JP4078104B2 - 光ファイバ増幅器及び光信号の増幅方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ増幅器及び光信号の増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの研究開発が精力的に進められているが、エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ（以下、エルビウムドープファイバを「ＥＤＦ」ということがある）などの希土類ドープファイバを用いた光増幅の技術を利用したブースターアンプやリピータあるいはプリアンプの重要性が明らかになっている。
【０００３】
また、光増幅器の出現により、光増幅器を多中継増幅する伝送システムが、マルチメディア社会における通信システムの経済化を図る上で非常に大きな役割を果たすとして注目を集めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる伝送システムにおける課題としては、分散補償，伝送路である光ファイバ中での非線型効果（伝送品質に悪影響を及ぼすもの）の低減，経済的な広帯域波長多重伝送を挙げることができる。
一般に、伝送路である光ファイバには、分散特性があり、ファイバの長さに比例して分散量が蓄積するが、従来は、光増幅中継器などはなく、再生中継を行なっているので、中継する毎に分散量がリセットされ、問題とならなかった。
【０００５】
しかし、光増幅中継では一種のアナログ増幅による中継であるため、分散量が蓄積するので、これに対しては、信号波長を零分散波長に設定して伝送すればよい。しかし、これでは、次のような課題がある。
（１−１）光ファイバは既に大量に敷設されており、その光ファイバの零分散波長は不幸なことに１．３μｍであり、一方、実用化の目処がたっている光増幅器では１．５５μｍ帯の信号しか増幅できない。
【０００６】
（１−２）最近の報告で、たとえ新規に零分散波長が１．５５μｍにある光ファイバを敷設して、１．５５μｍの信号で伝送しても、光ファイバ中での非線型効果が活発に生じてしまうことが明らかとなった。これは、信号波長を零分散波長に一致させて伝送すると好ましくない非線型効果が顕著となることを意味する。
【０００７】
（１−３）特に、波長多重伝送においては、複数の異なる信号光波長があるために零分散波長に一致させるという概念は適用できない。
したがって、最近は、意図的に信号波長を零分散波長から適度にずらして、例えば、中継毎に、分散を補償すること等が提案されている。
このように、近年、分散補償器の研究が活発に進められているが、もっとも実用化に近いのは分散補償ファイバ（以下、分散補償ファイバを「ＤＣＦ」ということがある。ここで、ＤＣＦは、Dispersion Compensation Fiber の略である。）であるが、この場合、以下の課題がある。
【０００８】
（２−１）既設のファイバ（伝送路）を利用する場合、既に存在する中継点で集中的に分散補償を行なうために、分散補償ファイバを装置として介装する必要がある。このため、分散補償ファイバの長さを短くするような研究開発が行なわれている。
（２−２）新規にファイバを敷設する場合は、分散補償ファイバを装置として介装するのではなく、分散補償ファイバを伝送路の一部として敷設することも考えられる。例えば２０ｋｍのファイバと２０ｋｍの分散補償ファイバとで４０ｋｍの伝送路を構成することが考えられるが、このような新規の分散補償ファイバの研究開発は、上記（２−１）の用途に使用する分散補償ファイバの研究開発と合わせると、二重開発となってしまう。
【０００９】
即ち、以上をまとめると、波長多重伝送においては、波長分散を補償する必要があり、分散補償ファイバで行なうのが実用化にもっとも近いことから、一つの方法として分散補償ファイバを用いる方法が有力であり、更にこの分散補償ファイバを光増幅中継器の中に一つの部品として入れることが研究されているとうことができるが、一般には、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のモードフィールド径は分散を補償するために小さく非線型効果が生じやすいとともに補償する分散量が増えると損失も大きい。
【００１０】
このために、分散補償ファイバの損失も光増幅器で補償する方法が考えられるが、この分散補償ファイバ内で生じる自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation ）や相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-Phase Modulation）といった信号の品質を劣化させる非線型効果の影響を受けないように損失を補償する必要があり、レベルダイヤの設計が難しいという問題がある。さらに、ＷＤＭ用の光増幅器には、平坦でかつ広い光増幅帯域が要求されるが、希土類ドープファイバ光増幅器にも利得の波長依存性があり平坦でかつ広い増幅帯域を実現するのは困難であるという課題もある。
【００１１】
また、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作することになる。
例えば、エルビウムドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に、１．５３〜１．５７μｍの自然放出光（ＡＳＥ）が発生するが、このＡＳＥはエルビウムドープファイバ光増幅器内の反射点で反射を繰り返すため、不要な発振が生じることがある。特に、多波長一括増幅用に調整されたエルビウムドープファイバ光増幅器（即ち、励起率が高いエルビウムドープファイバ光増幅器）では、１．５３μｍ付近での利得が高いため、この波長において不要な発振が生じやすく、このように不要な発振が生じた場合には、エルビウムドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、分散補償ファイバを用いる場合には、この分散補償ファイバのモードフィールド径が小さいためにラマン増幅のしきい値の下がっていることを利用して、ラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償を行なえるようにした、光ファイバ増幅器及び光信号の増幅方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、分散補償ファイバと同様にラマン増幅機能を有するシリカ系光ファイバを用いることにより、分散補償ファイバを用いる場合と同様に、ラマン増幅によるシリカ系光ファイバの損失補償を行なえるようにした、光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
また、本発明は、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器や、多波長一括増幅用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器の不安定動作を抑制するようにした、光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の光ファイバ増幅器は、励起光を出力する第１の励起光源と、光合分波器と、該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅するとともに、前段又は後段にシリカ系光ファイバを結合した、希土類元素を添加した第１の光ファイバとを備え、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該シリカ系光ファイバが該光信号をラマン増幅させることを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光源を、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成することができる。又、該第１の励起光源は、励起光を無偏光化する手段を有することとしてもよい。更に、該第１の励起光源は、励起光を変調する手段を有することとしてもよい。
さらに、本発明の光伝送システムは、励起光を出力する第１の励起光源と、光合分波器と、該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光
により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅する希土類元素を添加した第１の光ファイバと、該第１の光ファイバに結合され、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該光信号をラマン増幅させるシリカ系光ファイバと、該シリカ系光ファイバに接続され、該シリカ系光ファイバ内で該光信号がラマン増幅されるように選択された波長の第２の励起光で該シリカ系光ファイバを励起する第２の励起光源とをそなえ、該第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、該第２の励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起されて所定の波長帯域内の波長多重光信号を増幅する光増幅部と、該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させる第２の励起光源とをそなえ、かつ、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることとしたり、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることとしたりすることができる。
また、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、該第１の励起光の波長は、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴としている。
この場合においては、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることとしたり、該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることとしたりすることができる。
さらに、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および該第１の励起光と波長の異なる所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させることを特徴としている。
（１）本発明の第１の態様の説明
図１は本発明の第１の態様を示す原理ブロック図で、この図１において、５１，５２は前後２段にわたり配設された希土類ドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００１５】
５３−１は、希土類ドープファイバ５１のための第１の波長帯域の励起光を生じる第１励起光源であり、５４−１は、第１励起光源５３−１からの励起光を希土類ドープファイバ５１へ入射する第１光カプラである。
５３−２は、分散補償ファイバ５２のための第２の波長帯域の励起光を生じる第２励起光源であり、５４−２は、第２励起光源５３−２からの励起光を分散補償ファイバ５２へ入射する第２光カプラである。
【００１６】
そして、分散補償ファイバ５２を第２励起光源５３−２からの第２の波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、希土類ドープファイバ５１からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせる分散補償ファイバ５２からなるラマン光増幅部とが、前後２段にわたって縦続接続されているのである。
この場合、第１励起光源５３−１で生じる励起光の波長帯域が０．９８μｍであり、第２励起光源５３−２で生じる励起光の波長帯域が１．４７μｍ（１．４５〜１．４９μｍ：以下、１．４７μｍ帯域というときは、特に断らない限り、１．４５〜１．４９μｍをいう）であることが好ましい。
【００１７】
なお、ラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設するようにしてもよく、希土類ドープファイバ光増幅部が低雑音指数を有する光増幅部として構成されている場合においては、希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、ラマン光増幅部が後段増幅部として配設するようにしてもよい。
また、第２励起光源５３−２を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、第２励起光源５３−２を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成することもでき、第２励起光源５３−２を、変調を施された励起光を発生するように構成することもできる。
（２）本発明の第２の態様の説明
図２は本発明の第２の態様を示す原理ブロック図で、この図２において、６１，６２は、前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００１８】
６３は、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、６４は、励起光源６３からの励起光をエルビウムドープファイバ６１へ入射する光カプラである。
そして、この場合は、分散補償ファイバ６２をエルビウムドープファイバ６１からの残留励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００１９】
即ち、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ６１からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、希土類ドープファイバ光増幅部を励起しうる所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部（このラマン光増幅部は、分散補償ファイバ６２からなる）とが、縦列的に配設されるとともに、この希土類ドープファイバ光増幅部及びラマン光増幅部を励起するための励起光を供給する励起光源６３が設けられているのである。
なお、励起光源６３を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、励起光源６３を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成することもでき、励起光源６３を、変調を施された励起光を発生するように構成することもできる。
（３）本発明の第３の態様の説明
図３は本発明の第３の態様を示す原理ブロック図で、この図３において、７１，７２は前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
７３は１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、７４は励起光源７３からの励起光を分散補償ファイバ７２へ入射する光カプラである。
【００２０】
この場合は、エルビウムドープファイバ７１を分散補償ファイバ７２からの残留励起光で励起させるように構成されている。
（４）本発明の第４の態様の説明
図４は本発明の第４の態様を示す原理ブロック図で、この図４において、８１は希土類元素をドープされた分散補償ファイバであり、８２は、希土類元素をドープされた分散補償ファイバ８１のための励起光を生じる励起光源であり、８３は、励起光源８２からの励起光を希土類元素をドープされた分散補償ファイバ８１へ入射する光カプラである。
（５）本発明の第５の態様の説明
図５は本発明の第５の態様を示す原理ブロック図で、この図５において、９１，９２は前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ及び分散補償ファイバである。
【００２１】
９３はエルビウムドープファイバ９１のための１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源であり、９４は励起光源９３からの励起光をエルビウムドープファイバ９１へ入射する光カプラである。
９５は、エルビウムドープファイバ９１と分散補償ファイバ９２との間に介装されて、エルビウムドープファイバ９１から出てくる１．４７μｍ帯域の残留励起光を遮断する光フィルタである。
【００２２】
（６）本発明の第６の態様の説明
図６（ａ）は本発明の第６の態様を示す原理ブロック図で、この図６（ａ）において、１０１はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１０２はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図６（ａ）に示す光ファイバ増幅器は、シリカ系光ファイバ１０１を前段側に、エルビウムドープファイバ１０２を後段側にそれぞれそなえている。
１０３−１は、シリカ系光ファイバ１０１のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１０４−１は、シリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１からの励起光をシリカ系光ファイバ１０１へ入射する光カプラである。
【００２３】
１０３−２は、エルビウムドープファイバ１０２のための波長帯域の励起光を生じるエルビウムドープファイバ用励起光源であり、１０４−２は、エルビウムドープファイバ用励起光源１０３−２からの励起光をエルビウムドープファイバ１０２へ入射する光カプラである。
この場合は、シリカ系光ファイバ１０１をシリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００２４】
即ち、図６（ａ）に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１０２からなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるシリカ系光ファイバ１０１からなるラマン光増幅部とが、前後２段にわたって縦続接続されており、ラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
なお、希土類ドープファイバ光増幅部が低雑音指数を有する光増幅部として構成されている場合において、希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、ラマン光増幅部が後段増幅部として配設してもよい。
【００２５】
さらに、励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、上記のシリカ系光ファイバ用励起光源１０３−１及びエルビウムドープファイバ用励起光源１０３−２を兼用するようにしてもよい。
（７）本発明の第７の態様の説明
図６（ｂ）は本発明の第７の態様を示す原理ブロック図で、この図６（ｂ）において、１１１は低雑音指数を有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１１２はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、図６（ｂ）に示す光ファイバ増幅器は、エルビウムドープファイバ１１１を前段側に、シリカ系光ファイバ１１２を後段側にそれぞれそなえている。
