(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅作用を有する元素又はイオンを含んでなり、入力される信号光を第１の励起光により励起し増幅する第１の光増幅部と、
上記第１の光増幅部に対して光増幅作用を有する元素又はイオンが多く含まれてなり、一定強度の第２の励起光により励起されて第１の光増幅部の出力する信号光を増幅する第２の光増幅部と、
上記第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とするように制御する第１の制御部とを有することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記第１の制御部は、第１の励起光の光強度を制御して第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とすることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記第１の制御部は、入力される信号光の減衰量を制御して第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とすることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光増幅器に関し、伝送路の途中で光増幅を行う光増幅器に関する。
光通信において、信号を波長多重する方式を適用するにあっては、光増幅器の利得が信号波長に対して変化することのない光増幅器が要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光増幅器では光出力を一定に制御する等の光出力制御については既に実用化されている。しかし、光増幅器の利得が信号波長に依存する利得波長依存性については研究段階である。
【０００３】
利得波長依存性の制御方法としては増幅媒体の組成を調整することにより利得波長依存性をコントロールする方法や異なる組成の増幅媒体を組み合わせることにより利得波長依存性をコントロールする方法、増幅媒体の利得波長依存性をコンペンセートするようなフィルタと組み合わせる事により利得波長依存性をコントロールする方法などが従来から提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のどの方式においても、利得波長依存性の入力光強度に対する依存性を解消出来ない。また、稀土類ドープガラスを用いた光増幅器の場合では、ホストガラスとして弗化物ガラスを用いることにより、吸収放出断面積の波長依存性が小さくなりそれを用いた光増幅器も研究用としては商用化されているが、弗化物ガラスが耐水性の点で信頼性が低く、また通常のガラスとの融点が隔たっているために接続のためのスプライスが困難である、弗化物ガラス自体の信頼性が少ない、等の問題が有る為に幹線系での商用に用いるのは困難であるという問題があった。
【０００５】
また、光増幅器の利得波長依存性には、図１７に示す如き入力光強度依存性がある。この図はエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器の特性図であり、プローブ光を１５５０〜１５５４ｎｍの範囲でスイープさせて最大利得の波長に対する差を利得差として表わしている。しかるに従来においては、このような利得波長依存性の入力光強度依存性については何ら考慮がされていない。
【０００６】
このため、海底光ファイバでは光ファイバの一定長毎に光中継器を設けられるため、入力光強度依存性を補償するような光増幅特性を与え、利得波長依存性を最適化することが可能であるが、現在の光中継器を陸上の増幅中継方式に用いた場合には、各中継器が設置される場所に応じて各中継器の利得波長依存性を最適化しなければならないために伝送路の柔軟性が低下し光増幅器を用いるメリットが減少するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、利得波長依存性の入力光強度により変化することを抑制し、広い範囲の入力光強度に対して利得波長依存性が一定となる光増幅器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光増幅作用を有する元素又はイオンを含んでなり、入力される信号光を第１の励起光により励起し増幅する第１の光増幅部と、
上記第１の光増幅部に対して光増幅作用を有する元素又はイオンが多く含まれてなり、一定強度の第２の励起光により励起されて第１の光増幅部の出力する信号光を増幅する第２の光増幅部と、
上記第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とするように制御する第１の制御部とを有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記第１の制御部は、第１の励起光の光強度を制御して第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とする。
請求項３に記載の発明では、前記第１の制御部は、入力される信号光の減衰量を制御して第１の光増幅部の出力する信号光の光強度を一定とする。
【００１９】
【作用】
請求項１に記載の発明においては、出力する信号光の光強度を一定として出力することにより、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明においては、励起光の光強度を制御することにより、利得を略一定とした状態で第１の光増幅部の出力信号光の光強度を一定とすることができる。
請求項３に記載の発明においては、入力信号光の減衰量を制御することにより、利得を一定とした状態で第１の光増幅部の出力信号光の光強度を一定とすることができる。
【００２９】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例のブロック構成図を示す。同図中、光入力端子１０には波長１５５０ｎｍ帯又は１５６０ｎｍ帯の信号光が入来する。光アイソレータ１２は例えばファラデー素子を用いたもので光増幅器の発振防止のために設けられており、上記の信号光は光アイソレータ１２を通して波長合分波ミラー（ＷＤＭ）１４に供給される。ＷＤＭ１４はレーザダイオード（ＬＤ）１６から供給される信号光波長と異なる例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの第１の励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光はエルドウムドープファイバ（ＥＤＦ）１８に供給される。
【００３０】
ＥＤＦ１８はエルビウムのドープ量を少量に抑えた又はファイバ長Ｌが短かくしてエルビウムの総量が少なくされており、ＷＤＭ１４及びＬＤ１６と共に第１の光増幅器を構成するものであり、ＬＤ１６からの励起光で過大な程度に励起されており、ここで増幅された信号光は光強度測定部２０に供給される。光強度測定部２０は光カプラ２１とフォトダイオード２２とで構成されており、光カプラ２１で分離された信号光の一部（例えば１／１１）がフォトダイオード２２に供給され、ここで光強度が検出される。この光強度信号は自動レベル制御回路（ＡＬＣ）２４に供給され、ＡＬＣ２４において上記光強度信号に応じてレーザダイオード１６が発生する励起光強度を制御することにより、ＥＤＦ１８の出力光強度を次段のＥＤＦ３２の光増幅器での最適値となるように最適化している。上記のＰＤ２２及びＡＬＣ２４が第１の制御部に対応する。
【００３１】
