JP4725951B2 - 波長多重信号光の増幅方法および光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、波長の異なる複数の信号チャネルを含んだ波長多重（ＷＤＭ）信号光を増幅するための方法および光増幅器に関し、特に、光入力レベルの変化により各波長の信号チャネル間に発生する光出力レベルの偏差を低減するための光増幅技術に関する。

ＷＤＭ光伝送システムは、トラフィックの伝送容量の需要に応じた信号チャネルで運用される。通例、運用開始時における信号チャネル数は比較的少なく設定され、需要の増加に応じて信号チャネルを増設して伝送容量の拡大が図られる。
上記のようなＷＤＭ光伝送システムで使用される光増幅器（以下、ＷＤＭ光増幅器と表記することもある）は、一般的に、基本性能として次の（１）〜（３）が不可欠である。
（１）少ない出力レベル偏差（平坦な利得波長特性）
（２）伝送距離の違いまたは伝送路の損失の変化に対応できる広い入力ダイナミックレンジ
（３）低雑音指数（Noise Figure；ＮＦ）特性
従来、ＷＤＭ光増幅器は、これらの基本機能を備え、かつ、最大に入力される信号チャネル数において所望の光出力パワーが得られるように設計される。具体的には、例えば図１５に示すように、すべての波長の信号チャネルを一括して増幅することのできる２段構成の光増幅部１０１，１０２（例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等）の段間に可変光減衰器（ＶＯＡ）１０３を接続して、後段の光増幅部１０２から出力されるＷＤＭ信号光のトータルパワーが一定となるように可変光減衰器１０３の減衰量を調整する構成が知られている。

また、例えば図１６に示すように、ＷＤＭ光増幅器に入力されるＷＤＭ信号光を分波器２０１を用いて複数の波長帯域に分波し、各波長帯域の信号光を各々に対応した光増幅部２０２₁〜２０２_Nで増幅した後に可変光減衰器（ＶＯＡ）２０３₁〜２０３_Nで光出力パワーを調整し、それぞれの可変光減衰器２０３₁〜２０３_Nから出力される各信号光を合波器２０４を用いて合波する構成も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００２−５７３８９号公報 特開２００１−５３６８６号公報

ところで、上記の図１５に示したような従来のＷＤＭ光増幅器では、信号チャネル数の増加に伴って光増幅部１０１，１０２で必要となる励起光パワーが増加するので、すべての信号チャネルを一括して増幅するためには大出力の励起光源を搭載する必要がある。しかし、大出力の励起光源は高価であり、そのような励起光源を搭載したＷＤＭ光増幅器は高コストな製品となってしまうという欠点がある。

また、上記の図１５および図１６に示したようなＷＤＭ光増幅器は、通常、ＷＤＭ光伝送システムにおける信号チャネル数が少ない運用状態でも使用される。このため、従来のＷＤＭ光増幅器を用いて多中継伝送を行うＷＤＭ光伝送システムは、初期導入時等において少ない信号チャネル数での運用が想定される場合、図１７に例示するように運用チャネル数に対する装置コストが割高な製品となってしまう。このため、ＷＤＭ光伝送システムを購入する顧客にとって、従来のＷＤＭ光増幅器を用いたシステムは、初期導入時のコストが高く、伝送容量が少ない運用状態において対費用効果の悪い投資になってしまうという課題があった。加えて、初期導入時に想定する最大伝送容量の予測を誤り、最大に伝送可能な信号チャネル数に至らない運用状態となる可能性もあり、顧客は過剰な設備投資というリスクを負うことになってしまう。今後、ＷＤＭ信号光の高密度化技術が進むと、ＷＤＭ光増幅器のトータル出力パワーが大きくなって励起光パワーが多く必要となるため、上記のようなリスクがより顕著となることが予想される。

