JP2005210141A - Optical amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号を増幅する光増幅器に関する。 The present invention relates to an optical amplifier that amplifies an optical signal.
周知のように、Er添加光ファイバ増幅器(EDFA)は、1.5μm帯光通信のキーデバイスであり、波長多重(WDM)通信システムへの適用に向けて、研究が進められている。 As is well known, an Er-doped optical fiber amplifier (EDFA) is a key device for 1.5 μm band optical communication, and research is proceeding toward application to a wavelength division multiplexing (WDM) communication system.
EDFAの利得特性には温度依存性があり、そのために、EDFAにおいては、外部の温度が変化すると、利得が増加または減少する。 The gain characteristics of the EDFA are temperature dependent. For this reason, in the EDFA, when the external temperature changes, the gain increases or decreases.
ところで、このEDFAには、図13〜図15に例示するように、各温度における利得の温度係数が等しくなるファイバ長が存在する。つまり、図13〜図15において、各温度に対する利得曲線が1点で交差する点(図中、矢印で示す)が存在し、この時のファイバ長を温度無依存ファイバ長と称している。従って、この長さのEr添加ファイバ(EDF)を使用することで、温度無依存型EDFAが実現できる(非特許文献1)。 By the way, this EDFA has a fiber length in which the temperature coefficient of gain at each temperature is equal, as illustrated in FIGS. That is, in FIGS. 13 to 15, there is a point (indicated by an arrow in the figure) where the gain curves with respect to each temperature intersect at one point, and the fiber length at this time is referred to as a temperature-independent fiber length. Therefore, a temperature-independent EDFA can be realized by using an Er-doped fiber (EDF) having this length (Non-patent Document 1).
しかし、利得の温度係数は信号波長により異なり、そのため、複数の波長の信号を一括増幅するWDM用EDFAでは、温度無依存ファイバ長が各信号波長により異なる結果となり、ファイバ長を温度に対して最適化できない。このため、WDM用EDFAの温度を一定に保つ必要があり、温度制御機能付EDFAが求められていた。 However, the temperature coefficient of gain differs depending on the signal wavelength. Therefore, in a WDM EDFA that amplifies signals of multiple wavelengths at once, the temperature-independent fiber length varies depending on each signal wavelength, and the fiber length is optimal with respect to temperature. Can not be converted. For this reason, it is necessary to keep the temperature of the WDM EDFA constant, and an EDFA with a temperature control function has been demanded.
前述の要求に対して、従来は、Er添加ファイバ(EDF)を収納したパッケージに対して温度制御を行う形態の温度制御機能付EDFAがあった(特許文献1)。 Conventionally, there has been an EDFA with a temperature control function in which temperature control is performed on a package containing an Er-doped fiber (EDF) in response to the above requirement (Patent Document 1).
しかし、この従来の形態では、直接EDFの温度制御をしていないため、温度制御性が悪く、また、EDFだけでなくパッケージ全体を温度制御するため、必要な電力が大きくなるということと、サイズが大きくなるという、3つの欠点があった。 However, this conventional form does not directly control the temperature of the EDF, so the temperature controllability is poor, and the temperature of not only the EDF but also the entire package is controlled. There were three drawbacks:
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その課題は、外部の温度が変化しても利得の変動がなく、温度制御性が良く、小型でかつ低消費電力の光増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical amplifier that does not vary in gain even when the external temperature changes, has good temperature controllability, is small, and has low power consumption. There is.
