(57)【要約】【課題】所定の透過特性および反射特性を持つ利得等化器を光増幅媒体の後段に備え、波長帯域ごとに光の通過経路を変えるとともに利得等化を行うことにより、部品点数を増加させることなく、複数波長帯域で利得偏差のない増幅が可能な光増幅器を提供する。【解決手段】光増幅部（13A、13B）と、前記光増幅部の後段に接続され前記光増幅部の増幅特性に関係付けられた透過特性および反射特性を有する利得等化器（５Ａ、５Ｂ）とを備え、波長帯域ごとに光の通過経路を変えるとともに利得等化を行う。利得等化器５Ａで反射されなかった光を透過させ、光増幅部１３Ｂの励起光として作用させることにより、効率の良い光増幅を行うことができる。【選択図】図1
2004193587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、
１または複数の光増幅部と、前記光増幅部の後段に接続され前記光増幅部の増幅特性に関係付けられた透過特性および反射特性を有する１または複数の利得等化器とを備え
前記利得等化器は波長帯域ごとに光の通過経路を変えるとともに利得等化を行うことを特徴とする光増幅器。
お
【請求項２】
複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、
第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された前記多重化された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品と、
前記光部品の第２のポートに一端が接続され、前記多重化された光を増幅する第１の光増幅部と、
前記第１の光増幅部の他端に一端が接続された第１の利得等化器と、
前記第１の利得等化器の他端に一端が接続され、前記第１の利得等化器の出力を増幅する第２の光増幅部とを備え、
前記利得等化器は、第２の波長帯域の光を透過し、前記第１の光増幅部の利得特性に関係付けられた連続的な等化特性に基づき第１の波長帯域の光を反射し、前記第１の波長帯域の光で反射しなかった光を透過することを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項２記載の光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第１の利得等化器は前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項２または３記載の光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第２の光増幅部の他端に一端が接続され、前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき反射する第２の利得等化器を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項２または３記載の光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第２の光増幅部の他端に一端が接続され、前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過する第２の利得等化器と、前記光部品の第３のポートの出力と前記第２の利得等化器の他端の出力を合波する合波手段とを備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項５記載の光増幅器であって、前記第２の増幅部は光増幅媒体とアイソレータを備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項５記載の光増幅器であって、前記第２の利得等化器は、前記第２の波長帯域の光における第３の波長帯域の光を前記等化特性に基づき反射し、前記第２の波長帯域の光における第４の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする光増幅器。
【請求項８】
複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、
第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された前記多重化された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品と、
前記光部品の第２のポートに一端が接続され、前記多重化された光を増幅する光増幅部と、
前記第１の光増幅部の他端に一端が接続された利得等化器と、
前記光部品の第３のポートの出力と前記利得等化器の他端の出力を合波する合波手段とを備え、
前記利得等化器は、前記光増幅部の利得特性に関係付けられた連続的な等化特性に基づき第１の波長帯域の光を反射し、第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数波長帯域の光信号を増幅する光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、伝送容量増加と、柔軟なネットワーク形成という需要に対応する手段として、波長多重（WDM）通信システムが利用されている。WDM通信は、複数の波長の光を１本の光ファイバで伝送することにより伝送容量を増大する方式であり、WDM通信の中継器には、複数の波長の光を一括して増幅する特性が求められる。
【０００３】
近年、伝送容量をさらに増加させるために、従来伝送に用いられてきた1.55μm帯（約1530nm〜約1560nm）だけでなく、1.58μm帯（約1570nm〜約1610nm）がWDM通信に用いられている。上記の1.55μm帯、1.58μm帯はそれぞれＣバンドおよびＬバンドとも呼ばれており、両波長帯域を利用するWDM通信システムでは、中継器にも両波長帯域を増幅する特性が求められる。
【０００４】
一般に、中継器に用いられている光増幅媒体の利得は波長に対して一定ではなく、波長多重された信号を一括して増幅する場合、増幅後の各波長の光強度は波長によって異なる。WDM通信システムにより長距離伝送を行う場合、多段階の中継が必要となるが、中継器の光増幅特性が波長によって異なると、波長間の強度差は累積してゆく。WDM信号光において波長間の強度差が大きくなると、信号光を波長ごとに分岐し受信する際、信号対雑音比（SNR）劣化や、受信機の受信レベル設定の問題が生じる。したがって、中継器に用いられる光増幅器には、光増幅媒体の利得波長依存性を補償し、利得が波長に対して平坦である特性が必要となる。
【０００５】
ここで、光増幅媒体として一般に用いられているErを添加した増幅用光ファイバによる光増幅器の、光増幅の特徴について説明する。図１３は、Er添加光ファイバ（Er-doped optical fiber; EDF）単位長さあたりの利得に関する波長特性を、各反転分布率（0.0〜1.0）について示した図である。反転分布率が0.7程度のときの利得特性は、Ｃバンド（約1530nm〜約1560nm）では利得が平坦な波長領域が広く、Ｌバンド（約1570nm〜約1610nm）では利得が波長に対して傾斜し、波長が長くなると利得が減少する。
【０００６】
一方、反転分布率が0.4程度のときの利得特性は、Ｃバンドのうち1550nm以下の波長では利得が負であり、入射したＣバンドの光の一部は吸収される。一方、Ｌバンドでは利得が小さいがその特性が平坦である。したがって、Ｃバンド信号光を増幅し利得平坦とするには、EDFの反転分布率を0.7程度として増幅し、利得等化をすればよいのに対し、Ｌバンドの信号光を増幅し利得平坦とするには、EDFの反転分布率を0.4程度として増幅し、利得等化をすればよい。反転分布率が0.4程度のEDFのＬバンドにおける利得は、反転分布率が0.7程度のEDFのＣバンドにおける利得よりも小さいため、Ｌバンド光を波長に対して平坦に増幅するために必要なEDF長は、Ｃバンド光を波長に対して平坦に増幅するEDF長に比べて長くなる。
【０００７】
（第１の従来例）
複数の波長帯域のWDM信号光を増幅する従来技術の増幅器として、入力信号光を複数の波長帯域に分波し、各波長帯域で増幅をおこなった後、合波する構成が知られている（例えば、特許文献１）。この第１の従来技術の構成では、入力信号光を波長帯域ごとに分波するため、それぞれの増幅器は複数の波長帯域を一度に増幅可能な、広帯域なものでなくても良いという利点がある。
