JP4616668B2 - ハイブリッド光増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ通信システムに用いられる、光ファイバ増幅器に関するものである。

近年の高度情報化から、大容量の情報を高速に伝送できる通信システムが望まれており、高速で大容量な通信網を構築する伝送媒体として光ファイバを用いた光ファイバ通信システムが注目されている。このようなシステムでは、信号光を用いて情報を伝達するため、ネットワークの大規模化、長距離化を実現するために、信号光の減衰などに対する様々な工夫がなされている。

このような工夫の一例として、上記光ファイバ通信システムでは、適当な伝送距離ごとに光ファイバ増幅器を挿入することで、光ファイバ中を伝送して減衰した光信号を増幅することにより長距離伝送を可能としている。誘導放出を利用した光ファイバ増幅器は、増幅帯域内で波長の異なる複数の信号光を同時一括増幅できることから、これらを用いた波長多重（ＷＤＭ：Wavelength division multiplexing）光伝送方式が利用されている。また、ＷＤＭ光伝送方式をベースとしたフォトニックネットワークも盛んに研究されている。

一般に光増幅器をＷＤＭ伝送に適用する場合、波長の異なる複数の信号が、ほぼ均一なパワーで増幅され出力されるよう、光増幅器の利得スペクトルは平坦であることが望ましい。光増幅器の利得スペクトルの逆特性を有する利得等化器を併用し、平坦な利得スペクトルを実現するのが一般的である。

しかしながら、光増幅器では一般に信号入力状態が変化すると、利得スペクトルが変化してしまう。ある入力信号パワー条件で利得平坦を実現しても、光ファイバのスパン損失が経時変化したり、ＷＤＭチャネル数が変化することで、増幅器への入力パワーが変化することがある。この変化により、チャネル間のチャネル間出力のばらついたＷＤＭ信号が出力されることになる。この結果、出力パワーの高いチャネルは、後続の光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果で劣化する。一方、出力パワーの低いチャネルは、次段の光増幅器において光信号雑音比を劣化させる原因となる。これらの必要以上の信号劣化を抑えるために、光増幅器は入力パワー変動に対し利得スペクトルを一定に保つ必要がある。

利得スペクトルを一定制御する方法として、光増幅器においては利得一定制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）する方法が広く用いられている（非特許文献１参照）。例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-doped fiber amplifier）について考えると、ＥＤＦＡの利得スペクトルは、ＥＤＦＡ中のエルビウムのイオン密度をＮ_ｔｏｔ、このうち増幅始準位状態のエルビウムイオン密度をＮ_２、増幅終準位状態のエルビウムイオン密度をＮ_１とすると（Ｎ_ｔｏｔ＝Ｎ_２＋Ｎ_１）、次の式で表される。

ここで、Ｌはエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）の長さ、ｇ^＊（λ）は単位長さあたりの完全反転分布状態での利得、α（λ）は単位長さあたりの吸収を表している。ｇ，α，Ｌは励起光パワーや入力信号のパワーに依存せず一定である。Ｎ_２のみが励起光パワーと信号光入力パワーに依存する値であり、式（１）から分かるように、Ｎ_２の値によってＥＤＦＡの利得スペクトルＧ（λ）は一意に決定する。Ｎ_２は、励起光パワーなどを変化させることで、一定となるように制御することが可能であり、これによりＡＧＣ制御すれば、利得スペクトルを一定に制御することができる。ファイバラマン増幅器、光ファイバパラメトリック増幅器、半導体増幅器などについても、ＥＤＦＡと同様、ＡＧＣ制御により、光スペクトルを一定に制御することが可能である。

通常、光増幅器でＡＧＣ制御する際には、増幅器の信号の総入力と総出力をモニタし、それを用いて利得＝（信号の総出力／信号の総入力）を計算する。その上で、それが一定となるように、増幅器の励起手段にフィードバック制御するのが一般的である。これにより光増幅器の入力信号パワーについて信号波長やチャネル数が変化しても、利得スペクトルを一定に制御できる。

さて、光増幅器としては、複数の光増幅器を直列接続するハイブリッド光増幅器がある。具体的にこれまで報告されたハイブリッド光増幅器の例としては、ファイバラマンアンプ（ＦＲＡ：Fiber Raman amplifier)とＥＤＦＡ（非特許文献２参照）、ＦＲＡとツリウム添加光ファイバアンプ（ＴＤＦＡ：Thulium doped fiber amplifier)（非特許文献３参照）、ＴＤＦＡとＥＤＦＡ（非特許文献４参照）、ＦＲＡと光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ：Optical fiber parametric amplifier)（非特許文献５参照） などの光増幅ユニットを組み合わせたハイブリッド光増幅器などが報告されているが、このほかにも半導体増幅器（ＳＯＡ：Semi-conductor optical amplifier) 、ＦＲＡ、ＴＤＦＡ、ＥＤＦＡ、ＯＰＡなどを含めた任意の２組以上の光増幅ユニットの組合せが考えられる。

これらのハイブリッド光増幅器において、利得制御を困難としているのは、構成する光増幅ユニットそれぞれが利得等化されていないという点である。図１には、ＴＤＦＡ光増幅ユニットとＥＤＦＡ光増幅ユニットの直列接続によるハイブリッド光増幅の利得スペクトルの例を示す。これら増幅ユニットを直列接続することで、ＴＤＦＡで大きな利得が得られる。１４６０−１４９０ｎｍ、ＥＤＦＡで大きな利得が得られる１５２０−１５６０ｎｍに加えて、その中間領域である１４９０−１５２０ｎｍにおいてもＴＤＦＡとＥＤＦＡの相互の利得を掛け合わせることで、比較的高い利得が得られることが分かる。光増幅器はこの中間領域も含めて全体を利得等化する必要があり、各光増幅ユニットでの利得等化は行わないのが妥当である。

Emmanuel Desurvier著、"ERBIUM−DOPED FIBER AMPLIFIERS Principles and Applications" Wiley-Interscience Publication H. Masuda, "Review of wideband hybrid amplifiers", Proc. OFC2000, Paper TuA1, 2000 H. Masuda, S. Aozawa and M. Shimizu, "Ultra-wide-band hybrid amplifier consisting of two dispersion-compensating fibers for Raman amplification and thulium-doped fiber" Electron Letter. Vol. 38 No.11 pp. 500-502, 2002 T.Sakmoto,et al, "High-gain hybrid amplifier consisting of cascaded fluoride-based TDFA and silica-based EDFA in 1458-1540 nm wavelength region" ,ELECTRONIC LETTERS 3rd 37,No.7,2003 Min-Chem Ho et, al, "200-nm-bandwidth fiber optical amplifier combining parametric and Raman gain"J. Lightwave Technol, Vol. 19, No.7, pp977-981, 2001 M.Fukui et al, "1580nm band all-optical ADM node prototype equipped with fast automatic level control" in Proc. 24tg European conference on optical communication(ECOC'98), pp 571-572, 1998 J.F.Massicott et al, "1480nm pumped crbium-doped fiber amplifier with automatic gain control" Electronics Letters, Vol.30, No.12 pp 962-964, 1994

しかしながら、全く利得スペクトルの異なる２つ以上の光増幅ユニットを直列接続した場合、それらユニットの利得は、お互い独立であり、かつ入力信号パワーや入力信号波長、入力信号チャネル数、励起光パワーの変動に対して、利得スペクトルが別々の挙動をふるまう。

そこで、全体の利得スペクトルを一定制御するためには、個々の光増幅器ユニット（アンプ）の利得スペクトルが一定、すなわち、利得スペクトルが上記変動によって変化しないようにしなくてはならない。広く一般に用いられている、光増幅器の入力パワーと出力パワーをモニタして全体の利得の誤差信号を算出し、該誤差信号により全体の利得を一定にするような制御方法をハイブリッド光増幅器に適用する場合、全体の利得は一定としても、個々の光増幅ユニットの利得配分がずれてしまい、利得スペクトルが一定とならない可能性がある。

また、光増幅器の増幅媒体の励起手段の変化（励起パワーの変化等）に対する個々の利得スペクトルの変化は、光増幅ユニット毎にばらばらである。このため、全体の利得の誤差信号一つを用いて、各光増幅ユニットの励起手段にフィードバックする方法では、上記ばらばらのスペクトル変化を一つの誤差信号で対応しなければならず、各励起手段を動かす動かし方が複雑となってしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、利得スペクトルが異なり、かつそれぞれが必ずしも平坦ではない２種類以上の光増幅ユニットを直列接続するハイブリッド光増幅器の利得スペクトルを精度良く制御することが可能なハイブリッド光増幅器を提供することにある。

