(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158010
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】光増幅器および光増幅方法
(51)【国際特許分類】
H04B 10/293 20130101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
H04B10/293
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072784
(22)【出願日】2023-04-26
(71)【出願人】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104190
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 昭徳
(72)【発明者】
【氏名】宿南 宣文
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA01
5K102AA53
5K102AD01
5K102KA15
5K102KA42
5K102MA03
5K102MB06
5K102MB09
5K102MB11
5K102MC13
5K102MD03
5K102MH04
5K102MH13
5K102MH14
5K102MH22
5K102PB11
5K102PD15
5K102PH13
5K102PH42
5K102RD28
(57)【要約】
【課題】広い利得レンジを有し、かつ良好なＮＦ特性が得られること。
【解決手段】光増幅器１００は、光信号の経路上に配置された前段光アンプ１０１、後段光アンプ１０２と、光可変減衰器１０３と、を含み光信号の利得を可変自在である。光増幅器１００は、経路上に設けられる光スイッチ１１１，１１２と、光スイッチ１１１，１１２にそれぞれ接続され、スイッチ切り替えにより、経路にそれぞれが挿抜可能な第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２とを含む。制御部１３０は、光スイッチ１１１，１１２、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２、光可変減衰器１０３を制御する。第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２は、利得が異なる。制御部１３０は、光スイッチ１１１，１１２のスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得る。
【選択図】図１
【解決手段】光増幅器１００は、光信号の経路上に配置された前段光アンプ１０１、後段光アンプ１０２と、光可変減衰器１０３と、を含み光信号の利得を可変自在である。光増幅器１００は、経路上に設けられる光スイッチ１１１，１１２と、光スイッチ１１１，１１２にそれぞれ接続され、スイッチ切り替えにより、経路にそれぞれが挿抜可能な第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２とを含む。制御部１３０は、光スイッチ１１１，１１２、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２、光可変減衰器１０３を制御する。第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２は、利得が異なる。制御部１３０は、光スイッチ１１１，１１２のスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得る。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含み前記光信号の利得を可変自在な光増幅器において、
前記経路上に設けられる複数の光スイッチと、
前記光スイッチにそれぞれ接続され、前記光スイッチのスイッチ切り替えにより、前記経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、
前記光スイッチ、前記挿入光アンプ、前記光可変減衰器を制御する制御部と、を含み、
複数の前記挿入光アンプは、それぞれの利得が異なり、
前記制御部は、複数の前記光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅器。
前記経路上に設けられる複数の光スイッチと、
前記光スイッチにそれぞれ接続され、前記光スイッチのスイッチ切り替えにより、前記経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、
前記光スイッチ、前記挿入光アンプ、前記光可変減衰器を制御する制御部と、を含み、
複数の前記挿入光アンプは、それぞれの利得が異なり、
前記制御部は、複数の前記光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅器。
【請求項2】
前記制御部は、複数の前記ゲインモードのそれぞれで、複数の前記挿入光アンプの利得に基づき、前記光可変減衰器の光減衰の動作量が所定量以下となるよう決定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】
前記制御部は、前記光減衰器の動作量を１２ｄＢ以内、より好ましくは９ｄＢ以内としたことを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
【請求項4】
前記制御部は、複数の前記挿入光アンプの利得比率を、１．２以上、好ましくは２．０以上としたことを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
【請求項5】
複数の前記光スイッチは、それぞれ、パラレルあるいはクロスのスイッチ切り替えにより、接続された前記挿入光アンプを前記経路に挿抜可能なことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項6】
複数の前記光スイッチは、前記経路に直列配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項7】
前記制御部は、入力されるスパンロス情報に基づき、当該スパンロス情報に対応する前記ゲインモードを決定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8】
光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含む光増幅器の前記光信号の利得を可変自在な光増幅方法において、
前記経路上に設けた複数の光スイッチにそれぞれ接続され、それぞれの利得が異なる複数の挿入光アンプを、スイッチ切り替えの組合せにより前記経路にそれぞれ挿抜し、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅方法。
前記経路上に設けた複数の光スイッチにそれぞれ接続され、それぞれの利得が異なる複数の挿入光アンプを、スイッチ切り替えの組合せにより前記経路にそれぞれ挿抜し、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅方法。
【請求項9】
タンデムに接続されたＮ個（Ｎ≧２）の複数の２×２光スイッチと、
信号光の経路中に配置された光可変減衰器と、を含み、
それぞれの前記２×２光スイッチは、光増幅媒体を通る経路と通らない経路を切り替えられ、前記光増幅媒体を通る経路は、前記光増幅媒体からの出力が、同じ前記光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ個の前記光増幅媒体は、それぞれ異なる利得であり、前記光増幅媒体が動作する第１の入力範囲に対して、Ｎ個より多い数の第２の入力範囲に分割し、その第２の入力範囲毎に異なるスイッチ動作で切り換えを行い、
さらに、前記第１の入力範囲に対して、入力が低い場合ほど、信号光が通る前記光増幅媒体の利得の和が大きくなるように、前記スイッチ動作の切り換えは選択され、
同一の前記第２の入力範囲内の入力の変動に応じて、前記光可変減衰器の減衰量を可変させる、
ことを特徴とする光増幅器。
信号光の経路中に配置された光可変減衰器と、を含み、
それぞれの前記２×２光スイッチは、光増幅媒体を通る経路と通らない経路を切り替えられ、前記光増幅媒体を通る経路は、前記光増幅媒体からの出力が、同じ前記光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ個の前記光増幅媒体は、それぞれ異なる利得であり、前記光増幅媒体が動作する第１の入力範囲に対して、Ｎ個より多い数の第２の入力範囲に分割し、その第２の入力範囲毎に異なるスイッチ動作で切り換えを行い、
