(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する前段光増幅部と、
前記前段光増幅部から出力された光を入力し、第１の光と第２の光とに分波する光分波器と、
前記第１の光のうち信号光波長帯域以外の光を通過させる光帰還部と、
増幅すべき信号光と前記光帰還部から出力された光とを合波して前記前段光増幅部へ入力させる光合波器と、
前記第２の光のうち信号光波長帯域の光を通過させる光フィルタと、
入力光および出力光それぞれの強度の比に基づいて利得が一定に制御され、前記光フィルタから出力された光を入力し光増幅して出力する後段光増幅部と、
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記前段光増幅部は、
励起光が供給されているときに入力した前記所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、
前記励起光を出力し前記光導波路に供給する励起手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記後段光増幅部は、
励起光が供給されているときに入力した前記所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、
前記励起光を出力し前記光導波路に供給する励起手段と、
前記光導波路に入力する光の強度を検出する入力光検出手段と、
前記光導波路から出力される光の強度を検出する出力光検出手段と、
前記入力光検出手段および前記出力光検出手段それぞれにより検出された光の強度の比に基づいて、前記励起手段から出力される前記励起光を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記光導波路は光ファイバである、ことを特徴とする請求項２および請求項３の何れか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記光導波路は、光増幅作用を奏する物質としてＥｒ元素が添加されている、ことを特徴とする請求項４記載の光増幅器。
【請求項６】
前記光フィルタは、光軸に沿って周期的な屈折率変化を有するブラッグ・グレーティングが形成された光ファイバ・グレーティングである、ことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項７】
前記信号光波長帯域以外の光の強度をモニタしてレーザ発振を監視する監視手段を更に備える、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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＤＭ方式の光伝送システムにおいて多波長の信号光を一括増幅する光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の大容量高速化に伴い、波長分割多重（ＷＤＭ  ：  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送方式に関する研究・開発がなされている。このＷＤＭ伝送方式において、最も重要な光素子の１つが、多波長の信号光を一括増幅する光増幅器である。この光増幅器の１つとして、従来より、Ｅｒ（エルビウム）元素が添加された増幅性光ファイバ（ＥＤＦ：  Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）を用いた光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：  Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が用いられている。
【０００３】
この光増幅器は、光伝送システムにおいて各中継器それぞれに設けられるものであるから、その利得特性が安定していないと、特に信号光の波長数が増減するネットワーク状の光伝送システムの場合、或る時には信号光は充分な強度で受信局に到達しても、他の或る時には、信号光の強度が弱くなることがあり、信号光の受信に誤りが生じることがある。そこで、光増幅器の利得を一定値に制御する技術が従来より幾つか知られている。
【０００４】
