JP2786517B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2786517B2 JP2129249A JP12924990A JP2786517B2 JP 2786517 B2 JP2786517 B2 JP 2786517B2 JP 2129249 A JP2129249 A JP 2129249A JP 12924990 A JP12924990 A JP 12924990A JP 2786517 B2 JP2786517 B2 JP 2786517B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、長スパン光伝送系や光信号処理において必
要とされる光増幅器に関するものである。
(従来の技術) 入力光信号を光のまま増幅して、信号出力の大きい光
信号を得るために、光直接増幅器(以下、簡単に光増幅
器という。)が用いられる。現在、光増幅器として、半
導体レーザ増幅器、希土類添加光ファイバレーザ増幅
器、ファイバラマン増幅器等、種々の増幅器があるが、
これら光増幅器は、すべて入力される光信号のパワーの
増大に対し信号光利得が減少する。通常、この効果(以
下、利得飽和という。)を特徴づけるパラメータとし
て、利得が十分小さい入力光に対する利得から半分に減
少するときの出力(入力)光パワーとして3dB飽和出力
(入力)パワーを定義する。入力光信号が3dB飽和入力
パワーよりも十分小さければ、利得飽和は非常に小さ
く、光信号パワーの入出力関係は比例していると考えて
よいが、入力光信号が3dB飽和入力パワーに近づくか、
またはそれを超えた場合は、入力信号光パワーの増大に
対して大きく利得が減少し、信号光の入出力の比例関係
が保たれない。このとき、デジタル光信号はパターン効
果またはピーク値変動を生じ、符号誤り率が増加する。
そこで、光増幅器の入力部と出力部に、信号光パワー
をモニタし、利得が一定となるように増幅器の励起パワ
ーを調整する帰還回路を付加する方法(利得一定方式)
や、出力光パワーが一定となるように制御を行う帰還回
路を付加する方法(出力光パワー一定方式)等が考えら
れている。
(発明が解決しようとする課題) 現実のデジタル光伝送系では、増幅器の利得が追随し
ないほど入力光パワーが増大する場合や、入力光のパル
スのピーク値変動がある場合においても、出力光ピーク
値を一定にする必要がある。ところが前述の利得一定方
式では、増幅器の初期の利得が保たれなくなるほど信号
光が増加した場合、励起パワーが固定されるので、利得
飽和効果が顕著に生じ、入力信号光パルスのマーク率の
変動等により、入力光信号の変動があると、出力パルス
のピーク値の変動が生じる。また利得一定方式では、も
し入力パルスにピーク値変動があると、それがそのまま
出力に現れるという問題もある。また出力光パワー一定
方式では、マーク率が変動して出力パワーが変動した場
合、出力平均光パワーを一定に保つため出力光パルスの
ピーク値の変動が生じてしまう。
したがって、入力光パワーが大きい場合や、入力光パ
ルスがピーク値変動を有している場合においても、出力
光パルスのピーク値を一定に保つ光増幅器が必要とされ
ている。
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、入力
光パルスの平均光パワーやピーク値の変動にかかわら
ず、一定のピーク値を有する光パルスを出力することが
できる光増幅器を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 第1図は本発明の一基本構成を示すブロック図であ
る。減衰したデジタル光信号を入力し、光直接増幅を行
い、増幅された光信号を送出する光増幅器において、増
幅された光信号の一部を取り出す光分岐手段11と、その
光信号を電気変換する光−電気変換回路12と、該光−電
気変換手段12の出力電気信号を入力し、その値から光増
幅器出力のピーク値を検出し、その値に相当した信号を
出力するピーク値検出回路13と、該ピーク値検出回路13
の出力と規定の定格パワーの信号とを比較し、その差分
により入力光信号に対する利得を調節する利得調節手段
14により構成されていることを特徴としている。
また第2図は、本発明の他の基本構成を示すブロック
図である。ピーク値検出回路が、光−電気変換回路12の
出力電気信号を入力し、その平均パワーに比例した信号
を出力する電気回路1と、前記光−電気変換回路12によ
り電気変換された電気信号を入力し、その出力瞬時値が
入力瞬時値に対して非線形に応答することを特徴とする
電気回路2と、電気回路2の出力を入力し、その時間平
均を出力する電気回路3と、前記電気回路1の出力と、
前記電気回路3の出力を入力し、その値から光増幅器出
力のピーク値を計算し、その値に比例した信号を出力す
る電気回路4よりなることを特徴としている。
また第3図は、本発明のさらに別の基本構成を示す図
である。増幅器の入力光信号および出力光信号の一部を
取り出し、その信号電力を比較して増幅器の利得を監視
する手段を含むことを特徴としている。
(作用) 本発明の作用を以下に説明する。
第1図を用いて、本発明の作用を説明する。利得媒質
10を通過することにより増幅された光信号は、光分岐回
路11によりその一部が分岐され、光−電気変換回路12に
より電気信号に変換される。ピーク値検出回路13では、
電気信号に変換された信号を入力し、その信号を基に光
増幅器出力の光パルスのピーク値に相当する信号を出力
