JP2006128382A

JP2006128382A - 光増幅器

Info

Publication number: JP2006128382A
Application number: JP2004314200A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kumayasu; 敏熊安
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】励起光源の短寿命化の促進を防ぐと共に、励起光源の出力光の一定制御を安定化し、信頼性の高い光増幅器を得る。
【解決手段】励起光源５ａを一定の駆動電流により駆動する駆動回路４ａと、励起光源５ｂを入力される可変制御信号に応じた駆動電流により駆動する駆動回路４ｂと、励起光源５ａ，５ｂにより発生された励起光を光合波し、希土類添加光ファイバ１に供給する光合波器６と、光合波器６からの合波光を光分波する光分波器７と、その分波光が基準値一定となるような可変制御信号を駆動回路４ｂに出力する比較器１０とを備えた。
励起光源５ａを一定の駆動電流により駆動し、励起光源５ａが劣化しても、その一定の駆動電流を可変制御することなく、励起光源５ｂの駆動電流を可変制御するようにしたので、励起光源５ａに劣化が生じた場合でも、その励起光源５ａの短寿命化の促進を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、光通信システムにおいて、光ケーブルを伝播中に減衰した光信号を増幅する中継器等に適用され、特に、光海底ケーブルシステム用光海底中継器のように高信頼性を要求される中継器に好適な光増幅器に関するものである。

従来の光増幅器として、希土類元素を添加した希土類添加光ファイバと、その希土類添加光ファイバを励起する励起光源とから構成されたものがある。この光増幅器の励起光源を駆動する励起光源駆動方式として、（Ａ）励起光源の光出力を一定とする方式、（Ｂ）励起光源の駆動電流を一定とする方式、（Ｃ）光増幅器の増幅利得を一定とする方式、（Ｄ）光増幅器からの出力光信号を一定とする方式等がその用途に応じて用いられている。
この内、励起光源の光出力を一定とする方式は、励起光源の劣化の際にもその光出力が一定になるように制御され、安定した光増幅動作を実現することができることから、高信頼性を要求される光海底ケーブルシステム用の光海底中継器に適している（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、励起光源の光出力を一定とする方式は、励起光源の劣化が生じた場合に、さらに、その劣化を加速するように励起光源の駆動制御が行われ、励起光源の寿命を短くする。一般に、励起光源を長期間に亘って連続駆動すると、励起光源の劣化が生じ、同じ駆動電流に対してその光出力は低下する。したがって、励起光源の光出力を一定にするためには、より多くの駆動電流が必要となる。よって、励起光源の光出力を一定とする方式においては、励起光源の劣化に伴い駆動電流を増やすことになる。この駆動電流の増分は、光エネルギーに変換されず、熱エネルギーとなって素子の実効的な温度を上げるため、より励起光源の劣化が進行するという正帰還が掛かってしまい、結局、励起光源の寿命を短くしてしまう。

また、従来の光増幅器として、信頼性を高めるために、励起光源が劣化することを前提として、複数の励起光源による冗長構成を取ったものがある。これは、複数の励起光源のうちの一部の励起光源を待機用として無出力あるいは弱く駆動させておき、動作中の励起光源が劣化した場合に、待機用の励起光源に切り替えるものである（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−６５１７５号公報特開平４−３０２９号公報

従来の光増幅器は以上のように構成されているので、上記特許文献１では、励起光源の劣化が生じた場合に、駆動電流を増加させるため、励起光源の寿命を短くしてしまう課題があった。
また、上記特許文献２では、複数の励起光源による冗長構成を取ることから、切り替え方式には複雑な回路が必要となり、装置のコスト増加を招くと共に、励起光源の劣化による光出力変動をきめ細かく補正することができないことから、装置全体の信頼性が低下する課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、励起光源の短寿命化の促進を防ぐと共に、励起光源の出力光の一定制御を安定して制御し、信頼性の高い光増幅器を得ることを目的とする。

