(57)【要約】【課題】雑音特性（ＮＦ）の向上とパワー変換効率の向上。【解決手段】エルビウム元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いてＬバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光を増幅する増幅用光ファイバ２と、増幅用光ファイバ２に信号光の伝播方向前方側から励起光を供給する前方励起光供給器３，６と、増幅用光ファイバ２に信号光の伝播方向後方側から励起光を供給する後方励起光供給器４，７とを備えている。前方励起光供給器３，６は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバ２に供給する。後方励起光供給器４，７は、１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光を増幅用光ファイバ２に供給する。【選択図】　図１
2004006634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウム元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いてＬバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向前方側から前記励起光を供給する前方励起光供給器と、
前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向後方側から前記励起光を供給する後方励起光供給器と、
を備え、
前記前方励起光供給器は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものであり、
前記後方励起光供給器は、１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光供給器は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光に替えて、９８０ｎｍ波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと前記後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を、１．４≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦２０にした、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光増幅装置において、
前記前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと前記後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を、１．６≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５にした、
ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光増幅装置において、
前記増幅用光ファイバを、前記前方励起光が供給される前端ファイバ部と、前記後方励起光が供給される後端ファイバ部とに分割し、これらファイバ部の間に、前記前端ファイバ部で増幅された信号光を前記後端ファイバ部に導くとともに前記後方励起光が前記前端ファイバに侵入するのを阻止する後方励起光阻止器を設ける、
ことを特徴とする光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅用光ファイバを用いて信号光を増幅する光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の光信号を高効率に増幅するためには、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバ（エルビウム添加光ファイバ）の長手方向に沿って長く維持することが有効となる。
【０００３】
これに対して、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を増幅用光ファイバに供給すると、高い反転分布状態が得られないものの、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿って長く維持することが可能となる。
【０００４】
これは、信号光（Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ））に非常に近接した波長帯に発光帯が発生するために、十分な反転分布状態になる前にエルビウムイオンの上準位エネルギーが誘導放出されることに起因している。
【０００５】
従来から、Ｌバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の光信号を増幅する光増幅装置においては、パワー変換効率を高めるために上述した特性を活かして１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を用いることが行われている。（特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２９４５１０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにしてパワー変換効率を高めた従来の光増幅装置においても、雑音特性（ＮＦ）が劣化するうえに、増幅用光ファイバとして長いファイバ長を必要とする、という課題がある。以下、説明する。