さらに、前記第１の入力範囲に対して、入力が低い場合ほど、信号光が通る前記光増幅媒体の利得の和が大きくなるように、前記スイッチ動作の切り換えは選択され、
同一の前記第２の入力範囲内の入力の変動に応じて、前記光可変減衰器の減衰量を可変させる、
ことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光増幅器および光増幅方法に関する。
【背景技術】
【0002】
デジタルコヒーレントの光送受信機のビットレートは、高ボーレート化しており、１．２Ｔｂｐｓ、１．６Ｔｂｐｓが開発中である。高ボーレート化すると光送受信機のＯＳＮＲ耐力が低下し、ＯＳＮＲを良くするために光増幅器のラマン増幅により伝送路のロスを小さくしている。ＯＳＮＲはＯｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏの略である。この場合、光増幅器の前段に配置されたプリアンプは高い入力レベルとなり、高い入力レベルでの雑音指数ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ）を現状より良くする必要が生じる。一方、光送受信器を離島との間等、長距離のスパンに配置した場合、スパンロスが大きいため、光増幅してもプリアンプの入力レベルが低く、最低限の入力レベル（例えば－３０ｄＢｍ／ｃｈ）に届かない場合も生じ、現状より入力ダイナミックレンジの広いアンプが求められる。
【0003】
光増幅器にかかる先行技術としては、光スイッチの切り替えにより、分散補償ファイバ、ファイバーグレーティング、波長フィルタ、減衰器、シングルモードファイバ等、光増幅器の設計に応じて任意の光部品を挿入する技術がある。また、第１の光アンプの後段にクロスバースイッチを設け、クロスバースイッチに接続された第２の光アンプによる光増幅の有無を切り替える技術がある。また、複数のクロスバースイッチにそれぞれ接続された利得平坦化フィルタ（ＧＦＦ）をスイッチ切り替えにより任意の数で挿入する技術がある。また、第１の利得段の後段に設けた光スイッチにより、増分利得平坦化を含む第２の利得段の挿入を切り替える技術がある。また、光スイッチに異なる増幅特性の経路が接続され、入力パワーと減衰量の関係を通過経路に応じて切り替えて波長毎の利得偏差を低減する技術がある（例えば、下記特許文献１～５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０００－１３３１６号公報
【特許文献2】特開２０１６－１２２７４５号公報
【特許文献3】特開２０１５－１２８１５７号公報
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１４／０１７７０３７号
【特許文献5】特開２０１６－２０８３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術では、広い利得レンジ（ダイナミックレンジ）を有し、かつ良好なＮＦ特性を得ることができなかった。例えば、従来技術では、広い利得レンジを得るために、光可変減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を設け、ＶＯＡの動作量（減衰量）の動作範囲を広げている。ここで、ＶＯＡの動作量を大きくするとＮＦ増加が生じる。広い利得レンジを得ることと、高い入力レベルでのＮＦを良くすること、とはトレードオフの関係を有する。このため、従来技術では、例えば、光増幅器に対する高い入力レベル時（利得低下時）にＮＦ劣化が生じ、広い利得レンジを得ることができなかった。
【0006】
一つの側面では、本発明は、広い利得レンジを有し、かつ良好なＮＦ特性が得られることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一側面によれば、光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含み前記光信号の利得を可変自在な光増幅器において、前記経路上に設けられる複数の光スイッチと、前記光スイッチにそれぞれ接続され、前記光スイッチのスイッチ切り替えにより、前記経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、前記光スイッチ、前記挿入光アンプ、前記光可変減衰器を制御する制御部と、を含み、複数の前記挿入光アンプは、それぞれの利得が異なり、前記制御部は、複数の前記光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを要件とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一態様によれば、広い利得レンジを有し、かつ良好なＮＦ特性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に図面を参照して、開示の光増幅器および光増幅方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0011】
（実施の形態の光増幅器の構成例）
図１は、実施の形態にかかる光増幅器の説明図である。光増幅器１００は、例えば、デジタルコヒーレントの光送受信機の受信部に設けられ、受信した光信号（信号光）を光増幅する。
図１は、実施の形態にかかる光増幅器の説明図である。光増幅器１００は、例えば、デジタルコヒーレントの光送受信機の受信部に設けられ、受信した光信号（信号光）を光増幅する。
【0012】
光増幅器１００は、入力ポート（Ｉｎｐｕｔ）と出力ポート（Ｏｕｔｐｕｔ）の経路（光路）間に、複数の光部品を配置してなる。図１の例では、経路上に、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、複数の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２、光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３が配置されている。また、光スイッチ１１１，１１２には、それぞれ挿入光アンプ１２１，１２２が接続されている。光増幅器１００は、光スイッチ１１１，１１２のスイッチ切り替えを制御する制御部１３０、を含む。
【0013】
前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、挿入光アンプ１２１，１２２は、例えば、光増幅媒体であるＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）と、励起ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を含む。
【0014】
図１の構成例では、前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２の経路間に、２段（２個）の光スイッチ（第１光スイッチ１１１、第２光スイッチ１１２）を直列（タンデム）配置している。光スイッチ１１１，１１２は、それぞれ経路をパラレルとクロスの状態に切り替え可能である。第１光スイッチ１１１には、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１が接続され、光スイッチ１１２には、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２が接続されている。
【0015】
例えば、第１光スイッチ１１１は、パラレル状態の時、前段光アンプ１０１の出力を後段の光スイッチ１１２に出力する。一方、第１光スイッチ１１１は、クロス状態の時、前段光アンプ１０１の出力を第１挿入光アンプ１２１に出力し、第１挿入光アンプ１２１の出力を後段の光スイッチ１１２に出力する。第２光スイッチ１１２も第１光スイッチ１１１同様にパラレル／クロスのスイッチ切り替えを行う。このように、光スイッチ（第１光スイッチ１１１，第２光スイッチ１１２は、それぞれのスイッチ切り替えにより、経路に対して挿入光アンプ（第１挿入光アンプ１２１，第２挿入光アンプ１２２）をそれぞれ挿抜可能である。
【0016】
第２光スイッチ１１２の後段には、光可変減衰器１０３、および後段光アンプ１０２が接続されている。制御部１３０は、第１光スイッチ１１１と第２光スイッチ１１２のスイッチ切り替えを組合せて、複数のゲインモードを得る。各ゲインモードは、利得が異なる。また、第１挿入光アンプ１２１と、第２挿入光アンプ１２２の利得は異なる。
【0017】
