JPH09211507A - 光等化増幅器および光等化増幅方法 - Google Patents

光等化増幅器および光等化増幅方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長多重光を増幅するときに、複数の波長成
分の光レベルを等化するとともに光出力レベルを一定に
する光等化増幅器を提供する。 【解決手段】 可変光減衰器１１は、ＡＧＢＣ回路１２
の制御に従って波長多重光を減衰させる。希土類ドープ
ファイバ２１は、光源２６が生成する励起光によって励
起され、可変光減衰器１１から出力される波長多重光を
増幅する。ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２
１から出力される波長多重光の平均光レベルが一定にな
るように光源２６を制御する。波長多重カプラ２７は、
希土類ドープファイバ２１によって増幅された波長多重
光から特定の２つの波長の光を取り出す。ＡＧＢＣ回路
１２は、上記２つの波長の光レベルが互いに一致するよ
うに可変光減衰器１１の減衰量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器に係わ
り、特に、波長多重伝送に利用される光等化増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ネットワークを介して伝送される情報量
は、飛躍的に増大している。このような状況に際して、
ネットワークの大容量化および高速化に関する技術が研
究・開発されている。
【０００３】波長多重（WDM: Wavelength Division Mul
tiplexing ）伝送は、ネットワークの大容量化に関する
技術である。波長多重伝送は、１本の光伝送路上で複数
の互いに異なる波長の信号光を多重して伝送する方式で
あり、各波長ごとにそれぞれ情報を伝送することができ
る。
【０００４】図２１は、波長多重伝送における波長と光
レベルとの関係を示す図である。図２１では、1.55μｍ
帯において、４つの互いに異なる波長を使用してそれぞ
れ信号を伝送する例を示している。これら４つの波長の
信号は多重化され、１本の光ファイバを介して転送され
る。信号を伝送するチャネルは、各波長に対して割り当
てられる。すなわち、図２１に示す例の場合、４チャネ
ル（ｃｈ１〜ｃｈ４）が波長多重されている。
【０００５】一方、情報の国際化も急速に進展してお
り、たとえば、大陸間で伝送される情報量も増加してい
る。このような長距離伝送では、特に大容量の情報を伝
送する場合、光ファイバケーブルが使用されている。と
ころが、光ファイバを介して信号を伝送する場合、伝送
距離が長くなるにつれて信号が減衰してしまう。このた
め、長距離光伝送においては、通常、所定間隔ごとに光
増幅器を持ったノードを設け、各ノードで信号を再生し
て次のノードへ信号を転送する。
【０００６】光信号を増幅する光増幅器としては、様々
な形態が開発されているが、その中の１つとして光ファ
イバ増幅器が知られている。特に、1.55μｍ帯において
は、エルビウムなどの希土類物質が注入された希土類ド
ープファイバ光増幅器が広く利用されている。希土類ド
ープファイバ光増幅器は、信号光とは別に入力する励起
光によって希土類物質などを励起状態とし、その励起エ
ネルギーによって信号光を増幅させる構成である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ増幅器を用
いて波長多重光を増幅する場合、通常、入力される波長
多重光を一括して増幅する。すなわち、波長多重光が複
数のチャネルを含んでいる場合、それら波長の異なる複
数のチャネルの信号が一括して増幅される。ここで、光
ファイバ増幅器は、一般に、増幅率の波長依存性を持っ
ている。したがって、波長によって増幅率が異なり、チ
ャネル毎に光レベルが異なってしまうことがある。
【０００８】また、光ファイバ増幅器の前段または後段
に可変光減衰器を設けることがあるが、可変光減衰器の
減衰量にも波長依存性がある。さらに、他の受動デバイ
スでも波長依存性を持っているものがある。
【０００９】これらの要因によって、チャネルどうしの
間での光レベルに偏差が生じてしまう。すなわち、波長
によって光レベルにばらつきが生じてしまう。１台の光
ファイバ増幅器によって生じる光レベルの偏差は小さい
が、たとえば、大陸間を結ぶ海底ケーブルのような長距
離伝送においては、数十台の光ファイバ増幅器が設けら
れるので、上記の偏差が累積すると、特定の信号波長の
チャネルにおいて光レベルが小さくなり、信号対雑音比
の劣化を招く恐れがある。
【００１０】上述のような問題を解決するための技術と
しては、たとえば、特開平７−２０２３０６号公報があ
る。特開平７−２０２３０６号に示されている増幅器
は、波長依存性が互いに異なる２つの光ファイバ増幅器
を直列に設け、各波長の信号光の総利得あるいは各波長
の出力光レベルが互いに等しくなるように、上記２つの
光ファイバ増幅器への励起光を制御する構成である。
【００１１】しかしながら、特開平７−２０２３０６号
に示されている構成では、各波長の出力光レベルを等し
くするように２つの励起光レベルを制御することが難し
い。また、光伝送システムにおいては、出力光のレベル
を一定に保つことが重要である。特開平７−２０２３０
６号は、出力光のレベルを一定に保つ技術については特
に言及していないが、特開平７−２０２３０６号に示さ
れている構成で各波長の出力光レベルを互いに等しくす
