(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、
前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、
前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも２個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、
前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記１つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、前記ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段の制御により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設けたことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、
前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、
前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも２個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、
前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記１つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、ＬＮ変調器、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、前記ＬＮ変調器をバイアス電圧を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段の制御により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設けたことを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の反射率可変の素子の反射率として必要な値を、請求項１に記載の入力信号光のパワーの値に対応して記憶させた記憶手段を設け、前記入力信号光のパワーの値に応じて前記記憶手段に記憶させた値を用いて前記発振光のパワーを調節することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重伝送方式における複数の信号光の一括増幅に適した光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
将来のマルチメディアネットワークを構築するため、さらなる大容量の光通信システムが要求されている。これまでに超大容量化を実現する多重化方式として、時分割多重（Time-Division Multiplexing: ＴＤＭ）方式、光領域での時分割多重（Optical Time-Division Multiplexing: ＯＴＤＭ）方式、波長多重（Wavelength-Division Multiplexing: ＷＤＭ）方式等に関する研究が盛んに行われている。このうち、ＷＤＭ伝送方式は、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ) の広い利得帯域を活用し、光レベルでのクロスコネクトや分岐／挿入、あるいは異種サービスの多重化を行う柔軟な光波ネットワークの実現手段として期待されている。
【０００３】
また、ＷＤＭ方式は、現在世界的に最も普及している既設の１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバ（ＳＭＦ）ネットワークを用いて超大容量伝送を行う場合に、他の方式と比較して有利と考えられる。これは、各光キャリア当たりの伝送速度が低いため（例えば10Ｇｂ／ｓ）、波長分散許容値や光ファイバの非線形効果で制限される光入力パワーの許容値を比較的大きく設定することができるからである。
【０００４】
