【手続補正書】
【提出日】平成17年8月19日(2005.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  能動制御された波長別利得をもつ光増幅器及び変化可能な出力スペクトルをもつ光ファイバ光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の関数として所望の形態を持つ利得曲線に従い、多波長の光信号を増幅する光増幅器であり、
利得媒質を含む第一の光線路、
前記第一の光線路に接続され、前記利得媒質をポンピングする第一のポンピング手段、
波長に応じて光損失を変化させる少なくとも一つの波長可変フィルタ、及び、
前記第一のポンピング手段と前記波長可変フィルタとに接続され、前記第一のポンピング手段によって与えられる光利得を制御し、前記波長可変フィルタを調整する制御器、
を備える、光増幅器。
【請求項２】
前記利得媒質が、希土類ドープ光ファイバ、ラマン非線形効果により光利得を与える光ファイバ、または、半導体増幅媒質、のいずれかである、請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記利得媒質が１５３０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長領域で光利得を与えるエルビウムドープ光ファイバであり、前記第一のポンピング手段が波長９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの半導体レーザである、請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記利得媒質は、コア直径、材質、ドーピング濃度、または長さの少なくともいずれか一つが互いに異なる、少なくとも２種類の増幅用光ファイバから成る、請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】
一定の損失曲線を持つ固定波長フィルタ、を少なくとも一つ、さらに備えた、請求項１から４までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記波長可変フィルタに対して信号を印加してその損失曲線を制御するためのフィルタ駆動手段、をさらに備える光増幅器であり、
前記制御器が、所望の利得曲線を得るために必要な前記損失曲線を決定し、測定された利得曲線が所望の形態と所定の精度で一致するまで前記波長可変フィルタに対して信号を印加するように、前記フィルタ駆動手段を制御する、
請求項１から５までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項７】
前記利得曲線を測定する光利得感知手段、
をさらに備える、請求項１から６までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項８】
前記光利得感知手段が、前記光増幅器に入射される前の光信号の強度と、前記光増幅器を通過した後の光信号の強度とを比較して、波長別に光信号の利得を測定する装置である、請求項７記載の光増幅器。
【請求項９】
前記光利得感知手段が、前記光増幅器の少なくとも一カ所で、自発放出による戻り光の波長別強度を測定することにより、利得曲線を得る装置である、請求項７記載の光増幅器。
【請求項１０】
前記制御器が、
前記光増幅器の内部の温度を測定する温度検出手段、及び、
温度変化による、前記利得媒質の利得曲線の変化と前記波長可変フィルタの損失曲線の変化とを補償することで、前記光増幅器の利得曲線が所望の形態をもつように、前記フィルタ駆動手段にフィードバック信号を供給する装置、
を含む、請求項１から９までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１１】
特定の波長領域内で前記利得曲線が一定値を維持し、波長の変化に伴う利得の変化が最小化されるように、前記波長可変フィルタの損失曲線が制御される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１２】
前記波長可変フィルタが光ファイバ音響光学波長フィルタである、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１３】