る制御と出力光のレベルを一定に保つ制御とを同時に行
おうとすると、それら２つの制御に対する各光ファイバ
増幅器の役割が明確でないため、その制御がかなり複雑
になることが予想される。
【００１２】本発明の課題は、波長多重光の増幅におい
て、光出力レベルを一定にするとともに、複数の波長成
分の各出力レベルを等化する増幅器を提供することであ
る。また、本発明の他の課題は、上述のような増幅器の
制御を容易にし、さらに簡単な構成で実現することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の手段について、
図１を参照しながら説明する。本発明の光等化増幅器
は、複数の互いに異なる波長の光が多重化された波長多
重光を等化増幅する構成である。
【００１４】本発明の光等化増幅器は、図１(a) に示す
ように、波長多重光の光レベルを調整する可変光減衰部
１、可変光減衰部１から出力される波長多重光を増幅す
る光ファイバ増幅部２、および光ファイバ増幅部２に励
起光を供給する光源３を有する。そして、光ファイバ増
幅部２から出力される波長多重光の光レベルが一定にな
るように上記励起光を制御するとともに、光ファイバ増
幅部２から出力される波長多重光の一部を複数の波長帯
域に複数分岐し、各々の検出光レベルが互いに等しくな
るように可変光減衰部１を制御する。
【００１５】光ファイバ増幅部２の光利得は、波長特性
を有し、励起光の光レベルに依存するとともに、光ファ
イバ増幅部２へ入力する信号光（波長多重光）の光レベ
ルにも依存する。したがって、これら２つの光レベルを
適当に制御することにより、出力光を波長に対して等化
しながら所定の光レベルに保つことができる。
【００１６】上記構成の光等化増幅器においては、光フ
ァイバ増幅部２を励起させるための励起光をフィードバ
ック制御することによって出力光一定制御を行う。ま
た、可変光減衰部１の減衰量をフィードバック制御する
ことによって出力光等化制御を行う。
【００１７】本発明の他の構成の光等化増幅器は、図１
(b) に示すように、波長多重光を増幅する光ファイバ増
幅部４、光ファイバ増幅部４に励起光を供給する光源
５、および光ファイバ増幅部４から出力される波長多重
光の光レベルを調整する可変光減衰部６を有する。そし
て、光ファイバ増幅部４から出力される波長多重光に含
まれる少なくとも２つの波長の光レベルが互いに等しく
なるように上記励起光を制御するとともに、可変光減衰
部６から出力される波長多重光の光レベルが一定になる
ように可変光減衰部６を制御する。
【００１８】上記構成の光等化増幅器においては、光フ
ァイバ増幅部４を励起させるための励起光をフィードバ
ック制御することによって出力光等化制御を行う。ま
た、可変光減衰部６の減衰量をフィードバック制御する
ことによって出力光一定制御を行う。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照しながら説明する。以下では、信号を伝送する光
（信号光）の波長として1.55μｍ帯を採り上げ、光ファ
イバ増幅器の１つとして希土類ドープファイバ光増幅器
を説明する。希土類ドープファイバは、たとえば、エル
ビウム等が注入されているエルビウムドープファイバで
ある。
【００２０】本実施形態の光等化増幅器の構成を説明す
る前に、本発明の概要を説明する。図２は、エルビウム
ドープファイバ光増幅器の光利得の波長特性を示す図で
ある。エルビウムドープファイバ光増幅器では、増幅波
長帯域（1.53〜1.56μｍ帯）において、励起率（Ｅｒ反
転分布率）が高いときは、放出断面積特性の影響が強く
なるので長波長側の利得が小さく、励起率が低いとき
は、放出断面積特性の影響が強くなるので短波長側の利
得が小さくなる。すなわち、励起率が高いときは、波長
に対する利得の傾きが負になり、励起率が低いときは、
波長に対する利得の傾きが正になる。
【００２１】本発明の光等化増幅器は、上記の特性を利
用する。すなわち、波長多重光を増幅したときの各波長
の光レベルを検出し、その検出結果に従って希土類ドー
プファイバの励起率を変化させることによって波長特性
（利得）を補正する。このことによって、各波長の出力
レベルを等化する。
【００２２】励起率を変化させる手法としては、励起光
パワーを制御する方法と光等化増幅器に入力する信号光
の光レベルを制御する方法とがある。励起光パワーを制
御するときは、励起光を生成する光源に光等化増幅器の
出力をフィードバックする。信号光の入力レベルを制御
ときは、希土類ドープファイバの入力側に可変光減衰器
を設け、その可変光減衰器に光等化増幅器の出力をフィ
ードバックする。
【００２３】エルビウムドープファイバの中には光利得
が、図２に示したように、増幅波長帯域においては、波
長に対して概ねリニアに変化するものもある。したがっ
て、この特性を利用すれば、信号光が含まれる波長帯域
内で複数の波長帯域の検出レベルが一致すれば、すべて
のチャネルの光レベルが一致することが期待される。こ
れら複数の検出レベルのうち、信号光の最短波長を含む
波長帯域のレベルと信号光の最長波長を含む波長帯域の
レベルが一致するとき、最もチャネル内の出力レベル差
が小さくなると予想できる。
【００２４】上記手法を実現するために、たとえば、波
長多重カプラ（ＷＤＭカプラ）を設ける。波長多重カプ
ラは、光を複数の透過波長帯域で分岐する。図３に示す
例では、長波長側に重心もつ波長成分と短波長側に重心
もつ波長成分とを分離している。
【００２５】以下、本発明の実施形態として第１〜第９