本発明の光増幅器は、光ファイバの温度を一定に保つことにより常に一定の利得を有し、かつ温度制御性に優れ、小型で低消費電力であることを特徴とするもので、以下の構成を有する。 The optical amplifier of the present invention is characterized by having a constant gain by keeping the temperature of the optical fiber constant, excellent temperature controllability, small size and low power consumption. Have
すなわち、本発明の光増幅器は、増幅帯域が1.58μm帯にある光増幅用のEr添加光ファイバと、前記光ファイバへ正または負の熱量を加える加熱素子と、前記光ファイバの温度を検知する温度検知手段と、前記加熱素子へ供給される電力を制御する電力制御手段と、励起光源からの励起光と1.58μm帯の複数の波長の信号光を合波する合波器と、を備えることを特徴とする。 In other words, the optical amplifier of the present invention detects an Er-doped optical fiber for optical amplification whose amplification band is in the 1.58 μm band, a heating element that applies positive or negative heat to the optical fiber, and detects the temperature of the optical fiber. Temperature detecting means, power control means for controlling the power supplied to the heating element, and a multiplexer for combining the excitation light from the excitation light source and the signal light having a plurality of wavelengths in the 1.58 μm band, It is characterized by providing.
本発明の光増幅器は、前記Er添加光ファイバがコイル状に巻かれていることを特徴とする。 The optical amplifier according to the present invention is characterized in that the Er-doped optical fiber is wound in a coil shape.
本発明の光増幅器は、前記光Er添加ファイバが前記加熱素子と接触するとともに、コイル状に巻かれたEr添加光ファイバが前記加熱素子に被われていることを特徴とする。 The optical amplifier according to the present invention is characterized in that the optical Er-doped fiber is in contact with the heating element, and an Er-doped optical fiber wound in a coil shape is covered with the heating element.
前記光増幅器は、前記加熱素子が線状に形成され、該線状の加熱素子が前記コイル状に巻かれたEr添加光ファイバの束に巻き付けられた状態で前記Er添加光ファイバと前記加熱素子とが接触していてもよい。 In the optical amplifier, the Er-doped optical fiber and the heating element are formed in a state where the heating element is formed in a linear shape, and the linear heating element is wound around a bundle of Er-doped optical fibers wound in the coil shape. May be in contact with each other.
前記光増幅器は、前記Er添加光ファイバが前記加熱素子と接触するとともに、前記加熱素子が線状に形成され、該加熱素子と前記Er添加光ファイバが一緒にコイル状に巻かれて該Er添加光ファイバと加熱素子とが接触していてもよい。 In the optical amplifier, the Er-doped optical fiber is in contact with the heating element, the heating element is formed in a linear shape, and the heating element and the Er-doped optical fiber are wound together in a coil shape to add the Er The optical fiber and the heating element may be in contact.
本発明の光増幅器は、前記Er添加光ファイバはボビンにコイル状に巻かれ、前記ボビンには前記加熱素子が取り付けられていることを特徴とする。 The optical amplifier according to the present invention is characterized in that the Er-doped optical fiber is wound around a bobbin in a coil shape, and the heating element is attached to the bobbin.
本発明の光増幅器は、前記Er添加光ファイバ、加熱素子、温度検知手段および電力制御手段が、パッケージに収納されていることを特徴とする。 The optical amplifier according to the present invention is characterized in that the Er-doped optical fiber, the heating element, the temperature detection means, and the power control means are housed in a package.
本発明の光増幅器は、前記パッケージの内部に断熱材が取り付けられていることを特徴とする。 The optical amplifier of the present invention is characterized in that a heat insulating material is attached to the inside of the package.
本発明の光増幅器は、前記Er添加光ファイバのホストが、石英系光ファイバ材、フッ化物系光ファイバ材、テルライト系光ファイバ材、多成分酸化物系光ファイバ材、フツリン酸系光ファイバ材、カルコゲナイドガラス光ファイバ材の中から選択された1種類以上の材料から構成されていることを特徴とする。 In the optical amplifier according to the present invention, the host of the Er-doped optical fiber includes a quartz optical fiber material, a fluoride optical fiber material, a tellurite optical fiber material, a multicomponent oxide optical fiber material, and a fluorophosphate optical fiber material. It is characterized by being composed of one or more materials selected from chalcogenide glass optical fiber materials.
