(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重光の光レベルを一括して調整する可変光減衰部と、
上記可変光減衰部から出力される波長多重光を増幅する第１の光ファイバ増幅部と、
上記第１の光ファイバ増幅部に励起光を供給する光源と、
上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記励起光の強度を制御する第１の制御部と、
上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の一部から複数の波長帯域成分を取り出す分岐部と、
上記複数の波長帯域成分の各々の光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰部の減衰量を制御する第２の制御部、を有し、
上記第１の光ファイバ増幅部は希土類ドープ光ファイバ増幅器であることを特徴とする光等化増幅器。
【請求項２】
上記可変光減衰部の前段に第２の光ファイバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、波長多重光を一定の利得で増幅して上記可変光減衰部へ送ることを特徴とする請求項１に記載の光等化増幅器。
【請求項３】
上記可変光減衰部の前段に第２の光ファイバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、波長多重光を一定強度の励起光で増幅して上記可変光減衰部へ送ることを特徴とする請求項１に記載の光等化増幅器。
【請求項４】
波長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、ある一定レベル以上に検出されたなかで、最も短い波長帯域の検出光レベルと最も長い波長帯域の検出光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰部の減衰量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光等化増幅器。
【請求項５】
波長多重光を増幅する第１の光ファイバ増幅部と、
上記第１の光ファイバ増幅部に励起光を供給する光源と、
上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の光レベルを一括して調整する可変光減衰部と、
上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の一部から複数の波長帯域成分を取り出す分岐部と、
上記複数の波長帯域成分の各々の検出光レベルが互いに等しくなるように上記励起光の強度を制御する第１の制御部と、
上記可変光減衰部から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記可変光減衰部の減衰量を制御する第２の制御部、を有し、
上記第１の光ファイバ増幅部は希土類ドープ光ファイバ増幅器であることを特徴とする光等化増幅器。
【請求項６】
上記可変光減衰部の後段に第２の光ファイバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、上記可変光減衰部から出力される波長多重光を一定の利得で増幅することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
【請求項７】
上記可変光減衰部の後段に第２の光ファイバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、上記可変光減衰部から出力される波長多重光を一定強度の励起光で増幅することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
【請求項８】
上記可変光減衰部の後段に第２の光ファイバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように制御することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
【請求項９】
波長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、ある一定レベル以上に検出されたなかで、最も短い波長帯域の検出光レベルと最も長い波長帯域の検出光レベルが互いに等しくなるように上記励起光の強度を制御することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
【請求項１０】
波長に対して互いに異なる増幅特性を有する複数の希土類ドープ光ファイバ増幅器を直列に接続し波長多重光を増幅する光ファイバ増幅部と、
上記複数の希土類ドープ光ファイバ増幅器にそれぞれ励起光を供給する複数の光源と、
上記光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の一部から複数の波長帯域成分を取り出す分岐部と、
上記複数の波長帯域成分の各々の検出光レベルに基づいて各々の検出光レベルが互いに等しくなるように上記複数の光源がそれぞれ出力する励起光の強度を制御する第１の制御部と、
上記光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の光レベルを一括して調整する可変光減衰部と、
上記可変光減衰部から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記可変光減衰部の減衰量を制御する第２の制御部、
