JP2004363631A - Optical amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光増幅器に関する。より詳細には、希土類イオンを含有する増幅媒体を備えた光増幅器の利得プロファイルを制御する技術に関する。 The present invention relates to an optical amplifier. More specifically, the present invention relates to a technique for controlling a gain profile of an optical amplifier including an amplification medium containing rare earth ions.
波長分割多重(WDM)通信は、近年における光通信容量の急増に対応する最も有効な手段の1つである。WDM通信では信号チャネル数の増加により、通信容量の拡大を行うことを特徴としているが、そのためには信号波長域の拡大が不可欠である。 Wavelength division multiplexing (WDM) communication is one of the most effective means to cope with the rapid increase in optical communication capacity in recent years. WDM communication is characterized in that the communication capacity is expanded by increasing the number of signal channels. For that purpose, it is essential to expand the signal wavelength range.
現在のWDM通信では、希土類イオン添加光ファイバ増幅器が使用されている。WDM通信で使用されている増幅帯域としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)の増幅帯域であるC帯(1530nm〜1570nm)がある。 In the current WDM communication, a rare earth ion-doped optical fiber amplifier is used. An amplification band used in WDM communication includes a C band (1530 nm to 1570 nm) which is an amplification band of an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA).
一方、C帯と同等の低損失と低分散性を有する帯域として、S帯(1460nm〜1530nm)があり、次世代の信号波長域として注目されている。ツリウム添加光ファイバ増幅器(TDFA)は、S帯に増幅帯域を有しており、精力的な検討がなされている。 On the other hand, as a band having the same low loss and low dispersibility as the C band, there is the S band (1460 nm to 1530 nm), which is attracting attention as a next-generation signal wavelength band. The thulium-doped optical fiber amplifier (TDFA) has an amplification band in the S band, and has been vigorously studied.
S帯用のTDFAでは、光増幅器全体でL帯のEDFAと同等のパワー変換効率(40%)が達成されており、WDM伝送の実験も成功している(例えば、OFC2001 PD−1(非特許文献1)参照)。さらに、C帯の増幅帯域を使用したEDFAとL帯の増幅帯域を使用したEDFAとの帯域合波による広帯域化も達成されており、これにより10.9Tbit/sの広帯域伝送が報告されている(例えば、OFC2001 PD−24(非特許文献2)参照)。 In the TDFA for the S band, a power conversion efficiency (40%) equivalent to that of the EDFA in the L band is achieved in the entire optical amplifier, and a WDM transmission experiment has also been successful (for example, OFC2001 PD-1 (Non-Patent Document 1)). Reference 1)). Further, a wide band has been achieved by combining the EDFA using the C band amplification band and the EDFA using the L band amplification band, and thereby a wide band transmission of 10.9 Tbit / s has been reported. (For example, see OFC2001 PD-24 (Non-Patent Document 2)).
ところで、希土類添加光ファイバを増幅媒体として用いた増幅器を中継器として複数用いたWDM通信において、中継後の増幅器の出力スペクトルが変化し、場合によっては、そのスペクトルが大きく歪むという問題が発生する。 By the way, in WDM communication using a plurality of amplifiers each using a rare earth-doped optical fiber as an amplification medium as a repeater, the output spectrum of the amplifier after the relay changes, and in some cases, the spectrum is greatly distorted.
このような現象が現れるのは、伝送路の損失の経時変化や信号チャネル数の変化により光増幅器への入力信号光のパワーが変化し、これによって光増幅器の利得スペクトルが変化し、この変化が伝送路全体で累積して信号の歪みが生じるためである。 This phenomenon occurs because the power of the input signal light to the optical amplifier changes due to the change over time of the transmission line loss and the change in the number of signal channels, and the gain spectrum of the optical amplifier changes. This is because signal distortion is accumulated in the entire transmission path.
上述の増幅器の利得スペクトルが大きく歪む現象は、伝送距離を制限する要因となるため、増幅器の利得スペクトルが一定になるように制御する必要がある。その制御方法としては、各光増幅器において利得プロファイルを一定に保つように制御すること(以下、利得プロファイル一定制御とも称する。)が有効である。 Since the above-mentioned phenomenon that the gain spectrum of the amplifier is greatly distorted becomes a factor for limiting the transmission distance, it is necessary to control the gain spectrum of the amplifier to be constant. As a control method, it is effective to control each optical amplifier so as to keep the gain profile constant (hereinafter, also referred to as “gain profile constant control”).
例えば、石英系EDFAの制御方法の一例として、1チャネルの信号光の利得をモニタし、そのチャネルの利得が常に一定となるように励起光パワーを制御する方法がある。石英系EDFAの利得プロファイルを一定に制御する方法は、この方法でほぼ確立されている。また、フッ化物PDFAの利得プロファイル一定制御についても同様の方法で制御することができる。これらの光増幅器の増幅媒体(光ファイバ)は、増幅に関与する準位が実質的に2つである増幅メカニズムにより動作する。そのメカニズムは、増幅に関与する始準位(以下増幅始凖位ともいう)と、増幅に関与する終準位(以下増幅終凖位ともいう)または基底準位のみで取り扱うことができる非常に希なケースである。 For example, as an example of a control method of a silica-based EDFA, there is a method of monitoring the gain of signal light of one channel and controlling the power of pumping light so that the gain of the channel is always constant. A method for controlling the gain profile of a silica-based EDFA to be constant has been almost established by this method. Further, the constant control of the gain profile of the fluoride PDFA can be controlled by the same method. The amplification medium (optical fiber) of these optical amplifiers operates by an amplification mechanism in which the levels involved in amplification are substantially two. The mechanism is such that the initial level involved in amplification (hereinafter also referred to as amplification start level) and the final level involved in amplification (hereinafter also referred to as amplification end level) or ground level can be handled only. This is a rare case.
これらのケースについて、図1を参照して説明する。図1(A)は石英系EDFAの励起準位模式図であり、図1(B)は、プラセオジム添加光ファイバ増幅器(PDFA)の励起準位模式図である。 These cases will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram of an excitation level of a silica-based EDFA, and FIG. 1B is a schematic diagram of an excitation level of a praseodymium-doped optical fiber amplifier (PDFA).
石英系EDFAでは、図1(A)に示されるように、増幅終準位と基底準位が一致するため、増幅に関与する準位が増幅始準位(4I13/2)と増幅終準位(4I15/2)の2つとなる。従って、1チャネルの信号光の利得をモニタし、そのチャネルの利得が常に一定となるように励起光源の光量を調節して、利得プロファイルを一定に保つように制御することができる。 In the quartz-based EDFA, as shown in FIG. 1A, the amplification end level coincides with the ground level, so that the levels involved in the amplification are the amplification start level ( 4 I 13/2 ) and the amplification end level. Level ( 4 I 15/2 ). Therefore, it is possible to monitor the gain of the signal light of one channel, adjust the light amount of the pump light source so that the gain of the channel is always constant, and control the gain profile to be constant.
また、PDFAでは、図1(B)に示すように、増幅に関与する準位が増幅始準位、増幅終準位および基底準位の3つ存在する。しかし、PDFAでは、増幅終準位の蛍光寿命が増幅始準位に比べ非常に短いため、増幅終準位を無視して考えることができる。従って、石英系EDFAと同様にして利得プロファイルを一定に保つように制御することができる。 In a PDFA, as shown in FIG. 1B, there are three levels involved in amplification: an amplification start level, an amplification end level, and a ground level. However, in the case of the PDFA, the fluorescence lifetime of the amplification end level is much shorter than the amplification start level, so that the amplification end level can be ignored. Therefore, it is possible to control the gain profile to be kept constant in the same manner as the quartz EDFA.
このように、増幅に関与する準位が実質的に2つである場合には、利得プロファイルを一定に保つことは比較的容易である。 As described above, when the number of levels involved in amplification is substantially two, it is relatively easy to keep the gain profile constant.
しかし、一般には、希土類イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器では、増幅に関与する準位が実質的に2つと見なせる場合は少なく、このような一般的な光増幅器には、上述のような、1つの信号の波長の利得をモニターし、その利得の変化から励起光源の光量を調節して、利得プロファイルを一定に保つように制御する方法を適用することができない。即ち、励起光源の光量を調節して、1つの信号の波長の利得を一定に制御するのみでは、入力信号のレベルの変動やその他の条件(例えば温度変化)に対して利得プロファイルを一定に制御することはできない。 However, generally, in an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth ions are added, there are few cases where the levels involved in amplification can be regarded as substantially two. In addition, a method of monitoring the gain of the wavelength of one signal, adjusting the light amount of the pump light source based on the change in the gain, and controlling the gain profile to be constant cannot be applied. That is, simply controlling the gain of the wavelength of one signal by controlling the amount of light of the excitation light source to control the gain profile to be constant with respect to the fluctuation of the level of the input signal and other conditions (for example, temperature change). I can't.
このため、このような系では基本的に2種類の異なる信号の波長での利得をモニタすることが必要となり、複雑な制御をする必要があった。 For this reason, in such a system, it is basically necessary to monitor the gains at the wavelengths of two different signals, and it is necessary to perform complicated control.
上述のように、一部の希土類イオンが添加された増幅媒体(光ファイバあるいは光導波路)を用いた光増幅器では、1つの信号の波長の利得をモニタして、励起光を制御して、利得プロファイルを一定に制御することができるが、その他の希土類イオンが添加された増幅媒体を用いた光増幅器では、利得プロファイルを一定に制御することができない。 As described above, in an optical amplifier using an amplification medium (optical fiber or optical waveguide) to which some rare earth ions are added, the gain of one signal is monitored, the pump light is controlled, and the gain is controlled. Although the profile can be controlled to be constant, the gain profile cannot be controlled to be constant in an optical amplifier using an amplification medium to which other rare earth ions are added.
上述のような1つの信号の波長の利得をモニターし、その変化に基づいて励起光源の光量を調節して、利得プロファイルを一定に保つ方法とは別に、共振器を用いて利得プロファイルを一定に保つ方法も提案されている。 Apart from the method of monitoring the gain of the wavelength of one signal as described above and adjusting the amount of light of the pump light source based on the change, and keeping the gain profile constant, the gain profile is kept constant using a resonator. A way to keep it has been proposed.
例えば、E. Desurvire et al., "Gain control in erbium-doped fiber amplifiers by all-optical feedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vol. 27, No.7, pp.560-561, 28th March 1991(非特許文献3)では、フィードバックループの構成を導入して、1波長のASEをレーザ発振させ、該波長の利得をクランプすることにより、利得スペクトラムを制御する技術が提案されている。この他、利得をクランプする技術として、欧州特許出願公開第0497491号明細書(特許文献1)、特表平9−509012号公報(特許文献2)、特開平11−145533号公報(特許文献3)などがある。 For example, E. Desurvire et al., "Gain control in erbium-doped fiber amplifiers by all-optical feedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vol. 27, No. 7, pp. 560-561, 28th March 1991 ( Non-Patent Document 3) proposes a technique for controlling a gain spectrum by introducing a configuration of a feedback loop, causing an ASE of one wavelength to oscillate laser, and clamping a gain of the wavelength. In addition, as techniques for clamping the gain, European Patent Application Publication No. 0497491 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-509012 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145533 (Patent Document 3) )and so on.
しかし、上述のような共振器を用いる方法は、増幅に大きく関与する準位(即ち、利得スペクトルの状態を決定する上で考慮すべき準位をいう。)が2つのみである石英系EDFAに対しては制御可能であるが、TDFA、その他の希土類添加光ファイバ増幅器に対しては制御できない。 However, the method using a resonator as described above involves a quartz-based EDFA in which there are only two levels (that is, levels to be considered when determining the state of the gain spectrum) that greatly affect amplification. Can be controlled, but cannot be controlled for TDFA and other rare earth-doped optical fiber amplifiers.
従って、簡易な方法で、広く一般の希土類添加増幅媒体を用いた光増幅器に適用できる、利得プロファイルを一定に制御できる光増幅器および制御方法が望まれている。 Therefore, there is a demand for an optical amplifier and a control method which can be applied to an optical amplifier using a rare earth-doped amplifying medium by a simple method and which can control a gain profile to be constant.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、広く一般的な希土類イオンが添加された増幅媒体を用いた光増幅器において、利得プロファイルを一定に保つように簡便に制御できる光増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to easily control a widely-used optical amplifier using a rare-earth-doped amplification medium so as to keep a constant gain profile. It is to provide an optical amplifier which can be used.
また、本発明の目的は、広く一般的な希土類イオンが添加された増幅媒体を用いた光増幅器を用いて利得プロファイルを一定に保つように制御する制御方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a control method for controlling a gain profile to be kept constant by using a widely-used optical amplifier using an amplification medium to which rare earth ions are added.
本発明の第1の側面は、希土類を添加した増幅媒体を用いる光増幅器において、利得プロファイルを一定に保つように制御できる光増幅器に関する。特に本発明の光増幅器は、一般の希土類イオンを1または複数添加した増幅媒体を用いる光増幅器に関する。 A first aspect of the present invention relates to an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth is added, which can be controlled to keep a gain profile constant. In particular, the optical amplifier of the present invention relates to an optical amplifier using an amplification medium to which one or more general rare earth ions are added.
第1の実施形態によれば、本発明の光増幅器は、増幅媒体としての希土類イオンをコアおよび/またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバまたは希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも1波長でレーザー発振させる光共振器と、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタする監視手段、前記監視手段より得られた値を基に前記励起手段を制御するための制御部とを含む。 According to the first embodiment, an optical amplifier of the present invention provides a rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide in which rare-earth ions serving as an amplification medium are added to a core and / or a clad, and an excitation for exciting the amplification medium. Means, an optical resonator that oscillates laser light at at least one wavelength in the spectrum of amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium, and at least one predetermined wavelength range selected from light input to the optical amplification medium. Monitoring means for monitoring the power of light and at least one light power selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from the light output from the optical amplification medium; a value obtained by the monitoring means And a control unit for controlling the excitation means based on the above.
本発明の第1の実施形態の制御方法は、増幅媒体としての希土類イオンをコアおよび/またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバまたは希土類添加光導波路、該増幅媒体を励起するための励起手段、レーザー発振をさせる光共振器と、監視手段、前記監視手段より得られた値を基に前記励起手段を制御するための制御部とを含む光増幅器の利得プロファイルを一定に制御する方法であって、光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも1波長でレーザ発振を起こさせることと、前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制御することとを含む。 The control method according to the first embodiment of the present invention includes a rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide in which rare-earth ions serving as an amplification medium are added to a core and / or a clad, an excitation unit for exciting the amplification medium, and a laser. An optical resonator for oscillating, monitoring means, a method for controlling the gain profile of an optical amplifier including a control unit for controlling the excitation means based on the value obtained from the monitoring means, a method for controlling the gain profile constant, Causing the laser to oscillate in at least one wavelength within the spectrum of the amplified spontaneous emission light of the amplified medium of the amplification medium by the optical resonator in the optical amplifier; Means selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from the light input to the optical amplification medium and the light output from the optical amplification medium. At least one optical power selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range is monitored, and based on a value obtained by the monitoring means, the control unit controls the excitation means to perform the excitation. Controlling the light amount of the light source.