また、光カプラ２１で分離された信号光の大部分は例えばファラディー素子を用いた光アイソレータ２６を通してＷＤＭ２８に供給される。アイソレータ２６は次段のＥＤＦ３２で発生する逆方向に進行するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）成分がＥＤＦ１８に入り発振するのを防止している。なお、この光アイソレータ２６は削除することも可能である。ＷＤＭ２８はＬＤ３０から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ３０の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣ３４に供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ１８に対して多くした、又はファイバ長を長くしてエルビウムの総量を多くされており、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に第２の光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ１８で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から強度を最適化された第２の励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【００３２】
ここで、ＥＤＦの利得波長依存性は、増幅媒体の吸収断面積をσａ（λ），放出断面積をσｅ（λ），増幅媒体の単位長さ当たりの増幅物質数をＮＴ  ，二準位系の上準位に励起されている単位長さ当たりの増幅物質数をＮ２  ，基底状態である下準位にある単位長さ当たりの増幅物質数をＮ１  ，増幅媒体の光の進行方向に対する増幅媒質の長さをＬとすると、光増幅器の利得Ｇは次のように表すことができる。但し、Ａは定数である。
【００３３】
Ｇ（λ）＝Ａｅｘｐ〔∫Ｌ  ０  ｛σｅ（λ）Ｎ２  −σａ（λ）Ｎ１  ｝ｄｚ〕    ・・・  （１）
となる。
（１）式より利得の波長依存性は増幅器の長手方向のＮ２  とＮ１  の値と、吸収・放出断面積に依存し、波長依存性の大きさは増幅器の長手方向にある増幅を行う作用のある元素数に依存することがわかる。したがって、光増幅器の利得波長依存性は増幅媒体とその濃度を決めた場合、励起光強度と入力される信号光強度により唯一きまるものであることがわかる。
【００３４】
このことから、利得の波長依存性の入力光強度依存性を無くすには
▲１▼  利得一定で光増幅器を動作させる。
▲２▼  入力光強度に応じて増幅を行う元素の総量をコントロールする。
▲３▼  増幅器入力が一定となる様に制御をかける。
等の方法がある。
【００３５】
図１の実施例は、増幅元素または増幅イオン数が少ないＥＤＦ１８と増幅元素または増幅イオン数が多いＥＤＦを組み合わせたものである。（１）式より利得波長依存性の相対変化の大きさは増幅作用を持つ元素またはイオン数に比例し、その形は反転分布の値に依存することから図１のような構成にして、利得波長依存性の小さい前段部において後段部への入力光強度をＡＬＣ制御することにより利得波長依存性の大きい後段部への入力光強度を一定とする事で入力による利得波長依存性の変化の小さい光増幅器が得られる。
【００３７】
図２は本発明の第２実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付す。図２において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通してアッティネータ４０に供給される。このアッティネータ４０はＡＬＣ２４によって減衰量を可変制御されるもので、例えば磁気光学効果又は音響光学効果を用いて減衰量を変化させる光スイッチを用いる。
【００３８】
アッティネータ４０の出力する信号光は光強度測定部２０に供給される。光強度測定部２０は光カプラとフォトダイオード２１とで構成されており、光カプラ２１で分離された信号光の一部がフォトダイオード２２に供給され、ここで光強度が検出される。この光強度信号は自動レベル制御回路（ＡＬＣ）２４に供給され、ＡＬＣ２４において上記光強度信号に応じて光スイッチ４０の減衰量を制御することにより、次段の光増幅器に供給する信号光の光強度が最適値となるように最適化している。
【００３９】
また、光カプラ２１で分離された信号光の大部分はＷＤＭ２８に供給される。ＷＤＭ２８はＬＤ３０から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ３０の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量を多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器であり、光スイッチ４０で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から光強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【００４０】
このように光増幅器を一定動作させた状態で前段のアッティネータ４０によりＥＤＦ３２への入力光を一定とすることによりＥＤＦ３２の利得波長依存性を最適化した動作点で常に動作させることができ、利得波長依存性の入力光依存性をなくすことができる。
【００４１】
図３は本発明の第３実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付す。図３において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通して波長合分波ミラー（ＷＤＭ）１４に供給される。ＷＤＭ１４はレーザダイオード（ＬＤ）１６から供給される信号光波長と異なる例えば波長９８０ｎｍの励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光はエルドウムドープファイバ（ＥＤＦ）４２に供給される。
【００４２】
ＥＤＦ４２はＷＤＭ１４及びＬＤ１６と共に第１の光増幅器を構成するものであり、ここで増幅された信号光は光測定部４４に供給される。ところで、ＥＤＦ４２には後述のＬＤ５８からＷＤＭ５６を通して波長８１０ｎｍの励起光が供給され、これによってＥＤＦ４２のホールバーニング又はＥＳＡ（Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）が制御されている。
【００４３】
ＡＳＥ測定部としての光測定部４４は光カプラ４５と、スターカプラ４６と、光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄと、フォトダイオード４７，４９ａ〜４９ｄと、Ａ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄと、ＣＰＵ５２とより構成されている。光カプラ４５で分離された信号光の一部（例えば１／１１）はスターカプラ４６で５分岐されてフォトダイオード４７及び光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々に供給される。
【００４４】
フォトダイオード４７は光強度を検出し、この光強度信号がＡＬＣ２４に供給され、ＡＬＣ２４においてＥＤＦ４２の出力光の光強度が一定となるようにＬＤ１６が発生する励起光強度が制御される。
