(57)【要約】［課題］励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる光増幅モジュールを提供する。［解決手段］光増幅モジュールを、光出力手段１と、第１の光結合分岐手段２と、第１の光増幅手段３を備える構成とする。光出力手段１は、あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力する。第１の光結合分岐手段２は、励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光に分岐して、第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、第２の励起光を第１の光信号とは異なる経路に出力する。第１の光増幅手段３は、第１の光信号を、結合されている励起光を元に増幅して出力する。
2018168593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力する光出力手段と、
前記励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光に分岐して、前記第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、前記第２の励起光を前記第１の光信号とは異なる経路に出力する第１の光結合分岐手段と、
前記第１の光信号を、結合されている前記励起光を元に増幅して出力する第１の光増幅手段と、
を備えることを特徴とする光増幅モジュール。
【請求項２】
前記第１の光結合分岐手段から出力される前記第２の励起光と、第２の光信号を結合して出力する第２の光結合分岐手段と、
前記第２の光信号を、結合されている前記第２の励起光を元に増幅して出力する第２の光増幅手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項３】
前記第１の光増幅手段から出力された前記第１の光信号の伝送経路に、前記第２の励起光を入力する第２の光結合分岐手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項４】
前記第１の光増幅手段は、前記第１の光信号に結合されている前記第１の励起光と、前記第２の光結合分岐手段から前記第１の光信号と対向する向きから送られてくる前記第２の励起光を元に、前記第１の光信号を増幅することを特徴とする請求項３に記載の光増幅モジュール。
【請求項５】
複数の前記光出力手段から入力される前記励起光を結合し、光パワーが均等になるように第１の光と、第２の光に分岐して出力する光分岐手段と、
前記第２の光と、第２の光信号を結合して出力する第２の光結合分岐手段と、
前記第２の光信号を、結合されている前記第２の光を元に増幅して出力する第２の光増幅手段と
をさらに備え、
前記第１の光結合分岐手段は、前記第１の光を前記励起光として前記第１の励起光と前記第２の励起光に分岐し、
前記第２の光増幅手段は、前記第２の光と、前記第２の励起光を元に前記第２の光信号を増幅することを特徴とする請求項１に記載の光増幅モジュール。
【請求項６】
前記第２の光増幅手段は、互いに対向する向きから入力される前記第２の光と、前記第２の励起光を元に前記第２の光信号を増幅することをと特徴とする請求項５に記載の光増幅モジュール。
【請求項７】
あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力し、
前記励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光とに分岐し、前記第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、前記第２の励起光を前記第１の励起光を結合した前記第１の光信号とは異なる経路に出力し、
前記第１の光信号を、結合されている前記第１の励起光を元に増幅して出力することを特徴とする光増幅方法。
【請求項８】
前記第２の励起光と第２の光信号を結合して出力し、
前記第２の光信号を、結合されている前記第２の励起光を元に増幅して出力することを特徴とする請求項７に記載の光増幅方法。
【請求項９】
前記第１の光信号に結合されている前記第１の励起光と、前記第１の光信号と対向する向きから送られてくる前記第２の励起光を元に、前記第１の光信号を増幅することを特徴とする請求項７に記載の光増幅方法。
【請求項１０】
複数の前記励起光を結合し、光パワーが均等になるように第１の光と、第２の光に分岐して出力し、
前記第１の光を前記励起光として前記第１の励起光と前記第２の励起光に分岐し、
前記第２の光を第２の光信号と結合して出力し、
前記第２の光信号を、結合されている前記第２の光と、前記第２の励起光を元に増幅することを特徴とする請求項７に記載の光増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を増幅する技術に関するものであり、特に、光信号を効率的に増幅する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の発展により、光信号の光パワーを光の状態で増幅する光増幅器が広く用いられている。光増幅器としては、例えば、励起光を元に光信号の光パワーを増幅するＥＤＦＡ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier）が用いられている。ＥＤＦＡを用いた光増幅器では、光パワーの増幅を行う際に励起光を必要とするため、安定して励起光を供給する構成を備えている必要がある。また、装置の小型化等の観点からレーザー素子やその他の部品の数は少ない方がよく、レーザー素子から出力される励起光の光パワーを効率的に利用して、光信号の光パワーの増幅が行えることが望ましい。そのため、光パワーの増幅を効率的に行う光増幅技術に関する開発が行われている。そのような、光パワーの増幅を効率的に行う技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。【０００３】
