(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器と第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器との間に、ツリウム添加光ファイバが設けられた光ファイバ増幅器であって、
第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光のパワーと、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワーをモニターして、当該第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器の利得を一定に制御する利得一定制御回路と、
第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワーをモニターして、当該第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワーが一定になるように該第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器の利得を制御する利得制御回路と、
前記第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光のパワーと、ツリウム添加光ファイバから出力される信号光のパワーをモニターして、該ツリウム添加光ファイバの光の吸収特性を制御する吸収損失制御回路とを備え、
前記吸収損失制御回路が、吸収光制御光源からツリウム添加光ファイバに入力される吸収損失制御光のパワーを制御することによって、ツリウム添加光ファイバの光の吸収特性を制御しているものであり、
前記第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光の波長帯域は１５３９〜１５６４ｎｍであり、
１５３９〜１５６４ｎｍの波長帯域において、前記エルビウム添加光ファイバの利得傾斜と前記ツリウム添加光ファイバの損失傾斜は線形であり、前記利得傾斜と前記損失傾斜は符号が逆で絶対値がほぼ等しいことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号光の増幅を行う光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英ガラス系の光ファイバのコアにエルビウム（Ｅｒ）、プラセオジム（Ｐｒ）などの希土類元素を添加した希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が実用レベルに達している。
特にエルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器は、１．５５μｍ帯において高利得、高飽和出力を有することから、基幹伝送系、加入者系などのさまざまな商用システムに適用されている。
【０００３】
その中でも、信号光を数波以上用いたＷＤＭ伝送（波長多重伝送）への利用が注目されている。そして、ＷＤＭ伝送の高機能化を目指して光ファイバ増幅器の一層の増幅特性の向上がすすめられている。
ＷＤＭ伝送の高機能化を実現するためには、具体的には、光ファイバ増幅器の利得帯域（波長帯）の拡大、高出力化と同時に、利得帯域における利得の平坦性が重要になる。すなわち、エルビウム添加光ファイバは利得の波長依存性があり、これを補償して平坦な利得−波長特性（利得平坦性）を付与する手段が必要とされる。また、エルビウム光ファイバは入力光のパワーによって利得の波長依存性が変化するという特性を有する。したがって、入力光のパワーが変化しても、利得平坦性が維持されるように補償する構成が要求されている。
【０００４】
上述のような課題を解決するものとして、これまでに、Optical Amplifiers and their Applications'99講演番号ＦＣ３に記載された光ファイバ増幅器、Optical Amplifiers and their Amplications'99講演番号ＷＣ５に記載された光ファイバ増幅器などが提案されている。
【０００５】
前者は２つのエルビウム添加光ファイバ増幅器の間に可変アッテネータ（可変減衰器）を挿入した光ファイバ増幅器である。なお、ここでエルビウム添加光ファイバ増幅器とは、エルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバに励起光を入力するための励起光源とカプラなどから概略構成されたものをいう。
この光ファイバ増幅器においては、前段のエルビウム添加光ファイバ増幅器は利得が一定制御されているため、入力光のパワー（信号入力パワー）が変動しても利得波長特性は変化しない。
また、可変アッテネータは波長特性を持たないため、前段のエルビウム添加光ファイバ増幅器から可変アッテネータに至り、この可変アッテネータを通過した後も利得波長特性は変化しない。
さらに、後段のエルビウム添加光ファイバ増幅器においては、励起光のパワーを一定にして光ファイバ増幅器全体の出力パワーを一定に制御することにより、信号入力パワーが変化しても利得平坦性の変化しない光ファイバ増幅器を実現している。
後者は、この可変アッテネータの代わりに、波長特性のある損失傾き可変アッテネータを用いたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの可変アッテネータを用いた光ファイバ増幅器は、利得を一定に制御したり、出力を一定に制御するための制御系や可変アッテネータが必要であるため、構成が非常に複雑で高価になってしまうという問題があり、また、信頼性も十分ではなかった。
