(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光回路であって、
前記光回路は、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、１個の１×Ｎ主光スイッチと、１個のＮ×１主光スイッチと、１×ｊ従光スイッチであって、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ従光スイッチと、ｉ×１従光スイッチであって、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートとから構成され、
前記主入力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチの入力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの入力ポートに接続されなかった前記Ｎ個の従入力ポートのうちの１個の従入力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されており、
前記主出力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチの出力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートと接続されなかった前記Ｎ個の従出力ポートのうちの１個の従出力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの１個は前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの前記１個の従入力ポートに接続されなかった前記Ｎ×１主光スイッチのＮ−１個の入力端子それぞれに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの前記１個の従出力ポートに接続されなかった前記１×Ｎ主光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのｋ番目の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの前記Ｎ×１主光スイッチの入力ポートに接続されなかったｊ−１個の出力ポートのそれぞれは前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのｌ番目のｉ×１従光スイッチの入力ポートのうちの前記１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ−１個の入力ポートのそれぞれにｌがｋ以上の整数である条件を満たすように接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、前記１個の主入力ポートと、前記Ｎ個の従入力ポートと、前記Ｎ個の従出力ポートと、前記１個の主出力ポートとの間の接続の組み合わせを切替えることができることを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に、損失スペクトルのピークとディップの差を可変にする動的利得等化手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光回路。
【請求項４】
前記１×Ｎ主光スイッチと、前記Ｎ×１主光スイッチと、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチと、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチと、前記可変光減衰器と、前記動的利得等化手段とのうち少なくとも２つ以上が、単一の導波路基板内に集積されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光回路。
【請求項５】
光増幅器であって、
前記光増幅器は、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、１個の１×Ｎ主光スイッチと、１個のＮ×１主光スイッチと、１×ｊ従光スイッチであって、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ従光スイッチと、ｉ×１従光スイッチであって、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートと、Ｎ個の光増幅用光ファイバから構成され、
前記主入力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチの入力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの入力ポートに接続されなかった前記Ｎ個の従入力ポートのうちの１個の従入力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されており、
前記主出力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチの出力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートと接続されなかった前記Ｎ個の従出力ポートのうちの１個の従出力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの１個は前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの前記１個の従入力ポートに接続されなかった前記Ｎ×１主光スイッチのＮ−１個の入力端子それぞれに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの前記１個の従出力ポートに接続されなかった前記１×Ｎ主光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのｋ番目の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの前記Ｎ×１主光スイッチの入力ポートに接続されなかったｊ−１個の出力ポートのそれぞれは前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのｌ番目のｉ×１従光スイッチの入力ポートのうちの前記１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ−１個の入力ポートのそれぞれにｌがｋ以上の整数である条件を満たすように接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、前記１個の主入力ポートと、前記Ｎ個の従入力ポートと、前記Ｎ個の従出力ポートと、前記１個の主出力ポートとの間の接続の組み合わせを切替えることができ、
前記Ｎ個の従出力ポートはそれぞれ前記Ｎ個の光増幅用光ファイバの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちの前記１個の従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートは前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのうちのｊ＝Ｎをみたす１×ｊ従光スイッチに接続された従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちの前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのうちのｉ＝Ｎをみたすｉ×１従光スイッチに接続された従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートは前記１個の従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちの、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートは、ｊ＝Ｎ−ｉ＋１をみたすように、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従入力ポートに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、光増幅用光ファイバの組み合わせを切替えることによって光増幅用光ファイバの長さを変え、よって光増幅率を変化させることができることを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
