特許 6013992 光増幅器、及び光増幅方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6013992

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】光増幅器、及び光増幅方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/10 D

【請求項の数】4

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-168113(P2013-168113)

(22)【出願日】2013年8月13日

(65)【公開番号】特開2015-37113(P2015-37113A)

(43)【公開日】2015年2月23日

【審査請求日】2015年7月14日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ２０１３年３月１９〜２２日（社）電子情報通信学会主催の２０１３年電子情報通信学会総合大会（Ｂ−１０−３０）において文書をもって発表

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩城 亜弥子

(72)【発明者】

【氏名】河合 武司

(72)【発明者】

【氏名】福徳 光師

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５２３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７７４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６１３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７５２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 S.W.Harun, et al.，"Effect of recycling a backward ASE in performance of double pass L-band EDFA"，Journal of Optics，２００４年 ７月 ９日，Vol.33, No.3，p.181-186

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／１０−３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前方向励起構成のＬ帯の光増幅器であって、
−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーを有する１波以上のＬ帯の入力信号光が入射される信号入力部と、
Ｌ帯のＷＤＭ信号の利得が平坦となる際の信号利得となる励起光を出射する励起光源と、
前記入力信号光と、前記励起光とを合波して出射する合波部と、
前記合波部と接続し、前記励起光に基づいて前記合波部から出射される前記Ｌ帯の入力信号光を増幅して出射する増幅媒体と、
前記合波部及び前記信号入力部の間に位置し、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を前記増幅媒体に入射するＣ帯光入射部と、
を備え、
前記Ｃ帯光入射部は、
前記合波部に接続し、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬する前記Ｃ帯のＡＳＥ光を分離する分離合波部と、
前記分離合波部が分離した前記Ｃ帯のＡＳＥ光を反射するミラーと、を備え、
前記分離合波部は、
前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーとされた前記ミラーにより反射されたＣ帯光と、入射される前記Ｌ帯の入力信号光とを合波して前記合波部に出射する
ことを特徴とする光増幅器。

【請求項2】

前記Ｌ帯の入力信号光のパワーを検出するＬ帯光検出部と、
予め定められる前記Ｌ帯の入力信号光のパワーと前記励起光のパワーとの関係を示す情報と、前記Ｌ帯光検出部が検出したパワーの値とに基づいて、前記励起光のパワーの値を選択するフィードフォワード制御部と、を備え、
前記励起光源は、前記フィードフォワード制御部が選択したパワーの値を有する前記励起光を出射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。

【請求項3】

前記ミラーの反射率が、前記ミラーにより反射されたＣ帯光のパワーと、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように設定されるか、または、
前記分離合波部と前記ミラーの間に配置され、前記ミラーにより反射されたＣ帯光が通過する光減衰器であって、前記ミラーにより反射されたＣ帯光のパワーと、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように前記ミラーによって反射されたＣ帯光のパワーを減衰させる光減衰器を備える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅器。

【請求項4】

前方向励起構成のＬ帯の光増幅器による光増幅方法であって、
信号入力部が、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーを有する１波以上のＬ帯の入力信号光を入射する信号光入射ステップと、
励起光源が、Ｌ帯のＷＤＭ信号の利得が平坦となる際の信号利得となる励起光を出射する励起光出射ステップと、
合波部が、入射される前記範囲のパワーを有するＬ帯の入力信号光と、前記励起光とを合波して増幅媒体に出射する合波ステップと、
前記増幅媒体が、前記励起光に基づいて、前記Ｌ帯の入力信号光を増幅する増幅ステップと、
前記合波部及び前記信号入力部の間に位置するＣ帯光入射部が、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を前記増幅媒体に入射するＣ帯光入射ステップと
を有し、
前記Ｃ帯光入射ステップでは、
前記合波部に接続された分離合波部が、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬する前記Ｃ帯のＡＳＥ光を分離し、
ミラーが、前記分離合波部により分離された前記Ｃ帯のＡＳＥ光を反射し、
前記分離合波部が、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーとされた前記ミラーにより反射されたＣ帯光と、入射される前記Ｌ帯の入力信号光とを合波して前記合波部に出射する
ことを特徴とする光増幅方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光増幅器、及び光増幅方法に関する。

【背景技術】

【0002】

急増する通信トラフィックを効率的に伝送するため、ＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）のＣ／Ｄ／Ｃ−ｌｅｓｓ（Color-less/Direction-less/Contention-less）化などの光ノードの高機能化が求められている。このＲＯＡＤＭのＣ／Ｄ／Ｃ‐ｌｅｓｓ化を行った場合、ノード内損失が増大するため、損失補償用の光ファイバ増幅器が必要となる。ノード内損失補償用の光ファイバ増幅器は、方路毎に配備されることから、多数必要となるため、その構成や制御方式がシンプルで、安価に実現できることが重要である。また、このようなＲＯＡＤＭ等においては、リング内の信号波長配置変化にともなう波長数の変動や光ファイバ伝送路の伝送路断による高速な信号光パワーの変化への追随が必要である。そのため、上記のようなノード内損失補償用の光ファイバ増幅器として、高速フィードフォワード制御による高速な自動利得制御（以下、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）という）が可能な前方向励起構成の光ファイバ増幅器が有効となる。

【0003】

図２０に、フィードフォワード制御によるＡＧＣを適用した前方向励起の光ファイバ増幅器１００の構成の例を示す。光ファイバ増幅器１００は、励起光源９４を増幅用光ファイバの入力側のみに一ケ所備え、光カプラ９６を介して増幅用光ファイバであるエルビウム添加光ファイバ９７（以下、ＥＤＦ（Erbium Doped Fiber）という）に励起光が入射されるシンプルな構成を有している。フィードフォワード制御によるＡＧＣの方法は、光ファイバ増幅器１００に入射される信号光を、増幅用光ファイバの入力側でタップ用の光カプラ９１を用いて分岐し、その信号光のパワーをＰＤ（Photo Detector）９２によってモニタする。このモニタによって、信号利得を一定にするために必要な励起光のパワーを求め、信号入力パワーに応じて励起光のパワーを制御することで、高速な利得制御が可能となる。

【0004】

光ファイバ増幅器１００のような前方向励起の構成によるＬ帯増幅用のエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）という）は、同じ構成のＣ帯増幅用のＥＤＦＡと比較して励起効率が低い。その理由は、信号を増幅する際の動作原理に起因する。図２１は、前方向励起のＬ帯増幅用のＥＤＦＡの動作を示した図である。前方向励起のＬ帯増幅用のＥＤＦＡでは、励起光が吸収されると、ＥＤＦ９７の長手方向の前半、すなわち入力側でＣ帯のＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光が大量に発生する。このＡＳＥ光は、ＥＤＦ９７の長手方向の後半で再度吸収されることにより、Ｌ帯信号光の増幅に寄与する。一方、長手方向の前半で発生したＣ帯のＡＳＥ光の一部が、信号光と逆方向に伝搬する。この逆方向に伝搬するＡＳＥ光は、Ｌ帯の信号増幅に寄与しない無駄なエネルギーとなるため、Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡはＣ帯増幅用のＥＤＦＡと比較して励起効率が低くなる。

