JP2001024592A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2001024592A JP2000141434A JP2000141434A JP2001024592A JP 2001024592 A JP2001024592 A JP 2001024592A JP 2000141434 A JP2000141434 A JP 2000141434A JP 2000141434 A JP2000141434 A JP 2000141434A JP 2001024592 A JP2001024592 A JP 2001024592A
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ネビル・ハゼル
Shan Xue-Hang
シヤン・スー−カン
Derek Willeits
デレク・ウイレツツ
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Alcatel SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長分割多重通信システムのための光増幅器
を提供する。 【解決手段】 この光増幅器は、ゲインの変化に応答し
て一つの方向に波長依存ゲインチルトを生じる第１の増
幅器段と、ゲインの対応する変化に応答して逆方向に波
長依存ゲインチルトを生じる第２の増幅器段３と、第１
の増幅器段２および第２の増幅器段３のゲインを制御し
て、増幅器のほぼ平坦な応答を時間にわたって維持する
ためのゲイン制御手段４とからなり、第１の増幅器段２
がラマン増幅器を提供する一定の長さの光伝送ファイバ
である。本発明は増幅器１からの一定の出力レベルを維
持しながら動的ゲインチルト調節を用いる光増幅器を提
供する。

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し、詳
細には波長分割多重（ＷＤＭ）通信ネットワークに用い
るのに好適な光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅されたＷＤＭ通信システムでは、
全てのＷＤＭチャネルについて容認できる信号対雑音比
（ＳＮＲ）を達成するために、特定の入力チャネルの波
長のいかんにかかわらず、光増幅器のゲインが一定の値
を有する必要がある。これはゲイン平坦性と呼ばれ、固
定の入力レベルにおける波長に対するゲインの変化率の
値が、低いかまたはゼロであることと規定される。従来
の増幅器は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦ
Ａ）の慎重な設計およびゲイン平坦化フィルタの使用に
よって、ゲイン平坦性を達成するものである。さらに、
入力レベルが変化したときに光増幅器から一定の出力レ
ベルを確保するために、たいていの光増幅器は、ポンプ
レベルを制御することによってゲインを調節する自動レ
ベル制御（ＡＬＣ）回路をも含んでいる。しかし、ポン
プレベルが調節されたとき、増幅器のゲインの平坦性が
悪影響を受け、ＥＤＦＡが劣化するかまたはＥＤＦＡに
ゲインチルトが導入される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この問題に対処するた
めに、固定ゲイン平坦化フィルタを用いることができ
る。しかし、入力レベルの変化は、ケーブルのエージン
グ、ケーブルの補修、または増幅器内の別のＥＤＦＡの
故障によって起こり、これらは全て経時変化する可能性
がある。固定ゲイン平坦化フィルタは、これらの変化に
起因するゲインチルトの変化を補償することができな
い。動的なゲインチルト調節を行わせるために、可変ゲ
インイコライザの利用またはＥＤＦＡの入力に結合する
外部減衰器の使用などの別の方法が提案されている。し
かし、これらの装置は高価であり、時間にわたる増幅器
ゲインの損失が避けられなくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、波長分割多重通信システムのための光増幅器は、
ゲインの変化に応答して一つの方向に波長依存ゲインチ
ルトを生じる第１の増幅器段と、ゲインの対応する変化
に応答して逆方向に波長依存ゲインチルトを生じる第２
の増幅器段と、第１および第２の増幅器段のゲインを制
御して、増幅器のほぼ平坦な応答を時間にわたって維持
するためのゲイン制御手段とからなり、第１の増幅器段
がラマン増幅器を提供する一定の長さの光伝送ファイバ
である。
【０００５】本発明は、増幅器からの一定の出力レベル
を維持しながら、動的ゲインチルト調節を用いる光増幅
器を提供する。したがって、この増幅器は、入力レベル
の変化が上述のように多くの予期できない要因の結果と
して起こりうる、海底の通信ネットワークの光中継器に
用いるのに特に好適である。
【０００６】ゲイン制御手段は、増幅器の出力レベルの
変化を検知しそれに応答して第１の増幅器段および第２
