JP2001024261A - 波長可変利得等化器及びをそれを用いた光増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力信号光のパワーが変動しても、常に一定
の利得平坦度を得ることを可能にするための波長可変利
得等化器及びそれを用いた光増幅器を提供する。 【解決手段】 入力信号光は、入力モニタ用カプラ１を
介してＥＤＦＡ２に入力され、ここで励起用レーザ光源
３から供給される励起光の強度に応じた利得で増幅され
る。ＥＤＦＡ２で増幅された出力信号光のパワーの一部
を光検出器８でモニタして、出力一定制御部９が励起用
レーザ光源３にフィードバック制御をかけることによ
り、一定の出力パワーを得る。入力信号光のパワーは光
検出器６でモニタされる。入力信号パワーが小さくなっ
たときには、温度制御部７が波長可変利得等化器４のヒ
ータ１２の温度を下げ、入力信号パワーが大きくなった
ときには、温度制御部７が波長可変利得等化器４のヒー
タ１２の温度を上げる。これにより、出力信号光の利得
平坦度が入力パワーに拘わらず一定になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重（ＷＤ
Ｍ）伝送方式の光伝送システム等に使用される波長可変
利得等化器及びそれを用いた光増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＷＤＭ方式の光伝送システムとし
て、光ファイバのコア内にＥｒ，Ｐｒ，Ｎｄ等の希土類
元素をドープした光ファイバ増幅器を用いたシステムが
知られている。この種の光ファイバ増幅器は、希土類元
素がドープされたコア内に励起光としてレーザを導入
し、希土類元素のイオンを励起光でポンピングすること
により反転分布を形成し、この状態で入力信号光をコア
内に導入させると誘導放出を引き起こして入力パワーを
増幅するという作用を利用したものである。特にＥｒを
ドープした光ファイバ増幅器（Erbium-doped Fiber Amp
lifier：ＥＤＦＡ）は、１５４０〜１５６０ｎｍ帯の光
を高利得及び低雑音で増幅できることから、高密度波長
多重伝送による高速、大容量、長距離伝送システムへの
応用が期待されている。

【０００３】この種の光増幅器では、入力信号光のパワ
ーが変動した場合でも一定の出力信号光パワーが得られ
るように、出力信号光の一部をカプラで分岐してこれを
モニタし、励起光のパワー、即ち利得を調整する。ま
た、この種の光増幅器では、多波長の光信号を一括増幅
する際に重要な特性の一つが、利得スペクトルの平坦性
である。ＥＤＦＡの利得特性は、一般に光ファイバ母材
の組成に基づく利得波長スペクトルを有し、長距離伝送
で用いられる１５００〜１６００ｎｍの波長帯域で利得
波長スペクトルは完全に平坦ではない。これを改善する
一つの方法として、ＥＤＦＡの利得波長スペクトルと対
応した損失波長スペクトルを持つ利得等化器をＥＤＦＡ
の後段に配置することにより利得特性を平坦化すること
がなされている（例えば特開平１０−２１５０１５
号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上述した光増幅器では、入力信号光のパワーが数ｄＢ程
度変動し、これに伴ってＥＤＦに供給される励起光が変
動すると、ＥＤＦにおける反転分布の状態も変動して、
利得スペクトル及び利得偏差に変動が生じ、結局、利得
平坦度が悪化するという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、入力信号光のパワーが変動しても、常に一定
の利得平坦度を得ることを可能にするための波長可変利
得等化器及びそれを用いた光増幅器を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光増幅器
は、励起光を導入した増幅性光ファイバに信号光を入力
して増幅する光ファイバ増幅部と、この光ファイバ増幅
部の利得波長スペクトルとほぼ対応し且つ所定の操作で
制御可能な損失波長スペクトルを有する波長可変利得等
化器と、前記光ファイバ増幅部へ入力される信号光の強
度に基づいて前記波長可変利得等化器から所定の利得平
坦度を有する出力信号光が得られるように前記波長可変
利得等化器の損失波長スペクトルを変更する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

【０００７】本発明の光増幅器によれば、入力信号光の
強度が変動することによって光ファイバ増幅部の出力の
利得スペクトル及び利得偏差が変化した場合、制御手段
が入力信号光の強度の変化に基づいて、波長可変利得等
化器の損失波長スペクトルを光ファイバ増幅部の利得波
長スペクトルに対応して変更する。これにより、波長可
変利得等化器からは常に所定の利得平坦度を有する出力
信号光を得ることが可能になる。

【０００８】なお、特に波長可変利得等化器として、損
失波長スペクトルが光ファイバ増幅部の利得波長スペク
トルとほぼ対応し且つ温度依存性を有する利得等化器本
体とこれを加熱するヒータとを有するものを使用し、制
御手段として、波長可変利得等化器のヒータの温度を制
御するものを使用した場合には、温度の制御という簡単
な制御方法によって所定の利得平坦度を得ることができ
る。