【特許文献１】特開２００１−４４５４６号公報  図９は、第１の従来技術による光増幅器であり、 信号光を８つの波長帯域に分波する分波部８Ａと、分波部８Ａから出力される各波長帯域の信号光をそれぞれ増幅する８つの光増幅部１３Ａ〜１３Ｈと、励起光を発生する励起光源３Ａおよび３Ｂと、各励起光源から出力される励起光を分岐して各光増幅部に入力させる分岐器１２Ａおよび１２Ｂと、各光増幅部から出力される信号光強度を調整する光可変減衰器１４Ａ〜１４Ｈと、各光可変減衰器から出力される信号光を合波する合波部８Ｂと、入力端および出力端に配置される光アイソレータ６Ａおよび６Ｂにより構成される。
【０００８】
光増幅部１３Ａ〜１３Ｈは、励起光源３Ａおよび３Ｂからの光を分岐器１２Ａおよび１２Ｂで分岐した励起光により励起され、光分波器８Ａにより各波長帯域に分波された入力信号光を増幅する。各光増幅部から出力される信号光は、光可変減衰器１４Ａ〜１４Ｈにより強度が調整され、光合波器８Ｂにより合波され、アイソレータ６Ｂを通じて出力する。
【０００９】
（第２の従来例）
次に、入力信号光を波長帯域毎に分波して、複数の波長帯域のWDM信号光を増幅する従来技術の光増幅器として、分波器のアイソレーションが不完全であるのを補うために、分波器の後段にフィルタを接続する構成が知られている（例えば、特許文献２）。この第２の従来技術の構成では、波長帯域ごとに信号光を増幅すればよいことに加え、ある波長帯域の光を増幅する光増幅器が、別の波長帯域の光を増幅する光増幅器から影響を受けないという利点がある。
【特許文献２】特開２００２−５７３８９号公報  図１０は、第２の従来技術による光増幅器の例であり、光カプラ１００、Ｃバンド用光増幅器２００、Ｌバンド用光増幅器３００および光合波器８Ｂを備えている。光カプラ１００は、光分波部８Ａおよび光フィルタ７を備えており、光フィルタ７は、Ｌバンドの光を透過させるとともにＣバンドの光を遮断する。
【００１０】
Ｃバンド用光増幅器２００は、励起光源３Ａおよび３Ｂ、WDMカプラ４Ｃおよび４Ｄ、増幅用光導波路２Ａおよび２Ｂ、光アイソレータ６Ａおよび６Ｂ、利得等化器１５Ａを備える。Ｌバンド用光増幅器３００は、励起光源３Ｃおよび３Ｄ、WDMカプラ４Ｅおよび４Ｆ、増幅用光導波路２Ｃおよび２Ｄ、光アイソレータ６Ｃおよび６Ｄ、利得等化器１５Ｂを備える。光合波器８Ｂは、Ｃバンド用光増幅器２００により光増幅されて出力されたＣバンドの信号光と、Ｌバンド用光増幅器３００により光増幅されて出力されたＬバンドの信号光とを入力し、これらを合波して出力する。
【００１１】
ここで、波長帯域毎に分波して複数の波長帯域を増幅する光増幅器では、長波長側帯域用光増幅器における光増幅の際に生じる逆ASE光は、短波長側帯域のものである場合があり、もし短波長側帯域用光増幅器に入力すれば雑音指数劣化の要因となる。
【００１２】
しかし、第２の従来技術による光増幅器では、Ｌバンド用光増幅器３００より生じた逆ASE光は光フィルタ７により遮断されるので、光分波部８Ａの帯域間アイソレーションが不完全であっても、前記の逆ASE光がＣバンド用光増幅器２００に入力することが防止され、Ｃバンド用光増幅器２００の雑音指数の劣化が抑制される。
【００１３】
（第３の従来例）
また、複数の波長帯域のWDM信号光を増幅し、利得等化をおこなう従来技術の光増幅器として、信号光波長ごとの利得が一定となるように、光ファイバ増幅部に信号光波長ごとに反射手段を設ける構成が知られている（例えば特許文献３）。
【特許文献３】特開平７−２２６５６０号公報  図１１は、この第３の従来技術による光増幅器であり、光サーキュレータ１、回析格子書込み用光ファイバ１６Ａ、増幅用光ファイバ２Ａ、励起光源３Ａ、光合分波器４Ａ、無反射終端１０を備える。回析格子書込み用光ファイバ１６Ａは、その端部に接続される光ファイバと同一の屈折率分布を有しつつ、Ge等をドープして回析格子の形成が容易な光ファイバであり、回折格子９Ａが形成されている。増幅用光ファイバ２Ａは、主としてコア部に光増幅用の活性物質としてErをドープしたEr添加石英系光ファイバであり、回折格子９Ｂ〜９Ｆが形成されている。回折格子９Ａ〜９Ｆは、通常のホログラフィック法や位相格子法に基づいてArレーザ等からの紫外線による干渉縞を照射してクラッド部やコア部に屈折率変化のパターンを生成した光ファイバグレーティングである。これら回折格子９Ａ〜９Ｆは、中心波長λi の反射波長域を十分大きい抑圧比でそれぞれ有する。ただし、ｉ＝０，１，…，５である。
【００１４】
励起光源３Ａから発生した励起光は、光合分波器４Ａを経由して増幅用光ファイバ２Ａを励起する。増幅用光ファイバ２Ａにより吸収されなかった励起光は、回析格子書込み用光ファイバ１６Ａに入射し、回析格子書込み用光ファイバ１６Ａに形成された回折格子９Ａで反射して、再び増幅用光ファイバ２Ａに入射し、増幅用光ファイバ２Ａを励起する。
【００１５】
増幅用光ファイバ２Ａは、光合分波器４Ａからの励起光と、回析格子書込み用光ファイバ１６Ａに形成された回折格子９Ａで反射した励起光により励起される。光サーキュレータ１および回析格子書込み用光ファイバ１６Ａを経由して入射した信号光は励起された増幅用光ファイバ２Ａにより増幅されるが、信号光のうち波長成分λ1 〜λ5 の信号光は増幅用光ファイバ２Ａに形成された回折格子９Ｂ〜９Ｆでそれぞれ反射され、再び増幅されて、回析格子書込み用光ファイバ１６Ａおよび光サーキュレータ１を経由して出射端に出力される。一方、その他の波長成分を含む信号光は増幅用光ファイバ２Ａを通過し、光合分波器４Ａを通じて無反射終端１０に出力される。
【００１６】
ここで、増幅用光ファイバ２Ａにおいて信号光の波長成分λ1 〜λ5 がそれぞれ通過する各ファイバ長Ｌ（λ1 ）〜Ｌ（λ5 ）は、波長λ1 〜λ5 に対する活性物質であるErの吸収・誘導放出断面積に基づき、励起光の強度と活性物質の濃度分布やその他のファイバ構造とを考慮して設定されている。
【００１７】
例えば、これら５つのファイバ長を波長λ1 〜λ5 に対して励起光の入力強度に基づいた光増幅特性の最適値に設定することにより、信号光の波長成分λ1 〜λ5 の各利得Ｇ（λ1 ）〜Ｇ（λ5 ）がそれぞれ最大になる。また、これら５つのファイバ長を励起光の強度に基づいた光増幅特性において降順の配列した利得を有する波長λ1 〜λ5 に対して昇順に配列して設定することにより、信号光の波長成分λ1 〜λ5 の各利得Ｇ（λ1 ）〜Ｇ（λ5 ）が一致する。
【００１８】
（第４の従来例）
さらに、複数の波長帯域のWDM信号光を増幅し、利得等化をおこなう従来技術による光増幅器の構成として、第１の増幅用光ファイバと第２の増幅用光ファイバの間にフィルタを設け、第１の波長帯域の光をフィルタで反射し、第２の波長帯域の光をフィルタで透過させることにより、両波長帯域を分波・合波することなく増幅する構成が知られている（例えば特許文献４、特許文献５）。
【特許文献４】特開２０００−５８９５３号公報
【特許文献５】特開２００２−５７３９２号公報  図１２は、第４の実施例による光増幅器であり、光サーキュレータ１、Ｃバンド用光増幅器１８Ａ、Ｃバンド光を全反射しＬバンド光を透過する反射フィルタ７、Ｌバンド用光増幅器１８Ｂ、Ｌバンド光を全反射する反射ミラー１１を備える。Ｃバンド用光増幅器１８Ａは、Er添加ファイバ２Ａ、励起光源３Ａ、WDMカプラ４Ａ、利得等化器１５Ａを備える。Ｌバンド用光増幅器１８Ｂは、Er添加ファイバ２Ｂ、励起光源３Ｂ、WDMカプラ４Ｂ、利得等化器１５Ｂを備える。利得等化器１５Ａは、主として1.55μｍ帯に属する、異なる波長の信号光の利得を等化するように、即ち、各波長の信号光の信号強度レベルを一定にするように設定され、利得等化器１５Ｂは、1.58μｍ帯に属する複数の信号光の利得を等化するように設定される。
【００１９】
光サーキュレータ１のポートＡに入射したＣバンド光およびＬバンド光は、ポートＢより出射されて光増幅器１８Ａに入射し、Er添加ファイバ２Ａにより光増幅され、利得等化器１５Ａにより利得等化をされ、反射フィルタ７に入射する。反射フィルタ７は、Ｃバンド光を反射し、Ｌバンド光を透過するので、信号光はＣバンド光とＬバンド光に分離される。反射フィルタ７で反射されたＣバンド光は光増幅器１８Ａに再入射し、反射フィルタ７を透過したＬバンド光は光増幅器１８Ｂに入射する。
【００２０】
反射フィルタ７を透過したＬバンド光は、Er添加ファイバ２Ｂで光増幅され、反射ミラー１１により反射されて、再度Er添加ファイバ２Ｂで光増幅され、反射フィルタ７に入射する。反射フィルタ７は、光増幅器１８Ｂからの増幅されたＬバンド光を再び透過して、光増幅器１８Ａに入射する。
【００２１】
このようにして、光増幅器１８Ａで増幅され、反射フィルタ７で反射したＣバンド光と、光増幅器１８Ａで増幅され、反射フィルタ７を経由して光増幅器１８Ｂで増幅され、反射ミラー１１で反射した後、再び光増幅器１８Ｂで増幅され、反射フィルタ７を経由したＬバンド光は、再び光増幅器１８Ａで増幅され、光サーキュレータ１のポートＢに入射し、ポートＣから出力される。これらの増幅の結果として、Ｃバンド光の利得とＬバンド光の利得が等しくなるように、光増幅器１８Ａ、１８Ｂの利得が調整される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
