JP2013201393A - 光直接増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】光直接増幅器による長距離の伝送を行った場合における、光直接増幅器の入力モニタ特性劣化に依存しない利得一定制御構成を提供する。
【解決手段】エルビウム添加光ファイバアンプで増幅された信号光を分岐し、分岐された信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出する。その第一の波長成分の光と第二の波長成分の光を受光して光電変換した電気信号に基づいて、第一の波長の光に対応する第１信号光レベルと第二の波長の光に対応する第２信号光レベルとを検出する。その第１信号光レベルと第２信号光レベルとの比に基づいて利得平坦性（利得の偏差）を計算し、利得平坦性に基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプの利得を計算し、利得が一定となるように励起光源の励起光を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光直接増幅器に関する。

近年基幹系の光伝送においては、信号の高速化や波長多重方式などによる大容量化と共に、長距離化の要請が高まっている。長距離光伝送を適切に行なう技術が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１には、入力ポートに接続された入力側光ファイバ伝送路から送出された信号光を光増幅して増幅信号光を出力ポートに接続された出力側光ファイバ伝送路に送出する光伝送装置に関する技術が記載されている。特許文献２には、入力光が微弱な場合でも暗電流に影響されず正確な入力光レベルをモニタすることができる光増幅装置が記載されている。特許文献３には、光受信器での安定した信号受信を可能とする光ファイバ増幅器が記載されている。特許文献４には、波長多重光を増幅するときに、複数の波長成分の光レベルを等化するとともに光出力レベルを一定にする光等化増幅器が記載されている。

上述のような、光直接増幅器では、入力光のレベルを検出することで、利得を一定に保つための制御を行っている。また、検出したその入力光のレベルに基づいて、入力光が低下した際に光サージなどを避けるためのシャットダウン動作を行っている。

特開２００１−２２３６４６号公報 特開２００９−２３８７９２号公報 特開平０９−１８５０９２号公報 特開平０９−２１１５０７号公報

入力光のレベルを検出して、利得を一定に保つ光直接増幅器では、伝送距離が長距離化して入力信号光が微弱になった場合に、正確なレベル測定が不可能となるという問題があった。光直接増幅器による長距離の伝送を行った場合における、光直接増幅器の入力モニタ特性劣化に依存しない利得一定制御構成を提供する。

上記の課題を解決するために、エルビウム添加光ファイバアンプで増幅された信号光を分岐し、分岐された信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出する。その第一の波長成分の光と第二の波長成分の光を受光して光電変換した電気信号に基づいて、第一の波長の光に対応する第１信号光レベルと第二の波長の光に対応する第２信号光レベルとを検出する。その第１信号光レベルと第２信号光レベルとの比に基づいて利得平坦性（利得の偏差）を計算し、利得平坦性に基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプの利得を計算し、利得が一定となるように励起光源の励起光を制御する。

より具体的には、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）と、励起用光源と、第１分岐カプラと、波長成分抽出部と、光電変換部と、出力光検出回路と、出力光レベル平坦性計算回路と、利得一定制御回路とを具備する光直接増幅器を構成する。励起用光源は、エルビウム添加光ファイバアンプに励起光を供給する。第１分岐カプラは、エルビウム添加光ファイバで増幅された信号光を分岐する。波長成分抽出部は、分岐された信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出する。光電変換部は、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光を受光して光電変換する。出力光検出回路は、光電変換部から供給される電気信号に基づいて、第一の波長の光に対応する第１信号光レベルと第二の波長の光に対応する第２信号光レベルとを検出する。出力光レベル平坦性計算回路第１信号光レベルと第２信号光レベルとの比に基づいて利得平坦性（利得の偏差）を計算する。利得一定制御回路は、利得平坦性に基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプの利得を計算し、利得が一定となるように励起光源の励起光を制御する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、光直接増幅器による長距離の伝送を行った場合における、光直接増幅器の入力モニタ特性劣化に依存しない利得一定制御構成を提供することが可能となる。また、本願の技術を適用することによって、雑音特性を改善することが可能となる。また、本願の技術を適用することによって、入力段でのモニタを行わずに信号の検出を行うことが可能となる。

