JP2004103929A - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ増幅器に関し、特に光ファイバを用いて通信を行う光ファイバ通信システムに適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来技術に係るツリウム(Tm)添加ファイバ増幅器(TDFA)の構成を図10に示す。図10(a)が1.4μm帯励起の場合(非特許文献1)、図10(b)が1.4/1.5μm帯励起の場合(非特許文献2)である。このTDFAは、利得媒質としてのTm添加ファイバ(TDF)と、1つの励起光源1(図10(a))、または2つの異なる波長の励起光源2、3(図10(b))を有する。ただし、図10において、4,5,6は合波器、7,8は駆動回路であり、光アイソレータなどの自明な光部品は簡単のため省略してある。
【0003】
図10(a)の場合の励起光波長は約1420nmである。また、TDFとして高濃度添加のTDFを用いている。このTDFAは、図10(b)のTDFAに比べ、構造がシンプルであるという特徴を有する。
【0004】
一方、図10(b)の場合、励起光源2、3の波長はそれぞれ1420nmおよび1560nmであり、それらの励起光は、それぞれ合波器5、6を用いて信号光と合波される。信号光波長は、およそ1480−1510nmである。すなわち、合波器5は、信号光とその信号光より短波長の励起光を合波する。また、合波器6は、信号光とその信号光より長波長の励起光を合波する。
【0005】
【非特許文献1】
S. Aozasa et al., OFC, PD1,2001
【非特許文献2】
笠松他、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、C−3−91,p.217,2000
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
これらのTDFAは、入力信号光パワー(Psin)が一定の条件で動作している。ところが、波長多重(WDM)システムでは、一般に、入力信号光パワー(Psin)は信号光波長数や伝送ファイバ損失の経時変化などにより変化する。そして、TDFAの利得スペクトルは、入力信号光パワー(Psin)に応じて変化する。そのため、従来技術では、TDFAの利得スペクトルを一定に保つことができず、システム性能を劣化させるという欠点があった。
【0007】
本発明は、上記従来技術に鑑み、TDFAの利得スペクトルを一定に保つことができる光ファバ増幅器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の通りである。
【0009】
第1の光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバと、波長λp1の励起光を出射する第1の励起光源と、波長λp2の励起光を出射する第2の励起光源を有し、λp2およびλp1が、λp2≧λp1+25nm、1495nm≧λp1≧1360nm、1520nm≧λp2≧1385nm、の関係を満たすことを特徴とする光ファイバ増幅器である。すなわち、本光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバを1.4μm近傍の2つの異なる波長の励起光で励起することを主な特徴とする。
【0010】
第2の光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバと、少なくとも1つの励起光源と、異なる2つの信号光波長(λ1,λ2)における入力および出力信号光パワーを分岐する2つの分岐器と、その分岐された信号光パワーを受光する2つの受光器と、受光した信号光パワーから、λ1およびλ2における利得を算出し、それらの利得を一定に保持するように、前記少なくとも1つの励起光源の励起光パワーを変化させる制御回路を有することを特徴とする光ファイバ増幅器である。すなわち、本光ファイバ増幅器は、入出力の信号光パワーをモニタすることにより、利得検出および利得一定制御を行うことを主な特徴とする。
【0011】
第3の光ファイバ増幅器は、前記請求項2の光ファイバ増幅器であって、前記少なくとも1つの励起光源として、波長λp1の励起光を出射する第1の励起光源と、波長λp2の励起光を出射する第2の励起光源を有し、λp2およびλp1が、λp2≧λp1+25nm、1495nm≧λp1≧1360nm、1520nm≧λp2≧1385nm、の関係を満たすことを特徴とする光ファイバ増幅器である。
【0012】
第4の光ファイバ増幅器は、ツリウム添加ファイバと、波長λp1の励起光を出射する第1の励起光源と、波長λp2の励起光を出射する第2の励起光源と、前記第1の励起光源から出射する励起光パワーを検出する第1の受光器と、前記第1の励起光源から出射した後、前記ツリウム添加ファイバを通過した励起光パワーを検出する第2の受光器と、前記第2の励起光源から出射する励起光パワーを検出する第3の受光器と、前記第2の励起光源から出射した後、前記ツリウム添加ファイバを通過した励起光パワーを検出する第4の受光器と、第1及び第2の受光レベルから、波長λp1の励起光の前記ツリウム添加ファイバにおける透過率(T(λp1))を算出し、第3及び第4の受光器の受光レベルから、波長λp2の励起光の前記ツリウム添加ファイバにおける透過率(T(λp2))を算出し、T(λp1)およびT(λp2)が一定になるように、前記第1および第2の励起光源から出射する励起光パワーを制御する制御回路を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器である。すなわち、本光ファイバ増幅器は、2つの波長の異なる励起光のパワーをモニタすることにより、励起光の透過率検出および利得一定制御を行うことを主な特徴とする。