本発明の第1の光増幅器では、少なくとも光増幅器内にレーザ発振する光共振器を有し、任意の信号光の利得を制御すること、または、少なくとも光増幅器内にレーザ発振する光共振器を持ち、レーザ発振光と信号光パワーとの合計を一定に制御することができる。 In the first optical amplifier of the present invention, at least an optical resonator that oscillates a laser is provided in the optical amplifier to control the gain of an arbitrary signal light, or at least an optical resonator that oscillates a laser is provided in the optical amplifier. And the sum of the laser oscillation light and the signal light power can be controlled to be constant.
また、本発明の光増幅器は、WDM伝送システムに適用した場合、信号チャネル数の変化に伴う入力レベルの変動および温度変化による利得スペクトルの変化に対し、信号光の利得スペクトルの制御が可能である。 Further, when the optical amplifier of the present invention is applied to a WDM transmission system, it is possible to control the gain spectrum of signal light in response to a change in input level due to a change in the number of signal channels and a change in gain spectrum due to a temperature change. .
また、本発明の光増幅器は、伝送路損失の経時変化時の補償に必要な出力を一定に制御することができ、さらに、発振波長のホールバーニング等にも対応することができる。 Further, the optical amplifier of the present invention can control the output required for compensating for a change in transmission path loss with time, and can cope with hole burning of the oscillation wavelength.
本発明の制御方法は、広く一般的な希土類イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器で利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The control method of the present invention is widely applicable to an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth ions are added.
本発明の第1の側面は、希土類を添加した増幅媒体を用いる光増幅器において、利得プロファイルを一定に保つように制御できる光増幅器に関する。 A first aspect of the present invention relates to an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth is added, which can be controlled to keep a gain profile constant.
本発明の第2の側面は、希土類を添加した増幅媒体を用いる光増幅器の利得プロファイルを一定に保つための制御方法に関する。 A second aspect of the present invention relates to a control method for keeping a gain profile of an optical amplifier using an amplification medium doped with rare earth constant.
本発明では、上述のように第1の実施形態および第2の実施形態の光増幅器および制御方法がある。まず第1および第2の実施形態の原理について説明する。 In the present invention, there are the optical amplifiers and control methods of the first and second embodiments as described above. First, the principle of the first and second embodiments will be described.
まず、増幅に関与する準位が増幅終凖位と増幅始凖位の2つの準位のみである希土類を添加した増幅媒体を用いる場合についてその光増幅器と利得プロファイルを一定に制御する方法について説明する。このような増幅器には、増幅媒体として石英系EDFAを用いたものがある。 First, a description will be given of a method of controlling an optical amplifier and a gain profile to be constant in a case where an amplification medium to which a rare earth is added, in which only two levels of amplification are involved, an amplification level and an amplification level, is used. I do. Some of such amplifiers use a quartz EDFA as an amplification medium.
石英系のエルビウム添加光ファイバ(EDF)を増幅媒体とする光増幅器は、増幅に関与する準位が増幅終凖位(4I15/2)と増幅始凖位(4I13/2)の2つの準位であり、比較的簡単な系である。 Optical amplifier for erbium doped optical fiber of silica-based and (EDF) and the amplification medium is level involved in the amplification of the amplifier end凖位(4 I 15/2) and the amplification start凖位(4 I 13/2) Two levels, a relatively simple system.
このような増幅器は、例えば石英系EDFを増幅媒体とする光増幅器(石英系EDFA)は、石英系EDF、石英系EDFを励起するための励起手段、入力信号光などをモニターするためのモニター手段、およびこのモニター手段からの情報を基に励起手段を制御するための制御部を少なくとも有する。 Such an amplifier is, for example, an optical amplifier (silica-based EDFA) using a silica-based EDF as an amplification medium, a silica-based EDF, an excitation unit for exciting the silica-based EDF, and a monitoring unit for monitoring an input signal light or the like. , And at least a control unit for controlling the excitation means based on information from the monitoring means.
図2(A)は、石英系EDFを増幅媒体とする光増幅器のEr3+イオンのエネルギー凖位を示す図である。この光増幅器では、増幅の終凖位(4I15/2)から増幅の始凖位(4I13/2)へ励起する方法を用いて増幅を行っている。石英系EDFAの利得プロファイル一定制御の方法の一例は、1チャネル(以下、ch.とも表記する。)の信号光の利得をモニタし、そのチャネルの利得が常に一定となるように励起光パワーを制御するものである。 FIG. 2A is a diagram showing the energy levels of Er 3+ ions in an optical amplifier using a quartz-based EDF as an amplification medium. In this optical amplifier is performing amplification using a method of exciting the amplification final凖位(4 I 15/2) to amplify the start凖位(4 I 13/2). An example of a method of controlling the gain profile of a silica-based EDFA is to monitor the gain of the signal light of one channel (hereinafter also referred to as ch.) And to control the pump light power so that the gain of the channel is always constant. Control.
以下にこの制御の原理を説明する。 Hereinafter, the principle of this control will be described.
波長λにおけるエルビウム添加光ファイバ増幅器の長手方向の位置xにおける単位長さあたりの利得Gain(λ,x)は、以下の式で表される(例えば、E. Desurvire, "Erbium-Doped Fiber Amplifiers," A. Wiley-Interscience Publication, Chapter 1, 1994(非特許文献4)参照)。 The gain Gain (λ, x) per unit length at the position x in the longitudinal direction of the erbium-doped optical fiber amplifier at the wavelength λ is represented by the following equation (for example, E. Desurvire, “Erbium-Doped Fiber Amplifiers, "See A. Wiley-Interscience Publication, Chapter 1, 1994 (Non-Patent Document 4)).
Gain(λ,x)=(σe(λ)N2(x)−(σa(λ)N1(x)) (eq1) Gain (λ, x) = (σe (λ) N2 (x) − (σa (λ) N1 (x)) (eq1)
σe:誘導放出断面積
σa:誘導吸収断面積
N2(x):位置xでの増幅の始凖位(4I13/2)のイオン数
N1(x):位置xでの増幅の終凖位(4I15/2)のイオン数
Ntotal:全イオン数
σe: stimulated emission cross section σa: stimulated absorption cross section N2 (x): number of ions at the start level ( 4 I 13/2 ) of amplification at position x N1 (x): end level of amplification at position x ( 4 I 15/2 ) ion number N total: total ion number
ここで(eq1)、(eq2)式より、下式を得る。 Here, the following equation is obtained from the equations (eq1) and (eq2).
Gain(λ,x)=(σe(λ)N2(x)−(σa(λ)(Ntotal−N2(x)) (eq3) Gain (λ, x) = (σe (λ) N2 (x) − (σa (λ) (Ntotal−N2 (x))) (eq3)
(eq3)式から解るように、変数はN2のみになる。 As can be seen from equation (eq3), the variable is only N2.
ここで、誘導放出断面積および誘導吸収断面積は、増幅媒体に添加される希土類イオンの物性で決定しているため、利得スペクトルを固定するためにはN2を固定すること、即ち増幅始準位と増幅終凖位のイオン数を固定する必要がある。 Here, since the stimulated emission cross section and the stimulated absorption cross section are determined by the physical properties of the rare earth ions added to the amplification medium, N2 must be fixed to fix the gain spectrum, that is, the amplification starting level. It is necessary to fix the number of ions at the amplification end level.
WDM伝送などでは、伝送路の損失の経時変化や信号チャネル数の変化により光増幅器への入力信号光のパワーが変化する。このような変化は、石英系EDFAでは、4I13/2に存在するEr3+の誘導放出速度が変化することに繋がり、結果として、N2が変化し、(eq3)から解るように利得スペクトルが変化する。
In WDM transmission and the like, the power of the signal light input to the optical amplifier changes due to a change with time in the loss of the transmission line and a change in the number of signal channels. Such a change leads to a change in the stimulated emission rate of Er 3+ present in 4 I 13/2 in the quartz-based EDFA, resulting in a change in
従って、石英系EDFを増幅媒体として用いる光増幅器のように、増幅に関与する準位が2つである場合には、任意の信号光波長をモニタし、この信号波長での利得を一定に保つように励起光パワーを制御すれば、光増幅器への入力パワーに関わらず(eq3)に基づいて利得スペクトルは一定に保たれる。 Therefore, when there are two levels involved in amplification, such as an optical amplifier using a silica-based EDF as an amplification medium, an arbitrary signal light wavelength is monitored and the gain at this signal wavelength is kept constant. By controlling the pumping light power in this way, the gain spectrum is kept constant based on (eq3) regardless of the input power to the optical amplifier.
利得を一定に制御するための具体的手順は、増幅用光ファイバの入力端および出力端で信号光を分波して、それぞれの場所での信号光パワーを検出し、その検出値から信号光の利得を算出し、算出された利得値と設定値との誤差成分が零になるように励起光量を調節する。これが石英系EDFを増幅用光ファイバとして用いた光増幅器で利得プロファイルを一定に制御するため原理である。 The specific procedure for controlling the gain to be constant is to split the signal light at the input end and output end of the amplification optical fiber, detect the signal light power at each location, and use the detected value to determine the signal light. Is calculated, and the excitation light amount is adjusted so that the error component between the calculated gain value and the set value becomes zero. This is the principle for controlling the gain profile to be constant in an optical amplifier using a silica-based EDF as an amplification optical fiber.
ところで、このように増幅メカニズムが増幅始凖位と終凖位にいるイオンのみで記述できる系は非常にまれである。たとえば、エルビウム添加光ファイバで前記と同じ誘導放出を利用する場合においても、光ファイバを構成するホストガラスをフッ化物ガラスに変えただけでも、増幅の始凖位よりさらに高エネルギーの励起凖位への遷移と、遷移した先の凖位での寿命が無視できなくなる。このような場合には、ある波長(例えば入力信号光の1つの波長)での利得を一定に制御したとしても、利得プロファイルは一意的に決まらなくなる。これは、増幅動作を記述するにあたり、増幅始凖位、増幅終凖位およびそれ以外のイオン数を考慮する必要が生じたためである。即ち、例えばTDFAでは、総イオン数が下記の(eq2’)により表され、上記(eq3)のように1つのパラメータ(N2)を考慮するのみでは不十分となり、その他の準位のイオン数を考慮しなければならなくなったためである。 By the way, systems in which the amplification mechanism can be described only by ions at the amplification start level and the amplification level are extremely rare. For example, even when the same stimulated emission as described above is used in an erbium-doped optical fiber, even if the host glass constituting the optical fiber is simply changed to a fluoride glass, the level becomes higher than the initial level of amplification to a higher energy excitation level. Transition and the lifetime at the level after the transition cannot be ignored. In such a case, even if the gain at a certain wavelength (for example, one wavelength of the input signal light) is controlled to be constant, the gain profile cannot be uniquely determined. This is because, when describing the amplification operation, it is necessary to consider the amplification start level, the amplification end level, and the number of other ions. That is, in TDFA, for example, the total number of ions is represented by the following (eq2 ′), and it is not sufficient to consider only one parameter (N2) as in the above (eq3). This is because it has to be considered.
3つの準位が増幅に大きく関与する希土類添加光ファイバを用いる光増幅器には、ツリウム添加光ファイバ(TDF)を用いた光増幅器がある。この光増幅器では、図2Bに示すように、4準位の光増幅器であるが、増幅に大きく関与する準位が3つ存在する。即ち、TDFAでは、増幅に大きく関与するエネルギー凖位として、増幅の始凖位、終凖位および基底凖位が存在する。従って、これらの準位を全て考慮する必要があるため、EDFAでの議論のように1波長の利得をモニターし、これを一定にするように制御するだけでは前記3つの凖位間のイオン数を一定に保つことはできない。 An optical amplifier using a rare earth-doped optical fiber in which three levels greatly contribute to amplification includes an optical amplifier using a thulium-doped optical fiber (TDF). Although this optical amplifier is a four-level optical amplifier as shown in FIG. 2B, there are three levels that greatly contribute to amplification. That is, in TDFA, there are a starting level, an ending level, and a ground level of amplification as energy levels that are greatly involved in amplification. Therefore, since it is necessary to consider all of these levels, it is necessary to monitor the gain of one wavelength and control it to keep it constant, as discussed in the EDFA, and to control the number of ions between the three levels. Cannot be kept constant.
図3は、WDM信号を増幅する場合、TDFAにおいて光増幅器へ入射する波長λ1の信号光のパワーと、TDFAより増幅されて出射された波長λ1の信号光のパワーより計算される利得を一定にするようにTDFAの励起光量を調節した場合の、光増幅器の特性を示す図である。 3, when amplifying WDM signal, the power of the wavelength lambda 1 of the signal beam incident to the optical amplifier in the TDFA, a gain that is calculated from the power of the amplified emitted wavelength lambda 1 of the signal light from the TDFA FIG. 9 is a diagram illustrating characteristics of the optical amplifier when the excitation light amount of the TDFA is adjusted to be constant.
図3中に示すa〜cは、TDFAへの全入力信号パワーが低い場合をa、中間の値の場合をb、高い場合をcとして、光増幅器の特性を示したものである。この特性を評価した条件は、TDFAのTm3+添加濃度が6000ppmであり、励起波長が1400nmであった。増幅用のTm添加フッ化物光ファイバの励起は、この光ファイバに対して前方向および後方向より励起を行う双方向励起である。前方向励起光パワーと後方向励起パワーの比は常に一定とした。図3より明らかなように、単に一波長の利得を一定にしただけでは入力信号光パワーの変化に対して利得プロファイルが変化する。
このような現象は、共振器を用いた利得クランプを使用する場合にも発生する。つまり、発振波長での利得は常に一定となるが、それ以外の利得は一意に定まらず、利得プロファイルは一定にならない。
3A to 3C show the characteristics of the optical amplifier, where a is when the total input signal power to the TDFA is low, b is an intermediate value, and c is a high value. The conditions for evaluating this characteristic were as follows: the Tm 3+ addition concentration of TDFA was 6000 ppm, and the excitation wavelength was 1400 nm. The pumping of the Tm-doped fluoride optical fiber for amplification is bidirectional pumping in which the optical fiber is pumped forward and backward. The ratio between the forward pumping light power and the backward pumping power was always constant. As is clear from FIG. 3, simply keeping the gain of one wavelength constant changes the gain profile with respect to a change in input signal light power.
Such a phenomenon also occurs when a gain clamp using a resonator is used. That is, the gain at the oscillation wavelength is always constant, but the other gains are not uniquely determined, and the gain profile is not constant.
