JP2002344052A - 光通信システムの利得固定平坦型光増幅器 - Google Patents
光通信システムの利得固定平坦型光増幅器Info
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Abstract
得を有する利得固定型光増幅器を提供する。 【解決手段】 本発明は、光信号を入力して補償信号を
印加し、入力信号がチャネル別に同じ出力をもつように
利得を固定する利得固定増幅部100と:上記利得固定
増幅部から入力する信号光を通過させ、反対方向から来
る光を遮断する第二のアイソレータ22と;上記 第二
のアイソレータの信号を入力して出力利得スペクトルの
形を平坦に変化させる利得平坦用フィルター51と;
及び上記利得平坦用フィルターの信号を増幅する後置増
幅部200を含んで構成することにより、入力信号の変
化による増幅器の状態密度反転を一定に維持するように
して、利得を自動的に固定させ、伝送容量を増加するよ
うに信号帯域を広める利得平坦化を行う。
Description
利得固定平坦型光増幅器に関し、特に入力信号の変化に
よる増幅器の状態密度反転(population inversion)を一
定に維持するようにして利得を自動的に固定し、伝送容
量を増加するように信号帯域を広める利得平坦化が行え
るに適した光通信システムの利得固定平坦型光増幅器に
関する。
信号の損失を補償するため光増幅器が使用される。この
ような光増幅器は、長距離光通信による光信号の減衰を
補償するための光信号を増幅する装置である。
ムにおいて広く用いられるが予測される。特に、エルビ
ウムドーピング光ファイバー増幅器(Erbium Doped Fibe
r Amplifier, EDFA)は、多量のデータが一筋の光ファイ
バーを介して再生されることなく、長距離に亘って伝送
される時、長距離に伴う光信号の減衰を防ぐため、周期
的に光信号を増幅するのに使用される。
tiplexing,WDM)光通信システムを利用すれば、多量の
データを互いに異なる波長をもつ多数のキャリヤーに乗
せ伝送するため、全体の伝送容量が波長数に比例して急
激に増加する。
の変更、構成要素の故障と、チャネルの頻繁なエド/ド
ロップ(add/drop)等によりチャネル数の変化が生じる。
これによる全体の入力信号の強さの変化は、残りのチャ
ネルの光出力に過度現象を発生させ、利得の変動により
伝送誤謬が瞬間的に増加するようになる。従って、WDM
ネットワークでは入力信号の大きさの変化による利得の
変化を最小にしなければならない。
方法としたは、ポンプ光を調節する方法と補償信号を印
加する方法に大きく分けることができる。補償信号を印
加する方法の最近の研究結果を見れば、最大16nm程度
に平坦を行った利得帯域を使用した比較的低い出力の実
績を示している。
用しようとする動きが活発に行われており、この場合、
一つの波長に相当する信号光の強さは殆ど同じであっ
て、全体の入力信号の強さが少なからず大きくなり、こ
れによって、全体の出力も波長数に比例して大きくなら
なければならない。このような場合、既存の利得固定型
光増幅器では十分な出力を得ることができない。また、
平坦な利得帯域が十分に広くなければならず、平坦な利
得も長距離伝送のためには平坦度が極めて良好でなけれ
ばならないが、この場合は利得平坦用フィルターを必ず
必要とする。このような問題点を同時に解決して初め
て、今後のWDMネットワークに使用されることができる
ので、それらの解決が大いに重要である。本発明は、簡
単で信頼性が高い構造により、このような問題点を解決
するようにした。
ック構成図である。図に示したように、入力する信号に
対し一つの方向のみに通過させる第一のアイソレータ2
1と;上記第一のアイソレータ21とフィルター31と
の出力を結合する第一の光結合部11と;増幅媒体(ED
F)41での状態密度反転が発生するようにするポンプ7
1と;上記第一の光結合部11と上記ポンプ71との出
力を結合する第二の光結合部12と;上記第二の光結合
部12から入力した信号を増幅する増幅媒体41と;上
記増幅媒体41の出力に対し反射した光は遮断し、透過
した光は通過させる第二のアイソレータ22と;上記第
二のアイソレータ22の出力を分配する第三の光結合部
13と;上記第三の光結合部12で分配された信号に対
しアイソレーティングを行う第三のアイソレータ23
と;上記第三のアイソレータ23の出力から特定の波長
のみを通過させ上記第一の光結合部11に伝送するフィ
ルター31と;及び上記第三の光結合部13で分配され
た信号を入力しアイソレーティングを行って、補償信号
が印加された光信号を出力する第四のアイソレータ24
により構成される。
加する構造を有する。
幅する増幅媒体41と、上記増幅媒体41に状態密度反
