(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域の信号光を分離した状態で、最短波長を１５７４ｎｍ、最長波長を１６１４ｎｍとした波長帯域内において増幅用光導波路を伝搬する信号光を増幅する光増幅器であって、
Ｅｒ、Ｐ、及びＡｌがそれぞれ所定の添加量添加された石英系の第１増幅用光導波路と、
Ｅｒが所定の添加量添加された石英系の第２増幅用光導波路と、
前記第１増幅用光導波路に対して１．４８μｍ励起光を供給し、前記第２増幅用光導波路に対して所定波長の励起光を供給する励起光供給手段とを備え、
前記第１増幅用光導波路及び前記第２増幅用光導波路は、前記信号光の伝搬方向に対して前記第１増幅用光導波路を前段、前記第２増幅用光導波路を後段として直列に接続されるとともに、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の前記信号光を増幅し、前記第２増幅用光導波路は、Ｅｒに加えてＡｌが添加され、かつ、Ｐを無添加として形成され、
前記第１増幅用光導波路での利得スペクトルが、前記波長帯域内において最も平坦化されるように、前記第１増幅用光導波路内での反転分布が設定されていることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記励起光供給手段は、前記第１増幅用光導波路と前記第２増幅用光導波路との間に設けられた光合波手段を介して、前記第１増幅用光導波路または前記第２増幅用光導波路の少なくとも一方に対して前記励起光を供給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】
前記第１増幅用光導波路と前記第２増幅用光導波路との間に、前記信号光の伝搬方向に伝搬する光に対する減衰率よりも、前記信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する光に対する減衰率が大きい光学素子が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第１増幅用光導波路は、吸収条長積ピークが７６０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項５】
前記第１増幅用光導波路は、吸収条長積ピークが６５０ｄＢ以下であ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１増幅用光導波路及び前記第２増幅用光導波路は、それぞれ第１増幅用光ファイバ及び第２増幅用光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項７】
入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタが設置されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
【請求項８】
前記第１増幅用光導波路及び前記第２増幅用光導波路が直列に接続された光導波路に対して並列に接続された第３増幅用光導波路と、
前記第３増幅用光導波路に対して、所定波長の励起光を供給する第２励起光供給手段とをさらに備え、
前記第３増幅用光導波路は、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の前記信号光を増幅することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
【請求項９】
所定の信号光波長帯域内にある信号光が伝送される光伝送路と、
前記光伝送路上の所定位置に設置されて、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の前記信号光を増幅する請求項１記載の光増幅器とを備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項１０】
所定の信号光波長帯域内にある信号光が伝送される光伝送路と、前記光伝送路上の所定位置に設置された光増幅システムとを備え、
前記光増幅システムは、
波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の前記信号光を増幅する請求項１記載の光増幅器である第１光増幅器と、
前記第１光増幅器に対して並列に接続され、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の前記信号光を増幅する第２光増幅器とを有することを特徴とする光伝送システム。
【請求項１１】
前記光増幅システムは、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器に対して並列に接続され、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長の前記信号光を増幅する第３光増幅器を有することを特徴とする請求項１０記載の光伝送システム。
【請求項１２】
前記光増幅システムにおいて、前記第１光増幅器の入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタが設置され、前記第３光増幅器は、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路を増幅用光導波路として、前記光除去フィルタで除去された光は、前記第３光増幅器に対して、その入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置から入力されることを特徴とする請求項１１記載の光伝送システム。
【請求項１３】
所定の信号光波長帯域内にある信号光が伝送される光伝送路と、前記光伝送路上の所定位置に設置された光増幅システムとを備え、
前記光増幅システムは、
波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の前記信号光を増幅する請求項１記載の光増幅器である第１光増幅器と、
前記第１光増幅器に対して並列に接続され、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長の前記信号光を増幅する第３光増幅器とを有することを特徴とする光伝送システム。
【請求項１４】
前記光増幅システムにおいて、前記第１光増幅器の入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタが設置され、前記第３光増幅器は、Ｔｍが所定の添加量添加された光導波路を増幅用光導波路とし、前記光除去フィルタで除去された光は、前記第３光増幅器に対して、その入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置から入力されることを特徴とする請求項１３記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を励起光によって増幅する光増幅器、及びそれを用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、光伝送システムにおいて光ファイバ伝送路などの光伝送路を伝送される信号光に対して、光伝送路での伝送損失を補償すべく信号光を増幅するものである。光増幅器は、増幅用光ファイバなどの増幅用光導波路と、増幅用光導波路へと励起光を供給する励起光供給手段とを備えて構成される。そして、励起光が供給されている増幅用光導波路に信号光が入力されると、この入力した信号光は増幅用光導波路において増幅される。
【０００３】
このような光増幅器としては、例えば、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素を増幅のための蛍光物質として用いる希土類元素添加ファイバ増幅器がある。希土類元素添加ファイバ増幅器（例えばＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier、Ｅｒ添加ファイバ増幅器）は、希土類元素を添加した光ファイバ（例えばＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber、Ｅｒ添加光ファイバ）を増幅用光導波路として用いた光増幅器である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１７５６０号公報
【非特許文献１】
Motoki KAKUI and Shinji ISHIKAWA, "Long-Wavelength-Band Optical Amplifiers Employing Silica-Based Erbium Doped Fibers Designed for Wavelength Division Multiplexing Systems and Networks", IEICE Transactions on Electronics, E83-C No.6, p.799-815 (2000)
【非特許文献２】
Tadashi Kasamatsu, Yutaka Yano, and Hitoshi Sekita, "Novel 1.50-μm Band Gain-Shifted Thulium-Doped Fiber Amplifier by using Dual Wavelength Pumping of 1.05 μm and 1.56 μｍ", OAA1999, Postdeadline paper 1 (1999)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した大容量高速通信や長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、光ファイバ伝送路に互いに異なる波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光を伝送させることにより、高速・大容量の光通信を行うものである。また、ＷＤＭ伝送システムでは、さらなる大容量化のため、多波長信号光の信号光波長帯域の広帯域化が進められている。
【０００６】
このようなＷＤＭ伝送システムにおいては、主に、波長１．５５μｍ帯の波長帯域内にある光が信号光として用いられている。より具体的には、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンド（Conventional band）波長帯域が、ＷＤＭ伝送システムにおける信号光波長帯域として利用される。上述したＥＤＦＡは、このＣバンド波長帯域を増幅波長帯域とする光増幅器であり、したがって、ＷＤＭ伝送システムを構築する上で重要なものとなっている。
【０００７】
一方、波長１．５５μｍ帯での信号光波長帯域を拡張して広帯域化するため、波長１５７０〜１６００ｎｍのＬバンド（Long-wavelength band）波長帯域の利用が進められている。このようなＬバンド波長帯域をＷＤＭ伝送システムにおける信号光波長帯域として有効に利用するためには、Ｃバンド波長帯域に対するＥＤＦＡと同様に、Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とする光増幅器の開発が不可欠である。
【０００８】
これに対して、Ｌバンド波長帯域での信号光を増幅することが可能な光増幅器として、例えば、非特許文献１「IEICE Trans. on Electronics, E83-C No.6 p.799 (2000)」及び特許文献１「特開平１１−３１７５６０号公報」に、通常のＥＤＦに代えてＰ添加ＥＤＦまたはＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いたＥＤＦＡが記載されている。しかしながら、これらのＥＤＦＡにおいても、Ｌバンド波長帯域に対する光増幅器としての充分な特性は得られていない。特に、光増幅器の特性においては、増幅利得の大きさや平坦性などの利得特性、及び光増幅器中で発生する雑音光の雑音特性が重要となるが、上記の光増幅器においては、これらの特性がＬバンド波長帯域において充分に両立されていないという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、波長１５７０ｎｍ以上の信号光波長帯域内にある信号光を良好な利得特性で増幅するとともに、その雑音特性が向上された光増幅器、及びそれを用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光増幅器は、増幅用光導波路を伝搬する信号光を増幅する光増幅器であって、（１）Ｅｒ（エルビウム）、Ｐ（リン）、及びＡｌ（アルミニウム）がそれぞれ所定の添加量添加された石英系の第１増幅用光導波路と、（２）Ｅｒ（エルビウム）が所定の添加量添加された石英系の第２増幅用光導波路と、（３）第１増幅用光導波路及び第２増幅用光導波路に対して、それぞれ所定波長の励起光を供給する励起光供給手段とを備え、（４）第１増幅用光導波路及び第２増幅用光導波路は、信号光の伝搬方向に対して第１増幅用光導波路を前段、第２増幅用光導波路を後段として直列に接続されるとともに、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の信号光を増幅し、第２増幅用光導波路は、Ｅｒに加えてＡｌが所定の添加量で添加され、かつ、Ｐを無添加として形成され、第１増幅用光導波路での利得スペクトルが、最短波長を１５７４ｎｍ、最長波長を１６１４ｎｍとした波長帯域内において最も平坦化されるように、第１増幅用光導波路内での反転分布が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
