JP3052878B2

JP3052878B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP3052878B2
Application number: JP9075667A
Authority: JP
Inventors: 聡真鍋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10271094A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光信号を励起光によ
って光増幅する光増幅器に係わり、詳細には複数の光信
号を多重した光波長多重信号を一括して光増幅する光増
幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の光波長多重信号を一括して増幅す
る光増幅器では、所定の信号を基準信号として割り当て
てこれを監視することで自動レベル制御を行う場合があ
る。この自動レベル制御（ＡＬＣ）では、基準信号とな
る正弦波で変調した光信号を入力する光波長の１つに割
り当てて、増幅後のその基準信号の振幅変化量をモニタ
するようにしている。そして、振幅変化量に応じて、光
増幅を行うための励起光源へのバイアス電流を変化させ
て、入力信号の変動があっても増幅後の出力信号のレベ
ルが常に一定になるような制御を行っている。

【０００３】図３は、自動レベル制御を行っていない従
来の光増幅器の回路構成を参考のために示したものであ
る。この光増幅器では、前段の光増幅器１１と後段の光
増幅器１２の２段階の光増幅器を使用しており、これら
の間にアイソレータ１３を配置した構成となっている。
前段の光増幅器１１は、前段の励起光源１４から励起光
１５を入力して、入力端子１６から入力された光信号１
７と多重する波長多重部１８と、この出力側に配置され
たアイソレータ１９と、このアイソレータ１９の出力側
に配置された前段の光増幅ファイバ２１とから構成され
ている。後段の光増幅器１２は、後段の励起光源２４を
有しており、これから出力された励起光２５はアイソレ
ータ１３から出力される光信号２６と波長多重部２７で
多重され、その出力２８は後段の光増幅ファイバ２９で
増幅される。増幅後の光信号３１はアイソレータ３２を
経て後段の光増幅器１２から出力されて出力端子３３に
光信号３４として供給されるようになっている。アイソ
レータ１３は、前方励起構成の前段の光増幅器１１の出
力側のアイソレータであると同時に、後方励起構成の後
段の光増幅器１２の入力側のアイソレータとなってい
る。

【０００４】このような構成の従来の光増幅器では、入
力端子１６から入力された複数の光信号１７が前段の光
増幅ファイバ２１において増幅され、次に後段の光増幅
ファイバ２９で増幅されて光信号３４として出力される
ことになる。前段の光増幅器１１は前方励起構成となっ
ているので、雑音指数が後方励起構成の後段の光増幅器
１２よりも低い。そこで、前段の光増幅ファイバ２１の
両端に光アイソレータを接続することが原理的に可能で
あり、これらの接続によりこの光増幅ファイバ２１と合
波用の光結合器と励起用光源部等との接続部で生じる残
留反射による発振を抑圧して、光出力を安定化してい
る。

【０００５】後方励起構成の後段の光増幅器１２では、
前方励起構成の前段の光増幅器１１よりも飽和出力が大
きい。そこで、初段で増幅された高光信号の場合には、
後段の光増幅ファイバ２９の自然放出光成分は十分抑圧
されているので、高光出力が出力端子３３に供給される
ことになる。

【０００６】図４は、自動レベル制御回路を付加した従
来の光増幅器の回路構成を表わしたものである。図３と
同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を
適宜省略する。この図４に示した光増幅器では、後段の
光増幅器１２のアイソレータ３２から出力される光信号
３４が光分岐器４１に入力され、出力端子３３に出力さ
れる特定波長成分以外の光信号４２と光／電気変換回路
４３に入力される特定波長成分の光信号４４とに分岐さ
れる。光／電気変換回路４３は入力された特定波長成分
の光信号４４をそのレベルに応じた電圧値の電気信号に
変換し、電圧信号４６として演算増幅器４７に供給す
る。演算増幅器４７は基準電圧設定回路４８から出力さ
れる基準電圧４９と電圧信号４６を用いて所定の演算を
行い、演算結果５１を励起光源電流回路５２に与える。
励起光源電流回路５２は、これを基にして前段および後
段の励起光源１４、２４の励起光の強さの制御を行うこ
とになる。

