JP3208584B2 - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JP3208584B2
JP3208584B2 JP2312392A JP2312392A JP3208584B2 JP 3208584 B2 JP3208584 B2 JP 3208584B2 JP 2312392 A JP2312392 A JP 2312392A JP 2312392 A JP2312392 A JP 2312392A JP 3208584 B2 JP3208584 B2 JP 3208584B2
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靖 菅谷
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、利得を一定に制御でき
る光増幅器に関する。光通信システムに於けるブースタ
アンプ,インラインアンプ,プリアンプ等として用いら
れる光増幅器、特に、入力信号光を電気信号に変換する
ことなくそのまま増幅する半導体レーザ増幅器や希土類
添加光ファイバ増幅器が注目されている。このような光
増幅器の利得を効率よく安定化させることが要望されて
いる。
【0002】
【従来の技術】入力信号光を入射して増幅し、大きな出
力信号光を得る光増幅器は、入力信号光を励起光とし、
駆動電流(バイアス電流)により利得を制御できる半導
体レーザ増幅器や、入力信号光と励起光とを混合して入
射することにより増幅するエルビウム(Er),ネオジ
ム(Nd),プラセオジム(Pr)等の希土類元素を添
加した希土類添加光ファイバ増幅器が知られている。こ
のような光増幅器は、光増幅素子の飽和領域に於いて
は、入力信号光電力の増加に対して信号利得が減少する
ものであるから、動作レベルを高くしようとした場合
に、入出力の比例関係を維持することができないことに
なる。そこで、従来例の光増幅器に於いては、入力信号
光と出力信号光とを検出し、半導体レーザ増幅器に於い
ては駆動電流、希土類添加光ファイバ増幅器に於いては
励起光源を制御する帰還回路を構成し、利得を一定化す
るものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】前述の従来例に於い
ては、入力信号光と出力信号光とを比較する為に、入力
信号光の一部と出力信号光の一部とをそれぞれ分岐し
て、ホトダイオード等により検出するものであり、
(1)光分岐用部品の過剰損失の為に出力レベルの低下
やS/Nの劣化が生じる欠点があり、又(2)入力信号
光と出力信号光とのそれぞれ一部が失われる欠点があ
る。又(3)入力信号光と出力信号光とを比較して利得
を制御するので、強度変調に於いて入力信号光が連続零
となる時点では制御ができず、制御系の時定数を入力信
号光の統計的性質を考慮して設定する必要があり、制御
系が複雑となる欠点がある。又(4)利得の大きい光増
幅器に於いては、出力光に自然放出光が多く含まれるの
で、制御誤差が大きくなる欠点がある。本発明は、前述
の従来例の欠点を改善し、光増幅器の利得を効率良く安
定化させることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の光増幅器は、図
1を参照して説明すると、光増幅素子1と、この光増幅
素子1の出力光の中の自然放出光を検出する検出部2
と、この検出部2の検出出力に応じて光増幅素子1の利
得を制御する制御部3とを備えたものである。
【0005】又光増幅素子1を半導体レーザ増幅素子と
し、この半導体レーザ増幅素子の出力光の中の信号光と
自然放出光とを分離する波長分岐フィルタを設け、この
波長分岐フィルタにより分岐された自然放出光を検出部
2により検出して、制御部3により半導体レーザ増幅素
子の駆動電流を制御するものである。
【0006】又光増幅素子1を希土類添加光ファイバ増
幅素子とし、この希土類添加光フイァバ増幅素子の出力
光の中の信号光と自然放出光とを分離する波長分岐フィ
ルタを設け、この波長分岐フィルタにより分岐された自
然放出光を検出部2により検出して、制御部3により希
土類添加光ファイバ増幅素子の励起光源の駆動電流を制
御するものである。
【0007】又波長分岐フィルタにより分岐された自然
放出光内に残存する信号光成分を、帯域外通過フィルタ
により除去して、検出部2に入力する構成とする。
【0008】
【作用】半導体レーザ増幅素子や希土類添加光ファイバ
増幅素子等の光増幅素子1の出力光には、入力信号光を
増幅した出力信号光と自然放出光とが含まれており、光
増幅素子1に於ける自然放出光係数は、利得を一定とし
た時にほぼ一定となるものであるから、検出部2により
この自然放出光を検出し、その検出出力に従って光増幅
素子1の駆動電流を制御する帰還ループにより、自然放
出光係数が一定となるように制御することによって、利
得を一定化することができる。
【0009】又光増幅素子1として半導体レーザ増幅素
子を用いた場合、その出力光を波長分岐フィルタに入射
して、信号光のみを通過させ、自然放出光を反射させて
ホトダイオード等からなる検出部2に入射させる。従っ
て、検出部2は自然放出光を検出することができるか
ら、この検出出力により半導体レーザ増幅素子の駆動電
流(バイアス電流)を制御し、利得を一定化することが
できる。
【0010】又光増幅素子1として希土類添加光ファイ
バ増幅素子を用いた場合、その出力光を波長分岐フィル
タに入射して、信号光と自然放出光とを分離し、自然放
出光を検出部2に入射させて検出し、その自然放出光の
検出出力により励起光源を制御する。希土類添加光ファ
イバ増幅素子の利得は、励起光源からの励起光の強度に
従って変化するから、自然放出光を検出して励起光源を
制御することにより、希土類添加光ファイバ増幅素子の
利得を一定化することができる。
【0011】