そして、第１光スイッチ１１１がクロス状態の時、前段光アンプ１０１と後段光アンプ１０２の利得に、第１挿入光アンプ１２１の利得が追加される。また、第２光スイッチ１１２がクロス状態の時、前段光アンプ１０１と後段光アンプ１０２の利得に、第２挿入光アンプ１２２の利得が追加される。
【0018】
光増幅器１００は、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得が互いに異なることで、図１（ａ）～図１（ｄ）に示す４つのゲインモードを有する。例えば、図１の例では、第１挿入光アンプ１２１による利得が＋６ｄＢ、第２挿入光アンプ１２２による利得が＋１５ｄＢである。
【0019】
図１（ａ）ローゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２のみで動作
図１（ｂ）ミッドゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１で動作
図１（ｃ）ハイゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第２挿入光アンプ１２２で動作
図１（ｄ）スーパーハイゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１と、第２挿入光アンプ１２２で動作
図１（ｂ）ミッドゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１で動作
図１（ｃ）ハイゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第２挿入光アンプ１２２で動作
図１（ｄ）スーパーハイゲインモード：前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１と、第２挿入光アンプ１２２で動作
【0020】
図１（ａ）～（ｄ）の各ゲインモードの接続状態を説明する。便宜上、制御部１３０は、図１（ａ）のみに記載した。図１（ａ）はローゲインモード（Ｌｏｗ ｇａｉｎ）である。制御部１３０は、ローゲインモード時、第１光スイッチ１１１と第２光スイッチ１１２をパラレル状態に切り替える。これにより、光増幅器１００は、ローゲインモード時、前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２のみで動作する。
【0021】
図１（ｂ）は、ミッドゲインモード（Ｍｉｄ ｇａｉｎ）である。制御部１３０は、ミッドゲインモード時、第１光スイッチ１１１をクロス状態、第２光スイッチ１１２をパラレル状態に切り替える。これにより、光増幅器１００は、ミッドゲインモード時、前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１（＋６ｄＢ）で動作する。
【0022】
図１（ｃ）は、ハイゲインモード（Ｈｉｇｈ ｇａｉｎ）である。制御部１３０は、ハイゲインモード時、第１光スイッチ１１１をパラレル状態、第２光スイッチ１１２をクロス状態に切り替える。これにより、光増幅器１００は、ハイゲインモード時、前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第２挿入光アンプ１２２（＋１５ｄＢ）で動作する。
【0023】
図１（ｄ）は、スーパーハイゲインモード（Ｓｕｐｅｒ Ｈｉｇｈ ｇａｉｎ）である。制御部１３０は、スーパーハイゲインモード時、第１光スイッチ１１１と第２光スイッチ１１２をいずれもクロス状態に切り替える。これにより、光増幅器１００は、スーパーハイゲインモード時、前段光アンプ１０１と、後段光アンプ１０２と、第１挿入光アンプ１２１（＋６ｄＢ）と、第２挿入光アンプ１２２（＋１５ｄＢ）で動作する。
【0024】
ここで、実施の形態の光増幅器１００は、第１光スイッチ１１１、第２光スイッチ１１２で追加挿入される複数の挿入光アンプ（第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２）の利得が異なることを前提とする。複数の挿入光アンプを用い、互いの利得が異なる意義および詳細と、利得配分例は後述する。なお、第１挿入光アンプ１２１と、第２挿入光アンプ１２２の利得が同じ場合には、ミッドゲインモードと、ハイゲインモードは同じ動作（利得）となり、合計で３つのゲインモードとなる。
【0025】
図１を用いた説明では、２個の光スイッチを設けた構成例を説明したが、光スイッチは、３個以上設けても良い。後述する他の実施の形態では、３個の光スイッチを設けた構成例を説明する。そして、光スイッチの個数に対応する数を有し、それぞれの利得が異なる挿入光アンプをスイッチに接続して設ける。これにより、スイッチ切り替えにより、利得レンジが異なる挿入光アンプの組合せ数（ゲインモード数）を簡単に増やすことができる。
【0026】
（従来技術による課題）
ここで、図２、図３を用いて従来技術による課題を説明しておく。図２は、従来技術による光増幅器の構成例を示す図である。図２に示す光増幅器２００は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）２０１と、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）２０２の間に、一つの光スイッチ（ＳＷ１）２１１と、光可変減衰器（ＶＯＡ）２０３を配置してなる。光スイッチ２１１には、挿入光アンプ（ＡＭＰ１）２２１が接続され、光スイッチ２１１はパラレルとクロスの状態を切り替え可能である。
ここで、図２、図３を用いて従来技術による課題を説明しておく。図２は、従来技術による光増幅器の構成例を示す図である。図２に示す光増幅器２００は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）２０１と、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）２０２の間に、一つの光スイッチ（ＳＷ１）２１１と、光可変減衰器（ＶＯＡ）２０３を配置してなる。光スイッチ２１１には、挿入光アンプ（ＡＭＰ１）２２１が接続され、光スイッチ２１１はパラレルとクロスの状態を切り替え可能である。
【0027】
図２（ａ）に示すように、光スイッチ２１１がパラレル状態の時の接続状態は、前段光アンプ２０１～光可変減衰器２０３～後段光アンプ２０２となる（ローゲインモード）。光増幅器２０１の利得は、例えば、１８ｄＢである。また、図２(ｂ)に示すように、光スイッチ２１１がクロス状態の時の接続状態は、前段光アンプ２０１～挿入光アンプ２２１～光可変減衰器２０３～後段光アンプ２０２となる（ハイゲインモード）。
【0028】
ハイゲインモードは、ローゲインモードに比べ挿入光アンプ２２１が加わる。挿入光アンプ２２１の利得を＋１２ｄＢとした時、ハイゲインモード時には、挿入光アンプ２２１の分利得が＋１２ｄＢ高い領域（３０ｄＢ）で動作する。入力ポート（Ｉｎｐｕｔ）と出力ポート（Ｏｕｔｐｕｔ）間は、ユーザが任意に設定した利得で利得制御可能である。
【0029】
光増幅器２００を光伝送システムのプリアンプとして使用する時は、スパンロスに応じて利得が設定される。例えば、スパンロスが小さい時は、ローゲインモードの利得（例えば、１０ｄＢ等）で使用され、スパンロスが大きい時は ハイゲインモードの利得（例えば、２５ｄＢ等）で使用される。
【0030】
各モード内で利得を変える時には、光可変減衰器２０３を使用する。ローゲインモード時、１８ｄＢの利得を１７ｄＢに変更する時には光可変減衰器２０３の損失を（－１ｄＢ）にして光減衰させる。１８ｄＢの利得を８ｄＢに変更する時は光可変減衰器２０３の損失を（－１０ｄＢ）にして光減衰させる。
【0031】
同様に、ハイゲインモードの利得範囲１７～３０ｄＢでは、光可変減衰器２０３は、損失を０～－１３ｄＢにして光減衰させる。このように、光スイッチ２１１を用い挿入光アンプ２２１の有無を切り替えることで、８～３０ｄＢの利得レンジを動作させている。
【0032】
ここで、光スイッチ２１１による切り替えを行った場合、一時的に信号断が起きるため、運用中に光スイッチ２１１を切り替えモード変更することは行われない。このため、ローゲインモードと、ハイゲインモードの間の１７～１８ｄＢ（領域Ａ）の利得の特性をオーバーラップさせている。これは温度変動などによるスパンロスの変動を同じモード内で補償するためである。
【0033】
図３は、従来技術による光増幅器のＮＦ特性例を示す図表である。横軸は１チャンネルあたりの入力パワー、縦軸は雑音指数（ＮＦ）である。図２に示した光増幅器２００におけるローゲインモードの利得８～１８ｄＢに対する入力パワーは、－１４．４～－４．４ｄＢｍ／ｃｈである。ハイゲインモードの利得１７～３０ｄＢに対する入力パワーは、－２６．４～－１３．４ｄＢｍ／ｃｈである。出力パワーは、いずれも３．６ｄＢｍ／ｃｈである。
