JP2002344072A - 光源の劣化状態検出回路および光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバ増幅器の増幅利得を低下させた状態
においても励起光源の劣化状態をモニタできるようにす
る。 【解決手段】パルス生成回路１０３を備え、半導体レー
ザ１０１を駆動する半導体レーザ駆動回路１０２にパル
ス信号を与えるようにする。これにより待機状態におい
ては半導体レーザ１０１をパルス状に発光させる。そう
して、半導体レーザ１０１からの励起光により動作する
光ファイバ増幅器が応答できない程度にパルス幅が短
く、かつ光ファイバ増幅器の増幅利得が生じない程度に
デューティー比の小さいパルスを、パルス生成回路１０
３において生成する。このようにすることで増幅利得を
略０に抑圧しつつも、半導体レーザ１０１を通常のレベ
ルで発光させるようにし、その強度をモニタすることで
半導体レーザ１０１の劣化状態を検出できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムな
どに用いられる光ファイバ増幅器と、この光ファイバ増
幅器に使用される励起用光源の状態を検出する回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光伝送システムにあっては、入力される
光信号を電気信号に変換することなく増幅できる光増幅
器がキーデバイスとなる。特に、光ファイバ増幅器は、
高利得、高出力、広帯域、低雑音、偏波無依存などの優
れた特徴を有し、既に実用化されている。光ファイバ増
幅器はエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素を添加した
光ファイバに、入力光とともに励起光源からの励起光を
導入することにより、入力光にエネルギーを与えて増幅
するものである。

【０００３】光ファイバ増幅器には、励起光源の状態を
常時モニタすることで信頼性の向上を図るようにしたも
のが有る。この種の光ファイバ増幅器では、励起光源か
らの出力光をフォトダイオードにより光／電変換し、そ
の信号をモニタすることで励起光源の正常性（故障して
いるか、否か）を確認するようにしている。この技術は
例えば特許第２９６５５９７号公報で開示された半導体
レーザ駆動回路を応用したもので、この公報で言うとこ
ろの半導体レーザを増幅用の励起光源に置き換えたもの
である。

【０００４】ところで、光ファイバ増幅器には、入力光
レベルに拘わらず増幅後の出力光レベルを一定に保つた
めに自動レベル制御（ＡＬＣ）機能が備えられているこ
とが多い。しかしながらＡＬＣが機能していると、入力
光レベルが著しく低下した状態から入力光の入力が復旧
した場合に光サージを生じ、後段に接続される光受信機
などを損傷する虞が有る。

【０００５】そこで、このような事態を避けるため、増
幅すべき入力光の入力レベルが非常に低くなったか、ま
たは断となった場合には光増幅器の増幅利得をほぼ０に
することが考えられている。入力光レベルが著しく低下
した場合だけでなく、出力側の光伝送路が切断された場
合にも光増幅器の増幅利得をほぼ０にすることが行なわ
れる。このようにすることで、復旧作業者の人体の安全
を確保することができる。また、システムの試験や保守
を目的として、外部からの制御により増幅利得を下げる
場合もある。以下、このように光増幅器の増幅利得をほ
ぼ０とした状態を待機状態と称する。

【０００６】例えば特開平８−０３７４９７号公報に記
載の光増幅器では、待機状態において励起光源の駆動パ
ワーをゼロまたは非常に小さくするようにし、これによ
り増幅器の増幅利得を最小限にするようにしている。

【０００７】しかしながらこの公報に記載の発明では、
待機状態においては励起光源への駆動電流が停止される
ことにより励起光源が発光しなくなってしまう。このた
め励起光源の正常性がモニタできなくなるといった不具
合があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の光ファイバ増幅器は、光ファイバ増幅器の増幅利得を
低下させた状態では励起光源への駆動電流が停止される
ために励起光源の発光が停止し、励起光源の劣化状態を
モニタできなくなるという不具合を有していた。

【０００９】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、光ファイバ増幅器の増幅利得を低下させた
状態で励起光源の劣化状態をモニタすることが可能な光
源の劣化状態検出回路および光ファイバ増幅器を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係わる光源の劣化状態検出回路は、入力光と
光源から出力される励起光とを希土類ドープ光ファイバ
内で合波して前記入力光を増幅する光ファイバ増幅器に
用いられ、前記光源の劣化状態を検出する回路であっ
て、前記光ファイバ増幅器の待機状態においてパルス信
号を生成するパルス生成回路と、前記光源を前記パルス
信号に応じて駆動する駆動回路と、前記光源の出射光の
一部を受光して光／電変換信号を出力する光電変換素子
と、この光／電変換信号をモニタして前記光源の劣化状
態を検出するモニタ手段とを具備し、前記パルス生成回
路に、前記希土類ドープ光ファイバの反転分布の応答速
度よりも十分に速いパルス幅で、かつ前記光ファイバ増
幅器の前記待機状態における設定利得に応じたデューテ
ィー比の前記パルス信号を生成させるようにしたことを
特徴とする。