請求項１記載の発明は、入力された光を増幅する光増幅用媒体および該光増幅用媒体を励起する励起手段を有する光増幅ユニットをｎ（ｎ≧２）ユニット備え、該ｎユニットの光増幅ユニットの光増幅用媒体は合計で２種類以上であり、かつ前記ｎユニットの光増幅ユニットはそれぞれ直列の接続されたハイブリッド光増幅器において、前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち（ｎ−ｍ）ユニット（ｎ＞ｍ≧１）の光増幅ユニットの利得スペクトルを個々に一定となるように制御し、かつ該制御を行わない残りのｍ個の光増幅ユニットに対して前記ハイブリッド光増幅器の全体の利得スペクトルが一定となるように制御する利得制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ｍ＝１であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち少なくとも１つの光増幅ユニットの前記光増幅用媒体に対する励起光の入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出し、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出された、入力パワーに関連する入力電気信号および出力パワーに関連する出力電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する検出手段と、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された、入力電気信号と出力電気信号とにより、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に前記励起光の損失を計算し、該損失に関連する損失電気信号を前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する励起光損失算出手段と、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された損失電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出する抽出手段と、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出された誤差信号の各々に対して対応する光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段とを含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、入力された、信号光と制御用チャネルとを合波する合波手段をさらに備え、前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの前記光増幅用媒体に対する前記制御用チャネルの入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出し、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出された、入力パワーに関連する入力電気信号および出力パワーに関連する出力電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する検出手段と、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された、入力電気信号と出力電気信号とにより、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に前記制御用チャネルの利得を計算し、該利得に関連する利得電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する利得算出手段と、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された利得電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出する抽出手段と、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出された誤差信号の各々に対して対応する光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段とを含むことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記利得制御手段は、前記ハイブリッド光増幅器に対する信号光の入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ検出し、該入力パワーに関連する入力電気信号および前記出力パワーに関連する出力電気信号を出力する検出手段と、前記入力電気信号と前記出力電気信号とにより、前記信号光の利得を計算し、該利得に関連する利得電気信号を出力する利得算出手段と、該利得電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を抽出する抽出手段と、前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち少なくとも１つの光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段とを有する制御手段を含むことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記利得算出手段は、前記検出手段にて実測したハイブリッド光増幅器の出力パワーから所定の定数を引き算したものに関連する電気信号と前記入力電気信号とにより前記利得を計算することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行うことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は希土類添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記希土類添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はエルビウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、エルビウム添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記光ファイバに対する励起光を励起し、該励起光により誘導ラマン散乱を発生させて光増幅を行うことを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記光ファイバに対する励起光を励起し、該励起光によりパラメトリック増幅を行うことを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は半導体アンプあり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記半導体アンプに対する励起光を励起するか、または前記半導体アンプに電流注入することを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光のうち、第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射することを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように前記第１の励起光を制御し、前記誤差信号によらず前記第２の励起光を一定に制御することを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の発明において、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように、前記第１の励起光および前記第２の励起光を制御することを特徴とする。
請求項１７記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の発明において、前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行い、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように前記第１の励起光を制御し、前記誤差信号によらず前記第２の励起光を一定に制御することを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の発明において、前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行い、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように、前記第１の励起光および前記第２の励起光を制御することを特徴とする。

請求項１９記載の発明は、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記第２の励起光を信号光の進行方向と反対方向から前記増幅用媒体に入力することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、利得スペクトルが異なり、それらは利得等化されていない、２つ以上の光増幅ユニットを直列接続したハイブリッド光増幅器において、増幅器への入力信号のパワーや波長やチャネル数が変化した場合にも、比較的単純な構成やアルゴリズムで、良好に利得スペクトルを一定に制御することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の一実施形態は、ハイブリッド光増幅器を構成する、それぞれ直列に接続された複数の光増幅ユニットにおいて、すべての光増幅ユニットの利得スペクトルを個々に一定となるように制御することを特徴とする。全体の利得スペクトルを一定となるように制御するためには、ハイブリッド光増幅器を構成する、個々の光増幅ユニットの利得を一定にする必要がある。そのため、従来のように、増幅器全体の利得をモニタし、それが一定となるよう制御するのではなく、各光増幅ユニットの利得スペクトルが一定となるよう制御するのである。

本明細書において、「全体の利得スペクトル」とは、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトルのことを指す。すなわち、ハイブリッド光増幅器を構成するそれぞれの光増幅ユニットの利得を足し合わせたスペクトルを指す。

また、本明細書において、「光増幅器の利得スペクトルを個々に一定にする」とは、ハイブリッド光増幅器を構成する光増幅器（光増幅ユニット）それぞれの利得スペクトルを、光増幅器への入力信号のパワー、入力信号の波長やチャネル数の変化に依らず、一定にすることを指す。

このように、光増幅ユニットごとにフィードバック制御系が独立しているため、お互いが干渉しないと言う利点がある。ただし、上述の構成では、ハイブリッド光増幅器全体の利得については制御していない。

そこで、ハイブリッド増幅器の全体の利得を制御するようにしても良い。この制御により、各光増幅ユニット間に大きな光損失が生じた場合であっても、所望の全体利得を得ることができる。ここで、ハイブリッド光増幅器の全体の利得を制御しなければ、所望の全体の利得を得ることができない、というわけではない。すなわち、ハイブリッド光増幅器の全体の利得を制御しなくても、所望の全体利得を得ることができる。

本発明の一実施形態では、ハイブリッド光増幅器の全体の利得を制御するために、ハイブリッド光増幅器を構成する、それぞれ直列に接続されたｎ個（ｎ≧２）の光増幅ユニットのうち、入力側から１番目〜（ｎ−１）番目の光増幅ユニットを、利得スペクトルが個々で一定となるように制御した上で、全体の利得スペクトルが一定となるように残り１ユニットを制御するようにすればよい。全体の利得スペクトルを一定に制御するためには、個々の光増幅ユニットの利得スペクトルが一定となる必要がある。従来の、光増幅器の入出力パワーをモニタして、算出した利得を一定とする制御に加えて、（ｎ−１）台分の光増幅ユニットを利得スペクトルが個々に一定となるよう制御する。

また、別の実施形態では、ハイブリッド光増幅器を構成する、それぞれ直列に接続されたｎ個の光増幅ユニットのうち、入力側から１番目〜（ｎ−ｍ）（ｎ＞ｍ≧１）番目の光増幅ユニットを、利得スペクトルが個々で一定となるように制御した上で、全体の利得が一定となるように残りのｍユニットを制御する。全体の利得スペクトルを一定に制御するためには、個々の光増幅ユニットの利得スペクトルが一定となる必要がある。従来の、光増幅器の入出力パワーをモニタして、算出した利得を一定とする制御に加えて、（ｎ−ｍ）台分の光増幅ユニットの利得スペクトルが個々に一定となるよう制御する。ただしこの方法が有効なのは、ｍ台の同じ種類の光増幅ユニットが存在する場合である。

このようなハイブリッド光増幅器全体の利得をモニタしてそれを用いて制御する場合、出力に増幅された自然放出光（ＡＳＥ：Amplified spontaneous emission）が増幅された信号と共に出力され、制御誤差の原因となる場合がある。特にハイブリッド光増幅器においては増幅帯域が広い場合が多く、ＡＳＥ光による制御誤差は、通常の光増幅器の場合よりさらに顕著である。利得が一定の場合に、ＡＳＥ光パワーは定数となることが多いため、このＡＳＥパワー分を出力から引き算し、利得＝（増幅器出力−ＡＳＥパワーに相当する定数）／増幅器入力、により計算すると、制御精度をさらに上昇させることができる。

また、ハイブリッド光増幅器の全体利得をモニタし、制御すると、ある程度の利得偏差は出るかも知れないが、内部損失増加に対して出力が落ちない制御を実現することができる。ただし、このとき、励起手段へのフィードバック制御のループが２重になっているため、さらに安定動作させるために、それぞれの制御時定数を大幅に変えることが望ましい。もしくは片方のループが動作しているときにはもう片方のループの制御を止める、などの工夫を行えば良い。

さて、本発明の一実施形態では、構成する一部もしくは全ての光増幅ユニットの利得を、ユニット毎に利得制御している。このとき、光増幅ユニットの利得スペクトルは、必ずしも利得等化されていなくても良い。すなわち、利得スペクトルを利得等化する制御を行う必要がない。

しかしながら、従来のハイブリッド光増幅器では、各光増幅ユニットの利得スペクトルは利得等化されていなければならない。すなわち、入力パワーと出力パワーとをモニタして利得を計算し、それが一定となるように励起手段を制御する、従来のシングルユニットをハイブリッド光増幅器に適用するには各ユニットについて上述の利得等化を行わなければならない。さらに、上述のシングルユニットをハイブリッド光増幅器に適用すると、ＷＤＭ信号のチャネル数変動や、信号波長変動が起こった場合に利得スペクトルを一定に制御するのは困難となる。