さらに、前述の図１６に示したような従来のＷＤＭ光増幅器の構成に関しては、分波器２０１で分波され各光増幅部２０２₁〜２０２_Nでそれぞれ増幅された各波長帯域の信号光パワーが所要のレベルで一定となり平坦な波長特性が得られるように、各々の波長帯域に対応させて可変光減衰器２０３₁〜２０３_Nを個別に設けているため、構成が複雑なものになってコストの上昇を招いてしまうという問題点もある。この問題点に関しては、例えば、各可変光減衰器２０３₁〜２０３_Nを設ける代わりに各光増幅部２０２₁〜２０２_Nの利得を調整して、各々の波長帯域の信号光パワーが一定のレベルとなるように制御することも考えられる。しかし、この場合、ＷＤＭ光増幅器に入力されるＷＤＭ信号光のトータルパワーの変動（入力ダイナミックレンジ）に対して、各光増幅部２０２₁〜２０２_Nの利得調整により出力一定制御を行うと、各々の光増幅部２０２₁〜２０２_Nの利得波長特性がそれぞれ変化してしまうため、ＷＤＭ信号光の波長帯域全体に亘る光出力レベルの偏差が大きくなる。このため、前述した（１）および（２）の基本性能を十分に満足することが難しくなるという課題がある。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＷＤＭ信号光の入力レベルの変動に対して簡略な構成によりＷＤＭ信号光の波長帯域全体に亘る光出力レベルの偏差を小さく抑えることのできるＷＤＭ信号光の増幅方法を実現し、低コストの光増幅器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光増幅方法は、波長の異なる複数の信号チャネルを含み、該各波長の信号レベルがほぼ揃ったＷＤＭ号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を分波器で少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該分割された各波長帯域の信号光を各々に対応した光増幅部でそれぞれ増幅し、該各増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御し、該出力一定制御された各波長帯域の信号光を合波器で合波する光増幅方法である。この光増幅方法では、前記各光増幅部に入力される信号光のレベルの変化に応じて前記各光増幅部の利得設定をそれぞれ変化させたときに、前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が予め設定した範囲内となるように、前記各光増幅部の利得設定の変化に対応した利得波長特性の変化の違いに応じて、前記分波器の各出力ポートから出力される信号光の帯域幅を異なる値に設計すると共に、前記分波器に入力されるＷＤＭ信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にする。

また、本発明の光増幅器は、波長の異なる複数の信号チャネルを含み、該各波長の信号レベルがほぼ揃ったＷＤＭ信号光が与えられる入力ポートを有し、該入力ポートからのＷ
ＤＭ信号光を少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該各波長帯域に対応した出力ポートからそれぞれ出力する分波器と、前記分波器の各出力ポートから出力される信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅部と、前記各光増幅部から出力される信号光を合波する合波器と、前記各光増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御する複数の制御部と、を備える。前記分波器は、前記入力ポートに与えられる波長多重信号光の入力ダイナミックレンジに対応して発生する、前記各光増幅部に入力される信号光のレベルの変化に応じて、前記各光増幅部の利得設定をそれぞれ変化させたときに、前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が、前記入力ダイナミックレンジに対応して決まる前記光入力レベルの変化範囲について、零から所定の値までの範囲内に抑えられるように、前記各光増幅部の利得設定の変化に対応した利得波長特性の変化の違いに応じて、各出力ポートから出力される信号光の帯域幅が異なる値に設計された分波特性を有する。前記各制御部は、前記分波器の入力ポートに与えられるＷＤＭ信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波されるＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルの偏差をおよそ１ｄＢの範囲内にする。

上記のようなＷＤＭ信号光の増幅方法および光増幅器では、光増幅されるＷＤＭ信号光が分波器に入力されることにより、各光増幅部の利得波長特性に応じて帯域幅の適化された少なくとも２つの波長帯域に分割されて各出力ポートから各光増幅部に出力され、各々の光増幅部で増幅された後に合波器に送られて再びＷＤＭ信号光に合波される。このとき、各光増幅部の利得の設定が個々に調整されることによって、合波器で合波されるＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを予め設定された範囲内とする出力一定制御が行われる。

本発明によるＷＤＭ信号光の増幅方法および光増幅器によれば、各光増幅部の利得設定の変化に対応した利得波長特性の変化の違いに応じて分波器の各出力ポートから出力される信号光の帯域幅を最適化すると共に、ＷＤＭ信号光の入力レベルの変動に対応させて各光増幅部の利得を調整して出力一定制御を行うようにしたことで、レベル調整用の可変光減衰器等を必要としない簡略な構成により、ＷＤＭ信号光の全波長帯域に亘ってレベル偏差の抑えられた増幅出力を得ることが可能になる。

以下、本発明の光増幅器を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
図１において、第１実施形態の光増幅器１は、例えば、入力端子ＩＮに与えられるＷＤＭ信号光をＮ個（ただし、Ｎ≧２とする）の波長帯域に分割する分波器１１と、該分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nにそれぞれ接続されるＮ個の光増幅部１２₁〜１２_Nと、該各光増幅部１２₁〜１２_Nからの出力光を合波する合波器１３と、を備える。また、光増幅部１２₁〜１２_Nのそれぞれに対しては、各々の出力光の一部を分岐する光カプラ２３₁〜２３_Nと、該光カプラ２３₁〜２３_Nで分岐された光のパワーを測定する出力モニタ２４₁〜２４_Nと、各出力モニタ２４₁〜２４_Nの測定値を基に各光増幅部１２₁〜１２_Nにおける利得を個々に調整する制御回路２５₁〜２５_Nとが設けられる。なお、このような構成では、光カプラ２３₁〜２３_N、出力モニタ２４₁〜２４_Nおよび制御回路２５₁〜２５_Nが複数の制御部として機能する。