【０００８】
光増幅装置においては、信号入力パワーが小さければ小さいほど、雑音特性（ＮＦ）を低くするためには高い反転分布状態を必要とする。これに対して、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を用いる従来の構成では、前述したように、高い反転分布状態が得られないという特徴があり、そのため、特に、信号入力パワーが小さい場合に、雑音特性（ＮＦ）が大きく劣化してしまう。
【０００９】
また、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を用いる従来の構成では、発光帯に非常にパワーの大きい励起光と信号光とが共存することになる。このような構成を有する光増幅装置において得られる利得は信号光パワーに対する利得ではなく、（励起光パワー＋信号光パワー）に対する利得となる。光増幅装置においては、増幅対象となる光のパワーが大きい程、その利得は小さくなる。そのため、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍ以外の波長の励起光を用いる場合に比して、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を用いる従来の構成では、信号光に対して要求される利得を満足させるために必要な増幅用光ファイバのファイバ長は長くならざるを得ない。
【００１０】
このように、１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの励起光を用いる従来の構成では、ファイバ長が長くならざるを得ない分、他の波長領域の励起光を用いる構成に比べて、さらにパワー変換効率を高める必要性が増している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するためには、本発明は、エルビウム元素が添加された光ファイバからなり励起光を用いてＬバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向前方側から前記励起光を供給する前方励起光供給器と、前記増幅用光ファイバに信号光の伝播方向後方側から前記励起光を供給する後方励起光供給器とを備えている。前記前方励起光供給器は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである。前記後方励起光供給器は、１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光を前記増幅用光ファイバに供給するものである。
【００１２】
以下、本発明の作用を説明する。信号光のパワー変換効率と増幅用光ファイバ内の反転分布状態とには密接な関係がある。Ｌバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光を増幅する場合には、前述したように、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く存在させることが、高いパワー変換効率を得るうえで好都合となる。また、雑音特性（ＮＦ）と増幅用光ファイバ内の反転分布状態とにも密接な関係があり、増幅用光ファイバの信号入力端を高反転分布状態にすることが、雑音特性（ＮＦ）を低くするうえで好都合となる。
【００１３】
つまり、Ｌバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光を増幅する場合においては、
・比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く維持する、
・増幅用光ファイバの信号入力端だけを高反転分布状態にする、
という二つの条件を満足させれば、高いパワー変換効率と低い雑音特性とを両立させることができる。
【００１４】
図４は、１４８０ｎｍの励起光と１５５５ｎｍの励起光とを、エルビウム元素添加光ファイバ（以下、ＥＤＦという）に導入する場合において、その励起光パワーがファイバ長手方向に沿ってどのように減衰していくかを示す図である。図４において、横軸はＥＤＦ長であり、縦軸は励起光パワーである。なお、図４において、ＥＤＦ長は、励起光入力側のファイバ端を０としてその反対側のファイバ端を１として正規化している。同様に励起光パワーは、励起光入力時を１として正規化している。
【００１５】
図４に示すように、１４８０ｎｍの励起光の減衰率は高く、略等比級数的に減衰する。これに対して、１５５５ｎｍの励起光の減衰率は低く、略等差級数的に減衰し、かつ減衰の傾きは比較的小さい。
【００１６】
このような励起光（１４８０ｎｍ波長光，１５５５ｎｍ波長光）の特性を踏まえれば、増幅用光ファイバに１５５５ｎｍの後方励起光を供給することで、比較的低い反転分布状態を増幅用光ファイバの長手方向に沿ってできるだけ長く維持することが可能となる。また、増幅用光ファイバに１４８０ｎｍの前方励起光を供給することで、増幅用光ファイバの信号入力端だけを高反転分布状態にすることが可能となる。
【００１７】
図５には、増幅用光ファイバに前方励起光として１４８０ｎｍ波長光を供給し、後方励起光として１５５５ｎｍ波長光を供給した場合の各励起光の減衰状態が示されている。なお、図５において、ＥＤＦ長は、前方励起光入力側のファイバ端を０として後方励起光入力側のファイバ端を１として正規化されている。同様に励起光パワーは、励起光入力時を１として正規化されている。
