(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得等化のための方法であって、
（ａ）  特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光に利得を与える光増幅器を含む光伝送路を提供するステップと、
（ｂ）  波長に対して実質的に単調に変化する利得が得られるように上記光伝送路を利得等化するステップと、
（ｃ）  波長に対して実質的に変化しない利得が得られるように上記光伝送路を利得等化するステップとを備え、
上記ステップ（ｃ）は、
波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントを提供するステップと、
上記周期性を変化させるステップとを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
上記ステップ（ｃ）は上記光エレメントの損失の極小値又は極大値を与える波長に上記特定波長を一致させるステップを更に含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
上記ステップ（ｂ）は利得又は損失の波長特性が一定である受動的利得等化器を提供するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
上記ステップ（ｃ）は利得又は損失の波長特性が可変である能動的利得等化器を提供するステップを含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
上記ステップ（ｃ）は、利得傾斜を検出するステップと、検出された利得傾斜がフラットになるように上記能動的利得等化器を制御するステップとを含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
上記ＷＤＭ信号光における波長配置は上記周期性にはほぼ対応する方法。
【請求項７】
特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光の光路上に設けられる光エレメントであって波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントと、
上記周期性が変化するように上記光エレメントに作用する手段とを備え、
上記特定波長が上記光エレメントの損失の極小値又は極大値を与える波長に実質的に一致し、
上記ＷＤＭ信号光における波長配置は上記周期性にほぼ対応する装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
上記光エレメントに光学的に接続され上記ＷＤＭ信号光に利得を与える光増幅器を更に備えた装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置であって、
上記光エレメントに光学的に接続され利得又は損失の波長特性が一定である受動的利得等化器を更に備えた装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
上記受動的利得等化器はファイバグレーティングからなる装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の装置であって、
上記光エレメントはエタロンからなる装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
上記作用する手段は上記エタロンの上記光路上における長さを変化させるためのピエゾ素子を含む装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置であって、
上記光路を提供するための一対のファイバコリメータを更に備えた装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の装置であって、
上記光増幅器の利得を検出する利得モニタと、
該利得モニタにより検出された利得に基づき上記作用する手段を制御する手段とを更に備えた装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の装置であって、
上記光増幅器の利得傾斜を検出する利得傾斜モニタと、
該利得傾斜モニタにより検出された利得傾斜が一定になるように上記作用する手段を制御する手段とを更に備えた装置。
【請求項１６】
特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光が伝送される光ファイバ伝送路と、
該光ファイバ伝送路にそれぞれ光学的に接続される光増幅器及び能動的利得等化器とを備え、
上記能動的利得等化器は、
波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントと、
上記周期性が変化するように上記光エレメントに作用する手段とを備えており、
上記特定波長が上記光エレメントの損失の極小値又は極大値を与える波長に実質的に一致しているシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、