第１の従来例による光増幅器では、波長帯域ごとに信号光を分波した後、各波長帯域で増幅する構成であるので、各波長帯域の光増幅部には広帯域な増幅部が必要ないという利点がある。しかし、波長帯域ごとに励起光源、増幅手段、光強度の調整手段を設ける必要があり、部品点数が増加する。励起光源数を削減するために、励起光源を分岐器により分岐し各光増幅部に入力する構成も可能であるが、波長帯域ごとの自動利得制御（AGC制御）を用いることができなくなる欠点を持つこととなる。
【００２３】
また、分波部の波長帯域ごとのアイソレーションを高く保つことが困難であるため、第２の従来例にあるような、フィルタ等の付加手段が必要となる。
【００２４】
第３の従来例による光増幅器では、増幅用光ファイバ２Ａに光ファイバグレーティング９Ｂ〜９Ｆを形成することにより、信号光の各波長成分が増幅用光ファイバ２Ａを通過するファイバ長を変え、増幅器の各波長に対する利得を等しくしているが、光ファイバグレーティング９Ｂ〜９Ｆは信号光波長ごとに設ける必要があり、使用WDM信号光の波長数の増加や、波長の変更のためには、改めて紫外線照射等により光ファイバグレーティングを設ける必要がある。また、増幅用光ファイバ２Ａに形成された光ファイバグレーティング９Ｂ〜９Ｆは、目的の波長の信号光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特性であるので、反射をする帯域は信号光波長間隔に比べ狭くする必要があるが、信号光波長が変動した場合は目的の信号光が前記光ファイバグレーティングで反射される強度は大幅に減少するという動作不安定性を原理的に有する。なお、特許文献３では目的の波長成分を反射する手段として、光ファイバグレーティングのほかに誘電体多層膜フィルタを挙げているが、誘電体多層膜フィルタでは、信号光波長ごとにフィルタを接続する作業が必要となる。
【００２５】
第４の従来例による光増幅器では、２つの増幅器の間に反射フィルタを設けて、Ｃバンド光とＬバンド光を分離しており、反射フィルタの前段にある利得等化器はＣバンドのみの利得を等化し、反射フィルタの後段にある利得等化器はＬバンドのみの利得を等化すればよいという利点がある。しかし、反射フィルタはＣバンドの光を透過することはないため、反射フィルタにより反射されない前段の光ファイバ増幅器のASE光や励起光は有効活用されない。
【００２６】
本発明は、上記問題点を解消するものであり、所定の透過特性および反射特性を持つ利得等化器を光増幅媒体の後段に備え、波長帯域ごとに光の通過経路を変えるとともに利得等化を行うことにより、部品点数を増加させることなく、複数波長帯域で利得偏差のない増幅が可能な光増幅器を提供する。
【００２７】
また、波長帯域ごとに光の通過経路を変える際に、反射フィルタにより反射されなかった光を透過させ、後段の光増幅媒体の励起光として作用させることにより、励起光の利用効率を高める光増幅器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するために、第１の発明による光増幅器は、複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、１または複数の光増幅部と、前記光増幅部の後段に接続され、前記光増幅部の増幅特性に関係付けられた透過特性および反射特性を持つ１または複数の利得等化器とを備えた光増幅器であって、前記利得等化器は波長帯域ごとに光の通過経路を変えるとともに利得等化を行うことを特徴とする。
【００２９】
これにより、利得等化器で信号光の波長帯域ごとに反射または透過を行い、通過する光増幅部を信号光の波長帯域ごとに変えると同時に、上記反射または透過の際に利得等化を行っている。利得等化器によって波長帯域ごとに、反射をして折り返すか、透過をするかを変えているので、光増幅部が入力信号光に含まれる全ての波長帯域を増幅する広帯域なものでなくても良く、また、反射および透過を行うと同時に利得等化を行うので、柔軟に光増幅部を選択することができるという利点がある。
【００３０】
第２の発明による光増幅器は、複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された前記多重化された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品と、
前記光部品の第２のポートに一端が接続され、前記多重化された光を増幅する第１の光増幅部と、前記第１の光増幅部の他端に一端が接続された第１の利得等化器と、前記第１の利得等化器の他端に一端が接続され、前記第１の利得等化器の出力を増幅する第２の光増幅部とを備えた光増幅器であって、前記利得等化器は、第２の波長帯域の光を透過し、前記第１の光増幅部の利得特性に関係付けられた連続的な等化特性に基づき第１の波長帯域の光を反射し、前記第１の波長帯域の光で反射しなかった光を透過することを特徴とする。
【００３１】
ここで、等化特性とは、光増幅器を構成する構成要素の波長に対する透過特性、反射特性、増幅特性、減衰特性等の特性を組み合わせることにより実現される、光増幅器の入力信号光に対する出力特性のことである。光増幅媒体は、利得の波長依存性を有するが、利得等化器等の波長に対して特性を変化できる素子を組み合わせることにより、上記等化特性を実現している。連続的な等化特性を定めるとは、特定の波長に対して前記等化特性を定めるのではなく、ある特定の範囲の波長に対して前記等化特性を定めるということである。
【００３２】
これにより、第１の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で反射し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路とするとともに、第１の利得等化器の反射特性により利得等化を行っている。第１の利得等化器の反射特性を第１の光増幅部の利得特性と関係付けることにより、光部品の第３のポートから出力される第１の波長帯域の光の波長−強度特性を調整することができる。また、第２の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で透過するという通過経路とし、第１の波長帯域の光とは異なる通過経路としており、第１の波長帯域の光で第１の利得等化器で反射されなかった光を透過させることにより、第２の光増幅部の励起補助等に有効に活用することができる。
【００３３】
第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光は、別の通過経路をとって増幅されるので、第１および第２の光増幅部は双方の波長帯域を十分な強度に増幅できる広帯域なものでなくても良く、柔軟に光増幅部を選択することができる。
【００３４】
第３の発明による光増幅器は、第２の発明の構成による光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第１の利得等化器は前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする。
【００３５】
これにより、第１の利得等化器の透過特性を第１および第２の光増幅部の利得特性と関係付けることで、第２の波長帯域の光の波長−強度特性を調整することができる。
【００３６】
第４の発明による光増幅器は、第２または第３の発明の構成による光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第２の光増幅部の他端に一端が接続され、前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき反射する第２の利得等化器を備えたことを特徴とする。
【００３７】
これにより、第１の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で反射し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路とする一方、第２の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で透過し、第２の光増幅部で増幅し、第２の利得等化器で反射し、第２の光増幅部で再び増幅し、第１の利得等化器で透過し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路としている。このように、第１および第２の波長帯域の光の通過経路を変えることで、第２の波長帯域の光は、第１および第２の光増幅用媒体により２回ずつ増幅されるので、光増幅用媒体や励起光を効率良く使用することができ、光増幅用媒体として増幅用光ファイバを用いる場合は、増幅用光ファイバのファイバ長を約5分の4の長さで済ませることができる。