を有することを特徴とする光等化増幅器。
【請求項１１】
波長多重光の光レベルを一括して調整する可変光減衰部と、
上記可変光減衰部から出力される波長多重光を増幅する希土類ドープ光ファイバ増幅器と、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の光レベルが一定になるようにその希土類ドープ光ファイバ増幅器に供給すべき励起光の強度を制御する第１の制御部と、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の一部から取り出された複数の波長帯域成分の各々の光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰部の減衰量を制御する第２の制御部、
を有することを特徴とする光等化増幅器。
【請求項１２】
可変光減衰器を用いて波長多重光の光レベルを一括して調整するステップと、
上記可変光減衰器によって光レベルが調整された波長多重光を希土類ドープ光ファイバ増幅器を用いて増幅するステップと、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記希土類ドープ光ファイバ増幅器へ供給する励起光の光レベルを制御するステップと、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰器の減衰量を制御するステップと、
を有することを特徴とする光等化増幅方法。
【請求項１３】
希土類ドープ光ファイバ増幅器を用いて波長多重光を増幅するステップと、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器によって増幅された波長多重光の光レベルを可変光減衰器を用いて一括して調整するステップと、
上記希土類ドープ光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが互いに等しくなるように上記希土類ドープ光ファイバ増幅器へ供給する励起光の光レベルを制御するステップと、
上記可変光減衰器から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記可変光減衰器の減衰量を制御するステップと、
を有することを特徴とする光等化増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に係わり、特に、波長多重伝送に利用される光等化増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークを介して伝送される情報量は、飛躍的に増大している。このような状況に際して、ネットワークの大容量化および高速化に関する技術が研究・開発されている。
【０００３】
波長多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing ）伝送は、ネットワークの大容量化に関する技術である。波長多重伝送は、１本の光伝送路上で複数の互いに異なる波長の信号光を多重して伝送する方式であり、各波長ごとにそれぞれ情報を伝送することができる。
【０００４】
図２１は、波長多重伝送における波長と光レベルとの関係を示す図である。図２１では、1.55μｍ帯において、４つの互いに異なる波長を使用してそれぞれ信号を伝送する例を示している。これら４つの波長の信号は多重化され、１本の光ファイバを介して転送される。信号を伝送するチャネルは、各波長に対して割り当てられる。すなわち、図２１に示す例の場合、４チャネル（ｃｈ１〜ｃｈ４）が波長多重されている。
【０００５】
一方、情報の国際化も急速に進展しており、たとえば、大陸間で伝送される情報量も増加している。このような長距離伝送では、特に大容量の情報を伝送する場合、光ファイバケーブルが使用されている。ところが、光ファイバを介して信号を伝送する場合、伝送距離が長くなるにつれて信号が減衰してしまう。このため、長距離光伝送においては、通常、所定間隔ごとに光増幅器を持ったノードを設け、各ノードで信号を再生して次のノードへ信号を転送する。
【０００６】
光信号を増幅する光増幅器としては、様々な形態が開発されているが、その中の１つとして光ファイバ増幅器が知られている。特に、1.55μｍ帯においては、エルビウムなどの希土類物質が注入された希土類ドープファイバ光増幅器が広く利用されている。希土類ドープファイバ光増幅器は、信号光とは別に入力する励起光によって希土類物質などを励起状態とし、その励起エネルギーによって信号光を増幅させる構成である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバ増幅器を用いて波長多重光を増幅する場合、通常、入力される波長多重光を一括して増幅する。すなわち、波長多重光が複数のチャネルを含んでいる場合、それら波長の異なる複数のチャネルの信号が一括して増幅される。ここで、光ファイバ増幅器は、一般に、増幅率の波長依存性を持っている。したがって、波長によって増幅率が異なり、チャネル毎に光レベルが異なってしまうことがある。
【０００８】
また、光ファイバ増幅器の前段または後段に可変光減衰器を設けることがあるが、可変光減衰器の減衰量にも波長依存性がある。さらに、他の受動デバイスでも波長依存性を持っているものがある。
【０００９】