【0005】

また、前方向励起によるＬ帯増幅用のＥＤＦＡでは、同一の信号利得を得るための励起光パワーが信号光の波長によって異なるために制御が困難であるという問題がある。図２２は、図２０の構成を有するＬ帯増幅用のＥＤＦＡにおいて、目標の信号利得を１６．５８ｄＢとした場合に、この信号利得を実現するために必要な励起光パワーの信号光入力パワー依存性を示したグラフである。ここで、目標の信号利得とは、測定に使用するＬ帯増幅用のＥＤＦＡにおいて、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号の信号利得が平坦となる条件下でのＷＤＭ信号の中心波長の信号利得のことである。ＷＤＭ信号の信号利得が平坦となる条件とは、ＷＤＭ信号の両端の波長の信号光において、短波長の信号光の利得と長波長の信号光の利得が等しいか、または、ほぼ等しくなる条件のことである。図２３は、図２２に示すグラフが得られた際のＷＤＭ信号に含まれる波長ごとの信号利得を示したグラフである。具体的には、Ｌ帯増幅用ＥＤＦＡの波長帯である１５７３．７１ｎｍから１６０６．６０ｎｍの範囲で等間隔の１４波のＷＤＭ信号を生成し、生成したＷＤＭ信号の合波後の入射パワーを−５ｄＢｍに設定してＬ帯増幅用のＥＤＦＡで信号増幅を行った際の各ＷＤＭ信号の信号利得を測定した結果である。図２３において、ＷＤＭ信号の短波長端である波長１５７３．７１ｎｍの信号の信号利得が１５．１４ｄＢであり、長波長端である波長１６０６．６０ｎｍの信号の信号利得が１５．１５ｄＢとなっている。すなわち、両端の波長の信号利得が、ほぼ等しい状態となっており、信号利得平坦の条件を満たしている。また、図２３において、ＷＤＭ信号の中心波長１５８８．７３ｎｍの信号利得は、１６．５ｄＢ程度となっており、これが前述の目標の信号利得となる。

【0006】

図２２では、入射する一波の信号光として、信号光の波長をそれぞれ１５７３．７１ｎｍ、１５８８．７３ｎｍ、１６０４．０３ｎｍの３つの波長とし、 ０．０１ｍＷ（−２０ｄＢｍ）から１ｍＷ（０ｄＢｍ）までの信号光パワーの範囲において、信号利得１６．５ｄＢを実現するために必要となる励起光パワーの値を測定している。図２２に示す測定結果より、信号光入力パワー０．５ｍＷ（−３ｄＢｍ）での１５７３．７１ｎｍと１６０４．０３ｎｍの信号波長における励起光パワーの差は３１８．５ｍＷと非常に大きな値となる。すなわち、励起光パワーと信号光入力パワーとの関係が波長によって大きく変わるという信号利得の波長依存性がある。そのため、Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡにおいて励起光源に設定する励起光のパワーを特定する場合、ＥＤＦＡに入射される信号光のパワーだけでなく、その波長もモニタしなければ増幅に必要な励起光のパワーを特定することができない。一般に、ＥＤＦＡに入射される信号光をモニタする方法は複雑であり、特に、上述したＡＧＣを行う場合、Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡは、Ｃ帯増幅用のＥＤＦＡと比較して制御が困難になるという問題がある。

【0007】

これまでに、上述した励起効率が低くなるという問題については、Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡへＣ帯の光を入射し、励起効率を改善する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡにおいて、信号利得の波長依存性を改善する手法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４９６０１９８号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】M. A. Mahdi and H. Ahmad, “Gain enhanced L-band Er3+-doped fiber amplifier utilizing unwanted backward ASE,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 13, No. 10, pp. 1067-1069, 2001.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１では、Ｃ帯光の入射により励起効率を改善することは示されているものの、実際のＲＯＡＤＭ等のシステムにおいて、波長数の増減に伴って変化する信号光入力パワーの全ての範囲において信号利得の波長依存性の問題を解決した上で、ＥＤＦに入射するＣ帯光パワーを具体的にどれぐらいの値にするかといった条件などについては明確にされていない。
また、非特許文献１では、ある特定の信号光入力パワーに対する信号利得の波長依存性を改善していることが示されているが、実際の波長数の増減に伴って変化する信号光入力パワーの全ての範囲において利得の波長依存性を改善する具体的なＣ帯光パワーの条件などについては明確にされていない。

【0011】

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、前方向励起構成によりＬ帯の信号光を増幅する際に、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することを可能とする光増幅器、及び光増幅方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、前方向励起構成のＬ帯の光増幅器であって、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーを有する１波以上のＬ帯の入力信号光が入射される信号入力部と、Ｌ帯のＷＤＭ信号の利得が平坦となる際の信号利得となる励起光を出射する励起光源と、前記入力信号光と、前記励起光とを合波して出射する合波部と、前記合波部と接続し、前記励起光に基づいて前記合波部から出射される前記Ｌ帯の入力信号光を増幅して出射する増幅媒体と、前記合波部及び前記信号入力部の間に位置し、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を前記増幅媒体に入射するＣ帯光入射部と、を備え、前記Ｃ帯光入射部は、前記合波部に接続し、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬する前記Ｃ帯のＡＳＥ光を分離する分離合波部と、前記分離合波部が分離した前記Ｃ帯のＡＳＥ光を反射するミラーと、を備え、前記分離合波部は、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーとされた前記ミラーにより反射されたＣ帯光と、入射される前記Ｌ帯の入力信号光とを合波して前記合波部に出射することを特徴とする光増幅器である。

【0013】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記Ｌ帯の入力信号光のパワーを検出するＬ帯光検出部と、予め定められる前記Ｌ帯の入力信号光のパワーと前記励起光のパワーとの関係を示す情報と、前記Ｌ帯光検出部が検出したパワーの値とに基づいて、前記励起光のパワーの値を選択するフィードフォワード制御部と、を備え、前記励起光源は、前記フィードフォワード制御部が選択したパワーの値を有する前記励起光を出射することを特徴としてもよい。

【0015】

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記ミラーの反射率が、前記ミラーにより反射されたＣ帯光のパワーと、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように設定されるか、または、前記分離合波部と前記ミラーの間に配置され、前記ミラーにより反射されたＣ帯光が通過する光減衰器であって、前記ミラーにより反射されたＣ帯光のパワーと、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように前記ミラーによって反射されたＣ帯光のパワーを減衰させる光減衰器を備えることを特徴としてもよい。

