(57)【要約】【課題】　Ｌバンドにおいて相対利得偏差の小さい広帯域利得スペクトルを実現する実用的な光増幅モジュール等を提供する。【解決手段】　励起光源(153,154)からの励起光は、光カプラ(113,114)を経て、Bi系EDF(130)へ供給される。入力端(101)を介して入力されたLバンドの多重化信号光は、光カプラ(111)、光アイソレータ(121)及び光カプラ(113)を経てBi系EDF(130)に到達し、該Bi系EDF(130)において一括増幅される。Bi系EDF(130)において増幅された多重化信号光は、光カプラ(114)、光アイソレータ(123)及び光カプラ(112)を経て出力端(102)から出力される。【選択図】　図２
2004048028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　波長１６１０ｎｍ以上の波長域を含む信号光波長帯域内の複数チャネルが多重化された信号光を一括増幅する光増幅モジュールであって、
　前記信号光が伝搬する領域であってＥｒ元素が添加された光導波領域を有し、酸化Ｂｉ系ホストガラスからなるＢｉ系光導波路と、
　前記Ｂｉ系光導波路の光導波領域内に反転分布を生じさせるよう、該光導波領域に励起光を供給する励起光供給システムとを備えた光増幅モジュール。
【請求項２】
　Ｅｒ元素が添加された前記光導波領域には、Ｂ元素がさらに添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３】
　当該光増幅モジュールの動作温度範囲のうち所定動作温度において前記Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルにおける相対利得偏差が２５％未満になるよう、前記励起光供給システムから前記Ｂｉ系光導波路に供給される励起光の光パワーを調整する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項４】
　前記相対利得偏差は、１９％未満であることを特徴とする請求項３記載の光増幅モジュール。
【請求項５】
　当該光増幅モジュールの全動作温度範囲内において前記Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルにおける相対利得偏差が２５％未満になるよう、前記励起光供給システムから前記Ｂｉ系光導波路に供給される励起光の光パワーを調整する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項６】
　前記相対利得偏差は、１９％未満であることを特徴とする請求項５記載の光増幅モジュール。
【請求項７】
　当該光増幅モジュールの全動作温度範囲内において前記Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルにおける相対利得偏差が２５％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを越えるよう、前記励起光供給システムから前記Ｂｉ系光導波路に供給される励起光の光パワーを調整する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項８】
　前記波長帯域幅は、５０ｎｍを越えることを特徴とする請求項７記載の光増幅モジュール。
【請求項９】
　当該光増幅モジュールの全動作温度範囲内において前記Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルにおける相対利得偏差が１９％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを越えるよう、前記励起光供給システムから前記Ｂｉ系光導波路に供給される励起光の光パワーを調整する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項１０】
　前記波長帯域幅は、５０ｎｍを越えることを特徴とする請求項９記載の光増幅モジュール。
【請求項１１】
　前記Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を検出する温度検出素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項１２】
　前記Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を調整する温度調整素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項１３】
　請求項１２記載の光増幅モジュールと、
　前記光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）に基づいて、該光増幅モジュールのＢｉ系光導波路又はその近傍の温度をΔＴ（Ｋ）だけ変化させる制御部とを備えた光増幅器。
【請求項１４】
　前記制御部は、前記Ｂｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢと）するとき、
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６−１．２
　　　　≦ΔＧ≦
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６＋１．２
なる関係を満たすよう、上記ΔＴ（Ｋ）を制御することを特徴とする請求項１３記載の光増幅器。
【請求項１５】
　前記制御部は、当該光増幅器の実際の運用時におけるΔＧ（ｄＢ）とΔＴ（Ｋ）の実測データを、予め格納したメモリを備えることを特徴とする請求項１３記載の光増幅器。
【請求項１６】
　請求項１２記載の光増幅モジュールと、
　検出された利得傾斜に基づいて、前記Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を変化させる制御部を備えた光増幅器。
【請求項１７】
　請求項１２記載の光増幅モジュールと、
前記信号光の伝送経路上に設けられ、前記信号光に対する損失特性が可変である可変減衰器と、
　検出された前記光増幅モジュールにおける利得傾斜が正のときに前記光増幅モジュールのＢｉ系光導波路に対する加熱指示を行う一方、検出された前記光増幅モジュールにおける利得傾斜が負のときに前記光増幅モジュールのＢｉ系光導波路に対する冷却指示を行う制御部とを備えた光増幅器。
【請求項１８】
　前記信号光の伝送経路上に設けられ、前記信号光に対する損失特性が可変である光損失部品をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項１９】
前記光損失部品は可変光減衰器を含むことを特徴とする請求項１８記載の光増幅モジュール。
【請求項２０】
　請求項１９記載の光増幅モジュールと、
　検出された前記光増幅モジュールのＢｉ系光導波路又はその近傍の温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、前記光増幅モジュールの可変光減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）を決定する制御部とを備えた光増幅器。
【請求項２１】
　前記信号光の伝送経路上に設けられ、前記信号光に対する損失特性が可変である可変減衰器をさらに備え、
　前記制御部は、前記可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が検出された前記温度変化ΔＴ（Ｋ）に比例するよう、該可変減衰器を制御することを特徴とする請求項１３記載の光増幅器。
【請求項２２】
　前記信号光の伝送経路上に設けられ、前記信号光に対する損失特性が可変である可変減衰器をさらに備え、
　前記制御部は、前記光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、前記可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ＋１．２
なる関係を満たすよう、前記温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、前記可変減衰器を制御することを特徴とする請求項１３記載の光増幅器。
【請求項２３】
　前記制御部は、前記光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、前記可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ＋１．２
なる関係を満たすよう、前記光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）及び温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、前記可変減衰器を制御することを特徴とする請求項２０記載の光増幅器。
【請求項２４】
　前記制御部は、前記光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）及び温度変化ΔＴ（Ｋ）の、当該光増幅器の実際の運用時における実測データを、予め格納したメモリを備えることを特徴とする請求項２０記載の光増幅器。
【請求項２５】
　前記制御部は、前記光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）、温度変化ΔＴ（Ｋ）及び前記可変光減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の、当該光増幅器の実際の運用時における実測データを、予め格納したメモリを備えることを特徴とする請求項２０記載の光増幅器。
【請求項２６】
　請求項１９記載の光増幅モジュールと、
検出された前記光増幅モジュールにおける利得傾斜に基づき、前記可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）を変化させる制御部を備えた光増幅器。
【請求項２７】
　前記信号光の伝送経路上に設けられ、前記信号光に対する損失特性が可変である可変減衰器を有する、請求項１２記載の光増幅モジュールと、
　検出された前記光増幅モジュールにおける利得傾斜が正のときに前記可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の増加指示を行う一方、検出された前記光増幅モジュールにおける利得傾斜が負のときに前記可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の減少指示を行う制御部とを備えた光増幅器。
【請求項２８】
　前記Ｂｉ系光導波路の背景損失αB（ｄＢ／ｍ）とＥｒによる吸収ピークα（ｄＢ／ｍ）との間に
　　αB≦0.021α
なる関係式が成り立つことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項２９】
　前記Ｂｉ系光導波路の背景損失αB（ｄＢ／ｍ）とＥｒによる吸収ピークα（ｄＢ／ｍ）との間に
　　αB≦0.015α
なる関係式が成り立つことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３０】
　前記Ｂｉ系光導波路は、光ファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３１】
　前記励起光供給システムは、中心出力波長が最高出力時に１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にある光源を含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３２】
　前記励起光供給システムは、中心出力波長が常時１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にある光源を含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３３】
　前記励起光供給システムは、
　光反射面と該光反射面と対向する光出射面とを有する半導体発光素子と、
　前記半導体発光素子の光出射面から出射された光のうち特定波長の光の一部を反射し、該反射された光を前記光出射面から前記半導体発光素子の内部へ入射させる回折格子とを含むことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３４】
　前記回折格子は、光ファイバ上に形成された光ファイバグレーティングを含むことを特徴とする請求項３３記載の光増幅モジュール。
【請求項３５】
　前記信号光が伝搬する領域であってＥｒ元素が添加された光導波領域を有し、石英系ホストガラスからなる石英系光導波路をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅モジュール。
【請求項３６】
　前記石英系光導波路は、前記信号光の伝送経路上であって該信号光の進行方向から見て前記Ｂｉ系光導波路の上流側に配置されたことを特徴とする請求項３５記載の光増幅モジュール。
【請求項３７】
　前記石英系光導波路は、前記信号光の伝送経路上であって該信号光の進行方向から見て前記Ｂｉ系光導波路の下流側に配置されたことを特徴とする請求項３５記載の光増幅モジュール。
【請求項３８】
　前記石英系光導波路の光導波領域には、Ａｌ元素及びＬａ元素の少なくとも一方とＰ元素とが共添加されていることを特徴とする請求項３５記載の光増幅モジュール。
【請求項３９】
　請求項１記載の光増幅モジュールを含み、Ｌバンドに含まれる複数チャネルが多重化された信号光を前記光増幅モジュールにより増幅する光増幅器。
【請求項４０】
　前記信号光の伝送経路上であって該信号光の進行方向から見て前記Ｂｉ系光導波路の上流側に配置されたラマン増幅用光ファイバをさらに備えた請求項３９記載の光増幅器。
