(57)【要約】【課題】利得１以下に設定してもノイズ許容値を満足させることができ、１以下の減衰特性から１以上の増幅特性までの有効利得範囲が広い光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】カプラ２、受光素子３、アイソレータ４、ＷＤＭカプラ５、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６、ＷＤＭカプラ７、前方向励起レーザ８、後方向励起レーザ９、アイソレータ１０、光フィルタ１１、カプラ１２、受光回路１３、シーケンス手段１６および最大駆動信号記憶手段１７を有するレーザ駆動制御手段１４、励起レーザ駆動回路１５を備える。【選択図】  図１
2004311682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類添加ファイバの前方向および後方向から励起を行い、出力光をモニタして前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御することにより、出力光を一定にする光ファイバ増幅器であって、
前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時には、初めに前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加させ、駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）になると保持し、続いて後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を最小値（０）から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流（ＩＤＡ）の減少時には、初めに後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少させ、駆動電流（ＩＤＢ）が最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少させるように制御するレーザ駆動制御手段を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記レーザ駆動制御手段は、設定したレベルの出力光（ＬＲ）に対応する基準モニタ信号（ＳＲ）を記憶する基準モニタ信号記憶手段と、前記基準モニタ信号記憶手段から供給される基準モニタ信号（ＳＲ）と出力光（ＬＯ）のレベルをモニタする受光回路から供給されるモニタ信号（ＳＭ）の偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段から供給される偏差信号に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）を流す前方向レーザ駆動手段と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を流す後方向レーザ駆動手段に供給する駆動信号（ＣＤＦ，ＣＤＢ）を所定の順序で発生する駆動信号発生手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記希土類添加ファイバの後方向に信号光のみを通過する光バンドパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
希土類添加ファイバの前方向および後方向から励起を行い、出力光をモニタして前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御することにより、出力光を一定にする光ファイバ増幅器の駆動方法であって、
全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時に、
前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加するステップ（Ｓ１）と、
前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）に達したか否かを判定するステップ（Ｓ２）と、
前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）に保持するステップ（Ｓ３）と、
後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を０から増加するステップ（Ｓ４）と、を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器の駆動方法。
【請求項５】
希土類添加ファイバの前方向および後方向から励起を行い、出力光をモニタして前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御することにより、出力光を一定にする光ファイバ増幅器の駆動方法であって、
全駆動電流（ＩＤＡ）の減少時に、
後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少するステップ（Ｐ１）と、
後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）が０に達したか否かを判定するステップ（Ｐ２）と、
前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少するステップ（Ｐ３）と、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は希土類添加ファイバの前方向および後方向から励起を行い、出力光をモニタして前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御することにより、出力光を一定にする光ファイバ増幅器およびその駆動方法に係り、特に前方向励起レーザを初めに駆動し、更に高い利得を得る場合には、後方向励起レーザを駆動する優先順序を設けることにより、減衰特性から増幅特性までの有効利得範囲が広い光ファイバ増幅器およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来の光ファイバ増幅器の全体構成図を示す。図７において、光ファイバ増幅器５０には、代表的な光ファイバ増幅器としてエルビウム添加光ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が知られている。光ファイバ増幅器５０は、送信機６４から送信された波長１．５５μｍ帯の光信号ＬＳを増幅し、増幅した出力光ＬＯを受信機６６ａ〜６６ｎに送信する。