【0019】

また、本発明の一態様は、前方向励起構成のＬ帯の光増幅器による光増幅方法であって、信号入力部が、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーを有する１波以上のＬ帯の入力信号光を入射する信号光入射ステップと、励起光源が、Ｌ帯のＷＤＭ信号の利得が平坦となる際の信号利得となる励起光を出射する励起光出射ステップと、合波部が、入射される前記範囲のパワーを有するＬ帯の入力信号光と、前記励起光とを合波して増幅媒体に出射する合波ステップと、前記増幅媒体が、前記励起光に基づいて、前記Ｌ帯の入力信号光を増幅する増幅ステップと、前記合波部及び前記信号入力部の間に位置するＣ帯光入射部が、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を前記増幅媒体に入射するＣ帯光入射ステップとを有し、前記Ｃ帯光入射ステップでは、前記合波部に接続された分離合波部が、前記合波部を通じて前記増幅媒体から逆伝搬する前記Ｃ帯のＡＳＥ光を分離し、ミラーが、前記分離合波部により分離された前記Ｃ帯のＡＳＥ光を反射し、前記分離合波部が、前記Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーとされた前記ミラーにより反射されたＣ帯光と、入射される前記Ｌ帯の入力信号光とを合波して前記合波部に出射することを特徴とする光増幅方法である。

【発明の効果】

【0020】

この発明によれば、前方向励起構成によりＬ帯の信号光を増幅する際に、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第２実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図3】同実施形態におけるＬ帯の１波信号入力におけるΔＧと信号光入力パワーとの関係を示すグラフである。

【図4】同実施形態におけるＬ帯の１波信号入力におけるＣ帯のＡＳＥ光のパワーと信号光入力パワーとの関係を示すグラフである。

【図5】同実施形態におけるΔＧの定義を示すグラフである。

【図6】同実施形態におけるＬ帯の１波信号入力におけるΔＧとＡＳＥ反射率との関係を示すグラフ（その１）である。

【図7】同実施形態におけるＬ帯の１波信号入力におけるΔＧとＡＳＥ反射率との関係を示すグラフ（その２）である。

【図8】同実施形態におけるＬ帯のＷＤＭ信号入力の波長配置を示すグラフ（その１）である。

【図9】同実施形態におけるＬ帯のＷＤＭ信号入力の波長配置を示すグラフ（その２）である。

【図10】同実施形態におけるＬ帯のＷＤＭ信号入力の波長配置を示すグラフ（その３）である。

【図11】同実施形態におけるＬ帯のＷＤＭ信号入力におけるΔＧと信号光入力パワーとの関係を示すグラフである。

【図12】本発明の第３実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図13】同実施形態の変形例による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図14】本発明の第４実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図15】本発明の第５実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図16】同実施形態における励起光パワーと信号光入力パワーとの関係を示すグラフである。

【図17】本発明の第６実施形態による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図18】同実施形態の変形例（その１）による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図19】同実施形態の変形例（その２）による光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。

【図20】ＡＧＣを適用した前方向励起のＬ帯増幅用ＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。

【図21】前方向励起のＬ帯増幅用ＥＤＦＡの動作を示す図である。

【図22】励起光パワーの信号光入力パワー依存性を示すグラフである。

【図23】Ｌ帯増幅用ＥＤＦＡにおいてＬ帯のＷＤＭ信号の信号利得が平坦となる条件を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の光増幅器及び光増幅方法は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）、またはエルビウムイオンを添加した平面光導波路を増幅媒体として用いるものであり、以下の実施形態では、ＥＤＦを用いた例について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ増幅器１の構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器１は、前方向励起構成のＬ帯光を増幅する増幅器であり、ＥＤＦ１３にＣ帯光を入射する構成を備え、Ｌ帯の入力信号光及び励起光をＥＤＦ１３に入射して、ＥＤＦ１３で増幅したＬ帯の信号光を出射する。光ファイバ増幅器１は、例えば、以下の参考文献に示されるノード内損失補償用の光アンプに適用されるものである。当該参考文献に記載の技術において、ノード内部のパッシブ光部品の損失と波長・ポートによるロスインバランスを考慮すると、最大２０ｄＢ程度のノード内損失を補償する必要がある。ＷＤＭ用受信アンプの出力が０ｄＢｍ／ｃｈ程度であるとすると、ノード内損失補償用のアンプに入力される光パワーは１波長あたり、−２０ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍ程度であると想定される。また、当該参考文献に記載のノード構成の場合、ノード内損失補償用のアンプにおいては、１０波長程度のＷＤＭ入力となる場合があるため、ノード内損失補償用アンプの入力パワーとしては、−２０ｄＢｍ(１波長の場合)〜−５ｄＢｍ（１０波長の場合）が同一の特性でカバーできることが望ましい。したがって、光ファイバ増幅器１に入射されるＬ帯の信号光のパワーは、−２０ｄＢｍ(１波長)〜−５ｄＢｍ（１０波長）とする。

【0023】

参考文献：Y. Sakamaki, T. Kawai, M. Fukutoku, T. Kataoka and K. Suzuki, “Experimental demonstration of arrayed optical amplifiers with a shared pump laser for realizing colorless, directionless, contentionless ROADM,” Optics Express, Vol. 20, No. 26, pp. B131-B140, 2012.

【0024】

光ファイバ増幅器１は、光アイソレータ１０、Ｃ帯光入射部２０、光カプラ１１、励起光源１２、ＥＤＦ１３、光アイソレータ１４を備える。光アイソレータ１０、及び光アイソレータ１４は、ファイバ端反射による発振を防止する。励起光源１２は、０．９８ｕｍまたは１．４８ｕｍの励起光を出射する。以下で説明する各実施形態の構成において、０．９８ｕｍまたは１．４８ｕｍのいずれの波長であっても同様の特性、効果が得られるが、測定の際には、０．９８ｕｍ（すなわち、９８０ｎｍ）の励起光を用いている。ＥＤＦ１３は、Ｌ帯増幅用のエルビウム添加光ファイバであり、説明のために、増幅対象のＬ帯の号光が入射される側を入力側と呼び、増幅されたＬ帯の信号光を出射する側を出力側と呼ぶ。また、ＥＤＦ１３は、入力側から入射される励起光に基づいて、入力側から入射されたＬ帯の光を増幅して出力側から出射する。Ｃ帯光入射部２０は、ＥＤＦ１３の入力側に配置され、Ｃ帯光を出射する。光カプラ１１は、入射される増幅対象のＬ帯の信号光、Ｃ帯光入射部２０が出射するＣ帯光、及び励起光源１２が出射する励起光を合波してＥＤＦ１３に入射する。

【0025】

光ファイバ増幅器１の動作について説明する。前提として、光ファイバ増幅器１の図示しない信号入力部から入射されるＬ帯の信号光のパワーは、上述したように−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲である。また、Ｃ帯光入射部２０は、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように、出射するＣ帯光のパワーを設定する。
まず、光ファイバ増幅器１に信号光が入射され、光アイソレータ１０を通過する。Ｃ帯光入射部２０は、Ｃ帯光を出射する。励起光源１２は、励起光を出射する。光カプラ１１は、信号光、Ｃ帯光、励起光を合波してＥＤＦ１３に入射する。ＥＤＦ１３は、入射された励起光に基づいて、信号光を増幅する。この際、ＥＤＦ１３に入射されたＣ帯光は、ＥＤＦ１３の長手方向で吸収され、信号光と同方向のＣ帯光が増加することになり、当該Ｃ帯光がＬ帯の信号光の増幅に用いられる。ＥＤＦ１３は、増幅した信号光を出射し、出射された信号光は光アイソレータ１４を通過して、光ファイバ増幅器１の図示しない信号出力部から外部に出射される。
上記の構成により、Ｌ帯の入力信号光のパワーが、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光をＣ帯光入射部２０がＥＤＦ１３に入射する。これにより、第１実施形態の構成を具体化した後述する第２及び第３実施形態の構成で示すように、Ｃ帯光をＥＤＦ１３に入射することでＬ帯の信号増幅の励起効率が改善し、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能となる。

