特許 6202917 雑音指数を最適化したハイブリッド光学増幅器

(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】6202917

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】雑音指数を最適化したハイブリッド光学増幅器

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20170914BHJP

   H01S 3/30 20060101ALI20170914BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20170914BHJP

   G02F 1/35 20060101ALI20170914BHJP

   H04B 10/2537 20130101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/10 D

   H01S3/30 Z

   H01S3/067

   G02F1/35 501

   H04B10/2537

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-150113(P2013-150113)

(22)【出願日】2013年7月19日

(65)【公開番号】特開2014-30016(P2014-30016A)

(43)【公開日】2014年2月13日

【審査請求日】2016年4月18日

(31)【優先権主張番号】13/552,864

(32)【優先日】2012年7月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508156443

【氏名又は名称】フィニサー・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】トメル エリヤフ

(72)【発明者】

【氏名】エヤル サリデ

(72)【発明者】

【氏名】ウリ ヘラ

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド メナシェ

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６４６６３６２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００３−１２４８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１０１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９５９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

Ｇ０２Ｆ １／３５

Ｈ０４Ｂ １０／００、１０／２５３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数を最適化する方法であって、
上記可変利得ハイブリッド増幅器は、平均利得Ｇ_Ｒおよび利得傾斜Ｔ_Ｒを調整可能な可変利得ラマン増幅器と、平均利得Ｇ_Ｌおよび利得傾斜Ｔ_Ｌを調整可能な可変利得集中型増幅器とを備え、当該可変利得ハイブリッド増幅器の平均利得Ｇ_Ｈを調整可能であり、上記可変利得ラマン増幅器および上記可変利得集中型増幅器のそれぞれは励起ユニットをそれぞれ備え、上記可変利得集中型増幅器は可変光学減衰器ＶＯＡを備え、
可変利得ハイブリッド増幅器の平均利得Ｇ_Ｈの要求値を取得する取得工程と、
Ｇ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈの関係を満たし、かつ上記可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数が最適化されるＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出する工程であって、雑音指数の最適化は雑音指数の最小化である、算出工程とを含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

上記Ｔ_Ｒ値およびＴ_Ｌ値を、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌが可変利得ハイブリッド増幅器の動作における利得傾斜の設計上の範囲内になるように算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

上記取得工程において、上記可変利得ハイブリッド増幅器の利得傾斜Ｔ_Ｈの要求値を取得し、
上記Ｔ_Ｒ値およびＴ_Ｌ値を、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈを満たすように算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

上記可変利得ラマン増幅器のＧ_ＲおよびＴ_Ｒを上記算出工程で算出したＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値に設定し、上記可変利得集中型増幅器のＧ_ＬおよびＴ_Ｌを上記算出工程で算出した上記Ｇ_Ｌ値および上記Ｔ_Ｌ値に設定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

上記算出工程において、Ｇ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値の組み合わせをルックアップテーブルに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

上記算出工程において、Ｇ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値の組み合わせを演算式に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

上記算出工程において少なくとも一部のＧ_Ｈ値に対応して算出されるＴ_Ｌ値は、上記可変利得集中型増幅器の公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０の値と異なる値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項8】

上記可変利得集中型増幅器はエルビウム添加ファイバ増幅器であり、上記算出工程で算出されるＴ_Ｌ値は上記公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０の値よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

上記可変利得集中型増幅器は、平均利得の設計上の最大値がＧ_Ｌ０であり、上記可変光学減衰器ＶＯＡは減衰値Ｖを有し、
上記Ｇ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、Ｔ_Ｌ値、および減衰値Ｖを、少なくとも一部のＧ_Ｈに対してＶ＜Ｇ_Ｌ０−Ｇ_Ｌを満たすように設定することを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項10】

平均利得Ｇ_Ｒおよび利得傾斜Ｔ_Ｒを調整可能な可変利得ラマン増幅器と、平均利得Ｇ_Ｌおよび利得傾斜Ｔ_Ｌを調整可能な可変利得集中型増幅器とを備え、平均利得Ｇ_Ｈを調整可能であり、上記可変利得ラマン増幅器および上記可変利得集中型増幅器のそれぞれは励起ユニットをそれぞれ備え、上記可変利得集中型増幅器は可変光学減衰器ＶＯＡを備えている、可変利得ハイブリッド増幅器であって、
当該可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数を最適化するようにＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を設定し、雑音指数の最適化は雑音指数の最小化である、制御ユニットを備えていることを特徴とする可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項11】

上記制御ユニットは、
上記平均利得Ｇ_Ｈの要求値を取得する手段と、
平均利得Ｇ_Ｈが上記要求値を満たし、かつ上記可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数が最適化されるＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出するロジックモジュールとを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項12】

上記Ｔ_Ｒ値およびＴ_Ｌ値を、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌが可変利得ハイブリッド増幅器の動作における利得傾斜の設計上の範囲内になるように算出することを特徴とする請求項１１に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項13】

上記ロジックモジュールは、ルックアップテーブルを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項14】

上記ロジックモジュールは、演算式を用いてＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出することを特徴とする請求項１１に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項15】

上記可変利得ハイブリッド増幅器は、利得傾斜Ｔ_Ｈを調整可能であり、
上記制御ユニットは、
平均利得Ｇ_Ｈおよび利得傾斜Ｔ_Ｈの要求値を取得する手段と、
Ｇ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値が上記要求値を満足し、かつ当該可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数が最適化されるように、上記Ｇ_Ｈ値および上記Ｔ_Ｈ値に基づいてＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出するロジックモジュールとを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項16】

上記可変利得集中型増幅器は、平均利得の設計上の最大値がＧ_Ｌ０であり、上記可変光学減衰器ＶＯＡは減衰値Ｖを有し、
少なくとも一部のＧ_Ｈに対してＶ＜Ｇ_Ｌ０−Ｇ_Ｌを満たす値を取得することを特徴とする請求項１０に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項17】

上記可変利得集中型増幅器は、少なくとも一部のＧ_Ｈ値に対応して算出されるＴ_Ｌ値が、当該可変利得集中型増幅器の公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０の値と異なる値であることを特徴とする請求項１０に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【請求項18】

上記可変利得集中型増幅器はエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、少なくとも一部のＧ_Ｈ値に対応する当該可変利得集中型増幅器のＴ_Ｌ値が上記公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０の値よりも大きいことを特徴とする請求項１７に記載の可変利得ハイブリッド増幅器。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

