JP2005521291A - 利得提供光出力等化器 - Google Patents

Abstract

出力された信号を増幅しながら光チャネル出力または利得を均等化できる利得提供光出力均等化器を提供する。従来技術では、光出力均等化は、光チャネルに応じて異なって出力される信号を減衰することによって達成されてきた。本発明の光出力均等化器は、光チャネルに応じて異なって光利得を与えることによって光出力の均等化を達成することを特徴とする。本発明によれば、光チャンネルの出力は、信号対雑音比を劣化させることなく、光チャネルの出力を均一に、さらには望むとおりに調節することが可能になる。

Description

本発明は、光出力等化器に関し、特に、信号出力を増幅すると同時に、光チャネル出力の均等化または利得均等するための利得提光出力等化器に関する。

一般に、光通信システムで広く使用される光増幅器は、異なるチャネル（例えば異なる波長）に対して異る利得を有する。複数のチャンネルの中の１つのチャンネルが残りのチャネルに比べて相対的に小さい利得特性を持つ、あるいは相対的に大きい利得特性を持つ場合には、光増幅器において深刻な問題が生じる恐れがある。より詳細には、光増幅システムにおいて信号が減衰したり反復的に再増幅されたりすると、異なるチャネル間の利得における差が次々と累積され、光増幅システムに損傷を与える可能性のあるレベルまで増加する。したがって、異なるチャネル（例えば波長）に同じ利得を与えることが利得均等化には必要とされる。

従来、利得均等化を達成するために、光増幅器を構成している利得媒質の組成を調節するとか、利得均等化フィルターを使用する固定的な方法が広く使用されている。ところが、光増幅器の利得特性は光増幅器の周辺環境の変化に効果的に対処するのが難しい。

この問題を解決するために、光チャネルの出力を可変的に均等化する動的光利得等化器が提案された。この動的光利得等化器は、多重化された光源を各波長の信号へ分配し、分配された光出力信号を発生する分波器（光デマルチプレクサとも呼ばれる）と、分配された光出力信号をそれらのチャネルに従って減衰させる減衰器アレイと、減衰器により均等化された信号チャネルを集める光マルチプレクサと、から構成される。また、光マルチプレクサは光デマルチプレクサとして機能する光分配器と対称的である。光マルチプレクサと光デマルチプレクサとの対称性を用いた様々な方法、例えば、その対称中心に反射体を配置する方法や、光位相差における変化を誘導して光減衰を誘導する方法が提供されている。様々な変形された動的光利得等化器が提案されているが、いずれも同じ原理を有し、光減衰技術に基づいている。光利得等化器は、光減衰技術に基づくので、それらは減衰型利得等化器（例えば損失型利得等化器）と呼ばれている。損失型利得等化器は、種々の方式、例えば、バルク格子、アレイ型導波路回析格子（ＡＷＧ）、または誘電フィルターなどを使用するマルチプレクサおよびデマルチプレクサの構成方式によって、あるいは、位相干渉または減衰器アレイなどを使用する減衰方式によって構成可能である。ところが、信号の減衰は、一般的な通信システムにおいてＳＮＲ（信号対雑音比）の劣化を引き起こすので、システムには、信号の減衰がない状態での光チャネル出力又は利得を均等化することが必要である。

したがって、本発明は上記問題点を考慮して作られ、本発明の目的は信号出力を増幅しながら光チャネルごとに出力を均等化するための利得提供光出力等化器を提供することにある。

本発明の他の目的は、光ファイバ増幅器など市販化されている高価な増幅器を使用することなくチャネルごとに出力の均等化を実施するための利得提供光出力等化器を提供することである。

本発明の１つの態様において、上記及び他の目的は、異なる利得を有する光チャネルごとに均等でない出力レベルを均等化するための利得提供光出力等化器の提供により達成されることができ、利得提供光出力等化器は、光チャンネルごとに光信号を提供する光増幅器を備え、光信号のチャンネルごとに出力レベルを均等化する。

好ましくは、前記光増幅器は、上部ポンピング操作により動作されてもよい。

好ましくは、利得提供光出力等化器は、光チャネルごとに均等でない出力レベルを有する光出力を、光チャネルごとに信号へ分配する光デマルチプレクサと、該光デマルチプレクサにより分配された光出力信号が経由して送信される複数の光経路をさらに備えてもよく、これにおいて、前記光増幅器は、前記複数の光経路上に設置されて、異なる利得をチャンネルに与える光増幅器アレイとして機能し、前記光増幅器アレイにより均等化された信号チャネルを集めるマルチプレクサをさらに備える。