【0026】

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態による光ファイバ増幅器２の構成を示すブロック図である。第２実施形態による光ファイバ増幅器２は、第１実施形態による光ファイバ増幅器１におけるＣ帯光入射部２０の代わりに、以下に説明するＣ帯光入射部２０を具体化した構成を有するＣ帯光入射部２０ａを備える。第２実施形態の光ファイバ増幅器２において、第１実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。Ｃ帯光入射部２０ａは、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１、光減衰器２２、ミラー２３を備える。Ｃ／Ｌ分離カプラ２１は、Ｃ帯光とＬ帯光を分離するカプラであり、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光を分離して光減衰器２２側に出射する。また、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１は、ミラー２３によって反射され、光減衰器２２を通過して出射されるＣ帯光を、Ｌ帯の信号光と合波してＥＤＦ１３側に出射する。光減衰器２２は、ミラー２３によって反射されるＣ帯のＡＳＥ光のパワーを減衰させて出射する。また、光減衰器２２は、ユーザの操作を受けて、反射されたＣ帯のＡＳＥ光のパワーを任意の値に減衰させることができる。光減衰器２２をＣＬ分離カプラ２１とミラー２３の間に配置する理由は、Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーを設定する際に、ＥＤＦ１３へ入射されるＬ帯の信号光のパワーを減衰させないようにするためである。ミラー２３は、入射されるＣ帯のＡＳＥ光を反射して出射する。なお、図２に示す破線は、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬して、Ｃ帯光入射部２０ａによって反射されて減衰され、ＥＤＦ１３に戻される（以下、ＥＤＦ１３に帰還するともいう）Ｃ帯のＡＳＥ光が通過する経路を示す。

【0027】

第２実施形態におけるＣ帯光入射部２０ａの動作について説明する。第１実施形態と同様に、光ファイバ増幅器２に入射されるＬ帯の信号光のパワーは、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲である。Ｃ／Ｌ分離カプラ２１は、図２の破線で示される経路でＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光をＬ帯の光と分離する。分離されたＣ帯のＡＳＥ光は、光減衰器２２を通過してミラー２３で反射される。ミラー２３によって反射されたＣ帯のＡＳＥ光は、光減衰器２２によりパワーが減衰させられる。光減衰器２２は、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となる減衰量でミラー２３によって反射されたＣ帯のＡＳＥ光を減衰させる。Ｃ／Ｌ分離カプラ２１は、光減衰器２２によって減衰されたＣ帯のＡＳＥ光と入射されるＬ帯の信号光と合波し、ＥＤＦ１３の入力側に出射する。
このように、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬する信号光の増幅に寄与しないＣ帯のＡＳＥ光をＣ帯光入射部２０ａによって反射及び減衰させて、ＥＤＦ１３に帰還させることで、信号光と同じ方向に伝搬するＣ帯のＡＳＥ光が増えることになり、Ｃ帯光を直接入射して増加させる場合と等価的にＬ帯の信号増幅の励起効率を高めることが可能となる。

【0028】

（１波長信号を増幅する場合）
図３は、光ファイバ増幅器２の構成を有するＬ帯増幅用のＥＤＦＡを用い、ＡＳＥ反射率をパラメータとして、Ｌ帯の１波信号光を増幅した場合における、利得平坦性（以下、ΔＧともいう）の信号光入力パワー依存性を測定した結果を示すグラフである。ここで、ＡＳＥ反射率とは、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比で定義される比率である。また、図４は、光ファイバ増幅器２の構成を有するＬ帯増幅用のＥＤＦＡを用い、ＡＳＥ反射率をパラメータとして、Ｌ帯の１波の信号光を増幅した場合における、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光パワーの信号光入力パワー依存性を測定した結果を示すグラフである。
図３及び図４の結果を得る際に行った信号利得の測定において、測定の対象とした信号の波長は、１５７３．７１ｎｍ、１５８８．７３ｎｍ、１６０４．０３ｎｍの３波長である。また、測定に使用した光ファイバ増幅器２の構成を有するＬ帯増幅用のＥＤＦＡでは、上述した図２３に示すような利得平坦となる条件において、中心波長である波長１５８８．７３ｎｍの信号利得が、１６．５ｄＢ程度となる。１５８８．７３ｎｍの波長の信号利得を１６．５ｄＢの状態にする励起状態のまま、入射する１波長の信号波長を変化させて、図５に示すように、１５７３．７１ｎｍ、１５８８．７３ｎｍ、１６０４．０３ｎｍの３波長の信号利得を測定してグラフ上にプロットした。

【0029】

図５において、測定した両端の１５７３．７１ｎｍと１６０４．０３ｎｍの信号利得の差をΔＧと定義し、このΔＧを利得の波長依存性の指標として、信号利得の波長依存性を評価した。ΔＧは、短波長側の波長である１５７３．７１ｎｍの信号利得の方が大きい場合は正の値を取り、長波長側の波長である１６０４．０３ｎｍの信号利得の方が大きい場合は負の値を取る。
図３より、ＡＳＥ反射率が−３０．２７ｄＢの場合、信号光入力パワーが−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、ΔＧの絶対値が３ｄＢ以下に抑えられていることが分かる。また、ＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢの場合、信号光入力パワーが−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、ΔＧの絶対値が１ｄＢ以下となり、利得平坦性が達成されていることが分かる。また、ΔＧは、ＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢで信号光入力パワーが−１５ｄＢｍの場合に０ｄＢとなることが分かる。また、図４からＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢの場合、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーは、信号光入力パワーに応じて増加し、−７．２６ｄＢｍから−５．９４ｄＢｍとなっていることが分かる。