特許文献１は、１台のレーザー装置から出力される励起光を元に、第１の信号光と第２の信号光を増幅する光増幅器に関するものである。特許文献１の光増幅器は、信号光を第１の信号光と第２の信号光に分岐し、レーザー装置から出力された励起光の一方の偏波成分と第１の信号光を合波し、励起光のもう一方の偏波成分と第２の信号光を合波している。励起光と合波された第１の信号光および第２の信号光は、合波された励起光を元に光増幅用ファイバーで増幅される。特許文献１は、このような構成で光増幅を行うことで、信号光の増幅を効率よく行うことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１の技術は、励起光の２つの偏波を用いて第１の信号光と第２の信号光の増幅を行っている。よって、特許文献１では、光増幅器ごとに入力される励起光の光パワーを調整することができないため、いずれかの偏波を入力した増幅器では、励起光の光パワーが十分であるのに対し、もう一方の偏波を入力した光増幅器では不十分である状態が生じうる。すなわち、特許文献１では、光増幅器ごとに必要な光パワーに合わせた励起光を供給することはできない。そのため、特許文献１の技術は、励起光の光パワーを効率的に活用しつつ、光増幅を行う技術としては十分ではない。【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる光増幅モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の光増幅モジュールは、光出力手段と、第１の光結合分岐手段と、第１の光増幅手段を備えている。光出力手段は、あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力する。第１の光結合分岐手段は、励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光に分岐して、第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、第２の励起光を第１の光信号とは異なる経路に出力する。第１の光増幅手段は、第１の光信号を、結合されている励起光を元に増幅して出力する。【０００８】
本発明の光増幅方法は、あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力する。本発明の光増幅方法は、励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光とに分岐し、第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、第２の励起光を第１の励起光を結合した第１の光信号とは異なる経路に出力する。本発明の光増幅方法は、第１の光信号を、結合されている第１の励起光を元に増幅して出力する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラーにおける光信号の経路を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のＷＤＭカップラーにおける励起光の経路を模式的に示した図である。
【図５】本発明と対比した構成の光増幅モジュールの例を示す図である。
【図６】本発明と対比した構成の光増幅モジュールにおける光信号の経路を模式的に示した図である。
【図７】本発明と対比した構成の光増幅モジュールにおける励起光の経路を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の構成の概要を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態において第１のレーザー素子が停止した場合の励起光の光パワーの例を示した図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態において第２のレーザー素子が停止した場合の励起光の光パワーの例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の光増幅モジュールの構成の概要を示したものである。本実施形態の光増幅モジュールは、光出力手段１と、第１の光結合分岐手段２と、第１の光増幅手段３を備えている。光出力手段１は、あらかじめ設定された波長の光を励起光として出力する。第１の光結合分岐手段２は、励起光を、光パワーの比があらかじめ設定された比になるように第１の励起光と第２の励起光に分岐して、第１の励起光を第１の光信号と結合して出力し、第２の励起光を第１の光信号とは異なる経路に出力する。第１の光増幅手段３は、第１の光信号を、結合されている励起光を元に増幅して出力する。
【００１２】
本実施形態の光増幅モジュールは、第１の光結合分岐手段２において励起光をあらかじめ設定された光パワーの比で第１の励起光と第２の励起光に分岐している。また、本実施形態の光増幅モジュールは、第１の励起光を元に第１の光信号を増幅し、第２の励起光を出力している。そのため、本実施形態の光増幅モジュールでは、第１の光信号の増幅に必要な光パワーとなるように第１の励起光を分岐して増幅に用いつつ、第２の励起光をさらに増幅等に用いることが可能になる。その結果、本実施形態の光増幅モジュールは、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる。
【００１３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の光増幅モジュール１０の構成の概要を示したものである。本実施形態の光増幅モジュール１０は、レーザー素子１１と、第１のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラー１２と、第２のＷＤＭカップラー１３と、第１のファイバー型光アンプ１４と、第２のファイバー型光アンプ１５を備えている。本実施形態の光増幅モジュール１０は、第１の光信号経路２１および第２の光信号経路２２上に設置され、それぞれの光信号経路を伝送される光信号の光パワーを増幅する。
【００１４】
