JP2732746B2 - 光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法 - Google Patents

光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法

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JP2732746B2 JP4060272A JP6027292A JP2732746B2 JP 2732746 B2 JP2732746 B2 JP 2732746B2 JP 4060272 A JP4060272 A JP 4060272A JP 6027292 A JP6027292 A JP 6027292A JP 2732746 B2 JP2732746 B2 JP 2732746B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光増幅器の入出力光パワ
ーのモニタ方法に関する。近年,通信の技術において光
ファイバを用いたネットワークにより信号を高速に伝送
するようになった。この光ファイバによる信号伝送で
は,送信側から出力する光パワーを増大することにより
伝送距離を延ばすことができ,遠距離の場合は中継器を
設置する位置を延ばすことができる。このような要求を
満たすものとして光をそのまま増幅する光直接増幅方式
が利用されるようになった。この方式では,従来のよう
に光・電気変換をして増幅する方式と異なり光を直接増
幅するので,高速の電子回路が不要であり,多数の波長
の光を一括増幅できるという優れた特性を有し,種々の
システムに適用が可能である。
【0002】その中の光増幅中継器や光ブースターアン
プ等の増幅器に適用した場合,入力または出力する光パ
ワーが大きいと,その増幅器の入力光または出力光のモ
ニタのために通常の受光素子で受光しようとしても受光
素子の許容最大パワー以上になり,受光素子を破壊する
恐れがあった。
【0003】
【従来の技術】図6は光ファイバによる信号伝送路の説
明図である。光信号は送信装置(オプティカルセンダ:
OSで表示)から光ファイバへ送出され,数十kmごと
に設けられた中継用の光増幅器で増幅され,そこからさ
らに光ファイバへ送出され各中継用の光増幅器を通って
受信装置(オプティカルレシーバ:OR)で受信され
る。なお,光増幅器は送信装置または受信装置内でも用
いられる。
【0004】光増幅器は公知のように光ファイバのコア
に稀土類の元素をドープして,1.5μm(マイクロメ
ータ)帯の波長の光に対して約1.48μmの波長の励
起光を入力すると,誘導放出により1.5μm帯の増幅
された信号が発生する。従来の光・電気変換による発光
素子の出力が1ミリワット程度であったものを,この光
を直接増幅する光増幅器により出力信号を100ミリワ
ット程度まで増幅できるようになり,上記の図6の送信
装置,受信装置,中継器において利用することができ
る。
【0005】光増幅器の出力は励起光源のパワーにより
決まり,そのパワーを安定して発生することによりその
出力光を受信する相手側の受信装置等の入力信号がいつ
も一定にして安定した動作を行うことができる。そのた
め光増幅器は光パワーのモニタを行う必要がある。
【0006】光増幅器の制御構成を図7に示す。光入力
信号は入力側の光ファイバ70から光増幅器71に入力
すると,制御回路72により安定化制御される励起光源
710の作用で光増幅が行われ,増幅された光は出力側
の光ファイバ73へ出力され,光ファイバ73により光
をモニタのために分岐する光カプラ74へ入力する。こ
の光カプラ74は入力された光パワーの例えば入力光と
分岐光のパワーの比が10対1の光を光ファイバ76へ
分岐出力し,主信号の光は光ファイバ75へ出力する。
分岐光は光ファイバ76を通って受光部77に供給され
る。受光部77は分岐光を電気信号に変換してモニタ出
力として制御回路72に供給する。制御回路72は光パ
ワーに対応するモニタ信号のレベルに応じて光増幅器7
1の励起光源710を制御して安定化した増幅を行う。
【0007】なお,光増幅器71の入力側に光カプラ7
8を設けて,入力された光パワーのモニタを行い,その
出力と前記受光部77でのモニタ出力とを用いて,制御
回路72で光増幅器の利得を制御する方法もある。
【0008】ところが,上記の図7の構成において,受