【００１８】
以上の着目点に基づいて本発明では、前方励起光供給器から１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバに供給し、後方励起光供給器から１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光を増幅用光ファイバに供給しており、これにより、本発明は、高いパワー変換効率（故にファイバ長の短尺化が可能）と低い雑音特性とを両立させている。
【００１９】
また、増幅用光ファイバで信号光を増幅する場合には、増幅用光ファイバの内部で生じた自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の一部が、増幅用光ファイバ内で再吸収されることなく増幅された信号光とともにファイバの信号伝播方向に沿って放出される。そのため、信号伝播方向に沿って放出される自然放出光は信号光にとって雑音成分となってその背景レベルを押し上げる。
【００２０】
これに対して本発明では、増幅用光ファイバに対してその信号伝播方向の逆方向に沿って１５５５ｎｍの励起光を供給している。このようにして増幅用光ファイバに１５５５ｎｍの後方励起光を供給すると、増幅用光ファイバ中において励起準位にあるエネルギーが誘導放出される結果、光ファイバ内部において自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは１５５５ｎｍの後方励起光の増幅に消費されてしまう。これにより雑音は吸収されることになる。つまり、光ファイバ内部に残存する自然放出光は前記誘導放出により１５５５ｎｍの後方励起光に吸収されてしまうことになる。そのため、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバから放出される自然放出光の出力レベルは低減されることになり、その分、さらに雑音特性（ＮＦ）が向上する。このように本発明においては、１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光は、雑音抑制光としても機能する。
【００２１】
また、自然放出光となりうるエネルギーを誘導放出により吸収した１５５５ｎｍの後方励起光を用いて信号光の増幅を行うために、その分、さらにパワー変換効率が向上する。このように、パワー変換効率が向上する分、増幅用光ファイバのファイバ長を短くすることが可能となる。
【００２２】
なお、本願発明が対象とする増幅用光ファイバにおいては、１４８０ｎｍ以外に９８０ｎｍ波長帯の励起光を用いても、増幅用光ファイバに反転分布状態を形成することができる。しかも、９８０ｎｍ波長帯の励起光では、高い反転分布状態を形成することができる。そのため、前記前方励起光供給器は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光に替えて、９８０ｎｍ波長帯の前方励起光を前記増幅用光ファイバに供給してもよい。
【００２３】
ここで、本発明の構成においても、雑音特性（ＮＦ）をできる限り低くするためには、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比を最適化する必要がある。これは、次のような理由によっている。
【００２４】
増幅用光ファイバの信号入力端における雑音特性（ＮＦ）を低く維持するためには、前述したように、信号入力端を高反転分布に維持する必要がある。これに対して図４，図５の特性図に示すように、１５５５ｎｍの後方励起光は、増幅用光ファイバを透過しやすい。そのため、後方励起光は増幅用光ファイバの入力端に到達する可能性が高い。信号入力端において、エルビウム（Ｅｒ）の発光波長帯（１５１０ｎｍ〜１６３０ｎｍ）に光が存在すると、信号入力端のファイバ領域が十分な反転分布状態になる前に励起光である１５５５ｎｍ波長光にエルビウムの上準位エネルギーが誘導放出されてしまう。これにより、信号入力端が高反転分布状態とならなくなって、雑音特性（ＮＦ）が劣化する可能性がある。
【００２５】
このような特性を有する本発明の構成において、雑音特性（ＮＦ）を低く維持するためには、次のような条件が必要となる。すなわち、増幅用光ファイバの入力端に後方励起光（１５５５ｎｍ）が到達したとしても、高い反転分布が得られる程度の光量（光強度）を有する前方励起光（１４８０ｎｍ）を増幅用光ファイバの信号光入力端に供給することである。
【００２６】
上記条件は、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を最適化することで満足させることができる。このことを踏まえて、本発明では、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を、１．４≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦２０に設定することで、雑音特性（ＮＦ）を低く維持している。
【００２７】
さらには、雑音特性を最も低く維持できる条件として、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を、１．６≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５に設定している。