【０００９】また、光ファイバ増幅部へ入力される信号
光の強度をモニタする入力信号光モニタ手段を更に備
え、制御手段が、前記入力信号光モニタ手段の出力に基
づいて前記波長可変利得等化器の損失波長スペクトルを
制御するものであっても良い。

【００１０】本発明に係る波長可変利得等化器は、回折
格子が形成されたコアと、このコアの周囲に配置されて
前記コアよりも屈折率が小さいクラッドと、このクラッ
ドの周囲に配置されて所定温度で前記クラッドとほぼ等
しい屈折率を有し且つ屈折率が温度依存性を有する屈折
率整合部材と、この屈折率整合部材を加熱するヒータと
を備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明の波長可変利得等化器によれば、コ
アを伝搬する光は、コアに形成された回折格子によって
その進路を曲げられて、クラッドに漏れ込むことにより
クラッドモードによる伝搬となる。そして、クラッドの
周囲に配置された屈折率整合部材に対するヒータの加熱
温度を制御すると、屈折率整合部材の屈折率が温度によ
って変化し、クラッドモードの伝搬特性を変化させ、ク
ラッドモードと基本モードの結合定数を変化させる。こ
れにより、損失波長スペクトルを変化させることができ
る。この波長可変利得等化器によれば、前述した光増幅
器に用いた場合に、温度の制御という簡単な制御方法に
よって所定の利得平坦度を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発
明の一実施例に係る光増幅器の構成を示す図である。入
力信号光は、入力モニタ用カプラ１を介してＥＤＦＡ２
に入力され、ここで励起用レーザ光源３から供給される
励起光の強度に応じた利得で増幅される。ＥＤＦＡ２の
出力光は、波長可変利得増幅器４によって利得平坦度を
補正されて出力モニタ用カプラ５を介して外部に出力さ
れる。

【００１１】入力信号光の一部は入力モニタ用カプラ１
で取り出され、入力信号光モニタ手段である光検出器６
でそのパワーを検出される。光検出器６で検出された入
力信号光のパワーは、温度制御部７に供給されている。
温度制御部７は、波長可変利得増幅器４に内蔵されたヒ
ータの温度を制御する。

【００１２】また、出力信号光の一部は出力モニタ用カ
プラ５で取り出され、出力信号光モニタ手段である光検
出器８でそのパワーを検出される。光検出器８で検出さ
れた出力信号光のパワーは、出力一定制御部９に供給さ
れている。出力一定制御部９は、出力信号光のパワーを
一定レベルにすべく励起用レーザ光源３の出力を制御す
る。

【００１３】図２は、波長可変利得増幅器４の詳細を示
す図である。この波長可変利得増幅器４は、利得等化器
本体１１と、その周囲に配置されて利得等化器本体１１
を加熱するヒータ１２とを備えて構成されている。利得
等化器本体１１は、一部に長周期ファイバーグレーティ
ング１３が形成されたコア１４と、この周囲に配置さ
れ、コア１４よりも屈折率が低いクラッド１５と、この
クラッド１５の周囲に配置された屈折率整合樹脂１６
と、これらを収容する保護ケース１７とを有する。コア
１４及びクラッド１５は、例えば石英ガラスを主成分と
し、長周期ファイバーグレーティング１３は、光軸方向
に例えば数百μｍのピッチで周期的に変化する屈折率縞
を形成したものである。屈折率整合樹脂１６としては、
例えば常温でシリカに近い屈折率を持つシリコン樹脂等
を使用することができる。シリコン樹脂の場合、０℃〜
７０℃の範囲で、屈折率が１．４３〜１．４５５まで変
化するもの、より好ましくは上記温度範囲で屈折率が
１．４３５〜１．４５まで変化するものを用いる。

【００１４】次に、このように構成された光増幅器及び
波長可変利得増幅器４の作用について説明する。まず、
入力信号光のパワー変動に対しては、ＥＤＦＡ２で増幅
された出力信号光のパワーを光検出器８でモニタして、
出力一定制御部９が励起用レーザ光源３にフィードバッ
ク制御をかけているので、常に一定の出力パワーが得ら
れる。

【００１５】一方、入力信号光のパワーの変動に伴っ
て、ＥＤＦＡ２の利得波長スペクトルも変動する。従っ
て、このままでは利得平坦度が悪化する。そこで、この
光増幅器では、入力信号光のパワーを光検出器６でモニ
タして、入力信号パワーが小さくなったときには、温度
制御部７が波長可変利得等化器４のヒータ１２の温度を
下げ、入力信号パワーが大きくなったときには、温度制
御部７が波長可変利得等化器４のヒータ１２の温度を上
げるように制御する。

