(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長を有する複数の信号光が波長多重された波長多重化信号光が入力される利得等化器であって、
前記利得等化器は、複数の半導体光増幅手段が縦列に接続された状態で備えられており、
前記複数の半導体光増幅手段のそれぞれは、
前記波長多重化信号光を入力する第１の端面と、
前記波長多重化信号光を光増幅して出力する第２の端面と
を備え、
前記利得等化器の前段及び後段の少なくとも一方に設置される光ファイバ増幅器による利得の波長特性が、対称性を持たない、うねりのある波形であり、
前記第１の端面の反射率及び前記第２の端面の反射率のそれぞれを変化させ、複数の利得の波長特性を合成させることにより、前記光ファイバ増幅器による利得の波長特性に対して、相反するリップルを生じさせて、前記光ファイバ増幅器による利得の波長依存性を相殺して平坦化することを特徴とする利得等化器。
【請求項２】
前記リップルの深さｍは、ｍ＝｛１＋（Ｒ１・Ｒ２）１／２Ｇｓ｝／｛１−（Ｒ１・Ｒ２）１／２Ｇｓ｝及びＧｓ＝ｅｘｐ（（Γｇ−α）Ｌ）で設定され、Ｒ１，Ｒ２は半導体光増幅手段における前記第１の端面の反射率，前記第２の端面の反射率、
Ｇｓは利得、Γは光閉じ込め係数、ｇは利得係数、αは吸収係数、Ｌは活性層長であることを特徴とする請求項１記載の利得等化器。
【請求項３】
前記光ファイバ増幅器が複数備えられており、それらの前記複数の光ファイバ増幅器が異なる利得の波長依存性を有しており、それらにより合成される対称性を持たない、うねりのある波形の利得の波長依存性に対して、相反するリップルを利得の波長特性に生じさせることにより、前記光ファイバ増幅器による利得の波長依存性を相殺して平坦化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の利得等化器。
【請求項４】
前記半導体光増幅手段の間に光アイソレータが備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の利得等化器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の利得等化器と、
前記利得等化器の前段及び後段の少なくとも一方に設置される光ファイバ光増幅器と
を備え、
前記光ファイバ光増幅器は、利得の波長特性が、対称性を持たない、うねりのある波形であり、
前記半導体光増幅手段が備える前記第１の端面の反射率及び前記第２の端面の反射率を変化させ、前記光ファイバ増幅器による利得の波長特性に対して、相反するリップルを利得の波長特性に生じさせることにより、前記光ファイバ増幅器による利得の波長依存性を相殺して平坦化することを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置は、入力された信号光を直接光増幅する光増幅器を含んだ光増幅装置に関し、特に互いに異なる複数の波長の信号光が波長多重された波長多重化信号を光増幅する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中長距離光ファイバ通信システムでは、伝送路ファイバ内で減衰した信号光を増幅するための光増幅器が用いられる。光増幅器には、希土類添加光ファイバを増幅媒体として信号光を直接増幅する光ファイバ増幅器が広く用いられている。なお、光ファイバ増幅器の増幅媒体には希土類添加光ファイバが用いられるが、その添加物にエルビウムが用いられた光ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が広く知られている。
【０００３】
一方、光伝送路の増設なく伝送容量を拡大する方式として、互いに異なる波長を有する複数の信号光を波長多重して光伝送する波長多重伝送方式が広く知られている。この波長多重光伝送方式においても、上述した光ファイバ増幅器を適用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長多重信号光に対して光ファイバ増幅器により一括して光増幅を行おうとすると、エルビウム添加ファイバの利得の波長特性に起因する各信号光に対する利得のばらつき、すなわち利得の平坦度の劣化が問題となる。そこで、利得平坦度を改善することを目的として、利得等化器が用いられている。
【０００５】
従来の利得等化器は、エルビウム添加ファイバの利得の波長特性を打ち消すような損失の波長特性をもった光受動部品が用いられている。すなわち、ある波長の信号光に対して別の波長の信号光の利得が低いために利得の平坦度が確保できない場合には、前者の信号光に対して損失がより大きい光受動部品を挿入、配置して全体の利得を調整しようとするものである。
【０００６】
