JP2935298B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP2935298B2 JP3239642A JP23964291A JP2935298B2 JP 2935298 B2 JP2935298 B2 JP 2935298B2 JP 3239642 A JP3239642 A JP 3239642A JP 23964291 A JP23964291 A JP 23964291A JP 2935298 B2 JP2935298 B2 JP 2935298B2
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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、光通信システムにおけ
る光増幅器に係り、更に詳しくは増幅器の増幅率を高め
た光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、遠距離通信の利用に応じて、通信
システムに求められる情報伝送速度は増加する傾向にあ
る。このため、光通信システムには、マルチギガビット
級の伝送速度が要求されている。更には、再生中継器間
隔の長距離化、あるいは分配系での損失補償も要求され
ている。
【0003】これらの要求を満足するための技術とし
て、光信号を光の状態で増幅する光増幅器が開発されて
いる。光増幅器には、例えば光ファイバ増幅器があり、
ポンプ光によって励起されて、入力信号が増幅される光
ファイバ増幅器がある。光ファイバ増幅器の利得は、
【0004】
【数1】
【0005】で表される。ここで、Psは入力信号パワ
ー、Psatはポンプ光のパワーで決定される飽和パワ
ー、gmは光ファイバアンプの単体性能ファクタであ
り、光ファイバ内の吸収断面と励起イオン数の関数であ
る。尚、この光ファイバ増幅器の線形利得は、上式によ
りgmとなる。
【0006】前述したような光ファイバ増幅器等の光増
幅器によって、中継器間のロスに対応する光増幅など、
直接光増幅を行って遠距離間の通信に対応出来るような
システムを構成している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した光ファイバア
ンプでは、20〜30dB程度の利得が得られている。
前述した再生中継器間隔の長距離化や分配系での損失補
償からすると更に高利得が要求される。しかしながら、
1段でそれ以上の利得を得るのは難しい状態にある。
【0008】よって、従来においては図8に示す如く複
数台の多段構成によって目的の利得を得ていた。図8は
2段で、それぞれポンプ光源P1,P2ならびに制御回
路C1,C2を有し、1段目が利得G0 ,2段目が利得
1 でありトータル利得Gt がG0 ×G 1 となるアンプ
を得ている。
【0009】前述のような光ファイバアンプでは、高価
なポンプ光源P1,P2とポンプ光源の出力パワーを制
御する制御回路C1,C2がその段数分必要である。従
って、高利得を得ようとした場合、コストが高くなると
ともに、装置の消費電力の増大、装置体積の増大といっ
た問題を生じていた。
【0010】本発明は、これらの問題を解決し、装置の
コストを高めずに高利得を得る増幅器を提供することを
目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理ブロ
ック図である。光増幅器1は、入力する光の電力をG0
倍とする利得G0 の増幅器である。
【0012】状態変換手段2は前記増幅器1の出力光の
状態を変化させ、2個の状態に分離し、一方を増幅器の
出力とする。この状態変換手段2は、例えば偏波面を9
0°回転する偏波回転器と、目的の偏波光を選択し出力
し、他方を前記接合手段に加える偏波器である。あるい
は異なる複数の波長の1波を選択し波長変換素子によっ
て波長を入力波長と同一として出力し、他方の波長を波
長変換素子によって他の波長に変換し前記分波器に加え
るものである。
【0013】結合手段3は、前記状態変換手段の他方の
出力と入力光とを結合し前記増幅器に加える。
【0014】
【作用】入力した信号が結合手段3を介し光増幅器1に
加わり増幅される。そして、その増幅された光信号は状
