光増幅装置および光伝送システム
【課題】波長分割多重光信号を一括して増幅可能な光増幅装置を提供すること。
【解決手段】波長分割多重光信号を入力する入力部（入力ポート１１）と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源（レーザダイオード２０）と、コア部に希土類元素が添加され、レーザ光源からのマルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバ（増幅光ファイバ１２）と、ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された波長分割多重光信号を出力する出力部（出力ポート２３）と、を有する。
【解決手段】波長分割多重光信号を入力する入力部（入力ポート１１）と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源（レーザダイオード２０）と、コア部に希土類元素が添加され、レーザ光源からのマルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバ（増幅光ファイバ１２）と、ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された波長分割多重光信号を出力する出力部（出力ポート２３）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野等に適用される光増幅装置および光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＴＴｘ（Fiber To The x）と呼ばれる、ユーザ宅向けの光ファイバ通信網が社会に浸透している。このような光ファイバ通信網では、伝送路の伝送損失を補償するとともに、複数の加入者に光信号を分配するための分配器における分配損失を補償する目的で、光増幅装置が使用される。
【０００３】
このような光増幅装置としては、例えば、光増幅物質としてエルビウムがコア部に添加された光ファイバに、映像信号等の光信号を入力するとともに、励起光源からの励起光を入力することにより、光信号を増幅するファイバ型光増幅装置（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）が知られている。近年では、さらに、吸収帯域としてワット級出力の高出力レーザが励起光源として適用できるイッテルビウム（Ytterbium）をコア部に添加することが行われている。また、コア部において結合可能な励起光強度を高めるために、光信号をコア部内にシングルモード伝搬させ、出力の高いマルチモードレーザ光源からの励起光を、コア部を囲むクラッド部内にマルチモード伝搬させるダブルクラッド型の光ファイバを使用することも行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
エルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、当該光ファイバにおける変換効率が高い１５５０〜１５６０ｎｍ帯域内の１波もしくは２波程度の光信号を増幅する目的で使用されることが多い。図７は、このような光増幅装置の出力を１６分岐した後の増幅特性を示す図である。この図の横軸は光信号の波長を示し、縦軸は光出力を示している。この例は、１５５０ｎｍの信号を増幅した光スペクトルである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５３２９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したエルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、一般的に１５５０〜１５６０ｎｍ帯の波長域の信号が広く使われているＦＦＴｘシステムに適用されてきたが、増幅帯域幅は広くても２５ｎｍ程度である。しかし、通信分野で使われる波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）したＣ−Ｂａｎｄ全域（１５３０〜１５６０ｎｍ）の光信号を一括して増幅するためには、帯域幅が狭いという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来より広帯域な波長分割多重光信号を一括して増幅可能な光増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、コア部に希土類元素が添加され、前記レーザ光源からの前記マルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって前記波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、前記ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
このような構成によれば、ワット級出力の高出力レーザを励起光源として適用することが可能となる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定のゲインを有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、吸収条長積を適切に設定することにより、十分な吸収条長積を有する場合に最も変換効率が高い波長帯域を多少犠牲にすることにより、波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対してゲインを有することができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせることができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３０ｄＢ〜１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、Ｃ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせるとともに、増幅効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の光伝送システムは、波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、前記請求項１〜５のいずれか１項記載の光増幅装置と、前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、伝送システムの通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光増幅装置および光伝送システムによれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す増幅光ファイバの断面構造と各部位の屈折率を示す図である。
【図３】増幅光ファイバの長さを変化させた場合の励起光の強度と変換効率との関係を示す図である。
【図４】増幅光ファイバの長さを１．８〜７．８ｍの間で変化させた場合の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。
【図５】利得等化器の動作を説明する図である。
【図６】本実施形態の光増幅装置を適用した光伝送システムの構成例を示す図である。
【図７】増幅光ファイバの長さが１２ｍである場合において、１６分岐後の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）実施形態の構成