の態様を説明する。各態様の光等化増幅器は、図２１ま
たは図２に示す４つのチャネル（ｃｈ１〜ｃｈ４）が多
重化された波長多重光を等化増幅するものとして説明す
る。
【００２６】図４は、第１の態様の光等化増幅器の構成
図である。第１の態様の光等化増幅器は、光増幅部２０
の前段に可変光減衰器（ATT ）１１を設けた構成であ
り、可変光減衰器１１の減衰量を制御することによって
自動利得バランス制御（AGBC:Automatic Matir Gain Ba
lance Control）を行い、光増幅部２０において希土類
ドープファイバ２１を励起させる励起光の光パワーを制
御することによって自動光出力一定制御（ALC: Automat
ic Level Control）を行う。
【００２７】可変光減衰器１１は、ＡＧＢＣ回路１２の
制御によって決まる減衰量で入力する波長多重光を減衰
させる。可変光減衰器１１は、たとえば、磁気光学効果
を利用したファラデー回転子で実現する。あるいは、Li
NbO3の電気光学効果や、音響光学的な効果を利用するよ
うにしてもよい。可変光減衰器１１の出力光は、希土類
ドープファイバ２１に入射される。
【００２８】希土類ドープファイバ２１は、エルビウム
等の希土類が注入された光ファイバであり、光源２６が
生成する励起光によって励起され、その励起エネルギー
を利用して波長多重光を増幅する。希土類ドープファイ
バ２１における利得は、励起率によって決まる。励起率
は、励起光の光パワーと波長多重光の入力レベルによっ
て決まる。波長多重光の入力レベルを一定とすると、励
起光の光パワーが高いほど励起率が高くなり、励起光の
光パワーを一定とすると、波長多重光の入力レベルが高
いほど励起率が低くなる性質がある。そして、図２を参
照しながら説明したように、励起率が高いときは、波長
に対する利得の傾きが負になり、励起率が低いときは、
波長に対する利得の傾きが正になる性質を持っている。
【００２９】希土類ドープファイバ２１は、信号光（可
変光減衰器１１から出力される波長多重光）および励起
光（光源２６の出力）が入力されるが、これらの光は、
合波カプラ３０によって合波される。
【００３０】光分岐カプラ２２は、光ファイバ１３へ出
力する波長多重光の一部を分岐して光分岐カプラ２３へ
送る。光分岐カプラ２３は、光分岐カプラ２２からの波
長多重光を所定の比率で分岐し、一方をホトダイオード
２４へ送り、他方を波長多重カプラ（ＷＤＭカプラ）２
７へ送る。
【００３１】ホトダイオード２４は、光分岐カプラ２３
から受信した波長多重光を電気信号に変換してＡＬＣ回
路２５に通知する。ここで、分岐カプラ２２および２３
の分岐比は既知なので、ＡＬＣ回路２５は、希土類ドー
プファイバ２１から出力される波長多重光の出力光レベ
ルを検出する。
【００３２】ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ
２１の出力レベル（波長多重光の平均光レベル）に従っ
て光源２６を制御する。ＡＬＣ回路２５の構成について
は後述する。光源（Pump）２６は、ＡＬＣ回路２５の制
御に従って発光パワーを決定し、励起光を希土類ドープ
ファイバ２１へ入射する。
【００３３】ＡＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ
２１の出力レベルをフィードバック信号として励起光の
光パワーを決定し、希土類ドープファイバ２１の出力レ
ベルが一定の値になるように制御する。換言すれば、Ａ
ＬＣ回路２５は、希土類ドープファイバ２１の出力レベ
ルが一定の値になるように光源２６の励起光をフィード
バック制御する。
【００３４】出力レベルを一定の値に保持する理由は、
以下の通りである。すなわち、出力レベルが高すぎる
と、光ファイバ１３において非線形効果が顕著になり、
信号波形が歪んでしまう。一方、出力レベルが低すぎる
と、光が到達できる距離が短くなってしまう。したがっ
て、光伝送システムにおいては、出力レベルを一定に保
つことが重要である。
【００３５】波長多重カプラ２７は、例えば波長多重光
から長波長重心の成分と短波長重心の成分をそれぞれホ
トダイオード２８および２９に送る。ここでは、短波長
側重心の成分を検出した光をホトダイオード２８に送
り、長波長側重心の成分を検出した光をホトダイオード
２９に送る。ホトダイオード２８および２９は、波長多
重カプラ２７からそれぞれ受信した光を電気信号に変換
してＡＧＢＣ回路１２においてこれらを比較し処理す
る。
【００３６】ＡＧＢＣ回路１２は、希土類ドープファイ
バ２１から出力される光の一部を波長多重カプラで分岐
し、それぞれ検出した光レベルが互いに同じになるよう
に可変光減衰器１１の減衰量をフィードバック制御す
る。ＡＧＢＣ回路１２の構成は後述する。
【００３７】図５は、ＡＬＣ（光出力一定制御）回路の
構成例を示す図である。ホトダイオード３１は、光レベ
ルを検出する光電素子であり、図４においては、ホトダ
イオード２４に相当する。オペアンプ３２は、その反転
入力端子にホトダイオード３１の出力信号が印加され、
その非反転入力端子に基準電圧が印加されている。オペ
アンプ３２の出力は、パワートランジスタ３３を制御す
る。半導体レーザ３４は、パワートランジスタ３３によ
って駆動される。半導体レーザ３４は、図４において
は、光源２６に相当する。
【００３８】オペアンプ３２は、フィードバック系であ
り、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御
される。すなわち、ＡＬＣ回路は、ホトダイオード３１
