(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光のための入力端及び出力端を有する光増幅媒体と、
該光増幅媒体が予め定められた帯域において、波長が長くなるに従って、ポンプパワー大であるとき、利得が減少し、ポンプパワー小であるとき、利得が増大する、利得特性を有する該光増幅媒体を、上記ポンプパワー小でポンピングする手段と、
上記光増幅媒体の入力端及び出力端の少なくとも何れかに光学的に接続され波長が長くなるに従って、損失が増大する損失傾斜を与える特性を有する光フィルタとを備え、
上記光増幅媒体は希土類元素を含むドーパントがドープされたドープファイバからなり、
上記ドーパントはＥｒ（エルビウム）を含み、
上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供され、
上記損失傾斜は０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にある装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
上記ポンピングする手段は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、上記ポンプ光を上記入力端及び上記出力端の少なくとも一方から上記光増幅媒体に供給するための光カプラとを含む装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
上記ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ帯の少なくとも何れかに含まれる装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、
上記利得特性が一定に保たれるように上記ポンプ光のパワーを制御する手段を更に備えた装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、
上記制御する手段は、上記装置の入力レベル及び出力レベルをそれぞれ検出する手段と、上記入力レベル及び上記出力レベルの比が一定になるように上記ポンプ光のパワーを調節する手段とを含む装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
上記光フィルタはファイバグレーティングからなる装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
上記信号光は互いに異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光である装置。
【請求項８】
Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントがドープされたドープファイバと、
該ドープファイバが予め定められた帯域において、波長が長くなるに従って、ポンプパワー大であるとき、利得が減少し、ポンプパワー小であるとき、利得が増大する、利得傾斜を有する該ドープファイバを、上記ポンプパワー小でポンピングする手段と、
上記ドープファイバに光学的に接続され波長が長くなるに従って、損失が増大する損失傾斜を与える光フィルタとを備え、
上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供され、
上記損失傾斜は０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にある装置。
【請求項９】
第１及び第２の端局と、
該第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路と、
該光ファイバ伝送路の途中に設けられる少なくとも１つの光中継器とを備え、
上記第１の端局は、互いに異なる波長を有する複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信機と、上記複数の光信号を波長分割多重してＷＤＭ信号光にして該ＷＤＭ信号光を上記光ファイバ伝送路に出力する光マルチプレクサとを含み、
上記第２の端局は、上記光ファイバ伝送路により伝送されたＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける光デマルチプレクサと、該複数の光信号をそれぞれ受ける複数の光受信機とを含み、
上記光中継器は請求項１乃至８の何れかに記載された装置を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、互いに異なる波長を有する複数の光キャリアを含む波長分割多重光を用いた光ファイバ通信に適した光増幅に関し、更に詳しくは、そのような光増幅のための装置及び該装置を有するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低損失（例えば０．２ｄＢ／ｋｍ）な光ファイバの製造技術及び使用技術が確立され、光ファイバを伝送路とする光通信システムが実用化されている。また、光ファイバにおける損失を補償して長距離の伝送を可能にするために、信号光を増幅するための光増幅器の使用が提案され或いは実用化されている。
【０００３】
従来知られている光増幅器は、増幅されるべき信号光が供給される光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む利得帯域を提供するように光増幅媒体をポンピング（励起）する手段とを備えている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光増幅媒体としてのエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）と、予め定められた波長を有するポンプ光をＥＤＦに供給するためのポンプ光源とを備えている。ポンプ光の波長を０．９８μｍ帯或いは１．４８μｍ帯に設定しておくことによって、波長１．５５μｍを含む利得帯域が得られる。また、半導体チップを光増幅媒体として有する光増幅器も知られている。この場合、半導体チップに電流を注入することによってポンピングが行われる。
【０００４】
一方、一本の光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、互いに異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭを適用することによって、当該多重数に応じて一本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
【０００５】
ＷＤＭが適用されるシステムに光増幅器を組み入れる場合、利得傾斜（ゲインチルト）或いは利得偏差で代表される利得の波長依存性によって伝送距離が制限される。例えば、ＥＤＦＡにおいては、信号帯域で複雑な利得特性が生じ、この利得特性はＥＤＦＡへのトータル入力パワーやポンプ光パワーに従って変化することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
利得の波長依存性を抑圧するために、光増幅器と光フィルタとを組み合わせることが提案されている。その組み合わせの構成及び得られる効果の詳細については、特開平３−４４２０６号、特開平３−１９６１２５号、特開平８−２１３６７６号、ＯＡＡ’９０，ＭＤ１，ｐｐ４４−４７を参照されたい。
【０００７】
この組み合わせにおいて、光フィルタを光増幅器の上流側（入力側）に配置する場合、雑音指数が高くなる（悪くなる）。この場合における光フィルタの挿入損失は、光増幅器の利得の調節によって補償可能である。一方、光フィルタを光増幅器の下流側（出力側）に配置する場合には、雑音指数が高くなることはないが、光フィルタの挿入損失によって光出力パワーが低くなる（小さくなる）。従って、従来技術による場合には、雑音指数が高くなることを許容して高出力化を図るか或いは光出力パワーが低くなることを許容して低雑音化を図るかの何れかを選択する必要があった。
【０００８】