図１は本発明の実施形態の光増幅装置の構成例を示す図である。この図に示すように、光増幅装置１０は、入力ポート１１、増幅光ファイバ１２、光カプラ１３，１４、光アイソレータ１５，１６、励起光混合器１７、フォトダイオード１８，１９、レーザダイオード２０、制御回路２１、利得等化器２２、および、出力ポート２３を有している。
【００１７】
入力ポート１１は、例えば、光コネクタ等によって構成され、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を入力する。増幅光ファイバ（ＥＹＤＦ：Erbium Ytterbium Doped Fiber）１２は、波長分割多重光信号を、レーザダイオード２０によって発生された励起光による誘導放出によって増幅する。
【００１８】
図２は、増幅光ファイバ１２の断面構造と、各部の屈折率を示す図である。図２に示すように、増幅光ファイバ１２は、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃを有するダブルクラッド型の光ファイバである。また、図２の下に示すように、各部の屈折率の高さは、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃの順になっており、光信号は、コア部１２ａをシングルモードで伝搬され、レーザダイオード２０からの励起光は、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂをマルチモードで伝搬される。コア部１２ａは、例えば、石英ガラスによって構成され、エルビウム（Ｅｒ）とイッテルビウム（Ｙｂ）とが共添加されている。第１クラッド部１２ｂは、例えば、石英ガラスによって構成されている。第２クラッド部１２ｃは、例えば、樹脂や石英ガラス等によって構成されている。増幅光ファイバ１２の条長と、吸収係数の所定波長のピーク値との積で表される吸収条長積は、後述する条件に基づいて設定されている。なお、図２は、第１クラッド部１２ｂが円形の断面形状を有する場合を例に挙げているが、円形に限らず、例えば、矩形、三角形、または、星形等の形状であってもよい。
【００１９】
光カプラ１３は、入力ポート１１から入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１８に入力し、残りを光アイソレータ１５に入力する。フォトダイオード（ＰＤ）１８は、光カプラ１３によって分岐された光信号を対応する電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。なお、制御回路２１では、フォトダイオード１８から供給された電気信号をアナログもしくは対応するデジタル信号に変換し、入力信号の光強度を検出する。
【００２０】
光アイソレータ１５は、光カプラ１３からの光を透過させ、増幅光ファイバ１２と励起光混合器１７から戻ってくる光を遮断する機能を有する。レーザダイオード（ＬＤ）２０は、例えば、波長が９００ｎｍ帯域の励起光としてのレーザ光を発生するマルチモード半導体レーザ素子によって構成される。なお、レーザダイオード２０は、冷却素子としてのペルチェ素子を有しないアンクールド（uncooled）型の半導体レーザ素子である。
【００２１】
励起光混合器１７は、レーザダイオード２０によって発生された励起光を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内と第１クラッド部１２ｂ内とをマルチモードで伝搬させる。また、励起光混合器１７は、光アイソレータ１５から出力された光信号を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。
【００２２】
光アイソレータ１６は、増幅光ファイバ１２からの光を透過させ、光カプラ１４から戻ってくる光を遮断する機能を有する。光カプラ１４は、光アイソレータ１６から出力される光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力し、残りを利得等化器２２に導く。利得等化器（ＥＱ）２２は、増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号の利得特性が平坦になるようにゲインの調整を行う。出力ポート２３は、例えば、光コネクタ等によって構成され、増幅された光信号を外部に対して出力する。
【００２３】
制御回路２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路、および、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換回路等によって構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムに応じて、ＲＡＭをワークエリアとして演算処理を実行し、フォトダイオード１８，１９から供給される信号に基づいて、レーザダイオード２０の駆動電流を制御することにより、光増幅装置１０から出力される光信号の強度が一定になるようにＡＬＣ（Automatic Output Power Level Control）、または、利得が一定となるようにＡＧＣ（Automatic Gain Control）を実行する。なお、制御回路２１は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって構成するようにしてもよい。
【００２４】
（Ｂ）実施形態の動作
以下では、本実施形態の動作の概要を説明した後、詳細な動作を説明する。本実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、一般的には、１５５０〜１５６０ｎｍ付近の１波または２波程度の光信号の増幅に使用される。また、変換効率を高めるために、増幅光ファイバ１２の長さ（条長）は、１０ｍ以上（吸収条長積にして４００ｄＢ以上）に設定されることが一般的である。図３は、増幅光ファイバ１２の長さを変化させた場合における、９１５ｎｍの励起光のパワーと、波長１５５０ｎｍの出力信号光パワーの変換効率（ＰＣＥ：Power Conversion Efficiency）との関係を示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが、１０ｍ以上である場合（１０ｍ，１２ｍ，１４ｍの場合）には、変換効率は略同じ特性を有しているが、８ｍの場合には１０ｍ以上の場合に比較すると変換効率が顕著に低くなっている。
【００２５】
前述した図７は、増幅光ファイバ１２の長さが１２ｍである場合における１６分岐後の増幅特性である。このように、増幅光ファイバ１２の長さが１０ｍ以上である場合には、増幅特性は１５５０〜１５６０ｎｍ付近に２５ｎｍ程度の増幅帯域を有する（狭帯域）な特性となる。
【００２６】
図４は、増幅光ファイバ１２の長さを１．８〜７．８ｍの間で変化させた場合の波長とゲインの関係をプローブ法によって実測した結果を示す図である。プローブ法は、一般的に波長多重信号を入力した場合の増幅特性を少数の信号を用いて容易かつ正確に把握する手段である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが長くなるにつれて、短波長側の増幅帯域が図の右側（長波長側）に移動し、特性が狭帯域化する。
【００２７】