【０００３】
ケーブルＴＶ配信等のように、光ファイバ増幅器５０と受信機６６ａ〜６６ｎ間には、光分岐路６５が設置され、１台の送信機６４に対して複数の受信機６６ａ〜６６ｎが接続される場合がある。
【０００４】
また、海底ケーブル等のように、伝送距離が長く、１台の送信機６４に対して１台の受信機６６ａが接続され、光ファイバ増幅器５０を多段に使用し、必要回数だけ増幅する場合等、様々な適用例がある。
【０００５】
次に、光ファイバ増幅器５０の動作について説明する。励起レーザ５７，５８から供給される波長１．４８μｍ帯または波長０．９８μｍ帯の励起光をＷＤＭカプラ５４，５６を介してＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５へ入力する。
【０００６】
ＥＤＦ５５内のエルビウム原子（イオン）は、励起光を吸収し、電子のエネルギー順位を増加して反転分布を形成する。この状態で光信号ＬＳがＥＤＦ５５内を通過すると、エネルギーの誘導放出が発生し、光増幅動作となる。
【０００７】
また、励起レーザ５７，５８から励起光がない場合には、ＥＤＦ５５は、逆のメカニズムで光信号ＬＳ（波長１．５５μｍ帯）の吸収体として働くことが知られている。
【０００８】
ＷＤＭカプラ５４，５６は、信号光ＬＳ、出力光ＬＯの経路に励起光を合波してＥＤＦ５５に供給する。アイソレータ５３，５９は、入出力コネクタ等の外部からの反射光を遮断して歪特性の劣化を防止する。
【０００９】
増幅した出力光ＬＯの一部をカプラ６０で分岐し、受光素子６１で受光して電気信号に変換する。光出力モニタ回路６２は、受光素子６１から供給される電気信号のレベルを検出し、検出レベルに基づいて励起レーザ駆動回路６３を制御する。
【００１０】
励起レーザ駆動回路６３は、電流源回路等で構成し、光出力モニタ回路６２から提供される検出レベルに対応した駆動電流を励起レーザ５７，５８に流し、励起レーザ５７，５８からの励起光を調節して出力光ＬＯを所定値ＬＲにする。
【００１１】
カプラ５１および受光素子５２は、光信号ＬＳがない状態で増幅器５０が励起されていると、光信号ＬＳが入力される際、瞬時的に大出力光ＬＯが出力されて受信機６６ａ〜６６ｎが破損する虞があるので、光信号ＬＳの有無を監視して励起レーザ５７，５８からの励起光を制御し、大出力光ＬＯを防止して受信機６６ａ〜６６ｎの破損を回避する。
【００１２】
続いて、光ファイバ増幅器の励起方法について説明する。図８に従来の励起方法の異なる光ファイバ増幅器の構成図を示す。（ａ）図に前方向励起の光ファイバ増幅器、（ｂ）図に後方向励起の光ファイバ増幅器、（ｃ）図に双方向励起の光ファイバ増幅器を示す。
【００１３】
（ａ）図に示す前方向励起光ファイバ増幅器７０は、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５の入力側に対してＷＤＭカプラ５４を介して光信号ＬＳと励起レーザ５７からの励起光を合波して入力する。
【００１４】
また、（ｂ）図に示す後方向励起光ファイバ増幅器７３は、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５の出力側に対してＷＤＭカプラ５６を介して励起レーザ５８からの励起光を入力する。
【００１５】
さらに、（ｃ）図に示す双方向励起光ファイバ増幅器７５は、（ａ）図と（ｂ）図を併せた構成で、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５の入出力側からそれぞれＷＤＭカプラ５４，５６を介して励起レーザ５７，５８からの励起光を入力する。
【００１６】
ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５へ入力する励起光パワーが等しい場合、前方向励起光ファイバ増幅器７０は、ノイズ特性に優れ、後方向励起光ファイバ増幅器７３は、高利得が得られる特徴を有する。また、双方向励起光ファイバ増幅器７５は、両者の中間的な特性が得られる。なお、励起レーザに同一のものを用いた場合、双方向励起光ファイバ増幅器７５は、２つの励起レーザを用いるため、前方向励起光ファイバ増幅器７０または後方向励起光ファイバ増幅器７３に対して約２倍の利得が得られる。
【００１７】
図９に従来の双方向励起光ファイバ増幅器の利得−駆動電流特性図を示す。図９において、利得を出力光ＬＯと光信号ＬＳの比（出力光ＬＯ／光信号ＬＳ）で表わすと、利得に対する駆動電流は、前方向と後方向が等しくなるよう設定するのが一般的である。
【００１８】
また、従来の光ファイバ増幅器は、特開平１０−１７３２６７号公報に開示されているように、双方向励起の光ファイバ増幅器で、前方向励起光と後方向励起光をそれぞれ独立に制御するよう構成している。
【００１９】
このような構成により、ノイズが多くなったら前方向励起光の強度を後方向励起光の強度に対して相対的に増加し、利得が低下した時には後方向励起光の強度を前方向励起光の強度に対して増加することができ、ノイズ特性ならびに高利得特性に優れた光ファイバ増幅器が提供される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ増幅器５０は、▲１▼：使用用途が増幅（利得＞１）に限定される。▲２▼：励起光レベルが低い未飽和領域で使用する場合、出力光ＬＯ（レベル）に対してＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）５５の自然放出光レベルが高く、ノイズ特性が悪化する。以上▲１▼および▲２▼の２つ理由によって実際に使用できるアンプ利得Ｇは、Ｇ≫１の範囲であった。
【００２１】
つまり、光ファイバ増幅器５０の有効利得範囲は、雑音特性の許容値を満足する利得を下限とし、この下限値から最大出力までの範囲に設定されている。
【００２２】
図１０に従来の光ファイバ増幅器の励起レーザの駆動電流−利得特性図を示す。なお、駆動電流は、前方向励起の駆動電流、後方向励起の駆動電流または双方向励起の駆動電流を表わす。図１０において、利得Ｇの有効範囲は１よりも大きい、Ｇ≫１（実線表示）であり、光ファイバ増幅器の有効利得範囲は制約を受けることになる。
【００２３】
例えば、図７に示す光分岐路６５の分岐数が多い仕様で構築されているシステムを少ない分岐数で使用する場合、受信機（例えば、受信機６６ａ）の光受信レベルが高くなり過ぎるため、伝送路に光減衰器を挿入してレベル調整をする必要がある。
【００２４】
また、海底ケーブルのように、長距離伝送で送信機６４と受信機６６ａが１対１で接続されている場合には、伝送距離が短いと受信機６６ａの光受信レベルが高くなり過ぎるため、伝送路に光減衰器を挿入してレベル調整をする必要がある。
【００２５】