態変換手段2に加わり、状態が変化されて2個の状態に
分離する。一方は出力されるが、他方は結合手段3に帰
還する。この状態変換手段2は、例えば偏波を90°回
転して得られた光信号のうち、入力信号と同一の偏波面
を出力し、異なる偏波面を再度結合手段3に入れて増幅
器に加えて、少なくとも2回の増幅を行い増幅率を高め
ている。あるいは、状態変換手段2は周波数分割し、異
なる周波数に変化させ、再度増幅器1に結合手段3を介
して入力する。そして、得られた信号が特定周波数であ
るときその周波数を入力信号の波長に変換し出力する。
この増幅により例えば2回、さらには複数回の増幅が光
増幅器1で行われ、高利得の増幅器を構成することがで
きる。また、偏波面と周波数のシフトを同時に用いるこ
とにより、さらに多くの利得の増幅器とすることができ
る。
【0015】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図2は本発明の第1の実施例の構成図である。
【0016】偏波面保存カプラ11は、2つの異なる偏
波を異なる入力端子から入力し、1つの出力端から合流
して出力する。この偏波面とは、例えば一方がTEであ
り、他方がTMである。この出力は増幅器12に入力す
る。この光増幅器12はポンプ源15によってポンピン
グされる光ファイバ増幅器である。光増幅器12の出力
は1/4λ板等よりなる偏波回転器13に加わる。この
偏波回転器13はTE波はTM波に、TM波はTE波に
それぞれ90°回転される。そして、偏波面分離器(P
BS)14に加わる。偏波面分離器14により、入力し
た信号と同一の偏波の波を出力とし、他方の波を再度偏
波面保存カプラ11の入力に加える。
【0017】以上の動作により、入力した例えばTE波
の入力光は増幅器で一度増幅され、偏波面で偏波回路回
転器13で偏波面がTM波に回転され、偏波面分離器1
4で分離され再度偏波面保存カプラ11に加わる。そし
て、同様に増幅器12で増幅され偏波回転器13で回転
される。この回転によってTE波となり、出力される。
【0018】入力信号は、二度に亘って増幅器で増幅さ
れるので、増進器12の利得がG0 であるならば、合計
の利得はG0 ×G0 となる。図3は第1の実施例の原理
説明図である。
【0019】以下では、図3を用いて更に第1の実施例
の動作を詳細に説明する。入力信号の偏波をTEとする
と、TE波の入力信号は光ファイバ増幅器12−1にて
増幅され、その後、偏波回転器13−1によりTM波に
変換される。このTM信号は再度光ファイバ増幅器に入
力され、増幅される。そして、その後偏波回転器により
TE波に変換される。光ファイバ増幅器は偏波面保存型
の増幅器であるので、TEとTM偏波の異なる信号を独
立に増幅することが出来、増幅率は光ファイバ増幅器の
線形利得G0 の2乗になる。
【0020】この光増幅器は光送信器での光ポストアン
プなどに応用できる。図4は本発明の第2の実施例の構
成図である。2つの異なる波長の信号を異なる入力端子
を有する合波器に入力し、合波器によって1つの信号と
する。そして、この1つとした信号を増幅器22に加え
る。増幅器22の利得はG0 であり、ポンプ源23によ
ってポンピングされ増幅器となる。
【0021】増幅器22で増幅された信号は波長選択フ
ィルタ24に加わる。波長選択フィルタ24はλ1の波
長の光とλ2の光とを別々に分波する波長選択フィルタ
である。この波長選択フィルタ24によって選択された
λ1の信号は波長変換素子25によってλ2の光波長に
変換される。そして、再度合波器21に加わる。入力信
号をλ1とするならば、合波器からはλ1とλ2の2つ
の光が入力される。
【0022】波長λ2の光は波長選択フィルタ24によ
って選択され、波長変換素子26に加わる。波長変換素
子26は波長λ2の光を波長λ1の光に変換する変換素
子であり、入力した波長λ2は波長λ1の光に変換さ
れ、出力される。
【0023】図5は第2の実施例の原理説明図である。
波長λ1の光が入力すると増幅器22−1で増幅され
る。そして波長変換素子25で波長λ2の光に変換さ
れ、再度増幅器22−2で増幅され、波長変換素子26
で波長λ1の光に戻され出力される。
【0024】増幅器22−1ならびに22−2は同一の
増幅器であり、入力から出力の利得はG0 2 となる。