そこで、本願では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、１５５０ｎｍ帯の信号を増幅するために通常使用される長さ（１０ｍ以上）よりも短い長さに設定することにより、十分な長さ（例えば、１０ｍ以上）において最も変換効率が高い帯域である１５５０〜１５６０ｎｍ付近の特性は多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化（例えば、３３ｎｍ程度に広帯域化）する。これにより、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。その結果、本実施形態の光増幅装置１０を、ＷＤＭおよびＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）等の光増幅装置として、従来のＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）に代替して、通信分野に適用することが可能になる。また、レーザダイオード２０としてアンクールド型の高出力マルチモードレーザダイオードを使用することができることから、ペルチェ素子によって消費される電力（レーザダイオード２０を駆動するために必要な電力の約２倍の電力）が不要になり、光増幅装置１０の消費電力を１／３以下に減少させることができる。消費電力の一例として、１波のアンプの例を示す。ＥＤＦＡで冷却型シングルモードＬＤの４００ｍＷ級を３個使用して得られる出力は、約＋２８．５ｄＢｍで最大消費電流は１２．６Ａであるのに対し、ダブルクラッド型アンプ（クラッドポンプアンプ）で４Ｗ級の非冷却マルチモードＬＤ１個を使用して得られる出力は＋３０ｄＢｍで最大消費電流は４．２Ａである。また、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。さらに、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで波長多重信号を増幅した場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
【００２８】
つぎに、本実施形態の詳細な動作について説明する。
【００２９】
本実施形態では、一例として、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明する。波長分割多重光信号が入力ポート１１から入力されると、光カプラ１３は、その一部を分岐してフォトダイオード１８に入力する。具体的には、光カプラ１３が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１８に入力され、残りが光アイソレータ１５に入力される。
【００３０】
フォトダイオード１８は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１３の分岐比とに応じて入力ポート１１から入力された光信号の強度を算出する。
【００３１】
光アイソレータ１５を通過した光信号は、励起光混合器１７に導かれる。励起光混合器１７は、光アイソレータ１５を通過した光信号を増幅光ファイバ１２のコア部１２ａに入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。一方、レーザダイオード２０が発生した励起光は、励起光混合器１７により、増幅光ファイバ１２のコア部１２ａと第１クラッド部１２ｂに入力され、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂの内部をマルチモードで伝搬される。励起光は、増幅光ファイバ１２を伝搬しながら、コア部１２ａのイッテルビウムイオン（Ｙｂ３＋）に吸収され、イッテルビウムイオンが間接的にエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を励起する。コア部１２ａを伝搬される光信号は、励起されたエルビウムイオンからの誘導放出によって増幅される。
【００３２】
このとき、増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍに設定されている場合であって、光信号の強度が−３ｄＢｍであるときには、図４の実線で示すような増幅特性を有することから、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号は、図４に示すゲイン特性に基づいて増幅される。具体的には、１５３０ｎｍの波長に対しては約２７ｄＢのゲインで増幅され、１５６０ｎｍの波長に対しては約３４ｄＢのゲインで増幅される。
【００３３】
増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号は、光アイソレータ１６を介して光カプラ１４に入力される。光カプラ１４は、入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力する。具体的には、光カプラ１４が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１９に入力され、残りが利得等化器２２に導かれる。
【００３４】
フォトダイオード１９は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１４の分岐比とに応じて、増幅後の光信号の強度を算出する。そして、制御回路２１は、前述した処理によって算出した入力光の強度と、出力光の強度に基づいて、増幅光ファイバ１２のゲインを求める。そして、出力光強度や求めたゲインに基づいて、出力または利得が一定になるようにする制御である出力一定制御（ＡＬＣ）や利得一定制御（ＡＧＣ）を実行する。なお、これ以外にも、励起電流一定制御（ＡＣＣ：Automatic Current Control）または励起パワー一定制御（ＡＰＣ：Automatic Pump Power Control）等に基づいて制御するようにしてもよい。
【００３５】
光カプラ１４から出力された増幅された光信号は、利得等化器２２に入力される。利得等化器２２では、対象となる帯域内における各波長の利得の平坦化が実行される。図５は、利得等化器２２の動作の概略を説明する図である。図５（Ａ）は、増幅光ファイバ１２の波長とゲインとの関係を示す図である。なお、この曲線は、図４の増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍの場合に対応している。図５（Ｂ）は、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す図である。この図に示すように、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す曲線は、図５（Ａ）に示す増幅光ファイバ１２の特性を示す曲線と逆のゲイン特性を有している。図５（Ｃ）は、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２のトータルのゲインを示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２の双方を通過することにより、ゲインは波長によらず一定とされる。このように、利得等化器２２を用いることにより、波長分割多重光信号をその波長によらず一定のゲインで増幅することができる。なお、図４の例では、１５３０〜１５６０ｎｍの範囲では、１５３０ｎｍに対するゲインが約２７ｄＢで最も低いことから、利得等化器２２通過後の１５３０〜１５６０ｎｍの範囲のゲインは、当該２７ｄＢを基準として平坦化され、波長によらず約２７ｄＢ程度となる。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、通常使用される長さである１０ｍよりも短い長さに設定し、最も変換効率が高い帯域である１５５０〜１５６０ｎｍ付近の特性を多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化することにより、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、レーザダイオード２０としてアンクールド型を使用するため、ペルチェ素子によって消費される電力が不要になることから、光増幅装置１０の消費電力を１／３程度に減少させることができるとともに、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで利得を得る場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