〔技術分野〕
本明細書で開示する実施例は、光ファイバ遠距離通信システムに用いられる光ファイバ増幅器に関するものであり、より具体的には、ラマン−集中型ハイブリッド増幅器（hybrid Raman-lumped amplifiers）に関するものである。
〔背景技術〕
近年の光学通信システムでは、当該システムを介して伝送される波長分割多重（ＷＤＭ；wavelength division multiplexed）信号チャネルを増幅するために光学増幅器が用いられている。これらの増幅器は、当該システムに含まれる様々な伝送ファイバの経路中や、システムの送信側および受信側に備えられる。

【0002】

光学増幅器は、当該増幅器の利得、および当該増幅器からシステムに伝達される雑音の量を示す雑音指数（ＮＦ；noise figure）などによって特徴付けられる。ＷＤＭシステムでは、ＷＤＭ信号チャネルが単一の信号波長帯域を占める場合に、光学増幅器もまた当該帯域内における利得とＮＦのスペクトル依存関係によって特徴付けられる。これらの主な量は、（１）上記波長帯域にわたって利得を平均化した平均利得、（２）上記波長帯域にわたるスぺクトル利得曲線に近似直線によって定義され、上記波長帯域の長波長側の端部の長波長（所謂「赤」）の近似直線と、上記波長帯域の短波長側の端部の短波長（所謂「青」）の近似直線との利得差により算出される利得傾斜、および（３）上記波長帯域におけるＮＦの最大値である最大ＮＦに関連する。特に言及しない限り、本明細書における「ＮＦ」という用語は、最大ＮＦを意味する。また、特に言及しない限り、利得、利得傾斜、減衰（attenuation）、およびＮＦの単位はデシベル（ｄＢ）である。

【0003】

多くの場合、光学増幅器は可変利得機能を有することが有益である。これは、上記増幅器の平均利得を特定の範囲内の任意の値に動的に設定でき、かつ利得傾斜を平均利得の設定にかかわらず要求された仕様の範囲内に維持できるためである。この可変利得機能により、同じタイプの増幅器を異なるシステム、あるいは同一のシステム内における異なる平均利得レベルが要求される異なる位置に適用することができる。なお、利得傾斜を平均利得にかかわらず所定の範囲内の値に動的に設定できるようにすることが好ましい場合もある。

【0004】

光学増幅器の１形態として、入力ポートおよび出力ポートをユニット内に備え、増幅処理を全て当該ユニット内で実行する集中型増幅器（lumped amplifier）がある。最も一般的な集中型光学増幅器の例は、少なくとも１本のＥＤＦ（Erbium doped fiber、エルビウム添加ファイバ）と、少なくとも１つの励起レーザダイオードとを有するＥＤＦＡ（Erbium doped fiber amplifier、エルビウム添加光ファイバ増幅器）である。上記ＥＤＦは、上記励起レーザダイオードから上記増幅器を通る光学信号チャネルにエネルギを伝送する利得媒体として機能し、それによって信号増幅器が提供される。集中型増幅器は、ＶＯＡ（variable optical attenuator、可変光減衰器）を備えていてもよい。上記ＶＯＡを制御することにより平均利得の調整を行えるようにすることで、可変利得機能を実現できる。一般に、増加したＶＯＡを減衰させると平均利得が減少する。最も実用的な例では、増幅器の効率を向上させるために、上記ＶＯＡは、上記増幅器の出力段ではなく上記増幅器内の２つの利得段の間に配置される。ＶＯＡ減衰量が増すと、信号チャネルに与えられる余分な損失により、上記増幅器のＮＦが増加する。したがって、上記増幅器ＮＦは平均利得が減少すると増加する。多くの場合、上記利得傾斜と上記平均利得とは、ＶＯＡ減衰と増幅器を励起するための励起出力とを連動して制御することにより互いに独立して調整可能である。例えば、Ｃバンド（Ｃ−Ｂａｎｄ）用に設計された可変利得ＥＤＦＡでは、平均利得を一定に保つために励起出力を調整している期間中にＶＯＡ減衰量を増加させると、利得傾斜が減少する（よりマイナス側に振れる）。反対に、一定の平均利得を維持するために励起出力を調整している期間中にＶＯＡ減衰量を減少させると、利得傾斜は増加する（よりプラス側に振れる）。

【0005】

近年、新たなタイプの増幅器、すなわち分布型ラマン増幅器（本明細書では簡単のために「ラマン増幅器」あるいは「ＲＡ」を称する）が光通信システムにおいて用いられるようになってきた。分布型増幅器と集中型増幅器との主な違いは、集中型増幅器では伝送ファイバ自体が利得媒体として機能し、伝送ファイバを通って移動する間に信号チャネルが増幅される点である。したがって、ラマン増幅器は、それ自体が、実際の増幅工程が伝送ファイバに沿って分布した態様で生じている間にラマン励起出力を供給し、制御する機能を有している。分布型の増幅器は、等価な集中型増幅器（すなわちＥＤＦＡ等）を用いる場合に比べて、システムの光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を改善できるという特性を有している。このことは、ラマン増幅器は典型的には等価な集中型増幅器よりも低ＮＦであるという事実に反映されている。一般に、ラマン増幅器によって提供される平均利得が高いほど、当該ラマン増幅器のＮＦは低い。

【0006】

ラマン増幅器の平均利得は、伝送ファイバに注入されるラマン励起出力の量を制御することによって調整することができる。さらに、ラマン増幅器が、波長の異なる少なくとも２つの励起部と、それら各励起部によって放出される出力を個別に制御する手段とを有している場合、利得のスペクトル形状もある程度制御することができる。したがって、可変利得機能を実現でき、利得傾斜についても平均利得と独立して調整することができる。ラマン増幅器が、平均利得制御部と利得傾斜制御部とを含むことはよく知られている。

【0007】

ラマン増幅器は典型的には等価な集中型増幅器よりも低ＮＦであるという特性を有しているが、主に、高い利得を得るためには伝送ファイバに高レベルのラマン励起出力を注入する必要があるという理由のために、ラマン増幅器では一般に当該ラマン増幅器の利得の量は制限される。これにより、システムのコストが増加するとともに、潜在的な危険に晒される機会および伝送ファイバ内を非常に高レベルの励起出力が伝播することに関連して損傷を受ける機会が増加する。さらに、ラマン利得の非常に高い値は高レベルの二重レイリー後方散乱（double Rayleigh backscattering）に関連し、システム特性に有害な影響を及ぼす。