本発明は前記事情を鑑てなされたもので、広い利得域において利得の平坦性が得られる光ファイバ増幅器を提供することを課題とする。さらに入力信号光のパワーが変動しても利得平坦性が維持されるように、広い利得ダイナミックレンジにおいて利得の平坦性が変化しない光ファイバ増幅器を提供することを課題とする。また、構成が簡単で、低コストな光ファイバ増幅器を提供することを課題とする。また、信頼性の高い光ファイバ増幅器を提供することを課題とする。
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の光ファイバ増幅器は、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器と第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器との間に、ツリウム添加光ファイバが設けられた光ファイバ増幅器であって、
第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光のパワー、すなわち光ファイバ増幅器の入力信号光のパワーと、該第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワーをモニターして当該第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器の利得を一定に制御する利得一定制御回路と、
第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワー、すなわち光ファイバ増幅器の出力信号光のパワーをモニターして当該第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器から出力される信号光のパワーが一定になるように該第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器の利得を制御する利得制御回路と、
前記第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光のパワーと、ツリウム添加光ファイバから出力される信号光のパワーをモニターして、該ツリウム添加光ファイバの光の吸収特性を制御する吸収損失制御回路とを備え、
前記吸収損失制御回路が、吸収光制御光源からツリウム添加光ファイバに入力される吸収損失制御光のパワーを制御することによって、ツリウム添加光ファイバの光の吸収特性を制御しているものであり、
前記第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器に入力される信号光の波長帯域は１５３９〜１５６４ｎｍであり、
１５３９〜１５６４ｎｍの波長帯域において、前記エルビウム添加光ファイバの利得傾斜と前記ツリウム添加光ファイバの損失傾斜は線形であり、前記利得傾斜と前記損失傾斜は符号が逆で絶対値がほぼ等しいことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の光ファイバ増幅器を示した構成図である。
エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いた光ファイバ増幅器は、ＷＤＭ伝送に広く用いられてるため、入力光は通常、波長多重された信号であり、その波長は１．５５μｍ帯（例えば１５４０〜１５６０ｎｍ）である。
この光ファイバ増幅器は、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４と、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８と、これらの間に設けられたツリウム（Ｔｍ）添加光ファイバ５とを備えている。第１ないし第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器４、８は、エルビウム添加光ファイバと、このエルビウム添加光ファイバに励起光を入力するための励起光源とカプラなどから概略構成されたものをいう。
【０００９】
また、ツリウム添加光ファイバ５は、石英ガラス系の光ファイバのコアにツリウム（Ｔｍ）が添加されたものである。本実施例のツリウム添加光ファイバ５は、比屈折率差が０．８％、コア径が４．３μｍ、遮断波長が０．７μｍのものである。
ツリウム添加光ファイバ５は１．５５μｍ帯の光を吸収する特性を備えている。
【００１０】
図２は、波長に対するエルビウム添加光ファイバの利得傾斜とツリウム添加光ファイバの損失傾斜の関係の一例を示したグラフである。入力する光の波長はそれぞれ同じである。
１５３９ｎｍ〜１５６４ｎｍの波長帯域ではエルビウム添加光ファイバの利得傾斜とツリウム添加光ファイバの損失傾斜はどちらも線形である。また、これらの傾斜の傾きは符号が逆で絶対値はほぼ等しくなっている。
【００１１】
エルビウム添加光ファイバとツリウム添加光ファイバ５は、光ファイバ増幅器に要求される特性に適したものを適宜選択することができる。
【００１２】
そして、この光ファイバ増幅器に入力信号光１−１に入力すると、この入力信号光１−１は、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４と第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８によって順次増幅されるとともに、その間のツリウム添加光ファイバ５によって利得の大きな波長の光が吸収される。その結果、この光ファイバ増幅器からは波長に対して平坦な利得−波長特性を備え、かつ一定の出力パワーの出力信号光１−２が出力される。
【００１３】