分波器１１は、入力端子ＩＮに入力されたＷＤＭ信号光が入力ポートＰ₀に与えられ、そのＷＤＭ信号光を波長帯域の異なるＮ個の信号光に分割して、各波長帯域の信号光を対応する出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nからそれぞれ出力する。この分波器１１の分波特性（透過波長特性）は、例えば図２（ただし、Ｎ＝４の場合）に示すように、各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNが異なった値となるように予め設計される。上記の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNは、後で詳しく説明するように、本光増幅器１から出力されるＷＤＭ信号光の波長帯域全体に亘る光出力レベルの偏差が予め設定した範囲内となるように、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性に応じて個別に設定されている。

各光増幅部１２₁〜１２_Nは、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の波長帯域を含んだ増幅帯域を持つ公知の光増幅器を用いて構成される。各光増幅部１２₁〜１２_Nから出力される信号光は、光カプラ２３₁〜２３_Nを介して合波器１３の対応する各入力ポートＰ₁’〜Ｐ_N’に送られる。なお、ここでは、各光増幅部１２₁〜１２_Nおよび各光カプラ２３₁〜２３_Nは、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nと合波器１３の各入力ポートＰ₁’〜Ｐ_N’との間の光路上に例えばコネクタ等を介して着脱可能な状態で設けられている。上記の各光増幅部１２₁〜１２_Nにおける利得の設定は、各制御回路２５₁〜２５_Nからの制御信号に従って個別に制御されており、後述するように分波器１１に入力されるＷＤＭ信号光のチャネル数変化を伴わないトータルパワーの変動に対応した出力一定制御が各々の光増幅部１２₁〜１２_Nで行われる。各光増幅部１２₁〜１２_Nの具体例としては、希土類添加ファイバ増幅器や半導体光増幅器（ＳＯＡ）、集中ラマン増幅器などが挙げられる。

合波器１３は、各光増幅部１２₁〜１２_Nからそれぞれ出力される信号光が入力ポートＰ₁’〜Ｐ_N’に与えられ、各々の信号光を合波して出力ポートＰ₀’から出力する。
ここで、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNについて詳しく説明する。
前述したように分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNは、本光増幅器１の光出力レベルの波長間偏差が予め設定した範囲内となるように、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性に応じて設定される。具体的に、各光増幅部１２₁〜１２_Nとして例えばエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いた場合、その利得波長特性は、図３に例示するように、利得の設定、すなわち増幅媒体であるエルビウムドープファイバへの励起光の供給パワーによって決まる反転分布状態に応じて変化する。図３の一例では、比較的低い利得設定の場合、１．５８μｍ付近の短波長側の利得に比べて１．５９μｍ付近の長波長側の利得のほうが高くなる一方、比較的高い利得設定の場合には、１．５８μｍ付近の短波長側の利得に比べて１．５９μｍ付近の長波長側の利得のほうが低くなる。

このような利得設定に応じた利得波長特性の変化は、各光増幅部１２₁〜１２_Nに入力される信号光の光入力レベルの変化に対して、各々の利得を調整することで光出力レベルを一定に制御するような場合に、各光増幅部１２₁〜１２_Nでそれぞれ発生する光出力レベルの偏差が互いに異なるようになってしまう可能性がある。すなわち、上述の図１６に例示したような従来の構成では、光増幅器に入力されるＷＤＭ信号光が分波器によって同じ帯域幅を有する複数の信号光に分割される。このため、上記のように光入力レベルに応じて各光増幅部の利得を調整して各光増幅部の出力一定制御を行った場合には、各光増幅部における利得の変化の傾斜が異なるようになるので、同じ幅の波長帯域内で発生する光出力レベルの偏差が波長帯域ごとに相違してしまう。

図４は、ＷＤＭ信号光の分波を同じ帯域幅で行う従来の構成における光出力レベルの偏差の一例を、前述した図３の利得波長特性に対応させて示した図である。ここでは、ある光入力レベル（基準レベル）に対応した利得の設定において光出力レベルの偏差が略零となるような基準状態（図中の太線）を想定し、その基準状態に対して光入力レベルが低下した場合に発生する光出力レベルの偏差（図中の細線）と、光入力レベルが上昇した場合に発生する光出力レベルの偏差（図中の点線および破線）とが模式的に示してある。

