(57)【要約】【課題】偏波スクランブラを使用せずにＥＤＦＡの偏波依存性利得を抑制する。【解決手段】ＥＤＦ２１を前方励起する第１の増幅部２０と、ＥＤＦ３１を前方励起する第２の増幅部３０と、縦列接続される第１及び第２の増幅部２０，３０の間に設けられた光アイソレータと、を含む光増幅器において、第１のＥＤＦ２１から発生して入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光Ａ１０を光分離部５１により取り出して、光入力部６１を介し、第２のＥＤＦ３１の出力側から第２のＥＤＦ３１へ入力する。第２のＥＤＦ３１において、出力側から入力される自然放出光Ａ１２により、入力光Ｏ１１の偏光度が低下する。【選択図】図２
2010287839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポート及び出力ポートの間の光路上に、光アイソレータを間に介在させて縦列接続された第１の光増幅部と第２の光増幅部とを含む光増幅器であって、
前記第１の光増幅部は、
前記入力ポートからの入力光が一端に入力される第１の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第１の励起光源と、
前記第１の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第１の励起光源による励起光を、前記第１の希土類添加光ファイバの一端に与える第１の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の光増幅部は、
前記光アイソレータを通過した入力光が一端に入力される第２の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第２の励起光源と、
前記第２の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第２の励起光源による励起光を、前記第２の希土類添加光ファイバの一端に与える第２の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第１の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記入力ポートと前記第１の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、
前記光分離部により前記光入力経路から分離された前記自然放出光を、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第２の希土類添加光ファイバの他端と前記出力ポートとの間を接続する光出力経路上に設けられている、
光増幅器。
【請求項２】
入力ポート及び出力ポートの間の光路上に、光アイソレータを間に介在させて縦列接続された第１の光増幅部と第２の光増幅部とを含む光増幅器であって、
前記第１の光増幅部は、
前記入力ポートからの入力光が一端に入力される第１の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第１の励起光源と、
前記第１の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第１の励起光源による励起光を、前記第１の希土類添加光ファイバの一端に与える第１の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の光増幅部は、
前記光アイソレータを通過した入力光が一端に入力される第２の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第２の励起光源と、
前記第２の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第２の励起光源による励起光を、前記第２の希土類添加光ファイバの一端に与える第２の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記光アイソレータと前記第２の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、
前記光分離部により前記光入力経路上から分離された前記自然放出光を、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第１の希土類添加光ファイバの他端と前記光アイソレータとの間を接続する光出力経路上に設けられている、
光増幅器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の光増幅器であって、
前記入力光が、前記自然放出光のパワーが最大になる波長近傍の波長をもつ信号光を含んでいる、光増幅器。
【請求項４】
請求項３記載の光増幅器であって、
前記第１及び第２の希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記入力光が、Ｃバンド内の短波長側に配置された信号光を含む、光増幅器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光増幅器であって、
前記光分離部と前記光入力部との間で前記自然放出光が伝送される自然放出光伝送路上に、前記自然放出光の帯域を制限する帯域通過フィルタが設けられている、光増幅器。
【請求項６】
第１の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第１の増幅部と、第２の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第２の増幅部と、縦列接続される前記第１の増幅部と前記第２の増幅部との間に設けられた光アイソレータと、を含んで構成される光増幅器において発生する偏波依存性利得を抑制するための偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第１の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側から前記第２の希土類添加光ファイバへ入力する、偏波依存性利得抑制方法。
【請求項７】
