(57)【要約】【課題】光の波長特性を複数の周期フィルタの組み合わせにより高い精度で効率的に補償することができる利得等化技術を実現する。【解決手段】本発明の利得等化器１ａは、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部１１と、その第１補償部１１にカスケード接続した複数の周期フィルタの組み合わせからなる光フィルタ１２Ａにより第１補償部１１で補償されなかった補償対象波長領域内の波長特性を補償する第２補償部１２と、を備えて構成される。【選択図】図１
2004151227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波長特性を補償する利得等化器であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、
該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第２補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【請求項２】
請求項１に記載の利得等化器であって、
前記第１補償部および前記第２補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第１補償部および前記第２補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【請求項３】
請求項２に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第１補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第１補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
【請求項４】
波長多重信号光を一括して増幅する光増幅部と、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅部の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、
該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記光増幅部の利得波長特性を補償する第２補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
光伝送路上に配置された光増幅器により波長多重信号光を一括して増幅すると共に、前記光増幅器の利得波長特性を利得等化器により補償して中継伝送する光伝送システムであって、
前記利得等化器は、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅器の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記光増幅器の利得波長特性を補償する第２補償部と、を備える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、光の波長特性を補償するための利得等化技術に関し、特に、複数の周期フィルタの組み合わせにより補償対象波長領域内の波長特性の補償を行う利得等化技術、並びに、それを適用した光増幅器および光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ製造技術の向上によって低損失な光ファイバが出現したことで光ファイバ通信システムが実用化されている。また、長距離光伝送を実現させるため、光ファイバ伝送路の損失を補償する技術として、信号光を増幅する光増幅器が実用化されていると共に、伝送路容量を増大させるための技術として、波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式も知られている。このＷＤＭ光伝送方式は、１本のファイバを用いて、異なる波長をもつ複数の信号光を多重化して伝送する方式である。
【０００３】
ところで、多重化された信号光を一括増幅する光増幅器を使用する場合、光増幅器等の利得の波長依存性（利得波長特性）によって、光増幅器等を通過した後の信号光レベルが波長に応じて異なるようになることが知られている。この光増幅器等で発生する信号光レベルの波長間の偏差は、複数の光増幅器をカスケード接続したシステムの場合、累積されることになる。このように、光増幅器等の利得の波長依存性は、各波長についての信号光レベルの偏差および光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）の偏差を発生させることになるため、ＷＤＭ信号光の伝送距離を制限すると共に受信端での受信感度を劣化させるなどの点で問題となっていた。
【０００４】
従来、光増幅器の利得波長特性の補償（利得等化）を行うための様々な技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１等においては、透過率の波長軸上における変化周期、すなわち、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の異なる複数の周期フィルタをカスケード接続して構成した利得等化器を使用して、光増幅器の利得波長特性を補償する技術が提案されている。この従来技術は、フーリエ級数展開法より明らかなように、互いに異なる周期を有する複数の正弦波を重畳することによって任意の形状のフィルタ特性が実現可能になるという原理を基に、波長軸（または光周波数軸）上において正弦波状の可変な透過特性を有するマッハツェンダ形光フィルタ等を周期フィルタとして使用し、ＦＳＲの異なる複数の周期フィルタをカスケード接続することで所望のフィルタ特性を持つ利得等化器を実現している。
【０００５】
また、下記の特許文献２等においては、上記のように複数の周期フィルタを組み合わせて利得等化器を構成する代わりに、所定の波長帯域内に損失の極大値を有し、その極大値を与える波長を中心に損失波長特性が非対称である光フィルタを用いて、光増幅器の利得波長特性を補償する技術が提案されている。この従来技術では、１つの光フィルタによって光増幅器の利得波長特性を広い波長帯域に亘って等化することができるようになる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７６１５４号公報
【特許文献２】
特開２０００−３５４００５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術に関しては次のような問題点がある。すなわち、周期フィルタを用いて光増幅器の利得波長特性を等化する場合、まず初めに、利得等化を行うべき補償対象波長帯域（例えば、信号光波長帯域）に対して実際に利得等化を行う波長帯域が決定され、その波長帯域に対応させて周期フィルタの設計が行われる。具体的には、例えば図２５（Ａ）に示すように、信号光波長帯域ΔλＳの両端に対して所要の余裕波長領域ΔλＭが設定され、利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性に応じて、上記信号光波長帯域ΔλＳについての損失（または透過）波長特性が設計される。そして、信号光波長帯域ΔλＳ以外の帯域についても、信号光波長帯域ΔλＳ内の特性が波長軸上で繰り返され、かつ、信号光波長帯域ΔλＳとの境界部分での特性が余裕波長領域ΔλＭにおいて滑らかにつながるように、フィルタ特性が設計される。より詳しくは、信号光波長帯域ΔλＳと余裕波長領域ΔλＭを足し合わせた波長帯域について設計されたフィルタ特性をフーリエ級数展開することで、各々の周期フィルタの特性が設計される。このようなフィルタ設計に従って、周期的な損失波長特性を有する光フィルタの実現が図られ、光増幅器の利得波長特性の補償が行われる。
【０００８】