ところが、このような構成によって利得平坦度を確保しようとすると、例えば、光増幅器が波長多重される信号光間で５ｄＢの利得の波長特性を有している場合には、少なくとも５ｄＢの損失を付加しなければ利得差を完全に打ち消すことはできない。従って、等化に要する損失が大きくなり、結局光増幅装置全体としての光出力特性が得られず、また雑音劣化も大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の目的は、互いに異なる波長を有する複数の信号光を一括して光増幅した場合にでも、各信号光に対する利得差を低減し、増幅された波長多重化信号光に含まれる各波長の信号光間の光出力レベルを均一化することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体光増幅手段を用いた利得等化器は、互いに異なる波長を有する複数の信号光が波長多重された波長多重化信号光が入力される利得等化器であって、前記利得等化器は、複数の半導体光増幅手段が縦列に接続された状態で備えられており、前記複数の半導体光増幅手段のそれぞれは、前記波長多重化信号光を入力する第１の端面と、前記波長多重化信号光を光増幅して出力する第２の端面とを備え、  前記利得等化器の前段及び後段の少なくとも一方に設置される光ファイバ増幅器による利得の波長特性が、対称性を持たない、うねりのある波形であり、前記第１の端面の反射率及び前記第２の端面の反射率のそれぞれを変化させ、複数の利得の波長特性を合成させることにより、前記光ファイバ増幅器による利得の波長特性に対して、相反するリップルを生じさせて、前記光ファイバ増幅器による利得の波長依存性を相殺して平坦化することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光増幅装置は、上記に記載の利得等化器と、前記利得等化器の前段及び後段の少なくとも一方に設置される光ファイバ光増幅器とを備え、前記光ファイバ光増幅器は、利得の波長特性が、対称性を持たない、うねりのある波形であり、前記半導体光増幅手段が備える前記第１の端面の反射率及び前記第２の端面の反射率を変化させ、前記光ファイバ増幅器による利得の波長特性に対して、相反するリップルを利得の波長特性に生じさせることにより、前記光ファイバ増幅器による利得の波長依存性を相殺して平坦化することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の利得等化器およびこれを用いた利得等化機能を備えた光増幅装置について、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第１の実施例の構成を示す図である。本実施例では、第１および第２の２台の光ファイバ増幅器３１，３２が用いられている。そして、両光ファイバ増幅器３１，３３の間に利得等化器６が配置されている。光ファイバ増幅器３１，３２はそれぞれ増幅媒体としてエルビウム添加ファイバ１１，２１を備えており、さらに励起光を出力する励起光源１２，２２もまたそれぞれ
備えている。励起光は、光合波器１３又は２３によって入力される信号光に合波されそれぞれのエルビウム添加ファイバに入射される。ここで、各光ファイバ増幅器は、戻り光によって光ファイバ増幅器の動作が不安定になるのを防ぐため、それぞれ入力側および出力側の双方に光アイソレータ１４，１５又は２４，２５が配置されている。
【００１７】
なお、本実施例では、信号光は１５５０ｎｍ帯であり、前段にある第１の光ファイバ増幅器３１では、エルビウム添加ファイバの前段に光合波器１３が配置されており、前方から励起光を入射する前方励起方式が採用されている。また、励起光には、波長９８０ｎｍ帯が用いられており、低雑音で信号光を光増幅している。一方、後段にある第２の光ファイバ増幅器３３では、エルビウム添加ファイバの後段に光合波器２３が配
置されており、後方から励起光を入射する後方励起方式が採用されている。また、励起光には、波長１４８０ｎｍ帯が用いられており、高効率で信号光を光増幅している。
【００１８】
次に、本発明で用いられている利得等化器について説明する。
【００１９】
図２は、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置に用いられている利得等化器の基本構成を示す図である。ここでは、２個の半導体光増幅器８，９が用いられている。なお、両半導体光増幅器８，９の間にも戻り光によって半導体光増幅器の動作が不安定になるのを防ぐため、光アイソレータ７が挿入、配置されている。
【００２０】
半導体光増幅器は、光半導体素子のチップ両端の端面反射率によって利得の波長依存性を変化させることができる。従って、上述した２台の光ファイバ増幅器３１，３３の両方の増幅器によって得られる各波長の信号光に対する利得の差が相殺されるように波長依存性を持たせればよい。
【００２１】
具体的には、用いられる信号光の波長帯域とかかる波長帯域での光ファイバ増幅器の波長特性を考慮して、以下に示す半導体光増幅器の特性に基づいて、活性層長、端面反射率等を決定すればよい。
