JP2004109928A - 利得等化器および光増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な等化特性を有し製造容易な利得等化器を提供する。
【解決手段】利得等化器１０は、入力端１０ａに入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力端１０ｂから出力するものであり、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に直列的に接続された概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１は、所定の波長範囲で光のスペクトルを概略的に平坦化する。この概略等化部１１は微調等化部１２と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタ１１１〜１１３で構成されている。微調等化部１２は、所定の波長範囲のうち概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを更に平坦化する。
【選択図】 図１
【解決手段】利得等化器１０は、入力端１０ａに入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力端１０ｂから出力するものであり、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に直列的に接続された概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１は、所定の波長範囲で光のスペクトルを概略的に平坦化する。この概略等化部１１は微調等化部１２と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタ１１１〜１１３で構成されている。微調等化部１２は、所定の波長範囲のうち概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを更に平坦化する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する利得等化器、および、所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力する光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅装置は、入力端に入力した信号光を光増幅して出力端から出力するものであり、例えば波長多重光通信システムにおいて用いられる。このような光増幅装置は、全体の利得スペクトルが所定の波長範囲において平坦であることが要求される。しかし、光増幅装置において一般に用いられる光増幅媒体（例えばＥｒ元素添加光ファイバ）の利得スペクトルは平坦ではない。
【０００３】
そこで、光増幅装置は、この光増幅媒体の利得スペクトルと略同じ形状の損失スペクトルを有する利得等化器をも備えており、光増幅媒体の利得スペクトルと利得等化器の透過スペクトルとを総合した全体の利得スペクトルが所定の波長範囲において平坦とされる。この利得等化器としては、長周期グレーティング（例えば非特許文献１を参照）やスラント型グレーティング（例えば特許文献１および非特許文献２を参照）などのフィルタを含むものが用いられる。
【０００４】
長周期グレーティングやスラント型グレーティングなどのフィルタの単体の透過スペクトルは、図８に示されるような形状を有している。図８は、フィルタ単体の透過スペクトルの１例を示す図である。図中で、フィルタＡの透過スペクトルは、透過率が−０．１ｄＢ以下である帯域の幅（これを本明細書では「最小帯域幅」と呼ぶ。）が１０ｎｍである。フィルタＢの透過スペクトルは、最小帯域幅が６ｎｍである。一般に、利得等化器は、このような透過スペクトル形状であって最小透過率、最小透過率波長または最小帯域幅が異なる複数のフィルタが直列に接続されて構成される。図９は、利得等化器の透過スペクトルの１例を示す図である。この図には、利得等化器の目標の透過スペクトル、複数のフィルタを用いた場合の実際の透過スペクトル、および、目標の透過率と実際の透過率との誤差、が示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８２２３５号公報
【非特許文献１】
Ａｓｈｉｓｈ Ｍ． Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｓ Ｂａｎｄ−Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．１４， Ｎｏ．１， ｐｐ．５８−６５ （１９９６）
【非特許文献２】
Ｉｓａｂｅｌｌｅ Ｒｉａｎｔ， ｅｔ ａｌ．， ”３６ ｎｍ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｇａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｌａｎｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”， Ｓｕｂｏｐｔｉｃ ２００１， Ｐ４．３．１０ （２００１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のフィルタを用いた場合の実際の利得等化器の利得等化特性は、用いられるフィルタの最小帯域幅や、利得等化しようとする信号光波長帯域の幅に依存する。図１０は、フィルタの最小帯域幅、利得等化器における信号光波長帯域幅および利得等化残差の設計値の１例を纏めた図表である。信号光波長帯域幅が４０ｎｍである場合、フィルタの最小帯域幅が１０ｎｍであれば利得等化残差は０．１２ｄＢであり、フィルタの最小帯域幅が６ｎｍであれば利得等化残差は０．０６ｄＢである。また、信号光波長帯域幅が３０ｎｍである場合、フィルタの最小帯域幅が１０ｎｍであれば利得等化残差は０．０５ｄＢであり、フィルタの最小帯域幅が６ｎｍであれば利得等化残差は０．０２ｄＢである。