JP2007012767A - 光増幅器及び光増幅の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、利得波長特性を可変に制御することができ、その制御レンジを容易に拡大することができる光増幅器及び光増幅の制御方法を提供することにある。
【解決手段】 本発明の光増幅器１００は、複数の波長からなる主信号光３０を増幅して出力する光信号増幅媒体３と、補正光５０を出力する補正光源２０とを備えており、補正光５０の波長が、複数の波長からなる主信号光３０で使用される波長帯域内であって、補正光源２０からの補正光５０を光信号増幅媒体３の出力側から入力側に向けて入力して、光増幅器１００から出力される複数の波長からなる主信号光３０の利得波長特性を任意に制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光増幅器及び光増幅の制御方法に関し、特に、利得波長特性を制御する光増幅器及び光増幅の制御方法に関する。

波長多重伝送通信において、伝送された各光信号の波長間での受信レベルが異なると、ビットエラー等の劣化を引き起こす。そのため、使用される光増幅器は、利得特性が波長帯域内で平坦であることが必要とされている。

そこで、従来の第１の提案として、光増幅器における利得波長特性の補正方法を図６に示す。この方法では、光増幅器の利得波長特性の補正は、光増幅器１４の利得波長特性と逆の通過損失波長特性を持つエタロンフィルタやファイバグレーティング等の利得波長特性補正用フィルタ１５でキャンセルしている。（たとえば、特許文献１など）
また、従来の第２の提案として、光増幅器に対して前方から信号光とは異なる波長のダミー光を入力して、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光の合成パワーを常に最適値に保持しようとする光送信装置および光通信システムがある。（たとえば、特許文献２など）
特開２０００−８２８５８号公報（特に図１〜図３） 特開２００２−１９８９１２号公報（特に図１〜図３）

しかしながら、図６に示す従来の第１の光増幅器の波長補正方法では、利得波長特性補正用フィルタ（エタロンフィルタやファイバグレーティング等）１５の通過損失波長特性を利用して波長補正を行っている。そのため、光増幅器１４の利得が減少してしまい、信号光パワーのレベルダウンが起こる課題がある。また、エタロンフィルタ等の利得波長特性補正用フィルタは、一般に高価であるという課題がある。例えば、光ファイバ増幅器では、用いられる希土類添加ファイバ（例えば、ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiberなど）の特性に合わせて、フィルタの通過損失波長特性を作り込まなくてはならず、量産性に課題がある。また、光増幅器の利得波長特性は、光増幅器に入力する信号光のパワーや波長数により変化する。しかしながら、その変化に合わせて、利得波長特性補正用フィルタの通過損失波長特性を可変に制御することは一般に困難である。例えば、エタロンフィルタの場合、エタロンフィルタを構成する平行平板の間隔を高精度に制御する等、難しい制御を必要とする。よって、利得波長特性補正用フィルタは、制御性に課題がある。

また、特許文献２の構成のように、従来の第２の光増幅器の波長補正方法では、光増幅器に対して前方からダミー光を入力して、ＷＤＭ光の合成パワーを常に最適値に保っている。この方法では、ダミー光を主信号光と順方向で入力しているため、主信号光と共にダミー光が光増幅器から出力されてしまう。ダミー光が主信号光と共に出力されてしまうと、後段の伝送装置や伝送路に悪影響を与える可能性がある。特にダミー光が主信号帯域内の波長であると、その悪影響が顕著になる可能性がある。それを防ぐためには、光増幅器の出力光からダミー光を抜き出し、本来伝送したい主信号光のみを通過させる必要がある。そのため、光合分波器（例えば、ＡＷＧ：Arrayed Wave GuideやＦＢＧ：Fiber Bragg Gratingや光フィルタ等）や波長ブロッカが必要となる。よって、コストアップとなる課題がある。