本発明の光増幅器は、前記加熱素子が前記Er添加光ファイバへ正の熱量を加える導電性発熱体であることを特徴とする。 In the optical amplifier of the present invention, the heating element is a conductive heating element that applies a positive amount of heat to the Er-doped optical fiber.
本発明の光増幅器は、前記加熱素子が前記光ファイバへ負の熱量を加える吸熱素子であることを特徴とする。 In the optical amplifier of the present invention, the heating element is a heat absorption element that applies a negative amount of heat to the optical fiber.
本発明の光増幅器は、外部の温度が変化した場合に、EDFの温度を一定に保つことによって利得を制御して、常に一定の利得が得られる。さらに、従来の光増幅器に比べて温度制御性に優れ、小型で低消費電力である。 In the optical amplifier of the present invention, when the external temperature changes, the gain is controlled by keeping the temperature of the EDF constant, and a constant gain is always obtained. Furthermore, it is superior in temperature controllability compared to conventional optical amplifiers, and is small in size and low in power consumption.
このような光増幅器を光通信システムに適用することにより、外部温度変化があった場合にも伝送特性劣化のないシステムを構築することができる。 By applying such an optical amplifier to an optical communication system, it is possible to construct a system that does not deteriorate transmission characteristics even when there is a change in external temperature.
本発明の実施の形態を以下の実施形態例により具体的に説明するが、本発明は、以下の実施形態例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the following embodiments. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施形態例1)
図1は、本発明の光増幅器に用いる光増幅素子の第1の実施形態例を示す斜視図である。図中、1はEr添加光ファイバを示し、2は加熱素子であるシリコンラバーヒータ(導電性発熱体)を示す。また、3aは熱電対、3bは電圧計または温度モニタであり、これらは温度検知手段を構成している。さらに、5は加熱素子2に電力を供給する電源装置(電力制御手段)を示す。前記各構成要素は、パッケージの内部に収納されて使用に供されるようになっており、パッケージの一部を構成する支持基板100の上に固定されている。前記Er添加光ファイバ1は、図に示すように、支持基板100上で所要回数巻かれて、コイル状の束にされており、このコイル状の束部分を前記シリコンラバーヒータ2、2が挟んでいる。
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an optical amplifying element used in the optical amplifier of the present invention. In the figure, 1 indicates an Er-doped optical fiber, and 2 indicates a silicon rubber heater (conductive heating element) as a heating element. 3a is a thermocouple, 3b is a voltmeter or a temperature monitor, and these constitute temperature detecting means. Furthermore, 5 indicates a power supply device (power control means) for supplying power to the heating element 2. Each of the components is housed in a package for use, and is fixed on a
このように、本実施形態例の光増幅素子は、Er添加光ファイバ1に直接熱を与えることによって、パッケージに対して熱を与える従来のものよりも高い温度制御性が得られ、小型で低消費電力の光増幅素子が実現されている。定量的には、先に説明した従来技術に比べて、体積は4分の3に、消費電力は2分の1となっている。なお、図1は、パッケージを開けた状態を示しており、前述のように、支持基板100はこのパッケージの一部であり、各構成要素1〜5の部品は、かかるパッケージ(一つの箱)に収納されている。また、本実施形態においては、パッケージ内部に断熱材(不図示)を入れ、温度制御性を高めている。
As described above, the optical amplifying element according to the present embodiment provides heat control directly to the Er-doped
Er添加ファイバ1としては、Er添加石英系ファイバ(屈折率差1.8%、カットオフ波長0.9μm、Er添加濃度1000ppm、Al添加濃度4wt%、長さ175m)を使用した。Er添加ファイバ1の温度は、熱電対3と電圧計または温度モニタ4とからなる温度検知手段4で監視し、電源装置5から供給される電力を制御することによって、一定に保たれる。
As the Er-doped
図2(a)〜(d)は、本実施形態の光増幅素子を使用した光増幅器の構成例を示す図である。図において、これらの光増幅器は、本実施形態の光増幅素子6と、励起光と信号光を合波する合波器7,7と、励起光源8,8と、アイソレータ9,9と、光サーキュレータ10、全反射ミラー(全反射ミラーを端面にコートしたファイバ)11により、構成される。合波器7としてはバルク型WDMカップラ、励起光源8としては1.48μm帯LDを使用した。
2A to 2D are diagrams illustrating a configuration example of an optical amplifier using the optical amplifying element of this embodiment. In the figure, these optical amplifiers include an optical amplifying
前記図2(a)の構成を使用した場合において、温度制御をしない場合の利得特性を図3に、温度制御をした場合(80℃)の利得特性を図4に、それぞれ示す。 In the case of using the configuration of FIG. 2A, FIG. 3 shows gain characteristics when temperature control is not performed, and FIG. 4 shows gain characteristics when temperature control is performed (80 ° C.).
