JP3018709B2 - 光増幅器特性評価方法および光中継伝送方式 - Google Patents
光増幅器特性評価方法および光中継伝送方式Info
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- JP3018709B2 JP3018709B2 JP4018016A JP1801692A JP3018709B2 JP 3018709 B2 JP3018709 B2 JP 3018709B2 JP 4018016 A JP4018016 A JP 4018016A JP 1801692 A JP1801692 A JP 1801692A JP 3018709 B2 JP3018709 B2 JP 3018709B2
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Description
伝送を行う光中継伝送方式とそれに用いる光増幅器特性
評価方法に関する。
機能付き)の光中継伝送方式に於いては、各段の光増幅
器の利得制御は、光入力信号に入力断等の異常がないと
きには、光増幅器からの光出力レベルが一定となるよう
に制御し、また入力断など入力信号異常があるときに
は、光増幅器に一定の利得を与えてその状態を保持する
よう制御する方法がとられている。
於いて、仮に、ある中継段への光入力レベルが当初の光
入力レベルから低下しても、当該段の光増幅器の利得を
増加させ、当該段からの光出力レベル、ひいては次段の
光入力レベルが当初の一定の値に保持されるように制御
が行われる。また、当該段への光入力レベルが所定の入
力値となっている状態で当該段からの光出力レベルが低
下したときには、当該段の光増幅器の光増幅過程での利
得が低下したとみなして光増幅利得を増加させ、当該段
からの光出力レベルを一定に保っている。さらに、各段
に於ける光増幅器の光受動回路部の光損失に関しては、
当初の製作時での損失がその後も保たれているとみな
し、経時変化や環境変化による損失変動に付いては、測
定されておらず、そもそも、その評価法自体に付いても
明らかにされていない。
方式では、仮に光増幅器への光入力レベルが所定値であ
っても、光増幅器の入力端から光増幅部までの間や、光
増幅部から出力端までの間には、光アイソレータや光分
岐結合素子などが接続されており、これらの光受動回路
に挿入損失増加等が発生した場合には、肝心の光増幅部
への光入力レベルは所定値を割ってしまうことになる。
その結果、所望のS/N(信号対雑音比)値からのS/
N劣化を生じ、中継伝送システムの性能に支障を来たす
と言う問題点がある。また、光受動回路の損失値の測定
手段が無いため、このような問題点の解決が図れない。
増幅器特性評価方法は、入力側伝送路につながる入力光
パワーモニタ部と、Erドープファイバからなる光増幅
部と、出力側伝送路につながる出力光パワーモニタ部
と、前記入力光パワーモニタ部から前記光増幅部までの
間に介設された第1の光受動回路部と、前記光増幅部か
ら前記出力光パワーモニタ部までの間に介設された第2
の光受動回路部とを含んで構成される光増幅器におい
て、前記Erドープファイバから外部に放出される自然
放出光量を測定して前記光増幅部の利得値を算出し、出
力光パワーレベルと入力光パワーレベルとの比から前記
光増幅器の正味利得を算出して、その両算出値の差分か
ら前記第1及び第2の光受動回路部の損失の合計値を算
出し、さらに、前記光増幅部の利得を飽和利得状態と
し、その状態で前記出力光パワーモニタ部で測定した出
力光パワーレベルと前記光増幅部の予め取得されている
飽和利得値との差分を求めることにより前記第2の光受
動回路部の損失値を算出して、前記第1及び第2の光受
動回路部の損失合計の算出値から前記第2の光受動回路
部の損失の算出値を差し引いて前記第1の光受動回路部
の損失値を算出することにより、前記第1および第2の
光受動回路部の損失値をそれぞれ別々に得ることを特徴
とする。
光送信器とこれから送出された光信号を受信する光受信
器との間に、入力側伝送路につながる入力光パワーモニ
タ部と、Erドープファイバからなる光増幅部と、出力
側伝送路につながる出力光パワーモニタ部と、前記入力
光パワーモニタ部から前記光増幅部までの間に介設され
た第1の光受動回路部と、前記光増幅部から前記出力光
パワーモニタ部までの間に介設された第2の光受動回路
部とを含んで構成される光増幅器をN段(Nは正の整
数)接続して光中継伝送系を構成し、前記第2の光受動
回路の損失値が当初値から増加したことを前記第1の発