図１は、本願の第１実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。 図２は、本発明の第２実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。 図３は、本発明の第３実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。 図４は、本発明の第４実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。 図５は、比較例の光直接増幅器の構成を示すブロック図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本願の第１実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。第１実施形態の光直接増幅器１は、図２に本発明の構成を示す。エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５と、そのエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５を励起する励起光を生成する励起用光源７と、その励起光をエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の出力に供給するＷＤＭカプラ６を備えている。
また、本実施形態の光直接増幅器１は、第１分岐カプラ８と、波長成分抽出部２と、光電変換部３と、出力光レベル検出回路１４と、出力光レベル平坦性計算回路１５と、利得一定制御回路１３を備えている。

第１分岐カプラ８は、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５で増幅された信号光を分岐する。波長成分抽出部２は、第１分岐カプラ８によって分岐されたエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の出力である信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出する。光電変換部３は、上述の第一の波長成分の光と第二の波長成分の光を受光して光電変換する。換言すると、その波長成分抽出部２と光電変換部３によって、増幅された第一の波長の信号光をモニタし、また、増幅された第二の波長の信号光をモニタしている。

図２に示されているように、第１実施形態の光直接増幅器１において、波長成分抽出部２は、第２分岐カプラ９と第２信号光分離用フィルタ１０と第１信号光分離用フィルタ１６とを備えている。第２分岐カプラ９は、第１分岐カプラ８で分岐した信号光とプローブ光をさらに分岐する。第２信号光分離用フィルタ１０は、第２分岐カプラ９の一方の出力光の第一の波長成分のみを透過させる。第１信号光分離用フィルタ１６は、第２分岐カプラ９の他方の出力から信号光の第二波長成分のみを透過させる。

第１実施形態の光直接増幅器１において、光電変換部３は、第１フォトダイオード１２と第２フォトダイオード１１とを備えている。第１フォトダイオード１２は、第２信号光分離用フィルタ１０から供給される光を受光して光電変換する。第２フォトダイオード１１は、第１信号光分離用フィルタ１６から供給される光を受光して光電変換する。

出力光レベル検出回路１４は、第１フォトダイオード１２が光電変換することによって生成される電気信号に基づいて、第一の波長の光の信号光レベルを検出する。同様に、出力光レベル検出回路１４は、第２フォトダイオード１１が光電変換することによって生成される電気信号に基づいて、第一の波長の光の信号光レベルを検出する。出力光レベル平坦性計算回路１５は、それぞれの信号光レベルの差分から、利得平坦性を計算する。

利得一定制御回路１３は、この利得平坦性が最小となるように、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５を利得一定に制御する。愚弟的には、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の利得を計算し、利得が一定となるように励起用光源７を制御する。

本実施形態の光直接増幅器１では、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の利得を測定するために第一の信号光波長と第二の信号波長との利得平坦性を使用する。まず、増幅された出力光の一部を第１分岐カプラ８で分岐する。さらに、第１分岐カプラ８の出力を第２分岐カプラ９で分岐して信号光の第一の波長成分を第２信号光分離用フィルタ１０で分離する。その信号光の第一の波長成分を第１フォトダイオード１２で光電変換する。また、第１分岐カプラ８の出力を第２分岐カプラ９で分岐して信号光の第二の波長成分を第１信号光分離用フィルタ１６で分離する。その信号光の第二の波長成分を第２フォトダイオード１１で光電変換する。

第一の波長成分を第１フォトダイオード１２で光電変換することによって得られた、第一の信号光出力レベルと、第二の波長成分を第２フォトダイオード１１で光電変換することによって得られた、第二の信号光出力レベルとの比から、出力光レベル平坦性計算回路１５により利得平坦性（利得の偏差）を計算する。この利得平坦性（利得の偏差）が最小となるように、利得一定制御回路１３で励起用光源７を制御する。

本実施形態の光直接増幅器１は、この構成・動作により、入力信号光レベルに依存せず、利得の平坦性（傾斜）を最小とすることにより利得一定制御を実現するため、入力信号光が微弱な場合でも暗電流に影響されない正確な利得一定制御を実現することが出来ると共に入力光レベルを分岐しないためにＮＦ（ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ：雑音指数）を改善することが可能となる。

［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態について説明を行なう。図２は、本発明の第２実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。図２に示されているように、第２実施形態の光直接増幅器１は、上述の第１の実施形態の光直接増幅器１に、さらに、第３分岐カプラ２８と、第３フォトダイオード２１と、出力光レベル検出回路２２と、入力光レベル計算回路２３とを備えている。第２実施形態の光直接増幅器１は、第３分岐カプラ２８によって出力信号光の一部を分岐し、第３フォトダイオード２１に供給する。

