JP2009065090A - 光増幅装置及び光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を招くことなく使用可能な波長帯域を拡げることができる光増幅装置、及び当該光増幅装置を備える光通信装置を提供する。
【解決手段】光増幅装置１は、光信号Ｓ１を所定の増幅率で増幅するＥＤＦ１２と、ＥＤＦ１２を励起する励起光Ｓ３を射出する励起光用ＬＤ１４と、ＥＤＦ１２の射出端に接続された光アイソレータ１３と、ＥＤＦ１２と光アイソレータ１３との間からＥＤＦ１２に入射させる所定波長のアイドリング光Ｓ４を射出するアイドリング用光源ＬＤ１６とを筐体に収容してなる構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光増幅装置及び当該光増幅装置を備える光通信装置に関する。

近年、光ファイバの普及率の向上に伴って通信量が飛躍的に増大している状況にあり、かかる状況下においては通信効率の向上が望まれている。通信効率を向上させるための技術の一つとして、光信号のスイッチングを電気信号に変換することなく光信号のまま行う光バーストスイッチング技術や光パケットスイッチング技術が注目されている。これらの技術においては、光バーストや光パケットを単位としたスイッチングが行われる。

ところで、一般的に光ネットワークにおいては、光信号を増幅するために光増幅装置が設けられており、上述した光バーストスイッチング技術等を用いた光ネットワークにおいても例外ではない。光増幅装置は、一般的にＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier：エルビウム添加光ファイバ増幅器）を備えており、このＥＤＦＡ内を光信号が通過することにより光信号が増幅される。

ここで、光バーストスイッチング技術等を用いた光ネットワークでは光信号が断続的にＥＤＦＡに入射することになるため、ＥＤＦＡにおいて光信号が過剰に増幅されるという現象（オーバーシューティング）が生ずる。以下の特許文献１には、光信号とは異なる波長の連続光（アイドリング光）をＥＤＦＡに常時入射させることにより、上記のオーバーシューティングを緩和する技術が開示されている。以下、この技術について簡単に説明する。

図４は、従来の光増幅装置の要部構成を示すブロック図である。図４に示す通り、従来の光増幅装置１００は、ＥＤＦＡ１０１、アイドリング光用ＬＤ（Laser Diode）１０２、光アイソレータ１０３、及び波長フィルタ１０４を備えており、入射する光信号Ｓ１０１を所定の増幅率で増幅して光信号Ｓ１０２として射出する。ＥＤＦＡ１０１は、光アイソレータ１１０と光アイソレータ１１２との間に接続されたＥＤＦ（Erbium Doped Fiber：エルビウム添加光ファイバ）１１１、ＥＤＦ１１１を励起するための励起光用ＬＤ１１３、及びアイソレータ１１４が数十ｍｍ角程度の大きさの筐体に収容されてなるものである。

ＥＤＦ１１１は、励起光用ＬＤ１１３によって励起されており、所定波長（例えば、Ｃバンド（波長１５３０〜１５６５ｎｍ））の光信号がＥＤＦ１１１に入射するとＥＤＦ１１１内において誘導放出が生じ、これにより光信号が増幅される。アイドリング光用ＬＤ１０２は、上記のオーバーシューティングを緩和するために、光信号Ｓ１０１とは異なる波長の連続光（アイドリング光Ｓ１０３）をＥＤＦＡ１０１に常時入射させる。波長フィルタ１０４は、ＥＤＦＡ１０１から射出される光信号から、アイドリング光Ｓ１０３を除去する。

図５は、光信号Ｓ１０１及びアイドリング光Ｓ１０３の波長、並びに波長フィルタ１０４の透過特性の一例を示す図である。図５に示す通り、光信号Ｓ１０１はＣバンド内の波長が異なる複数のチャネルを含む信号である。また、アイドリング光Ｓ１０３は、Ｃバンド内であって、光信号Ｓ１０１に含まれるチャネルの各々とは異なる波長を有する信号である。また、図５に示す通り、波長フィルタ１０４の透過特性Ｔ１００は、光信号Ｓ１０１に含まれるチャネルを全て透過させ、アイドリング光Ｓ１０３を透過させない特性である。