例えば、光増幅器の入力光および出力光それぞれの強度をモニタして両者の比を求め、その比の値に基づいて利得を一定に制御する技術が知られている。しかし、この技術では、光増幅器からの出力光には、光増幅器に入力して光増幅された信号光の他に、光増幅器内部で発生したＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光も含まれる。したがって、光増幅器に入力する信号光の強度が小さい場合には、出力光に含まれるＡＳＥ光の割合が大きくなって、出力される信号光の強度が小さくなるという問題点がある。
【０００５】
このような問題を解消する技術として、光増幅器を含んで光学的な閉ループを設け、その閉ループでレーザ発振させることで、光増幅器内において光増幅作用を有する光導波路の状態を一定に維持し、これにより、光増幅器の利得を一定に制御する技術が開示されている（Ｊ．Ｃｈｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｇａｉｎ−ｃｌａｍｐｅｄ  ＥＤＦＡｓ  ｗｉｔｈ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，  １９９６，  ｖｏｌ．３２，  ｎｏ．２３，  ｐｐ．２１５９−２１６１  ）。
【０００６】
図４は、この従来の光増幅器の構成図である。この図に示すように、光増幅部１の出力光の一部を、光増幅部１の出力側に設けられた光分波器２を介して取り出し、可変アッテネータ３および光バンドパスフィルタ４を経て、光増幅部１の入力側に設けられた光合波器５を介して再び光増幅部１に入力させる。このように構成された閉ループにおいて光バンドパスフィルタ４の中心波長でレーザ発振させることにより、光増幅部１内の光増幅作用を有する光導波路における反転分布が一定に維持され、光増幅部１の利得が一定に制御される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、光増幅部１内の光導波路に供給される励起光のエネルギは、信号光を光増幅するために消費されるだけでなく、レーザ発振するためにも消費される。したがって、入力した信号光を充分に光増幅することができず、光増幅部１単体により光増幅する際の光出力の半分程度の光出力しか達成し得ない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、入力信号光の強度が小さいときであっても安定して大きい利得を有する光増幅器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、(1) 入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する前段光増幅部と、(2) 前段光増幅部から出力された光を入力し、第１の光と第２の光とに分波する光分波器と、(3) 第１の光のうち信号光波長帯域以外の光を通過させる光帰還部と、(4) 増幅すべき信号光と光帰還部から出力された光とを合波して前段光増幅部へ入力させる光合波器と、(5) 第２の光のうち信号光波長帯域の光を通過させる光フィルタと、(6) 入力光および出力光それぞれの強度の比に基づいて利得が一定に制御され、光フィルタから出力された光を入力し光増幅して出力する後段光増幅部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この光増幅器によれば、前段光増幅部、光分波器、光帰還部および光合波器からなる閉ループは、進行波型のレーザ発振器を構成しており、光帰還部における通過波長（信号光波長帯域以外の波長）でレーザ発振する。このレーザ発振に伴い、前段光増幅部における反転分布は固定され、前段光増幅部における信号光の利得は一定に維持される。前段光増幅部から出力された信号光（信号光波長帯域の光）は、光フィルタを通過し、後段光増幅部に入力し、一定利得で更に光増幅され出力される。
【００１１】
また、さらに、本発明に係る光増幅器では、前段光増幅部は、（１）  励起光が供給されているときに入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、（２）  励起光を出力し光導波路に供給する励起手段と、を備えることを特徴とする。この場合、励起手段により出力された励起光が光導波路に供給されているときに、その光導波路に入力した所定波長帯域の光は、その光導波路で光増幅される。
【００１２】