【0013】
第5の光ファイバ増幅器は、前記請求項4の光ファイバ増幅器であって、λp2およびλp1が、λp2≧λp1+25nm、1495nm≧λp1≧1360nm、1520nm≧λp2≧1385nm、の関係を満たすことを特徴とする光ファイバ増幅器である。
【0014】
第6の光ファイバ増幅器は、前記請求項5の光ファイバ増幅器であって、信号光と前記波長λp1の励起光が、前記ツリウム添加ファイバ中を同じ方向に伝播するように、前記ツリウム添加ファイバの前段に設置した、前記波長λp1の励起光と信号光を合波する合波器と、信号光と前記波長λp2の励起光が、前記ツリウム添加ファイバ中を逆方向に伝播するように、前記ツリウム添加ファイバの後段に設置した、前記波長λp2の励起光と信号光を合波する合波器を有することを特徴とする光ファイバ増幅器である。本光ファイバ増幅器は、低い雑音指数を有することを主な特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0016】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明第1の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。同図に示すように、当該光ファイバ増幅器は、図10(a)に示す従来技術に係る光ファイバ増幅器と類似しているが、下記の点が主に異なり、それ以外の点は同様である。そこで、図10(a)と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0017】
従来技術では、励起光波長は基本的に1つであるが、本形態では、2波長を用いている。その2波長は、TDFAの吸収波長域(約1360−1440nm)および増幅波長域(約1450−1520nm)に設定する。図1では、励起光源11、12からの励起光(それぞれ励起光−1および−2とする)の波長を1380nmおよび1450nmとしている。かかる励起光−1および励起光−2は合波器13で合波された後、合波器4で信号光とさらに合波される。
【0018】
図6は、TDFAの利得係数スペクトルの上位凖位比率依存性を示している。ここで、上位凖位比率とは、増幅上位凖位の増幅上位凖位と下位凖位の和に対する比率のことである。dB単位の利得は、この利得係数に比例する。上位凖位比率は、入力励起光パワーおよび入力信号光パワー、励起光波長および信号光波長に依存する。例えば、1380nmの励起光で強励起した場合のスペクトルは、上位凖位比率=63%の場合のスペクトルに近い。また、1450nmの励起光で強励起した場合のスペクトルは、上位凖位比率=45%の場合のスペクトルに近い。したがって、システム動作中に、入力信号光パワーが変化したとき、上記1380nmおよび1450nmの励起光パワーを適宜変化させて、利得スペクトルを一定に保持できる。例えば、入力信号光パワーが増加したとき、励起光パワーが一定であれば、利得スペクトルは、上位凖位比率が低い場合のスペクトルに向かって変化するが、このとき、1380nmの励起光パワーと1450nmの励起光パワーの比を大きくすることにより、このスペクトル変化を除去できる。すなわち、従来技術で問題であった、入力パワーの変化に応じて、利得スペクトルが変化するという欠点を除去できる。
【0019】
上記2つの励起光波長(λp1,λp2とする。ただし、λp1<λp2)は、あまり接近していると各波長で強励起したときのスペクトルの差が少なく、スペクトル制御性が小さいので好ましくない。したがって、λp2−λp1≧25nmが望ましい。
【0020】
また、λp2が信号光波長に近く、上記増幅波長域(約1450−1520nm)にある場合には、励起光−2がTDF中で、励起光−1により増幅される場合がある。この場合にも、上記の利得スペクトルの制御を同様に行うことができる。
【0021】
[第2の実施の形態]
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。同図に示すように、当該光ファイバを増幅器は、図10(b)の従来技術と類似しているが、下記の点が主に異なる。そこで、図10(b)と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0022】
本形態では、従来技術の光ファイバ増幅器の前段および後段にそれぞれ信号光パワーをモニタするための分岐器21、22を設置している。分岐器21、22で分岐された信号光は、さらに分岐器23、24で分岐される。分岐器23、24で2分岐された信号光は、光フィルタ25、26、27、28を通して、それぞれ受光器29、30、31、32で検出される。ここで、光フィルタ(25,26)、(27,28)は、それぞれ異なる波長(λ1およびλ2)の信号光を通過させる。
【0023】
本光ファイバ増幅器の前段および後段に設置した受光器29、30で受光したλ1の信号光パワーから、この信号光波長での信号光利得G(λ1)を算出する。同様に、本光ファイバ増幅器の前段および後段に設置した受光器31、32で受光したλ2の信号光パワーから、この信号光波長での信号光利得G(λ2)を算出する。上記の分岐器21、22、23、24は、具体的には、例えばファイバカプラである。また、上記の光フィルタ(25,27)、(26,28)は、具体的には、例えば誘電体多層膜フィルタである。信号光波長λ1およびλ2は、例えばそれぞれ1480nmおよび1510nmである。
【0024】