これらの要因によって、チャネルどうしの間での光レベルに偏差が生じてしまう。すなわち、波長によって光レベルにばらつきが生じてしまう。１台の光ファイバ増幅器によって生じる光レベルの偏差は小さいが、たとえば、大陸間を結ぶ海底ケーブルのような長距離伝送においては、数十台の光ファイバ増幅器が設けられるので、上記の偏差が累積すると、特定の信号波長のチャネルにおいて光レベルが小さくなり、信号対雑音比の劣化を招く恐れがある。
【００１０】
上述のような問題を解決するための技術としては、たとえば、特開平７−２０２３０６号公報がある。特開平７−２０２３０６号に示されている増幅器は、波長依存性が互いに異なる２つの光ファイバ増幅器を直列に設け、各波長の信号光の総利得あるいは各波長の出力光レベルが互いに等しくなるように、上記２つの光ファイバ増幅器への励起光を制御する構成である。
【００１１】
しかしながら、特開平７−２０２３０６号に示されている構成では、各波長の出力光レベルを等しくするように２つの励起光レベルを制御することが難しい。また、光伝送システムにおいては、出力光のレベルを一定に保つことが重要である。特開平７−２０２３０６号は、出力光のレベルを一定に保つ技術については特に言及していないが、特開平７−２０２３０６号に示されている構成で各波長の出力光レベルを互いに等しくする制御と出力光のレベルを一定に保つ制御とを同時に行おうとすると、それら２つの制御に対する各光ファイバ増幅器の役割が明確でないため、その制御がかなり複雑になることが予想される。
【００１２】
本発明の課題は、波長多重光の増幅において、光出力レベルを一定にするとともに、複数の波長成分の各出力レベルを等化する増幅器を提供することである。また、本発明の他の課題は、上述のような増幅器の制御を容易にし、さらに簡単な構成で実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段について、図１を参照しながら説明する。本発明の光等化増幅器は、複数の互いに異なる波長の光が多重化された波長多重光を等化増幅する構成である。
【００１４】
本発明の光等化増幅器は、図１(a) に示すように、波長多重光の光レベルを調整する可変光減衰部１、可変光減衰部１から出力される波長多重光を増幅する光ファイバ増幅部２、および光ファイバ増幅部２に励起光を供給する光源３を有する。そして、光ファイバ増幅部２から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように上記励起光を制御するとともに、光ファイバ増幅部２から出力される波長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが互いに等しくなるように可変光減衰部１を制御する。
【００１５】
光ファイバ増幅部２の光利得は、波長特性を有し、励起光の光レベルに依存するとともに、光ファイバ増幅部２へ入力する信号光（波長多重光）の光レベルにも依存する。したがって、これら２つの光レベルを適当に制御することにより、出力光を波長に対して等化しながら所定の光レベルに保つことができる。
【００１６】
上記構成の光等化増幅器においては、光ファイバ増幅部２を励起させるための励起光をフィードバック制御することによって出力光一定制御を行う。また、可変光減衰部１の減衰量をフィードバック制御することによって出力光等化制御を行う。
【００１７】
本発明の他の構成の光等化増幅器は、図１(b) に示すように、波長多重光を増幅する光ファイバ増幅部４、光ファイバ増幅部４に励起光を供給する光源５、および光ファイバ増幅部４から出力される波長多重光の光レベルを調整する可変光減衰部６を有する。そして、光ファイバ増幅部４から出力される波長多重光に含まれる少なくとも２つの波長の光レベルが互いに等しくなるように上記励起光を制御するとともに、可変光減衰部６から出力される波長多重光の光レベルが一定になるように可変光減衰部６を制御する。
【００１８】
上記構成の光等化増幅器においては、光ファイバ増幅部４を励起させるための励起光をフィードバック制御することによって出力光等化制御を行う。また、可変光減衰部６の減衰量をフィードバック制御することによって出力光一定制御を行う。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、信号を伝送する光（信号光）の波長として1.55μｍ帯を採り上げ、光ファイバ増幅器の１つとして希土類ドープファイバ光増幅器を説明する。希土類ドープファイバは、たとえば、エルビウム等が注入されているエルビウムドープファイバである。
【００２０】
本実施形態の光等化増幅器の構成を説明する前に、本発明の概要を説明する。図２は、エルビウムドープファイバ光増幅器の光利得の波長特性を示す図である。エルビウムドープファイバ光増幅器では、増幅波長帯域（1.53〜1.56μｍ帯）において、励起率（Ｅｒ反転分布率）が高いときは、放出断面積特性の影響が強くなるので長波長側の利得が小さく、励起率が低いときは、放出断面積特性の影響が強くなるので短波長側の利得が小さくなる。すなわち、励起率が高いときは、波長に対する利得の傾きが負になり、励起率が低いときは、波長に対する利得の傾きが正になる。
【００２１】
本発明の光等化増幅器は、上記の特性を利用する。すなわち、波長多重光を増幅したときの各波長の光レベルを検出し、その検出結果に従って希土類ドープファイバの励起率を変化させることによって波長特性（利得）を補正する。このことによって、各波長の出力レベルを等化する。
【００２２】