【請求項４１】
　前記ラマン増幅用光ファイバには、波長１４７０ｎｍ付近の励起光及び波長１５２０ｎｍ以上の励起光の少なくとも一方が供給されることを特徴とする請求項４０記載の光増幅器。
【請求項４２】
　請求項３９記載の光増幅器を含み、Ｌバンドに含まれる複数チャネルが多重化された信号光を伝送するとともに、該信号光を前記光増幅器により増幅する光通信システム。
【請求項４３】
　前記信号光の伝送経路上であって該信号光の進行方向から見て前記光増幅器の上流側に配置されたラマン増幅用光ファイバをさらに備えた請求項４２記載の光通信システム。
【請求項４４】
　前記ラマン増幅用光ファイバには、波長１４７０ｎｍ付近の励起光及び波長１５２０ｎｍ以上の励起光の少なくとも一方が供給されることを特徴とする請求項４３記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、信号光を増幅する光増幅モジュール、光増幅器、及び該光増幅器を含む光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光通信システムは、所定の信号波長帯域に含まれる複数チャネルが多重化された信号光（多重化信号光）を伝送するシステムであり、大容量情報の高速送受信を可能にする。また、ＷＤＭ光通信システムでは、送受信可能な情報量の更なる大容量化を図るべく、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）に含まれる多重化信号光だけでなく、Ｌバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）に含まれる多重化信号光をも用いることが検討されている。
【０００３】
　これに対応し、光通信システムに適用される光増幅器は、Ｃバンドの信号光増幅のみならず、Ｌバンドの信号光増幅もその実現が要求されている。このような光増幅器としては、光増幅媒体として、光導波領域にＥｒ元素が添加された石英系ホストガラスからなる光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium Doped Fiber）が適用された光増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier）が知られている。この光増幅器では、Ｅｒ元素を励起し得る波長（１．４８μｍ又は０．９８μｍ）の励起光がＥＤＦに供給され、このＥＤＦにおいてＣバンド又はＬバンドの信号光が増幅される。
【０００４】
　例えば、第１従来例に係る光増幅器では、Ａｌが共添加された石英系ＥＤＦが光増幅媒体として適用されており、平坦な利得が１６００ｎｍ付近の長波長側まで得られる。しかしながら、この光増幅器において、Ｌバンドの多重化信号光を一括増幅するには、利得が平坦な波長帯域幅が狭い（非特許文献１参照）。また、上記非特許文献１には、更に長波長側まで平坦な利得を得るべく、光増幅媒体としてテルライト系ホストガラスからなるＥＤＦが適用された光増幅器が提案されている。しかしながら、テルライトガラスは熱損傷の危険があることから、この光増幅器は実用的では無い。
【０００５】
　また、第２従来例に係る光増幅器では、光増幅媒体として、Ｓｂ元素を含む多成分の石英系ＥＤＦが適用されている（非特許文献２参照）。しかしながら、Ｓｂ元素は有毒であることから、この光増幅器は実用的では無い。
【０００６】
　さらには、熱損傷や毒性の問題が無いという点で、光増幅媒体として実用的な石英系ＥＤＦが適用された光増幅器も提案されている（非特許文献３〜５参照）。非特許文献３に記載された石英系ＥＤＦの組成は不明であるが、非特許文献４、５に記載された石英系ＥＤＦはＰ元素及びＡｌ元素が共添加されている。これらの非特許文献３〜５に記載されたＥＤＦでは、利得が１６２０ｎｍ付近の長波長側まで得られている。しかしながら、波長１５８０ｎｍ付近で利得が顕著に小さく、ＷＤＭ伝送において重要な利得平坦度が損なわれている。
【０００７】
　ここで、ＥＤＦの利得スペクトルの利得平坦度は、図１９で説明される相対利得偏差により評価され得る。図１９は、ＥＤＦの相対利得偏差を説明するための典型的な利得スペクトルある。この図１９に示されたように、ＥＤＦの利得スペクトルは、利得を有する波長帯域内において大略的に見れば２つの利得極大値と１つの利得極小値とを有する。利得極小値をＧmin（ｄＢ）とし、利得最大値Ｇmax（ｄＢ）と利得極小値Ｇminとの差をΔＧとする。そして、差ΔＧと利得極小値Ｇminとの比（ΔＧ／Ｇmin）で相対利得偏差を表す。また、利得極小値Ｇmin以上の利得が得られている波長帯域を実効的信号波長域と呼ぶ。
【０００８】
　以上のように定義された相対利得偏差により利得平坦度を評価すると、非特許文献３に記載されたＥＤＦの相対利得偏差は２５％程度であり、非特許文献４に記載されたＥＤＦの相対利得偏差は３０％を超え、非特許文献５に記載されたＥＤＦの相対利得偏差は２５％程度である。ＥＤＦの相対利得偏差が大きすぎると、利得を等化するために挿入される光フィルタの挿入損失は大きくならざるを得ず、励起効率の劣化や雑音指数の劣化を惹起する。
【０００９】
　例えば、陸上幹線系で一般に要求される光増幅器の利得は３０ｄＢ程度である。この光増幅器に適用されるＥＤＦの相対利得偏差を２５％とする。陸上幹線系において、光増幅器はＥＤＦに加えて分散補償光ファイバをも内蔵するのが一般的であり、この分散補償光ファイバの損失は典型的には１０ｄＢ程度である。また、光増幅器には、その他の受動光部品（例えば、光カプラ、光アイソレータ、等）が挿入され、これら受動光部品の挿入損失の合計は６ｄＢ程度である。このとき、ＥＤＦが実現すべき利得は４６ｄＢ（＝30dB＋10dB＋6dB）にも達する。また、ＥＤＦの相対利得偏差が２５％であることから、利得を等化するために挿入される光フィルタのピーク挿入損失は、１１．５ｄＢ（＝46dB×0.25）にもなり、分散補償光ファイバの損失に匹敵するほどの大きさとなる。このことは、励起効率や雑音指数に大きな悪影響を与えることになる。
【００１０】
　ところで、既に普及しているＣバンド用光増幅器において、ＥＤＦの相対利得偏差は、その石英系ＥＤＦに共添加される元素の種類や濃度に依存するが、１３〜１９％程度である。図２０は、Ａｌ共添加石英系ＥＤＦの利得スペクトルである。なお、この図２０において、グラフＧ２０１０はＡｌ共添加濃度が１重量％のときの利得スペクトル、グラフＧ２０２０はＡｌ共添加濃度が２．５重量％のときの利得スペクトル、グラフＧ２０３０はＡｌ共添加濃度が３．５重量％のときの利得スペクトル、及び、グラフＧ２０４０はＡｌ共添加濃度が５重量％以上のときの利得スペクトルが、それぞれ示されている。この図２０から分かるように、Ａｌ共添加濃度が大きいほど、ＥＤＦの相対利得偏差が小さく、ＥＤＦの相対利得偏差は１３〜１９％程度である。そこで、Ｌバンド用光増幅器でも、ＥＤＦの相対利得偏差は、この程度の値が目標値となる。
【非特許文献１】A. Mori, et al., ECOC1997, Tech. Dig., p.135
【非特許文献２】A. J. G. Ellison, et al., OFC2001, TuA2
【非特許文献３】I. P. Byriel, et al., ECOC2001, Tu.L.3.5
【非特許文献４】角井他、電子情報通信学会総合大会、Ｃ-３-２８、2002
【非特許文献５】S. Tanaka, et al., OFC2002, Tech. Dig., ThJ3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　発明者らは、従来の光増幅器について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、非特許文献１に記載された光増幅器は、光増幅媒体として熱損傷の危険があるテルライト系ホストガラスからなるＥＤＦが適用されており、実用的では無い。非特許文献２に記載された光増幅器は、光増幅媒体として毒性を有するＳｂ元素を含む多成分の石英系ＥＤＦが適用されており、やはり実用的では無い。また、非特許文献３〜５それぞれに記載された光増幅器は、光増幅媒体として熱損傷や毒性の問題が無いという点で実用的な石英系ＥＤＦが適用されているが、ＥＤＦの相対利得偏差が大きく、励起効率や雑音指数に大きな悪影響を与える懸念がある。
【００１２】
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、Ｌバンドにおいて相対利得偏差の小さい広帯域利得スペクトルを実現する実用的な光増幅モジュール、該光増幅モジュールを含む光増幅器、さらには、該光増幅器を含み、大容量情報の送受信を可能にする光通信システムを提供することをも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　この発明に係る光増幅モジュールは、波長１６１０ｎｍ以上の波長域を含む信号波長帯域の複数チャネルが多重化された信号光（多重化信号光）を一括増幅すべく、酸化Ｂｉ系ホストガラスからなるＢｉ系光導波路と、励起光供給システムを備える。上記Ｂｉ系光導波路は、上記信号光が伝搬する領域であってＥｒ元素が添加された光導波領域を有する。また、上記励起光供給システムは、Ｂｉ系光導波路の光導波路領域内に反転分布を生じさせるべく、所定波長の励起光を該Ｂｉ系光導波路に供給する。また、この発明に係る光増幅器は、上述のような構造を備えた光増幅モジュール（この発明に係る光増幅モジュール）を含み、Ｌバンドに含まれる多重化信号光を該光増幅モジュールにより増幅する。さらに、この発明に係る光通信システムは、上述のような構造を有する光増幅器（この発明に係る光増幅器）を含み、Ｌバンドに含まれる多重化信号光を伝送するとともに、この多重化信号光を該光増幅器により一括増幅する。
【００１４】
　この発明に係る光増幅モジュールでは、励起光が供給されることによりＥｒ添加Ｂｉ系光導波路の光導波領域内に反転分布が生じ、該光導波領域内を伝搬する多重化信号光（波長１６１０ｎｍ以上の波長域を含む信号波長帯域の複数チャネルが多重化されている）が増幅される。また、このような光増幅モジュールを含む光増幅器では、Ｌバンドに含まれる多重化信号光が増幅される。さらに該光増幅器を含む光通信システムでは、Ｌバンドに含まれる多重化信号光が伝送されるとともに、光増幅器により増幅される。このように当該発明によれば、光増幅媒体としてＥｒ添加Ｂｉ系光導波路が適用されているので、熱損傷や毒性の問題が無く実用的であり、また、Ｌバンドに含まれる広帯域の実効的信号波長域に亘って相対利得偏差を小さくすることができる。
【００１５】
　なお、この発明に係る光増幅モジュールにおいて、Ｅｒ元素が添加された上記Ｂｉ系光導波路の光導波領域には、Ｂ元素がさらに添加されてもよい。長波長側の蛍光特性が改善され、ガラスファイバを利用した光ファイバネットワークの構築が容易になるからである。
【００１６】
　この発明に係る光増幅モジュールは、励起光供給システムからＢｉ系光導波路に供給される励起光の光パワーを調節する制御部を備えるのが好ましい。この制御部は、当該光増幅モジュールの全動作温度において、あるいはいずれかの動作温度において、Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルにおける相対利得偏差が２５％未満、さらには１９％未満になるよう上記励起光の光パワーを調節する。
【００１７】
　上記制御部は、当該光増幅モジュールの全動作温度範囲内において、Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを越えるよう、さらには５０ｎｍを越えるよう上記励起光の光パワーを調節してもよい。また、上記制御部は、当該光増幅モジュールの全動作温度範囲内において、Ｂｉ系光導波路の正味利得スペクトルの相対利得偏差が１９％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを越えるよう、さらには５０ｎｍを越えるよう上記励起光の光パワーを調節してもよい。
【００１８】
　この発明に係る光増幅モジュールは、利得平坦度のフィードバック制御のため、Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を検出する温度検出素子をさらに備えてもよく、また、該Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を調整する温度調整素子をさらに備えるのが好ましい。この場合、利得の温度依存性が大きいＢｉ系光導波路又はその近傍の温度は、温度検出素子により検出され、あるいは、温度調整素子により調整される。
【００１９】
　なお、この発明に係る光増幅器は、上述のような構造の光増幅モジュール（この発明に係る光増幅モジュール）と制御部を備える。
【００２０】
　特に、上記制御部は、当該光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）に基づいて、該光増幅モジュールのＢｉ系光導波路又はその近傍の温度をΔＴ（Ｋ）だけ変化させる。これによりスパンロスなどの変動に起因した動作利得の変動が余儀なくされたとしても、余分な光部品なしに利得平坦度の維持が可能になる。なお、利得変動の検出のため、この発明に係る光増幅器は、当該光増幅器における入力及び出力の少なくともいずれかをモニタリングすることにより、動作利得を検出するパワーモニタをさらに備えてもよい。また、利得変動の検出のため、この発明に係る光増幅器は、当該光増幅器における入力及び出力の少なくともいずれかをモニタリングすることにより、利得傾斜を検出するオプティカルパフォーマンスモニタを備えてもよい。さらに、このような構造の光増幅器を含む光通信システムでは、利得変動の検出のため、上位監視システムとを備えてもよい。
【００２１】
