(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重信号光を一括して増幅し、利得を一定に制御する自動利得制御がそれぞれ行われる前段および後段の光増幅部からなる光増幅手段を備えた波長多重用光増幅器において、
前記前段の光増幅部への入力光パワーを測定する入力光測定手段と、
前記前段および後段の光増幅部に設けられ、各々の光増幅部の利得の波長依存性を抑圧する損失波長特性を有し、かつ、前記入力光測定手段で測定した入力光パワーに基づいて前記損失波長特性を変化させることが可能な複数の利得等化手段と、
前記各利得等化手段について入力光パワーに対応した損失波長特性を前記前段および後段の各光増幅部毎に予め設定しておき、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記予め設定した損失波長特性が前記各利得等化手段で得られるように、前記各利得等化手段をそれぞれ制御する利得等化制御手段と、を備え、さらに、
前記利得等化制御手段は、前記各利得等化手段の損失波長特性が前記前段および後段の光増幅部の各利得波長特性に対応した特性となるように、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーの大きさに応じて長波長側および短波長側の抑圧比を制御することで、前記光増幅手段の前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により短波長側の利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたときでも波長多重用光増幅器の利得波長特性が一定に保たれることを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の波長多重用光増幅器であって、
前記波長多重信号光が、１．５５μｍ帯の波長帯域を有し、
前記各光増幅部が、エルビウムドープ光ファイバ増幅器を含んで構成され、
前記利得等化制御手段は、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーが、前記前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたとき、前記前段の光増幅部に対して設けられた前記利得等化手段について、１．５５μｍ帯における短波長側の損失量が飽和していないときの損失量よりも少なくなるように損失波長特性を制御する構成としたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長多重用光増幅器であって、
前記前段の光増幅部に対して設けられる利得等化手段が、前段の光増幅部の出力側に接続され、
前記後段の光増幅部に対して設けられる利得等化手段が、後段の光増幅部の入力側に接続される構成としたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の波長多重用光増幅器であって、
前記前段および後段の光増幅部の段間に接続される可変光減衰部と、前記後段の光増幅部から出力される波長多重信号光の１波長あたりの出力光パワーが一定のレベルになるように前記可変光減衰部の光減衰量を制御する光減衰量制御部と、を有する出力レベル制御手段を備えたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長多重用光増幅器であって、
前記各利得等化手段が、固定の損失波長特性を有する第１光フィルタと、波長に対して線形的な損失を有し、その損失波長特性の傾斜量を変化することが可能な第２光フィルタと、を備え、
前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記各利得等化手段の第２光フィルタの損失波長特性を制御する構成としたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長多重用光増幅器であって、
入力光における信号光パワーと当該信号光波長における自然放出光パワーとの比が波長に対して一定である場合において、前記後段の光増幅部に接続され、前記後段の光増幅部からの出力光に含まれる自然放出光の異なる波長間でのパワーの偏差を検出し、該検出した自然放出光のパワーの偏差に基づいて、前記光増幅手段からの出力光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出力偏差検出手段を備えており、
前記出力偏差検出手段が、前記後段の光増幅部からの出力光の一部を分岐する出力光分岐部と、
最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第１自然放出光抽出部と、
最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第２自然放出光抽出部と、
前記第１及び第２自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光のパワーの偏差に基づいて、出力信号光の出力偏差を求める演算部と、を備えたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長多重用光増幅器であって、
入力光における信号光パワーと当該信号光波長における自然放出光パワーとの比が波長に対して均一でない場合において、前記後段の光増幅部に接続され、前記後段の光増幅部からの出力光に含まれる自然放出光の異なる波長間でのパワーの偏差を検出し、該検出した自然放出光のパワーの偏差に基づいて、前記光増幅手段からの出力光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出力偏差検出手段を備えており、
前記出力偏差検出手段が、前記後段の光増幅部からの出力光の一部を分岐する出力光分岐部と、
最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第１自然放出光抽出部と、
最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第２自然放出光抽出部と、
前記前段の光増幅部への入力光の一部を分岐する入力光分岐部と、
最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽出する第３自然放出光抽出部と、
最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽出する第４自然放出光抽出部と、
前記第１及び第３自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光パワーの差分値と、前記第２及び第４自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光パワーの差分値との偏差に基づいて、出力信号光の出力偏差を求める演算部と、を備えたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【請求項８】
請求項１に記載の波長多重用光増幅器であって、
前記各利得等化手段が、互いに異なる固定の損失波長特性を有する複数の利得等化器を備え、
前記利得等化制御手段が、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記各利得等化手段について前記複数の利得等化器のうちのいずれか１つを選択し対応する前記光増幅部に接続する構成としたことを特徴とする波長多重用光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重（ＷＤＭ）信号光を一括して増幅する光増幅器及びその光増幅器を用いてＷＤＭ信号光の中継伝送を行う光通信システムに関し、特に、広いレベル範囲の入力光にも対応可能な優れた雑音特性を有する波長多重用光増幅器及び光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式は、複数の波長の光信号を１本の光ファイバで伝送することにより、通信容量を増大させるとが可能な伝送方式である。このＷＤＭ光伝送方式は、既存の光ファイバを利用できるため導入コストが低く、また、光増幅器等を用いることで伝送路はビットレートフリーとなり、将来のアップグレードが容易であるなどの利点を有する。
【０００３】
このＷＤＭ光伝送方式に適用される光増幅器としては、所要の伝送特性を得るために、出力光を所定の一定レベルに保つことと同時に信号光帯域における利得の波長依存性を抑えることが重要な課題の１つとなる。具体的には、入力光パワーが広いレベル範囲で変化しても、１波長あたりの出力光パワーと利得の波長平坦性とが一定に保たれることが要求される。