【０００７】この光増幅器では、入力端子１６から入力
された複数の光信号１７の１つに基準信号となる正弦波
で変調した信号を割り当てている。そして、この信号
（基準信号）の波長成分を光分岐器４１で分岐して光信
号４４として光／電気変換回路４３に供給する。光／電
気変換回路４３ではこれを正弦波の振幅に対応した電圧
信号４６に変換することになる。演算増幅器４７はこの
電圧信号４６と基準電圧４９をモニタして、励起光源電
流回路５２はこれらの差分を打ち消すように前段および
後段の励起光源１４、２４に対して、これらの駆動電流
を制御する駆動電流制御信号５４を供給する。これによ
り、出力端子３３からは増幅後の光出力のレベルが一定
となった光信号４２が出力されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の光
増幅器では、入力端子１６から入力される光信号１７の
レベルが大きくなればなるほど、前段および後段の励起
光源１４、２４に流れるバイアス電流が前段および後段
の光増幅器１１、１２で同時に小さくなるような制御が
行われることになる。この結果、雑音指数の低い前方励
起構成の前段の光増幅器１１で、レベル的に変化のない
雑音成分に対する信号の増幅成分が小さくなり、信号と
ノイズの比を表わす雑音指数が劣化するという問題が発
生した。

【０００９】なお、特開平４−９６２８７号公報には、
図４に示した光増幅器と同様に前段と後段の２段階の増
幅を行う光増幅器が開示されている。この光増幅器で
は、前段の増幅は低雑音で高利得な増幅機能を有する構
成としており、後段では飽和利得の高い後方励起構成と
している。これは、低入力の光信号を安定して高い光出
力に増幅するための光増幅器であり、入力される光信号
のレベルが大きくなったときの問題を解決するものでは
ない。

【００１０】そこで本発明の目的は、入力される光信号
のレベルが大きくなっても、雑音指数を劣化させること
のない光増幅器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）入力端子に入力された光波長多重された光信
号を前方励起構成で光増幅する前段の光増幅手段と、
（ロ）この前段の光増幅手段に励起光を供給する前段の
励起光源と、（ハ）前段の光増幅手段により光増幅され
た光信号を後方励起構成で更に光増幅する後段の光増幅
手段と、（ニ）この後段の光増幅手段に励起光を供給す
る後段の励起光源と、（ホ）後段の光増幅手段により光
増幅された光信号を分配し、一方は特定の光波長多重信
号の中から基準信号としての正弦波を分離し、もう一方
は光信号を出力端子に出力する光分岐手段と、（へ）前
段の励起光源の励起光のパワーの変化を検出してこの変
化に応じて前段の励起光源のパワーを一定に保つように
励起光源へのバイアス電流を変化させる自動パワー制御
手段と、（ト）前段の励起光源の励起光の温度の変化を
検出して、この励起光源の検出温度が所定の基準値と等
しくなるようにペルチェ素子を制御し加熱あるいは冷却
を行ってバイアス電流値を高い値に保って励起光源を所
定の温度に保つ自動温度調整手段と、（チ）光分岐手段
により分岐された特定の波長の正弦波を検波し整流して
得られた電圧値からなる基準信号が所定の信号レベルに
なるように後段の励起光源へのバイアス電流を変化させ
る自動レベル制御手段とを光増幅器に具備させる。

【００１２】すなわち請求項１記載の発明では、前段と
後段の２段階の光増幅手段で波長多重された光信号を光
増幅するとき、前段の前方励起構成の光増幅手段に励起
光を供給する前段の励起光源の温度をペルチェ素子を使
用した自動温度調整手段によって所定の温度に保つとと
もに、この前段の励起光源のパワーを励起光源へのバイ
アス電流を変化させるようにした自動パワー制御手段に
よって一定に保つようにしている。また、入力端子に入
力された光波長多重された光信号の中の１つを基準信号
で変調した特殊な光波長として割り当て、後方励起構成
の後段の光増幅手段の後に配置した光分岐手段でこの基
準信号の正弦波を分離するようにし、これを検波して整
流して得られた電圧値が所定の信号レベルになるように
後段の励起光源へのバイアス電流を変化させる自動レベ
ル制御手段で波長多重された光信号の全体的な増幅率の
制御を行っている。これにより、入力される光信号のレ
ベルが大きくなっても、雑音指数が劣化することがなく
なる。また、自動温度調整手段がペルチェ素子を制御し
加熱あるいは冷却を行って励起光源を所定の温度に保っ
ているので、この条件で励起光源へのバイアス電流値を
高い値に保つことができる。また、飽和利得の大きな後
方励起構成の後段の光増幅手段は自動レベル制御手段を
備えているので、入力レベル変動があっても増幅した光
出力を一定にして送出することができる。したがって、
入力光信号のレベルが大きくなっても、雑音指数を劣化
させることなく一定の光増幅を行うことが可能になる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】

