JP2789830B2 - 光増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光増幅器モジュールへ
の電源断に対処できる光増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は文献「ＩＳＳ ’
９０ Ｐｏｓｔｅｒ ｓｅｓｓｉｏｎＰａｐｅｒ ＃１
５ Ｖｏｌ IIIｐ．８５〜ｐ．８９」に開示されるもの
がある。この上記文献には図６に示すような光増幅器モ
ジュールの記載がある。図６において、光増幅器モジュ
ールは、光の方向を決めるアイソレータ６１、半導体に
より構成される光増幅器６２、光の帯域を決めるフィル
タ６３、及び増幅光をモニタするビームスプリッタ６４
とホトダイオード６５により構成される。図７は光増幅
器モジュールの性能を示す。光増幅器６２は電流を流す
ことにより増幅し、一般に増幅率は電流を流すほど増加
する。光増幅器モジュールの光増幅率と、入出力光の光
増幅率の関係を式にあらわすと、以下のようになる。

【０００３】ｘ_O ／ｘ_I ＝α …（１）

【０００４】ここで、ｘ_O は出力光、ｘ_I は入力光、α
は光増幅率である。さらに、図８は光増幅器モジュール
８１、光ファイバ、その他の光素子を使用したシステム
であり、リモートノード８２とセンタノード８３をリン
グネットワークに形成している。このように、光増幅器
モジュール８１は、光伝送路に直列に挿入され、光ファ
イバ、その他の光素子の損失を補償するために使用され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の光増幅器モジュールでは、電流を供給しない場合、
入力光は出力されず、また、光増幅に要する供給電流が
大きいため、システム内に直列に接続されると、システ
ムの電源が断した場合、伝送路上の信号が光増幅器モジ
ュールにより消滅し、次のシステムへ信号が伝送されな
かった。また、予備用電源による電流供給については必
要電流量が多いため、システム予備電源が大きくなった
り、電源断時の伝送保持時間が少なかったりした。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、以上述
べた、光増幅器モジュールにおける電流供給断時の光出
力断と光増幅に要する供給電流が多いことを軽減するた
め、電流供給断時にも入力光の一部を出力端子に出力
し、光増幅率の高い光増幅器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、入力端子か
ら供給された入力光信号を増幅して出力端子から出力す
る光増幅器において、光増幅器は２×２光カプラと光増
幅器モジュールを含み、光増幅器の入力端子から供給さ
れた入力光信号は２×２光カプラの第１の入力端子に供
給され、２×２光カプラの第１の出力端子を介して光増
幅器の出力端子に出力されると共に、２×２光カプラの
第２の出力端子から光増幅器モジュールを介して２×２
光カプラの第２の入力端子に接続されることにより、前
記光増幅器モジュールで増幅された光信号は前記出力端
子に出力され、かつ前記光増幅器モジュールに帰還され
ることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】２×２光カプラは光信号をそれぞれ出力比に応
じて伝送路出力と光増幅器モジュールとに出力する。光
増幅器モジュールで増幅された光信号は、２×２光カプ
ラを介して伝送路に出力され、さらに光増幅器モジュー
ルに帰還される。光増幅器モジュールの電源断により増
幅率が０になっても入力光の一部が出力端子より伝送路
に出力される。

【０００９】

【実施例】図１（ａ）はこの発明に係る光増幅器の第１
の実施例を示す回路図である。光増幅器自身は光入力の
ための入力端子１と光出力のための出力端子２との間に
接続される。入力端子１は、２×２光カプラ３の第１の
入力端に接続され、出力端子２は２×２光カプラ３の第
１の出力端に接続される。２×２光カプラ３の第２の出
力端は光増幅器モジュール４の入力端に接続され、光増
幅器モジュール４の出力端は２×２光カプラ３の第２の
入力端に接続される。各構成部分の接続５は光ファイバ
もしくは光空間結合されているものとする。

【００１０】ハーフミラーにより構成されるビームスプ
リッタを有する２×２光カプラ３の光分岐比を１：１と
すると、入出力光の関係は以下のようになる。入力端子
１を経て第１の入力端からｘ_I を入力、第２の入力端か
らｘ₁ を入力すると、第１，第２の出力端の出力ｘ_O ，
ｘ₂ は、ｘ_I の入力に対しｘ_O ，ｘ₂ に５０％ずつ出力
され、ｘ₁ の入力に対しｘ_O ，ｘ₂ に５０％ずつ出力さ
れる。したがって、

【００１１】ｘ_O ＝ｘ_I ／２＋ｘ₁ ／２＝（ｘ_I ＋ｘ
₁ ）／２ …（２）

【００１２】ｘ₂ ＝ｘ_I ／２＋ｘ₁ ／２＝（ｘ_I ＋ｘ
₁ ）／２ …（３）

【００１３】このように、２×２光カプラ３内では、入
力端子１から入力された光と、光増幅器モジュール４で
α倍に増幅され第２の入力端に入力される光とが各々１
／２にされ、出力端子２に出力される。

