(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主光路上に設けられ、該主光路上を伝搬する信号光を受ける光増幅媒体と、
該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするポンピング手段と、
上記主光路上に設けられ、与えられた波長帯域において入力光のスペクトルの複数波長の各波長位置および各光パワーにより決定される面積を二等分する波長位置を重心波長としてモニタするモニタリング手段と、
該モニタされた重心波長に基づき、上記増幅帯域におけるゲインチルト特性が依存するパラメータを制御する制御手段とを備えた光増幅器。
【請求項２】
上記光増幅媒体は上記主光路上における上記信号光の伝搬方向のそれぞれ上流側及び下流側に対応する第１端及び第２端を有し、
上記ポンピング手段は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、上記光増幅媒体の第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続され上記ポンプ光を上記光増幅媒体へ供給する光結合手段とを含む請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
上記モニタリング手段は上記光増幅媒体の第２端に動作的に接続されるモニタ装置を含み、
該モニタ装置は、
上記入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する第１の検出手段と、
上記入力光の全部又は一部を供給され、その入力及び出力は波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる重み付け手段と、
該重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する第２の検出手段と、
上記第１及び第２の検出手段に動作的に接続され、上記第１及び第２の値に基づき重心波長λｃｇを算出する演算手段とを備え、
上記制御手段は、該モニタ装置によりモニタされた重心波長λｃｇが予め定められた値になるように上記ポンプ光のパワーを制御する請求項２に記載の光増幅器。
【請求項４】
上記予め定められた値は上記増幅帯域の中心波長である請求項３に記載の光増幅器。
【請求項５】
上記モニタリング手段は、上記光増幅媒体の第１端及び第２端にそれぞれ動作的に接続される第１及び第２のモニタ装置を含み、
該第１及び第２のモニタ装置は、それぞれ、
上記入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する第１の検出手段と、
上記入力光の全部又は一部を供給され、その入力及び出力は波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる重み付け手段と、
該重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する第２の検出手段と、
上記第１及び第２の検出手段に動作的に接続され、上記第１及び第２の値に基づき重心波長λｃｇを算出する演算手段とを備えた請求項２に記載の光増幅器。
【請求項６】
上記制御手段は、上記第２のモニタ装置によりモニタされた重心波長が、上記第１のモニタ装置によりモニタされた重心波長に実質的に一致するように、上記ポンプ光のパワーを制御する請求項５に記載の光増幅器。
【請求項７】
上記制御手段は、上記第２のモニタ装置によりモニタされた重心波長が、上記第１のモニタ装置によりモニタされた重心波長に所定のオフセットを加えた値に一致するように、上記ポンプ光のパワーを制御する請求項５に記載の光増幅器。
【請求項８】
上記光増幅媒体は希土類元素がドープされたドープファイバからなる請求項２に記載の光増幅器。
【請求項９】
請求項２に記載の光増幅器であって、
上記主光路上に設けられる減衰率が可変な光アッテネータと、
上記光増幅器から出力される光のパワーが一定になるように上記光アッテネータの減衰率を制御する手段とを更に備えた光増幅器。
【請求項１０】
上記光増幅媒体の第１端に動作的に接続され、該光増幅媒体内を上記信号光とは逆方向に伝搬する増幅された自然放出光を抽出する手段を更に備え、
上記モニタリング手段は上記増幅された自然放出光が上記入力光として供給されるモニタ装置を含み、
該モニタ装置は、上記入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する第１の検出手段と、上記入力光の全部又は一部を供給され、その入力及び出力は波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる重み付け手段と、該重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段に動作的に接続され、上記第１及び第２の値に基づき重心波長λｃｇを算出する演算手段とを備えた請求項２に記載の光増幅器。
【請求項１１】
上記光増幅媒体は光導波路構造を有し、該光導波路構造からはその側方に向けて自然放出光が漏れ出し、
上記モニタリング手段は上記自然放出光が上記入力光として供給されるモニタ装置を含み、
該モニタ装置は、上記入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する第１の検出手段と、上記入力光の全部又は一部を供給され、その入力及び出力は波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる重み付け手段と、該重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段に動作的に接続され、上記第１及び第２の値に基づき重心波長λｃｇを算出する演算手段を備えた請求項１に記載の光増幅器。
【請求項１２】
上記主光路上に設けられ、上記信号光が受けた波長分散を相殺するようにその分散値が設定される分散補償ファイバを更に備えた請求項１に記載の光増幅器。
【請求項１３】
上記信号光は波長分割多重された複数の信号光からなる請求項１に記載の光増幅器。
【請求項１４】
上記増幅帯域に含まれる波長を有するダミー光を上記光増幅媒体へ供給するダミー光源を更に備え、
上記パラメータは上記ダミー光のパワーである請求項１に記載の光増幅器。
【請求項１５】
波長分割多重信号光を送出する送信局と、
該波長分割多重信号光を受ける受信局と、
上記送信局及び上記受信局を結ぶ光伝送路と、
該光伝送路の途中に設けられ、該光伝送路に動作的に接続される主光路を有する光中継器とを備え、
該光中継器は、
上記主光路上に設けられて上記波長分割多重信号光を受ける光増幅媒体と、
該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするポンピング手段と、
上記主光路上に設けられ、与えられた波長帯域において入力光のスペクトルの複数波長の各波長位置および各光パワーにより決定される面積を二等分する波長位置を重心波長としてモニタするモニタリング手段と、
該モニタされた重心波長に基づき、上記増幅帯域におけるゲインチルト特性が依存するパラメータを制御する制御手段とを備えた光通信システム。
【請求項１６】
上記光中継器が複数ある請求項１５に記載の光通信システム。
【請求項１７】
上記複数の光中継器における上記重心波長の目標値は、上記送信局から上記受信局に向かうに従ってシフトしていく請求項１６に記載の光通信システム。
【請求項１８】
上記重心波長の目標値のシフトの方向は、上記送信局から上記受信局に向かうに従って減少する方向である請求項１７に記載の光通信システム。
【請求項１９】
上記各光中継器は、それぞれ、当該モニタされた重心波長を下流の光中継器に通知する手段を更に備えた請求項１６に記載の光通信システム。
【請求項２０】
上記波長分割多重信号光に関する監視情報を上記光中継器へ送る手段を更に備え、
上記制御手段は、上記監視情報及び上記モニタされた重心波長に基づき上記パラメータを制御する請求項１５に記載の光通信システム。
【請求項２１】
上記監視情報は上記波長分割多重信号光の重心波長を含む請求項２０に記載の光通信システム。
【請求項２２】
