光増幅器
【課題】信号光を増幅する際に発生する雑音光パワーや信号光パワー等を簡易な光回路構成により高い精度で検出でき、平坦な波長特性を有するＷＤＭ光を安定して得ることが可能な光増幅器を低コストで提供する。
【解決手段】光増幅器は、信号光を増幅する光増幅回路１と、光増幅回路１に接続する光ファイバＦ上に配置され、光増幅回路１の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性を持つチルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体と、その光反射媒体で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される信号帯域の光を受光してパワーを検出する受光器３と、受光器３の検出結果を基に光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算回路４と、該ＷＤＭ光の波長特性を基に光増幅回路１を制御する制御回路７を備えて構成される。
【解決手段】光増幅器は、信号光を増幅する光増幅回路１と、光増幅回路１に接続する光ファイバＦ上に配置され、光増幅回路１の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性を持つチルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体と、その光反射媒体で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される信号帯域の光を受光してパワーを検出する受光器３と、受光器３の検出結果を基に光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算回路４と、該ＷＤＭ光の波長特性を基に光増幅回路１を制御する制御回路７を備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光通信に利用される光増幅器に関し、特に、信号光を増幅する際に発生する雑音光のパワー等を検出するモニタ機能を備えた光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器は光通信システムの長距離化および大容量化を実現するキーコンポーネントの１つである。光増幅器は反転分布媒質からの誘導放出を用いるレーザ増幅器と、ラマン散乱やブリルアン散乱などの非線形光学効果に基づく増幅器に分別される。さらに、レーザ増幅器には、希土類添加ファイバ増幅器と半導体増幅媒体を用いる半導体レーザ増幅器がある。前者は光励起により、また、後者は注入電流励起により光増幅器として動作する。これらの光増幅器の中で、希土類添加光ファイバ増幅器は、例えば、ビットレートフリー、高利得、低雑音、広帯域、低い結合損失、低偏光依存性、高効率などの性能面で大きな利点を有している。希土類添加光ファイバ増幅器の中でも、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ増幅器（Erbium-doped fiber amplifier：以下、ＥＤＦＡとする）が一般的であり、現在、光ファイバ通信システムにおいて実用化されている。このような光増幅器については、適用される光通信システムの性能およびコストパフォーマンス等の向上を図るために、簡易な光回路構成を有しつつ、より高い性能を実現することが求められ、そのような光増幅器に対する需要が大きくなっている。
【０００３】
ところで、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光の中継伝送を行うＷＤＭ用光通信システムにおいて、所定の伝送特性を満たすために、信号光パワーの波長特性は平坦であることが望まれる。しかしながら、光伝送路の条件や、希土類添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅器等を用いた光増幅中継局における利得波長特性（例えば、チルトやリップルなど）の累積といった様々な要因により、受信側における信号光パワーの波長平坦性の劣化が問題視されている。このため、光増幅器の動作制御に関する１つの課題として、光増幅中継局の出力波長特性を制御する技術を確立することが挙げられる（第１の課題）。
【０００４】
また、光増幅器では光増幅に伴って雑音成分である自然放出光（ＡＳＥ）が発生する。このＡＳＥは、光パワーレベルが信号光と比べて圧倒的に小さいものの、広い波長帯域に亘って発生する。このため、光増幅器の出力光を分岐して受光器で受ける一般的な出力モニタ技術を用いて出力一定制御や利得一定制御などといった光増幅器の制御を行う場合、信号光とともに雑音成分であるＡＳＥの光パワーが含まれるため、ＡＳＥの影響が出力モニタ結果に現れて光増幅器の制御精度を劣化させてしまう。また、上流に配置した光増幅器のＡＳＥにより、下流に配置した光増幅器の入力シャットダウン機能（入力信号光パワーの入力断を検出して光増幅器の励起光パワーをオフにする機能）も劣化してしまう。このようなＡＳＥに起因した問題は、特に、信号波長数がダイナミックに変わるシステム等ではＡＳＥの発生量も大きく変わるため深刻なものとなる。このため、光増幅器の動作制御に関する他の課題として、光増幅器で発生するＡＳＥパワーを正確に見積もって（モニタ）、当該光増幅器の制御目標値の補正および入力断検出閾値の補正を行う技術を確立することが挙げられる（第２の課題）。
【０００５】
さらに、光増幅器では、より大きな利得係数を有する波長域について、高い反転分布状態においてエネルギーが集中して発振動作し、雑音成分が増えて伝送特性を劣化させてしまうという問題もある。この光増幅器の発振現象は、光増幅媒体の利得と光増幅媒体の入出力側の反射減衰量との関係に応じた閾値を持っており、光増幅器の利得条件や構成光部品の反射減衰量劣化といった要因により上記のような問題が顕在化する。具体的には、例えば、光増幅器に入力される信号数が少ない場合や、光増幅媒体に繋がる光路上の光アイソレータにおけるアイソレーション量が劣化したときなどに、発振動作（雑音成分の増加）が顕著になる。このため、光増幅器の動作制御に関する別の課題として、予め分かっている利得係数の大きい波長域について、出力光レベルが発振閾値を超えないようにする制御技術を確立することが挙げられる（第３の課題）。
【０００６】
ＷＤＭ用光通信システムの性能および信頼性の向上を図るためには、上記のような光増幅器の動作制御に関する第１〜第３の課題を同時に解決することが重要である。具体的には、第１の課題に対してＷＤＭ信号光パワーの波長特性を高い精度でモニタでき、また、第２および第３の課題に対してＡＳＥ等の雑音光のパワーを高い精度でモニタできることが必要である。
【０００７】
従来の光増幅器における光パワーモニタの構成としては、例えば図１２に示すように、ＷＤＭ光の伝搬する主信号系の光路上に光分岐器１０１を挿入し、その光分岐器１０１の分岐ポートに光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）１０２を配置して、光スペクトルアナライザ１０２でモニタされる光スペクトルの測定結果を可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１０３等に伝えて制御を実施する構成などが知られている。また、光スペクトルアナライザ１０２に代えて、光分岐器１０１の分岐ポートに波長分離デバイス（例えば、クレーティングや光フィルタ等）および受光器を設け、波長分離デバイスで分波した光を受光器で受光してパワーをモニタする構成もある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の光パワーモニタの構成では、光分岐器１０１および高価な光スペクトルアナライザ１０２若しくは波長分離デバイス等を光増幅器に新たに加える必要があるため、光回路構成の複雑化および高コスト化を招くという欠点がある。
【００１０】
また、図１２の左下に例示したように、単位微小波長域あたりの光パワーが信号光に比べて圧倒的に小さいＡＳＥ等の雑音光が光分岐器１０１において信号光と同じ分岐比で分岐される。光分岐器１０１の分岐比は、主信号光のパワーの減少を極力抑える必要が生じるため、モニタ光側の比率が低くなるように設定される（例えば、主信号光側が９５〜９９％、モニタ光側が１〜５％など）。このため、モニタ光に含まれる雑音光は極僅かとなり、光スペクトルアナライザ１０２で受光される雑音光のレベルは低く、従って、受光感度は悪く、雑音光パワーを所望の精度でモニタすることが困難になるという問題点もある。
【００１１】
上記のような従来構成の問題点を解消するための１つの手法として、例えば、光増幅器で発生する雑音光のパワーの典型的な値を実験やシミュレーション等により予め求め、その結果を用いて光増幅器の制御を行うようにすることが考えられる。しかし、このような手法では、光増幅媒体の部品個体差や環境（例えば、温度や湿度等）の変化、ＷＤＭ光に含まれる信号光の波長数などに応じて雑音光の発生量がダイナミックに変化するため、光増幅器で発生する雑音光のパワーの値を正確に見積もることが難しい。このため、実際にモニタした光出力パワーについて雑音光成分の補正を正確に行うことができなくなるので、光増幅器の制御精度が悪くなり、ＷＤＭ用光通信システムの性能および信頼性を劣化させてしまう。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光を増幅する際に発生する雑音光パワーや信号光パワー等を簡易な光回路構成により高い精度で検出することのできるモニタ機能を備え、平坦な波長特性を有するＷＤＭ光を安定して得ることのできる光増幅器を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の光増幅器は、複数の信号光が波長多重されたＷＤＭ光を増幅する光増幅部と、前記光増幅部の出力側に接続された光ファイバ上に配置され、該光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成し、かつ、該ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有し、前記ＷＤＭ光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って前記ＷＤＭ光の一部を透過しつつ、前記透過波長特性に応じて前記ＷＤＭ光の一部を前記光ファイバのコア外に反射することが可能な光反射媒体と、前記光反射媒体より前記光ファイバのコア外に反射される前記ＷＤＭ光に含まれる前記複数の信号光を受光してパワーを検出する受光部と、前記受光部で検出された前記複数の信号光のパワーおよび前記光反射媒体の透過波長特性を基に、前記光増幅部から出力され前記光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算部と、前記演算部で求められたＷＤＭ光の波長特性に基づいて前記光増幅部を制御する制御部と、を備える。
【００１４】
かかる構成の光増幅器では、光増幅部から出力され光ファイバを伝搬する光が、チルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体に与えられる。この光反射媒体では、光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って、信号帯域のＷＤＭ光の一部が透過され、残りの一部が光ファイバのコア外に放射される。光ファイバのコア外に放射されたＷＤＭ光は、受光部で受光されて複数の信号光のパワーが検出され、その検出結果が演算部に伝えられる。演算部では、受光部の検出結果を基に、光増幅部から出力され光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性が求められ、該演算結果に基づいて制御部により光増幅部が制御される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光増幅器は、光増幅部からの出力光が伝搬する光ファイバ上に、光増幅部の利得等化機能を持つチルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体を形成し、該光反射媒体の透過波長特性に従って光ファイバのコア外に放射される信号帯域の光パワーを基に光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求めて光増幅部を制御するようにしたことで、各波長の信号光パワーが均一化された平坦な波長特性を有するＷＤＭ光の増幅出力を安定して得ることができる。
【００１６】
なお、本発明の他の目的、特徴および効果については、以下の詳細な説明および添付図面によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】上記第１実施形態において光増幅回路から出力される光の波長特性の一例を示す図である。
【図３】上記第１実施形態に用いられる光反射媒体の透過波長特性の一例を示す図である。
【図４】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５】上記第２実施形態に用いられるＧＥＱの透過波長特性の一例を示す図である。
【図６】上記第２実施形態に用いられるＧＥＱの反射波長特性の一例を示す図である。
【図７】チルト型ＦＢＧにおける反射光の放射角度およびグレーティング面の斜度を説明する図である。
【図８】チルト・チャープ型ＦＢＧにおける反射光の集光位置を説明するための図である。
【図９】上記第２実施形態における出力光の波長特性を示す図である。
【図１０】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１１】本発明を適用した光モニタ回路の一例を示すブロック図である。
【図１２】従来の光増幅器における光パワーモニタの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明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。
【００１９】
図１において、第１実施形態の光増幅器は、例えば、入力信号光ＬＩＮを増幅する光増幅部としての光増幅回路１と、光増幅回路１に接続する光ファイバＦ上に形成された光反射媒体２と、光反射媒体２で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される光を受光してパワーを検出する受光部としての受光器３と、受光器３の検出結果に基づいて光増幅回路１で発生する雑音光のトータルパワーを演算する演算部としての演算回路４と、を備える。また、この光増幅器は、光増幅回路１から出力され光ファイバＦを伝搬する光の一部を分岐する光分岐器５と、光分岐器５で分岐された光を受光してパワーを検出する受光器６と、演算回路４および受光器６からの出力信号に応じて光増幅回路１を制御する制御回路７と、を有する。
【００２０】
