(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類添加光ファイバを複数段備えた光増幅器において、１つ若しくは複数個の光可変減衰手段と、希土類添加光ファイバの温度若しくは環境温度に加えて、光増幅器への入力信号光強度、可交換部品の挿入損失量、光増幅器からの出力信号光強度のうちいずれか一つ又は所望の複数又は全てに基づいて光可変減衰手段の光減衰量を変化させる減衰量制御手段とを備え、減衰量制御手段は、
前記温度に応じた減衰量を与える温度補正用の光減衰量テーブルと、
光増幅器への入力信号光強度に応じた減衰量を与える入力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、
光増幅器からの出力信号光強度に応じた減衰量を与える出力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、
可交換光部品を有する場合は当該可交換光部品の挿入損失量に応じた減衰量を与える挿入損失補正用の光減衰量テーブルを有し、
減衰量制御手段は前記各補正用の光減衰量テーブルの重ね合わせによって光可変減衰手段の減衰量を制御し、利得スペクトルの変化を抑制することを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
請求項１記載の光増幅器において、前記入力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、出力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、挿入損失補正用の光減衰量テーブルは、入力・出力・光部品の挿入損失補正用の光減衰量テーブルであることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光増幅器において、光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数A[dB/℃]×温度[℃]＋任意定数で表すとき、前記係数Aが-0.16[dB/℃]〜+0.26[dB/℃]の範囲内であることを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の光増幅器において、光増幅器に入力される信号光の波長帯域が1580nm〜1590nmを含み、光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数A[dB/℃]×温度[℃]＋任意定数で表すとき、前記係数Aが-0.16[dB/℃]〜-0.04[dB/℃]の範囲内であることを特徴とする光増幅器。
【請求項５】
請求項１記載の光増幅器において、最終段の希土類添加光ファイバを信号光出力一定制御とすることを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項１または請求項５記載の光増幅器において、初段の希土類添加光ファイバを励起光出力一定制御とすることを特徴とする光増幅器。
【請求項７】
請求項２記載の光増幅器において、光増幅器への入力信号光強度と可交換光部品の挿入損失量と光増幅器からの出力信号光強度に応じた光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数B[dB/dB]×（出力信号光強度−入力信号光強度＋光部品挿入損失）[dB]＋任意定数で表すとき、前記係数Bが-0.8[dB/dB]〜-1.2[dB/dB]の範囲内であることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として光通信システムに利用される光増幅器に関するものであり、1.5 μm 帯の波長多重信号光を増幅するのに適したものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムにおいて希土類添加光ファイバ増幅器（以下、光増幅器と省略する）が急速に普及しつつある。特に、光増幅器の広い増幅帯域を利用し、増幅帯域内の複数の波長の信号光を多重化した波長多重信号光を用いて通信容量の増大化を図るD-WDM システムが主流になりつつある。しかし、光増幅器は広い増幅帯域を有しているものの、その増幅特性には波長依存性、入力強度依存性、温度依存性が存在する。このために波長多重信号光を一括増幅した場合、一つ一つの異なった信号光波長（以下、チャンネルと呼ぶ）間の利得差が問題となる。D-WDM システムにおいて光増幅器を多段接続した場合、このチャンネル間利得差が蓄積し、システム全体の伝送特性が制限されることになる。このような問題を解決するために、各種手段が開発されている。小野手段として、増幅特性の波長依存性をなくすために光増幅器内部に補正フィルタを挿入して利得スペクトルを平坦にする方法、得られた平坦な利得スペクトルを保持するために入力強度に応じて出力強度を調整して利得を一定に保つ利得一定制御方法、温度依存性をなくすために希土類添加光ファイバ全体を温度制御して一定温度に保つ方法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
利得スペクトル特性の改善、使用温度範囲の拡大、使用波長範囲の拡大により利得スペクトルの温度依存性が相対的に大きくなってきている。しかし、希土類添加光ファイバを温度制御する方法は消費電力が増加するとか、システムが物理的に大きくなるといった課題があり、また、使用温度範囲の増大は更なる消費電力の増加を招くこという課題がある。そのため、光増幅器の温度依存性を希土類添加光ファイバの温度制御を行わずに補償することが要望されいる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の目的は、複数の希土類添加光ファイバを備えた多段構成の光増幅器において、利得スペクトルの温度依存性を補償することであり、使用温度によらず一定利得スペクトルで動作可能な光増幅器を提供することである。また、第二の目的は、第一の目的に加えて、入力信号光強度や、段間部品挿入損失量、出力信号光強度によらず、一定利得スペクトルで動作可能な光増幅器を提供することである。
