(57)【要約】光主信号が流れる伝送路上の光デバイスの実装数を削減して、小型化、低コスト化及び光伝送品質の向上を図る。光増幅部（１１）は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する。反射型光可変減衰器（２０）は、反射ミラー（２２）によって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ反射ミラー（２２）を一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する。
2005001560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する光増幅部と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで前記増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記光増幅部の励起光の波長は１μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記反射型光可変減衰器は、２つの光ファイバ挿入孔に、前記増幅光信号の入力と減衰制御後の光信号の出力とのための２本の光ファイバを挿入した２芯フェルールと、光を集光するレンズと、光ビームの直線偏光を透過させる偏光子と、入力ビームを反射させて反射ビームにする反射ミラーと、入力ビームと反射ビームが通過する位置に設けられ、磁界によって変化するファラデー回転角により、前記増幅光信号の減衰量を変化させる磁気光学結晶と、前記磁界を印加する磁界印加部と、前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する受光素子と、から構成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記反射型光可変減衰器は、戻り光と前記入力モニタ光とのなす角度をθ（ｄｅｇ）、前記受光素子の受光面の大きさをφ（ｍｍ）、前記レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、光の波長をλ（μｍ）、ファイバ中のビームのモードフィールド径をｗ（μｍ）とした場合に、前記受光素子の前記反射ミラーの背後からの設置距離Ｌ（ｍｍ）は、Ｌ＞｛（（４λｆ／πｗ）＋φ）ｃｏｓ（θ／２）｝／４ｔａｎ（θ／２）の範囲とすることで、前記受光素子に対する前記戻り光の入力を抑制することを特徴とする請求の範囲第３項記載の光増幅装置。
【請求項５】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する光増幅部と、
前記光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで前記増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値とにもとづいて、前記光増幅部に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、少なくとも前記第１のモニタ値または前記第２のモニタ値のいずれかにもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項６】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する光増幅部と、
前記光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで前記増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記反射型光可変減衰器の出力側に設けられた出力側受光素子と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値とにもとづいて、前記光増幅部に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、前記出力側受光素子による第３のモニタ値にもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項７】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第１の光増幅部と、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第２の光増幅部と、
前記第１の光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
前記第２の光増幅部の出力側に設けられた出力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで、前記第１の光増幅部で増幅された光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値とにもとづいて、前記第１の光増幅部に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値と前記出力側受光素子による第３のモニタ値にもとづいて、前記第２の光増幅部に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、かつ少なくとも第１のモニタ値、第２のモニタ値、第３のモニタ値のいずれかにもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項８】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第１の光増幅部と、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第２の光増幅部と、
