(57)【要約】【課題】  出力光信号の波形の乱れが少ない光増幅装置を提供する。【解決手段】  光ファイバ増幅器１０１に光信号が入力されることにより生じる自然放出光は、入力光信号とともに光フィルタ１０３に入力される。光フィルタ１０３は、入力光信号の波長とは異なる波長を中心波長とする光信号を透過する。光フィルタ１０３を透過した光信号は、制御光として光スイッチ１０４を経由して光カプラ１０５へ入力され、入力光信号と合波される。光ファイバ増幅器１０１で発生した自然放出光と入力光信号の強度は相補的であるため、光カプラ１０５からの出力光信号の強度変化は低減される。そのため、入力される光信号の強度変化に基づく光ファイバ増幅器１０１の利得変動が低減され、出力される光信号の波形の乱れが抑えることができる。【選択図】  図１
2007088326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号を増幅する光増幅装置であって、
光ファイバ増幅器と、
前記光ファイバ増幅器の後段に配置され、前記光ファイバ増幅器からの出力光信号を分岐する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラで分岐された光信号の一方を入力して、前記入力光信号の中心波長とは異なる波長を中心波長とする光信号を透過する光フィルタと、
前記光ファイバ増幅器の前段に配置され、前記入力光信号と前記光フィルタからの出力光信号とを合波する第２の光カプラと、
前記光フィルタと前記第２の光カプラとの間に配置され、前記光フィルタから前記第２の光カプラへの光信号の入力を制御する光スイッチと
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記光スイッチを駆動するパルス信号を発生するパルス信号源と、
前記入力光信号を光電変換する変換素子と、
前記変換素子で光電変換された信号を用いて前記入力光信号の強度を検出するモニタとをさらに備え、
前記パルス信号源は、前記モニタで検出された前記入力光信号の強度に基づいてパルス信号のパルス幅および周期を制御することを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記光スイッチを駆動するパルス信号を発生するパルス信号源と、
前記入力光信号を光電変換する第１の変換素子と、
前記第１の変換素子で光電変換された信号を用いて前記入力光信号の強度を検出する第１のモニタと、
前記光フィルタからの出力光信号を光電変換する第２の変換素子と、
前記第２の変換素子で光電変換された信号を用いて前記光フィルタからの出力光信号の強度を検出する第２のモニタとをさらに備え、
前記パルス信号源は、前記第１のモニタで検出された前記入力光信号の強度および前記第２のモニタで検出された前記光スイッチからの出力光信号の強度に基づいてパルス信号のパルス幅および周期を制御することを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記パルス信号源は、発生するパルス信号の周期が、前記光スイッチから出力された光信号が前記光スイッチに帰還するまでの時間の整数倍となるようにパルス信号を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記パルス信号源は、発生するパルス信号の周期が、前記光ファイバ増幅器の低域遮断周波数の逆数の１００分の１以下となるようにパルス信号を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光増幅装置。
【請求項６】
前記光スイッチを駆動するパルス信号を発生するパルス信号源と、
前記入力光信号を光電変換する変換素子と、
前記変換素子で光電変換された信号を用いて前記入力光信号の強度を検出するモニタと、
前記変換素子で光電変換された信号のうち、前記光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に対して０．１倍から１０倍の周波数を有する信号を透過するバンドパス回路とをさらに備え、
前記パルス信号源は、前記モニタで検出された前記入力光信号の強度および前記バンドパス回路からの出力信号に基づいて前記光スイッチを駆動するパルス信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項７】
前記光スイッチを駆動するパルス信号を発生するパルス信号源と、
前記入力光信号を光電変換する変換素子と、
前記変換素子で光電変換された信号を用いて前記入力光信号の強度を検出するモニタと、
前記変換素子で光電変換された信号のうち、前記光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に対して０．１倍から１０倍の周波数を有する信号を透過するバンドパス回路と、
前記モニタで検出された前記入力光信号の強度に基づいて前記バンドパス回路からの出力信号を増幅する可変利得増幅器と、
前記光スイッチと前記パルス信号源との間に配置され、前記パルス信号源から出力されるパルス信号に前記可変利得増幅器からの出力信号を乗算する乗算回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
【請求項８】
入力光信号を増幅する光増幅装置であって、
光ファイバ増幅器と、