の増幅器段のゲインを調節するように構成された、光増
幅器の出力に結合された信号処理回路からなり、この信
号処理回路は、少なくとも１つの増幅器段の周りの負の
フィードバック制御ループ内に構成されたポンプ制御回
路からなり、増幅器の出力レベルの低下が検知されたと
き、第１の増幅器段および第２の増幅器段のゲインがそ
れに応じて調節され、増幅器の出力がほぼ一定のレベル
に維持されるようになることが好ましい。
【０００７】増幅器の出力レベルを一定レベルに維持す
るのと同様に、入力信号波長に対する増幅器のゲインチ
ルトが、ほぼ平坦に保たれる。
【０００８】ゲイン制御手段は、第１の増幅器段および
第２の増幅器段にポンプ光を供給するように構成された
少なくとも１つのポンプソースからなり、ポンプ光のパ
ワーが増幅器の出力レベルに応じて制御されることが好
ましい。
【０００９】増幅器は、さらに光スプリッタからなるこ
とがより好ましく、該光スプリッタは、ポンプ光の所定
の割合を第１の増幅器段に結合して、それによって第１
の方向に波長依存ゲインチルトを生じ、かつポンプ光の
所定の割合を第２の増幅器段に結合して、それによって
逆方向に波長依存ゲインチルトを生じるように構成され
ている。
【００１０】増幅器のゲインの必要な増加の全量は、第
１の増幅器段のゲイン増分および第２の増幅器段のゲイ
ン増分によって提供することができる。したがって、増
幅器の出力レベルは維持され、望ましくないゲインチル
トは増幅器応答に導入されない。
【００１１】本発明の第２の態様によれば、海底通信シ
ステムの光中継器は、本発明の第１の態様による光増幅
器からなる。
【００１２】本発明の第３の態様によれば、海底通信シ
ステムは、本発明の第２の態様による少なくとも１つの
光中継器からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】添付図面を参照して、本発明の例
について詳細に説明する。
【００１４】図１は、本発明による光増幅器の例のブロ
ック図を示す。増幅器１は、直列に接続されたラマン増
幅器段を提供する一定の長さの伝送ファイバ２と、ＥＤ
ＦＡ３とを有する。増幅器のフィードバックループの光
電検出器５は、増幅器１を通って伝播する光信号の送出
レベル出力を検知し、カプラ６を介して検知されたレベ
ルを信号処理回路４に結合する。増幅器１はまた、ＷＤ
Ｍカプラ７を介して伝送ファイバ２およびＥＤＦＡ３の
各々をポンプする（図示されていない）ポンプソースも
含む。本例において、ポンプソースは信号処理回路４内
に含まれる。ポンプ光は、信号処理回路４と伝送ファイ
バ２およびＥＤＦＡ３との間の接続部８、９、および１
０を介して、ポンプソースから提供される。光アイソレ
ータ１１は、増幅器１の出力部に提供される。
【００１５】図２は、図１に示す光増幅器に用いるのに
好適な信号処理回路４のブロック図を示す。信号処理回
路４は、９８０ｎｍの波長でＥＤＦＡ３を同方向ポンプ
（ｃｏ−ｐｕｍｐ）するように構成された第１のポンプ
ソース１２と、１４７５ｎｍの波長でＥＤＦＡ３および
ラマン増幅器段２を逆方向ポンプ（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐ
ｕｍｐ）するように構成された第２のポンプソース１３
とを有する。ポンプソース１２のポンプレベルは、一定
の値に設定されるが、ポンプソース１３のポンプレベル
は、以下で説明するように検知された増幅器１の送出レ
ベル出力に応じて変化する。信号処理回路４は、負のフ
ィードバック制御ループ中に構成されたコンパレータ１
５を有するＡＬＣユニット１４をも有する。増幅器１か
らの送出レベル出力および電圧基準信号発生器１６から
の電圧基準信号は、コンパレータ１５への入力として用
いられる。エラー信号の変化が、ポンプソース１３のポ
ンプレベルに対応する変化を生じ、コンパレータ１５か
らの出力は、ポンプソース１３のポンプレベルを制御す
るためのエラー信号として用いられる。電圧基準信号を
所望のレベルに設定すると、コンパレータ１５の出力、
従って増幅器１の送出レベル出力を制御することができ
る。
【００１６】スプリッタ１７は、ポンプソース１３から
の出力を分割するように構成され、ポンプソース１３の
全出力パワーの所定の割合が、ＥＤＦＡ３および伝送フ
ァイバ２の各々を逆方向ポンプするのに用いられる。以
下で説明するように、分割の比率は、使用者の必要に応
じて自由に設定してよい。
【００１７】次に、増幅器１の動作を図１および図２を
参照して説明する。増幅器１への入力レベルが公称値か
ら減少すると、通常は、増幅器１の送出レベル出力がそ
れに応じて減少する。この場合、送出レベル出力が減少
すると、コンパレータ１５からの出力が増加し、したが
ってポンプソース１３のポンプレベルが増加する。しか
し、ＥＤＦＡ３に供給されるポンプレベルが増加する
と、ＥＤＦＡ３の出力に時計回りのゲインチルトが生じ
る（長波長より短波長の方が、ゲインがより高くなる