前記光ファイバ音響光学波長フィルタが、コア直径、クラッド直径、または屈折率分布の少なくともいずれか一つが互いに異なる、少なくとも２種類の光ファイバを用いて構成され、それらの光ファイバが少なくとも一つのコアモードと少なくとも一つのクラッドモードとを伝搬させる、請求項１２記載の光増幅器。
【請求項１４】
前記波長可変フィルタが光ファイバ音響光学波長フィルタであり、前記フィルタ駆動手段が少なくとも一つの交流信号を発生させ、その交流信号の周波数と電圧とを能動的に制御する装置である、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１５】
前記交流信号の周波数が０.１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの帯域内の値であり、前記波長可変フィルタで生成される音波の波長が１μ〜１０ｍｍの領域内の値である、請求項１４記載の光増幅器。
【請求項１６】
少なくとも一つの光アイソレータをさらに備える、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１７】
利得媒質を含む第二の光線路、を更に有する前記光増幅器であり、
前記波長可変フィルタが前記第一の光線路と前記第二の光線路との間に接続される、請求項１から１６までのいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項１８】
前記第二の光線路と前記制御器とに接続される第二のポンピング手段、をさらに備える、請求項１７記載の光ファイバ光源。
【請求項１９】
前記第二の光線路から出力される光信号を検出してフィードバック信号を与えることで、前記波長可変フィルタを調整させ、かつ前記第一のポンピング手段によって与えられる利得を調整させる光利得感知システム、をさらに有する、請求項１７又は１８記載の光増幅器。
【請求項２０】
利得物質がドーピングされている所定長さの増幅用光ファイバ、
前記増幅用光ファイバに接続され、前記増幅用光ファイバに反転分布を誘導することにより、自発放出光を発生させる光ポンピング手段、
前記増幅用光ファイバに接続され、波長に応じて光損失を変化させる波長可変フィルタ、及び、
前記波長可変フィルタの損失曲線と、前記光ポンピング手段によって与えられる光利得とを制御するために、制御信号を与える制御器、
を備える、光ファイバ光源。
【請求項２１】
前記増幅用光ファイバの少なくとも一カ所に、固定波長フィルタを少なくとも一つ、さらに備える、請求項２０記載の光ファイバ光源。
【請求項２２】
前記固定波長フィルタがファブリーペローフィルタであり、出力光が等間隔にスライスされた波長スペクトルをもつように、前記ファブリーペローフィルタの自由スペクトル領域が増幅された自発放出光（ＡＳＥ）の半値全幅より狭い、請求項２１記載の光ファイバ光源。
【請求項２３】
前記自由スペクトル領域が０.４ｎｍ、０.８ｎｍ、または１.６ｎｍのいずれか一つの値である、請求項２２記載の光ファイバ光源。
【請求項２４】
利得媒質を含む光線路、を有する第一の光増幅段、
利得媒質を含む光線路、を有する第二の光増幅段、
前記第一の光増幅段と前記第二の光増幅段との間に接続される波長可変フィルタ、及び、
前記第二の光増幅段から出力される光信号を検出してフィードバック信号を与えることで、前記波長可変フィルタを調整させる光利得感知システム、
を具備する装置。
【請求項２５】
前記第二の光増幅段から出力される光信号と相互に関連している前記光利得感知システムからの信号を受信し、前記第一の光増幅段の光利得と前記第二の光増幅段の光利得とを制御し、前記波長可変フィルタを調整する制御器、
をさらに具備する、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
所望の応答特性が得られるように、前記制御器が、要求されてから50ミリ秒以内に前記第二の光増幅段の出力を変化させる、請求項２５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅器に係り、特に光増幅器の利得スペクトルを所望の形態に調節し得る光増幅器に関する。また、本発明は光ファイバ光源に係り、特にWDM（波長分割多重）光通信の光源として使用できるように、スライスされたスペクトルを持つ(spectrum−sliced)光出力が得られる光ファイバ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、WDM光通信システムでは数十ナノメートルの波長領域で一定の利得率を得ることが重要である。そこで、従来では一定形態の波長別損失率、即ち損失曲線を有する固定波長フィルタが用いられた。