上記監視情報は、上記波長分割多重信号光の各チャネルの波長及び運用されているチャネルを特定するためのデータを含む請求項２０に記載の光通信システム。
【請求項２３】
上記波長分割多重信号光は、伝送データよりも十分低速なトーン成分で変調されたパイロット光を含み、
上記モニタリング手段は、
上記入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する第１の検出手段と、
上記入力光を供給され、その入力及び出力は波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる重み付け手段と、
該重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する第２の検出手段と、
上記第１及び第２の検出手段に動作的に接続され、上記第１及び第２の値に基づき重心波長λｃｇを算出する演算手段とを備え、
上記重み付け手段は入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、
上記入力ポートには上記入力光が供給され、上記第１及び第２の出力ポートはそれぞれ第１及び第２の分岐光を出力し、
該第１及び第２の分岐光の分岐比は、上記重み付け関数Ｔ（λ）に従うパラメータａを用いてａ：（１−ａ）で与えられ、
上記光中継器は、上記第１及び第２の分岐光からそれぞれ得られる上記トーン成分の比が一定になるように上記重み付け手段を制御する手段を更に備えた請求項１５に記載の光通信システム。
【請求項２４】
上記重み付け手段の温度が制御される請求項２３に記載の光通信システム。
【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、光のスペクトルの測定及びその測定の光増幅及び光通信への適用に関し、更に詳しくは、入力光のスペクトルの重心波長をモニタする方法を適用した光増幅器及び光通信システムに関する。
【０００２】
近年、光増幅器の光通信システムへの適用に関する研究及び開発が精力的に進められている。例えば、エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）を有するブースターアンプ、リピータ及びプリアンプの重要性が明らかになっている。
【０００３】
【従来の技術】
従来、信号光を受ける光増幅媒体と、光増幅媒体が信号光の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体をポンピングする手段とを備えた光増幅器が公知である。
【０００４】
光増幅媒体が第１端及び第２端を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）である場合、ポンピング手段は、適切な波長のポンプ光を出力するポンプ光源と、ポンプ光を第１端及び第２端の少なくともいずれか一方からドープファイバへ供給する手段とを含む。また、半導体材料からなる光増幅媒体が知られている。この場合、ポンピング手段は、媒体に電流注入する手段を含む。
【０００５】
一方、伝送容量を飛躍的に増大するために、波長分割多重（ＷＤＭ）システムが提案されている。ＷＤＭシステムは、互いに異なる波長の複数の信号光を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光を送り出す送信局と、送り出されたＷＤＭ信号光を伝送する光伝送路と、伝送されたＷＤＭ信号光を受ける受信局とを備える。ＷＤＭシステムにおける伝送距離を長くするために、光増幅器を有するリピータが光伝送路の途中に１つ又は複数設けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光増幅器をＷＤＭシステムに適用する場合、考慮すべき点は、光増幅器に見られるゲインチルトである。ゲインチルトはゲインの波長依存性に基づくものである。
【０００７】
例えばＥＤＦＡにおいては、エルビウムドープファイバにおける均一広がり（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ）の特性から、トータル入力パワーの変化によりゲインチルトも変化する。
【０００８】
従って、ＷＤＭシステム或いはリピータを設計し或いは運用する場合には、ゲインチルトを把握しておくことが重要である。
【０００９】
ゲインチルトを把握するための技術として光スペクトルアナライザを用いるものがある。しかし、光スペクトルアナライザは構成が複雑で高信頼性が要求される全ての光増幅器に光スペクトルアナライザを組み込むことは現実的ではない。
【００１０】
よって、本発明の目的は、ゲインチルトの評価に代替可能な新規なモニタリングの方法及び装置を提供することにある。モニタリングの対象として、本発明では、与えられた光のスペクトルの重心波長が提案される。
【００１１】
本発明の他の目的は、このモニタリング技術が適用される光増幅器を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、このモニタリング技術が適用される光通信システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のある側面によると、与えられた波長帯域において入力光のスペクトルの複数波長の各波長位置および各光パワーにより決定される面積を二等分する波長位置を重心波長としてモニタする装置が提供される。第１の検出手段は、入力光のトータルパワーに対応する第１の値を検出する。
【００１４】
入力光の全部又は一部は重み付け手段へ供給される。重み付け手段の入力及び出力は、波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる。
【００１５】
第２の検出手段は、重み付け手段から出力される光のパワーに対応する第２の値を検出する。
【００１６】
演算手段は第１及び第２の検出手段に動作的に接続される。演算手段は、第１及び第２の値に基づき重心波長λcgを算出する。
【００１７】
入力光のスペクトルがＰ（λ）で与えられるときに、重心波長λcgは、式
λcg＝∫λＰ（λ）ｄλ／∫Ｐ（λ）ｄλ
で定義することができる。
【００１８】
望ましくは、演算手段は、第２の値を第１の値で除する手段を含む。これにより、上述の式に基づいて容易に重心波長λcgを得ることができる。
【００１９】
得られた重心波長によって例えば光増幅器のゲインチルトを評価することができる。
【００２０】
本発明は波長による定義によって限定されない。波長の変化は、限られた範囲内では実質的に周波数の変化に比例する。即ち、波長の変化Δλと周波数変化Δνの間には次式で表される関係があり、２０ｎｍ（例えば１．５４−１．５６μｍ）程度の波長帯域では、よい近似で波長変化と周波数変化は比例関係にあると言える。
【００２１】
Δλ＝（λ2／ｃ）Δν
ここでλは該当する波長であり、ｃは光速である。本願明細書では、慣習に従って波長による定義を採用しているが、以上のことから、「波長」という語は全て「周波数」に置き換えることができる。
【００２２】
本発明の他の側面によると、主光路上に設けられ、該主光路上を伝搬する信号光を受ける光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記信号光の波長を含む増幅帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするポンピング手段と、上記主光路上に設けられ、上記信号光を含む入力光のスペクトルの重心波長をモニタするモニタリング手段と、該モニタされた重心波長に基づき、上記増幅帯域におけるゲインチルト特性が依存するパラメータを制御する制御手段とを備えた光増幅器が提供される。
【００２３】
本発明の更に他の側面によると、光通信システムが提供される。送信局は波長分割多重信号光を送出する。受信光は波長分割多重信号光を受ける。
【００２４】
送信局及び受信局は光伝送路により結ばれる。光伝送路の途中には光中継器が設けられる。光中継器は、光伝送路に動作的に接続される主光路を有する。
【００２５】
光中継器は、本発明による光増幅器を含む。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１は本発明のモニタリング装置の基本構成を示すブロック図である。このモニタリング装置は、入力光が与えられたときにそのスペクトルの重心波長をモニタする。