この図４の一例では、長波長側の光増幅部で発生する光出力レベルの偏差は比較的小さく抑えられているものの、短波長側の光増幅部で発生する光出力レベルの偏差が長波長側に比べて大きくなっていて、ＷＤＭ信号光の波長帯域全体で生じる光出力レベルの偏差を所要の範囲内に制御するのが難しいことが分かる。このため、従来のＷＤＭ光増幅器では、分波後の各波長帯域に対応した光路上にレベル調整用の可変光減衰器等をそれぞれ設けて、各々の光出力レベルの波長間偏差を個々に制御するようにしていた。

これに対して本実施形態は、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを、従来のように同じ幅とするのではなく、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性に関する情報を予め取得しておき、その情報に基づいて各々の波長帯域内で生じる光出力レベルの偏差が予め設定した範囲内となるように個々の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを最適化する。具体的に、各光増幅部１２₁〜１２_Nとして前述の図３に示した利得波長特性を有するＥＤＦＡを用いた場合には、例えば図５に示すように、ＷＤＭ信号光の波長帯域全体で発生する光出力レベルの偏差がおよそ１ｄＢ程度に抑えられるよう、利得波長特性の変化が大きい短波長側の帯域幅を相対的に狭くし、利得波長特性の変化が小さい長波長側の帯域幅を相対的に広くする。このように、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを個々に最適化することによって、従来のようなレベル調整用の可変光減衰器を省略することが可能となる。

次に、第１実施形態の光増幅器１の動作について説明する。
上記のような構成の光増幅器１では、入力端子ＩＮに入力されるＷＤＭ信号光は分波器１１に送られる。分波器１１の入力ポートＰ₀に与えられたＷＤＭ信号光は、前述の図２に示した透過波長特性に従ってＮ個の信号光に分割されて各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される。分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nからの出力光は、各光増幅部１２₁〜１２_Nに送られてそれぞれ増幅される。各光増幅部１２₁〜１２_Nから出力された信号光は、光カプラ２３₁〜２３_Nを介して合波器１３に送られると共に、その一部が光カプラ２３₁〜２３_Nで分岐されて出力モニタ２４₁〜２４_Nに送られる。合波器１３の各入力ポートＰ₁’〜Ｐ_N’に与えられた信号光は再び１つのＷＤＭ信号光に合波され、出力端子ＯＵＴから出力される。

出力モニタ２４₁〜２４_Nでは、光カプラ２３₁〜２３_Nからの分岐光のパワーがそれぞれ測定され、各々の測定結果を示す信号が各制御回路２５₁〜２５_Nに出力される。各制御回路２５₁〜２５_Nでは、出力モニタ２４₁〜２４_Nの測定結果を基に、各々の光増幅部１２₁〜１２_Nから出力される信号光のトータルパワーが判断される。そして、分波器１１に入力されるＷＤＭ信号光についてチャネル数変化を伴わないレベル変動が生じた場合でも、各光増幅部１２₁〜１２_Nの出力光パワーが予め設定したレベルで一定となるように各々の利得を調整する制御信号が生成され、各光増幅部１２₁〜１２_Nにそれぞれ出力される。各光増幅部１２₁〜１２_Nでは、制御回路２５からの制御信号に従って、各々の増幅媒体に対する励起光の供給パワーが調整される。

このように光増幅器１に入力されるＷＤＭ信号光のレベル変動に対応させて各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得をそれぞれ調整して、各光増幅部１２₁〜１２_Nに対して出力一定制御を行うようにしても、分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNが各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性を考慮して最適化されているため、前述の図５に例示したように各光増幅部１２₁〜１２_Nの光出力レベルの偏差が約１ｄＢの範囲内に抑えられる。そして、各光増幅部１２₁〜１２_Nから出力される信号光が合波器１３で合波されることにより、出力パワーレベルが予め設定した範囲内に制御された平坦な波長特性を有するＷＤＭ信号光が生成され、そのＷＤＭ信号光が出力端子ＯＵＴから外部に出力されるようになる。

上記のように第１実施形態の光増幅器１によれば、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性に応じて、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを最適化し、ＷＤＭ信号光の入力信号レベルの変動に対応させて各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得を調整して各光増幅部１２₁〜１２_Nに対して出力一定制御を行うようにしたことで、従来のようなレベル調整用の可変光減衰器等を必要としない簡略な構成によって、ＷＤＭ信号光の全波長帯域に亘ってレベル偏差の抑えられた増幅出力を得ることが可能になる。