システムの動作条件が変化し、本光ファイバ増幅器への入力信号光パワーが変化したとき、上記利得G(λ1)およびG(λ2)が一定になる励起光源2、3の励起光パワー(それぞれP1およびP2)を変化させる。例えば、まず、制御回路を用いて、G(λ1)が一定になるようにP1を高速で変化させ、つぎに、G(λ1)が一定になるようにP1を高速で変化させつつ、G(λ2)が一定になるようにP2をP1に比べ、ゆっくりと変化させる。この制御により、G(λ1)およびG(λ2)が一定となり、ひいては利得スペクトルが一定となる。上記制御により、従来技術で問題であった、入力パワーの変化に応じて、利得スペクトルが変化するという欠点を除去できる。
【0025】
[第3実施例]
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。同図に示すように、当該光ファイバを増幅器は、図2に示す第2実施の形態と類似しているが、下記の点がおもに異なる。そこで、図2と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0026】
第2の実施の形態では、励起光源2、3として1420nmおよび1560nmのものを用いているが、本形態では、励起光源35、36として1380nm(λp1)および1450nm(λp2)のものを用いている。励起光源35、36からの励起光(励起光−1および−2)は、合波器33で合波された後、TDFに隣接した別の合波器34で信号光と合波される。1380nmの励起光で強励起した場合の利得スペクトルは、短波長側に利得ピークを有するものである。一方、1450nmの励起光で強励起した場合の利得スペクトルは、長波長側に利得ピークを有するものである。したがって、これらの2波長でTDFを励起することにより、入力信号光パワーの変化に起因する利得スペクトル変化を、下記のように回避することができる。
【0027】
第2の実施の形態の場合と同様に、システムの動作条件が変化し、本光ファイバ増幅器への入力信号光パワーが変化したとき、上記利得G(λ1)およびG(λ2)が一定になる励起光源35、36の励起光パワー(それぞれP1およびP2)を変化させる。例えば、まず、制御回路を用いて、G(λ1)が一定になるようにP1を高速で変化させ、つぎに、G(λ1)が一定になるようにP1を高速で変化させつつ、G(λ2)が一定になるようにP2をP1に比べゆっくりと変化させる。この制御により、G(λ1)およびG(λ2)が一定となり、ひいては利得スペクトルが一定となる。
【0028】
かかる制御により、従来技術で問題であった、入力パワーの変化に応じて、利得スペクトルが変化するという欠点を除去できる。
【0029】
また、λp2が信号光波長に近く、上記増幅波長域(約1450−1520nm)にある場合には、励起光−2がTDF中で、励起光−1により増幅される場合がある。この場合にも、上記の利得スペクトルの制御を同様に行うことができる。
【0030】
[第4実施例]
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。同図に示すように、当該光ファイバを増幅器は、図3に示す第3実施の形態と類似しているが、下記の点が主に異なる。そこで、図3と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0031】
第3の実施の形態では、2つの異なる波長の信号光利得をモニタし、フィードバックにより制御を行っているが、本形態では、2つの異なる波長(λp1およびλp2)の励起光損失をモニタし、フィードバックにより制御を行っている。すなわち、本形態では、2つの異なる波長の励起光損失(それぞれL(λp1)およびL(λp2))が一定になるように制御を行う。
【0032】
励起光源35から出射した1380nmの励起光パワーは、受光器41によりモニタされる。また、励起光源36から出射した1450nmの励起光パワーは、受光器42によりモニタされる。これら受光器41および42の例は、レーザダイオードモジュールのレーザダイオード後端面に設置したフォトダイオードである。励起光源35、36から出射した励起光は、TDFに入射して、TDFの動作条件に応じた吸収を受ける。その後、TDF後方の分波器43で信号光と分離され、さらに分波器44を介してそれぞれ受光器45、45に導かれる。受光器41、45の受光レベル差および受光器42、46の受光レベル差と、励起光が励起光源35、36から受光器(41,45)、(42、46)に至るまでの、合波器33、34および分波器43、44等の光部品(TDF以外)損失から、TDF損失が算出できる。
【0033】
図7は、図6の関係から得られた、1380nmおよび1450nmにおける励起光吸収係数の上位凖位比率依存性を示している。dB単位の励起光吸収量は、それら吸収係数に比例している。2つの波長に対する吸収係数は、ともに、上位凖位比率の増加につれて減少している。また、図8は、図7の関係から得られた、上位凖位比率の吸収係数比率依存性を示している、ここで、吸収係数比率とは、1450nmにおける吸収係数の1380nmにおける吸収係数に対する比率である。
【0034】
図8より、吸収係数比率と上位凖位比率は、1対1に対応しており、吸収係数比率が一定であれば、上位凖位比率が一定となり、ひいては利得スペクトルが一定に保たれる。本実施の形態の制御によれば、L(λ1)およびL(λ2)が一定であるから、吸収係数比率が一定であり、したがって利得スペクトルが一定に保たれる。上記図7および図8の関係は、1380nmおよび1450nm以外の励起光波長に関しても一般に成り立つ。
【0035】