また、さらに、本発明に係る光増幅器では、後段光増幅部は。(1) 励起光が供給されているときに入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、(2) 励起光を出力し光導波路に供給する励起手段と、(3) 光導波路に入力する光の強度を検出する入力光検出手段と、(4) 光導波路から出力される光の強度を検出する出力光検出手段と、(5) 入力光検出手段および出力光検出手段それぞれにより検出された光の強度の比に基づいて、励起手段から出力される励起光を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。この場合、励起手段により出力された励起光が光導波路に供給されているときに、その光導波路に入力した所定波長帯域の光は、その光導波路で光増幅される。また、この光導波路の入力光および出力光それぞれの強度は、入力光検出手段および出力光検出手段それぞれにより検出され、両者の比に基づいて、制御手段により、励起手段から出力される励起光の強度が制御され、後段光増幅部の利得が一定に保たれる。
【００１３】
また、さらに、本発明に係る光増幅器では、前段光増幅部および後段光増幅部の光導波路は光ファイバであることを特徴とする。この場合、光ファイバ線路との接続損が少ない。また、さらに、本発明に係る光増幅器では、前段光増幅部および後段光増幅部の光導波路は、光増幅作用を奏する物質としてＥｒ元素が添加されていることを特徴とする。この場合、光通信において最も多用されている波長１．５５μｍ帯の信号光が増幅される。
【００１４】
また、さらに、本発明に係る光増幅器では、光フィルタは、光軸に沿って周期的な屈折率変化を有するブラッグ・グレーティングが形成された光ファイバ・グレーティングであることを特徴とする。この場合、光ファイバとの接続損が少ない。
【００１５】
また、さらに、本発明に係る光増幅器は、信号光波長帯域以外の光の強度をモニタしてレーザ発振を監視する監視手段を更に備えることを特徴とする。この場合、前段光増幅部を含む閉ループにおいて発生したレーザ発振光の強度が監視手段によりモニタされ、前段光増幅部における光増幅動作の状態が判断され得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下では、光増幅器の１つである光ファイバ増幅器について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。この光ファイバ増幅器は、入力端光コネクタ１０に入力した信号光を光増幅して出力端光コネクタ９０から出力するものであり、入力端光コネクタ１０と出力端光コネクタ９０との間に、光合波器２０、前段光増幅部３０、光分波器４０、光フィルタ７０および後段光増幅部８０が、この順に縦続接続されている。また、光分波器４０から光合波器２０までの間に光帰還部６０が設けられており、光分波器４０には受光素子５０も接続されている。なお、これらの構成要素の相互間は、光ファイバ等の光導波路により光学的に接続されている。
【００１８】
入力端光コネクタ１０に入力した信号光は、先ず光合波器２０に達する。光合波器２０は、入力端光コネクタ１０から達した信号光と、光帰還部６０から出力された光とを入力し、両者を合波して出力する。
【００１９】
この光合波器２０から出力された光を入力する前段光増幅部３０は、光アイソレータ３１Ａおよび３１Ｂ、励起光源３２、ＷＤＭカプラ３３ならびにＥＤＦ３４からなる。光アイソレータ３１Ａは、光合波器２０より入力した光をＷＤＭカプラ３３へ通過させるが、その逆方向には光を通過させない。励起光源（例えば、半導体レーザ光源）３２は、ＥＤＦ３４に供給すべき一定強度の励起光を出力する。ＷＤＭカプラ３３は、光アイソレータ３１Ａから到達した光および励起光源３２から出力された励起光を入力し、両者をＥＤＦ３４へ出力する。ＥＤＦ３４は、励起光が供給されているときに、光アイソレータ３１Ａの側から入力した所定波長の光を光増幅する。光アイソレータ３１Ｂは、ＥＤＦ３４から出力された光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。すなわち、この前段光増幅部３０は、励起光源３２からＷＤＭカプラ３３を経てＥＤＦ３４へ励起光が供給されているときに、光アイソレータ３１ＡおよびＷＤＭカプラ３３を経て入力した所定波長の光をＥＤＦ３４により光増幅して、その光増幅された光を光アイソレータ３１Ｂを経て出力する。
【００２０】
光分波器４０は、この光増幅器４０から出力された光を入力して、その一部を光帰還部６０へ出力し、残部を光フィルタ７０へ出力する。また、光分波器４０は、光フィルタ７０の側から入力した光を入力し、その一部または全部を受光素子５０へ出力する。この受光素子（例えば、フォトダイオード）５０は、光分波器４０から到達した光を受光して、その強度に応じた電気信号を出力する。
【００２１】