明の光増幅器特性評価方法によって算出し、その損失値
の増加分だけ該当段の前記光増幅器の前記光増幅部の利
得を増加させて、該当段の前記光増幅器からの出力パワ
ーレベルを当初値に回復させることを特徴とする。
光送信器とこれから送出された光信号を受信する光受信
器との間に、入力側伝送路につながる入力光パワーモニ
タ部と、Erドープファイバからなる光増幅部と、出力
側伝送路につながる出力光パワーモニタ部と、前記入力
光パワーモニタ部から前記光増幅部までの間に介設され
た第1の光受動回路部と、前記光増幅部から前記出力光
パワーモニタ部までの間に介設された第2の光受動回路
部とを含んで構成される光増幅器をN段(Nは正の整
数)接続して光中継伝送系を構成し、前記第1の光受動
回路の損失値が当初値から増加したことを前記第1の発
明の光増幅器特性評価方法によって算出し、その損失値
の増加分だけ該当段の前段の前記光増幅器の前記光増幅
部の利得、あるいは前段の前記光送信器の光出力を増加
させて、該当段の前記光増幅器の前記光増幅部への入力
パワーレベルを当初値に回復させることを特徴とする。
部に於ける利得と、光増幅器の入出力比としての利得を
共に測定する。その結果、光増幅器の利得値のみなら
ず、光増幅器内の光受動回路での損失値を算出できる。
れば、光出力レベルはポンピングレベルで規定されるほ
ぼ一定の出力値となるので、光増幅部から出力される光
パワーレベルと実際に光増幅器から出力される光パワー
レベルと差分を評価することにより、光増幅部と出力端
との間に介設された光受動回路の損失値を知ることが出
来る。
動回路全体の損失値および光受動回路のうち光増幅部と
出力端との間にある光受動回路の損失値を測定し、その
損失値の差分を求めれば、光増幅器の入力端と光増幅部
との間の光受動回路の損失値を算出できる。
の光増幅部と出力端との間に設けられた光受動回路部分
の損失値が当初の損失値よりも増加している場合には、
当段の光増幅器の光増幅部の利得を増加させれば、光増
幅部への正味の光入力レベルの低下が生じていなけれ
ば、所定のS/N値からの劣化を生じること無く、次段
の光増幅器または光受信器へ所定の光パワーレベルで光
信号を送ることが出来る。なお、光増幅部の利得を飽和
利得とすれば、光出力はポンピングレベルで規定される
ほぼ一定の出力値となることについては、1991年の
電子情報通信学会秋季大会予稿集の4−234頁に記載
の、横田ほかによる「Erドープファイバ光増幅器の低
雑音高出力動作」と題する論文に詳しい。
端の光増幅部との間の光受動回路の損失値を算出して、
その値が当初の損失値よりも増加している場合、当該段
の光増幅部の利得を増加させても、光出力レベルは所定
の値に保持できるが、出力信号光のS/Nは保持されな
い。この場合には、前段の光増幅器の利得を上げて光出
力レベルを上げ、当該段の光増幅器への入力光レベルが
当初の入力光レベルよりも大きくなるように新たに前段
の光出力を設定することにより、当該段の光増幅器の光
増幅部への光入力レベルを所定の値に保ち、所定のS/
N値からの劣化を生じること無く、次段の光増幅器また
は光受信器へ所定の光パワーレベルで光信号を送ること
が出来る。
る。
路構成図である。同時において、光増幅器100の入力
端101から入力した波長1.55μmの光信号は、そ
の一部(10%)の光パワーを第1の光分岐回路102
で分岐され、入力モニタ回路103でその分岐光レベル
を検出する。光増幅器100に入力した光信号パワーの
大半(90%)は、励起半導体レーザ制御回路114で
光出力を制御されている励起半導体レーザ(以下LDと
略称する)104から出力された波長1.48μmの励
起光と、光合波回路105で合波され、その合波光は第
1の光アイソレータ106を通ってEr(エルビウム)
ドープファイバからなる光増幅部107に入力する。光
信号は光増幅部107で利得Gだけ光増幅され、第2の
光アイソレータ108と、それに続く第2の光分岐回路
109を経て、出力端110から出力される。光分岐回
路109では、これに入力する光パワーの1%が分岐さ
れて、出力モニタ回路111で光増幅器100からの光
出力レベルを検出する。また、光増幅部107を構成す
るErドープファイバの側周面から直接外部に放出され
る自然放出光112を利得モニタ回路113で受光し
て、光増幅部107の利得Gを直接検出する。本実施例
では、光増幅器100に入力する光信号のレベルが−1
8dBm、第1の光分岐回路102での損失が分岐損も
含めて1.0dB、光合波回路105の挿入損失が0.