１５４０〜１５６０ｎｍ帯域の利得の波長依存性は、特にＥＤＦＡにおいては、ポンプ光のパワーの適切な設定によって抑圧可能である。ポンプ光のパワーが比較的低い場合には、波長が長くなるのに従って利得が高くなる正の利得傾斜が得られ、ポンプ光のパワーが比較的高い場合には、波長が長くなるのに従って利得が低くなる負の利得傾斜が得られるので、利得傾斜がフラットになるようにポンプ光のパワーを制御するのである。しかし、利得傾斜をフラットにするために要求されるポンプ光のパワーは一般に高いので、高出力なポンプ光源が必要になる。高いパワーのポンプ光を得るためのレーザダイオードは高価であり、また、高いパワーのポンプ光を得るために複数のレーザダイオードを組み合わせて用いる場合には、光回路の構成が複雑になる。
【０００９】
よって、本発明の目的は、低いポンプ光のパワーの下で利得の波長依存性を抑圧することができる光増幅のための装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、そのような装置を備えたシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、光増幅媒体を含む光増幅器と、利得の波長依存性を抑圧するために光増幅器に動作的に接続される第１及び第２の光フィルタとを備えた装置が提供される。
【００１２】
この出願において、ある要素と他の要素とが「動作的に接続される」というのは、これらの要素が直接接続される場合を含み、更に、これらの要素の間で光信号又は電気信号の受渡しができる程度の関連性をもってこれらの要素が設けられている場合を含む。
【００１３】
光増幅媒体は信号光のための入力端及び出力端を有している。光増幅媒体は光増幅媒体が利得帯域を提供するようにポンピングされる。利得帯域は、信号光に対して相対的に高い利得及び雑音指数を与える第１の帯域と相対的に低い利得及び雑音指数を与える第２の帯域とを含む。第１の光フィルタは、光増幅媒体の入力端に光学的に接続されており、第２の帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有している。第２の光フィルタは、光増幅媒体の出力端に光学的に接続されており、第１の帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有している。
【００１４】
本発明の第１の側面に従うと、利得の波長依存性を抑圧するために、光増幅器の入力側及び出力側にそれぞれ設けられた２つの光フィルタ（第１及び第２の光フィルタ）を用いて、各々の光フィルタにおいて利得の波長依存性の適切な抑圧を行うことができるので、低い雑音指数及び高い光出力パワーを得ることができる。
【００１５】
本発明の第２の側面によると、（ａ）信号光に対して相対的に高い利得及び雑音指数を与える第１の帯域と相対的に低い利得及び雑音指数を与える第２の帯域とを含む利得帯域を光増幅媒体が提供するように該光増幅媒体をポンピングするステップと、（ｂ）上記第２の帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有する第１の光フィルタを通過した信号光を上記光増幅媒体に供給するステップと、（ｃ）上記光増幅媒体から出力された信号光を上記第１の帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有する第２の光フィルタに供給するステップとを備えた方法が提供される。
【００１６】
信号光伝搬方向にカスケード接続された第１及び第２の光増幅器を用いて本発明の第２の側面に従う方法を実施する場合には、この方法を特に第２の光増幅器に適用するのが効果的である。何故ならば、この方法を第１の光増幅器だけに適用した場合には、第２の光増幅器において新たな利得の波長依存性が生じる恐れがあるからである。従って、より一般的には、カスケード接続された複数の光増幅器を用いてこの方法を実施する場合には、この方法を最終段（即ち出力側）の光増幅器に適用するのが効果的である。
【００１７】
本発明の第３の側面によると、信号光のための入力端及び出力端を有する光増幅媒体と、該光増幅媒体が予め定められた帯域において、波長が長くなるに従って、ポンプパワー大であるとき、利得が減少し、ポンプパワーが小であるとき、利得が増大する、利得特性を有する該光増幅媒体を、上記ポンプパワー小でポンピングする手段と、上記光増幅媒体の入力端及び出力端の少なくとも何れかに光学的に接続され波長が長くなるに従って、損失が増大する損失傾斜を与える特性を有する光フィルタとを備え、上記光増幅媒体は希土類元素を含むドーパントがドープされたドープファイバからなり、上記ドーパントはＥｒ（エルビウム）を含み、上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供され、上記ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ帯の少なくとも何れかに含まれ、上記損失傾斜は０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にある装置が提供される。
【００１８】
望ましくは、光増幅媒体はＥＤＦであり、予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供される。この場合、例えば、前述の実質的に単純な利得特性は波長が長くなるに従って利得が増大する利得傾斜を与え、光フィルタの特性は波長が長くなるに従って損失が増大する損失傾斜を与える。
【００１９】
本発明の第３の側面に従うと、実質的に単純な利得特性を低いポンプ光のパワーの下で維持することができるようになり、光フィルタによって利得の波長依存性が抑圧される。従って、低いポンプ光のパワーの下で利得の波長依存性を抑圧することができるようになる。
【００２０】
本発明の第４の側面によると、Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントがドープされたドープファイバと、該ドープファイバが予め定められた帯域において、波長が長くなるに従って、ポンプパワー大であるとき、利得が減少し、ポンプパワー小であるとき、利得が増大する、利得傾斜を有する該ドープファイバを、上記ポンプパワー小でポンピングする手段と、上記ドープファイバに光学的に接続され波長が長くなるに従って、損失が増大する損失傾斜を与える光フィルタとを備え、上記予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供され、上記ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ帯の少なくとも何れかに含まれ、上記損失傾斜は０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にある装置が提供される。
【００２１】
本発明の第５の側面によると、第１及び第２の端局と、第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路と、光ファイバ伝送路の途中に設けられる少なくとも１つの光中継器とを備えたシステムが提供される。第１の端局は、互いに異なる波長を有する複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信機と、複数の光信号を波長分割多重してＷＤＭ信号光にしてＷＤＭ信号光を光ファイバ伝送路に出力する光マルチプレクサとを含む。第２の端局は、光ファイバ伝送路により伝送されたＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける光デマルチプレクサと、複数の光信号をそれぞれ受ける複数の光受信機とを含む。光中継器は、本発明の第１、第３若しくは第４の側面による装置又は該装置の後述する種々の実施形態を含む。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の望ましい実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付される。
【００２３】
