(57)【要約】【課題】リプルが発生することのない損失波長特性を有する光利得等化器を実現する。【解決手段】光利得等化器の損失波長特性を示す曲線ｌ９について、短波長側に位置する第１の損失ピークと、第１の損失ピークよりも長波長側に位置し、第１の損失ピークよりも大きいピーク値を有し、広い半値幅を有する第２の損失ピークとを備える。曲線ｌ９で示す損失波長特性を損失特性が周期性を有する複数の光損失フィルタによって実現するにあたって、第１の損失ピークを実現する光損失フィルタの長波長側の損失ピークが曲線ｌ９の下側に位置し、リプルが形成されることを防止する。【選択図】　　　図４
2004119824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送帯域内の光信号の波長に対する光信号の相対出力強度の偏差を補償する光利得等化器であって、
第１の損失ピークと、
該第１の損失ピークに比して広い半値幅を有し、前記第１の損失ピークに比して大なるピーク値を有する第２の損失ピークと、
を有する損失波長特性を備えたことを特徴とする光利得等化器。
【請求項２】
伝送帯域内の光信号の波長に対する光信号の相対出力強度の偏差を補償する光利得等化器であって、
第１の損失ピークと、
該第１の損失ピークよりも長波長側に位置し、前記第１の損失ピークのピーク値よりも大きなピーク値を有する第２の損失ピークと、
を有する損失波長特性を備えたことを特徴とする光利得等化器。
【請求項３】
前記損失波長特性は、組み合わせる光増幅器の利得波長特性と相反することを特徴とする請求項１または２に記載の光利得等化器。
【請求項４】
前記損失波長特性は、エルビウムイオンを添加した光ファイバを備え、平均反転分布密度が３．０未満である光増幅器の利得波長特性と相反することを特徴とする請求項３に記載の光利得等化器。
【請求項５】
前記損失波長特性の中心波長が１５４０ｎｍ以上、１５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光利得等化器。
【請求項６】
前記損失波長特性の波長範囲が４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光利得等化器。
【請求項７】
増幅用光ファイバと、該増幅用光ファイバに接続された励起光源とを有する光増幅器と、
請求項１〜６のいずれか一つに記載され、前記光増幅器の利得波長特性と相反する損失波長特性を有する光利得等化器と、
を備えたことを特徴とする光増幅装置。
【請求項８】
前記増幅用光ファイバはエルビウムを添加した光ファイバであり平均反転分布密度が３．０未満であることを特徴とする請求項７に記載の光増幅装置。
【請求項９】
互いに異なる複数の波長を有する光信号を出射する光信号送信部と、
該光信号を伝送する光信号伝送路と、
該光信号伝送路途上に配置された請求項７または８に記載の光増幅装置と、
前記光信号伝送路を伝送した光信号を受信する光信号受信部と、
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送帯域内の光信号の波長に対する光信号の相対出力強度の偏差を補償する技術に関し、特に、リプルの発生を抑制し、増幅利得を平坦化することが可能な光利得等化器、光利得等化器を利用した光増幅装置、および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット等の普及により、光通信システムには大容量化が求められている。従来は、通信容量を増大させるためにビットレートを増加する技術が開発されていたが、近年、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する波長多重通信（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、「ＷＤＭ」と言う）方式を採用した光通信システムが実現されている。
【０００３】
ＷＤＭ方式を採用した場合、複数の異なる波長の光信号を用いるため、単一波長の光を伝送した場合に比して光ファイバ中における伝送帯域が広帯域化する。具体的には、ＷＤＭ方式において使用される伝送帯域は、たとえばいわゆるＣバンドにおいて１５２７ｎｍ〜１５６３ｎｍ程度である。
【０００４】
一方、伝送距離の長距離化に伴い、光ファイバ中における光信号の減衰が問題となるため、伝送用光ファイバの途中に光増幅器を配置することが広くおこなわれている。この光増幅器は、光ファイバ中を光信号が伝送する途上において、強度の低下した光信号を増幅することによって光信号の強度を回復する。具体的には、エルビウムを添加した光ファイバ（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ：以下、「ＥＤＦ」と言う）を用いて増幅する光増幅器や、ラマン増幅を利用した光増幅器等が提案され、実用化されている。