１１３−２は、シリカ系光ファイバ１１２のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１１４−２は、シリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光カプラである。
【００２６】
１１３−１は、エルビウムドープファイバ１１１のための波長帯域の励起光を生じるエルビウムドープファイバ用励起光源であり、１１４−１は、エルビウムドープファイバ用励起光源１１３−１からの励起光をエルビウムドープファイバ１１１へ入射する光カプラである。
この場合は、シリカ系光ファイバ１１２をシリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
【００２７】
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、励起光源が、上記のシリカ系光ファイバ用励起光源１１３−２及びエルビウムドープファイバ用励起光源１１３−１を兼用するようにしてもよい。
（８）本発明の第８の態様の説明
図７は本発明の第８の態様を示す原理ブロック図で、この図７において、１２１−１は低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１２２はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１２１−２は第２エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図７に示す光ファイバ増幅器は、第１エルビウムドープファイバ１２１−１を前段に、シリカ系光ファイバ１２２を中段に、第２エルビウムドープファイバ１２１−２を後段にそれぞれそなえている。
１２３−１は、第１エルビウムドープファイバ１２１−１のための波長帯域の励起光を生じる第１エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１２４−１は、第１エルビウムドープファイバ用励起光源１２３−１からの励起光を第１エルビウムドープファイバ１２１−１へ入射する光カプラである。
【００２８】
１２３−２は、シリカ系光ファイバ１２２のための波長帯域の励起光を生じるシリカ系光ファイバ用励起光源であり、１２４−２は、シリカ系光ファイバ用励起光源１２３−２からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２へ入射する光カプラである。
１２３−３は、第２エルビウムドープファイバ１２１−２のための波長帯域の励起光を生じる第２エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１２４−３は、第２エルビウムドープファイバ用励起光源１２３−３からの励起光を第２エルビウムドープファイバ１２１−２へ入射する光カプラである。
【００２９】
この場合は、シリカ系光ファイバ１２２をシリカ系光ファイバ用励起光源１２３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、図７に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１２１−１からなり低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設され、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるシリカ系光ファイバ１２２からなるラマン光増幅部が中段増幅部として配設され、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
（９）本発明の第９の態様の説明
図８は本発明の第９の態様を示す原理ブロック図で、この図８において、１３１−１は低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、１３２は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）であり、１３１−２は第２エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）であり、図８に示す光ファイバ増幅器は、第１エルビウムドープファイバ１３１−１を前段に、分散補償ファイバ１３２を中段に、第２エルビウムドープファイバ１３１−２を後段にそれぞれそなえている。
１３３−１は、第１エルビウムドープファイバ１３１−１のための波長帯域の励起光を生じる第１エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１３４−１は、第１エルビウムドープファイバ用励起光源１３３−１からの励起光を第１エルビウムドープファイバ１３１−１へ入射する光カプラである。
【００３０】
１３３−２は、分散補償ファイバ１３２のための波長帯域の励起光を生じる分散補償ファイバ用励起光源であり、１３４−２は、分散補償ファイバ用励起光源１３３−２からの励起光を分散補償ファイバ１３２へ入射する光カプラである。１３３−３は、第２エルビウムドープファイバ１３１−２のための波長帯域の励起光を生じる第２エルビウムドープファイバ用励起光源であり、１３４−３は、第２エルビウムドープファイバ用励起光源１３３−３からの励起光を第２エルビウムドープファイバ１３１−２へ入射する光カプラである。
【００３１】
この場合は、分散補償ファイバ１３２を分散補償ファイバ用励起光源１３３−２からの波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
即ち、図８に示す光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１３１−１からなり低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設され、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせる分散補償ファイバ１３２からなるラマン光増幅部が中段増幅部として配設され、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバ１３１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されているのである。
（１０）本発明の第１０の態様の説明
図９（ａ）は本発明の第１０の態様を示す原理ブロック図で、この図９（ａ）において、１４１は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）であり、１４２は励起光を生じる励起光源であり、１４３は、励起光源１４２からの励起光を分散補償ファイバ１４１へ入射する光カプラであって、分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
これにより、この光ファイバ増幅器は、分散補償ファイバ１４１と、この分散補償ファイバ１４１を励起してラマン増幅を生じさせる励起光源１４２とを有する分散補償ファイバモジュールをそなえていることになる。
【００３２】
この場合も、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光が光サーキュレータを通じて出力されるように構成したり、入力信号光が入力される入力ポート又は出力信号光が出力される出力ポートに、それぞれアイソレータを付加したりしてもよい。
（１１）本発明の第１１の態様の説明
図９（ｂ）は本発明の第１１の態様を示す原理ブロック図で、この図９（ｂ）において、１５１はシリカ系光ファイバ（ＳＯＦ）であり、１５２は励起光を生じる励起光源であり、１５３は、励起光源１５２からの励起光をシリカ系光ファイバ１５１へ入射する光カプラであって、シリカ系光ファイバ１５１を励起光源１５２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成されている。
この場合も、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光が光サーキュレータを通じて出力されるように構成してもよい。
【００３３】
（１２）本発明の第１２の態様の説明
図１０は本発明の第１２の態様を示す原理ブロック図で、この図１０において、１５４は、希土類ドープファイバ６１からなる希土類ドープファイバ光増幅部であり、１５５は、光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部である。
この光ファイバ減衰部１５５は、希土類ドープファイバ光増幅部１５４の不安定動作を抑制するものである。
【００３４】
また、この光ファイバ減衰部１５５は、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用していてもよい。
なお、図１０において、６３は、励起光源であり、６４は、励起光源６３からの励起光を希土類ドープファイバ６１へ入射する光カプラである。
（１３）本発明の第１３の態様の説明
図１１は本発明の第１３の態様を示す原理ブロック図で、この図１１において、１５６−１，１５６−２は、希土類ドープファイバ１２１−１，１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅部としてそれぞれ構成された前段光増幅部及び後段光増幅部である。この前段光増幅部１５６−１及び後段光増幅部１５６−２を有して、光増幅ユニットが構成されている。
１５７は、光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部であり、この光ファイバ減衰部１５７は、光増幅ユニットにおける前段光増幅部１５６−１と後段光増幅部１５６−２との間に配設され、光増幅ユニットの不安定動作を抑制するものである。
【００３５】
また、この光ファイバ減衰部１５７は、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用していてもよい。
なお、図１１において、１２３−１，１２３−３は、励起光源であり、１２４−１は、励起光源１２３−１からの励起光を希土類ドープファイバ１２１−１へ入射する光カプラであり、１２４−３は、励起光源１２３−３からの励起光を希土類ドープファイバ１２１−２へ入射する光カプラである。
【００３６】
本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことを特徴としている（請求項１）。
【００３７】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有することを特徴としている（請求項２）。
【００３８】
ここで、前記ラマン増幅用励起光源は、光増幅部の前段に設けられていてもよい（請求項３）。
また、前記ラマン増幅用励起光源は、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されてもよく（請求項４）、ラマン増幅用励起光源が、励起光を無偏光化する手段を有してもよく（請求項５）、さらに、励起光を変調する手段を有してもよい（請求項６）。
【００３９】
そして、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴としている（請求項７）。
【００４０】
前記第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域は０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にあることが好ましい（請求項８）。
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることを特徴としている（請求項９）。
【００４１】
さらに、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバと、第１の光ファイバを励起する励起光を出力する第１の励起光源とを有し、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光カプラとをそなえたことを特徴としている（請求項１０）。
【００４２】
そして、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、所定の波長帯域内の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことを特徴としている（請求項１１）。
【００４３】
また、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを有し、所定の波長帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する光増幅部と、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有することを特徴としている（請求項１２）。
【００４４】
加えて、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させ、ラマン増幅させた光信号を、希土類元素を添加した第１の光ファイバによって増幅することを特徴としている（請求項１３）。
また、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起し、シリカ系光ファイバと結合された希土類元素を添加した第１の光ファイバによって光信号を増幅することを特徴としている（請求項１４）。
【００４５】
さらに、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバを励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起することを特徴としている（請求項１５）。
ここで、前記第１の光ファイバと、シリカ系光ファイバとは異なる波長帯域の励起光によって励起されてもよく（請求項１６）、また、第１の光ファイバと、シリカ系光ファイバとは実質的に等しい波長帯域の励起光によって励起されてもよい（請求項１７）。
【００４６】
そして、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させることを特徴としている（請求項１８）。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（１）第１実施形態の説明
図１２は本発明の第１実施形態を示すブロック図で、この図１２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１４４，分散補償ファイバ１４１，光分波合波器１４３が配設されている。また、光分波合波器１４３には、励起光源１４２が接続されている。
ここで、励起光源１４２は、ラマン増幅によるエルビウムドープファイバ増幅の帯域補償を行なうことのできる帯域（例えば、１．４４〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源であり、この励起光源１４２からの励起光は光分波合波器１４３を通じて分散補償ファイバ１４１の出力端から入射されるようになっている。
従って、この光ファイバ増幅器は、分散補償ファイバ１４１と励起光源１４２とを有する分散補償ファイバモジュールをそなえていることになる。
このような構成により、分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの励起光で励起してラマン増幅を生じさせることができる。即ち、分散補償ファイバ１４１では、一般にそのモードフィールド径が小さいので、ラマン増幅のしきい値の下がっており、これにより、ラマン増幅を生じやすいのである。
ところで、分散補償ファイバには、次のような特性がある。
【００４８】
即ち、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）は、コア径が小さくモードフィールド径が通常の約半分で非線型効果（誘導ラマン散乱（ＳＲＳ），誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ），４光子混合（ＦＷＭ），自己位相変調効果（ＳＰＭ）等）が伝送路であるファイバより生じやすい。なお、分散補償ファイバは、その使用態様から、伝送路であるファイバほど長くは無いので分散補償ファイバを通す際の光パワーを小さくすれば使用できることは分かっている。これは非線型効果の影響も長さが長くなるとともに増大するからである。
また、分散補償ファイバでの光の減衰（損失）も無視できるものでないことが分かってきており、このために光増幅器で、この損失を補償する必要がある。
【００４９】
一方、入力パワーは上記のように述べた様に小さい値に制限され光増幅器としてのレベル設計に困難が生じている。
しかし、上記の非線型効果にも通信の際に有害なものと有益なものがある。このうち、ラマン増幅は有益である。
このラマン増幅が、非常に有益となる可能性がある点は次のとおりである。即ち、分散補償ファイバをラマン増幅させれば、分散補償ファイバ自体が光増幅器となり、損失が補償できるというものである。
【００５０】
なお、ラマン増幅とは、誘導ラマン散乱、即ち、強い単色光を光ファイバに照射したときに、その光ファイバの光学フォノンと相互作用することにより固有な量だけ波長がずれたコヒーレントなストークス光が誘導放出により発生する現象を応用して、ストークス光が信号光と同じ波長となるように単色光の波長を設定し、誘導放出により信号光を増幅させることをいう。
従って、上記のように分散補償ファイバ１４１を励起光源１４２からの上記のような帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせることにより、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償（エルビウムドープファイバの利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバの利得の減少の補填補償を含む）を行なうことができるのである。
なお、エルビウムドープファイバの１．５４μｍ帯の利得のくぼみを平坦化するには、〜１．４４μｍで励起してラマン増幅を生じさせる。
また、図１３に示すように、出力側に、アイソレータ１４４−２を追加することもできる。
さらに、図１２，図１３に示すように、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
【００５１】
また、分散補償ファイバ１４１のかわりに、シリカ系光ファイバを用いることもできる。
（２）第２実施形態の説明
図１４は本発明の第２実施形態を示すブロック図で、この図１４に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。また、光分波合波器５４−１には、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２には、励起光源５３−２が接続されている。
ここで、励起光源（第一励起光源）５３−１は、エルビウムドープファイバ５１のための第１の波長帯域（例えば０．９８μｍ帯域）での励起光を生じるもので、励起光源５３−２は、分散補償ファイバ５２のための第２の波長帯域（例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）または１．４４μｍまでの帯域（〜１．４４μｍ））の励起光を生じるものである。