【００１７】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例における光増幅器
の原理的な構成を表わしたものである。この光増幅器
は、入力端子１０１から入力される複数の光波長多重さ
れた光信号１０２の増幅を行う光増幅部１０３を有して
いる。光増幅部１０３は、前段の光増幅器１０４と後段
の光増幅器１０５の２段構成となっている。前段の光増
幅器１０４は前段の励起光源１０６の出力する励起光１
０７によって光信号１０２を増幅する前段の光増幅部１
０８と、後段の励起光源１０９の出力する励起光１１１
によって前段の光増幅器１０４から出力される光信号１
１２を増幅する後段の光増幅部１１３を備えている。後
段の光増幅部１１３から出力される光信号１１４は、増
幅後の信号として出力端子１１５から出力されることに
なる。

【００１９】前段の励起光源１０６は、第１および第２
の制御部１２１、１２２によって制御され、後段の励起
光源１０９は、第３の制御部１２３によって制御される
ようになっている。すなわち、光増幅部１０３は入力端
子１０１に入力された光信号１０２を光信号のままで増
幅するが、第１の制御部（ＡＴＣ）１２１は、前段の励
起光源１０６の温度の増減に応じてこの前段の励起光源
１０６の温度調節の制御を行い、第２の制御部（ＡＰ
Ｃ）１２２は光のパワーの増減に応じて前段の励起光源
１０６を制御する。これにより、雑音指数が低くなるよ
うな制御が行われる。第３の制御部（ＡＬＣ）１２３
は、入力信号の光波長の１つに割り当てられた正弦波の
振幅の増減に応じて後段の励起光源１０９の制御を行
い、これにより、入力レベルの変動に対して出力端子１
１５から出力される光信号１１４のレベルが一定に保た
れるような制御が行われる。なお、本発明とは直接関係
しないが、温度変化に対して安定したレーザ出力を行う
ような技術として特開昭６１−４２９７９号公報に開示
された励起光源の発光開始タイミング制御を行う技術が
存在している。

【００２０】図１に示したこの光増幅器の原理動作を説
明する。入力端子１０１には光信号１０２として光波長
多重信号が入力される。この光波長多重信号は、前段の
励起光源１０６から出力される励起光１０７によって前
段の光増幅部１０８で増幅される。そして後段の励起光
源１０９から出力される励起光１１１によって後段の光
増幅部１１３で更に増幅されることになる。

【００２１】ここで、光波長多重された光信号１０２の
うちの１つの入力信号の光波長は、基準信号となる正弦
波で変調されている。後段の光増幅部１１３で増幅され
た信号は、光信号１１４として出力端子１１５から出力
される一方、第３の制御部１２３へ入力される。第３の
制御部１２３では、入力信号に割り当てられた基準信号
の正弦波の振幅に応じて励起光１１１のパワーを制御
し、出力端子１１５から出力される光信号１１４が一定
になるように後段の励起光源１０９から出力される励起
光１１１のパワーを制御（ＡＬＣ制御）する。

【００２２】また、第１の制御部１２１では、前段の励
起光源１０６に内蔵された図示しない温度センサの温度
変化を検出し、この温度変化に応じて同じく図示しない
ペルチェ素子への駆動電流の方向を制御（ＡＴＣ制御）
して、この素子による冷却あるいは加熱の制御を行うこ
とで、前段の励起光源１０６の温度調節を行うことにな
る。第２の制御部１２２では、前段の励起光源１０６の
光出力パワーに応じてその光パワーが一定になるように
励起光１０７のパワーを制御（ＡＰＣ制御）を行う。