好ましくは、前記複数の光経路は、利得媒質を含む光導波路でもよく、前記光増幅器アレイは、光導波路増幅器アレイでもよい。好ましくは前記光導波路増幅器アレイが、上部ポンピング操作で動作されてもよい。

好ましくは、前記光デマルチプレクサ、光マルチプレクサ及び光増幅器アレイのうち少なくとも一つが、ＰＬＣ（平面光回路）の形態でつくられてもよい。

好ましくは、利得提供光出力等化器は、前記光増幅器により均等化された出力レベルを、個々のチャネルによって検出するため出力メーターと；該出力メーターが、出力レベルの均等化が所定基準より低いと測定した時に、前記光増幅器のチャネルごとに増幅係数を調節する制御器と；をさらに備えてもよい。

本発明の別の態様によると、光チャネル別に均等でない出力レベルを有する光信号を、所定の一方向にのみ進行させるための光サーキュレータと；該光サーキュレータから受信した光信号の出力信号を光チャネルごとの信号へと分配し、上記所定の一方向と反対方向に、光デマルチプレクサ／マルチプレクサ自身に加えられるすべてのチャネル信号を集める光デマルチプレクサ／マルチプレクサと、光デマルチプレクサ／マルチプレクサによって分配又は集められた光出力が経由して送信される複数の光経路と；前記複数の光経路の末端に設置されて、チャネルごとに異なる利得を与える光増幅器アレイと；これらの光増幅器アレイの各ユニットの端部に設置されて、増幅された光信号を反射させる反射器と；を備える利得提供光出力等化器が提供される。

好ましくは、前記光増幅器アレイは、上部ポンピング方式で動作されてもよい。好ましくは、前記光デマルチプレクサ、光マルチプレクサ及び光増幅器アレイのうち少なくとも一つがＰＬＣ（平面光回路）の形態でつくられてもよい。

好ましくは、利得提供光出力等化器は、前記光増幅器アレイにより均等化された出力レベルを、個々のチャネルによって検出するためのパワーメーターと；該パワーメーターが出力レベルの等化程度が所定基準より低いと測定した時に、前記光増幅器のチャネルごとに増幅係数を調節する制御器と；をさらに備えてもよい。

本発明の上記及び他の目的、特徴および他の利点は、添付の図を用いてなされる異化の詳細な説明から明らかに理解されるであろう。

これから本発明の好ましい実施形態を付図を参照して詳細に説明する。図において、同じ又は類似の要素は、異なる図面に描かれていても同じ参照符号で示される。本発明の主題をより不明確にするであろう時には、以下の説明において、本願において組み込まれた基地の機能及び構造は省略される。

本発明の好ましい実施形態を説明するに先立ち、上部ポンピング方式を使用する光導波路増幅器を、図１を参照して詳細に説明する。

図１を参照すれば、基板１００上にシリカからなる下部クラッド層１１０が蒸着されており、その上にコア層が導波路１２０として形成されている。コア層は、ナノ結晶と希土類元素が共にドープされたシリカ系物質からなる。また、この導波路１２０上にはシリカからなる上部クラッド層１３０が形成されている。広帯域光源（図示せず）が、下向きのポンピング光を導波路１２０に照射するために導波路上に設置される。導波路１２０に入る光は、再結合するナノ結晶に電子および空孔を作り、結果として希土類元素の励起が生じる。励起された希土類元素からエネルギーを受ける入力光が、導波路１２０を通過しながら増幅され、そして出力光へと変換される。

