WO2018097281A1 - 光増幅装置、励起光供給方法および回路 - Google Patents

光増幅装置、励起光供給方法および回路 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical amplifying apparatus used in an optical transmission system, and more particularly to a technique for supplying pumping light for optical amplification.
  • the WDM (Wavelength Division Multiplexing) system used in large-capacity communication networks uses the L-band (1565-1625 nm) in addition to the C-band (1530-1565 nm), which has a good excitation light rate, to further increase capacity. Broadbanding is being promoted.
  • an optical amplifying medium hereinafter referred to as “optical fiber amplifier” to which a rare earth element such as erbium is added is generally used.
  • optical fiber amplifier an optical amplifying medium to which a rare earth element such as erbium is added
  • a parallel circuit has been proposed in which a WDM input signal is demultiplexed into a plurality of subbands, and the optical signals of each subband are amplified by separate optical fiber amplifiers and then multiplexed.
  • the optical fiber amplifier described above amplifies an optical signal with pumping light, and it is known that its gain characteristic changes depending on the wavelength of the optical signal and the power of the pumping light.
  • an optical fiber amplifier for L band has a lower pumping light rate than that for C band, so that it is necessary to have stronger pumping light when obtaining the same gain.
  • a method for controlling the power of pumping light for each wavelength band has been proposed so that the gain characteristic becomes uniform regardless of the wavelength band.
  • a distribution coupler is provided in the pumping light source, and pumping light having an appropriate intensity is supplied to the optical fiber amplifier for each wavelength band.
  • a redundant configuration is adopted in which reliability is improved by using a plurality of excitation light sources.
  • the redundant configuration disclosed in Patent Document 3 three pumping light sources and a 3 ⁇ 2 coupler are provided and distributed so that pumping light can be supplied even if any one pumping light source fails.
  • the first and second pump lights are output for upstream and downstream through the 3 ⁇ 2 coupler, respectively, and the third pump light is divided into two and output for both upstream and downstream.
  • Patent Document 4 discloses a pumping light supply control method for individually controlling pumping light powers of a plurality of wavelengths using a variable distribution element that changes a distribution ratio.
  • the optical amplifier has a configuration in which a Raman amplifier (DCF: Dispersion Compensating Fiber, which applies eg Raman amplification) and an optical fiber amplifier (eg EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier), and the input signal light is DCF. Is amplified by an EDFA and output as output signal light.
  • the distribution ratio between the excitation light power to be supplied to the DCF and the excitation light power to be supplied to the EDFA is controlled by the variable distribution element so that the output light level for each wavelength has a substantially flat characteristic.
  • the optical fiber amplifiers in a plurality of wavelength bands are highly reliable and pumped in consideration of wavelength dependence. You have to supply light. Furthermore, since upstream and downstream optical amplifiers are required as repeaters, pump light that is also highly reliable and takes wavelength dependence into consideration must be supplied equally to upstream and downstream optical amplifiers.
  • Patent Document 3 substantially only supplies the third pumping light to the upstream and downstream optical amplifiers equally by the 3 ⁇ 2 coupler. That is, Patent Document 3 does not disclose an optical circuit configuration that stably supplies pumping light in consideration of wavelength dependency to an optical amplifier having a parallel configuration.
  • the pumping light supply control method disclosed in Patent Document 4 described above flattens the output characteristics for each wavelength of the wavelength multiplexed signal light using a Raman amplifier. For this reason, a configuration using a Raman amplifier and its control are required, the overall configuration becomes complicated, and it becomes difficult to improve reliability as an optical amplifier of a repeater.
  • an object of the present invention is to provide a method and circuit for supplying pump light with different distribution ratios to a plurality of optical fiber amplifiers with high reliability, and an optical amplifying apparatus using the method and circuit.
  • An optical amplification apparatus includes a plurality of optical fiber amplifiers, and an optical system that inputs a plurality of pumping lights and outputs a plurality of branch pumping lights respectively supplied to the plurality of optical fiber amplifiers,
  • An optical system includes at least one two-input two-output asymmetric multiplexer having a predetermined asymmetric branching ratio, and adjusting the intensity of at least one input light of the asymmetric multiplexer between the plurality of branch pumping lights. Set the desired difference in intensity.
  • a pumping light supply circuit is a pumping light supply circuit optically connected to a plurality of optical fiber amplifiers, and receives a plurality of pumping lights and supplies a plurality of branches to each of the plurality of optical fiber amplifiers.
  • An optical system that outputs pumping light, and the optical system includes at least one 2-input 2-output asymmetric multiplexer having an asymmetric branching ratio, and the intensity of at least one input light of the asymmetric multiplexer Therefore, a desired intensity difference is provided between the plurality of branched excitation lights.
  • a pumping light supply method is a method of supplying pumping light to a plurality of optical fiber amplifiers, wherein the optical system inputs a plurality of pumping lights and has at least one asymmetric branching ratio included in the optical system.
  • a two-input two-output asymmetric multiplexer outputs a plurality of output lights having an intensity difference depending on the intensity of at least one input light of the asymmetric multiplexer, and the asymmetric multiplexer optical system outputs the plurality of outputs. Based on the light, a plurality of branch pumping lights are generated and supplied to the plurality of optical fiber amplifiers.
  • pumping light having different distribution ratios can be supplied to a plurality of optical fiber amplifiers with high reliability.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a pumping light supply system in the optical amplifying device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a block diagram illustrating an example of an asymmetric multiplexer used in the first embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an example of the branching ratio of the asymmetric multiplexer.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a pumping light supply system in the optical amplifying device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a block diagram illustrating an example of an asymmetric multiplexer used in the first embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of a pumping light supply system in the optical amplifying device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a pumping light supply system in the optical communication apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating another example of a pumping light supply system in the optical communication apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of a pumping light supply system in the optical communication apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram illustrating another example of a pumping light supply system in the optical communication apparatus according to the third embodiment.
  • At least one coupler having an asymmetric branching ratio is used in the pumping light supply optical system, and the power of at least one pumping light input to the optical system including the asymmetric coupler is changed. By doing so, the power difference between two or more output pump lights is changed.
  • an optical repeater provided with an optical amplifying device that amplifies optical signals in two wavelength bands in parallel is taken as an example and supplied to optical fiber amplifiers for these wavelength bands.
  • the excitation light distribution method will be described.
  • the present invention is not limited to this example, and can be applied to an optical amplifying apparatus in an optical communication system having three or more wavelength bands.
  • an optical fiber amplifier that performs optical amplification with pumping light an optical amplification medium to which a rare earth element is added, for example, an erbium-doped fiber (EDF) amplifier can be used as an optical fiber amplifier that performs optical amplification with pumping light.
  • an optical amplification medium to which a rare earth element is added for example, an erbium-doped fiber (EDF) amplifier can be used.
  • EDF erbium-doped fiber
  • An optical amplifying device includes two optical fiber amplifiers having different amplification characteristics and pumping light that supplies pumping light having different powers to these optical fiber amplifiers.
  • the pumping light supply circuit includes two pumping light sources that respectively emit pumping light, and an optical system that generates pumping light that is respectively supplied to the two optical fiber amplifiers.
  • the pumping light supply optical system is provided with an asymmetric multiplexer to be described later, and the pumping light power supplied to the optical fiber amplifier is set to a predetermined level by adjusting the input pumping light power. Can do.
  • the asymmetric multiplexer 100 is a two-input two-output optical multiplexer having an asymmetric branching ratio.
  • the input ports A and B are the pump light sources LD1 and LD2, and the output ports C and D are two.
  • the optical amplifiers are optically connected to WDM multiplexers 101 and 111, respectively.
  • the excitation light sources LD1 and LD2 are laser diodes that emit laser light of a predetermined wavelength, and at least one of the excitation light sources can change the output power. In the present embodiment, it is assumed that the excitation light source LD1 can adjust the output power.
  • the asymmetric multiplexer 100 receives the excitation lights P1 and P2 from the excitation light sources LD1 and LD2 at the input ports A and B, multiplexes them, and branches according to a predetermined asymmetric branching ratio. In this way, the branched pump lights P12_C and P12_D output from the output ports C and D, respectively, are supplied as the pump lights of the optical fiber amplifiers 102 and 112 through the WDM multiplexers 101 and 111, respectively.
  • One optical amplification system of the optical amplification apparatus has a configuration in which a WDM multiplexer 101, an optical fiber amplifier 102, an optical isolator 103, a gain equalizer 104, and the like are sequentially optically connected in series.