【0008】

この問題を解消するために、ラマン増幅器はＥＤＦＡ等の集中型増幅器と共に用いられる。これは、ラマン−集中型ハイブリッド増幅器（hybrid Raman-lumped amplifier）と呼ばれる（本明細書では簡略化して「ハイブリッド増幅器」あるいは「ＨＡ」と称する場合もある。）この構成では、ラマン増幅器が前置増幅器として用いられ、集中型増幅器が電力増幅用増幅器（ブースタ増幅器）として用いられる。増幅器のトータルＮＦは通常は前置増幅器のＮＦに支配されるので、ラマン増幅器の低ＮＦによってＨＡの利点が得られる。また、集中型増幅器の電力増幅によってラマン増幅器では得られない余剰の利得を得ることができるので、ハイブリッド増幅器に要求される高いトータル利得を得ることができる。

【0009】

上述したように、ラマン増幅器の利得の制御により、ＨＡの可変利得機能をある程度実現できる。しかしながら、ＨＡのラマン増幅器部分によって与えられるトータル利得は通常は限られており、ラマン増幅器を非常に低い利得で制御することは困難な場合が多いので、この方法によって実現可能なトータルの動的利得は制限される。このため、ハイブリッド増幅器における集中型増幅器部分が十分な可変利得機能を有していることが好ましく、それによってＨＡ全体の可変利得機能を改善することができる。その場合、ＨＡ全体のＮＦを最小化しつつ、ＨＡのトータル利得をラマン増幅器と集中型増幅器との間でどのように配分するかが問題になる。公知の方法の１つに、ＨＡの異なるトータル利得の値に対応するラマン増幅器の利得の関数としてＨＡのＮＦのデータベースを記憶させておくことにより上記の問題の解決を図っているものがある。これにより、要求されるＨＡのトータル利得を得るために、最小ＮＦが得られるラマン増幅器の利得が検出され、設定される。その後、ＨＡのトータル利得の要求値を達成するために必要な残りの利得が得られるように集中型増幅器の平均利得が設定される。しかしながら、この方法では、ＷＤＭシステムにおける利得のスペクトル依存性が考慮されていないので、ラマン増幅器および集中型増幅器の利得傾斜（平均利得とは異なる）の制御によって得られる付加的な自由度が考慮されていない。

【0010】

他の方法として、ＨＡのＮＦを最適化するためにラマン増幅器の利得のスペクトル形状の最適化を行う方法がある。この方法では、集中型増幅器のＮＦが最大になり、その結果ＨＡのトータルＮＦが減少するスペクトル領域において、より高いラマン増幅器の利得を提供することによって最適化が図られる。しかしながら、ＨＡのトータル利得が一定であると仮定すると、可変利得ＨＡの場合のＮＦの最適化は全く考慮されない。

【0011】

このため、ラマン増幅器および集中型増幅器の両方の平均利得および利得傾斜を互いに独立して制御することのできる可変利得ハイブリッド増幅器、および可変利得ハイブリッド増幅器におけるＮＦの最適化方法が求められている。
〔発明の概要〕
本明細書における以下の説明では、平均利得を符号「Ｇ」、利得傾斜を符号「Ｔ」で表し、これらの符号にラマン型を示す「Ｒ」、集中型を示す「Ｌ」、ハイブリッドを示す「Ｈ」の添字を付けて「Ｇ_Ｒ」，「Ｔ_Ｒ」，「Ｇ_Ｌ」，「Ｔ_Ｌ」，「Ｇ_Ｈ」，「Ｔ_Ｈ」として表す。これらの符号はパラメータを表現するために用いられる。これらのパラメータの値を示す場合には、例えば「Ｔ_Ｒ値」、「Ｇ_Ｒ値」、「Ｇ_Ｌ値」、「Ｔ_Ｌ値」、「Ｇ_Ｈ値」、「Ｔ_Ｈ値」というように、上記の符号の後に「値」を付けて表現する。

【0012】

本発明の一態様では、平均利得Ｇ_Ｒおよび利得傾斜Ｔ_Ｒを調整可能な可変利得ラマン増幅器部（あるいはユニット）と平均利得Ｇ_Ｌおよび利得傾斜Ｔ_Ｌを調整可能な可変利得集中型増幅器部とを有する可変利得ハイブリッド増幅器の雑音指数を最適化する方法、および上記方法を実行するハイブリッド増幅器を提供する。以下の説明では、簡単のために、「ラマン増幅器部」あるいは「集中型増幅器部」という表現に代えて、「ラマン増幅器」および「集中型増幅器」という表現を用いる。本発明の一態様では、上記方法は、ハイブリッド増幅器に要求される平均利得Ｇ_Ｈおよび利得傾斜Ｔ_Ｈを取得する工程と、ハイブリッド増幅器のＮＦを最適化するとともに少なくとも与えられた条件を満たすようにＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値を設定する工程とを含む。本発明の一態様における条件の１つはＧ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈを満たすことである。他の態様における条件の１つは、Ｇ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈ、かつ、Ｔ_ＲとＴ_Ｌとの合計（Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ）がハイブリッド増幅器の動作の傾斜範囲内であることである。さらに他の態様における条件の１つは、Ｇ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈ、かつ、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈを満たすことである。

【0013】

本発明の一態様では、平均利得Ｇ_Ｒおよび利得傾斜Ｔ_Ｒを調整可能な可変利得ラマン型増幅器と、平均利得Ｇ_Ｌおよび利得傾斜Ｔ_Ｌを調整可能な可変利得集中型増幅器とを備えた、平均利得Ｇ_Ｈを有する可変利得ハイブリッド増幅器であって、Ｇ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，およびＴ_Ｌ値を、当該ハイブリッド増幅器の雑音指数を最適化するようにそれぞれ個別に設定する制御ユニットを備えた可変利得ハイブリッド増幅器を提供する。
〔図面の簡単な説明〕
本明細書で開示する実施形態（本発明を制限するものではない）については、本明細書に添付する図面（図面リストを本欄内に示している）を参照しながら後述する。１または複数の図面において共通する構造、部材、あるいは部分については、基本的に、当該各図において同じ符号を付して説明する。図面およびその説明は、本明細書に開示する実施形態の説明および明確化のためのものであり、本発明を制限するものではない。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態にかかるハイブリッド増幅器（ＨＡ）の概略図である。

【0015】

図１ａは、図１に示した制御ユニットの概略図である。

【0016】

図２は、図１に示したＨＡの制御ユニットの動作を示すフローチャートである。

【0017】

図３は、本発明の他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器の概略図である。

【0018】

図４は、本発明のさらに他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器の概略図である。

【0019】

図５は、ＥＤＦＡ ＮＦのＥＤＦＡ平均利得に対する依存性を、互いに異なる複数のＥＤＦＡ利得傾斜の値について示したグラフである。

【0020】

図６は、Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌが交渉値で一定であると仮定した場合の、ＨＡ ＮＦを最適化するＧ_ＲのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【0021】