　上記制御部は、±１ｄＢ程度の高精度で利得平坦度を維持すべく、例えば以下のような制御を行う。すなわち、当該制御部は、Ｂｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢと）するとき、
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６−１．２
　　　　≦ΔＧ≦
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６＋１．２
なる関係を満たすよう、上記ΔＴ（Ｋ）を制御する。また、上記制御部は、より高速な利得平坦制御を可能にすべく、当該光増幅器の実際の運用時におけるΔＧ（ｄＢ）とΔＴ（Ｋ）の実測データを、予め格納したメモリを備えるのが好ましい。
【００２２】
　上記制御部は、利得平坦度のフィードバック制御のため、検出された利得傾斜に基づいて、上記Ｂｉ系光導波路又はその近傍の温度を変化させてもよい。
【００２３】
　具体的には、この発明に係る光増幅器は、上述のような構造を備えた光増幅モジュール（この発明に係る光増幅モジュール）と、例えば可変減衰器などの光損失部品と、制御部を備える。上記光損失部品は、信号光の伝送経路上に設けられ、該信号光に対する損失特性が可変である。また、上記制御部は、検出された光増幅モジュールにおける利得傾斜が正のときに該光増幅モジュールのＢｉ系光導波路に対する加熱指示を行う一方、検出された光増幅モジュールにおける利得傾斜が負のときに該光増幅モジュールのＢｉ系光導波路に対する冷却指示を行う。
【００２４】
　なお、信号チャネル間のレベル偏差に影響されずに利得傾斜を検出するため、当該光増幅器は、信号経路から分岐された信号光の一部を受光することにより、利得傾斜の検出を行うオプティカルパフォーマンスモニタをさらに備えてもよい。また、簡単な利得傾斜の検出方法としては、上記Ｂｉ系光導波路内を伝搬する信号光に含まれるチャネルのうち少なくとも一チャネルの信号レベルをモニタすることにより、利得傾斜を検出することもできる。さらに、信号波長帯域における少なくともいずれかの波長におけるＡＳＥレベルをモニタすることにより、利得傾斜を検出してもよい。
【００２５】
　上記光損失部品として可変光減衰器を有する光増幅モジュールを含む光増幅器において、制御部は、検出された光増幅モジュールのＢｉ系光導波路又はその近傍の温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、該光増幅モジュールの可変光減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）を決定してもよい。この場合、消費電力を節約しながら利得平坦度の維持が可能になる。具体的には、上記制御部は、可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が検出された温度変化ΔＴ（Ｋ）に比例するよう、該可変減衰器を制御する。
【００２６】
　利得平坦度を±１ｄＢの高精度で維持するためには、上記制御部は、光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ＋１．２
なる関係を満たすよう、上記温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、可変減衰器を制御する。
【００２７】
　さらに、上記制御部は、光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ＋１．２
なる関係を満たすよう、該光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）及び温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、可変減衰器を制御してもよい。
【００２８】
　なお、上記制御部は、低消費電力で高速制御（演算を行わない）を実現するため、光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）、温度変化ΔＴ（Ｋ）、さらには可変光減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の、当該光増幅器の実際の運用時における実測データを、予め格納したメモリを備えるのが好ましい。
【００２９】
　上述のような構成において、利得平坦度のフィードバック制御を可能にするため、上記制御部は、検出された光増幅モジュールにおける利得傾斜に基づき、上記可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）を変化させてもよい。具体的には、上記制御部は、検出された光増幅モジュールにおける利得傾斜が正のときに可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の増加指示を行う一方、検出された光増幅モジュールにおける利得傾斜が負のときに可変減衰器の光減衰量ΔＡ（ｄＢ）の減少指示を行う。
【００３０】
　この場合も、当該光増幅器は、信号チャネル間の偏差に影響されずに利得傾斜を検出するため、信号経路から分岐された信号光の一部を受光することにより、利得傾斜の検出を行うオプティカルパフォーマンスモニタをさらに備えるのが好ましい。また、Ｂｉ系光導波路内を伝搬する信号光に含まれるチャネルのうち少なくとも一チャネルの信号レベルをモニタすることにより、あるいは、信号波長帯域における少なくともいずれかの波長におけるＡＳＥレベルをモニタすることによっても利得傾斜を検出することができる。
【００３１】
　なお、この発明に係る光増幅モジュールは、多重化信号光の伝送経路上に設けられ該多重化信号光に対する損失特性が可変である光損失部品を備えてもよく、具体的に光損失部品は、可変光減衰器を含むのが好ましい。この場合、Ｂｉ系光導波路の正味利得において相対利得偏差を２５％以下とすることが可能となる。
【００３２】
　この発明に係る光増幅モジュールは、Ｂｉ系光導波路の背景損失αB（ｄＢ／ｍ）とＥｒによる吸収ピークα（ｄＢ／ｍ）との間に
　　αB≦0.021α
なる関係式が成り立つのが好ましく、さらに、
　　αB≦0.015α
なる関係式が成り立つのが好ましい。前者の場合には、Ｂｉ系光導波路の正味利得において相対利得偏差を２５％以下とすることが可能となり、後者の場合には、Ｂｉ系光導波路の正味利得において相対利得偏差を１９％以下とすることが可能となる。
【００３３】
　この発明に係る光増幅モジュールにおいて、Ｂｉ系光導波路は光ファイバを含むのが好ましい。この場合、導波路長を長くすることができ、利得を大きくすることができるからである。
【００３４】
　また、この発明に係る光増幅モジュールにおいて、励起光供給システムは、中心出力波長が最高出力時に１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にある光源を含むのが好ましい。さらに該励起光供給システムは、中心出力波長が常時１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にある光源を含むのが好ましい。Ｂｉ系光導波路の励起効率に優れているからである。
【００３５】
　より具体的には、この発明に係る光増幅モジュールにおいて、励起光供給システムは、半導体発光素子と、回折格子を備える。上記半導体発光素子は、光反射面と該光反射面と対向する光出射面とを有する。また、上記回折格子は、半導体発光素子の光出射面から出射された光のうち特定波長の光の一部を反射し、該反射された光を光出射面から半導体発光素子の内部へ入射させるよう機能する。この回折格子としては、例えば光ファイバ内に形成された光ファイバグレーティングが適している。励起光供給システムから供給される励起光の波長を安定させることができるからである。
【００３６】
　この発明に係る光増幅モジュールは、石英系ホストガラスからなる石英系光導波路をさらに備えるのが好ましい。なお、この石英系光導波路は、Ｅｒ元素が添加された光導波領域を有する。この場合、励起効率又は雑音指数が改善される。石英系光導波路が、多重化信号光の進行方向から見てＢｉ系光導波路の上流側に配置された場合、雑音指数が改善される。一方、石英系光導波路が、多重化信号光の進行方向から見てＢｉ系光導波路の下流側に配置された場合には、励起効率が改善される。また、石英系光導波路は、Ａｌ元素及びＬａ元素の少なくとも一方とＰ元素とが共添加されるのが好ましく、この場合、Ｌバンド利得帯域が拡張される。
【００３７】
　この発明に係る光増幅器及び光通信システムは、多重化信号光の伝送経路上であって該信号光の進行方向から見てＢｉ系光導波路の上流側に配置されたラマン増幅用光ファイバをさらに備えてもよい。このとき、ラマン増幅用光ファイバには、波長１４７０ｎｍ付近の励起光及び波長１５２０ｎｍ以上の励起光の少なくとも一方が供給されることにより、分布型ラマン増幅器が実現される。
【発明の効果】
【００３８】
　以上のようにこの発明によれば、光増幅媒体としてＢｉ系光導波路を利用することにより、熱損傷や毒性の問題が無く実用的であり、また、Ｌバンドに含まれるより広帯域の実効的信号波長域において相対利得偏差の小さい利得スペクトルが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
　以下、この発明に係る光増幅モジュール等の各実施形態を、図１〜図１８を用いて詳細に説明する。なお、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。
【００４０】
　図１は、この発明に係る光通信システムの第１実施形態の構成を示す図である。この図に示された光通信システム１は、光送信局１０、光中継局２０、光受信局３０及び光ファイバ伝送路４０、５０を備えている。光ファイバ伝送路４０は、光送信局１０と光中継局２０との間に敷設されており、光ファイバ伝送路５０は、光中継局２０と光受信局３０との間に敷設されている。
【００４１】
　光送信局１０は、光源部１１C1〜１１C4、光源部１１L1〜１１L4、光合波器１２C、光合波器１２L、光増幅器１３C、光増幅器１３L及び光合波器１４を備える。光源部１１C1〜１１C4それぞれは、Ｃバンドに含まれる互いに異なる波長の複数チャネルが多重化された信号光を出力する。光合波器１２Cは、光源部１１C1〜１１C4それぞれから出力されたＣバンドの各信号チャネルの光を入力し、これらを合波する。光増幅器１３Cは、光合波器１２Cで合波されたＣバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅する。光源部１１L1〜１１L4それぞれは、Ｌバンドに含まれる互いに異なる複数チャネルが多重化された信号光を出力する。光合波器１２Lは、光源部１１L1〜１１L4それぞれから出力されたＬバンドの各信号チャネルの光を入力し、これらを合波する。光増幅器１３Lは、光合波器１２Lで合波されたＬバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅する。そして、光合波器１４は、光増幅器１３Cから出力されたＣバンドの多重化信号光と、光増幅器１３Lから出力されたＣバンドの多重化信号光とを入力し、これらを合波する。光合波器１４で合波された多重化信号光は、光ファイバ伝送路４０へ送出される。
【００４２】
　光中継局２０は、光分波器２１、光合波器２３、光増幅器２３C及び光増幅器２３Lを備える。光分波器２１は、光ファイバ伝送路４０を介して到達した多重化信号光を入力し、その多重化信号光をＣバンドとＬバンドとに分波する。Ｃバンドに分波された多重化信号光は光増幅器２３Cへ導かれる一方、Ｌバンドに分波された多重化信号光は光増幅器２３Lへ出力される。光増幅器２３Cは、光分波器２１から出力されたＣバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅する。光増幅器２３Lは、光分波器２１から出力されたＬバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅する。そして、光合波器２２は、光増幅器２３cから出力されたＣバンドの多重化信号光と、光増幅器２３Lから出力されたＣバンドの多重化信号光とを入力し、これらを合波する。そして、このように合波された多重化信号非有りが光ファイバ伝送路５０へ送出される。
【００４３】
　光受信局３０は、受光部３１C1〜３１C4、受光部３１L1〜３１L4、光分波器３２C、光分波器３２L、光増幅器３３C、光増幅器３３L及び光分波器３４を備える。光分波器３４は、光ファイバ伝送路５０を介して到達した多重化信号光を入力し、その多重化信号光をＣバンドとＬバンドとに分波する一方、Ｃバンドの多重化信号光を光増幅器３３Cへ出力し、Ｌバンドの多重化信号光を光増幅器３３Lへ出力する。光増幅器３３Cは、光分波器３４から出力されたＣバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅して出力する。光分波器３２Cは、光増幅器３３Cから出力されたＣバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光をチャネルごとに分波する。受光部３１C1〜３１C4それぞれは、光分波器３２Cにより分波されて出力されたＣバンドの各波長の信号光を受光して、これを電気信号に変換して出力する。光増幅器３３Lは、光分波器３４より出力されたＬバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光を一括増幅して出力する。光分波器３２Lは、光増幅器３３Lから出力されたＬバンドの多重化信号光を入力し、この多重化信号光をチャネルごとに分波する。受光部３１L1〜３１L4それぞれは、光分波器３２Lにより分波されたＬバンドに含まれる複数チャネルの信号光を受光して、これを電気信号に変換する。
【００４４】