上記のようなフィルタ設計においては、余裕波長帯域ΔλＭを広く設定しすぎると、必要となる周期フィルタの数が多くなってしまうという欠点がある。具体的には、例えば余裕波長帯域ΔλＭを信号光波長帯域ΔλＳの０．５倍に設定した場合、必要となる周期フィルタの数は、余裕波長帯域ΔλＭを設定しないとした場合に比べて、１．５倍となる。このため、余裕波長帯域ΔλＭをなるべく狭く設定する方が効率的である。しかし、図２５（Ｂ）に例示するように、余裕波長帯域ΔλＭを狭くし過ぎて、実際に利得等化を行う波長帯域を信号光波長帯域と同程度に設定してしまうと、信号光波長帯域ΔλＳの両端部分（具体的には余裕波長領域ΔλＭ）において損失が急激に変化するフィルタ特性が目標値として設計されるようになり、そのようなフィルタ特性を有する光フィルタを精度良く実現することが困難になるという問題が生じる。このような問題は、図２５（Ｃ）に例示するように、信号光波長帯域ΔλＳの両端部分における光増幅器の利得偏差が大きい場合に対応した光フィルタを設計する際に顕著に表れることになる。
【０００９】
前述したように、信号光波長帯域ΔλＳ内のフィルタ特性の形状は、フーリエ級数展開法に基づいてＦＳＲの異なる複数の周期フィルタを合成することにより所要の精度で実現される。また、その信号光波長帯域ΔλＳのフィルタ特性は、信号光波長帯域ΔλＳ以外の領域でも繰り返されることになる。このとき、信号光波長帯域ΔλＳの両端部分における信号光パワーの偏差が大きければ、目標とするフィルタ形状が信号光波長帯域ΔλＳの両端部分で不連続に近い状態となるため、複数の周期フィルタを合成して実際に得られるフィルタ形状と目標とするフィルタ形状との間の誤差が増大する。具体的には、例えば目標とするフィルタ形状がのこぎり波状の場合に、実際に得られるフィルタ形状は滑らかな曲線となってしまう。このような誤差の大きな光フィルタを用いて光増幅器の利得波長特性の補償を行ったときには、信号光波長帯域ΔλＳの両端付近についての補償精度が悪化してしまうことになる。
【００１０】
また、例えば図２６に示すように、フーリエ級数展開法に基づいて合成される各周期フィルタの損失波長特性１００の振幅が大きくなるような場合には、合成後のフィルタ特性１０１が先の尖った急峻な形状になる。このため、利得等化後に得られる各波長に対応した信号光パワーに細かいうねり（リップル）が残さとして生じるという問題もある。
【００１１】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、利得等化を行う光の補償対象波長領域内の波長特性を複数の周期フィルタの組み合わせにより高い精度で効率的に補償することができる利得等化技術を実現すると共に、それを適用した光増幅器および光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の利得等化器は、光波長特性を補償する利得等化器であって、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第２補償部と、を備えて構成されるものである。ここで、等化とは、光の望ましくない波長特性について、好ましい波長特性と同一になるかまたは近似した特性となるように補償を行うことを意味する。
【００１３】
かかる構成の利得等化器では、利得等化を行う光が第１補償部を通過することにより、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分が補償され、また、第１補償部で補償されなかった補償対象波長領域内の波長特性が第２補償部により補償されて、光の波長特性が等化されるようになる。このとき、第１補償部で直線的な利得成分を補償するようにしたことで、補償対象波長領域の両端における信号光パワーの偏差が小さくなる。これにより、複数の周期フィルタの組み合わせにより構成される第２補償部のフィルタ設計を高い精度で効率的に行うことができるようになる。
【００１４】
また、上記の利得等化器については、前記第１補償部および前記第２補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、前記第１補償部および前記第２補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、を備えて構成されるようにするのが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、第１、２補償部を通過して利得等化された光の状態に応じて第１、２補償部の可変の損失波長特性がフィードバック制御されるようになり、補償対象波長領域内の波長特性の等化をより高い精度で安定して行うことが可能になる。
【００１６】
さらに、上記の利得等化器の具体的な態様として、前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第１補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第１補償部に対するフィードバック制御を行うようにしてもよい。これにより、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分が第１補償部においてより確実に補償されるようになる。
【００１７】
本発明の光増幅器および光伝送システムは、上記のような利得等化器の構成を適用して利得波長特性の補償を行うようにしたものであり、その具体的な態様は以下の実施の形態において詳しく説明することにする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、第１実施形態の利得等化器１ａは、例えば、第１補償部１１、第２補償部１２および光路１３を有し、第１補償部１１と第２補償部１２が、入力端子ＩＮおよび出力端子ＯＵＴの間に光路１３を介してカスケード接続される。
【００２１】
第１補償部１１は、例えば、入力端子ＩＮまたは出力端子ＯＵＴに接続される図示しない光増幅器について、その利得波長特性の直線的な利得成分に該当する一次チルト成分の補償を行うものである。なお、ここでの一次チルトとは、光増幅器の波長に対する利得特性を直線と見立てたときの利得の傾斜を意味する。また、利得波長特性の一次チルト成分の補償とは、補償対象波長帯域（例えば、信号光波長帯域）に対して、その両端部分における利得の偏差を補償することを意味する。従って、第１補償部１１は、言い換えると、光増幅器の利得波長特性に対応して、信号伝送を行う帯域でリニアに変化する波長特性を有し、かつ、その波長特性の傾きが適切に設計されたものである。
【００２２】
上記の第１補償部１１は、具体的には、波長に対する損失（または透過率）の変化が信号光波長帯域について単調増加または単調減少する光フィルタ（以下、線形光フィルタと呼ぶ）１１Ａを備える。この線形光フィルタ１１Ａとしては、例えば、ファブリペローエタロン干渉計型フィルタやファイバブラッググレーティングフィルタ等の長周期フィルタ、または、誘電体多層膜フィルタ若しくは音響光学フィルタを使用することが可能である。なお、長周期フィルタを線形光フィルタ１１Ａとして用いる場合、その長周期フィルタは、信号光波長帯域よりも広い自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を持ち、周期的な損失波長特性が単調増加または単調減少する領域を信号光波長帯域に対応させて使用されるものとする。
【００２３】
線形光フィルタ１１Ａの具体的な構成の一例として、ここでは図２にファブリペローエタロン干渉計型フィルタの構成を示しておく。図２の構成例では、入力側の光路の一端から出射された信号光がレンズ１１Ｂを介してファブリペローエタロン干渉計型フィルタ１１Ｃに送られ、ファブリペローエタロン干渉計型フィルタ１１Ｃを透過した信号光がレンズ１１Ｄを介して出力側の光路の一端に集光される。
【００２４】