【0034】
ここで、ローゲインモード、ハイゲインモードともに入力が上がる（利得が下がる）にしたがいＮＦが増加している。これは利得を下げるために光可変減衰器２０３の動作量（減衰量）を大きくすることで生じている。広い利得レンジを得るためには、光可変減衰器２０３の減衰範囲を広げる必要があるが、光可変減衰器２０３の動作量を大きくするとＮＦ増加が生じることとなる。広い利得レンジを得ることと、高い入力レベルでのＮＦを良くすることとは、トレードオフの関係となっている。例えば、既存の光増幅器２００では、広い利得レンジを得つつ高い入力レベルでのＮＦを良くすることができない。
【0035】
（実施の形態の光増幅器における各ゲインモードの利得配分例）
ここで、再び図１を用いて実施の形態の光増幅器１００の各ゲインモードの利得配分例を説明する。図１（ａ）のローゲインモードの最小利得は、従来技術と同じ８ｄＢに設定した。最大利得は、１４ｄＢとし、従来技術（図２、図３）の１６ｄＢに比べ２ｄＢ小さく設定した。
ここで、再び図１を用いて実施の形態の光増幅器１００の各ゲインモードの利得配分例を説明する。図１（ａ）のローゲインモードの最小利得は、従来技術と同じ８ｄＢに設定した。最大利得は、１４ｄＢとし、従来技術（図２、図３）の１６ｄＢに比べ２ｄＢ小さく設定した。
【0036】
このことにより、入力が上がる時（利得を下げる時）の光可変減衰器１０３の動作量が少なくなりＮＦが良くなる。また、図１（ｄ）のスーパーハイゲインモードの最大利得は３５ｄＢとした。これは、従来技術の３０ｄＢからより損失が大きいスパンに対応できるようにするためである。
【0037】
そして、実施の形態の光増幅器１００では、ローゲインモードの最大利得１４ｄＢと、スーパーハイゲインモードの最大利得３５ｄＢとの差（３５ｄＢ－１４ｄＢ）２１ｄＢの利得を、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２とにより補償する。
【0038】
図４は、実施の形態の挿入光アンプの利得配分の組合せ別の利得比率、各ゲインモードの利得範囲、光可変減衰器の動作量を示す図表である。第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得配分の組合せ、利得比率（第２挿入光アンプ１２２の利得Ｇ２／第１挿入光アンプ１２１の利得Ｇ１）、各ゲインモードの利得範囲、光可変減衰器１０３の動作範囲を示す。
【0039】
ここで、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２は、互いの利得の合計として２１ｄＢ（上記ローゲインモードの最大利得１４ｄＢと、スーパーハイゲインモードの最大利得３５ｄＢとの差２１ｄＢ）を補償する必要がある。例えば、第１挿入光アンプ１２１で利得１ｄＢを補償する場合、第２挿入光アンプ１２２の利得は２０ｄＢとなる。同様に、第１挿入光アンプ１２１の利得２ｄＢ，３ｄＢ，４ｄＢ，…の場合は、第２挿入光アンプ１２２の利得は１９ｄＢ，１８ｄＢ，１７ｄＢ，…となる。
【0040】
そして、第１挿入光アンプ１２１の利得が６ｄＢ、第２挿入光アンプ１２２の利得が１５ｄＢの場合について、各ゲインモードの利得範囲、光可変減衰器動作範囲を説明する。ローゲインモードの利得範囲は、上記同様に８～１４ｄＢとした。
【0041】
ミッドゲインモードの最小利得は、ローゲインモードの最大利得と１ｄＢのオーバーラップをとるので１４Ｂとなる。ミッドゲインモードの最大利得は、ローゲインモードの最大利得１４ｄＢに第１挿入光アンプ１２１の利得６ｄＢを加えた２０ｄＢとなる。ミッドゲインモードの光可変減衰器１０３の動作範囲は最大利得と最小利得の差７ｄＢとなる。
【0042】
ハイゲインモードの最小利得は、ミッドゲインモードの最大利得と１ｄＢのオーバーラップをとるので１９ｄＢとなる。ハイゲインモードの最大利得は、ローゲインモードの最大利得１４ｄＢに第２挿入光アンプ１２２の利得１５ｄＢを加えた２９ｄＢとなる。ハイゲインモードの光可変減衰器動作範囲は最大利得と最小利得の差１０ｄＢとなる。
【0043】
スーパーハイゲインモードの最大利得は、ローゲインモードの最大利得１４ｄＢに第１挿入光アンプ１２１の利得６ｄＢと、第２挿入光アンプ１２２の利得１５ｄＢとを加えた３５ｄＢとなる。最小利得は２８ｄＢ、光可変減衰器１０３の動作範囲は最大利得と最小利得の差７ｄＢとなる。
【0044】
各ゲインモードにおいて、光可変減衰器１０３の動作範囲が大きければ入力増加時（利得減少時）のＮＦ劣化が大きくなるので、各利得モード間の光可変減衰器１０３の動作範囲は極端に差がないほうが好ましい。また、図３で説明したように、入力の低いところより、入力の高いところのほうが入力を上げた時のＮＦ増加が大きいのでローゲインモードやミッドゲインモードの光可変減衰器１０３の動作範囲は、ハイゲインモードと同じか小さいほうが良い。これらを考慮すると、図４の設定例では、第１挿入光アンプ１２１と、第２挿入光アンプ１２２との利得の最適な組合せは、５ｄＢ／１６ｄＢ（利得比率３．２），６ｄＢ／１５ｄＢ（利得比率２．５），７ｄＢ／１４ｄＢ（利得比率２．９）となる。
【0045】
一例として、各利得モード間の光可変減衰器１０３の動作範囲の均一性を考慮した場合には、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得の組合せは、７ｄＢ／１４ｄＢがより好ましい。第１挿入光アンプ１２１（利得７ｄＢ）と第２挿入光アンプ１２２（利得１４ｄＢ）の場合、光可変減衰器１０３の動作範囲は８ｄＢ（ローゲインモードのみ６ｄＢ）と均一である。
【0046】
また、他の一例として、ミッドゲインモードのＮＦを良くすることを考慮した場合には、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得の組合せは、５ｄＢ／１６ｄＢ，あるいは６ｄＢ／１５ｄＢが好ましい。この場合の利得範囲は１３～２０ｄＢ（光可変減衰器１０３の動作範囲６～７ｄＢ）である。
【0047】
図４の設定に示したように、実施の形態の光増幅器１００は、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得が異なる。そして、利得が異なる第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２を、２つの光スイッチ１１１，１１２のスイッチ切り換えにより少なくとも３つ以上（図４では４つ）のレンジ別のゲインモードを得る。
【0048】
図４の設定例で見て、第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得比率は１．５以上でより好ましくは２．０以上である。光可変減衰器１０３の動作範囲は、１２ｄＢ以内でより好ましくは８ｄＢ以内である。光可変減衰器１０３の動作範囲は、各ゲインモードで同様となる範囲でかつ小さい範囲（特にローゲインモード）であることが望ましい。
【0049】
図５は、実施の形態による光増幅器のＮＦ特性例を示す図表である。第１挿入光アンプ１２１と第２挿入光アンプ１２２の利得を６ｄＢと１５ｄＢで組合せた時のＮＦ計算結果を示す。
【0050】
実施の形態によるＮＦ計算結果を〇（ＬＧ：ローゲインモード）、□（ＭＧ：ミッドゲインモード）、△（ＨＧ：ハイゲインモード）、×（ＳＨＧ：スーパーハイゲインモード）で示す。また、従来技術のＮＦ特性（図３）を●で示してある。
【0051】
ローゲインモードの入力－４．４ｄＢｍ／ｃｈ（利得８ｄＢ）のＮＦを比較すると、従来は１３．２ｄＢであったのに対し、実施の形態では９．９ｄＢとなり、図中（１）で示すように３．３ｄＢ分ＮＦが改善されている。これは、従来の光可変減衰器２０３の動作量が１０ｄＢであるのに対し、実施の形態の動作量が８ｄＢであり２ｄＢ少なくなっているからである。
【0052】
また、従来のハイゲインモードの－１５．４ｄＢｍ／ｃｈの入力ではＮＦが６．２ｄＢに対し、実施の形態ではＮＦが５．２ｄＢであり、図中（２）で示すように１ｄＢ改善されている。これは、実施の形態でミッドゲインモードが追加され、従来の光可変減衰器２０３の動作量が１１ｄＢであるのに対し、実施の形態では９ｄＢであり２ｄＢ少なくなっているからである。
【0053】
従来技術と実施の形態のハイゲインモードでは、光可変減衰器２０３，１０３の動作範囲がほぼ同じなのでＮＦも同等である。また、実施の形態では、従来技術に対してスーパーハイゲインモードが追加されたこととなり、従来技術の最大利得３０ｄＢと同じＮＦで最大利得を図中（３）に示すように３５ｄＢに拡大できる。
【0054】
【0055】