前記光ファイバ増幅器の後段に配置され、前記光ファイバ増幅器からの出力光信号を分岐する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラで分岐された光信号の一方を入力して、前記入力光信号の中心波長と同じ波長の光信号または前記入力光信号の中心波長とは異なる波長を中心波長とする光信号のいずれかを透過する光フィルタと、
前記光フィルタが透過する光信号の中心波長を切り替える第１の光スイッチと、
前記光ファイバ増幅器の前段に配置され、前記入力光信号と前記光フィルタからの出力光信号とを合波する第２の光カプラと、
前記光フィルタと前記第２の光カプラとの間に配置され、前記光フィルタから前記第２の光カプラへの光信号の入力を制御する第２の光スイッチと
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項９】
前記入力光信号を光電変換する変換素子と、
前記変換素子で光電変換された信号を用いて前記入力光信号の強度を検出するモニタとをさらに備え、
前記第１の光スイッチは、前記モニタで検出された強度が一定の閾値以下である場合に前記入力光信号の中心波長と同じ波長の光信号が前記光フィルタを透過し、前記モニタで検出された強度が前記閾値よりも大きい場合に前記入力光信号の中心波長とは異なる波長を中心波長とする光信号が前記光フィルタを透過するように前記光フィルタを透過する光信号の中心波長を切り替えることを特徴とする請求項８に記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置に係わり、特に増幅する光信号の波形の乱れを低減した光増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅装置は、光信号の光ファイバにおける伝搬損失を補って伝送の長距離化をもたらすものとして広く利用されている。特に、エルビウムイオンなどの希土類を光ファイバに添加したものを光励起する、いわゆる光ファイバ増幅器は、石英ファイバの低損失波長帯の一部をカバーするため、広く普及している。
【０００３】
このような光ファイバ増幅器では、光増幅を光ファイバのまま行うことが可能である。そして、外部ファイバとの融着技術が成熟しており、さらには、光励起用の半導体レーザの高出力化も果たされている。そのため、このような光ファイバ増幅を用いれば、光Ｓ／Ｎの劣化の少ない高出力の光増幅装置を構成することが可能である。また、波長多重された複数の光信号を一括増幅できることから、伝送の長距離化・大容量化をもたらす基本装置として実用化されている。
【０００４】
光増幅装置における光増幅は、希土類添加ファイバなどのレーザ媒質を外部光により励起し、固有のエネルギー準位間での光吸収、光放出などを経て成立するものである。光放出の平均寿命時間は、光増幅装置の低域遮断周波数を決める。したがって、低域遮断周波数より十分早い速度で光強度が変調された光信号に対しては、光増幅装置の光利得は、ほぼ一定となる。
【０００５】
一方、光信号の強度変調周波数が低域遮断周波数に近い場合には、光放出の平均寿命時間の影響を受け、光増幅装置から出力される光信号の波形は大きく乱れうる。このような低域遮断周波数近傍の強度変調成分が含まれる光信号を増幅するためには、増幅すべき光信号とは別波長のダミー光源を波長多重して、波長多重光信号の強度変調周波数を光増幅器の低域遮断周波数から大きく離す必要がある。ダミー光源は、光強度が無変調の光信号か、あるいは、低域遮断周波数より変調周波数が十分高い強度変調光信号であればよい。
【０００６】
このような光増幅を実現する技術として、希土類添加ファイバと光カプラと励起用レーザから成る光ファイバ増幅器に、光フィルタと光減衰器と光サーキュレータによる光帰還路を設けた光増幅装置が開示されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００７】
この例では、光ファイバ増幅器から出力される自然放出雑音光が、光サーキュレータにより入力光信号から分離され、光フィルタにより波長選択されたのちに、光減衰器と光サーキュレータを通じて光ファイバ増幅器に帰還している。光フィルタから出力される自然放出雑音光の強度は微弱であるが、帰還路と光ファイバ増幅器を複数回通過することにより徐々に光強度が強められる。光増幅器の利得により帰還路の光損失が相殺されると、光フィルタの透過中心波長でのレーザ発振光が光ファイバ増幅器より得られることになる。
【０００８】
増幅すべき光強度変調信号が光増幅装置に入力されると、光強度変調信号の強度が大きい時点では、レーザ発振光の源である自然放出光の強度が弱まり、逆に光強度変調信号の強度が弱い時点では自然放出光の強度が強まる。このため、帰還路と光ファイバ増幅器によるレーザ発振光の強度は、増幅すべき光強度変調信号との強弱の関係が反転しうる。この結果、レーザ発振光と光強度変調信号を合わせた波長多重光信号の平均光強度はほぼ一様化され、光ファイバ増幅器の利得の一様化を図ることができる。
【０００９】
なお、光強度変調信号に対して雑音特性の優れた光増幅を行うためには、光帰還路と光ファイバ増幅器によるレーザ発振光の出力レベルは、光増幅装置に入力される光強度変調信号の消光比や平均強度に応じて制御されることが望ましいので、非特許文献１に開示されている光増幅装置では、光帰還路内の光強度をフォトディテクタにより検出し、光帰還路内の光強度の情報によりファイバ増幅器内の励起レーザの出力レベルを制御する手法をとっている。