光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々は例えば波長１５４０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１５６０ｎｍ，１５７０ｎｍ夫々を通過させる半値幅１ｎｍの光フィルタであり、夫々を通過した自然放出光はフォトダイオード４７ａ〜４７ｄ夫々において光強度を検出される。これらの各帯域の自然放出光の光強度はＡ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄ夫々においてディジタル化されてＣＰＵ５２に供給される。
【００４５】
ＣＰＵ５２は各帯域の光強度を３次の関数に最小二乗法でフィッティングを行ったとき、その最大値をとる波長（ピーク波長）を算出し、そのピーク波長の値と出力光強度をピーク波長情報として第３の制御部に相当するバイアス制御回路５４に供給する。
【００４６】
また、光カプラ２４で分離された信号光の大部分はＷＤＭ５６に供給される。反転分布生成部を構成するＷＤＭ５６はＬＤ５８から供給される例えば波長８５０ｎｍの第４の励起光を信号光に合波してＥＳＡ又はホールバーニングを起こさせる。ＬＤ５８の発生する励起光強度に応じたバックパワーはバイアス制御回路５４に供給されている。バイアス制御回路５４はバックパワーに基づいて出力光にＡＬＣをかけた状態で、ＣＰＵ５２から供給されるピーク波長情報に基づいてＡＳＥの最大値の波長が変化しないようにＬＤ５８の出力を制御する。ＷＤＭ５６の出力する信号光は発振防止用の光アイソレータ６０を通して光出力端子３８から出力される。
【００４７】
ここで、ＥＤＦの如き稀土類ドープファイバ又は半導体光増幅器のバンド構造は模式的に表わすと図４のようになる。増幅を行う元素又はイオンは波長９８０ｎｍの励起光で誘導放出が可能な準位まで励起され、更に誘導放出が可能な準位の元素又はイオンは波長８５０ｎｍの励起光でホールバーニング又はＥＳＡを起こし誘導放出が不能なつまり増幅に与らない準位まで励起される。図４におけるＮ１  ，Ｎ２  夫々は（１）式に対応している。
【００４８】
つまり、ＥＳＡまたはホールバーニングをおこすような波長８１０ｎｍの光をＥＤＦ４２に入射することにより、誘導放出を行うＮ２  の値をコントロール可能である。この原理を用いることにより、反転分布係数Ｎ２  ／（Ｎ２  ＋Ｎ１  ）の値を一定とした状態で増幅器の利得を変化させることが出来る。反転分布係数はＡＳＥスペクトル形状を特徴付ける量であるので、ＥＤＦ４２からの出力光のうち信号光波長の存在しない３つ以上の離れた波長の自然放出光強度を比較し、それを測定波長点数以下の次数の整数次数の関数で最小二乗法によりフィッティングを行ったときにその最大値をとる波長が変化しないようにする事により反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない光増幅器を実現することが可能となる。この実施例は▲２▼入力光強度に応じた増幅を行う元素又はイオンの総量をコントロールする方法を用いている。
【００４９】
図５は本発明の第４実施例のブロック構成図を示す。同図中、図３と同一部分には同一符号を付す。図５において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通して波長合分波ミラー（ＷＤＭ）１４に供給される。ＷＤＭ１４はレーザダイオード（ＬＤ）１６から供給される信号光波長と異なる例えば波長９８０ｎｍの励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光は光測定部４４に供給される。
【００５０】
光測定部４４は光カプラ４５と、スターカプラ４６と、光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄと、フォトダイオード４９ａ〜４９ｄと、Ａ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄと、ＣＰＵ５２とより構成されている。光カプラ４５で分離された信号光の一部（例えば１／１１）はスターカプラ４６で５分岐されてフォトダイオード４７及び光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々に供給される。
【００５１】
光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々は例えば波長１５４０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１５６０ｎｍ，１５７０ｎｍ夫々を通過させる半値幅１ｎｍの光フィルタであり、夫々を通過した自然放出光はフォトダイオード４７ａ〜４７ｄ夫々において光強度を検出される。これらの各帯域の自然放出光の光強度はＡ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄ夫々においてディジタル化されてＣＰＵ５２に供給される。
【００５２】
ＣＰＵ５２は各帯域の光強度を３次の関数に最小二乗法でフィッティングを行ったとき、その最大値をとる波長（ピーク波長）を算出し、そのピーク波長の値と出力光強度をピーク波長情報としてバイアス制御回路５４に供給する。
また、光カプラ４５で分離された信号光の大部分はＥＤＦ４２に供給される。ＥＤＦ４２はＬＤ１６及びＷＤＭ１４と共に光増幅器を構成するものであり、ここで増幅された信号光はＷＤＭ５６に供給される。ところで、ＥＤＦ４２にはＬＤ５８からＷＤＭ５６を通して波長８５０ｎｍの励起光が供給され、これによってＥＤＦ４２のホールバーニング又はＥＳＡが制御されている。
【００５３】
ＷＤＭ５６はＬＤ５８から供給される例えば波長８１０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＳＡ又はホールバーニングを起こさせる。ＬＤ５８の発生する励起光強度に応じたバックパワーはバイアス制御回路５４に供給されている。更に、ＷＤＭ５６から出力される信号光はＷＤＭ６２及び発振防止用の光アイソレータ６０を通して光出力端子３８から出力される。
【００５４】
ＷＤＭ６２で分岐された信号光の一部はフォトダイオード６４に供給されて信号光の光強度が検出される。この光強度はＡＬＣ２４に供給され、ＥＤＦ４２の出力光の光強度が一定となるようにＬＤ１６が発生する励起光強度が制御される。
【００５５】
また、バイアス制御回路５４はバックパワーに基づいて出力光にＡＬＣをかけた状態で、ＣＰＵ５２から供給されるピーク波長情報に基づいてＡＳＥの最大値の波長が変化しないようにＬＤ５８の出力を制御する。
この実施例においても、ＥＤＦ４２からの出力光のうち信号光波長の存在しない３つ以上の離れた波長の自然放出光強度を比較し、それを測定波長点数以下の次数の整数次数の関数で最小二乗法によりフィッティングを行ったときにその最大値をとる波長が変化しないようにする事により反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない光増幅器を実現することが可能となる。
【００５６】
また、図３の実施例ではＥＤＦ４２の出力光をモニタしてＡＳＥスペクトル形状を観測するのに対して、図５の実施例では信号光の進行方向に対して逆方向に進行するＡＳＥスペクトルを観測しているため、光測定部４４に入る信号光がほとんどなく、信号光として用いる波長に対して制限が加らないという特長がある。
【００５７】
図６は本発明の第５実施例のブロック構成図を示す。同図中、図５と同一部分には同一符号を付す。図６において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通して波長合分波ミラー（ＷＤＭ）１４に供給される。ＷＤＭ１４はレーザダイオード（ＬＤ）１６から供給される信号光波長と異なる例えば波長９８０ｎｍの励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光はエルドウムドープファイバ（ＥＤＦ）４２に供給される。
