JP3987665B2 - 光増幅装置および光通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムの光中継局などに使用される光増幅装置において、より広い入力ダイナミックレンジと低雑音とを実現する光増幅装置に関する。さらに、この光増幅装置を含む光通信システムに関する。
将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大容量の光通信装置が要求されている。この大容量化を実現する方式として、波長分割多重（wavelength-division multiplexing、以下、「ＷＤＭ」と略記する。）方式が、光ファイバの広帯域・大容量性を有効利用できるなどの有利な点から研究開発が進められている。
特に、超長距離光通信システムでは、ＷＤＭ方式光信号が超長距離を伝送する間に減衰してしまうことから、ＷＤＭ方式光信号を増幅する光増幅装置が必要である。このような光増幅装置では、光中継局間における距離や伝送損失などの相違から広い入力ダイナミックレンジが要求され、同時に、超長距離を伝送するために低雑音であることが要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭ方式光信号を伝送する光通信システムにおいて、光伝送路に光増幅装置が挿入されると、伝送距離は、光増幅装置の利得波長特性に基づく利得傾斜（ゲインチルト）によって制限される。これは、伝送距離を長距離化するために光増幅装置が縦続接続されると、各光増幅装置で生じる利得傾斜が累積するので、ＷＤＭ方式光信号における低い光レベルのチャネルにおいては、光信号対雑音比（optical signal to noise ratio 、以下、「光ＳＮＲ」と略記する。）が劣化し、そして、ＷＤＭ方式光信号における高い光レベルのチャネルにおいては、非線形光学効果などにより波形が劣化するからである。
【０００３】
そこで、利得波長特性をほぼ平坦にする光増幅装置が、未公開である特願平１１−０７４３７１号の明細書に本特許出願と同一の出願人によって提案されている。
図１８は、先行する光増幅装置の構成とレベルダイヤを示す図である。
この図１８は、特願平１１−０７４３７１号の明細書に提案されている光増幅装置である。
【０００４】
図１８（ａ）において、この光増幅装置５００に入力する入力光は、光分岐結合器（optical coupler 、以下、「ＣＰＬ」と略記する。）５１１およびＣＰＬ５１２を介して光増幅器５１３に入射され、利得Ｇ1 で増幅される。増幅された光は、ＣＰＬ５１４を介して光可変減衰器（optical variable attenuator 、以下、「ＶＡＴ」と略記する。）５１５に入射され、減衰される。減衰された光は、ＣＰＬ５１６を介して光増幅器５１７に入射され、利得Ｇ2 で増幅される。増幅された光は、ＣＰＬ５１８を介して光増幅装置５００の出力光として出力される。
【０００５】
ＣＰＬ５１１、５１２、５１４、５１６、５１８は、入射される光を２つに分配する。ＣＰＬ５１１で分配された光は、受光される光の光レベルに従う電流を発生するホトダイオード（以下、「ＰＤ」と略記する。）５２６に入射され、光電変換される。ＰＤ５２６のアノード端子は、電圧Ｖccの電源に接続され、カソード端子は、抵抗値Ｒ1 の抵抗器５２５を介して接地される。抵抗器５２５の端子間電圧は、ＰＤ５２６の出力として制御回路５２７に入力され、制御回路５２７は、この出力に基づいてＶＡＴ５１５の減衰量を調整する。さらに、制御回路５２７は、この出力に基づいて、自動利得制御回路（automatic gain controller 、以下、「ＡＧＣ」と略記する。）５１９、５２０を介して光増幅器５１３、５１７の利得を調整する。ＰＤ５２６および抵抗器５２５は、入力光の光レベルを検出するモニタ回路を構成する。
【０００６】
ＣＰＬ５１２で分配された光およびＣＰＬ５１４で分配された光は、ＡＧＣ５１９に入射され、ＡＧＣ５１９は、これらの光の光パワーに基づいて光増幅器５１３の利得を判断し、光増幅器５１３を利得Ｇ1 に調整する。
ＣＰＬ５１６で分配された光およびＣＰＬ５１８で分配された光は、ＡＧＣ５２０に入射され、ＡＧＣ５２０は、これらの光の光パワーに基づいて光増幅器５１７の利得を判断し、光増幅器５１７を利得Ｇ2 に調整する。
【０００７】
図１８（ｂ）は、光増幅装置５００の図１８（ａ）に示す各箇所ａ、ｂ、ｃ、ｄにおける光レベルを示すレベルダイヤである。図１８（ｂ）の横軸は、位置を表し、縦軸は、光レベルを表す。
図１８（ｂ）において、光増幅装置５００に入力された光は、ａｂ間で光増幅器５１３によって増幅され、ｂｃ間でＶＡＴ５１５で減衰され、そして、ｃｄ間で光増幅器５１７で再び増幅されて、出力される。
【０００８】
このような光増幅装置５００では、図１８（ｂ）に示すように入力光の光レベルがΔだけ変動した場合に、ＶＡＴ５１５の減衰量を−Δだけ変更することによって、光増幅器５１３の利得Ｇ1 と光増幅器５１７の利得Ｇ2 との和を一定に維持するように動作する。
すなわち、入力光の光レベルの変動の前後における光増幅器５１３の利得Ｇ1 をＧ1x、Ｇ1x# と、光増幅器５１７の利得Ｇ2 をＧ2x、Ｇ2x# とおくと、
Ｇ1x＋Ｇ2x＝Ｇ1x# ＋Ｇ2x# （式１）
となるように動作する。
【０００９】
このように動作させることにより、このような光増幅装置５００は、入力光を所望の光レベルまで増幅し且つ利得波長特性をほぼ平坦にすることができる。
これは、光増幅器において、次のような現象が見られることによる。
図１９は、光増幅器の利得と利得波長特性との関係を示す図である。
図１９において、中央の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa をある利得Ｇafとすると、利得波長特性は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において平坦（ｄＧa ／ｄλ＝０）になる。そして、上段の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa を利得Ｇafより大きくすると、利得波長帯域は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において負の傾斜（ｄＧa ／ｄλ＜０）となる。一方、下段の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa を利得Ｇafより小さくすると、利得波長帯域は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において正の傾斜（ｄＧa ／ｄλ＞０）となる。
【００１０】
このような現象により、光増幅装置５００は、光増幅器５１３と光増幅器５１７とにおいて、入力光の光レベルの変動に応じて一方の利得を上げ他方の利得を下げることによって、互いに逆の利得傾斜になるように動作させ、光増幅装置５００の利得波長特性をほぼ平坦にすることができる。
また、このような光増幅装置５００の雑音指数は、
１０(NF/10)＝１０(NF1/10)＋１０((NF2-Pout+Lvat+Pin)/10) （式２）
で与えられる。ここで、ＮＦ（ｄＢ）は、光増幅装置５００の雑音指数、ＮＦ1 （ｄＢ）は、光増幅器５１３の雑音指数にＣＰＬ５１１およびＣＰＬ５１２の損失を加えた総合的な雑音指数、ＮＦ2 （ｄＢ）は、光増幅器５１７の雑音指数にＣＰＬ５１６の損失を加えた総合的な雑音指数、Ｐout （ｄＢ／チャネル）は、光増幅器５１３の出力光レベル、Ｌvat （ｄＢ）は、ＶＡＴ５１５の減衰量、Ｐin（ｄＢ／チャネル）は、光増幅器５１３の雑音指数である。
【００１１】
一方、光通信システムのシステムゲインは、各光中継局間の距離が相違するため、各光中継局において異なる。システムゲインとは、光中継局間の送受光レベル差で光中継局間で取り得る最大損失値であり、より具体的には、光中継局間の伝送損失にマージンを加えた値である。伝送損失は、光中継局間の距離に依存するとともに光伝送路の温度変動および経年変化などにも依存する。
【００１２】
光増幅装置を光中継局などに使用する場合には、様々なシステムゲインに対応するため広い入力ダイナミックレンジが要求される。この様々なシステムゲインに対応するため、光減衰器によって入力光レベルを下げてから光増幅装置に入力させる仕方があり、この仕方は、システムゲインの変動分を光減衰器に吸収させている。このような光減衰器を利用しない場合には、光増幅装置の入力ダイナミックレンジは、光通信システムにおける最小のシステムゲインと最大のシステムゲインとの差より広いことが要求される。
【００１３】
さらに、光ファイバなどの光伝送路を伝送する光信号は、自己位相変調、４光波混合および相互位相変調などの非線形光学効果により、信号波形が歪むことが知られている。非線形光学効果は、光伝送路に入射される光信号の光レベルを大きくすると効果が増大するので、光伝送路に入射される光信号の光レベルが制限される。そして、非線形光学効果の度合いは、分散シフト光ファイバ（dispersion-shifted fiber、以下、「ＤＳＦ」と略記する。）やノンゼロ分散シフトファイバ（non-zero-dispersion-shifted fiber 、以下、「ＮＺ−ＤＳＦ」と略記する。）や単一モード光ファイバ（singlemode fiber、以下、「ＳＭＦ」と略記する。）などの光ファイバの種類によって異なるため、光信号の光レベルの上限値も異なる。例えば、ＳＭＦ、ＮＺ−ＤＳＦおよびＤＳＦでは、ＳＭＦの上限値が一番大きく、ＤＳＦの上限値が一番小さい。この上限値の差は、数デシベルにもなる。１個の光増幅装置でこのような光ファイバの種類に対応するため、従来は、光減衰器を光増幅装置の出力端子に接続することによって対応している。
【００１４】
そして、光増幅装置は、光増幅装置を扱う作業員の安全を確保するため、出力端開放検出機能がある。この出力端開放検出機能は、光増幅装置の出力端が開放されているか否かを開放端からの反射光を検出して、開放されている場合は、光増幅装置における出力光の光レベルを低減する機能である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１８（ａ）に示す光増幅装置５００では、より広い入力ダイナミックレンジに対応しようとすると、図１８（ｂ）におけるΔが大きくなる。光増幅器５１３の出力光レベルには、一般の光増幅器と同様に上限があるので、光増幅装置５００では、ＶＡＴ５１５の減衰量Ｌvat が大きくなる。このため、このような光増幅装置５００では、ＶＡＴ５１５の出力光レベルが低下し、（式２）から分かるように、雑音指数が著しく劣化するという問題がある。
【００１６】
一方、より広い入力ダイナミックレンジに対応するために上述のように光減衰器を利用する場合では、光増幅装置が最大のシステムゲインに合わせて設計され光減衰器によって入力光レベルを下げて使用されるので、光増幅装置は、その光ＳＮＲを劣化させて使用することになる。このため、伝送距離が減少するという問題がある。
【００１７】
そして、より広い入力ダイナミックレンジに対応するために光レベルを検出するモニタ回路もより広いダイナミックレンジにする必要があるという問題がある。
さらに、既に敷設されている多種類の光ファイバに接続することができるようにするため、光増幅装置の出力光レベルを多様にする必要があるという問題がある。
【００１８】
また、既に敷設されている多種類の光ファイバに接続することができるようにする必要から光減衰器によって対応しようとすると、光増幅装置の出力端が開放されているか否かを光増幅装置の出力端と光減衰器の出力端との両方で検出しなければならず、微弱な反射光を検出する必要があり、出力端開放の検出が困難となるという問題がある。
【００１９】
そこで、請求項１ないし請求項１０に記載の発明では、雑音指数の劣化を伴うことなくより広い入力ダイナミックレンジを持つ光増幅装置を提供することを目的とする。
特に、請求項４ないし請求項１０に記載の発明では、上述の目的に加えて、出力端開放機能を損なうことなく、多種類の光ファイバに接続可能な光増幅装置を提供することを目的とする。
【００２０】
そして、請求項１１に記載の発明では、雑音指数の劣化を伴うことなくより広い入力ダイナミックレンジを持つ光増幅装置を光中継局などに使用した光通信システムを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、制御部は、入力光の光レベルを所定の範囲ごとに区切り、その区切った範囲ごとに対応して該第一光増幅部の出力光目標値を設け、その目標値に応じて光減衰部の減衰率を定める光増幅装置によって達成される。
【００２２】
このような光増幅装置では、入力光レベルの変化分を第１光増幅部の出力光目標値を変更することによって吸収する。そして、出力目標値の変化分を光減衰部の減衰量の変化分に対応させる。このため、入力光レベルの変化の前後において、光減衰部の出力光レベルは、変化しない。したがって、この光増幅装置は、この変化の前後において、雑音指数の劣化を抑制することができる。
【００２３】
また、上述の目的は、第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、制御部は、第２光増幅部の出力光目標値を変更する場合に第２光増幅部の出力光目標値と変更後の第２光増幅部の出力光目標値との差分に応じて光減衰部の減衰量を変化させる光増幅装置によって達成される。
【００２４】
さらに、上述の目的は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、この入力光の所定値は、入力光のレベルを所定の範囲ごとに区切った複数の値であって、この区切った値ごとに対応して第１光増幅部の出力光目標値をそれぞれ設け、制御部は、第２光増幅部の出力光目標値を変更する場合は第１光増幅部の出力光目標値と変更後の第１光増幅部の出力光目標値との差分と、第２光増幅部の出力光目標値と変更後の第２光増幅部の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて光減衰部の減衰量を変化させる光増幅装置によって達成される。
【００２５】
このような光増幅装置では、上述の入力光レベルの変化の前後において雑音指数の劣化を抑制することができるほかに、光増幅装置の出力光レベルを選択できるので、光増幅装置の出力側に接続される光伝送路の種類に最適な光レベルの出力光を射出することができる。このため、出力光は、光伝送路を伝播する間に、自己位相変調、相互位相変調および４光波混合などの非線形光学効果を生じることがない。
【００２６】
また、上述の目的は、光送信局と、光送信局からの光信号を伝送する光伝送路と、光伝送路を伝送した光信号を受信する光受信局と、光伝送路に接続される少なくとも１つ以上の光中継局とを備える光通信システムにおいて、光送信局、光受信局および光中継局の少なくとも１つに本発明にかかる光増幅装置を備えることで達成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における実施の形態について説明する。
（本発明の基本構成）
図１は、本発明の基本構成を示す図である。
図２および図３は、本発明のレベルダイヤを示す図である。
【００２８】
この図２は、後述する入力光のモードが、例えば、３個である場合のレベルダイヤを示している。また、図３において、（ａ）は、入力光のレベルが範囲ａにある場合におけるレベルダイヤを示し、（ｂ）は、入力光のレベルが範囲ｂにある場合におけるレベルダイヤを示す。図２および図３の縦軸は、光レベル（ｄＢｍ）を表し、横軸は、位置を表し、位置Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、図１に示す各箇所Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに対応する。すなわち、箇所Ａは、第１光増幅部１１の入射側であり、箇所Ｂは、第１光増幅部１１と光減衰部１２との間であり、箇所Ｃは、光減衰部１２と第２光増幅部１３との間であり、箇所Ｄは、第２光増幅部の射出側である。
図１において、光増幅装置１０に入力する入力光は、第１光増幅部１１に入射される。第１光増幅部１１は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える光増幅部であり、その出力光は、光減衰部１２へ射出される。光減衰部１２は、第１光増幅部１１の出力光を減衰させ、その出力光は、第２光増幅部１３へ射出される。第２光増幅部１３は、光減衰部の出力光を増幅し、その出力光は、光増幅装置１０の出力光として射出される。
【００２９】
そして、光増幅装置１０は、光減衰部１２の減衰量を変化させる制御部１４を備え、この制御部１４は、第１光増幅部１１の出力光目標値を変更する場合に第１光増幅部１１の出力光目標値と変更後の第１光増幅部１１の出力光目標値との差分に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させる。
また、入力光の所定値は、入力光のレベルを所定の範囲ごとに区切った複数の値であって、区切った値ごとに対応して第１光増幅部１１の出力光目標値をそれぞれ設ける。例えば、図２に示すように、光レベルにおいて入力光のモードが３個設定され、範囲ａのインモードａに対して第１目標値ａが第１目標値として規定され、範囲ｂのインモードｂに対して第１目標値ｂが第１目標値として規定され、範囲ｃのインモードｃに対して第１目標値ｃが第１目標値として規定される。
【００３０】
ここで、各範囲は、範囲ａと範囲ｂのように範囲の一部分が重複していてもよく、範囲ｂと範囲ｃのように範囲の境界が接していてもよい。
このような光増幅装置１０では、或るインモードが選択されると、その範囲内において入力光レベルに依らず、第１光増幅部１１の出力光レベルは、そのインモードに対応する第１目標値にほぼ固定される。
【００３１】
例えば、図２において実線で示すように、入力光のモードとしてインモードａが選択されると、範囲ａ内において入力光レベルが変化しても、第１光増幅部１１の出力（図２の箇所Ｂ）は、第１目標値ａにほぼ固定される。なお、図２において、インモードｂのレベルダイヤは、破線で示され、インモードｃのレベルダイヤは、一点鎖線で示される。また、箇所Ｃから箇所Ｄのレベルダイヤは、インモードａ、インモードｂおよびインモードｃともに同一なので、見かけ上実線のみで示されている。
【００３２】
そして、光減衰部１２の減衰量は、入力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘより絶対値が小さく同符号の減衰量だけ調整される。このため、光減衰部１２の出力光レベル（図２の箇所Ｃ）は、入力光のモードの変更後においても、入力光のモードの変更前より小さくなることはない。
【００３３】
特に、上述の構成で、光減衰部１２の出力光は、第１光増幅部の出力光目標値に関係無く一定値とする。
例えば、光減衰部１２の減衰量が、入力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘより絶対値が等しく同符号の減衰量だけ調整されると、光減衰部１２の出力光レベルは、図２に示すように入力光のモードの変更後においても、入力光のモードの変更前と等しくなる（一定値Ｖ0 ）。
【００３４】
よって、本発明では、光増幅装置１０は、この変化の前後において、雑音指数の劣化を抑制することができる。
したがって、本発明では、入力光レベルに応じて複数の入力光のモードを設定することにより、入力ダイナミックレンジを拡大することができる。そして、各入力光のモードに対応してそれぞれの第１目標値を設定し、光減衰部１２の減衰量を調整するので、入力ダイナミックレンジを拡大しても、雑音指数を劣化させない。
【００３５】
なお、上述の説明では、入力ダイナミックレンジを３個のインモードに分ける場合について説明したが、任意の個数の入力光のモードについて同様に本発明を適用することができる。
また、インモードは、入力光のモードの各モードを言い、後述するアウトモードは、出力光のモードの各モードを言う。
【００３６】
ここで、図１において、光増幅装置１０では、第２光増幅部１３は、光減衰部１２の出力光を所定の出力光目標値まで増幅するものであって、制御部１４は、第２光増幅部１３の出力光目標値を変更する場合は第１光増幅部１１の出力光目標値と変更後の第１光増幅部１１の出力光目標値との差分と、第２光増幅部１３の出力光目標値と変更後の第２光増幅部１３の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させることで構成してもよい。
【００３７】
そして、図１において、光増幅装置１０は、第１光増幅部１１と、第１光増幅部１１の出力光を減衰させる光減衰部１２と、光減衰部１２の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部１３と、光減衰部１２の減衰量を変化させる制御部１４とを備え、制御部１４は、第２光増幅部１３の出力光目標値を変更する場合に第２光増幅部１３の出力光目標値と変更後の第２光増幅部１３の出力光目標値との差分に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させることで構成してもよい。
【００３８】
このような光増幅装置１０では、例えば、図３（ａ）に示すように、入力光のモードとしてインモードａが選択された場合に、光レベルにおいて出力光のモードが３個設定され、アウトモードＳa に対して第２目標値Ｓa が第２目標値として規定され、アウトモードＴa に対して第２目標値Ｔa が第２目標値として規定され、アウトモードＵa に対して第２目標値Ｕa が第２目標値として規定される。また、図３（ｂ）に示すように、入力光のモードとしてインモードｂが選択された場合に、光レベルにおいてアウトモードが３個設定され、アウトモードＳa に対して第２目標値Ｓa が第２目標値として規定され、アウトモードＴa に対して第２目標値Ｔa が第２目標値として規定され、アウトモードＵa に対して第２目標値Ｕa が第２目標値として規定される。そして、図示しないが、入力光のモードとしてインモードｃが選択された場合も、同様に第２目標値が規定される。
【００３９】
このような光増幅装置１０では、例えば、入力光のモードとしてインモードａが選択された場合では上述で説明したように、範囲ａ内において入力光レベルが変化しても、第１光増幅部１１の出力光レベル（図３（ａ）の箇所Ｂ）は、第１目標値ａにほぼ固定され、光減衰部１２の出力光レベル（図３（ａ）の箇所Ｃ）は、所定の一定値Ｖ0 になる。この様子を図３（ａ）において実線で示す。
【００４０】
そして、光減衰部１２の減衰量は、出力光のモードが変更された場合に、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙより絶対値が小さく逆符号の減衰量だけさらに調整される。
さらに、光減衰部１２の減衰量は、出力光のモードが変更された場合に、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙと絶対値が等しく逆符号の減衰量だけさらに調整されるようにしてもよい。
【００４１】
また、光減衰部１２の減衰量は、入力光のモードおよび出力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘを求め、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙを求めて、値Ｘから値Ｙを減算した値と絶対値が等しく逆符号の減衰量−（Ｘ−Ｙ）だけ調整するようにしてもよい。
【００４２】
したがって、このような光増幅装置１０では、上述の入力光レベルの変化の前後において雑音指数の劣化を抑制することができるほかに、光増幅装置１０の出力光レベルに応じたアウトモードを選択できるので、光増幅装置１０の出力側に接続される光伝送路の種類に最適な光レベルの出力光を射出することができる。このため、出力光は、光伝送路を伝播する間に、自己位相変調、相互位相変調および４光波混合などの非線形光学効果による著しい波形劣化を生じることがない。
【００４３】
一方、図１において、光増幅装置１０では、第１光増幅部１１に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、第２光増幅部１３の出力光は、光信号内の特定波長の出力光レベルが一定値になるようにしてもよい。
このような光増幅装置１０では、第２光増幅部１３が出力一定制御されるため、光減衰部１２に使用される光減衰器における減衰量の製品によるバラツキを吸収することができる。このため、光増幅装置１０の出力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
【００４４】
そして、図１において、光増幅装置１０では、該第１光増幅部１１に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、第２光増幅部の出力光１３は、利得が一定に成るようにしてもよい。
さらに、図１において、光増幅装置１０では、その第１光増幅部１１は、受光した光を増幅する第１光増幅器２１および第２光増幅器２３と、第１光増幅器２１と第２光増幅器２３との間に接続された減衰器２２と、第１光増幅器２１の利得と第２光増幅器２３の利得との和および第２光増幅器２３の出力光レベルが一定に成るように光減衰器２２の減衰量を調整する制御器２４とを備えて構成してもよい。
【００４５】
また、図１において、光増幅装置１０では、その第１光増幅部１１および第２光増幅部１３は、受光した光を増幅する第１光増幅器２１および第２光増幅器２３と、第１光増幅器２１と第２光増幅器２３との間に接続された減衰器２２と、第１光増幅器２１の利得と第２光増幅器２３の利得との和および第２光増幅器２３の出力光レベルが一定に成るように光減衰器２２の減衰量を調整する制御器２４とを備えて構成してもよい。なお、図１において、第２光増幅部１３における上述の詳細構成は、省略されている。
【００４６】
次に、別の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態の構成）
第１の実施形態は、請求項１ないし請求項３、請求項８、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
図４は、第１の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図である。なお、図４は、後述する第２の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図でもある。
【００４７】
図５は、第１の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図である。なお、図５は、後述する第２の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図でもある。
図６は、第１の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【００４８】
図４（ａ）において、第１の実施形態における光増幅装置３０１に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０４に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０１の出力光として、射出される。
【００４９】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０１は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【００５０】
次に、これら前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２、中段光増幅部１０３、後段光減衰部１０４および後段光増幅部１０５の構成について、順に説明する。
始めに、前段光増幅部１０１の構成について、図５に基づいて説明する。
図５において、第１の実施形態における光増幅装置３０１に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１内のＣＰＬ１１１に入射される。ＣＰＬ１１１は、入射した光を２つに分配して射出する光部品であり、後述する他のＣＰＬも同様である。ＣＰＬとしては、例えば、ハーフミラーなどの微少光学素子形光分岐結合器や溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器や光導波路形光分岐結合器などを利用することができる。
【００５１】
ＣＰＬ１１１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１２１に入射され、他方は、光アイソレータ（optical isolator、以下、「ＩＳＯ」と略記する。）１１２に入射される。ＰＤ１２１は、受光した光の光パワーに従う電流を発生する光電変換器であり、後述する他のＰＤも同様である。また、ＩＳＯ１１２は、一方向にのみ光を透過する光部品であり、後述する他のＩＳＯも同様である。ＩＳＯとしては、例えば、４５度ずれた状態の２つの偏光子の間にファラデー回転子を配置することによって構成することができる。ＩＳＯは、装置内における各光部品の接続部などからの反射光が何処までも伝播するのを防止する役割を果たす。特に、反射光が半導体レーザに戻ってくると、半導体レーザは、位相や振幅のまちまちな反射光に誘起されて、発振モードが変化したり、雑音が発生したりする。このため、ＩＳＯによってこの悪影響を防止するものである。
【００５２】
ＰＤ１２１からの出力は、利得可変アンプ１３３およびスイッチ（以下、「ＳＷ」と略記する。）１２７に入力される。
ＳＷ１２７は、１入力４出力のスイッチであり、４個の出力端子のそれぞれには、抵抗値Ｒ1 の抵抗器１２８、抵抗値Ｒ2 の抵抗器１２９、抵抗値Ｒ3 の抵抗器１３０および抵抗値Ｒ4 の抵抗器１３１のいずれか１個の抵抗器が接続され、各抵抗器１２８、１２９、１３０、１３１は、接地される。これら抵抗値Ｒ1 〜Ｒ4 は、この光増幅装置３０１の入力光のモードに応じて決定される。そして、ＳＷ１２７によってＰＤ１２１と接続された抵抗器の端子間電圧が、ＰＤ１２１の出力として利得可変アンプ１３３を介してＡＧＣ１２２および対数変換回路（log amplifier 、以下、「ＬＯＧ」と略記する。）１２４に供給される。
【００５３】
利得可変アンプ１３３の利得は、ＳＷ１２７を切り換える際に、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得を一定に保つように可変される。
これらＰＤ１２１、ＳＷ１２７および抵抗器１２８、１２９、１３０、１３１からなる回路は、光増幅装置３０１に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルを検出するモニタ回路である。
