JP2687933B2 - 光直接増幅器 - Google Patents

光直接増幅器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号を光のまま直接
増幅する光直接増幅器に係わり、特に光信号の通過する
増幅経路での損失増加による雑音指数の劣化を検出する
ことのできる光直接増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムにおいてその伝送路とし
て使用される光ファイバには一定の伝送損失がある。こ
のため、長距離伝送を行う場合には、伝送路の途中の適
所に中継局を設けて、減衰した光信号を増幅することが
行われている。光信号を増幅する光増幅器として、光信
号を光のまま直接増幅する光直接増幅器がある。光直接
増幅器ではエルビウムなどの希土類元素を添加した光フ
ァイバに所定の波長の励起光を供給し、添加されている
元素を励起状態する。ここに増幅すべき光信号を入力す
ることで誘導放出現象を起こして光信号を増幅するよう
になっている。光通信システムの中継局では、伝送路の
損失により減衰した光信号を適切な光強度に増幅する必
要があるので、このような光直接増幅器における増幅利
得を制御する必要がある。
【０００３】特開平４−２０７６４５号公報には、周波
数キーイングによって変調た光信号を増幅する際の増幅
利得を自然放出光の影響を受けずに高い精度で求めるこ
とのできる光直接増幅器が開示されている。この光直接
増幅器では、増幅後の光信号を２つに分岐してそのうち
の一方を遅延用の光ファイバに入力している。そして遅
延用光ファイバを通過した光信号と通過しない光信号を
合波しビートを発生させている。このように光信号の自
己遅延ホモダイン検波することで、自然放出光の影響を
除去し精度良く増幅利得の検出を行っている。
【０００４】ところで、光通信システムでは、常な通信
を確保するために伝送路の状態を監視している。特に中
継局が複数配置され、伝送路の途中にいくつもの光直接
増幅器が存在しているような場合には、どの部分で伝送
品質の劣化が生じているかを迅速かつ的確に特定する必
要がある。そこで、中継局で用いる光直接増幅器で、そ
の入力断と出力断の双方を検出し、多段接続されている
光通信システムの中のどの中継局が故障しているかを容
易に調べることができるようになっている。
【０００５】また特開平３−２５２２３０号公報には、
入力される光信号のレベルを端局から遠隔モニタできる
ようにした光直接増幅器が開示されている。この光直接
増幅器では、増幅後の光信号の強度が一定になるように
増幅利得の制御が行われている。光直接増幅器における
利得の変更は、これに供給する励起光の強度によって制
御することができる。すなわち、出力光強度を一定にす
る利得制御の基では、励起光の強度によって入力光信号
の強度を推定することができる。そこで、端局にて光フ
ィルタを用いて中継局の希土類添加ファイバを通過した
励起光成分を抽出し、その光強度を調べることによっ
て、中継局の光直接増幅器に入力された光信号のレベル
を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】中継局の光直接増幅器
において光信号の入力断および出力断を検出することに
より、故障の生じた中継局や伝送路を特定することがで
きる。しかしながら、これらの異常が検出されたとき
は、既に通信が断の状態になっているので、復旧作業が
終了するまでの間、通信が途絶えてしまうという問題が
ある。また、特開平３−２５２２３０号公報に開示され
ている先行技術では、中継局の光直接増幅器に入力され
る光信号のレベルを検出することができるので、断とな
る前に中継局と中継局の間の伝送路の劣化状況を知るこ
とができる。しかしこの先行技術では光直接増幅器自体
の劣化状況、特に入力光信号の信号対雑音比と増幅後の
光信号の信号対雑音比の比である雑音指数の劣化を知る
ことができない。そのため、多段中継されるような長距
離伝送において伝送品質の劣化の原因となっている箇所
を容易に特定することができず、適切な伝送品質を確保
することが難しという問題がある。
【０００７】そこで本発明の目的は、雑音指数の劣化を
検出することのできる光直接増幅器を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、増幅すべき入力光信号の光電力を検出する入力光電
力検出手段と、入力光信号を増幅する希土類添加ファイ