第１の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第１の増幅部と、第２の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第２の増幅部と、縦列接続される前記第１の増幅部と前記第２の増幅部との間に設けられた光アイソレータと、を含んで構成される光増幅器において発生する偏波依存性利得を抑制するための偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第２の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側から前記第１の希土類添加光ファイバへ入力する、偏波依存性利得抑制方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７記載の偏波依存性利得抑制方法であって、
前記入力光が、前記自然放出光のパワーが最大になる波長近傍の波長をもつ信号光を含んでいる、偏波依存性利得抑制方法。
【請求項９】
請求項８記載の偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第１及び第２の希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記入力光が、Ｃバンド内の短波長側に配置された信号光を含む、偏波依存性利得抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、希土類添加光ファイバを使用した光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークを構成する光伝送システムの中継局では、光信号の高速化（広帯域化）に対応して、光電変換を伴う再生中継に代わって、光のまま信号増幅を行う光増幅器が採用されている。光増幅器として現在一般的に使用されているのは、増幅媒体に希土類添加光ファイバを使用した光増幅器で、中でも特に、エルビウム添加光ファイバ（Erbium Doped Fiber：ＥＤＦ）を増幅媒体にした光増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）が主に使用されている。
【０００３】
近年のネットワークは中継距離を延ばす傾向にあり、中継局の光増幅器に求められる利得が大きくなってきている。ＥＤＦＡの場合、雑音指数（Noise Figure：ＮＦ）の観点から、１段のＥＤＦＡで増幅を行うよりも、縦列接続した２段のＥＤＦＡによって増幅する方が優れている。そこで、図７に示すように、第１の光増幅部として設けられたＥＤＦＡ１と第２の光増幅部として設けられたＥＤＦＡ２とを、ループ発振防止のための光アイソレータ３を間に挟んで縦列接続した光増幅器が用いられる。
【０００４】
第１のＥＤＦＡ１は、第１のＥＤＦ１ａと、励起光を発生する第１の励起光源１ｂと、第１のＥＤＦ１ａの入力側に設けられ、第１の励起光源１ｂによる励起光を入力光と合波して第１のＥＤＦ１ａに与える第１の光合波器１ｃと、を備えた前方励起の構成である。また、第２のＥＤＦＡ２も、第２のＥＤＦ２ａと、励起光を発生する第２の励起光源２ｂと、第２のＥＤＦ２ａの入力側に設けられ、第２の励起光源２ｂによる励起光を入力光と合波して第２のＥＤＦ２ａに与える第２の光合波器２ｃと、を備えた前方励起の構成である。
【０００５】
図７に示した光増幅器において、信号光はまず、第１の光合波器１ｃを通って第１のＥＤＦ１ａに入力される。第１のＥＤＦ１ａには、第１の励起光源１ｂからの励起光が第１の光合波器１ｃを介して供給されており、該励起光により励起されたエルビウムの誘導放出によって、第１のＥＤＦ１ａに入力された信号光が増幅される。第１のＥＤＦＡ１により増幅されて出力された信号光は、光アイソレータ３及び第２の光合波器２ｃを経た後、励起光源２ｂからの励起光が供給される第２のＥＤＦ２ａに入力され、上記第１のＥＤＦ１ａと同様にして増幅される。光アイソレータ３は、第１のＥＤＦＡ１から第２のＥＤＦＡ２に向かう一方向にのみ光を伝達することで、光増幅器の入力ポートＩＮ及び出力ポートＯＵＴにおける光コネクタ等を用いた光路の接続点を反射端とする共振器構造が形成されないようにし、光増幅器のループ発振を防止するために設けられている。
【０００６】
図７の光増幅器を使用して光信号を中継増幅する場合、第１及び第２のＥＤＦＡ１，２のＥＤＦ１ａ，２ａにおいて生じる偏波ホールバーニング（Polarization Hole-Burning：ＰＨＢ）によって、偏波依存性利得（Polarization dependent Gain：ＰＤＧ）が発生する。偏波依存性利得が発生する結果、図７の光増幅器を用いた中継局が伝送路上に多数存在するシステムでは、各中継局における偏波依存性利得の影響が累積し、例えば波長帯がＣバンド（１５２８ｎｍ〜１５６５ｎｍ）の信号光を中継増幅する場合、Ｃバンドにおける短波長側の信号成分の光ＳＮ比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）が無視できない程に劣化することがある。
【０００７】
偏波ホールバーニングは、ＥＤＦに入力される励起光及び信号光の偏波状態に依存して利得が変動する現象である（非特許文献１の５９頁〜６１頁参考）。強度及び偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）の高い信号光がＥＤＦに入力されると、偏波ホールバーニングにより、入力された信号光の偏波方向に対して平行な偏波方向をもつ光の利得が削られることになる。ＥＤＦにおける利得の変動は、信号光だけではなく、ＥＤＦ内で発生する自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）にも影響を及ぼす。自然放出光は、無偏光状態の光であり、信号光の偏波方向に対して平行な偏波成分と垂直な偏波成分とを含んでいる。このため、自然放出光のうちの信号光に平行な偏波成分のみが、偏波ホールバーニングによる利得変動の影響を受けることになる。つまり、偏波ホールバーニングの発生によって、信号光の利得と自然放出光のうちの信号光に平行な偏波成分の利得とが削られる一方、自然放出光のうちの信号光に垂直な偏波成分の利得は削られない。したがって、ＥＤＦで発生する自然放出光について、偏光度の高い信号光に平行な偏波成分に対する利得と、前記信号光に垂直な偏波成分に対する利得と、の差分が偏波依存性利得となる。このため、偏波ホールバーニングが無い場合に比べて、自然放出光のうちの信号光に垂直な偏波成分の割合が相対的に増える結果、増幅後の出力光におけるＯＳＮＲが低下する。つまり、Ｃバンドの短波長側に波長をもつ信号光は、強度及び偏光度が高いと、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得の影響を受けて、増幅後のＯＳＮＲが低下することになる。