【００５２】
すなわち、励起光源５３−１から出力される励起光の第１の波長帯域と、励起光源５３−２から出力される励起光の第２の波長帯域とが異なるように選択されている。
これにより、励起光源５３−２からの励起光で、分散補償ファイバ５２を励起して、前述の第１実施形態と同じ原理により、ラマン増幅を生じさせることができる。従って、この実施形態においても、分散補償ファイバ５２を励起光源５３−２からの１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせることにより、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償を行なうことができるのである。
さらに、希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特性が希土類イオンによって決まってしまうのに対して、ラマン光増幅器の利得の波長特性は励起波長によって決まり、励起波長を変えればそのピーク値がシフトするため、希土類ドープファイバ光増幅器の利得の波長特性を補償するようにラマン増幅を行なう際の励起波長を選択することができ、このようにすれば、広帯域光増幅器を実現することができる。
即ち、ラマン増幅の場合も増幅帯域幅が存在し、この利得の波長依存性を用いれば単なる分散補償ファイバの損失補償だけでなくエルビウムドープファイバの増幅帯域を補いより広帯域化が図れるのである。
【００５３】
換言すれば、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性は、図２６，２７に示すように、平坦ではないので、分散補償ファイバを用いてラマン増幅させることにより、上記エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化することができ、その結果、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅（図２７参照）を行なう場合等に好適となるのである。
なお、希土類ドープファイバであるエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよい。
【００５４】
また、図１４に示す光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が後段増幅部として配設されているが、これに限定されず、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅部が前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい（ラマン光増幅部がシリカ系光ファイバからなる場合は、１つの励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用することができる）。
【００５５】
すなわち、励起光源５３−２は、エルビウムドープファイバ５１に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用の励起光源として機能している。
従って、本発明の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加した希土類ドープファイバ５１を有し、前記の例えば０．９８μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する光増幅部（希土類ドープファイバ光増幅器）と、希土類ドープファイバ５１と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源５２−２を有することになる。
さらに、励起光源５３−２は、例えば図２３〜図２５に示す励起光源５３−２，５３−２′，５３−２′′と同様に、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて（励起光源とデポラライザとが励起光を無偏光化する手段として機能している。）、励起光の無偏光化を行なうように（励起光を変調する手段を有する。）構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
なお、図２３〜図２５に示す励起光源５３−２，５３−２′，５３−２′′については、それぞれ本発明の第９実施形態、本発明の第９実施形態の第１変形例及び本発明の第９実施形態の第２変形例において説明する。
（３）第３実施形態の説明
図１５は本発明の第３実施形態を示すブロック図で、この図１５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４に、励起光源６３が接続されている。
ここで、励起光源６３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００５６】
このような構成により、この図１５に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４によりエルビウムドープファイバ６１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ６１を励起させ、増幅させるが、エルビウムドープファイバ６１の他端から残留励起光が到達する。その後は、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
このようにエルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえるのは次のとおりである。
【００５７】
即ち、１．５５μｍ帯の信号光をラマン増幅する際の励起波長帯はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の励起波長帯である１．４７μｍ帯（１．４５〜１．４９μｍ）であるからであり、従って、ＥＤＦを１．４７μｍ帯の光で励起した際の残留励起光パワーを用いて、ラマン増幅を行なうことができるのである。これにより、エルビウムドープファイバ６１で光増幅を行ないながら、分散補償ファイバ６２の損失を補償できるのである。
これにより、前述の第２実施形態と同様に、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
【００５８】
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、励起光源６３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（３−１）第３実施形態の第１変形例の説明
図１６は本発明の第３実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図１６に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１−１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）６１−２，光分波合波器６４−２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−２に、励起光源６３−２が接続されている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００５９】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえたことになる。
【００６０】
後述するように、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起する励起光を出力する励起光源６３−１，６３−２とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源（図示省略）と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光分波合成器（光カプラ）とをそなえて構成してもよい。
【００６１】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源とを有するように構成することもできる。
【００６２】
このような構成により、この図１６に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端からは残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−２によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端からはやはり残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光も分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
【００６３】
従って、ラマン増幅用励起光源が、希土類ドープファイバ光増幅部の前段に設けられるようになっている。
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−２からなり、波長に依存した利得特性で１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅し、エルビウムドープファイバ６１−２に結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるのである。
【００６４】
この場合は、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。
【００６５】
即ち、図８と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
【００６６】
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバを１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させ、ラマン増幅させた光信号を、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２によって増幅するようにもできる。
【００６７】
また、本発明の光信号の増幅方法は、シリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起し、シリカ系光ファイバと結合された希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２によって光信号を増幅するのである。この場合、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、シリカ系光ファイバとは実質的に等しい波長帯域の励起光によって励起されてもよい。
（３−２）第３実施形態の第２変形例の説明
図１７は本発明の第３実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図１７に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ６１−１，アイソレータ６５−２，分散補償ファイバ６２，光分波合波器６４−３，光フィルタ６６，アイソレータ６５−３，光分波合波器６４−４，エルビウムドープファイバ６１−２，光分波合波器６４−５，アイソレータ６５−４が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−５に、励起光源６３−２が接続されている。すなわち、ラマン増幅用励起光源が、希土類ドープファイバ光増幅部の前段に設けられるようになっている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。後述するように、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえたことになる。
【００６８】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源６３−２とを有するように構成することもできる。
【００６９】
また、光分波合波器６４−３と６４−４との間には、光フィルタ６６，アイソレータ６５−３をそなえた光信号ラインと、励起光ラインとがパラレルに設けられる。
このような構成により、この図１７に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端からは残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光をアイソレータ６５−２を介して分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−５によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端からはやはり残留励起光が到達する。さらに、この残留励起光も光分波合波器６４−４，６４−３を介して、分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
この場合も、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
【００７０】
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
さらに、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。
【００７１】
即ち、図８と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
【００７２】
すなわち、本発明の光信号の増幅方法は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起して１．４７μｍ帯域あるいは１．４４μｍまでの波長帯域の光信号を増幅し、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の励起光でシリカ系光ファイバを励起することもできる。そして、本発明の光信号の増幅方法は、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、シリカ系光ファイバとは異なる波長帯域の励起光によって励起されることもできるのである。
（４）第４実施形態の説明
図１８は本発明の第４実施形態を示すブロック図で、この図１８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ７５−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）７１，分散補償ファイバ７２，光分波合波器７４，アイソレータ７５−２が配設されている。そして、光分波合波器７４に、励起光源７３が接続されている。
ここで、励起光源７３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【００７３】
このような構成により、この図１８に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器７４により分散補償ファイバ７２の出力側から入射して、ラマン増幅を生じさせるとともに、この分散補償ファイバ７２からの残留励起光を、エルビウムドープファイバ７１の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ７１を励起させ、信号光を増幅させる。
このように逆にラマン増幅の際の残留励起光でエルビウムドープファイバ７１を励起することにより、前述の第２実施形態と同様に、エルビウムドープファイバの波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
なお、エルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえる理由は、前述と同じである。
【００７４】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
また、励起光源７３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（５）第５実施形態の説明
図１９は本発明の第５実施形態を示すブロック図で、この図１９に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ８４−１，光分波合波器８３，エルビウム（希土類元素）イオンをドープされた分散補償ファイバ（以下、エルビウムドープ分散補償ファイバという）８１，アイソレータ８４−２が配設されている。そして、光分波合波器８３に、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）や０．９８μｍの励起光を生じる励起光源８２が接続されている。
このような構成により、この図１９に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器８３によりエルビウムドープ分散補償ファイバ８１の一端から入射して、このエルビウムドープ分散補償ファイバ８１を励起させ、信号光を増幅させる。
【００７５】
このように分散補償ファイバのコアにＥｒイオンをドープすれば、励起光は分散補償ファイバ８１内で急速に減衰するために、ラマン増幅も生じず、各微小区間で、分散補償ファイバ８１の損失を補償することになり、信号対雑音比を良好に保つことが可能となる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００７６】
なお、励起光源８２は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（６）第６実施形態の説明
図２０は本発明の第６実施形態を示すブロック図で、この図２０に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ９６−１，光分波合波器９４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）９１，アイソレータ９６−２，光フィルタ９５，分散補償ファイバ９２が配設されている。そして、光分波合波器９４に、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源９３が接続されている。
また、光フィルタ９５は、エルビウムドープファイバ９１から出てくる１．４７μｍ帯域の残留励起光を遮断するものである。
【００７７】
このような構成により、この図２０に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器９４によりエルビウムドープファイバ９１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ９１を励起させ、信号光を増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ９１の他端から残留励起光が到達する。そして、この残留励起光は、光フィルタ９５により遮断される。
もし、不必要に１．４７μｍ帯の光を分散補償ファイバ９２に通すとラマン増幅により、レベルダイヤ設計あるいは光増幅器の波長特性に擾乱を来すことになるから、この場合は、１．４７μｍ帯の光が分散補償ファイバ９２に入力されるのを光フィルタ９５により遮断しているのである。
【００７８】