本発明の一実施形態では、各光増幅ユニット毎に利得スペクトルについて利得等化を必ずしも必要とせず、上記困難を解消し、利得スペクトルを精度良く制御することができる。

本発明の一実施形態において、ハイブリッド光増幅器を構成する光増幅ユニット毎に利得スペクトルを制御する方法としては、（１）光増幅ユニットの増幅媒体中の励起光の損失を一定に制御する方法、（２）利得制御用チャネルを設置し、各光増幅ユニットでその利得制御用チャネルにおける利得をモニタし、それが一定となるように制御する方法、（３）光増幅ユニット内で増幅媒体を用いたレーザキャビティを作成し、レーザ発振を起こして利得を一定とする方法などを行えば良い。

光増幅ユニットの光増幅媒体としては、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ：Erbium-doped fiber）、ツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ：thulium-doped fiber)などの希土類添加光ファイバ、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用光ファイバ、半導体アンプ用増幅部などを用いることが出来る。

なお、光増幅ユニットにツリウム添加光ファイバを用いる場合、２種類の波長の異なる励起光を用いると制御精度が良くなる。この場合、第１の励起光として波長が１４２０±１００ｎｍ、１０５０±７０ｎｍ、などの励起光が、第２の励起光の波長として、１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍの励起光を用いることが可能である。第２の励起光は、パワーを一定として入力したり、その損失が一定となるように制御したりすることで制御精度が上昇する。さらに、第２の励起光は信号の進行方向と反対方向から入力すると、制御精度が上昇する。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは言うまでもない。

（第１の実施例）
図２は、本発明の第１の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図２において、ハイブリッド光増幅器２０は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット２１−１〜２１−ｎを備え、それらは、入力側（図２の左側）から光増幅ユニット２１−１、２１−２・・・２１−ｎの順番で出力側（図２の右側）へと直列に、光ファイバ等の光導波手段を介して光学的に接続されている（単に、「光学的に接続する」とも呼ぶ）。

光増幅ユニット２１−１は、入力された光を増幅する手段としての増幅媒体２２−１、分岐器２３、２４、増幅媒体への励起光をモニタする手段としての検出器２５、増幅媒体２１−１を励起する手段としての励起光源２６−１、増幅媒体からの励起光出力パワーをモニタする手段としての検出器２７、電気制御回路２８を備えている。なお、分岐器２３は、入力された光のうち励起光源２６−１から発振された励起光のみを一方の出力端から出力し、残りの光を他方の出力端から出力する機能を有する。電気制御回路２８は、誤差信号抽出手段２９、記憶手段３０、および損失計算手段３１を備えている。

なお、本実施例において、分岐器２３は、入力された光のうち励起光源２６−１から発振された励起光のみを所定の割合で一方の出力端から出力し、残りの光を他方の出力端から出力する機能を有するようにしても良い。このときは、励起光源２６−１の励起光の波長をカットするフィルタを分岐器２３と増幅媒体２２−２との間に設ければよい。

光増幅ユニット２１−１では、増幅媒体２２−１の入力側には、信号光を発生する光源（不図示）が光学的に接続されており、出力側には、分岐器２３が光学的に接続されている。分岐器２３の一方の出力端には、検出器２７が光学的に接続されており、この一方の出力端から励起光源２６−１からの励起光を出力する。また、分岐器２３の他方の出力端には、光増幅ユニット２１−１の後段のユニットである光増幅ユニット２２−２の増幅媒体２２−２が光学的に接続されている。また、分岐器２４の入力端には励起光源２６−１が光学的に接続されており、一方の出力端には検出器２５が光学的に接続されている。この分岐器２４は、他方の出力端から励起光源２６−１から入射された励起光を増幅媒体２２−１に適切に入射できるように配置されている。

検出器２５および検出器２７の出力端には、励起光の損失を計算して出力する手段としての損失計算手段３１が、導線等を介して電気的に接続されている（単に、「電気的に接続する」とも呼ぶ）。損失計算手段３１は、計算された励起光の損失と予め設定された目標値との誤差を抽出し、該誤差信号を出力する誤差信号抽出手段２９に電気的に接続されている。誤差信号抽出手段２９は、予め設定された目標値に関連する目標値情報を記憶する記憶手段３０に電気的に接続されている。なお、上記目標値は、所定の利得値に相当する励起光損失量となるように設定される。このような構成の電気制御回路２８は、励起光源２６−１に電気的に接続されている。

光増幅ユニット２１−２〜２１−ｎについても、上述した光増幅ユニット２２と同様の構成要素を備えている。ただし、各ユニットの増幅媒体２２−１〜２２−ｎについては、全体で２種類以上の増幅媒体を用いるようにする。また、各光増幅ユニットの励起光源は、対応する増幅媒体に応じて選択される。また、各光増幅ユニットの分岐器２３は、そのユニットの励起光源からの励起光を選択的に分岐するように設定される。

本実施例では、上述の構成により、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネルなど）が変化しても、増幅器への励起光の損失を一定に制御することにより、利得スペクトルを制御することが可能である。電気制御回路は、上述の誤差に関連する誤差信号が零となるように増幅媒体２２−１の励起光パワーを制御する。すなわち、励起光源２６−１からの励起光パワーについて、励起光の損失が増加した場合は励起光パワーを上昇させ、励起光の損失が減少した場合には励起光パワーを下降させるように制御を行う。

増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバ、光励起用半導体アンプなどが用いられる。励起光源には、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源を用いる。

以下、本実施例に係るハイブリッド光増幅器の動作を説明する。
信号光が光増幅ユニット２２−１に入力されると、励起光源２６−１からの励起光は、分岐器２４を介して増幅媒体２２−１に入射する。よって、信号光は増幅媒体２２−１に入射すると増幅され、励起光と共に出射される。このとき、励起光は、分岐手段２４によって検出器２５にも入射される。このようにして、増幅媒体２２−１に入射される励起光のパワーはモニタされる。

また、増幅媒体２２−１から出射された信号光と励起光とは、分岐器２３に入射され、分岐器２３により、励起光は検出器２７に出射される。このようにして、増幅媒体２２−１から出射された励起光のパワーはモニタされる。検出部２５、２７ではそれぞれ、モニタ結果を基にそれぞれの出力値に関連する電気信号を損失計算手段３１に送る。

損失計算手段３１は、検出器２５、２７から出力された電気信号により、励起光の損失を計算し、該損失に関連する損失信号を誤差信号抽出手段２９へと出力する。誤差信号抽出手段２９は、記憶手段３０に記憶された目標情報に関連する目標信号と、計算された励起光の損失信号とを比較して誤差信号を抽出し出力する。電気制御回路２８は、出力された誤差信号が零となるように励起光源２６−１を制御する。誤差信号＝損失信号−目標信号と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光パワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光パワーを下降させる方向に制御する。

一方、信号光は分岐器２３にて後段の光増幅ユニット２２−２へと入力される。光増幅ユニット２２−２〜２２−ｎでは上述の光増幅ユニット２２−１と同様な動作が行われる。

このようにして、ハイブリッド光増幅器２０を構成する各光増幅ユニット２１−１〜２１−ｎのそれぞれの利得スペクトルを個々に一定にすることができる。

（第２の実施例）
図３は、本発明の第２の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図３において、ハイブリッド光増幅器３０は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット３３−１〜３３−ｎを備え、それらは、入力側（図３の左側）から光増幅ユニット３３−１、３３−２・・・３３−ｎの順番で出力側（図３の右側）へと直列に、光学的に接続されている。

光増幅ユニット３３−１は、増幅媒体２２−１、検出器２５、励起光源２６−１、検出器２７、分岐器３５、電気制御回路３７を備えている。なお、分岐器３５は、入力された光のうち、制御用チャネルのみを所定の割合で一方の出力端から出力し、残りの光を他方の出力端から出力する機能を有する。電気制御回路３７は、誤差信号抽出手段３８、記憶手段３９、および利得計算手段４０を備えている。

光増幅ユニット３３−１では、分岐器３５の入力側には、ＷＤＭカプラ３４が光学的に接続されており、ＷＤＭカプラ３４の一方の入力端には、信号光を発生する光源（不図示）が光学的に接続され、他方の入力端には、制御用チャネル３６が設けられている。分岐器３５の一方の出力端には、検出器２５が光学的に接続されており、この一方の出力端から制御用チャネルを出力する。また、分岐器３５の他方の出力端には、増幅媒体２２−１が光学的に接続されている。増幅媒体２２−１の出力側には、分岐器３５が光学的に接続されている。分岐器３５の一方の出力端には、検出器２７が光学的に接続されており、この一方の出力端から励起光源２６−１からの制御用チャネルを出力する。また、分岐器３５の他方の出力端には、光増幅ユニット３３−１の後段のユニットである光増幅ユニット３３−２の分岐器３５が光学的に接続されている。励起光源２６−１は、増幅媒体２２−１に適切に励起光を入射できるように配置されている。