【００２８】
また、上述した雑音発生メカニズムに基づけば、後方励起光（１５５５ｎｍ）が増幅用光ファイバの信号入力端に到達しないように阻止できれば、雑音特性（ＮＦ）を低く維持すること可能となる。
【００２９】
そこで、本発明では、前記増幅用光ファイバを、前記前方励起光が供給される前端ファイバ部と、前記後方励起光が供給される後端ファイバ部とに分割し、これらファイバ部の間に、前記前端ファイバ部で増幅された信号光を前記後端ファイバ部に導くとともに前記後方励起光が前記前端ファイバに侵入するのを阻止する後方励起光阻止器を設けている。これにより、雑音特性（ＮＦ）を低く維持できる。なお、後方励起光阻止器の具体例としては、アイソレータやサーキュレータ等が挙げられる。
【００３０】
なお、前方励起光として１５５５ｎｍ波長帯光を供給し、後方励起光として１４８０ｎｍ波長帯光を供給することも考えられるが、この構成は次のような不都合を有している。
【００３１】
この構成を採用した場合、信号入力端には１５５５ｎｍ波長帯の前方励起光だけが存在する可能性が高い。１５５５ｎｍ波長帯の前方励起光では、増幅用光ファイバの信号入力端を高反転分布状態にすることは不可能である。そのため、ノイズ特性（ＮＦ）を向上させることが不可能となる。
【００３２】
また、１５５５ｎｍ波長帯の前方励起光は、前述したように、減衰率が低いために増幅用光ファイバの信号出力端から信号光とともに放出される可能性が高い。このようにして信号出力端から出力される１５５５ｎｍ波長帯の前方励起光はＬバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光にとって雑音成分となる。
【００３３】
このように、前方励起光として１５５５ｎｍ波長帯光を供給し、後方励起光として１４８０ｎｍ波長帯光を供給する構成は、ノイズ特性が劣化するために採用することはできない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１の光増幅装置の構成図である。この光増幅装置１は、双方向励起型の光増幅装置であって、増幅用光ファイバ２と、前方励起光用光源３と、後方励起光用光源４と、第１の合波器６と、第２の合波器７と、アイソレータ９Ａ，９Ｂとを備えている。
【００３５】
増幅用光ファイバ２は、信号源Ａから入力されるＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅している。本実施形態では、ＥＤＦ（エルビウムが添加された光ファイバ）から増幅用光ファイバ２は構成されている。なお、本実施形態では、増幅用光ファイバ２として、リン（Ｐ）が共ドープされたものを用いている。
【００３６】
前方励起光用光源３は、レーザーダイオード等の光源装置から構成されている。前方励起光用光源３は増幅用光ファイバ２に対してその信号光入力端側から供給する１４８０ｎｍ波長帯の励起光（以下、この励起光を前方励起光という）を生成している。後方励起光用光源４はレーザーダイオード等の光源装置から構成されている。後方励起光用光源４は増幅用光ファイバ２に対してその信号光出力端側から供給される１５５５ｎｍ波長帯の励起光（以下、この励起光を後方励起光という）を生成している。
【００３７】
第１の合波器６は、例えばＷＤＭ合波器から構成されており、前方励起光用光源３で生成した前方励起光を増幅用光ファイバ２の入力端側に配置された信号伝播路（通信用光ファイバおよび増幅用光ファイバ２により構成される）に対して、その信号伝播方向に沿って合波している。これにより、第１の合波器６は、増幅用光ファイバ２に対してその信号入力端側から信号伝播方向に沿って前方励起光を供給している。
【００３８】
第２の合波器７は、例えばＷＤＭ合波器から構成されており、後方励起光用光源４で生成した後方励起光を増幅用光ファイバ２の出力端側に配置された信号伝播路に対して、その信号伝播方向の逆方向に沿って合波している。これにより、第２の合波器７は、増幅用光ファイバ２に対してその信号出力端側から信号伝播方向の逆方向に沿って後方励起光を供給している。
【００３９】
本実施形態では、前方励起光用光源３と第１の合波器６とにより前方励起光供給器が構成され、後方励起光用光源４と第２の合波器７とにより後方励起光供給器が構成されている。
【００４０】
以下、この光増幅装置１による信号光の増幅動作を説明する。前方励起光用光源３では、波長１４８０ｎｍの前方励起光を生成する。前方励起光用光源３で生成された前方励起光は、第１の合波器６を経て信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給される。そして、このようにして供給される前方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ２はＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する。
【００４１】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ２における信号伝播方向の前端側部位において実施される。そのため、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは増幅用光ファイバ２中において消費されやすくなり、その分、雑音特性（雑音指数：ＮＦ）が向上するものの、増幅後の信号光も増幅用光ファイバ２中において吸収されやすくなり、そのためにパワー変換効率が若干低下する。