【０００４】
このような要求を満たす光増幅器として、例えば、２段構成とした光増幅部の段間に可変光減衰器を設置する基本構成を本出願人は提案している。かかる基本構成の光増幅器では、前段の光増幅部及び後段の光増幅部について利得を一定に制御する自動利得制御（ＡＧＣ）がそれぞれ行われるとともに、中段に配置した可変光減衰器の光減衰量を調整して、光増幅器の出力光レベルを所要の一定レベルに制御する自動レベル制御（ＡＬＣ）が行われる。これにより、入力光のパワーレベルが変化した場合でも、各光増幅部における利得波長特性が一定に保持され、かつ、光増幅器の出力光レベルも所要のレベルに保たれるようになる。
【０００５】
かかる２段構成の光増幅器について、例えば、特開平８−２４８４５５号公報や特開平６−１６９１２２号公報等で公知の構成もある。かかる光増幅器は、光増幅器全体としての利得を一定に制御しており、入力光パワーが変化しても利得の波長特性を一定に保つものである。さらに、本出願人は、利得等化器（光フィルタ）を用いて光増幅部の利得波長特性を平坦化する技術なども提案している（特願平９−２１６０４９号等参照）。
【０００６】
上記のような従来の光増幅器においては、入力光パワーが比較的小さい場合には、各光増幅部のＡＧＣ動作が可能であるが、入力光パワーが大きくなって前段の光増幅部における励起光パワーが上限値に達してしまった場合には、前段光増幅部の動作がＡＧＣでなくなって励起光パワー一定制御となり、前段での利得が減少してしまう。そこで、前段光増幅部の励起光パワーが上限値に達した場合には、光増幅器全体での利得が入力光パワーに関係なく一定の値になるように、前段の利得減少分に対応させて後段の光増幅部の利得を増加させる制御を行うことによって、利得の波長平坦性が一定に保たれてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の光増幅器においては、前段光増幅部への入力光パワーが励起光パワーの上限値に達するような場合、入力光パワーの増加に従って各光増幅部の利得波長特性は設計値から変化していく。このため、設計値を基準とした固定の特性により光増幅部の利得波長特性を補償しているような場合（例えば損失波長特性が固定である利得等化器を前段および後段光増幅部それぞれに用いるなど）には、上記入力光パワーが大きくなったときの利得波長特性の変化に対応できず、光信号パワーを雑音特性に厳しい前段増幅部で過剰に損失させてしまうといった状況が生じる。
【０００８】
具体的に説明すると、従来の２段構成の光増幅器において、前段光増幅部及び後段光増幅部の各利得波長特性は、入力光パワーに応じて図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにそれぞれ変化する。ただし、図１７の利得波長特性は、各光増幅部に公知のエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を適用し、波長帯域を１．５５μｍ帯（１５３５ｎｍ〜１５６１ｎｍ付近）としたときの一例である。
【０００９】
ここで、光増幅器の雑音特性に大きく影響する前段光増幅部に着目すると、図１７（Ａ）に示すように、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈと比較的小さなときには、１．５５μｍ帯における短波長側の利得が長波長側の利得に比べて高くなっている。一方、入力光パワーが−９．６ｄＢｍ／ｃｈに増加し、所定の利得を得るための励起光パワーが足りなくなり利得低下が生じる。この時、短波長側の利得が大きく減少して長波長側の利得よりも相対的に低くなっている。
【００１０】
このような利得波長特性を有する前段光増幅部に対して、これまでは、入力光パワーが比較的小さい場合の利得波長特性に対応させて予め設計した損失波長特性を有する（短波長側に相対的に大きな損失を持つ）利得等化器が適用されていた。したがって、入力光パワーが増加した場合には、短波長側の利得が相対的に減少しているにも拘わらず、損失波長特性が固定の利得等化器によって短波長側の光パワーが過剰に損なわれることになるため、光増幅器の短波長側の雑音特性が粗悪になるという問題があった。
【００１１】
図１８は、上記のような従来の光増幅器の雑音特性（雑音指数）を入力光パワーに応じて示した図である。
図１８に示すように、入力光パワーが比較的小さいときには１．５５μｍ帯の全域について略均一の雑音指数が得られているが、入力光パワーの増加に伴って短波長側の雑音指数が相対的に大きくなる、すなわち光増幅器の短波長側の雑音特性が劣化していることがわかる。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、広いレベル範囲の入力光に対しても信号光利得及び雑音指数の波長平坦性を同時に実現して、優れた雑音特性を有するＷＤＭ用光増幅器及び光通信システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のＷＤＭ用光増幅器は、波長多重信号光を一括して増幅し、利得を一定に制御する自動利得制御がそれぞれ行われる前段および後段の光増幅部からなる光増幅手段を備えた波長多重用光増幅器において、前記前段の光増幅部への入力光パワーを測定する入力光測定手段と、前記前段および後段の光増幅部に設けられ、各々の光増幅部の利得の波長依存性を抑圧する損失波長特性を有し、かつ、前記入力光測定手段で測定した入力光パワーに基づいて前記損失波長特性を変化させることが可能な複数の利得等化手段と、前記各利得等化手段について入力光パワーに対応した損失波長特性を前記前段および後段の各光増幅部毎に予め設定しておき、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記予め設定した損失波長特性が前記各利得等化手段で得られるように、前記各利得等化手段をそれぞれ制御する利得等化制御手段と、を備え、さらに、前記利得等化制御手段は、前記各利得等化手段の損失波長特性が前記前段および後段の光増幅部の各利得波長特性に対応した特性となるように、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーの大きさに応じて長波長側および短波長側の抑圧比を制御することで、前記光増幅手段の前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により短波長側の利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたときでも波長多重用光増幅器の利得波長特性が一定に保たれることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成では、ＷＤＭ用光増幅器に入力されたＷＤＭ信号光（入力光）が、利得一定制御手段により光増幅動作が制御された前段および後段の光増幅部でそれぞれ増幅される。利得一定制御は、光増幅動作が飽和していないとき有効に機能するが、飽和すると利得が減少して各光増幅部の利得波長特性が変化してしまうため、増幅後のＷＤＭ信号光（出力光）に利得偏差が生じる。この出力光の利得偏差は、入力光パワーに応じて各光増幅部の動作利得が変化すると、入力光レベルに依存して変化する。そこで、利得等化制御手段が、各利得等化手段の損失波長特性が各光増幅部の利得波長特性に対応した特性となるように、入力光測定手段で測定された入力光パワーの大きさに応じて長波長側および短波長側の抑圧比を制御することで、光増幅手段の前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により短波長側の利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたときでもＷＤＭ用光増幅器の利得波長特性を一定に保つことができるようになる。
【００１９】
上記ＷＤＭ用光増幅器の具体的な構成としては、前記波長多重信号光が、１．５５μｍ帯の波長帯域を有し、前記各光増幅部が、エルビウムドープ光ファイバ増幅器を含んで構成され、前記利得等化制御手段は、前記入力光測定手段で測定された入力光パワーが、前記前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたとき、前記前段の光増幅部に対して設けられた前記利得等化手段について、１．５５μｍ帯における短波長側の損失量が飽和していないときの損失量よりも少なくなるように損失波長特性を制御する構成としてもよい。
【００２０】
