(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する希土類添加光増幅媒体と、
該希土類添加光増幅媒体の入力側及び出力側に、該希土類添加光増幅媒体の出力光に含まれ該入力光に含まれる信号波長と異なる第１の波長の光を反射しうる反射部材とをそれぞれ備え、
該第１の波長に対する該希土類添加光増幅媒体の増幅特性および該反射部材の反射率は、該第１の波長による該反射部材間の発振が該入力光の強度が所定の閾値より大きい第１の強度であるときに生じず該第１の強度より小さい第２の強度であるときに生じる増幅特性および反射率であり、
かつ、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分のモニタ情報に基づき、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分の強度が一定に制御されるように該励起光のレベルを制御することを特徴とする、光増幅器。
【請求項２】
該希土類添加光増幅媒体の前段に、光アイソレータおよび第１の分岐手段がこの順に配置され、
入力側の該反射部材は、該第１の分岐手段と、該第１の分岐手段の第１の分岐光路に接続された減衰器と、第１のファイバグレイティングとを有し、
該第１のファイバグレイティングの反射率が、出力側の該反射部材の反射率よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
該希土類添加光増幅媒体の前段に、入力光強度モニタが接続され、
該減衰器が、該入力光強度モニタのモニタ情報に基づき、減衰量が制御される可変減衰器により構成されたことを特徴とする、請求項２記載の光増幅器。
【請求項４】
該希土類添加光増幅媒体が、希土類ドープファイバにより構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】
該希土類ドープファイバが、エルビウムドープファイバにより構成されたことを特徴とする、請求項４記載の光増幅器。
【請求項６】
該第１の分岐手段が、該入力光に含まれる信号波長と該第１の波長とについて波長多重分離を行なう波長多重分離カプラにより構成されたことを特徴とする、請求項２記載の光増幅器。
【請求項７】
該第１の分岐手段がパワー分岐カプラであり、該入力光強度モニタは、該第１の分岐手段の第２の分岐光路に接続されたことを特徴とする、請求項３記載の光増幅器。
【請求項８】
該入力光の強度が減少したとき、前記第１の波長における該希土類添加光増幅媒体の利得の増加が、該入力光波長における該希土類添加光増幅媒体の利得の増加よりも大きい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】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信システムにおいて、光サージを抑制しながら信号光を増幅する際に用いて好適な、光増幅器に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、光通信システムの研究開発が精力的に進められており、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ等の希土類ドープファイバ等を用いた光増幅の技術を利用して、ブースターアンプ，リピータ，プリアンプ等の光増幅器の開発の重要性が明らかになっている。
【０００４】
また、光増幅器の出現により、光増幅器を用いて信号光を多中継増幅する伝送システムが、マルチメディア社会における通信システムの経済化を図る上で非常に大きな役割を果たすとして注目を集めている。
ここで、光増幅器は、一般的には光ファイバ増幅器及び半導体増幅器の２つに大別される。
【０００５】
光ファイバ増幅器は、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素がコア部に添加された光ファイバをそなえ、この光ファイバに入力光と励起光とが同時に入射されると励起光のエネルギーを用いて入力光を増幅するものであり、この光ファイバ増幅器としては、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ光増幅器及びプラセオジウム（Ｐｒ）ドープファイバ光増幅器等がある。
【０００６】
また、半導体増幅器は、半導体レーザがキャリアの注入によって励起されると、この励起エネルギーを用いて入力光を増幅するものであり、この半導体増幅器としては、進行波型半導体増幅器等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような光増幅器においては、信号断のときには入力光が存在しない状態となる。このように入力光が存在せず、入力パワーが小さい場合には、図３５において符号Ｍで示すような定常出力レベルに比して非常に低レベルの光が光増幅器から出力されるようになっている。
【０００８】
このように入力光が存在しないときには、光増幅器は、利得の飽和が回復することから高利得を有する状態となっている。
そして、光増幅器がこのように高利得を有する状態にあるときに、信号断が終了して信号光が急峻な立ち上がり波形で入力されると、光増幅器においては信号光の立ち上がり部が高い利得で増幅されるため、図３５において符号Ｓで示すようなスパイク状の光出力（光サージ）が発生する。
【０００９】
光伝送システムに用いられる光増幅器においてこのような光サージが発生すると、発生した光サージは伝送路及び他の中継増幅器等を経て累積的に中継増幅されて、端局において信号光を受信する段においては光サージはさらに大きくなり、受信部において信号光を受信する光部品の品質に悪影響を与える場合があるという課題がある。
【００１０】
即ち、光サージが発生することにより、受信部において信号光を受光する受光素子としてのフォトダイオード等の光部品に入力される信号光の光強度（光レベル）が高くなるため、このような光部品あるいは受信回路の許容レベルを超えて過負荷させ、場合によってはその光部品あるいは受信回路を損傷させることもある。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成により、光通信システムにおいて、入力光パワーの低下が終了して入力光が急峻な立ち上がり波形を有して入力される時に発生する光サージを効果的に抑制できるようにした、光増幅器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光増幅器は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する希土類添加光増幅媒体と、該増幅媒体の入力側及び出力側に、該希土類添加光増幅媒体の出力光に含まれ該入力光に含まれる信号波長と異なる第１の波長の光を反射しうる反射部材とをそれぞれ備え、該第１の波長に対する該希土類添加光増幅媒体の増幅特性および該反射部材の反射率は、該第１の波長による該反射部材間の発振が該入力光の強度が所定の閾値より大きい第１の強度であるときに生じず該第１の強度より小さい第２の強度であるときに生じる増幅特性および反射率であり、かつ、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分のモニタ情報に基づき、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分の強度が一定に制御されるように該励起光のレベルを制御することを特徴としている。
上述の光増幅器においては、該希土類添加光増幅媒体の前段に、光アイソレータおよび第１の分岐手段をこの順に配置し、入力側の該反射部材が、該第１の分岐手段と、該第１の分岐手段の第１の分岐光路に接続された減衰器と、第１のファイバグレイティングとを有し、該第１のファイバグレイティングの反射率を、出力側の該反射部材の反射率よりも大きいこととすることができる。
この場合において、好ましくは、該希土類添加光増幅媒体の前段に、入力光強度モニタを接続し、該減衰器を、該入力光強度モニタのモニタ情報に基づき、減衰量が制御される可変減衰器により構成する。
また、該第１の分岐手段を、該入力光に含まれる信号波長と該第１の波長とについて波長多重分離を行なう波長多重分離カプラにより構成することができる。
さらに、該第１の分岐手段がパワー分岐カプラであり、該入力光強度モニタを、該第１の分岐手段の第２の分岐光路に接続することとしてもよい。
また、上述の光増幅器においては、希土類添加光増幅媒体を、希土類ドープファイバにより構成することができ、更に、好ましくは、希土類ドープファイバを、エルビウムドープファイバにより構成する。
さらに、該入力光の強度が減少したとき、前記第１の波長における該希土類添加光増幅媒体の利得の増加が、該入力光波長における該希土類添加光増幅媒体の利得の増加よりも大きいこととしてもよい。
次に、本発明の関連発明について説明する。
【００１３】
図１は本発明の関連発明にかかる光増幅器の構成を示す原理ブロック図であり、この図１に示す光増幅器１は、入力光を増幅して出力する増幅媒体２をそなえるとともに、増幅媒体２の入力側及び出力側に、増幅媒体２の出力光に含まれ入力光に含まれる信号波長と異なる第１の波長の光を反射しうる反射部材３をそれぞれ備え、第１の波長に対する増幅媒体２の増幅特性および反射部材３の反射率は、第１の波長による反射部材３間の発振が、入力光の強度が第１の強度であるときに生じず第１の強度より小さい第２の強度であるときに生じる増幅特性および反射率であり、第１の波長による反射部材３間の発振が生じたとき、増幅媒体２の入力光に対する利得が抑制されるようになっている。
この場合において、入力光の強度が減少したとき、前記第１の波長における増幅媒体２の利得の増加が、入力光波長における増幅媒体２の利得の増加よりも大きくすることができる。
図２は本発明の関連発明にかかる光増幅器の構成を示す原理ブロック図であり、この図２に示す光増幅器４は、増幅媒体５，励起光源６，励起光入射用カプラ７，反射部材８及び分岐用カプラ９をそなえて構成されている。
ここで、増幅媒体５は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力するもの
である。
【００１４】
また、励起光源６は、励起光を発生させるものであり、励起光入射用カプラ７は、励起光源６からの励起光を増幅媒体５の一端から入射するものである。
さらに、反射部材８は、増幅媒体５の入力側及び出力側にそれぞれ設けられ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうるものである。
また、分岐用カプラ９は、増幅媒体５と増幅媒体５の入力側又は出力側の反射部材８との間に介装されて、増幅媒体５から入力される光信号を分岐するものである。
【００１５】
ここで、光増幅器４においては、増幅媒体５における利得が光サージを抑圧できるような値となるようにすべく、増幅媒体５の入力側及び出力側に設けられた反射部材８の反射率が設定されるが、この際に、増幅媒体５の入力側に設けられた反射部材８の反射率を、増幅媒体５の出力側に設けられた反射部材８の反射率よりも大きくなるように設定してもよい。
【００１６】
また、増幅媒体５における利得が光サージを抑圧できるような値となるようにすべく、分岐用カプラ９にて分岐された光信号のレベルを所定レベルに減衰させて分岐用カプラ９側の反射部材８に出力する減衰器をそなえてもよく、このとき、減衰器を、可変減衰器により構成することができる。