光増幅回路１は、例えば、希土類添加光ファイバ増幅器やラマン増幅器、半導体光増幅器などの公知の光増幅器を用いて構成され、光ファイバＦを介して入力される信号光ＬＩＮを所要のレベルに増幅して光ファイバＦに出力する。この光増幅回路１では、入力信号光ＬＩＮを増幅する際に自然放出光（ＡＳＥ）等の雑音光が発生する。よって、光増幅回路１からは、例えば図２に示すように、増幅された信号光ＬＳおよび雑音光ＬＮを含んだ出力光Ｌ１が光ファイバＦに出力されることになる。なお、ここでは波長の異なる複数の信号光を含んだＷＤＭ光が光増幅回路１で増幅される一例を示したが、単一波長の信号光が光増幅回路１で増幅される場合でも本発明は有効である。
【００２１】
光反射媒体２は、光増幅回路１で発生するＡＳＥ等の雑音光ＬＮのうちで信号帯域ΔλＳ外の所定の波長領域ΔλＮに存在する雑音光（図２参照）を予め設定した反射率に従って反射して光ファイバＦのコア外に放射し、波長領域ΔλＮ以外の光を透過することが可能な構造を有する。図３は、光反射媒体２の透過波長特性の一例を示したものである。この光反射媒体２の具体例としては、ファイバグレーティング、フォトニック結晶、誘電体多層膜、マッハツェンダ型デバイス等がある。なお、光反射媒体２の好ましい構成例については後述する他の実施形態において詳しく説明することにする。
【００２２】
受光器３は、光反射媒体２で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される雑音光ＬＲを受光可能な位置に配置され、その雑音光ＬＲのパワーに応じてレベルの変化する電気信号を演算回路４に出力する。
【００２３】
演算回路４は、受光器３からの出力信号によって示される雑音光ＬＲのパワーおよび光反射媒体２の波長領域ΔλＮに対する反射率に基づいて、光増幅回路１で広い波長帯域に亘って発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを演算し、その演算結果を示す信号を制御回路７に出力する。上記の演算処理は、例えば、受光器３でモニタされる波長領域ΔλＮの雑音光パワーと、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーとの関係を予め実験やシミュレーション等により求めたテーブルを参照して行われるものとする。また、このテーブルが良好な確度を有するようにするために、波長領域ΔλＮの設定としては、光増幅回路１における利得係数の高い帯域が選択されるようにするのが望ましい。具体的な一例を挙げておくと、光増幅回路１にエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用い、信号帯域ΔλＳをＣ−バンド（１．５５μｍ帯）とした場合には、波長領域ΔλＮとして１．５３μｍ帯付近を選択するのが好適である。また、信号帯域ΔλＳをＬ−バンド（１．５８μｍ帯）とした場合には、波長領域ΔλＮとして１．５７μｍ帯付近を選択するのが好適である。
【００２４】
光分岐器５は、ここでは例えば、光反射媒体２後段の光ファイバＦ上に配置され、光反射媒体２を透過した光ＬＴを予め設定された分岐比に従って２分岐し、一方の分岐光を出力光ＬＯＵＴとして光増幅器の外部に出力すると共に、他方の分岐光をモニタ光ＬＭとして受光器６に出力する。この光分岐器５は、上述の図１２に示した従来構成における光分岐器１０１と同様に、主信号光のパワーの減少を抑えるために、モニタ光側の比率が低くなるように設定されている。光分岐器５で分岐されるモニタ光ＬＭは、同じ分岐比で分岐された信号光ＬＳ’および雑音光ＬＮ’を含んだ光となる。
【００２５】
受光器６は、光分岐器５からのモニタ光ＬＭを受光し、そのモニタ光ＬＭのパワーに応じてレベルの変化する電気信号を制御回路７に出力する。
制御回路７は、受光器６からの出力信号を受けて出力光ＬＯＵＴのトータルパワーを求めた後、演算回路４からの出力信号によって示される雑音光ＬＮのトータルパワーを用いて雑音成分の補正を行い、信号光のみについての出力パワーを算出し、その結果に応じて光増幅回路１の動作を制御する。
【００２６】
上記のような構成の光増幅器では、一般的な光増幅器に既に備えられている光分岐器５および受光器６によってモニタされるトータル出力パワー（信号光＋雑音光）に加えて、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーが光反射媒体２、受光器３および演算回路４によってモニタされるようになり、その雑音光ＬＮのトータルパワーを用いてトータル出力パワーの補正を行うことで、信号光のみについての出力パワーを高い精度でモニタすることが可能になる。これにより、信号光のみの出力パワーを利用して光増幅回路１の制御（例えば、出力一定制御や利得一定制御など）を行うことで、信号光の増幅を高い精度で安定して行うことができるようになる。
【００２７】
また、雑音光ＬＮのトータルパワーをモニタするために光ファイバＦ上に形成される光反射媒体２は、信号帯域外の反射特性を付加するものであるため、光増幅器の本来の性能（例えば、利得や雑音指数（ＮＦ）等）を劣化させることがない。したがって、光反射媒体２における波長領域ΔλＮの雑音光に対する反射量を、受光器３の受光感度に応じて任意に設計することができる。具体的には、光反射媒体２で反射される雑音光のパワーが、受光器３にて良好な受光感度が得られる受光レベル範囲（例えば、−３０〜０ｄＢｍ／ｃｈ）内に収まるように、光反射媒体２の反射特性を設計すればよい。よって、従来のように雑音光が光分岐器において信号光と同じ分岐比で分岐されることで雑音光パワーを十分な精度でモニタできないという課題を、簡略な光回路構成の付加により低コストで解決することが可能になる。
【００２８】
さらに、本実施形態の光増幅器を複数用いて構成した光通信システムにおいて、上流に配置される光増幅器の演算回路４で演算された雑音光ＬＮのトータルパワーを下流に配置される光増幅器に伝達して、下流の光増幅器での信号光入力断検出における雑音光補正を行うようにすることも可能である。具体的には、下流の光増幅器において、例えば、上流の光増幅器から伝達される雑音光ＬＮのトータルパワーをトータル出力光パワーから差し引いて信号光のみの光パワーを算出し、その算出結果に基づいて信号光の入力断を検出することができる。このようにすれば、上流の光増幅器で発生する雑音光の影響を殆ど受けることなく下流の光増幅器における入力シャットダウン制御を確実に実施することができる。
【００２９】
加えて、受光器３でモニタされる波長領域ΔλＮの雑音光パワーを利用して、光増幅器の発振動作を回避する制御を行うことも可能である。すなわち、波長領域ΔλＮが光増幅回路１における利得係数のピーク波長付近に設定されていれば、この波長領域ΔλＮの雑音光パワーをモニタして、そのモニタ値が予め設定した発振閾値を超えないように光増幅回路１の増幅動作を制御することで、発振現象の発生を未然に防ぐことができるようになる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。この第２実施形態の光増幅器の特徴は、ＷＤＭ光を一括増幅する公知の光増幅器に一般的に具備されている利得等化光フィルタ（ＧＥＱ）８について、上述した第１実施形態における光反射媒体２としての機能を兼ね備えさせるようにしたものである。
【００３１】
ＧＥＱ８は、例えば、光ファイバＦの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型（tilted）の構成と、ブラッグ回折格子の格子間隔を光ファイバＦの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型（chirped）の構成とを組み合わせたファイバグレーティング（以下、チルト・チャープ型ＦＢＧと表記する）とする。このチルト・チャープ型ＦＢＧは、信号帯域ΔλＳに対して光増幅回路１の利得波長特性を平坦化可能な透過波長特性を有し、かつ、信号帯域外の波長領域ΔλＮに存在する雑音光ＬＮを反射して光ファイバＦのコア外に放射することが可能な特性を有するように設計されている。なお、上記のように設計されたチルト・チャープ型ＦＢＧでは、信号帯域ΔλＳの光の一部も光ファイバＦのコア外に放射されるようになる。
【００３２】
図５および図６は、上記のチルト・チャープ型ＦＢＧを用いたＧＥＱ８の透過波長特性および反射波長特性の一例を示す図である。各図に示すように、信号帯域ΔλＳの光については、透過率が光増幅回路１の利得波長特性（図２参照）とは逆の波長依存性を持つように設計され、この信号帯域ΔλＳの透過波長特性に対応して光ファイバＦのコア外に放射される信号帯域ΔλＳの光の反射量も変化する。また、信号帯域外の波長領域ΔλＮについては、反射率が信号帯域ΔλＳの平均的な反射率よりも高くなるように設計され、単位微小波長域あたりの光パワーが信号光に比べて圧倒的に小さい雑音光であっても受光器３で確実にモニタできるようになっている。
【００３３】
受光器３Ｎは、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射される波長領域ΔλＮの雑音光ＬＲＮを受光してパワーを測定するものであり、雑音光ＬＲＮの焦点に応じた位置に配置される。また、各受光器３１〜３Ｍは、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射される各信号光波長に対応した光ＬＲ１〜ＬＲＭをそれぞれ受光してパワーを測定するものであり、各々の光の焦点に応じた位置にそれぞれ配置される。なお、前述の図６において細線で示した各波長帯域は、各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの受光範囲を概念的に表したものである。
【００３４】
演算回路４は、上述した第１実施形態の場合と同様にして、受光器３Ｎで測定される波長領域ΔλＮの雑音光ＬＲＮのパワーおよびＧＥＱ８の反射特性を基に、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを演算する。また、各受光器３１〜３Ｍで測定される各信号光波長に対応した光ＬＲ１〜ＬＲＭのパワーおよびＧＥＱ８の反射特性を基に、本光増幅器から出力される出力光ＬＯＵＴの波長特性を求め、さらに、トータル出力パワー（信号光＋雑音光）も演算する。この演算回路４での演算結果は制御回路７に伝えられる。制御回路７では、第１実施形態の場合と同様にして、雑音光ＬＮのトータルパワーを用いてトータル出力パワーの補正を行って信号光のみについての出力パワーを求めて、光増幅回路１の制御が行われる。
【００３５】
ここで、ＧＥＱ８に適用されるチルト・チャープ型ＦＢＧについて詳細に説明する。
まず、一般にファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの紫外光誘起による屈折率変化を用いて、光ファイバ上にブラッグ回折格子（グレーティング）を形成したものであり、ブラッグ波長の光のみを反射（または遮断）する反射フィルタとして機能する。また、ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に数万層もの格子を形成することにより、波長に対して反射率（または透過率）が急峻に変化するシャープなスペクトル特性を実現することができる。
【００３６】
具体的に、ファイバグレーティングのブラッグ反射波長λＢは、光ファイバの伝搬モードに対する実屈折率ｎおよび格子間隔（グレーティングピッチ）Ｐを用いて、次の（１）式により表される。
【００３７】
λＢ＝２ｎＰ…（１）
また、反射スペクトルの帯域幅ΔλＢは、グレーティング長Ｌおよび屈折率変調の振幅Δｎを用いて、（２）式により表される。
【００３８】
ΔλＢ＝｛λＢ２／（πｎＬ）｝×｛π２＋（πΔｎＬ／λＢ）２｝１／２…（２）
さらに、グレーティング反射率ＲＢは、コア領域に含まれる伝搬光エネルギーの割合γを用いて、（３）式により表される。
【００３９】
ＲＢ＝ｔａｎｈ２（πＬΔｎγ／λＢ）…（３）
加えて、特定の波長の光を入射方向に反射するだけでなく、光ファイバの軸方向に対して斜めにグレーティングを作成することにより反射光をクラッド領域に放射させることができ、この後進クラッドモードへ結合した光は光ファイバ外に放出されることから、光スペクトルモニタや利得等化器等への応用例も報告されている（例えば、非特許文献１：C. K. Madsen et al., “Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.4, No.6,NOVEMBER/DECEMBER 1998,925-929.や、非特許文献２：Jefferson L. Wagener et al., “Fiber Grating Optical Spectrum Analyzer Tap”, ECOC,1997,65-68,postdeadline paper V.5.、非特許文献３：小向哲郎外１名，「光ファイバグレーティング技術の最近の展開」，信学技報ＯＰＥ９５−１１４（１９９５−１２）等参照）。
【００４０】
このようなチルト型ＦＢＧの真空中における反射波長λＢ’は、上述の（１）式に示したブラッグ反射波長λＢ（グレーティング方向が光ファイバの軸方向に対して垂直の場合）よりもクラッドモード実効屈折率差分だけ短波長側にずれるため、光ファイバのコアの実効屈折率ｎｃｏｒｅおよびクラッドの実効屈折率ｎｃｌａｄを用いて、次の（４）式により表される。
【００４１】
λＢ’＝Ｐ（２ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ）…（４）
また、上記チルト型ＦＢＧの反射波長λＢ’と、図７に示すような反射光の放射角度θ０およびグレーティング面の斜度θＴとの関係については、次の（５）式により表されることも知られている（前述の非特許文献１参照）。
【００４２】
λＢ’＝λＢ（１＋ｃｏｓθ０）／２ｃｏｓθＴ…（５）
上記の（４）式および（５）式の関係より、反射光の放射角度θ０は、反射波長λＢ’とグレーティングピッチＰに応じて決まることが分かる。反射波長λＢ’を固定した場合には、グレーティングピッチＰが長いと放射角度θ０は大きな値になる。
【００４３】
さらに、チルト型ＦＢＧについて、グレーティングピッチＰを光ファイバの長手方向に徐々に変化させてチャープ型の構成とすることで、反射光はその波長ごとに異なる位置に集光することが知られている（例えば、米国特許第5,061,032号等参照）。すなわち、チルト・チャープ型ＦＢＧは、チャープ設計を適切に行うことで所望の波長の反射光を光ファイバの長手方向に沿った所定の位置に集光させることができる。そこで、本実施形態のＧＥＱ８は、チルト・チャープ型ＦＢＧの上記の特性を利用して、波長領域ΔλＮの雑音光および各信号光波長に対応した光を光ファイバＦのコア外の異なる位置に集光させる。
【００４４】
チルト・チャープ型ＦＢＧの真空中における反射波長λＢ（ｚ）は、図８に示すように、チルト・チャープ型ＦＢＧの形成される光ファイバの長手方向をＺ軸とした場合に、位置ｚにおけるグレーティングピッチをＰ（ｚ）として、次の（６）式により表されることが知られている（前述の非特許文献１参照）。
【００４５】
λＢ（ｚ）＝ｎ｛Ｐ（ｚ）／ｃｏｓθＴ｝（１＋ｃｏｓθ０）…（６）