図9は、典型的な上位凖位比率(37%)における、利得・損失スペクトルを示している。1490nmの信号光利得が30dBの場合を示している。このとき、20dB以上の利得が、約1475−1520nmの波長域で得られている。また、励起光波長1380nmおよび1450nmにおける励起光損失は、それぞれ約43dBおよび30dBである。したがって、図4の構成において、通常の光部品および電気部品を用いて、上記の利得スペクトル制御系が構成できる。すなわち、TDFへの入力励起光パワーを約20dBmとし、上記励起光損失と、励起光に対する光部品損失(約7dBとする)を考慮すると、受光器45、46で検出される励起光パワーは、それぞれ約−30dBmおよび約−13dBmである。これは、典型的な受光器の暗電流レベルを考慮したとき、十分高い光パワーである。
【0036】
また、λp2が信号光波長に近く、上記増幅波長域(約1450−1520nm)にある場合には、励起光−2がTDF中で、励起光−1により増幅される場合がある。この場合にも、上記励起光損失L(λp2)を利得と読み替えて、上記の利得スペクトルの制御を同様に行うことができる。そこで、上記励起光損失を、励起光の利得が生じる上記の場合を含めて、透過率(L(λp1)およびL(λp2))と呼ぶことにする。
【0037】
[第5の実施の形態]
図5は、本発明の第5の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。本形態に係る光ファイバ増幅器は図4に示す第4の実施の形態と類似しているが、下記の点が主に異なる。そこで、図4と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0038】
第4の実施の形態では、1380nmの励起光と1450nmの励起光を同じ方向すなわちTDFの前方向(信号光の伝播方向と同方向)に伝播させた(前方向励起)が、本形態では、1380nmの励起光を前方向励起とし、1450nmの励起光を後方向励起としている。1380nmの励起光は、TDFの信号光入力端付近を強励起し、TDF伝播中の大部分が吸収されて、TDF出力部端付近ではパワーが小さい。一方、1450nmの励起光は、TDFの信号光出力端付近を強励起し、TDF伝播中の大部分が吸収されて、TDF入力部端付近ではパワーが小さい。TDFの信号光入力端付近における、励起光パワーが支配的な励起光の波長が短いほうがより低い雑音指数が得られるため、本形態では、第4の実施の形態に比べ雑音指数が低いという利点を有する。なお、図中51は分波器、52,53は合分波器である。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、従来技術で問題であった。TDFAの利得スペクトルを一定に保つことができず、システム性能を劣化させるという欠点があったという欠点が解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【図6】TDFAの利得係数スペクトルの上位凖位比率依存性を示す特性図である。
【図7】図6の関係から得られた、1380nmおよび1450nmにおける励起光吸収係数の上位凖位比率依存性を示す特性図である。
【図8】図7の関係から得られた、上位凖位比率の吸収係数比率依存性を示す特性図である。
【図9】典型的な上位凖位比率(37%)における、利得・損失スペクトルを示す特性図である。
【図10】従来技術に係る光ファイバ増幅器を示すブロック線図である。
【符号の説明】
2、3、11、12、35、36 励起光源
4、5、6、13、33、34 合波器
21、22、23、24 分岐器
25、26、27、28 光フィルタ
29、30、31、32、41、45 受光器
43、44、51 分波器
52、53 合分波器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber amplifier, and is particularly useful when applied to an optical fiber communication system that performs communication using an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a configuration of a thulium (Tm) -doped fiber amplifier (TDFA) according to the related art. FIG. 10A shows the case of the 1.4 μm band excitation (Non-Patent Document 1), and FIG. 10B shows the case of the 1.4 / 1.5 μm band excitation (Non-Patent Document 2). This TDFA has a Tm-doped fiber (TDF) as a gain medium and one pump light source 1 (FIG. 10A) or two different wavelength
[0003]
The wavelength of the excitation light in the case of FIG. 10A is about 1420 nm. Also, TDF with high concentration is used as TDF. This TDFA has a feature that its structure is simpler than that of the TDFA of FIG.