第２補償部１２は、第１補償部１１において一次チルト成分の補償が行われた信号光が光路１３を介して入力され、第１補償部１１で未補償となった光増幅器の利得波長特性、すなわち、第１補償部１１で補償しきれなかった一次チルト成分および２次以上の高次チルト成分（以下、うねり成分とする）を補償するものである。この第２補償部１２は、従来の技術と同様にして、フーリエ級数展開法を基に複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタ（以下、フーリエフィルタと呼ぶ）１２Ａを備える。ここでのフーリエフィルタ１２Ａは、光増幅器の信号光波長帯域における利得波長特性に応じて決定される基本周期に対して、組み合わされる複数の周期フィルタの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が１／ｎ倍（ただし、ｎは整数とする）の条件を満たした光フィルタのことである。フーリエフィルタ１２Ａを構成する各々の周期フィルタとしては、例えば、上記の図２に示したようなファブリペローエタロン干渉計型フィルタやファイバブラッググレーティングフィルタを使用することが可能である。
【００２５】
光路１３は、本利得等化器１ａの入力端子ＩＮおよび第１補償部１１の入力端子の間と、第１補償部１１の出力端子および第２補償部１２の入力端子の間と、第２補償部１２の入力端子および利得等化器１ａの出力端子ＯＵＴの間とを、例えば光ファイバや光導波路等を用いてそれぞれ接続するものである。
【００２６】
なお、ここでは、第１補償部１１および第２補償部を個別に形成して各々の間を光路１３で接続する構成例を示したが、例えば、第１補償部１１および第２補償部を一体化して単一デバイスとすることも可能である。
【００２７】
ここで、第１補償部１１および第２補償部１２の各フィルタ特性について詳しく説明する。
【００２８】
図３は、利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性（出力ＡＳＥスペクトル）の一例を示す図である。図３に示すような利得波長特性に対して、本利得等化器１ａでは、図中の一点鎖線で示す一次チルト成分が補償されるように、第１補償部１１の線形フィルタ１１Ａの損失波長特性が設計される。具体的には、図３の利得波長特性について例えば最小二乗線形フィッティング法などの公知の演算処理を適用して一次傾斜値が求められ、その結果に従って利得波長特性の一次チルト成分が打ち消されるように線形フィルタ１１Ａの損失波長特性の傾き（波長の変化に対して損失が単調増加または単調減少する割合）が決められる。なお、最小二乗線形フィッティング法による一次傾斜値の求め方の詳細に関しては後述することにする。
【００２９】
上記のようにして線形フィルタ１１Ａの損失波長特性の傾きを決定した第１補償部１１に対して、前述の図３に示したようなスペクトルを持つ光が入力されると、第１補償部１１から出力される光は、例えば図４に示すようなスペクトルとなる。この第１補償部１１からの出力光のスペクトルは、光増幅器の利得波長特性のうねり成分に対応しており、この利得波長特性のうねり成分が補償されるように、第２補償部１２のフーリエフィルタ１２Ａの損失波長特性が設計される。具体的には、図４の信号光波長帯域に対して、所望の余裕波長領域を足し合わせて、基本周期が設計される。その基本周期における損失波長特性に対してフーリエ級数展開法を適用して１／ｎ倍（ｎ＝１，２，３，…）のＦＳＲを有する所要数の周期フィルタが設計される。なお、フーリエ級数展開法によるフィルタ特性の求め方の詳細に関しても後述することにする。
【００３０】
上記のようにしてフーリエフィルタ１２Ａについての信号光波長帯域に対する損失波長特性が設計されると、その特性を目標値としてフーリエフィルタ１２Ａの実現が図られる。このとき実際に構成されるフーリエフィルタ１２Ａは、複数の周期フィルタのそれぞれの特性を合成したものになるので、目標とする損失波長特性が信号光波長帯域内だけでなく信号光波長帯域外でも繰り返されることになる。このため、上述の図２５に示したように信号光波長帯域の両端部分（余裕波長領域）において損失波長特性が滑らかにつながっていないと目標値に対する誤差が増大することになるが、第１補償部１１により一次チルト成分の補償が行われるので、余裕波長領域を狭く設定したとしても損失波長特性を滑らかにつなぐことができる。
【００３１】
図５は、上記の図４に示した利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタ１２Ａの損失波長特性を示したものである。ただし、図５では、一次チルト成分を補償した後の特性を滑らかにつなぐことが可能な余裕波長領域の最小値として約１．１５ｎｍを設定し、余裕波長領域内の特性は簡単のために直線で近似している。また、ここでは信号光波長帯域内およびそれよりも短波長側の信号光波長帯域外についての３つ分の周期の損失波長特性を示したが、目標値として設計された信号光波長帯域のフィルタ特性は、上記以外の波長領域についても繰り返される。一方、図６は、上記の図３に示した利得波長特性に応じて設計した目標値に従って実現されるフーリエフィルタ、すなわち、従来の場合と同様に一次チルト成分の補償を行うことなく設計を行ったときのフーリエフィルタの損失波長特性を示したものである。ただし、余裕波長領域等の設定については図５の場合と同じ条件としている。
【００３２】
図５および図６の比較から明らかなように、第１補償部１１により一次チルト成分の補償を行うようにしたことで、第２補償部１２に用いられるフーリエフィルタ１２Ａの損失波長特性は、余裕波長領域において非常に滑らかにつながるようになるため、フィルタ設計した目標値に対して実際に得られるフィルタ特性を精度よく一致させることが可能になる。
【００３３】
上記のようなフィルタ特性を有する第１補償部１１および第２補償部１２が光路１３を介してカスケード接続された利得等化器１ａでは、例えば、光増幅器で増幅されたＷＤＭ信号光が、入力端子ＩＮに入力されて第１補償部１１および第２補償部１２に順に送られることにより、各波長の信号光レベル間に生じた偏差が補償されて、各々の信号光レベルが平坦化されたＷＤＭ信号光が出力端子ＯＵＴから出力されるようになる。また例えば、光増幅器で増幅される前のＷＤＭ信号光が、入力端子ＩＮに入力されて第１補償部１１および第２補償部１２に順に送られることにより、光増幅器で生じ得る信号光レベルの波長間の偏差を予め補償したＷＤＭ信号光が出力端子ＯＵＴから出力されるようになる。
【００３４】
上記のように第１実施形態の利得等化器によれば、光増幅器の利得波長特性の一次チルト成分を線形光フィルタ１１Ａを用いて補償する第１補償部１１と、うねり成分をフーリエフィルタ１２Ａを用いて補償する第２補償部とをカスケード接続するようにしたことで、光増幅器の利得波長特性を高い精度で確実に補償することが可能になる。また、本利得等化器では、従来に比べて余裕波長領域を非常に狭く設定できるので、フーリエフィルタ１２Ａを構成するために組み合わされる周期フィルタの数（フィルタ段数）を低減することが可能である。これにより、効率的なフィルタ設計を行うことができるようになる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態による利得等化器について説明する。
【００３６】
図７は、第２実施形態の利得等化器の構成を示すブロック図である。なお、前述の図１に示した第１実施形態の構成と同様の部分には同一の符号が付してあり、以下、他の図面においても同様とする。
【００３７】
図７において、第２実施形態の利得等化器１ｂは、例えば、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、損失波長特性を変化させることのできる線形光フィルタ１１Ａ’を用いた第１補償部１１’と、損失波長特性を変化させることのできるフーリエフィルタ１２Ａ’を用いた第２補償部１２’とを適用すると共に、それら第１補償部１１’および第２補償部１２’の各フィルタ特性をフィードバック制御するための光分岐部１４、光モニタ部１５および制御部１６を設けたものである。