図１は本発明による光増幅のための装置の第１の基本構成を示すブロック図である。この装置は増幅すべき信号光を受けるための入力ポート２と増幅された信号光を出力するための出力ポート４とを有している。
【００２４】
入力ポート２及び出力ポート４間には、第１の光フィルタ６と光増幅器８と第２の光フィルタ１０とがこの順に設けられている。
【００２５】
光増幅器８は、信号光のための入力端１２Ａ及び出力端１２Ｂを有する光増幅媒体１２と、光増幅媒体１２が利得帯域を提供するように光増幅媒体１２をポンピングするためのポンピングユニット１４とを含む。
【００２６】
図２を用いて、図１の光増幅媒体１２によって提供される利得帯域について説明する。図２において、縦軸は光パワー（ｄＢｍ）又は利得（ｄＢ）であり、横軸は波長である。
【００２７】
光増幅媒体１２がポンピングユニット１４によりポンピングされると、信号光のスペクトルＳ１及びＳ２に対して利得特性１６を与える利得帯域ＧＢが生じる。利得特性１６は、光増幅媒体１２における利得の波長依存性を表している。
【００２８】
尚、小信号に対する利得特性は、光増幅媒体におけるＡＳＥ（増幅された自然放出光）ノイズのスペクトルで近似可能である。
【００２９】
図２において、利得帯域ＧＢは、信号光（スペクトルＳ１）に対して相対的に高い利得を与える第１の帯域Ｂ１と、信号光（スペクトルＳ２）に対して相対的に低い利得を与える第２の帯域Ｂ２とを含む。第１の帯域Ｂ１においては、発生するＡＳＥノイズが比較的多いことにより、雑音指数は高くなる（悪くなる）。第２の帯域Ｂ２においては、発生するＡＳＥノイズが比較的少なくなるので、雑音指数は低くなる（良くなる）。
【００３０】
図３の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１の第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０の特性を示すグラフである。各グラフにおいて縦軸は透過損失（ｄＢ）、横軸は波長である。
【００３１】
第１の光フィルタ６は、図３に（Ａ）に示されるように、第２の帯域Ｂ２における利得の波長依存性を抑圧（望ましくは相殺）するような特性を有している。第２の帯域Ｂ２に含まれない波長においては、透過損失は、光フィルタ６の最小挿入損失により与えられ、その値は理想的には０（ｄｂ）であり現実的には小さい値である。
【００３２】
第２の光フィルタ１０は、図３の（Ｂ）に示されるように、第１の帯域Ｂ１における利得の波長依存性を抑圧（望ましくは相殺）するような特性を有している。第１の帯域Ｂ１に含まれない波長における透過損失は、光フィルタ１０の最小挿入損失により与えられ、その値は、理想的には０（ｄｂ）であり現実的には小さい値である。
【００３３】
図４を参照すると、図１の装置の出力光のスペクトルの例が示されている。ここでは、入力ポート２に入力される信号光は波長λ1，λ2，…，λnを有する複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光であるとし、各光信号のパワーは等しいとしている。
【００３４】
出力ポート４から出力される増幅されたＷＤＭ信号光は、本発明の適用により、図４に示されるように、利得の波長特性が平坦化され比較的平坦なＡＳＥスペクトルにそれぞれの光信号に対応する急峻なスペクトルが重畳されたスペクトルを有している。
【００３５】
そして、第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０によって光増幅媒体１２における利得の波長依存性が抑圧されていることから、出力されたＷＤＭ信号光における各信号のパワーは実質的に等しくなる。このように、本発明による装置の第１の基本構成によると、利得の波長依存性を抑圧することができる。
【００３６】
本発明は増幅されるべき信号光がＷＤＭ信号光であることによっては限定されない。増幅されるべき信号光は単一チャネルの光信号であってもよい。この場合、光信号を生成する光源の温度変動等に起因して光信号の波長が変化する可能性があるので、従って、単一チャネルの光信号の波長変動に対しても本発明は有効である。
【００３７】
次に、図１の装置において低い雑音指数及び高い光出力パワーが得られる理由について詳細に説明する。ここでは、前段光増幅器及び後段光増幅器をカスケード接続してなる２段構成を想定する。この２段構成において、前段光増幅器及び後段光増幅器の間に光フィルタを挿入した場合におけるトータルの雑音指数（ＮＦ）は次の式で与えられる。
【００３８】
【数１】
0004056901.tif 000002
【００３９】
ここで、ＮＦfは前段光増幅器の雑音指数（ｄＢ），ＮＦrは後段光増幅器の雑音指数（ｄＢ），Ａは光フィルタによる損失（ｄＢ），Ｇは前段光増幅器の利得（ｄＢ）であり、各パラメータは波長の関数である。
【００４０】
このように、２段構成のトータルの雑音指数ＮＦは、前段光増幅器の雑音指数ＮＦf及び利得Ｇと、後段光増幅器の雑音指数ＮＦrと、前段光増幅器及び後段光増幅器の間に挿入された光フィルタによる損失Ａとに依存する。上述の式より、光フィルタの挿入損失Ａが小さいほどトータルの雑音指数ＮＦが低くなることになる。
【００４１】
また、前段光増幅器及び後段光増幅器の間に光フィルタを挿入する場合と、前段光増幅器及び後段光増幅器の間には光フィルタを挿入せずにその代わりに後段光増幅器の出力側に光フィルタを設ける場合とを比較すると、光フィルタによる損失が同じであれば、トータルの雑音指数は後者の場合についてのもののほうが低い。つまり、後者についての雑音指数は光フィルタによる損失によって原理的には劣化しないのである。
【００４２】
そこで、本発明による第１の基本構成を後段光増幅器に適用する場合には、雑音指数が比較的高い光信号については、雑音指数をそれ以上劣化させないために、利得の補償を行うための光フィルタを後段光増幅器の出力側に設けるのである。
【００４３】
一方、後段光増幅器の出力側に光フィルタを設けると、光フィルタによる損失分だけ光出力パワーが低くなる。これに対して、前段光増幅器及び後段光増幅器の間に光フィルタを挿入する場合には、その損失は後段光増幅器の入力対利得特性（例えば図５を参照）により補償することができる。
【００４４】
そこで、本発明による第１の基本構成を後段光増幅器に適用する場合には、雑音指数が低い光信号については、できるだけ高い光出力パワーを得るために、利得の補償を行うための光フィルタを前段光増幅器及び後段光増幅器の間に挿入するのである。
【００４５】
このように、前段光増幅器及び後段光増幅器の間への光フィルタの挿入は雑音特性を劣化させ、また、後段光増幅器の出力側に光フィルタを設けることは光出力パワーを低くしてしまうので、他信号に比べて雑音指数が高く且つ利得が大きい信号に対して利得を補正する光フィルタは後段光増幅器の出力側に設け、且つ、他信号に比べて雑音指数が低く且つ利得が小さい信号に対して利得を補正する光フィルタは後段光増幅器の入力側に設けるのである。更に一般的にいえば、本発明では、光フィルタを複数の位置に設けて、波長選択性を持たせて利得を補正しているのである。雑音特性に敏感な信号に注意を払って利得を補正することで、光フィルタを用いない場合における雑音指数よりも雑音指数が低くなることがなく且つ高い光出力パワーを得ることができる。また、本発明により雑音指数の偏差が小さくなるが、これについては後述の実証実験の結果により説明する。
【００４６】
このように、本発明によると、従来のように単に光出力を波長に対して等しくする利得等化でなく、伝送品質が光ＳＮＲ（信号対雑音比）によって決定されることに着目して、光出力と同時に雑音指数もできるだけ低い値に揃えて保つことを可能にした、所謂光ＳＮＲ等化という新しい技術が提供される。
【００４７】
光増幅媒体１２としては、希土類元素を含むドーパントがドープされたドープファイバを用いることができる。この場合、ポンピングユニット１４は、光増幅媒体１２の第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂの少なくとも一方から光増幅媒体１２にポンプ光を供給するためのポンプ光源を含む。
【００４８】