特開平１０−１７３２６７号公報に開示された従来の光ファイバ増幅器は、前方向励起光の強度と後方向励起光の強度をそれぞれ独立に設定できるため、図１０に示す利得Ｇが１に近い個所まで利得Ｇを低下させてもノイズ特性を改善できるが、前方向励起光と後方向励起光で利得Ｇを設定する構成のため、ノイズ特性を満足させて利得Ｇを１以下（Ｇ＜１）にするには特性上無理がある。
【００２６】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は利得１以下に設定しても良好なノイズ特性を得ることができ、１以下の減衰特性から１以上の増幅特性までの有効利得範囲が広い光ファイバ増幅器を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係る光ファイバ増幅器は、希土類添加ファイバの前方向および後方向から励起を行い、出力光をモニタして前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御することにより、出力光を一定にする光ファイバ増幅器であって、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時には、初めに前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加させ、駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）になると保持し、続いて後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を最小値（０）から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流（ＩＤＡ）の減少時には、初めに後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少させ、駆動電流（ＩＤＢ）が最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少させるように制御するレーザ駆動制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２８】
この発明に係る光ファイバ増幅器は、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時には、初めに前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加させ、駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）になると保持し、続いて後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を最小値（０）から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流（ＩＤＡ）の減少時には、初めに後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少させ、駆動電流（ＩＤＢ）が最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少させるように制御するレーザ駆動制御手段を備えたので、ノイズ特性が悪化する低利得動作時にはノイズ特性に優れた前方向励起方式、高利得動作時には通常の双方向励起方式となり、１以下の減衰特性から１以上の増幅特性まで有効利得範囲を幅広くすることができる。
【００２９】
また、この発明に係るレーザ駆動制御手段は、設定したレベルの出力光（ＬＲ）に対応する基準モニタ信号（ＳＲ）を記憶する基準モニタ信号記憶手段と、基準モニタ信号記憶手段から供給される基準モニタ信号（ＳＲ）と出力光（ＬＯ）のレベルをモニタする受光回路から供給されるモニタ信号（ＳＭ）の偏差を演算する偏差演算手段と、偏差演算手段から供給される偏差信号（ＳＯ）に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）を流す前方向レーザ駆動手段と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を流す後方向レーザ駆動手段に供給する駆動信号（ＣＤＦ，ＣＤＢ）を所定の順序で発生する駆動信号発生手段とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
この発明に係るレーザ駆動制御手段は、設定したレベルの出力光（ＬＲ）に対応する基準モニタ信号（ＳＲ）を記憶する基準モニタ信号記憶手段と、基準モニタ信号記憶手段から供給される基準モニタ信号（ＳＲ）と出力光（ＬＯ）のレベルをモニタする受光回路から供給されるモニタ信号（ＳＭ）の偏差を演算する偏差演算手段と、偏差演算手段から供給される偏差信号に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）を流す前方向レーザ駆動手段と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を流す後方向レーザ駆動手段に供給する駆動信号（ＣＤＦ，ＣＤＢ）を所定の順序で発生する駆動信号発生手段とを備えたので、モニタ信号（ＳＭ）と基準モニタ信号（ＳＲ）の偏差信号（ＳＯ）に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を所定順序で流し、出力光（ＬＯ）のレベルを設定した値に保つことができ、ノイズ特性に優れた減衰器から利得特性に優れた増幅器へと有効利得範囲を幅広く確保することができる。
【００３１】
さらに、この発明に係る光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバの後方向に信号光のみを通過する光バンドパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【００３２】
この発明に係る光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバの後方向に信号光のみを通過する光バンドパスフィルタを備えたので、ノイズ成分であるＥＤＦの自然放出光を阻止することができ、ノイズ特性を一層改善することができる。
【００３３】