励起率を変化させる手法としては、励起光パワーを制御する方法と光等化増幅器に入力する信号光の光レベルを制御する方法とがある。励起光パワーを制御するときは、励起光を生成する光源に光等化増幅器の出力をフィードバックする。信号光の入力レベルを制御ときは、希土類ドープファイバの入力側に可変光減衰器を設け、その可変光減衰器に光等化増幅器の出力をフィードバックする。
【００２３】
エルビウムドープファイバの中には光利得が、図２に示したように、増幅波長帯域においては、波長に対して概ねリニアに変化するものもある。したがって、この特性を利用すれば、信号光が含まれる波長帯域内で複数の波長帯域の検出レベルが一致すれば、すべてのチャネルの光レベルが一致することが期待される。これら複数の検出レベルのうち、信号光の最短波長を含む波長帯域のレベルと信号光の最長波長を含む波長帯域のレベルが一致するとき、最もチャネル内の出力レベル差が小さくなると予想できる。
【００２４】
上記手法を実現するために、たとえば、波長多重カプラ（ＷＤＭカプラ）を設ける。波長多重カプラは、光を複数の透過波長帯域で分岐する。図３に示す例では、長波長側に重心もつ波長成分と短波長側に重心もつ波長成分とを分離している。
【００２５】
以下、本発明の実施形態として第１〜第９の態様を説明する。各態様の光等化増幅器は、図２１または図２に示す４つのチャネル（ｃｈ１〜ｃｈ４）が多重化された波長多重光を等化増幅するものとして説明する。
【００２６】
図４は、第１の態様の光等化増幅器の構成図である。第１の態様の光等化増幅器は、光増幅部２０の前段に可変光減衰器（ATT ）１１を設けた構成であり、可変光減衰器１１の減衰量を制御することによって自動利得バランス制御（AGBC: Automatic Matir Gain Balance Control）を行い、光増幅部２０において希土類ドープファイバ２１を励起させる励起光の光パワーを制御することによって自動光出力一定制御（ALC: Automatic Level Control）を行う。
【００２７】
可変光減衰器１１は、ＡＧＢＣ回路１２の制御によって決まる減衰量で入力する波長多重光を減衰させる。可変光減衰器１１は、たとえば、磁気光学効果を利用したファラデー回転子で実現する。あるいは、LiNbO3の電気光学効果や、音響光学的な効果を利用するようにしてもよい。可変光減衰器１１の出力光は、希土類ドープファイバ２１に入射される。
【００２８】
希土類ドープファイバ２１は、エルビウム等の希土類が注入された光ファイバであり、光源２６が生成する励起光によって励起され、その励起エネルギーを利用して波長多重光を増幅する。希土類ドープファイバ２１における利得は、励起率によって決まる。励起率は、励起光の光パワーと波長多重光の入力レベルによって決まる。波長多重光の入力レベルを一定とすると、励起光の光パワーが高いほど励起率が高くなり、励起光の光パワーを一定とすると、波長多重光の入力レベルが高いほど励起率が低くなる性質がある。そして、図２を参照しながら説明したように、励起率が高いときは、波長に対する利得の傾きが負になり、励起率が低いときは、波長に対する利得の傾きが正になる性質を持っている。
【００２９】
希土類ドープファイバ２１は、信号光（可変光減衰器１１から出力される波長多重光）および励起光（光源２６の出力）が入力されるが、これらの光は、合波カプラ３０によって合波される。
【００３０】
光分岐カプラ２２は、光ファイバ１３へ出力する波長多重光の一部を分岐して光分岐カプラ２３へ送る。光分岐カプラ２３は、光分岐カプラ２２からの波長多重光を所定の比率で分岐し、一方をホトダイオード２４へ送り、他方を波長多重カプラ（ＷＤＭカプラ）２７へ送る。
【００３１】
ホトダイオード２４は、光分岐カプラ２３から受信した波長多重光を電気信号に変換してＡＬＣ回路２５に通知する。ここで、分岐カプラ２２および２３の分岐比は既知なので、ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２１から出力される波長多重光の出力光レベルを検出する。
【００３２】
ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２１の出力レベル（波長多重光の平均光レベル）に従って光源２６を制御する。ＡＬＣ回路２５の構成については後述する。光源（Pump）２６は、ＡＬＣ回路２５の制御に従って発光パワーを決定し、励起光を希土類ドープファイバ２１へ入射する。
【００３３】
ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２１の出力レベルをフィードバック信号として励起光の光パワーを決定し、希土類ドープファイバ２１の出力レベルが一定の値になるように制御する。換言すれば、ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２１の出力レベルが一定の値になるように光源２６の励起光をフィードバック制御する。
【００３４】
出力レベルを一定の値に保持する理由は、以下の通りである。すなわち、出力レベルが高すぎると、光ファイバ１３において非線形効果が顕著になり、信号波形が歪んでしまう。一方、出力レベルが低すぎると、光が到達できる距離が短くなってしまう。したがって、光伝送システムにおいては、出力レベルを一定に保つことが重要である。
【００３５】
波長多重カプラ２７は、例えば波長多重光から長波長重心の成分と短波長重心の成分をそれぞれホトダイオード２８および２９に送る。ここでは、短波長側重心の成分を検出した光をホトダイオード２８に送り、長波長側重心の成分を検出した光をホトダイオード２９に送る。ホトダイオード２８および２９は、波長多重カプラ２７からそれぞれ受信した光を電気信号に変換してＡＧＢＣ回路１２においてこれらを比較し処理する。