【００２８】
第１の検出手段２は、入力光のトータルパワーに対応する第１の値Ｓ1を検出する。
【００２９】
重み付け手段４の入力及び出力は、波長λの一次関数で近似される重み付け関数Ｔ（λ）で関係付けられる。重み付け手段４には、入力光の全部又は一部が供給される。
【００３０】
第２の検出手段６は、重み付け手段４から出力される光のパワーに対応する第２の値Ｓ2を検出する。
【００３１】
演算手段８は、第１の値Ｓ1及び第２の値Ｓ2を受け、これらの値に基づく演算を行って重心波長λcgを得る。
【００３２】
図２は図１に示される装置における重心波長λcgのモニタリングの原理説明図である。
【００３３】
今、入力光のスペクトルが、与えられた帯域内でＰ（λ）で表されるものとする。λ1及びλ2は上記与えられた帯域におけるそれぞれ最短波長及び最長波長であり、λcは上記与えられた帯域の中心波長である。
【００３４】
また、モニタリングの原理の理解を容易にするために、重み付け関数Ｔ（λ）は波長λの一次関数で与えられ、Ｔ（λ1）＝０，  Ｔ（λ2）＝１であるとする。即ち、重み付け関数は次式で与えられる。
【００３５】
【数１】
0003860127.tif 000002
【００３６】
入力光のスペクトルが存在する帯域が与えられている場合、本発明では重心波長λcgは次のように定義される。
【００３７】
【数２】
0003860127.tif 000003
【００３８】
幾何学的には、重心波長λcgは、与えられた帯域においてスペクトルＰ（λ）によって決定される面積を二等分する波長として定義される。
【００３９】
図１において検出された第１の値Ｓ1及び第２の値Ｓ2は（３）及び（４）式を満足する。
【００４０】
【数３】
0003860127.tif 000004
【００４１】
（１）式を（４）式に代入して、（２）式を考慮しながらＳ2／Ｓ1を求めると、（５）式が得られる。
【００４２】
【数４】
0003860127.tif 000005
【００４３】
特に、図１において、入力光の半分が第１の検出手段２へ供給され、残りの半分が重み付け手段４へ供給されており、且つ、重み付け手段４の損失を無視し得る場合、（５）式の左辺及び右辺は等しくなり、この場合、重心波長λcgは次式で与えられる。
【００４４】
【数５】
0003860127.tif 000006
【００４５】
このように特定の重み付け関数或いはそれに近似される関数を用いることによって、第２及び第１の値の比Ｓ2／Ｓ1に基づいて容易に重心波長λcgを算出することができる。
【００４６】
尚、図２において破線で示されるのは、Ｒ（λ）＝１−Ｔ（λ）で定義される他の重み付け関数であり、このような重み付け関数によっても容易に重心波長λcgを得ることができる。重み付け関数Ｔ（λ）及びＲ（λ）の組み合わせの効果的な使用については後述する。
【００４７】
図３はＥＤＦＡにおけるゲインチルトの一例を説明するための図である。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（エルビウムドープファイバ）に入力したときの出力光のスペクトルが示されている。縦軸は出力パワー（ｄＢｍ）であり、横軸は波長（ｎｍ）である。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、負のゲインチルトが生じている。即ち、ゲインの波長微分は負である（ｄＧ／ｄλ＜０）。
【００４８】
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、正のゲインチルトが得られている（ｄＧ／ｄλ＞０）。
【００４９】
Ｂで示されるスペクトルは、ゲインチルト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、ゲインの波長微分は零である（ｄＧ／ｄλ＝０）。
【００５０】
何れのスペクトルも、ＡＳＥ光（増幅された自然放出光）のスペクトルに各チャネルの信号光に対応する４つの鋭いスペクトルが重畳された形状を有している。
【００５１】
ところで、光増幅器においては、ＡＳＥ光のスペクトルには小信号に対する利得特性が反映される。ここでは、ＡＳＥ光はＳＥ光（自然放出光）を含むものとする。従って、ある光増幅器が与えられたときに、与えられた帯域内におけるＡＳＥ光のスペクトルの重心波長をモニタすることによって、ゲインチルトを把握することができる。一方、図３に示されるような、ＡＳＥ光のスペクトルにＷＤＭ信号光のスペクトルが重畳されたスペクトルについても、その重心波長のモニタリングは光増幅器の特性について有用な情報を与える。具体的には次の通りである。
【００５２】
図４の（Ａ）を参照すると、与えられた帯域においてＡＳＥ光のスペクトルＰ（λ）がＰ（λ）＝ａλ＋ｂ  （０＜ａ）で表される場合における重心波長のモニタリングが示されている。この場合、スペクトルは波長軸に対して右上がりになるので、重心波長λcgは与えられた帯域の中心波長λcよりも大きくなる。
【００５３】
図４の（Ｂ）を参照すると、与えられた帯域内において、ＡＳＥ光のスペクトルＰ（λ）が、Ｐ（λ）＝ｃλ＋ｄ  （ｃ＜０）で表されるときの重心波長のモニタリングが示されている。この場合、スペクトルは波長軸に対して右下がりとなるので、重心波長λcgは中心波長λcよりも小さくなる。
【００５４】
図４の（Ｃ）を参照すると、与えられた帯域内においてＡＳＥ光のスペクトルが平坦である場合における重心波長のモニタリングが示されている。この場合、重心波長λcgは中心波長λcに一致する。
【００５５】
このように、与えられた帯域におけるスペクトルの傾斜の傾向は重心波長に反映されるので、重心波長のモニタリング値に基づいてポンプ光パワー等のゲインチルト特性が依存するパラメータを制御することによって、光増幅器の所要の特性を得ることができる。この種の制御の詳細については後述する。
【００５６】
次に、ＷＤＭ信号光における各信号光のスペクトルが線スペクトルで近似される場合、各チャネルの波長は離散的な値をとるので、重心波長λcgは次のように簡単に求めることができる。
【００５７】
【数６】
0003860127.tif 000007
【００５８】
図５の（Ａ）は波長軸上に等間隔で並んだ３チャネルのＷＤＭ信号光の離散スペクトルを示す図である。第１，第２及び第３チャネルの波長はそれぞれλ0，λ0＋Δλ及びλ0＋２Δλであり、スペクトルの大きさＰ（λ）はそれぞれＰ0，２Ｐ0及び３Ｐ0である。この場合、（７）式に基づいて重心波長λcgを求めると、λcg＝λ0＋４Δλ／３となる。
【００５９】
図５の（Ｂ）を参照すると、第１、第２及び第３チャネルのスペクトルの大きさＰ（λ）がそれぞれ３Ｐ0，２Ｐ0及びＰ0の場合が示されている。この場合、重心波長λcgは、λcg＝λ0＋２Δλ／３で与えられる。
【００６０】
図５の（Ｃ）を参照すると、各チャネルのスペクトルの大きさＰ（λ）がＰ0で同じ場合が示されている。この場合、重心波長は第２チャネルの波長に一致する。即ち、λcg＝λ0＋Δλである。
【００６１】
このように、離散スペクトルが与えられている場合にも、本発明のモニタリング技術により離散スペクトルの集合における重心波長を容易に求めることができる。これは、離散スペクトルの集合における重心波長は、スペクトル配置及び各スペクトルの大きさによって決定されるからである。
【００６２】
逆言すれば、各スペクトルの大きさ等が判明している場合、重心波長のモニタリング値に基づいて、欠落しているチャネル等に関する情報を得られることがわかる。
【００６３】
図６は本発明のモニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。この装置は、入力光の帯域を制限する光帯域通過フィルタ１０を有している。フィルタ１０は、図２に示される波長λ1及びλ2にそれぞれ対応する通過帯域の最短波長及び最長波長を有している。
【００６４】
フィルタ１０を通過した光は、光カプラ１２により第１及び第２の分岐光に分岐される。第１の分岐光はフォトディテクタ１４へ供給され、フォトディテクタ１４は第１の値Ｓ1に対応する電気信号を出力する。
【００６５】