【００１７】
さらに、励起光入射用カプラ７を、波長多重分離カプラにより構成してもよい。
また、増幅媒体５を、希土類ドープファイバにより構成してもよく、このとき、希土類ドープファイバを、エルビウムドープファイバにより構成することができる。
【００１８】
さらに、分岐用カプラ９を、信号光波長と反射部材８にて反射しうる所定波長とについて波長多重分離を行なう波長多重分離カプラにより構成してもよい。
また、本発明の関連発明の光増幅器は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する増幅媒体を有する光増幅器において、励起光を発生させる励起光源と、励起光源からの励起光を増幅媒体の一端から入射する励起光入射用カプラと、増幅媒体の入力側に設けられるとともに、増幅媒体に出力される光信号について分岐し、第１分岐信号として出力するとともに、増幅媒体から入力される光信号を分岐し、第２分岐信号として出力する分岐用カプラと、増幅媒体の入力側及び出力側に分岐用カプラを介して設けられ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材と、分岐用カプラからの第１分岐信号に基づいて、増幅媒体への入力光をモニタする入力モニタと、分岐用カプラからの第２分岐信号のレベルを所定レベルに減衰させて該分岐用カプラ側の反射部材に出力しうる可変減衰器とをそなえ、入力モニタからの入力光モニタ情報に基づき、入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合に、増幅媒体における利得が所定値以下となるように、可変減衰器における第２分岐信号レベルの減衰量を制御するように構成されたことを特徴としている。
【００１９】
このとき、分岐用カプラからの第１分岐信号に含まれる信号光波長のみを透過させ、入力モニタに出力させるフィルタを設けてもよい。
さらに、本発明の関連発明の光増幅器は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する増幅媒体を有する光増幅器において、励起光を発生させる励起光源と、励起光源からの励起光を増幅媒体の一端から入射する励起光入射用カプラと、増幅媒体の入力側に設けられるとともに、増幅媒体に出力される光信号について分岐し、第１分岐信号として出力する第１分岐用カプラと、第１分岐用カプラの出力側に設けられ、増幅媒体から入力される光信号を分岐し、第２分岐信号として出力する第２分岐用カプラと、増幅媒体の入力側及び出力側に第２分岐用カプラを介して設けられ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材と、第１分岐用カプラからの第１分岐信号に基づいて、増幅媒体への入力光をモニタする入力モニタと、第２分岐用カプラからの第２分岐信号のレベルを所定レベルに減衰させて該第２分岐用カプラ側の反射部材に出力しうる可変減衰器とをそなえ、入力モニタからの入力光モニタ情報に基づき、入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合に、増幅媒体における利得が所定値以下となるように、可変減衰器における第２分岐信号レベルの減衰量を制御するように構成されたことを特徴としている。
【００２０】
このとき、第２分岐用カプラを、信号光波長と反射部材にて反射しうる所定波長とについて波長多重分離を行なう波長多重分離カプラにより構成してもよい。
ここで、上述した関連発明の光増幅器においては、入力光が小レベルの時の増幅媒体の利得に関し、反射部材で反射しうる光波長の利得を、信号波長の利得よりも大きくなるように構成してもよい。
【００２１】
また、上述した関連発明の光増幅器においては、反射部材を、ファイバグレイティングにより構成してもよい。
さらに、上述した関連発明の光増幅器においては、入力光が入力される入力ポート及び出力光が出力される出力ポートに、それぞれアイソレータを付加してもよい。
【００２２】
また、上述した関連発明の光増幅器においては、出力光が出力される出力ポートに、反射部材で反射しうる光波長を除去し、信号光波長のみを透過させるフィルタを設けてもよい。
さらに、本発明の関連発明の光増幅装置は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する増幅媒体を有する光増幅器が少なくとも２段以上接続されて構成された光増幅装置において、初段の光増幅器が、励起光を発生させる励起光源と、励起光源からの励起光を増幅媒体の一端から入射する励起光入射用カプラと、増幅媒体の入力側，出力側のうちの少なくとも一方に設けられ、増幅媒体から入力される光信号を分岐する分岐用カプラとをそなえ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材が、増幅媒体の入力側及び出力側に分岐用カプラを介してそれぞれ設けられ、且つ、増幅媒体の入力側に設けられた反射部材の反射率が、増幅媒体の出力側に設けられた反射部材の反射率よりも大きくなるように設定されたことを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の関連発明の光通信システムにおける光送信装置は、信号光を光出力増幅器にて増幅し、増幅された光信号を送信する光送信装置において、光出力増幅器が、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する増幅媒体と、励起光を発生させる励起光源と、励起光源からの励起光を増幅媒体の一端から入射する励起光入射用カプラと、増幅媒体の入力側，出力側のうちの少なくとも一方に設けられ、増幅媒体から入力される光信号を分岐する分岐用カプラとをそなえ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材が、増幅媒体の入力側及び出力側に分岐用カプラを介してそれぞれ設けられたことを特徴としている。
【００２４】
さらに、本発明の関連発明の光増幅器の光サージ抑制方法は、励起光の励起エネルギーにより、信号光を含む入力光を増幅して出力する増幅媒体を有する光増幅器から出力される光信号の光サージを抑制すべく、入力光のレベルが減少した場合に、入力光に含まれる信号光波長以外の波長の光を発振させることにより、増幅媒体に蓄積されている励起エネルギーを放出させることを特徴としている。
【００２５】
このとき、増幅媒体の利得が光サージ発生レベル以下となるように、上記光の発振による励起エネルギーの放出度を制御してもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
図３は本発明の第１実施形態にかかる光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００２７】
この図３に示す光増幅器２０は、図４に示す光通信システム１０において、信号光を増幅する光増幅器として用いうるものである。
ここで、光通信システム１０は、図４に示すように、信号送信部１４と光ポストアンプ（光出力増幅器）１５とをそなえてなる送信系（光送信装置）１１，複数の光インラインアンプ１６をそなえてなる伝送系１２及び光プリアンプ１７と信号受信部１８とをそなえてなる受信系（光受信装置）１３をそなえて構成されている。
【００２８】
送信系（光送信装置）１１は、信号光を光ポストアンプ（光出力増幅器）１５にて増幅し、増幅された信号光を伝送系１２を介して受信系（光受信装置）１３へ送信するものである。
また、伝送系１２は、送信系１１からの信号光を多中継増幅して受信系１３へ伝送するものであり、受信系（光受信装置）１３は、伝送系１２を介して入力された送信系１１からの信号光を受信するものである。
【００２９】
ここで、この図３に示す光増幅器２０は、図４に示す光ポストアンプ１５，光インラインアンプ１６及び光プリアンプ１７として用いうるものであるが、第１実施形態においては、この光増幅器２０を、特に光ポストアンプ１５として用いる場合について説明する。
この図３に示す光増幅器２０は、励起光パワー一定制御方式が適用された光増幅器であり、具体的には、光増幅媒体２４，励起光源３１，ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラ２３，入力モニタ用分岐器２２，ファイバグレイティング２５，２８，入力モニタ３０，光可変減衰器２７，制御回路３２，フィルタ２９及びアイソレータ２１，２６をそなえて構成されている。
【００３０】
即ち、この光増幅器２０では、入力側から順に、アイソレータ２１，入力モニタ用分岐器２２，ＷＤＭカプラ２３，光増幅媒体２４，ファイバグレイティング２５及びアイソレータ２６が配設されている。
また、入力モニタ用分岐器２２には、分岐光路の一方に光可変減衰器２７及びファイバグレイティング２８が接続されるとともに、分岐光路の他方にフィルタ２９及び入力モニタ３０が接続されている。
【００３１】
さらに、ＷＤＭカプラ２３には、励起光源３１が接続されている。
また、入力モニタ３０及び光可変減衰器２７には、制御回路３２が接続されている。
光増幅媒体２４は、励起光源３１からの励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する増幅媒体であり、この光増幅媒体２４は、希土類ドープファイバ〔特にエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ〕により構成されている。
【００３２】
ここで、光増幅器２０に入力される入力光には、主信号成分としての信号光のほか、信号光波長（１．５５μｍ帯）以外の光（例えば１．５３μｍ帯の光）も含まれている。
図１０に光増幅媒体２４の一般的な利得特性を示す。図１０に示すように、光増幅媒体２４は、後述する反射部材としてのファイバグレイティング２５，２８で反射しうる光波長の利得が、信号光波長の利得よりも大きくなるような特性を有している。
【００３３】
なお、第１実施形態においては、信号光波長が１．５５μｍ帯（１５５３ｎｍ）であり、ファイバグレイティング２５，２８で反射しうる光波長が１．５３μｍ帯（１５３５ｎｍ）である場合について説明する。
また、ファイバグレイティング２８は、図３に示すように、光増幅媒体２４の入力側にＷＤＭカプラ２３，入力モニタ用分岐器２２及び光可変減衰器２７を介して設けられており、ファイバグレイティング２５は、図３に示すように、光増幅媒体２４の出力側に設けられている。
【００３４】
ここで、ファイバグレイティング２５，２８は、それぞれ入力光に含まれる信号光波長以外の所定波長の光（発振光；この発振光については後述にて詳細に説明する）を反射しうるものであり、反射部材として機能するものである。
ファイバグレイティング２５，２８は、急峻なフィルタ特性を有しており、図１０に示すように、入力光が低レベルの時（小信号入力時）の光増幅媒体２４の利得が最大となる波長（１．５３μｍ帯）の光を抽出して、抽出した光を反射するものである。
【００３５】
即ち、ファイバグレイティング２５，２８は、小信号入力時の光増幅媒体２４の利得が信号光波長（１．５５μｍ帯）よりも大きくなる波長（１．５３μｍ帯）にて、大きな反射特性を有する光デバイスである。
また、第１実施形態においては、光増幅媒体２４における入力対利得特性が前述した光サージを抑圧できるような特性となるようにすべく（この光増幅媒体２４における利得の調整については後述にて詳細に説明する）、ファイバグレイティング２５，２８の反射率が設定されている。