レーザー素子１１は、光信号のパワーを増幅する際に用いる励起光を出力する。レーザー素子１１は、第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５で光信号の光パワーを増幅する際の励起光として用いる波長の光を出力する。レーザー素子１１は、例えば、１５５０ｎｍ帯の光信号を増幅する際に励起光として用いる１４８０ｎｍの光を出力する半導体レーザーによって構成されている。また、本実施形態のレーザー素子１１の機能は、第１の実施形態の光出力手段１に相当する。
【００１５】
第１のＷＤＭカップラー１２および第２のＷＤＭカップラー１３は、それぞれ、ポート１、ポート２、ポート３およびポート４の４つのポートを備えている。図３および図４は、本実施形態のＷＤＭカップラーにおける光信号と励起光の経路を模式的に示したものである。
【００１６】
第１のＷＤＭカップラー１２のポート１には、第１の光信号経路２１を伝送されてくる光信号が入力される。ポート１に入力された光信号は、分岐は行われずにポート２に出力される。すなわち、ＷＤＭカップラー内における損失が無視できるとすると、ポート１に入力される光信号の光パワーが「１」であるとき、ポート２から出力される光信号の光パワーも「１」となる。
【００１７】
また、第１のＷＤＭカップラー１２のポート３には、レーザー素子１１から送られてくる励起光が入力される。第１のＷＤＭカップラー１２のポート２からは、ポート１に入力された光信号と、ポート３に入力された励起光の一部を合波して結合した光信号が出力される。また、第１のＷＤＭカップラー１２のポート４からは、ポート３に入力された励起光の一部が出力される。例えば、ポート３に入力された励起光の光パワーのうち、ポート２から出力される光パワーの割合をｘ（ｘは、１以下の正数）とすると、ポート４から出力される励起光の光パワーの割合は（１−ｘ）となる。また、本実施形態の第１のＷＤＭカップラー１２の機能は、第１の実施形態の第１の光結合分岐手段２に相当する。
【００１８】
第２のＷＤＭカップラー１３のポート１には、第２の光信号経路２２を伝送されてくる光信号が入力される。また、第２のＷＤＭカップラー１３のポート３には、第１のＷＤＭカップラー１２のポート４から出力された励起光が入力される。第２のＷＤＭカップラー１３のポート２からは、ポート１に入力された光信号と、ポート３に入力された励起光を合波して結合した光信号が出力される。
【００１９】
第２のＷＤＭカップラー１３は、ポート３に入力された励起光のうち、全ての光パワーの励起光が光信号に結合されてポート２に出力されるように設定されている。すなわち、第２のＷＤＭカップラー１３のポート２からは、ポート１に入力された光信号と、レーザー素子１１から出力された励起光の光パワーのうち（１−ｘ）の割合の光パワーの励起光とが合波された光信号が出力される。また、第２のＷＤＭカップラー１３のポート４の出力部分は、無反射処理が施されて終端されている。
【００２０】
光ファイバー型のＷＤＭカップラーは、２本の光ファイバーの一部分のコアを近接させた基本構造を有している。そのような構成のＷＤＭカップラーでは、一方のコアからしみだした光パワーの一部を、もう一方の光ファイバーへ所定の割合で遷移させて分岐することができる。分岐比は、光信号の波長、励起光の波長、近接している部分のコア間の距離およびコアを近接させている部分の長さをパラメーターとして設計することができる。そのため、光信号の波長および励起光の波長を基に、所定の分岐比で分岐されるようにＷＤＭカップラーを設計することができる。各ＷＤＭカップラーに入力された光信号および励起光の分岐比は、ＷＤＭカップラーを構成する２本のファイバーのコア近接部の長さおよびコア間の距離を波長ごとに調整することで設定される。
【００２１】
第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５は、励起光を元に光信号を増幅する。第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５は、エルビウムドープファイバー型光アンプ（Erbium Doped optical Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）を用いて構成されている。第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５は、入力された光信号の光パワーを、励起光を元にＥＤＦＡで増幅して、増幅した光信号を出力する。第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５は、励起光によって光パワーの増幅を行う方式であれば、エルビウムドープ以外の方式のものであってもよい。また、本実施形態の第１のファイバー型光アンプ１４の機能は、第１の実施形態の第１の光増幅手段１に相当する。
【００２２】
第１の光信号経路２１および第２の光信号経路２２は、光ファイバー等を用いた光信号の伝送路として構成されている。
【００２３】
本実施形態の光アンプの動作について説明する。第１の光信号経路２１および第２の光信号経路２２を伝送されている光信号が、光増幅モジュール１０にそれぞれ入力される。第１の光信号経路２１を伝送されてきた光信号は、第１のＷＤＭカップラー１２のポート１に入力される。また、第２の光信号経路２２を伝送されてきた光信号は、第２のＷＤＭカップラー１３のポート１に入力される。
【００２４】
レーザー素子１１は、あらかじめ設定された波長の励起光を生成し、第１のＷＤＭカップラー１２のポート３に送る。励起光の波長は、第１のファイバー型光アンプ１４および第２のファイバー型光アンプ１５のＥＤＦＡにおいて光信号の光パワーの増幅に用いる励起光の最適な波長に合わせて設定されている。
【００２５】
第１のＷＤＭカップラー１２のポート３に入力された励起光は、第１のＷＤＭカップラー１２を通過する際に、ｘ：（１−ｘ）の光パワーの比でポート２とポート４の２方向に分岐される。以下の説明は、レーザー素子１１から入力された励起光の光パワーに対して、光パワーの比がｘの励起光がポート２側、光パワーの比が（１−ｘ）の励起光がポート４側に分岐されたとして行う。
【００２６】