また、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時に、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加するステップ（Ｓ１）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）に達したか否かを判定するステップ（Ｓ２）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）に保持するステップ（Ｓ３）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を０から増加するステップ（Ｓ４）とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時に、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加するステップ（Ｓ１）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）に達したか否かを判定するステップ（Ｓ２）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）に保持するステップ（Ｓ３）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を０から増加するステップ（Ｓ４）とを備えたので、駆動電流の増加に対してノイズに優れた減衰特性から利得に優れた増幅特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【００３５】
さらに、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の減少時に、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少するステップ（Ｓ５）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）が０に達したか否かを判定するステップ（Ｓ６）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少するステップ（Ｓ７）とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の減少時に、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少するステップ（Ｐ１）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）が０に達したか否かを判定するステップ（Ｐ２）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少するステップ（Ｐ３）とを備えたので、駆動電流の減少に対して利得に優れた増幅特性からノイズに優れた減衰特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る光ファイバ増幅器の一実施の形態要部ブロック構成図である。なお、本発明は前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの駆動電流を制御し、１を下回る減衰量を有する減衰特性および１を超える利得を有する増幅特性を兼ね備えた有効利得範囲が広い光ファイバ増幅器を提供するものである。
【００３８】
図１において、光ファイバ増幅器１は、カプラ２、受光素子３、アイソレータ４、ＷＤＭカプラ５、希土類添加ファイバであるＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６、ＷＤＭカプラ７、前方向励起レーザ８、後方向励起レーザ９、アイソレータ１０、光フィルタ１１、カプラ１２、受光回路１３、レーザ駆動制御手段１４、励起レーザ駆動回路１５を備える。
【００３９】
光ファイバ増幅器１は、入力端子Ａから入力される波長１．５５μｍの光信号ＬＳを増幅または減衰し、出力端子Ｂから出力光ＬＯを出力する。
【００４０】
前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９から波長１．４８μｍ帯または０．９８μｍ帯の励起光をＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６へ入力し、エルビウム原子（イオン）を励起させる。励起状態にあるＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６内を光信号ＬＳが通過すると誘導放出が発生する。
【００４１】
前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９からの励起光が無い場合、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６は、光信号ＬＳの吸収体として動作する性質を備える。励起光が微少な場合、誘導放出よりも光吸収が上回り、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６を通過する光信号ＬＳは減衰（利得Ｇ＜１）し、光ファイバ増幅器１は減衰器として動作する。
【００４２】
励起光を増加していくと、誘導放出が増加し、光吸収（減衰）は低下していく。さらに、励起光を増加すると誘導放出が光吸収（減衰）を上回り、光信号ＬＳは増幅（利得Ｇ＞１）され、光ファイバ増幅器１は増幅器として動作する。
【００４３】
前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９からの励起光によって減衰（利得Ｇ＜１）または増幅（利得Ｇ＞１）された光信号ＬＳは、光バンドパスフィルタを構成する光フィルタ１１で出力光ＬＯ成分のみが通過し、ノイズである他の光は阻止されて出力光ＬＯのノイズ特性が改善される。光フィルタ１１を通過した出力光ＬＯは、カプラ１２により一部が受光回路１３でモニタされ、残りは出力端子Ｂから外部に出力される。
【００４４】
受光回路１３は、受光素子、演算機能、データテーブル等を備え、カプラ１２から供給される出力光ＬＯ成分の一部を電気信号に変換し、変換した電気信号に対応したフィードバック制御に必要なモニタ信号ＳＭをデータテーブルから読出してレーザ駆動制御手段１４に供給する。
【００４５】
フィードバック制御に必要なモニタ信号ＳＭとは、入力される光信号ＬＳのレベル変化に拘わらず、常に一定の出力光ＬＯを保つようにフェードバック系を構成するために、出力光ＬＯが低下した場合には励起レーザ駆動電流を増加させ、一方、出力光ＬＯが増加した場合には励起レーザ駆動電流を減少させて前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９の励起光を調整するようにレーザ駆動制御手段１４で制御する。
【００４６】