【請求項７】
前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に、損失スペクトルのピークとディップの差を可変にする動的利得等化手段を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の光増幅器。
【請求項８】
前記１×Ｎ主光スイッチと、前記Ｎ×１主光スイッチと、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチと、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチと、前記可変光減衰器と、前記動的利得等化手段とのうち少なくとも２つ以上が、単一の導波路基板内に集積されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項９】
可変分散補償器であって、
前記可変分散補償器は、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、１個の１×Ｎ主光スイッチと、１個のＮ×１主光スイッチと、１×ｊ従光スイッチであって、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ従光スイッチと、ｉ×１従光スイッチであって、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートと、Ｎ個の分散補償ファイバから構成され、
前記主入力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチの入力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの入力ポートに接続されなかった前記Ｎ個の従入力ポートのうちの１個の従入力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されており、
前記主出力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチの出力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートと接続されなかった前記Ｎ個の従出力ポートのうちの１個の従出力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの１個は前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの前記１個の従入力ポートに接続されなかった前記Ｎ×１主光スイッチのＮ−１個の入力端子それぞれに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの前記１個の従出力ポートに接続されなかった前記１×Ｎ主光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのｋ番目の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの前記Ｎ×１主光スイッチの入力ポートに接続されなかったｊ−１個の出力ポートのそれぞれは前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのｌ番目のｉ×１従光スイッチの入力ポートのうちの前記１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ−１個の入力ポートのそれぞれにｌがｋ以上の整数である条件を満たすように接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、前記１個の主入力ポートと、前記Ｎ個の従入力ポートと、前記Ｎ個の従出力ポートと、前記１個の主出力ポートとの間の接続の組み合わせを切替えることができ、
前記Ｎ個の従出力ポートはそれぞれ前記Ｎ個の分散補償ファイバの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の分散補償ファイバのうちの前記１個の従出力ポートに接続された分散補償ファイバの出力ポートは前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのうちのｊ＝Ｎをみたす１×ｊ従光スイッチに接続された従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の分散補償ファイバのうちの前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのうちのｉ＝Ｎをみたすｉ×１従光スイッチに接続された従出力ポートに接続された分散補償ファイバの出力ポートは前記１個の従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の分散補償ファイバのうちの、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従出力ポートに接続された分散補償ファイバの出力ポートは、ｊ＝Ｎ−ｉ＋１をみたすように、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従入力ポートに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、分散補償ファイバの組み合わせを切替えることによって分散補償ファイバの長さを変え、よって分散補償量を変化させることができることを特徴とする可変分散補償器。
【請求項１０】
可変光遅延器であって、
前記可変光遅延器は、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、１個の１×Ｎ主光スイッチと、１個のＮ×１主光スイッチと、１×ｊ従光スイッチであって、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ従光スイッチと、ｉ×１従光スイッチであって、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートと、Ｎ個の光遅延導波路から構成され、
前記主入力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチの入力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの入力ポートに接続されなかった前記Ｎ個の従入力ポートのうちの１個の従入力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されており、
前記主出力ポートは、前記Ｎ×１主光スイッチの出力ポートに接続されており、前記Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートと接続されなかった前記Ｎ個の従出力ポートのうちの１個の従出力ポートは、前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの１個は前記Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの前記１個の従入力ポートに接続されなかった前記Ｎ×１主光スイッチのＮ−１個の入力端子それぞれに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの前記１個の従出力ポートに接続されなかった前記１×Ｎ主光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、
前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのｋ番目の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの前記Ｎ×１主光スイッチの入力ポートに接続されなかったｊ−１個の出力ポートのそれぞれは前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのｌ番目のｉ×１従光スイッチの入力ポートのうちの前記１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ−１個の入力ポートのそれぞれにｌがｋ以上の整数である条件を満たすように接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、前記１個の主入力ポートと、前記Ｎ個の従入力ポートと、前記Ｎ個の従出力ポートと、前記１個の主出力ポートとの間の接続の組み合わせを切替えることができ、