この発明に係る光増幅器は、第１の励起光源を一定の駆動電流により駆動する第１の駆動回路と、入力される可変制御信号に応じた駆動電流により第２の励起光源を駆動する第２の駆動回路と、第１および第２の励起光源により発生された励起光を光合波し、光増幅媒体にその合波光を供給する光合波器と、光合波器から光増幅媒体に供給される合波光を光分波する光分波器と、光分波器により光分波された分波光が基準値一定となるような可変制御信号を第２の駆動回路に出力する制御回路とを備えたものである。

この発明によれば、第１の励起光源を一定の駆動電流により駆動し、第１の励起光源が劣化しても、その一定の駆動電流を可変制御することなく、第２の励起光源の駆動電流を可変制御するようにしたので、第１の励起光源に劣化が生じた場合でも、その第１の励起光源の短寿命化の促進を防ぐことができる。
また、装置全体としては、光増幅媒体に供給される合波光を光分波した分波光が基準値一定となるように第２の励起光源を可変制御することにより、第１の励起光源の劣化による光出力変動をきめ細かく補正し、励起光源出力の一定制御を安定して制御して、信頼性の高い装置を得ることができる。
さらに、光合波器による合波光を光分波した分波光に応じて第２の励起光源を可変制御することにより、第１および第２の励起光源からの励起光の伝送経路が劣化した場合でも、これを補償するように光増幅媒体に入力される励起光を一定に制御することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光増幅器を示す構成図であり、図において、希土類元素を添加した希土類添加光ファイバ（光増幅媒体）１は、入力光信号２を供給される合波光に応じて光増幅して、出力光信号３を出力するものである。
駆動回路（第１の駆動回路）４ａは、励起光源（第１の励起光源）５ａを一定の駆動電流により駆動し、駆動回路（第２の駆動回路）４ｂは、励起光源（第２の励起光源）５ｂを入力される可変制御信号に応じた駆動電流により駆動するものである。光合波器６は、励起光源５ａ，５ｂにより発生された励起光を光合波し、光分波器７は、光合波器６から出力された合波光の一部だけを光分波し、光合波器８は、光合波器６から出力され、光分波器７を通じた合波光を希土類添加光ファイバ１に供給するものである。
基準電圧発生器（制御回路）９は、希土類添加光ファイバ１に供給される予め設定された合波光に応じた基準電圧を発生するものであり、比較器（制御回路）１０は、光合波器６から出力された分波光を光電気変換し、その電圧信号と基準電圧発生器９からの基準電圧とを比較し、その電圧信号が基準電圧一定となるような可変制御信号を駆動回路４ｂに出力するものである。

次に動作について説明する。
図１において、光増幅器に入力される入力光信号２は、希土類元素を添加した希土類添加光ファイバ１を通過する際に増幅され、出力光信号３として出力される。励起光源５ａは、駆動回路４ａにより一定の駆動電流で駆動される。一方、励起光源５ｂは、駆動回路４ｂにより別途駆動されており、励起光源５ａからの励起光および励起光源５ｂからの励起光は光合波器６により光合波され、光分波器７によりその一部が分波された後、光合波器８を通じて希土類添加光ファイバ１に供給される。
光分波器７による分波光は、比較器１０に入力され、その比較器１０において、分波光を光電気変換し、その電圧信号と基準電圧発生器９から発生される予め定められた基準電圧とを比較し、その電圧信号が基準電圧一定となるような可変制御信号を駆動回路４ｂに出力する。
駆動回路４ｂでは、入力される可変制御信号に応じた駆動電流により励起光源５ｂを駆動する。

このように、励起光源５ａはその励起光出力に係らず、一定の駆動電流で駆動される。この励起光源５ａが劣化してその励起光出力が低下すると、光合波された合波光は低下し、その結果、光分波器７の分波光が低下する。すると、駆動回路４ｂは、分波光が予め設定された一定値になるまで励起光源５ｂの励起光出力を上げる。このようにして、励起光源５ａが劣化しても希土類添加光ファイバ１に供給される励起光は一定に保たれ、安定した光増幅特性が得られる。また、励起光源５ａは、一定の駆動電流で駆動し続けるため、その寿命を早めることはない。
なお、励起光源５ｂの励起光出力は、初期設定時から運用中増加する方向にある。励起光源５ｂの寿命が短くならないためには、励起光源５ｂの初期設定励起光出力が励起光源５ａの励起光出力に比べて十分に低いか、好ましくは零出力になるように、駆動回路４ｂまたは比較器１０を設定すれば良い。