【０００５】
本発明では希土類添加光ファイバが複数接続された多段構成の光増幅器において、増幅部の段間に光可変減衰手段を挿入し、この光可変減衰手段の光減衰量がEDF 温度や、入力信号光強度、段間部品挿入損失、出力信号光強度に応じて適切に変化することにより、常に一定した利得スペクトルで動作可能としたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明のうち請求項１記載の光増幅器は、希土類添加光ファイバを複数段備えた光増幅器において、１つ若しくは複数個の光可変減衰手段と、希土類添加光ファイバの温度若しくは環境温度に加えて、光増幅器への入力信号光強度、可交換部品の挿入損失量、光増幅器からの出力信号光強度のうちいずれか一つ又は所望の複数又は全てに基づいて光可変減衰手段の光減衰量を変化させる減衰量制御手段とを備え、減衰量制御手段は、
前記温度に応じた減衰量を与える温度補正用の光減衰量テーブルと、
光増幅器への入力信号光強度に応じた減衰量を与える入力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、
光増幅器からの出力信号光強度に応じた減衰量を与える出力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、
可交換光部品を有する場合は当該可交換光部品の挿入損失量に応じた減衰量を与える挿入損失補正用の光減衰量テーブルを有し、
減衰量制御手段は前記各補正用の光減衰量テーブルの重ね合わせによって光可変減衰手段の減衰量を制御し、利得スペクトルの変化を抑制すること特徴とする光増幅器。
【０００７】
本発明のうち請求項２記載の光増幅器は、請求項１記載の光増幅器において、前記入力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、出力信号光強度補正用の光減衰量テーブルと、挿入損失補正用の光減衰量テーブルは、入力・出力・光部品の挿入損失補正用の光減衰量テーブルであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のうち請求項３記載の光増幅器は、請求項１または請求項２記載の光増幅器において、光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数A[dB/℃]×温度[℃]＋任意定数で表すとき、前記係数Aが-0.16[dB/℃]〜+0.26[dB/℃]の範囲内であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のうち請求項４記載の光増幅器は、請求項１または請求項２記載の光増幅器において、光増幅器に入力される信号光の波長帯域が1580nm〜1590nmを含み、光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数A[dB/℃]×温度[℃]＋任意定数で表すとき、前記係数Aが-0.16[dB/℃]〜-0.04[dB/℃]の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のうち請求項５記載の光増幅器は、請求項１記載の光増幅器において、最終段の希土類添加光ファイバを信号光出力一定制御とすることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明のうち請求項６記載の光増幅器は、請求項１または請求項５記載の光増幅器において、初段の希土類添加光ファイバを励起光出力一定制御とすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のうち請求項７記載の光増幅器は、請求項２記載の光増幅器において、光増幅器への入力信号光強度と可交換光部品の挿入損失量と光増幅器からの出力信号光強度に応じた光減衰量テーブルに最小二乗法による回帰直線を当てはめてこの式を光減衰量＝係数B[dB/dB]×（出力信号光強度−入力信号光強度＋光部品挿入損失）[dB]＋任意定数で表すとき、前記係数Bが-0.8[dB/dB]〜-1.2[dB/dB]の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の光増幅器の第１の構成例を示したものである。この光増幅器は入力光コネクタ1a、出力光コネクタ1b、光カプラ若しくはビームスプリッタ2a、2b、信号光モニタPD3a、3b、光アイソレータ4a、4b、4c、4d、励起光／信号光波長多重器5a、5b、5c、5d、励起光源6a、6b、6c、6d、励起光出力一定制御回路（APC ）7a、7b、7c、希土類添加光ファイバ8a、8b、光可変アテネータ（光可変減衰手段）9 、光部品（可交換光部品）10、信号光出力一定制御回路11、演算制御回路（減衰量制御手段）12により２段式の増幅器が構成されている。
【００２０】