  • the WDM multiplexer 101 multiplexes the input light IN1 of the repeater and the branched pumping light P12_C from the asymmetric multiplexer 100 and outputs the multiplexed light to the optical fiber amplifier 102.
  • the optical fiber amplifier 102 amplifies the input light IN1 by being irradiated with the branched pumping light P12_C.
  • the output light of the optical fiber amplifier 102 is output as the output light OUT1 of the optical amplifying device 11 through the optical isolator 103 and the gain equalizer 104.
  • the gain equalizer 104 is provided to suppress the wavelength dependence of the optical fiber amplifier 102.
  • the other optical amplification system has a configuration in which a WDM multiplexer 111, an optical fiber amplifier 112, an optical isolator 113, a gain equalizer 114, and the like are sequentially optically connected in series.
  • the input light IN2 is amplified by the optical fiber amplifier 112 irradiated with the branched pumping light P12_D, and is output as the output light OUT2 of the optical amplifying device 11 through the optical isolator 113 and the gain equalizer 114.
  • the output power of the optical fiber amplifiers 102 and 112 is not uniform if the pumping light is the same. It becomes.
  • the asymmetric multiplexer 100 with the multiplexing / demultiplexing ratio deviating from 50%, the powers of the branched excitation lights P12_C and P12_D are individually changed only by adjusting the output of the excitation light source LD1 or LD2.
  • the output power of the optical fiber amplifiers 102 and 112 can be set almost uniformly.
  • the asymmetric multiplexer 100 has an asymmetric branching ratio m: n (m, n is an arbitrary integer greater than or equal to 0, m ⁇ n). It is a multiplexer, and the input lights of its two input ports A and B are Pin_A and Pin_B, respectively, and the output lights of the two output ports C and D are OUT_C and OUT_D, respectively.
  • the input light from port A is distributed to ports C and D at a branch ratio a: (10 ⁇ a), and the input light from port B is split to ports C and D (10 ⁇ a): distributed in a
  • the branch ratios from each of the two input ports to the two output ports are opposite to each other at the two input ports.
  • Input light from port A is distributed to ports C and D at a branching ratio of 3: 7
  • input light from port B is distributed to ports C and D at a branching ratio of 7: 3.
  • a other than 5 represents an unequal branch ratio.
  • FIG. 3A shows an example of an intensity change of two outputs OUT_C and OUT_D with respect to an intensity change of the optical input Pin_A when the intensity of the optical input Pin_B is fixed to 200 mW.
  • the intensity of output OUT_D increases with respect to output OUT_C as the intensity of Pin_A increases.
  • the intensity of output OUT_D becomes smaller with respect to output OUT_C as the intensity of Pin_A becomes smaller.
  • optical amplifying device 11 shown in FIG. 1 uses the forward pumping method, this embodiment can also be applied to the backward pumping method as shown in FIG. Note that the optical elements having the same functions as those in FIG.
  • the optical amplifying apparatus 12 is provided with a pumping light supply circuit composed of the above-described pumping light sources LD1 and LD2 and the asymmetric multiplexer 100, and the configuration is the same as that of FIG. is there.
  • One optical amplification system of the optical amplification device 12 has a configuration in which an optical fiber amplifier 102, a WDM multiplexer 105, an optical isolator 103, a gain equalizer 104, and the like are sequentially optically connected in series.
  • the WDM multiplexer 105 multiplexes the input light IN1 of the repeater and the branched pumping light P12_C from the asymmetric multiplexer 100 and outputs the multiplexed light to the optical fiber amplifier 102.
  • the input light IN1 is amplified by the optical fiber amplifier 102 irradiated with the branched pumping light P12_C, and is output as the output light OUT1 of the optical amplifying device 12 through the optical isolator 103 and the gain equalizer 104.
  • the other optical amplification system has a configuration in which an optical fiber amplifier 112, a WDM multiplexer 115, an optical isolator 113, a gain equalizer 114, and the like are sequentially optically connected in series.
  • the WDM multiplexer 115 combines the input light IN ⁇ b> 2 of the repeater and the branched pumping light P ⁇ b> 12 ⁇ / b> _D from the asymmetric multiplexer 100 and outputs the combined light to the optical fiber amplifier 112.
  • the input light IN2 is amplified by the optical fiber amplifier 112 irradiated with the branched pumping light P12_D, and is output as the output light OUT2 of the optical amplifying device 12 through the optical isolator 113 and the gain equalizer 114.
  • the branched excitation light P12_C having an arbitrary intensity difference and P12_D can be obtained.
  • the amplification characteristics of the optical fiber amplifiers 102 and 112 can be adjusted, and the output light OUT1 and OU of the optical amplifying device 12 can be adjusted. It becomes easy to adjust the strength of T2 or make the strength uniform.
  • the asymmetric branching characteristics as illustrated in FIGS. 3A and 3B are obtained.
  • the asymmetric multiplexer 100 it is possible to easily achieve desired optical amplification characteristics only by adjusting the power of the excitation light source.
  • An optical amplifying device 13 according to a second embodiment of the present invention differs from the above-described optical amplifying devices 11 and 12 in the configuration of a pumping light supply circuit.
  • optical elements having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and an excitation light supply circuit that is a difference from the first embodiment will be mainly described.
  • the optical amplifying apparatus 13 has a configuration sharing four pumping light sources LD1-LD4.
  • the outputs of the excitation light sources LD 1 and LD 2 are connected to two input ports of the optical multiplexer 201, respectively, and the output port of the optical multiplexer 201 is connected to the input port A of the asymmetric multiplexer 100.
  • the outputs of the pump light sources LD 3 and LD 4 are connected to two input ports of the optical multiplexer 202, respectively, and the output port of the optical multiplexer 202 is connected to the input port B of the asymmetric multiplexer 100.
  • Optical multiplexers 201 and 202 are 2-input / 1-output optical couplers.
  • the asymmetric multiplexer 100 is as described in the first embodiment, and the branched pumping lights P_C and P_D are output to the WDM couplers 101 and 111, respectively, and become the pumping lights of the optical fiber amplifiers 102 and 112, respectively.
  • the other configuration is the same as that shown in FIG.
  • the excitation light sources LD1-DL4 are laser diodes that emit laser light of a predetermined wavelength, and at least one excitation light source can change the output power.
  • the excitation light source LD1 can adjust the output power, but both the excitation light sources LD1 and LD2 may be capable of power adjustment.
  • the asymmetric multiplexer 100 is used, the intensity of the output P34 of the optical multiplexer 202 is fixed to a predetermined value, and the excitation light source LD1 is changed so that the intensity of the output P12 of the optical multiplexer 201 changes. By adjusting this, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.
  • the pumping light supply circuit according to the present embodiment can also be applied to an optical amplifying apparatus 14 of a backward pumping system as shown in FIG.
  • the pumping light supply circuit is the same as in FIG. 5, and the configuration and functions other than the pumping light supply circuit are the same as those in FIG. To do.
  • An optical amplifying device 15 according to a third embodiment of the present invention has a configuration in which two optical amplifying systems are further added to the above-described optical amplifying device 11, and the configuration of the pumping light supply circuit is also four units. The difference is that four branched pump lights are generated using pump light sources LD1-LD4 and four symmetric / asymmetric multiplexers.
  • the pumping light supply circuit includes four pumping light sources LD1-LD4 and four multiplexers 100_1 to 100_4. Each branching ratio Z (Z1, Z2, Z4, Z4) of 100_4 is set to equal branching / asymmetric branching.
  • the pumping light supply circuit configured as described above can obtain a combination of branched pumping lights P_C1, P_C2, P_D1, and P_D2 having a desired intensity by adjusting the power of at least one pumping light source. Since the four optical amplification systems have basically the same configuration as the optical amplification system in FIG. 1, the same reference numerals are added to the same optical elements as in FIG. To distinguish.
  • the outputs of the pump light sources LD1 and LD2 are optically connected to the two input ports A1 and B1 of the Z1 multiplexer 100_1, respectively, and the output port C1 of the Z1 multiplexer 100_1. Are optically connected to the input port A3 of the Z3 multiplexer 100_3, and the output port D1 of the Z1 multiplexer 100_1 is optically connected to the input port A4 of the Z4 multiplexer 100_4.
  • the outputs of the excitation light sources LD3 and LD4 are optically connected to the two input ports A2 and B2 of the Z2 multiplexer 100_2, respectively, and the output port C2 of the Z2 multiplexer 100_2 is the input port of the Z3 multiplexer 100_3.