光帰還部６０は、可変アッテネータ６１および光バンドパスフィルタ６２が光学的に縦続接続されて構成されたものである。この光帰還部６０は、前段光増幅部３０から出力された光のうち光分波器４０を経て到達した光を入力し、可変アッテネータ６１により、その光に所定の損失を与え、光バンドパスフィルタ６２により、その光のうちの信号光波長帯域以外の光を通過させて、その所定波長帯域の光のみを出力する。この光帰還部６０から出力された光は、光合波器２０を介して再び前段光増幅部３０に入力する。
【００２２】
光フィルタ７０は、前段光増幅部３０から出力された光のうち光分波器４０を経て到達した光を入力し、その光のうち信号光波長帯域の光（すなわち信号光）を通過させる。この光フィルタ７０としては、光軸に沿って周期的な屈折率変化を有するブラッグ・グレーティングが形成された光ファイバ・グレーティングが好適に用いられ、この場合、この光フィルタ７０と他の光ファイバとの接続損が少ない。このとき、ブラッグ・グレーティングにおけるブラッグ波長を、遮断すべき光の波長に一致させる。
【００２３】
この光フィルタ７０を通過した光を入力する後段光増幅部８０は、光アイソレータ８１Ａおよび８１Ｂ、励起光源８２、ＷＤＭカプラ８３、ＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂ、光分波器８５Ａおよび８５Ｂ、受光素子８６Ａおよび８６Ｂならびに制御回路８７からなる。光アイソレータ８１Ａは、光フィルタ７０より入力した光を光分波器８５Ａへ通過させるが、その逆方向には光を通過させない。光分波器８５Ａは、光アイソレータ８１Ａから到達した光を入力して、その一部を受光素子８６Ａへ出力し、残部をＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂへ出力する。ＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂは、互いに縦続接続されており、励起光源８２から出力された励起光が供給されているときに、光分波器８５Ａの側から入力した所定波長の光を光増幅する。
【００２４】
励起光源（例えば、半導体レーザ光源）８２は、ＥＤＦ８４Ｂおよび８４Ａに供給すべき励起光を出力する。ＷＤＭカプラ８３は、励起光源８２から出力された励起光を入力してＥＤＦ８４Ｂおよび８４Ａへ出力するとともに、ＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂから出力された光を光アイソレータ８１Ｂへ出力する。光アイソレータ８１Ｂは、ＷＤＭカプラ８３から到達した光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光分波器８５Ｂは、光アイソレータ８１Ｂより到達した光を入力して、その一部を受光素子８６Ｂへ出力し、残部を出力端光コネクタ９０へ出力する。
【００２５】
受光素子（例えば、フォトダイオード）８６Ａおよび８６Ｂそれぞれは、光分波器８５Ａおよび８５Ｂそれぞれにより分岐された光を受光して、後段光増幅部８０の入力光および出力光それぞれの強度に応じた電気信号を出力する。制御回路８７は、受光素子８６Ａおよび８６Ｂそれぞれから出力された電気信号を入力し、両者の比に基づいて、励起光源８２から出力される励起光の強度を制御し、後段光増幅部８０の利得を一定に制御する。
【００２６】
すなわち、この後段光増幅部８０は、励起光源８２からＷＤＭカプラ８３を経てＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂへ励起光が供給されているときに、光アイソレータ８１Ａおよび光分波器８５Ａを経て入力した所定波長の光をＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂにより光増幅して、その光増幅された光をＷＤＭカプラ８３、光アイソレータ８１Ｂおよび光分波器８５Ｂを経て出力する。このとき、後段光増幅部８０の利得は、受光素子８６Ａおよび８６Ｂならびに制御回路８７により一定に制御される。
【００２７】
以上のように構成される光ファイバ増幅器は、以下のように作用する。前段光増幅部３０において、励起光は、励起光源３２から出力され、ＷＤＭカプラ３３を経て、ＥＤＦ３４に供給される。また、後段光増幅部８０において、励起光は、励起光源８２から出力され、ＷＤＭカプラ８３を経て、ＥＤＦ８４Ｂおよび８４Ａそれぞれに供給される。
【００２８】
このように、前段光増幅部３０において励起光がＥＤＦ３４に供給されると、ＥＤＦ３４に含まれるＥｒ元素が励起されて反転分布が生じる。そして、その励起状態にあるＥｒ元素が下位のエネルギ状態に遷移するときに光が発生する。その光のうち、光帰還部６０内の光バンドパスフィルタ６２を通過し得る光（信号光波長帯域以外の光）は、光分波器４０、光帰還部６０および光合波器２０を経て、再び前段光増幅部３０に入力し、そして、ＥＤＦ３４において誘導放出を起こさせる。