【００３８】
第５の発明による光増幅器は、第２または第３の発明の構成による光増幅器であって、前記等化特性は前記第１および第２の光増幅部の利得特性に関係付けられており、前記第２の光増幅部の他端に一端が接続され、前記第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過する第２の利得等化器と、前記光部品の第３のポートの出力と前記第２の利得等化器の他端の出力を合波する合波手段とを備えたことを特徴とする。
【００３９】
これにより、第１の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で反射し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路とする一方、第２の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で透過し、第２の光増幅部で増幅し、第２の利得等化器で透過するという通過経路としている。このように、第１および第２の波長帯域の光の通過経路を変えることで、第１の光増幅部により２回増幅されるのは第１の波長帯域の光のみであり、第２の波長帯域の光はさらに第２の光増幅部により１度増幅されるので、第１および第２の光増幅用媒体の特性の設計を、より大きな自由度ですることができる。
【００４０】
第６の発明による光増幅器は、第５の発明の構成による光増幅器であって、前記第２の増幅部は光増幅媒体とアイソレータを備えることを特徴とする。第５の発明の構成においては、第２の増幅部は光増幅媒体を備えており、第２の波長帯域の光は第２の利得等化器を透過するので、第１の利得等化器より後段では信号光の進行方向は一方向であるから、アイソレータを挿入することができる。第６の発明により、例えば、光増幅媒体としてレイリー散乱の大きい増幅用光ファイバを用いた場合であっても、光部品と増幅用光ファイバとの間でループ発振が起こることを防止することができる。
【００４１】
第７の発明による光増幅器は、第５の発明の構成による光増幅器であって、前記第２の利得等化器は、前記第２の波長帯域の光における第３の波長帯域の光を前記等化特性に基づき反射し、前記第２の波長帯域の光における第５の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする。
【００４２】
これにより、第１の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で反射し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路とする一方、第２の波長帯域の光のうち第３の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で透過し、第２の光増幅部で増幅し、第２の利得等化器で反射し、第２の光増幅部で再び増幅し、第１の利得等化器で透過し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路としている。また、第２の波長帯域の光のうち第４の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で透過し、第２の光増幅部で増幅し、第２の利得等化器で透過するという通過経路としている。このように、第１、第３および第４の波長帯域の光の通過経路を変えることで、複数の波長帯域の光を、より大きな自由度で増幅および利得等化することができる。
【００４３】
第８の発明による光増幅器は、複数の異なる波長の信号光が多重化された光を一括して増幅する光増幅器において、第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された前記多重化された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品と、
前記光部品の第２のポートに一端が接続され、前記多重化された光を増幅する光増幅部と、前記第１の光増幅部の他端に一端が接続された利得等化器と、前記光部品の第３のポートの出力と前記利得等化器の他端の出力を合波する合波手段とを備え、前記利得等化器は、前記光増幅部の利得特性に関係付けられた連続的な等化特性に基づき第１の波長帯域の光を反射し、第２の波長帯域の光を前記等化特性に基づき透過することを特徴とする。
【００４４】
第８の発明により、第１の波長帯域の光の通過経路を、第１の光増幅部で増幅し、第１の利得等化器で反射し、第１の光増幅部で再び増幅するという通過経路とするとともに、第１の利得等化器の反射特性により利得等化を行っている。同時に、第２の波長帯域の光の通過経路を、第１の利得等化器で透過するという通過経路とするとともに、第１の利得等化器の透過特性により利得等化を行っている。これにより、両波長帯域の光の増幅を行いながら通過経路を変え、第１の波長帯域に対しては利得等化を行っている。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の光増幅器によれば、所定の透過特性および反射特性を持つ利得等化器を光増幅媒体の後段に備え、波長帯域ごとに反射および透過をして光の通過経路を変えるとともに、利得等化をおこなうことで、複数波長帯域における光増幅が可能となる。さらに、この利得等化手段の特定の波長帯域に対する動作は、出力光強度が一様となる所定の反射特性により第１の波長帯域を反射するとともに、その波長帯域の反射しなかった光を透過することで、第１の波長帯域の反射されなかった信号光や、第１の光増幅媒体が増幅用光ファイバである場合のASE光を、第２の光増幅媒体の励起に利用することができる。
【００４６】
また、個別の波長ごとに光を反射し、反射位置により利得を調整するのではなく、使用波長帯域における所定の透過特性および反射特性により、光を反射および透過させるため、構成が単純であり、信号光波長の増加や、信号光波長の外的要因による変化に対しても対応が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４８】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例の構成を図１に示す。第１の実施例による光増幅器は、第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品１７と、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂと、利得等化器５Ａおよび５Ｂとにより構成される。光部品１７には、サーキュレータ１を備える。サーキュレータ１は、ポートＡに入力した光を、ポートＢから出力し、ポートＢに入力した光をポートＣに出力する。光増幅部１３Ａおよび１３Ｂには、それぞれ、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂ、励起光源３Ａおよび３Ｂ、カプラ４Ａおよび４Ｂを備える。
【００４９】
第１の実施例における光増幅器では、第１の利得等化器５Ａにより反射および透過をする第１の波長帯域としてＣバンドを、第１の利得等化器５Ａを透過し、第２の利得等化器５Ｂを反射する第２の波長帯域としてＬバンドを使用している。また、
増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂとしては、希土類元素を添加した光ファイバや、ラマン散乱効果を起こす光ファイバ、例えば分散補償ファイバ（Dispersion Compensation Fiber；DCF）や分散シフトファイバ（Dispersion Shift Fiber；DSF）を用いることができる。希土類元素を添加した光ファイバは、励起光により添加された希土類元素を励起することで反転分布を形成し、信号光による誘導放出現象を起こすことで、増幅を行う。一方、ラマン散乱効果を起こす光ファイバは、励起光により光ファイバ中に非線形散乱を誘起し、信号光が誘導ラマン散乱されることで、増幅を行う。
【００５０】
