(57)【要約】【課題】波長が異なる光信号を均等に増幅できる光増幅回路を提供することにある。【解決手段】波長分割多重された入力光信号ｌｉを励起光Ｌｅで増幅して光出力端２ｏａ，２ｏｂから出力する光増幅回路１において、入力光信号ｌｉを短波側の光信号ｌａと長波側の光信号ｌｂとに分波する光分波器３と、一端から短波側の光信号ｌａと励起光Ｌｅとが入力され、短波側の光信号ｌａを増幅して他端から出力すると共に、他端から長波側の光信号ｌｂが入力され、長波側の光信号ｌｂを増幅して一端から出力する光増幅部５とを備えたものである。【選択図】      図１
2005050960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重された入力光信号を励起光で増幅して光出力端から出力する光増幅回路において、入力光信号を短波側の光信号と長波側の光信号とに分波する光分波器と、一端から短波側の光信号と励起光とが入力され、短波側の光信号を増幅して他端から出力すると共に、他端から長波側の光信号が入力され、長波側の光信号を増幅して一端から出力する光増幅部とを備えたことを特徴とする光増幅回路。
【請求項２】
短波側の光信号と励起光とを合波する光合波器と、合波された短波側の光信号と励起光とを光増幅部の一端に入力し、光増幅部の一端から出力される増幅された長波側の光信号を長波側の光出力端に出力する第一の光サーキュレータと、長波側の光信号を光増幅部の他端に入力し、光増幅部の他端から出力される増幅された短波側の光信号を短波側の光出力端に出力する第二の光サーキュレータとを備える請求項１記載の光増幅回路。
【請求項３】
上記入力光信号は、波長が１．５５μｍの長波側の光信号と、波長が１．５３μｍの短波側の光信号とからなる請求項１または２記載の光増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重された入力光信号を励起光で増幅して出力する光増幅回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）して伝送路の伝送容量を増大させることが行われている。ＷＤＭには、隣接する光信号の波長間隔が２０ｎｍ程度以上と広い粗波長分割多重（ＣＷＤＭあるいはＷＷＤＭ）がある。ＣＷＤＭの光通信システムの光受信器の近傍には、図３に示すような光増幅回路３１が備えられる。
【０００３】
従来の光増幅回路３１は、互いに波長の異なる光信号ｌａ（波長λａ），ｌｂ（波長λｂ（＞λａ））が波長分割多重された入力光信号ｌｉを、励起光源３２から出力される励起光Ｌｅと光合波器３３で合波した後、合波された光信号Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｅを光増幅部としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）３４の入力端３４ｉから入力することで、ＥＤＦ３４の出力端３４ｏから光信号ｌａが増幅された光信号ｌＡと光信号ｌｂが増幅された光信号ｌＢとを出力する。
【０００４】
また、光信号ｌＡ，ｌＢのノイズを少なくするために、図５に示すような光増幅回路５１も使用される。光増幅回路５１は、ＥＤＦ３４の入力端３４ｉから光信号ｌａ，ｌｂを入力し、光増幅部３４の出力端３４ｏから励起光ｌｅを入力することで、ＥＤＦ３４の出力端３４ｏからノイズが少ない光信号ｌＡ，ｌＢを出力する。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１４０４２２号公報
【特許文献２】
特開平１１−１１２４３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光増幅回路３１では、光信号ｌａ，ｌｂと励起光ｌｅとを同じ方向から一つのＥＤＦ３４に入力しているので、光信号ｌａよりも波長が長い光信号ｌｂは大きく増幅されるものの、光信号ｌａはあまり増幅されず、光信号ｌａ，ｌｂの増幅率の不均等が生じるという問題がある。特に、光信号ｌａ，ｌｂが弱まった受信側で増幅するようなプリアンプ型の光増幅回路において、光信号ｌａ，ｌｂの増幅率の不均等が著しい。
【０００８】