【０００５】
ここで、ＥＤＦを例にとると、図１０の曲線ｌに示すように、光増幅器の増幅利得は波長依存性を有し、たとえば、１５３２ｎｍにおける増幅利得と１５３９ｎｍにおける増幅利得とは約７ｄＢの差が生じる。これは、ＥＤＦがエルビウムイオンの誘導放出によって光信号を増幅する作用を有するため、増幅利得がイオンのエネルギー準位の微細構造を反映するためである。増幅利得が波長依存性を有することで、増幅後の光信号の強度が波長によって異なるという問題を有する。特に、長距離伝送においては光増幅器を多段階に渡って配置するのが一般的なため、増幅利得が光信号の波長によって異なる場合、光信号強度の差が蓄積される。このため、増幅利得が大きい波長の光信号に関しては非線形光学効果を無視できなくなり、増幅利得が小さい波長の光信号はＳ／Ｎ比が悪化する。その結果、光信号を伝送可能な距離が短くなる。
【０００６】
そのため、光増幅器と、使用帯域において増幅利得を平坦化するための光利得等化器を組み込んだ光増幅装置が提案されている。この光利得等化器は、光損失波長特性が光増幅器の利得波長特性と相反する波長依存性を有し、ＥＤＦ等における利得波長特性をうち消すように作用する。光利得等化器は、特定の損失特性を有する多層膜フィルタ等によって形成される。具体的には、光増幅器の利得曲線を、波長に対するフーリエ級数に展開し、この展開によって得られた正弦波状損失特性と同一振幅および同一周期の正弦波状損失特性を有する多層膜フィルタ等を組み合わせることにより、光増幅器の利得を平坦化する。光利得等化器を組み込むことによって、光増幅装置は波長に依存しない平坦な増幅利得を有し、ＷＤＭ方式を利用した光通信システムにも使用することが可能となる（例えば、特許文献１および特許文献２を参照。）。
【特許文献１】
特開２０００−１６４９５５号公報（第３−４頁、第２図）
【特許文献２】
特開２０００−１０６５４４号公報（第５頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＷＤＭ方式を採用した光通信システムにおいて、光利得等化器の設計は容易ではない。フーリエ級数展開は無限数の正弦波関数を使用することであらゆる曲線を実現する。しかし、光利得等化器は、光透過率および製造コスト等の観点から、一般に４〜５枚の多層膜フィルタ等によって構成されるため、光利得等化器の損失特性を光増幅装置の利得特性と完全に相反させることは困難である。
【０００８】
図１０に示す曲線ｌは、ＥＤＦの利得波長特性と完全に相反する損失波長特性を示す曲線である。なお、図１０のグラフは光損失の程度を縦軸に設定しており、値が大きいほど光損失が大きい、すなわち光透過率が低いことを示している。ここで、光利得等化器の損失波長特性が曲線ｌと完全に一致した場合、光増幅装置全体としての利得は完全に平坦化される。しかし現実には、曲線ｌの１５３２ｎｍ付近のピークのように、波長変化に対して損失特性が急激に変化する箇所が存在する場合、リプルの発生が問題となる。
【０００９】
リプルとは、多層膜フィルタ等の周期性に起因して生じる周期的な損失ピークのことである。リプルの発生は、特に急峻な損失波長特性を有する光利得等化器において問題となる。急峻な損失ピークを多層膜フィルタ等で実現する場合、短周期かつ振幅が大きい多層膜フィルタ等を使用する必要がある。短周期の多層膜フィルタ等を使用した場合、ＷＤＭ方式において利用される波長帯域中に複数のピークが存在することとなり、これがリプルを形成する。そして、急峻なピークにおけるピーク値が他波長における損失よりも大きい場合、発生するリプルのピーク値も大きくなる。図１０の曲線ｌ’は、光利得等化器の損失波長特性においてリプルが発生する様子を示している。
【００１０】
図１０より、１５３２ｎｍ付近の急峻な損失ピークに多層膜フィルタ等を適合させた場合、１５４５ｎｍ付近および１５５８ｎｍ付近においてリプルが発生することが示される。本来、光利得等化器の損失波長特性は光増幅器の利得波長特性と相反、すなわち図１０において曲線ｌと曲線ｌ’とが一致していることが望ましいが、１５４５ｎｍ付近および１５５８ｎｍ付近にリプルが発生することで曲線ｌと曲線ｌ’は大きくずれ、光増幅装置において利得の平坦化が困難となる。上述したように光利得等化器を構成する多層膜フィルタ等の数が限定されているため、図１０の曲線ｌのような損失波長特性を有する光利得等化器は、リプルの発生を抑制することは困難である。
【００１１】
