(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、
前記光導波路に波長が異なるまたは励起光の前記光導波路への供給方向が異なる複数の励起光を供給する励起光供給手段と、
前記光導波路より出力される光のパワー、および、前記光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、２波長でモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタの結果に基づいて、前記励起光供給手段により前記光導波路に供給される複数の励起光のパワーを調整して、前記光導波路より出力される信号光の前記２波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記モニタ手段は、前記光導波路の側方に出射される自然放出光のパワーをモニタすることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記モニタ手段は、
前記光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す第１光分岐カプラと、
前記第１光分岐カプラにより取り出された光を２分岐する第２光分岐カプラと、
前記第２光分岐カプラにより２分岐された一方の光に含まれる特定の第１波長の光を選択的に透過させる第１フィルタと、
前記第２光分岐カプラにより２分岐された他方の光に含まれる特定の第２波長の光を選択的に透過させる第２フィルタと、
前記第１フィルタを透過した前記第１波長の光のパワーを検出する第１受光部と、
前記第２フィルタを透過した前記第２波長の光のパワーを検出する第２受光部と
を有することを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記モニタ手段は、
前記光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す光分岐カプラと、
前記光分岐カプラにより取り出された光を回折する回折格子と、
前記回折格子により回折された光に含まれる特定の第１波長の光のパワーを検出する第１受光部と、
前記回折格子により回折された光に含まれる特定の第２波長の光のパワーを検出する第２受光部と
を有することを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】
前記励起光供給手段は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を出力する第１励起光源と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の励起光を出力する第２励起光源とを有し、前記第１励起光源および前記第２励起光源それぞれより出力された励起光を前記光導波路に供給し、
前記制御手段は、
前記第２励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記第１励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項６】
前記第２励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーと、前記第１励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーとを、交互に調整することを特徴とする請求項５記載の光増幅器。
【請求項７】
前記励起光供給手段は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、
前記制御手段は、
前記光導波路に対して順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記光導波路に対して逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項８】
前記順方向から供給される励起光のパワーと、前記逆方向から供給される励起光のパワーとを、交互に調整することを特徴とする請求項７記載の光増幅器。
【請求項９】
前記励起光供給手段は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、
前記制御手段は、
前記光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの比を調整することで、前記光導波路の利得平坦度を制御し、
前記光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの和を調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項１０】
Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、
波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を出力する第１励起光源と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の励起光を出力する第２励起光源とを有し、前記第１励起光源および前記第２励起光源それぞれより出力された励起光を前記光導波路に供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光の波数に基づいて、前記第２励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１１】
Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、
波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を出力する第１励起光源と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の励起光を出力する第２励起光源とを有し、前記第１励起光源および前記第２励起光源それぞれより出力された励起光を前記光導波路に供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて、前記第２励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１２】
Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、
波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光の波数に基づいて、前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１３】
Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、
波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、
前記光導波路に入力する信号光のパワーに基づいて、前記光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項１４】
前記光導波路はＴｍ元素がコア領域に添加された光ファイバであることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の光増幅器。
【請求項１５】
請求項１〜１３の何れか１項に記載の光増幅器を含み、信号光を伝送するとともに、この信号光を前記光増幅器により光増幅することを特徴とする光通信システム。
【請求項１６】
Ｔｍ元素が添加された光導波路に供給される複数の励起光パワーを、前記光導波路より出力される光のパワー、および、前記光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、２波長でモニタした結果に基づき、調整し、それにより前記光導波路より出力される信号光の前記２波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する、制御方法。
【請求項１７】
前記の励起光は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の第一の励起光と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の第二の励起光を備え、
前記第二の励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光の前記２波長間での利得平坦度が一定となるようにＡＬＣ制御し、
前記第一の励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する、請求項１６記載の制御方法。
【請求項１８】
前記の励起光は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を備え、これを前記光導波路に順方向と逆方向の双方から供給し、
順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光の前記２波長間での利得平坦度が一定となるように制御し、
逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、前記光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する、請求項１６記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光が供給された光導波路において信号光を光増幅する光増幅器、および、この光増幅器を含む光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、光ファイバ伝送路に信号光を伝搬させることで、大容量の情報を高速に伝送することができる。この光通信システムにおける信号光の波長帯域として、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）が既に使用され、Ｌバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ）の使用も検討されている。また、更なる大容量化を図る為に、信号光波長帯域としてＳバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）の使用も検討されている。