[0004]
On the other hand, in the case of FIG. 10B, the wavelengths of the
[0005]
[Non-patent document 1]
S. Aozasa et al. , OFC, PD1, 2001
[Non-patent document 2]
Kasamatsu et al., IEICE Electronics Society Conference, C-3-91, p. 217,2000
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
These TDFAs operate under the condition that the input signal light power (Psin) is constant. However, in a wavelength division multiplexing (WDM) system, the input signal light power (Psin) generally changes due to the number of signal light wavelengths, the change in transmission fiber loss with time, and the like. Then, the gain spectrum of the TDFA changes according to the input signal light power (Psin). For this reason, the conventional technique has a drawback that the gain spectrum of the TDFA cannot be kept constant, thereby deteriorating the system performance.
[0007]
An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier that can keep a gain spectrum of a TDFA constant in view of the above-mentioned conventional technology.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the present invention that achieves the above object is as follows.
[0009]
The first optical fiber amplifier has a thulium-doped fiber, a first pumping light source that emits pumping light of wavelength λp1, and a second pumping light source that emits pumping light of wavelength λp2, where λp2 and λp1 are: An optical fiber amplifier that satisfies the following relationships: λp2 ≧ λp1 + 25 nm, 1495 nm ≧ λp1 ≧ 1360 nm, 1520 nm ≧ λp2 ≧ 1385 nm. That is, the present optical fiber amplifier is characterized mainly in that the thulium-doped fiber is pumped by pumping light having two different wavelengths near 1.4 μm.
[0010]
The second optical fiber amplifier includes a thulium-doped fiber, at least one pump light source, two splitters for splitting input and output signal light powers at two different signal light wavelengths (λ1, λ2), and the splitter. The two photodetectors for receiving the received signal light power, and the gain at λ1 and λ2 are calculated from the received signal light power, and the pumping light power of the at least one pumping light source is maintained so as to keep the gains constant. An optical fiber amplifier characterized by having a control circuit for changing the value. That is, the main characteristic of the present optical fiber amplifier is to perform gain detection and gain constant control by monitoring the input / output signal light power.
[0011]
3. The optical fiber amplifier according to
[0012]
The fourth optical fiber amplifier includes a thulium-doped fiber, a first pumping light source that emits pumping light of wavelength λp1, a second pumping light source that emits pumping light of wavelength λp2, and the first pumping light source. A first photodetector for detecting the power of the pumping light to be emitted, a second photodetector for detecting the power of the pumping light emitted from the first pumping light source and passing through the thulium-doped fiber, and the second photodetector. A third photodetector that detects excitation light power emitted from the excitation light source, a fourth photodetector that detects excitation light power that has passed through the thulium-doped fiber after being emitted from the second excitation light source, The transmissivity (T (λp1)) of the pumping light of wavelength λp1 in the thulium-doped fiber is calculated from the first and second light receiving levels, and the pumping light of wavelength λp2 is calculated from the light receiving levels of the third and fourth light receivers. The tree of the above The transmissivity (T (λp2)) of the W-doped fiber is calculated, and the power of the pump light emitted from the first and second pump light sources is controlled so that T (λp1) and T (λp2) become constant. An optical fiber amplifier comprising a control circuit. That is, the present optical fiber amplifier is mainly characterized in that the power of the pumping light having two different wavelengths is monitored, thereby detecting the transmittance of the pumping light and controlling the gain to be constant.