以下に、第１の実施例における光増幅器で、ＣバンドおよびＬバンドにそれぞれ波長の異なる15波が波長多重され、信号光強度が-25dBm/chのWDM信号光であり、出力信号光強度を-9.2dBm/chと等しくする構成に基づき説明する。ここでは、利得等化器５ＡのＣバンドにおける平均透過率を48.6%と設定し、第１の増幅用光ファイバ２ＡとしてEr添加光ファイバを2.5m、第２の増幅用光ファイバ２ＢとしてEr添加光ファイバを21.45m用いている。また、励起光源３Ａとして波長0.98μm、出力15mWの半導体レーザーを、励起光源３Ｂとして波長0.98μm、出力18.5mWの半導体レーザーを用いている。励起光源３Ａおよび３Ｂからの励起光により、それぞれカプラ４Ａおよび４Ｂを通じて増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂを励起したときの第１の増幅用光ファイバである増幅用光ファイバ２Ａおよび第２の増幅用光ファイバである増幅用光ファイバ２Ｂの特性を図２に示す。
【００５１】
Ｃバンドの光は、増幅用光ファイバ２Ａで増幅され、利得等化器５Ａで反射され、増幅用光ファイバ２Ａで再び増幅されて出力するので、サーキュレータ１のポートＣより出力されるＣバンドの光は、増幅用光ファイバ２Ａのみにより増幅される。したがって、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性は、Ｃバンドの光を増幅して利得等化することによる出力光の強度−波長特性が平坦となる特性である。図２に示されるように、第１の増幅用光ファイバである増幅用光ファイバ２Ａの特性は、1530nm付近でその利得が最大となった後、1540nm〜1560nmの領域では9（dB）程度の利得となり、長波長となるにしたがって利得は低下し、Ｌバンド（約1570nm〜約1610nm）の波長領域では5（dB）以下となっており、Ｃバンド（約1530nm〜約1560nm）で利得が平坦な領域が広くなる特性である。
【００５２】
第１の実施例による光増幅器では、利得等化器５Ａおよび５Ｂとして誘電体多層膜を用いている。本発明の第１の実施例による光増幅器の連続的な等化特性として、利得等化器５Ａおよび５Ｂの透過特性および反射特性は、サーキュレータ１のポートＣからの出力光強度が波長に対して平坦となるように、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの利得特性と関係付けて定められている。第１の利得等化器５Ａの透過特性および反射特性と第２の利得等化器の反射特性を図３に示す。
【００５３】
サーキュレータ１のポートＣより出力されるＣバンドの光は、光増幅部１３Ａで増幅され、利得等化器５Ａにより反射され、再び光増幅部１３Ａで増幅され、サーキュレータ１に入射する。利得等化器５ＡのＣバンドの反射特性は、光増幅部１３Ａの増幅特性、すなわち増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性に関係付けて定められており、増幅用光ファイバ２Ａを往復して増幅されるＣバンド光のサーキュレータ１のポートＣからの出力光強度が、波長に対して平坦となるように、その特性が定められている。一方、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性は、図２に示されるように波長に対して平坦ではなく、1530nm付近でその利得が最大となった後、1540nm〜1560nmの領域では9（dB）程度の利得となる特性であるので、利得等化器５ＡのＣバンドの光に対する反射特性は、図３○に示されるように、1530nm付近で反射率が0.2以下であり、1540nm〜1560nmの領域では0.5〜0.6程度であり、1560nm付近では1に近づく特性となる。
【００５４】
また、図１３に示されるように、EDFにおいて反転分布率が低い場合、Ｃバンドの光の利得は負であり、吸収されたＣバンドの光は励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。第１の実施例においては、利得等化器５Ａの透過特性を、利得等化器５Ａで反射されなかったＣバンドの光を透過させ、Ｌバンドを増幅する増幅用光ファイバ２Ｂに入射する透過特性とすることにより、励起光を削減することができる。このため、利得等化器５Ａで反射されなかったＣバンドの光はすべて透過するように、利得等化器の透過特性（図３○）を定めている。
【００５５】
カプラ４Ａは、励起光３Ａからの励起光とサーキュレータ１のポートＢからの入力信号光を合波するカプラであり、カプラ４Ｂは、励起光３Ｂからの励起光と利得等化器５Ｂからの光を合波するカプラである。カプラ４Ａおよび４Ｂとしては、3dBカプラや波長多重カプラを用いることができる。信号光の波長帯域が広い本実施例においては、波長多重カプラがより好ましい。
【００５６】
光増幅部１３Ａは、増幅用光ファイバ２Ａ、励起光源３Ａ、およびカプラ４Ａにより構成され、図１に示されるように、一端がサーキュレータ１のポートＢに、他端が利得等化器５Ａに接続されている。光増幅部１３Ｂは、増幅用光ファイバ２Ｂ、励起光源３Ｂ、およびカプラ４Ｂにより構成され、利得等化器５Ａの他端に、他端が利得等化器５Ｂに接続されている。
【００５７】
以下に、入力されたWDM信号光の信号光強度が第１の実施例の各構成において変化する過程を、図４を用いて説明する。なお、図４に示すグラフにおいて、●はサーキュレータ１のポートＡに入力する入力信号光を、○はサーキュレータ１のポートＢから出力した信号光を第１の増幅用光ファイバ２Ａにより増幅した出力信号光を、★は第１の利得等化器５Ａを透過し出力した光を、△は第１の利得等化器５Ａを反射し出力した光を、☆は利得等化器５Ａから出力した光を第２の増幅用光ファイバ２Ｂにより増幅した出力光を、□は第２の利得等化器５Ｂを反射し出力した光を、▽は利得等化器５Ｂから出力した光を第２の増幅用光ファイバ２Ｂにより増幅した出力光を、◆は利得等化器５Ａから出力した光を第１の増幅用光ファイバ２Ａにより増幅した出力光をそれぞれ表す。
【００５８】
図１において、ＣバンドおよびＬバンドの入力信号光（図４●）は、サーキュレータ１のポートＡよりポートＢを経由し、光増幅部１３Ａに入射する。増幅用光ファイバ２Ａは励起光源３Ａからの励起光により励起されており、カプラ４Ａを通じて増幅用光ファイバ２Ａに入射したＣバンドおよびＬバンドの信号光は、図２○に示される特性に従い増幅される。Ｃバンドの光は増幅用光ファイバ２Ａのみで増幅されるため、その利得特性はＣバンドの光の強度が波長に対して平坦となるように定められており、増幅用光ファイバ２ＡのＬバンドにおける利得はＣバンドの利得よりも低い。したがって、増幅用光ファイバ２Ａ通過後の信号光強度（図４○）は、Ｌバンドの強度がＣバンドの強度よりも弱くなっている。
【００５９】
増幅用光ファイバ２Ａを出力した光は、光増幅部１３Ａを出て、利得等化器５Ａに入射し、図３（●○）に示される特性に従い、反射（図４△）および透過（図４★）をする。Ｃバンドにおける利得等化器５Ａの反射特性（図３○）は、光増幅部１３Ａの増幅特性、すなわち、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性（図２●）に関係付けられており、利得等化器５Ａにより反射された光（図４△）が再び増幅用光ファイバ２Ａにより増幅されることで、波長に対して平坦な強度（図４◆のＣバンド領域）となるように定められている。上記反射特性で反射されなかったＣバンドの光は、利得等化器５Ａを透過する（図4★）。一方、Ｌバンドの光は利得等化器５Ａを全て透過する。
【００６０】
利得等化器５Ａを透過したＣバンドおよびＬバンドの光（図４★）は光増幅部１３Ｂに入射し、カプラ４Ｂを通じて増幅用光ファイバ２Ｂに入射する。増幅用光ファイバ２Ｂは励起光源３Ｂからの励起光により励起されており、図２○に示される特性に従いＬバンドの信号光は増幅される。増幅用光ファイバ２Ｂの反転分布率は増幅用光ファイバ２Ａに比べて低くなっており、その増幅特性も図２○に示されるように増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性（図２●）とは大きく異なり、サーキュレータ１のポートＣにおけるＬバンド光の出力強度が波長に対して平坦となるのに必要な利得を、Ｌバンドにおいて有する。図１３に示されるように、EDFにおいて反転分布率が低い場合、Ｃバンドの光の利得は負であり、吸収されたＣバンドの光は励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。第１の実施例においては、利得等化器５Ｂを透過したＣバンドの光は、カプラ４Ｂを通じて入射する励起光源３Ｂからの光とともに、増幅用光ファイバ２Ｂの励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。したがって、増幅用光ファイバ２Ｂの出力（図４☆）には、励起光として作用したＣバンドの光はほとんど含まれない一方、Ｌバンドの信号光は増幅されて出力される。
