JP2000031572A - 光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利得の調整が容易で出力パワーの安定化が可
能で、しかも入力信号光パワーが変化しても利得の波長
依存性の変化が生じない光増幅器を提供する。 【解決手段】 光帰還により利得が安定化された２台の
光ファイバ増幅器６ａ、６ｂを直列に接続すると共に両
光ファイバ増幅器６ａ、６ｂの間に可変光減衰器７を設
け、可変光減衰器７の減衰量を変えることにより、利得
の調整が容易で出力パワーを安定化することが可能であ
る。しかも入力信号光パワーが変化しても利得の波長依
存性を変化させることなく安定した増幅出力を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】希土類添加光ファイバを用いた光ファイ
バ増幅器は、高利得、高出力、低雑音等の優れた特性を
合わせ持つため、光通信システムの性能を大幅に向上さ
せた。光ファイバ増幅器の原理は、希土類添加光ファイ
バに添加した希土類イオンの励起準位に相当する波長を
有する励起光が、その希土類添加光ファイバに入射され
ると、希土類イオンのエネルギー準位の反転分布による
誘導放出現象により信号光が増幅されるものである。

【０００３】特に、エルビウム（Ｅｒ）を添加した光フ
ァイバ増幅器（以下「ＥＤＦＡ」という）は、増幅波長
帯が石英系光ファイバの最低損失波長帯（１．５５μｍ
帯）に一致し、しかも効率がよく、高利得、低雑音の増
幅特性が容易に得られることから、広く実用に供される
こととなった。

【０００４】このような光ファイバ増幅器をＥＤＦＡ等
に用いると、波長多重化された光信号を一括して増幅す
ることができるので、波長多重による大容量で柔軟な伝
送システムを経済的に構築することが可能となる。

【０００５】ところで、このような波長多重伝送システ
ムにおいて、多重化されるチャンネル数がダイナミック
に変動する場合、一波長当たりの利得も変動を受けるこ
とになる。

【０００６】このような利得の変動を回避するために、
光ファイバ増幅器に入力される入力信号光強度と、増幅
された出力信号光強度とをモニタし、入力信号光強度と
出力信号光強度との比が一定になるように励起光強度を
制御する方法が提案されている。

【０００７】しかしながら、この方法では構成が複雑に
なる他、広い入力波長範囲にわたり、利得を高精度に安
定化させるのが困難であり、また入力信号光パワーの時
間変動に対する過渡的な応答特性に問題がある。

【０００８】上記問題を解消する他の方法として、増幅
器内で発振を生じさせ、この発振により利得の安定化を
図る方法が提案されている。

【０００９】図５は従来の光増幅器のブロック図であ
る。

【００１０】通常の光ファイバ増幅器と同様に、基本部
分は希土類添加光ファイバ１と、励起光源２と、信号光
と励起光とを合波する光合波器３と、入出力の光アイソ
レータ４ａ、４ｂとで構成されている。発振を生じさせ
るために希土類添加光ファイバ１の両端に帰還手段とし
ての光ファイバグレーティングフィルタ５ａ、５ｂが挿
入されている。

【００１１】光ファイバグレーティングフィルタ５ａ、
５ｂは、高濃度のゲルマニウムを含む光ファイバ内に、
ホログラフィックな方法により高出力の短波長レーザ光
を照射することにより、回折格子を形成したものであ
る。

【００１２】このような光ファイバグレーティングフィ
ルタ５ａ、５ｂを用いれば、回折格子の周期、格子数等
を変えることにより所望の波長、帯域幅の光信号のみを
反射させることができ、しかもファイバ型であるので、
従来の光学部品で構成した場合に比べて接続等による損
失も少ないという利点がある。

【００１３】図５に示した従来例では、光ファイバグレ
ーティングフィルタ５ａ、５ｂで選択された波長におい
て発振が生じ、増幅部の利得が固定される。その利得の
大きさは、増幅部と反射部とで構成された帰還ループの
利得が「１」になるように決定されるので、各光ファイ
バグレーティングフィルタの反射率により定まる。

【００１４】このような内部発振を用いた方法によれ
ば、入力信号光パワーの変化によらず常に一定の利得を
保つことができ、入力信号光パワーの時間変化に対する
過渡的な応答特性も安定している。しかも複雑な電気的
制御も不要である。