第３フォトダイオード２１は、受光した光を光電変換して、損変換結果を出力光レベル検出回路２２に供給する。出力光レベル検出回路２２では、出力信号光レベルを検出して、検出結果を入力光レベル計算回路２３に供給する。入力光レベル計算回路２３は、出力信号光レベルから、利得を減じることにより、入力レベルを算出することが可能となる。これによりエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の入力側に入力をモニタする機能を設けることなく、入力レベルを算出することが可能となる。

［第３実施形態］
以下に、本発明の第３実施形態について説明を行なう。図３は、本発明の第３実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。第３実施形態の光直接増幅器１において、波長成分抽出部２には、信号光分離用可変波長フィルタ３１が設けられている。信号光分離用可変波長フィルタ３１は、第１分岐カプラ８から供給される光の透過帯域の中心波長を制御することができるフィルタである。

上述の第１実施形態では、信号光を第２分岐カプラ９で分岐して第一の波長成分と第二の波長成分をそれぞれ第２信号光分離用フィルタ１０および第１信号光分離用フィルタ１６で透過させていた。信号光分離用可変波長フィルタ３１は、第１分岐カプラ８から供給される光の透過帯域の中心波長を制御する。その信号光分離用可変波長フィルタ３１によって、例えば、第一の波長成分と第二の波長成分を抽出して、第１フォトダイオード１２で光電変換を行ない、変換結果を出力光レベル検出回路１４供給する。出力光レベル検出回路１４は、信号光波長に対して利得平坦性を計算する。信号光分離用可変波長フィルタ３１は、透過帯域の中心波長を制御することができる。したがって、信号光分離用可変波長フィルタ３１によって波長域に渡ってスイープして、任意の信号光波長に対して利得平坦性を計算することも可能である。

［第４実施形態］
以下に、本発明の第４実施形態について説明を行なう。図４は、本発明の第４実施形態の光直接増幅器１の構成を例示するブロック図である。図４に示されているように、第４実施形態の光直接増幅器１は、上述の第３の実施形態の光直接増幅器１に、さらに、第３分岐カプラ２８と、第３フォトダイオード２１と、出力光レベル検出回路２２と、入力光レベル計算回路２３とを備えている。

第４実施形態の光直接増幅器１は、出力光レベル検出回路２２によって出力信号光の一部を分岐し、第３フォトダイオード２１に供給する。第３フォトダイオード２１は、受光した光を光電変換して、損変換結果を出力光レベル検出回路２２に供給する。出力光レベル検出回路２２では、出力信号光レベルを検出して、検出結果を入力光レベル計算回路２３に供給する。入力光レベル計算回路２３は、出力信号光レベルから、利得を減じることにより、入力レベルを算出することが可能となる。これによりエルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）５の入力側に入力をモニタする機能を設けることなく、入力レベルを算出することが可能となる。

［比較例］
以下に、本願発明の比較例について、説明を行なう。図５は、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）１０５の入力側に、入力光のレベルを検出する機能を備えた光直接増幅器の構成を示すブロック図である。図５の光直接増幅器は、入力信号光の一部を分岐するための分岐用光カプラ１０１と、分岐した信号光の一部を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード１０２と、変換された電気信号を処理し、入力信号光のレベルを検出する入力光レベル検出回路１０３を備えている。

また、その光直接増幅器は、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）１０５で増幅された信号光を分岐する分岐カプラ１０８とフォトダイオード１１１を備えている。フォトダイオード１１１は、分岐カプラ１０８から供給される光を受光し、電気信号に変換する。また、その光直接増幅器は、利得一定制御回路１１３と、励起光源１０７と、励起光源１０７からの光を受けるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重方式）カプラ１０６を備えている。利得一定制御回路１１３は、入力光レベル検出回路１０３の出力とフォトダイオード１１１の出力とに基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）１０５の利得が一定となるように励起光源１０７を制御する。