【００５４】
また、ＩＳＯ１１２からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１１３に入射される。一方、ＣＰＬ１１３には、後述するエルビウム添加光ファイバ１１４への励起光としてレーザダイオード（laser diode 、以下、「ＬＤ」と略記する。）１１９からのレーザ光も入射される。ＬＤ１１９として、例えば、ファブリペロ型レーザ、分布帰還型レーザ、分布ブラッグ反射型レーザなど各種半導体レーザを利用することができる。後述する他のＬＤも同様である。
【００５５】
これらＩＳＯ１１２からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１１９からのレーザ光は、合波されて、エルビウム添加光ファイバ（erbium doped fiber、以下、「ＥＤＦ」と略記する。）１１４に入射される。エルビウム元素は、ランタノイドの希土類元素の１つで、元素記号Ｅｒ、原子番号６８である。ランタノイドに属する元素は、互いに性質が類似している。
【００５６】
ＥＤＦ１１４は、ＬＤ１１９からの励起光を吸収することによりＥＤＦ１１４内のＥｒイオンが励起され反転分布を形成する。この反転分布を形成した状態でＷＤＭ方式光信号が入射するとこのＷＤＭ方式光信号に誘導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ方式光信号が増幅される。後述する他のＥＤＦも同様に光を増幅する。
【００５７】
このようにＬＤ１１９は、ＥＤＦ１１４の励起光源であるから、ＬＤ１１９の発振波長は、ＥＤＦ１１４の励起波長、例えば、１４８０ｎｍに設定される。または、９８０ｎｍなどでもよい。
ＥＤＦ１１４で増幅されたＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ１１５を介して、利得等化器（gain equalizer、以下、「ＧＥＱ」と略記する。）１１６に入射される。ＧＥＱ１１６は、ＥＤＦ１１４の利得波長特性をＷＤＭ方式光信号の波長帯域においてほぼ平坦な利得波長特性に補償する光部品であり、後述する他のＧＥＱも補償すべきＥＤＦが異なるだけで同様である。ＧＥＱとしては、補償すべきＥＤＦの利得波長特性とほぼ同一の形状にその損失波長特性を合わせられた光フィルタなどを利用することができる。
【００５８】
ＧＥＱ１１６からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１１７に入射される。ＣＰＬ１１７で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２内のＶＡＴ１４１に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１２０に入射される。
ＰＤ１２０からの出力は、その電流値を抵抗器（図５に不図示）によって端子間電圧に変換されて、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２３に入力される。後述するＰＤについても、特に明示しない限り、ＰＤ１２０と同様にＰＤの出力は、ＰＤの電流値を抵抗器（不図示）によって端子間電圧に変換されて出力される。
【００５９】
ＡＧＣ１２２は、ＰＤ１２０からの出力と利得可変アンプ１３３を介した前述のＰＤ１２１からの出力とからＥＤＦ１１４の利得を判断し、注入電流がリミッタ値に達しない範囲でＬＤ１１９の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１１４の利得を所定の利得で一定になるように調整する。この所定の利得は、光増幅装置３０１に入力される低光レベルのＷＤＭ方式光信号の雑音指数を減少させるように考慮して設定される。
【００６０】
ＬＯＧ１２３は、ＰＤ１２０からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器（subtractor）１２５の一方の入力端子に入力される。そして、ＬＯＧ１２４は、利得可変アンプ１３３を介した前述のＰＤ１２１からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器１２５の他方の入力端子に入力される。減算器１２５は、ＬＯＧ１２３の出力からＬＯＧ１２４の出力を減算して得た値を減算器１２６に出力する。このＬＯＧ１２３の出力からＬＯＧ１２４の出力を減算した値は、ＥＤＦ１１４の利得に相当する。
【００６１】
減算器１２６は、予め定められた参照電圧Ｖref1から減算器１２５の出力を減算して得た値を中段光増幅部１０３内の加算器（adder ）１６１に出力する。参照電圧Ｖref1は、前段光増幅部１０１と中段光増幅部１０３との利得の和を所定の一定値Ｇs1にするために参照される電圧値である。
次に、前段光減衰部１０２の構成について、図５に基づいて説明する。
【００６２】
前段光増幅部１０１内のＣＰＬ１１７からのＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ１４１を介して、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５１に入射される。
ＶＡＴ１４１は、入射された光を減衰して射出するとともにその減衰量を変更することができる光部品であり、後述する他のＶＡＴも同様である。ＶＡＴとしては、例えば、入射光と射出光との間に減衰円板を挿入し、減衰円板の表面には回転方向に厚みが連続的に変えてある金属減衰膜を蒸着して、この減衰円板を回転させることにより減衰量を調節する光可変減衰器や入射光と射出光との間に磁気光学結晶およびこの磁気光学結晶の射出側に偏光子を挿入し、磁気光学結晶に磁界を印加してこの磁界の強さを変えることにより減衰量を調整する光可変減衰器などを利用することができる。
【００６３】
一方、中段光増幅部１０３から後段光減衰部１０４に射出されるＷＤＭ方式光信号の出力光レベルに従う出力は、中段光増幅部１０３内のＰＤ１５９から前段光減衰部１０２内のＬＯＧ１４４に入力される。
ＬＯＧ１４４は、この入力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、自動出力制御回路（automatic level controller、以下、「ＡＬＣ」と略記する。）１４３の一方の入力端子に入力される。
【００６４】
ＡＬＣ１４３は、予め定められた参照電圧Ｖref2とＬＯＧ１４４からの値とを比較することにより、中段光増幅部１０３から射出されるＷＤＭ方式光信号の１チャネル当たりの光レベルが一定になるように、ＶＡＴ１４１の減衰量を調整する。参照電圧Ｖref2は、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分の出力光レベル（ＣＰＬ１５６から後段光減衰部に出力される出力光レベル）を第１目標値にするために参照される電圧値であり、入力光のモードの個数に等しく用意される。例えば、インモード１に対して、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が用意され、インモード２に対して、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が用意される。
【００６５】
次に、中段光増幅部１０３の構成について、図５に基づいて説明する。
前段光減衰部部１０２内のＶＡＴ１４１からのＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５１に入射される。
ＣＰＬ１５１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１５７に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ１５２に入射される。ＧＥＱ１５２は、後述するＥＤＦ１５５の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。
【００６６】
ＧＥＱ１５２からのＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ１５３を介して、ＣＰＬ１５４に入射される。一方、ＣＰＬ１５４には、ＬＤ１５８からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ１５３からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１５８からのレーザ光は、ＣＰＬ１５４で合波されて、ＥＤＦ１５５に入射される。
ＥＤＦ１５５は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ１５６へ射出する。ＣＰＬ１５６で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０４内の光減衰器（以下、「ＡＴＴ」と略記する。）１７１（図６）に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１５９に入射される。
【００６７】
ＰＤ１５９からの出力は、ＡＧＣ１６２および前段光減衰部１０２内の前述したＬＯＧ１４４に入力される。
一方、前述のＰＤ１５７からの出力は、ＬＯＧ１６０に入力される。ＬＯＧ１６０は、このＰＤ１５７からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、加算器１６１の一方の入力端子に入力される。そして、加算器１６１の他方の入力端子には、前段光増幅部１０１内の前述した減算器１２６からの出力が入力される。
【００６８】
加算器１６１は、これらＬＯＧ１６０の出力と減算器１２６の出力とを加算し、加算した値を逆対数変換器（antilog amplifier 、以下、「Anti-ＬＯＧ 」と略記する。）１６３に出力する。Anti-ＬＯＧ １６３は、この加算した値を逆対数変換し、変換した値をＡＧＣ１６２に出力する。
ＡＧＣ１６２は、前述のＰＤ１５９からの出力とこのAnti-ＬＯＧ からの出力とから前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和が一定になるように、ＬＤ１５８の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１５５の利得を調整する。
【００６９】
次に、後段光減衰部１０４の構成について、図６に基づいて説明する。
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６からのＷＤＭ方式光信号は、ＡＴＴ１７１を介して、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射される。ＡＴＴ１７１は、入力光のモードごとに用意され、インモード１用のＡＴＴ１７１の減衰量は、光増幅装置３０１の出力光レベルを考慮して設定される。インモード２用のＡＴＴ１７１の光減衰量は、後段光減衰部１０４においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用のＡＴＴ１７１の光減衰量より大きく設定される。
【００７０】
次に、後段光増幅部１０５の構成について、図６に基づいて説明する。
後段光減衰部１０４内のＡＴＴ１７１からのＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射される。
ＣＰＬ１８１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１８７に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ１８２およびＩＳＯ１８３を介して、ＣＰＬ１８４に入射される。
【００７１】
ＰＤ１８７は、抵抗値Ｒerf1の抵抗器２０１を介して接地され、抵抗器２０１の端子間電圧がＰＤ１８７からの出力としてＡＧＣ１９０の一方の端子に出力される。ＧＥＱ１８２は、ＥＤＦ１８５の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。また、ＣＰＬ１８４には、ＬＤ１８８からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ１８３からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１８８からのレーザ光は、ＣＰＬ１８４で合波されて、ＥＤＦ１８５に入射される。
【００７２】
ＥＤＦ１８５は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ１８６へ射出する。ＣＰＬ１８６で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０１の出力光として射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１８９に入射される。ＰＤ１８９は、抵抗値Ｒerf2の抵抗器２０２を介して接地され、抵抗器２０２の端子間電圧がＰＤ１８９の出力としてＡＧＣ１９０の他方の端子に出力される。
【００７３】
ＡＧＣ１９０は、前述のＰＤ１８７からの出力とこのＰＤ１８９からの出力とからＥＤＦ１８５の利得を判断し、利得が予め与えられた所定の一定値になるように、ＬＤ１８８の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１８５の利得を調整する。よって、後段光増幅部１０５の利得の設定は、ＡＧＣ１９０内の所定値を可変してＰＤ１８９とＰＤ１８７の出力比を所定の一定値になるように設定すればよい。
【００７４】
ここで、ＡＧＣ１２２、１６２、１９０は、より具体的には、図５（ｂ）に示すように、演算回路１３５と演算回路１３７とを備え、２個の入力Ｐia、Ｐibは、割算回路１３５に入力され、割算回路１３５でその比Ｐia／Ｐibが計算される。この比は、演算回路１３７の一方の端子に入力され、他方の端子には、所定値が入力される。そして、演算回路１３７は、この比と所定値とを比較し、その結果に従う出力値を出力する。なお、後述されるＡＧＣも同様である。
【００７５】
（本発明と第１の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項３、請求項８、および、請求項９に記載の発明と第１の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０４に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０５に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【００７６】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第１の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第１の実施形態の作用効果）
第１の実施形態の光増幅装置３０１を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０１の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【００７７】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定され、ＡＴＴ１７１は、インモード１用の減衰量を持つＡＴＴが設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【００７８】
仮に、図１８で示すように入力光レベルに拘わらず１個の抵抗器でモニタ回路を構成した場合には、広い範囲に亘って入力光レベルが変化する場合において、入力光レベルの変化に対する抵抗器の端子間電圧の変化の割合は小さくなるので、入力光レベルの検出は、難しくなる。しかしながら、第１の実施形態の光増幅装置３０１は、入力光レベルに合わせてモニタ回路の抵抗器を選択することができるので、選択された入力光のモードの範囲に亘って入力光レベルが変化する場合において、入力光レベルの変化に対する抵抗器の端子間電圧の変化の割合を最適に設定することができる。このため光増幅装置３０１は、入力光レベルを容易に且つ確実に検出することができる。
【００７９】
ここで、入力光のモードの数に等しい個数より多い４個の抵抗器でモニタ回路を構成したのは、各入力光のモード内において更にきめ細かく入力光レベルに対応させるためである。なお、モニタ回路の抵抗器の個数は、入力光のモードの数に等しい個数でもよく、また、４個より多い数でもよい。
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０１において、ＡＧＣ１２２は、ＰＤ１２１からの出力を基準としてＰＤ１２０からの出力との比に従う信号をＬＤ１１９に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１１４は、定利得制御されるので、前段光増幅部１０１に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。この所定の一定の利得の調整は、ＰＤ１２１の電流値を電圧値に変換する抵抗器１２８の抵抗値Ｒ1 とＰＤ１２０の電流値を電圧値に変換する抵抗器の抵抗値との比を調整すればよい。
【００８０】
また、ＡＧＣ１６２は、Anti-ＬＯＧ １６３からの出力を基準としてＰＤ１５９からの出力との比に従う信号をＬＤ１５８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１５５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１５５は、定利得制御される。
このAnti-ＬＯＧ １６３の出力は、中段光増幅部１０３に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに前段光増幅部の減算器１２６からの出力を加算した値である。減算器１２６からの出力は、前段光増幅部１０１と中段光増幅部１０３との利得の和Ｇs1から前段光増幅部１０１の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ１６２は、ＥＦＤ１５５の利得をAnti-ＬＯＧ １６３からの出力を基準として調整するので、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和は、Ｇs1にほぼ維持される。すなわち、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３からなる部分は、（式１）を満たす。
【００８１】
一方、ＡＬＣ１４３は、参照電圧Ｖref2M1を基準としてＰＤ１５９からの出力との差に従う信号をＶＡＴ１４１に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ１４１の減衰量を制御する。このため、中段光増幅部１０３からの出力光レベルは、一定に制御される。
このように前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３が動作するので、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、前段光増幅部１０１のインモード１の範囲内における入力光レベルの変動に拘わらず、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。
【００８２】
そして、後段光減衰部１０４は、インモード１に対応する一定の減衰量で減衰するので、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
また、後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。所定値は、別途、ＡＧＣ１９０内の参照値で与える。このため、ＥＤＦ１８５は、定利得制御され、後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、ほぼ一定に維持される。
【００８３】
一方、この光増幅装置３０１を別の光中継局として設置する際に、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード２が選択される。このため、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定され、ＡＴＴ１７１は、インモード２用の減衰量を持つＡＴＴが設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１３０が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１３０とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１３０の端子間電圧が入力される。
【００８４】
ＡＧＣ１２２、１６２およびＡＬＣ１４３は、上述のインモード１と同様に動作するが、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定されるため、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、インモード２用の第１目標値Ｔ1M2 になる。そして、ＡＴＴ１７１もインモード２用の減衰量を持つＡＴＴが設定されるので、後段光減衰部１０４の出力光レベルは、インモード１の場合に等しくなる。
【００８５】
したがって、このような光増幅装置３０１は、２個の入力光のモードを備えることにより、広い入力ダイナミックレンジに対応することができる。そして、光増幅装置３０１は、後段光減衰部１０４の出力光レベルがほぼ一定に維持されるので、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることもない。
ここで、上述の作用効果をより具体的に示すため、光増幅装置３０１におけるレベルダイヤをシミュレーションした。
【００８６】
図７は、第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図７において、左から入力光のモード、前段光増幅部１０１における入力、利得および出力、前段光減衰部１０２の減衰量、中段光増幅部１０３における入力、利得および出力、後段光減衰部１０４の減衰量、後段光増幅部１０５における入力、利得および出力、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和、および、光増幅装置３０１の総利得である。
【００８７】
上段は、インモード１の場合のシミュレーション結果であり、下段は、インモード２の場合のシミュレーション結果である。そして、インモード１では、Ｐin＋１０、Ｐin＋５およびＰinを前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。インモード２では、Ｐin＋１５、Ｐin＋１０およびＰin＋５を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。
【００８８】
第１目標値（中段光増幅部１０３の出力光レベル）は、インモード１ではＰ0 に設定し、インモード２ではＰ0 ＋５に設定した。後段光減衰部１０４の減衰量は、インモード１では２に設定し、インモード２では７に設定した。この減衰量の差は、インモード２とインモード１との間における第１目標値の差である。後段光増幅部１０５の利得は、各モードともに７に設定した。また、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和は、Ｇr1＋２に設定した。
【００８９】
ここで、図７におけるＧr1、Ｇr2は、それぞれ、
Ｇr1＝Ｐ0 −Ｐin （式３）
Ｇr2＝Ｇr1−１０ （式４）
である。
以上の条件の下に計算した結果は、図７に示す通りである。
【００９０】
さらに、以上の条件において、Ｐin＝−３０（ｄＢｍ／チャネル）、Ｐ0 ＝０（ｄＢｍ／チャネル）とした場合の各モードのレベルダイヤを図８に示す。
図８は、第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤを示す図である。図８（ａ）は、インモード１におけるレベルダイヤを示す図であり、図８（ｂ）は、インモード２におけるレベルダイヤを示す図である。図８（ｃ）は、レベルダイヤと光増幅装置３０１との位置関係を明瞭にするために図４（ａ）を再記載した図である。図８（ａ）（ｂ）の縦軸は、１チャネル当たりの光レベルであり、横軸は、光増幅装置の位置であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦは、図８（ｃ）に示す光増幅装置３０１の各箇所を示す。すなわち、箇所Ａは、前段光増幅部１０１の入力側であり、箇所Ｂは、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２との間であり、箇所Ｃは、前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３との間であり、箇所Ｄは、中段光増幅部１０３と後段光減衰部１０４との間であり、箇所Ｅは、後段光減衰部１０４と後段光増幅部１０５との間であり、そして、箇所Ｆは、後段光増幅部１０５の出力側である。
【００９１】
図７および図８から分かるように、各モードにおける第１目標値およびＡＴＴの減衰量を上述のように設定することにより、後段光減衰部１０４の出力光レベル（図８の箇所Ｅ)は、選択されたインモードに拘わらず、−２（ｄＢｍ／チャネル）の一定値になる。このため、第１の実施形態における光増幅装置３０１は、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることがない。
【００９２】
なお、第１の実施形態の効果を比較するために、図１８に示す光増幅装置におけるレベルダイヤを計算した。
図９は、先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図９において、左から光増幅器５１３における入力、利得および出力、ＶＡＴ５１５、光増幅器５１７における入力、利得および出力、光増幅器５１３の利得と光増幅器５１８の利得との和、および、光増幅装置５００の総利得である。
【００９３】
図７のシミュレーション結果と比較するため、図９では、Ｐin＋１５、Ｐin＋１０、Ｐin＋５およびＰinを光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７からＰ0 ＋５を出力させる場合を計算した。
図９を図７と比較すると分かるように、ＶＡＴ５１５の減衰量は、１７〜２（ｄＢ）に対応させる必要があり、光増幅器５１７の利得は、１７〜２（ｄＢ）に対応する必要がある。このようなＶＡＴおよび光増幅器を製作することは、容易ではない。
【００９４】
一方、第１の実施形態の光増幅装置３０１において、前段光減衰部１０２の減衰量は、１２〜２（ｄＢ）に対応すればよく、後段光減衰部１０４の減衰量は、２、７（ｄＢ）に対応すればよい。前段光増幅部１０１の利得は、「Ｇr1−１５」〜「Ｇr1−５」（ｄＢ）に対応すればよく、中段光増幅部１０３の利得は、１７〜７（ｄＢ）に対応すればよく、後段光増幅部１０５のの利得は、７（ｄＢ）に対応すればよい。このように第１の実施形態の光増幅装置３０１では、製作容易な装置である。
【００９５】
また、上述のシミュレーション結果を基に、入力光レベルと雑音指数との関係を図１０に示す。
図１０は、入力光レベルと雑音指数との関係において、第１の実施形態の光増幅装置の場合と先行する技術の光増幅装置の場合との対比を示す図である。
図１０の縦軸は、雑音指数（ｄＢ）であり、横軸は、入力光レベル（ｄＢｍ／チャネル）である。また、破線は、第１の実施形態の光増幅装置３０１におけるインモード１の場合の雑音指数であり、一点鎖線は、第１の実施形態の光増幅装置３０１におけるインモード２の場合の雑音指数である。実線は、先行する技術にかかる光増幅装置の場合の雑音指数である。
【００９６】
図１０に示すように、入力光レベルが−３０〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）の範囲で変化する場合において、第１の実施形態の光増幅装置３０１の雑音指数は、５〜７（ｄＢ）であるが、先行する技術にかかる光増幅装置の雑音指数は、５〜１２（ｄＢ）である。特に、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）の範囲において、インモード２に切り替えることにより、第１の実施形態における光増幅装置３０１は、先行する技術にかかる光増幅装置に較べて格段に雑音指数を低減することができる。
【００９７】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態は、請求項１ないし請求項３、請求項７、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
第２の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０６を用い、さらに、後段光増幅部１０５に代えて後段光増幅部１０７を用いた光増幅装置３０２である。
【００９８】
図４（ｂ）において、第２の実施形態における光増幅装置３０２に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０６に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０２の出力光として、射出される。
【００９９】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０２は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１００】
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。
以下に、後段光減衰部１０６および後段光増幅部１０７の構成について説明する。
図１１は、第２の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【０１０１】
まず、後段光減衰部１０６の構成を図１１に基づいて説明する。
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１７２に入射される。ＣＰＬ１７２で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ１７３を介して、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射され、他方は、ＰＤ１７４に入射される。