【００１５】図６は光帰還の有無による利得の入力信号
光パワー依存性の特性の違いを示す図である。同図にお
いて横軸は入力信号光パワーを示し、縦軸は利得を示
す。

【００１６】光帰還が無い場合には、利得は入力信号光
パワーに依存して大きく変動するが、光帰還制御（発
振）を行うことにより、一定の利得に安定化される入力
信号光パワー範囲が拡大される。また、制御が無い場合
には入力信号光パワーに応じて利得の波長依存性も変化
するが、帰還ループによる制御を行うことにより、利得
が安定化されている範囲においては利得の波長依存性も
安定化される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、システムの
中で光増幅器を使用する際には、伝送系の損失等に応じ
て利得を調整する必要がある。伝送系の損失等に伴って
光増幅器への入力信号光パワーが変化した場合でも、増
幅出力を一定に保つ出力制御が必要な場合もある。

【００１８】しかしながら図５に示した従来の光ファイ
バ増幅器は、利得がファイバグレーティングフィルタの
反射率により定まるので調整は難しい。また、何らかの
方法により反射率を可変にしたり、あるいは別の光帰還
構成により帰還経路の損失が容易に変更できるようにで
きたとしても、設定利得の変更に伴い利得の波長依存性
が変化するという問題が残る。

【００１９】一方、光増幅器の入力側あるいは出力側に
光減衰器を設け、こん減衰率の調整によりトータルの利
得を変更することも可能であるが、この場合、過剰の損
失により雑音特性の低下や出力光パワーの低下を招くの
で望ましくないという問題があった。

【００２０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、利得の調整が容易で出力パワーの安定化が可能で、
しかも入力信号光パワーが変化しても利得の波長依存性
の変化が生じない光増幅器を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光増幅器は、励起光源と、励起光源からの励
起光により信号光を増幅する希土類添加光ファイバと、
増幅帯域内の一部の波長帯の信号光を選択的に希土類添
加光ファイバに帰還させる帰還手段とを有する光ファイ
バ増幅器を、２台直列に接続すると共に、前段の光ファ
イバ増幅器と後段の光ファイバ増幅器との間に可変光減
衰器を設けたものである。

【００２２】上記構成に加え本発明の光増幅器は、後段
の光ファイバ増幅器の出力側に出力信号光パワーを検出
する第一の検出手段を設け、第一の検出手段により検出
した出力信号光パワーが一定になるように制御する制御
手段を可変光減衰器に接続してもよい。

【００２３】上記構成に加え本発明の光増幅器は、可変
光減衰器の出力側に出力信号光パワーを検出する第一の
検出手段を設け、第一の検出手段により検出した出力信
号光パワーが一定になるように制御する制御手段を可変
光減衰器に接続してもよい。

【００２４】上記構成に加え本発明の光増幅器は、前段
の光ファイバ増幅器に、入力信号光あるいは出力信号光
のパワーを検出する第二の検出手段を設けると共に、制
御手段は第二の検出手段により検出した光パワーが所定
値以下の場合には、第一の検出手段に基づく可変光減衰
器の制御を無効とし、可変光減衰器の減衰量を増加させ
るように制御してもよい。

【００２５】上記構成に加え本発明の光増幅器は、第一
の検出手段あるいは第二の検出手段は、光フィルタ等の
光学部品を用いて信号光帯域内の特定の波長成分のみを
選択的に検出するようにしてもよい。

【００２６】本発明によれば、光帰還により利得が安定
化された２台の光ファイバ増幅器を直列に接続すると共
に両光ファイバ増幅器の間に可変光減衰器を設け、可変
光減衰器の減衰量を変えることにより、利得の調整が容
易で出力パワーを安定化することが可能である。しかも
入力信号光パワーが変化しても利得の波長依存性を変化
させることなく安定した増幅出力を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２８】図１は本発明の光増幅器の一実施の形態を
示すブロック図である。

【００２９】光ファイバ増幅器６ａ、６ｂは、それぞれ
図５に示した従来の光ファイバ増幅器のような、内部発
振により利得が固定された光ファイバ増幅器であるもの
とする。

【００３０】２台の光ファイバ増幅器６ａ、６ｂが直列
に接続され、前段の光ファイバ増幅器６ａの出力端と、
後段の光ファイバ増幅器６ｂの入力端との間に、可変光
減衰器７が挿入されている。後段の光ファイバ増幅器６
ｂの出力端は光カプラ８の入力端８ａに接続されてお
り、光ファイバ増幅器６ｂの信号光出力が分岐されるよ
うになっている。光カプラ８の一方の出力端８ｂは第一
の検出手段としての受光器９に接続されており、分岐光
を検出するようになっている。受光器９の出力端は制御
回路１０の入力端に接続されており、制御回路１０の出
力端は可変光減衰器７の入力端に接続されている。制御
回路１０は受光器９で検出した出力信号光パワーが一定
になるように可変光減衰器７を制御する。