【非特許文献１】Ｍ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ  ｅｔ．ａｌ，“Ｔｈｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ＷＤＭ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｈｙｂｒｉｄ  ＡＧＣ  ＥＤＦＡ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｎｅｔｗｏｒｋ，”  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＯＦＣ）２００２，  ＴｈＲ，２００２  （Ｆｉｇｕｒｅ  １）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した従来技術においては、光帰還路の光強度の情報により、光ファイバ増幅器内の励起レーザの出力光強度を制御して、光ファイバ増幅器の利得を調整しているが、利得制御系内に希土類添加ファイバが含まれると、希土類添加ファイバにおける光放出の応答時間の影響を受けて、光ファイバ増幅器から出力される光信号の波形が乱れるという問題がある。
【００１１】
ここで、増幅すべき光強度変調信号がバースト信号である場合、その帯域内には光ファイバ増幅器の低域遮断周波数が含まれることになる。消光比の高い光強度変調信号の瞬時の変調周波数が光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に対して１オクターブ程度の周波数範囲（０．１倍から１０倍程度）にあるとき、希土類添加ファイバの光放出の影響により光ファイバ増幅器により増幅される光信号の波形に乱れが生じやすい。特に、波長多重信号を光ファイバ増幅器により一括増幅している場合には、消光比が高くバースト強度変調光信号であるようなチャンネル信号の入力によって、光ファイバ増幅器出力において他チャンネルの光信号の波形をも乱すという問題も生じる。
【００１２】
このように、従来の光増幅装置においては、光増幅器の利得制御系内に希土類ファイバなどのレーザ媒質を含んでいたために、入力される光強度変調信号の消光比と変調帯域によっては、レーザ媒質の応答時間の影響により、光増幅装置から出力される光信号の波形が乱れるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、光ファイバ増幅器からの出力光信号の波形の乱れを低減することを可能とする光増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の光増幅装置は、入力光信号を増幅する光増幅装置であって、光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器の後段に配置され、前記光ファイバ増幅器からの出力光信号を分岐する第１の光カプラと、前記第１の光カプラで分岐された光信号の一方を入力して、前記入力光信号の中心波長とは異なる波長を中心波長とする光信号を透過する光フィルタと、前記光ファイバ増幅器の前段に配置され、前記入力光信号と前記光フィルタからの出力光信号とを合波する第２の光カプラと、前記光フィルタと前記第２の光カプラとの間に配置され、前記光フィルタから前記第２の光カプラへの光信号の入力を制御する光スイッチとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光ファイバ増幅器から発生する自然放出光のうち、入力光信号とは異なる波長の光雑音成分を光ファイバ増幅器に帰還して増幅し、これを制御光として用いているので、光ファイバ増幅器からの出力光信号の波形の乱れを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態係わる光増幅装置１００の構成図を示す。なお、以下では、本発明の第１の実施形態に係わる光増幅装置１００に入力される光信号（以下、入力光信号と呼ぶ）の中心波長は、図１に示すようにλ１で表されるものとして説明する。
【００１８】
この第１の実施形態に係わる光増幅装置１００は、光ファイバ増幅器１０１と、光ファイバ増幅器１０１からの出力光信号を分岐する第１の光カプラ１０２（以下、第１光カプラと呼ぶ）と、第１光カプラ１０２で分岐された光信号の一方を入力して、入力光信号の中心波長λ１とは異なる波長λ２を中心波長とする光信号を透過する光フィルタ１０３と、入力光信号と光フィルタ１０３からの出力光信号をとを合波して波長多重光信号を生成する第２の光カプラ１０５（以下、第２光カプラと呼ぶ）と、光フィルタ１０３から第２光カプラ１０５への光信号の入力を制御する光スイッチ１０４とを備えている。
【００１９】
次に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係わる光増幅装置１００の動作について説明する。
【００２０】
まず、中心波長がλ１の入力光信号が第２光カプラ１０５に入力される。第２光カプラ１０５は、この入力光信号と、光スイッチ１０４から入力される光信号とを合波するが、これらの第２光カプラ１０５と光スイッチ１０４の動作の詳細については後述する。第２光カプラ１０５は、合波された光信号を光ファイバ増幅器１０１に入力する。
【００２１】
第２光カプラ１０５からの入力を受けた光ファイバ増幅器１０１は、入力された光信号を増幅し、増幅された出力光信号を第１光カプラ１０２に送る。なお、このとき、光ファイバ増幅器１０１からは、自然放出光による光雑音が発生する。この光雑音は、光ファイバ増幅器１０１で増幅された光信号と合わせて出力され、第１光カプラ１０２に入力される。