【００３８】
線形光フィルタ１１Ａ’は、第１実施形態の場合と同様に、損失（または透過）波長特性が信号光波長帯域について単調増加または単調減少する光フィルタであって、その単調増加または単調減少する割合が可変制御されるようにしたものである。このような可変の特性を有する線形光フィルタ１１Ａ’としては、例えば、特開平６−２７６１５４号公報等で公知のマッハツェンダ干渉計型フィルタや磁気光学結晶の入出射面に反射膜を形成したエタロン型フィルタ（例えば、特願２００２−１４６６４３号）などの長周期フィルタを使用することが可能である。
【００３９】
上記マッハツェンダ干渉計型フィルタは、例えば図８に示すように、長さの異なる２本の光導波路１１Ｓ，１１Ｔの入力側および出力側をそれぞれ方向性結合器１１Ｕ，１１Ｖで接続した構成を有し、方向性結合器１１Ｕ，１１Ｖに設けられた電極１１Ｘ，１１Ｙへのバイアス電流を調整することで結合効率を変化させてフィルタの振幅を変化させることが可能であり、また、方向性結合器１１Ｕ，１１Ｖ間の光導波路１１Ｓ上に設けられた電極１１Ｚへのバイアス電流を調整することでフィルタの位相を変化させることが可能である。
【００４０】
上記のエタロン型フィルタは、ファラデー回転子などの磁気光学効果を利用した偏光可変制御器の入出射面に反射膜を形成してエタロン型の光フィルタを構成し、そのファラデー回転角を制御することで透過率（または損失）を変化させることが可能となる。また、ファラデー回転子をくさび型の一対の可動な磁気光学結晶で構成し、エタロンの共振器長を制御することで、波長軸上での透過特性を制御することも可能となる。
【００４１】
また、可変の特性を有する線形光フィルタ１１Ａ’の他の具体例としては、特開平１１−２７１７００号公報等に記載された光フィルタを使用することも可能である。この光フィルタは、具体的には、偏光分離部、偏光可変部および偏光波長特性変化素子を備えて構成され、まず、入力される信号光が偏光ビームスプリッタ等を用いた偏光分離部により直交する２つの光に分離され、一方の光の偏光状態が９０度回転されて２つの光が同じ偏光状態にされる。そして、ファラデー回転子などの磁気光学効果を利用した偏光可変部により各光の偏光状態を変化させ、偏光状態に応じて透過波長特性が変化する誘電体多層膜フィルタ等の偏光波長特性変化素子に各々の光が入射され、この偏光波長特性変化素子を通過した各光が通過前とは逆の経路をたどって出力される。このような光フィルタでは、偏光可変部における偏光状態の変化量を制御することによって、透過波長特性を可変制御することができる。ただし、上記のような構成の光フィルタでは、単調増加および単調減少のいずれかについての変化の割合しか制御できないため、単調増加および単調減少の変化の割合を同時に制御可能にする場合には、上記の構成を２段に縦列接続する必要がある。
【００４２】
フーリエフィルタ１２Ａ’は、第１実施形態の場合と同様に、フーリエ級数展開法を基に複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタであって、少なくとも１つ以上の周期フィルタ（望ましくはすべての周期フィルタ）の波長特性を可変制御できるようにしたものである。このような可変の特性を有する周期フィルタとしては、例えば、マッハツェンダ干渉計型フィルタや、前述したような磁気光学結晶の入出射面に反射膜を形成したエタロン型フィルタなどを使用することが可能である。
【００４３】
光分岐部１４は、例えば、第２補償部１２および出力端子ＯＵＴの間の光路１３上に設けられ、第２補償部１２を通過したＷＤＭ信号光の一部をモニタ光として分岐して光モニタ部１５に送るものである。
【００４４】
光モニタ部１５は、光分岐部１４からのモニタ光について、各波長にそれぞれ対応した信号光パワーまたは光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を検出し、その検出結果を示す信号を制御部１６に出力するものである。
【００４５】
制御部１６は、光モニタ部１５からの出力信号に基づいて、光増幅器の利得波長特性を最適な状態で補償できるように、第１補償部１１’および第２補償部１２’の可変のフィルタ特性をそれぞれフィードバック制御するものである。
【００４６】
次に、制御部１６によるフィードバック制御の具体的なアルゴリズムについて説明する。ただし、ここでは光増幅器で増幅されて各波長の信号光レベルに偏差の生じたＷＤＭ信号光が本利得等化器１ｂに入力される場合を想定する。具体的に、入力されるＷＤＭ信号光としては、いわゆるＣバンド領域における８０波の信号光を多重化したＷＤＭ信号光を考え、この８０波の信号光についての光周波数（ＴＨｚ）、光パワー（ｄＢｍ）および光信号対雑音比（ｄＢ）を、光周波数の低い方から順に、νｉ、ＰｉおよびＯＳＮＲｉ（ただしｉ＝１〜８０）として表すことにする。なお、以下の説明では、光周波数を１つのパラメータとしてフィードバック制御の具体的なアルゴリズムを例示するが、光周波数を波長に置き換えて考えることも勿論可能である。
【００４７】
まず、本利得等化器１ｂの起動時には、第１補償部１１’および第２補償部１２’が無制御の状態とされ、各々のフィルタ特性が光周波数に対して平坦な特性となるように初期設定される。このような状態では、光増幅器で増幅されて各波長の信号光レベルに偏差の生じたＷＤＭ信号光が、その光周波数特性を殆ど変化させることなく第１補償部１１’および第２補償部１２’を通過し、第２補償部１２’から出力されるＷＤＭ信号光の一部が光分岐部１４でモニタ光として分岐され、そのモニタ光の光周波数νｉに対応した光パワーＰｉおよび光信号対雑音比ＯＳＮＲｉが光モニタ部１５で検出されて制御部１６に伝えられる。
【００４８】
図９は、上記のような起動時にモニタされることになる８０波のＷＤＭ信号光のスペクトルの一例を示したものである。このような光モニタ部１５でのモニタ結果を受けた制御部１６では、最初に、第１補償部１１’のフィルタ特性の最適化が次のアルゴリズムに従って実行される。
【００４９】
第１補償部１１’のフィルタ特性を最適化するためには、まず、光モニタ部１５でのモニタ結果を基にして、光増幅器の一次チルト成分が計算により求められる。光増幅器の一次チルト成分は、光周波数νｉと光パワーＰｉとの関係、または、光周波数νｉと光信号対雑音比ＯＳＮＲｉとの関係が一次式：ｙ＝Ｃ＋Ｄ×ｘに従うものと仮定して、最小二乗線形フィッティング法により定数Ｃ，Ｄを決定して求めることができる。この計算は、例えば次に示すような行列式を使用することによって非常に簡単に処理することが可能である。
【００５０】
上記の一次式：ｙ＝Ｃ＋Ｄ×ｘに対して光パワーＰｉまたは光信号対雑音比ＯＳＮＲｉを当てはめると、Ｐｉ＝Ｃ＋Ｄ×νｉまたはＯＳＮＲｉ＝Ｃ＋Ｄ×νｉとなる。これらの関係を行列式にて表現すると、次の（１）式のようになる。
【００５１】
【数１】
2004151227.tif 000003
【００５２】
ここで、８０波のＷＤＭ信号光に対して各々の光周波数の信号光が存在するか否かを表す次の（２）式のような重み行列Ｗを導入し、最小二乗線形フィッティング法を適用する。
【００５３】
【数２】
2004151227.tif 000004
【００５４】
ただし、上記（２）式のｗｉについては、信号光が存在する時にｗｉ＝１、存在しない時にｗｉ＝０とする。
【００５５】
ここで、上記の（１）式に関して次の（３）式に示す行列Ａ，ｂ，ｘを定義する。
【００５６】
【数３】
2004151227.tif 000005
【００５７】
そして、上記の（１）式〜（３）式の関係を用いて重みつき最小二乗方程式を表すと、次の（４）式のようになる。
【００５８】
【数４】