【００５８】
ＥＤＦ４２はＷＤＭ１４及びＬＤ１６と共に光増幅器を構成するものであり、ここで増幅された信号光は光測定部７０に供給される。
ところで、ＥＤＦ４２には後述のＬＤ５８からＷＤＭ５６を通して波長８５０ｎｍの励起光が供給され、これによってＥＤＦ４２のホールバーニング又はＥＳＡが制御されている。光測定部７０は光カプラ４５と、光カプラ７２と、光バンドパスフィルタ７３ａ，７３ｂと、フォトダイオード７４ａ，７４ｂと、比較器７５とより構成されている。光カプラ４５で分離された信号光の一部（例えば１／１１）は光カプラ４６で２分岐されて光バンドパスフィルタ７３ａ，７３ｂ夫々に供給される。
【００５９】
光バンドパスフィルタ７３ａ，７３ｂ夫々は例えば波長１５５０ｎｍ，１５６０ｎｍ夫々を通過させる半値幅１ｎｍの光フィルタであり、夫々を通過した自然放出光はフォトダイオード４７ａ〜４７ｄ夫々において光強度を検出される。これらの各帯域の自然放出光の光強度は比較器７５で比較される。比較器７５は両者の差を比較結果としてバイアス制御回路７６に供給する。
【００６０】
また、光カプラ２４で分離された信号光の大部分はＷＤＭ５６に供給される。ＷＤＭ５６はＬＤ５８から供給される例えば波長８５０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＳＡ又はホールバーニングを起こさせる。ＬＤ５８の発生する励起光強度に応じたバックパワーはバイアス制御回路７６に供給されている。更に、ＷＤＭ５６から出力される信号光はＷＤＭ６２及び発振防止用の光アイソレータ６０を通して光出力端子３８から出力される。
【００６１】
ＷＤＭ６２で分岐された信号光の一部はフォトダイオード６４に供給されて信号光の光強度が検出される。この光強度はＡＬＣ２４に供給され、ＥＤＦ４２の出力光の光強度が一定となるようにＬＤ１６が発生する励起光強度が制御される。
【００６２】
バイアス制御回路７６はバックパワーに基づいて出力光にＡＬＣをかけた状態で比較器７５の比較結果に基づいてＡＳＥスペクトル形状が変化しないようにＬＤ５８の出力を制御する。例えばＰＤ７４ａ，７４ｂ夫々の出力値が同一のとき所定のＡＳＥスペクトル形状であるとし、ＰＤ７４ａ出力がＰＤ７４ｂ出力より大なるとき光増幅に与る元素又はイオンの総量が多すぎるとすれば、このとき、ＬＤ５８の出力を増大させてＥＳＡ又はホールバーニング量を増加させ、ＰＤ７４ａ，７４ｂ夫々の出力値が等しくなるように制御する。
【００６３】
つまり、反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。これより、反転分布係数Ｎ２  ／（Ｎ２  ＋Ｎ１  ）の値を一定とした状態で増幅器の利得を変化させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない光増幅器を実現することが可能となる。ここで、モニタする波長点数はＡＳＥ形状に応じて１点以上、幾つであってもかまわない。図７は本発明の第６実施例のブロック構成図を示す。図７において図６と異なる点は、光測定部７０がＥＤＦ４２より前段にある点であり、図３の実施例に対する図５の実施例と同一の関係である。
【００６４】
この図７の実施例においても、反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。これより、反転分布係数Ｎ２  ／（Ｎ２  ＋Ｎ１  ）の値を一定とした状態で増幅器の利得を変化させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない光増幅器を実現することが可能となる。ここで、モニタする波長点数はＡＳＥ形状に応じて１点以上、幾つであってもかまわない。
【００６５】
また、図６の実施例ではＥＤＦ４２の出力光をモニタしてＡＳＥスペクトル形状を観測するのに対して、図７の実施例では信号光の進行方向に対して逆方向に進行するＡＳＥスペクトルを観測しているため、光測定部４４に入る信号光がほとんどなく、信号光として用いる波長に対して制限が加らないという特長がある。
【００６６】
図８は本発明の第７実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図８において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通し、カプラ８０に供給される。カプラ８０は信号光の一部を分岐してＰＤ８１に供給し、ここで信号光の光強度が検出されて制御回路８２に供給される。
【００６７】
一方、信号光の大部分はカプラ８０からＷＤＭ１４に供給される。ＷＤＭ１４にはＬＤ１６で発生された例えば波長９８０ｎｍの励起光がカプラ８３を通して供給されており、ＷＤＭ１４は信号光に励起光を合波してＥＤＦ４２に供給する。これによってＥＤＦ４２は信号光を増幅する。また、ＥＤＦ４２にはＬＤ５８で発生された例えば波長８５０ｎｍの励起光がカプラ８４及びＷＤＭ５６を通して供給されており、これによりホールバーニング又はＥＳＡが起きる。
【００６８】
また、カプラ８３で分岐された波長９８０ｎｍの励起光の一部はＷＤＭ８６でループ光と合波されて第２の光増幅器を構成するＥＤＦ８８に供給され、カプラ８４で分岐された波長８５０ｎｍの励起光の一部がＷＤＭ９０でループ光に合波されてＥＤＦ８８に供給される。ＷＤＭ８６，光アイソレータ９１，アッティネータ（ＡＴＴ）９２，カプラ９３，ＷＤＭ９０，ＥＤＦ８８はＡＳＥ周回系を形成しており、このＡＳＥ周回系では利得が大きい波長のレベルが増大してピークを形成する。
【００６９】
ＬＤ１６，５８夫々の出力一定としたとき、入力信号光の光強度に応じて制御回路８２によりアッティネータ９２の減衰量を変化させるとＡＳＥ周回系のループゲインが変化し、利得波長依存性の入力光強度依存性によって上記ＡＳＥ周回系のピーク波長が変化する。
【００７０】
ここで、予め入力信号光の光強度を変化させて上記ＥＤＦの利得ピーク波長が変化しないようなＬＤ１６の出力値と、ＬＤ５８の出力値とを調整して、そのときのＡＳＥ周回系のピーク波長が変化しないようにアッティネータ９２の減衰量を測定し、入力信号光強度と共に制御回路８２に予めセットしておく。
【００７１】
ＡＳＥ周回系のカプラ９３で分岐されたループ光の一部は上記ＡＳＥ周回系のピーク波長を通過させるバンドパスフィルタ９４を通してＰＤ９６に供給され、ピーク波長の光強度が検出されて第１の制御部としての制御回路９８に供給され、制御回路９８はピーク波長の光強度が最大となるようにＬＤ５８を制御する。
【００７２】
ＷＤＭ５６の出力光はカプラ６２，光アイソレータ６０を通して端子３８から出力される。これと共に、カプラ６２で分岐された出力光の一部はＰＤ６４に供給されて出力光の光強度が検出され、第２の制御部としてのＡＬＣ２４はこの光強度に応じて出力光強度が一定となるようにＬＤ１６を制御する。
【００７３】
つまり、入力光強度に応じてアッティネータ９２の減衰量を変化させてＡＳＥピーク波長が調整時の波長となるようにＬＤ１６，５８夫々の励起光強度を制御することにより、光増幅器の利得波長依存性が入力光強度に応じて変化しないように制御できる。
【００７４】
なお、入力光強度に対応する制御量を記憶して制御するのではなく、ＬＤ１６をＡＬＣ２４で制御し、ＬＤ５８を制御回路９８で制御するのはＬＤ１６，５８が経時変化により劣化し、特性が変化することの影響を避けるためである。
この実施例では、第３の光増幅部であるＥＤＦ４２の出力光に比例した光強度で動作する第４の増幅器によりＡＳＥ周回系を形成し、第３の増幅器が最適な利得波長依存性を持つ状態でＡＳＥ周回系のピーク波長が変化しないように第４の励起光の光強度を制御することにより、第３の光増幅部の反転分布が一定の状態で動作を行い、入力光の光強度による利得波長依存性の変化を抑制できる。