以上の構成の光増幅装置１００においては、アイドリング光１０３がＥＤＦＡ１０１に常時入射されているため、ＥＤＦ１１１では誘導放出が生じてある程度のエネルギーが常時消費されている。このため、光信号Ｓ１０１が入射されない状況が生じてもＥＤＦ１１１で過剰にエネルギーが蓄積されることがなく、上記のオーバーシューティングが緩和される。
特開２００７−１２４４７２号公報

ところで、上述した従来の光増幅装置１００は、ＥＤＦＡ１０１に対する光信号Ｓ１０１の入射側にアイドリング光用ＬＤ１０２及びアイソレータ１０３を備え、光信号Ｓ１０２の射出側に波長フィルタ１０４を備えることにより、前述したオーバーシューティングの緩和を可能としている。しかしながら、ＥＤＦＡ１０１の外部にアイドリング光用ＬＤ１０２、アイソレータ１０３、及び波長フィルタ１０４を設ける必要があることから、大型化が避けられないという問題がある。

また、上記の波長フィルタ１０４は、入射する光信号Ｓ１０１の全てを透過させる一方で、アイドリング光Ｓ１０３を除去する透過特性を有する必要がある。このため、ＥＤＦＡ１０１で増幅可能な波長帯域のうち、アイドリング光Ｓ１０３の波長を含む所定の波長域は波長フィルタ１０４で遮断されることになるため、ＥＤＦＡ１０１の全ての波長帯域が有効に活用されているとは言い難い。よって、将来的に、光信号Ｓ１０１に含まれるチャネル数を増加させる場合に、波長フィルタ１０４を備えていることがチャネル数の増加を制限する虞が考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大型化を招くことなく使用可能な波長帯域を拡げることができる光増幅装置、及び当該光増幅装置を備える光通信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光増幅装置は、光信号（Ｓ１）を所定の増幅率で増幅する光増幅媒体（１２）と、当該光増幅媒体を励起する励起光（Ｓ３）を射出する第１光源（１４）と、前記光増幅媒体の射出端に接続されたアイソレータ（１３）とが筐体に収容されてなる光増幅装置（１、２）において、前記光増幅媒体と前記アイソレータとの間から前記光増幅媒体に入射させる所定波長のアイドリング光（Ｓ４）を射出する第２光源（１６）を前記筐体内に備えることを特徴としている。
この発明によると、第１光源から射出された励起光によって光増幅媒体が励起されるとともに、第２光源から射出されて光増幅媒体とアイソレータとの間から光増幅媒体に入射されるアイドリング光によって光増幅媒体に蓄積されたエネルギーが常時消費されている。この状態で光信号が入力されると、オーバーシューティングの問題が生ずることなく所定の増幅率で光信号が増幅される。
また、本発明の光増幅装置は、前記アイドリング光を吸収する光吸収部材（１８）と、前記光増幅媒体の入射端に接続され、前記光信号を前記光増幅媒体の入射端に導くとともに、前記光増幅媒体の入射端から射出される前記アイドリング光を前記光吸収部材に導くサーキュレータ（１１）とを前記筐体内に備えることを特徴としている。
或いは、本発明の光増幅装置は、前記光増幅媒体の入射端に接続され、前記光増幅媒体の入射端に向かう方向にのみ前記光信号を透過する入射側アイソレータ（２０）を前記筐体内に備えることを特徴としている。
また、本発明の光増幅装置は、前記第２光源が、前記光信号の波長帯域に含まれる波長を有する光を前記アイドリング光として射出することを特徴としている。
また、本発明の光増幅装置において、前記第２光源から射出される前記アイドリング光は、波長が可変であることを特徴としている。
更に、本発明の光増幅装置は、前記光増幅媒体が、エルビウム添加光ファイバであることを特徴としている。
本発明の光通信装置は、光信号を断続的に送信、受信、又は中継する光通信装置（３１、３２、３３）において、前記光信号を増幅する上記の何れかに記載の光増幅装置を備えることを特徴としている。