検出器２５および検出器２７の出力端には、制御用チャネルの利得を計算して出力する手段としての利得計算手段４０が電気的に接続されている。利得計算手段４０は、計算された制御用チャネルの利得と予め設定された目標値との誤差を抽出し、該誤差信号を出力する誤差信号抽出手段３８に電気的に接続されている。誤差信号抽出手段３８は、予め設定された目標値に関連する目標値情報を記憶する記憶手段３９に電気的に接続されている。なお、上記目標値は、所定の利得値となるように設定される。このような構成の電気制御回路３７は、励起光源２６−１に電気的に接続されている。

光増幅ユニット３３−２〜３３−ｎについても、上述した光増幅ユニット３３−１と同様の構成要素を備えている。ただし、各ユニットの増幅媒体３３−１〜３３−ｎについては、全体で２種類以上の増幅媒体を用いるようにする。また、各光増幅ユニットの励起光源は、対応する増幅媒体に応じて選択される。

本実施例では、上述の構成により、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネルなど）が変化しても、制御用チャネルの利得が一定となるように励起光源を制御することにより、利得スペクトルを制御することが可能である（非特許文献６参照）。電気制御回路３７は、上述の誤差に関する誤差信号が零となるように増幅媒体２２−１の励起光パワーを制御する。すなわち、励起光源２６−１からの励起光パワーについて、制御用チャネルの利得が減少した場合は励起光パワーを上昇させ、減少した場合には励起光パワーを下降させるように制御を行う。

増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバなどが用いられる。励起手段としては、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源が用いられる。増幅媒体として半導体光増幅器（半導体アンプ）も用いることができ、その場合励起手段としては、電流注入による励起および光励起などが可能である。

以下、本実施例に係るハイブリッド光増幅器の動作を説明する。
信号光がハイブリッド光増幅器３２に入力されると、信号光および制御用チャネルはＷＤＭカプラ３４にて合波され、該合波光は分岐器３５に入射する。このとき、励起光源２６−１からの励起光は増幅媒体２２−１に入射する。分岐器３５では、合波光のうち制御用チャネルのみ所定の割合で検出器２５へと一方の出力端から出射し、残りの光（信号光＋制御用チャネル）は増幅媒体２２−１へと入射する。このようにして、増幅媒体２２−１に入射される制御用チャネルのパワーはモニタされる。

増幅媒体２２−１に入射された合波光は、増幅媒体２２−１にて増幅され、分岐器３５に入射し、分岐器３５により、制御用チャネルは検出器２７に出射される。このようにして、増幅媒体２２−１から出射された制御用チャネルのパワーはモニタされる。検出部２５、２７ではそれぞれ、モニタ結果を基にそれぞれの出力値に関連する電気信号を利得計算手段４０に送る。

利得計算手段４０は、検出器２５、２７から出力された電気信号により、制御用チャネルの利得を計算し、該利得に関連する利得信号を誤差信号抽出手段３８へと出力する。誤差信号抽出手段３８は、記憶手段３９に記憶された目標情報に関連する目標信号と、計算された制御用チャネルの利得信号とを比較して誤差信号を抽出し出力する。電気制御回路２８は、出力された誤差信号が零となるように励起光源２６−１を制御する。誤差信号＝利得信号−目標信号と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光パワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光パワーを下降させる方向に制御する。

一方、分岐器３５にて分岐された、信号光および制御用チャネルは後段の光増幅ユニット３３−２へと入力される。光増幅ユニット３３−２〜３３−ｎでは上述の光増幅ユニット３３−１と同様な動作が行われる。

このようにして、ハイブリッド光増幅器３２を構成する各光増幅ユニット３３−１〜３３−ｎのそれぞれの利得スペクトルを個々に一定にすることができる。また、本実施例では、外部光源である信号光を発生する光源１つをｎ個の光増幅ユニットで共有することができる。

（第３の実施例）
図４は、本発明の第３の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図４において、ハイブリッド光増幅器４１は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット４２−１〜４２−ｎを備え、それらは、入力側（図４の左側）から光増幅ユニット４２−１、４２−２・・・４２−ｎの順番で出力側（図４の右側）へと直列に、光学的に接続されている。

光増幅ユニット４２−１では、増幅帯域の一部の帯域の光を分岐するＷＤＭカプラ４３の入力側には、信号光を発生する光源（不図示）が光学的に接続されている。ＷＤＭカプラ４３の一方の出力端には、切り出した波長域を反射させるミラー４５が配置されており、この一方の出力端から上記一部の帯域の光をミラー４５へと出力する。ＷＤＭカプラ４３の他方の出力端には、増幅媒体２２−１が光学的に接続されている。このＷＤＭカプラ４３は、一方に出力端から入射された上記一部の帯域の光を他方の出力端から出力する機能を有する。

増幅媒体２２−１の出力側には、増幅帯域の一部の帯域の光を分岐するＷＤＭカプラ４４が光学的に接続されている。ＷＤＭカプラ４４の一方の出力端には、ミラー４５が配置されており、この一方の出力端から上記一部の帯域の光をミラー４５へと出力する。また、ＷＤＭカプラ４４の他方の出力端には、光増幅ユニット４２−１の後段のユニットである光増幅ユニット４２−２のＷＤＭカプラ４３が光学的に接続されている。励起光源２６−１は、増幅媒体２２−１に適切に励起光を入射できるように配置されている。

光増幅ユニット４２−２〜４２−ｎについても、上述した光増幅ユニット４２−１と同様の構成要素を備えている。ただし、各ユニットの増幅媒体４２−１〜４２−ｎについては、全体で２種類以上の増幅媒体を用いるようにする。また、各光増幅ユニットの励起光源は、対応する増幅媒体に応じて選択される。

このように、ＷＤＭカプラ４３、４４およびミラー４５を増幅媒体２１−１の両端に設置することで、ＷＤＭカプラ４３、４４が分波した波長におけるレーザキャビティが構成され、この波長でレーザ発振が起こる。このレーザ発振により増幅媒体２１−１の利得が固定され、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネル数など）が変化しても、利得スペクトルを制御することが可能となる。

このようにして、ハイブリッド光増幅器４１を構成する各光増幅ユニット４２−１〜４２−ｎのそれぞれの利得スペクトルを個々に一定にすることができる。

本実施例では、レーザキャビティを構成する方法として、ＷＤＭカプラと反射ミラーを用いたが、これに限定されない。例えば、図１２（ａ）に示すように、増幅媒体２２の両端にＷＤＭカプラ４３、４４を設置し、それらを接続することでリングレーザキャビティを作成する方法であっても良い。また、図１２（ｂ）に示すように、増幅媒体２２の両端に狭波長帯域を反射するフィルタ６０（ファイバブラッググレーティング等）を用いてレーザキャビティを構成するようにしても良い（非特許文献７参照）。

増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバなどが用いられる。励起媒体としては、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源が用いられる。増幅媒体として半導体アンプも用いることが出来、その場合励起手段としては、電流注入による励起および光励起などが可能である。

なお、本実施例に係るレーザキャビティを構成する方法を、本発明の他の実施例と組み合わせることができる。すなわち、レーザキャビティを用いる方法と励起光の損失を用いる方法（例えば第１の実施例）との組み合わせ、レーザキャビティを用いる方法と制御用チャネルや信号光の利得を用いる方法（例えば第２の実施例や、第４の実施例）との組み合わせ、レーザキャビティを用いる方法と励起光の損失および信号光（または制御用チャネル）の利得を用いる方法（第５の実施例）との組み合わせなどいずれの組み合わせを用いることもできる。

（第４の実施例）
図５は、本発明の第４の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図５において、ハイブリッド光増幅器４６は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット４７−１〜４７−ｎを備え、それらは、入力側（図５の左側）から光増幅ユニット４７−１、４７−２・・・４７−ｎの順番で出力側（図５の右側）へと直列に、光学的に接続されている。本実施例において、光増幅ユニット４７−１〜４７−ｎ−１は、図２に示した第１の実施例の光増幅ユニット２１−１〜２１−ｎ−１と同様の構成である。

光増幅ユニット４７−ｎ（ｎ番目の光増幅ユニット）は、増幅媒体２２−ｎ、励起光源２６−ｎ、電気制御回路４８を備えている。電気制御回路４８は、誤差信号抽出手段３８、記憶手段３９、および利得計算手段４０を備えている。