従って、分散補償ファイバ９２は主として伝送路の分散を補償するために使用されることになる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００７９】
なお、励起光源９３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
（７）第７実施形態の説明
図２１は本発明の第７実施形態を示すブロック図で、この図２１に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５−１，光分波合波器３−１，シリカをホストとするエルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１，光分波合波器３−２，アイソレータ５−２が配設されている。そして、光分波合波器３−１に、例えば０．９８μｍ帯域の励起光を生じる励起光源２−１が接続されるとともに、光分波合波器３−２に、例えば約１．４４μｍの励起光あるいは約１．４６μｍの励起光を生じる励起光源２−２が接続されている。
ここで、光分波合波器３−１としてバルク型ではなく融着型のものを使用するとともに、励起光源２−１として光アイソレータ（光ＩＳＯ）を内蔵しない型のものを使用しているのは、１．５５μｍ帯域の光信号を増幅する際にエルビウムドープファイバ１で発生する１．５５μｍ帯域の雑音光は、０．９８μｍ帯域の励起光を生じる励起光源２−１には戻らないからである（以下の実施形態においても同様である）。
このような構成により、この図２１に示す光ファイバ増幅器では、０．９８μｍ帯域の励起光を光分波合波器３−１によりエルビウムドープファイバ１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１を励起させ、信号光を増幅させる。さらに、１．４４μｍの励起光あるいは１．４６μｍの励起光を光分波合波器３−２によりエルビウムドープファイバ１の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１でラマン増幅させる。
なお、エルビウムドープファイバ１においても、強い光を入力すると、ラマン増幅が生じることが知られている。
【００８０】
このように、シリカをホストとするエルビウムドープファイバ１を一般的な励起波長［例えば０．９８μｍ（１．４７μｍでもよい）］で増幅するとともに、〜１．４４μｍでラマン増幅することにより、エルビウムドープファイバの１．５４μｍ帯の利得のくぼみ（図２６参照）を平坦化することができ、また、〜１．４６μｍでラマン増幅することにより、１．５７μｍ付近のエルビウムドープファイバの利得減少（図２６参照）を補ってより特性を平坦化して広帯域化を実現できる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８１】
（８）第８実施形態の説明
図２２は本発明の第８実施形態を示すブロック図で、この図２２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１４４−１，分散補償ファイバ１４１，偏向保持型光分波合波器１４３，アイソレータ１４４−２が配設されている。そして、光分波合波器１４３に、偏波合成型励起光源１４２が接続されている。
ここで、励起光源１４２は、２つの励起光源１４２Ａ，１４２Ｂと、これらの励起光源１４２Ａ，１４２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１４２Ｃとで構成されている。
【００８２】
そして、励起光源１４２Ａ，１４２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器１４３としては光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【００８３】
このような構成により、この図２２に示す光ファイバ増幅器では、直交偏波合成された励起光を光分波合波器１４３により分散補償ファイバ１４１の出力端から入射して、分散補償ファイバ１４１で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができるのである。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８４】
また、分散補償ファイバ１４１のかわりに、シリカ系光ファイバを用いることもできる。
さらに、励起光源１４２は、例えば図２４，図２５に示す励起光源５３−２′，５３−２′′と同様に、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
【００８５】
なお、図２４，図２５に示す励起光源５３−２′，５３−２′′については、それぞれ本発明の第９実施形態の第１変形例及び本発明の第９実施形態の第２変形例において説明する。
（９）第９実施形態の説明
図２３は本発明の第９実施形態を示すブロック図で、この図２３に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、偏波合成型励起光源５３−２が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えば０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２は、２つの励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂと、これらの励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃとで構成されている。
【００８６】
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ，５３−２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器５４−１としては、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としては、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【００８７】
このような構成により、この図２３に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイバ５１で信号光の増幅が行なわれる。
また、直交偏波合成するされた励起光が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバ５２の損失補償を行なう。
【００８８】
このようにしても、前述の第８実施形態と同様の効果ないし利点が得られる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【００８９】
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（９−１）第９実施形態の第１変形例の説明
図２４は本発明の第９実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図２４に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、無偏光偏波合成型励起光源５３−２′が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２′は、１つの励起光源５３−２Ａ′と、この励起光をデポラライズ（無偏光化）するデポラライザ５３−２Ｂ′とで構成されている。
【００９０】
ここで、デポラライザ５３−２Ｂ′は、分散補償ファイバ５２からなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減させるものであり、励起光源５３−２Ａ′からの励起光を分波する偏波保持カプラ５３−２Ｅ′と、偏波保持カプラ５３−２Ｅ′で分波された励起光及び遅延線によって遅延させられた励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃ′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ′は、例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【００９１】
なお、光分波合波器５４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図２４に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ５１で信号光の増幅が行なわれる。
【００９２】
また、無偏光化された励起光が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバ５２の損失補償を行なう。
このようにすれば、分散補償ファイバ５２における偏光依存性を低減しながら、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【００９３】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（９−２）第９実施形態の第２変形例の説明
図２５は本発明の第９実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図２５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ５５−１，光分波合波器５４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）５１，アイソレータ５５−２，分散補償ファイバ５２，偏光保持型光分波合波器５４−２，アイソレータ５５−３が配設されている。そして、光分波合波器５４−１に、励起光源５３−１が接続されるとともに、光分波合波器５４−２に、変調偏波合成型励起光源５３−２′′が接続されている。
ここで、励起光源５３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源５３−２′′は、２つの励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′と、これらの励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）５３−２Ｃ′′と、各励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′に対して数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚの変調を施す変調器５３−２Ｄ′′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【００９４】
なお、光分波合波器５４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器５４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図２５に示す光ファイバ増幅器では、励起光源５３−１からの励起光は光分波合波器５４−１からエルビウムドープファイバ５１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ５１で信号光の増幅が行なわれる。
【００９５】
また、変調されそのスペクトルが数百ｋＨｚ以上になっており、且つ直交偏波合成された励起光（この励起光のスペクトル線幅を広げることができる）が光分波合波器５４−２により分散補償ファイバ５２の出力端から入射して、分散補償ファイバ５２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なう。
このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【００９６】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が、低雑音指数を有する光増幅部として構成されてもよく、分散補償ファイバからなるラマン光増幅部が、前段増幅部として配設されるとともに、エルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部が後段増幅部として配設されてもよい。
（１０）第１０実施形態の説明
図２８は本発明の第１０実施形態を示すブロック図で、この図２８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−１，アイソレータ１２５−２，シリカ系光ファイバ１２２，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、例えば１．４７μ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源１２３−１，１２３−３（第１のエルビウムドープファイバ１２１−１に結合されたシリカ系ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源として機能している。）が接続されている。
ここで、シリカ系光ファイバ１２２は、励起波長により増幅周波数帯域が変えることができるラマン光増幅器として機能するものであり、その帯域特性はホストガラスのシリカとコアのドープ材料及び濃度によって決まる。
【００９７】
また、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２は、増幅周波数帯域とその帯域特性がホストガラスとコアのドープ材料によって決まる希土類ドープファイバ光増幅器として機能するものである（光ファイバ増幅器として機能し、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する。）。
本実施形態におけるシリカ系光ファイバ１２２のモードフィールド径は小さくされており、シリカ系光ファイバ１２２からなるラマン光増幅器の雑音指数が、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなる希土類ドープファイバ光増幅器より大きい場合には、前段増幅部に希土類ドープファイバ光増幅器を用いるとともに、中段増幅部にラマン光増幅器を用い、更に、信号光パワーが大きい後段増幅部には希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、低雑音で且つより平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有する光ファイバ増幅器を実現しているのである。
即ち、低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅器（１．４７μｍ帯励起によるエルビウムドープファイバ光増幅器など）を前段増幅部に用いて、極小の信号光を低雑音な状態で増幅するのであり、また、信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させる非線形効果（ここで、非線形効果とは、信号光の自己位相変調（Self-Phase Modulation,SPM ）、四光子混合（Four Wave Mixing,FWM）、相互位相変調（Cross-Phase Modulation,XPM）などの信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させるものである）の影響を低減するために、信号光パワーが小さいシリカ系光ファイバを用いたラマン光増幅器を中段増幅部に用いているのである。
【００９８】
すなわち、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、第１の波長帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−３とをそなえたことになる。
このような構成により、この図２８に示す光ファイバ増幅器では、励起光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、分散補償ファイバと同様に、ラマン増幅させる。
さらに、励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。すなわち、ラマン増幅用励起光源が、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−２の前段に設けられるようにもできる。
【００９９】
このように、図２８に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１，１２３−３を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図７に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１００】
なお、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。この場合、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−３とをそなえたことになる。また、これらのラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−３から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１０１】
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器（ラマン増幅用励起光源１２１−１，１２３−３からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２に入射する光分波合成器として機能している。）１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
なお、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
（１０）第１０実施形態の変形例の説明
図２９は本発明の第１０実施形態の変形例を示すブロック図で、この図２９に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−１，アイソレータ１２５−２，シリカ系光ファイバ１２２，光フィルタ１２６，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、それぞれ偏波合成型励起光源１２３−１′，１２３−３′が接続されている。
ここで、励起光源１２３−１′は、２つの励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′と、これらの励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１２３−１Ｃ′とで構成されており、励起光源１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
また、励起光源１２３−３′は、２つの励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′と、これらの励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１２３−３Ｃ′とで構成されているが、単に励起光パワーを増加させるために直交偏波合成した励起光源であるため、励起光源１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′の励起波長及び励起光パワーは異なっていてもよい。