転を発生させるためのポンプ71と、補償信号を印加す
るための環状構造をなす二つの光結合部11、13と、
及び特定の波長を通過させるフィルター31により構成
される。
得は、環状構造をなす二つの光結合部11、13の損失
により決定される。信号の出力を増加するためポンプ7
1のパワーを増加すれば、補償信号として使用されるレ
ーザー信号のみ増幅され、入力信号の出力は変化しな
い。また、出力した出力端側の第三の光結合部13の損
失により出力が減少することになる。
光増幅器は、利得平坦化は考慮されなかったために、WD
Mシステムには適用することができない。
ルターが含まれた光増幅器のブロック構成図である。図
に示したように、入力する信号に対し反射した光は遮断
し、透過した光は通過させる第一のアイソレータ21
と;上記第一のアイソレータ21とフィルター31との
出力を結合する第一の光結合部11と;入力した信号の
パワーを増加させ、増幅媒体41での状態密度反転が発
生するようにするポンプ71と;上記第一の光結合部1
1と上記ポンプ71との出力を結合する第二の光結合部
12と;上記第二の光結合部12から上記増幅媒体41
の出力に対し反射した光は遮断し、透過した光は通過さ
せる第二のアイソレータ22と;上記第二のアイソレー
タ22の出力を分配する第三の光結合部13と;上記第
三の光結合部13で分配された信号に対しアイソレーテ
ィングを行う第三のアイソレータ23と;上記第三のア
イソレータ23の出力から特定の波長のみを通過させ、
上記第一の光結合部11に伝送するフィルター31と;
及び上記第三の光結合部13で分配された信号を入力し
アイソレーティングを行って、補償信号が印加された光
信号を出力する第四のアイソレータ24により構成され
る。
ルターを含んだ光増幅器は、図1の利得固定型増幅器の
出力端に利得平坦用フィルターを設け、単に利得平坦と
利得固定を適用した例である。
nmにおいて約30nmの平坦な利得帯域を得る結果とな
る。
が含まれた光増幅器の場合も、出力端にフィルターを使
用するため、信号の出力に多くの損失をもたらす問題点
がある。
成図である。図に示したように、入力する信号光を通過
させ、反対方向から来る光を遮断する第一のアイソレー
タ21と;入力した信号のパワーを増加させ、第一の増
幅媒体41での状態密度反転が発生するようにする第一
のポンプ71と;上記第一のアイソレータ21と上記第
一のポンプ71との出力を結合する第二の光結合部12
と;上記第二の光結合部12から入力した信号を増幅す
る第一の増幅媒体41と;上記第一の増幅媒体41の出
力をアイソレーティングする第二のアイソレータ22
と;上記第二のアイソレータ22の信号を入力し利得平
坦フィルタリングを行う利得平坦用フィルター51と;
入力した信号のパワーを増加させ、第二の増幅媒体42
での状態密度反転が発生するようにする第二のポンプ7
2と;上記利得平坦用フィルター51と上記第二のポン
プ72との出力を結合する第三の光結合部13と;上記
第三の光結合部13から入力した信号を増幅する第二の
増幅媒体42と;及び上記第二の増幅媒体42の出力を
アイソレーティングして、利得平坦化された信号を出力
する第四のアイソレータ24により構成される。
器においては、第一の増幅段と第二の増幅段との間に利
得平坦用フィルターを設け、30nm以上の平坦な利得を
得られ、大きな出力を得ることができる。
光増幅器を適用した利得固定型光増幅器のブロック構成
図である。図に示したように、入力する信号光を通過さ
せ、反対方向から来る光を遮断する第一のアイソレータ
21と;上記第一のアイソレータ21とフィルター31
との出力を結合する第一の光結合部11と;入力した信
号のパワーを増加させ、第一の増幅媒体41での状態密
度反転が発生するようにする第一のポンプ71と;上記
第一の光結合部11と上記第一のポンプ71との出力を
結合する第二の光結合部12と;上記第二の光結合部1
2から入力した信号を増幅する第一の増幅媒体41と;
上記第一の増幅媒体41の出力をアイソレーティングす
る第二のアイソレータ22と;上記第二のアイソレータ
22の信号を入力し利得平坦フィルタリングを行う利得
平坦用フィルター51と;入力した信号のパワーを増加
させ、第二の増幅媒体42での状態密度反転が発生する
ようにする第二のポンプ72と;上記利得平坦用フィル
ター51と上記第二のポンプ72との出力を結合する第
三の光結合部13と;上記第三の光結合部13から入力
した信号を増幅する第二の増幅媒体42と;及び上記第
二の増幅媒体42から出力する光信号を分配する第四の
光結合部14と;上記第四の光結合部14の出力をアイ
ソレーティングする第三のアイソレータ23と;上記第
三のアイソレータ23の出力から特定の波長のみを通過
させ、上記第一の光結合部11に伝送するフィルター3
