利得一定制御では十分利得偏差を小さくすることが困難なことがわかる。

そこで、補正部 73 dにおいて、信号光波長の波長配置および光出力パワーに応じた補正量で補正された制御量で励起光源 71を制御することにより、励起光源 71からの後方励起パワーを 32mWから 2 lmWに減少させる。このようにすれば、例えば図 16における (図 16中の「酾」の点参照）のとして示すように、信号光の平均利得は減少するものの、利得偏差については大幅に補償して、 0. 09 d B程度とすることができる。尚、減少した EDFA 72の平均利得分は可変光減衰器 76の損失量を減少させることによって補完する（図 16における、「▲」の点参照）。

同様に、短波長側に波長配置が集中する例として、短波長側 4チャンネル（ 1529. 6 nm- 1531. 9nm)、長波長側 1チヤンネル（1556. 6 nm) の波長配置を持つ波長多重信号光を入力した場合において、利得一定制御部 73 cで利得一定制御によって平均利得が一定となるように励起光の制御を行なうことを想定する。

このとき、利得一定制御部 73 cによる利得一定制御のみを行なった場合には、励起光源 71においては、例えば前方励起光 81. 3mW、後方励起光 0 mWの励起パワーを有する励起光を EDF A 72に供給する。図 17は、このような波長配置の信号光を伝搬する EDF A 72に対して、上述の利得一定制御部 73 cによる利得一定制御のみを行なった場合の、各波長配置における信号光の利得波長特性について示す図である。

この図 17における Cとして示す 40チャンネル増幅時の利得波長特性（図 17中の「♦」の点参照）においては、利得偏差は各チャンネル間で 0. 03 dBであったが、この図 1 7における Eとして示す（短波長側 4チャンネル + 長波長側 1チャンネル）増幅の場合の利得波長特性（図 17中の「画」の点参照）においては、利得偏差は 0. 5 d Bとなり、利得一定制御では十分利得偏差を小さくすることが困難なことがわかる。

そこで、補正部 73 dにおいて、信号光波長の波長配置および光出力パワーに応じた補正量で補正された制御量で励起光源 71を制御することにより、励起光源 71からの後方励起パワーを OmWから 15 mWに増加させる。このようにすれば、例えば図 18における E' (図 18中の「固」の点参照）として示すように、信号光の平均利得は増加するものの、利得偏差については大幅に補償して、 0. 1 1 d B程度とすることができる。尚、増加した EDFA72 の平均利得分は可変光減衰器 76の損失量を増加させることによって補完する (図 1 8における、「▲」の点参照）。

なお、上述の説明では後方励起パワーを補正することによって利得偏差を減少させたが、調整する励起パワーは前方励起パワーを調整しても、前方後方の両方の励起パワーを調整してもよい。

このように、本発明の第 3実施形態にかかる光増幅器 7 OAによれば、励起光源制御部 73により、前述の第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1のシミュレーション実行部 3 1から短時間の処理で得られる高精度のシミュレ一シヨン結果に基づいて、 EDF A 72における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように励起光源 71を制御することができるので、利得一定制御の安定度を飛躍的に高めることができる利点がある。特に、信号光の波長配置がダイナミックに変動しうるフォトニックネットヮークにおけるノードの構成要素となる光増幅器において、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることができる利点がある。

なお、第 3実施形態の変形例として、図 1 1に示す光増幅器 70 Bのように、 EDFA72の入力側に S AU 73 bを配置し入力側で信号配置情報を取得するとともに、 EDFA72から出力される出力信号光のパヮーをフォ卜ダイォード 73 aでモニタするようにしてもよい。

(d) 第 4実施形態の説明

図 1 9は本発明の第 4実施形態にかかる光増幅器 80を示すプロック図であり、この図 1 9に示す光増幅器 80は、励起光源 71， EDFA72, 分岐力プラ 74， 75および VOA 76をそなえている点は前述の第 3実施形態におけるものと同様であるが、前述の第 3実施形態の場合とは異なり、 WDM (Wavelength Division Multiplexing) カプラ 81および励起光源制御部 82 をそなえて構成されている。