このような増幅に大きく関与する準位が3つ存在する増幅媒体を含む光増幅器を制御する方法として次のような制御方法が提案されている。この制御方法は、TDFA光増幅器に関するもので、2通りの方法がある。この制御方法の1つは、双方向励起のTDFA光増幅器で利用される。この制御方法では、2種類の信号光の利得をモニタする。このモニタ情報に基づいて、増幅用光ファイバの前方と後方の励起光のパワーの比を制御することにより利得帯域を調節し、且つ、総励起光パワーを制御することにより全体の利得を調節する方法である。TDFAでは、前方と後方の励起光のパワー比を変化させると利得スペクトルが波長シフトするという現象が発生する。 The following control method has been proposed as a method for controlling an optical amplifier including an amplifying medium having three levels largely involved in such amplification. This control method relates to a TDFA optical amplifier, and there are two methods. One such control method is used in a bidirectionally pumped TDFA optical amplifier. In this control method, the gains of two types of signal light are monitored. Based on the monitor information, the gain band is adjusted by controlling the ratio of the power of the pump light in front of and behind the amplifying optical fiber, and the overall gain is adjusted by controlling the total power of the pump light. Is the way. In the TDFA, a phenomenon occurs that the gain spectrum shifts in wavelength when the power ratio between the front and rear pump lights is changed.
また、TDFAの第2の制御方法として、2波長(1.4μm、1.56μm)の励起光源の光量を制御し、利得スペクトルを調節する方法がある(Won Jae Lee et al., "Gain excursion & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 μm/1.5μm dual wavelength control"., OFC2002, ThZ3(非特許文献5)参照)。 Further, as a second control method of TDFA, there is a method of controlling a light amount of an excitation light source having two wavelengths (1.4 μm, 1.56 μm) and adjusting a gain spectrum (Won Jae Lee et al., “Gain excursion”). & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 μm / 1.5 μm dual wavelength control "., OFC2002, ThZ3 (see Non-Patent Document 5).
上述のような実質的に増幅に関与する準位が2つである増幅媒体を含む光増幅器を除き、希土類イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器の場合、励起光源の光量の調節により一波長の利得を一定値に制御するのみでは、入力信号のレベルの変動や他の条件の変化(例えば温度変化)に対して、利得プロファイルを一定に制御することはできない。このため、このような系では基本的に2種類の信号波長での利得をモニタすることが必要となり、複雑な制御をする必要があった。 Except for the optical amplifier including an amplification medium having substantially two levels involved in amplification as described above, in the case of an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth ions are added, one is adjusted by adjusting the amount of light of the pump light source. By simply controlling the wavelength gain to a constant value, it is not possible to control the gain profile to be constant with respect to fluctuations in the level of the input signal or changes in other conditions (for example, temperature changes). Therefore, in such a system, it is basically necessary to monitor gains at two kinds of signal wavelengths, and it is necessary to perform complicated control.
本発明の光増幅器および制御方法では、増幅始凖位、増幅終凖位およびその他の凖位を考慮する必要がある希土類を添加した増幅媒体を用いることができる。以下では、その他の準位が第3の準位のみである場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、さらに多くの準位が関与する場合も含む。 In the optical amplifier and the control method of the present invention, it is possible to use an amplification medium to which a rare earth is added to which the amplification start level, the amplification end level, and other levels need to be considered. Hereinafter, a case where the other level is only the third level will be described, but the present invention is not limited to this and includes a case where more levels are involved.
本発明の光増幅器では、第3の準位が誘導放出遷移に関与し、終凖位または第3の凖位が基底凖位であるような増幅媒体を利用することができる。そして、本発明の制御方法は、これら3つの凖位のイオン数を以下の(1)〜(4)方法で制御することによって、簡便な利得プロファイル一定制御を実現する。
(1)第1の方法
この方法では、上述した3つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の2つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に、例えば波長多重された信号光のうちの任意の信号光または増幅帯域内で別途に入力された任意の入力信号光をモニタし、その波長について利得を一定に制御する。
(2)第2の方法
この方法では、上述した3つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の2つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に光増幅器に入射される信号光の入射パワーとレーザ発振光のパワーをモニタし、このパワーから得られた値に基づいて利得プロファイルを一定に制御する。
(3)第3の方法
この方法では、上述した3つの凖位のうちの、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の2つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に信号光の出射パワーとレーザ発振光のパワーをモニタし、このパワーから得られた値に基づいて利得プロファイルを一定に制御する。
(4)第4の方法
この方法は、信号光のモニタを行わない方法である。この方法は、上述した3つの準位から選択される2つの準位からなる、異なる2種類の遷移で2種類のレーザー発振を行わせる。即ち、上述した3つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の2つの凖位間での第1の遷移により、光増幅器を含む光路中で第1のレーザ発振を行わせる。これと同時に、3つの凖位のうち、第1の遷移に係わった凖位とは異なる組み合わせで、光増幅器を含む光路中において第2のレーザ発振を行わせる。
In the optical amplifier of the present invention, an amplification medium in which the third level is involved in stimulated emission transition and the final level or the third level is the ground level can be used. The control method of the present invention controls the number of ions at these three levels by the following methods (1) to (4), thereby realizing simple gain profile constant control.
(1) First method In this method, a laser is generated in an optical path including the optical amplifier by a transition between any two levels of the amplifying medium causing stimulated emission among the three levels described above. Oscillation is performed, and at the same time, for example, an arbitrary signal light of the wavelength-multiplexed signal light or an arbitrary input signal light separately input within the amplification band is monitored, and the gain is controlled to be constant for the wavelength.
(2) Second method In this method, a transition between any two levels of the amplifying medium causing stimulated emission among the three levels described above causes a laser in the optical path including the optical amplifier. Oscillation is performed, and at the same time, the incident power of the signal light and the power of the laser oscillation light incident on the optical amplifier are monitored, and the gain profile is controlled to be constant based on the value obtained from the power.
(3) Third Method In this method, a transition between any two levels of the amplifying medium causing stimulated emission among the three levels described above causes a change in the optical path including the optical amplifier. The laser oscillation is performed, and at the same time, the output power of the signal light and the power of the laser oscillation light are monitored, and the gain profile is controlled to be constant based on the value obtained from the power.
(4) Fourth Method This method does not monitor the signal light. In this method, two types of laser oscillation are performed at two different types of transitions, each of which is composed of two levels selected from the three levels described above. That is, of the three levels described above, the first transition between any two levels of the amplification medium causing stimulated emission causes the first laser oscillation in the optical path including the optical amplifier. . At the same time, the second laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier in a combination different from the level related to the first transition among the three levels.
上述した第1〜第3の方法(第1の実施形態)によれば、光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせるので、レーザ発振に関与する2つの凖位のイオン数が一定の関係を満たすようになる。この条件下で、さらに任意の光信号の利得若しくは入力光のパワー若しくは出力光のパワーが所定の値となるように励起光の強度を制御すれば、残った一つの凖位も含めて、3つの凖位のイオン数を一意に定めることが可能となる。この結果、利得プロファイルを一意的に固定することができる。 According to the above-described first to third methods (first embodiment), laser oscillation is performed in an optical path including an optical amplifier, so that the number of ions at two levels involved in laser oscillation has a fixed relationship. To meet. Under this condition, if the intensity of the pumping light is further controlled so that the gain of an arbitrary optical signal, the power of the input light, or the power of the output light becomes a predetermined value, 3 levels including one remaining level are obtained. It is possible to uniquely determine the number of ions at one level. As a result, the gain profile can be uniquely fixed.
上述した第4の方法(第2の実施形態)では、3つの凖位全てがレーザ発振に関与するので、3つの凖位のイオン数が一定の関係を満たすようになる。ここで、増幅媒体に添加された希土類イオンの総数が一定であるという条件を課すことで、3つの凖位のイオン数が一意に定まる。この結果、利得プロファイルを一意的に固定することができる。 In the above-described fourth method (second embodiment), all three levels are involved in laser oscillation, so that the numbers of ions at the three levels satisfy a certain relationship. Here, by imposing a condition that the total number of rare earth ions added to the amplification medium is constant, the number of ions at three levels is uniquely determined. As a result, the gain profile can be uniquely fixed.
本発明では、複数のレーザ発振を起こさせることが可能である。 According to the present invention, it is possible to cause a plurality of laser oscillations.
上述のように、第1〜第3の方法では、本発明では、光増幅器中でレーザ発振を行わせ、同時に任意の信号光の利得をモニタすること、または、光増幅器中でレーザ発振を行わせ、信号光とレーザ発振光との光量をモニタすることにより利得プロファイルを一定に制御することを特徴とする。上記第1〜第3の方法では、具体的なモニタ信号として、以下の3つのものを使用することができるが、これらは例示であり、本発明はこれらに限定されない。 As described above, in the first to third methods, in the present invention, laser oscillation is performed in the optical amplifier, and at the same time, the gain of an arbitrary signal light is monitored, or laser oscillation is performed in the optical amplifier. In addition, the gain profile is controlled to be constant by monitoring the light amounts of the signal light and the laser oscillation light. In the above first to third methods, the following three signals can be used as specific monitor signals, but these are examples, and the present invention is not limited to these.
(I)入力された少なくとも一つの信号光について、増幅媒体へ入力する信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体より出力される信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号との比より算出される、前記信号光の利得に比例した電気信号(以下、第1モニタ法という)。なお、入力された少なくとも1つの信号光は、伝送される信号光であってもよく、光増幅器にモニタ用信号として別途入力される信号であってもよい。 (I) For at least one input signal light, a signal light power input to the amplification medium is partially branched, and an electric signal obtained by photoelectric conversion and a signal light power output from the amplification medium are partially branched. An electrical signal (hereinafter, referred to as a first monitoring method) that is calculated from a ratio with an electrical signal obtained by photoelectric conversion and is proportional to the gain of the signal light. The input at least one signal light may be a signal light to be transmitted, or may be a signal separately input as a monitor signal to the optical amplifier.
(II)入力された全信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体入力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐してこの光を光電変換して得られた電気信号(レーザ発振光のパワーに比例した信号)との和または線形結合された電気信号(以下、第2モニタ法という)。 (II) Part of the input signal light power is partially branched, and the electric signal obtained by photoelectric conversion and the part of the laser oscillation light in the resonator at the input end of the amplification medium are partly branched and this light is photoelectrically converted. An electric signal (hereinafter, referred to as a second monitoring method) which is a sum or a linear combination with an electric signal (a signal proportional to the power of laser oscillation light) obtained by the conversion.
(III)出力される全信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体出力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐してこの光を光電変換して得られた電気信号(レーザ発振光のパワーに比例した信号)との和または線形結合された電気信号(以下、第3モニタ法という)。 (III) Part of the output signal light power is partially split, and the electrical signal obtained by photoelectric conversion and the laser oscillation light in the resonator at the output end of the amplifying medium are partially split, and this light is converted into a photoelectric signal. An electric signal (hereinafter, referred to as a third monitoring method) which is a sum or a linear combination with an electric signal (a signal proportional to the power of laser oscillation light) obtained by the conversion.
モニタ信号を用いずに制御を行う方法(上記第4の方法)の場合は、増幅媒体を含む光増幅器内で2種類の光共振器により2種類のレーザ発振を行う。この方法では、この2種類の光共振器でレーザ発振された発振光の波長は、例えば、次の3種類から選ばれる。本発明では特に、異なる2種類の波長を用いることができる。 In the case of a method of performing control without using a monitor signal (the fourth method), two types of laser oscillation are performed by two types of optical resonators in an optical amplifier including an amplification medium. In this method, the wavelength of the oscillation light oscillated by the two types of optical resonators is selected from, for example, the following three types. In the present invention, in particular, two different wavelengths can be used.
(A)レーザ発振光の波長は、増幅始凖位から増幅終凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光(ASE)スペクトルの範囲内に含まれる(以下、第1光共振器という)。 (A) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of an amplified spontaneous emission light (ASE) spectrum generated by stimulated emission from the amplification start level to the amplification end level (hereinafter, referred to as a first optical resonator). ).
(B)レーザ発振光の波長は、増幅始凖位から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光(ASE)スペクトルの範囲内に含まれる(以下、第2光共振器という)。 (B) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of the amplified spontaneous emission light (ASE) spectrum generated by stimulated emission from the amplification start level to the ground level (hereinafter, referred to as a second optical resonator). ).
(C)レーザ発振光の波長は、増幅終凖位から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光(ASE)スペクトルの範囲内に含まれる(以下、第3光共振器という)。 (C) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of the amplified spontaneous emission light (ASE) spectrum generated by stimulated emission from the amplification end level to the ground level (hereinafter, referred to as a third optical resonator). ).
本発明の第1の実施形態によれば、上記原理に従った第1の光増幅器が提供される。本発明の光増幅器は、増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記増幅媒体内で生じたASEのスペクトル内の少なくとも1波長でレーザー発振させる光共振器と、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタする監視手段、前記監視手段より得られた値を基に前記励起手段を制御するための制御部とを含む。 According to a first embodiment of the present invention, there is provided a first optical amplifier according to the above principle. An optical amplifier according to the present invention comprises: an amplification medium; an excitation unit for exciting the amplification medium; an optical resonator that oscillates laser light at at least one wavelength in the spectrum of ASE generated in the amplification medium; At least one light power selected from at least one predetermined wavelength range light selected from input light and at least one predetermined wavelength range light power selected from light output from the optical amplification medium And a control unit for controlling the excitation means based on a value obtained by the monitoring means.
第1の実施形態によれば、上記原理に従った第1の制御方法が提供される。第1の制御方法には、例えば、上記第1の実施形態の光増幅器を用いる方法が含まれ、光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも1波長でレーザ発振を起こさせることと、前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制御することとを含む。 According to the first embodiment, a first control method according to the above principle is provided. The first control method includes, for example, a method using the optical amplifier according to the first embodiment. In the optical amplifier, the spontaneous emission light amplified in the amplification medium by the optical resonator in the amplification medium is output. Causing the laser to oscillate at at least one wavelength within the spectrum of the amplified amplified spontaneous emission light; and the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from the light input to the optical amplification medium by the monitoring means. And monitoring at least one optical power selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from the light output from the optical amplifying medium, based on the value obtained by the monitoring means, A control unit controlling the excitation means to control a light amount of the excitation light source.
第2の実施形態によれば、上記原理に従った第2の光増幅器が提供される。本発明の光増幅器は、増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記増幅媒体内で生じたASEを複数の発振波長でレーザー発振させる光共振器を含む。 According to the second embodiment, a second optical amplifier according to the above principle is provided. The optical amplifier of the present invention includes an amplification medium, an excitation unit for exciting the amplification medium, and an optical resonator that oscillates ASE generated in the amplification medium at a plurality of oscillation wavelengths.
上述したような発振波長を有する光共振器を得るためには、光共振器中に求める波長を選択するための光バンドパスフィルタ、またはこれと同等の波長選択素子が必要である。また、光共振器の1周回におけるレーザ発振波長での損失を調節するための何らかの手段、たとえば可変光減衰器、固定光アッテネータ等が含まれていることが好ましい。損失を調整する素子および波長を調整する素子は、光共振器を構成する際に使用される光分岐手段(例えば、レーザ発振光を分離または合波する手段)に機能として含ませることも可能である。 In order to obtain an optical resonator having the above-described oscillation wavelength, an optical bandpass filter for selecting a desired wavelength in the optical resonator, or a wavelength selecting element equivalent to this, is required. Further, it is preferable that some means for adjusting the loss at the laser oscillation wavelength in one round of the optical resonator, such as a variable optical attenuator and a fixed optical attenuator, is included. The element for adjusting the loss and the element for adjusting the wavelength can be included as a function in an optical branching unit (for example, a unit for separating or combining laser oscillation light) used in forming an optical resonator. is there.