【０００３】
また、光通信システムでは、信号光を光増幅するために光増幅器が用いられる。ＣバンドまたはＬバンドの信号光を光増幅することができる光増幅器として、Ｅｒ（エルビウム）元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ（ＥＤＦ: Erbium Doped Fiber）を光増幅媒体として用いるＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）が用いられる。このＥＤＦＡは、ＥＤＦに励起光（波長０．９８μｍ帯または１．４８μｍ帯）を供給することで、このＥＤＦを伝搬するＣバンドまたはＬバンドの信号光を光増幅することができる。
【０００４】
一方、Ｓバンドの信号光を光増幅することができる光増幅器として、Ｔｍ（ツリウム）元素が光導波領域に添加された光増幅用ファイバ（ＴＤＦ: Thulium Doped Fiber）を光増幅媒体として用いるＴＤＦＡ（Thulium Doped Fiber Amplifier）が検討されている。このＴＤＦＡは、ＴＤＦに励起光（波長１．０５μｍ帯、１．４μｍ帯または１．５５〜１．６５μｍ帯）を供給することで、このＴＤＦを伝搬するＳバンドの信号光を光増幅することができる。
【０００５】
ＥＤＦＡがＥｒイオンの３準位系の遷移を利用するものであるのに対して、ＴＤＦＡはＴｍイオンの４準位系の遷移を利用するものである。このことから、ＴＤＦＡでは、ＴＤＦの長さが一定であっても、利得平坦度の劣化を招くことなく、利得の大きさを変更することができる（例えば文献１「T. Sakamoto, et al., "Gain-equalized thulium-doped fiber amplifiers for 1460nm-based WDM signals", OAA'99, Technical Digest, WD2 (1999)」参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＴＤＦＡは以下のような問題点を有していることを本願発明者は見出した。
【０００７】
図１７は、ＥＤＦＡおよびＴＤＦＡそれぞれの動作を比較して説明する図である。同図（ａ）は、ＥＤＦＡにおける非飽和利得スペクトル、非飽和吸収スペクトル、反転分布６０％時の利得スペクトル、および、反転分布５０％時の利得スペクトルそれぞれを示す。また、同図（ｂ）は、ＴＤＦＡにおける非飽和利得スペクトル、非飽和吸収スペクトル、反転分布６０％時の利得スペクトル、および、反転分布５０％時の利得スペクトルそれぞれを示す。各利得スペクトルは、非飽和利得スペクトルおよび非飽和吸収スペクトルに基づいて算出され得る。この図に示されるように、ＥＤＦＡの場合と比較してＴＤＦＡの場合には、光増幅に与るイオンの数が励起光パワーにより変動するので、利得傾斜の変動を生ずることなく、利得スペクトルを定数倍に変化させることが可能である。このように、ＴＤＦＡでは、ＴＤＦの長さが一定であっても、利得平坦度の劣化を招くことなく、利得の大きさを変更することができる。また、ＴＤＦＡでは反転分布が大きくなると利得スペクトルが長波長側にシフトする。
【０００８】
しかし、上記の文献１におけるＴＤＦＡの記載では、多波長の信号光を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）光通信システムにおける実際の動作状態が考慮されていない。すなわち、この文献１では、ＴＤＦＡに入力する信号光の波数が４チャネルであって、各チャネルの信号光のパワーが−１９ｄＢｍであり、これらを一定として、利得のみを変更している。また、ＴＤＦに供給される励起光のパワーが６３０ｍＷ以上であるのに対して、光増幅されて出力される全信号光のパワーが１１ｄＢｍであり、両者の比が２％以下であって、励起効率が非常に低い。
【０００９】
ＷＤＭ光通信システムにおいて用いられる光増幅器は、光ファイバ伝送路の伝送損失（スパンロス）の変動等に因り入力信号光パワーが変動したときに、出力信号光パワーが一定の設計値に維持されるように利得の大きさを変える必要がある。この制御を自動出力レベル制御（ＡＬＣ: Automatic Level Control）という。それ故、入力信号光レベルを一定としながらも利得のみを変更する文献１記載内容は、光増幅器の実際の動作状態と相違する。また、信号光の波数が３２チャネルであるとしても、文献１記載内容では、出力信号光パワーは−４ｄＢｍ／ｃｈである。この出力信号光パワーは、陸上幹線系のＷＤＭ光通信システムにおいて用いられる光増幅器としては非常に小さい。
【００１０】
図１８は、従来のＡＬＣを行ったときのＴＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。図１９は、従来のＡＬＣを行ったときのＴＤＦＡの出力信号光パワースペクトルを示す図である。ここでは、ＴＤＦＡへ入力する全信号光のパワーＰinが−４．２ｄＢｍ，−２．２ｄＢｍ，−０．２ｄＢｍおよび＋０．８ｄＢｍそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーＰoutが＋１８ｄＢｍとなるように励起光パワーを制御した。また、Ｔｍ元素添加濃度が２０００ｗｔ.ｐｐｍであって長さが２０ｍであるＴＤＦに対して、信号光伝搬方向と同じ順方向から波長１．０５μｍ帯の励起光を供給するとともに、逆方向からも同波長の励起光を供給して、順方向および逆方向それぞれからＴＤＦに供給される励起光のパワーを互いに等しくした。これらの図に示されるように、入力信号光パワーＰinが大きいほど、利得傾斜（利得の波長依存性）が負値から正値へ向かって大きくなっていき、出力信号光パワーの波長依存性も負値から正値へ向かって大きくなっていく。これは、ＴＤＦＡの利得スペクトルが長波長側へシフトする現象（すなわち利得シフト）とも言える。
【００１１】
ところで、文献２「T. Kasamatsu, et al., "Novel 1.50-μm Band Gain-Shifted Thulium-Doped Fiber Amplifier by using Dual Wavelength Pumping of 1.05μm and 1.56μm", OAA'99, Technical Digest, PDP1 (1999)」や特開２００１−２０３４１３号公報の記載によれば、ＴＤＦに波長１．０５μｍ帯の励起光だけでなく波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光をも供給した場合、又は、ＴＤＦにおけるＴｍ元素添加濃度が３０００ｗｔ.ｐｐｍ以上である場合に、ＴＤＦＡにおける利得シフトが発生するとされている。しかし、上述したように、ＴＤＦＡでは、入力信号光パワーが大きくなった場合にも、利得シフトが発生する。
【００１２】
また、ＷＤＭ光通信システムにおいて用いられる光増幅器は、スパンロスの変動等に因り入力信号光パワーが変動したときにＡＬＣを行うだけでなく、入力する信号光の波数が変動したときに自動利得制御（ＡＧＣ: Automatic Gain Control）をも行う必要がある。ＥＤＦＡの場合にＡＧＣを行うと、利得スペクトル形状は励起方式によらず保持される。一方、ＴＤＦＡの場合にＡＧＣを行うと、利得スペクトルの形状が変化して、利得平坦度が変化してしまう。
【００１３】
図２０は、従来のＡＧＣを行ったときのＴＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。ここでは、ＴＤＦＡへ入力する全信号光のパワーＰinが−４．２ｄＢｍ，−１．２ｄＢｍおよび＋０．８ｄＢｍそれぞれの場合について、利得ピークが１８ｄＢとなるように励起光パワーを制御した。また、Ｔｍ元素添加濃度が２０００ｗｔ.ｐｐｍであって長さが２０ｍであるＴＤＦに対して、信号光伝搬方向と同じ順方向から波長１．０５μｍ帯の励起光を供給するとともに、逆方向からも同波長の励起光を供給して、順方向および逆方向それぞれからＴＤＦに供給される励起光のパワーを互いに等しくした。この図に示されるように、入力信号光パワーＰinが大きいほど、利得傾斜（利得の波長依存性）が負値から正値へ向かって大きくなっていく。すなわち、入力する信号光の波数が変動したときにも利得シフトが発生する。
【００１４】
本発明は、上記の本願発明者の知見に基づいてなされたものであり、入力する信号光のパワーまたは波数が変動した場合であっても、出力する信号光のパワーおよび利得平坦度を一定に維持することができる光増幅器（ＴＤＦＡ）、および、この光増幅器を含む光通信システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅器は、(1) Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 光導波路に波長が異なるまたは励起光の光導波路への供給方向が異なる複数の励起光を供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路より出力される光のパワー、および、光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、２波長でモニタするモニタ手段と、(4) モニタ手段によるモニタの結果に基づいて、励起光供給手段により光導波路に供給される複数の励起光のパワーを調整して、光導波路より出力される信号光の前記２波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る光増幅器によれば、Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路に対して励起光供給手段により励起光（波長１．０５μｍ帯、１．４μｍ帯または１．５５〜１．６５μｍ帯）が供給され、この光導波路において所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）の信号光が光増幅されて出力される。この光導波路より出力される光のパワー、および、この光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかは、モニタ手段により２以上の波長でモニタされる。そして、このモニタ手段によるモニタの結果に基づいて、制御手段により、励起光供給手段により光導波路に供給される励起光のパワーが調整されて、光導波路の利得平坦度が一定にフィードバック制御されるとともに、光導波路より出力される信号光のパワーが一定にフィードバック制御される。