このように、フィルタの最小帯域幅が広いと、利得等化器の利得等化特性が悪い。良好な利得等化特性を有する利得等化器を実現するには、狭い最小帯域幅を有するフィルタを用いるのが好ましい。しかし、その一方で、フィルタの最小帯域幅が狭いと、最大損失が大きいフィルタを高精度に製造することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、良好な等化特性を有し製造容易な利得等化器、および、この利得等化器を含む光増幅装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る利得等化器は、入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する利得等化器であって、所定の波長範囲で光のスペクトルを平坦化する概略等化部と、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを平坦化する微調等化部とを備え、概略等化部は微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この利得等化器は、入力した光のスペクトルに対して、所定の波長範囲で概略等化部により概略的に平坦化し、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で微調等化部により更に平坦化するので、良好な等化特性を有する。そして、この利得等化器は、概略等化部が微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることにより、良好な等化特性を有するものが容易に製造され得る。
【００１０】
本発明に係る利得等化器は、所定の波長範囲において概略等化部により平坦化したときの残差の周期が、微調等化部の透過率が−０．１ｄＢ以下である帯域の幅より広いのが好適である。この場合には、利得等化器は更に良好な等化特性を有し得る。
【００１１】
本発明に係る利得等化器は、概略等化部が長周期グレーティング、スラント型グレーティング、誘電体多層膜フィルタおよびエタロンフィルタの何れかを含むのが好適である。また、微調等化部がスラント型グレーティングおよびチャープ型グレーティングの何れかを含むのが好適である。
【００１２】
本発明に係る光増幅装置は、入力端に入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端から出力する光増幅装置であって、所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力する光増幅器と、光増幅器により光増幅された信号光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する上記の本発明に係る利得等化器とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この光増幅装置は、所定の波長範囲内の信号光を光増幅器により光増幅し、その光増幅された信号光のスペクトルを利得等化器により所定の波長範囲で平坦化して出力する。この光増幅装置の全体の利得スペクトルは、光増幅器の利得スペクトルと利得等化器の透過スペクトルとを総合したものであり、所定の波長範囲で平坦度が優れたものとなる。
【００１４】
本発明に係る光増幅装置は、入力端から出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータを光増幅器と利得等化器との間に備えるのが好適であり、また、このとき、入力端から出力端に向かって順に光増幅器、光アイソレータ、微調等化部および概略等化部が配置されているのが好適である。また、本発明に係る光増幅装置は、入力端から出力端に向かって順に光増幅器、概略等化部および微調等化部が配置されており、入力端から出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータが光増幅器と利得等化器との間に設けられていないのが好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る利得等化器１０の構成図である。この図に示される利得等化器１０は、入力端１０ａに入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力端１０ｂから出力するものであり、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に直列的に接続された概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１および微調等化部１２のうち何れが前段に設けられてもよい。
【００１７】
概略等化部１１は、所定の波長範囲で光のスペクトルを概略的に平坦化する。この概略等化部１１は微調等化部１２と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタ１１１〜１１３で構成されており、これにより、利得等化器１０全体からの光の反射が抑制される。また、概略等化部１１に含まれる光フィルタ１１１〜１１３それぞれは、長周期グレーティング、スラント型グレーティング、誘電体多層膜フィルタおよびエタロンフィルタの何れかであるのが好適である。
【００１８】
微調等化部１２は、所定の波長範囲のうち概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを更に平坦化する。この微調等化部１２は、最小帯域幅が狭いスラント型グレーティングおよびチャープ型グレーティングの何れかを１または複数含むのが好適である。
【００１９】
また、所定の波長範囲において概略等化部１１により平坦化したときの残差の周期が、微調等化部１２の最小帯域幅より広いのが好適である。このようにすることにより、微調等化部１２による光スペクトルの更なる平坦化が容易となる。
【００２０】