第2の実施形態によれば、上記原理に従った第2の制御方法が提供される。この制御方法には、例えば、上記第2の形態の光増幅器を用いる方法が含まれ、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光を複数の発振波長でレーザー発振させることが含まれる。 According to the second embodiment, a second control method according to the above principle is provided. The control method includes, for example, a method using the optical amplifier of the second embodiment, and includes laser-oscillating amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium at a plurality of oscillation wavelengths.
第1の実施形態および第2の実施形態では、監視手段には、光バンドパスフィルタを含むことが好ましい。また、第1および第2の実施形態には、上記(1)〜(3)、(I)〜(III)、および(A)〜(C)に従った方法、モニタ法、および共振器が含まれる。 In the first and second embodiments, it is preferable that the monitoring unit includes an optical bandpass filter. In the first and second embodiments, the method, the monitoring method, and the resonator according to the above (1) to (3), (I) to (III), and (A) to (C) are provided. included.
本発明では、増幅媒体に添加される希土類イオンは、1種類であっても複数種類であってもよい。 In the present invention, the rare earth ions to be added to the amplification medium may be one kind or a plurality of kinds.
以下に図面を参照して本発明の光増幅器および利得プロファイル一定制御の方法をさらに具体的に説明するが、これらは例示であり、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, the optical amplifier and the method of constant gain profile control according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but these are examples and the present invention is not limited thereto.
本発明の第1の実施形態は、光増幅器の出力端と入力端との間でループを形成した光共振器を含む光増幅器に関する。第1の実施形態の光増幅器の概略を図4に示し、第2の実施形態の光増幅器の概略を図5に示す。 The first embodiment of the present invention relates to an optical amplifier including an optical resonator having a loop formed between an output terminal and an input terminal of an optical amplifier. FIG. 4 shows an outline of the optical amplifier of the first embodiment, and FIG. 5 shows an outline of the optical amplifier of the second embodiment.
第1の実施形態の光増幅器400(図4)は、光共振器402、監視手段404と制御部420を具備した光増幅器である。光共振器402は、増幅媒体410と、これを励起する励起手段412と、光分岐手段414,416と、波長選択素子418を具備する。また、監視手段404は、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタする。制御部420は、監視手段から得られた値を基に励起手段412を制御する。本実施形態では、監視手段404はモニタされる光を制御部に入力するための光分岐手段426,428を含む。
The optical amplifier 400 (FIG. 4) according to the first embodiment is an optical amplifier including an
増幅媒体410は、希土類元素イオンをコアおよび/またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバを好適に用いることができる。特に本発明では、ツリウム添加光ファイバ、エルビウム添加光ファイバ、ホルミウム添加光ファイバなどを使用することができる。具体的には、増幅媒体としては、希土類イオンを添加した増幅用光ファイバを用いることができ、これは、ホストガラスとして石英ガラス、ビスマス系ガラス、非輻射遷移の起こりにくいフッ化物系ガラスのZBLANガラス、In−Pbガラスまたはテルライトガラス等である。希土類イオンは、いずれのイオンであってもよいが、ツリウムイオン(Tm3+)、ホルミウムイオン(Ho3+)、エルビウムイオン(Er3+)が好ましい。本発明では、これらのイオンの1種または複数種を増幅媒体に添加することができる。
As the
励起手段412は、増幅媒体を励起するための励起光源422、424、励起光源からの光を合波するための合波器436,438を含む。この光源は、希土類添加光ファイバの励起に一般に用いられるものである。例えば、半導体LD、InGaAs歪み量子井戸LDなどが用いられる。具体的には、例えばNd−YLFレーザ、Nd−YAGレーザ、Tiサファイアレーザなどの固体レーザや半導体レーザまたはファイバレーザ等がある。図4に示される光増幅器では、励起光は双方向励起であるが、本発明はこれに限定されず、前方励起および後方励起であってもよい。
Excitation means 412 includes excitation
光分岐手段は、溶融延伸のファイバ型(分岐型、波長分割多重型いずれも)誘電体多層膜、ファイバグレーティングまたはファイバグレーティングと組み合わせたサーキュレータ等であり、入力信号および/またはASEの一部を反射して取り出すためのデバイスである。 The optical branching means is a melt-drawn fiber type (both branching type and wavelength division multiplexing type) dielectric multilayer film, a fiber grating or a circulator combined with a fiber grating, and reflects an input signal and / or a part of ASE. It is a device for taking out.
また、共振器系に含まれる波長選択素子には、誘電体多層膜、ファイバグレーティングなどの光フィルタが含まれる。 The wavelength selection element included in the resonator system includes an optical filter such as a dielectric multilayer film and a fiber grating.
本発明では、光共振器には、可変光減衰器などを導入することもできる。本発明では、光共振器は、増幅媒体の利得と共振系の1周回の損失が一致したところで発振するが、可変光減衰器などを導入することにより、増幅媒体の利得と共振系の1周回の損失の関係を調整することができる。 In the present invention, a variable optical attenuator or the like can be introduced into the optical resonator. In the present invention, the optical resonator oscillates when the gain of the amplifying medium and the loss of one round of the resonance system coincide. However, by introducing a variable optical attenuator or the like, the gain of the amplifying medium and the round of the resonance system round. The loss relationship can be adjusted.
合波器は、励起光/信号光合波カップラのような通常の合波器を使用すればよい。 As the multiplexer, an ordinary multiplexer such as a pump light / signal light multiplex coupler may be used.
監視手段404では、光分岐手段426,428で分岐されたモニタされる光(以下モニタ信号とも称する)(図4中の第1の信号および第2の信号)が監視部419へ入力される。この監視部からの情報に基づいて、制御部420が演算を施し、この値に基づいて励起手段412が励起光の制御を行う。監視手段404は、光分岐手段426,428で分岐されたモニタ信号を電気信号に変換する光電変換器などを含んでいてもよい。光電変換器は、モニタ信号を電気信号に変換する。本発明では、このモニタ信号または電気信号をモニタする。
In the
制御部420の例は、差分信号発生回路、利得信号算出回路(わり算回路)、およびこれらの組み合わせ、和信号発生回路と線形結合算出回路などである。本発明では、監視手段および制御部は、以下の制御を行うものを含む。
Examples of the
(i) 前記監視手段が、少なくとも1つの信号光の入力および出力パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値から信号光の利得を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。 (I) The monitoring means monitors the input and output power of at least one signal light, and the control section calculates the gain of the signal light from the value obtained by the monitoring means, and determines a predetermined value or The excitation means is controlled so as to match a value inputted from outside.
(ii) 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅媒体に入射する信号光のパワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。 (Ii) the monitoring unit monitors the power of the laser oscillation light in the optical resonator at the signal input end of the amplification medium and the power of the signal light incident on the amplification medium, and the control unit is obtained from the monitoring unit. Calculates the sum of the laser oscillation light power value and the signal light power value, or the value obtained by the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value, and agrees with a predetermined value or a value input from outside. The excitation means is controlled so that
(iii) 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増幅媒体に入射する信号光の一部を同時に取り出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値が予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。 (Iii) The monitoring means simultaneously extracts a part of the laser oscillation light in the optical resonator and a part of the signal light incident on the amplification medium at the signal input end of the amplification medium and monitors the total power thereof. The control unit controls the excitation unit such that a value obtained by the monitoring unit matches a predetermined value or a value input from outside.
(iv) 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅媒体から出射する信号光のパワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。 (Iv) The monitoring means monitors the power of the laser oscillation light in the optical resonator at the signal output end of the amplification medium and the power of the signal light emitted from the amplification medium, and the control section is obtained by the monitoring means. Calculates the sum of the laser oscillation light power value and the signal light power value, or the value obtained by the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value, and agrees with a predetermined value or a value input from outside. The excitation means is controlled so that
(v) 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増幅媒体から出射する信号光の一部を同時に取り出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値が、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。 (V) The monitoring means simultaneously extracts a part of the laser oscillation light in the optical resonator and a part of the signal light emitted from the amplification medium at the signal output end of the amplification medium, and monitors the total power thereof. The control unit controls the excitation unit so that a value obtained by the monitoring unit matches a predetermined value or a value input from outside.
なお、第1の実施形態では、図4に示されるようにアイソレータ430,432を設けることも好ましい。
In the first embodiment, it is preferable to provide
本実施形態において、光共振器を構成する各部材および制御部などの任意の構成要素は、図4に示される配置のみではなく、種々の配置をとることができる。 In the present embodiment, various components, such as the components constituting the optical resonator and the control unit, can take various arrangements other than the arrangement shown in FIG.
第1の実施形態の利得プロファイルを一定に制御する方法では、光増幅器に入力される入力信号および/または光増幅器内の増幅媒体で増幅された自然放出光(ASE)の一部を取り出し、これを発振させる。また、モニタされる光(以下モニタ信号とも称する)(図4中の第1の信号および第2の信号)が監視部419へ入力される。この監視部からの情報に基づいて、制御部420が演算を施し、この値に基づいて励起手段412が励起光の制御を行う。本発明では、モニタ信号またはモニタ信号を変換して得られる電気信号をモニタする。
In the method of controlling the gain profile to be constant in the first embodiment, an input signal input to the optical amplifier and / or a part of the spontaneous emission light (ASE) amplified by the amplification medium in the optical amplifier is extracted. To oscillate. In addition, light to be monitored (hereinafter, also referred to as a monitor signal) (first signal and second signal in FIG. 4) is input to the
本発明では、監視手段および制御部により、上記(i)〜(v)の制御を行う。 In the present invention, the above-described controls (i) to (v) are performed by the monitoring unit and the control unit.
以下に本発明の光増幅器を用いた制御方法(本発明の光増幅器の動作)について具体的に説明する。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をするが、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成などを用いることもできる。 Hereinafter, a control method using the optical amplifier of the present invention (operation of the optical amplifier of the present invention) will be specifically described. In the following description, a single-pass configuration will be described, but the present invention can also use a double-pass configuration, a bidirectional optical amplifier configuration, and the like.
まず、信号光は、図4中の左側より入射し、光分岐素子426によりその一部が分岐される。分岐された信号光は、第1の信号として監視部419に入力される。第1の信号は、電気信号であることが好ましい。従って、本実施形態では、分岐された信号光を電気信号に変換する光電変換素子などにより、モニタ信号光を電気信号に変換することが好ましい。光分岐素子426を通過した信号光は、光分岐素子414、アイソレータ432、合波器436を通過して増幅媒体410に入る。
First, the signal light enters from the left side in FIG. 4 and is partially branched by the optical branching
励起光は、合波器436,438を介して前方および後方から入射される。増幅された信号光はアイソレータ430、光分岐素子416,428を通過した後に出力される。光分岐素子428は、出力信号光の一部をモニタするために該信号光の一部を分岐するのものである。ここで分岐された光は第2の信号として監視部419に入力される。第2の信号は、電気信号であることが好ましい。従って、本実施形態では、分岐された信号光を電気信号に変換する光電変換素子などにより、分岐された信号光を電気信号に変換することが好ましい。
The pumping light is incident from the front and the rear via the
ここで、モニタする光は1チャネル以上の波長数を有するWDM光、または、光増幅器に別途入力される、増幅帯域の波長を有する光などである。本発明では、上記(i)〜(v)に示される監視手段によりモニタされる信号であることが好ましい。 Here, the light to be monitored is WDM light having one or more wavelengths or light having a wavelength in an amplification band which is separately input to an optical amplifier. In the present invention, it is preferable that the signal is monitored by the monitoring means shown in the above (i) to (v).
第1の信号と第2の信号は監視部419を経て制御部420に入力され、これらの入力信号の利得などの値が求められ、その値が、予め設定された値と一致するような励起光源の電流値を算出し、その電流値となるように励起光源422,424の光量を調整する。本発明の制御部は、上記(i)〜(v)に記載の処理および制御を行う。
The first signal and the second signal are input to the
アイソレータ430より出射される信号光およびASE光は、光分岐素子416によりその一部が取り出され、波長選択素子418を介して、光分岐素子414より再度増幅媒体410に注入される。本実施形態では、少なくとも増幅媒体410、励起手段412、光分岐素子414,416および波長選択素子を含むループにより光共振器が形成される。
A part of the signal light and the ASE light emitted from the
この光共振器の発振波長は、光分岐素子414,416の分岐特性に波長依存性を持たせるか、または波長選択素子418の機能を使用するかのいずれか、または、これらの両方を同時に使用することで特定される。光共振器は、この発振波長において、光共振器の1周回の損失と増幅媒体410の利得が一致するところで発振する。定常的に安定した発振が可能な場合、発振する条件以上の励起光量を励起光源から注入しても、波長選択素子などで選択された発振波長での増幅媒体410の利得は変化しない。
The oscillation wavelength of the optical resonator makes the branching characteristics of the optical branching
以上のようにして、光増幅器内で光共振器によりレーザ発振を起こさせ、上記(i)〜(v)に示される監視手段によりモニタしながら利得プロファイルが一定になるように励起光源の光量を調節する。 As described above, the laser oscillation is caused by the optical resonator in the optical amplifier, and the light amount of the pumping light source is adjusted so that the gain profile becomes constant while monitoring by the monitoring means shown in (i) to (v). Adjust.
本発明の第2の実施形態は、複数の共振器を具備した光増幅器およびその増幅器の利得プロファイルを一定に制御する方法である。 A second embodiment of the present invention is an optical amplifier having a plurality of resonators and a method for controlling a gain profile of the amplifier to be constant.
第2の実施形態の光増幅器の概略を図5に示す。図5は、2つの共振器を備えた光増幅器を表す。以下では、この例に基づいて説明をする。本実施形態の光増幅器500は、第1の光共振器502および第2の光共振器504を含む。第1の光共振器502は、増幅媒体510と、これを励起する励起手段512と、光分岐手段514,516と、波長選択素子518を具備する。第2の光共振器504は、増幅媒体510と、これを励起する励起手段512と、光分岐手段520,522と、波長選択素子524を具備する。
FIG. 5 schematically shows an optical amplifier according to the second embodiment. FIG. 5 shows an optical amplifier having two resonators. Hereinafter, description will be made based on this example. The
励起手段512は、増幅媒体を励起するための励起光源526、528、励起光源からの光を合波するための合波器530,532を含む。図5に示される光増幅器では、励起光は双方向励起であるが、本発明はこれに限定されず、前方励起および後方励起であってもよい。
The excitation means 512 includes excitation
本実施形態では、図5に示すように、2つの光共振器が発信状態を維持できるように、発振判定回路534を有してもよい。発振判定回路は、各光共振器から発振光の一部を取り出すための光分岐素子536,538と共に発振判定手段を形成する。発振判定回路534へは、例えば、光分岐素子536,538により信号光を取り出し、光電変換素子などを介して電気信号として信号が入力される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, an
また、本実施形態においても、光共振器には、可変光減衰器などを導入することもできる。本発明では、光共振器は、増幅媒体の利得と共振系の1周回の損失が一致したところで発振するが、可変光減衰器などを導入することにより、増幅媒体の利得と共振系の1周回の損失の関係を調整することができる。 Also in this embodiment, a variable optical attenuator or the like can be introduced into the optical resonator. In the present invention, the optical resonator oscillates when the gain of the amplifying medium and the loss of one round of the resonance system coincide. However, by introducing a variable optical attenuator or the like, the gain of the amplifying medium and the round of the resonance system round. The loss relationship can be adjusted.