本発明によれば、第２光源から射出されたアイドリング光を、光増幅媒体とアイソレータとの間から光増幅媒体に入射させているため、従来必要であった波長フィルタが不要となって装置を小型化することができるという効果がある。また、第１光源も筐体内に収容することで、更なる小型化が可能になる。更に、本発明によれば、従来必要であった波長フィルタが不要となるため、波長フィルタで遮断される波長域がなくなり、使用可能な波長帯域を拡げることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光増幅装置及び光通信装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光増幅装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光増幅装置１は、光サーキュレータ１１（サーキュレータ）、ＥＤＦ（Erbium Doped Fiber：エルビウム添加光ファイバ）１２（光増幅媒体）、光アイソレータ１３（アイソレータ）、励起光用ＬＤ（Laser Diode）１４（第１光源）、光アイソレータ１５、アイドリング光用ＬＤ１６（第２光源）、光アイソレータ１７、及び光吸収部材１８が数十ｍｍ角程度の大きさの筐体（図示省略）に収容されてなるものである。尚、この筐体の大きさは、図４に示すＥＤＦＡ１０１を収容する筐体の大きさとほぼ同じ大きさである。この光増幅装置１は、光ファイバＬ１を介して入射する光信号Ｓ１を所定の増幅率で増幅して光ファイバＬ２から光信号Ｓ２として射出する。

光サーキュレータ１１は、３つの入出力ポートＰ１〜Ｐ３を有しており、入出力ポートＰ１から入力される光信号を入出力ポートＰ２に出力し、入出力ポートＰ２から入力される光信号を入出力ポートＰ３に出力し、入出力ポートＰ３から入力される光信号を入出力ポートＰ１に出力する。入出力ポートＰ１には光ファイバＬ１が接続され、入出力ポートＰ２にはＥＤＦ１２の一端（入射端）が接続される。また、入出力ポートＰ３には光吸収部材１８が接続される。

ＥＤＦ１２は、励起光用ＬＤ１４によって励起されており、入射される光信号Ｓ１（光サーキュレータ１１の入出力ポートＰ２から出力される光信号Ｓ１）を所定の増幅率で増幅する。尚、光信号Ｓ１は、図５に示す光信号Ｓ１０１と同様に、例えばＣバンド（波長１５３０〜１５６５ｎｍ）内の波長が異なる複数のチャネルを含む信号である。この光信号Ｓ１がＥＤＦ１２に入射すると、ＥＤＦ１２内において誘導放出が生じ、これによって入射した光信号Ｓ１が増幅される。

光アイソレータ１３は、その入力端がＥＤＦ１１の他端（射出端）に接続されるとともに、その出力端が光ファイバＬ２に接続されており、ＥＤＦ１２で増幅された光信号を透過させて光ファイバＬ２に出力する。尚、この光アイソレータ１３は、光ファイバＬ２からＥＤＦ１２へ向かう光信号を遮断する。つまり、光アイソレータ１３は、ＥＤＦ１２から光ファイバＬ２へ向かう光信号のみを透過させる。

励起光用ＬＤ１４は、ＥＤＦ１２を励起するための励起光Ｓ３を射出する。この励起光Ｓ３の波長は、例えば９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍである。光アイソレータ１５は、励起光用ＬＤ１４から射出される励起光Ｓ３を透過してＥＤＦ１２に入射させる一方で、ＥＤＦ１２から励起光用ＬＤ１４に向かう光を遮断する。これにより、励起光用ＬＤ１４から射出される励起光Ｓ３のパワー変動や波長変動を防止することができる。

アイドリング光用ＬＤ１６は、光ファイバＬ１を介して入射される光信号Ｓ１が過剰に増幅される現象（オーバーシューティング）を防止するために用いる所定の波長の連続光（アイドリング光Ｓ４）を射出する。このアイドリング光Ｓ４の波長は、例えばＥＤＦ１２の増幅可能な波長帯域のうちの所定の波長、Ｃバンド内における所定の波長、或いは光信号Ｓ１の波長帯域に複ｍされる所定の波長に設定される。尚、アイドリング光Ｓ４の波長は、光ファイバＬ１を介して入射される光信号Ｓ１に含まれるあるチャネルの波長と同一であっても良い。また、アイドリング光用ＬＤ１６は、射出されるアイドリング光Ｓ４の波長を変化させることができるものであることが望ましい。