図２は、本発明の好ましい実施形態による光出力等化器の概念構成図である。

図２を参照すれば、光チャネルごとに均等でない出力を持つ光信号が平面格子からなるデマルチプレクサ２００の入力端子Ｉに加えられる。入力光信号は、主に光通信システムを通して転送されたり、均等でない利得曲線を持つ光増幅器で増幅された多波長光信号（多波長灯火信号とも呼ばれる）である。多波長光信号は、平面格子のデマルチプレクサとして機能するデマルチプレクサ２００における回折により光チャネルごとに信号へと分配され、分配された光信号は、複数の光経路に対応する導波路２１０に入っていく。一方、平面格子からなる、マルチプレクサとして機能するマルチプレクサ２０２は、上記デマルチプレクサ２００のとは反対に別の動作が遂行される。導波路２１０の一部分は、図１に示すのと同じである。ポンプ光源２１２が、上部ポンピングを実行するためにそれぞれの導波路上に配置されている。したがって、この配置は、光導波路増幅器に対応している。それぞれのポンプ光源２１２は、制御器２５０から異なる出力信号２３０を受けるので、導波路２１０ごとに光の増幅度合いを異ならせることができる。分配された光出力レベルが導波路２１０ごとに異なると、弱い光出力レベルの光信号は強く増幅され、強い光出力レベルの光信号は弱く増幅されることによって、均等化された利得を個々の導波路に提供する光出力等化器を実現することができる。このようにチャネル（例えば導波路）ごとに均等化された光出力は、マルチプレクサ２０２で集められ出力端子Ｏを超えて出力されれる。好ましい実施形態によると、ある信号２２０が、出力端子Ｏを超えて送信される光信号光からカプラー２２２によって抽出して、パワーメーターとして機能するＯＳＡ（光スペクトラム・アナライザ）２４０に送り、ＯＳＡ２４０が、各チャネルごとに光出力レベルを測定した後に、測定情報を制御器２５０に送る。制御器２５０が、光出力光信号の均等度が所望の均等度に至らなかったと判断する場合には、全ての光信号において所望の均等度を得るためにチャネルごとにポンプ光源２１２に適用する出力レベル２３０が調節され、その結果、動的な光出力均等化を生み出す。上記好ましい実施形態に使用されるデマルチプレクサ２００、マルチプレクサ２０２及び導波路２１０はいずれも、ＰＬＣ（平面光回路）の形態で作られることが望ましい。

上記好ましい実施形態により、チャネルごとの光出力信号は、マルチプレクサ２０２で集められ、いくつかの信号は出力端子Ｏを超えて送信される全ての光信号をカプラー２２２によって抽出され、そのような方法で、上記好ましい実施形態はチャネルごとに出力レベルを測定することができる。また一方、適切な抽出器または検出器が備えられれば、光増幅が完了した後に導波路２１０から直接増幅された光が抽出されることもできる。

図３は、本発明の他の好ましい実施形態による光出力等化器の概念構成図である。

図３に示す光出力等化器は、デマルチプレクサ２００とマルチプレクサ２０２の間の対称構造に基づくものであることが知られている。つまり、図２では、デマルチプレクサ２００とマルチプレクサ２０２は互いに分離されているのに対して、図３の出力等化器は、デマルチプレクサとマルチプレクサ両方として機能するでマルチプレクサ／マルチプレクサ３００を使用する。図３に示すように、光チャネルごとに均等でない出力レベルを有する光信号が入力端子Ｉに加えられる。入力光信号は、光通信システムを通して送信されるか、均等でない利得曲線を持つ光増幅器で増幅された多波長光信号である。入力光信号は、入力光信号を所定の一方向に向けるように構成される光サーキュレータ３１０を通してデマルチプレクサ／マルチプレクサ３００に入る。光サーキュレータ３１０が受信光信号をデマルチプレクサ／マルチプレクサ３００へと向ける場合は、光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００は、光デマルチプレクサとして機能する。しかしながら、光サーキュレータ３１０が受信光信号をデマルチプレクサ／マルチプレクサ３００へと向けない場合は、光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００は、光マルチプレクサとして機能する。したがって、光サーキュレータ３１０を通して光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００に加えられる光信号は、光チャネルごとに分配され、分配された光信号出力レベルは、複数の光経路のうち対応する導波路３２０に加えられる。導波路３２０の端部は、図２のものと同じである。ポンプ光源３３０が、上部ポンピングを実行するためにそれぞれの導波路上に配置されている。したがって、この配置は、光導波路増幅器アレイに対応している。それぞれのポンプ光源３３０は、制御器３５０から異なる出力信号３６０を受けるので光の増幅度合いを導波路３２０ごとに異ならせることができる。分配された光出力レベルが、導波路３２０ごとに異なる場合には、弱い光出力レベルの光信号は強く増幅され、強い光出力レベルの別の光信号は弱く増幅されることによって、均等化された利得を個々の導波路に提供する光出力等化器を実現することができる。個々の導波路３２０の端部までポンプ光源３３０が配置させられ、個々のポンプ光源３３０と接触させられるように反射鏡３４０が配置されているので、最初に増幅された光出力信号が反射鏡３４０からの反射により再増幅される。このように２回増幅された後に光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００に返ってきた光出力信号は光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００によって集められ、出力端子Ｏに送られる。一方で、ある信号は、出力端子Ｏを介して送信された光信号から、カプラー３２２によって抽出され、パワーメーターとして機能する０ＳＡ（光スペクトラム。アナライザー）３８０に送られて各チャネルごと光出力レベルを測定し、この測定情報を制御器３５０に送る。制御器３５０が、出力光信号の均等度が所望の水準に至らなかったと測定する場合には、その結果、チャネルごとにポンプ光源３３０に加えられた出力レベル３６０が、すべての信号において所望の均等度を得るために調節され、その結果、動的な光出力均等化をもたらす。上記第２の好ましい実施形態で使用される光デマルチプレクサ／マルチプレクサ３００及び導波路３２０はいずれも、ＰＬＣ（平面光回路）の形態で作られることが好ましい。