第2の実施形態では、図5に示されるようにアイソレータ540,542を設けることも好ましい。
In the second embodiment, it is preferable to provide
なお、本実施形態において、光共振器を構成する各部材および発振判定回路などの任意の構成要素は、図5に示される配置のみではなく、種々の配置をとることができる。 Note that, in the present embodiment, various components, such as the components constituting the optical resonator and the oscillation determination circuit, can be arranged in addition to the arrangement shown in FIG.
本実施形態の各素子などは、先の第1の実施形態で説明したものと同じものを使用することができる。 The same elements as those described in the first embodiment can be used for each element of the present embodiment.
以下に本実施形態の光増幅器を用いた制御方法(本発明の光増幅器の動作)について具体的に説明する。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をするが、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成などを用いることもできる。 Hereinafter, a control method (operation of the optical amplifier of the present invention) using the optical amplifier of the present embodiment will be specifically described. In the following description, a single-pass configuration will be described, but the present invention can also use a double-pass configuration, a bidirectional optical amplifier configuration, and the like.
信号光は、光分岐素子514,520とアイソレータ540と合波器530を介して増幅媒体510に入射する。増幅媒体510より出射した信号光は、合波器532とアイソレータ542と光分岐素子522,516を介して出射される。
The signal light enters the
本実施形態では、第1の共振器および第2の共振器を発振状態に維持するために、発振判定回路を有することが好ましい。光分岐素子538により、第1の共振器内の光が分岐され、これがモニタ信号として発振判定回路534に入力される。また、光分岐素子536により、第2の共振器内の光が分岐され、これがモニタ信号として発振判定回路534入力される。モニタ信号としての光は、光電変換素子などにより電気信号に変換されることが好ましい。両者のモニタ信号により共に2つの共振器が発振するように励起光源526,527から出射される励起光源の光量が制御される。
In the present embodiment, it is preferable to include an oscillation determination circuit in order to maintain the first resonator and the second resonator in an oscillation state. The light in the first resonator is split by the
また、上記第1および第2の実施形態では、監視手段に光バンドパスフィルタを含め、モニタ信号をこれに通すことが好ましい。 In the first and second embodiments, it is preferable that the monitoring means include an optical band-pass filter so that the monitor signal passes therethrough.
以上述べた各実施形態の光増幅器では、特に増幅媒体内での信号光の伝搬方向については規定していなかったが、光増幅器が以下の(a)〜(c)の構成を有し、信号光がこれらに示される伝搬方向をとることができる。 In the optical amplifier according to each of the embodiments described above, the propagation direction of the signal light in the amplification medium is not particularly specified, but the optical amplifier has the following configurations (a) to (c), and The light can take the propagation directions shown in these.
(a)増幅媒体の入力側または出力側の両方、或いは、これらのどちらか一方に光アイソレータが接続される。信号光は、増幅媒体内を一方向のみに伝搬する(本明細書中で、シングルパスという)。 (A) An optical isolator is connected to both or both of the input side and the output side of the amplification medium. The signal light propagates in the amplification medium in only one direction (referred to as a single path in this specification).
(b)増幅媒体の一方に光サーキュレータが接続され、増幅媒体の他端には少なくとも信号光を反射させるミラー機能を有するデバイスが接続される。信号光は光サーキュレータを通過して増幅媒体中を進行し、増幅される。次いで、信号光は、これを反射させるミラーにより折り返されて増幅媒体中を反対方向に進行し、増幅される。増幅された信号光は、サーキュレータを通過して出射する(本明細書で、ダブルパスという)。この場合、上記の第1モニタ法から第3モニタ法について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位置は、増幅媒体より見て光サーキュレータを介して設置される信号出射ポートに各々設置しても良い。また、光分岐手段を、光サーキュレータと増幅媒体との間に設置することもできる。この場合、光分岐手段自体の持つ結合動作の方向性により入力側モニタと出力側モニタとを区別することができる。 (B) An optical circulator is connected to one side of the amplification medium, and a device having a mirror function of reflecting at least signal light is connected to the other end of the amplification medium. The signal light travels through the amplification medium after passing through the optical circulator and is amplified. Next, the signal light is turned by a mirror that reflects the signal light, travels in the opposite direction in the amplification medium, and is amplified. The amplified signal light passes through the circulator and exits (referred to as a double pass in this specification). In this case, considering the above-described first to third monitoring methods, an optical branching unit is provided for partially branching the signal light and extracting a monitor signal. It may be installed at each signal output port installed via a circulator. Further, the optical branching means can be provided between the optical circulator and the amplification medium. In this case, the input side monitor and the output side monitor can be distinguished by the direction of the coupling operation of the optical branching means itself.
(c)増幅媒体の両方に光サーキュレータが接続される。2種類の進行方向の異なる信号光が同時または時間的に分離された状態で増幅媒体中を互いに逆方向に進行し、増幅される(以下、双方向光増幅器という)。この場合、上記の第1モニタ法から第3モニタ法について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位置は、双方向の信号光のうち、どちらか一方の信号光を規準にして増幅媒体の入力側と出力側に設置されればよい。具体的には、光分岐手段は、サーキュレータの外側、サーキュレータと増幅媒体との間に設置することができる。 (C) An optical circulator is connected to both of the amplification media. Two types of signal light having different traveling directions travel in opposite directions in the amplification medium in a state where they are simultaneously or temporally separated, and are amplified (hereinafter, referred to as a bidirectional optical amplifier). In this case, considering the above-described first to third monitoring methods, an optical branching unit is provided for partially branching out the signal light and extracting a monitor signal. The signal light may be set on the input side and the output side of the amplification medium based on one of the signal lights. Specifically, the optical branching means can be provided outside the circulator, between the circulator and the amplification medium.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本実施例は、本発明の第1の実施形態の例であり、特に上記(1)に相当する光増幅器および制御方法の例である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example 1)
The present embodiment is an example of the first embodiment of the present invention, and particularly is an example of an optical amplifier and a control method corresponding to the above (1).
図6は、本発明の光増幅器を説明するための構成図である。図6に示されるように、本発明の光増幅器は、光共振器、監視手段、および制御部を含む。光共振器は、増幅媒体1306、該増幅媒体を励起するための励起光源1314,1317、波長選択素子1305、可変光減衰器1307、波長選択素子および可変光減衰器へ信号光の一部を分岐する光分岐素子、波長選択素子および可変光減衰器からの信号光を合波するための光分岐素子1302を含む。監視手段は、第1のモニタする信号光を分岐する光分岐素子1301、第2のモニタする信号光を分岐する光分岐素子1311、制御部1316、および、第1および第2のモニタする信号光の共通波長の光を通すための光バンドパスフィルタ1312,1320と、これらのモニタする信号光を電気信号に変換する光電変換回路1313,1319を含む。制御部は、該励起光源を制御するための励起光駆動回路1315,1318を含む。本実施例では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
FIG. 6 is a configuration diagram for explaining the optical amplifier of the present invention. As shown in FIG. 6, the optical amplifier according to the present invention includes an optical resonator, monitoring means, and a control unit. The optical resonator divides a part of the signal light into an
使用した増幅媒体1306は、Tmイオンを添加、ホストガラスとしてはフッ化物系ガラスの一種であるZBLANガラスである。Tm3+の添加濃度は6000ppmとした。Tm添加ZBLAN系フッ化物光ファイバの長さは5mとした。励起光源1314,1317は、1400から1430nmまでの発振波長を持つ半導体レーザを使用した。モニタする信号光を取り出す部分の光分岐素子1301,1311は、誘電体多層膜ミラーを使用し、入射信号光の1%を反射して取り出す形式のデバイスである。
The used
信号光は、1480nmから1510nm、2nm間隔の16波を使用した。光バンドパスフィルタ1312,1320は、中心波長1480nm、透過帯域の半値全幅が0.8nmのものを使用した。光電変換回路1313,1319は、InGaAs−PIN−PDを使用した。光共振器を構成する光分岐素子1302,1310は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1513〜1516nmでの分岐比が95%である。
As the signal light, 16 waves at 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used. The
波長選択素子1305は、誘電体多層膜を使用したもので、透過帯域の中心波長が1513nm、損失0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器1周回での1513〜1516nmでの損失が18dBになるように可変光減衰器1307を調整した。可変光減衰器は光増幅器で通常用いられるものである。
The
監視部1316は、第1のモニタ信号(本実施例では第1の電気信号)と第2のモニタ信号(本実施例では第2の電気信号)の比から信号光の利得を算出するわり算回路などを含む。より具体的には、差分信号を発生させる差分信号発生回路と利得信号算出回路(わり算回路)が含まれる。
The
以下、図6に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。まず、信号光は、図6中の左側より入射し、光分岐素子1301によりその一部が分岐される。分岐されたモニタする信号光は、光バンドパスフィルタ1312を介して光電変換回路1313に入って第1の電気信号となる。光分岐素子1301を通過した信号光は、光分岐素子1302、アイソレータ1303、励起光/信号光合波カップラ1304を通過して増幅媒体1306に入る。
Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. First, the signal light enters from the left side in FIG. 6 and is partially branched by the optical branching
励起光は、励起光/信号光合波カップラ1308を介して後方向からも入射される。増幅された信号光はアイソレータ1309、光分岐素子1310,1311を通過した後に出力される。光分岐素子1311は、出力信号光の一部をモニタするためのものであり、光バンドパスフィルタ1320を介して光電変換回路1319に入って第2の電気信号となる。
The pumping light is also incident from the rear through the pumping light / signal
ここで、信号光は1チャネル以上の波長数を有するWDM光である。2台の光バンドパスフィルタ1312,1320の通過波長は同一であり、WDM信号光の特定の1チャネルの波長に合わせてある。
Here, the signal light is WDM light having one or more wavelengths. The passing wavelengths of the two
アイソレータ1309より出射される信号光およびASE光は、光分岐素子1310によりその一部が取り出され、可変光減衰器1307と波長選択素子1305を介して、光分岐素子1302より再度増幅媒体1306に注入される。これにより光共振器が形成される。
A part of the signal light and the ASE light emitted from the
この光共振器の発振波長は、光分岐素子1302,1310の分岐特性に波長依存性を持たせるか、または波長選択素子1305の機能を使用するかのいずれか、或いは両方同時に使用することで特定の波長が選ばれる。選択された発振波長では、光共振器は、光共振器の1周回の損失と増幅媒体1306の利得が一致するところで発振する。定常的に安定した発振が可能な場合、発振する条件以上の励起光量を注入しても発振波長での増幅媒体1306の利得は変化しない。
The oscillation wavelength of this optical resonator is specified by either giving wavelength dependency to the branching characteristics of the optical branching
上述の、第1の電気信号と第2の電気信号は、割り算回路1316により利得信号に変換される。この利得信号により、予め設定された値と一致するように励起光駆動回路1315,1318が調整され、励起光源の光量が制御される。励起光は、励起光/信号光合波カップラ1304,1308により増幅媒体に注入される。
The first electric signal and the second electric signal described above are converted into gain signals by the
図7は、光共振器を構成するための光分岐素子の位置関係を説明するための図である。なお、図7において、図6と同じ構成要素には、図6と同じ符号を用いた。光共振器を構成するための光分岐素子1302,1310の位置は、色々なケースがある。光共振器は、光分岐素子1302と増幅媒体1306と光分岐素子1310と可変光減衰器1307と波長選択素子1305のループにより構成される。この場合、光分岐素子1302,1301および励起光/信号光合波カップラ1304の挿入位置は、光アイソレータ1303を挟んでA,Bの位置が可能である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a positional relationship of an optical branch element for forming an optical resonator. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. There are various cases in which the positions of the optical branching
特に、励起波長での光アイソレータ1303の通過損失が高い場合には、励起光/信号光合波カップラ1304の挿入位置はBが望ましい。A,Bの範囲で、各々の素子の挿入位置は、発振波長における各分岐手段の損失、カップラの損失などにより適当な位置が決められるが、その配置は必ずしも図6で示した位置に限定されない。
In particular, when the passing loss of the
同様に、光分岐素子1311,1310および励起光/信号光合波カップラ1317の挿入位置は、CおよびDの位置が可能である。一般的には、光アイソレータ1309の光の逆方向阻止比は、広い波長域で高いことが多いので、励起光/信号光合波カップラ1317の挿入位置は、Cの位置が望ましい場合が多い。光分岐素子1311,1310および励起光/信号光合波カップラ1317に関しては、CおよびDの範囲で、発振波長における各分岐部の損失、カップラの損失などにより適当な位置を決めることができる。しかし、その配置は必ずしも図6で示した位置に限定されない。
Similarly, insertion positions of the optical branching
図8は、各入力信号レベルを変えた場合の、利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした図である。つまり、各入力信号レベルを−25,−20,−15,−10dBm/ch.に設定し入力した場合の利得スペクトルについて、−25dBm/ch.での利得スペクトルを規準として、入力が変わった際の利得スペクトルを、規準スペクトルからのずれのうち最大の値をプロットした図である。 FIG. 8 is a diagram plotting the maximum value of the deviation of the gain profile when the input signal level is changed. That is, each input signal level is set to -25, -20, -15, -10 dBm / ch. -25 dBm / ch. FIG. 9 is a diagram in which the gain spectrum when the input is changed is plotted with the maximum value of the deviation from the reference spectrum, using the gain spectrum at step S as a reference.
励起光量は、光共振器が発振するしきい値の約1.3倍とした。利得の評価は、−35dBmの小信号プローブ光をスキャンすることにより測定した。図8中の点線は、モニタする信号光による利得の制御をかけない場合の結果である。図8中の実線は、1480nmの信号光をモニタし制御回路を働かせて、1480nmでの利得が一定になるように制御を行った場合の値をプロットしたものである。図8より、制御をかけることにより利得プロファイルが一定となることが明らかとなった。 The excitation light amount was about 1.3 times the threshold value at which the optical resonator oscillates. The evaluation of the gain was measured by scanning a small signal probe light of -35 dBm. The dotted line in FIG. 8 shows the result when the gain is not controlled by the signal light to be monitored. The solid line in FIG. 8 is a plot of a value obtained when the signal light of 1480 nm is monitored and the control circuit is operated to perform control so that the gain at 1480 nm becomes constant. From FIG. 8, it has been clarified that the gain profile becomes constant by controlling.
(実施例2)
本実施例は、上記(1)で表される光増幅器の例である。
図9は、本発明の光増幅器の第2実施例を説明するための構成図である。本実施例は、ダブルパスの構成を用いた光増幅器の例であり、特に、反射型の光増幅器の例である。
(Example 2)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (1).
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining a second embodiment of the optical amplifier of the present invention. The present embodiment is an example of an optical amplifier using a double-pass configuration, and particularly an example of a reflection-type optical amplifier.