このようなリプルの発生は、図１０の曲線ｌで示す損失波長特性に限定されるのではなく、光増幅器の利得波長特性に急峻なピークが存在する限り避けることが困難である。また、利得波長特性における急峻なピークのピーク値が大きいほどリプルのピーク値も大きくなり、利得の平坦化を実現することがさらに困難となる。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、リプルの発生を抑制し、増幅利得を平坦化することが可能な光利得等化器、光利得等化器を利用した光増幅装置、および光伝送システムを実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる光利得等化器は、伝送帯域内の光信号の波長に対する光信号の相対出力強度の偏差を補償する光利得等化器であって、第１の損失ピークと、該第１の損失ピークに比して広い半値幅を有し、前記第１の損失ピークに比して大なるピーク値を有する第２の損失ピークとを有する損失波長特性を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、急峻な第１の損失ピークのピーク値が、緩やかなピークを有する第２の損失ピークのピーク値よりも小さい損失波長特性を備えることとしたため、第１の損失ピークを構成する光損失フィルタに起因するリプルの発生を抑制することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる光利得等化器は、伝送帯域内の光信号の波長に対する光信号の相対出力強度の偏差を補償する光利得等化器であって、第１の損失ピークと、該第１の損失ピークよりも長波長側に位置し、前記第１の損失ピークのピーク値よりも大きなピーク値を有する第２の損失ピークとを有する損失波長特性を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３にかかる光利得等化器は、上記の発明において、前記損失波長特性は、組み合わせる光増幅器の利得波長特性と相反することを特徴とする。ここで、「相反する」とは、光増幅器の利得波長特性を反転させた曲線と損失波長特性が完全に一致する場合のみならず、該曲線と損失波長特性との各派長における差分値が５ｄＢ以下、好ましくは３ｄＢ以下の場合も含む。
【００１７】
また、請求項４にかかる光利得等化器は、上記の発明において、前記損失波長特性は、エルビウムイオンを添加した光ファイバを備え、平均反転分布密度が３．０未満である光増幅器の利得波長特性と相反することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５にかかる光利得等化器は、上記の発明において、前記損失波長特性の中心波長が１５４０ｎｍ以上、１５５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６にかかる光利得等化器は、上記の発明において、前記損失波長特性の波長範囲が４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７にかかる光増幅装置は、増幅用光ファイバと、該増幅用光ファイバに接続された励起光源とを有する光増幅器と、請求項１〜６のいずれか一つに記載され、前記光増幅器の利得波長特性と相反する損失波長特性を有する光利得等化器とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８にかかる光増幅装置は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバはエルビウムを添加した光ファイバであり平均反転分布密度が３．０未満であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項９にかかる光伝送システムは、互いに異なる複数の波長を有する光信号を出射する光信号送信部と、該光信号を伝送する光信号伝送路と、該光信号伝送路途上に配置された請求項７または８に記載の光増幅装置と、前記光信号伝送路を伝送した光信号を受信する光信号受信部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる光利得等化器、光増幅装置および光伝送システムの好適な実施の形態について説明する。なお、図面の記載において同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる光利得等化器について説明する。図１は、実施の形態１にかかる光利得等化器の構造を示す模式図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光利得等化器は、光ファイバ１と、光ファイバ１から出射されたレーザ光を平行光に変換する第１レンズと、光進行方向に直列に配列された光損失フィルタ３〜６と、光損失フィルタ６を通過した光を光ファイバ８と光結合させるための第２レンズ７と、光損失フィルタ６を通過した光を外部に伝送する光ファイバ８とを有する。