図１は、現在広く開発されている、受動的に利得を平坦化する固定波長フィルタ（受動型利得平坦化波長フィルタ）を用いた、２段のEDFA（エルビウムドープ光ファイバ増幅器）の構成図である。図１を参照すると、受動型利得平坦化波長フィルタ１００が第１段EDF（エルビウムドープ光ファイバ）１１０と第２段EDF１１１との間に位置している。受動型利得平坦化波長フィルタ１００としては主に光ファイバ格子または薄膜コーティングフィルタが用いられる。目的に応じて、それぞれのEDF１１０、１１１の長さ、エルビウムのドーピング濃度などが異なるか、或いはこれをポンピングするポンプ光１２０、１２１の強度とポンピング方向が異なることもある。光信号１３０、１３１は場合によって光増幅器の一方のみから入射されることもあるが、図１では両方ともに対して入射される場合を示す。この光増幅器において、それぞれの光信号は、WDM結合器１４０、１４１を通過してEDF１１０、１１１に入射されて増幅される。図１のように２段のEDFから構成された増幅器は、１段増幅器に比べて、波長フィルタが与える光損失にも拘わらず、光利得率と雑音特性に優れるという長所がある。光信号入力が一方に固定された場合は、波長フィルタ１００の隣に光アイソレータを設置して、自発放出による戻り光を抑制することもある。
【０００３】
一般的なEDFでの波長の関数としての利得率の変化、即ちEDFの利得曲線は波長によって数ｄＢ以上の偏差をもつ。図２は適切な波長フィルタを用いて平坦化された利得曲線を概略的に示す。利得平坦化は特にWDM光通信システムにおいて重要である。しかし、光増幅器の駆動条件、例えば入力光信号の強さ、光利得の大きさ、ポンプ光の強度、温度などが変化する場合にはEDFの利得特性が変化するので、もはや平坦な利得曲線を得ることができない。このような駆動条件の変化は光通信網の再構成または老化によっても発生することがある。従って、安定したWDM光通信システムを具現するには、多様な駆動条件の変化に能動的に対処し得る、インテリジェントな光ファイバ光増幅器が必要である。
【０００４】
EDFAと共に、光ファイバにおいて発生するラマン非線形効果を用いる光増幅器も光増幅手段として広く研究されている。ラマン光増幅器の基本構成図は図１のEDFAの構成図と同様であるが、この場合、増幅用光ファイバとして一般通信用光ファイバ、ラマン効果の高い開口数（Numerical Aperture:以下、「ＮＡ」という）を有する特殊光ファイバ、またはラマン波長のシフトが大きいリンドープ酸化シリコンガラス(phosphosilicate)光ファイバが用いられる。ポンピング手段としては数百ｍＷ以上の高出力レーザが用いられ、その波長はラマン波長のシフトによって決定される。ラマン利得曲線の波長領域は１００ｎｍ程度であり、通常のEDFに比べて広いが、WDM光通信への使用には波長によって利得の差が大きいという問題点がある。従って、ラマン増幅器の場合にも光利得平坦化が必須的であり、特に多様な駆動条件の変化に能動的に対処し得るインテリジェントな光ファイバ光増幅器が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、多様な駆動条件の変化に反応して所望の形態の波長別利得率が能動的に得られる光増幅器を提供することにある。
本発明の他の目的は、外部環境の変化に能動的に対応して所望の形態のスペクトルが得られる光ファイバ光源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するための本発明の光増幅器は、波長の関数として所望の形態を持つ利得曲線に従って多波長の光信号を増幅する光増幅器であり、利得媒質を含む第一の光線路、前記第一の光線路に接続されて前記利得媒質をポンピングする第一のポンピング手段、波長に応じて光損失を変化させる少なくとも一つの波長可変フィルタ、及び、前記第一のポンピング手段と前記波長可変フィルタとに接続され、前記第一のポンピング手段によって与えられる光利得を制御し、前記波長可変フィルタを調整する制御器、を備える。従って、特定の波長領域に含まれる多波長の光信号を所望の利得曲線に従って増幅することができる。