ＷＤＭ伝送方式実現のためには、広帯域にわたり一定の増幅利得を持つ光増幅器（ＥＤＦＡ）が必要である。ＥＤＦＡは1530ｎｍ〜1560ｎｍ程度にわたり増幅帯域（利得帯域）を有するが、その利得は波長に対して必ずしも一定ではない。図７に典型的なＥＤＦＡの自然放出光（Amplified Spontaneous Emission: ＡＳＥ）スペクトラムを示す。ＡＳＥスペクトラムは光増幅器の小信号の利得特性をほぼ反映している。図から分かるように、1530ｎｍ（＝1.53μｍ）近辺に利得のピークがあり、波長に対し平坦な特性ではない。
【０００５】
ＥＤＦＡの利得の波長依存性を低減させる方法として、一般にアルミニウム（Ａｌ）とＥｒを共に添加する方法が知られている（C. G. Atkins et al., Electron Lett., Vol. pp910-911 (1989)）。また、ＥＤＦＡの動作点を最適化する方法（M. Suyama et al., OAA '93, MB5-1 (1993))や、光フィルタを使用して利得特性を平坦化させる方法（H. Toba et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 5, No.2, p248 (1993)) が提案されている。
【０００６】
ＥＤＦＡの帯域は、光入力パワーと励起光のパワーの関係が異なると大きく変化する。図８は、出力光パワーと光増幅器の利得の関係を示す図であり、図９は入力光パワーと出力光パワーの関係を励起光パワーをパラメータとして示す図である。非飽和領域は、ＥＤＦＡにおいて反転分布状態となっているＥｒイオンの割合が大きく、出力光パワーの変化によらず一定利得が得られる状態に対応し、飽和領域は反転分布状態のＥｒイオンの割合が減少し、出力光パワーの増大に対して利得が急激に低下している状態を示している。
【０００７】
この２種類の状態を変えるためには、例えば励起光のパワーを変えればよい。入力パワーに対して励起光のパワーが十分にある場合は、反転分布状態となっているＥｒイオンの割合が大きく非飽和状態となり、一方、入力パワーに対して励起光のパワーが小さい場合は、反転分布状態のＥｒイオンの割合が減少し飽和状態となる。
【０００８】
この２種類の状態におかれた光増幅器を複数個縦属に接続したときのＡＳＥ帯域を測定した例を図10に示す。同図から、接続される光増幅器の段数が増大すると非飽和領域で動作している場合には帯域幅の減少は少ないが、飽和領域で動作している場合は、３ｄＢ帯域幅が急速に減少していることが分かる。
【０００９】
図11は、ＥＤＦＡの反転分布の割合（Ｎ２／ＮＴ）をパラメータとした時の利得と波長の関係を示す図である。パラメータＮ２／ＮＴは、反転分布状態にあるＥｒイオンの全Ｅｒイオンに対する割合を示し、Ｎ２／ＮＴ＝１の場合は、すべてのＥｒイオンが上位のエネルギー準位に遷移して完全な反転分布が得られていることを示す。
【００１０】
通常一定値の光出力パワー（Ｐo)が得られるように励起パワーを制御しているが（図９参照）、ＥＤＦＡへ入力する信号光のパワーは、使用条件や経時劣化により変化する。この変化に追従して光出力パワーが一定になるように制御を行うと、図11に示す反転分布の状態が変化することになり、利得の波長依存性が大きく変化してしまい、特性を劣化させることになる。
【００１１】
したがって、例えば光フィルタを使用して利得特性を平坦化させる方法においては、入力光パワーに応じて光フィルタの特性を変化させる等の制御が可能な可変光フィルタが必要となるが、このような光フィルタは実現が困難であり、また実現できても現状技術では極めて高価になるという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ伝送に必要な光増幅器の条件を再度整理すると、
(1) 入力信号光パワーや波長多重数が変化しても増幅利得の波長依存性が少ないこと
(2) 各波長ごとの増幅された光パワーが一定の値に保たれること
が必要になる。図11において、Ｎ２／ＮＴの値が0.7 の近傍で1540〜1560ｎｍの波長帯域に対して平坦な利得特性が得られていることが分かる。
【００１３】
したがって、常にＥＤＦＡの動作状態をこの反転分布状態に維持することができれば、平坦な利得特性を得ることができる。このような動作を実現するためにはＥＤＦＡは利得一定になるように制御すればよい。即ち、入力光パワーの変化に応じて励起光パワーを調節し、利得が一定になるようにすると、Ｎ２／ＮＴを任意の一定値に保つことができる。このような実験例が文献（電子情報通信学会技術研究報告、OCS 94-66 PP31-36)に示されている。
【００１４】