光部77は一般に使用される受光素子の場合,受信でき
る光パワーの上限は−3dB乃至0dBで,500μW
(マイクロワット)乃至1mW(ミリワット)程度であ
り,これを越えると受光素子が破壊される。一方,光増
幅器71は,1mWの入力信号を100mW程度に増幅
する能力があり,その出力により長い距離を伝送させる
ことができるが,モニタをするためには光カプラ74に
おいて分岐する時に分岐比率を上げる等により受光部7
7へ入力する光を1/100程度の信号に減衰する必要
があった。
【0009】図8は従来のモニタのための光パワーを小
さくする方法の説明図である。A.は膜を使用する方法
である。この方法は,光カプラ80に光を透過すると共
にその一部を反射する膜81を設けたものである。入力
側の光ファイバ82からの光の主な光パワーは膜81を
透過して出力側の光ファイバ83へ出力するが,その一
部が膜81で反射して光ファイバ84を通って受光部8
5へ入力する。
【0010】図8のB.は,融着型の光カプラを使用す
る方法である。図の例は,2入力2出力の構成を示し,
入力側の光ファイバa,bと出力側の光ファイバd,e
はそれぞれ絞られる構造を持ち両者が接続する部分cに
おいて,光ファイバが融着される。この融着の構造によ
り光ファイバaまたはbから入力する光を光ファイバd
とeへ分岐する比率が決まる。例えば,入力光を光ファ
イバaから与え,主信号を光ファイバdから出力し,モ
ニタ光を光ファイバeに発生して受光部へ供給する時,
光ファイバaから入力する光とモニタ光の比率を10対
1として出力させ,光ファイバeから1/10に減衰し
たモニタ光を得ることができる。
【0011】次に図8のC.は,受光部に減衰膜を設け
る方法である。この方法は,受光部内の受光素子86の
前に減衰膜87を設け,入力するモニタ光を所定の減衰
率で減衰させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記したように光増幅
器のモニタ光を普通に使用される受光素子で受光するに
は,モニタの光パワーを大幅に小さくする必要がある
が,上記図8のA.の膜を用いる方法は,入力する光の
偏向状態によってモニタ光のパワーが変化する性質(偏
向依存性)があり,分岐比を大きくすればするほど偏向
依存性が大きくなり,本来の光増幅器の出力が安定して
いてもモニタ光のパワーが変化するという欠点があり,
安定したモニタを行うことができない。また,図8の
B.は,融着の構造により上記の1/100というよう
な大きな分岐比を得ようとしても,製造上分岐比のばら
つきが大きくなって,決められた分岐比を得るのは困難
である。また,図8のC.に示す方法は,上記A.の場
合と同様に減衰膜による偏向依存性がある他に反射が発
生して安定なモニタを行えない。
【0013】この他に受光部の受光素子として定格最大
パワーが大きい大口径の受光素子を用いれば光信号を減
衰させる必要がなくなるが,受光器で入出力光の変調成
分をモニタする場合,大口径の受光素子(計測用等に使
用する素子)では帯域が足りないという問題がある。す
なわち,送受信される高速のデジタル信号(数百MHz
〜数GHz)の振幅が100%の信号に対し,監視・制
御信号(数十MHz)を1%程度の振幅で変調して伝送
する場合に,大口径の受光素子では,素子容量が大きい
ため,遮断周波数が低くなり,監視・制御信号を検出す
ることができない。
【0014】本発明は光増幅器の入出力光のモニタを行
う時に,入出力光パワーが受光素子の許容最大パワー以
上の時に,偏向依存性が小さく反射による影響を受けず
にモニタ光を減衰させて安定したモニタができる光増幅
器の入出力光パワーのモニタ方法を提供することを目的
とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図である。図1において,1は入力側の光ファイバ,2
は入力光をモニタ光と出力光とに分岐する光分岐器,3
は出力側の光ファイバ,4はモニタ側光ファイバ,5は
偏向依存性のない損失媒体,6は受光部,7は損失付与
手段である。この構成は光増幅器の入力側または出力側
の光パワーをモニタする場合に使用される。
【0016】本発明は光増幅器の入力または出力から光
分岐器で分岐した光を偏向依存性のない損失媒体を通過
させた後,受光器で受けてその受光電流をモニタするこ
とにより光増幅器の入力光または出力光のパワーをモニ
タするものである。