上記光ファイバ伝送路に光学的に接続され利得又は損失の波長特性が一定である受動的利得等化器を更に備えたシステム。
【請求項１８】
各々光増幅器を含む複数の区間からなる光ファイバスパンを備えたシステムであって、
上記各区間は、利得又は損失の波長特性が一定である受動的利得等化器と、損失の波長特性が可変である能動的利得等化器とを備えており、
上記能動的利得等化器は、
波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントと、
上記周期性が変化するように上記光エレメントに作用する手段とを備えており、
上記特定波長が上記光エレメントの損失の極小値又は極大値を与える波長に実質的に一致しているシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得等化のための方法並びに該方法の実施に使用する装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、信号光を増幅するための光増幅器の使用が提案され或いは実用化されている。
【０００３】
従来知られている光増幅器は、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング（励起）する手段とを備えている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯の波長を有するポンプ光を用いることによって、波長１．５５μｍ帯を含む利得帯域が得られる。また、半導体チップを光増幅媒体として用いる光増幅器も知られている。この場合、半導体チップに電流を注入することによってポンピングが行われる。
【０００４】
一方、光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭを適用することによって、当該多重数に応じて一本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
【０００５】
ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を組み入れる場合、利得傾斜（ゲインチルト）或いは利得偏差で代表される利得の波長特性によって伝送距離が制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、波長１．５５μｍの近傍で利得傾斜が生じ、この利得傾斜はＥＤＦＡへの信号光のトータル入力パワー及びポンプ光のパワーに従って変化することが知られている。
【０００６】
光増幅器の利得の波長特性に対する対策として、利得等化法が知られている。これを図１乃至図３により説明する。
【０００７】
図１は、ＷＤＭが適用される従来の光通信システムの例を示すブロック図である。複数の光送信機（ＯＳ）２（＃１，…，＃Ｎ）から出力された波長が異なる光信号は、光マルチプレクサ４において波長分割多重される。波長分割多重の結果得られたＷＤＭ信号光は光伝送路６に送出される。
【０００８】
光伝送路６は、光ファイバ伝送路７の途中に損失補償用の複数の光増幅器８と１つ以上の利得等化器１０を設けて構成されている。各利得等化器１０は光フィルタによって提供され得る。
【０００９】
光伝送路６により送られてきたＷＤＭ信号光は、光デマルチプレクサ１２によって波長に従って個々の光信号に分離され、光受信機（ＯＲ）１４（＃１…，＃Ｎ）に供給される。
【００１０】
図２を参照すると、図１のシステムにおいて光マルチプレクサ４から光伝送路６に送出されるＷＤＭ信号光のスペクトルの例が示されている。縦軸は光パワー、横軸は波長を表している。ここでは、光送信機２（＃１，…，＃Ｎ）はそれぞれ波長（λ１  ，…，λＮ  ）の光信号を出力するものとしている。プリエンファシスを考慮しなければ、一般的には、各チャネルの光信号の光パワーは等しい。この例では、ＷＤＭ信号光の帯域は、符号１６で示されるように、λ１  〜λＮ  の波長範囲によって定義される。
【００１１】
図１のシステムにおいて、各光増幅器８がＷＤＭ信号光の帯域１６において利得の波長特性を有していると、利得傾斜又は利得偏差が光伝送路６の全長に渡って累積し、信号電力或いは信号対雑音比（光ＳＮＲ）のチャネル間偏差が生じてしまう。例えば、各光増幅器８が図３の（Ａ）に示されるような利得の波長特性を有しているとすると、これが累積する結果、図３の（Ｂ）に示されるように総利得の波長特性が顕著になる。
【００１２】
利得等化法では、各利得等化器１０の損失の波長特性を、多段接続された光増幅器８の総利得の波長特性が相殺されるように設定する。
【００１３】
これを図４により具体的に説明する。図４において、符号１８で示される破線は、多段接続された光増幅器８の総利得の波長特性であり、符号２０で示される実線は、利得等化器１０における損失の波長特性を示している。図示された例では、ＷＤＭ信号光の帯域１６において、総利得の波長特性が損失の波長特性によって相殺されており、これにより光伝送路６の全体における利得等化がなされている。
【００１４】