（ホトダイオード２４）によって検出される光レベルが
一定の値になるように半導体レーザ３４（光源２６）の
発光パワーを自動的に制御する。
【００３９】図６は、ＡＧＢＣ（利得バランス制御）回
路の構成例を示す図である。ホトダイオード４１および
４２は、ここではそれぞれ互いに異なる波長帯域の光レ
ベルを検出する光電素子であり、図４においては、ホト
ダイオード２８および２９に相当する。除算器４３は、
ホトダイオード４１および４２によってそれぞれ検出さ
れた光レベルの比を算出する。オペアンプ４４は、その
反転入力端子に除算器４３の出力信号が印加され、その
非反転入力端子に基準電圧が印加される。オペアンプ４
４の出力は、パワートランジスタ４５を制御する。可変
光減衰器４６は、パワートランジスタ４５によってその
減衰量が制御される。可変光減衰器４６は、図４におい
ては、可変光減衰器１１に相当する。
【００４０】オペアンプ４４は、フィードバック系であ
り、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御
される。ここで、基準電圧を適当に選べば、ホトダイオ
ード４１および４２（ホトダイオード２８および２９）
によってそれぞれ検出される光レベルが互いに一致する
ように制御できる。すなわち、ＡＧＢＣ回路は、互いに
異なる波長帯域の光レベルが互いに一致するように可変
光減衰器４６（可変光減衰器１１）の減衰量を自動的に
制御する。
【００４１】図７は、第２の態様の光等化増幅器の構成
図である。第２の態様の光等化増幅器は、第１の態様の
光等化増幅器の前段に光増幅部５０を設けた構成であ
る。光増幅部５０は、自動光利得一定制御（AGC: Autom
atic Gain Control ）を行う。
【００４２】分岐カプラ５１は、入力する波長多重光の
一部を分岐してホトダイオード５２へ送る。ホトダイオ
ード５２は、分岐カプラ５１から受信した波長多重光を
電気信号に変換してＡＧＣ回路５３に通知する。このこ
とにより、ＡＧＣ回路５３は、入力する波長多重光の入
力光レベルを検出する。
【００４３】希土類ドープファイバ５４および光源５５
は、基本的に、希土類ドープファイバ２１および光源２
６と同じである。分岐カプラ５６は、希土類ドープファ
イバ５４から出力される波長多重光の一部を分岐してホ
トダイオード５７へ送る。ホトダイオード５７は、分岐
カプラ５６から受信した波長多重光を電気信号に変換し
てＡＧＣ回路５３に通知する。このことにより、ＡＧＣ
回路５３は、希土類ドープファイバ５４から出力される
波長多重光の出力レベルを検出する。
【００４４】ＡＧＣ回路５３は、希土類ドープファイバ
５４の入力レベルおよび出力レベルに基づいて、希土類
ドープファイバ５４の平均利得を算出する。そして、Ａ
ＧＣ回路５３は、希土類ドープファイバ５４の平均利得
が一定になるように光源５５が生成する励起光の光パワ
ーを制御する。平均利得を一定にすると、希土類ドープ
ファイバ５４励起率も一定になることが期待される。こ
こで、平均利得とは波長多重光の入力レベルと出力レベ
ルの比をさし、これはｃｈあたりの平均の利得値に相当
する。
【００４５】図８は、ＡＧＣ（利得一定制御）回路の構
成例を示す図である。ＡＧＣ回路は図６に示すＡＧＢＣ
回路と基本的に同じ構成である。ホトダイオード６１お
よび６２は、図７においては、ホトダイオード５２およ
び５７に相当する。すなわち、ホトダイオード６１は入
力光レベルを検出し、ホトダイオード６２は出力光レベ
ルを検出する。除算器６３は、ホトダイオード６１およ
び６２によってそれぞれ検出された光レベルの比に基づ
いて平均利得を求める。オペアンプ６４およびパワート
ランジスタ６５は、オペアンプ４４およびパワートラン
ジスタ４５と同じである。半導体レーザ６６は、図７に
おいては、光源５５に相当する。
【００４６】オペアンプ６４は、フィードバック系であ
り、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御
される。ここで、オペアンプ６４の反転入力端子の電位
は平均利得である。したがって、ＡＧＣ回路は、平均利
得を一定の値に保つように半導体レーザ６６の発光パワ
ーを制御する。
【００４７】図９は、第３の態様の光等化増幅器の構成
図である。第３の態様の光等化増幅器は、第１の態様の
光等化増幅器の前段に光増幅部７０を設けた構成であ
る。光増幅部７０は、自動励起光一定制御（APC: Autom
atic Power Control）を行う。
【００４８】光源７２は、ＡＰＣ（励起光一定制御）回
路７３の制御に従って発光パワーを決定し、希土類ドー
プファイバ７１に励起光を入射する。光増幅部７０で発
生する利得偏差は、ＡＧＢＣ回路１２の制御によって光
増幅部２０で吸収される。
【００４９】第３の態様の光等化増幅器において、光増
幅部７０の励起光の光パワーを常に高い値に保つように
すれば、低雑音化に寄与する。また、光増幅部７０は、
入力する波長多重光を分岐することなくすべて希土類ド
ープファイバ７１で増幅するので、信号光のロスが少な
い。さらに、光増幅部７０は、構成が簡単であり、制御
が簡略化される。
【００５０】図１０は、ＡＰＣ（励起光一定制御）回路
の構成例を示す図である。ＡＰＣ回路は、図５に示すＡ
ＬＣ回路と基本的に同じ構成である。ホトダイオード８
１は、光源７２の出力パワーを検出する。光源７２を半
導体レーザとすると、ホトダイオード８１は、そのレー
ザ光源のバックパワーを検出することによって光源７２