光アイソレータ１７は、アイドリング光用ＬＤ１６から射出されるアイドリング光Ｓ４を透過し、ＥＤＦ１２と光アイソレータ１３との間からアイドリング光Ｓ４をＥＤＦ１２に入射させる。また、ＥＤＦ１２からアイドリング光用ＬＤ１６に向かう光を遮断する。これにより、アイドリング光用ＬＤ１６から射出されるアイドリング光Ｓ４のパワー変動や波長変動を防止することができる。

光吸収部材１８は、ＥＤＦ１２を介して光サーキュレータ１１の入出力ポートＰ２に入力されて入出力ポートＰ３から出力されるアイドリング光１６を吸収するものである。この光吸収部材１８は、アイドリング光用ＬＤ１６から射出されたアイドリング光Ｓ４が、光増幅装置１の外部に射出されるのを防止するために設けられる。尚、光吸収部材１８から入出力ポートＰ３に入力される光があると、この光は光入出力ポートＰ１から出力されてノイズの原因になることが考えられる。このため、光吸収部材１８は、上記のアイドリング光１６以外の波長の光も吸収する特性を有することが望ましい。尚、この光吸収部材１８としては、ＥＤＦ１２と同様のＥＤＦ（励起していないもの）等を用いることができる。

上記構成において、光増幅装置１の動作中は、励起光用ＬＤ１４から励起光Ｓ３が射出されており、またアイドリング光用ＬＤ１６からアイドリング光Ｓ４が射出されている。励起光用ＬＤ１４から射出された励起光Ｓ３は、光アイソレータ１５を透過して、光サーキュレータ１１とＥＤＦ１２との間、即ちＥＤＦ１２の入射端側からＥＤＦ１２に入射しする。これにより、ＥＤＦ１２が励起される。

これに対し、アイドリング光用ＬＤ１６から射出されたアイドリング光Ｓ４は、光アイソレータ１７を透過して、ＥＤＦ１２と光アイソレータ１３との間、即ちＥＤＦ１２の射出端側からＥＤＦ１２に入射する。これにより、ＥＤＦ１２内では誘導放出が生じてある程度のエネルギーが常時消費されている状態になる。尚、ＥＤＦ１２入力したアイドリング光Ｓ４は、上記の誘導放出によって増幅された後に光サーキュレータ１１の入出力ポートＰ２に入力し、入出力ポートＰ３から出力されて光吸収部材１８で吸収される。このため、アイドリング光Ｓ４が光増幅装置１の外部に射出されることはない。

いま、光ファイバＬ１を介して光増幅装置１に光信号Ｓ１が入射したとすると、光サーキュレータ１１の入出力ポートＰ１に入力されて入出力ポートＰ２から出力される。入出力ポートＰ２から出力された光信号Ｓ１は、ＥＤＦ１２に入射して所定の増幅率で増幅される。ここで、ＥＤＦ１２にはアイドリング光Ｓ４が入射されており、誘導放出が生じてある程度のエネルギーが常時消費されているため、光信号Ｓ１がＥＤＦ１２に入射する前に所定の無信号期間（光信号が入力されない期間）があったとしてもＥＤＦ１２で過剰にエネルギーが蓄積されることがなく、前述したオーバーシューティングが緩和される。ＥＤＦ１２で増幅された光信号は、光アイソレータ１３を介して光ファイバＬ２から外部に光信号Ｓ２として射出される。