前記第１の光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
前記第２の光増幅部の出力側に設けられた出力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで、前記第１の光増幅部で増幅された光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値と、前記出力側受光素子による第３のモニタ値とにもとづいて、前記第１の光増幅部に対するゲインと、前記第２の光増幅部に対するゲインの和が一定制御であるようＡＧＣを行い、かつ少なくとも第１のモニタ値、第２のモニタ値、第３のモニタ値のいずれかにもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項９】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第１の光増幅部と、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第２の光増幅部と、
前記第１の光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
前記第２の光増幅部の出力側に設けられた出力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで、前記第１の光増幅部で増幅された光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記反射型光可変減衰器の出力側に設けられた受光素子と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値とにもとづいて、前記第１の光増幅部に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、前記受光素子による第３のモニタ値と前記出力側受光素子による第４のモニタ値にもとづいて、前記第１の光増幅部に対するゲインと前記第２の光増幅部に対するゲインの和が一定制御であるようＡＧＣを行い、かつ少なくとも第１のモニタ値、第２のモニタ値、第３のモニタ値、第４のモニタ値のいずれかにもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項１０】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第１の光増幅部と、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行う第２の光増幅部と、
前記第１の光増幅部の入力側に設けられた入力側受光素子と、
前記第２の光増幅部の出力側に設けられた出力側受光素子と、
反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで、前記第１の光増幅部で増幅された光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
前記反射型光可変減衰器の出力側に設けられた受光素子と、
前記入力側受光素子による第１のモニタ値と、前記反射型光可変減衰器による第２のモニタ値と、前記受光素子による第３のモニタ値とにもとづいて、前記第１の光増幅部に対するゲインと、前記第２の光増幅部に対するゲインの和が一定制御であるようＡＧＣを行い、かつ少なくとも第１のモニタ値、第２のモニタ値、第３のモニタ値、第４のモニタ値のいずれかにもとづいて、前記反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う制御部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項１１】
光信号を増幅する光増幅装置において、
光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体と、前記増幅媒体に励起光を入射する励起光源と、前記増幅媒体と前記励起光源の間に設置して、前記励起光は通過させ、反射励起光は遮断する光アイソレータと、から構成され、光信号進行方向の前記励起光及び光信号逆方向の前記反射励起光により光増幅を行って増幅光信号を出力する光増幅部と、
光主信号は無反射で、前記励起光は反射させて前記反射励起光を生成する膜を構成素子の光信号通過面にコーティングし、反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで前記増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項１２】