上記した光増幅器においては、光増幅器内での光伝送路となる増幅用光導波路を、それぞれＥｒが添加された少なくとも２段の増幅用光導波路から構成するとともに、その前段の光導波路として、Ｐ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路を適用している。これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅することが可能となり、また、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における雑音特性を向上することができる。
【００１２】
また、この前段のＰ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路に対し、後段の増幅用光導波路として、さらにＥｒ添加光導波路を接続している。これら２本の増幅用光導波路を合わせることにより、雑音特性を良好に保持しつつ、増幅利得の大きさや平坦性などの利得特性を好適に設定することが可能となる。以上より、波長１５７０ｎｍ以上の信号光波長帯域内にある信号光を良好な利得特性で増幅するとともに、その雑音特性が向上された光増幅器が実現される。
【００１３】
また、励起光供給手段は、第１増幅用光導波路と第２増幅用光導波路との間に設けられた光合波手段を介して、第１増幅用光導波路または第２増幅用光導波路の少なくとも一方に対して励起光を供給することを特徴とする。これにより、光導波路の長手方向について、増幅用光導波路内での反転分布の一様性を向上することができるので、信号光の増幅を好適に行うことが可能となる。
【００１４】
また、第１増幅用光導波路と第２増幅用光導波路との間に、信号光の伝搬方向に伝搬する光に対する減衰率よりも、信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する光に対する減衰率が大きい光学素子（例えば、光アイソレータ）が設けられていることが好ましい。これにより、光導波路を逆方向に伝搬する自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）を低減することができる。
【００１５】
また、励起光供給手段は、第１増幅用光導波路に対して、励起光として波長１．４８μｍ帯の励起光を供給することを特徴とする。このような波長の励起光を用いてＰ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路を励起することにより、励起光による励起効率が向上され、また、雑音指数の劣化が防止される。
【００１６】
また、第２増幅用光導波路は、Ｅｒに加えてＡｌが所定の添加量で添加され、かつ、Ｐを無添加として形成されていることを特徴とする。このようなＡｌ添加のＥｒ添加光導波路を後段の増幅用光導波路として適用することにより、全体としての増幅利得を充分に大きくすることができる。
【００１７】
また、第１増幅用光導波路は、吸収条長積ピークが７６０ｄＢ以下であることが好ましい。あるいは、第１増幅用光導波路は、吸収条長積ピークがさらに６５０ｄＢ以下であることが好ましい。これにより、Ｐ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路における励起効率を好適に保つことができる。
【００１８】
また、第１増幅用光導波路及び第２増幅用光導波路は、それぞれ第１増幅用光ファイバ及び第２増幅用光ファイバであることを特徴とする。このように、増幅用光導波路として、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦなどのＥｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いることにより、増幅用光導波路の導波路長を充分な長さにとることができるなど、光増幅器を好適に構成することができる。
【００１９】
また、第１増幅用光導波路での利得スペクトルが、最短波長を１５７４ｎｍ、最長波長を１６２０ｎｍより短い所定波長とした波長帯域内において最も平坦化されるように、第１増幅用光導波路内での反転分布が設定されることを特徴とする。これにより、波長１５７０ｎｍ以上で信号光波長帯域として使われる波長帯域において、良好な平坦性を有する利得特性が得られる。
【００２０】
また、入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタが設置されていることが好ましい。これにより、Ｌバンド波長帯域の信号光に対してＣバンド波長帯域などの１５６５ｎｍ以下の波長帯域の信号光を充分に分離して、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を良好に増幅することができる。
【００２１】
また、光増幅器は、第１増幅用光導波路及び第２増幅用光導波路が直列に接続された光導波路に対して並列に接続された第３増幅用光導波路と、第３増幅用光導波路に対して、所定波長の励起光を供給する第２励起光供給手段とをさらに備え、第３増幅用光導波路は、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の信号光を増幅することを特徴とする。
【００２２】
このように、上述した２本の増幅用光導波路に対して、さらに第３増幅用光導波路が並列に接続された構成とすることにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域またはＳバンド波長帯域の信号光）の増幅とによって、広帯域の信号光を増幅可能な光増幅器を実現することができる。
【００２３】
ここで、第３増幅用光導波路としては、例えば、Ｅｒが所定の添加量添加されて波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の信号光を増幅する石英系の光導波路、またはＴｍ（ツリウム）が所定の添加量添加されて波長１５３０ｎｍ以下の所定波長の信号光を増幅する石英系の光導波路を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明による光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内にある信号光が伝送される光伝送路と、光伝送路上の所定位置に設置されて、増幅用光導波路を伝搬する波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の信号光を増幅する上記した光増幅器とを備えることを特徴とする。
【００２５】
このような光伝送システムによれば、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域を信号光波長帯域としたときに、そのような波長帯域に含まれる信号光を良好に伝送することが可能な光伝送システムが実現される。
【００２６】
あるいは、光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内にある信号光が伝送される光伝送路と、光伝送路上の所定位置に設置された光増幅システムとを備え、光増幅システムは、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の信号光を増幅する上記した光増幅器である第１光増幅器と、第１光増幅器に対して並列に接続され、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の信号光を増幅する第２光増幅器とを有することを特徴とする。
【００２７】
このように、上述した光増幅器に対して、さらに第２光増幅器が並列に接続された構成とすることにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域の信号光）の増幅とを行って、広帯域での信号光を良好に伝送することが可能な光伝送システムが実現される。
【００２８】
また、光増幅システムは、第１光増幅器及び第２光増幅器に対して並列に接続され、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長の信号光を増幅する第３光増幅器を有することを特徴とする。
【００２９】
これにより、上述した波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域の信号光）の増幅とに加えて、波長１５３０ｎｍ以下の信号光（例えば、Ｓバンド波長帯域の信号光）の増幅を行って、さらに広帯域での信号光を良好に伝送することが可能な光伝送システムが実現される。
【００３０】
また、光増幅システムにおいて、第１光増幅器の入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタが設置され、光除去フィルタで除去された光は、第３光増幅器に対して、その入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置から入力されることを特徴とする。
【００３１】
これにより、Ｔｍ添加ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Thulium-Doped Fiber Amplifier）などからなる第３光増幅器での信号光の増幅利得及び励起効率を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光増幅器及びそれを用いた光伝送システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００３３】
図１は、本発明による光増幅器の第１実施形態を示す構成図である。この光増幅器１は、光増幅器１内での光伝送路を構成する増幅用光導波路として、第１増幅用光導波路である第１増幅用光ファイバ１０、及び第２増幅用光導波路である第２増幅用光ファイバ２０の２本の光ファイバを備えている。
【００３４】
本実施形態においては、第１増幅用光ファイバ１０として、Ｅｒ、Ｐ、及びＡｌがそれぞれ所定の添加量で添加された石英系の光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光ファイバ（Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ）が用いられている。また、第２増幅用光ファイバ２０として、Ｅｒが所定の添加量で添加された石英系の光ファイバであるＥｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ）が用いられている。これらのＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０は、いずれも、所定の信号光波長帯域内にある信号光を励起光によって増幅することが可能な光ファイバである。
【００３５】
これらのＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０は、増幅の対象となる信号光の伝搬方向（図１中に示す矢印の方向）に対して、第１増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０を前段、第２増幅用光ファイバであるＥＤＦ２０を後段として直列に接続されている。これにより、入力端１ａから入力された信号光を出力端１ｂへと伝搬するとともに、伝搬される信号光を増幅する光増幅器１内での光伝送路が構成される。
【００３６】
Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０からなる光増幅器１内での光伝送路を伝送される信号光の伝搬方向は、入力端１ａとＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０との間に設けられた光アイソレータ３１、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に設けられた光アイソレータ３２、及びＥＤＦ２０と出力端１ｂとの間に設けられた光アイソレータ３３によって制御されている。光アイソレータ３１、３２、３３のそれぞれは、光を光伝送路の順方向（図中に矢印によって示されている方向）へと通過させるが、逆方向へは通過させないものである。
【００３７】
すなわち、光アイソレータ３１は、光増幅器１の入力端１ａから到達した光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと通過させるが、逆方向へは光を通過させない。また、光アイソレータ３２は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０から到達した光をＥＤＦ２０へと通過させるが、逆方向へは光を通過させない。また、光アイソレータ３３は、ＥＤＦ２０から到達した光を光増幅器１の出力端１ｂへと通過させるが、逆方向へは光を通過させない。
【００３８】
前段の第１増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、波長λ１の励起光を出力する励起光源１１が設置されている。この励起光源１１は、光アイソレータ３１とＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ１２によって、光増幅器１内の光伝送路へと接続されている。
【００３９】
ＷＤＭカプラ１２は、光アイソレータ３１から到達した信号光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと通過させるとともに、励起光源１１から供給された励起光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと順方向に合波させる。これにより、光増幅器１のうちでＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０を増幅用光ファイバとする前段部分は、順方向励起（前方励起）のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡとして構成されている。
【００４０】
一方、後段の第２増幅用光ファイバであるＥＤＦ２０に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、波長λ２の励起光を出力する励起光源２１が設置されている。この励起光源２１は、出力された励起光を２つに分岐する３ｄＢカプラ２２を介し、光アイソレータ３２とＥＤＦ２０との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ２３、及びＥＤＦ２０と光アイソレータ３３との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ２４によって、光増幅器１内の光伝送路へと接続されている。
【００４１】
ＷＤＭカプラ２３は、光アイソレータ３２から到達した信号光をＥＤＦ２０へと通過させるとともに、励起光源２１からカプラ２２を介して供給された励起光をＥＤＦ２０へと順方向に合波させる。また、ＷＤＭカプラ２４は、ＥＤＦ２０から到達した信号光を光アイソレータ３３へと通過させるとともに、励起光源２１からカプラ２２を介して供給された励起光をＥＤＦ２０へと逆方向に合波させる。これにより、光増幅器１のうちでＥＤＦ２０を増幅用光ファイバとする後段部分は、双方向励起のＥＤＦＡとして構成されている。
【００４２】
以上により、本実施形態の光増幅器１は、図１に示すように、順方向励起の構成を有する前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡと、双方向励起の構成を有する後段のＥＤＦＡとが直列に接続された２段構成のＥｒ添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）となっている。特に、本光増幅器１においては、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０からなる増幅用光導波路を用いることにより、光導波路を伝搬される波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を増幅することが可能とされている。
【００４３】
上記構成からなる光増幅器１において、励起光供給手段である励起光源１１、２１から波長λ１、λ２の励起光が出力されると、出力された励起光は、増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０へとそれぞれ供給される。このように増幅用光ファイバに所定波長の励起光が供給された状態にある光増幅器１に対して、光増幅器１の入力端１ａに接続されている光伝送路から光アイソレータ３１を介して波長１５７０ｎｍ以上の信号光が入力されると、この信号光は、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０と、後段のＥＤＦ２０とによって順次増幅される。そして、増幅された信号光は、光アイソレータ３３を介して出力端１ｂから出力される。
【００４４】
本実施形態による光増幅器１においては、光増幅器１内での光伝送路となる増幅用光導波路を、それぞれＥｒが添加された２段の増幅用光ファイバ１０、２０から構成するとともに、その前段の光ファイバ１０として、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを適用している。これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅することが可能となり、また、後述するように、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における雑音特性を向上することができる。
【００４５】
また、この前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対し、後段の増幅用光ファイバとして、さらにＥＤＦ２０を接続している。これら２本の増幅用光ファイバ１０及び２０を合わせて、全体での２段構成の増幅用光導波路とすることにより、上記のように雑音特性を良好に保持しつつ、かつ、増幅利得の大きさや平坦性などの利得特性を好適に設定することが可能となる。以上より、波長１５７０ｎｍ以上の信号光波長帯域内にある信号光を良好な利得特性で増幅するとともに、その雑音特性が向上された光増幅器１が実現される。
【００４６】
また、本実施形態では、後段のＥＤＦ２０に対する励起光源２１は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に光合波手段として設けられたＷＤＭカプラ２３を介して、ＥＤＦ２０に対して励起光を供給している。
【００４７】
これにより、光ファイバの長手方向について、増幅用光ファイバ内での反転分布の一様性を向上することができる。したがって、Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とする光増幅器１において、励起光吸収にかかわらず、信号光の増幅を好適に行うことが可能となる。
【００４８】
また、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間には、信号光の伝搬方向に伝搬する光に対する減衰率よりも、信号光の伝搬方向とは逆方向に伝搬する光に対する減衰率が大きい光学素子として、光アイソレータ３２を設けている。Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とするＥＤＦＡでは、Ｃバンド波長帯域で発生する自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）によって、ＥＤＦの飽和などの問題が生じる場合がある。これに対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に光アイソレータ３２などの光学素子を設置することにより、光ファイバを伝搬するＡＳＥを低減することができる。
【００４９】
図１に示した実施形態の光増幅器１における信号光の増幅特性について、具体的に説明する。
【００５０】
図２は、Ｌバンド波長帯域を含む波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における各種のＥＤＦの増幅特性を示すグラフである。ここでは、増幅特性を比較する各種のＥＤＦとしては、（１）Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ、（２）Ｐ添加ＥＤＦ、及び（３）Ａｌ添加ＥＤＦの３種類のＥｒ添加光ファイバを想定し、それぞれのＥＤＦについて、波長１．４８μｍ帯の励起光を供給する条件で増幅特性を調べている。
【００５１】
ここで、信号光波長帯域について、Ｌバンド（Long-wavelength band）波長帯域とは、例えば波長１５７０〜１６００ｎｍの波長帯域をいう。また、Ｃバンド（Conventional band）波長帯域とは、例えば波長１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域をいう。また、Ｓバンド（Short-wavelength band）波長帯域とは、例えば波長１４６０〜１５３０ｎｍの波長帯域をいう。
【００５２】
これらの信号光波長帯域のうち、Ｌバンド波長帯域は、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域に含まれている。また、Ｃバンド波長帯域及びＳバンド波長帯域は、波長１５７０ｎｍ未満の波長帯域に含まれている。ただし、各波長帯域の最短波長及び最長波長は、例えばＬバンド波長帯域での信号光の最短波長が１５７４ｎｍに設定されるなど、それぞれの光伝送システムの構成等に応じてある程度変動する。
【００５３】
図２（ａ）は、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光に対する各ＥＤＦの利得特性を示すグラフであり、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を、また、縦軸は増幅の利得（ｄＢ）をそれぞれ示している。このグラフにおいて、グラフＡ１はＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦでの利得特性、グラフＡ２はＰ添加ＥＤＦでの利得特性、グラフＡ３はＡｌ添加ＥＤＦでの利得特性を示している。
【００５４】
また、図２（ｂ）は、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光に対する各ＥＤＦの雑音特性を示すグラフであり、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を、また、縦軸は増幅での雑音指数（ＮＦ：Noise Figure、ｄＢ）をそれぞれ示している。このグラフにおいて、グラフＢ１はＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦでの雑音特性、グラフＢ２はＰ添加ＥＤＦでの雑音特性、グラフＢ３はＡｌ添加ＥＤＦでの雑音特性を示している。
【００５５】
これらの各ＥＤＦの特性について、まず、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦによる増幅特性（グラフＡ１、Ｂ１）と、Ｐ添加ＥＤＦによる増幅特性（グラフＡ２、Ｂ２）とを比較すると、利得特性においては、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における利得スペクトルは両者で大きな差はない。一方、雑音特性においては、Ａｌを共添加しないＰ添加ＥＤＦでは、波長１５７０ｎｍ近傍を含む短波長側で雑音指数が劣化しているのに対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦでは、波長帯域全体にわたって良好な雑音特性が得られている。
【００５６】