【0017】
【作用】入力光が入力側の光ファイバ1から光分岐器2
に入力すると,1/10程度の低い分岐比により分岐し
てモニタ側光ファイバ4に分岐すると共に主信号は出力
側の光ファイバ3から出力される。分岐した光信号は偏
向依存性のない損失媒体5において減衰されて,その出
力は受光部6に入力して受光素子により光・電気変換さ
れて,モニタの電気信号が発生する。この信号は正確に
入力側の光ファイバ1を伝送する光パワーに比例した出
力となる。偏向依存性のない損失媒体5としては,2つ
の光ファイバの端部を接続する時コアの軸をずらしてス
プライスを行う等の方法を用いる。また,偏向依存性の
ない損失媒体5を用いないで受光部6において偏向依存
性のない損失付与手段7により損失を付与した上で受光
させる。
【0018】
【実施例】図2は損失媒体の第1の実施例,図3は第2
の実施例である。図4は受光部の構成図,図5は光ブー
スタアンプの実施例の構成図である。
【0019】図2において,20a,20bは2つのシ
ングルモードの光ファイバ,21a,21bは各光ファ
イバのクラッド,22a,22bは各光ファイバのコア
である。A.は2つの光ファイバ同士を接続する場合の
構成を示し,損失をできるだけ少なくするように2つの
光ファイバのコア同士の軸を合わせて放電等によりスプ
ライス(光ファイバ同士を接続する方法)するが,この
実施例ではB.に示すように故意に2つの光ファイバ2
0aと20bのコア22aと22bの軸をずらしてスプ
ライスを行う。この時の,光ファイバ20aから光ファ
イバ20bへ光が伝送するとき,光ファイバ20aのコ
ア22aから光の一部が光ファイバ20bのコア22b
へ伝播されることになり損失が発生する。なお,光ファ
イバ20aの他端は光分岐器(図1の2)に接続して分
岐光を受けとり,光ファイバ20bの他端は受光部(図
1の6)へ接続される。
【0020】軸をずらす長さLは希望する損失量に応じ
て計算及び試行により決定する。具体例を挙げると,
1.5μm帯の分散シフトファイバを用いて,軸ずれを
させてスプライスを行った結果,8〜10μm程度の軸
ずれで約15dBの損失で偏向依存性として0.1dB
以下を実現することができた。
【0021】次に図3に示す第2の実施例の場合,2つ
の異なるコア径の異なるシングルモードの光ファイバ3
0a,30bを使用する。31a,31bは各光ファイ
バのクラッド,32a,32bは各光ファイバの相互に
異なる径を持つコアである。
【0022】この実施例では,図3のA.のように,コ
ア径の異なる光ファイバ30a,30bのコア32a,
32bの軸を合わせた状態でスプライスを行うか,図3
のB.のようにコア32a,32bの軸をずらしてスプ
ライスすることにより構成される。なお,この場合,光
ファイバ30aから光ファイバ30bへ光が伝送される
時に損失が発生し,光ファイバ30aの他端が光分岐器
(図1の2)に接続して分岐光を受けとり,光ファイバ
30bの他端が受光部(図1の6)へ接続される。
【0023】上記の実施例1と実施例2では,2つの光
ファイバを接続することにより光パワーを損失させてい
るが,一つの光ファイバを用いてもよい。すなわち,光
分岐器(図1の2)から分岐したモニタ光を受光部(図
1の6)へ伝送する光ファイバとして信号光の波長帯に
おいて損失の大きい光ファイバを使用する。
【0024】図4は受光器の構成図であり,上記図1の
損失付与手段7を備える受光器の実施例である。この受
光部40にはモニタ光が入力する光ファイバ41が設け
られ,光ファイバから出力する光はレンズ42を通って
受光素子43に集光される。この時,光ファイバ41と
受光素子43の間の結合をずらして,光ファイバ41か
ら入力する光を減衰させて,光減衰器を挿入したのと同
じ効果を実現する。具体的には,光ファイバ41,レン
ズ42または受光素子43の何れか一つまたは複数を本
来の位置である中心線より上・下方向(図のbで示す方
向)にずらすか,本来の位置より左右方向(図のaで示
す方向)にずらし,希望する損失量となるよう調整す
る。
【0025】図5は光ブースタアンプの実施例の構成図
である。図中,50は送信端局,51は光ブースタアン
プ,52は入力側の光分岐器,53は出力側の光分岐
器,54,55はそれぞれ入力モニタ用受光器,出力モ
ニタ用受光器,56は光増幅器,57は出力光パワー安
定化回路,58,59は軸ずれさせたスプライスであ
