(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から信号光が入力される信号光入力部と、
励起光を発する励起光源と、
上記信号光入力部からの信号光と上記励起光源からの励起光とが入力され、それらを合波する波長合波器と、
上記波長合波器からの信号光と励起光との合波が入力され、信号光を増幅する希土類元素ドープファイバと、
上記希土類元素ドープファイバで増幅された増幅信号光を外部に出力する増幅信号光出力部と、を有する増幅器本体回路を備え、
上記増幅器本体回路における上記信号光入力部と上記波長合波器との間と、上記希土類元素ドープファイバと増幅信号光出力部との間とを、特定波長の光のみを透過する光フィルタを介設したバイパス路で接続し、該希土類元素ドープファイバから発生した自然放出光が該波長合波器及び該光フィルタを経て再び該希土類元素ドープファイバに戻って循環する発振光となり、この循環する発振光が該希土類元素ドープファイバによって繰り返し増幅されて発振光パワーが飽和状態となった際に該希土類元素ドープファイバの利得が一定となるように構成された自動利得制御ループを設けた光ファイバ増幅器において、
上記自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタし、モニタした発振光パワーに基づいて、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり、且つ上記希土類元素ドープファイバの利得が発振光パワーが飽和状態となったときの該希土類元素ドープファイバの利得と略同一となるように上記励起光源からの励起光のパワーをフィードバック制御する励起光源制御部を備えていることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
上記励起光源制御部は、上記自動利得制御ループにおけるバイパス路から発振光パワーをモニタするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
上記励起光源制御部は、上記自動利得制御ループから発振光を分岐して取り出す分岐カプラと、該分岐カプラにより取り出した発振光を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子によって変換された電気信号に基づいて上記励起光源からの励起光のパワーを制御する制御部本体と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
上記増幅器本体回路における上記バイパス路への分岐部には、上記信号光入力部からの信号光が上記波長合波器に入力され且つ上記自動利得制御ループを循環する発振光が上記光フィルタに入力されるように伝送する第１サーキュレータが設けられていると共に、上記増幅器本体回路における上記バイパス路との合流部には、上記希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が上記増幅信号光出力部から出力され且つ上記自動利得制御ループを循環する発振光が該希土類元素ドープファイバに入力されるように伝送する第２サーキュレータが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光直接増幅装置として希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器が広く知られている。かかる光ファイバ増幅器は、一般に、信号光入力部、励起光源、波長合波器、希土類元素ドープファイバ及び増幅信号光出力部を有し、外部から信号光入力部に入力された信号光と励起光源からの励起光とが波長合波器に入力されてそれらの合波が出力され、その合波が希土類元素ドープファイバに入力されて増幅信号光として出力され、それを増幅信号光出力部から外部に出力する構成となっているものである。
【０００３】
また、特開平１０−１５４８４０号公報には、波長合波器より信号光入力部側の部位と希土類元素ドープファイバより増幅信号高出力部側の部位とを光バンドパスフィルタを介して接続して形成された帰還ループが設けられた光ファイバ増幅器が開示されており、かかる構成により、希土類元素ドープファイバから放出される自然放出光が帰還ループを循環し、その帰還ループがリングレーザとして動作することとなり、そして、帰還ループの利得が１であることから希土類元素ドープファイバの利得がループの損失を補償する値に定まることとなるため、入力される信号光のパワーの大きさに関わらず希土類元素ドープファイバが一定の利得に固定されると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光ファイバ増幅器の励起光源としてはレーザダイオード等が用いられるが、特に励起光源から発せられる励起光のパワーの制御（ＬＤの場合、励起ＬＤ電流の制御）を行わなくても所要の希土類元素ドープファイバの利得を得ることができるとの観点からかかる制御は行われていない。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光源から発せられる励起光のパワーを制御することにより、雑音指数の低い状態で動作する光ファイバ増幅器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、希土類元素ドープファイバ増幅器に、波長合波器より信号光入力部側の部位と希土類元素ドープファイバより増幅信号高出力部側の部位とを光フィルタを介してバイパス接続して形成された自動利得制御ループを設け、その自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタして、モニタされた発振光パワーに基づいて、励起光源からの励起光のパワーを制御するようにしたものである。