また、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦによる増幅特性（グラフＡ１、Ｂ１）と、Ａｌ添加ＥＤＦによる増幅特性（グラフＡ３、Ｂ３）とを比較すると、利得特性においては、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域に対する利得は、Ａｌ添加ＥＤＦの方が大きくなっている。ただし、Ａｌ添加ＥＤＦでは波長１６００ｎｍを超える長波長側で大きく利得が落ち込んでいるのに対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦでは、長波長側まで安定した利得が得られている。
【００５７】
また、雑音特性においても、Ａｌ添加ＥＤＦでは、長波長側で雑音特性が急激に劣化しているのに対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦでは、長波長側まで安定して小さい雑音指数となっている。このように、Ａｌ添加ＥＤＦでの増幅特性は、利得特性及び雑音特性でともに長波長側において大きく劣化している。これは、Ａｌ添加ＥＤＦでの励起状態吸収（ＥＳＡ：Excited State Absorption）の吸収断面積が、波長１６００ｎｍ以上の波長帯域で急激に大きくなるためである（非特許文献１参照）。
【００５８】
以上より、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦでは、Ｐ添加ＥＤＦに比べて、短波長側で良好な雑音特性が得られる。また、Ａｌ添加ＥＤＦに比べて、長波長側でＥＳＡの影響が小さい良好な増幅特性が得られる。したがって、図１の光増幅器１に関して上述したように、２段構成での前段の増幅用光導波路として、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを適用することにより、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を、広い波長帯域にわたって良好な利得特性及び雑音特性で増幅することが可能となる。また、このＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦに対して、後段にさらにＥＤＦを接続することにより、全体としての利得特性を好適に設定することができる。
【００５９】
次に、上記した構成の光増幅器を用いた本発明による光伝送システムについて説明する。図３は、図１に示した光増幅器を用いた光伝送システムの一実施形態を示す構成図である。本光伝送システムは、所定の信号光波長帯域内にある信号光を送信する送信局（送信器）Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局（受信器）Ｒとを備えて構成されている。
【００６０】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、図１に示した構成を有する光増幅器１が設置されている。光増幅器１は、光ファイバ伝送路Ｌを伝送されている信号光を励起光によって増幅し、特に、Ｌバンド波長帯域を含む波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を増幅する。このような光増幅器１は、例えば、光伝送システムに設けられた中継局内などに設置される。
【００６１】
このように、上記構成を有する光増幅器を備える光伝送システムによれば、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域を信号光波長帯域としたときに、そのような波長帯域に含まれる信号光を良好に伝送することが可能な光伝送システムが実現される。
【００６２】
上記した構成を有する本発明による光増幅器の特性及び好適な構成条件等について、さらに具体的に検討する。
【００６３】
まず、前段の第１増幅用光ファイバ１０として用いられるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦに対して供給する励起光について検討する。図４（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した２段構成の光増幅器における雑音指数ＮＦの波長依存性を示すグラフであり、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を、また、縦軸は雑音指数（ｄＢ）をそれぞれ示している。
【００６４】
なお、ここでは、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対して後段に接続されるＥＤＦ２０を、前段と同様のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦとしている。これにより、光増幅器１は、Ｌバンド波長帯域を含む波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域を増幅波長帯域とする２段型のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡの構成となっている。
【００６５】
図４（ａ）に示すグラフでは、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対して励起光源１１から波長０．９８μｍ帯の励起光を供給し、また、後段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ２０に対して励起光源２１から波長１．４８μｍ帯の励起光を供給したときの光増幅器１の雑音特性を示している。ここで、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０、２０の吸収条長積は、それぞれ２１０ｄＢ、６９０ｄＢに設定している。
【００６６】
一方、図４（ｂ）に示すグラフでは、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対して励起光源１１から波長１．４８μｍ帯の励起光を供給し、また、後段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ２０に対して励起光源２１から波長１．４８μｍ帯の励起光を供給したときの光増幅器１の雑音特性を示している。ここで、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０、２０の吸収条長積は、それぞれ２７０ｄＢ、７７０ｄＢに設定している。
【００６７】
Ｃバンド波長帯域を増幅波長帯域とする通常のＥＤＦＡや、Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とするＡｌ添加ＥＤＦＡなどにおいては、一般に、増幅用のＥＤＦに対する励起光として波長０．９８μｍ帯の励起光を供給した場合の方が、波長１．４８μｍ帯の励起光の場合に比べて良好な雑音特性が得られることが知られている。これに対して、増幅用光ファイバとしてＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いた図１に示すＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡでは、図４（ａ）及び（ｂ）に示す雑音特性のグラフを比較すると、逆に、０．９８μｍ帯の励起光を用いたときに、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域での雑音指数が劣化していることがわかる。
【００６８】
これは、このようなＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡにおいては、Ｌバンド波長帯域での信号光の増幅に対して充分な利得を確保するためにＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積を大きくする必要があり、したがって、長尺のＥＤＦを伝搬される間に、供給されている励起光が吸収し尽くされるためと考えられる。このＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積は、例えばＡｌ添加ＥＤＦを用いた場合に比べて１．５倍程度である。
【００６９】
このため、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦに対して供給される励起光、特に、雑音特性が重視される前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対して供給される励起光としては、波長１．４８μｍ帯の励起光を用いることが好ましい。このような波長の励起光を用いて前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０を励起することにより、励起光による励起効率が向上される。また、励起効率の向上によって信号光を高効率で増幅できるので、光増幅器１の全体として、雑音指数の劣化を防止することができる。
【００７０】
例えば、このように波長１．４８μｍ帯の励起光が供給されているＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを前段の増幅用光ファイバとした２段型のＥＤＦＡでは、波長０．９８μｍ帯の励起光が供給されているＡｌ添加ＥＤＦを前段の増幅用光ファイバとした２段型のＥＤＦＡなどと比べて、１６１０ｎｍを超える長波長側の信号光波長帯域までの広い波長帯域にわたって良好な雑音特性を保持することができる。
【００７１】
次に、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦに対して直列に接続される後段のＥＤＦについて検討する。図５は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを単段で用いた構成における励起効率の利得依存性を示すグラフである。また、図６は、Ａｌ添加ＥＤＦを単段で用いた構成における励起効率の利得依存性を示すグラフである。これらの図５及び図６のグラフでは、横軸はＬバンド波長帯域での増幅利得（ｄＢ）、縦軸は励起効率（％）をそれぞれ示している。また、増幅の対象となる信号光については、トータルでの入力信号光パワーを−２ｄＢｍとしている。
【００７２】
ここで、各グラフの横軸に示しているＬバンド波長帯域（ここでは、波長１５７０〜１６００ｎｍの波長帯域）での増幅利得については、Ｌバンドの信号光波長帯域内にある各波長の信号光での利得を全体として平坦化した利得値としている。また、各グラフの縦軸に示している励起効率は、波長１．４８μｍ帯の励起光を双方向励起の構成によってＥＤＦに供給した場合での励起効率を示している。Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とするＬバンドＥＤＦＡにおいては、増幅用光ファイバであるＥＤＦ内での反転分布について、ＥＤＦの長手方向に反転分布をできるだけ一様に保つことが励起効率を向上する上で好ましく、この点で、上記した双方向励起は好適な励起方法と考えられる。
【００７３】
Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いた場合の図５に示す励起効率のグラフと、Ａｌ添加ＥＤＦを用いた場合の図６に示す励起効率のグラフとを比較すると、これら２種類のＥＤＦそれぞれについて最適化された励起条件の下では、Ａｌ添加ＥＤＦを用いたときに、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦに比べて約１．８倍となる高い励起効率が得られている。一方、増幅用光ファイバとしてＡｌ添加ＥＤＦを適用する場合には、上述したように、Ａｌ添加ＥＤＦでは長波長側でＥＳＡの影響が大きく、利得が減少するとともに雑音特性が劣化することを考慮する必要がある。
【００７４】
ここで、２段構成の増幅用光導波路を備える光増幅器では、前段の第１増幅用光導波路については、発生した雑音光が後段の第２増幅用光導波路で増幅されてしまうので、増幅特性のうちで雑音特性が比較的重視される。一方、後段の第２増幅用光導波路については、光増幅器の全体として充分な増幅利得を確保する必要があるので、増幅特性のうちで利得特性が比較的重視される。
【００７５】
