JP2006245334A - Optical fiber amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ増幅器に関し、より詳細には、利得を一定に制御することができる光ファイバ増幅器に関する。 The present invention relates to an optical fiber amplifier, and more particularly to an optical fiber amplifier capable of controlling a gain to be constant.
従来、光ファイバ通信システムでは、適当な伝送距離ごとに光ファイバ増幅器を挿入し、光ファイバ中を伝送して減衰した光信号を増幅することにより長距離伝送を可能としている。誘導放出を利用した光ファイバ増幅器は、増幅帯域内で波長の異なる複数の信号光を同時一括増幅でき、波長多重光伝送方式(WDM伝送方式)に用いられている。またWDM伝送方式をベースとしたフォトニックネットワークも盛んに研究されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an optical fiber communication system, long distance transmission is possible by inserting optical fiber amplifiers at appropriate transmission distances and amplifying optical signals that are attenuated by transmission through optical fibers. An optical fiber amplifier using stimulated emission can simultaneously amplify a plurality of signal lights having different wavelengths within an amplification band, and is used in a wavelength division multiplexing optical transmission system (WDM transmission system). In addition, photonic networks based on the WDM transmission system have been actively studied.
一般にエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA:Erbium doped fiber amplifier)に代表される光増幅器をWDM伝送に適用する場合、周波数の異なる複数の信号が、ほぼ均一なパワーで増幅され出力されるように、光増幅器の利得スペクトルは平坦であることが望ましい。一般には、光増幅器の利得スペクトルの逆特性を有する利得等化器を併用し、平坦な利得スペクトルを実現するのが一般的である。 In general, when an optical amplifier typified by an erbium doped fiber amplifier (EDFA) is applied to WDM transmission, a plurality of signals having different frequencies are amplified and output with substantially uniform power. The gain spectrum of the amplifier is preferably flat. Generally, a flat gain spectrum is generally realized by using a gain equalizer having an inverse characteristic of the gain spectrum of an optical amplifier.
しかしながら、光増幅器では一般に入力が変化すると、利得スペクトルが変化してしまう。すなわち、ある入力信号パワー条件で利得平坦を実現しても、光ファイバのスパン損失の経時変化やWDMチャンネル数の変化などによって、増幅器への入力パワーが変化すると、チャンネル間のチャネル間出力にばらつきのあるWDM信号が出力されることになる。この結果、出力パワーの高いチャネルは、後続の光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果で劣化する。また、出力の低いチャネルは、次段の光増幅器において光信号雑音比を劣化させる原因となる。すなわち、光増幅器は入力パワー変動に対し利得スペクトルを一定に保つ必要がある。 However, in an optical amplifier, generally, when the input changes, the gain spectrum changes. That is, even if gain flattening is achieved under certain input signal power conditions, if the input power to the amplifier changes due to changes in span loss of the optical fiber or changes in the number of WDM channels, the output between channels varies between channels. A WDM signal having a certain value is output. As a result, the channel with high output power is degraded by the nonlinear optical effect generated in the subsequent optical fiber transmission line. Also, the low output channel causes the optical signal-to-noise ratio to deteriorate in the optical amplifier at the next stage. That is, the optical amplifier needs to keep the gain spectrum constant against the input power fluctuation.
このような悪影響を抑える方法として、EDFAにおいては利得を一定に制御する方法が広く用いられている。EDFAの利得スペクトルG(λ)は、EDFA中のエルビウムのイオン密度をNtot、このうち増幅始凖位状態のエルビウムイオン密度をN2、増幅終凖位状態のエルビウムイオン密度をN1とすると(Ntot=N2+N1)、次の式(1)で表される。 As a method for suppressing such an adverse effect, a method for controlling the gain to be constant is widely used in the EDFA. The gain spectrum G (λ) of the EDFA is such that the erbium ion density in the EDFA is N tot , of which the erbium ion density in the amplified starting state is N 2 and the erbium ion density in the amplified terminal state is N 1. (N tot = N 2 + N 1 ), represented by the following formula (1).
ここで、Lはエルビウム添加ファイバ(EDF)の長さ、g*(λ)は単位長さあたりの完全反転分布状態での利得、α(λ)は単位長さあたりの吸収を表している。g,α,Lは励起光パワーや入力信号のパワーに依存せず一定である。N2のみが励起光パワーと信号光入力パワーに依存する値であり、N2の値によってEDFAの利得スペクトルG(λ)は一意に決定する。N2は、励起光パワーなどを変化させることで一定に制御することが可能であり、これにより利得スペクトルを一定に制御することができる。 Here, L is the length of the erbium-doped fiber (EDF), g * (λ) is the gain in the completely inverted distribution state per unit length, and α (λ) is the absorption per unit length. g, α, and L are constant regardless of the pumping light power or the input signal power. Only N 2 is a value that depends on the pumping light power and the signal light input power, and the gain spectrum G (λ) of the EDFA is uniquely determined by the value of N 2 . N 2 can be controlled to be constant by changing the pumping light power and the like, whereby the gain spectrum can be controlled to be constant.