【００２２】
いま、理想的な場合を想定し、残留反射率を無視すると信号光が得る利得Ｇｓは、
【００２３】
【数１】
0003607497.tif 000002
となる。ここで、Γは光閉じ込め係数、Ｌは活性層長、αは吸収係数、ｇは利得係数をそれぞれ示している。実際には端面の残留反射率の影響があるのでこれによる共振効果を考慮すると、利得Ｇｃは以下のようになる。
【００２４】
【数２】
0003607497.tif 000003
この時、Ｒ１  、Ｒ２  は端面反射率、φは入出力端での位相差を示している。
【００２５】
次に、位相差が最大の時と最小の時で利得の比をとると利得のリップルの深さｍが下式により求められる。
【００２６】
【数３】
0003607497.tif 000004
言い換えると、端面反射率Ｒ１  、Ｒ２  と（１）式で決定される利得を適宜設定することによりリップルの深さを決定することができる。
【００２７】
Ｒ１  ＝Ｒ２  ＝０．１％、Ｇｓが２５ｄＢになると、ｍは３ｄＢ近くに設定することも可能になる。従って、光ファイバ増幅器で生じる利得の波長特性を、半導体光増幅器の端面反射率を上記（１）〜（３）式により適宜設定して相反するようにリップルを生じさせることにより相殺させ、光増幅装置全体として利得を等化させることができるようになる。
【００２８】
なお、本実施例では、２個の半導体光増幅器を用いた場合について説明したが、１個でもまた逆に３個以上であってもよいのはいうまでもない。
【００２９】
次に、図１に示される本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第１の実施例における動作について、利得の波長特性と信号光の様子を参照しながらもう少し詳しく説明する。
【００３０】
図３は、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の動作原理を説明するための光ファイバ増幅器および利得等化器の各利得の波長特性を示した図であって、（ａ）は第１の光ファイバ増幅装置の利得の波長特性、（ｂ）は利得等化器の波長特性、（ｃ）は第２の光ファイバ増幅器の利得の波長特性をそれぞれ示している。また、図４は、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の動作原理を説明するための波長多重化された信号光の光出力の状態を示す図であって、（ａ）は光増幅装置への入力信号光、（ｂ）は第１の光ファイバ増幅器により増幅されて出力された信号光、（ｃ）は利得等化器により増幅され出力された信号光、（ｄ）は光増幅装置全体により増幅され出力された信号光のそれぞれの光出力を模式的に示している。
【００３１】
図４（ａ）に示されるように、各波長間の光出力レベルにばらつきのない波長多重化信号光が入力されると、まず第１の光ファイバ増幅器３１で一括して光増幅される。ところが、図３（ａ）に示されるように、一般的に光ファイバ増幅器は利得に波長依存性を有しており、入力される信号光の波長によって利得が異なり、従って同じ光出力レベルの信号光が入力されてもその光出力レベルには、図４（ｂ）に示されるように、ば
らつきが生じてしまう。
【００３２】
次に、この増幅された波長多重化信号光は、さらに後段に配置されている利得等化器６によって一括光増幅される。ここで、利得等化器６が有する利得の波長特性は、図３（ｂ）に示されるように、図３（ａ）および（ｃ）に示される光ファイバ増幅器とは逆の特性、すなわち両者が重畳されると利得差が相殺され、平坦になるような特性を備えている。このような利得の波長特性は、光ファイバ増幅器の波長特性をあらかじめ測定しておき、これにあわせて上述したような方法で半導体光増幅器のチップの前方および後方の端面の反射率を変化させることにより所望の波長特性にすることができる。
【００３３】
図４（ｃ）は、利得等化器６によりさらに光増幅された波長多重化信号光に含まれる各信号光の光出力レベルを示している。なお、ここで示されている各信号光の光出力レベルにもばらつきがあるが、さらに後段に配置された第２の光ファイバ増幅器３３によって一括光増幅されるので、そのときに生じるばらつきを修正するようにあらかじめ逆の波長特性をもつようにばらつきがもたされている。
【００３４】
図３（ｃ）は、第２の光ファイバ増幅器３３の利得の波長特性を示す図であり、図４（ｃ）に示されるばらつきを有する波長多重化信号光が第２のファイバ増幅器３３に入力され光増幅されて出力されると、図４（ｄ）に示されるばらつきのない光出力レベルの平坦度が維持された信号光が出力される。
【００３５】
次に、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の他の実施例について説明する。
【００３６】