図１において、入力光コネクタ1aから入力された信号光（波長多重信号光）は光カプラ若しくはビームスプリッタ2aにてその一部分が分岐され信号光モニタ3aにて光強度が測定される。一方、光カプラ若しくはビームスプリッタ2aを通過して光アイソレータ4a、励起光／信号光波長多重器5aを通過した信号光は、APC7a の制御回路にて出力一定に保たれた励起光源6aで発生して励起光／信号光波長多重器5aにより合波される励起光と、APC7b の制御回路にて出力一定に保たれた励起光源6bで発生して励起光／信号光波長多重器5bにより合波される励起光とにより励起状態となっている希土類添加光ファイバ8aに入射され、そこで誘導放出による光増幅を受けて光アイソレータ4bに入射される。光アイソレータ4bを通過した信号光は、光減衰量が可変制御された光可変アテネータ9 により減衰され、光部品10に入射される。光部品10を通過した信号光は引き続き２段目の光増幅部で増幅される。すなわち、光アイソレータ4c、励起光／信号光波長多重器5cを通過した信号光は、APC7c の制御回路にて出力一定に保たれた励起光源6cで発生し励起光／信号光波長多重器5cにより合波される励起光と、ALC11 にて光増幅部全体の信号光出力を一定に保つように制御された励起光源6dで発生して励起光／信号光波長多重器5dにより合波される励起光とにより励起状態となっている希土類添加光ファイバ8bに入射され、誘導放出による光増幅を受けて光アイソレータ4dに入射される。同光アイソレータ4dを通過した信号光は光カプラ若しくはビームスプリッタ2bによりその一部分が分岐され信号光モニタ3bにより光強度が測定される。そして出力光コネクタ1bからは増幅された信号光が出射される。信号光モニタ3a、3bにて観測された光強度は制御信号に変換され、図示されていない温度センサからの信号と共に演算制御回路12に入力される。
【００２１】
図１の光部品（可交換光部品）10は、増幅器に分散補償機能や光ADM （add-drop-multiplexer）機能などを受け持たせる必要がある場合に、光増幅器郡と光増幅器郡との間に挿入して使用される部品であり、図２９（ａ）に示されるDCF10 や、同図（ｂ）に示される光ADM （add-drop-multiplexer）、同図（ｃ）に示されるファイバグレーティングと光サーキュレータからなる部品10が例としてある。なお、図１では光部品10は前段増幅部を構成する希土類添加光ファイバ8aと後段増幅部を構成する希土類添加光ファイバ8bとの間に挿入されている。分散補償機能や光ADM 機能が不要であるときは当該光部品10は不要となる。
【００２２】
図１の演算制御回路12は光可変アテネータ9 の減衰量を変化するための光減衰量テーブル（図７、図１０、図１１、図１２、図１５に示されるようなものであり、詳細は後の動作原理で説明する）を持ち、図示されていない温度センサや信号光モニタPD3a、3bからの信号を受けてEDF 温度や入力信号光強度、光部品の挿入損失量（この損失量も図示されていないが情報として演算制御回路12に入力される）、出力信号光強度に応じて光可変アテネータ9 の光減衰量を変化することが可能である。なお、温度センサはEDF 温度を検出するものが最良であるが、光増幅器の筐体温度、設置場所環境温度などを検出するものであっても良い。温度の検出方法は温度センサの他、励起レーザーの温調用ペルチェ素子印加電圧等、光増幅器周囲温度の変化を反映するものからの情報を利用することも可能である。
【００２３】
図１の光可変アテネータ9 は外部信号（演算制御回路12からの制御信号）により光減衰量が変化される光部品である。なお、他の光部品（図１の光部品10やその他の光部品）に温度に応じて光損失量が変化する特性が与えられていれば、光可変アテネータ9 の値をより小さくしたり、或いは0 にすることも可能である。この場合、温度補正光可変アテネータ値＝他の光部品の温度変化量＋新たな温度補正光可変アテネータ値となる。
【００２４】
（動作原理）
以下に本発明の光増幅器の動作原理を説明する。ここで、図１の励起光源6a、6b、6c、6dは1480nm帯の光源、希土類添加光ファイバ8a、8bはエルビウム添加石英光ファイバであり、光部品10は挿入損失量2dB の部品として扱い、光増幅器がいわゆる1570〜1600nm帯エルビウム添加石英光ファイバ増幅器（EDFA）として構成されているものとする。図３は光増幅器の利得偏差とEDFA内部平均信号利得との関係を示したものである。横軸のEDFA内部平均信号利得Gaveは数１で表され、縦軸の利得偏差ΔG はΔG = G1 -GN（1 、N は信号光のチャンネル番号であり、1 は最も短波長の光、N は最も長波長の光）で表される。前記N は例えば８つの波長光を多重する場合、８となる。
【００２５】
【数１】
0003901859.tif 000002
【００２６】
上記数１において各変数は以下のとおりである。
Gave  ：  EDFA内部平均信号利得 [dB]
Piin  ：  i チャンネルの入力強度
Piout ：  i チャンネルの出力強度
ATT   ：  光可変アテネータの減衰量（減衰方向を正）
ISL   ：  可交換光部品の損失量（減衰方向を正）
【００２７】
図３上の各点は入力強度Piin、出力強度Piout 、減衰量ATT 、損失量ISL を様々に変化した際のEDFA内部平均信号利得Gaveと利得偏差ΔG の関係を示したものであり、-5、25、50、70℃の各EDF 温度における結果を温度ごとに異なる記号で示してある。また、最小二乗法によって求められる回帰直線式と回帰直線を温度ごとに図示してある。この図３からEDF 温度が変化してもEDFA内部平均信号利得Gaveを変化させれば利得偏差ΔG を一定に保てることがわかる。
【００２８】
図４は利得偏差ΔＧとEDF 温度特性との関係を示したものである。EDFA内部平均信号利得Gave（33.5dB、35.5dB、38.5dB、41.7dB）ごとに書き示した回帰直線に見られるように、EDF 温度に対する利得偏差ΔG の変化はほぼ直線的である。すなわち、EDF 温度の変化に対して利得偏差ΔG を一定に保つと、EDF 温度とEDFA内部平均信号利得Gaveとの関係はほぼ直線的になる。入力強度Piinと出力強度Piout 、利得偏差ΔG 、損失量ISL を固定した場合、EDF 温度の変化に対してEDFA内部平均信号利得Gaveを一定に保つためには、同EDFA内部平均信号利得Gaveの変化分を光可変アテネータ9 （図１）の減衰量ATT （数１）によって相殺すればよい。また、前記図３より同一のEDF 温度に対してはEDFA内部平均信号利得Gaveを一定に保つことにより、利得偏差ΔG を固定した動作が実現できる。よって、同一の光可変アテネータ9 の減衰量ATT を、EDF 温度の変化に対してはEDFA内部平均信号利得Gaveを変化させて利得偏差ΔG を一定に保つように、入力強度Piin、出力強度Piout 、損失量ISL の変化に対してはEDFA内部平均信号利得Gaveを一定に保つよう制御させることで常に利得偏差ΔG を一定に保つ動作を実現できる。