【００２２】
第１光カプラ１０２は、光ファイバ増幅器１０１から出力された光信号を分岐して、分岐された光信号の一方を光フィルタ１０３に送る。また、分岐された他方の光信号は、光増幅装置１００の出力として、光増幅装置１００に接続される外部回路に出力される。
【００２３】
光フィルタ１０３は、入力された光信号のうち、特定の波長の光信号を透過する。ここで、光フィルタ１０３が透過する光信号の中心波長はλ２で表されるものとする。なお、光フィルタ１０３が透過する光信号の中心波長λ２は、入力光信号の中心波長λ１とは異なるように設定される。このように、光フィルタ１０３で、入力光信号の中心波長λ１とは異なる波長λ２を中心波長とする光信号を透過するようにすることで、光フィルタ１０３において、光ファイバ増幅器１０１で発生した光雑音のうち、λ２の波長を中心波長とする光雑音成分を抽出することが可能になる。なお、以下では、このように光フィルタ１０３を透過することによって得られる、λ２の波長を中心波長とする光雑音成分を制御光と呼ぶ。
【００２４】
光フィルタ１０３より出力された制御光は、次に、光スイッチ１０４に入力される。
【００２５】
光スイッチ１０４は、外部からの駆動信号を受け、その駆動信号に応じて光フィルタ１０３から第２光カプラ１０５への制御光の入力を制御する。
【００２６】
光スイッチ１０４を通過した制御光は、次に、第２光カプラ１０５の一方の入力ポートに入力される。また、第２光カプラ１０５の他方の入力ポートには、増幅すべき入力光信号が入力される。
【００２７】
第２光カプラ１０５では、入力された２つの光信号（入力光信号と制御光）が合波されて、波長多重された光信号が生成される。そして、波長多重された光信号が、再度、光ファイバ増幅器１０１に入力されて、両光信号が一括増幅される。
【００２８】
このように、光ファイバ増幅器１０１から発生する光雑音のうち、光フィルタ１０３を介して特定の波長λ２を中心波長とする光雑音成分を抽出し、これを制御光として光ファイバ増幅器１０１に帰還することで、λ２の波長を中心波長とする光雑音成分の強度が強められることになる。
【００２９】
なお、この場合、光ファイバ増幅器１０１から出力され、第１光カプラ１０２で分岐される光信号は、中心波長がλ１である光信号と、中心波長がλ２である光信号とが波長多重された光信号となっている。そこで、中心周波数がλ１である光信号を得るためには、第１光カプラ１０２で分岐されて光増幅装置１００から出力される信号を、それぞれの波長ごとに分波して、中心周波数がλ１の光信号のみを抽出するようにすればよい。
【００３０】
ここで、制御光の源である自然放出光の強度は、波長λ１の入力光信号の強度に依存する。つまり、波長λ１の入力光信号の強度は、波長λ２の制御光の強度と相補的であり、入力光信号の強度が高ければ自然放出光の強度は弱められ、逆に入力光信号の強度が弱ければ自然放出光の強度は強められる。したがって、波長λ１の入力光信号に波長λ２の制御光を合波して生成される波長多重信号光を光ファイバ増幅器１０１に入力すれば、波長λ１の入力光信号のみを光ファイバ増幅器１０１に入力する場合と比べて、光ファイバ増幅器１０１へ入力される光信号の強度変化を抑圧することが可能になる。そのため、このような波長多重信号光を光ファイバ増幅器１０１に入力すれば、光ファイバ増幅器１０１に入力される光信号（波長λ１）の強度変化によって生じる光利得の変動を低減化することができ、光増幅装置１００から出力される光信号の波形の乱れを抑圧することが可能となる。
【００３１】
このように本発明の第１の実施形態によれば、光ファイバ増幅器１０１で発生する光雑音成分のうち、光フィルタ１０３で入力光信号の波長とは異なる特定の波長を中心波長とする光雑音成分を透過し、これを制御光として第２光カプラで合波して光ファイバ増幅器１０１へ入力するようにしているので、光ファイバ増幅器１０１に入力される光信号の強度変化を低減することができる。そのため、入力される光信号の強度変化にともなう光ファイバ増幅器１０１の利得の変動を低減することができ、その結果、光増幅装置１００からの出力光信号の波形の乱れを抑圧することが可能となる。
【００３２】
ところで、波長λ２の制御光の強度は、入力光信号の平均強度、消光比、あるいは、変調帯域などの状況に応じて調節することが望ましい。そのためには、第１カプラ１０２、第２カプラ１０５、光フィルタ１０３、光スイッチ１０４における光帰還路の光損失量を可変とする必要がある。
【００３３】
このような目的のためには、例えば、波長λ１の入力光信号や波長λ２の制御光の平均光強度を検出し、それらの平均光強度の情報に基づいて光スイッチ１０４の開閉状態を制御するようにすればよい。このようにすることで、光ファイバ増幅器１０１の内部には制御手段を設けずに光増幅の利得・出力制御が行えるようになるため、伝送路内に既存の光ファイバ増幅器を改造する必要がなく経済的である。
【００３４】
なお、上述した実施形態においては光カプラを用いて光信号を分岐しているが、例えば、非特許文献１で開示されているように、光サーキュレータを用いて制御光と入力信号光を合成・分離させることも可能である。また、入力光信号が常にバースト強度変調信号である場合には、入力光信号や制御光の強度によらず、光スイッチ１０４を常にＯＮ状態としておいてもよい。