【００３１】本光増幅器は、このように構成されている
ので、信号光入力Ｐｉが変動した場合でも可変光減衰器
７の減衰量の制御により、信号光出力Ｐｏが一定に保た
れる。すなわち、光増幅器全体の利得は、可変光減衰器
７の減衰量の制御により、出力が常に一定になるように
変化する。一方、各光ファイバ増幅器は固定の利得で動
作しており、その利得の波長依存性は、信号光入力Ｐｉ
が変動しても変化しない。

【００３２】ここで、複数の異なる波長の信号光が多重
されており、さらに多重化されている信号数が変動する
場合を考える。このような信号の例は、波長多重伝送シ
ステムにおいて、ある波長の信号が経路の途中でアド／
ドロップされるシステム等に見られる。このような信号
を増幅する場合、多重されている信号数が変化しても、
一波当たりの増幅後の出力を一定にする必要がある。従
って図１に示した光増幅器のように、増幅後の全出力信
号光パワーを一定にするような制御は適用できない。

【００３３】このような場合には、図２に示すような光
増幅器が考えられる。

【００３４】図２は本発明の光増幅器の他の実施の形態
を示すブロック図である。

【００３５】図１に示した光増幅器との相違点は、増幅
出力パワーを検出する受光器９の入力側に光バンドパス
フィルタ１１を設けた点にある。

【００３６】図２に示した光増幅器は、波長多重されて
いる信号光のうち、常に多重化されており変動すること
のない一波を用い、この波長成分のみを光バンドパスフ
ィルタ１１で選択して検出する。この一波の信号は、伝
送すべきデータで変調された信号光でもよいし、あるい
は監視、制御のために信号光に多重化された光でもよ
い。

【００３７】本光増幅器は、このように構成したことで
図１に示した光増幅器と同様に、検出される光パワーが
一定になるように可変光減衰器７を制御することによ
り、増幅後の一波当たりの出力信号光パワーを一定に保
つことができる。これは、入力信号光の波長多重数が変
化した場合でも、あるいは入力信号光の一波当たりの信
号光パワーが変化した場合でも対処できる。前者の変化
に対しては、前段及び後段の各光ファイバ増幅器６ａ、
６ｂが内部発振により、広い入力信号光パワー範囲で一
定利得で動作することが効果をもたらす。また後者の変
化に対しては図１に示した光増幅器と同様に、可変光減
衰器７による全体の利得の制御が効果をもたらすので、
いずれの場合でも安定な出力が得られる。

【００３８】ここで、図１及び図２に示した光増幅器
は、いずれも後段の光ファイバ増幅器６ｂの出力信号光
パワーを検出し、検出した出力信号光パワーをもとに可
変光減衰器７を制御するが、これに限定されず可変光減
衰器７の出力、すなわち後段の光ファイバ増幅器６ｂの
入力信号光パワーを検出して可変光減衰器７を制御して
も同様の効果が得られる。

【００３９】図３は本発明の光増幅器の他の実施の形態
を示すブロック図である。

【００４０】図１に示した光増幅器との相違点は、可変
光減衰器７と後段の光ファイバ増幅器６ｂとの間に光カ
プラ８を挿入し、光カプラ８と制御回路１０との間に受
光器９を設けた点である。

【００４１】この光増幅器は、信号光入力パワーの変動
があった場合、後段の光ファイバ増幅器６ｂを介さずに
その変化を検出できるので、可変光減衰器７の制御応答
を速めることができる。このため、信号光入力パワーの
変動に対する過渡応答特性を改善することができ、動的
な信号光入力パワーの変動に対しても安定した出力を得
ることができる。ただし、図３に示した光増幅器は、後
段の光ファイバ増幅器６ｂの特性（設定利得）が何らか
の原因で変化した場合、その変化に追従できない。

【００４２】図１から図３に示した光増幅器は、何らか
の障害等により信号光入力が断たれた場合、制御動作に
より可変光減衰器は最小の減衰量にまで至り、光増幅器
の全利得は最大値に設定される。このような最大利得状
態で信号光入力が復帰すると、過渡的にピーク光パワー
の大きな光サージが生じ、伝送装置や伝送系にダメージ
を与えるおそれがある。

【００４３】このようなダメージを避けるために図４に
示すような光増幅器が考えられる。

【００４４】図４は本発明の光増幅器の他の実施の形態
を示すブロック図である。

【００４５】図１に示した光増幅器との相違点は、前段
の光ファイバ増幅器６ａの入力側に光カプラ８ｂを挿入
し、光カプラ８ｂと制御回路１０との間に第二の検出手
段としての受光器９ｂを設けた点である。

【００４６】この光増幅器は、正常な状態では、図１に
示した光増幅器と同様に、後段の光ファイバ増幅器６ｂ
の出力光を光カプラ１８ａで分岐し、受光器９ａにより
その光パワーを検出し、光パワーが一定になるように可
変光減衰器７を制御するようになっている。