【００７５】
図９は本発明の第８実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図９において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通し、カプラ１００，１０２を通してＷＤＭ１０４に供給され、ここでＬＤ５８で発生した波長８１０ｎｍの励起光を合波されてＥＤＦ４２に供給される。
【００７６】
また、ＷＤＭ１０６にはＬＤ１６で発生された波長９８０ｎｍの励起光がカプラ１１０を通して供給されており、ＷＤＭ１０６において信号光に合波される。ＥＤＦ４２において上記波長９８０ｎｍの励起光によって信号光が増幅され、また波長８５０ｎｍの励起光によってホールバーニング又はＥＳＡが起きる。上記ＥＤＦ４２で増幅された信号光はＷＤＭ１０６より出力され、カプラ１０８及び発振防止用の光アイソレータ６０を通して光出力端子３８より出力される。
【００７７】
カプラ１００は波長９８０ｎｍの励起光を分岐し、この励起光の光強度がＰＤ１１２で検出される。カプラ１０２は入力信号光を分岐し、この入力信号光の光強度がＰＤ１１４で検出される。
カプラ１０８は出力信号光を分岐し、この出力信号光の光強度がＰＤ１１６で検出され、ＡＬＣ１１８はこの出力信号光強度が一定となるようにＬＤ１６を制御する。更にカプラ１１０で分岐された波長９８０ｎｍの励起光の一部がＰＤ１２０に供給され、励起光の光強度が検出される。
【００７８】
損失演算部１２２はＰＤ１２０，１１２夫々の検出光強度から波長９８０ｎｍの励起光の損失を演算し、利得演算部１２４はＰＤ１１６，１１４夫々の検出光強度から信号光の利得を演算する。制御回路１２６は信号光の利得の対数と、励起光の損失の対数との比を求めることにより反転分布係数が一定となるようＬＤ５８を制御して、入力光強度に拘らず利得波長依存性が変化しない光増幅を行う。上記の損失演算部１２２、利得演算部１２４、制御回路１２６が第６の制御部に対応する。
【００７９】
ここで、励起光波長（９８０ｎｍ）の損失Ｌｏｓｓは（２）式で表わされる。
0003618008.tif 000002
長手方向のＮ２  ，長手方向の単位長さ当たりのトータルの増幅物質数Ｎｔ  夫々の平均値をＮ，Ｔとすると、利得Ｇ，損失Ｌｏｓｓとも次のように書ける。但し、ｔは反転分布係数｛ｔ＝Ｎ２  ／（Ｎ２  ＋Ｎ１  ）｝である。
【００８０】
0003618008.tif 000003
但し、σａｐは増幅媒体のポンプ光に対する吸収断面積である。
これから次式が成立する。
【００８１】
【数１】
0003618008.tif 000004
【００８２】
（５）式におけるσａ，σｅは定数であるためＬＯＧ（Ｇ）／ＬＯＧ（Ｌｏｓｓ）を一定にすれば、反転分布係数ｔとすることができる。
この実施例では信号光の利得と励起光の損失とに応じてこの励起光の光強度を制御するため、反転分布状態を一定として光増幅を行うことができ、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制できる。
【００８３】
図１０は本発明の第９実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図１０において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通してカプラ１２７に供給される。このカプラ１２７で分岐された信号光の一部はＰＤ１２８に供給され、ここで入力信号光の光強度が検出される。カプラ１２７を通過した信号光の大部分はＷＤＭ１４に供給され、ここでＬＤ１６で発生された波長９８０ｎｍの励起光が合波されてＥＤＦ１３０に供給される。
【００８４】
ＥＤＦ１３０はＥＤＦ１３２，１３４，１３６，１３８とスイッチ１３１，１３３，１３５，１３７を介して直列接続されている。スイッチ１３１，１３３，１３５，１３７夫々は自スイッチの前段のＥＤＦ１３０，１３２，１３４，１３６夫々を自スイッチの後段のＥＤＦ１３２，１３４，１３６，１３８と接続するか、又はスイッチ１４０と接続するかを第７の制御部である制御回路１４２よりの制御信号に応じて切換える。ＥＤＦ１３０，１３２，１３４，１３６，１３８夫々は長さの比が例えば５：１：１：１：１とされており、スイッチ１３１，１３２，１３４，１３６夫々の切換えによって信号光の増幅に与かる長さを切換えられるものであり、第５の光増幅部を構成している。
【００８５】
直列接続されるＥＤＦ１３０〜１３８のいずれかで増幅された信号光は制御回路１４２によって切換えられるスイッチ１４０から出力されカプラ１４４に供給される。カプラ１４４は信号光の大部分を発振防止用の光アイソレータ６０を通して光出力端子３８より出力する。また、光カプラ１４４で分岐された信号光の一部はＰＤ１４６に供給され、ここで出力信号光の光強度が検出される。
【００８６】
Ａ／Ｄコンバータ１５０，１５２夫々はＰＤ１２８，１４６夫々で検出した入力信号光、出力信号光夫々の光強度をディジタル化してＣＰＵ１５４に供給する。ＣＰＵ１５４は入力信号光強度に応じて制御回路１４２に指令を出しスイッチ１３１，１３３，１３５，１３７夫々を切換えて増幅を行うＥＤＦの長さを切換える。ここでは入力信号光強度が大なる程ＥＤＦの長さを短かく制御する。この後、出力信号光強度が一定となるように第８の制御部としての制御回路１５６を通してＬＤ１６を制御する。
【００８７】
この実施例では、入力信号光の光強度に応じて増幅媒体の長さを可変することにより、入力信号光強度によらず増幅を行う元素又はイオンの増幅に与る総量を略一定とすることができ、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制することができる。
【００８８】
図１１は本発明の第１０実施例のブロック構成図を示す。同図中、図３又は図１０と同一部分には同一符号を付す。図１１において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通してカプラ１２７に供給される。このカプラ１２７で分岐された信号光の一部はＰＤ１２８に供給され、ここで入力信号光の光強度が検出される。カプラ１２７を通過した信号光の大部分はＷＤＭ１４に供給され、ここでＬＤ１６で発生された波長９８０ｎｍの励起光が合波されてＥＤＦ４２に供給される。
【００８９】
ＥＤＦ４２で増幅された信号光はバンドパスフィルタ１５９で不要波長成分を除去されてカプラ１４４に供給される。カプラ１４４は信号光の大部分を発振防止用の光アイソレータ６０を通してアッティネータ１６０に供給する。また、光カプラ１４４で分岐された信号光の一部はＰＤ１４６に供給され、ここで出力信号光の光強度が検出される。
【００９０】
第９の制御部としての自動利得制御回路（ＡＧＣ）１５８はＰＤ１２８，１４６夫々より供給される入力信号光強度と出力信号光強度とが一定の比、つまりゲイン一定となるようにＬＤ１６を制御する。
アッティネータ１６０で減衰された出力信号光はカプラ１６２に供給され、その大部分は光出力端子３８から出力される。また、カプラ１６２で分岐された出力信号光の一部はＰＤ１６４に供給されて光強度が検出される。第１０の制御部としてのＡＬＣ１６６はこの出力信号光強度が一定となるようにアッティネータ１６０を制御する。このようにアッティネータ１６０を設けているのはＥＤＦ４２におけるゲインが一定であり、入力信号光強度によってＥＤＦで増幅された信号光強度が変化するのを一定とするためである。
【００９１】