第２の分岐光は重み付けエレメント１６を通ってフォトディテクタ１８へ供給される。フォトディテクタ１８は第２の値Ｓ2に対応する電気信号を出力する。
【００６６】
重み付けエレメント１６の挿入損失を無視し得る場合には、第１及び第２の分岐光のパワーが等しくなるように光カプラ１２が設計される。即ち、この場合光カプラ１２は３ｄＢカプラである。
【００６７】
重み付けエレメント１６の挿入損失を無視し得ない場合には、その損失を補償するように光カプラ１２における分岐比が調整される。
【００６８】
また、フォトディテクタ１４及び１８の受光感度が異なる場合にも、光カプラ１２の分岐比の調整によりこれを補償することができる。分岐比の調整によらず、フォトディテクタ１４及び１８の出力電気信号の個々の調整によってバランスをとってもよい。
【００６９】
フォトディテクタ１４及び１８の出力信号は、重心波長の算出や得られた重心波長に基づく制御に供される演算ユニット２０へ供給される。演算ユニット２０は、フォトディテクタ１４及び１８の出力信号をアナログ／デジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ２１及び２３を有している。
【００７０】
演算手段２０は、更に、Ａ／Ｄコンバータ２１及び２３からのデジタルデータを取り込むためのＩ／Ｏポート２４と、予め定められたプログラムに従って演算を行うＣＰＵ２８と、演算のためのプログラムやデータテーブルが記憶されるＲＯＭ（リードオンリーメモリ）３０と、計算結果を一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２とを有している。
【００７１】
Ｉ／Ｏポート２４、ＣＰＵ２８、ＲＯＭ３０及びＲＡＭ３２はデータバス３４によって相互に接続されている。
【００７２】
符号３６はＩ／Ｏポート２４に接続される制御用入力端子を表している。この端子３６は、このモニタリング装置が光増幅器における制御に供される場合に、重心波長の目標値や監視情報を取り込むために使用される。
【００７３】
図７を参照すると、図６の装置の動作を示すフローチャートが示されている。ここでは、重み付けエレメント１６が図２に示される重み付け関数Ｔ（λ）を実質的に有しているものとする。
【００７４】
まず、フォトディテクタ１４及び１８からの信号に基づき、第１の値Ｓ1と第２の値Ｓ2とが読み込まれる（ステップ２０１）。
【００７５】
次いで、（６）式に基づいて、重心波長λcgが算出される。ここで、λ1及びλ2は図２に示されており、或いは光帯域通過フィルタ１０（図６参照）のカットオフ波長（通過帯域の最短波長及び最長波長）である。
【００７６】
そしてステップ２０３では、算出された重心波長λcgが読み出される。
【００７７】
尚、モニタリング値に基づく制御が行われる場合には、ステップ２０３に代えて制御のフローが行われる。
【００７８】
図６の装置へ供給される入力光のトータルパワーＰtotはフォトディテクタ１４の出力信号に対応しているので、第１の値Ｓ1に基づいてトータルパワーＰtotのモニタリング値を読み出すこともできる。
【００７９】
図８は本発明のモニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。ここでは、入力ポート３８Ａ並びに出力ポート３８Ｂ及び３８Ｃを有する重み付けエレメント３８が用いられている。
【００８０】
光帯域通過フィルタ１０を通過した光は、光カプラ１２により第１及び第２の分岐光に分岐される。第１の分岐光は、図６の装置と同様入力光のトータルパワーを検出するためのフォトディテクタ１４へ供給される。第２の分岐光は、重み付けエレメント３８の入力ポート３８Ａに供給される。
【００８１】
重み付けエレメント３８は、入力ポート３８Ａに供給された第２の分岐光を更に第１及び第２の重み付け分岐光に分岐する。第１及び第２の重み付け分岐光の分岐比は、重み付け関数Ｔ（λ）に従うパラメータａを用いてａ：（１−ａ）で与えられる。
【００８２】
即ち、入力ポート３８Ａと出力ポート３８Ｂは重み付け関数Ｔ（λ）により関係づけられており、一方、入力ポート３８Ａと出力ポート３８Ｃは１−Ｔ（λ）（＝Ｒ（λ））により関係づけられている。
【００８３】
第１及び第２の重み付け分岐光はそれぞれフォトディテクタ４０及び４２へ供給される。フォトディテクタ４０及び４２の出力信号は、それぞれＡ／Ｄコンバータ２２及び２６を介してＩ／Ｏポート２４へ供給される。
【００８４】
演算ユニット２０′のハードウェアは図６の第１実施形態とほぼ同様であるのでその説明は省略する。
【００８５】
図８の第２実施形態は、演算ユニット２０′がフォトディテクタ４０及び４２のうち出力レベルが大きい方のフォトディテクタを選択する機能を有している点で特徴づけられる。選択されたフォトディテクタ４０または４２の出力に基づき、第２の値Ｓ2が求められる。これにより、第２及び第１の値の比Ｓ2／Ｓ1に基づいて算出される重心波長のモニタリング精度が向上する。
【００８６】
以下の説明では、フォトディテクタ４０及び４２のそれぞれの出力レベルが対応する第３の値Ｓ3と第４の値Ｓ4とが用いられる。
【００８７】
図９は図８の装置の動作を示すフローチャートである。まずステップ３０１では、フォトディテクタ１４，４０及び４２の出力信号に基づいて、第１の値Ｓ1と第３の値Ｓ3と第４の値Ｓ4とが読み込まれる。
【００８８】
ステップ３０２では、値Ｓ3及びＳ4の大小関係が判断され、値Ｓ3が値Ｓ4に等しいかそれよりも大きい場合にはステップ３０３へ進み、値Ｓ3が値Ｓ4よりも小さい場合にはステップ３０４へ進む。
【００８９】
ステップ３０３では、より大きい第３の値Ｓ3が（６）式の第２の値Ｓ2として採用され、式
λcg＝（λ2−λ1）Ｓ3／Ｓ1＋λ1
により重心波長λcgが算出される。
【００９０】
ステップ３０４では、より大きい第４の値Ｓ4（重み付けエレメントの出力ポート３８Ｃに対応）が第２の値Ｓ2として採用されるので、重み付け関数はＲ（λ）＝１−Ｔ（λ）となり、（６）式は変更される。そして、式
λcg＝（λ1−λ2）Ｓ4／Ｓ1＋λ2
により重心波長λcgが算出される。
【００９１】
続いてステップ３０５では、ステップ３０３又は３０４で算出された重心波長λcgが読み出される。
【００９２】
図１０は本発明のモニタリング装置の第３実施形態を示すブロック図である。この装置は、図８の第２実施形態と対比して、光カプラ１２及びフォトディテクタ１４が省略され、これにより演算ユニット（２０′′）のＡ／Ｄコンバータ２１が省略されている点で特徴づけられる。
【００９３】
光帯域通過フィルタ１０の出力光は全て重み付けエレメント３８の入力ポート３８Ａに供給される。そして、演算ユニット２０′′が第３の値Ｓ3と第４の値Ｓ4とに基づき入力光のトータルパワーＰtotを求めている。具体的には次の通りである。
【００９４】
図１１は図１０の装置の動作を示すフローチャートである。ステップ４０１では、フォトディテクタ４０及び４２の出力信号に基づいて、第３の値Ｓ3と第４の値Ｓ4とが読み込まれる。
【００９５】
ステップ４０２では、値Ｓ3及び値Ｓ4の大小関係が判断され、値Ｓ3が値Ｓ4に等しいかそれよりも大きい場合にはステップ４０３へ進む。
【００９６】
ステップ４０３では、値Ｓ3に値Ｓ4を加算してこれを第１の値Ｓ1とし、また、より大きい第３の値Ｓ3を第２の値Ｓ2とする。続いてステップ４０４では、（６）式に基づいて重心波長λcgが算出される。
【００９７】
ステップ４０２で第３の値Ｓ3が第４の値Ｓ4よりも小さいと判断された場合にはステップ４０５へ進む。
【００９８】
ステップ４０５では値Ｓ3にＳ4を加算してこれを第１の値Ｓ1とし、また、より大きい第４の値Ｓ4を第２の値Ｓ2とする。
【００９９】
続いてステップ４０６では、重み付け関数Ｒ（λ）に従って、式
λcg＝（λ1−λ2）Ｓ2／Ｓ1＋λ2
により重心波長λcgが算出される。
【０１００】
ステップ４０４または４０６で求められた重心波長λcgはステップ４０７で読み出される。
【０１０１】
このように本実施形態によると、モニタリング精度が高く且つ簡単な構成のモニタリング装置の提供が可能になる。
【０１０２】
次に、図６の重み付けエレメント１６並びに図８及び図１０の重み付けエレメント３８として用いることができる光コンポーネントの具体例を説明する。エレメント１６の機能はエレメント３８の機能に包含されるので、エレメント３８の機能に基づいて具体例を説明する。