[0013]
The fifth optical fiber amplifier is the optical fiber amplifier according to
[0014]
The sixth optical fiber amplifier is the optical fiber amplifier according to
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the optical fiber amplifier is similar to the optical fiber amplifier according to the prior art shown in FIG. 10 (a), but the following points are mainly different, and the other points are the same. . Therefore, the same portions as those in FIG. 10A are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
[0017]
In the prior art, the wavelength of the excitation light is basically one, but in the present embodiment, two wavelengths are used. The two wavelengths are set in the TDFA absorption wavelength range (about 1360-1440 nm) and the amplification wavelength range (about 1450-1520 nm). In FIG. 1, the wavelengths of the excitation light from the excitation light sources 11 and 12 (referred to as excitation light -1 and -2, respectively) are 1380 nm and 1450 nm. After the pumping light-1 and the pumping light-2 are multiplexed by the
[0018]
FIG. 6 shows the dependence of the gain coefficient spectrum of the TDFA on the upper level ratio. Here, the upper level ratio is a ratio of the upper level of amplification to the sum of the upper level and lower level of amplification. The gain in dB is proportional to this gain factor. The upper level ratio depends on the input pump light power and the input signal light power, the pump light wavelength, and the signal light wavelength. For example, the spectrum when strongly excited by the excitation light of 1380 nm is close to the spectrum when the upper level ratio is 63%. The spectrum when strongly excited by the excitation light of 1450 nm is close to the spectrum when the upper level ratio is 45%. Therefore, when the input signal light power changes during the operation of the system, the gain spectrum can be kept constant by appropriately changing the pump light powers at 1380 nm and 1450 nm. For example, when the input signal light power is increased and the pumping light power is constant, the gain spectrum changes toward the spectrum when the upper level ratio is low. At this time, the pumping light power of 1380 nm and 1450 nm This spectral change can be eliminated by increasing the ratio of the pumping light powers of. That is, the disadvantage that the gain spectrum changes according to the change in the input power, which is a problem in the related art, can be eliminated.
[0019]
If the two excitation light wavelengths (λp1 and λp2, where λp1 <λp2) are too close, the difference between the spectra when strongly excited at each wavelength is small, and the spectral controllability is small. Therefore, it is desirable that λp2−λp1 ≧ 25 nm.
[0020]
When λp2 is close to the signal light wavelength and is in the above-mentioned amplification wavelength range (about 1450 to 1520 nm), the pumping light-2 may be amplified in the TDF by the pumping light-1. Also in this case, the above-mentioned gain spectrum control can be performed similarly.
[0021]
[Second embodiment]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an optical fiber amplifier according to a second embodiment of the present invention. As shown in this figure, the amplifier using the optical fiber is similar to the prior art shown in FIG. 10B, except for the following points. Therefore, the same portions as those in FIG. 10B are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0022]
In this embodiment, splitters 21 and 22 for monitoring the signal light power are provided before and after the conventional optical fiber amplifier. The signal light split by the splitters 21 and 22 is further split by the
[0023]
The signal light gain G (λ1) at this signal light wavelength is calculated from the signal light power of λ1 received by the
[0024]
When the operating condition of the system changes and the input signal light power to the present optical fiber amplifier changes, the pump light powers (P1 and P1 respectively) of the
[0025]
[Third embodiment]
FIG. 3 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the optical fiber amplifier is similar to that of the second embodiment shown in FIG. 2, but differs mainly in the following points. Therefore, the same portions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0026]
In the second embodiment, the
[0027]
As in the case of the second embodiment, when the operating conditions of the system change and the input signal light power to the optical fiber amplifier changes, the gains G (λ1) and G (λ2) become constant. The excitation light powers (P1 and P2, respectively) of the
[0028]
By such control, it is possible to eliminate the disadvantage that the gain spectrum changes according to the change in the input power, which is a problem in the related art.
[0029]
When λp2 is close to the signal light wavelength and is in the above-mentioned amplification wavelength range (about 1450 to 1520 nm), the pumping light-2 may be amplified in the TDF by the pumping light-1. Also in this case, the above-mentioned gain spectrum control can be performed similarly.
[0030]
[Fourth embodiment]
FIG. 4 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the optical fiber amplifier is similar to that of the third embodiment shown in FIG. 3, but differs mainly in the following points. Therefore, the same portions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0031]
In the third embodiment, signal light gains of two different wavelengths are monitored and control is performed by feedback. However, in the present embodiment, pump light losses of two different wavelengths (λp1 and λp2) are monitored. Control is performed by feedback. That is, in the present embodiment, the control is performed such that the pumping light losses of two different wavelengths (L (λp1) and L (λp2), respectively) become constant.