【００２９】
すなわち、前段光増幅部３０、光分波器４０、光帰還部６０および光合波器２０からなる閉ループは、進行波型のレーザ発振器を構成している。この閉ループにおけるレーザ発振の波長は、光バンドパスフィルタ６２の通過波長帯域の波長であり、その発振強度は、可変アッテネータ６１における透過ロスにより決定される。そして、レーザ発振が起こると、前段光増幅部３０のＥＤＦ３４における反転分布が固定される。
【００３０】
このときに光ファイバ増幅器の入力端光コネクタ１０に信号光が入力すると、その信号光は、光合波器２０を経て前段光増幅部３０に入力し光増幅されて出力されるが、前段光増幅部３０のＥＤＦ３４における反転分布が固定されているので、前段光増幅部３０における信号光の利得は一定に維持される。
【００３１】
この前段光増幅部３０から出力される光は、光増幅された信号光とレーザ発振光とを含むものであり、光分波器４０を経て、光フィルタ７０に入力する。光フィルタ７０に入力した光のうち、信号光は、この光フィルタ７０を通過するが、レーザ発振光は、光フィルタ７０により遮断され反射される。光フィルタ７０により反射されたレーザ発振光は、光分波器４０を経て受光素子５０により受光され、その強度に応じた電気信号が出力される。そして、この電気信号を監視することにより、前段光増幅部３０における光増幅作用を監視することができる。
【００３２】
一方、光フィルタ７０を通過した信号光は、後段光増幅部８０に入力し光増幅されて出力され、さらに、出力端光コネクタ９０から出力される。この後段光増幅部８０では、入力光および出力光それぞれの強度が受光素子８６Ａおよび８Ｂそれぞれにより検出され、両者の比に基づいて制御回路８７により、励起光源８２からＥＤＦ８４Ｂおよび８４Ａに供給される励起光の強度が制御されて、信号光の光増幅の利得が一定に維持される。
【００３３】
以上のように、レーザ発振により前段光増幅部３０のＥＤＦ３４における反転分布が固定されるので、前段光増幅部３０における利得は、安定して一定に維持される。また、前段光増幅部３０により或る一定強度以上とされた信号光が後段光増幅部８０に入力するので、後段光増幅部８０における利得も、安定して一定に維持される。したがって、光ファイバ増幅器全体の利得一定制御も安定したものとなる。
【００３４】
また、前段光増幅部３０における利得だけでは、出力信号光の強度が充分でなくとも、後段光増幅部８０により更に光増幅することにしたので、光ファイバ増幅器全体の利得は充分に大きく、したがって、この光ファイバ増幅器からは充分に大きな強度の信号光が出力される。
【００３５】
次に、本実施形態に係る光ファイバ増幅器のより具体的な実施例と実験結果について説明する。
【００３６】
ここで用いたＥＤＦ３４，８４Ａおよび８４Ｂそれぞれの各添加元素の濃度、１．５３μｍ帯吸収ピークおよび長さは、次の表に記載した値のものである。
【００３７】
【表１】
0003567451.tif 000002
【００３８】
入力端光コネクタ１０に入力する信号光を波長１５４３ｎｍから１５５８ｎｍまでの１ｎｍ刻みの１６波ＷＤＭ信号とし、各信号光それぞれの強度を−２２ｄＢｍとし、１６波信号光の全強度を−１０ｄＢｍとした。そして、この多波長の信号光を一括増幅すべく、励起光源３２として波長０．９８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源を用い、励起光源８２として波長１．４８μｍのレーザ光を出力する半導体レーザ光源を用い、また、光バンドパスフィルタ６２の通過波長帯域の中心波長を１５６５ｎｍとし、光フィルタ７０の遮断波長も１５６５ｎｍとした。
【００３９】
以上のように構成される光ファイバ増幅器中の３点それぞれにおける光のスペクトル図を図２に示す。図２（ａ）は、入力端光コネクタ１０の入力点（図１中のＡ点）における信号光のスペクトル図であり、図２（ｂ）は、光フィルタ７０の入力点（図１中のＢ点）における光のスペクトル図であり、図２（ｃ）は、出力端光コネクタ９０の出力点（図１中のＣ点）における光のスペクトル図である。
【００４０】
前段光増幅部３０、光分波器４０、光帰還部６０および光合波器２０からなる閉ループで構成されるレーザ発振器では、光バンドパスフィルタ６２の通過波長帯域の中心波長である１５６５ｎｍでレーザ発振する。このレーザ発振に伴い前段光増幅部３０のＥＤＦ３４における反転分布が固定され、その結果、前段光増幅部３０では約２０ｄＢの安定した利得が得られた。したがって、光フィルタ７０の入力点（図１中のＢ点）には、図２（ｂ）のスペクトル図に示すように、光増幅された１６波信号光および波長１５６５ｎｍのレーザ発振光が現れる。なお、このとき、各信号光の強度は約−２ｄＢｍであり、１６波信号光の全強度は約１０ｄＢｍであった。