本実施例の光共振器は、実施例1と同様の構成を有する。本実施例では、光共振器の入力端にサーキュレータ1503が設けられ、光共振器の出力側にミラー1508を設ける。本実施例の光増幅器の監視手段は、図9に示されるように、第2の信号光を取り出す光分岐素子1502が、増幅された出力信号を取り出すサーキュレータ1503の出力端側に設けられることを除いて実施例1と同様である。本実施例では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
The optical resonator of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. In this embodiment, a
図9において、増幅媒体1526には、Tm3+を2000ppmの濃度で添加したIn系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は20mである。励起光源は、1030nmで発振するInGaAs歪み量子井戸LDを使用した。本実施例の光増幅器は、モニタする信号光を取り出すために、第1の電気信号を取り出すための構成と、第2の電気信号を取り出すための構成を含む。第1の電気信号を取り出すための構成は、光分岐素子1501、光バンドパスフィルタ1517および光電変換回路1519を含む。第2の電気信号を取り出すための構成は、光分岐素子1502、光バンドパスフィルタ1518および光電変換回路1520を含む。
In FIG. 9, an In-based fluoride optical fiber to which Tm 3+ was added at a concentration of 2000 ppm was used as the
光分岐素子1501,1502は、誘電体多層膜ミラーを使用し、入射信号光の1%を反射して取り出す形式のデバイスである。
Each of the
信号光は、1460nmから1490nm、2nm間隔の16波を使用した。光バンドパスフィルタ1517,1518は、中心波長1460nm、透過帯域の半値全幅が0.8nmのものを使用した。光電変換回路1519,1520は、InGaAs−PIN−PDを使用した。光共振器を構成する光分岐素子1504,1507は、1460〜1490nmでの通過損失が0.2dB以下、1493〜1496nmでの分岐比が95%である。
As the signal light, 16 waves at 1460 nm to 1490 nm and 2 nm intervals were used. As the
波長選択素子1510は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が1493nm、損失0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器1周回での1493〜1496nmの波長帯における損失が、20dBになるように可変光減衰器1511を調整した。
The
以下、図9に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐素子1501を通過した信号光は、サーキュレータ1503を介して増幅媒体1526に入り、ミラー1508で反射されて、再度増幅媒体1526を通過し、サーキュレータ1503を介して光分岐素子1502側に出射される。
Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. The signal light that has passed through the optical branching
ここで、光分岐素子1501,1502は、モニタする信号光として一部の信号光を分岐する。分岐されたモニタする信号光は、同一の通過波長を有する光バンドパスフィルタ1517,1518を介して、必要な信号光成分のみを取り出し、各々光電変換回路1519,1520に入射して、電気信号に変換される。第1および第2の電気信号は、割り算回路1516により利得信号として取り出される。この利得信号により、設定値と一致するように励起光駆動回路1514,1515が制御され、励起光源1512,1513の励起光量が制御される。励起光は、励起光/信号光合波カップラ1505,1506により増幅媒体に注入される。
Here, the
光共振器は、光分岐素子1504,1507と波長選択素子1510と可変光減衰器1511と増幅媒体1526よりなるループにより構成される。ここで、光分岐素子1504から、波長選択素子1510と可変光減衰器1511を経て光分岐素子1507を結ぶ光路部分にアイソレータを付加し、光共振器内の発振光の進行方向を規定することも可能である。このアイソレータの有無に関わらず、レーザ発振を起こしている光の波長における増幅媒体の利得は光共振器の1周回の損失により固定され、取り出された波長におけるモニタする信号光の利得は割り算回路1516を用いた電気的なフィードバック系により固定されることから、増幅器としての利得プロファイルは一意的に決定される。
The optical resonator is configured by a loop including optical branching
図10は、ダブルパスの構成を用いた場合の光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。モニタ手段、光共振器、および励起手段を構成する各光分岐素子の挿入位置は、図9に示した以外にも色々な位置が可能である。なお、図10において、図9と同じ構成要素には、図9と同じ符号を用いた。 FIG. 10 is a diagram for explaining an insertion position of an optical branching element when a double-pass configuration is used. Various positions other than those shown in FIG. 9 are possible for insertion positions of the respective optical branching elements constituting the monitoring unit, the optical resonator, and the excitation unit. In FIG. 10, the same reference numerals as in FIG. 9 are used for the same components as in FIG.
入射信号光のモニタ回路(光分岐素子1501と光バンドパスフィルタ1517と光電変換回路1519の組み合わせ)と、出射信号光のモニタ回路(光分岐素子1502と光バンドパスフィルタ1518と光電変換回路1520の組み合わせ)と、励起光の回路(励起光/信号光合波カップラ1505と励起光源1512、励起光/信号光合波カップラ1506と励起光源1513の組み合わせ)と、光共振器(光分岐素子1504,1507と可変光減衰器1511と波長選択素子1510との組み合わせ)との相互の位置関係について説明する。
A monitor circuit for the incident signal light (a combination of the optical branching
光分岐素子1501,1502が光方向性結合器の場合、光分岐素子1501はAおよびBの位置が可能であり、光分岐素子1502はDおよびBの位置が可能である。一方、光分岐素子1504および光分岐素子1507は、それぞれAとD、BとC、AとC、DとCの組み合わせが可能である。一方、励起光/信号光合波カップラ1506はCの位置が望ましい。励起光/信号光合波カップラ1505は、励起波長でのサーキュレータ1503の順方向損失、または逆方向損失が十分低ければA,Dの位置が可能であるが、Bの位置が望ましい。A〜Dの各領域内での、個々のデバイスの相互の位置関係は、各々のデバイスの光学特性を考慮さえすれば自由に設定できる。
When the
図11は、各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた際に、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準として入力を変えた場合の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値をプロットした図である。点線は、モニタする信号光の波長で利得制御をかけない場合の特性であり、実線は利得制御をかけた場合の特性である。図11より、制御をかけることにより利得プロファイルが一定となることが明らかとなった。 FIG. 11 shows that each input signal level is from -25 to -10 dBm / ch. When changed to -25 dBm / ch. FIG. 11 is a diagram in which the maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed using the gain profile at the time of reference as a reference is plotted. The dotted line shows the characteristics when gain control is not performed at the wavelength of the signal light to be monitored, and the solid line shows the characteristics when gain control is performed. From FIG. 11, it has been clarified that the gain profile becomes constant by applying the control.
(実施例3)
本実施例は、上記(1)で表される光増幅器の例である。
図12は、本発明の光増幅器の第3実施例を説明するための構成図であり、双方向光増幅器の例である。本実施例では、光共振器、監視手段、および制御部は実施例1と同じ構造を有する。本実施例では、図12に示されるように、光共振器の両端にサーキュレータ1702、1707を設け、第1の入力信号と第2の入力信号が光共振器に対向して入力される。なお、図12では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
(Example 3)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (1).
FIG. 12 is a configuration diagram for explaining a third embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is an example of a bidirectional optical amplifier. In this embodiment, the optical resonator, the monitoring unit, and the control unit have the same structure as in the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 12,
増幅媒体1726には、Tm3+を2000ppmの濃度で添加したテルライト系光ファイバを使用した。光ファイバ長は20mである。励起光源1715は、1400nmで発振するLDを使用し、励起光源1717は、1400nmで発振するLDと1600nmで発振するLDから発生される光を合成して使用した。
As the
本実施例は、モニタする信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路1716、1718を使用して励起光源を制御して利得プロファイルを一定に制御する。これらのうち、励起光駆動回路1718につながる1400nmおよび1600nmで発振する2台のLDにフィードバックをかけ、これらの励起光源を制御した。モニタする信号光の取り出しは、光分岐素子1701,1708により行われ、これらには、融着延伸型のファイバカップラを使用した。この光分岐素子は、入射信号光の1%を反射し取り出す形式のデバイスである。
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the signal light to be monitored, and the pump light source is controlled using the pump
信号光には、1480nmから1510nm、2nm間隔の16波を使用した。 As the signal light, 16 waves at 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used.
光バンドパスフィルタ1711,1713は、中心波長1510nm、透過帯域の半値全幅が0.8nmのものを使用した。光電変換回路1712,1714は、InGaAs−PIN−PDを使用した。光共振器を構成する光分岐素子1703,1706は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1474〜1477nmでの分岐比が95%である。
As the
波長選択素子1709は、誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が1476nm、損失が0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器1周回での1474〜1477nmでの損失は20dBになるように可変光減衰器1710を調整した。
The
入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、1510nmで観測され、その値は、利得制御をかけない場合7dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。 When the input signal level is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is observed at 1510 nm, and the value is 7 dB when the gain control is not performed, whereas the value is 0.3 dB when the gain control is performed. Met.
以下、図12に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐素子1701を通過した信号光は、サーキュレータ1702を介して増幅媒体1726に入る。即ち信号光は、光分岐素子1703と励起光/信号光合波カップラ1704を通過して増幅媒体1726中に入り増幅される。後方向励起光は、励起光/信号光合波カップラ1705により合波される。
Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. The signal light having passed through the
増幅された信号光は、光分岐素子1706、サーキュレータ1707を通過し、光分岐素子1708を介して取り出される。入射された信号光の一部は、光分岐素子1701と光バンドパスフィルタ1711と光電変換回路1712により電気信号に変換され、出射された信号光の一部は、光分岐素子1708と光バンドパスフィルタ1713と光電変換回路1714により電気信号に変換される。
The amplified signal light passes through the
各々電気信号は、割り算回路1720により利得信号に変化される。この利得信号により、予め設定された値に一致するように、励起光駆動回路1716,1718を介して励起光源715,717からの励起光量が調整される。このように、入射された信号光のうち、モニタする信号光の波長における利得は、電気的なフィードバックにより制御される。
Each electric signal is converted to a gain signal by a
一方、光共振器は、光分岐素子1703,1706と波長選択素子1709と可変光減衰器1710と増幅媒体1726よりなるループにより構成される。
On the other hand, the optical resonator is configured by a loop including optical branching
ここで、光分岐素子1703から、波長選択素子1709と可変光減衰器1710を経て光分岐素子1706を結ぶ光路内にアイソレータを付加し、光共振器内の発振光の進行方向を規定することも可能である。このアイソレータの有無に関わらず、レーザ発振を起こしている光の波長での増幅媒体の利得は、光共振器の1周回の損失により固定され、モニタする信号光の波長における利得は割り算回路1720を用いた電気的なフィードバック系により固定されることから、増幅器としての利得プロファイルは一意的に決定される。
Here, an isolator may be added from the optical branching
図13は、図12に示した構成においてモニタ手段、光共振器および励起手段を構成する各光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。モニタおよび光共振器を構成する各光分岐素子の挿入位置は、図12に示した以外にも色々な位置が可能である。なお、図13において、図12と同じ構成要素には、図12と同じ符号を用いた。 FIG. 13 is a diagram for explaining the insertion positions of the respective optical branching elements constituting the monitoring means, the optical resonator, and the excitation means in the configuration shown in FIG. Various positions other than those shown in FIG. 12 are possible for the insertion positions of the optical branching elements constituting the monitor and the optical resonator. In FIG. 13, the same components as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
入射信号光のモニタ回路(光分岐素子1701と光バンドパスフィルタ1711と光電変換回路1712の組み合わせ)と、出射信号光のモニタ回路(光分岐素子1708と光バンドパスフィルタ1713と光電変換回路1714の組み合わせ)と、励起光の回路(励起光/信号光合波カップラ1704と励起光源1715、励起光/信号光合波カップラ1705と励起光源1717との組み合わせ)と、光共振器(光分岐素子1703,1706と可変光減衰器1710と波長選択素子1709との組み合わせ)との相互の位置関係について説明する。
A monitor circuit for the incident signal light (combination of the
光分岐素子1701はAまたはBの位置が可能である。光分岐素子1708は、C或いはDの位置が可能である。一方、光分岐素子1703と光分岐素子1706は、それぞれ、AとD、BとC、AとC、およびBとCの組み合わせが可能である。一方、励起光/信号光合波カップラ1704はAまたはBの位置であり、Bの位置が好ましく、励起光/信号光合波カップラ1705はCまたはEの位置であり、Cの位置が好ましい。A〜Eの各領域内での個々のデバイスの相互位置は、各々のデバイスの光学特性を考慮さえすれば自由に設定できる。
The
(実施例4)
本実施例は、上記(2)で表される光増幅器の例である。
図14は、本発明の光増幅器の第4実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す図である。本実施例の光増幅器は、実施例1と同様の構成を有する光共振器と、増幅媒体の入力端における、信号入力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタする監視手段、および励起光源を制御する制御部を有する。監視手段は、信号入力光および光共振器の発振を起こしている光を取り出すための光分岐素子1902、これらの光のパワーを電気信号に変換する光電変換回路1910、この電気信号から励起光駆動回路1912,1914へ信号を送るための監視部(例えば差分信号発生回路)1915を含む。制御部は、励起光源1911,1913を制御するための励起光駆動回路1912,1914を具備する。
(Example 4)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (2).
FIG. 14 is a configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is a diagram showing a configuration of a single path. The optical amplifier according to the present embodiment monitors the optical resonator having the same configuration as that of the first embodiment and the sum of the total power of the signal input and the power of the light causing oscillation of the resonator at the input end of the amplification medium. And a controller for controlling the excitation light source. The monitoring means includes an optical branching
増幅媒体1916には、Erを2000ppmの濃度で添加したZr系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は7mである。
As the
励起光源1911,1913には、980nmで発振するLDを互いに偏波が直交するように配置した偏波多重型励起ユニットを用いた。本実施例は、モニタ信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路1912、1914を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。本実施例の制御では、全LD(励起光源)にフィードバック制御をかけたが、励起光/信号光合波カップラ1904からの励起光量に対し、励起光/信号光合波カップラ1905からの励起光量が常に1.4倍になるようにした。
As the
モニタ信号光を取り出す部分は、光分岐素子1902、光電変換回路1910で構成される。光分岐素子1902は、誘電体多層膜をフィルタとして使用したパルク型のカップラであり、900〜100nmおよび2500〜3000nmでの分岐比が1%である。信号光は、2600から2630nmで2nm間隔の16波を使用した。光電変換回路1910はPIN−PDを使用した。
The portion from which the monitor signal light is extracted is composed of the optical branching
光共振器を構成する光分岐素子1901,1907は、2600〜2630nmでの通過損失が0.2dB以下、2610〜2650nmで分岐比が95%である。波長選択素子1908は誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が2630nm、損失0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器では、1周回での2610〜2650nmでの損失が20dBになるように可変光減衰器1909を調整した。
The optical branching
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合5dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.2dBであった。 The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 5 dB when gain control was not performed, whereas it was 0.2 dB when gain control was performed.
以下、図14に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。この実施例においても、シングルパスの構成、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成は当てはまる。 Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. Also in this embodiment, the configuration of the single path, the configuration of the double path, and the configuration of the bidirectional optical amplifier apply.