　この光通信システム１において、光源部１１C1〜１１C4から出力されたＣバンドの多重化信号光は、光送信局１０内の光合波器１２Cにより合波され、光増幅器１３Cにより一括増幅された後、光合波器１４を経て、光ファイバ伝送路４０へ送出される。光ファイバ伝送路４０を伝搬したＣバンドの多重化信号光は、光中継局２０内の光分波器２１を通過して光増幅器２３Cにより一括増幅された後、光合波器２２を経て、光ファイバ伝送路５０へ送出される。光ファイバ伝送路５０を伝搬してきたＣバンドの多重化信号光は、光受信局３０内の光分波器３４を経て、光増幅器３３Cにより一括増幅された後、光分波器３２Cにより信号チャネルごとに分波され、受光部３１C1〜３１C4に受信される。
【００４５】
　一方、光源部１１L1〜１１L4から出力されたＬバンドの多重化信号光は、光送信局１０内の光合波器１２Lにより合波され、光増幅器１３Lにより一括増幅された後、光合波器１４を経て、光ファイバ伝送路４０へ送出される。光ファイバ伝送路４０を伝搬してきたＬバンドの多重化信号光は、光中継局２０内の光分波器２１を経て、光増幅器２３Lにより一括増幅された後、光合波器２２を経て、光ファイバ伝送路５０へ送出される。光ファイバ伝送路５０を伝搬してきたＬバンドの多重化信号光は、光受信器３０内の光分波器３４を経て、光増幅器３３Lにより一括増幅された後、光分波器３２Lにより信号チャネルごとに分波され、受光部３１L1〜３１L4により受信される。
【００４６】
　図２は、この発明に係る光増幅器における第１実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器１００は、図１に示された光通信システム１に含まれる光増幅器１３Lに適している。この光増幅器１００は、入力端１０１から出力端１０２へ向かって順に、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１、光カプラ１１３、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０、光カプラ１１４、光アイソレータ１２３及び光カプラ１１２を備える。また、この光増幅器１００は、光カプラ１１１に接続された受光素子１５１、光カプラ１１２に接続された受光素子１５２、光カプラ１１３に接続された励起光源１５３、光カプラ１１４に接続された励起光源１５４、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０に接して又は近傍に設けられた温度検出素子１６１及び温度調整素子１６２、ならびに、当該光増幅器１００全体の動作を制御する制御部１９０を備える。
【００４７】
　光カプラ１１１は、入力端１０１を介して入力された多重化信号光の一部を分岐して受光素子１５１へ出力する一方、残りを光アイソレータ１２１へ出力する。光カプラ１１２は、光アイソレータ１２２から到達した多重化信号光の一部を分岐して受光素子１５２へ出力する。受光素子１５１、１５２それぞれは、到達した多重化信号光を受光して、その光パワーに応じた値の電気信号を制御部１９０へ出力する。
【００４８】
　光カプラ１１３は、光アイソレータ１２１から到達した多重化信号光をＢｉ系ＥＤＦ１３０へ出力するとともに、励起光源１５３から出力された励起光をもＢｉ系ＥＤＦ１３０へ出力する。光カプラ１１４は、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０から到達した多重化信号光を光アイソレータ１２２へ出力するとともに、励起光源１５４から出力された励起光をＢｉ系ＥＤＦ１３０へ出力する。これら光カプラ１１３、１１４及び励起光源１５３、１５４は、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０へ励起光を供給する励起光供給システムを構成する。
【００４９】
　励起光源１５３、１５４それぞれは、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０に添加されたＥｒ元素を励起するための励起光を出力する光学デバイスであり、例えば、半導体レーザ光源が適している。また、励起光源１５３、１５４それぞれは、中心出力波長が最高出力時に１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にあるのが好ましく、また、中心出力波長が常時１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にあるのがさらに好ましい。このような波長の励起光が利用されることにより、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における信号増幅効率が向上する。
【００５０】
　また、励起光源１５３、１５４それぞれは、光反射面と該光反射面に対向する光出射面とを有するレーザダイオードと、このレーザダイオードの光出射面から出射された光のうち特定波長の光の一部を反射して光出射面からレーザダイオードの内部へ入射させる回折格子とを含む。なお、この回折格子は光ファイバ上に形成された光ファイバグレーティングが適している。このように構成された励起光源１５３、１５４それぞれにより、出力波長が安定する。
【００５１】
　光アイソレータ１２１、１２２それぞれは、入力端１０１から出力端１０２へ向かう順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない光学デバイスである。
【００５２】
　Ｂｉ系ＥＤＦ１３０は、酸化Ｂｉ系ホストガラスからなり、その光導波領域にＥｒ元素が添加されている光ファイバである。なお、このＢｉ系ＥＤＦ１３０は光ファイバではなく平面型光導波路であってもよいが、Ｌバンド用途では大きな吸収条長積（Unsaturated Absorption）が必要であるので、導波路長を確保し易い光ファイバが好ましい。このＢｉ系ＥＤＦ１３０の光導波領域内では、励起光源１５３、１５４から出力された励起光が供給されることにより反転分布が生じ、波長１６１０ｎｍ以上の波長域を含む信号波長帯域の複数チャネルが多重化された信号光が一括増幅される。
【００５３】
　温度検出素子１６１は、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０又はその近傍の温度を検出する、例えばサーミスタなどが適している。温度調整素子１６２は、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０又はその近傍の温度を調整する、例えばペルチエ素子やヒータが適している。
【００５４】
　制御部１９０は、光増幅器１００全体の動作を制御する。制御部１９０は、受光素子１５１、１５２それぞれから出力された電気信号を入力し、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０へ入力される信号光の光パワーを検知するとともに、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０から出力された信号光の光パワーを検知する。また、制御部１９０は、これら入力信号光パワー及び出力信号光パワーに基づいて、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における増幅利得を求める。制御部１９０は、温度検出素子１６１により検出されたＢｉ系ＥＤＦ１３０又はその近傍の温度を得る。そして、制御部１９０は、これら検出情報に基づいて、励起光源１５３、１５４それぞれから出力される励起光の光パワーを制御し、温度調整素子１６２によるＢｉ系ＥＤＦ１３０又はその近傍の温度調整を制御する。
【００５５】
　この光増幅器１００の概略動作は以下のとおりである。励起光源１５３、１５４から出力された励起光源は、光カプラ１１３、１１４を経て、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０へ供給される。入力端１０１を介して入力されたＬバンドの多重化信号光は、光カプラ１１１、光アイソレータ１２１及び光カプラ１１３を経てＢｉ系ＥＤＦ１３０に到達し、このＢｉ系ＥＤＦ１３０において一括光増幅される。Ｂｉ系ＥＤＦ１３０において増幅された多重化信号光は、光カプラ１１４、光アイソレータ１２３及び光カプラ１１２を経て出力端１０２から出力される。
【００５６】
　この光増幅器１００に含まれるＢｉ系ＥＤＦ１３０における信号増幅動作は以下のように行われる。すなわち、当該光増幅器１００の動作温度のうち何れかの動作温度において、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満、好ましくは１９％未満となるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ１３０に供給される励起光の光パワーが調整される。
【００５７】
　当該光増幅器１００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満、さらには１９％未満となるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ１３０に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００５８】
　当該光増幅器１００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを超えるか、さらには５０ｎｍを超えるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ１３０に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００５９】
　さらに、当該光増幅器１００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ１３０における正味利得スペクトルの相対利得偏差が１９％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを超えるか、さらには５０ｎｍを越えるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ１３０に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００６０】
　図３は、この発明に係る光増幅器における第２実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器２００は、図１に示された光通信システム１に含まれる光増幅器２３L、３３Lに適している。この光増幅器２００は、入力端２０１から出力端２０２へ向かって順に、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１、光カプラ２１３、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、光アイソレータ２２２、分散補償光ファイバ２７０、光アイソレータ２２３、光カプラ２１４、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２、石英系ＥＤＦ２３３、光カプラ２１５、光アイソレータ２２４及び光カプラ２１２を備える。また、この光増幅器２００は、光カプラ２１１に接続された受光素子２５１、光カプラ２１２に接続された受光素子２５２、光カプラ２１３に接続された励起光源２５３、光カプラ２１４に接続された励起光源２５４、光カプラ２１５に接続された励起光源２５５、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１に接して又は近傍に配置された温度検出素子２６１及び温度調整素子２６４、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２に接して又は近傍に配置された温度検出素子２６２及び温度調整素子２６５、石英系ＥＤＦ２３３に接して又は近傍に配置された温度検出素子２６３及び温度調整素子２６６、ならびに当該光増幅器２００全体の動作を制御する制御部２９０を備える。
【００６１】
　光カプラ２１１は、入力端２０１を介して入力された多重化信号光の一部を分岐して受光素子２５１へ出力する一方、残りを光アイソレータ２２１へ出力する。光カプラ２１２は、光アイソレータ２２４から到達した多重化信号光の一部を分岐して受光素子２５２へ出力する。受光素子２５１、２５２それぞれは、到達した多重化信号光を受光して、その光パワーに応じた値の電気信号を制御部２９０へ出力する。
【００６２】
　光カプラ２１３は、光アイソレータ２２１から到達した多重化信号光をＢｉ系ＥＤＦ２３１へ出力するとともに、励起光源２５３から出力された励起光をもＢｉ系ＥＤＦ２３１へ出力する。光カプラ２１４は、光アイソレータ２２３から到達した多重化信号光をＢｉ系ＥＤＦ２３２へ出力するとともに、励起光源２５４から出力された励起光をもＢｉ系ＥＤＦ２３２へ出力する。光カプラ２１５は、石英系ＥＤＦ２３３から到達した多重化信号光を光アイソレータ２２４へ出力するとともに、励起光源２５５から出力された励起光を石英系ＥＤＦ２３３へ出力する。光カプラ２１３及び励起光源２５３は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１へ励起光を供給する励起光供給システムの一部を構成する。また、光カプラ２１４、２１５及び励起光源２５４、２５５も、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２及び石英系ＥＤＦ２３３へ励起光を供給する励起光供給システムの一部を構成する。
【００６３】