ポート２側に分岐された励起光は、ポート１から入力された光信号と合波して結合されポート２から出力される。また、ポート４側に分岐された励起光は、他の光信号とは合波されずにそのままポート４から出力される。すなわち、ポート４からは、レーザー素子１１から入力された励起光の光パワーに対して、光パワーの比が（１−ｘ）の励起光が出力される。
【００２７】
ポート２から出力された光信号と励起光は、第１のファイバー型光アンプ１４に入力される。励起光が、第１のファイバー型光アンプ１４に入力されると、励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。第１のファイバー型光アンプ１４で増幅された光信号は、第１の光信号経路２１の出力側に出力され、第１の光信号経路２１を伝送される。
【００２８】
第１のＷＤＭカップラー１２のポート４から出力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー１３のポート３に入力される。ポート３から入力された励起光は、ポート２側に分岐される。また、ポート４には、励起光は出力されない。すなわち、ポート２側に分岐される励起光の光パワーは、レーザー素子１１から出力された励起光の光パワーに対して（１−ｘ）となる。
【００２９】
ポート２側に分岐された励起光は、ポート１から入力される光信号と合波して結合されポート２から出力される。また、ポート１から入力された光信号は、全てポート２に出力され、ポート４には出力されない。
【００３０】
このように、ポート１から入力された光信号と、ポート３から入力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー１３で結合され、第２のファイバー型光アンプ１５に送られる。光信号が、第２のファイバー型光アンプ１５に入力されると、結合されている励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。第２のファイバー型光アンプ１５で増幅された光信号は、第２の光信号経路２２の出力側に出力され、第２の光信号経路２２を伝送される。
【００３１】
図５は、本発明と対比した構成の光増幅モジュールの例を示している。図５の光増幅モジュールは、レーザー素子から出力された励起光を、光パワーの比がｘ：（１−ｘ）になるように分岐する光カップラーを備えている。光カップラーで分岐された励起光は、第１のＷＤＭカップラーおよび第２のＷＤＭカップラーに送られ、それぞれ光信号と結合される。
【００３２】
図６および図７は、図５の構成の光増幅モジュールのＷＤＭカップラーにおける光信号と励起光の経路を模式的に示したものである。図６は、ＷＤＭカップラーのポート１に入力された光信号は、分岐されることなくポート２から出力される状態を示している。また、図７は、ポート３から入力された励起光の全てがポート２側に遷移し、ポート４からは出力されない状態を示している。図５の例では、光カップラーで分岐した励起光をＷＤＭカップラーそれぞれにおいて結合し、結合した励起光を元にファイバー型光アンプにおいて光信号の増幅が行われる。
【００３３】
図５の構成では、１台のレーザー素子によって２つの光信号を増幅する際に励起光を１：（１−ｘ）に分岐する光カップラーと、２つのＷＤＭカップラーを必要としている。一方で、本実施形態の光増幅モジュール１０は、レーザー素子１１から出力した励起光を第１のＷＤＭカップラー１２に入力し、第１のＷＤＭカップラー１２で励起光の一部を分岐して第２のＷＤＭカップラー１３に入力している。よって、本実施形態の光増幅モジュール１０は、図５に示す光増幅モジュールよりも構成を簡略化することができる。
【００３４】
本実施形態の光増幅モジュール１０は、レーザー素子１１から出力した励起光を第１のＷＤＭカップラー１２に入力し、入力された励起光の一部と光信号を結合して第１のファイバー型光アンプ１４に出力している。また、第２のＷＤＭカップラー１３は、第１のＷＤＭカップラー１２で分岐された励起光と光信号を結合して、第２のファイバー型光アンプ１５に出力している。また、各ファイバー型光アンプは、光信号に結合された励起光を元に光信号を増幅して出力している。
【００３５】
このように、本実施形態の光増幅モジュール１０は、第１のＷＤＭカップラー１２に入力された励起光のうち、光信号と結合した励起光以外を全て第２のＷＤＭカップラー１３に送って、もう一方の経路の光信号との結合している。よって、本実施形態の光増幅モジュール１０では、レーザー素子１１から出力した励起光の全てを２つの光信号の増幅に用いているため、励起光を効率的に用いて光信号の増幅を行うことができる。
【００３６】
また、第１のＷＤＭカップラー１２における励起光の光パワーの分岐比によって、第１のファイバー型光アンプ１４と第２のファイバー型光アンプ１５にそれぞれ供給する励起光の光パワーの比を設定することができる。そのため、第１のファイバー型光アンプ１４と第２のファイバー型光アンプ１５における光信号の増幅量が異なる場合にも用いることができる。以上より、本実施形態の光増幅モジュール１０は、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図８は、本実施形態の光増幅モジュール３０の構成の概要を示している。第２の実施形態の光増幅モジュール１０は、２つの光信号経路それぞれに設置されたファイバー型光アンプに、１つのレーザー素子から励起光を供給している。そのような構成に代えて、本実施形態の光増幅モジュール３０は、１つの光信号経路に設置された２つのファイバー型光アンプに１つのレーザー素子から励起光を供給することを特徴とする。
【００３８】
本実施形態の光増幅モジュール３０は、レーザー素子３１と、第１のＷＤＭカップラー３２と、第２のＷＤＭカップラー３３と、第１のファイバー型光アンプ３４と、第２のファイバー型光アンプ３５を備えている。光増幅モジュール３０は、光信号経路４１上に設置され、光信号経路４１から入力される光信号の光パワーを増幅して出力する。
【００３９】