また、各光増幅部１２₁〜１２_Nおよび光カプラ２３₁〜２３_Nが、分波器１１および合波器１３の間の各光路上にコネクタ等を用いて着脱可能に設けられるようにしたことで、信号チャネル数に応じて光増幅部の増設若しくは減設を容易に行うことができる。このため、例えば、初期導入時に少ない信号チャネル数での運用が想定される場合であっても、分波器１１の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを考慮して、運用チャネルを収容可能な最小の帯域幅に対応した出力ポートにのみ光増幅部を設けるようにすることで装置コストを低減することができる。そして、伝送容量の需要の増大に応じて光増幅部を増設するようにすれば効率的な設備投資を行うことが可能になる。具体的に、例えば最大チャネル数が８０波の光増幅器において１６波までの運用を行う場合には、従来の構成の光増幅器に要するコストと比較して約６０％のコストで本実施形態の光増幅器１を実現できるようになる。

なお、上記第１実施形態の説明では、各光増幅部１２₁〜１２_Nとして同様の利得波長特性を持つＥＤＦＡの使用を想定したが、利得波長特性の異なる任意の光増幅器を各光増幅部１２₁〜１２_Nに用いることが可能である。この場合にも、各々の光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性に関する情報を予め取得しておき、それに基づいて分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから出力される信号光の帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを個々に最適設計すればよい。

また、分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを最適化して光出力レベルの偏差が予め設定した範囲内（例えば、１ｄＢ程度）に抑えられるようにしたが、例えば図６の光増幅器１’に示すように、分波器１１および合波器１３の間の各光路上に利得等化器（ＧＥＱ）１４₁〜１４_Nをそれぞれ配置して、基準レベルのＷＤＭ信号光が入力されるときに各光増幅部１２₁〜１２_Nで発生する利得偏差を対応する利得等化器１４₁〜１４_Nで補償し、光入力レベルが基準値から変動した場合に生じる光出力レベルの波長間偏差を本発明の構成によって補償するようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
図７において、第２実施形態の光増幅器２の構成が上述した第１実施形態の光増幅器１の構成（図１）と異なる点は、入力端子ＩＮと分波器１１の間に、前段光増幅部３１、光カプラ３３、出力モニタ３４および制御回路３５を配置した点である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの具体的な説明は省略する。

前段光増幅部３１は、入力端子ＩＮに与えられるＷＤＭ信号光を一括して増幅することの可能な公知の光増幅器を用いて構成される。前段光増幅部３１の出力光は、その一部が光カプラ３３で分岐されて出力モニタ３４に送られ、出力モニタ３４では光カプラ３３からの分岐光のパワーが測定されて、その測定結果を示す信号が制御回路３５に出力される。この前段光増幅部３１の動作は、制御回路３５から送られてくる制御信号に従って出力一定制御されている。上記の前段光増幅部３１の具体例としては、希土類添加ファイバ増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、ラマン増幅器などを挙げることができる。

本実施形態では、上記のような前段光増幅部３１が分波器１１の前段に配置されることにより、分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNの設計と、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得の設定とが、前段光増幅部３１の利得波長特性および各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得波長特性を考慮して行われ、光増幅器２全体での光出力レベルの偏差が予め設定した範囲内となるようにされる。具体的に、ここでは前段光増幅部３１が例えば図８に示すような利得波長特性を持つ場合を想定して、上記の内容を詳しく説明することにする。ただし、本発明における前段光増幅部３１の利得波長特性が図８の一例に限定されることを意味するものではない。

図８に示した各利得波長特性は、前段光増幅部３１に入力されるＷＤＭ信号光のトータルパワーＰｉｎをＰｉｎ１−５ｄＢ、Ｐｉｎ１およびＰｉｎ１＋５ｄＢとして、前段光増幅部３１の利得を調整して光出力レベルが一定となるようにした場合の一例である。このような利得波長特性を持つ前段光増幅部３１について、光入力レベルがＰｉｎ＝Ｐｉｎ１のときの光出力レベルを基準とし、それに対するＰｉｎ＝Ｐｉｎ１±５ｄＢ時の光出力レベルの差を求めると、図９に示すような波長に対する出力レベル差の関係が得られる。本実施形態では、上記のような前段光増幅部３１についての光入力レベルの変化に対する光出力レベルの波長依存性が、後段の各光増幅部１２₁〜１２_Nにおける光増幅によって補償されるようにする。