図５において、分岐器４９の一方の出力端には、検出器５０が光学的に接続されており、この一方の出力端から入力された信号光を出力する。分岐器４９の他方の出力端には、光増幅ユニット４７−１の増幅媒体２２−１が光学的に接続されている。光増幅ユニット４７−１〜４７−ｎ−１は、図２に示すように接続されており、光増幅ユニット４７−ｎ−１の分岐器２３の一方の出力端は、該ユニットの後段のユニットである光増幅ユニット４７−ｎの増幅媒体２２−ｎに光学的に接続されている。励起光源２６−ｎは、増幅媒体２２−ｎに適切に励起光を入射できるように配置されている。

増幅媒体２２−ｎの出力端は、分岐器４９が光学的に接続されており、分岐器４９の一方の出力端には、検出器５１が光学的に接続されており、この一方の出力端から励起光源２６−ｎからの信号光を出力する。検出器５０および検出器５１の出力端には利得計算手段４０が電気的に接続されている。このような構成にすることで、利得計算手段４０には、ハイブリッド光増幅器４６に入力した信号光のパワーに関する電気信号と、ハイブリッド光増幅器４６から出力する信号光のパワーに関する信号とが送られる。

本実施例では、このような構成により、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネル数など）が変化しても、光増幅器内の励起光の損失を一定に制御することにより、利得スペクトルを一定に制御することが可能である。励起光の損失が増加した場合は励起光パワーを上昇させ、励起光の損失が減少した場合には励起光パワーを下降させるように制御を行う。

加えて、検出器５０、５１により、ハイブリッド増幅器４６全体の入力および出力をモニタし、それを用いて利得を計算し、目標の利得との誤差信号を抽出し、それを元に励起光源２６−ｎを制御する電気制御回路４８が備えられている。電気制御回路４８は残りの１台の光増幅ユニット４７−ｎ中の励起光源２６−ｎを、全体の利得が一定となるように制御する。これにより、ハイブリッド増幅器全体の利得を一定とすることが出来る。

増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバ、光励起用半導体アンプなどが用いられる。励起光源には、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源を用いる。

本実施例では、入力側からｎ−１台の光増幅ユニットを制御する方法として励起光の吸収を一定に制御する方法を用いたが、この他に第２の実施例に記した制御用チャネルを設ける方法や、第３の実施例に示した増幅器内でレーザ発振を起こす方法なども用いることが可能である。

このように、本実施例では、ハイブリッド光増幅器４６を構成する各光増幅ユニット２１−１〜２１−ｎ−１のそれぞれの利得スペクトルを個々に一定にすることができ、かつハイブリッド光増幅器全体の利得スペクトルを一定にすることができる。

なお、本実施例では、ハイブリッド光増幅器全体の利得を一定とする制御を行う光増幅ユニットを、直列接続の最終段に設けているが、これに限定されない。すなわち、上記制御を行う光増幅ユニット（本実施例では、光増幅ユニット４７−ｎ）の位置は、直列接続中のいずれであっても良い。

（第５の実施例）
図６は、本発明の第５の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図６において、ハイブリッド光増幅器５２は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット５３−１〜５３−ｎを備え、それらは、入力側（図６の左側）から光増幅ユニット５３−１、５３−２・・・５３−ｉ（１≦ｉ＜ｎ）・・・５３−ｎの順番で出力側（図６の右側）へと直列に、光学的に接続されている。本実施例において、光増幅ユニット５３−ｉ、５３−ｎ以外の光増幅ユニットは、図２に示した第１の実施例の光増幅ユニットと同様の構成である。

光増幅ユニット５３−ｉは、増幅媒体２２−ｉおよび励起光源２６−ｉを備え、光増幅ユニット５３−ｎは、増幅媒体２２−ｎおよび励起光源２６−ｎを備えている。電気制御回路５４は、誤差信号抽出手段３８、記憶手段３９、および利得計算手段４０を備えている。誤差信号抽出手段３８は、励起光源２６−ｉおよび励起光源２６−ｎにそれぞれ電気的に接続されている。

図６において、分岐器４９の一方の出力端には、検出器５０が光学的に接続されており、この一方の出力端から入力された信号光を出力する。分岐器４９の他方の出力端には、光増幅ユニット５３−１の増幅媒体２２−１が光学的に接続されている。光増幅ユニット５３−１〜５３−ｉ−１は、図２に示すように接続されており、光増幅ユニット５３−ｉ−１の分岐器２３の一方の出力端は、該ユニットの後段のユニットである光増幅ユニット５３−ｉの増幅媒体２２−ｉに光学的に接続されている。

また、増幅媒体２２−ｉの出力側は、該ユニットの後段のユニットである光増幅ユニット５３−ｉ＋１の増幅媒体２２−ｉ＋１が光学的に接続されており、光増幅ユニットｎ−１まで上述と同様に接続されている。光増幅ユニット５３−ｎ−１の分岐器２３の一方の出力端は、該ユニットの後段のユニットである光増幅ユニット５３−ｎの増幅媒体２２−ｎに光学的に接続されている。励起光源２６−ｉおよび２６−ｎはそれぞれ、増幅媒体２２−ｉおよび２２−ｎに適切に励起光を入射できるように配置されている。

検出器５０および検出器５１の出力端には利得計算手段４０が電気的に接続されている。このような構成にすることで、利得計算手段４０には、ハイブリッド光増幅器５２に入力した信号光のパワーに関する電気信号と、ハイブリッド光増幅器５２から出力する信号光のパワーに関する信号とが送られる。このようにして送られた電気信号から、第２の実施例で説明した方法により誤差信号を抽出する。電気制御回路５４は、抽出された誤差信号に基づいて、励起光源２６−ｉおよび励起光源２６−ｎを全体の利得が一定になるように制御する。

このようにして本実施例では、光増幅ユニット５３−ｉおよび光増幅ユニット５３−ｎについては、全体の利得を一定にするように制御し、残りの光増幅ユニットは、個々の利得が一定になるように制御する。

なお、本実施例では、全体の利得を一定にするように制御する光増幅ユニットの数を２個としているが、その数に限定されず、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ）であっても良い。このとき、ｍ個の光増幅ユニットのそれぞれの励起光源と誤差信号抽出手段３８とを電気的に接続すれば良い。すなわち、電気制御回路５４は、ｍ個の光増幅ユニット中の励起光源を、全体の利得が一定となるように制御することになる。また、ｍ個の光増幅ユニットの配置についても特に限定されることはなく、直列接続中で所定のパターンで配置しても良いし、ランダムに配置しても良い。

本実施例では、このような構成により、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネル数など）が変化しても、光増幅器内の励起光の損失を一定に制御することにより、利得スペクトルを一定に制御することが可能である。励起光の損失が増加した場合は励起光パワーを上昇させ、励起光の損失が減少した場合には励起光パワーを下降させるように制御を行う。

加えて、検出器５０、５１により、ハイブリッド増幅器５２全体の入力および出力をモニタし、それを用いて利得を計算し、目標の利得との誤差信号を抽出し、それを元に励起光源２６−ｉおよび励起光源２６−ｎを制御する電気制御回路５４が備えられている。電気制御回路５４は残りの２台の光増幅ユニット５３−ｉ、５３−ｎ中の励起光源２６−ｉ、２６−ｎを、全体の利得が一定となるように制御する。これにより、ハイブリッド増幅器全体の利得を一定とすることが出来る。特にこの方法はｍ台の光増幅ユニットが、同じ光増幅体からなる場合に有効である。
以上のような方法で、ハイブリッド増幅器全体の利得を一定とすることが出来る。

増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバ、光励起用半導体アンプなどが用いられる。励起光源には、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源を用いる。

本実施例では、ｎ−ｍ台の光増幅ユニットを制御する方法として励起光の吸収を一定に制御する方法を用いたが、この他に第２の実施例にて説明した制御用チャネルを設ける方法や、第４の実施例にて説明した増幅器内でレーザ発振を起こす方法なども用いることが可能である。

（第６の実施例）
図７は、本発明の第６の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図７において、ハイブリッド光増幅器５５は、２種類以上のｎ台（ｎ≧２）の光増幅ユニット５６−１〜５６−ｎを備え、それらは、入力側（図７の左側）から光増幅ユニット５６−１、５６−２・・・５６−ｎの順番で出力側（図７の右側）へと直列に、光学的に接続されている。本実施例において、光増幅ユニット５６−１〜５６−ｎ−１は、図２に示した第１の実施例の光増幅ユニット２１−１〜２１−ｎ−１と同様の構成である。