そこで、特許文献２のように、主信号光よりも外側の帯域の波長をダミー光で使用すると、今度は、それらを合波する光合波器や光カプラは、λ_１〜λ_１６よりもさらに広帯域なλ_０〜λ_１７の範囲において、波長依存性が少なくフラットな特性が求められる。よって、制御レンジを拡大するために、ダミー光の波長数を増やそうとすると、広帯域な光合波器や光カプラが必要となる。よって、容易に制御レンジを拡大することは困難である。

[発明の目的]
従って、本発明の目的は、利得波長特性を可変に制御することができ、その制御レンジを容易に拡大することができる光増幅器及び光増幅の制御方法を提供することにある。

本発明の光増幅器は、複数の波長からなる主信号光を増幅して出力する光信号増幅媒体と、補正光を出力する補正光源とを備え、前記補正光の波長が、前記複数の波長からなる主信号光の使用波長帯域内であって、前記補正光を前記光信号増幅媒体の出力側から入力側に向けて入力して、前記複数の波長からなる主信号光における利得波長特性を任意に制御することを特徴とする。

このように、本発明の光増幅器では、光信号増幅媒体の出力側から入力側に向けて補正光を入力して補うことで、光信号増幅媒体に入力されるＷＤＭ光の合成パワーを制御している。それにより、主信号光における利得波長特性を任意に制御している。本発明では、特許文献１のように高価な利得波長特性補正用フィルタを用いていない。そのため、利得波長特性補正用フィルタの通過損失による信号光パワーのレベルダウンが起こらない。また、高価なフィルタを必要とせず、特殊な部品も必要としないため、量産性の点でも有利である。また、補正光により制御しているため、補正光の出力パワーや出力波長数などを変えることで、主信号光の利得波長特性を可変に制御することが可能となる。一例としては、主信号光の波長数やパワーに変動があっても、変動前の利得波長特性になるように制御することができる。他の例としては、あらかじめ設定した傾斜やカーブを持たせるように制御することも可能となる。

さらに、本発明の光増幅器では、補正光は、光信号増幅媒体の出力側から入力側に向けて入力されている。本発明では、特許文献２のように光増幅器に対して前方から補正光を入力していない。そのため、光増幅器の出力側に補正光が出力されず、後段の伝送特性に悪影響を与えない。また、光増幅器の出力側で主信号光と補正光を分離する必要がないため、高価な光分波器等を用いる必要がない。さらに、補正光の波長は、主信号光で使用されている波長帯域内である。そのため、制御レンジを拡大するために、補正光の波長数を増やしたとしても、広帯域な特性のデバイスを必要としない。よって、補正光の波長数を増やしやすく、制御レンジを拡大しやすい。

本発明の光増幅の制御方法は、複数の波長からなる主信号光を増幅する技術に関し、前記複数の波長からなる主信号光の使用波長帯域内の波長を有する補正光を、前記複数の波長からなる主信号光の進行方向と逆方向に入力して、前記複数の波長からなる主信号光における利得波長特性を任意に制御することを特徴とする。