【００１１】このような手段を講じたことにより、待機
状態においては光源はパルス光を発生し、このパルス状
の励起光が希土類ドープ光ファイバに導入される。パル
ス光のパルス幅は、希土類ドープ光ファイバの反転分布
の応答速度よりも十分に速く、またそのデューティー比
は待機状態における前記光ファイバ増幅器の設定利得に
応じたものとなる。好ましくは、待機状態における増幅
利得が略０となるデューティー比に設定される。

【００１２】したがって、待機状態においては光ファイ
バ増幅器の増幅利得はほぼ０となるにも拘わらず、光電
変換素子には、断続的ではあるが通常と同じパワーの励
起光が入射される。これにより、光ファイバ増幅器の増
幅利得を低下させた状態であっても光源の状態を検出す
ることが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明に係わる光源の劣化
状態検出回路の第１の実施形態における構成を示すブロ
ック図である。この回路は、図示しない希土類ドープ光
ファイバを有した光ファイバ増幅器に備えられる。

【００１４】図１において光源としての半導体レーザ１
０１は、半導体レーザ駆動回路１０２から与えられる駆
動電流２０５により駆動される。半導体レーザ１０１が
出力する励起光は希土類ドープ光ファイバに入射され、
光信号の増幅に利用される。

【００１５】また半導体レーザ１０１からの励起光は、
その一部がフォトダイオード１０４で光／電変換され、
モニタ回路１０５からその強度を反映したモニタ信号が
出力される。このモニタ信号は劣化検出回路１０６に与
えられ、半導体レーザ１０１の出力レベルが規定値より
も低くなると、劣化信号が出力される。これにより、例
えば経時変化などにより半導体レーザ１０１が劣化した
ことが検出される。

【００１６】ところで図１に示される光源の劣化状態検
出回路は、パルス生成回路１０３を備えている。パルス
生成回路１０３は半導体レーザ１０１が待機状態になっ
たときに、半導体レーザ駆動回路１０２にパルス信号を
与えるものである。よって待機状態においては、半導体
レーザ駆動回路１０２はパルス生成回路１０３から与え
られるパルス信号によりパルス駆動され、半導体レーザ
１０１は断続的に発光することになる。

【００１７】上記構成においてパルス生成回路１０３
は、光ファイバ増幅器が応答できない程度にパルス幅が
短く、かつ光ファイバ増幅器の増幅利得が生じない程度
にデューティー比の小さいパルスを生成する。

【００１８】一般に光ファイバ増幅器の励起光に対する
増幅利得の周波数特性は、遮断周波数が２kHz程度（ス
テップ応答時間0.5msec程度）である。よって、パルス
幅が例えば数μｓ程度のパルス状の励起光で増幅用ファ
イバを励起すると、希土類ドープ光ファイバの反転分布
の時間応答が遅いために、光ファイバ増幅器の利得が励
起光の変化に追従できない。

【００１９】半導体レーザ１０１の励起光パルス幅を光
ファイバ増幅器の応答時間に対して十分短く、かつ小さ
いデューティー比のパルスで駆動した場合には、光ファ
イバ増幅器の瞬間増幅利得は時間平均利得に等しくな
る。このため光ファイバ増幅器の時間平均利得は、同じ
電流で連続発振駆動した場合のデューティー比分に抑圧
される。したがって、短いパルス幅、かつ小さなデュー
ティー比で半導体レーザ１０１をパルス駆動することに
より、半導体レーザ１０１を通常のパワーで発光させつ
つも光ファイバ増幅器の利得を略０にすることが可能に
なる。すなわち半導体レーザ１０１は、待機状態にあっ
ても、断続的にではあるが通常のパワーで発光するた
め、その強度をモニタすることで半導体レーザ１０１の
劣化状態を検出することが可能になる。