光増幅ユニット５６−ｎ（ｎ番目の光増幅ユニット）は、増幅媒体２２−ｎ、励起光源２６−ｎ、電気制御回路５８を備えている。電気制御回路５８は、誤差信号抽出手段３８、記憶手段３９、利得計算手段４０、および計算手段５９を備えている。

図７において、検出器５０の出力端には、利得計算手段４０が電気的に接続されており、検出器５１の出力端には、ハイブリッド光増幅器の出力パワーから定数を引き算する手段としての計算手段５９に電気的に接続されている。上記定数は、ＡＳＥパワーに相当する値に設定する。計算手段５９は、利得計算手段４０に電気的に接続されている。

計算手段５９では、利得計算に先立って、検出器５１にてモニタされたハイブリッド光増幅器５５の出力パワー（出力モニタ値）から上記定数を引いた値に関連する電気信号（引き算信号とも呼ぶ）を生成し、該引き算信号を利得計算手段４０に送る。利得計算手段４０では、検出器５０から出力されるハイブリッド光増幅器５５への信号光の入力パワー（入力モニタ値）に関連する電気信号と、計算手段５９から出力される引き算信号とにより、検出した信号光の光増幅ユニットにおける利得を計算して、該利得に関連する利得信号を誤差信号抽出手段へと送る。誤差信号抽出手段は、目標信号と利得信号とを比較して、誤差信号を抽出する。電気制御回路５９は、この誤差信号を零となるように励起光源２６−ｎを制御する。

上述からわかるように、本実施例では、利得信号を得るために、計算手段５９および利得計算手段４０により、
利得＝（出力モニタ値−定数）／入力モニタ値
の計算を行うことになる。

本実施例では、このような構成により、光増幅器への信号入力状態（総入力パワー、入力波長、入力チャネル数など）が変化しても、光増幅器への励起光の損失を一定に制御することにより、出力側からのｎ−１個の光増幅ユニットの利得スペクトルを制御することが可能である。励起光の損失が増加した場合は励起光パワーを上昇させ、励起光の損失が減少した場合には励起光パワーを下降させるように制御を行う。

加えて、ハイブリッド増幅器全体の入力および出力をモニタする検出器を備え、モニタした入力と出力値から、
利得＝（出力モニタ値−定数）／入力モニタ値
という式を用いて利得を計算し、目標の利得との誤差信号を抽出し、それを元に励起光源を制御する電気制御回路５９を備えている。電気制御回路５９は、残りの１台の光増幅ユニット（光増幅ユニット５６−ｎ）中の励起光源２６−ｎを、全体の利得が一定となるように制御する。この定数は、出力に含まれるＡＳＥパワーに相当する値であり、これを用いると制御精度が高くなる。

以上のような方法で、ハイブリッド増幅器全体の利得を一定とすることが出来る。
増幅媒体としては、希土類添加光ファイバ（ＥＤＦ、ＴＤＦ）、ラマン増幅用光ファイバ、光パラメトリック増幅用ファイバ、光励起用半導体アンプなどが用いられる。励起光源には、それぞれに対応した波長、線幅、パワーなどを有した励起光源を用いる。この方法では各光増幅ユニットの制御ループと全体利得の制御ループが２重になっている。そこで、全体の利得の制御が不安定になることを避けるために、２つのループの時定数を大幅にずらすなどの工夫を行えば良い。

本実施例では、ｎ−１台の光増幅ユニットを制御する方法として励起光の吸収を一定に制御する方法を用いたが、この他に第２の実施例に記した制御用チャネルを設ける方法や、第３の実施例に示した増幅器内でレーザ発振を起こす方法なども用いることが可能である。

また、上記例では、単独で制御する光増幅ユニットの数をｎ−１としたが、これをｎ−ｍ（１≦ｍ＜ｎ）台とし、全体の利得モニタ値で制御する光増幅ユニットの台数をｍ台とする方法においても、利得＝（出力モニタ値−定数）／入力モニタ値の式で利得を計算することは、制御精度を上昇させる上で有効である。

（第７の実施例）
図８は、本発明の第７の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図８において、本実施例に係るハイブリッド増幅器は、ファイバラマン増幅ユニット（ＦＲＡユニット）８−１６とエルビウム添加光ファイバ増幅ユニット（ＥＤＦＡユニット）８−１７とを備えており、それらを直列接続している。

ＦＲＡユニット８−１６は、励起光源として１４８０ｎｍの高出力レーザダイオード（ＬＤ）８−８を用い、増幅媒体として高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly-Nonlinear Fiber）８−１を用いる。励起光は、ＨＮＬＦ８−１の信号光の進行方向とは反対方向から入力されている。励起光源８−８の出力側に分岐カプラ８−６を設置し、分岐光（励起光）をフォトダイオード８−７で検出することで、ＨＮＬＦ８−１への励起光の入力をモニタしている。ＨＮＬＦ８−１の（励起光の入力に対して）出力側には励起光と信号光とを分岐するＷＤＭカプラ８−３を設置し、励起光を分岐してフォトダイオード８−４で検出することで、ＨＮＬＦ８−１からの励起光の出力をモニタする。

電気制御回路８−１９は、励起光のＨＮＬＦ８−１への入力・出力のモニタ値から、励起光のＨＮＬＦ８−１の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源８−８を制御する。これにより励起光のＨＮＬＦ８−１中の損失を一定とすることが出来る。

ＥＤＦＡユニット８−１７は、励起光源として９８０ｎｍの高出力ＬＤ８−１２を用い、増幅媒体としてエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）８−９を用いる。９８０ｎｍの高出力ＬＤ８−１２の直近に分岐カプラ８−１１を設置し、分岐光（励起光）をＰＤ８−１３へ導入することで、励起光のＥＤＦ８−９への入力をモニタしている。ＥＤＦ８−９の（信号光に対する）出力側には励起光と信号光を分岐するＷＤＭカプラ８−１４を設置し、励起光を分岐してＰＤ８−１５に導入することでＥＤＦ８−９からの励起光の出力をモニタする。

電気制御回路８−２０は、励起光のＥＤＦ８−９への入力・出力のモニタ値から、励起光のＥＤＦ８−９中の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源８−１２を制御する。これにより励起光のＥＤＦ８−９中の損失を一定とすることが出来る。

以上のように制御すれば、ハイブリッド増幅器全体の利得スペクトルを、信号光の総入力パワー、入力波長、入力チャネル数などに関わらず一定と出来る。

（第８の実施例）
図９は、本発明の第８の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図９において、本実施例に係るハイブリッド増幅器は、ツリウム添加光ファイバ増幅ユニット（ＴＤＦＡユニット）９−１８とエルビウム添加光ファイバ増幅ユニット（ＥＤＦＡユニット）９−２０とを備えており、それらを直列に接続している。

ＴＤＦＡユニット９−１８は、励起光源として１３９０ｎｍの高出力ＬＤ９−５と１２１５ｎｍの高出力ＬＤ９−１０を用い、増幅媒体としてツリウム添加光ファイバ（ＴＤＦ）９−１を用いる。１３９０ｎｍ励起光を、信号光の進行方向と同一方向となるように入力し（前方励起）、１２１５ｎｍの励起光を、信号光の進行方向と逆方向となるように入力した（後方励起）。ＴＤＦ９−１は、ツリウム（Ｔｍ^３＋）をコアに６０００ｐｐｍ添加した物を用いる。１３９０ｎｍ励起光源９−５の出力側には分岐カプラ９−４を設置し、１３９０ｎｍ励起光源９−５からの励起光の分岐光をフォトダイオード９−６で検出することで、ＴＤＦ９−１への励起光の入力をモニタしている。ＴＤＦ９−１の（信号光の対する）出力端には、励起光と信号光を分岐するＷＤＭカプラ９−７を設置し、これにより１３９０ｎｍ励起光を分岐する。分岐された１３９０ｎｍ励起光は、さらに１２１５ｎｍの励起光と１３９０ｎｍの励起光を分離するＷＤＭカプラ９−８を通った後、フォトダイオード９−１０で検出されている。

電気制御回路９−２１は、１３９０ｎｍ励起光のＴＤＦ９−１への入力・出力のモニタ値から、１３９０ｎｍ励起光のＴＤＦ９−１中の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源９−５を制御する。これにより１３９０ｎｍ励起光のＴＤＦ９−１中の損失を一定とすることが出来る。１２１５ｎｍの励起光はＷＤＭカプラ９−８およびＷＤＭカプラ９−７を通って、後方からＴＤＦ９−１に入力される。励起光パワーは、入力信号状態によらず一定とした。