【０１０３】
図１２は重み付けエレメントの第１実施形態を示す図である。
【０１０４】
この重み付けエレメントは、透明基板４４と、透明基板４４上に形成された誘電体多層膜４６とを有している。多層膜４６は低屈折率層及び高屈折率層を交互に積層して作製される。
【０１０５】
低屈折率層及び高屈折率層は例えばそれぞれＳｉＯ2及びＴｉＯ2からなる。
入力ポート３８Ａからの光は予め定められた入射角で多層膜４６へ入射する。透過光路は出力ポート３８Ｂに対応し、反射光路は出力ポート３８Ｃに対応する。
【０１０６】
図１３は図１２の重み付けエレメントの特性の一例を示すグラフである。実線で示されるのは透過率の波長特性であり、破線で示されるのは反射率の波長特性である。
【０１０７】
ある特定の波長が与えられると、その波長における透過率及び反射率の和は、原理的には１００％となる。
【０１０８】
図１３から明らかなように、比較的リニアリティーが確保されているクロスポイントの近傍で重み付け関数を定義することによって、重心波長を求めることができる。
【０１０９】
これまでに説明したモニタリングの原理においては、与えられた帯域の最短波長及び最長波長のいずれかにおいて重み付け関数の値が０であり且つ他方において１であるとしたが、これは重心波長の算出の理解を簡単にするための配慮である。従って、このような条件が必ずしも満たされない図１３のような特性を用いた場合であっても、（６）式を改良することにより重心波長を求めることができる。
【０１１０】
あるいは、フォトディテクタにより変換された電気信号を処理する回路において、オフセット及び／またはゲインを調整することにより、等価的に、最短波長及び最長波長の何れかにおいて０であり且つ他方において１である重み付け関数を得ることができる。
【０１１１】
図１４は重み付けエレメントの第２実施形態を示す図である。このエレメントは、第１のファイバ４８と第２のファイバ５０とを側面融着し、融着部分を延伸することによって作製される。符号５２は融着／延伸部を示している。
【０１１２】
第１のファイバ４８の両端がそれぞれ入力ポート３８Ａ及び出力ポート３８Ｃに対応し、第２のファイバ５０の出力ポート３８Ｃの一端が出力ポート３８Ｂに対応している。第２のファイバ５０の他端は、不要な反射が生じないように無反射終端とされる。
【０１１３】
融着／延伸部５２においては、各ファイバのコアが極めて接近し且つ各コアの径が光パワーを閉じ込めておくには不十分な程度に小さくなっているのでエバネッセント波結合が生じ、これにより第１のファイバ４８を伝搬する光パワーは第２のファイバ５０へカップリングする。そしてそのカップリング比は、融着／延伸部５２の形状パラメータの適切な設定によって波長依存性を有するようになる。
【０１１４】
図１５は図１４の重み付けエレメントの特性の一例を示すグラフである。実線で示されているのは、出力ポート３８Ｂから出力される光のパワーの入力ポート３８Ａへ入力する光のパワーに対する比（カップリング比）の波長特性を示している。カップリング比が波長の増大に従って正弦波的に変化していることがわかる。
【０１１５】
破線で示されるのは、ポート３８Ｃから出力される光のパワーのポート３８Ａへ供給される光のパワーに対する比の波長特性を示している。特定の与えられた波長においては、両比の和は原理的には１００％である。
【０１１６】
従って、このようなファイバ融着型光カプラを用いることによっても、容易に重心波長を得ることができる。望ましくは、図１５における特性曲線のクロスポイントを与える波長が図２の中心波長λcに対応するように融着／延伸部５２の形状パラメータが設定される。
【０１１７】
重み付けエレメントとしてファブリ・ペロ光共振器を用いることもできる。ファブリ・ペロエタロンの厚み及び両端面反射率を適切に設定することにより、図１３の特性に似た特性を得ることができるので、良好なリニアリティーを与える領域において重み付けを行うのである。
【０１１８】
図１６は本発明の光増幅器の基本構成を示す図である。この光増幅器は、増幅すべき信号光が入力される入力ポート５４と、増幅された信号光が出力される出力ポート５６とを有している。入力ポート５４と出力ポート５６の間には主光路が設定されている。
【０１１９】
主光路上には、信号光を受ける光増幅媒体５８が設けられる。ポンピング手段６０は、光増幅媒体５８が信号光の波長を含む増幅帯域を有するように光増幅媒体５８をポンピングする。
【０１２０】
主光路上にはまたモニタリング手段６２が設けられており、モニタリング手段６２は例えば信号光を含む入力光のスペクトルの重心波長をモニタする。
【０１２１】
制御手段６４はモニタされた重心波長に基づき、光増幅媒体５８の増幅帯域におけるゲインチルト特性が依存するパラメータを制御する。
【０１２２】
光増幅媒体５８としては、ＥＤＦ等の希土類元素がドープされたドープファイバを用いることができる。ドープファイバの代表的な母材材質はシリカやフッ化物である。また、半導体材料からなる光増幅媒体５８を用いることもできる（半導体光増幅器）。この場合、ポンピング手段６０は、媒体へ電流を注入する手段を含む。具体的には、半導体光増幅器の電極対にポンピング電圧が印加される。
【０１２３】
光増幅媒体５８は、主光路上における信号光の伝搬方向のそれぞれ上流側及び下流側に対応する第１端及び第２端を有している。ドープファイバに適したポンピング手段６０は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、光増幅媒体５８の第１端及び第２端の少なくともいずれか一方に動作的に接続されポンプ光を光増幅媒体５８へ供給する光結合手段とを含む。
【０１２４】
本明細書において、光学部品同士が動作的に接続されるというのは、ファイバ接続或いはコリメートビームを用いた空間接続により直接接続される場合を含み、更に光フィルタ等の他の光学部品を介して接続される場合を含む。
【０１２５】
このようにポンピング手段がポンプ光源を含む場合には、制御手段６４の制御対象となるパラメータとしては、ポンプ光パワーを採用することができる。この場合、出力ポート５６から出力される信号光のパワーを一定にするためのＡＬＣ（自動レベルコントロール）のフィードバックループにポンプ光源を含ませることができないので、ＡＬＣを行うためには、減衰率可変の光アッテネータを含むフィードバックループを構成するとよい。
【０１２６】
増幅帯域に含まれる波長を有するダミー光を光増幅媒体５８へ供給するダミー光源６６をこの光増幅器が有している場合には、制御手段６４の制御対象となるパラメータはダミー光のパワーであってもよい。この場合、ポンプ光源をＡＬＣのためのフィードバックループに含ませることができる。
【０１２７】
この光増幅器をＷＤＭシステムに適用する場合には、ＷＤＭ信号光が入力ポート５４へ供給される。この光増幅器においては、モニタされた重心波長に基づいて光増幅媒体５８の増幅帯域におけるゲインチルト特性を把握して、それに基づく制御を行っているので、所要の特性を得ることができる。
【０１２８】
図１７は本発明の光増幅器の第１実施形態を示すブロック図である。入力ポート５４と出力ポート５６の間の主光路上には、光カプラ６８、光アイソレータ７０、ＥＤＦ７２、ＷＤＭカプラ７４、光アイソレータ７６、光帯域通過フィルタ７８、光カプラ８０及び光アッテネータ８２が信号光伝搬方向に向かってこの順に設けられている。
【０１２９】
入力ポート５４へ供給された信号光は、光カプラ６８により２分岐され、その一方は光アイソレータ７０を通ってＥＤＦ７２の第１端へ供給される。光カプラ６８で分岐された他方の光は、信号光の波長が含まれる通過帯域を有する光帯域通過フィルタ８４を通ってフォトディテクタ８６へ供給される。フォトディテクタ８６は後述する監視情報をモニタするためのものである。
【０１３０】
フォトディテクタ８６の出力信号は、復調器８８へ供給され、その出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ９０によりデジタル信号に変換されてＩ／Ｏポート２４へ供給される。
【０１３１】
ポンプ光源としてのレーザダイオード９２からのポンプ光は、ＷＤＭカプラ７４を介してＥＤＦ７２の第２端へ供給される。レーザダイオード９２は駆動回路９４により駆動される。
【０１３２】