【００２５】
光損失フィルタ３〜６は、それぞれエタロンフィルタからなる。エタロンフィルタは、１次元の光共振器であり、媒質を挟んで平行に配置された反射鏡間の光の多重反射による干渉現象を利用したものである。エタロンフィルタの光損失特性は正弦波状の周期的な形状を有し、反射率を最適化することによって、任意の振幅を持つエタロンフィルタを作成することが可能である。また、エタロンフィルタの厚みを最適化することで、任意の周期を得ることができる。周期については、エタロンフィルタを光進行方向に対して傾斜させることでも変化させることが可能である。本実施の形態１において、光損失フィルタ３〜６は、互いに振幅および周期が異なり、光損失フィルタ３〜６を組み合わせることで本実施の形態１にかかる光利得等化器の損失波長特性が決定される。図２に、光損失フィルタの光損失特性と、光損失フィルタを組み合わせることで得られる光利得等化器の損失波長特性との一般的な関係について模式的に示す。図２に示すように、様々な振幅および周期を有する光損失フィルタの損失特性を重ね合わせることで、特定の損失波長特性を有する光利得等化器が形成される。
【００２６】
本実施の形態１にかかる光利得等化器は、光損失フィルタ３〜６を組み合わせることで、反転分布密度が０．３の値となる場合のＥＤＦの利得波長特性に相反する損失波長特性を有する。以下、このことについて説明する。
【００２７】
光利得等化器を設計するにあたって、実現する損失波長特性の設定は重要である。光利得等化器は一般に光増幅器と組み合わせて用いられ、光利得等化器の損失波長特性は、光増幅器の利得波長特性と相反する特性を有するように形成される。したがって、損失波長特性の設定にあたっては組み合わせる光増幅器の利得波長特性が重要となる。
【００２８】
本願発明者等は、光増幅器の利得波長特性が、増幅に寄与する物質の反転分布密度の値に対応して変化することに注目した。たとえばＥＤＦの利得波長特性において、添加されたエルビウムイオンのエネルギー準位の微細構造を反映して増幅利得が決定される。したがって、高いエネルギー準位に励起したエルビウムイオンの密度（Ｎ２）と基底準位のエルビウムイオンの密度（Ｎ１）との差である反転分布密度の値に応じて利得波長特性は変化する。
【００２９】
図３に、本願発明者が導出したＥＤＦの利得波長特性についてのグラフを示す。ここで、曲線ｌ１は反転分布密度（Ｎ２−Ｎ１）が１．０の場合のＥＤＦの利得波長特性であり、曲線ｌ２は反転分布密度が０．８の場合の利得波長特性である。以下、曲線ｌ３、曲線ｌ４、曲線ｌ５、曲線ｌ６、曲線ｌ７、曲線ｌ８はそれぞれ反転分布密度が０．６、０．４、０．３、０．２、０．０、−０．２の場合のＥＤＦの利得波長特性を示す。
【００３０】
図３に示されるように、一般にＥＤＦの利得波長特性は１５３０ｎｍ付近に第１の利得ピークと１５６０ｎｍ付近に第２の利得ピークを有する。また、一般的な傾向として第２の利得ピークは緩やかであり、第１の利得ピークはこれに比して急峻な利得ピークを有する。反転分布密度が高い場合には、図９に示す利得波長特性と同様に第１の利得ピークが特に急峻となり、第２の利得ピークよりも大きなピーク値を有する。
一方、反転分布密度が低下するにしたがって、第１の利得ピークは傾斜が緩やかになり、ピーク値も他の波長領域における利得と比して相対的に低下する傾向が存在することが本願発明者によって見出されている。特に、反転分布密度が０．３の場合、曲線ｌ５に示されるように第１の利得ピークのピーク値と第２の利得ピークのピーク値とがほぼ一致する。そして、反転分布密度が０．３未満の場合、曲線ｌ６、曲線ｌ７、曲線ｌ８からも明らかなように第１の利得ピークと第２の利得ピークとの大小関係が逆転する。
【００３１】
本願発明者等は、反転分布密度が０．３未満の場合におけるＥＤＦの利得波長特性において、第１の利得ピークが、第２の利得ピークよりもピーク値が低下し、第１の利得ピークの傾斜が緩やかになることに注目した。このような利得波長特性に相反する損失波長特性を有する光利得等化器を形成する場合、リプルの発生を抑制できるためである。リプルの発生を抑制できる理由について、以下に説明する。
【００３２】
第１の利得ピークが第２の利得ピークよりも小さいことにより、光利得等化器の損失波長特性についても、第１の利得ピークに対応する第１の損失ピークを第２の利得ピークに対応する第２の損失ピークよりも低いピーク値とすることができる。そのため、一定波長範囲において、第１の損失ピークを実現する光損失フィルタに起因したリプルが存在した場合であっても、他の光損失フィルタによってリプルを相殺し、光増幅装置全体としての利得を平坦化することができる。
