JP2925371B2 - ファイバ形光増幅器 - Google Patents
ファイバ形光増幅器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信システム
に用いられる希土類ドープ光ファイバを用いたファイバ
形光増幅器に関するもので、特に、希土類ドープ光ファ
イバへの励起光入力の安定化に関するものである。
に用いられる希土類ドープ光ファイバを用いたファイバ
形光増幅器に関するもので、特に、希土類ドープ光ファ
イバへの励起光入力の安定化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置として図７に示す様
なものがあった。この図は「１９８９年電子情報通信学
会秋季全国大会Ｃ−２８１，４−２２１頁」に掲載され
た「Ｅr ドープファイバによる光ソリトンの増幅と伝
搬」に示されたもので、図において、１は希土類ドープ
光ファイバ、２，３は励起光源、４，５は光カプラ、６
ａは信号光入力端子、６ｂは信号光出力端子、７はシン
グルモード光ファイバである。
なものがあった。この図は「１９８９年電子情報通信学
会秋季全国大会Ｃ−２８１，４−２２１頁」に掲載され
た「Ｅr ドープファイバによる光ソリトンの増幅と伝
搬」に示されたもので、図において、１は希土類ドープ
光ファイバ、２，３は励起光源、４，５は光カプラ、６
ａは信号光入力端子、６ｂは信号光出力端子、７はシン
グルモード光ファイバである。
【０００３】次に動作について説明する。希土類ドープ
光ファイバ１は例えば希土類元素であるエルビウムを長
さ数ｍ〜数十ｍ程度のシングルモード光ファイバにドー
プしたものである。希土類ドープ光ファイバ１には光カ
プラ５が接続されている。励起光源２，３は例えば波長
１．４８μｍの半導体レーザであり、その出力光は光カ
プラ４にそれぞれ入力されて合成された後、光カプラ５
により希土類ドープ光ファイバ１に入力される。
光ファイバ１は例えば希土類元素であるエルビウムを長
さ数ｍ〜数十ｍ程度のシングルモード光ファイバにドー
プしたものである。希土類ドープ光ファイバ１には光カ
プラ５が接続されている。励起光源２，３は例えば波長
１．４８μｍの半導体レーザであり、その出力光は光カ
プラ４にそれぞれ入力されて合成された後、光カプラ５
により希土類ドープ光ファイバ１に入力される。
【０００４】上記励起光源２，３の出力光が希土類ドー
プ光ファイバ１に入力されると、希土類ドープ光ファイ
バ１は反転分布状態となり、信号光入力端子６ａから入
力された例えば波長１．５３μｍもしくは１．５５μｍ
の信号光は誘導放出作用により増幅されて信号光出力端
子６ｂに出力される。ここで、励起光入力電力と信号光
出力電力との関係は図８に示される。
プ光ファイバ１に入力されると、希土類ドープ光ファイ
バ１は反転分布状態となり、信号光入力端子６ａから入
力された例えば波長１．５３μｍもしくは１．５５μｍ
の信号光は誘導放出作用により増幅されて信号光出力端
子６ｂに出力される。ここで、励起光入力電力と信号光
出力電力との関係は図８に示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のファイバ形光増
幅器は以上のように構成されており、励起光源の光レベ
ルに対する制御がなされていないため、図８に示すよう
に、励起光源の出力光のレベル変動に伴って出力信号光
のレベルも変動してしまう。特に、いずれかの励起光源
が劣化した際には出力光は大きく減少する。従って、こ
のファイバ形光増幅器を用いて光伝送システムを構成し
た場合、個々の構成装置に要求されるダイナミックレン
ジが拡大するために、システムの動作の安定性の確保が
困難になるとともに、励起光源劣化に対する信頼度が低
いという課題があった。
幅器は以上のように構成されており、励起光源の光レベ
ルに対する制御がなされていないため、図８に示すよう
に、励起光源の出力光のレベル変動に伴って出力信号光
のレベルも変動してしまう。特に、いずれかの励起光源
が劣化した際には出力光は大きく減少する。従って、こ
のファイバ形光増幅器を用いて光伝送システムを構成し
た場合、個々の構成装置に要求されるダイナミックレン
ジが拡大するために、システムの動作の安定性の確保が
困難になるとともに、励起光源劣化に対する信頼度が低
いという課題があった。
【０００６】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、励起光源の出力光のレベル変動や
波長変動を伴う場合でも出力信号光のレベルを一定に保
つことができ、しかも励起光源が複数の場合でも信頼性
が高く、安定動作が実現できるファイバ形光増幅器を得
ることを目的とする。
めになされたもので、励起光源の出力光のレベル変動や
波長変動を伴う場合でも出力信号光のレベルを一定に保
つことができ、しかも励起光源が複数の場合でも信頼性
が高く、安定動作が実現できるファイバ形光増幅器を得
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るファイバ形
光増幅器は、光を増幅する媒質をドープした光ファイバ
に入力される励起光の一部を受光して受光電流を出力す
る受光手段と、この受光手段からの受光電流と参照電流
との差を増幅する受光電流増幅回路と、この受光電流増