波長１．５５μｍを含む利得帯域を得るためには、Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントが選択される。この場合、例えば、第１の帯域Ｂ１は１．５２乃至１．５４μｍの波長によって提供され、第２の帯域Ｂ２は１．５４乃至１．５６μｍあるいは１．５４乃至１．５８μｍの波長によって提供される。
【００４９】
ドーパントがＥｒを含む場合、ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯（０．９６乃至１．００μｍ）或いは１．４８μｍ帯（１．４６乃至１．５０μｍ）にあることが望ましい。
【００５０】
光増幅媒体１２として半導体チップを用いることもできる。この場合、ポンピングユニット１４は半導体チップに電流を注入するための電流源を含む。
【００５１】
第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０の各々には次のようなことが要求される：
（ａ）透過特性の設計値を精度良く実現すること；
（ｂ）透過特性の温度依存性が小さいこと；
（ｃ）挿入損失が小さいこと；
（ｄ）偏光依存性が小さいこと；
（ｅ）波長分散が小さいこと；
（ｆ）反射光（除去された光）が信号伝送路外に放出されること。
【００５２】
これらの要求のうち１つ又は２つ以上の要求を満足させるためには、第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０の各々としては、マッハツェンダ光フィルタ（例えばＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体）、干渉膜光フィルタ（誘電体多層膜）、或いはファイバグレーティング型光フィルタを用いることができる。特に、後述するようなファイバグレーティングを用いることによって、前述した要求の多くを満足させることができる。
【００５３】
図６は図１の装置の実施形態を示すブロック図である。ここでは、光増幅器８の光増幅媒体１２としては、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１８が用いられている。利得帯域を広くするために、ＥＤＦ１８にＡｌ（アルミニウム）の化合物がドープされていてもよい。ポンピングユニット１４は、１．４８μｍ帯に含まれる波長を有するポンプ光を出力するポンプ光源２０と、ポンプ光をＥＤＦ１８の第１端１８ＡからＥＤＦ１８に供給するためのＷＤＭカプラ２２とを含む。
【００５４】
光増幅器８は、更に、ＷＤＭカプラ２２とＥＤＦ１８の第１端１８Ａとの間に接続される光アイソレータ２４と、ＥＤＦ１８の第２端１８Ｂと第２の光フィルタ１０との間に接続される光アイソレータ２６とを有している。
【００５５】
第１の光フィルタ６とＷＤＭカプラ２２との間には、可変光減衰器２８と、入力モニタ光を得るための分岐カプラ３０とがこの順に設けられている。入力モニタ光はフォトダイオード等からなるフォトディテクタ（ＰＤ）３２に供給される。フォトディテクタ３２から出力される電気信号には光増幅器８の入力レベルが反映され、この電気信号は利得特性を一定に保つための自動利得制御（ＡＧＣ）回路３４に供給される。
【００５６】
第２の光フィルタ１０と出力ポート４の間には出力モニタ光を得るための分岐カプラ３６が設けられている。出力モニタ光はフォトディテクタ３８に供給される。フォトディテクタ３８から出力される電気信号には光増幅器８の出力レベルが反映され、その電気信号はＡＧＣ回路３４に供給される。
【００５７】
ＡＧＣ回路３４は、光増幅器８の入力レベル及び出力レベルに基づきポンプ光源２０から出力されるポンプ光のパワーを制御し、その結果、ＥＤＦ１８によって与えられる利得特性が一定に保たれる。例えば、ＡＧＣ回路３４は、光増幅器８の入力レベル及び出力レベルの比が一定になるようにポンプ光のパワーを調節する。
【００５８】
フォトディテクタ３８の出力電気信号は自動レベル制御（ＡＬＣ）回路４０にも供給される。
【００５９】
ＡＬＣ回路４０は、光増幅器８の出力レベルが一定に保たれるように可変光減衰器２８による減衰を制御する。
【００６０】
特にこの実施形態では、第１の光フィルタ６の上流側に第２の光増幅器４２が付加的に設けられている。即ち、この装置は２段構成を有しており、光増幅器４２及び８はそれぞれ前段光増幅器及び後段光増幅器として機能する。光増幅器４２を複数にすることによって、この装置は多段構成となる。
【００６１】
光増幅器４２は、ＥＤＦ４４と、０．９８μｍ帯に含まれる波長を有するポンプ光を出力するポンプ光源４６と、ポンプ光をＥＤＦ４４の第１端４４ＡからＥＤＦ４４に供給するためのＷＤＭカプラ４８とを備えている。
【００６２】
ＥＤＦ４４の第２端４４Ｂは光アイソレータ５０及び分岐カプラ５２を介して第１の光フィルタ６に接続される。分岐カプラ５２により分岐された出力モニタ光はフォトディテクタ５４に供給される。フォトディテクタ５４から出力される電気信号には光増幅器４２の出力レベルが反映され、この電気信号はＡＧＣ回路５６に供給される。
【００６３】
入力ポート２とＷＤＭカプラ４８との間には、光アイソレータ５８及び分岐カプラ６０がこの順に接続されている。分岐カプラ６０により分岐された入力モニタ光はフォトディテクタ６２に供給される。フォトディテクタ６２から出力される電気信号には光増幅器４２の入力レベルが反映され、この電気信号はＡＧＣ回路５６に供給される。
【００６４】
ＡＧＣ回路５６は、光増幅器４２の入力レベル及び出力レベルに基づきポンプ光源４６から出力されるポンプ光のパワーを制御し、この制御の結果、ＥＤＦ４４によって与えられる利得特性が一定に保たれる。ＡＧＣ回路５６は、例えば、光増幅器４２の入力レベル及び出力レベルの比が一定になるようにポンプ光をパワーを調節する。
【００６５】
ポンプ光源２０及び４６の各々としてはレーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。この場合、各ポンプ光のパワーは各レーザダイオードの駆動電流により調節することができる。
【００６６】
入力ポート２に入力されたＷＤＭ信号光は、まず前段光増幅器４２によって増幅される。この増幅プロセスにおいては、ＡＧＣ回路５６が採用されていることにより、利得特性（利得の波長依存性）は光増幅器４２の入力レベルに係わらず一定である。
【００６７】
増幅されたＷＤＭ信号光は、次いで、第１の光フィルタ６を通過する。フィルタ６においては、第２の帯域Ｂ２に含まれる光信号について利得補償が行われる。
【００６８】
フィルタ６を通過したＷＤＭ信号光は、可変光減衰器２８によって制御された減衰を受けた後、後段光増幅器８に供給される。
【００６９】
光増幅器８における増幅プロセスにおいては、ＡＧＣ回路３４が採用されていることにより、利得特性は光増幅器８の入力レベルに係わらず一定である。
【００７０】
光増幅器８により増幅されたＷＤＭ信号光は次いで第２の光フィルタ１０を透過する。フィルタ１０においては、第１の帯域Ｂ１に含まれる光信号について利得補償が行われる。フィルタ１０を透過したＷＤＭ信号光は出力ポート４から出力される。
【００７１】
ＡＬＣ回路４０及び可変光減衰器２８の採用により、入力レベルに係わらず出力光パワーを一定に保つことができる。ここで、可変光減衰器２８を用いて出力光パワーについてのＡＬＣを行うようにしているのは、光増幅器８及び４２の各々において利得特性を一定に保つために各ポンプ光のパワーが制御されており、各ポンプ光のパワーの調節によってＡＬＣを行うことができないからである。
【００７２】
光増幅器８及び４２の各々において利得特性が一定に保たれていることにより、フィルタ６及び１０の各々が固定された特性を有しているにも係わらず、この装置における利得の波長依存性は常に抑圧される。即ち、入力レベルに係わらず利得の波長依存性の抑圧が可能になるのである。
【００７３】
この実施形態において、前段光増幅器４２におけるポンプ光の波長を０．９８μｍ帯に設定しているのは、比較的パワーが小さい信号光の増幅過程において雑音特性が大きく劣化することを防止するためである。０．９８μｍ帯の波長を有するポンプ光によるＥＤＦのポンピングは、増幅器を低雑音化する上で有効である。
【００７４】
