JP2000513144A - 光増幅器モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 主として均一な利得が拡がる可変利得式光増幅器は、光学的に直列した第１及び第２の固定利得式希土類ドープ光導波路型増幅器（２１，２３）と、それらの間に介在する可変減衰光減衰器（２２）とを有する。この配置は、これらの増幅器を可変利得条件で動作させる際に生ずる利得傾斜の問題を回避する。他の形態のモジュールは、可変利得式導波路型増幅器を有し、これらの可変利得式導波路型増幅器は、利得スペクトル内の波長で利得の総計が一定に維持されるように協調的に調整される。別の形態のモジュールはかかるモジュールを連結して利用される。連結の場合、個々のモジュールの利得は、変化してもよいが、利得スペクトル内の波長において、連結中の全てのモジュールの導波路型増幅器の利得の総計は一定に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】 光増幅器モジュール 発明の背景 本発明は、主として利得が均一に拡がる光増幅器モジュールに係わり、特に、 光学的に励起された希土類ドーブ光導波路型増幅器を組み込むモジュールのよう な光増幅器モジュールに関する。 かかる光増幅器は波長と共に変化する光利得スペクトルを有する。また、利得 スペクトルは特定の増幅器の動作条件に依存する。詳述すると、一定の増幅器構 造に対し、利得スペクトルは増幅器の利得に依存する。データ伝送のため多重波 長を使用する光通信システムにおいて、増幅器の利得スペクトルは異なる光利得 を有する異なる信号チャネルを生じる。利得の小さい差は許容可能であるが、利 得の著しい差は光信号チャネルの一部を低下させることが知られている。原則と して、これらの差は、選択的光フィルタリングを使用することによりある程度ま で打ち消すことができる。しかし、増幅器の動作利得が、到来する光信号パワー 又は要求された光出力パワーの変化に起因して変化するとき、増幅器利得に生ず る変化は利得スペクトル形状に変化を生じさせる。 特に、低利得において、スペクトル利得特性は、特性の長波長端に延びる非常 に幅が広く僅かに高いピークから、浅い谷によって離間された僅かに丸められた ピークを特性の短波長端で示し、この幅の広い方のピークは長波長端に向かって 僅かに上方に傾斜(tilt)する。利得が増加すると共に、幅の広いピークの振幅は 均等に増加し、その結果として、その傾斜は最初に一様にされ、次に反転される 。同時に、短波長ピークの振幅は速いレートで増加し、幅の広いピークの利得を 追い越し、僅かに波長の幅が長くなる。このような利得レベルの変化の結果とし て生ずるスペクトル利得特性は、ダイナ ミック利得傾斜と称される。この効果は「ダイナミック」であるため、完全に受 動的な光フィルタリングによって補償し得ない。ダイナミック利得傾斜が存在し 、補償されない場合、波長分割多重化（ＷＤＭ）伝送システムの種々の信号チャ ネルは異なる条件下で種々の差動利得を受けやすく、その結果として、一部のチ ャネルはシステム性能を制限する著しい劣化を被る。 発明の概要 本発明はダイナミック利得傾斜の問題を回避することを目的とする。 本発明の第１の局面により提供される主として均一に拡がる利得スペクトルを 有する可変利得式増幅器モジュールにおいて、上記増幅器モジュールは、少なく とも２個の光利得供給領域と、少なくとも１個の損失供給領域とを有し、上記少 なくとも１個の損失供給領域によって与えられる損失は、利得スペクトル全体で 実質的に均一であり、かつ、電気的に可変であり、上記増幅器モジュールは、上 記増幅器モジュールの利得スペクトル内で選択された波長で、上記増幅器モジュ ール上記利得供給領域全体の総利得を実質的に一定に維持することにより、上記 増幅器モジュールのスペクトル利得特性を実質的に一定に維持するよう適合した 利得調節手段を含む。 増幅器モジュールは、好ましい一実施例において、２個の利得供給領域と、そ れらの間に光学的に介在する可変損失供給領域とを有する。 本発明の第２の局面により提供される主として利得が均一に拡がる利得スペク トルを有する可変利得式増幅器モジュールを動作させる方法において、上記増幅 器モジュールは、少なくとも２個の光利得供給領域と、少なくとも１個の損失供 給領域とを有し、上記少なくとも１個の損失供給領域によって与えられる損失は 、利得スペクトル全体で実質的に均一であり、かつ、電気的に可変である。