なお、光ファイバ増幅器１のフィードバック系は、カプラ１２→受光回路１３→レーザ駆動制御手段１４→励起レーザ駆動回路１５→（前方向励起レーザ８、ＷＤＭカプラ５、ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）６、後方向励起レーザ９、ＷＤＭカプラ７）→アイソレータ１０→光フィルタ１１のループで構成する。
【００４７】
レーザ駆動制御手段１４は、受光回路１３から供給されるモニタ信号ＳＭに基づいて駆動信号ＣＤＦおよび駆動信号ＣＤＢをそれぞれ前方向レーザ駆動手段および後方向レーザ駆動手段を構成する励起レーザ駆動回路１５に供給し、励起レーザ駆動回路１５が前方向励起レーザ８に駆動電流ＩＤＦ、後方向励起レーザ９に駆動電流ＩＤＢを流すように制御する。
【００４８】
また、レーザ駆動制御手段１４は、前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦと後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを、全駆動電流ＩＤＡ（＝ＩＤＦ＋ＩＤＢ）の増加時には、初めに前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦを増加させ、駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭになると保持し、続いて後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを０から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流ＩＤＡ（＝ＩＤＦ＋ＩＤＢ）の減少時には、初めに後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを減少させ、駆動電流ＩＤＢが最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭから減少させるように制御する。
【００４９】
図２はこの発明に係るレーザ駆動制御手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図２において、レーザ駆動制御手段１４は、演算機能、記憶手段、比較機能、レベル保持機能、順序機能等のハードまたはソフトで構成し、基準モニタ信号記憶手段１６、偏差演算手段１７、駆動信号発生手段１８を備える。
【００５０】
基準モニタ信号記憶手段１６は、ＲＡＭ等の書換え可能なメモリで構成し、設定したレベルの出力光ＬＲに対応するモニタ信号ＳＭを基準モニタ信号ＳＲとして記憶する。なお、基準モニタ信号ＳＲは、設定したレベルの出力光ＬＲによって異なる。
【００５１】
偏差演算手段１７は、減算機能や減算器を備え、基準モニタ信号記憶手段１６から供給される基準モニタ信号ＳＲと受光回路１３から供給されるモニタ信号ＳＭとの偏差（ＳＭ−ＳＲ）を演算し、偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）を駆動信号発生手段１８に供給する。
【００５２】
偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）＜０である場合、まず、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａを駆動信号ＣＤＦで駆動し、場合によっては駆動信号ＣＤＦの最大値ＳＤＦＭで駆動して駆動電流ＩＤＦの最大値ＩＦＭを流すとともに、後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂも駆動信号ＣＤＢで駆動し、駆動電流ＩＤＢを流し、前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９の双方を駆動して高い利得を得ることになる。
【００５３】
また、偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）＞０の場合、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａを少ない駆動信号ＣＤＦで駆動して小さな駆動電流ＩＤＦを流し、前方向励起レーザ８のみを駆動し、後方向励起レーザ９を駆動しない状態で低い利得を得ることになる。
【００５４】
偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）＜０の場合、初めに前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａを駆動し、駆動電流ＩＤＦの最大値ＩＦＭを流しても、さらに駆動電流が必要な場合に駆動電流ＩＤＢを後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂに流すように、駆動信号ＣＤＦの発生と駆動信号ＣＤＢの発生に順序を設ける。
【００５５】
駆動信号発生手段１８は、偏差演算手段１７から供給される偏差信号ＳＯに基づいて初めに駆動信号ＣＤＦを発生し、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａに供給して駆動電流ＩＤＦを前方向励起レーザ８に流し、前方向励起レーザ８から励起光を発生させる。
【００５６】
また、駆動信号発生手段１８は、偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）＜０のままである場合には、駆動信号ＣＤＦを更に増加して最大値ＣＤＦＭになると、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａに駆動電流ＩＤＦの最大値ＩＦＭを流し、前方向励起レーザ８から最大の励起光を発生させて前方向励起レーザ８の取り得る最大の利得となる。
【００５７】
さらに、駆動信号発生手段１８は、偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）＜０のままである場合には、がより一層大きい場合には、駆動信号ＣＤＦを最大値ＣＤＦＭに保持した状態にし、続いて駆動信号ＣＤＢを発生し、後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂに供給して駆動電流ＩＤＢを後方向励起レーザ９に流し、後方向励起レーザ９から励起光を発生させる。
【００５８】
従って、初期状態で偏差信号ＳＯが非常に小さい場合には、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａに最大の駆動電流ＩＤＦ（＝最大値ＩＦＭ）を流して前方向励起レーザ８から最大の励起光を発生させるとともに、後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂにも駆動電流ＩＤＢを流して後方向励起レーザ９からも励起光を発生させ、高利得を得ることができる。