ここで、 WDMカプラ 8 1は、光増幅器 80に入力された波長多重光のうちで、制御信号として割り当てられた波長を有する制御信号光と信号光とを波長分離するものであり、制御信号については励起光源制御部 83に出力され、信号光については分岐カプラ 7 に出力される。

また、励起光源制御部 8 2は、励起光源 7 1を制御するものであるが、フォトダイォード（P D ) 8 2 a , 8 2 b , 制御信号解析部 8 2 c，利得一定制御部 7 3 cおよび補正部 7 3 dをそなえて構成されている。

ここで、フォトダイオード 8 2 aは分岐カプラ 7 4によって分岐された信号光のパワーをモニタするもので、フォトダイオード 8 2 bは、分岐カプラ 7 5 によって分岐された出力信号光のパワーをモニタするものである。従って、上述のフォトダイオード 8 2 a， 8 2 bにより、入力信号光および出力信号光のパワーをモニタする第 1パワーモニタとして機能する。

また、制御信号解析部 8 2 cは、信号光とともに伝送される制御信号光を W

D Mカプラ 8 1を介してフォトダイォードで受光するとともに、この受光信号を解析することにより、制御情報としての波長配置情報を取り出すものであつて、増幅媒体である E D F A 7 2を伝搬する信号光の波長配置情報を取得する波長配置情報取得部として機能する。即ち、制御信号解析部 8 2 cは、信号光とともに伝送される制御信号光から波長配置情報を取得するようになっている。利得一定制御部 7 3 cは、前述の第 3実施形態の場合と同様の機能を有するもので、第 1パワーモニタとしてのフォトダイオード 8 2 a， 8 2 bにてモニタされた入出力信号光のパワーから、利得が一定となるように、励起光源 7 1 を制御するための信号を出力するものである。

また、補正部 7 3 dについても、前述の第 3実施形態の場合と同様、制御信号解析部 8 2 cにて取得された波長配置情報をもとに、スぺクトルホールバーニングによる波長帯における利得偏差を減少させるように、利得一定制御部 7 3 cにおける励起光源 7 1に対する制御量を補正するものであり、テーブル 7 3 d - 1および検索部 7 3 d— 2をそなえている。

上述の構成による、第 4実施形態にかかる光増幅器 8 0の動作について、図

1 2のフローチャートを参照しながら説明する。

励起光源制御部 8 2の制御信号解析部 8 2 cにおいては、信号光とともに伝送される制御信号光から、信号光の波長配置情報を取得する。又、入出力光パヮ一のモニタ情報についてはフォトダイオード 8 2 a， 8 2 bから取得する（図 1 2のステップ A 1参照）。

また、利得一定制御部 7 3 cにおいては、フォトダイオード 8 2 a， 8 2 b からの入出力光パワーのモニタ結果とに基づき利得一定制御を行なっているが (ステップ A 2 )、補正部 7 3 dにおいては、制御信号解析部 8 2 cからの波長配置情報と、フォトダイオード 8 2 a， 8 2 bからの入出力光パワーのモニタ結果とに基づき、励起光源 7 1に対する利得一定制御部 7 3 cからの制御量が補正されて、 S H Bによる利得偏差を補償している。尚、増減した E D F A 7 2の平均利得分は可変光減衰器 7 6の損失量を調整することによつて補完するこのように、本発明の第 4実施形態にかかる光増幅器 8 0においても、励起光源制御部 8 2により、前述の第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1のシミュレーション実行部 3 1から短時間の処理で得られる高精度のシミュレーション結果に基づいて、 E D F A 7 2における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように励起光源 7 1を制御することができるので、利得一定制御の安定度を飛躍的に高めることができる利点がある。特に、信号光の波長配置がダイナミックに変動しうるフォトニックネットヮークにおけるノードの構成要素となる光増幅器において、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることができる利点がある。

また、波長配置情報取得部として、スペクトルアナライザを用いずに構成することができるので、第 3実施形態にかかる光増幅器 8 0に比して、装置構成のためのコストを削減させることができる。