各光増幅器８としてＥＤＦＡが用いられる場合、その利得の波長特性は、一般的には、波長軸に対して非対称形である。これに対して、各利得等化器１０の構成要素（エレメント）として用いられ得る１つの光フィルタの損失の波長特性は対称形である。従って、各利得等化器１０が１つの光フィルタだけを含む場合には、累積した光増幅器８の非対称な利得の波長特性を補償することは不可能である。光フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ及びマッハツェンダフィルタ等が知られており、これらは精度良く作製することができ且つ信頼性が保証されている。
【００１５】
尚、関連する従来技術として、光増幅器の非対称な利得の波長特性を補償するために、損失の波長特性が異なる２つ以上の光フィルタを組み合わせて利得等化器を構成することが提案されている。これにより、与えられたＷＤＭ信号光の帯域において利得の波長特性が高精度に損失の波長特性によって相殺される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
光増幅器の利得の波長特性は、光増幅器のポンピング状態や信号光の入力パワー等の動作条件によって変化する。例えば、海底光増幅中継システムでは、経時劣化による光ファイバ損失の増加や修理のためのケーブル割り入れ等により、光増幅器への入力パワーが変化する場合がある。このようにシステム状態が変化した場合には、光増幅器の動作条件が変化するため、利得の波長特性も変化することとなる。また、光増幅器の製造ばらつきにより、利得の波長特性が設計値からずれることもある。
【００１７】
従来のように、損失の波長特性が固定されている光フィルタを用いた利得等化法では、システム状態が変わり、光増幅器の利得の波長特性が例えば図５に示されるように符号１８で示される特性から符号１８′で示される特性に変化した場合に、光増幅器の利得の波長特性と光フィルタの損失の波長特性が一致しなくなるため、等化誤差が生じる。この等化誤差はシステム状態によって変動し、その量が大きくなると、信号電力或いは光ＳＮＲのチャネル間偏差が生じ、あるチャネルではその伝送品質が著しく損なわれることになる。
【００１８】
このような点に鑑み、損失の波長特性が可変である可変利得等化器を用いる方法が提案されている。
【００１９】
図６は従来の可変利得等化器の例を示すブロック図である。入力ポート２２と出力ポート２４との間には光サーキュレータ２６が設けられており、光サーキュレータ２６にはＡＷＧ（アレイドウェイブガイド）素子２８の第１のポート３０が接続されている。ＡＷＧ素子２８の複数の第２のポート３２の各々には、光カプラ３４、可変光減衰器３６及び全反射器３８がこの順で接続されている。全反射器３８における反射光のパワーは光カプラ３４に接続されたフォトディテクタ４０により検出され、その検出出力が一定になるように可変光減衰器３６が制御される。
【００２０】
ＡＷＧ素子２８の第１のポート３０と各第２のポート３２とは特定の波長により結合されているので、図６に示される構成によって、平坦な波長特性が得られる。
【００２１】
しかし、図６に示される従来の可変利得等化器は、光サーキュレータ２６及びＡＷＦ素子２８をはじめとして高価な光デバイスが必要になり、しかも、可変光減衰器３６を含むフィードバックループは複数組（例えば３２組）必要になるので、構成が複雑であると共に高コスト化するという問題がある。
【００２２】
よって、本発明の目的は、システム状態の変動に伴う等化誤差の変動を抑圧することができる利得等化のための簡単な方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、損失の波長特性が可変で簡単な構成を有する新規な装置（利得等化器）を提供することにある。
【００２４】
本発明の更に他の目的は、上記方法の実施に使用する或いは上記装置を備えたシステムを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、利得等化のための方法が提供される。まず、特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光に利得を与える光増幅器を含む光伝送路が提供される（ステップ（ａ））。次いで、波長に対して実質的に単調に変化する利得が得られるように上記光伝送路が利得等化される（ステップ（ｂ））。そして、波長に対して実質的に変化しない利得が得られるように上記光伝送路を利得等化される（ステップ（ｃ））。ステップ（ｃ）には、波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントを提供するステップと、上記周期性を変化させるステップとが含まれる。ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）の実施の順序は任意である。
【００２６】
この方法によると、例えば、ステップ（ｂ）の後にステップ（ｃ）を実施することによって、実質的に単調に変化する利得について簡単に利得等化を行うことができるので、システム状態の変化に伴う等化誤差の変動を容易に抑圧することができる。
【００２７】