【００３５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、光増幅装置の帰還路における光スイッチを、パルス信号源からの電気パルス信号により駆動して、スイッチの開閉状態を制御する実施の形態について説明する。
【００３６】
図２は、本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置２００の構成図である。すなわち、本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置２００は、第１の実施形態に係わる光増幅装置１００の構成に加えて、光スイッチ２０４を駆動するパルス信号源２０６と、入力光信号を分岐する光カプラ２０７と、光カプラ２０７で分岐された光信号の一方を光電変換する変換素子であるフォトディテクタ２０８と、フォトディテクタ２０８で光電変換された信号を用いて、入力光信号の強度を検出する光強度モニタ２０９とを備えている。
【００３７】
以下、図２を用いて本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置２００の動作について説明する。なお、第１の実施形態に係わる光増幅装置１００と同様の動作をする部分（光ファイバ増幅器２０１、光カプラ２０２、光フィルタ２０３、および、光カプラ２０５）については説明を省略する。
【００３８】
まず、入力光信号が光カプラ２０７で分岐される。光カプラ２０７で分岐された光信号の一方は、フォトディテクタ２０８で光電変換され、光強度モニタ２０９に入力される。光強度モニタ２０９は、フォトディテクタ２０８からの信号を用いて、入力光信号の強度を検出する。パルス信号源２０６は、光強度モニタ２０９で検出された入力光信号の強度に基づいてパルス信号の周期およびパルス幅が制御されたパルス信号を発生し、このパルス信号により、光スイッチ２０４を駆動する。このように、光スイッチ２０４の開閉状態を制御することで、光フィルタ２０３から光カプラ２０５へ入力される制御光の強度を調整することができる。
【００３９】
本発明の第２の実施形態の特徴は、光スイッチ２０４の開閉状態をパルス信号源２０６で発生するパルス信号により制御することで、光スイッチ２０４により帰還路を通る制御光の光強度を瞬時的に０とすることができるため、希土類添加光ファイバなどのレーザ媒質の応答時間に関係なく光ファイバ増幅器２０１の利得制御が可能なことである。これにより、波長λ１の入力光信号の強度が大きく変化しても、ただちに光ファイバ増幅器２０１の光利得が調整可能となる。
【００４０】
波長λ２の制御光は、光ファイバ増幅器２０１から発せられる自然放出光が、第１光カプラ２０２、光フィルタ２０３、光スイッチ２０４、および、第２光カプラ２０５を経由して、再度、光ファイバ増幅器２０１に入力される帰還路を周回することにより生成される。このとき、光スイッチ２０４を駆動する電気パルス信号の周期を、制御光がこの帰還路を周回するのに要する時間のほぼ整数倍に相当させれば、制御光の生成効率を向上させることが可能となる。図３に、パルス信号源２０６で発生する電気パルス信号の周期を、帰還路を周回する時間の整数倍とした場合の制御光の光強度の例を示す。このように、パルス信号源２０６で発生するパルス信号の周期を、帰還路を周回する時間の整数倍とすると、制御光の光強度は、図３に示すように、パルス状に変調される。
【００４１】
ここで、パルス信号源２０６で発生するパルス信号の周期を狭めると、制御光のパルス幅が狭くなるとともに、光ファイバ増幅器２０１の希土類ファイバにおける誘導放出が強められ、制御光のピーク強度は高められることになる。この様子を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、パルス信号の周期を、制御光が帰還路を周回する時間とほぼ同程度にした場合の制御光波形の様子を表している。一方、パルス信号の周期が長くなると、制御光には、パルス幅がより増大したパルス変調がかかる。この様子を図４（ｂ）に示す。
【００４２】
パルス信号の周期が増大すると、光ファイバ増幅器２０１入力される制御光の消光時間が延びるため、光ファイバ増幅器２０１の希土類ファイバにおける、制御光による誘導放出が弱められることになる。このような状態で、消光比や平均光強度が高い光信号が光ファイバ増幅器２０１に入力されると、入力光信号が希土類ファイバの誘導放出を支配することになり、光ファイバ増幅器２０１での信号波形が劣化する場合がある。
【００４３】
このような問題に対処するためには、パルス信号源２０６で発生するパルス信号の周波数が、光ファイバ増幅器２０１の低域遮断周波数（希土類添加ファイバの応答時間の逆数）に対して２桁程度高くなるように、パルス信号の周期を設定するようにすればよい。その理由は、パルス化した制御光の繰り返し周波数が十分高ければ、波長λ１の入力信号光への光ファイバ増幅器２０１の利得が一様化するからである。
【００４４】
通常よく用いられているエルビウム添加光ファイバ増幅器の場合には、レーザ媒質であるエルビウム添加ファイバの長さが５ｍから２０ｍ程度である。本発明の第２の実施形態の構成において第１光カプラ２０２から第２光カプラ２０５までのファイバの長さを５ｍ程度とすれば、制御光が光増幅装置内を周回するのに要する時間τｌｏｏｐは、およそ５０ｎｓから１２５ｎｓである。そこで、周回時間τｌｏｏｐの整数倍の時間に相当した周期のパルス信号を光スイッチ２０４の駆動信号とすればよい。具体的なパルス信号の周期は、光スイッチ２０４、第１光カプラ２０２、第２光カプラ２０５などの光損失量も考慮して適宜設定すればよいが、上述したように、パルス信号の周期の上限値は光ファイバ増幅器の低域遮断周波数により決まる応答時間（エルビウム添加ファイバをレーザ媒質とする場合には１ｍｓ程度）の１００分の１以下とすべきである。