の出力パワーを間接的に検出する。オペアンプ８２およ
びパワートランジスタ８３の機能は、ＡＬＣ回路に設け
られるオペアンプ３２およびパワートランジスタ３３と
して説明したものと同じである。半導体レーザ８４は、
図９においては、光源７２に相当する。
【００５１】オペアンプ８２は、フィードバック系であ
り、反転入力端子の電位が基準電圧に一致する用に制御
される。すなわち、ＡＬＣ回路は、励起光の光パワーを
一定に保つように半導体レーザ８４（光源７２）の出力
レベルを自動制御する。
【００５２】図１１は、第４の態様の光等化増幅器の構
成図である。第４の態様の光等化増幅器は、光増幅部８
０の後段に可変光減衰器１１を設けた構成であり、光増
幅部８０において希土類ドープファイバ２１を励起させ
る励起光の光パワーを制御することにより自動利得バラ
ンス制御（AGBC: Automatic Gain Balance Control）を
行い、可変光減衰器１１の減衰量を制御することにより
自動光出力一定制御（ALC: Automatic Level Control）
を行う。
【００５３】光増幅部８０に入力する波長多重光は、希
土類ドープファイバ２１において増幅される。希土類ド
ープファイバ２１から出力される波長多重光は、可変光
減衰器１１に送られるとともに、その一部が分岐カプラ
２２によって分岐されて自動利得バランス制御に使用さ
れる。すなわち、波長多重カプラ２７を用いて波長多重
光から短波長を透過重心とした光、長波長を透過重心と
した光を取り出し、ホトダイオード２８および２９がそ
れらの光をそれぞれ電気信号に変換してＡＧＢＣ回路１
２に通知する。
【００５４】ＡＧＢＣ回路１２は、図６に示した構成で
ある。ただし、パワートランジスタ４５は、半導体レー
ザ４７を駆動する。ここで、半導体レーザ４７は光源２
６に対応する。
【００５５】ＡＧＢＣ回路１２は、ホトダイオード２８
および２９によって検出される光レベルが互いに一致す
るように光源２６を制御する。すなわち、ＡＧＢＣ回路
１２は、希土類ドープファイバ２１から出力される波長
多重光の一部を２分岐した相反する波長帯域の光レベル
が一致するように光源２６が生成する励起光の光パワー
を自動的に制御する。このことによって、希土類ドープ
ファイバ２１の光出力を波長に対して等化する。
【００５６】光増幅部８０において等化増幅された波長
多重光は、可変光減衰器１１によって所定のレベルに減
衰される。可変光減衰器１１から出力される波長多重光
の一部は、分岐カプラ９１によって分岐され、ホトダイ
オード９２によって電気信号に変換される。ＡＬＣ回路
２５は、図５に示した構成である。ただし、パワートラ
ンジスタ４５により、可変光減衰器１１を駆動する。
【００５７】図１２は、第５の態様の光等化増幅器の構
成図である。第５の態様の光等化増幅器は、第４の態様
の光等化増幅器の後段に図７に示す光増幅部５０を設け
た構成である。
【００５８】図１３は、第６の態様の光等化増幅器の構
成図である。第６の態様の光等化増幅器は、第４の態様
の光等化増幅器の後段に図９に示す光増幅部７０を設け
た構成である。第６の態様の光等化増幅器は、可変光減
衰器１１を用いてＡＬＣ制御を行っているので、可変光
減衰器１１の出力レベルはほぼ一定に保たれる。このた
め、可変光減衰器１１の後段では、ＡＰＣ制御のみを行
えばよく、構成および制御が簡略化される。
【００５９】図１４は、第７の態様の光等化増幅器の構
成図である。第７の態様の光等化増幅器は、第４の態様
の光等化増幅器の後段に光増幅部１００を設けた構成で
ある。光増幅部１００は、希土類ドープファイバ１０１
へ入射する励起光の光パワーを制御することによって光
出力一定制御を行う。すなわち、ＡＬＣ回路２５は、希
土類ドープファイバ１０１の出力レベルが一定になるよ
うに光源１０２の光パワーをフィードバック制御する。
【００６０】第７の態様の光等化増幅器は、可変光減衰
器１１を用いて出力光レベルをほぼ一定にした後に、さ
らに光増幅部１００でもう一度光出力一定制御を行う。
第７の態様の光等化増幅器は、出力レベルの制御を重視
した構成である。
【００６１】図１５は、第８の態様の光等化増幅器の構
成図である。第８の態様の光等化増幅器は、第４の態様
の光等化増幅器をベースにし、利得バランス制御を改良
している。
【００６２】光増幅部１１０は、例えばある波長帯域を
ｎ等分し、ｎ等分した光のパワーのうち、光が検出され
ているものについて最長波長、最短波長の検出光パワー
のバランスがとれるように、つまり等しくなるように利
得バランス制御を行う。
【００６３】光分岐スターカプラ１１１は、希土類ドー
プファイバ２１から出力される光をある波長帯域におい
てｎ等分してそれぞれ波長選択フィルタ１１２−１〜１
１２−ｎへ送る。波長選択フィルタ１１２−１〜１１２
−ｎを通過した光は、それぞれホトダイオード１１３−
１〜１１３−ｎによって電気に変換される。波長選択Ａ
ＧＢＣ回路１１４は、これら電圧値をもとに適切な励起
光レベルを与える制御回路である。
【００６４】波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、ｃｈ１〜
ｃｈ４のうち、実際に信号を転送しているチャネルを検
出する。実際に信号を転送しているチャネルは、信号を
転送していないチャネルと比べてその光レベルが大きく
なる。したがって、適当な閾値を設定し、光レベルがそ
の閾値よりも大きいチャネルを検出することにより、実
際に信号を転送しているチャネルを検出できる。図１６
では、ｃｈ２〜ｃｈ４において信号が転送され、ｃｈ１