【００３３】
また、第１の利得ピークの傾斜が緩やかになることで、第１の利得ピークと相反する第１の損失ピークを実現する光損失フィルタの周期を大きくすることができる。周期が大きくなることで、発生するリプルの間隔を増大させることができる。光利得等化器は、一定波長範囲に関して光増幅装置の利得を平坦化できればその機能を果たせるため、この一定波長範囲におけるリプルの数を減少若しくは０に抑制できればよい。第１の損失ピークを実現する光損失フィルタに周期の大きなものを使用することで、発生するリプルの数を減少若しくは０とすることができる。
【００３４】
図４は、反転分布密度が０．２であるＥＤＦの利得波長特性と相反する損失波長特性を複数の光損失フィルタによって実現する模式的なグラフである。図４において、曲線ｌ９は反転分布密度が０．２である場合のＥＤＦの利得波長特性と完全に相反した理想的な損失波長特性を示し、曲線ｌ１０は光損失フィルタ３〜６のうち、ある任意の１枚の光損失フィルタの損失特性を示す。なお、実際には図２でも示したように、他の光損失フィルタの損失特性を重ね合わせることで曲線ｌ９の他の部分についても一致若しくは類似した損失波長特性を実現するが、図４では省略する。
【００３５】
図４に示すように、第１の損失ピークを実現するための曲線ｌ１０に関して、第１の損失ピークが存在する１５３０ｎｍ付近のみでなく、１周期分離隔した１５６５ｎｍ付近においてもピークを有する。しかし、本実施の形態１にかかる光利得等化器は、第１の損失ピークが第２の損失ピークよりも小さい損失波長特性を有するため、曲線ｌ１０の１５６５ｎｍ付近のピークは、第２の損失ピークよりも低いピーク値を有する。そのため、１５６５ｎｍ付近におけるピークがリプルとして利得平坦性を損なうことはないという利点を有する。
【００３６】
また、図１０と比較して、第１の損失ピークを実現するための曲線ｌ１０はより大きな周期を有する。そのため、１５３０ｎｍ付近以外の波長領域に存在するピークの数を減少させることが可能である。そのため、リプルとなるおそれのあるピークが減少し、光利得等化器の損失波長特性の設計が容易になるという利点も有する。
【００３７】
上記した利点は、反転分布密度が０．２の場合のみならず、０．３未満の反転分布密度における利得波長特性に対して光利得等化器を形成する場合一般に成立する。すなわち、図３からも明らかなように、反転分布密度が０．３未満の場合の曲線ｌ５、ｌ６、ｌ７について、いずれも第１の利得ピークは第２の利得ピークよりもピーク値が小さく、第１の利得ピークの傾斜が緩やかとなる。そのため、これに相反する損失波長特性を実現する場合にも上記した理由によりリプルが発生することがなく、光増幅器と組み合わせることで良好な平坦性を実現することのできる光利得等化器を提供することができる。
【００３８】
また、損失波長特性について、光増幅器の利得波長特性と相反する曲線となる波長範囲は１５４０ｎｍ〜１５５０ｎｍを中心として４０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。これは、光利得等化器を使用する光伝送システムについて、伝送する光信号の波長範囲に対応させるためである。
【００３９】
次に、実施の形態１にかかる光利得等化器の変形例について説明する。図５は、変形例にかかる光利得等化器の構造を示す模式図である。変形例にかかる光利得等化器は、光利得等化部１１と光利得等化部１２によって構成される。光利得等化部１１は、光ファイバ１３から入射する光を平行光に変換する第１レンズと、直列に配列された光損失フィルタ１５、１６と、光損失フィルタ１６を通過した光を光ファイバ１８と光結合させるための第２レンズ１７と、外部に光を伝送するための光ファイバ１８とを有する。光利得等化部１２は、光利得等化部１１と同様に光ファイバ１８と、直列に配置された第１レンズ１９、光損失フィルタ２０、２１と、第２レンズ２２と、外部に光を伝送する光ファイバ２３とを有する。
【００４０】
変形例にかかる光利得等化器は、光利得等化部１１と、光利得等化部１２とに分離した構造を有する。ここで、光利得等化部１１と光利得等化部１２とは直接接続された構造としても良いし、互いの間に他の光学部品を組み込んだ構造としても良い。そのため、変形例にかかる光利得等化器を光増幅装置に組み込む場合に、光増幅装置の設計自由度が向上するという利点を有する。なお、光利得等化部１１、１２に組み込む光損失フィルタの数が異なる構造としても良く、また、光利得等化部が３以上からなる構造としても良い。
【００４１】