ＥＤＦ７２内において増幅された光は、ＷＤＭカプラ７４及び光アイソレータ７６をこの順に通って光帯域通過フィルタ７８へ供給される。光帯域通過フィルタ７８は、信号光の波長が含まれる通過帯域を有している。特にこの光増幅器がＷＤＭシステムに適応される場合には、通過帯域の最短波長は最短波長チャネルよりも僅かに短く設定され、通過帯域の最長波長は最長波長チャネルよりも僅かに長く設定される。
【０１３３】
ＷＤＭにおける最短波長チャネル及び最長波長チャネルにより信号帯域が定義される。信号帯域は光増幅媒体の増幅帯域に含まれるので、以下の説明では信号帯域が増幅帯域を意味することもある。
【０１３４】
光帯域通過フィルタ７８から出力された光は、光カプラ８０で２分岐され、その一方は減衰率が可変な光アッテネータ８２を通って出力ポート５６に到達する。
【０１３５】
光カプラ８０で分岐された他方の光は、本発明の重心波長モニタリング装置へ供給される。ここでは、図１０のモニタリング装置のハードウェアが採用されている。但し、重み付けエレメント３８への入力光は光帯域通過フィルタ７８を通ってきているので、図１０の光フィルタ１０は省略されている。
【０１３６】
この実施形態では、モニタされた重心波長が予め定められた値になるようにポンプ光のパワーが制御される。望ましくは、重心波長の目標値は、光帯域通過フィルタ７８の通過帯域の中心波長、即ち信号帯域の中心波長である。
【０１３７】
ポンプ光のパワーの制御を具体的に説明する。重心波長が中心波長よりも長い場合には、右上がりのゲインチルト（図３参照）が生じていると判断し、これを補正するためにポンプ光のパワーを増大させる。一方、重心波長が中心波長よりも短い場合には、右下がりのゲインチルトが生じていると判断し、ポンプ光のパワーを減少させる。このようなポンプ光のパワーの制御によって、重心波長を中心波長に一致させることができ、ゲインチルトを抑制することができる。
【０１３８】
重み付けエレメント３８へ供給される光は、ＡＳＥ成分と信号光成分とからなる。従って、この合成により、重心波長が中心波長に一致していることとゲインチルトがないこととが正確に対応しない場合には、中心波長に正または負のオフセット波長を加えた値を目標値としてもよい。
【０１３９】
また、図５の（Ａ）或いは図５の（Ｂ）に示されるようにＷＤＭ信号光が分布している場合にも、これを補正するために、オフセットされた目標値は有効である。
【０１４０】
光アッテネータ８２は、出力ポート５６から出力される光のパワーが一定になるようにフィードフォワード制御される。即ち、フォトディテクタ４０及び４２の出力信号に基づいて算出されるトータルパワーと減衰率とを関係づけるテーブルをＲＯＭ３０に記憶させておき、予め定められたプログラムに基づいて光アッテネータ８２の減衰率が制御されるのである。
【０１４１】
勿論、光アッテネータ８２の出力光パワーをモニタする手段を設け、そのモニター値が一定になるように減衰率をフィードバック制御してもよい。このようなフィードバックループによるＡＬＣの実施形態については後述する。
【０１４２】
図１８は本発明の光増幅器が適用される光通信システムのブロック図である。送信局９６はＷＤＭ信号光を送出する。受信局９８はＷＤＭ信号光を受ける。
【０１４３】
送信局９６及び受信局９８は光伝送路１００により結ばれている。光伝送路１００の途中には、複数の光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）が設けられている。ここでＮは全光中継器の数である。
【０１４４】
光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）は、それぞれ、光伝送路１００に動作的に接続される主光路を有しており、各主光路には本発明の光増幅器が設けられている。例えば図１７の光増幅器が採用可能である。
【０１４５】
一般に光増幅器においては、光増幅媒体において生じるＡＳＥ光のパワーは波長依存性を有している。従って、図１８の光通信システムにおいては、送信局９６から受信局９８に向かうに従って光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）における各重心波長の目標値をシフトさせていくのが望ましい。これを具体的に説明する。
【０１４６】
図１９によりプリエンファシスの概念が説明される。図１９においては、４つのチャネルは短波長側から長波長側に向かって＃１，＃２，＃３及び＃４で表されている。ＥＤＦＡにおいては、短波長になるのに従ってＡＳＥ光のパワーが大きくなるので、短波長側のチャネルにおいて所要のＳＮＲ（信号対雑音比）を確保するために、短波長側のチャネルの信号光出力が比較的大きく設定されることが望ましい。なぜならば、各チャネルの信号光のＳＮＲは、光中継器の段数が増えるに従って劣化し、その劣化の度合いは短波長側のチャネルの方が長波長側のチャネルよりも大きいからである。
【０１４７】
今、最短波長λ1及び最長波長λ2によって与えられる信号帯域内に４チャネルの信号光を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光を想定すると、送信局９６における重心波長は帯域の中心波長λcよりも僅かに短い波長λ0に設定されるのである。これが送信局９６におけるプリエンファシスである。
【０１４８】
この場合、各光増幅器１０４の重心波長をプリエンファシスされた重心波長λ0に制御することによって、短波長側チャネルの所要のＳＮＲを確保することができる。
【０１４９】
送信局９６においてプリエンファシスがなされていない場合には、光中継器の段数が増えるに従って、重心波長の目標値を短波長側にシフトさせるとよい。
【０１５０】
一区間における重心波長の目標値のシフト量をΔλとすると、光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）における重心波長の目標値は、それぞれ、（λ0−Δλ），（λ0−２Δλ），・・・，（λ0−ＮΔλ）で与えられる。
【０１５１】
ここではλ0は送信局９６における重心波長の目標値という意味でのみ用いられており、中心波長λｃよりも短いことに限定されない。例えば、目標波長λ0を中心波長λcに一致させてもよい。
【０１５２】
このような重心波長の目標値のシフトにより、短波長側のチャネルにおいて所要のＳＮＲを得ることができる。勿論このようなシフトを送信局９６におけるプリエンファシスと併用してもよい。
【０１５３】
図１８の光通信システムは、望ましくは、ＷＤＭ信号光に関する監視情報を光中継へ送る手段を更に備えている。監視情報は、例えば、送信局９６から光伝送路１００を介して各光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）へ送られる。これによると各光中継器１０２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）においては、受けた監視情報及びモニタされた重心波長に基づき所望の特性が得られるような制御を行うことができる。
【０１５４】
例えば監視情報がＷＤＭ信号光の重心波長或いはその目標値を含む場合、各光中継器においてそれぞれ所望のゲインチルト特性が得られるような制御を行うことができる。
【０１５５】
監視情報がＷＤＭ信号光の各チャネルの波長及び運用されているチャネルを特定するためのデータを含む場合、前述した原理に従って各光中継器において容易に重心波長の目標値を算出することができる。
【０１５６】
図２０を参照すると、このような監視情報を伝送するための方法が示されている。ＷＤＭ信号光の１つに伝送データよりも十分低速なトーン成分１０８を重畳する。そしてこのトーン成分をサブキャリアとして監視情報に基づいた変調を行うのである。トーン成分の周波数は、各周波数成分が光増幅器で減衰しないように、例えば１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚに設定される。
【０１５７】
トーン成分により監視情報を伝送するのではなく、特定チャネルの信号光を伝送データでは変調せずに、この信号光により監視情報を伝送するようにしてもよい。監視情報の再生は例えば次のようにしてなされる。
【０１５８】