図２は、長周期グレーティングの構成図である。この図に示される長周期グレーティング２００は、概略等化部１１に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。長周期グレーティング２００は、コア領域２１１およびクラッド領域２１２を有する光ファイバ２１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子２１３がコア領域２１１に形成されたものである。長周期グレーティング２００は、回折格子２１３の格子間隔が長く数百μｍであり、コア領域２１１を伝搬してきて回折格子２１３に到達した導波モード光のうち、クラッドモード光との間で位相整合条件を満たす波長の光に対して損失を付与する。
【００２１】
図３は、スラント型グレーティングの構成図である。この図に示されるスラント型グレーティング３００は、概略等化部１１または微調等化部１２に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。スラント型グレーティング３００は、コア領域３１１およびクラッド領域３１２を有する光ファイバ３１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子３１３がコア領域３１１に形成されたものである。スラント型グレーティング３００は、回折格子３１３の格子間隔が狭く、回折格子３１３の格子面が光ファイバ３１０の光軸に対して傾斜している。スラント型グレーティング３００は、コア領域３１１を伝搬してきて回折格子３１３に到達した導波モード光のうち、回折格子３１３におけるブラッグ条件を満たす波長より短波長側の光に対して損失を付与する。
【００２２】
図４は、チャープ型グレーティングの構成図である。この図に示されるチャープ型グレーティング４００は、微調等化部１２に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。チャープ型グレーティング４００は、コア領域４１１およびクラッド領域４１２を有する光ファイバ４１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子４１３がコア領域４１１に形成されたものである。チャープ型グレーティング４００は、回折格子４１３の格子間隔が狭く、回折格子４１３の格子間隔が長手方向に沿って次第に変化している。チャープ型グレーティング４００は、コア領域４１１を伝搬してきて回折格子４１３に到達した導波モード光のうち、回折格子４１３の長手方向の各位置におけるブラッグ条件を満たす波長の光に対して損失を付与する。
【００２３】
図５は、本実施形態に係る利得等化器１０の透過スペクトル等を示す図である。この図には、フィルタ１１１の透過率Ｔ１１１、フィルタ１１２の透過率Ｔ１１２、フィルタ１１３の透過率Ｔ１１３、微調等化部１２の透過率Ｔ１２、利得等化器１０全体の実際の透過率Ｔ１０、利得等化器１０全体の目標の透過率Ｔｔａｒｇｅｔ および 誤差ΔＴ（＝Ｔｔａｒｇｅｔ−Ｔ１０） それぞれのスペクトルが示されている。なお、概略等化部１１に含まれるフィルタ１１１〜１１３それぞれが長周期グレーティングであるとし、微調等化部１２がスラント型グレーティングであるとした。この図に示されるように、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）において、誤差ΔＴが−０．０２ｄＢ〜＋０．０１ｄＢの範囲にあり、利得等化器１０全体の実際の透過率Ｔ１０は目標透過率Ｔｔａｒｇｅｔとよく一致した。
【００２４】
本実施形態に係る利得等化器１０は、付与損失が大きくても精度よく光スペクトルを等化することができ、また、最小帯域幅が広いものでも概略等化部１１のフィルタとして使用することができる。概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを微調等化部１２により更に平坦化するので、概略等化部１１の等化精度は高くなくてもよく、それ故、利得等化器１０が製造容易で安価なものとなる。最小帯域幅が狭いフィルタ単体で大きな損失を付与するよりも、そのようなフィルタを微調等化部１２に使用する方が等化精度が向上する。また、スラント型グレーティングやチャープト型グレーティングは、他のタイプのフィルタと比較して最小帯域幅が狭いが反射率が大きいので、付与損失が小さい微調等化部１２として用いられることにより、利得等化器１０全体の反射が小さくなる。
【００２５】
図６は、第１実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。この図に示される光増幅装置１は、入力端１ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端１ｂから出力するものであり、入力端１ａから出力端１ｂに向かって順に光増幅器２０、光アイソレータ３０、微調等化部１２および概略等化部１１を備えている。微調等化部１２および概略等化部１１は、本実施形態に係る等化部１０に含まれる。
【００２６】
光増幅器２０は、入力端１ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して、その光増幅した信号光を光アイソレータ３０へ出力する。光増幅器２０は、光増幅用ファイバ２１、光カプラ２２および励起光源２３を有している。光増幅用ファイバ２１は、希土類元素（例えばＥｒ元素）がコア領域に添加された光ファイバであり、その希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、所定の波長範囲内の信号光を光増幅する。励起光源２３は、光増幅用ファイバ２１へ供給すべき励起光を出力する。光カプラ２２は、励起光源２３より出力された励起光を光増幅用ファイバ２１へ出力するとともに、光増幅用ファイバ２１により光増幅された信号光を光アイソレータ３０へ出力する。光増幅用ファイバ２１がＥｒ元素添加光ファイバである場合には、励起光の波長は０．９８μｍまたは１．４８μｍであり、光増幅される信号光の波長域はＣバンドである。
【００２７】