また、上記の反射波長λＢ（ｚ）は、チルト・チャープ型ＦＢＧのチャープ量（光ファイバの長手方向に対する単位長さあたりのグレーティングピッチ変化量）をｃ（ｚ）、チャープ型ＦＢＧの中心位置Ｚ０から反射される光の波長をλＢ０として、次の（６）’式により表すこともできる。
【００４６】
λＢ（ｚ）＝λＢ０＋ｃ（ｚ）（ｚ−ｚ０）…（６）’
この反射波長λＢ（ｚ）の光のＸ軸方向（光ファイバの長手方向に直交する方向）の集光位置ｘ０および焦点距離ｆは、次の（７）式および（８）式で表すことができる。
【００４７】
ｘ０＝｛ｚ・ｔａｎ［θ０（ｚ）］｝｜ｚ＝ｚ0…（７）
ｆ＝ｚ０／ｃｏｓθ０…（８）
上述したようなチルト・チャープ型ＦＢＧの設計パラメータ（グレーティングピッチＰ（ｚ）、実効屈折率ｎ、屈折率変調量Δｎ、グレーティング面の斜度θＴ、チャープ量ｃ（ｚ）等）を適切な値に設定することにより、ＧＥＱとしての機能（信号帯域ΔλＳについて光増幅回路１の利得波長特性を平坦化可能な透過波長特性）を備えつつ、信号帯域外の波長領域ΔλＮの雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に集光させる分波光学系を形成することができるようになる。
【００４８】
具体的には、信号帯域ΔλＳについて所望の透過波長特性を実現するために、屈折率変調量Δｎを調整して各波長に対する透過率の最適化を図ることが可能である（例えば、非特許文献４：丹羽敦彦外４名，「スラント型ファイバグレーティングを用いた利得等化器」，フジクラ技報，2002年10月参照）。
【００４９】
そして、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねないようにするために、屈折率変調量Δｎ以外の設計パラメータを用いて、チルト・チャープ型ＦＢＧで反射させる光の波長λＢ（ｚ）並びにその反射光の放射角度θ０および焦点距離ｆを最適化し、所望の波長帯の反射光が集光する位置に応じて各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの配置を決めるようにする。
【００５０】
このようにして設計したチルト・チャープ型ＦＢＧの製作方法としては、ＦＢＧの長手方向の各位置における紫外線の照射時間および光量を制御することによって、各波長光に対する反射率（透過率）を変化させるのがよい。例えば、反射率を高くする場合、対象とする波長帯域の光の反射がなされるＦＢＧ長手方向の所定の位置にて、ＦＢＧ形成時の紫外線照射時間または紫外線光量を増加させることで、屈折率変調量Δｎを増加させるようにする。
【００５１】
チルト・チャープ型ＦＢＧにおける反射光の焦点距離ｆについては、実効屈折率ｎ、チャープ量ｃ（ｚ）、グレーティング面の斜度θＴおよび屈折率変調量Δｎに依存して変化することが知られている（例えば、前述の非特許文献２参照）。焦点距離ｆを短くすることは、高い波長分解能を有しつつチルト・チャープ型ＦＢＧの近くに受光器を配置できることと等価であるため、モニタ精度の向上および光増幅器の小型化に有効である。焦点距離ｆを短くする場合にも、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねないようにするために、屈折率変調量Δｎ以外の設計パラメータを用いるようにするのがよい。望ましくはチャープ量ｃ（ｚ）を選択してこれを大きくすることで、ＧＥＱとしての機能に殆ど影響を及ぼすことなく焦点距離ｆを短くすることが可能になる。例えば、波長分解能として０．１ｎｍを得るのに１８ｃｍ程度の焦点距離が必要になる場合に、チャープ量を５４７ｎｍ／ｃｍから２７３ｎｍ／ｃｍにすることで、その焦点距離を半分の９ｃｍにできることが計算により求められる。なお、この一例は、焦点距離ｆを短くするために選択される設計パラメータがチャープ量ｃ（ｚ）に限定されることを意味するものではない。
【００５２】
上記の一例では、反射光の焦点距離に対応させて受光器を配置することを基本に考えているが、これとは逆に、敢えて焦点距離より短い位置に受光器を配置することで、モニタの波長分解能を許容範囲内で粗くして、光増幅器の小型化と受光器数の削減による低コスト化と図るという設計も可能である。具体的には、チルト・チャープ型ＦＢＧの設計パラメータで決定される各波長の反射光の焦点距離ｆに対し、この焦点距離ｆよりも受光器の位置を所要の波長分解能が得られるところまで近づけて、波長分解能を敢えて粗くすることで、光増幅器の小型化および受光器数の削減を図るようにしてもよい。このように、モニタの波長分解能と受光器の配置および数とは、光増幅器の所要性能に応じて任意に設計することが可能である。また、受光部のアセンブリを簡易化するための応用例として、各波長帯に対応した複数の受光器が一直線上に並ぶように配置を決めて、アレイ化された受光器（ＰＤアレイ）を使用することも有効である。このような構成を適用することにより、さらに低コストで簡略な構成の光増幅器を実現することが可能になる。
【００５３】
上記のようにしてチルト・チャープ型ＦＢＧを用いたＧＥＱ８の設計が行われた第２実施形態によれば、一般的なＷＤＭ用光増幅器に備えられているＧＥＱを用いて、主信号光が伝搬する光ファイバＦ上にモニタ用の光分岐器等を挿入することなく、簡易な光回路構成のモニタ系を実現することができ、これにより、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを高い精度でモニタすることが可能になると共に、各信号光波長に対応した光の出力パワーの波長特性もモニタすることが可能になる。これらのモニタ結果を用いて光増幅回路１の制御を行うことにより、例えば図９に示すように各波長の信号光パワーが所望のレベルで均一化された平坦な波長特性を有する光出力ＬＯＵＴを安定して得ることができる。また、上記のＧＥＱ８を利用したモニタ系は、基本的に、一般的なＧＥＱについて信号帯域外に反射特性を付加したものに相当するため、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねるようなこともない。さらに、信号帯域外の波長領域ΔλＮに対するＧＥＱ８の反射率は、信号帯域ΔλＳの反射率に依存することなく、受光器３Ｎの性能等に応じて任意に設定することができるため、従来の光分岐器を用いたモニタ系に比べて大きなパワーの雑音光を受光して良好な精度で雑音光のモニタを行うことが可能になる。加えて、ＧＥＱ８に対する各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの配置に応じてモニタの波長分解能を変えることができるため、所要の性能に対して過不足のないモニタ機能を実現できるというフレキシブル性も有している。
【００５４】
また、第２実施形態の光増幅器においても、上述した第１実施形態の場合と同様に、上流の光増幅器でモニタされた雑音光ＬＮのトータルパワーを下流の光増幅器に伝達して、下流の光増幅器での信号光入力断検出における雑音光補正を行うことや、受光器でモニタされる雑音光パワーを利用して光増幅器の発振動作を回避する制御を行うことも勿論可能である。
【００５５】
なお、上記の第２実施形態では、チルト・チャープ型ＦＢＧを用いてＧＥＱ８を構成する場合について詳しく説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、非特許文献５：花泉修外２名，「多次元周期構造体を用いた波長選択性デバイス」，波長集積・操作フォトニクス−光スペクトル資源の極限利用に向けて−平成１５年度公開シンポジウム，講演論文集p.85-88，平成16年1月21-22日，などに記載されているフォトニック結晶をＦＢＧに代えて利用してチルト・チャープ型の回折格子を形成することも可能である。
【００５６】
また、一般的なＷＤＭ用光増幅器に備えられているＧＥＱについて光反射媒体としての機能を追加して雑音光パワー等のモニタを行うようにしたが、例えば、単一波長の信号光を増幅する光増幅器では、ＧＥＱの代わりに設けられる雑音光除去用の光フィルタについて、チルト型ＦＢＧを適用して光反射媒体としての機能を追加するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、上記の第２実施形態では、信号帯域外の所定の波長領域ΔλＮに存在する雑音光のモニタと、各信号光波長に対応した出力光の波長特性のモニタとを共通のＧＥＱ８で同時に行うようにしたが、雑音光のモニタ機能を省略したチルト・チャープ型ＦＢＱを一般的なＧＥＱに適用するようにしても本発明は有効である。この場合、従来の光分岐器等を用いた出力光のモニタ系に比べて簡易な光回路構成で出力光の波長特性をモニタすることが可能である。
【００５８】
加えて、上記の第２実施形態では、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射された光を各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍで直接受光する構成例を示したが、例えば、ＧＥＱ８と各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍとの間にレンズ媒体（具体例としては、ボールレンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ若しくはプリズムまたはこれらのレンズの組み合わせ等）を設けるようにして、各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍに到達する反射光の集光性を向上させるようにしてもよい。また、モニタの波長分解能が許容範囲内であれば、ＧＥＱ８の形成された光ファイバＦのクラッド外面に近接させて各受光器を配置するようにしても反射光の減衰を抑えることが可能である。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１０は、第３実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
図１０において、第３実施形態の光増幅器は、分布ラマン増幅器（ＤＲＡ）１００およびエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２００を縦続接続した構成について本発明を適用した場合の具体例である。
【００６０】
前段のＤＲＡ１００は、励起光源（ＬＤ）１１０で発生するラマン増幅用励起光ＬＰ１を光合波器１１１を介して入力側の伝送路（光増幅媒体）に供給することで、該伝送路を伝搬する信号光をラマン効果により増幅する。この伝送路における信号光のラマン増幅に伴って雑音光が発生し、その雑音光がラマン増幅された信号光と伴に光合波器１１１を通過してＤＲＡ用利得等化器（ＧＥＱ）１２０に入力される。なお、ここでは伝送路を光増幅媒体とする分布ラマン増幅器の一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば分散補償ファイバファイバ（ＤＣＦ）などを光増幅媒体とし、それに励起光を注入して信号光をラマン増幅するＤＣＦＲＡ等を使用することも可能である。
【００６１】
ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０は、前述の第２実施形態におけるＧＥＱ８と同様に、伝送路におけるラマン増幅の利得波長特性を平坦化する機能に加えて、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に放射する機能を有する。ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０で反射されて光ファイバＦのコア外に放射された各波長の光は、受光器（ＰＤ）１３０で受光されて各々のパワーが測定され、その測定結果に基づいてラマン増幅により発生する雑音光のトータルパワーおよびラマン増幅された各波長の信号光出力パワーの波長特性が演算回路１４０で演算される。演算回路１４０の演算結果は、励起光源１１０を制御するＤＲＡ制御回路１７０に伝えられると共に、後段のＥＤＦＡ制御回路２７０にも伝えられる。また、ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０を通過して後段のＥＤＦＡ２００に入力される光の一部が光分岐器１５０でモニタ光ＬＭ１として分岐され、そのモニタ光ＬＭ１のパワーが受光器（ＰＤ）１６０で測定される。受光器１６０での測定結果は、ＤＲＡ制御回路１７０およびＥＤＦＡ制御回路２７０にそれぞれ伝えられる。
【００６２】
ＥＤＦＡ２００は、励起光源（ＬＤ）２１０で発生する励起光ＬＰ２が光合波器２１１を介して供給される前段側のＥＤＦ２１２と、励起光源（ＬＤ）２１５で発生する励起光ＬＰ３が光合波器２１６を介して供給される後段側のＥＤＦ２１７とからなる２段構成を有し、ＥＤＦ２１２，２１７の段間に出力レベル制御用の可変光減衰器（ＶＯＡ）２８０を備えると共に、光合波器２１６後段の光ファイバＦ上にはＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０および光分岐器２５０が設けられている。ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０は、前述の第２実施形態におけるＧＥＱ８と同様に、ＥＤＦ２１２，２１７の全体における利得波長特性を平坦化する機能に加えて、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に放射する機能を有する。ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０で反射されて光ファイバＦのコア外に放射された各波長の光は、受光器（ＰＤ）２３０で受光されて各々のパワーが測定され、その測定結果に基づいて各ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光のトータルパワーおよび各ＥＤＦ２１２，２１７で増幅された各波長の信号光出力パワーの波長特性が演算回路２４０で演算される。演算回路２４０の演算結果は、ＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。また、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０を通過した光の一部が光分岐器２５０でモニタ光ＬＭ２として分岐され、そのモニタ光ＬＭ２のパワーが受光器（ＰＤ）２６０で測定される。受光器２６０での測定結果は、ＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。ＥＤＦＡ制御回路２７０は、演算回路２４０および受光器１６０、２６０からの出力信号に基づいて、各励起光源２１０，２１５および可変光減衰器２８０をそれぞれ制御する。なお、図中のシステム監視制御回路３００は、本光増幅器で増幅処理されるＷＤＭ光に含まれる信号光の波長数や波長配置等に関する信号光情報をＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各演算回路１４０，２４０に与えるものである。このシステム監視制御回路３００からの信号光情報は、例えば、本光増幅器が用いられる光通信システムの運用状況（信号数や信号帯域等）の変化によりモニタ精度が劣化しないようにするために、各演算回路１４０，２４０で雑音光補正を行う際に参照される。