においては信号が転送されていない状態を示している。
【００６５】分岐した各波長帯域の光レベルは、ホトダ
イオード１１３−１〜１１３−ｎによって検出され、波
長選択ＡＧＢＣ回路１１４に通知される。そして、波長
選択ＡＧＢＣ回路１１４は、各チャネルの光レベルと閾
値とを比較することによって実際に信号が転送されてい
るチャネルを検出する。
【００６６】波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、ｃｈ２〜
ｃｈ４において信号が転送されていることを認識する
と、それらのチャネルのなかで最も波長の短いチャネル
（ｃｈ２）を含む波長帯域の検出光および最も波長の長
いチャネル（ｃｈ４）を含む波長帯域の検出光を選択す
る。そして、これらの光レベルが一致するように光源２
６を制御する。
【００６７】波長選択ＡＧＢＣ回路１１４は、図６に示
すＡＧＢＣ回路に上述の波長選択機能を付加した構成で
ある。このように、第８の光等化増幅器によれば、１本
の光ファイバ上に多重する波長の数（チャネル数）を変
更した場合においても、常に実際に信号が転送されてい
る波長のなかで最も短い波長の光レベルと最も長い波長
の光レベルとを一致させる利得バランス制御を行うこと
ができる。したがって、システム変更などに対して柔軟
に光等化機能を行うことができ、また、その光等化精度
が高くなる。
【００６８】なお、図１５においては、波長選択ＡＧＢ
Ｃ回路を用いて励起光の光パワーを制御する方式を示し
たが、波長選択ＡＧＢＣ回路を用いて可変光減衰器を制
御することによって利得バランス制御を行う構成として
もよい。この場合、図４に示す光等化増幅器をベースに
した構成とする。
【００６９】図１７は、第９の態様の光等化増幅器の構
成図である。第９の態様の光等化増幅器は、第８の態様
の光等化増幅器をベースにし、利得バランス制御をさら
に改良している。
【００７０】光増幅部１２０は、波長に対して互いに増
幅特性の異なる複数の希土類ドープファイバを設け、各
希土類ドープファイバに入力する励起光を個別に制御す
ることによって、より高精度な利得バランス制御を行
う。
【００７１】希土類ドープファイバ１２１、１２２、１
２３は、それぞれ、たとえば、Al-P-EDF、Al-Si-EDF 、
Al-Ge-Si-EDF系のファイバであり、それぞれ利得の波長
特性が異なる。Al-P系エルビウムドープファイバは、短
波長側に比べて長波長側の利得が小さい波長特性を有す
る。Al-Si 系エルビウムドープファイバの波長特性は図
２に示している。Al-Ge-Si系エルビウムドープファイバ
は、増幅波長帯域の中央近傍で利得が最大になるような
波長特性を有する。
【００７２】希土類ドープファイバ１２１、１２２、１
２３は、直列に接続されている。光源１２４、１２５、
１２６は、それぞれＣＰＵ制御回路１２７の制御に従っ
て希土類ドープファイバ１２１、１２２、１２３に対し
て励起光を入射する。
【００７３】ＣＰＵ制御回路１２７は、ホトダイオード
１１３−１〜１１３−ｎによって検出される各チャネル
の光レベルに基づいて光源１２４、１２５、１２６が生
成する励起光の光パワーを制御する。
【００７４】図１８は、ＣＰＵ制御回路１２７の動作を
説明するフローチャートである。ここでは、ｃｈ１〜ｃ
ｈ１０が波長多重されているとして説明する。図１９
は、光増幅部１２０の出力光の例を示す図である。以下
では、図１９に示す例を参照しながらフローチャートの
説明をする。
【００７５】ステップＳ１では、ホトダイオード１１３
−１〜１１３−１０によって検出された各チャネルの光
レベルを受信し、各値をそれぞれＡ／Ｄ変換してメモリ
（ＲＡＭ）に取り込む。
【００７６】ステップＳ２では、検出した光レベルが閾
値を越えているホトダイオード（ｃｈ１〜ｃｈ５および
ｃｈ７〜ｃｈ１０に対応するホトダイオード）のうちで
最も波長が短いチャネル（ｃｈ１）に対応するホトダイ
オードおよび最も波長が長いチャネル（ｃｈ１０）に対
応するホトダイオードを判定する。最も波長が短いチャ
ネル（ｃｈ１）の光パワーをＰs とし、最も波長が長い
チャネル（ｃｈ１０）の光パワーをＰl とする。
【００７７】ステップＳ３では、検出した光レベルが最
大のホトダイオード（ｃｈ５に対応するホトダイオー
ド）を判定する。この光パワーをＰmax とする。ステッ
プＳ４においては、Ｐs とＰl との大小関係を調べ、小
さい方をＰminと設定する。ここでは、ｃｈ１の光レベ
ルがｃｈ１０の光レベルよりも小さいので、Ｐs ＝Ｐmi
n とする。
【００７８】ステップＳ５では、Ｐs ／Ｐmin 、Ｐl ／
Ｐmin 、およびＰmax ／Ｐmin を算出し、それらの算出
値に従って光源１２４〜１２６を制御するための情報を
図２０に示す制御情報格納テーブルから取り出す。
【００７９】制御情報格納テーブルは、Ｐs ／Ｐmin
値、Ｐl ／Ｐmin 値、Ｐmax ／Ｐmin値に対して、それ
ぞれ光源１２４、１２５、１２６が生成する励起光の光
パワーを指定する情報を格納している。
【００８０】ステップＳ６では、制御情報格納テーブル
から取り出した３つの値をそれぞれＤ／Ａ変換して光源
１２４〜１２６に対して出力する。光増幅部１２０は、
上記したＣＰＵ制御回路１２７の動作により、光源１２
４〜１２６が出力する励起光の光パワーを制御し、出力
される波長多重光の各チャネルの光レベルを互いに等し
くする。そして、光増幅部１２０から出力される波長多
重光は、可変光減衰器１１の減衰量を制御することによ
って一定の光レベルに保持される。