このように、本発明の光増幅の制御方法では、本発明の光増幅器と同様の特徴を有しており、利得波長特性を可変に制御することが可能であり、制御レンジを拡大しやすい。

本発明の光増幅器および光増幅の制御方法は、利得波長特性の制御レンジを広くできる効果を有する。

（実施例１）
［構成の説明］
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。

まず最初に、本発明の実施例１の光増幅器の構成について説明する。

図1に、本発明の実施例１の光増幅器の構成を示す。この光増幅器１００は、光カプラ１，２、光信号増幅媒体３、光サーキュレータ４、光アイソレータ５，６、光信号入力端７、光信号出力端８、光伝送路９、励起光源１０，１１、そして補正光源２０から構成されている。光カプラ１は、光信号入力端７より入力された主信号光３０に対して、励起光源１０から出力された励起光４０を、順方向に合波している。一方、光カプラ２は、主信号光３０に対して、励起光源１１から出力された励起光４１を、逆方向に合波している。光信号増幅媒体３は、主信号光３０を励起光４０，４１により、増幅する媒体である。具体的には、希土類添加ファイバ（例えば、ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber、ＰＤＦ：Praseodymium-Doped Fiberなど）である。光サーキュレータ４は、補正光源２０から出力された補正光５０を、光信号増幅媒体３側へ送り出し、主信号光３０と逆方向に重畳している。また、光サーキュレータ４は、光信号増幅媒体３で増幅された主信号光３１を、光信号出力端８側へ送り出している。光サーキュレータ４の各ポートにおける光信号の入出力方向は、図２のようになっている。なお、光アイソレータ５は、光信号増幅媒体３からの自然放出光（ＡＳＥ光：Amplified Spontaneous Emission Light）や励起光４１、補正光５０などが、光信号入力端７へ戻り、前段の伝送路や装置に送信されることを防いでいる。それと共に、光信号入力端７からの反射光が、光信号増幅媒体３へ戻り、光増幅器１００が発振してしまうことを防いでいる。同様に、光アイソレータ６は、後段の伝送路や装置から別の励起光などが光増幅器１００内に進入することを防いでいる。それと共に、光信号出力端８からの反射光が、光信号増幅媒体３へ戻り、光増幅器１００が発振することを防いでいる。光伝送路９は、光信号入力端７から主信号光３０が入力されて、光信号出力端８から増幅された後の主信号光３１が出力されるまでの径路となっている。励起光源１０，１１は、光信号増幅媒体３を励起し、主信号光３０を増幅する光源である。補正光源２０は、光信号増幅媒体３の利得波長特性を補正して、増幅波長帯域内の利得特性を制御する光源である。具体的には、ＬＤ（Laser Diode）光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源などである。なお、主信号光３０は、複数の異なる波長の信号が波長多重されたものである。また、補正光５０も、複数の異なる波長の光が波長多重されたものである。

［動作の説明］
次に、本発明の実施例１の光増幅器の動作について、図１を用いて説明する。

ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）システムにおいて、複数の波長の信号光が多重化され、伝送されてきた主信号光３０は、光信号入力端７から光伝送路９に入力される。そして、その主信号光３０は、光アイソレータ５、光カプラ１を介して、光信号増幅媒体３に入力される。一方、励起光源１０から出力された励起光４０は、光カプラ１で、主信号光３０に対して順方向で合波され、光信号増幅媒体３に入力される。同じく、励起光源１１から出力された励起光４１は、光カプラ２で、主信号光３０に対して逆方向に合波され、同じく光信号増幅媒体３に入力される。光信号増幅媒体３において、主信号光３０は、励起光４０により前方励起、励起光４１により後方励起されて、増幅される。増幅された主信号光３１は、光カプラ２を介して、再び光伝送路９を伝送し、光サーキュレータ４、光アイソレータ６を介して、光信号出力端８から出力される。

ここで、光信号増幅媒体３は、利得に対して波長依存性を持っている。特に、入力レベルが減少すると、その波長依存性が顕著に現れる。入力レベルに対する波長依存性の変化の一例を、図３に示す。入力レベルが低下するにつれて、利得特性に波長依存性（歪みや傾きが生じる）が現れ、平坦な利得を保てなくなる。そのため、使用している波長により、出力されるレベルが変動してしまい、伝送品質が劣化する。よって、ＷＤＭシステムにおいて、信号数が十分に多く、入力レベルが多い場合には、利得波長特性は問題にならない。しかしながら、信号数が減って、入力レベルが減ると、増幅された各波長の光信号のパワーが均一にならなくなり、利得波長特性に劣化が生じる。