【００６３】
上記のような構成を備えた本実施形態の光増幅器では、前段のＤＲＡ１００において、ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０、受光器１３０および演算回路１４０によりモニタされる信号帯域のＤＲＡ出力パワーの波長特性を基に、ラマン増幅用励起光ＬＰ１の供給状態（例えば、複数の波長の励起光を伝送路に供給している場合の各波長の励起光パワーの比率など）がＤＲＡ制御回路１７０により制御されてＤＲＡの利得波長特性が最適化される。これにより変化したＤＲＡ出力のトータルパワーは、光分岐器１５０および受光器１６０によるモニタ値を基にして、ラマン増幅用励起光ＬＰ１の供給パワー等を調整することで所望のレベルに制御される。また、演算回路１４０で求められたラマン増幅により発生する雑音光のトータルパワーに関する情報が、演算回路１４０からＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。
【００６４】
後段のＥＤＦＡ２００においては、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０、受光器２３０および演算回路２４０によりモニタされる、ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光のトータルパワーおよび信号帯域の出力パワーの波長特性がＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられると共に、光分岐器２５０および受光器２６０でモニタされる出力光ＬＯＵＴのトータルパワーがＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。そして、ＥＤＦＡ制御回路２７０では、ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光だけでなく、前段のＤＲＡ１００で発生した雑音光も加えて出力光ＬＯＵＴについての雑音光補正が行われ、その結果に基づいて各励起光ＬＰ２，ＬＰ３の供給状態を調整することでＥＤＦＡの利得波長特性の制御が行われると共に、ＶＯＡ２８０の減衰量を調整することで出力レベルの制御が行われる。また、ＥＤＦＡ制御回路２７０では、ＤＲＡ１００の演算回路１４０から伝えられる雑音光のトータルパワーを用いて、入力断検出のための閾値の雑音光補正が行われ、その閾値よりも受光器１６０のモニタ値が小さくなった場合に信号光の入力断を検出して、励起光源２１０，２１５等のシャットダウン制御が行われる。さらに、ＥＤＦＡ２００が大きな利得係数を有する場合には、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０、受光器２３０および演算回路２４０により利得ピーク付近の波長領域の雑音光パワーをモニタするようにして、そのモニタ値が予め基準を設けておいた発振閾値を超えないように各励起光ＬＰ２，ＬＰ３のパワーが制御され、ＥＤＦＡ２００の発振動作が回避される。
【００６５】
上記のように第３実施形態の光増幅器によれば、ＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００でそれぞれ発生する雑音光並びにＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各出力パワーの波長特性を簡易な光回路構成により高い精度でモニタすることができ、そのモニタ結果に基づいてＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各種制御を行うことで、所望の出力レベルに制御された波長特性の平坦な信号光出力を安定して得ることができると同時に、雑音光の影響を受けることなく確実に入力シャットダウン制御を行うことが可能になる。
【００６６】
なお、上記の第３実施形態では、ＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００を縦続接続した構成例を示したが、本発明の光増幅器の構成が上記の一例に限定されることを意味するものではなく、公知の構成の光増幅器に対して本発明のモニタ技術を適用することが可能である。
【００６７】
また、上述した第１〜第３実施形態では、光増幅器の内部に光反射媒体若しくは当該機能を付加したＧＥＱ等の光フィルタを設けるようにしたが、本発明はこれに限らす、例えば図１１に示すように、上流の光増幅器Ａ１と下流の光増幅器Ａ２の間を接続する伝送路上に光反射媒体２を配置し、その近傍に受光器３および演算回路４を設けて光モニタ回路を構成して、上流の光増幅器Ａ１で発生する雑音光ＬＮのパワーや信号光出力の波長特性などをモニタするようにしてもよい。このような光モニタ回路においても上述した各実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００６８】
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。
【００６９】
（付記１）信号光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に配置され、前記光増幅部で発生する雑音光のうちで信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算する演算部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光増幅器。
【００７０】
（付記２）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に、予め設定した透過波長特性に従って信号光を透過する光フィルタデバイスを有するとき、該光フィルタデバイスに前記光反射媒体としての機能を具備させたことを特徴とする光増幅器。
【００７１】
（付記３）付記２に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、波長の異なる複数の信号光を含んだ波長多重光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記波長多重光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性を有し、かつ、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する利得等化光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
【００７２】
（付記４）付記３に記載の光増幅器であって、
前記利得等化光フィルタは、前記各信号光の波長に対応した光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有し、
前記受光部は、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する第１受光器と、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される前記各信号光の波長に対応した光を受光してパワーを検出する少なくとも１つの第２受光器と、を有し、
前記演算部は、前記第１受光器の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算すると共に、前記第２受光器の検出結果に基づいて信号帯域の光パワーの波長特性を判断することを特徴とする光増幅器。
【００７３】
（付記５）付記２に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、単一波長の信号光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記信号光の波長を中心とする透過帯域を有し、かつ、該透過帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する雑音光除去用光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
【００７４】
（付記６）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して格子面の法線方向を傾けて配置した回折格子を有し、前記光ファイバを伝搬する光の一部を前記回折格子で反射して前記光ファイバのコア外に放射することを特徴とする光増幅器。
【００７５】
（付記７）付記６に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
【００７６】
（付記８）付記７に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
【００７７】
（付記９）付記８に記載の光増幅器であって、
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点距離に応じた位置に配置されることを特徴とする光増幅器。
【００７８】
（付記１０）付記８に記載の光増幅器であって、
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点位置よりも前記光反射媒体側に配置されることを特徴とする光増幅器。
【００７９】
（付記１１）付記６に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバ上にフォトニック結晶を配置して前記回折格子を形成したことを特徴とする光増幅器。
【００８０】
（付記１２）付記１に記載の光増幅器であって、
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーに基づいて、前記光増幅部の光出力パワーに含まれる雑音光パワーを補正することで信号光成分のみの光出力パワーを算出し、その算出結果に応じて前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００８１】
（付記１３）付記１に記載の光増幅器であって、
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーを下流の光増幅器に伝え、該下流の光増幅器において、上流の光増幅器で発生する雑音光パワーをトータル出力光パワーから差し引いて算出した信号光のみの光パワーに基づいて信号光の入力断が検出されるようにしたことを特徴とする光増幅器。
【００８２】
（付記１４）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光増幅部の利得ピーク波長近傍の雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能であり、
前記受光部で検出される前記利得ピーク波長近傍の雑音光パワーが予め設定した発振閾値よりも小さくなるように、前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００８３】
（付記１５）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、希土類添加ファイバ増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８４】
（付記１６）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、光増幅媒体に励起光を注入して信号光をラマン増幅するラマン増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８５】
（付記１７）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、半導体光増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８６】
（付記１８）波長の異なる複数の光が伝搬する光ファイバ上に形成され、前記光ファイバの軸方向に対して格子面の法線方向を傾けて配置した回折格子を有し、前記光ファイバを伝搬する光のうちの第１波長帯域内の光に対する反射率と、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域内の光に対する反射率とが相違するように、前記回折格子の反射特性が設計され、当該反射光を前記光ファイバのコア外に放射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第１波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第１受光部と、
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第２波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第２受光部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光モニタ回路。
【００８７】
（付記１９）付記１８に記載の光モニタ回路であって、
前記光ファイバを伝搬する光は、前記第１波長帯域内に信号光を含み、前記第２波長帯域内には雑音光のみが存在するものであり、
前記光反射媒体は、前記第１波長帯域内の光に対する反射率よりも前記第２波長帯域内の雑音光に対する反射率が高くなるように、前記回折格子の反射特性が設計されることを特徴とする光モニタ回路。
【００８８】
（付記２０）付記１８に記載の光モニタ回路であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
【００８９】
（付記２１）付記２０に記載の光モニタ回路であって、
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
【符号の説明】
【００９０】
１…光増幅回路（ＡＭＰ）
２…光反射媒体
３，３Ｎ，３１〜３Ｍ，６…受光器（ＰＤ）
４…演算回路
５…光分岐器
７…制御回路
８…利得等化光フィルタ（ＧＥＱ）
Ｆ…光ファイバ
ＬＳ…信号光
ＬＮ…雑音光
ＬＲ，ＬＲＮ，ＬＲ１〜ＬＲＭ…反射光
ΔλＳ…信号帯域
ΔλＮ…信号帯域外の波長領域
１００…分布ラマン増幅器（ＤＲＡ）