【００２０】このように本実施形態では、パルス生成回
路１０３を備え、半導体レーザ１０１を駆動する半導体
レーザ駆動回路１０２にパルス信号を与えるようにす
る。これにより待機状態においては半導体レーザ１０１
をパルス状に発光させる。そうして、半導体レーザ１０
１からの励起光により動作する光ファイバ増幅器が応答
できない程度にパルス幅が短く、かつ光ファイバ増幅器
の増幅利得が生じない程度にデューティー比の小さいパ
ルスを、パルス生成回路１０３において生成する。この
ようにすることで増幅利得を略０に抑圧しつつも、半導
体レーザ１０１を通常のレベルで発光させるようにし、
その強度をモニタすることで半導体レーザ１０１の劣化
状態を検出できるようにしている。以上のことから、待
機状態においても半導体レーザ１０１の劣化状態をモニ
タすることが可能となる。

【００２１】（第２の実施形態）図２は、本発明に係わ
る光源の劣化状態検出回路の第２の実施形態における構
成を示すブロック図である。なお図２において図１と共
通する部分には同一の符号を付して示し、ここでは異な
る部分についてのみ説明する。

【００２２】図２において、モニタ回路１０５から出力
されるモニタ信号２０６は、コンパレータ２０９に与え
られて劣化基準電圧２０８と比較される。その結果に応
じたコンパレータ出力２１０はパルス検出回路２１１に
入力され、モニタ信号２０６の状態に応じて劣化信号２
１１が出力される。

【００２３】図３を参照して、上記構成における作用に
つき説明する。図３に示されるように、パルス生成回路
１０３で発生されるパルス信号により、レーザ駆動電流
２０５はパルス状となる。よってモニタ信号２０６も、
レーザ駆動波形に応じたパルス状となる。

【００２４】半導体レーザ１０１が劣化する前では、モ
ニタ信号２０６のレベルは劣化基準電圧２０８よりも高
く、よってコンパレータ２０９からはパルス状の出力２
１０が出力され続ける。この状態から半導体レーザ１０
１が劣化すると、モニタ信号２０６が劣化基準電圧２０
８を下回る。そうすると、コンパレータ２０９からのパ
ルスが途絶える。

【００２５】コンパレータ出力２１０はパルス検出回路
２１１に入力される。コンパレータ出力２１０のパルス
が継続している間はパルス検出回路２１１の出力がロー
レベル（Low）となり、パルスが途絶えるとハイレベル
（High）になる。すなわち、半導体レーザ１０１が劣化
していない間はコンパレータ２０９の出力２１０はパル
ス状態であるのでパルス検出回路２１１の出力２１２は
連続的にLowとなる。半導体レーザ１０１が劣化すると
コンパレータ２０９の出力からパルスが途絶えるため、
パルス検出回路２１１の出力は連続的にHighとなり、劣
化信号２１２として出力される。以上のような構成によ
っても、待機状態における半導体レーザ１０１の状態を
検出することが可能になる。

【００２６】（第３の実施形態）図４は、本発明に係わ
る光源の劣化状態検出回路の第３の実施形態における構
成を示すブロック図である。なお図４において図１およ
び図２と共通する部分には同一の符号を付して示し、こ
こでは異なる部分についてのみ説明する。

【００２７】図４において、モニタ回路１０５から出力
されるパルス状のモニタ信号２０６は、ピーク検出回路
３０６に入力される。ピーク検出回路３０６はモニタ信
号２０６のピーク値を検出し、そのピーク値を出力す
る。ピーク検出回路３０６から出力されるピーク信号３
０７はコンパレータ３０９に入力され、劣化基準電圧２
０８と比較される。

【００２８】ピーク信号３０７が劣化基準電圧２０８を
上回っている間は、コンパレータ３０９からの出力はLo
wとなる。一方、半導体レーザ１０１が劣化しピーク信
号が劣化基準電圧２０８を下回ると、コンパレータ３０
９の出力はHighとなって、劣化信号２１２として出力さ
れる。以上のような構成によっても、待機状態における
半導体レーザ１０１の状態を検出することが可能にな
る。

【００２９】（第４の実施形態）図５は、本発明に係わ
る光源の劣化状態検出回路を用いた光ファイバ増幅器の
実施の形態を示すブロック図である。なお図５において
図１、２、４と共通する部分には同一の符号を付して示
す。この光ファイバ増幅器は、希土類ドープ光ファイバ
４２５に半導体レーザ１０１からの励起光を入力し、ポ
ンプ作用により入力光（Opt.In）を増幅して出力するも
のである。半導体レーザ１０１は、定常状態においては
出力駆動回路４０３により駆動され、また待機状態にお
いてはパルス駆動回路４０４により駆動される。