これに対し、ツリウム添加光ファイバ増幅器(TDFA:Thulium doped fiber amplifier)の場合には状況が複雑である。ツリウムイオンのエネルギー凖位を図1に示す。TDFAの1400nm増幅は、3H4→3F4の四凖位系の誘導放出を用いている。ツリウム添加ファイバ(TDF)中のツリウムイオンの総密度をNtot、励起状態で増幅始凖位、増幅終凖位、基底凖位にあるツリウムの密度を、それぞれN2,N1,N0とすると(Ntot=N2+N1+N0)、TDFAの利得は、 On the other hand, the situation is complicated in the case of a thulium doped fiber amplifier (TDFA). The energy level of thulium ions is shown in FIG. The 1400 nm amplification of TDFA uses 3 H 4 → 3 F 4 stimulated emission in the four-position system. The total density of thulium ions in the thulium-doped fiber (TDF) is N tot , and the thulium densities in the excited starting position, the amplified final position, and the ground supporting position in the excited state are N 2 , N 1 , N 0 , respectively. Then (N tot = N 2 + N 1 + N 0 ), the gain of TDFA is
で表される。ここでLはTDF長、g*(λ)はツリウムがすべて3H4に励起された場合の単位長さあたりの利得、α(λ)はツリウムがすべて 3F4に励起された場合の、単位長さあたりの吸収を表している。N2およびN1は、それぞれ励起光パワーと信号光入力パワーに依存する値であり、それぞれがある程度独立に変動する。したがって、利得スペクトルを一定に制御するためには、N2およびN1の2つの変数をそれぞれ制御する必要がある。 It is represented by Where L is the TDF length, g * (λ) is the gain per unit length when thulium is all excited to 3 H 4 , and α (λ) is the case where all thulium is excited to 3 F 4 . It represents absorption per unit length. N 2 and N 1 are values that depend on the pumping light power and the signal light input power, respectively, and vary independently to some extent. Therefore, in order to control the gain spectrum to be constant, it is necessary to control two variables N 2 and N 1 , respectively.
このN2およびN1をそれぞれ独立に制御する方法として、2波長でTDFAを励起し、その2波長を独立に制御する方法が提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。 As a method for controlling N 2 and N 1 independently, a method has been proposed in which TDFA is excited with two wavelengths and the two wavelengths are controlled independently (see, for example, Non-Patent Document 1).
N2およびN1をそれぞれ独立に制御する別の方法として、利得制御用に別の信号光を設け、その信号光の入力パワーを制御する方法が提案されている(たとえば、非特許文献2参照)。この方法については制御誤差信号の抽出方法として、利得制御用信号光の利得をモニタする方法が提案されている。 As another method of independently controlling N 2 and N 1 , a method of providing another signal light for gain control and controlling the input power of the signal light has been proposed (for example, see Non-Patent Document 2). ). Regarding this method, a method of monitoring the gain of the gain control signal light has been proposed as a method for extracting a control error signal.
しかしながら、2波長でTDFAを励起し、その2波長を独立に制御する上記の方法では、これらの2波長をどのような制御誤差信号を元に制御するのかが明らかにはされていない。 However, in the above-described method in which TDFA is excited with two wavelengths and the two wavelengths are controlled independently, it is not clear what control error signal is used to control these two wavelengths.
また、利得制御用に別の信号光を設け、その信号光の入力パワーを制御する上記の方法では、制御目標値が一定で経験的なフィッティングパラメータを入れなくてはならないため設定が複雑、制御用信号光の波長変動が致命的な制御誤差になる、などの煩雑な初期設定や増幅器構成を用いなければならなかった。 In addition, the above method of providing another signal light for gain control and controlling the input power of the signal light requires complicated control settings because the control target value must be constant and empirical fitting parameters must be entered. It was necessary to use complicated initial setting and amplifier configuration such that the wavelength fluctuation of the signal light becomes a fatal control error.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的簡素な構成またはアルゴリズムで良好に、TDFAの利得スペクトルを制御することができる光ファイバ増幅器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier capable of controlling the gain spectrum of TDFA satisfactorily with a relatively simple configuration or algorithm. There is.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光ファイバ増幅器であって、ツリウムを添加した増幅用光ファイバ、前記増幅用光ファイバに入射する励起光を発する励起光源、前記増幅用光ファイバ中における前記励起光の損失量を検出する検出手段、前記検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する励起光損失量との誤差信号を出力する誤差信号抽出手段、および前記励起光のパワーを変動させ前記誤差信号が零となるように、前記励起光源を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber amplifier comprising an amplification optical fiber to which thulium is added, and excitation light incident on the amplification optical fiber. A pumping light source that emits light, a detecting unit that detects a loss amount of the pumping light in the optical fiber for amplification, a loss amount detected by the detecting unit, and a pumping light loss amount corresponding to a gain value stored in advance. Error signal extracting means for outputting an error signal and control means for controlling the excitation light source so that the power of the excitation light is varied and the error signal becomes zero are provided.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長は、760nmから840nm、980nmから1120nm、または1320nmから1520nmであることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the optical fiber amplifier according to the first aspect, wherein the pumping light has a wavelength of 760 nm to 840 nm, 980 nm to 1120 nm, or 1320 nm to 1520 nm.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長と異なる波長を有する、前記増幅用光ファイバに入射する第二の励起光を発する第二の励起光源をさらに備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the optical fiber amplifier according to the first aspect, wherein a second pumping light that has a wavelength different from a wavelength of the pumping light and is incident on the amplification optical fiber is emitted. The excitation light source is further provided.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバに入射する前記第二の励起光のパワーは、一定であることを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の光ファイバ増幅器であって、前記第二の励起光は、前記増幅用光ファイバの信号光出力端から信号光入力端に向けて入射することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical fiber amplifier according to the third aspect, the second pumping light is incident from the signal light output end of the amplification optical fiber toward the signal light input end. It is characterized by that.