光増幅器１００は、上述した前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、複数の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２、光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３を含む。また、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２を含む。また、入力ポート（Ｉｎｐｕｔ）から入力された光信号の光パワーを検出するＩｎｐｕｔモニタ６０１と、各ＡＭＰで増幅された後の光パワーを検出するＯｕｔｐｕｔモニタ６０２を含む。
【0056】
制御部１３０は、第１光スイッチ１１１と第２光スイッチ１１２のスイッチ切り替えを制御する。この制御部１３０には、Ｉｎｐｕｔモニタ６０１と、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２で検出した光パワーと、スパンロスの情報が入力される。制御部１３０は、Ｉｎｐｉｔモニタ６０１とＯｕｔｐｕｔモニタ６０２が検出した光パワーを用いて各光増幅器（前段光アンプ１０１、後段光アンプ１０２、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２）の利得を制御する。
【0057】
各光増幅器（前段光アンプ１０１、後段光アンプ１０２、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２）は、制御部１３０からの制御に基づき、内部の励起ＬＤのパワーを調整することで利得を可変する。制御部１３０は、入力されるスパンロス情報に応じた利得を決定し、決定した利得で利得制御を行う。制御部１３０は、光増幅器１００外部の光受信器等からスパンロス情報を取得する。
【0058】
図６（ａ）のミッドゲインモードの状態での制御部１３０の利得制御について説明する。入力ポート（Ｉｎｐｕｔ）から入力された光信号は、Ｉｎｐｕｔモニタ６０１で光パワーが検出され、各光増幅器で増幅された後、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２で光パワー検出される。
【0059】
図７は、実施の形態の光増幅器の各ゲインモードの利得範囲と光可変減衰器の動作量を示す図表である。例えば、スパンロスが１５ｄＢの場合、制御部１３０は、１５ｄＢの利得制御を行う。制御部１３０は、１５ｄＢの利得の場合、図７に示すミッドゲインモードを選択し、第１光スイッチ１１１をクロス状態、第２光スイッチ１１２をパラレル状態に切り替える。
【0060】
ミッドゲインモードでは、制御部１３０は、前段光アンプ１０１、第１挿入光アンプ１２１、後段光アンプ１０２の励起ＬＤを制御する。図７に示すミッドゲインモードでの最大利得は１９ｄＢである。このため、制御部１３０は、１５ｄＢの利得に対し、光可変減衰器１０３で４ｄＢの損失（減衰）となる制御を行う。
【0061】
次に、例えば、スパンロス情報が３２ｄＢの場合、制御部１３０は、図７に示すスーパーハイゲインモードを選択し、第１光スイッチ１１１をクロス状態、第２光スイッチ１１２をクロス状態に切り替える。
【0062】
スーパーハイゲインモードでは、制御部１３０は、前段光アンプ１０１、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２、後段光アンプ１０２の励起ＬＤを制御する。図７に示すスーパーハイゲインモードの最大利得は３５ｄＢである。このため、制御部１３０は、光可変減衰器に対し３ｄＢの損失（減衰）となる制御を行う。
【0063】
（光増幅器の制御部のハードウェア構成例）
図８は、実施の形態の光増幅器の制御部のハードウェア構成例を示す図である。光増幅器１００の制御部１３０は、例えば、図８に示す汎用のハードウェアにより構成できる。
図８は、実施の形態の光増幅器の制御部のハードウェア構成例を示す図である。光増幅器１００の制御部１３０は、例えば、図８に示す汎用のハードウェアにより構成できる。
【0064】
例えば、制御部１３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ８０１と、メモリ８０２と、ネットワークＩＦ８０３と、記録媒体ＩＦ８０４と、記録媒体８０５とを有する。また、各構成部は、バス８００によってそれぞれ接続される。
【0065】
ここで、プロセッサ８０１は、制御部１３０全体の制御を司る制御部である。プロセッサ８０１は、複数のコアを有していても良い。メモリ８０２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびフラッシュＲＯＭなどを有する。具体的には、例えば、フラッシュＲＯＭが制御プログラムを記憶し、ＲＯＭがアプリケーションプログラムを記憶し、ＲＡＭがプロセッサ８０１のワークエリアとして使用される。メモリ８０２に記憶されるプログラムは、プロセッサ８０１にロードされることで、コーディングされている処理をプロセッサ８０１に実行させる。
【0066】
ネットワークＩＦ８０３は、ネットワークＮＷと制御部１３０とのインタフェースを司り、制御部１３０外部との間で情報の入出力を制御する。
【0067】
記録媒体ＩＦ８０４は、プロセッサ８０１の制御にしたがって記録媒体８０５に対するデータのリード／ライトを制御する。記録媒体８０５は、記録媒体ＩＦ８０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。
【0068】
なお、制御部１３０は、上述した構成部のほかに、例えば、入力装置、ディスプレイなどを、ＩＦを介して接続可能としても良い。
【0069】
【0070】
図８に示した制御部１３０のハードウェア構成は、光増幅器１００を有する光受信器の制御部の一機能とすることもできる。この場合、図８に示したハードウェア構成によって、光受信器による光受信処理にかかる制御機能に加えて、光増幅器１００の光増幅にかかる制御機能を実現する。
【0071】
（光増幅器の制御動作例）
図９は、実施の形態の光増幅器の制御動作例を示すフローチャートである。光増幅器１００の制御部１３０（プロセッサ８０１）が行う制御動作を順に説明する。制御部１３０は、図１０～図１２に示すメモリ情報を用いて制御を行う。図９のステップＳ９０１～ステップＳ９０７の処理は、光増幅器１００立ち上げ時の処理であり、制御部１３０は、この立ち上げ時の処理でゲインモードを決定する。以降の運用中、制御部１３０は、ステップＳ９０８以降の処理を継続実行する。
図９は、実施の形態の光増幅器の制御動作例を示すフローチャートである。光増幅器１００の制御部１３０（プロセッサ８０１）が行う制御動作を順に説明する。制御部１３０は、図１０～図１２に示すメモリ情報を用いて制御を行う。図９のステップＳ９０１～ステップＳ９０７の処理は、光増幅器１００立ち上げ時の処理であり、制御部１３０は、この立ち上げ時の処理でゲインモードを決定する。以降の運用中、制御部１３０は、ステップＳ９０８以降の処理を継続実行する。
【0072】
光増幅器１００の制御部１３０は、搭載される光受信器等からスパンロス情報を取得する（ステップＳ９０１）。制御部１３０は、取得したスパンロス情報に基づいて利得を決定する（ステップＳ９０２）。
【0073】
図１０は、実施の形態のスパンロスに対するゲインモード別の設定情報例を示す図表である。図１０に示す設定情報１０００は、予めメモリ８０２（図８参照）に記録されている。設定情報１０００は、スパンロス別のＡＭＰ利得、ゲインモード、光スイッチの状態、制御する光増幅器の関係を示す情報、を含む。
【0074】
図１０に示す設定情報１０００の設定例を具体的に説明する。例えば、スパンロスが８～１３ｄＢの場合、利得は８～１３ｄＢ、ゲインモードはローゲインモード、第１の光スイッチ１１１の状態はパラレル、第２の光スイッチ１１２の状態はパラレルである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２である。
【0075】
また、スパンロスが１３～２０ｄＢの場合、利得は１３～２０ｄＢ、ゲインモードはミッドゲインモード、第１の光スイッチ１１１の状態はクロス、第２の光スイッチ１１２の状態はパラレルである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１である。
【0076】
また、スパンロスが２０～２９ｄＢの場合、利得は２０～２９ｄＢ、ゲインモードはハイゲインモード、第１の光スイッチ１１１の状態はパラレル、第２の光スイッチ１１２の状態はクロスである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２である。
【0077】