また、上記のＷＤＭ用光増幅器については、前記前段の光増幅部に対して設けられる利得等化手段が、前段の光増幅部の出力側に接続され、前記後段の光増幅部に対して設けられる利得等化手段が、後段の光増幅部の入力側に接続される構成とするのが好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、前段の光増幅部の出力側に利得等化手段を設けることで、その光増幅部に入力されるＷＤＭ信号光に損失を与えることが防止されて雑音特性の向上を図ることができ、また、後段の光増幅部の入力側に利得等化手段を設けることで、その光増幅部から出力されるＷＤＭ信号光に損失を与えることが防止されて励起光パワーの高効率化を図ることができるようになる。
【００２２】
さらに、上述したＷＤＭ用光増幅器については、前記前段および後段の光増幅部の段間に接続される可変光減衰部と、前記後段の光増幅部から出力される波長多重信号光の１波長あたりの出力光パワーが一定のレベルになるように前記可変光減衰部の光減衰量を制御する光減衰量制御部と、を有する出力レベル制御手段を備えるようにしてもよい。
【００２３】
かかる構成によれば、各波長の信号光パワーが所定の一定値に制御されたＷＤＭ信号光が本光増幅器から出力されるようになる。
加えて、上述したＷＤＭ用光増幅器の具体的な構成として、各利得等化手段が、固定の損失波長特性を有する第１光フィルタと、線形的に変化可能な損失波長特性を有する第２光フィルタと、を備え、利得等化制御手段が、入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、前記各利得等化手段の第２光フィルタの損失波長特性を制御する構成としてもよい。
【００２４】
また、上述したＷＤＭ用光増幅器については、入力光における信号光パワーと当該信号光波長における自然放出光パワーとの比が波長に対して一定である場合において、前記後段の光増幅部に接続され、前記後段の光増幅部からの出力光に含まれる自然放出光の異なる波長間でのパワーの偏差を検出し、該検出した自然放出光のパワーの偏差に基づいて、前記光増幅手段からの出力光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出力偏差検出手段を備えており、前記出力偏差検出手段が、前記後段の光増幅部からの出力光の一部を分岐する出力光分岐部と、最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第１自然放出光抽出部と、最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第２自然放出光抽出部と前記第１及び第２自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光のパワーの偏差に基づいて、出力信号光の出力偏差を求める演算部と、を備えるようにしてもよい。
【００２５】
或いは、入力光における信号光パワーと当該信号光波長における自然放出光パワーとの比が波長に対して均一でない場合において、前記後段の光増幅部に接続され、前記後段の光増幅部からの出力光に含まれる自然放出光の異なる波長間でのパワーの偏差を検出し、該検出した自然放出光のパワーの偏差に基づいて、前記光増幅手段からの出力光に含まれる各波長の信号光間の出力偏差を検出する出力偏差検出手段を備えており、前記出力偏差検出手段が、前記後段の光増幅部からの出力光の一部を分岐する出力光分岐部と、最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第１自然放出光抽出部と、最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記出力光分岐部の分岐光から抽出する第２自然放出光抽出部と、前記前段の光増幅部への入力光の一部を分岐する入力光分岐部と、最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽出する第３自然放出光抽出部と、最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する波長の自然放出光のみを前記入力光分岐部の分岐光から抽出する第４自然放出光抽出部と、前記第１及び第３自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光パワーの差分値と、前記第２及び第４自然放出光抽出部で抽出された各自然放出光パワーの差分値との偏差に基づいて、出力信号光の出力偏差を求める演算部と、を備えるようにしてもよい。
【００２６】
さらに、上述したＷＤＭ用光増幅器の別の構成として、各利得等化手段が、互いに異なる固定の損失波長特性を有する複数の利得等化器を備え、利得等化制御手段が、入力光測定手段で測定された入力光パワーに応じて、各利得等化手段について複数の利得等化器のうちのいずれか１つを選択し対応する光増幅部に接続する構成としてもよい。
【００２７】
かかる構成によれば、固定の損失波長特性を有する複数の利得等化器を入力光パワー等に応じて選択的に接続させるようにしたことで、光増幅手段の複雑な利得波長特性に対応した利得等化手段が比較的容易に実現されるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付してある。
【００３１】
図１は、本発明の適用対象となるＷＤＭ用光増幅器の第１の基本構成を示すブロック図である。
図１において、本ＷＤＭ用光増幅器は、入力ポートＩＮ及び出力ポートＯＵＴの間に接続された光増幅手段としての光増幅部１と、入力ポートＩＮに入力される入力光のパワーを測定する入力光測定手段としての入力光モニタ部２と、可変の損失波長特性を有し、例えば光増幅部１及び出力ポートＯＵＴ間等に接続される利得等化手段としての可変利得等化器３と、入力光モニタ部２で測定された入力光パワーに応じて、可変利得等化器３の損失波長特性を制御する利得等化制御手段としての利得等化制御部４と、を有している。
【００３２】
光増幅部１は、波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光を一括して増幅可能な公知の光増幅器である。この光増幅部１は、上述の図１７に示したように使用される光増幅媒体等に固有な利得波長特性（利得の波長依存性）を持ち、動作利得が入力光パワーに応じて変化すると、その利得波長特性は入力される光パワーに応じて変化する。
【００３３】
入力光モニタ部２は、入力ポートＩＮから光増幅部１に送られる入力光の一部を分岐して光パワーを測定し、その測定結果を基に入力光パワーを検出する。
可変利得等化器３は、光増幅部１の利得の波長依存性を抑圧可能な損失波長特性、すなわち、光増幅部１の利得波長特性に対応した損失波長特性を持ち、その損失波長特性は外部からの信号に応じて変化させることができるものとする。ここでは、可変利得等化器３が光増幅部１の出力側に接続される場合を示したが、可変利得等化器３の配置は、光増幅部１の入力側であっても構わない。
【００３４】
利得等化制御部４は、入力光モニタ部２からの入力光パワー値を基に光増幅部１の動作状態を判断して、光増幅部１の入力光に対応した利得波長特性が抑圧されるように、可変利得等化器３の損失波長特性を制御する信号を生成して、その信号を可変利得等化器３に伝える。
【００３５】
かかる基本構成のＷＤＭ用光増幅器では、入力ポートＩＮに入力されたＷＤＭ信号光は光増幅部１に送られるとともに、その入力光の一部が分岐され入力光モニタ部２に送られる。光増幅部１では、入力光パワーに対応した利得波長特性で各波長の信号光が一括して増幅され、可変利得等化器３に送られる。このとき、可変利得等化器３の損失波長特性は、利得等化制御部４からの信号によって光増幅部１の実際の利得波長特性に対応した特性に制御されている。これにより、可変利得等化器３では、制御された損失波長特性に従って光増幅部１からの出力光が減衰され、波長に対して均一なパワーを有するＷＤＭ信号光が出力ポートＯＵＴから出力されるようになる。
【００３６】
このように本光増幅器は、ＷＤＭ信号光の入力レベルが広い範囲で変化するようなときにでも、入力光パワーに応じて変化する光増幅部の利得波長特性を確実に補償できるため、平坦な利得波長特性の出力光を得ることが可能である。これにより、従来のように固定の利得等化器によってＷＤＭ信号光を過剰に損失させてしまうようなことが防止でき、これは、利得等化器を光増幅媒体の入力側に設置する場合において、光増幅器の雑音特性を向上させることができる。
【００３７】
次に、上記第１の基本構成に本発明を適用したＷＤＭ用光増幅器の好ましい実施形態について説明する。