【０１０２】
ＶＡＴ１７３の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ１７３の減衰量を調整する減衰量制御回路（以下、「ＡＣＣ」と略記する。）１７５からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０６においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１０３】
ＰＤ１７４からの出力は、ＡＣＣ１７５の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ１７５の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref3が入力される。この参照電圧Ｖref3は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光光減衰部１０６に入射された場合におけるＰＤ１７４の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１０４】
ＡＣＣ１７５は、ＰＤ１７４からの出力とこの参照電圧Ｖref3とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ１７３に出力することによってＶＡＴ１７３の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０２にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ１７４の出力が参照電圧Ｖref3と等しくなるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０２にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ１７４の出力が参照電圧Ｖref3と差を生じるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３にその差に応じた信号を出力する。
【０１０５】
次に、後段光増幅部１０７の構成を図１１に基づいて説明する。
図１１において、第２の実施形態の後段光減衰部１０６内におけるＶＡＴ１７３からのＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射される。
ＣＰＬ２１１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２５に入射され、他方は、ＩＳＯ２１２に入射される。ＰＤ２２５からの出力は、ＡＧＣ２３２およびＬＯＧ２３４に入力される。また、ＩＳＯ２１２からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２１３に入射される。
【０１０６】
一方、ＣＰＬ２１３には、ＬＤ２２６からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ２１２からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ２２６からのレーザ光は、合波されて、ＥＤＦ２１４に入射される。ＥＤＦ２１４は、ＬＤ２２６からのレーザ光により反転分布が形成され、ＷＤＭ方式光信号が誘導放射によって増幅される。
ＥＤＦ２１４で増幅されたＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ２１５およびＧＥＱ２１６を介して、ＣＰＬ２１７に入射される。ＧＥＱ２１６は、ＥＤＦ２１４の利得波長特性をほぼ平坦な利得波長特性に補償する。ＣＰＬ２１７で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２１８に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２７に入射される。ＰＤ２２７からの出力は、ＡＧＣ２３２およびＬＯＧ２３３に入力される。
【０１０７】
ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２７からの出力と前述のＰＤ２２５からの出力とからＥＤＦ２１４の利得を判断し、ＬＤ２２６の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ２１４の利得を所定の一定の利得に調整する。
【０１０８】
ＬＯＧ２３３は、ＰＤ２２７からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器２３５の一方の入力端子に入力される。そして、ＬＯＧ２３４は、前述のＰＤ２２５からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器２３５の他方の入力端子に入力される。減算器２３５は、ＬＯＧ２３３の出力からＬＯＧ２３４の出力を減算して得た値を減算器２３６に出力する。このＬＯＧ２３３の出力からＬＯＧ２３４の出力を減算した値は、ＥＤＦ２１４の利得に相当する。
【０１０９】
減算器２３６は、予め定められた参照電圧Ｖref4から減算器２３５の出力を減算して得た値を後述する加算器２３９に出力する。参照電圧Ｖref4は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和を所定の一定値Ｇs2にするために参照される電圧値である。
一方、ＶＡＴ２１８で減衰したＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２１９に入射される。ＣＰＬ２１９で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２９に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ２２０およびＩＳＯ２２１を介してＣＰＬ２２２に入射される。ＧＥＱ２２０は、後述するＥＤＦ２２３の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。また、ＬＤ２３０からのレーザ光は、ＣＰＬ２２２に入射され、ＩＳＯ２２１からのＷＤＭ方式光信号と合波されて、ＥＤＦ２２３に入射される。
【０１１０】
ＥＤＦ２２３は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ２２４へ射出する。ＣＰＬ２２４で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０２の出力光として射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２３１に入射される。ＰＤ２３１からの出力は、ＡＧＣ２４０およびＡＬＣ２２８に入力される。
【０１１１】
ＡＬＣ２２８は、予め定められた参照電圧Ｖref5とＰＤ２３１からの出力とを比較することにより、この光増幅装置３０２から射出されるＷＤＭ方式光信号の１チャネル当たりの光レベルが一定になるように、ＶＡＴ２１８の減衰量を調整する。したがって、参照電圧Ｖref5は、後段光増幅部１０７の入力光レベルに対して一定の出力光レベルにするために参照される電圧値である。
【０１１２】
さらに、前述のＰＤ２２９からの出力は、ＬＯＧ２３８に入力される。ＬＯＧ２３８は、このＰＤ２２９からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、加算器２３９の一方の入力端子に入力される。加算器２３９の他方の入力端子には、前述した減算器２３６からの出力が入力される。
加算器２３９は、これらＬＯＧ２３８の出力と減算器２３６の出力とを加算し、加算した値をAnti-ＬＯＧ ２４１に出力する。Anti-ＬＯＧ ２４１は、この加算した値を逆対数変換し、変換した値をＡＧＣ２４０に出力する。
【０１１３】
ＡＧＣ２４０は、前述のＰＤ２３１からの出力とこのAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力とからＥＤＦ２１４の利得とＷＤＦ２２３の利得との和が一定になるように、ＬＤ２３０の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ２２３の利得を調整する。
（本発明と第２の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項３、請求項７、および、請求項９に記載の発明と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０６に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ１７５とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１１４】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第２の実施形態の作用効果）
第２の実施形態の光増幅装置３０２を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０２の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【０１１５】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【０１１６】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０２において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
後段光減衰部１０６に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように、前段光増幅部１０１のインモード１の範囲内における入力光レベルの変動に拘わらず、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ１７４からの出力と参照電圧Ｖref3との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ１７３の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。したがって、後段光増幅部１０７の入力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
【０１１７】
後段光増幅部１０７において、ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２５からの出力を基準としてＰＤ２２７からの出力との比に従う信号をＬＤ２２６に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２１４は、定利得制御される。
また、ＡＧＣ２４０は、Anti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準としてＰＤ２３１からの出力との比に従う信号をＬＤ２３０に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２２３の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２２３は、定利得制御される。
【０１１８】
このAnti-ＬＯＧ ２４１の出力は、後段光増幅部１０７に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに減算器２３６からの出力を加算した値である。減算器２３６からの出力は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和Ｇs2からＥＤＦ２１４の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ２４０は、ＥＦＤ２２３の利得をAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準として調整するので、ＥＤＦ２１４の利得とＥＤＦ２２３の利得との和は、Ｇs2にほぼ維持される。すなわち、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３とからなる部分は、（式１）を満たす。
【０１１９】
一方、ＡＬＣ２２８は、参照電圧Ｖref5を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、一定に制御される。
一方、この光増幅装置３０２を別の光中継局として設置する際に、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード２が選択される。このため、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１３０が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１３０とを接続するように切り替えられる。また、利得可変アンプ１３３の利得を切り替え、ＰＤ１２１の入力パワーが同じなら、同じレベルの信号が出力するようにする。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１３０の端子間電圧が入力される。
【０１２０】
ＡＧＣ１２２、１６２およびＡＬＣ１４３は、上述のインモード１と同様に動作するが、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定されるため、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、インモード２用の第１目標値Ｔ1M2 になる。
【０１２１】
ここで、後段光減衰部１０６において、後段光減衰部１０６に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルが第１目標値Ｔ1M2 に維持されので、ＰＤ１７４からの出力と参照電圧Ｖref3とに差が生じる。このため、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３にこの差に応じた信号を出力する。よって、ＶＡＴ１７３の減衰量は、インモード２用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード２用の減衰量で減衰される。よって、後段光減衰部１０６の出力光レベルは、インモード１の場合に等しくなる。
【０１２２】
そして、後段光増幅部１０７は、上述のインモード１の場合と同様に動作する。
したがって、このような光増幅装置３０２は、２個の入力光のモードを備えることにより、広い入力ダイナミックレンジに対応することができる。そして、光増幅装置３０２は、後段光減衰部１０６の出力光レベルがほぼ一定に維持されるので、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることもない。
【０１２３】
なお、第２の実施形態においても、各モードにおける第１目標値およびＶＡＴ１７３の減衰量を第１の実施形態と同様に設定し、後段光増幅部１０７の出力光レベルをＰ0 ＋５に設定することにより、図７に示すようなシミュレーション結果を得ることができる。
次に、別の実施形態について説明する。
【０１２４】
（第３の実施形態の構成）
第３の実施形態は、請求項１ないし請求項７、請求項９、および、請求項１０に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
第３の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０８を用い、後段光増幅部１０５に代えて後段光増幅部１０７を用いた光増幅装置３０３である。
【０１２５】
図４（ｃ）において、第３の実施形態における光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０８に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０３の出力光として、射出される。
【０１２６】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０３は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１２７】
さらに、この光増幅装置３０３は、アウトモード１とアウトモード２の２個の出力光のモードを持っており、例えば、アウトモード１は、出力光レベルが４（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードであり、アウトモード２は、出力光レベルが８（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードである。
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。また、後段光増幅部１０７の構成は、出力光のモードに応じてＡＬＣ２２８の参照電圧Ｖref8を変更する点で相違するだけで、第２の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【０１２８】
以下に、後段光減衰部１０８の構成を図１２に基づいて説明する。
図１２は、第３の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【０１２９】
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２５１に入射される。ＣＰＬ２５１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２５２、ＡＴＴ２５４および分散補償ファイバ（dispersion compensating fiber 、以下、「ＤＣＦ」と略記する。）２５３を介して、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射され、他方は、ＰＤ２５５に入射される。
【０１３０】
ＶＡＴ２５２の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ２５２の減衰量を調整するＡＣＣ２５６からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０８においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１３１】
ＰＤ２５５からの出力は、ＡＣＣ２５６の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ２５６の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref6が入力される。この参照電圧Ｖref6は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光光減衰部１０８に入射された場合におけるＰＤ２５５の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１３２】
ＡＣＣ２５６は、ＰＤ２５５からの出力とこの参照電圧Ｖref6とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ２５２に出力することによってＶＡＴ２５２の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０３にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２５５の出力が参照電圧Ｖref6と等しくなるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０３にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２５５の出力が参照電圧Ｖref6と差を生じるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２にその差に応じた信号を出力する。
【０１３３】
ＤＣＦ２５３は、この光増幅装置３０３に接続されＷＤＭ方式光信号を伝送する光伝送路中で生じる波長分散およびこの光増幅装置３０３内で生じる波長分散などを補償する分散補償器である。このＤＣＦ２５３は、ＷＤＭ方式光信号の分散値と逆符号の波長分散特性を持つ光ファイバであり、大量に既設されている１．３μ零分散ファイバを１．５５μ波長帯域で活用するために必要である。
【０１３４】
なお、ＤＣＦ２５３の代わりに、チャープトグレーティングや位相共役器などの分散補償器を使用してもよい。
ＡＴＴ２５４は、出力光のモードごとに用意され、アウトモード１用のＡＴＴ２５４の減衰量は、光増幅装置３０３の出力光レベルを考慮して設定される。アウトモード２用のＡＴＴ２５４の減衰量は、ＤＣＦ２５３においても伝送損失を生じるので、ＡＴＴ２５４の減衰量とＤＣＦ２５３の減衰量との和が後段光増幅部１０７においてアウトモード２の場合の出力光レベルからアウトモード１の場合の出力光レベルを減算した値だけアウトモード１用のＡＴＴ２５４の減衰量より小さく設定される。例えば、アウトモード１の出力光レベルが４でアウトモード２の出力光レベルが８の場合では、アウトモード２用のＡＴＴ２５４の減衰量は、アウトモード２の場合の出力光レベル８からアウトモード１の場合の出力光レベル４を減算した値４からさらにＤＣＦ２５３で生じる減衰量を引いた値に設定される。
【０１３５】
後段光増幅部１０７において、ＡＬＣ２２８の一方の入力端子に供給される参照電圧Ｖref8は、出力光のモードの各アウトモードに対応して設定され、アウトモード１用の参照電圧Ｖref8M1とアウトモード２用の参照電圧Ｖref8M2とを供給することができる。
（本発明と第３の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項７、請求項９、および、請求項１０に記載の発明と第３の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０８に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ２５６とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１３６】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。そして、請求項１０に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応し、さらに、第２光増幅部については、第１光増幅器はＬＤ２２６とＥＤＦ２１４とからなる部分に対応し、第２光増幅器はＬＤ２３０とＥＤＦ２２３とからなる部分に対応し、光減衰器はＶＡＴ２１８に対応し、制御器は、ＡＧＣ２３２、２４０とＡＬＣ２２８とＬＯＧ２３３、２３４、２３８と減算器２３５、２３６と加算器２３９とAnti-ＬＯＧ ２４１とからなる部分に対応する。
【０１３７】
（第３の実施形態の作用効果）
第３の実施形態の光増幅装置３０３を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０３の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。また、可変利得アンプ１３３も、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得が一定になるように利得を切り替える。このため、利得可変アンプ１３３は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【０１３８】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０３において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
そして、光増幅装置３０３の出力側に接続される光伝送路の種類に合わせて、出力光のモードが設定される。
【０１３９】
例えば、光伝送路の種類がＮＺ−ＤＳＦである場合は、アウトモード１が選択され、ＡＴＴ２５４は、アウトモード１用の減衰量を持つ光減衰器が接続される。そして、参照電圧Ｖref8は、後段光増幅部１０７の出力光レベルを４（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値Ｖref8M1に設定される。
後段光減衰部１０８に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように中段光増幅部１０３からの出力光レベルがインモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ１７２からの出力と参照電圧Ｖref6との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ２５２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
【０１４０】
そして、ＶＡＴ２５２で減衰されたＷＤＭ方式光信号は、ＡＴＴ２５４およびＤＣＦ２５３で、アウトモード１に対応する一定の減衰量で減衰されるので、後段光増幅部１０７の入力光レベルは、光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号の入力光レベルに拘わらず、ほぼ一定に維持される。
後段光増幅部１０７において、ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２５からの出力を基準としてＰＤ２２７からの出力との比に従う信号をＬＤ２２６に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２１４は、定利得制御される。
【０１４１】
また、ＡＧＣ２４０は、Anti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準としてＰＤ２３１からの出力との比に従う信号をＬＤ２３０に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２２３の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２２３は、定利得制御される。
このAnti-ＬＯＧ ２４１の出力は、後段光増幅部１０７に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに減算器２３６からの出力を加算した値である。減算器２３６からの出力は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和Ｇs2からＥＤＦ２１４の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ２４０は、ＥＦＤ２２３の利得をAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準として調整するので、ＥＤＦ２１４の利得とＥＤＦ２２３の利得との和は、Ｇs2にほぼ維持される。すなわち、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３とからなる部分は、（式１）を満たす。
【０１４２】
また、ＡＬＣ２２８は、アウトモード１用に設定された参照電圧Ｖref8M1を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、アウトモード１の光レベル４にほぼ一定に制御される。
【０１４３】
一方、この光増幅装置３０３を別の光中継局として設置する際に、入力光レベルは、上述と変わらないが出力側に接続される光伝送路の種類がＳＭＦである場合は、アウトモード２が選択され、ＡＴＴ２５４は、アウトモード２用の減衰量を持つ光減衰器が接続される。そして、参照電圧Ｖref8は、後段光増幅部１０７の出力光レベルを８（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値Ｖref8M2に設定される。
【０１４４】
後段光減衰部１０８において、入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、インモード１のままなので、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＶＡＴ２５２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
一方、ＶＡＴ２５２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＡＴＴ２５４およびＤＣＦ２５３で、アウトモード２に対応する一定の減衰量で減衰する。
【０１４５】
そして、後段光増幅部１０７において、ＡＬＣ２２８は、アウトモード２用に設定された参照電圧Ｖref8M2を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、アウトモード２の光レベル８にほぼ一定に制御される。
【０１４６】
したがって、光増幅装置３０３は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができるので、光伝送路内でＷＤＭ方式光信号に生じる非線形光学効果を生じさせない。
また、光増幅装置３０３は、後段光増幅部１０７が出力一定制御されているため、ＡＴＴ２５４やＤＣＦ２５３の損失のバラツキを吸収することができる。
【０１４７】
ここで、上述の作用効果をより具体的に示すため、光増幅装置３０３におけるレベルダイヤをシミュレーションした。
図１３は、第３の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図１３において、左から出力光のモード、システムゲイン、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とを１つの光増幅部とした入力、利得および出力、後段光減衰部１０８、後段光増幅部１０７における入力、利得および光ファイバの種類である。
【０１４８】
上段は、アウトモード１の場合のシミュレーション結果であり、下段は、アウトモード２の場合のシミュレーション結果である。そして、アウトモード１では、−２１〜−１１および−２６〜−１６（ｄＢｍ／チャネル）を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。アウトモード２では、−１７〜−１１および−２６〜−１６（ｄＢｍ／チャネル）を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。