前記Ｎ個の従出力ポートはそれぞれ前記Ｎ個の光遅延導波路の入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光遅延導波路のうちの前記１個の従出力ポートに接続された光遅延導波路の出力ポートは前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのうちのｊ＝Ｎをみたす１×ｊ従光スイッチに接続された従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光遅延導波路のうちの前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのうちのｉ＝Ｎをみたすｉ×１従光スイッチに接続された従出力ポートに接続された光遅延導波路の出力ポートは前記１個の従入力ポートに接続されており、
前記Ｎ個の光遅延導波路のうちの、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従出力ポートに接続された光遅延導波路の出力ポートは、ｊ＝Ｎ−ｉ＋１をみたすように、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従入力ポートに接続されており、
前記１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、光遅延導波路の組み合わせを切替えることによって光遅延導波路の長さを変え、よって光遅延量を変化させることができることを特徴とする可変光遅延器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光を増幅する光増幅器に供する光回路と、この光回路を用いた光増幅器、可変分散補償器、および可変光遅延器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオ・オン・デマンド等の映像データの急増によって通信トラフィックが増大する中で、光ファイバ１本あたりの伝送容量を増大させるために波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムが商用導入されている。ＷＤＭ伝送システムにおいて、光増幅器は、帯域を広げ、雑音を低減し、出力を上昇させるために必要不可欠な光デバイスとなっている。ＷＤＭ伝送システムでは、経年変化や温度変化などによりスパンロスが変動するため、時間の経過や温度変化に伴い光増幅器へ入力する信号光パワーが変化するが、光増幅器は一定レベルの信号光パワーで信号光を出力させる必要がある。この課題に対して従来は、光増幅器を２つ以上の光増幅部と可変光減衰器とで構成し、光増幅部間に可変光減衰器を配置し、可変光減衰器の減衰量を調整して入力信号光パワーの変動を補償する光増幅器が用いられていた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２９８３９６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｙ．  Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ，  ”Ａｖｅｒａｇｅ  Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｖｅｌ，  ｍｏｄｅｌｉｎｇ，  ａｎｄ  ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，”  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ．３，  ｎｏ．４，  ｐｐ．９９１−１００７，  １９９７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来構成の光増幅器は、前段の光増幅部で信号光を一旦増幅した後、光増幅部間の可変光減衰器で信号光パワーを減衰させるため、可変光減衰器の前段の光増幅部における増幅に使用された励起光パワーの一部が無駄になっていた。これは特に、可変光減衰器の減衰量が大きくなる高入力信号光パワーのときに顕著である。
【０００６】
また、後段の光増幅部へ入力される信号光のパワー範囲（入力ダイナミックレンジ）が大きいと、入力パワーの大きい方に合わせて可変光減衰器の減衰量を大きく設定するため、入力する信号光パワーが大きく低下する結果、後段の光増幅部で付加される雑音成分の寄与が大きくなり、光増幅器全体の雑音特性の劣化（雑音指数の増大）を招く。そのため、システム運用上、このような光増幅器の欠点を避けるために、大きな入力ダイナミックレンジを必要とされる光増幅器は、入力信号光パワー範囲を複数の小さな範囲に分割し、それぞれの入力信号光パワー範囲の光増幅器を使い分ける必要が生じる。複数の光増幅器を使い分けるようなシステム運用を行うと、故障時取り替えのために予備とする光増幅器も複数量持っておく必要が生じるなど、システム運用上のコストを上げる不都合も生じる。
【０００７】
さらに、光増幅器の光増幅媒体によっては、利得スペクトルが励起光パワー依存性（すなわち、反転分布状態依存性）を有することから、利得を励起光パワーで調整すると、波長多重伝送において波長チャネルによる利得偏差が発生するという問題も生じる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、励起光パワーを無駄にせず、入力信号光パワー変動を補償して一定の光パワーレベル（１波長あたりの光パワーが一定）で信号光を出力し、かつ入力信号光パワーダイナミックレンジが広い場合の従来の光増幅器において生じていた雑音の増加と効率の低下を回避できる光増幅器を実現するための光回路と、この光回路を用いた光増幅器を提供することにある。さらに、本発明の回路を用いた、可変分散補償器、および可変光遅延器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものである。本発明の光回路は、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、１個の１×Ｎ主光スイッチと、１個のＮ×１主光スイッチと、１×ｊ従光スイッチであって、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ従光スイッチと、ｉ×１従光スイッチであって、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートとから構成され、主入力ポートは、１×Ｎ主光スイッチの入力ポートに接続されており、Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの入力ポートに接続されなかったＮ個の従入力ポートのうちの１個の従入力ポートは、Ｎ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されており、主出力ポートは、Ｎ×１主光スイッチの出力ポートに接続されており、Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートと接続されなかったＮ個の従出力ポートのうちの１個の従出力ポートは、１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されており、Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのそれぞれの１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちの１個はＮ×１主光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の従入力ポートに接続されなかったＮ×１主光スイッチのＮ−１個の入力端子それぞれに接続されており、１×Ｎ主光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の従出力ポートに接続されなかった１×Ｎ主光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチのｋ番目の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのうちのＮ×１主光スイッチの入力ポートに接続されなかったｊ−１個の出力ポートのそれぞれはＮ−１個のｉ×１従光スイッチのｌ番目のｉ×１従光スイッチの入力ポートのうちの１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ−１個の入力ポートのそれぞれにｌがｋ以上の整数である条件を満たすように接続されており、１×Ｎ主光スイッチおよび／またはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、１個の主入力ポートと、Ｎ個の従入力ポートと、Ｎ個の従出力ポートと、１個の主出力ポートとの間の接続の組み合わせを切替えることができることを特徴とする。