【００１４】第２の出力端からのｘ₂ は光増幅器モジュ
ール４によりα倍されて第１の入力端にｘ₁ として与え
られ、

【００１５】ｘ₂ α＝ｘ₁ …（４）

【００１６】式（２）に式（４）を代入し、ｘ_O ＝ｘ₂
（式（２）＝式（３））を考慮して整理すると、

【００１７】ｘ_O ／ｘ_I ＝１／（２−α） …（５）

【００１８】一方、入力光を入力しない場合の発振条件
は、光増幅器モジュール４の出力の１／２がｘ_O より大
きくなる場合であるので、

【００１９】αｘ_O ／２＞ｘ_O …（６）

【００２０】より、

【００２１】α＞２ …（７）

【００２２】の場合に発振する。また、α＝２の場合実
際には、光増幅器モジュール４の自然放出光のために、
ｘ_O ＝ｘ_N ／（２−α）（ここでｘ_N は自然放出光）と
なるため、ｘ_O ＝∞となる。また、αは光増幅器モジュ
ール４の光増幅率であるので、

【００２３】α＞０ …（８）

【００２４】図２は、上記式（２）〜（８）と従来の技
術として説明した式（１）とのｘ_O ／ｘ_I −α特性を示
した図である。図２より、この実施例によるものの方が
従来の光増幅器モジュールより、α＝１の点で同等であ
るがその他の全ての点で同一出力光に対し、αの値が低
いものとなっている。また、この実施例においてはα＝
０の時でも入力光の一部が出力光に出力される。なお、
図２において２１はアルファが負の場合で設定不可能領
域であり、２２は本発明における第１の実施例のｘ_O ／
ｘ_I ＝１／（２−α）の発振領域である。

【００２５】図１（ｂ）は第２の実施例であり、２×２
光カプラ３の出力比が１：Ｎの場合を示す回路図であ
る。接続は図１（ａ）と同様であるが、光カプラ３を構
成するハーフミラーの反射率が１：１のものと１：Ｎの
ものを図３のように接続して用いる。ハーフミラーは２
個のビームスプリッタ３１，３２を構成している。この
とき、前段のビームスプリッタ３１は第１の実施例にお
いて使用したものと同等のものであり、後段のビームス
プリッタ３２においては１＋Ｎの入力に対しＮが透過し
て第１の出力端を介して出力端子２に出力し、１が反射
して第２の出力端に進む。前段のハーフミラーで（ｘ_I
＋ｘ₁ ）が１／２にされるのであるが、これを固定損失
分として扱い省略し、全体として図１（ｂ）のように光
カプラ３の第１の入力端にｘ_I 、第２の入力端にｘ₁ が
入力されると、第１の出力端ｘ_O に

【００２６】 ｘ_O ＝（ｘ_I ＋ｘ₁ ）Ｎ／（Ｎ＋１） …（９）

【００２７】第２の出力端ｘ₂ に

【００２８】 ｘ₂ ＝（ｘ_I ＋ｘ₁ ）／（Ｎ＋１） …（１０）

【００２９】が出力される。このように第１の出力端ｘ
_O と第２の出力端ｘ₂ とには、入力の和（ｘ_I ＋ｘ₁ ）
がＮ：１に分岐される。

【００３０】第２の実施例のｘ_O ／ｘ_I を求める。式
（４）を式（９），式（１０）に代入する。

【００３１】 （ｘ_I ＋ｘ₂ α）Ｎ／（Ｎ＋１）＝ｘ_O …（１１）

【００３２】 （ｘ_I ＋ｘ₂ α）／（Ｎ＋１）＝ｘ₂ …（１２）

【００３３】式（１２）をｘ₂ について解いて

【００３４】ｘ₂ ＝ｘ_I ／（Ｎ＋１−α） …（１３）

【００３５】式（１３）を式（１１）に代入して整理す
ると

【００３６】 ｘ_O ／ｘ_I ＝Ｎ／（Ｎ＋１−α） …（１４）

【００３７】となる。Ｎに９，１，１／９を代入すると
各々、９／（１０−α），１／（２−α），１／（１０
−９α）となる。

【００３８】図４に、Ｎが９，１，１／９の場合のｘ_O
／ｘ_I−α特性図を示す。αが０の時のｘ_I に対する出
力の大きさは、Ｎが大きい方が他の場合より大きく、同
じｘ_O ／ｘ_I の場合のαの大きさは、ｘ_O ／ｘ_I ＞１に
おいて、Ｎの小さい方が小さい。