比較例に例示する光直接増幅器では、光直接増幅器の入力信号光の一部を分岐用光カプラ１０１で分岐し、分岐した入力信号光の一部をフォトダイオード１０２で受光して光電変換している。そして、入力光レベル検出回路１０３により入力光レベルをモニタしている。この光直接増幅器では、光直接増幅器に入力される入力信号光のレベルを、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）１０５の入力側で直接モニタすることにより、精度の高いレベル監視が可能となる。

しかしながら、長距離伝送を行った場合、伝送路損失が増大して入力信号光が微弱となる。その微弱な入力信号光に対して、フォトダイオードの暗電流が入力光モニタの精度およびこのモニタ値を使用する利得一定制御の精度を制限する要因となることがあった。比較例の光直接増幅器の構成では入力信号を１０ｄＢ程度の分岐カプラで分離する必要がある。そのためフォトダイオード１０２に入力される信号光の一部は、−５０ｄＢｍ程度になり光電流は暗電流と同程度の数ｎＡ程度となる。

このため、入力光モニタのモニタ精度が劣化し、この誤差量はフォトダイオードの個体差や周囲温度などの影響で変化することとなる。また、入力光モニタの精度を改善するためにモニタ側への入力光の分岐比率を高めると、信号ラインへの分岐カプラの損失が増大し、雑音特性を劣化させる要因にもなっていた。フォトダイオード１０２への入力信号光のレベルを高くするために分岐用光カプラ１０１の分岐比を１０ｄＢよりも下げてモニタ側への分岐量を増加させると、エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）１０５への入力信号光レベルが低くなり、雑音指数が劣化することになる。

本実施形態の光直接増幅器１では、微弱な入力信号光を直接モニタするのではなく、第一の信号光波長と第二の信号波長との出力レベルの比から利得平坦性（利得の偏差）を計算し、この偏差に基づいて利得一定制御を行う。そのため入力モニタでの暗電流等の影響を受けずに精度の高い利得一定制御が可能となる。また、入力部の合波カプラの信号ラインの損失が抑えられることから、光直接増幅器の雑音指数を改善することが可能となる。

以上、本願発明の実施の形態を具体的に説明した。本願発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１…光直接増幅器
２…波長成分抽出部
３…光電変換部
５…エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）
６…ＷＤＭカプラ
７…励起用光源
８…第１分岐カプラ
９…第２分岐カプラ
１０…第２信号光分離用フィルタ
１１…第２フォトダイオード
１２…第１フォトダイオード
１３…利得一定制御回路
１４…出力光レベル検出回路
１５…出力光レベル平坦性計算回路
１６…第１信号光分離用フィルタ
２１…第３フォトダイオード
２２…出力光レベル検出回路
２３…入力光レベル計算回路
２８…第３分岐カプラ
３１…信号光分離用可変波長フィルタ
１０１…分岐用光カプラ
１０２…フォトダイオード
１０３…入力光レベル検出回路
１０５…エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）
１０６…ＷＤＭカプラ
１０７…励起光源
１０８…分岐カプラ
１１１…フォトダイオード
１１３…利得一定制御回路

Claims (8)