【００４２】
一方、後方励起光用光源４では、波長１５５５ｎｍの後方励起光を生成する。後方励起光用光源４で生成された後方励起光は、第２の合波器７を経て、信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給される。そして、このようにして供給された後方励起光を用いた誘導放出により、増幅用光ファイバ２はＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）の信号光を増幅する。
【００４３】
このとき、信号光の増幅は、主として増幅用光ファイバ２における信号伝播方向の後端側部位において実施される。そのため、増幅後の信号光が増幅用光ファイバ２中において吸収されにくくなり、その分、パワー変換効率が向上する。しかしながら、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーも増幅用光ファイバ２中において消費されにくくなり、その分、雑音特性（ＮＦ）が劣化する。
【００４４】
これに対して光増幅装置１では、前方励起光として１４８０ｎｍ波長帯の光を導入することによる雑音の低減効果と、１５５５ｎｍの後方励起光を導入することによるパワー変換効率の向上効果を発揮する。これにより、光増幅装置１では、雑音特性（ＮＦ）を維持したうえでパワー変換効率が向上する。
【００４５】
なお、雑音特性（ＮＦ）を維持したうえでパワー変換効率が向上する理由の詳細については、課題を解決するための手段において述べた通りである。
【００４６】
しかしながら、光増幅装置１においては、雑音特性（ＮＦ）をさらに低く維持するためには、次のような条件が必要となる。すなわち、増幅用光ファイバ２の入力端に後方励起光（１５５５ｎｍ）が到達したとしても、高い反転分布が得られる程度の光量（光強度）を有する前方励起光（１４８０ｎｍ）を増幅用光ファイバ２の信号光入力端に供給することである。
【００４７】
上記条件は、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を最適化することで満足させることができる。以下、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）の最適化について、図２の特性図を参照して説明する。図２において、横軸は前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を示し、横軸は、雑音指数（ＮＦ）とパワー変換効率とを示している。各特性は、Ｌバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）であって、−３ｄＢｍ，−７ｄＢｍ，−１０ｄＢｍの光信号をそれぞれ増幅した場合のデータである。
【００４８】
まず、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を変動させた場合における雑音指数（ＮＦ）の変動に着目する。一般に、Ｌバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）の光増幅における雑音指数（ＮＦ）としては６ｄＢ以下が必要とされる。この点からみて、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）は、１．４以上がよい。さらに、雑音指数（ＮＦ）は、最適には５．８ｄＢ以下が必要とされる。この点からみて、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）は、１．６以上が最適となる。
【００４９】
次に、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を変動させた場合におけるパワー変換効率の変動に着目する。パワー変換効率が徐々に上昇に向かう変換点は、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）＝２０である。さらに、パワー変換効率が急激に上昇に向かう変換点は、比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）＝７．５である。このように、パワー変換効率からみて、雑音指数（ＮＦ）は、２０以下がよい。さらに比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）は、７．５以下が最適となる。
【００５０】
以上の測定結果を踏まえて、光増幅装置１では、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を、１．４≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦２０に設定することで、パワー変換効率を向上させたうえで雑音特性（ＮＦ）を低く維持している。
【００５１】
さらには、前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）を１．６≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５に設定することで、パワー変換効率と雑音特性（ＮＦ）との最適値が得られる。
【００５２】