【0030】

ここで、図６及び図７を参照しつつ利得平坦を達成するために必要なＡＳＥ反射率の値に関して説明する。上述したように、測定に使用した光ファイバ増幅器２の構成を有するＬ帯増幅用のＥＤＦＡでは、上述した図２３に示すような利得平坦となる条件において、波長が１５８８．７３ｎｍの信号利得が、１６．５ｄＢ程度となる。そこで、１５８８．７３ｎｍの波長の信号利得を１６．５ｄＢとする励起状態のまま、ＡＳＥ反射率を変化させつつ、上記した図５の測定と同じく、１５７３．７１ｎｍ、１５８８．７３ｎｍ、１６０４．０３ｎｍの３波長について、信号利得を測定した。さらに、また、波長が１５７３．７１ｎｍと１６０４．０３ｎｍの信号光の１波長を入射した場合の信号利得の差であるΔＧを測定した。Ｌ帯増幅用のＥＤＦＡに入射される信号光のパワーは、−２０ｄＢｍと−５ｄＢｍの２つパワーで測定した。図６及び図７は、Ｌ帯の１波信号光を入射した場合における、利得平坦性（ΔＧ）とＡＳＥ反射率の関係を示したグラフであり、図６は、信号光入力パワーが−２０ｄＢｍの場合であり、図７は、信号光入力パワーが−５ｄＢｍの場合である。図６及び図７より、ＡＳＥ反射率が大きくなるほどΔＧは単調減少となることが分かる。また、ＡＳＥ反射率が−３０．２７ｄＢとなる場合、信号光入力パワーが−２０ｄＢｍ及び−５ｄＢｍのいずれの条件においても、ΔＧの絶対値は、３ｄＢ以下に抑えられている。つまり、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるようにすることで、利得の波長依存性を３ｄＢ以内に抑えることが可能となる。また、ＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢとなる場合、信号光入力パワーが−２０ｄＢｍおよび−５ｄＢｍのいずれの条件においても、ΔＧの絶対値が１ｄＢ以下となり、利得平坦が達成されていることが分かる。波長数が変化して、光アンプへの信号光入力パワーが変化した場合に、ＲＯＡＤＭ等のシステムでは、利得が一定であることが重要であり、これらの測定の結果は、本実施形態の構成をＲＯＡＤＭ等のシステムに適用した場合に好適であることを示している。一般的に、Ｃ／Ｄ／Ｃ‐ｌｅｓｓのＲＯＡＤＭのＤｒｏｐ側では、３ｄＢ以内の利得差であれば、光受信器のダイナミックレンジの範囲内になるため、利得の波長依存性を３ｄＢ以内に抑えておくことで、光ファイバ増幅器２を、このようなＤｒｏｐ側の光受信器の光アンプとして適用することが可能となる。

【0031】

利得の波長依存性を３ｄＢ以内に抑える場合、図２に示す光ファイバ増幅器２の場合、励起光パワーは、Ｌ帯のＷＤＭ信号の利得が平坦となる際の信号利得と等しくなるように設定した。また、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となる任意の比率が予め選択される。光減衰器２２には、選択された任意の比率に応じた減衰量が設定されることになる。

【0032】

（ＷＤＭ信号を増幅する場合）
次に、図２のＬ帯増幅用のＥＤＦＡである光ファイバ増幅器２に対して、図８から図１０に示す波長配置のＷＤＭ信号を入射した場合について説明する。図８から図１０のいずれの波長の配置においても、ＷＤＭ信号は１５７３．７１ｎｍおよび１６０６．６０ｎｍを両端の波長チャネルとし、その間に１２波を配置し、合計で１４波のＷＤＭ信号を生成した。図８は、１２波の波長チャネルをＷＤＭ信号の波長帯に均等に配置した場合である。図９は、１２波の波長チャネルをＷＤＭ信号の波長帯の短波長側に集中させて配置した場合である。図１０は、１２波の波長チャネルをＷＤＭ信号の波長帯の長波長側に集中させて配置した場合である。測定に使用したＬ帯増幅用のＥＤＦＡは、光ファイバ増幅器２の構成を有しており、図２３に示すように利得平坦となる条件では、上述したように、波長が１５８８．７３ｎｍの信号の信号利得が１６．５ｄＢ程度となる。１５８８．７３ｎｍの波長の信号利得を１６．５ｄＢとする励起状態において、信号光入力パワーを−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍまで変化させつつ、ＷＤＭ信号の波長帯の両端の波長チャネルである１５７３．７１ｎｍ と１６０６．６０ｎｍの信号利得の差であるΔＧを測定した。

【0033】

図１１は、利得平坦性（ΔＧ）の信号光入力パワー依存性を測定したグラフであり、当該測定において、ＡＳＥ反射率は−１０．６５ｄＢとしている。図１１より、ＷＤＭ信号の波長配置の偏りに依らず、合波後の信号光入力パワーが−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、ΔＧの絶対値が１ｄＢ以下となり、利得平坦が達成されていることがわかる。
同じ信号光入力パワーの場合、ＷＤＭ信号の場合の方が１波長の場合よりも信号波長帯におけるパワー偏差が小さいため、ＷＤＭ信号でのΔＧは、１波長でのΔＧよりも小さくなる。したがって、図６および図７に記載された、ＡＳＥ反射率が−３０．２７ｄＢとなる場合のΔＧの値より、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるように光減衰器２２の減衰量を設定することで、波長配置が均等なＷＤＭ信号、及び波長配置に偏りのあるＷＤＭ信号の双方に対して、利得の波長依存性を改善することが可能となる。

【0034】

上記の第２実施形態の光ファイバ増幅器２の構成により、入射されるＬ帯の信号光のパワーが−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、Ｌ帯の信号が利得平坦となる条件の下、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるように光減衰器２２における減衰量を設定する。これにより、Ｌ帯の信号増幅の励起効率を改善するとともに、１波長の信号光、波長配置が均等なＷＤＭ信号、及び波長配置に偏りのあるＷＤＭ信号を入射する場合について、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することができる。

【0035】

（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態による光ファイバ増幅器３の構成を示すブロック図である。第３実施形態による光ファイバ増幅器３は、第１実施形態による光ファイバ増幅器１におけるＣ帯光入射部２０の代わりに、以下に説明するＣ帯光入射部２０を具体化した構成を有するＣ帯光入射部２０ｂを備える。第３実施形態の光ファイバ増幅器３において、第１及び第２実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。なお、第１実施形態と同様に、光ファイバ増幅器３に入射されるＬ帯の信号光のパワーは、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲である。Ｃ帯光入射部２０ｂは、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１、Ｃ帯光源２４を備えている。Ｃ帯光入射部２０ｂのＣ帯光源２４は、内部に備えるＣ帯のＬＤ（Laser Diode）光源を有しており、当該ＬＤ光源によって出射するＣ帯光を生成する。また、Ｃ帯光源２４は、ユーザの操作を受けて、内部のＬＤ光源の出力パワーを調整することにより出射するＣ帯光のパワーの変更を行うことができる。ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となる任意の比率が予め選択され、Ｃ帯光源２４に、選択された比率にしたがうＣ帯光のパワーが設定される。また、Ｃ帯光源２４は、設定されたパワーのＣ帯光を出射する。Ｃ／Ｌ分離カプラ２１は、Ｃ帯光源２４から出射されたＣ帯光と、Ｌ帯の信号光とを合波してＥＤＦ１３に入射する。

【0036】

第２実施形態では、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光を利用し、このＣ帯のＡＳＥ光を反射させることで、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯のＡＳＥ光を生成していた。これに対し、第３実施形態では、Ｃ帯光源２４を用いることでＣ帯光を生成してＥＤＦ１３に入射させて励起効率の改善を図っている。