２００…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光通信に利用される光増幅器に関し、特に、信号光を増幅する際に発生する雑音光のパワー等を検出するモニタ機能を備えた光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器は光通信システムの長距離化および大容量化を実現するキーコンポーネントの１つである。光増幅器は反転分布媒質からの誘導放出を用いるレーザ増幅器と、ラマン散乱やブリルアン散乱などの非線形光学効果に基づく増幅器に分別される。さらに、レーザ増幅器には、希土類添加ファイバ増幅器と半導体増幅媒体を用いる半導体レーザ増幅器がある。前者は光励起により、また、後者は注入電流励起により光増幅器として動作する。これらの光増幅器の中で、希土類添加光ファイバ増幅器は、例えば、ビットレートフリー、高利得、低雑音、広帯域、低い結合損失、低偏光依存性、高効率などの性能面で大きな利点を有している。希土類添加光ファイバ増幅器の中でも、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ増幅器（Erbium-doped fiber amplifier：以下、ＥＤＦＡとする）が一般的であり、現在、光ファイバ通信システムにおいて実用化されている。このような光増幅器については、適用される光通信システムの性能およびコストパフォーマンス等の向上を図るために、簡易な光回路構成を有しつつ、より高い性能を実現することが求められ、そのような光増幅器に対する需要が大きくなっている。
【０００３】
ところで、波長の異なる複数の光信号を含んだ波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光の中継伝送を行うＷＤＭ用光通信システムにおいて、所定の伝送特性を満たすために、信号光パワーの波長特性は平坦であることが望まれる。しかしながら、光伝送路の条件や、希土類添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅器等を用いた光増幅中継局における利得波長特性（例えば、チルトやリップルなど）の累積といった様々な要因により、受信側における信号光パワーの波長平坦性の劣化が問題視されている。このため、光増幅器の動作制御に関する１つの課題として、光増幅中継局の出力波長特性を制御する技術を確立することが挙げられる（第１の課題）。
【０００４】
また、光増幅器では光増幅に伴って雑音成分である自然放出光（ＡＳＥ）が発生する。このＡＳＥは、光パワーレベルが信号光と比べて圧倒的に小さいものの、広い波長帯域に亘って発生する。このため、光増幅器の出力光を分岐して受光器で受ける一般的な出力モニタ技術を用いて出力一定制御や利得一定制御などといった光増幅器の制御を行う場合、信号光とともに雑音成分であるＡＳＥの光パワーが含まれるため、ＡＳＥの影響が出力モニタ結果に現れて光増幅器の制御精度を劣化させてしまう。また、上流に配置した光増幅器のＡＳＥにより、下流に配置した光増幅器の入力シャットダウン機能（入力信号光パワーの入力断を検出して光増幅器の励起光パワーをオフにする機能）も劣化してしまう。このようなＡＳＥに起因した問題は、特に、信号波長数がダイナミックに変わるシステム等ではＡＳＥの発生量も大きく変わるため深刻なものとなる。このため、光増幅器の動作制御に関する他の課題として、光増幅器で発生するＡＳＥパワーを正確に見積もって（モニタ）、当該光増幅器の制御目標値の補正および入力断検出閾値の補正を行う技術を確立することが挙げられる（第２の課題）。
【０００５】
さらに、光増幅器では、より大きな利得係数を有する波長域について、高い反転分布状態においてエネルギーが集中して発振動作し、雑音成分が増えて伝送特性を劣化させてしまうという問題もある。この光増幅器の発振現象は、光増幅媒体の利得と光増幅媒体の入出力側の反射減衰量との関係に応じた閾値を持っており、光増幅器の利得条件や構成光部品の反射減衰量劣化といった要因により上記のような問題が顕在化する。具体的には、例えば、光増幅器に入力される信号数が少ない場合や、光増幅媒体に繋がる光路上の光アイソレータにおけるアイソレーション量が劣化したときなどに、発振動作（雑音成分の増加）が顕著になる。このため、光増幅器の動作制御に関する別の課題として、予め分かっている利得係数の大きい波長域について、出力光レベルが発振閾値を超えないようにする制御技術を確立することが挙げられる（第３の課題）。
【０００６】
ＷＤＭ用光通信システムの性能および信頼性の向上を図るためには、上記のような光増幅器の動作制御に関する第１〜第３の課題を同時に解決することが重要である。具体的には、第１の課題に対してＷＤＭ信号光パワーの波長特性を高い精度でモニタでき、また、第２および第３の課題に対してＡＳＥ等の雑音光のパワーを高い精度でモニタできることが必要である。
【０００７】
従来の光増幅器における光パワーモニタの構成としては、例えば図１２に示すように、ＷＤＭ光の伝搬する主信号系の光路上に光分岐器１０１を挿入し、その光分岐器１０１の分岐ポートに光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）１０２を配置して、光スペクトルアナライザ１０２でモニタされる光スペクトルの測定結果を可変利得等化器（ＶＧＥＱ）１０３等に伝えて制御を実施する構成などが知られている。また、光スペクトルアナライザ１０２に代えて、光分岐器１０１の分岐ポートに波長分離デバイス（例えば、クレーティングや光フィルタ等）および受光器を設け、波長分離デバイスで分波した光を受光器で受光してパワーをモニタする構成もある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の光パワーモニタの構成では、光分岐器１０１および高価な光スペクトルアナライザ１０２若しくは波長分離デバイス等を光増幅器に新たに加える必要があるため、光回路構成の複雑化および高コスト化を招くという欠点がある。
【００１０】
また、図１２の左下に例示したように、単位微小波長域あたりの光パワーが信号光に比べて圧倒的に小さいＡＳＥ等の雑音光が光分岐器１０１において信号光と同じ分岐比で分岐される。光分岐器１０１の分岐比は、主信号光のパワーの減少を極力抑える必要が生じるため、モニタ光側の比率が低くなるように設定される（例えば、主信号光側が９５〜９９％、モニタ光側が１〜５％など）。このため、モニタ光に含まれる雑音光は極僅かとなり、光スペクトルアナライザ１０２で受光される雑音光のレベルは低く、従って、受光感度は悪く、雑音光パワーを所望の精度でモニタすることが困難になるという問題点もある。
【００１１】
上記のような従来構成の問題点を解消するための１つの手法として、例えば、光増幅器で発生する雑音光のパワーの典型的な値を実験やシミュレーション等により予め求め、その結果を用いて光増幅器の制御を行うようにすることが考えられる。しかし、このような手法では、光増幅媒体の部品個体差や環境（例えば、温度や湿度等）の変化、ＷＤＭ光に含まれる信号光の波長数などに応じて雑音光の発生量がダイナミックに変化するため、光増幅器で発生する雑音光のパワーの値を正確に見積もることが難しい。このため、実際にモニタした光出力パワーについて雑音光成分の補正を正確に行うことができなくなるので、光増幅器の制御精度が悪くなり、ＷＤＭ用光通信システムの性能および信頼性を劣化させてしまう。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光を増幅する際に発生する雑音光パワーや信号光パワー等を簡易な光回路構成により高い精度で検出することのできるモニタ機能を備え、平坦な波長特性を有するＷＤＭ光を安定して得ることのできる光増幅器を低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の光増幅器は、複数の信号光が波長多重されたＷＤＭ光を増幅する光増幅部と、前記光増幅部の出力側に接続された光ファイバ上に配置され、該光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成し、かつ、該ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有し、前記ＷＤＭ光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って前記ＷＤＭ光の一部を透過しつつ、前記透過波長特性に応じて前記ＷＤＭ光の一部を前記光ファイバのコア外に反射することが可能な光反射媒体と、前記光反射媒体より前記光ファイバのコア外に反射される前記ＷＤＭ光に含まれる前記複数の信号光を受光してパワーを検出する受光部と、前記受光部で検出された前記複数の信号光のパワーおよび前記光反射媒体の透過波長特性を基に、前記光増幅部から出力され前記光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算部と、前記演算部で求められたＷＤＭ光の波長特性に基づいて前記光増幅部を制御する制御部と、を備える。
【００１４】
かかる構成の光増幅器では、光増幅部から出力され光ファイバを伝搬する光が、チルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体に与えられる。この光反射媒体では、光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って、信号帯域のＷＤＭ光の一部が透過され、残りの一部が光ファイバのコア外に放射される。光ファイバのコア外に放射されたＷＤＭ光は、受光部で受光されて複数の信号光のパワーが検出され、その検出結果が演算部に伝えられる。演算部では、受光部の検出結果を基に、光増幅部から出力され光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性が求められ、該演算結果に基づいて制御部により光増幅部が制御される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光増幅器は、光増幅部からの出力光が伝搬する光ファイバ上に、光増幅部の利得等化機能を持つチルト・チャープ型ファイバグレーティングを用いた光反射媒体を形成し、該光反射媒体の透過波長特性に従って光ファイバのコア外に放射される信号帯域の光パワーを基に光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求めて光増幅部を制御するようにしたことで、各波長の信号光パワーが均一化された平坦な波長特性を有するＷＤＭ光の増幅出力を安定して得ることができる。
【００１６】
なお、本発明の他の目的、特徴および効果については、以下の詳細な説明および添付図面によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】上記第１実施形態において光増幅回路から出力される光の波長特性の一例を示す図である。
【図３】上記第１実施形態に用いられる光反射媒体の透過波長特性の一例を示す図である。
【図４】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５】上記第２実施形態に用いられるＧＥＱの透過波長特性の一例を示す図である。
【図６】上記第２実施形態に用いられるＧＥＱの反射波長特性の一例を示す図である。
【図７】チルト型ＦＢＧにおける反射光の放射角度およびグレーティング面の斜度を説明する図である。
【図８】チルト・チャープ型ＦＢＧにおける反射光の集光位置を説明するための図である。
【図９】上記第２実施形態における出力光の波長特性を示す図である。
【図１０】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１１】本発明を適用した光モニタ回路の一例を示すブロック図である。
【図１２】従来の光増幅器における光パワーモニタの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明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。
【００１９】
図１において、第１実施形態の光増幅器は、例えば、入力信号光ＬＩＮを増幅する光増幅部としての光増幅回路１と、光増幅回路１に接続する光ファイバＦ上に形成された光反射媒体２と、光反射媒体２で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される光を受光してパワーを検出する受光部としての受光器３と、受光器３の検出結果に基づいて光増幅回路１で発生する雑音光のトータルパワーを演算する演算部としての演算回路４と、を備える。また、この光増幅器は、光増幅回路１から出力され光ファイバＦを伝搬する光の一部を分岐する光分岐器５と、光分岐器５で分岐された光を受光してパワーを検出する受光器６と、演算回路４および受光器６からの出力信号に応じて光増幅回路１を制御する制御回路７と、を有する。
【００２０】
光増幅回路１は、例えば、希土類添加光ファイバ増幅器やラマン増幅器、半導体光増幅器などの公知の光増幅器を用いて構成され、光ファイバＦを介して入力される信号光ＬＩＮを所要のレベルに増幅して光ファイバＦに出力する。この光増幅回路１では、入力信号光ＬＩＮを増幅する際に自然放出光（ＡＳＥ）等の雑音光が発生する。よって、光増幅回路１からは、例えば図２に示すように、増幅された信号光ＬＳおよび雑音光ＬＮを含んだ出力光Ｌ１が光ファイバＦに出力されることになる。なお、ここでは波長の異なる複数の信号光を含んだＷＤＭ光が光増幅回路１で増幅される一例を示したが、単一波長の信号光が光増幅回路１で増幅される場合でも本発明は有効である。
【００２１】
光反射媒体２は、光増幅回路１で発生するＡＳＥ等の雑音光ＬＮのうちで信号帯域ΔλＳ外の所定の波長領域ΔλＮに存在する雑音光（図２参照）を予め設定した反射率に従って反射して光ファイバＦのコア外に放射し、波長領域ΔλＮ以外の光を透過することが可能な構造を有する。図３は、光反射媒体２の透過波長特性の一例を示したものである。この光反射媒体２の具体例としては、ファイバグレーティング、フォトニック結晶、誘電体多層膜、マッハツェンダ型デバイス等がある。なお、光反射媒体２の好ましい構成例については後述する他の実施形態において詳しく説明することにする。
【００２２】
受光器３は、光反射媒体２で反射されて光ファイバＦのコア外に放射される雑音光ＬＲを受光可能な位置に配置され、その雑音光ＬＲのパワーに応じてレベルの変化する電気信号を演算回路４に出力する。
【００２３】
演算回路４は、受光器３からの出力信号によって示される雑音光ＬＲのパワーおよび光反射媒体２の波長領域ΔλＮに対する反射率に基づいて、光増幅回路１で広い波長帯域に亘って発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを演算し、その演算結果を示す信号を制御回路７に出力する。上記の演算処理は、例えば、受光器３でモニタされる波長領域ΔλＮの雑音光パワーと、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーとの関係を予め実験やシミュレーション等により求めたテーブルを参照して行われるものとする。また、このテーブルが良好な確度を有するようにするために、波長領域ΔλＮの設定としては、光増幅回路１における利得係数の高い帯域が選択されるようにするのが望ましい。具体的な一例を挙げておくと、光増幅回路１にエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用い、信号帯域ΔλＳをＣ−バンド（１．５５μｍ帯）とした場合には、波長領域ΔλＮとして１．５３μｍ帯付近を選択するのが好適である。また、信号帯域ΔλＳをＬ−バンド（１．５８μｍ帯）とした場合には、波長領域ΔλＮとして１．５７μｍ帯付近を選択するのが好適である。