( e ) 第 5実施形態の説明

図 2 0は本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器 9 0を示すプロック図であり、この図 2 0に示す光増幅器 9 0は、励起光源 7 1 , E D F A 7 2 , 分岐力プラ 7 4， 7 5および V O A 7 6をそなえている点は前述の第 3実施形態におけるものと同様であるが、前述の第 3実施形態の場合とは異なる励起光源制御部 9 1をそなえて構成されている。

励起光源制御部 9 1は、第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1により得られたシミュレ一シヨン結果に基づいて設計されて、入力信号光の入力による EDF A 72における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように EDF A 72を制御するものであるが、第 3実施形態および第 4実施形態の場合と異なり、波長配置情報取得部としての機能を省略している。

すなわち、励起光源制御部 91は、帯域分割フィルタ 91 a， 91 b, フォトダイオード 91 a— 1， 91 a— 2， 91 b— 1， 91 b— 2および平均利得一定制御部 91 cをそなえて構成されている。

ここで、帯域分割フィルタ 91 a， 91 bはそれぞれ、分岐力ブラ 74， 7 5からの EDFA72入力側の信号光および EDF A 72出力側の信号光のパヮー分岐光について、帯域で分割された複数（第 5実施形態の場合は 2つ）の信号光とするものである。

この帯域分割フィルタ 91 a, 91 bにおいては、前述の第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1におけるシミュレーション結果をもとに、 SHBによる利得偏差を想定して、各々の帯域の平均利得がほぼ等しく安定するような帯域に信号光を分割するようになっている。

たとえば、波長分割フィルタ 91 a , 91 bにおいては、後述の図 22，図 23に示すように波長帯域を 2分割することができる。増幅媒体として用いる EDFA72の SHBによる利得変動特性については、増幅媒体シミュレ一ション装置 1において、前述の図 5〜図 7に示すようなシミュレーション結果が得られている。このシミュレーション結果から、 EDF A 72については特に 1530 nm周辺で SHBの影響が大きいことがわかる。

そこで、 SHBの強さに応じて、 EDFA72を短波長側の第 1帯域（15 29 - 1536 nm程度）と長波長側の第 2帯域（1536— 1561 n m程度）の 2つの帯域に分割するのである。

また、フォトダイオード 91 a— 1， 91 a— 2はそれぞれ、帯域分割フィルタ 91 aにて帯域が 2分割された信号光の信号光パワーについてモニタするものである。同様に、フォトダイオード 91 b— 1, 9 l b— 2はそれぞれ、帯域分割フィルタ 91 bにて帯域が 2分割された信号光の信号光パワーについてモニタするものである。たとえば、フォトダイオード 91 a— 1， 9 l b— 1は、上述の第 1帯域に分割された信号光を受光するとともに、フォトダイオード 91 a— 2， 91 b _2は、上述の第 2帯域に分割された信号光を受光するようになっている。したがって、上述の帯域分割フィルタ 91 a, 91 bおよびフォトダイォード 91 a— 1， 91 a— 2， 91 b— 1， 91 b— 2により、増幅媒体性能シミュレーション装置 1により得られたシミュレーション結果をもとに分割された複数の帯域ごとに、入力信号光および出力信号光のパワーをそれぞれ取得する第 2パワーモニタとして機能する。

また、平均利得一定制御部 91 cは、フォトダイオード 91 a _ 1， 91 a -2, 91 b - 1 , 91 b— 2にて取得した各帯域の入力信号光および出力信号光のパワーをもとに、各帯域の平均利得が一致するように、励起光源 71を制御するための信号を出力するものである。

S H Bによつて発生する利得変動は増幅帯域内の波長によってその大きさが異なるため、利得偏差が生じる。従って、波長分割フィルタ 91 a, 91 bで、 EDFA72の増幅帯域を SHBの強さに応じて複数の帯域に分割しておき、その上で、平均利得一定制御部 91 cにおいて、各々の帯域の平均利得が等しくなるように励起パヮ一を調整することによつて利得の平坦性を保つことがつできるのである。

上述の構成による、本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器 90での動作について、図 21に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。