1と;及び上記第四の光結合部14の出力をアイソレー
ティングして利得固定し、平坦化された信号を出力する
第四のアイソレータ24により構成される。
を適用した利得固定型光増幅器は、図1の場合において
のように、環状構造内に2段構成の利得平坦用フィルタ
ーを設けることにより、平坦な利得が得られるようにな
る。
同じ問題が発生する。即ち、出力端に第四の光結合部が
設けられているので、高出力を得ることが困難である。
技術を結合した利得固定型光増幅器は、補償信号を印加
することによって得られる利得が限定されるため、シス
テムが望む十分な利得を得ることが困難な問題点があっ
た。また、利得を平坦化するため、増幅器の最終段にフ
ィルターを設けるが、それにより利得が減少し、出力の
損失は増加する問題点があった。
nm以上の利得帯域を得た結果は発表されず、その概念を
適用した例においても、上述した数々の問題点から良好
な特性を得ることができない問題があった。
ャネルの増加が続けられており、長距離伝送システムで
は既に30nm以上の広い利得帯域を使用しているが、WD
Mネットワークシステムに使用される光増幅器は、入力
信号の変化のため未だネットワークに使用可能な増幅器
の開発が振るわない状態にある。
のような従来のいろいろな問題点を解決するためなされ
たものであり、本発明の目的は、入力信号の変化による
増幅器の状態密度反転を一定に維持することにより、利
得を自動的に固定し、伝送容量を増加させるため信号帯
域を広める利得平坦化が行えるようにした、光通信シス
テムの利得固定平坦型光増幅器を提供することにある。
ークにおいてチャネル当りの利得を固定させ、30nm以
上の平坦な利得帯域を提供することにより、WDMが要求
する高出力をもつ光帯域の利得固定型光増幅器を提供す
ることにある。
るための本発明による光通信システムの利得固定平坦型
光増幅器の技術思想による構成を説明する。
得固定平坦型光増幅器のブロック構成図である。図に示
したように、光通信システムの利得固定平坦型光増幅器
は;光信号を入力して補償信号を印加し、入力信号がチ
ャネル別に同じ出力をもつように利得を固定する利得固
定増幅部100と;上記利得固定増幅部100から入力
する信号光を通過させ、反対方向から来る光を遮断する
第二のアイソレータ22と;上記第二のアイソレータ2
2の信号を入力して出力利得スペクトルの形を平坦に変
化させる利得平坦用フィルター51と; 及び上記利得
平坦用フィルター51の信号を増幅する後置増幅部20
0を含んで構成される。
両端にレーザー共振が可能なようにリングレーザーによ
り構成し、補償信号を印加する。
を使用したレーザー共振器を構成し、補償信号を印加す
る。
のLDを使用して補償信号を印加する。
得固定増幅部100と上記後置増幅部200の利得特性
を考慮して構成する。
グ構造を使用して高出力を得るようにする。
ンピング構造を使用して高出力を得るようにする。
ンピング構造を使用して高出力を得るようにする。
したように、上記利得固定増幅部100は:入力した信
号のパワーを増加することにより、第一増幅媒体での状
態密度反転が発生するようにする第一のポンプ71と;
上記入力した信号と第一のポンプ71との出力を結合す
る第一の光結合部11と;上記第一の光結合部11から
入力した信号を増幅する第一の増幅媒体(EDF1)41と;
及び補償信号を作り利得を固定するレーザー共振器によ
り構成される。
する信号光を通過させ、反対方向から来る光を遮断する
第一のアイソレータ21を更に含むことができる。
パワーを増加させ、第二の増幅媒体42での状態密度反
転が発生するようにした第二及び第三のポンプ72、7
3と;上記利得平坦用フィルター51と上記第一のポン
プ71との出力を結合する第二の光結合部12と;上記
第二の結合部12から入力した信号を増幅する第二の増
幅媒体(EDF2)42と;及び上記第二の増幅媒体42と上
記第三のポンプ73との出力を結合する第三の光結合部
13を含んで構成される。
200は、上記第三の結合部13の出力をアイソレート
し、利得固定され且つ平坦化された信号を出力する第三
のアイソレータを更に含むことを特徴とする。
本発明をよる光通信システムの利得固定平坦型光増幅器
の実施例を添付の図面により詳細に説明する。上記した
ように、今も伝送容量を増加させるためのチャネルの増
加が続けられており、長距離伝送システムでは既に30
nm以上の広い利得帯域を使用しているが、WDMネットワ
ークシステムに使用される光増幅器は、入力信号の変化
のため未だネットワークに使用可能な増幅器の開発が振
るわない状態にある。
得固定平坦型光増幅器のブロック構成図である。
後置増幅部200により構成され動作する。
を結合する第一の光結合部11と、第一の結合部11か
らの信号を増幅して出力する第一の増幅媒体41と、こ