また、後段光増幅器８におけるポンプ光の波長を１．４８μｍ帯に設定しているのは、高い光出力パワーを得るためである。０．９８μｍ帯で発振するレーザダイオードに比べて１．４８μｍ帯で発振するレーザダイオードの高出力化は容易であり、従って、そのようなハイパワーなポンプ光を用いることによって装置の光出力パワーを大きくすることができる。
【００７５】
図６の実施形態においては、光増幅器８及び４２の各々において信号光及びポンプ光が当該ＥＤＦ内を同じ向きに伝搬するようにされ、フォワードポンピングがなされているが、信号光及びポンプ光が光増幅媒体内を互いに逆向きに伝搬するようにしてバックワードポンピングを行ってもよい。また、各光増幅媒体に対して２つのポンプ光源を用いてその光増幅媒体に対してフォワードポンピング及びバックワードポンピングの両方、即ち双方向ポンピングを行うようにしてもよい。その際には、異なるポンプ光波長（例えば０．９８μｍと１．４８μｍ）によるハイブリッドの双方向ポンピングを実現してもよい。
【００７６】
また、第１の光フィルタ６、可変光減衰器２８及び分岐カプラ３０は信号光伝搬方向にこの順に設けられているが、これらの配置順序は任意である。また、第２の光フィルタ１０及び分岐カプラ３６は入れ換えて配置されてもよい。即ち、フィルタ６及び１０の各々はＡＧＣのためのループの内側にあってもよいし、外側にあってもよいのである。
【００７７】
図７の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による第１の基本構成の優位性を従来技術との対比により立証するための比較実証実験で用いた装置の構成を示す図である。
【００７８】
図７の（Ａ）は光フィルタを用いない２段構成の従来技術を示している。入力ポート２及び出力ポート４間に、前段光増幅器４２、可変光減衰器２８及び後段光増幅器８がこの順に設けられている。
【００７９】
図７の（Ｂ）は２段構成の間にだけ光フィルタが挿入された従来技術を示している。入力ポート２及び出力ポート４間に、前段光増幅器４２、可変光減衰器２８、組み合わせ光フィルタ６４及び後段光増幅器８がこの順に設けられている。組み合わせ光フィルタ６４は本発明に適用可能な第１の光フィルタ６と第２の光フィルタ１０とをカスケード接続して構成される。
【００８０】
図７の（Ｃ）は２段構成の出力側にだけ光フィルタを設けた従来技術を示している。組み合わせフィルタ６４は後段光増幅器８及び出力ポート４間に設けられている。
【００８１】
図７の（Ｄ）は本発明が適用される装置を示している。入力ポート２及び出力ポート４間には、前段光増幅器４２、可変光減衰器２８、第１の光フィルタ６、後段光増幅器８及び第２の光フィルタ１０がこの順に設けられている。
【００８２】
尚、実験では、各前段光増幅器４２におけるポンプ光のパワーは１００ｍＷに設定され、各後段光増幅器８におけるポンプ光のパワーは１５０ｍＷに設定され、各可変光減衰器２８における減衰は−１２．７ｄＢに設定された。
【００８３】
図８の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実験で用いた第１の光フィルタ６、第２の光フィルタ１０及び組み合わせフィルタ６４の特性を示すグラフである。各グラフにおいて、縦軸は透過損失（ｄＢ）、横軸は波長（μｍ）である。この実験で用いたフィルタ６，１０及び６４の各々はファイバグレーティングによって提供された。
【００８４】
第１の光フィルタ６は、図８の（Ａ）に示されるように、相対的に低い利得及び雑音指数を与える概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有していた。
【００８５】
第２の光フィルタ１０は、図８の（Ｂ）に示されるように、相対的に高い利得及び雑音指数を与える概略１．５２乃至１．５４μｍの帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有していた。
【００８６】
従って、組み合わせフィルタ６４は、図８の（Ｃ）に示されるように、概略１．５２乃至１．５６μｍの帯域における利得の波長依存性を抑圧するような特性を有していた。
【００８７】
図９の（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図７の（Ａ）〜（Ｄ）で得られた出力光のスペクトルを示すグラフである。各グラフにおいて、縦軸は光パワー（ｄＢｍ）、横軸は波長（μｍ）である。実験では、１．５２乃至１．５６μｍの帯域にそれぞれ含まれる波長を有する５チャネルの光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が用いられた。各入力ポート２における各チャネルの光信号のピークパワーは−１９．９ｄＢｍに設定された。
【００８８】
実験では、図７の（Ａ）〜（Ｄ）の各々の構成において、最小光出力パワーＰmin（ｄＢｍ）、光出力パワーの偏差（最大光出力パワー及び最小光出力パワー間の偏差）ΔＰ（ｄＢ）、最大（最悪）雑音指数ＮＦmax（ｄＢ）及び雑音指数偏差（最大（最悪）雑音指数及び最小（最良）雑音指数間の偏差）ΔＮＦ（ｄＢ）が測定され、測定結果が比較された。測定結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
0004056901.tif 000003
【００９０】
実験結果の比較から、次のことがわかる：
（１）図７の（Ｃ）との比較において、雑音指数の偏差ΔＮＦが０．５４（＝０．８９−０．３５）ｄＢ低減された；
（２）図７の（Ｂ）との比較において、最大雑音指数ＮＦmaxが０．６２（＝７．０４２−６．４２２）ｄＢ改善された；
（３）図７の（Ａ）との比較において、光出力パワーの偏差ΔＰが４．２６（＝６．３７−２．１１）ｄＢ低減された；
（４）図７の（Ｃ）との比較において、最小光出力パワーＰminが１．８３（＝３．３５−１．５２）ｄＢ改善された；
（５）図７の（Ｂ）との比較において、全てのチャネルの光信号について雑音指数が改善された（最大で０．６２ｄＢ）；
（６）図７の（Ｃ）との比較において、全てのチャネルの光信号について光出力パワーが増大した。
【００９１】
以上の通り、多段構成における最終段に本発明による第１の構成を適用することによる技術的効果が実証された。
【００９２】
尚、図７の（Ａ）〜（Ｄ）の全ての構成において、最小光出力パワーＰminは実験で用いた５チャネルの光信号の内、最短波長チャネルから２つ目のチャネルの光信号によって与えられ、最大雑音指数ＮＦmaxは最短波長チャネルの光信号によって与えられた。
【００９３】
図１０は本発明による装置の第２の基本構成を示す図である。この装置は、増幅されるべき信号光が供給される入力ポート２と、増幅された信号光を出力するための出力ポート４とを有している。信号光は、その波長が変動する可能性を有する単一波長チャネルの信号光であってもよいし、互いに異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光であってもよい。
【００９４】
入力ポート２及び出力ポート４間には、信号光の伝搬方向に向かって、光フィルタ６６及び光増幅器８′がこの順に設けられている。光フィルタ６６は符号６６′で示されるように光増幅器８′と出力ポート４との間に設けられていてもよい。
【００９５】
光増幅器８′は、信号光のための入力端１２Ａ及び出力端１２Ｂを有する光増幅媒体１２と、光増幅媒体１２をポンピングするためのポンピングユニット１４′とを含む。
【００９６】
ここでは、ポンピングユニット１４′は、光増幅媒体１２が予め定められた帯域において実質的に単純な利得特性を有するように光増幅媒体１２をポンピングする。光フィルタ６６又は６６′は、上記実質的に単純な利得特性によって与えられる利得の波長依存性を抑圧するような特性を有している。
【００９７】
光増幅媒体１２としては、希土類元素を含むドーパントがドープされたドープファイバを用いることができる。この場合、ポンピングユニット１４′は適切な波長及びパワーを有するポンプ光を入力端１２Ａ及び出力端１２Ｂの少なくとも一方から光増幅媒体１２に供給するためのポンプ光源を含む。
【００９８】