ＥＤＦ３４では、光信号ｌａ，ｌｂが励起光ｌｅで励起されたＥＤＦ３４の活性原子によって増幅されると同時に、励起光Ｌｅで励起されないＥＤＦ３４の非活性原子によって吸収もされる。
【０００９】
光信号ｌａ，ｌｂの増幅率の不均等が生じる原因は、光信号の吸収率が増幅波長帯域の短波側に行くほど大きくなり、短波側の光信号ｌａの増幅率が低くなることにある。
【００１０】
例えば、光信号ｌａの波長λａを１．５３μｍとし、光信号ｌｂの波長λｂを１．５５μｍとした場合、図４（ａ）の吸収率スペクトルＳａに示されるように、波長が１．５５μｍでは光信号の吸収率が小さいのに対し、波長が１．５３μｍでは光信号の吸収率が最大になっていることがわかる。
【００１１】
ここで、光信号ｌａとして１．５３μｍよりも短い波長を使用し、光信号の吸収率を小さくすることも考えられるが、この場合、図４（ｂ）の利得スペクトルＳｇに示されるように、利得そのものが得られなくなる。
【００１２】
また、光増幅回路５１では、光信号ｌａ，ｌｂと励起光ｌｅとを互いに逆方向から一つのＥＤＦ３４に入力しているので、図６の励起光Ｌｅの強度曲線ｅ５に示されるように、励起光ｌｅの入力側で励起光ｌｅの強度が大きく、励起光ｌｅの出力側で励起光ｌｅの強度が小さい。つまり、ＥＤＦ３４の非活性原子の数は励起光ｌｅの入力側で少なく、励起光ｌｅの出力側で多い。
【００１３】
したがって、光増幅回路５１では、図６の光信号ｌｂの強度曲線ｂ５に示されるように、ＥＤＦ３４の非活性原子によって吸収されにくい光信号ｌｂは大きく増幅されるが、図６の光信号ｌａの強度曲線ａ５に示されるように、ＥＤＦ３４の非活性原子によって吸収されやすい光信号ｌａはあまり増幅されず、やはり光信号ｌａ，ｌｂの増幅率の不均等が生じるという問題がある。
【００１４】
なお、光増幅回路５１でノイズが少ない光信号ｌＡ，ｌＢが出力されるのは、強度曲線ｅ５と強度曲線ａ５，ｂ５とが横軸に対してほぼ線対称あるいは類似の曲線になっているからである。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、波長が異なる光信号を均等に増幅できる光増幅回路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、波長分割多重された入力光信号を励起光で増幅して光出力端から出力する光増幅回路において、入力光信号を短波側の光信号と長波側の光信号とに分波する光分波器と、一端から短波側の光信号と励起光とが入力され、短波側の光信号を増幅して他端から出力すると共に、他端から長波側の光信号が入力され、長波側の光信号を増幅して一端から出力する光増幅部とを備えた光増幅回路である。
【００１７】
請求項２の発明は、短波側の光信号と励起光とを合波する光合波器と、合波された短波側の光信号と励起光とを光増幅部の一端に入力し、光増幅部の一端から出力される増幅された長波側の光信号を長波側の光出力端に出力する第一の光サーキュレータと、長波側の光信号を光増幅部の他端に入力し、光増幅部の他端から出力される増幅された短波側の光信号を短波側の光出力端に出力する第二の光サーキュレータとを備える請求項１記載の光増幅回路である。
【００１８】
請求項３の発明は、上記入力光信号は、波長が１．５５μｍの長波側の光信号と、波長が１．５３μｍの短波側の光信号とからなる請求項１または２記載の光増幅回路である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２０】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す光増幅回路の回路図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る光増幅回路１は、主としてＣＷＤＭの光通信システムの光受信器の近傍に設けられて使用される。この光増幅回路１は、光入力端子２ｉに入力された波長分割多重の入力光信号ｌｉを、励起光Ｌｅで波長ごとに増幅して短波側および長波側の光出力端子２ｏａ，２ｏｂからそれぞれ出力するものである。
【００２２】