バと、この希土類添加ファイバに励起光を供給する励起
光供給手段と、希土類添加ファイバによって増幅された
後の光信号の光電力を検出する増幅後光電力検出手段
と、この増幅後光電力検出手段により検出された光電力
と入力光電力検出手段により検出された入力光信号の光
電力から増幅利得を求める増幅利得取得手段と、この増
幅利得取得手段によって求めた増幅利得が所定値になる
ように励起光供給手段が希土類添加ファイバに供給する
励起光の強度を変更する利得一定制御手段と、希土類添
加ファイバに供給される励起光の強度を検出する励起光
強度検出手段と、この励起光強度検出手段によって検出
された励起光の強度を基に入出力間の雑音指数の劣化を
検出する雑音指数劣化検出手段とを光直接増幅器に具備
させている。
【０００９】すなわち請求項１記載の発明では、増幅利
得取得手段によって求めた増幅利得が一定になるように
励起光の光強度を制御する。入力光信号が通過する増幅
経路における損失が増加すると、利得を一定に保つため
に供給する励起光の光強度が増やされる。そこで、励起
光の光強度を監視することにより、光直接増幅器の入出
力間の光経路における損失の増加に基づく雑音指数の劣
化を検出している。
【００１０】請求項２記載の発明では、増幅すべき入力
光信号の光電力を検出する入力光電力検出手段と、入力
光信号を増幅する希土類添加ファイバと、この希土類添
加ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、希土
類添加ファイバによって増幅された後の光信号の光電力
を検出する増幅後光電力検出手段と、この増幅後光電力
検出手段により検出された光電力と入力光電力検出手段
により検出された入力光信号の光電力から増幅利得を求
める増幅利得取得手段と、この増幅利得取得手段によっ
て求めた増幅利得が所定値になるように励起光供給手段
が希土類添加ファイバに供給する励起光の光強度を変更
する利得一定制御手段と、希土類添加ファイバに供給さ
れる励起光の強度を検出する励起光強度検出手段と、こ
の励起光強度検出手段によって検出された励起光の強度
が予め定められた値よりも大きいとき雑音指数の劣化を
通知するための所定の警報を発する雑音指数劣化警報出
力手段とを光直接増幅器に具備させている。
【００１１】すなわち請求項２記載の発明では、増幅利
得取得手段によって求めた増幅利得が一定になるように
励起光の光強度を制御する。入力光信号が通過する増幅
経路における損失が増加すると、利得を一定に保つため
に供給する励起光の光強度が増やされる。そこで、励起
光の光強度を監視することにより、雑音指数の劣化を検
出し、励起光の光強度が所定値よりも大きくなったとき
に警報を発している。
【００１２】請求項３記載の発明では、励起光供給手段
は、入力される電流の大きさに応じた強度の励起光を出
力し、励起光強度検出手段は、この電流の大きさを基に
励起光の強度を検出している。
【００１３】すなわち請求項３記載の発明では、励起光
供給手段に入力される電流の大きさにより励起光の強度
を検出している。
【００１４】請求項４記載の発明では、増幅すべき入力
光信号を２つに分岐する第１の光分岐器と、この第１の
光分岐器によって分岐された後の一方の光信号の光強度
を検出する第１の光電変換器と、第１の光分岐器によっ
て分岐された後の他方の光信号を増幅する希土類添加フ
ァイバと、入力される電流の大きさに応じた光強度の励
起光をこの希土類添加ファイバに供給する励起光源と、
この励起光源に与える電流を出力する励起光源駆動回路
と、希土類添加ファイバによって増幅された後の光信号
を２つに分岐する第２の光分岐器と、この第２の光分岐
器によって分岐された後の一方の光信号を入力しその光
強度に応じた電気信号を出力する第２の光電変換器と、
この第２の光電変換器の出力する電気信号の大きさと第
１の光電変換器の出力する電気信号の大きさの比から増
幅利得を求める増幅利得取得回路と、この増幅利得取得
回路によって求めた増幅利得が所定値になるように励起
光源駆動回路の出力する電流の大きさを変化させる利得
一定制御回路と、励起光源駆動回路から出力される電流
の大きさを検出する励起電流検出回路と、この励起電流
検出回路によって検出された電流の大きさが予め定めら
れた値よりも大きいとき雑音指数の劣化を通知するため
の所定の警報を発する雑音指数劣化警報出力回路を光直
接増幅器に具備させている。
【００１５】すなわち請求項４記載の発明では、増幅す