なお、実施の形態１およびその変形例によって本発明にかかる光利得等化器について説明したが、本発明にかかる光利得等化器は上記した構造に限定されるのではない。当業者であれば、上記記載に基づいて様々な変形例に想到することが可能である。
【００４２】
たとえば、光損失フィルタ３〜６について、エタロンフィルタ以外のものを使用することが可能である。光損失フィルタとして使用可能な材料としては、マッハツェンダ干渉型光学素子、誘電体多層膜による干渉フィルタ、ファイバグレーティング等が挙げられ、これらを互いに組み合わせた構造としても良い。また、これら以外の材料であっても、正弦波状の損失特性を有する損失フィルタであれば、本実施の形態１における光損失フィルタ３〜６として使用することが可能である。
【００４３】
また、実施の形態１においては光損失フィルタ３〜６は光進行方向に対して直列に配置され、図１でも示すように光信号は光損失フィルタ３〜６に対して垂直に入射する構造としているが、所定角傾斜して配置した構造としても良い。たとえばエタロンフィルタにおいて、光の入射角度を変化させることで損失特性を変化させることが可能である。
【００４４】
さらに、実施の形態１にかかる光利得等化器を構成する光損失フィルタの枚数を変更しても良い。本実施の形態１では製造上の観点および透過損失の累積などを考慮して光損失フィルタを４枚としたが、他の枚数とすることも可能である。
【００４５】
また、実施の形態１にかかる光利得等化器の損失波長特性は、組み合わせる光増幅器の利得波長特性と完全に相反する特性を有することが理想的であるが、必ずしも完全に相反する損失波長特性を有さなくとも良い。実施の形態１にかかる光利得等化器と光増幅器とを組み合わせた結果得られる増幅利得が、伝送される光信号の波長範囲において平坦とみなせればよい。具体的には、伝送される光信号の波長範囲において、得られる増幅利得の最大値と最小値との差分値が５ｄＢ以下、より好ましくは３ｄＢ以下であれば光利得等化器として使用することが可能である。
【００４６】
また、実施の形態１にかかる光利得等化器は、上記の説明では単数の光増幅器と組み合わせて使用することを前提としていたが、複数の光増幅器と組み合わせて使用しても良い。たとえば複数のＥＤＦと組み合わせて使用する場合、光利得等化器の損失波長特性は、複数のＥＤＦの反転分布密度を平均した値を反転分布密度とした単数のＥＤＦの利得波長特性と相反する損失波長特性とすればよいことが本願発明者等によって確認されている。
【００４７】
また、実施の形態１にかかる光利得等化器は、ＥＤＦと組み合わせることを前提として損失波長特性を決定したが、組み合わせる光増幅器はＥＤＦ以外のものであっても良い。具体的には、伝送される光信号の波長範囲において複数のピークを有し、急峻な傾斜を有する利得ピークのピーク値が他の利得ピークのピーク値よりも低い値となる利得波長特性を有する光増幅器であれば、利得波長特性と相反する損失波長特性を有する光利得等化器を実現することが可能である。より具体的には、第１の損失ピークと、第１の損失ピークよりも傾斜が緩やか、すなわち半値幅が大きく、ピーク値も大きな値を有する第２の損失ピークとが存在する損失波長特性を有するのであれば、リプルを発生することのない光利得等化器を実現することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる光増幅装置について説明する。図６は、実施の形態２にかかる光増幅装置の構造を示すブロック図である。本実施の形態２にかかる光増幅装置は、光信号を伝送する伝送用光ファイバ２４と、光信号を増幅する光増幅器２５と、実施の形態１にかかる光利得等化器２６と、増幅された光信号を伝送する伝送用光ファイバ３０とを有する。
【００４９】
光増幅器２５は、励起光源２７と、励起光源から出射される励起光を伝送用光ファイバ２４に合波するためのカプラ２８と、増幅用光ファイバ２９とを有する。ここで、増幅用光ファイバ２９は、エルビウムイオンを添加したＥＤＦからなるものとし、その反転分布密度は０．２であるとする。なお、反転分布密度の値は、増幅用光ファイバ２９の長さ、励起光源２７の光出力および光増幅器への入力パワー等に依存し、これらの値を適宜調整することで反転分布密度を所望の値にすることが可能である。特に増幅用光ファイバ２９の長さを調整した場合、一般に増幅用光ファイバ２９の長さが増大するため、出力効率の良い光増幅器２５を実現することができる。なお、本実施の形態２において光増幅器２５は、前方励起方式を採用した構造を有するが、後方励起方式や、前方励起方式と後方励起方式とを組み合わせた双方向励起方式によって光増幅を行うこととしても良い。
【００５０】