【０００７】
具体的には、本発明は、
外部から信号光が入力される信号光入力部と、
励起光を発する励起光源と、
上記信号光入力部からの信号光と上記励起光源からの励起光とが入力され、それらを合波する波長合波器と、
上記波長合波器からの信号光と励起光との合波が入力され、信号光を増幅する希土類元素ドープファイバと、
上記希土類元素ドープファイバで増幅された増幅信号光を外部に出力する増幅信号光出力部と、を有する増幅器本体回路を備え、
上記増幅器本体回路における上記信号光入力部と上記波長合波器との間と上記希土類元素ドープファイバと増幅信号光出力部との間とを、特定波長の光のみを透過する光フィルタを介設したバイパス路で接続し、該希土類元素ドープファイバから発生した自然放出光が該波長合波器及び該光フィルタを経て再び該希土類元素ドープファイバに戻って循環する発振光となり、この循環する発振光が該希土類元素ドープファイバによって繰り返し増幅されて発振光パワーが飽和状態となった際に該希土類元素ドープファイバの利得が一定となるように構成された自動利得制御ループを設けた光ファイバ増幅器において、
上記自動利得制御ループを循環する発振光のパワーをモニタし、モニタした発振光パワーに基づいて、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり、且つ希土類元素ドープファイバの利得が発振光パワーが飽和状態であるときの利得と略同一となるように上記励起光源からの励起光のパワーをフィードバック制御する励起光源制御部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
入力された信号光のパワーが小さい小信号入力時では、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態であり、希土類元素ドープファイバの利得が一定となると共に発振光パワーも一定となる。また、入力された信号光のパワーが大きい大信号入力時では、増幅信号光パワーが飽和状態であって且つ発振光パワーが非飽和状態であり、希土類元素ドープファイバの利得が小信号入力時よりも小さい一定値となると共に発振光パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となり、さらに、増幅信号光の出力パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となる。そして、小信号入力時と大信号入力時との間の過渡時では、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であり、小信号入力時から大信号入力時に近くなるに従って希土類元素ドープファイバの利得が徐々に低下すると共に発振光パワーも徐々に小さくなる。本発明の上記構成によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となる小信号入力時と過渡時の臨界時又は過渡時乃至大信号入力時が実現されるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されている、すなわち、モニタされた発振光パワーに基づいて、発振光パワーが小信号入力時のもの以下となるように励起光パワーが制御されているので、光ファイバ増幅器が雑音指数の低い領域で動作することとなり、低雑音の光ファイバ増幅器が構成されることとなる。また、従来の光ファイバ増幅器では、励起光パワーの制御がなされていなかったので、場合によっては必要以上の励起光パワーが消費されていたが、上記の構成によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となり且つ希土類元素ドープファイバの利得が小信号入力時の利得と略同一となる状態、すなわち、小信号入力時と過渡時の臨界状態又は過渡時における小信号入力時に近い状態が実現されるように励起光パワーの制御がなされ、必要最低限の励起光パワーにより小信号入力時と略同一の希土類元素ドープファイバの利得を得ることができることとなるので、従来と比べて励起光源の省電力化を図ることができる。また、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態、すなわち、小信号入力時と過渡時との臨界状態が実現されるように制御を行えば、励起光源の省電力化の効果が最も大きいものとなる。ここで、希土類元素ドープファイバの利得が「略同一」であるとは利得差が１ｄＢ以内であることを意味する。