図3および図4から明らかなように、温度制御をすることによって、利得の温度依存性がなくなっているのがわかる。例えば、1570mmで3.7dB、1595nmで6.5dBの利得偏差が、温度制御により、0.3dBに抑えられている。 As apparent from FIGS. 3 and 4, it can be seen that the temperature dependence of the gain is eliminated by controlling the temperature. For example, the gain deviation of 3.7 dB at 1570 mm and 6.5 dB at 1595 nm is suppressed to 0.3 dB by temperature control.
励起光源として、0.98μm帯LDを使用した場合も、1.48μm帯LDを使用した場合と同様に、温度制御を行うことによって、利得を一定に保つことができた。 Even when the 0.98 μm band LD was used as the excitation light source, the gain could be kept constant by performing the temperature control as in the case of using the 1.48 μm band LD.
以上のように、本実施形態の光増幅素子を使用することによって、従来技術より温度制御性が良く、小型で低消費電力の温度無依存型光増幅器が実現できた。 As described above, by using the optical amplifying element of the present embodiment, a temperature-independent optical amplifier having better temperature control than the prior art, small size and low power consumption can be realized.
なお、残りの図2(b),(c),(d)の構成を用いたが、同様の温度無依存型光増幅器が実現できた。 Although the remaining configurations of FIGS. 2B, 2C, and 2D were used, a similar temperature-independent optical amplifier could be realized.
図5,図6,図9に光増幅素子の他の形態をまとめて示す。図中、図1と同一構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。 5, 6 and 9 collectively show other forms of the optical amplifying element. In the figure, the same components as those in FIG.
(実施形態例2・参考)
図5の構成では、コイル状の束になっているEr添加光ファイバ1の周囲に、線状のヒータ2aを巻き付けたことを特徴としている。本形態をとることにより、第1の実施形態の光増幅素子(図1)よりもさらに消費電力が小さくなった。具体的には、この図5の素子では、必要な消費電力が、第1の実施形態の光増幅素子に比べて、4分の3であった。
(Embodiment example 2 reference)
The configuration of FIG. 5 is characterized in that a linear heater 2a is wound around the Er-doped
(実施形態例3・参考)
図6の構成では、Er添加光ファイバ1と、線状のヒータ2bとを、図7あるいは図8に示すように、互いに交互に並べるように束ねて、コイル状に巻回している。光ファイバ1と線状ヒータ2bの巻回の仕方は、図7または図8に断面構成を示すように、配置することができる。このように、光ファイバ1とヒータ2bとを同時に巻き回すことにより、図1に示した第1の実施形態例の光増幅素子よりも、低消費電力であった。さらに、光ファイバの巻き回し後に、ヒータを巻き付けるなどの作業が省略できるため、作業性の向上が得られた。具体的には、第1の実施形態例の光増幅素子に比べて、消費電力は4分の3、作成作業時間は2分の1であった。
(Embodiment example 3 reference)
In the configuration of FIG. 6, the Er-doped
(実施形態例4)
図9の構成では、Er光添加ファイバ1を巻き回したボビン200に、面状ヒータ2cが内蔵されていることを特徴としている。本形態をとることにより、図8の構成で必要な光ファイバ1とヒータとの位置合わせが不必要となり、図8の光増幅素子よりも作業性が向上した。具体的には、図8の光増幅素子に比べて、作業時間は2分の1であり、消費電力は第1の実施形態例の光増幅素子(図1)と同程度であった。
(Embodiment example 4)
The configuration of FIG. 9 is characterized in that a
なお、図5,図6,図9では、パッケージを開けた状態を示しており、構成要素1〜5は一つの箱(パッケージ)に収納されている。また、本実施形態においては、パッケージ内部に断熱材(不図示)を入れ、温度制御性を高めている。
5, 6, and 9 show a state where the package is opened, and the