光アイソレータ３０は、光増幅器２０と利得等化器１０との間に設けられ、入力端１ａから出力端１ｂに向かう順方向のみに光を通過させ、逆方向には光を通過させない。利得等化器１０は、上述した本実施形態に係るものであり、光増幅器２０により光増幅された後に光アイソレータ３０を通過した信号光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して、その信号光を出力端１ｂより出力する。
【００２８】
この光増幅装置１では、入力端１ａに入力した所定の波長範囲の信号光は、光増幅器２０の光増幅用ファイバ２１において光増幅された後に、光アイソレータ３０を通過して、利得等化器１０により利得等化される。この光増幅装置１全体の利得スペクトルは、光増幅器２０の利得スペクトルと利得等化器１０の透過スペクトルとを総合したものとなる。光増幅器２０の利得スペクトルを目標として、利得等化器１０の損失スペクトルが設計され、各フィルタの透過スペクトルが設計されて、これにより、光増幅装置１の全体の利得スペクトルは所定の波長範囲で平坦化される。
【００２９】
光アイソレータ３０から利得等化器１０へ入射した光の一部は利得等化器１０により反射される場合があり、その反射光は利得等化器１０から光アイソレータ３０へ向かう。もし、光アイソレータ３０が設けられていないとすると、反射光は光増幅器２０に入射して光増幅され、その光増幅された反射光は更に上流に向かって伝搬してき、信号光の伝送品質に悪影響を与える。しかし、第１実施形態では、光アイソレータ３０が設けられていることにより、反射光が光アイソレータ３０を通過して光増幅器２０へ入射することは無いので、信号光の伝送品質が劣化することが無い。
【００３０】
また、本実施形態のように、利得等化器１０において、反射率が比較的大きい微調等化部１２を前段に配置し、反射率が比較的小さい概略等化部１１を後段に配置するのが好適である。このように、反射率が大きい微調等化部１２を光アイソレータ３０の直後に配置することにより、下流側からのレイリ散乱に因る反射光を利得等化器１０で反射して再び下流に出力されてしまうノイズ成分を小さくすることができる。反射が小さく損失が大きい概略等化部１１を２回通過させることで微調等化部１２の反射の影響を低減できるからである。
【００３１】
図７は、第２実施形態に係る光増幅装置２の構成図である。この図に示される光増幅装置２は、入力端２ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端２ｂから出力するものであり、入力端２ａから出力端２ｂに向かって順に光増幅器２０、概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１および微調等化部１２は、本実施形態に係る等化部１０に含まれる。
【００３２】
第１実施形態に係る光増幅装置１と比較すると、第２実施形態に係る光増幅装置２は、光増幅器２０と利得等化器１０との間に光アイソレータが設けられていない点、および、利得等化器１０において概略等化部１１が前段に設けられ微調等化部１２が後段に設けられている点、で相違する。この光増幅装置２は、光アイソレータを設ける必要がないので、安価なものとなる。
【００３３】
この光増幅装置２では、入力端２ａに入力した所定の波長範囲の信号光は、光増幅器２０の光増幅用ファイバ２１において光増幅された後に、利得等化器１０により利得等化される。この光増幅装置２全体の利得スペクトルは、光増幅器２０の利得スペクトルと利得等化器１０の透過スペクトルとを総合したものとなる。光増幅器２０の利得スペクトルを目標として、利得等化器１０の損失スペクトルが設計され、各フィルタの透過スペクトルが設計されて、これにより、光増幅装置２の全体の利得スペクトルは所定の波長範囲で平坦化される。
【００３４】
利得等化器１０へ入射した光の一部は、利得等化器１０に含まれる概略等化部１１および微調等化部１２それぞれにより反射される場合があり、その反射光は上流側へ向かう。しかし、第２実施形態では、光増幅器２０と利得等化器１０との間に光アイソレータが設けられていないものの、利得等化器１０において、反射率が比較的小さい概略等化部１１が前段に設けられ、反射率が比較的大きい微調等化部１２が後段に設けられていることにより、微調等化部１２に因る反射光が概略等化部１１により損失を被るので、増幅器２０への反射光の入射が低減され、信号光の伝送品質の劣化が低減される。本構成は、下流側への反射の影響があまり重要ではなく低コストが重要なシステムに用いると好適である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれは、入力した光のスペクトルに対して、所定の波長範囲で概略等化部により概略的に平坦化し、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で微調等化部により更に平坦化するので、良好な等化特性を有する。そして、概略等化部が微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることにより、良好な等化特性を有するものが容易に製造され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る利得等化器１０の構成図である。
【図２】長周期グレーティングの構成図である。
【図３】スラント型グレーティングの構成図である。
【図４】チャープ型グレーティングの構成図である。
【図５】本実施形態に係る利得等化器１０の透過スペクトル等を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。
【図７】第２実施形態に係る光増幅装置２の構成図である。
【図８】フィルタ単体の透過スペクトルの１例を示す図である。
【図９】利得等化器の透過スペクトルの１例を示す図である。
【図１０】フィルタの最小帯域幅、利得等化器における信号光波長帯域幅および利得等化残差の１例を纏めた図表である。
【符号の説明】