本実施形態のレーザー素子３１、第１のＷＤＭカップラー３２、第２のＷＤＭカップラー３３、第１のファイバー型光アンプ３４および第２のファイバー型光アンプ３５の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位と同様である。
【００４０】
また、本実施形態の第１のＷＤＭカップラー３２および第２のＷＤＭカップラー３３の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位と同様であるが、２つのＷＤＭカップラーが第１のファイバー型光アンプ３４を介して直列の位置に配置されている。また、第１のファイバー型光アンプ３４と、第２のファイバー型光アンプ３５の間の第２のＷＤＭカップラー３３よりも前段に、他の光学素子を備えていてもよい。
【００４１】
光信号経路４１は、光ファイバー等を用いた光信号の伝送路として構成されている。
【００４２】
本実施形態の光アンプの動作について説明する。光信号経路４１を伝送されている光信号が、光増幅モジュール３０に入力される。光信号経路４１を伝送されてきた光信号は、第１のＷＤＭカップラー１２のポート１に入力される。
【００４３】
レーザー素子３１は、あらかじめ設定された波長の励起光を生成し、励起光を第１のＷＤＭカップラー３２のポート３に送る。励起光の波長は、第１のファイバー型光アンプ３４および第２のファイバー型光アンプ３５のＥＤＦＡにおいて光信号の光パワーの増幅に用いる励起光の最適な波長に合わせて設定されている。
【００４４】
第１のＷＤＭカップラー３２のポート３に入力された励起光は、第１のＷＤＭカップラー３２を通過する際に、ｘ：（１−ｘ）の光パワーの比でポート２とポート４の２方向に分岐される。以下の説明は、第２の実施形態と同様に、光パワーの比がｘの励起光がポート２側、パワーの比が（１−ｘ）の励起光がポート４側に分岐されたとして行う。
【００４５】
ポート２側に分岐された励起光は、ポート１に入力された光信号と合波して結合されポート２から出力される。また、ポート４側に分岐された励起光は、他の光信号とは合波されずにそのままポート４から出力される。
【００４６】
ポート２から出力された光信号と励起光は、第１のファイバー型光アンプ３４に入力される。励起光が、第１のファイバー型光アンプ３４に入力されると、励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。第１のファイバー型光アンプ３４で増幅された光信号は、第１のファイバー型光アンプ３４から出力され第２のＷＤＭカップラー３３に送られる。
【００４７】
第１のＷＤＭカップラー３２のポート４から出力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー３３のポート３に入力される。ポート３から入力された励起光は、全てポート２側に遷移する。よって、ポート４から励起光は出力されない。
【００４８】
ポート２側に遷移した励起光は、ポート１から入力された光信号と合波して結合されポート２から出力される。ポート１から入力された光信号は、全てポート２に出力され、ポート４には出力されない。
【００４９】
ポート１から入力された光信号と、ポート３から入力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー３３で合波して結合され、第２のファイバー型光アンプ３５に送られる。励起光が、第２のファイバー型光アンプ３５に入力されると、励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。第２のファイバー型光アンプ３５で増幅された光信号は、光信号経路４１の出力側に出力され、光信号経路４１を伝送される。
【００５０】
本実施形態の光増幅モジュール３０は、レーザー素子３１から出力された励起光のうち、ｘの光パワーを第１のファイバー型光アンプ３４における光信号の増幅に用いて、１−ｘの光パワーを第２のファイバー型光アンプ３５における光信号の増幅に用いている。よって、本実施形態の光増幅モジュール３０は、レーザー素子３１から出力した励起光の光パワーを全て用いつつ、２段階で設置したファイバー型光アンプにおける増幅で光パワーの増幅率を上げることができる。そのため、本実施形態の光増幅モジュール３０は、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる。
【００５１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図９は、本実施形態の光増幅モジュール５０の構成の概要を示したものである。第３の実施形態では、２つのファイバー型光アンプが直列に接続されそれぞれに一方向から光信号に結合された励起光が送られているが、本実施形態では、１つのファイバー型光アンプの両方向から励起光が送られることを特徴とする。
【００５２】
本実施形態の光増幅モジュール５０は、レーザー素子５１と、第１のＷＤＭカップラー５２と、第２のＷＤＭカップラー５３と、ファイバー型光アンプ５４を備えている。光増幅モジュール５０は、光信号経路６１上に設置され、光信号経路６１から入力される光信号の光パワーを増幅して出力する。
【００５３】
本実施形態のレーザー素子５１、第１のＷＤＭカップラー５２、第２のＷＤＭカップラー５３の構成は、第２の実施形態の同名称の部位と同様である。また、本実施形態のファイバー型光アンプ５４の構成は、第２の実施形態の第１のファイバー型光アンプ１４と同様である。
【００５４】
本実施形態の第２のＷＤＭカップラー５３は、ファイバー型光アンプ５４から送られてくる光信号がポート２に入力されるように備えられている。第１のＷＤＭカップラー５２で分岐されて送られてくる励起光は、第２のＷＤＭカップラー５３のポート３から入力される。すなわち、第２のＷＤＭカップラー５３には、光信号と励起光が対向する向きに入力される。
【００５５】
光信号経路６１は、光ファイバー等を用いた光信号の伝送路として構成されている。
【００５６】
本実施形態の光増幅モジュール５０の動作について説明する。光信号経路６１を伝送されている光信号が、光増幅モジュール５０に入力される。光信号経路６１から光増幅モジュール５０に入力された光信号は、第１のＷＤＭカップラー５２のポート１に入力される。