また、光増幅装置１では、１５５５ｎｍの後方励起光を第２の合波器７を介して信号伝播方向の逆方向に沿って増幅用光ファイバ２に供給している。このようにして増幅用光ファイバ２に１５５５ｎｍの後方励起光を供給すると、増幅中の増幅用光ファイバ２内において発生する自然放出光は抑制されることになる。つまり増幅用光ファイバ２の内部で発生する自然放出光になりうる励起準位にあるエネルギーは、誘導放出の作用により後方励起光の増幅に使用されてしまうことになる。そのため、増幅用光ファイバ２から信号伝播方向に沿って放出される自然放出光（雑音）の出力レベルは低減されることになる。
【００５３】
波長１４８０ｎｍの前方励起光と１５５５ｎｍの後方励起光とを増幅用光ファイバ２に供給する場合には、自然放出光として波長１５５０ｎｍ波長帯（詳細にいえば、１５２０ｎ〜１５６０ｎｍの波長帯域）の光が発生する。もちろん、この自然放出光は信号光の増幅にとって必要な光である。しかしながら、増幅後に残存する自然放出光は、１５８０ｎｍ以下の信号帯域にとっては雑音となる。
【００５４】
光増幅装置１において後方励起光として供給する１５５５ｎｍの光は、このような波長１５５０ｎｍ波長帯の自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費して雑音を吸収することが可能な特性を有している。そのため、その分でも光増幅装置１は、雑音特性（ＮＦ）が向上する。
【００５５】
また、光増幅装置１は双方向励起型の増幅器を構成している。このような光増幅装置１において、本実施形態では、増幅用光ファイバ２に、その信号出力端側から１５５５ｎｍの後方励起光を供給している。
【００５６】
前方励起により信号光の増幅を実施する場合には、自然放出光は信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出されにくい。しかしながら、この場合、高いパワー変換効率は得られれない。
【００５７】
一方、後方励起により信号光の増幅を実施する場合には、高いパワー変換効率が得られる。しかしながら、この場合、自然放出光となりうる励起準位のエネルギーは、増幅用光ファイバ２の内部において完全に消費されにくい。そのため、そのような励起準位のエネルギーは自然放出光となって、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出されやすい。
【００５８】
このように、双方向励起型である光増幅装置１では、信号伝播方向に沿って増幅用光ファイバ２の出力端から外部に雑音成分として放出される自然放出光は、主として後方励起を行う際に生じ、その発生場所は増幅用光ファイバ２の後端側となる。
【００５９】
そこで光増幅装置１においては、増幅用光ファイバ２に対して、その信号出力端側から１５５５ｎｍ波長帯の光を後方励起光として供給している。これにより、増幅用光ファイバ２の後端側で生じる雑音光（自然放出光）となりうる励起準位のエネルギーを後方励起光によって効率よく消費することが可能となり、その分でも、雑音抑制効果は高まる。
【００６０】
このように、光増幅装置１において増幅用光ファイバ２に供給する１５５５ｎｍ波長帯の後方励起光は言わば雑音抑制光としても機能する。そのため、光増幅装置１では、さらに雑音特性（ＮＦ）が向上する。
【００６１】
このようにして増幅用光ファイバ２に供給される１５５５ｎｍの後方励起光はＬバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）信号光にとって雑音とはならない。それは次の理由によっている。
【００６２】
光増幅装置１においては、増幅用光ファイバ２に対してその信号伝播方向の逆方向に沿って波長１５５５ｎｍの後方励起光を供給している。そのため、波長１５５５ｎｍの後方励起光は、増幅用光ファイバ２を通過する間に、信号光の増幅に寄与するとともに自然放出光となりうる励起準位のエネルギーを消費したのち、増幅用光ファイバの信号入力端から信号光とは逆方向に沿って放出されることになる。したがって、増幅用光ファイバ２内において後方励起光の反射が生じない限り、波長１５５５ｎｍの後方励起光は増幅用光ファイバ２の出力端から信号光に沿って雑音光として放出されることはない。
【００６３】
実施の形態２
図３は、本発明の実施の形態２の光増幅装置の構成図である。この光増幅装置１０の基本構成は、実施の形態１と同様である。そのため、図３において図１と同一ないし同様の部分には同一の符号を付しており、それらに付いての説明は省略する。
【００６４】
この光増幅装置１０が有する増幅用光ファイバ２’は、前端ファイバ部２Ａと後端ファイバ部２Ｂとを直列に接続してなる多段構成としていることに特徴を有している。さらに、この光増幅装置１０は、後方励起光阻止器であるアイソレータ１１を備えている。
【００６５】
アイソレータ１１は、前端ファイバ部２Ａと後端ファイバ部２Ｂとを接続する接続光路１２上に設けられている。アイソレータ１１は、信号光の伝播方向に沿っては光の通過を許容するものの、伝播方向とは逆の方向に沿っては光の通過を遮断する機能を有している。
【００６６】
この光増幅装置１０は次のように動作する。すなわち、光増幅装置１０では、後端ファイバ部２Ｂにおいて、１５５５ｎｍの後方励起光を用いてパワー変換効率の高い信号光増幅が実施される。一方、前端ファイバ部２Ａにおいて、１４８０ｎｍの前方励起光を用いてノイズ特性（ＮＦ）の良好な信号光増幅が実施される。
【００６７】