請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバ中における前記第二の励起光の損失量を検出する第二の検出手段、前記第二の検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する第二の励起光の損失量との第二の誤差信号を出力する第二の誤差信号抽出手段、および前記第二の励起光のパワーを変動させ前記第二の誤差信号が零となるように、前記第二の励起光源を制御する第二の制御手段をさらに備えたことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the optical fiber amplifier according to the third aspect, wherein the second detection means detects the amount of loss of the second excitation light in the amplification optical fiber, the second Second error signal extraction means for outputting a second error signal between the loss amount detected by the detection means and the loss amount of the second excitation light corresponding to the gain value stored in advance, and the first It further comprises second control means for controlling the second pumping light source so that the power of the second pumping light is varied and the second error signal becomes zero.
請求項7に記載の発明は、請求項3乃至6に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長は、760nmから840nm、980nmから1120nm、または1320nmから1520nmであって、前記第二の励起光の波長は、1100nmから1300nm、または1500nmから18000nmであることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the optical fiber amplifier according to the third to sixth aspects, wherein the pumping light has a wavelength of 760 nm to 840 nm, 980 nm to 1120 nm, or 1320 nm to 1520 nm, The excitation light has a wavelength of 1100 nm to 1300 nm, or 1500 nm to 18000 nm.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバは、ツリウムを3000ppmwt%以上添加されていることを特徴とする。 The invention according to an eighth aspect is the optical fiber amplifier according to the first to seventh aspects, wherein the amplification optical fiber is added with 3000 ppm wt% or more of thulium.
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡素な構成またはアルゴリズムで、良好にTDFAの利得スペクトルを制御することができる光ファイバ増幅器を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical fiber amplifier that can satisfactorily control the gain spectrum of TDFA with a relatively simple configuration or algorithm.
ツリウムイオン密度は、図1に示したように励起光や信号光による基底凖位吸収、励起光による励起凖位吸収と誘導放出、ツリウムイオン間の非発光相互作用(クロス緩和)、および800nmの増幅された自然放出光(ASE光)などのバランスで決定する。特に800nm帯ASEが強く成長している領域(TDFAのピーク波長が比較的短波長にあり、かつ利得が高い状態)で使用する場合には、励起光や信号光の基底準位吸収の影響が相対的に小さくなり、800nmASE光の誘導吸収・誘導放出でN2とN0の比がほぼ決定する。このため、1つのパラメータ(N1の情報を含むパラメータ)を一定に制御するだけで、N1、N2ともにほぼ一定に制御できるため、式(2)よりある程度の精度(〜数dB以内)で利得制御が可能となる。 As shown in FIG. 1, the thulium ion density is determined based on the absorption of the ground position by excitation light or signal light, absorption of stimulated position by stimulated light and stimulated emission, non-luminous interaction between thulium ions (cross relaxation), and 800 nm. It is determined by the balance of amplified spontaneous emission light (ASE light). In particular, when used in a region where the 800 nm band ASE is growing strongly (the peak wavelength of TDFA is relatively short and the gain is high), the influence of the ground level absorption of the excitation light and signal light is affected. The ratio becomes relatively small, and the ratio of N 2 and N 0 is almost determined by stimulated absorption / stimulated emission of 800 nm ASE light. For this reason, since N 1 and N 2 can be controlled to be substantially constant by simply controlling one parameter (a parameter including information on N 1 ), a certain degree of accuracy (within a few dB) from Equation (2). Gain control is possible.
N1の情報を含むパラメータの一つとして、励起光のTDF内の損失が挙げられる。励起光のTDF中の損失は、基底準位吸収および励起準位吸収からなるが、励起準位吸収の割合が基底準位吸収と比較して格段に大きく、基底準位吸収をほぼ無視できる。すなわち、励起光のTDF中の損失を一定とすることで、N1を一定とすることができ、この結果利得スペクトルをある程度一定に制御できる。 One of the parameters including N 1 information is the loss of excitation light in the TDF. The loss of excitation light in TDF consists of ground level absorption and excitation level absorption, but the ratio of excitation level absorption is much larger than that of ground level absorption, and the ground level absorption can be almost ignored. That is, by making the loss in the TDF of the pumping light constant, N 1 can be made constant, and as a result, the gain spectrum can be controlled to a certain extent.