【００６１】
増幅用光ファイバ２Ｂを出力した光（図４☆）は、光増幅部１３Ｂを出て、利得等化器５Ｂに入射し、図３△に示される特性に従い反射をする。利得等化器５Ｂの反射特性（図３△）は、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂの増幅特性、すなわち、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性（図２●○）と利得等化器５Ａの透過特性（図３●）に関係付けられており、利得等化器５Ｂにより反射されたＬバンドの光（図４□）が再び増幅用光ファイバ２Ｂにより増幅され（図４▽）、利得等化器５Ａを透過し、再び増幅用光ファイバ２Ａにより増幅されることで、波長に対して平坦な強度（図４◆のＬバンド領域）となるように定められている。
【００６２】
サーキュレータ１のポートＣに出力されるＬバンドの光は、利得等化器５Ａおよび５Ｂの双方の利得等化器により透過および反射をするので、双方の利得等化器の反射特性および透過特性により利得等化をできるが、第１の実施例による光増幅器では、利得等化器５ＡによるＬバンド光の利得等化は行わず、利得等化器５Ｂによりに利得等化を行う。すなわち、利得等化器５ＡのＬバンド光の透過率は図３●に示されるように1であり、全部透過するのに対し、利得等化器５ＢのＬバンド光の反射率は、図３△に示されるように1570nm付近では約0.9であり、1580nm付近で1となり、1590nm付近までは0.85程度まで減少し、1600nmより長波長では再び約0.9となる。増幅用光ファイバ２Ａを出力し利得等化器５Ａに入射するとき（図４○）には、Ｃバンドの光とＬバンドの光とでは大きな強度差があるが、図３に示されるように、Ｌバンドの光は、利得等化器５Ａおよび５Ｂを、ほとんど損失を受けずに透過および反射し、増幅用光ファイバ２Ａの入力（Ｃバンド領域△、Ｌバンド領域▽）においては、Ｌバンド光の方が強くなっている。
【００６３】
利得等化器５Ｂを反射した光（図４□）は、再び光増幅器１３Ｂに入射し、増幅用光ファイバ５Ｂにより増幅され（図４▽）、光増幅部１３Ｂを出て、利得等化器５Ａに入射する。利得等化器５ＡのＬバンド光に対する透過率（図３●）は１であるので、光増幅部１３Ｂより利得等化器５Ａに入射した光は全て透過をする。
【００６４】
光増幅部１３Ａで増幅され利得等化器５Ａで反射されたＣバンド光（図４△）と、光増幅部１３Ｂで増幅され（図４▽）利得等化器５Ａを透過したＬバンド光は、再び光増幅部１３Ａに入射し、増幅用光ファイバ２Ａで増幅されて（図４◆）出力光強度が波長に対して平坦となり、サーキュレータ１ポートＢからポートＣを通じて出力される。
【００６５】
上記のように、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂの増幅特性、すなわち、図２に示される増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性と、図３に示される利得等化器５Ａおよび５Ｂの透過特性および反射特性を、サーキュレータ１からの出力光強度が波長に対して平坦となる（図４◆）ように定めることで、ＣバンドおよびＬバンドにおいて利得平坦な光増幅器を構成している。なお、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性は、Er添加濃度、ファイバ長、励起光源の強度等を変化させることにより、定めることができる。
【００６６】
第１の実施例では、利得等化器５ＡのＣバンド平均透過率は48.6%であり、利得等化器５Ａを透過したＣバンドの光は、励起光源３Ｂからの光とともに増幅用光ファイバ２Ｂの励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。これにより、Ｃバンドの光を透過しない場合に較べ、励起光源３Ｂの出力を削減することができる。
【００６７】
【表１】
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本発明の第１の実施例の構成において、利得等化器５ＡのＣバンド光透過率を変化させたときの励起光源３Ｂの出力削減率を表１に示す。第１の利得等化器５Ａの反射特性を図５に、第１の増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性を図６に示す。なお、図３に示されるように、Ｌバンドにおける第１の利得等化器５Ａの反射率は１であるので、図５および図６ではＣバンドのみの特性を示す。
【００６８】
表１において、「透過率」は利得等化器５ＡのＣバンドにおける平均透過率を、「1st EDF長」「2nd EDF長」は所定の利得特性を得るために設定された増幅用光ファイバ２Ａ、２Ｂの長さを、「Ｃバンド透過時励起光」は各透過率における増幅用光ファイバ２Ｂへの励起光源３Ｂからの励起光強度を表している。また、「Ｃバンド非透過時励起光」は、各透過率での利得等化器５Ａの透過特性をＣバンドが非透過となるようにしたときの、励起光源３Ｂからの励起光強度である。Ｃバンド非透過時および透過時の励起光源３Ｂの出力から、「削減比」を算出している。
【００６９】
ここで、第１の実施例における利得等化器５ＡのＣバンドの光に対する反射特性を図４に示される信号光強度と対比すると、増幅用光ファイバ２Ａの利得は、入力信号光（図４●）の強度と順方向増幅後の光（図４○）の強度差、および、利得等化器５Ａの反射光（図４△）の強度と逆方向増幅後の光（図４◆）の強度差として現れている。また、図３（○）に示される利得等化器５Ａの反射特性は、順方向増幅後の光（図４○）の強度から、逆方向増幅後の光（図４◆）の強度と増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性から求められる利得等化器５Ａの反射光（図４△）の強度となるように定められている。したがって、逆方向増幅後の光（図４◆）の強度が波長に対して平坦であることを変えずに、増幅用光ファイバ２Ａの利得特性を変化させる場合、利得等化器５Ａの反射特性を変化させる必要がある。
【００７０】
図６は利得等化器５ＡのＣバンドにおける平均透過率を増加させたときの、増幅用光ファイバ２ＡのＣバンドにおける増幅利得である。Ｃバンドの平均透過率を増加させるのに伴い、利得等化器５Ａに入射するＣバンドの光強度は大きくする必要があり、必要な増幅用光ファイバの利得も大きくなる。Ｃバンドの平均透過率を増加させると、増幅用光ファイバ２Ａの特性は、平均透過率24.7％（図６●）から38.0％（図６△）、48.6％（図６○）となるに従い増加するが、その増加量は波長に対して一様ではなく、1550nm以下の領域、特に1530nm〜1540nmでの増加分は大きい。これは、図１３に示されるように、反転分布率を増加させて単位長さあたりの増幅利得を変化させた時の、増幅利得の増加量が一様ではないためである。
【００７１】
したがって、光増幅器全体の出力強度特性は波長に対して平坦のままＣバンド平均透過率を変化させるためには、増幅用光ファイバ２Ａの特性を変化に対応して、利得等化器５Ａの反射特性を変化させる必要がある。
【００７２】
図５はＣバンド平均透過率を変化させたときの、第１の利得等化器である利得等化器５Ａの反射率である。平均透過率が大となるにつれて、図６に示されるように増幅用光ファイバ２Ａの利得は波長に対して一様ではなく増加するから、利得等化器５Ａの反射率の減少もそれに合わせて一様ではないものとなる。増幅用光ファイバ２Ａの利得増加は1550nm以下の領域、特に1530nm〜1540nmでの増加分は大きいので、利得等化器５Ａの反射率も1550nm以下の領域、特に1530nm〜1540nmでの大きく減少する。
【００７３】
また、図１３に示されるように、Ｃバンド平均透過率を増加させるために、増幅用光ファイバ２Ａの反転分布率を増加させると、Ｌバンド（約1570nm〜約1610nm）の波長領域では利得の波長に対する傾斜が大きくなるので、光増幅器全体の出力強度特性が波長に対して平坦のままとするのに必要な増幅用光ファイバ２Ｂの長さは増加する。
【００７４】
ここで、利得等化器５ＡがＣバンドの光を透過しない場合を考えると、表１に示されるように、Ｌバンドの光を強度が波長に対して平坦となるように増幅するのに必要な増幅用光ファイバ２Ｂの長さは、平均透過率24.7%では20.55m、38.0%では20.97m、48.6%では21.45mと長くなる。増幅用光ファイバ２Ｂの長さが長くなるほど、励起光の吸収も大きくなるので、励起に必要な励起光の出力も大きくなり、、増幅用光ファイバ２Ｂを励起するのに必要な励起光源３Ｂの出力は、平均透過率24.7%では17.0mW、38.0%では17.9mW、48.6%では18.5mWと大きくなる。