1. エルビウム添加光ファイバアンプ（ＥＤＦ）と、
   前記エルビウム添加光ファイバアンプに励起光を供給する励起用光源と、
   前記エルビウム添加光ファイバアンプで増幅された信号光を分岐する第１分岐カプラと、
   前記分岐された前記信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出する波長成分抽出部と、
   前記第一の波長成分の光と前記第二の波長成分の光を受光して光電変換する光電変換部と、
   前記光電変換部から供給される電気信号に基づいて、前記第一の波長の光に対応する第１信号光レベルと前記第二の波長の光に対応する第２信号光レベルとを検出する出力光検出回路と、
   前記第１信号光レベルと前記第２信号光レベルとの比に基づいて利得平坦性（利得の偏差）を計算する出力光レベル平坦性計算回路と、
   前記利得平坦性に基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプの利得を計算し、前記利得が一定となるように前記励起光源の前記励起光を制御する利得一定制御回路と
   を具備する
   光直接増幅器。
2. 請求項１に記載の光直接増幅器において、
   前記波長成分抽出部は、
   前記分岐された前記信号光をさらに分岐する第２分岐カプラと、
   前記第２分岐カプラの一方の出力光から前記信号光の第一の波長成分のみを透過させる第１信号光分離用フィルタと
   前記第１分岐カプラの他方の出力から前記信号光の第二の波長成分のみを透過させる第２信号光分離用フィルタと
   を備え、
   前記光電変換部は、
   前記第１信号光分離用フィルタから供給される光を電気信号に変換して第１光電変換信号を出力する第１フォトダイオードと、
   前記第２信号光分離用フィルタから供給される光を電気信号に変換して第２光電変換信号を出力する第２フォトダイオードと
   を備え、
   前記出力光検出回路は、
   第１光電変換信号に基づいて前記第１信号光レベルを検出し、前記第２光電変換信号に基づいて前記第２信号光レベルを検出する
   光直接増幅器。
3. 請求項１に記載の光直接増幅器において、
   前記波長成分抽出部は、
   透信号光分離用可変波長フィルタを備え、
   前記信号光分離用可変波長フィルタは、
   過帯域の中心波長を制御して前記分岐された前記信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出し、
   前記光電変換部は、
   前記信号光分離用可変波長フィルタから供給される光を電気信号に変換して第１光電変換信号と第２光電変換信号を出力する
   光直接増幅器。
4. 請求項２または３に記載の光直接増幅器において、さらに、
   前記第１分岐カプラの後段に設けられ、前記第１分岐カプラから出力される前記信号光の一部を分岐する第３分岐カプラと、
   前記第３分岐カプラによって分岐された前記信号光を電気信号に変換して第１光電変換信号を出力する第３フォトダイオードと、
   前記第３フォトダイオードから出力される前記第１光電変換信号に基づいて出力信号光レベルを検出する出力光レベル検出回路と、
   出力信号光レベルから前記利得を減じることにより、入力レベルを算出する入力光レベル計算回路と
   を具備する
   光直接増幅器。
5. 励起用光源から励起光を供給してエルビウム添加光ファイバアンプの信号光を増幅することと、
   増幅された前記信号光を第１分岐カプラで分岐することと、
   前記分岐された前記信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光とを抽出することと、
   抽出された前記第一の波長成分の光と前記第二の波長成分の光を光電変換して電気信号を生成することと、
   前記電気信号に基づいて、前記第一の波長の光に対応する第１信号光レベルと前記第二の波長の光に対応する第２信号光レベルとを検出することと、
   前記第１信号光レベルと前記第２信号光レベルとの比に基づいて利得平坦性（利得の偏差）を計算することと、
   前記利得平坦性に基づいて、エルビウム添加光ファイバアンプの利得を計算し、前記利得が一定となるように前記励起光源の前記励起光を制御することと
   を具備する
   光直接増幅方法。
6. 請求項５に記載の光直接増幅方法において、
   前記抽出することは、
   前記分岐された前記信号光をさらに第２分岐カプラで分岐することと、
   分岐された一方の出力光から前記信号光の第一の波長成分のみを第１信号光分離用フィルタに透過させることと
   分岐された他方の出力から前記信号光の第二の波長成分のみを第２信号光分離用フィルタに透過させることと
   を含み
   前記電気信号を生成することは、
   前記第１信号光分離用フィルタから供給される光を電気信号に変換して第１光電変換信号を出力することと、
   前記第２信号光分離用フィルタから供給される光を電気信号に変換して第２光電変換信号を出力することと、
   を含み、
   前記検出することは、
   第１光電変換信号に基づいて前記第１信号光レベルを検出し、前記第２光電変換信号に基づいて前記第２信号光レベルを検出すること
   を含む
   光直接増幅方法。
7. 請求項６に記載の光直接増幅方法おいて、
   前記抽出することは、
   過帯域の中心波長を制御して前記分岐された前記信号光から、第一の波長成分の光と第二の波長成分の光と透信号光分離用可変波長フィルタで抽出することを含み、
   前記電気信号を生成することは、
   前記信号光分離用可変波長フィルタから供給される光を電気信号に変換して第１光電変換信号と第２光電変換信号を出力することを含む
   光直接増幅方法。
8. 請求項５または６に記載の光直接増幅方法において、さらに、
   前記第１分岐カプラで分岐された前記信号光の一部をさらに、第３分岐カプラで分岐することと、
   前記第３分岐カプラによって分岐された前記信号光を電気信号に変換して第１光電変換信号を出力することと、
   前記第１光電変換信号に基づいて出力信号光レベルを検出することと、
   出力信号光レベルから前記利得を減じることにより、入力レベルを算出することと
   を具備する
   光直接増幅方法。

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