光利得等化器２６は、実施の形態１にかかる光利得等化器からなる。実施の形態１においても述べたように、光利得等化器２６は光増幅器２５の利得波長特性と相反する損失波長特性を有し、リプルの発生が抑制された構造を有する。
【００５１】
次に、本実施の形態２にかかる光増幅装置の作用について説明する。まず、励起光源２７から入射した励起光によって増幅用光ファイバ２９に添加されたエルビウムイオンが励起される。伝送用光ファイバ２４を伝送した光信号が増幅用光ファイバ２９に入射した際に、励起されたエルビウムイオンに起因した誘導放出によって光信号が増幅される。
【００５２】
ここで、光増幅器２５は励起されたエルビウムイオンによる誘導放出によって光信号を増幅するため、イオンのエネルギー準位の微細構造を反映して増幅後の光信号の強度は波長依存性を有する。光増幅器２５を通過して増幅された光信号は、その後光利得等化器２６に入射する。
【００５３】
光利得等化器２６は、光増幅器２５の利得波長特性と相反する損失波長特性を有するため、光増幅器２５における増幅作用によって生じた光強度の偏差を補償する。光利得等化器２６を通過することで光強度の波長依存性が緩和もしくは解消された増幅光信号が伝送用光ファイバ３０に出射され、伝送される。
【００５４】
実施の形態１においても述べたように、光利得等化器２６はリプルの発生を抑制することができるため、光利得等化器２６を通過した光信号は、光強度に関して波長依存性を有さずに平坦化され、伝送用光ファイバ３０中を伝送する。したがって、異なる波長を有する複数の光信号を伝送した場合でも、非線形光学効果によって伝送不能となることや、Ｓ／Ｎ比が悪化する光信号が発生することを防止でき、光信号を長距離に渡って伝送することが可能となる。
【００５５】
なお、実施の形態２において、光増幅器２５の反転分布密度は、２．０以外の値としたが、これ以外の値としても良い。具体的には、反転分布密度の値を３．０未満とすることが好ましい。３．０未満の場合、実施の形態１でも述べたように光利得等化器２６の損失波長特性においてリプルの発生を抑制することができるためである。
【００５６】
また、光増幅器２５について、励起光源を単一の半導体レーザ素子によって形成しても良いが、異なる波長の光を出力する半導体レーザ素子を複数設けることとしても良い。また、励起光の波長が様々な値となる光増幅器を用いた光増幅装置について、本発明の適用が可能である。さらに、ＥＤＦではなく他の方式によって光増幅をおこなう構造としても良い。ＥＤＦ以外の方式としては、例えば、Ｔｍを添加した光ファイバ（ＴＤＦ：Ｔｈｕｌｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）を用いた方式や、ラマン増幅を用いた方式等がある。なお、ＥＤＦ以外の方式を用いた場合でも、光増幅器２５の利得波長特性は、複数存在する利得ピークのうち、急峻な利得ピークのピーク値が他の利得ピークのピーク値よりも小さくなることが好ましい。
【００５７】
さらに、図６に示す光増幅装置は、１つの光増幅器２５と１つの光利得等化器２６との組み合わせによって構成されることとしたが、光増幅器２５の前方、後方のうち、一方若しくは双方が複数からなる構造としても良い。また、光増幅器を複数設けた構造としても良い。図７は、光増幅器２５の前方と後方に光利得等化器を配置する構造を有する光増幅装置を示すブロック図である。光利得等化器の構造としては、図５で示した構造を用いることが好ましい。
【００５８】
また、図８に示すように、光増幅器を複数有した構造としても良い。この場合、複数の光増幅器におけるそれぞれの反転分布密度の平均値を有する利得波長特性と相反する損失波長特性を有する光利得等化器２６を配置することが好ましい。
【００５９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる光伝送システムについて説明する。図９は、実施の形態３にかかる光伝送システムの構造を示すブロック図である。実施の形態３にかかる光伝送システムは、異なる波長を有する複数の光信号を出射する光信号送信部３６と、複数の光信号を伝送する伝送用光ファイバ３７ａと、減衰した光信号を増幅する光増幅装置３８と、増幅された光信号を伝送する伝送用光ファイバ３７ｂと、伝送された光信号を受信する光信号受信部３９とを有する。
【００６０】
光信号送信部３６は、光信号を出射する信号光源４０ａ〜４０ｅと、信号光源４０ａ〜４０ｅから出射された光を合波するカプラ４１とを有する。また、光信号受信部３９は、伝送用光ファイバ３７ｂ中を伝送してきた複数の異なる波長を有する光信号を波長ごとの光信号に分岐するカプラ４２と、光信号を電気信号に変換する光電素子４３ａ〜４３ｅとを有する。
【００６１】