【００４５】
波長λ１の入力光信号の入力光強度や消光比によらず、増幅出力の波形劣化が少ない光増幅装置を実現する上では、第１光カプラ２０２、第２光カプラ２０５、光フィルタ２０３、および、光スイッチ２０４から成る帰還路内での平均光損失は可変・制御される必要がある。そこで、入力光信号の平均光強度を光強度モニタ２０９により検出し、その大きさに応じてパルス信号のパルス幅を決めるか、もしくは、パルス信号の周期を微小変化させるとよい。
【００４６】
さらに、光フィルタ２０３からの出力光信号の強度をも検出し、その大きさに応じてパルス信号源２０６のパルス信号のパルス幅、もしくは、パルス信号の周期を調整することも可能である。この場合、図５に示すように、光フィルタ２０３と光スイッチ２０４との間に光カプラ２１０を設けて光フィルタ２０３からの出力光信号を分岐し、分岐された光信号をフォトディテクタ２１１で光電変換して、変換後の信号を用いて、光強度モニタ２１２で光フィルタ２０３からの出力光信号の強度を検出し、検出された強度をパルス信号源２０６へ入力するようにすればよい。
【００４７】
以下、光強度モニタ２０９および光強度モニタ２１２からの出力に応じてパルス信号源２０６で発生するパルス信号を制御する方法について説明する。
【００４８】
光増幅装置の入力ポートにおいて、入力光信号の平均光強度が大きく、光増幅後の出力光信号の平均強度が光ファイバ増幅器２０１の最大出力強度の半分を超える場合には、入力光信号により希土類ファイバの励起状態が変調され、その結果、光ファイバ増幅器２０１の利得が変化し、増幅後の光信号の波形が劣化しうる。そこで、これに対処するために、パルス信号源２０６で発生するパルス信号の周期は周回時間τｌｏｏｐと同じ桁数とする。このようにすることで、パルス化された制御光のピーク光強度を高めることができ、入力光信号による希土類ドープファイバの利得変化の影響を削減することが可能になる。この際、増幅出力された波長λ１の光信号の平均強度は、パルス信号のパルス幅を調整することにより均一化可能である。このようなパルス信号の制御によって、光ファイバ増幅器２０１からの出力光信号の波形の劣化を低減することが可能である。
【００４９】
一方、入力光信号の消光比は大きいが、平均光強度は大きくない場合には、電気パルス信号の周期は、周回時間τｌｏｏｐと必ずしも同じ桁数とする必要はなく、例えば、１μｓ程度に設定すればよい。なお、増幅出力された波長λ１の光信号の平均強度は、パルス信号の周期を調整することにより均一化可能である。
【００５０】
このように本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置２００によれば、光スイッチ２０４をパルス信号源２０６で発生するパルス信号により駆動し、光強度モニタ２０９で検出された入力光信号の強度に基づいてパルス信号の周期、および、パルス幅を制御できるようにすることで、光ファイバ増幅器２０１から出力される光信号の波形の乱れを低減することが可能になる。
【００５１】
なお、本実施形態で用いる光スイッチ２０４は、音響光学型の光スイッチや半導体光増幅器の利得変調現象を利用した光スイッチ、あるいは、ニオブ酸リチウムの導波路による光変調器を用いることができる。これら光スイッチ、光変調器の中には、光スイッチ動作に偏光依存性があるが、このような偏光依存性を解消するためには、光スイッチ２０４の入力部に直線偏光子を導入し、制御光の偏光方位と光スイッチおよび光変調器の軸方向との整合をとればよい。
【００５２】
なお、本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置２００の適用可能領域は、光スイッチを多用する光ファイバ通信システム全般であり、光信号の変調方式、変調帯域には依存しないという特徴がある。例えば、伝送システム内において、波長多重信号を波長分離し、所望の波長チャンネル信号のみを抽出し、別信号を新たに生成して他のチャンネル信号と再度波長多重して伝送するアド・ドロップシステムにおいて、抽出信号と新規に加える信号との間の平均光強度のレベル差が大きい状態で１台の光増幅器により波長多重信号を一括増幅する場合には、新規信号により光増幅器の利得の状態が変化し、他チャンネル信号の伝送特性に影響を与えうる。このような状況において、本実施形態による光増幅装置を用いれば、光ファイバ増幅器による利得変動の影響を抑圧でき、全チャンネル信号の伝送特性の劣化を阻止することができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、光スイッチを駆動するためのパルス信号源のほかの制御方法について説明する。
【００５４】
図６は、本発明の第３の実施形態に係わる光増幅装置３００の構成図である。すなわち、本発明の第３の実施形態に係わる光増幅装置３００は、第２の実施形態に係わる光増幅装置２００の構成に加えて、フォトディテクタ３０８で光電変換された信号のうち、特定の帯域に属する周波数を有する信号を透過するバンドパス回路３１０を備えている。パルス信号源３０６は、このバンドパス回路３１０からの出力信号と、光強度モニタ３０９から出力される入力光信号の強度に基づいてパルス信号源３０６から発生するパルス信号を制御する。