べき入力光信号と、増幅後の光信号の光強度をそれぞれ
光電変換器によって電気信号として検出し、これらの比
により増幅利得を求めている。また、励起光源に供給す
る電流を変化させて増幅利得が一定になるように制御し
ている。そして、励起光源に供給される電流の大きさを
検出し、これが所定値以上のとき雑音指数の劣化を表わ
す警報を発するようにしている。
【００１６】請求項５記載の発明では、希土類添加ファ
イバによる増幅は、入力光信号の光強度に係わらず一定
の増幅利得の得られる未飽和領域で行われる。
【００１７】すなわち請求項５記載の発明では、入力光
信号の光強度に係わらず一定の増幅利得の得られる未飽
和領域で希土類添加ファイバによる光信号の増幅を行っ
ている。
【００１８】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例における光直接
増幅器の構成の概要を表わしたものである。光直接増幅
器１１で増幅すべき入力光信号は、第１の光分岐器１２
に入力されている。第１の光分岐器１２によって分岐さ
れた後の一方の光信号はエルビウム添加ファイバ１３に
入力される。エルビウム添加ファイバ１３の出力光は波
長分割多重カプラ１４を介して第２の光分岐器１５に入
力されている。第２の光分岐器１５によって２つに分岐
された後の一方の光信号は、光直接増幅器１１の出力光
信号になっている。励起光はレーザダイオード１６から
波長分割多重カプラ１４を介してエルビウム添加ファイ
バ１３に入力される。レーザダイオード１６は、入力さ
れる電流の大きさに応じた光強度の励起光を出力する回
路素子である。レーザ駆動回路１７は、レーザダイオー
ド１６に与える電流を出力する回路で、利得一定制御回
路１８から入力される制御信号１９に応じて出力電圧の
大きさが変化するようになっている。
【００２０】第１の光分岐器１２および第２の光分岐器
１５によって分岐されたうちの一方の光信号はそれぞれ
第１、第２のフォトダイオード２１、２２に入力されて
いる。第１、第２のフォトダイオード２１、２２は共
に、入力される光信号の光強度に応じた大きさの電流を
出力する。第１、第２のフォトダイオード２１、２２の
出力する電流は利得一定制御回路１８に入力されてい
る。利得一定制御回路１８、入力された２つの電流の比
として入出力間における光電力比を求め、これが予め定
められている所定の値になるよう制御信号１９の値を変
化させる。これにより、光直接増幅器１１の利得は一定
値に保たれる。
【００２１】電流検出回路２３は、レーザ駆動回路１７
の出力する電流の大きさを検出する回路である。雑音指
数劣化警報回路２４は、電流検出回路２３によって検出
された電流の大きさが所定値を越えたとき、雑音指数の
劣化を表わす警報信号を出力するようになっている。警
報信号は、“０”、“１”の２値を取り得るディジタル
信号であり、電流が所定値を越えたとき“１”が出力さ
れる。
【００２２】図２は、レーザダイオードに供給する電流
量を一定にした場合における光直接増幅器の入力光電力
と利得の関係を表わしたものである。縦軸は増幅利得
を、横軸は入力光電力をそれぞれ表わしている。励起電
流が一定であるので、励起光の光強度は一定になってい
る。入力光電力が約−３０ｄＢｍ以下の場合には、入力
光電力の大きさに係わらず利得は一定になっている。こ
のように一定の励起光の基で、入力光電力の大きさに係
わらず利得が一定となる領域３１は未飽和領域と呼ばれ
ている。入力光電力が約−３０ｄＢｍよりも大きい領域
３２では、入力光電力が大きくなるにしたがって、利得
が低下している。このような領域は飽和領域と呼ばれて
いる。
【００２３】未飽和領域３１で光直接増幅器を動作させ
ている場合は、励起電流が一定の状態であっても、入力
光信号の光強度に係わらず利得が一定になる。すなわ
ち、利得一定制御回路１８によって特に制御を行わない
状態であっても、通常は利得が一定になる。言い換える
と、利得一定制御の基では、正常な動作状態の間は、レ
ーザ駆動回路１７の出力する電流値は一定になってい
る。ここで、光直接増幅器１１の入力部光学部品の挿入
損失が増加すると、これを補償するために実質的にエル
ビウム添加ファイバ１３における利得の増加が必要にな
る。入力部光学部品としては、たとえば第１の光分岐器
１２がある。このような、入力部光学部品で、仮に１ｄ
Ｂだけ損失が増加すると、これを補償するためにエルビ
ウム添加ファイバ１３での増幅利得を１ｄＢだけ増加さ
せなければ、入出力間の総合的な利得を一定に保つこと