ＦＤＦＡユニット９−２０は、励起光源として９８０ｎｍの高出力ＬＤ９−１４を用い、増幅媒体としてエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）９−１１を用いる。９８０ｎｍの高出力ＬＤ９−１４の直近に分岐カプラ９−１３を設置し、分岐光（励起光）をＰＤ９−１５へ導入することで、励起光のＥＤＦ９−１１への入力をモニタしている。ＥＤＦ９−１１の出力側には、励起光と信号光を分岐するＷＤＭカプラ９−１６を設置し、励起光を分岐してＰＤ９−１７に導入することでＥＤＦ９−１１からの励起光の出力をモニタする。

電気制御回路９−２２は、励起光のＥＤＦ９−１１への入力・出力のモニタ値から、励起光のＥＤＦ９−１１中の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源９−１４を制御する。これにより励起光のＥＤＦ９−１１中の損失を一定とすることが出来る。

以上のように制御すれば、ハイブリッド増幅器全体の利得スペクトルを、信号光の総入力パワー、入力波長、入力チャネル数などに関わらず一定と出来る。図１０には、本増幅器の信号光の総入力パワーを変化させたときの利得スペクトルを示す。ダイナミックレンジ２０ｄＢの変動に対しても、利得スペクトルがほぼ一定の利得スペクトル制御が可能となった。

上記では、ＴＤＦＡユニット９−１８の励起光源として１３９０ｎｍの高出力ＬＤを用いたが、波長が１４２０±１００ｎｍ、１０５０±７０ｎｍ、などの励起光を利用することも可能である。ＥＤＦＡユニット９−２０の励起光源として９８０ｎｍの高出力ＬＤを用いた波長が、９８０ｎｍ±５０ｎｍ、１４８０ｎｍ±８０ｎｍといった励起光を利用することも可能である。

（第９の実施例）
図１１は、本発明の第９の実施例に係る、ハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図１１において、本実施例に係るハイブリッド増幅器は、ツリウム添加光ファイバ増幅ユニット（ＴＤＦＡユニット）１１−２２とエルビウム添加光ファイバ増幅ユニット（ＥＤＦＡユニット）１１−２３とを備えており、それらを直列接続している。

ＴＤＦＡユニット１１−２２は、励起光源として１３９０ｎｍの高出力ＬＤ１１−６と１２１５ｎｍの高出力ＬＤ１１−１２を用い、増幅媒体としてツリウム添加光ファイバ（ＴＤＦ）１１−１を用いる。１３９０ｎｍ励起光を、信号光の進行方向と同一方向となるように入力し（前方励起）、１２１５ｎｍの励起光を、信号光の進行方向と逆方向となるように入力した（後方励起）。ＴＤＦ１１−１は、ツリウム（Ｔｍ^３＋）をコアに６０００ｐｐｍ添加した物を用いる。１３９０ｎｍの励起光源の出力側には、分岐カプラ１１−５を設置し、分岐光（１３９０ｎｍ励起光）をフォトダイオード１１−７で検出することで、ＴＤＦ１１−１への１３９０ｎｍ励起光の入力をモニタしている。

１３９０ｎｍ励起光はさらに１２１５ｎｍ／１３９０ｎｍの励起光を分離するＷＤＭカプラ１１−４、励起光・信号光合波用ＷＤＭカプラ１１−３を通過して、ＴＤＦ１１−１に入力される。ＴＤＦ１１−１の（信号光に対する）出力端には、１２１５ｎｍ／１３９０ｎｍ励起光と信号光を分岐するＷＤＭカプラ１１−８を設置し、これにより１３９０ｎｍ励起光を分岐する。分岐された１３９０ｎｍ励起光は、さらに１２１５ｎｍ／１３９０ｎｍＷＤＭカプラ１１−９を通った後、フォトダイオード１１−１０で検出されている。

電気制御回路１１−２４は、１３９０ｎｍ励起光のＴＤＦ１１−１への入力・出力のモニタ値から、励起光のＴＤＦ１１−１中の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源１１−６を制御する。これにより励起光のＴＤＦ１１−１中の損失を一定とすることが出来る。

一方、１２１５ｎｍ励起光源１１−１２の直近には、分岐カプラ１１−１１が設置してあり、分岐光（１２１５ｎｍ励起光）をフォトダイオード１１−１４に導入することで、その出力値をモニタしている。１２１５ｎｍ励起光はその後、１２１５ｎｍ／１３９０ｎｍＷＤＭカプラ１１−９および励起光・信号光合波用ＷＤＭカプラ１１−８を通って、後方からＴＤＦ１１−１に入力される。

ＴＤＦ１１−１からの出力光は、励起光・信号光合波用ＷＤＭカプラ１１−３、１２１５ｎｍ／１３９０ｎｍＷＤＭカプラ１１−４と通すことで分岐し、フォトダイオード１１−１３で検出する。電気制御回路１１−２４は、１２１５ｎｍ励起光についても損失が一定となるように１２１５ｎｍ励起光源１１−１２の入力パワーを制御する。

ＥＤＦＡユニット１１−２３は、励起光源として９８０ｎｍの高出力ＬＤ１１−１８を用い、増幅媒体としてエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）１１−１５を用いる。９８０ｎｍの高出力ＬＤの直近に分岐カプラ１１−１７を設置し、分岐光（励起光）をＰＤ１１−１９へ導入することで、励起光のＥＤＦ１１−１５への入力をモニタしている。ＥＤＦ１１−１５の（信号光に対する）出力側には励起光と信号光を分岐するＷＤＭカプラ１１−２０を設置し、励起光を分岐してＰＤ１１−２１に導入することでＥＤＦ１１−１５からの励起光の出力をモニタする。

電気制御回路１１−２５は、励起光のＥＤＦ１１−１５への入力・出力のモニタ値から、励起光のＥＤＦ１１−１５中の損失を計算し、それらをあらかじめ設定した目標値と比較して誤差信号を抽出し、その誤差信号が零となるように、励起光源１１−１８を制御する。これにより、励起光のＥＤＦ１１−１５中の損失を一定とすることが出来る。

以上のように制御すれば、ハイブリッド増幅器全体の利得スペクトルを、信号光の総入力パワー、入力波長、入力チャネル数などに関わらず一定と出来る。

上記では、ＴＤＦＡユニット１１−２２の励起光源として１３９０ｎｍの高出力ＬＤを用いたが、波長が１１２０±１００ｎｍ、１０５０±７０ｎｍ、などの励起光を利用することも可能である。ＥＤＦＡユニット１１−２３の励起光源として９８０ｎｍの高出力ＬＤを用いた波長が、９８０ｎｍ±５０ｎｍ、１４８０ｎｍ±８０ｎｍといった励起光を利用することも可能である。

（比較例）
図１４は、本発明の比較例に係る、従来のハイブリッド光増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。
図１４において、ハイブリッド光増幅器は、増幅媒体６３−１と励起光源６７−１とを有する光増幅ユニット６１、増幅媒体６３−２と励起光源６７−２を有する増幅ユニット６２、誤差信号抽出手段６９、記憶手段７０、利得計算手段を有する電気制御回路６８、および検出器６５、６６を備えている。

このような構成において、信号光が分岐器６４に入射されると、信号光は検出器６５と増幅媒体６３−１とに分岐される。分岐された信号光の一方は、検出器６５にてそのパワーをモニタされ、その入力パワーに関連する電気信号が利得計算手段７１へと送られる。一方、分岐された信号光の他方は、増幅媒体６３−１、６３−２を介して分岐器６４に入射され、分岐器６４により検出器６６へと入射される。検出器６６は、分岐器６４から入射された信号光（光増幅器の出力光）のパワーをモニタし、その出力パワーに関連する電気信号を利得計算手段７１へと送る。

電気制御回路６８は、利得計算手段７１に送られた入力パワーと出力パワーとを基に、信号光の利得を計算し、該利得から誤算信号を抽出する。この誤差信号に基づいて励起光源６７−１および６７−２を制御している。

比較例に係るハイブリッド光増幅器７２では、光増幅ユニット６１および６２のうち、片方のユニットが故障した場合、故障してない方のユニットをハイブリッド光増幅器全体の出力パワーを基に制御しているので、出力光のパワーが適切な範囲を超えてしまう場合がある。

図１３（ａ）は、ハイブリッド光増幅器からの出力光の出力スペクトルである。図１３（ａ）から分かるように、２台の光増幅ユニットが正常に動作している場合は、得られる出力スペクトルは、適切な範囲内にある。しかしながら、図１３（ｃ）に示すように、一方の光増幅ユニットが故障した場合、得られる出力スペクトルは適切な範囲を超えてしまう。
しかしながら、本発明の一実施形態に係るハイブリッド光増幅器を用いれば、光増幅ユニット個々に利得スペクトルが一定となるように制御しているので、図１３（ｂ）に示すように、出力スペクトルを、若干その強度を弱めることになるが、適切な出力範囲内に収めることができる。