【００３６】
特に、第１実施形態においては、光増幅媒体２４の入力側に設けられたファイバグレイティング２８の反射率が、光増幅媒体２４の出力側に設けられたファイバグレイティング２５の反射率よりも大きくなるように設定されている。
ここで、ファイバグレイティング２５，２８は、図５に示すように、ＵＶ露光（ＵＶトリミング）により、導波路３３に、所望の波長の信号光を反射するグレイティング３４が構成されたものである。
【００３７】
ファイバグレイティング２５，２８において、ブラッグ波長λB のグレイティング３４が構成された場合には、ポートＰ１から信号光λA ，λB が入力されると、信号光λA はポートＰ２に出力される一方、信号光λB はグレイティング３４で反射されてポートＰ１に出力されるようになっている。
即ち、第１実施形態におけるファイバグレイティング２５，２８には、ブラッグ波長１．５３μｍ帯のグレイティング３４が構成されており、ポートＰ１から１．５５μｍ帯の信号光及び１．５３μｍ帯の発振光が入力されると、１．５５μｍ帯の信号光はポートＰ２に出力される一方、１．５３μｍ帯の発振光はグレイティング３４で反射されてポートＰ１に出力されるようになっているのである。
【００３８】
なお、第１実施形態に適用しうるファイバグレイティング２５，２８の反射特性の一例を図６に示す。この場合には、ファイバグレイティング２５，２８では、図７に示すように１．５３μｍ帯の発振光が反射される。
ところで、励起光源３１は、励起光を発生させる光源であり、図３に示す励起光源３１では、一定レベルの励起光が発生するようになっている。
【００３９】
また、ＷＤＭカプラ２３は、光波長多重分離を行なう波長多重（ＷＤＭ）分離カプラであって、励起光源３１からの励起光を光増幅媒体２４の一端から入射するものであり、励起光入射用カプラとして機能するものである。
さらに、入力モニタ用分岐器２２は、図３に示すように、光増幅媒体２４の入力側に設けられるとともに、アイソレータ２１から出力される信号光について分岐し、１．５５μｍ帯の入力モニタ用信号（第１分岐信号）として入力モニタ３０に出力するとともに、後段のファイバグレイティング２５により反射されることにより光増幅媒体２４から入力される入力光を分岐し、１．５３μｍ帯の発振光（第２分岐信号）としてファイバグレイティング２８に出力するものであり、分岐用カプラとして機能するものである。
【００４０】
なお、この入力モニタ用分岐器２２は、入力光のパワー分岐を行なうパワー分岐カプラである。
また、入力モニタ３０は、フィルタ２９を介して入力された入力モニタ用分岐器２２からの入力モニタ用信号に基づいて、アイソレータ２１から出力される入力光をモニタして、制御回路３２に対して、光増幅媒体２４への入力光のモニタ情報（入力光モニタ情報）として出力するものである。
【００４１】
さらに、光可変減衰器２７は、光増幅媒体２４における入力対利得特性が光サージを抑圧できるような特性となるようにすべく（この光増幅媒体２４における利得の調整については後述にて詳細に説明する）、入力モニタ用分岐器２２の分岐光路中の光のレベルを、入力減少に伴って所定レベルとなるように可変に減衰させて、入力モニタ用分岐器２２側のファイバグレイティング２８に出力する減衰器である。
【００４２】
ここで、光増幅媒体２４における利得の調整は、前述のごとく、ファイバグレイティング２５，２８の反射率を任意に設定することにより行なわれるが、光増幅器２０にファイバグレイティング２５，２８を設けると、入力光レベルに関係なく常に発振光が発生する場合もある。
このため、第１実施形態においては、光可変減衰器２７を設け、この光可変減衰器２７により発振光のレベルを入力減少に伴って可変に減衰させて、ファイバグレイティング２５，２８での発振光の反射量を調整することにより、光増幅媒体２４における利得を調整するようになっている。
【００４３】
即ち、光可変減衰器２７は、入力光が一定レベル以上のとき（信号光が入力されている状態のとき）には、発振光が光増幅媒体２４内で発生しないように、また、入力光が一定レベル以下のとき（信号光が入力されない状態への入力の減少過程時）には、発振光が光増幅媒体２４内で発生するようにして、光増幅媒体２４における利得を調整するようになっている。
【００４４】
また、第１実施形態においては、効率よく発振光を反射させるために、即ち、発振光が発生するときの光増幅媒体２４の利得の閾値の調整可能幅を大きくするために、この光可変減衰器２７を反射率が大きいファイバグレイティング２８の前段に配設している。
ここで、光可変減衰器２７は、双方向の光可変減衰器であり、例えば図８に示すように、光可変減衰器本体３５に、２つのコネクタ３６がそれぞれケーブル３７を介して接続されることにより構成されている。
【００４５】
そして、コネクタ３６は、それぞれ入力モニタ用分岐器２２及びファイバグレイティング２８と接続されている。
なお、この光可変減衰器２７は、例えば図９に示すような特性を有している。また、制御回路３２は、入力モニタ３０からの入力光のモニタ情報に基づき、入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合、即ち、入力光が低レベルの時（小信号入力時）に、光増幅媒体２４における信号光波長（１．５５μｍ帯）の利得が所定値以下となるように、光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量を制御する制御部である。
【００４６】
この制御回路３２の機能は、例えばプロセッサを用いたソフトウェア処理により実現される。
さらに、フィルタ２９は、発振光の一部が入力モニタ３０へ入力されるのを防ぐために、入力モニタ用分岐器２２からの入力モニタ用信号に含まれる信号光波長（１．５５μｍ帯）のみを透過させ、入力モニタ３０に出力させるものである。
【００４７】
また、アイソレータ２１，２６は、図中の矢印方向のみに光を通過させるものであり、それぞれ、入力光が入力される入力ポート及び出力信号光が出力される出力ポートに付加されている。
ここで、前述した発振光について説明すると、発振光は、ファイバグレイティング２５，２８により反射される光であって、入力光に含まれる信号光波長（１．５５μｍ帯）以外の所定波長（１．５３μｍ帯）の光である。
【００４８】
また、発振は、図１１に示すような電力条件と、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示すような位相条件を満たす場合に発生する。
図１１に示すように、光増幅媒体２４の利得をＧ（ｄＢ），光増幅媒体２４の前側光部品３８の反射率をＲ1 （ｄＢ）及び光増幅媒体２４の後側光部品３９の反射率をＲ2 （ｄＢ）とすると、発振は、以下に示す式（１）を満たした場合に発生する。
【００４９】
Ｇ（Ｒ1 ・Ｒ2 ）1/2 ＝１        ・・・・・  （１）
即ち、式（１）により、発振は利得（Ｇ）が大きいほど発生しやすいことがわかる。
なお、図１１に示す光増幅媒体２４の前側光部品３８は、図３に示す光増幅媒体２４の前段に配設される光部品（ＷＤＭカプラ２３，入力モニタ用分岐器２２等）を一体にして表したものであり、図１１に示す光増幅媒体２４の後側光部品３９は、図３に示す光増幅媒体２４の後段に配設される光部品（ファイバグレイティング２５，アイソレータ２６）を一体にして表したものである。
【００５０】
また、図１２（ａ），図１２（ｂ）は、それぞれレーザ共振器内の定在波について説明するための図である。
一般的に、レーザ共振器においてレーザ発振が起こっている状態では、レーザ共振器の中で光が往復することにより反射鏡と平行な等位相面をもつ光の定在波ができており、反射鏡からの透過により出力が取り出されることになる。
【００５１】
ここで、定在波は、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示すようになっており、レーザ共振器の縦方向の長さをＬ，媒質の屈折率をｎとすると、媒質内の半波長λ／（２ｎ）の整数ｑ倍が全長Ｌであることから、
〔λ／（２ｎ）〕×ｑ＝Ｌ        ・・・・・  （２）
となる。
【００５２】
そして、このように、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示すような位相条件を満たす場合に、発振が発生するのである。
続いて、図３に示すような励起光パワー一定制御方式が適用された光増幅器において、図１１及び図１２（ａ），図１２（ｂ）に示すような条件で、発振の発生について実験した結果を図１３及び図１４に示す。
【００５３】
ここで、実験は、発振が最も発生しやすいようにするために、信号は無入力にて行ない、波長依存性が特にない反射部材を使用した。また、励起光源からの励起光の波長（励起波長）を１．４８μｍとした。
発振が、光増幅媒体の入力減少に伴う利得回復量が大きい１．５３μｍ帯（図１０参照）にて生じていることを確認した実験結果を、図１３に示す。
【００５４】
これは、式（１）に基づいて前述したように、発振は利得が大きいほど発生しやすいからである。
また、図１４に示すように、定常的に発振する利得レベル（図１４の“定常域”参照）と、発振しない利得レベル（図１４の“停止域”参照）との間に、発振の発生が不確定（間欠発振）な利得幅があり（図１４の“間欠域”参照）、このような発振が確実に起こるレベルと起こらないレベルとの境界域は、本実験では７．３ｄＢ程度であった。なお、以下では、発振が不確定に発生するこの利得幅を、発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅と呼ぶことにする。
【００５５】
ところが、一般的には、物理的に決定される発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅（発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅の理論値）は、半導体レーザの直接変調時における単一モード動作に要する主モード及び副モード間の損失差の場合で、約１．３ｄＢであることが知られている。
このように発振の発生が不確定な利得幅が存在するのは、実際の光増幅器においては、光増幅媒体の利得や反射部材の反射率に偏光依存性があるためであると考えられる。
【００５６】
特に、本実験では、反射部材として−５０ｄＢ程度の小さな反射率を有する光デバイスを使用したため、この偏光依存性による影響が大きくなり、発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅が、物理的に決定される発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅よりも広くなったと考えられる。
そこで、第１実施形態にかかる光増幅器２０においては、反射部材として大きな反射率を有するファイバグレイティング２５，２８を用いて、ファイバグレイティング２５，２８を光増幅媒体２４の前段及び後段に配設することにより、反射部材の反射率の偏光依存性を低減させて、この発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅を小さくする（理論値１．３ｄＢに近づける）ようになっているのである。
【００５７】
さらに、前述した光増幅媒体２４における利得の調整について、図１５を用いて説明すると、図１５は小信号入力時における光増幅媒体２４の利得特性を示す図である。