【００３６】
ＡＧＢＣ回路１２は、希土類ドープファイバ２１から出力される光の一部を波長多重カプラで分岐し、それぞれ検出した光レベルが互いに同じになるように可変光減衰器１１の減衰量をフィードバック制御する。ＡＧＢＣ回路１２の構成は後述する。
【００３７】
図５は、ＡＬＣ（光出力一定制御）回路の構成例を示す図である。ホトダイオード３１は、光レベルを検出する光電素子であり、図４においては、ホトダイオード２４に相当する。オペアンプ３２は、その反転入力端子にホトダイオード３１の出力信号が印加され、その非反転入力端子に基準電圧が印加されている。オペアンプ３２の出力は、パワートランジスタ３３を制御する。半導体レーザ３４は、パワートランジスタ３３によって駆動される。半導体レーザ３４は、図４においては、光源２６に相当する。
【００３８】
オペアンプ３２は、フィードバック系であり、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御される。すなわち、ＡＬＣ回路は、ホトダイオード３１（ホトダイオード２４）によって検出される光レベルが一定の値になるように半導体レーザ３４（光源２６）の発光パワーを自動的に制御する。
【００３９】
図６は、ＡＧＢＣ（利得バランス制御）回路の構成例を示す図である。ホトダイオード４１および４２は、ここではそれぞれ互いに異なる波長帯域の光レベルを検出する光電素子であり、図４においては、ホトダイオード２８および２９に相当する。除算器４３は、ホトダイオード４１および４２によってそれぞれ検出された光レベルの比を算出する。オペアンプ４４は、その反転入力端子に除算器４３の出力信号が印加され、その非反転入力端子に基準電圧が印加される。オペアンプ４４の出力は、パワートランジスタ４５を制御する。可変光減衰器４６は、パワートランジスタ４５によってその減衰量が制御される。可変光減衰器４６は、図４においては、可変光減衰器１１に相当する。
【００４０】
オペアンプ４４は、フィードバック系であり、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御される。ここで、基準電圧を適当に選べば、ホトダイオード４１および４２（ホトダイオード２８および２９）によってそれぞれ検出される光レベルが互いに一致するように制御できる。すなわち、ＡＧＢＣ回路は、互いに異なる波長帯域の光レベルが互いに一致するように可変光減衰器４６（可変光減衰器１１）の減衰量を自動的に制御する。
【００４１】
図７は、第２の態様の光等化増幅器の構成図である。第２の態様の光等化増幅器は、第１の態様の光等化増幅器の前段に光増幅部５０を設けた構成である。光増幅部５０は、自動光利得一定制御（AGC: Automatic Gain Control ）を行う。
【００４２】
分岐カプラ５１は、入力する波長多重光の一部を分岐してホトダイオード５２へ送る。ホトダイオード５２は、分岐カプラ５１から受信した波長多重光を電気信号に変換してＡＧＣ回路５３に通知する。このことにより、ＡＧＣ回路５３は、入力する波長多重光の入力光レベルを検出する。
【００４３】
希土類ドープファイバ５４および光源５５は、基本的に、希土類ドープファイバ２１および光源２６と同じである。分岐カプラ５６は、希土類ドープファイバ５４から出力される波長多重光の一部を分岐してホトダイオード５７へ送る。ホトダイオード５７は、分岐カプラ５６から受信した波長多重光を電気信号に変換してＡＧＣ回路５３に通知する。このことにより、ＡＧＣ回路５３は、希土類ドープファイバ５４から出力される波長多重光の出力レベルを検出する。
【００４４】
ＡＧＣ回路５３は、希土類ドープファイバ５４の入力レベルおよび出力レベルに基づいて、希土類ドープファイバ５４の平均利得を算出する。そして、ＡＧＣ回路５３は、希土類ドープファイバ５４の平均利得が一定になるように光源５５が生成する励起光の光パワーを制御する。平均利得を一定にすると、希土類ドープファイバ５４励起率も一定になることが期待される。ここで、平均利得とは波長多重光の入力レベルと出力レベルの比をさし、これはｃｈあたりの平均の利得値に相当する。
【００４５】
図８は、ＡＧＣ（利得一定制御）回路の構成例を示す図である。ＡＧＣ回路は図６に示すＡＧＢＣ回路と基本的に同じ構成である。
ホトダイオード６１および６２は、図７においては、ホトダイオード５２および５７に相当する。すなわち、ホトダイオード６１は入力光レベルを検出し、ホトダイオード６２は出力光レベルを検出する。除算器６３は、ホトダイオード６１および６２によってそれぞれ検出された光レベルの比に基づいて平均利得を求める。オペアンプ６４およびパワートランジスタ６５は、オペアンプ４４およびパワートランジスタ４５と同じである。半導体レーザ６６は、図７においては、光源５５に相当する。
【００４６】
オペアンプ６４は、フィードバック系であり、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御される。ここで、オペアンプ６４の反転入力端子の電位は平均利得である。したがって、ＡＧＣ回路は、平均利得を一定の値に保つように半導体レーザ６６の発光パワーを制御する。
【００４７】
図９は、第３の態様の光等化増幅器の構成図である。第３の態様の光等化増幅器は、第１の態様の光等化増幅器の前段に光増幅部７０を設けた構成である。光増幅部７０は、自動励起光一定制御（APC: Automatic Power Control）を行う。
【００４８】