【０００８】
なお、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得は、ＥＤＦ中の光の偏光度に依存し、偏光度が低いほど偏波ホールバーニングが抑えられる（例えば非特許文献２）。「偏光度」は、着目する波長の光の全光パワーに対し、完全に偏光している成分の光パワーの比率を表したもので、偏光度「０」で無偏光状態、偏光度「１」で完全偏光状態となる。
【０００９】
図７において、Ｃバンドの短波長側に配置された信号光Ｓ及びＣバンドの全域に亘る雑音光Ｎ１を含んだ入力光Ｏ１が第１のＥＤＦＡ１に入力されるとする。この場合、増幅前の入力光Ｏ１は、信号光波長における信号成分のパワーと雑音成分のパワーとに従うＯＳＮＲを有する。
【００１０】
入力光Ｏ１に含まれる信号光Ｓの偏光度が高い場合、第１のＥＤＦＡ１において上記の偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得の影響を受ける。その結果、第１のＥＤＦＡ１による増幅後の出力光Ｏ２は、特に信号光Ｓの波長近傍での雑音成分Ｎ２の割合が増加し、信号光Ｓに関するＯＳＮＲが低下する。
【００１１】
第１のＥＤＦＡ１による増幅後の出力光Ｏ２は、続いて第２のＥＤＦＡ２に入力され、第２のＥＤＦＡ２によりさらに増幅される。第２のＥＤＦＡ２においても入力光Ｏ２は、上記の偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得の影響を受ける。したがって、第２のＥＤＦＡ２による増幅後の出力光Ｏ３は、信号光Ｓの波長近傍において雑音成分Ｎ３の割合がさらに増加し、信号光Ｓに関するＯＳＮＲがよりいっそう低下する。
【００１２】
なお、図７には、前方励起方式の光増幅器を図示して説明しているが、双方向励起方式の光増幅器であっても、同様の原因によりＯＳＮＲの低下が生じ得る。
【００１３】
上記のＥＤＦＡにおける偏波依存性利得に関し、入力光の偏光度を零に近づけるべく、送信局において送信光を偏波スクランブラに通し無偏光状態にして伝送路へ送出する技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−３１５７３９号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「エルビウム添加光ファイバ増幅器」，須藤昭一編著，オプトロニクス社
【非特許文献２】"Measurement of polarisation-dependent gain in EDFAs against input degree of polarisation and gain compression", F. Bruere, pp.401-403, Electronics Letters 2ｎｄ March 1995 Val.31 No.5
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
偏波スクランブラを用いる技術の場合、特許文献１にも記載されているように、信号光を生成する光変調器等に同期させて偏波スクランブラを制御しなければならない。したがって、信号光の高速化に伴って偏波スクランブラの制御が難しくなってきており、実用化の点で課題が生じ、コストを押し上げる要因ともなっている。
【００１７】
上記背景に鑑みると、偏波スクランブラを使用せずとも偏波依存性利得を抑制することの可能な装置、方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
ここでは、入力ポート及び出力ポートの間の光路上に、光アイソレータを間に介在させて縦列接続された第１の光増幅部と第２の光増幅部とを含む光増幅器に関し、偏波依存性利得を抑制する構造を提案する。
【００１９】
本提案に係る光増幅器において、前記第１の光増幅部は、前記入力ポートからの入力光が一端に入力される第１の希土類添加光ファイバと、励起光を発生する第１の励起光源と、前記第１の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第１の励起光源による励起光を、前記第１の希土類添加光ファイバの一端に与える第１の光合波器と、を含んで構成される。また、前記第２の光増幅部は、前記光アイソレータを通過した入力光が一端に入力される第２の希土類添加光ファイバと、励起光を発生する第２の励起光源と、前記第２の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第２の励起光源による励起光を、前記第２の希土類添加光ファイバの一端に与える第２の光合波器と、を含んで構成される。
【００２０】
前記第１及び第２の光増幅部を含む光増幅器は、前記第１の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記入力ポートと前記第１の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、前記光分離部により前記光入力経路から分離された前記自然放出光を、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第２の希土類添加光ファイバの他端と前記出力ポートとの間を接続する光出力経路上に設けられている。
【００２１】
あるいは、前記第１及び第２の光増幅部を含む光増幅器は、前記第２の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記光アイソレータと前記第２の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、前記光分離部により前記光入力経路上から分離された前記自然放出光を、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第１の希土類添加光ファイバの他端と前記光アイソレータとの間を接続する光出力経路上に設けられている。
【００２２】