の増幅媒体41に状態密度反転を発生させるための第一
のポンプ41を備え、利得補償のため補償信号を提供す
るためのレーザー共振器を構成するFBG(Fiber Bragg Gr
ating)61、62によりなっている。
は、第二のアイソレータ22と利得平坦用フィルター5
1を通過し、第二の後置増幅部200に入力される。
と、増幅媒体と、ポンプ72、73を備え、信号が十分
な利得をもつようにした後出力する。
にあっては、第一の増幅段である利得固定増幅部100
と、第二の増幅段である後置増幅部200の利得特性を
考慮しなければならない。
でのチャネル数の変化による入力信号の変化に拘わら
ず、一定の増幅利得を得ることができ、同時に利得平坦
化された光増幅器を具現することができる。
部100では、補償信号を印加する方法を利用して利得
を固定する。この場合、補償信号により状態密度反転が
一定に維持される。これにより、チャネル別利得もまた
固定され、補償信号を含む全体の出力も固定される。
の固定された信号が、第二の増幅段である後置増幅部2
00に伝送されると、中間の利得平坦用フィルター51
は、第一の増幅段と第二の増幅段の利得が平坦になるよ
うに出力利得スペクトルの形を平坦に変化させる。従っ
て、第二の増幅段である後置増幅部200は、通過する
信号がチャネル別に同じ値をもつように増幅し、各チャ
ネル別利得もまた固定する。
平坦化技術をそのまま適用することができ、図1のよう
な各種の利得固定型光増幅器の技術を適用できるため、
夫々の場合広い利得帯域を有する利得固定型光増幅器を
製作することができる。
部11を介し利得固定増幅部100に入力した信号は、
波長が同じ二つのFBG61、62により構成された共振
器により、利得が固定される。このとき、利得固定のた
め補償信号を印加する場合、リングレーザーの形状に構
造するか、またはFBGを使用するか、或いは追加のLDを
使用して直接補償信号を印加することができる。その結
果、状態密度反転が一定になり、第二のアイソレータ2
2を通過し利得平坦用フィルター51を経て第二の後置
増幅部200に入力される。後置増幅部200は、高出
力を得るため二つの光結合部12、13を使用し両方向
ポンピング構造にした。このような構造は、順方向また
は逆方向或いは両方向のポンピング構造を利用すること
ができる。
る利得特性を示したグラフである。前段と後段に夫々1
80mWのポンピングパワーとEDF19m、11mを使用
し、帰還波長は1560nmである。入力信号は32(6
4)チャネルを使用し、全体の入力信号の強さは−2dBm
であって、チャネル当り−17(20)dBmに相当する。
利得固定を行わない場合は、小信号入力信号で34dBの
利得を有し、入力信号が増加するにつれて利得が減少す
ることがわかる。これは、入力の変化によって全体的に
利得が変化することを現し、チャネルのエド/ドロップ
(add/drop)があるWDMでは使用することができない。
2dBmまでの入力の変化において、利得が20dBに固定
されたことがわかる。
まで、即ち、一つのチャネルから64チャネルまでの変
化において、一定の利得20dBが得られたことがわか
る。EDFAの場合、1530nm帯域の利得が高いため、3
0nm以上の広い帯域を使用するためには、必ず利得を平
坦化しなければならない。
場合の入力の変化に対する均一な利得スペクトルを示し
たグラフである。図8の場合、チャネル当りの入力信号
は−20dBmであり、64チャネルに相当する−2dBmを
入力した。利得固定増幅部100には980nmポンプ1
60mWを使用し、後置増幅部200には1480nmポン
プ220mWをバックワード(backward)に印加した。図8
は、このような場合、64チャネルに相当する全体の入
力信号−2dBmから一つのチャネルに相当する−20dBm
までの入力信号の変化においての波長による利得と雑音
指数の特性を示している。
を有し、全体の入力信号の強さによる利得は殆ど一定で
あることがわかる。雑音指数は、全体的に6dB以下の値
をもつ。また、1480nmポンプを一方向にポンピング
する場合は、利得が23dBに向上され最大21dBの出力
を得ることができる。
nmまでの33nm以上において平坦な利得スペクトルを得
ていることがわかる。
よる増幅器の状態密度反転を一定に維持することにより
利得を自動的に固定し、伝送容量を増加するように信号
帯域を広める利得平坦化を行うことにより、高い出力を
提供することが可能になる。以上、本発明の好ましい実
施例を説明してきたが、本発明は、多様な変化、変更、
及び均等物を使用することができる。本発明は、上記の
実施例を適切に変形して同一に応用することも可能であ
るのは勿論である。従って、上記記載内容は、添付の特
許請求範囲の限界により定められる本発明の範囲を限定