さらに第二の励起光を追加することで、その制御精度は向上する。前述の通り、N2とN0の比は、800nmASE光の誘導吸収・誘導放出でほぼ決定されるが、励起光や信号光の基底準位吸収の影響が全くないわけではない。特に、入力信号光のパワーが強い場合には、利得一定制御するために励起光のパワーも強くなり、入力信号光のパワーが小さい場合よりも、励起光・信号光の基底凖位吸収が大きくなり、その影響で利得制御誤差がより大きくなる。基底凖位吸収の効率が高く、比較的パワーの強い第二の励起光を追加することで、第一の励起光や信号光の基底凖位吸収が無視できるようになり、スペクトル精度が上昇する。特に、励起光と信号光の基底準位吸収を比較した場合、信号光の基底準位吸収の方が、より大きな誤差原因となるため、信号光が増幅されて強くなる増幅用光ファイバの出力端から、入力端に向かって第二の励起光を入力することが、制御精度を向上させるのに、より有効となる。この場合、第二の励起光を一定パワーで入力してもある程度の利得制御精度を確保できるが、第二の励起光吸収を一定に保つことが出来れば、さらに制御精度が向上することになる。 Furthermore, the control accuracy is improved by adding the second excitation light. As described above, the ratio of N 2 to N 0 is almost determined by stimulated absorption / stimulated emission of 800 nm ASE light, but it is not completely free from the influence of ground level absorption of excitation light and signal light. In particular, when the power of the input signal light is strong, the power of the pump light becomes strong because the gain is controlled at a constant level, and the ground level absorption of the pump light and signal light is larger than when the power of the input signal light is small. As a result, the gain control error becomes larger. By adding the second excitation light, which has a high base-spot absorption efficiency and relatively high power, the base-potential absorption of the first excitation light and signal light can be ignored, and the spectral accuracy increases. . In particular, when comparing the ground level absorption of the pump light and the signal light, the ground level absorption of the signal light causes a larger error, so the output of the optical fiber for amplification becomes stronger as the signal light is amplified. Inputting the second excitation light from the end toward the input end is more effective for improving the control accuracy. In this case, even if the second pumping light is input at a constant power, a certain degree of gain control accuracy can be secured, but if the second pumping light absorption can be kept constant, the control accuracy will be further improved. .
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第一の実施形態)
図2に、本発明に係る第一の実施形態の光ファイバ増幅器の構成を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光を発する励起光源204と、励起光を2分岐する分岐カプラ205と、分岐カプラ205で分岐された励起光の一方を、光アイソレータ202aを介して入力された信号光と合波するWDMカプラ203aと、励起光と合波された信号光を入力するTDF201と、TDF201を通過した励起光と信号光を分波するWDMカプラ203bと、WDMカプラ203bで分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ202bとを備えた光増幅部200、分岐カプラ205で分岐された励起光の他方を入力とするPD(Photo Diode)206と、WDMカプラ203bで分波された励起光を入力とするPD207と、PD206およびPD207からそれぞれ出力される励起光のパワーレベル(入力モニタ値、出力モニタ値)に基づいて、TDF201中における励起光の損失量(励起光損失量モニタ値)を出力する励起光損失231とを備えた検出部230、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値として記憶する(図示しない)記憶部と、予め記憶された目標値と励起光損失231から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し誤差信号を出力する誤差信号抽出部240、および、誤差信号抽出部240から出力される誤差信号に基づいて励起光源204から発せられる励起光のパワーを制御する制御部250、を備える。
(First embodiment)
FIG. 2 shows the configuration of the optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the optical fiber amplifier of this embodiment, a pumping
光増幅部200では、入力された1400〜1530nmの間の波長を有する信号光と、励起光源204から発せられた励起光が、WDMカプラ203aで合波され、TDF201に入力される。励起光がTDF201中のTm3+イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
In the
励起光のTDF201への入力パワーは、励起光源204と分岐カプラ203aとの間に配置された分岐カプラ205で分岐された励起光を、検出部のPD206へ入力することで、モニタされる。励起光のTDF201からの出力パワーは、TDF201と光アイソレータ202bとの間に配置されたWDMカプラ203bで信号光と分波された励起光を、検出部のPD207へ入力することで、モニタされる。
The input power of the excitation light to the
検出部203では、PD206で測定された励起光のTDF201への入力モニタ値、PD207で測定されたTDF201からの出力モニタ値を元に、TDF201中における励起光の損失量(励起光損失量モニタ値)を計算し、誤差信号抽出部240に出力する。