　励起光源２５３〜２５５それぞれは、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２又は石英系ＥＤＦ２３３に添加されたＥｒ元素を励起するための励起光を出力する光学デバイスであり、例えば、半導体レーザ光源などが適している。また、励起光源２５３、２５４それぞれは、中心出力波長が最高出力時に１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にあるのが好ましく、また、中心出力波長が常時１４５３ｎｍ〜１４７３ｎｍの範囲にあるのがさらに好ましい。このような波長の励起光が利用されることにより、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における増幅効率が向上する。
【００６４】
　また、励起光源２５３〜２５５それぞれは、光反射面と該光反射面と対向する光出射面とを有するレーザダイオードと、このレーザダイオードの光出射面から出射された光のうち特定波長の光の一部を反射して光出射面からレーザダイオードの内部へ入射させる回折格子とを含む。この回折格子には、光ファイバ上に形成された光ファイバグレーティングが適している。このように構成される励起光源２５３〜２５５それぞれにより、出力波長は安定する。
【００６５】
　光アイソレータ２２１〜２２４それぞれは、入力端２０１から出力端２０２へ向かう順方向に光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００６６】
　Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２それぞれは、酸化Ｂｉ系ホストガラスからなり、その光導波領域にＥｒ元素が添加されている光ファイバである。このＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２の光導波領域内では、励起光源２５３、２５４から出力された励起光が供給されることにより反転分布が生じ、波長１６１０ｎｍ以上の波長域を含む信号波長帯域の複数チャネルが多重化された信号光を一括増幅される。
【００６７】
　石英系ＥＤＦ２３３は、石英系ホストガラスからなり、その光導波領域にＥｒ元素が添加されている光ファイバである。この石英系ＥＤＦ２３３の光導波領域内では、励起光源２５５から出力された励起光が供給されることにより反転分布が生じ、多重化信号光が一括増幅される。石英系ＥＤＦ２３３は、図３に示されたように、多重化信号光の進行方向から見てＢｉ系ＥＤＦ２３３の下流側に配置されるのが好ましく、この場合、優れた励起効率が得られる。また、石英系ＥＤＦ２３３は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２の上流側に配置されるのも好ましく、この場合には優れた雑音指数が得られる。また、石英系ＥＤＦ２３３は、Ａｌ元素及びＬａ元素の少なくともいすれか一方とＰ元素とが共添加されているのがよい。
【００６８】
　温度検出素子２６１は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１又はその近傍の温度を検出する。温度検出素子２６２は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２又はその近傍の温度を検出する。温度検出素子２６３は、石英系ＥＤＦ２３３に接して又は近傍に配置されており、石英系ＥＤＦ２３３又はその近傍の温度を検出する。温度検出素子２６１〜２６３それぞれは、例えばサーミスタがなどが適している。
【００６９】
　温度調整素子２６４は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１又はその近傍の温度を調整する。温度調整素子２６５は、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２に接して又は近傍に配置されており、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２又はその近傍の温度を調整する。温度調整素子２６６は、石英系ＥＤＦ２３３に接して又は近傍に配置されており、石英系ＥＤＦ２３３又はその近傍の温度を調整する。温度調整素子２６４〜２６６それぞれは、例えばペルチエ素子やヒータが適している。
【００７０】
　分散補償光ファイバ２７０は、信号光波長帯域において負の波長分散を有し、光ファイバ伝送路４０又は光ファイバ伝送路５０における正の波長分散を補償する。
【００７１】
　制御部２９０は、光増幅器２００全体の動作を制御する。制御部２９０は、受光素子２５１、２５２それぞれから出力された電気信号を入力し、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１へ入力された信号光の光パワーを検知するとともに、石英系ＥＤＦ２３３から出力された信号光の光パワーを検知し、また、これら入力信号光パワー及び出力信号光パワーに基づいてＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２及び石英系ＥＤＦ２３３における信号光増幅の利得を求める。また、制御部２９０は、温度検出素子２６１により検出されたＢｉ系ＥＤＦ２３１又はその近傍の温度、温度検出素子２６２により検出されたＢｉ系ＥＤＦ２３２又はその近傍の温度、及び、温度検出素子２６３により検出された石英系ＥＤＦ２３３又はその近傍の温度を得る。そして、制御部２９０は、これら検出された情報に基づいて、励起光源２５３、２５４それぞれから出力される励起光の光パワーを制御し、温度調整素子２６４によるＢｉ系ＥＤＦ２３１又はその近傍の温度調整を制御し、温度調整素子２６５によるＢｉ系ＥＤＦ２３２又はその近傍の温度調整を制御し、温度調整素子２６６による石英系ＥＤＦ２３３又はその近傍の温度調整を制御する。
【００７２】
　この光増幅器２００の概略動作は以下のとおりである。励起光源２５３〜２５５から出力された励起光源は、光カプラ２１３〜２１５を経て、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２及び石英系ＥＤＦ２３３へ供給される。入力端２０１を介して入力されたＬバンドの多重化信号光は、光カプラ２１１、光アイソレータ２２１及び光カプラ２１３を経て、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１に入力され、このＢｉ系ＥＤＦ２３１において一括増幅される。Ｂｉ系ＥＤＦ２３１において増幅された多重化信号光は、光アイソレータ２２２を経て、分散補償光ファイバ２７０に入力され、この分散補償光ファイバ２７０により分散補償される。分散補償光ファイバ２７０により分散補償された多重化信号光は、光アイソレータ２２３及び光カプラ２１４を経て、Ｂｉ系ＥＤＦ２３２及び石英系ＥＤＦ２３３に順次に入力され、これらＢｉ系ＥＤＦ２３２及び石英系ＥＤＦ２３３において一括増幅される。この光増幅された多重化信号光は、光カプラ２１５、光アイソレータ２２４及び光カプラ２１２を経て出力端２０２から出力される。
【００７３】
　この光増幅器２００に含まれるＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における信号増幅動作は以下のように行われる。すなわち、当該光増幅器２００の何れかの動作温度において、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満、さらには１９％未満となるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２に供給される励起光の光パワーが調整される。
【００７４】
　また、当該光増幅器２００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満、さらには１９％未満となるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００７５】
　当該光増幅器２００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における正味利得スペクトルの相対利得偏差が２５％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを超えるか、さらには５０ｎｍを越えるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００７６】
　さらに、当該光増幅器２００の全動作温度範囲内において、Ｂｉ系ＥＤＦ２３１、２３２における正味利得スペクトルの相対利得偏差が１９％未満となる波長帯域幅が３７ｎｍを超えるか、さらには５０ｎｍを越えるよう、励起光供給システムからＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２に供給される励起光の光パワーが調整されてもよい。
【００７７】
　次に、光増幅器１００、２００に含まれるＢｉ系ＥＤＦ１３０、２３１、２３２についてさらに詳細に説明する。
【００７８】
　図４は、Ｂｉ系ＥＤＦの利得スペクトルである。用意されたＢｉ系ＥＤＦは、Ｅｒ元素に起因した吸収条長積ピークが約３００ｄＢであり、長さが約２ｍであり、石英系光ファイバとの融着接続損失を含む背景損失が１．６ｄＢ程度であった。また、評価方法としては、増幅されるべき多重化信号光の替わりに、少数チャネルの主信号で模擬するポンプ・プローブ法が適用された。トータル入力信号光の光パワーは０ｄＢｍであり、１．４８μｍ波長帯の励起光がＢｉ系ＥＤＦへ双方向より供給された。
【００７９】
　この図４には、Ｂｉ系ＥＤＦへ供給される励起光の光パワーを調整して得られた室温における４種類の反転分布１〜４それぞれの場合について利得スペクトルが示されている。なお、グラフＧ４１０は反転分布１の利得スペクトル、グラフＧ４２０は反転分布２の利得スペクトル、グラフＧ４３０は反転分布３の利得スペクトル、そしてグラフＧ４４０は反転分布４の利得スペクトルである。この図４に示された４つの反転分布１〜４のうち、反転分布３は、順方向励起光パワーが１０５ｍＷであり、逆方向励起光パワーが３２ｍＷであるときに得られた。この反転分布３でＬバンドにおいて最も良好な利得平坦度が得られた。
【００８０】
　この反転分布３のときに、Ｂｉ系ＥＤＦの両端に接続された石英系光ファイバ間の正味利得において、相対利得偏差は１４％であり、実効的信号波長域が１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍであり、実効的信号波長域の帯域幅が５２ｎｍであり、実効的信号波長域の利得極小値が１１．８ｄＢであった。このＢｉ系ＥＤＦの相対利得偏差は、高濃度のＡｌ元素が添加されたＣバンド用石英系ＥＤＦの相対利得偏差と同程度であった。このＢｉ系ＥＤＦの実効的信号波長域の帯域幅は、高濃度のＡｌ元素が添加されたＣバンド用石英系ＥＤＦの帯域幅（３７ｎｍ）を大きく上回るものであった。また、このＢｉ系ＥＤＦは、石英系光ファイバとの融着接続損失を含む背景損失が１．６ｄＢ程度であるので、Ｂｉ系ＥＤＦ単体であれば相対利得偏差は更に１．６％程度改善される。
【００８１】
　図５も、Ｂｉ系ＥＤＦの利得スペクトルである。ここでは、陸上幹線系の光通信システムで一般に要求される動作温度範囲内の０℃、２５℃及び６５それぞれにおいて２つの利得極大値が一致するように反転分布が調整された。図５（ｂ）は、図５（ａ）の縦軸を拡大したものであり、各温度において利得極小値を基準として利得偏差が縦軸に示されている。なお、これら図５（ａ）及び図５（ｂ）において、グラフＧ５１０ａ、Ｇ５１０ｂは温度０℃における利得スペクトル、グラフＧ５２０ａ、Ｇ５２０ｂは温度２５℃における利得スペクトル、グラフＧ５３０ａ、グラフＧ５３０ｂは温度６５℃における利得スペクトルである。
【００８２】
　この図５に示されたように、温度が高いほど利得は小さい。それゆえ、所望の利得平坦度を得るのに必要なＢｉ系ＥＤＦの吸収条長積ピークを求める際に、使用時の温度を規定することが重要である。また、図５（ｂ）に示されたように、各温度の利得スペクトルの形状は実効的信号波長域１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍにおいて略一定であり、また、各温度で実効的信号波長域も略一定である。温度が高いほど利得極小値が小さく、その一方で、各温度で利得偏差が略一定であるので、温度が高いほど相対利得偏差は劣化する。しかしながら、温度６５℃においても相対利得偏差は１５％（背景損失を除くと１４％）であり、これは、Ａｌ元素が添加されたＣバンド用石英系ＥＤＦの相対利得偏差より良好である。
【００８３】
　図５（ａ）から読み取れるように、室温時において吸収条長積ピークが２７５ｄＢであるＢｉ系ＥＤＦが適用された光増幅器は、実効的信号波長域内の利得極小値Ｇmin（ｄＢ）と温度Ｔ（℃）との間に
　　Ｇmin＝-0.049Ｔ＋14.6　　　…(1)
なる関係式がある。
【００８４】
　また、均一広がり近似から、吸収条長積と利得極小値Ｇminとは互いに比例関係にあるので、ある動作温度Ｔ（℃）においてＢｉ系ＥＤＦを用いて所望の利得ＧX（ｄＢ）を得たい場合には、
　　αT＝6122ＧX／(298−Ｔ)    …(2)
なる式で与えられる吸収条長積ピークαT（ｄＢ）を有するＢｉ系ＥＤＦを用いれば、上記の実効的信号波長域１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍにおいて平坦化された利得スペクトルが得られる。
【００８５】
　なお、厳密には、上述の利得ＧXにはＢｉ系ＥＤＦ自体の背景損失と融着接続損失とを加えるべきである。例えば、動作温度２５℃において、Ｂｉ系ＥＤＦの両端に接続された石英系光ファイバ間で２５ｄＢの正味利得をＬバンドで得るには、背景損失と融着接続損失との合計値が１ｄＢであるとすると、
　　ＧX＝25＋1      …(3)
とする必要がある。この利得ＧXの値と動作温度Ｔの値２５℃とを上記(2)式に代入すると、必要な吸収条長積ピークαTは５８０ｄＢ程度であることが分かる。
【００８６】