【０００９】
なお、希土類元素ドープファイバとしては、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）が好適に用いられるが、プラセオジウム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）又はネオジム（Ｎｄ）がドープされたものであってもよい。また、希土類元素ドープファイバは、発振光パワーが飽和状態の際、自動利得制御ループによりそのループ損失に対応した値の利得に一定化制御されるが、その利得を所定値とするために、アテネータやサーキュレータ等の光減衰要素を自動利得制御ループに介設するようにしてもよい。
【００１０】
また、励起光源制御部は、自動利得制御ループにおけるバイパス路から発振光パワーモニタするように構成されていることが好ましい。例えば、自動利得制御ループにおける波長合波器と希土類元素ドープファイバとの間の部分の発振光をモニタするように構成すると、増幅される信号光もその部分を伝送されるため、発振光をモニタすることによりその信号光に悪影響を及ぼす虞があるが、上記の構成によれば、増幅される信号光に悪影響を与えることなく発振光のモニタを行うことができることとなる。
【００１１】
さらに、励起光源制御部は、自動利得制御ループから発振光を分岐して取り出す分岐カプラと、その分岐カプラにより取り出した発振光を電気信号に変換する光電変換素子と、その光電変換素子によって変換された電気信号に基づいて励起光源からの励起光のパワーを制御する制御部本体とを備えていることが好ましい。発振光を分光器やフィルタで取り出してフィードバック制御したのでは複雑な装置が必要となるが、かかる構成によれば、光電変換素子によって変換された電気信号に基づいてアナログ的な処理によって極めて簡単に励起光源の制御することができることとなる。ここで、光電変換素子としてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等を挙げることができる。
【００１２】
そして、増幅器本体回路におけるバイパス路の分岐部には、信号光入力部からの信号光が波長合波器に入力され且つ自動利得制御ループを循環する発振光が上記光減衰器に入力されるように伝送する第１サーキュレータが設けられていると共に、増幅器本体回路におけるバイパス路の合流部には、希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が増幅信号光出力部から出力され且つ自動利得制御ループを循環する発振光が希土類元素ドープファイバに入力されるように伝送する第２サーキュレータが設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、信号光入力部からの入力信号光及び希土類元素ドープファイバからの増幅信号光が、光フィルタ側に伝送されることなく、全て波長合波器及び増幅信号光出力部にそれぞれ伝送されることとなるので、入力された信号光及び増幅信号光のロスが防止されることとなる。また、発振光は、信号光の進路と逆向きに自動利得制御ループを循環することとなるので、発振光が増幅信号光出力部から出力されることがない。ここで、第１サーキュレータ及び第２サーキュレータは、それぞれ別個に構成されるものであっても、１つのサーキュレータにより構成されるものであってもよい。なお、自動利得制御ループにアイソレータを介設しても同様の効果を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発振光パワーが飽和状態と非飽和状態との臨界状態乃至非飽和状態となる小信号入力時と過渡時の臨界時又は過渡時乃至大信号入力時が実現されるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されているので、光ファイバ増幅器が雑音指数の低い領域で運転されることとなり、低雑音の光ファイバ増幅器を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器１を示す。
【００１６】
＜増幅器本体部回路＞
増幅器本体部回路２は、信号光入力部３、第１サーキュレータ４、励起レーザダイオード（以下「励起ＬＤ」と称する）６が接続された波長合波器５、エルビウムドープファイバ（以下「ＥＤＦ」と称する）７、第２サーキュレータ８及び増幅信号光出力部９が順に光信号パスによって連結されて形成されている。すなわち、この光ファイバ増幅器１は、エルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）と称され、外部から信号光入力部３に入力された信号光を第１サーキュレータ４経由で波長合波器５に入力した後、波長合波器５で信号光と励起ＬＤ６から発された励起光とを合波し、次いで、その合波をＥＤＦ７に入力して信号光を増幅し、増幅された信号光を第２サーキュレータ８経由で増幅信号光出力部９から外部に出力するものである。
【００１７】