【０１４９】
第２目標値（後段光増幅部１０７の出力光レベル）は、アウトモード１では４（ｄＢｍ／チャネル）に設定し、アウトモード２では８（ｄＢｍ／チャネル）に設定した。後段光減衰部１０８の減衰量は、ＤＣＦ２５３の伝送損失の変動に合わせて、図１３のように設定される。
以上の条件の下に計算した結果は、図１３に示す通りであり、光増幅装置３０３は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができる。
【０１５０】
なお、第３の実施形態の効果を比較するために、図１８に示す光増幅装置におけるレベルダイヤを計算した。
図１４は、先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図１４において、左からシステムゲイン、光増幅器５１３における入力、利得および出力、ＶＡＴ５１５、光増幅器５１７における入力、利得および出力、光増幅器利得合計および光ファイバの種類である。
【０１５１】
図１３のシミュレーション結果と比較するため、図１４では、−１１および−２６（ｄＢｍ／チャネル）を光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７から４（ｄＢ）を出力させる場合を計算した。また、−１１および−２２（ｄＢｍ／チャネル）を光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７から８（ｄＢ）を出力させる場合を計算した。
【０１５２】
図１３のアウトモード１を図１４と比較すると分かるように、光増幅器５１７の利得は、２３と３８（ｄＢ）とに対応する必要がある。そして、図１３のアウトモード２を図１４と比較すると分かるように、光増幅器５１７の利得は、２７と３８（ｄＢ）とに対応する必要がある。このような光増幅器を製作することは、容易ではない。
【０１５３】
一方、第３の実施形態の光増幅装置３０３において、後段光増幅部１０７は、２７（ｄＢ）に対応すればよい。このように第３の実施形態の光増幅装置３０１では、製作容易な範囲である。
次に、別の実施形態について説明する。
（第４の実施形態の構成）
第４の実施形態は、請求項１ないし請求項６、請求項８、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
【０１５４】
図１５は、第４の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
図１６は、第４の実施形態の後段光減衰部におけるＯＡＤＭの構成例を示す図である。
第４の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０９を用いた光増幅装置３０４である。
【０１５５】
図４（ｄ）において、第４の実施形態における光増幅装置３０４に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０９に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０４の出力光として、射出される。
【０１５６】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０４は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１５７】
さらに、この光増幅装置３０４は、アウトモード１とアウトモード２の２個の出力光のモードを持っており、例えば、アウトモード１は、出力光レベルが４（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードであり、アウトモード２は、出力光レベルが８（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードである。
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。また、後段光増幅部１０５の構成は、ＡＧＣ１９０内の利得設定を行うための所定値を出力光のモードに応じて変更する点で相違するだけで、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【０１５８】
以下に、後段光減衰部１０９の構成を図１５および図１６に基づいて説明する。
図１５において、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０９内のＣＰＬ２６１に入射される。ＣＰＬ２６１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２６２、ＡＴＴ２６４および光分岐・挿入装置（optical add/drop multiplexer、以下、「ＯＡＤＭ」と略記する。）２６３を介して、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射され、他方は、ＰＤ２６５に入射される。
【０１５９】
ＶＡＴ２６２の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ２６２の減衰量を調整するＡＣＣ２６６からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０９においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１６０】
ＰＤ２６５からの出力は、ＡＣＣ２６６の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ２６６の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref7が入力される。この参照電圧Ｖref7は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光減衰部１０９に入射された場合におけるＰＤ２６５の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１６１】
ＡＣＣ２６６は、ＰＤ２６５からの出力とこの参照電圧Ｖref7とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ２６２に出力することによってＶＡＴ２６２の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０４にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２６５の出力が参照電圧Ｖref7と等しくなるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０４にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２６５の出力が参照電圧Ｖref7と差を生じるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２にその差に応じた信号を出力する。
【０１６２】
ＡＴＴ２６４は、出力光のモードごとに用意され、アウトモード１用のＡＴＴ２６４の減衰量は、光増幅装置３０４の出力光レベルを考慮して設定される。アウトモード２用のＡＴＴ２６４の減衰量は、ＯＡＤＭ２６３においても伝送損失を生じるので、ＡＴＴ２６４の減衰量とＯＡＤＭ２６３の減衰量との和が、後段光増幅部１０５においてアウトモード２の場合の出力光レベルからアウトモード１の場合の出力光レベルを減算した値だけアウトモード１用のＡＴＴ２６４の減衰量より小さく設定される。例えば、アウトモード１の出力光レベルが４でアウトモード２の出力光レベルが８の場合では、アウトモード２用のＡＴＴ２６４の減衰量は、アウトモード２の場合の出力光レベル８からアウトモード１の場合の出力光レベル４を減算した値４からさらにＯＡＤＭ２６３で生じる減衰量を引いた値に設定される。
【０１６３】
ＯＡＤＭ２６３は、光伝送路を伝送するＷＤＭ方式光信号から光信号（チャネル）を分岐・挿入・透過する光部品であり、固定波長の光信号を分岐・挿入することができる波長固定型のＯＡＤＭと、任意波長の光信号を分岐・挿入することができる任意波長型のＯＡＤＭとがある。ＯＡＤＭの構成について、図１６を用いてその一例を説明する。
【０１６４】
図１６（ａ）は、固定波長型のＯＡＤＭの構成例を示す図である。
図１５および図１６（ａ）において、ＡＴＴ２６４からのＷＤＭ方式光信号は、ＯＡＤＭ内のＣＰＬ２７１に入射される。ＣＰＬ２７１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、光受信部２６７へ射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、リジェクションフィルタ２７０に入射される。
【０１６５】
リジェクションフィルタ２７０は、ＷＤＭ方式光信号から４個の光信号（４個のチャネル）を遮断する光部品である。リジェクションフィルタ２７０は、遮断するために４個のファイバブラッグ反射グレーティングフィルタ（fiber bragg grating filter、以下、「ＦＢＧ」と略記する。）２７２-1〜２７２-4が縦続接続され、ＦＢＧ２７２は、帯域遮断フィルタ（band-elimination filter ）であり、ＦＢＧ２７２の遮断波長帯域幅は、遮断すべき光信号に対し隣接する光信号を遮断しない波長帯域幅に設定され、各ＦＢＧ２７２-1〜２７２-4の遮断波長帯域の中心波長は、このＯＡＤＭで分岐する光信号の波長にそれぞれ設定される。
【０１６６】
例えば、ＷＤＭ方式光信号が３２個のチャネルを波長多重している場合であってこのＯＡＤＭでチャネル２、チャネル５、チャネル１０およびチャネル１３を分岐する場合には、ＦＢＧ２７２-1における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル２の波長に設定され、ＦＢＧ２７２-2における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル５の波長に設定され、ＦＢＧ２７２-3における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル１０の波長に設定され、そして、ＦＢＧ２７２-4における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル１３の波長に設定されるようにすればよい。
【０１６７】
なお、４個の光信号を分岐する場合について説明したが、ＦＢＧ２７２の個数は、分岐する光信号の個数に応じて決定される。
光受信部２６７は、このＯＡＤＭで分岐した光信号を受信処理する。
リジェクションフィルタ２７０でこのＯＡＤＭで分岐する光信号を除去されたＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２７３に入射される。
【０１６８】
また、光送信部２６８は、このＯＡＤＭで挿入される光信号を生成する。光送信部２６８からの光信号は、ＣＰＬ２７３に入射され、リジェクションフィルタ２７０からの所定の光信号を除去されたＷＤＭ方式光信号と波長多重される。そして、挿入すべき光信号を波長多重されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ１８１へ射出される。
【０１６９】
このような固定波長型のＯＡＤＭにおいては、この光増幅装置３０４で分岐・挿入するチャネルは、この光増幅装置３０４を光通信システムに設置される際に、決定される。
（本発明と第４の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項６、請求項８、および、請求項９に記載の発明と第４の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０６に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ２６６とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１７０】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第４の実施形態の作用効果）
第４の実施形態の光増幅装置３０４を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０４の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【０１７１】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。このとき、可変利得アンプ１３３の利得も、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得が一手になるように切り替えられる。
【０１７２】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０４において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
そして、光増幅装置３０４の出力側に接続される光伝送路の種類に合わせて、出力光のモードがが設定される。
【０１７３】
例えば、光伝送路の種類がＮＺ−ＤＳＦである場合は、アウトモード１が選択されるため、ＡＴＴ２６４は、アウトモード１用の減衰量を持つ光減衰器が接続され、ＡＧＣ１９０は、後段光増幅部１０５の出力光レベルを４（ｄＢｍ／チャネル）になるように制御する。
後段光減衰部１０９に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように中段光増幅部１０３からの出力光レベルがインモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ２６５からの出力と参照電圧Ｖref7との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ２６２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
【０１７４】
そして、ＶＡＴ２６２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＯＡＤＭ２６３およびＡＴＴ２６４で、アウトモード１に対応する一定の減衰量で減衰するので、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号の入力光レベルに拘わらず、ほぼ一定に維持される。
【０１７５】
後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１８５は、アウトモード１に対応する利得で定利得制御される。後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、アウトモード１の光レベル４にほぼ一定に維持される。
【０１７６】
一方、この光増幅装置３０４を別の光中継局として設置する際に、入力光レベルは、上述と変わらないが、出力側に接続される光伝送路の種類がＳＭＦである場合は、アウトモード２が選択されるため、ＡＴＴ２６４は、アウトモード２用の減衰量を持つ光減衰器が接続され、抵抗値Ｒref1と抵抗値Ｒref2との比は、後段光増幅部１０５の出力光レベルを８（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値になるように設定される。
【０１７７】
後段光減衰部１０９において、入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、インモード１のままなので、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＶＡＴ２６２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
一方、ＶＡＴ２６２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＯＡＤＭ２６３およびＡＴＴ２６４で、アウトモード２に対応する一定の減衰量で減衰する。
【０１７８】
そして、後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１８５は、アウトモード２に対応する利得で定利得制御される。後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、アウトモード２の光レベル８にほぼ一定に維持される。
【０１７９】
したがって、光増幅装置３０４は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができるので、光伝送路内でＷＤＭ方式光信号に生じる非線形光学効果による著しい波形歪みを発生させない。
なお、ＡＴＴ２６４で調整する損失をＶＡＴ２６２の制御電圧にオフセットを与えて、ＶＡＴ２６２のみで実現してもよい。
【０１８０】
また、第４の実施形態においては、ＯＡＤＭに固定波長型のＯＡＤＭを使用したが、任意波長型のＯＡＤＭを使用してもよい。
（第５の実施形態の構成）
第５の実施形態は、請求項１１に記載の発明に対応する光通信システムの実施形態である。
【０１８１】
図１７は、第５の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図１７において、光通信システムは、複数ｍ波のＷＤＭ方式光信号を生成する光送信局４０１と、光送信局４０１から射出されたＷＤＭ方式光信号を伝送する光伝送路４０２と、伝送されたＷＤＭ方式光信号が入射され、ＷＤＭ方式光信号を受信・処理する光受信局４０４とから構成される。さらに、この光通信システムには、光伝送路４０２間において、光中継局４０３が接続される。なお、この光中継局４０３は、光伝送路１０２間に１個接続される場合に限らず、必要に応じて複数個が設けられる場合もある。
【０１８２】
光送信局４０１は、例えば、ＷＤＭ方式光信号の各チャネルの光信号を生成する複数ｍ個の光送信器（以下、「ＯＳ」と略記する。）４１１-1〜４１１-mと、これらＯＳ４１１-1〜４１１-mからの光信号を波長多重する光マルチプレクサ（以下、「ＭＵＸ」と略記する。）４１２と、このＭＵＸ４１２からのＷＤＭ方式光信号を増幅する光増幅装置４１３とを備えて構成される。ＯＳ１１１の個数は、ＷＤＭ方式光信号のチャネル数に合わせた個数である。後述される光受信器４１９の個数についても、同様である。
【０１８３】
さらに、ＯＳ４１１は、例えば、所定の波長でレーザ光を発振する半導体レーザと、レーザ光を送信すべき情報で変調するマッハツェンダ干渉型光変調器などの外部変調器とを備えて構成することができる。ＭＵＸ４１２としては、例えば、干渉フィルタの１つである誘電体多層膜フィルタやアレイ導波路格子形光合分波器などを利用することができる。
【０１８４】
光伝送路４０２は、光ファイバであり、１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバや１．５μ帯分散シフトファイバなどの各種の光ファイバを利用することができる。
受信装置４０４は、例えば、光増幅装置４１７と光デマルチプレクサ（以下、「ＤＥＭＵＸ」と略記する。）４１８と光受信器（以下、「ＯＲ」と略記する。）４１９-1〜４１９-16 とを備えて構成される。光伝送路４０２から光増幅装置４１７に入射されたＷＤＭ方式光信号は、増幅された後にＤＥＭＵＸ４１８へ射出され、ＤＥＭＵＸ４１８でチャネルごとの光信号に波長分離される。分離された各チャネルの光信号は、ホトダイオードや復調器などからなるＯＲ４１９-1〜４１９-mにそれぞれ入射され、受信・処理される。
【０１８５】
光中継局４０３は、光伝送路４０２における伝送損失を補う光増幅装置４１５を備える局や光伝送路４０２における伝送損失を補うとともに光伝送路４０２を伝送するＷＤＭ方式光信号からチャネルを分岐・挿入する光増幅装置４１６を備える局である。
これら光送信局４０１内の光増幅装置４１３、光受信局４０４内の光増幅装置４１７は、第１ないし第３の実施形態における光増幅装置３０１〜３０３のいずれかが使用され、光中継局４０３内の光増幅装置４１６は、第１ないし第４の実施形態における光増幅装置３０１〜３０４のいずれかが使用される。
【０１８６】
例えば、光増幅装置４１３は、第１の実施形態における光増幅装置３０１が使用され、光増幅装置４１７は、第２の実施形態における光増幅装置３０２が使用され、光増幅装置４１６-1は、第４の実施形態における光増幅装置３０４が使用され、光増幅装置４１５-1〜４１５-nは、第３の実施形態における光増幅装置３０３が使用される。光中継局４０３-1は、ＡＤＭ（add/drop multiplexer）機能を持った光中継局である。なお、光通信システムは、このようなＡＤＭ機能を持つ光中継局を複数個備えてもよい。
【０１８７】
（本発明と第５の実施形態との対応関係）
本発明と第５の実施形態との対応関係については、光送信局は光送信局４０１に対応し、光伝送路は光伝送路４０２に対応し、光受信局は光受信局４０４に対応し、光中継局は光中継局４０３に対応し、光増幅装置は光増幅装置４１３、４１５、４１６、４１７に対応する。
【０１８８】
（第５の実施形態の作用効果）
このような光通信システムでは、光送信局４０１に光増幅装置４１３を備えさせる場合に、光増幅装置４１３の入力光のモードをＭＵＸ４１２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１３の出力光のモードを光伝送路４０２-1の入力光レベルに合わせることができる。
【０１８９】
そして、光中継局４０３に光増幅装置４１５、４１６を備えさせる場合に、光増幅装置４１５、４１６の入力光のモードを入力側の光伝送路４０２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１５、４１６の出力光のモードを出力側の光伝送路４０２の入力光レベルに合わせることができる。
さらに、光受信局４０４に光増幅装置４１７を備えさせる場合に、光増幅装置４１７の入力光のモードを光伝送路４０２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１７の出力光のモードをＤＥＭＵＸ４１８の入力光レベルに合わせることができる。
【０１９０】
したがって、このような光通信システムでは、ＳＭＦやＮＺ−ＤＳＦなどの様々な光伝送路４０２に対応することができる。そして、このため、既設の光伝送路を有効に活用することができる。さらに、このような光通信システムでは、光増幅装置４１３、４１５、４１６、４１７で生じる雑音指数の劣化が抑制されるから、より長距離伝送が可能であり、光中継局の個数を減らすことができる。
【０１９１】
なお、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、ＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域に設定されたが、これに限定するものではない。本発明は、いずれの波長帯域に設定されても適用することができる。そして、ＷＤＭ方式光信号を増幅するＥＤＦは、ＷＤＭ方式光信号の波長帯域に応じて適宜選択される。例えば、ＷＤＭ方式光信号がＬ−ｂａｎｄの波長帯域（１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）に設定された場合においては、Ｌ−ｂａｎｄの波長帯域を増幅するゲインシフトエルビウム添加光ファイバを利用することができる。ＷＤＭ方式光信号がＳ+−ｂａｎｄの波長帯域（１４５０〜１４９０ｎｍ）に設定された場合においては、Ｓ+−ｂａｎｄの波長帯域を増幅するツリウム添加光ファイバ（thulium-doped fiber amplifier ）を利用することができる。また、励起光源であるＬＤの発振波長も、適宜選択される。
【０１９２】
また、第１の実施形態において、後段光減衰部１０４の減衰量は、光増幅装置３０１を設置する際に入力光のモードに合わせてＡＴＴ１７１を差し替えるようにしたが、第２の実施形態における後段光減衰部１０６のように、ＡＴＴ１７１の代わりにＶＡＴを用いて減衰量を変更するようにしてもよい。そして、逆に、第２の実施形態において、後段光減衰部１０６の減衰量は、ＶＡＴ１７３の代わりにＡＴＴを用いて、第１の実施形態のように光増幅装置３０２を設置する際に入力光のモードに合わせてＡＴＴを差し替えるようにしてもよい。
【０１９３】
さらに、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、後段光減衰部１０４、１０６、１０８、１０９の減衰量の調整は、半固定光減衰器を用いて光増幅装置３０１、３０２、３０３、３０４を設置する際に入力光のモードに合わせてこの半固定光減衰器の減衰量を調整するようにしてもよい。また、ＶＡＴ単体に所定の電圧を加えて、減衰量を調整してもよい。
【０１９４】
また、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、光増幅装置３０１、３０２、３０３、３０４を設置する際に入力光のモードに合わせて参照電圧Ｖref2を変更するようにしたが、各入力光のモードに対応して参照電圧Ｖref2を予め用意し、この用意された参照電圧Ｖref2を前段光増幅部１０１の入力光レベルを検出することによって切り替える制御回路を備えるようにしてもよい。このような光増幅装置は、この制御回路によって自動的に入力光のモードを切り替えることができる。
【０１９５】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項１０に記載の発明では、１個の光増幅装置で、雑音指数の劣化を伴うことなくより入力ダイナミックレンジを拡大することができる。
特に、請求項４ないし請求項１０に記載の発明では、１個の光増幅装置で、上述の効果に加えて、出力端開放機能を損なうことなく、多種類の光ファイバに接続することができる。
【０１９６】
そして、請求項１１に記載の発明では、様々な種類の光伝送路に対応することができる。そして、このため、既設の光伝送路を有効に活用することができる。さらに、より長距離伝送が可能であり、光中継局の個数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のレベルダイヤを示す図である。
【図３】本発明のレベルダイヤを示す図である。
【図４】第１の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤを示す図である。
【図９】先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】入力光レベルと雑音指数との関係において、第１の実施形態の光増幅装置の場合と先行する技術の光増幅装置の場合との対比を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】第４の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１６】第４の実施形態の後段光減衰部におけるＯＡＤＭの構成例を示す図である。
【図１７】第５の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図１８】先行する光増幅装置の構成とレベルダイヤを示す図である。
【図１９】光増幅器の利得と利得波長特性との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０１〜３０４、４１３、４１５、４１７ 光増幅装置
１１ 第１光増幅部
１２ 光減衰部
１３ 第２光増幅部
２１ 第１光増幅器
２２ 光減衰器
２３ 第２光増幅器
１０１ 前段光増幅部
１０２ 前段光減衰部
１０３ 中段光増幅部
１０４、１０６、１０８、１０９ 後段光減衰部
１０５、１０７ 後段光増幅部
１１４、１５５、１８５、２１４、２２３ エルビウム添加光ファイバ
１２１、２５５ ホトダイオード
１２２、１６２、１９０、２３２、２４０ 自動利得制御回路
１２３、１２４、１４４、１６０、２３３、２３４、２３８ 対数変換回路
１２５、１２６、２３５、２３６ 減算器
１２７ スイッチ
１２８、１２９、１３０、１３１、２０１、２０２ 抵抗器
１４３、２２８ 自動出力制御回路
１６１、２３９ 加算器
１６３、２４１ 逆対数変換回路
１７１、２５４、２６４ 光減衰器
１７３、２１８、２５２、２６２ 光可変減衰器
１７５、２５６、２６６ 減衰量制御回路
２５３ 分散補償ファイバ
２６３ 光分岐・挿入装置
４０１ 光送信局
４０３ 光中継局
４０４ 光受信局
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムの光中継局などに使用される光増幅装置において、より広い入力ダイナミックレンジと低雑音とを実現する光増幅装置に関する。さらに、この光増幅装置を含む光通信システムに関する。
将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大容量の光通信装置が要求されている。この大容量化を実現する方式として、波長分割多重（wavelength-division multiplexing、以下、「ＷＤＭ」と略記する。）方式が、光ファイバの広帯域・大容量性を有効利用できるなどの有利な点から研究開発が進められている。
特に、超長距離光通信システムでは、ＷＤＭ方式光信号が超長距離を伝送する間に減衰してしまうことから、ＷＤＭ方式光信号を増幅する光増幅装置が必要である。このような光増幅装置では、光中継局間における距離や伝送損失などの相違から広い入力ダイナミックレンジが要求され、同時に、超長距離を伝送するために低雑音であることが要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭ方式光信号を伝送する光通信システムにおいて、光伝送路に光増幅装置が挿入されると、伝送距離は、光増幅装置の利得波長特性に基づく利得傾斜（ゲインチルト）によって制限される。これは、伝送距離を長距離化するために光増幅装置が縦続接続されると、各光増幅装置で生じる利得傾斜が累積するので、ＷＤＭ方式光信号における低い光レベルのチャネルにおいては、光信号対雑音比（optical signal to noise ratio 、以下、「光ＳＮＲ」と略記する。）が劣化し、そして、ＷＤＭ方式光信号における高い光レベルのチャネルにおいては、非線形光学効果などにより波形が劣化するからである。
【０００３】
そこで、利得波長特性をほぼ平坦にする光増幅装置が、未公開である特願平１１−０７４３７１号の明細書に本特許出願と同一の出願人によって提案されている。