図１７において、分岐されたＷＤＭ信号光は、光帯域通過フィルタ８４で信号帯域が抽出された後にフォトディテクタ８６により電気信号に変換され、その電気信号は復調器８８へ供給される。復調器８８はトーン成分を抽出する帯域通過フィルタと抽出されたトーン成分に基づき監視情報を復調する手段とを含む。
【０１５９】
これにより、例え全チャネルのＷＤＭ信号光がフォトディテクタ８６に供給されたとしても、監視情報の再生が可能になるのである。
【０１６０】
得られた監視情報はＡ／Ｄコンバータ９０を介してＩ／Ｏポート２４へ供給される。
【０１６１】
図２１は本発明の光通信システムを適用可能な他の光通信システムのブロック図である。このシステムでは、信号光の波長とは異なる波長λsvを有する監視光を用いて、監視情報を伝送している。光伝送路１００の途中には複数の光中継器１０２が設けられている。
【０１６２】
各光中継器１０２は、監視光を受けて監視情報を再生するために、本発明が適用される光増幅器１０４の他に監視装置１１０を有している。
【０１６３】
光増幅器１０４の上流側でＷＤＭカプラ１１２により分岐された監視光は、監視装置１１０へ供給される。
【０１６４】
監視装置１１０は、監視光に基づいて復調した監視情報を光増幅器１０４へ送り、場合によっては光増幅器１０４からの監視情報の付加情報を受ける。監視情報の復調を行うために、監視装置１１０は光／電気変換器を有している。また、監視装置１１０は、復調により得られた監視情報或いは付加情報を付加した監視情報を後段へ送るために、電気／光変換器を有している。
【０１６５】
電気／光変換器からの新たな監視光は、光増幅器１０４の下流側でＷＤＭカプラ１１４によりＷＤＭ信号光に合流される。
【０１６６】
このシステムによると、各光中継器１０２においてモニタされた重心波長を下流側の光中継器または受信局９８に通知することができる。これにより、ある光中継器における重心波長が故障等の原因により変化したときに、当該光中継器を特定することができるようになる。
【０１６７】
図２１のシステムに双方向通信を適用して、監視光が受信局９８から送信局９６へ送られるようにしてもよい。
【０１６８】
図２２は本発明の光増幅器の第２実施形態を示すブロック図である。この光増幅器は、ＥＤＦ７２の第１端及び第２端にそれぞれ動作的に接続されるモニタユニット１１６及び１１８を有している点で特徴づけられる。
【０１６９】
モニタユニット１１６には光カプラ６８で分岐された光が入力され、モニタユニット１１８には光カプラ８０で分岐された光が入力される。
【０１７０】
モニタユニット１１８は、入力光のスペクトルの重心波長をモニタするために、図１７におけるのと同様に重み付けエレメント３８並びにフォトディテクタ４０及び４２を有している。
【０１７１】
モニタユニット１１６は、ユニット１１８の構成に加えて入力光の帯域を制限するための光帯域通過フィルタ１０を有している。
【０１７２】
このように２つのモニタユニットを用いることによって、入力ポート５４に入力される光に対応するスペクトルの第１の重心波長と、出力ポート５６から出力される光に対応するスペクトルの第２の重心波長とをそれぞれモニタすることができる。
【０１７３】
望ましくは、第１の重心波長が第２の重心波長に実質的に一致するように、レーザダイオード９２から出力されるポンプ光のパワーが制御される。
【０１７４】
前述したようなプリエンファシスに基づく重心波長のシフトを行う場合には、第１の重心波長が第２の重心波長に所定のオフセットを加えた値に一致するように、ポンプ光のパワーが制御される。
【０１７５】
ところで、重み付けエレメント３８における重み付け関数は環境温度に対して敏感であることが多い。例えば、図１２の誘電体多層膜４６や図１４の融着／延伸部５２の温度が変化すると、重み付け関数は波長軸方向にシフトする。よって、重心波長のモニタリング精度を向上するためには、重み付け関数のシフトが生じないように重み付けエレメント３８の温度を制御することが望ましい。
【０１７６】
このような温度制御に関して、図２２のモニタユニット１１６について説明する。モニタユニット１１６の重み付けエレメント３８には、温度コントローラ１２０が付加的に設けられている。その制御の態様は次の通りである。
【０１７７】
ＷＤＭ信号光の１つをパイロット光とし、その波長を厳密に制御しておく。このようなパイロット光が与えられると、パイロット光は線スペクトル或いは極めて狭い帯域の急峻なスペクトルを有しているので、重み付けエレメント３８からフォトディテクタ４０へ供給されるパイロット光のパワーは、例えば図２における重み付け関数Ｔ（λ）及びパイロット光の波長により決定され、重み付けエレメント３８からフォトディテクタ４２へ供給されるパイロット光のパワーは、重み付け関数Ｒ（λ）及びパイロット光の波長により決定される。もし、これらのパワーの比が一定に保たれているとすれば、重み付け関数も一定に保たれることになり、重み付け関数のシフトが防止されるのである。
【０１７８】
このようなパワーの比は、図２０により説明したトーン成分を用いて検出することができる。即ち、パイロット光を一定振幅のトーン成分で変調しておくのである。そして、重み付けエレメント３８の２つの分岐出力光からそれぞれ得られるトーン成分の振幅の比を求めれば、それが前述のパワーの比に対応するのである。
【０１７９】
そのために、図２２の実施形態では、フォトディテクタ４０及び４２の出力信号をそれぞれ帯域通過フィルタ１２２及び１２６へ供給している。フィルタ１２２及び１２６はトーン成分の周波数を含む通過帯域を有している。
【０１８０】
フィルタ１２２及び１２６をそれぞれ通過したトーン成分は、Ａ／Ｄコンバータ１２４及び１２８を介してＩ／Ｏポート２４に取り込まれる。
【０１８１】
そして、フォトディテクタ４０及び４２に基づいてそれぞれ得られるトーン成分の比が一定になるように、重み付けエレメント３８の温度が制御される。
【０１８２】
図示はしないが、モニタユニット１１８においても同様に重み付けエレメント３８の温度が制御されている。
【０１８３】
ここでは、パイロット光の波長が絶対波長に安定化されていることを前提に重み付けエレメントの温度制御を説明したが、この温度制御技術は、絶対波長の安定化がなされていないＷＤＭシステムにも適用可能である。
【０１８４】
例えば、各信号光の波長間隔のみが制御される場合がある。即ち、ＷＤＭ信号光の相対的な波長安定化である。この場合にも上述の温度制御によって、重み付け関数のシフトによる不都合がなくなる。
【０１８５】
図２３は本発明の光増幅器の第３実施形態を示すブロック図である。入力ポート５４と出力ポート５６の間に設定される主光路上には、それぞれ図１６に示される基本構成を有する第１の光増幅器１３０と第２の光増幅器１３２とが信号光伝搬方向にこの順に設けられている。
【０１８６】
第１の光増幅器１３０で増幅された光は、減衰率が可変な光アッテネータ１３４により減衰させられて分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１３６により第２の光増幅器１３２へ送られる。
【０１８７】
分散補償ファイバ１３６は、伝送路において信号光が受けた色分散（波長分散）を相殺するような分散値を有している。
【０１８８】
この実施形態において光増幅器を２段構成にしている第１の理由は、一般にＤＣＦの損失は大きく、ＤＣＦ１３６の上流側において信号光のレベルをある程度まで引き上げておく必要があるからである。
【０１８９】
第２の理由は、ＤＣＦ１３６の上流側における光増幅の利得をあまり大きくし過ぎて各信号光のパワーが大きくなると、ＤＣＦ１３６において非線形効果が生じ易くなるところにある。
【０１９０】
ＷＤＭが適用されているシステムにおいて、ＤＣＦ１３６で非線形効果の１つである４光波混合（ＦＷＭ）が生じると、チャネル間クロストークが悪くなる。また、自己位相変調（ＳＰＭ）も信号品質の劣化を招く。
【０１９１】
光増幅器１３０及び１３２においては、モニタされた重心波長に基づいてポンプ光のパワーが制御されている。そこで、ＡＬＣを行うために、第２の光増幅器１３２のモニタリング手段６２においてモニタされるトータルパワーが一定になるように光アッテネータ１３４における減衰率がフィードバック制御される。
【０１９２】
光増幅器１３０及び１３２における重心波長の制御は例えば次の通りである。前段の光増幅器１３０の重心波長は中心波長λcよりも短くなるように制御され、これにより左上がりのゲインチルトが得られるようにする。