この図１５において、Ａ，Ｂは、それぞれ光増幅媒体２４の入力側及び出力側の信号伝送路に大きな反射率を有するファイバグレイティング２５，２８を設置しない場合（即ち発振が発生しない場合）の波長１５３５ｎｍ，１５５３ｎｍの光の利得特性である。
【００５８】
また、Ｃは、光増幅媒体２４の入力側及び出力側の信号伝送路に大きな反射率を有するファイバグレイティング２５，２８を設置した場合（即ち１５３５ｎｍで発振が発生する場合）の波長１５５３ｎｍの光（信号光）の利得特性である。光増幅媒体２４においては、入力減少に伴って利得の飽和が回復することから、図１５のＡ，Ｂに示すように、入力減少に伴って光増幅媒体２４の利得が上昇する。
【００５９】
ところが、入力減少に伴って発振が発生する場合には、図１５のＣに示すように、発振が生じる時点で光増幅媒体２４の利得が一定レベルに固定される（この固定された利得を光増幅媒体２４の閾値利得という）。
これは、図１０を用いて前述したように、小信号入力時（入力信号光が低レベルの時）には、光増幅媒体２４が、図１５のＡ，Ｂに示すように、ファイバグレイティング２５，２８で反射しうる光波長（１．５３μｍ帯）の利得が、信号光波長（１．５５μｍ帯）の利得よりも大きくなるような特性を有しているためである。
【００６０】
ここで、光サージは、光増幅媒体２４の利得が入力減少に伴って上昇することが原因で発生するため、図１５のＢとＣとを比較することにより、第１実施形態にかかる光増幅器２０による光サージの抑制効果を確認することができる。
このように、第１実施形態にかかる光増幅器２０においては、小信号入力時には、ファイバグレイティング２５，２８により発振しやすい１．５３μｍ帯にて積極的に発振を発生させるとともに、光可変減衰器２７により発振光の発生する光増幅媒体２４の閾値利得を調整することにより、入力減少に伴う光増幅媒体２４における利得の上昇を抑制して、光増幅媒体２４における利得を、光サージを抑圧できるような値に固定しているのである（図１５のＣ参照）。
【００６１】
さらに、この図１５に示す光増幅媒体２４の利得特性の実験結果に基づいて、第１実施形態にかかる光増幅器２０の設計ポイントについて説明する。
ここで、第１実施形態にかかる光増幅器２０の設計ポイントを、以下の（１）〜（４）に示す。
（１）発振が発生するときの光増幅媒体２４の閾値利得が、その光増幅媒体２４に要求される利得よりも大きいこと。
（２）光増幅媒体２４の利得と光増幅媒体２４の前側光部品及び後側光部品（図１１の符号３８，３９参照）の反射率を適切に設定すること。
【００６２】
ここで、入力光が高レベル（図１５におけるＥより大きい入力域）の時には、発振が確実に生じないように当該反射率を設定する、即ち、前述した式（１）におけるＧ（Ｒ1 ・Ｒ2 ）1/2 が、図１４に示す発振停止域にあるように当該反射率を設定する必要がある。
また、入力光レベルが減少する場合（図１５におけるＤより小さい入力域）には、発振が確実に生じるように当該反射率を設定する、即ち、Ｇ（Ｒ1 ・Ｒ2 ）1/2 が、図１４に示す発振定常域にあるように当該反射率を設定する必要がある。
（３）発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅（図１４に示す間欠域）が、最小値（理論値１．３ｄＢ）に近くなるようにすること。
【００６３】
具体的には、偏光依存性（ＰＤＬ）の小さい光部品を選択して、光増幅器２０の偏光依存性を最小に設計したり、光増幅器２０を構成する各光部品について、外界から変動を受けないように確実に固定して、偏光の揺らぎに対する影響を小さくする必要がある。
また、前述したように偏光依存性を低減させるためには、反射率が大きな光デバイスを使用することも重要であり、第１実施形態においては、反射率が大きな光デバイスとして、ファイバグレイティング２５，２８を使用している。
（４）発振が発生する位相条件を満たす波長帯域を拡げて、発振を確実に発生させるために、大きな利得を有する光増幅媒体２４を選択すること。
【００６４】
上述の構成により、本発明の第１実施形態にかかる光増幅器２０においては、図１５のＣに示すように、光サージの原因である入力減少に伴う光増幅媒体２４の利得の上昇を抑制することにより、入力光パワーの低下が終了して入力光が急峻な立ち上がり波形を有して入力される時にも、光サージを抑制しながら信号光が増幅される。
【００６５】
具体的には、図３に示す光増幅器２０においては、まず、発振光の波長として、小信号入力時の光増幅媒体２４の利得が、信号光の波長よりも大きくなる波長（１．５３μｍ帯）が設定される。
ここで、光増幅器２０に信号光が入力されると、入力光は、アイソレータ２１，入力モニタ用分岐器２２及びＷＤＭカプラ２３を介して光増幅媒体２４に入力される。
【００６６】
そして、光増幅媒体２４では、この入力光が増幅され、増幅された入力光がファイバグレイティング２５に対して出力される。
また、ファイバグレイティング２５では、入力光のうちの信号光波長（１．５５μｍ帯）の光についてはアイソレータ２６に出力され、入力光に含まれる発振光波長（１．５３μｍ帯）の光（発振光）については反射されて、再度光増幅媒体２４に入力される。
【００６７】
さらに、光増幅媒体２４では、この発振光が、ＷＤＭカプラ２３及び入力モニタ用分岐器２２を介して光可変減衰器２７に対して出力される。
一方で、光増幅器２０に入力された入力光は、入力モニタ用分岐器２２により一部分岐されて、入力モニタ用信号としてフィルタ２９を介して入力モニタ３０に入力される。
【００６８】
また、入力モニタ３０では、入力された入力モニタ用信号に基づいて、入力ポートから光増幅媒体２４に対して入力される入力光がモニタされ、このモニタ結果が入力光のモニタ情報として制御回路３２に対して出力される。
さらに、制御回路３２では、入力モニタ３０からの入力光のモニタ情報に基づき、例えば入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合には、光増幅媒体２４における信号光波長（１．５５μｍ帯）の利得が所定値以下となるように、光可変減衰器２７における光レベルの減衰量が小さくなるように制御される。
【００６９】
このように、光可変減衰器２７によりレベルが調整された発振光は、入力モニタ用分岐器２２側のファイバグレイティング２８に出力される。
そして、ファイバグレイティング２８では、入力された光のうちの信号光以外の所定波長の光（即ち１．５３μｍ帯の光）が反射されて、再度光可変減衰器２７に入力される。
【００７０】
このように、光増幅器２０においては、入力光のレベルが減少した場合には、ファイバグレイティング２８とファイバグレイティング２５との間で発振が発生することにより、光増幅媒体２４における閾値利得が調整される。
即ち、光増幅媒体２４の利得飽和が緩和され利得が大きくなる前に発振光を発生させることにより、光増幅媒体２４では、小信号入力時や信号無入力時に過剰に蓄積される励起エネルギーが放出される。
【００７１】
なお、発振による励起エネルギーの放出度は、光増幅媒体２４の利得が、光サージの発生について許容レベル以下（即ち発生しうる光サージ量が所定値以下）となるように、ファイバグレイティング２５，２８の反射率の調整や、光可変減衰器２７での光の減衰量の調整により制御される。
従って、光増幅媒体２４の利得が閾値利得に固定されるため、入力減少に伴う信号光波長（１．５５μｍ帯）における光増幅媒体２４の利得上昇が抑制され、これにより、光サージを抑制しながら信号光が増幅することができる。
【００７２】
即ち、発振光を故意に発生させて、入力低下時に過剰に蓄積される励起光エネルギーを放出させることにより、光サージを抑制しながら信号光が増幅することができるのである。
ここで、第１実施形態にかかる光増幅器２０における光サージの抑制効果について、以下の（１）〜（４）の場合に発生する光サージを比較して説明する。
【００７３】
図１６は光増幅媒体２４の利得特性を示す図であり、横軸が信号入力（ｄＢｍ），縦軸が光増幅媒体２４の利得（ｄＢ）である。そして、この図１６においては、波長が１．５５μｍの利得をＧで示し、信号光より大きな利得特性を有する波長（例えば１．５３μｍ）の利得をＦで示す。
また、図１７は図１６に基づいて光サージの低減効果を示す図である。
（１）入力減少しても発振が発生しない場合
これは、光サージが抑制されない一般的な光増幅器の場合である。
【００７４】
この場合において、光増幅器に、図１８に示すような波形の信号光が入力された場合の信号光の出力波形を図１９に示す。
この場合には、信号光の入力減少に伴う光増幅媒体の利得の上昇量が最も大きいため、図１６，図１７，図１９に示すように、発生する光サージ量（Δ＋β＋γ）は最も大きい。
（２）入力減少に伴って発振が発生する場合
これは、（１）の場合において、信号光の入力減少の途中で発振が発生した場合であり、この場合には、発振が発生した時点で光増幅媒体の利得の上昇が抑制されるため、（１）の場合と信号光の入力減少量に対する光増幅媒体の利得の上昇量（Δ＋β）を比較することにより、光サージの低減を確認することができる。
（３）信号光波長にて利得レベルを低減させた場合
前述した式（１）〔Ｇ（Ｒ1 ・Ｒ2 ）1/2 ＝１〕より、光増幅媒体の閾値利得Ｇは、光増幅器内の光部品の反射率Ｒ1 ，Ｒ2 を増加させると小さくなる。
【００７５】
即ち、（３）は信号光波長（１．５５μｍ帯）における光増幅器内の光部品の反射率Ｒ1 ，Ｒ2 を増加させた場合であり、この場合には、反射率の増加により（２）の場合よりも発振レベルが大きくなるため、（２）の場合と信号光の入力減少量に対する光増幅媒体の利得の上昇量（Δ）を比較することにより、（２）の場合よりも光サージの低減効果が大きいことがわかる。
【００７６】
しかし、発振の発生には、図１４に示すように発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン幅が存在するため、発生する光サージは、信号光の入力減少量に対する光増幅媒体２４の利得の上昇量の最小値である発振ＯＮ／ＯＦＦのマージン量Δ（図１４に示す実験結果では７．５ｄＢ）より小さくすることはできない。
（４）入力減少に伴う利得の上昇量が大きい波長にて利得レベルを低減させた場合
これは、第１実施形態にかかる光増幅器２０のように、光増幅媒体２４の利得が信号光波長（１．５５μｍ帯）よりも大きくなる波長（１．５３μｍ帯）にて、光増幅器２０内の光部品の反射率Ｒ1 ，Ｒ2 を増加させて、光増幅媒体２４の閾値利得を低減させた場合である。
【００７７】
この場合において、光増幅器２０に、図１８に示すような波形の信号光が入力された場合の信号光の出力波形を図２０に示す。
この場合には、光増幅媒体２４の利得が大きい波長（発振しやすい波長）での光部品の反射率の増加により、（３）の場合よりも更に発振レベルが大きくなるため、（３）の場合と比較して信号光の入力減少量に対する光増幅媒体２４の利得の上昇量をα分低減（Δ−α）することができる（図１６，図１７，図２０参照）。
【００７８】
特に、第１実施形態においては、小信号入力時の光増幅媒体２４の利得の波長特性が最も大きくなる波長の光（１．５３μｍ帯の発振光）を、急峻なフィルタ特性を有して抽出することができる光デバイスとして、ファイバグレイティング２５，２８を適用して、光増幅媒体２４の反射特性を増加させているため、効果が大きい。
【００７９】
さらに、第１実施形態にかかる光増幅器２０を、図４に示す光通信システム１０における光ポストアンプ１５として用いた場合の光サージの抑制効果について説明する。