したがって、図１に示した構成の光増幅器１においては、前段の第１増幅用光ファイバ１０として、上記のように雑音特性に優れるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いることが好ましい。また、後段の第２増幅用光ファイバ２０としては、励起効率が大きく励起特性に優れるＰが無添加のＡｌ添加ＥＤＦを用いることが好ましい。このように、Ａｌ添加ＥＤＦを後段の増幅用光導波路として適用することにより、励起効率を大きくして、光増幅器１の全体としての増幅利得を充分に大きくすることができる。同時に、光増幅器１の雑音特性を良好に保つことができる。
【００７６】
なお、この後段の第２増幅用光ファイバ２０としては、光増幅器１の全体として必要とされている増幅利得の大きさなどの条件に応じて、Ａｌ添加ＥＤＦ以外の種類のＥＤＦを適用しても良い。例えば、利得特性よりも雑音特性が全体として重要な場合には、後段のＥＤＦとして前段と同様のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いる構成としても良い。また、光増幅器での増幅用光導波路を３段以上の構成とする場合には、Ａｌ添加ＥＤＦを最終段のＥＤＦとして、雑音特性の劣化を防止することが好ましい。
【００７７】
ここで、図５及び図６のグラフにおいて横軸に示しているＬバンド波長帯域での増幅利得は、ＥＤＦの吸収条長積に比例する。この増幅利得に対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いた場合の図５に示す励起効率のグラフでは、利得を大きくしていったときに、利得がある程度以上の値になった領域で逆に励起効率が低下している。
【００７８】
すなわち、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦのファイバ長が短い場合には、供給される励起光のうちでＥＤＦの励起に用いられずに素通りしてしまう励起光の割合が大きくなるため、充分な励起効率が得られない。一方、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦのファイバ長が長すぎる場合には、吸収に転じるファイバ部分の長さが増大するため、逆に励起効率が劣化してしまう。このため、増幅用光ファイバとしてＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いる場合には、得られる励起効率を考慮してＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積を適当な値に設定することが好ましい。
【００７９】
Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積は、厳密には入力信号光パワーに依存するが、１段目の増幅用光ファイバ以降では、増幅の対象となる信号光の入力信号光パワーは典型的には−２ｄＢｍ前後またはそれ以上である。したがって、入力信号光パワーを−２ｄＢｍに設定した場合を示している図５のグラフにおける励起効率の利得依存性から考えると、励起効率の極大値からの劣化を０．６ｄＢまで許容した場合、前段の第１増幅用光導波路であるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積ピークは、その最大値を７６０ｄＢとして、７６０ｄＢ以下とすることが好ましい。
【００８０】
さらに、励起効率の極大値からの劣化を０．１ｄＢまで許容した場合、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦの吸収条長積ピークは、その最大値を６５０ｄＢとして、６５０ｄＢ以下とすることが好ましい。吸収条長積ピークをこのような範囲内の値とすることにより、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦにおける励起効率を好適に保つことができる。
【００８１】
なお、上記した２条件のうち、励起効率の極大値からの劣化の許容値を０．６ｄＢとし、吸収条長積ピークを７６０ｄＢ以下とする条件は、励起ＬＤのＷｅａｒ−Ｏｕｔ劣化などを想定しなければ許容できる範囲である。また、励起効率の極大値からの劣化の許容値を０．１ｄＢとし、吸収条長積ピークを６５０ｄＢ以下とする条件は、ＥＤＦ及び通常の光ファイバという異なる種類の光ファイバ間での融着損失の低減や、光部品での損失のばらつきの範囲などから許容できる範囲である。このため、例えば、２５年などの長い寿命が要求される光伝送システムでは、吸収条長積ピークを６５０ｄＢ以下とする後者の条件を適用することが好ましい。
【００８２】
次に、増幅用光ファイバとしてＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いた光増幅器における利得偏差について検討する。図７は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを単段で用いた構成における利得の波長依存性を示すグラフであり、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を、また、縦軸は増幅利得（ｄＢ）をそれぞれ示している。
【００８３】
Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを増幅用光導波路として信号光を増幅する場合、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域での増幅利得の波長依存性を示す利得スペクトルでは、波長１５７０ｎｍ近傍のピークと、波長１６００ｎｍ近傍のピークとの２つの利得ピーク（利得値の極大）がある。このため、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いたＬバンド波長帯域内にある信号光の増幅では、波長帯域内での利得偏差が比較的大きくなる。
【００８４】
図７のグラフにおいて、グラフＣ１は、波長１５７０ｎｍ近傍及び１６００ｎｍ近傍にある２つの利得ピークでの利得値が等しくなるようにＥＤＦ内での反転分布を調整した場合に得られる利得スペクトルを示している。例えば、Ａｌ添加ＥＤＦを用いた場合のＬバンド波長帯域での利得偏差は、相対利得偏差で３％程度であるのに対して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを用いた場合には、グラフＣ１に示すように、利得偏差は３０％程度となる（非特許文献１参照）。
【００８５】
これに対して、グラフＣ２は、上記した２つの利得ピークについて、波長１５７０ｎｍより短波長側の波長領域での利得の増大を許容した場合に得られる利得スペクトルを示している。この例では、具体的には、信号光波長帯域として通常広く使われている波長帯域に対応して、１５７４ｎｍを最短波長とし、１６２０ｎｍより短い１６１４ｎｍを最長波長とした波長帯域を想定し、この波長帯域内において利得が最も平坦化されるようにＥＤＦ内での反転分布を調整している。
【００８６】
このグラフＣ２に示す利得スペクトルにおいては、波長１５７４ｎｍ〜１６１４ｎｍの波長帯域内において、グラフＣ１に示す利得スペクトルに比べて相対利得偏差が１／２程度まで低減されている。このようにＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦによる利得特性を設定することにより、波長１５７０ｎｍ以上で信号光波長帯域として使われる波長帯域において、良好な平坦性を有する利得特性が得られる。さらに、このように利得の平坦性が向上されることにより、利得等化器のピークロスを抑制することができ、同時に、励起効率や雑音特性が向上される。
【００８７】
このような前段の第１増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦでの利得スペクトルの設定については、一般には、最短波長を１５７４ｎｍ、最長波長を１６２０ｎｍより短い所定波長（上記した例では１６１４ｎｍ）とした波長帯域内において最も平坦化された利得スペクトルとなるように、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ内での反転分布を設定することが好ましい。
【００８８】
ここで、増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ内での反転分布を上述のように設定したＬバンドＥＤＦＡを、ＣバンドＥＤＦＡなどのＥＤＦＡと並列して使用する場合、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域（例えば、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンド波長帯域）での残留利得によってシステム性能が劣化することが考えられる。
【００８９】
このため、ＬバンドＥＤＦＡと、ＣバンドＥＤＦＡなどのＥＤＦＡとが並列して使用される光増幅システムにおいては、光増幅システムの入力端及び出力端の間にある光伝送路上の所定位置に、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタ（例えば、Ｃバンド波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタ）を設置することが好ましい。これにより、Ｌバンド波長帯域の信号光に対して波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域の信号光を充分に分離して、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を良好に増幅することができる。
【００９０】
また、上述したように１５７４ｎｍを最短波長とした波長帯域内において利得が最も平坦化されるようにＥＤＦ内での反転分布を調整した、グラフＣ２に示す利得スペクトルが用いられる場合には、短波長側の波長領域において、ある程度の利得の増大を生じる。このような場合には、光伝送路上の所定位置に、波長１５７５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタ（例えば、波長１５３０〜１５７５ｎｍの波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタ）を設置することが好ましい。なお、光除去フィルタの具体的な構成等については後述する。
【００９１】
図８は、本発明による光増幅器の第２実施形態を示す構成図である。この光増幅器２は、図１に示した光増幅器１と同様に、光増幅器２内での光伝送路を構成する増幅用光導波路として、第１増幅用光ファイバである前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０、及び第２増幅用光ファイバである後段のＥＤＦ２０の２本の光ファイバを備えている。
【００９２】
Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０からなる光増幅器２内での光伝送路を伝送される信号光の伝搬方向は、入力端１ａとＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０との間に設けられた光アイソレータ３１、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に設けられた光アイソレータ３２、及びＥＤＦ２０と出力端１ｂとの間に設けられた光アイソレータ３３によって制御されている。光アイソレータ３１、３２、３３のそれぞれは、光を光伝送路の順方向へと通過させるが、逆方向へは通過させないものである。
【００９３】
前段の第１増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、波長λ１の励起光を出力する励起光源１１が設置されている。この励起光源１１は、出力された励起光を２つに分岐する６ｄＢカプラ１３を介し、光アイソレータ３１とＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ１４、及びＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０と光アイソレータ３２との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ１５によって、光増幅器２内の光伝送路へと接続されている。
【００９４】
なお、６ｄＢカプラ１３によって分岐された２つの励起光出力のうち、分岐比が大きい方の出力は前方のＷＤＭカプラ１４に、また、分岐比が小さい方の出力は後方のＷＤＭカプラ１５に、それぞれ入力されている。
【００９５】