【００１０】
さらに、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後またはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に可変光減衰器を備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの前または後またはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチの後に、損失スペクトルのピークとディップの差を可変にする動的利得等化手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに、１×Ｎ主光スイッチと、Ｎ×１主光スイッチと、Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチと、Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチと、可変光減衰器と、動的利得等化手段とのうち少なくとも２つ以上が、単一の導波路基板内に集積されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光増幅器は、Ｎ個の光増幅用光ファイバを更に備え、Ｎ個の従出力ポートはそれぞれＮ個の光増幅用光ファイバの入力ポートに接続されており、Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちの１個の従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチのうちのｊ＝Ｎをみたす１×ｊ従光スイッチに接続された従入力ポートに接続されており、Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちのＮ−１個のｉ×１従光スイッチのうちのｉ＝Ｎをみたすｉ×１従光スイッチに接続された従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートは１個の従入力ポートに接続されており、Ｎ個の光増幅用光ファイバのうちの、前記Ｎ−１個のｉ×１従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従出力ポートに接続された光増幅用光ファイバの出力ポートは、ｊ＝Ｎ−ｉ＋１をみたすように、前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの出力ポートのそれぞれに接続された前記Ｎ−１個の従入力ポートに接続されており、１×Ｎ主光スイッチおよび／または前記Ｎ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、光増幅用光ファイバの組み合わせを切替えることによって光増幅用光ファイバの長さを変え、よって光増幅率を変化させることができることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の可変分散補償器は、本発明の光増幅器の光増幅用光ファイバを分散補償ファイバに置き換えることによって得られ、１×Ｎ主光スイッチおよび／またはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、分散補償ファイバの組み合わせを切替えることによって分散補償ファイバの長さを変え、よって分散補償量を変化させることができることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の可変光遅延器は、本発明の光増幅器の光増幅用光ファイバを光遅延導波路に置き換えることによって得られ、１×Ｎ主光スイッチおよび／またはＮ−１個の１×ｊ従光スイッチの切替えにより、光遅延導波路の組み合わせを切替えることによって光遅延導波路の長さを変え、よって光遅延量を変化させることができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光回路を用いた光増幅器では、光スイッチの切替えにより増幅用光ファイバの組合せを変化させることができ、その結果、信号光が通過する増幅用光ファイバの合計の長さが変化し、可変利得が得られる。本発明の光増幅器は、入力信号光パワーの変化に対し、増幅用光ファイバの組合せを切り替え、常に適切な長さの増幅用光ファイバで光増幅を行うため、広い入力信号光パワーダイナミックレンジで励起光パワーを無駄にせず、かつ入力信号光パワーダイナミックレンジが広い場合の従来の光増幅器において生じていた雑音の増加と効率の低下を回避できるという利点を有する。この利点により、システム運用上、複数の光増幅器を使い分けることが不要となる利点も有する。
【００１７】
また、本技術では、増幅用光ファイバの利得を励起光パワーでなく増幅用光ファイバの長さで調整することから、増幅用光ファイバの利得スペクトルも利得に関わらず一定となり、波長多重伝送において、波長チャネル間の利得偏差が変化するという問題が回避できる。
【００１８】
さらに、本発明の回路を用いた、可変分散補償器、および可変光遅延器に関しても、本発明の光回路を用いた光増幅器と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の作用を説明するための概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の増幅ブロックの一例を示し、（a）は前方励起系、（b）は後方励起系、（c）は双方向励起系、（ｄ）は図３（a）に光アイソレータを配置、（ｅ）は図３（b）に光アイソレータを配置、（ｆ）は図３（c）に光アイソレータを配置、（ｇ）は増幅用光ファイバ間に光アイソレータを配置した増幅ブロックを示すブロック図である。
【図４】ファイバブロックによって光回路と増幅ブロックが接続されることを説明する概念図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における光回路例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における光回路例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における光回路例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における光回路例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における光回路を示すブロック図である。
【図１０】ファイバブロックによって光回路と増幅用光ファイバが接続されることを説明する概念図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における光回路を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における光増幅器を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における光回路構成を示す図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第４の実施形態の光増幅器のレベルダイヤ、（ｂ）は従来の光増幅器のレベルダイヤを示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態の光増幅器と従来の光増幅器の所要励起光パワーを比較する図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態の光増幅器と従来の光増幅器の雑音指数を比較する図である。