【００３０】制御部４０６は、入力断検出信号、出力オ
ープン検出信号および外部制御信号に基づいて出力駆動
回路４０３またはパルス駆動回路４０４を動作させる。

【００３１】出力駆動回路４０３は光ファイバ増幅器が
定常状態の時に動作し、パルス駆動回路４０４は光ファ
イバ増幅器が待機状態の時に動作する。なお光ファイバ
増幅器の定常状態とは、光増幅利得が通常値である通常
の動作モードを示す。

【００３２】増幅すべき入力光は光分岐器４０７で一部
分岐されてフォトダイオード４０８で光／電変換され、
入力光モニタ回路４０９から入力光の強度に応じた入力
光パワー信号が出力される。入力光パワー信号は入力断
検出回路４１０に入力され、入力断基準電圧と比較され
る。入力光パワー信号が入力断基準電圧を下回った場
合、入力断検出回路４１０は入力断検出信号を制御部４
０６に出力する。これにより制御部４０６は入力光が断
となったことを検知し、光ファイバ増幅器を待機状態と
する。

【００３３】光分岐器４０７を透過した入力光は光合波
器４２４において励起光と合波され、希土類ドープ光フ
ァイバ４２５において増幅される。この増幅光は光分岐
器４２７および出力反射光分岐器４１５を介して出力さ
れる。

【００３４】このうち出力反射光分岐器４１５の出力光
はフォトダイオード４１６で光／電変換されたのちモニ
タ回路４１７に与えられ、反射光強度に応じた出力反射
光パワー信号が出力される。この出力反射光パワー信号
は出力オープン検出回路４１８に入力され、出力オープ
ン基準信号と比較される。

【００３５】出力反射光パワー信号が出力オープン基準
信号を上回ると、出力オープン検出回路４１８は出力オ
ープン検出信号を制御部４０６に出力する。これにより
制御部４０６は出力側の光伝送路が切断されたことを検
知し、光ファイバ増幅器を待機状態とする。

【００３６】光ファイバ増幅器が定常状態であれば、半
導体レーザ１０１は出力駆動回路４０３により駆動され
る。希土類ドープ光ファイバ４２５を通過した増幅光は
光分岐器４２７で分岐され、出力フォトダイオード４２
８から出力パワーに応じた光電流が出力される。この光
電流はモニタ回路４２９に入力され、その出力電圧は出
力駆動回路４０３に与えられる。そうして、出力設定電
圧に基づいて半導体レーザ１０１への駆動電流が制御さ
れる。

【００３７】半導体レーザ駆動電流は半導体駆動電流モ
ニタ４３２に与えられ、その出力電圧と劣化基準電圧４
３４とが半導体レーザ電流劣化検出部４３５で比較され
て半導体レーザ１０１の劣化が検出される。すなわち、
半導体レーザ１０１が劣化すると、発光量の低下によっ
て駆動電流が増大するように制御ループが機能すること
を利用し、半導体レーザ電流劣化検出部４３５は、半導
体レーザ１０１の駆動電流が劣化基準電圧４３４を上回
った場合に、半導体レーザ１０１が故障劣化と判断して
劣化信号を出力する。

【００３８】一方、光ファイバ増幅器が待機状態であれ
ば、パルス駆動回路４０４がパルス生成回路１０３の出
力信号に基づいてパルス駆動される。このとき、パルス
駆動回路４０４は光ファイバ増幅器が応答できないほど
短いパルス幅で、かつ光ファイバ増幅器の利得が生じな
い程の小さいデューティー比で半導体レーザ１０１をパ
ルス駆動する。

【００３９】このとき、光増幅器の増幅利得は最小限に
抑えられつつも、半導体レーザ１０１はその劣化状態に
応じた強度のパルス光を出力する。このパルス光はフォ
トダイオード１０４で光／電変換されてモニタ回路１０
５に与えられる。この光／電変換信号のレベルが規定値
より低くなると、劣化検出回路１０６において半導体レ
ーザ１０１の劣化故障が判定され、劣化信号が出力され
る。

【００４０】以上の構成により、光ファイバ増幅器の増
幅利得を低下させた状態においても励起光源の劣化状態
をモニタすることが可能な光ファイバ増幅器を提供する
ことが可能になる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、待機状
態において、光増幅器が応答しない程度に短かいパルス
幅で、かつ利得が生じない程度に小さいデューティー比
のパルスで半導体レーザをパルス駆動することにより、
増幅利得を略０としつつも半導体レーザの劣化を検出す
るのに十分な励起光出力を得られるようにしている。こ
れにより、光ファイバ増幅器の増幅利得を低下させた状
態においても、励起光源の劣化状態をモニタすることが
可能な光源の劣化状態検出回路および光ファイバ増幅器
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる光源の劣化状態検出回路の第
１の実施形態における構成を示すブロック図。