図２は、第１の実施形態のＷＤＭ用光増幅器の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図２において、第１の実施形態の光増幅器は、実質的に２段構成とした光増幅部の段間に可変光減衰器を配置した従来と同様の構成に対して、上記の基本構成を適用したものである。ここでは、例えば、前段及び後段の各光増幅部としてエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を使用し、前段の光増幅部は１つのＥＤＦＡ１１を有し、後段の光増幅部は直列に接続された２つのＥＤＦＡ１２，１２’を有するものとする。なお、後段の光増幅部を２段のＥＤＦＡ１２，１２’で構成したが、これは光増幅器の高出力化を実現するために後段の光増幅部をさらに２段構成としただけであって、実質的には１つのＥＤＦＡと考えても構わない。
【００３９】
各ＥＤＦＡ１１，１２，１２’それぞれは、励起光の供給を受けて励起状態とされたエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）内に、１．５５μｍ帯のＷＤＭ信号光を入射させ通過させることによって、各波長の信号光を一括して増幅する。なお、各ＥＤＦＡの励起光波長は、０．９８μｍ帯または１．４８μｍ帯等とすることができ、ここでは、例えばＥＤＦＡ１１及び１２の励起光波長を０．９８μｍ帯として光増幅器の低雑音化を図り、ＥＤＦＡ１２’の励起光波長を１．４８μｍ帯として高出力化を実現するようにしている。
【００４０】
また、各々のＥＤＦＡには、利得を一定に制御するＡＧＣ回路１１Ａ，１２Ａがそれぞれ設けられている。各ＡＧＣ回路は、該当するＥＤＦＡの入力光及び出力光の各パワーをモニタし、そのＥＤＦＡにおける利得が所要の値となるように励起光パワーの自動制御を行う。ここでは、すべてのＥＤＦＡにおける全体の利得が一定となるように、各々のＡＧＣ回路による制御が実施される。
【００４１】
前段の光増幅部（ＥＤＦＡ１１）及び後段の光増幅部（ＥＤＦＡ１２，１２’）の各利得波長特性は、上述の図１７（Ａ）及び（Ｂ）と同様の特性をそれぞれ示すものとする。具体的には、ＥＤＦＡ１１の利得波長特性は、入力光パワーが大きくなって励起光パワーが上限値に達する（ＥＤＦＡ１１の光増幅動作が飽和する）と、１．５５μｍ帯における短波長側の利得が長波長側に比べて相対的に減少する特徴を持つ。この入力光パワーの増大による利得波長特性の変化は、励起光パワーが上限値に達することで前段光増幅部のＡＧＣが有効に機能しなくなることに起因する。一方、ＥＤＦＡ１２，１２’の利得波長特性は、短波長側の利得が長波長側に比べて相対的に小さく、この関係は入力光パワーが大きくなった場合でも同様である。これは、ＥＤＦＡ１１の励起光パワーが上限値に達するような入力光パワーのときにでも、後段のＥＤＦＡ１２，１２’は飽和せず、そのため、光増幅器全体のＡＧＣが有効に機能して利得波長特性が一定に保たれるためである。
【００４２】
上記のような利得の波長依存性を抑圧するために、本光増幅器では、前段光増幅部のＥＤＦＡ１１に対して可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１１Ｂが設けられ、後段光増幅部のＥＤＦＡ１２，１２’に対しては、可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１２Ｂが設けられる。各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂとしては、例えば、音響光学効果を利用した可変の光フィルタ（ＡＯＴＦ）等とするのが好適である。このＡＯＴＦは、外部から与えるＲＦ信号の周波数を制御することにより、発生する弾性表面波（ＳＡＷ）を変化させて損失波長特性を変えることのできるデバイスである。
【００４３】
図３は、各可変利得等化器の損失波長特性の一例を入力光パワーに応じて示した図であって、（Ａ）は前段の可変利得等化器１１Ｂの特性、（Ｂ）は後段の可変利得等化器１２Ｂの特性を示すものである。
【００４４】
図３に示すように、各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂの損失波長特性は、ＥＤＦＡ１１及びＥＤＦＡ１２，１２’の各利得波長特性に対応した特性を有している。すなわち、図３（Ａ）の可変利得等化器１１Ｂの損失波長特性は、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈと比較的小さいとき、１．５５μｍ帯における長波長側の抑圧比がほぼ一定であり、かつ、短波長側の１５４０ｎｍ付近における抑圧比の絶対値（損失量）が長波長側に比べて小さくなる。また、入力光パワーが−９．６ｄＢｍ／ｃｈと大きくなったときには、１５４０ｎｍ付近における抑圧比がほぼ０ｄＢとなって長波長側に向けて抑圧比の絶対値が大きくなる。この場合、さらに詳しくは、波長に対する抑圧比の変化量（傾き）について、１５３５〜１５３９．８ｎｍ間（短波長側）の値が１５３９．８〜１５６１ｎｍ間（長波長側）の値の４倍程度となるように設計するのが好ましい。
【００４５】
一方、図３（Ｂ）の可変利得等化器１２Ｂの損失波長特性は、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈと比較的小さいとき、１５４０ｎｍ付近における抑圧比がほぼ０ｄＢとなって長波長側に向けて抑圧比の絶対値が大きくなる。また、入力光パワーが大きくなったときには、１５４０ｎｍ付近における抑圧比の絶対値が入力光パワーの小さいときに比べて若干大きくなるものの、ほぼ同様の波長特性となる。
【００４６】
さらに、上記各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂに対しては、利得等化制御回路（ＶＧＥＱ  ＣＯＮＴ）１３が設けられる（図２）。この利得等化制御回路１３は、入力光パワーに応じて各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂの損失波長特性を制御するための信号を生成する。利得等化制御回路１３に送られる入力光パワー値は、光カプラ１３Ａ、受光器（ＰＤ）１３Ｂ及び入力光モニタ回路（ＭＯＮ）１３Ｃによって得られる。光カプラ１３Ａは、入力ポートＩＮとＥＤＦＡ１１の間に挿入され、入力光の一部を分岐して受光器１３Ｂに送る。受光器１３Ｂは、光カプラ１３Ａからの分岐光を電気信号に変換して入力光モニタ回路１３Ｃに送る。入力光モニタ回路１３Ｃは、受光器１３Ｂからの信号に応じて入力光パワーを算出しその結果を利得等化制御回路１３に送る。
【００４７】
また、本光増幅器の前段光増幅部及び後段光増幅部の段間には、出力レベル制御手段を構成する可変光減衰器（ＶＡＴＴ）１４が設けられる。可変光減衰器１４は、外部からの信号により光減衰量を変化させることのできる公知の光減衰器である。この可変光減衰器１４の光減衰量は、光減衰量制御部としてのＡＬＣ回路１４Ａから出力される信号によって制御される。ＡＬＣ回路１４Ａは、可変光減衰器１４の出力光を光カプラ１４Ｂで分岐し受光器（ＰＤ）１４Ｃで光電変換した信号と、ＥＤＦＡ１２’の出力光を光カプラ１４Ｄで分岐し受光器（ＰＤ）１４Ｅで光電変換した信号とに基づいて、本光増幅器の１波長あたりの出力光パワーが一定のレベルとなるように可変光減衰器１４の光減衰量を制御する信号を発生する。
【００４８】
さらに、ここでは本光増幅器に接続される光ファイバ伝送路等で生じる波長分散を補償するための分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１５が、例えば光カプラ１４ＢとＥＤＦＡ１２の間に接続されている。なお、この分散補償ファイバ１５は、分散補償の必要性に応じて設ければよく、一般的には、伝送速度が２．５Ｇｂ／ｓを超えるようなとき（例えば１０Ｇｂ／ｓ等）に光増幅器内に設けることが好ましい。
【００４９】
上記のような構成を有する第１の実施形態の光増幅器では、入力ポートＩＮに入力されたＷＤＭ信号光が、光カプラ１３Ａを通過してＥＤＦＡ１１に送られるとともに、その一部が光カプラ１３Ａで分岐され受光器１３Ｂで光電変換されて入力光モニタ回路１３Ｃに送られる。
【００５０】
ＥＤＦＡ１１では、入力光パワーに対応した利得波長特性で各波長の信号光が一括して増幅され、可変利得等化器１１Ｂに送られる。このとき、入力光パワーが比較的小さく励起光パワーが上限値に達していない場合には、ＡＧＣ回路１１Ａが有効に機能して利得が一定に制御される。一方、入力光パワーが大きくなり励起光パワーが上限値に達した場合には、ＥＤＦＡ１１の動作が励起光パワー一定制御となって利得が一定に保たれなくなり、この場合には、１．５５μｍ帯における短波長側の利得減少量が長波長側に比べて多くなる。
【００５１】