（図２参照））。通常、１２ｎｍの波長範囲では、１０
ｄＢのＥＤＦＡで、ゲインチルトは０．２ｄＢ／ｄＢ程
度となる。したがって、ゲインチルトにおけるこの変化
を補償するために、伝送ファイバ２もまた、ポンプソー
ス１３によって逆方向ポンプされ、一定量のラマン増幅
を提供する。ＥＤＦＡ３によって生じる時計回りのゲイ
ンチルト変化と対照的に、１５４８〜１５６０ｎｍの範
囲のＷＤＭ信号は、ラマンゲインが増加すると反時計回
りのゲインチルトを生じる（図４参照）。通常、伝送フ
ァイバ３は、４４０ｃｍ−１程度のラマンゲインを有す
ることができ、これは１４８０ｎｍポンプでは約１００
〜１１０ｎｍである。ゲインチルトの変化は、０．３ｄ
Ｂ／ｄＢ程度になる。したがって、伝送ファイバのラマ
ンゲインのゲインチルトにおける逆の変化を用いて、Ｅ
ＤＦＡにおけるゲインチルトの変化を補償することが可
能である。
【００１８】増幅器１の入力レベルに減少があるとき、
増幅器の出力レベルを一定値に維持するのに必要な余分
のゲインは、ＥＤＦＡ３のゲインの増分および伝送ファ
イバ２のラマン増幅器のゲインの増分の両者により提供
される。したがって、増幅器１のゲインチルトの全変化
は最小限化される。
【００１９】使用の際、増幅器１の光出力の一部は、光
電検知器５を介した信号処理回路４への送出レベル出力
として、負のフィードバック制御ループの中に向けられ
る。電圧基準信号発生器１６は、電圧基準信号Ｖｒｅｆ
をコンパレータ１５の正の端子に提供し、光電検知器５
からの送出レベル出力は、コンパレータ１５の負の端子
に結合される。送出レベル出力が、通常増幅器１への入
力レベルの減少に応じて低下すると、負のフィードバッ
ク制御ループは、ポンプソース１３によって供給される
ポンプレベルを増加するように作用し、これによりラマ
ン増幅器２およびＥＤＦＡ３のそれぞれのゲインを増加
させる。
【００２０】ポンプソース１３の出力は、スプリッタ１
７に結合され、これによりＥＤＦＡ３およびラマン増幅
器２のポンプレベルが、確実に増幅器１のゲインチルト
の平坦性を維持するために、送出レベル出力の変化に応
じて同時に調節される。たとえば、送出レベル出力の３
ｄＢの減少が信号処理回路４によって検知されると、送
出レベル出力を一定レベルに維持するために、増幅器１
のゲインに対応する３ｄＢの増加が必要となる。これを
達成するためには、ＥＤＦＡ３のゲインを１．８ｄＢ増
加させ、ラマン増幅器２のゲインを１．２ｄＢ増加させ
てもよい。ポンプソース１３からＥＤＦＡ３およびラマ
ン増幅器段２の各々に供給されるパワーの比率は、スプ
リッタ１７によって設定され、使用者の必要に応じて決
められる。こうして増幅器１の送出レベル出力は一定値
に維持され、同時に増幅器１のゲインチルトも確実にほ
ぼ平坦に維持される。
【００２１】図３および図４は、それぞれ入力信号の波
長に対する、ＥＤＦＡ増幅器およびラマン増幅器の正規
化されたゲインのグラフを示す。グラフは、１５４４ｎ
ｍ〜１５６０ｎｍの波長範囲にわたって、ＥＤＦＡのゲ
インチルトが変化する様子を示す。ゲインの低い値では
ゲインチルトは正で、ゲインの高い値ではゲインチルト
は負である。これと対照的に、伝送ファイバのラマンゲ
インについては、低い値のゲインではゲインチルトが負
となり、高い値のゲインではゲインチルトが正となる。
【００２２】図５は、入力信号の波長に対する、ＥＤＦ
Ａ増幅器とラマン増幅器との結合され正規化されたゲイ
ンのグラフを示す。図３および図４のグラフに示す効果
の結合により、１５４４〜１５６０ｎｍの範囲にわたる
一定の平坦なゲインチルトが得られる。
【００２３】図６は、それぞれ本発明によるいくつかの
光増幅器を組み込んだ、いくつかの光中継器２０を有す
る海底通信ネットワークを示す。このネットワークは、
いくつかのこのような光中継器２０を介して、第１の端
局１９１と第２の端局１９２とを結合する海底ケーブル
１８を有する。各光中継器２０の出力レベルは、それぞ
れの信号プロセッサの基準電圧信号Ｖｒｅｆに適切な値
を設定することにより決めることができる。各中継器
は、本発明による光増幅器を含むので、海底ケーブルの
各光ファイバのＷＤＭ信号の相対チャネルレベルは、リ
ンク全体にわたって維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光増幅器のブロック図を示す。
【図２】図１に示す光増幅器に用いるのに好適な信号処
理回路のブロック図を示す。
【図３】入力信号の波長に対するＥＤＦＡの正規化され
たゲインのグラフを示す。
【図４】入力信号の波長に対するラマン増幅器の正規化
されたゲインのグラフを示す。
【図５】入力信号の波長に対するＥＤＦＡ増幅器および
ラマン増幅器の結合され正規化されたゲインのグラフを
示す。
【図６】本発明による増幅器を有するいくつかの中継器
を有する通信ネットワークを示す図である。
【符号の説明】