これらの光増幅素子を使用し、第1の実施形態と同様に光増幅器を構成して温度無依存型光増幅器が実現できた。 Using these optical amplifying elements, an optical amplifier was configured as in the first embodiment, and a temperature-independent optical amplifier could be realized.
(実施形態例5)
本実施形態例の光増幅素子の基本構成は、第1の実施形態例と同様である。本実施形態例では、素子の材料組成を変えた。
(Embodiment 5)
The basic configuration of the optical amplifying element of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the material composition of the element was changed.
ホストガラスの組成を変えた各種Er添加光ファイバを使用して光増幅素子を構成し、この素子を用いて光増幅器を構成した。この光増幅器の温度特性を、表1および表2に示す。表中の利得の温度変化は、−40から+80℃まで外部温度を変化させたときの最大利得と最小利得との差を示している。 An optical amplifying element was constructed using various Er-doped optical fibers having different host glass compositions, and an optical amplifier was constructed using this element. Tables 1 and 2 show the temperature characteristics of this optical amplifier. The temperature change of the gain in the table indicates the difference between the maximum gain and the minimum gain when the external temperature is changed from −40 to + 80 ° C.
このように光増幅素子の種類を変えることにより、従来技術より温度制御性が良く、小型で低消費電力の温度無依存型光増幅器が実現できた。 Thus, by changing the type of the optical amplifying element, a temperature-independent optical amplifier having better temperature control than the prior art, small size and low power consumption can be realized.
(実施形態例6)
図10は、本発明の光増幅器に使用される光増幅素子の第6の実施形態を示す。図中、図1と同一構成要素には、同一符号を付して説明を簡略化する。図中、12は負の熱量を加えるペルチェ素子(吸熱型加熱素子)であり、コイル状に巻回された光ファイバ1の下に敷設されている。このペルチェ素子12には、電源5から電力が供給される。
(Embodiment 6)
FIG. 10 shows a sixth embodiment of the optical amplifying element used in the optical amplifier of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. In the figure,
このように本実施形態例の光増幅素子は、Er添加光ファイバ1に直接熱を与えることにより、パッケージに対して熱を与える従来のものより高い温度制御性が得られ、小型で低消費電力の光増幅素子が実現されている。具体的には、従来技術に比べて、体積は4分の3に、消費電力は2分の1である。なお、図10はパッケージを開けた状態を示しており、構成要素1〜5および12は一つの箱(パッケージ)に収納されている。また、本実施形態においては、パッケージ内部に断熱材を入れ、温度制御性を高めている。
As described above, the optical amplifying element according to the present embodiment provides heat control directly to the Er-doped
Er添加ファイバ1としては、Er添加石英系ファイバ(比屈折率差1.8%、カットオフ波長0.9μm、Er添加濃度1000ppm、Al添加濃度4wt%、長さ175m)を使用した。Er添加ファイバ1の温度は、熱電対3および電圧計または温度モニタ4で監視し、電源5を制御することによって、一定に保たれる。
As the Er-added
図2(a)の構成の光増幅器において、光増幅素子の温度制御をしない場合の利得特性を図11に、温度制御をした場合(20℃)の利得特性を図12に、それぞれ示す。 In the optical amplifier configured as shown in FIG. 2A, FIG. 11 shows gain characteristics when the temperature of the optical amplifying element is not controlled, and FIG. 12 shows gain characteristics when the temperature is controlled (20 ° C.).