  • the output port D2 of the Z2 multiplexer 100_2 is optically connected to the input port B4 of the Z4 multiplexer 100_4.
  • the output port C3 of the Z3 multiplexer 100_3 is optically connected to the WDM coupler 101_1, and the output port C4 of the Z4 multiplexer 100_4 is optically connected to the WDM coupler 101_3, and supplies the branched pumping lights P_C1 and P_C2, respectively.
  • the output port D3 of the Z3 multiplexer 100_3 is optically connected to the WDM coupler 101_2, and the output port D4 of the Z4 multiplexer 100_4 is optically connected to the WDM coupler 101_4, respectively, to supply the branched pumping lights P_D1 and P_D2.
  • Z1 and Z2 ⁇ 5 (asymmetric branch), Z3 and Z4 ⁇ 5 (asymmetric branch), P_C1 ⁇ P_D1 and P_C2 ⁇ P_D2 and P_C1 ⁇ P_C2 and P_D1 ⁇ P_D2 in terms of power.
  • the branching ratios of Z1 to Z4 may be the same or different.
  • the pumping light supply circuit can also be applied to the optical amplifier 16 of the backward pumping type as shown in FIG.
  • the pumping light supply circuit is the same as in FIG. 7, and each optical amplification system other than the pumping light supply circuit has the same configuration and function as in FIG. Are distinguished by adding a serial number 1 to 4 as a suffix after the same reference number.
  • the input lights IN1 and IN2 in FIG. 7 are optical signals in different wavelength bands in the upstream wavelength multiplexed optical signal, for example, C-band and L-band
  • the power of the branched pumping lights P_C1 and P_D1 by adjusting the power of the branched pumping lights P_C1 and P_D1
  • the power difference between the upstream outputs OUT1 and OUT2 due to the wavelength dependence of the gain characteristics of the amplifiers 103_1 and 103_2 can be eliminated.
  • the input lights IN3 and IN4 are signals in different wavelength bands of the downstream wavelength multiplexed optical signal.
  • the power difference of the desired branched pumping light is generated by adjusting the output power of the pumping light source. It is also possible to adjust the strength by providing an attenuator.
  • the case where the gain characteristic of the optical fiber amplifier has wavelength dependency that is, the case where the pumping efficiency differs depending on the wavelength. Even if it does not depend on the above, it is also applicable to the case where different pumping light powers are made incident on each optical fiber amplifier.
  • a plurality of optical fiber amplifiers A plurality of optical fiber amplifiers;
  • An asymmetric multiplexing optical system that inputs a plurality of pumping lights and outputs a plurality of branched pumping lights that are respectively supplied to the plurality of optical fiber amplifiers;
  • the asymmetrical multiplexing optical system includes at least one 2-input 2-output asymmetrical multiplexer having an asymmetrical branching ratio, and adjusting the intensity of at least one input light of the asymmetrical multiplexer so that the plurality of branch excitations
  • An optical amplification apparatus characterized in that a desired intensity difference is set between light.
  • the asymmetric branching ratio of the asymmetric multiplexer is as follows: a: (R ⁇ a) with respect to the first input, and R with a predetermined natural number and a greater than 0 and less than R. 2.
  • the asymmetrical multiplexing optical system is composed of one asymmetrical multiplexer, and the asymmetrical multiplexer inputs the first and second pumping light and supplies the first and second branched pumping light to the first and second pumping lights.
  • the optical amplifying device according to appendix 1 or 2 wherein the optical amplifying device is supplied to an optical fiber amplifier.
  • the asymmetrical multiplexing optical system comprises first to fourth multiplexers with two inputs and two outputs, and at least one of the first to fourth multiplexers is the asymmetrical multiplexer;
  • the first multiplexer inputs first and second excitation light;
  • the second multiplexer inputs third and fourth excitation light;
  • the third multiplexer inputs the first output of the first multiplexer and the first output of the second multiplexer, and the first and second branch pump lights are supplied to the first and second lights.
  • the fourth multiplexer inputs the second output of the first multiplexer and the second output of the second multiplexer, and converts the third and fourth branch pump lights into the third and fourth lights.
  • the optical amplifying device according to appendix 1 or 2, characterized in that.
  • Appendix 5 The light according to any one of appendices 1-4, wherein the intensity difference between the plurality of branch pumping lights is set so that each of the plurality of optical fiber amplifiers has a desired amplification characteristic.
  • Amplification equipment (Appendix 6)
  • the amplification characteristics of the plurality of optical fiber amplifiers have wavelength dependence, and the intensity difference between the plurality of branched pumping lights is determined by the amplification characteristics for the optical signal in the first wavelength band of the wavelength multiplexed signal and the light in the second wavelength band 6.
  • the optical amplifying device according to any one of appendix 1-5, wherein the amplification characteristic for a signal is set to be uniform.
  • Appendix 7 An optical repeater having the optical amplification device according to any one of appendix 1-6.
  • Appendix 8) A pumping light supply circuit optically connected to a plurality of optical fiber amplifiers, An asymmetric multiplexing optical system that inputs a plurality of pumping lights and outputs a plurality of branched pumping lights respectively supplied to the plurality of optical fiber amplifiers;
  • the asymmetric multiplexing optical system includes at least one two-input two-output asymmetric multiplexer having an asymmetric branching ratio, and the plurality of branch excitations depending on the intensity of at least one input light of the asymmetric multiplexer
  • a pumping light supply circuit wherein a desired intensity difference is provided between the lights.
  • the asymmetric branching ratio of the asymmetric multiplexer is as follows: a: (R ⁇ a) with respect to the first input, and R with a predetermined natural number and a greater than 0 and less than R.
  • the asymmetrical multiplexing optical system is composed of one asymmetrical multiplexer, and the asymmetrical multiplexer inputs the first and second pumping light and supplies the first and second branched pumping light to the first and second pumping lights. 10.
  • the asymmetrical multiplexing optical system comprises first to fourth multiplexers with two inputs and two outputs, and at least one of the first to fourth multiplexers is the asymmetrical multiplexer;
  • the first multiplexer inputs first and second excitation light;
  • the second multiplexer inputs third and fourth excitation light;
  • the third multiplexer inputs the first output of the first multiplexer and the first output of the second multiplexer, and the first and second branch pump lights are supplied to the first and second lights.
  • the fourth multiplexer inputs the second output of the first multiplexer and the second output of the second multiplexer, and converts the third and fourth branch pump lights into the third and fourth lights.
  • the excitation light supply circuit according to appendix 8 or 9, characterized in that. (Appendix 12) 120.
  • Light supply circuit (Appendix 13)
  • the amplification characteristics of the plurality of optical fiber amplifiers have wavelength dependence, and the intensity difference between the plurality of branched pumping lights is determined by the amplification characteristics for the optical signal in the first wavelength band of the wavelength multiplexed signal and the light in the second wavelength band. 13.
  • Appendix 14 14.
  • Appendix 15 A method of supplying pumping light to a plurality of optical fiber amplifiers, The asymmetric multiplexing optical system inputs multiple excitation lights, The at least one 2-input 2-output asymmetric multiplexer having an asymmetric branching ratio included in the asymmetric multiplexing optical system has a plurality of intensity differences depending on the intensity of at least one input light of the asymmetrical multiplexing device.
  • the asymmetric multiplexing optical system generates a plurality of branched pumping lights based on the plurality of output lights, and supplies them to the plurality of optical fiber amplifiers, respectively.
  • a method characterized by that. (Appendix 16)
  • the asymmetric branching ratio of the asymmetric multiplexer is as follows: a: (R ⁇ a) with respect to the first input, and R with a predetermined natural number and a greater than 0 and less than R.
  • the asymmetrical multiplexing optical system comprises first to fourth multiplexers with two inputs and two outputs, and at least one of the first to fourth multiplexers is the asymmetrical multiplexer;
  • the first multiplexer inputs first and second excitation light;
  • the second multiplexer inputs third and fourth excitation light;
  • the third multiplexer inputs the first output of the first multiplexer and the first output of the second multiplexer, and the first and second branch pump lights are supplied to the first and second lights.
  • the fourth multiplexer inputs the second output of the first multiplexer and the second output of the second multiplexer, and converts the third and fourth branch pump lights into the third and fourth lights.
  • the present invention is applicable to an optical communication apparatus having a plurality of optical amplifiers, for example, a submarine repeater applied to a large-capacity submarine communication system.