入力光モニタ回路１３Ｃでは、受光器１３Ｂからの信号を基に入力光パワーが求められ、その結果が利得等化制御回路１３に伝えられる。そして、利得等化制御回路１３では、入力光パワーに対応させて各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂごとに予め設定しておいた信号を、それぞれの可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂに出力する。この利得等化制御回路１３からの信号によって、各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂの損失波長特性が入力光パワーに対応したものに制御される。
【００５２】
可変利得等化器１１Ｂに送られたＥＤＦＡ１１の出力光は、入力光パワーに対応した損失波長特性に従って減衰される。ここでの特徴は、入力光パワーが大きくなったときに、ＥＤＦＡ１１の短波長側の利得減少に対応して、可変利得等化器１１Ｂの短波長側の損失量が少なくなるようにして、前段光増幅部の利得の波長平坦性を維持することにある。そして、可変利得等化器１１Ｂで利得等化されたＷＤＭ信号光は、可変光減衰器１４、光カプラ１４Ｂ及び分散補償ファイバ１５を通過してＥＤＦＡ１２に送られる。
【００５３】
ＥＤＦＡ１２に送られたＷＤＭ信号光は、ＡＧＣ回路１２Ａの制御下で一括増幅された後、可変利得等化器１２Ｂにおいて入力光パワーに対応した利得等化が行われる。可変利得等化器１２Ｂで利得等化されたＷＤＭ信号光は、ＥＤＦＡ１２’に送られて、ＡＧＣ回路１２Ａの制御下で一括増幅される。このＥＤＦＡ１２’の出力光は、各波長の信号光パワーが均一に揃えられＷＤＭ信号光となる。
【００５４】
さらに、本光増幅器では、ＥＤＦＡ１２’の出力光の一部及び可変光減衰器１４の出力光の一部が、光カプラ１４Ｄ及び１４Ｂ、受光器１４Ｅ及び１４Ｃを介してＡＬＣ回路１４Ａにフィードバックされ、ＡＬＣ回路１４Ａによって可変光減衰器１４の光減衰量が制御される。これにより、１波長あたりの出力光パワーが一定に制御されたＷＤＭ信号光が出力ポートＯＵＴを介して外部に出力されるようになる。
【００５５】
ここで、第１の実施形態の光増幅器について雑音特性をシミュレーションした結果を以下に示す。
一般に、光増幅器の雑音指数ＮＦは次の数１に示す（１）式で与えられる。
【００５６】
【数１】
0003844902.tif 000002
【００５７】
ただし、ＥＤＦ(n)はｎ段目の光増幅媒体、Ｌ(n)はｎ段目の光増幅部における光部品の挿入損失、ＮＦEDF(n)はＥＤＦ(n)の雑音指数、ＰASEは自然放出（ＡＳＥ）光のパワー［ｄＢｍ］、ｈはプランク定数、νは光の搬送波周波数、Δνは光スペクトルアナライザの分解能から決まる帯域幅［Ｈｚ］、Ｇは信号利得［ｄＢ］である。
【００５８】
本光増幅器の場合、３つのＥＤＦＡから構成されるので（１）式においてｎ＝３として雑音指数を計算することが可能である。ここでは、例えば入力光パワーとして−１６．６ｄＢｍ／ｃｈ及び−９．６ｄＢｍ／ｃｈを想定し、−９．６ｄＢｍ／ｃｈのとき前段のＥＤＦＡ１１の利得が約４ｄＢ減少すると設定して、本実施形態の光増幅器及び従来の光増幅器（固定の利得等化器を使用）の各雑音指数ＮＦをシミュレーションした。次の表１及び図４は、そのシミュレーション結果を示したものである。
【００５９】
【表１】
0003844902.tif 000003
【００６０】
このようなシミュレーションの結果より、本光増幅器は従来のものと比較して、雑音指数の波長平坦性（波長偏差）について１．５６ｄＢの改善が見込まれ、最悪雑音指数については０．８ｄＢの改善が見込まれる。
【００６１】
上述のように第１の実施形態の光増幅器によれば、広いレベル範囲の入力光に対しても利得及び雑音指数の波長平坦性を同時に実現することができる。これにより、入力光パワーが大きな場合であっても、従来のように１．５５μｍ帯における短波長側の雑音特性が劣化してしまうようなことがなくなり、優れた雑音特性を持つ光増幅器を実現することができる。
【００６２】
なお、上記第１の実施形態では、前段光増幅部の励起光波長として０．９８μｍ帯を適用した。これは（１）式からもわかるように前段光増幅部の雑音特性が光増幅器全体の雑音特性に大きな影響を与えることを考慮したものである。しかしながら、前段光増幅部の励起光波長として１．４８μｍ帯を適用する必要が生じた場合、入力光パワーが比較的小さなときにでも１．５５μｍ帯における短波長側の雑音特性が粗悪になってしまう。このような場合には、入力光パワーが比較的小さなときについても、前段の可変利得等化器１１Ｂの短波長側の損失を積極的に緩和し、その緩和分に対応させて、後段の可変利得等化器１２Ｂの損失を増加させるようにする。図５（Ａ）及び（Ｂ）には、例えば入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈの場合における前段及び後段の各可変利得等化器の損失波長特性の一例を前段の励起波長に応じて示しておく。
【００６３】
このような措置をとるときには、前段光増幅部の利得にあえて波長特性がつくことになり、利得一定制御に誤差が生じることになる。しかし、１．４８μｍ帯励起方式の場合、この利得一定制御の誤差の影響よりも雑音特性の改善効果の方が大きいということがシミュレーションの結果より云える。すなわち、入力光パワーが−１６．６ｄＢｍ／ｃｈのときの最悪雑音指数を計算すると、上記の措置をとらない場合に７．６７ｄＢとなるのに対して、上記の措置をとった場合には７．２９ｄＢとなり、０．３８ｄＢの改善効果が得られる。したがって、上記の措置を施すことは、前段光増幅部を１．４８μｍ帯励起方式とするような場合に有効である。
【００６４】
次に、第２の実施形態のＷＤＭ用光増幅器について説明する。
図６は、第２実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
図６において、本光増幅器は、第１実施形態の光増幅器（図２）について、前段の可変利得等化器１１Ｂを２つの光フィルタ１１Ｂ1，１１Ｂ2で構成し、後段の可変利得等化器１２Ｂを２つの光フィルタ１２Ｂ1，１２Ｂで構成したものである。上記以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
可変利得等化器１１Ｂを構成する光フィルタ１１Ｂ1は、従来の場合と同様に固定の損失波長特性を有する光フィルタであって、その損失波長特性は、ＥＤＦＡ１１の基準となる利得波長特性（設計値）に対応させて設計される。このような光フィルタのデバイスとしては、例えば、ファイバブラッググレイティングやエタロンフィルタ等が適している。また、可変利得等化器１２Ｂを構成する光フィルタ１２Ｂ1も、上記の光フィルタ１１Ｂ1と同様に、ＥＤＦＡ１２，１２’の基準となる利得波長特性に対応した固定の損失波長特性を有する光フィルタである。
【００６６】
可変利得等化器１１Ｂを構成する光フィルタ１１Ｂ2は、波長に対して線形的な損失波長特性を有し、線形性の傾斜量を変化可能な光フィルタであって、その損失波長特性は、ＥＤＦＡ１１の利得波長特性が設計値から変動した場合などに生じる利得偏差が補償されるような、線形性を有する可変の波長特性に設計される。このような光フィルタのデバイスとしては、例えば、磁気光学効果や音響光学効果を利用した光フィルタ等が適している。また、可変利得等化器１２Ｂを構成する光フィルタ１２Ｂ2も、上記の光フィルタ１１Ｂ2と同様である。
【００６７】
図７は、磁気光学効果を利用した光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2の構成例を示すブロック図である。
図７の光フィルタは、入射光が入力側のレンズ、複屈折楔及び複屈折板を介して可変ファラデー回転子に入力され、該可変ファラデー回転子を通過した光が出力側の複屈折楔及びレンズを介して出力される構成である。可変ファラデー回転子は、外部から与えられる信号により磁場が制御され偏光面の回転角が変化する特性を有する。
【００６８】
このような磁気光学効果を利用した光フィルタの損失波長特性は、図８に示すように、波長に対する損失がほぼ線形的に変化し、可変ファラデー回転子に与える信号（電流値）を変えることによってその傾きが制御される。
【００６９】
したがって、損失波長特性が可変の光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2と損失波長特性が固定の光フィルタ１１Ｂ1，１２Ｂ1とを組み合わせて使用することで、第１実施形態で使用した可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂと同様の機能がそれぞれ実現されるようになる。