【００１７】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、光導波路の側方に出射される自然放出光のパワーをモニタするのが好適である。この場合には、光導波路の側方に出射される自然放出光がモニタ手段により２以上の波長でモニタされ、このモニタ結果に基づいて制御手段により励起光のパワーが調整される。光導波路に接続される信号光本線から光が取り出されるのでは無く、光導波路の側方に出射される自然放出光がモニタされるので、挿入損の増加が無い点で好適である。
【００１８】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、(1) 光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す第１光分岐カプラと、(2) 第１光分岐カプラにより取り出された光を２分岐する第２光分岐カプラと、(3) 第２光分岐カプラにより２分岐された一方の光に含まれる特定の第１波長の光を選択的に透過させる第１フィルタと、(4) 第２光分岐カプラにより２分岐された他方の光に含まれる特定の第２波長の光を選択的に透過させる第２フィルタと、(5) 第１フィルタを透過した第１波長の光のパワーを検出する第１受光部と、(6) 第２フィルタを透過した第２波長の光のパワーを検出する第２受光部とを有するのが好適である。この場合には、光導波路より出力された光のパワーの一部は、第１光分岐カプラにより分岐されて取り出され、さらに、第２光分岐カプラにより２分岐される。第２光分岐カプラにより２分岐された一方の光に含まれる特定の第１波長の光は、第１フィルタを透過して、第１受光部によりパワーが検出される。また、第２光分岐カプラにより２分岐された他方の光に含まれる特定の第２波長の光は、第２フィルタを透過して、第２受光部によりパワーが検出される。このようにして、光導波路より出力される光のパワーはモニタ手段により２以上の波長でモニタされる。このモニタ手段は簡易な構成で安価である点で好適である。
【００１９】
また、本発明に係る光増幅器では、モニタ手段は、(1) 光導波路より出力された光のパワーの一部を分岐して取り出す光分岐カプラと、(2) 光分岐カプラにより取り出された光を回折する回折格子と、(3) 回折格子により回折された光に含まれる特定の第１波長の光のパワーを検出する第１受光部と、(4) 回折格子により回折された光に含まれる特定の第２波長の光のパワーを検出する第２受光部とを有するのが好適である。この場合には、光導波路より出力された光のパワーの一部は、光分岐カプラにより分岐されて取り出され、回折格子により回折される。回折格子により回折された光に含まれる特定の第１波長の光のパワーは第１受光部により検出され、回折格子により回折された光に含まれる特定の第２波長の光のパワーは第２受光部により検出される。更に多くの受光部を備えていてもよい。このようにして、光導波路より出力される光のパワーはモニタ手段により２以上の波長でモニタされる。このモニタ手段は、多くの波長で高精度にモニタすることができ、また、入力する信号光の波数の増減にも対応できるので、これらの点で好適である。
【００２０】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を出力する第１励起光源と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の励起光を出力する第２励起光源とを有し、第１励起光源および第２励起光源それぞれより出力された励起光を光導波路に供給し、(2) 制御手段は、第２励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、第１励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、第２励起光源より出力され光導波路に供給される波長１.５５〜１.６５μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、第１励起光源より出力され光導波路に供給される波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。このとき、第２励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーと、第１励起光源より出力され前記光導波路に供給される励起光のパワーとを、交互に調整するのが好適である。
【００２１】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、(2) 制御手段は、光導波路に対して順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、光導波路に対して逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、光導波路に対して順方向から供給される波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して逆方向から供給される波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。このとき、順方向から供給される励起光のパワーと、逆方向から供給される励起光のパワーとを、交互に調整するのが好適である。
【００２２】
また、本発明に係る光増幅器では、(1) 励起光供給手段は、波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給し、(2) 制御手段は、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの比を調整することで、光導波路の利得平坦度を制御し、また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される励起光のパワーの和を調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーを制御するのが好適である。この場合には、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーの比が調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーの和が調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【００２３】
本発明に係る光増幅器は、(1) Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光を出力する第１励起光源と、波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光を出力する第２励起光源とを有し、第１励起光源および第２励起光源それぞれより出力された励起光を光導波路に供給する供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、第２励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。この場合には、励起光供給手段により、第１励起光源から出力された波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光、および、第２励起光源から出力された波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光は、Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路に供給される。そして、制御手段により、光導波路に入力する信号光の波数またはパワーの函数として、第２励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。ここで、上記函数は、１次函数であってもよいし、２次以上の函数であってもよい。それ故、この光増幅器は、出力信号光のパワー、利得傾斜または波数をモニタして帰還制御する手段を必ずしも有する必要がなく、小型となり安価となるので好適である。
【００２４】
本発明に係る光増幅器は、(1) Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路と、(2) 波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光を光導波路に対して順方向および逆方向の双方から供給する励起光供給手段と、(3) 光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。この場合には、励起光供給手段により、波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光は、Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路に対して、順方向および逆方向の双方から供給される。そして、制御手段により、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。それ故、この光増幅器は、出力信号光のパワーまたは波数をモニタして帰還制御する手段を必ずしも有する必要がなく、小型となり安価となるので好適である。
【００２５】
また、本発明に係る光増幅器では、光導波路はＴｍ元素がコア領域の一部または全部に添加された光ファイバであるのが好適である。この場合には、導波路長を容易に長くすることができる点で好適である。
【００２６】
本発明に係る光通信システムは、上記の本発明に係る光増幅器を含み、信号光を伝送するとともに、この信号光を光増幅器により光増幅することを特徴とする。この光通信システムによれば、所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）の信号光は、上記の光増幅器により光増幅される。したがって、所定波長帯域の信号光の伝送品質が優れたものとなる。