幅回路の出力を所定の電流分岐比で分岐する電流分岐回
路と、上記複数の励起光源にそれぞれ対応して備えられ
て各励起光源の出力を負帰還制御する複数の負帰還制御
手段とを備え、各負帰還制御手段は、励起光源の出力の
一部を受光して受光電流を出力する受光器と、上記電流
分岐回路により任意の分岐比で分岐された電流値と上記
受光器からの受光電流値とに基づいて上記励起光源の光
出力レベルを制御するための制御電流を出力する励起光
源出力制御回路と、この励起光源出力制御回路から励起
光源に出力される制御電流の上限値を制限する電流リミ
ッタとを有することを特徴とするものである。
光増幅器は、光を増幅する媒質をドープした光ファイバ
に入力される励起光の一部を受光して受光電流を出力す
る受光手段と、この受光手段からの受光電流と参照電流
との差を増幅する受光電流増幅回路と、この受光電流増
幅回路の出力を所定の電流分岐比で分岐する電流分岐回
路と、上記複数の励起光源にそれぞれ対応して備えられ
て各励起光源の出力を負帰還制御する複数の負帰還制御
手段とを備え、各負帰還制御手段は、励起光源の出力の
一部を受光して受光電流を出力する受光器と、上記電流
分岐回路により任意の分岐比で分岐された電流値と上記
受光器からの受光電流値とに基づいて上記励起光源の光
出力レベルを制御するための制御電流を出力する励起光
源出力制御回路と、この励起光源出力制御回路から励起
光源に出力される制御電流の上限値を制限する電流リミ
ッタとを有することを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明においては、希土類ドープ光ファイバに
入力される励起光源光の一部を光カプラにより分岐して
光レベルを検出した後、所定の設定レベルとの誤差信号
を励起光源出力制御回路に入力し、上記誤差信号とそれ
ぞれの励起光源出力光の一部を受光する受光器の出力信
号とにより、上記励起光源出力制御回路において励起光
源出力光のレベルが所定の一定値になるようにそれぞれ
の励起光源の出力を自動的に制御する。
入力される励起光源光の一部を光カプラにより分岐して
光レベルを検出した後、所定の設定レベルとの誤差信号
を励起光源出力制御回路に入力し、上記誤差信号とそれ
ぞれの励起光源出力光の一部を受光する受光器の出力信
号とにより、上記励起光源出力制御回路において励起光
源出力光のレベルが所定の一定値になるようにそれぞれ
の励起光源の出力を自動的に制御する。
【０００９】
【実施例】実施例１．以下、本発明の一実施例を図１〜
図５を用いて説明する。図１は励起光源を２個使用した
場合の本発明の一実施例を示す構成図であり、図中、
１，２，３，４，６ａ，６ｂ，７は図７と同一のもので
ある。５は、信号光入力端子６ａより入力される入力信
号光と光カプラ４の励起出力光とを合波する光カプラで
あり、出力側の一端は希土類ドープ光ファイバに、他の
一端は例えば誘電体多層膜を用い、波長１．４８μｍの
励起光は通過し波長１．５３μｍ又は１．５５μｍの信
号光は遮断する特性を有する帯域通過フィルタ８に接続
されている。
図５を用いて説明する。図１は励起光源を２個使用した
場合の本発明の一実施例を示す構成図であり、図中、
１，２，３，４，６ａ，６ｂ，７は図７と同一のもので
ある。５は、信号光入力端子６ａより入力される入力信
号光と光カプラ４の励起出力光とを合波する光カプラで
あり、出力側の一端は希土類ドープ光ファイバに、他の
一端は例えば誘電体多層膜を用い、波長１．４８μｍの
励起光は通過し波長１．５３μｍ又は１．５５μｍの信
号光は遮断する特性を有する帯域通過フィルタ８に接続
されている。
【００１０】９は上記帯域通過フィルタ８の通過光を受
光する受光器、１０は受光器９の受光電流と参照電流入
力端子１１に入力される参照電流との差を増幅する受光
電流増幅回路、１２は受光電流増幅回路１０の出力電流
を分岐する電流分岐回路、１３，１４は励起光源２，３
の出力光の一部をそれぞれ受光する受光器、１５，１６
は電流分岐回路１２の出力電流と受光器１３，１４の出
力電流とにより励起光源２，３の出力光レベルをそれぞ
れ制御する励起光源出力制御回路、１７，１８は励起光
源出力制御回路１５，１６から励起光源２，３に出力さ
れる電流をそれぞれ所定の最大値で制限する電流リミッ
タである。
光する受光器、１０は受光器９の受光電流と参照電流入
力端子１１に入力される参照電流との差を増幅する受光
電流増幅回路、１２は受光電流増幅回路１０の出力電流
を分岐する電流分岐回路、１３，１４は励起光源２，３
の出力光の一部をそれぞれ受光する受光器、１５，１６
は電流分岐回路１２の出力電流と受光器１３，１４の出
力電流とにより励起光源２，３の出力光レベルをそれぞ
れ制御する励起光源出力制御回路、１７，１８は励起光
源出力制御回路１５，１６から励起光源２，３に出力さ
れる電流をそれぞれ所定の最大値で制限する電流リミッ
タである。
【００１１】図２，３，４，５は図１の一実施例１に示
したファイバ型光増幅器の詳細構成の一例を示す構成図
である。図２は受光電流増幅回路１０の詳細構成例であ
り、１９，２０はダーリントン接続されたトランジス
タ、２１は抵抗である。また、図３は電流分岐回路１２
の詳細構成例であり、２２，２３は差動増幅器を構成す
るトランジスタ、２４，２５，２６，２７，２８，２９