前記反射型光可変減衰器は、２つの光ファイバ挿入孔に、前記増幅光信号の入力と減衰制御後の光信号の出力とのための２本の光ファイバを挿入した２芯フェルールと、光を集光するレンズと、光ビームの直線偏光を透過させる偏光子と、入力ビームを反射させて反射ビームにする反射ミラーと、入力ビームと反射ビームが通過する位置に設けられ、磁界によって変化するファラデー回転角により、前記増幅光信号の減衰量を変化させる磁気光学結晶と、前記磁界を印加する磁界印加部と、前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する受光素子と、から構成され、前記２芯フェルールまたは前記レンズのいずれかの光信号通過面に前記膜をコーティングしたことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の光増幅装置。
【請求項１３】
前記反射型光可変減衰器は、戻り光と前記入力モニタ光とのなす角度をθ（ｄｅｇ）、前記受光素子の受光面の大きさをφ（ｍｍ）、前記レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、光の波長をλ（μｍ）、ファイバ中のビームのモードフィールド径をｗ（μｍ）とした場合に、前記受光素子の前記反射ミラーの背後からの設置距離Ｌ（ｍｍ）は、Ｌ＞｛（（４λｆ／πｗ）＋φ）ｃｏｓ（θ／２）｝／４ｔａｎ（θ／２）の範囲とすることで、前記受光素子に対する前記戻り光の入力を抑制することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光増幅装置。
【請求項１４】
光信号の減衰制御を行う反射型光可変減衰器において、
２つの光ファイバ挿入孔に、増幅光信号の入力と減衰制御後の光信号の出力とのための２本の光ファイバを挿入した２芯フェルールと、
光を集光するレンズと、
光ビームの直線偏光を透過させる偏光子と、
入力ビームを反射させて反射ビームにする反射ミラーと、
入力ビームと反射ビームが通過する位置に設けられ、磁界によって変化するファラデー回転角により、入力光信号の減衰量を変化させる磁気光学結晶と、
前記磁界を印加する磁界印加部と、
前記反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する受光素子と、
を有することを特徴とする反射型光可変減衰器。
【請求項１５】
前記２芯フェルールまたは前記レンズのいずれかの光信号通過面に、光主信号は無反射で、励起光は反射させる膜をコーティングしたことを特徴とする請求の範囲第１４項記載の反射型光可変減衰器。
【請求項１６】
戻り光と前記入力モニタ光とのなす角度をθ（ｄｅｇ）、前記受光素子の受光面の大きさをφ（ｍｍ）、前記レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、光の波長をλ（μｍ）、ファイバ中のビームのモードフィールド径をｗ（μｍ）とした場合に、前記受光素子の前記反射ミラーの背後からの設置距離Ｌ（ｍｍ）は、Ｌ＞｛（（４λｆ／πｗ）＋φ）ｃｏｓ（θ／２）｝／４ｔａｎ（θ／２）の範囲とすることで、前記受光素子に対する前記戻り光の入力を抑制することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の反射型光可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は光増幅装置に関し、特に光信号を増幅する光増幅装置に関する。
【背景技術】  近年、１本の光ファイバ中を数十〜数百波の波長チャンネルがそれぞれ６００Ｍｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓの高速で、総計Ｔｂｐｓオーダの超大容量の伝送を可能とするＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長多重方式）が注目され開発されている。
ＤＷＤＭを含めたＷＤＭシステムの光増幅技術としては、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が広く用いられている。ＥＤＦＡは、エルビウム（Ｅｒ３＋）添加ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ）を増幅用媒体とした光増幅器であり、励起光をＥＤＦに照射して光信号を進行させ、そのとき生じる誘導放出によって、光信号のレベルを増幅させる。ＥＤＦＡは、利得帯域が広いため、波長帯域内の複数の光信号を一括増幅することができ、ＷＤＭ中継器の主要デバイスとなっている。
図１２は従来のＥＤＦＡの構成を示す図である。光増幅器（ＥＤＦＡ）１００は、合波器Ｃ１、励起ＬＤ（レーザダイオード）１０１、ＥＤＦ１０２、光アイソレータ１０３、１０７、ゲインイコライザ１０４、ＢＳ（ビームスプリッタ）１０５、可変アッテネータ１０６、ＰＤ（フォトダイオード）１０８、制御部１０９から構成される。
入力光信号と励起ＬＤ１０１から発出された励起光とは、合波器Ｃ１を介してＥＤＦ１０２に入射し、これにより光信号が増幅される。増幅された光信号は、光アイソレータ１０３を通過して、ゲインイコライザ１０４において利得等化が行われる（ＥＤＦ１０２の利得波長特性を平坦化する）。
ゲインイコライザ１０４を通過した光信号は、ＢＳ１０５で分岐される。可変アッテネータ１０６は、分岐された一方の光信号のレベルを制御し、レベル制御後の光信号は光アイソレータ１０７を通じて出力される。ＰＤ１０８は、分岐された他方の光信号を電気信号に変換する。制御部１０９は、この電気信号をモニタし、モニタ結果にもとづき、励起ＬＤ１０１が発出する励起光パワーを制御する。