ここで、信号光入力部３は、通信用光ファイバ等により伝送されてきた信号光を外部から入力する部分をなしている。
【００１８】
第１サーキュレータ４は、３つの端子のうちのある端子に入力された光を隣接するいずれかの端子に出力するものであり、１Ａ端子４ａに入力された光は１Ｂ端子４ｂに出力され、また、１Ｂ端子４ｂに入力された光は１Ｃ端子４ｃに出力される構成となっている。従って、信号光入力部３からの信号光は１Ａ端子４ａに入力されて１Ｂ端子４ｂに出力されることとなる。
【００１９】
波長合波器５は、入力された信号光と波長合波器５に接続された励起ＬＤ６からの励起光とを合波するものである。ここで、励起ＬＤ６は、ＥＤＦ７に含まれるエルビウムを励起するための励起光を発するものであり、励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰのＬＤが用いられている。このＩｎＧａＡｓＰのＬＤは、励起光波長がＥＤＦ７が増幅する１．５５μｍ帯の光と波長が近いことから、励起光から信号光への変換効率が約８０％と大きいものである。
【００２０】
ＥＤＦ７は、コアにエルビウムがドープされた光ファイバであり、エルビウムが励起光を受けて励起されてエネルギー順位が反転分布状態となり、励起状態から基底状態に移行する際に放出するエネルギーを信号光に与える誘導放出により信号光を増幅するものである。このＥＤＦ７は、１．５５μｍ帯の光を増幅する特性が特に優れているが、他の波長の光の増幅特性をも高めるべくＡｌが共ドープされている。
【００２１】
第２サーキュレータ８は、第１サーキュレータ４と同一のものであり、２Ａ端子８ａに入力された光は２Ｂ端子８ｂに出力され、また、２Ｂ端子８ｂに入力された光は２Ｃ端子８ｃに出力される構成となっている。従って、ＥＤＦ７からの増幅信号光は２Ａ端子８ｂに入力されて２Ｂ端子８ｃに出力されることとなる。
【００２２】
増幅信号光出力部９は、ＥＤＦ７によって増幅された増幅信号光を外部に出力する部分をなしている。
【００２３】
＜自動利得制御ループ部＞
第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とは、前者が分岐部で後者が合流部として光信号パスによってバイパス接続されており、そのバイパス路には第１サーキュレータ４側からバンドパスフィルタ１０、分岐カプラ１１及びアテネータ１２が順に介設されている。そして、これによって、ＥＤＦ７から放出される自然放出光が、波長合波器５を経て、第１サーキュレータ４の１Ｂ端子４ｂに入力されて１Ｃ端子４ｃから出力され、バンドパスフィルタ１０、分岐カプラ１１及びアテネータ１２を順に経て、第２サーキュレータ８の２Ｃ端子８ａに入力されて２Ａ端子８ｂから出力され、再びＥＤＦ７へと戻って循環し、発振光を生じる自動利得制御ループ１３が構成されている。この自動利得制御ループ１３を循環する発振光は、波長合波器５によって励起光と合波されてＥＤＦ７によって繰り返し増幅されるが、最終的には発振光パワーがループを一周する間に損失するパワー分だけが補填されるだけで所定パワー以上に増幅されない飽和状態となり、このとき、ＥＤＦ７の利得は自動利得制御ループ１３のループロスに対応する所定値に固定され、信号光入力部３からの信号光のパワーの大きさに関わりなく、ＥＤＦ７が同一の利得で動作することとなる。
【００２４】
ここで、バンドパスフィルタ１０は、特定波長の光のみを透過すると共に他の波長の光を遮断するものであり、自動利得制御ループ１３に安定した発振光を生じさせる機能を果たしている。
【００２５】
分岐カプラ１１は、自動利得制御ループ１３に生じた発振光を分岐して取り出すものである。
【００２６】
アテネータ１２は、発振光パワーを減衰させるものであり、ＥＤＦ７の利得が自動利得制御ループ１３のループロスの値に対応して固定化されることから、そのループロスを所定の値にするために設けられているものである。
【００２７】
但し、自動利得制御ループ１３によりＥＤＦ７が同一の利得で動作するのは、入力される信号光が小さく、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態である小信号入力時に限られる。入力された信号光のパワーが大きい大信号入力時では、増幅信号光パワーが飽和状態であって且つ発振光パワーが非飽和状態であり、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時よりも小さい一定値となると共に発振光パワーが小信号入力時よりも大きい一定値となり、増幅信号光の出力パワーが小信号入力時よりも小さい一定値となる。小信号入力時と大信号入力時との間の過渡時では、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であり、小信号入力時から大信号入力時に近くなるに従ってＥＤＦ７の利得が徐々に低下すると共に発振光パワーも徐々に低下する。
【００２８】
＜励起ＬＤ制御部＞