はカレントミラー回路を構成するトランジスタ、３０，
３１，３２，３３，３４，３５は抵抗である。
したファイバ型光増幅器の詳細構成の一例を示す構成図
である。図２は受光電流増幅回路１０の詳細構成例であ
り、１９，２０はダーリントン接続されたトランジス
タ、２１は抵抗である。また、図３は電流分岐回路１２
の詳細構成例であり、２２，２３は差動増幅器を構成す
るトランジスタ、２４，２５，２６，２７，２８，２９
はカレントミラー回路を構成するトランジスタ、３０，
３１，３２，３３，３４，３５は抵抗である。
【００１２】また、図４は励起光源出力制御回路１５の
詳細構成例であり、３６，３７はダーリントン接続され
たトランジスタ、３８は抵抗、又１７は電流制限用の抵
抗である。図５は図４と同様に励起光源出力制御回路１
６の詳細構成例であり、３９，４０はダーリントン接続
されたトランジスタ、４１は抵抗、又１８は電流制限用
の抵抗である。
詳細構成例であり、３６，３７はダーリントン接続され
たトランジスタ、３８は抵抗、又１７は電流制限用の抵
抗である。図５は図４と同様に励起光源出力制御回路１
６の詳細構成例であり、３９，４０はダーリントン接続
されたトランジスタ、４１は抵抗、又１８は電流制限用
の抵抗である。
【００１３】次に、図１を用いて本発明の一実施例１の
動作について説明する。信号光入力端子６ａから入力さ
れた信号光は、従来例の場合と同様に希土類ドープ光フ
ァイバ１を通過することにより増幅される。一方、励起
光源２，３から出力される励起光は光カプラ４により合
波された後、光カプラ５により希土類ドープ光ファイバ
１に入力されるとともにその一部が分岐されて信号光と
ともに帯域通過フィルタ８に入力される。
動作について説明する。信号光入力端子６ａから入力さ
れた信号光は、従来例の場合と同様に希土類ドープ光フ
ァイバ１を通過することにより増幅される。一方、励起
光源２，３から出力される励起光は光カプラ４により合
波された後、光カプラ５により希土類ドープ光ファイバ
１に入力されるとともにその一部が分岐されて信号光と
ともに帯域通過フィルタ８に入力される。
【００１４】帯域通過フィルタ８は、波長１．５３μｍ
又は１．５５μｍの信号光を遮断し、波長１．４８μｍ
の励起光のみを受光器９に出力する。受光器９により光
電気変換された信号は、受光電流増幅回路１０に入力さ
れて、参照電流入力端子１１に入力される所定の参照電
流との差が増幅された後、誤差信号として電流分岐回路
１２に出力され、ここで任意の電流分岐比で分岐され
て、励起光源出力制御回路１５，１６にそれぞれ出力さ
れる。
又は１．５５μｍの信号光を遮断し、波長１．４８μｍ
の励起光のみを受光器９に出力する。受光器９により光
電気変換された信号は、受光電流増幅回路１０に入力さ
れて、参照電流入力端子１１に入力される所定の参照電
流との差が増幅された後、誤差信号として電流分岐回路
１２に出力され、ここで任意の電流分岐比で分岐され
て、励起光源出力制御回路１５，１６にそれぞれ出力さ
れる。
【００１５】励起光源出力制御回路１５は、励起光源２
と励起光源２の出力光の一部を受光する受光器１３とに
接続され、上記受光器１３の出力信号と、上記電流分岐
回路１２より入力される誤差信号とに応じて、励起光源
２の出力を負帰還制御する。また、励起光源出力制御回
路１６は、上記と全く同様に励起光源３と励起光源３の
出力光の一部を受光する受光器１４とに接続され、上記
受光器１４の出力信号と上記電流分岐回路１２より入力
される誤差信号とに応じて励起光源３の出力を負帰還制
御する。
と励起光源２の出力光の一部を受光する受光器１３とに
接続され、上記受光器１３の出力信号と、上記電流分岐
回路１２より入力される誤差信号とに応じて、励起光源
２の出力を負帰還制御する。また、励起光源出力制御回
路１６は、上記と全く同様に励起光源３と励起光源３の
出力光の一部を受光する受光器１４とに接続され、上記
受光器１４の出力信号と上記電流分岐回路１２より入力
される誤差信号とに応じて励起光源３の出力を負帰還制
御する。
【００１６】従って、図８に示すように、信号光出力端
子６ｂから出力される信号光は、希土類ドープ光ファイ
バ１に入力される励起光入力電力にほぼ比例して変化す
るため、励起光源２，３の出力光を上記の様に負帰還制
御することにより、出力信号光のレベルを所定の一定値
に制御できる。
子６ｂから出力される信号光は、希土類ドープ光ファイ
バ１に入力される励起光入力電力にほぼ比例して変化す
るため、励起光源２，３の出力光を上記の様に負帰還制
御することにより、出力信号光のレベルを所定の一定値
に制御できる。
【００１７】また、励起光源２，３のいずれか一方が劣
化した場合には、例えば励起光源２が劣化したと仮定す
ると、励起光源出力制御回路１５により、電流リミッタ
１７の電流制限値までは上記励起光源２の駆動電流は増
加し続け、光出力は一定に保たれるが、上記電流制限値
を越えると、励起光源２の駆動電流は一定値に抑えられ
て光出力は減少してゆく。すると、受光電流増幅回路１
０からは光レベルを増加させる誤差信号が発生し、これ
により、励起光源出力制御回路１６は正常な励起光源３
の駆動電流を増加するので、光カプラ５により希土類ド
ープ光ファイバ１に入力される励起光のレベルは所定の
一定値に保たれる。