また、スパンロスが２９～３５ｄＢの場合、利得は２９～３５ｄＢ、ゲインモードはスーパーハイゲインモード、第１の光スイッチ１１１の状態はクロス、第２の光スイッチ１１２の状態はクロスである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２である。
【0078】
図９に戻り制御動作を説明すると、ステップＳ９０２では、制御部１３０は、設定情報１０００を参照し、取得したスパンロスに応じた利得を決定する。次に、制御部１３０は、決定した利得に基づいてゲインモードを決定する（ステップＳ９０３）。
【0079】
次に、制御部１３０は、設定情報１０００の設定に基づき、ステップＳ９０３で決定したゲインモードに応じて第１光スイッチ１１１、第２光スイッチ１１２をパラレル／クロスに切り替える（ステップＳ９０４）。
【0080】
次に、制御部１３０は、設定情報１０００の設定に基づき、ゲインモードに応じて制御する光アンプを決定する（ステップＳ９０５）。
【0081】
図１１は、実施の形態のゲインモード別の最大利得とＶＯＡ制御値の設定情報例を示す図表である。図１１に示す設定情報１１００は、予めメモリ８０２（図８参照）に記録され、制御部１３０が設定情報１１００を読み出し、ゲインモード別の光可変減衰器１０３のＶＯＡ制御値を決定する。設定情報１１００は、ゲインモード別の最大利得と、光可変減衰器１０３のＶＯＡ制御値（損失）を含む。光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３の制御値（動作量、ｄＢ）は、最大利得（ｄＢ）－利得（ｄＢ）の関係式を含む。
【0082】
設定情報１１００の具体的設定例を説明すると、例えば、ローゲインモードは最大利得が１４ｄＢ、ミッドゲインモードは最大利得が１９ｄＢ、ハイゲインモードは最大利得が２９ｄＢ、スーパーハイゲインモードは最大利得が３５ｄＢ、に設定されている。
【0083】
制御部１３０は、設定情報１０００に設定されたゲインモードと、最大利得、利得に基づいて光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３の損失を決定し、決定した損失で光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３を制御する（ステップＳ９０６）。以上により、スパンロスに対応したゲインモードで立ち上げが完了し、制御部１３０は、光増幅器１００を運用開始させる。
【0084】
以降の光増幅器１００の運用時、制御部１３０は、Ｉｎｐｕｔモニタ６０１とＯｕｔｐｕｔのモニタ６０２の検出値を用いて該当する光アンプの励起ＬＤをステップＳ９０２で決定した利得で利得制御する（ステップＳ９０７）。
【0085】
光増幅器１００の運用中は、温度変動などによるスパンロス変動が生じる都度、スパンロス情報が更新して入力され、制御部１３０は、更新の都度、スパンロス情報を取得する（ステップＳ９０８）。そして、制御部１３０は、スパンロス情報に基づいて利得を決定する（ステップＳ９０９）。この後、制御部１３０は、運用中、ステップＳ９０６の処理に戻るループ制御を継続して行う。
【0086】
（利得制御について）
図１２は、実施の形態の光増幅器の利得制御の説明図である。図９（ステップＳ９０６）で説明した利得制御について説明する。図１２（ａ）は、Ｉｎｐｕｔモニタ６０１が検出した光信号のＩｎｐｕｔスペクトル、図１２（ｂ）は、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２が検出した光信号のＯｕｔｐｕｔスペクトルである。これら図１２（ａ），（ｂ）の横軸は波長、縦軸はＷＤＭ信号のパワー（レベル）である。
図１２は、実施の形態の光増幅器の利得制御の説明図である。図９（ステップＳ９０６）で説明した利得制御について説明する。図１２（ａ）は、Ｉｎｐｕｔモニタ６０１が検出した光信号のＩｎｐｕｔスペクトル、図１２（ｂ）は、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２が検出した光信号のＯｕｔｐｕｔスペクトルである。これら図１２（ａ），（ｂ）の横軸は波長、縦軸はＷＤＭ信号のパワー（レベル）である。
【0087】
図１２（ａ）に示すＩｎｐｕｔスペクトルが光アンプで増幅されると、信号レベルが上がるとともにＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれる雑音光が発生する。これにより、図１２（ｂ）に示すＯｕｔｐｕｔスペクトルには増幅された信号に加えＡＳＥが検出される。
【0088】
光増幅器１００（制御部１３０）は、精度良く利得制御するために、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２で検出した光パワーからＡＳＥ分の光パワーを差し引いた光パワーで利得制御する。ＡＳＥ量は、利得やＮＦに依存する。
【0089】
図５に示したミッドゲインモード、ハイゲインモードの同じ利得２１ｄＢ（入力－１７．４ｄＢｍ／ｃｈ）では、ＮＦがミッドゲインモードで４．９ｄＢ、ハイゲインモードで５．３ｄＢと異なる値となる。これは同じ利得でもＡＳＥ量が異なることを示す。このため、実施の形態の光増幅器１００のメモリ８０２等には、Ｏｕｔｐｕｔモニタ６０２から差し引くＡＳＥ量を、モード毎に利得や入力パワーの関数として記憶しておき、制御部１３０がモード毎の利得をメモリ８０２から読み出して利得制御する。
【0090】
(他の実施形態）
上述した実施の形態では、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２のスイッチ切り替えにより、２個の挿入光アンプ（ＡＭＰ１，ＡＭＰ２）１２１，１２２を組合せて計４つのモードを得る構成について説明した。本発明の光増幅器１００は、光スイッチと挿入光アンプを一対として３個以上設けることとしても良い。
上述した実施の形態では、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２のスイッチ切り替えにより、２個の挿入光アンプ（ＡＭＰ１，ＡＭＰ２）１２１，１２２を組合せて計４つのモードを得る構成について説明した。本発明の光増幅器１００は、光スイッチと挿入光アンプを一対として３個以上設けることとしても良い。
【0091】
図１３Ａ，図１３Ｂは、他の実施の形態にかかる光増幅器の説明図である。この光増幅器１３００では、光スイッチの個数を増やし、対応して挿入光アンプの組合せ数を増やすことでゲインモードの数を増やすものである。図１３Ａ，図１３Ｂに示す光増幅器１３００において、上述した実施の形態の光増幅器１００（図１）と同じ構成には同じ符号を付してある。なお、制御部１３０は図示を省略している。
【0092】
前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１と、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２の間に３個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）１１１，１１２，１１３が配置されている。後段光アンプ１０２の前段には光可変減衰器（ＶＯＡ）１０３が配置されている。
【0093】
各光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３）１１１，１１２，１１３には、それぞれ第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２、第３挿入光アンプ（ＡＭＰ３）１２３が配置される。
【0094】
光増幅器１３００は、各光スイッチ（ＳＷ１～ＳＷ３）１１１～１１３は、上述した実施の形態同様の制御部１３０の制御により、パラレル状態とクロスの状態を切り替えることができる。光スイッチ（ＳＷ１）１１１がクロス状態の時、前段光アンプ１０１と後段光アンプ１０２の利得に対し、第１挿入光アンプ１２１の利得が追加される。光スイッチ（ＳＷ２）１１２がクロス状態の時、前段光アンプ１０１と後段光アンプ１０２の利得に対し、第２挿入光アンプ１２２の利得が追加される。光スイッチ（ＳＷ３）１１３がクロス状態の時、前段光アンプ１０１と後段光アンプ１０２の利得に対し、第３挿入光アンプ１２３の利得が追加される。
【0095】
これにより、光増幅器１３００は、３つの光スイッチ（ＳＷ１～ＳＷ３）１１１～１１３に対するパラレル状態とクロス状態の組合せにより、レンジが異なる８つのゲインモードを有する。制御部１３０はこのゲインモードの切り替えを制御する。
【0096】
８つのゲインモードは、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２、第３挿入光アンプ１２３の利得を、それぞれＧ１、Ｇ２、Ｇ３とすると、Ｇ１≠Ｇ２≠Ｇ３、およびＧ１＋Ｇ２≠Ｇ３とする条件により得ることができる。