しかし、利得を一定に保つために励起光のパワーを制御すると、上記(1) は実現できるが、(2) を実現するために励起光のパワーを調節することができなくなる。この点を解決するために、前記文献（電子情報通信学会技術研究報告、OCS 94-66 PP31-36)では、光出力を光減衰器を使用して制御することを提案している。図12はこのような光増幅器の構成を示す。
【００１５】
図12において、入力ポート１からの入力信号光と励起ＬＤ４からの励起光がＷＤＭカプラ３で加え合わされ、ＥＤＦ５に入力する。ＥＤＦ５で増幅された信号光は、光アイソレータ６、光減衰器７及び光カプラ８を介して出力ポート９から出力される。励起ＬＤ４の駆動電流は、自動ファイバ利得コントローラ（ＡＦＧＣ）10によって制御される。ＡＦＧＣ10は、ＥＤＦ５から出力されるＡＳＥの光パワー等に基づき、ＥＤＦ５における利得が一定になるように励起光のパワーを制御する。
【００１６】
また、増幅された信号光の一部は光カプラ８にて分岐され、この分岐光はフォトディテクタ11で電気信号に変換され、自動パワーコントローラ（ＡＰＣ）12でフォトディテクタ11の出力信号レベルが一定になるように、光減衰器７の減衰率を制御する。
【００１７】
光減衰器を使用すれば、光増幅器の利得とは無関係に光出力を調節できるため、所望の光出力より十分高い光出力が得られるようにＥＤＦＡ５の組成や長さ、励起ＬＤ４のパワーを設定し、利得一定制御を行っている光増幅器の出力部に設置した光減衰器７を調整することで、一定の光出力を得ることができる。即ち、上記(1) 、(2) を同時に満足させることができる。
【００１８】
しかし、図12のように光減衰器７を使用した構成とすると、光減衰器の使用による最大出力光パワーの低下や、減衰率可変型の光減衰器を低コストで製造するのが現状技術では困難であるという問題がある。
【００１９】
また、図13に示すように、外部の光源（プローブＬＤ）17から新たに光を挿入し、ＥＤＦ18に入力する光のパワーを一定値になるように制御する方法が提案されているが（特願平7-311212、尾中  他、「光増幅器」）、この場合、光減衰器を使用しなくてすむ代わりに新たに光源が必要となる。しかも、ＥＤＦＡの増幅帯域内に発振波長を持ち、かつＷＤＭ信号とある程度離れた波長を持つ光源でなければならない。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、外部の光源を用いて新たに光を挿入することなく、出力光パワーを一定に保ちつつ、ＷＤＭ伝送用の信号利得の波長依存性が少ない光増幅器を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点は、以下の構成によって解決される。
（請求項１）  所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも２個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記１つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子を、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、前記ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設ける。
【００２２】
２個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置することにより干渉計を構成する。発振光の波長が増幅媒体の増幅体域内にあれば、前記波長の光は増幅媒体を通って２個の反射素子の間を行き来することにより、増幅され、一定条件下で発振する。また、１つの反射素子を反射率可変の素子とし、発振光パワー制御手段により反射率可変の素子の反射率を制御することにより、発振光パワーの値を所定の値に制御することができる。
また、前記反射率可変の素子として、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御することにより、励起光パワーを一定にしたまま、偏光子に入射する光に対して、ファラデー回転子を通って100 ％反射する素子で反射され、再びファラデー回転子を通って偏光子から出射する光の偏光面を０〜100 ％変えることができる。この結果、全体として反射率可変の素子とすることができる。