これを実現するためには、まず、前段光増幅部３１から出力されるＷＤＭ信号光を分波器１１で幾つに分割するか（分波器１１の出力ポート数Ｎ）と、各光増幅部１２₁〜１２_Nに使用する光増幅器の利得波長特性とが決定した段階で、上述の第１実施形態の場合と同様にして、分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNを最適設計する。そして、分波器１１の各帯域幅Δλ_P1〜Δλ_PNが決まると、例えば図１０に示すように光入力レベルＰｉｎに対応させて各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得を設定することによって、前述の図９に示した前段光増幅部３１の光出力レベルの波長依存性が各光増幅部１２₁〜１２_Nでの光増幅によって補償されるようにする。

図１０のように各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得を設定することによって、前段光増幅部３１と各光増幅部１２₁〜１２_Nとを組み合わせた全体の利得波長特性は、図１１に示すようなものとなる。したがって、本光増幅器２の出力端子ＯＵＴから出力されるＷＤＭ信号光は、図１２に示すように入力ダイナミックレンジ（Ｐｉｎ１±５ｄＢ）に対して一定のレベルに制御され、かつ、全波長帯域に亘る光出力レベルの偏差が１ｄＢ程度の狭い範囲内に抑えられたものとなる。

上記のように第２実施形態の光増幅器２によれば、前段光増幅部３１を設けたことで、分波器１１で発生する損失等が前段光増幅部３１で補償されるようになるため、光増幅器２のＮＦ特性の改善を図ることができる。また、前段光増幅部３１で生じる利得波長特性は、後段の各光増幅部１２₁〜１２_Nにおける光増幅によって補償されるため、第１実施形態の場合と同様に、ＷＤＭ信号光の全波長帯域に亘ってレベル偏差の抑えられた増幅出力を得ることが可能である。

なお、上記の第２実施形態では、前段光増幅部３１で生じる利得波長特性が各光増幅部１２₁〜１２_Nによって補償される構成を示したが、本発明はこれに限らず、例えば前段光増幅部３１の出力段等に利得等化器を設け、この利得等化器によって前段光増幅部３１で生じる利得波長特性を補償するようにしてもよい。この場合、各光増幅部１２₁〜１２_Nの利得の設定は第１実施形態の場合と同様にすればよい。また、光入力レベルの変化に対して前段光増幅部３１を出力一定制御する場合を説明したが、前段光増幅部３１を利得一定制御することも可能である。この場合、利得一定制御された前段光増幅部３１の利得波長特性は光入力レベルの変化に対して略一定となるため、その利得波長特性の補償は固定の利得等化器を用いて行うようにしてもよい。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
図１３において、第３実施形態の光増幅器３は、上述した第２実施形態の光増幅器２について、光カプラ３３と分波器１１の間の光路上に分散補償部３２を設けるようにした応用例である。

分散補償部３２は、例えば、本光増幅器３に接続される図示しない光伝送路の波長分散特性とは逆の波長分散特性を備えた、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）やファイバグレーティングなどを用いて構成される。この分散補償部３２は、ここでは、光カプラ３３と分波器１１の間の光路上にコネクタ等を介して着脱可能に取り付けられている。
上記のような構成の光増幅器３によれば、入力端子ＩＮに与えられるＷＤＭ信号光に生じた波長分散を分散補償部３２によって補償することが可能になる。また、この分散補償部３２はコネクタ等を用いて着脱可能に設けられているため、波長分散補償を実施する必要性や補償量の変更等に柔軟に対応することができる。

なお、上記の第３実施形態では、光カプラ３３と分波器１１の間の光路上に分散補償部３２を設ける一例を示したが、分散補償部３２の配置は上記に限定されるものではなく、例えば図１４の光増幅器３’に示すように、分波器１１の各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nと各光増幅部１２₁〜１２_Nとの間の光路上に分散補償部３２₁〜３２_Nをそれぞれ設けるようにしても構わない。また、前段光増幅部３１を備えた構成について分散補償部３２を設ける応用例を示したが、前段光増幅部３１を備えていない構成についても分散補償部を設けるようにすることが勿論可能である。

以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）波長の異なる複数の信号チャネルを含んだ波長多重信号光を分波器で少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該分割された各波長帯域の信号光を各々に対応した光増幅部でそれぞれ増幅し、該各増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御し、該出力一定制御された各波長帯域の信号光を合波器で合波する光増幅方法において、
前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が予め設定した範囲内となるように、前記分波器の各出力ポートから出力される信号光の帯域幅を前記各光増幅部の利得波長特性に応じた異なる値に設計すると共に、
前記分波器に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅方法。