【図１８】第５の実施形態における光増幅器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の光回路は、２本以上の増幅用光ファイバを接続し、光スイッチの切替えにより該増幅用光ファイバの組合せを変化させ、信号光が通過する増幅用光ファイバの合計の長さを変化させることを最も主要な特徴とする。
【００２１】
＜作用＞
図１に示す概念図を用いて本発明の光回路及び光増幅器の機能を説明する。図１において、本発明の光回路は、１×Ｎ光スイッチ９０１、Ｎ×１光スイッチ９０２、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチ９０３−１〜９０３−（Ｎ−１）、ただしｉは２以上Ｎ以下の整数、およびＮ−１個の１×ｊ光スイッチ９０４−１〜９０４−（Ｎ−１）、ただしｊは２以上Ｎ以下の整数、から構成される。本発明の光回路がさらに増幅用光ファイバを備えたＮ＋１個の増幅ブロックｋ９０５−０〜９０５−Ｎ、ただしｋは０以上Ｎ以下の整数、を備えると、本発明の光回路は、複数の光スイッチ及び複数の増幅ブロックから構成される光増幅器となる。
【００２２】
１×Ｎ光スイッチの入力ポートは増幅ブロック０の出力ポートに接続されている。１×Ｎ光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個は増幅ブロック１に接続されている。１×Ｎ光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの増幅ブロック１に接続されなかったＮ−１個の出力ポートは、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されている。ｋが１以上Ｎ−１以下である増幅ブロックｋの出力ポートは、Ｎ−１個の１×ｊ光スイッチの入力ポートに、ｊ＝Ｎ−ｋ＋１を満たすように接続されている。増幅ブロックＮの出力ポートは、Ｎ×１光スイッチの入力ポートに接続されている。１×ｊ光スイッチの出力ポートのうちの１個は、増幅ブロックＮの出力ポートに接続されなかったＮ×１光スイッチの入力ポートに接続されている。１×ｊ光スイッチの出力ポートのうちＮ×１光スイッチの入力ポートに接続されなかった出力ポートは、それぞれ、ｉがＮ−ｊ＋２以上Ｎ以下を満たす、１×Ｎ光スイッチの出力ポートに接続されなかったｉ×１光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されている。ｉ×１光スイッチの出力ポートは、ｉ＝ｋである増幅ブロックｋの入力ポートに接続されている。
【００２３】
入力する信号光は増幅ブロック０で増幅された後、１×Ｎスイッチである光スイッチ９０１に入力され、光スイッチ９０１の出力ポートから、信号光はＮ個の方路のいずれかに向けられる。光スイッチ９０１を通過した信号光は、増幅ブロック１、またはｉ×１光スイッチ９０３−１〜９０３−（Ｎ−１）を介して、増幅ブロックｋに入力される。増幅ブロックｋで増幅された光信号は、増幅ブロックｋに接続された１×ｊ光スイッチ、またはｋ＝Ｎの場合Ｎ×１光スイッチ９０２に入力される。１×ｊ光スイッチに入力された光信号はｊ個の出力ポートからいずれかの方路にむけられ、１×ｊ光スイッチに接続されたｉ×１光スイッチ、またはＮ×１光スイッチへ入力される。このように信号光は、光スイッチ９０３−１〜９０３−（Ｎ−１）、増幅ブロック９０５−１〜９０５−Ｎ、光スイッチ９０４−１〜９０４−（Ｎ−１）の組み合わせによる増幅を１回または複数回繰り返した後、最終的に光スイッチ９０２を通過し、出力される。なお図１の構成は、光スイッチ９０１の損失が問題とならない場合は、増幅部０をなくして入力信号が直接光スイッチ９０１へ入力する構成とすることもある。
【００２４】
このように、１×Ｎ光スイッチ９０１、Ｎ×１光スイッチ９０２、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチ、及びＮ−１個の１×ｊ光スイッチの方路切替によって信号光が通過する増幅ブロック（すなわち、増幅用光ファイバ）の組合せを変える、つまり、光スイッチを切り替え信号光の経路を変化させることにより、信号光が通過する増幅用光ファイバの合計長を変化させる。その際、増幅用光ファイバがエルビウム添加ファイバである場合、非特許文献１に示されているように、増幅用光ファイバで得られる利得は単位長さに比例するので、前述のように増幅用光ファイバの合計長を変化させることで光増幅器の利得を変化させることができる。
【００２５】
＜発明の実施形態＞
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態の光回路を示すブロック図である。図２において、本実施形態の光回路は、１個の主入力ポートと、ｌが１以上Ｎ以下の整数であるＮ個の従入力ポートｌと、１個の１×Ｎ光スイッチと、１個のＮ×１光スイッチと、ｊが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個の１×ｊ光スイッチと、ｉが２以上Ｎ以下の整数であるＮ−１個のｉ×１光スイッチと、ｍが１以上Ｎ以下の整数であるＮ個の従出力ポートｍと、１個の主出力ポートとから構成される。
【００２６】
主入力ポートは、１×Ｎ光スイッチの入力ポートに接続されている。Ｎ個の従入力ポートのうちＮ−１個の従入力ポートのそれぞれは、Ｎ−１個の１×ｊ光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されており、Ｎ−１個の１×ｊ光スイッチの入力ポートに接続されなかった従入力ポートは、Ｎ×１光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の入力ポートと接続されている。主出力ポートは、Ｎ×１光スイッチの出力ポートに接続されている。Ｎ個の従出力ポートのうちＮ−１個の従出力ポートのそれぞれは、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチのそれぞれの出力ポートに接続されており、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチの出力ポートと接続されなかった従出力ポートは、１×Ｎ光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の出力ポートと接続されている。Ｎ−１個の１×ｊ光スイッチのそれぞれの１×ｊ光スイッチの出力ポートのうちの１個はＮ×１光スイッチのＮ個の入力ポートのうちの１個の従入力ポートに接続されなかったＮ−１個の入力端子それぞれに接続されている。１×Ｎ光スイッチのＮ個の出力ポートのうちの１個の従出力ポートに接続されなかった１×Ｎ光スイッチのＮ−１個の出力ポートは、Ｎ−１個のｉ×１光スイッチのそれぞれの入力ポートに接続されている。Ｎ−１個の１×ｊ光スイッチのそれぞれの１×ｊ光スイッチの出力ポートのうちのＮ×１光スイッチの入力ポートに接続されなかった出力ポートのそれぞれはＮ−１個のｉ×１光スイッチの入力ポートのうちの１×Ｎ主光スイッチの出力ポートに接続されなかった入力ポートのそれぞれに、ｉがＮ−ｊ＋２以上Ｎ以下の整数である条件を満たすように接続されている。主入力ポートに増幅ブロック０の出力を、従出力ポートｌに増幅ブロックｌの入力ポートをそれぞれ接続し、増幅ブロックｌの出力ポートに従入力ポートｌを接続すると、図１に示す構成になる。
【００２７】
図３は増幅ブロックの一例を示しており、いずれも増幅用光ファイバ１１と信号光と励起光を合波する合分波器１２とで構成される。図３（a）は前方励起系、図３（b）は後方励起系、図３（c）は双方向励起系である。なお、図示していないが、合分波器の一つのポートは励起光を発生する励起光源（例えば半導体レーザ）や、励起光を複数のポートに分岐する光分岐器に接続されている。また、必要に応じて光アイソレータ１３を配置したり（例えば図３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、増幅用光ファイバは複数本にしたうえで、増幅用光ファイバ間に光アイソレータ１３や利得等化フィルタを配置したりする構成（例えば図３（ｇ））でもよい。