【０１９３】
後段の光増幅器１３２の重心波長は中心波長λcよりも長くなるように制御され、これにより右上がりのゲインチルトが得られるようにする。そして、両光増幅器１３０及び１３２のトータルのゲインチルトが平坦になるようにされる。このような重心波長の制御によって、光増幅器の低雑音化及び高効率化が可能になる。
【０１９４】
ところで、図１６の本発明の光増幅器の基本構成を示す図においては、モニタリング手段６２は光増幅媒体５８の信号光伝搬方向下流側に位置するように示されているが、本発明はこれに限定されない。
【０１９５】
例えばモニタリング手段６２は光増幅媒体５８の上流側、即ち入力ポート５４と光増幅媒体５８の間に設けられていてもよい。この場合、モニタリング手段６２は、図２２のモニタユニット１１６のように入力光の重心波長をモニタリングする他、バックワードＡＳＥ光の重心波長をモニタリングすることもできる。
【０１９６】
光増幅媒体５８においては、信号光と同じ方向に伝搬するフォワードＡＳＥ光の他、信号光と逆向きに伝搬するバックワードＡＳＥ光が発生する。従って、このバックワードＡＳＥ光を主光路から抽出する手段を付加することによって、上述のようなモニタリングが可能になるのである。抽出する手段としては、例えば図２２のＥＤＦ７２の上流側に設けられる光カプラ６８を用いることができる。この場合、バックワードＡＳＥ光の伝搬の邪魔になる光アイソレータ７０は入力ポート５４と光カプラ６８との間に移され、光カプラ６８の１つ残っているポートからバックワードＡＳＥ光が抽出される。
【０１９７】
抽出されたバックワードＡＳＥ光は、モニタユニット１１６と同じように構成されるモニタリング手段に供給される。
【０１９８】
また、図１６において、モニタリング手段６２は、光増幅媒体５８に沿って設けられていてもよい。光増幅媒体５８がＥＤＦのように光導波路構造を有している場合には、自然放出光（ＳＥ光）が光増幅媒体５８の側方に漏れ出す。従って、この漏れ出したＳＥ光の重心波長をモニタリング手段６２がモニタリングするのである。具体的には、次の通りである。
【０１９９】
図２４は本発明の光増幅器の第４実施形態を示す主要部のブロック図である。光増幅媒体としてＥＤＦ７２が用いられており、これをポンピングする手段の図示は省略されている。
【０２００】
ＥＤＦ７２は外部から光が入らないように構成される積分球等のケース１３８に収容されている。ＥＤＦ７２の被覆は部分的に除去されており、そこからＳＥ光が側方に漏れ出す。
【０２０１】
ＳＥ光は光バンドパスフィルタ１４０に供給される。フィルタ１４０の通過帯域は例えば信号帯域に設定される。フィルタ１４０を通過したＳＥ光の一部は、重み付けエレメント１４２（例えば図１２の誘電体多層膜４６）を通ってフォトディテクタ１４４に入射する。フィルタ１４０を通過したＳＥ光の残りはフォトディテクタ１４６に入射する。
【０２０２】
フォトディテクタ１４４及び１４６がフォトダイオードを含む場合、その出力信号は電流信号として与えられるので、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換される。
【０２０３】
フォトディテクタ１４６の出力信号はＩ／Ｖコンバータ１４８に供給される。フォトディテクタ１４４の出力信号はＩ／Ｖコンバータ１５０に供給される。Ｉ／Ｖコンバータ１４８及び１５０の出力電圧はそれぞれ演算ユニット１５２に供給される。
【０２０４】
演算ユニット１５２は、例えば図２の原理に従った演算を行って、ＳＥ光の重心波長λcgを算出する。
【０２０５】
ＳＥ光のスペクトルには、ＥＤＦＡのゲインチルトが反映されるので、このＳＥ光の重心波長のλcgに基づいてこれまでに例示したような種々の制御を行うことができる。
【０２０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、ゲインチルトの評価に代替可能なモニタリング方法及び装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【０２０７】
また、このモニタリング方法及び装置の光増幅器及び光通信システムへの効果的な適用が可能になるという効果も生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモニタリング装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】重心波長のモニタリングの原理説明図である。
【図３】ゲインチルトの説明図である。
【図４】ＡＳＥ光の重心波長のモニタ例を示す図である。
【図５】ＷＤＭ信号光の重心波長のモニタ例を示す図である。
【図６】本発明のモニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図７】図６の装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明のモニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図９】図８の装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明のモニタリング装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１０の装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】重み付けエレメントの第１実施形態を示す図である。
【図１３】図１２における重み付け特性の一例を示すグラフである。
【図１４】重み付けエレメントの第２実施形態を示す図である。
【図１５】図１４における重み付け特性の一例を示すグラフである。
【図１６】本発明の光増幅器の基本構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の光増幅器の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１８】本発明の光増幅器が適用される光通信システムのブロック図である。
【図１９】プリエンファシスの説明図である。
【図２０】トーン成分の説明図である。
【図２１】本発明の光増幅器が適用される他の光通信システムのブロック図である。
【図２２】本発明の光増幅器の第２実施形態を示すブロック図である。
【図２３】本発明の光増幅器の第３実施形態を示すブロック図である。
【図２４】本発明の光増幅器の第４実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２  第１の検出手段
４  重み付け手段
６  第２の検出手段
８  演算手段
【図１】
0003860127.tif 000008
【図２】
0003860127.tif 000009
【図３】
0003860127.tif 000010
【図４】
0003860127.tif 000011
【図５】
0003860127.tif 000012
【図６】
0003860127.tif 000013
【図７】
0003860127.tif 000014
【図８】
0003860127.tif 000015
【図９】
0003860127.tif 000016
【図１０】
0003860127.tif 000017
【図１１】
0003860127.tif 000018
【図１２】
0003860127.tif 000019
【図１３】
0003860127.tif 000020
【図１４】
0003860127.tif 000021
【図１５】
0003860127.tif 000022
【図１６】
0003860127.tif 000023
【図１７】
0003860127.tif 000024
【図１８】
0003860127.tif 000025
【図１９】
0003860127.tif 000026
【図２０】
0003860127.tif 000027
【図２１】
0003860127.tif 000028
【図２２】
0003860127.tif 000029
【図２３】
0003860127.tif 000030
【図２４】
0003860127.tif 000031