（付記２）付記１に記載の光増幅方法であって、
前記分波器に入力される波長多重信号光を前段光増幅部により一括して増幅し、該増幅された波長多重信号光を前記分波器に与えることを特徴とする光増幅方法。

（付記３）付記２に記載の光増幅方法であって、
前記前段光増幅部に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記前段光増幅部の利得を調整することにより、当該前段光増幅部から出力される波長多重信号光のトータルパワーを一定に制御すると共に、前記各光増幅部の利得設定を個々に調整することにより、前記前段光増幅部で発生する光出力レベルの波長間偏差を補償し、かつ、前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅方法。

（付記４）付記２に記載の光増幅方法であって、
前記前段光増幅部に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記前段光増幅部の利得を一定に制御すると共に、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅方法。

（付記５）波長の異なる複数の信号チャネルを含んだ波長多重信号光を少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該各波長帯域に対応した出力ポートからそれぞれ出力する分波器と、
前記分波器の各出力ポートから出力される信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅部と、
前記各光増幅部から出力される信号光を合波する合波器と、
前記各光増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御する複数の制御部と、を備えた光増幅器において、
前記分波器は、前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が予め設定した範囲内となるように、各出力ポートから出力される信号光の帯域幅が前記各光増幅部の利得波長特性に応じた異なる値に設計され、
前記各制御部は、前記分波器に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波されるＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅器。

（付記６）付記５に記載の光増幅器であって、
前記各光増幅部は、それぞれ、希土類添加ファイバ増幅器、半導体光増幅器およびラマン増幅器のうちの少なくとも１つを含んで構成されることを特徴とする光増幅器。

（付記７）付記５に記載の光増幅器であって、
前記各光増幅部は、前記分波器の各出力ポートと前記合波器の各入力ポートとの間を繋ぐ各々の光路上に着脱可能に設けられることを特徴とする光増幅器。

（付記８）付記７に記載の光増幅器であって、
前記各光増幅部は、初期導入時、前記分波器の各出力ポートのうち、運用チャネルを収容可能な最小の帯域幅に対応した出力ポートに繋がる光路上にのみ設けられることを特徴とする光増幅器。

（付記９）付記５に記載の光増幅器であって、
前記分波器に入力される波長多重信号光を一括して増幅する前段光増幅部を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記１０）付記９に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記前段光増幅部に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記前段光増幅部の利得を調整することにより、当該前段光増幅部から出力される波長多重信号光のトータルパワーを一定に制御すると共に、前記各光増幅部の利得設定を個々に調整することにより、前記前段光増幅部で発生する光出力レベルの波長間偏差を補償し、かつ、前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅器。

（付記１１）付記９に記載の光増幅器であって、
前記制御部は、前記前段光増幅部に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記前段光増幅部の利得を一定に制御すると共に、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅器。

（付記１２）付記９に記載の光増幅器であって、
前記前段光増幅部は、希土類添加ファイバ増幅器、半導体光増幅器およびラマン増幅器のうちの少なくとも１つを含んで構成されることを特徴とする光増幅器。

（付記１３）付記５に記載の光増幅器であって、
前記波長多重信号光の入力レベルが予め設定した基準レベルに該当するときに前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差を補償するための利得等化部を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記１４）付記５に記載の光増幅器であって、
前記波長多重信号光に発生した波長分散を補償する分散補償部を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記１５）付記１４に記載の光増幅器であって、
前記分散補償部は、分散補償ファイバを用いて構成されることを特徴とする光増幅器。

（付記１６）付記１４に記載の光増幅器であって、
前記分散補償部は、ファイバグレーティングを用いて構成されることを特徴とする光増幅器。

本発明の第１実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記の第１実施形態における分波器の各出力ポートに対応した透過帯域の一例を示す図である。 上記の第１実施形態において各光増幅部に用いられるＥＤＦＡの利得波長特性の一例を示す図である。 ＷＤＭ信号光の分波を同じ波長帯域幅で行う従来の光増幅器における光出力レベルの波長間偏差の一例を示す図である。 上記第１実施形態の光増幅器における光出力レベルの波長間偏差の一例を示す図である。 上記の第１実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記の第２実施形態に用いられる前段光増幅部の利得波長特性の一例を示す図である。 図８の利得波長特性を持つ前段光増幅部について、光出力レベルの波長特性を光入力レベルの変化に応じて相対的に示した図である。 上記の第２実施形態における各光増幅部の利得設定の一例を示す図である。 上記の第２実施形態について前段光増幅部および各光増幅部を組み合わせた全体の利得波長特性の一例を示す図である。 上記第２実施形態の光増幅器から出力されるＷＤＭ信号光の波長帯域全体に亘る光出力レベルの偏差の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。 上記の第３実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。 従来のＷＤＭ光増幅器の構成例を示すブロック図である。 従来のＷＤＭ光増幅器の他の構成例を示すブロック図である。 従来のＷＤＭ光増幅器について、運用チャネル数に対する装置コストの一例を示した図である。