　特にＬバンドでの信号増幅において、一連長（unitary）のＢｉ系ＥＤＦが長すぎると励起光がＢｉ系ＥＤＦ全体に行き渡らない事態も生じ得るので、Ｂｉ系ＥＤＦを多段構成とすることで、各段のＢｉ系ＥＤＦに励起光を供給するのが好ましい。
【００８７】
　また、上述のように、所望の利得平坦度を得るのに必要なＢｉ系ＥＤＦの吸収条長積ピークを求める際に、使用時の温度を規定することが重要である。すなわち、動作温度を規定せずにＢｉ系ＥＤＦの利得平坦度を検討することは無意味である。そこで、図２及び図３に示された光増幅器１００、２００では、温度検出素子により各Ｂｉ系ＥＤＦ又はその近傍の温度を検出し、温度調整素子により各Ｂｉ系ＥＤＦ又はその近傍の温度を目標設定温度に調整している。この場合、温度調整素子（例えばペルチエ素子やヒータ）の消費電力を抑制するために、目標設定温度は、光増幅器が運用される典型的な動作温度範囲（陸上光通信システムの場合には室温〜４０℃、海底光通信システムの場合には０℃〜１０℃程度）とするのが好ましい。
【００８８】
　ただし、温度調整素子は一般に消費電力が大きく、また、周囲の環境に温度調整は大きく影響されるので、様々な使用環境を考慮すると高精度の温度制御は容易ではない。Ｂｉ系ＥＤＦの動作温度範囲が比較的広いと、利得平坦度の劣化につながる。そこで、以下に説明するような対処を行うのがよい。
【００８９】
　図５（ｂ）から読み取れるように、実効的信号波長域内の利得極小値Ｇmin（ｄＢ）の変化量ΔＧmin（ｄＢ）と温度変化ΔＴ（℃）との間に、
　　0.0036ΔＴ≒ΔＧmin／Ｇmin*　　…(4)
なる関係式がある。ここで、Ｇmin*は、温度２５℃における利得極小値Ｇminである。上記の係数0.0036は、石英系ＥＤＦの場合の係数0.0026より大きい。この関係式を用いて以下のような対処法を採用する。
【００９０】
　第１の対処法は、温度検出素子により各Ｂｉ系ＥＤＦの温度Ｔを検出し、温度変化ΔＴに基づいて光減衰量又は損失スペクトルを調整することで、温度変化ΔＴにより生じた利得偏差を補償する。可変光減衰器が適用された場合、上記(3)式の関係を利用して、その可変光減衰器における光減衰量の変化量ΔＡと、Ｂｉ系ＥＤＦの温度変化量ΔＴとの間に、実効的に
　　ΔＡ＝−Ｃ1ΔＴ　　　…(5)
なる関係式が成り立つとして、可変光減衰器における光減衰量の変化量ΔＡを求める。ここで、Ｃ1は正の定数である。そして、可変光減衰器における光減衰量は、この変化量ΔＡだけ調整される。なお、このような計算式を用いるのではなく、光増幅器の運用開始前に、可変光減衰器における光減衰量とＢｉ系ＥＤＦの温度Ｔとの間の関係を実測し、その関係を制御部１９０、２９０内のメモリに記憶しておいて、これに基づいて制御を行ってもよい。
【００９１】
　第２の対処法は、フィードバック制御又はフィードフォワード制御により温度調整素子により各Ｂｉ系ＥＤＦの温度を能動的に制御する。利得変化量ΔＧとＢｉ系ＥＤＦの温度変化量ΔＴとの間の関係は、上記(3)式の関係を利用して、
　　ΔＧ＝−Ｃ2ΔＴ　　　…(6)
なる式で与えられる。ここで、Ｃ2は正の定数である。そして、各Ｂｉ系ＥＤＦの温度は、この変化量ΔＴだけ温度調整素子により調整される。なお、このような計算式を用いるのではなく、光増幅器の運用開始前に、利得ＧとＢｉ系ＥＤＦの温度Ｔとの間の関係を実測し、その関係を制御部１９０、２９０内のメモリに記憶しておいて、これに基づいて制御を行ってもよい。
【００９２】
　利得変化ΔＧは、光増幅器１００の受光素子１５１、１５２又は光増幅器２００の受光素子２５１、２５２による入力信号光パワー及び出力信号光パワーの検出に基づいて得られる。あるいは、利得変化ΔＧは、光通信システムの上位監視網から送られて来た所望の利得（多くの場合、敷設された光ファイバ伝送路の損失と一致）の情報に基づいて決定されてもよい。
【００９３】
　なお、上記第１の対処法及び第２の対処法は、温度調整素子による各Ｂｉ系ＥＤＦの温度を一定値に制御する方法と併用されてもよい。例えば、常時は温度調整素子による各Ｂｉ系ＥＤＦの温度を一定値に制御する方法が採用され、温度制御素子が故障したときに第１の対処法が採用されるのが適している。このような対処方法により、光通信システム１の信頼性はさらに向上する。
【００９４】
　また、これらの対処法を採用して利得極小値の変動を補償したとしても、図５（ｂ）から判るように、利得スペクトルの形状は温度によって僅かに異なっている。実効的信号波長域における利得偏差は、温度６５℃のときと比べて、温度０℃のときには０．２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度大きい。図５では実効的信号波長域における利得極小値が１０ｄＢ程度であるが、仮に実効的信号波長域における利得極小値が２０ｄＢであると、実効的信号波長域における利得偏差は、温度６５℃のときと温度０℃のときとでは０．４ｄＢ〜０．６ｄＢもの差が生じて、実用上無視し得ない。
【００９５】
　このような事態に対処するには、光損失部品の損失スペクトルを、動作温度範囲の中心温度又は典型温度におけるＢｉ系ＥＤＦの利得スペクトルと同一形状にするのが好ましい。この場合、温度変化により利得偏差が生じるが、これによる利得偏差は小さく抑えられる。
【００９６】
　あるいは、温度変化により生じる利得偏差は実効的信号波長域において略定数倍に変化するので、このように調整が可能な損失スペクトルを有する光損失部品の利用が好ましい。このような光損失部品は、例えば、マッハツェンダ干渉計の構成を有していて、一方の光路上に動作温度範囲の下限値での利得スペクトルと同一形状の損失スペクトルを有する利得等化器が設けられ、他方の光路は単なるバイパスとなっていてもよい。
【００９７】
　また、図３に示された光増幅器２００の如くＢｉ系ＥＤＦ２３１、２３２に加えて石英系ＥＤＦ２３３においても信号光を増幅する場合、上記の第１の対処法を採用する際には、Ｂｉ系ＥＤＦと石英系ＥＤＦとでは、温度依存性が相違しているので、別個に温度検出素子を設けるのが好ましい。また、上記の第２の対象法を採用する際には、石英系ＥＤＦよりＢｉ系ＥＤＦの方が僅かな温度変化でも利得を効率よく調整することができるので、石英系ＥＤＦよりＢｉ系ＥＤＦの方が長いのが好ましい。
【００９８】
　上記(3)式で説明したとおり、Ｂｉ系ＥＤＦにおけるＥｒ遷移に起因して利得スペクトルが平坦であっても、背景損失が大きければ、Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得の相対利得偏差は劣化する。図６は、Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得の相対利得偏差と背景損失との関係を説明する図である。この図に示されるように、Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得スペクトルＧ６２０は、Ｅｒ遷移に起因した利得スペクトルＧ６１０から、背景損失及び融着損失の損失分ΔＥを減じたものである。利得最大値と利得極小値との差ΔＧが変化しないものの、Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得スペクトルの利得極小値Ｇbは、Ｅｒ遷移に起因して利得スペクトルの利得極小値Ｇbより小さい。このことから、背景損失が大きいほど、Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得の相対利得偏差は劣化する。図４及び図５に利得スペクトルが示されたＢｉ系ＥＤＦは、特に背景損失が小さいことから、正味利得としても相対利得偏差は小さい。しかしながら、典型的にはＢｉ系ＥＤＦの背景損失は２ｄＢ／ｍ程度である。
【００９９】
　以下では説明の簡便化のために室温化での動作について説明する。Ｂｉ系ＥＤＦの背景損失αB（ｄＢ／ｍ）の許容値と、Ｅｒ本来の吸収ピークα（ｄＢ／ｍ）との間には、
　　(0.12×0.042×α)／(0.042×α−αB)
≦ 正味利得の相対利得偏差　　…(7)
なる関係式が成り立つ。ここで、定数値0.12は、図４に示された反転分布３の際の利得スペクトルから実測された背景損失が無いとした場合の相対利得偏差である。また、定数値0.042は、上記(2)式に温度Ｔとして陸上システムでの典型的動作温度４０℃を代入して得られる利得Ｇxと吸収ピークとの比率である。相対利得偏差の目標値については、既述したとおり、１９％を超えると、Ｃバンド用石英系ＥＤＦと同等のレベルダイアグラム設計ができなくなり、２５％を超えると、Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦに対する優位性を失う。それ故、相対利得偏差の目標値は、２５％以上であるのが好ましく、１９％以上であるのがさらによい。
【０１００】
　そこで、上記(7)式における右辺の正味利得の相対利得偏差を２５％又は１９％とすると、上記(7)式より、
　　αB≦0.021α　　　…(8a)
あるいは、
　　αB≦0.015α　　　…(8b)
なる関係式が得られる。上述したとおり、典型的にはＢｉ系ＥＤＦの背景損失αBは２ｄＢ／ｍ程度であるので、Ｅｒ本来の吸収ピークαは、９５ｄＢ／ｍ以上であるのが好ましく、１４３ｄＢ／ｍ以上であるのがさらによい。なお、上記(8a)式及び(8b)式それぞれの右辺の係数は、想定される動作温度に応じて異なる場合があり得る。動作温度が低いと、これらの係数は大きくなる。
【０１０１】
　Ｂｉ系ＥＤＦの蛍光特性は石英系ＥＤＦの蛍光特性と異なることが知られている。特に、Ｂｉ系ＥＤＦの場合に波長１４８０ｎｍ付近に見られる蛍光特性の膨らみは、石英系ＥＤＦの場合には見られない特徴である。この特徴は、Ｂｉ系ＥＤＦ中のＢ元素の組成量が多いときに顕著である。また、蛍光特性と吸収特性との間には相関があるので、Ｂｉ系ＥＤＦの場合には波長１４８０ｎｍ付近に吸収ピークがある筈である。
【０１０２】
　Ｃバンドの信号光を増幅する場合には、波長１．４８μｍ帯の励起光の吸収効率が高いことは、励起効率の改善につながるので望ましい。しかしながら、Ｌバンドの信号光を増幅する場合には、使用する吸収条長積ピークが大きいので、励起光の吸収が信号光の利得と比較して大きすぎると、励起効率や雑音指数の劣化につながる。そこで、Ｂｉ系ＥＤＦを用いてＬバンドの信号光を増幅する場合には、励起光波長は１．４８μｍより短波長であるのが好ましい。
【０１０３】
　図７は、励起光波長と利得との関係を示すグラフである。このグラフは、図４及び図５で説明されたＢｉ系ＥＤＦに対して双方向から出力５０ｍＷの励起光をそれぞれ供給することにより得られた。入力信号光のチャネル波長は１５６５ｎｍであり、パワーは−３５ｄＢｍであった。励起光のチャネル波長は、１４５０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲で変化させた。この図から分かるように、励起光波長が１４６０ｎｍ付近であるときに、利得は大きい。最も望ましい励起光波長は１４６３ｎｍ程度である。
【０１０４】
　ただし、最も望ましい励起光波長より実際の励起光波長がずれていたとしても、挿入損失が小さい光部品を利用することにより、この波長ずれに起因した悪影響を回復することができる。図２に示されたように、光増幅器が１段のＢｉ系ＥＤＦのみで構成された場合、典型的には、Ｂｉ系ＥＤＦの入力側及び出力側それぞれに、モニタ用光カプラ、光アイソレータ、及び励起光供給用光カプラが挿入される。これら個々の光部品につき、典型値より挿入損失を０．２ｄＢ程度まで低減することができる。したがって、励起光波長に対する許容範囲は、図７に示された利得ピーク波長を中心波長として、その利得ピークより１．２ｄＢ程度小さい利得となる波長範囲、すなわち、±１０ｎｍ程度の波長範囲となる。励起光波長の安定化のためには、レーザダイオードと共振グレーティングとの組合せからなる励起光源が適しており、また、共振グレーティングとして光ファイバに形成されたグレーティングを用いるのが安価である。
【０１０５】
　図８は、信号光波長と雑音指数との関係を示すグラフである。この図８において、グラフＧ８１０はＢｉ系ＥＤＦの雑音指数、グラフＧ８２０はＰ共添加石英系ＥＤＦの雑音指数、グラフＧ８３０はＰ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦの雑音指数をそれぞれ示している。各ＥＤＦへのトータル入力信号光の光パワーは０ｄＢｍであった。Ｂｉ系ＥＤＦは、図４及び図５で説明されたものであり、双方向より出力６０ｍＷの励起光が供給された。Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦは、双方向より出力２７ｍＷの励起光が供給された。Ｐ共添加石英系ＥＤＦは、順方向より出力１００ｍＷの励起光が供給された。
【０１０６】
　この図から分かるように、Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦと比較すると、Ｂｉ系ＥＤＦの雑音指数は、短波長側で劣っており、波長１５６５ｎｍ付近では１ｄＢ以上劣っている。これは、Ｂｉ系ＥＤＦの内部の背景損失や石英系光ファイバとの融着接続損失が高いことに起因する。さらに、濃度消光の影響も懸念される。このように、石英系ＥＤＦと比較すると、Ｂｉ系ＥＤＦは、雑音指数や励起効率の点で劣っている。
【０１０７】
　このような事情を考慮すると、雑音指数を改善するには、石英系ＥＤＦは、光増幅器の入力端付近や、分散補償光ファイバ等の大きな挿入損失を有する光部品の直後に配置されるのが好ましい。また、励起効率を改善するには、石英系ＥＤＦは、光増幅器の出力端付近や、分散補償光ファイバ等の大きな挿入損失を有する光部品の直前に配置されるのが好ましい。
【０１０８】