【0037】

図１３は、第３実施形態の光ファイバ増幅器３の変形例である光ファイバ増幅器３ａの構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器３ａは、第１実施形態による光ファイバ増幅器１におけるＣ帯光入射部２０の代わりに、以下に説明するＣ帯光入射部２０を具体化した構成を有するＣ帯光入射部２０ｃを備える。光ファイバ増幅器３ａにおいて、光ファイバ増幅器３と同じ構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。上述した光ファイバ増幅器３では、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるように設定するためには、予めＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーが予め分かっている必要がある。そのため、予め励起光パワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係を示す情報を求めておき、当該関係を示す情報と、励起光源１２に設定する励起光パワーとに基づいて、Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーを推定により算出する必要がある。そして、算出したＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるようにＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーを予め設定することになる。これに対して、光ファイバ増幅器３ａでは、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーをモニタし、そのモニタしたＣ帯のＡＳＥ光のパワーに基づいてＣ帯光のパワーを設定する構成を備えている。Ｃ帯光入射部２０ｃは、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１、光カプラ２５、ＰＤ２６、Ｃ帯光源制御部２７、Ｃ帯光源２８を備える。光カプラ２５は、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１によって分離されたＣ帯光の一部を分岐、すなわちタップしてＰＤ２６側に出射する。また、光カプラ２５は、Ｃ帯光源２８から出射されたＣ帯光をＣ／Ｌ分離カプラ２１側に出射する。光検波器、または光検出器であるＰＤ２６は、光カプラ２５により分岐されたＣ帯のＡＳＥ光のパワーを測定する。Ｃ帯光源制御部２７は、ＰＤ２６が測定したＣ帯のＡＳＥ光のパワーに基づいてＣ帯光源２８が出射するＣ帯光のパワー値を算出して出力する。Ｃ帯光源２８は、Ｃ帯光源制御部２７が出力したパワー値のＣ帯光を出射する。

【0038】

Ｃ帯光入射部２０ｃの動作について説明する。第１実施形態と同様に、光ファイバ増幅器３ａに入射されるＬ帯の信号光のパワーは、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲である。また、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となる任意の比率が予め選択され、Ｃ帯光源制御部２７の内部に記憶されているものとする。まず、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光が、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１により分離され、Ｃ帯のＡＳＥ光が光カプラ２５に達する。光カプラ２５は、Ｃ帯のＡＳＥ光の一部をタップしてＰＤ２６側に出射する。ＰＤ２６は、Ｃ帯のＡＳＥ光のパワーを測定し、測定結果をＣ帯光源制御部２７に出力する。Ｃ帯光源制御部２７は、内部に記憶している予め定められたＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーと、ＰＤ２６によって測定されたＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比率にしたがってＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーを算出し、算出したＣ帯光のパワー値をＣ帯光源２８に出力する。Ｃ帯光源２８は、Ｃ帯光源制御部２７が出力したＣ帯光のパワー値にしたがってＣ帯光を生成して出射する。

【0039】

上記の第３実施形態の光ファイバ増幅器３及び光ファイバ増幅器３ａの構成により、入射されるＬ帯の信号光のパワーが−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲において、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるようにＣ帯光源２４、２８から出射するＣ帯光のパワーを設定する。これにより、Ｃ帯光源２４、２８からＣ帯光をＥＤＦ１３に入射することでＬ帯の信号増幅の励起効率が改善し、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能となる。

【0040】

第２実施形態の光ファイバ増幅器２は、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光を利用することから、自らＣ帯光を出射するＣ帯光源を備える必要はないが、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１及び光減衰器２２の挿入損失、並びにミラー２３の反射率が影響するため、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーは、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーよりも小さくなり、また、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光の状態に依存することになる。これに対し、第３実施形態の光ファイバ増幅器３及び３ａでは、Ｃ帯光源２４、２８を用いて、自らＣ帯光を入射することから、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーよりも高くて安定したパワーのＣ帯光を入射することができる。したがって、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーの大きさや状態に依存せず、安定してＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーを設定することが可能となる。

【0041】

また、第３実施形態の光ファイバ増幅器３ａでは、更に、ＰＤ２６によるＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーをモニタしてＣ帯光源２８から出射するＣ帯光のパワーをＣ帯光源制御部２７により算出する。そのため、励起光パワーとＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係を示す情報を予め求めることなく、直接、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーを測定し、測定したパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を出射することができる。したがって、その時点でのＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーに基づく、より正確なパワー値のＣ帯光をＥＤＦ１３に入射することが可能となり、更に効率の良い増幅を行うことが可能となる。

【0042】

（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態による光ファイバ増幅器４の構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器４は、第１実施形態による光ファイバ増幅器１の構成に加えて、Ｌ帯の入力信号光のパワーをモニタし、励起光のパワーをフィードフォワード制御する、前述したＡＧＣの構成を備えている。第４実施形態の光ファイバ増幅器４において、第１実施形態と同じ構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。光カプラ３０は、Ｌ帯の入力信号光の一部をタップしてＰＤ３１側に出射する。ＰＤ３１は、光カプラ３０によりタップされたＬ帯の入力信号光のパワーを測定する。フィードフォワード制御部（以下、ＦＦ制御部という）３２は、ＰＤ３１が測定したＬ帯の入力信号光のパワーに基づいて、予め定められる信号光の入力パワーと励起光パワーとの関係から、励起光源１２ａから出射させる励起光のパワー値を求める。励起光源１２ａは、ＦＦ制御部３２が求めたパワー値で励起光を出射する。

【0043】

光ファイバ増幅器４の動作について説明する。第１実施形態と同様に、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワー値のＬ帯の信号光が入射されると、光カプラ３０は、入射された信号光の一部をタップしてＰＤ３１に出射する。一方、残りの信号光は、光アイソレータ１０、Ｃ帯光入射部２０、光カプラ１１を通じてＥＤＦ１３に達する。ＰＤ３１は、光カプラ３０によってタップされたＬ帯の入力信号光のパワーを測定し、測定したパワーの値をＦＦ制御部３２に出力する。ＦＦ制御部３２は、ＰＤ３１が測定したＬ帯の入力信号光のパワーに基づいて、予め定められる信号光の入力パワーと励起光パワーとの関係から、励起光のパワー値を求めて、励起光源１２ａに出力する。励起光源１２ａは、ＦＦ制御部３２が求めたパワー値で励起光を出射する。一方、Ｃ帯光入射部２０は、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように、Ｃ帯光のパワーを設定して出射する。光カプラ１１は、Ｌ帯の信号光、Ｃ帯光入射部２０が出射するＣ帯光、励起光源１２ａから出射される励起光を合波してＥＤＦ１３に入射する。ＥＤＦ１３は、励起光に基づいてＬ帯の信号光を増幅して出射する。このとき、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯光は、ＥＤＦ１３の長手方向で吸収され、Ｌ帯の信号光の増幅に用いられる。増幅後の信号光は光アイソレータ１４を通過して光ファイバ増幅器４の外部に出射される。

【0044】

上記の第４実施形態の構成により、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーで入射されるＬ帯の入力信号光のパワーをＰＤ３１が測定し、ＦＦ制御部３２が、ＰＤ３１が測定したＬ帯の入力信号光のパワーに基づいて、励起光のパワー値を選択して、励起光源１２ａに出力する。励起光源１２ａは、ＦＦ制御部３２が選択したパワー値で励起光を出射する。また、Ｃ帯光入射部２０が、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように、Ｃ帯光のパワーを設定して出射する。これにより、第４実施形態の構成を具体化した後述する第５及び第６実施形態の構成で示すように、Ｌ帯の信号光の波長をモニタすることなく、Ｌ帯の入力信号光のパワー変動を検出し、検出したＬ帯の信号光の変動に応じて、励起光のパワーを変えるという、励起光のパワー値に対するフィードフォワード制御を行うことが可能となる。また、Ｃ帯光入射部２０からＣ帯光をＥＤＦ１３に入射することでＬ帯の信号増幅の励起効率が改善し、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能となる。また、第４実施形態の構成は、リング内の信号波長配置変化にともなう波長数変動や光ファイバ伝送路の伝送路断等による高速な信号光パワーの変化に追随して信号利得を一定とすることが可能となる。