化した場合には、例えば励起光源２が劣化したと仮定す
ると、励起光源出力制御回路１５により、電流リミッタ
１７の電流制限値までは上記励起光源２の駆動電流は増
加し続け、光出力は一定に保たれるが、上記電流制限値
を越えると、励起光源２の駆動電流は一定値に抑えられ
て光出力は減少してゆく。すると、受光電流増幅回路１
０からは光レベルを増加させる誤差信号が発生し、これ
により、励起光源出力制御回路１６は正常な励起光源３
の駆動電流を増加するので、光カプラ５により希土類ド
ープ光ファイバ１に入力される励起光のレベルは所定の
一定値に保たれる。
【００１８】ここで、受光器１３（又は１４）−励起光
源出力制御回路１５（又は１６）−励起光源２（又は
３）の負帰還ループを『ループ１』、受光器９−受光電
流増幅回路１０−励起光源出力制御回路１５（又は１
６）−励起光源２（又は３）の負帰還ループを『ループ
２』とし、『ループ１』の応答時定数を『ループ２』の
応答時定数に比べて十分小さくした場合について考え
る。
源出力制御回路１５（又は１６）−励起光源２（又は
３）の負帰還ループを『ループ１』、受光器９−受光電
流増幅回路１０−励起光源出力制御回路１５（又は１
６）−励起光源２（又は３）の負帰還ループを『ループ
２』とし、『ループ１』の応答時定数を『ループ２』の
応答時定数に比べて十分小さくした場合について考え
る。
【００１９】まず、受光器９に入力される励起光が一定
レベルの時には、『ループ１』により励起光源２，３の
光出力レベルは所定の一定値となる様に制御される。従
って、この時、励起光源２，３にレーザダイオードを使
用した場合の周囲温度変化に伴う閾値電流並びに微分量
子効率の変化は、『ループ１』により吸収され上記励起
光源２，３の光出力レベルはそれぞれ所定の一定値に保
たれる。
レベルの時には、『ループ１』により励起光源２，３の
光出力レベルは所定の一定値となる様に制御される。従
って、この時、励起光源２，３にレーザダイオードを使
用した場合の周囲温度変化に伴う閾値電流並びに微分量
子効率の変化は、『ループ１』により吸収され上記励起
光源２，３の光出力レベルはそれぞれ所定の一定値に保
たれる。
【００２０】次に、励起光源出力光の波長、並びに光カ
プラの損失等の変化により、受光器９に入力される励起
光のレベルが変化した時には、まず、『ループ２』中の
受光電流増幅回路１０の出力誤差信号が変化し、次にそ
れに応じた『ループ１』の制御により、上記出力誤差信
号が所定値となるまで励起光源２，３の光出力レベルが
制御される。その結果として、光カプラ５により希土類
ドープ光ファイバ１に入力される励起光のレベルは一定
値に保たれる。以上のように、『ループ１』の応答時定
数を『ループ２』の応答時定数に比べて十分小さく設計
すれば、励起出力光のレベルを常に安定に制御できる。
プラの損失等の変化により、受光器９に入力される励起
光のレベルが変化した時には、まず、『ループ２』中の
受光電流増幅回路１０の出力誤差信号が変化し、次にそ
れに応じた『ループ１』の制御により、上記出力誤差信
号が所定値となるまで励起光源２，３の光出力レベルが
制御される。その結果として、光カプラ５により希土類
ドープ光ファイバ１に入力される励起光のレベルは一定
値に保たれる。以上のように、『ループ１』の応答時定
数を『ループ２』の応答時定数に比べて十分小さく設計
すれば、励起出力光のレベルを常に安定に制御できる。
【００２１】次に、図２〜図５を用いて、本発明の一実
施例の更に詳細な動作を説明する。ただし、各変数は以
下の様に定義する。 Ｐpump：希土類ドープ光ファイバ１に入力される励起光
レベル（光カプラ５出力） Ｐ1 ：励起光源２の光出力レベル Ｐ2 ：励起光源３の光出力レベル ｋ1 ：光カプラ４，５の励起光に対する通過損失合計 ｋ2 ：光カプラ５の励起光に対する分岐損失と帯域通
過フィルタ８の通過損失合計 Ｓm ：受光器９の受光感度 Ｉref ：受光電流増幅回路１０に入力する参照電流 Ｓ1 ：受光器１３の受光感度（励起光源２の出力光の
受光器１３への結合効率も含む。） Ｓ2 ：受光器１４の受光感度（励起光源３の出力光の
受光器１４への結合効率も含む。） β1 ：ダーリントントランジスタ３６，３７の電流増
幅率 β2 ：ダーリントントランジスタ３９，４０の電流増
幅率 η1 ：励起光源用レーザダイオード２の微分量子効率 η2 ：励起光源用レーザダイオード３の微分量子効率 Ｉl1 ：励起光源用レーザダイオード２の直流バイアス
電流 Ｉl2 ：励起光源用レーザダイオード３の直流バイアス
電流 Ｉth1 ：励起光源用レーザダイオード２の閾値電流 Ｉth2 ：励起光源用レーザダイオード３の閾値電流 Ｉp1 ：励起光源２用の受光器１３の受光電流 Ｉp2 ：励起光源３用の受光器１４の受光電流
施例の更に詳細な動作を説明する。ただし、各変数は以
下の様に定義する。 Ｐpump：希土類ドープ光ファイバ１に入力される励起光
レベル（光カプラ５出力） Ｐ1 ：励起光源２の光出力レベル Ｐ2 ：励起光源３の光出力レベル ｋ1 ：光カプラ４，５の励起光に対する通過損失合計 ｋ2 ：光カプラ５の励起光に対する分岐損失と帯域通
過フィルタ８の通過損失合計 Ｓm ：受光器９の受光感度 Ｉref ：受光電流増幅回路１０に入力する参照電流 Ｓ1 ：受光器１３の受光感度（励起光源２の出力光の