【００４１】
この光フィルタ７０に入力した光のうち、波長１５６５ｎｍのレーザ発振光は、光フィルタ７０により反射され、１６波信号光は、光フィルタ７０を通過し、さらに、後段光増幅部８０に入力し一括増幅される。この後段光増幅部８０における利得は、受光素子８６Ａおよび８６Ｂそれぞれにより検出された入力光および出力光それぞれの強度の比に基づいて、制御回路８７により７ｄＢに一定に制御されている。したがって、出力端光コネクタ９０の出力点（図１中のＣ点）では、図２（ｃ）のスペクトル図に示すように、さらに光増幅された１６波信号光が出力される。このとき、後段光増幅部８０にはレーザ発振光が入力することはないので、出力される１６波信号光の全強度は、後段光増幅部８０における最大出力である約１７ｄＢｍが得られた。以上より、この光ファイバ増幅器全体の利得は、２７ｄＢが得られた。
【００４２】
なお、閉ループを構成することなく前段光増幅部３０を単体で使用した場合には、Ｂ点における１６波信号光の全強度は、約１２．５ｄＢｍが得られる。しかし、本実施形態のように閉ループによりレーザ発振させた場合には、入力する１６波信号光の強度が大きくなると、レーザ発振が停止するため、反転分布が固定され得なくなり、利得を一定に保てなくなる。したがって、本実施形態では、前段光増幅部３０における利得を安定に一定に維持するためには、Ｂ点における１６波信号光の全強度の最大値は、約１０．０ｄＢｍとなり、単体で使用した場合に比較して約２．５ｄＢｍ低くなる。
【００４３】
図３は、入力する全信号光の強度に対する利得の依存性を示す図である。この図で、実線は本実施形態の場合を示し、破線は従来技術の場合を示す。従来の光ファイバ増幅器のように、Ａ点およびＣ点それぞれにおける光の強度（すなわち、光ファイバ増幅器全体に対する入力光および出力光の強度）をモニタし、両者に比に基づいて利得を一定に制御する場合には、出力光にＡＳＥ光が含まれることから、図３中の破線に示すように、入力する信号光の全強度が小さくなると、全体の利得は小さくなる。
【００４４】
これに対して、本実施形態に係る光ファイバ増幅器では、前段光増幅部３０および後段光増幅部８０それぞれにおいてＡＳＥ光が発生するが、前段光増幅部３０において発生するＡＳＥ光が元となったＡＳＥ光成分に比べて、後段光増幅部８０において発生するＡＳＥ光は、無視できるほど小さい。これは、前段光増幅部３０に入力する信号光の強度よりも、後段光増幅部８０に入力する信号光の強度の方が大きいので、後段光増幅部８０のＥＤＦ８４Ａおよび８４Ｂにおける反転分布は、殆どが信号光の増幅に費やされ、ＡＳＥ光の発生に費やされるのが僅かになるからである。したがって、本実施形態に係る光ファイバ増幅器では、図３中の実線に示すように、入力端光コネクタ１０に入力する信号光の全強度が変動しても、全体の利得は約２７ｄＢに略一定に保たれる。
【００４５】
また、レーザ発振光は、光フィルタ７０により反射され、光分波器４０を経て、受光素子５０に入力し受光される。この受光素子５０により受光されたレーザ発振光の強度をモニタすることにより、前段光増幅部３０における利得が一定に制御されているか否かを判定することができる。すなわち、既述したように、入力端光コネクタ１０に入力する信号光の波数が増えたりした場合のように、入力信号光の全強度が所定値を越えると、レーザ発振が停止し、反転分布が固定され得なくなり、利得を一定に保てなくなるからである。したがって、受光素子５０により受光されたレーザ発振光の強度が所定値より低くなったときには、利得一定制御が阻害されたとみなして、その旨の警報等を発することができ、また、この警報等に基づいて、光ファイバ増幅器やこれを含む光伝送システムのメインテナンス等を行うことができる。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記実施形態の説明では、前段光増幅部および後段光増幅部それぞれにおいて光増幅作用をするものとして、Ｅｒ元素が添加された光ファイバ（ＥＤＦ）について説明したが、これに限られるものではない。例えば、光増幅作用を有する物質としてＥｒ元素以外の希土類元素（例えば、Ｎｄ（ネオジウム）元素、Ｐｒ（プラセオジウム）元素、等）が添加された光ファイバを用いたものであってもよいし、光ファイバではなく平面型光導波路を用いたものであってもよい。