EDF A 72の入力側信号光は、分岐力ブラ 74によって分岐後、帯域分割フィルタ 91 aによって第 1帯域と第 2帯域とに分割され、フォトダイオード 91 a— 1， 91 a— 2によって各々受光する。同様に E D F A 72の出力側信号光についても、分岐力ブラ 75によって分岐後、帯域分割フィルタ 91 b によって第 1帯域と第 2帯域とに分割され、フォトダイオード 91 b— 1， 9 1 b_2によって各々受光する。

そして、平均利得一定制御部 91 cでは、フォトダイォード 91 a— 1 , 9 1 a— 2からの入力信号光パワーに応じた受光信号と > フォトダイオード 91 b— 1， 91 b— 2からの出力信号光パワーに応じた受光信号とを受けると（ステップ B 1)、まず帯域全体について従来よりの利得一定制御を行なう（ステップ B 2)。

すなわち、フォトダイオード 91 a— 1， 91 b— 1からの第 1帯域についての入出力信号光から、フォトダイオード 91 a— 2， 9 l b— 2からの第 2 帯域についての入出力信号光から、第 1帯域と第 2帯域とを合わせた帯域全体についての利得が一定となるように、励起光源 71を制御する制御信号を出力する。

その後、平均利得一定制御部 91 cでは、分割された第 1帯域，第 2帯域ごとに平均利得を算出する。 SHBの効果によって利得偏差が生じると、第 1帯域の平均利得と第 2帯域の平均利得との間で偏差が生じてくる。このとき、各帯域は S H Bの強さに応じて分割しているため、第 1帯域内での利得偏差およぴ第 2帯域内での利得偏差は、算出された分割帯域ごとの平均利得間の利得偏差よりも小さくなる。

ここで、平均利得一定制御部 91 cでは、算出された第 1帯域の平均利得 G と第 2帯域の平均利得 G₂との大小を比較し、大小比較結果に応じて、励起光源 71における励起パワーを増減させるための制御信号を出力する。

すなわち、第 1帯域の平均利得が第 2帯域の平均利得 G₂より大きい（G !>G₂) ときは、反転分布率が低くなるように励起パワーを減少させ、が G₂より小さい（Gi<G₂) ときは、反転分布率が高くなるように励起パワーを増加させるように、励起光源 71に対して制御信号を出力する（ステップ B 3)。

これにより、励起光源 71からの励起光パワーの増減制御により、反転分布率を低くまたは高くなるようにして、平均利得および G₂をほぼ均一にすることができる。尚、励起光パワーの増減制御による出力信号光の利得利得変動分については、 VOA 76の損失量を可変することによって減少分を補う（ステツプ B 4)。

図 22および図 23は第 5実施形態における光増幅器 90において、平均利得一定制御部 91 cによる励起光源 71の制御によって SHBによる利得偏差を補償する一例を示すものである。図 22は、短波長側の第 1帯域 BND# 1に 1チャンネル、長波長側の第 2 帯域 BND# 2に 8チャンネルの信号を入力することで SHBによる利得偏差が発生した場合の、平均利得一定制御部 91 cで算出される両帯域の平均利得を示すものである。この図 22に示すように、第 1帯域 BND# 1での平均利得0₁は23. 5 d B、第 2帯域 BND# 2での平均利得 G₂は 23 d Bとなり、帯域間の利得偏差 0. 5 dBが得られる。

また、第 1帯域 BND# 1の平均利得が第 2帯域 B N D # 2の平均利得よりも大きい（G₁〉G₂) ことから、平均利得一定制御部 91 cでは、前方励起光，後方励起光またはその両方の励起パワーを減少制御する。これにより、図 2 3のように第 1帯域 BND# 1および第 2帯域 BND# 2双方の帯域の平均利得がほぼ等しくなり、 SHBによる利得偏差を補正することができる。

なお、この場合においては、 SHB補正後の利得は、所望の利得よりも小さくなるため、 VOA76の損失量を小さくすることによって減少分を補う。このように、本発明の第 5実施形態にかかる光増幅器 90においても、前述の第 3，第 4実施形態の場合と同様に、励起光源制御部 91により、前述の第 1実施形態における増幅媒体性能シミュレーション装置 1のシミュレーション実行部 31から短時間の処理で得られる高精度のシミュレーション結果に基づいて、 EDFA72における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように励起光源 71を制御することができるので、利得一定制御の安定度を飛躍的に高めることができる利点がある。