上記本発明の好ましい実施形態で利得提供光出力等化器について説明したが、ポンプ光源を動作させずに、光導波路の長さをチャネルごとに光出力レベルに従って異なって構成する場合において、本発明は損失型光出力等化器にも適用することができる。光吸収によって引き起こされる光減衰は、光導波路の長さによって変化するので、ポンプ光源が駆動される必要は無い。すなわち、本発明の光出力等化器を従来技術における同様の方式でも簡単に使用可能である。

以上の説明の如く、本発明によれば、信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させず、光チャネルの出力を均等に、さらには望むとおりに調節することが可能になる。

本発明は、具体的な好ましい実施形態について説明してきたが、添付の請求項に開示されたように、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、具体的な要素への置換えが可能であることは、当業者にとって明白である。

上部プロセスで用いる光導波路増幅器の外観を描いた図である。 本発明の好ましい実施形態による光出力等化器の概念構成図である。 本発明の別の好ましい実施形態による光出力等化器の概念構成図である。

Claims (11)

1. 光チャネルごとに光信号の出力が均等でない出力レベルを均等化する利得提供光出力均等化器であって、
   前記光チャネルごとに光信号に異なる利得を提供して、前記光信号のチャネルごとに出力レベルを均等化する光増幅器を備える利得提供光出力均等化器。
2. 前記光増幅器が上部ポンピング方式で動作することを特徴とする請求項１に記載の利得提供光出力均等化器。
3. 光チャネルごとに均等でない出力レベルを有する光信号の出力信号を、光チャネルごとの信号へ分配する光デマルチプレクサと、該光デマルチプレクサにより分配された光出力信号が通って送信される複数の光経路をさらに備え、
   前記光増幅器は、前記複数の光経路上に配置され、チャネルごとに異なる利得を与える光増幅器アレイであり、
   前記光増幅器アレイにより均等化された信号チャネルを集めるための光マルチプレクサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の利得提供光出力均等化器。
4. 前記複数の光経路は、利得媒質を含んだ光導波路であり、前記光増幅器アレイは、光導波路増幅器アレイであることを特徴とする請求項３に記載の利得提供光出力均等化器。
5. 前記光導波路増幅器アレイが、上部ポンピング方式で動作することを特徴とする請求項４に記載の利得提供光出力均等化器。
6. 前記光デマルチプレクサ、光マルチプレクサ及び光増幅器アレイのうち少なくとも一つがＰＬＣ（平面光回路）の形態で作られることを特徴とする請求項３に記載の利得提供光出力均等化器。
7. 前記光増幅器により均等化された出力レベルを、チャネル別に測定するパワーメーターと；
   該パワーメーターが、出力レベルの均等化が所定基準より低いと判断した時に、前記光増幅器のチャネルごとに増幅係数を調節する制御器と；
   をさらに備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の利得提供光出力均等化器。
8. 異なる光チャネルの均等でない出力レベルを有する光信号を、所定の一方向にのみ向けるための光サーキュレータと；
   該光サーキュレータから受信した光信号の出力レベルを個々の光信号に分配し、所定の一方向と反対向きで光デマルチプレクサ／マルチプレクサ自身に加えられたチャネル信号を集める光デマルチプレクサ／マルチプレクサと；
   該光デマルチプレクサ／マルチプレクサによって分配されたか、集められた出力信号が通って送信される複数の光経路と；
   前記複数の光経路の末端に配置されて、個々のチャネルに異なる利得を与える光増幅器アレイと；
   これらの光増幅器アレイの各ユニットの端部に配置されて、増幅された光信号を反射させる反射器と；
   を備える利得提供光出力均等化器。
9. 前記光増幅器アレイが、上部ポンピング方式で動作することを特徴とする請求項８に記載の利得提供光出力均等化器。
10. 前記光デマルチプレクサ、光マルチプレクサ及び光増幅器アレイのうち少なくとも一つが、ＰＬＣ（平面光回路）の形態で作られることを特徴とする請求項８に記載の利得提供光出力均等化器。
11. 前記光増幅器アレイにより均等化された出力レベルを、チャネル別に測定するパワーメーターと；
    該パワーメーターが、出力レベルの均等化が所定基準より低いと判断した時に、前記光増幅器のチャネルごとに増幅係数を調節する制御器と；
    をさらに備える請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の利得提供光出力均等化器。
    

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