【００２８】
光回路と増幅ブロックとの接続は、図４に概念図で示したように、Ｎ＋１本のファイバ２１の一方の先端をＶ溝ガラスブロック２０で固定し、ファイバ端面と同一面上の端面が研磨されているファイバブロックを介して接続される。ファイバブロック及び光回路の接続端面は、光軸に垂直な平面に対して７度以上の角度を付けて研磨されている。ファイバブロックの各ファイバの研磨されていないもう一方の側と増幅ブロックのピグテイルファイバとは融着接続される。
【００２９】
以下、図２の従出力ポート、従入力ポートおよび主入力ポートに増幅ブロックが接続されているとして本実施形態の光回路の働きを説明する。信号光は増幅ブロック０で増幅された後、１×Ｎ光スイッチ１に入力され、１×Ｎ光スイッチ１の出力ポートでＮ個あるいずれかの方路に向けられる。信号光は振り向けられた先の増幅ブロックで増幅された後、光スイッチで振り向けられた次の増幅ブロックで増幅され、この工程が繰り返される。信号光は、所望の利得となる増幅用光ファイバ長を通過した後、Ｎ×１光スイッチ２を通過して出力される。このとき、使用条件、例えば、入力信号光パワーや環境温度などに応じて光スイッチの切替えによって増幅用光ファイバの合計長を変化させることにより所望の可変利得が得られる。
【００３０】
本実施形態における別の光回路の例を以下で説明する。図５は、図２の光回路に可変光減衰器５を備えた光回路である。図２の光回路では、光増幅器の利得は、各増幅ブロックの増幅用光ファイバ長に依存した利得単位で離散的に変化する。このため、この光増幅器では連続可変利得が得られない。一方で、図５の光回路では、増幅ブロックの可変光減衰器の減衰量を調整することで、増幅用光ファイバ長に依存した利得単位で離散的に変化する利得間を補間することができ、連続可変利得を得ることができる。このように、可変光減衰器をスイッチに集積しても良い。
【００３１】
図６及び図７は、可変光減衰器を１つではなく、各増幅ブロック毎に可変光減衰器を備える光回路である。図５の光回路では、各増幅ブロックの増幅用光ファイバ長に依存した利得単位で離散的な利得間を１つの可変光減衰器の減衰量で補間することになるため、可変光減衰器を通過後の信号光パワーの減衰が大きくなり、その結果、光増幅器の雑音特性が悪くなりやすい（雑音指数が増加しやすい）。一方で、図６及び図７の光回路では、各増幅ブロックの増幅用光ファイバ長に依存した利得単位で離散的な利得間の補間を複数の可変光減衰器の減衰量調整で行うため、可変光減衰器通過後の信号光パワーの減衰が図５の光回路の場合より小さく、信号光パワーが高いレベルを保つため、光増幅器の雑音指数増加を抑制できる。
【００３２】
図８は図６の光回路に動的利得等化器６を備えた光回路である。図２から図７に示した光回路を用いた光増幅器では、増幅ブロックに動的利得等化器を備えていなければ、光スイッチの切替えによって増幅用光ファイバの合計長が変化したときに、利得スペクトルに生じるピークとディップの利得差が変化する。そのため、所望帯域内の利得の最大値と最小値の差（利得偏差）が光スイッチ切替えによって変化することになる。一方、図８の光回路では、動的利得等化器で等化フィルタのスペクトルを変化させることで、光スイッチの切替えによって増幅用光ファイバの合計長が変化したときにでも利得偏差が一定に保つことができる。ここで、図８では動的利得等化器を１つだけ備えた光回路を示しているが、可変光減衰器と同様に、各増幅ブロック毎に利得等化器を備える光回路でも同じ効果が得られる。
【００３３】
なお、本光回路における光導波路の形状・配置は、光スイッチ、可変光減衰器、動的利得等化器の結線が上記で説明したとおりであれば、必ずしも図２から図８に示したとおりである必要はない。
【００３４】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態の光回路を示すブロック図である。図９に示す光回路は、図２に示す光回路に、図３（ａ）に示す増幅ブロックを接続した場合の、図３（ａ）中の信号光と励起光を合波する合分波器を、本発明の光回路に組み込んだ構成をなす。
【００３５】
本実施形態の光回路と増幅用光ファイバとの接続は、図１０に概念図で示したように、Ｎ＋１本のファイバ１２１の一方の先端をＶ溝ガラスブロック１２０で固定し、ファイバ端面と同一面上の端面が研磨されているファイバブロックを介して接続される。ファイバブロック及び光回路の接続端面は光軸に垂直な平面に対して７度以上の角度を付けて研磨されている。ファイバブロックの各ファイバの研磨されていないもう一方の側と増幅ブロックのピグテイルファイバとは融着接続される。
【００３６】
本実施形態の光回路の働きは、第１の実施形態と同様、使用条件、例えば、入力信号光パワーや環境温度などに応じて光スイッチの切替えによって増幅用光ファイバの合計長が変化させることにより可変利得が得られることである。図９の光回路は各増幅用光ファイバの入力側だけに信号光と励起光を合波する合分波器を配置している（前方励起系）が、図１１に示すように、各増幅用光ファイバの両端に合分波器を配置する光回路の方がよいこともある。図１１に示す光回路は、図２に示す光回路に、図３（ｃ）に示す増幅ブロックを接続した場合の、図３（ｃ）中の信号光と励起光を合波する合分波器を、本発明の光回路に組み込んでいる。例えば、前方励起だけでは総励起光パワーが足りない場合は図１１の光回路構成を用いて、増幅用光ファイバの入出力両側から励起光を入力する双方向励起光の構成を取る。或いは、前方励起光のみを増幅用ファイバに入力する場合でも増幅用光ファイバを透過する残留励起光があるときは、図１１の光回路構成を用いて、増幅用ファイバ出力側の合分波器の励起光ポートを終端処理することで、残留励起光が反射して増幅用光ファイバへ戻ることを防止でき、安定した増幅が得られる。
【００３７】
なお、本実施形態に示した光回路においても、第１の実施形態において図５から図８で示したように可変光減衰器や動的利得等化器を用いて連続可変利得を得たり、利得偏差を一定に保ったりすることができるのは、第１の実施形態と本実施形態の類似性から明らかである。また、本光回路における光導波路の形状・配置は、光スイッチ、合分波器、結線が上記で説明したとおりであれば（必要に応じて配置される可変光減衰器、動的利得等化器も同様）、必ずしも図９から図１１に示したとおりである必要はない。
【００３８】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。図１２において、本実施形態の光回路は、１×Ｎ光スイッチ２０１、Ｎ×１光スイッチ２０２、Ｎ−１個の２×１光スイッチ２０４−１〜２０４−（Ｎ−１）、Ｎ−１個の１×２光スイッチ２０３−１〜２０３−（Ｎ−１）、およびＮ＋１個の増幅ブロックｋ、ただしｋは０以上Ｎ以下の整数、から構成される。
【００３９】
光スイッチ２０１の入力ポートには増幅ブロック０が接続されている。Ｎ×１光スイッチ２０１のＮ個の出力ポートのうち一つには増幅ブロック１が接続され、Ｎ×１スイッチ２０１のその他のＮ−１個の出力ポートはそれぞれ２×１光スイッチ２０４−１〜２０４−（Ｎ−１）の入力ポートに接続されている。これらＮ−１個の２×１光スイッチ２０４−１〜２０４−（Ｎ−１）の出力ポートにはそれぞれ増幅ブロック２〜増幅ブロックＮの入力ポートが接続されている。増幅ブロック１〜増幅ブロックＮ−１の出力ポートはそれぞれ、Ｎ−１個の１×２光スイッチ２０３−１〜２０３−（Ｎ−１）の入力ポートに接続されている。増幅ブロックＮの出力ポート及びＮ−１個の１×２光スイッチ２０３−１〜２０３−（Ｎ−１）の出力ポートはＮ×１光スイッチ２０２の入力ポートに接続されている。
【００４０】
各増幅ブロックの構成は図３に示したものと同様である。また合分波器の一つのポートは励起光を発生する励起光源（例えば半導体レーザ）や、励起光を複数のポートに分岐する光分岐器に接続されている。また、必要に応じて光アイソレータを配置したり、増幅用光ファイバは複数本にしたうえで、増幅用光ファイバ間に光アイソレータや利得等化フィルタを配置したりする構成でもよいことも図３と同様である。
【００４１】
光回路と増幅ブロックの接続は、図４に概念図と同様で、Ｎ＋１本のファイバの一方の先端をV溝ガラスブロックで固定し、ファイバ端面と同一面上の端面を研磨されているファイバブロックを介して接続される。ファイバブロック及び光回路の接続端面は光軸に垂直な平面に対して７度以上の角度を付けて研磨されている。ファイバブロックの各ファイバの研磨されていないもう一方の側と増幅ブロックのピグテイルファイバとは融着接続される。