【００７０】
かかる構成の光増幅器では、各光フィルタ１１Ｂ1，１２Ｂ1の固定の損失波長特性が、例えば入力光パワーが比較的小さいときのＥＤＦＡの利得波長特性に対応させて設計されているとすると、入力光モニタ回路１３Ｃで小さな入力光パワーが検出された場合、利得等化制御回路１３は、各光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2の損失波長特性の傾きがほぼ０となるように制御する信号を各光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2にそれぞれ出力する。一方、入力光モニタ回路１３Ｃで大きな入力光パワーが検出された場合には、利得等化制御回路１３は、光フィルタ１１Ｂ2の損失波長特性がＥＤＦＡ１１の利得波長特性の設計値からのずれを補償する傾きとなるように制御する信号を光フィルタ１１Ｂ2に出力するとともに、光フィルタ１２Ｂ2の損失波長特性が光フィルタ１１Ｂ2とは相反する傾きとなるように制御する信号を光フィルタ１２Ｂ2に出力する。これにより第１の実施形態の場合と同様の作用効果が得られるようになる。
【００７１】
このように第２の実施形態によれば、ＥＤＦＡの利得波長特性に対応した複雑な損失波長特性を有する可変利得等化器を１つの光デバイスで実現することが困難な場合であっても、上記のように固定及び可変の２種類の光フィルタを組み合わせることで、所望の波長特性を有する可変利得等化器を比較的容易に実現することが可能である。
【００７２】
次に、第３の実施形態のＷＤＭ用光増幅器について説明する。
図９は、第３実施形態のＷＤＭ用光増幅器の構成を示すブロック図である。
本光増幅器は、例えば第１実施形態の光増幅器（図２）について、各ＥＤＦＡ１１，１２，１２’で発生する自然放出光（ＡＳＥ光）を基に出力光のチャネル間出力偏差を検出するための構成を付加したものである。なお、ここでは入力光における信号光パワーとその信号光波長におけるＡＳＥ光との比が波長に対して一定である光増幅器への適用を前提とする。
【００７３】
具体的には、図９において、出力光分岐部としての光カプラ１６Ａと、該光カプラ１６Ａの分岐光をさらに２分岐する光カプラ１６Ｂと、第１及び第２ＡＳＥ光抽出部としての光フィルタ１６Ｃ及び１６Ｄと、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄを通過した光を電気信号に変換する受光器１６Ｅ，１６Ｆと、各受光器１６Ｅ，１６Ｆからの信号を基にＡＳＥ光パワーを求める演算部としてのＡＳＥ光モニタ回路１６と、が付加される。上記以外の構成は、第１実施形態の構成と同様である。
【００７４】
光カプラ１６Ａは、例えば、ＥＤＦＡ１２’と光カプラ１４Ｄの間に挿入され、ＥＤＦＡ１２’の出力光の一部を分岐して光カプラ１６Ｂに送る。
光フィルタ１６Ｃは、光カプラ１６Ｂでさらに２分岐された一方の光信号から、最大入力信号数における最短の信号光波長に近傍する狭波長帯のＡＳＥ光を抽出するものである。また、光フィルタ１６Ｄは、光カプラ１６Ｂで２分岐された他方の光信号から、最大入力信号数における最長の信号光波長に近傍する狭波長帯のＡＳＥ光を抽出するものである。
【００７５】
図１０は、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄで抽出されるＡＳＥ光の概容を示した図である。図１０に示すように、ここでは、光フィルタ１６Ｃの透過帯域の中心波長λＳを最短信号波長λＭＩＮの短波長側近傍に設定し、光フィルタ１６Ｄの透過帯域の中心波長λＬを最長信号波長λＭＡＸの長波長側近傍に設定する。中心波長λＳ，λＬから信号波長λＭＩＮ，λＭＡＸまでの波長幅は、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの透過帯域幅に応じて決まり、光フィルタの透過帯域内に信号光が含まれない範囲で可能な限り狭くする。この急峻な透過特性を有する光フィルタとしては、例えばファイバブラッググレーティング等が好適であり、その透過帯域幅は０．１ｎｍ程度のものが実現されている。このような光フィルタを使用する場合には、中心波長λＳ，λＬから信号波長λＭＩＮ，λＭＡＸまでの幅は１ｎｍ程度に設定すればよい。
【００７６】
ＡＳＥ光モニタ回路１６は、光フィルタ１６Ｃで抽出され受光器１６Ｅで光電変換された信号を基に最短波長近傍のＡＳＥ光パワーを求めるとともに、光フィルタ１６Ｄで抽出され受光器１６Ｆで光電変換された信号を基に最長波長近傍のＡＳＥ光パワーを求め、各ＡＳＥ光パワーの偏差に応じて出力光におけるチャネル間出力偏差を算出し、その値を利得等化制御回路１３に送る。ここで、ＡＳＥ光パワーの偏差を信号光の出力偏差とすることができるのは、信号光とＡＳＥ光の比が波長に対して一定であることによる。
【００７７】
さらに、利得等化制御回路１３では、ＡＳＥ光モニタ回路１６で検出された信号光の出力偏差が補正されるように、各可変利得等化器の損失波長特性の微調整が行われる。
【００７８】
このような構成により、第３の実施形態の光増幅器では、入力信号光パワーに波長特性があっても、光増幅器を適用する環境に応じて、チャネル間の出力バラツキが小さい出力光を得るように利得等化制御を実施することができる。また、ＡＳＥ光パワーを測定するようにしたことで、信号光の数や信号光波長の変動に関係なく出力光のチャネル間出力偏差を検出でき、これを補償することができる。
【００７９】
なお、上記第3の実施形態では、光増幅器内を出力側に伝搬するＡＳＥ光を光カプラ１６Ａで取り出す構成としたが、本発明はこれに限らず、入力側等の任意の方向に伝搬するＡＳＥ光をモニタするようにしてもよい。
【００８０】
また、各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの中心波長λS，λLを信号波長λMIN，λMAXの外方側にそれぞれ設定したが、本発明はこれに限らず信号波長λMIN，λMAXの内方側に中心波長λS，λLを設定しても構わない。この場合、信号波長λMIN，λMAXに隣接する信号波長が各光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄの透過帯域内に含まれないように注意する必要がある。
【００８１】
次に、第４の実施形態のＷＤＭ用光増幅器について説明する。
図１１は、第４実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
本光増幅器は、入力光における信号光パワーとその信号光波長におけるＡＳＥ光との比が波長に対して均一でない場合にも適用できるように、第３実施形態の光増幅器を改良したものである。
【００８２】
図１１において、本光増幅器は、第３実施形態の光増幅器（図９）について、入力光分岐部としての光カプラ１７Ａと、該光カプラ１７Ａの分岐光をさらに２分岐する光カプラ１７Ｂと、第３及び第４ＡＳＥ光抽出部としての光フィルタ１７Ｃ及び１７Ｄと、各光フィルタ１７Ｃ，１７Ｄを通過した光を電気信号に変換する受光器（ＰＤ）１７Ｅ，１７Ｆと、各受光器１７Ｅ，１７Ｆからの信号を基にＡＳＥ光パワーを求めるＡＳＥ光モニタ回路（ＡＳＥ  ＭＯＮ）１７と、が付加される。上記以外の構成は、第３実施形態の構成と同様である。
【００８３】
光カプラ１７Ａは、例えば、光カプラ１３ＡとＥＤＦＡ１１の間に挿入され、本光増幅器の入力光の一部を分岐して光カプラ１７Ｂに送る。各光フィルタ１７Ｃ，１７Ｄとしては、上述した光フィルタ１６Ｃ，１６Ｄと同様のものがそれぞれ用いられる。
【００８４】
ＡＳＥ光モニタ回路１７は、光フィルタ１７Ｃで抽出され受光器１７Ｅで光電変換された信号を基に最短波長近傍のＡＳＥ光パワーを求めるとともに、光フィルタ１７Ｄで抽出され受光器１７Ｆで光電変換された信号を基に最長波長近傍のＡＳＥ光パワーを求め、それぞれのパワー値を利得等化制御回路１３に送る。
【００８５】
かかる構成の光増幅器では、出力光に含まれるＡＳＥ光の最短波長近傍及び最長波長近傍の各光パワーがＡＳＥ光モニタ回路１６で検出され、利得等化制御回路１３に送られる。また、これと同時に、入力光に含まれるＡＳＥ光の最短波長近傍及び最長波長近傍の各光パワーもＡＳＥ光モニタ回路１７で検出され、利得等化制御回路１３に送られる。利得等化制御回路１３では、最短波長近傍及び最長波長近傍の各ＡＳＥ光パワーについて、入力値（ＡＳＥ光モニタ回路１７の検出値）から出力値（ＡＳＥ光モニタ回路１６の検出値）を差し引いた値が算出される。そして、算出された短波長側及び長波長側の各値が等しくなるように、各可変利得等化器の損失波長特性の微調整が行われる。これにより、入力光の信号光とＡＳＥ光の比と同じ波長特性を有する出力光を得るように利得等化制御を実施することができる。もちろん、ＡＳＥ光パワーを測定するため、信号光の数や信号光波長の変動に関係なく確実に利用することが可能である。