In the detection unit 203, based on the input monitor value of the excitation light measured by the
誤差信号抽出部240では、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し、誤差信号を抽出し、制御部250へ出力する。
The error
制御部250では、誤差信号抽出部240からの誤差信号を入力し、誤差信号が零となるように励起光源204を制御する。誤差信号=励起光損失量モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光のパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光のパワーを下降させる方向に、励起光源204を制御する。
The
本実施形態の構成では、励起光を信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、励起光を信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成とすることができる。また、TDF201の両端から励起光を入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。
In the configuration of this embodiment, a forward pumping configuration in which pumping light is input in the same direction as the signal light is used, but a backward pumping configuration in which pumping light is input so as to propagate in the opposite direction to the signal light can be employed. Further, the present invention can also be applied to a bidirectional excitation configuration in which excitation light is input from both ends of the
たとえば、より具体的には、励起光源204としては、波長が800nm±40nm(760nmから840nm、以下同様)、1050nm±70nm、もしくは1420nm±100nmの励起光を用いることが可能である。これらの波長では、高出力半導体LDを利用することができる。TDF201へ入力する励起光のパワーをモニタする分岐カプラ205としては、10:1カプラや20:1カプラなどのカプラを利用することもできる。また、ここでは、分岐カプラ205を用いて、入力する励起光のパワーを測定する例を示しているが、半導体LDなどにはLDの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタPDが備えられていることが多く、分岐カプラ205とPD206の代わりに、このモニタPDを利用することもできる。
For example, more specifically, as the
また、TDF201のTm3+のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を用いることができるが1波長励起で高い効率を得るためには、Tm3+の添加量を3000ppm以上とすることが望ましい。 In addition, the configuration of the present embodiment can be used regardless of the core addition amount of Tm 3+ in TDF201. However, in order to obtain high efficiency by one-wavelength excitation, the addition amount of Tm 3+ is 3000 ppm. It is desirable to set it above.
図3に本実施形態の光ファイバ増幅器において、信号入力変動した場合のWDM信号の利得を示す。TDF201は、コアにTm3+を6000ppm添加しており、カットオフ波長を1000nm、比屈折率差Δnを1.6%、ファイバ長を3mとした。励起光源204として、波長が1390nmの高出力LDを用いた。信号光に、波長が1460から1540nmまでの9波(波長間隔10nm)のWDM信号を−11〜−31dBm/chの間で変化させ、誤差信号が零となるように、すなわち励起光のTDF201における損失が一定となるように、励起光源204のパワーを制御した。本実施形態の光ファイバ増幅器を、上記例示したように実施した場合には、図3に示すように利得スペクトルを誤差2.5dB程度で制御することができる。
FIG. 3 shows the gain of the WDM signal when the signal input fluctuates in the optical fiber amplifier of this embodiment. In TDF201, 6000 ppm of Tm3 + was added to the core, the cutoff wavelength was 1000 nm, the relative refractive index difference Δn was 1.6%, and the fiber length was 3 m. A high output LD having a wavelength of 1390 nm was used as the
(第二の実施形態)
図4に、本発明に係る第二の実施形態の光ファイバ増幅器を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器の構成は、TDFの両端からそれぞれ波長の異なる励起光を入力する双方向励起構成である。図2に示す第一の実施形態の光ファイバ増幅器の構成と比較すると、第二の実施形態の光ファイバ増幅器の構成には、信号光と逆方向に入力される励起光を発する励起光源が更に備えられている。
(Second embodiment)
FIG. 4 shows an optical fiber amplifier according to the second embodiment of the present invention. The configuration of the optical fiber amplifier according to the present embodiment is a bidirectional pump configuration in which pump lights having different wavelengths are input from both ends of the TDF. Compared with the configuration of the optical fiber amplifier of the first embodiment shown in FIG. 2, the configuration of the optical fiber amplifier of the second embodiment further includes a pumping light source that emits pumping light input in the opposite direction to the signal light. Is provided.