光源７２は、ＡＰＣ（励起光一定制御）回路７３の制御に従って発光パワーを決定し、希土類ドープファイバ７１に励起光を入射する。光増幅部７０で発生する利得偏差は、ＡＧＢＣ回路１２の制御によって光増幅部２０で吸収される。
【００４９】
第３の態様の光等化増幅器において、光増幅部７０の励起光の光パワーを常に高い値に保つようにすれば、低雑音化に寄与する。また、光増幅部７０は、入力する波長多重光を分岐することなくすべて希土類ドープファイバ７１で増幅するので、信号光のロスが少ない。さらに、光増幅部７０は、構成が簡単であり、制御が簡略化される。
【００５０】
図１０は、ＡＰＣ（励起光一定制御）回路の構成例を示す図である。ＡＰＣ回路は、図５に示すＡＬＣ回路と基本的に同じ構成である。
ホトダイオード８１は、光源７２の出力パワーを検出する。光源７２を半導体レーザとすると、ホトダイオード８１は、そのレーザ光源のバックパワーを検出することによって光源７２の出力パワーを間接的に検出する。オペアンプ８２およびパワートランジスタ８３の機能は、ＡＬＣ回路に設けられるオペアンプ３２およびパワートランジスタ３３として説明したものと同じである。半導体レーザ８４は、図９においては、光源７２に相当する。
【００５１】
オペアンプ８２は、フィードバック系であり、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御される。すなわち、ＡＬＣ回路は、励起光の光パワーを一定に保つように半導体レーザ８４（光源７２）の出力レベルを自動制御する。
【００５２】
図１１は、第４の態様の光等化増幅器の構成図である。第４の態様の光等化増幅器は、光増幅部８０の後段に可変光減衰器１１を設けた構成であり、光増幅部８０において希土類ドープファイバ２１を励起させる励起光の光パワーを制御することにより自動利得バランス制御（AGBC: Automatic Gain Balance Control）を行い、可変光減衰器１１の減衰量を制御することにより自動光出力一定制御（ALC: Automatic Level Control）を行う。
【００５３】
光増幅部８０に入力する波長多重光は、希土類ドープファイバ２１において増幅される。希土類ドープファイバ２１から出力される波長多重光は、可変光減衰器１１に送られるとともに、その一部が分岐カプラ２２によって分岐されて自動利得バランス制御に使用される。すなわち、波長多重カプラ２７を用いて波長多重光から短波長を透過重心とした光、長波長を透過重心とした光を取り出し、ホトダイオード２８および２９がそれらの光をそれぞれ電気信号に変換してＡＧＢＣ回路１２に通知する。
【００５４】
ＡＧＢＣ回路１２は、図６に示した構成である。ただし、パワートランジスタ４５は、半導体レーザ４７を駆動する。ここで、半導体レーザ４７は光源２６に対応する。
【００５５】
ＡＧＢＣ回路１２は、ホトダイオード２８および２９によって検出される光レベルが互いに一致するように光源２６を制御する。すなわち、ＡＧＢＣ回路１２は、希土類ドープファイバ２１から出力される波長多重光の一部を２分岐した相反する波長帯域の光レベルが一致するように光源２６が生成する励起光の光パワーを自動的に制御する。このことによって、希土類ドープファイバ２１の光出力を波長に対して等化する。
【００５６】
光増幅部８０において等化増幅された波長多重光は、可変光減衰器１１によって所定のレベルに減衰される。可変光減衰器１１から出力される波長多重光の一部は、分岐カプラ９１によって分岐され、ホトダイオード９２によって電気信号に変換される。ＡＬＣ回路２５は、図５に示した構成である。ただし、パワートランジスタ４５により、可変光減衰器１１を駆動する。
【００５７】
図１２は、第５の態様の光等化増幅器の構成図である。第５の態様の光等化増幅器は、第４の態様の光等化増幅器の後段に図７に示す光増幅部５０を設けた構成である。
【００５８】
図１３は、第６の態様の光等化増幅器の構成図である。第６の態様の光等化増幅器は、第４の態様の光等化増幅器の後段に図９に示す光増幅部７０を設けた構成である。第６の態様の光等化増幅器は、可変光減衰器１１を用いてＡＬＣ制御を行っているので、可変光減衰器１１の出力レベルはほぼ一定に保たれる。このため、可変光減衰器１１の後段では、ＡＰＣ制御のみを行えばよく、構成および制御が簡略化される。
【００５９】
図１４は、第７の態様の光等化増幅器の構成図である。第７の態様の光等化増幅器は、第４の態様の光等化増幅器の後段に光増幅部１００を設けた構成である。
光増幅部１００は、希土類ドープファイバ１０１へ入射する励起光の光パワーを制御することによって光出力一定制御を行う。すなわち、ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ１０１の出力レベルが一定になるように光源１０２の光パワーをフィードバック制御する。
【００６０】
第７の態様の光等化増幅器は、可変光減衰器１１を用いて出力光レベルをほぼ一定にした後に、さらに光増幅部１００でもう一度光出力一定制御を行う。第７の態様の光等化増幅器は、出力レベルの制御を重視した構成である。
【００６１】
図１５は、第８の態様の光等化増幅器の構成図である。第８の態様の光等化増幅器は、第４の態様の光等化増幅器をベースにし、利得バランス制御を改良している。
【００６２】
光増幅部１１０は、例えばある波長帯域をｎ等分し、ｎ等分した光のパワーのうち、光が検出されているものについて最長波長、最短波長の検出光パワーのバランスがとれるように、つまり等しくなるように利得バランス制御を行う。
【００６３】