2004151227.tif 000006
【００５９】
この（４）式をｘについて解くと次の（５）式となる。
【００６０】
【数５】
2004151227.tif 000007
【００６１】
従って、（５）式の行列式を計算することにより、ＣおよびＤの値を求めることができる。
【００６２】
上記のような最小二乗線形フィッティング法による（５）式の関係を基に、光モニタ部１５でモニタされる各光周波数νｉに対応した光パワーＰｉまたは光信号対雑音比ＯＳＮＲｉの値を用いて、光増幅器の一次チルト成分が計算により求められる。ここでは、具体的な計算過程の一例として、図９に示したスペクトルについて、図１０に示すように各光周波数νｉに対応した光パワーＰｉをそれぞれ読み取り、各々の値を用いて光増幅器の一次チルト成分を計算した結果を示しておく。
【００６３】
まず、図１０から読み取った各値を前述の（１）式に代入すると、次の（６）式のようになる。
【００６４】
【数６】
2004151227.tif 000008
【００６５】
また、図９に示したようにここではすべての光周波数の信号光が存在するため、前述の（２）式におけるｗ１〜ｗ８０の値はすべて１となる。これらの関係より、前述の（５）式を演算してｘを求めると、次の（７）式のようになる。
【００６６】
【数７】
2004151227.tif 000009
【００６７】
従って、図９に示したモニタ結果に対して、光増幅器の利得の一次チルト成分は、図１０中の実線で示すように、一次傾斜値Ｄ＝０．８９３０７５（ｄＢ／Ｈｚ）を持つ直線で近似される。
【００６８】
次に、上記のような一次チルト成分が第１補償部１１’で補償されるようにフィルタ特性の最適化が図られる。
【００６９】
具体的に、ここでは第１補償部１１’に用いられる線形光フィルタ１１Ａ’として、例えば、利得等化を行う周波数帯域の２倍以上のＦＳＲをもつ長周期フィルタを使用する場合を考える。この場合、長周期フィルタの最適化パラメータはフィルタ特性の振幅および位相となる。このため、長周期フィルタの振幅および位相と一次チルト成分の傾斜値Ｄとの関係式を求めて、フィルタ特性の最適化を行うことが必要となる。このような線形光フィルタ１１Ａ’の最適化は、例えば、以下に示すような最小二乗線形フィッティング法を適用した計算手順に従って行うことが可能である。
【００７０】
線形光フィルタ１１Ａ’として用いられる長周期フィルタの理論式は、純粋な周期フィルタの理論式で近似することができるとして、次の（８）式のような関係で表される。
【００７１】
【数８】
2004151227.tif 000010
【００７２】
ただし、ｓはフィルタの振幅（真値）、ΔνはフィルタのＦＳＲ（ＴＨｚ）、νは光周波数、νｂはフィルタのボトム周波数（ＴＨｚ）である。なお、上記のボトム周波数は、フィルタの減衰量が０ｄＢになるときの周波数を示す値である。
【００７３】
上記の長周期フィルタについても、前述した場合と同様にして、一次式：ｙ＝Ｃ’＋Ｄ’×ｘという関係式を当てはめると、Ｆ（νｉ）＝Ｃ’＋Ｄ’×νｉとなる。この関係式について、信号光の存在する８０波に対して最小二乗線形フィッティング法を適用し、次の（９）式に示す行列式を利用する。
【００７４】
【数９】
2004151227.tif 000011
【００７５】
なお、第１補償部１１’のフィルタ特性の最適化に関しては、すべての光周波数に対してＦ（νｉ）は存在するとして設計を行うことができるため、前述の（２）式に示したような重み行列Ｗを導入する必要はない。
【００７６】
ここで、上記の（９）式について次の（１０）式に示す行列Ａ，ｂ’，ｘ’を定義する。
【００７７】
【数１０】
2004151227.tif 000012
【００７８】
上記の（９）式および（１０）式の関係を用いて最小二乗方程式を表すと、ｂ’＝Ａｘ’となり、この最小二乗方程式をｘ’について解くと次の（１１）式となる。
【００７９】
【数１１】
2004151227.tif 000013
【００８０】
この（１１）式の行列式を計算することで、Ｃ’およびＤ’の値を求めることができる。
【００８１】
また、周期フィルタの性質から明らかなように、フィルタの位相を制御することによって、所要の振幅のフィルタから一次傾斜の絶対値が等しい２つの線形光フィルタを実現することができる。このため、前述の（５）式に従って計算された光増幅器の一次チルト成分の傾きの絶対値｜Ｄ｜と、上記の（１１）式に従って計算される周期フィルタの傾きの絶対値｜Ｄ’｜とが等しくなるように、フィルタの振幅ｓの最適化が図られる。実際には、長周期フィルタの振幅ｓと一次傾斜の絶対値Ｄ’との関係式を求め、その関係式に従って｜Ｄ｜＝｜Ｄ’｜が成り立つように線形光フィルタ１１Ａ’の振幅ｓを最適化すればよい。
【００８２】
長周期フィルタの振幅と一次傾斜の絶対値との関係式は、一般的に複雑なものとなる。このため、（５）式に従って計算された一次傾斜の絶対値｜Ｄ｜からフィルタの振幅ｓを最適化する際には、制御部１６において例えばニュートン法などによる探索を行うことが好適である。また、フィルタの位相については、フィルタの平均挿入損失を最小にするため、（５）式に従って計算された一次傾斜値Ｄが正の場合には、光周波数ν１とフィルタのボトム周波数νｂとが等しくなるようにし（ν１＝νｂ）、一方、一次傾斜値Ｄが負の場合には、光周波数ν８０とフィルタのボトム周波数νｂとが等しくなり（ν８０＝νｂ）となるように制御するのが望ましい。
【００８３】
ここでは、前述の具体例で計算した一次傾斜値Ｄ＝０．８９３０７５に対応させて、線形光フィルタ１１Ａ’の振幅ｓの最適化を図った計算過程を一例として示しておく。
【００８４】
例えば、線形光フィルタ１１Ａ’として用いる長周期フィルタのＦＳＲΔνを１２ＴＨｚ、ボトム周波数νｂを１９１．９５ＴＨｚとすると、上記の（１１）式は、次の（１２）式のようになる。
【００８５】
【数１２】
2004151227.tif 000014
【００８６】
上記の（１２）式より、｜Ｄ｜＝｜Ｄ’｜とするためには、次の（１３）式の関係を満たすことが必要となる。
【００８７】
【数１３】
2004151227.tif 000015
【００８８】
上記の（１３）式をｓについて解けば、線形光フィルタ１１Ａ’の振幅ｓは０．７４９７４と求まる。
【００８９】
図１１は、上記のようにして最適化が図られた線形光フィルタ１１Ａ’のフィルタ特性を示したものである。ただし、図１１の縦軸は線形光フィルタ１１Ａ’における減衰量を負の値で表している。また、このような線形光フィルタ１１Ａ’を通過して一次チルト成分の補償が行われたＷＤＭ信号光は、例えば図１２に示すようなスペクトルとなる。ここで、図１２のスペクトルについても、各光周波数νｉに対応した光パワーＰｉをそれぞれ読み取り、上記の場合と同様の手順に従って一次チルト成分を演算してみると、図１３に示すように傾きＤが略０となっており、第１補償部１１’によって一次チルト成分が効率的に補償されていることが分かる。また、図１０および図１３を比較すると明らかなように、信号光周波数帯域の両端における信号光レベルの偏差も格段に小さく制御できていることが分かる。
【００９０】
上記のようなアルゴリズムに従って第１補償部１１’のフィルタ特性の最適化が完了すると、次に、第２補償部１２’についてのフィルタ特性の最適化が行われる。
【００９１】
具体的には、第１補償部１１’を通過して一次チルト成分が補償されたＷＤＭ信号光が、第２補償部１２’を通過し（この時のフィルタ特性は光周波数に対して平坦な状態）、その一部が光分岐部１４でモニタ光として分岐されて光モニタ部１５に送られる。光モニタ部１５では、上記の図１２に示したような一次チルト成分補償後のＷＤＭ信号光のスペクトルが検出され、各々の光周波数νｉに対応した光パワーＰｉおよび光信号対雑音比ＯＳＮＲｉが制御部１６に伝えられる。
【００９２】