１ 光増幅器 ２ 伝送ファイバ ３ ＥＤＦＡ ４ 信号処理回路 ５ 光電検出器 ６ カプラ ７ ＷＤＭカプラ １１ 光アイソレータ １２ 第１のポンプソース １３ 第２のポンプソース １４ ＡＬＣユニット １５ コンパレータ １６ 電圧基準信号発生器 １７ スプリッタ １８ 海底ケーブル １９ 端局 ２０ 光中継器
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｓ 3/131 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｅ 3/30 Ｊ Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 Ｈ０４Ｂ 10/17 10/16 (72)発明者 シヤン・スー−カン イギリス国、ロンドン・エス・イー・28・ ０・エイチ・エス、テムズミード・ウエス ト、マーベリイ・ロード・９ (72)発明者 デレク・ウイレツツ イギリス国、ケント・デイ・エイ・２・ ６・エヌ・エル、ダートフオード、フリー ト・アベニユー・34

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長分割多重通信システムのための光増
    幅器（１）であって、 ゲインの変化に応答して一つの方向に波長依存ゲインチ
    ルトを生じる第１の増幅器段（２）と、 ゲインの対応する変化に応答して逆方向に波長依存ゲイ
    ンチルトを生じる第２の増幅器段（３）と、 第１および第２の増幅器段のゲインを制御して、増幅器
    のほぼ平坦な応答を時間にわたって維持するためのゲイ
    ン制御手段（４）とからなり、第１の増幅器段が、ラマ
    ン増幅器を提供する一定の長さの光伝送ファイバである
    光増幅器（１）。
  2. 【請求項２】 ゲイン制御手段（４）が、光増幅器
    （１）の出力に結合された信号処理回路からなり、該信
    号処理回路が、光増幅器（１）の出力レベルの変化を検
    知し、それに応じて第１の増幅器段（２）および第２の
    増幅器段（３）のゲインを調節するように構成されてい
    る、請求項１に記載の光増幅器（１）。
  3. 【請求項３】 信号処理回路が、少なくとも１つの増幅
    器段の周りの負のフィードバック制御ループ内に構成さ
    れたポンプ制御回路（１２、１３）からなり、増幅器の
    出力レベルの低下が検知されたとき、それに応じて第１
    の増幅器段および第２の増幅器段のゲインが調節され、
    増幅器の出力がほぼ一定のレベルに維持される、請求項
    ２に記載の光増幅器（１）。
  4. 【請求項４】 第２の増幅器段（３）がエルビウムドー
    プファイバ増幅器である、請求項１から３のいずれか一
    項に記載の光増幅器（１）。
  5. 【請求項５】 ゲイン制御手段（４）が、第１の増幅器
    段（２）および第２の増幅器段（３）にポンプ光を供給
    するように構成された少なくとも１つのポンプソース
    （１２、１３）からなり、そのポンプ光のパワーが、増
    幅器（１）の出力レベルに応じて決定される、請求項１
    から４のいずれか一項に記載の光増幅器（１）。
  6. 【請求項６】 ポンプ光の所定の割合を第１の増幅器段
    （２）に結合して、それによって第１の方向に波長依存
    ゲインチルトを生じ、かつポンプ光の所定の割合を第２
    の増幅器段（３）に結合して、それによって逆方向に波
    長依存ゲインチルトを生じるように構成された光スプリ
    ッタ（１７）からなる、請求項５に記載の光増幅器。
  7. 【請求項７】 ゲイン制御手段が、２つのポンプソース
    （１２、１３）からなり、第１のポンプソース（１２）
    は、第１の増幅器段および第２の増幅器段を逆方向ポン
    プするように構成され、第２のポンプソース（１３）
    は、第１の増幅器段（２）と第２の増幅器段（３）の一
    方を同方向ポンプするように構成された、請求項５また
    は６に記載の光増幅器（１）。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか一項に記載の
    光増幅器（１）からなる、海底通信システムのための光
    中継器（１）。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の少なくとも１つの光中
    継器からなる海底通信システム。
JP2000141434A 1999-05-19 2000-05-15 光増幅器 Withdrawn JP2001024592A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9911665.9 1999-05-19
GBGB9911665.9A GB9911665D0 (en) 1999-05-19 1999-05-19 An optical amplifier

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