光ポストアンプ１５は、信号波形や信号レベルの変化の影響を受けて光サージを最初に発生させるため、第１実施形態においては、光ポストアンプ１５における光サージを抑制することにより、光サージがその後段に設置された光増幅器（図４に示す光インラインアンプ１６や光プリアンプ１７）へ伝搬されるのを防ぐことができる。
【００８０】
さらに、第１実施形態においては、光ポストアンプ１５（光増幅器２０）において光増幅媒体２４の入力側に反射率が大きいファイバグレイティング２８を設置するとともに、その出力側に反射率が小さいファイバグレイティング２５を設置することにより、光ポストアンプ１５から出力される発振光をその後段に設置された光増幅器に次々に伝搬させることができるため、後段に設置された光サージ防止機能を有していない光増幅器における光サージをも抑制することができる。
【００８１】
なお、光ポストアンプ１５は、光インラインアンプ１６や光プリアンプ１７に比べて光増幅媒体２４の利得飽和が深い領域（大きな入力域）に動作点があるため、光増幅媒体２４における信号光の入力減少量に対する利得の上昇量が大きく、このため光サージの抑制効果が大きい。
このように、本発明の第１実施形態にかかる光増幅器２０によれば、光増幅媒体２４の入力側及び出力側にファイバグレイティング２５，２８を設けるとともに、入力モニタ３０，光可変減衰器２７及び制御回路３２を設けて、入力モニタ３０により入力ポートから光増幅媒体２４に入力される入力光をモニタして、制御回路３２によりこのモニタ結果に基づいて光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量が制御されることにより、入力光のレベルが減少した場合には、光増幅媒体２４の利得飽和が緩和され利得が大きくなる前に発振光を発生させることができるため、入力減少に伴う信号光波長における光増幅媒体２４の利得上昇を抑圧することができる。
【００８２】
これにより、光増幅媒体２４において、入力光が急峻な立ち上がり波形を有して入力される時に発生する光サージを効果的に抑制することができる。
即ち、第１実施形態にかかる光増幅器２０によれば、入力光のレベルが減少した場合に、入力光に含まれる信号光波長以外の波長の光をファイバグレイティング２５，２８により発振させることにより、光増幅媒体２４に蓄積されている励起エネルギーを放出させることができ、これにより、光増幅器２０から出力される信号光の光サージを効果的に抑制することができる。
【００８３】
このように、第１実施形態にかかる光増幅器２０によれば、信号光の急峻な入力増加時に発生する光サージを効果的に抑制することができるので、信号光レベルが、受信部における信号光を受光する光部品の許容レベルを超えて過負荷させることがなくなり、ひいては受信側光部品及び受信回路の耐久性を向上させて、安定した光通信を行なうことができる。
【００８４】
このとき、光可変減衰器２７，反射率が大きいファイバグレイティング２８により、発振が発生する波長での光増幅媒体２４の閾値利得を調節することができるため、入力モニタ用分岐器２２の挿入による信号光の損失を回避することができる。
また、光増幅媒体２４の入力側に設けられたファイバグレイティング２８の反射率が、光増幅媒体２４の出力側に設けられたファイバグレイティング２５の反射率よりも大きくなるように設定されることにより、光増幅器２０内で反射する発振光を光増幅器２０から出力させて、発振光をその後段に設置された光増幅器に伝搬することができるため、後段に設置された光増幅器の光サージをも抑制することができる。
【００８５】
さらに、入力モニタ３０等が接続される入力モニタ用分岐器２２の既存の分岐光路と逆の分岐光路を利用して、光可変減衰器２７及びファイバグレイティング２８を接続することにより、新たに分岐器を設置する必要がなくなり、光増幅器２０の構成を簡素化することができる。
また、入力モニタ用分岐器２２からの入力モニタ用信号に含まれる信号光波長のみを透過させ、入力モニタ３０に出力させるフィルタ２９が設けられることにより、入力モニタ用分岐器２２からの発振光の一部が入力モニタ３０へ入力されるのを防いで、入力モニタ３０におけるモニタ精度の悪化を回避することができる。
【００８６】
さらに、入力モニタ用分岐器２２の前段にアイソレータ２１が付加されることにより、入力モニタ用分岐器２２によりパワー分岐された光が入力ポートを介して光増幅器２０から出力されるのを防ぐことができ、出力ポートにアイソレータ２６が付加されることにより、出力ポートを介して光増幅器２０から出力された光が光増幅器２０に再入力されるのを防ぐことができる。
【００８７】
また、第１実施形態にかかる光増幅器２０を、図４に示す光通信システム１０における光ポストアンプ１５として用いた場合には、光ポストアンプ１５における光サージを抑制することができるため、光サージがその後段に設置された光増幅器（図４に示す光インラインアンプ１６や光プリアンプ１７）へ伝搬されるのを防ぐことができるほか、光ポストアンプ１５から出力される発振光をその後段に設置された光増幅器に次々に伝搬させることができるため、後段に設置された光増幅器における光サージをも抑制することができる。
【００８８】
これにより、信号光レベルが、受信部における信号光を受光する光部品の許容レベルを超えて過負荷させることがなくなり、ひいては受信側光部品及び受信回路の耐久性を向上させて、安定した光通信を行なうことができる。
なお、ファイバグレイティング２５，２８の代わりに、バンドパスフィルタを用いてもよく、このようにしても同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、ファイバグレイティング２５の出力側の信号伝送路に、発振光を除去し、信号光のみを透過させるフィルタを設置すれば、光サージを防止するために発生させた発振光が光増幅器２０から出力しないようにすることができる。
（ｂ）第２実施形態の説明
図２１は本発明の第２実施形態にかかる光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００９０】
この図２１に示す光増幅器２０Ａも、図３に示す光増幅器２０と同様に、図４に示す光通信システム１０において、信号光を増幅する光増幅器として用いうるものである。
ここで、この図２１に示す光増幅器２０Ａも、図３に示す光増幅器２０と同様に、図４に示す光ポストアンプ１５，光インラインアンプ１６及び光プリアンプ１７として用いうるものであるが、第２実施形態においては、この光増幅器２０Ａを、特に光ポストアンプ１５として用いる場合について説明する。
【００９１】
この図２１に示す光増幅器２０Ａは、出力一定制御方式が適用された光増幅器であり、具体的には、光増幅媒体２４，励起光源３１，ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラ２３，入力モニタ用分岐器２２，ファイバグレイティング２５，２８，入力モニタ３０，光可変減衰器２７，フィルタ２９，アイソレータ２１，２６をそなえるほか、入力モニタ用制御回路４２，出力モニタ用分岐器４０，出力モニタ４１及び出力モニタ用制御回路４３をそなえて構成されている。
【００９２】
即ち、この光増幅器２０Ａでは、入力側から順に、アイソレータ２１，入力モニタ用分岐器２２，ＷＤＭカプラ２３，光増幅媒体２４，ファイバグレイティング２５，アイソレータ２６及び出力モニタ用分岐器４０が配設されている。
また、入力モニタ用分岐器２２には、図３に示す光増幅器２０と同様に、分岐光路の一方に光可変減衰器２７及びファイバグレイティング２８が接続されるとともに、分岐光路の他方にフィルタ２９及び入力モニタ３０が接続されている。
【００９３】
さらに、ＷＤＭカプラ２３には、図３に示す光増幅器２０と同様に、励起光源３１が接続されている。
ここで、第２実施形態にかかる光増幅器２０Ａにおいては、入力モニタ３０及び光可変減衰器２７には、入力モニタ用制御回路４２が接続されている。
また、出力モニタ用分岐器４０には、出力モニタ４１及び出力モニタ用制御回路４３が接続され、出力モニタ用制御回路４３は、励起光源３１と接続されている。
【００９４】
ここで、光増幅媒体２４，励起光源３１，ＷＤＭカプラ２３，入力モニタ用分岐器２２，ファイバグレイティング２５，２８，入力モニタ３０，光可変減衰器２７，フィルタ２９，アイソレータ２１，２６は、上述の第１実施形態におけるものと同様の構成及び機能を有するものである。
また、入力モニタ用制御回路４２は、上述の第１実施形態における制御回路３２と同様の構成及び機能を有するものである。
【００９５】
さらに、出力モニタ用分岐器４０は、図２１に示すように、光増幅媒体２４の出力側に設けられるとともに、ファイバグレイティング２５，アイソレータ２６を介して入力された光増幅媒体２４からの信号光について分岐し、１．５５μｍ帯の出力モニタ用信号として出力モニタ４１に出力するものである。
また、出力モニタ４１は、出力モニタ用分岐器４０からの出力モニタ用信号に基づいて、ファイバグレイティング２５等を介して光増幅媒体２４から出力される出力光をモニタして、出力モニタ用制御回路４３に対して出力光モニタ情報として出力するものである。
【００９６】
さらに、出力モニタ用制御回路４３は、出力モニタ４１からの出力光モニタ情報に基づき、出力光のレベルが予め設定された閾値よりも大きく又は小さくなった場合に、出力光のレベルが設定された閾値レベルとなるように、励起光源３１における励起光のレベルを制御する制御部である。
この出力モニタ用制御回路４３の機能も、例えばプロセッサを用いたソフトウェア処理により実現される。
【００９７】
上述の構成により、本発明の第２実施形態にかかる光増幅器２０Ａにおいては、前述した第１実施形態にかかる光増幅器２０と同様に、光サージの原因である入力減少に伴う光増幅媒体２４の利得の上昇を抑制することにより、信号光の急峻な入力増加時にも光サージを抑制しながら信号光が増幅される。
ここで、この光増幅器２０Ａは、出力一定制御方式の光増幅器であることから、出力モニタ用制御回路４３により、入力光の減少に伴って励起光源３１における励起光のレベルが大きくなるように制御されるため、第１実施形態にかかる励起光パワー一定制御方式の光増幅器２０（図１６参照）と比較して、図２２に示すように入力減少量に対する光増幅媒体２４の利得の上昇量が大きくなる（図２２に示すＨ，Ｉ参照）。
【００９８】
このため、この光増幅器２０Ａにおいては、励起光パワー一定制御方式の光増幅器２０よりも、１．５３μｍ帯での発振が発生しやすくなるため、更に効果的に光サージを抑制することができる。
このように、本発明の第２実施形態にかかる光増幅器２０Ａによれば、光増幅媒体２４の入力側及び出力側にファイバグレイティング２５，２８を設けるとともに、入力モニタ３０，光可変減衰器２７及び入力モニタ用制御回路４２を設けて、入力モニタ３０により入力ポートから光増幅媒体２４に入力される入力光をモニタして、入力モニタ用制御回路４２によりこのモニタ結果に基づいて光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量が制御されることにより、前述した第１実施形態にかかる光増幅器２０と同様の効果を得ることができる。
【００９９】
さらに、第２実施形態にかかる光増幅器２０Ａは、出力一定制御方式の光増幅器であることから、出力モニタ用制御回路４３により、入力光の減少に伴って励起光源３１における励起光のレベルが大きくなるように制御されるため、入力減少量に対する光増幅媒体２４の利得の上昇量が大きくなる。