【００２９】
図５〜図１１は上記光増幅器の動作特性を示したものである。これらの図のうち図５〜図７は温度補正の有無に対する特性の変化と効果の例を示したものである。なお、図５〜図１１のすべてにおいて、入力信号光は波長帯1570nm〜1600nmに等間隔で配置した８つの波長光を多重化したものであり、入力信号光の強度は-12.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBmで８波長の合計が-3.5dBm ）、出力レベルは+15.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBmで８波長の合計が+24.5dBm）、EDFA全体の出力は+24.5dBmである。また、温度変化はエルビウム添加石英光ファイバ（EDF ）のみに与え、それ以外の構成部品は温度一定である。
【００３０】
図５は光増幅器の利得スペクトラム波長特性（温度補正なし）を示したものであり、光可変アテネータ9 の光減衰量ATT を8.5dB に固定して温度補正を行わないようにしたときの特性を示したものである。この図５からEDF 温度が-5、25、50、70℃と変化すると利得波長特性が大きく変化することがわかる。
【００３１】
図６は利得スペクトラム波長特性（温度補正あり）を示したものであり、光可変アテネータ9 （図１）の光減衰量ATT を演算制御回路12により図７のように変化して温度補正を行うようにした場合の利得スペクトル特性である。この図6 ら-5、25、50、70℃とEDF 温度が変化しても利得の波長依存性には大きな変化が生じないことがわかる。
【００３２】
図７はEDF 温度と光可変アテネータ補正量との関係を示したものであり、最小二乗法により求めた回帰直線の傾きは-0.103となっている。これより光減衰量温度係数（係数A ）は-0.103[dB/℃] となる。
【００３３】
図８〜図１０は入力信号光強度補正の有無に対する特性の変化と効果の例を示したものである。図８は利得スペクトラム特性（入力信号光強度補正なし）を示したものであり、光可変アテネータ9 の減衰量ATT を8.5dB に固定して入力信号光強度補正を行わないようにした場合の利得スペクトル特性である。EDF 温度は25℃に固定されている。この図から増幅器への入力レベルが-9、-11 、-12.5 、-14 、-16.5dBm/ch と変化するとそれにあわせて利得波長特性が大きく変化することがわかる。
【００３４】
図９は利得スペクトラム特性（入力信号光強度補正あり）を示したものであり、入力信号光強度に応じて光可変アテネータ9(図１) の減衰量ATT を演算制御回路12により図１０のように変化して入力信号光強度補正を行うようにした場合の利得スペクトル特性である。EDF 温度は25℃に固定されている。この図から図１０に示す入力信号光強度補正を行うと入力レベルが変化しても利得波長特性の変化を少なくすることがしないことがわかる。
【００３５】
図１０は入力信号光強度と光可変アテネータ９（図１）の補正量との関係を示したものであり、最小二乗法により求めた回帰直線の傾きは1.0 となっている。この場合の光減衰量入力信号光強度係数（係数B ）は-1.00[dB/dB]となる。符号の反転は、光減衰量＝係数B[dB/dB]×（出力信号光強度−入力信号光強度＋光部品挿入損失）[dB]＋任意定数（C ）という関係が、出力信号光強度及び光部品挿入損失一定下では、光減衰量＝係数B[dB/dB]×（−入力信号光強度）[dB]＋任意定数（C'）となるからである。
【００３６】
図１１は温度と入力信号光強度の双方の変化に対応した光可変アテネータ9 （図１）の補正量を示したものである。すなわち、温度と入力信号光強度とがそれぞれに変化する場合に有効な光可変アテネータ9 の補正例を示したものである。
【００３７】
図12は光可変アテネータ9 （図１）の設定値テーブルのいくつかの例を示したものであり、温度変化に対する補正を行うための設定値テーブルの例である。各光可変アテネータ9 の設定値テーブルは最小二乗法による回帰直線：光可変アテネータ補正量＝係数A ×温度[ ℃] ＋任意定数の係数A で表した。係数A ＝0.0 表される設定値テーブルが図５の例、係数A ＝-0.10 で表される設定値テーブルが図6 の例にあたる。また、各光可変アテネータ9 の設定値テーブルは25℃で8.5dB となるように設定した。
【００３８】
図１３は温度補正光可変アテネータテーブルと利得平坦度との関係を表したものである。この図１３は図12の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、入力信号光強度＝-12.5dBm/ch （1 波長当たり-12.5dBmで8 波長の合計が-3.5dBm ）一定、出力信号光強度は+15.5dBm/ch （１波長当たり+15.5dBmで８波長の合計が+24.5dBm）一定で、EDF 温度を-5〜+50 ℃まで変化させたときの利得平坦度（= Gmax -Gmin）の変化を表したものである。
Gmax  ：全チャンネル中の最大利得
Gmin  ：全チャンネル中の最小利得