図１２は本発明の第１１実施例のブロック構成図を示す。この実施例は図１における光入力端子１０から光アイソレータ２６までの前段部として図１１に示す回路を用いたものである。図１２において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通してカプラ１２７に供給される。このカプラ１２７で分岐された信号光の一部はＰＤ１２８に供給され、ここで入力信号光の光強度が検出される。カプラ１２７を通過した信号光の大部分はＷＤＭ１４に供給され、ここでＬＤ１６で発生された波長９８０ｎｍの励起光が合波されてＥＤＦ４２に供給される。ＥＤＦ４２はファイバー長が短かいものでＬＤ１２８からの励起光で過大な程度に励起される。
【００９２】
ＥＤＦ４２で増幅された信号光はバンドパスフィルタ１５９で不要波長成分を除去されてカプラ１４４に供給される。カプラ１４４は信号光の大部分を発振防止用の光アイソレータ６０を通してアッティネータ１６０に供給する。また、光カプラ１４４で分岐された信号光の一部はＰＤ１４６に供給され、ここで出力信号光の光強度が検出される。
【００９３】
ＡＧＣ１５８はＰＤ１２８，１４６夫々より供給される入力信号光強度と出力信号光強度とが一定の比、つまりゲイン一定となるようにＬＤ１６を制御する。アッティネータ１６０で減衰された出力信号光はカプラ１６２に供給され、その大部分は光出力端子３８から出力される。また、カプラ１６２で分岐された出力信号光の一部はＰＤ１６４に供給されて光強度が検出される。ＡＬＣ１６６はこの出力信号光強度が一定となるようにアッティネータ１６０を制御する。これによってＥＤＦ４２の出力光強度は次段のＥＤＦ３２の光増幅器での最適値となるように最適化される。
【００９４】
また、光カプラ１６２で分離された信号光の大部分はＷＤＭ２８に供給される。ＷＤＭ２８はＬＤ１６から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ１６の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ４２に対して多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ４２で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【００９５】
この実施例では前段の光増幅器の出力を利得一定の後段の増幅部で増幅して出力するため、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制すると共に、信号利得を大きくできる。
図１３は本発明の第１２実施例のブロック構成図を示す。この実施例は図１における光入力端子１０から光アイソレータ２６までの前段部として図３に示す回路を用いたものである。図１３において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通してＷＤＭ１４に供給される。ＷＤＭ１４はＬＤ１６から供給される信号光波長と異なる例えば９８０ｎｍの励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光はファイバ長の短かいＥＤＦ４２に供給される。ＥＤＦ４２はＬＤ１６からの励起光により過大な程度に励起される。
【００９６】
ＥＤＦ４２はＷＤＭ１４及びＬＤ１６と共に光増幅器を構成するものであり、ここで増幅された信号光は光測定部４４に供給される。ところで、ＥＤＦ４２には後述のＬＤ５８からＷＤＭ５６を通して波長８５０ｎｍの励起光が供給され、これによってＥＤＦ４２のホールバーニング又はＥＳＡが制御されている。
【００９７】
光測定部４４は光カプラ４５と、スターカプラ４６と、光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄと、フォトダイオード４７，４９ａ〜４９ｄと、Ａ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄと、ＣＰＵ５２とより構成されている。光カプラ４５で分離された信号光の一部はスターカプラ４６で５分岐されてフォトダイオード４７及び光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々に供給される。
【００９８】
フォトダイオード４７は光強度を検出し、この光強度信号がＡＬＣ２４に供給され、ＡＬＣ２４においてＥＤＦ４２の出力光の光強度が一定となるようにＬＤ１６が発生する励起光強度が制御される。
光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々は例えば波長１５４０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１５６０ｎｍ，１５７０ｎｍ夫々を通過させる半値幅１ｎｍの光フィルタであり、夫々を通過した自然放出光はフォトダイオード４７ａ〜４７ｄ夫々において光強度を検出される。これらの各帯域の自然放出光の光強度はＡ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄ夫々においてディジタル化されてＣＰＵ５２に供給される。
【００９９】
ＣＰＵ５２は各帯域の光強度を３次の関数に最小二乗法でフィッティングを行ったとき、その最大値をとる波長（ピーク波長）を算出し、そのピーク波長の値と出力光強度をピーク波長情報としてバイアス制御回路５４に供給する。
また、光カプラ２４で分離された信号光の大部分はＷＤＭ５６に供給される。ＷＤＭ５６はＬＤ５８から供給される例えば波長８５０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＳＡ又はホールバーニングを起こさせる。ＬＤ５８の発生する励起光強度に応じたバックパワーはバイアス制御回路５４に供給されている。バイアス制御回路５４はバックパワーに基づいて出力光にＡＬＣをかけた状態で、ＣＰＵ５２から供給されるピーク波長情報に基づいてＡＳＥの最大値の波長が変化しないようにＬＤ５８の出力を制御する。
【０１００】
つまり、ＥＳＡまたはホールバーニングをおこすような波長８５０ｎｍの光をＥＤＦ４２に入射することにより、誘導放出を行うＮ２  の値をコントロール可能である。この原理を用いることにより、反転分布係数Ｎ２  ／（Ｎ２  ＋Ｎ１  ）の値を一定とした状態で増幅器の利得を変化させることが出来る。反転分布係数はＡＳＥスペクトル形状を特徴付ける量であるので、ＥＤＦ４２からの出力光のうち信号光波長の存在しない３つ以上の離れた波長の自然放出光強度を比較し、それを測定波長点数以下の次数の整数次数の関数で最小二乗法によりフィッティングを行ったときにその最大値をとる波長が変化しないようにする事により反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない。
【０１０１】
これによって、ＥＤＦ４２の出力光強度は次段のＥＤＦ３２の光増幅器での最適値となるように最適化される。ＷＤＭ５６の出力する信号光は発振防止用の光アイソレータ６０を通してＷＤＭ２８に供給される。ＷＤＭ２８はＬＤ１６から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ１６の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。
【０１０２】
ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ４２に対して多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ４２で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から光強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【０１０３】
