JP2007124472A

JP2007124472A - 光通信装置

Info

Publication number: JP2007124472A
Application number: JP2005316180A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Machida; 直昭町田; Shinji Iio; 晋司飯尾; Masayuki Suehiro; 雅幸末広; Chie Sato; 千恵佐藤; Morio Wada; 守夫和田; Katsuya Ikezawa; 克哉池澤; Mamoru Hihara; 衛日原; Daisuke Hayashi; 大介林; Akira Miura; 明三浦; Takeshi Yagihara; 剛八木原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17
Also published as: US7746549B2; EP1780913A1; US20070127112A1

Abstract

【課題】長いパルス状の光を入力した場合にも、ＥＤＦＡから出力される光サージを大きく減少させることが可能な光受信装置を提供する。
【解決手段】変調された光信号をＥＤＦＡを介して増幅する光通信装置において、前記ＥＤＦＡに前記光信号と共にＤＣ（無変調）光を入力するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信装置に関し、詳しくは光ファイバ増幅器（以下、単にＥＤＦＡという）の出力波形を改善した光通信装置に関するものである。

インターネットをはじめとするマルチメディア時代を迎え、基幹通信系の光通信ネットワーク技術は、一層のサービスの高度化、広域化が望まれており、情報化社会に向けて急速に開発が進んでいる。また、光通信回線の大容量／高速化に伴って、光伝送系の受信部でも、より高性能化した受信機能が要求されている。

このような光通信装置の要素部品の一つとしてエルビウムイオンを光ファイバに添加したＥＤＦＡ（エルビウム・ドープ・ファイバ・アンプ）が知られている。
図７はＥＤＦＡを用いた光通信装置の基本構成を示す図である。光通信装置１は、ＥＤＦＡ２、受光素子３、アンプ４、信号再生部５から構成される。

ＥＤＦＡ２は、光ファイバケーブル６を通じて伝送された変調光源１０からの信号を受信して増幅する。受光素子３は、増幅された光信号を電気信号に変換し、アンプ４は、その電気信号を増幅する。そして、信号再生部５では、設定されたしきい値にもとづき、“１”、“０”の識別判定を行って、データを再生する。

ＥＤＦＡは、高利得、高出力、広域帯、低雑音、偏波無依存といった優れた特徴がある。そのため、現在の光通信ファイバ通信システムにとってなくてはならない存在になっている。現在の光通信では、ＥＤＦＡには常に速い周期で変調された光が入力されるような構成の中で使用されている。
このようなＥＤＦＡを用いた先行技術としては下記の特許文献がある。

特開２００３−１７９５５２号公報特開２００２−０２６８７４号公報

しかしＥＤＦＡでは光が全く入力されていない状態から突然光を入力したり、μｓ以上の周期の長いパルス状の光を入力した場合には、通常のゲインや飽和出力から考えられる出力の数倍から数十倍の出力の光サージが現れる。この現象は、ＥＤＦＡにおける励起と放出の緩和時間がμｓオーダーであることに起因する。そのため、光サージにより後段にある光部品の破壊を引き起こす可能性がある。

図８は図７に示す光通信装置１の変調光源１０からＥＤＦＡ２へ入力する入力光を示し、図９はＥＤＦＡ２からの出力光の波形を示すもので、変調光源１０から入力された光がＥＤＦＡ２に入力され増幅された変調光として出力した状態を示している。これらの図において縦軸は光パワーをＰＤに入力し電気信号に変換した値（ｍｖ）、横軸は時間（μｓ）である。

図８に示すような周期の長い光矩形信号（１ｋＨｚ，−１０ｄＢｍｐ-ｐ）ΔＹ＝２．０ｍｖを入力すると、出力波形は図９に示すようにΔＹ＝４０ｍｖとなり大きなゲインを得ることができる。しかし、矩形信号の先頭部分には、Ａ部に示すように１００ｍｖを超える極端に大きな出力の光サージが現れている。