するものではない。
テムの利得固定平坦型光増幅器は、入力信号の変化によ
る増幅器の状態密度反転を一定に維持することにより利
得を自動的に固定し、伝送容量を増加するように信号帯
域を広める利得平坦化を行うことができる効果がある。
ステムにおいても、30チャネル以上の広い平坦な利得
をもって高出力が可能であり、チャネルの変化に拘わら
ず、一定の利得を有する構造の光増幅器を具現して、次
世代の電光増幅器として有効に使用することができる効
果がある。
ある。
器のブロック構成図である。
ある。
構成図である。
光増幅器のブロック構成図である。
示すグラフである。
に拘わらず、均一な利得スペクトルを示すグラフであ
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 光信号を入力して補償信号を印加し、入
力信号がチャネル別に同じ出力をもつように利得を固定
する利得固定増幅部と;上記利得固定増幅部から入力す
る信号光を通過させ、反対方向から来る光を遮断する第
二のアイソレータと;上記第二のアイソレータの信号を
入力して出力利得スペクトルの形を平坦に変化させる利
得平坦用フィルターと; 及び上記利得平坦用フィルタ
ーの信号を増幅する後置増幅部を含んでなることを特徴
とする光通信システムの利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項2】 上記利得固定増幅部は、増幅媒体の両端
にレーザー共振が可能なようにリングレーザーにより構
成し、補償信号を印加することを特徴とする請求項1記
載の光通信システムの利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項3】 上記利得固定増幅部は、FBGを使用したレ
ーザー共振器を構成し、補償信号を印加することを特徴
とする請求項1記載の光通信システムの利得固定平坦型
光増幅器。 - 【請求項4】 上記利得固定増幅部は、追加のLDを使用
して補償信号を印加することを特徴とする請求項1記載
の光通信システムの利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項5】 上記利得固定増幅部は:入力した信号の
パワーを増加することにより、第一の増幅媒体での状態
密度反転が発生するようにする第一のポンプと;上記入
力した信号と第一のポンプとの出力を結合する第一の光
結合部と;上記第一の光結合部から入力した信号を増幅
する第一の増幅媒体と;及び補償信号を作り利得を固定
するレーザー共振器を含むことを特徴とする請求項1記
載の光通信システムの利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項6】 上記利得固定増幅部は、入力する信号光
を通過させ、反対方向から来る光を遮断する第一のアイ
ソレータを更に含むことを特徴とする請求項5記載の光
通信システムの利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項7】 上記利得平坦用フィルターは、上記利得
固定増幅部と上記後置増幅部の利得特性を利用して構成
したことを特徴とする請求項1記載の利得固定平坦型光
増幅器。 - 【請求項8】 上記後置増幅部は、順方向ポンピング構
造を使用して高出力を得るようにしたことを特徴とする
請求項1記載の利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項9】 上記後置増幅部は、逆方向ポンピング構
造を使用して高出力を得るようにしたことを特徴とする
請求項1記載の利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項10】 上記後置増幅部は、両方向ポンピング
構造を使用して高出力を得るようにしたことを特徴とす
る請求項1記載の利得固定平坦型光増幅器。 - 【請求項11】 上記後置増幅部は:入力した信号のパ
ワーを増加させ、第二の増幅媒体での状態密度反転が発
生するようにした第二及び第三のポンプと;上記利得平
坦用フィルターと上記第一のポンプとの出力を結合する
第二の光結合部と;上記第二の結合部から入力した信号
を増幅する第二の増幅媒体と;及び上記第二の増幅媒体
と上記第三のポンプとの出力を結合する第三の光結合部
を含んで構成したことを特徴とする請求項1記載の利得
固定平坦型光増幅器。 - 【請求項12】 上記後置増幅部は、上記第三の結合部
の出力をアイソレートして、利得固定され且つ平坦化さ
れた信号を出力する第三のアイソレータを更に含むこと
を特徴とする請求項11記載の利得固定平坦型光増幅
器。
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