【００５９】
この状態から、例えば光入力信号ＬＳのレベルが増加し、モニタ信号ＳＭが増加した場合には、偏差信号ＳＯが増加するため、初めに駆動信号ＣＤＢを減少させて後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂに流れる駆動電流ＩＤＢを減少させ、駆動電流ＩＤＢが０になると後方向励起レーザ９から発生する励起光が停止する。
【００６０】
また、偏差信号ＳＯ＞０である場合、続いて駆動信号ＣＤＦを最大値ＣＤＦＭから減少させ、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａに流れる駆動電流ＩＤＦも最大値ＩＦＭから減少し、前方向励起レーザ８からの励起光が減少して利得が低下する。
【００６１】
従って、偏差信号ＳＯが増加する方向に変化した場合には、後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂの駆動電流ＩＤＢを減少させて後方励起レーザ９の励起光を減少し、駆動電流ＩＤＢが０になると、前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａの駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭから減少させ、前方向励起レーザ８の励起光を減少させて利得を低下する。
【００６２】
偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）は、フィードバック系の制御により、モニタ信号ＳＭが基準モニタ信号ＳＲと一致（ＳＭ＝ＳＲ）した時点で、駆動電流ＩＤＦおよび駆動電流ＩＤＢが保持され、この保持状態は、入力光信号ＬＳが変化してモニタ信号ＳＭも変化し、基準モニタ信号ＳＲとの間にアンバランスが発生するまで継続する。
【００６３】
このように、この発明に係るレーザ駆動制御手段１４は、設定したレベルの出力光（ＬＲ）に対応する基準モニタ信号（ＳＲ）を記憶する基準モニタ信号記憶手段１６と、基準モニタ信号記憶手段１６から供給される基準モニタ信号（ＳＲ）と出力光（ＬＯ）のレベルをモニタする受光回路から供給されるモニタ信号（ＳＭ）の偏差を演算する偏差演算手段１７と、偏差演算手段１７から供給される偏差信号ＳＯに基づいて前方向励起レーザ８に駆動電流（ＩＤＦ）を流す前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）１５ａと後方向励起レーザ９に駆動電流（ＩＤＢ）を流す後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）１５ｂに供給する駆動信号（ＣＤＦ，ＣＤＢ）を所定の順序で発生する駆動信号発生手段１８とを備えたので、モニタ信号（ＳＭ）と基準モニタ信号（ＳＲ）の偏差信号（ＳＯ）に基づいて前方向励起レーザ８に駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザ９に駆動電流（ＩＤＢ）を所定順序で流し、出力光（ＬＯ）のレベルを設定した値に保つことができ、ノイズ特性に優れた減衰器から利得特性に優れた増幅器へと有効利得範囲を幅広く確保することができる。
【００６４】
図３はこの発明に係る駆動電流と利得の関係図である。図３において、駆動電流ＩＤＦが増加し、最大値ＩＦＭに達すると、続いて駆動電流ＩＤＢが０から増加する順序で全駆動電流ＩＤＡが増加する。駆動電流ＩＤＦの増加に伴い、前方向励起レーザ８が駆動されて励起光を発生し、利得ＧがＧ０〜Ｇ１まで増加する。続いて、駆動電流ＩＤＢの増加に伴い、後方向励起レーザ９が駆動されて励起光を発生し、利得ＧがＧ１〜Ｇ２まで増加する。
【００６５】
前方向励起レーザ８の励起光を使用する利得Ｇ０〜１までは、利得１以下（Ｇ≦１）なので、減衰器（減衰特性）として動作し、利得１〜Ｇ１までは、利得１を超える（Ｇ＞１）ため、増幅器（増幅特性）として動作する。
【００６６】
利得Ｇ＝１近傍およびこれ以下の特性は、ノイズ特性（Ｓ／Ｎ比）が劣化するが、前方向励起の前方向励起レーザ８の励起光を用いるため、従来よりもノイズを改善して低利得側の使用領域を広げることができる。
【００６７】
一方、前方向励起レーザ８および後方向励起レーザ９の両方の励起光を使用する利得Ｇ１〜Ｇ２までは、利得１を超える（Ｇ≫１）ため、増幅特性に優れた増幅器として動作する。
【００６８】
減衰特性を含む低利得時には、ノイズ特性（Ｓ／Ｎ比）に優れた前方向励起レーザ８の励起光のみを使用し、高利得時には、増幅特性に優れた後方向励起レーザ９の励起光も使用するので、減衰特性から増幅特性までの有効利得範囲を幅広く設定することができる。
【００６９】
このように、この発明に係る光ファイバ増幅器１は、前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦと後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを、全駆動電流ＩＤＡ（＝ＩＤＦ＋ＩＤＢ）の増加時には、初めに前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦを増加させ、駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭになると保持し、続いて後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを最小値（０）から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流ＩＤＡ（＝ＩＤＦ＋ＩＤＢ）の減少時には、初めに後方向励起レーザ９の駆動電流ＩＤＢを減少させ、駆動電流ＩＤＢが最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭから減少させるように制御するレーザ駆動制御手段１４を備えたので、ノイズ特性が悪化する低利得動作時にはノイズ特性に優れた前方向励起方式、高利得動作時には通常の双方向励起方式となり、１以下の減衰特性から１以上の増幅特性まで有効利得範囲を幅広くすることができる。
【００７０】