【００３９】
図６は、本実施形態の光増幅装置を光伝送システム５０に適用した場合の一例を説明する概略構成図である。この図の例では、光伝送システム５０は、波長多重光送信装置６０、送信側光伝送路７０、本実施形態の光増幅装置１０、受信側光伝送路８０、および、波長多重光信号受信装置９０を有している。この例では、波長多重光送信装置６０から送信された波長多重光信号は、送信側光伝送路７０を伝搬されて光増幅装置１０に到達する。光増幅装置１０では、前述したように、波長多重光信号が一括増幅された後、受信側光伝送路８０を伝搬されて波長多重光信号受信装置９０に到達し、そこで多重化されている信号が分離され、それぞれの信号が復号される。本実施形態の光増幅装置１０は、高利得および低消費電力を実現することができることから、このような光増幅装置１０を用いた光伝送システム５０では、システム全体の通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
【００４０】
（Ｃ）変形実施形態
【００４１】
なお、以上の実施形態では、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号に対しては、増幅光ファイバ１２の長さを略８ｍ以下、より望ましくは、略１．８〜３．８ｍの範囲に設定することにより、光信号を構成する各波長に対して所定のゲインを有することができる。この場合、吸収条長積は、主要なドーパントとしてのエルビウムについては、１５３５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍの場合が略３００ｄＢとなり、１．８〜３．８ｍの場合が略３０〜１５０ｄＢの範囲となる。なお、エルビウムに対してエネルギー伝達現象を利用してエルビウムの準位間で反転分布を形成させるために添加されるイッテルビウムについては、９１５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍにおけるイッテルビウムの吸収条長積は、略３１００ｄＢとなり、また、１．８〜３．８ｍにおける吸収条長積は略１８０〜１５００ｄＢの範囲となる。従って、ドーパントの濃度が異なる場合には、前述した吸収条長積となるように増幅光ファイバ１２の長さを設定することで、前述の場合と同様の増幅特性を得ることができる。なお、増幅光ファイバ１２の吸収条長積または長さを設定する際には、従来の構成で、最もゲインが低くなると想定される波長（例えば、Ｃ−Ｂａｎｄの場合では１５３０ｎｍ）において所望のゲイン（例えば、３０ｄＢ）が得られるように設定すればよい。従来の構成で、最もゲインが低い波長において、所望のゲインを確保できれば、利得等化器２２を通過後にも、他の波長に対しては所望のゲインを確保できるからである。あるいは、所望利得が得られる波長域が最も広くなるように短波長側の利得と長波長側の利得のバランスが取れる長さ（または吸収条長積）に設定してもよい。
【００４２】
また、以上の実施形態では、コア部１２ａにエルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を用いる場合を例に挙げて説明したが、ツリウム（Ｔｍ：Thulium）、ネオジム（Ｎｄ：Neodymium）、プラセオジウム（Ｐｒ：Praseodymium）等の希土類元素、あるいは、希土類元素と同様の増幅作用を有する他の物質を添加したりしてもよい。この場合、以上の実施形態とは、増幅帯域は異なるが、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、以上の実施形態では、利得等化器２２を用いるようにしたが、増幅光ファイバ１２によるゲインが略平坦である場合には、利得等化器２２を省略する構成としてもよい。あるいは、利得等化器２２を光増幅装置１０には含まれない独立した構成としてもよい。また、以上の実施形態では、利得等化器２２を光カプラ１４の後段に設けるようにしたが、例えば、光アイソレータ１６と光カプラ１４の間に設けるようにしてもよい。そのような構成によれば、増幅しようとする帯域内の最終的なゲインを正確に制御することができる。また、ＥＹＤＦを中心としてＥＹＤＦより入力側に利得等化器２２を設置することや、ＥＹＤＦを２分してその中段に利得等化器２２を設置してさらなる高出力化を実現する構成も考えられる。
【００４４】
また、以上の実施形態では、励起方式として前方励起方式を採用したが、例えば、後方励起方式や双方向励起方式を採用するようにしてもよい。後方励起方式は、前方励起方式に比較するとノイズ特性は劣るものの、高出力化が可能となる。また、双方向励起方式は、前方励起方式と後方励起方式の双方の特徴を兼備する増幅が可能となる。
【００４５】
また、以上の実施形態では、主に、Ｃ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明したが、吸収条長積を調整することにより、これ以外の波長分割多重光信号（例えば、Ｓ−Ｂａｎｄその他）にも対応可能であることはいうまでもない。
【００４６】
また、以上の実施形態では、光増幅装置１０をブースタアンプのみの構成としたが、例えば、雑音指数としてのＮＦ（Noise Figure）を改善するために、例えば、ブースタアンプの前段に設けたプリアンプによって増幅した後に、ブースタアンプによってさらに増幅するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 光増幅装置
１１ 入力ポート（入力部）
１２ 増幅光ファイバ（ダブルクラッド型の光ファイバ）
１２ａ コア部
１２ｂ 第１クラッド部
１２ｃ 第２クラッド部
１３，１４ カプラ
１５，１６ 光アイソレータ
１７ 励起光混合器
１８，１９ フォトダイオード
２０ レーザダイオード（レーザ光源）
２１ 制御回路
２２ 利得等化器
２３ 出力ポート（出力部）
５０ 光伝送システム
６０ 波長多重光信号送信装置（光送信装置）
７０ 送信側光伝送路
８０ 受信側光伝送路
９０ 波長多重光信号受信装置（光受信装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野等に適用される光増幅装置および光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＴＴｘ（Fiber To The x）と呼ばれる、ユーザ宅向けの光ファイバ通信網が社会に浸透している。このような光ファイバ通信網では、伝送路の伝送損失を補償するとともに、複数の加入者に光信号を分配するための分配器における分配損失を補償する目的で、光増幅装置が使用される。
【０００３】
このような光増幅装置としては、例えば、光増幅物質としてエルビウムがコア部に添加された光ファイバに、映像信号等の光信号を入力するとともに、励起光源からの励起光を入力することにより、光信号を増幅するファイバ型光増幅装置（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）が知られている。近年では、さらに、吸収帯域としてワット級出力の高出力レーザが励起光源として適用できるイッテルビウム（Ytterbium）をコア部に添加することが行われている。また、コア部において結合可能な励起光強度を高めるために、光信号をコア部内にシングルモード伝搬させ、出力の高いマルチモードレーザ光源からの励起光を、コア部を囲むクラッド部内にマルチモード伝搬させるダブルクラッド型の光ファイバを使用することも行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
エルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、当該光ファイバにおける変換効率が高い１５５０〜１５６０ｎｍ帯域内の１波もしくは２波程度の光信号を増幅する目的で使用されることが多い。図７は、このような光増幅装置の出力を１６分岐した後の増幅特性を示す図である。この図の横軸は光信号の波長を示し、縦軸は光出力を示している。この例は、１５５０ｎｍの信号を増幅した光スペクトルである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５３２９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したエルビウムおよびイッテルビウムを添加した光ファイバを用いた光増幅装置は、一般的に１５５０〜１５６０ｎｍ帯の波長域の信号が広く使われているＦＦＴｘシステムに適用されてきたが、増幅帯域幅は広くても２５ｎｍ程度である。しかし、通信分野で使われる波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）したＣ−Ｂａｎｄ全域（１５３０〜１５６０ｎｍ）の光信号を一括して増幅するためには、帯域幅が狭いという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来より広帯域な波長分割多重光信号を一括して増幅可能な光増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、コア部に希土類元素が添加され、前記レーザ光源からの前記マルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって前記波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、前記ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
このような構成によれば、ワット級出力の高出力レーザを励起光源として適用することが可能となる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定のゲインを有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、吸収条長積を適切に設定することにより、十分な吸収条長積を有する場合に最も変換効率が高い波長帯域を多少犠牲にすることにより、波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対してゲインを有することができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせることができる。
【００１２】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３０ｄＢ〜１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、Ｃ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を構成する全ての波長の光信号に対して所定のゲインを持たせるとともに、増幅効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の光伝送システムは、波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、前記請求項１〜５のいずれか１項記載の光増幅装置と、前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、伝送システムの通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光増幅装置および光伝送システムによれば、波長分割多重光信号を一括して増幅可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す増幅光ファイバの断面構造と各部位の屈折率を示す図である。
【図３】増幅光ファイバの長さを変化させた場合の励起光の強度と変換効率との関係を示す図である。
【図４】増幅光ファイバの長さを１．８〜７．８ｍの間で変化させた場合の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。
【図５】利得等化器の動作を説明する図である。
【図６】本実施形態の光増幅装置を適用した光伝送システムの構成例を示す図である。
【図７】増幅光ファイバの長さが１２ｍである場合において、１６分岐後の光信号の波長とゲインとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）実施形態の構成
図１は本発明の実施形態の光増幅装置の構成例を示す図である。この図に示すように、光増幅装置１０は、入力ポート１１、増幅光ファイバ１２、光カプラ１３，１４、光アイソレータ１５，１６、励起光混合器１７、フォトダイオード１８，１９、レーザダイオード２０、制御回路２１、利得等化器２２、および、出力ポート２３を有している。
【００１７】
入力ポート１１は、例えば、光コネクタ等によって構成され、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を入力する。増幅光ファイバ（ＥＹＤＦ：Erbium Ytterbium Doped Fiber）１２は、波長分割多重光信号を、レーザダイオード２０によって発生された励起光による誘導放出によって増幅する。
【００１８】
図２は、増幅光ファイバ１２の断面構造と、各部の屈折率を示す図である。図２に示すように、増幅光ファイバ１２は、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃを有するダブルクラッド型の光ファイバである。また、図２の下に示すように、各部の屈折率の高さは、コア部１２ａ、第１クラッド部１２ｂ、および、第２クラッド部１２ｃの順になっており、光信号は、コア部１２ａをシングルモードで伝搬され、レーザダイオード２０からの励起光は、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂをマルチモードで伝搬される。コア部１２ａは、例えば、石英ガラスによって構成され、エルビウム（Ｅｒ）とイッテルビウム（Ｙｂ）とが共添加されている。第１クラッド部１２ｂは、例えば、石英ガラスによって構成されている。第２クラッド部１２ｃは、例えば、樹脂や石英ガラス等によって構成されている。増幅光ファイバ１２の条長と、吸収係数の所定波長のピーク値との積で表される吸収条長積は、後述する条件に基づいて設定されている。なお、図２は、第１クラッド部１２ｂが円形の断面形状を有する場合を例に挙げているが、円形に限らず、例えば、矩形、三角形、または、星形等の形状であってもよい。
【００１９】
光カプラ１３は、入力ポート１１から入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１８に入力し、残りを光アイソレータ１５に入力する。フォトダイオード（ＰＤ）１８は、光カプラ１３によって分岐された光信号を対応する電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。なお、制御回路２１では、フォトダイオード１８から供給された電気信号をアナログもしくは対応するデジタル信号に変換し、入力信号の光強度を検出する。