【００２４】
光分岐器５は、ここでは例えば、光反射媒体２後段の光ファイバＦ上に配置され、光反射媒体２を透過した光ＬＴを予め設定された分岐比に従って２分岐し、一方の分岐光を出力光ＬＯＵＴとして光増幅器の外部に出力すると共に、他方の分岐光をモニタ光ＬＭとして受光器６に出力する。この光分岐器５は、上述の図１２に示した従来構成における光分岐器１０１と同様に、主信号光のパワーの減少を抑えるために、モニタ光側の比率が低くなるように設定されている。光分岐器５で分岐されるモニタ光ＬＭは、同じ分岐比で分岐された信号光ＬＳ’および雑音光ＬＮ’を含んだ光となる。
【００２５】
受光器６は、光分岐器５からのモニタ光ＬＭを受光し、そのモニタ光ＬＭのパワーに応じてレベルの変化する電気信号を制御回路７に出力する。
制御回路７は、受光器６からの出力信号を受けて出力光ＬＯＵＴのトータルパワーを求めた後、演算回路４からの出力信号によって示される雑音光ＬＮのトータルパワーを用いて雑音成分の補正を行い、信号光のみについての出力パワーを算出し、その結果に応じて光増幅回路１の動作を制御する。
【００２６】
上記のような構成の光増幅器では、一般的な光増幅器に既に備えられている光分岐器５および受光器６によってモニタされるトータル出力パワー（信号光＋雑音光）に加えて、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーが光反射媒体２、受光器３および演算回路４によってモニタされるようになり、その雑音光ＬＮのトータルパワーを用いてトータル出力パワーの補正を行うことで、信号光のみについての出力パワーを高い精度でモニタすることが可能になる。これにより、信号光のみの出力パワーを利用して光増幅回路１の制御（例えば、出力一定制御や利得一定制御など）を行うことで、信号光の増幅を高い精度で安定して行うことができるようになる。
【００２７】
また、雑音光ＬＮのトータルパワーをモニタするために光ファイバＦ上に形成される光反射媒体２は、信号帯域外の反射特性を付加するものであるため、光増幅器の本来の性能（例えば、利得や雑音指数（ＮＦ）等）を劣化させることがない。したがって、光反射媒体２における波長領域ΔλＮの雑音光に対する反射量を、受光器３の受光感度に応じて任意に設計することができる。具体的には、光反射媒体２で反射される雑音光のパワーが、受光器３にて良好な受光感度が得られる受光レベル範囲（例えば、−３０〜０ｄＢｍ／ｃｈ）内に収まるように、光反射媒体２の反射特性を設計すればよい。よって、従来のように雑音光が光分岐器において信号光と同じ分岐比で分岐されることで雑音光パワーを十分な精度でモニタできないという課題を、簡略な光回路構成の付加により低コストで解決することが可能になる。
【００２８】
さらに、本実施形態の光増幅器を複数用いて構成した光通信システムにおいて、上流に配置される光増幅器の演算回路４で演算された雑音光ＬＮのトータルパワーを下流に配置される光増幅器に伝達して、下流の光増幅器での信号光入力断検出における雑音光補正を行うようにすることも可能である。具体的には、下流の光増幅器において、例えば、上流の光増幅器から伝達される雑音光ＬＮのトータルパワーをトータル出力光パワーから差し引いて信号光のみの光パワーを算出し、その算出結果に基づいて信号光の入力断を検出することができる。このようにすれば、上流の光増幅器で発生する雑音光の影響を殆ど受けることなく下流の光増幅器における入力シャットダウン制御を確実に実施することができる。
【００２９】
加えて、受光器３でモニタされる波長領域ΔλＮの雑音光パワーを利用して、光増幅器の発振動作を回避する制御を行うことも可能である。すなわち、波長領域ΔλＮが光増幅回路１における利得係数のピーク波長付近に設定されていれば、この波長領域ΔλＮの雑音光パワーをモニタして、そのモニタ値が予め設定した発振閾値を超えないように光増幅回路１の増幅動作を制御することで、発振現象の発生を未然に防ぐことができるようになる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。この第２実施形態の光増幅器の特徴は、ＷＤＭ光を一括増幅する公知の光増幅器に一般的に具備されている利得等化光フィルタ（ＧＥＱ）８について、上述した第１実施形態における光反射媒体２としての機能を兼ね備えさせるようにしたものである。
【００３１】
ＧＥＱ８は、例えば、光ファイバＦの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型（tilted）の構成と、ブラッグ回折格子の格子間隔を光ファイバＦの軸方向に沿って徐々に変化させたチャープ型（chirped）の構成とを組み合わせたファイバグレーティング（以下、チルト・チャープ型ＦＢＧと表記する）とする。このチルト・チャープ型ＦＢＧは、信号帯域ΔλＳに対して光増幅回路１の利得波長特性を平坦化可能な透過波長特性を有し、かつ、信号帯域外の波長領域ΔλＮに存在する雑音光ＬＮを反射して光ファイバＦのコア外に放射することが可能な特性を有するように設計されている。なお、上記のように設計されたチルト・チャープ型ＦＢＧでは、信号帯域ΔλＳの光の一部も光ファイバＦのコア外に放射されるようになる。
【００３２】
図５および図６は、上記のチルト・チャープ型ＦＢＧを用いたＧＥＱ８の透過波長特性および反射波長特性の一例を示す図である。各図に示すように、信号帯域ΔλＳの光については、透過率が光増幅回路１の利得波長特性（図２参照）とは逆の波長依存性を持つように設計され、この信号帯域ΔλＳの透過波長特性に対応して光ファイバＦのコア外に放射される信号帯域ΔλＳの光の反射量も変化する。また、信号帯域外の波長領域ΔλＮについては、反射率が信号帯域ΔλＳの平均的な反射率よりも高くなるように設計され、単位微小波長域あたりの光パワーが信号光に比べて圧倒的に小さい雑音光であっても受光器３で確実にモニタできるようになっている。
【００３３】
受光器３Ｎは、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射される波長領域ΔλＮの雑音光ＬＲＮを受光してパワーを測定するものであり、雑音光ＬＲＮの焦点に応じた位置に配置される。また、各受光器３１〜３Ｍは、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射される各信号光波長に対応した光ＬＲ１〜ＬＲＭをそれぞれ受光してパワーを測定するものであり、各々の光の焦点に応じた位置にそれぞれ配置される。なお、前述の図６において細線で示した各波長帯域は、各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの受光範囲を概念的に表したものである。
【００３４】
演算回路４は、上述した第１実施形態の場合と同様にして、受光器３Ｎで測定される波長領域ΔλＮの雑音光ＬＲＮのパワーおよびＧＥＱ８の反射特性を基に、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを演算する。また、各受光器３１〜３Ｍで測定される各信号光波長に対応した光ＬＲ１〜ＬＲＭのパワーおよびＧＥＱ８の反射特性を基に、本光増幅器から出力される出力光ＬＯＵＴの波長特性を求め、さらに、トータル出力パワー（信号光＋雑音光）も演算する。この演算回路４での演算結果は制御回路７に伝えられる。制御回路７では、第１実施形態の場合と同様にして、雑音光ＬＮのトータルパワーを用いてトータル出力パワーの補正を行って信号光のみについての出力パワーを求めて、光増幅回路１の制御が行われる。
【００３５】
ここで、ＧＥＱ８に適用されるチルト・チャープ型ＦＢＧについて詳細に説明する。
まず、一般にファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの紫外光誘起による屈折率変化を用いて、光ファイバ上にブラッグ回折格子（グレーティング）を形成したものであり、ブラッグ波長の光のみを反射（または遮断）する反射フィルタとして機能する。また、ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に数万層もの格子を形成することにより、波長に対して反射率（または透過率）が急峻に変化するシャープなスペクトル特性を実現することができる。
【００３６】
具体的に、ファイバグレーティングのブラッグ反射波長λＢは、光ファイバの伝搬モードに対する実屈折率ｎおよび格子間隔（グレーティングピッチ）Ｐを用いて、次の（１）式により表される。
【００３７】
λＢ＝２ｎＰ…（１）
また、反射スペクトルの帯域幅ΔλＢは、グレーティング長Ｌおよび屈折率変調の振幅Δｎを用いて、（２）式により表される。
【００３８】
ΔλＢ＝｛λＢ２／（πｎＬ）｝×｛π２＋（πΔｎＬ／λＢ）２｝１／２…（２）
さらに、グレーティング反射率ＲＢは、コア領域に含まれる伝搬光エネルギーの割合γを用いて、（３）式により表される。
【００３９】
ＲＢ＝ｔａｎｈ２（πＬΔｎγ／λＢ）…（３）
加えて、特定の波長の光を入射方向に反射するだけでなく、光ファイバの軸方向に対して斜めにグレーティングを作成することにより反射光をクラッド領域に放射させることができ、この後進クラッドモードへ結合した光は光ファイバ外に放出されることから、光スペクトルモニタや利得等化器等への応用例も報告されている（例えば、非特許文献１：C. K. Madsen et al., “Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.4, No.6,NOVEMBER/DECEMBER 1998,925-929.や、非特許文献２：Jefferson L. Wagener et al., “Fiber Grating Optical Spectrum Analyzer Tap”, ECOC,1997,65-68,postdeadline paper V.5.、非特許文献３：小向哲郎外１名，「光ファイバグレーティング技術の最近の展開」，信学技報ＯＰＥ９５−１１４（１９９５−１２）等参照）。
【００４０】
このようなチルト型ＦＢＧの真空中における反射波長λＢ’は、上述の（１）式に示したブラッグ反射波長λＢ（グレーティング方向が光ファイバの軸方向に対して垂直の場合）よりもクラッドモード実効屈折率差分だけ短波長側にずれるため、光ファイバのコアの実効屈折率ｎｃｏｒｅおよびクラッドの実効屈折率ｎｃｌａｄを用いて、次の（４）式により表される。
【００４１】
λＢ’＝Ｐ（２ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ）…（４）
また、上記チルト型ＦＢＧの反射波長λＢ’と、図７に示すような反射光の放射角度θ０およびグレーティング面の斜度θＴとの関係については、次の（５）式により表されることも知られている（前述の非特許文献１参照）。
【００４２】
λＢ’＝λＢ（１＋ｃｏｓθ０）／２ｃｏｓθＴ…（５）
上記の（４）式および（５）式の関係より、反射光の放射角度θ０は、反射波長λＢ’とグレーティングピッチＰに応じて決まることが分かる。反射波長λＢ’を固定した場合には、グレーティングピッチＰが長いと放射角度θ０は大きな値になる。
【００４３】
さらに、チルト型ＦＢＧについて、グレーティングピッチＰを光ファイバの長手方向に徐々に変化させてチャープ型の構成とすることで、反射光はその波長ごとに異なる位置に集光することが知られている（例えば、米国特許第5,061,032号等参照）。すなわち、チルト・チャープ型ＦＢＧは、チャープ設計を適切に行うことで所望の波長の反射光を光ファイバの長手方向に沿った所定の位置に集光させることができる。そこで、本実施形態のＧＥＱ８は、チルト・チャープ型ＦＢＧの上記の特性を利用して、波長領域ΔλＮの雑音光および各信号光波長に対応した光を光ファイバＦのコア外の異なる位置に集光させる。
【００４４】
チルト・チャープ型ＦＢＧの真空中における反射波長λＢ（ｚ）は、図８に示すように、チルト・チャープ型ＦＢＧの形成される光ファイバの長手方向をＺ軸とした場合に、位置ｚにおけるグレーティングピッチをＰ（ｚ）として、次の（６）式により表されることが知られている（前述の非特許文献１参照）。
【００４５】
λＢ（ｚ）＝ｎ｛Ｐ（ｚ）／ｃｏｓθＴ｝（１＋ｃｏｓθ０）…（６）
また、上記の反射波長λＢ（ｚ）は、チルト・チャープ型ＦＢＧのチャープ量（光ファイバの長手方向に対する単位長さあたりのグレーティングピッチ変化量）をｃ（ｚ）、チャープ型ＦＢＧの中心位置Ｚ０から反射される光の波長をλＢ０として、次の（６）’式により表すこともできる。
【００４６】
λＢ（ｚ）＝λＢ０＋ｃ（ｚ）（ｚ−ｚ０）…（６）’
この反射波長λＢ（ｚ）の光のＸ軸方向（光ファイバの長手方向に直交する方向）の集光位置ｘ０および焦点距離ｆは、次の（７）式および（８）式で表すことができる。
【００４７】
ｘ０＝｛ｚ・ｔａｎ［θ０（ｚ）］｝｜ｚ＝ｚ0…（７）
ｆ＝ｚ０／ｃｏｓθ０…（８）
上述したようなチルト・チャープ型ＦＢＧの設計パラメータ（グレーティングピッチＰ（ｚ）、実効屈折率ｎ、屈折率変調量Δｎ、グレーティング面の斜度θＴ、チャープ量ｃ（ｚ）等）を適切な値に設定することにより、ＧＥＱとしての機能（信号帯域ΔλＳについて光増幅回路１の利得波長特性を平坦化可能な透過波長特性）を備えつつ、信号帯域外の波長領域ΔλＮの雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に集光させる分波光学系を形成することができるようになる。
【００４８】
具体的には、信号帯域ΔλＳについて所望の透過波長特性を実現するために、屈折率変調量Δｎを調整して各波長に対する透過率の最適化を図ることが可能である（例えば、非特許文献４：丹羽敦彦外４名，「スラント型ファイバグレーティングを用いた利得等化器」，フジクラ技報，2002年10月参照）。
【００４９】
そして、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねないようにするために、屈折率変調量Δｎ以外の設計パラメータを用いて、チルト・チャープ型ＦＢＧで反射させる光の波長λＢ（ｚ）並びにその反射光の放射角度θ０および焦点距離ｆを最適化し、所望の波長帯の反射光が集光する位置に応じて各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの配置を決めるようにする。
【００５０】
このようにして設計したチルト・チャープ型ＦＢＧの製作方法としては、ＦＢＧの長手方向の各位置における紫外線の照射時間および光量を制御することによって、各波長光に対する反射率（透過率）を変化させるのがよい。例えば、反射率を高くする場合、対象とする波長帯域の光の反射がなされるＦＢＧ長手方向の所定の位置にて、ＦＢＧ形成時の紫外線照射時間または紫外線光量を増加させることで、屈折率変調量Δｎを増加させるようにする。
【００５１】