【００５７】
レーザー素子５１は、あらかじめ設定された波長の励起光を生成し、第１のＷＤＭカップラー５２のポート３に送る。励起光の波長は、ファイバー型光アンプ５４のＥＤＦＡにおいて光信号の光パワーの増幅に用いる励起光の最適な波長に合わせて設定されている。
【００５８】
第１のＷＤＭカップラー５２のポート３に入力された励起光は、第１のＷＤＭカップラー５２を通過する際に、ｘ：（１−ｘ）の光パワーの比でポート２とポート４の２方向に分岐される。以下の説明は、第２の実施形態と同様に、光パワーの比がｘの励起光がポート２側、パワーの比が（１−ｘ）の励起光がポート４側に分岐されたとして行う。
【００５９】
ポート２側に分岐された励起光は、ポート１から入力された光信号と合波して結合されポート２から出力される。また、ポート４側に分岐された励起光は、他の光信号とは合波されずにそのままポート４から出力される。
【００６０】
ポート２から出力された光信号と励起光は、ファイバー型光アンプ５４に入力される。励起光が、ファイバー型光アンプ５４に入力されると、励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。
【００６１】
第１のＷＤＭカップラー５２のポート４から出力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー５３のポート３に入力される。ポート３から入力された励起光は、全てポート２側に遷移する。よって、ポート４から励起光は出力されない。
【００６２】
ポート２側に遷移した励起光は、第２のＷＤＭカップラー５３のポート２から出力され、ファイバー型光アンプ５４に送られる。第２のＷＤＭカップラー５３のポート２から送られてくる励起光がファイバー型光アンプ５４に入力されると、対向する側から送られてくる光信号の光パワーは、第２のＷＤＭカップラー５３から送られてくる励起光を元にさらに増幅される。
【００６３】
双方向から入力された励起光によって光パワーが増幅された光信号は、ファイバー型光アンプ５４から出力され第２のＷＤＭカップラー５３に送られる。ファイバー型光アンプ５４から送られてきた光信号は、第２のＷＤＭカップラー５３のポート２に入力される。第２のＷＤＭカップラー５３のポート２に入力された光信号は、そのままポート１側に出力される。第２のＷＤＭカップラー５３のポート１から出力された光信号は、光信号経路６１の出力側に出力され、光信号経路６１を伝送される。
【００６４】
本実施形態の光増幅モジュール５０は、レーザー素子５１から出力した励起光を第１のＷＤＭカップラー５２において光パワーの比がｘ：１−ｘに分岐し、光パワーがｘの励起光を光信号に結合して、前方励起用としてファイバー型光アンプ５４に供給している。また、第１のＷＤＭカップラー５２において分岐された光パワーの比が１−ｘの励起光を第２のＷＤＭカップラー５３において光信号の経路に挿入し、後方励起用としてファイバー型光アンプ５４に励起光を供給している。すなわち、本実施形態の光増幅モジュール５０は、レーザー素子５１から出力した励起光の光パワーの全てを１つのファイバー型光アンプ５４における双方向励起に用いている。そのため、本実施形態の光増幅モジュール５０は、励起光の光パワーを効率的に活用しつつ、光信号の増幅率を向上させることができる。その結果、本実施形態の光増幅モジュール５０は、励起光の光パワーを効率的に活用して光信号の増幅を行うことができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１０は、本実施形態の光増幅モジュール７０の構成の概要を示したものである。第２乃至第４の実施形態では、励起光を１つのレーザー素子から出力しているが、本実施形態では、２つのレーザー素子から励起光を出力することで、励起光の光源を冗長化していることを特徴とする。
【００６６】
本実施形態の光増幅モジュール７０は、第１のレーザー素子７１と、第２のレーザー素子７２と、光カップラー７３と、第１のＷＤＭカップラー７４と、第２のＷＤＭカップラー７５と、第３のＷＤＭカップラー７６を備えている。また、本実施形態の光増幅モジュール７０は、第１のファイバー型光アンプ７７と、第２のファイバー型光アンプ７８を備えている。光増幅モジュール７０は、第１の光信号経路８１および第２の光信号経路８２上に設置され、各光信号経路からそれぞれ入力される光信号の光パワーを増幅して出力する。
【００６７】
本実施形態の第１のレーザー素子７１および第２のレーザー素子７２の構成と機能は、第２の実施形態のレーザー素子１１と同様である。第１のＷＤＭカップラー７４、第２のＷＤＭカップラー７５および第３のＷＤＭカップラー７６は、いずれかのポートから入力された励起光を、WDMカップラーごとにあらかじめ設定されている光パワーの比で分岐して他のポートに出力する。また、本実施形態の第１のファイバー型光アンプ７７および第２のファイバー型光アンプ７８の構成と単体での機能は、第２の実施形態の第１のファイバー型光アンプ１４と同様である。
【００６８】
第１のレーザー素子７１および第２のレーザー素子７２は、それぞれ出力する光が、光カップラー７３のポート１およびポート３に入力されるように配置される。また、レーザー素子の数は、３つ以上であってもよい。３つ以上とする場合には、レーザー素子の数に合わせた光カップラーが用いられる。
【００６９】
光カップラー７３は、分岐比が１：１の４ポート光カップラーである。光カップラー７３は、第１のレーザー素子７１および第２のレーザー素子７２からポート１およびポート３を介して入力される励起光を結合する。また、光カップラー７３は、結合した励起光を２つに分岐し、ポート２およびポート３を介して、第１のＷＤＭカップラー７４および第２のＷＤＭカップラー７５への経路に出力する。光カップラー７３は、励起光の光パワーの比が１：１となるように第１のＷＤＭカップラー７４および第２のＷＤＭカップラー７５への経路に分岐する。
【００７０】