受光器１３への結合効率も含む。） Ｓ2 ：受光器１４の受光感度（励起光源３の出力光の
受光器１４への結合効率も含む。） β1 ：ダーリントントランジスタ３６，３７の電流増
幅率 β2 ：ダーリントントランジスタ３９，４０の電流増
幅率 η1 ：励起光源用レーザダイオード２の微分量子効率 η2 ：励起光源用レーザダイオード３の微分量子効率 Ｉl1 ：励起光源用レーザダイオード２の直流バイアス
電流 Ｉl2 ：励起光源用レーザダイオード３の直流バイアス
電流 Ｉth1 ：励起光源用レーザダイオード２の閾値電流 Ｉth2 ：励起光源用レーザダイオード３の閾値電流 Ｉp1 ：励起光源２用の受光器１３の受光電流 Ｉp2 ：励起光源３用の受光器１４の受光電流
【００２２】まず、図２について説明する。この回路は
受光電流増幅回路１０であり、次式が成り立つ。 Ｉ2 ＝Ｉref −Ｉ1 …（１） Ｉ1 ＝Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump …（２） Ｉ3 ＝β3 ・Ｉ2 …（３） 式（１）〜（３）より、受光電流増幅回路１０の出力電
流Ｉ3 は次式で表される。 Ｉ3 ＝β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（４）
受光電流増幅回路１０であり、次式が成り立つ。 Ｉ2 ＝Ｉref −Ｉ1 …（１） Ｉ1 ＝Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump …（２） Ｉ3 ＝β3 ・Ｉ2 …（３） 式（１）〜（３）より、受光電流増幅回路１０の出力電
流Ｉ3 は次式で表される。 Ｉ3 ＝β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（４）
【００２３】次に図３について説明する。この回路は電
流分岐回路１２であり、受光電流増幅回路１０で増幅さ
れた誤差信号電流を２つの励起光源出力制御回路１５，
１６に任意の比率で分岐出力する。ここでは差動増幅回
路で構成した例を示しており、図中の抵抗３０，３１，
３２，３３，３４により、トランジスタ２２，２３のべ
ース電圧を可変し、出力電流Ｉ4 ，Ｉ5 を任意の分岐比
に設定することができる。
流分岐回路１２であり、受光電流増幅回路１０で増幅さ
れた誤差信号電流を２つの励起光源出力制御回路１５，
１６に任意の比率で分岐出力する。ここでは差動増幅回
路で構成した例を示しており、図中の抵抗３０，３１，
３２，３３，３４により、トランジスタ２２，２３のべ
ース電圧を可変し、出力電流Ｉ4 ，Ｉ5 を任意の分岐比
に設定することができる。
【００２４】ここで、分岐比をａ：ｂとすると、 ａ1 ＝ａ／（ａ＋ｂ） …（５） ｂ1 ＝ｂ／（ａ＋ｂ） …（６） と置けば、電流分岐回路１２の出力電流Ｉ4 ，Ｉ5 は次
式で表される。 Ｉ4 ＝ａ1 ・Ｉ3 ＝ａ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（７） Ｉ5 ＝ｂ1 ・Ｉ3 ＝ｂ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（８）
式で表される。 Ｉ4 ＝ａ1 ・Ｉ3 ＝ａ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（７） Ｉ5 ＝ｂ1 ・Ｉ3 ＝ｂ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump） …（８）
【００２５】次に図４について説明する。この回路は励
起光源出力制御回路１５であり、電流分岐回路１２から
の電流Ｉ4 及び受光器１３の受光電流Ｉp1とにより励起
光源用レーザダイオード２の光出力レベルを制御する。
電流分岐回路１２からの電流Ｉ4 が一定値である場合に
おいても、励起光源２の微分量子効率η1 及び閾値電流
Ｉth1 の温度変化による光出力の変動は抑圧される。図
４より、次式が成り立つ。 ＩB1＝Ｉ4 −Ｉp1 …（９） Ｉp1＝Ｓ1 −Ｐ1 …（10） Ｉ11＝β1 −ＩB1 …（11） Ｐ1 ＝η1 ・（Ｉl1−Ｉth1 ） …（12）
起光源出力制御回路１５であり、電流分岐回路１２から
の電流Ｉ4 及び受光器１３の受光電流Ｉp1とにより励起
光源用レーザダイオード２の光出力レベルを制御する。
電流分岐回路１２からの電流Ｉ4 が一定値である場合に
おいても、励起光源２の微分量子効率η1 及び閾値電流
Ｉth1 の温度変化による光出力の変動は抑圧される。図
４より、次式が成り立つ。 ＩB1＝Ｉ4 −Ｉp1 …（９） Ｉp1＝Ｓ1 −Ｐ1 …（10） Ｉ11＝β1 −ＩB1 …（11） Ｐ1 ＝η1 ・（Ｉl1−Ｉth1 ） …（12）
【００２６】式（９）〜（12）より、励起光源用レーザ
ダイオード２の光出力レベルＰ1 は次式で表される。 Ｐ1 ＝（Ｉ4 −Ｉth1 ／β1 ）／［Ｓ1 ｛１＋１／（Ｓ1 ・β1 ・η1 ）｝］ …（13） ここで、ダーリントン接続により、β1 は充分大きな値
なので、 Ｓ1 ・β1 ・η1 ＞＞１，Ｉ4 ＞＞Ｉth1 ／β1 …（14） が成り立ち、式（13）は、 Ｐ1 ＝Ｉ4 ／Ｓ1 …（15） と近似できる。