図１８は、先行する光増幅装置の構成とレベルダイヤを示す図である。
この図１８は、特願平１１−０７４３７１号の明細書に提案されている光増幅装置である。
【０００４】
図１８（ａ）において、この光増幅装置５００に入力する入力光は、光分岐結合器（optical coupler 、以下、「ＣＰＬ」と略記する。）５１１およびＣＰＬ５１２を介して光増幅器５１３に入射され、利得Ｇ1 で増幅される。増幅された光は、ＣＰＬ５１４を介して光可変減衰器（optical variable attenuator 、以下、「ＶＡＴ」と略記する。）５１５に入射され、減衰される。減衰された光は、ＣＰＬ５１６を介して光増幅器５１７に入射され、利得Ｇ2 で増幅される。増幅された光は、ＣＰＬ５１８を介して光増幅装置５００の出力光として出力される。
【０００５】
ＣＰＬ５１１、５１２、５１４、５１６、５１８は、入射される光を２つに分配する。ＣＰＬ５１１で分配された光は、受光される光の光レベルに従う電流を発生するホトダイオード（以下、「ＰＤ」と略記する。）５２６に入射され、光電変換される。ＰＤ５２６のアノード端子は、電圧Ｖccの電源に接続され、カソード端子は、抵抗値Ｒ1 の抵抗器５２５を介して接地される。抵抗器５２５の端子間電圧は、ＰＤ５２６の出力として制御回路５２７に入力され、制御回路５２７は、この出力に基づいてＶＡＴ５１５の減衰量を調整する。さらに、制御回路５２７は、この出力に基づいて、自動利得制御回路（automatic gain controller 、以下、「ＡＧＣ」と略記する。）５１９、５２０を介して光増幅器５１３、５１７の利得を調整する。ＰＤ５２６および抵抗器５２５は、入力光の光レベルを検出するモニタ回路を構成する。
【０００６】
ＣＰＬ５１２で分配された光およびＣＰＬ５１４で分配された光は、ＡＧＣ５１９に入射され、ＡＧＣ５１９は、これらの光の光パワーに基づいて光増幅器５１３の利得を判断し、光増幅器５１３を利得Ｇ1 に調整する。
ＣＰＬ５１６で分配された光およびＣＰＬ５１８で分配された光は、ＡＧＣ５２０に入射され、ＡＧＣ５２０は、これらの光の光パワーに基づいて光増幅器５１７の利得を判断し、光増幅器５１７を利得Ｇ2 に調整する。
【０００７】
図１８（ｂ）は、光増幅装置５００の図１８（ａ）に示す各箇所ａ、ｂ、ｃ、ｄにおける光レベルを示すレベルダイヤである。図１８（ｂ）の横軸は、位置を表し、縦軸は、光レベルを表す。
図１８（ｂ）において、光増幅装置５００に入力された光は、ａｂ間で光増幅器５１３によって増幅され、ｂｃ間でＶＡＴ５１５で減衰され、そして、ｃｄ間で光増幅器５１７で再び増幅されて、出力される。
【０００８】
このような光増幅装置５００では、図１８（ｂ）に示すように入力光の光レベルがΔだけ変動した場合に、ＶＡＴ５１５の減衰量を−Δだけ変更することによって、光増幅器５１３の利得Ｇ1 と光増幅器５１７の利得Ｇ2 との和を一定に維持するように動作する。
すなわち、入力光の光レベルの変動の前後における光増幅器５１３の利得Ｇ1 をＧ1x、Ｇ1x# と、光増幅器５１７の利得Ｇ2 をＧ2x、Ｇ2x# とおくと、
Ｇ1x＋Ｇ2x＝Ｇ1x# ＋Ｇ2x# （式１）
となるように動作する。
【０００９】
このように動作させることにより、このような光増幅装置５００は、入力光を所望の光レベルまで増幅し且つ利得波長特性をほぼ平坦にすることができる。
これは、光増幅器において、次のような現象が見られることによる。
図１９は、光増幅器の利得と利得波長特性との関係を示す図である。
図１９において、中央の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa をある利得Ｇafとすると、利得波長特性は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において平坦（ｄＧa ／ｄλ＝０）になる。そして、上段の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa を利得Ｇafより大きくすると、利得波長帯域は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において負の傾斜（ｄＧa ／ｄλ＜０）となる。一方、下段の曲線に示すように、光増幅器の利得Ｇa を利得Ｇafより小さくすると、利得波長帯域は、ＷＤＭ方式光信号を増幅する増幅波長帯域において正の傾斜（ｄＧa ／ｄλ＞０）となる。
【００１０】
このような現象により、光増幅装置５００は、光増幅器５１３と光増幅器５１７とにおいて、入力光の光レベルの変動に応じて一方の利得を上げ他方の利得を下げることによって、互いに逆の利得傾斜になるように動作させ、光増幅装置５００の利得波長特性をほぼ平坦にすることができる。
また、このような光増幅装置５００の雑音指数は、
１０(NF/10)＝１０(NF1/10)＋１０((NF2-Pout+Lvat+Pin)/10) （式２）
で与えられる。ここで、ＮＦ（ｄＢ）は、光増幅装置５００の雑音指数、ＮＦ1 （ｄＢ）は、光増幅器５１３の雑音指数にＣＰＬ５１１およびＣＰＬ５１２の損失を加えた総合的な雑音指数、ＮＦ2 （ｄＢ）は、光増幅器５１７の雑音指数にＣＰＬ５１６の損失を加えた総合的な雑音指数、Ｐout （ｄＢ／チャネル）は、光増幅器５１３の出力光レベル、Ｌvat （ｄＢ）は、ＶＡＴ５１５の減衰量、Ｐin（ｄＢ／チャネル）は、光増幅器５１３の雑音指数である。
【００１１】
一方、光通信システムのシステムゲインは、各光中継局間の距離が相違するため、各光中継局において異なる。システムゲインとは、光中継局間の送受光レベル差で光中継局間で取り得る最大損失値であり、より具体的には、光中継局間の伝送損失にマージンを加えた値である。伝送損失は、光中継局間の距離に依存するとともに光伝送路の温度変動および経年変化などにも依存する。
【００１２】
光増幅装置を光中継局などに使用する場合には、様々なシステムゲインに対応するため広い入力ダイナミックレンジが要求される。この様々なシステムゲインに対応するため、光減衰器によって入力光レベルを下げてから光増幅装置に入力させる仕方があり、この仕方は、システムゲインの変動分を光減衰器に吸収させている。このような光減衰器を利用しない場合には、光増幅装置の入力ダイナミックレンジは、光通信システムにおける最小のシステムゲインと最大のシステムゲインとの差より広いことが要求される。
【００１３】
さらに、光ファイバなどの光伝送路を伝送する光信号は、自己位相変調、４光波混合および相互位相変調などの非線形光学効果により、信号波形が歪むことが知られている。非線形光学効果は、光伝送路に入射される光信号の光レベルを大きくすると効果が増大するので、光伝送路に入射される光信号の光レベルが制限される。そして、非線形光学効果の度合いは、分散シフト光ファイバ（dispersion-shifted fiber、以下、「ＤＳＦ」と略記する。）やノンゼロ分散シフトファイバ（non-zero-dispersion-shifted fiber 、以下、「ＮＺ−ＤＳＦ」と略記する。）や単一モード光ファイバ（singlemode fiber、以下、「ＳＭＦ」と略記する。）などの光ファイバの種類によって異なるため、光信号の光レベルの上限値も異なる。例えば、ＳＭＦ、ＮＺ−ＤＳＦおよびＤＳＦでは、ＳＭＦの上限値が一番大きく、ＤＳＦの上限値が一番小さい。この上限値の差は、数デシベルにもなる。１個の光増幅装置でこのような光ファイバの種類に対応するため、従来は、光減衰器を光増幅装置の出力端子に接続することによって対応している。
【００１４】
そして、光増幅装置は、光増幅装置を扱う作業員の安全を確保するため、出力端開放検出機能がある。この出力端開放検出機能は、光増幅装置の出力端が開放されているか否かを開放端からの反射光を検出して、開放されている場合は、光増幅装置における出力光の光レベルを低減する機能である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１８（ａ）に示す光増幅装置５００では、より広い入力ダイナミックレンジに対応しようとすると、図１８（ｂ）におけるΔが大きくなる。光増幅器５１３の出力光レベルには、一般の光増幅器と同様に上限があるので、光増幅装置５００では、ＶＡＴ５１５の減衰量Ｌvat が大きくなる。このため、このような光増幅装置５００では、ＶＡＴ５１５の出力光レベルが低下し、（式２）から分かるように、雑音指数が著しく劣化するという問題がある。
【００１６】
一方、より広い入力ダイナミックレンジに対応するために上述のように光減衰器を利用する場合では、光増幅装置が最大のシステムゲインに合わせて設計され光減衰器によって入力光レベルを下げて使用されるので、光増幅装置は、その光ＳＮＲを劣化させて使用することになる。このため、伝送距離が減少するという問題がある。
【００１７】
そして、より広い入力ダイナミックレンジに対応するために光レベルを検出するモニタ回路もより広いダイナミックレンジにする必要があるという問題がある。
さらに、既に敷設されている多種類の光ファイバに接続することができるようにするため、光増幅装置の出力光レベルを多様にする必要があるという問題がある。
【００１８】
また、既に敷設されている多種類の光ファイバに接続することができるようにする必要から光減衰器によって対応しようとすると、光増幅装置の出力端が開放されているか否かを光増幅装置の出力端と光減衰器の出力端との両方で検出しなければならず、微弱な反射光を検出する必要があり、出力端開放の検出が困難となるという問題がある。
【００１９】
そこで、請求項１ないし請求項１０に記載の発明では、雑音指数の劣化を伴うことなくより広い入力ダイナミックレンジを持つ光増幅装置を提供することを目的とする。
特に、請求項４ないし請求項１０に記載の発明では、上述の目的に加えて、出力端開放機能を損なうことなく、多種類の光ファイバに接続可能な光増幅装置を提供することを目的とする。
【００２０】
そして、請求項１１に記載の発明では、雑音指数の劣化を伴うことなくより広い入力ダイナミックレンジを持つ光増幅装置を光中継局などに使用した光通信システムを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、制御部は、入力光の光レベルを所定の範囲ごとに区切り、その区切った範囲ごとに対応して該第一光増幅部の出力光目標値を設け、その目標値に応じて光減衰部の減衰率を定める光増幅装置によって達成される。
【００２２】
このような光増幅装置では、入力光レベルの変化分を第１光増幅部の出力光目標値を変更することによって吸収する。そして、出力目標値の変化分を光減衰部の減衰量の変化分に対応させる。このため、入力光レベルの変化の前後において、光減衰部の出力光レベルは、変化しない。したがって、この光増幅装置は、この変化の前後において、雑音指数の劣化を抑制することができる。
【００２３】
また、上述の目的は、第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、制御部は、第２光増幅部の出力光目標値を変更する場合に第２光増幅部の出力光目標値と変更後の第２光増幅部の出力光目標値との差分に応じて光減衰部の減衰量を変化させる光増幅装置によって達成される。
【００２４】
さらに、上述の目的は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える第１光増幅部と、第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部と、光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、この入力光の所定値は、入力光のレベルを所定の範囲ごとに区切った複数の値であって、この区切った値ごとに対応して第１光増幅部の出力光目標値をそれぞれ設け、制御部は、第２光増幅部の出力光目標値を変更する場合は第１光増幅部の出力光目標値と変更後の第１光増幅部の出力光目標値との差分と、第２光増幅部の出力光目標値と変更後の第２光増幅部の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて光減衰部の減衰量を変化させる光増幅装置によって達成される。
【００２５】
このような光増幅装置では、上述の入力光レベルの変化の前後において雑音指数の劣化を抑制することができるほかに、光増幅装置の出力光レベルを選択できるので、光増幅装置の出力側に接続される光伝送路の種類に最適な光レベルの出力光を射出することができる。このため、出力光は、光伝送路を伝播する間に、自己位相変調、相互位相変調および４光波混合などの非線形光学効果を生じることがない。
【００２６】
また、上述の目的は、光送信局と、光送信局からの光信号を伝送する光伝送路と、光伝送路を伝送した光信号を受信する光受信局と、光伝送路に接続される少なくとも１つ以上の光中継局とを備える光通信システムにおいて、光送信局、光受信局および光中継局の少なくとも１つに本発明にかかる光増幅装置を備えることで達成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における実施の形態について説明する。
（本発明の基本構成）
図１は、本発明の基本構成を示す図である。
図２および図３は、本発明のレベルダイヤを示す図である。
【００２８】
この図２は、後述する入力光のモードが、例えば、３個である場合のレベルダイヤを示している。また、図３において、（ａ）は、入力光のレベルが範囲ａにある場合におけるレベルダイヤを示し、（ｂ）は、入力光のレベルが範囲ｂにある場合におけるレベルダイヤを示す。図２および図３の縦軸は、光レベル（ｄＢｍ）を表し、横軸は、位置を表し、位置Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、図１に示す各箇所Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに対応する。すなわち、箇所Ａは、第１光増幅部１１の入射側であり、箇所Ｂは、第１光増幅部１１と光減衰部１２との間であり、箇所Ｃは、光減衰部１２と第２光増幅部１３との間であり、箇所Ｄは、第２光増幅部の射出側である。
図１において、光増幅装置１０に入力する入力光は、第１光増幅部１１に入射される。第１光増幅部１１は、入力光の変化が所定値になると出力光目標値を変える光増幅部であり、その出力光は、光減衰部１２へ射出される。光減衰部１２は、第１光増幅部１１の出力光を減衰させ、その出力光は、第２光増幅部１３へ射出される。第２光増幅部１３は、光減衰部の出力光を増幅し、その出力光は、光増幅装置１０の出力光として射出される。
【００２９】
そして、光増幅装置１０は、光減衰部１２の減衰量を変化させる制御部１４を備え、この制御部１４は、第１光増幅部１１の出力光目標値を変更する場合に第１光増幅部１１の出力光目標値と変更後の第１光増幅部１１の出力光目標値との差分に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させる。
また、入力光の所定値は、入力光のレベルを所定の範囲ごとに区切った複数の値であって、区切った値ごとに対応して第１光増幅部１１の出力光目標値をそれぞれ設ける。例えば、図２に示すように、光レベルにおいて入力光のモードが３個設定され、範囲ａのインモードａに対して第１目標値ａが第１目標値として規定され、範囲ｂのインモードｂに対して第１目標値ｂが第１目標値として規定され、範囲ｃのインモードｃに対して第１目標値ｃが第１目標値として規定される。
【００３０】
ここで、各範囲は、範囲ａと範囲ｂのように範囲の一部分が重複していてもよく、範囲ｂと範囲ｃのように範囲の境界が接していてもよい。
このような光増幅装置１０では、或るインモードが選択されると、その範囲内において入力光レベルに依らず、第１光増幅部１１の出力光レベルは、そのインモードに対応する第１目標値にほぼ固定される。
【００３１】
例えば、図２において実線で示すように、入力光のモードとしてインモードａが選択されると、範囲ａ内において入力光レベルが変化しても、第１光増幅部１１の出力（図２の箇所Ｂ）は、第１目標値ａにほぼ固定される。なお、図２において、インモードｂのレベルダイヤは、破線で示され、インモードｃのレベルダイヤは、一点鎖線で示される。また、箇所Ｃから箇所Ｄのレベルダイヤは、インモードａ、インモードｂおよびインモードｃともに同一なので、見かけ上実線のみで示されている。
【００３２】
そして、光減衰部１２の減衰量は、入力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘより絶対値が小さく同符号の減衰量だけ調整される。このため、光減衰部１２の出力光レベル（図２の箇所Ｃ）は、入力光のモードの変更後においても、入力光のモードの変更前より小さくなることはない。
【００３３】
特に、上述の構成で、光減衰部１２の出力光は、第１光増幅部の出力光目標値に関係無く一定値とする。
例えば、光減衰部１２の減衰量が、入力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘより絶対値が等しく同符号の減衰量だけ調整されると、光減衰部１２の出力光レベルは、図２に示すように入力光のモードの変更後においても、入力光のモードの変更前と等しくなる（一定値Ｖ0 ）。
【００３４】
よって、本発明では、光増幅装置１０は、この変化の前後において、雑音指数の劣化を抑制することができる。
したがって、本発明では、入力光レベルに応じて複数の入力光のモードを設定することにより、入力ダイナミックレンジを拡大することができる。そして、各入力光のモードに対応してそれぞれの第１目標値を設定し、光減衰部１２の減衰量を調整するので、入力ダイナミックレンジを拡大しても、雑音指数を劣化させない。
【００３５】
なお、上述の説明では、入力ダイナミックレンジを３個のインモードに分ける場合について説明したが、任意の個数の入力光のモードについて同様に本発明を適用することができる。
また、インモードは、入力光のモードの各モードを言い、後述するアウトモードは、出力光のモードの各モードを言う。
【００３６】
ここで、図１において、光増幅装置１０では、第２光増幅部１３は、光減衰部１２の出力光を所定の出力光目標値まで増幅するものであって、制御部１４は、第２光増幅部１３の出力光目標値を変更する場合は第１光増幅部１１の出力光目標値と変更後の第１光増幅部１１の出力光目標値との差分と、第２光増幅部１３の出力光目標値と変更後の第２光増幅部１３の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させることで構成してもよい。
【００３７】
そして、図１において、光増幅装置１０は、第１光増幅部１１と、第１光増幅部１１の出力光を減衰させる光減衰部１２と、光減衰部１２の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部１３と、光減衰部１２の減衰量を変化させる制御部１４とを備え、制御部１４は、第２光増幅部１３の出力光目標値を変更する場合に第２光増幅部１３の出力光目標値と変更後の第２光増幅部１３の出力光目標値との差分に応じて光減衰部１２の減衰量を変化させることで構成してもよい。
【００３８】
このような光増幅装置１０では、例えば、図３（ａ）に示すように、入力光のモードとしてインモードａが選択された場合に、光レベルにおいて出力光のモードが３個設定され、アウトモードＳa に対して第２目標値Ｓa が第２目標値として規定され、アウトモードＴa に対して第２目標値Ｔa が第２目標値として規定され、アウトモードＵa に対して第２目標値Ｕa が第２目標値として規定される。また、図３（ｂ）に示すように、入力光のモードとしてインモードｂが選択された場合に、光レベルにおいてアウトモードが３個設定され、アウトモードＳa に対して第２目標値Ｓa が第２目標値として規定され、アウトモードＴa に対して第２目標値Ｔa が第２目標値として規定され、アウトモードＵa に対して第２目標値Ｕa が第２目標値として規定される。そして、図示しないが、入力光のモードとしてインモードｃが選択された場合も、同様に第２目標値が規定される。
【００３９】
このような光増幅装置１０では、例えば、入力光のモードとしてインモードａが選択された場合では上述で説明したように、範囲ａ内において入力光レベルが変化しても、第１光増幅部１１の出力光レベル（図３（ａ）の箇所Ｂ）は、第１目標値ａにほぼ固定され、光減衰部１２の出力光レベル（図３（ａ）の箇所Ｃ）は、所定の一定値Ｖ0 になる。この様子を図３（ａ）において実線で示す。
【００４０】
そして、光減衰部１２の減衰量は、出力光のモードが変更された場合に、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙより絶対値が小さく逆符号の減衰量だけさらに調整される。
さらに、光減衰部１２の減衰量は、出力光のモードが変更された場合に、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙと絶対値が等しく逆符号の減衰量だけさらに調整されるようにしてもよい。
【００４１】
また、光減衰部１２の減衰量は、入力光のモードおよび出力光のモードが変更された場合に、変更前の第１目標値から変更後の第１目標値を減算した値Ｘを求め、変更前の第２目標値から変更後の第２目標値を減算した値Ｙを求めて、値Ｘから値Ｙを減算した値と絶対値が等しく逆符号の減衰量−（Ｘ−Ｙ）だけ調整するようにしてもよい。
【００４２】
したがって、このような光増幅装置１０では、上述の入力光レベルの変化の前後において雑音指数の劣化を抑制することができるほかに、光増幅装置１０の出力光レベルに応じたアウトモードを選択できるので、光増幅装置１０の出力側に接続される光伝送路の種類に最適な光レベルの出力光を射出することができる。このため、出力光は、光伝送路を伝播する間に、自己位相変調、相互位相変調および４光波混合などの非線形光学効果による著しい波形劣化を生じることがない。
【００４３】
一方、図１において、光増幅装置１０では、第１光増幅部１１に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、第２光増幅部１３の出力光は、光信号内の特定波長の出力光レベルが一定値になるようにしてもよい。
このような光増幅装置１０では、第２光増幅部１３が出力一定制御されるため、光減衰部１２に使用される光減衰器における減衰量の製品によるバラツキを吸収することができる。このため、光増幅装置１０の出力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
【００４４】
そして、図１において、光増幅装置１０では、該第１光増幅部１１に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、第２光増幅部の出力光１３は、利得が一定に成るようにしてもよい。
さらに、図１において、光増幅装置１０では、その第１光増幅部１１は、受光した光を増幅する第１光増幅器２１および第２光増幅器２３と、第１光増幅器２１と第２光増幅器２３との間に接続された減衰器２２と、第１光増幅器２１の利得と第２光増幅器２３の利得との和および第２光増幅器２３の出力光レベルが一定に成るように光減衰器２２の減衰量を調整する制御器２４とを備えて構成してもよい。
【００４５】
また、図１において、光増幅装置１０では、その第１光増幅部１１および第２光増幅部１３は、受光した光を増幅する第１光増幅器２１および第２光増幅器２３と、第１光増幅器２１と第２光増幅器２３との間に接続された減衰器２２と、第１光増幅器２１の利得と第２光増幅器２３の利得との和および第２光増幅器２３の出力光レベルが一定に成るように光減衰器２２の減衰量を調整する制御器２４とを備えて構成してもよい。なお、図１において、第２光増幅部１３における上述の詳細構成は、省略されている。
【００４６】
次に、別の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態の構成）
第１の実施形態は、請求項１ないし請求項３、請求項８、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
図４は、第１の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図である。なお、図４は、後述する第２の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図でもある。
【００４７】
図５は、第１の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図である。なお、図５は、後述する第２の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図でもある。
図６は、第１の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【００４８】
図４（ａ）において、第１の実施形態における光増幅装置３０１に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０４に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０１の出力光として、射出される。
【００４９】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０１は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【００５０】
次に、これら前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２、中段光増幅部１０３、後段光減衰部１０４および後段光増幅部１０５の構成について、順に説明する。
始めに、前段光増幅部１０１の構成について、図５に基づいて説明する。
図５において、第１の実施形態における光増幅装置３０１に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１内のＣＰＬ１１１に入射される。ＣＰＬ１１１は、入射した光を２つに分配して射出する光部品であり、後述する他のＣＰＬも同様である。ＣＰＬとしては、例えば、ハーフミラーなどの微少光学素子形光分岐結合器や溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器や光導波路形光分岐結合器などを利用することができる。
【００５１】
ＣＰＬ１１１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１２１に入射され、他方は、光アイソレータ（optical isolator、以下、「ＩＳＯ」と略記する。）１１２に入射される。ＰＤ１２１は、受光した光の光パワーに従う電流を発生する光電変換器であり、後述する他のＰＤも同様である。また、ＩＳＯ１１２は、一方向にのみ光を透過する光部品であり、後述する他のＩＳＯも同様である。ＩＳＯとしては、例えば、４５度ずれた状態の２つの偏光子の間にファラデー回転子を配置することによって構成することができる。ＩＳＯは、装置内における各光部品の接続部などからの反射光が何処までも伝播するのを防止する役割を果たす。特に、反射光が半導体レーザに戻ってくると、半導体レーザは、位相や振幅のまちまちな反射光に誘起されて、発振モードが変化したり、雑音が発生したりする。このため、ＩＳＯによってこの悪影響を防止するものである。
【００５２】
ＰＤ１２１からの出力は、利得可変アンプ１３３およびスイッチ（以下、「ＳＷ」と略記する。）１２７に入力される。
ＳＷ１２７は、１入力４出力のスイッチであり、４個の出力端子のそれぞれには、抵抗値Ｒ1 の抵抗器１２８、抵抗値Ｒ2 の抵抗器１２９、抵抗値Ｒ3 の抵抗器１３０および抵抗値Ｒ4 の抵抗器１３１のいずれか１個の抵抗器が接続され、各抵抗器１２８、１２９、１３０、１３１は、接地される。これら抵抗値Ｒ1 〜Ｒ4 は、この光増幅装置３０１の入力光のモードに応じて決定される。そして、ＳＷ１２７によってＰＤ１２１と接続された抵抗器の端子間電圧が、ＰＤ１２１の出力として利得可変アンプ１３３を介してＡＧＣ１２２および対数変換回路（log amplifier 、以下、「ＬＯＧ」と略記する。）１２４に供給される。
【００５３】
利得可変アンプ１３３の利得は、ＳＷ１２７を切り換える際に、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得を一定に保つように可変される。
これらＰＤ１２１、ＳＷ１２７および抵抗器１２８、１２９、１３０、１３１からなる回路は、光増幅装置３０１に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルを検出するモニタ回路である。
【００５４】
また、ＩＳＯ１１２からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１１３に入射される。一方、ＣＰＬ１１３には、後述するエルビウム添加光ファイバ１１４への励起光としてレーザダイオード（laser diode 、以下、「ＬＤ」と略記する。）１１９からのレーザ光も入射される。ＬＤ１１９として、例えば、ファブリペロ型レーザ、分布帰還型レーザ、分布ブラッグ反射型レーザなど各種半導体レーザを利用することができる。後述する他のＬＤも同様である。
【００５５】
これらＩＳＯ１１２からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１１９からのレーザ光は、合波されて、エルビウム添加光ファイバ（erbium doped fiber、以下、「ＥＤＦ」と略記する。）１１４に入射される。エルビウム元素は、ランタノイドの希土類元素の１つで、元素記号Ｅｒ、原子番号６８である。ランタノイドに属する元素は、互いに性質が類似している。
【００５６】
ＥＤＦ１１４は、ＬＤ１１９からの励起光を吸収することによりＥＤＦ１１４内のＥｒイオンが励起され反転分布を形成する。この反転分布を形成した状態でＷＤＭ方式光信号が入射するとこのＷＤＭ方式光信号に誘導されて誘導放射が起こり、ＷＤＭ方式光信号が増幅される。後述する他のＥＤＦも同様に光を増幅する。
【００５７】
このようにＬＤ１１９は、ＥＤＦ１１４の励起光源であるから、ＬＤ１１９の発振波長は、ＥＤＦ１１４の励起波長、例えば、１４８０ｎｍに設定される。または、９８０ｎｍなどでもよい。
ＥＤＦ１１４で増幅されたＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ１１５を介して、利得等化器（gain equalizer、以下、「ＧＥＱ」と略記する。）１１６に入射される。ＧＥＱ１１６は、ＥＤＦ１１４の利得波長特性をＷＤＭ方式光信号の波長帯域においてほぼ平坦な利得波長特性に補償する光部品であり、後述する他のＧＥＱも補償すべきＥＤＦが異なるだけで同様である。ＧＥＱとしては、補償すべきＥＤＦの利得波長特性とほぼ同一の形状にその損失波長特性を合わせられた光フィルタなどを利用することができる。