【００１６】このヒータ１２の温度制御により、波長可
変利得等化器４では、屈折率整合樹脂１６の屈折率が変
化する。波長可変利得等化器４の長周期ファイバーグレ
ーティング１３は、コア１４を伝搬する基本モードとク
ラッド１５を伝搬するクラッドモードとの間の結合を誘
起するグレーティングであり、グレーティングの空間周
波数が基本モードの伝搬定数とクラッドモードの伝搬定
数との差となるように設定されていて、基本モードとク
ラッドモードとの強い結合をもたらすようになってい
る。クラッド１５の外側に配置された屈折率整合樹脂１
６は、常温においてクラッド１５と屈折率が整合し、更
に加熱によって屈折率が大きく変化することにより、ク
ラッドモードの伝搬定数を変化させる。これによって、
基本モードとクラッドモードとの結合定数が変化して損
失波長スペクトルが変化する。

【００１７】特に本実施例の等化器４は、屈折率整合樹
脂１６を使用することにより、温度０℃〜７０℃の範囲
で、屈折率を１．４３〜１．４５５まで変化させること
ができるので、長周期ファイバーグレーティング１３を
直接加熱する場合に比べ、低い加熱温度範囲でより高い
屈折率変化を得ることができる。このため、ファイバー
グレーティング１３の部分、特にＵＶ被覆部等が熱によ
り溶解するなどの問題を生じることがなく、安定した制
御が可能である。

【００１８】図３は、この実施例の波長可変利得等化器
４の損失波長スペクトルの温度による変化を示すグラフ
である。この実施例では、損失波長のピークが１５４０
ｎｍ近辺に設定されており、波長屈折率整合前（屈折率
整合樹脂の充填前）と、３０℃〜６０℃までの各ヒータ
温度における損失波長スペクトルのピーク値が大きく変
化している。この損失波長スペクトルを、ＥＤＦＡ２の
利得波長スペクトルと一致するように設定しておけば、
波長可変利得等化器４を通過した光の利得平坦度は格段
に向上する。

【００１９】図４に、上述した光増幅器に４波長の入力
信号光を入力した場合の増幅特性を示す。この図に示す
ように、トータルの入力信号光のパワーを５ｄＢ変化さ
せたときでも、各入力パワーにおける４波長の利得平坦
度を１ｄＢ以内に収めることができた。

【００２０】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施例で使用した波長
可変利得等化器４として損失波長スペクトルが異なる複
数の波長可変利得等化器を多段に接続するようにしても
良い。この場合には、より細かなスペクトルの制御が可
能である。また、波長可変利得等化器は、他の外部操
作、例えば圧力の印加等によって損失波長スペクトルを
変化させるものでも良い。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、入力
信号光の強度が変動することによって光ファイバ増幅部
の出力の利得スペクトル及び利得偏差が変化した場合で
も、この変動を検出して波長可変利得等化器の損失波長
スペクトルを制御するようにしているので、波長可変利
得等化器からは常に所定の利得平坦度を有する出力信号
光を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る光増幅器の構成を
示すブロック図である。

【図２】 同光増幅器における波長可変利得等化器の構
成を示す図である。

【図３】 同波長可変利得等化器の損失波長スペクトル
を示すグラフである。

【図４】 同光増幅器の４波長入力時の増幅特性を示す
グラブである。

【符号の説明】

１…入力モニタ用カプラ、２…ＥＤＦＡ、３…励起用レ
ーザ光源、４…波長可変利得等化器、５…出力モニタ用
カプラ、６．８…光検出器、７…温度制御部、９…出力
一定制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿嶋 孝文 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2H050 AB03Z AC82 AC84 AD00 AD16 5F072 AB09 AK06 HH02 HH04 HH05 KK07 RR01 TT29 YY17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光を導入した増幅性光ファイバに信
   号光を入力して増幅する光ファイバ増幅部と、 この光ファイバ増幅部の利得波長スペクトルとほぼ対応
   し且つ所定の操作で制御可能な損失波長スペクトルを有
   する波長可変利得等化器と、 前記光ファイバ増幅部へ入力される信号光の強度に基づ
   いて前記波長可変利得等化器から所定の利得平坦度を有
   する出力信号光が得られるように前記波長可変利得等化
   器の損失波長スペクトルを変更する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする光増幅器。
2. 【請求項２】 回折格子が形成されたコアと、 このコアの周囲に配置されて前記コアよりも屈折率が小
   さいクラッドと、 このクラッドの周囲に配置されて所定温度で前記クラッ
   ドとほぼ等しい屈折率を有し且つ屈折率が温度依存性を
   有する屈折率整合部材と、 この屈折率整合部材を加熱するヒータとを備えたことを
   特徴とする波長可変利得等化器。