【００４７】
また、レーザ発振光をモニタする手段としては、前段光増幅部３０から後段光増幅部８０へ向かう光のうちからレーザ発振光を取り出す光分波手段を設け、その取り出されたレーザ発振光を受光し検出してもよい。また、この場合には、この光分波手段と光フィルタ７０とを兼用することもできる。例えば、光ファイバの光軸に対して斜めに形成されたグレーティングを有する光ファイバグレーティングであって、レーザ発振光をブラッグ反射させて当該光ファイバの側方に出射させ、一方、信号光をそのまま通過させるものが用いられ得る。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、前段光増幅部、光分波器、光帰還部および光合波器からなる閉ループは、進行波型のレーザ発振器を構成しており、光帰還部における通過波長（信号光波長帯域以外の波長）でレーザ発振する。このレーザ発振に伴い、前段光増幅部における反転分布は固定され、前段光増幅部における信号光の利得は一定に維持される。前段光増幅部から出力された信号光（信号光波長帯域の光）は、光フィルタを通過し、後段光増幅部に入力し、一定利得で更に光増幅され出力する。
【００４９】
このような構成としたことにより、入力信号光の強度が小さいときでも、信号光は前段光増幅部において一定利得で光増幅され、また、その前段光増幅部により光増幅された信号光が後段光増幅部に入力するので、後段光増幅部においても一定利得で光増幅される。したがって、入力信号光の強度が小さいときであっても、光増幅器の利得は、充分に大きな値で且つ安定して一定に維持される。
【００５０】
前段光増幅部は、(1) 励起光が供給されているときに入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、(2) 励起光を出力し光導波路に供給する励起手段と、を備えるものが好適である。また、後段光増幅部は。(1) 励起光が供給されているときに入力した所定波長帯域の光を光増幅して出力する光導波路と、(2) 励起光を出力し光導波路に供給する励起手段と、(3) 光導波路に入力する光の強度を検出する入力光検出手段と、(4) 光導波路から出力される光の強度を検出する出力光検出手段と、(5) 入力光検出手段および出力光検出手段それぞれにより検出された光の強度の比に基づいて、励起手段から出力される励起光を制御する制御手段と、を備えるものが好適である。そして、前段光増幅部および後段光増幅部の光導波路は光ファイバである場合には、光ファイバ線路との接続損が少ない。また、前段光増幅部および後段光増幅部の光導波路は、光増幅作用を奏する物質としてＥｒ元素が添加されている場合には、光通信において最も多用されている波長１．５５μｍ帯の信号光が増幅される。
【００５１】
また、光フィルタは、光軸に沿って周期的な屈折率変化を有するブラッグ・グレーティングが形成された光ファイバ・グレーティングである場合には、光ファイバとの接続損が少ない。
【００５２】
また、信号光波長帯域以外の光の強度をモニタしてレーザ発振を監視する監視手段を更に備える場合には、前段光増幅部を含む閉ループにおいて発生したレーザ発振光の強度が監視手段によりモニタされ、前段光増幅部における光増幅動作の状態が判断され得る。また、この監視手段による監視結果に基づいて警報等を発することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ増幅器の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光ファイバ増幅器中の３点それぞれにおける光のスペクトル図である。
【図３】入力する全信号光の強度に対する利得の依存性を示す図である。
【図４】従来の光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１０…入力端光コネクタ、２０…光合波器、３０…前段光増幅部、３１Ａ，３１Ｂ…光アイソレータ、３２…励起光源、３３…ＷＤＭカプラ、３４…ＥＤＦ、４０…光分波器、５０…受光素子、６０…光帰還部、６１…可変アッテネータ、６２…光バンドパスフィルタ、７０…光フィルタ、８０…後段光増幅部、８１Ａ，８１Ｂ…光アイソレータ、８２…励起光源、８３…ＷＤＭカプラ、８４Ａ，８４Ｂ…ＥＤＦ、８５Ａ，８５Ｂ…光分波器、８６Ａ，８６Ｂ…受光素子、８７…制御回路、９０…出力端光コネクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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