　ただし、一般に用いられているＡｌ共添加石英系ＥＤＦは、波長１６００ｎｍより長波長側で利得が急激に低下するので、Ｂｉ系ＥＤＦの特徴である広帯域に亘って平坦な利得スペクトル形状を損なうことになる。そこで、長波長側でも利得を有するＰ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦを用いるのがよい。なお、Ａｌ元素やＬａ元素以外であっても、３価の陽イオンとなる元素であれば、同様に機能すると思われる。
【０１０９】
　また、上述のように、Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦの相対利得偏差は大きく、この点でＰ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦ単体では実用上問題がある。そこで、Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦとＢｉ系ＥＤＦとを組み合わせて用いるのが好ましい。なお、石英系ＥＤＦの添加物としては、Ｐ元素に加えて、Ａｌ元素及びＬａ元素の少なくともいずれかが添加されるのが好ましい。仮に、Ａｌ元素及びＬａ元素のいずれも添加されていないと、図８に示されたように、１００ｍＷ順方向励起の場合であっても、雑音指数が著しく劣化する。
【０１１０】
　なお、Ｐ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦの利得スペクトルと同等の利得スペクトルは、波長０．９８μｍ帯の励起光への感度を向上させる働きを有するＹｂ元素をさらに共添加することでも実現できる。Ｙｂ共添加は、特にクラッド励起などのように、大出力励起レーザを使用するときに適している。
【０１１１】
　以上のように、この発明に係る光増幅器１００、２００は、Ｂｉ系ＥＤＦを光増幅媒体として用いることにより、熱損傷や毒性の問題が無く実用的であり、また、Ｌバンドに含まれる広帯域の実効的信号波長域で相対利得偏差を小さくすることができる。この光増幅器１００、２００を含む光通信システム１は、Ｌバンドを用いて大容量の情報を送受信することができる。この発明に係る光増幅器１００、２００は、特にＢｉ系ＥＤＦの反転分布、温度及び吸収条長積ピーク（Unsaturated Absorption Peak）を最適化することにより、広帯域の実効的信号波長域で相対利得偏差を確実に小さくすることができる。この発明に係る光増幅器１００、２００は、励起光波長を最適化することにより、励起効率を高くすることができる。また、Ｂｉ系ＥＤＦに加えてＰ／Ａｌ共添加石英系ＥＤＦをも用いることにより、雑音指数が優れたものとなる。
【０１１２】
　なお、この発明は、上述の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。例えば、光ファイバ伝送路や分散補償光ファイバにおいて多重化信号光をラマン増幅してもよく、この場合には、雑音指数が更に改善され得る。
【０１１３】
　なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されたように、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦは、多重化信号光が伝搬する光導波領域で生じる反転分布を最適化して平坦化された利得の大きさが、利得スペクトル形状を維持した状態で高温になるほど小さくなるという傾向を有する（記式(4)参照）。この式(4)に示された関係を利用して以下のような制御方法を実現する光増幅器が得られる。
【０１１４】
　光通信システムでは、伝送用光ファイバ周辺の環境温度の変化などに起因して伝送路ロスが変動する、いわゆるスパンロス変動が懸念される。このとき、光増幅器は操作利得をスパンロスに合わせて変動させることが望ましい。
【０１１５】
　このための制御方法としては、例えば図９に示された第３実施形態に係る光増幅器３００のように、入出力モニタの比率から動作利得の変動を検出し、蒸気式(4)に基づいてＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度を制御してもよい。多くの場合、光増幅器の出力は一定に保つ必要があり、出力モニタが一定になるように励起光パワーをフィードバック制御する制御部も併せて必要になる。なお、この場合、出力は一定であるのでＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度制御は入力モニタの変動分に基づいて行ってもよい。
【０１１６】
　また、無中継通信システムのブースターアンプのように、入力レベルは一定に維持され、伝送路の状態次第で出力レベルのみは調整を要する場合、出力モニタの変動分のみに基づいた制御も可能である。
【０１１７】
　なお、光ファイバネットワークでは、スパンロスだけでなく多重化された信号光のチャネル数が変動する場合も考えられる。この場合、入出力パワーをホトダイオードなどの受光素子でモニタするのみではスパンロス変動と信号チャネル数変動を混同する危険性がある。このため、図１０に示された第４実施形態に係る光増幅器４００のように、オプティカルパフォーマンスモニタ（ＯＰＭ）を利用する制御形態や、図１１に示された第５実施形態に係る光増幅器５００のように、ネットワーク全体を監視する上位監視システムからスパンロス量などの情報を得る制御形態が考えられる。
【０１１８】
　図９は、この発明に係る光増幅器における第３実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器３００は、入力端３０１から出力端３０２へ向かって順に、光カプラ３１１、光アイソレータ３２１、光カプラ３１３、Ｂｉ系ＥＤＦ３３０、光アイソレータ３２３、光カプラ３１４、Ｂｉ系ＥＤＦ３３０、光カプラ３１５、光アイソレータ３２２及び光カプラ３１２を備える。また、この光増幅器３００は、光カプラ３１１に接続された受光素子３５１（ＰＤ）、光カプラ３１２に接続された受光素子３５２（ＰＤ）、光カプラ３１３に接続された励起光源３５３（ＬＤ）、光カプラ３１４に接続された励起光源３５４、光カプラ３１５に接続された励起光源３５５、Ｂｉ系ＥＤＦ３３０に接して又は近傍に配置された温度検出素子３６１（サーミスタ）及び温度調整素子３６２（ペルチェ素子）、ならびに当該光増幅器３００全体の動作をフィードバック制御する制御部３９０を備える。制御部３９０は、温度検出素子３６１からの検出情報に基づいて温度調節素子３６２を制御するための温度制御回路３９１を備えるとともに、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ３９２を含む。
【０１１９】
　上記制御部３９０は、±１ｄＢ程度の高精度で利得平坦度を維持すべく、例えば以下のような制御を行う。すなわち、当該制御部３９０は、Ｂｉ系ＥＤＦ３３０単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢと）するとき、
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６−１．２
　　　　≦ΔＧ≦
　　（ΔＴ・Ｇmin）×０．００３６＋１．２
なる関係を満たすよう、上記Ｂｉ系ＥＤＦの温度変動量ΔＴ（Ｋ）を調節する。このとき、制御部３９０のメモリ３９２もは、より高速な利得平坦制御を可能にすべく、当該光増幅器３００の実際の運用時におけるΔＧ（ｄＢ）とΔＴ（Ｋ）の実測データが格納される。
【０１２０】
　また、図１０は、この発明に係る光増幅器における第４実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器４００は、入力端４０１から出力端４０２へ向かって順に、光カプラ４１１、光アイソレータ４２１、光カプラ４１３、Ｂｉ系ＥＤＦ４３０、光アイソレータ４２３、光カプラ４１４、Ｂｉ系ＥＤＦ４３０、光カプラ４１５、光アイソレータ４２２及び光カプラ４１２を備える。また、この光増幅器４００は、光カプラ４１１に接続された受光素子４５１（ＰＤ）、光カプラ４１２に接続されたオプティカルパフォーマンスモニタ４６０（ＯＰＭ）、光カプラ４１３に接続された励起光源４５３（ＬＤ）、光カプラ４１４に接続された励起光源４５４、光カプラ４１５に接続された励起光源４５５、Ｂｉ系ＥＤＦ４３０に接して又は近傍に配置された温度検出素子４６１（サーミスタ）及び温度調整素子４６２（ペルチェ素子）、ならびに当該光増幅器４００全体の動作を制御する制御部４９０を備える。制御部４９０は、温度検出素子４６１からの検出情報に基づいて温度調節素子４６２をフィードバック制御するための温度制御回路４９１を備えるとともに、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ４９２を含む。
【０１２１】
　さらに、図１１は、この発明に係る光増幅器における第５実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器５００は、入力端５０１から出力端５０２へ向かって順に、光カプラ５１１、光アイソレータ５２１、光カプラ５１３、Ｂｉ系ＥＤＦ５３０、光アイソレータ５２３、光カプラ５１４、Ｂｉ系ＥＤＦ５３０、光カプラ５１５、光アイソレータ５２２及び光カプラ５１２を備える。また、この光増幅器５００は、光カプラ５１１に接続された受光素子５５１（ＰＤ）、光カプラ５１２に接続された受光素子５５２（ＰＤ）、光カプラ５１３に接続された励起光源５５３（ＬＤ）、光カプラ５１４に接続された励起光源５５４、光カプラ５１５に接続された励起光源５５５、Ｂｉ系ＥＤＦ５３０に接して又は近傍に配置された温度検出素子５６１（サーミスタ）及び温度調整素子５６２（ペルチェ素子）、ならびに当該光増幅器５００全体の動作をフィードバック制御する制御部５９０を備える。さらに、この光増幅器５００は、外部伝送路を伝搬する光を光カプラ５６３、５６４を介してモニタし、スパンロス量などの情報を得るための上位監視システム５６５を備える。制御部５９０は、温度検出素子５６１からの検出情報に基づいて温度調節素子５６２を制御するための温度制御回路５９１を備えるとともに、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ５９２を含む。
【０１２２】
　上述のような制御形態では、どの程度の精度でＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度を制御すればよいかが工業的には重要である。通常の陸上光通信システムでは、１つの増幅用中継局に要求される利得偏差は一般的に最大±１ｄＢである。図１２のグラフから分かるように、パスバンド１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍにおいて±１ｄＢの利得偏差を満たすためにはＧmin（Ｂｉ系ＥＤＦ単体の２５℃における利得極小値）を１．２ｄＢの精度で制御する必要がある。
【０１２３】
　なお、図１２は、室温における信号光波長と規格化された動的利得傾斜（ＤＧＴ）との関係を示すグラフである。規格化されたＤＧＴは以下の式(9)により与えられる。
【０１２４】
　　(ΔＧ−ΔＧM)/ΔＧM　　　…(9)
　ここで、ΔＧはＤＧＴであり、ΔＧMはパスバンド全域で平均化された利得ＧMの変動分である。
【０１２５】
　図１２から、パスバンド１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍにおいて発生する規格化されたＤＧＴは１．７ｄＢp-pである。これを±１ｄＢ（つまり２ｄＢp-p）の範囲内に収めるためには、ΔＧminを±（２／１．７）、すなわち±１．２ｄＢの精度で制御しなければならないことが分かる。
【０１２６】
　なお、以上のような演算を行ってＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度を制御すると、高速な制御が難しい。このような場合、上述の第３〜第５実施形態のように、当該光増幅器の出荷時や初期敷設時に、動作利得とＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度の最適地との関係を実際に測定しておき、制御部内のメモリに予め格納しておくのが好ましい。
【０１２７】
　さらには、動作利得が不明であっても利得傾斜を検出し、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度をフィードバック制御することも可能である。すなわち、図１３に示された第６実施形態のように、信号出力スペクトルをオプティカルパフォーマンスモニタ（ＯＰＭ）でモニタすることによりその利得傾斜を検出し、正の利得傾斜のときにはＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦを温める一方、不の利得傾斜のときにはＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦを冷却するよう、フィードバック制御すれば出力スペクトルを常に平坦に保つことができる。なお、ＥＤＦＡの場合、図１４に示されたように、最低限、あるチャネルの信号レベルやＡＳＥをモニタすれば、同じ効果が得られる。ただし、チャネルの信号レベルをモニタする場合にはＡＤＭの導入によりモニタ中のチャネルが消える可能性があることに注意する必要がある。図１４中のエリアＡは、信号レベルのモニタ範囲を示し、エリアＢはＡＳＥのモニタ範囲を示す。
【０１２８】
　図１３は、この発明に係る光増幅器における第６実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器６００は、入力端６０１から出力端６０２へ向かって順に、光カプラ６１１、光アイソレータ６２１、光カプラ６１３、Ｂｉ系ＥＤＦ６３０、光アイソレータ６２３、光カプラ６１４、Ｂｉ系ＥＤＦ６３０、光カプラ６１５、光アイソレータ６２２及び光カプラ６１２を備える。また、この光増幅器６００は、光カプラ６１１に接続された受光素子６５１（ＰＤ）、光カプラ６１２に接続されたオプティカルパフォーマンスモニタ６６０（ＯＰＭ）、光カプラ６１３に接続された励起光源６５３（ＬＤ）、光カプラ６１４に接続された励起光源６５４、光カプラ６１５に接続された励起光源６５５、Ｂｉ系ＥＤＦ４３０に接して又は近傍に配置された温度調整素子６６２（ペルチェ素子）、ならびに当該光増幅器６００全体の動作を制御する制御部６９０を備える。制御部６９０は、温度調節素子６６２をフィードフォワード制御するための温度制御回路６９１を備えるとともに、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ６９２を含む。