本発明の第２の側面によると、特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光の光路上に設けられる光エレメントであって波長に対して周期性をもって変化する損失を上記ＷＤＭ信号光に与える光エレメントと、この周期性が変化するように上記光エレメントに作用する手段とを備えた装置が提供される。特定波長が上記光エレメントの損失の極小値又は極大値を与える波長に実質的に一致している。そして、ＷＤＭ信号光における波長配置は上記周期性にほぼ対応する。この装置は、波長に対して実質的に単調に変化する利得について利得等化を行うのに適しているので、本発明の第１の側面に従う方法に使用することができる。
【００２８】
本発明の第３の側面によると、特定波長を有する光信号を含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号光が伝送される光ファイバ伝送路と、光ファイバ伝送路にそれぞれ光学的に接続される光増幅器及び能動的利得等化器とを備えたシステムが提供される。能動的利得等化器は、本発明の第２の側面に従う装置によって提供され得る。
【００２９】
本発明の第４の側面によると、各々光増幅器を含む複数の区間からなる光ファイバスパンを備えたシステムが提供される。各区間は、利得又は損失の波長特性が一定である受動的利得等化器と、損失の波長特性が可変である能動的利得等化器とを備えている。能動的利得等化器は、本発明の第２の側面に従う装置によって提供され得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
図７は本発明による光通信システムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光送信装置４２と、光受信装置４４と、装置４２及び４４間に敷設される光ファイバスパン４６とを備えている。光ファイバスパン４６は、カスケード接続された複数の区間４８を含む。
【００３２】
光送信装置４２は、異なる波長を有する光信号を出力する複数の光送信機２（＃１，…，＃Ｎ）と、これらの光信号を波長分割多重した結果得られる波長分割多重信号光（ＷＤＭ信号光）を出力する光マルチプレクサ４とを備えている。得られたＷＤＭ信号光は光ファイバスパン４６へ供給される。
【００３３】
光受信装置４４は、光ファイバスパン４６からのＷＤＭ信号光を波長に従って分離して個々のチャネルの光信号を得るための光デマルチプレクサ１２と、これらの光信号を受けるための複数の光受信機１４（＃１，…，＃Ｎ）とを備えている。
【００３４】
図８は図７に示される各区間４８の実施形態を示す図である。各区間４８は、光ファイバスパン４６（図７参照）の一部となる光ファイバ伝送路５０と、光ファイバ伝送路５０に沿って設けられる光増幅ユニット５２、受動的利得等化器５４及び能動的利得等化器５６とを備えている。受動的利得等化器５４の利得又は損失の波長特性は一定であり、能動的利得等化器５６の利得又は損失の波長特性は可変である。光増幅ユニット５２、受動的利得等化器５４及び能動的利得等化器５６の配列順序は任意である。受動的利得等化器５４又は能動的利得等化器５６として光増幅器を用いることもできる。例えば、ＥＤＦＡのポンピングパワーを変化させることにより利得の波長特性を可変にすることができる。
【００３５】
受動的利得等化器５４は、波長に対して実質的に単調に変化する利得が得られるように当該区間４８を利得等化する。また、能動的利得等化器５６は、波長に対して実質的に変化しない利得が得られるように当該区間４８を利得等化する。
【００３６】
光増幅ユニット５２としてはエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いることができる。受動的利得等化器５４としては、誘電体多層膜フィルタ、エタロンフィルタ、マッハツェンダフィルタ、ファイバグレーティングフィルタ或いはこれらの組み合わせを用いることができる。能動的利得等化器５６の具体的構成については後述する。
【００３７】
図９は図７に示される各区間４８に適用可能な光増幅器の実施形態を示す図である。この光増幅器は、ハウジング５８内に設けられる光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）６０と、ＥＤＦ６０がＷＤＭ信号光に利得を与えるようにＥＤＦ６０をポンピング（励起）するためのポンピング源としてのレーザダイオード６２及び６４とを有している。ＥＤＦ６０及びレーザダイオード６２及び６４は図８に示される光増幅ユニット５２の一部を構成している。また、ＥＤＦ６０において生じる利得の波長特性を平坦化するために、受動的利得等化器５４及び能動的利得等化器５６が用いられている。
【００３８】