本実施例の光増幅器は、光共振器と、第2モニタ法とを同時に使用する。特に、本実施例では、第2モニタ法において、全信号光を一部分岐する光分岐素子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入力端での光を一部分岐する光分岐素子とを一つの光分岐デバイスにより行うことを特徴とする。分岐された全信号光のパワーとレーザ発振光のパワーに基づいて、これらの光が同時に導入される一つの光電変換素子に入射されて電気信号に変えられる。 The optical amplifier of this embodiment uses the optical resonator and the second monitoring method at the same time. In particular, in the present embodiment, in the second monitoring method, an optical branching element that partially branches the entire signal light and an optical branching element that partially branches the laser oscillation light in the resonator at the input end of the amplification medium are combined into one. It is characterized in that it is performed by an optical branching device. Based on the power of all the branched signal lights and the power of the laser oscillation light, these lights are incident on one photoelectric conversion element to be introduced at the same time and are converted into electric signals.
この電気信号とあらかじめ設定されているレベルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回路を調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した実施例と同じである。また、使用する光学素子についても上述した実施例で説明したものと同一である。 The pumping light drive circuit is adjusted so that a difference signal component between the electric signal and a preset level becomes zero. The method of selecting the excitation light drive circuit is the same as in the above-described embodiment. The optical elements used are the same as those described in the above-described embodiment.
信号光は、光分岐素子1901,1902とアイソレータ1903と励起光/信号光合波カップラ1904を介して増幅媒体に入射し、増幅媒体内で増幅された信号光は、励起光/信号光合波カップラ1905とアイソレータ1906と光分岐素子1907を介して出射する。光共振器は、光分岐素子1901,1907と波長選択素子1908と可変光減衰器1909と増幅媒体1916よりなるループにより構成される。
The signal light enters the amplification medium via the
光分岐素子1902は、光共振器内の発振光と全入射信号光を各々規定の比率で取り出す機能を有しており、取り出されたモニタ信号光は、光電変換回路1910により電気信号に変換される。この電気信号は、増幅媒体1916に入射する光の量に比例した信号レベルとなっており、このレベルが予め定められたレベルと比較さる。比較された信号レベルは、その差分信号を発生する差分信号発生回路1915により差分信号として出力され、この差分信号により励起光駆動回路および励起光源がフィードバック制御される。
The optical branching
この制御により、増幅媒体1916の入射端に入る光は、予め定められた値または外部より設定された値に常に一致する。なお、各光分岐手段の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。なお、1912,1914は励起光駆動回路を示している。
With this control, the light entering the incident end of the
(実施例5)
図15は、本発明の光増幅器の第5実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。
(Example 5)
FIG. 15 is a configuration diagram for explaining a fifth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is an example showing a single-path configuration.
本実施例は、図15に示されるように、共振器の入力端側で第1のモニタする信号光を取り出すための光分岐素子2002と、これから取り出されたモニタする信号光を電気信号に変換するための光電変換回路2012を含むモニタする信号光を取り出す部分と、光共振器内の可変光減衰器2010と光分岐素子2007の間にアイソレータ2011を有することを除いて、実施例4と同じ構成を有する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, an optical branching
増幅媒体2026には、Tm3+を6000ppmの濃度で添加したZr系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は7mである。励起光源2014,2016は1400nmで発振するLDである。
As the
本実施例は、モニタする信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路2015、2017を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。本実施例の制御では、励起光駆動回路2015,2017につながる1400nmで発振する全てのLDにフィードバック制御をかけた。但し、励起光/信号光合波カップラ2005からの励起光量をP1とし、励起光/信号光合波カップラ2006からの励起光量をP2とした場合、以下の式に従うように互いの光量の関係を制御した。
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the signal light to be monitored, and the gain profile is made constant by controlling the pump light source using the pump
P2(mW)=400t
P1(mW)=100t+300
但し tは0から1の実数
P2 (mW) = 400t
P1 (mW) = 100t + 300
Where t is a real number from 0 to 1
モニタする信号を取り出す部分の光分岐素子2002,モニタ信号取り出し部分の2004には、融着延伸型のファイバカップラを使用した。これは、1470〜1530nmでほぼ一定で1%の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。但し、光分岐素子2002は、図15中の左から右の方向に伝搬する光のみを分岐し、光分岐素子1004は、図15中の右から左の方向に伝搬する光のみを分岐する。信号光は、1480nmから1510nm、2nm間隔の16波を使用した。
A fusion-stretched fiber coupler was used for the
光電変換回路2012,2013は、InGaAs−PIN−PDを使用した。光共振器を構成する光分岐素子2003,2007は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1513〜1517nmでの分岐比が95%である。
For the
波長選択素子2009は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が1515nm、損失が0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器は、1周回での1515nmでの損失が17dBになるように可変光減衰器2010で調整される。
The
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、1515nmにおいて、利得制御をかけない場合6dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。なお、図中符号2001,2008,2011は光アイソレータを示している。
The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 6 dB at 1515 nm when gain control was not performed, whereas it was 0.3 dB when gain control was performed. Note that
以下、図15に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例は、上記第2モニタ法において、全信号光を一部分岐する光分岐素子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入力端での光を一部分岐する光分岐素子とが別々のものであり、これらを使用することによりそれぞれの光が、それぞれ別の光電変換素子に入射されて、それぞれの光のパワーに対応した各々独立の電気信号に変えられる。得られた電気信号は、何らかの電気的手段により両者の線形結合または和の成分となる電気信号に変換され、これを取り出し、電気信号とあらかじめ設定されているレベルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回路を調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した実施例と同じである。また、使用する光学素子についても上述した実施例で説明したものと同一である。 Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. This embodiment is different from the above-mentioned second monitoring method in that the optical branching element for partially branching the entire signal light and the optical branching element for partially branching the laser oscillation light in the resonator at the input end of the amplification medium are separated. By using these, each light is incident on another photoelectric conversion element, and is converted into an independent electric signal corresponding to the power of each light. The obtained electric signal is converted into an electric signal that is a component of a linear combination or a sum of the two by some electric means. The electric signal is taken out, and a difference signal component between the electric signal and a preset level becomes zero. The excitation light drive circuit is adjusted as described above. The method of selecting the excitation light drive circuit is the same as in the above-described embodiment. The optical elements used are the same as those described in the above-described embodiment.
信号光は、アイソレータ2001と光分岐素子2002,2003と励起光/信号光合波カップラ2005を介して増幅媒体2026に入射される。増幅媒体2026内で増幅された信号光は、励起光/信号光合波カップラ2006と光分岐素子2007とアイソレータ2008を介して取り出される。
The signal light enters the amplifying medium 2026 via the
光共振器は、光分岐素子2003,2007と波長選択素子2009と可変光減衰器2010とアイソレータ2011と増幅媒体2026よりなるループにより構成される。光分岐素子2002,2004は、共に方向性結合器として動作する。このために光分岐素子2004は、信号光とは反対方向に進行する光共振器内のレーザ発振光のみを分岐し取り出す。
The optical resonator includes a loop including optical branching
光分岐素子2002,2004より取り出された、入射信号光に対応するモニタする信号光、モニタ信号光と、レーザ発振光に対応するモニタ光は、各々光電変換回路2012,2013により電気信号に変換され、和信号発生回路2018において両者の足し算がおこなわれ、同時に外部設定レベルと和成分との比較がおこなわれ両者の差分信号が出力される。
The signal light for monitoring corresponding to the incident signal light, the monitor signal light, and the monitor light corresponding to the laser oscillation light extracted from the optical branching
励起光駆動回路2015,2017および励起光源2014,2016では、差分信号が零になるようにフィードバック制御される。なお、各光分岐素子の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。
In the pump
(実施例6)
本実施例は、上記(3)で表される光増幅器の例である。
(Example 6)
This embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (3).
図16は、本発明の光増幅器の第6実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。 FIG. 16 is a configuration diagram for explaining a sixth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is an example showing a single-path configuration.
本実施例では、増幅媒体の入力端における、信号入力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視手段および制御部に代えて、増幅媒体の出力端における、信号出力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視手段および制御部が、図16に示されるように、アイソレータ2105と光分岐素子2107の間に設けられていることを除いて、実施例4と同じ構成を有する。
In the present embodiment, at the input end of the amplification medium, the sum of the total power of the signal input and the power of the light causing oscillation of the resonator is monitored, and the pumping light source is controlled. As shown in FIG. 16, monitoring means and a control unit for monitoring the sum of the total power of the signal output and the power of the light causing oscillation of the resonator at the output end of the amplifying medium and controlling the excitation light source are provided as shown in FIG. , Except that it is provided between the
増幅媒体2116としては、Tm3+を6000ppmの濃度で添加したZr系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は7mである。励起光源2110,2112は1400nmで発振するLDである。
As the
本実施例は、モニタ信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路2111、2113を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the monitor signal light, and the gain profile is made constant by controlling the pump light source using the pump
本実施例の制御では、励起光駆動回路2111,1113につながる1400nmで発振する全てのLDにフィードバック制御をかけた。但し、励起光/信号光合波カップラ2103からの励起光量をP1とし、励起光/信号光合波カップラ2104からの励起光量をP2とした場合、以下の式に従うように互いの光量の関係を制御した。
In the control of this embodiment, feedback control was applied to all LDs oscillating at 1400 nm connected to the excitation
P1(mW)=2×P2(mW) P1 (mW) = 2 × P2 (mW)
モニタ信号光取り出し部の光分岐素子2106には、融着延伸型のファイバカップラを使用する。これは、1470〜1530nmでほぼ一定で1%の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。信号光は、1480nmから1510nm、2nm間隔の16波を使用した。光電変換回路2114は、InGaAs−PIN−PDを使用した。
A fusion-stretched fiber coupler is used for the optical branching
光共振器を構成する光分岐素子2101,2107は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1513〜1517nmでの分岐比が95%である。波長選択素子2108は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が1515nm、損失0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器では、1周回での1515nmにおける損失は17dBになるように可変光減衰器2109が調整された。
The optical branching
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、1515nmにおいて、利得制御をかけない場合6dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。 The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 6 dB at 1515 nm when gain control was not performed, whereas it was 0.3 dB when gain control was performed.
以下、図16に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例では光共振器と、上記第3モニタ法とを同時に使用する。 Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. In this embodiment, the optical resonator and the third monitoring method are used simultaneously.
信号光は、光分岐素子2101とアイソレータ2102と励起光/信号光合波カップラ2103を介して増幅媒体に入射される。増幅された信号光は、励起光/信号光合波カップラ2104とアイソレータ2105と光分岐素子2106,2107を介して取り出される。
The signal light enters the amplifying medium via the
光共振器は、光分岐素子2101,2107と波長選択素子2108と可変光減衰器2109と増幅媒体2116よりなるループにより構成される。光分岐素子2106は、光方向性結合器としては動作しない形式の分岐素子であり、全信号光とレーザ発振光とを同時にある比率でモニタ成分として分岐する。光分岐素子2106より取り出されたモニタ信号光は、光電変換回路2114により、モニタ信号光のパワーに対応した電気信号に変換され、差分信号発生回路2115により外部設定レベルとモニタ成分との比較がおこなわれ両者の差分信号が出力される。
The optical resonator is configured by a loop including optical branching
励起光駆動回路2111,2113および励起光源2110,2112では、差分信号が零になるようにフィードバック制御される。なお、各光分岐手段の挿入位置は、自由度があることは言うまでもない。また、光分岐素子を、レーザ発振成分と増幅された信号成分に対して各々別々に用意することも可能である。
In the pumping
(実施例7)
本実施例は、上記(4)で表される光増幅器の例である。
図17は、本発明の光増幅器の第7実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。
(Example 7)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (4).
FIG. 17 is a configuration diagram for explaining a seventh embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is an example showing a single-path configuration.
本実施例は、2つの光共振器により光増幅器の利得プロファイルを一定に制御する。本実施例では、2つの共振器に同じ光ファイバを使用するため、両共振器での増幅媒体の希土類イオンの濃度は同じである。従って、上記(4)のような2つの共振器を用いて利得プロファイルを一定に制御するために求められる、共振器内の増幅媒体の希土類イオンの総数が一定であるという条件は満たされる。 In this embodiment, the gain profile of the optical amplifier is controlled to be constant by two optical resonators. In this embodiment, since the same optical fiber is used for the two resonators, the concentration of the rare earth ions in the amplification medium in both resonators is the same. Accordingly, the condition that the total number of rare earth ions in the amplification medium in the resonator, which is required for controlling the gain profile using two resonators as described in (4) above, is satisfied.
増幅媒体2226としては、Tm3+を6000ppmの濃度で添加したZr系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は7mである。励起光源2217,2219は1400nmで発振するLDである。本発明の制御では、励起光駆動回路2218,2220につながる1400nmで発振する全てのLDにフィードバック制御をかけた。
As the
第1の光共振器を構成する光分岐素子2201,2208は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1513〜1517nmでの分岐比が95%である。波長選択素子2209は誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が1515nm、損失が0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器は、1周回での1515nmにおける損失が17dBになるように可変光減衰器2212が調整された。
The optical branching
第2の光共振器を構成する光分岐素子2202,2207は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1600〜1800nmでの分岐比が95%である。波長選択素子2210は誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が1700nm、損失が0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器は、1周回での1700nmにおける損失が16dBになるように可変光減衰器1213が調整された。
The optical branching
本実施例では、2つの光共振器が常に発振状態となるための制御部分を有する。該制御部分はモニター信号光取り出し部を有する。モニタ信号光取り出し部は、光分岐素子2215,2211と、光電変換回路2214,2216を含む。光分岐素子2215,2211は、融着延伸型のファイバカップラを使用し、1470〜1750nmでほぼ一定で1%の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。光電変換回路2216,2214は、InGaAs−PIN−PDを使用した。信号光は、1480nmから1510nm、2nm間隔の16波を使用した。
In this embodiment, there is a control portion for keeping the two optical resonators in the oscillation state at all times. The control unit has a monitor signal light extraction unit. The monitor signal light extraction unit includes optical branching
光電変換回路2214,2216での電気信号を用いて、第1の光共振器および第2の光共振器が常に発振状態になるように発振判定回路2221を用いて励起光源をフィードバック制御した。
The excitation light source was feedback-controlled using the
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、光共振器による制御をかけない場合に6dBであるのに対し、制御をかけた場合は0.3dBであった。 The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 6 dB when the control by the optical resonator was not performed, whereas it was 0.3 dB when the control was performed.