【００８１】上記実施形態においては、波長多重カプラ
を用いて特定の波長成分を持つ光を取り出す構成を示し
たが、特定の波長のみを通過させる光フィルタを用いる
構成としてもよい。
【００８２】また、上記実施形態においては、各チャネ
ルの出力レベルを等化する構成を示したが、各チャネル
の出力レベルに所定の傾向を持たせるようにしてもよ
い。たとえば、波長が長くなるにつれて出力レベルを大
きくするように増幅することも可能である。この場合、
図６に示すＡＧＢＣ回路において、基準電圧を適当に設
定することによって、あるいは、オペアンプの帰還系を
変更することによって実現できる。
【００８３】
【発明の効果】本発明の光等化増幅器は、波長多重光を
増幅するとき、その平均出力レベルを一定の値に保ちな
がら様々な波長の光出力レベルを等化することができ
る。
【００８４】平均出力レベルを一定の値に保つ機能と、
様々な波長の光出力レベルを等化する機能とを分離した
ので、各機能の制御が簡単になる。可変光減衰器の減衰
量を制御する方式で上記２つの機能のうちの１つを実施
する構成であり、可変光減衰器による光減衰レベルの波
長依存性は小さい（あるいは、無い）ので、制御が簡単
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) および(b) は、本発明の光等化増幅器の基
本構成を説明する図である。
【図２】希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特
性を示す図である。
【図３】波長分離の概念を説明する図である。
【図４】第１の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図５】ＡＬＣ（光出力一定制御）回路の構成例を示す
図である。
【図６】ＡＧＣＣ（利得バランス制御）回路の構成例を
示す図である。
【図７】第２の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図８】ＡＧＣ（利得一定制御）回路の構成例を示す図
である。
【図９】第３の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１０】ＡＰＣ（励起光一定制御）回路の構成例を示
す図である。
【図１１】第４の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１２】第５の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１３】第６の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１４】第７の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１５】第８の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１６】光レベルによって特定の波長を選択する動作
を説明する図である。
【図１７】第９の態様の光等化増幅器の構成図である。
【図１８】ＣＰＵ制御回路の動作を説明するフローチャ
ートである。
【図１９】出力光レベルの例を示す図である。
【図２０】制御情報格納テーブルの構成例を示す図であ
る。
【図２１】波長多重伝送における波長と光レベルとの関
係を示す図である。
【符号の説明】
１、６ 可変光減衰部 ２、４ 光ファイバ増幅部 ３、５ 光源

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長多重光の光レベルを調整する可変光
    減衰部と、 上記可変光減衰部から出力される波長多重光を増幅する
    第１の光ファイバ増幅部と、 上記第１の光ファイバ増幅部に励起光を供給する光源
    と、を有し、 上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光
    の光レベルが一定になるように上記励起光を制御すると
    ともに、上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波
    長多重光の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の
    検出光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰
    部を制御することを特徴とする光等化増幅器。
  2. 【請求項２】 上記可変光減衰部の前段に第２の光ファ
    イバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、波
    長多重光を一定の利得で増幅して上記可変光減衰部へ送
    ることを特徴とする請求項１に記載の光等化増幅器。
  3. 【請求項３】 上記可変光減衰部の前段に第２の光ファ
    イバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、波
    長多重光を一定の励起光で増幅して上記可変光減衰部へ
    送ることを特徴とする請求項１に記載の光等化増幅器。
  4. 【請求項４】 波長多重光の一部を複数の波長帯域に複
    数分岐し、ある一定レベル以上に検出されたなかで、最
    も短い波長帯域の検出光レベルと最も長い波長帯域の検
    出光レベルが互いに等しくなるように上記可変光減衰部
    を制御することを特徴とする請求項１に記載の光等化増