【００８６】
次に、第1の基本構成を変形した第２の基本構成について説明する。
図１２は、ＷＤＭ用光増幅器の第２の基本構成を示すブロック図である。
図１２において、本光増幅器は、第１の基本構成の場合と同様の光増幅部１及び入力光モニタ部２と、互いに異なる固定の損失波長特性を有する複数の利得等化器５と、入力光モニタ部２で測定された入力光パワーに応じて、複数の利得等化器５のうちのいずれか１つを選択して、例えば光増幅部１及び出力ポートＯＵＴ間等に接続する利得等化制御手段としての利得等化選択部６と、を有している。
【００８７】
複数の利得等化器５は、光増幅部１の利得の波長依存性を抑圧可能な互いに異なる固定の損失波長特性を持ち、それぞれの利得等化器５の損失波長特性は、入力光パワーに応じて変化する光増幅部１の利得波長特性に対応したものに予め設計されている。各利得等化器５に用いる光デバイスとしては、融着ＷＤＭカプラ、ファイバブラッググレーティング、エタロンフィルタ等が適している。
【００８８】
利得等化選択部６は、入力光モニタ部２からの入力光パワー値を基に光増幅部１の動作状態を判断して、該光増幅部１の利得波長特性に対応した損失波長特性を持つ利得等化器５を複数の利得等化器５のうちから１つ選択し、その利得等化器５を光増幅部１の出力側に接続させる。ここでは、いずれかの利得等化器５が光増幅部１の出力側に接続される場合を示したが、利得等化器３の接続位置は、光増幅部１の入力側であっても構わない。
【００８９】
かかる第２の基本構成の光増幅器では、第１の基本構成の場合と同様に、入力ポートＩＮにＷＤＭ信号光が入力されると、その入力光は、光増幅部１において各波長の信号光が一括して増幅されるとともに、入力光モニタ部２において入力光パワーがモニタされる。入力光モニタ部２で得られた入力光パワー値は利得等化選択部６に送られ、利得等化選択部６では、入力光パワーに対応した利得等化器５が選択され光増幅部１の出力側に接続される。そして、光増幅部１で増幅されたＷＤＭ信号光は、選択された利得等化器５に送られ固定の損失波長特性に従って減衰され、波長に対して均一なパワーを有するＷＤＭ信号光が出力されるようになる。このように第２の基本構成の光増幅器においても、第１の基本構成の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００９０】
上記第２の基本構成は、例えば図１３のブロック図に示すように、上述した第１の実施形態の構成について、各可変利得等化器１１Ｂ，１２Ｂをそれぞれ複数の利得等化器（ＧＥＱ）２１，２２に置き換え、利得等化制御回路１３を利得等化選択回路（ＧＥＱ  ＳＥＬ）２３に置き換えることによって具体化される。また、第２の実施形態の場合には、可変の損失波長特性を有する光フィルタ１１Ｂ2，１２Ｂ2をそれぞれ複数の利得等化器２１，２２に置き換えて、従来と同様の１つの固定光フィルタ１１Ｂ1，１２Ｂ1及び複数の利得等化器２１，２２の組み合わせとし、かつ、利得等化制御回路１３を利得等化選択回路２３に置き換えることによって具体化される。さらに、第３及び第４の実施形態の場合についても、上記の場合と同様にして具体化することが可能である。
【００９１】
ここで、複数の利得等化器５に必要な補償量について具体的に検討する。
光増幅器を設置する環境において、常時、一定に発生すると考えられる波長特性としては、光ファイバ伝送路の損失波長特性と、分散補償器（ＤＣＦ）の損失波長特性と、光増幅器自身の利得波長特性と、経時劣化による損失波長特性と、が挙げられる。信号光帯域を１．５５μｍ帯としてそれぞれの値を見積もると、光ファイバ伝送路（１．３μｍＳＭＦ，８０ｋｍ）の損失波長特性は−０．５ｄＢ、分散補償器の損失波長特性は±０．５ｄＢ、光増幅器の利得波長特性は±１．０ｄＢ、経時劣化による損失波長特性は±０．５ｄＢとなる。ただし、波長に対して挿入損失（あるいは挿入利得）が大きくなる場合を「＋」とし、小さくなる場合を「−」とする。上記各値の絶対値を単純に加算した波長特性は２．５ｄＢとなる。
【００９２】
したがって、複数の利得等化器５の組合せとして、例えば、１．５５μｍ帯における傾斜量が＋１．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器と、１．５５μｍ帯における傾斜量が＋２．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器と、１．５５μｍ帯における傾斜量が−１．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器と、１．５５μｍ帯における傾斜量が−２．０ｄＢの損失波長特性を有する利得等化器と、を設けることで多くの場合の利得補償を行うことが可能となる。図１４には、各利得等化器の損失波長特性を示しておく。なお、上記の組合せは一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９３】
次に、本発明による光通信システムの実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態の光通信システムの構成を示すブロック図である。
図１５において、本光通信システムは、送信側の端局１００と、受信側の端局２００と、それら送受信端局の間を結ぶ光ファイバ伝送路３００と、該光ファイバ伝送路３００の途中に設けられる複数の光中継局４００とから構成される。
【００９４】
送信側の端局１００は、波長の異なる複数（例えば３２波等）の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１０１と、複数の光信号を波長多重してＷＤＭ信号光とし光ファイバ伝送路３００に出力する合波器１０２と、ＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するポストアンプ１０３とを有する。
【００９５】
受信側の端局２００は、光ファイバ伝送路３００により伝送されたＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ２０１と、プリアンプ２０１からの出力光の一部を分岐する光カプラ２０２と、光カプラ２０２を通過したＷＤＭ信号光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器２０３と、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）２０４と、光カプラ２０２で分岐されたＷＤＭ信号光を用いて受信端局２００における各波長の光ＳＮ比を測定し、ＷＤＭ信号光の伝送状態を判定する受信モニタ部２０５とを有する。ここでは、受信モニタ部２０５が光ＳＮ比測定手段及び利得等化管理手段として機能する。
【００９６】
光ファイバ伝送路３００は、例えば単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）等の一般的な光伝送路とする。各局間のＳＭＦの長さは、ここでは例えば８０ｋｍ等とするが、この値に限定されるものではない。
【００９７】
各光中継局４００は、上述のいずれかの実施形態で示したＷＤＭ用光増幅器をそれぞれ備え、光ファイバ伝送路３００により伝送されたＷＤＭ信号光を一括して増幅する。また、送信端局１００のポストアンプ１０３及び受信端局２００のプリアンプ２０１についても、上述のいずれかの実施形態で示したＷＤＭ用光増幅器が適用されるものとする。これら各局に設けられたＷＤＭ用光増幅器の利得等化制御回路１３（あるいは利得等化選択回路２３）に対して、受信端局２００の受信モニタ部２０５から出力される信号（管理信号）が送られる。この信号は、受信モニタ部２０５で判定されたＷＤＭ信号光の伝送状態に従って各光増幅器の利得等化動作を制御する信号である。
【００９８】
次に、上記のような構成の光通信システムにおける利得等化の制御動作について説明する。
一般に、光増幅器を適用したＷＤＭ光通信システムにおいて所定の伝送特性を得るためには、各増幅中継段において各波長（チャネル）間の信号光パワーのバラツキを１ｄＢ以下に抑える必要がある。各信号光パワーは、その上限が非線形効果により制限され、下限が受信ＳＮ比により制限されることが知られている。そこで、各光増幅器の利得波長特性を小さくすることはもちろんのこと、光通信システムを構成する光ファイバ伝送路３００等の損失波長特性についても小さくすることが必要になる。
【００９９】