【０００７】
本発明において、前記利得媒質としては、希土類ドープ光ファイバ、高出力ポンプ光によるラマン非線形効果を発生させて光信号を増幅できる光ファイバ、または、電流によってポンピングされて利得を与える半導体増幅媒質、の少なくともいずれか一つを使用することができる。
特に、前記利得媒質として１５３０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長領域で光利得を与えるEDF（エルビウムドープ光ファイバ）を使用すること、及び、前記第一のポンピング手段として９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍのポンプ光を与える半導体レーザを使用することが好ましい。
【０００８】
この際、前記利得媒質が、コア直径、材質、ドーピング濃度、または長さの少なくともいずれか一つが互いに異なる、少なくとも２種類の増幅用光ファイバから成ることが好ましい。また、前記波長可変フィルタが、互いに異なる前記２種類の増幅用光ファイバの間の少なくとも一カ所に位置することが好ましい。
本発明において、前記増幅用光ファイバの少なくとも一カ所に、一定の損失曲線を持つ固定波長フィルタを少なくとも一つ、さらに備えてもよい。
【０００９】
本発明において、前記波長可変フィルタに対して信号を印加してその損失曲線を制御するためのフィルタ駆動手段を備えてもよい。そのとき好ましくは、前記制御器が、所望の利得曲線を得るために必要な前記損失曲線を決定し、測定された利得曲線が所望の形態と所定の精度で一致するまで前記波長可変フィルタに対して信号を印加するように、前記フィルタ駆動手段を制御する。
【００１０】
本発明による光増幅器が好ましくは、前記利得曲線を測定する光利得感知手段、をさらに備える。この際、前記光利得感知手段を、前記光増幅器に入射される前の光信号の強度と、前記光増幅器を通過した後の光信号の強度とを比較して、波長別に光信号の利得を測定するように、構成することもできる。その他に、前記光増幅器の少なくとも一カ所で、前記光信号の進行方向と逆方向に発生する自発放出による戻り光の波長別強さを測定することにより利得曲線を得る装置から、前記光利得感知手段を構成することもできる。
更に、前記制御器が、前記光増幅器の内部の温度を測定する温度検出手段、及び、温度変化による、前記利得媒質の利得曲線の変化と前記波長可変フィルタの損失曲線の変化とを補償することで、前記光増幅器の利得曲線が所望の形態をもつように、前記フィルタ駆動手段にフィードバック信号を供給する装置、を含むこともできる。
【００１１】
本発明において、特定の波長領域内で前記利得曲線が一定値を維持し、波長の変化に伴う利得の変化が最小化されるように、前記波長可変フィルタの損失曲線が制御され得る。
本発明において、前記波長可変フィルタを少なくとも一つの光ファイバ音響光学波長フィルタで構成することが好ましい。前記光ファイバ音響光学波長フィルタを、コア直径、クラッド直径、または屈折率分布の少なくともいずれか一つが互いに異なる、少なくとも２種類の光ファイバを用いて構成し、それらの光ファイバを少なくとも一つのコアモードと少なくとも一つのクラッドモードとを伝搬させ得ることが好ましい。
【００１２】
この際、前記フィルタ駆動手段が、モード結合波長領域を可変させる少なくとも一つの周波数成分と、前記モード結合の強さを可変させる少なくとも一つの電圧成分とを有する交流信号を発生させ、その交流信号の周波数と電圧を能動的に制御し得る装置であることが好ましい。
そして、前記交流信号の周波数が０.１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの帯域内の値であり、前記波長可変フィルタで生成される音波の波長が１μｍ〜１０ｍｍの領域内の値であることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記増幅用光ファイバの少なくとも一カ所に、光アイソレータを少なくとも一つ、さらに備えてもよい。
一方、本発明の光ファイバ光源は、利得物質がドーピングされている所定長さの増幅用光ファイバ、前記増幅用光ファイバに接続され、前記増幅用光ファイバに反転分布を誘導することにより自発放出光を発生させるための光ポンピング手段、前記増幅用光ファイバに接続され、波長に応じて光損失を変化させる波長可変フィルタ、及び、前記波長可変フィルタの損失曲線と前記光ポンピング手段によって与えられる光利得とを制御するために制御信号を与える制御器、を備える。