さらに、入力信号光１−１のパワーが変動しても利得平坦性を備えた一定の出力パワーの出力信号光１−２を得るために、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８、およびツリウム添加光ファイバ５には、それぞれ以下のような制御手段が設けられている。
【００１４】
第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４の制御手段は以下の様な構成からなる。
第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４の前段と後段には分岐部９、１１が設けられており、これら分岐部９、１１において、信号光の一部、すなわち入力信号光１−１と、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４から出力する信号光の一部がぞれぞれ分岐する。
これらの分岐光は、それぞれ受光器１０、１２にて受光され、受光レベルに応じた電気信号に変換され、利得一定制御回路１７に入力される。なお、受光器１０の受光レベルは後述する吸収損失制御回路１９にも入力される。
【００１５】
利得一定制御回路１７においては、受光器１０、１２の受光レベルを比較し、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４に入力する信号光のパワーと出力する信号光のパワーの比率が一定になるように、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４の利得を一定に制御する。
具体的には、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４に設けられている励起光の光源から第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４に入力する励起光のパワーを増減させることによって、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４における利得を一定に制御する。なお、励起光源は例えば波長９８０ｎｍの半導体レーザが用いられる。
【００１６】
このように利得一定制御回路１７によって利得が一定に制御されているため、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４における利得波長特性は、入力信号光１−１のパワーが変化しても変化せず、常に一定に維持される。
【００１７】
第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の制御手段は以下のような構成からなる。
第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の後段には分岐部１５が設けられており、この分岐部１５において、信号光の一部、すなわち光ファイバ増幅器の出力信号光１−２の一部が分岐する。この分岐光は受光器１６にて受光され、受光レベルに応じた電気信号に変換され、さらに利得制御回路１８に入力される。
利得制御回路１８においては、この受光器１６における受光レベルが一定になるように、すなわち出力信号光１−２のパワーが一定になるように第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得を制御する。
【００１８】
具体的には第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８に設けられている励起光の光源から第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８に入力する励起光のパワーを増減させることによって、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８における利得を変化させる。
その結果、この光ファイバ増幅器においては常に一定のパワーの出力信号光１−２が得られる。
【００１９】
ここで、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８においては利得を変化させると、図２に示したような利得傾斜のために、出力信号光１−２については、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８への入力信号光の強度によって、利得の値自体と利得波長特性の両方が変化する。
【００２０】
したがって、この光ファイバ増幅器の利得平坦性を維持するためには、ツリウム添加光ファイバ５においては、入力信号光のパワーによって変動する第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得波長特性の変化を補償する必要がある。
そのため、ツリウム添加光ファイバ５の制御手段は以下のような構成からなる。
ツリウム添加光ファイバ５と第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８との間には分岐部１３が設けられており、この分岐部１３において、信号光の一部、すなわちツリウム添加光ファイバ５から出力する信号光の一部が分岐する。この分岐光は受光器１４にて受光され、受光レベルに応じた電気信号に変換され、吸収損失制御回路１９に入力される。
吸収損失制御回路１９においては、受光器１０、１４の受光レベルを感知する。すなわち、入力信号光１−１のパワーとツリウム添加光ファイバ５から出力する信号光のパワーを感知する。
【００２１】