また 、 上記増幅器モジュールを動作させる方法において、上記増幅器モジュールのスペ クトル利得特性の実質的な不変性は、上記増幅器モジュールの利得スペクトル内 で選択された波長で、上記増幅器モジュールの上記利得供給領域全体の総利得を 実質的に一定に維持することにより維持される。 本発明の第３の局面によれば、波長分割多重化伝送システムにおいて、送信器 から受信器に伝送路に沿って伝送された光波長分割多重化トラヒックの増幅器モ ジュールによる増幅方法が提供され、上記モジュールにおいて、トラヒックは、 最初に第１の固定利得式光導波路型光増幅器を用いてトラヒックの１回目の増幅 を行い、次に、可変量でトラヒックを減衰し、続いて、第２の固定利得式希土類 ドープ光導波路型光増幅器を用いてトラヒックの２回目の増幅を行なうことによ って上記モジュールによる作用を受け、上記第１及び第２の増幅器は、可変利得 動作条件下で利得傾斜を示す増幅器である。 本発明の第４の局面によれば、送信器と受信器の間の伝送路に光増幅器モジュ ールの連結を有し、上記連結中の各増幅器モジュールは、主として均一に拡がる 利得スペクトルを有する可変利得式増幅器モジュールである波長分割多重化伝送 システムが提供され、上記各増幅器モジュールは、少なくとも１個の光利得供給 領域及び少なくとも１個の損失供給領域を含み、上記少なくとも１個の損失供給 領域によって与えられる損失は、利得スペクトル全体で実質的に均一であり、か つ、電気的に可変であり、上記連結は、上記増幅器モジュールの利得スペクトル 内で選択された波長で、上記連結の上記光利得供給領域全体の総利得を実質的に 一定に維持することにより、上記連結のスペクトル利得特性を実質的に一定に維 持するよう適合した利得調節手段を含む。 本発明の第５の局面によれば、主として均一に拡がる利得スペクトルを有する 光増幅器モジュールの連結を含む伝送路を介して光受 信器と光結合された光送信器により構成され、上記各モジュールは、少なくとも １個の光利得供給領域と、上記利得供給領域の利得スペクトル全体で実質的に均 一であり、電気的に可変である損失を生ずる少なくとも１個の損失供給領域とを 有する、波長分割多重化伝送システムにおいて、上記連結を動作させる方法が提 供される。上記方法は、上記連結中の個々の増幅器モジュールの間の利得の分割 の変化の下で、上記連結の上記光利得供給領域全体の総利得を維持すべく、上記 連結の上記利得スペクトルの範囲内で選択された波長で、上記連結の上記増幅器 モジュールの上記利得を調整することにより、実質的に変化しないスペクトル利 得特性を上記連結に与える。 図面の簡単な説明 以下、送信器と受信器の間の伝送路に本発明の好ましい一実施形態の複数の光 増幅器モジュールが設けられた波長分割多重化（ＷＤＭ）伝送システムを添付図 面を参照して説明する。図面中、 図１は、ＷＤＭ伝送システムのブロック図であり、 図２は、図１の伝送システム内の一つの光増幅器モジュールの一例のブロック 図であり、 図３及び４は、夫々、フィードフォワード制御環境及びフィードバック制御環 境に接続された図２のモジュールのブロック図であり、 図５は、図１の伝送システム内の一つの光増幅器モジュールの他の例のブロッ ク図であり、 図６は、図５の増幅器モジュールの変形された形式のブロック図であり、 図７は、図１の伝送システム内の増幅器の連結の具体的な形式のブロック図で ある。 好ましい実施例の詳細な説明 図１の伝送システムは、光ファイバー伝送路１１の一端に波長分 割多重化された複数の光信号を送出するよう構成されたＷＤＭ送信器１０を含む 。この伝送路の反対側の端で、上記信号はＷＤＭ受信器１２により検出される。 伝送路１１に沿って離間させて、光増幅器モジュール１３の組が挿入される。各 光増幅器モジュール１３は、少なくとも１個の光利得供給用の光励起式の希土類 ドープ光ファイバー型増幅器を含む。 図１の増幅器モジュール１３の第１の好ましい実施形態の基本素子が図２に示 され、固定利得式希土類ドープ光導波路型光増幅器２１と、電気制御可能型可変 減衰光減衰器２２とを含む。