【0097】
ここで、Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３、Ｇ１＋Ｇ２＜Ｇ３とする。この場合、図１２Ａ（ａ）のゲインモード１から順に、図１３Ａ（ｂ）のゲインモード２、図１３Ａ（ｃ）のゲインモード３、図１３Ａ（ｄ）のゲインモード４、図１３Ｂ（ｅ）のゲインモード５、…にしたがい最大利得が大きくなる。そして、図１３Ｂ（ｈ）のゲインモード８の利得が最も大きくなる。
【0098】
図１４は、他の実施の形態のゲインモード別の設定情報例を示す図表である。図１４に示す設定情報１４００は、予めメモリ８０２（図８参照）に記録されている。設定情報１４００は、ゲインモード別の光スイッチ１～３の状態、制御する光増幅器の関係を示す情報、を含む。
【0099】
図１４に示す設定情報１４００の設定例の一部を具体的に説明する。例えば、ゲインモード１（図１３Ａ（ａ））は、第１の光スイッチ１１１～第３の光スイッチ１１３の状態はいずれもパラレルである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２である。
【0100】
また、ゲインモード２（図１３Ａ（ｂ））は、第１の光スイッチ１１１の状態はクロス、第２の光スイッチ１１２と第３の光スイッチ１１３の状態はパラレルである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１である。
【0101】
また、ゲインモード３（図１３Ａ（ｃ））は、第１の光スイッチ１１１と第３の光スイッチ１１３の状態はパラレル、第２の光スイッチ１１２の状態はクロスである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２である。
【0102】
また、ゲインモード５（図１３Ｂ（ｅ））は、第１の光スイッチ１１１と第３の光スイッチ１１３の状態はクロス、第２の光スイッチ１１２の状態はパラレルである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１、第３挿入光アンプ（ＡＭＰ３）１２３である。
【0103】
また、ゲインモード８（図１３Ｂ（ｈ））は、第１の光スイッチ１１１～第３の光スイッチ１１３の状態はいずれもクロスである。また、制御部１３０が制御する光増幅器は、前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）１０１、後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）１０２、第１挿入光アンプ（ＡＭＰ１）１２１、第２挿入光アンプ（ＡＭＰ２）１２２、第３挿入光アンプ（ＡＭＰ３）１２３である。
【0104】
図１５Ａ，図１５Ｂは、他の実施の形態の挿入光アンプの利得配分の組合せと各ゲインモードの利得範囲を示す図表である。挿入光アンプ（ＡＭＰ１～ＡＭＰ３）１２１～１２３の利得の組合せ毎のパターンＮｏ．１～３６を付してある。
【0105】
また、ゲインモード１の利得範囲を８～１２ｄＢ、ゲインモード８の最大利得を４０ｄＢとした。これは、上述した実施の形態のローゲインモードでの光可変減衰器１０３の動作量６ｄＢに比べて、ゲインモード１の光可変減衰器１０３の制御範囲を４ｄＢと小さくすることでＮＦ劣化を小さくしている。また、上述した実施の形態のスーパーハイゲインモードでの最大利得３５ｄＢと比べて、ゲインモード８の最大利得を４０ｄＢとすることで、より損失が大きいスパンロスに対応している。
【0106】
モード８の最大利得４０ｄＢと、ゲインモード１の最大利得１２ｄＢの差２８ｄＢを、第１挿入光アンプ１２１、第２挿入光アンプ１２２、第３挿入光アンプ１２３の利得Ｇ１、Ｇ２，Ｇ３で補うことになる。ゲインモード２～８の最小利得は、それぞれ前段のゲインモードの最大利得から１ｄＢ小さい値としている。これは、ゲインモード間で利得のオーバーラップを持たせるためである。ゲインモード２～８の最大利得は、ゲインモード１の最大利得１２ｄＢに、追加される挿入光アンプの利得を加えた値である。
【0107】
図１６Ａ，図１６Ｂは、他の実施の形態の挿入光アンプの利得配分の組合せ別の利得比率、各ゲインモードの利得範囲、光可変減衰器の動作量を示す図表である。図１６Ａ，図１６Ｂに示す利得配分と、パターンＮｏ．１～３６は、図１５Ａ，図１５Ｂと同様である。また、利得比率について、第２挿入光アンプ１２２と第１挿入光アンプ１２１の利得比率Ｇ２／Ｇ１と、第３挿入光アンプ１２３と第２挿入光アンプ１２２の利得比率Ｇ３／Ｇ２と、を示す。
【0108】
図１６Ａに示す第１挿入光アンプ１２１の利得が１ｄＢと２ｄＢのパターンＮｏ．１～２０を見ると、ゲインモード３、５、７の光可変減衰器１０３動作量が１０ｄＢを超えているものがある（例えば、パターン８，１７～１９以外の各パターン）。これらは、光可変減衰器１０３の動作量が大きいと、入力を上げた時（利得を下げた時）のＮＦ劣化が大きくなるので、好ましい組合せパターンではない。
【0109】
一方、図１６Ｂに示す第１挿入光アンプ１２１の利得が３ｄＢ以上のパターンＮｏ．２１～３６において、光可変減衰器１０３の動作量が９ｄＢ以下となるパターンは、パターンＮｏ．２４～２６と、パターンＮｏ．２９～３６に絞られる（図中太字で示す）。これらのパターンは、他のパターンと比べて光可変減衰器１０３の動作量が小さく、入力を上げた時（利得を下げた時）のＮＦ劣化が小さくなるので好ましい利得配分である。
【0110】
そして、これらパターンＮｏ．２４～２６と、パターンＮｏ．２９～３６の利得比率Ｇ２／Ｇ１、Ｇ３／Ｇ２はいずれも３．０以下である。特に、パターンＮｏ．３１の利得比率Ｇ２／Ｇ１＝２．０とＧ３／Ｇ２＝２．０とが等しい光可変減衰器１０３の動作量は、どのゲインモードでも５ｄＢ以下であり、入力を上げた時（利得を下げた時）のＮＦ劣化が最も小さい。
【0111】
図１６Ｂの設定例で見て、第１挿入光アンプ１２１～第３挿入光アンプ１２３の利得比率（Ｇ２／Ｇ１、Ｇ３／Ｇ２）は１．２以上でより好ましくは２．０以上である。光可変減衰器１０３の動作範囲は、９ｄＢ以内でより好ましくは５ｄＢ以内である。光可変減衰器１０３の動作範囲は、各ゲインモードで同様となる範囲でかつ小さい範囲であることが望ましい。
【0112】
【0113】
図１７Ａは、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２を、実施の形態（図１）同様に直列配置した場合を示す。この直列配置時には、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２の切り替えの組合せにより、図１７Ａ（ａ）～（ｄ）に示す４つのモード数（組合せ数）を得ることができる。
【0114】
図１７Ａは、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２を、並列配置した場合を示す。第１光スイッチ１１１に対し、第２光スイッチ１１２を並列している。この並列配置時には、２個の光スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）１１１，１１２の切り替えの組合せで得られるモード数（組合せ数）は、図１７Ｂ（ａ）～（ｃ）に示す３つとなる。
【0115】
図１７Ｃは、光スイッチ数別の直列配列と並列配置のモード数を示す図表である。光スイッチ数が１の場合には、直列配置、並列配置ともにモード数（組合せ数）は２である。しかし、光スイッチ数が２の場合には、直列配置ではモード数が４（図１７Ａ参照）、並列配置ではモード数が３（図１７Ｂ参照）である。また、他の実施の形態で説明したように、光スイッチ数が３の場合、直列配置により８つのモード数（図１３Ａ，図１３Ｂ参照）が得られる。
【0116】
光スイッチ数がＮの場合、直列配置ではモード数がＮの２乗で得られるのに対し、並列配置ではモード数がＮ＋１しか得られない。同じ光スイッチ数においてモード数を増やすには直列配置が有利なことが示される。このことから、実施の形態の光増幅器１００，１３００は、複数の光スイッチを直接配置し、モード（ゲインモード）数を増大させている。
【0117】