以上説明した通り、本実施形態によれば、アイドリング光用ＬＤ１６を光増幅装置１の筐体内に設け、ＥＤＦ１２と光アイソレータ１３との間からＥＤＦ１２にアイドリング光Ｓ４を入射させるようにしているため、従来の光増幅装置１００（図４参照）が必須としていた波長フィルタ１０４を省略することができ、これにより小型化が可能である。また、本実施形態によれば、励起光用ＬＤ１４及び光アイソレータ１５を光増幅装置１の筐体内に設けているため、これによっても光増幅装置１の小型化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、光サーキュレータ１１を用いることによって、光ファイバＬ１を介して入射される信号Ｓ１をＥＤＦ１２の入射端に導く一方で、ＥＤＦ１２を介してＥＤＦ１２の入射端から射出されるアイドリング光Ｓ４を光吸収部材１８に導いている。このため、従来の光増幅装置１００（図４参照）のように、波長フィルタ１０４で遮断される波長域が存在せず、使用可能な波長帯域を拡げることができる。

また、本実施形態によれば、アイドリング光Ｓ４の波長が光信号Ｓ１に含まれるあるチャネルの波長と同じであっても、オーバーシューティングの問題を生ずることなく光信号Ｓ１を所望の増幅率で増幅することができる。このため、アイドリング光Ｓ４の波長設定の自由度が極めて高いとともに、光信号Ｓ１の波長帯域とアイドリング光Ｓ４の波長とを別の波長帯域に設定する必要が無く光信号Ｓ１の波長帯域を拡げることができる。

図２は、本発明の一実施形態による光増幅装置の変形例の要部構成を示すブロック図である。図２に示す光増幅装置２は、図１に示す光増幅装置１が備える光サーキュレータ１１及び光吸収部材１８に代えて光アイソレータ２０（入射側アイソレータ）を備える点が異なる。この光アイソレータ２０は、その入力端が光ファイバＬ１に接続されるとともに、その出力端がＥＤＦ１１の一端（入射端）に接続されており、光ファイバＬ１からＥＤＦ１２の入射端に向かう方向にのみ光信号Ｓ１を透過するものである。尚、この光アイソレータ２０は、ＥＤＦ１２から光ファイバＬ１に向かう光信号は遮断する。

図１に示した光増幅装置１においては、ＥＤＦ１２を介したアイドリング光Ｓ４を光サーキュレータ１１によって光吸収部材１８に導いて吸収していた。これに対し、本実施形態ではＥＤＦ１２を介したアイドリング光Ｓ４をそのまま光アイソレータ２０に入射させている。上述の通り、光アイソレータ２０は、ＥＤＦ１２から光ファイバＬ１に向かう光信号は遮断するため、アイドリング光Ｓ４が光ファイバＬ１に向けて射出されることを防止することができる。また、光アイソレータ２０に入射したアイドリング光Ｓ４の反射が無視できる位に小さければ、光アイソレータ２０で反射したアイドリング光Ｓ４が光ファイバＬ２から外部に射出されることも防止することができる。

以上の通り、図２に示す光増幅装置２においても、アイドリング光用ＬＤ１６を光増幅装置１の筐体内に設け、ＥＤＦ１２と光アイソレータ１３との間からＥＤＦ１２にアイドリング光Ｓ４を入射させるようにしているため、従来の光増幅装置１００（図４参照）が必須としていた波長フィルタ１０４を省略することができ、これにより小型化が可能である。また、本実施形態によれば、励起光用ＬＤ１４及び光アイソレータ１５を光増幅装置１の筐体内に設けているため、これによっても光増幅装置１の小型化を図ることができる。また、図２に示す光増幅装置２においても、従来の光増幅装置１００（図４参照）が備える波長フィルタ１０４が不要であるため、波長フィルタ１０４で遮断される波長域が存在せず、使用可能な波長帯域を拡げることができる。

図３は、光通信システムの概略構成を示すブロック図である。図３に示す通り、光通信システム３０は、光通信装置としての光信号送信装置３１、光信号中継装置３２、及び光信号受信装置３３を備える。尚、光信号送信装置３１と光信号中継装置３２とが光ファイバＬ１１によって接続され、光信号中継装置３２と光信号受信装置３３とが光ファイバＬ１２によって接続されている。