  • Optical amplifying device 100 Asymmetric multiplexer 100_1 to 100_4 Z1 to Z4 multiplexers 101, 105, 111, 115 WDM multiplexers 102, 112 Optical fiber amplifiers 103, 113 Optical isolators 104, 114 Gain equalizer LD1 To LD4 excitation light sources P12_C, P12_D, P_C, P_D, P_C1, P_D1, P_C2, and P_D2 branched excitation light

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Abstract

【課題】複数の光ファイバ増幅器に対して分配比率が異なる励起光を高い信頼性で供給する。 【解決手段】複数の光ファイバ増幅器（１０２，１１２）と、複数の励起光（Ｐ１，Ｐ２）を入力し、複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光（Ｐ１２＿Ｃ，Ｐ１２＿Ｄ）を出力する非対称合波光学系（１００）と、を有し、非対称合波光学系が非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器（１００）を含み、非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで複数の分岐励起光間に所望の強度差を設定する。

Description

光増幅装置、励起光供給方法および回路
　本発明は光伝送システムに用いられる光増幅装置に係り、特に光増幅用の励起光を供給する技術に関する。
　大容量通信ネットワークで採用されているＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)システムでは、励起光率の良いＣバンド (1530-1565nm)に加えてＬバンド(1565-1625nm)も使用することで、さらに大容量化および広帯域化が進められている。このような広帯域の光増幅器としては、一般に、エルビウム等の希土類元素を添加した光増幅媒体（以下、「光ファイバ増幅器」という。）が用いられる。また、光増幅器の構成としては、ＷＤＭ入力信号を複数のサブバンドに分波し、各サブバンドの光信号を別個の光ファイバ増幅器により増幅してから合波するパラレル回路が提案されている（特許文献１および２を参照）。
　上述した光ファイバ増幅器は励起光により光信号を増幅するが、その利得特性が光信号の波長と励起光のパワーとに依存して変化することが知られている。たとえば、Ｌバンド用の光ファイバ増幅器はＣバンド用と比較して励起光率が低いために、同程度の利得を得ようとすると、より強い励起光を必要とする。そこで、利得特性が波長帯域によらず均一化するように、励起光のパワーを波長帯域ごとに制御する方法が提案されている。たとえば特許文献２に開示された光増幅器では、励起光源に分配カプラを設け、各波長バンド用の光ファイバ増幅器に対して適切な強度の励起光を供給している。
　また、光ファイバ増幅器が動作するには、励起光を一定以上のパワーで連続的に供給することが必要である。特に、海底中継器のように直接アクセスすることが困難な通信器では、部品交換等の修理ができないために、信頼性の高い光増幅器を用いることが極めて重要である。そこで、複数の励起光源を用いて信頼性を高める冗長構成が採用されている。たとえば特許文献３に開示された冗長構成では、３個の励起光源と３ｘ２カプラとを設け、いずれか１つの励起光源が故障しても励起光を供給できるように分配している。具体的には、３ｘ２カプラを通して、第１および第２の励起光をそれぞれ上り用および下り用として出力し、第３の励起光を２分割して上り用および下り用の両方として出力する。
　また、特許文献４には、分配比率を変化させる可変分配素子を用いて複数波長の励起光パワーを個別に制御する励起光供給制御方法が開示されている。より詳しくは、光増幅器がラマン増幅器（e.g.ラマン増幅を適用したＤＣＦ:Dispersion Compensating Fiber）と光ファイバ増幅器（e.g.ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）とを組み合わせた構成を有し、入力信号光がＤＣＦでラマン増幅された後にＥＤＦＡにおいて増幅され、出力信号光として出力される。このとき、波長毎の出力光レベルをほぼ平坦な特性にするように、ＤＣＦに供給すべき励起光パワーとＥＤＦＡに供給すべき励起光パワーとの分配比を可変分配素子により制御する。
米国特許公報第６０４９４１７号明細書 特開２００６－０１２９７９号公報 特開平８－３０４８６０号公報 国際公開ＷＯ２００６／０８５３７０号公報
　上述したパラレル構成の光増幅器を高信頼性が必要とされる光通信装置に適用した場合、複数の波長帯域のそれぞれの光ファイバ増幅器に対して、高い信頼性で、波長依存性を考慮した励起光を供給しなければならない。さらに、中継器として上りおよび下りの光増幅器が必要であるから、同じく高い信頼性で波長依存性を考慮した励起光を上りおよび下りの両方向の光増幅器に対して等しく供給しなければならない。
　しかしながら、上述した特許文献３に開示された冗長構成は、実質的に第３の励起光を３ｘ２カプラにより均等に上り及び下りの光増幅器へ供給するだけである。すなわち、特許文献３は、パラレル構成の光増幅器に対して波長依存性を考慮した励起光を安定的に供給する光回路構成を開示していない。
　また、上述した特許文献４に開示された励起光供給制御方法は、ラマン増幅器を利用して波長多重信号光の波長毎の出力特性を平坦化する。このために、ラマン増幅器を用いた構成およびその制御を必要とし、全体の構成が複雑化すると共に、中継器の光増幅器として信頼性を向上させることが困難となる。
　そこで、本発明の目的は、複数の光ファイバ増幅器に対して分配比率が異なる励起光を高い信頼性で供給する方法および回路、ならびにそれを用いた光増幅装置を提供することにある。
　本発明による光増幅装置は、複数の光ファイバ増幅器と、複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する光学系と、を有し、前記光学系が所定の非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで前記複数の分岐励起光間に所望の強度差を設定する。
　本発明による励起光供給回路は、複数の光ファイバ増幅器に光学的に接続された励起光供給回路であって、複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する光学系を有し、前記光学系が、非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存して前記複数の分岐励起光間に所望の強度差が設ける。
　本発明による励起光供給方法は、複数の光ファイバ増幅器に励起光を供給する方法であって、光学系が複数の励起光を入力し、前記光学系に含まれる非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器が、当該非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存した強度差を有する複数の出力光を出力し、前記非対称合波光学系が前記複数の出力光に基づいて複数の分岐励起光を生成し、前記複数の光ファイバ増幅器に対してそれぞれ供給する。
　本発明によれば、複数の光ファイバ増幅器に対して分配比率が異なる励起光を高い信頼性で供給することができる。
図１は本発明の第１実施形態による光増幅装置における励起光供給系の一例を示す構成図である。 図２Ａは第１実施形態で使用される非対称合波器の一例を示すブロック図である。 図２Ｂは非対称合波器の分岐比率の一例を示す図である。 図３Ａは、入力ポートＢの入力パワーがPin_B=200mWである場合の非対称合波器の出力特性を示すグラフである。 図３Ｂは入力ポートＢの入力パワーがPin_B=300mWである場合の非対称合波器の出力特性を示すグラフである。 図４は第１実施形態による光増幅装置における励起光供給系の他の例を示す構成図である。 図５は本発明の第２実施形態による光通信装置における励起光供給系の一例を示す構成図である。 図６は第２実施形態による光通信装置における励起光供給系の他の例を示す構成図である。 図７は本発明の第３実施形態による光通信装置における励起光供給系の一例を示す構成図である。 図８は第３実施形態による光通信装置における励起光供給系の他の例を示す構成図である。