符号の説明

１，１’，２，３，３’…光増幅器
１１…分波器
Ｐ₁〜Ｐ_N…分波器の出力ポート
Δλ_P1〜Δλ_PN…分波器の透過帯域幅
１２₁〜１２_N…光増幅部
１３…合波器
１４₁〜１４_N…利得等化器（ＧＥＱ）
２３₁〜２３_N，３３…光カプラ
２４₁〜２４_N，３４…出力モニタ
２５₁〜２５_N，３５…制御回路
３１…前段光増幅部
３２，３２₁〜３２_N…分散補償部

Claims (5)

1. 波長の異なる複数の信号チャネルを含み、該各波長の信号レベルがほぼ揃った波長多重信号光が入力され、該波長多重信号光を分波器で少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該分割された各波長帯域の信号光を各々に対応した光増幅部でそれぞれ増幅し、該各増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御し、該出力一定制御された各波長帯域の信号光を合波器で合波する光増幅方法において、
   前記各光増幅部に入力される信号光のレベルの変化に応じて前記各光増幅部の利得設定をそれぞれ変化させたときに、前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が予め設定した範囲内となるように、前記各光増幅部の利得設定の変化に対応した利得波長特性の変化の違いに応じて、前記分波器の各出力ポートから出力される信号光の帯域幅を異なる値に設計すると共に、
   前記分波器に入力される波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波される波長多重信号光の各波長の信号レベルを予め設定した範囲内にすることを特徴とする光増幅方法。
2. 請求項１に記載の光増幅方法であって、
   前記分波器に入力される波長多重信号光を前段光増幅部により一括して増幅し、該増幅された波長多重信号光を前記分波器に与えることを特徴とする光増幅方法。
3. 波長の異なる複数の信号チャネルを含み、該各波長の信号レベルがほぼ揃った波長多重信号光が与えられる入力ポートを有し、該入力ポートからの波長多重信号光を少なくとも２つの波長帯域の信号光に分割し、該各波長帯域に対応した出力ポートからそれぞれ出力する分波器と、
   前記分波器の各出力ポートから出力される信号光をそれぞれ増幅する複数の光増幅部と、
   前記各光増幅部から出力される信号光を合波する合波器と、
   前記各光増幅部から出力される信号光のトータルパワーを予め設定したレベルで一定に制御する複数の制御部と、を備えた光増幅器において、
   前記分波器は、前記入力ポートに与えられる波長多重信号光の入力ダイナミックレンジに対応して発生する、前記各光増幅部に入力される信号光のレベルの変化に応じて、前記各光増幅部の利得設定をそれぞれ変化させたときに、前記各光増幅部でそれぞれ発生する光出力レベルの波長間偏差が、前記入力ダイナミックレンジに対応して決まる前記光入力レベルの変化範囲について、零から所定の値までの範囲内に抑えられるように、前記各光増幅部の利得設定の変化に対応した利得波長特性の変化の違いに応じて、各出力ポートから出力される信号光の帯域幅が異なる値に設計された分波特性を有し、
   前記各制御部は、前記分波器の入力ポートに与えられる波長多重信号光のチャネル数変化を伴わないパワーレベルの変動に対して、前記各光増幅部の利得を個々に調整することにより、前記合波器で合波されるＷＤＭ信号光の各波長の信号レベルの偏差をおよそ１ｄＢの範囲内にすることを特徴とする光増幅器。
   
4. 請求項３に記載の光増幅器であって、
   前記各光増幅部は、前記分波器の各出力ポートと前記合波器の各入力ポートとの間を繋ぐ各々の光路上に着脱可能に設けられることを特徴とする光増幅器。
5. 請求項１に記載の光増幅方法であって、
   初期導入時、前記分波器の各出力ポートのうち、運用チャネルを収容可能な最小の帯域幅に対応した出力ポートに繋がる光路上にのみ前記光増幅部を設けて、該光路を伝搬する信号光を増幅することを特徴とする光増幅方法。

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