【0045】

（第５実施形態）
図１５は、本発明の第５実施形態による光ファイバ増幅器５の構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器５は、第４実施形態の光ファイバ増幅器４においてＣ帯光入射部２０の構成を、第２実施形態の光ファイバ増幅器２が備えるＣ帯光入射部２０ａに置き換えた構成となっており、上述した第２及び第４実施形態と同一の符号の構成については、上述した説明と同一の動作を行う。また、図１５に示す破線は、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬して、Ｃ帯光入射部２０ａによって反射され、減衰されてＥＤＦ１３に戻されるＣ帯のＡＳＥ光が通過する経路を示す。

【0046】

図１６は、図１５の光ファイバ増幅器５の構成において、目標の信号利得を実現するために必要な励起光パワーの信号光入力パワー依存性を示すグラフの一例である。上述した図２３に示すように、信号利得が平坦となる条件での１５８８．７３ｎｍでの信号利得は、１６．５ｄＢ程度となることから、図１６に示す測定においても目標の信号利得は１６．５ｄＢとした。また、ＡＳＥ反射率は、−１０．６５ｄＢとなるようにＣ帯光入射部２０ａの光減衰器２２の減衰量を設定した。入射する１波の入力信号光において、その波長を１５７３．７１ｎｍ、１５８８．７３ｎｍ、１６０４．０３ｎｍの３波長とし、０．０１ｍＷから１ｍＷまでの信号光パワーの範囲に対して、信号利得１６．５ｄＢを実現するために必要な励起光パワーの値を測定した。この測定条件は、上述した図２２と同じ測定条件となる。図２２と図１６の違いは、光ファイバ増幅器１００と光ファイバ増幅器５の構成上の違いであり、逆伝搬するＡＳＥ光を反射させて減衰させてＥＤＦ１３に戻す構成を有しているかいないかということである。その観点で、図２２及び図１６の測定結果を比較すると、Ｃ帯光入射部２０ａによって、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光を帰還させることにより、図１６に示すように信号光入力パワーと必要とされる励起光パワーの関係が線形になることがわかる。また、信号光入力パワー０．５ｍＷにおける、各信号波長における励起光パワーの差が図２２においては３１８．５ｍＷであるのに対して、 図１６では２３．０ｍＷになっており、大幅に減少していることが分かる。したがって、Ｃ帯光をＥＤＦ１３に入射させることで入力信号光の波長に関わらず、同一の信号利得を実現するための励起光の条件がほぼ同じになる。実際に、同一の励起光の条件においては、上記の図３で説明したように、ＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢの場合、信号波長による利得差は１ｄＢ以下となるため、Ｌ帯の入力信号光の波長をモニタする必要がなくなり、ＡＧＣを行う場合の励起光の制御の困難性を低減させることができる。

【0047】

なお、ＦＦ制御部３２には、図１６に示される利得一定の条件でのＬ帯光の入力パワーと励起光パワーの関係を示したグラフを内部に予め記憶し、ＰＤ３１によって測定されたＬ帯の信号光入力パワーに基づいて設定する励起光パワーを選択する。
また、上記の例では、ＡＳＥ反射率が−１０．６５ｄＢとされているが、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比率は、１０００分の１以上の範囲から任意に選択されることから、Ｃ帯光入射部２０ａの光減衰器２２に設定する減衰量は、選択された比率に応じた値となる。

【0048】

上記の第５実施形態の構成により、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーで入射されるＬ帯の入力信号光のパワーをＰＤ３１が測定し、ＦＦ制御部３２が、ＰＤ３１が測定したＬ帯の入力信号光のパワーに基づいて、励起光のパワー値を選択して、励起光源１２ａに出力する。励起光源１２ａは、ＦＦ制御部３２が選択したパワー値で励起光を出射する。また、Ｃ帯光入射部２０ａが、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるように、逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光をミラー２３で反射させ光減衰器２２で減衰させてＥＤＦ１３に帰還するＣ帯光のパワーを設定する。したがって、Ｌ帯の入力信号光のパワー変動を検出し、検出したＬ帯の信号光の変動に応じて、励起光のパワーを変えるという、励起光のパワー値に対するフィードフォワード制御をＬ帯の入力信号光の波長をモニタすることなく行うことが可能となる。また、Ｃ帯光入射部２０ａからＣ帯光をＥＤＦ１３に帰還させることでＬ帯の信号増幅の励起効率が改善し、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能となる。また、第５実施形態の構成は、リング内の信号波長配置変化にともなう波長数変動や光ファイバ伝送路の伝送路断等による高速な信号光パワーの変化に追随して信号利得を一定とすることが可能となる。

【0049】

（第６実施形態）
図１７は、本発明の第６実施形態による光ファイバ増幅器６の構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器６は、第４実施形態の光ファイバ増幅器４においてＣ帯光入射部２０の構成を、第３実施形態の光ファイバ増幅器３のＣ帯光入射部２０ｂに置き換えた構成となっており、上述した第３及び第４実施形態と同一の符号の構成については、上述した説明と同一の動作を行う。

【0050】

また、図１８は、本発明の第６実施形態による光ファイバ増幅器６の変形例である光ファイバ増幅器６ａの構成を示すブロック図である。光ファイバ増幅器６ａは、第４実施形態の光ファイバ増幅器４においてＣ帯光入射部２０の構成を、第３実施形態の変形例である光ファイバ増幅器３ａのＣ帯光入射部２０ｃに置き換えた構成となっており、上述した第３実施形態の変形例及び第４実施形態と同一の符号の構成については、上述した説明と同一の動作を行う。

【0051】

また、図１９に示すブロック図のように第６実施形態による光ファイバ増幅器６の変形例として光ファイバ増幅器６ｂのような構成としてもよい。第３実施形態の光ファイバ増幅器３において説明したように、Ｃ帯光源２４に予め設定するＣ帯光のパワーは、予め求めておく励起光パワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係から算出しておく必要がある。これに対して光ファイバ増幅器６ｂでは、例えば、予め求めておく励起光パワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係を示す情報をＦＦ制御部３２ａの内部に記憶させておく。そして、ＦＦ制御部３２ａが、励起光源１２ａに設定する励起光のパワーを選択した際に、選択した励起光パワーと、内部に記憶しているＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係を示す情報から、選択した励起光のパワーに対応するＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーを検出する。１０００分の１以上の値で予め定められる、Ｃ帯光源２４ａから入射するパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比率の値は、予めＦＦ制御部３２ａの内部に記憶させる。ＦＦ制御部３２ａは、Ｃ帯光源２４ａに設定するＣ帯光のパワーと、検出したＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比率が、内部に記憶している比率になるようにＣ帯光源２４ａに設定するＣ帯光のパワーを算出し、算出したＣ帯光のパワーの値をＣ帯光源２４に出力する。Ｃ帯光源２４ａは、ＦＦ制御部３２から出力されたパワーの値を設定し、当該パワーのＣ帯光を出射する。なお、あらかじめＣ帯光のパワーが十分高ければ、信号光入力パワーの変動に応じてＣ帯光のパワーを調整する必要はないため、ＦＦ制御部３２ａからＣ帯光源２４ａの制御を行う構成は必須ではない。