本発明に係る制御方法は、Ｔｍ元素が添加された光導波路に供給される複数の励起光パワーを、光導波路より出力される光のパワー、および、光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかを、２波長でモニタした結果に基づき、調整し、それにより光導波路より出力される信号光の２波長間での利得平坦度が一定となるように制御しかつ光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御する。前記の励起光は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の第一の励起光と、波長１.５５〜１.６５μｍ帯の第二の励起光を備え、第二の励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光の２波長間での利得平坦度が一定となるようにＡＬＣ制御し、第一の励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御するのが好適である。また、前記の励起光は、波長１.０５μｍ帯または波長１.４μｍ帯の励起光を備え、これを光導波路に順方向と逆方向の双方から供給し、順方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光の２波長間での利得平坦度が一定となるように制御し、逆方向から供給される励起光のパワーを調整することで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定となるようにＡＬＣ制御するのが好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
（光増幅器の第１実施形態）
先ず、本発明に係る光増幅器の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光増幅器１００の構成図である。この図に示される光増幅器１００は、入力ポート１０１から出力ポート１０２に向かって順に、光アイソレータ１１１、光カプラ１２１、光カプラ１２２、光増幅用ファイバ１４０、光カプラ１２３、光アイソレータ１１２および光分岐カプラ１５１を備えている。また、この光増幅器１００は、光カプラ１２１に接続された励起光源１３１、光カプラ１２２に接続された励起光源１３２、光カプラ１２３に接続された励起光源１３３、光分岐カプラ１５１に接続された出力光モニタ部１５２、側方自然放出光モニタ部１６０、および、制御部１９０をも備えている。
【００２９】
光増幅用ファイバ１４０は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にＴｍ元素が添加されているＴＤＦである。光増幅用ファイバ１４０は、励起光が供給されることにより所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）内の波長の信号光を光増幅する。
【００３０】
光カプラ１２１〜１２３および励起光源１３１〜１３３は、光増幅用ファイバ１４０に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源１３１は、波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光Ｐ2を出力する。励起光源１３１として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源１３２，１３３それぞれは、波長１．０５μｍ帯または１．４μｍ帯の励起光Ｐ1を出力する。励起光源１３２，１３３として、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザ光源、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源、Ｙｂレーザ光源、等が好適に用いられる。
【００３１】
光カプラ１２１は、励起光源１３１から出力された励起光Ｐ2を光カプラ１２２に向けて出力するとともに、光アイソレータ１１１より入力した信号光をも光カプラ１２２に向けて出力する。光カプラ１２２は、励起光源１３２から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ１４０に順方向より供給するとともに、光カプラ１２１より入力した信号光および励起光Ｐ2を増幅用ファイバ１４０に向けて出力する。また、光カプラ１２３は、励起光源１３３から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ１４０に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ１４０より入力した信号光を光アイソレータ１１２に向けて出力する。
【００３２】
光アイソレータ１１１，１１２それぞれは、光を順方向（入力ポート１０１から出力ポート１０２へ向かう方向）にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００３３】
光分岐カプラ１５１は、光アイソレータ１１２と出力ポート１０２との間の光路上に設けられており、光増幅用ファイバ１４０より出力されて光カプラ１２３および光アイソレータ１１２を通過した光のパワーの一部を分岐して、その分岐した光を出力光モニタ部１５２へ向けて出力する。出力光モニタ部１５２は、光分岐カプラ１５１より到達した光を入力し、その光のパワーを２以上の波長でモニタする。これにより、出力光モニタ部１５２は、光増幅器１００の利得平坦度をモニタすることができ、また、光増幅器１００から出力される信号光のパワーをモニタすることもできる。
【００３４】
出力光モニタ部１５２がモニタする光は、光増幅用ファイバ１４０において光増幅されて出力された信号光であってもよいし、光増幅用ファイバ１４０において発生して光増幅された自然放出光であってもよいし、また、光増幅用ファイバ１４０において光増幅されて出力されたパイロット光であってもよい。パイロット光は、光増幅器１００の利得をモニタすることを目的として光増幅器１００に入力されるものであって、信号光波長と異なる波長の光であって、好適には、信号光波長帯域内の長波長側および短波長側それぞれに波長が設定される。このパイロット光を用いる場合には、入力する信号光の波数が変動したときであっても、光増幅器１００の利得をモニタすることができる。
【００３５】
側方自然放出光モニタ部１６０は、光増幅用ファイバ１４０の側方に出射される自然放出光のパワーを２以上の波長でモニタする。これにより、側方自然放出光モニタ部１６０は、光増幅器１００の利得平坦度をモニタすることができ、また、光増幅器１００から出力される信号光のパワーをモニタすることもできる。この場合、光増幅用ファイバ１４０に接続される信号光本線から光が取り出されるのでは無く、光増幅用ファイバ１４０の側方に出射される自然放出光がモニタされるので、挿入損の増加が無い点で好適である。出力光モニタ部１５２および側方自然放出光モニタ部１６０それぞれは、互いに同一の構成であってもよく、後に図２および図３を用いて説明する。
【００３６】
制御部１９０は、出力光モニタ部１５２または側方自然放出光モニタ部１６０によるモニタ結果を受け取る。そして、制御部１９０は、このモニタ結果に基づいて、励起光源１３１〜１３３それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。
【００３７】
この光増幅器１００は、出力光モニタ部１５２または側方自然放出光モニタ部１６０によるモニタ結果を受け取った制御部１９０により制御されて動作する。励起光源１３１から出力された励起光Ｐ2は、光カプラ１２１および光カプラ１２２を経て光増幅用ファイバ１４０に順方向から供給される。励起光源１３２から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ１２２を経て光増幅用ファイバ１４０に順方向から供給される。また、励起光源１３３から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ１２３を経て光増幅用ファイバ１４０に逆方向から供給される。入力ポート１０１に入力した信号光は、光アイソレータ１１１、光カプラ１２１および光カプラ１２２を経て光増幅用ファイバ１４０に入射し、光増幅用ファイバ１４０において光増幅される。この光増幅用ファイバ１４０で光増幅された信号光は、光カプラ１２３、光アイソレータ１１２および光分岐カプラ１５１を経て出力ポート１０２より出力される。光増幅用ファイバ１４０より出力された光の一部は、光分岐カプラ１５１により分岐され、２以上の波長でパワーが出力光モニタ部１５２によりモニタされる。このモニタ結果に基づいて、制御部１９０により、励起光源１３１〜１３３それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。
【００３８】
図２は、第１実施形態に係る光増幅器１００の出力光モニタ部１５２の構成例を示す図である。この図に示される出力光モニタ部１５２は、光分岐カプラ１５３1，１５３2、光フィルタ１５４1，１５４2、および、受光素子１５５1〜１５５3を有している。光分岐カプラ１５３1は、光分岐カプラ１５１より到達した光を２分岐して、分岐した一方の光を光分岐カプラ１５３2へ向けて出力し、他方の光を受光素子１５５3へ向けて出力する。光分岐カプラ１５３2は、光分岐カプラ１５３1より到達した光を２分岐して、分岐した一方の光を光フィルタ１５４1へ向けて出力し、他方の光を光フィルタ１５４2へ向けて出力する。
【００３９】
光フィルタ１５４1は、光分岐カプラ１５３2より到達した光を入力して、光増幅用ファイバ１４０において光増幅される信号光の波長帯域のうち短波長側にある特定波長の光を選択的に透過させる。光フィルタ１５４2は、光分岐カプラ１５３2より到達した光を入力して、信号光波長帯域のうち長波長側にある特定波長の光を選択的に透過させる。
【００４０】
受光素子１５５1は、光フィルタ１５４1を透過した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部１９０へ向けて出力する。受光素子１５５2は、光フィルタ１５４2を透過した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部１９０へ向けて出力する。また、受光素子１５５3は、光分岐カプラ１５３1より到達した光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部１９０へ向けて出力する。
【００４１】
したがって、図２に示される出力光モニタ部１５２は、受光素子１５５1および１５５2により、光分岐カプラ１５１より到達した光のパワーを２波長でモニタすることができ、利得傾斜をモニタすることができる。また、この出力光モニタ部１５２は、受光素子１５５3により、光分岐カプラ１５１より到達した光の全パワーをモニタすることができる。この出力光モニタ部１５２は簡易な構成で安価である点で好適である。