さらに、シリカ系光ファイバ１２２内でも直交偏波合成した励起光の無偏光状態が保たれるように、エルビウムドープファイバ１２１−１及びシリカ系光ファイバ１２２はしっかりとボビン等に固定されているか、筐体の中に納められることにより、外気の影響等を受けないようになっている。
【０１０２】
なお、アイソレータ１２５−１〜１２５−３は、偏波無依存型の光アイソレータであり、光フィルタ１２６は、エルビウムドープファイバ１２１−１で発生した１．５３５μｍ近傍のＡＳＥピークを除去あるいは平坦化する光フィルタであり、省略することもできる。
従って、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する励起光源１２３−１′，１２３−３′とを有し、０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起する励起光源１２３−１′と、励起光源１２３−１′からの励起光をシリカ系光ファイバ１２２に入射する光分波合成器（光カプラ）１２４−１とをそなえたことになる。
このような構成により、この図２９に示す光ファイバ増幅器では、１．４７μｍ帯域の励起光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。
さらに、１．４７μｍの励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。すなわち、ラマン増幅用励起光源１２３−３は、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−２の前段に設けられるように構成することもできる。
【０１０３】
このように、図２９に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１′，１２３−３′を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図７に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１０４】
さらに、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。この場合、ラマン増幅用励起光源が、２つの励起光源と、これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されてもよい。
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１０５】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、波長に依存した利得特性有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえたことになる。
【０１０６】
即ち、図７と同様の要領で、０．９８μｍ帯の励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源（図示省略）とをそなえたことになる。
【０１０７】
また、従って、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する第一励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源とをそなえ、第１の励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−１，１２３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１０８】
そして、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する第１励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源と、ラマン増幅用励起光源からの励起光をシリカ系光ファイバに入射する光分波合成器とをそなえてもよい。
【０１０９】
なお、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
【０１１０】
（１１）第１１実施形態の説明
図３０は本発明の第１１実施形態を示すブロック図で、この図３０に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、偏波合成型励起光源１１３−２が接続されている。
そこで、図３０に示す光ファイバ増幅器では、これらの希土類ドープファイバ光増幅器とラマン光増幅器とを用いて互いに補償して、より平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を得ることができるようにしているのであり、低雑音指数を有する希土類ドープファイバ光増幅器（０．９８μｍ帯励起あるいは１．４７μｍ帯励起によるエルビウムドープファイバ光増幅器など）を前段増幅部に用いるとともに、後段増幅部にシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、光ファイバ増幅器が低雑音特性を有するより平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有するようになっている。すなわち、ラマン増幅用励起光源１１３−１は、希土類ドープファイバ光増幅部１１１の前段に設けられるように構成することもできる。
即ち、ラマン光増幅器の雑音指数が希土類ドープファイバ光増幅器のものより大きい場合には、前段増幅部に希土類ドープファイバ光増幅器を用いるとともに、後段増幅部にラマン光増幅器を用いて、これらを縦続的に接続することにより、低雑音な光ファイバ増幅器を実現しているのである。
【０１１１】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、例えば０．９８μｍ帯域の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえたことになる。
【０１１２】
また、従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍの波長帯域の励起光で光信号を増幅する光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍの波長の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえ、励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることになる。
【０１１３】
ここで、励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にある。
さらに、励起光源１１３−１は例えば０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２は、２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂと、これらの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂからの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃとで構成されている。
【０１１４】
従って、ラマン増幅用励起光源１１３−２が、２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂと、これら２つの励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂからの励起光について偏波合成する偏波合成器１１３−２Ｃとから構成されたことになる。そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ，１１３−２Ｂは共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
なお、光分波合波器１１４−１としては、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としては、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
【０１１５】
このような構成により、この図３０に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
また、直交偏波合成された励起光が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
【０１１６】
このようにしても、前述の第９実施形態と同様の効果ないし利点が得られる。
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
【０１１７】
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
すなわち、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍ帯域の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえている。そして、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されてもよい。
【０１１８】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
【０１１９】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、波長に依存した利得特性を有し、０．９８μｍ帯域内の励起光で光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源５３−２とをそなえて構成されてもよい。
また、ラマン光増幅器によって高い出力が得られない場合には、入力側の増幅部（前段増幅部）にシリカ系光ファイバ又は分散補償ファイバからなるラマン光増幅器を用いるとともに、出力側の増幅部（後段増幅部）にエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦列的に接続する。
特に、ラマン光増幅器用励起光源の励起波長を約１．４４μｍとすると、希土類ドープファイバ光増幅器における約１．５４μｍ近傍に生じる利得の窪みをラマン光増幅によって補償することができ、また、ラマン光増幅器用励起光源の励起波長を約１．４６μｍとすると、希土類ドープファイバ光増幅器における約１．５７μｍより長波長側で生じる利得の減少をラマン光増幅によって補償することができ、これにより、光ファイバ増幅器の更なる帯域特性の平坦化あるいは高帯域化が可能となる。
さらに、シリカ系光ファイバ又は分散補償ファイバを用いたラマン光増幅器の利得が生じはじめる励起光パワー（しきい値励起光パワー）を低減するため、モードフィールド径を小さくしたシリカ系光ファイバを用いるとともに、このモードフィールド径を小さくしたがゆえに大きくなった非線形効果の影響を低減するために、信号光パワーが小さい入力側の増幅部（前段増幅部）にシリカ系光ファイバからなるラマン光増幅器を用いるとともに、信号光パワーが大きい出力側の増幅部（後段増幅部）にエルビウムドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅器を用いて、これらを縦列的に接続することにより、光ファイバ増幅器が更に平坦な帯域特性あるいは広い増幅周波数帯域を有するようにすることもできる。
（１１−１）第１１実施形態の第１変形例の説明
図３１は本発明の第１１実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図３１に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、無偏光偏波合成型励起光源１１３−２′が接続されている。
ここで、励起光源１１３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２′は、１つの励起光源１１３−２Ａ′と、この励起光をデポラライズ（励起光を無偏光化する手段）するデポラライザ１１３−２Ｂ′とで構成されている。
【０１２０】
また、デポラライザ１１３−２Ｂ′は、シリカ系光ファイバ１１２からなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減させるものであり、励起光源１１３−２Ａ′からの励起光を分波する偏波保持カプラ１１３−２Ｅ′と、偏波保持カプラ１１３−２Ｅ′で分波された励起光及び遅延線によって遅延させられた励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃ′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ′は、例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【０１２１】
なお、光分波合波器１１４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
このような構成により、この図３１に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
【０１２２】
また、無偏光化された励起光が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
このようにすれば、シリカ系光ファイバ１１２における偏光依存性を低減しながら、前述の第１１実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【０１２３】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
すなわち、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍの波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された波長の１．４７μｍの励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえている。
【０１２４】
そして、第１励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることになる。ここで、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長が１．４５μｍ乃至１．４９μｍの波長帯域にある。
【０１２５】
すなわち、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第一励起光源１１３−１とを有し、０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３−２とをそなえ、第１の励起光源１１３−１から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１１３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
【０１２６】
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
【０１２７】
（１１−２）第１１実施形態の第２変形例の説明
図３２は本発明の第１１実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図３２に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）１１１，アイソレータ１１５−２，シリカ系光ファイバ１１２，偏光保持型光分波合波器１１４−２，アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されるとともに、光分波合波器１１４−２に、変調偏波合成型励起光源１１３−２′′が接続されている。
ここで、励起光源１１３−１は例えは０．９８μｍの励起光を出力するものであり、励起光源１１３−２′′は、２つの励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′と、これらの励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器（ＰＢＳ）１１３−２Ｃ′′と、各励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′に対して数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚの変調を施す変調器１１３−２Ｄ′′とで構成されている。
そして、この場合も、励起光源１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′は共に等しい励起光パワーを有し、共に例えば１．４５〜１．４９μｍ（または１．４５〜１．４８μｍ）の励起光を出力するものである。
【０１２８】
なお、光分波合波器１１４−１としても、偏波保持の機能のない融着型のものが使用される一方、光分波合波器１１４−２としても、光学膜型のものが使用され、偏光状態を保持して光の合波或いは分波を行なえるようになっている。
従って、光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１と、エルビウムドープファイバ１１１を励起する励起光を出力する第１励起光源１１３−１とを有し、第１の波長帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１と結合されたシリカ系光ファイバ１１２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４４μｍまでの波長（〜１．４４μｍ）の励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１１３―２と、ラマン増幅用励起光源１１３―２からの励起光をシリカ系光ファイバ１１２へ入射する光分波合成器１１４―２とをそなえてもよい。
このような構成により、この図３２に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端から信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で増幅が行なわれる。
【０１２９】
また、変調されそのスペクトルが数百ｋＨｚ以上になっており、且つ直交偏波合成された励起光（この励起光のスペクトル線幅を広げることができる）が光分波合波器１１４−２によりシリカ系光ファイバ１１２の出力端から入射して、シリカ系光ファイバ１１２で効果的にラマン増幅を生じさせる。そして、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、前述の第１１実施形態と同様の効果ないし利点を得ることができる。
【０１３０】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
なお、１．４７μｍ帯域の励起光を生じる励起光源を設けて、この励起光源が、シリカ系光ファイバ用励起光源及びエルビウムドープファイバ用励起光源を兼用するようにしてもよい。