【００２３】図２は、図１に示した光増幅器の具体的な
回路構成を表わしたものである。図１と同一部分には同
一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
前段の光増幅部１０８は、入力端子１０１から入力され
た光信号１０２に前段の励起光源１０６から出力された
励起光１０７を多重する波長多重部１３１と、多重後の
光信号１３２を増幅する第１の光増幅ファイバ１３３
と、励起光１０７を同じく入力してこれを電圧値に変換
する光／電気変換回路１３５によって構成されている。
第１の光増幅ファイバ１３３から出力される光信号１１
２は、後段の光増幅部１１３に入力される。

【００２４】後段の光増幅部１１３は、後段の励起光源
１０９から出力される励起光１１１と光信号１１２を多
重する波長多重部１４１と、多重後の光信号１４２を増
幅する第２の光増幅ファイバ１４３と、増幅後の光信号
１４４を光信号１４５と光信号１４６とに分岐する光分
岐部１４７と、光信号１４５を基準信号に変換する光／
電気変換回路１４８とによって構成されている。なお、
前段の励起光源１０６は、この光源自体の温度制御を行
うためのペルチェ素子１５１とこのペルチェ素子１５１
による温度制御を可能にするための温度検出センサを備
えたセンサ回路１５２とを備えている。

【００２５】第１の制御部１２１は、所定の基準電圧を
設定するための基準電圧設定回路１６１を備えている。
基準電圧設定回路１６１から出力される基準電圧１６２
は演算増幅器１６３に入力され、センサ回路１５２から
出力される検出温度を表わした電圧値１６４と比較され
演算される。この演算結果１６５はペルチェ素子駆動回
路１６７に入力され、前段の励起光源１０６の温度を上
げるか下げるかによってペルチェ素子１５１を流れる電
流の向きが制御され、これに応じて冷却あるいは加熱制
御が行われることになる。

【００２６】第２の制御部１２２も演算増幅器１７１を
備えている。演算増幅器１７１は基準電圧設定回路１７
２から出力される基準電圧値１７３と前段の光増幅部１
０８の光／電気変換回路１３５から出力される電圧値情
報１７４を入力し、これらを比較して演算を行う。演算
結果１７５は励起光源駆動回路１７６に入力され、前段
の励起光源１０６の光出力パワーに応じてその光パワー
が一定になるように励起光１０７のパワーの制御（ＡＰ
Ｃ制御）が行われるようになっている。

【００２７】更に、第３の制御部１２３も演算増幅器１
８１を備えている。演算増幅器１８１は基準電圧設定回
路１８２から出力される基準電圧値１８３と後段の光増
幅部１１３の光／電気変換回路１４８から出力される電
圧値情報１８４を入力し、これらを比較して演算を行
う。演算結果１８５は励起光源駆動回路１８６に入力さ
れ、基準信号の正弦波の振幅に応じて、後段の励起光源
１０９から出力される励起光１１１のパワーを制御し、
出力端子１１５から出力される光信号１１４が一定にな
るような制御（ＡＬＣ制御）が行われるようになってい
る。

【００２８】このような本実施例の光増幅器で、入力端
子１０１から入力された光波長多重された光信号１０２
は、波長多重部１３１にて多重された前段の励起光源１
０６の励起光１０７によって第１の光増幅ファイバ１３
３で増幅される。この増幅された光信号１１２は、波長
多重部１４１において多重された後段の励起光源１０９
の励起光１１１によって第２の光増幅ファイバ１４３で
増幅される。ここで、入力端子１０１から入力された光
信号１０２の１つの光波長は、基準信号となる正弦波で
変調されている。このため、第２の光増幅ファイバ１４
３で増幅された光信号１４４が光分岐部１４７に入力さ
れたとき、この光波長成分が光信号１４５として光／電
気変換回路１４８に供給されることになる。光信号１４
６は出力端子１１５に出力される。光／電気変換回路１
４８は、基準信号としての正弦波信号を検波し、整流し
てその電圧値を電圧値情報１８４として演算増幅器１８
１に供給することになる。

【００２９】第３の制御部１２３内の基準電圧設定回路
１８２は、出力端子１１５から出力される光信号１４６
を所要のレベルとするための基準電圧値（Ｖｏ₁）１８
３を演算増幅器１８１に供給している。演算増幅器１８
１は、この基準電圧値１８３と検波信号の電圧値との差
分を打ち消すように後段の励起光源駆動回路１８６を制
御し、光信号１４６の出力レベルを一定にしている（Ａ
ＬＣ制御）。