【００１４】
前記光ファイバ光源において、前記増幅用光ファイバの少なくとも一カ所に、固定波長フィルタを少なくとも一つ、さらに備えることが好ましい。この場合、前記固定波長フィルタがファブリーペローフィルタであり、出力光が等間隔にスライスされた波長スペクトルをもつように、前記ファブリーペローフィルタの自由スペクトル領域(Free Spectral Range)が、増幅された自発放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）の半値全幅より狭く、特に０.４ｎｍ、０.８ｎｍ、または１.６ｎｍのいずれか一つの値であることがさらに好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。また、本実施例は本発明の権利範囲を限定するのではなく、単に例示として提示されたものである。
図３は、本発明の実施例による光増幅器及び光ファイバ光源に共通に用いられる光ファイバ音響光学波長可変フィルタの構成図である。この波長可変フィルタは、利得平坦化用として用いられる。図３を参照すると、２つの素子ＡＯＴＦ１、ＡＯＴＦ２が一列に連結されている。フィルタ駆動器２１０、２１１から発生した交流電気信号に基づいて音波を発生させる音波発生器は、圧電素子２００、２０１とホーン２０３、２０４とから構成される。発生した音波は、単一モード光ファイバ２２０、２２１に乗せられ、音波の波長がモード間のうなり周期と一致する時にモード結合が生じる。第１素子ＡＯＴＦ１には、開口数が０.１１、コア直径が９.２μｍ、クラッド直径が１２５μｍの一般通信用単一モード光ファイバが用いられている。音波が進行する長さは１５ｃｍであり、信号発生器ｒｆ１、ｒｆ２、ｒｆ３によって３つの電気信号を印加してそれぞれＬＰ１２、ＬＰ１３、ＬＰ１４クラッドモードに結合させている。フィルタリングの半値幅はそれぞれ３.３、４.１、４.９ｎｍである。第２素子ＡＯＴＦ２には、ＮＡが０.１２、コア直径が７.０μｍ、クラッド直径が１００μｍ、遮断波長が１μｍ近くの光ファイバが用いられている。モード結合に用いられた光ファイバの長さは５ｃｍであり、これも信号発生器ｒｆ４、ｒｆ５、ｒｆ６によって３つの電気信号を印加してそれぞれＬＰ１１、ＬＰ１２、ＬＰ１３クラッドモードに結合させている。フィルタ半値幅はそれぞれ８.０、８.６、１４.５ｎｍである。波長を変化させる時の最大応答速度は主に光ファイバの長さによって決定されるが、上記の２つの素子ＡＯＴＦ１、ＡＯＴＦ２の場合、それぞれ９５μｓ、２５μｓである。線幅の狭い第１素子ＡＯＴＦ１は主に１５３０ｎｍ領域の利得を平坦化するのに用いられ、線幅の広い第２素子ＡＯＴＦ２は１５５５ｎｍ領域の利得を平坦化するのに用いられている。２つの素子ＡＯＴＦ１、ＡＯＴＦ２の基本光損失は主に光ファイバの接続に起因するが、０.５ｄＢより小さい。
【００１６】
図４は、図３の利得平坦化用波長可変フィルタ３００と信号発生器３１０とを使用した単方向二段光増幅器の構成図である。EDF（エルビウムドープ光ファイバ）３２０、３２１はエルビウムが濃度約３００ｐｐｍでドーピングされたものであり、１５３０ｎｍで約２.５ｄＢ／ｍの吸収率を示す。第１段光ファイバ３２０の長さは１０ｍであり、雑音特性を良くするために９８０ｎｍのレーザダイオード３３０でポンピングする。ポンピング強度は２０ｍＷであり、１５５０ｍ、−１０ｄＢｍの光信号に対して利得が１０ｄＢ以上であり、雑音特性が４ｄＢ以上となるように調整する。第２段光ファイバ３２１の長さは２４ｍであり、１４８０ｎｍのレーザダイオード３３１でポンピングする。自発放出と反射とによる戻り光の効果を減らすために、光アイソレータ３４０を使用する。
【００１７】
制作された光増幅器に１５４７.４ｎｍのＤＦＢ(Distributed FeedBack)レーザを飽和信号として、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)光を探査光としてそれぞれ入射した後、増幅されたＬＥＤ光と自発放出光との強度を、波長分析器を用いて利得率及び雑音度によって測定した。実施例では入力探査光の強度は１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍ領域で−２７ｄＢｍであり、自発放出光の強度より３ｄＢ以上高く、飽和信号として用いられたＤＦＢ光の強度−１３〜−７ｄＢｍに比べて一層低く調節して測定誤差を最小化した。