ＷＤＭカプラ１４は、光アイソレータ３１から到達した信号光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと通過させるとともに、励起光源１１からカプラ１３を介して供給された励起光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと順方向に合波させる。また、ＷＤＭカプラ１５は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０から到達した信号光を光アイソレータ３２へと通過させるとともに、励起光源１１からカプラ１３を介して供給された励起光をＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０へと逆方向に合波させる。これにより、光増幅器２のうちでＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０を増幅用光ファイバとする前段部分は、双方向励起のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡとして構成されている。
【００９６】
一方、後段の第２増幅用光ファイバであるＥＤＦ２０に対し、所定波長の励起光を供給する励起光供給手段として、波長λ２の励起光を出力する励起光源２１が設置されている。この励起光源２１は、出力された励起光を２つに分岐する３ｄＢカプラ２２を介し、光アイソレータ３２とＥＤＦ２０との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ２３、及びＥＤＦ２０と光アイソレータ３３との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ２４によって、光増幅器２内の光伝送路へと接続されている。
【００９７】
ＷＤＭカプラ２３は、光アイソレータ３２から到達した信号光をＥＤＦ２０へと通過させるとともに、励起光源２１からカプラ２２を介して供給された励起光をＥＤＦ２０へと順方向に合波させる。また、ＷＤＭカプラ２４は、ＥＤＦ２０から到達した信号光を光アイソレータ３３へと通過させるとともに、励起光源２１からカプラ２２を介して供給された励起光をＥＤＦ２０へと逆方向に合波させる。これにより、光増幅器２のうちでＥＤＦ２０を増幅用光ファイバとする後段部分は、双方向励起のＥＤＦＡとして構成されている。
【００９８】
以上により、本実施形態の光増幅器２は、図８に示すように、双方向励起の構成を有する前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦＡと、双方向励起の構成を有する後段のＥＤＦＡとが直列に接続された２段構成のＥＤＦＡとなっている。特に、本光増幅器２においては、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０からなる増幅用光導波路を用いることにより、光導波路を伝搬される波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を増幅することが可能とされている。
【００９９】
上記構成からなる光増幅器２において、励起光供給手段である励起光源１１、２１から波長λ１、λ２の励起光が出力されると、出力された励起光は、増幅用光ファイバであるＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０へとそれぞれ供給される。このように増幅用光ファイバに所定波長の励起光が供給された状態にある光増幅器２に対して、光増幅器２の入力端１ａに接続されている光伝送路から光アイソレータ３１を介して波長１５７０ｎｍ以上の信号光が入力されると、この信号光は、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０と、後段のＥＤＦ２０とによって順次増幅される。そして、増幅された信号光は、光アイソレータ３３を介して出力端１ｂから出力される。
【０１００】
本実施形態による光増幅器２においては、図１に示した光増幅器１と同様に、光増幅器２内での光伝送路となる増幅用光導波路を、それぞれＥｒが添加された２段の増幅用光ファイバ１０、２０から構成するとともに、その前段の光ファイバ１０として、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを適用している。これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅することが可能となり、また、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における雑音特性を向上することができる。
【０１０１】
また、この前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対し、後段の増幅用光ファイバとして、さらにＥＤＦ２０を接続している。これら２本の増幅用光ファイバ１０及び２０を合わせて、全体での２段構成の増幅用光導波路とすることにより、上記のように雑音特性を良好に保持しつつ、かつ、増幅利得の大きさや平坦性などの利得特性を好適に設定することが可能となる。以上より、波長１５７０ｎｍ以上の信号光波長帯域内にある信号光を良好な利得特性で増幅するとともに、その雑音特性が向上された光増幅器２が得られる。
【０１０２】
また、本実施形態では、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対する励起光源１１は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に光合波手段として設けられたＷＤＭカプラ１５を介して、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０に対して励起光を供給している。また、後段のＥＤＦ２０に対する励起光源２１は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間に光合波手段として設けられたＷＤＭカプラ２３を介して、ＥＤＦ２０に対して励起光を供給している。
【０１０３】
これにより、光ファイバの長手方向について、増幅用光ファイバ内での反転分布の一様性を向上することができる。したがって、Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とする光増幅器２において、励起光吸収にかかわらず、信号光の増幅を好適に行うことが可能となる。
【０１０４】
なお、このようにＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０とＥＤＦ２０との間から励起光を供給する構成については、ＥＤＦ１０、２０の吸収条長積や、入出力パワーなどに応じた構成とすることが好ましい。例えば、前段のＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０の吸収条長積が２１０ｄＢ程度と比較的小さい場合には、図１に示した光増幅器１のような構成を用いることが好ましい。
【０１０５】
図９は、本発明による光増幅器の第３実施形態を示す構成図である。この光増幅器３は、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長を有する信号光を増幅するための光増幅部として、第１光増幅部３Ａを備えている。また、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長を有する信号光を増幅するための光増幅部として、第２光増幅部３Ｂを備えている。これらの光増幅部のうち、第１光増幅部３Ａは、図８に示した光増幅器２と同様の構成となっている。
【０１０６】
光増幅器３の第２光増幅部３Ｂは、光増幅部３Ｂ内での光伝送路を構成する増幅用光導波路として、第３増幅用光導波路である第３増幅用光ファイバ４０を備えている。第３増幅用光ファイバ４０としては、波長１５７０ｎｍ未満の波長帯域内にある信号光を増幅することが可能な光ファイバが用いられる。また、この第３増幅用光ファイバ４０は、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０が直列に接続された第１光増幅部３Ａの光伝送路に対して、並列に接続されている。
【０１０７】
増幅用光ファイバ４０からなる光増幅部３Ｂ内での光伝送路を伝送される信号光の伝搬方向は、入力端と増幅用光ファイバ４０との間に設けられた光アイソレータ４６、及び増幅用光ファイバ４０と出力端との間に設けられた光アイソレータ４７によって制御されている。光アイソレータ４６、４７のそれぞれは、光を光伝送路の順方向へと通過させるが、逆方向へは通過させないものである。
【０１０８】
増幅用光ファイバ４０に対し、所定波長の励起光を供給する第２励起光供給手段として、波長λ３の励起光をそれぞれ出力する励起光源４１、４２が設置されている。これらの励起光源４１、４２のうち、励起光源４１は、光アイソレータ４６と増幅用光ファイバ４０との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ４３によって、光増幅部３Ｂ内の光伝送路へと接続されている。また、励起光源４２は、増幅用光ファイバ４０と光アイソレータ４７との間に設けられた光合波手段であるＷＤＭカプラ４４によって、光増幅部３Ｂ内の光伝送路へと接続されている。
【０１０９】
ＷＤＭカプラ４３は、光アイソレータ４６から到達した信号光を増幅用光ファイバ４０へと通過させるとともに、励起光源４１から供給された励起光を増幅用光ファイバ４０へと順方向に合波させる。また、ＷＤＭカプラ４４は、増幅用光ファイバ４０から到達した信号光を光アイソレータ４７へと通過させるとともに、励起光源４２から供給された励起光を増幅用光ファイバ４０へと逆方向に合波させる。これにより、光増幅部３Ｂは、双方向励起の光増幅器として構成されている。
【０１１０】
以上により、本実施形態の光増幅器３においては、第１光増幅部３Ａは、Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０によって、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を増幅することが可能に構成されている。また、第１光増幅部３Ａに対して並列に接続された第２光増幅部３Ｂは、第３増幅用光ファイバ４０によって、波長１５７０ｎｍ未満の波長帯域内にある信号光を増幅することが可能に構成されている。
【０１１１】
上述した２つの光増幅部３Ａ、３Ｂに対し、光増幅器３の入力端１ａ側の光伝送路上には、信号光を分波するための光合分波器３６が設けられている。また、光増幅器３の出力端１ｂ側の光伝送路上には、信号光を合波するための光合分波器３７が設けられている。
【０１１２】
光合分波器３６で分波された信号光のうち、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長の信号光は、第１光増幅部３Ａに入力されて増幅される。また、光合分波器３６で分波された信号光のうち、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の信号光は、第２光増幅部３Ｂに入力されて増幅される。そして、第１光増幅部３Ａ及び第２光増幅部３Ｂのそれぞれで増幅された信号光は、光合分波器３７によって合波されて増幅後の信号光となり、出力端１ｂを介して出力される。
【０１１３】
本実施形態による光増幅器３においては、直列に接続された第１光増幅部３ＡのＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦ１０及びＥＤＦ２０に対して、さらに第３増幅用光導波路として増幅用光ファイバ４０を並列に接続して、第２光増幅部３Ｂを構成している。これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域またはＳバンド波長帯域の信号光）の増幅とによって、広帯域の信号光を増幅可能な光増幅器を実現することができる。
【０１１４】
第２光増幅部３Ｂでの第３増幅用光ファイバ４０としては、例えば、Ｅｒが所定の添加量添加された石英系の光ファイバ（ＥＤＦ）を適用することができる。この場合、第２光増幅部３Ｂは、例えばＣバンド波長帯域内にある信号光など、波長１５７０ｎｍ未満の所定波長の信号光を増幅することが可能なＥＤＦＡとして構成される。
【０１１５】