【００５５】
なお、バンドパス回路３１０は、入力光信号の強度変化がバースト的であるか否かを判定するために用いられるものであり、具体的には、透過帯域が光ファイバ増幅器３０１の低域遮断周波数に対して０．１倍から１０倍程度の周波数の信号を透過するように設定される。
【００５６】
以下、パルス信号源３０６におけるパルス信号の制御方法について説明する。
【００５７】
まず、波長λ１の入力光信号の消光比が高くても平均光強度レベルが低い場合、あるいは、平均光強度レベルが高くてもバンドパス回路の平均出力レベルが低い場合には、光ファイバ増幅器３０１の利得制御をはずすように、光スイッチ３０４をＯＦＦとするパルス信号がパルス信号源３０６から出力される。
【００５８】
一方、波長λ１の入力光信号の平均強度レベルが高く、かつ、バンドパス回路３１０の平均出力レベルが高い場合には、上述した第２の実施形態で記したように、光スイッチ３０４を駆動する（すなわち、光スイッチ３０４をＯＮとする）パルス信号をパルス信号源３０６から出力し、光ファイバ増幅器３０１の利得制御を動作させるようにする。
【００５９】
このように本発明の第３の実施形態によれば、入力光信号に、光ファイバ増幅器３０１の低域遮断周波数に対して１オクターブ程度の範囲の強度変調成分が存在するときのみ、光ファイバ増幅装置３０１の利得制御を行うことができるようになる。そして、その結果、バースト信号が存在しない期間には、光ファイバ増幅器３０１の利得や出力強度を非制御時なみに高めることができる。また、伝送信号自身がバースト信号ではなく、伝送帯域の下限が光ファイバ増幅器３０１の低域遮断周波数より十分高く、アド・ドロップシステムのような特定のチャネル信号を抽出・挿入することによってのみ波長多重信号の平均光強度のレベルがバースト的に変動する場合にも、本実施形態は有効である。この際、光強度モニタ３０９を用いずに、バンドパス回路３１０からの出力信号のみを用いて、パルス信号源３０６を制御可能であり、光増幅装置の構成を簡易化できる。
【００６０】
また、入力光信号に光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に対して、１オクターブ程度の範囲の強度変調成分が存在するときのみ、光ファイバ増幅装置の利得制御を行うことができるようにするためには、図７に示すように、入力光信号（中心波長λ１）の平均光強度の情報をもとに、バンドパス回路４１０の出力振幅値を可変利得増幅器４１１により調整し、乗算器４１２において可変利得増幅器４１１から出力される信号とパルス信号源４０６からの出力信号とを乗算し、乗算器４１２の出力を光スイッチの駆動信号として用いるようにしてもよい。
【００６１】
このような実施形態によれば、入力光信号が単一波長信号ではなく、多チャンネルの波長多重光信号であっても、同様の実施形態により波長多重信号内に含まれるバースト成分と波長多重信号の平均光強度を同時に検出して、これに基づいてパルス信号源４０６からのパルス信号により光スイッチ４０４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、光ファイバ増幅器４０１の利得制御の実行・停止を自動化することができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、例えば、光ファイバの断線などの事故があり、入力光信号の強度が微弱化した場合にも、ダミー光信号用のレーザを用いることなく、波長が入力光信号と同じダミーの光信号を出力できるようにした光増幅装置について説明する。
【００６３】
図８は、本発明の第４の実施形態に係わる光増幅装置５００の構成図である。すなわち、本発明の第４の実施形態に係わる光増幅装置５００は、第２の実施形態に係わる光増幅装置２００の構成に加えて、光フィルタ５０３が透過する光信号の波長を切り替える光スイッチ５１０を備えている。
【００６４】
以下、本発明の第４の実施形態に係わる光増幅装置５００の動作について説明する。
【００６５】
光強度モニタ５０９は、波長λ１の入力光信号の強度を検出する。検出された入力光信号の強度は、パルス信号源５０６とともに、光スイッチ５１０へと送られる。
【００６６】
光スイッチ５１０は、入力光信号の強度が著しく低下、あるいは０である場合には、光フィルタ５０３の透過波長を入力光信号の中心波長λ１に切換え、制御光をそのまま光源として用いることができるようにする。そして、光フィルタ５０３を透過した制御光は、光カプラ５０５で入力光信号と合波され、波長が入力光信号と同じダミーの光信号として出力される。
【００６７】
なお、このような透過波長を切り替えることができる光フィルタ５０３としては、波長可変フィルタや、反射波長がλ１とλ２の２つの反射形光フィルタ（例えば、光ファイバグレーティングなど）などを用いることができる。図９に、２つの反射形光フィルタを用いる場合の光スイッチ５１０と光フィルタ５０３の構成例を示す。１×２の反射形光スイッチ５１１は、光サーキュレータ５１２を介して帰還路に接続され、光強度モニタ５０９で検出される入力光信号の強度に応じて光スイッチ５１１の接続状態を切換え、λ１、あるいは、λ２の制御光を選択的に透過できるようにしている。
【００６８】
このように本発明の第４の実施形態によれば、入力光信号の強度が微弱化した場合にも、ダミー光信号用のレーザを用いることなく、波長が入力光信号と同じダミーの光信号を出力することが可能になる。
【００６９】