予め定められた帯域が１．５５μｍを含む場合には、Ｅｒ（エルビウム）を含むドーパントがドープファイバに対して適している。この場合、例えば、予め定められた帯域は１．５４乃至１．５６μｍの波長によって提供され、ポンプ光の波長は０．９８μｍ帯及び１．４８μｍ帯の少なくも何れかに含まれる。
【００９９】
光増幅媒体１２として半導体チップを用いることもできる。この場合、ポンピングユニット１４′は半導体チップに電流を注入するための電流源を含む。
【０１００】
図１１は、光増幅媒体１２がＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）を含む場合における光増幅器８′の利得特性の一例を示す図である。波長１５４８，１５５１，１５５４及び１５５７ｎｍの４チャネルのＷＤＭ信号光を同じ入力パワー（−３５ｄＢｍ／ｃｈ）で、ポンピングされているＥＤＦに入力したときの出力光のスペクトルが示されている。縦軸は光パワー（ｄＢｍ）であり、横軸は波長（μｍ）である。
【０１０１】
Ａで示されるスペクトルはポンプ光のパワーが比較的大きいときに対応しており、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域において負の利得傾斜が生じている。即ち、波長が長くなるに従って利得が減少する利得傾斜であり、利得（Ｇ）の波長（λ）による微分は負である（ｄＧ／ｄλ＜０）。
【０１０２】
Ｃで示されるスペクトルはポンプ光のパワーが比較的小さいときに対応しており、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域において正の利得傾斜が生じている。即ち、波長が長くなるに従って利得が増大する利得傾斜であり、利得の波長微分は正である（ｄＧ／ｄλ＞０）。
【０１０３】
Ｂで示されるスペクトルは、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域において利得傾斜を生じさせないための最適なポンプ光パワーに対応しており、利得の波長微分は０である（ｄＧ／ｄλ＝０）。
【０１０４】
何れのスペクトルも、ＡＳＥスペクトルに各チャネルの光信号に対応する４つの鋭いスペクトルが重畳された形状を有している。
【０１０５】
また、何れのスペクトルにおいても、１．５４μｍよりも短い帯域では複雑な利得特性が生じており、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域では実質的に単純な利得特性が得られている。
【０１０６】
例えば、光増幅器を含むシステムにＷＤＭが適用される場合、その光増幅器に利得傾斜が生じると、チャネル間利得偏差が伝送距離を制限する。このため、Ｂで示されるスペクトルが常に得られるように光増幅器の駆動条件が最適化されていることが望ましい。
【０１０７】
そのために、従来技術では、光増幅器の利得をモニタリングして、そのモニタリング値が一定になるようにポンプ光のパワーをフィードバック制御し、それによりＢで示されるようなスペクトルが維持されて利得傾斜が生じないようにしていた。
【０１０８】
しかし、利得傾斜を生じさせないためのポンプ光のパワーは大きく、ポンプ光のパワーの制御だけで利得傾斜を生じさせなくするためには、ハイパワーで高コストなポンプ光源を使用する必要があった。
【０１０９】
本発明の第２の基本構成においては、光増幅媒体１２の利得特性の制御と、光フィルタ６６又は６６′の使用とを組み合わせているので、ポンピングのための低いパワー（例えば低いポンプ光パワー）の下で利得の波長依存性を抑圧することができる。
【０１１０】
例えば、光増幅媒体１２は、図１１に符号Ｃで示されるように、概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域において正の利得傾斜を有するように、ポンピングユニット１４′によりポンピングされる。この場合、光フィルタ６６又は６６′の特性は、波長が長くなるに従って損失が増大する損失傾斜を与える。それにより、低いポンプ光のパワーの下での利得の波長依存性の抑圧が可能になる。
【０１１１】
図１２は図１０の装置の実施形態を示すブロック図である。この装置は、図６の実施形態と対比して以下の変更点を有している：
（１）本発明の第１の基本構成に従う光増幅器８に代えて本発明の第２の基本構成に従う光増幅器８′が設けられている；
（２）図１２の実施形態では概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域に含まれる信号光を前提としているので、本発明の第１の基本構成において用いられる第１の光フィルタ６に代えて、１．５３μｍ帯（例えば１．５２乃至１．５４μｍの帯域）に阻止帯域を有するリジェクションフィルタ６８が設けられている；
（３）本発明の第１の基本構成において用いられる第２の光フィルタ１０に代えて、本発明の第２の基本構成のための光フィルタ６６′が設けられている。
【０１１２】
光増幅器８′においては、ポンプ光源２０から出力されたポンプ光を第２端１８ＢからＥＤＦ１８に供給するために、ポンプ光源２０に接続されたＷＤＭカプラ２２′はＥＤＦ１８の第２端１８Ｂと光アイソレータ２６との間に設けられている。
【０１１３】
ポンプ光源２０から出力されるポンプ光のパワーは、ＡＧＣ回路３４によって、ＥＤＦ１８に生じる実質的に単純な利得特性が一定に保たれるように制御される。より具体的には、ＡＧＣ回路３４は、光増幅器８′或いは光増幅器８′及び光フィルタ６６′の組み合わせにおける入力レベル及び出力レベルの比が一定になるようにポンプ光のパワーを調節する。
【０１１４】
図１３を参照して、ＡＧＣ回路３４によって一定に保たれている利得特性の例を説明する。その利得特性によって、光増幅器８′には、波長が長くなるに従って利得が増大する利得傾斜が与えられている。図１３において、縦軸は光パワー（ｄＢｍ）、横軸は波長（ｍｎ）である。
【０１１５】
ここでは、８チャネルの光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が用いられた。光信号の波長は、それぞれ、１５４６．１２，１５４７．７２，１５４９．３２，１５５０．９２，１５５２．５２，１５５４．１３，１５５５．７５，及び１５５７．３６ｎｍであった。
【０１１６】
最小光パワーと最大光パワーの間の偏差は１．１６ｄＢであった。従って、１５４６乃至１５５７ｎｍの帯域における利得傾斜はほぼ０．１ｄＢ／ｎｍである。最小光パワーは最短光波長によって提供され、最大光パワーは最長波長によって提供されている。利得傾斜は実質的に線形的である（利得はｄＢ表示）。
【０１１７】
図１２のＡＧＣ回路３４は、例えば、図１３に示されるような利得傾斜が維持されるように、ポンプ光源２０から出力されるポンプ光のパワーを制御する。従って、利得の波長依存性を抑圧するための光フィルタ６６′が固定された特性を有しているにも係わらず、ＡＧＣ回路３４の採用によって、利得の波長依存性を安定に抑圧することができる。
【０１１８】
より具体的には、図１３により説明した利得傾斜を抑圧（望ましくは相殺）するような損失傾斜を光フィルタ６６′が有している。
【０１１９】
図１４を参照すると、光フィルタ６６′の特性の一例が示されている。縦軸は透過損失（ｄＢ）、横軸は波長（ｎｍ）である。
【０１２０】
光フィルタ６６′は概略１．５４乃至１．５６μｍの帯域で波長が長くなるに従って損失が増大する特性を有しており、その損失傾斜はほぼ０．１ｄＢ／ｎｍである。従って、光フィルタ６６′の損失傾斜によって光増幅器８′の利得傾斜が相殺される。
【０１２１】
尚、図１２の実施形態においては、リジェクションフィルタ６８及び光フィルタ６６′の各々はファイバグレーティングによって提供可能である。
【０１２２】
図１５は、本発明の装置の第２の基本構成において、光フィルタが出力側に設けられる場合、即ち光フィルタ６６′が用いられる場合における所要ポンプ光パワー及び雑音指数（ＮＦ）と光フィルタの傾斜量（損失傾斜）との関係を示す図である。縦軸は所要ポンプ光パワー（ｍＷ）、及び雑音指数（ｄＢ）、横軸は傾斜量（ｄＢ／ｎｍ）である。ここで、所要ポンプ光パワーは、装置全体で利得傾斜を生じさせないために必要なポンプ光のパワーである。