【００４７】一方、前段の光ファイバ増幅器６ａの入力
側に設けられた光カプラ１８ｂにより信号光入力Ｐｉが
分岐され、分岐された一部の信号光入力を受光器９ｂで
検出し、信号光入力パワーが所定値以下になった場合に
は、可変光減衰器７の制御を無効とし、減衰量を十分大
きく設定するようになっている。

【００４８】このような構成と制御により、信号光入力
が断たれた場合には光増幅器の全利得は小さく保たれる
ので、信号光入力が復帰しても前述したような光サージ
が生じるおそれがない。

【００４９】図３及び図４に示した光増幅器において
は、図１に示した光増幅器と同様に、受光器は信号波長
帯全域にわたる光を検出する構成で説明したが、図２に
示した光増幅器のように、受光器の入力側に光バンドパ
スフィルタを設ける等して特定の波長の光のみを選択的
に検出し、波長数の変化する場合に対処することも可能
である。

【００５０】また、本発明の光増幅器を構成する前段及
び後段の光ファイバ増幅器として図５に示した構成を例
に挙げたが、内部発振により利得を安定化する光ファイ
バ増幅器であればどのような構成でもよい。

【００５１】以上において本発明によれば、 (1) 内部発振により利得を安定化した２台の光ファイバ
増幅器を可変光減衰器を介して直列に接続したことによ
り、可変光減衰器の減衰量を変えることにより、利得の
波長依存性を変えることなく利得を調整することができ
る。

【００５２】(2) また、増幅出力パワーが一定になるよ
うに可変光減衰器を制御することにより、利得の波長依
存性を変えることなく出力を安定化させた光増幅器を実
現することができる。

【００５３】(3) 波長多重された光信号の一波のみを検
出し、上記と同様の制御を行うことにより、信号の多重
数が変化した場合にも一波当たりの出力が安定した光増
幅器を実現することができる。

【００５４】(4) 入力信号光パワーを検出し、入力信号
断時に可変光減衰器の減衰量を十分大きく設定する制御
機能を付加することにより、より安全性の高い光増幅器
を実現することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００５６】利得の調整が容易で出力パワーの安定化が
可能で、しかも入力信号光パワーが変化しても利得の波
長依存性の変化が生じない光増幅器の提供を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光増幅器の一実施の形態を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明の光増幅器の他の実施の形態を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明の光増幅器の他の実施の形態を示すブロ
ック図である。

【図４】本発明の光増幅器の他の実施の形態を示すブロ
ック図である。

【図５】従来の光増幅器のブロック図である。

【図６】光帰還の有無による利得の入力信号光パワー依
存性の特性の違いを示す図である。

【符号の説明】

６ａ、６ｂ 光ファイバ増幅器 ７ 可変光減衰器 ８、１８ａ、１８ｂ 光カプラ ９、９ａ，９ｂ 受光器 １０ 制御回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光源と、該励起光源からの励起光に
   より信号光を増幅する希土類添加光ファイバと、増幅帯
   域内の一部の波長帯の信号光を選択的に上記希土類添加
   光ファイバに帰還させる帰還手段とを有する光ファイバ
   増幅器を、２台直列に接続すると共に、前段の光ファイ
   バ増幅器と後段の光ファイバ増幅器との間に可変光減衰
   器を設けたことを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 上記後段の光ファイバ増幅器の出力側に
   出力信号光パワーを検出する第一の検出手段を設け、該
   第一の検出手段により検出した出力信号光パワーが一定
   になるように制御する制御手段を上記可変光減衰器に接
   続した請求項１に記載の光増幅器。
3. 【請求項３】 上記可変光減衰器の出力側に出力信号光
   パワーを検出する第一の検出手段を設け、該第一の検出
   手段により検出した出力信号光パワーが一定になるよう
   に制御する制御手段を上記可変光減衰器に接続した請求
   項１に記載の光増幅器。
4. 【請求項４】 上記前段の光ファイバ増幅器に、入力信
   号光あるいは出力信号光のパワーを検出する第二の検出
   手段を設けると共に、上記制御手段は該第二の検出手段
   により検出した光パワーが所定値以下の場合には、上記
   第一の検出手段に基づく上記可変光減衰器の制御を無効
   とし、上記可変光減衰器の減衰量を増加させるように制
   御する請求項２または３に記載の光増幅器。
5. 【請求項５】 上記第一の検出手段あるいは上記第二の
   検出手段は、光フィルタ等の光学部品を用いて信号光帯
   域内の特定の波長成分のみを選択的に検出する請求項２
   から４のいずれかに記載の光増幅器。