【００７５】
一方、利得等化器５ＡがＣバンドの光を透過する場合を考えると、利得等化器５Ａを透過したＣバンドの光は、励起光源３Ｂからの光とともに増幅用光ファイバ２Ｂの励起光として作用するため、Ｃバンドの光を透過しない場合に較べ、励起光源３Ｂの出力を削減することができる。その削減率は表１にあるように、平均透過率24.7%では11.3%、38.0%では15.5%、48.6%では17.1%であり、Ｃバンド非透過時には増幅用光ファイバ２Ｂの長さを長くすると、それに伴い必要な励起強度は増加したのに対し、Ｃバンドの光を透過させることにより、励起強度をほとんど変える必要が無いという効果を有する。
【００７６】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例の構成を図７に示す。第２の実施例による光増幅器は、第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品１７と、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂと、利得等化器５Ａおよび５Ｂとにより構成される。光部品１７には、サーキュレータ１を備える。サーキュレータ１は、ポートＡに入力した光を、ポートＢから出力し、ポートＢに入力した光をポートＣに出力する。光増幅部１３Ａおよび１３Ｂは、それぞれ、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂ、励起光源３Ａおよび３Ｂ、カプラ４Ａ〜４Ｃを備える。また、光増幅部１３Ｂは、利得等化器５Ａおよび５Ｂの間での発振を防止するためのアイソレータ６Ａを備える。
【００７７】
第２の実施例における光増幅器では、第１の利得等化器５Ａにより反射および透過をする第１の波長帯域としてＣバンドを、第１の利得等化器５Ａおよび第２の利得等化器５Ｂを透過する第２の波長帯域としてＬバンドを使用している。サーキュレータ１は、ポートＡに入力したWDM信号光を、ポートＢから出力し、ポートＢに入力した光をポートＣに出力する。
【００７８】
増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂとしては、希土類元素を添加した光ファイバや、ラマン散乱効果を起こす光ファイバ、例えばDCFやDSFを用いることができる。希土類元素を添加した光ファイバは、励起光により添加された希土類元素を励起することで反転分布を形成し、信号光による誘導放出現象を起こすことで、増幅を行う。一方、ラマン散乱効果を起こす光ファイバは、励起光により光ファイバ中に非線形散乱を誘起し、信号光が誘導ラマン散乱されることで、増幅を行う。
【００７９】
第２の実施例においても、第１の実施例と同じく、ＣバンドおよびＬバンドに波長多重された入力光を増幅および利得等化し出力するが、Ｌバンドの光の経路は第１の実施例におけるＬバンドの光の経路とは異なる。すなわち、第１の実施例においてはＬバンドの光は利得等化器５Ｂにより反射をするのに対して、第２の実施例においてはＬバンドの光は利得等化器５Ｂにより透過をする。
【００８０】
利得等化器５Ａおよび５Ｂは誘電体多層膜により形成されている。本発明の第２の実施例による光増幅器の連続的な等化特性として、利得等化器５Ａおよび５Ｂの透過特性および反射特性は、カプラ４Ｃからの出力光強度が波長に対して平坦となるように、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの利得特性と関係付けて定められている。第２の実施例による光増幅器では、Ｌバンドの光は増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂによりそれぞれ一度ずつしか増幅されないため、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性や、利得等化器５Ａおよび５Ｂの透過特性および反射特性は、第１の実施例の特性とは異なる。
【００８１】
なお、第２の実施例において、第２の増幅用光ファイバ２Ｂは利得等化器５Ａからカプラ４Ｂを経由して入射する方向の光のみを増幅するので、光増幅部１３Ｂにアイソレータを備える。これにより、第１および第２の利得等化器の反射、光増幅媒体の端面反射、光増幅媒体による逆ASE光の発生、などによる発振を防止している。
【００８２】
カプラ４Ａは、励起光３Ａからの励起光とサーキュレータ１のポートＢからの入力信号光を合波するカプラであり、カプラ４Ｂは、励起光３Ｂからの励起光と利得等化器５Ｂからの光を合波するカプラである。また、カプラ４Ｃは、サーキュレータ１のポートＣの出力と利得等化器５Ｂの透過出力とを合波するカプラである。カプラ４Ａ〜４Ｃとしては、3dBカプラや波長多重カプラを用いることができる。信号光の波長帯域が広い本実施例においては、波長多重カプラがより好ましい。
【００８３】
図７において、ＣバンドおよびＬバンドの入力信号光は、サーキュレータ１のポートＡよりポートＢを経由し、光増幅部１３Ａに入射する。増幅用光ファイバ２Ａは励起光源３Ａからの励起光により励起されており、カプラ４Ａを通じて増幅用光ファイバ２Ａに入射したＣバンドおよびＬバンドの信号光は増幅される。サーキュレータ１のポートＣより出力されるＣバンドの光は増幅用光ファイバ２Ａのみで増幅されるため、その利得特性はＣバンドの光の強度が波長に対して平坦となるように定められており、増幅用光ファイバ２ＡのＬバンドにおける利得はＣバンドの利得よりも低い。したがって、増幅用光ファイバ２Ａ通過後の信号光強度（図４○）は、Ｌバンドの強度がＣバンドの強度よりも弱くなっている。
【００８４】
増幅用光ファイバ２Ａを出力した光は、光増幅部１３Ａを出て、利得等化器５Ａに入射し、反射および透過をする。第１の実施例と同じく、Ｃバンドにおける利得等化器５Ａの反射特性は、光増幅部１３Ａ、すなわち増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性に関係付けられており、利得等化器５Ａにより反射された光が再び増幅用光ファイバ２Ａにより増幅されることで、波長に対して平坦な強度でカプラ４Ｃを出力するように定められている。上記反射特性で反射されなかったＣバンドの光は、利得等化器５Ａを透過する。一方、Ｌバンドにおける利得等化器５Ａの透過特性は、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂの増幅特性、すなわち、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性と利得等化器５Ｂの透過特性に関係付けられており、利得等化器５Ａを透過した光が増幅用光ファイバ２Ｂにより増幅され、利得等化器５Ｂにより透過されることで、波長に対して平坦な強度でカプラ４Ｃを出力するように定められている。第１の実施例と同様、第２の実施例における利得等化器５Ａの反射特性は、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性が波長に対する変化に応じた特性である。
【００８５】
利得等化器５Ａを透過したＣバンドおよびＬバンドの光は光増幅部１３Ｂに入射し、カプラ４Ｂを通じて増幅用光ファイバ２Ｂに入射する。増幅用光ファイバ２Ｂは励起光源３Ｂからの励起光により励起されており、Ｌバンドの信号光は増幅される。第１の実施例と同様に、増幅用光ファイバ２Ｂの反転分布率は増幅用光ファイバ２Ａに比べて低くなっており、その増幅特性も増幅用光ファイバ２Ａとは大きく異なる。図１３に示されるように、EDFにおいて反転分布率が低い場合、Ｃバンドの光の利得は負であり、吸収されたＣバンドの光は励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。第１の実施例と同様に、第２の実施例においても、利得等化器５Ｂを透過したＣバンドの光は、カプラ４Ｂを通じて入射する励起光源３Ｂからの光とともに増幅用光ファイバ２Ｂの励起光として作用し、Ｌバンドの光を増幅する。したがって、増幅用光ファイバ２Ｂの出力には、励起光として作用したＣバンドの光はほとんど含まれない一方、Ｌバンドの信号光は増幅されて出力される。
【００８６】