光信号送信装置３１、光信号中継装置３２、及び光信号受信装置３３は何れも前述した光増幅装置１を備えている。光信号送信装置３１は光信号を光増幅装置１で増幅して光ファイバＬ１１に送信し、光信号中継装置３２は光ファイバＬ１１を介して送信されてくる光信号を光増幅装置１で増幅するとともに中継（スイッチングを含む）して光ファイバＬ１２に送信し、光信号受信装置３３は光ファイバＬ１２を介して送信されてくる光信号を光増幅装置１で増幅するとともに受信する。

以上の構成の光通信システム３０によれば、光通信装置（光信号送信装置３１、光信号中継装置３２、及び光信号受信装置３３）の各々においてオーバーシューティングが生ずることなく光信号を増幅することができるため、光バーストや光パケットが断続的に入射される場合であっても通信を良好に行うことができる。尚、光信号送信装置３１、光信号中継装置３２、及び光信号受信装置３３は前述した光増幅装置１に代えて光増幅装置２を備えていても良い。

以上、本発明の一実施形態による光増幅装置及び光通信装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、光増幅媒体としてＥＤＦを備える場合を例に挙げて説明したが、ＥＤＦ以外の光増幅媒体（例えば、ツリウム添加光ファイバ、プラセオジム添加光ファイバ等の他の希土類添加光ファイバ、その他の任意の光増幅媒体）を用いた場合にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、ＥＤＦ１２の入射端側（光サーキューレータ１１又は光アイソレータ２０とＥＤＦ１２との間）からＥＤＦ１２に励起光Ｓ３を入射させ、ＥＤＦ１２の射出端側（光アイソレータ１３とＥＤＦ１２との間）からＥＤＦ１２にアイドリング光Ｓ４を入射させる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、励起光Ｓ３とアイドリング光Ｓ４とを共にＥＤＦ１２の射出端側からＥＤＦ１２に入射させても良い。

本発明の一実施形態による光増幅装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光増幅装置の変形例の要部構成を示すブロック図である。 光通信システムの概略構成を示すブロック図である。 従来の光増幅装置の要部構成を示すブロック図である。 光信号Ｓ１０１及びアイドリング光Ｓ１０３の波長、並びに波長フィルタ１０４の透過特性の一例を示す図である。

符号の説明

１，２ 光増幅装置
１１ 光サーキュレータ
１２ ＥＤＦ
１３ 光アイソレータ
１４ 励起光用ＬＤ
１６ アイドリング光用ＬＤ
１８ 光吸収部材
２０ 光アイソレータ
３１ 光信号送信装置
３２ 光信号中継装置
３３ 光信号受信装置
Ｓ１ 光信号
Ｓ３ 励起光
Ｓ４ アイドリング光

Claims (7)

1. 光信号を所定の増幅率で増幅する光増幅媒体と、当該光増幅媒体を励起する励起光を射出する第１光源と、前記光増幅媒体の射出端に接続されたアイソレータとが筐体に収容されてなる光増幅装置において、
   前記光増幅媒体と前記アイソレータとの間から前記光増幅媒体に入射させる所定波長のアイドリング光を射出する第２光源を前記筐体内に備えることを特徴とする光増幅装置。
2. 前記アイドリング光を吸収する光吸収部材と、
   前記光増幅媒体の入射端に接続され、前記光信号を前記光増幅媒体の入射端に導くとともに、前記光増幅媒体の入射端から射出される前記アイドリング光を前記光吸収部材に導くサーキュレータと
   を前記筐体内に備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
3. 前記光増幅媒体の入射端に接続され、前記光増幅媒体の入射端に向かう方向にのみ前記光信号を透過する入射側アイソレータを前記筐体内に備えることを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
4. 前記第２光源は、前記光信号の波長帯域に含まれる波長を有する光を前記アイドリング光として射出することを特徴とする請求項２記載の光増幅装置。
5. 前記第２光源から射出される前記アイドリング光は、波長が可変であることを特徴とする請求項４記載の光増幅装置。
6. 前記光増幅媒体は、エルビウム添加光ファイバであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光増幅装置。
7. 光信号を断続的に送信、受信、又は中継する光通信装置において、
   前記光信号を増幅する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光増幅装置を備えることを特徴とする光通信装置。

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