【００４２】
図３は、第１実施形態に係る光増幅器１００の出力光モニタ部１５２の他の構成例を示す図である。この図に示される出力光モニタ部１５２は、アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ: Arrayed Waveguide Grating）１５６および受光素子１５７1〜１５７Nを有している。ただし、Ｎは２以上の整数である。
【００４３】
ＡＷＧ１５６は、平面基板上に複数本の光導波路がアレイ状に形成されてなる回折格子であって、入力した光を合波または分波して出力することができる。ここでは、ＡＷＧ１５６は光分波器として用いられる。すなわち、ＡＷＧ１５６は、光分岐カプラ１５１より到達した光を分波して、その分波した各波長の光を受光素子１５７1〜１５７Nへ向けて出力する。受光素子１５７1〜１５７Nそれぞれは、ＡＷＧ１５６により出力されて到達した各波長の光を受光し、その受光した光のパワーに応じた電気信号を制御部１９０へ向けて出力する。
【００４４】
したがって、図３に示される出力光モニタ部１５２は、受光素子１５７1〜１５７Nにより、光分岐カプラ１５１より到達した光のパワーをＮ波長でモニタすることができ、利得傾斜をモニタすることができる。また、この出力光モニタ部１５２は、受光素子１５７1〜１５７Nそれぞれによるモニタ結果に基づいて、光分岐カプラ１５１より到達した光の全パワーをモニタすることができる。この出力光モニタ部１５２は、多くの波長で高精度にモニタすることができ、また、入力する信号光の波数の増減にも対応できるので、これらの点で好適である。
【００４５】
次に、第１実施形態に係る光増幅器１００における制御部１９０の制御動作について説明する。制御部１９０による制御は、出力光モニタ部１５２または側方自然放出光モニタ部１６０によるモニタ結果（利得傾斜、出力信号光パワー）に基づいてなされるフィードバック制御であり、励起光源１３１〜１３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。以下に説明する３つの制御方式がある。
【００４６】
第１の制御方式では、制御部１９０は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、励起光源１３１より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ2（波長１．５５〜１．６５μｍ帯）のパワーを小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、励起光Ｐ2のパワーを大きくする。また、制御部１９０は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、励起光源１３２または励起光源１３３より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ1（波長１．０５μｍ帯または１．４μｍ帯）のパワーを大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、励起光Ｐ1のパワーを小さくする。制御部１９０は、励起光Ｐ1のパワーの制御と励起光Ｐ2のパワーの制御とを交互に行うのが好適である。
【００４７】
図４は、第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＬＣを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図５は、このときの励起光Ｐ2のパワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。ここでは、光増幅器１００へ入力する全信号光のパワーＰinが−４．２ｄＢｍ，−３．２ｄＢｍ，−２．２ｄＢｍ，−１．２ｄＢｍ，−０．２ｄＢｍおよび＋０．８ｄＢｍそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーＰoutが＋１８ｄＢｍとなるように各励起光のパワーを制御した。励起光源１３１より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ2の波長は１５５７ｎｍであった。励起光源１３２または励起光源１３３より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ1の波長は１．０５μｍであった。図４に示されるように、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図５に示されるように、ＡＬＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光パワーの１次函数または２次函数でよく近似される。
【００４８】
図６は、第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＧＣを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図７は、このときの励起光Ｐ2のパワーと入力信号光の波数との関係を示す図である。ここでは、光増幅器１００へ入力する信号光の波数が１０，１２，１６，２０，２６および３２それぞれの場合について、利得ピークが１８ｄＢとなるように各励起光のパワーを制御した。励起光源１３１より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ2の波長は１５５７ｎｍであった。励起光源１３２または励起光源１３３より光増幅用ファイバ１４０へ供給される励起光Ｐ1の波長は１．０５μｍであった。図６に示されるように、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図７に示されるように、ＡＧＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光の波数の１次函数または２次函数でよく近似される。
【００４９】
第２の制御方式では、制御部１９０は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、励起光源１３２より光増幅用ファイバ１４０へ順方向から供給される励起光（順方向励起光）のパワーを小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、順方向励起光のパワーを大きくする。また、制御部１９０は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、励起光源１３３より光増幅用ファイバ１４０へ逆方向から供給される励起光（逆方向励起光）のパワーを大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、逆方向励起光のパワーを小さくする。制御部１９０は、順方向励起光のパワーの制御と逆方向励起光のパワーの制御とを交互に行うのが好適である。なお、この第２の制御方式では、励起光源１３１および光カプラ１２１は不要であり、光増幅器１００は小型で安価なものとなる。
【００５０】
この第２の制御方式は、光増幅用ファイバ１４０に供給される励起光のパワーと利得とが略比例関係にあり、また、利得ピークと反転分布の飽和度合いとが略比例関係にあって、信号光および励起光それぞれのパワーの比の値に対して利得ピークが相関関係を有していることに基づくものである。
【００５１】
なお、反転分布の飽和度合いは、信号光パワーが励起光パワーに近づく光増幅用光ファイバ１４０出力端付近で決定される。このことから、入力信号光パワーが低下するに従って出力信号光パワーも低下するＡＧＣの場合は、これに応じて逆方向励起光パワーを小さくする必要がある。その一方で、ＡＧＣでは利得が一定になるように制御する必要があるので、順方向励起光パワーを大きくして、全体の励起光のパワーの変動を小さくすることが必要である。
【００５２】
ＡＬＣの場合、出力信号光パワーを一定に維持する必要があるので、逆方向励起光パワーの変化を大きくすることはできない。その一方で、入力信号光パワーが低下するに従って利得を大きくする必要がある。そこで、全体の励起光のパワーを大きくするために、順方向励起光パワーを大きくする必要がある。
【００５３】
つまり、ＡＬＣおよびＡＧＣの何れの場合にも、入力信号光パワーが低下するときには、順方向励起光パワーを大きくする必要がある。第２の制御方式は、このような思想に基づくものである。
【００５４】
図８は、第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＬＣを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図９は、このときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図であり、図１０は、このときの順方向励起光パワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。図１０には、１次函数で表される近似曲線も示されている。ここでは、光増幅器１００へ入力する全信号光のパワーＰinが−４．２ｄＢｍ，−３．２ｄＢｍ，−２．２ｄＢｍ，−１．２ｄＢｍ，−０．２ｄＢｍおよび＋０．８ｄＢｍそれぞれの場合について、出力される全信号光のパワーＰoutが＋１８ｄＢｍとなるように各励起光のパワーを制御した。図８に示されるように、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図１０に示されるように、ＡＬＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの１次函数でよく近似される。
【００５５】
図１１は、第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＧＣを行ったときの利得スペクトルを示す図であり、図１２は、このときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図であり、図１３は、このときの入力信号光の波数と入力信号光パワーとの関係を示す図である。図１３には、２次函数で表される近似曲線も示されている。ここでは、光増幅器１００へ入力する信号光の波数が１０，１２，１６，２０，２６および３２それぞれの場合について、利得ピークが１８ｄＢとなるように各励起光のパワーを制御した。図１１に示されるように、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持された。また、図１３に示されるように、ＡＧＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の２次函数でよく近似される。