光分岐スターカプラ１１１は、希土類ドープファイバ２１から出力される光をある波長帯域においてｎ等分してそれぞれ波長選択フィルタ１１２−１〜１１２−ｎへ送る。波長選択フィルタ１１２−１〜１１２−ｎを通過した光は、それぞれホトダイオード１１３−１〜１１３−ｎによって電気に変換される。波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、これら電圧値をもとに適切な励起光レベルを与える制御回路である。
【００６４】
波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、ｃｈ１〜ｃｈ４のうち、実際に信号を転送しているチャネルを検出する。実際に信号を転送しているチャネルは、信号を転送していないチャネルと比べてその光レベルが大きくなる。したがって、適当な閾値を設定し、光レベルがその閾値よりも大きいチャネルを検出することにより、実際に信号を転送しているチャネルを検出できる。図１６では、ｃｈ２〜ｃｈ４において信号が転送され、ｃｈ１においては信号が転送されていない状態を示している。
【００６５】
分岐した各波長帯域の光レベルは、ホトダイオード１１３−１〜１１３−ｎによって検出され、波長選択ＡＧＢＣ回路１１４に通知される。そして、波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、各チャネルの光レベルと閾値とを比較することによって実際に信号が転送されているチャネルを検出する。
【００６６】
波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、ｃｈ２〜ｃｈ４において信号が転送されていることを認識すると、それらのチャネルのなかで最も波長の短いチャネル（ｃｈ２）を含む波長帯域の検出光および最も波長の長いチャネル（ｃｈ４）を含む波長帯域の検出光を選択する。そして、これらの光レベルが一致するように光源２６を制御する。
【００６７】
波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、図６に示すＡＧＢＣ回路に上述の波長選択機能を付加した構成である。
このように、第８の光等化増幅器によれば、１本の光ファイバ上に多重する波長の数（チャネル数）を変更した場合においても、常に実際に信号が転送されている波長のなかで最も短い波長の光レベルと最も長い波長の光レベルとを一致させる利得バランス制御を行うことができる。したがって、システム変更などに対して柔軟に光等化機能を行うことができ、また、その光等化精度が高くなる。
【００６８】
なお、図１５においては、波長選択ＡＧＢＣ回路を用いて励起光の光パワーを制御する方式を示したが、波長選択ＡＧＢＣ回路を用いて可変光減衰器を制御することによって利得バランス制御を行う構成としてもよい。この場合、図４に示す光等化増幅器をベースにした構成とする。
【００６９】
図１７は、第９の態様の光等化増幅器の構成図である。第９の態様の光等化増幅器は、第８の態様の光等化増幅器をベースにし、利得バランス制御をさらに改良している。
【００７０】
光増幅部１２０は、波長に対して互いに増幅特性の異なる複数の希土類ドープファイバを設け、各希土類ドープファイバに入力する励起光を個別に制御することによって、より高精度な利得バランス制御を行う。
【００７１】
希土類ドープファイバ１２１、１２２、１２３は、それぞれ、たとえば、Al-P-EDF、Al-Si-EDF 、Al-Ge-Si-EDF系のファイバであり、それぞれ利得の波長特性が異なる。Al-P系エルビウムドープファイバは、短波長側に比べて長波長側の利得が小さい波長特性を有する。Al-Si 系エルビウムドープファイバの波長特性は図２に示している。Al-Ge-Si系エルビウムドープファイバは、増幅波長帯域の中央近傍で利得が最大になるような波長特性を有する。
【００７２】
希土類ドープファイバ１２１、１２２、１２３は、直列に接続されている。光源１２４、１２５、１２６は、それぞれＣＰＵ制御回路１２７の制御に従って希土類ドープファイバ１２１、１２２、１２３に対して励起光を入射する。
【００７３】
ＣＰＵ制御回路１２７は、ホトダイオード１１３−１〜１１３−ｎによって検出される各チャネルの光レベルに基づいて光源１２４、１２５、１２６が生成する励起光の光パワーを制御する。
【００７４】
図１８は、ＣＰＵ制御回路１２７の動作を説明するフローチャートである。ここでは、ｃｈ１〜ｃｈ１０が波長多重されているとして説明する。図１９は、光増幅部１２０の出力光の例を示す図である。以下では、図１９に示す例を参照しながらフローチャートの説明をする。
【００７５】
ステップＳ１では、ホトダイオード１１３−１〜１１３−１０によって検出された各チャネルの光レベルを受信し、各値をそれぞれＡ／Ｄ変換してメモリ（ＲＡＭ）に取り込む。
【００７６】
ステップＳ２では、検出した光レベルが閾値を越えているホトダイオード（ｃｈ１〜ｃｈ５およびｃｈ７〜ｃｈ１０に対応するホトダイオード）のうちで最も波長が短いチャネル（ｃｈ１）に対応するホトダイオードおよび最も波長が長いチャネル（ｃｈ１０）に対応するホトダイオードを判定する。最も波長が短いチャネル（ｃｈ１）の光パワーをＰs とし、最も波長が長いチャネル（ｃｈ１０）の光パワーをＰl とする。
【００７７】
ステップＳ３では、検出した光レベルが最大のホトダイオード（ｃｈ５に対応するホトダイオード）を判定する。この光パワーをＰmax とする。