ダイオード２の光出力レベルＰ1 は次式で表される。 Ｐ1 ＝（Ｉ4 −Ｉth1 ／β1 ）／［Ｓ1 ｛１＋１／（Ｓ1 ・β1 ・η1 ）｝］ …（13） ここで、ダーリントン接続により、β1 は充分大きな値
なので、 Ｓ1 ・β1 ・η1 ＞＞１，Ｉ4 ＞＞Ｉth1 ／β1 …（14） が成り立ち、式（13）は、 Ｐ1 ＝Ｉ4 ／Ｓ1 …（15） と近似できる。
【００２７】次に図５について説明する。この回路は励
起光源出力制御回路１６であり、電流分岐回路１２から
の電流Ｉ5 及び受光器１４の受光電流Ｉp2とにより励起
光源用レーザダイオード３の光出力レベルを制御する。
励起光源用レーザダイオード２の光出力レベルＰ2 は、
励起光源出力制御回路１５と同様にして、次式で近似さ
れる。 Ｐ2 ＝Ｉ5 ／Ｓ2 …（16）
起光源出力制御回路１６であり、電流分岐回路１２から
の電流Ｉ5 及び受光器１４の受光電流Ｉp2とにより励起
光源用レーザダイオード３の光出力レベルを制御する。
励起光源用レーザダイオード２の光出力レベルＰ2 は、
励起光源出力制御回路１５と同様にして、次式で近似さ
れる。 Ｐ2 ＝Ｉ5 ／Ｓ2 …（16）
【００２８】式（15），（17）より、励起光源用レーザ
ダイオード２の光出力レベルＰ1 は、 Ｐ1 ＝ａ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump）／Ｓ1 …（17） また、式（16），（18）より、励起光源用レーザダイオ
ード３の光出力レベルＰ2 は、 Ｐ2 ＝ｂ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump）／Ｓ2 …（18） ここで、Ｐpumpは希土類ドープ光ファイバ１に入力され
る励起光レベル出力であり、次式で表される。 Ｐpump＝Ｋ1 （Ｐ1 ＋Ｐ2 ） …（19） 式（15）〜（17）より、Ｐpumpは次式で表される。 Ｐpump＝Ｋ1 ・β3 ・（ａ1 ／Ｓ1 ＋ｂ1 ／Ｓ2 ）・Ｉref ／｛１＋Ｋ1 ・Ｋ2 ・Ｓ3 ・β3 ・（ａ1 ／1 ＋ｂ1 ／Ｓ2 ）｝ …（20） 式（20）において、ダーリントン接続によりβ3 は充分
大きな値なので、 Ｐpump＝Ｉref ／Ｋ2 …（21） と近似でき、光カプラ４の出力Ｐpumpは励起光源用レー
ザダイオード２，３のパラメータ、並びに励起光源出力
制御回路９，１０の回路パラメータに因らず受光電流増
幅回路の参照電流Ｉref によって定まる所定の一定値に
制御できることが分かる。
ダイオード２の光出力レベルＰ1 は、 Ｐ1 ＝ａ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump）／Ｓ1 …（17） また、式（16），（18）より、励起光源用レーザダイオ
ード３の光出力レベルＰ2 は、 Ｐ2 ＝ｂ1 ・β3 （Ｉref −Ｓ3 ・Ｋ2 ・Ｐpump）／Ｓ2 …（18） ここで、Ｐpumpは希土類ドープ光ファイバ１に入力され
る励起光レベル出力であり、次式で表される。 Ｐpump＝Ｋ1 （Ｐ1 ＋Ｐ2 ） …（19） 式（15）〜（17）より、Ｐpumpは次式で表される。 Ｐpump＝Ｋ1 ・β3 ・（ａ1 ／Ｓ1 ＋ｂ1 ／Ｓ2 ）・Ｉref ／｛１＋Ｋ1 ・Ｋ2 ・Ｓ3 ・β3 ・（ａ1 ／1 ＋ｂ1 ／Ｓ2 ）｝ …（20） 式（20）において、ダーリントン接続によりβ3 は充分
大きな値なので、 Ｐpump＝Ｉref ／Ｋ2 …（21） と近似でき、光カプラ４の出力Ｐpumpは励起光源用レー
ザダイオード２，３のパラメータ、並びに励起光源出力
制御回路９，１０の回路パラメータに因らず受光電流増
幅回路の参照電流Ｉref によって定まる所定の一定値に
制御できることが分かる。
【００２９】実施例２．図６は本発明の他の実施例を示
す構成図である。図中、１〜１７は図１と同一のもので
ある。４２は例えば分岐比９９：１の光カプラである。
本実施例の場合、動作は図１に示した例と全く同一であ
るが、光カプラ４２を光カプラ４と光カプラ５の間に挿
入することにより、励起光の一部を分岐している点が図
１と異なる。
す構成図である。図中、１〜１７は図１と同一のもので
ある。４２は例えば分岐比９９：１の光カプラである。
本実施例の場合、動作は図１に示した例と全く同一であ
るが、光カプラ４２を光カプラ４と光カプラ５の間に挿
入することにより、励起光の一部を分岐している点が図
１と異なる。
【００３０】なお、上記実施例では励起光源が２個の場
合について説明したが、さらに個数が増えた場合につい
ても同様の構成で同等の機能を実現することができる。
また、希土類ドープ光ファイバ１に入力される励起光の
励起方向が信号光と同一方向である場合について説明し
たが、逆方向である場合にも全く同様の効果を奏する。
合について説明したが、さらに個数が増えた場合につい
ても同様の構成で同等の機能を実現することができる。
また、希土類ドープ光ファイバ１に入力される励起光の
励起方向が信号光と同一方向である場合について説明し
たが、逆方向である場合にも全く同様の効果を奏する。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光を増
幅する媒質をドープした光ファイバに入力される励起光
の一部を受光して受光電流を出力する受光手段と、この