分岐カプラ１１からの分岐部には光電変換素子としてのモニタフォトダイオード（以後「モニタＰＤ」と称する）１４が光信号パスにより接続されており、モニタＰＤ１４は電気信号パスにより制御部本体１５に繋げられ、制御部本体１５は電気信号パスにより励起ＬＤ６に繋げられている。これによって、自動利得制御ループ１３に生じた発振光を分岐カプラ１１によって取り出し、その発振光パワーをモニタＰＤ１４により電気信号に変換して制御部本体１５に送り、制御部本体１５によってその電気信号値を判定し、その判定結果に基づいた励起ＬＤ電流が制御部本体１５から励起ＬＤ６に送られる励起ＬＤ制御部１６が構成されている。
【００２９】
具体的な制御に関して図２のフローチャートに従って説明する。
【００３０】
スタートして、まず、Ｓ１で設定された発振光パワーの目標値（Ｐｏ）を読み込む。発振光パワーのこの目標値は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となるような低信号入力時に極めて近い過渡時の状態が実現されるものである。次いで、Ｓ２で発振光パワー（Ｐ）をモニタする。続いて、Ｓ３でモニタした発振光パワー（Ｐ）が設定された発振光パワー（Ｐｏ）と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はＳ４に進み、励起ＬＤ電流の保持を実行してＳ２に戻る。ＮＯの場合はＳ５に進む。Ｓ５でモニタした発振光（Ｐ）が目標値（Ｐｏ）よりも大きいかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はＳ６に進み、励起ＬＤ電流の減少を実行してＳ２に戻る。ＮＯの場合はＳ７に進み、励起ＬＤ電流の増加を実行してＳ２に戻る。
【００３１】
例えば、励起ＬＤの出力を最大にして光ファイバ増幅器１の運転を開始するとする。運転開始時点は、増幅信号光パワーが非飽和状態であって且つ発振光パワーが飽和状態である低信号入力時に該当し、ＥＤＦ７が一定の利得で動作すると共にモニタされる発振光パワーも目標値よりも大きい一定値を示す。
【００３２】
次いで、発振光パワーは目標値よりも大きいため励起ＬＤ６の出力は徐々に下がってゆくこととなる。この時点も低信号入力時に該当し、ＥＤＦ７の利得及びモニタされる発振光パワー共に一定値で推移する。
【００３３】
そして、一定値で推移していた発振光パワーはあるところから減少を始め、それが目標値に等しくなった時点で励起ＬＤ６の出力の低下が停止して出力が維持される。発振光パワーが減少を開始する時点は、発振光パワーが飽和状態から非飽和状態となる臨界状態に該当する。発振光パワーが目標値に等しくなった時点は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態であって、低信号入力時に極めて近い過渡時に該当し、しかも、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時と略同一の利得を示す。
【００３４】
この以後は、モニタした発振光パワーが目標値よりも低くなれば（入力された信号光のパワーが小さくなる）、励起ＬＤ６の出力が増大し、モニタした発振光パワーが目標値よりも高くなれば（入力された信号光のパワーが大きくなる）、励起ＬＤ６の出力が低下して発振光パワーが目標値を維持するように制御がなされる。
【００３５】
＜作用・効果＞
上記構成の光ファイバ増幅器１によれば、発振光パワーが非飽和状態となるように、励起光源からの励起光のパワーがフィードバック制御されている、すなわち、モニタされた発振光パワーに基づいて、発振光パワーが小信号入力時よりも小さくなるように励起光パワーの制御がなされているので、光ファイバ増幅器１が雑音指数の低い領域で動作することとなり、低雑音の光ファイバ増幅器１が構成されることとなる。
【００３６】
また、ＥＤＦ７の利得が小信号入力時の利得と略同一となるようにフィードバック制御されている、すなわち、過渡時における小信号入力時に近い状態が実現されるように励起光パワーの制御がなされているので、必要最低限の励起光パワーにより小信号入力時と略同一のＥＤＦ７の利得を得ることができることとなり、励起光源の省電力化を図ることができる。
【００３７】
そして、第１サーキュレータ４及び第２サーキュレータ８が設けられているので、信号光入力部３からの信号光は、バンドパスフィルタ１０側に伝送されることなく、全てが波長合波器５側に伝送されることとなり、また、ＥＤＦ７からの増幅信号光は、アテネータ１２側に伝送されることなく、全てが増幅信号光出力部９に伝送され、入力信号光及び増幅信号光のロスの発生を防止することができる。加えて、発振光は、信号光の進路と逆向きに自動利得制御ループ１３を循環することとなるので、発振光が増幅信号光出力部９から出力されることがない。
【００３８】
また、分岐カプラ１１は、第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とをバンドパスフィルタ１０等を介して接続したバイパス路、すなわち、入力された信号光及び増幅信号光が伝送されない部分に介設されているので、入力された信号光及び増幅信号光に悪影響を与えることなく発振光のモニタを行うことができる。
【００３９】