１，２…光増幅装置、１０…利得等化器、１１…概略等化部、１２…微調等化部、２０…光増幅器、２１…光増幅用ファイバ、２２…光カプラ、２…励起光源、３０…光アイソレータ、１１１〜１１３…フィルタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する利得等化器、および、所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力する光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅装置は、入力端に入力した信号光を光増幅して出力端から出力するものであり、例えば波長多重光通信システムにおいて用いられる。このような光増幅装置は、全体の利得スペクトルが所定の波長範囲において平坦であることが要求される。しかし、光増幅装置において一般に用いられる光増幅媒体（例えばＥｒ元素添加光ファイバ）の利得スペクトルは平坦ではない。
【０００３】
そこで、光増幅装置は、この光増幅媒体の利得スペクトルと略同じ形状の損失スペクトルを有する利得等化器をも備えており、光増幅媒体の利得スペクトルと利得等化器の透過スペクトルとを総合した全体の利得スペクトルが所定の波長範囲において平坦とされる。この利得等化器としては、長周期グレーティング（例えば非特許文献１を参照）やスラント型グレーティング（例えば特許文献１および非特許文献２を参照）などのフィルタを含むものが用いられる。
【０００４】
長周期グレーティングやスラント型グレーティングなどのフィルタの単体の透過スペクトルは、図８に示されるような形状を有している。図８は、フィルタ単体の透過スペクトルの１例を示す図である。図中で、フィルタＡの透過スペクトルは、透過率が−０．１ｄＢ以下である帯域の幅（これを本明細書では「最小帯域幅」と呼ぶ。）が１０ｎｍである。フィルタＢの透過スペクトルは、最小帯域幅が６ｎｍである。一般に、利得等化器は、このような透過スペクトル形状であって最小透過率、最小透過率波長または最小帯域幅が異なる複数のフィルタが直列に接続されて構成される。図９は、利得等化器の透過スペクトルの１例を示す図である。この図には、利得等化器の目標の透過スペクトル、複数のフィルタを用いた場合の実際の透過スペクトル、および、目標の透過率と実際の透過率との誤差、が示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８２２３５号公報
【非特許文献１】
Ａｓｈｉｓｈ Ｍ． Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ， ｅｔ ａｌ．， ”Ｌｏｎｇ−Ｐｅｒｉｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｓ Ｂａｎｄ−Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．１４， Ｎｏ．１， ｐｐ．５８−６５ （１９９６）
【非特許文献２】
Ｉｓａｂｅｌｌｅ Ｒｉａｎｔ， ｅｔ ａｌ．， ”３６ ｎｍ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｇａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｌａｎｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”， Ｓｕｂｏｐｔｉｃ ２００１， Ｐ４．３．１０ （２００１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のフィルタを用いた場合の実際の利得等化器の利得等化特性は、用いられるフィルタの最小帯域幅や、利得等化しようとする信号光波長帯域の幅に依存する。図１０は、フィルタの最小帯域幅、利得等化器における信号光波長帯域幅および利得等化残差の設計値の１例を纏めた図表である。信号光波長帯域幅が４０ｎｍである場合、フィルタの最小帯域幅が１０ｎｍであれば利得等化残差は０．１２ｄＢであり、フィルタの最小帯域幅が６ｎｍであれば利得等化残差は０．０６ｄＢである。また、信号光波長帯域幅が３０ｎｍである場合、フィルタの最小帯域幅が１０ｎｍであれば利得等化残差は０．０５ｄＢであり、フィルタの最小帯域幅が６ｎｍであれば利得等化残差は０．０２ｄＢである。このように、フィルタの最小帯域幅が広いと、利得等化器の利得等化特性が悪い。良好な利得等化特性を有する利得等化器を実現するには、狭い最小帯域幅を有するフィルタを用いるのが好ましい。しかし、その一方で、フィルタの最小帯域幅が狭いと、最大損失が大きいフィルタを高精度に製造することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、良好な等化特性を有し製造容易な利得等化器、および、この利得等化器を含む光増幅装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る利得等化器は、入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する利得等化器であって、所定の波長範囲で光のスペクトルを平坦化する概略等化部と、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを平坦化する微調等化部とを備え、概略等化部は微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この利得等化器は、入力した光のスペクトルに対して、所定の波長範囲で概略等化部により概略的に平坦化し、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で微調等化部により更に平坦化するので、良好な等化特性を有する。そして、この利得等化器は、概略等化部が微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることにより、良好な等化特性を有するものが容易に製造され得る。
【００１０】
本発明に係る利得等化器は、所定の波長範囲において概略等化部により平坦化したときの残差の周期が、微調等化部の透過率が−０．１ｄＢ以下である帯域の幅より広いのが好適である。この場合には、利得等化器は更に良好な等化特性を有し得る。
【００１１】