する。利得調整回路14では、その出力と、あらかじめ決
定された定格信号とを比較し、ピーク値検出回路13の出
力の方が大きい場合には利得媒質10の信号光に対する利
得を減少させ、ピーク値検出回路13の出力の方が小さい
場合には利得媒質10の信号光に対する利得を増加させ
る。したがって、増幅器出力光のピーク値は定格信号に
相当する値に保持される。
次に第2図を用いて、ピーク値検出回路の作用を説明
する。光−電気変換回路12により電気信号に変換され、
ピーク値検出回路13に入力された電気信号は2系列に分
割され、片方は電気回路1に入力され、その平均出力に
対応した値が出力される(平均化)。他方の電気信号
は、電気回路2によりその瞬時出力のべき乗の瞬時出力
が出力される。ここでは、簡単のため、瞬時入力の2乗
の瞬時出力が出力されるとする。電気回路2の出力は、
電気回路1と同様な構成を有する電気回路3により平均
化され、電気回路4に入力される。電気回路4では、電
気回路1の出力と、電気回路3の出力から出力光パルス
のピーク値に比例した出力を計算して出力する。ここ
で、出力光デジタル信号のピーク値がPpで、マーク率M
のNRZ(Non−Return to Zero)符号だとすると、電気回
路1の出力はPpMに比例した量、電気回路3の出力はPp 2
Mに比例した量になるので、電気回路4では、電気回路
3の出力を電気回路1の出力で割ることによりピーク値
(Pp)を導き出すことができる。ここでは電気回路2の
入出力特性を2乗特性としたが、2乗特性でない場合で
も1乗でなければ適当な演算回路により、ピーク値を計
算することができる。電気回路5では、定格信号と電気
回路4の出力であるピーク値Ppに対応する出力とを比較
してその差の信号を出力する。
次に第3図を用いて本発明の作用を説明する。
光増幅器の入力および出力に設けられた光分岐回路11
により取り出された光信号は、光−電気変換回路12によ
り電気信号に変換される。それら電気信号は比較回路16
に入力される。比較回路16ではそれぞれの平均信号電力
を比較する。平均信号電力は光信号に対応しているの
で、比較回路16において、光増幅器の信号利得を知るこ
とができる。
従来の技術との差異は、従来、増幅器出力光の平均レ
ベルをパラメータとして帰還し、利得一定に制御してい
たので、出力光パルスのピーク値の変動が避けられなか
ったところを、本発明では、増幅器出力光パルスのピー
ク値をパラメータとすることを可能な構成としたので、
出力光ピーク値を一定に保つことを可能としたところに
ある。また増幅器入出力の光信号のモニタ手段を付加し
た場合は、同時に増幅器の利得を監視することができ
る。
(実施例) 以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
実施例1 第4図に、本発明の第1の実施例の基本構成を示す。
光増幅器は、エルビウム添加光ファイバ(EDF)増幅器
を利用している。この増幅器は、光により励起された信
号光に対する利得を保持する。ここでは、発振波長1.48
μmの半導体レーザ光により励起される構成とした。信
号光波長は1.55μmであり、波長多重カップラ17により
励起光と合波され、EDF18に導かれる。EDF出力光は、信
号光のみを通過させるバンドパスフィルタ(BPF)19を
通過することにより、不要な自然放出光が取り除かれ
る。光アイソレータ20は、不要な反射光を抑制して、安
定な利得を得るためにEDF18の前後に挿入されている。B
PF19を通過した信号光の一部は、光分岐カップラ21によ
り取り出され、フォトダイオード(PD)22により電気信
号に変換される。電気信号の一部はローパスフィルタ1
(LPF1)23−1を通過することにより、その平均値に変
換される。LPF23−1の遮断周波数は、入力される信号
光パルスのマーク率の変動周波数の帯域よりも高め、か
つEDF18の自然放出寿命の逆数よりも低く設定すればよ
い。PD22の出力信号の一部は、ダイオード24に入力され
る。このダイオードの出力瞬時値は、ほぼ入力瞬時値の
2乗に比例している。したがってローパスフィルタ2
(LPF2)23−2を通過し、平均化された信号は、出力光
のピークパワーの2乗Pp 2とマーク率Mの積(Pp 2M)に
比例した量となる。一方、ローパスフィルタ23−1の出
力信号は、PpMに比例した量である。次の演算回路25で
は、LPF23−2の出力をLPF23−1の出力で割ることによ
り、出力信号光のピーク値Ppを導き出して、出力する。
ローパスフィルタ23−1,23−2のカットオフ周波数は10
kHz程度でよい。演算回路25の出力は、差分増幅器26に
入力される。差分増幅器26では、定格信号と、出力光信
号のピーク値に相当する演算回路25の出力信号とを比較
し、その差分を出力して、励起用半導体レーザの注入電
流とする。演算回路25の出力が定格信号よりも大きけれ
ば励起用LDの注入電流が減少し、励起光パワーが減少す
ることにより、信号光に対する利得が減少する。また逆
に、演算回路25の出力が定格信号よりも小さければ励起
用LDの注入電流が増加し、励起光パワーが増加すること
により、信号光に対する利得が増加する。したがって、
定格信号を適当な大きさに設定することによって、ピー
ク値一定の出力光パルスを得ることができる。
実施例2 第5図に本発明の第2の実施例の基本構成を示す。実
施例1のEDF光ファイバ増幅器の代わりに、半導体レー
ザ増幅器28を用いた構成とした。したがって、実施例1
では励起光のパワーを調節することにより、信号光利得