第１のＷＤＭカップラー７４は、ポート１に第１の光信号経路８１を伝送されてくる光信号が入力され、ポート３に光カップラー７３のポート２から送られてくる励起光が入力されるように接続される。また、第１のＷＤＭカップラー７４は、ポート２から出力する光信号と励起光が第１のファイバー型光アンプ７７に入力されるように接続される。また、第１のＷＤＭカップラー７４は、ポート４から出力する励起光が第３のＷＤＭカップラー７６のポート３に入力されるように接続される。
【００７１】
第２のＷＤＭカップラー７５は、ポート１に第２の光信号経路８２を伝送されてくる光信号が入力され、ポート３に光カップラー７３のポート４から送られてくる励起光が入力されるように接続される。また、第２のＷＤＭカップラー７５は、ポート２から出力される光信号と励起光が第２のファイバー型光アンプ７８に入力されるように接続される。
【００７２】
第３のＷＤＭカップラー７６は、ポート２に第２のファイバー型光アンプ７８から送られてくる光信号が入力され、ポート３に第１のＷＤＭカップラー７４のポート４から送られてくる励起光が入力されるように接続される。また、第３のＷＤＭカップラー７６は、ポート２から入力される光信号がポート１に出力され、ポート３から入力される励起光がポート２から出力されるように接続される。
【００７３】
第１のファイバー型光アンプ７７は、光信号と励起光が第１のＷＤＭカップラー７４から入力されるように接続される。また、第１のファイバー型光アンプ７７は、出力する光信号が第１の光信号経路８１の出力側に出力されるように接続される。
【００７４】
第２のファイバー型光アンプ７８は、光信号と励起光が第２のＷＤＭカップラー７５のポート２から入力されるように接続される。また、第２のファイバー型光アンプ７８は、励起光が第３のＷＤＭカップラー７６のポート２から入力され、出力する光信号が第３のＷＤＭカップラー７６のポート２に送られるように接続される。
【００７５】
第１の光信号経路８１および第２の光信号経路８２は、光ファイバー等を用いた光信号の伝送路として構成されている。
【００７６】
本実施形態の光増幅モジュール７０の動作について説明する。第１の光信号経路８１および第２の光信号経路８２をそれぞれ伝送されている光信号が、光増幅モジュール７０に入力される。第１の光信号経路８１および第２の光信号経路８２から光増幅モジュール７０に入力された光信号は、第１のＷＤＭカップラー７４および第２のＷＤＭカップラー７５のポート１にそれぞれ入力される。
【００７７】
第１のレーザー素子７１および第２のレーザー素子７２は、あらかじめ設定された波長の励起光を生成し、生成した励起光を光カップラー７３のポート１およびポート３に送る。励起光の波長は、各ファイバー型光アンプのＥＤＦＡにおいて光信号の光パワーの増幅に用いる励起光の最適な波長に合わせて設定されている。
【００７８】
第１のレーザー素子７１および第２のレーザー素子７２から励起光が入力されると、光カップラー７３は、２つのレーザー素子から入力された励起光を結合し、光パワーの比が１：１になるように励起光を分岐する。光カップラー７３は、分岐した励起光をポート２およびポート４を介して、第１のＷＤＭカップラー７４および第２のＷＤＭカップラー７５に送る。
【００７９】
光カップラー７３から第１のＷＤＭカップラー７４のポート３に入力された励起光は、第１のＷＤＭカップラー７４を通過する際に、ｘ：（１−ｘ）の光パワーの比でポート２とポート４の２方向に分岐される。以下の説明は、第２の実施形態と同様に、光パワーの比がｘの励起光がポート２側、パワーの比が（１−ｘ）の励起光がポート４側に分岐されたとして行う。
【００８０】
ポート２側に分岐された励起光は、ポート１から入力される光信号と合波して結合されポート２から出力される。また、ポート４側に分岐された励起光は、他の光信号とは合波されずにそのままポート４から出力される。
【００８１】
ポート２から出力された光信号と励起光は、第１のファイバー型光アンプ７７に入力される。励起光が、第１のファイバー型光アンプ７７に入力されると、励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。第１のファイバー型光アンプ７７において増幅された光信号は、第１の光信号経路８１の出力側に出力され、第１の光信号経路８１を伝送される。
【００８２】
第１のＷＤＭカップラー７４のポート４から出力された励起光は、第３のＷＤＭカップラー７６のポート３に入力される。ポート３から入力された励起光は、全てポート２側に遷移する。よって、ポート４から励起光は出力されない。ポート２側に遷移した励起光は、第３のＷＤＭカップラー７６のポート２から出力され、第２のファイバー型光アンプ７８に送られる。
【００８３】
光カップラー７３から第２のＷＤＭカップラー７５のポート３に入力された励起光は、第２のＷＤＭカップラー７５を通過する際に、全てポート２側に遷移する。よって、励起光は、ポート４からは出力されない。ポート２側に遷移した励起光は、ポート１から入力される光信号と合波して結合されポート２から出力される。
【００８４】
ポート２から出力された光信号と励起光は、第２のファイバー型光アンプ７８に入力される。励起光が、光信号に結合されて第２のファイバー型光アンプ７８に入力されると、結合されている励起光を元に光信号の光パワーが増幅される。
【００８５】
また、第３のＷＤＭカップラー７６のポート２から送られてくる励起光が第２のファイバー型光アンプ７８に光信号と対向する向きから入力されるので、光信号は、第３のＷＤＭカップラー７６から送られてくる励起光によっても増幅される。
【００８６】
双方向から入力された励起光によって光パワーが増幅された光信号は、第２のファイバー型光アンプ７８から出力され第３のＷＤＭカップラー７６に送られる。第２のファイバー型光アンプ７８から送られてきた光信号は、第３のＷＤＭカップラー７６のポート２に入力される。第３のＷＤＭカップラー７６のポート２に入力された光信号は、そのままポート１側に出力される。第３のＷＤＭカップラー７６のポート１から出力された光信号は、第２の光信号経路８２の出力側に出力され、第２の光信号経路８２を伝送される。
【００８７】