特に、信号光の波長配置がダイナミックに変動しうるフォトニックネットヮークにおけるノードの構成要素となる光増幅器において、大幅な波長配置 ·波長数変化に対応して、増幅特性の安定化を図ることができる利点がある。また、前述の第 4実施形態の場合と異なり、制御信号に信号配置情報が含まれていないシステムにおいても、スぺクトルアナライザを用いることなく、装置構成のためのコストを低減させながら、 SHBによる利得偏差の補正を行なうことができる利点もある。

(f ) その他

なお、上述した各実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

たとえば、上述の第 1実施形態にかかる増幅媒体性能シミュレーシヨン装置 1においては、 EDFAにおける SHBによる反転分布率変化量を計算する際に、式（3) のようにガウシアン関数を用いているが、本発明によればこれに限定されず、例えばローレンツ（Lorentzian) 関数やフォークト（Voigt) 関数等の、中心波長と幅を持った山の形を持つ関数を用いて、第 1関数および第 2 関数を構成することとしてもよい。

具体的には、以下に示すような、式（3) における第 1関数をなすガウシァン関数（式（6) 参照）や、第 2関数をなすガウシアン関数（式（7) 参照）を、式（8) に示すローレンツ関数や式（9) に示すフォークト関数に適宜置換することができる。

BW

(8) π (λ-λ₀)²+ΒΨ₀ ²

のとき、

. -dt

π ·

BW,

BW, と定義する。ここで、 BWgは、ガウシアン（Gaussian) 関数の半値半幅であり、 BW!は、ローレンツ（Lorentzian) 関数の半値半幅であり、 λ₀は中心波長である。

さらに、上述の本実施形態においては、 E D F Aにおける利得偏差特性についてシミュレーションを行なっているが、本発明によればこれに限定されず、 E D F A以外の増幅媒体についての S H Bによる利得偏差についても、本実施形態に準じて、少なくとも一つ以上の関数（例えばガウシアン関数）を用いた演算をシミュレーション実行部 3 1で実行することによって、シミュレーションを行なうことが可能である。

また、本発明の各実施形態が開示されていれば、当業者によって製造することが可能である。産業上の利用可能性

以上のように、本発明の増幅媒体性能シミュレーション装置は、フォトニックネットワークを構築する際に適用される増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう際に有用であり、特に E D F Aについての S H Bによる利得偏差特性のシミュレーションを行なうのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーシヨン装置であって、該増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部と、

前記シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部と、

前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーシヨン結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成されたことを特徴とする、増幅媒体性能シミュレーション装置。

2 . 該シミュレーション実行部が、

該増幅媒体中の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーに基づく反転分布率を算出する反転分布率算出部と、

該反転分布率算出部にて算出された前記反転分布率と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容とを用いて、前記入力信号光の入力により該増幅媒体の始準位のイオン分布が変動することによって生じうる反転分布率の変化量を、前記入力信号光の波長および該増幅媒体の長手方向位置の関数として算出する反転分布率変化量算出部と、

該反転分布率変化量算出部にて算出された反転分布率の変化量と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容と、を用いて定められた微分方程式から、該増幅媒体における信号光入力端から該増幅媒体中を伝搬する信号光についての光パワーの変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆく信号光パワー変化算出部と、

該入力信号光情報保持部にて保持された前記入力信号光のパワー値に、該信号光パヮ一変化算出部にて算出される前記微小伝搬範囲での光パワーの変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、該増幅媒体中を伝搬する信号光の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーを、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動分を含めて算出する信号光パワー算出部と、

該信号光パワー算出部にて算出された、前記信号光出力端から出力される信号光のパワーの算出結果を、該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力処理を行なう出力処理部をそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1項記載の増幅媒体性能シミュレ一ション装置。

3 . 該反転分布率変化量算出部においては、前記反転分布率の変化量を算出する関数として、少なくとも一つ以上のガウシアン関数を用いることを特徴とする、請求の範囲第 2項記載の増幅媒体性能シミュレーシヨン装置。