また、ここでは、第１の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第１の増幅部と、第２の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第２の増幅部と、縦列接続される前記第１の増幅部と前記第２の増幅部との間に設けられた光アイソレータと、を含んで構成される光増幅器において発生する偏波依存性利得を抑制するための偏波依存性利得抑制方法を提案する。
【００２３】
本提案に係る偏波依存性利得抑制方法は、前記第１の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側から前記第２の希土類添加光ファイバへ入力する方法である。
【００２４】
あるいは、本提案に係る偏波依存性利得抑制方法は、前記第２の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側から前記第１の希土類添加光ファイバへ入力する方法である。
【発明の効果】
【００２５】
上記提案に係る光増幅器及び偏波依存性利得抑制方法によると、縦列接続した光増幅部のうちの一方の希土類添加光ファイバにおいて発生する自然放出光のうち、信号光とは逆方向へ進行する自然放出光を、他方の光増幅部の希土類添加光ファイバへ入力する。逆方向の自然放出光が入力された希土類添加光ファイバでは、入力された自然放出光の波長近傍の波長をもつ光の偏光度が低下し、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】光伝送システムの一例を示したブロック図。
【図２】光増幅器の第１実施形態を示したブロック図。
【図３】ＥＤＦで発生する自然放出光のスペクトル形状を示したグラフ。
【図４】Ｃバンドの光信号に対するＥＤＦの偏波依存性利得（ＰＤＧ）を示したグラフ。
【図５】光増幅器の第２実施形態を示したブロック図。
【図６】光増幅器の第３実施形態を示したブロック図。
【図７】背景技術の光増幅器を示したブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、光増幅器を中継局に備えた光伝送システムの例を示している。
送信局１０と受信局１１とが光ファイバ伝送路１２によって接続されており、光ファイバ伝送路１２上に、多数の中継局１３が設けられている。各中継局１３には、それぞれ光増幅器が備えられており、光ファイバ伝送路１２を伝送される光信号が増幅されて中継される。送信局１０と受信局１１との間で通信される光信号は、波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）信号光か、あるいは、単波の信号光である。
【００２８】
一例として中継局１３に備えられる、光増幅器の第１実施形態について、図２Ａに示している。
図２Ａに示す光増幅器は、縦列接続した第１の増幅部２０と第２の増幅部３０とを含み、第１の増幅部２０と第２の増幅部３０との間に、光アイソレータ４０が設けられている。なお、二つの増幅部を縦列接続した光増幅器を一例として示すが、これに限らず、３段以上に増幅部を縦列接続した光増幅器であってもよい。
【００２９】
前方励起方式とした第１の増幅部２０は、一例として、第１の希土類添加光ファイバとしての第１のＥＤＦ２１と、第１のＥＤＦ２１に添加されたエルビウムを励起するための励起光を発生する第１の励起光源２２と、第１のＥＤＦ２１の入力側に設けられ、第１の励起光源２２による励起光を第１のＥＤＦ２１に供給する第１の光合波器２３と、を含んで構成されるＥＤＦＡである。第１の励起光源２２には、例えば０．９８μｍや１．４８μｍ等の波長の励起光を発生するレーザーダイオードが使用され、第１の光合波器２３には、例えばＷＤＭカプラが使用される。
【００３０】
同じく前方励起方式とした第２の増幅部３０は、一例として、第２の希土類添加光ファイバとしての第２のＥＤＦ３１と、第２のＥＤＦ３１に添加されたエルビウムを励起する励起光を発生する第２の励起光源３２と、第２のＥＤＦ３１の入力側に設けられ、第２の励起光源３２による励起光を第２のＥＤＦ３１に供給する第２の光合波器３３と、を含んで構成されるＥＤＦＡである。第１のＥＤＦＡ２０と同様に、第２の励起光源３２には、例えば０．９８μｍや１．４８μｍ等の波長の励起光を発生するレーザーダイオードが使用され、第２の光合波器３３には、例えばＷＤＭカプラが使用される。
【００３１】
第１及び第２のＥＤＦＡ２０，３０の間に介在する光アイソレータ４０は、第１のＥＤＦＡ２０から第２のＥＤＦＡ３０へ進行する順方向の光に対しては低損失、第２のＥＤＦＡ３０から第１のＥＤＦＡ２０へ逆行する逆方向の光に対しては高損失となる特性をもち、一方向へ光を通す光デバイスである。光アイソレータ４０によって、光増幅器の入力ポートＩＮ及び出力ポートＯＵＴにおける光コネクタ等を用いた光路の接続点を反射端とする共振器構造が形成されなくなって、ループ発振が防止される。
【００３２】
第１のＥＤＦＡ２０の第１のＥＤＦ２１へ入力光を伝送する光入力経路５０には、光分離部５１が設けられる。光分離部５１には、一例として光サーキュレータが使用され、光入力経路５０を第１のＥＤＦ２１へ順方向に進行する入力光はそのまま通過する一方、第１のＥＤＦ２１において発生して入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光は光入力経路５０から分離される。光サーキュレータを使用した光分離部５１は、例えば、第１ポートから第２ポートへ入力光を通過させ、第２ポートから第３ポートへ自然放出光を通過させるものとすることができる。なお、光分離部５１は、第１の光合波器２３と第１のＥＤＦ２１との間の光入力経路に設けることもできるが、光分離部５１の接続点で励起光が損失を受けて（コネクタの接続状態等による損失）、励起効率が低下する可能性があるので、図２Ａに示すように、第１の光合波器２３の前段に設けるのがよい。
【００３３】
第２のＥＤＦＡ３０の第２のＥＤＦ３１から出力光を伝送する光出力経路６０には、光入力部６１が設けられる。光入力部６１には、一例として光サーキュレータが使用され、第２のＥＤＦ３１から出力されて光出力経路６０を順方向に進行する出力光はそのまま光入力部６１を通過する。一方、光分離部５１により分離されて自然放出光伝送路（光ファイバ）５２を伝播してきた自然放出光が、光入力部６１を通して第２のＥＤＦ３１の出力側から第２のＥＤＦ３１へ入力される。光サーキュレータを使用した光入力部６１は、例えば、第１ポートから第２ポートへ出力光を通過させ、第３ポートから第１ポートへ自然放出光を通過させるものとすることができる。