【０１３１】
（１２）第１２実施形態の説明
図３５は本発明の第１２実施形態を示すブロック図で、この図３５に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部）６１，分散補償ファイバ６２（光ファイバ減衰部），アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４に、励起光源６３が接続されている。
ここで、励起光源６３は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【０１３２】
また、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
例えば、エルビウムドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に、１．５３〜１．５７μｍの自然放出光（ＡＳＥ）が発生するが、このＡＳＥはエルビウムドープファイバ光増幅器内の反射点で反射を繰り返すため、不要な発振が生じることがある。特に、多波長一括増幅用に調整されたエルビウムドープファイバ光増幅器（即ち、励起率が高いエルビウムドープファイバ光増幅器）では、１．５３μｍ付近の利得が高いため、この波長で不要な発振が生じやすく、このように不要な発振が生じた場合には、エルビウムドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
このような不安定動作を抑制するためには、信号光を損失（減衰）させる媒体（これを損失媒体という）を設けることが有効である（この原理については後述する）。
【０１３３】
図３５に示すような光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバ６１を介して入射された残留励起光により分散補償ファイバ６２を励起して、この分散補償ファイバ６２での信号光の損失（減衰）を補償するようになっているが、実際には、全ての損失を補償することは困難であり、ある程度の損失が残るため、分散補償ファイバ６２が損失媒体として機能することとなる。
ここで、損失媒体を設けることによる不安定動作の抑制の原理を説明する。
【０１３４】
一般に、エルビウムドープファイバの利得をＧとし、エルビウムドープファイバの両端（前端および後端）での反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２（ここで、反射率Ｒ１はエルビウムドープファイバの前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２はエルビウムドープファイバの後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である）としてＲ１とＲ２の幾何平均をＲ〔Ｒ＝（Ｒ１Ｒ２）^1/2〕とすると、ＧＲをエルビウムドープファイバの動作の安定度の目安とすることができる。ＧＲが大きいとエルビウムドープファイバは不安定に動作し、特に、ＧＲが１以上のときエルビウムドープファイバでは発振が生じる。このため、ＧＲが小さくなるようにする必要があり、具体的には、ＧＲは０．０２以下が目安となる。
図３５に示すように、エルビウムドープファイバ６１（このエルビウムドープファイバ６１の利得をＧとする）の後段（信号光の出力側）に、分散補償ファイバ６２〔この分散補償ファイバ６２の損失をη（０≦η≦１）とする〕を、例えば融着接続することにより設けると、エルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との間に境界Ａが生じる。
このときは、図３５に示すように、エルビウムドープファイバ６１の後端での反射率をＲ１，分散補償ファイバ６２の前端での反射率をＲ２（ここで、反射率Ｒ１はエルビウムドープファイバ６１の前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２は分散補償ファイバ６２の後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である）とする。また、エルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との境界Ａでの屈折率差によって生じる反射の反射率をＲＡ（ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２；損失媒体が光ファイバであればこの条件を満たす）とすると、エルビウムドープファイバの動作の安定度を示すパラメータは、ＧＲから（Ｇη）Ｒとなる。即ち、ＧＲは光が一巡するときの片道の利得と考えられ、損失媒体を設けたときには、光が一巡するときの正味の利得は、（Ｒ１×Ｇ×η）×（Ｒ２×η×Ｇ）＝（Ｇη）²Ｒ１Ｒ２となるため、片道での正味の利得は、Ｇη（Ｒ１Ｒ２）^1/2＝（Ｇη）Ｒとなる。なお、ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２であるため、反射率ＲＡの影響は無視することができるものとする。ここで、０≦η≦１であるため、等価的にＧＲが小さくなる。
このように、損失媒体を設けることにより、エルビウムドープファイバの動作の安定度を示すパラメータＧＲが小さくなるため、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することができる。
【０１３５】
本実施形態にかかる光ファイバ増幅器では、図３５に示すように、分散補償ファイバ６２をエルビウムドープファイバ６１の後段に設けて、この分散補償ファイバ６２を、エルビウムドープファイバ６１からの残留励起光を用いて励起することにより、この分散補償ファイバ６２の損失補償（エルビウムドープファイバ６１の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ６１の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するようになっている。
このような構成により、この図３５に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器６４によりエルビウムドープファイバ６１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ６１を励起させ、信号光を増幅させるが、エルビウムドープファイバ６１の他端へは残留励起光が到達する。その後は、この残留励起光を分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
このようにエルビウムドープファイバ，分散補償ファイバに共通の励起光源を用いて、両ファイバでの増幅が行なえるのは次のとおりである。
【０１３６】
即ち、１．５５μｍ帯の信号光をラマン増幅する際の励起波長帯はエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）の励起波長帯である１．４７μｍ帯（１．４５〜１．４９μｍ）であるからであり、従って、ＥＤＦを１．４７μｍ帯の光で励起した際の残留励起光パワーを用いて、ラマン増幅を行なうことができるのである。これにより、エルビウムドープファイバ６１で光増幅を行ないながら、分散補償ファイバ６２の損失を補償できるのである。
これにより、前述の第７実施形態と同様に、エルビウムドープファイバ増幅器の波長特性の凹凸を平坦化して、広帯域光増幅器を実現することができ、多波長一括増幅を行なう場合等に好適となるほか、励起光源が１つで済むので、構造の簡素化及びコストの低廉化にも寄与しうるのである。
【０１３７】
また、この光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバ６２の損失分によって、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源６３が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、分散補償ファイバ６２はラマン増幅を行なわず、従って、分散補償ファイバ６２の損失補償は行なわれない。
【０１３８】
また、分散補償ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
従って、上述したような分散補償ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、分散補償ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、分散補償ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
【０１３９】
例えば図３５においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ６１と分散補償ファイバ６２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
さらに、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
また、励起光源６３は、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成されてもよく、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成されてもよく、変調を施された励起光を発生するように構成されてもよい。
【０１４０】
（１２−１）第１２実施形態の第１変形例の説明
図３６は本発明の第１２実施形態の第１変形例を示すブロック図で、この図３６に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１１５−１，光分波合波器１１４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部）１１１，シリカ系光ファイバ１１２（光ファイバ減衰部），アイソレータ１１５−３が配設されている。そして、光分波合波器１１４−１に、励起光源１１３−１が接続されている。
また、励起光源１１３−１は、例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を出力するものであり、光分波合波器１１４−１としては、例えば融着型のものが使用されている。
【０１４１】
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器は不安定に動作する。
そこで、図３６に示す光ファイバ増幅器においても、図３５に示す光ファイバ増幅器における場合と同様に、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ１１１の後段に、損失媒体としてのシリカ系光ファイバ１１２を設けることにより、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。なお、図３６においても、Ｒ１，Ｒ２，ＲＡは反射率，Ａは境界を示す。
前述した第１１実施形態と同様に、図３６に示す光ファイバ増幅器でも、シリカ系光ファイバ１１２をエルビウムドープファイバ１１１の後段に設けて、このシリカ系光ファイバ１１２を、エルビウムドープファイバ１１１からの残留励起光で励起することにより、このシリカ系光ファイバ１１２の損失補償（エルビウムドープファイバ１１１の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ１１１の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１４２】
従って、本実施形態の光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１１１からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１１１に結合されたシリカ系光ファイバ１１２を第２の波長帯域の励起光で励起して、エルビウムドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバ１１２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１１３−１とをそなえたことになる。
このような構成により、この図３６に示す光ファイバ増幅器では、励起光源１１３−１からの励起光は、光分波合波器１１４−１からエルビウムドープファイバ１１１の一端へ信号光とともに入射される。これにより、エルビウムドープファイ１１１で信号光の増幅が行なわれる。
また、このとき生じる残留励起光を用いて、シリカ系光ファイバ１１２を励起させることにより、分散補償ファイバと同様にラマン増幅を行ない、このラマン増幅により、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償を行なう。
【０１４３】
このように、図３６に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯域の励起光源１１３−１を用いることにより、エルビウムドープファイバ１１１及びシリカ系光ファイバ１１２のいずれをも励起することができ、これにより、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１１２の損失分によって、エルビウムドープファイバ１１１により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源１１３−１が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、シリカ系光ファイバ１１２はラマン増幅を行なわず、従って、シリカ系光ファイバ１１２の損失補償は行なわれない。
また、シリカ系光ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
【０１４４】
従って、上述したようなシリカ系光ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、シリカ系光ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、シリカ系光ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
例えば図３６においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ１１１とシリカ系光ファイバ１１２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
【０１４５】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
（１２−２）第１２実施形態の第２変形例の説明
図３７は本発明の第１２実施形態の第２変形例を示すブロック図で、この図３７に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ６５−１，光分波合波器６４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された前段光増幅部）６１−１，分散補償ファイバ６２（光ファイバ減衰部），エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された後段光増幅部）６１−２，光分波合波器６４−２，アイソレータ６５−３が配設されている。そして、光分波合波器６４−１に、励起光源６３−１が接続されるとともに、光分波合波器６４−２に、励起光源６３−２が接続されている。
ここで、励起光源６３−１，６３−２は、共に例えば１．４７μｍ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じるものである。
【０１４６】
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
図３５に示す第１２実施形態にかかる光ファイバ増幅器においては、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ６１の後段に、損失媒体としての分散補償ファイバ６２を設けることにより、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１４７】
ところが、エルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きい場合は、反射率Ｒ１，利得Ｇおよび反射率ＲＡで構成されるＧＲパラメータが大きくなるため（エルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きいため、ＲＡ≪Ｒ１，Ｒ２であるにもかかわらずこの反射率ＲＡの影響が無視できなくなる）、その後段に分散補償ファイバ６２を設けても、その損失ηの効果が現れず、エルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制することができないことがある。
そこで、このような場合でもエルビウムドープファイバ６１の不安定動作を抑制するために、このエルビウムドープファイバ６１を分割して前後段のエルビウムドープファイバとして、これらの間に分散補償ファイバ６２を配設したものが、図３７に示す光ファイバ増幅器である。
【０１４８】
このときの不安定動作の抑制の原理を図３７を参照しながら説明する。
図３７に示すように、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２（エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得をそれぞれＧ／２とする）の間に、分散補償ファイバ６２〔この分散補償ファイバ６２の損失をη（０≦η≦１）とする〕を、例えば融着接続することにより配設すると、エルビウムドープファイバ６１−１と分散補償ファイバ６２との間に境界Ａ′が生じ、分散補償ファイバ６２とエルビウムドープファイバ６１−２との間に境界Ｂ′が生じる。
また、エルビウムドープファイバ６１−１の前端での反射率をＲ１′，エルビウムドープファイバ６１−２の後端での反射率をＲ２′，境界Ａ′での反射率をＲＡ′（ＲＡ′≪Ｒ１′，Ｒ２′），境界Ｂ′での反射率をＲＢ′（ＲＢ′≪Ｒ１′，Ｒ２′）とする。ここで、反射率Ｒ１′はエルビウムドープファイバ６１−１の前端より前段にある全ての部品からの反射の反射率であり、反射率Ｒ２′はエルビウムドープファイバ６１−２の後端より後段にある全ての部品からの反射の反射率である。また、反射率ＲＡ′は境界Ａ′での屈折率差によって生じる反射の反射率であり、反射率ＲＢ′は境界Ｂ′での屈折率差によって生じる反射の反射率である。
このとき考えられるＧＲパラメータとしては、（１）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２および反射率ＲＡ′で構成されるＧＲパラメータ，（２）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２，損失ηおよび反射率ＲＢ′で構成されるＧＲパラメータ，（３）反射率Ｒ１′，エルビウムドープファイバ６１−１の利得Ｇ／２，損失η，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータ，（４）反射率ＲＡ′，損失η，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータ，（５）反射率ＲＢ′，エルビウムドープファイバ６１−２の利得Ｇ／２および反射率Ｒ２′で構成されるＧＲパラメータがある。