【００５８】
ＧＥＱ１１６からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１１７に入射される。ＣＰＬ１１７で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２内のＶＡＴ１４１に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１２０に入射される。
ＰＤ１２０からの出力は、その電流値を抵抗器（図５に不図示）によって端子間電圧に変換されて、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２３に入力される。後述するＰＤについても、特に明示しない限り、ＰＤ１２０と同様にＰＤの出力は、ＰＤの電流値を抵抗器（不図示）によって端子間電圧に変換されて出力される。
【００５９】
ＡＧＣ１２２は、ＰＤ１２０からの出力と利得可変アンプ１３３を介した前述のＰＤ１２１からの出力とからＥＤＦ１１４の利得を判断し、注入電流がリミッタ値に達しない範囲でＬＤ１１９の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１１４の利得を所定の利得で一定になるように調整する。この所定の利得は、光増幅装置３０１に入力される低光レベルのＷＤＭ方式光信号の雑音指数を減少させるように考慮して設定される。
【００６０】
ＬＯＧ１２３は、ＰＤ１２０からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器（subtractor）１２５の一方の入力端子に入力される。そして、ＬＯＧ１２４は、利得可変アンプ１３３を介した前述のＰＤ１２１からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器１２５の他方の入力端子に入力される。減算器１２５は、ＬＯＧ１２３の出力からＬＯＧ１２４の出力を減算して得た値を減算器１２６に出力する。このＬＯＧ１２３の出力からＬＯＧ１２４の出力を減算した値は、ＥＤＦ１１４の利得に相当する。
【００６１】
減算器１２６は、予め定められた参照電圧Ｖref1から減算器１２５の出力を減算して得た値を中段光増幅部１０３内の加算器（adder ）１６１に出力する。参照電圧Ｖref1は、前段光増幅部１０１と中段光増幅部１０３との利得の和を所定の一定値Ｇs1にするために参照される電圧値である。
次に、前段光減衰部１０２の構成について、図５に基づいて説明する。
【００６２】
前段光増幅部１０１内のＣＰＬ１１７からのＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ１４１を介して、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５１に入射される。
ＶＡＴ１４１は、入射された光を減衰して射出するとともにその減衰量を変更することができる光部品であり、後述する他のＶＡＴも同様である。ＶＡＴとしては、例えば、入射光と射出光との間に減衰円板を挿入し、減衰円板の表面には回転方向に厚みが連続的に変えてある金属減衰膜を蒸着して、この減衰円板を回転させることにより減衰量を調節する光可変減衰器や入射光と射出光との間に磁気光学結晶およびこの磁気光学結晶の射出側に偏光子を挿入し、磁気光学結晶に磁界を印加してこの磁界の強さを変えることにより減衰量を調整する光可変減衰器などを利用することができる。
【００６３】
一方、中段光増幅部１０３から後段光減衰部１０４に射出されるＷＤＭ方式光信号の出力光レベルに従う出力は、中段光増幅部１０３内のＰＤ１５９から前段光減衰部１０２内のＬＯＧ１４４に入力される。
ＬＯＧ１４４は、この入力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、自動出力制御回路（automatic level controller、以下、「ＡＬＣ」と略記する。）１４３の一方の入力端子に入力される。
【００６４】
ＡＬＣ１４３は、予め定められた参照電圧Ｖref2とＬＯＧ１４４からの値とを比較することにより、中段光増幅部１０３から射出されるＷＤＭ方式光信号の１チャネル当たりの光レベルが一定になるように、ＶＡＴ１４１の減衰量を調整する。参照電圧Ｖref2は、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分の出力光レベル（ＣＰＬ１５６から後段光減衰部に出力される出力光レベル）を第１目標値にするために参照される電圧値であり、入力光のモードの個数に等しく用意される。例えば、インモード１に対して、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が用意され、インモード２に対して、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が用意される。
【００６５】
次に、中段光増幅部１０３の構成について、図５に基づいて説明する。
前段光減衰部部１０２内のＶＡＴ１４１からのＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５１に入射される。
ＣＰＬ１５１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１５７に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ１５２に入射される。ＧＥＱ１５２は、後述するＥＤＦ１５５の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。
【００６６】
ＧＥＱ１５２からのＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ１５３を介して、ＣＰＬ１５４に入射される。一方、ＣＰＬ１５４には、ＬＤ１５８からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ１５３からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１５８からのレーザ光は、ＣＰＬ１５４で合波されて、ＥＤＦ１５５に入射される。
ＥＤＦ１５５は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ１５６へ射出する。ＣＰＬ１５６で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０４内の光減衰器（以下、「ＡＴＴ」と略記する。）１７１（図６）に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１５９に入射される。
【００６７】
ＰＤ１５９からの出力は、ＡＧＣ１６２および前段光減衰部１０２内の前述したＬＯＧ１４４に入力される。
一方、前述のＰＤ１５７からの出力は、ＬＯＧ１６０に入力される。ＬＯＧ１６０は、このＰＤ１５７からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、加算器１６１の一方の入力端子に入力される。そして、加算器１６１の他方の入力端子には、前段光増幅部１０１内の前述した減算器１２６からの出力が入力される。
【００６８】
加算器１６１は、これらＬＯＧ１６０の出力と減算器１２６の出力とを加算し、加算した値を逆対数変換器（antilog amplifier 、以下、「Anti-ＬＯＧ 」と略記する。）１６３に出力する。Anti-ＬＯＧ １６３は、この加算した値を逆対数変換し、変換した値をＡＧＣ１６２に出力する。
ＡＧＣ１６２は、前述のＰＤ１５９からの出力とこのAnti-ＬＯＧ からの出力とから前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和が一定になるように、ＬＤ１５８の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１５５の利得を調整する。
【００６９】
次に、後段光減衰部１０４の構成について、図６に基づいて説明する。
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６からのＷＤＭ方式光信号は、ＡＴＴ１７１を介して、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射される。ＡＴＴ１７１は、入力光のモードごとに用意され、インモード１用のＡＴＴ１７１の減衰量は、光増幅装置３０１の出力光レベルを考慮して設定される。インモード２用のＡＴＴ１７１の光減衰量は、後段光減衰部１０４においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用のＡＴＴ１７１の光減衰量より大きく設定される。
【００７０】
次に、後段光増幅部１０５の構成について、図６に基づいて説明する。
後段光減衰部１０４内のＡＴＴ１７１からのＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射される。
ＣＰＬ１８１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１８７に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ１８２およびＩＳＯ１８３を介して、ＣＰＬ１８４に入射される。
【００７１】
ＰＤ１８７は、抵抗値Ｒerf1の抵抗器２０１を介して接地され、抵抗器２０１の端子間電圧がＰＤ１８７からの出力としてＡＧＣ１９０の一方の端子に出力される。ＧＥＱ１８２は、ＥＤＦ１８５の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。また、ＣＰＬ１８４には、ＬＤ１８８からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ１８３からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ１８８からのレーザ光は、ＣＰＬ１８４で合波されて、ＥＤＦ１８５に入射される。
【００７２】
ＥＤＦ１８５は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ１８６へ射出する。ＣＰＬ１８６で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０１の出力光として射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ１８９に入射される。ＰＤ１８９は、抵抗値Ｒerf2の抵抗器２０２を介して接地され、抵抗器２０２の端子間電圧がＰＤ１８９の出力としてＡＧＣ１９０の他方の端子に出力される。
【００７３】
ＡＧＣ１９０は、前述のＰＤ１８７からの出力とこのＰＤ１８９からの出力とからＥＤＦ１８５の利得を判断し、利得が予め与えられた所定の一定値になるように、ＬＤ１８８の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ１８５の利得を調整する。よって、後段光増幅部１０５の利得の設定は、ＡＧＣ１９０内の所定値を可変してＰＤ１８９とＰＤ１８７の出力比を所定の一定値になるように設定すればよい。
【００７４】
ここで、ＡＧＣ１２２、１６２、１９０は、より具体的には、図５（ｂ）に示すように、演算回路１３５と演算回路１３７とを備え、２個の入力Ｐia、Ｐibは、割算回路１３５に入力され、割算回路１３５でその比Ｐia／Ｐibが計算される。この比は、演算回路１３７の一方の端子に入力され、他方の端子には、所定値が入力される。そして、演算回路１３７は、この比と所定値とを比較し、その結果に従う出力値を出力する。なお、後述されるＡＧＣも同様である。
【００７５】
（本発明と第１の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項３、請求項８、および、請求項９に記載の発明と第１の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０４に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０５に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【００７６】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第１の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第１の実施形態の作用効果）
第１の実施形態の光増幅装置３０１を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０１の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【００７７】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定され、ＡＴＴ１７１は、インモード１用の減衰量を持つＡＴＴが設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【００７８】
仮に、図１８で示すように入力光レベルに拘わらず１個の抵抗器でモニタ回路を構成した場合には、広い範囲に亘って入力光レベルが変化する場合において、入力光レベルの変化に対する抵抗器の端子間電圧の変化の割合は小さくなるので、入力光レベルの検出は、難しくなる。しかしながら、第１の実施形態の光増幅装置３０１は、入力光レベルに合わせてモニタ回路の抵抗器を選択することができるので、選択された入力光のモードの範囲に亘って入力光レベルが変化する場合において、入力光レベルの変化に対する抵抗器の端子間電圧の変化の割合を最適に設定することができる。このため光増幅装置３０１は、入力光レベルを容易に且つ確実に検出することができる。
【００７９】
ここで、入力光のモードの数に等しい個数より多い４個の抵抗器でモニタ回路を構成したのは、各入力光のモード内において更にきめ細かく入力光レベルに対応させるためである。なお、モニタ回路の抵抗器の個数は、入力光のモードの数に等しい個数でもよく、また、４個より多い数でもよい。
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０１において、ＡＧＣ１２２は、ＰＤ１２１からの出力を基準としてＰＤ１２０からの出力との比に従う信号をＬＤ１１９に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１１４は、定利得制御されるので、前段光増幅部１０１に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。この所定の一定の利得の調整は、ＰＤ１２１の電流値を電圧値に変換する抵抗器１２８の抵抗値Ｒ1 とＰＤ１２０の電流値を電圧値に変換する抵抗器の抵抗値との比を調整すればよい。
【００８０】
また、ＡＧＣ１６２は、Anti-ＬＯＧ １６３からの出力を基準としてＰＤ１５９からの出力との比に従う信号をＬＤ１５８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１５５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１５５は、定利得制御される。
このAnti-ＬＯＧ １６３の出力は、中段光増幅部１０３に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに前段光増幅部の減算器１２６からの出力を加算した値である。減算器１２６からの出力は、前段光増幅部１０１と中段光増幅部１０３との利得の和Ｇs1から前段光増幅部１０１の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ１６２は、ＥＦＤ１５５の利得をAnti-ＬＯＧ １６３からの出力を基準として調整するので、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和は、Ｇs1にほぼ維持される。すなわち、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３からなる部分は、（式１）を満たす。
【００８１】
一方、ＡＬＣ１４３は、参照電圧Ｖref2M1を基準としてＰＤ１５９からの出力との差に従う信号をＶＡＴ１４１に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ１４１の減衰量を制御する。このため、中段光増幅部１０３からの出力光レベルは、一定に制御される。
このように前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３が動作するので、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、前段光増幅部１０１のインモード１の範囲内における入力光レベルの変動に拘わらず、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。
【００８２】
そして、後段光減衰部１０４は、インモード１に対応する一定の減衰量で減衰するので、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
また、後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。所定値は、別途、ＡＧＣ１９０内の参照値で与える。このため、ＥＤＦ１８５は、定利得制御され、後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、ほぼ一定に維持される。
【００８３】
一方、この光増幅装置３０１を別の光中継局として設置する際に、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード２が選択される。このため、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定され、ＡＴＴ１７１は、インモード２用の減衰量を持つＡＴＴが設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１３０が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１３０とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１３０の端子間電圧が入力される。
【００８４】
ＡＧＣ１２２、１６２およびＡＬＣ１４３は、上述のインモード１と同様に動作するが、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定されるため、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、インモード２用の第１目標値Ｔ1M2 になる。そして、ＡＴＴ１７１もインモード２用の減衰量を持つＡＴＴが設定されるので、後段光減衰部１０４の出力光レベルは、インモード１の場合に等しくなる。
【００８５】
したがって、このような光増幅装置３０１は、２個の入力光のモードを備えることにより、広い入力ダイナミックレンジに対応することができる。そして、光増幅装置３０１は、後段光減衰部１０４の出力光レベルがほぼ一定に維持されるので、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることもない。
ここで、上述の作用効果をより具体的に示すため、光増幅装置３０１におけるレベルダイヤをシミュレーションした。
【００８６】
図７は、第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図７において、左から入力光のモード、前段光増幅部１０１における入力、利得および出力、前段光減衰部１０２の減衰量、中段光増幅部１０３における入力、利得および出力、後段光減衰部１０４の減衰量、後段光増幅部１０５における入力、利得および出力、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和、および、光増幅装置３０１の総利得である。
【００８７】
上段は、インモード１の場合のシミュレーション結果であり、下段は、インモード２の場合のシミュレーション結果である。そして、インモード１では、Ｐin＋１０、Ｐin＋５およびＰinを前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。インモード２では、Ｐin＋１５、Ｐin＋１０およびＰin＋５を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。
【００８８】
第１目標値（中段光増幅部１０３の出力光レベル）は、インモード１ではＰ0 に設定し、インモード２ではＰ0 ＋５に設定した。後段光減衰部１０４の減衰量は、インモード１では２に設定し、インモード２では７に設定した。この減衰量の差は、インモード２とインモード１との間における第１目標値の差である。後段光増幅部１０５の利得は、各モードともに７に設定した。また、前段光増幅部１０１の利得と中段光増幅部１０３の利得との和は、Ｇr1＋２に設定した。
【００８９】
ここで、図７におけるＧr1、Ｇr2は、それぞれ、
Ｇr1＝Ｐ0 −Ｐin （式３）
Ｇr2＝Ｇr1−１０ （式４）
である。
以上の条件の下に計算した結果は、図７に示す通りである。
【００９０】
さらに、以上の条件において、Ｐin＝−３０（ｄＢｍ／チャネル）、Ｐ0 ＝０（ｄＢｍ／チャネル）とした場合の各モードのレベルダイヤを図８に示す。
図８は、第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤを示す図である。図８（ａ）は、インモード１におけるレベルダイヤを示す図であり、図８（ｂ）は、インモード２におけるレベルダイヤを示す図である。図８（ｃ）は、レベルダイヤと光増幅装置３０１との位置関係を明瞭にするために図４（ａ）を再記載した図である。図８（ａ）（ｂ）の縦軸は、１チャネル当たりの光レベルであり、横軸は、光増幅装置の位置であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦは、図８（ｃ）に示す光増幅装置３０１の各箇所を示す。すなわち、箇所Ａは、前段光増幅部１０１の入力側であり、箇所Ｂは、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２との間であり、箇所Ｃは、前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３との間であり、箇所Ｄは、中段光増幅部１０３と後段光減衰部１０４との間であり、箇所Ｅは、後段光減衰部１０４と後段光増幅部１０５との間であり、そして、箇所Ｆは、後段光増幅部１０５の出力側である。
【００９１】
図７および図８から分かるように、各モードにおける第１目標値およびＡＴＴの減衰量を上述のように設定することにより、後段光減衰部１０４の出力光レベル（図８の箇所Ｅ)は、選択されたインモードに拘わらず、−２（ｄＢｍ／チャネル）の一定値になる。このため、第１の実施形態における光増幅装置３０１は、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることがない。
【００９２】
なお、第１の実施形態の効果を比較するために、図１８に示す光増幅装置におけるレベルダイヤを計算した。
図９は、先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図９において、左から光増幅器５１３における入力、利得および出力、ＶＡＴ５１５、光増幅器５１７における入力、利得および出力、光増幅器５１３の利得と光増幅器５１８の利得との和、および、光増幅装置５００の総利得である。
【００９３】
図７のシミュレーション結果と比較するため、図９では、Ｐin＋１５、Ｐin＋１０、Ｐin＋５およびＰinを光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７からＰ0 ＋５を出力させる場合を計算した。
図９を図７と比較すると分かるように、ＶＡＴ５１５の減衰量は、１７〜２（ｄＢ）に対応させる必要があり、光増幅器５１７の利得は、１７〜２（ｄＢ）に対応する必要がある。このようなＶＡＴおよび光増幅器を製作することは、容易ではない。
【００９４】
一方、第１の実施形態の光増幅装置３０１において、前段光減衰部１０２の減衰量は、１２〜２（ｄＢ）に対応すればよく、後段光減衰部１０４の減衰量は、２、７（ｄＢ）に対応すればよい。前段光増幅部１０１の利得は、「Ｇr1−１５」〜「Ｇr1−５」（ｄＢ）に対応すればよく、中段光増幅部１０３の利得は、１７〜７（ｄＢ）に対応すればよく、後段光増幅部１０５のの利得は、７（ｄＢ）に対応すればよい。このように第１の実施形態の光増幅装置３０１では、製作容易な装置である。
【００９５】
また、上述のシミュレーション結果を基に、入力光レベルと雑音指数との関係を図１０に示す。
図１０は、入力光レベルと雑音指数との関係において、第１の実施形態の光増幅装置の場合と先行する技術の光増幅装置の場合との対比を示す図である。
図１０の縦軸は、雑音指数（ｄＢ）であり、横軸は、入力光レベル（ｄＢｍ／チャネル）である。また、破線は、第１の実施形態の光増幅装置３０１におけるインモード１の場合の雑音指数であり、一点鎖線は、第１の実施形態の光増幅装置３０１におけるインモード２の場合の雑音指数である。実線は、先行する技術にかかる光増幅装置の場合の雑音指数である。
【００９６】
図１０に示すように、入力光レベルが−３０〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）の範囲で変化する場合において、第１の実施形態の光増幅装置３０１の雑音指数は、５〜７（ｄＢ）であるが、先行する技術にかかる光増幅装置の雑音指数は、５〜１２（ｄＢ）である。特に、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）の範囲において、インモード２に切り替えることにより、第１の実施形態における光増幅装置３０１は、先行する技術にかかる光増幅装置に較べて格段に雑音指数を低減することができる。
【００９７】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態は、請求項１ないし請求項３、請求項７、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
第２の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０６を用い、さらに、後段光増幅部１０５に代えて後段光増幅部１０７を用いた光増幅装置３０２である。
【００９８】
図４（ｂ）において、第２の実施形態における光増幅装置３０２に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０６に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０２の出力光として、射出される。
【００９９】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０２は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１００】
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。
以下に、後段光減衰部１０６および後段光増幅部１０７の構成について説明する。
図１１は、第２の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【０１０１】
まず、後段光減衰部１０６の構成を図１１に基づいて説明する。
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ１７２に入射される。ＣＰＬ１７２で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ１７３を介して、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射され、他方は、ＰＤ１７４に入射される。
【０１０２】
ＶＡＴ１７３の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ１７３の減衰量を調整する減衰量制御回路（以下、「ＡＣＣ」と略記する。）１７５からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０６においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１０３】
ＰＤ１７４からの出力は、ＡＣＣ１７５の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ１７５の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref3が入力される。この参照電圧Ｖref3は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光光減衰部１０６に入射された場合におけるＰＤ１７４の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１０４】
ＡＣＣ１７５は、ＰＤ１７４からの出力とこの参照電圧Ｖref3とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ１７３に出力することによってＶＡＴ１７３の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０２にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ１７４の出力が参照電圧Ｖref3と等しくなるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０２にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ１７４の出力が参照電圧Ｖref3と差を生じるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３にその差に応じた信号を出力する。
【０１０５】
次に、後段光増幅部１０７の構成を図１１に基づいて説明する。