図２に示された減衰器２２は増幅器２１の下流に配 置されているが、減衰器２２を増幅器２１の上流に配置してもよい。選択的に、 モジュール１３は、典型的に、固定利得式光導波路型光増幅器２１のスペクトル 利得特性を平滑化する機能を有する受動利得均一化フィルタ２３を含む。フィル タ２３は、欧州特許第ＥＰ ０７３６ ７８４ Ａ号に記載された方法に従って 構成されたフィルタでも構わない。 固定利得を得るため増幅器２１をクランプする方法は公知である。好ましい方 法は、増幅帯域内であり、信号帯域外である波長λ₁で放射するスーパーバイザ リ・レーザー（図示しない）を利用することである。スーパーバイザリ・レーザ ーの出力は増幅器に入射され、スーパーバイザリ・レーザーの放射波長にある増 幅器の分割出力の振幅が測定される。増幅器に入射するスーパーバイザリ出力の 量は測定され、２個の測定値を比較することにより、スーパーバイザリ・レーザ ー波長のレーザーによって与えられる利得の測定値が得られる。フィードバック 制御ループは、利得の値を所定の値に安定化するため、増幅器への励起パワーを 調節する。ある波長、本例の放射波長で利得を安定化させると、十分な励起パワ ーを利用することができる限り、入力信号パワーレベルとは名目的に独立した形 で全ての他の波長の利得値が安定化される。 増幅器２１の利得をクランプする他の好ましい方法は、増幅帯域 内であり、信号帯域外である波長λ₁でレーザー発振するファブリー・ペロ・レ ーザー共振を形成するため結合するように、増幅器導波路の上流端及び下流端に 夫々設けられた１対の狭帯域反射器、典型的にブラッグ反射器を利用する。この レーザー発振は、増減する増幅器利得がレーザー発振波長で１であることを意味 する。増減する利得は、一方で反射器の反射率によって、他方で増幅器の（一方 向）利得によって決められるので、この波長における増幅器の利得は、反射器に 対し適切な反射率値を選択することにより所望の値に設定することができる。レ ーザ発振波長で利得が固定された後、他の波長の利得は、十分な励起パワーが利 用可能である限り、固定するよう名目的に維持される。 可変減衰光減衰器の一形態は、線形可変中間密度フィルタが高精度リニアモー ターに取り付けられたファイバー・ピグテール・モジュールを含む。このような モジュールは、ＯＶＡ−６１０の品名でＳａｎｔｅｃにより販売されている。 増幅器モジュールによって与えられる全体利得の調整は、光減衰器２２により 与えられる光減衰を調整することにより行われる。かかる調整は、例えば、増幅 器モジュールの利得の大きさが増幅器モジュールに印加された信号パワーの振幅 によって決まるフィードフォワード調整を含み、或いは、利得の大きさが増幅器 モジュールによって発生された信号パワーの振幅によって決まるフィードバック 調整を含む。フィードフォワード調整構造及びフィードバック調整構造の基本的 な構成要素は、夫々、図３及び４に示されている。何れの場合も、光学式タップ ３０は、増幅器を流れる光パワーの一部分を取り出し、光フィルタ３１を介して 光検出器３２に送る。光検出器の出力は差動増幅器３３に送られ、光パワーの一 部分は差動増幅器３３において端子３４に供給された基準レベルと比較される。 差動増幅器の出力は、減衰器２２によって与えられる光減衰を調整する制御信号 として供給される。 図２において、増幅器モジュール１３は、特に、減衰器２２が光導波路型増幅 器２１の下流に配置されている。この配置は好ましい配置であると考えられる。 その理由は、このモジュールへの入力光信号パワーが典型的に非常に小さく、Ｓ Ｎ比の点に関して入力信号を減衰後に増幅するよりも減衰前に増幅する方が好ま しいからである。しかし、モジュールパワー出力の点を考慮すると、モジュール の出力は、減衰器からではなく、光導波路型増幅器の出力から直接得る方が好ま しいと考えられる。これらの競合した目的を解決するための方法は、図５に示さ れた増幅器モジュールによって提供される。図５に示された増幅器モジュールの 基本素子は、カスケード状に光結合された、第１の固定利得式希土類ドープ光導 波路型増幅器５１と、可変減衰光減衰器５２と、第２の固定利得式希土類ドープ 光導波路型増幅器５３とを含む。図５の減衰器５２は、図２の減衰器２２と同じ 働きを行うので、減衰器は同一でも構わない。図２の導波路増幅器２１と同様に 、導波路増幅器５１及び５３は、典型的にエルビウムでドープされる。 