図７は、（ａ）ＴＲおよびＴＬを交渉値で一定に保った場合、および（ｂ）ＴＲおよびＴＬの変化を許容した場合の、ＨＡ ＮＦの最適値の、ＨＡの平均利得に対する依存性を示すグラフである。

【0022】

図８ａは、ＨＡ ＮＦを最適化するＧ_ＲおよびＧ_ＬのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【0023】

図８ｂは、ＨＡ ＮＦを最適化するＴ_ＲおよびＴ_ＬのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【0024】

図９は、Ｇ_ＨおよびＴ_Ｈの各値についてＨＡ ＮＦを最適化するようにＧＲ，ＴＲ，ＧＬ，ＴＬを設定する処理の一例を示す図である。
〔詳細な説明〕
図１は、本発明の一実施形態にかかる可変利得ハイブリッド増幅器１００の概略図である。ハイブリッド増幅器１００は、ファイバ伝送路１０２に接続されており、信号チャネル１０４を増幅するように設計されている。ハイブリッド増幅器１００は、可変利得ラマン増幅器（ＲＡ）１２０、および可変利得集中型増幅器（ＬＡ）１４０の２つの増幅器を備えている。これら各増幅器は、平均利得および利得傾斜を調整する機能を有している。ラマン増幅器１２０は、励起出力１０６を後方励起構造でファイバ伝送路１０２に注入することにより、当該ファイバ伝送路を通って伝播するＷＤＭ信号チャネル１０４を増幅する。その後、ＷＤＭ信号チャネル１０４は、ＨＡ１００に入力され、ＬＡ１４０によって増幅される。ハイブリッド増幅器１００の動作は、「改良型」制御ユニット１６０によって制御される。

【0025】

図１ａは改良型制御ユニット１６０の詳細を示す概略図であり、図２はその動作を示すフローチャートである。制御ユニット１６０は、Ｇ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値の要求値を取得する要求値取得部１６２と、ＨＡの雑音指数（ＮＦ）の最適化、および要求されたＧ_Ｈ値を実現するためのＧ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値，Ｇ_Ｈ値，Ｔ_Ｈ値を算出するように構成されたロジック部（ロジックモジュール）１６４とを備えている。本明細書において、「最適化された」とは、ＮＦが、与えられた動作条件（例えば与えられたＧ_Ｈおよび／またはＴ_Ｈ）において実現可能な最小値になること、あるいは増幅器の設計上および使用上の最小値に十分に近くなることを意味している。

【0026】

他の実施形態として、要求値取得部１６２が要求されるＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値を取得し、ロジック部１６４がハイブリッド増幅器の雑音指数の最適化、および要求されたＧ_Ｈ値とＴ_Ｈ値とを実現するためのＧ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値，Ｇ_Ｈ値，Ｔ_Ｈ値を算出するように構成されていてもよい。このように、「改良型」は、ＨＡのＮＦを最適化する方法でＨＡ増幅器部の平均利得および利得傾斜の両方を制御するための制御ユニットの機能に関連する。

【0027】

なお、上記ハイブリッド増幅器は、単一の集積ユニットであってもよい。また、上記ハイブリッド増幅器は、ラマン増幅器と集中型増幅器とが物理的に分離されており、同じく物理的に分離された改良型制御ユニット１６０と通信を行う構成であってもよい。また、制御ユニット１６０はシステムの管理モジュール内に集積されていてもよい。また、上記ハイブリッド増幅器は、ラマン増幅器と集中型増幅器とを有する集積ユニットを備え、物理的に分離された改良型制御ユニット１６０（例えばシステムの管理モジュール内に集積された改良型制御ユニット１６０）と通信を行う構成であってもよい。

【0028】

図２に示すように、制御ユニット１６０は、ハイブリッド増幅器に対するＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値の要求値の入力を受け付ける（ステップ２０２）。このステップは、例えばＨＡの起動時（電源投入時）に行うようにしてもよく、外的要因等に起因するＧ_Ｈおよび／またはＴ_Ｈの変化に応じてＨＡの動作期間中に行うようにしてもよい。ステップ２０２の処理がＨＡの起動時に生じる場合、制御ユニット１６０に備えられる記憶部から以前に設定されたＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値を読み出して用いるようにしてもよい。ステップ２０２が動作期間中に外部からの操作によって生じた場合、Ｇ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値を当該ハイブリッド増幅器が集積されているシステムの管理ユニットから受け取るようにしてもよい。

【0029】

また、増幅器を所定の利得傾斜の範囲内で動作するように設計および設定しておき、
入力としてＧ_Ｈのみを受け取るようにしてもよい。この構成は、利得傾斜の範囲を明確に定義することにより実現できる（例えば、利得傾斜を−１ｄＢから＋１ｄＢの範囲内に規定するなど）。あるいは、上記構成は、スペクトル利得平坦度を指定することによっても実現できる（例えば、増幅器のスペクトル利得平坦度を最大値と最小値との差が２ｄＢ以下になるように指定するなど）。

【0030】

ステップ２０４では、制御ユニットは、Ｇ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出する。具体的には、ＨＡのＮＦを与えられたＧ_ＨおよびＴ_Ｈについて最適化し、かつＧ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_ＨおよびＴ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈを満たすようにＧ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出する。上記の２つの等式は、必ずしも厳密に左辺と右辺が同値である必要はなく、ハイブリッド増幅器の仕様上の精度に応じた範囲内であればよい。例えば、上記増幅器の仕様上の精度が０．５ｄＢである場合、Ｇ_Ｈ−０．５ｄＢ＜Ｇ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＜Ｇ_Ｈ＋０．５ｄＢであればよい。Ｓ２０２において入力としてＧ_Ｈのみを受け取る場合、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈを満たすという条件に代えて、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌを所定の利得傾斜の範囲内になるように設定するか、あるいは、Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌをスペクトル利得平坦度が所定範囲内になるように設定すればよい。