【００１８】
図５ａは飽和信号（ＤＦＢ光）の大きさが−１３ｄＢｍの時、利得平坦化前後の利得曲線４００、４０２である。平坦化前とは、フィルタに電気信号を印加していない場合である。平坦化後とは、利得曲線が１５２８〜１５６３の３５ｎｍ領域において利得率が２２ｄＢ定数値で偏差が最小化されるように、フィルタの損失曲線を調節した場合である。図示の矢印４１０は飽和信号波長を示す。
【００１９】
図５ｂは飽和信号の強さが−７ｄＢｍの時、それぞれ利得平坦化前後の利得曲線４２０、４２２である。利得率が１６ｄＢで平坦化されるようにフィルタの損失曲線を調節した。
図６ａ及び図６ｂは、本発明の実施例による光増幅器に用いられた波長可変フィルタの損失曲線を示すグラフである。この波長可変フィルタは、飽和信号の大きさがそれぞれ−１３ｄＢｍ、−７ｄＢｍの時に用いられたものである。全体損失曲線４５０、４６０は、ログスケールにおいて、図３の第１素子ＡＯＴＦ１の損失曲線４５２、４６２と、第２素子ＡＯＴＦ２の損失曲線４５４、４６４との和で与えられる。前述したように、第１素子ＡＯＴＦ１は１５３０ｎｍ付近で、第２素子ＡＯＴＦ２は１５５５ｎｍで利得を平坦化するのにそれぞれ使用される。図６ａ及び図６ｂの６個の矢印は、６個の交流信号によって生成されたそれぞれの損失曲線の中心波長を示す。図６ａでは、印加された交流信号の周波数及び電圧は、５０Ωの出力インピーダンスで測定する場合、２.００７６ＭＨｚ；１０.０４Ｖ、２.４０１５ＭＨｚ；９.９６Ｖ、２.９９４２ＭＨｚ；２３.２Ｖ、１.０２７７ＭＨｚ；１５Ｖ、１.５４５３ＭＨｚ；９Ｖ、２３３５７ＭＨｚ；１７.２Ｖであり、図６Ｂでは２.００７８ＭＨｚ；１５Ｖ、２.３９８９ＭＨｚ；７.５８Ｖ、２.９９３８ＭＨｚ；１４.０２Ｖ、１.０３４８ＭＨｚ；２０.０２Ｖ、１.５３９１ＭＨｚ；１３.２Ｖ、２.３３７５ＭＨｚ；１５.８Ｖである。音波発生器の効率を改善し、より直径の小さい光ファイバを使用する場合、駆動電圧を１Ｖ以下に減らすことができる。
【００２０】
制作された能動型光増幅器は既存の受動型光増幅器とは異なり、多様な動作条件で所望の利得曲線を得るのに使用することができる。このような長所を確認するために、次のような試験を行った。まず、飽和光強度が−１０ｄＢｍの時、平坦化された利得が１９ｄＢｍとなるようにフィルタの損失曲線と第２段のポンプ光強度を調節した。
【００２１】
図７ａは本発明の実施例による光増幅器に対して多様な利得率においてフィルタを調節して得られた平坦化された利得曲線のグラフであり、図７ｂは図７ａとは逆にフィルタを調節しない場合、利得曲線に発生する傾斜を示すグラフである。
図７ａを参照すると、曲線５００はポンプ光強度が４２ｍＷの時に得られた平坦化された利得曲線を示す。増幅器の利得率を変えるためにはポンプ光強度とフィルタの損失曲線とを再び調節しなければならない。曲線５０２と曲線５０４とは、それぞれ利得率が２２.５ｄＢ、１６ｄＢとなるようにポンプ光強度を７５ｍＷ、２１ｍＷに変え、フィルタの損失曲線を調節した場合に平坦化された利得曲線を示す。三つの場合の雑音度５１０は、１５２８ｎｍ〜１５６３ｎｍの間の３５ｎｍ領域で全て５ｄＢ以下であった。
【００２２】
このように損失曲線を様々に調整できるフィルタを光増幅器で使用すると、様々な利得率に平坦化された利得曲線を得ることができる。しかし、従来の固定波長フィルタを用いた光増幅器は特定の利得率に平坦化された利得曲線を与えるように設計されるので、利得率を調節する場合、もはや平坦な利得曲線を与えることができない。図７ｂにこの問題を確認した試験結果が示されている。まず、ポンプ光が４２ｍＷの時、利得が利得率１９ｄＢに平坦化されるようにフィルタの損失曲線を調節した。その後、フィルタの損失曲線は変化させず、ポンプ光を７５ｍＷに増加させた場合、利得率５２２は全体的に増加するが、もはや平坦化されず、上記の３５ｎｍ領域で３ｄＢの偏差を示す。また、ポンプ光を２１ｍＷに減少させると、利得率５２４は全体的に減少するが、やはり平坦化されず、上記の３５ｎｍ領域では、ポンプ光が７５ｍＷである時の利得率５２２とは反対に傾斜し、約４ｄＢの偏差を示す。このように利得曲線に傾斜が生じることは固定波長フィルタを使用した時に予想される問題点であり、既存の受動型光増幅器の限界点を示す。