　＜実施形態の概要＞
　本発明の実施形態によれば、励起光供給光学系に分岐比が非対称の合波器を少なくとも一つ用い、この非対称合波器からなる光学系に入力する少なくとも１つの励起光のパワーを変化させることにより、２以上の出力励起光間のパワー差を変化させる。これにより、異なるパワーの出力励起光を容易に生成することができ、これらを励起光として増幅特性の異なる複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給することにより、光増幅装置の複数の出力パワーを個別調整することができる。非対称合波器の入力励起光のパワーを調整するだけであるから、構成を複雑化することなく、複数の光ファイバ増幅器に対して分配比率が異なる励起光を高い信頼性で供給することが可能となる。
　以下、説明を複雑化しないために、２つの波長帯域の光信号をそれぞれパラレルに増幅する光増幅装置を設けた光中継器を一例として取り上げ、これらの波長帯域用の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給される励起光の分配方式について説明する。ただし、本発明は、この例に限定されるものではなく、３以上の波長帯域の光通信システムにおける光増幅装置であっても適用可能である。また、励起光により光増幅を行う光ファイバ増幅器としては、希土類元素を添加した光増幅媒体、たとえばエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）増幅器を用いることができる。
　１．第１実施形態
　１．１）構成
　本発明の第１実施形態による光増幅装置は、増幅特性が異なる２つの光ファイバ増幅器と、これらの光ファイバ増幅器にそれぞれ異なるパワーの励起光を供給する励起光供給回路とを有し、励起光供給回路は、励起光をそれぞれ発光する２つの励起光源と、２つの光ファイバ増幅器にそれぞれ供給される励起光を生成する光学系と、を有する。励起光供給用の光学系には、後述する非対称合波器が設けられ、その入力励起光パワーを調整することで、光ファイバ増幅器に供給される励起光パワーをそれぞれの所定レベルに設定することができる。
　図１に例示するように、非対称合波器１００は非対称分岐比率を有する２入力２出力の光合波器であり、入力ポートＡおよびＢが励起光源ＬＤ１およびＬＤ２に、出力ポートＣおよびＤが２つの光増幅系のＷＤＭ合波器１０１および１１１に、それぞれ光学的に接続されている。励起光源ＬＤ１およびＬＤ２は所定波長のレーザ光を発光するレーザダイオードであり、少なくとも一方の励起光源が出力パワーを変更可能である。本実施形態では、励起光源ＬＤ１が出力パワーの調整ができるものとする。
　非対称合波器１００は、入力ポートＡおよびＢで励起光源ＬＤ１およびＬＤ２からの励起光Ｐ１およびＰ２をそれぞれ入力し、それらを合波し所定の非対称分岐比に従って分岐する。こうして、出力ポートＣおよびＤからそれぞれ出力される分岐励起光Ｐ１２＿ＣおよびＰ１２＿Ｄは、光ファイバ増幅器１０２および１１２のそれぞれの励起光として、ＷＤＭ合波器１０１および１１１を通して供給される。
　光増幅装置の一方の光増幅系は、ＷＤＭ合波器１０１、光ファイバ増幅器１０２、光アイソレータ１０３、利得等化器１０４等が順次光学的に直列接続された構成を有する。ＷＤＭ合波器１０１は、中継器の入力光ＩＮ１と、非対称合波器１００からの分岐励起光Ｐ１２＿Ｃ、とを合波して光ファイバ増幅器１０２へ出力する。光ファイバ増幅器１０２は、分岐励起光Ｐ１２＿Ｃが照射されることで入力光ＩＮ１を増幅する。光ファイバ増幅器１０２の出力光は光アイソレータ１０３および利得等化器１０４を通して光増幅装置１１の出力光ＯＵＴ１として出力される。利得等化器１０４は光ファイバ増幅器１０２の波長依存性を抑えるために設けられる。
　他方の光増幅系も、同様に、ＷＤＭ合波器１１１、光ファイバ増幅器１１２、光アイソレータ１１３、利得等化器１１４等が順次光学的に直列接続された構成を有する。入力光ＩＮ２は、分岐励起光Ｐ１２＿Ｄを照射された光ファイバ増幅器１１２により増幅され、光アイソレータ１１３および利得等化器１１４を通して光増幅装置１１の出力光ＯＵＴ２として出力される。
　なお、光ファイバ増幅器１０２および１１２の利得特性が波長に依存し、かつ入力光ＩＮ１およびＩＮ２の波長帯域が異なる場合、光ファイバ増幅器１０２および１１２の出力パワーは、励起光が同じであれば不均一となる。本実施形態では、合分波比率が５０％から外れた非対称合波器１００を用いることで、励起光源ＬＤ１あるいはＬＤ２の出力を調整するだけで、分岐励起光Ｐ１２＿ＣおよびＰ１２＿Ｄのパワーを個別に変化させることができ、光ファイバ増幅器１０２および１１２の出力パワーをほぼ均一に設定することができる。
　１．２）非対称合波器およびその出力制御
　図２Ａに示すように、非対称合波器１００は非対称分岐比ｍ：ｎ（ｍ、ｎは０以上の任意の整数、ｍ≠ｎ）を有する２ｘ２合波器であり、その２つの入力ポートＡおよびＢの入力光をそれぞれＰｉｎ＿Ａ、Ｐｉｎ＿Ｂ、２つの出力ポートＣおよびＤの出力光をそれぞれＯＵＴ＿Ｃ、ＯＵＴ＿Ｄとする。非対称合波器１００の非対称分岐比ｍ：ｎとは、各入力光をｍ：ｎの分岐比で２つの出力ポートＣ，Ｄへ分配するが、入力光が同レベルであれば（Ｐｉｎ＿Ａ＝Ｐｉｎ＿Ｂ）、出力光も同レベル（ＯＵＴ＿Ｃ＝ＯＵＴ＿Ｄ）になる非対称分配特性を意味する。以下、簡単のために、ａを０＜ａ＜Ｒ（Ｒは所定の自然数）の範囲内で任意の値とし、分岐比をａ：（Ｒ－ａ）で表す（ただし、ａ＝０およびＲの場合を含んでもよい。）。たとえばＲ＝１０とすれば、ポートＡからの入力光はポートＣおよびＤへ分岐比ａ：（１０－ａ）で分配され、ポートＢからの入力光はポートＣおよびＤへ分岐比（１０－ａ）：ａで分配される。言い換えれば、非対称合波器１００は、２つの入力ポートの各々から２つの出力ポートへの分岐比が２つの入力ポートで互いに逆の分岐比となる。
　図２Ｂは、ａ＝３とした場合の、各入力ポートから各出力ポートへの分岐比および入出力ポート間の損失の一例を示す。ポートＡからの入力光はポートＣおよびＤへ分岐比３：７で分配され、ポートＢからの入力光はポートＣおよびＤへ分岐比７：３で分配される。なお、ａ＝５は等分岐比５：５を表し、５以外のａは不等分岐比を表す。次に、このような非対称分岐比を有する非対称合波器１００を用いて、励起光源ＬＤ１およびＬＤ２から
の励起光Ｐｉｎ＿ＡおよびＰｉｎ＿Ｂを合波した場合の合波特性について図３を参照して説明する。
　図３Ａは、光入力Ｐｉｎ＿Ｂの強度を２００ｍＷに固定した場合に、光入力Ｐｉｎ＿Ａの強度変化に対する２つの出力ＯＵＴ＿Ｃ、ＯＵＴ＿Ｄの強度変化の一例を示す。このグラフから分かるように、Ｐｉｎ＿Ａの強度が２００ｍＷより大きくなると、出力ＯＵＴ＿Ｄの強度は、Ｐｉｎ＿Ａの強度が大きくなるに従って、出力ＯＵＴ＿Ｃに対してより大きくなる。逆に、Ｐｉｎ＿Ａの強度が２００ｍＷより小さくなると、出力ＯＵＴ＿Ｄの強度は、Ｐｉｎ＿Ａの強度が小さくなるに従って、出力ＯＵＴ＿Ｃに対してより小さくなる。
　同様に、図３Ｂに例示するように、光入力Ｐｉｎ＿Ｂの強度を３００ｍＷに固定した場合には、Ｐｉｎ＿Ａの強度が３００ｍＷより大きくなると、出力ＯＵＴ＿Ｄの強度は、Ｐｉｎ＿Ａの強度がより大きくなるに従って、出力ＯＵＴ＿Ｃに対して大きくなる。逆に、Ｐｉｎ＿Ａの強度が３００ｍＷより小さくなると、出力ＯＵＴ＿Ｄの強度は、Ｐｉｎ＿Ａの強度が小さくなるに従って、出力ＯＵＴ＿Ｃに対してより小さくなる。
　図３Ａおよび図３Ｂから分かるように、Ｐｉｎ＿ＡおよびＰｉｎ＿Ｂの一方の強度を任意の値に設定し、他方の強度を変化させることで、所望の強度差を有する２つの出力光ＯＵＴ＿ＣおよびＯＵＴ＿Ｄを得ることができる。このように、非対称合波器１００を用いることで、励起光源ＬＤ１およびＬＤ２の少なくとも一方のパワーを調整することにより２つの異なるパワーの励起光ＯＵＴ＿ＣおよびＯＵＴ＿Ｄを得ることができる。これらの励起光ＯＵＴ＿ＣおよびＯＵＴ＿Ｄを、図１に示す分岐励起光Ｐ１２＿ＣおよびＰ１２＿Ｄとして光ファイバ増幅器１０２および１１２にそれぞれ供給する。
　１．３）他の構成例
　図１に示す光増幅装置１１は前方励起方式であったが、本実施形態は図４に示すように後方励起方式であっても適用可能である。なお、図１と同様の機能を有する光学要素には同一の参照番号を付して説明は省略する。