【００４２】
信号光は増幅ブロック０で増幅された後、１×Ｎ光スイッチ１の出力ポートでＮ個あるいずれかの方路に向けられる。信号光は振り向けられた先の増幅ブロックで増幅された後、光スイッチで振り向けられた次の増幅ブロックで増幅され、この工程が繰り返される。信号光は、所望の利得となる増幅用光ファイバ長を通過した後、Ｎ×１光スイッチを通過して出力される。このとき、使用条件、例えば、入力信号光パワーや環境温度などに応じて光スイッチの切替えによって増幅用光ファイバの合計長が変化させることにより可変利得が得られる。
【００４３】
なお、本実施形態に示した光回路においても、第１の実施形態において図５から図８で示したように可変光減衰器や動的利得等化器を用いて連続可変利得を得たり、利得偏差を一定に保ったりすることができるのは、第１の実施形態と本実施形態の類似性から明らかである。また、本光回路における光導波路の形状・配置は、光スイッチ、合分波器、結線が上記で説明したとおりであれば（必要に応じて配置される可変光減衰器、動的利得等化器も同様）、必ずしも図９から図１１に示したとおりである必要はない。
【００４４】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態の光回路及びそれを用いた光増幅器を示すブロック図である。図１３において、本実施形態の光回路は、１×３光スイッチ３０１、３×１光スイッチ３０２、２×１光スイッチ３０３−１、３×１光スイッチ３０３−２、１×３光スイッチ３０４−１、１×２光スイッチ３０４−２、可変光減衰器３０５−１〜３０５−６、信号光と励起光を合波する合分波器３０６−１〜３０６−８（分波器として使用する場合もある）、および動的利得等化器３４０が平面光波回路３００上に作製された構成をなしている。さらに、平面光波回路３００には、信号入力導波路３５１−１、信号入力導波路３５１−２〜３５１−５、信号出力導波路３５２−１〜３５２−５、励起光入力導波路３６１−１〜３６１−４、励起光出力導波路３６１−５〜３６１−８、増幅用光ファイバ３２０−０〜３２０−３、光アイソレータ３３０−１〜３３０−２、が接続されている。本実施形態では増幅用光ファイバとしてエルビウム添加ファイバを使用している。各エレメント間の接続関係は以下のとおりである。
【００４５】
信号入力導波路３５１−２と合分波器３０６−５の共通ポート（合波された信号光及び励起光の入出力ポート）
信号入力導波路３５１−３と合分波器３０６−６の共通ポート
信号入力導波路３５１−４と合分波器３０６−７の共通ポート
信号入力導波路３５１−５と合分波器３０６−８の共通ポート
合分波器３０６−５の信号光ポートと動的利得等化器３４０の入力ポート
合分波器３０６−６の信号光ポートと１×２光スイッチ３０４−１の入力ポート（１６）
合分波器３０６−７の信号光ポートと１×２光スイッチ３０４−２の入力ポート（２０）
合分波器３０６−８の信号光ポートと３×１光スイッチ３０２の入力ポート（１４）
動的利得等化器３４０の出力ポートと１×３光スイッチ３０１の入力ポート（１）
１×３光スイッチ３０１の出力ポート（２）と可変光減衰器３０５−１の入力ポート
１×３光スイッチ３０１の出力ポート（３）と可変光減衰器３０５−２の入力ポート
１×３光スイッチ３０１の出力ポート（４）と可変光減衰器３０５−４の入力ポート
１×３光スイッチ３０４−１の出力ポート（１７）と可変光減衰器３０５−３の入力ポート
１×３光スイッチ３０４−１の出力ポート（１８）と可変光減衰器３０５−５の入力ポート
１×３光スイッチ３０４−１の出力ポート（１９）と３×１光スイッチ３０２の入力ポート（１２）
１×２光スイッチ３０４−２の出力ポート（２１）と可変光減衰器３０５−６の入力ポート
１×２光スイッチ３０４−２の出力ポート（２２）と３×１光スイッチ３０２の入力ポート（１３）
可変光減衰器３０５−１の出力ポートと合分波器３０６−２の信号ポート
可変光減衰器３０５−２の出力ポートと２×１光スイッチ３０３−１の入力ポート（５）
可変光減衰器３０５−３の出力ポートと２×１光スイッチ３０３−１の入力ポート（６）
可変光減衰器３０５−４の出力ポートと３×１光スイッチ３０３−２の入力ポート（８）
可変光減衰器３０５−５の出力ポートと３×１光スイッチ３０３−２の入力ポート（９）
可変光減衰器３０５−６の出力ポートと３×１光スイッチ３０３−２の入力ポート（１０）
２×１光スイッチ３０３−１の出力ポート（７）と合分波器３０６−３の信号ポート
３×１光スイッチ３０３−２の出力ポート（１１）と合分波器３０６−４の信号ポート
３×１光スイッチ３０２の出力ポート（１５）と信号出力導波路３５２−５
合分波器３０６−１の共通ポートと信号出力導波路３５２−１
合分波器３０６−２の共通ポートと信号出力導波路３５２−２
合分波器３０６−３の共通ポートと信号出力導波路３５２−３
合分波器３０６−４の共通ポートと信号出力導波路３５２−４
各励起光入力導波路３６１−１〜３６１−４と合分波器３０６−１〜３０６−４の励起光ポート
各励起光出力導波路３６１−５〜３６１−８と合分波器３０６−１〜３０６−４の励起光ポート
【００４６】
平面光波回路の各入出力導波路は、複数本の光ファイバをＶ溝ガラスブロック（３１０−１及び３１０−２）で固定したファイバブロックでエルビウム添加ファイバ３２０−０〜３２０−３と接続されている。本実施形態では、Ｖ溝ガラスブロックに増幅用光ファイバ（本実施形態ではエルビウム添加ファイバ）を固定したファイバブロックを使用したが、Ｖ溝ガラスブロックに増幅作用のないシングルモードファイバを固定したファイバブロックを使用して、シングルモードファイバと増幅用光ファイバを融着接続した形態でも、融着接続点が実装面の作業性が落ちるなどの欠点はあるものの、増幅特性上は問題なく利用できる。平面光波回路の各入出力導波路とエルビウム添加ファイバとの接続関係は以下のとおりである。
【００４７】
信号出力導波路３５２−１とエルビウム添加ファイバ３２０−０の入力
信号出力導波路３５２−２とエルビウム添加ファイバ３２０−１の入力
信号出力導波路３５２−３とエルビウム添加ファイバ３２０−２の入力
信号出力導波路３５２−４とエルビウム添加ファイバ３２０−３の入力
【００４８】
さらに、平面光波回路の信号入力導波路３５１−１には光アイソレータ３３０−１が、出力導波路３５２−５には光アイソレータ３３０−２が接続されている。
【００４９】
なお、励起光源は図示していないが、光増幅器は少なくとも１つ以上の励起光源を搭載しており、励起光源は合分波器と接続されている。
【００５０】
図１４に、図１３で示した平面光波回路３００の回路構成を示す。図１４中のそれぞれの符号で表された要素は、図１３中の同じ符号で表された要素に対応する。図１４中の２重線の四角で表した要素はすべて非対称マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を示す。２重線の四角を囲んだ点線はそれぞれ、それぞれの光スイッチと可変光減衰器を表し、信号光が伝搬しない導波路を有する不完全４×４スイッチとなっている。各光スイッチ及び可変光減衰器は、２つのアームの光路差長が異なるＭＺＩを単位要素として作製し、光スイッチによって切り替わる各経路は、２個以上のＭＺＩを通過する。これによりＭＺＩにおける漏れ光によるクロストークが十分小さく抑えられている。光スイッチと可変光減衰器とで独立にＭＺＩを有するのではなく、光スイッチを構成するＭＺＩの一部が可変光減衰器として動作する。各光スイッチと可変光減衰器を構成するＭＺＩには点線で囲んだ部分の左側から右側へ信号光が伝搬し、増幅用光ファイバｍ（ｍ＝０，１，２，３）３２０−０〜３２０−３から、増幅用光ファイバｎ（ｎ＝１，２，３）３２０−１〜３２０−３または信号出力へ信号光が伝搬する。各ＭＺＩを表す２重線の四角の中に記載された記号ｍｎＡ、ｍｎＢおよびｎｍＣは、増幅用光ファイバｍから増幅用光ファイバｎ（便宜的に信号出力のときはｎ＝Ｓとする）へ伝播する場合にｍｎＡ、ｍｎＢ、およびｎｍＣのＭＺＩに付随したヒータの電力をＯＮにすることを意味する。
【００５１】