EFD 温度が25℃における利得平坦度＝1.3dB を基準に-5〜+50 ℃の温度範囲内で利得平坦度がどれだけ増加したに注目すると、係数A ＝-0.10 の場合0dB 、係数A ＝+0.02 の場合2.7dB となる。
【００３９】
図１４は温度補正光可変アテネータテーブルと利得平坦度増加量との関係を示したものである。図１４は図１２の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、入力信号光強度＝-12.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBm、８波長合計-3.5dBm ）一定、出力信号光強度は+15.5dBm/ch （１波長当たり+15.5dBm、合計+24.5dBm）一定で、EDF 温度を-5〜+50 ℃まで変化させたとき、利得平坦度の最悪値がどれだけ増加するかを表したもので、EDF 温度＝25℃の利得平坦度＝1.3dB を基準とした。係数A ＝-0.10 の場合、EDF 温度変化にかかわらず、利得平坦度＝1.3dB を維持するために増加量は0dB となる。この図は利得平坦度が0dB の場合のEDF 温度-5〜+50 ℃における利得平坦度最低保証値に等しい。図中の点は実測値を、曲線はその外挿である。直線近似係数A の変化に伴い利得平坦度が劣化する（増加する）ことがわかる。利得平坦度増加量の上限を1dB とすると、係数A の許容範囲は-0.16 〜-0.04[dB/ ℃] となる。
【００４０】
図１５は入力信号光強度の変化に対する補正を行うための光可変アテネータ設定値テーブルの異なる例を示したものである。各光可変アテネータ設定値テーブルは最小二乗法による回帰直線のあてはめにより、当該回帰直線式：光可変アテネータ補正量（光減衰量）＝係数B[dB/dB]×（出力信号光強度−入力信号光強度＋光部品挿入損失）[dB]＋任意定数から、係数B を用いて表した。係数B ＝0.0 で表される設定値テーブルは前記図８の例にあたり、係数B ＝-1.0で表される設定値テーブルは図９の例にあたる。なお、各光可変アテネータ設定値テーブルは、入力信号光強度が-12.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBm、８波長合計-3.5dBm ）、出力信号光強度が+15.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBm、合計+24.5dBm）、光部品の挿入損失量が3dB で8.5dB となるように設定した場合のものである。
【００４１】
図１６は温度補正時の光可変アテネータ設定値テーブルと利得平坦度の関係を表したものである。図１６は図１５の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、EDF 温度を25℃一定、且つ出力信号光強度を+15.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBm、合計+24.5dBm）一定にして、入力信号光強度を-16dBm/ch から-9dBm/ch（１波長当たり-16dBmから-9dBm/ch、８波長合計では-7dBm から+0dBm ）まで変化させたとき、利得平坦度（= Gmax -Gmin）がどれだけ変化するかを表したものである。EDF 温度25℃における利得平坦度＝1.3dB を基準に-16dBm/ch から-9dBm/chの入力信号光強度範囲内で利得平坦度がどれだけ増加したに注目すると、係数B ＝-1.0の場合0dB 、係数B ＝-2.0の場合2.8dB となる。
【００４２】
図１７は入力信号強度補正光可変アテネータと直線近似係数B との関係を表したものである。図１７は図15の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、EDF 温度＝25℃一定、出力信号光強度は+15.5dBm/ch （１波長当たり-12.5dBm、合計+24.5dBm）一定で、入力信号光強度を-16dBm/ch から-9dBm/ch（１波長当たり-16dBmから-9dBm/ch、８波長合計-7dBm から+0dBm ）まで変化させたとき、利得平坦度（= Gmax -Gmin）の最悪値がどれだけ増加するかを表したもので、入力信号光強度＝-12.5dBm/ch の利得平坦度＝1.3dB を基準とした。係数B ＝-1.0の場合、入力信号光強度変化にかかわらず、利得平坦度＝1.3dB を維持するために増加量は0dB となる。この図は利得平坦度が0dB の場合の入力信号光強度-16dBm/ch から-9dBm/chにおける利得平坦度最低保証値に等しい。図中の点は実測値を、曲線はその外挿である。直線近似係数B の変化に伴い利得平坦度が劣化する（増加する）ことがわかる。利得平坦度増加量の上限を0.25dBとすると、係数B の許容範囲は-1.1〜-0.8[dB/dB] となる。
【００４３】
図１８〜図２１は光可変アテネータが演算制御回路12により図２２のように制御される場合の出力波長特性を示したものである。図１８は、EDF 温度を-5℃に、入力レベルを-12.5dBm/ch に夫々固定し、出力レベル（８波長合計）を+24.5 、+23.0 +21.0dBmと変化したときの出力信号光の波長特性を示したものである。+24.5 、+23.0 、+21.0dBmの各出力レベルとも同じような波長特性が維持されていることがわかる。
【００４４】
図１９は、EDF 温度を25℃に、入力レベルを-12.5dBm/ch に夫々固定し、出力レベル（８波長合計）を+24.5 、+23.0 、+21.0dBmと変化したときの出力信号光の波長特性を示したものである。+24.5 、+23.0 、+21.0dBmの各出力レベルとも同じような波長特性が維持されていることがわかる。
【００４５】