　図４に示すように、光増幅装置１２には、上述した励起光源ＬＤ１およびＬＤ２と非対称合波器１００とからなる励起光供給回路が設けられており、その構成は図１のものと同様である。光増幅装置１２の一方の光増幅系は、光ファイバ増幅器１０２、ＷＤＭ合波器１０５、光アイソレータ１０３、利得等化器１０４等が順次光学的に直列接続された構成を有する。ＷＤＭ合波器１０５は、中継器の入力光ＩＮ１と、非対称合波器１００からの分岐励起光Ｐ１２＿Ｃと、を合波して光ファイバ増幅器１０２へ出力する。入力光ＩＮ１は、分岐励起光Ｐ１２＿Ｃを照射された光ファイバ増幅器１０２により増幅され、光アイソレータ１０３および利得等化器１０４を通して光増幅装置１２の出力光ＯＵＴ１として出力される。他方の光増幅系も、同様に、光ファイバ増幅器１１２、ＷＤＭ合波器１１５、光アイソレータ１１３、利得等化器１１４等が順次光学的に直列接続された構成を有する。ＷＤＭ合波器１１５は、中継器の入力光ＩＮ２と非対称合波器１００からの分岐励起光Ｐ１２＿Ｄとを合波して光ファイバ増幅器１１２へ出力する。入力光ＩＮ２は、分岐励起光Ｐ１２＿Ｄを照射された光ファイバ増幅器１１２により増幅され、光アイソレータ１１３および利得等化器１１４を通して光増幅装置１２の出力光ＯＵＴ２として出力される。
　１．４）効果
　本実施形態によれば、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、励起光源ＬＤ１およびＬＤ２の少なくとも一方の出力パワーを調整することで、任意の強度差を有する分岐励起光Ｐ１２＿ＣおよびＰ１２＿Ｄを得ることができる。これにより、光ファイバ増幅器１０２および１１２の増幅特性を調整することができ、光増幅装置１２の出力光ＯＵＴ１およびＯＵ
Ｔ２の強度調整あるいは強度の均一化が容易になる。
　たとえば、２つ以上の光ファイバ増幅器の増幅特性が異なる場合あるいは所定増幅特性を得るための励起光強度の違いが大きい場合であっても、図３Ａおよび図３Ｂに例示するような非対称分岐特性を有する非対称合波器１００を用いることで、励起光源のパワー調整だけで容易に所望の光増幅特性を達成することが可能となる。
　２．第２実施形態
　本発明の第２実施形態による光増幅装置１３は、上述した光増幅装置１１および１２とは、励起光供給回路の構成が異なっている。以下、図１と同様の機能を有する光学要素には同一の参照番号を付して説明は省略し、第１実施形態との差分である励起光供給回路について主に説明する。
　図５に示すように、本実施形態による光増幅装置１３は、４台の励起光源ＬＤ１－ＬＤ４を共有する構成を有する。励起光源ＬＤ１およびＬＤ２の出力は光合波器２０１の２つの入力ポートにそれぞれ接続され、光合波器２０１の出力ポートは非対称合波器１００の入力ポートＡに接続されている。同様に、励起光源ＬＤ３およびＬＤ４の出力は光合波器２０２の２つの入力ポートにそれぞれ接続され、光合波器２０２の出力ポートは非対称合波器１００の入力ポートＢに接続されている。光合波器２０１および２０２は、２入力１出力の光カプラである。
　非対称合波器１００については第１実施形態で説明したとおりであり、分岐励起光Ｐ＿ＣおよびＰ＿ＤがそれぞれＷＤＭカプラ１０１および１１１へ出力され、それぞれ光ファイバ増幅器１０２および１１２の励起光となる。その他の構成は図１と同様であるから説明は省略する。
　励起光源ＬＤ１－ＤＬ４は所定波長のレーザ光を発光するレーザダイオードであり、少なくとも一つの励起光源が出力パワーを変更可能である。本実施形態では、励起光源ＬＤ１が出力パワーの調整ができるものとするが、励起光源ＬＤ１およびＬＤ２の両方をパワー調整可能としてもよい。第１実施形態との関連では、非対称合波器１００を用い、光合波器２０２の出力Ｐ３４の強度を所定値に固定し、光合波器２０１の出力Ｐ１２の強度が変化するように励起光源ＬＤ１を調整することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　図５に示す光増幅装置１３は前方励起方式であったが、本実施形態による励起光供給回路は図６に示すように後方励起方式の光増幅装置１４にも適用可能である。なお、光増幅装置１４において、励起光供給回路は図５と同様であり、励起光供給回路以外は、図４と同様の構成および機能を有するので、同一の参照番号を付して説明は省略する。
　３．第３実施形態
　本発明の第３実施形態による光増幅装置１５は、上述した光増幅装置１１に更に２つの光増幅系を追加した構成を有し、励起光供給回路の構成も、４台の励起光源ＬＤ１－ＬＤ４と４つの対称／非対称合波器とを用いて４つの分岐励起光を生成する点が異なっている。
　３．１）構成
　図７に示すように、本実施形態による励起光供給回路は、４台の励起光源ＬＤ１－ＬＤ４と４つの合波器１００＿１～１００＿４とから構成され、Ｚ合波器１００＿１～１００＿４のそれぞれの分岐比Ｚ（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４、Ｚ４）が等分岐／非対称分岐に設定されている。このように構成された励起光供給回路は、少なくとも一つの励起光源のパワーを
調整することで、所望の強度を有する分岐励起光Ｐ＿Ｃ１、Ｐ＿Ｃ２、Ｐ＿Ｄ１、Ｐ＿Ｄ２の組み合わせを得ることができる。なお、４つの光増幅系については、基本的に図１の光増幅系と同様の構成であるから、図１と同じ光学要素には同じ参照番号の後にサフィックスとして系の通し番号１～４を付加して区別するものとする。
　３．２）励起光供給回路
　図７において、励起光源ＬＤ１およびＬＤ２の出力はＺ１合波器１００＿１の２つの入力ポートＡ１およびＢ１にそれぞれ光学的に接続され、Ｚ１合波器１００＿１の出力ポートＣ１はＺ３合波器１００＿３の入力ポートＡ３に、Ｚ１合波器１００＿１の出力ポートＤ１はＺ４合波器１００＿４の入力ポートＡ４に、それぞれ光学的に接続されている。同様に、励起光源ＬＤ３およびＬＤ４の出力はＺ２合波器１００＿２の２つの入力ポートＡ２およびＢ２にそれぞれ光学的に接続され、Ｚ２合波器１００＿２の出力ポートＣ２はＺ３合波器１００＿３の入力ポートＢ３に、Ｚ２合波器１００＿２の出力ポートＤ２はＺ４合波器１００＿４の入力ポートＢ４に、それぞれ光学的に接続されている。Ｚ３合波器１００＿３の出力ポートＣ３はＷＤＭカプラ１０１＿１に、Ｚ４合波器１００＿４の出力ポートＣ４はＷＤＭカプラ１０１＿３に、それぞれ光学的に接続され、分岐励起光Ｐ＿Ｃ１およびＰ＿Ｃ２をそれぞれ供給する。また、Ｚ３合波器１００＿３の出力ポートＤ３はＷＤＭカプラ１０１＿２に、Ｚ４合波器１００＿４の出力ポートＤ４はＷＤＭカプラ１０１＿４に、それぞれ光学的に接続され、分岐励起光Ｐ＿Ｄ１およびＰ＿Ｄ２をそれぞれ供給する。
　Ｚ合波器１００＿１～１００＿４については、Ｚ＝ａ≠５であれば、第１実施形態における非対称合波器１００と同様の非対称分岐特性（たとえばａ＝３であれば図２および図３に示す特性）を有し、Ｚ＝ａ＝５であれば等分岐比（５０％分岐）を有する。したがって、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４、Ｚ４をそれぞれ５０％分岐あるいは非対称分岐に設定することで、たとえば次の分岐比の組み合わせ（１）～（６）を有する非対称合波光学系を構成することができる。
　（１）Ｚ１＝Ｚ２＝５（５０％分岐）、Ｚ３およびＺ４＝ａ≠５（非対称分岐）であれば、パワーに関してＰ＿Ｃ１＝Ｐ＿Ｃ２、Ｐ＿Ｄ１＝Ｐ＿Ｄ２となる。
　（２）Ｚ１およびＺ２＝ａ≠５（非対称分岐）、Ｚ３＝Ｚ４＝５（５０％分岐）であれば、パワーに関して、Ｐ＿Ｃ１＝Ｐ＿Ｄ１かつＰ＿Ｃ２＝Ｐ＿Ｄ２であるが、Ｐ＿Ｃ１≠Ｐ＿Ｃ２、Ｐ＿Ｄ１≠Ｐ＿Ｄ２となる。
　（３）Ｚ１およびＺ２≠５（非対称分岐）、Ｚ３およびＺ４≠５（非対称分岐）であれば、パワーに関して、Ｐ＿Ｃ１≠Ｐ＿Ｄ１およびＰ＿Ｃ２≠Ｐ＿Ｄ２かつＰ＿Ｃ１≠Ｐ＿Ｃ２およびＰ＿Ｄ１≠Ｐ＿Ｄ２となる。なお、Ｚ１～Ｚ４の分岐比は同一であってもよいし異なってもよい。
　（４）Ｚ１あるいはＺ２≠５（非対称分岐）、Ｚ２あるいはＺ１＝Ｚ３＝Ｚ４＝５（５０％分岐）であれば、パワーに関して、Ｐ＿Ｃ１≠Ｐ＿Ｃ２およびＰ＿Ｄ１≠Ｐ＿Ｄ２、かつＰ＿Ｃ１＝Ｐ＿Ｄ１およびＰ＿Ｃ２＝Ｐ＿Ｄ２となる。
　（５）Ｚ３≠５（非対称分岐）、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ４＝５（５０％分岐）であれば、パワーに関して、Ｐ＿Ｃ１≠Ｐ＿Ｄ１かつＰ＿Ｃ２＝Ｐ＿Ｄ２となる。
　（６）Ｚ４≠５（非対称分岐）、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝５（５０％分岐）であれば、パワーに関して、Ｐ＿Ｃ１＝Ｐ＿Ｄ１かつＰ＿Ｃ２≠Ｐ＿Ｄ２となる。
　なお、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝Ｚ４＝５（５０％分岐）であれば、全ての出力パワーが同一、すなわちＰ＿Ｃ１＝Ｐ＿Ｄ１＝Ｐ＿Ｃ２＝Ｐ＿Ｄ２となる。