両図から明らかなように、温度制御をすることによって、利得の温度依存性がなくなっているのがわかる。例えば、1570nmで3.7dB、1595nmで6.5dBの利得偏差が温度制御により0.4dBに抑えられている。 As is apparent from both figures, it is understood that the temperature dependence of the gain is eliminated by controlling the temperature. For example, the gain deviation of 3.7 dB at 1570 nm and 6.5 dB at 1595 nm is suppressed to 0.4 dB by temperature control.
励起光源として、0.98μm帯LDを使用した時も、1.48μm帯LDを使用した場合と同様に、温度制御を行うことによって利得を一定に保つことができた。 Even when a 0.98 μm band LD was used as an excitation light source, the gain could be kept constant by performing temperature control as in the case of using a 1.48 μm band LD.
以上のように、本発明において、前記実施形態の光増幅素子を使用することによって、従来技術より温度制御性が良く、小型で低消費電力の温度無依存型光増幅器が実現できた。 As described above, in the present invention, by using the optical amplifying element of the above embodiment, a temperature-independent optical amplifier having better temperature control than the prior art, small size and low power consumption can be realized.
なお、図2(b),(c),(d)の構成を用いたが、図2(a)の構成の場合と同様の温度無依存型光増幅器が実現できた。 Although the configurations of FIGS. 2B, 2C, and 2D were used, a temperature independent optical amplifier similar to the configuration of FIG. 2A could be realized.
1 Er添加ファイバ
2 シリコンラバーヒータ(導電性発熱体;加熱素子)
2a 線状ヒータ(導電性発熱体;加熱素子)
2b 線状ヒータ(導電性発熱体;加熱素子)
2c 面状ヒータ(導電性発熱体;加熱素子)
3 熱電対
3b 電圧計または温度モニタ
4 温度検知手段
5 電源(電力制御手段)
6 光増幅素子
7 合波器
8 励起光源
9 アイソレータ
10 光サーキュレータ
11 全反射ミラー
12 ペルチェ素子(吸熱型加熱素子)
100 基板(パッケージの一部)
200 ボビン
1 Er-doped fiber 2 Silicon rubber heater (conductive heating element; heating element)
2a Linear heater (conductive heating element; heating element)
2b Linear heater (conductive heating element; heating element)
2c Planar heater (conductive heating element; heating element)
3
6
100 substrate (part of the package)
200 bobbins
Claims (9)
前記Er添加光ファイバへ正または負の熱量を加える加熱素子と、
前記Er添加光ファイバの温度を検知する温度検知手段と、
前記加熱素子へ供給される電力を制御する電力制御手段と、
励起光源からの励起光と1.58μm帯の複数の波長の信号光を合波する合波器と、
を備えることを特徴とする光増幅器。 An Er-doped optical fiber for optical amplification having an amplification band in the 1.58 μm band;
A heating element that applies positive or negative heat to the Er-doped optical fiber;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the Er-doped optical fiber;
Power control means for controlling the power supplied to the heating element;
A multiplexer that combines the excitation light from the excitation light source and the signal light having a plurality of wavelengths in the 1.58 μm band;
An optical amplifier comprising:
8. The optical amplifier according to claim 1, wherein the heating element is a heat absorption element that applies a negative amount of heat to the optical fiber.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008244223A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Nec Corp | Optical direct amplifier for wdm optical transmission |
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JP2008244223A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Nec Corp | Optical direct amplifier for wdm optical transmission |
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