入力信号光が増加あるいは減少した場合に、出力信号光を一定にするために励起光パワーを制御すると光増幅媒体における反転分布の割合が変化するため、増幅利得の波長特性が平坦でなくなる（図11参照) 。このため、発振光パワー制御手段により、入力信号光の増加または減少する分だけ、増幅帯域で入力信号光とは異なる波長の発振光パワーを減少または増加させて、光増幅媒体への入力光パワーを一定とすることにより、増幅利得の波長特性を一定にすることができる。
【００２３】
（請求項２）  所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも２個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記１つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、ＬＮ変調器、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、前記ＬＮ変調器をバイアス電圧を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設ける。
即ち、反射率可変の素子として、ＬＮ変調器、及び前記発振光を100 ％反射する素子をこの順に並べ、前記ＬＮ変調器のバイアス電圧を変化させることにより、ＬＮ変調器を通って100 ％反射する素子で反射され再びＬＮ変調器を通って出射する光のパワーを０〜100 ％まで自在に変えることができる。この結果、全体として反射率可変の素子とすることができる。
【００２６】
（請求項３） 請求項１に記載の反射率可変の素子の反射率として必要な値を、請求項１に記載の入力信号光のパワーの値に対応して記憶させた記憶手段を設け、前記入力信号光のパワーの値に応じて記憶手段に記憶させた値を用いて前記発振光のパワーを調節するように構成する。このようにすれば、入力信号光が変動した場合にも、容易に発振光パワーを調節することができ、増幅利得の波長特性を平坦とするとともに、出力光パワーを一定にすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における光増幅器の原理的構成図である。本発明では、同図に示すように通常の光増幅器の構成に反射ミラー等よりなる干渉計を付加した構成とすることにより、ＷＤＭ信号の帯域とは別の波長の光を光増幅器で発振させて反転分布状態を可変し、前述したＷＤＭ伝送に必要な光増幅器の条件、
(1) 利得の波長依存性が少ないこと
(2) 出力光パワーが一定値に保たれること
を同時に満足するようにしたものである。
【００２８】
図において、この光増幅器の光出力の一部を分岐して取り出し、出力信号光パワー検出手段32で電気信号に変換して、取り出した光パワーを一定に保つように励起光源23の出力光パワーを制御する。これにより、光出力の一定制御（Automatic Level Control ; ＡＬＣ）を行う。。なお、光増幅媒体（例えば、ＥＤＦ）27の出力側には、干渉計により増幅された光パワーや光増幅器から発生する雑音成分を除去して、本来一定に保ちたい信号成分のみを選択的に透過する光フィルタ（例えば光バンドパスフィルタ）31を挿入する。
【００２９】
前述したようにＡＬＣ制御を行っているため、入力光パワーが変化しても励起光源23の出力光パワーを調整して光出力を一定値にしている。（例えば図９において、動作点が(a) から(b) 点に移動する）。このため、このままではＷＤＭ信号の場合は、各信号のトータルパワーが一定になるように制御されているだけであり、入力信号光パワーが変化すると、励起光源のパワーの制御によりＮ２／ＮＴの値が変化するため、図11に示すように利得の波長依存性が変化してしまう。
【００３０】
このため、ＥＤＦ27を挟んで反射ミラー25、30等により干渉計を構成し、ＥＤＦＡにおいて発生するＡＳＥ光（自然放出光）のうち、ＷＤＭ信号とは離れたある一定の波長の光のみを選択的に発振させる。そうすることにより、非常に強いパワーをもった光が発振し、ＷＤＭ信号の帯域と離しているためフィルタで容易に取り除くことができる。また、その光パワーを制御することにより、外部から新たに光を挿入することなく、ＥＤＦ内の光パワーつまり入力光パワーを一定に保つことができる。
【００３１】
これにより、図９において、(b) から(a) 点に動作点が戻るため励起光パワーが元の値になって、Ｎ２／ＮＴの値が変化せず、増幅帯域における波長依存性をなくすことができる。具体的には、干渉計の内部に光パワーを制御できる素子を組み込み、意図的に発振させる光パワーを調節することで、ＡＬＣ制御のための励起光源のパワー調節に起因するＮ２／ＮＴの値の変化とは独立に、Ｎ２／ＮＴの値を変えることが可能となる。