ここで、光アイソレータは、図の矢印方向にのみ所要の光を通して、逆方向には光は通さないデバイスである。したがって、光アイソレータ１０７を図の位置に設けることで、光ファイバ伝送路上の反射点からの光信号の戻り光を遮断することができる。
また、光アイソレータは、１ミクロン以下の入射光を吸収する性質を持つ。これは、内部の磁気光学結晶に主に使われるＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶が、波長１ミクロン以下の光を吸収するからである。
このため、光アイソレータ１０３を図の位置に設けることで、０．９８ミクロンの励起光を吸収することができる。これにより、励起光を除いた光信号のみが、ＥＤＦ１０２以降の各デバイスに対して入力されることになるので、例えば、励起光を含む光信号がＰＤ１０８へ入射してしまい、モニタレベル誤差が生じるようなことがない。
従来技術として、２つのコリメートレンズの間に１つの光アイソレータを設置して、１つの光アイソレータで２つの光アイソレータを備えるのと同じ機能を持つ光アイソレータモジュールを適用した光増幅器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】      特開平９−５４２８５号公報（段落番号〔００１５〕〜〔００２２〕，第２図）
上記で説明したように、光増幅器は様々なデバイスで構成されているが、特に光アイソレータは、光増幅制御の品質を高める上で重要な光デバイスである。ところが、光アイソレータは，光受動デバイスとしては最も高価な部品の１つであり、コストアップの原因となっていた（光増幅器１００のように、０．９８ミクロンの励起光をカットするために高価な光アイソレータ１０３を設置している）。さらに装置規模の小型化の妨げにもなっている。
一方、光増幅器１００では励起光パワーのフィードバック制御を行うために、ＥＤＦ１０２出力後の光信号をＰＤ１０８を介してモニタする必要がある。この場合、ＢＳ１０５を設置して光信号を分岐することになるが、光信号（光主信号）が流れる伝送路上にあるＢＳ１０５は、損失媒体となるため光ロスを生じさせ、ＯＳＮＲ（光Ｓ／Ｎ）を悪化させる原因となっていた。光主信号が流れる伝送路上において、伝送路上に設置されている損失媒体となるような光学部品は、できるだけ少ないことが望ましい。
【発明の開示】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光主信号が流れる伝送路上の光デバイスの実装数を削減して、小型化、低コスト化及び光伝送品質の向上を図った光増幅装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光信号を増幅する光増幅装置１において、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する光増幅部１１と、反射ミラー２２によって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ反射ミラー２２を一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器２０と、を有することを特徴とする光増幅装置１が提供される。
ここで、光増幅部１１は、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体に励起光を入射して光増幅を行い増幅光信号を出力する。反射型光可変減衰器２０は、反射ミラー２２によって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ反射ミラー２２を一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の光増幅装置の原理図である。
図２は、反射型光可変減衰器の構成を示す図である。
図３は、可変アッテネータの動作を説明するための図である。
図４は、ＰＤの設置位置を示す図である。
図５は、ＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。
図６は、ＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。
図７は、ＡＧＣ／ＡＬＣ／シャットダウンの状態遷移を示す図である。
図８は、ＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。
図９は、ＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。
図１０は、光増幅装置の構成を示す図である。
図１１は、反射型光可変減衰器の構成を示す図である。
図１２は、従来のＥＤＦＡの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の光増幅装置の原理図である。光増幅装置１は、光増幅部１１、ゲインイコライザ１２、光アイソレータ１３、制御部１４、反射型光可変減衰器２０から構成される。光増幅部１１は、励起光源１１ａ、ＥＤＦ１１ｂ、カプラＣ１を含む。反射型光可変減衰器２０は、可変アッテネータ２１、反射ミラー２２、受光素子（ＰＤ）２３を含む。