【００２０】
光アイソレータ１５は、光カプラ１３からの光を透過させ、増幅光ファイバ１２と励起光混合器１７から戻ってくる光を遮断する機能を有する。レーザダイオード（ＬＤ）２０は、例えば、波長が９００ｎｍ帯域の励起光としてのレーザ光を発生するマルチモード半導体レーザ素子によって構成される。なお、レーザダイオード２０は、冷却素子としてのペルチェ素子を有しないアンクールド（uncooled）型の半導体レーザ素子である。
【００２１】
励起光混合器１７は、レーザダイオード２０によって発生された励起光を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内と第１クラッド部１２ｂ内とをマルチモードで伝搬させる。また、励起光混合器１７は、光アイソレータ１５から出力された光信号を、増幅光ファイバ１２に入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。
【００２２】
光アイソレータ１６は、増幅光ファイバ１２からの光を透過させ、光カプラ１４から戻ってくる光を遮断する機能を有する。光カプラ１４は、光アイソレータ１６から出力される光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力し、残りを利得等化器２２に導く。利得等化器（ＥＱ）２２は、増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号の利得特性が平坦になるようにゲインの調整を行う。出力ポート２３は、例えば、光コネクタ等によって構成され、増幅された光信号を外部に対して出力する。
【００２３】
制御回路２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路、および、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換回路等によって構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムに応じて、ＲＡＭをワークエリアとして演算処理を実行し、フォトダイオード１８，１９から供給される信号に基づいて、レーザダイオード２０の駆動電流を制御することにより、光増幅装置１０から出力される光信号の強度が一定になるようにＡＬＣ（Automatic Output Power Level Control）、または、利得が一定となるようにＡＧＣ（Automatic Gain Control）を実行する。なお、制御回路２１は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等によって構成するようにしてもよい。
【００２４】
（Ｂ）実施形態の動作
以下では、本実施形態の動作の概要を説明した後、詳細な動作を説明する。本実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、一般的には、１５５０〜１５６０ｎｍ付近の１波または２波程度の光信号の増幅に使用される。また、変換効率を高めるために、増幅光ファイバ１２の長さ（条長）は、１０ｍ以上（吸収条長積にして４００ｄＢ以上）に設定されることが一般的である。図３は、増幅光ファイバ１２の長さを変化させた場合における、９１５ｎｍの励起光のパワーと、波長１５５０ｎｍの出力信号光パワーの変換効率（ＰＣＥ：Power Conversion Efficiency）との関係を示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが、１０ｍ以上である場合（１０ｍ，１２ｍ，１４ｍの場合）には、変換効率は略同じ特性を有しているが、８ｍの場合には１０ｍ以上の場合に比較すると変換効率が顕著に低くなっている。
【００２５】
前述した図７は、増幅光ファイバ１２の長さが１２ｍである場合における１６分岐後の増幅特性である。このように、増幅光ファイバ１２の長さが１０ｍ以上である場合には、増幅特性は１５５０〜１５６０ｎｍ付近に２５ｎｍ程度の増幅帯域を有する（狭帯域）な特性となる。
【００２６】
図４は、増幅光ファイバ１２の長さを１．８〜７．８ｍの間で変化させた場合の波長とゲインの関係をプローブ法によって実測した結果を示す図である。プローブ法は、一般的に波長多重信号を入力した場合の増幅特性を少数の信号を用いて容易かつ正確に把握する手段である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２の長さが長くなるにつれて、短波長側の増幅帯域が図の右側（長波長側）に移動し、特性が狭帯域化する。
【００２７】
そこで、本願では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、１５５０ｎｍ帯の信号を増幅するために通常使用される長さ（１０ｍ以上）よりも短い長さに設定することにより、十分な長さ（例えば、１０ｍ以上）において最も変換効率が高い帯域である１５５０〜１５６０ｎｍ付近の特性は多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化（例えば、３３ｎｍ程度に広帯域化）する。これにより、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。その結果、本実施形態の光増幅装置１０を、ＷＤＭおよびＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）等の光増幅装置として、従来のＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）に代替して、通信分野に適用することが可能になる。また、レーザダイオード２０としてアンクールド型の高出力マルチモードレーザダイオードを使用することができることから、ペルチェ素子によって消費される電力（レーザダイオード２０を駆動するために必要な電力の約２倍の電力）が不要になり、光増幅装置１０の消費電力を１／３以下に減少させることができる。消費電力の一例として、１波のアンプの例を示す。ＥＤＦＡで冷却型シングルモードＬＤの４００ｍＷ級を３個使用して得られる出力は、約＋２８．５ｄＢｍで最大消費電流は１２．６Ａであるのに対し、ダブルクラッド型アンプ（クラッドポンプアンプ）で４Ｗ級の非冷却マルチモードＬＤ１個を使用して得られる出力は＋３０ｄＢｍで最大消費電流は４．２Ａである。また、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。さらに、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで波長多重信号を増幅した場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
【００２８】
つぎに、本実施形態の詳細な動作について説明する。
【００２９】
本実施形態では、一例として、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明する。波長分割多重光信号が入力ポート１１から入力されると、光カプラ１３は、その一部を分岐してフォトダイオード１８に入力する。具体的には、光カプラ１３が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１８に入力され、残りが光アイソレータ１５に入力される。
【００３０】