このように、本発明の一実施形態に係るハイブリッド光増幅器では、該ハイブリッド光増幅器を構成する非会増幅ユニットの幾つかが故障などにより正常に作動しなくても、ハイブリッド光増幅器の出力スペクトルを適切な範囲内の収めることができる。

ＴＤＦＡとＥＤＦＡとを直列接続したハイブリッド増幅器の利得スペクトルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第２の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第３の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第４の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第５の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第６の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第７の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第８の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 本発明の第８の実施例に係るハイブリッド光増幅器の利得スペクトルを示す図である。 本発明の第９の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、２つの光増幅ユニットを直列に接続したときのハイブリッド光増幅器の出力スペクトルを示す図である。 本発明の比較例に係るハイブリッド増幅器の利得スペクトル制御方式の説明図である。

符号の説明

８−１ 高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）
８−２、９−２、１１−２ 光アイソレータ
８−３、８−５、８−１０、８−１４、９−３、９−７、９−１２、９−１６、１１−３、１１−８、１１−１６、１１−２０ 励起光／信号光分岐ＷＤＭカプラ
８−４、８−１５、９−９、９−１７、１１−２１ 励起光出力モニタＰＤ
８−６、８−１１、９−４、９−１３、１１−５、１１−１１、１１−１７ 分岐カプラ
８−７、８−１３、９−６、９−１５、１１−１９ 励起光入力モニタＰＤ
８−８ １４８０ｎｍ励起光源
８−９、９−１、１１−１５１ エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）
８−１２、１１−１８、９−１４ ９８０ｎｍ励起光源
８−１６ ＦＲＡ光増幅ユニット
８−１７、９−２０、１１−２３ ＥＤＦＡ光増幅ユニット
８−１９、８−２０、９−２１、９−２２、１１−２４、１１−２５ 電気制御回路
９−１、１１−１ ツリウム添加光ファイバ（ＴＤＦ）
９−５、１１−６ １３９０ｎｍ励起光源
９−８、１１−４ １２１５ｎｍ／１３９０ｎｍ合分波ＷＤＭカプラ
９−１０、１１−１２ １２１５ｎｍ励起光源
９−１８、１１−２２ ＴＤＦＡ光増幅ユニット
１１−７ １３９０ｎｍ励起光入力モニタＰＤ
１１−９ １２１５ｎｍ／１３９０ｎｍ合分波ＷＤＭカプラ
１１−１０ １３９０ｎｍ励起光出力モニタＰＤ
１１−１３ １２１５ｎｍ励起光出力モニタＰＤ
１１−１４ １２１５ｎｍ励起光入力モニタＰＤ
２０、３２、４１、４６、５２、５５、７２ ハイブリッド光増幅器
２１−１〜２１−ｎ、３３−１〜３３−ｎ、４２−１〜４２−ｎ、４７−１〜４７−ｎ、５３−１〜５３−ｎ、５６−１〜５６−ｎ、６１、６２ 光増幅ユニット
２１、２１−１〜２１−ｎ、６３−１、６３−２ 増幅媒体
２３、２４、３５、４３、４４、４９ 分岐器
２５、２７、５０、５１、６５、６６ 検出器
２６、２６−１〜２６−ｎ、６７−１、６７−２ 励起光源
２８、３７、４８、５４、５８、６８ 電気制御回路
２９、３８、６９ 誤差信号抽出手段
３０、３９、７０ 記憶手段
３１ 損失計算手段
４０、６８ 利得計算手段
４５ ミラー
５９ 計算手段
６０ 狭帯域反射フィルタ

Claims (19)

1. 入力された光を増幅する光増幅用媒体および該光増幅用媒体を励起する励起手段を有する光増幅ユニットをｎ（ｎ≧２）ユニット備え、該ｎユニットの光増幅ユニットの光増幅用媒体は合計で２種類以上であり、かつ前記ｎユニットの光増幅ユニットはそれぞれ直列に接続されたハイブリッド光増幅器において、
   前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち（ｎ−ｍ）ユニット（ｎ＞ｍ≧１）の光増幅ユニットの利得スペクトルを個々に一定となるように制御し、かつ該制御を行わない残りのｍ個の光増幅ユニットに対して前記ハイブリッド光増幅器の全体の利得スペクトルが一定となるように制御する利得制御手段を備えることを特徴とするハイブリッド光増幅器。
2. ｍ＝１であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド光増幅器。
3. 前記利得制御手段は、
   前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち少なくとも１つの光増幅ユニットの前記光増幅用媒体に対する励起光の入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出し、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出された、入力パワーに関連する入力電気信号および出力パワーに関連する出力電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する検出手段と、
   前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された、入力電気信号と出力電気信号とにより、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に前記励起光の損失を計算し、該損失に関連する損失電気信号を前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する励起光損失算出手段と、
   該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された損失電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出する抽出手段と、
   前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出された誤差信号の各々に対して対応する光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段と
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド光増幅器。
4. 入力された、信号光と制御用チャネルとを合波する合波手段をさらに備え、
   前記利得制御手段は、
   前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの前記光増幅用媒体に対する前記制御用チャネルの入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出し、該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に検出された、入力パワーに関連する入力電気信号および出力パワーに関連する出力電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する検出手段と、
   前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された、入力電気信号と出力電気信号とにより、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に前記制御用チャネルの利得を計算し、該利得に関連する利得電気信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力する利得算出手段と、
   該少なくとも１つの光増幅ユニット毎に出力された利得電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を、前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出する抽出手段と、
   前記少なくとも１つの光増幅ユニット毎に抽出された誤差信号の各々に対して対応する光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段と
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド光増幅器。
5. 前記利得制御手段は、
   前記ハイブリッド光増幅器に対する信号光の入力パワーおよび出力パワーをそれぞれ検出し、該入力パワーに関連する入力電気信号および前記出力パワーに関連する出力電気信号を出力する検出手段と、
   前記入力電気信号と前記出力電気信号とにより、前記信号光の利得を計算し、該利得に関連する利得電気信号を出力する利得算出手段と、
   該利得電気信号とあらかじめ設定した目標値に関連する目標信号との誤差信号を抽出する抽出手段と、
   前記ｎユニットの光増幅ユニットのうち少なくとも１つの光増幅ユニットが有する励起手段をそれぞれ、誤差信号が零となるように制御する励起制御手段とを有する制御手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド光増幅器。
6. 前記利得算出手段は、前記検出手段にて実測したハイブリッド光増幅器の出力パワーから所定の定数を引き算したものに関連する電気信号と前記入力電気信号とにより前記利得を計算することを特徴とする請求項４または５に記載のハイブリッド光増幅器。
7. 前記利得制御手段は、
   前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
8. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は希土類添加光ファイバであり、
   該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記希土類添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
9. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はエルビウム添加光ファイバであり、
   該光増幅ユニットの前記励起手段は、エルビウム添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
10. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対する励起光を励起することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
11. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記光ファイバに対する励起光を励起し、該励起光により誘導ラマン散乱を発生させて光増幅を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
12. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記光ファイバに対する励起光を励起し、該励起光によりパラメトリック増幅を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
13. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体は半導体アンプあり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記半導体アンプに対する励起光を励起するか、または前記半導体アンプに電流注入することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
14. 前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光のうち、第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射することを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッド光増幅器。
15. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、
    前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように前記第１の励起光を制御し、前記誤差信号によらず前記第２の励起光を一定に制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
16. 前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、
    前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように、前記第１の励起光および前記第２の励起光を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
17. 前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行い、
    前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、
    前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように前記第１の励起光を制御し、前記誤差信号によらず前記第２の励起光を一定に制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
18. 前記利得制御手段は、前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つにおいてレーザキャビティを構成し、該レーザキャビティにおいてレーザ発振を起こすことで、前記少なくとも１つの光増幅ユニットの利得スペクトルを一定にする制御を行い、
    前記ｎユニットの光増幅ユニットの少なくとも１つの光増幅ユニットの光増幅用媒体はツリウム添加光ファイバであり、
    該光増幅ユニットの前記励起手段は、前記ツリウム添加光ファイバに対して、互いに波長の異なる第１の励起光および第２の励起光を励起し、前記第１の励起光として１４２０±１００ｎｍ、もしくは１０５０±７０ｎｍの波長のものを、前記第２の励起光として１２００ｎｍ±１００ｎｍ、１６５０±１５０ｎｍのものを入射し、
    前記励起制御手段は、前記誤差信号が零となるように、前記第１の励起光および前記第２の励起光を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。
19. 前記第２の励起光を信号光の進行方向と反対方向から前記増幅用媒体に入力することを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載のハイブリッド光増幅器。

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