4 . 該反転分布率変化量算出部が、該反転分布率の変化量を、利得飽和状態の第 1波長帯を中心とする第 1関数を演算する第 1関数演算部と、該増幅媒体に特有の第 2波長帯を中心とする関数からなる第 2関数を演算する第 2関数演算部と、該第 1関数演算部および第 2関数演算部からの算出結果について加算する加算部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 2項記载の増幅媒体性能シミュレーション装置。

5 . 該第 1関数演算部で演算される該第 1関数が、該入力信号光の波長に応じて与えられるガウシアン関数の総和により構成され、該第 2関数演算部で演算される該第 2関数が、複数のガウシアン関数の総和により構成されていることを特徴とする、請求の範囲第 4項記載の増幅媒体性能シミュレーション装置。

6 . 該第 1関数をなす該入力信号光の波長に応じて与えられるガウシアン関数は、中心波長を該入力信号光の波長とし、半値全幅を該増幅媒体に応じた値として定められるとともに、該第 2関数をなす各ガウシアン関数は、中心波長を該増幅媒体に特有の第 2波長帯とし、半値全幅を該増幅媒体に応じた値として定められ、且つ、該第 1関数および第 2関数における各ガウシアン関数の半値全幅を、該基本データ保持部にて保持しておくように構成されたこと特徴とする、請求の範囲第 5項記載の増幅媒体性能シミュレーシヨン装置。

7 . 前記の第 1又は第 2関数をなす各ガウシアン関数の深さは、前記入力信号光の総パワーの増加に伴って増加し、一定値以上で飽和する深さ関数で定義されるように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 5項記載の増幅媒体性能シミユレーション装置。

8 . 前記の第 1関数をなす該入力信号光の波長に応じて与えられる各ガウシアン関数についての深さ関数が、該入力信号光の波長 I；と、該入力信号光の波長; I iについての該増幅媒体の長手方向座標 zにおける光パワー P ·, ( z )と、該増幅媒体の長手方向座標 zにおける入力信号光の総パワー P _total ( z ) とを変数とする関数で定義され、

前記の第 2関数をなす各ガウシアン関数についての深さ関数が、前記第 2波長帯の波長； l jと、該増幅媒体の長手方向座標 zにおける、入力信号光の総パヮー P _totai ( z ) および該増幅媒体の反転分布率 n ( z ) とを変数とする関数で定義されるように構成され、

且つ、該第 1および第 2関数をなす各ガウシアン関数についての深さ関数を定める係数を、該基本データ保持部にて保持しておくように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 7項記載の増幅媒体性能シミュレーション装置。

9 . 該基本データ保持部が、該増幅媒体の基本データとして、少なくとも該増福媒体についての全長と、入力信号光波長についての関数式で表される利得係数 g ( λ ) , 吸収係数 α ( λ ) および損失 1 ( ）とともに、該増幅媒体における前記始準位のイオン分布の変動を加味しない反転分布率 η ( ζ ) を保持するように構成され、

該信号光パヮ一変化算出部が、該信号光パワー算出部にて算出される該増幅媒体中を伝搬する信号光の長手方向座標の位置に応じた信号光パワーから前記反転分布率 n (z) を計算するとともに、

前記反転分布率 n (z) と、該反転分布率変化量算出部にて算出された反転分布率の変化量 Δ η (λ, ζ) と、該基本データ保持部にて保持されている前記基本データとを用いた、該増幅媒体の長手方向に対して長さの微小単位ごとの光パワー変化

d P (z) / d z =

{ (g U) + a U)) (n (z) + Δ η U， z)) 一 (a U) + 1 (λ)) } · P (z)

を用いることにより、該増幅媒体の長手方向座標 zの位置を伝搬する信号光についての光パワーの微少変化を算出していくことを特徴とする、請求の範囲第 2項〜第 8項記載の増幅媒体性能シミュレーション装置。

1 0. 該シミュレーション実行部が、スぺクトラルホールバーニングによつて生じる信号光波長間の利得偏差を近似算出するように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1項〜第 9項記載の増幅媒体性能シミュレーション装置。