このため、第２実施形態にかかる光増幅器２０Ａにおいては、１．５３μｍ帯での発振が発生しやすくなるため、更に効果的に光サージを抑制することができる。
【０１００】
（ｃ）その他
上述した第１，第２実施形態においては、光増幅器２０，２０Ａを、図４に示す光通信システム１０における光ポストアンプ１５として用いた場合について説明したが、光増幅器２０，２０Ａを、前述のごとく図４に示す光インラインアンプ１６及び光プリアンプ１７として用いることもできる。
【０１０１】
ここで、光増幅器２０，２０Ａを、図４に示す送信系１１の近傍に設置される光インラインアンプ１６として用いた場合には、光インラインアンプ１６から出力される発振光をその後段に設置された光増幅器に次々に伝搬させることができるため、後段に設置された光増幅器における光サージをも抑制することができる。
【０１０２】
また、光増幅器２０，２０Ａを、図４に示す受信系１３の前段に設置される光プリアンプ１７として用いた場合には、光サージを抑制しながら信号光を増幅して受信系１３に出力することができる。
これにより、信号光レベルが、受信部における信号光を受光する光部品の許容レベルを超えて過負荷させることがなくなり、ひいては受信側光部品及び受信回路の耐久性を向上させて、安定した光通信を行なうことができる。
【０１０３】
なお、光プリアンプ１７においては、一般的に光増幅媒体の出力側に信号光のみを通過させるフィルタが配設されているため、伝搬された発振光はこのフィルタにより除去される。
このため、光プリアンプ１７からは発振光は出力しないため、発振光による受信系１３への影響はおのずと回避することができる。
【０１０４】
また、図４に示す光通信システム１０においては、光ポストアンプ１５，光インラインアンプ１６及び光プリアンプ１７として、図２３に示す光増幅器や図２４に示す光増幅装置を用いることもできる。
ここで、図２３に示す光増幅器２０Ｂは、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する光増幅媒体（増幅媒体）２４を有する光増幅器２０Ｂにおいて、励起光を発生させる励起光源３１と、励起光源３１からの励起光を光増幅媒体２４の一端から入射する励起光入射用カプラとしてのＷＤＭカプラ２３と、光増幅媒体２４の入力側に設けられるとともに、光増幅媒体２４に出力される信号光について分岐し、１．５５μｍ帯の入力モニタ用信号（第１分岐信号）として出力する第１分岐用カプラとしての入力モニタ用分岐器４５と、入力モニタ用分岐器４５の出力側に設けられ、光増幅媒体２４から入力される信号光を分岐し、１．５３μｍ帯の発振光（第２分岐信号）として出力する第２分岐用カプラとしての発振光分岐用分岐器４４と、光増幅媒体２４の入力側及び出力側に発振光分岐用分岐器４４を介して設けられ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材としてのファイバグレイティング２８，２５と、入力モニタ用分岐器４５からの入力モニタ用信号に基づいて、光増幅媒体２４の入力光をモニタする入力モニタ３０と、発振光分岐用分岐器４４からの発振光のレベルを所定レベルに減衰させて発振光分岐用分岐器４４側のファイバグレイティング２８に出力しうる光可変減衰器（可変減衰器）２７と、入力モニタ３０からの入力光モニタ情報に基づき、入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合に、光増幅媒体２４における利得が所定値以下となるように、光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量を制御する制御部としての制御回路３２とをそなえたことを特徴としている。
【０１０５】
このとき、発振光分岐用分岐器４４は、入力光のパワー分岐を行なうパワー分岐カプラにより構成してもよいが、信号光波長（１．５５μｍ帯）とファイバグレイティング２８にて反射しうる所定波長（１．５３μｍ帯）とについて光波長多重分離を行なう波長多重分離カプラ（ＷＤＭカプラ）により構成することもできる。
【０１０６】
なお、入力モニタ用分岐器４５は、入力光のパワー分岐を行なうパワー分岐カプラにより構成する必要がある。
このようにしても、前述した第１実施形態にかかる光増幅器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
さらに、発振光分岐用分岐器４４を、波長多重分離カプラにより構成すれば、光増幅器２０Ｂ内で反射する発振光が光増幅器２０Ｂの入力ポートから出力されるのを防ぐことができるとともに、信号光波長に対する挿入損失を小さくして光増幅器２０における雑音指数を低減させることができる。
【０１０７】
なお、図２３に示す光増幅器２０Ｂにおいては、発振光分岐用分岐器４４が、光増幅媒体２４と光増幅媒体２４の入力側のファイバグレイティング２８との間に介装されている場合について説明したが、この発振光分岐用分岐器４４は、光増幅媒体２４と光増幅媒体２４の出力側のファイバグレイティング２５との間に介装してもよい。
【０１０８】
また、図２４に示す光増幅装置４６は、励起光の励起エネルギーにより入力光を増幅して出力する光増幅媒体（増幅媒体）２４を有する光増幅器４７が少なくとも２段以上接続されて構成された光増幅装置４６において、初段の光増幅器４７が、励起光を発生させる励起光源３１と、励起光源３１からの励起光を光増幅媒体２４の一端から入射する励起光入射用カプラとしてのＷＤＭカプラ２３と、光増幅媒体２４の入力側，出力側のうちの少なくとも一方に設けられ、光増幅媒体２４から入力される信号光を分岐する分岐用カプラとしての発振光分岐用分岐器４４とをそなえ、入力光に含まれる信号波長以外の所定波長の光を反射しうる反射部材としてのファイバグレイティング２８，２５が、光増幅媒体２４の入力側及び出力側に発振光分岐用分岐器４４を介してそれぞれ設けられ、且つ、光増幅媒体２４の入力側に設けられたファイバグレイティング２８の反射率が、光増幅媒体２４の出力側に設けられたファイバグレイティング２５の反射率よりも大きくなるように設定されたことを特徴としている。
【０１０９】
このようにしても、前述した第１実施形態にかかる光増幅器２０と同様の作用及び効果を得ることができる。
また、図２４に示す光増幅装置４６によれば、初段の光増幅器４７における光サージを抑制することにより、光サージがその後段に設置された光増幅器４７へ伝搬されるのを防ぐことができるほか、光増幅媒体２４の入力側に反射率が大きいファイバグレイティング２８を設置するとともに、その出力側に反射率が小さいファイバグレイティング２５を設置することにより、初段の光増幅器４７から出力される発振光をその後段に設置された光増幅器４７に次々に伝搬させることができるため、後段に設置された光増幅器４７における光サージをも抑制することができる。
【０１１０】
これにより、信号光レベルが、受信部における信号光を受光する光部品の許容レベルを超えて過負荷させることがなくなり、ひいては受信側光部品及び受信回路の耐久性を向上させて、安定した光通信を行なうことができる。
なお、実際には、反射率が設計通りであるファイバグレイティング２５，２８を製造することは困難であるため、例えばファイバグレイティング２８の前段に、光可変減衰器や半固定光減衰器を設け、これらの光減衰器により発振光のレベルを可変に減衰させて、ファイバグレイティング２５，２８での発振光の反射量を調整することにより、光増幅媒体２４における利得を調整することも可能である。
【０１１１】
もちろん、反射率が設計値通りであるファイバグレイティング２５，２８を製造することができれば、光増幅器４７を光可変減衰器や半固定光減衰器を設けない構成とすることができる。
なお、上述した光増幅器２０（図３参照），光増幅器２０Ａ（図２１参照），光増幅器２０Ｂ（図２３参照），光増幅装置４６（図２４参照）においては、光増幅媒体２４の入力側に設けられたファイバグレイティング２８の反射率が、光増幅媒体２４の出力側に設けられたファイバグレイティング２５の反射率よりも大きくなるように設定される場合について説明したが、光増幅器２０，２０Ａ，２０Ｂ又は光増幅装置４６内で反射する発振光をその後段に設置された光増幅器等に伝搬する必要がない場合や、発振光をその後段に設置された光増幅器等に伝搬しないようにする場合には、ファイバグレイティング２８と同様に、ファイバグレイティング２５の反射率も大きくすることができる。
【０１１２】
また、上述した光増幅器２０（図３参照），光増幅器２０Ａ（図２１参照），光増幅器２０Ｂ（図２３参照）においては、入力モニタ３０及び制御回路３２又は入力モニタ用制御回路４２を設け、制御回路３２又は入力モニタ用制御回路４２が、入力モニタ３０からの入力光モニタ情報に基づき、入力光のレベルが予め設定された閾値よりも小さくなった場合に、光増幅媒体２４における利得が所定値以下となるように、光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量を制御する場合について説明したが、入力モニタ３０により入力光をモニタしなくても入力レベルが減少するタイミングや入力レベルの減少量がわかる場合には入力モニタ３０を設けなくてもよい。
【０１１３】
さらに、例えばオペレータが手動により光可変減衰器２７における発振光レベルの減衰量の制御を行なう場合には、制御回路３２又は入力モニタ用制御回路４２を設けなくてもよい。
（ｄ）各実施形態の他の態様の説明
（１）はじめに
エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）は、幹線系を中心として光伝送システムへの導入が進められている光増幅器の一つである。
【０１１４】
ＥＤＦＡの緩和時間はおよそ１０ｍｓであるため、利得の飽和が深い状態においてもパターン効果が生じないことが大きな特徴の一つであり、このため、光増幅多中継伝送システムにおいては、通常、各ＥＤＦＡを、利得が飽和した状態で効率的に稼働させている。
しかし、ＥＤＦＡの入力に瞬断が発生し、利得の飽和が回復した時点で、信号光が再入力されると光サージが発生してしまう。
【０１１５】
詳細には、図２５（ａ）に示すように、ＥＤＦＡ４９への入力が瞬断すると、図２５（ｂ）に示すように、入力断の間にＥＤＦＡ４９の利得の飽和が回復する。そして、ＥＤＦＡ４９の利得が回復した時点で、瞬断する前と同一レベルの光が入力されると、ＥＤＦＡ４９の利得が高い状態にあるため、図２５（ａ）に示すように、ＥＤＦＡ４９においては過大な光出力が発生することになる。
【０１１６】
信号がこのまま入力され続ければ、ＥＤＦＡ４９の利得は再び元の値に戻るため、光出力は瞬間的に高い値となった後に次第に定常値まで下がる振る舞いをし、この過渡的な過大光出力のことを光サージと呼ぶ。
また、光増幅器には励起光パワーに帰還を掛けて出力レベルを一定に保つ制御が施されている場合が多いが、この場合には、入力断時に励起光パワーが最大値まで上昇するため発生する光サージはより大きくなる。
【０１１７】
これまで、補償光（ダミー光）を用いた光サージ抑圧方法も検討されているが、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）自体が増幅媒体であることを考えると、利得の飽和が回復して利得が上昇する前に、信号光とは別波長でレーザ発振を意図的に生じさせ（即ち信号光とは別波長の発振光を発生させ）、信号光の入力低下に伴うＥＤＦＡ内のエネルギーの蓄積を緩和することによっても、光サージの抑圧が可能であると考えられる。