このような増幅役割分担を実施する光増幅装置１０においては、後端ファイバ部２Ｂに供給された波長１５５５ｎｍの後方励起光の全てが信号光の増幅に用いられることはなく、残余の後方励起光は、信号伝播方向とは逆の方向に沿って後端ファイバ部２Ｂの入力端から前端ファイバ部２Ａに向けて放出される。
【００６８】
このようにして前端ファイバ部２Ａに向けて放出される後方励起光を放置しておくと、前端ファイバ部２Ａの入力端に到達する可能性が高い。信号光（Ｌバンド波長帯域（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ））と略同等の波長域１５５５ｎｍの励起光が信号入力端に存在すると、信号入力端のファイバ領域が十分な反転分布状態になる前に励起光である１５５５ｎｍ波長光にエルビウムの上準位エネルギーが誘導放出されてしまう。これにより、信号入力端が高反転分布状態とならなくなって、雑音特性（ＮＦ）が劣化する可能性がある。
【００６９】
そこで、光増幅装置１０では、前端ファイバ部２Ａと後端ファイバ部２Ｂとの間にアイソレータ１１を設けることで、１５５５ｎｍ波長の後方励起光が前端ファイバ部２Ａに入り込むことを阻止している。これにより光増幅装置１０では、前端ファイバ部２Ａに１５５５ｎｍ波長の後方励起光が入り込むことが無くなって雑音特性（ＮＦ）が向上する。
【００７０】
なお、光増幅装置１０において、さらに雑音特性（ＮＦ）を向上させるためには、前端ファイバ部２Ａの濃度条長積を４ｋｐｐｍ・ｍ以上に設定するのが好ましい。さらには、光増幅装置１０では、前端ファイバ部２Ａに供給する１４８０ｎｍ波長の前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後端ファイバ部２Ｂに供給する１５５５ｎｍ波長の後方励起光光強度Ｐｆｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）は、Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５に設定するのが、パワー変換効率を高く維持するうえで好ましい。これは、実施の形態１において図２を参照して説明したＰｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５がパワー変換効率を高く維持するうえで好ましい理由と同等の理由によっている。
【００７１】
なお、光増幅装置１０では、後方励起後阻止器としてアイソレータ１１を用いたが、この他、サーキュレータから後方励起光阻止器を構成することができる。また、１５５５ｎｍ波長光に対して選択的に損失を与える長周期ファイバグレーティングから後方励起光阻止器を構成することができる。また、前方励起光と信号光（Ｌバンド）とを透過させるものの、１５５５ｎｍ波長域光は分波させる波長分波器から後方励起光阻止器を構成することができる。
【００７２】
上述した実施の形態１，２では、前方励起光用光源３は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を生成して増幅用光ファイバ２に供給している。しかしながら、実施の形態１，２の構成においては、１４８０ｎｍ以外に９８０ｎｍ波長帯の励起光を用いても、増幅用光ファイバ２に反転分布状態を形成することができる。しかも、９８０ｎｍ波長帯の励起光では、高い反転分布状態を形成することができる。そのため、前方励起光用光源３は、１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光に替えて、９８０ｎｍ波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバ２に供給してもよい。ただし、９８０ｎｍ波長帯の前方励起光を用いる場合、実施の形態１において実施している前方励起光の光強度Ｐｆｗｄと後方励起光の光強度Ｐｂｗｄとの比（Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ）の最適化条件（１．４≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦２０もしくは１．６≦Ｐｆｗｄ／Ｐｂｗｄ≦７．５）は適用できない。これらの条件は１４８０ｎｍ波長帯の前方励起光を増幅用光ファイバ２に供給する場合における条件である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雑音特性（ＮＦ）を良好に維持したうで、高いパワー変換効率（故にファイバ長の短尺化が可能）を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の光増幅装置の特性を示す線図である。
【図３】本発明の実施の形態２の光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図４】前方励起の特性と後方励起の特性とを示す線図である。
【図５】前方励起と後方励起とを組み合わせた場合の特性を示す線図である。
【符号の説明】
Ａ　信号源　　　１　光増幅装置　　２　増幅用光ファイバ
２Ａ　前端ファイバ部　２Ｂ　後端ファイバ部　３　前方励起光用光源
４　後方励起用光源　　　６　第１の合波器　　　　　　７　第２の合波器
９Ａ，９Ｂ　アイソレータ　１０　光増幅装置　　　　　　　１１　アイソレータ
１２　接続光路
【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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