1 1. 励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション方法であつて、

前記信号光の入力により該増幅媒体の始準位のィオン分布が変動することによって生じうる反転分布率の変化量を算出する反転分布率変化量算出ステツプと、

該反転分布率変化量算出ステップにて算出された反転分布率の変化量によつて補正された補正後反転分布率に基づく該増幅媒体の伝搬方程式をもとに、該増幅媒体の信号光入力端から該増幅媒体中を伝搬する信号光についての光パヮ一の変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで微小伝搬範囲を単位として算出してゆく光パワー変化算出ステップと、前記入力信号光のパワー値に、該光パワー変化算出ステップにて算出される前記微小伝搬範囲での光パワーの変化を、前記信号光入力端を起点として信号光出力端まで順次加算していくことにより、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のィオン分布の変動分を含めて算出する出力信号光パワー算出ステップと、

該出力信号光パワー算出ステップにて算出された算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレーション結果として出力処理を行なう出力処理ステップと、をそなえて構成されたことを特徴とする、増幅媒体性能シミュレーション方法。

1 2 . 励起光を出力する励起光源と、

該励起光源からの励起光により励起されて、入力信号光を増幅する信号光増幅媒体と、

該信号光増幅媒体から出力された出力信号光の利得を等化する利得等化器とをそなえ、

該利得等化器の利得等化特性が、

励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション装置であって、該増幅媒体についての基本データを保持する基本データ保持部と、前記シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のィォン分布の変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレ一ション結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成された増幅媒体性能シミュレーション装置から出力された前記シミュレーション結果に基づいて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように設計されていることを特徴とする、光増幅器。

1 3 . 励起光を出力する励起光源と、

該励起光源を制御する励起光源制御部とをそなえ、

該励起光源制御部が、

励起光源からの励起光により励起されて、信号光を増幅する増幅媒体の性能のシミュレーションを行なう増幅媒体性能シミュレーション装置であって、該増幅媒体にっレ、ての基本データを保持する基本データ保持部と、前記シミュレーションの対象となる増幅媒体に入力すべき入力信号光に関する情報として、前記入力信号光の波長値および光パワー値について保持する入力信号光情報保持部と、前記の基本データ保持部および入力信号光情報保持部にて保持された内容を用いて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のィォン分布の変動分を含めて、該増幅媒体中から出力される出力信号光パワーを信号光波長ごとに近似算出して、この算出結果を該増幅媒体の性能のシミュレ一ション結果として出力するシミュレーション実行部とをそなえて構成された増幅媒体性能シミュレーション装置から出力された前記シミュレーション結果に基づいて、前記入力信号光の入力による該増幅媒体における始準位のイオン分布の変動による利得偏差が補償されるように該励起光源を制御することを特徴とする、光増幅器。

1 4 . 該励起光源制御部が、

前記入力信号光および出力信号光のパワーをモニタする第 1パワーモニタと、該増幅媒体を伝搬する信号光の波長配置情報を取得する波長配置情報取得部と、

該第 1パワーモニタにてモニタされた前記入出力信号光のパヮ一から、利得が一定となるように、該励起光源を制御するための信号を出力する利得一定制御部と、

該波長配置情報取得部にて取得された波長配置情報をもとに、前記スぺクトルホールバーニングによる波長帯における利得偏差を減少させるように、該利得一定制御部における該励起光源に対する制御量を補正する補正部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1 3項記載の光増幅器。

1 5 . 該波長配置情報取得部が、該増幅媒体に入力または出力される信号光の波長配置をモユタするスぺクトルアナライザにより構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1 4項記載の光増幅器。

1 6 . 該波長配置情報取得部が、該信号光とともに伝送される制御信号光から、波長配置情報を取得するように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1 4項記載の光増幅器。

1 7 . 励起光源制御部が、

該増幅媒体性能シミュレーション装置により得られた前記シミュレーション結果をもとに分割された複数の帯域ごとに、前記の入力信号光および出力信号光のパワーをそれぞれ取得する第 2パワーモニタと、

該第 2パワーモニタにて取得した各帯域の入力信号光および出力信号光のパヮーをもとに、前記各帯域の平均利得が一致するように、該励起光源を制御するための信号を出力する平均利得一定制御部と、

をそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第 1 3項記載の光増幅器。