【００２３】
一方、駆動条件の変化に外部の助け無しで対処することのできるインテリジェントな光増幅器を具現するためには、光利得曲線が所望の形態と一致するかを判断し得る光利得感知システムが必要である。図８は光利得感知システムを採用した本発明の他の実施例によるインテリジェントな能動型光増幅器の構成図である。前記光利得感知システムは入力光と出力光のスペクトルを比較してその利得を検出できる。図８を参照すると、第１段増幅器と第２段増幅器とは、それぞれのポンプレーザ６０４、６０６、WDM結合器及びEDF６００、６０２から構成されている。その間に所望の損失曲線が与えられる能動型波長可変フィルタ６１０がある。目的に応じて能動型波長可変フィルタ６１０と併せて、特定の損失曲線を与える固定波長フィルタを同時に使用することもできる。本実施例において利得感知システムの動作は次の通りである。まず、一方から入力された多波長の光信号６２０の一部が光ファイバ結合器６３０（結合比が数％以下と低く、かつ波長依存性が小さいもの）を介し、回転可能な回折格子やファブリーペローフィルタなどの波長フィルタ６４０に入射される。この波長フィルタ６４０を調整しながら波長別光強度を光検出器６５０で測定する。第１段増幅器と第２段増幅器とで増幅された光信号は、光ファイバ結合器６３１（結合比が数％以下と低く、かつ波長依存性が小さいもの）、波長フィルタ６４１、及び光検出器６５１の順に伝搬する。それにより、その波長別光強度が測定される。測定した入力光の強度と出力光の強度とを比較して波長別光利得、即ち利得曲線を得る。得られた利得曲線を所望の利得曲線と比較して必要なポンプ光の強度とフィルタの損失曲線を制御器６６０で計算する。この計算結果によってそれぞれのポンプレーザ６０４、６０６とフィルタ駆動器６７０を駆動する。このようなフィードバック回路により、１ｍｓ以内の応答速度を有し、かつ外部条件に対応して所望の利得曲線を得るインテリジェントな能動型光増幅器を具現することができる。
【００２４】
図９は図８の光利得感知システムとは異なる光利得感知システムを採用した本発明の別の実施例によるインテリジェントな能動型光増幅器の構成図である。これは基本的に図８の構成と同様であるが、入力端側の光結合器６８０、波長フィルタ６４０、及び光検出器６５０を介して自発放出による戻り光のスペクトルを求め、よく知られた増幅器のモデルを用いて利得曲線を得る。更に、得られた利得曲線を所望の利得曲線と比較して必要なポンプ光の強度とフィルタの損失曲線を制御器６６０で計算する。図８の場合と同様に、この計算結果に基づいてそれぞれのポンプレーザ６０４、６０６とフィルタ駆動器６７０を駆動する。
【００２５】
また、図８または図９の光利得感知システムが、光増幅器内部の温度を測定する温度検出手段として温度計をさらに含み、EDFの利得曲線の温度依存性または波長可変フィルタの温度依存性を補償する。それにより、温度変化にも拘わらず、光増幅器全体の利得曲線が所望の形態を維持するようにすることもできる。
図１０は本発明の更に異なる実施形態である光ファイバ光源の構成の一例である。この光ファイバ光源は前述した光増幅器と同様の構造をもつが、ポンピングされた増幅用光ファイバから発生する、増幅された自発放出光（ＡＳＥ）を用い、外部からの入射光信号なしで、能動的に光出力スペクトルを発生し得るという差異点をもつ。
【００２６】
EDFを用いる場合、光出力として１５５０ｎｍを中心として３０ｎｍ以上の広い波長領域を有するスペクトルを得ることができる。図１０を参照すると、上記の二段増幅器と同様に増幅用光ファイバが２つの部分に分けられており、第１段光ファイバ７００と第２段光ファイバ７０１とが共に、さらに高い光強度を得るために、光ポンピング手段７１０、７１１によって逆方向にポンピングされる。第１段光ファイバ７００の一端７２０は反射が無いようにある角度にカットされ、他端は波長可変フィルタ７３０を介して第２段光ファイバ７１０に連結されている。第２段光ファイバ７０１の他端に光アイソレータ７４０を置いて外部からの光フィードバックを防ぐようにする。波長可変フィルタ７３０と共に光アイソレータ７４１を中段に置いて、第２段で発生して第１段に進む自発放出による戻り光を防いで、順方向の光出力７５０を高くすることができる。必要に応じて固定波長フィルタ７６０をさらに設置する場合、さらに多様な形態の光出力スペクトルを得ることができる。例えば、自由スペクトル領域が０.