以上説明した実施の形態の光増幅器は、光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含み光信号の利得を可変自在な光増幅器である。光アンプは、例えば、経路の入力段に配置された前段光アンプと、経路の出力段に配置された後段光アンプとを含む。光増幅器は、経路上に設けられる複数の光スイッチと、光スイッチにそれぞれ接続され、光スイッチのスイッチ切り替えにより、経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、光スイッチ、挿入光アンプ、光可変減衰器を制御する制御部とを含む。複数の挿入光アンプは、それぞれの利得が異なる。制御部は、複数の光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得る。ゲインモード別の光スイッチを組合せたスイッチ切り替えにより、経路上に挿入される挿入光アンプの利得が異なり、利得低下時のＮＦ劣化を少なくでき、かつ複数のゲインモードにより広い利得レンジを得ることができる。例えば、光増幅器に対する高い入力レベル時（利得低下時）のＮＦ劣化を抑制できるようになる。
【0118】
また、光増幅器は、制御部が、複数のゲインモードのそれぞれで、複数の挿入光アンプの利得に基づき、光可変減衰器の光減衰の動作量が所定量以下となるよう決定してもよい。例えば、光減衰器の動作量を１２ｄＢ以内、より好ましくは９ｄＢ以内とする。また、複数の挿入光アンプの利得比率は、１，２以上、好ましくは２．０以上とする。これにより、各ゲインモードにおけるＮＦ劣化を少なくできるようになる。
【0119】
また、光増幅器は、複数の光スイッチが、それぞれ、パラレルあるいはクロスのスイッチ切り替えにより、接続された挿入光アンプを経路に挿抜可能なこととしてもよい。これにより、簡単な構成により、光スイッチ単位で光スイッチに接続された挿入光アンプを経路に挿抜可能となる。
【0120】
また、光増幅器は、複数の光スイッチを経路に直列配置してもよい。この直列配置によれば、並列配置に比してゲインモード数を増やすことができ、少ない光スイッチ個数でゲインモード数を増やすことができる。
【0121】
また、光増幅器は、制御部が、入力されるスパンロス情報に基づき、当該スパンロス情報に対応するゲインモードを決定してもよい。これにより、スパンロス情報に応じたゲインモードにより適切な利得制御が行えるようになる。
【0122】
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【0123】
（付記１）光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含み前記光信号の利得を可変自在な光増幅器において、
前記経路上に設けられる複数の光スイッチと、
前記光スイッチにそれぞれ接続され、前記光スイッチのスイッチ切り替えにより、前記経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、
前記光スイッチ、前記挿入光アンプ、前記光可変減衰器を制御する制御部と、を含み、
複数の前記挿入光アンプは、それぞれの利得が異なり、
前記制御部は、複数の前記光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅器。
前記経路上に設けられる複数の光スイッチと、
前記光スイッチにそれぞれ接続され、前記光スイッチのスイッチ切り替えにより、前記経路にそれぞれが挿抜可能な複数の挿入光アンプと、
前記光スイッチ、前記挿入光アンプ、前記光可変減衰器を制御する制御部と、を含み、
複数の前記挿入光アンプは、それぞれの利得が異なり、
前記制御部は、複数の前記光スイッチのスイッチ切り換えの組合せにより、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅器。
【0124】
（付記２）前記制御部は、複数の前記ゲインモードのそれぞれで、複数の前記挿入光アンプの利得に基づき、前記光可変減衰器の光減衰の動作量が所定量以下となるよう決定することを特徴とする付記１に記載の光増幅器。
【0125】
（付記３）前記制御部は、前記光減衰器の動作量を１２ｄＢ以内、より好ましくは９ｄＢ以内としたことを特徴とする付記２に記載の光増幅器。
【0126】
（付記４）前記制御部は、複数の前記挿入光アンプの利得比率を、１．２以上、好ましくは２．０以上としたことを特徴とする付記２に記載の光増幅器。
【0127】
（付記５）複数の前記光スイッチは、それぞれ、パラレルあるいはクロスのスイッチ切り替えにより、接続された前記挿入光アンプを前記経路に挿抜可能なことを特徴とする付記１に記載の光増幅器。
【0128】
（付記６）複数の前記光スイッチは、前記経路に直列配置されたことを特徴とする付記１に記載の光増幅器。
【0129】
（付記７）前記制御部は、入力されるスパンロス情報に基づき、当該スパンロス情報に対応する前記ゲインモードを決定することを特徴とする付記１に記載の光増幅器。
【0130】
（付記８）前記光アンプは、前記経路の入力段に配置された前段光アンプと、前記経路の出力段に配置された後段光アンプとを含む、ことを特徴とする付記１に記載の光増幅器。
【0131】
（付記９）光信号の経路上に配置された光アンプと、光可変減衰器と、を含む光増幅器の前記光信号の利得を可変自在な光増幅方法において、
前記経路上に設けた複数の光スイッチにそれぞれ接続され、それぞれの利得が異なる複数の挿入光アンプを、スイッチ切り替えの組合せにより前記経路にそれぞれ挿抜し、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅方法。
前記経路上に設けた複数の光スイッチにそれぞれ接続され、それぞれの利得が異なる複数の挿入光アンプを、スイッチ切り替えの組合せにより前記経路にそれぞれ挿抜し、レンジ別の複数のゲインモードを得ることを特徴とする光増幅方法。
【0132】
（付記１０）タンデムに接続されたＮ個（Ｎ≧２）の複数の２×２光スイッチと、
信号光の経路中に配置された光可変減衰器と、を含み、
それぞれの前記２×２光スイッチは、光増幅媒体を通る経路と通らない経路を切り替えられ、前記光増幅媒体を通る経路は、前記光増幅媒体からの出力が、同じ前記光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ個の前記光増幅媒体は、それぞれ異なる利得であり、前記光増幅媒体が動作する第１の入力範囲に対して、Ｎ個より多い数の第２の入力範囲に分割し、その第２の入力範囲毎に異なるスイッチ動作で切り換えを行い、
さらに、前記第１の入力範囲に対して、入力が低い場合ほど、信号光が通る前記光増幅媒体の利得の和が大きくなるように、前記スイッチ動作の切り換えは選択され、
同一の前記第２の入力範囲内の入力の変動に応じて、前記光可変減衰器の減衰量を可変させる、
ことを特徴とする光増幅器。
信号光の経路中に配置された光可変減衰器と、を含み、
それぞれの前記２×２光スイッチは、光増幅媒体を通る経路と通らない経路を切り替えられ、前記光増幅媒体を通る経路は、前記光増幅媒体からの出力が、同じ前記光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ個の前記光増幅媒体は、それぞれ異なる利得であり、前記光増幅媒体が動作する第１の入力範囲に対して、Ｎ個より多い数の第２の入力範囲に分割し、その第２の入力範囲毎に異なるスイッチ動作で切り換えを行い、
さらに、前記第１の入力範囲に対して、入力が低い場合ほど、信号光が通る前記光増幅媒体の利得の和が大きくなるように、前記スイッチ動作の切り換えは選択され、
同一の前記第２の入力範囲内の入力の変動に応じて、前記光可変減衰器の減衰量を可変させる、
ことを特徴とする光増幅器。
【符号の説明】
【0133】
１００，１３００ 光増幅器
１０１ 前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）
１０２ 後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）
１０３ 光可変減衰器（ＶＯＡ）
１１１～１１３ 光スイッチ
１２１～１２３ 挿入光アンプ（ＡＭＰ１～ＡＭＰ３）
１３０ 制御部
６０１ Ｉｎｐｕｔモニタ
６０２ Ｏｕｔｐｕｔモニタ
８０１ プロセッサ
８０２ メモリ
８０５ 記録媒体
１０００，１１００，１４００ 設定情報
Ｇ１，Ｇ２ 利得
１０１ 前段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｆ）
１０２ 後段光アンプ（ＡＭＰ＿Ｒ）
１０３ 光可変減衰器（ＶＯＡ）
１１１～１１３ 光スイッチ
１２１～１２３ 挿入光アンプ（ＡＭＰ１～ＡＭＰ３）
１３０ 制御部
６０１ Ｉｎｐｕｔモニタ
６０２ Ｏｕｔｐｕｔモニタ
８０１ プロセッサ
８０２ メモリ
８０５ 記録媒体
１０００，１１００，１４００ 設定情報
Ｇ１，Ｇ２ 利得
【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13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図17C】