【０１２３】
図１５のグラフを与えるデータは、図１２の実施形態に準じた構成を用いた実験及びシミュレーションにより得られた。シミュレーションにおける計算においては、Ｃ．Ｒ．Ｇａｉｌｅｓ，Ｅ．Ｄｅｓｕｒｖｉｒｅ，“Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ”，ＪＯＵＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．２，１９９１を参考にした解析モデル及び解析手法が用いられた。計算は、所定の出力値（＋６．０ｄＢｍ／ｃｈ）を得るためのＥＤＦの長さを最適化した上で、最短波長と最長波長との間で利得が平坦化するのに必要なポンプ光パワーとそのときの雑音指数について行った。
【０１２４】
図において、傾斜量が０であるというのは光フィルタ６６′を用いなかった場合に相当し、このとき所要ポンプ光パワーは約２５０ｍＷであった。これに対して、傾斜量が０．０５乃至０．２ｄＢ／ｎｍの光フィルタ６６′を用いることによって、電力増幅部である後段の所要ポンプ光パワーが４０％以上低減されることを確認した。傾斜量は、小さ過ぎると所要ポンプ光パワーの低減効果が少なく、大き過ぎると雑音指数が高くなり或いは必要なＥＤＦの長さが長くなるので、０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【０１２５】
以上の通り、波長が長くなるに従って利得が増大する利得傾斜が生じるように比較的低いポンプ光パワーでＥＤＦをポンピングしておき、且つ、波長が長くなるに従って損失が増大する損失傾斜を与える光フィルタを用い、その損失傾斜を適切に設定することによって、雑音指数を劣化させることなく利得の波長依存性を抑圧することができる。
【０１２６】
図１６は、本発明の装置の第２の基本構成において、光フィルタが入力側に設けられる場合、即ち光フィルタ６６が用いられる場合における所要ポンプ光パワー及び雑音指数と光フィルタの傾斜量（損失傾斜）との関係を示している。図１５の場合と比較して、所要ポンプ光パワーの低減効果（ポンプ効率の改善効果）は大きいが、雑音指数の劣化が大きい。傾斜量の望ましい範囲は、図１５における場合と同様の理由に基づき、０．０５乃至０．１ｄＢ／ｎｍである。
【０１２７】
よって、本発明による装置の第２の基本構成を実施する場合において、所要ポンプ光パワーの低減効果を重視する場合には、光増幅器８′の入力側に光フィルタ６６を設けるのが望ましく、一方、雑音特性を重視する場合には、光増幅器８′の出力側に光フィルタ６６′を設けるのが望ましい。
【０１２８】
本発明を実施する場合、各光フィルタとしてはファイバグレーティングが適している。ファイバグレーティングを用いることによって、前述の要求特性の（ａ）〜（ｆ）の多くを満足させることができる。
【０１２９】
光学媒質（例えばガラス）の屈折率が光照射によって恒久的に変化する場合、その媒質は感光性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）であるといわれる。この性質を用いることにより、光ファイバのコアにファイバグレーティングを作製することができる。
【０１３０】
ファイバグレーティングの特徴は、グレーティングピッチ及びファイバモードの有効屈折率によって決定される共振波長近傍の狭い帯域で光をブラッグ反射させることである。
【０１３１】
ファイバグレーティングは、例えばフェイズマスクを用いて波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍで発振するエキシマレーザを光ファイバに照射することによって作製することができる。
【０１３２】
例えば、図８の（Ａ）又は（Ｂ）に示される特性は、チャープ法を適用してファイバグレーティングを作製することによって得られる。チャープ法では、グレーティングピッチが適切な分布に従って設定され、それにより所望の特性が得られる。現実的に、図８の（Ｂ）のファイバグレーティングについては、１５２８乃至１５６２ｎｍの帯域で設計通りの特性が得られることが実証されている。
【０１３３】
ファイバグレーティングの温度特性が良好であることを実証するために、図１２のリジェクションフィルタ６８及び光フィルタ６６′（６６）について実験を行った。実験対象となる各ファイバグレーティングを２３．３°Ｃ，９１．２°Ｃ，及び−５．４°Ｃの環境にこの順でそれぞれ長期間放置し、種々の項目についての測定が行われた。
【０１３４】
リジェクションフィルタに関しては、リジェクション域にて最小出力を示す波長の変化量は１．１９（ｎｍ）であり、光フィルタ６６′（６６）に関しては、傾斜量及び挿入損失共に殆ど変化が見られなかった。
【０１３５】
ファイバグレーティングは光回路を構成するための光ファイバに直接スプライス接続することができ、スプライスによる損失は約０．１ｄＢであるから、ファイバグレーティングの挿入損失は小さい。
【０１３６】
光源及び偏波コントローラを用いてファイバグレーティングの偏光依存性及び偏光依存性の温度依存性について測定を行ったところ、これらの依存性は殆どなかった。
【０１３７】
信号光の帯域が３０ｎｍであり、ファイバグレーティングのグレーティングの実質的長さが３０ｍｍである場合、光の遅延は４．８ｐｓ／ｎｍと見積もられる。従って、ファイバグレーティングによる波長分散は実用上十分小さいということができるが、高速伝送においてこの遅延が累積すると許容範囲を越える恐れがある。そのための対策については後述する。
【０１３８】
チャープ法によりファイバグレーティングが作製された場合、各グレーティングがファイバ軸に対して垂直であることに起因して、反射光がファイバの導波モードに結合される。その結果、所望の特性を得るために複数のファイバグレーティングをカスケード接続している場合には、反射光の影響により設計通りの特性を得られないことがあり、また、単一のファイバグレーティングにより設計通りの特性が得られたとしても、そのファイバグレーティングに光学的に接続されている光増幅媒体に反射光が戻ることにより所望の利得特性が得られない可能性がある。このような可能性を排除するためには光アイソレータの使用が有効であるが、光アイソレータの使用は装置構成を複雑化且つ大型化させる。
【０１３９】
ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）法又はロングピリオド法を適用してファイバグレーティングを得ることによって、反射光を有効に除去することができる。ブレーズド法では、各グレーティングがファイバ軸に対して斜めに形成され、これにより反射光がファイバ外に放出される。ロングピリオド法では、グレーティングピッチが比較的大きく設定され、それにより反射光が除去される。
【０１４０】
チャープ法、ブレーズド法又はロングピリオド法についての付加的な詳細については、Ｙｕ  Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ  ａｎｄ  Ｓｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”，ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．２８９３，ｐｐ４４１−４４７及びＰ．ＳｔＪ  Ｒｕｓｓｅｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”，Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｗｏｒｌｄ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９９３，ｐｐ４１−４６を参照されたい。
【０１４１】
図１７は本発明による光ファイバ通信システムの実施形態を示すブロックである。このシステムは、第１の端局７０と、第２の端局７２と、端局７０及び７２を結ぶ光ファイバ伝送路７４と、光ファイバ伝送路７４の途中に設けられる複数（図では２つ）の光中継器７６とを備えている。各光中継器７６は、本発明による第１又は第２の基本構成に従う装置７８を含む。単一の光中継器７６が用いられていてもよい。