さらに、分岐カプラ１１から取り出した発振光をモニタＰＤ１４により光電変換するようにしているので、電気信号に基づいたアナログ的な処理によって極めて簡単に励起ＬＤ６の制御することができる。
【００４０】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、励起光源として励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰの励起ＬＤ６を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、励起光波長が０．９８μｍであるＩｎＧａＡｓの励起ＬＤであってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、希土類元素ドープファイバとしてＥＤＦ７を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、プラセオジウム（Ｐｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）又はネオジム（Ｎｄ）がドープされたものであってもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、第１サーキュレータ４及び第２サーキュレータ８を用いて分岐部及び合流部を形成して自動利得制御ループ１３を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、カプラを用いて分岐部及び合流部を構成するようにしてもよい。但し、その場合は、信号光の進路と逆向きに発振光を循環させるようにアイソレータを介設することが好ましい。増幅信号光出力部から発振光が出力されるのを防止することができるからである。
【００４３】
また、自動利得制御ループ１３の作用によりＥＤＦ７の利得を所定値にするために、自動利得制御ループ１３に他の光減衰要素を介設するようにしてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、発振光パワーの目標値を設定して制御を行ったが、特にこれに限定されるものではなく、発振光パワーの目標範囲を設定して制御を行うようにしてもよい。
【００４５】
【実施例】
以下に示すような光ファイバ増幅器の動作実験を行った。
【００４６】
＜実験装置＞
図３に実験に用いた光ファイバ増幅器１の構成を示す。なお、上記実施形態に係る光ファイバ増幅器と同一部分は、同一符号で示す。
【００４７】
この光ファイバ増幅器１は、信号光入力部３、第１サーキュレータ４、分岐カプラ１１、励起光波長が１．４８μｍであるＩｎＧａＡｓＰの励起ＬＤ６が接続された波長合波器５、ＥＤＦ７、第２サーキュレータ８及び増幅信号光出力部９が順に光信号パスによって連結されて増幅器本体回路２が構成されており、信号光入力部３には、第１アテネータ１７を介して波長１５５０μｍの信号光を出力する光源１８が接続され、増幅信号光出力部９には第２アテネータ１９を介してオシロスコープ２０が接続されている。また、第１サーキュレータ４と第２サーキュレータ８とは光信号パスによってバイパス接続されており、そのバイパス路に第１サーキュレータ４側から順にバンドパスフィルタ１０及び第３アテネータ１２が介設されて自動利得制御ループ１３を形成している。さらに、分岐カプラ１１からの分岐部はモニタＰＤ（図示せず）に光信号パスで接続されており、モニタＰＤは制御部本体（図示せず）に電気信号パスで繋がれ、制御部本体は励起ＬＤ６に電気信号パスで繋がれている。そして、励起ＬＤ６からの励起光のパワーの目標値は、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となって、低信号入力時に極めて近い過渡時が実現される値に設定した。
【００４８】
光ファイバ増幅器１の動作は実施形態の場合と同一である。
【００４９】
＜実験方法＞
励起ＬＤから発される励起光のパワーが２４．２３ｄＢｍ、２０．０７ｄＢｍ及び１５．４９ｄＢｍの３水準変量について、各励起光パワーについて自動利得制御ループのループロスを約１０ｄＢ、約２０ｄＢ、約３０ｄＢ及び７０ｄＢ以上の各場合に設定し、信号光パワーを−４０ｄＢｍから−２ｄＢｍまで変量した際の利得及び損失指数のデータを採取した。なお、このとき励起ＬＤの制御は行わなかった。
【００５０】
また、入力光パワーを−１５ｄＢｍとして光ファイバ増幅器の運転を開始し、その運転開始から２秒後に励起ＬＤの制御を開始した。このときの利得及び損失指数を経時的にデータ採取した。
【００５１】
＜実験結果＞