受光手段からの受光電流と参照電流との差を増幅する受
光電流増幅回路と、この受光電流増幅回路の出力を所定
の電流分岐比で分岐する電流分岐回路と、上記複数の励
起光源にそれぞれ対応して備えられて各励起光源の出力
を負帰還制御する複数の負帰還制御手段とを備え、各負
帰還制御手段は、励起光源の出力の一部を受光して受光
電流を出力する受光器と、上記電流分岐回路により任意
の分岐比で分岐された電流値と上記受光器からの受光電
流値とに基づいて上記励起光源の光出力レベルを制御す
るための制御電流を出力する励起光源出力制御回路と、
この励起光源出力制御回路から励起光源に出力される制
御電流の上限値を制限する電流リミッタとを有する構成
としたので、光を増幅する媒質をドープした光ファイバ
に入力される励起光源出力光のレベルは所定の一定値に
なるように自動的に制御され、励起光源の一部が劣化す
ることによる励起光源の出力光のレベル変動や波長変動
を伴う場合でも励起光源出力光のレベルを一定値に制御
して出力信号光のレベルを常に一定に保つことができ、
励起光源が複数の場合でも信頼性が高く、安定動作が実
現できるという効果がある。
幅する媒質をドープした光ファイバに入力される励起光
の一部を受光して受光電流を出力する受光手段と、この
受光手段からの受光電流と参照電流との差を増幅する受
光電流増幅回路と、この受光電流増幅回路の出力を所定
の電流分岐比で分岐する電流分岐回路と、上記複数の励
起光源にそれぞれ対応して備えられて各励起光源の出力
を負帰還制御する複数の負帰還制御手段とを備え、各負
帰還制御手段は、励起光源の出力の一部を受光して受光
電流を出力する受光器と、上記電流分岐回路により任意
の分岐比で分岐された電流値と上記受光器からの受光電
流値とに基づいて上記励起光源の光出力レベルを制御す
るための制御電流を出力する励起光源出力制御回路と、
この励起光源出力制御回路から励起光源に出力される制
御電流の上限値を制限する電流リミッタとを有する構成
としたので、光を増幅する媒質をドープした光ファイバ
に入力される励起光源出力光のレベルは所定の一定値に
なるように自動的に制御され、励起光源の一部が劣化す
ることによる励起光源の出力光のレベル変動や波長変動
を伴う場合でも励起光源出力光のレベルを一定値に制御
して出力信号光のレベルを常に一定に保つことができ、
励起光源が複数の場合でも信頼性が高く、安定動作が実
現できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例によるファイバ形光増幅器を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例によるファイバ形光増幅器の
受光電流増幅回路の詳細構成例を示す構成図である。
受光電流増幅回路の詳細構成例を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施例によるファイバ形光増幅器の
電流分岐回路の詳細構成例を示す構成図である。
電流分岐回路の詳細構成例を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施例によるファイバ形光増幅器の
励起光源出力制御回路の詳細構成例を示す構成図であ
る。
励起光源出力制御回路の詳細構成例を示す構成図であ
る。
【図５】本発明の一実施例によるファイバ形光増幅器の
励起光源出力制御回路の詳細構成例を示す構成図であ
る。
励起光源出力制御回路の詳細構成例を示す構成図であ
る。
【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】従来のファイバ形光増幅器を示す構成図であ
る。
る。
【図８】従来のファイバ形光増幅器の励起光入力電力と
信号光出力電力との関係を示す特性図である。
信号光出力電力との関係を示す特性図である。
１ 希土類ドープ光ファイバ ２，３ 励起光源 ５ 光カプラ ９ 受光器 １０ 受光電流増幅回路 １２ 電流分回路 １３，１４ 受光器 １５，１６ 励起光源出力制御回路 １７，１８ 電流リミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−100527（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75732（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−94687（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65175（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−364790（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H01S 3/131
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の励起光源からの励起光を第１の光
カプラにより合波した後、信号光と上記第１の光カプラ
により合波した励起光とを第２の光カプラにより合波し
て光を増幅する媒質をドープした光ファイバに入力する
ようにしたファイバ形光増幅器において、上記光を増幅