【0031】

例えば、Ｇ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を制御ユニット１６０の記憶部（図示せず）内のルックアップテーブル（ＬＵＴ）に記憶させておき、Ｇ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値が与えられたときに、制御ユニットが上記ルックアップテーブルから対応するＧ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を読み出すようにしてもよい。上記ＬＵＴに対応するＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値が格納されていない場合、公知の外挿法や内挿法（補間法）などを用いてＧ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出するようにしてもよい。あるいは、Ｒ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値とＧ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値とを関連付けた所定の関数に基づいてＧ_Ｒ値_、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、およびＴ_Ｌ値を算出するようにしてもよい。あるいは、Ｇ_Ｒ、Ｔ_Ｒ、Ｇ_Ｌ、およびＴ_Ｌのうちの一部の値をＬＵＴに基づいて算出し、残りの値を関数に基づいて算出するようにしてもよい。例えば、Ｇ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値についてはＬＵＴに基づいて算出し、Ｇ_Ｌ値およびＴ_Ｌ値についてはＧ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_ＨおよびＴ_Ｒ＋Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈに基づいて算出するようにしてもよい。

【0032】

ステップ２０６では、制御ユニットがＧ_ＲおよびＴ_Ｒをステップ２０４で算出したＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値に設定する。このステップを実行するために、例えば、制御ユニット１６０がラマン増幅器１２０にＧ_ＲおよびＴ_Ｒの値を伝達して実際の設定を行うようにしてもよい。

【0033】

ステップ２０８では、制御ユニットがＧ_ＬおよびＴ_Ｌをステップ２０４で算出したＧ_Ｌ値およびＴ_Ｌ値に設定する。このステップを実行するために、例えば、制御ユニット１６０が集中型増幅器１４０にＧ_ＬおよびＴ_Ｌの値を伝達して実際の設定を行うようにしてもよい。

【0034】

図３は、本発明の他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器３００の概略図である。この実施形態では、ＨＡ３００は、ラマン増幅器３２０と、集中型増幅器３４０と、改良型制御ユニット１６０とを備えている。ＲＡ３２０は、励起出力１０６を供給する励起ユニット３２４と、信号チャネル１０４に入力される励起出力１０６を多重化するＷＤＭ３２６と、励起ユニット３２４の動作の制御および制御ユニット１６０との通信を行うラマン制御ユニット３２２とを備えている。ラマン制御ユニット３２２は、ＨＡ制御ユニット１６０からＲＡ３２０のＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値を受け取り（上述したステップ２０６）、それに従って励起ユニット３２４の励起出力を設定する。

【0035】

ラマン増幅器３２０においてＧ_ＲおよびＴ_Ｒをそれぞれ独立して調整可能にするために、励起ユニット３２４は少なくとも２つの波長λの異なる励起部を備えている。これら各励起部の励起レベルを個別に設定することにより、ラマン制御ユニット３２はＧ_ＲおよびＴ_Ｒを個別に調整できる。例えば、所謂Ｃバンド（典型的には１５２８−１５６７ｎｍ、あるいはその一部）のＷＤＭ信号チャネルのために設計されたラマン増幅器は、励起ユニット３２４内に励起波長が１４２５ｎｍ付近である少なくとも１つの励起部と励起波長が１４５５ｎｍ付近である少なくとも１つの励起部とを備えている。ＲＡ３２０の平均利得Ｇ_Ｒは、励起ユニット３２４によって生成されるトータル励起出力Ｐの増加に応じて増加する。同様に、ＲＡ３２０のＧ_Ｒは、トータル励起出力Ｐの減少に応じて減少する。ラマン増幅器の利得傾斜Ｔ_Ｒは、１４５５ｎｍ付近の励起出力と１４２５ｎｍ付近の励起出力との比の増加に応じて増加し、上記比の減少に応じて減少する。

【0036】

ラマン増幅器３２０が、例えば米国出願公開公報ＵＳ２０１１／０１４１５５２明細書に開示されているように、平均利得および／または利得傾斜を測定するための装置（図示せず）を備えていてもよい。これらの装置を備えることにより、例えば、フィードバック制御を行ってラマン増幅器の自動利得制御（ＡＧＣ；automatic gain control）を実現することができる。これにより、制御ユニット３２２が上記装置から実際に測定された平均利得および／または利得傾斜を取得し、励起ユニット３２４の励起出力を要求された平均利得および利得傾斜を達成するまで調整することができる。

【0037】

ラマン増幅器３２０が、ＷＤＭ信号チャネルの周波数帯域内の利得スペクトルの形状を一定にするように機能する利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ；gain flattening filter）を備えていてもよい。例えば、上記ＧＦＦは、指定された平均利得および利得傾斜について、波長域内の直線からの利得のスペクトル形状の最大偏差が所定値未満にする（利得平坦化と呼ばれる）ように設計されたものであってもよい。

【0038】

集中型増幅器３４０は、集中型増幅器制御ユニット３４２と、励起ユニット３４４と、ＷＤＭ３２６に光学的に接続された、信号チャネル１０４を増幅するように設計されている可変利得段３４６とを備えている。可変利得段３４６は、励起ユニット３４４から励起出力を受け取る少なくとも１つの活性利得媒質（図示せず）を備え、上記活性利得媒質の種類に応じた形態を有している。例えば、上記活性利得媒質が不純物を注入（ドープ）されたファイバである場合、励起ユニット３４４は、上記ファイバを励起するための適切な波長の光学励起出力を上記ファイバに出力するように構成され、可変利得段３４６は光学励起出力を上記ファイバに接続するための手段をさらに備えている。また、活性利得媒質が半導体である場合、励起ユニット３４４は駆動電流の形態で電気励起出力を供給する。可変利得段３４６によって供給される平均利得は、励起ユニット３４４によって供給される励起出力によって制御できる。典型的には、励起出力が増加すると平均利得が増加し、励起出力が減少すると平均利得が減少する。しかしながら、多くの場合、信号チャネルの波長域における利得（および利得傾斜）のスペクトル形状は平均利得によって決まり、単に励起出力を調整するだけでは独立的に制御することができない。