ハウジング５８内にはまた前段光モジュール６６及び後段光モジュール６８が設けられている。入力光ファイバ７０は、ファイバコリメータ７２により前段光モジュール６６に接続され、ＥＤＦ６０の第１端６０Ａはインタフェースファイバ７４及びファイバコリメータ７６により前段光モジュール６６に接続され、レーザダイオード６２は光ファイバ７８及びファイバコリメータ８０により前段光モジュール６６に接続されている。前段光モジュール６６内には、ファイバコリメータ７２及び７６によって、ＷＤＭ信号光のための光路８２がコリメートビームとして提供されている。光路８２上には、光アイソレータ８４、ビームスプリッタ８６及びＷＤＭカプラ８８がファイバコリメータ７２の側からこの順に設けられている。ビームスプリッタ８６で分岐された入力モニタビームはフォトディテクタ９０に供給される。ファイバコリメータ８０はＷＤＭカプラ８８に関する反射光路によってファイバコリメータ７６に結合されている。
【００３９】
ＥＤＦ６０の第２端６０Ｂは、インターフェイスファイバ９２及びファイバコリメータ９４により後段光モジュール６８に接続され、出力光ファイバ９６はファイバコリメータ９８により後段光モジュール６８に接続され、レーザダイオード６４は光ファイバ１００及びファイバコリメータ１０２により後段光モジュール６８に接続されている。受動的利得等化器５４は出力光ファイバ９６の途中に設けられている。
【００４０】
ファイバコリメータ９４及び９８によって後段光モジュール６８内にはＷＤＭ信号光のための光路１０４がコリメートビームとして提供されている。光路１０４上には、ＷＤＭカプラ１０６、光アイソレータ１０８、ビームスプリッタ１１０及び能動的利得等化器５６がファイバコリメータ９４の側からこの順に設けられている。
【００４１】
ファイバコリメータ１０２はＷＤＭカプラ１０６についての反射光路によってファイバコリメータ９４に結合されている。ビームスプリッタ１１０で分岐された出力モニタビームはフォトディテクタ１１２に供給される。
【００４２】
フォトディテクタ９０及び１１２の出力信号は利得モニタ１１４に入力される。利得モニタ１１４は、フォトディテクタ９０及び１１２の出力信号の差又は比に基づきＥＤＦ６０で生じる利得を検出し、検出された利得が例えば一定になるようにＥＤＦ６０のポンピングエネルギーを制御する。具体的には、レーザダイオード６２及び６４にはＬＤドライバ１１６から駆動電流が供給されており、利得モニタ１１４はこれらの駆動電流を調節する。
【００４３】
利得モニタ１１４には電圧制御回路１１８が接続されており、制御回路１１８は能動的利得等化器５６における損失の波長特性を制御する。この制御の具体的態様については後述する。
【００４４】
レーザダイオード６２から出力されたフォワードポンピング用のポンプ光は、ＷＤＭカプラ８８及びインターフェイスファイバ７４を介してＥＤＦ６０にその第１端６０Ａから供給される。レーザダイオード６４から出力されたバックワードポンピング用のポンプ光は、ＷＤＭカプラ１０６及びインターフェイスファイバ９２を介してＥＤＦ６０にその第２端６０Ｂから供給される。
【００４５】
増幅されるべきＷＤＭ信号光は、入力ファイバ７０及びインターフェイスファイバ７４を通ってＥＤＦ６０にその第１端６０Ａから供給される。フォワードポンピング及びバックワードポンピングが行われているＥＤＦ６０にＷＤＭ信号光が供給されると、誘導放出の原理に従ってＷＤＭ信号光は増幅され、増幅されたＷＤＭ信号光は、後段光モジュール６８を介して出力ファイバ９６へ供給される。
【００４６】
図１０はＥＤＦにおける利得の波長特性の変化を示すグラフである。縦軸は利得（ｄＢ）、横軸は波長（ｎｍ）を表している。ポンピングエネルギーが異なる６つの状態について利得の波長特性が示されている。いずれの状態においても、１５３０ｎｍ付近に利得の極大値が生じており、１５４０乃至１５６０ｎｍでは単調な特性が得られている。また、ポンピングエネルギーが比較的小さい場合には、単調な領域において利得傾斜は正であり、ポンピングエネルギーが比較的大きい場合には、同領域において利得傾斜は負になる。
【００４７】
図９に示される光増幅器では、図１０に示されるように、１５３０ｎｍ付近を含めると事実上単調でない利得の波長特性を、まず受動的利得等化器５４により利得等化することによって実質的に単調に変化する利得の波長特性が得られるようにし、その利得の波長特性を能動的利得等化器５６によって利得等化して、波長に対して実質的に変化しない利得が得られるようにしている。つまり、受動的利得等化器５４及び能動的等化器５６を組み合わせることによって、比較的単純な特性を有する能動的利得等化器５６によって利得の波長特性を容易に平坦化することができるのである。また、図１０に示される各ポンピング状態の特性は類似した形状を有しているので、ポンピング状態の変化に伴う利得の波長特性の変化を能動的利得等化器５６により容易に補償することができる。
【００４８】
図１１を参照すると、能動的利得等化器５６の構成例が示されている。ここでは、能動的利得等化器５６は、ＷＤＭ信号光に関する光路１０４が貫通するように設けられる一対のガラス平板１２０及び１２２からなる光エレメント１２４と、ガラス平板１２０及び１２２間の間隔を変化させるための円筒形のピエゾ素子１２６とを備えている。ガラス平板１２０及び１２２の互いに対向する面の各々には例えば反射率が概ね５０％の高反射膜ＨＲが形成されており、ガラス平板１２０及び１２２の外側の面の各々には反射防止膜ＡＲが形成されている。従って、高反射膜ＨＲ間での多重反射によりこの光エレメント１２４はエタロンとして機能し、光エレメント１２４は、波長に対して周期性をもって変化する損失をＷＤＭ信号光に与える。また、ピエゾ素子１２６によってガラス平板１２０及び１２２間の間隔が変化させられることによって、その周期性が変化する。