ステップＳ４においては、Ｐs とＰl との大小関係を調べ、小さい方をＰmin と設定する。ここでは、ｃｈ１の光レベルがｃｈ１０の光レベルよりも小さいので、Ｐs ＝Ｐmin とする。
【００７８】
ステップＳ５では、Ｐs ／Ｐmin 、Ｐl ／Ｐmin 、およびＰmax ／Ｐmin を算出し、それらの算出値に従って光源１２４〜１２６を制御するための情報を図２０に示す制御情報格納テーブルから取り出す。
【００７９】
制御情報格納テーブルは、Ｐs ／Ｐmin 値、Ｐl ／Ｐmin 値、Ｐmax ／Ｐmin 値に対して、それぞれ光源１２４、１２５、１２６が生成する励起光の光パワーを指定する情報を格納している。
【００８０】
ステップＳ６では、制御情報格納テーブルから取り出した３つの値をそれぞれＤ／Ａ変換して光源１２４〜１２６に対して出力する。
光増幅部１２０は、上記したＣＰＵ制御回路１２７の動作により、光源１２４〜１２６が出力する励起光の光パワーを制御し、出力される波長多重光の各チャネルの光レベルを互いに等しくする。そして、光増幅部１２０から出力される波長多重光は、可変光減衰器１１の減衰量を制御することによって一定の光レベルに保持される。
【００８１】
上記実施形態においては、波長多重カプラを用いて特定の波長成分を持つ光を取り出す構成を示したが、特定の波長のみを通過させる光フィルタを用いる構成としてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態においては、各チャネルの出力レベルを等化する構成を示したが、各チャネルの出力レベルに所定の傾向を持たせるようにしてもよい。たとえば、波長が長くなるにつれて出力レベルを大きくするように増幅することも可能である。この場合、図６に示すＡＧＢＣ回路において、基準電圧を適当に設定することによって、あるいは、オペアンプの帰還系を変更することによって実現できる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の光等化増幅器は、波長多重光を増幅するとき、その平均出力レベルを一定の値に保ちながら様々な波長の光出力レベルを等化することができる。
【００８４】
平均出力レベルを一定の値に保つ機能と、様々な波長の光出力レベルを等化する機能とを分離したので、各機能の制御が簡単になる。
可変光減衰器の減衰量を制御する方式で上記２つの機能のうちの１つを実施する構成であり、可変光減衰器による光減衰レベルの波長依存性は小さい（あるいは、無い）ので、制御が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a) および(b) は、本発明の光等化増幅器の基本構成を説明する図である。
【図２】希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特性を示す図である。
【図３】波長分離の概念を説明する図である。
【図４】第１の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図５】ＡＬＣ（光出力一定制御）回路の構成例を示す図である。
【図６】ＡＧＣＣ（利得バランス制御）回路の構成例を示す図である。
【図７】第２の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図８】ＡＧＣ（利得一定制御）回路の構成例を示す図である。
【図９】第３の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１０】ＡＰＣ（励起光一定制御）回路の構成例を示す図である。
【図１１】第４の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１２】第５の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１３】第６の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１４】第７の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１５】第８の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１６】光レベルによって特定の波長を選択する動作を説明する図である。
【図１７】第９の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１８】ＣＰＵ制御回路の動作を説明するフローチャートである。
【図１９】出力光レベルの例を示す図である。
【図２０】制御情報格納テーブルの構成例を示す図である。
【図２１】波長多重伝送における波長と光レベルとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１、６  可変光減衰部
２、４  光ファイバ増幅部
３、５  光源
【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】
0003730299.tif 000009
【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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【図１８】
0003730299.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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