を制御したのに代わり、ここでは半導体レーザ増幅器28
への注入電流を調節して、信号光利得を制御することが
できる。
実施例3 第6図に本発明の第3の実施例の基本構成を示す。こ
の実施例は、実施例1に、入力光信号が異常に低下した
場合や、入力信号が断たれた場合に対応するため利得モ
ニタ手段を付加したものである。光増幅器を、光伝送シ
ステムの光中継増幅器として用いる場合は、伝送線路が
切断または線路特性が劣化した場合、光中継器の保護、
警報信号の送出等を行わなければならない。実施例1の
構成のみでは入力光信号が断たれた場合、差増増幅器の
出力が上限値にクランプされ、励起用半導体レーザの寿
命を短化させる問題が生じる。またその場合の警報信号
の送出も不可能である。比較回路29および判定回路30は
入力光信号が断たれたり、異常にパワーが低下した場合
に、励起用半導体レーザの注入電流を、あるレベル以下
に低下させると同時に、警報送出回路30に警報送出命令
を送る働きを有する。増幅器の入出力部に設けられた、
光分岐カップラ21により分岐された光信号の一部は、フ
ォトダイオード22により電気信号に変換され、カットオ
フ周波数10kHz程度のローパスフィルタ23−1または透
過周波数10kHz程度のバンドパスフィルタ19を通過して
比較回路29に入力される。比較回路29では入力された電
気信号を比較して増幅器の利得を割り出すことができ
る。入力光パワーが異常に低下した場合、増幅器は出力
ピーク値を一定に保とうとするため、利得が大幅に増加
する。判定回路30は、入力光パワーの低下により、利得
がある許容された範囲を超えて上昇した場合、励起用半
導体レーザを保護するため、半導体レーザ駆動回路32に
信号を送り、注入電流を安全レベル以下に保たせる働き
を有すると同時に、警報送出回路31に信号を送る。警報
送出回路は、信号が入力された場合に、警報を送出す
る。判定回路における利得上昇の許容範囲は、あらかじ
め設定するか、または外部信号により制御してもよい。
(発明の効果) 本発明の光増幅器は、入力光パルスの平均光パワーや
ピーク値の変動にかかわらず、一定のピーク値を有する
光パルスを出力することができる。
また増幅器の利得を遠隔地点から監視することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図および第3図は本発明の基本構成を示す
ブロック図、 第4図は本発明の実施例1の基本構成を示す図、 第5図は本発明の実施例2の基本構成を示す図、 第6図は本発明の実施例3の基本構成を示す図である。 10……利得媒質、11……光分岐回路 12……光−電気変換回路、13……ピーク値検出回路 14……利得調節回路、15−1……電気回路1 15−2……電気回路2、15−3……電気回路3 15−4……電気回路4、15−5……電気回路5 16……比較回路、17……波長多重カップラ 18……エルビウムドープファイバ(EDF) 19……バンドパスフィルタ、20……アイソレータ 21……光分岐カップラ 22……フォトダイオード(PD) 23−1……ローパスフィルタ1 23−2……ローパスフィルタ2 24……ダイオード、25……演算回路 26……差分増幅器、27……励起光源 28……半導体レーザ増幅器、29……比較回路 30……判定回路、31……警報送出回路 32……半導体レーザ駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 501 H01S 3/10,3/18 H04B 10/00 - 10/28

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】減衰したデジタル光信号を入力し光直接増
    幅を行い、増幅された光信号を送出する光増幅器におい
    て、増幅された光信号の一部を取り出す光分岐手段と、
    その光信号を電気変換する光−電気変換手段と、該光−
    電気変換手段の出力電気信号を入力し、その値から光増
    幅器出力のピーク値を検出し、その値に相当した信号を
    出力するピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路の出
    力と規定の定格パワーの信号とを比較し、その差分によ
    り入力光信号に対する利得を調節する利得調節手段とか
    らなることを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】ピーク値検出回路が、光−電気変換手段の
    出力電気信号を入力し、その平均パワーに比例した信号
    を出力する電気回路1と、前記電気変換された電気信号
    を入力し、その出力瞬時値が入力瞬時値に対して非線形
    に応答する電気回路2と、電気回路2の出力を入力し、
    その時間平均を出力する電気回路3と、前記電気回路1
    の出力と、前記電気回路3の出力を入力し、その値から
    光増幅器出力のピーク値を計算し、その値に比例した信
    号を出力する電気回路4からなることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】増幅器の入力および出力光信号の一部を取
    り出し、その信号電力を比較して増幅器の利得を監視す
    る手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光増幅器。
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