合分波器３０６−１〜３０６−８はそれぞれ２個のＭＺＩで構成されているが、９８０ｎｍ帯励起光とＣ帯（すなわち、１５３０−１５６５ｎｍの波長）の信号光を合波すると共に、Ｃ帯の透過スペクトルが平坦になるように光路長が調整されている。動的利得等化器は、ＭＺＩの一方のアームに誘電体多層膜を挿入した構成を取っている。この構成により、ＭＺＩの分岐比を可変にする（他方のアームに取り付けたヒータにより位相をシフトさせることで、光路長差を可変にすることで分岐比を可変にする）ことが可能となり、利得等化フィルタのスペクトル形状を保ったまま、すなわちフィルタ損失の波長依存性を変えずに各波長の損失量を増減することができ、エルビウム添加ファイバの合計長変化による利得のピークとディップの差の変化を補償することができる。
【００５２】
本実施形態では、エルビウム添加ファイバ３２０−０，１，２，３のファイバ長はそれぞれ５．４ｍ，３．６ｍ，５．４ｍ，１．８ｍであり、平均利得はそれぞれ、９．０ｄＢ，６．０ｄＢ，９．０ｄＢ，３．０ｄＢとしており、利得可変範囲は９．０〜２７．０ｄＢである。光増幅器利得とエルビウム添加ファイバ組合せパターンは表１に示すとおり６パターンがあり、入力信号光パワーに応じて適したエルビウム添加ファイバ組合せとなるように光スイッチが切り替わる。
【００５３】
【表１】
0005650584.tif 000002
【００５４】
図１５は本発明の光増幅器内レベルダイヤを示している。本実施形態のレベルダイヤは図１５（ａ）に、従来の光増幅器のレベルダイヤは図１５（ｂ）に示されている。１波あたり（すなわち１チャネルあたり）入力信号光パワーは−２５〜−７ｄＢｍ／ｃｈであり、最大利得Ｇmax＝２７ｄＢ，最小Ｇmim＝９ｄＢである。図１５からわかるように、本実施形態の光回路では、光スイッチによる利得の切替えで生じる離散的な利得差は３ｄＢであるので、可変光減衰器の減衰量は最大でも３ｄＢとなり、信号光パワーの減衰が小さく抑制される。ただし、図１５では、各光スイッチ、導波路の透過損失及び動的利得等化器の過剰損失が０．１ｄＢを十分下回ることから、各光スイッチ、導波路の透過損失及び動的利得等化器の過剰損失の影響は無視できるため、これらのエレメントの伝搬については省略している。一方、従来の光増幅器では、可変光減衰器の減衰量は最大で１８ｄＢになり、信号光パワーの減衰が大きくなる。このため、所要励起光パワーが増大すると共に、雑音指数が大幅に増加する。
【００５５】
図１６に本実施形態の光増幅器と従来の光増幅器の所要励起光パワーの光増幅器利得依存性を示す。本実施形態の光増幅器では従来の光増幅器と比較して、利得が大きいときに所要励起光パワーが大きくなるが、利得が小さいときには所要励起光パワーが１割程度小さくなる。また、本実施形態の最大の所要励起光パワーは従来光増幅器よりも小さく、光増幅器が搭載する励起光源の出力光パワークラスが従来の光増幅器より小さくてすみ、従来の光増幅器に比べて所要励起光パワーを低下できていることがわかる。
【００５６】
図１７に本実施形態の光増幅器と従来の光増幅器の雑音指数を示す。従来光増幅器では光増幅器利得が減少するにしたがって可変光減衰器の減衰量が増大し、それに伴って雑音指数が増加する。対して、本実施形態の光増幅器では、光増幅器利得が小さく成るにしたがって、１つのエルビウム添加ファイバ組合せパターン内の利得では可変光減衰器の減衰量が最大３ｄＢあるために雑音指数が０．５ｄＢ程度増加するが、光スイッチが切り替わり異なるエルビウム添加ファイバ組合せパターンになると雑音指数は最小値に戻るということを繰り返し、従来の光増幅器に比べて大幅に雑音指数を低下できている。
【００５７】
本実施形態の光増幅器が光伝送システムで運用されているときに、入力信号光パワー変動の範囲が光スイッチ切り替わる入力信号光パワーを含む場合に、光スイッチの切り替え瞬間の伝送エラーを避ける必要があることもある。その場合は、その光スイッチ切り替わる入力信号光パワー前後では光スイッチを切り替えず、可変光減衰器の減衰量で利得を可変にすることもある。この場合、可変光減衰器の最大減衰量は前述の３ｄＢからは大きくなるが、この場合の入力信号光パワーの変化要因は主に経年変化や温度変化による伝送ファイバ損失であり、入力信号光パワーの変化は大きくても１〜２ｄＢ程度であるため、可変光減衰器の最大減衰量は４〜５ｄＢとなり、雑音指数増加への影響は小さく、問題にならない。
【００５８】
（第５の実施形態）
図１８は、本発明の第５の実施形態の光回路及びそれを用いた光増幅器を示すブロック図である。本実施形態の光回路は第４の実施形態の光回路と類似しているが、第４の実施形態の光回路中のエレメントのうち、光スイッチ３０３−２が３×１光スイッチから２×１光スイッチへ、光スイッチ３０４−１が１×３光スイッチから１×２光スイッチへそれぞれ置き換えているところが異なる。このように特定の光スイッチのポート数を減らしても、本実施形態の光回路を用いた光増幅器は第４の実施形態の光回路を用いた光増幅器と全く同じエルビウム添加ファイバ組合せパターンを実現することができる。
【００５９】
したがって、第４の実施形態のｉ×１光スイッチ及び１×ｊ光スイッチのｉ及びｊは連続的な整数である必要はないことがわかる。
【００６０】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態は、図２の光回路に、各増幅ブロックの代わりに分散補償ファイバを接続した可変分散補償器である。信号光はまず分散補償ファイバで波長分散が一部補償された後、１×Ｎ光スイッチ１でＮ個あるいずれかの方路に向けられる。信号光は振り向けられた先の分散補償ファイバで波長分散が補償された後、光スイッチ３で次の分散補償ファイバで波長分散補償が繰り返される。信号光は、所望の波長分散量となる分散補償ファイバ長を通過した後、Ｎ×１光スイッチを通過して出力される。このとき、使用条件、例えば、入力信号光パワーや環境温度などに応じて光スイッチの切替えによって分散補償ファイバの合計長が変化させることにより可変分散補償が得られる。
【００６１】
なお、図２の光回路では、分散補償量は、各分散補償ファイバのファイバ長に依存した分散補償単位で離散的に変化する。このため、本実施形態の分散補償器に連続可変の分散補償器を接続することで、単一の連続可変分散補償器では実現できない分散補償量範囲を実現できる。
【００６２】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態は、図２の光回路に、各増幅ブロックの代わりに光遅延導波路を接続した可変光遅延器である。信号光はまず光遅延導波路で光遅延が与えられた後、１×Ｎ光スイッチ１でＮ個あるいずれかの方路に向けられる。信号光は振り向けられた先の光遅延導波路で光遅延が与えられた後、光スイッチ３で次の光遅延導波路で光遅延が繰り返される。信号光は、所望の光遅延量となる光遅延導波路長を通過した後、Ｎ×１光スイッチを通過して出力される。このとき、使用条件、例えば、入力信号光パワーや環境温度などに応じて光スイッチの切替えによって光遅延導波路の合計長が変化させることにより可変分光遅延が得られる。
【００６３】
なお、図２の光回路では、光遅延量は、各光遅延導波路長に依存した光遅延量単位で離散的に変化する。このため、本実施形態の光遅延器に連続可変の光遅延器を接続することで、単一の連続可変光遅延器では実現できない光遅延量範囲を実現できる。
【００６４】
以上説明したように、本発明の光回路を用いた光増幅器では、光スイッチの切替えにより増幅用光ファイバの組合せを変化させることができ、その結果、信号光が通過する増幅用光ファイバの合計の長さを変化し、可変利得が得られる。本発明の光回路は、入力信号光パワーの変化に対し、増幅用光ファイバの組合せを切り替え、常に適切な長さの増幅用光ファイバで光増幅を行うため、広い入力信号光パワーダイナミックレンジで励起光パワーを無駄にせず、高効率で低雑音であるという利点を有する。この利点により、システム運用上、複数の光増幅器を使い分けることが不要となる利点も有する。
【００６５】
また、本発明の光回路を用いた可変分散補償器、および可変光遅延器に関しても、本発明の光増幅器と同様の利点を有する。
【符号の説明】
【００６６】
１、１０１、２０１、９０１  １×Ｎ光スイッチ
２、１０２、２０２、９０２  Ｎ×１光スイッチ
５  可変光減衰器
６、３４０  動的利得等化器
１１  増幅用光ファイバ
１２  合分波器
１３  光アイソレータ
２０、１２０、３１０  Ｖ溝ガラスブロック
２１、１２１  ファイバ
３００  平面光波回路
３０１  １×３光スイッチ
３０２  ３×１光スイッチ
【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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