そこで、本発明では、図１のように、補正光源２０が備えられており、信号数が減った場合に、補正光を出力するようにしている。それにより、光信号増幅媒体３への入力レベルを補うようにしている。具体的には、信号数の減少に伴い、補正光源２０から補正光５０が出力される。補正光５０は、光サーキュレータ４により、光伝送路９に主信号光３０に対して逆向きに送り出される。そして、補正光５０は、光信号増幅媒体３へ入力される。なお、光信号増幅媒体３を通過した補正光５０は、光アイソレータ５により、その先に送信されることはない。また、補正光５０は、光サーキュレータ４により主信号光３０に対して逆向きに送信されるため、光信号出力端８側に送信されることはない。このように補正光５０は、増幅後の主信号光３１及び光増幅器１００の特性に対して、なんら不都合を与えない。

さらに、本発明の実施例１について、具体的に主信号光３０に含まれる信号光の数が減少した場合の動作について、図４（ａ）〜（ｃ）説明する。

通常、光増幅器を設計及び調整する場合、その光伝送システムで用いられる全ての波長の信号が使用された状態に合わせて、光信号増幅媒体３や励起光源１０，１１の調整を行う。そのため、図４（ａ）のように、主信号光の波長数がフルにある場合は、励起光源１０，１１からの励起光４０，４１だけで増幅を行い、その出力光（増幅後の主信号光）は、平坦な利得波長特性が得られている。それにより、各主信号光の出力レベルは一定となっており、良好な伝送品質が得られる。

しかしながら、図４（ｂ）のように、伝送される主信号光の数が減ると、光信号増幅媒体３への入力レベルが減少する。そのため、そのままの状態で増幅を行うと、図のように利得に波長依存性が現れる。その結果、各主信号光の出力レベルが均一にならない。そこで、補正光源２０より補正光５０を、光信号増幅媒体３の後方から主信号光３０に重畳する。それによって、主信号光の波長数が減ることによる入力レベルの減少を補う。図４（ｃ）の例では、伝送されなくなったλ_３〜λ_６に対して補正光λａ〜λｅ（これらの波長、数およびパワーはあくまで例示）を補うことで、波長帯域内の利得特性の平坦度を制御している。その結果、主信号光であるλ_１，λ_２，λ_８の出力レベルが均一になっている。

補正光としては、例えば、ＬＤ光源を変調をかけずに発光させた連続光（ＣＷ光：Continuous Wave光。または直流光とも言う。）などを用いる。補正光の波長は、複数並んだ主信号光の間隙に設定しても良い。これにより、補正光が主信号光と干渉することを防ぐことができる。一例として、補正光源に、主信号光に用いられる光源と同じものを用意し、それらの出力波長を主信号光の波長から少しシフトさせて重畳しても良い。このようにすれば、補正光を主信号光で使用されている波長と異ならせ、同時に、光信号増幅媒体３に入力される信号光の数を容易に同一にさせることができる。これにより、光信号増幅媒体３内では、入力される信号光があたかも変わらないようにすることができ、安定した増幅動作が得られる。よって、光増幅器１００において、波長帯域内における利得特性の平坦度を維持することができる。

なお、補正光源は、主信号光の波長数と同数用意しておく必要はなく、少ない数で、それらの出力パワーを同数設置された場合よりも上げて使用してもよい。また、その主信号光の波長が使われないことが、事前にわかり、干渉が起こる心配がなければ、伝送されなくなった主信号光と同じ波長を補うようにしても良い。なお、補正光源として、ＬＤ光源以外にＬＥＤ光源を用いても良い。

［効果の説明］
次に、本発明の実施例１の光増幅器の効果について説明する。

本実施例１の光増幅器は、伝送される信号光の数が変動した場合でも、伝送波長帯域内で平坦な利得特性が得られる。各信号光の出力レベルが一定となることにより、ビットエラー等を防ぎ、良好な伝送品質が得られる。