光増幅部１１に対し、励起光源１１ａは、光増幅用の活性物質をドープした増幅媒体（以下、ＥＤＦ）に励起光をカプラＣ１を介して入射する（励起光の波長帯は、１ミクロン以下である。例えば、０．９８ミクロン）。これにより、光信号は増幅されて、ＥＤＦ１１ｂから増幅光信号が出力する。
反射型光可変減衰器２０は、ゲインイコライザ１２によって利得等化された増幅光信号を、入力ファイバＦｉｎを通じてレベル制御（減衰制御）を行い、レベル制御後の光信号を出力ファイバＦｏｕｔから出力する。そして、レベル制御後の光信号は、光アイソレータ１３を通じて光ファイバ伝送路へ出力される。
また、反射型光可変減衰器２０は、反射ミラー２２によって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、磁気光学結晶（可変アッテネータ２１内に含まれる）は、入力ビームと反射ビームが通過する位置に設けられ、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで増幅光信号の減衰量を変化させる。
ＰＤ２３は、反射ミラー２２を一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する。制御部１４は、この電気信号をモニタし、モニタ結果にもとづき、励起光源１１ａが発出する励起光パワーを制御する。なお、反射型光可変減衰器２０の詳細な構成及び動作については後述する。
ここで、反射型光可変減衰器２０は、光可変減衰制御機能とモニタ機能を有する１つのデバイスである。このデバイスを用いることで、本発明の光増幅装置１では、図１２で示した光増幅器１００と比べると、従来設けられていた光アイソレータ１０３やビームスプリッタ１０５といった光デバイスが、光主信号が流れる伝送路上から削減することができる。これにより、装置の小型化及び低コスト化だけでなく、光信号伝送時のノイズに該当する光ロスがなくなるので、光伝送品質（ＯＳＮＲ）の向上を図ることが可能になる。
次に反射型光可変減衰器２０の構成及び動作について詳しく説明する。図２は反射型光可変減衰器２０の構成を示す図である。図は反射型光可変減衰器２０の平面図を示している。反射型光可変減衰器２０は、２芯フェルール２１ａ、レンズ２１ｂ、レンズホルダ２１ｆ、偏光子２１ｃ、磁気光学結晶２１ｄ、磁界印加部２１ｅ、反射ミラー２２、ＰＤ２３から構成される。なお、２芯フェルール２１ａ、レンズ２１ｂ、レンズホルダ２１ｆ、偏光子２１ｃ、磁気光学結晶２１ｄ、磁界印加部２１ｅまでが可変アッテネータ２１に該当する。
２芯フェルール２１ａは、２つの光ファイバ挿入孔に、入力ファイバＦｉｎ（増幅光信号の入力）と出力ファイバＦｏｕｔ（減衰制御後の光信号の出力）との２本の光ファイバを挿入して固定する。
レンズ２１ｂは、レンズホルダ２１ｆにより固着され、伝搬方向に広がりのある光線を方向のそろった平行ビームに変換する（コリメート）する。偏光子２１ｃは、供給された光ビームの直線偏光を通過させる。なお、偏光子２１ｃには、くさび型複屈折結晶（以下、くさび板と呼ぶ）を用いる。
反射ミラー（ハーフミラー）２２は、入力ビームを反射させて反射ビームにする。なお、透過光強度と反射光強度が完全に等しいミラーではなく、一部を反射、一部を透過するミラーである。
磁気光学結晶（可変ファラデー回転子）２１ｄは、入力ビームと反射ビームが通過する位置に設けられ、磁界によって変化するファラデー回転角により、増幅光信号の減衰量を変化させる（透過光の偏光面を磁界によって回転させて、実質的な光透過率を制御する）。
なお、磁気光学結晶２１ｄには、主にＹＩＧ結晶が使用される。ＹＩＧ結晶は、波長１ミクロン以下の場合では不透明となるので、波長１ミクロン以下の光（すなわち、励起光）の透過は遮ることになる。
磁界印加部２１ｅは、磁気光学結晶２１ｄへの磁界を印加する。ＰＤ２３は、反射ミラー２２を一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する。反射ミラー２２の反射率としては例えば、光主信号の９９％を反射、１％を透過するように設定しておく。
次に可変アッテネータ２１の動作について詳しく説明する。図３は可変アッテネータ２１の動作を説明するための図である。反射ミラー２２を用いることにより、図２の可変アッテネータ２１の動作は、図３に示されるように、反射ミラー２２の反射面ＲＰに関して折り返された構成となる（図２のＡ方向から見て、かつ折り返しの図としている。なお、磁界印加部２１ｅ、ＰＤ２３の図示は省略）。この構成図にもとづき動作を説明する。
入力ファイバＦｉｎから放射された光は、レンズ２１ｂ−１によりコリメートされて平行光ビーム（入力ビーム）になる。入力ビームは、くさび板２１ｃ−１によって常光Ｏと、異常光Ｅとに分離される。常光Ｏの偏波面と異常光Ｅの偏波面とは互いに直交している。
常光Ｏと異常光Ｅは、磁気光学結晶２１ｄ−１、２１ｄ−２により偏波面をそれぞれ伝搬方向に向かって同じ角度だけ回転される。偏波面を回転させられた常光Ｏは、くさび板２１ｃ−２によって、さらに常光ＯＯと異常光ＯＥに分離され、偏波面を回転させられた異常光Ｅは、くさび板２１ｃ−２によって、さらに常光ＥＯと異常光ＥＥに分離される。
異常光ＯＥは、くさび板２１ｃ−１で常光として屈折を受け、くさび板２１ｃ−２で異常光として屈折を受けてきている。常光ＯＯは、くさび板２１ｃ−１、２１ｃ−２でそれぞれ常光としての屈折を受けてきている。