【0052】

なお、第６実施形態において、ＦＦ制御部３２及びＦＦ制御部３２ａは、第５実施形態で説明した図１６に示されるような励起光パワーと信号光入力パワーとの関係を示す情報を参照して、励起光パワーを選択する構成となっている。そのため、第６実施形態においても図１６に示されるような励起光パワーと信号光入力パワーとの関係を示す情報を予め求めてＦＦ制御部３２及びＦＦ制御部３２ａに記憶されるものとする。なお、Ｃ帯光入射部２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄは、いずれもＥＤＦ１３に対してＣ帯光を入射する構成であり、図１６に示すグラフと同様に励起光パワーと信号光入力パワーとの関係は線形で示され、信号波長に関わらず、同一の信号利得を実現するための励起光の条件がほぼ同じになる。

【0053】

上記の第６実施形態の構成により、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲のパワーで入射されるＬ帯の入力信号光のパワーをＰＤ３１が測定し、ＦＦ制御部３２及びＦＦ制御部３２ａが、ＰＤ３１が測定したＬ帯の入力信号光のパワーに基づいて、励起光のパワー値を選択して、励起光源１２ａに出力する。励起光源１２ａは、ＦＦ制御部３２及びＦＦ制御部３２ａが求めたパワー値で励起光を出射する。また、Ｃ帯光入射部２０ｂ、２０ｃ、及び２０ｄが、ＥＤＦ１３に入射されるＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を出射する。したがって、Ｌ帯の入力信号光のパワー変動を検出し、検出したＬ帯の信号光の変動に応じて、励起光のパワーを変えるという、励起光のパワー値に対するフィードフォワード制御をＬ帯の入力信号光の波長をモニタすることなく行うことが可能となる。また、Ｃ帯光入射部２０ｂ、２０ｃ、２０ｄがＣ帯光をＥＤＦ１３に入射することでＬ帯の信号増幅の励起効率が改善し、波長数の変化に伴う信号光の入力パワーの変化を許容し、かつ信号利得の波長依存性を抑制することが可能となる。また、第６実施形態の構成は、リング内の信号波長配置変化にともなう波長数変動や光ファイバ伝送路の伝送路断等による高速な信号光パワーの変化に追随して信号利得を一定とすることが可能となる。

【0054】

第５実施形態の光ファイバ増幅器５は、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光を利用することから、自らＣ帯光を出射するＣ帯光源を備える必要はないが、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１及び光減衰器２２の挿入損失、並びにミラー２３の反射率が影響するため、ＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーは、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーよりも小さくなり、また、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光の状態に依存することになる。これに対し、第６実施形態の光ファイバ増幅器６及び６ａでは、Ｃ帯光源２４、２８を用いて、自らＣ帯光を入射することから、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーよりも高くて安定したパワーのＣ帯光を入射することができる。したがって、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーや状態に依存せず、安定してＥＤＦ１３に入射するＣ帯光のパワーを設定することが可能となる。

【0055】

また、第６実施形態における変形例である光ファイバ増幅器６ａでは、更に、ＰＤ２６によるＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーをモニタしてＣ帯光源２８から出射するＣ帯光のパワーをＣ帯光源制御部２７により算出する。そのため、励起光パワーとＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの関係を示す情報を予め求めることなく、直接、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーを測定し、測定したパワーとの比が１０００分の１以上となるパワーのＣ帯光を出射することができる。したがって、その時点でのＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーに基づく、より正確なパワー値のＣ帯光をＥＤＦ１３に入射することが可能となり、更に効率の良い増幅を行うことが可能となる。

【0056】

また、第６実施形態における変形例である光ファイバ増幅器６ｂでは、光ファイバ増幅器６と同様に、フィードフォワード制御により、Ｌ帯の信号光の入射に伴って、励起光のパワーの設定をすることができ、更に、設定した励起光のパワーの値を用いて、Ｃ帯光源２４ａが出射するＣ帯光のパワーの設定を行うことが可能となる。励起光のパワーは、信号光パワーの変化に伴って変化し、励起光のパワーが変化するとＥＤＦ１３から逆伝搬するＡＳＥ光のパワーも変化する。したがって、光ファイバ増幅器６ｂの構成により、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＡＳＥ光のパワーの変化に追随してＣ帯光源２４ａから出射するＣ帯光のパワーを変化させることができるためＣ帯光源２４ａから入射するＣ帯光のパワーと、ＥＤＦ１３から逆伝搬するＡＳＥ光のパワーとの比を１０００分の１以上に維持することが可能となる。

【0057】

また、上記の本発明による各実施形態の構成と、非特許文献１に記載のＬ帯のＥＤＦＡの構成とを比較した場合、非特許文献１に記載のＬ帯のＥＤＦＡでは、ＥＤＦＡの入力側および出力側の両方に光カプラを配置しなければならず、回路構成が複雑となる上に、ＥＤＦＡ内でＣ帯の光が発振する可能性がある。これに対して、本発明による各実施形態の構成では、Ｃ帯光をＥＤＦの入力側から入射しているため、出力側の光カプラは必要でなく、回路構成が単純である上にＣ帯光が発振することはない。

【0058】

なお、上記の各実施形態において、ファイバ端等による不要な反射がない場合、光アイソレータ１０、及び光アイソレータ１４はなくてもよい。
また、光カプラ１１、Ｃ／Ｌ分離カプラ２１、光カプラ２５、光カプラ３０は、それぞれの用途に応じて光を分離（または、分岐）、及び合波する分離・合波の機能部であればよく、カプラに限られるものではない。

【0059】

また、光ファイバ増幅器２及び光ファイバ増幅器５において、光減衰器２２を備えない構成とし、ＥＤＦ１３に帰還するＣ帯のＡＳＥ光のパワーと、ＥＤＦ１３の入力側から逆伝搬するＣ帯のＡＳＥ光のパワーとの比が１０００分の１以上になるようにミラー２３の反射率を設定するようにしてもよい。

【0060】

上述した実施形態におけるＦＦ制御部３２、３２ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0061】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
以上、説明したように、本発明による各実施形態は、Ｌ帯増幅用ＥＤＦＡの制御性の改善を実現するものであり、光通信システムの運用に有用である。

【符号の説明】

【0062】

１ 光ファイバ増幅器
１０ 光アイソレータ
１１ 光カプラ
１２ 励起光源
１３ ＥＤＦ
１４ 光アイソレータ
２０ Ｃ帯光入射部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】