図１１において、第２の実施形態の後段光減衰部１０６内におけるＶＡＴ１７３からのＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射される。
ＣＰＬ２１１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２５に入射され、他方は、ＩＳＯ２１２に入射される。ＰＤ２２５からの出力は、ＡＧＣ２３２およびＬＯＧ２３４に入力される。また、ＩＳＯ２１２からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２１３に入射される。
【０１０６】
一方、ＣＰＬ２１３には、ＬＤ２２６からのレーザ光も入射される。これらＩＳＯ２１２からのＷＤＭ方式光信号とＬＤ２２６からのレーザ光は、合波されて、ＥＤＦ２１４に入射される。ＥＤＦ２１４は、ＬＤ２２６からのレーザ光により反転分布が形成され、ＷＤＭ方式光信号が誘導放射によって増幅される。
ＥＤＦ２１４で増幅されたＷＤＭ方式光信号は、ＩＳＯ２１５およびＧＥＱ２１６を介して、ＣＰＬ２１７に入射される。ＧＥＱ２１６は、ＥＤＦ２１４の利得波長特性をほぼ平坦な利得波長特性に補償する。ＣＰＬ２１７で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２１８に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２７に入射される。ＰＤ２２７からの出力は、ＡＧＣ２３２およびＬＯＧ２３３に入力される。
【０１０７】
ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２７からの出力と前述のＰＤ２２５からの出力とからＥＤＦ２１４の利得を判断し、ＬＤ２２６の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ２１４の利得を所定の一定の利得に調整する。
【０１０８】
ＬＯＧ２３３は、ＰＤ２２７からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器２３５の一方の入力端子に入力される。そして、ＬＯＧ２３４は、前述のＰＤ２２５からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、減算器２３５の他方の入力端子に入力される。減算器２３５は、ＬＯＧ２３３の出力からＬＯＧ２３４の出力を減算して得た値を減算器２３６に出力する。このＬＯＧ２３３の出力からＬＯＧ２３４の出力を減算した値は、ＥＤＦ２１４の利得に相当する。
【０１０９】
減算器２３６は、予め定められた参照電圧Ｖref4から減算器２３５の出力を減算して得た値を後述する加算器２３９に出力する。参照電圧Ｖref4は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和を所定の一定値Ｇs2にするために参照される電圧値である。
一方、ＶＡＴ２１８で減衰したＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２１９に入射される。ＣＰＬ２１９で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２２９に入射され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＧＥＱ２２０およびＩＳＯ２２１を介してＣＰＬ２２２に入射される。ＧＥＱ２２０は、後述するＥＤＦ２２３の利得波長特性をほぼ平坦に補償する。また、ＬＤ２３０からのレーザ光は、ＣＰＬ２２２に入射され、ＩＳＯ２２１からのＷＤＭ方式光信号と合波されて、ＥＤＦ２２３に入射される。
【０１１０】
ＥＤＦ２２３は、入射されたＷＤＭ方式光信号を増幅してＣＰＬ２２４へ射出する。ＣＰＬ２２４で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０２の出力光として射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、ＰＤ２３１に入射される。ＰＤ２３１からの出力は、ＡＧＣ２４０およびＡＬＣ２２８に入力される。
【０１１１】
ＡＬＣ２２８は、予め定められた参照電圧Ｖref5とＰＤ２３１からの出力とを比較することにより、この光増幅装置３０２から射出されるＷＤＭ方式光信号の１チャネル当たりの光レベルが一定になるように、ＶＡＴ２１８の減衰量を調整する。したがって、参照電圧Ｖref5は、後段光増幅部１０７の入力光レベルに対して一定の出力光レベルにするために参照される電圧値である。
【０１１２】
さらに、前述のＰＤ２２９からの出力は、ＬＯＧ２３８に入力される。ＬＯＧ２３８は、このＰＤ２２９からの出力を電圧レベルの対数値に変換し、変換された対数値は、加算器２３９の一方の入力端子に入力される。加算器２３９の他方の入力端子には、前述した減算器２３６からの出力が入力される。
加算器２３９は、これらＬＯＧ２３８の出力と減算器２３６の出力とを加算し、加算した値をAnti-ＬＯＧ ２４１に出力する。Anti-ＬＯＧ ２４１は、この加算した値を逆対数変換し、変換した値をＡＧＣ２４０に出力する。
【０１１３】
ＡＧＣ２４０は、前述のＰＤ２３１からの出力とこのAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力とからＥＤＦ２１４の利得とＷＤＦ２２３の利得との和が一定になるように、ＬＤ２３０の駆動電流（注入電流）を調整することにより、ＥＤＦ２２３の利得を調整する。
（本発明と第２の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項３、請求項７、および、請求項９に記載の発明と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０６に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ１７５とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１１４】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第２の実施形態の作用効果）
第２の実施形態の光増幅装置３０２を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０２の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【０１１５】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【０１１６】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０２において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
後段光減衰部１０６に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように、前段光増幅部１０１のインモード１の範囲内における入力光レベルの変動に拘わらず、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ１７４からの出力と参照電圧Ｖref3との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ１７３の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。したがって、後段光増幅部１０７の入力光レベルは、ほぼ一定に維持される。
【０１１７】
後段光増幅部１０７において、ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２５からの出力を基準としてＰＤ２２７からの出力との比に従う信号をＬＤ２２６に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２１４は、定利得制御される。
また、ＡＧＣ２４０は、Anti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準としてＰＤ２３１からの出力との比に従う信号をＬＤ２３０に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２２３の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２２３は、定利得制御される。
【０１１８】
このAnti-ＬＯＧ ２４１の出力は、後段光増幅部１０７に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに減算器２３６からの出力を加算した値である。減算器２３６からの出力は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和Ｇs2からＥＤＦ２１４の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ２４０は、ＥＦＤ２２３の利得をAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準として調整するので、ＥＤＦ２１４の利得とＥＤＦ２２３の利得との和は、Ｇs2にほぼ維持される。すなわち、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３とからなる部分は、（式１）を満たす。
【０１１９】
一方、ＡＬＣ２２８は、参照電圧Ｖref5を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、一定に制御される。
一方、この光増幅装置３０２を別の光中継局として設置する際に、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード２が選択される。このため、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１３０が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１３０とを接続するように切り替えられる。また、利得可変アンプ１３３の利得を切り替え、ＰＤ１２１の入力パワーが同じなら、同じレベルの信号が出力するようにする。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１３０の端子間電圧が入力される。
【０１２０】
ＡＧＣ１２２、１６２およびＡＬＣ１４３は、上述のインモード１と同様に動作するが、参照電圧Ｖref2は、インモード２用の参照電圧Ｖref2M2が設定されるため、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、インモード２用の第１目標値Ｔ1M2 になる。
【０１２１】
ここで、後段光減衰部１０６において、後段光減衰部１０６に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルが第１目標値Ｔ1M2 に維持されので、ＰＤ１７４からの出力と参照電圧Ｖref3とに差が生じる。このため、ＡＣＣ１７５は、ＶＡＴ１７３にこの差に応じた信号を出力する。よって、ＶＡＴ１７３の減衰量は、インモード２用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード２用の減衰量で減衰される。よって、後段光減衰部１０６の出力光レベルは、インモード１の場合に等しくなる。
【０１２２】
そして、後段光増幅部１０７は、上述のインモード１の場合と同様に動作する。
したがって、このような光増幅装置３０２は、２個の入力光のモードを備えることにより、広い入力ダイナミックレンジに対応することができる。そして、光増幅装置３０２は、後段光減衰部１０６の出力光レベルがほぼ一定に維持されるので、入力光のモードの切替によって雑音指数を劣化させることもない。
【０１２３】
なお、第２の実施形態においても、各モードにおける第１目標値およびＶＡＴ１７３の減衰量を第１の実施形態と同様に設定し、後段光増幅部１０７の出力光レベルをＰ0 ＋５に設定することにより、図７に示すようなシミュレーション結果を得ることができる。
次に、別の実施形態について説明する。
【０１２４】
（第３の実施形態の構成）
第３の実施形態は、請求項１ないし請求項７、請求項９、および、請求項１０に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
第３の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０８を用い、後段光増幅部１０５に代えて後段光増幅部１０７を用いた光増幅装置３０３である。
【０１２５】
図４（ｃ）において、第３の実施形態における光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０８に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０３の出力光として、射出される。
【０１２６】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０３は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１２７】
さらに、この光増幅装置３０３は、アウトモード１とアウトモード２の２個の出力光のモードを持っており、例えば、アウトモード１は、出力光レベルが４（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードであり、アウトモード２は、出力光レベルが８（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードである。
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。また、後段光増幅部１０７の構成は、出力光のモードに応じてＡＬＣ２２８の参照電圧Ｖref8を変更する点で相違するだけで、第２の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【０１２８】
以下に、後段光減衰部１０８の構成を図１２に基づいて説明する。
図１２は、第３の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【０１２９】
中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２５１に入射される。ＣＰＬ２５１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２５２、ＡＴＴ２５４および分散補償ファイバ（dispersion compensating fiber 、以下、「ＤＣＦ」と略記する。）２５３を介して、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ２１１に入射され、他方は、ＰＤ２５５に入射される。
【０１３０】
ＶＡＴ２５２の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ２５２の減衰量を調整するＡＣＣ２５６からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０８においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１３１】
ＰＤ２５５からの出力は、ＡＣＣ２５６の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ２５６の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref6が入力される。この参照電圧Ｖref6は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光光減衰部１０８に入射された場合におけるＰＤ２５５の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１３２】
ＡＣＣ２５６は、ＰＤ２５５からの出力とこの参照電圧Ｖref6とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ２５２に出力することによってＶＡＴ２５２の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０３にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２５５の出力が参照電圧Ｖref6と等しくなるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０３にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２５５の出力が参照電圧Ｖref6と差を生じるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２にその差に応じた信号を出力する。
【０１３３】
ＤＣＦ２５３は、この光増幅装置３０３に接続されＷＤＭ方式光信号を伝送する光伝送路中で生じる波長分散およびこの光増幅装置３０３内で生じる波長分散などを補償する分散補償器である。このＤＣＦ２５３は、ＷＤＭ方式光信号の分散値と逆符号の波長分散特性を持つ光ファイバであり、大量に既設されている１．３μ零分散ファイバを１．５５μ波長帯域で活用するために必要である。
【０１３４】
なお、ＤＣＦ２５３の代わりに、チャープトグレーティングや位相共役器などの分散補償器を使用してもよい。
ＡＴＴ２５４は、出力光のモードごとに用意され、アウトモード１用のＡＴＴ２５４の減衰量は、光増幅装置３０３の出力光レベルを考慮して設定される。アウトモード２用のＡＴＴ２５４の減衰量は、ＤＣＦ２５３においても伝送損失を生じるので、ＡＴＴ２５４の減衰量とＤＣＦ２５３の減衰量との和が後段光増幅部１０７においてアウトモード２の場合の出力光レベルからアウトモード１の場合の出力光レベルを減算した値だけアウトモード１用のＡＴＴ２５４の減衰量より小さく設定される。例えば、アウトモード１の出力光レベルが４でアウトモード２の出力光レベルが８の場合では、アウトモード２用のＡＴＴ２５４の減衰量は、アウトモード２の場合の出力光レベル８からアウトモード１の場合の出力光レベル４を減算した値４からさらにＤＣＦ２５３で生じる減衰量を引いた値に設定される。
【０１３５】
後段光増幅部１０７において、ＡＬＣ２２８の一方の入力端子に供給される参照電圧Ｖref8は、出力光のモードの各アウトモードに対応して設定され、アウトモード１用の参照電圧Ｖref8M1とアウトモード２用の参照電圧Ｖref8M2とを供給することができる。
（本発明と第３の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項７、請求項９、および、請求項１０に記載の発明と第３の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０８に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ２５６とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１３６】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。そして、請求項１０に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応し、さらに、第２光増幅部については、第１光増幅器はＬＤ２２６とＥＤＦ２１４とからなる部分に対応し、第２光増幅器はＬＤ２３０とＥＤＦ２２３とからなる部分に対応し、光減衰器はＶＡＴ２１８に対応し、制御器は、ＡＧＣ２３２、２４０とＡＬＣ２２８とＬＯＧ２３３、２３４、２３８と減算器２３５、２３６と加算器２３９とAnti-ＬＯＧ ２４１とからなる部分に対応する。
【０１３７】
（第３の実施形態の作用効果）
第３の実施形態の光増幅装置３０３を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０３の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。また、可変利得アンプ１３３も、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得が一定になるように利得を切り替える。このため、利得可変アンプ１３３は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。
【０１３８】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０３において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
そして、光増幅装置３０３の出力側に接続される光伝送路の種類に合わせて、出力光のモードが設定される。
【０１３９】
例えば、光伝送路の種類がＮＺ−ＤＳＦである場合は、アウトモード１が選択され、ＡＴＴ２５４は、アウトモード１用の減衰量を持つ光減衰器が接続される。そして、参照電圧Ｖref8は、後段光増幅部１０７の出力光レベルを４（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値Ｖref8M1に設定される。
後段光減衰部１０８に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように中段光増幅部１０３からの出力光レベルがインモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ１７２からの出力と参照電圧Ｖref6との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ２５６は、ＶＡＴ２５２に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ２５２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
【０１４０】
そして、ＶＡＴ２５２で減衰されたＷＤＭ方式光信号は、ＡＴＴ２５４およびＤＣＦ２５３で、アウトモード１に対応する一定の減衰量で減衰されるので、後段光増幅部１０７の入力光レベルは、光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号の入力光レベルに拘わらず、ほぼ一定に維持される。
後段光増幅部１０７において、ＡＧＣ２３２は、ＰＤ２２５からの出力を基準としてＰＤ２２７からの出力との比に従う信号をＬＤ２２６に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２１４の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２１４は、定利得制御される。
【０１４１】
また、ＡＧＣ２４０は、Anti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準としてＰＤ２３１からの出力との比に従う信号をＬＤ２３０に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ２２３の利得を制御する。このため、ＥＤＦ２２３は、定利得制御される。
このAnti-ＬＯＧ ２４１の出力は、後段光増幅部１０７に入力されるＷＤＭ方式光信号の光レベルに減算器２３６からの出力を加算した値である。減算器２３６からの出力は、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３との利得の和Ｇs2からＥＤＦ２１４の利得を減算した値である。したがって、ＡＧＣ２４０は、ＥＦＤ２２３の利得をAnti-ＬＯＧ ２４１からの出力を基準として調整するので、ＥＤＦ２１４の利得とＥＤＦ２２３の利得との和は、Ｇs2にほぼ維持される。すなわち、ＥＤＦ２１４とＥＤＦ２２３とからなる部分は、（式１）を満たす。
【０１４２】
また、ＡＬＣ２２８は、アウトモード１用に設定された参照電圧Ｖref8M1を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、アウトモード１の光レベル４にほぼ一定に制御される。
【０１４３】
一方、この光増幅装置３０３を別の光中継局として設置する際に、入力光レベルは、上述と変わらないが出力側に接続される光伝送路の種類がＳＭＦである場合は、アウトモード２が選択され、ＡＴＴ２５４は、アウトモード２用の減衰量を持つ光減衰器が接続される。そして、参照電圧Ｖref8は、後段光増幅部１０７の出力光レベルを８（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値Ｖref8M2に設定される。
【０１４４】
後段光減衰部１０８において、入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、インモード１のままなので、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＶＡＴ２５２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
一方、ＶＡＴ２５２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＡＴＴ２５４およびＤＣＦ２５３で、アウトモード２に対応する一定の減衰量で減衰する。
【０１４５】
そして、後段光増幅部１０７において、ＡＬＣ２２８は、アウトモード２用に設定された参照電圧Ｖref8M2を基準としてＰＤ２３１からの出力との差に従う信号をＶＡＴ２１８に出力することによって、この差が「零」になるようにＶＡＴ２１８の減衰量を制御する。このため、後段光増幅部１０７からの出力光レベルは、アウトモード２の光レベル８にほぼ一定に制御される。
【０１４６】
したがって、光増幅装置３０３は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができるので、光伝送路内でＷＤＭ方式光信号に生じる非線形光学効果を生じさせない。
また、光増幅装置３０３は、後段光増幅部１０７が出力一定制御されているため、ＡＴＴ２５４やＤＣＦ２５３の損失のバラツキを吸収することができる。
【０１４７】
ここで、上述の作用効果をより具体的に示すため、光増幅装置３０３におけるレベルダイヤをシミュレーションした。
図１３は、第３の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図１３において、左から出力光のモード、システムゲイン、前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とを１つの光増幅部とした入力、利得および出力、後段光減衰部１０８、後段光増幅部１０７における入力、利得および光ファイバの種類である。
【０１４８】
上段は、アウトモード１の場合のシミュレーション結果であり、下段は、アウトモード２の場合のシミュレーション結果である。そして、アウトモード１では、−２１〜−１１および−２６〜−１６（ｄＢｍ／チャネル）を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。アウトモード２では、−１７〜−１１および−２６〜−１６（ｄＢｍ／チャネル）を前段光増幅部１０１の入力させた場合を計算した。
【０１４９】
第２目標値（後段光増幅部１０７の出力光レベル）は、アウトモード１では４（ｄＢｍ／チャネル）に設定し、アウトモード２では８（ｄＢｍ／チャネル）に設定した。後段光減衰部１０８の減衰量は、ＤＣＦ２５３の伝送損失の変動に合わせて、図１３のように設定される。
以上の条件の下に計算した結果は、図１３に示す通りであり、光増幅装置３０３は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができる。
【０１５０】
なお、第３の実施形態の効果を比較するために、図１８に示す光増幅装置におけるレベルダイヤを計算した。
図１４は、先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
図１４において、左からシステムゲイン、光増幅器５１３における入力、利得および出力、ＶＡＴ５１５、光増幅器５１７における入力、利得および出力、光増幅器利得合計および光ファイバの種類である。
【０１５１】
図１３のシミュレーション結果と比較するため、図１４では、−１１および−２６（ｄＢｍ／チャネル）を光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７から４（ｄＢ）を出力させる場合を計算した。また、−１１および−２２（ｄＢｍ／チャネル）を光増幅器５１３の入力させ、光増幅器５１７から８（ｄＢ）を出力させる場合を計算した。
【０１５２】
図１３のアウトモード１を図１４と比較すると分かるように、光増幅器５１７の利得は、２３と３８（ｄＢ）とに対応する必要がある。そして、図１３のアウトモード２を図１４と比較すると分かるように、光増幅器５１７の利得は、２７と３８（ｄＢ）とに対応する必要がある。このような光増幅器を製作することは、容易ではない。
【０１５３】
一方、第３の実施形態の光増幅装置３０３において、後段光増幅部１０７は、２７（ｄＢ）に対応すればよい。このように第３の実施形態の光増幅装置３０１では、製作容易な範囲である。
次に、別の実施形態について説明する。
（第４の実施形態の構成）
第４の実施形態は、請求項１ないし請求項６、請求項８、および、請求項９に記載の発明に対する光増幅装置の実施形態である。
【０１５４】
図１５は、第４の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
図１６は、第４の実施形態の後段光減衰部におけるＯＡＤＭの構成例を示す図である。
第４の実施形態は、第１の実施形態の光増幅装置３０１における後段光減衰部１０４に代えて後段光減衰部１０９を用いた光増幅装置３０４である。
【０１５５】
図４（ｄ）において、第４の実施形態における光増幅装置３０４に入射されるＷＤＭ方式光信号は、前段光増幅部１０１に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、前段光減衰部１０２に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、中段光増幅部１０３に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０９に入射され、減衰される。減衰されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０５に入射され、増幅される。増幅されたＷＤＭ方式光信号は、この光増幅装置３０４の出力光として、射出される。