チルト・チャープ型ＦＢＧにおける反射光の焦点距離ｆについては、実効屈折率ｎ、チャープ量ｃ（ｚ）、グレーティング面の斜度θＴおよび屈折率変調量Δｎに依存して変化することが知られている（例えば、前述の非特許文献２参照）。焦点距離ｆを短くすることは、高い波長分解能を有しつつチルト・チャープ型ＦＢＧの近くに受光器を配置できることと等価であるため、モニタ精度の向上および光増幅器の小型化に有効である。焦点距離ｆを短くする場合にも、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねないようにするために、屈折率変調量Δｎ以外の設計パラメータを用いるようにするのがよい。望ましくはチャープ量ｃ（ｚ）を選択してこれを大きくすることで、ＧＥＱとしての機能に殆ど影響を及ぼすことなく焦点距離ｆを短くすることが可能になる。例えば、波長分解能として０．１ｎｍを得るのに１８ｃｍ程度の焦点距離が必要になる場合に、チャープ量を５４７ｎｍ／ｃｍから２７３ｎｍ／ｃｍにすることで、その焦点距離を半分の９ｃｍにできることが計算により求められる。なお、この一例は、焦点距離ｆを短くするために選択される設計パラメータがチャープ量ｃ（ｚ）に限定されることを意味するものではない。
【００５２】
上記の一例では、反射光の焦点距離に対応させて受光器を配置することを基本に考えているが、これとは逆に、敢えて焦点距離より短い位置に受光器を配置することで、モニタの波長分解能を許容範囲内で粗くして、光増幅器の小型化と受光器数の削減による低コスト化と図るという設計も可能である。具体的には、チルト・チャープ型ＦＢＧの設計パラメータで決定される各波長の反射光の焦点距離ｆに対し、この焦点距離ｆよりも受光器の位置を所要の波長分解能が得られるところまで近づけて、波長分解能を敢えて粗くすることで、光増幅器の小型化および受光器数の削減を図るようにしてもよい。このように、モニタの波長分解能と受光器の配置および数とは、光増幅器の所要性能に応じて任意に設計することが可能である。また、受光部のアセンブリを簡易化するための応用例として、各波長帯に対応した複数の受光器が一直線上に並ぶように配置を決めて、アレイ化された受光器（ＰＤアレイ）を使用することも有効である。このような構成を適用することにより、さらに低コストで簡略な構成の光増幅器を実現することが可能になる。
【００５３】
上記のようにしてチルト・チャープ型ＦＢＧを用いたＧＥＱ８の設計が行われた第２実施形態によれば、一般的なＷＤＭ用光増幅器に備えられているＧＥＱを用いて、主信号光が伝搬する光ファイバＦ上にモニタ用の光分岐器等を挿入することなく、簡易な光回路構成のモニタ系を実現することができ、これにより、光増幅回路１で発生する雑音光ＬＮのトータルパワーを高い精度でモニタすることが可能になると共に、各信号光波長に対応した光の出力パワーの波長特性もモニタすることが可能になる。これらのモニタ結果を用いて光増幅回路１の制御を行うことにより、例えば図９に示すように各波長の信号光パワーが所望のレベルで均一化された平坦な波長特性を有する光出力ＬＯＵＴを安定して得ることができる。また、上記のＧＥＱ８を利用したモニタ系は、基本的に、一般的なＧＥＱについて信号帯域外に反射特性を付加したものに相当するため、ＧＥＱ本来の利得等化機能を損ねるようなこともない。さらに、信号帯域外の波長領域ΔλＮに対するＧＥＱ８の反射率は、信号帯域ΔλＳの反射率に依存することなく、受光器３Ｎの性能等に応じて任意に設定することができるため、従来の光分岐器を用いたモニタ系に比べて大きなパワーの雑音光を受光して良好な精度で雑音光のモニタを行うことが可能になる。加えて、ＧＥＱ８に対する各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍの配置に応じてモニタの波長分解能を変えることができるため、所要の性能に対して過不足のないモニタ機能を実現できるというフレキシブル性も有している。
【００５４】
また、第２実施形態の光増幅器においても、上述した第１実施形態の場合と同様に、上流の光増幅器でモニタされた雑音光ＬＮのトータルパワーを下流の光増幅器に伝達して、下流の光増幅器での信号光入力断検出における雑音光補正を行うことや、受光器でモニタされる雑音光パワーを利用して光増幅器の発振動作を回避する制御を行うことも勿論可能である。
【００５５】
なお、上記の第２実施形態では、チルト・チャープ型ＦＢＧを用いてＧＥＱ８を構成する場合について詳しく説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、非特許文献５：花泉修外２名，「多次元周期構造体を用いた波長選択性デバイス」，波長集積・操作フォトニクス−光スペクトル資源の極限利用に向けて−平成１５年度公開シンポジウム，講演論文集p.85-88，平成16年1月21-22日，などに記載されているフォトニック結晶をＦＢＧに代えて利用してチルト・チャープ型の回折格子を形成することも可能である。
【００５６】
また、一般的なＷＤＭ用光増幅器に備えられているＧＥＱについて光反射媒体としての機能を追加して雑音光パワー等のモニタを行うようにしたが、例えば、単一波長の信号光を増幅する光増幅器では、ＧＥＱの代わりに設けられる雑音光除去用の光フィルタについて、チルト型ＦＢＧを適用して光反射媒体としての機能を追加するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、上記の第２実施形態では、信号帯域外の所定の波長領域ΔλＮに存在する雑音光のモニタと、各信号光波長に対応した出力光の波長特性のモニタとを共通のＧＥＱ８で同時に行うようにしたが、雑音光のモニタ機能を省略したチルト・チャープ型ＦＢＱを一般的なＧＥＱに適用するようにしても本発明は有効である。この場合、従来の光分岐器等を用いた出力光のモニタ系に比べて簡易な光回路構成で出力光の波長特性をモニタすることが可能である。
【００５８】
加えて、上記の第２実施形態では、ＧＥＱ８で反射され光ファイバＦのコア外に放射された光を各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍで直接受光する構成例を示したが、例えば、ＧＥＱ８と各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍとの間にレンズ媒体（具体例としては、ボールレンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ若しくはプリズムまたはこれらのレンズの組み合わせ等）を設けるようにして、各受光器３Ｎ，３１〜３Ｍに到達する反射光の集光性を向上させるようにしてもよい。また、モニタの波長分解能が許容範囲内であれば、ＧＥＱ８の形成された光ファイバＦのクラッド外面に近接させて各受光器を配置するようにしても反射光の減衰を抑えることが可能である。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１０は、第３実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
図１０において、第３実施形態の光増幅器は、分布ラマン増幅器（ＤＲＡ）１００およびエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２００を縦続接続した構成について本発明を適用した場合の具体例である。
【００６０】
前段のＤＲＡ１００は、励起光源（ＬＤ）１１０で発生するラマン増幅用励起光ＬＰ１を光合波器１１１を介して入力側の伝送路（光増幅媒体）に供給することで、該伝送路を伝搬する信号光をラマン効果により増幅する。この伝送路における信号光のラマン増幅に伴って雑音光が発生し、その雑音光がラマン増幅された信号光と伴に光合波器１１１を通過してＤＲＡ用利得等化器（ＧＥＱ）１２０に入力される。なお、ここでは伝送路を光増幅媒体とする分布ラマン増幅器の一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば分散補償ファイバファイバ（ＤＣＦ）などを光増幅媒体とし、それに励起光を注入して信号光をラマン増幅するＤＣＦＲＡ等を使用することも可能である。
【００６１】
ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０は、前述の第２実施形態におけるＧＥＱ８と同様に、伝送路におけるラマン増幅の利得波長特性を平坦化する機能に加えて、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に放射する機能を有する。ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０で反射されて光ファイバＦのコア外に放射された各波長の光は、受光器（ＰＤ）１３０で受光されて各々のパワーが測定され、その測定結果に基づいてラマン増幅により発生する雑音光のトータルパワーおよびラマン増幅された各波長の信号光出力パワーの波長特性が演算回路１４０で演算される。演算回路１４０の演算結果は、励起光源１１０を制御するＤＲＡ制御回路１７０に伝えられると共に、後段のＥＤＦＡ制御回路２７０にも伝えられる。また、ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０を通過して後段のＥＤＦＡ２００に入力される光の一部が光分岐器１５０でモニタ光ＬＭ１として分岐され、そのモニタ光ＬＭ１のパワーが受光器（ＰＤ）１６０で測定される。受光器１６０での測定結果は、ＤＲＡ制御回路１７０およびＥＤＦＡ制御回路２７０にそれぞれ伝えられる。
【００６２】
ＥＤＦＡ２００は、励起光源（ＬＤ）２１０で発生する励起光ＬＰ２が光合波器２１１を介して供給される前段側のＥＤＦ２１２と、励起光源（ＬＤ）２１５で発生する励起光ＬＰ３が光合波器２１６を介して供給される後段側のＥＤＦ２１７とからなる２段構成を有し、ＥＤＦ２１２，２１７の段間に出力レベル制御用の可変光減衰器（ＶＯＡ）２８０を備えると共に、光合波器２１６後段の光ファイバＦ上にはＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０および光分岐器２５０が設けられている。ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０は、前述の第２実施形態におけるＧＥＱ８と同様に、ＥＤＦ２１２，２１７の全体における利得波長特性を平坦化する機能に加えて、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバＦのコア外に放射する機能を有する。ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０で反射されて光ファイバＦのコア外に放射された各波長の光は、受光器（ＰＤ）２３０で受光されて各々のパワーが測定され、その測定結果に基づいて各ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光のトータルパワーおよび各ＥＤＦ２１２，２１７で増幅された各波長の信号光出力パワーの波長特性が演算回路２４０で演算される。演算回路２４０の演算結果は、ＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。また、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０を通過した光の一部が光分岐器２５０でモニタ光ＬＭ２として分岐され、そのモニタ光ＬＭ２のパワーが受光器（ＰＤ）２６０で測定される。受光器２６０での測定結果は、ＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。ＥＤＦＡ制御回路２７０は、演算回路２４０および受光器１６０、２６０からの出力信号に基づいて、各励起光源２１０，２１５および可変光減衰器２８０をそれぞれ制御する。なお、図中のシステム監視制御回路３００は、本光増幅器で増幅処理されるＷＤＭ光に含まれる信号光の波長数や波長配置等に関する信号光情報をＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各演算回路１４０，２４０に与えるものである。このシステム監視制御回路３００からの信号光情報は、例えば、本光増幅器が用いられる光通信システムの運用状況（信号数や信号帯域等）の変化によりモニタ精度が劣化しないようにするために、各演算回路１４０，２４０で雑音光補正を行う際に参照される。
【００６３】
上記のような構成を備えた本実施形態の光増幅器では、前段のＤＲＡ１００において、ＤＲＡ用ＧＥＱ１２０、受光器１３０および演算回路１４０によりモニタされる信号帯域のＤＲＡ出力パワーの波長特性を基に、ラマン増幅用励起光ＬＰ１の供給状態（例えば、複数の波長の励起光を伝送路に供給している場合の各波長の励起光パワーの比率など）がＤＲＡ制御回路１７０により制御されてＤＲＡの利得波長特性が最適化される。これにより変化したＤＲＡ出力のトータルパワーは、光分岐器１５０および受光器１６０によるモニタ値を基にして、ラマン増幅用励起光ＬＰ１の供給パワー等を調整することで所望のレベルに制御される。また、演算回路１４０で求められたラマン増幅により発生する雑音光のトータルパワーに関する情報が、演算回路１４０からＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。
【００６４】
後段のＥＤＦＡ２００においては、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０、受光器２３０および演算回路２４０によりモニタされる、ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光のトータルパワーおよび信号帯域の出力パワーの波長特性がＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられると共に、光分岐器２５０および受光器２６０でモニタされる出力光ＬＯＵＴのトータルパワーがＥＤＦＡ制御回路２７０に伝えられる。そして、ＥＤＦＡ制御回路２７０では、ＥＤＦ２１２，２１７で発生する雑音光だけでなく、前段のＤＲＡ１００で発生した雑音光も加えて出力光ＬＯＵＴについての雑音光補正が行われ、その結果に基づいて各励起光ＬＰ２，ＬＰ３の供給状態を調整することでＥＤＦＡの利得波長特性の制御が行われると共に、ＶＯＡ２８０の減衰量を調整することで出力レベルの制御が行われる。また、ＥＤＦＡ制御回路２７０では、ＤＲＡ１００の演算回路１４０から伝えられる雑音光のトータルパワーを用いて、入力断検出のための閾値の雑音光補正が行われ、その閾値よりも受光器１６０のモニタ値が小さくなった場合に信号光の入力断を検出して、励起光源２１０，２１５等のシャットダウン制御が行われる。さらに、ＥＤＦＡ２００が大きな利得係数を有する場合には、ＥＤＦＡ用ＧＥＱ２２０、受光器２３０および演算回路２４０により利得ピーク付近の波長領域の雑音光パワーをモニタするようにして、そのモニタ値が予め基準を設けておいた発振閾値を超えないように各励起光ＬＰ２，ＬＰ３のパワーが制御され、ＥＤＦＡ２００の発振動作が回避される。
【００６５】