以下、図17に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例は、第1の光共振器と第2の光共振器の2つの光共振器を持つ光増幅器の例である。本実施例の場合、励起光源は光増幅器内の2つの光共振器がともにレーザ発振状態に保たれればよい。従って、この目的を達成するために各々のレーザ発振状態をモニタする機能(図17では、光分岐手段2211、光電変換回路2216、発振判定回路2221、および、光分岐手段2215、光電変換回路2214、発振判定回路2221などから構成される)を光増幅器内に組み込むことができる。この機能によりレーザ発振の状態をモニタし、常に両光共振器がレーザ発振するように励起光源を調整することが可能となる。
Hereinafter, the operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described based on the configuration shown in FIG. The present embodiment is an example of an optical amplifier having two optical resonators, a first optical resonator and a second optical resonator. In the case of this embodiment, the pump light source only needs to keep the two optical resonators in the optical amplifier in a laser oscillation state. Therefore, in order to achieve this object, a function of monitoring each laser oscillation state (in FIG. 17, an optical branching
以上に説明した光増幅器において、図17に示すように、光共振器中に1周回の損失を可変にするための可変減衰器2212、2213等を含むことも可能である。
In the optical amplifier described above, as shown in FIG. 17, it is possible to include
信号光は、光分岐素子2201,2202とアイソレータ2203と励起光/信号光合波カップラ2204を介して増幅媒体2226に入射する。増幅媒体2226より出射した信号光は、励起光/信号光合波カップラ2205とアイソレータ2206と光分岐素子2207,2208を介して出射される。
The signal light enters the amplifying medium 2226 via the
光共振器は、光分岐素子2201と波長選択素子2209と可変光減衰器2212と光分岐素子2215,2208により構成される第1の光共振器と、光分岐素子2202,2211と波長選択素子2210と可変光減衰器2213と光分岐素子2207により構成される第2の光共振器である。
The optical resonator includes a first optical resonator including an optical branching
光分岐素子2215は、第1の共振器内の光を分岐し、光電変換回路2214に入力するためのものであり、得られた電気信号は発振判定回路2221に入力される。光分岐素子2211は、第2の共振器内の光を分岐し光電変換回路2216に入力するためのものであり、得られた電気信号は発振判定回路2221に入力される。両者の電気信号により共に2つの共振器が発振するように励起光駆動回路2218,2220により、励起光源2217,2219から出射される励起光量が制御される。なお、各光分岐素子の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。
The
(実施例8)
図18は、本発明の光増幅器の第8実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に2段に接続する場合を示す。まず、第1の光増幅器について説明する。第1の光増幅器2301は、図6に示した実施例1と同一のものである。従って、光増幅器1の構成および動作は、先に実施例1で説明したとおりである。
(Example 8)
FIG. 18 is a block diagram for explaining an eighth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and shows a case where a single path is connected in two stages in series. First, the first optical amplifier will be described. The first
また、第2の光増幅器2302は、図14(実施例4)と同じである。従って、以下にこの増幅器の各部品を説明するが、図14をベースに説明する。
The second
増幅媒体1916としては、Tm3+を6000ppmの濃度で添加したZr系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は7mである。励起光源1911,1913は1400nmで発振するLDを互いに偏波が直交するように配置した偏波多重型励起ユニットを用いた。モニタ信号光を使用した制御では、全LDにフィードバック制御をかけたが、励起光/信号光合波カップラ1904からの励起光量に対し、励起光/信号光合波カップラ1905からの励起光量が常に2倍になるようにした。
As the
モニタ信号光取り出し部分の光分岐素子1902は、誘電体多層膜をフィルタとして使用したバルク型のカップラである。これは、1460〜1530nmでの分岐比が1%である。信号光は、1480〜1510nmで2nm間隔の16波を使用した。
The
光電変換回路1910はPIN−PDを使用した。光共振器を構成する光分岐素子1901,1907は、1480〜1510nmでの通過損失が0.2dB以下、1470〜1477nmでの分岐比が95%である。波長選択素子1908は誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が1475nm、損失が0.5dB、半値全幅が0.8nmである。光共振器は、1周回での1475nmにおける損失が15dBになるように可変光減衰器1909が調整された。
The
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合10dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。 The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 10 dB when the gain control was not performed, whereas it was 0.3 dB when the gain control was performed.
実施例1や実施例4以外の実施例2,3,5,6および7で説明した光増幅器を任意に選択してこれらを直列に接続することが可能である。複数の光ファイバ増幅器を直列に繋ぐことにより、より高効率動作が期待できる。 The optical amplifiers described in the second, third, fifth, sixth and seventh embodiments other than the first and fourth embodiments can be arbitrarily selected and connected in series. By connecting a plurality of optical fiber amplifiers in series, higher efficiency operation can be expected.
(実施例9)
図19は、本発明の光増幅器の第9実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に2段に接続する場合を示す。本実施例の光増幅器は、実施例8で説明した2段型光増幅器の中間部分(接続部分)に利得等価器2402および可変光減衰器2403を挿入したものである。
(Example 9)
FIG. 19 is a block diagram for explaining a ninth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and shows a case where a single path is connected in two stages in series. The optical amplifier according to the present embodiment is obtained by inserting a
利得等価器2402は、長周期ファイバグレーティングを使用したものであり、可変光減衰器2403は、1480〜1510nmでの損失の平坦度が0.1dB以下である。
The
このように、利得等価器2402および可変光減衰器2403を用いることにより、実施例8では1480〜1510nmでの利得平坦度が30%であったのに対して、本実施例では2%となった。
As described above, by using the
ここで、利得平坦度とは以下のように定義した。
(利得平坦度)={(増幅帯域内の最大利得)−(同帯域内の最小利得)}/(同帯域内の最小利得)
Here, the gain flatness is defined as follows.
(Gain flatness) = {(maximum gain in amplification band) − (minimum gain in same band)} / (minimum gain in same band)
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合10dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。 The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 10 dB when the gain control was not performed, whereas it was 0.3 dB when the gain control was performed.
第1の光増幅器2401および第2の光増幅器2404は、上述した実施例1〜実施例7に記載されている光増幅器の中から任意に選択することができる。利得等価器2402は、利得プロファイルを平坦化するために挿入され、光可変減衰器2403は、第2の光増幅器への入力信号光量を調整する役目を有する。
The first
(実施例10)
図20は、本発明の光増幅器の第10実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に2段に接続する場合を示す。本実施例の光増幅器は、実施例8で説明した2段型光増幅器の中間部分に利得等価器2502および可変光減衰器2503を挿入したものである。さらに本実施例の光増幅器は、光分岐素子2504、光バンドパスフィルタ2506、光電変換回路2507および差分信号発生回路2508からなる制御部を含む。光分岐素子2404は、1480〜1510nmで分岐比1%のバルク型デバイスである。光バンドパスフィルタ1506は、透過帯の中間波長が1480nm、半値全幅が0.8nm、透過中心波長での損失1dBである誘電体多層膜をフィルタとして使用したデバイスである。
(Example 10)
FIG. 20 is a block diagram for explaining the tenth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and shows a case where a single path is connected in two stages in series. The optical amplifier according to the present embodiment is obtained by inserting a
利得等価器2502は、長周期ファイバグレーティングを使用したもので、可変光減衰器2503は、1480〜1510nmでの損失の平坦度が0.1dB以下であり、外部からの電気信号により減衰量が制御できる。
The
本実施例では、光増幅器の制御は、上記制御部により1480nmの信号光をモニタし、その値が一定となるように、制御部の差分信号発生回路2508を介して、光可変減衰器2503をフィードバック制御した。この結果、第2の光増幅器2505に入射する信号光の各々のチャネルでのレベルが一定になる。
In this embodiment, the optical amplifier is controlled by monitoring the signal light of 1480 nm by the control unit and controlling the optical
本実施例により、実施例8では1480〜1510nmでの利得平坦度が30%であったのに対して、本実施例では2%となった。 According to this example, the gain flatness at 1480 to 1510 nm was 30% in Example 8, whereas it was 2% in this example.
ここで利得平坦度とは以下のように定義した。
(利得平坦度)={(増幅帯域内の最大利得)−(同帯域内の最小利得)}/(同帯域内の最小利得)
Here, the gain flatness is defined as follows.
(Gain flatness) = {(maximum gain in amplification band) − (minimum gain in same band)} / (minimum gain in same band)
さらに、各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた。信号のこのような変化に対し、−25dBm/ch.の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合10dBであるのに対し、利得制御をかけた場合は0.3dBであった。また、本実施例の光増幅器の信号出力部分での各WDM光のレベルは常に3dBmに保たれた。 Further, each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed to For such a change of the signal, -25 dBm / ch. The gain profile at the time of was used as a reference. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 10 dB when the gain control was not performed, whereas it was 0.3 dB when the gain control was performed. Also, the level of each WDM light at the signal output portion of the optical amplifier of this embodiment was always kept at 3 dBm.
この実施例10に記載されているように、本発明の光増幅器は、可変光減衰器を制御する制御部を含むことができる。このような光増幅器の可変光減衰器の減衰量は、取り出されたモニタ信号光に基づいて電気的に調整する機能を有する制御部により調整されうる。 As described in the tenth embodiment, the optical amplifier of the present invention can include a control unit for controlling the variable optical attenuator. The attenuation of the variable optical attenuator of such an optical amplifier can be adjusted by a control unit having a function of electrically adjusting based on the extracted monitor signal light.
第1の光増幅器2501および第2の光増幅器2505は、上述した実施例1〜実施例7に記載されている光増幅器の中から任意に選択することもができる。利得等価器2502は、利得プロファイルを平坦化するため挿入される。光分岐素子2504は、信号光の一部を分岐する。光バンドパスフィルタ2506は、任意の1チャネルの信号のみを取り出し、光電変換回路2507によりこの信号が電気信号に変換される。この電気信号と差分信号発生回路2508内に予め設定された値とから、制御信号が発生され、この制御信号により可変光減衰器が制御される。
The first
第1の光増幅器2501と第2の光増幅器2505の差が小さくなるように、好ましくは零になるように、光可変減衰器の減衰量をフィードバック制御する。
Feedback control of the attenuation of the optical variable attenuator is performed so that the difference between the first
この実施例では、第2の光増幅器への入力信号はWDM信号の各チャネルの入力レベルが等しくなる。 In this embodiment, the input signal to the second optical amplifier has the same input level of each channel of the WDM signal.
(実施例11)
図21は、本発明の光増幅器の第11実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを多段に結合した光増幅器の例である。本実施例では、光増幅器2618と、光増幅器2619の2台を使用する。本実施例は、光増幅器に入力される入力信号を予め2つの帯域に分割し、各々を別の光増幅器で増幅し、増幅された信号光を再度合波する例である。なお、図中符号2602は第1の光増幅器、2603は利得等価器、2604は可変光減衰器、2605は光分岐素子、2606は第2の光増幅器、2607は光バンドパスフィルタ、2608,2615は光電変換回路、2609は差分信号発生回路を示している。
(Example 11)
FIG. 21 is a configuration diagram for explaining an eleventh embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is an example of an optical amplifier in which single paths are combined in multiple stages. In this embodiment, two
光増幅器2618は、実施例10と同一のものである。従って、光増幅器2618の構成および動作は実施例10で説明したとおりである。光増幅器2619は以下に説明する。
The
光増幅器2619中で示した第3の光増幅器2610は、実施例1で用いた光増幅器である。光分岐素子2613は、1460〜1490nmであり、これは分岐比1%のバルク型デバイスである。光バンドパスフィルタ2614は、透過帯の中心波長が1460nm、半値全幅が0.8nm、透過中心波長での損失1dBである誘電体多層膜をフィルタとして使用したデバイスである。
The third
利得等価器2611は、長周期ファイバグレーティングを使用したものである。可変光減衰器2612は、1460〜1490nmでの損失の平坦度が0.1dB以下であり、外部からの電気信号により減衰量が制御できる。
The
本実施例の光増幅器の制御は、1460nmの信号光をモニタし、その値が一定となるように差分信号発生回路2616を介して、可変光減衰器2612をフィードバック制御した。これにより、光増幅器2619から出射する信号光の各々のチャネルでのレベルが一定になる。
In the control of the optical amplifier of this embodiment, the signal light of 1460 nm was monitored, and the variable
信号光帯域分波器2601および信号光帯域合波器2617は、1460〜1476nmの帯域と1480〜1510nmの帯域を合分波する。信号光は、1460〜1476nmにおいて2nm間隔で配置した9波と、1480〜1510nmで2nmで配置した16波とをあわせた25波WDMである。
The signal
各入力信号レベルを−25から−10dBm/ch.に変化させた場合、信号光合波器2617からの出力光は、制御をしない場合10dB以上変化したのに対して、制御をした場合は、5.0〜5.2dBmにすべての信号光成分が入った。
The level of each input signal is from -25 to -10 dBm / ch. , The output light from the
400、500 光増幅器
402、502 光共振器
404、504 監視手段
410、510 増幅媒体
412、512 励起手段
414、416、426、428、518、524、536、538 光分岐素子
418 波長選択素子
419 監視部
420 制御部
422、526 励起光源
426、530、532 合波器
430、432、540、542 アイソレータ
534 発振判定回路
1305、1908、2009、2108 波長選択素子
1213、1307、1511、1709、1710、1909、2010、2109 可変光減衰器
1312、1320、1506、1507、1517、1518 光バンドパスフィルタ
1316 監視部
1316 算回路
1316 制御部
1503、1702、1707 サーキュレータ
1508 ミラー
1915、2508 差分信号発生回路
2018 和信号発生回路
2221 発振判定回路
2402 利得等価器
2601、2617 信号光帯域分波器
400, 500
Claims (20)
光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも1波長でレーザ発振を起こさせることと、
前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制御することとを含み、
前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅媒体に入射する信号光のパワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御することを特徴とする制御方法。 A rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide in which rare-earth ions serving as an amplification medium are added to a core and / or a clad; an excitation unit for exciting the amplification medium; an optical resonator for oscillating a laser; A control unit for controlling the pumping means based on the value obtained from the means, and a method for controlling the gain profile of the optical amplifier to be constant,
Causing laser oscillation in at least one wavelength within the spectrum of the amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium of the amplified spontaneous emission light of the amplification medium by the optical resonator in the optical amplifier;
The power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light input to the optical amplification medium by the monitoring means and the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light output from the optical amplification medium Monitoring at least one optical power selected from, based on the value obtained from the monitoring means, the control unit controls the excitation means to control the light amount of the excitation light source,
The monitoring means monitors the laser oscillation light in the optical resonator at the signal input end of the amplification medium and the power of the signal light incident on the amplification medium, and the control section controls the laser oscillation obtained by the monitoring means. Calculate the sum of the optical power value and the signal light power value, or the value obtained by the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value, so as to match a predetermined value or a value input from outside. A control method comprising controlling the excitation means.
光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも1波長でレーザ発振を起こさせることと、
前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも1つの光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制御することとを含み、
前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増幅媒体に入射する光信号の一部を同時に取り出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値が予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御することを特徴とする制御方法。
A rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide in which rare-earth ions serving as an amplification medium are added to a core and / or a clad; an excitation unit for exciting the amplification medium; an optical resonator for oscillating a laser; A control unit for controlling the pumping means based on the value obtained from the means, and a method for controlling the gain profile of the optical amplifier to be constant,
Causing laser oscillation in at least one wavelength within the spectrum of the amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium of the amplified spontaneous emission light of the amplification medium by the optical resonator in the optical amplifier;
The power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light input to the optical amplification medium by the monitoring means and the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light output from the optical amplification medium Monitoring at least one optical power selected from, based on the value obtained from the monitoring means, the control unit controls the excitation means to control the light amount of the excitation light source,
The monitoring means simultaneously extracts a part of the laser oscillation light in the optical resonator and a part of the optical signal incident on the amplification medium at the signal input end of the amplification medium, monitors the total power thereof, and A control unit controlling the excitation unit such that a value obtained by the monitoring unit matches a predetermined value or a value input from outside.
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