【００３２】
次に、干渉計の構成について説明する。図１において、ある特定の波長λS のみを分岐することができる光カプラ24、28をＥＤＦ27を挟んで配置する。但し、λS はＥＤＦ27の増幅帯域内にある波長であるが、ＷＤＭ信号の波長よりも十分離れているものとする。今、仮にλS が1530ｎｍとすると、1530ｎｍの波長を選択的に分岐または合波することができる光カプラ24、28を用いる。
【００３３】
光カプラ24によって分岐された1530ｎｍの光は、その先に取り付けられたミラー25によって100 ％反射し、再び光カプラ24によってＷＤＭ信号と合波され、ＥＤＦ27を通過する際に増幅され、今度は光カプラ28によって分波される。分波された1530ｎｍの光は、反射率γ（＜１）をもつ反射率可変ミラー30によってγ倍の光が反射され、再び光カプラ28によって他の信号と合波され、ＥＤＦ27を通過する際に増幅され、再度光カプラ24へ戻る。1530ｎｍ100 ％反射ミラー25と反射率γのミラー30とによる反射を重ねていき、この系の損失よりも増幅が上回ったとき、1530ｎｍの光が発振する。
【００３４】
その時の発振の様子を図２に示す。同図に示すようなスペクトルの狭い光でなくても、発振させる光の帯域がＷＤＭ信号帯域から十分離れていれば、容易に光フィルタを用いて取り除くことができる。
【００３５】
次に、発振光のパワーの制御方法について説明する。ＥＤＦにおけるＥｒの緩和時間が比較的長い（≒数１０ｍｓ）という事実を利用して、この緩和時間より短い時間で光を発振させたり、発振させなかったりすることで、時間平均としてパワーを制御するようにする。図３に発振光のパワーの制御の一例を示す。
【００３６】
図１の反射率可変ミラー30の反射率γを次第に大きくしていくと、発振光は徐々に強くなるのではなく、あるところで突然発振する。このため、発振させるパワーを大きくしたい場合は、図３(A) に示すように発振間隔を短くする。これにより、時間的にみた平均のパワーを大きく、また一定に保つことができる。一方、発振させるパワーを小さくしたい場合は、同図(B) に示すように発振する間隔をより長くする。そうすることで、時間平均的にパワーを小さく、また一定に保つことができる。
【００３７】
このような発振光を利用して、入力信号光パワーが弱い場合はより強い光を発振させ、入力信号光パワーが強い場合は発振させる光を弱くして、ＥＤＦの増幅帯域内にある光のトータル入力パワーを常に一定に保持できるようにする。
【００３８】
つまり、図１の入力信号光パワー検出手段21で入力信号光の一部を分岐させてモニタしておき、入力信号光パワーの強弱によってミラー30の反射率γの量をＥＤＦ27の緩和時間よりも早く制御することで、ＥＤＦ27に入力する光のパワーを全体として常に一定に保つことができる。また、こうすることにより、周囲の温度変化による位相変化で発振光のパワーの揺らぎを補正することが可能となる。
【００３９】
また、発振する光パワーはモニタ光を発振光パワー検出手段26で電気信号に変換後、発振光パワー制御手段29の電子回路で制御を行うが、ＥＤＦＡの緩和時間は比較的長いので電子回路で十分制御可能である。これは、参考文献▲１▼( 電子情報通信学会全国大会'92 春 c-318, pp 4-360) 、▲２▼(G. A. Ball et al, IEEE J. Lightwave., Vol.10, pp1338-1343 (1992))、▲３▼(G. A. Ball et al, Electron. Lett. Vol.29, No.18, pp 1623-1625 (1993))により制御可能であることが報告されている。
【００４０】
しかしながら、ＥＤＦ27への入力パワーを一定に保つだけではＮ２／ＮＴの値は0.7 になるとは限らず、入力パワーをどのレベルで一定に保つかが重要となる。ある一定のレベルに入力パワーを保ち、常にＮ２／ＮＴ＝0.7 に保たなければ、利得における波長依存性をなくすことができない。
【００４１】
これには、入力信号光パワーに応じて発振光のパワーを補正する手段をきめ細かく操作すれば対処可能であり、例えば光増幅器にマイクロプロセッサやメモリ等を用いた制御回路を搭載し、予めメモリに入力信号光パワーの値に応じて最適な発振光のパワーの値を記憶させておき、この値に基づいて入力信号光パワーに応じたミラー30の反射率γの制御を行えばよい。