【００５６】
第３の制御方式では、制御部１９０は、モニタされて得られた利得傾斜が正および負の何れであるかを判断して、利得傾斜が正であれば、比（順方向励起光パワー／逆方向励起光パワー）を小さくし、逆に、利得傾斜が負であれば、上記比を大きくする。また、制御部１９０は、モニタされた出力信号光パワーと設計値とを大小比較して、出力信号光パワーが設計値より小さければ、順方向励起光パワーと逆方向励起光パワーとの和を大きくし、逆に、出力信号光パワーが設計値より大きければ、上記和を小さくする。制御部１９０は、上記比の制御と上記和の制御とを交互に行うのが好適である。なお、この第３の制御方式でも、励起光源１３１および光カプラ１２１は不要である。この第３の制御方式によっても、ＡＬＣ時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、ＡＧＣ時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【００５７】
（光増幅器の第２実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器の第２実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係る光増幅器２００の構成図である。この図に示される光増幅器２００は、入力ポート２０１から出力ポート２０２に向かって順に、光分岐カプラ２５１、光アイソレータ２１１、光カプラ２２１、光カプラ２２２、光増幅用ファイバ２４０、光カプラ２２３、光アイソレータ２１２を備えている。また、この光増幅器２００は、光カプラ２２１に接続された励起光源２３１、光カプラ２２２に接続された励起光源２３２、光カプラ２２３に接続された励起光源２３３、光分岐カプラ２５１に接続された入力光モニタ部２５２、および、制御部２９０をも備えている。
【００５８】
光増幅用ファイバ２４０は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にＴｍ元素が添加されているＴＤＦである。光増幅用ファイバ２４０は、励起光が供給されることにより所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）内の波長の信号光を光増幅する。
【００５９】
光カプラ２２１〜２２３および励起光源２３１〜２３３は、光増幅用ファイバ２４０に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源２３１は、波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光Ｐ2を出力する。励起光源２３１として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源２３２，２３３それぞれは、波長１．０５μｍ帯または１．４μｍ帯の励起光Ｐ1を出力する。励起光源２３２，２３３として、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザ光源、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源、Ｙｂレーザ光源、等が好適に用いられる。
【００６０】
光カプラ２２１は、励起光源２３１から出力された励起光Ｐ2を光カプラ２２２に向けて出力するとともに、光アイソレータ２１１より入力した信号光をも光カプラ２２２に向けて出力する。光カプラ２２２は、励起光源２３２から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ２４０に順方向より供給するとともに、光カプラ２２１より入力した信号光および励起光Ｐ2を増幅用ファイバ２４０に向けて出力する。また、光カプラ２２３は、励起光源２３３から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ２４０に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ２４０より入力した信号光を光アイソレータ２１２に向けて出力する。
【００６１】
光アイソレータ２１１，２１２それぞれは、光を順方向（入力ポート２０１から出力ポート２０２へ向かう方向）にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００６２】
光分岐カプラ２５１は、入力ポート２０１と光アイソレータ２１１との間の光路上に設けられており、入力ポート２０１より入力した光のパワーの一部を分岐して、その分岐した光を入力光モニタ部２５２へ向けて出力する。入力光モニタ部２５２は、光分岐カプラ２５１より到達した光を入力して、光増幅器２００に入力する信号光のパワーまたは波数をモニタする。入力光モニタ部２５２は、図３に示されたものと同様の構成であってもよい。制御部２９０は、入力光モニタ部２５２によるモニタ結果を受け取り、このモニタ結果に基づいて、励起光源２３１〜２３３それぞれから出力される励起光のパワーを制御する。なお、光分岐カプラ２５１および入力モニタ部２５２は必ずしも設けられていなくてもよく、制御部２９０は、他の手段から入力信号光のパワーまたは波数を受け取ってもよい。この場合には、光増幅器２００は小型となり安価となる。
【００６３】
この光増幅器２００は、制御部２９０により制御されて動作する。励起光源２３１から出力された励起光Ｐ2は、光カプラ２２１および光カプラ２２２を経て光増幅用ファイバ２４０に順方向から供給される。励起光源２３２から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ２２２を経て光増幅用ファイバ２４０に順方向から供給される。また、励起光源２３３から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ２２３を経て光増幅用ファイバ２４０に逆方向から供給される。入力ポート２０１に入力した信号光は、光分岐カプラ２５１、光アイソレータ２１１、光カプラ２２１および光カプラ２２２を経て光増幅用ファイバ２４０に入射し、光増幅用ファイバ２４０において光増幅される。この光増幅用ファイバ２４０で光増幅された信号光は、光カプラ２２３および光アイソレータ２１２を経て出力ポート２０２より出力される。入力ポート２０１より入力した信号光の一部は、光分岐カプラ２５１により分岐され、２以上の波長でパワーが出力光モニタ部２５２によりモニタされる。このモニタ結果に基づいて、制御部２９０により、励起光源２３１〜２３３それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。なお、他の手段から受け取った入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、制御部２９０により、励起光源２３１〜２３３それぞれから出力される励起光のパワーが調整されてもよい。
【００６４】
次に、第２実施形態に係る光増幅器２００における制御部２９０の制御動作について説明する。制御部２９０による制御は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいてなされるフィードフォワード制御であり、励起光源２３１〜２３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。第２実施形態に係る光増幅器２００における制御方式は、上記の第１実施形態に係る光増幅器１００における第１〜第３の制御方式と略同様である。ただし、第１実施形態ではフィードバック制御であったのに対して、第２実施形態ではフィードフォワード制御である点で相違する。
【００６５】
すなわち、第１の制御方式では、図５に示されるように、ＡＬＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光パワーの１次函数または２次函数でよく近似され、また、図７に示されるように、ＡＧＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光の波数の１次函数または２次函数でよく近似される。第２または第３の制御方式では、図１０に示されるように、ＡＬＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの１次函数でよく近似され、また、図１３に示されるように、ＡＧＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の２次函数でよく近似される。そこで、制御部２９０は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源２３１〜２３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整して、第１〜第３の制御方式の何れかを実行する。このようにすることにより、ＡＬＣ時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、ＡＧＣ時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【００６６】
また、本実施形態では、入力信号光のパワーまたは波数をモニタするための手段が必ずしも設けられていなくてもよく、制御部２９０は他の手段から入力信号光のパワーまたは波数を受け取ってもよい。この場合には、光増幅器２００は小型となり安価となるので好適である。なお、本実施形態では、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源２３１〜２３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整することから、その為の演算を制御部２９０が行う必要がある。しかし、その演算は簡単なものであるから、制御部２９０にとって殆ど負荷とはならない。