【０１４２】
第１の端局７０は、互いに異なる波長を有する複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信機（ＯＳ）８０（＃１，＃２，…，＃ｎ）と、複数の光信号を波長分割多重してＷＤＭ信号光にして光ファイバ伝送路７４に出力する光マルチプレクサ（ＭＵＸ）８２とを含む。
【０１４３】
第２の端局７２は、光ファイバ伝送路７４により伝送されたＷＤＭ信号光を複数の光信号に分ける光デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ）８４と、複数の光信号をそれぞれ受ける複数の光受信機８６（＃１，＃２，…，＃ｎ）とを含む。
【０１４４】
この構成によると、光ファイバ７４の途中に設けられた少なくとも１つの光中継器７６によってＷＤＭ信号光の損失が補償されるので、長距離伝送が可能になる。この効果を得るために、第１の端局７０がブースタアンプ（ポストアンプ）としての光増幅器を有していてもよいし、第２の端局７２がプリアンプとしての光増幅器を有していてもよい。
【０１４５】
特に、ここでは各光中継器７８は本発明による装置７８を有しているので、各光中継器７６内における利得の波長依存性が抑圧され、利得偏差による伝送距離の制限が小さくなる。また、各装置７８に本発明の第２の基本構成が適用されている場合には、各装置７８において低いポンプ光のパワーの下で利得の波長依存性を抑圧することができるので、信頼性が高く且つ安価なシステムの構築が可能になる。
【０１４６】
前述のように、本発明を実施する上で使用する各光フィルタとしてファイバグレーティングを用いる場合、各ファイバグレーティングでは約４．８ｐｓ／ｎｍの遅延が生じる。図１７のシステムにおいて、各装置７８に本発明の第１の基本構成が適用される場合には、各装置７８には２つの光フィルタが含まれているので、装置７８の数が例えば９である場合には、全体での分散値は８６．４ｐｓ／ｎｍ（＝４．８ｐｓ／ｎｍ×２×９）になる。
【０１４７】
例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの外部変調が適用されるシステムにおいては、波長分散の限界値は約７５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであるから、この場合、８６．４ｐｓ／ｎｍの分散値は限界値の約１２％に達し、許容範囲を越えてしまう。
【０１４８】
図１７のシステムにおいて、各装置７８における分散値を小さくして理想的には０にし、或いは、システム全体の波長分散を管理する上で、本発明による第１の基本構成は効果的である。具体的には次の通りである。
【０１４９】
光フィルタの各々としてファイバグレーティングを用いる場合、図１８の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ファイバグレーティングの挿入の向きにより波長分散の符号（正負）を選択可能である。例えば、ファイバグレーティングに異なる波長λＡ及びλBの光が供給された場合に、ブラッグ反射の位置が異なるので、例えば図１８の（Ａ）で正の波長分散が得られている場合に、図１８の（Ｂ）に示されるようにファイバグレーティングの挿入の向きを逆にすることによって、そのファイバグレーティングは負の波長分散を与えるのである。
【０１５０】
従って、図１７の各装置７８に本発明による第１の基本構成が適用されている場合には、図１の第１の光フィルタ６によって与えられる第１の波長分散と第２の光フィルタ１０によって与えられる第２の波長分散の符号を互いに異なるように設定しておくことによって、各装置７８における波長分散を小さくすることができる。特に、第１及び第２の波長分散の絶対値を実質的に等しくしておくことによって、各ファイバグレーティングにおける波長分散を相殺することができ、各装置７８における波長分散を実質的に０にすることができる。従って、端局７０及び７２間における光ファイバ伝送路７４の波長分散を管理して波長分散に起因する伝送特性の劣化を防ぐ対策を既に施してあるシステムについては、各装置７８における波長分散を実質的に０に設定することによって、既存の波長分散の管理方法をそのまま適用することができる。
【０１５１】
ここで、波長分散の管理というのは、端局７０及び７２間におけるトータルの波長分散を予め定められた値或いは範囲内に設定することである。
【０１５２】
例えば、端局７０及び７２間の光ファイバ伝送路７４における波長分散の管理が十分に行われていない場合には、前述の第１及び第２の波長分散を同じ符号にしておき、光ファイバ伝送路７４によって与えられる波長分散を各装置７８の波長分散（第１及び第２の波長分散の和）によって積極的に相殺して、波長分散の管理を行うことができる。
【０１５３】
例えば、光ファイバ伝送路７４の複数のスパンにおいては、光ファイバの製造技術上のバラツキ或いは信号光の波長の変動によって、各スパン毎に波長分散の符号が正になったり負になったりする。その結果、光ファイバ伝送路７４の全長における波長分散の符号が正である場合には、各装置７８によって与えられる波長分散の符号を負に設定するのである。
【０１５４】
更に、自己位相変調（ＳＰＭ）等のファイバの非線形効果に起因する波形劣化を防止するために、端局７０及び７２間において局部的に或いは全体的に予め定められた波長分散を設定しておくことがある。このような場合にも、各装置７８において所望の波長分散の値を設定することができる。
【０１５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、低い雑音指数及び高い光出力パワーを得ることができ且つ利得の波長依存性を抑圧することができる方法、装置又はシステムの提供が可能になるという効果が生じる。
【０１５６】
また、本発明によると、光増幅媒体の低いポンピングパワー（例えばポンプ光のパワー）の下で利得の波長依存性を抑圧することができる方法、装置又はシステムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の第１の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光増幅媒体１２によって提供される利得帯域の説明図である。
【図３】図１の第１の光フィルタ６及び第２の光フィルタ１０の特性の例を示す図である。
【図４】図１の装置の出力光のスペクトルの例を示す図である。
【図５】光増幅器における利得と入力光パワーの関係の一例を示す図である。
【図６】図１の装置の実施形態を示すブロック図である。
【図７】比較実証実験で用いた装置の構成を示す図である。
【図８】実験で用いた光フィルタの特性を示す図である。
【図９】実験で得られたスペクトルを示す図である。
【図１０】本発明による装置の第２の基本構成を示す図である。
【図１１】ポンプ光のパワーに従う利得傾斜の変化の説明図である。
【図１２】図１０の装置の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１２の光増幅器８′における利得傾斜を示す図である。
【図１４】図１２の光フィルタ６６′の特性を示す図である。
【図１５】光フィルタが出力側に設けられる場合における所要ポンプ光パワー及び雑音指数と傾斜量との関係を示す図である。
【図１６】光フィルタが入力側に設けられる場合における所要ポンプ光パワー及び雑音指数と傾斜量との関係を示す図である。
【図１７】本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図１８】ファイバグレーティングの挿入の向きによる波長分散の正負を説明するための図である。
【符号の説明】
２  入力ポート
４  出力ポート
６  第１の光フィルタ
８，８′  光増幅器
１０  第２の光フィルタ
１２  光増幅媒体
１４，１４′  ポンピングユニット
６６，６６′  光フィルタ
【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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