【図２】 本発明に係わる光源の劣化状態検出回路の第
２の実施形態における構成を示すブロック図。

【図３】 図２に示される光源の劣化状態検出回路にお
ける作用を説明するための図。

【図４】 本発明に係わる光源の劣化状態検出回路の第
３の実施形態における構成を示すブロック図。

【図５】 本発明に係わる光源の劣化状態検出回路を用
いた光ファイバ増幅器の実施の形態を示すブロック図。

【符号の説明】

１０１…半導体レーザ １０２…半導体レーザ駆動回路 １０３…パルス生成回路 １０４…フォトダイオード １０５…モニタ回路 １０６…劣化検出回路 ２０５…レーザ駆動電流 ２０６…モニタ信号 ２０８…劣化基準電圧 ２０９…コンパレータ ２１０…コンパレータ出力 ２１１…パルス検出回路 ２１２…劣化信号 ３０６…ピーク検出回路 ３０７…ピーク信号 ３０９…コンパレータ ４０３…出力駆動回路 ４０４…パルス駆動回路 ４０５…パルス生成回路 ４０６…制御部 ４０７…光分岐器 ４０８…入力光フォトダイオード ４０９…入力光モニタ回路 ４１０…入力断検出回路 ４１５…出力反射光分岐器 ４１６…フォトダイオード ４１７…モニタ回路 ４１８…出力オープン検出回路 ４２４…光合波器 ４２５…希土類ドープ光ファイバ ４２７…光分岐器 ４２８…出力フォトダイオード ４２９…モニタ回路 ４３２…半導体駆動電流モニタ ４３４…劣化基準電圧 ４３５…半導体レーザ電流劣化検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 満 東京都日野市旭が丘３丁目１番地の１ 株 式会社東芝日野工場内 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 HH02 HH03 HH07 JJ05 PP07 YY17 5F073 BA01 EA27 FA01 GA02 GA12 HA05 HA10 HA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光と光源から出力される励起光とを
   希土類ドープ光ファイバ内で合波して前記入力光を増幅
   する光ファイバ増幅器に用いられ、前記光源の劣化状態
   を検出する回路であって、 前記光ファイバ増幅器の待機状態においてパルス信号を
   生成するパルス生成回路と、 前記光源を前記パルス信号に応じて駆動する駆動回路
   と、 前記光源の出射光の一部を受光して光／電変換信号を出
   力する光電変換素子と、 この光／電変換信号をモニタして前記光源の劣化状態を
   検出するモニタ手段とを具備し、 前記パルス生成回路は、前記希土類ドープ光ファイバの
   反転分布の応答速度よりも十分に速いパルス幅で、かつ
   前記光ファイバ増幅器の前記待機状態における設定利得
   に応じたデューティー比の前記パルス信号を生成するこ
   とを特徴とする光源の劣化状態検出回路。
2. 【請求項２】 前記モニタ手段は、 前記光／電変換信号と所定の基準電圧とを比較してその
   結果を出力するコンパレータと、 このコンパレータの出力レベルに応じて前記光源の劣化
   状態を検出する劣化検出回路とを備えることを特徴とす
   る請求項１に記載の光源の劣化状態検出回路。
3. 【請求項３】 前記モニタ手段は、 前記光／電変換信号のピークを検出して出力するピーク
   検出回路と、 このピーク検出回路と所定の基準電圧とを比較してその
   結果に応じて前記光源の劣化状態を検出するコンパレー
   タとを備えることを特徴とする請求項１に記載の光源の
   劣化状態検出回路。
4. 【請求項４】 定常状態と、この定常状態よりも増幅利
   得を低下させた待機状態の２つの動作状態を有する光フ
   ァイバ増幅器において、 希土類ドープ光ファイバと、 励起光を発生出力する光源と、 増幅すべき入力光と前記励起光とを前記希土類ドープ光
   ファイバ内で合波する光合波器と、 前記待機状態においてパルス信号を生成するパルス生成
   回路と、 前記光源を前記パルス信号に応じて駆動する駆動回路
   と、 前記光源の出射光を受光して光／電変換信号を出力する
   光電変換素子と、 この光／電変換信号をモニタして前記光源の劣化状態を
   検出するモニタ手段とを具備し、 前記パルス生成回路は、前記希土類ドープ光ファイバの
   反転分布の応答速度よりも十分に速いパルス幅で、かつ
   前記待機状態における前記光ファイバ増幅器の設定利得
   に応じたデューティー比の前記パルス信号を生成するこ
   とを特徴とする光ファイバ増幅器。