5dB、第1の光アイソレータの挿入損失が1.0d
B、第2の光アイソレータの挿入損失が1.0dB、第
2の光分岐回路の損失は分岐損も含めて0.5dBであ
る。
なく、直接測定する方法としては、例えば、1991年
に開催の学会であるアイ・イー・イー・イー・ワークシ
ョンップ・オン・オプティカル・アンプリファイヤーズ
・アンド・ゼア・アプリケーションズ(IEEE Wo
rk−shop on optical amplif
iers and their applicatio
ns)の予稿集に記載のアイダ他(Aida et a
l.)による、「オートマティック・ゲイン・コントロ
ール・オブ・エルビウム・ドープト・ファイバ・アンプ
リファイヤ・バイ・デテクティング・スポンテニアス・
エミッション・パワー・アロング・ザ・ファイバ(Au
tomatic gain control of E
rbium−doped fiber amplifi
ers by detecting spontane
ous emission power along
the fiber)」と題する論文に示されたよう
に、Erドープファイバからの自然放出光を測定するこ
とにより直接稿増幅部の利得を測定する方法が知られて
いる。
っておらず、利得モニタ回路113で検出される利得G
が30dBのとき、出力モニタ回路111では光出力レ
ベルが+8dBmと検出される。その結果、光増幅器1
00全体での正味の実効利得Geff は出力モニタ回路1
11で検出された光出力レベル+8dBmと光入力レベ
ル−18dBmとの比からGeff =26dBと算出され
る。次に、励起LD104の出力を上げて光増幅器部1
07の線形利得を40dBとすると、光増幅器100へ
の光入力レベル−18dBm即ち、光増幅部107への
光入力レベル−20.5dBmに対しては飽和利得領域
となり、その光出力は飽和利得領域となるような光入力
レベルの光入力信号に対してはほぼ一様な光出力レベル
+12dBmで出力される。従って、出力モニタ回路1
11では、光増幅部107からの光出力レベル+12.
0dBmから第2の光アイソレータ108の損失1.0
dBと、第2の光分岐回路109の損失0.5dBを差
し引いた+10.5dBmが光増幅器100からの出力
レベルとして検出される。ここで、直接に光出力レベル
を検出できるのは出力モニタ回路111で検出した光増
幅器100からの出力レベルであるが、光増幅部107
を飽和レベルに設定したときの飽和出力レベルは予め装
置作成時に+12dBmと判っているので、逆に、出力
モニタ回路111で検出した光出力レベルから光増幅部
107の後段に接続された光回路の損失値α2 、即ち、
本実施例では第2の光アイソレータ108と第2の光分
岐回路109の合計の損失値は、α2 =1.5dBと算
出される。
きは前述の測定の過程から、光増幅器100の実効利得
Geff は26dBと算出され、光増幅部107の利得G
は30dBと測定されているので、光増幅部107の前
段に接続された光回路の損失値α1 、即ち、第1の光分
岐回路102、光合波回路105、および第1の光アイ
ソレータ106の合計の損失値は、α1 =G−Geff −
α2 =2.5dBと算出される。
90年のエレクトロニクス・レターズ(Electro
nics Letters)の第26巻、第21号の1
758頁から1759頁に記載のエム・ホリグチ(M.