【００６７】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る光増幅器の第３実施形態について説明する。図１５は、第３実施形態に係る光増幅器３００の構成図である。この図に示される光増幅器３００は、入力ポート３０１から出力ポート３０２に向かって順に、光カプラ３５１、光アイソレータ３１１、光カプラ３２１、光カプラ３２２、光増幅用ファイバ３４０、光カプラ３２３、光アイソレータ３１２、光カプラ３５３を備えている。また、この光増幅器３００は、光カプラ３２１に接続された励起光源３３１、光カプラ３２２に接続された励起光源３３２、光カプラ３２３に接続された励起光源３３３、光カプラ３５１に接続された監視光モニタ部３５２、光カプラ３５３に接続された監視光源３５４、および、制御部３９０をも備えている。
【００６８】
光増幅用ファイバ３４０は、フッ化物系ガラスまたはテルライト系ガラスをホストガラスとする光導波路であり、少なくともコア領域にＴｍ元素が添加されているＴＤＦである。光増幅用ファイバ３４０は、励起光が供給されることにより所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）内の波長の信号光を光増幅する。
【００６９】
光カプラ３２１〜３２３および励起光源３３１〜３３３は、光増幅用ファイバ３４０に励起光を供給する励起光供給手段として作用する。励起光源３３１は、波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光Ｐ2を出力する。励起光源３３１として、半導体レーザ光源等が好適に用いられる。一方、励起光源３３２，３３３それぞれは、波長１．０５μｍ帯または１．４μｍ帯の励起光Ｐ1を出力する。励起光源３３２，３３３として、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザ光源、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源、Ｙｂレーザ光源、等が好適に用いられる。
【００７０】
光カプラ３２１は、励起光源３３１から出力された励起光Ｐ2を光カプラ３２２に向けて出力するとともに、光アイソレータ３１１より入力した信号光をも光カプラ３２２に向けて出力する。光カプラ３２２は、励起光源３３２から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ３４０に順方向より供給するとともに、光カプラ３２１より入力した信号光および励起光Ｐ2を増幅用ファイバ３４０に向けて出力する。また、光カプラ３２３は、励起光源３３３から出力された励起光Ｐ1を光増幅用ファイバ３４０に逆方向より供給するとともに、光増幅用ファイバ３４０より入力した信号光を光アイソレータ３１２に向けて出力する。
【００７１】
光アイソレータ３１１，３１２それぞれは、光を順方向（入力ポート３０１から出力ポート３０２へ向かう方向）にのみ光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。
【００７２】
光カプラ３５１は、入力ポート３０１と光アイソレータ３１１との間の光路上に設けられており、入力ポート３０１より入力した光（信号光および監視光を含む）のうち、信号光を光アイソレータ３１１へ向けて出力し、監視光を監視光モニタ部３５２へ向けて出力する。監視光モニタ部３５２は、光カプラ３５１より到達した監視光に基づいて、光増幅器３００に入力する信号光のパワーまたは波数をモニタする。監視光源３５４は、信号光波長とは異なる波長の監視光を出力する。光カプラ３５３は、光アイソレータ３１２より到達した信号光と、監視光源３５４より到達した信号光とを合波して、その合波した光を出力ポート３０２へ向けて出力する。
【００７３】
制御部３９０は、監視光モニタ部３５２によるモニタ結果を受け取り、このモニタ結果に基づいて、励起光源３３１〜３３３それぞれから出力される励起光のパワーを制御するとともに、監視光源３５４からの監視光の出力を制御する。
【００７４】
この光増幅器３００は、制御部３９０により制御されて動作する。励起光源３３１から出力された励起光Ｐ2は、光カプラ３２１および光カプラ３２２を経て光増幅用ファイバ３４０に順方向から供給される。励起光源３３２から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ３２２を経て光増幅用ファイバ３４０に順方向から供給される。また、励起光源３３３から出力された励起光Ｐ1は、光カプラ３２３を経て光増幅用ファイバ３４０に逆方向から供給される。入力ポート３０１に入力した信号光は、光カプラ３５１、光アイソレータ３１１、光カプラ３２１および光カプラ３２２を経て光増幅用ファイバ３４０に入射し、光増幅用ファイバ３４０において光増幅される。この光増幅用ファイバ３４０で光増幅された信号光は、光カプラ３２３、光アイソレータ３１２および光カプラ３５３を経て出力ポート３０２より出力される。入力ポート３０１より入力した監視光は、光カプラ３５１により分波されて監視光モニタ部３５２に入力する。監視光モニタ部３５２では、この監視光に基づいて、光増幅器３００に入力する信号光のパワーまたは波数がモニタされる。そして、このモニタ結果に基づいて、制御部３９０により、励起光源３３１〜３３３それぞれから出力される励起光のパワーが調整される。
【００７５】
次に、第３実施形態に係る光増幅器３００における制御部３９０の制御動作について説明する。制御部３９０による制御は、監視光のモニタにより得られた入力信号光のパワーまたは波数に基づいてなされるフィードフォワード制御であり、励起光源３３１〜３３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整するものである。第３実施形態に係る光増幅器３００における制御方式は、上記の第２実施形態に係る光増幅器２００における第１〜第３の制御方式と略同様のフィードフォワード制御である。
【００７６】
すなわち、第１の制御方式では、図５に示されるように、ＡＬＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光パワーの１次函数または２次函数でよく近似され、また、図７に示されるように、ＡＧＣ時における励起光Ｐ2のパワーは、入力信号光の波数の１次函数または２次函数でよく近似される。第２または第３の制御方式では、図１０に示されるように、ＡＬＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光パワーの１次函数でよく近似され、また、図１３に示されるように、ＡＧＣ時における順方向励起光パワーは、入力信号光の波数の２次函数でよく近似される。そこで、制御部３９０は、入力信号光のパワーまたは波数に基づいて、励起光源３３１〜３３３の何れかから出力される励起光のパワーを調整して、第１〜第３の制御方式の何れかを実行する。このようにすることにより、ＡＬＣ時に、入力信号光パワーが変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。また、ＡＧＣ時に、入力する信号光の波数が変化しても、利得平坦度が維持され、出力信号光パワーが一定に維持される。
【００７７】
（光通信システムの実施形態）
次に、本発明に係る光通信システムの実施形態について説明する。図１６は、本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。この光通信システム１は、光送信器１０、光中継器２０および光受信器３０を備え、光送信器１０と光中継器２０との間に光ファイバ伝送路４０が敷設され、光中継器２０と光受信器３０との間に光ファイバ伝送路５０が敷設されたものである。
【００７８】
光送信器１０内には、光源部１１1〜１１3および光合波器１２が設けられている。光源部１１1は、Ｓバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光源部１１2は、Ｃバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光源部１１3は、Ｌバンド内の多波長の信号光を発生し、これらを合波して出力する。光合波器１２は、光源部１１1より出力されたＳバンドの多波長の信号光、光源部１１2より出力されたＣバンドの多波長の信号光、および、光源部１１3より出力されたＬバンドの多波長の信号光を入力し、これらを合波して光ファイバ伝送路４０に送出する。
【００７９】
光中継器２０内には、光分波器２１、光増幅器２２1〜２２3および光合波器２３が設けられている。光分波器２１は、光ファイバ伝送路４０を伝搬してきて到達したＳ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光を入力し、バンド毎に分波して出力する。光増幅器２２1は、光分波器２１より出力されたＳバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。光増幅器２２2は、光分波器２１より出力されたＣバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。光増幅器２２3は、光分波器２１より出力されたＬバンドの多波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。また、光合波器２３は、光増幅器２２1により光増幅されたＳバンドの多波長の信号光、光増幅器２２2により光増幅されたＣバンドの多波長の信号光、および、光増幅器２２3により光増幅されたＬバンドの多波長の信号光を入力し、これらを合波して光ファイバ伝送路５０に送出する。
【００８０】
光受信器３０内には、受光部３１1〜３１N（Ｎは以上の整数）および光分波器３２が設けられている。光分波器３２は、光ファイバ伝送路５０を伝搬してきて到達したＳ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光を入力し、波長毎に分波して出力する。受光部３１nは、光分波器３２より出力された波長λnの信号光を入力して受光する（ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）。
【００８１】
この図に示される３個の光増幅器のうち、Ｓバンド用の光増幅器２２1は、上述した本実施形態に係る光増幅器１００、２００または３００と同一構成のもの（ＴＤＦＡ）である。また、Ｃバンド用の光増幅器２２2およびＬバンド用の光増幅器２２3それぞれは、波長０．９８μｍ帯または１．４８μｍ帯の励起光をＥＤＦに供給して信号光を光増幅するＥＤＦＡである。