図４（ａ）〜（ｃ）は、信号光パワーと利得との関係を示す。同図によれば、自動利得制御ループのループロスが約１０ｄＢ、約２０ｄＢ及び約３０ｄＢのものは、信号光パワーによらず利得が一定値を示す領域と、信号光パワーの増大に伴って利得が低下する領域と、ループロスの値によらず同一の利得を示す部分との３つのパートを有する特性を示している。信号光パワーによらず利得が一定値を示している領域は、発振光パワーが飽和状態となることにより自動利得制御が有効に機能している小信号入力時である。入力される信号光パワーの増大に伴って利得が低下する領域は、入力される信号光パワーが大きいために発振光パワーが不飽和状態となり、自動利得制御が完全なる機能を発揮していない過渡時である。ループロスの値によらず同一の利得を示す部分は、増幅信号光パワーが飽和状態となっている大信号入力時である。ループロスが７０ｄＢ以上では、上記のような３つのパートが明確ではない。これは、自動利得制御により一定化されるＥＤＦの利得は自動利得制御ループのループロスに対応して決まるものであるが、ＥＤＦ固有の利得がループロス７０ｄＢ以上に対応して決まる利得よりも小さいために自動利得制御が有効に機能しなかったものと考えられる。
【００５２】
また、図４（ａ）〜（ｃ）を比較すると、励起光パワーが大きくなるほど、自動利得制御される信号光パワーの範囲が広くなっているのが分かる。従って、例えば、信号光パワーが−１５ｄＢｍのときには、励起光パワーが２４．２３ｄＢｍであっても２０．０７ｄＢｍであっても同一の利得が得られることから、信号光パワーの大きさに対応して励起光パワーを必要最低限度にする制御（常に小信号入力時と過渡時との臨界点近傍状態が実現されるようにする）を行えば、励起ＬＤの省電力化を図ることができる。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、信号光パワーと雑音指数との関係を示す。同図によれば、自動利得制御ループのループロスがいずれのデータであっても、信号光パワーが大きい部分では小さい部分に比較して雑音指数が低くなっている。これは小信号入力時では雑音指数が相対的に高く、過渡時及び大信号入力時では雑音指数が相対的に低いというように対応付けることができる。従って、小信号入力時と過渡時の臨界状態又は過渡時乃至大信号入力時の状態が実現されるような制御をするようにすれば、雑音指数を低く抑えることができる。
【００５４】
図６は、図４及び５から自動利得制御ループのループロスが約２０ｄＢの場合における信号光パワーが−５ｄＢｍ、−１０ｄＢｍ、−１５ｄＢｍ及び−２０ｄＢｍのときの利得及び雑音指数のデータを抽出し、それらと励起光パワーとの関係を示したものである。同図によれば、利得及び雑音指数共に励起光パワーが小さくなるに従って低下するのが分かる。信号光パワーが−５ｄＢｍの場合、励起光パワーが２５ｄＢｍから２０ｄＢｍに低下すると、利得は僅かしか低下しないのに対し、雑音指数は１ｄＢも低下する。従って、利得の低下と雑音指数の低下とのバランスを考慮して励起光パワーを設定することにより、高いＥＤＦの利得を維持しつつ、雑音指数を低下させることができるということが言える。
【００５５】
図７は、光ファイバ増幅器の運転開始からの経過時間と利得及び損失指数との関係を示す。同図によれば、運転開始して２秒後に励起ＬＤ制御を開始し、その後２秒間（運転開始から４秒）に雑音指数は約７ｄＢから６ｄＢ強まで低下し低るのに対し、利得はほとんど変化なく推移しているのが分かる。すなわち、増幅信号光パワー及び発振光パワー共に非飽和状態となるような低信号入力時に極めて近い過渡時の状態が実現されるように制御することにより、自動利得制御により一定化されたＥＤＦの利得と同一のＥＤＦの利得を維持しつつ、雑音指数を低下させることができ、しかも、励起光パワーが最小限度で動作することとなることから励起ＬＤの省電力化をも図ることができるということが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器のブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態に係る光ファイバ増幅器の制御を示すフローチャートである。
【図３】  実施例の実験に使用した光ファイバ増幅器のブロック図である。
【図４】  信号光パワーと利得との関係を示すグラフ図である。
【図５】  信号光パワーと損失指数との関係を示すグラフ図である。
【図６】  励起光パワーと利得及び損失指数の関係を示すグラフ図である。
【図７】  光ファイバ増幅器の運転開始からの経過時間と利得及び損失指数との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ増幅器
２  増幅器本体部回路
３  信号光入力部
４  第１サーキュレータ
４ａ  １Ａ端子
４ｂ  １Ｂ端子
４ｃ  １Ｃ端子
５  波長合波器
６  励起レーザダイオード（励起ＬＤ）
７  エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
８  第２サーキュレータ
８ａ  ２Ａ端子
８ｂ  ２Ｂ端子
８ｃ  ２Ｃ端子
９  増幅信号光出力部
１０  バンドパスフィルタ
１１  分岐カプラ
１２，１７，１９  アテネータ
１３  自動利得制御ループ
１４  モニタフォトダイオード（モニタＰＤ）
１５  制御部本体
１６  励起ＬＤ制御部
１８  光源
２０  オシロスコープ
【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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