本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光Aを発する励起光源404と、励起光Aを2分岐する分岐カプラ405と、分岐カプラ405で分岐された励起光Aの一方を、光アイソレータ402aを介して入力された信号光と合波するWDMカプラ403aと、励起光Aと合波された信号光を入力するTDF401と、TDF401を通過した励起光Aと信号光を分波するWDMカプラ409と、励起光Aと異なる波長を有し、WDMカプラ410および409を介して信号光と逆方向にTDF401へ入力される励起光Bを発する励起光源408と、WDMカプラ409で分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ402bと、を備えた光増幅部400、分岐カプラ405で分岐された励起光Aの他方を入力とするPD406と、WDMカプラ409で分波された励起光Aを、WDMカプラ410を介して入力するPD407と、PD406およびPD407からそれぞれ出力される励起光Aのパワーレベル(入力モニタ値、出力モニタ値)に基づいて、TDF401中における励起光Aの損失量(励起光損失量モニタ値)を出力する励起光損失431とを備えた検出部430、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値として記憶する(図示しない)記憶部と、予め記憶された目標値と励起光損失431から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し誤差信号を出力する誤差信号抽出部440、および、誤差信号抽出部440から出力される誤差信号に基づいて励起光源404から発せられる励起光Aのパワーを制御する制御部450、を備える。
The optical fiber amplifier of the present embodiment includes a pumping
光増幅部400では、入力された1400〜1530nmの間の波長を有する信号光と、励起光源404から発せられた励起光Aとが、WDMカプラ403で合波され、TDF401に入力される。励起光AがTDF401中のTm3+イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
In the
また、励起光源404とは異なる波長を有する励起光源408からの励起光Bが、TDF401の出力側端から、WDMカプラ409を介して入力される。
In addition, excitation light B from the
励起光AのTDF401への入力パワーは、励起光源404とWDMカプラ403との間に配置された分岐カプラ405で分岐された励起光Aを、検出部430のPD406へ入力することでモニタされる。励起光AのTDF401からの出力パワーは、TDF401と光アイソレータ402bとの間に配置されたWDMカプラ409で信号光と分離された励起光Aを、さらに励起光Aと励起光Bを分離するWDMカプラ410を介して取り出し、検出部430のPD407へ入力することで、モニタされる。
The input power of the excitation light A to the
検出部430では、PD406で測定された励起光AのTDF401への入力モニタ値、PD407で測定されたTDF401からの出力モニタ値を元に、TDF401中における励起光Aの損失量(励起光A損失量モニタ値)を計算し、誤差信号抽出部440に出力する。
In the
誤差信号抽出部440では、ある利得値に相当する励起光Aの損失量をあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光A損失量モニタ値とを比較し、誤差信号を抽出し、制御部450へ出力する。
In the error
制御部450では、誤差信号抽出部440からの誤差信号を入力とし、誤差信号が零となるように励起光源404を制御する。誤差信号=励起光A損失量モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光Aのパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光Aのパワーを下降させる方向に、励起光源404を制御する。なおこの間、励起光Bはパワーを一定としてTDF401に入力されている。
The
本実施形態では、励起光Aを信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、本制御法は、励起光Aを信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成や、TDF401の両端から励起光Aを入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。励起光Bについても前方励起・後方励起どちらでも効果はあるが、信号の進行方向と逆方向へ入力する方がより、制御精度が高くなる。
In this embodiment, the pumping light A is input in the same direction as the signal light, but the present control method has a backward pumping structure in which the pumping light A is input so as to propagate in the opposite direction to the signal light, A bidirectional excitation configuration in which excitation light A is input from both ends of the
励起光源404としては、波長が800nm±40nm(760nmから840nm、以下同様)、1050nm±70nm、もしくは1420nm±100nmの励起光Aを発する励起光源を用いることが可能である。励起光源408の波長には、1200nm±100nmもしくは1650nm±150nmのものを用いるのが良い。これらの波長では、高出力半導体LDを利用することが出来る。TDFへの入力励起光Aのパワーをモニタする分岐カプラ405としては、10:1カプラや20:1カプラなどのカプラを利用することもできる。また、本実施形態では、分岐カプラ405を用いて、入力励起光パワーを測定する例を示しているが、半導体LDなどにはLDの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタPDが備えられていることが多く、分岐カプラ405およびPD406の代わりに、このモニタPDを利用することも可能である。
As the
また、TDF401のTm3+のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を適用可能であるが、1波長励起で高い効率を得るためには、Tm3+の添加量を3000ppm以上とすることが望ましい。 In addition, the configuration of the present embodiment can be applied regardless of the value of the core addition amount of Tm 3+ in TDF401. However, in order to obtain high efficiency by one-wavelength excitation, the addition amount of Tm 3+ is set to It is desirable to set it to 3000 ppm or more.
図5に本実施形態の光ファイバ増幅器において、信号入力変動した場合のWDM信号の利得を示す。TDF401は、コアにTm3+を6000ppm添加しており、カットオフ波長を1000nm、比屈折率差Δnを1.6%、ファイバ長を3mとした。励起光源404として、波長が1390nmの高出力LDを用い、励起光源408として波長が1200nmのLDを用いた。励起光源Bのパワーを45mW程度とした。信号光に、1460から1540nmまでの9波(波長間隔10nm)のWDM信号を−11〜−31dBm/chの間で変化させ、誤差信号が零となるように、すなわち励起光AのTDF401における損失が一定となるように、励起光源404のパワーを制御した。本実施形態の光ファイバ増幅器を、上記例示したように実施した場合には、図5に示すように利得スペクトルを誤差0.6dB程度で制御することができる。図3と比較すると、1200nmの第二の励起光(励起光B)を追加することで、制御精度が向上することが分かる。
FIG. 5 shows the gain of the WDM signal when the signal input fluctuates in the optical fiber amplifier of this embodiment. In TDF401, 6000 ppm of Tm 3+ was added to the core, the cutoff wavelength was 1000 nm, the relative refractive index difference Δn was 1.6%, and the fiber length was 3 m. A high-power LD having a wavelength of 1390 nm was used as the
(第三の実施形態)
図6に、本発明に係る第三の実施形態の光ファイバ増幅器を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器の構成は、第二の実施形態に示した光ファイバ増幅器と同様にTDFの両端からそれぞれ波長の異なる励起光を入力する双方向励起構成である。図4に示す第二の実施形態の光ファイバ増幅器の構成と比較すると、第三の実施形態の光ファイバ増幅器の構成には、信号光と逆方向に入力される励起光のTDFにおける損失量を検出し、当該励起光のパワーを制御するための構成要素が更に備えられている。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows an optical fiber amplifier according to a third embodiment of the present invention. The configuration of the optical fiber amplifier according to the present embodiment is a bidirectional pump configuration in which pumping lights having different wavelengths are input from both ends of the TDF, similarly to the optical fiber amplifier illustrated in the second embodiment. Compared with the configuration of the optical fiber amplifier of the second embodiment shown in FIG. 4, the configuration of the optical fiber amplifier of the third embodiment has a loss amount in the TDF of pumping light input in the opposite direction to the signal light. A component for detecting and controlling the power of the excitation light is further provided.