　図７に示す光増幅装置１５は前方励起方式であったが、本実施形態による励起光供給回路は図８に示すように後方励起方式の光増幅装置１６にも適用可能である。なお、光増幅
装置１６において、励起光供給回路は図７と同様であり、励起光供給回路以外の各光増幅系は、図４と同様の構成および機能を有するので、図４と同じ光学要素には同じ参照番号の後にサフィックスとして系の通し番号１～４を付加して区別するものとする。
　３．３）効果
　以上説明したように、図３Ａおよび図３Ｂに例示されるような非対称分岐特性を実現可能な４つのＺ合波器を組み合わせ、少なくとも一つの励起光源の出力パワーを調整することで、任意の強度差を有する４つの分岐励起光Ｐ＿Ｃ１、Ｐ＿Ｃ２、Ｐ＿Ｄ１、Ｐ＿Ｄ２を得ることができる。これにより、光ファイバ増幅器１０２＿１～１０２＿４の増幅特性を調整することができ、光増幅装置１５の出力光ＯＵＴ１～ＯＵＴ４の強度調整あるいは強度の均一化が容易になる。
　たとえば、図７における入力光ＩＮ１およびＩＮ２が上り波長多重光信号における異なる波長帯、たとえばＣバンドおよびＬバンドの光信号である場合、分岐励起光Ｐ＿Ｃ１およびＰ＿Ｄ１のパワーを調整することで、光ファイバ増幅器１０３＿１および１０３＿２の利得特性の波長依存性に起因する上り出力ＯＵＴ１およびＯＵＴ２のパワーの差異を解消することができる。入力光ＩＮ３およびＩＮ４が下り波長多重光信号の異なる波長帯の信号である場合も同様である。
　４．その他
　上述した第１実施形態では２個の励起光源を使用し、第２および第３実施形態では、４個の励起光源を使用する場合をそれぞれ例示したが、本発明は励起光源の個数を限定するものではなく、複数の励起光源を用いた構成であっても同様に適用可能である。
　上述した第１～第３実施形態では、励起光源の出力パワーを調整することで所望の分岐励起光のパワー差を生成したが、励起光源自体の出力調整ではなく、励起光の光路途中に光減衰器を設けて強度調整を行うことも可能である。
　また、上記各実施形態では、光ファイバ増幅器の利得特性が波長依存性を有する場合、すなわち励起効率が波長に依存して異なる場合を例示したが、本発明は、光ファイバ増幅器の励起効率が波長に依存しない場合でも、各光ファイバ増幅器に異なる励起光のパワーを入射させる場合にも適用可能である。
　５．付記
　上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
　（付記１）
　複数の光ファイバ増幅器と、
　複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する非対称合波光学系と、を有し、
　前記非対称合波光学系が非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで前記複数の分岐励起光間に所望の強度差を設定することを特徴とする光増幅装置。
（付記２）
　前記非対称合波器の非対称分岐比は、Ｒを所定の自然数、ａを０より大きくＲより小さい値であるとすれば、第１入力に対してａ：（Ｒ－ａ）、第２入力に対して（Ｒ－ａ）：ａであることを特徴とする付記１に記載の光増幅装置。
（付記３）
　前記非対称合波光学系が１つの非対称合波器からなり、当該非対称合波器が第１および第２の励起光を入力して第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅
器へそれぞれ供給することを特徴とする付記１または２に記載の光増幅装置。
（付記４）
　前記非対称合波光学系が２入力２出力の第１～第４合波器からなり、前記第１～第４合波器の少なくとも一つが前記非対称合波器であり、
　前記第１合波器が第１および第２の励起光を入力し、
　前記第２合波器が第３および第４の励起光を入力し、
　前記第３合波器が前記第１合波器の第１出力と前記第２合波器の第１出力とを入力し、第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給し、
　前記第４合波器が前記第１合波器の第２出力と前記第２合波器の第２出力とを入力し、第３および第４の分岐励起光を第３および第４の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
　ことを特徴とする付記１または２に記載の光増幅装置。
（付記５）
　前記複数の分岐励起光間の強度差は、前記複数の光ファイバ増幅器の各々が所望の増幅特性となるように設定されることを特徴とする付記１－４のいずれか１項に記載の光増幅装置。
（付記６）
　前記複数の光ファイバ増幅器の増幅特性が波長依存性を有し、前記複数の分岐励起光間の強度差は、波長多重信号の第１波長帯域の光信号に対する増幅特性と第２波長帯域の光信号に対する増幅特性とが均一になるように、設定されることを特徴とする付記１－５のいずれか１項に記載の光増幅装置。
（付記７）
　付記１－６のいずれか１項に記載の光増幅装置を有する光中継器。
（付記８）
　複数の光ファイバ増幅器に光学的に接続された励起光供給回路であって、
　複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する非対称合波光学系を有し、
　前記非対称合波光学系が、非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存して前記複数の分岐励起光間に所望の強度差が設けられていることを特徴とする励起光供給回路。
（付記９）
　前記非対称合波器の非対称分岐比は、Ｒを所定の自然数、ａを０より大きくＲより小さい値であるとすれば、第１入力に対してａ：（Ｒ－ａ）、第２入力に対して（Ｒ－ａ）：ａであることを特徴とする付記８に記載の励起光供給回路。
（付記１０）
　前記非対称合波光学系が１つの非対称合波器からなり、当該非対称合波器が第１および第２の励起光を入力して第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給することを特徴とする付記８または９に記載の励起光供給回路。
（付記１１）
　前記非対称合波光学系が２入力２出力の第１～第４合波器からなり、前記第１～第４合波器の少なくとも一つが前記非対称合波器であり、
　前記第１合波器が第１および第２の励起光を入力し、
　前記第２合波器が第３および第４の励起光を入力し、
　前記第３合波器が前記第１合波器の第１出力と前記第２合波器の第１出力とを入力し、第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給し、
　前記第４合波器が前記第１合波器の第２出力と前記第２合波器の第２出力とを入力し、第３および第４の分岐励起光を第３および第４の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
　ことを特徴とする付記８または９に記載の励起光供給回路。
（付記１２）
　前記複数の分岐励起光間の強度差は、前記複数の光ファイバ増幅器の各々が所望の増幅特性となるように設定されることを特徴とする付記８－１１のいずれか１項に記載の励起
光供給回路。
（付記１３）
　前記複数の光ファイバ増幅器の増幅特性が波長依存性を有し、前記複数の分岐励起光間の強度差は、波長多重信号の第１波長帯域の光信号に対する増幅特性と第２波長帯域の光信号に対する増幅特性とが均一になるように、設定されることを特徴とする付記８－１２のいずれか１項に記載の励起光供給回路。
（付記１４）
　付記８－１３のいずれか１項に記載の励起光供給回路により動作する光増幅装置を有する光中継器。
（付記１５）
　複数の光ファイバ増幅器に励起光を供給する方法であって、
　非対称合波光学系が複数の励起光を入力し、
　前記非対称合波光学系に含まれる非対称分岐比を有する少なくとも一つの２入力２出力の非対称合波器が、当該非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存した強度差を有する複数の出力光を出力し、
　前記非対称合波光学系が前記複数の出力光に基づいて複数の分岐励起光を生成し、前記複数の光ファイバ増幅器に対してそれぞれ供給する、
　ことを特徴とする方法。
（付記１６）
　前記非対称合波器の非対称分岐比は、Ｒを所定の自然数、ａを０より大きくＲより小さい値であるとすれば、第１入力に対してａ：（Ｒ－ａ）、第２入力に対して（Ｒ－ａ）：ａであることを特徴とする付記１５に記載の方法。
（付記１７）