る。なお,58,59として図3のようなコア径の異な
る光ファイバのスプライスを用いるか信号光波長帯にお
いて損失を発生する光ファイバを用いることができる。
【0026】この構成では送信端局50から発生する光
信号出力は光ブースタアンプ51において大幅に増幅さ
れるが,入力側の光分岐器52のa点の入力側のモニタ
の光パワー及び出力側の光分岐器53のモニタの光パワ
ーが通常の受光器の許容最大パワー以上になるが,スプ
ライス58,59において減衰することにより,受光器
54,55が破壊されることなく,また偏向依存性及び
反射もなく安定に入出力モニタを行うことができる。そ
して,受光器55の出力光モニタの信号が正確に光増幅
器56の出力光パワーを検出するので,出力光パワー安
定化回路57の制御による光増幅器56の出力が安定化
される。
【0027】図5の構成においてスプライス58,59
を挿入せず,受光器54,55内の結合を図4に示すよ
うにずらして光を減衰させてもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば送信端局のすぐ後に光増
幅器を置きさらに光出力を大きくする時に入力光または
出力光のモニタをする場合や,光増幅中継器で出力光の
モニタをする場合に偏向依存性及び反射のない損失媒体
や光減衰器を用いることにより光パワーの安定したモニ
タをすることができ,光増幅器の出力の安定化を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】損失媒体の第1の実施例である。
【図3】損失媒体の第2の実施例である。
【図4】受光部の構成図である。
【図5】光ブースタアンプの実施例の構成図である。
【図6】光ファイバによる信号伝送路の説明図である。
【図7】光増幅器の制御構成を示す図である。
【図8】従来のモニタのための光パワーを小さくする方
法の説明図である。
【符号の説明】
1 入力側の光ファイバ 2 光分岐器 3 出力側の光ファイバ 4 モニタ側光ファイバ 5 偏向依存性のない損失媒体 6 受光部 7 損失付与手段

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法
    において,入力または出力光の一部を分岐し,その分岐
    光を偏向依存性のない損失媒体を通過させた後,受光部
    で受けてその受光電流をモニタすることにより光増幅器
    の入力光または出力光のパワーをモニタすることを特徴
    とする光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において,偏向依存性のない損
    失媒体として同種の光ファイバの軸をずらしてスプライ
    スをして構成した媒体を用いることを特徴とする光増幅
    器の入出力光パワーのモニタ方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において,偏向依存性のない損
    失媒体としてコア径の異なる光ファイバをスプライスし
    て構成した媒体を用いることを特徴とする光増幅器の入
    出力光パワーのモニタ方法。
  4. 【請求項4】 請求項1において,偏向依存性のない損
    失媒体として,信号光の波長帯として損失の大きい光フ
    ァイバを用いることを特徴とする光増幅器の入出力光パ
    ワーのモニタ方法。
  5. 【請求項5】 光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法
    において,入力または出力光の一部を分岐し,分岐した
    光を受光して電気信号に変換する受光部は,入力光を出
    力する出力光ファイバと,出力した光の収束用レンズ及
    び該収束レンズからの光を受光する受光素子とが直列に
    配置され,前記出力光ファイバ,収束レンズ及び受光素
    子の各部の配置位置が,最大の受光信号が得られる配置
    位置からずれるように,何れか一つまたは複数を光の伝
    播方向に対し前後方向または垂直方向の何れかに位置を
    ずらして,出力光の一部を受光素子に入力することを特
    徴とする光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法。
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