フォトダイオード１８は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１３の分岐比とに応じて入力ポート１１から入力された光信号の強度を算出する。
【００３１】
光アイソレータ１５を通過した光信号は、励起光混合器１７に導かれる。励起光混合器１７は、光アイソレータ１５を通過した光信号を増幅光ファイバ１２のコア部１２ａに入力し、コア部１２ａ内をシングルモードで伝搬させる。一方、レーザダイオード２０が発生した励起光は、励起光混合器１７により、増幅光ファイバ１２のコア部１２ａと第１クラッド部１２ｂに入力され、コア部１２ａと第１クラッド部１２ｂの内部をマルチモードで伝搬される。励起光は、増幅光ファイバ１２を伝搬しながら、コア部１２ａのイッテルビウムイオン（Ｙｂ３＋）に吸収され、イッテルビウムイオンが間接的にエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を励起する。コア部１２ａを伝搬される光信号は、励起されたエルビウムイオンからの誘導放出によって増幅される。
【００３２】
このとき、増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍに設定されている場合であって、光信号の強度が−３ｄＢｍであるときには、図４の実線で示すような増幅特性を有することから、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号は、図４に示すゲイン特性に基づいて増幅される。具体的には、１５３０ｎｍの波長に対しては約２７ｄＢのゲインで増幅され、１５６０ｎｍの波長に対しては約３４ｄＢのゲインで増幅される。
【００３３】
増幅光ファイバ１２によって増幅された光信号は、光アイソレータ１６を介して光カプラ１４に入力される。光カプラ１４は、入力された光信号の一部を分岐してフォトダイオード１９に入力する。具体的には、光カプラ１４が２０ｄＢカプラである場合（分岐比が１／１００である場合）には、光信号の１／１００がフォトダイオード１９に入力され、残りが利得等化器２２に導かれる。
【００３４】
フォトダイオード１９は、入力された光信号を電気信号に変換し、制御回路２１に供給する。制御回路２１は、入力された電気信号をアナログ信号または対応するデジタル信号に変換した後、得られたデータと、光カプラ１４の分岐比とに応じて、増幅後の光信号の強度を算出する。そして、制御回路２１は、前述した処理によって算出した入力光の強度と、出力光の強度に基づいて、増幅光ファイバ１２のゲインを求める。そして、出力光強度や求めたゲインに基づいて、出力または利得が一定になるようにする制御である出力一定制御（ＡＬＣ）や利得一定制御（ＡＧＣ）を実行する。なお、これ以外にも、励起電流一定制御（ＡＣＣ：Automatic Current Control）または励起パワー一定制御（ＡＰＣ：Automatic Pump Power Control）等に基づいて制御するようにしてもよい。
【００３５】
光カプラ１４から出力された増幅された光信号は、利得等化器２２に入力される。利得等化器２２では、対象となる帯域内における各波長の利得の平坦化が実行される。図５は、利得等化器２２の動作の概略を説明する図である。図５（Ａ）は、増幅光ファイバ１２の波長とゲインとの関係を示す図である。なお、この曲線は、図４の増幅光ファイバ１２の長さが１．８ｍの場合に対応している。図５（Ｂ）は、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す図である。この図に示すように、利得等化器２２の波長とゲインの関係を示す曲線は、図５（Ａ）に示す増幅光ファイバ１２の特性を示す曲線と逆のゲイン特性を有している。図５（Ｃ）は、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２のトータルのゲインを示す図である。この図に示すように、増幅光ファイバ１２と利得等化器２２の双方を通過することにより、ゲインは波長によらず一定とされる。このように、利得等化器２２を用いることにより、波長分割多重光信号をその波長によらず一定のゲインで増幅することができる。なお、図４の例では、１５３０〜１５６０ｎｍの範囲では、１５３０ｎｍに対するゲインが約２７ｄＢで最も低いことから、利得等化器２２通過後の１５３０〜１５６０ｎｍの範囲のゲインは、当該２７ｄＢを基準として平坦化され、波長によらず約２７ｄＢ程度となる。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を、通常使用される長さである１０ｍよりも短い長さに設定し、最も変換効率が高い帯域である１５５０〜１５６０ｎｍ付近の特性を多少犠牲にする代わりに、増幅特性を広帯域化することにより、例えば、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を一括増幅することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、レーザダイオード２０としてアンクールド型を使用するため、ペルチェ素子によって消費される電力が不要になることから、光増幅装置１０の消費電力を１／３程度に減少させることができるとともに、ペルチェ素子の放熱器を省略することにより、装置全体のサイズを縮小することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、エルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を使用しているが、当該増幅光ファイバ１２は、高利得を簡単に得ることができることから、利得等化器２２によって利得の平坦化を行った場合であっても、従来のＥＤＦＡで利得を得る場合よりも広帯域かつ高利得の増幅を実現できる。
【００３９】
図６は、本実施形態の光増幅装置を光伝送システム５０に適用した場合の一例を説明する概略構成図である。この図の例では、光伝送システム５０は、波長多重光送信装置６０、送信側光伝送路７０、本実施形態の光増幅装置１０、受信側光伝送路８０、および、波長多重光信号受信装置９０を有している。この例では、波長多重光送信装置６０から送信された波長多重光信号は、送信側光伝送路７０を伝搬されて光増幅装置１０に到達する。光増幅装置１０では、前述したように、波長多重光信号が一括増幅された後、受信側光伝送路８０を伝搬されて波長多重光信号受信装置９０に到達し、そこで多重化されている信号が分離され、それぞれの信号が復号される。本実施形態の光増幅装置１０は、高利得および低消費電力を実現することができることから、このような光増幅装置１０を用いた光伝送システム５０では、システム全体の通信品質を高めるとともに、消費電力を削減して、システムの維持に必要な経費を節約することができる。
【００４０】
（Ｃ）変形実施形態
【００４１】
なお、以上の実施形態では、波長帯域が１５３０〜１５６０ｎｍであるＣ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号に対しては、増幅光ファイバ１２の長さを略８ｍ以下、より望ましくは、略１．８〜３．８ｍの範囲に設定することにより、光信号を構成する各波長に対して所定のゲインを有することができる。この場合、吸収条長積は、主要なドーパントとしてのエルビウムについては、１５３５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍの場合が略３００ｄＢとなり、１．８〜３．８ｍの場合が略３０〜１５０ｄＢの範囲となる。なお、エルビウムに対してエネルギー伝達現象を利用してエルビウムの準位間で反転分布を形成させるために添加されるイッテルビウムについては、９１５ｎｍ近傍の励起光に関して、条長が８ｍにおけるイッテルビウムの吸収条長積は、略３１００ｄＢとなり、また、１．８〜３．８ｍにおける吸収条長積は略１８０〜１５００ｄＢの範囲となる。従って、ドーパントの濃度が異なる場合には、前述した吸収条長積となるように増幅光ファイバ１２の長さを設定することで、前述の場合と同様の増幅特性を得ることができる。なお、増幅光ファイバ１２の吸収条長積または長さを設定する際には、従来の構成で、最もゲインが低くなると想定される波長（例えば、Ｃ−Ｂａｎｄの場合では１５３０ｎｍ）において所望のゲイン（例えば、３０ｄＢ）が得られるように設定すればよい。従来の構成で、最もゲインが低い波長において、所望のゲインを確保できれば、利得等化器２２を通過後にも、他の波長に対しては所望のゲインを確保できるからである。あるいは、所望利得が得られる波長域が最も広くなるように短波長側の利得と長波長側の利得のバランスが取れる長さ（または吸収条長積）に設定してもよい。