尚、λ1とλ2の波長間隔は光ファイバアンプの波長帯
域内(例えば、20nm程度)に設定する必要がある。
また、波長変換素子としては、例えば過飽和吸収を利用
した半導体素子や光双安定レーザ等が考えられる。
【0025】第2の実施例においては、入力信号の波長
λ1を一度波長λ2の光に変換し、再度戻して、合計2
回増幅器を通していた。これに対し、図6の本発明の実
施例においては、入力する信号を合波器31で合流させ
るとともに、増幅器32で増幅し、波長シフタによって
特定値シフトさせる。このシフタによって特定の波長の
光が他の波長の光に変換される。そして、再度その波長
シフタ34でシフタされた信号は波長選択フィルタ35
によって選択され、合波器31に加わり前記と同様に順
次増幅される。この順次の増幅によりN回なされると、
波長はλn+1となり波長選択フィルタ35によって別
途選択され波長変換素子36に加わる。波長変換素子3
6ではλn+1の波長をλ1に変換する素子であり、こ
れによって入力信号と同一の波長の信号すなわち光が出
力される。
【0026】波長λ1で入力した信号が順次波長シフタ
によって順次シフトしλn+1となったときに波長選択
フィルタ35でλn+1が選択され、波長変換素子36
で元の入力信号波長に戻される。よって、増幅器35を
n回経由するので、G0 n の利得を得ることができる。
【0027】前述した第1,第2並びに第3の実施例に
おいては、偏波面や波長によって増幅器を何回通すかを
決定していた。偏波面と波長との両方を用いた増幅器が
図7の本発明の第4の実施例である。
【0028】第4の実施例においては、合波器21,増
幅器22,波長選択フィルタ24,波長変換素子25,
26を1つの増幅器42として、第1の実施例の増幅器
を構成している。波長がλ1で偏波面がTEの入力信号
が偏波面保存カプラ41を介して増幅器42に加わる。
増幅された信号は偏波回転器44に出力される。偏波回
転器44は第1の実施例の偏波回転器と同様であり、T
E波がTM波に、TM波がTE波に変換される。よっ
て、入力したTE波はTM波に変換される。それで再
度、偏波面保存カプラ41に加わり、同様に増幅器42
で増幅された後、偏波回転器44に入力する。そして、
その偏波回転器で偏波が元に戻され出力される。この増
幅器42においては、図6の実施例の構成を有し、図4
に示した本発明の第2の実施例の構成と同様であり、よ
って増幅器42の原理は単体の増幅器22の増幅率G0
に対しG0 2 の増幅器であり、この増幅器によって更に
偏波面によって2回繰り返されるので、トータルの利得
GはG0 4 となる。
【0029】第4の実施例においては、増幅器42を第
2の実施例の構成の増幅器としたが、これに限るもので
はない。例えば図6に示した本発明の第3の実施例の構
成の増幅器とすることにより、トータルの利得GをG=
0 2nとすることができる。
【0030】また、図7においては偏波面を変化させて
2回増幅し、その内部の増幅器を複数の波長により増幅
して構成したが、これに限らずこの逆でもよい。すなわ
ち、図2に示した第1の実施例のアンプを構成し、その
外部に光波長の選択的な増幅をすることにより同様の増
幅率を得ることができる。
【0031】以上、本発明の実施例を用いて詳細に説明
したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、状
態を変化させて2つの状態に分離する回路は、偏波回転
回路と偏波選択回路、さらには波長選択フィルタと波長
変換素子とによるものに限らず、他の同様の素子であっ
てもよい。更には、単なる分配素子であってもよい。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば1台
の増幅器で高利得の増幅器を構成することができ、コス
ト増、装置全体の消費電力増、装置体積増を招くことな
く、高い利得を有する光増幅器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理ブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施例の構成図である。
【図3】第1の実施例の原理説明図である。