また、常光ＥＯは、くさび板２１ｃ−１で異常光として屈折を受け、くさび板２１ｃ−２で常光として屈折を受けてきている。異常光ＥＥは、くさび板２１ｃ−１、２１ｃ−２でそれぞれ異常光としての屈折を受けてきている。
くさび板２１ｃ−１、２１ｃ−２は同じ形状であるから、異常光ＯＥと常光ＥＯは互いに平行である。したがって、異常光ＯＥと常光ＥＯは、レンズ２１ｂ−２によって集光して、出力ファイバＦｏｕｔのコアに結合し、入射させることができる。このとき、常光ＯＯと異常光ＥＥは、平行にはならず広がるために、レンズ２１ｂ−２を通っても、出力ファイバＦｏｕｔのコアには結合されにくい。
ここで、磁気光学結晶２１ｄへの磁界強度が０のとき、ファラデー回転角は９０度であり、磁気光学結晶２１ｄから出射された常光Ｏは、くさび板２１ｃ−２からはすべて異常光ＯＥとして出射される。また、磁気光学結晶２１ｄから出射された異常光Ｅは、くさび板２１ｃ−２からはすべて常光ＥＯとして出射されるので、この場合には入力光はすべて出力ファイバＦｏｕｔのコアに結合されて、理想的には損失が０である。
一方、磁気光学結晶２１ｄへの磁界強度が十分に大きいとき、ファラデー回転角は０度に近づき、磁気光学結晶２１ｄから出射された常光Ｏは、くさび板２１ｃ−２からは常光ＯＯとして出射される。また、磁気光学結晶２１ｄから出射された異常光Ｅは、くさび板２１ｃ−２からは異常光ＥＥとして出射されるので、この場合には入力光は出力ファイバＦｏｕｔのコアに結合されにくく、損失が最大になる。なお、ファラデー回転角が０度と９０度の中間の場合には損失は中間的な値になる。
このようにして、磁気光学結晶２１ｄに印加する磁界の強度によって、ファラデー回転角が９０度から０度の範囲で変化し、ファラデー回転角に応じて出力ファイバＦｏｕｔのコアに結合する光量が変化するために、光可変減衰機能を実現することができる。
次にＰＤ２３の設置方法について説明する。図４はＰＤ２３の設置位置を示す図である。ＰＤ２３は、光レベルを検出するために反射型光可変減衰器２０内に設けられる素子で、反射ミラー２２を一部透過した光を、電気信号に変換して制御部１４へ送信する。
ＰＤ２３を反射ミラー２２の背後に設置する場合には、出力ファイバＦｏｕｔより出射した反射型光可変減衰器２０以後の反射点からの戻り光の光強度を検出することがないように設置する必要がある。なぜなら、戻り光は、反射型光可変減衰器２０への入力光強度をモニタする上でノイズとなるので、戻り光をＰＤ２３で検出してしまうと検出精度が低下するからである。したがって、ＰＤ２３を戻り光の光軸から逸らす必要がある。
なお、図１の装置構成例では、戻り光阻止のための光アイソレータ１３が設けられているので、この場合は、必ずしもＰＤ２３の設置位置を考慮する必要はないが、光アイソレータを設置しないその他の装置にも適用可能とするため、本発明の反射型光可変減衰器２０では、ＰＤ２３を戻り光の光軸から逸らしている。
ここで、戻り光の漏れ込みを−５ｄＢ以下に抑える場合、戻り光と入力モニタ光とのなす角度をθ（ｄｅｇ）、ＰＤ２３の受光面の大きさをφ（ｍｍ）、レンズ２１ｂの焦点距離をｆ（ｍｍ）、光の波長をλ（μｍ）、ファイバ中のビームのモードフィールド径をｗ（μｍ）とした場合に、ＰＤ２３の反射ミラー２２の背後からの設置距離Ｌ（ｍｍ）は、Ｌ＞｛（（４λｆ／πｗ）＋φ）ｃｏｓ（θ／２）｝／４ｔａｎ（θ／２）の範囲とすることで、ＰＤ２３に対する戻り光の入力を抑制することが可能になる。
次にＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置について説明する。図５はＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置３は、ビームスプリッタ３１、光増幅部３２（図１で示した光増幅部１１と同じ機能の構成要素が含まれる）、ＰＤ３３（入力側受光素子）、制御部３４、反射型光可変減衰器２０から構成され、反射型光可変減衰器２０の制御がフィードフォワードタイプの場合である。なお、ゲインイコライザや戻り光阻止用の光アイソレータの図示は省略する。
ビームスプリッタ３１から分岐された光信号は、ＰＤ３３で電気信号に変換され、ＰＤ３３はモニタ値ｐ１を出力する。また、反射型光可変減衰器２０内のＰＤ２３は、増幅光信号のモニタ値ｐ２を出力する。
制御部３４は、光増幅部３２に対してＡＧＣを行い、反射型光可変減衰器２０内の可変アッテネータ２１を介してＡＬＣを行う。制御部３４がＡＧＣを行う場合は、モニタ値ｐ１、ｐ２から入力／出力の利得の倍率を検出し、モニタ値ｐ１、ｐ２の比が一定となるように、制御信号ｃｏｎｔ１を出力して光増幅部３２内の励起光源の励起光パワーを調整する。また、ＡＬＣを行う場合は、モニタ値ｐ２の変化にもとづき、可変アッテネータ２１内の磁界印加部２１ｅの磁界強度を調整してレベルを制御する。
ＡＧＣ／ＡＬＣの制御としては、例えば、光増幅部３２への入力が＋１ｄＢ上昇した場合は、ＡＧＣが働いて、入出力の倍率を一定にするために、光増幅部３２に対して出力も＋１ｄＢ上昇させる。そして、出力レベルが一定値となるように、ＡＬＣが働いて、可変アッテネータ２１に対して−１ｄＢ減衰させることになる。