【0039】

可変利得段３４６が、Ｇ_ＬおよびＴ_Ｌの両方を互いに独立して制御することのできる可変光学減衰器（ＶＯＡ；variable optical attenuator）３４８を備えていてもよい。以下の説明では、「ＶＯＡ減衰器」という用語、およびＶＯＡを特徴付ける固定の最小減衰値以上のＶＯＡの減衰を示す「Ｖ」という記号を用いる。例えば、Ｖが０ｄＢである場合、励起ユニット３４４は、Ｇ_Ｌが集中型増幅器３４０の設計上の最大平均利得Ｇ_Ｌ０と等しくなるように設定する。なお、Ｇ_Ｌは、ＶＯＡ３４８の固定された最小減衰値などの可変利得段３４６の全ての受動損失Ｌを含むように定義されている。このことは、上記活性媒質が平均利得Ｇ_Ｌ０＋Ｌを供給することを意味する。以下の説明では、この条件下（すなわち、Ｖ＝０ｄＢ、最大平均利得）で得られる利得傾斜を「公称利得傾斜」と称し、Ｔ_Ｌ０で表す。ＶをＶ_１ｄＢに設定し、励起ユニット３４４が最終的な平均利得Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ０−Ｖ_１を維持するように調整される場合、上記活性媒質はまだ平均利得Ｇ_Ｌ０＋Ｌを供給する。その結果、Ｔ_Ｌ（上記活性利得媒質の平均利得によって決定される）はほぼ変化せず、Ｇ_Ｌが変化したとしても公称利得傾斜と等しくなる（すなわち、Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０）。反対に、ＶをＶ_１ｄＢに設定し、励起ユニット３４４がＧ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ０−Ｖ−ΔＧを達成するように調整される場合、上記活性媒質は平均利得Ｇ_Ｌ０＋Ｌ−ΔＧを供給し、Ｔ_Ｌが変化する（すなわち、Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０ではなくなる）。励起ユニット３４４とＶＯＡ３４８とを連動して制御することにより、Ｇ_ＬとＴ_Ｌとを独立して制御することができる。集中型増幅器制御ユニット３４２は、ＨＡ制御ユニット１６０から集中型増幅器に要求される平均利得値および利得傾斜値を受け取り、励起ユニット３４４およびＶＯＡ３４８の減衰器をそれぞれ設定する。

【0040】

上述したように、Ｖが減少すると、集中型増幅器３４０のＮＦも減少する。したがって、Ｖが減少することによって公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０からＴ_Ｌが変化しても、ＮＦに関しては有益である。例えば、平均利得Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｌ０−Ｇ_１が要求されている場合を考える。この場合、上記要求は、Ｖ＝Ｇ_１ｄＢに設定することにより達成できる。この場合、結果として得られるＴ_ＬはＴ_Ｌ０にほぼ等しくなる。一方、Ｖ＜Ｇ_１に設定し、励起ユニット３４４によって供給される励起出力を減少させることにより（Ｖ＝Ｇ_１の場合に比べて減少させることにより）、同様のＧ_Ｌ値を得ることができる。この場合、結果としてられるＴ_ＬはＴ_Ｌ０とは異なる。しかしながら、Ｖの値が減少することによりＮＦは改善される。

【0041】

可変利得段３４６が、ＷＤＭ信号チャネルの周波数範囲内で所定の利得スペクトル形状が得られるように動作するＧＦＦ（図示せず）を備えていてもよい。例えば、上記ＧＦＦは、最大平均利得Ｇ_Ｌ０および公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０について、上記波長域内の近似直線からの利得のスペクトル形状の最大偏差が所定値（利得平坦度とも呼ばれる）以下になるように設計される。

【0042】

集中型増幅器３４０は、追加の利得段（図示せず）および／または追加の光学手段を接続するための分散補償ファイバなどの中間段を備えていてもよい。例えば、可変利得段３４６は、中間段の接続部および中間段で生じる損失を補償する追加のブースタ利得段の後段に備えられてもよい。

【0043】

上述した図１および図２に示したように、制御ユニット１６０は、ＨＡ３００全体のＮＦを最適化するとともにＨＡ３００のＧ_ＨおよびＴ_Ｈの要求値を実現するために、ＲＡ３２０のＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値、並びにＬＡ３４０のＧ_Ｌ値およびＴ_Ｌ値を決定する。Ｇ_Ｌの要求値を維持しながらＬＡ３４０のＮＦを減少させる上記の能力は、ＨＡ３００全体のＮＦを最小化するのに役立つ。例えば、ＬＡ３４０のＴ_ＬがＴ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０に固定されている場合を考える。この場合、制御ユニット１６０は、Ｇ_ＲおよびＧ_ＬがＧ_Ｒ＋Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈを満たし、かつＨＡ３００全体のＮＦを最適化するように設定し、Ｔ_Ｒ＝Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｌ０に設定する。ＴＬが可変である場合、ＬＡ３４０は、（ＶＯＡ３４８の減衰量を減少させることにより）ＮＦを改善するために、Ｔ_Ｌ≠Ｔ_Ｌ０に設定し、上述した場合（Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０の場合）と同様にＧ_Ｌを維持するように設定する。その後、Ｔ_ＲをＴ_Ｈ−Ｔ_Ｌに設定し、ＨＡ３００全体のＮＦをＬＡ３４０のＮＦ（ＬＡ３４０のＮＦの大きさであり、Ｔ_Ｒの変化によるラマン増幅器３２０のＮＦの変化に完全に依存する）の低減により改善する。

【0044】

図４は、本発明の他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器４００の概略図である。この実施形態では、ＨＡ４００は、ＲＡ３２０、ＥＤＦＡ形式の集中型増幅器４４０、および制御ユニット１６０を備えている。ＥＤＦＡ４４０は、可変利得段４４６、励起ユニット３４４、集中型増幅器制御ユニット３４２、および出力分割部４５８を備えている。可変利得段４４６は、２つのエルビウム添加型ファイバ（ＥＤＦ）利得段４５２，４５６を備え、ＶＯＡ３４８はこれら両利得段４５２，４５６の間に配置されている。励起ユニット３４４によって供給される励起出力（典型的には９８０ｎｍ付近）は、励起分割部４５８によって２つに分割され、それぞれＷＤＭ４５０，４５４を介してＥＤＦ利得段４５２，４５６に接続される。なお、図面および明細書に示したＥＤＦＡ４４０の具体的な構成は単なる例示にすぎない。他の形態のＥＤＦＡ４４０も利用可能である。例えば、１４８０ｎｍの励起出力を用いるものであってもよい。中間段接続部を有するＥＤＦあるいはＶＯＡを追加で備え、励起を後段側で行うようにしてもよい。

【0045】

ＨＡ４００の動作の基本的な原理はＨＡ３００と同様である。図５〜図７は、ＨＡ４００のより具体的な動作を示している。ＨＡ４００は、１９〜３６ｄＢの範囲における平均利得がＣバンドになるように設計されている。ラマン増幅器３２０は、励起ユニット３２４が最大出力で動作するときに、平均利得が１４ｄＢ、利得傾斜が０ｄＢになるように設計されている。ＥＤＦＡ４４０は、平均利得９〜２５ｄＢ、公称利得傾斜Ｔ_Ｌ０＝−１ｄＢ（上述したように、公称利得傾斜は最大平均利得での利得傾斜であり、平均利得が２５ｄＢであるときにＶＯＡの減衰量が０になる）で動作するように設計されている。ＥＤＦＡ４４０およびラマン増幅器３２０の利得傾斜は、いくつかの制限はあるものの、それぞれの平均利得と無関係に制御できる。例えば、ラマン増幅器が１４ｄＢのＧ_Ｒで動作する場合、励起ユニット３２４からの利用可能な励起出力の制限により、０ｄＢ付近で利得傾斜のみを制御できる。なお、図５〜７にはＨＡ４００の上記の特別な設計に適用する場合の例を示したが、同様の原理は他の設計にも適用可能である。