本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光Aを発する励起光源604と、励起光Aを2分岐する分岐カプラ606と、分岐カプラ405で分岐された励起光Aの一方をWDMカプラ605を介して、光アイソレータ602aを介して入力された信号光と、合波するWDMカプラ603と、励起光Aと合波された信号光を入力するTDF601と、TDF601を通過した励起光Aと信号光を分波するWDMカプラ608と、励起光Aと異なる波長を有し、分岐カプラ610で2分岐され、WDMカプラ609および608を介して信号光と逆方向にTDF601へ入力される励起光Bを発する励起光源607と、WDMカプラ609で分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ602bと、を備えた光増幅部600、分岐カプラ606で分岐された励起光Aの他方を入力とするPD611と、WDMカプラ608で分波された励起光Aを、WDMカプラ609を介して入力するPD612と、PD611およびPD612からそれぞれ出力される励起光Aのパワーレベル(入力モニタ値A、出力モニタ値A)に基づいて、TDF601中における励起光Aの損失量(励起光A損失量モニタ値)を出力する励起光A損失631と、分岐カプラ610で分岐された励起光Bの他方を入力とするPD614と、WDMカプラ603で分波された励起光Bを、WDMカプラ605を介して入力するPD613と、PD613およびPD614からそれぞれ出力される励起光Bのパワーレベル(入力モニタ値B、出力モニタ値B)に基づいて、TDF601中における励起光Bの損失量(励起光B損失量モニタ値)を出力する励起光B損失632と、を備えた検出部630、ある利得値に相当する励起光A損失量および励起光B損失量のそれぞれをあらかじめ目標値Aおよび目標値Bとして記憶する(図示しない)記憶部と、予め記憶された目標値Aと励起光A損失631から出力された励起光A損失量モニタ値とを比較し誤差信号Aを出力し、予め記憶された目標値Bと励起光B損失632から出力された励起光B損失量モニタ値とを比較し誤差信号Bを出力する誤差信号抽出部640、および、誤差信号抽出部640から出力される誤差信号Aに基づいて励起光源604から発せられる励起光Aのパワーを制御し、誤差信号抽出部640から出力される誤差信号Bに基づいて励起光源607から発せられる励起光Bのパワーを制御する制御部650、を備える。
The optical fiber amplifier of this embodiment includes a pumping
光増幅部600では、入力された1400〜1530nmの間の波長を有する信号光と、励起光源604から発せられた励起光Aとが、WDMカプラ603で合波され、TDF601に入力される。励起光がTDF601中のTm3+イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
In the
また、励起光源604とは異なる波長を有する励起光源607からの励起光Bが、TDF601の出力側端から、WDMカプラ608を介して入力される。
In addition, excitation light B from the excitation light source 607 having a wavelength different from that of the
励起光AのTDF601への入力パワーは、励起光源604とWDMカプラ605との間に配置された分岐カプラ606で分岐された励起光Aを、検出部630のPD611へ入力することでモニタされる。励起光AのTDF601からの出力パワーは、TDF601と光アイソレータ602bとの間に配置されたWDMカプラ608で信号光と分離された励起光Aを、さらに励起光Aと励起光Bを分離するWDMカプラ609を介して取り出し、検出部630のPD612へ入力することで、モニタされる。
The input power of the pump light A to the
励起光BのTDF601への入力パワーは、励起光源607とWDMカプラ609との間に配置された分岐カプラ610で分岐された励起光Bを、検出部630のPD614へ入力することでモニタされる。励起光BのTDF601からの出力パワーは、TDF301と光アイソレータ602aとの間に配置されたWDMカプラ603で信号光と分離された励起光Bを、さらに励起光Aと励起光Bを分離するWDMカプラ605を介して取り出し、検出部630のPD613へ入力することで、モニタされる。
The input power of the pumping light B to the
検出部630では、PD611で測定された励起光AのTDF601への入力モニタ値A、PD612で測定されたTDF601からの出力モニタ値Aを元に、TDF601中における励起光Aの損失量(励起光A損失量モニタ値)を計算し、誤差信号抽出部640に出力する。また、PD614で測定された励起光BのTDF601への入力モニタ値B、PD613で測定されたTDF601からの出力モニタ値Bを元に、TDF601中における励起光Bの損失量(励起光B損失量モニタ値)を計算し、誤差信号抽出部640に出力する。
In the
誤差信号抽出部640では、ある利得値に相当する励起光Aおよび励起光Bの損失量のそれぞれをあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光A損失量モニタ値および励起光B損失量モニタ値とをそれぞれ比較し、誤差信号Aおよび誤差信号Bを抽出し、制御部650へ出力する。
In the error
制御部650では、誤差信号抽出部640から入力される誤差信号Aおよび誤差信号Bが零となるように、励起光源604および励起光源607をそれぞれ制御する。誤差信号=モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光Aまたは励起光Bのパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光Aまたは励起光Bパワーを下降させる方向に、励起光源604および励起光源607をそれぞれ制御する。励起光Aと励起光Bの制御ループは入れ子になっているため、制御光Bの制御スピードは、制御光Aの制御スピードより十分遅くなっている。
The
本実施形態では、励起光Aを信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、本制御法は、励起光Aを信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成や、TDF601の両端から励起光Aを入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。励起光Bについても前方励起・後方励起どちらでも効果はあるが、信号の進行方向と逆方向へ入力する方がより、制御精度が高くなる。