【００４２】
また、以上の実施形態では、コア部１２ａにエルビウムとイッテルビウムとが共添加されたダブルクラッド型の増幅光ファイバ１２を用いる場合を例に挙げて説明したが、ツリウム（Ｔｍ：Thulium）、ネオジム（Ｎｄ：Neodymium）、プラセオジウム（Ｐｒ：Praseodymium）等の希土類元素、あるいは、希土類元素と同様の増幅作用を有する他の物質を添加したりしてもよい。この場合、以上の実施形態とは、増幅帯域は異なるが、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、以上の実施形態では、利得等化器２２を用いるようにしたが、増幅光ファイバ１２によるゲインが略平坦である場合には、利得等化器２２を省略する構成としてもよい。あるいは、利得等化器２２を光増幅装置１０には含まれない独立した構成としてもよい。また、以上の実施形態では、利得等化器２２を光カプラ１４の後段に設けるようにしたが、例えば、光アイソレータ１６と光カプラ１４の間に設けるようにしてもよい。そのような構成によれば、増幅しようとする帯域内の最終的なゲインを正確に制御することができる。また、ＥＹＤＦを中心としてＥＹＤＦより入力側に利得等化器２２を設置することや、ＥＹＤＦを２分してその中段に利得等化器２２を設置してさらなる高出力化を実現する構成も考えられる。
【００４４】
また、以上の実施形態では、励起方式として前方励起方式を採用したが、例えば、後方励起方式や双方向励起方式を採用するようにしてもよい。後方励起方式は、前方励起方式に比較するとノイズ特性は劣るものの、高出力化が可能となる。また、双方向励起方式は、前方励起方式と後方励起方式の双方の特徴を兼備する増幅が可能となる。
【００４５】
また、以上の実施形態では、主に、Ｃ−Ｂａｎｄの波長分割多重光信号を増幅する場合を例に挙げて説明したが、吸収条長積を調整することにより、これ以外の波長分割多重光信号（例えば、Ｓ−Ｂａｎｄその他）にも対応可能であることはいうまでもない。
【００４６】
また、以上の実施形態では、光増幅装置１０をブースタアンプのみの構成としたが、例えば、雑音指数としてのＮＦ（Noise Figure）を改善するために、例えば、ブースタアンプの前段に設けたプリアンプによって増幅した後に、ブースタアンプによってさらに増幅するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 光増幅装置
１１ 入力ポート（入力部）
１２ 増幅光ファイバ（ダブルクラッド型の光ファイバ）
１２ａ コア部
１２ｂ 第１クラッド部
１２ｃ 第２クラッド部
１３，１４ カプラ
１５，１６ 光アイソレータ
１７ 励起光混合器
１８，１９ フォトダイオード
２０ レーザダイオード（レーザ光源）
２１ 制御回路
２２ 利得等化器
２３ 出力ポート（出力部）
５０ 光伝送システム
６０ 波長多重光信号送信装置（光送信装置）
７０ 送信側光伝送路
８０ 受信側光伝送路
９０ 波長多重光信号受信装置（光受信装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、
前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、
マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、
コア部に希土類元素が添加され、前記レーザ光源からの前記マルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって前記波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、
前記ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定のゲインを有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３０〜１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
【請求項６】
波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、
前記請求項１〜５のいずれか１項記載の光増幅装置と、
前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、
を有することを特徴とする光伝送システム。
【請求項１】
波長分割多重光信号を増幅する光増幅装置において、
前記波長分割多重光信号を入力する入力部と、
マルチモードレーザ光を発生するレーザ光源と、
コア部に希土類元素が添加され、前記レーザ光源からの前記マルチモードレーザ光に基づく誘導放出によって前記波長分割多重光信号を増幅して出力するダブルクラッド型の光ファイバと、
前記ダブルクラッド型の光ファイバによって増幅された前記波長分割多重光信号を出力する出力部と、
を有することを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記コア部には、前記希土類元素として、エルビウムとイッテルビウムが共添加されていることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、当該光ファイバの条長と吸収係数の所定波長帯におけるピーク値との積で表される吸収条長積が、前記波長分割多重光信号を構成する全ての波長に対して所定のゲインを有する吸収条長積に設定されていることを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３００ｄＢ以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載の光増幅装置。
【請求項５】
前記ダブルクラッド型の光ファイバは、前記吸収条長積が略３０〜１５０ｄＢの範囲に設定されていることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
【請求項６】
波長分割多重光信号を送信する光送信装置と、
前記請求項１〜５のいずれか１項記載の光増幅装置と、
前記光増幅装置によって増幅された前記波長分割多重光信号を受信する光受信装置と、
を有することを特徴とする光伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６２９８８（Ｐ２０１０−２６２９８８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０８７０（Ｐ２００９−１１０８７０）
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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