【0046】

図５は、ＥＤＦＡ４４０のＮＦをＧ_Ｌの関数としてプロットしたグラフである。なお、図５では、互いに異なるＴ_Ｌの値についての３つの例を示している。１つのプロット例は公称利得傾斜（Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０）に対応しており、残りの２つのプロット例は利得傾斜（Ｔ_Ｌ０＋２ｄＢ）および（Ｔ_Ｌ０＋４ｄＢ）に対応している。図示したように、ＶＯＡの減衰量Ｖの増加により、全て全ての場合においてＧ_Ｌが減少するとＮＦが増加する。しかしながら、Ｔ_Ｌが大きいほど（より正の側に大きいほど）、より好ましいＮＦが得られる。Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０を維持したままＧ_Ｌを２５ｄＢから２５−ＸｄＢに減少させるためには、ＶはＸｄＢに設定される。Ｔ_Ｌを増加させたい場合（すなわち、より正側に増加させたい場合）、励起ユニット３４４からの励起出力を減少させる必要がある。これは、Ｃバンドの長波長側の端部（赤）に比べて、Ｃバンドの短波長側の端部（青）の方が放射計数が高いという典型的なＥＤＦの利得スペクトルの形状に起因する。しかしながら、励起出力を減少させると、Ｇ_Ｌも減少する。Ｇ_Ｌを２５−ＸｄＢにリセットするために、ＶをＸｄＢよりも低い値に設定する必要がある。このため、ＧＬを維持している期間中にＴ_Ｌが増加してＶが減少している。その結果、利得傾斜が増加してＮＦが改善される。

【0047】

図６は、与えられたＧ_Ｈの値にかかわらずＮＦの最適化を実現するために必要なラマン増幅器３２０のＧ_Ｒの値を示すグラフである。Ｔ_Ｌが公称利得傾斜で一定で変化しないと仮定する。図６に示したように、Ｇ_Ｈ≧２８ｄＢの場合、Ｇ_Ｒは最大値である１４ｄＢで一定である。Ｇ_Ｈ＜２８ｄＢの場合、Ｇ_ＲはＧ_Ｈの関数として単調減少する。この結果は、以下のように理解できる。すなわち、ＨＡ４００のＮＦであるＮＦ_Ｈは、前置増幅器として機能するラマン増幅器３２０のＮＦであるＮＦ_Ｒに主に依存し、ブースタ増幅器として機能するＥＤＦＡ４４６のＮＦであるＮＦ_Ｌへの依存度はＮＦ_Ｒへの依存度よりもはるかに小さい。このため、多くの場合、ＮＦ_Ｒを減少させてＮＦ_Ｈを減少させるためには、Ｇ_Ｒを最大値に増加させることが好ましい。しかしながら、Ｇ_Ｌ＝Ｇ_Ｈ−Ｇ_Ｒなので、Ｇ_Ｒが最大値で一定であると仮定すると、Ｇ_Ｈが減少すればＧ_Ｌも減少する。これにより、図５に示したように、ＮＦ_Ｌが増加する。Ｇ_Ｈ＝２８ｄＢ（Ｇ_Ｒ＝１４ｄＢとした場合Ｇ_Ｌ＝１４ｄＢに相当）では、Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｌ０に対応するＮＦ_Ｌが１０ｄＢであることがわかる。これは、ＥＤＦＡ４４６がブースタ増幅器であるとしても、ＮＦ_Ｈの支配的な係数として十分な大きさである。このため、Ｇ_Ｈ＜２８ｄＢの場合、ＮＦ_Ｈに関しては、Ｇ_Ｌがさらに減少してそれによってＮＦ_Ｌがさらに増加することを防止するためにＧ_Ｒを減少させることが好ましい。

【0048】

図７は、（ａ）Ｔ_Ｌが公称利得傾斜で一定である場合、および（ｂ）Ｔ_Ｌが公称利得傾斜から変化する場合の、ＨＡの平均利得に対するＨＡのＮＦの変化を示すグラフである。図７の実線は図６の状態（ＥＤＦＡ４４６の利得傾斜Ｔ_Ｌがその公称利得傾斜で一定であると仮定した場合）に対応するＨＡ４００のＮＦの最適化値をＧ_Ｈの関数として示したものである。一方、図７の破線は、Ｔ_Ｌがその公称利得傾斜から変化可能であり、ＨＡ４００のトータル利得傾斜Ｔ_Ｈ＝Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｌが一定である場合のＨＡのＮＦの最適化値をＧ_Ｈの関数として示したものである。Ｔ_ＬはＥＤＦＡ４４６によってサポートされる利得傾斜の範囲である−１ｄＢから＋３ｄＢの範囲内で変化可能である。Ｔ_ＲはＧ_Ｒ＋｜Ｔ_Ｒ｜≦１４ｄＢの制限を満たす任意の値を取る。上記の制限は、励起ユニット３２４から出力可能な励起出力の制限に起因する。

【0049】

Ｔ_Ｌが公称利得傾斜から可変である場合のＮＦの最小値は、Ｔ_Ｌが公称利得傾斜で一定である場合よりも常に小さく、Ｇ_Ｈ＝２０ｄＢの場合に両者の差は約１．５ｄＢになる。この結果について、図８ａおよび図８ｂを参照しながら説明する。図８ａは、ＮＦの最適値に対応するＧ_ＬおよびＧ_ＲのＧ_Ｈに対する関数を示すグラフである。図８ｂは、ＮＦの最適値に対応するＴ_ＬおよびＴ_ＲのＧ_Ｈに対する関数を示すグラフである。Ｇ_Ｈ＞３１ｄＢの場合、ＮＦ_Ｈに対するＮＦ_Ｌの影響は無視できる程度なので、Ｔ_Ｌはその公称利得傾斜のままである。しかしながら、Ｇ_Ｌが減少するほど（上述したように、Ｇ_Ｒをできるだけ高く保つことが好ましいので）、ＮＦ_Ｌはより大きくなってより支配的になる。このため、図５に示したように、ＮＦ_Ｌの減少の利益を得るためにはＴ_Ｌを増加させることが好ましい。Ｔ_Ｌは、ＥＤＦＡ４４６にサポートされ、最大値（＋３ｄＢ）に達するまで増加し続ける。要するに、Ｇ_Ｈが減少してＴ_Ｌが増加することにより、Ｔ_Ｌをその公称利得傾斜に一定に保つ場合よりもＨＡ４００のＮＦを最小化することができる。