図５および図６は、いずれも本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の他の実施例の構成を示した図である。図５に示される本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第２の実施例においては、図１に示される第１の実施例と異なり、後段の第２の光ファイバ増幅器３３がなく、第１の光ファイバ増幅器３１と利得等化器６のみで構成されている。本実施例の構成では、半導体光増幅器の光出力特性がそのまま光増幅装置の光出力特性となるため光出力特性には優れないが、第１の実施例より簡易な構成である。
【００３７】
一方、図６に示される本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第３の実施例においては、図５に示される第２の実施例とは異なり、逆に前段の第１の光ファイバ増幅器３１がなく、第２の光ファイバ増幅器３２と利得等化器６のみで構成されている。本実施例の構成では、半導体光増幅器の雑音特性が光増幅装置の雑音特性に大きく影響するため雑音特性は第１の実施例等に比べて劣るが、第１の実施例よりは簡便に構成することができる。
【００３８】
なお、以上はエルビウム添加ファイバを例にとって説明したが、他の希土類元素が添加された光ファイバを増幅媒体とする光ファイバ増幅器にも本発明が適用することができるのはいうまでもない。
【００３９】
また、上記実施例では、光ファイバ増幅器の利得の波長特性のみに起因して各波長の信号光の光出力レベルに差が生じた場合を想定しているが、もともとの各波長の信号光の光源の光出力に差がある場合や、光伝送路の伝送損失の波長依存性によっても光出力に差が生じている場合にも、本発明で用いられている利得等化器の端面反射率を変更することにより、光出力の平坦化を行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置は、光ファイバ増幅器によって波長多重化信号光を光増幅した場合に、利得の波長特性に起因して生じる各波長の信号光の間の光出力の差を半導体光増幅器からなる利得等化器を前段または後段に配置し、その利得を上記光ファイバ増幅器の利得の波長特性と相殺するようにして光増幅装置全体の利得を各信号光に対して等化している。
【００４１】
利得等化器として半導体光増幅器が用いられているので、従来の光受動部品による損失の波長特性を利用したものに比べて、光増幅装置全体の利得が低下することなく所望の利得を確保しつつその各信号光間の利得の差も低減させることができる。この結果、波長多重化信号光を一括して光増幅した場合であっても、増幅された各信号光の光出力を平坦化することができ、安定した波長多重光伝送を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置に用いられる利得等化器の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の動作原理を説明するための光ファイバ増幅器および利得等化器の各利得の波長特性を示した図であって、
（ａ）は第１の光ファイバ増幅装置の利得の波長特性、
（ｂ）は利得等化器の波長特性、
（ｃ）は第２の光ファイバ増幅器の利得の波長特性
をそれぞれ示している。
【図４】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の動作原理を説明するための波長多重化された信号光の光出力の状態を示す図であって、
（ａ）は光増幅装置への入力信号光、
（ｂ）は第１の光ファイバ増幅器により増幅されて出力された信号光、
（ｃ）は利得等化器により増幅され出力された信号光、
（ｄ）は光増幅装置全体により増幅され出力された信号光のそれぞれの光出力
を模式的に示している。
【図５】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第２の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明の利得等化機能を備えた光増幅装置の第３の実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１    エルビウム添加ファイバ
１２，２２    励起光源
１３，２３    光合波器
１４，１５，２４，２５    光アイソレータ
６   利得等化器
７   光アイソレータ
８，９    半導体光増幅器
３１，３２，３３    光ファイバ増幅器
【図１】
0003607497.tif 000005
【図２】
0003607497.tif 000006
【図３】
0003607497.tif 000007
【図４】
0003607497.tif 000008
【図５】
0003607497.tif 000009
【図６】
0003607497.tif 000010