図１０は入力光のパワーを０ｄＢｍｐ-ｐ→−３ｄＢｍｐ-ｐ→−７ｄＢｍｐ-ｐ→−１０ｄＢｍｐ-ｐと変化させた場合の出力波形を示すものである。この図においても縦軸は光パワーをＰＤに入力し電気信号に変換した値（ｍｖ）、横軸は時間（μｓ）である。なお、このときのシグナル光の周波数は１ｋＨｚとした。１０ＧＨzの場合と異なり波形の始まりに大きな突出（サージ電圧）が発生している。この突出は入力光のパワー（０ｄＢｍｐ-ｐ→−３ｄＢｍｐ-ｐ→−７ｄＢｍｐ-ｐ→−１０ｄＢｍｐ-ｐ）が大きいほどサージ電圧の突出も大きいことを示している。

このように、１ｋＨｚ程度の波長の場合は光サージが出現するが、現在の光通信に用いられているＧＨｚ単位の変調光が連続的に入力される場合は非常に良好な光アンプとして使用できる。

しかし、将来の光通信装置として利用可能性の高いラベルスイッチングを用いた光スイッチや、次世代の光バーストスイッチングネットワーク，光パケットスイッチングネットワークでは、信号が断続的に入力するため、断の時間はＥＤＦＡに光が全く入力されない状態が存在する。そのため、通常の使用方法では図７に示すような光サージを発生してしまう。

ＥＤＦＡに現在の光通信で用いられている数ギガＨｚの変調光が常に連続的に入力される場合は、非常に良好な光アンプとして使用できる。しかし、光が全く入力されていない状態から突然光を入力したり、図８に示すようなμｓ以上の周期の長いパルス状の光を入力した場合には、通常のゲインや飽和出力から考えられる出力の数倍から数十倍の出力の光サージが現れる。

そのため、将来のラベルスイッチングを用いた光スイッチや、次世代の光バーストスイッチングネットワーク，光パケットスイッチングネットワークでは、ＥＤＦＡに光が全く入力されない状態が存在するため、現在の使用方法では光サージを発生してしまうという問題がある。

従って本発明は、長いパルス状の光を入力した場合にも、ＥＤＦＡから出力される光サージを大きく減少させることが可能な光受信装置を提供することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明の光通信装置は請求項１においては
変調された光信号をＥＤＦＡを介して増幅する光通信装置において、前記ＥＤＦＡに前記光信号と共にＤＣ（無変調）光を入力するように構成したことを特徴とする。

請求項２においては請求項１記載の光通信装置において、
ＥＤＦＡで増幅された光信号から波長フィルタを用いて前記ＤＣ（無変調）光を除去したことを特徴とする。

請求項３においては請求項１又は２に記載の光通信装置において、
前記波長フィルタとしてバンドパスフィルタを用いたことを特徴とする。

請求項４においては請求項１又は２に記載の光通信装置において、
前記波長フィルタとしてアイソレータとファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いたことを特徴とする。

請求項５においては請求項１又は２に記載の光通信装置において、
前記ＤＣ光の波長として１５５０〜１５６８ｎｍ付近の波長を用いたことを特徴とする請求項１乃至４に記載の光通信装置。

請求項６においては請求項１乃至５に記載の光通信装置において、
前記ＤＣ光の波長を可変としたことを特徴とする請求項１乃至５に記載の光通信装置。
請求項７においては請求項６に記載の光通信装置において、
前記ＤＣ光の波長は変調された光信号の波長に関連して可変としたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、
ＥＤＦＡに前記光信号と共にＤＣ（無変調）光を入力するように構成したので、出力の光サージを低減させることができる。
請求項２，３，４の発明によれば、ＥＤＦＡで増幅された光信号から波長フィルタを用いてＤＣ光を除去したので増幅された光信号のみを検出することができる。

請求項５の発明によれば、ＤＣ光の波長として１５５０〜１５６８ｎｍの波長を用いたので、出力の光サージを低減することができる。
請求項６，７の発明によれば、ＤＣ光の波長を可変とし変調された光信号の波長に関連して可変としたので、光信号の波長が変化しても適切な波長のＤＣ入力をすることができ効果的なサージの抑制が可能となる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ〜ｃ）は本発明の光通信装置の実施形態の一例を示すブロック構成図である。
図１（ａ）において、１０は変調光源、１１はＤＣ光源、１２はカプラであり、シグナル光とアイドル光が入力される。２はカプラから出力されるシグナル光とアイドル光を入力するＥＤＦＡである。１３はＥＤＦＡ２からの出力のうちアイドル光をブロックして後段に配置された受光素子（図示省略）に出力する波長フィルタである。