【００４９】
尚、対象としている波長の範囲が比較的狭いことを考慮すると、「波長に対して周期性をもって変化する」というときの「波長」という語は「周波数」で置換することができる。従って、この明細書においては、「波長」という語は「周波数」という語で置換されてもよい。
【００５０】
図１２は図１１に示される能動的利得等化器５６の動作原理の説明図である。縦軸は損失（ｄＢ）、横軸は波長（ｎｍ）を表している。
【００５１】
今、ピエゾ素子１２６（図１１参照）の印加電圧が０であるときに、実線で示されるように、波長に対して周期性をもって変化する損失が光エレメント１２４において生じているとする。また、ＷＤＭ信号光における第１チャネル（ｃｈ１）乃至第８チャネル（ｃｈ８）の波長配置が上記周期性に正確に対応しているものとする。この場合、特定チャネル（例えば第１チャネル）の波長が光エレメント１２４の損失の極小値（又は極大値）を与える波長の１つに実質的に一致しているとすると、他のチャネルの波長も損失の極小値（又は極大値）を与える他の波長に一致するので、損失の波長特性は波長に対して平坦になる。
【００５２】
ここで、ピエゾ素子１２６を駆動してガラス平板１２０及び１２２間の間隔を小さくすると、光エレメント１２４によって提供されているエタロンのＦＳＲ（フリースペクトラルレンジ）が大きくなるので、損失の波長特性は図１２に破線で示されるようになる。その結果、長波長になるに従って損失が単調に増加するような損失の波長特性がＷＤＭ信号光に与えられることとなり、その損失の波長特性はピエゾ素子１２６への印加電圧により任意に設定することができる。ここでは、ＦＳＲが大きくなる場合について説明したがＦＳＲが小さくなるようにガラス平板１２０及び１２２間の間隔を大きくした場合にも同じようにして損失の波長特性を変化させることができる。
【００５３】
図１３の（Ａ）〜（Ｄ）は図１１に示される能動的利得等化器５６の損失の波長特性を変化させた例を示す図である。いずれにおいても、能動的利得等化器５６を通過するＷＤＭ信号光に与えられる損失の波長特性が示されている。ピエゾ素子１２６の印加電圧を変化させてガラス平板１２０及び１２２間の間隔を変化させることによって、比較的単調な損失の波長特性の傾斜を変化させることができることがわかる。
【００５４】
従って、図９に示される光増幅器では、受動的利得等化器５４により波長に対して実質的に単調に変化する利得が得られるように利得等化を行い、その単調な利得の波長特性が波長に対して平坦になるように能動的利得等化器５６により利得等化を行うことによって、システム状態の変動に伴う等化誤差の変動を容易に抑圧することができる。
【００５５】
また、図１１に示される実施形態によると、損失の波長特性が可変で簡単な構成の利得等化のための装置の提供が可能になる。
【００５６】
図９に示される受動的利得等化器５４としてファイバグレーティングを用いた場合、ファイバグレーティングの製造技術によって、ＥＤＦにおける利得の波長特性を打ち消すための損失の波長特性を比較的自由に設計し得る。
【００５７】
図９に示される光増幅器では、ＥＤＦ６０においてある特定の利得、例えばレーザダイオード６２及び６４によるポンピングにより得られる最大利得で利得の波長特性が平坦化されるように、受動的利得等化器５４の損失の波長特性が設定される。システムに要求される特性に応じて、利得モニタ１１４は、要求される利得（前述の最大利得とは限らない）が一定に保たれるようにレーザダイオード６２及び６４の駆動電流を制御する。この一定に制御されている利得が初期設定値（最大利得）と異なる場合、図１０により説明した通り利得の波長特性は変化する。この利得の波長特性の変化を補償するために、利得モニタ１１４の出力信号に基づき電圧制御回路１１８が能動的利得等化器５６のピエゾ素子１２６（図１１参照）の印加電圧を制御する。これにより、システム状態の変動に伴う等化誤差の変動が簡単に抑圧される。
【００５８】
波長に対して周期性をもって変化する損失をＷＤＭ信号光に与えるための光エレメントとして、図１１に示されるように一対のガラス平板１２０及び１２２を有するものについて説明したが、１枚のガラス平板の両面に高反射膜を設けてなる光エレメントを用いることもできる。この場合、そのガラス平板の温度をヒータ或いはペルチェ素子により変化させることによって屈折率又は厚みを変化させ、それによりＦＳＲを変化させるようにしてもよい。
【００５９】
また、図１１に示されるピエゾ素子１２６に代えて線熱膨張係数が比較的大きい材質からなるブロックを設け、そのブロックの温度をヒータ或いはペルチェ素子により変化させることによってガラス平板１２０及び１２２間の間隔を変化させ、それによりＦＳＲを変化させるようにしてもよい。
【００６０】
図９に示される光増幅器では、２つのレーザダイオード６２及び６４を用いた双方向ポンピングが例示されているが、レーザダイオード６２及び６４の一方を省略して、フォワードポンピング或いはバックワードポンピングを行うようにしてもよい。