【０１１８】
この方法によれば、ダミー光を用意する必要がないため、ＥＤＦＡを簡素に構成することができ、応答速度もサブマイクロ秒オーダー（即ち共振器内の一往復時間程度）と高速にすることができる。
さらに、信号光と別波長でレーザ動作させれば、レーザ光（発振光）の除去も容易になる。
【０１１９】
以下では、ＥＤＦＡをレーザ動作させることによって、光サージの抑圧を図る方法を提案するとともに、実験により光サージ抑圧の確認を行なった結果について詳述する。
（２）ＥＤＦＡのレーザ動作による光サージ抑圧方法
ＥＤＦＡは通常の動作において利得飽和が生じている。ＥＤＦＡは利得飽和が生じている状態で使用しても、伝送品質に問題が無いのが非常に大きな利点であるのだが、同時にこのことが、光サージの発生要因になっている。
【０１２０】
また、ＥＤＦＡを利得飽和が生じている状態で使用することは、所要の励起光パワーの低減に非常に効果があるため、これまで報告されている光サージの抑圧方法は、ＥＤＦＡを飽和させないで使用するといった方法ではなく、より現実的に、信号入力が無くなったときに如何に利得の飽和の回復を抑えるかについて検討されている。
【０１２１】
例えば、ダミー光を用いる方法においては、信号光が無くなった際に代わりにダミー光を入力して、ＥＤＦＡの利得飽和が回復するのを防ごうとするものである。しかし、アクティブ部品であるダミー光源を各光増幅器毎に用意して、これらを制御するのでは複雑な感は否めない。
ところで、前述のごとく、ＥＤＦ自体が増幅媒体であることを考えると、利得の飽和が回復して利得が上昇し始める時点で、信号光とは別波長でレーザ発振を意図的に生じさせ、信号光の入力低下に伴うＥＤＦＡ内のエネルギーの蓄積を緩和することによっても、光サージの抑圧が可能であると考えられる。
【０１２２】
即ち、レーザ発振が生じると、ＥＤＦＡの利得は閾値利得に固定（クランプ）されるため、利得飽和の回復が抑えられるのである。
ここで、レーザ発振させるためには、前述したように、光増幅器に波長選択性のある反射鏡（反射部材）を２つ設け、これらの反射鏡によりレーザ共振器を構成することが必要である。
【０１２３】
また、この際に、レーザ発振させる波長（発振光の波長）は、信号光波長と別波長にする必要がある。
なぜなら、信号光波長と同一波長でレーザ発振させると、発生したレーザ光は下流（後段）に伝送されてしまい、下流の光増幅器あるいは光受信器を保護することにならない恐れがあるからである。
【０１２４】
別の波長で発振させた場合には、各光増幅器における出力光が出力される出力ポートに、反射部材で反射しうる光波長（レーザ光の波長）を除去し信号光波長のみを透過させる光フィルタを設けることにより、レーザ光を除去することができる。
さらに、光受信器のみの保護を考えれば良いのであれば、各光増幅中継器には当該光フィルタを設ける必要はなく、光受信器のみに当該光フィルタを設ければ良いことになるが、光増幅中継伝送システムにおいては、光受信器には狭帯域の光フィルタが元々そなわっているため、この場合には光フィルタの付加は不要になる。
また、設定するレーザ発振の閾値利得について考えてみても、別波長でレーザ動作させることが必要になる。
【０１２５】
なぜなら、信号光と同一波長で発振させる場合には、閾値利得を最低入力レベルで動作している時の利得より大きく設定する必要があるが、あまり大きく設定すると利得飽和が十分に回復したところでレーザ発振が生じることになり、光サージ抑圧の効果が現れないからである。
また、最低入力レベル動作時の利得に近い値に閾値利得を設定すると、相対強度雑音（ＲＩＮ）が増加して低雑音な光増幅器が実現できない。
【０１２６】
結局、ＥＤＦＡのレーザ動作によって光サージを抑圧するには、ＥＤＦＡを信号と別波長でレーザ動作させる必要があり、この方法で利得回復時のエネルギーの蓄積を効果的に低減するためには、レーザ波長として、
▲１▼入力低下時に信号波長より利得の回復が大きい波長
▲２▼レーザ光の除去が容易な波長
▲３▼ＥＤＦの入出力端に接続する２つの反射鏡の反射減衰量が信号光に対しては十分に確保できる波長
を選定する必要がある。
【０１２７】
さらに、この方法は、図２６に示すような多中継伝送システム５０においても有効であると考えられる。
図２６に示すように、例えば送信機５１から光ポストアンプ５２への入力において瞬断が生じた場合に、光サージ抑圧対策を施さない場合には、光ポストアンプ５２においては光サージが発生し、この発生した光サージは、光ポストアンプ５２の下流の光増幅中継器５３及び光プリアンプ５４において更に増幅されて受信機５６に入力される（図２６における“光サージ抑圧対策無し”参照）。
【０１２８】
ところが、同様に、例えば送信機５１から光ポストアンプ５２への入力において瞬断が生じた場合に、光サージ抑圧対策を施した場合には、光ポストアンプ５２から信号光波長とは異なる波長（λc ）でレーザ光が出力される（図２６における“光サージ抑圧対策有り”参照）。
このため、光ポストアンプ５２の下流の光増幅中継器５３への入力では、図２６に示すように、瞬断が生じることがなくなり、過度の利得飽和の回復も起きない。
【０１２９】
そして、このレーザ光は光プリアンプ５４の出力側に設置された狭帯域光フィルタ５５で除去されることになる。
なお、この図２６においては、光ポストアンプ５２や光増幅中継器５３には、このレーザ光を除去するような光フィルタ５５は内蔵されていないと仮定している。
（３）光サージ抑圧の実験
この実験においては、レーザ波長として、飽和の回復時に利得の回復が大きい１５３０ｎｍ帯の波長を考え、信号光の入力の低下に伴うこの波長帯（１５３０ｎｍ帯）の利得の回復の様子を観察した。
【０１３０】
ここで、図２７に１４８０ｎｍ後方励起ＥＤＦＡの信号入力対利得特性を示す。
この図２７において、細い実線Ｋ及び細い破線Ｊのデータは、反射鏡によりレーザ共振器が構成されていない通常の状態のときに、信号波長を１５５２．５ｎｍとし、この入力に対して常に２０ｄＢ低い１５３５ｎｍのプローブ光を同時に入力して、ＥＤＦＡの利得をそれぞれ測定したものである。細い実線Ｋは信号の入力低下に伴う信号波長の利得の回復の様子を表しており、細い破線Ｊは波長１５３５ｎｍの利得の回復の様子を表している。
【０１３１】
この結果から、ＥＤＦでは信号入力の低下に伴い１５３５ｎｍの利得が急速に回復し、その利得も大きいことがわかる。
また、この波長帯（１５３０ｎｍ帯）のみで高い反射率を有する反射鏡の実現も可能であり、同時に、通常の光フィルタでレーザ光の除去も容易なことから、１５３０ｎｍ帯をレーザ波長とすることにした。
【０１３２】
そして、図２８に示すようなエルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）６６において、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）５９の両端にファイバグレーティング反射鏡（FG-Mirror ）６３，６４を、それぞれ９：１分岐光カプラ（９：１ＣＰＬ）５８，６０を介して接続することにより、１５３０ｎｍ帯のレーザ共振器を形成した。なお、図２８において、５７は前側光部材（Front module），６１は後側光部材（Rear module ），６５はオートパワー制御（APC operation ）された１４８０ｎｍの励起光源（ＬＤ）及び６２は１５３０ｎｍ帯のレーザ光を除去するための光フィルタ（ＢＰＦ）である。
【０１３３】
実験に使用したファイバグレイティング反射鏡６３，６４は、図２９（ａ），図２９（ｂ）に示すように、反射率が８０％以上である波長帯が１５２４ｎｍ〜１５３６ｎｍにあり急峻な波長特性を有するものである。
ここで、図２９（ａ）は、ＥＤＦ５９の入力側のファイバグレイティング反射鏡６３の波長特性を示すものであり、図２９（ｂ）は、ＥＤＦ５９の出力側のファイバグレイティング反射鏡６４の波長特性を示すものである。なお、反射率は、（１−透過率）により推定することができる。
【０１３４】
ここで、ファイバグレイティング反射鏡６３，６４の反射率を、ＥＤＦ５９の入出力端に９：１光分岐カプラ５８，６０を接続して入力光を１／１０分岐（パワー分岐）することと、ファイバグレイティング反射鏡６３，６４の入力部にスプライス損を付加することにより変えて、レーザ動作を開始する閾値利得を調整した。
【０１３５】
この図２８に示すように、レーザ共振器を有する構成における信号入力対信号利得特性は図２７の太い実線Ｌに示すようになり、−６ｄＢｍより低い信号入力で波長１５３３ｎｍでレーザ動作が開始し、これより低い信号入力レベルでは利得は１６．４ｄＢに固定された。
また、この際の各入力レベルにおける出力スペクトルの様子を図３０（ａ）〜図３０（ｃ）に示す。ここで、図３０（ａ）〜図３０（ｃ）は、それぞれ、入力（Ｐｉ）が０ｄＢｍ，−１５ｄＢｍ及び−３０ｄＢｍのときの出力スペクトルの様子を示す。
【０１３６】
さらに、レーザ動作の閾値近傍の出力スペクトルの様子を図３１（ａ）〜図３１（ｃ）に示す。ここで、図３１（ａ）〜図３１（ｃ）は、それぞれ、入力（Ｐｉ）が−５ｄＢｍ，−６ｄＢｍ及び−７ｄＢｍのときの出力スペクトルの様子を示す。
図３１（ｂ）に示すように、入力（Ｐｉ）が−６ｄＢｍのときがレーザ動作の閾値と考えられるが、この図３１（ｂ）においては、１５３０ｎｍ帯のスペクトルが先鋭化している。
【０１３７】
また、図３１（ｃ）に示すように、入力（Ｐｉ）が−７ｄＢｍのときには１５３３ｎｍでレーザ発振をしているのがわかる。
さらに、レーザ発振が生じない−３ｄＢｍ入力時の出力スペクトルを図３２（ａ），図３２（ｂ）に示す。ここで、図３２（ａ）は、レーザ共振器がない場合の出力スペクトルであり、図３２（ｂ）は、レーザ共振器がある場合の出力スペクトルである。
【０１３８】
図３２（ｂ）に示すように、レーザ共振器がある場合は多重反射の影響により１５３０ｎｍ帯の自然放出光（ＡＳＥ）が盛り上がっているが、信号波長におけるＡＳＥの増加は、縦軸を拡大して図３２（ａ）に示すものと比較したが見られなかった。
そして、このレーザ共振器を有する光増幅器について、ＡＯスイッチ（Acoustooptic switch ）で入力光をＯＮ／ＯＦＦすることにより、レーザ動作による光サージ抑圧効果を確認した。なお、ＡＯスイッチは、音響光学効果（Acoustooptic effect ）を利用した光スイッチである。
【０１３９】
ここで、最低入力レベルを−３ｄＢｍに想定し、ＯＮレベルは−３ｄＢｍとした。この状態でのＯＦＦレベルは−６７ｄＢｍであり、立ち上がり時間は０．２μｓ以下であった。
そして、図３３（ａ）に示すようにレーザ動作がない場合（レーザ共振器がない場合）の光サージは９．７ｄＢであるが、レーザ動作する場合（レーザ共振器がある場合）は、図３３（ｂ）に示すように光サージは３ｄＢに低減し、これにより、６．７ｄＢの光サージ抑制効果が確認できた。
【０１４０】
なお、３ｄＢの光サージが発生しているのは、この実験を−３ｄＢｍで行なっていることと、図３１（ｂ）に示すようにレーザ動作が−６ｄＢｍ付近で起こることによる。このため、レーザ共振器があるＥＤＦＡにおいても−３−（−６）＝３ｄＢ分の利得が回復する。
従って、光サージをより抑圧するためには、レーザ動作の閾値レベルを通常の入力レベルに近づければよいのだが、実際の光増幅器には入力ダイナミックレンジが要求されるので、この分に相当する光サージは発生することになる。
【０１４１】