そして、入力信号光１−１のパワーの変動量の半分の量だけ、受光器１４における受光レベルが変化するように、吸収損失制御光源７から分岐部６を経てツリウム添加光ファイバ５に入力する吸収損失制御光の大きさを制御し、ツリウム添加光ファイバ５における光の吸収損失と波長依存性を、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得の波長依存性を補償し、利得平坦性が維持できるように制御する。
【００２２】
なお、制御用に受光器１０、１２、１４側に分岐する制御用の分岐光のパワーは直行する信号光よりも小さく、大部分の信号光がエルビウム添加光ファイバ４、ツリウム添加光ファイバ５、およびエルビウム添加光ファイバ８を透過して増幅され、出力信号光１−２として出力される。
【００２３】
前記吸収損失制御光源７としては、例えば半導体レーザが用いられ、その波長は、例えば１５００〜１７００ｎｍから選択される。信号光が１．５５μｍ帯の場合はこの範囲と重複しないように、１．６μｍ帯（１５８０〜１７００ｎｍ）、好ましくは１５８０〜１６５０ｎｍが選択される。
ツリウム添加光ファイバ５は、吸収損失制御光源７からの吸収損失制御光の大きさを制御するのみでその吸収特性を変化させることができるため、構成が簡単で、比較的低コストで信頼性が高いという利点がある。
【００２４】
ここで、ツリウム添加光ファイバ５を設けない場合について考察すると、上述のように第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４の利得は常に一定であり、入力信号光１−１のパワーの変動に影響を受けない。これに対して第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得はその入力信号光のパワーによって変化するように制御されており、その結果、入力信号光のパワーの変化によって利得とその波長依存性が変化する。
したがって、第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器４と第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得をあわせた光ファイバ増幅器全体の利得とその波長依存性は、入力信号光１−１のパワーによって変動する。
【００２５】
そして、図２に示したように、１５３９ｎｍ〜１５６４ｎｍの波長帯域ではエルビウム添加光ファイバの利得傾斜とツリウム添加光ファイバの損失傾斜はどちらも線形である。また、これらのグラフは符号が逆で絶対値はほぼ等しくなっている。
そのため、ツリウム添加光ファイバ５を設け、第２のエルビウム添加光ファイバの利得とツリウム添加光ファイバ５の吸収損失を同じ量だけ変化させれば利得の平坦性を維持することができる。
【００２６】
したがって、光ファイバ増幅器の入力信号光１−１のパワーが変化し、第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８の利得が変化するときに光ファイバ増幅器全体の利得の平坦性を維持するためには、受光器１０による受光レベルの変動量の半分の量だけ受光器１４の受光レベルが変化するように吸収損失制御光源７を制御する。その結果、入力信号光１−１のパワーの変動量の半分の量だけツリウム添加光ファイバ５の吸収損失が変化し、図２に示した損失傾斜により、光ファイバ増幅器の利得波長特性が変化する。そして、この利得波長特性の変化した信号光が第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８に入力される。第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器８では、図２に示した利得傾斜により、ツリウム添加光ファイバ７の利得波長特性の変化をうち消すように光ファイバ増幅器の利得波長特性が変化し、平坦な利得波長特性が維持される。
【００２７】
図３は、入力信号光１−１のパワーの変化させたときの光ファイバ増幅器の出力信号光１−２を実測したグラフである。吸収損失制御源としては１．６１μｍのレーザダイオード（ＬＤ）を使用した。また、吸収損失制御光源７のパワーは最大１５０ｍＷであった。
グラフは入力信号光１−１のパワーごとにまとめられている。
このように、入力信号光１−１のパワーが変化すると、利得の大きさは異なるが、いずれにおいても広い波長帯域において利得の平坦性は維持され、良好な結果が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、広い波長帯域において利得の平坦性が維持され、かつ広い利得ダイナミックレンジにおいて利得の平坦性が変化せず、入力信号光のパワーが変動しても利得平坦性が維持される光ファイバ増幅器を提供することができる。
また、光の吸収に用いられるツリウム添加光フツイバは比較的低コストであり、構成および制御が簡単で、信頼性が高いため、光ファイバ増幅器においても、低コスト化、信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光ファイバ増幅器の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】  波長に対するエルビウム添加光ファイバの利得とツリウム添加光ファイバの吸収損失の関係を示すグラフである。
【図３】  図１に示した光ファイバ増幅器の利得−波長特性の実測値を示したグラフである。
【符号の説明】
４…第１のエルビウム添加光ファイバ増幅器、
５…ツリウム添加光ファイバ、７…吸収損失制御光源、
８…第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器、
１７…利得一定制御回路、１８…利得制御回路、１９…吸収損失制御回路。
【図１】
0004514926.tif 000002
【図２】
0004514926.tif 000003
【図３】
0004514926.tif 000004