【０１５６】
このＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域（１５３０〜１５７０ｎｍ）に設定された光信号である。
また、この光増幅装置３０４は、インモード１とインモード２の２個の入力光のモードを持っており、例えば、インモード１は、入力光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードであり、インモード２は、入力光レベルが−２５〜−１５（ｄＢｍ／チャネル）に対応する入力光のモードである。
【０１５７】
さらに、この光増幅装置３０４は、アウトモード１とアウトモード２の２個の出力光のモードを持っており、例えば、アウトモード１は、出力光レベルが４（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードであり、アウトモード２は、出力光レベルが８（ｄＢｍ／チャネル）に対応する出力光のモードである。
ここで、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の構成は、第１の実施形態と同一なので、その説明を省略する。また、後段光増幅部１０５の構成は、ＡＧＣ１９０内の利得設定を行うための所定値を出力光のモードに応じて変更する点で相違するだけで、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【０１５８】
以下に、後段光減衰部１０９の構成を図１５および図１６に基づいて説明する。
図１５において、中段光増幅部１０３内のＣＰＬ１５６（図５）からのＷＤＭ方式光信号は、後段光減衰部１０９内のＣＰＬ２６１に入射される。ＣＰＬ２６１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、ＶＡＴ２６２、ＡＴＴ２６４および光分岐・挿入装置（optical add/drop multiplexer、以下、「ＯＡＤＭ」と略記する。）２６３を介して、後段光増幅部１０５内のＣＰＬ１８１に入射され、他方は、ＰＤ２６５に入射される。
【０１５９】
ＶＡＴ２６２の減衰量は、初期設定としてインモード１用の減衰量に設定され、そして、このＶＡＴ２６２の減衰量を調整するＡＣＣ２６６からの出力に応じてインモード２用の減衰量に調整される。このインモード２用の減衰量は、後段光減衰部１０９においてインモード２の場合の入力光レベルからインモード１の場合の入力光レベルを減算した値だけインモード１用の減衰量より大きく設定される。
【０１６０】
ＰＤ２６５からの出力は、ＡＣＣ２６６の一方の入力端子に入力される。ＡＣＣ２６６の他方の入力端子には、予め定められた参照電圧Ｖref7が入力される。この参照電圧Ｖref7は、インモード１用である第１目標値のＷＤＭ方式光信号が後段光減衰部１０９に入射された場合におけるＰＤ２６５の出力に等しい電圧値に設定される。
【０１６１】
ＡＣＣ２６６は、ＰＤ２６５からの出力とこの参照電圧Ｖref7とを比較し、その差に応じた信号をＶＡＴ２６２に出力することによってＶＡＴ２６２の減衰量を調整する。すなわち、光増幅装置３０４にインモード１のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２６５の出力が参照電圧Ｖref7と等しくなるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２に信号を出力しない。一方、光増幅装置３０４にインモード２のＷＤＭ方式光信号が入射された場合には、ＰＤ２６５の出力が参照電圧Ｖref7と差を生じるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２にその差に応じた信号を出力する。
【０１６２】
ＡＴＴ２６４は、出力光のモードごとに用意され、アウトモード１用のＡＴＴ２６４の減衰量は、光増幅装置３０４の出力光レベルを考慮して設定される。アウトモード２用のＡＴＴ２６４の減衰量は、ＯＡＤＭ２６３においても伝送損失を生じるので、ＡＴＴ２６４の減衰量とＯＡＤＭ２６３の減衰量との和が、後段光増幅部１０５においてアウトモード２の場合の出力光レベルからアウトモード１の場合の出力光レベルを減算した値だけアウトモード１用のＡＴＴ２６４の減衰量より小さく設定される。例えば、アウトモード１の出力光レベルが４でアウトモード２の出力光レベルが８の場合では、アウトモード２用のＡＴＴ２６４の減衰量は、アウトモード２の場合の出力光レベル８からアウトモード１の場合の出力光レベル４を減算した値４からさらにＯＡＤＭ２６３で生じる減衰量を引いた値に設定される。
【０１６３】
ＯＡＤＭ２６３は、光伝送路を伝送するＷＤＭ方式光信号から光信号（チャネル）を分岐・挿入・透過する光部品であり、固定波長の光信号を分岐・挿入することができる波長固定型のＯＡＤＭと、任意波長の光信号を分岐・挿入することができる任意波長型のＯＡＤＭとがある。ＯＡＤＭの構成について、図１６を用いてその一例を説明する。
【０１６４】
図１６（ａ）は、固定波長型のＯＡＤＭの構成例を示す図である。
図１５および図１６（ａ）において、ＡＴＴ２６４からのＷＤＭ方式光信号は、ＯＡＤＭ内のＣＰＬ２７１に入射される。ＣＰＬ２７１で分配された一方のＷＤＭ方式光信号は、光受信部２６７へ射出され、他方のＷＤＭ方式光信号は、リジェクションフィルタ２７０に入射される。
【０１６５】
リジェクションフィルタ２７０は、ＷＤＭ方式光信号から４個の光信号（４個のチャネル）を遮断する光部品である。リジェクションフィルタ２７０は、遮断するために４個のファイバブラッグ反射グレーティングフィルタ（fiber bragg grating filter、以下、「ＦＢＧ」と略記する。）２７２-1〜２７２-4が縦続接続され、ＦＢＧ２７２は、帯域遮断フィルタ（band-elimination filter ）であり、ＦＢＧ２７２の遮断波長帯域幅は、遮断すべき光信号に対し隣接する光信号を遮断しない波長帯域幅に設定され、各ＦＢＧ２７２-1〜２７２-4の遮断波長帯域の中心波長は、このＯＡＤＭで分岐する光信号の波長にそれぞれ設定される。
【０１６６】
例えば、ＷＤＭ方式光信号が３２個のチャネルを波長多重している場合であってこのＯＡＤＭでチャネル２、チャネル５、チャネル１０およびチャネル１３を分岐する場合には、ＦＢＧ２７２-1における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル２の波長に設定され、ＦＢＧ２７２-2における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル５の波長に設定され、ＦＢＧ２７２-3における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル１０の波長に設定され、そして、ＦＢＧ２７２-4における遮断波長帯域の中心波長は、チャネル１３の波長に設定されるようにすればよい。
【０１６７】
なお、４個の光信号を分岐する場合について説明したが、ＦＢＧ２７２の個数は、分岐する光信号の個数に応じて決定される。
光受信部２６７は、このＯＡＤＭで分岐した光信号を受信処理する。
リジェクションフィルタ２７０でこのＯＡＤＭで分岐する光信号を除去されたＷＤＭ方式光信号は、ＣＰＬ２７３に入射される。
【０１６８】
また、光送信部２６８は、このＯＡＤＭで挿入される光信号を生成する。光送信部２６８からの光信号は、ＣＰＬ２７３に入射され、リジェクションフィルタ２７０からの所定の光信号を除去されたＷＤＭ方式光信号と波長多重される。そして、挿入すべき光信号を波長多重されたＷＤＭ方式光信号は、後段光増幅部１０７内のＣＰＬ１８１へ射出される。
【０１６９】
このような固定波長型のＯＡＤＭにおいては、この光増幅装置３０４で分岐・挿入するチャネルは、この光増幅装置３０４を光通信システムに設置される際に、決定される。
（本発明と第４の実施形態との対応関係）
請求項１ないし請求項６、請求項８、および、請求項９に記載の発明と第４の実施形態との対応関係については、第１光増幅部は前段光増幅部１０１と前段光減衰部１０２と中段光増幅部１０３とからなる部分に対応し、光減衰部は後段光減衰部１０６に対応し、第２光増幅部は後段光増幅部１０７に対応し、制御部はＡＧＣ１２２、１６２とＡＬＣ１４３とＡＣＣ２６６とＬＯＧ１２３、１２４、１４４、１６０と減算器１２５、１２６と加算器１６１とAnti-ＬＯＧ １６３とからなる部分に対応する。
【０１７０】
特に、請求項９に記載の発明における第１光増幅部と第２の実施形態との対応関係については、第１光増幅器は前段光増幅部１０１に対応し、第２光増幅器は中段光増幅部１０３に対応し、光減衰器は前段光減衰部１０２に対応する。
（第４の実施形態の作用効果）
第４の実施形態の光増幅装置３０４を光通信システムの光中継局として設置する際に、光増幅装置３０４の入力側に接続される光伝送路から出力される光レベルに合わせて、入力光のモードおよびＳＷ１２７が設定される。
【０１７１】
例えば、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合は、インモード１が選択されるため、参照電圧Ｖref2は、インモード１用の参照電圧Ｖref2M1が設定される。そして、モニタ回路は、光レベルが−３０〜−２０（ｄＢｍ／チャネル）である場合に対応する抵抗器、例えば、抵抗器１２８が選択され、ＳＷ１２７は、ＰＤ１２１と抵抗器１２８とを接続するように切り替えられる。このため、ＡＧＣ１２２およびＬＯＧ１２４は、抵抗器１２８の端子間電圧が入力される。このとき、可変利得アンプ１３３の利得も、ＰＤ１２１から利得可変アンプ１３３の出力までの利得が一手になるように切り替えられる。
【０１７２】
インモード１と抵抗器１２８とに設定された光増幅装置３０４において、前段光増幅部１０１、前段光減衰部１０２および中段光増幅部１０３の作用効果は、第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。
そして、光増幅装置３０４の出力側に接続される光伝送路の種類に合わせて、出力光のモードがが設定される。
【０１７３】
例えば、光伝送路の種類がＮＺ−ＤＳＦである場合は、アウトモード１が選択されるため、ＡＴＴ２６４は、アウトモード１用の減衰量を持つ光減衰器が接続され、ＡＧＣ１９０は、後段光増幅部１０５の出力光レベルを４（ｄＢｍ／チャネル）になるように制御する。
後段光減衰部１０９に入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、第１の実施形態において説明したように中段光増幅部１０３からの出力光レベルがインモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＰＤ２６５からの出力と参照電圧Ｖref7との差がほぼ「零」であるので、ＡＣＣ２６６は、ＶＡＴ２６２に信号を出力しない。よって、ＶＡＴ２６２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
【０１７４】
そして、ＶＡＴ２６２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＯＡＤＭ２６３およびＡＴＴ２６４で、アウトモード１に対応する一定の減衰量で減衰するので、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、光増幅装置３０３に入射されるＷＤＭ方式光信号の入力光レベルに拘わらず、ほぼ一定に維持される。
【０１７５】
後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１８５は、アウトモード１に対応する利得で定利得制御される。後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、アウトモード１の光レベル４にほぼ一定に維持される。
【０１７６】
一方、この光増幅装置３０４を別の光中継局として設置する際に、入力光レベルは、上述と変わらないが、出力側に接続される光伝送路の種類がＳＭＦである場合は、アウトモード２が選択されるため、ＡＴＴ２６４は、アウトモード２用の減衰量を持つ光減衰器が接続され、抵抗値Ｒref1と抵抗値Ｒref2との比は、後段光増幅部１０５の出力光レベルを８（ｄＢｍ／チャネル）にする電圧値になるように設定される。
【０１７７】
後段光減衰部１０９において、入射されるＷＤＭ方式光信号の光レベルは、インモード１のままなので、インモード１に対応する第１目標値Ｔ1M1 に維持される。このため、ＶＡＴ２６２の減衰量は、インモード１用の一定の減衰量に維持され、ＷＤＭ方式光信号は、このインモード１用の減衰量で減衰される。
一方、ＶＡＴ２６２で減衰されたＷＤＭ方式委光信号は、ＯＡＤＭ２６３およびＡＴＴ２６４で、アウトモード２に対応する一定の減衰量で減衰する。
【０１７８】
そして、後段光増幅部１０５において、ＡＧＣ１９０は、ＰＤ１８７からの出力を基準としてＰＤ１８９からの出力との比に従う信号をＬＤ１８８に出力することによって、この比が所定値になるようにＥＤＦ１８５の利得を制御する。このため、ＥＤＦ１８５は、アウトモード２に対応する利得で定利得制御される。後段光増幅部１０５に入力されたＷＤＭ方式光信号は、所定の一定の利得で増幅される。そして、後段光増幅部１０５の入力光レベルは、ほぼ一定なので、後段光増幅部１０５の出力光レベル（光増幅装置３０１の出力光レベル）は、アウトモード２の光レベル８にほぼ一定に維持される。
【０１７９】
したがって、光増幅装置３０４は、このように光伝送路の種類に合わせて出力光レベルを設定することができるので、光伝送路内でＷＤＭ方式光信号に生じる非線形光学効果による著しい波形歪みを発生させない。
なお、ＡＴＴ２６４で調整する損失をＶＡＴ２６２の制御電圧にオフセットを与えて、ＶＡＴ２６２のみで実現してもよい。
【０１８０】
また、第４の実施形態においては、ＯＡＤＭに固定波長型のＯＡＤＭを使用したが、任意波長型のＯＡＤＭを使用してもよい。
（第５の実施形態の構成）
第５の実施形態は、請求項１１に記載の発明に対応する光通信システムの実施形態である。
【０１８１】
図１７は、第５の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図１７において、光通信システムは、複数ｍ波のＷＤＭ方式光信号を生成する光送信局４０１と、光送信局４０１から射出されたＷＤＭ方式光信号を伝送する光伝送路４０２と、伝送されたＷＤＭ方式光信号が入射され、ＷＤＭ方式光信号を受信・処理する光受信局４０４とから構成される。さらに、この光通信システムには、光伝送路４０２間において、光中継局４０３が接続される。なお、この光中継局４０３は、光伝送路１０２間に１個接続される場合に限らず、必要に応じて複数個が設けられる場合もある。
【０１８２】
光送信局４０１は、例えば、ＷＤＭ方式光信号の各チャネルの光信号を生成する複数ｍ個の光送信器（以下、「ＯＳ」と略記する。）４１１-1〜４１１-mと、これらＯＳ４１１-1〜４１１-mからの光信号を波長多重する光マルチプレクサ（以下、「ＭＵＸ」と略記する。）４１２と、このＭＵＸ４１２からのＷＤＭ方式光信号を増幅する光増幅装置４１３とを備えて構成される。ＯＳ１１１の個数は、ＷＤＭ方式光信号のチャネル数に合わせた個数である。後述される光受信器４１９の個数についても、同様である。
【０１８３】
さらに、ＯＳ４１１は、例えば、所定の波長でレーザ光を発振する半導体レーザと、レーザ光を送信すべき情報で変調するマッハツェンダ干渉型光変調器などの外部変調器とを備えて構成することができる。ＭＵＸ４１２としては、例えば、干渉フィルタの１つである誘電体多層膜フィルタやアレイ導波路格子形光合分波器などを利用することができる。
【０１８４】
光伝送路４０２は、光ファイバであり、１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバや１．５μ帯分散シフトファイバなどの各種の光ファイバを利用することができる。
受信装置４０４は、例えば、光増幅装置４１７と光デマルチプレクサ（以下、「ＤＥＭＵＸ」と略記する。）４１８と光受信器（以下、「ＯＲ」と略記する。）４１９-1〜４１９-16 とを備えて構成される。光伝送路４０２から光増幅装置４１７に入射されたＷＤＭ方式光信号は、増幅された後にＤＥＭＵＸ４１８へ射出され、ＤＥＭＵＸ４１８でチャネルごとの光信号に波長分離される。分離された各チャネルの光信号は、ホトダイオードや復調器などからなるＯＲ４１９-1〜４１９-mにそれぞれ入射され、受信・処理される。
【０１８５】
光中継局４０３は、光伝送路４０２における伝送損失を補う光増幅装置４１５を備える局や光伝送路４０２における伝送損失を補うとともに光伝送路４０２を伝送するＷＤＭ方式光信号からチャネルを分岐・挿入する光増幅装置４１６を備える局である。
これら光送信局４０１内の光増幅装置４１３、光受信局４０４内の光増幅装置４１７は、第１ないし第３の実施形態における光増幅装置３０１〜３０３のいずれかが使用され、光中継局４０３内の光増幅装置４１６は、第１ないし第４の実施形態における光増幅装置３０１〜３０４のいずれかが使用される。
【０１８６】
例えば、光増幅装置４１３は、第１の実施形態における光増幅装置３０１が使用され、光増幅装置４１７は、第２の実施形態における光増幅装置３０２が使用され、光増幅装置４１６-1は、第４の実施形態における光増幅装置３０４が使用され、光増幅装置４１５-1〜４１５-nは、第３の実施形態における光増幅装置３０３が使用される。光中継局４０３-1は、ＡＤＭ（add/drop multiplexer）機能を持った光中継局である。なお、光通信システムは、このようなＡＤＭ機能を持つ光中継局を複数個備えてもよい。
【０１８７】
（本発明と第５の実施形態との対応関係）
本発明と第５の実施形態との対応関係については、光送信局は光送信局４０１に対応し、光伝送路は光伝送路４０２に対応し、光受信局は光受信局４０４に対応し、光中継局は光中継局４０３に対応し、光増幅装置は光増幅装置４１３、４１５、４１６、４１７に対応する。
【０１８８】
（第５の実施形態の作用効果）
このような光通信システムでは、光送信局４０１に光増幅装置４１３を備えさせる場合に、光増幅装置４１３の入力光のモードをＭＵＸ４１２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１３の出力光のモードを光伝送路４０２-1の入力光レベルに合わせることができる。
【０１８９】
そして、光中継局４０３に光増幅装置４１５、４１６を備えさせる場合に、光増幅装置４１５、４１６の入力光のモードを入力側の光伝送路４０２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１５、４１６の出力光のモードを出力側の光伝送路４０２の入力光レベルに合わせることができる。
さらに、光受信局４０４に光増幅装置４１７を備えさせる場合に、光増幅装置４１７の入力光のモードを光伝送路４０２の出力光レベルに合わせることができ、且つ、光増幅装置４１７の出力光のモードをＤＥＭＵＸ４１８の入力光レベルに合わせることができる。
【０１９０】
したがって、このような光通信システムでは、ＳＭＦやＮＺ−ＤＳＦなどの様々な光伝送路４０２に対応することができる。そして、このため、既設の光伝送路を有効に活用することができる。さらに、このような光通信システムでは、光増幅装置４１３、４１５、４１６、４１７で生じる雑音指数の劣化が抑制されるから、より長距離伝送が可能であり、光中継局の個数を減らすことができる。
【０１９１】
なお、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、ＷＤＭ方式光信号は、Ｃ−ｂａｎｄの波長帯域に設定されたが、これに限定するものではない。本発明は、いずれの波長帯域に設定されても適用することができる。そして、ＷＤＭ方式光信号を増幅するＥＤＦは、ＷＤＭ方式光信号の波長帯域に応じて適宜選択される。例えば、ＷＤＭ方式光信号がＬ−ｂａｎｄの波長帯域（１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ）に設定された場合においては、Ｌ−ｂａｎｄの波長帯域を増幅するゲインシフトエルビウム添加光ファイバを利用することができる。ＷＤＭ方式光信号がＳ+−ｂａｎｄの波長帯域（１４５０〜１４９０ｎｍ）に設定された場合においては、Ｓ+−ｂａｎｄの波長帯域を増幅するツリウム添加光ファイバ（thulium-doped fiber amplifier ）を利用することができる。また、励起光源であるＬＤの発振波長も、適宜選択される。
【０１９２】
また、第１の実施形態において、後段光減衰部１０４の減衰量は、光増幅装置３０１を設置する際に入力光のモードに合わせてＡＴＴ１７１を差し替えるようにしたが、第２の実施形態における後段光減衰部１０６のように、ＡＴＴ１７１の代わりにＶＡＴを用いて減衰量を変更するようにしてもよい。そして、逆に、第２の実施形態において、後段光減衰部１０６の減衰量は、ＶＡＴ１７３の代わりにＡＴＴを用いて、第１の実施形態のように光増幅装置３０２を設置する際に入力光のモードに合わせてＡＴＴを差し替えるようにしてもよい。
【０１９３】
さらに、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、後段光減衰部１０４、１０６、１０８、１０９の減衰量の調整は、半固定光減衰器を用いて光増幅装置３０１、３０２、３０３、３０４を設置する際に入力光のモードに合わせてこの半固定光減衰器の減衰量を調整するようにしてもよい。また、ＶＡＴ単体に所定の電圧を加えて、減衰量を調整してもよい。
【０１９４】
また、第１の実施形態ないし第４の実施形態において、中段光増幅部１０３の出力光レベルは、光増幅装置３０１、３０２、３０３、３０４を設置する際に入力光のモードに合わせて参照電圧Ｖref2を変更するようにしたが、各入力光のモードに対応して参照電圧Ｖref2を予め用意し、この用意された参照電圧Ｖref2を前段光増幅部１０１の入力光レベルを検出することによって切り替える制御回路を備えるようにしてもよい。このような光増幅装置は、この制御回路によって自動的に入力光のモードを切り替えることができる。
【０１９５】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項１０に記載の発明では、１個の光増幅装置で、雑音指数の劣化を伴うことなくより入力ダイナミックレンジを拡大することができる。
特に、請求項４ないし請求項１０に記載の発明では、１個の光増幅装置で、上述の効果に加えて、出力端開放機能を損なうことなく、多種類の光ファイバに接続することができる。
【０１９６】
そして、請求項１１に記載の発明では、様々な種類の光伝送路に対応することができる。そして、このため、既設の光伝送路を有効に活用することができる。さらに、より長距離伝送が可能であり、光中継局の個数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のレベルダイヤを示す図である。
【図３】本発明のレベルダイヤを示す図である。
【図４】第１の実施形態ないし第４の実施形態における光増幅装置の全体構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態ないし第４の実施形態における、前段光増幅部、前段光減衰部および中段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】第１の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤを示す図である。
【図９】先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】入力光レベルと雑音指数との関係において、第１の実施形態の光増幅装置の場合と先行する技術の光増幅装置の場合との対比を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１３】第３の実施形態の光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】先行する技術にかかる光増幅装置におけるレベルダイヤのシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】第４の実施形態における、後段光減衰部および後段光増幅部の詳細構成を示す図である。
【図１６】第４の実施形態の後段光減衰部におけるＯＡＤＭの構成例を示す図である。
【図１７】第５の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図１８】先行する光増幅装置の構成とレベルダイヤを示す図である。
【図１９】光増幅器の利得と利得波長特性との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０１〜３０４、４１３、４１５、４１７ 光増幅装置
１１ 第１光増幅部
１２ 光減衰部
１３ 第２光増幅部
２１ 第１光増幅器
２２ 光減衰器
２３ 第２光増幅器
１０１ 前段光増幅部
１０２ 前段光減衰部
１０３ 中段光増幅部
１０４、１０６、１０８、１０９ 後段光減衰部
１０５、１０７ 後段光増幅部
１１４、１５５、１８５、２１４、２２３ エルビウム添加光ファイバ
１２１、２５５ ホトダイオード
１２２、１６２、１９０、２３２、２４０ 自動利得制御回路
１２３、１２４、１４４、１６０、２３３、２３４、２３８ 対数変換回路
１２５、１２６、２３５、２３６ 減算器
１２７ スイッチ
１２８、１２９、１３０、１３１、２０１、２０２ 抵抗器
１４３、２２８ 自動出力制御回路
１６１、２３９ 加算器
１６３、２４１ 逆対数変換回路
１７１、２５４、２６４ 光減衰器
１７３、２１８、２５２、２６２ 光可変減衰器
１７５、２５６、２６６ 減衰量制御回路
２５３ 分散補償ファイバ
２６３ 光分岐・挿入装置
４０１ 光送信局
４０３ 光中継局
４０４ 光受信局
Claims (11)
- 入力光レベルが所定値になると出力光目標値を変える第一光増幅部と、該第一光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、該光減衰部の出力光を増幅する第二光増幅部と、該光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、該制御部は、入力光の光レベルを所定の範囲ごとに区切り、その区切った範囲ごとに対応して該第一光増幅部の出力光目標値を設け、その目標値に応じて光減衰部の減衰率を定めることを特徴とする光増幅装置。
- 該入力光の所定値は、該入力光の光レベルを所定の範囲ごとに区切った複数の値であって、該区切った値ごとに対応して該第１光増幅部の出力光目標値をそれぞれ設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。 - 該光減衰部の出力光は、該第１光増幅部の出力光目標値に関係無く一定値と成ること
を特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。 - 該第２光増幅部は、該光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅するものであって、
該制御部は、該第２光増幅部の該出力光目標値を変更する場合は該第１光増幅部の出力光目標値と変更後の該第１光増幅部の出力光目標値との差分と、該第２光増幅部の出力光目標値と変更後の該第２光増幅部の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて該光減衰部の減衰量を変化させること
を特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。 - 第１光増幅部と、
該第１光増幅部の出力光を減衰させる光減衰部と、
該光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅する第２光増幅部と、
該光減衰部の減衰量を変化させる制御部とを備え、
該制御部は、該第２光増幅部の出力光目標値を変更する場合に該第２光増幅部の出力光目標値と変更後の該第２光増幅部の出力光目標値との差分に応じて該光減衰部の減衰量を変化させること
を特徴とする光増幅装置。 - 該第２光増幅部は、該光減衰部の出力光を所定の出力光目標値まで増幅するものであって、
該制御部は、該第２光増幅部の該出力光目標値を変更する場合は該第１光増幅部の出力光目標値と変更後の該第１光増幅部の出力光目標値との差分と、該第２光増幅部の出力光目標値と変更後の該第２光増幅部の出力光目標値との差分と、を合わせた値に応じて該光減衰部の減衰量を変化させること
を特徴とする請求項２に記載の光増幅装置。 - 請求項１または請求項６に記載の該第１光増幅部に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、
該第２光増幅部の出力光は、該光信号内の特定波長の出力光レベルが一定値になるようにすること
を特徴とする光増幅装置。 - 請求項１または請求項６に記載の該第１光増幅部に入力される入力光は、波長多重された光信号であって、
該第２光増幅部の出力光は、利得が一定に成るようにすること
を特徴とする光増幅装置。 - 請求項１または請求項５に記載の該第１光増幅部は、
受光した光を増幅する第１光増幅器および第２光増幅器と、
該第１光増幅器と該第２光増幅器との間に接続された減衰器と、
該第１光増幅器の利得と該第２光増幅器の利得との和および該第２光増幅器の出力光レベルが一定に成るように該光減衰器の減衰量を調整する制御器とを備えること
を特徴とする光増幅装置。 - 請求項７に記載の該第１光増幅部および該第２光増幅部は、
受光した光を増幅する第１光増幅器および第２光増幅器と、
該第１光増幅器と該第２光増幅器との間に接続された減衰器と、
該第１光増幅器の利得と該第２光増幅器の利得との和および該第２光増幅器の出力光レベルが一定に成るように該光減衰器の減衰量を調整する制御器とを備えること
を特徴とする光増幅装置。 - 光送信局と、該光送信局からの光信号を伝送する光伝送路と、該光伝送路を伝送した光信号を受信する光受信局と、該光伝送路に接続される少なくとも１つ以上の光中継局とを備える光通信システムにおいて、
該光送信局、該光受信局および該光中継局の少なくとも１つに請求項１または請求項６に記載の光増幅装置を備えること
を特徴とする光通信システム。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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