本発明に係る利得等化器は、概略等化部が長周期グレーティング、スラント型グレーティング、誘電体多層膜フィルタおよびエタロンフィルタの何れかを含むのが好適である。また、微調等化部がスラント型グレーティングおよびチャープ型グレーティングの何れかを含むのが好適である。
【００１２】
本発明に係る光増幅装置は、入力端に入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端から出力する光増幅装置であって、所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力する光増幅器と、光増幅器により光増幅された信号光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する上記の本発明に係る利得等化器とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この光増幅装置は、所定の波長範囲内の信号光を光増幅器により光増幅し、その光増幅された信号光のスペクトルを利得等化器により所定の波長範囲で平坦化して出力する。この光増幅装置の全体の利得スペクトルは、光増幅器の利得スペクトルと利得等化器の透過スペクトルとを総合したものであり、所定の波長範囲で平坦度が優れたものとなる。
【００１４】
本発明に係る光増幅装置は、入力端から出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータを光増幅器と利得等化器との間に備えるのが好適であり、また、このとき、入力端から出力端に向かって順に光増幅器、光アイソレータ、微調等化部および概略等化部が配置されているのが好適である。また、本発明に係る光増幅装置は、入力端から出力端に向かって順に光増幅器、概略等化部および微調等化部が配置されており、入力端から出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータが光増幅器と利得等化器との間に設けられていないのが好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る利得等化器１０の構成図である。この図に示される利得等化器１０は、入力端１０ａに入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力端１０ｂから出力するものであり、入力端１０ａと出力端１０ｂとの間に直列的に接続された概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１および微調等化部１２のうち何れが前段に設けられてもよい。
【００１７】
概略等化部１１は、所定の波長範囲で光のスペクトルを概略的に平坦化する。この概略等化部１１は微調等化部１２と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタ１１１〜１１３で構成されており、これにより、利得等化器１０全体からの光の反射が抑制される。また、概略等化部１１に含まれる光フィルタ１１１〜１１３それぞれは、長周期グレーティング、スラント型グレーティング、誘電体多層膜フィルタおよびエタロンフィルタの何れかであるのが好適である。
【００１８】
微調等化部１２は、所定の波長範囲のうち概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを更に平坦化する。この微調等化部１２は、最小帯域幅が狭いスラント型グレーティングおよびチャープ型グレーティングの何れかを１または複数含むのが好適である。
【００１９】
また、所定の波長範囲において概略等化部１１により平坦化したときの残差の周期が、微調等化部１２の最小帯域幅より広いのが好適である。このようにすることにより、微調等化部１２による光スペクトルの更なる平坦化が容易となる。
【００２０】
図２は、長周期グレーティングの構成図である。この図に示される長周期グレーティング２００は、概略等化部１１に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。長周期グレーティング２００は、コア領域２１１およびクラッド領域２１２を有する光ファイバ２１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子２１３がコア領域２１１に形成されたものである。長周期グレーティング２００は、回折格子２１３の格子間隔が長く数百μｍであり、コア領域２１１を伝搬してきて回折格子２１３に到達した導波モード光のうち、クラッドモード光との間で位相整合条件を満たす波長の光に対して損失を付与する。
【００２１】
図３は、スラント型グレーティングの構成図である。この図に示されるスラント型グレーティング３００は、概略等化部１１または微調等化部１２に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。スラント型グレーティング３００は、コア領域３１１およびクラッド領域３１２を有する光ファイバ３１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子３１３がコア領域３１１に形成されたものである。スラント型グレーティング３００は、回折格子３１３の格子間隔が狭く、回折格子３１３の格子面が光ファイバ３１０の光軸に対して傾斜している。スラント型グレーティング３００は、コア領域３１１を伝搬してきて回折格子３１３に到達した導波モード光のうち、回折格子３１３におけるブラッグ条件を満たす波長より短波長側の光に対して損失を付与する。
【００２２】
図４は、チャープ型グレーティングの構成図である。この図に示されるチャープ型グレーティング４００は、微調等化部１２に含まれるフィルタとして好適に用いられ得るものである。チャープ型グレーティング４００は、コア領域４１１およびクラッド領域４１２を有する光ファイバ４１０の長手方向に沿った一定範囲において、屈折率変調による回折格子４１３がコア領域４１１に形成されたものである。チャープ型グレーティング４００は、回折格子４１３の格子間隔が狭く、回折格子４１３の格子間隔が長手方向に沿って次第に変化している。チャープ型グレーティング４００は、コア領域４１１を伝搬してきて回折格子４１３に到達した導波モード光のうち、回折格子４１３の長手方向の各位置におけるブラッグ条件を満たす波長の光に対して損失を付与する。