図２０は、EDF 温度を50℃に、入力レベルを-12.5dBm/ch に夫々固定し、出力レベル（８波長合計）を+24.5 、+23.0 、+21.0dBmと変化したときの出力信号光の波長特性を示したものである。+24.5 、+23.0 、+21.0dBmの各出力レベルとも同じような波長特性が維持されていることがわかる。
【００４６】
図２１は、EDF 温度を70℃に、入力レベルを-12.5dBm/ch に夫々固定し、出力レベル（８波長合計）を+24.5 、+23.0 、+21.0dBmと変化したときの出力信号光の波長特性を示したものである。+24.5 、+23.0 、+21.0dBmの各出力レベルとも同じような波長特性が維持されていることがわかる。
【００４７】
図２２は演算制御回路12が光可変アテネータを制御するための設定テーブルであり、温度変化と出力信号強度変化の双方を補償するテーブルの例である。設定テーブルの回帰直線を最小二乗法にて求めると、回帰直線y の傾きは-1.0となり、係数B は-1.0となる。
【００４８】
（実施形態２）
図２は本発明の光増幅器の第2 の構成例を示したものである。この光増幅器は入力光コネクタ1a、出力光コネクタ1b、光カプラ若しくはビームスプリッタ2a、2b、信号光モニタPD3a、3b、光アイソレータ4a、4b、4c、4d、励起光／信号光波長多重器5 、12a 、12b 、励起光源6 、13a 、13b 、励起光出力一定制御回路（APC ）7 、希土類添加光ファイバ8a、8b、光可変アテネータ9 、光部品10（光フィルタ部品）、光部品（可交換光部品）11、信号光出力一定制御回路（ALC ）14、演算制御回路15から2 段式の増幅器が構成されている。
【００４９】
図２において、入力光コネクタ1aから入力した信号光は光カプラ若しくはビームスプリッタ2aにてその一部分が分岐され信号光モニタ3aにて光強度が測定される。一方、光カプラ若しくはビームスプリッタ2aを通過して光アイソレータ4aを通過した信号光は、APC7にて出力一定に保たれた励起光源6 で発生して励起光／信号光波長多重器5 により合波される励起光により励起状態となっている希土類添加光ファイバ8aに入射され、誘導放出による光増幅を受けて光アイソレータ4bに入射される。光アイソレータ4bを通過し、光フィルタ部品10を通過した信号光は、光減衰量が可変制御された光可変アテネータ9 により減衰され、可交換光部品11に入射される。可交換光部品11を通過した信号光は光アイソレータ4cを経て引き続き2 段目の光増幅部で増幅される。すなわち、光アイソレータ4c、励起光／信号光波長多重器12a を通過した信号光は、APC14 にて光ファイバ増幅器全体の信号光出力を一定に保つように制御された励起光源13a で発生して励起光／信号光波長多重器12a により合波される励起光と、同様に光ファイバ増幅器全体の信号光出力を一定に保つように制御された励起光源13b で発生して励起光／信号光波長多重器12b により合波される励起光とにより励起状態となっている希土類添加光ファイバ8bに入射され、誘導放出による光増幅を受けて光アイソレータ4dに入射される。同光アイソレータ4dを通過した信号光は光カプラ若しくはビームスプリッタ2bによりその一部分が分岐され信号光モニタ3bにより光強度が測定される。そして出力光コネクタ1bからは増幅された信号光が出射される。信号光モニタ3a、3bにて観測された光強度は制御信号に変換され、図示されていない温度センサからの信号と共に演算制御回路15に入力される。
【００５０】
図２の演算制御回路15は図２３、図２８に示されるような光減衰量テーブルを持ち、図示されていない温度センサからの信号や信号光モニタPD3a、3bからの信号を受けて温度や信号光レベルに応じて光可変アテネータ9 の光減衰量を変化させる構成になっている。
【００５１】
図２３は図２の光増幅器(1545nm 〜1560nmのC バンドを利得帯域とする) 用の光可変アテネータの設定値テーブルのいくつかの例を示したものであり、温度変化に対する補正を行うための設定値テーブルの例である。各光可変アテネータ設定値テーブルは最小二乗法による回帰直線：光可変アテネータ補正量＝係数A ×温度[ ℃] ＋任意定数の係数A で表した。係数A ＝+0.0で表される設定値テーブルが図26の、係数A ＝+0.05 で表される設定値テーブルが図27の設定値テーブルにあたる。また、各光可変アテネータ設定値テーブルは25℃で5.4dB となるように設定した。
【００５２】
図２４は温度補正光可変アテネータテーブルと利得平坦度との関係を表したものである。図２４は図２３の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、入力信号光強度＝-24dBm/ch （1 波長当たり-24dBm、8 波長合計-15dBm）一定、出力信号光強度は+0.0dBm/ch（1 波長当たり+0.0dBm 、8 波長合計+9.0dBm ）一定で、EDF 温度を-0〜+65 ℃まで変化させたとき、利得平坦度（= Gmax -Gmin）がどれだけ変化するかを表したものである。EDF 温度25℃における利得平坦度＝0.4dB を基準に-0〜+65 ℃の温度範囲内で利得平坦度がどれだけ増加したに注目すると、係数A ＝+0.05 の場合0dB 、係数A ＝+0.20 の場合0.6dB となる。
【００５３】