【００３９】図１（ｃ）は第３の実施例であり、図１
（ｂ）と同様に出力比が１：Ｎであるが、入力に対する
出力の状態が図１（ｂ）とは異なる回路図である。この
とき用いるビームスプリッタは上記第２の実施例で説明
した図３における後段のものと同様のものである。１＋
Ｎの入力に対しＮが反射され１が通過するので、ｘ_I の
入力はｘ_O にＮ／（Ｎ＋１），ｘ₂ に１／（Ｎ＋１）が
出力され、ｘ₁ の入力はｘ_O に１／（Ｎ＋１），ｘ₂ に
Ｎ／（Ｎ＋１）が出力される。その結果、光カプラ３の
第１の入力端にｘ_I 、第２の入力端にｘ₁ が入力される
と、第１の出力端ｘ_O に

【００４０】ｘ_O ＝ｘ_I Ｎ／（Ｎ＋１）＋ｘ₁ ／（Ｎ＋
１） …（１５）

【００４１】また第２の出力端ｘ₂ に

【００４２】ｘ₂ ＝ｘ_I ／（Ｎ＋１）＋ｘ₁ Ｎ／（Ｎ＋
１） …（１６）

【００４３】が出力される。このように入力ｘ_I につい
ては、第１の出力端ｘ_O と第２の出力端ｘ₂ にＮ：１で
分岐され、入力ｘ₁ については１：Ｎで分岐される。

【００４４】第３の実施例のｘ_I ／ｘ_O を求める。式
（４）を式（１５），式（１６）に代入する

【００４５】ｘ_I Ｎ／（Ｎ＋１）＋αｘ₂ ／（Ｎ＋１）
＝ｘ_O …（１７）

【００４６】ｘ_I ／（Ｎ＋１）＋αｘ₂ Ｎ／（Ｎ＋１）
＝ｘ₂ …（１８）

【００４７】式（１８）をｘ₂ に対して解く ｘ₂ ＝ｘ_I ／（Ｎ＋１−Ｎα） …（１９）

【００４８】式（１９）を式（１７）に代入して整理す
ると、

【００４９】ｘ_O ／ｘ_I ＝Ｎ／（Ｎ＋１）＋α／［( Ｎ
＋１)(Ｎ＋１−Ｎα) ］…（２０）

【００５０】となる。Ｎに９，１，１／９を代入すると
各々、９／１０＋（α／１０）（１／（１０−９
α）），１／（２−α），１／１０＋（９α／１０）
（９／（１０−α））となる。

【００５１】図５に、Ｎが、９，１，１／９の場合のｘ
_O ／ｘ_I −α特性図を示す。αが０の時のｘ_I に対する
出力の大きさは、Ｎの大きい方が他の場合より大きく、
同じｘ_O ／ｘ_I の場合のαの大きさは、ｘ_O ／ｘ_I ＞１
において、Ｎの大きい方が小さい。

【００５２】光カプラの種類は消費電力の大小やαの調
整のしやすさに応じて選択し、分岐比は上述した実施例
およびこれらに準じて任意に選択することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、２×２光カプラの１出力から光増幅器モジュールを
通して２×２光カプラに１入力に入力して２×２光カプ
ラと光増幅器モジュールとを接続して光増幅器を構成
し、光増幅器モジュールで増幅された光信号は前記出力
端子に出力され、かつ光増幅器モジュールに帰還される
ので、光増幅器モジュールの電源断などで増幅率が０に
なった場合でも、光カプラを介して入力端子からの光入
力の一部が出力され、伝送路上の信号が消滅することを
防ぐことができる。さらに、帰還の効果により光増幅器
全体の増幅率は、光増幅器モジュールの増幅率よりも大
きくとれることにが期待できる。また、光増幅器全体と
しては１入力１出力であるため、システムを変更するこ
となく従来の光増幅器との置き換えが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）はこの発明に係る光増幅器の第１の
実施例を示す回路図、図１（ｂ）は第２の実施例の回路
図、図１（ｃ）は第３の実施例の回路図である。

【図２】第１の実施例と従来の光増幅器モジュールとの
特性図である。

【図３】第２の実施例における２×２光カプラの一例を
説明する接続図である。

【図４】第２の実施例の特性図である。

【図５】第３の実施例の特性図である。

【図６】従来の光増幅器モジュールを説明する図であ
る。

【図７】従来の光増幅器モジュールの性能を示す図であ
る。

【図８】従来の光増幅器モジュールを使用例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ ２×２光カプラ ４ 光増幅器モジュール ５ 接続

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子から供給された入力光信号を増
   幅して出力端子から出力する光増幅器において、 前記光増幅器は２×２光カプラと光増幅器モジュールを
   含み、 前記入力端子から供給された入力光信号は前記２×２光
   カプラの第１の入力端子に供給され、前記２×２光カプ
   ラの第１の出力端子を介して前記出力端子に出力される
   と共に、前記２×２光カプラの第２の出力端子から前記
   光増幅器モジュールを介して前記２×２光カプラの第２
   の入力端子に接続されることにより、前記光増幅器モジ
   ュールで増幅された光信号は前記出力端子に出力され、
   かつ前記光増幅器モジュールに帰還されることを特徴と
   する光増幅器。