[0032]
The excitation light power of 1380 nm emitted from the
[0033]
FIG. 7 shows the dependence of the excitation light absorption coefficient at 1380 nm and 1450 nm on the upper level ratio obtained from the relationship shown in FIG. The amount of excitation light absorption in dB units is proportional to their absorption coefficients. Both absorption coefficients for the two wavelengths decrease as the upper level ratio increases. FIG. 8 shows the dependence of the upper level ratio on the absorption coefficient ratio obtained from the relationship of FIG. 7, where the absorption coefficient ratio is the ratio of the absorption coefficient at 1450 nm to the absorption coefficient at 1380 nm. It is.
[0034]
From FIG. 8, the absorption coefficient ratio and the upper level ratio correspond to one to one. If the absorption coefficient ratio is constant, the upper level ratio becomes constant, and the gain spectrum is kept constant. According to the control of the present embodiment, since L (λ1) and L (λ2) are constant, the absorption coefficient ratio is constant, and thus the gain spectrum is kept constant. The relationship between FIG. 7 and FIG. 8 generally holds for pumping light wavelengths other than 1380 nm and 1450 nm.
[0035]
FIG. 9 shows a gain / loss spectrum at a typical upper level ratio (37%). The case where the signal light gain at 1490 nm is 30 dB is shown. At this time, a gain of 20 dB or more is obtained in a wavelength range of about 1475 to 1520 nm. The pumping light losses at the pumping light wavelengths of 1380 nm and 1450 nm are about 43 dB and 30 dB, respectively. Therefore, in the configuration of FIG. 4, the above-described gain spectrum control system can be configured using ordinary optical components and electrical components. That is, when the power of the pumping light input to the TDF is set to about 20 dBm, and the above-described pumping light loss and the optical component loss to the pumping light (about 7 dB) are considered, the pumping light power detected by the
[0036]
When λp2 is close to the signal light wavelength and is in the above-mentioned amplification wavelength range (about 1450 to 1520 nm), the pumping light-2 may be amplified in the TDF by the pumping light-1. Also in this case, the above-described gain spectrum control can be performed in the same manner by reading the pumping light loss L (λp2) as a gain. Therefore, the above-described pumping light loss is referred to as transmittance (L (λp1) and L (λp2)), including the case where the gain of the pumping light occurs.
[0037]
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a fifth embodiment of the present invention. The optical fiber amplifier according to this embodiment is similar to the fourth embodiment shown in FIG. 4, but differs mainly in the following points. Therefore, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0038]
In the fourth embodiment, the 1380 nm pump light and the 1450 nm pump light are propagated in the same direction, that is, in the forward direction of TDF (the same direction as the propagation direction of the signal light) (forward pumping). The 1380 nm excitation light is used for forward excitation, and the 1450 nm excitation light is used for backward excitation. The 1380 nm pump light strongly pumps near the signal light input end of the TDF, and most of the TDF is absorbed during propagation, and the power is small near the TDF output end. On the other hand, the pumping light of 1450 nm strongly pumps near the signal light output end of the TDF, and most of the TDF is absorbed during propagation, and the power is small near the TDF input end. Since a lower noise figure can be obtained when the wavelength of the pump light in which the pump light power is dominant near the signal light input end of the TDF is lower, the present embodiment has an advantage that the noise figure is lower than that of the fourth embodiment. Having. In the figure,
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the embodiment of the present invention, there is a problem in the related art. The disadvantage that the gain spectrum of TDFA cannot be kept constant and system performance deteriorates can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an optical fiber amplifier according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the upper level ratio dependency of the gain coefficient spectrum of TDFA.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the upper level ratio dependency of the excitation light absorption coefficient at 1380 nm and 1450 nm, obtained from the relationship of FIG.
8 is a characteristic diagram showing the absorption coefficient ratio dependency of the upper level ratio obtained from the relationship of FIG. 7;
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a gain / loss spectrum at a typical upper level ratio (37%).
FIG. 10 is a block diagram showing an optical fiber amplifier according to the related art.
[Explanation of symbols]
2, 3, 11, 12, 35, 36
Claims (6)
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。It has a thulium-doped fiber, a first pumping light source that emits pumping light of wavelength λp1, and a second pumping light source that emits pumping light of wavelength λp2. An optical fiber amplifier that satisfies the relationship of 1360 nm, 1520 nm ≧ λp2 ≧ 1385 nm.
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。A thulium-doped fiber, at least one pump light source, two splitters for splitting input and output signal light powers at two different signal light wavelengths (λ1, λ2), and receiving the split signal light power And a control circuit for calculating the gain at λ1 and λ2 from the received signal light power and changing the excitation light power of the at least one excitation light source so as to keep the gains constant. An optical fiber amplifier characterized by the above-mentioned.