図２５は温度補正光可変アテネータテーブルと利得平坦度増加量との関係を表したものである。図２５は図２３の各光可変アテネータ設定値テーブルにて、入力信号光強度＝-24dBm/ch （1 波長当たり-24dBm、8 波長合計-15dBm）一定、出力信号光強度は+0.0dBm/ch（1 波長当たり+0.0dBm 、8 波長合計+9.0dBm ）一定で、EDF 温度を-0〜+65 ℃まで変化させたとき、利得平坦度（= Gmax -Gmin）の最悪値がどれだけ増加するかを表したもので、EDF 温度＝25℃の利得平坦度＝0.4dB 基準とした。係数A ＝+0.05 の場合、EDF 温度変化にかかわらず、利得平坦度＝0.4dB を維持するために増加量は0dB となる。この図は利得平坦度が0dB の場合のEDF 温度-0〜+65 ℃における利得平坦度最低保証値に等しい。図中の点は実測値を、曲線はその外挿である。直線近似係数A の変化に伴い利得平坦度が劣化する（増加する）ことがわかる。利得平坦度増加量の上限を1dB とすると、係数A 許容範囲は-0.16 〜0.26[dB/℃] となる。
【００５４】
図２６は利得スペクトル温度特性を示したものであり、光可変アテネータの減衰量を5.4dB に固定して温度補正を行わないようにした場合の特性である。この場合、EDF 温度を0 ℃、25℃、65℃と変化させると、利得波長特性が変化することがわかる。なお、光増幅器への入力レベルは-24.0dBm/ch 、出力レベルは+15.5dBm/ch である。
【００５５】
図２７は利得スペクトル温度特性を示したものであり、光可変アテネータの減衰量を図２８に示すように温度に応じて変化して温度補正を行うようにした場合の特性である。この場合、EDF 温度を0 ℃、25℃、65℃と変化させても、利得波長特性がほとんど変化しないことがわかる。なお、光増幅器への入力レベルは-24.0dBm/ch 、出力レベルは0.0dBm/ch である。温度補正を行わない図26と見比べてわかるように利得波長特性が改善される。
【００５６】
図２８は演算制御回路12による光可変アテネータの設定テーブルの例であり、図の回帰直線及び回帰式からわかるように直線の傾きは0.05である。光増幅器への入力レベルは-24.0dBm/ch 、出力レベルは0.0dBm/ch である。
【００５７】
上記実施形態は温度については希土類添加光ファイバだけを考慮しているが、光増幅器全体では使用する光部品の光損失量・波長特性の温度依存性が加算されため、より精度の高い制御をするには上記の数式に補正値を加えた、光増幅器温度対光減衰量の数値テーブルを持ち、それを参照して制御を行うことも考えられる。またこの特性を逆手に取れば、制御値を一定量だけずらすことにより、利得特性に任意の傾きを加えたまま動作させることもできる。
【００５８】
演算制御回路による光可変アテネータの光減衰量は、温度の変化に加えて、光増幅器への入力信号光の光強度や、光増幅器からの出力信号光の光強度、光部品の挿入損失量に変化があるときは、それらを補正するためのテーブル、即ち、温度補正用の光減衰量テーブルに加え、入力信号光強度補正用の光減衰量テーブル、出力信号光強度補正用の光減衰量テーブル、挿入損失量補正用の光減衰量テーブルを用意し、それらの重ね合わせで光可変アテネータの光減衰量を適切に制御することができる。例えば、温度補正用光減衰量テーブルと、入力・出力・光部品の挿入損失補正用の光減衰量テーブルの重ね合わせで制御することができ、両テーブルに最小二乗法で回帰直線を当てはめてこの式を、光減衰量＝係数A ×温度[ ℃] ＋係数B ×（光増幅器出力信号光強度−光増幅器入力信号光強度＋光部品挿入損失量）[dB]＋任意定数で表したとき、前記係数A が-0.16[dB/ ℃] 〜-0.04[dB/ ℃] 、係数B が-0.8[dB/dB] 〜-1.2[dB/dB] になるようにすることで、光増幅器の利得スペクトルの変化を、EDF 温度や入力信号光強度、出力信号光強度、挿入損失量の変化によらず低く抑えることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の光増幅器によれば、希土類添加光ファイバの温度若しくは環境温度に基づいて光可変減衰手段の光減衰量が変化されて、光増幅器の温度依存性が補償されるため、利得スペクトル温度変動をほぼ抑圧した、波長多重信号光の増幅が可能である。
【００６０】
本発明の光増幅器によれば、希土類添加光ファイバ間に交換可能な可交換光部品があっても希土類添加光ファイバの温度、若しくは環境温度に基づいて光可変減衰手段の光減衰量が変化されて、光増幅器の温度依存性が補償されるため、利得スペクトル温度変動をほぼ抑圧した、波長多重信号光の増幅が可能である。
【００６１】
本発明の光増幅器によれば、最終段の希土類添加光ファイバにおける増幅部が信号光出力一定制御であり、出力信号光強度が一定に保たれる。
【００６２】
本発明の光増幅器によれば、初段の希土類添加光ファイバにおける増幅部が励起光出力一定制御であり、効果的な増幅に寄与する。
【００６３】
本発明の光増幅器によれば、減衰量制御手段が光増幅器への入力信号光強度と可交換光部品の挿入損失量と光増幅器からの出力信号光強度に応じた光減衰量テーブルを持ち、更に、それと温度から導き出された情報に基づいて光可変減衰手段の光減衰量を変化するものであるため、あらかじめ想定した範囲内の変化であれば温度、入力信号光強度、段間部品挿入損失、出力信号光強度によらず、利得スペクトルをほぼ一定に保ったまま波長多重信号光を増幅することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅器の第1 の実施形態を示した回路図。
【図２】本発明の光増幅器の第２の実施形態を示した回路図。
【図３】図１の増幅器における利得偏差と内部平均信号利得との関係を示した説明図。
【図４】図１の増幅器における利得偏差とEDF 温度との関係を示した説明図。
【図５】図１の増幅器のL バンドにおける利得スペクトル温度特性を示した説明図であり、温度補正をしないときの図。
【図６】図１の増幅器のL バンドにおける利得スペクトル温度特性を示した説明図であり、温度補正をしたときの図。
【図７】光可変アッテネータによる温度補正例を示した説明図であり、図６の特性を得るためのもの。