【００２３】
図５は、本実施形態に係る利得等化器１０の透過スペクトル等を示す図である。この図には、フィルタ１１１の透過率Ｔ１１１、フィルタ１１２の透過率Ｔ１１２、フィルタ１１３の透過率Ｔ１１３、微調等化部１２の透過率Ｔ１２、利得等化器１０全体の実際の透過率Ｔ１０、利得等化器１０全体の目標の透過率Ｔｔａｒｇｅｔ および 誤差ΔＴ（＝Ｔｔａｒｇｅｔ−Ｔ１０） それぞれのスペクトルが示されている。なお、概略等化部１１に含まれるフィルタ１１１〜１１３それぞれが長周期グレーティングであるとし、微調等化部１２がスラント型グレーティングであるとした。この図に示されるように、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）において、誤差ΔＴが−０．０２ｄＢ〜＋０．０１ｄＢの範囲にあり、利得等化器１０全体の実際の透過率Ｔ１０は目標透過率Ｔｔａｒｇｅｔとよく一致した。
【００２４】
本実施形態に係る利得等化器１０は、付与損失が大きくても精度よく光スペクトルを等化することができ、また、最小帯域幅が広いものでも概略等化部１１のフィルタとして使用することができる。概略等化部１１により所定値以下に平坦化できない波長範囲で光のスペクトルを微調等化部１２により更に平坦化するので、概略等化部１１の等化精度は高くなくてもよく、それ故、利得等化器１０が製造容易で安価なものとなる。最小帯域幅が狭いフィルタ単体で大きな損失を付与するよりも、そのようなフィルタを微調等化部１２に使用する方が等化精度が向上する。また、スラント型グレーティングやチャープト型グレーティングは、他のタイプのフィルタと比較して最小帯域幅が狭いが反射率が大きいので、付与損失が小さい微調等化部１２として用いられることにより、利得等化器１０全体の反射が小さくなる。
【００２５】
図６は、第１実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。この図に示される光増幅装置１は、入力端１ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端１ｂから出力するものであり、入力端１ａから出力端１ｂに向かって順に光増幅器２０、光アイソレータ３０、微調等化部１２および概略等化部１１を備えている。微調等化部１２および概略等化部１１は、本実施形態に係る等化部１０に含まれる。
【００２６】
光増幅器２０は、入力端１ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して、その光増幅した信号光を光アイソレータ３０へ出力する。光増幅器２０は、光増幅用ファイバ２１、光カプラ２２および励起光源２３を有している。光増幅用ファイバ２１は、希土類元素（例えばＥｒ元素）がコア領域に添加された光ファイバであり、その希土類元素を励起し得る波長の励起光が供給されることで、所定の波長範囲内の信号光を光増幅する。励起光源２３は、光増幅用ファイバ２１へ供給すべき励起光を出力する。光カプラ２２は、励起光源２３より出力された励起光を光増幅用ファイバ２１へ出力するとともに、光増幅用ファイバ２１により光増幅された信号光を光アイソレータ３０へ出力する。光増幅用ファイバ２１がＥｒ元素添加光ファイバである場合には、励起光の波長は０．９８μｍまたは１．４８μｍであり、光増幅される信号光の波長域はＣバンドである。
【００２７】
光アイソレータ３０は、光増幅器２０と利得等化器１０との間に設けられ、入力端１ａから出力端１ｂに向かう順方向のみに光を通過させ、逆方向には光を通過させない。利得等化器１０は、上述した本実施形態に係るものであり、光増幅器２０により光増幅された後に光アイソレータ３０を通過した信号光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して、その信号光を出力端１ｂより出力する。
【００２８】
この光増幅装置１では、入力端１ａに入力した所定の波長範囲の信号光は、光増幅器２０の光増幅用ファイバ２１において光増幅された後に、光アイソレータ３０を通過して、利得等化器１０により利得等化される。この光増幅装置１全体の利得スペクトルは、光増幅器２０の利得スペクトルと利得等化器１０の透過スペクトルとを総合したものとなる。光増幅器２０の利得スペクトルを目標として、利得等化器１０の損失スペクトルが設計され、各フィルタの透過スペクトルが設計されて、これにより、光増幅装置１の全体の利得スペクトルは所定の波長範囲で平坦化される。
【００２９】
光アイソレータ３０から利得等化器１０へ入射した光の一部は利得等化器１０により反射される場合があり、その反射光は利得等化器１０から光アイソレータ３０へ向かう。もし、光アイソレータ３０が設けられていないとすると、反射光は光増幅器２０に入射して光増幅され、その光増幅された反射光は更に上流に向かって伝搬してき、信号光の伝送品質に悪影響を与える。しかし、第１実施形態では、光アイソレータ３０が設けられていることにより、反射光が光アイソレータ３０を通過して光増幅器２０へ入射することは無いので、信号光の伝送品質が劣化することが無い。
【００３０】
また、本実施形態のように、利得等化器１０において、反射率が比較的大きい微調等化部１２を前段に配置し、反射率が比較的小さい概略等化部１１を後段に配置するのが好適である。このように、反射率が大きい微調等化部１２を光アイソレータ３０の直後に配置することにより、下流側からのレイリ散乱に因る反射光を利得等化器１０で反射して再び下流に出力されてしまうノイズ成分を小さくすることができる。反射が小さく損失が大きい概略等化部１１を２回通過させることで微調等化部１２の反射の影響を低減できるからである。
【００３１】