８ｎｍまたは１.６ｎｍであり、フィネス(finesse)が１０以上であるファブリーペローフィルタを固定波長フィルタ７６０として使用すれば、WDM光通信の光源に適した、スライスされたスペクトルを持つ光出力が得られる。また、フィルタ駆動器７３５を調節することにより、スライスされた光スペクトルの各波長チャネルに対して所望の光強度を得るようにできる。例えば、相互に接続された通信システム間で光損失または光利得がチャネル毎に異なる場合、光源の各チャネルで光強度を調節することにより、各チャネルの信号対雑音特性を最適化することができる。すなわち、光損失の大きいチャネルにはさらに高い光強度が与えられ、光損失の小さいチャネルにはより低い光強度が与えられる。
【００２７】
図１１は本発明の更に別の実施形態である光ファイバ光源から得た、スライスされたスペクトルを持つ光出力の代表的なスペクトルを示すグラフである。図１１を参照すると、数十ｎｍの波長領域で各チャネルの光強度が平坦化された結果を見ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上述した本発明の能動型光増幅器を使用すると、WDM方式の光通信システムなどのいろいろな駆動条件で多様な形態の利得曲線を得ることができる。例えば、入力光の強度変化に起因するスペクトルホールバーニング効果や周辺温度の変化などにも拘わらず、一定の利得率を保持することができる。更に、光通信網の再構成によって利得率が変化する場合にも利得の平坦性を保持することができる。多数個の増幅器から構成される光線路の場合には全ての増幅器を本発明による能動型増幅器として使用することもでき、場合によって既存の受動型増幅器数台ごとに一台ずつ、本発明による能動型増幅器を使用することもできる。また、光線路の光損失または光利得が波長ごとに均等でない場合、本発明による能動型増幅器が、光源と光線路との間で前段増幅器として用いられても良い。この場合、光線路に入射される光の強度が波長別に前段増幅器で調節されることにより、各波長の信号対雑音比が最適化される。すなわち、光損失の大きい波長では強度の低い光が光線路に入射され、光損失の小さい波長では強度の高い光が光線路に入射される。
【００２９】
本発明の他の実施例による光ファイバ光源は、外部環境の変化に能動的に対応するので、所望の出力スペクトルを与えることができる。それ故、例えば光ファイバジャイロスコープ、白色光干渉計、またはWDM光通信システムで利用される素子の特性分析に応用することができる。また、周期的な透過率をもつスペクトルスライス光源としても、WDM光通信システムの光源としても使用することができる。この場合、各波長チャネルの光強度を所望の形態に制御して光線路の波長別の光損失を補償して最大の信号対雑音比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の技術の例として固定波長フィルタを用いて利得を平坦化する二段光増幅器の構成図である。
【図２】
従来の一般的なEDFAの利得曲線を示すグラフである。
【図３】
本発明の実施例による光増幅器及び光ファイバ光源に共通に用いられる光ファイバ音響光学波長可変フィルタの構成図である。
【図４】
本発明の実施例による能動型光増幅器の構成図である。
【図５ａ及び図５ｂ】
本発明の実施例による光増幅器の波長可変フィルタに電気信号を印加する前と後の利得曲線を示すグラフである。
【図６ａ及び図６ｂ】
本発明の実施例による光増幅器に用いられた波長可変フィルタの損失曲線を示すグラフである。
【図７ａ】
本発明の実施例による光増幅器に対して多様な利得率においてフィルタを調節して得られた、平坦化された利得曲線のグラフである。
【図７ｂ】
本発明の実施例による光増幅器に対して多様な利得率においてフィルタを調節しない場合に発生する利得曲線の傾斜を示すグラフである。
【図８】
光利得感知システムを採用した本発明の他の実施例によるインテリジェントな能動型光増幅器の構成図である。
【図９】
図８の光利得感知システムとは異なる光利得感知システムを採用した本発明の別の実施例によるインテリジェントな能動型光増幅器の構成図である。
【図１０】
本発明の更に異なる実施形態である光ファイバ光源の構成図である。
【図１１】
本発明の更に異なる実施形態である光ファイバ光源から得られた、スライスされたスペクトルを持つ(spectrum-sliced)光出力を示すグラフである。