【0050】

図９は、ハイブリッド増幅器の最適な動作状態をＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値の組み合わせに対するＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，およびＴ_Ｌ値の組み合わせの形態で検出するための処理の流れを示すフローチャートである。図１，３，４に示した制御ユニット１６０が、ルックアップテーブルおよび／または演算式に基づいて動作するようにしてもよい。目的は、与えられたＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値に対して、ＨＡのＮＦを最適化するためのするＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値を求めることにある。まず、ステップ９０２において、ハイブリッド増幅器を動作させるための範囲を十分な解像能でカバーできるＧ_ＨとＴ_Ｈとの異なる組み合わせについて反復処理を行う。十分な解像能を有していることにより、一般的かつ公知の外挿方法および／または内挿方法を用いて、ステップ９０２の反復処理によって明示的にカバーされないＧ_Ｈ値とＴ_Ｈ値の組み合わせ対してＨＡのＮＦが最適化されるＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の組み合わせを見つけることができる。次に、ステップ９０４において、要求されているＧ_ＨおよびＴ_Ｈに関し、ラマン増幅器および集中型増幅器が動作可能な組み合わせ範囲を十分な解像能でカバーし、Ｇ_Ｌ＋Ｇ_Ｒ＝Ｇ_ＨおよびＴ_Ｌ＋Ｔ_Ｒ＝Ｔ_Ｈの組み合わせを満足するＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の異なる組み合わせについて反復処理を実行する。ステップ９０４における十分な解像能の意味については後述するステップ９１２で説明する。次に、ステップ９０６においてＧ_Ｒ，Ｔ_Ｒ，Ｇ_Ｌ，Ｔ_ＬをＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値にそれぞれ設定した後、ステップ９０８においてＨＡのＮＦを検出して記憶する。次に、ステップ９１０において、関連する全てのＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値について処理を行ったかを判定する。全てのＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値についての処理が完了していない場合、ステップ９０４に戻り、新たなＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の組み合わせを選択する。全てのＧ_Ｒ値およびＴ_Ｒ値についての処理が完了したと判断した場合、ステップ９１２において、ＨＡのＮＦの最適値に対応するＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の組み合わせを検出し、与えられたＧ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値と対応付けて記憶する。ここで、上述したステップ９０４における「十分な解像能でカバーする」の意味について説明する。これは、ステップ９０４においてカバーされる少なくとも１つの組み合わせが、増幅器が設計されているアプリケーション用のＮＦの最小値に十分に接近するＨＡのＮＦをもたらすことを意味する。次に、ステップ９１４において、全ての関連するＧ_ＨおよびＴ_Ｈの組み合わせがカバーされたか否かを判断する。全てのＧ_ＨおよびＴ_Ｈの組み合わせがカバーされていないと判断した場合、ステップ９０２に戻って新たなＧ_ＨおよびＴ_Ｈの組み合わせを選択する。全てのＧ_ＨおよびＴ_Ｈの組み合わせがカバーされていると判断した場合、処理を終了する。

【0051】

処理の結果は、Ｇ_Ｈ値とＴ_Ｈ値との各組み合わせと、ＨＡのＮＦを最適化するＧ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の組み合わせとを対応付けてＬＵＴに記憶される。このＬＵＴは、制御ユニット１６０において直接用いることができ、Ｇ_Ｈ値およびＴ_Ｈ値に関連するＧ_Ｒ値、Ｔ_Ｒ値、Ｇ_Ｌ値、Ｔ_Ｌ値の演算式（例えばあてはめ法など）の導出に用いてもよい。

【0052】

図９に示す他方法をより効率化するように変更することで様々な組み合わせを利用できる。例えば、ＨＡ４００の場合、Ｔ_ＬがＴ_Ｌ０よりも大きいときに、Ｇ_Ｒ値，Ｔ_Ｒ値，Ｇ_Ｌ値，Ｔ_Ｌ値の組み合わせをＴ_Ｌ＞Ｔ_Ｌ０を満たすように制限することによりステップ９０４をより効率的に行い、ＮＦを最小にできる。

【0053】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することもできる。
〔先行技術文献〕
米国特許公報
１．米国特許６６１１６４１号明細書（２００３年８月２６日公開）
２．米国特許６６６５１１４号明細書（２００３年１２月１６日公開）
３．米国特許６４６６３６２号明細書（２００２年１０月１５日公開）
米国公開特許公報
４．米国公開特許公報２０１１０１４１５５２号明細書（２０１１年６月１６日公開）

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】本発明の一実施形態にかかるハイブリッド増幅器（ＨＡ）の概略図である。

【図1a】図１に示した制御ユニットの概略図である。

【図2】図１に示したＨＡの制御ユニットの動作を示すフローチャートである。

【図3】本発明の他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器の概略図である。

【図4】本発明のさらに他の実施形態にかかるハイブリッド増幅器の概略図である。

【図5】ＥＤＦＡ ＮＦのＥＤＦＡ平均利得に対する依存性を、互いに異なる複数のＥＤＦＡ利得傾斜の値について示したグラフである。

【図6】Ｔ_ＲおよびＴ_Ｌが交渉値で一定であると仮定した場合の、ＨＡ ＮＦを最適化するＧ_ＲのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【図7】（ａ）ＴＲおよびＴＬを交渉値で一定に保った場合、および（ｂ）ＴＲおよびＴＬの変化を許容した場合の、ＨＡ ＮＦの最適値の、ＨＡの平均利得に対する依存性を示すグラフである。

【図8a】ＨＡ ＮＦを最適化するＧ_ＲおよびＧ_ＬのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【図8b】ＨＡ ＮＦを最適化するＴ_ＲおよびＴ_ＬのＧ_Ｈに対する依存性を示すグラフである。

【図9】Ｇ_ＨおよびＴ_Ｈの各値についてＨＡ ＮＦを最適化するようにＧＲ，ＴＲ，ＧＬ，ＴＬを設定する処理の一例を示す図である。

【図1】

【図1a】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図9】