【００４２】
このような制御を行うことにより、どのような入力信号光パワーの変化に対してもＮ２／ＮＴの値を常に0.7 に保つことができ、その結果、利得における波長依存性をなくすことができる。
【００４３】
また、ＷＤＭ信号の入力光パワーの値が想定される変化の最大値と最小値のほぼ中間の時に、反射率γも制御可能な範囲の中間程度になるように調整する。この状態で、光増幅器の光出力が所定のパワーとなり、かつ利得の波長特性が平坦になるようにＥＤＦ27のパラメータ（Ｅｒイオン濃度やＥＤＦの長さ等）や励起光源のパワーを選んでおく。（もちろん、励起光源の最大出力は入力信号光パワーが最小値となった場合にも所定の光出力が得られるうに余力を残しておく必要がある。）
また、入力信号光パワーもしくは波長多重数が増加した場合は、励起光パワーが小さくてすむため、反転分布状態となるＥｒの数が減少してＮ２／ＮＴの値が小さくなって、短波長側の利得が減少する。そこで、入力信号光パワーの増加に応じて発振させる光のパワーを減少させてやり、Ｎ２／ＮＴの値を0.7 になるように制御すればよい。
【００４４】
次に、反射率γを制御する方法について説明する。反射率γの制御方法としては、▲１▼干渉を利用する方法、▲２▼偏光を利用する方法、などが考えられるが、それぞれについて以下に具体的に説明する。
【００４５】
▲１▼「干渉を利用する方法」として、ＬＮ変調器を使う方法がある。図４に示すように、ＬＮ変調器34の一方から1530ｎｍ帯の光を入力し、ＬＮ変調器34を通って他方に付けられた100 ％反射ミラーによって反射を受ける。この際、ＬＮ変調器のバイアス電圧を変えることにより、ＬＮ変調器内で干渉させる位相を変化させ、通過する光のパワーをα（＜１）倍に任意に制御することができる。
【００４６】
但し、1530ｎｍ帯の光はミラーで完全反射され、再びＬＮ変調器34を通過することで、α2 倍に減衰される。つまり、ＬＮ変調器のバイアス電圧を変化させることによって、反射率を０〜100 ％まで自在に制御することができる。
【００４７】
なお、電気光学効果を用いたＬＮ変調器は偏光依存性をもつが、ＬＮ変調器の前に偏光子を挿入することで対処可能であり、発振させる光の偏光は問題ない。次に、▲２▼「偏光を利用する方法」として光アイソレータを使う方法がある。光アイソレータは一対の入射端と出射端を持ち、順方向の光は低損失で逆方向からの光は高損失であるという非相反性により、光を決められた方向にのみ通過させる素子である。図５にその構成例を示す。
【００４８】
図において、1530ｎｍ帯の光はまず偏光子37により直線偏光とされ、ファラデー回転子38に入射される。そのとき、ファラデー回転子38では、偏光の回転角を自由に制御できるようにしておく。ファラデー回転子を通過した光は、100 ％反射ミラー39により反射し、再びファラデー回転子38に入射する。そのとき反射により偏光は変わらないため、光はファラデー回転子を２回通過することにより２倍の回転を受ける。
【００４９】
そこで、例えばファラデー回転子38における回転角を45°に設定した場合には、光はファラデー回転子を２回通過することで90°の回転を受け、偏光子を通過できず、すべての光が遮断される。また、回転子を通過後も偏光が回転しないように（１回の通過で180 度の整数倍の回転をするように）ファラデー回転子を調節すると、反射してファラデー回転子を２回通過してきた光も偏光が回転しないため、偏光子に遮られることなく通過する。
【００５０】
つまり、ファラデー回転子における偏光の回転角を調節することにより、０％〜100 ％の任意の反射率をもつ素子を形成することが可能となる。ファラデー回転子38において偏光の回転角を決めるのは、素子長、磁束密度、及び素子の定数である。偏光の回転角を自由に制御することができれば、上述した素子を構成することができる。そこで、図５に示すようなファラデー回転子38のまわりに電磁石40を取りつけ、電磁石に流す電流を変えることにより磁界を変化させ、ファラデー回転角を制御することが可能となる。
【００５１】
尚、上述した制御方法は、反射率を０％〜100 ％の間で自由に制御する方法に関するものであるが、反射率可変ミラー（図１の30）の反射率γを０％（完全透過）と100 ％（完全反射）との２つを可変する機能のみを持った素子の場合でも、図３に示すように発振間隔を制御することにより、発振光パワーを制御することも可能である。
【００５２】