In this embodiment, the pumping light A is input in the same direction as the signal light, but the present control method has a backward pumping structure in which the pumping light A is input so as to propagate in the opposite direction to the signal light, A bidirectional pumping configuration in which pumping light A is input from both ends of the
励起光源604としては、波長が800nm±40nm(760nmから840nm、以下同様)、1050nm±70nm、もしくは1420nm±100nmの励起光Aを発する励起光源を用いることが可能である。励起光源607の波長には、1200nm±100nmもしくは1650nm±150nmのものを用いるのが良い。これらの波長では、高出力半導体LDを利用することが出来る。TDFへの入力励起光Aのパワーをモニタする分岐カプラ606および610としては、10:1カプラや20:1カプラなどのカプラを利用することもできる。また、半導体LDなどにはLDの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタPDが備えられていることが多く、分岐カプラ606とPD611との組み合わせ、または分岐カプラ610とPD614との組み合わせの代わりに、このLD内蔵のパワーモニタPDを利用することも可能である。
As the
また、TDF6−1のTm3+のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を適用可能であるが、1波長励起で高い効率を得るためには、Tm3+の添加量を3000ppm以上とすることが望ましい。 Further, the configuration of the present embodiment can be applied regardless of the core addition amount of Tm 3+ of TDF6-1. However, in order to obtain high efficiency by one-wavelength excitation, addition of Tm 3+ The amount is desirably 3000 ppm or more.
201、401、601 ツリウム添加ファイバ(TDF)
202a、202b、402a、402b、602a、602b 光アイソレータ
203a、203b、403、409、603、605、608、609 WDMカプラ
204、404、408、604、607 励起光源
205、405、410、606、610 分岐カプラ
206、207、406、407、611、612、613、614 PD
201, 401, 601 Thulium-doped fiber (TDF)
202a, 202b, 402a, 402b, 602a, 602b Optical isolators 203a, 203b, 403, 409, 603, 605, 608, 609
Claims (8)
前記増幅用光ファイバに入射する励起光を発する励起光源、
前記増幅用光ファイバ中における前記励起光の損失量を検出する検出手段、
前記検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する励起光損失量との誤差信号を出力する誤差信号抽出手段、および
前記励起光のパワーを変動させ前記誤差信号が零となるように、前記励起光源を制御する制御手段
を備えた光ファイバ増幅器。 An optical fiber for amplification with thulium added,
An excitation light source that emits excitation light incident on the amplification optical fiber;
Detecting means for detecting a loss amount of the excitation light in the amplification optical fiber;
Error signal extraction means for outputting an error signal between the loss amount detected by the detection means and the pump light loss amount corresponding to the gain value stored in advance; and the error signal is generated by varying the power of the pump light. An optical fiber amplifier comprising control means for controlling the pumping light source so as to be zero.
前記第二の検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する第二の励起光の損失量との第二の誤差信号を出力する第二の誤差信号抽出手段、および
前記第二の励起光のパワーを変動させ前記第二の誤差信号が零となるように、前記第二の励起光源を制御する第二の制御手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項3に記載の光ファイバ増幅器。 A second detection means for detecting a loss amount of the second excitation light in the amplification optical fiber;
Second error signal extraction means for outputting a second error signal between the loss amount detected by the second detection means and the loss amount of the second excitation light corresponding to the gain value stored in advance; And a second control means for controlling the second pumping light source so that the power of the second pumping light is varied and the second error signal becomes zero. 4. An optical fiber amplifier according to item 3.
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-
2005
- 2005-03-03 JP JP2005059491A patent/JP2006245334A/en active Pending
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