    幅器。
  5. 【請求項５】 波長多重光を増幅する第１の光ファイバ
    増幅部と、 上記第１の光ファイバ増幅部に励起光を供給する光源
    と、 上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光
    の光レベルを調整する可変光減衰部と、を有し、 上記第１の光ファイバ増幅部から出力される波長多重光
    の一部を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レ
    ベルが互いに等しくなるように上記励起光を制御すると
    共に、上記可変光減衰部から出力される波長多重光の光
    レベルが一定になるように上記可変光減衰部を制御する
    ことを特徴とする光等化増幅器。
  6. 【請求項６】 上記可変光減衰部の後段に第２の光ファ
    イバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、上
    記可変光減衰部から出力される波長多重光を一定の利得
    で増幅することを特徴とする請求項５に記載の光等化増
    幅器。
  7. 【請求項７】 上記可変光減衰部の後段に第２の光ファ
    イバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部は、上
    記可変光減衰部から出力される波長多重光を一定の励起
    光で増幅することを特徴とする請求項５に記載の光等化
    増幅器。
  8. 【請求項８】 上記可変光減衰部の後段に第２の光ファ
    イバ増幅部を設け、その第２の光ファイバ増幅部から出
    力される波長多重光の光レベルが一定になるように制御
    することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
  9. 【請求項９】 波長多重光の一部を複数の波長帯域に複
    数分岐し、ある一定レベル以上に検出されたなかで、最
    も短い波長帯域の検出光レベルと最も長い波長帯域の検
    出光レベルが互いに等しくなるように上記励起光を制御
    することを特徴とする請求項５に記載の光等化増幅器。
  10. 【請求項１０】 波長に対して互いに異なる増幅特性を
    有する複数の光ファイバ増幅器を直列に接続し波長多重
    光を増幅する光ファイバ増幅部と、 上記複数の光ファイバ増幅器にそれぞれ励起光を供給す
    る複数の光源と、 上記光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の一部
    を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルに
    基づいて上記複数の光源がそれぞれ出力する励起光を制
    御する制御部と、 上記光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の光レ
    ベルを調整する可変光減衰部と、を有し、 上記可変光減衰部から出力される波長多重光の光レベル
    が一定になるように上記可変光減衰部の減衰量を制御す
    ることを特徴とする光等化増幅器。
  11. 【請求項１１】 波長多重光の光レベルを調整する可変
    光減衰部と、 上記可変光減衰部から出力される波長多重光を増幅する
    光ファイバ増幅部と、を有し、 上記光ファイバ増幅部から出力される波長多重光の一部
    を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが
    互いに等しくなるように上記可変光減衰部を制御するこ
    とを特徴とする光等化増幅器。
  12. 【請求項１２】 可変光減衰器を用いて波長多重光の光
    レベルを調整するステップと、 上記可変光減衰器によって光レベルが調整された波長多
    重光を光ファイバ増幅器を用いて増幅するステップと、 上記光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の光レ
    ベルが一定になるように上記光ファイバ増幅器へ供給す
    る励起光の光レベルを制御するステップと、 上記光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の一部
    を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが
    互いに等しくなるように上記可変光減衰器の減衰量を制
    御するステップと、 を有することを特徴とする光等化増幅方法。
  13. 【請求項１３】 光ファイバ増幅器を用いて波長多重光
    を増幅するステップと、 上記光ファイバ増幅器によって増幅された波長多重光の
    光レベルを可変光減衰器を用いて調整するステップと、 上記光ファイバ増幅器から出力される波長多重光の一部
    を複数の波長帯域に複数分岐し、各々の検出光レベルが
    互いに等しくなるように上記光ファイバ増幅器へ供給す
    る励起光の光レベルを制御するステップと、 上記可変光減衰器から出力される波長多重光の光レベル
    が一定になるように上記可変光減衰器の減衰量を制御す
    るステップと、 を有することを特徴とする光等化増幅方法。
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