【００３０】一方、前段の励起光源１０６の励起光１０
７は光／電気変換回路１３５に入力され、その光パワー
が電圧成分として演算増幅器１７１に入力される。演算
増幅器１７１には、励起光１０７が所要のパワーとなる
ように、基準電圧設定回路１７２から基準電圧値（Ｖｏ
_P）１７３が入力されている。演算増幅器１７１は、基
準電圧値１７３と光パワーを変換した電圧値としての電
圧値情報１７４との差分を打ち消すように励起光源駆動
回路１７６を制御し、前段の励起光源１０６から出力さ
れる励起光１０７の光パワーを一定に保っている（ＡＰ
Ｃ制御）。

【００３１】更にペルチェ素子駆動回路１６７は、前段
の励起光源１０６の温度を冷やしたり温める制御を行う
ことで内部温度を一定に保つようにしている。すなわ
ち、センサ回路１５２から出力される検出温度を表わし
た電圧値１６４は演算増幅器１６３に入力され、基準電
圧設定回路１６１から出力される基準電圧（Ｖｏ_t）１
６２との差分を打ち消すようにペルチェ素子駆動回路１
６７を制御して前段の励起光源１０６の温度を一定に制
御することになる（ＡＴＣ制御）。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、雑
音指数の低い前方励起構成で励起光源のバイアス電流が
大きくなるように設定すれば、雑音成分に対する信号の
増幅成分が大きくなり、良好な信号対雑音比で光信号を
増幅することができ、高品位の信号伝送が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光増幅器の原理的な
構成を表わしたブロック図である。

【図２】図１に示した光増幅器の具体的な回路構成を表
わしたブロック図である。

【図３】自動レベル制御を行っていない従来の光増幅器
の回路構成を参考のために示したブロック図である。

【図４】自動レベル制御回路を付加した従来の光増幅器
の具体的な回路構成を示したブロック図である。

【符号の説明】

１０２（増幅前の）光信号１０３光増幅部１０６前段の励起光源１０８前段の光増幅部１０９後段の励起光源１１３後段の光増幅部１１４（増幅後の）光信号１２１第１の制御部（ＡＴＣ）１２２第２の制御部（ＡＰＣ）１２３第３の制御部（ＡＬＣ）１４７光分岐部１６１、１７２、１８２基準電圧設定回路１６３、１７１、１８１演算増幅器１６７ペルチェ素子駆動回路１７６、１８６励起光源駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−48207（ＪＰ，Ａ) 特開平４−320385（ＪＰ，Ａ) 特開平５−241209（ＪＰ，Ａ) 特開平８−139399（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−74222（ＪＰ，Ａ) 特開平７−212315（ＪＰ，Ａ) 特開平４−96287（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−42979（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 H04J 14/00 H01S 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力端子に入力された光波長多重された
光信号を前方励起構成で光増幅する前段の光増幅手段
と、この前段の光増幅手段に励起光を供給する前段の励起光
源と、前記前段の光増幅手段により光増幅された光信号を後方
励起構成で更に光増幅する後段の光増幅手段と、この後段の光増幅手段に励起光を供給する後段の励起光
源と、前記後段の光増幅手段により光増幅された光信号を分配
し、一方は特定の光波長多重信号の中から基準信号とし
ての正弦波を分離し、もう一方は光信号を出力端子に出
力する光分岐手段と、前記前段の励起光源の励起光のパワーの変化を検出して
この変化に応じて前段の励起光源のパワーを一定に保つ
ように励起光源へのバイアス電流を変化させる自動パワ
ー制御手段と、前記前段の励起光源の励起光の温度の変化を検出して、
この励起光源の検出温度が所定の基準値と等しくなるよ
うにペルチェ素子を制御し加熱あるいは冷却を行ってバ
イアス電流値を高い値に保って励起光源を所定の温度に
保つ自動温度調整手段と、前記光分岐手段により分岐された特定の波長の正弦波を
検波し整流して得られた電圧値からなる基準信号が所定
の信号レベルになるように前記後段の励起光源へのバイ
アス電流を変化させる自動レベル制御手段とを具備する
ことを特徴とする光増幅器。