なお、本発明の第４の実施形態は、波長多重信号を波長分離して、特定のチャンネル信号を抽出し、新規信号を挿入する光アドドロップを行うための光ノードに適用可能である。特に、抽出信号の平均光強度と挿入光信号の平均光強度が同等ではない場合や、抽出、挿入のいずれか一方を光ノードで行う場合に、本実施形態は有効である。
【００７０】
具体的には、光ファイバ増幅器により光ノード出力における波長多重信号を一括増幅すると、光ノードの通過により波長多重光信号の平均光強度が大きく変動すれば、光ファイバ増幅器の利得が変化し、各チャンネル信号の伝送特性に影響を及ぼしうる。また、光スイッチの切換動作が光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に近い場合には、チャンネル切換による光利得変動の影響が全チャンネル信号に及ぶおそれがある。
【００７１】
しかし、本実施形態を用いれば、特定のチャンネル信号の抽出により波長多重されるチャンネル信号の数が大きく変動しても、光増幅装置をダミーの光信号源として用いているので、伝送路内に敷設された光ファイバ増幅器への入力光信号の平均強度を一様化でき、チャンネル切換による伝送特性の劣化を阻止することができる。また、光スイッチの切換動作が光ファイバ増幅器の低域遮断周波数に近くても、利得変動を抑圧することが可能になる。
【００７２】
図１０は、光アドドロップを行うための光ノードに本実施形態に係わる光増幅装置を適用した例を示している。図１０に示すように、本実施形態に係わる光増幅装置６００の挿入位置は、光分波器６０１と光合波器６０２による波長分離・多重部の間（図１０（ａ））か、光合波器６０２の出力側（図１０（ｂ））とするとよい。
【００７３】
前者の場合、光増幅装置６００は、光分波器６０１の各波長チャンネルポートに個別に設けられている。光増幅装置６００への入力光信号の平均光強度が著しく低下した場合、あるいは、ノードにおいて光信号の抽出のみを行い新規信号の挿入を行わない場合には、光増幅装置６００内の光フィルタの中心透過波長をポートに対応したチャンネル波長に切換えて光源として用い、光合波器６０２へと導いている。これにより、各チャンネルの平均光強度が一定レベル以上に保たれ、光合波器６０２より出力される波長多重信号を従来の光ファイバ増幅器で増幅しても全チャンネルの信号波形品質を保つことが可能となる。
【００７４】
一方、後者の場合には、光増幅装置６００内の光フィルタの中心透過波長を光ノードにおける抽出チャンネルの中心波長に合わせ、光合波器６０２の出力を光増幅装置６００により一括増幅することによって、実質的に光増幅装置６００内で生成される制御光と光合波器６０２の出力との波長多重を行うことが可能となっている。
【００７５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光増幅装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係わる光増幅装置の構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態の制御光の波形の様子を表す図。
【図４】本発明の第２の実施形態のパルス信号と制御光の波形の様子を表す図。
【図５】本発明の第２の実施形態の変形例に係わる光増幅装置の構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係わる光増幅装置の構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態の変形例に係わる光増幅装置の構成図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係わる光増幅装置の構成図。
【図９】本発明の第４の実施形態の光スイッチと光フィルタの構成例を示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係わる光増幅装置の適用例を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００、３００、４００、５００、６００・・・光増幅装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１・・・光ファイバ増幅器
１０２、１０５、２０２、２０５、２０７、２１０、３０２、３０５、４０２、４０５、４０７、５０２、５０５、５０７・・・光カプラ
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３・・・光フィルタ
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、５１０、５１１・・・光スイッチ
２０６、３０６、４０６、５０６・・・パルス信号源
２０８、２１１、３０８、４０８、５０８・・・フォトディテクタ
２０９、２１２、３０９、４０９、５０９・・・光強度モニタ
３１０、４１０・・・バンドパス回路
４１１・・・可変利得増幅器
４１２・・・乗算器
５１２・・・光サーキュレータ
６０１・・・分波器
６０２・・・合波器
【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】
2007088326.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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