【００６１】
また、受動的利得等化器５４は出力ファイバ９６の途中に設けられているが、後段光モジュール６８内における能動的利得等化器５６の上流側又は下流側に設けられる受動的利得等化器を採用してもよい。
【００６２】
図１４は能動的利得等化器の他の構成例を示す図である。光路１０４（図９参照）に沿って改変された能動的利得等化器５６´が設けられている。能動的利得等化器５６´は、図１１に示されるピエゾ素子１２０に代えて、線熱膨張係数が比較的大きい材質からなる円筒形部材１３０が用いられている。円筒形部材１３０の温度がペルチェ素子１３２により変化させられることにより、光エレメント１２４のガラス平板１２０及び１２２間の間隔が変化させられ、それによりエタロンのＦＳＲが変化して、損失の波長特性における周期性が変化する。ペルチェ素子１３２は、可変電流源１３４から駆動電流が与えられており、その駆動電流に応じてペルチェ素子１３２が熱の吸収又は放出を行うことによって、円筒形部材１３０の温度が変化させられる。
【００６３】
光路１０４における能動的利得等化器５６´の下流側にはビームスプリッタ１３６が設けられている。ビームスプリッタ１３６で分岐されたモニタビームは利得又は利得傾斜を検出するモニタ１３８に供給される。
【００６４】
モニタ１３８は、供給されたモニタビームを実質的に１：１のパワー比で第１及び第２のモニタビームに分岐するための光カプラ１４２と、第１及び第２のモニタビームをそれぞれ受けるための光帯域通過フィルタ１４４及び１４６と、フィルタ１４４及び１４６を透過したビームをそれぞれ受けるフォトディテクタ１４８及び１５０と、フォトディテクタ１４８及び１５０の出力信号に基づき利得又は利得傾斜を算出する演算回路１５２とを含んでいる。演算回路１５２の出力信号に基づき制御回路１４０が可変電流源１３４を制御し、それにより、例えばモニタ１３８により検出された利得又は利得傾斜が一定になるようにペルチェ素子１３２の駆動電流が制御される。
【００６５】
光帯域通過フィルタ１４４は、例えば、ＷＤＭ信号光における最短波長側のチャネルの光信号の波長を含む通過帯域を有しており、光帯域通過フィルタ１４６は、例えば、ＷＤＭ信号光における最長波長側のチャネルの光信号の波長を含む通過帯域を有している。この場合、フォトディテクタ１４８及び１５０の出力信号レベルが一定になるような制御を行うことによって、ＷＤＭ信号光における利得傾斜が一定（平坦）に保たれる。
【００６６】
図１５及び図１６は能動的利得等化器の設計例を説明するための図である。図１５は、入射角を７．４度、反射面反射率を５０％、基板屈折率を１．４６６とし、反射面間隔（ｄμｍ）を５１７．４１乃至５１７．４５μｍに変化したときの損失の波長特性を示している。約０．５ｍｍの厚みのエタロン板の厚み制御を約４０ｎｍの範囲で行うことによって、短波長領域において３ｄＢ程度の損失の変化を制御することができることがわかる。
【００６７】
図１６は、入射角を１．０度、反射面反射率を５０％、基板屈折率を１．４６６とし、反射面間隔（ｄμｍ）を５１７．６００乃至５１７．８６７μｍに変化したときの損失の波長特性を示している。約０．５ｍｍの厚みのエタロン板の厚み制御を約２７０ｎｍの範囲で行うことによって、全波長域で１０ｄＢ程度の損失の変化の制御を行うことができることがわかる。
【００６８】
図１７の（Ａ）及び（Ｂ）〜図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図、図２３の（Ａ）及び（Ｂ）〜図２５の（Ａ）及び（Ｂ）は図１６の特性を得るための計算例を示す図である。
【００６９】
各計算において、ＷＤＭ信号光のチャネル数は２５であるとし、それらの波長（単位はｎｍ）は、１５２０．５０，１５２２．０２，１５２３．５６，１５２５．０８，１５２６．６２，１５２８．１６，１５２９．７０，１５３１．２４，１５３２．７８，１５３４．３４，１５３５．８８，１５３７．４４，１５３９．００，１５４０．５６，１５４２．１４，１５４３．７０，１５４５．２８，１５４６．８４，１５４８．４２，１５５０．００，１５５１．６０，１５５３．１８，１５５４．７８，１５５６．３６，及び１５５７．９６である。
【００７０】
図１７の（Ａ）及び（Ｂ）では、ｄ＝５１７．４１、図１８の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．４２、図１９の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．４３、図２０の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．４４、図２１の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．４５、図２２の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．４５５である。
【００７１】