この実施例では前段の光増幅器の出力を利得一定の後段の増幅部で増幅して出力するため、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制すると共に、信号利得を大きくできる。
図１４は本発明の第１３実施例のブロック構成図を示す。この実施例は図１における光入力端子１０から光アイソレータ２６までの前段部として図５に示す回路を用いたものである。図１４において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は光アイソレータ１２を通してＷＤＭ１４に供給される。ＷＤＭ１４はＬＤ１６から供給される信号光波長と異なる例えば９８０ｎｍの励起光を上記信号光に合波する例えばファイバ型のものであり、励起光を合波された信号光は光測定部４４に供給される。
【０１０４】
光測定部４４は光カプラ４５と、スターカプラ４６と、光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄと、フォトダイオード４９ａ〜４９ｄと、Ａ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄと、ＣＰＵ５２とより構成されている。光カプラ４５で分離された信号光の一部はスターカプラ４６で５分岐されてフォトダイオード４７及び光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々に供給される。
【０１０５】
光バンドパスフィルタ４８ａ〜４８ｄ夫々は例えば波長１５４０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１５６０ｎｍ，１５７０ｎｍ夫々を通過させる半値幅１ｎｍの光フィルタであり、夫々を通過した自然放出光はフォトダイオード４７ａ〜４７ｄ夫々において光強度を検出される。これらの各帯域の自然放出光の光強度はＡ／Ｄコンバータ５０ａ〜５０ｄ夫々においてディジタル化されてＣＰＵ５２に供給される。
【０１０６】
ＣＰＵ５２は各帯域の光強度を３次の関数に最小二乗法でフィッティングを行ったとき、その最大値をとる波長（ピーク波長）を算出し、そのピーク波長の値と出力光強度をピーク波長情報としてバイアス制御回路５４に供給する。
また、光カプラ４５で分離された信号光の大部分はＥＤＦ４２に供給される。ＥＤＦ４２はファイバ長が短かく、ＬＤ１６及びＷＤＭ１４と共に光増幅器を構成するものであり、ここで増幅された信号光はＷＤＭ５６に供給される。ところでＥＤＦ４２にはＬＤ５８からＷＤＭ５６を通して波長８５０ｎｍの励起光が供給され、これによってＥＤＦ４２のホールバーニング又はＥＳＡが制御されている。
【０１０７】
ＷＤＭ５６はＬＤ５８から供給される例えば波長８５０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＳＡ又はホールバーニングを起こさせる。ＬＤ５８の発生する励起光強度に応じたバックパワーはバイアス制御回路５４に供給されている。更に、ＷＤＭ５６から出力される信号光はＷＤＭ６２及び発振防止用の光アイソレータ６０を通してＷＤＭ２８に供給される。
【０１０８】
ＷＤＭ６２で分岐された信号光の一部はフォトダイオード６４に供給されて信号光の光強度が検出される。この光強度はＡＬＣ２４に供給され、ＥＤＦ４２の出力光の光強度が一定となるようにＬＤ１６が発生する励起光強度が制御される。また、バイアス制御回路５４はバックパワーに基づいて出力光にＡＬＣをかけた状態で、ＣＰＵ５２から供給されるピーク波長情報に基づいてＡＳＥの最大値の波長が変化しないようにＬＤ５８の出力を制御する。
【０１０９】
つまり、ＥＤＦ４２からの出力光のうち信号光波長の存在しない３つ以上の離れた波長の自然放出光強度を比較し、それを測定波長点数以下の次数の整数次数の関数で最小二乗法によりフィッティングを行ったときにその最大値をとる波長が変化しないようにする事により反転分布係数が一定の状態で光増幅器を動作させることが出来る。利得の波長依存性は（１）式より反転分布係数により唯一決定されるものであるので、この原理を用いる事により入力光によらず利得波長依存性が変化しない。これによって、ＥＤＦ４２の出力光強度は次段のＥＤＦ３２の光増幅器で最適値となるように最適化される。
【０１１０】
ＷＤＭ２８はＬＤ１６から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ１６の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ４２に対して多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ４２で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【０１１１】
この実施例では前段の光増幅器の出力を利得一定の後段の増幅部で増幅して出力するため、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制すると共に、信号利得を大きくできる。
図１５は本発明の第１４実施例のブロック構成図を示す。この実施例は図１における光入力端子１０から光アイソレータ２６までの前段部として図８に示す回路を用いたものである。図１５において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通し、カプラ８０に供給される。カプラ８０は信号光の一部を分岐してＰＤ８１に供給し、ここで信号光の光強度が検出されて制御回路８２に供給される。
【０１１２】
一方、信号光の大部分はカプラ８０からＷＤＭ１４に供給される。ＷＤＭ１４にはＬＤ１６で発生された例えば波長９８０ｎｍの励起光がカプラ８３を通して供給されており、ＷＤＭ１４は信号光に励起光を合波してファイバー長の短かいＥＤＦ４２に供給する。これによってＥＤＦ４２は信号光を増幅する。また、ＥＤＦ４２にはＬＤ５８で発生された例えば波長８５０ｎｍの励起光がカプラ８４及びＷＤＭ５６を通して供給されており、これによりホールバーニング又はＥＳＡが起きる。
【０１１３】
また、カプラ８３で分岐された波長９８０ｎｍの励起光の一部はＷＤＭ８６でループ光と合波されてＥＤＦ８８に供給され、カプラ８４で分岐された波長８５０ｎｍの励起光の一部がＷＤＭ９０でループ光に合波されてＥＤＦ８８に供給される。ＷＤＭ８６，光アイソレータ９１，アッティネータ（ＡＴＴ）９２，カプラ９３，ＷＤＭ９０，ＥＤＦ８８はＡＳＥ周回系を形成しており、このＡＳＥ周回系では利得が大きい波長のレベルが増大してピークを形成する。
【０１１４】
ＬＤ１６，５８夫々の出力一定としたとき、入力信号光の光強度に応じて制御回路８２によりアッティネータ９２の減衰量を変化させるとＡＳＥ周回系のループゲインが変化し、利得波長依存性の入力光強度依存性によって上記ＡＳＥ周回系のピーク波長が変化する。
【０１１５】
ここで、予め入力信号光の光強度を変化させて上記ＥＤＦの利得ピーク波長が変化しないようなＬＤ１６の出力値と、ＬＤ５８の出力値とを調整して、そのときのＡＳＥ周回系のピーク波長が変化しないようにアッティネータ９２の減衰量を測定し、入力信号光強度と共に制御回路８２に予めセットしておく。
【０１１６】
ＡＳＥ周回系のカプラ９３で分岐されたループ光の一部は上記ＡＳＥ周回系のピーク波長を通過させるバンドパスフィルタ９４を通してＰＤ９６に供給され、ピーク波長の光強度が検出されて制御回路９８に供給され、制御回路９８はピーク波長の光強度が最大となるようにＬＤ５８を制御する。