特に、光ポストアンプは他の光増幅器に比べて入力ダイナミックレンジが狭いので本抑圧方法は有効となる。
また、レーザ共振器の有無で相対強度雑音（ＲＩＮ）の増減を調査するために、光増幅器の出力側に信号光を取り出す狭帯域光フィルタを設置して、共振器を形成するファイバグレイティングを取り外した際の出力光のＲＩＮの増減を測定した。
【０１４２】
レーザ共振器の有無で出力光のＲＩＮは−１４８．０ｄＢ／Ｈｚと差はなかった。これは、ファイバグレイティングの反射率が１５３０ｎｍ帯に対しては大きいが、信号光波長に対しては影響を与えていないことを意味している。
なお、レーザ光のみを狭帯域光フィルタ（ＢＰＦ）で取り出して観測したところ、図３４（ａ），図３４（ｂ）に示すような緩和振動出力波形が得られた。ここで、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）の時間軸を拡大して示したものである。
【０１４３】
レーザ光の立ち上がりは信号が断になってから数μｓ以内であり、また、緩和振動の周期は約３０μｓとＢＰＦの緩和時間（１０ｍｓ）と比較して短いため、下流のＥＤＦＡはこのレーザ光を緩和時間程度で積分した光に応答することになる。
従って、このレーザ光は下流のＥＤＦＡの利得飽和の回復を抑制する上で、大きな効果があると考えられる。
【０１４４】
なお、図２８に示すＥＤＦＡ６６においては、ファイバグレーティング反射鏡６３，６４を接続する光カプラ５８，６０として、パワー分岐カプラである９：１分岐光カプラを用いているが、波長多重分離カプラを用いれば、ＥＤＦＡ６６内で反射する発振光がＥＤＦＡ６６の入力ポートから出力されるのを防ぐことができるとともに、信号光波長に対する挿入損失を小さくしてＥＤＦＡ６６における雑音指数を低減させることができる。
（４）まとめ
上述においては、信号入力レベルの低下とともに、急速に利得飽和が回復する１５３０ｎｍ帯を利用したレーザ動作により、光サージの抑圧が可能であることを示した。
【０１５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光増幅器によれば、希土類添加光増幅媒体と、該希土類添加光増幅媒体の入力側及び出力側に、該希土類添加光増幅媒体の出力光に含まれ該入力光に含まれる信号波長と異なる第１の波長の光を反射しうる反射部材とをそれぞれ備え、該第１の波長に対する該希土類添加光増幅媒体の増幅特性および該反射部材の反射率は、該第１の波長による該反射部材間の発振が該入力光の強度が所定の閾値より大きい第１の強度であるときに生じず該第１の強度より小さい第２の強度であるときに生じる増幅特性および反射率であり、かつ、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分のモニタ情報に基づき、該希土類添加光増幅媒体の該出力光についての該信号波長の成分の強度が一定に制御されるように該励起光のレベルを制御するので、入力光のレベルが減少した場合には、増幅媒体の利得飽和が緩和され利得が大きくなる前に発振光を発生させることができる。
【０１５９】
これにより、入力減少に伴う希土類添加光増幅媒体の利得上昇を抑制して、信号光の急峻な入力増加時に発生する光サージを効果的に抑制することができるため、信号光レベルが、受信部における信号光を受光する光部品の許容レベルを超えて過負荷させることがなくなり、ひいては受信側光部品及び受信回路の耐久性を向上させて、安定した光通信を行なうことができる利点がある。
【０１６０】
このとき、該希土類添加光増幅媒体の前段に、光アイソレータおよび第１の分岐手段がこの順に配置され、入力側の該反射部材は、該第１の分岐手段と、該第１の分岐手段の第１の分岐光路に接続された減衰器と、第１のファイバグレイティングとを有し、該第１のファイバグレイティングの反射率が、出力側の該反射部材の反射率よりも大きくすることで、発振光をその後段に設置された光増幅器に伝搬することができるため、後段に設置された光増幅器の光サージをも抑制することができる。
【０１６１】
また、該第１の分岐手段を、該入力光に含まれる信号波長と該第１の波長とについて波長多重分離を行なう波長多重分離カプラにより構成することにより、光増幅器内で反射する発振光が光増幅器の入力ポートから出力されるのを防ぐことができるとともに、信号光波長に対する挿入損失を小さくして光増幅器における雑音指数を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の関連発明の光増幅器の構成を示す原理ブロック図である。
【図２】  本発明の関連発明の光増幅器の構成を示す原理ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器が適用される光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられるファイバグレイティングの構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられるファイバグレイティングの特性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられるファイバグレイティングの特性を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる光可変減衰器の構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる光可変減衰器の特性を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる光増幅媒体の特性を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる発振光について説明するための図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる発振光について説明するための図である。
【図１３】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる発振光について説明するための図である。
【図１４】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる発振光について説明するための図である。
【図１５】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器において用いられる光増幅媒体の特性を示す図である。
【図１６】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図１７】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図１８】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図１９】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図２０】本発明の第１実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図２１】本発明の第２実施形態にかかる光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第２実施形態にかかる光増幅器における光サージの抑制効果について説明するための図である。
【図２３】図４に示す光通信システムにおいて用いられる光増幅器の他の構成を示すブロック図である。
【図２４】図４に示す光通信システムにおいて用いられる光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、光増幅器からの光サージ発生について説明するための図である。
【図２６】光増幅多中継伝送システムにおける光サージ発生及び光増幅器のレーザ動作による光サージの抑圧について説明するための模式図である。
【図２７】光増幅器の信号入力対利得特性の一例を示す図である。
【図２８】レーザ共振器を内蔵する光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、ファイバグレイティング反射鏡の透過特性を示す図である。
【図３０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、レーザ共振器を内蔵する光増幅器の各入力レベルにおける出力スペクトルを示す図である。
【図３１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、レーザ動作の閾値近傍の出力スペクトルを示す図である。
【図３２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、レーザ共振器の有無による出力スペクトルについて説明するための図である。
【図３３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、レーザ共振器の有無による光サージ波形について説明するための図である。
【図３４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、レーザ光の出力波形を示す図である。
【図３５】光増幅器において発生する光サージを説明するための図である。
【符号の説明】
１，４  光増幅器
２，５  増幅媒体
３，８  反射部材
６  励起光源
７  励起光入射用カプラ
９  分岐用カプラ
１０  光通信システム
１１  送信系（光送信装置）
１２  伝送系
１３  受信系（光受信装置）
１４  信号送信部
１５  光ポストアンプ（光出力増幅器）
１６  光インラインアンプ
１７  光プリアンプ
１８  信号受信部
２０  光増幅器
２１，２６  アイソレータ
２２  入力モニタ用分岐器（分岐用カプラ）
２３  ＷＤＭカプラ（励起光入射用カプラ）
２４  光増幅媒体（増幅媒体）
２５，２８  ファイバグレイティング（反射部材）
２７  光可変減衰器（減衰器）
２９  フィルタ
３０  入力モニタ
３１  励起光源
３２  制御回路（制御部）
３３  導波路
３４  グレイティング
３５  光可変減衰器本体
３６  コネクタ
３７  ケーブル
３８  前側光部品
３９  後側光部品
４０  出力モニタ用分岐器
４１  出力モニタ
４２  入力モニタ用制御回路
４３  出力モニタ用制御回路
４４  発振光分岐用分岐器（第２分岐用カプラ）
４５  入力モニタ用分岐器（第１分岐用カプラ）
４６  光増幅装置
４７  光増幅器
４９  エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）
５０  多中継伝送システム
５１  送信機
５２  光ポストアンプ
５３  光増幅中継器
５４  光プリアンプ
５５  狭帯域光フィルタ
５６  受信機
５７  前側光部材
５８，６０  ９：１分岐光カプラ
５９  エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
６１  後側光部材
６２  光フィルタ（ＢＰＦ）
６３，６４  ファイバグレーティング反射鏡（FG-Mirror ）
６５  励起光源（ＬＤ）
６６  エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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