ここで、（１）についてみると、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１ではその利得がＧであるためＧＲ＝Ｇ（Ｒ１ＲＡ）^1/2であるのに対して、図３７に示すエルビウムドープファイバ６１−１ではその利得はＧ／２と図３５に示すエルビウムドープファイバ６１の利得Ｇの半分になっているため、ＧＲ＝（Ｇ／２）（Ｒ１ＲＡ）^1/2となり（ＲＡ′＝ＲＡ）、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１のＧＲの半分となる。
（２）についてみてみると、エルビウムドープファイバ６１−１では、その後段に損失η（０≦η≦１）があるため、第１２実施形態の場合と同様に、光が一巡するときの正味の利得は、〔Ｒ１′×（Ｇ／２）×η〕×〔ＲＢ′×η×（Ｇ／２）〕＝〔（Ｇ／２）η〕²Ｒ１′ＲＢ′となるため、片道での正味の利得は、（Ｇ／２）η（Ｒ１′ＲＢ′）²となる。ここで、０≦η≦１であり、ＲＢ′＝ＲＢであるため、等価的にＧＲが小さくなる。また、ＲＡ′≒ＲＢ′であるため、（１）の場合よりも更にＧＲパラメータが小さくなり、このときのＧＲは無視することができる。
（３）についてみてみると、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の間に損失η（０≦η≦１）があるため、第１２実施形態の場合と同様に、光が一巡するときの正味の利得は、〔Ｒ１′×（Ｇ／２）×η〕×〔Ｒ２′×η×（Ｇ／２）〕＝〔（Ｇ／２）η〕²Ｒ１′Ｒ２′となるため、片道での正味の利得は、（Ｇ／２）η（Ｒ１′Ｒ２′）^1/2＝〔（Ｇ／２）η〕Ｒとなり、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の動作の安定度を示すパラメータは、（Ｇ／２）Ｒから〔（Ｇ／２）η〕Ｒとなる。なお、ＲＡ′≪Ｒ１′，Ｒ２′且つ、ＲＢ′≪Ｒ１′，Ｒ２′であるため、反射率ＲＡ′および反射率ＲＢ′の影響は無視することができるものとする。ここで、０≦η≦１であるため、等価的にＧＲが小さくなる。
なお、（４），（５）については、それぞれ（２），（１）についての場合と同様である。
【０１４９】
従って、図３５に示すエルビウムドープファイバ６１の利得Ｇが非常に大きい場合においては、Ｒ１，Ｇ，ＲＡのＧＲパラメータが大きいため、エルビウムドープファイバ６１が不安定に動作するのであるが、エルビウムドープファイバ６１を分割して、図３７に示すような前後段のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２として、これらの間に損失媒体としての分散補償ファイバ６２を配設することにより、（１）および（５）についてＧＲパラメータを小さくすることができ、これによりエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の不安定動作を抑制することができる。
このため、図３７に示す光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の間に分散補償ファイバ６２を配設して、この分散補償ファイバ６２を、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光で励起することにより、この分散補償ファイバ６２の損失補償（エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２の不安定動作を抑制するようになっている。
このような構成により、この図３７に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器６４−１によりエルビウムドープファイバ６１−１の入力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−１を励起させ、信号光を増幅させるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−１の他端へは残留励起光が到達する。この残留励起光を分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
また、励起光を光分波合波器６４−２によりエルビウムドープファイバ６１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ６１−２を励起させ、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端から入力された信号光を増幅させることも行なわれるが、このとき、エルビウムドープファイバ６１−２の入力端へはやはり残留励起光が到達する。この残留励起光も分散補償ファイバ６２へ供給して、ラマン増幅を生じさせる。
この場合は、分散補償ファイバ６２は前後のエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ６２による補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
【０１５０】
また、この光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバ６２の損失分によって、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、ノイズの少ない状態で安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源６３−１，６３−２が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、分散補償ファイバ６２はラマン増幅を行なわず、従って、分散補償ファイバ６２の損失補償は行なわれない。
【０１５１】
また、分散補償ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
従って、上述したような分散補償ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、分散補償ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、分散補償ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
【０１５２】
例えば図３７においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ６１−１と分散補償ファイバ６２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
さらに、この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することもできる。
また、分散補償ファイバ６２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。即ち、図８と同様の要領で、励起光源１３３−１〜１３３−３及び光分波合波器１３４−１〜１３４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１５３】
さらに、分散補償ファイバ６２のかわりに、シリカ系光ファイバを用いてもよい。
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１からなり、例えば０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１に結合されたシリカ系光ファイバ（図示省略）を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源６３−１，６３−２とをそなえてもよい。
【０１５４】
また、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２を励起する励起光を出力する第一励起光源６３−１，６３−２とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２と結合されたシリカ系光ファイバ内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバを励起するラマン増幅用励起光源６３−２とをそなえ、第１の励起光源６３−１，６３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源６３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されてもよい。
【０１５５】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ６１−１，６１−２からなり、波長に依存した利得特性を有し、１．４７μｍ帯域内の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ６１−１，６１−２に結合されたシリカ系光ファイバを第２の波長帯域の励起光で励起して、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるようにシリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえてもよい。
（１２−３）第１２実施形態の第３変形例の説明
図３８は本発明の第１２実施形態の第３変形例を示すブロック図で、この図３８に示す光ファイバ増幅器は、入力側から順に、アイソレータ１２５−１，光分波合波器１２４−１，エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された前段光増幅部）１２１−１，シリカ系光ファイバ１２２（光ファイバ減衰部），エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ増幅部として構成された後段光増部）１２１−２，光分波合波器１２４−３，アイソレータ１２５−３が配設されている。そして、光分波合波器１２４−１，１２４−３に、例えば１．４７μ帯域（１．４５〜１．４９μｍ）の励起光を生じる励起光源１２３−１，１２３−３が接続されている。
前述の第１２実施形態において説明したように、利得が高い希土類ドープファイバ光増幅器では、光増幅を行なう際に不要な発振が生じることがあり、このように不要な発振が生じた場合には、希土類ドープファイバ光増幅器が不安定に動作する。
【０１５６】
図３６に示す光ファイバ増幅器においては、この希土類ドープファイバ光増幅器としてのエルビウムドープファイバ１１１の後段に、損失媒体としてのシリカ系光ファイバ１１２を設けることにより、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するようになっている。
ところが、エルビウムドープファイバ１１１の利得Ｇが非常に大きい場合は、図３５に示す光ファイバ増幅器の場合と同様にＧＲパラメータが大きくなるため、その後段にシリカ系光ファイバ１２２を設けても、その損失ηの効果が現れず、エルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制することができない。
【０１５７】
そこで、このような場合でもエルビウムドープファイバ１１１の不安定動作を抑制するために、このエルビウムドープファイバ１１１を分割して前後段のエルビウムドープファイバとして、これらの間にシリカ系光ファイバ１２２を配設したものが、図３８に示す光ファイバ増幅器である。なお、このときの不安定動作の抑制の原理は、第１２実施形態の第２変形例で説明したものと同様であり、図３８においても、Ｒ１′，Ｒ２′，ＲＡ′，ＲＢ′は反射率，Ａ′，Ｂ′は境界を示す。
このため、図３８に示す光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１２２を中段に設けて、このシリカ系光ファイバ１２２を、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からの残留励起光で励起することにより、このシリカ系光ファイバ１２２の損失補償（エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の利得の減少の補填補償を含む）を行なうと同時に、残った損失分によって、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２の不安定動作を抑制するようになっている。
【０１５８】
従って、この光ファイバ増幅器は、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２からなり、例えば０．９８μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２に結合されたシリカ系光ファイバ１２２を例えば１．４７μｍ帯域の励起光で励起して、シリカ系光ファイバ１２２で光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源１２３−３とをそなえたことになる。また、ラマン増幅用励起光源１２３−１が、エルビウムドープファイバ光増幅部１２１−１の前段に設けられるように構成することもできる。
【０１５９】
さらに、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を励起する励起光を出力する励起光源１２３−１，１２３−３とを有し、１．４７μｍ帯域の光信号を増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅されるように選択された１．４７μｍ帯域の励起光でシリカ系光ファイバ１２２を励起するラマン増幅用励起光源１２３−２とをそなえ、第１の励起光源１２３−１，１２３―３から出力される励起光の波長帯域と、ラマン増幅用励起光源１２３−２から出力される励起光の波長帯域とが実質的に等しいように選択されていることになる。
【０１６０】
この場合、希土類元素を添加したエルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２を有し、１．４７μｍ帯域の光信号を波長に依存した利得特性で増幅する希土類ドープファイバ光増幅部と、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２と結合されたシリカ系光ファイバ１２２内で光信号がラマン増幅され、前記希土類ドープファイバ光増幅部の利得特性が補償されるように調整された励起光でシリカ系光ファイバ１１２を励起するラマン増幅用励起光源１２３−３とを有するように構成されたことになる。
このような構成により、この図３８に示す光ファイバ増幅器では、励起光および信号光を光分波合波器１２４−１によりエルビウムドープファイバ１２１−１の一端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−１を励起させ、信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、分散補償ファイバと同様に、ラマン増幅させる。
さらに、励起光を光分波合波器１２４−３によりエルビウムドープファイバ１２１−２の出力端から入射して、エルビウムドープファイバ１２１−２を励起させ、エルビウムドープファイバ１２１−２の入力端から入力された信号光を増幅させるとともに、このとき生じる残留励起光により、シリカ系光ファイバ１２２を励起させ、ラマン増幅させる。
このように、図３８に示す光ファイバ増幅器において、１．４７μｍ帯の励起光源１２３−１，１２３−３を用いることにより、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２及びシリカ系光ファイバ１２２のいずれをも励起することができ、これにより、図８に示す光ファイバ増幅器における励起光源１２３−２を削減することができ、光ファイバ増幅器の簡素化及び励起光パワーの効率化を図ることができる。
また、この光ファイバ増幅器では、シリカ系光ファイバ１２２の損失分によって、エルビウムドープファイバ１２１−１，１２１−２により生じた不要な発振を除去することも同時に行なわれており、これにより、波長多重（ＷＤＭ）用に調整された希土類ドープファイバ光増幅器における不要な発振動作を防ぎ、ノイズの少ない状態で安定した光増幅を行なうことができる。
なお、励起光源１２３−１，１２３−３が０．９８μｍの励起光を生じる場合は、シリカ系光ファイバ１２２はラマン増幅を行なわず、従って、シリカ系光ファイバ１２２の損失補償は行なわれない。
また、シリカ系光ファイバ等の光ファイバには、レイリー後方散乱に起因する反射が存在する。この反射の反射率は光ファイバの長さに依存し、光ファイバの長さが長くなるとこの反射の反射率も大きくなる。
【０１６１】
従って、上述したようなシリカ系光ファイバの損失による反射率の低減効果よりも、シリカ系光ファイバ自身のレイリー後方散乱による反射率の影響が大きい場合には、シリカ系光ファイバに光アイソレータを付加することが考えられる。
例えば図３８においては、この光アイソレータをエルビウムドープファイバ１２１−１とシリカ系光ファイバ１２２との間に設けることができ、このようにすれば、レイリー後方散乱による反射率の影響が現れる場合に、常に反射率を低減させることができる。
【０１６２】
この場合も、入力部あるいは入出力部に、アイソレータを設ける代わりに、図３９や図４０に示すように、入力信号光が光サーキュレータを通じて入力されるとともに、出力信号光がこの光サーキュレータを通じて出力されるように構成することができる。
さらに、シリカ系光ファイバ１２２とエルビウムドープファイバ１２１−２との間にアイソレータを設けるようにしてもよい。
また、シリカ系光ファイバ１２２用の励起光源及び光分波合波器を設けることもできる。即ち、図８と同様の要領で、励起光源１２３−１〜１２３−３及び光分波合波器１２４−１〜１２４−３を用いて光ファイバ増幅器を構成するようにしてもよい。
【０１６３】
さらに、シリカ系光ファイバ１２２のかわりに、分散補償ファイバを用いてもよい。
また、光ファイバ増幅器が、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部と、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部（ラマン光増幅部は、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバで構成される。以下同じ）とが、縦列的に配設されて構成されることにより、励起光パワーを高効率に利用した２段構成の光ファイバ増幅器を提供しうる利点がある。
【０１６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光ファイバ増幅器によれば、希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、所定の波長帯域の光信号を増幅する光増幅部と、第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、シリカ系光ファイバで光信号をラマン増幅させるラマン増幅用励起光源とをそなえているので、このラマン増幅による分散補償ファイバの損失補償（エルビウムドープファイバの利得のくぼみの平坦化やエルビウムドープファイバの利得の減少の補填補償を含む。）を行なうことができる（請求項１〜１８）。