図１（ｂ，ｃ）は波長フィルタ１３の具体例を示すもので、図１（ｂ）はバンドパスフィルタ１３ａを用いたもの、図１（ｃ）はアイソレータ１４とＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）１５を用いたものである。

図１（ａ）においては、カプラ１２を用いて、変調光１０と共に波長の異なる光をＥＤＦＡ２に入力している。波長の異なる光の出力は波長フィルタ１３によりカットする。ここで、増幅したい入力変調光をシグナル光、波長の異なるＤＣ光をアイドル光と呼ぶ。アイドル光はレーザー光であり、一定の波長の光をカプラ１２に常時入力している。

アイドル光を常時入力することにより、シグナル光が全く入力されていない状態から突然光を入力した場合でも光サージの発生を防止することができる。
図２は変調光と共に波長１５６０ｎｍのアイドル光をＥＤＦＡ２に入力した場合の出力波形を示すもので、図１に示す波長フィルタ１３を透過した後の出力信号を測定した場合を示している。アイドル光を入力しない図９の場合に比べると、光サージが大きく減少し、出力波形が大きく改善されていることが分かる。

図３（ａ〜h）はアイドル光の波長とシグナル光の出力の関係を示すもので、ここではシグナル光として図８に示す周期の長い光矩形信号（１ｋＨｚ，−１０ｄＢｍｐ-ｐ）ΔＹ＝２．０ｍｖを入力し、アイドル光の波長を１５２６ｎｍ〜１５７２ｎｍまで断続的に変化させた結果を示している。
即ち、（ａ）図に示すように１５２６ｎｍの波長のアイドル光を入力した場合は出力電圧はΔＹ＝５１ｍｖ程度と高いが、波形のはじめに強いサージ電圧（２０ｍｖ程度）が発生していることが分かる。

次に、アイドル光の入力波長を１５３４ｎｍとした場合、（ｂ）図に示すように、出力電圧はΔＹ＝２９ｍｖ程度となり、（ａ）図に示す１５２６ｎｍの波長を入力した場合の出力電圧より低くなるがサージ電圧は５ｍｖ程度となり、かなり改善されていることが分かる。

次に、（ｃ）図に示すように、波長１５４２ｎｍのアイドル光を入力した場合は出力電圧はΔＹ＝２６ｍｖ程度となる。しかし、（ａ）図に示す程ではないが波形のはじめにサージ電圧(５ｍｖ程度)が発生していることが分かる。

次に、アイドル光の入力波長を１５５０ｎｍとした場合は（ｄ）図に示すように、出力電圧はΔＹ＝１８ｍｖ程度となり、サージ電圧（３ｍｖ程度）もかなり改善されていることが分かる。

次に、アイドル光の入力波長を１５５５ｎｍとした場合は（ｅ）図に示すように、出力電圧はΔＹ＝１５ｍｖ程度と低くなるが、サージ電圧は３ｍｖ程度となり、かなり改善されていることが分かる。

次に、アイドル光の入力波長を１５６０ｎｍとした場合は（ｆ）図に示すように、出力電圧はΔＹ＝１４ｍｖ程度となるが、サージ電圧は２ｍｖ程度となりさらに改善されていることが分かる。

次に、（ｇ）図に示すように、１５６８ｎｍの波長のアイドル光を入力した場合は出力電圧はΔＹ＝２８ｍｖ程度となり、波形のはじめにサージ電圧（５ｍｖ程度）が発生していることが分かる。

次に、（ｈ）図に示すように、１５７２ｎｍの波長のアイドル光を入力した場合は出力電圧はΔＹ＝５６ｍｖ程度となり、波形のはじめに強いサージ電圧（２５ｍｖ程度）が発生していることが分かる。

上述の結果からカプラ１２に入力するアイドル光の波長は１５５０ｎｍ〜１５６８ｎｍ
程度であればサージ電圧の影響が少ないと判断することが出来る。
従って、本発明ではカプラに入力する波長１５５０ｎｍ〜１５６８ｎｍ、望ましくは１５６０ｎｍとして入力する。