【図4】本発明の第2の実施例の構成図である。
【図5】第2の実施例の原理説明図である。
【図6】本発明の第3の実施例の構成図である。
【図7】本発明の第4の実施例の構成図である。
【図8】従来の多段構成光アンプの構成図である。
【符号の説明】
1 光増幅器 2 状態変換手段 3 結合手段

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光増幅器(1)と、 該光増幅器の出力光の状態を変化させ、2個の状態に分
    離し、一方を増幅器の出力光とする状態変換手段(2)
    と、 該状態変換手段(2)の他方の出力光と増幅器への入力
    光とを結合し、前記光増幅器(1)に加える結合手段
    (3)と、 より成ることを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】前記状態変換手段(2)は偏波回転器と該
    偏波回転器によって回転された光の一方の偏波光を出力
    光とし、他方の偏波光を前記結合手段(3)に加えるこ
    とを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】前記状態変換手段(2)は、周波数に対応
    して分離する分離手段と、 該分離手段で分離された光の波長をそれぞれ変換する第
    1,第2の波長変換手段とを有し、 該第1の波長変換手段の出力を前記結合手段に加えるこ
    とを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
  4. 【請求項4】前記第1の変換手段は、入力光の波長を他
    の波長に変換し、前記第2の変換手段は前記他の波長の
    光を前記入力光の波長に変換することを特徴とする請求
    項3記載の光増幅器。
  5. 【請求項5】多数の異なる波長の光を入力する入力端子
    と1つの波長の光を入力する端子とから入力する光を合
    流し、出力端子から出力する合波器と、該合波器の出力
    端子に入力端子が接続され、入力する光を増幅する光増
    幅器と、 該光増幅器の出力光が加り、多数の入力信号波長を特定
    幅だけそれぞれシフトして出力する波長シフト手段と、 該シフト手段より出力される多数の異なる波長から最大
    長あるいは最小長の少なくとも一方を分離し出力する端
    子と、その他の信号波長を出力し、該端子より出力され
    る信号を前記合波器に加える光分波器と、 前記光合波器からの最大波長あるいは最小波長の少なく
    とも一方を合波器へ加わる1個の入力波長と同じ波長に
    変換して増幅器出力とする変換手段と、 を有することを特徴とする請求項3あるいは4記載の光
    増幅器。
  6. 【請求項6】入力信号が一方の端子に加り、他方の端子
    に該入力信号と偏波面が異なる信号が加り、前記入力光
    と、偏波面の異なる入力光とを合流して偏波を保存して
    出力する偏波保存型カプラと、 一波あるいは多数の異なる波長の光を入力する入力端子
    と前記偏波保存型カプラより出力される1つの波長の信
    号を入力する入力端子とから入力する光を合流し、1つ
    の出力端子から出力する合波器と、 該合波器の出力光を増幅する光増幅器と、 該光増幅器の出力が加り、多数の異なる波長から最大波
    長あるいは最小波長の信号のみを分離し出力する端子
    と、その他の信号波長を出力する端子とを有する光分波
    器と、 該光分波器のその他の信号波長を出力する端子より、加
    る入力信号波長をある特定値それぞれにシフトさせて前
    記合波器の一方の入力端子に加える第1の波長変換手段
    と、 前記光分波の最大波長あるいは最小波長の少なくとも一
    方を入力信号波長と同じ波長に変換する第2の波長変換
    手段と、 該第2の波長変換手段の偏波を90°回転する偏波回転
    器と、 該偏波回転器に出力される入力信号の偏波と同一の偏波
    出力を増幅器の出力とし、他方を前記偏波面保存カプラ
    に加える偏波分離器とよりなることを特徴とする光増幅
    器。
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