【００８２】
この光通信システム１は以下のように動作する。光送信器１０においては、光源部１１1より出力されたＳバンドの多波長の信号光、光源部１１2より出力されたＣバンドの多波長の信号光、および、光源部１１3より出力されたＬバンドの多波長の信号光は、光合波器１２により合波されて、光ファイバ伝送路４０に送出される。光中継器２０においては、光ファイバ伝送路４０を伝搬してきて到達したＳ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光は、光分波器２１によりバンド毎に分波される。光分波器２１により分波されて出力されたＳバンドの多波長の信号光は、光増幅器２２1により光増幅され、光分波器２１により分波されて出力されたＣバンドの多波長の信号光は、光増幅器２２2により光増幅され、また、光分波器２１により分波されて出力されたＬバンドの多波長の信号光は、光増幅器２２3により光増幅される。これらの光増幅されたＳ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光は、光合波器２３により合波されて、光ファイバ伝送路５０に送出される。光受信器３０においては、光ファイバ伝送路５０を伝搬してきて到達したＳ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光は、光分波器３２により波長毎に分波される。そして、光分波器３２により分波されて出力された波長λnの信号光は、受光部３１nにより受光される。
【００８３】
このように、この光通信システム１は、Ｓ，ＣおよびＬの各バンドの多波長の信号光を多重化して光ファイバ伝送路４０，５０に伝搬させるので、大容量の情報を高速に伝送することができる。また、Ｓバンド用の光増幅器２２1は、上述した本実施形態に係る光増幅器１００，２００または３００と同一構成のもの（ＴＤＦＡ）であるので、出力信号光パワーを一定に維持することができ、また、利得平坦度を一定に維持することができる。したがって、この光通信システム１は、Ｓバンド信号光の伝送品質が優れたものとなる。
【００８４】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光増幅器１００，２００，３００に含まれる光増幅媒体は、上記実施形態ではＴｍ元素が添加された光ファイバ（ＴＤＦ）であったが、これに限られるものではなく、平面基板上に形成された光導波路にＴｍ元素が添加されたものであってもよい。ただし、導波路長を容易に長くすることができる点でＴＤＦの方が好適である。
【００８５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、Ｔｍ元素が光導波領域に添加された光導波路に対して励起光供給手段により励起光（波長１．０５μｍ帯、１．４μｍ帯または１．５５〜１．６５μｍ帯）が供給され、この光導波路において所定波長帯域（１４５５〜１４８５ｎｍ）の信号光が光増幅されて出力される。この光導波路より出力される光のパワー、および、この光導波路で発生する自然放出光のパワーの何れかは、モニタ手段により２以上の波長でモニタされる。そして、このモニタ手段によるモニタの結果に基づいて、制御手段により、励起光供給手段により光導波路に供給される励起光のパワーが調整されて、光導波路の利得平坦度が一定にフィードバック制御されるとともに、光導波路より出力される信号光のパワーが一定にフィードバック制御される。
【００８６】
特に好適には、第２励起光源より出力され光導波路に供給される波長１．５５〜１．６５μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、第１励起光源より出力され光導波路に供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【００８７】
また、好適には、光導波路に対して順方向から供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して逆方向から供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーが調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【００８８】
また、好適には、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーの比が調整されることで、光導波路の利得平坦度が一定に制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向それぞれから供給される波長１．０５μｍ帯または波長１．４μｍ帯の励起光のパワーの和が調整されることで、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御される。
【００８９】
以上のようなフィードバック制御により、光導波路の利得平坦度が一定に制御され、また、光導波路より出力される信号光のパワーが一定に制御されることで、安定した動作が可能となる。
【００９０】
また、本発明によれば、光導波路に入力する信号光の波数またはパワーに基づいて、第２励起光源より出力され光導波路に供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。また、光導波路に対して順方向および逆方向の双方または何れか一方から供給される励起光のパワーが調整されることで、光導波路の利得平坦度および出力信号光パワーが一定にフィードフォワード制御される。このようなフィードフォワード制御が行われる場合には、光増幅器は小型となり安価となるので好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光増幅器１００の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る光増幅器１００の出力光モニタ部１５２の構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る光増幅器１００の出力光モニタ部１５２の他の構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＬＣを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図５】第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＬＣを行ったときの励起光Ｐ2のパワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＧＣを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図７】第１実施形態に係る光増幅器１００において第１の制御方式によりＡＧＣを行ったときの励起光Ｐ2のパワーと入力信号光の波数との関係を示す図である。
【図８】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＬＣを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図９】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＬＣを行ったときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＬＣを行ったときの順方向励起光パワーと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図１１】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＧＣを行ったときの利得スペクトルを示す図である。
【図１２】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＧＣを行ったときの順方向励起光パワーおよび逆方向励起光パワーそれぞれと入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図１３】第１実施形態に係る光増幅器１００において第２の制御方式によりＡＧＣを行ったときの入力信号光の波数と入力信号光パワーとの関係を示す図である。
【図１４】第２実施形態に係る光増幅器２００の構成図である。
【図１５】第３実施形態に係る光増幅器３００の構成図である。
【図１６】本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。
【図１７】ＥＤＦＡおよびＴＤＦＡそれぞれの動作を比較して説明する図である。
【図１８】従来のＡＬＣを行ったときのＴＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【図１９】従来のＡＬＣを行ったときのＴＤＦＡの出力信号光パワースペクトルを示す図である。
【図２０】従来のＡＧＣを行ったときのＴＤＦＡの利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…光通信システム、１０…光送信器、１１…光源部、１２…光合波器、２０…光中継器、２１…光分波器、２２…光増幅器、２３…光合波器、３０…光受信器、３１…受光部、３２…光分波器、４０，５０…光ファイバ伝送路、１００…光増幅器、１０１…入力ポート、１０２…出力ポート、１１１，１１２…光アイソレータ、１２１〜１２３…光カプラ、１３１〜１３３…励起光源、１４０…光増幅用ファイバ、１５１…光分岐カプラ、１５２…出力光モニタ部、１６０…側方自然放出光モニタ部、１９０…制御部、２００…光増幅器、２０１…入力ポート、２０２…出力ポート、２１１，２１２…光アイソレータ、２２１〜２２３…光カプラ、２３１〜２３３…励起光源、２４０…光増幅用ファイバ、２５１…光分岐カプラ、２５２…入力光モニタ部、２９０…制御部、３００…光増幅器、３０１…入力ポート、３０２…出力ポート、３１１，３１２…光アイソレータ、３２１〜３２３…光カプラ、３３１〜３３３…励起光源、３４０…光増幅用ファイバ、３５１…光カプラ、３５２…監視光モニタ部、３５３…光カプラ、３５４…監視光源、３９０…制御部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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