ができない。このため、利得一定制御回路１８によりレ
ーザダイオードに供給される電流量が増加される。した
がって、励起電流を監視することによって入力部光学部
品の挿入損失の増加を検出することができる。
【００２４】図３は、利得一定制御の基で入力部光学部
品の挿入損失と励起電流の関係を表わしたものである。
縦軸は、レーザダイオードに供給される電流の大きさを
表わしている。横軸は、入力部光学部品における挿入損
失を表わしている。このように、入力部光学部品におけ
る損失が増加するにつれ、利得一定制御の基ではこれを
補償するために励起電流、すなわち、励起パワーが増加
される。
【００２５】雑音指数劣化警報回路２４は、励起電流の
大きさが予め定められた所定値以上になったかどうかを
監視し、所定値を越えたとき、雑音指数の劣化を警報す
るための警報信号を出力するようになっている。警報信
号を基に、たとえば中継局自体で、保守等が行われる。
また警報信号を端局まで伝送すれば、遠隔地から中継局
における雑音指数の劣化を監視することができる。
【００２６】光学部品の損失は、エルビウム添加ファイ
バ１３によって増幅される前に配置されている入力部光
学部品に限られず、出力側の光学部品においても起こ
る。しかし、増幅前の光強度は、増幅後の光強度に比べ
て非常に弱いので、特に雑音指数の劣化を問題にする場
合には、入力部光学部品の影響が大きく、出力側はほぼ
無視することができる。
【００２７】以上説明した実施例では、エルビウム添加
ファイバを用いて光直接増幅器を構成したが、増幅すべ
き光信号の波長によってはこれ以外の希土類元素を添加
した光ファイバを増幅媒体として用いてもよい。また、
実施例では、レーザダイオードの駆動電流によって励起
パワーを検出するようにしたが、フォトダイオードによ
り励起光の強度を直接測定してもよい。また、実施例で
は、未飽和領域を使用したが、飽和領域であっても、図
２に示した特性を補償するように入力光電力の大きさに
応じて電流量を補正すれば、雑音指数の劣化を検出する
ことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、光直接増幅器における雑音指数の劣化を検出するこ
とができるので、伝送品質の劣化箇所を容易に特定する
ことができる。
【００２９】また請求項２記載の発明によれば、励起光
パワーを基に雑音指数の劣化を検出し、一定以上の劣化
の場合に警報を発するようにしたので、雑音指数が劣化
したことを、システムの保守者などに容易に知らせるこ
とができる。
【００３０】さらに請求項３記載の発明によれば、励起
光の光強度を、励起電流の大きさにより検出したので、
容易に励起光パワーの変化を検出できるとともに励起光
の一部をその強度を検出するために割り当てる必要がな
いので、励起光のロスが少ない。
【００３１】また請求項４記載の発明によれば、増幅す
べき入力光信号と、増幅後の光信号の強度をそれぞれ光
電変換器によって電気信号として検出し、これらの比に
より増幅利得を求めている。また、励起光源に供給する
電流を変化させて増幅利得が一定になるように制御して
いる。そして、励起光源に供給される電流の大きさを検
出し、これが所定値以上のとき雑音指数の劣化を表わす
警報を発するようにしている。このような回路構成によ
り雑音指数の劣化を検出することのできる光直接増幅器
を容易に実現することができる。
【００３２】さらに請求項５記載の発明によれば、入力
光信号の光強度に係わらず一定の増幅利得の得られる未
飽和領域で希土類添加ファイバによる光信号の増幅を行
っている。これにより、入力光電力の大きさに応じて励
起電流の値を補正するこなく、雑音指数の変化を容易に
検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光直接増幅器の構成
の概要を表わしたブロック図である。
【図２】レーザダイオードに供給する電流量を一定にし
た場合における光直接増幅器の入力光電力と利得の関係
を表わした特性図である。
【図３】利得一定制御の基で入力部光学部品の挿入損失
と励起電流の関係を表わした特性図である。
【符号の説明】
１１ 光直接増幅器 １２、１５ 光分岐器 １３ エルビウム添加ファイバ １４ 波長分割多重カプラ １６ レーザダイオード １７ レーザ駆動回路 １８ 利得一定制御回路 ２１、２２ フォトダイオード ２３ 電流検出回路 ２４ 雑音指数劣化警報回路