Horiguchi)他によるハイリー・エフィシェン
ト・オプティカル・ファイバ・アンプリファイヤ・ポン
プト・バイ・ア・0.8μm・バンド・レーザーダイオ
ード(Highlyefficient optica
l fibre amplifier pumped
by a 0.8μm band laser dio
de)と題する論文に詳しい。
路構成図である。同図において、光ファイバである第1
の伝送路201を伝搬してきた波長1.55μmの光信
号は、光増幅器100の入力端101から光入力レベル
Pin=−18dBmで入射し、光増幅器100で光増幅
されて、その出力端110に接続された光ファイバであ
る第2の伝送路202に出力される。ここで、光増幅器
100の構成は第1の発明の実施例と同じであるが、本
実施例では光増幅部107の後段に接続された光回路の
損失値が当初のα2 =1.5dBから増加してα2 =
2.0dBとなっている点、および、その結果として光
出力レベルPout =+7.5dBmとなっている点が異
なっている。
利得モニタ回路113、出力モニタ回路111でそれぞ
れモニタされた光入力レベルPin、光増幅部の利得G、
光出力レベルPout は、それぞれ監視制御回路203へ
出力される。監視制御回路203では定期的に常時、P
in、Pout の値から実効利得Geff を算出するととも
に、光増幅部の利得Gの値との差から光増幅器100の
受動光回路部の損失値(α1 +α2 )を算出し、当初の
損失値との差異を監視する。この差異の値がある閾値、
例えば0.5dBを越えると、受動光回路部の損失値に
異常が発生したと判断する。本実施例では(α1 +
α2 )=4.0dBとなるので、当初の損失値3.5d
Bから0.5dBだけ増加しているので、光回路の損失
値に異常が発生したと判断される。このように判断され
ると、図1について述べた手順に従って、α1 とα2 の
それぞれを測定、算出する。その際、手順の一つである
光増幅部107を利得飽和領域に設定するプロセスでの
励起LDの出力パワーの上昇動作も、監視制御回路20
3からの制御により行う。その結果、本実施例ではα1
=2.5dB、α2 =2.0dBと算出され、各当初値
2.5dB、1.5dBとの差異から、α2 の値に異常
が生じたと検出する。
で、監視制御回路203からの制御信号により励起LD
制御回路114が駆動され、利得モニタ回路113で検
出される利得Gが当初の30dBから30.5dBに増
加するまで、励起LD104からの光出力レベルが増加
させる。その結果、所期の光出力Pout =+8.0dB
mが保持される。このとき、α2 は増加したが、α1 は
当初の値から増加していない。したがって、光増幅部1
07への入力パワーレベルは所期の設定値が保たれるの
で、当該段の光増幅器100で生じる光信号のS/Nの
劣化値は所期の設定値が保たれる。
R中継伝送系における光中継器雑音な累積、即ち、S/
N劣化については、1982年のアイ・イー・イー・イ
ー・(IEEE)のジャーナル・オブ・カンタムエレク
トロニクス(Journalof Quantum E
lectronics)誌の第QE−18巻、第10号
の第1560頁から第1568頁に記載のティ・ムカイ
(T.Mukai)他によるエス・エヌ・アンド・エラ
ー・レイト・パフォーマンス・イン・GaAlAs・セ
ミコンダクター・レーザー・アンプリファイヤ・アンド
・リニヤ・リピータ・システムズ(“S/N and
error rate performance in
AlGaAs semiconductor las
eramplifier and linear re
peater systems”)と題する論文に詳し
い。
ロック構成図である。同図において、光ファイバである
第1の伝送路201を伝搬してきた波長1.55μmの
光信号は、第1の光増幅器100の入力端101から光
入力レベルPin=−18dBmで入射し、第1の光増幅
器100で光増幅されて、その出力端110に接続され
た光ファイバである第2の伝送路202に出力される。
第2の光増幅器300についても同様で、光ファイバで
ある第3の伝送路401を伝搬してきた波長1.55μ
mの光信号は、第2の光増幅器300の入力端301か
ら光入力レベルPin=−18dBmで入射し、第2の光
増幅器300で光増幅されて、その出力端310に接続
された光ファイバである第1の伝送路201に出力され
る。ここで、第1の光増幅器100および第2の光増幅
器300の構成は第1の発明の実施例と同じであるが、
本実施例では第1の光増幅器100の入力側に接続され
た光回路の損失値(分岐損も含む)が当初のα1 =2.