また、本実施例１の光増幅器は、利得平坦化のための利得波長特性補正用フィルタ（エタロンフィルタ等）を必要としていない。通常、利得波長特性補正用フィルタは、各光信号増幅媒体や光増幅器に合わせた作り込みや高度な調整を必要としており、量産性に欠ける問題がある。また、高価な場合が多い。一方、本実施例１の光増幅器は、そのような高価で量産性に欠ける利得波長特性補正用フィルタを必要としておらず、ＬＤ光源やＬＥＤ光源などで実施可能である。また、信号光が利得波長特性補正用フィルタを通過する際に発生する通過損失もない。

また、本実施例１の光増幅器では、補正光は、主信号光と逆方向に挿入しているため、光増幅器の出力端から出力されることがない。そのため、出力される主信号光への干渉や雑音特性への影響がない。そのため、補正光に主信号で使用されている波長帯域内の波長を使用することができる。そのため、制御レンジを拡大するために、補正光の波長数を増やしたとしても、光合分波器等に広帯域な特性のデバイスを必要としない。よって、補正光の波長数を増やしやすく、制御レンジを拡大しやすい。また、補正光に主信号光と同じ波長を用いることも可能となる。また、補正光が光増幅器から後段の光伝送路に出力されないように、主信号と分離するためのバンドエリミネートフィルタやＦＢＧ（ファイバグレーティング）等の光分波器を必要としない。

また、補正光源に主信号光で用いられている光源と同じものを用いた場合、別部品を用意する必要がなくなり、部品の調達面、保守面および管理面からも利点がある。なお、別部品であってもＬＥＤを使用した場合は、ＬＤと比べて安価なため、低コスト化できる。

（実施例２）
実施例１では、波長帯域内の利得特性を単に平坦にする例を示したが、実施例２では、図５のように、補正光源２１からの補正光５１の波長、波長数及びパワーを調整することにより、主信号光３２が光信号増幅媒体３で増幅される際の利得波長特性を任意な形状に制御している。具体的には、光増幅器１０１の後段で主信号光が受ける波長特性をキャンセルするように、増幅後の主信号光３３の各信号光に予めレベル差を付けて出力するようにしている。それにより、その後段の伝送路や装置等で受ける波長特性を相殺し、伝送された後の各主信号光のレベルが平坦になるように調整している。このように、実施例２では、プリエンファシス制御を行っている。

図５（ａ）は、実施例２における利得波長特性の平坦度を任意に制御する一例を示す。この例では、補正光（これらの波長、数およびパワーはあくまで例示）を入力することによって、出力光において、端の波長から中央部分の波長になるにつれて、出力パワーが低くなるように制御している。なお、反対に、出力光において、中央部分の波長から端の波長になるにつれて、出力パワーが低くなるように制御する例も考えられる。図５（ｂ）は、実施例２における利得波長特性の傾きを任意に制御する一例を示す。この例では、補正光（これらの波長、数およびパワーはあくまで例示）を入力することによって、出力光において、長波長側の出力パワーが高くなるように制御している。なお、反対に、出力光において、低波長側の出力パワーが高くなるように制御する例も考えられる。なお、補正光としての入力波長、入力数、入力パワーのそれぞれは、各光信号増幅媒体の利得特性や、使用される励起光等の特性、主信号光で使用される波長帯域などに合わせ込む必要がある。

これらにより、その後段の伝送路や装置の特性に合わせて、予め出力される利得波長特性にカーブや傾きを付けて出力し、伝送後の波長特性が平坦になるようにすることができる。例えば、その後段の伝送路では、中央部分の波長よりも端の波長の方が、損失が多いとする。そこで、光増幅器１０１では、中央部分の波長よりも端の波長の出力パワーの方が、高くなるように制御して出力する。その結果、後段の伝送路で伝送された後の主信号光は、それらが相殺し合い、平坦な波長特性が得られる。このプリエンファシス制御は、特にプリアンプで有効である。