以上のように、この実施の形態１によれば、励起光源５ａを一定の駆動電流により駆動し、励起光源５ａが劣化しても、その一定の駆動電流を可変制御することなく、励起光源５ｂの駆動電流を可変制御するようにしたので、励起光源５ａに劣化が生じた場合でも、その励起光源５ａの短寿命化の促進を防ぐことができる。
また、装置全体としては、希土類添加光ファイバ１に供給される合波光を光分波した分波光が基準値一定となるように励起光源５ｂを可変制御することにより、励起光源５ａの劣化による光出力変動をきめ細かく補正し、励起光源出力の一定制御を安定して制御して、信頼性の高い装置を得ることができる。
さらに、光合波器６による合波光を光分波した分波光に応じて励起光源５ｂを可変制御することにより、励起光源５ａ，５ｂからの励起光の伝送経路が劣化した場合でも、これを補償するように希土類添加光ファイバ１に入力される励起光を一定に制御することができる。
さらに、励起光源５ｂの励起光出力は、初期設定時から運用中増加する方向にあるので、励起光源５ｂの初期設定励起光出力が励起光源５ａの励起光出力に比べて十分に低いか、好ましくは零出力になるようにすることで、励起光源５ｂの短寿命化を防ぐことができる。

また、励起光源５ａおよび励起光源５ｂと共に、他の複数の励起光源により冗長構成すれば、冗長構成により装置の信頼性をさらに高めることができる。
さらに、図１では、励起光源出力が入力光信号２と同じ方向から希土類添加光ファイバ１に入力される前方励起の例で示したが、励起光源出力が入力光信号２と逆方向から入力される後方励起、あるいは、両方向から入力される双方励起のいずれの方式の光増幅器に本発明を適用するようにしても良い。
なお、この実施の形態１では、外部制御無しに励起光源出力を自動調整できるため、例えば、外部との送受信のための回路が必要なく、回路の簡素化が実現でき、高信頼性を要求される海底ケーブルシステム用の光海底中継器に好適である。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による光増幅器を示す構成図であり、図において、光電気変換器（励起光検出回路）１１ａは、励起光源５ａにより発生された励起光の一部を光電気変換し、光電気変換器（励起光検出回路）１１ｂは、励起光源５ｂにより発生された励起光の一部を光電気変換するものである。電圧合成器（励起光検出回路）１２は、光電気変換器１１ａ，１１ｂにより光電気変換された電圧信号を合成し、比較器（制御回路）１３は、電圧合成器１２から出力された電圧信号と基準電圧発生器９からの基準電圧とを比較し、その電圧信号が基準電圧一定となるような可変制御信号を駆動回路４ｂに出力するものである。その他の構成については、図１と同等である。

次に動作について説明する。
図２において、光増幅器に入力される入力光信号２は、希土類元素を添加した希土類添加光ファイバ１を通過する際に増幅され、出力光信号３として出力される。励起光源５ａは、駆動回路４ａにより一定の駆動電流で駆動される。一方、励起光源５ｂは、駆動回路４ｂにより別途駆動されており、励起光源５ａからの励起光および励起光源５ｂからの励起光は光合波器６により光合波され、光合波器８を通じて希土類添加光ファイバ１に供給される。
また、励起光源５ａからの励起光の一部は、光電気変換器１１ａにより光電気変換され、励起光源５ｂからの励起光の一部は、光電気変換器１１ｂにより光電気変換され、電圧合成器１２で合成される。この合成された電圧信号は、比較器１３に入力され、その比較器１３において、その電圧信号と基準電圧発生器９から発生される予め定められた基準電圧とを比較し、その電圧信号が基準電圧一定となるような可変制御信号を駆動回路４ｂに出力する。
駆動回路４ｂでは、入力される可変制御信号に応じた駆動電流により励起光源５ｂを駆動する。