5dBから増加してα1 =3.0dBとなっている点、
および、その結果として第1の光増幅器100の光出力
レベルPout =+7.5dBmとなっている点が異なっ
ている。
03、利得モニタ回路113、出力モニタ回路111で
それぞれモニタされた光入力レベルPin、光増幅部の利
得G、光出力レベルPout は、それぞれ第1の監視制御
回路203へ出力される(図2参照)。第1の監視制御
回路203では定期的に常時、Pin、Pout の値から実
効利得Geff を算出するとともに、光増幅部の利得Gの
値との差から第1の光増幅器100の受動光回路部の損
失値(α1 +α2 )を算出し、当初の損失値との差異を
監視する。この差異の値がある閾値、例えば、0.5d
Bを越えると、受動光回路部の損失値に異常が発生した
と判断する。本実施例では(α1 +α2)=4.0dB
となるので、当初の損失値(α10+α20)=3,5dB
から0.5dB増加しているので光回路の損失値に異常
が発生したと判断される。このように判断されると図1
について述べた手順に従って、α1 とα2 のそれぞれを
測定、算出する。その際、手順の一つである光増幅部1
07を利得飽和領域に設定するプロセスでの励起LDの
出力パワーの上昇動作も、第1の監視制御回路203か
らの制御により行う。その結果、本実施例ではα1 =
3.0dB、α2 =1.5dBと算出され、各当初値
2.5dB、1.5dBとの差異から、α1 の値に異常
があると検出する。
1の監視制御回路203は第2の監視制御回路403に
対して、第2の光増幅器300の出力レベルを0.5d
Bだけ増加させるようリクエスト信号を送出する。この
リクエスト信号に対応して、第2の監視制御回路403
から出された制御信号により第2の光増幅器300の励
起LD制御回路を駆動し、光増幅器300の利得モニタ
回路で検出される利得Gを当初の30dBから30.5
dBに増加させる。これにより光増幅器300の当初の
光出力レベルPout =+8.0dBmが0.5dBだけ
増加されて、Pout =+8.5dBmとなる。その結
果、第1の光増幅器100への光入力レベルPinは−1
8.0dBmから−17.5dBmへ増加する。従っ
て、第1の光増幅器100の光増幅部へ光入力レベル
は、入力端101の側の光回路の損失増加(0.5d
B)にもかかわらず、所期の−20.5dBmに保持さ
れる。したがって、光増幅器100の光増幅部への入力
パワーレベルは、所期の設定値が保たれるので、当該段
の光増幅器100で生じる光信号のS/Nの劣化値は所
期の設定値に保たれる。
の損失を、その入力端から光増幅部までの間の受動光回
路部の損失α1 と、光増幅部から出力端までの受動回路
部の損失α2 との合計としての値ではなく、損失α1 、
α2 のそれぞれの値を算出するることができる。
いれば、光増幅器の光出力レベルが低下したときに、単
に当該段の光出力レベルが一定になるように利得制御す
るのではなく、各段の光増幅器の光増幅部への光入力レ
ベルが所期の値になるように当該段あるいはその前段の
光増幅器の光増幅部の利得制御を行なうことができ、か
つ、各光増幅器の光出力レベルが制御の結果指定される
所期の値も含めたある一定の値に保たれるので、各光増
幅器でS/N値を所期の値以上に劣化させること無く光
中継増幅できる。
る。
る。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 入力側伝送路につながる入力光パワーモ
ニタ部と、Erドープファイバからなる光増幅部と、出
力側伝送路につながる出力光パワーモニタ部と、前記入
力光パワーモニタ部から前記光増幅部までの間に介設さ
れた第1の光受動回路部と、前記光増幅部から前記出力
光パワーモニタ部までの間に介設された第2の光受動回
路部とを含んで構成される光増幅器において、前記Er
ドープファイバから外部に放出される自然放出光量を測