制御部１６では、光モニタ部１５でのモニタ結果を基に、一次チルト成分補償後の信号光パワーの光周波数特性に関するフーリエ級数展開が行われ、フーリエフィルタ１２Ａ’を構成する複数の周期フィルタそれぞれの振幅および位相が最適化される。このフーリエ級数展開法に基づいた第２補償部１２’の最適化のアルゴリズムは、例えば特開２０００−１９９８８０号公報等に記載された設計手法を適用することが可能であり、ここではその概略について簡単に説明する。
【００９３】
フーリエ級数展開法を用いたフィルタ設計では、フーリエフィルタ１２Ａ’を構成する複数の周期フィルタのうちで最も長周期のフィルタのＦＳＲを１とすると、他の周期フィルタのＦＳＲは１／ｎ（ただし、ｎは整数とする）となるように設計される。このとき、最も長周期のフィルタのＦＳＲは、利得等化を行う信号光周波数帯域に余裕周波数帯域を足し合わせて設計される。従来の技術では、通常、余裕周波数帯域は信号光周波数帯域の約半分程度に設定される。しかし、本利得等化器１ｂにおいては、第１利得等化部１１’により信号光周波数帯域の両端部分における信号光レベルの偏差が補償されているため、余裕周波数帯域を非常に狭くすることができる。これにより、フーリエフィルタ１２Ａ’の段数の低減を図ることが可能になる。
【００９４】
具体的に、前述の図１２や図１３に示したような一次チルト成分補償後の信号光パワーの光周波数特性について考えると、信号光周波数帯域は３．９５ＴＨｚであり、この信号光周波数帯域に少しの余裕周波数帯域を設け、最も長周期のフィルタのＦＳＲを５．１ＴＨｚとすることが可能である。この５．１ＴＨｚを基本周期として、他の周期フィルタのＦＳＲを、例えば、２．５５ＴＨｚ、１．７ＴＨｚ、１．２７５ＴＨｚ、１．０２ＴＨｚ、０．８５ＴＨｚおよび０．７２９ＴＨｚに設定して合計７段の周期フィルタの組み合わせによりフーリエフィルタ１２Ａ’を構成する。７段の周期フィルタの各振幅は、信号光パワーの光周波数特性をフーリエ級数展開した結果に応じて、例えば図１４に示すようにそれぞれ個別に設定される。このようにしてＦＳＲおよび振幅の設定された７段の周期フィルタを組み合わせることによって、フーリエフィルタ１２Ａ’のフィルタ特性は、図１５に示すように７段のフィルタの和に相当する形状に最適化される。なお、ここでは７段構成のフーリエフィルタ１２Ａ’を例示したが、本発明におけるフーリエフィルタの段数はこれに限らず、要求される補償精度に応じて適宜に設定することが可能である。
【００９５】
上記のようにしてフィルタ特性が最適化された第２補償部１２’を通過してうねり成分が補償されたＷＤＭ信号光は、例えば図１６に示すようなスペクトルとなる。また、図１６に示すＷＤＭ信号光のスペクトルについて、各光周波数νｉに対応した光パワーＰｉをそれぞれ読み取ってプロットすると図１７のようになる。図１６および図１７から明らかなように、信号光パワーの光周波数間における偏差が非常に高い精度で補償されており、信号光周波数帯域の全体に亘って平坦な信号光パワーを持つＷＤＭ信号光が得られることが分かる。
【００９６】
以上のようにして起動時における第１補償部１１’および第２補償部１２’の各フィルタ特性の最適化が完了した後は、光モニタ部１５でのモニタ結果が制御部１６に随時フィードバックされ、光増幅器の動作状態の変化やＷＤＭ信号光の使用される光周波数の変化などに応じて、起動時と同様のアルゴリズムに従い第１補償部１１’および第２補償部１２’の各フィルタ特性が最適化される。
【００９７】
このように第２実施形態の利得等化器１ｂによれば、上述した第１実施形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、第１補償部１１’および第２補償部１２’の各フィルタ特性を可変にしてフィードバック制御するようにしたことで、光増幅器の利得波長特性の補償をより高い精度で安定して行うことが可能になる。
【００９８】
なお、上述した第１、２実施形態の利得等化器１ａ，１ｂでは、光増幅器の利得波長特性の一次チルト成分を補償する第１補償部１１，１１’を入力側に配置し、うねり成分を補償する第２補償部１２，１２’を出力側に配置してカスケード接続するようにしたが、第１、２補償部の配置を入れ替えて、第２補償部１２，１２’を入力側に配置し、第１補償部１１，１１’を出力側に配置してカスケード接続することも可能である。
【００９９】
次に、上述したような第１、２実施形態の利得等化器１ａ，１ｂを用いて構成した光増幅器について説明する。
【０１００】
図１８は、本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【０１０１】
図１８において、本光増幅器２ａは、例えば、段の光増幅部２１，２２をカスケード接続して光出力の増大を図るようにした公知の構成の光増幅器について、光増幅部２１，２２の段間に上述した第１実施形態の利得等化器１ａを適用したものである。
【０１０２】
この光増幅器２ａは、具体的には、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間に順にカスケード接続した、光増幅部２１、利得等化器（ＧＥＱ）１Ａ、可変光減衰器（ＶＯＡ）２３および光増幅部２２と、光増幅部２１への入力光パワーをモニタするための光分岐部２４Ａおよび受光器（ＰＤ）２５Ａと、光増幅部２１からの出力光パワーをモニタするための光分岐部２４Ｂおよび受光器２５Ｂと、光増幅部２２への入力光パワーをモニタするための光分岐部２４Ｃおよび受光器２５Ｃと、光増幅部２２からの出力光パワーをモニタするための光分岐部２４Ｄおよび受光器２５Ｄと、各光分岐部２４Ａ〜２４Ｄでのモニタ結果に基づいて光増幅部２１，２２および可変光減衰器２３の動作状態を制御する制御回路２６とを備える。
【０１０３】
制御回路２６は、光増幅器２ａへの入力光パワーが変動したときでも、各光増幅部２１，２２の利得波長特性が変化しないように、各々の光増幅部２１，２２の利得を一定に制御するＡＧＣを行うと共に、後段の光増幅部２２に対する入力パワー（および出力パワー）が一定となるように、可変光減衰器２３における減衰量を制御して入力ダイナミックレンジの確保を行う。なお、上記のような光増幅器の制御方式は、従来の光増幅器に適用されている制御方式と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【０１０４】
上記のような構成の光増幅器２ａでは、前段および後段の光増幅部２１，２２の各利得波長特性が、段間に挿入された本発明による利得等化器１ａによって高い精度で補償されるようになる。これにより、本光増幅器２ａは、入力端子ＩＮに入力されるＷＤＭ信号光を所望のレベルまで増幅して、波長間における信号光レベルの揃ったＷＤＭ信号光を出力端子ＯＵＴから出力することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第４実施形態による光増幅器について説明する。
【０１０６】
図１９は、第４実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【０１０７】
図１９において、本光増幅器２ｂは、例えば、前述したような公知の２段増幅構成の光増幅器について、上述の第２実施形態で説明したフィードバック制御ありの利得等化器１ｂを設けたものである。
【０１０８】
この光増幅器２ｂは、具体的には、前段および後段の光増幅部２１，２２の段間に、前述の第２実施形態で説明した可変のフィルタ特性を持つ第１補償部１１’および第２補償部１２’をカスケード接続し、後段の光増幅部２２から出力される増幅光の一部を光分岐部２４Ｄ，１４で分岐して光モニタ部１５に送り、光モニタ部１５でのモニタ結果に基づいて、制御回路２６’により第１補償部１１’および第２補償部１２’の各フィルタ特性をフィードバック制御するようにしたものである。
【０１０９】