図７は、第２実施形態に係る光増幅装置２の構成図である。この図に示される光増幅装置２は、入力端２ａに入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端２ｂから出力するものであり、入力端２ａから出力端２ｂに向かって順に光増幅器２０、概略等化部１１および微調等化部１２を備えている。概略等化部１１および微調等化部１２は、本実施形態に係る等化部１０に含まれる。
【００３２】
第１実施形態に係る光増幅装置１と比較すると、第２実施形態に係る光増幅装置２は、光増幅器２０と利得等化器１０との間に光アイソレータが設けられていない点、および、利得等化器１０において概略等化部１１が前段に設けられ微調等化部１２が後段に設けられている点、で相違する。この光増幅装置２は、光アイソレータを設ける必要がないので、安価なものとなる。
【００３３】
この光増幅装置２では、入力端２ａに入力した所定の波長範囲の信号光は、光増幅器２０の光増幅用ファイバ２１において光増幅された後に、利得等化器１０により利得等化される。この光増幅装置２全体の利得スペクトルは、光増幅器２０の利得スペクトルと利得等化器１０の透過スペクトルとを総合したものとなる。光増幅器２０の利得スペクトルを目標として、利得等化器１０の損失スペクトルが設計され、各フィルタの透過スペクトルが設計されて、これにより、光増幅装置２の全体の利得スペクトルは所定の波長範囲で平坦化される。
【００３４】
利得等化器１０へ入射した光の一部は、利得等化器１０に含まれる概略等化部１１および微調等化部１２それぞれにより反射される場合があり、その反射光は上流側へ向かう。しかし、第２実施形態では、光増幅器２０と利得等化器１０との間に光アイソレータが設けられていないものの、利得等化器１０において、反射率が比較的小さい概略等化部１１が前段に設けられ、反射率が比較的大きい微調等化部１２が後段に設けられていることにより、微調等化部１２に因る反射光が概略等化部１１により損失を被るので、増幅器２０への反射光の入射が低減され、信号光の伝送品質の劣化が低減される。本構成は、下流側への反射の影響があまり重要ではなく低コストが重要なシステムに用いると好適である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれは、入力した光のスペクトルに対して、所定の波長範囲で概略等化部により概略的に平坦化し、所定の波長範囲のうち概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で微調等化部により更に平坦化するので、良好な等化特性を有する。そして、概略等化部が微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されていることにより、良好な等化特性を有するものが容易に製造され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る利得等化器１０の構成図である。
【図２】長周期グレーティングの構成図である。
【図３】スラント型グレーティングの構成図である。
【図４】チャープ型グレーティングの構成図である。
【図５】本実施形態に係る利得等化器１０の透過スペクトル等を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。
【図７】第２実施形態に係る光増幅装置２の構成図である。
【図８】フィルタ単体の透過スペクトルの１例を示す図である。
【図９】利得等化器の透過スペクトルの１例を示す図である。
【図１０】フィルタの最小帯域幅、利得等化器における信号光波長帯域幅および利得等化残差の１例を纏めた図表である。
【符号の説明】
１，２…光増幅装置、１０…利得等化器、１１…概略等化部、１２…微調等化部、２０…光増幅器、２１…光増幅用ファイバ、２２…光カプラ、２…励起光源、３０…光アイソレータ、１１１〜１１３…フィルタ。
Claims (8)
- 入力した光のスペクトルを所定の波長範囲で平坦化して出力する利得等化器であって、
前記所定の波長範囲で前記光のスペクトルを平坦化する概略等化部と、
前記所定の波長範囲のうち前記概略等化部により所定値以下に平坦化できない波長範囲で前記光のスペクトルを平坦化する微調等化部と
を備え、
前記概略等化部は前記微調等化部と比較して付与損失が大きく反射が小さいフィルタで構成されている
ことを特徴とする利得等化器。 - 前記所定の波長範囲において前記概略等化部により平坦化したときの残差の周期が、前記微調等化部の透過率が−０．１ｄＢ以下である帯域の幅より広いことを特徴とする請求項１記載の利得等化器。
- 前記概略等化部が長周期グレーティング、スラント型グレーティング、誘電体多層膜フィルタおよびエタロンフィルタの何れかを含むことを特徴とする請求項１記載の利得等化器。
- 前記微調等化部がスラント型グレーティングおよびチャープ型グレーティングの何れかを含むことを特徴とする請求項１記載の利得等化器。
- 入力端に入力した所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力端から出力する光増幅装置であって、
前記所定の波長範囲内の信号光を光増幅して出力する光増幅器と、
前記光増幅器により光増幅された信号光のスペクトルを前記所定の波長範囲で平坦化して出力する請求項１記載の利得等化器と
を備えることを特徴とする光増幅装置。 - 前記入力端から前記出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータを前記光増幅器と前記利得等化器との間に備えることを特徴とする請求項５記載の光増幅装置。
- 前記入力端から前記出力端に向かって順に前記光増幅器、前記光アイソレータ、前記微調等化部および前記概略等化部が配置されていることを特徴とする請求項６記載の光増幅装置。
- 前記入力端から前記出力端に向かって順に前記光増幅器、前記概略等化部および前記微調等化部が配置されており、
前記入力端から前記出力端に向かう順方向のみに光を通過させる光アイソレータが前記光増幅器と前記利得等化器との間に設けられていない
ことを特徴とする請求項５記載の光増幅装置。
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