光信号送信部３６を構成する信号光源４０ａ〜４０ｅは、それぞれ異なる波長を有する光信号を出射する。これら異なる波長を有する光信号がカプラ４１で合波されるため、伝送用光ファイバ３７中は一定の波長範囲を有する光信号が伝送される。
【００６２】
光信号受信部３９を構成する光電素子４３ａ〜４３ｅは、フォトダイオード等の光電変換素子からなる。光電素子４３ａ〜４３ｅは、それぞれ受信した光信号に対応した電気信号を出力する。
【００６３】
光増幅装置３８は、実施の形態２にかかる光増幅装置からなる。したがって、実施の形態２において説明したように、一定の波長範囲に関してほぼ平坦な利得波長特性を有し、異なる波長を有する複数の光信号に対して、ほぼ一定の利得で光増幅をおこなう。
【００６４】
ここで、図９においては光増幅装置３８を一つ配置した構造としているが、通常は光増幅装置３８を複数配置する構造とすることが好ましい。長距離にわたって光信号を伝送する場合、単数の光増幅装置３８では十分な増幅利得を得ることが困難となるためである。なお、本実施の形態３にかかる光増幅装置３８は、上述したように一定の波長範囲に渡ってほぼ平坦な利得波長特性を有する。そのため、複数の光増幅装置３８によって多段的に光増幅をおこなった場合でも他と比較して極端に強度が異なる光信号が生じることはない。したがって、複数の光増幅装置３８を配置した構造としても、非線形光学効果の発生や、Ｓ／Ｎ比の低下といった問題を生じることはない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜６の発明によれば、光利得等化器において損失波長特性が第１の損失ピークと、第１の損失ピークよりも広い半値幅を有し、大きなピーク値を有する第２のピークとを有する構成としたことで、リプルの発生を抑制することができ、光増幅器と組み合わせた際に平坦な増幅利得を実現できるという効果を奏する。
【００６６】
また、請求項７および８の発明によれば、光増幅器と、上記特性を有し、光増幅器の利得波長特性と相反する損失波長特性を有する光利得等化器とを含む構成としたことで、平坦な増幅利得を有する光増幅装置を実現できるという効果を有する。
【００６７】
また、請求項９の発明によれば、上記光増幅装置を組み込む構成としたことで、非線形光学効果の発生や、Ｓ／Ｎ比の低下といった問題が発生せず、長距離に渡る光信号の伝送が可能な光伝送システムを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる光利得等化器の構造を示す模式図である。
【図２】光損失フィルタの損失特性と光利得等化器の損失波長特性との関係を示す図である。
【図３】ＥＤＦの利得波長特性と反転分布密度との関係を示すグラフである。
【図４】実施の形態１にかかる光利得等化器の損失波長特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態１の変形例にかかる光利得等化器の構造を示す模式図である。
【図６】実施の形態２にかかる光増幅装置の構造を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２の変形例にかかる光増幅装置の構造を示すブロック図である。
【図８】実施の形態２の変形例にかかる光増幅装置の構造を示すブロック図である。
【図９】実施の形態３にかかる光伝送システムの構造を示すブロック図である。
【図１０】従来技術にかかる光利得等化器の損失波長特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、８、１３、１８、２３　　光ファイバ
２、１４、１９　　第１レンズ
３〜６、１５、１６、２０、２１　　光損失フィルタ
７、１７、２２　　第２レンズ
１１、１２　　光利得等化部
２４、３０、３７ａ、３７ｂ　　伝送用光ファイバ
２５、３２　　光増幅器
２６、３１　　光利得等化器
２７、３３　　励起光源
２８、３４、４１、４２　　カプラ
２９、３５　　増幅用光ファイバ
３６　　光信号送信部
３８　　光増幅装置
３９　　光信号受信部
４０ａ〜４０ｅ　　信号光源
４３ａ〜４３ｅ　　光電素子
【図１】
2004119824.tif 000003
【図２】
2004119824.tif 000004
【図３】
2004119824.tif 000005
【図４】
2004119824.tif 000006
【図５】
2004119824.tif 000007
【図６】
2004119824.tif 000008
【図７】
2004119824.tif 000009
【図８】
2004119824.tif 000010
【図９】
2004119824.tif 000011
【図１０】
2004119824.tif 000012