【０１１７】
ＷＤＭ５６の出力光はカプラ６２，光アイソレータ６０を通してＷＤＭ２８に供給される。これと共に、カプラ６２で分岐された出力光の一部はＰＤ６４に供給されて出力光の光強度が検出されＡＬＣ２４はこの光強度に応じて出力光強度が一定となるようにＬＤ１６を制御する。
【０１１８】
つまり、入力光強度に応じてアッティネータ９２の減衰量を変化させてＡＳＥピーク波長が調整時の波長となるようにＬＤ１６，５８夫々の励起光強度を制御することにより、光増幅器の利得波長依存性が入力光強度に応じて変化しないように制御できる。これによって、ＥＤＦ４２の出力光強度は次段のＥＤＦ３２の光増幅器での最適値とされる。
【０１１９】
ＷＤＭ２８はＬＤ１６から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ１６の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ４２に対して多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ４２で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【０１２０】
この実施例では前段の光増幅器の出力を利得一定の後段の増幅部で増幅して出力するため、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制すると共に、信号利得を大きくできる。
図１６は本発明の第１５実施例のブロック構成図を示す。この実施例は図１における光入力端子１０から光アイソレータ２６までの前段部として図９に示す回路を用いたものである。図１６において、光入力端子１０より入光する例えば波長１５５０ｎｍ帯の信号光は発振防止用の光アイソレータ１２を通し、カプラ１００，１０２を通してＷＤＭ１０４に供給され、ここでＬＤ５８で発生した波長８１０ｎｍの励起光を合波されてＥＤＦ４２に供給される。
【０１２１】
また、ＷＤＭ１０６にはＬＤ１６で発生された波長９８０ｎｍの励起光がカプラ１１０を通して供給されており、ＷＤＭ１０６において信号光に合波される。ＥＤＦ４２において上記波長９８０ｎｍの励起光によって信号光が増幅され、また波長８５０ｎｍの励起光によってホールバーニング又はＥＳＡが起きる。上記ＥＤＦ４２で増幅された信号光はＷＤＭ１０６より出力され、カプラ１０８及び発振防止用の光アイソレータ６０を通してＷＤＭ２８に供給される。
【０１２２】
カプラ１００は波長９８０ｎｍの励起光を分岐し、この励起光の光強度がＰＤ１１２で検出される。カプラ１０２は入力信号光を分岐し、この入力信号光の光強度がＰＤ１１４で検出される。
カプラ１０８は出力信号光を分岐し、この出力信号光の光強度がＰＤ１１６で検出され、ＡＬＣ１１８はこの出力信号光強度が一定となるようにＬＤ１６を制御する。更にカプラ１１０で分岐された波長９８０ｎｍの励起光の一部がＰＤ１２０に供給され、励起光の光強度が検出される。
【０１２３】
損失演算部１２２はＰＤ１２０，１１２夫々の検出光強度から波長９８０ｎｍの励起光の損失を演算し、利得演算部１２４はＰＤ１１６，１１４夫々の検出光強度から信号光の利得を演算する。制御回路１２６は信号光の利得の対数と、励起光の損失の対数との比を求めることにより反転分布係数が一定となるようＬＤ５８を制御して、入力光強度に拘らず利得波長依存性が変化しない光増幅を行う。これによって、ＥＤＦ４２の出力光強度は次段のＥＤＦ３２の光増幅器での最適値とされる。
【０１２４】
ＷＤＭ２８はＬＤ１６から供給される例えば波長９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの励起光を信号光に合波してＥＤＦ３２に供給する。ＬＤ１６の発生する励起光強度に応じたバックパワーはＡＬＣに供給され、ＡＬＣ３４はＬＤ３０の出力する励起光強度が一定となるようにＬＤ３０を制御する。ＥＤＦ３２はエルビウムのドープ量をＥＤＦ４２に対して多くした、又はファイバ長を長くした、ＷＤＭ２８及びＬＤ３０と共に光増幅器を構成するものであり、ＥＤＦ４２で入力光強度を最適化された信号光を供給され、ＬＤ３０から強度を最適化された励起光を供給されることにより、ＥＤＦ３２への入力光強度が一定の条件とされている。ＥＤＦ３２で増幅された信号光は発振防止用の光アイソレータ３６を通して光出力端子３８より出力される。
【０１２５】
この実施例では前段の光増幅器の出力を利得一定の後段の増幅部で増幅して出力するため、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制すると共に、信号利得を大きくできる。
【０１２６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、出力する信号光の光強度を一定として出力することにより、利得波長依存性の入力光強度依存性を抑制できる。
【０１２７】
また、請求項２に記載の発明によれば、励起光の光強度を制御することにより、利得を略一定とした状態で第１の光増幅部の出力信号光の光強度を一定とすることができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、入力信号光の減衰量を制御することにより、利得を一定とした状態で第１の光増幅部の出力信号光の光強度を一定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２実施例のブロック構成図である。
【図３】本発明の第３実施例のブロック構成図である。
【図４】ＥＤＦのバンド構造を示す図である。
【図５】本発明の第４実施例のブロック構成図である。
【図６】本発明の第５実施例のブロック構成図である。
【図７】本発明の第６実施例のブロック構成図である。
【図８】本発明の第７実施例のブロック構成図である。
【図９】本発明の第８実施例のブロック構成図である。
【図１０】本発明の第９実施例のブロック構成図である。
【図１１】本発明の第１０実施例のブロック構成図である。
【図１２】本発明の第１１実施例のブロック構成図である。
【図１３】本発明の第１２実施例のブロック構成図である。
【図１４】本発明の第１３実施例のブロック構成図である。
【図１５】本発明の第１４実施例のブロック構成図である。
【図１６】本発明の第１５実施例のブロック構成図である。
【図１７】ＥＤＦ増幅器の利得波長依存性の入力光強度依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０  光入力端子
１２，２６，３６，６０，９１  光アイソレータ
１４，２８，５６，８０，８６，９０，１３０，１３２，１３４，１３６，１３８  ＷＤＭ
１６，３０，５８  ＬＤ
１８，３２，４２  ＥＤＦ
２１，４５，６２，７２，８０，８４，９４，１４４  カプラ
２２，４７，４９ａ〜４９ｄ，６４，８１，９６，１６４  ＰＤ
２４，３４，１６６  ＡＬＣ
４０，９２，１６０  アッティネータ
４６  スターカプラ
４８ａ〜４８ｄ，７３ａ，７３ｂ，９４  バンドパスフィルタ
５０ａ〜５０ｄ，１５０，１５２  Ａ／Ｄコンバータ
５２，１５４  ＣＰＵ
５４，７６  バイアス制御回路
７５  比較器
８２，９８，１４２，１５６  制御回路
１３１，１３３，１３５，１３７，１４０  スイッチ
１５８  ＡＧＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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