上記の光増幅器２ｂでは、フィードバック制御が行われる利得等化器１ｂを適用したことにより、各光増幅部２１，２２の利得波長特性を広い範囲に亘ってダイナミックに補償できるため、前述した第３実施形態の場合のように各光増幅部２１，２２に対するＡＧＣを行う必要はなくなり、各光増幅部２１，２２の出力を一定に制御するＡＰＣを行えばよい。このため、第３実施形態において各光増幅部２１，２２の前段に配置していた光分岐部２４Ａ，２４Ｃおよび受光器２５Ａ，２５Ｃは、本実施形態では省略することが可能となる。また、後段の光増幅部２２への入力パワーを一定にする必要もなくなるため、第３実施形態において各光増幅部２１，２２の間に配置していた可変光減衰器２３についても、本実施形態では省略することが可能となる。
【０１１０】
このように第４実施形態の光増幅器によれば、第１、２補償部１１’，１２’の各フィルタ特性をフィードバック制御する利得等化器１ｂを適用したことによって、より簡素な構成で安定した光増幅を行うことが可能になる。
【０１１１】
なお、上述した第３、４実施形態では、前段および後段の光増幅部２１，２２の間に第１、２補償部を配置した構成について説明したが、本発明の光増幅器の構成はこれに限られるものではない。例えば図２０に示す光増幅器２ｃのように、入力端子ＩＮと前段の光増幅部２１との間に第１、２補償部１１’，１２’を配置してもよい。また、例えば図２１に示す光増幅器２ｄのように、後段の光増幅部２２と光分岐部２４Ｄの間に第１、２補償部１１’，１２’を配置することも可能である。ただし、レベルダイヤやＯＳＮＲ劣化などの点を考慮すると、第１、２補償部１１’，１２’の挿入位置は、図１９に示した光増幅器２ｂのように、各光増幅部２１，２２の間とするのが望ましい。
【０１１２】
次に、上述したような利得等化器１ａ，１ｂまたは光増幅器２ａ〜２ｄを用いて構成したＷＤＭ光伝送システムについて説明する。
【０１１３】
図２２は、本発明の第５実施形態によるＷＤＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【０１１４】
図２２に示すＷＤＭ光伝送システム３ａは、例えば、ＷＤＭ信号光を送受信する光送信装置３１および光受信装置３２の間を光伝送路３３で接続すると共に、該光伝送路３３上に所要の間隔で光増幅器３４を配置してＷＤＭ信号光を中継伝送する公知のシステム構成について、各中継区間の光増幅器３４にそれぞれ対応させて上述の第１、２実施形態に示した利得等化器１ａまたは１ｂ（図中はＧＥＱ１として示す）を配置したものである。
【０１１５】
このようなＷＤＭ光伝送システム３ａでは、各中継区間の光増幅器３４の利得波長特性が各々に対応した利得等化器（ＧＥＱ）１によって高い精度で補償されるようになるため、光送信装置３１および光受信装置３２間におけるＷＤＭ信号光の中継伝送を確実に安定して行うことが可能になる。
【０１１６】
なお、上記第５実施形態のＷＤＭ光伝送システムでは、一般的な光増幅器３４に対応させて本発明の利得等化器を付設する構成としたが、公知のシステム構成における各中継区間の光増幅器３４として、例えば図２３に示すＷＤＭ光伝送システム３ｂのように上述の第３、４実施形態に示した光増幅器２ａ〜２ｄ（図中は光増幅器２として示す）のいずれかを適用するようにしてもよい。
【０１１７】
また、各々の中継区間ごとに利得等化器を配置して利得等化を行う一例を示したが、２つ以上の中継区間についての利得等化を１つの利得等化器によりまとめて行うことも可能である。この場合、例えば図２４に示すＷＤＭ光伝送システム３ｃのように、第１補償部１１’と第２補償部１２’を異なる中継区間に配置し、すなわち、第１補償部１１’および第２補償部１２’の間に光増幅器３４および光伝送路３３が存在するような配置として、異なる中継区間の第１、２補償部１１’，１２’の各フィルタ特性を制御部１６により連動してフィードバック制御することも可能である。
【０１１８】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【０１１９】
（付記１）  光の波長特性を補償する利得等化器であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、
該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償する第２補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【０１２０】
（付記２）  付記１に記載の利得等化器であって、
前記第１補償部および前記第２補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第１補償部および前記第２補償部を通過した光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする利得等化器。
【０１２１】
（付記３）  付記１に記載の利得等化器であって、
前記第１補償部は、前記補償対象波長領域よりも広い自由スペクトル領域を持ち、周期的な損失波長特性が前記補償対象波長領域において単調増加または単調減少する長周期フィルタを備えることを特徴とする利得等化器。
【０１２２】
（付記４）  付記１に記載の利得等化器であって、
前記第２補償部は、自由スペクトル領域が互いに異なる複数の周期フィルタを組み合わせて構成した光フィルタを備えることを特徴とする利得等化器。
【０１２３】
（付記５）  付記２に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果について最小二乗線形フィッティング法を適用して前記補償対象波長領域内の波長特性の一次傾斜値を計算し、前記第１補償部の損失波長特性が前記一次傾斜値に対応した割合で単調増加または単調減少するように、前記第１補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
【０１２４】
（付記６）  付記２に記載の利得等化器であって、
前記制御部は、前記光モニタ部のモニタ結果についてフーリエ級数展開法を適用し、前記第２補償部の各周期フィルタの振幅および位相がフーリエ級数展開の演算結果に対応するように、前記第２補償部に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする利得等化器。
【０１２５】
（付記７）  付記２に記載の利得等化器であって、
前記光モニタ部は、波長多重信号光の各波長に対応した信号光パワーをモニタし、
前記制御部は、前記光モニタ部でモニタされる各波長の信号光パワーを用いた演算処理により前記補償対象波長領域内の波長特性を判断することを特徴とする利得等化器。
【０１２６】
（付記８）  付記２に記載の利得等化器であって、
前記光モニタ部は、波長多重信号光の各波長に対応した光信号対雑音比をモニタし、
前記制御部は、前記光モニタ部でモニタされる各波長の光信号対雑音比を用いた演算処理により前記補償対象波長領域内の波長特性を判断することを特徴とする利得等化器。
【０１２７】
（付記９）  波長多重信号光を一括して増幅する光増幅部と、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅部の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、
該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記光増幅部の利得波長特性を補償する第２補償部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
【０１２８】
（付記１０）  付記９に記載の光増幅器であって、
前記第１補償部および前記第２補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第１補償部および前記第２補償部を通過した波長多重信号光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記光増幅部の利得波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されることを特徴とする光増幅器。