光通信システムにおいて、各光増幅器の可変利得等化器（あるいは複数の利得等化器）で行われる利得等化は、前述したような常時一定に発生する損失波長特性（見積値２．５ｄＢ）だけでなく、入力条件の動的な変化や温度変化などにより発生する損失波長特性に対しても補償が行われることが望まれる。具体的には、例えば、誘導ラマン散乱により伝送路（ＳＭＦ，８０ｋｍ）に発生する損失波長特性が約−１ｄＢとなることが本出願人によって確認されており、また、光ファイバ伝送路、分散補償器及び光増幅器の温度特性により発生する損失波長特性が±０．３ｄＢ程度になると考えられる。これらの値を前述の見積値２．５ｄＢに加算すると、各光増幅器の可変利得等化器（あるいは複数の利得等化器）は、損失波長特性の変化の幅として３．８ｄＢ程度が必要となる。この場合の可変利得等化器の損失波長特性を図１６に示しておく。
【０１００】
上記のような誘導ラマン散乱や温度変化による損失波長特性は、光通信システムのいずれの部分で発生したかを特定することが困難であるため、受信端局２００におけるＷＤＭ信号光の受信状態に基づいて判断することが必要となる。本光通信システムでは、受信端局２００の受信モニタ部２０５において光ＳＮ比が測定され、その光ＳＮ比の値が予め設定した閾値よりも劣化した場合に、各光増幅器の利得等化動作を制御する管理信号が受信モニタ部２０５から各光増幅器に出力される。
【０１０１】
この管理信号は、光通信システムの送信（上流）側に位置する光増幅器に対して優先的に送られ、受信（下流）側の光増幅器まで順次出力される。管理信号を受けた利得等化制御回路１３（あるいは利得等化選択回路２３）は、可変利得等化器の損失特性を段階的に変化させ（あるいは、複数の利得等化器を順に切り替えて接続させ）、それぞれ変化させたときの受信ＳＮ比が受信モニタ部２０５で測定される。そして、すべての光増幅器に対する上記の動作が終了すると、最も良好な伝送特性が得られたときの動作状態となるように、各可変利得等化器の損失波長特性が設定される。
【０１０２】
なお、ここでは、受信ＳＮ比が閾値より劣化したときに上記一連の処理を実行するようにしたが、本発明における利得等化の制御方法はこれに限られるものではない。例えば、ある時間内で試行錯誤的に各光増幅器の可変利得等化器の損失特性を変化させて受信ＳＮ比を測定し、その中で最も良好な伝送特性を得たときの動作状態に各可変利得補償器の損失波長特性を設定するようにしても構わない。
【０１０３】
このように本光通信システムによれば、光中継局４００等に用いられる光増幅器として上述した各実施形態のＷＤＭ用光増幅器を適用し、光増幅器を設置する環境で生じる損失波長特性や光増幅器自身の利得波長特性に対し、各光増幅器において各チャネル間の光パワーのバラツキを抑えるようにしたことによって、光通信システム中の最適な位置で最適な量の利得補償を行うことが可能となり、良好な伝送特性を得ることができるようになる。
【０１０４】
なお、上述した各実施形態では、ＷＤＭ信号光の波長帯域を１．５５μｍ帯として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ＥＤＦＡの長波長側の増幅帯域として注目されている１．５８μｍ帯に対応させた波長帯域のＷＤＭ信号光について応用することもできる。また、光増幅手段としてＥＤＦＡを用いたが、これに限らず、例えばエルビウム以外の他の希土類元素を含んだ希土類元素ドープ光ファイバ増幅器等についても応用可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＷＤＭ用光増幅器によれば、前段および後段の光増幅部に対して各段ごとに可変の損失波長特性を有する利得等化手段を設け、利得等化制御手段が、各利得等化手段の損失波長特性が各光増幅部の利得波長特性に対応した特性となるように、入力光測定手段で測定された入力光パワーの大きさに応じて長波長側および短波長側の抑圧比を制御することで、前段の光増幅部において励起光のパワーが上限に達し光増幅動作の飽和により短波長側の利得減少が発生するようになる入力光パワーを超えたときでもＷＤＭ用光増幅器の利得波長特性が一定に保たれるため、平坦な波長特性の出力光を得ることが可能である。これにより、広いレベル範囲の入力光に対しても利得の波長平坦性を確保でき、波長依存性の小さい雑音特性を得ることができ、本発明を適用しない場合と比べて、信号帯域における最悪の雑音特性の値を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＷＤＭ用光増幅器の第１の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１の基本構成に本発明を適用した第１実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に用いる可変利得等化器の損失波長特性を示す図であって、（Ａ）は前段の可変利得等化器の特性、（Ｂ）は後段の可変利得等化器の特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態の光増幅器について雑音特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】第１の実施形態に関し、前段の光増幅部を１．４８μｍ帯励起とした場合に適した可変利得等化器の損失波長特性を示す図であって、（Ａ）は前段の可変利得等化器の特性、（Ｂ）は後段の可変利得等化器の特性を示す図である。
【図６】第１の基本構成に本発明を適用した第２実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態で用いられる磁気光学効果を利用した光フィルタの構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の光フィルタの損失波長特性の変化を示す図である。
【図９】第１の基本構成に本発明を適用した第３実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態について光フィルタにより抽出されるＡＳＥ光の概容を説明する図である。
【図１１】第１の基本構成に本発明を適用した第４実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１２】ＷＤＭ用光増幅器の第２の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】第２の基本構成を第１実施形態の場合と同様にして適用した光増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１４】第２の基本構成について、利得等化器の損失波長特性の組み合わせの一例を示す図である。
【図１５】本発明による光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明による光通信システムに用いられる光増幅器の可変利得等化器における損失波長特性を示す図である。
【図１７】従来の２段構成の光増幅器における入力光パワーに応じた利得波長特性を示す図であって、（Ａ）は前段光増幅部の特性、（Ｂ）は後段光増幅部の特性を示す図である。
【図１８】従来の光増幅器入力光パワーに応じた雑音特性（雑音指数）を示した図である。
【符号の説明】
１…光増幅部
２…入力光モニタ部
３，１１Ｂ，１２Ｂ…可変利得等化器（ＶＧＥＱ）
４…利得等化制御部
５，２１，２２…利得等化器
６…利得等化選択部
１１，１２，１２’…エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
１１Ａ，１２Ａ…ＡＧＣ回路
１１Ｂ1，１２Ｂ1…光フィルタ（固定）
１１Ｂ2，１２Ｂ2…光フィルタ（可変）
１３…利得等化制御回路（ＶＧＥＱ  ＣＯＮＴ）
１３Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ，１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，２０２…光カプラ
１３Ｂ，１４Ｃ，１４Ｅ，１６Ｅ，１６Ｆ，１７Ｅ，１７Ｆ…受光器（ＰＤ）
１３Ｃ…入力光モニタ回路
１４…可変光減衰器（ＶＡＴＴ）
１４Ａ…ＡＬＣ回路
１５…分散補償ファイバ（ＤＣＦ）
１６，１７…ＡＳＥ光モニタ回路
１６Ｃ，１６Ｄ，１７Ｃ，１７Ｄ…光フィルタ
２３…利得等化選択回路（ＧＥＱ  ＳＥＬ）
１００…送信端局
２００…受信端局
３００…光ファイバ伝送路
４００…光中継局
２０５…受信モニタ部
ＩＮ…入力ポート
ＯＵＴ…出力ポート
【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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