また、この発明に係るレーザ駆動制御手段１４は、出力光ＬＯをモニタする受光回路１３から供給されるモニタ信号ＳＭと予め設定した前方向励起レーザ８の駆動電流ＩＤＦの最大値ＩＦＭに対応した最大駆動信号ＳＦＭとに基づいて前方向励起レーザ８に駆動電流ＩＤＦを流す前方向レーザ駆動手段（前方向電流駆動源１５ａ）と後方向励起レーザ９に駆動電流ＩＤＢを流す後方向レーザ駆動手段（後方向電流駆動源１５ｂ）の駆動順序を制御するシーケンス手段１６を備えたので、励起光を発生する前方向励起レーザと後方向励起レーザの動作順序を決定することができ、ノイズ特性に優れた減衰器から利得特性に優れた増幅器へと有効利得範囲を幅広く確保することができる。
【００７１】
さらに、この発明に係る光ファイバ増幅器１は、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ６）の後方向に信号光（出力光ＬＯ）のみを通過する光バンドパスフィルタ（光フィルタ１１）を備えたので、ノイズ成分であるＥＤＦの自然放出光を阻止することができ、ノイズ特性を一層改善することができる。
【００７２】
次に、光ファイバ増幅器の駆動方法について説明する。図４はこの発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法の一実施の形態要部動作フロー図である。理解し易くするため、駆動電流増加時と駆動電流減少時に分けて説明する。図５は前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの双方の駆動電流を増加する場合の駆動方法である。また、動作フローは、図２を参照して説明する。
【００７３】
ステップＳ１では、全駆動電流ＩＤＡの増加時に、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを増加する。なお、ステップＳ１の動作は、駆動信号発生手段１８および前方向電流駆動源１５ａが実行する。
【００７４】
ステップＳ２では、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭに達したか否かを判定する。駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭに達した場合にはステップＳ２に移行し、駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭに達しない場合にはステップＳ１を実行する。なお、ステップＳ２の動作は、駆動信号発生手段１８が実行する。
【００７５】
ステップＳ３では、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭに保持する。なお、ステップＳ３の動作は、駆動信号発生手段１８および前方向電流駆動源１５ａが実行する。
【００７６】
ステップＳ４では、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢを０から増加する。なお、ステップＳ４の動作は、駆動信号発生手段１８および後方向電流駆動源１５ｂが実行する。また、フロー図中で偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）が０になった時点で駆動電流ＩＤＦおよび駆動電流ＩＤＢを保持する。
【００７７】
このように、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流ＩＤＡの増加時に、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを増加するステップＳ１と、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦが最大値ＩＦＭに達したか否かを判定するステップＳ２と、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭに保持するステップＳ３と、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢを０から増加するステップＳ４とを備えたので、駆動電流の増加に対してノイズに優れた減衰特性から利得に優れた増幅特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【００７８】
図６は前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの双方の駆動電流を減少する場合の駆動方法を説明する。また、動作フローは、図２を参照して説明する。
【００７９】
ステップＰ１では、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢを減少する。なお、ステップＰ１の動作は、駆動信号発生手段１８および後方向電流駆動源１５ｂが実行する。
【００８０】
ステップＰ２では、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢが０に達したか否かを判定する。０に達した場合にはステップＰ３に移行し、０に達しない場合にはステップＰ１を実行する。なお、ステップＰ２の動作は、駆動信号発生手段１８が実行する。
【００８１】
ステップＰ３では、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭから減少する。なお、ステップＰ３の動作は、駆動信号発生手段１８および前方向電流駆動源１５ａが実行する。また、フロー図中で偏差信号ＳＯ（＝ＳＭ−ＳＲ）が０になった時点で駆動電流ＩＤＦおよび駆動電流ＩＤＢを保持する。
【００８２】
このように、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流ＩＤＡの減少時に、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢを減少するステップＰ１と、後方向励起レーザの駆動電流ＩＤＢが０に達したか否かを判定するステップＰ２と、前方向励起レーザの駆動電流ＩＤＦを最大値ＩＦＭから減少するステップＰ３とを備えたので、駆動電流の減少に対して利得に優れた増幅特性からノイズに優れた減衰特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ディジタル演算回路を用いたが、オペアンプを用いた比較回路等によるアナログ演算回路を用いても同様に実現可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る光ファイバ増幅器は、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時には、初めに前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加させ、駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）になると保持し、続いて後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を最小値（０）から増加させるように制御するとともに、全体駆動電流（ＩＤＡ）の減少時には、初めに後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少させ、駆動電流（ＩＤＢ）が最小値（０）になると、続いて前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少させるように制御するレーザ駆動制御手段を備えたので、ノイズ特性が悪化する低利得動作時にはノイズ特性に優れた前方向励起方式、高利得動作時には通常の双方向励起方式となり、１以下の減衰特性から１以上の増幅特性まで有効利得範囲を幅広くすることができる。