図６はＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置３ａは、ビームスプリッタ３１、３５、光増幅部３２（図１で示した光増幅部１１と同じ機能の構成要素が含まれる）、ＰＤ３３（入力側受光素子）、ＰＤ３６（出力側受光素子）、制御部（ＡＧＣ部）３４、ＡＬＣ部３７、反射型光可変減衰器２０から構成され、反射型光可変減衰器２０の制御がフィードバックタイプの場合である。なお、ゲインイコライザや戻り光阻止用の光アイソレータの図示は省略する。
図５の場合と動作の異なる点のみ説明すると、ＡＧＣ／ＡＬＣの制御に対し、ＰＤ３３によるモニタ値ｐ１と、反射型光可変減衰器によるモニタ値ｐ２とにもとづいて、制御部３４は、光増幅部３２に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、ＡＬＣ部３７は、ＰＤ３６のモニタ値ｐ３にもとづいて、反射型光可変減衰器２０による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にするためのＡＬＣを行う。
図７はＡＧＣ／ＡＬＣ／シャットダウンの状態遷移を示す図である。
〔Ｓ１ａ〕ＡＬＣ動作中にＷＤＭで多重されている波長数が変化するとＡＧＣへ遷移する。
〔Ｓ１ｂ〕ＡＧＣ動作中に波長数が安定するとＡＬＣへ遷移する。
〔Ｓ２ａ〕ＡＬＣ動作中に波長数情報やどの波長で運用しているかといった波長運用情報等を含む監視信号（例えば、ＯＳＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｈａｎｎｅｌ）信号やＳＶ（ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ）信号）に対して障害（同期はずれ等で情報を検出できない等）が発生した場合はＡＧＣへ遷移する。
〔Ｓ２ｂ〕ＡＧＣ動作中に監視信号が回復するとＡＬＣへ遷移する。
〔Ｓ３ａ〕ＡＬＣ及びＡＧＣの動作中、光主信号及び監視信号の少なくとも一方が受信できず入力断となった場合は、シャットダウン（光増幅部３２内の励起光源の出力を自動的に止め、光増幅部３２の増幅機能を停止）へ遷移する。
〔Ｓ３ｂ〕シャットダウン中に入力断が回復するとＡＧＣへ遷移する。
図８はＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置４は、ビームスプリッタ４１、４２、光増幅部４３、４４（図１で示した光増幅部１１と同じ機能の構成要素が含まれる）、ＰＤ４５（入力側受光素子）、ＰＤ４６（出力側受光素子）、制御部４７、反射型光可変減衰器２０から構成され、反射型光可変減衰器２０の制御がフィードフォワードタイプの場合である。なお、ゲインイコライザや戻り光阻止用の光アイソレータの図示は省略する。
ビームスプリッタ４１から分岐された光信号は、ＰＤ４５で電気信号に変換され、ＰＤ４５はモニタ値ｐ１を出力する。また、反射型光可変減衰器２０内のＰＤ２３は、増幅光信号のモニタ値ｐ２を出力する。さらに、ビームスプリッタ４２から分岐された光信号は、ＰＤ４６で電気信号に変換され、ＰＤ４６はモニタ値ｐ３を出力する。
制御部４７は、光増幅部４３に対してＡＧＣを行い、反射型光可変減衰器２０内の可変アッテネータ２１を介してＡＬＣを行う。制御部４７がＡＧＣを行う場合は、モニタ値ｐ１、ｐ２から入力／出力の利得の倍率を認識し、モニタ値ｐ１、ｐ２の比が一定となるように、制御信号ｃｏｎｔ１により光増幅部４３内の励起光源の励起光パワーを調整する。また、ＡＬＣを行う場合は、モニタ値ｐ２の変化にもとづき、可変アッテネータ２１内の磁界印加部２１ｅの磁界強度を調整する。
さらに、制御部４７は、光増幅部４４に対してＡＧＣを行う。この場合は、モニタ値ｐ２、ｐ３から入力／出力の利得の倍率を認識し、モニタ値ｐ２、ｐ３の比が一定となるように、制御信号ｃｏｎｔ３により光増幅部４４内の励起光源の励起光パワーを調整する。
ここで、制御部４７は、ＡＧＣを行う場合、光増幅部４３のゲインＧ１を一定、光増幅部４４のゲインＧ２を一定というように個別に行ってもよいし、ゲインＧ１＋ゲインＧ２＝一定と合わせて行ってもよい。なお、光増幅装置４に対するＡＧＣ／ＡＬＣ／シャットダウンの状態遷移は図７と同様なので説明は省略する。
図９はＡＧＣ／ＡＬＣ機能を設けた光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置４ａは、ビームスプリッタ４１、４２、４８、光増幅部４３、４４（図１で示した光増幅部１１と同じ機能の構成要素が含まれる）、ＰＤ４５（入力側受光素子）、ＰＤ４６（出力側受光素子）、ＰＤ４９（受光素子）、制御部４７、反射型光可変減衰器２０から構成され、反射型光可変減衰器２０の制御がフィードバックタイプの場合である。なお、ゲインイコライザや戻り光阻止用の光アイソレータの図示は省略する。
図８の場合と動作の異なる点のみ説明すると、制御部４７によるＡＧＣ／ＡＬＣの制御に対し、ＰＤ４５によるモニタ値ｐ１と、反射型光可変減衰器２０によるモニタ値ｐ２とにもとづいて、光増幅部４３に対するゲイン一定制御であるＡＧＣを行い、ＰＤ４９によるモニタ値ｐ３とＰＤ４６によるモニタ値ｐ４にもとづいて、光増幅部４３に対するゲインと光増幅部４４に対するゲインの和が一定制御であるようＡＧＣを行い、かつ少なくともモニタ値ｐ１〜ｐ４のいずれかにもとづいて、反射型光可変減衰器２０による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にする。