する媒質をドープした光ファイバに入力される励起光の
一部を受光して受光電流を出力する受光手段と、この受
光手段からの受光電流と参照電流との差を増幅する受光
電流増幅回路と、この受光電流増幅回路の出力を所定の
電流分岐比で分岐する電流分岐回路と、上記複数の励起
光源にそれぞれ対応して備えられて各励起光源の出力を
負帰還制御する複数の負帰還制御手段とを備え、各負帰
還制御手段は、励起光源の出力の一部を受光して受光電
流を出力する受光器と、上記電流分岐回路により任意の
分岐比で分岐された電流値と上記受光器からの受光電流
値とに基づいて上記励起光源の光出力レベルを制御する
ための制御電流を出力する励起光源出力制御回路と、こ
の励起光源出力制御回路から励起光源に出力される制御
電流の上限値を制限する電流リミッタとを有することを
特徴とするファイバ形光増幅器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3221037A JP2925371B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | ファイバ形光増幅器 |
| US07/847,753 US5268786A (en) | 1991-03-15 | 1992-03-05 | Optical fiber amplifier and its amplification method |
| GB9205509A GB2255683B (en) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | Optical fibre amplifier and its amplification method |
| FR9203053A FR2674071A1 (fr) | 1991-03-15 | 1992-03-13 | Amplificateur pour fibre optique et procede d'amplification. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3221037A JP2925371B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | ファイバ形光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541624A JPH0541624A (ja) | 1993-02-19 |
| JP2925371B2 true JP2925371B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=16760500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3221037A Expired - Fee Related JP2925371B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-08-06 | ファイバ形光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2925371B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980046369A (ko) * | 1996-12-12 | 1998-09-15 | 안정오 | 인체파장 증폭기 |
| JP4718722B2 (ja) * | 2001-06-06 | 2011-07-06 | 新日本製鐵株式会社 | 転炉型溶銑予備処理方法 |
| CN104704690A (zh) * | 2012-12-05 | 2015-06-10 | 三菱电机株式会社 | 光放大器、波分复用光传输系统以及程序 |
| JP7172563B2 (ja) * | 2018-12-21 | 2022-11-16 | 富士通株式会社 | 波長変換装置及び励起光切替方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0194687A (ja) * | 1987-10-06 | 1989-04-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ装置 |
| JP2796553B2 (ja) * | 1989-08-18 | 1998-09-10 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ増幅器 |
| JP2821559B2 (ja) * | 1989-09-14 | 1998-11-05 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅器 |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP3221037A patent/JP2925371B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0541624A (ja) | 1993-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |