JP3551418B2 - 光伝送装置及び波長多重光通信システム - Google Patents
光伝送装置及び波長多重光通信システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、波長多重光信号を増幅して伝送する為の光伝送装置及びこの光伝送装置を用いた波長多重光通信システムに関する。
【０００２】
近年において、光通信ネットワークは、通信分野に急速に浸透しているが、今後は、マルチメディア化への対応が不可欠であり、その対応策として、波長多重による大容量化が有望である。その為に、波長多重光信号を増幅する光増幅手段が必要である。
【０００３】
このような光増幅手段としては、波長多重光信号を一括増幅する時に、波長依存性がなく、又入力パワーの変化による利得の波長依存性を生じないことが要求される。
【０００４】
【従来の技術】
稀土類元素をドープした光ファイバによって、光信号を直接増幅する光増幅器は既に各種提案されている。又このような稀土類ドープファイバ光増幅器を用いて、波長多重光信号を一括して増幅する波長多重用光増幅器の開発も進められている。
【０００５】
しかしながら、稀土類ドープファイバ光増幅器の利得が波長依存性を有しない領域は一般に極めて狭く、波長多重光通信システム用の光増幅器として実用に耐えるものは、従来、知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅の際に生じる利得の波長依存性、或いは、当初、各波長の信号光の利得が同じであっても、入力パワーが変化した場合に生じる利得の波長依存性が、特定の波長の信号光に対する信号対雑音比の劣化を招き、波長多重用光増幅器の実現の妨げになっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決しようとするものであって、波長多重光信号の一括増幅の際に利得の波長依存性がなく、且つ利得の波長依存性が入力パワーの大きさによって変化しないようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送装置は、図１を参照して説明すると、入力された光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を、制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、この光可変減衰手段により減衰された第一増幅光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、光可変減衰手段による減衰量は、第一増幅光信号又は第二増幅光信号に基づいて制御される構成を有する。
【０００９】
又入力された光信号を、制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に設けられ、第一増幅光信号又は第二増幅光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅光信号を減衰させる光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備えた構成を有する。
【００１０】
又本発明の波長多重光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、この波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を、制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、減衰された第一増幅波長多重光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを有し、光可変減衰手段による減衰量は、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて制御される構成を備えている。
【００１１】
又波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との間に設けられ、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とから構成されている。
【００１２】
【作用】
稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅時に生じる利得の波長依存性、或いは、当初は各波長の光信号の利得が同じであっても、入力パワーが変化したとき生じる利得の波長依存性に対して、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを縦続接続し、第一光増幅手段と第二光増幅手段とに於いて、例えば、それぞれ入力パワーと出力パワーをモニタし、それぞれの励起光源に帰還をかけて、各増幅手段の利得を一定にするＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行い、各光増幅手段に於ける利得の波長依存性を、入力パワーが変化しても一定とすることができる。
【００１３】
又第一光増幅手段（前段の光増幅部１）の線形な利得の波長依存性を、第二光増幅手段（後段の光増幅部２）のＡＧＣ設定レベルを調整して制御することにより、広い入力パワーレンジにわたって補償することができる。即ち、所定の光信号の波長帯域にわたって利得を等しくすることができる。
【００１４】
又第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に、光可変減衰手段（可変光減衰器１１）を設けたことにより、広い入力パワーレンジにわたって、利得の波長依存性を均一に保ちながら、出力一定制御機能を兼ね備えることができる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の光伝送装置としての実施例（１）を示し、１は第一光増幅手段に相当する前段の光増幅部、２は第二光増幅手段に相当する後段の光増幅部、３１ 〜３４ は光分岐カプラ、４１ 〜４４ はホトダイオード（ＰＤ）、５１，５２ は信号光と励起光とを合分波する光カプラ、６１，６２ はＡＧＣ回路、７は前段の稀土類ドープファイバ、８は後段の稀土類ドープファイバ、９１，９２ は励起光源（ＰＳ）、１１は光可変減衰手段に相当する可変光減衰器（ＡＴＴ）、１２はＡＬＣ用光分岐カプラ、１３はホトダイオード（ＰＤ）、１４はＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）回路である。なお、波長多重光通信システムを構築する為の光伝送装置に波長多重光信号を入力する手段と、光伝送装置からの波長多重光信号を伝送し、その波長多重光信号を受信する装置とについては、図示を省略しているが、各種の装置構成を適用することができる。
【００１６】
波長多重光信号を入力して増幅する前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００１７】
前段の光増幅部１による増幅光信号（第一増幅光信号）を、可変光減衰器１１を介して入力する後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。又光分岐カプラ１２を介して増幅光信号（第二増幅光信号）を受信側に送出する。
【００１８】
ＡＧＣ回路６１ ，６２ によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との利得波長特性を光入力に対して無関係にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との利得波長特性は、組み合わされた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００１９】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御する。それにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。この場合の可変光減衰器１１は、ファラデー回転子や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）結晶の電気光学効果を利用したもの等を用いることができる。
【００２０】
次に、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との２段構成により、各波長の光信号の利得差を相殺する手段を説明する。各光増幅部１，２は、ＡＧＣ制御を行ってその利得を一定に保つことにより、利得の波長依存性が広い入力レンジにわたって一定に保たれる。
【００２１】
そして、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とのそれぞれの出力スペクトルにおいて利得波長特性が均一、即ち、平坦特性であるようなＡＧＣ制御設定レベルをＧ０，１ ， Ｇ０，２ としたとき、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とのＡＧＣ制御の設定レベルＧ１ ， Ｇ２ を、Ｇ１ ≧Ｇ０，１ ， Ｇ２ ≦Ｇ０，２ として設定することによって、各信号波長における利得の波長依存性を、後段の光増幅部２で相殺するだけでなく、前段の光増幅部１が高い利得であるので、広い入力範囲で、低雑音特性を実現することができる。
【００２２】
なお、図１の構成において、前方励起構成としているが、後方励起構成でも、原理的には同じである。又、光入力モニタおよび光出力モニタにおいては、光入力パワー又は光出力パワーの一部分（一部の波長部分）を、波長特性を有する光フィルタ等を通して検出する場合を含むものとする。
【００２３】
図２は、本発明の実施例（２）としての動作原理の説明図であり、図１に示す構成を適用する。図２の（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｃ）は前段の光増幅部１と後段の光増幅部２を縦続接続した２段構成の利得波長特性であって、λ（ｎｍ）は光の波長、Ｇ（ｄＢ）は利得である。
【００２４】
稀土類ドープファイバとして、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバを用いることによって、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域において、図２に示すような利得の波長特性がほぼ線形である利得帯域特性を持たせることができる。
【００２５】
前述のアルミナ高濃度添加のＥｒドープファイバにおけるＥｒイオンの吸収・放出の特性に依存して、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域においては、励起率が高いときは、短波長側の利得が高く長波長側の利得が低いが、励起率が低いときは、長波長側の利得が高く短波長側の利得が低くなる。この実施例では、前段の光増幅部１で、例えば、ファイバ長を長くして励起率を高くすることによって、図２（ａ）に示すように長波長側の利得が低い特性とする。一方、後段の光増幅部２では、例えば、ファイバ長を短くして励起率を低くすることによって、（ｂ）に示すように長波長側の利得が高くなるようにする。
【００２６】
この両者の特性によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｃ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになるとともに、前段の光増幅部１を高励起率にすることによって低雑音指数化し、後段の光増幅部２を低励起率にすることによって、励起効率を向上するとともに、高出力化・低消費電力化することができる。
【００２７】
実際に光増幅器を構成して得られた実験例として、４波（１５４８ｎｍ，１５５１ｎｍ，１５５４ｎｍ，１５５７ｎｍ）増幅の場合、光入力レベル−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍにおいて、前段の光増幅部１は、最大励起光パワー１６０ｍＷ（９８０ｎｍ）において、利得を２０ｄＢ，利得チルトを１．５ｄＢとし、後段の光増幅部２は、最大励起光パワー１００ｍＷ（１４８０ｎｍ）において、各チャネルにおける出力を＋７ｄＢｍとした場合、雑音指数として、最大５．６ｄＢ、最大利得チルト０．２ｄＢが得られた。
【００２８】
図３は、本発明の実施例（３） についてを示し、図１と同一符号は同一構成を示す。なお、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の入力側に挿入されている。又図４は、本発明の実施例（３） における動作原理を示したものである。図４において、（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は前段の光増幅部１と波長特性補償用光フィルタ１５とを合わせた利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性の概要を示す。
【００２９】
図３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３０】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３１】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係、あるいは入力依存性の小さい状態にする。又、波長特性補償用光フィルタ１５によって、前段の光増幅部１における利得波長特性をさらに極端にし、後段の光増幅部２の利得波長特性によって、最終的に均一な利得波長特性を持つように設定する。
【００３２】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルを一定に保つ。
【００３３】
従って、前段の光増幅部１では、図４（ａ）のように、長波長側が利得の低い特性を持たせるように、前段の光増幅部１の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与し、波長特性補償用光フィルタ１５を通して（ｂ）のようにさらに傾きを大きくし、後段の光増幅部２では（ｃ）のように長波長側が極端に高い特性を持たせるように低励起率にして、後段の光増幅部２の励起効率を向上させ、さらなる高出力化，低消費電力化を図ることができる。
【００３４】
これらの特性によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００３５】
図５は、本発明の実施例（４） を示し、図１と同一構成を同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている。又図６は、本発明の実施例（４） における動作原理を示し、図６の（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部２と波長特性補償用光フィルタ１５とを合わせた利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性である。
【００３６】
図５の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３７】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３８】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。従って、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性によって、ある程度均一に補正されるが、さらに後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタ１５によって、最終的に均一な利得特性を持たせるようにする。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００３９】
従って、図６に示すように、前段の光増幅部１では、（ａ）のように長波長側が利得が低い特性を持たせるように、前段の光増幅部１の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与するとともに、後段の光増幅部２では、（ｂ）のように長波長側が極端に利得が高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部２の励起効率を向上させて、さらなる高出力化・低消費電力化を図る。
【００４０】
この時点では、（ｃ）のように依然、長波長側の利得が高いが、最後に、波長特性補償用光フィルタ１５を通すことによって、利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００４１】
なお、図５に示された波長特性補償用光フィルタ１５の実現手段としては、融着型カプラの波長周期を調節することによって、これを利得傾斜フィルタとして用いることができる。この例では、約３ｄＢダウンのポイントで、線形な利得傾斜が得られる。
【００４２】
本発明の実施例（５） として、図３に示す実施例（３） における波長特性補償用光フィルタ１５を、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の入力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも前段の光増幅部１が後方励起であるか、又は後段の光増幅部２が前方励起であることが必要である。
【００４３】
図７は、前述の本発明の実施例（５） における合波器の特性を示したものであって、（ａ）は合波器と励起光源の構成を示し、（ｂ）は合波器の透過特性を示している。図中、２１は合波器を示し、２２は励起光源である。合波器の透過特性において、λｐ は励起光の波長、λｓ は信号光の波長であって、λｓ１〜λｓｎは信号光の帯域を示している。実線は、通常、通信に使用される特性を示し、点線は特性を変更した場合を示している。
【００４４】
図７（ａ）に示す合波器２１を、前段の光増幅部の後方励起用合波器又は後段の光増幅部の前方励起用合波器とし、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）の点線Ａで示す場合のように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（３） の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図４（ｃ）におけるように、後段の光増幅部の励起効率を向上させることができる。
【００４５】
本発明の実施例（６） として、前述の図５に示す実施例（４） における波長特性補償用光フィルタを、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも後段の光増幅部２が後方励起であることが必要である。
【００４６】
図７（ａ）に示す合波器２１を、後段の光増幅部２の後方励起用合波器として、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）に示すように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（４） の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図６（ｂ）に示すように、後段の光増幅部２の励起効率を向上させることができる。
【００４７】
なお、前述の各実施例において、それぞれの手段を組み合わせて構成することも可能である。
【００４８】
図８は、本発明の実施例（７） を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１０はＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）回路である。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００４９】
後段の光増幅部２においては、ＡＰＣ回路１０によって、励起光源９２ に帰還をかけて、励起光源９２ の励起光出力が一定になるように制御を行っている。後段の光増幅部２においては、光入出力条件が、可変光減衰器１１によってほぼ一定に保たれるので、励起光出力を一定にするＡＰＣ制御を行うことにより、利得波長特性を入力パワーに無依存にするための制御の簡略化を図っている。
【００５０】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得波長特性となるように設定されている。さらに前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００５１】
図９において、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、図１に示す構成とは、可変光減衰器１１が、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている点が異なっている。
【００５２】
前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００５３】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００５４】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力パワーに対して無依存にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。又後段の光増幅部２の後方に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、光分岐カプラ１２と、ホトダイオード１３とからなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００５５】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間での利得損失の増加がないので、雑音指数の劣化はあまり生じないが、可変光減衰器１１の前にある後段の光増幅部２の出力レベルが高いことが要求されること等から、実施例（１） の場合と比較して、格段に高い励起光エネルギーを必要とすることになる。
【００５６】
次の図１０〜図１２に示す実施例は、光利得一定の制御を行う手段に関するものである。これらの実施例に示されたＡＧＣ制御の手法は、実施例（１） の場合を含めて任意に混用して実施することが可能である。即ち、同一実施例に示されるＡＧＣ制御手段を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とに適用してもよく、又、異なる実施例に示されるＡＧＣ制御手段を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２にそれぞれ適用してもよく、この場合の組み合わせは任意である。
【００５７】
図１０は、本発明の実施例（９） を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、２０１，２０２ は側方向ホトダイオード（ＰＤ）である。前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ：ＡＳＥ）を側方向ホトダイオード２０１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００５８】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光を側方向ホトダイオード２０２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００５９】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６０】
図１１は、本発明の実施例（１０）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１６１，１６２ は１５３０／１５５０ＷＤＭカプラであって、１５３０ｎｍ帯の光（自然放出光）と、１５５０ｎｍ帯の光（信号光）とを分離する。１７１，１７２ は自然放出光（ＡＳＥ）を検出するＡＳＥ検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００６１】
図１１の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６１ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６２】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を入力方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６２ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還し、励起光源９２ の励起パワーを制御して、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６３】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６４】
図１２は、本発明の実施例（１１）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、５３，５４ は信号光・励起光分波カプラ、１８１，１８２ は残留励起光検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。前段の光増幅部１では、励起光源９１ から前段の稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ７の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５３ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８１ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６５】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ８の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５４ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８２ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６６】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６７】
図１３は、本発明の実施例（１２）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、光分岐カプラ１２が、前段の光増幅部１の後方に配置された可変光減衰器１１と、後段の光増幅部２との間に挿入されている点が異なっている。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００６８】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００６９】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００７０】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間光入力モニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。従って、等価的に、光増幅器全体として光出力一定にする制御が実現されている。
【００７１】
なお、実施例（１２）において、可変光減衰器１１の減衰量を、光分岐カプラ１２の分岐光に基づいて制御する代わりに、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて制御を行うことによって、後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つようにしてもよい。
【００７２】
図１４は、本発明の実施例（１３）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１４１，１４２ はＡＬＣ回路である。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００７３】
後段の光増幅部２においては、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルをＡＬＣ回路１４２ に帰還することによって、後段の光増幅部の出力レベルが一定に制御される。
【００７４】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４１ により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。
【００７５】
従って、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定であるため、後段の光増幅部２の動作は、実質上、ＡＧＣ制御されたものと等価であり、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されるので、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の全体として、利得波長特性が光入力パワーに無依存となる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを含む構成を有し、第一光増幅手段による第一増幅光信号を、この第一増幅光信号又は第二光増幅手段による第二増幅光信号に基づいた減衰量で光可変減衰手段により減衰して第二光増幅手段に入力して増幅するもので、利得の波長依存性がなく、且つこの波長依存性が入力パワーによる影響を受けないので、波長多重光信号を一括増幅することができる。従って、大容量の波長多重光通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（１） を示す図である。
【図２】本発明の実施例（２） における動作原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例（３） を示す図である。
【図４】本発明の実施例（３） における動作原理を示す図である。
【図５】本発明の実施例（４） を示す図である。
【図６】本発明の実施例（４） における動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例（５） における合波器の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例（７） を示す図である。
【図９】本発明の実施例（８） を示す図である。
【図１０】本発明の実施例（９） を示す図である。
【図１１】本発明の実施例（１０）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例（１１）を示す図である。
【図１３】本発明の実施例（１２）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例（１３）を示す図である。
【符号の説明】
１ 光増幅部
２ 光増幅部
３１ 光分岐カプラ
３２ 光分岐カプラ
３３ 光分岐カプラ
３４ 光分岐カプラ
４１ ホトダイオード（ＰＤ）
４２ ホトダイオード（ＰＤ）
４３ ホトダイオード（ＰＤ）
４４ ホトダイオード（ＰＤ）
５１ 信号光・励起光分波カプラ
５２ 信号光・励起光分波カプラ
５３ 信号光・励起光分波カプラ
５４ 信号光・励起光分波カプラ
６１ ＡＧＣ回路
６２ ＡＧＣ回路
７ 稀土類ドープファイバ
８ 稀土類ドープファイバ
９１ 励起光源
９２ 励起光源
１０ ＡＰＣ回路
１１ 可変光減衰器（ＡＴＴ）
１２ ＡＬＣ用光分岐カプラ
１３ ホトダイオード
１４ ＡＬＣ回路
１４１ ＡＬＣ回路
１４２ ＡＬＣ回路
１５ 光フィルタ
１６１ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１６２ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１７１ ホトダイオード（ＰＤ）
１７２ ホトダイオード（ＰＤ）
１８１ ホトダイオード（ＰＤ）
１８２ ホトダイオード（ＰＤ）
２０１ ホトダイオード（ＰＤ）
２０２ ホトダイオード（ＰＤ）
【産業上の利用分野】
本発明は、波長多重光信号を増幅して伝送する為の光伝送装置及びこの光伝送装置を用いた波長多重光通信システムに関する。
【０００２】
近年において、光通信ネットワークは、通信分野に急速に浸透しているが、今後は、マルチメディア化への対応が不可欠であり、その対応策として、波長多重による大容量化が有望である。その為に、波長多重光信号を増幅する光増幅手段が必要である。
【０００３】
このような光増幅手段としては、波長多重光信号を一括増幅する時に、波長依存性がなく、又入力パワーの変化による利得の波長依存性を生じないことが要求される。
【０００４】
【従来の技術】
稀土類元素をドープした光ファイバによって、光信号を直接増幅する光増幅器は既に各種提案されている。又このような稀土類ドープファイバ光増幅器を用いて、波長多重光信号を一括して増幅する波長多重用光増幅器の開発も進められている。
【０００５】
しかしながら、稀土類ドープファイバ光増幅器の利得が波長依存性を有しない領域は一般に極めて狭く、波長多重光通信システム用の光増幅器として実用に耐えるものは、従来、知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅の際に生じる利得の波長依存性、或いは、当初、各波長の信号光の利得が同じであっても、入力パワーが変化した場合に生じる利得の波長依存性が、特定の波長の信号光に対する信号対雑音比の劣化を招き、波長多重用光増幅器の実現の妨げになっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決しようとするものであって、波長多重光信号の一括増幅の際に利得の波長依存性がなく、且つ利得の波長依存性が入力パワーの大きさによって変化しないようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送装置は、図１を参照して説明すると、入力された光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を、制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、この光可変減衰手段により減衰された第一増幅光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、光可変減衰手段による減衰量は、第一増幅光信号又は第二増幅光信号に基づいて制御される構成を有する。
【０００９】
又入力された光信号を、制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に設けられ、第一増幅光信号又は第二増幅光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅光信号を減衰させる光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備えた構成を有する。
【００１０】
又本発明の波長多重光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、この波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を、制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、減衰された第一増幅波長多重光信号を、制御された利得で増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを有し、光可変減衰手段による減衰量は、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて制御される構成を備えている。
【００１１】
又波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との間に設けられ、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とから構成されている。
【００１２】
【作用】
稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅時に生じる利得の波長依存性、或いは、当初は各波長の光信号の利得が同じであっても、入力パワーが変化したとき生じる利得の波長依存性に対して、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを縦続接続し、第一光増幅手段と第二光増幅手段とに於いて、例えば、それぞれ入力パワーと出力パワーをモニタし、それぞれの励起光源に帰還をかけて、各増幅手段の利得を一定にするＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行い、各光増幅手段に於ける利得の波長依存性を、入力パワーが変化しても一定とすることができる。
【００１３】
又第一光増幅手段（前段の光増幅部１）の線形な利得の波長依存性を、第二光増幅手段（後段の光増幅部２）のＡＧＣ設定レベルを調整して制御することにより、広い入力パワーレンジにわたって補償することができる。即ち、所定の光信号の波長帯域にわたって利得を等しくすることができる。
【００１４】
又第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に、光可変減衰手段（可変光減衰器１１）を設けたことにより、広い入力パワーレンジにわたって、利得の波長依存性を均一に保ちながら、出力一定制御機能を兼ね備えることができる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の光伝送装置としての実施例（１）を示し、１は第一光増幅手段に相当する前段の光増幅部、２は第二光増幅手段に相当する後段の光増幅部、３１ 〜３４ は光分岐カプラ、４１ 〜４４ はホトダイオード（ＰＤ）、５１，５２ は信号光と励起光とを合分波する光カプラ、６１，６２ はＡＧＣ回路、７は前段の稀土類ドープファイバ、８は後段の稀土類ドープファイバ、９１，９２ は励起光源（ＰＳ）、１１は光可変減衰手段に相当する可変光減衰器（ＡＴＴ）、１２はＡＬＣ用光分岐カプラ、１３はホトダイオード（ＰＤ）、１４はＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）回路である。なお、波長多重光通信システムを構築する為の光伝送装置に波長多重光信号を入力する手段と、光伝送装置からの波長多重光信号を伝送し、その波長多重光信号を受信する装置とについては、図示を省略しているが、各種の装置構成を適用することができる。
【００１６】
波長多重光信号を入力して増幅する前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００１７】
前段の光増幅部１による増幅光信号（第一増幅光信号）を、可変光減衰器１１を介して入力する後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。又光分岐カプラ１２を介して増幅光信号（第二増幅光信号）を受信側に送出する。
【００１８】
ＡＧＣ回路６１ ，６２ によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との利得波長特性を光入力に対して無関係にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との利得波長特性は、組み合わされた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００１９】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御する。それにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。この場合の可変光減衰器１１は、ファラデー回転子や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３ ）結晶の電気光学効果を利用したもの等を用いることができる。
【００２０】
次に、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との２段構成により、各波長の光信号の利得差を相殺する手段を説明する。各光増幅部１，２は、ＡＧＣ制御を行ってその利得を一定に保つことにより、利得の波長依存性が広い入力レンジにわたって一定に保たれる。
【００２１】
そして、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とのそれぞれの出力スペクトルにおいて利得波長特性が均一、即ち、平坦特性であるようなＡＧＣ制御設定レベルをＧ０，１ ， Ｇ０，２ としたとき、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とのＡＧＣ制御の設定レベルＧ１ ， Ｇ２ を、Ｇ１ ≧Ｇ０，１ ， Ｇ２ ≦Ｇ０，２ として設定することによって、各信号波長における利得の波長依存性を、後段の光増幅部２で相殺するだけでなく、前段の光増幅部１が高い利得であるので、広い入力範囲で、低雑音特性を実現することができる。
【００２２】
なお、図１の構成において、前方励起構成としているが、後方励起構成でも、原理的には同じである。又、光入力モニタおよび光出力モニタにおいては、光入力パワー又は光出力パワーの一部分（一部の波長部分）を、波長特性を有する光フィルタ等を通して検出する場合を含むものとする。
【００２３】
図２は、本発明の実施例（２）としての動作原理の説明図であり、図１に示す構成を適用する。図２の（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｃ）は前段の光増幅部１と後段の光増幅部２を縦続接続した２段構成の利得波長特性であって、λ（ｎｍ）は光の波長、Ｇ（ｄＢ）は利得である。
【００２４】
稀土類ドープファイバとして、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバを用いることによって、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域において、図２に示すような利得の波長特性がほぼ線形である利得帯域特性を持たせることができる。
【００２５】
前述のアルミナ高濃度添加のＥｒドープファイバにおけるＥｒイオンの吸収・放出の特性に依存して、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域においては、励起率が高いときは、短波長側の利得が高く長波長側の利得が低いが、励起率が低いときは、長波長側の利得が高く短波長側の利得が低くなる。この実施例では、前段の光増幅部１で、例えば、ファイバ長を長くして励起率を高くすることによって、図２（ａ）に示すように長波長側の利得が低い特性とする。一方、後段の光増幅部２では、例えば、ファイバ長を短くして励起率を低くすることによって、（ｂ）に示すように長波長側の利得が高くなるようにする。
【００２６】
この両者の特性によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｃ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになるとともに、前段の光増幅部１を高励起率にすることによって低雑音指数化し、後段の光増幅部２を低励起率にすることによって、励起効率を向上するとともに、高出力化・低消費電力化することができる。
【００２７】
実際に光増幅器を構成して得られた実験例として、４波（１５４８ｎｍ，１５５１ｎｍ，１５５４ｎｍ，１５５７ｎｍ）増幅の場合、光入力レベル−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍにおいて、前段の光増幅部１は、最大励起光パワー１６０ｍＷ（９８０ｎｍ）において、利得を２０ｄＢ，利得チルトを１．５ｄＢとし、後段の光増幅部２は、最大励起光パワー１００ｍＷ（１４８０ｎｍ）において、各チャネルにおける出力を＋７ｄＢｍとした場合、雑音指数として、最大５．６ｄＢ、最大利得チルト０．２ｄＢが得られた。
【００２８】
図３は、本発明の実施例（３） についてを示し、図１と同一符号は同一構成を示す。なお、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の入力側に挿入されている。又図４は、本発明の実施例（３） における動作原理を示したものである。図４において、（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は前段の光増幅部１と波長特性補償用光フィルタ１５とを合わせた利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性の概要を示す。
【００２９】
図３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３０】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３１】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係、あるいは入力依存性の小さい状態にする。又、波長特性補償用光フィルタ１５によって、前段の光増幅部１における利得波長特性をさらに極端にし、後段の光増幅部２の利得波長特性によって、最終的に均一な利得波長特性を持つように設定する。
【００３２】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルを一定に保つ。
【００３３】
従って、前段の光増幅部１では、図４（ａ）のように、長波長側が利得の低い特性を持たせるように、前段の光増幅部１の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与し、波長特性補償用光フィルタ１５を通して（ｂ）のようにさらに傾きを大きくし、後段の光増幅部２では（ｃ）のように長波長側が極端に高い特性を持たせるように低励起率にして、後段の光増幅部２の励起効率を向上させ、さらなる高出力化，低消費電力化を図ることができる。
【００３４】
これらの特性によって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００３５】
図５は、本発明の実施例（４） を示し、図１と同一構成を同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている。又図６は、本発明の実施例（４） における動作原理を示し、図６の（ａ）は前段の光増幅部１の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部２の利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部２と波長特性補償用光フィルタ１５とを合わせた利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性である。
【００３６】
図５の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００３７】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００３８】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。従って、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性によって、ある程度均一に補正されるが、さらに後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタ１５によって、最終的に均一な利得特性を持たせるようにする。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００３９】
従って、図６に示すように、前段の光増幅部１では、（ａ）のように長波長側が利得が低い特性を持たせるように、前段の光増幅部１の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与するとともに、後段の光増幅部２では、（ｂ）のように長波長側が極端に利得が高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部２の励起効率を向上させて、さらなる高出力化・低消費電力化を図る。
【００４０】
この時点では、（ｃ）のように依然、長波長側の利得が高いが、最後に、波長特性補償用光フィルタ１５を通すことによって、利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００４１】
なお、図５に示された波長特性補償用光フィルタ１５の実現手段としては、融着型カプラの波長周期を調節することによって、これを利得傾斜フィルタとして用いることができる。この例では、約３ｄＢダウンのポイントで、線形な利得傾斜が得られる。
【００４２】
本発明の実施例（５） として、図３に示す実施例（３） における波長特性補償用光フィルタ１５を、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の入力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも前段の光増幅部１が後方励起であるか、又は後段の光増幅部２が前方励起であることが必要である。
【００４３】
図７は、前述の本発明の実施例（５） における合波器の特性を示したものであって、（ａ）は合波器と励起光源の構成を示し、（ｂ）は合波器の透過特性を示している。図中、２１は合波器を示し、２２は励起光源である。合波器の透過特性において、λｐ は励起光の波長、λｓ は信号光の波長であって、λｓ１〜λｓｎは信号光の帯域を示している。実線は、通常、通信に使用される特性を示し、点線は特性を変更した場合を示している。
【００４４】
図７（ａ）に示す合波器２１を、前段の光増幅部の後方励起用合波器又は後段の光増幅部の前方励起用合波器とし、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）の点線Ａで示す場合のように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（３） の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図４（ｃ）におけるように、後段の光増幅部の励起効率を向上させることができる。
【００４５】
本発明の実施例（６） として、前述の図５に示す実施例（４） における波長特性補償用光フィルタを、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも後段の光増幅部２が後方励起であることが必要である。
【００４６】
図７（ａ）に示す合波器２１を、後段の光増幅部２の後方励起用合波器として、波長λＳ１〜λＳｎの信号光帯域において、図７（ｂ）に示すように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（４） の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図６（ｂ）に示すように、後段の光増幅部２の励起効率を向上させることができる。
【００４７】
なお、前述の各実施例において、それぞれの手段を組み合わせて構成することも可能である。
【００４８】
図８は、本発明の実施例（７） を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１０はＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）回路である。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００４９】
後段の光増幅部２においては、ＡＰＣ回路１０によって、励起光源９２ に帰還をかけて、励起光源９２ の励起光出力が一定になるように制御を行っている。後段の光増幅部２においては、光入出力条件が、可変光減衰器１１によってほぼ一定に保たれるので、励起光出力を一定にするＡＰＣ制御を行うことにより、利得波長特性を入力パワーに無依存にするための制御の簡略化を図っている。
【００５０】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得波長特性となるように設定されている。さらに前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００５１】
図９において、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、図１に示す構成とは、可変光減衰器１１が、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている点が異なっている。
【００５２】
前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００５３】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００５４】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力パワーに対して無依存にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。又後段の光増幅部２の後方に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、光分岐カプラ１２と、ホトダイオード１３とからなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００５５】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間での利得損失の増加がないので、雑音指数の劣化はあまり生じないが、可変光減衰器１１の前にある後段の光増幅部２の出力レベルが高いことが要求されること等から、実施例（１） の場合と比較して、格段に高い励起光エネルギーを必要とすることになる。
【００５６】
次の図１０〜図１２に示す実施例は、光利得一定の制御を行う手段に関するものである。これらの実施例に示されたＡＧＣ制御の手法は、実施例（１） の場合を含めて任意に混用して実施することが可能である。即ち、同一実施例に示されるＡＧＣ制御手段を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とに適用してもよく、又、異なる実施例に示されるＡＧＣ制御手段を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２にそれぞれ適用してもよく、この場合の組み合わせは任意である。
【００５７】
図１０は、本発明の実施例（９） を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、２０１，２０２ は側方向ホトダイオード（ＰＤ）である。前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ：ＡＳＥ）を側方向ホトダイオード２０１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００５８】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光を側方向ホトダイオード２０２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００５９】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６０】
図１１は、本発明の実施例（１０）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１６１，１６２ は１５３０／１５５０ＷＤＭカプラであって、１５３０ｎｍ帯の光（自然放出光）と、１５５０ｎｍ帯の光（信号光）とを分離する。１７１，１７２ は自然放出光（ＡＳＥ）を検出するＡＳＥ検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００６１】
図１１の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６１ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７１ で検出し、ＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６２】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を入力方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６２ で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７２ で検出し、ＡＧＣ回路６２ に帰還し、励起光源９２ の励起パワーを制御して、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６３】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６４】
図１２は、本発明の実施例（１１）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、５３，５４ は信号光・励起光分波カプラ、１８１，１８２ は残留励起光検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。前段の光増幅部１では、励起光源９１ から前段の稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ７の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５３ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８１ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６１ に帰還して、励起光源９１ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６５】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ８の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５４ で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８２ でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６２ に帰還して、励起光源９２ の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００６６】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６７】
図１３は、本発明の実施例（１２）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、光分岐カプラ１２が、前段の光増幅部１の後方に配置された可変光減衰器１１と、後段の光増幅部２との間に挿入されている点が異なっている。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００６８】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３３ とホトダイオード４３ とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６２ の制御によって一定に保つように、励起光源９２ に帰還をかける。
【００６９】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００７０】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間光入力モニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。従って、等価的に、光増幅器全体として光出力一定にする制御が実現されている。
【００７１】
なお、実施例（１２）において、可変光減衰器１１の減衰量を、光分岐カプラ１２の分岐光に基づいて制御する代わりに、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３３ の分岐光に基づいて制御を行うことによって、後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つようにしてもよい。
【００７２】
図１４は、本発明の実施例（１３）を示し、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１４１，１４２ はＡＬＣ回路である。前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３１ とホトダイオード４１ とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３２ とホトダイオード４２ とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６１ の制御によって一定に保つように、励起光源９１ に帰還をかける。
【００７３】
後段の光増幅部２においては、光分岐カプラ３４ とホトダイオード４４ とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルをＡＬＣ回路１４２ に帰還することによって、後段の光増幅部の出力レベルが一定に制御される。
【００７４】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４１ により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。
【００７５】
従って、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定であるため、後段の光増幅部２の動作は、実質上、ＡＧＣ制御されたものと等価であり、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されるので、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の全体として、利得波長特性が光入力パワーに無依存となる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを含む構成を有し、第一光増幅手段による第一増幅光信号を、この第一増幅光信号又は第二光増幅手段による第二増幅光信号に基づいた減衰量で光可変減衰手段により減衰して第二光増幅手段に入力して増幅するもので、利得の波長依存性がなく、且つこの波長依存性が入力パワーによる影響を受けないので、波長多重光信号を一括増幅することができる。従って、大容量の波長多重光通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（１） を示す図である。
【図２】本発明の実施例（２） における動作原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例（３） を示す図である。
【図４】本発明の実施例（３） における動作原理を示す図である。
【図５】本発明の実施例（４） を示す図である。
【図６】本発明の実施例（４） における動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例（５） における合波器の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例（７） を示す図である。
【図９】本発明の実施例（８） を示す図である。
【図１０】本発明の実施例（９） を示す図である。
【図１１】本発明の実施例（１０）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例（１１）を示す図である。
【図１３】本発明の実施例（１２）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例（１３）を示す図である。
【符号の説明】
１ 光増幅部
２ 光増幅部
３１ 光分岐カプラ
３２ 光分岐カプラ
３３ 光分岐カプラ
３４ 光分岐カプラ
４１ ホトダイオード（ＰＤ）
４２ ホトダイオード（ＰＤ）
４３ ホトダイオード（ＰＤ）
４４ ホトダイオード（ＰＤ）
５１ 信号光・励起光分波カプラ
５２ 信号光・励起光分波カプラ
５３ 信号光・励起光分波カプラ
５４ 信号光・励起光分波カプラ
６１ ＡＧＣ回路
６２ ＡＧＣ回路
７ 稀土類ドープファイバ
８ 稀土類ドープファイバ
９１ 励起光源
９２ 励起光源
１０ ＡＰＣ回路
１１ 可変光減衰器（ＡＴＴ）
１２ ＡＬＣ用光分岐カプラ
１３ ホトダイオード
１４ ＡＬＣ回路
１４１ ＡＬＣ回路
１４２ ＡＬＣ回路
１５ 光フィルタ
１６１ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１６２ １５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１７１ ホトダイオード（ＰＤ）
１７２ ホトダイオード（ＰＤ）
１８１ ホトダイオード（ＰＤ）
１８２ ホトダイオード（ＰＤ）
２０１ ホトダイオード（ＰＤ）
２０２ ホトダイオード（ＰＤ）
Claims (4)
- 入力された光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段と、
該光可変減衰手段により減衰された第一増幅光信号を制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段とを備え、
前記減衰量は、前記第一増幅光信号又は第二増幅光信号に基づいて制御される構成を有する
ことを特徴とする光伝送装置。 - 入力された光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力される第一増幅光信号を制御された利得で増幅して第二増幅光信号を出力する第二光増幅手段と、
前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との間に設けられ、前記第一増幅光信号又は前記第二増幅光信号に基づいて前記第二光増幅手段に入力される該第一増幅光信号を減衰させる光可変減衰手段と
を備えたことを特徴とする光伝送装置。 - 波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、
該波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、
該光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、
前記光伝送装置は、
前記波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段と、
減衰された第一増幅波長多重光信号を制御された利得で増幅して前記第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段とを有し、前記減衰量は、前記第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて制御される構成を備えた
ことを特徴とする波長多重光通信システム。 - 波長の異なる複数の光信号を多重化した波長多重光信号を送信する装置と、
前記波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、
該光伝送装置から送信される第二増幅波長多重光信号を受信する装置とを備え、
前記光伝送装置は、
前記波長多重光信号を制御された利得で増幅する第一光増幅手段と、
該第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段と、
前記第一光増幅手段と前記第二光増幅手段との間に設けられ、前記第一増幅波長多重光信号又は前記第二増幅波長多重光信号に基づいて前記第二光増幅手段に入力される前記第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段とから構成された
ことを特徴とする波長多重光通信システム。
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