図４は出力波形のシグナル光のパワー依存性を示すものである。この場合アイドル光の光パワーは−３ｄＢｍｐ-ｐ、波長は１５４２ｎｍに固定した。図によればシグナル光が減少すると共にサージ（突出）が小さくなり、ゲインが大きくなっていることが分かる。

図５は出力波形のアイドル光に対するパワー依存性を示すものである。この場合シグナル光のパワーは−３ｄＢｍｐ-ｐ、波長は１５４２ｎｍに固定した。図によればアイドル光のパワーが大きいほどサージ（突出）は小さくなるが、ゲインは減少していることが分かる。

これら図４，５からアイドル光のパワーが大きくシグナル光のパワーが小さいと波形が良好になることが分かる。
即ち、図１の構成によればアイドル光の入力パワーを変化（例えば減少）させることで、シグナル光に対するゲインを変化（例えば増大）させることができる。そして、このような動作を利用して可変ゲインアンプとして機能させることができる。

図６は図１に示す光アンプを用いシグナル光の光パワーを計測し、その値に対応してアイドル光のパワーを増減することによりＥＤＦＡの出力を安定化したものである。
この出力安定化動作は、シグナル光がバーストやパケット信号になっても機能する。

図６において、変調光源（シグナル光）１０の後段にスプリッタ１６を配置してシグナル光を２方向に分岐する。スプリッタ１６で分岐した一方の光信号は遅延手段１７を介してカプラ１２に入力する。また、他方の光信号は制御回路１８に入力され、この制御回路の出力に関連してＤＣ光源（アイドル光）のパワーを制御する。ここで、遅延手段１７は分岐された他方の光信号が制御回路１８を通りＤＣ光源を経てカプラ１２に入力するまでの信号の遅れに合わせるための遅れ要素として機能する。

図６の構成によればスプリッタ１６を介してシグナル光が制御回路１８に入力され、制御回路１８はそのシグナル光のパワーを計測する。そして計測結果に応じてアイドル光の光パワーを制御するのでＥＤＦＡ２にはシグナル光に関連して最適なパワーのアイドル光を入力することができ、ＥＤＦＡ２の出力を安定化させることができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明に係る光通信装置の実施形態の一例を示すブロック構成図である。変調光と共に波長１５６０ｎｍのアイドル光をＥＤＦＡ２に入力した場合の出力波形を示すものである。アイドル光の波長とシグナル光の出力の関係を示すものである。出力波形のシグナル光のパワー依存性を示すものである。出力波形のアイドル光に対するパワー依存性を示すものである。図１に示す光アンプを用いてシグナル光の光パワーを計測し、その値に対応してアイドル光のパワーを増減することによりＥＤＦＡの出力を安定化したものである。ＥＤＦＡを用いた光通信装置の基本構成を示す図である。図７に示す光通信装置の変調光源からＥＤＦＡへ入力する入力光を示す図であＥＤＦＡからの出力光の波形を示すものである。入力光のパワーを変化させた場合の出力波形を示すものである。

符号の説明

１光通信装置
２ＥＤＦＡ
３受光素子
４アンプ
５信号再生部
１０変調光源
１１ＤＣ電源（アイドル光）
１２カプラ
１３波長フィルタ
１４アイソレータ
１５ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）
１６スプリッタ
１７遅延手段

Claims

変調された光信号をＥＤＦＡを介して増幅する光通信装置において、前記ＥＤＦＡに前記光信号と共にＤＣ（無変調）光を入力するように構成したことを特徴とする光通信装置。
ＥＤＦＡで増幅された光信号から波長フィルタを用いて前記ＤＣ（無変調）光を除去したことを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
前記波長フィルタとしてバンドパスフィルタを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信装置。
前記波長フィルタとしてアイソレータとファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信装置。
前記ＤＣ光の波長として１５５０〜１５６８ｎｍの波長を用いたことを特徴とする請求項１乃至４に記載の光通信装置。
前記ＤＣ光の波長を可変としたことを特徴とする請求項１乃至５に記載の光通信装置。
前記ＤＣ光の波長は変調された光信号の波長に関連して可変としたことを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。