このように、励起光源５ａはその励起光出力に係らず、一定の駆動電流で駆動される。この励起光源５ａが劣化してその励起光出力が低下すると、光合波された合波光は低下し、その結果、電圧合成器１２からの電圧信号が低下する。すると、駆動回路４ｂは、電圧信号が予め設定された一定値になるまで励起光源５ｂの励起光出力を上げる。このようにして、励起光源５ａが劣化しても希土類添加光ファイバ１に供給される励起光は一定に保たれ、安定した光増幅特性が得られる。また、励起光源５ａは、一定の駆動電流で駆動し続けるため、その寿命を早めることはない。

以上のように、この実施の形態２によれば、励起光源５ａを一定の駆動電流により駆動し、励起光源５ａが劣化しても、その一定の駆動電流を可変制御することなく、励起光源５ｂの駆動電流を可変制御するようにしたので、励起光源５ａに劣化が生じた場合でも、その励起光源５ａの短寿命化の促進を防ぐことができる。
また、装置全体としては、希土類添加光ファイバ１に供給される合波光を基準値一定となるように励起光源５ｂを可変制御することにより、励起光源５ａの劣化による光出力変動をきめ細かく補正し、励起光源出力の一定制御を安定して制御して、信頼性の高い装置を得ることができる。
さらに、励起光源５ｂの励起光出力は、初期設定時から運用中増加する方向にあるので、励起光源５ｂの初期設定励起光出力が励起光源５ａの励起光出力に比べて十分に低いか、好ましくは零出力になるようにすることで、励起光源５ｂの短寿命化を防ぐことができる。
さらに、光分波器７が不要となるため、光合波器６からの合波光を効率良く、希土類添加光ファイバ１に供給することができる。

なお、励起光源５ａ，５ｂとしては、一般に、レーザダイオードが適用される。レーザダイオードからの後方出力光をフォトダイオードでモニタする機能を持つレーザダイオードモジュールを適用すれば、この実施の形態２における励起光源５ａ，５ｂと、光電気変換器１１ａ，１１ｂとの両方の機能を合わせ持つ回路を、簡素化すると共に小型化することができる。
また、光増幅媒体として、希土類添加光ファイバ１を適用した例で説明したが、希土類添加光ファイバ１に限定されるものではなく、ラマン増幅の場合の励起光源、ブリルアン増幅の場合の励起光源等にも適用することができる。

この発明の実施の形態１による光増幅器を示す構成図である。この発明の実施の形態２による光増幅器を示す構成図である。

符号の説明

１希土類添加光ファイバ（光増幅媒体）、２入力光信号、３出力光信号、４ａ駆動回路（第１の駆動回路）、４ｂ駆動回路（第２の駆動回路）、５ａ励起光源（第１の励起光源）、５ｂ励起光源（第２の励起光源）、６，８光合波器、７光分波器、９基準電圧発生器（制御回路）、１０，１３比較器（制御回路）、１１ａ，１１ｂ光電気変換器（励起光検出回路）、１２電圧合成器（励起光検出回路）。

Claims

第１の励起光源を一定の駆動電流により駆動する第１の駆動回路と、
入力される可変制御信号に応じた駆動電流により第２の励起光源を駆動する第２の駆動回路と、
上記第１および第２の励起光源により発生された励起光を光合波し、光増幅媒体にその合波光を供給する光合波器と、
上記光合波器から上記光増幅媒体に供給される合波光を光分波する光分波器と、
上記光分波器により光分波された分波光が基準値一定となるような可変制御信号を上記第２の駆動回路に出力する制御回路とを備えた光増幅器。
第１の励起光源を一定の駆動電流により駆動する第１の駆動回路と、
入力される可変制御信号に応じた駆動電流により第２の励起光源を駆動する第２の駆動回路と、
上記第１および第２の励起光源により発生された励起光を光合波し、光増幅媒体にその合波光を供給する光合波器と、
上記第１および第２の励起光源により発生された励起光の総和を検出する励起光検出回路と、
上記励起光検出回路により検出された励起光の総和が基準値一定となるような可変制御信号を上記第２の駆動回路に出力する制御回路とを備えた光増幅器。
制御回路は、
第２の励起光源の初期設定励起光出力が第１の励起光源の励起光出力に比べて十分に低いか、もしくは、零出力になるように、第２の駆動回路に可変制御信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光増幅器。