ところで、上記の操作を行っても光増幅器の光出力はＡＬＣ制御により常に一定に保たれている。但し、保たれている光出力はＷＤＭ信号の全パワーが一定に保たれているのであり、波長多重数が変化すると当然のことながら、各光信号個々のパワーは変化する。
【００５３】
従って、波長多重数が変化しても各波長ごとの光出力のパワーを変化させないようにするためには、光増幅器に現在の波長多重数を知らせる手段を用意するか、光増幅器の内部に波長多重数を検出する手段が必要となるが、これらについては、先願（特願平7-214733) において示された手段により可能である。
【００５４】
図６に、本発明を用いた光増幅器の実施例を示す。同図は、励起光源としての励起ＬＤを２個（47、60) 使用する、いわゆる双方向励起の場合について示している。また、同図の構成では、反射率可変ミラー57を出射端側に設置しているが、100 ％反射ミラー52と位置を交換し入射端側に設置しても、同様な光増幅器を構成することができる。この結果、光可変減衰器や新たな光源を用いることなく、ＥＤＦ55への光入力パワーを一定値に制御することができ、光増幅器の利得の波長依存性を少なくすることが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外部から光を挿入することなく、波長多重伝送における利得の波長依存性が少なく、かつ出力光パワーを一定に保つ光増幅器を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の光増幅器の原理的構成図、
【図２】は本発明における発振光の様子を示す図、
【図３】は本発明における発振光パワーの制御方法を説明するための図、
【図４】は実施例における発振光パワー制御素子の構成図（その１）、
【図５】は実施例における発振光パワー制御素子の構成図（その２）、
【図６】は本発明の実施例の光増幅器の構成図、
【図７】は典型的なＡＳＥのスペクトラムを示す図、
【図８】は一例の利得と出力光パワーの関係を示す図、
【図９】は一例の入力光パワーと出力光パワーの関係を示す図、
【図１０】は一例のＡＳＥの３ｄＢ帯域幅と光増幅器段数の関係を示す図、
【図１１】は一例のＥＤＦＡの反転分布の割合（Ｎ２／ＮＴ）をパラメータ
とした時の利得と波長の関係を示す図、
【図１２】は第１の従来例の光増幅器の構成図、
【図１３】は第２の従来例の光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１は入力ポート、  ２は光アイソレータ、  ３はＷＤＭカプラ、  ４は励起ＬＤ、  ５はＥＤＦ、  ６は光アイソレータ、  ７は光減衰器、  ８は光カプラ、９は出力ポート、  10はＡＦＧＣ、  11はフォトディテクタ、  12はＡＰＣ、  13は光アイソレータ、  14はＷＤＭカプラ、  15は励起ＬＤ、  16は光カプラ、  17はプローブＬＤ、  18はＥＤＦ、  19は光アイソレータ、  20は光ＢＰＦ、  21は入力信号光パワー検出手段、  22はＷＤＭカプラ、  23は励起光源、  24は光カプラ、  25は100 ％反射ミラー、  26は発振光パワー検出手段、  27は光増幅媒体（ＥＤＦ）、  28は光カプラ、  29は発振光パワー制御手段、  30は反射率可変ミラー、  31は光ＢＰＦ、  32は出力信号光パワー検出手段、  33は励起光パワー制御手段、  34はＬＮ変調器、  35は電圧制御回路、  36は100 ％反射ミラー、  37は偏光子、  38はファラデー回転子、  39は100 ％反射ミラー、  40は電磁石、  41は電流制御回路、  43は光カプラ、  44はフォトディテクタ、  45はアンプ、  46はＷＤＭＷカプラ、  47は励起ＬＤ、  48は駆動回路、  49は光アイソレータ、  50は光カプラ、  51は光カプラ、  52は100 ％反射ミラー、  53はフォトディテクタ、  54はアンプ、  55はEDF 、  56は光カプラ、  57は反射率可変ミラー、  58は駆動回路、  59はＷＤＭカプラ、  60は励起ＬＤ、  61は駆動回路、  62は光アイソレータ、  63は光ＢＰＦ、  64は光カプラ、  65はフォトディテクタ、  66はアンプ、  67はＡ／Ｄ  Ｄ／Ａコンバータ、  68はＣＰＵ、  69はＲＯＭ、  70はＲＡＭ
を示す。
【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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