あるいは、第３増幅用光ファイバ４０として、Ｔｍが所定の添加量添加された石英系の光ファイバ（ＴＤＦ）を適用することができる。この場合、第２光増幅部３Ｂは、例えばＳバンド波長帯域内にある信号光など、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長の信号光を増幅することが可能なＴＤＦＡ（Thulium-Doped Fiber Amplifier、Ｔｍ添加ファイバ増幅器）として構成される。
【０１１６】
また、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域内にある信号光を増幅する第１光増幅部に対して並列に接続される光増幅部については、２以上の光増幅部を設置する構成としても良い。そのような構成としては、例えば、第１光増幅部に対して、波長１５７０ｎｍ未満の波長帯域内にある信号光を増幅するＥＤＦＡからなる第２光増幅部を並列に接続し、さらに、波長１５３０ｎｍ以下の波長帯域内にある信号光を増幅するＴＤＦＡからなる第３光増幅部を並列に接続する構成がある。
【０１１７】
図１０は、光増幅器の第４実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。本実施形態による光増幅システム（光増幅器）５は、Ｌバンド波長帯域（例えば、波長１５７０〜１６００ｎｍの波長帯域）内にある信号光を増幅するための光増幅器として、３個のＬバンドＥＤＦＡ６１、６２、６３を備えている。これらのＥＤＦＡ６１、６２、６３は、いずれも図１または図８に示した２段構成を有する光増幅器である。これらのＥＤＦＡ６１、６２、６３により、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅するＬバンド用の第１光増幅器（第１光増幅部）６が構成されている。
【０１１８】
また、光増幅システム５は、Ｃバンド波長帯域（例えば、波長１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域）内にある信号光を増幅するための光増幅器として、３個のＣバンドＥＤＦＡ７１、７２、７３を備えている。これらのＥＤＦＡ７１、７２、７３により、波長１５７０ｎｍ未満の信号光を増幅するＣバンド用の第２光増幅器（第２光増幅部）７が構成されている。
【０１１９】
上述した２つの光増幅器６、７に対し、光増幅システム５の入力端５ａ側の光伝送路上には、信号光を分波するためのＣ／Ｌ合分波器９１が設けられている。また、光増幅システム５の出力端５ｂ側の光伝送路上には、信号光を合波するためのＣ／Ｌ合分波器９２が設けられている。
【０１２０】
Ｃバンド波長帯域の信号光及びＬバンド波長帯域の信号光を含む入力用光伝送路５０からの信号光は、入力端５ａを介してＣ／Ｌ合分波器９１へと入力されて分波される。
【０１２１】
Ｃ／Ｌ合分波器９１で分波された信号光のうち、Ｌバンド波長帯域内にある信号光は、Ｌバンド増幅用光伝送路５１へと出力される。Ｌバンド増幅用光伝送路５１上には、Ｃ／Ｌ合分波器９１側から順に、ＬバンドＥＤＦＡ６１、６２、６３が設置されている。Ｌバンド信号光は、これらのＥＤＦＡ６１、６２、６３によって順次増幅された後、Ｃ／Ｌ合分波器９２に入力される。
【０１２２】
また、Ｃ／Ｌ合分波器９１で分波された信号光のうち、Ｃバンド波長帯域内にある信号光は、Ｃバンド増幅用光伝送路５２へと出力される。Ｃバンド増幅用光伝送路５２上には、Ｃ／Ｌ合分波器９１側から順に、ＣバンドＥＤＦＡ７１、７２、７３が設置されている。Ｃバンド信号光は、これらのＥＤＦＡ７１、７２、７３によって順次増幅された後、Ｃ／Ｌ合分波器９２に入力される。
【０１２３】
Ｃ／Ｌ合分波器９２にそれぞれ入力された増幅後のＬバンド信号光及びＣバンド信号光は、Ｃ／Ｌ合分波器９２によって合波されてＣバンド波長帯域の信号光及びＬバンド波長帯域の信号光を含む増幅後の信号光となる。そして、合波された信号光は、出力端５ｂを介して出力用光伝送路５３へと出力される。
【０１２４】
ここで、本実施形態においては、Ｌバンド増幅用光伝送路５１上に設けられたＬバンドＥＤＦＡ６２、６３の間に、さらにＣ／Ｌ合分波器９３が設けられている。このＣ／Ｌ合分波器９３は、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域（例えば、Ｃバンド波長帯域）内にある光を除去する光除去フィルタとして機能する。すなわち、ＬバンドＥＤＦＡ６２から出力された信号光は、Ｃ／Ｌ合分波器９３へと入力されて分波される。
【０１２５】
Ｃ／Ｌ合分波器９３で分波された信号光のうち、Ｌバンド波長帯域内にある信号光は、さらに後段の光増幅器であるＬバンドＥＤＦＡ６３へと出力される。一方、Ｃバンド波長帯域内にあってＬバンド増幅用光伝送路５１側に残留していた信号光は、光伝送路５４へと出力される。また、光伝送路５４のＣ／Ｌ合分波器９３とは反対側の端部は、無反射終端９４とされている。以上の構成により、Ｌバンド増幅用光伝送路５１を伝送されている信号光から、Ｃバンド波長帯域内にある信号光が除去される。
【０１２６】
本光増幅システム５を含む光伝送システムは、図１０に示すように、所定の信号光波長帯域内にある信号光を送信する送信局Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局Ｒとを備えて構成されている。
【０１２７】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、Ｌバンド用の第１光増幅器６及びＣバンド用の第２光増幅器７が並列に接続された上述の光増幅システム５が設置されている。光増幅システム５は、光ファイバ伝送路Ｌを伝送されている信号光を励起光によって増幅し、特に、Ｌバンド波長帯域の信号光、及びＣバンド波長帯域の信号光を増幅する。
【０１２８】
本実施形態による光増幅システム５、及びそれを用いた光伝送システムにおいては、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長を有する信号光を増幅する第１光増幅器６に対して、さらに波長１５７０ｎｍ未満の所定波長を有する信号光を増幅する第２光増幅器７を並列に接続して、光増幅システム５を構成している。
【０１２９】
これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域の信号光）の増幅とを行って、広帯域での信号光を光伝送システムにおいて良好に伝送することが可能となる。
【０１３０】
なお、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタとしては、Ｃ／Ｌ合分波器に限らず、チャープトファイバグレーティングによるＣバンド除去フィルタなどを用いても良い。また、光増幅システム５全体の構成としては、例えば、分散補償ファイバや利得等化器などを、必要に応じてさらに設置しても良い。
【０１３１】
また、光除去フィルタについては、図７に関して上述したように、必要に応じて、波長１５７５ｎｍ以下の波長帯域内にある光を除去する光除去フィルタを設置することが好ましい。
【０１３２】
図１１は、光増幅器の第５実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。本実施形態による光増幅システム９Ａは、Ｌバンド波長帯域（例えば、波長１５７０〜１６００ｎｍの波長帯域）内にある信号光を増幅するための光増幅器として、３個のＬバンドＥＤＦＡ６１、６２、６３を備えている。これらのＥＤＦＡ６１、６２、６３により、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅するＬバンド用の第１光増幅器６が構成されている。
【０１３３】
また、光増幅システム９Ａは、Ｃバンド波長帯域（例えば、波長１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯域）内にある信号光を増幅するための光増幅器として、３個のＣバンドＥＤＦＡ７１、７２、７３を備えている。これらのＥＤＦＡ７１、７２、７３により、波長１５７０ｎｍ未満の信号光を増幅するＣバンド用の第２光増幅器７が構成されている。
【０１３４】
また、光増幅システム９Ａは、Ｓバンド波長帯域（例えば、波長１４６０〜１５３０ｎｍの波長帯域）内にある信号光を増幅するための光増幅器として、３個のＳバンドＴＤＦＡ８１、８２、８３を備えている。これらのＴＤＦＡ８１、８２、８３により、波長１５３０ｎｍ以下の信号光を増幅するＳバンド用の第３光増幅器８が構成されている。
【０１３５】
上述した３つの光増幅器６、７、８に対し、光増幅システム９Ａの入力端５ａ側の光伝送路上には、信号光を分波するためのＳ／Ｃ＋Ｌ合分波器９５が設けられている。また、光増幅システム９Ａの出力端５ｂ側の光伝送路上には、信号光を合波するためのＳ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６が設けられている。
【０１３６】
Ｓバンド波長帯域の信号光、Ｃバンド波長帯域の信号光、及びＬバンド波長帯域の信号光を含む入力用光伝送路５０からの信号光は、入力端５ａを介してＳ／Ｃ＋Ｌ合分波器９５へと入力されて分波される。
【０１３７】
Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９５で分波された信号光のうち、Ｃバンド波長帯域内にある信号光、及びＬバンド波長帯域内にある信号光は、光伝送路５６を介してＣ／Ｌ合分波器９１へと入力されて分波される。
【０１３８】
Ｃ／Ｌ合分波器９１で分波された信号光のうち、Ｌバンド波長帯域内にある信号光は、Ｌバンド増幅用光伝送路５１へと出力される。Ｌバンド増幅用光伝送路５１上には、Ｃ／Ｌ合分波器９１側から順に、ＬバンドＥＤＦＡ６１、６２、６３が設置されている。Ｌバンド信号光は、これらのＥＤＦＡ６１、６２、６３によって順次増幅された後、Ｃ／Ｌ合分波器９２及び光伝送路５７を介して、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６に入力される。
【０１３９】
また、Ｃ／Ｌ合分波器９１で分波された信号光のうち、Ｃバンド波長帯域内にある信号光は、Ｃバンド増幅用光伝送路５２へと出力される。Ｃバンド増幅用光伝送路５２上には、Ｃ／Ｌ合分波器９１側から順に、ＣバンドＥＤＦＡ７１、７２、７３が設置されている。Ｃバンド信号光は、これらのＥＤＦＡ７１、７２、７３によって順次増幅された後、Ｃ／Ｌ合分波器９２及び光伝送路５７を介して、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６に入力される。
【０１４０】
さらに、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９５で分波された信号光のうち、Ｓバンド波長帯域内にある信号光は、Ｓバンド増幅用光伝送路５５へと出力される。Ｓバンド増幅用光伝送路５５上には、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９５側から順に、ＳバンドＴＤＦＡ８１、８２、８３が設置されている。Ｓバンド信号光は、これらのＴＤＦＡ８１、８２、８３によって順次増幅された後、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６に入力される。
【０１４１】
Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６にそれぞれ入力された増幅後のＬバンド信号光、Ｃバンド信号光、及びＳバンド信号光は、Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器９６によって合波されてＳバンド波長帯域の信号光、Ｃバンド波長帯域の信号光、及びＬバンド波長帯域の信号光を含む増幅後の信号光となる。そして、合波された信号光は、出力端５ｂを介して出力用光伝送路５３へと出力される。
【０１４２】
本実施形態においては、Ｌバンド増幅用光伝送路５１上に設けられたＬバンドＥＤＦＡ６２、６３の間に、さらにＣ／Ｌ合分波器９３が設けられている。このＣ／Ｌ合分波器９３は、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域（例えば、Ｃバンド波長帯域）内にある光を除去する光除去フィルタとして機能する。すなわち、ＬバンドＥＤＦＡ６２から出力された信号光は、Ｃ／Ｌ合分波器９３へと入力されて分波される。
【０１４３】
Ｃ／Ｌ合分波器９３で分波された信号光のうち、Ｌバンド波長帯域内にある信号光は、さらに後段の光増幅器であるＬバンドＥＤＦＡ６３へと出力される。一方、Ｃバンド波長帯域内にある光は、光伝送路５４へと出力される。また、光伝送路５４のＣ／Ｌ合分波器９３とは反対側の端部は、無反射終端９４とされている。以上の構成により、Ｌバンド増幅用光伝送路５１を伝送されている信号光から、Ｃバンド波長帯域内にある光が除去される。