前記少なくとも1つの励起光源として、
波長λp1の励起光を出射する第1の励起光源と、波長λp2の励起光を出射する第2の励起光源を有し、λp2およびλp1が、λp2≧λp1+25nm、1495nm≧λp1≧1360nm、1520nm≧λp2≧1385nm、の関係を満たす
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier according to claim 2, wherein
As the at least one excitation light source,
It has a first pumping light source that emits pumping light of wavelength λp1 and a second pumping light source that emits pumping light of wavelength λp2. An optical fiber amplifier satisfying a relationship of ≧ 1385 nm.
前記第1の励起光源から出射する励起光パワーを検出する第1の受光器と、
前記第1の励起光源から出射した後、前記ツリウム添加ファイバを通過した励起光パワーを検出する第2の受光器と、
前記第2の励起光源から出射する励起光パワーを検出する第3の受光器と、
前記第2の励起光源から出射した後、前記ツリウム添加ファイバを通過した励起光パワーを検出する第4の受光器と、
第1および第2の受光器の受光レベルから、波長λp1の励起光の前記ツリウム添加ファイバにおける透過率(T(λp1))を算出し、第3および第4の受光器の受光レベルから、波長λp2の励起光の前記ツリウム添加ファイバにおける透過率(T(λp2))を算出し、
T(λp1)およびT(λp2)が一定になるように、前記第1および第2の励起光源から出射する励起光パワーを制御する制御回路を備えた
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。A thulium-doped fiber, a first excitation light source that emits excitation light of wavelength λp1, a second excitation light source that emits excitation light of wavelength λp2,
A first light receiver for detecting excitation light power emitted from the first excitation light source;
A second photodetector that detects the power of the excitation light that has passed through the thulium-doped fiber after being emitted from the first excitation light source;
A third light receiver for detecting an excitation light power emitted from the second excitation light source;
A fourth photodetector that detects the power of the excitation light that has passed through the thulium-doped fiber after being emitted from the second excitation light source,
The transmissivity (T (λp1)) of the excitation light having the wavelength λp1 in the thulium-doped fiber is calculated from the light reception levels of the first and second light receivers, and the wavelength is calculated from the light reception levels of the third and fourth light receivers. calculating the transmittance (T (λp2)) of the pumping light of λp2 in the thulium-doped fiber;
An optical fiber amplifier comprising a control circuit for controlling the power of pumping light emitted from the first and second pumping light sources so that T (λp1) and T (λp2) become constant.
λp2およびλp1が、λp2≧λp1+25nm、1495nm≧λp1≧1360nm、1520nm≧λp2≧1385nm、の関係を満たす
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier according to claim 4, wherein
An optical fiber amplifier, wherein λp2 and λp1 satisfy the following relationships: λp2 ≧ λp1 + 25 nm, 1495 nm ≧ λp1 ≧ 1360 nm, 1520 nm ≧ λp2 ≧ 1385 nm.
信号光と前記波長λp1の励起光が、前記ツリウム添加ファイバ中を同じ方向に伝播するように、前記ツリウム添加ファイバの前段に設置した、前記波長λp1の励起光と信号光を合波する合波器と、
信号光と前記波長λp2の励起光が、前記ツリウム添加ファイバ中を逆方向に伝播するように、前記ツリウム添加ファイバの後段に設置した、前記波長λp2の励起光と信号光を合波する合波器とを有する
ことを特徴とする光ファイバ増幅器。The optical fiber amplifier according to claim 5, wherein
A multiplexing device that combines the pump light of the wavelength λp1 and the signal light, which is provided in a stage preceding the thulium-doped fiber, so that the signal light and the pump light of the wavelength λp1 propagate in the same direction in the thulium-doped fiber. Vessels,
A multiplexing device that combines the pumping light of the wavelength λp2 and the signal light, which is provided after the thulium-doped fiber, so that the signal light and the pumping light of the wavelength λp2 propagate in the thulium-doped fiber in opposite directions. An optical fiber amplifier comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|---|
JP2008182072A (en) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toshiba Corp | Fiber amplifier |
JP2013236115A (en) * | 2013-08-28 | 2013-11-21 | Fujitsu Ltd | Optical amplifier and optical amplification method |
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2002
- 2002-09-11 JP JP2002265442A patent/JP2004103929A/en active Pending
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