次に第１のレーザー素子７１または第２のレーザー素子７２のいずれかが停止した場合について説明する。図１１は、第１のレーザー素子７１が停止した場合における各部位からの出力される励起光の光パワーを示したものである。また、図１２は、第２のレーザー素子７２が停止した場合における各部位からの出力される励起光の光パワーを示したものである。
【００８８】
図１１は、停止している第１のレーザー素子７１から出力される励起光を０、動作している第２のレーザー素子７２から出力される励起光の光パワーを１として示している。図１２は、停止している第２のレーザー素子７２から出力される励起光を０、動作している第１のレーザー素子７１から出力される励起光の光パワーを１として示している。光カップラー７３は、入力された励起光を光パワーの比が１：１になるように分岐するので、第１のＷＤＭカップラー７４および第２のＷＤＭカップラー７５にはそれぞれ０．５ずつの光パワーの励起光が送られる。
【００８９】
第１のＷＤＭカップラー７４は、入力された励起光をｘ：１−ｘに分岐するので、第１のファイバー型光アンプ７７には、０．５ｘの光パワーの励起光が送られる。よって、第１のファイバー型光アンプ７７は、０．５ｘの光パワーの励起光で光信号の増幅を行うので、２つのレーザー素子が稼動している場合の、半分の光パワーの励起光で光信号の増幅を行う。また、第３のＷＤＭカップラーには、０．５−０．５ｘの光パワーの励起光が送られる。よって、第３のＷＤＭカップラーは、０．５−０．５ｘの光パワーの励起光を第２のファイバー型光アンプ７８に送る。
【００９０】
第２のＷＤＭカップラー７５は、入力された励起光を全て光信号に結合して出力するので、０．５ｘの光パワーの励起光を光信号に結合して第２のファイバー型光アンプ７８に送る。よって、第２のファイバー型光アンプ７８は、双方向から合計１−０．５ｘの光パワーの励起光が入力される。また、２つのレーザー素子が動作しているとき第２のファイバー型光アンプ７８に入力される励起光の光パワーの合計は、２−ｘである。よって、第２のファイバー型光アンプ７８においても、２つのレーザー素子が稼動している場合の、半分の光パワーの励起光で光信号の増幅が行われる。以上のように本実施形態の光増幅モジュール７０は、レーザー素子のいずれかが停止した場合であっても、２つの光信号の増幅を継続させることができる。
【００９１】
本実施形態の光増幅モジュール７０は、レーザー素子を冗長化しているため、いずれかのレーザー素子が停止した場合であっても、２つの経路から入力される光信号の増幅を継続することができる。また、２つのレーザー素子から励起光を供給しているため、２つのレーザー素子が動作している場合には、出力変動の影響を抑制することができる。そのため、本実施形態の光増幅モジュール７０は、励起光を効率的に活用しつつ、光信号の増幅を安定して行うことができる。
【００９２】
各実施形態において第１のＷＤＭカップラーから分岐した励起光が入力されるＷＤＭカップラーは、入力された励起光の全てをファイバー型光アンプに接続されている経路に出力している。そのような構成に代えて、第１のＷＤＭカップラーから入力された励起光をさらに分岐して、ファイバー型光アンプに接続されている経路に出力するようにしてもよい。さらに分岐する構成とすることで、ファイバー型光アンプに入力される励起光を調整することで、増幅量を最適化することができる。励起光をさらに分岐する場合には、分岐した励起光をファイバー型光アンプに接続されている経路に挿入してもよく、分岐した励起光を増幅に利用しなくてもよい。
【００９３】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【００９４】
この出願は、２０１７年３月１３日に出願された日本出願特願２０１７−４７４３２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００９５】
１    光出力手段
２    第１の光結合分岐手段
３    第１の光増幅手段
１０    光増幅モジュール
１１    レーザー素子
１２    第１のＷＤＭカップラー
１３    第２のＷＤＭカップラー
１４    第１のファイバー型光アンプ
１５    第２のファイバー型光アンプ
２１    第１の光信号経路
２２    第２の光信号経路
３０    光増幅モジュール
３１    レーザー素子
３２    第１のＷＤＭカップラー
３３    第２のＷＤＭカップラー
３４    第１のファイバー型光アンプ
３５    第２のファイバー型光アンプ
４１    光信号経路
５０    光増幅モジュール
５１    レーザー素子
５２    第１のＷＤＭカップラー
５３    第２のＷＤＭカップラー
５４    ファイバー型光アンプ
６１    光信号経路
７０    光増幅モジュール
７１    第１のレーザー素子
７２    第２のレーザー素子
７３    光カップラー
７４    第１のＷＤＭカップラー
７５    第２のＷＤＭカップラー
７６    第３のＷＤＭカップラー
７７    第１のファイバー型光アンプ
７８    第２のファイバー型光アンプ
８１    第１の光信号経路
８２    第２の光信号経路
【図１】
2018168593.tif 000003
【図２】
2018168593.tif 000004
【図３】
2018168593.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018168593.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018168593.tif 000009
【図８】
2018168593.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018168593.tif 000013
【図１２】
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【国際調査報告】
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2018168593.tif 000016
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