明らかに、図５の増幅器モジュールに固定利得式導波路型増幅器５１及び５３ を使用することにより、利得傾斜の問題は、図２の増幅器モジュールで回避され るのと全く同じ方法で回避される。波長λ₁で、導波路型増幅器５１の入出力パ ワーの比がＧ₁であり、導波路型増幅器５２の対応した比がＧ₂である場合、この モジュールの２個の導波路型増幅器の総利得は、積Ｇ₁×Ｇ₂である。（したがっ て、個々の導波路型増幅器の利得がｄＢ単位で表現されている場合、同様にｄＢ 単位で表現された総利得は、ｄＢ単位で表現された個々の利得の和になる。） 図５に示された増幅器モジュールが使用されるとき、動作の条件は非常に大き く変化するので、入力信号パワーのレベルが特に低い場合に利得を増大させ、そ のレベルが導波路型増幅器に飽和の影響を生じさせる危険性がある程度に高い場 合には利得を減少させるよ うに、上流の導波路型増幅器５１の利得を変更し得ることが望まれる。本発明の 教示の範囲内において、かかる利得の変更は、補完的な調節が他の導波路型増幅 器の利得に対し行われるならば、完全に実現可能である。この補完的な調節は、 導波路型増幅器５１のある波長λ₁での利得がある倍率ｋで変更されるとき、導 波路型増幅器５３の波長λ₁での利得は倍率１／ｋで変更する必要がある。この ような方法で、増幅器モジュールの総利得は、導波路型増幅器５１と５４の間の 利得の分割が変更されているとき、一定に維持される。主として利得が均一に拡 がることの一つの結果として、総利得を一定に維持したまま導波路型増幅器の間 の利得の分割を変更することにより、増幅器モジュールのスペクトル利得特性は 変わらないまま保たれる。 図６には、図５の固定利得式導波路型増幅器５１及び５３を可変利得式導波路 型増幅器６１及び６３によって置き換えることにより変形された増幅器モジュー ルが示されている。可変利得式導波路型増幅器は、波長λ₁で夫々に生ずる利得 の間に必要な補完的関係を与える機能を果たす素子６４によって間接的に同時操 作されるように構成されている。 利得Ｇ₁及びＧ₂を夫々に有する２個の導波路型増幅器を有する増幅器モジュー ルに関する上記の分析は、ある波長λ₁で利得Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ₃．．．Ｇ_nを備えた ｎ個の導波路型増幅器を有する一般的な形の増幅器モジュールの場合に適用され るよう拡張することができる。全利得の合計である を一定に保つように配置することにより、モジュールを構成する導波路型増幅器 の間で利得の分割が変更される場合に、増幅器モジュールの利得スペクトルが一 定に維持される（すなわち、利得傾 斜の問題が解消される）ことが同様に保証される。 上記説明を更に発展させ、かつ、全ての導波路型増幅器が同一の物理的な場所 に存在することは要求されていない点に注意することにより、図１の増幅器モジ ュール１３の連結に関して、図７により詳しく示され、総モジュール利得ＧＭ₁ 、ＧＭ₂、ＧＭ₃、．．．ＧＭ_n-2、ＧＭ_n-1及びＧＭ_nを備えた増幅器モジュール １３₁、１３₂、１３₃、．．．１３_n-2、１３_n-1及び１３_nを含む連結を想定する ことができる。全ての総利得の連結総計である が一定であるならば、上記の個々のモジュール間の総利得の分割は、連結の全体 的な利得スペクトルを変更することなく、動作条件の変化に適するように変更す ることができる。この分割は、ネットワークマネージャー７０の制御の下で行わ れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｊ 14/02 (72)発明者 デイヴィス，フィオーナ イギリス国，ハートフォードシャー，シー エム23 ４エイチキュー，ビショプス ス トートフォード，バイランズ クロース ６ (72)発明者 イプワース，リチャード エドワード イギリス国，ハートフォードシャー，シー エム21 ０ビーディー，ソウブリッジワー ス，ピショベリィ ドライヴ，シーモア ミューズ 18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 主として均一に拡がる利得スペクトルを有する可変利得式増幅器モジュー ルにおいて、 上記増幅器モジュールは、少なくとも２個の光利得供給領域と、少なくとも１ 個の損失供給領域とを有し、 上記少なくとも１個の損失供給領域によって与えられる損失は、利得スペクト ル全体で実質的に均一であり、かつ、電気的に可変であり、 上記増幅器モジュールは、上記増幅器モジュールの利得スペクトル内で選択さ れた波長で、上記増幅器モジュール上記利得供給領域全体の総利得を実質的に一 定に維持することにより、上記増幅器モジュールのスペクトル利得特性を実質的 に一定に維持するよう適合した利得調節手段を含む、可変利得式増幅器モジュー ル。 ２． 全ての上記利得供給領域の中の各利得供給領域によって与えられる利得は 実質的に一定である請求項１記載の増幅器モジュール。 ３． 上記少なくとも２個の利得供給領域は２個の利得供給領域により構成され 、 上記少なくとも１個の可変損失供給領域は、上記２個の利得供給領域の間に光 学的に介在する１個の可変損失供給領域により構成される請求項１記載の増幅器 モジュール。 ４． 送信器と受信器の間の伝送路に光増幅器モジュールの連結を有し、 上記連結中の各増幅器モジュールは請求項１記載の増幅器モジュールである波 長分割多重化伝送システム。 ５． 送信器と受信器の間の伝送路に光増幅器モジュールの連結を有し、 上記連結中の各増幅器モジュールは請求項３記載の増幅器モジュールである波 長分割多重化伝送システム。 ６． 主として利得が均一に拡がる利得スペクトルを有する可変利得式増幅器モ ジュールを動作させる方法において、 上記増幅器モジュールは、少なくとも２個の光利得供給領域と、少なくとも１ 個の損失供給領域とを有し、 上記少なくとも１個の損失供給領域によって与えられる損失は、利得スペクト ル全体で実質的に均一であり、かつ、電気的に可変であり、 上記増幅器モジュールを動作させる方法において、上記増幅器モジュールのス ペクトル利得特性の実質的な不変性は、上記増幅器モジュールの利得スペクトル 内で選択された波長で、上記増幅器モジュールの上記利得供給領域全体の総利得 を実質的に一定に維持することにより維持される方法。 ７． 波長分割多重化伝送システムにおいて、送信器から受信器に伝送路に沿っ て伝送された光波長分割多重化トラヒックの増幅器モジュールによる増幅方法で あって、 上記モジュールにおいて、トラヒックは、 最初に第１の固定利得式光導波路型光増幅器を用いてトラヒックの１回目の増 幅を行い、 次に、可変量でトラヒックを減衰し、 続いて、第２の固定利得式希土類ドープ光導波路型光増幅器を用いてトラヒッ クの２回目の増幅を行なうことによって上記モジュールによる作用を受け、 上記第１及び第２の増幅器は、可変利得動作条件下で利得傾斜を 示す増幅器である増幅方法。 ８． 送信器と受信器の間の伝送路に光増幅器モジュールの連結を有し、上記連 結中の各増幅器モジュールは主として均一に拡がる利得スペクトルを有する可変 利得式増幅器である波長分割多重化伝送システムにおいて、 上記各増幅器モジュールは、少なくとも１個の光利得供給領域及び少なくとも １個の損失供給領域を含み、 上記少なくとも１個の損失供給領域によって与えられる損失は、利得スペクト ル全体で実質的に均一であり、かつ、電気的に可変であり、 上記連結は、上記増幅器モジュールの利得スペクトル内で選択された波長で、 上記連結の上記光利得供給領域全体の総利得を実質的に一定に維持することによ り、上記連結のスペクトル利得特性を実質的に一定に維持するよう適合した利得 調節手段を含む、波長分割多重化伝送システム。 ９． 主として均一に拡がる利得スペクトルを有する光増幅器モジュールの連結 を含む伝送路を介して光受信器と光結合された光送信器により構成され、 上記各モジュールは、少なくとも１個の光利得供給領域と、上記利得供給領域 の利得スペクトル全体で実質的に均一であり、電気的に可変である損失を生ずる 少なくとも１個の損失供給領域とを有する、波長分割多重化伝送システムにおい て上記連結を動作させる方法であって、 上記連結中の個々の増幅器モジュールの間の利得の分割の変化の下で、上記連 結の上記光利得供給領域全体の総利得を維持すべく、上記連結の上記利得スペク トルの範囲内で選択された波長で、上記連結の上記増幅器モジュールの上記利得 を調整することにより、実 質的に変化しないスペクトル利得特性を上記連結に与える方法。