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 増幅すべき入力光信号の光電力を検出す
    る入力光電力検出手段と、 前記入力光信号を増幅する希土類添加ファイバと、 この希土類添加ファイバに励起光を供給する励起光供給
    手段と、 前記希土類添加ファイバによって増幅された後の光信号
    の光電力を検出する増幅後光電力検出手段と、 この増幅後光電力検出手段により検出された光電力と前
    記入力光電力検出手段により検出された入力光信号の光
    電力から増幅利得を求める増幅利得取得手段と、 この増幅利得取得手段によって求めた増幅利得が所定値
    になるように前記励起光供給手段が前記希土類添加ファ
    イバに供給する励起光の光強度を変更する利得一定制御
    手段と、 前記希土類添加ファイバに供給される励起光の強度を検
    出する励起光強度検出手段と、 この励起光強度検出手段によって検出された励起光の強
    度を基に入出力間の雑音指数の劣化を検出する雑音指数
    劣化検出手段とを具備することを特徴とする光直接増幅
    器。
  2. 【請求項２】 増幅すべき入力光信号の光電力を検出す
    る入力光電力検出手段と、 前記入力光信号を増幅する希土類添加ファイバと、 この希土類添加ファイバに励起光を供給する励起光供給
    手段と、 前記希土類添加ファイバによって増幅された後の光信号
    の光電力を検出する増幅後光電力検出手段と、 この増幅後光電力検出手段により検出された光電力と前
    記入力光電力検出手段により検出された入力光信号の光
    電力から増幅利得を求める増幅利得取得手段と、 この増幅利得取得手段によって求めた増幅利得が所定値
    になるように前記励起光供給手段が前記希土類添加ファ
    イバに供給する励起光の光強度を変更する利得一定制御
    手段と、 前記希土類添加ファイバに供給される励起光の強度を検
    出する励起光強度検出手段と、 この励起光強度検出手段によって検出された励起光の強
    度が予め定められた値よりも大きいとき雑音指数の劣化
    を通知するための所定の警報を発する雑音指数劣化警報
    出力手段とを具備することを特徴とする光直接増幅器。
  3. 【請求項３】 前記励起光供給手段は、入力される電流
    の大きさに応じた強度の励起光を出力し、前記励起光強
    度検出手段は、この電流の大きさを基に励起光の強度を
    検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載
    の光直接増幅器。
  4. 【請求項４】 増幅すべき入力光信号を２つに分岐する
    第１の光分岐器と、 この第１の光分岐器によって分岐された後の一方の光信
    号の光強度を検出する第１の光電変換器と、 前記第１の光分岐器によって分岐された後の他方の光信
    号を増幅する希土類添加ファイバと、 入力される電流の大きさに応じた光強度の励起光をこの
    希土類添加ファイバに供給する励起光源と、 この励起光源に与える電流を出力する励起光源駆動回路
    と、 前記希土類添加ファイバによって増幅された後の光信号
    を２つに分岐する第２の光分岐器と、 この第２の光分岐器によって分岐された後の一方の光信
    号を入力しその光強度に応じた電気信号を出力する第２
    の光電変換器と、 この第２の光電変換器の出力する電気信号の大きさと前
    記第１の光電変換器の出力する電気信号の大きさの比か
    ら増幅利得を求める増幅利得取得回路と、 この増幅利得取得回路によって求めた増幅利得が所定値
    になるように前記励起光源駆動回路の出力する電流の大
    きさを変化させる利得一定制御回路と、 前記励起光源駆動回路から出力される電流の大きさを検
    出する励起電流検出回路と、 この励起電流検出回路によって検出された電流の大きさ
    が予め定められた値よりも大きいとき雑音指数の劣化を
    通知するための所定の警報を発する雑音指数劣化警報出
    力回路を具備することを特徴とする光直接増幅器。
  5. 【請求項５】 前記希土類添加ファイバによる増幅は、
    入力光信号の光強度に係わらず一定の増幅利得の得られ
    る未飽和領域で行われることを特徴とする請求項１、請
    求項２または請求項４記載の光直接増幅器。
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