【００８５】
また、この発明に係るレーザ駆動制御手段は、設定したレベルの出力光（ＬＲ）に対応する基準モニタ信号（ＳＲ）を記憶する基準モニタ信号記憶手段と、基準モニタ信号記憶手段から供給される基準モニタ信号（ＳＲ）と出力光（ＬＯ）のレベルをモニタする受光回路から供給されるモニタ信号（ＳＭ）の偏差を演算する偏差演算手段と、偏差演算手段から供給される偏差信号に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）を流す前方向レーザ駆動手段と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を流す後方向レーザ駆動手段に供給する駆動信号（ＣＤＦ，ＣＤＢ）を所定の順序で発生する駆動信号発生手段とを備えたので、モニタ信号（ＳＭ）と基準モニタ信号（ＳＲ）の偏差信号（ＳＯ）に基づいて前方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＦ）と後方向励起レーザに駆動電流（ＩＤＢ）を所定順序で流し、出力光（ＬＯ）のレベルを設定した値に保つことができ、ノイズ特性に優れた減衰器から利得特性に優れた増幅器へと有効利得範囲を幅広く確保することができる。
【００８６】
さらに、この発明に係る光ファイバ増幅器は、希土類添加光ファイバの後方向に信号光のみを通過する光バンドパスフィルタを備えたので、ノイズ成分であるＥＤＦの自然放出光を阻止することができ、ノイズ特性を一層改善することができる。
【００８７】
また、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の増加時に、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を増加するステップ（Ｓ１）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）が最大値（ＩＦＭ）に達したか否かを判定するステップ（Ｓ２）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）に保持するステップ（Ｓ３）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を０から増加するステップ（Ｓ４）とを備えたので、駆動電流の増加に対してノイズに優れた減衰特性から利得に優れた増幅特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【００８８】
さらに、この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法は、全駆動電流（ＩＤＡ）の減少時に、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）を減少するステップ（Ｐ１）と、後方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＢ）が０に達したか否かを判定するステップ（Ｐ２）と、前方向励起レーザの駆動電流（ＩＤＦ）を最大値（ＩＦＭ）から減少するステップ（Ｐ３）とを備えたので、駆動電流の減少に対して利得に優れた増幅特性からノイズに優れた減衰特性まで幅広い有効利得範囲を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光ファイバ増幅器の一実施の形態要部ブロック構成図
【図２】この発明に係るレーザ駆動制御手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図３】この発明に係る駆動電流と利得の関係図
【図４】この発明に係る光ファイバ増幅器の駆動方法の一実施の形態要部動作フロー図
【図５】前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの双方の駆動電流を増加する場合の駆動方法動作フロー図
【図６】前方向励起レーザおよび後方向励起レーザの双方の駆動電流を減少する場合の駆動方法動作フロー図
【図７】従来の光ファイバ増幅器の全体構成図
【図８】従来の励起方法の異なる光ファイバ増幅器の構成図
【図９】従来の双方向励起光ファイバ増幅器の利得−駆動電流特性図
【図１０】従来の光ファイバ増幅器の励起レーザの駆動電流−利得特性図
【符号の説明】
１  光ファイバ増幅器
２，１２  カプラ
３  受光素子
４，１０  アイソレータ
５，７  ＷＤＭカプラ
６  ＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）
８  前方向励起レーザ
９  後方向励起レーザ
１１  光フィルタ
１３  受光回路
１４  レーザ駆動制御手段
１５  励起レーザ駆動回路
１５ａ  前方向電流駆動源（前方向レーザ駆動手段）
１５ｂ  後方向電流駆動源（後方向レーザ駆動手段）
１６  基準モニタ信号記憶手段
１７  偏差演算手段
１８  駆動信号発生手段
ＬＳ    光信号
ＬＯ    出力光
ＳＭ    モニタ信号
ＳＲ    基準モニタ信号
ＣＤＦ，ＣＤＢ  駆動信号
ＩＤＦ，ＩＤＢ  駆動電流
ＩＦＭ  駆動電流（ＩＤＦ）の最大値
ＩＤＡ  全駆動電流
【図１】
2004311682.tif 000003
【図２】
2004311682.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004311682.tif 000008
【図７】
2004311682.tif 000009
【図８】
2004311682.tif 000010
【図９】
2004311682.tif 000011
【図１０】
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