以上、本発明に好適なる実施の形態を述べたが、これらの構成を一部変更してよいことは、言うまでもない。

本発明の実施例１の光増幅器の構成図である。 本発明の実施例１の光増幅器で用いられている光サーキュレータの構成図である。 光増幅器における入力レベルに対する増幅利得の波長特性の一例である。 本発明の実施例１の光増幅器の動作を示す説明図である。（ａ）は、信号光の数がフルにある場合、（ｂ）は、伝送される信号光の数が減った場合、（ｃ）は、信号光の数の減少を補正光で補った場合を示す。 本発明の実施例２の光増幅器の構成である。 従来の光増幅器の構成図である。

符号の説明

１，２ 光カプラ
３ 光信号増幅媒体
４ 光サーキュレータ
５，６ 光アイソレータ
７ 光信号入力端
８ 光信号出力端
９ 光伝送路
１０，１１ 励起光源
２０，２１ 補正光源
３０〜３３ 主信号光
４０，４１ 励起光
５０，５１ 補正光
１００，１０１ 光増幅器

Claims (21)

1. 複数の波長からなる主信号光を増幅して出力する光信号増幅媒体と、
   補正光を出力する補正光源と
   を備え、
   前記補正光の波長が、前記複数の波長からなる主信号光の使用波長帯域内であって、前記補正光を前記光信号増幅媒体の出力側から入力側に向けて入力して、前記複数の波長からなる主信号光における利得波長特性を任意に制御することを特徴とする光増幅器。
2. 前記補正光源が複数備えられており、複数の波長の前記補正光が前記光信号増幅媒体に入力されることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
3. 前記補正光の波長が、前記複数の波長からなる主信号光の波長の間隙に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光増幅器。
4. 前記補正光源が、レーザダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光増幅器。
5. 前記レーザダイオードからの補正光が、連続光（または直流光）であることを特徴とする請求項４記載の光増幅器。
6. 前記補正光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光増幅器。
7. 前記光増幅器において、利得波長特性の平坦度を任意に制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光増幅器。
8. 前記光増幅器において、利得波長特性の傾きを任意に制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光増幅器。
9. 前記光信号増幅媒体が、希土類添加光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光増幅器。
10. 前記希土類添加光ファイバが、エルビウムドープファイバであることを特徴とする請求項９記載の光増幅器。
11. 前記希土類添加光ファイバが、プラセオジウムドープファイバであることを特徴とする請求項９記載の光増幅器。
12. 前記光信号増幅媒体に前記補正光を入力すると共に、前記光信号増幅媒体で増幅された前記複数の波長からなる主信号光を出力する光サーキュレータをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の光増幅器。
13. 励起光を出力する励起光源と、
    前記励起光を前記複数の波長からなる主信号光と合波して前記光信号増幅媒体に入力する光カプラと
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光増幅器。
14. 前記補正光が当該光増幅器の入力側から出力されないように、入力側に光アイソレータをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の光増幅器。
15. 複数の波長からなる主信号光を増幅する技術に関し、前記複数の波長からなる主信号光の使用波長帯域内の波長を有する補正光を、前記複数の波長からなる主信号光の進行方向と逆方向に入力して、前記複数の波長からなる主信号光における利得波長特性を任意に制御することを特徴とする光増幅の制御方法。
16. 複数の波長の前記補正光が入力されることを特徴とする請求項１５記載の光増幅の制御方法。
17. 前記補正光の波長が、前記複数の波長からなる主信号光の波長の間隙に設定されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の光増幅の制御方法。
18. 前記補正光が、直流光であることを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれかに記載の光増幅の制御方法。
19. 前記補正光が、連続光であることを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれかに記載の光増幅の制御方法。
20. 利得波長特性の平坦度を任意に制御することを特徴とする請求項１５乃至請求項１９のいずれかに記載の光増幅の制御方法。
21. 利得波長特性の傾きを任意に制御することを特徴とする請求項１５乃至請求項１９のいずれかに記載の光増幅の制御方法。

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