【０１２９】
（付記１１）  付記９に記載の光増幅器であって、
前記第１補償部および前記第２補償部は、カスケード接続された複数の光増幅部の各利得波長特性を補償することを特徴とする光増幅器。
【０１３０】
（付記１２）  付記１１に記載の光増幅器であって、
前記第１補償部および前記第２補償部は、前記カスケード接続された複数の光増幅部の間に配置されることを特徴とする光増幅器。
【０１３１】
（付記１３）  光伝送路上に配置された光増幅器により波長多重信号光を一括して増幅すると共に、前記光増幅器の利得波長特性を利得等化器により補償して中継伝送する光伝送システムであって、
前記利得等化器は、補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有し、前記光増幅器の利得波長特性の直線的な利得成分を補償する第１補償部と、該第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせにより、前記第１補償部で未補償となる前記光増幅器の利得波長特性を補償する第２補償部と、を備えることを特徴とする光伝送システム。
【０１３２】
（付記１４）  付記１３に記載の光伝送システムであって、
前記利得等化器は、前記第１補償部および前記第２補償部が、可変の損失波長特性をそれぞれ有すると共に、
前記第１補償部および前記第２補償部を通過した波長多重信号光をモニタする光モニタ部と、
該光モニタ部のモニタ結果に基づいて前記光増幅器の利得波長特性を判断し、該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御する制御部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【０１３３】
（付記１５）  付記１４に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送路上に複数の光増幅器が配置され、波長多重信号光が複数の中継区間を伝送されるとき、
前記利得等化器は、各中継区間にそれぞれ配置されることを特徴とする光伝送システム。
【０１３４】
（付記１６）  付記１４に記載の光伝送システムであって、
前記光伝送路上に複数の光増幅器が配置され、波長多重信号光が複数の中継区間を伝送されるとき、
前記利得等化器は、前記第１補償部および前記第２補償部が異なる中継区間に配置されることを特徴とする光伝送システム。
【０１３５】
（付記１７）  光の波長特性を補償する利得等化方法であって、
補償対象波長領域について単調増加または単調減少する損失波長特性を有する第１補償部により、前記補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を補償し、
前記第１補償部にカスケード接続する複数の周期フィルタの組み合わせからなる第２補償部により、前記第１補償部で未補償となる前記補償対象波長領域内の波長特性を補償することを特徴とする利得等化方法。
【０１３６】
（付記１８）  付記１７に記載の利得等化方法であって、
前記第１補償部および前記第２補償部を通過した光をモニタし、
該モニタ結果に基づいて前記補償対象波長領域内の波長特性を判断し、
該判断結果に応じて前記第１補償部および前記第２補償部の各損失波長特性をフィードバック制御することを特徴とする利得等化方法。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の利得等化技術によれば、利得等化を行う光について、補償対象波長領域内の波長特性の直線的な利得成分を第１補償部で補償し、その第１補償部で補償されなかったうねり成分を第２補償部で補償するようにしたことで、利得等化を高い精度で効率的に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【図２】同上第１実施形態に用いられる線形光フィルタの具体的な構成の一例を示す図である。
【図３】同上第１実施形態において利得等化の対象となる光増幅器の利得波長特性の一例を示す図である。
【図４】同上第１実施形態において第１補償部で一次チルト成分が補償された後の利得波長特性を示す図である。
【図５】図４の利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタの損失波長特性を示す図である。
【図６】図３の利得波長特性に応じて設計したフーリエフィルタ（従来技術）の損失波長特性を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による利得等化器の構成を示すブロック図である。
【図８】同上第２実施形態に用いられる線形光フィルタの具体的な構成の一例を示す図である。
【図９】同上第２実施形態において起動時にモニタされるＷＤＭ信号光のスペクトル例を示す図である。
【図１０】図９について光周波数に対応した光パワーを読み取り一次チルト成分を計算した結果を示す図である。
【図１１】図１０の結果に対応して最適化された線形光フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図１２】図１１の線形光フィルタを通過して一次チルト成分が補償されたＷＤＭ信号光のスペクトルを示す図である。
【図１３】図１２について光周波数に対応した光パワーを読み取り一次チルト成分を計算した結果を示す図である。
【図１４】上記第２実施形態においてフーリエフィルタを構成する複数の周期フィルタの特性例を示す図である。
【図１５】図１４の各周期フィルタの組み合わせによって得られるフーリエフィルタの特性を示す図である。
【図１６】図１５のフーリエフィルタを通過してうねり成分が補償されたＷＤＭ信号光のスペクトルを示す図である。
【図１７】図１６について光周波数に対応した光パワーを読み取った結果を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第４実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２０】同上第４実施形態に関連する他の構成例を示すブロック図である。
【図２１】同上第４実施形態に関連する別の構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第５実施形態によるＷＤＭ光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図２３】同上第５実施形態に関連する他のシステム構成例を示すブロック図である。
【図２４】同上第５実施形態に関連する別のシステム構成例を示すブロック図である。
【図２５】従来の利得等化器に関する問題点を説明するための図である。
【図２６】従来の利得等化器に関する他の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ    利得等化器（ＧＥＱ）
１１，１１’    第１補償部
１１Ａ    線形光フィルタ
１２，１２’    第２補償部
１２Ａ    フーリエフィルタ
１３    光路
１４    光分岐部
１５    光モニタ部
１６    制御部
２Ａ〜２Ｄ    光増幅器
２１，２２    光増幅部
２３    可変光減衰器（ＶＯＡ）
２４Ａ〜２４Ｄ    光分岐部
２５Ａ〜２５Ｄ    受光器（ＰＤ）
２６    制御回路
ＩＮ    入力端子
ＯＵＴ    出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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