上記のように第３実施形態の光増幅器によれば、ＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００でそれぞれ発生する雑音光並びにＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各出力パワーの波長特性を簡易な光回路構成により高い精度でモニタすることができ、そのモニタ結果に基づいてＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００の各種制御を行うことで、所望の出力レベルに制御された波長特性の平坦な信号光出力を安定して得ることができると同時に、雑音光の影響を受けることなく確実に入力シャットダウン制御を行うことが可能になる。
【００６６】
なお、上記の第３実施形態では、ＤＲＡ１００およびＥＤＦＡ２００を縦続接続した構成例を示したが、本発明の光増幅器の構成が上記の一例に限定されることを意味するものではなく、公知の構成の光増幅器に対して本発明のモニタ技術を適用することが可能である。
【００６７】
また、上述した第１〜第３実施形態では、光増幅器の内部に光反射媒体若しくは当該機能を付加したＧＥＱ等の光フィルタを設けるようにしたが、本発明はこれに限らす、例えば図１１に示すように、上流の光増幅器Ａ１と下流の光増幅器Ａ２の間を接続する伝送路上に光反射媒体２を配置し、その近傍に受光器３および演算回路４を設けて光モニタ回路を構成して、上流の光増幅器Ａ１で発生する雑音光ＬＮのパワーや信号光出力の波長特性などをモニタするようにしてもよい。このような光モニタ回路においても上述した各実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００６８】
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。
【００６９】
（付記１）信号光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に配置され、前記光増幅部で発生する雑音光のうちで信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算する演算部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光増幅器。
【００７０】
（付記２）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に、予め設定した透過波長特性に従って信号光を透過する光フィルタデバイスを有するとき、該光フィルタデバイスに前記光反射媒体としての機能を具備させたことを特徴とする光増幅器。
【００７１】
（付記３）付記２に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、波長の異なる複数の信号光を含んだ波長多重光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記波長多重光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性を有し、かつ、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する利得等化光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
【００７２】
（付記４）付記３に記載の光増幅器であって、
前記利得等化光フィルタは、前記各信号光の波長に対応した光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有し、
前記受光部は、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する第１受光器と、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される前記各信号光の波長に対応した光を受光してパワーを検出する少なくとも１つの第２受光器と、を有し、
前記演算部は、前記第１受光器の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算すると共に、前記第２受光器の検出結果に基づいて信号帯域の光パワーの波長特性を判断することを特徴とする光増幅器。
【００７３】
（付記５）付記２に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、単一波長の信号光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記信号光の波長を中心とする透過帯域を有し、かつ、該透過帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する雑音光除去用光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
【００７４】
（付記６）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して格子面の法線方向を傾けて配置した回折格子を有し、前記光ファイバを伝搬する光の一部を前記回折格子で反射して前記光ファイバのコア外に放射することを特徴とする光増幅器。
【００７５】
（付記７）付記６に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
【００７６】
（付記８）付記７に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
【００７７】
（付記９）付記８に記載の光増幅器であって、
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点距離に応じた位置に配置されることを特徴とする光増幅器。
【００７８】
（付記１０）付記８に記載の光増幅器であって、
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点位置よりも前記光反射媒体側に配置されることを特徴とする光増幅器。
【００７９】
（付記１１）付記６に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバ上にフォトニック結晶を配置して前記回折格子を形成したことを特徴とする光増幅器。
【００８０】
（付記１２）付記１に記載の光増幅器であって、
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーに基づいて、前記光増幅部の光出力パワーに含まれる雑音光パワーを補正することで信号光成分のみの光出力パワーを算出し、その算出結果に応じて前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００８１】
（付記１３）付記１に記載の光増幅器であって、
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーを下流の光増幅器に伝え、該下流の光増幅器において、上流の光増幅器で発生する雑音光パワーをトータル出力光パワーから差し引いて算出した信号光のみの光パワーに基づいて信号光の入力断が検出されるようにしたことを特徴とする光増幅器。
【００８２】
（付記１４）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光反射媒体は、前記光増幅部の利得ピーク波長近傍の雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能であり、
前記受光部で検出される前記利得ピーク波長近傍の雑音光パワーが予め設定した発振閾値よりも小さくなるように、前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
【００８３】
（付記１５）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、希土類添加ファイバ増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８４】
（付記１６）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、光増幅媒体に励起光を注入して信号光をラマン増幅するラマン増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８５】
（付記１７）付記１に記載の光増幅器であって、
前記光増幅部は、半導体光増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
【００８６】
（付記１８）波長の異なる複数の光が伝搬する光ファイバ上に形成され、前記光ファイバの軸方向に対して格子面の法線方向を傾けて配置した回折格子を有し、前記光ファイバを伝搬する光のうちの第１波長帯域内の光に対する反射率と、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域内の光に対する反射率とが相違するように、前記回折格子の反射特性が設計され、当該反射光を前記光ファイバのコア外に放射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第１波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第１受光部と、
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第２波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第２受光部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光モニタ回路。
【００８７】
（付記１９）付記１８に記載の光モニタ回路であって、
前記光ファイバを伝搬する光は、前記第１波長帯域内に信号光を含み、前記第２波長帯域内には雑音光のみが存在するものであり、
前記光反射媒体は、前記第１波長帯域内の光に対する反射率よりも前記第２波長帯域内の雑音光に対する反射率が高くなるように、前記回折格子の反射特性が設計されることを特徴とする光モニタ回路。
【００８８】
（付記２０）付記１８に記載の光モニタ回路であって、
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
【００８９】
（付記２１）付記２０に記載の光モニタ回路であって、
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
【符号の説明】
【００９０】
１…光増幅回路（ＡＭＰ）
２…光反射媒体
３，３Ｎ，３１〜３Ｍ，６…受光器（ＰＤ）
４…演算回路
５…光分岐器
７…制御回路
８…利得等化光フィルタ（ＧＥＱ）
Ｆ…光ファイバ
ＬＳ…信号光
ＬＮ…雑音光
ＬＲ，ＬＲＮ，ＬＲ１〜ＬＲＭ…反射光
ΔλＳ…信号帯域
ΔλＮ…信号帯域外の波長領域
１００…分布ラマン増幅器（ＤＲＡ）
２００…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号光が波長多重されたＷＤＭ光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部の出力側に接続された光ファイバ上に配置され、該光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成し、かつ、該ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有し、前記ＷＤＭ光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って前記ＷＤＭ光の一部を透過しつつ、前記透過波長特性に応じて前記ＷＤＭ光の一部を前記光ファイバのコア外に反射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体より前記光ファイバのコア外に反射される前記ＷＤＭ光に含まれる前記複数の信号光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部で検出された前記複数の信号光のパワーおよび前記光反射媒体の透過波長特性を基に、前記光増幅部から出力され前記光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算部と、
前記演算部で求められたＷＤＭ光の波長特性に基づいて前記光増幅部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項１】
複数の信号光が波長多重されたＷＤＭ光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部の出力側に接続された光ファイバ上に配置され、該光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成し、かつ、該ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有し、前記ＷＤＭ光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って前記ＷＤＭ光の一部を透過しつつ、前記透過波長特性に応じて前記ＷＤＭ光の一部を前記光ファイバのコア外に反射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体より前記光ファイバのコア外に反射される前記ＷＤＭ光に含まれる前記複数の信号光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部で検出された前記複数の信号光のパワーおよび前記光反射媒体の透過波長特性を基に、前記光増幅部から出力され前記光反射媒体を透過したＷＤＭ光の波長特性を求める演算部と、
前記演算部で求められたＷＤＭ光の波長特性に基づいて前記光増幅部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする光増幅器。
【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２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１９２９２９（Ｐ２０１０−１９２９２９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２８５０（Ｐ２０１０−１０２８５０）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【分割の表示】特願２００８−２６０１１２（Ｐ２００８−２６０１１２）の分割
【原出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【分割の表示】特願２００８−２６０１１２（Ｐ２００８−２６０１１２）の分割
【原出願日】平成１６年８月２日（２００４．８．２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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