【０１２９】
　なお、光通信システムでは、中継局内の温度変化などによりＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度が変動してしまう可能性があり、図５（ａ）に示されたような現象は利得傾斜の発生原因となり得る。このような場合、例えば図９に示された第３実施形態のように、サーミスタとペルチェ素子の組み合わせによりＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度を安定化させる方法が考えられる。ただし、他の方法としては、図１５の第７実施形態に係る光増幅器のように、透過スペクトルが可変な光学デバイスを利用する制御形態が考えられる。このように透過スペクトルが可変な光学デバイスとしては、例えば可変減衰器などがある。
【０１３０】
　なお、図１５は、この発明に係る光増幅器における第７実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器７００は、入力端７０１から出力端７０２へ向かって順に、光カプラ７１１、光アイソレータ７２１、光カプラ７１３、Ｂｉ系ＥＤＦ７３０、光アイソレータ７２３、可変減衰器７６０、光アイソレータ７２４、光カプラ７１４、Ｂｉ系ＥＤＦ７３０、光カプラ７１５、光アイソレータ７２２及び光カプラ７１２を備える。また、この光増幅器７００は、光カプラ７１１に接続された受光素子７５１（ＰＤ）、光カプラ７１２に接続されたオプ受光素子７５２（ＰＤ）、光カプラ７１３に接続された励起光源７５３（ＬＤ）、光カプラ７１４に接続された励起光源７５４、光カプラ７１５に接続された励起光源７５５、Ｂｉ系ＥＤＦ７３０に接して又は近傍に配置された温度検出素子４６１（サーミスタ）、ならびに当該光増幅器７００全体の動作を制御する制御部７９０を備える。制御部７９０は、温度検出素子７６１からの検出情報に基づいて可変減衰器７６０をフィードバック制御するための可変ＡＴＴ制御回路７９１を備えるとともに、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ７９２を含む。
【０１３１】
　この第７実施形態に係る光増幅器７００において、制御部７９０は、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦ７３０の温度が高まれば可変減衰器７６０の光減衰量を高める一方、該Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦ７３０の温度が下がれば可変減衰器７６０の光減衰量を下げるよう制御する。また、メモリ７９２に実測データを格納しておけばより高速な制御が可能になる。
【０１３２】
　上述の制御では、光増幅器の利得変動とＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度変動をそれぞれ個別に扱ったが、実際の光通信システムでは両者が同時に変動する場合が考えられる。この場合、両方の変動を可変減衰器のみで補償しようとすると損失が大きくなりすぎ励起効率や雑音指数が劣化する可能性もある。その一方で、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦの温度のみで補償しようとしてもペルチェ素子やヒーターで変更可能な温度範囲は有限である。現実的には、図１６に示された第８実施形態に係る光増幅器８００のように、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦ８３０の温度制御と可変減衰器８６０の光減衰量制御の併用が多くなると考えられる。この第８実施形態に係る光増幅器８００は、動作利得の変動量ΔＧ、Ｅｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦ８３０の温度変動量ΔＴ、及び可変減衰器８６０のロス変動量ΔＡの関係を最適に保つよう演算しながらΔＡ、あるいはΔＡとΔＴを算出する制御形態が考えられる。
【０１３３】
　図１６は、この発明に係る光増幅器における第８実施形態の構成を示す図である。この図に示された光増幅器８００は、入力端８０１から出力端８０２へ向かって順に、光カプラ８１１、光アイソレータ８２１、光カプラ８１３、Ｂｉ系ＥＤＦ８３０、光アイソレータ８２３、可変減衰器８６０、光アイソレータ８２４、光カプラ８１４、Ｂｉ系ＥＤＦ８３０、光カプラ８１５、光アイソレータ８２２及び光カプラ８１２を備える。また、この光増幅器８００は、光カプラ８１１に接続された受光素子８５１（ＰＤ）、光カプラ８１２に接続された受光素子８５２（ＰＤ）、光カプラ８１３に接続された励起光源８５３（ＬＤ）、光カプラ８１４に接続された励起光源８５４、光カプラ８１５に接続された励起光源８５５、Ｂｉ系ＥＤＦ８３０に接して又は近傍に配置された温度検出素子８６１（サーミスタ）及び温度調整素子８６２（ペルチェ素子）、ならびに当該光増幅器８００全体の動作を制御する制御部８９０を備える。制御部８９０は、温度検出素子８６１からの検出情報に基づいて温度調節素子８６２をフィードバック制御するとともに可変減衰器８６０も同時にフィードバック制御するための可変ＡＴＴ／温度制御回路８９１と、より高速なフィードバック制御を可能にするため、予め実測データを格納しておくためのメモリ８９２を備える。
【０１３４】
　なお、利得平坦度を±１ｄＢの高精度で維持するためには、上記制御部は、光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ＋１．２
なる関係を満たすよう、上記温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、可変減衰器を制御する。
【０１３５】
　さらに、上記制御部は、光増幅モジュールにおけるＢｉ系光導波路単体の２５℃における動作利得の信号波長帯域内での極小値をＧmin（ｄＢ）とするとき、可変減衰器における光減衰量ΔＡ（ｄＢ）が
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ−１．２
　　　　≦ΔＡ≦
　　−０．００３６・Ｇmin・ΔＴ−ΔＧ＋１．２
なる関係を満たすよう、該光増幅モジュールにおける動作利得の変化量ΔＧ（ｄＢ）及び温度変化ΔＴ（Ｋ）に基づいて、可変減衰器を制御してもよい。また、この第８実施形態においても、メモリ８９２に実測データを格納しておけばより高速な制御が可能になる。
【０１３６】
　先に述べたように、拡張Ｌバンド用Ｂｉ系ＥＤＦの雑音指数は必ずしも量子限界まで達していない。このため、ラマン増幅器と当該各実施形態に係る光増幅器とを組み合わせることにより、より雑音指数を改善するのが好ましい。この事実を検証するため、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）にそれぞれ示された構成の光通信システムが用意された。図１７（ａ）に示された光通信システムは、長さ８０ｋｍの伝送路ファイバ９００（SMF: Single-Mode Fiber）とこの発明に係るＥｒ添加Ｂｉ系ＥＤＦを含む光増幅器（Ｂｉ−ＥＤＦＡ）９１０と、利得等化器９２０により構成されている。図１７（ｂ）に示された光通信システム（この発明に係る光通信システムの第２実施形態）は、上記とを組み合わせた光通信システムと、図１７（ｂ）に示された光通信システムは、図１７（ａ）の光通信システムと同様に、長さ８０ｋｍのＳＭＦ９００と、Ｂｉ−ＥＤＦＡ９２０と、利得等化器９２０を備えるとともに、光カプラ９３０を介して複数チャネルの励起光をＳＭＦ９００へ供給する励起光供給システム９４０をさらに備えることにより、該Ｂｉ−ＥＤＦＡの上流側に分布ラマン増幅器を構成している。なお、図１７（ｂ）の光通信システムにおいて、励起光供給システム９４０は、励起チャネルとして、波長１４６８ｎｍ、出力１６６ｍＷの光を出力する光源９４２ａと、励起チャネルとして、波長１４７２ｎｍ、出力２６９ｍＷの光を出力する光源９４２ｂと、励起チャネルとして、波長１５２０ｎｍ、出力７５ｍＷの光を出力する光源９４２ｃと、励起チャネルとして、波長１５２４ｎｍ、出力２１０ｍＷの光を出力する光源９４２ｄと、これら光源９４２ａ〜９４２ｄそれぞれから出力された励起チャネルを合波する合波器９４１を備える。
【０１３７】
　また、図１８（ａ）は、信号光波長と利得の関係を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、信号光波長と雑音指数（NF: Noise Figure）の関係を示すグラフである。
【０１３８】
　なお、図１８（ａ）において、グラフＧ１８１０ａは図１７（ａ）に示された光通信システムにおけるＢｉ−ＥＤＦＡの利得スペクトル、グラフＧ１８２１ａは図１７（ｂ）に示された光通信システムにおける分布型ラマン増幅器のＯＮ−ＯＦＦ利得、グラフ１８２２ａは図１７（ｂ）に示された光通信システムにおけるＢｉ−ＥＤＦＡ単体の利得スペクトル、グラフＧ１８２３ａは図１７（ｂ）に示された光通信システム全体のトータル利得をそれぞれ示している。さらに、図１８（ｂ）において、グラフＧ１８１０ｂは図１７（ａ）に示された光通信システムにおけるＢｉ−ＥＤＦＡの利得スペクトル、グラフ１８２１ｂは図１７（ｂ）に示された光通信システムにおける分布型ラマン増幅器のＯＮ−ＯＦＦ利得、グラフＧ１８２２ｂは図１７（ｂ）に示された光通信システムにおけるＢｉ−ＥＤＦＡ単体の利得スペクトル、グラフＧ１８２３ｂは図１７（ｂ）に示された光通信システム全体のトータル利得をそれぞれ示している。
【０１３９】
　図１７（ａ）の光通信システムでは１５６３ｎｍ〜１６１５ｎｍの信号波長帯域における拡張ＬバンドＥＤＦＡ単体の雑音指数は８ｄＢに達しているのに対し、図１７（ｂ）の光通信システム（分布型ラマン増幅器含む）では、実効的な雑音指数は４ｄＢ以下となる。また、利得偏差は、図１７（ａ）の光通信システムが３ｄＢに達するのに対し、図１７（ｂ）の光通信システムは２ｄＢに改善される。このように、当該光増幅器のみならず、該光増幅器の上流側に位置する光ファイバ伝送路をラマン増幅用光ファイバとして利用することにより雑音指数の改善が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】この発明に係る光通信システムにおける第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】この発明に係る光増幅器における第１実施形態の構成を示す図である。
【図３】この発明に係る光増幅器における第２実施形態の構成を示す図である。
【図４】Ｂｉ系ＥＤＦの利得スペクトルである。
【図５】Ｂｉ系ＥＤＦの利得スペクトルである。
【図６】Ｂｉ系ＥＤＦの正味利得の相対利得偏差と背景損失との関係を説明するために用意された典型的な利得スペクトルである。
【図７】励起光波長と利得との関係を示すグラフである。
【図８】信号光波長と雑音指数との関係を示すグラフである。
【図９】この発明に係る光増幅器における第３実施形態の構成を示す図である。
【図１０】この発明に係る光増幅器における第４実施形態の構成を示す図である。
【図１１】この発明に係る光増幅器における第５実施形態の構成を示す図である。
【図１２】信号光波長と規格化されたＧＤＴとの関係を示すグラフである。
【図１３】この発明に係る光増幅器における第６実施形態の構成を示す図である。
【図１４】利得傾斜制御を説明するための信号出力スペクトルである。
【図１５】この発明に係る光増幅器における第７実施形態の構成を示す図である。
【図１６】この発明に係る光増幅器における第８実施形態の構成を示す図である。
【図１７】この発明に係る光通信システムにおける第２実施形態及び比較例の構成をそれぞれ示す図である。
【図１８】図１７に示された光通信システムについて、信号光波長と利得の関係及び信号光波長と雑音指数の関係をそれぞれ示すグラフである。
【図１９】ＥＤＦの相対利得偏差を説明するために用意された典型的な利得スペクトルである。
【図２０】Ａｌ共添加石英系ＥＤＦの利得スペクトルである。
【符号の説明】
【０１４１】
　１…光通信システム、１０…光送信局、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９１０…光増幅器、２０…光中継局、３０…光受信局、１３０、２３１、２３２、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０…Ｂｉ系ＥＤＦ、７６０、８６０…光損失部品、１５３〜１５４、２５３〜２５５、３５３〜３５５、４５３〜４５５、５５３〜５５５、６５３〜６５５、７５３〜７５５、８５３〜８５５…励起光源、１６１、２６１〜２６３、３６１、４６１、５６１、７６１、８６１…温度検出素子、１６２、２６４〜２６６、３６２、４６２、５６２、６６２、８６２…温度調整素子、２９０、３９０、４９０、５９０、６９０、７９０、８９０…制御部、５６３…上位監視システム。
【図１】
2004048028.tif 000003
【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】
2004048028.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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