　前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで、前記複数の光ファイバ増幅器の各々が所望の増幅特性となるように、前記複数の分岐励起光間の強度差を設定する、ことを特徴とする付記１５または１６に記載の方法。
（付記１８）
　前記非対称合波光学系が１つの非対称合波器からなり、
　前記非対称合波器が第１および第２の励起光を入力し、
　前記第１および第２の励起光の少なくとも一方の強度を調整することで、前記非対称合波器の２出力である第１および第２の分岐励起光の強度差を設定し、
　前記第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
　ことを特徴とする付記１５－１７のいずれか１項に記載の方法。
（付記１９）
　前記非対称合波光学系が２入力２出力の第１～第４合波器からなり、前記第１～第４合波器の少なくとも一つが前記非対称合波器であり、
　前記第１合波器が第１および第２の励起光を入力し、
　前記第２合波器が第３および第４の励起光を入力し、
　前記第３合波器が前記第１合波器の第１出力と前記第２合波器の第１出力とを入力し、第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給し、
　前記第４合波器が前記第１合波器の第２出力と前記第２合波器の第２出力とを入力し、第３および第４の分岐励起光を第３および第４の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
　ことを特徴とする付記１５－１７のいずれか１項に記載の方法。
　なお、本発明は、２０１６年１１月２８日に出願された日本国特許出願：特願２０１６－２２９９３８号の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用を持って本書に組み込まれているものとする。
　本発明は、複数の光増幅器を有する光通信装置、たとえば大容量海底通信システムに適用する海底中継器に適用可能である。
１１～１６　光増幅装置
１００　非対称合波器
１００＿１～１００＿４　Ｚ１～Ｚ４合波器
１０１、１０５、１１１、１１５　ＷＤＭ合波器
１０２、１１２　光ファイバ増幅器
１０３、１１３　光アイソレータ
１０４，１１４　利得等化器
ＬＤ１～ＬＤ４　励起光源
Ｐ１２＿Ｃ、Ｐ１２＿Ｄ、Ｐ＿Ｃ、Ｐ＿Ｄ、Ｐ＿Ｃ１、Ｐ＿Ｄ１、Ｐ＿Ｃ２、Ｐ＿Ｄ２　分岐励起光

Claims (15)

  1. 　複数の光ファイバ増幅器と、
    　複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する光学系と、を有し、
    　前記光学系が所定の非対称分岐比を有する少なくとも一つの非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで前記複数の分岐励起光間に所望の強度差を設定する光増幅装置。
  2. 　前記非対称合波器の非対称分岐比は、Ｒを所定の自然数、ａを０より大きくＲより小さい値であるとすれば、前記非対称合波器の第１入力に対してａ：（Ｒ－ａ）、第２入力に対して（Ｒ－ａ）：ａである、請求項１に記載の光増幅装置。
  3. 　前記光学系が１つの非対称合波器を含み、当該非対称合波器が第１および第２の励起光を入力して第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、請求項１または２に記載の光増幅装置。
  4. 　前記光学系が２入力２出力の第１～第４合波器を含み、前記第１～第４合波器の少なくとも一つが前記非対称合波器であり、
    　前記第１合波器が第１および第２の励起光を入力し、
    　前記第２合波器が第３および第４の励起光を入力し、
    　前記第３合波器が前記第１合波器の第１出力と前記第２合波器の第１出力とを入力し、第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給し、
    　前記第４合波器が前記第１合波器の第２出力と前記第２合波器の第２出力とを入力し、第３および第４の分岐励起光を第３および第４の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
    　請求項１または２に記載の光増幅装置。
  5. 　前記複数の分岐励起光間の強度差は、これらの分岐励起光をそれぞれ入力する前記複数の光ファイバ増幅器の各々が所望の増幅特性となるように、設定される、請求項１－４のいずれか１項に記載の光増幅装置。
  6. 　前記複数の光ファイバ増幅器の増幅特性が波長依存性を有し、前記複数の分岐励起光間の強度差は、波長多重信号の第１波長帯域の光信号に対する増幅特性と第２波長帯域の光信号に対する増幅特性とが均一になるように、設定される、請求項１－５のいずれか１項に記載の光増幅装置。
  7. 　請求項１－６のいずれか１項に記載の光増幅装置を有する光中継器。
  8. 　複数の光ファイバ増幅器に光学的に接続された励起光供給回路であって、
    　複数の励起光を入力し、前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する光学系を有し、
    　前記光学系が、所定の非対称分岐比を有する少なくとも一つの非対称合波器を含み、前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存して前記複数の分岐励起光間に所望の強度差が設定されている励起光供給回路。
  9. 　前記非対称合波器の非対称分岐比は、Ｒを所定の自然数、ａを０より大きくＲより小さい値であるとすれば、前記非対称合波器の第１入力に対してａ：（Ｒ－ａ）、第２入力に対して（Ｒ－ａ）：ａである、請求項８に記載の励起光供給回路。
  10. 　前記光学系が１つの非対称合波器を含み、当該非対称合波器が第１および第２の励起光を入力して第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、請求項８または９に記載の励起光供給回路。
  11. 　前記光学系が２入力２出力の第１～第４合波器を含み、前記第１～第４合波器の少なくとも一つが前記非対称合波器であり、
    　前記第１合波器が第１および第２の励起光を入力し、
    　前記第２合波器が第３および第４の励起光を入力し、
    　前記第３合波器が前記第１合波器の第１出力と前記第２合波器の第１出力とを入力し、第１および第２の分岐励起光を第１および第２の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給し、
    　前記第４合波器が前記第１合波器の第２出力と前記第２合波器の第２出力とを入力し、第３および第４の分岐励起光を第３および第４の光ファイバ増幅器へそれぞれ供給する、
    　請求項８または９に記載の励起光供給回路。
  12. 　前記複数の分岐励起光間の強度差は、これらの分岐励起光をそれぞれ入力する前記複数の光ファイバ増幅器の各々が所望の増幅特性となるように、設定される、請求項８－１１のいずれか１項に記載の励起光供給回路。
  13. 　前記複数の光ファイバ増幅器の増幅特性が波長依存性を有し、前記複数の分岐励起光間の強度差は、波長多重信号の第１波長帯域の光信号に対する増幅特性と第２波長帯域の光信号に対する増幅特性とが均一になるように、設定される、請求項８－１２のいずれか１項に記載の励起光供給回路。
  14. 　複数の光ファイバ増幅器に励起光を供給する方法であって、
    　光学系が複数の励起光を入力し、
    　前記光学系に含まれる所定の非対称分岐比を有する少なくとも一つの非対称合波器が、当該非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度に依存した強度差を有する複数の出力光を出力し、
    　前記光学系が前記複数の出力光に基づいて複数の分岐励起光を生成し、前記複数の光ファイバ増幅器に対してそれぞれ供給する、
    　励起光供給方法。
  15. 　複数の光ファイバ増幅器と、複数の励起光を入力し前記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ供給する複数の分岐励起光を出力する光学系と、を有する光増幅装置の設定方法であって、
    　前記光学系に含まれる少なくとも一つの非対称合波器の非対称分岐比を所定値に固定し、
    　前記非対称合波器の少なくとも一つの入力光の強度を調整することで前記複数の分岐励起光間に所望の強度差を設定する、
    　設定方法。
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