光増幅回路１は、光入力端子２ｉに接続され、互いに波長の異なる光信号ｌａ（波長λａ），ｌｂ（波長λｂ（＞λａ））が波長分割多重された入力光信号ｌｉを短波側の光信号ｌａと長波側の光信号ｌｂとに分波（分離）する光分波器としての波長可変波長フィルタ３と、短波側の入力端子４ｓから光信号ｌａと励起光Ｌｅとが入力され、光信号ｌａを増幅して長波側の入力端子４ｌから光信号ｌａが増幅された光信号ＬＡを出力すると共に、長波側の入力端子４ｌから光信号ｌｂが入力され、光信号ｌｂを増幅して短波側の入力端子４ｓから光信号ｌｂが増幅された光信号ＬＢを出力する光増幅部５とを備えている。
【００２３】
入力光信号ｌｉは、本実施の形態では、波長λａが１．５３μｍの長波側の光信号ｌａと、波長λｂが１．５５μｍの短波側の光信号ｌｂとからなっている。図１では短波側の光信号ｌａを実線で示し、長波側の光信号ｌｂを点線で示した。
【００２４】
波長可変波長フィルタ３は、例えば、一入力二出力型の光信号経路が形成され、光信号経路の近傍に設けられるヒータの通電により、熱的に光信号経路の屈折率を変化させて中心波長を可変するものである。光分波器としては、波長可変波長フィルタ３の代わりにＣＷＤＭフィルタを使用してもよい。
【００２５】
光増幅部５は、例えば、増幅媒体としてＥＤＦを使用したものである。ＥＤＦは、光信号ｌａ，ｌｂと共に、光信号ｌａ，ｌｂの増幅帯域にない所定の波長の励起光Ｌｅを伝搬させることにより、光信号ｌａ，ｌｂが励起光Ｌｅからのエネルギーを受けるので、光信号ｌａ，ｌｂを増幅する機能を有する。光増幅部５の短波側の入力端子４ｓは長波側の出力端子でもあり、光増幅部５の長波側の入力端子４ｌは短波側の出力端子でもある。
【００２６】
また、光増幅回路１は、励起光Ｌｅを出力するＬＤ（半導体レーザ）などの励起光源６と、フィルタ３と励起光源６に接続され、光信号ｌａと励起光Ｌｅを合波（結合）する光合波器としての二入力一出力型の光カプラ７と、光カプラ７と光増幅部５の入力端子４ｓとの間、および光増幅部５の入力端子４ｓと光出力端子２ｏｂとの間に接続され、合波された光信号ｌａと励起光Ｌｅとを光増幅部５の入力端子４ｓに入力し、光信号ＬＢを光出力端子２ｏｂに出力する三端子型の第一の光サーキュレータ８ａと、フィルタ３と光増幅部５の入力端子４ｌとの間、および光増幅部５の入力端子４ｌと光出力端子２ｏａとの間に接続され、光信号ｌｂを光増幅部５の入力端子４ｌに入力し、光増幅部５の入力端子４ｌから出力される光信号ＬＡを光出力端子２ｏａに出力する三端子型の第二の光サーキュレータ８ｂとを備えている。
【００２７】
本実施の形態の作用を説明する。
【００２８】
光増幅回路１では、光入力端子２ｉに入力された波長分割多重の入力光信号ｌｉは、波長可変波長フィルタ３によって短波側の光信号ｌａと長波側の光信号ｌｂとに分波される。
【００２９】
分波された光信号ｌａは、光カプラ７によって励起光源６から出力される励起光Ｌｅと合波される。合波された光信号ｌａと励起光Ｌｅとは、第一の光サーキュレータ８ａによって光増幅部５の短波側の入力端子４ｓに入力される。一方、分波された光信号ｌｂは、第二の光サーキュレータ８ｂによって光増幅部５の長波長側の入力端子４ｌに入力される。
【００３０】
ここで、光増幅部５を伝搬する間の光信号ｌａ，ｌｂ、励起光Ｌｅの強度変化をそれぞれ調べた。図２は、光増幅部５の長さ方向に対する光信号ｌａ，ｌｂ、励起光ＬＥの光強度を示す図である。図２では、横軸を図１の光増幅部５の長さ方向（右端が励起光Ｌｅの入力側、左端が励起光Ｌｅの出力側）にとり、上側の縦軸を光信号ｌａ，ｌｂの光強度にとり、下側の縦軸を励起光Ｌｅの光強度にとっている。
【００３１】
図２に示すように、励起光Ｌｅの強度曲線ｅからは、励起光Ｌｅの入力側（光増幅部５の入力端子４ｓ）で励起光Ｌｅの強度が大きく、励起光Ｌｅの出力側（光増幅部５の入力端子４ｌ）で励起光Ｌｅの強度が小さい。励起光Ｌｅは、強度曲線ｅが図６の励起光ｌｅの強度曲線ｅ５よりもやや大きくなる（下方向にシフトする）ようにしておく。つまり、光増幅部５のＥＤＦの非活性原子の数は励起光Ｌｅの入力側で少なく、励起光Ｌｅの出力側で多い。逆に、光増幅部のＥＤＦの活性原子の数は励起光Ｌｅの入力側で多く、励起光Ｌｅの出力側で少ない。
【００３２】
したがって、光増幅部５の入力端子４ｓに入力された光信号ｌａは、光増幅部５内において、図２の光信号ｌａの強度曲線ａ（実線）に示されるように、励起光Ｌｅの入力側ではＥＤＦの活性原子で大きく増幅され、励起光Ｌｅの出力側ではＥＤＦの非活性原子によって吸収されやすいのでほとんど増幅されずに光信号ＬＡになる。この光信号ＬＡが光増幅部５の入力端子４ｌから出力される。