さらに、これらの希土類ドープファイバ光増幅部及びラマン光増幅部を励起するための励起光を供給する共通の励起光源が設けられることにより、励起光パワーを高効率に利用することができるとともに、使用する励起光源の数を減らして構成の簡素化およびコストの低廉化に寄与しうる。
【０１６５】
また、本発明の光ファイバ増幅器によれば、前後２段にわたり配設されたエルビウムドープファイバ（エルビウムドープファイバは、低雑音指数を有してもよい。以下同じ）及び分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバをそなえ、エルビウムドープファイバのための第１の波長帯域の励起光を生じる第１励起光源と、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバのための第２の波長帯域の励起光を生じる第２励起光源とをそなえ、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバを第２励起光源からの第２の波長帯域の励起光で励起してラマン増幅を生じさせるように構成しているので、エルビウムドープファイバによる光増幅を行ないながら、ラマン増幅による分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの損失補償を行なうことができる。
さらに、希土類ドープファイバがエルビウムドープファイバで構成されるとともに、第１励起光源で生じる励起光の波長帯域が０．９８μｍ帯域であり、第２励起光源で生じる励起光の波長帯域が１．４７μｍ帯域であることにより、より効果的にエルビウムドープファイバによる光増幅を行ないながら、ラマン増幅による分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、希土類ドープファイバ及び分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバに共通の励起光源を設けることもでき、このようにすれば、使用する励起光源の数を減らして構成の簡素化およびコストの低廉化に寄与しうる。
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、エルビウムドープファイバを１．４７μｍ帯域で励起する際に生じる残留励起パワーを利用して、分散補償ファイバをラマン増幅したり、分散補償ファイバを１．４７μｍ帯で励起する際に生じる残留励起パワーを利用して、エルビウムドープファイバを励起したするように構成しているので、分散補償ファイバの損失を低減することができる。更には、分散補償ファイバを〜１．４４μｍあるいは１．４７μｍ帯でラマン増幅させることにより、エルビウムドープファイバの増幅帯域を補い、更により広帯域化もしくは平坦化を推進できる利点がある。
また、本発明の光ファイバ増幅器では、分散補償ファイバに希土類元素をドープしたものを使用することにより、分散補償を行なうと同時に、分散補償ファイバの損失を低減するほか、信号光を十分に光増幅しうる分散補償機能付き光ファイバ増幅器を提供しうる利点がある。
【０１６６】
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、１．４７μｍ帯の励起光が分散補償ファイバに入力されるのを阻止する光フィルタを設けているので、１．４７μｍ帯の漏れ励起光パワーが分散補償ファイバをラマン増幅することにより、光ファイバ増幅器に不安定動作もしくは増幅帯域の波長依存性を変化させないようにすることができる。
また、本発明の光ファイバ増幅器では、低雑音指数を有する第１エルビウムドープファイバを前段に、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバを中段に、第２エルビウムドープファイバを後段にそれぞれそなえているので、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバは、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバの前後に位置する第１及び第２エルビウムドープファイバからの残留励起光を用いてラマン増幅させているので、分散補償ファイバ又はシリカ系光ファイバによる補償効果を大きくすることができ、構造の簡素化及びコストの低廉化をはかりながら、広帯域光増幅器を実現することができる。
さらに、ラマン増幅部を励起するための励起光源を、２つの励起光源と、これらの励起光源からの励起光について直交偏波合成する偏波合成器とで構成することもでき、このようにすれば、分散補償ファイバで効果的にラマン増幅を生じさせて、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、ラマン増幅部を励起するための励起光源を、励起光源とデポラライザとを組み合わせて、励起光の無偏光化を行なうように構成してもよく、このようにすれば、分散補償ファイバからなるラマン光増幅器における偏光依存性を低減することができる。
【０１６７】
さらに、ラマン増幅部を励起するための励起光源からの光に変調を施してスペクトルを数百ｋＨｚ以上に広げた励起光を発生するように構成してもよく、このようにすれば、誘導ブリルアン散乱のしきい値を高め、有害な非線型効果を抑制しながら、分散補償ファイバで効果的にラマン増幅を生じさせて、このラマン増幅により、分散補償ファイバの損失補償を行なうことができる。
また、本発明では、分散補償ファイバを励起してラマン増幅を生じさせるようにしたモジュールを使用して光ファイバ増幅器を構成しているので、分散補償ファイバの損失を低減できる利点がある。
そして、この場合においても、入出力部に光サーキュレータを設ければ、使用するアイソレータの数を減らして、コストの低減に寄与することができる。
【０１６８】
また、本発明の光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部と、希土類ドープファイバ光増幅部の不安定動作を抑制すべく光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部とをそなえているので、希土類ドープファイバ光増幅部の不安定動作を抑制して、精度の高い光増幅を行なうことができる。
さらに、本発明の光ファイバ増幅器では、希土類ドープファイバからなる希土類ドープファイバ光増幅部としてそれぞれ構成された前段光増幅部及び後段光増幅部を有する光増幅ユニットと、光増幅ユニットにおける前段光増幅部と後段光増幅部との間に配設され、光増幅ユニットの不安定動作を抑制すべく光ファイバ又は光アイソレータが付加された光ファイバからなる光ファイバ減衰部とをそなえているので、光増幅ユニットの不安定動作を抑制して、精度の高い光増幅を行なうことができる。
また、光ファイバ減衰部が、所望の励起光で励起されることによりラマン増幅を生じさせるラマン光増幅部を兼用するようにすれば、光ファイバ減衰部の損失補償を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様を示す原理ブロック図である。
【図２】本発明の第２の態様を示す原理ブロック図である。
【図３】本発明の第３の態様を示す原理ブロック図である。
【図４】本発明の第４の態様を示す原理ブロック図である。
【図５】本発明の第５の態様を示す原理ブロック図である。
【図６】（ａ）は本発明の第６の態様を示す原理ブロック図であり、（ｂ）は本発明の第７の態様を示す原理ブロック図である。
【図７】本発明の第８の態様を示す原理ブロック図である。
【図８】本発明の第９の態様を示す原理ブロック図である。
【図９】（ａ）は本発明の第１０の態様を示す原理ブロック図であり、（ｂ）は本発明の第１１の態様を示す原理ブロック図である。
【図１０】本発明の第１２の態様を示す原理ブロック図である。
【図１１】本発明の第１３の態様を示す原理ブロック図である。
【図１２】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第５実施形態を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第６実施形態を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第７実施形態を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８実施形態を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第９実施形態を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第９実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第９実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図２６】光ファイバ増幅器の波長特性を説明する図である。
【図２７】光ファイバ増幅器の波長特性を説明する図である。
【図２８】本発明の第１０実施形態を示すブロック図である。
【図２９】本発明の第１０実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図３０】本発明の第１１実施形態を示すブロック図である。
【図３１】本発明の第１１実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図３２】本発明の第１１実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図３３】光サーキュレータの構成を示す図である。
【図３４】アイソレータの構成を示す図である。
【図３５】本発明の第１２実施形態を示すブロック図である。
【図３６】本発明の第１２実施形態の第１変形例を示すブロック図である。
【図３７】本発明の第１２実施形態の第２変形例を示すブロック図である。
【図３８】本発明の第１２実施形態の第３変形例を示すブロック図である。
【図３９】本発明の光サーキュレータを用いた実施形態の第１の例を示すブロック図である。
【図４０】本発明の光サーキュレータを用いた実施形態の第２の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１−１，１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
２，２−１，２−２ 励起光源
３−１〜３−５ 光分波合波器（光カプラ）
４ 反射鏡（反射手段）
５，５−１〜５−４ アイソレータ（光アイソレータ）
１１−１，１１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
１２，１２−１，１２−２ 励起光源
１３−１〜１３−４，１３−１′，１３−２′ 光分波合波器（光カプラ）
１３−５ カプラ
１４ 反射鏡
１５，１５−２ 光サーキュレータ
１６−１〜１６−３ アイソレータ
１７，１７−２ フィルタ
１８ 出力光検出器
１８Ａ フォトダイオード
１９ 光出力一定制御器
１９Ａ 差動増幅器
２１−１，２１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
２２ 励起光源
２３ 光分岐部
２４−１〜２４−４，２４−１′〜２４−４′ 光分波合波器（光カプラ）
２５−１〜２５−４ アイソレータ
２６ 光フィルタ
３１，３１−１，３１−２ エルビウムドープファイバ（希土類ドープファイバ）
３２ 励起光源
３３，３３′ 光サーキュレータ
３４−１，３４−２，３４−１′，３４−２′，３４−１′′，３４−２′′
光分波合波器（光カプラ）
３５，３５′，３５′′ 反射鏡
３６ 残留励起光検出器
３６Ａ フォトダイオード
３７ 制御器
３７Ａ 差動増幅器
３８ 光サーキュレータ
３９−１〜３９−３ アイソレータ
４０ 光フィルタ
５１ エルビウムドープファイバ
５２ 分散補償ファイバ
５３−１，５３−２，５３−２Ａ，５３−２Ｂ，５３−２′，５３−２Ａ′，５３−２′′，５３−２Ａ′′，５３−２Ｂ′′ 励起光源
５３−２Ｂ′ デポラライザ
５３−２Ｃ，５３−２Ｃ′，５３−２Ｃ′′ 偏波合成器
５３−２Ｄ′′ 変調器
５３−２Ｅ′偏波保持カプラ
５４−１，５４−２ 光分波合波器（光カプラ）
５５−１〜５５−３ アイソレータ
６１，６１−１，６１−２ エルビウムドープファイバ
６２ 分散補償ファイバ
６３，６３−１，６３−２ 励起光源
６４，６４−１〜６４−５ 光分波合波器（光カプラ）
６５−１〜６５−４ アイソレータ
６６ 光フィルタ
７１ エルビウムドープファイバ
７２ 分散補償ファイバ
７３ 励起光源
７４ 光分波合波器（光カプラ）
７５−１，７５−２ アイソレータ
８１ 希土類ドープ分散補償ファイバ
８２ 励起光源
８３ 光分波合波器（光カプラ）
８４−１，８４−２ アイソレータ
９１ エルビウムドープファイバ
９２ 分散補償ファイバ
９３ 励起光源
９４ 光分波合波器（光カプラ）
９５ 光フィルタ
９６−１，９６−２ アイソレータ
１０１ シリカ系光ファイバ
１０２ エルビウムドープファイバ
１０３−１，１０３−２ 励起光源
１０４−１，１０４−２ 光分波合波器（光カプラ）
１１１ エルビウムドープファイバ
１１２ シリカ系光ファイバ
１１３−１，１１３−２，１１３−２Ａ，１１３−２Ｂ，１１３−２′，１１３−２Ａ′，１１３−２′′，１１３−２Ａ′′，１１３−２Ｂ′′ 励起光源
１１３−２Ｂ′ デポラライザ
１１３−２Ｃ，１１３−２Ｃ′，１１３−２Ｃ′′ 偏波合成器
１１３−２Ｄ′′ 変調器
１１３−２Ｅ′偏波保持カプラ
１１４−１，１１４−２ 光分波合波器（光カプラ）
１１５−１〜１１５−３ アイソレータ
１２１−１，１２１−２ エルビウムドープファイバ
１２２ シリカ系光ファイバ
１２３−１〜１２３−３，１２３−１′，１２３−１Ａ′，１２３−１Ｂ′，１２３−３′，１２３−３Ａ′，１２３−３Ｂ′ 励起光源
１２３−１Ｃ′，１２３−３Ｃ′ 偏波合成器
１２４−１〜１２４−３ 光分波合波器（光カプラ）
１２５−１〜１２５−３ アイソレータ
１２６ 光フィルタ
１３１−１，１３１−２ エルビウムドープファイバ
１３２ 分散補償ファイバ
１３３−１〜１３３−３ 励起光源
１３４−１〜１３４−３ 光分波合波器（光カプラ）
１４１ 分散補償ファイバ
１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ 励起光源
１４２Ｃ 偏波合成器
１４３ 光分波合波器（光カプラ）
１４４，１４４−１，１４４−２ アイソレータ
１５１ シリカ系光ファイバ
１５２ 励起光源
１５３ 光分波合波器（光カプラ）
１５４ 希土類ドープファイバ光増幅部
１５５ 光ファイバ減衰部
１５６−１ 前段光増幅部
１５６−２ 後段光増幅部
１５７ 光ファイバ減衰部

Claims (12)

1. 励起光を出力する第１の励起光源と、
   光合分波器と、
   該光合分波器を介して該第１の励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅するとともに、前段又は後段にシリカ系光ファイバを結合した、希土類元素を添加した第１の光ファイバとを備え、
   該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該シリカ系光ファイバが該光信号をラマン増幅させることを特徴とする、光ファイバ増幅器。
2. 該第１の励起光源が、
   ２つの励起光源と、
   これら２つの励起光源からの励起光について偏波合成する偏波合成器とから構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。
3. 該第１の励起光源が、
   励起光を無偏光化する手段を有することを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。
4. 該第１の励起光源が、
   励起光を変調する手段を有することを特徴とする、請求項１記載の光ファイバ増幅器。
5. 励起光を出力する第１の励起光源と、
   光合分波器と、
   該光合分波器を介して該第１励起光源と接続され、該第１の励起光源からの該励起光により所定の波長帯域の波長多重光信号を増幅する希土類元素を添加した第１の光ファイバと、
   該第１の光ファイバに結合され、該第１の光ファイバより出力された該励起光の残留励起光により該光信号をラマン増幅させるシリカ系光ファイバと、
   該シリカ系光ファイバに接続され、該シリカ系光ファイバ内で該光信号がラマン増幅されるように選択された波長の第２の励起光で該シリカ系光ファイバを励起する第２の励起光源とをそなえ、
   該第１の励起光源から出力される励起光の波長帯域と、該第２の励起光源から出力される励起光の波長帯域とが異なるように選択されていることを特徴とする、光伝送システム。
6. 希土類元素を添加した第１の光ファイバからなり、波長に依存した利得特性を有し、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起されて所定の波長帯域内の波長多重光信号を増幅する光増幅部と、
   該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させる第２の励起光源と、をそなえ、
   かつ、該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴とする、光ファイバ増幅器。
7. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項６記載の光ファイバ増幅器。
8. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項６記載の光ファイバ増幅器。
9. 希土類元素を添加した第１の光ファイバを該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により励起して所定の波長帯域の光信号を増幅し、
   該第１の光ファイバと結合されたシリカ系光ファイバ内で該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および第２の励起光源からの第２の励起光により該光信号がラマン増幅されるように該第１および第２の励起光の波長が選択されたことを特徴とする、光信号の増幅方法。
10. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは異なる波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項９記載の光信号の増幅方法。
11. 該第１の励起光の波長と、該第２の励起光の波長とは実質的に等しい波長帯域の励起光であることを特徴とする、請求項９記載の光信号の増幅方法。
12. 希土類元素を添加した第１の光ファイバからなる光増幅部が、該第１の光ファイバに接続された励起光源からの第１の励起光により波長に依存した利得特性で所定の波長帯域内の光信号を増幅し、
    該第１の光ファイバに結合されたシリカ系光ファイバを該第１の光ファイバから出力される該第１の励起光の残留励起光および該第１の励起光と波長の異なる所望の励起光で励起して、前記光増幅部の利得特性が補償されるように該シリカ系光ファイバで該光信号をラマン増幅させることを特徴とする、光信号の増幅方法。

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