または、制御部４７は、ＰＤ４５によるモニタ値ｐ１と、反射型光可変減衰器２０によるモニタ値ｐ２と、ＰＤ４９によるモニタ値ｐ３とにもとづいて、光増幅部４３に対するゲインと、光増幅部４４に対するゲインの和が一定制御であるようＡＧＣを行い、かつ少なくともモニタ値ｐ１〜ｐ４のいずれかにもとづいて、反射型光可変減衰器による減衰制御に対して、光出力レベルを一定にする。
以上説明したように、図５〜図９の光増幅装置では、反射型光可変減衰器２０を含み、それぞれの制御部でＡＧＣ／ＡＬＣを行う構成とした。２つの光増幅部いずれもＡＧＣを行うので、ビームスプリッタ及びＰＤをあらたに設ける必要があるが、この場合でも従来装置と比べると部品点数は少なくなる。
ここで、反射型光可変減衰器２０を用いない従来装置で、例えば、図８の光増幅装置４で実施している制御を行おうとすると、光増幅部４３、４４の出力レベル及び入力レベルのモニタを行うために、光増幅部４３、４４との間にビームスプリッタとＰＤをそれぞれ２個ずつさらに設けなければならない。本発明の光増幅装置４では、反射型光可変減衰器２０内の１つのＰＤ２３により、光増幅部４３の出力レベル及び光増幅部４４の入力レベルのモニタを行っているので共用化することができ、部品点数を削減することが可能になる（光増幅部４３、４４との間のビームスプリッタも不要である）。
次に光増幅装置の他の実施の形態について説明する。図１０は光増幅装置の構成を示す図である。光増幅装置５は、光増幅部５１、制御部５２、反射型光可変減衰器６０から構成される（ゲインイコライザや戻り光阻止用の光アイソレータの図示は省略）。光増幅部５１は、励起光源５１ａ、光アイソレータ５１ｂ、ＥＤＦ５１ｃ、カプラＣ１を含む。反射型光可変減衰器６０は、可変アッテネータ６１、反射ミラー６２、ＰＤ６３を含む。
光増幅部５１に対し、励起光源５１ａは、光アイソレータ５１ｂを介して、ＥＤＦ５１ｃに励起光Ｌ１をカプラＣ１を介して入射する。励起光Ｌ１は、ＥＤＦ５１ｃを通過すると、反射型光可変減衰器６０で反射され、反射励起光Ｌ２として再びＥＤＦ５１ｃに入射される。光信号進行方向の励起光Ｌ１及び光信号逆方向の反射励起光Ｌ２から、光増幅が行われてＥＤＦ５１ｃから増幅光信号が出力される。なお、光アイソレータ５１ｂを図の位置に設けているため、反射励起光Ｌ２は光アイソレータ５１ｂで遮断され、励起光源５１ａに入射するようなことはない。
反射型光可変減衰器６０は、図２、図３で上述した反射型光可変減衰器２０の構成・動作と基本的には同じである。異なる点は、励起光Ｌ１を反射させて反射励起光Ｌ２を生成するための膜を、反射型光可変減衰器６０の構成素子の光信号通過面にコーティングしてある点である。
図１１は反射型光可変減衰器６０の構成を示す図である。反射型光可変減衰器６０は、２芯フェルール６１ａ、レンズ６１ｂ、レンズホルダ６１ｆ、偏光子６１ｃ、磁気光学結晶６１ｄ、磁界印加部６１ｅ、反射ミラー６２、ＰＤ６３から構成される。また、２芯フェルール６１ａに対し、光主信号は無反射で、励起光Ｌ１を反射させて反射励起光Ｌ２を生成する膜６−１を、図に示す光信号通過面Ｍ１にコーティングする。膜６−１は、例えば、１ミクロン以下の波長の光に対する反射率が１％以上になるよう設定する。
このような膜６−１をコーティングしておくことで、励起光Ｌ１を反射させて、ＥＤＦ５１ｃに再び入射させることができる。これにより増幅効率を向上させることができ、励起光源５１ａの励起パワーを低減させることが可能になる（なお、レンズ６１ｂの光信号通過面Ｍ２またはＭ３側に、膜６−１をコーティングしておいてもよい）。
また、励起光の波長１ミクロン以下の光に対しては高い反射率を持たせた膜６−１を、上記のような位置にコーティングしておくことにより、励起光は磁気光学結晶６１ｄまで届かなくなるので、磁気光学結晶６１ｄが励起光を吸収することはなくなる。これにより、磁気光学結晶６１ｄの１ミクロン以下の励起光の吸収による発熱及び特性劣化等を軽減することが可能になる。
以上説明したように、本発明の光増幅装置は、光増幅部と、反射ミラーによって入力ビームを反射させて反射ビームを生成し、入力ビームと反射ビームが通過する位置に磁気光学結晶を設けて、印加された磁界によってファラデー回転角を与えることで増幅光信号の減衰量を変化させ、かつ反射ミラーを一部透過した光を入力モニタ光として電気信号に変換する反射型光可変減衰器とから構成した。これにより、光主信号が流れる伝送路上から、光アイソレータ、ビームスプリッタといった光デバイスの実装数を削減することができるので、光中継器や光増幅装置の小型化及び低コスト化を実現し、かつ光伝送品質の向上を図ることが可能になる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【図１】
2005001560.tif 000003
【図２】
2005001560.tif 000004
【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】
2005001560.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005001560.tif 000011
【図１０】
2005001560.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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