増幅用光ファイバ２Ｂを出力した光は、光増幅部１３Ｂを出て、利得等化器５Ｂに入射し、利得等化器５Ｂの透過特性に従い透過をする。利得等化器５Ｂの透過特性は、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂの増幅特性、すなわち増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性と、利得等化器５Ａの透過特性に関係付けられており、利得等化器５Ｂにより透過されたＬバンドの光が、波長に対して平坦な強度でカプラ４Ｃを出力するように定められている。利得等化器５Ｂを透過した光は、カプラ４Ｃに入射をする。
【００８７】
一方、光増幅部１３Ａで増幅され利得等化器５Ａで反射されたＣバンド光は、再び光増幅部１３Ａに入射し、増幅用光ファイバ２Ａで増幅され、サーキュレータ１ポートＢからポートＣを通じてカプラ４Ｃに入射をする。
【００８８】
したがって、光増幅部１３Ａで増幅され、利得等化器５Ａで反射され、再び光増幅部１３Ａで増幅され、利得平坦に増幅されたＣバンド光と、光増幅部１３Ａおよび１３Ｂで増幅され、利得等化器５Ａおよび５Ｂで利得等化され、利得平坦に増幅されたＬバンド光とがカプラ４Ｃに入射され、合波して出力されるので、両波長帯域において利得平坦に増幅された出力光を得ている。
【００８９】
上記のように、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性と、利得等化器５Ａおよび５Ｂの透過特性および反射特性を、カプラ４Ｃからの出力光強度が波長に対して平坦となるように定めることで、ＣバンドおよびＬバンドにおいて利得平坦な光増幅器を構成している。なお、増幅用光ファイバ２Ａおよび２Ｂの増幅特性は、Er添加濃度、ファイバ長、励起光源の強度等を変化させることにより、定めることができる。
【００９０】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施例の構成を図８に示す。第３の実施例による光増幅器は、第１ないし第３のポートを有し、前記第１のポートに入力された光を前記第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光を前記第３のポートに出力する光部品１７と、光増幅部１３Ａと、利得等化器５Ａとにより構成される。光部品１７には、サーキュレータ１を備える。サーキュレータ１は、ポートＡに入力した光を、ポートＢから出力し、ポートＢに入力した光をポートＣに出力する。光増幅部１３Ａは、増幅用光ファイバ２Ａ、励起光源３Ａ、カプラ４Ａおよび４Ｂを備える。
【００９１】
増幅用光ファイバ２Ａとしては、希土類元素を添加した光ファイバや、ラマン散乱効果を起こす光ファイバ、例えばDCFやDSFを用いることができる。希土類元素を添加した光ファイバは、励起光により添加された希土類元素を励起することで反転分布を形成し、信号光による誘導放出現象を起こすことで、増幅を行う。一方、ラマン散乱効果を起こす光ファイバは、励起光により光ファイバ中に非線形散乱を誘起し、信号光が誘導ラマン散乱されることで、増幅を行う。
【００９２】
カプラ４Ａは、励起光３Ａからの励起光とサーキュレータ１のポートＢからの入力信号光を合波するカプラであり、カプラ４Ｂは、サーキュレータ１のポートＣの出力と利得等化器５Ａの透過出力とを合波するカプラである。カプラ４Ａおよび４Ｂとしては、3dBカプラや波長多重カプラを用いることができる。信号光の波長帯域が広い本実施例においては、波長多重カプラがより好ましい。
【００９３】
第３の実施例は、第１および第２の実施例と同じく、ＣバンドおよびＬバンドのWDM信号光を増幅および利得等化するが、増幅を行うのは光増幅部１３Ａ、すなわち増幅用光ファイバ２Ａのみであり、利得等化器５Ａにより反射をする第１の波長帯域としてＣバンドを、利得等化器５Ａを透過する第２の波長帯域としてＬバンドを使用する。
【００９４】
図８において、ＣバンドおよびＬバンドの入力信号光は、サーキュレータ１のポートＡよりポートＢを経由し、カプラ４Ａを通じて増幅用光ファイバ２Ａに入射する。増幅用光ファイバ２Ａは励起光源３Ａからの励起光により励起されており、ＣバンドおよびＬバンドの信号光は増幅される。
【００９５】
増幅用光ファイバ２Ａの出射した光は利得等化器５Ａに入射し、反射および透過をする。Ｃバンドにおける利得等化器５Ａの反射特性は、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性に関係付けられており、利得等化器５Ａにより反射された光が再び増幅用光ファイバ２Ａにより増幅されることで、波長に対して平坦な強度でカプラ４Ｂを出力するように定められている。また、Ｌバンドにおける利得等化器５Ａの透過特性は、増幅用光ファイバ２Ａの増幅特性に関係付けられており、利得等化器５Ａを透過した光が波長に対して平坦となるように定められている。
【００９６】
利得等化器５Ａを透過したＬバンドの光は、カプラ４Ｂに入射する。一方、利得等化器５Ａにより反射されたＣバンド光は、再び増幅用光ファイバ２Ａにより増幅され、サーキュレータ１のポートＢおよびポートＣを通じて、カプラ４Ｂに入射する。カプラ４Ｂにより、Ｃバンド光およびＬバンド光は合波され、両波長帯域において、波長に対して強度特性が平坦な光が出力される。
【００９７】
第３の実施例においては、利得等化器５Ａにより反射をする第１の波長帯域としてＣバンドを、利得等化器５Ａを透過する第２の波長帯域としてＬバンドを使用したが、光増幅部１３Ａおよび利得等化器５Ａの特性を変化させることにより、利得等化器５Ａにより反射をする第１の波長帯域としてＬバンドを、利得等化器５Ａを透過する第２の波長帯域としてＣバンドを使用してもよい。
【００９８】
なお、上記第１〜第３の実施例においては、増幅用光ファイバを前方励起したものを示したが、増幅用光ファイバを後方励起または双方向励起する構成によっても本発明による光増幅器は実施可能である。増幅用光ファイバの励起方法を前方励起から変えることにより、雑音特性や、利得特性、帯域および波長特性を変化させることができる。
また、信号光の強度が波長に対し一次関数的である入力光を、波長に対し平坦な強度とする利得等化器が存在するので、出力光強度が、ＣバンドおよびＬバンドの両波長帯域において平坦となる構成のほかに、出力光の信号光強度が波長に対し一次関数的となる構成であってもよい。
【００９９】
さらに、本発明による光増幅器の出力特性は、光増幅部の増幅特性と利得等化器の反射特性および透過特性により変化させることができるので、出力光の強度が波長に対して平坦であったり、一次関数的であったりするほかに、利得等化器の特性が後段に接続する分散補償器や光増幅器の波長特性に関係付けられていて、後段に接続された分散補償器や光増幅器の出力が平坦であったり、一次関数的であるような特性であってもよい。
【０１００】
また、上記第１〜第３の実施例においては、利得等化器５Ａおよび５Ｂを誘電体多層膜を用いたフィルタとしたが、透過特性と反射特性を定めることのできるフィルタであれば、FBG等のフィルタであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図。
【図２】本発明の第１実施例の第１および第２の増幅用光ファイバの増幅特性を示す特性図。
【図３】本発明の第１実施例の第１の利得等化器の透過特性および反射特性と、第２の利得等化器の反射特性を示す特性図。
【図４】本発明の第１実施例の各段階における信号強度を示す図。
【図５】本発明の第１実施例の構成において、Ｃバンド平均透過率を変化させたときの第１の利得等化器の反射特性を示す図。
【図６】本発明の第１実施例の構成において、Ｃバンド平均透過率を変化させたときの第１の増幅用光ファイバの増幅特性を示す図。
【図７】本発明の第２実施例を示す構成図。
【図８】本発明の第３実施例を示す構成図。
【図９】従来の技術による光ファイバ増幅器を示す構成図。
【図１０】従来の技術による光ファイバ増幅器を示す構成図。
【図１１】従来の技術による光ファイバ増幅器を示す構成図。
【図１２】従来の技術による光ファイバ増幅器を示す構成図。
【図１３】EDFの反転分布率と単位長さあたりの利得特性を示す図。
【符号の説明】
【０１０２】
１：サーキュレータ
２Ａ〜２Ｄ：増幅用光ファイバ
３Ａ〜３Ｄ：励起光源
４Ａ〜４Ｆ：カプラ
５Ａ、５Ｂ：利得等化器
６Ａ〜６Ｄ：アイソレータ
７：フィルタ
８Ａ、８Ｂ：分波器・合波器
９Ａ〜９Ｆ：光ファイバグレーティング
１０：無反射終端
１１：反射鏡
１２Ａ、１２Ｂ：分岐器
１３Ａ〜１３Ｈ：光増幅部
１４Ａ〜１４Ｈ：光可変減衰器
１５Ａ、１５Ｂ：従来例の利得等化器
１６Ａ：FBG書き込み可能な増幅用光ファイバ
１７：光部品
１８Ａ、１８Ｂ：従来例の光増幅器
【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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