【図８】図１の増幅器のL バンドにおける利得スペクトル入力信号光強度特性を示した説明図であり、入力信号光強度補正をしないときの図。
【図９】図１の増幅器のL バンドにおける利得スペクトル入力信号光強度特性を示した説明図であり、入力信号光強度補正をしたときの図。
【図１０】光可変アッテネータの入力信号光強度補正例を示した説明図であり、図９の特性を得るためのもの。
【図１１】温度補正と入力信号光強度補正とを併せて行う場合の光可変アッテネータ補正例を示した説明図。
【図１２】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと直線近似係数A を示した説明図。
【図１３】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度を示した説明図。
【図１４】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度増加量を示した説明図。
【図１５】入力信号光強度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと直線近似係数B を示した説明図。
【図１６】入力信号光強度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度を示した説明図。
【図１７】入力信号光強度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度増加量を示した説明図。
【図１８】  -5℃における出力波長特性を示した説明図。
【図１９】  25℃における出力波長特性を示した説明図。
【図２０】  50℃における出力波長特性を示した説明図。
【図２１】  70℃における出力波長特性を示した説明図。
【図２２】図１８から図２１の出力波長特性を得るための光可変アッテネータ補正例を示した説明図。
【図２３】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと直線近似係数A を示した説明図であり、C バンドにおける例。
【図２４】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度を示した説明図であり、C バンドにおける例。
【図２５】温度補正のための光可変アッテネータ設定値テーブルと利得平坦度増加量を示した説明図であり、C バンドにおける例。
【図２６】図２の増幅器のC バンドにおける利得スペクトル温度特性を示した説明図であり、温度補正をしないときの図。
【図２７】図２の増幅器のL バンドにおける利得スペクトル温度特性を示した説明図であり、温度補正をしたときの図。
【図２８】光可変アッテネータによる温度補正例を示した説明図であり、図２７の特性を得るためのもの。
【図２９】（ａ）〜（ｃ）は光部品の異なる例を示した図。
【符号の説明】
（図１の符号の説明）
1a  入力光コネクタ
1b  出力光コネクタ
2a、2b  光カプラ若しくはビームスプリッタ
3a、3b  信号光モニタPD
4a、4b、4c、4d  光アイソレータ
5a、5b、5c、5d  励起光／信号光波長多重器
6a、6b、6c、6d  励起光源
7a、7b、7c、  励起光出力一定制御回路
8a、8b  希土類添加光ファイバ
9   光可変アッテネータ
10  光部品（可交換光部品）
11  信号光出力一定制御回路
12  演算制御回路
（図２の符号の説明）
1a  入力光コネクタ
1b  出力光コネクタ
2a、2b  光カプラ若しくはビームスプリッタ
3a、3b  信号光モニタPD
4a、4b、4c、4d  光アイソレータ
5 、12a 、12b   励起光／信号光波長多重器
6 、13a 、13b   励起光源
7   励起光出力一定制御回路
8a、8b  希土類添加光ファイバ
9   光可変アッテネータ
10  光部品（光フィルタ部品）
11  光部品（可交換光部品）
14  信号光出力一定制御回路
15  演算制御回路
【図１】
0003901859.tif 000003
【図２】
0003901859.tif 000004
【図３】
0003901859.tif 000005
【図４】
0003901859.tif 000006
【図５】
0003901859.tif 000007
【図６】
0003901859.tif 000008
【図７】
0003901859.tif 000009
【図８】
0003901859.tif 000010
【図９】
0003901859.tif 000011
【図１０】
0003901859.tif 000012
【図１１】
0003901859.tif 000013
【図１２】
0003901859.tif 000014
【図１３】
0003901859.tif 000015
【図１４】
0003901859.tif 000016
【図１５】
0003901859.tif 000017
【図１６】
0003901859.tif 000018
【図１７】
0003901859.tif 000019
【図１８】
0003901859.tif 000020
【図１９】
0003901859.tif 000021
【図２０】
0003901859.tif 000022
【図２１】
0003901859.tif 000023
【図２２】
0003901859.tif 000024
【図２３】
0003901859.tif 000025
【図２４】
0003901859.tif 000026
【図２５】
0003901859.tif 000027
【図２６】
0003901859.tif 000028
【図２７】
0003901859.tif 000029
【図２８】
0003901859.tif 000030
【図２９】
0003901859.tif 000031