【０１４４】
本光増幅システム９Ａを含む光伝送システムは、図１１に示すように、所定の信号光波長帯域内にある信号光を送信する送信局Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局Ｒとを備えて構成されている。
【０１４５】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、Ｌバンド用の第１光増幅器６、Ｃバンド用の第２光増幅器７、及びＳバンド用の第３光増幅器８が並列に接続された上述の光増幅システム９Ａが設置されている。光増幅システム９Ａは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送されている信号光を励起光によって増幅し、特に、Ｌバンド波長帯域の信号光、Ｃバンド波長帯域の信号光、及びＳバンド波長帯域の信号光を増幅する。
【０１４６】
本実施形態による光増幅システム９Ａ、及びそれを用いた光伝送システムにおいては、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長を有する信号光を増幅する第１光増幅器６に対して、さらに波長１５７０ｎｍ未満の所定波長を有する信号光を増幅する第２光増幅器７と、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長を有する信号光を増幅する第３光増幅器８とを並列に接続して、光増幅システム９Ａを構成している。
【０１４７】
これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域の信号光）の増幅とに加えて、波長１５３０ｎｍ以下の信号光（例えば、Ｓバンド波長帯域の信号光）の増幅を行って、さらに広帯域での信号光を光伝送システムにおいて良好に伝送することが可能となる。
【０１４８】
図１２は、光増幅器の第６実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。本実施形態による光増幅システム９Ｂは、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅するＬバンド用の第１光増幅器６、波長１５７０ｎｍ未満の信号光を増幅するＣバンド用の第２光増幅器７、及び波長１５３０ｎｍ以下の信号光を増幅するＳバンド用の第３光増幅器８を備えている。これらの光増幅器６、７、８、及びそれらを接続する各合分波器、光伝送路等の構成については、図１１に示した実施形態と同様である。
【０１４９】
本実施形態においては、Ｌバンド増幅用光伝送路５１上に設けられたＬバンドＥＤＦＡ６２、６３の間に、さらにＣ／Ｌ合分波器９７が設けられている。このＣ／Ｌ合分波器９７は、波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域（例えば、Ｃバンド波長帯域）内にある光を除去する光除去フィルタとして機能する。すなわち、ＬバンドＥＤＦＡ６２から出力された信号光は、Ｃ／Ｌ合分波器９７へと入力されて分波される。
【０１５０】
Ｃ／Ｌ合分波器９７で分波された信号光のうち、Ｌバンド波長帯域内にある信号光は、さらに後段の光増幅器であるＬバンドＥＤＦＡ６３へと出力される。一方、Ｃバンド波長帯域内にある光は、光伝送路５８へと出力される。
【０１５１】
また、第３光増幅器８のＳバンド増幅用光伝送路５５上に設けられたＳバンドＴＤＦＡ８１、８２の間には、Ｓ／Ｃ合分波器９８が設けられている。光伝送路５８のＣ／Ｌ合分波器９７とは反対側の端部は、このＳ／Ｃ合分波器９８へと接続されている。以上の構成により、Ｌバンド増幅用光伝送路５１を伝送されている信号光から、Ｃバンド波長帯域内にある光が除去される。また、除去されたＣバンド波長帯域内にある光は、Ｓバンド用の第３光増幅器８に対して、その入力端及び出力端の間にある光伝送路５５上の所定位置から、Ｓ／Ｃ合分波器９８を介して順方向に入力される。
【０１５２】
本光増幅システム９Ｂを含む光伝送システムは、図１２に示すように、所定の信号光波長帯域内にある信号光を送信する送信局Ｔと、送信局Ｔからの信号光が伝送される光伝送路である光ファイバ伝送路Ｌと、光ファイバ伝送路Ｌを伝送された信号光を受信する受信局Ｒとを備えて構成されている。
【０１５３】
光ファイバ伝送路Ｌ上の所定位置には、Ｌバンド用の第１光増幅器６、Ｃバンド用の第２光増幅器７、及びＳバンド用の第３光増幅器８が並列に接続された上述の光増幅システム９Ｂが設置されている。光増幅システム９Ｂは、光ファイバ伝送路Ｌを伝送されている信号光を励起光によって増幅し、特に、Ｌバンド波長帯域の信号光、Ｃバンド波長帯域の信号光、及びＳバンド波長帯域の信号光を増幅する。
【０１５４】
本実施形態による光増幅システム９Ｂ、及びそれを用いた光伝送システムにおいては、図１１に示した光増幅システム９Ａと同様に、波長１５７０ｎｍ以上の所定波長を有する信号光を増幅する第１光増幅器６に対して、さらに波長１５７０ｎｍ未満の所定波長を有する信号光を増幅する第２光増幅器７と、波長１５３０ｎｍ以下の所定波長を有する信号光を増幅する第３光増幅器８とを並列に接続して、光増幅システム９Ｂを構成している。
【０１５５】
これにより、波長１５７０ｎｍ以上の信号光（例えば、Ｌバンド波長帯域の信号光）の増幅と、波長１５７０ｎｍ未満の信号光（例えば、Ｃバンド波長帯域の信号光）の増幅とに加えて、波長１５３０ｎｍ以下の信号光（例えば、Ｓバンド波長帯域の信号光）の増幅を行って、さらに広帯域での信号光を光伝送システムにおいて良好に伝送することが可能となる。
【０１５６】
また、本実施形態では、Ｌバンド用の第１光増幅器６から光除去フィルタで除去された波長１５６５ｎｍ以下の波長帯域内にある光（例えば、Ｃバンド波長帯域内にある光）を、Ｓバンド用の第３光増幅器８へと入力している。このような構成により、ＴＤＦＡなどからなる第３光増幅器８での信号光の増幅利得及び励起効率を向上することができる。
【０１５７】
すなわち、Ｔｍ（ツリウム）を添加した光ファイバであるＴＤＦをＳバンド用の増幅用光導波路として適用した場合、Ｓバンド増幅に関わる上準位3Ｈ4の分布を高める前に、下準位3Ｆ4のＴｍイオン分布を高めることが重要である（例えば、非特許文献２「Tadashi Kasamatsu et al., OAA1999, Postdeadline paper 1 (1999)」参照）。このためには、１５５０〜１６５０ｎｍの波長帯域での補助励起光を用いることが効果的である。しかしながら、補助励起光源を設置することは、光増幅器のコストや消費電力などの観点から好ましくない。
【０１５８】
一方、Ｌバンド波長帯域を増幅波長帯域とするＥＤＦＡにおいては、上述したように、ＡＳＥによってＣバンド波長帯域内にある光が発生する。また、Ｌバンド用のＥＤＦＡで発生するＡＳＥ光のパワーは、通常１０ｍＷを超えるパワーである。
【０１５９】
したがって、Ｌバンド用の第１光増幅器６から除去されたＣバンド波長帯域内にある光を、Ｓバンド用の第３光増幅器８へと入力する構成によれば、第１光増幅器６のＥＤＦＡで発生したＡＳＥ光が、第３光増幅器８のＴＤＦＡへと供給されて補助励起光として作用する。これにより、第３光増幅器８での信号光の増幅利得及び励起効率を、低コストで向上することが可能となる。
【０１６０】
本発明による光増幅器及びそれを用いた光伝送システムは、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１に示した光増幅器１は、第１増幅用光ファイバ１０及び第２増幅用光ファイバ２０を直列に接続した２段構成となっているが、さらに他のＥＤＦを直列に接続して３段以上の増幅用光ファイバを有する光増幅器の構成としても良い。
【０１６１】
また、図１の光増幅器１においては、増幅用光導波路として光ファイバを用いている。このように、増幅用光導波路としてＰ／Ａｌ共添加ＥＤＦなどのＥＤＦを用いることにより、増幅用光導波路の導波路長を充分な長さにとることができるなど、光増幅器を好適に構成することができる。ただし、このような増幅用光導波路としては、光ファイバ以外の光導波路、例えば平面型の光導波路を用いても良い。
【０１６２】
【発明の効果】
本発明による光増幅器及びそれを用いた光伝送システムは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、信号光を増幅するための増幅用光導波路を、それぞれＥｒが添加された少なくとも２段の増幅用光導波路から構成するとともに、その前段の光導波路としてＰ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路を用いた光増幅器によれば、波長１５７０ｎｍ以上の信号光を増幅することが可能となり、また、波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における雑音特性を向上することができる。
【０１６３】
また、この前段のＰ／Ａｌ共添加のＥｒ添加光導波路に後段のＥｒ添加光導波路を接続しているので、雑音特性を好適に保持しつつ、増幅用光導波路の全体として充分な増幅利得を確保することができる。以上より、波長１５７０〜１６００ｎｍのＬバンド波長帯域を含む波長１５７０ｎｍ以上の信号光波長帯域内にある信号光を良好な利得特性で増幅するとともに、その雑音特性が向上された光増幅器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光増幅器の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】波長１５７０ｎｍ以上の波長帯域における各種のＥＤＦの（ａ）利得特性、及び（ｂ）雑音特性を示すグラフである。
【図３】図１に示した光増幅器を用いた光伝送システムの一実施形態を示す構成図である。
【図４】図１に示した光増幅器における（ａ）波長０．９８μｍ帯、及び（ｂ）波長１．４８μｍ帯の励起光を供給したときの雑音指数の波長依存性を示すグラフである。
【図５】Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを単段で用いた構成における励起効率の利得依存性を示すグラフである。
【図６】Ａｌ添加ＥＤＦを単段で用いた構成における励起効率の利得依存性を示すグラフである。
【図７】Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦを単段で用いた構成における利得の波長依存性を示すグラフである。
【図８】光増幅器の第２実施形態を示す構成図である。
【図９】光増幅器の第３実施形態を示す構成図である。
【図１０】光増幅器の第４実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。
【図１１】光増幅器の第５実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。
【図１２】光増幅器の第６実施形態である光増幅システム、及び光増幅システムを用いた光伝送システムを模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１、２、３…光増幅器、３Ａ…第１光増幅部、３Ｂ…第２光増幅部、１ａ…入力端、１ｂ…出力端、１０…第１増幅用光ファイバ（Ｐ／Ａｌ共添加ＥＤＦ）、２０…第２増幅用光ファイバ（ＥＤＦ）、４０…第３増幅用光ファイバ、１１、２１、４１、４２…励起光源、１２、１４、１５、２３、２４、４３、４４…ＷＤＭカプラ、１３、２２…カプラ、３１、３２、３３、４６、４７…光アイソレータ、３６、３７…光合分波器、
５、９Ａ、９Ｂ…光増幅システム、６…第１光増幅器、７…第２光増幅器、８…第３光増幅器、５ａ…入力端、５ｂ…出力端、５０…入力用光伝送路、５１…Ｌバンド増幅用光伝送路、５２…Ｃバンド増幅用光伝送路、５３…出力用光伝送路、５４…光伝送路、５５…Ｓバンド増幅用光伝送路、５６、５７、５８…光伝送路、６１、６２、６３…ＬバンドＥＤＦＡ、７１、７２、７３…ＣバンドＥＤＦＡ、８１、８２、８３…ＳバンドＴＤＦＡ、９１、９２、９３…Ｃ／Ｌ合分波器、９４…無反射終端、９５、９６…Ｓ／Ｃ＋Ｌ合分波器、９７…Ｃ／Ｌ合分波器、９８…Ｓ／Ｃ合分波器、
Ｔ…送信局（送信器）、Ｌ…光ファイバ伝送路、Ｒ…受信局（受信器）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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