【００３３】
一方、光増幅部５の入力端子４ｌに入力された光信号ｌｂは、光増幅部５内において、図２の光信号ｌｂの強度曲線ｂ（点線）に示されるように、励起光Ｌｅの出力側ではＥＤＦの非活性原子によって吸収されにくいので徐々に増幅され、励起光Ｌｅの入力側ではＥＤＦの活性原子で大きく増幅されて光信号ＬＢになる。この光信号ＬＢが光増幅部５の入力端子４ｓから出力される。このとき、光信号ｌａと光信号ＬＡとの比（増幅率）は、光信号ｌｂと光信号ＬＢとの比（増幅率）にほぼ等しい。
【００３４】
光増幅部５の入力端子４ｌから出力された光信号ＬＡは、第二の光サーキュレータ８ｂによって短波側の光出力端子２ｏａに出力され、光出力端子２ｏａから図示しない光受信器に分波されたまま出力される。一方、光増幅部５の入力端子４ｓから出力された光信号ＬＢは、第一の光サーキュレータ８ａによって長波側の光出力端子２ｏｂに出力され、光出力端子２ｏｂから図示しない光受信器に分波されたまま出力される。光信号ＬＡ，ＬＢは、光合波器によって合波してから光受信器に出力するようにしてもよい。
【００３５】
第二の光サーキュレータ８ｂと光出力端子２ｏａ間には、光カプラ７と同様の一入力二出力型の光カプラを設け、この光カプラで励起光Ｌｅを除去したり、あるいは励起光源７の出力を適宜調整したりして、光信号ＬＡのみが光出力端子２ｏａに出力されるようにする。
【００３６】
このように、本発明に係る光増幅回路１は、波長が異なる光信号ｌａ，ｌｂを互いに逆方向から一つの光増幅部５に入力すると共に、波長が短い光信号ｌａと同じ方向から励起光Ｌｅを入力することで、ＥＤＦの非活性原子による吸収率が大きい光信号ｌａを光増幅器５の励起強度の大きい側から入力しているので、波長が異なる光信号ｌａ，ｌｂを均等に増幅することができる。
【００３７】
また、光増幅回路１は、使用する部品がいずれも既存のものばかりであり、その構成も簡単なので、低コストである。
【００３８】
上記実施の形態では、入力光信号ｌｉを二つの光信号ｌａ，ｌｂが波長分割多重された例で説明したが、波長分割多重数は２に限定されるものではない。例えば、波長分割多重数が１０の入力光信号ｌｉを使用してもよい。この場合、フィルタ３のヒータの通電を適宜調整することにより、入力光信号ｌｉを、短波側の５つの光信号からなる光信号ｌａと長波側の５つの光信号からなる光信号ｌｂとに分波すればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４０】
（１）波長が異なる光信号を均等に増幅できる。
【００４１】
（２）簡単な構成であり、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示した光増幅部の長さ方向に対する信号光強度と励起光強度とを示す図である。
【図３】従来の光増幅回路の一例を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）は、光増幅部の波長に対する吸収率スペクトルを示す図である。図４（ｂ）は光増幅部の波長に対する利得スペクトルを示す図である。
【図５】従来の光増幅回路の一例を示す概略図である。
【図６】図５に示した光増幅部の長さ方向に対する信号光強度と励起光強度とを示す図である。
【符号の説明】
１  光増幅回路
２ｏａ，２ｏｂ  光出力端子
３  波長可変波長フィルタ（光分波器）
４ｓ  短波側の入力端子
４ｌ  長波側の入力端子
５  光増幅部
７  光カプラ（光合波器）
８ａ，８ｂ  光サーキュレータ
ｌｉ  入力光信号
ｌａ  短波側の光信号
ｌｂ  長波側の光信号
Ｌｅ  励起光
ＬＡ  増幅された短波側の光信号
ＬＢ  増幅された長波側の光信号
【図１】
2005050960.tif 000003
【図２】
2005050960.tif 000004
【図３】
2005050960.tif 000005
【図４】
2005050960.tif 000006
【図５】
2005050960.tif 000007
【図６】
2005050960.tif 000008