また、図２３の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．８６７、図２４の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．７０、図２５の（Ａ）及び（Ｂ）ではｄ＝５１７．６０である。
【００７２】
以上の説明では、利得等化器は損失を与えるものとして例示したが、利得を与える光増幅器を利得等化器として用いることもできる。光増幅器の利得特性は一定でありあるいはポンピング条件に応じて可変であるので、光増幅器を受動的利得等化器あるいは能動的利得等化器として用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、システム状態の変動に伴う等化誤差の変動を抑圧することができる利得等化のための簡単な方法の提供が可能になるという効果が生じる。
【００７４】
また、本発明によると、損失特性が可変で簡単な構成を有する新規な装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【００７５】
更に、本発明によると、そのような方法の実施に使用することができ或いはそのような装置を備えた新規なシステムの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＷＤＭ（波長分割多重）が適用される光通信システムの従来例を示すブロック図である。
【図２】図２は図１のシステムにおけるＷＤＭ信号光のスペクトルの例を示す図であるる。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は光増幅器の利得の波長特性の累積を説明するための図である。
【図４】図４は従来の利得等化法の説明図である。
【図５】図５は従来の利得等化法の問題点の説明図である。
【図６】図６は従来の可変利得等化器の例を示す図である。
【図７】図７は本発明による光通信システムの実施形態を示すブロック図である。
【図８】図８は図７に示される各区間の実施形態を示す図である。
【図９】図９は各区間に適用可能な光増幅器の実施形態を示す図である。
【図１０】図１０はＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）における利得の波長特性の変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は能動的利得等化器の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は能動的利得等化器の動作原理の説明図である。
【図１３】図１３の（Ａ）〜（Ｄ）は能動的利得等化器の損失の波長特性を変化させた例を示す図である。
【図１４】図１４は能動的利得等化器の他の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は能動的利得等化器の設計例を説明するための図である。
【図１６】図１６は能動的利得等化器の他の設計例を説明するための図である。
【図１７】図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その１）である。
【図１８】図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その２）である。
【図１９】図１９の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その３）である。
【図２０】図２０の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その４）である。
【図２１】図２１の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その５）である。
【図２２】図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の特性を得るための計算例を示す図（その６）である。
【図２３】図２３の（Ａ）及び（Ｂ）は図１６の特性を得るための計算例を示す図（その１）である。
【図２４】図２４の（Ａ）及び（Ｂ）は図１６の特性を得るための計算例を示す図（その２）である。
【図２５】図２５の（Ａ）及び（Ｂ）は図１６の特性を得るための計算例を示す図（その３）である。
【符号の説明】
５２  光増幅ユニット
５４  受動的利得等化器
５６  能動的利得等化器
６０  エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
６２，６４  レーザダイオード
６６  前段光モジュール
６８  後段光モジュール
１１４  利得モニタ
１１６  ＬＤドライバ
１１８  電圧制御回路
５４  受動的利得等化器
５６  能動的利得等化器
１２０，１２２  ガラス平板
１２４  光エレメント
１２６  ピエゾ素子
【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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