定して前記光増幅部の利得値を算出し、出力光パワーレ
ベルと入力光パワーレベルとの比から前記光増幅器の正
味利得を算出して、その両算出値の差分から前記第1及
び第2の光受動回路部の損失の合計値を算出し、さら
に、前記光増幅部の利得を飽和利得状態とし、その状態
で前記出力光パワーモニタ部で測定した出力光パワーレ
ベルと前記光増幅部の予め取得されている飽和利得値と
の差分を求めることにより前記第2の光受動回路部の損
失値を算出して、前記第1及び第2の光受動回路部の損
失合計の算出値から前記第2の光受動回路部の損失の算
出値を差し引いて前記第1の光受動回路部の損失値を算
出することにより、前記第1および第2の光受動回路部
の損失値をそれぞれ別々に得ることを特徴とする光増幅
器特性評価方法。 - 【請求項2】 光送信器とこれから送出された光信号を
受信する光受信器との間に、入力側伝送路につながる入
力光パワーモニタ部と、Erドープファイバからなる光
増幅部と、出力側伝送路につながる出力光パワーモニタ
部と、前記入力光パワーモニタ部から前記光増幅部まで
の間に介設された第1の光受動回路部と、前記光増幅部
から前記出力光パワーモニタ部までの間に介設された第
2の光受動回路部とを含んで構成される光増幅器をN段
(Nは正の整数)接続して光中継伝送系を構成し、前記
第2の光受動回路の損失値が当初値から増加したことを
前記請求項1記載の光増幅器特性評価方法によって算出
し、その損失値の増加分だけ該当段の前記光増幅器の前
記光増幅部の利得を増加させて、該当段の前記光増幅器
からの出力パワーレベルを当初値に回復させることを特
徴とする光中継伝送方式。 - 【請求項3】 光送信器とこれから送出された光信号を
受信する光受信器との間に、入力側伝送路につながる入
力光パワーモニタ部と、Erドープファイバからなる光
増幅部と、出力側伝送路につながる出力光パワーモニタ
部と、前記入力光パワーモニタ部から前記光増幅部まで
の間に介設された第1の光受動回路部と、前記光増幅部
から前記出力光パワーモニタ部までの間に介設された第
2の光受動回路部とを含んで構成される光増幅器をN段
(Nは正の整数)接続して光中継伝送系を構成し、前記
第1の光受動回路の損失値が当初値から増加したことを
前記請求項1記載の光増幅器特性評価方法によって算出
し、その損失値の増加分だけ該当段の前段の前記光増幅
器の前記光増幅部の利得、あるいは前段の前記光送信器
の光出力を増加させて、該当段の前記光増幅器の前記光
増幅部への入力パワーレベルを当初値に回復させること
を特徴とする光中継伝送方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4018016A JP3018709B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光増幅器特性評価方法および光中継伝送方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4018016A JP3018709B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光増幅器特性評価方法および光中継伝送方式 |
Publications (2)
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---|---|
JPH05276120A JPH05276120A (ja) | 1993-10-22 |
JP3018709B2 true JP3018709B2 (ja) | 2000-03-13 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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