【００３４】
上記の光分離部５１及び光入力部６１としては、光サーキュレータに限らず、光カプラ及び光アイソレータの組み合わせなどを使用することも可能である。ただし、光カプラを使用する場合は、挿入損失が３ｄＢ程度発生するので、光サーキュレータを使用する方が好ましい。
【００３５】
第１及び第２のＥＤＦ２１，３１において発生する逆方向の自然放出光は、図３に示すスペクトル形状を示す。図３のグラフは、横軸を波長（ｎｍ）、縦軸を光パワー（ｍＷ）としたグラフである。第１及び第２のＥＤＦ２１，３１において発生し、逆方向へ進行する自然放出光は、１５３０ｎｍ近辺にピークをもったスペクトルの広がりを示している。すなわち、第１及び第２のＥＤＦ２１，３１から発生する逆方向の自然放出光は、１５２８ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンドを含む波長帯域を有する。
【００３６】
第１及び第２のＥＤＦ２１，３１で発生して逆方向へ進行する自然放出光は、次の過程によって発生すると考えられる。
まず、前方励起の励起光がＥＤＦの入力端から入ることにより、ＥＤＦにおいて、入力端に近い部分でのエルビウムの反転分布率（励起状態）が高くなる。ＥＤＦにおいて反転分布率が高くなると、Ｃバンドの短波長側の帯域で自然放出光が多く発生するようになる。発生した自然放出光のうち、ＥＤＦの入力端の方向へ進行する自然放出光が、ＥＤＦ内で増幅されつつＥＤＦの入力端から出射する。出射した自然放出光は、光入力経路５０上を入力光とは逆方向へ進行する自然放出光となり、Ｃバンドの短波長側でパワーが最大ピークとなるスペクトル形状を示す。
【００３７】
図２Ａにおいて、第１のＥＤＦ２１から発生して逆方向へ進行する自然放出光は、光分離部５１によって光入力経路５０から自然放出光伝送路５２へ伝送される。自然放出光伝送路５２に取り出された自然放出光は、自然放出光伝送路５２を通して光入力部６１まで伝送され、光入力部６１から第２のＥＤＦ３１に送り込まれる。光入力部６１によって第２のＥＤＦ３１の出力側から入力される自然放出光は、第２のＥＤＦ３１内を逆進して、増幅されることになる。
【００３８】
光入力部６１から入力されて第２のＥＤＦ３１を逆進する自然放出光は、図３に示すように、Ｃバンドの短波長側の波長成分を多く含んだ無偏光状態の光であり、Ｃバンドの短波長側に配置された信号光を含んで第２のＥＤＦ３１を順方向へ進行する入力光の偏光度を、低下させる。すなわち、偏光度の高い信号光が伝播している希土類添加光ファイバ内に、前記信号光の波長近傍の波長をもつ無偏光状態の光が入力されると、前記信号光の偏光度は低下する。例えばＥＤＦの場合、偏光度の高い信号光の波長に対して±２．５ｎｍの範囲にある波長をもつ無偏光状態の光が入力されると、前記信号光の偏光度が低下する。したがって、第２のＥＤＦ３１を順方向へ進行する増幅対象の入力光の偏光度が下がる結果、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が抑制されることになる。
【００３９】
図２Ａの中には、第１実施形態の光増幅器の要部における入力光と自然放出光の波形を模式的に図示してある。
図２Ａの光増幅器において、Ｃバンドの短波長側に配置された信号光Ｓ及びＣバンドの全域に亘る雑音光Ｎ１０を含んだ入力光Ｏ１０が、第１のＥＤＦＡ２０に入力されるとする。この場合、増幅前の入力光Ｏ１０は、信号光波長における信号成分のパワーと雑音成分のパワーとに従うＯＳＮＲを有する。
【００４０】
入力光Ｏ１０に含まれる信号光Ｓの偏光度が高い場合、第１のＥＤＦＡ２０おいて偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得の影響を受ける。その結果、第１のＥＤＦＡ２０による増幅後の出力光Ｏ１１は、特に信号光Ｓの波長近傍での雑音成分Ｎ１１の割合が増加し、信号光Ｓに関するＯＳＮＲが低下する。
【００４１】
第１のＥＤＦＡ２０による増幅時に、入力光Ｏ１０の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光Ａ１０が発生する。第１のＥＤＦＡ２０において発生し、光入力経路５０を逆進する自然放出光Ａ１０は、光分離部５１により分離される。分離された自然放出光Ａ１１は、自然放出光伝送路５２を通して光入力部６１へ伝送される。
【００４２】
第１のＥＤＦＡ２０による増幅後の出力光Ｏ１１は、続いて第２のＥＤＦＡ３０に入力され、第２のＥＤＦＡ３０によりさらに増幅される。このときの第２のＥＤＦＡ３０には、光入力部６１から逆方向へ進行する自然放出光Ａ１２が入力されている。自然放出光Ａ１２は、自然放出光伝送路５２により光入力部６１まで伝送されてきた自然放出光Ａ１１であり、図３に示すように、Ｃバンドの短波長側の波長にピークを有するスペクトル形状の無偏光状態である。したがって、第２のＥＤＦ３１において増幅される入力光Ｏ１１は、信号光Ｓの波長近傍成分の偏光度が低下し、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が抑制されることになる。その結果、第２のＥＤＦＡ３０から出力される出力光Ｏ１２は、信号光Ｓの波長近傍における雑音成分Ｎ１２の増加が抑制されており、信号光Ｓに関するＯＳＮＲが改善されている。
【００４３】
Ｃバンドの信号光に対してＥＤＦで発生する偏波依存性利得は、図４に示すように、特に１５４０ｎｍよりも短波長の光に関し、顕著に表れる（"Spectral Dependence of Polarization Hole-Burning", C.R. Davidson, et al., Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference, Technical Digest (CD), Optical Society of America, 2006, paper OThC3）。図４は、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を偏波依存性利得（ｄＢ）として表したグラフである。
しかしながら、図３に示した１５３０ｎｍ近傍の波長にピークをもつ自然放出光Ａ１２が第２のＥＤＦ３１に入力されて１５３０ｎｍ近傍の偏光度が低下することで、第２のＥＤＦ３１において入力光Ｏ１１を増幅する際の偏波依存性利得は、抑制される。
【００４４】
第２のＥＤＦＡ３０に出力側から入力された自然放出光Ａ１２は、第２のＥＤＦ３１を逆進して増幅され、第２のＥＤＦＡ３０の入力側から出力されるが、第２のＥＤＦＡ３０から出力された自然放出光Ａ１３は、光アイソレータ４０により遮断される。
【００４５】
図２Ｂには、図２Ａに示す光増幅器の自然放出光伝送路５２に帯域通過フィルタ５３を設けた光増幅器を示している。帯域通過フィルタ５３以外の部分は、上記第１実施形態の光増幅器と同じである。
【００４６】
帯域通過フィルタ５３は、光分離部５１により分離された自然放出光Ａ１１の必要な帯域だけを通過させる光フィルタである。すなわち、帯域通過フィルタ５３は、自然放出光Ａ１１がもつ帯域のうち、図２Ａに示す入力光Ｏ１１の信号光Ｓの波長近傍の帯域のみを通過させ、残りの不要な帯域は遮断することにより、自然放出光Ａ１１’を生成する。帯域制限された自然放出光Ａ１１’は、光入力部６１を通して第２のＥＤＦＡ３０の出力側から入力される。
【００４７】
図４に示したように、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が一部の波長に顕著に発生する場合は、偏波依存性利得が顕著に発生する波長に対応させて帯域通過フィルタ５３により帯域制限した自然放出光Ａ１１’を第２のＥＤＦＡ３０に与えることで、第２のＥＤＦ３１において入力光Ｏ１１を増幅する際の偏波依存性利得を抑制できると共に、第２のＥＤＦ３１において自然放出光Ａ１１’の増幅に費やされる励起光のエネルギーを低減することができる。
【００４８】
図５に、光増幅器の第２実施形態を示す。第２実施形態の光増幅器は、第２のＥＤＦＡ３０において発生した逆方向の自然放出光を、第１のＥＤＦＡ２０の出力側から第１のＥＤＦ２１へ入力する実施形態である。第１のＥＤＦＡ２０、第２のＥＤＦＡ３０、光アイソレータ４０は、第１実施形態と同じである。
【００４９】
図５に示す光増幅器においては、第２のＥＤＦ３１へ入力光を伝送する光入力経路７０に、光分離部７１が設けられている。光分離部７１は、第２のＥＤＦ３１において発生して入力光とは逆方向へ進行する自然放出光を、光入力経路７０上より分離する。光分離部７１には、一例として光サーキュレータが使用され、光入力経路７０を第２のＥＤＦ３１の方へ進行する入力光はそのまま通過する一方、第２のＥＤＦ３１から逆進してくる自然放出光は、光入力経路７０から自然放出光伝送路７２に取り出される。すなわち、光サーキュレータを使用した光分離部７１は、例えば、第１ポートから第２ポートへ入力光を通過させ、第２ポートから第３ポートへ自然放出光を通過させるものとすることができる。
【００５０】
また、図５に示す光増幅器においては、第１のＥＤＦ２１から出力光を伝送する光出力経路８０に、光入力部８１が設けられる。光入力部８１は、光分離部７１により分離されて自然放出光伝送路７２を伝播してきた自然放出光を、第１のＥＤＦＡ２０の出力側から第１のＥＤＦ２１へ入力する。光入力部８１には、一例として光サーキュレータが使用される。光サーキュレータを使用した光入力部６１は、例えば、第１ポートから第２ポートへ出力光を通過させ、第３ポートから第１ポートへ自然放出光を通過させるものとする。
【００５１】
第２実施形態の光増幅器において、第２のＥＤＦ３１から発生して逆方向へ進行する自然放出光は、図３に示すスペクトル形状を有する。したがって、光分離部７１で取り出されて光入力部８１から第１のＥＤＦＡ２０へ入力される自然放出光により、第１のＥＤＦ２１において増幅される入力光は、Ｃバンドの短波長側に配置された信号光Ｓの波長近傍の成分の偏光度が低下する。入力光の偏光度が低下することにより、第１のＥＤＦ２１における偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が抑制されるので、第２実施形態の光増幅器から出力される増幅後の光は、第１実施形態のときと同様に、ＯＳＮＲが改善される。
【００５２】
第２実施形態の光増幅器についても、図５中に点線で示すように、自然放出光伝送経路７２に帯域通過フィルタ７３を設けて、自然放出光の所要帯域のみを通過させるようにしてもよい。
【００５３】
図６に、光増幅器の第３実施形態を示す。第３実施形態の光増幅器は、第１のＥＤＦＡ１００及び第２のＥＤＦＡ１１０を双方向励起とした点で、図２Ａに示す第１実施形態の光増幅器と異なる。光アイソレータ４０、光分離部５１、自然放出光伝送路５２、光入力部６１については、第１実施形態と同じである。また、図６中に点線で示すように、図２Ｂに示す帯域通過フィルタ５３を設けることもできる。
【００５４】
双方向励起方式とした第１のＥＤＦＡ１００は、第１のＥＤＦ１０１と、第１のＥＤＦ１０１を前方励起するための励起光を発生する第１の前方励起光源１０２と、第１のＥＤＦ１０１の入力側に設けられ、第１の前方励起光源１０２による励起光を第１のＥＤＦ１０１に供給する第１の前方励起光合波器１０３と、を備える。そしてさらに、第１のＥＤＦ１０１を後方励起するための励起光を発生する第１の後方励起光源１０４と、第１のＥＤＦ１０１の出力側に設けられ、第１の後方励起光源１０４による励起光を出力側から第１のＥＤＦ１０１へ供給する第１の後方励起光合波器１０５と、を備える。第１の前方励起光源１０２及び後方励起光源１０４には、例えば０．９８μｍや１．４８μｍ等の波長の励起光を発生するレーザーダイオードが使用され、第１の前方励起光合波器１０３及び後方励起光合波器１０５には、例えばＷＤＭカプラが使用される。
【００５５】
同じく双方向励起方式とした第２のＥＤＦＡ１１０は、第２のＥＤＦ１１１と、第２のＥＤＦ１１１を前方励起するための励起光を発生する第２の前方励起光源１１２と、第２のＥＤＦ１１１の入力側に設けられ、第２の前方励起光源１１２による励起光を第２のＥＤＦ１１１に供給する第２の前方励起光合波器１１３と、を備える。そしてさらに、第２のＥＤＦ１１１を後方励起するための励起光を発生する第２の後方励起光源１１４と、第２のＥＤＦ１１１の出力側に設けられ、第２の後方励起光源１１４による励起光を出力側から第２のＥＤＦ１１１へ供給する第２の後方励起光合波器１１５と、を備える。第１のＥＤＦＡ１００と同様に、第２の前方励起光源１１２及び後方励起光源１１４には、例えば０．９８μｍや１．４８μｍ等の波長の励起光を発生するレーザーダイオードが使用され、第２の前方励起光合波器１１３及び後方励起光合波器１１５には、例えばＷＤＭカプラが使用される。
【００５６】
第３実施形態の光増幅器において、光分離部５１により取り出される逆方向の自然放出光は、図２Ａに示す自然放出光と同様のスペクトル形状を有する。したがって、光分離部５１で取り出した自然放出光を、光入力部６１から第２のＥＤＦ１１１へ入力することにより、第２のＥＤＦ１１１において増幅される入力光は、Ｃバンドの短波長側に配置された信号光Ｓの波長近傍の成分の偏光度が低下する。入力光の偏光度が低下することにより、第２のＥＤＦ１１１の偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得が抑制されるので、第３実施形態の光増幅器から出力される増幅後の光も、第１実施形態のときと同様に、ＯＳＮＲが改善される。
【００５７】
第３実施形態の光増幅器でも、図５に示す第２実施形態と同じように、光分離部を第２のＥＤＦ１１１の入力側に設けると共に光入力部を第１のＥＤＦ１０１の出力側に設けた形態とすることができる。
【００５８】
上記実施形態に示したＥＤＦの励起方式は、前方励起及び双方向励起で、ＥＤＦの入力側から励起光を入力する構成を有している。これとは異なり、ＥＤＦの出力側から励起光を入力する後方励起のＥＤＦＡであっても、一方のＥＤＦＡによる自然放出光を取り出して他方のＥＤＦＡに入力し、ＥＤＦ内で入力光の偏光度を低下させることは可能である。しかし、後方励起方式の場合、上記実施形態と同様の自然放出光を取り出すためには、ＥＤＦの出力側に光分離部を設けなければならない。光分離部をＥＤＦの出力側に設けると、ＥＤＦで増幅した信号光の一部も一緒に取り出さざるを得ない構造となるので、現状では実用的と言えない。
【００５９】
また、上記実施形態では、ＥＤＦを例示して、Ｃバンドの短波長側の信号成分を含んだ信号光を増幅する例を示しているが、第１及び第２の増幅部がＥＤＦＡに限られるということではない。その他の希土類添加光ファイバを使用した光増幅器であっても、逆進する自然放出光を利用して偏光度を低下させることは可能であり、逆方向へ進行する自然放出光に信号光の波長近傍成分が含まれるなら、効果を得ることができる。
【００６０】
以下に、図２Ａに示す光増幅器について、具体的数値を仮定してシミュレーションした結果を示す。仮定した数値は、−２０．４ｄＢｍの入力光Ｏ１０が光増幅器に入力されるとし、入力光Ｏ１０に含まれた信号光Ｓの波長は１５３１．９ｎｍ、入力光Ｏ１０のＯＳＮＲは３４．００ｄＢ（解像度０．１ｎｍ）である。また、光増幅器全体での利得が２２．９ｄＢで、光増幅器から出力される増幅後の信号光は２．５ｄＢｍになるとした。さらに、第１のＥＤＦ２１の長さが１１ｍ、第２のＥＤＦ３１の長さが１４ｍ、第１及び第２の励起光源２２，３２による励起光の波長は０．９８μｍとし、励起光の強度は、第１のＥＤＦ２１の利得が２５．８ｄＢで、第２のＥＤＦ３１の利得が９ｄＢとなる強さとした。
【００６１】
シミュレーションを行うと、第１のＥＤＦ２１から、図３に示すスペクトル形状をもち、パワーが０．２ｄＢｍの自然放出光Ａ１０が発生する。入力光Ｏ１０とは逆方向へ進行する自然放出光Ａ１０は、光分離部５１及び光入力部６１を経て第２のＥＤＦ３１の出力側から第２のＥＤＦ３１に入力される。第２のＥＤＦ３１には、光アイソレータ４０を経た−１．４ｄＢｍの入力光Ｏ１１及び−９．８ｄＢｍの順方向自然放出光が、入力側から入力されている。光入力部６１から入力される自然放出光Ａ１２により、第２のＥＤＦ３１において、入力光Ｏ１１の偏光度が８７％から３９％へ低下し、偏波ホールバーニングによる偏波依存性利得は、０．１７ｄＢから０．０９ｄＢへ抑制される。これにより、光増幅器全体の偏波依存性利得は、０．３４ｄＢから０．２６ｄＢへ抑制される。
【００６２】
偏波依存性利得の抑制により、光増幅器から出力される出力光Ｏ１２のＯＳＮＲは、３０．８４ｄＢから３０．８７ｄＢへ改善される。ＯＳＮＲの改善程度は、１台の光増幅器として考えると大きくはないが、これが累積することにより、多中継伝送の後には、改善効果が大きく現れることになる。例えば、１５スパン伝送後の信号光のＯＳＮＲは、図２Ａの光増幅器を各中継局に備えることにより、２０．４０ｄＢから２０．９５ｄＢへ改善される。
【００６３】
以上の実施形態に関する付記を以下に開示する。
【００６４】
（付記１）
入力ポート及び出力ポートの間の光路上に、光アイソレータを間に介在させて縦列接続された第１の光増幅部と第２の光増幅部とを含む光増幅器であって、
前記第１の光増幅部は、
前記入力ポートからの入力光が一端に入力される第１の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第１の励起光源と、
前記第１の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第１の励起光源による励起光を、前記第１の希土類添加光ファイバの一端に与える第１の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の光増幅部は、
前記光アイソレータを通過した入力光が一端に入力される第２の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第２の励起光源と、
前記第２の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第２の励起光源による励起光を、前記第２の希土類添加光ファイバの一端に与える第２の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第１の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記入力ポートと前記第１の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、
前記光分離部により前記光入力経路から分離された前記自然放出光を、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第２の希土類添加光ファイバの他端と前記出力ポートとの間を接続する光出力経路上に設けられている、光増幅器。
【００６５】
（付記２）
入力ポート及び出力ポートの間の光路上に、光アイソレータを間に介在させて縦列接続された第１の光増幅部と第２の光増幅部とを含む光増幅器であって、
前記第１の光増幅部は、
前記入力ポートからの入力光が一端に入力される第１の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第１の励起光源と、
前記第１の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第１の励起光源による励起光を、前記第１の希土類添加光ファイバの一端に与える第１の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の光増幅部は、
前記光アイソレータを通過した入力光が一端に入力される第２の希土類添加光ファイバと、
励起光を発生する第２の励起光源と、
前記第２の希土類添加光ファイバの入力側に設けられ、前記第２の励起光源による励起光を、前記第２の希土類添加光ファイバの一端に与える第２の光合波器と、
を含んで構成され、
前記第２の希土類添加光ファイバにおいて発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を分離する光分離部が、前記光アイソレータと前記第２の希土類添加光ファイバの一端との間を接続する光入力経路上に設けられ、
前記光分離部により前記光入力経路上から分離された前記自然放出光を、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側の他端に与える光入力部が、前記第１の希土類添加光ファイバの他端と前記光アイソレータとの間を接続する光出力経路上に設けられている、光増幅器。
【００６６】
（付記３）
付記１又は付記２記載の光増幅器であって、
前記入力光が、前記自然放出光のパワーが最大になる波長近傍の波長をもつ信号光を含んでいる、光増幅器。
【００６７】
（付記４）
付記３記載の光増幅器であって、
前記第１及び第２の希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記入力光が、Ｃバンド内の短波長側に配置された信号光を含む、光増幅器。
【００６８】
（付記５）
付記１〜４のいずれか１項に記載の光増幅器であって、
前記光分離部と前記光入力部との間で前記自然放出光が伝送される自然放出光伝送路上に、前記自然放出光の帯域を制限する帯域通過フィルタが設けられている、光増幅器。
【００６９】
（付記６）
付記１〜５のいずれか１項に記載の光増幅器であって、
前記光分離部及び前記光入力部に光サーキュレータが使用される、光増幅器。
【００７０】
（付記７）
第１の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第１の増幅部と、第２の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第２の増幅部と、縦列接続される前記第１の増幅部と前記第２の増幅部との間に設けられた光アイソレータと、を含んで構成される光増幅器において発生する偏波依存性利得を抑制するための偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第１の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第２の希土類添加光ファイバの出力側から前記第２の希土類添加光ファイバへ入力する、偏波依存性利得抑制方法。
【００７１】
（付記８）
第１の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第１の増幅部と、第２の希土類添加光ファイバを前方励起又は双方向励起して入力光を増幅する第２の増幅部と、縦列接続される前記第１の増幅部と前記第２の増幅部との間に設けられた光アイソレータと、を含んで構成される光増幅器において発生する偏波依存性利得を抑制するための偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第２の希土類添加光ファイバから発生して前記入力光の進行方向とは逆方向へ進行する自然放出光を取り出して、前記第１の希土類添加光ファイバの出力側から前記第１の希土類添加光ファイバへ入力する、偏波依存性利得抑制方法。
【００７２】
（付記９）
付記７又は付記８記載の偏波依存性利得抑制方法であって、
前記入力光が、前記自然放出光のパワーが最大になる波長近傍の波長をもつ信号光を含んでいる、偏波依存性利得抑制方法。
【００７３】
（付記１０）
付記９記載の偏波依存性利得抑制方法であって、
前記第１及び第２の希土類添加光ファイバがエルビウム添加光ファイバであり、
前記入力光が、Ｃバンド内の短波長側に配置された信号光を含む、偏波依存性利得抑制方法。
【００７４】
（付記１１）
光信号を増幅して中継するための中継局に、付記１〜６のいずれか１項に記載の光増幅器を備えた光伝送システム。
【符号の説明】
【００７５】
２０  第１のＥＤＦＡ（第１の増幅部）
２１  第１のＥＤＦ（第１の希土類添加光ファイバ）
２２  第１の励起光源
２３  第１の光合波器
３０  第２のＥＤＦＡ（第２の増幅部）
３１  第２のＥＤＦ（第２の希土類添加光ファイバ）
３２  第２の励起光源
３３  第２の光合波器
４０  光サーキュレータ
５０  光入力経路
５１  光分離部
５２  自然放出光伝送路
５３  帯域通過フィルタ
６０  光出力経路
６１  光入力部
７０  光入力経路
７１  光分離部
７２  自然放出光伝送路
７３  帯域通過フィルタ
８０  光出力経路
８１  光入力部
１００  第１のＥＤＦＡ（第１の増幅部）
１０１  第１のＥＤＦ（第１の希土類添加光ファイバ）
１０２  第１の前方励起光源
１０３  第１の前方励起光合波器
１０４  第１の後方励起抗原
１０５  第１の後方励起光合波器
１１０  第２のＥＤＦＡ（第２の増幅部）
１１１  第２のＥＤＦ（第２の希土類添加光ファイバ）
１１２  第２の前方励起光源
１１３  第２の前方励起光合波器
１１４  第２の後方励起光源
１１５  第２の後方励起光合波器
【図１】
2010287839.tif 000003
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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