【実施例】図2は本発明の第1の実施例の説明図であ
り、11は光増幅素子としての半導体レーザ増幅素子、
12は検出部としてのホトダイオード(PD)、13は
制御部、14は波長分岐フィルタ、15はアッテネータ
(ATT)、16,17はアイソレータである。半導体
レーザ増幅素子11は、駆動電流(バイアス電流)によ
って利得が制御されるものである。
【0012】光増幅器の出力端に於ける光子数の平均
〈N〉は、 〈N〉=G〈N0 〉+(G−1)nsp Δf …(1) で表される。ここで、〈N0 〉=光増幅器に入射する光
子数の平均値、G=光増幅器の利得、nsp=自然放出光
係数、Δf=光フィルタの帯域である。この(1)式の
第1項は増幅された信号光、第2項は自然放出光を表
す。又自然放出光係数nspは、入力信号光電力が変化し
ても、利得が一定の場合には一定の値となるものであ
る。例えば、希土類添加光ファイバ増幅器に於いて、励
起光電力を5.8mW,7.4mW,12mWとし、利
得G=20dBとして、横軸に入力信号光〔dBm〕、
縦軸に自然放出光係数nspをとると、図3に示すよう
に、飽和領域でない場合は、励起光電力及び入力信号光
電力が変化しても、自然放出光係数nspはほぼ一定であ
った。これは、自然放出光係数nspを一定になるように
制御することにより、利得Gを一定とすることができる
ことを示すものである。(図3については、IEEE
PHOTONICS TECHNOLOGY LETT
ERS,VOL.2,NO.6,JUNE 1990,
LAMING AND PAYNE;“NOISE C
HARACTERISTICS OF ERBIUM−
DOPED FIBER AMPLIFIER”参
照)。
【0013】本発明は、このような自然放出光係数nsp
を一定とするように制御して、利得の安定化を図るもの
で、入力信号光は、アイソレータ16を介して半導体レ
ーザ増幅素子11の励起光として入射され、制御部13
により制御された駆動電流が供給されることにより、入
力信号光は増幅されて出力される。この出力光は波長分
岐フィルタ14により信号光の波長以外の光は反射され
てアッテネータ15に入射される。
【0014】自然放出光(ASE;Amplified Spont
aneous Emission )は、信号光の波長以外の比較的広
い範囲の波長の光を含むものであり、半導体レーザ増幅
素子11や希土類添加光ファイバ増幅素子に於ける自然
放出係数nspは、前述のように、通常の使用範囲に於い
ては一定で且つ小さい値である。又波長分岐フィルタ1
4は、例えば、多層膜光フィルタにより構成し、半導体
レーザ増幅素子11の出力光に対して傾斜して配置し、
信号光の波長の成分を通過させ、その他の波長の成分を
反射させるものである。即ち、波長分岐フィルタ14に
より、信号光と自然放出光とが分離されることになる。
【0015】波長分岐フィルタ14により分離された自
然放出光は、アッテネータ15を介してホトダイオード
12に入射され、このホトダイオード12により電気信
号に変換されて、自然放出光のレベルが検出されること
になる。この検出出力は制御部13に加えられ、閾値と
比較されて自然放出光レベルが一定となるように、半導
体レーザ増幅素子11の駆動電流が制御される。それに
よって、前述のように、利得が一定化される。なお、ア
イソレータ16,17は、戻り光を防止して、光増幅動
作を安定化する為のものである。
【0016】図4は本発明の第2の実施例の説明図であ
り、21はエルビウム(Er)等の希土類元素を石英系
ガラスに添加して光ファイバとした希土類添加光ファイ
バ増幅素子、22はホトダイオード(PD)、23は制
御部、24は波長分岐フィルタ、25はアッテネータ
(ATT)、26は励起光源、27は合波器、28はア
イソレータである。
【0017】この実施例は、光増幅素子として希土類添
加光ファイバ増幅素子21を用いた場合であり、励起光
源26は半導体レーザにより構成することができる。例
えば、入力信号光の波長を1.55μmとした時、励起
光の波長を0.98μm又は1.48μmとすることが
できる。この励起光とアイソレータ28を介した入力信
号光とが合波器27により合波されて、希土類添加光フ
ァイバ増幅素子21に入射され、伝搬中に増幅されて出
力される。この増幅された出力光は波長分岐フィルタ2
4により信号光と自然放出光とに分離され、自然放出光
はアッテネータ25を介してホトダイオード22に入射
され、このホトダイオード22からの自然放出光の検出
出力は制御部23に加えられて、自然放出光レベルが所
定の値となるように、励起光源26の駆動電流が制御さ
れ、利得が一定化される。
【0018】又前述の実施例に於いて、アイソレータ2
8を合波器27と希土類添加光ファイバ増幅素子21と
の間に設けることもできる。又波長分岐フィルタ24の
後にアイソレータを設けて、多段接続を可能とすること
もできる。又前方向励起の場合を示すが、後方向励起の
構成とすることも可能である。
【0019】図5は本発明の第3の実施例の説明図であ
り、31は希土類添加光ファイバ増幅素子、32は検出
部としてのホトダイオード(PD)、33は制御部、3
4は波長分岐フィルタ、35はアッテネータ(AT
T)、36は励起光源、37は合波器、38はアイソレ
ータ、39は帯域外通過フィルタである。
【0020】この実施例は、光増幅素子として希土類添
加光ファイバ増幅素子を用いた図4に示す実施例に対し
て、帯域外通過フィルタ39を設けた構成に相当し、こ
の帯域外通過フィルタ39は、信号光波長の光のみを除
去し、他の波長の光を通過させるものである。従って、
波長分岐フィルタ34により分岐された自然放出光に含
まれる信号光成分が完全に除去されて、アッテネータ3
5を介してホトダイオード32に入射されるから、自然
放出光のみを検出することができる。この検出出力に従
って制御部33は励起光源36の駆動電流を制御し、希
土類添加光ファイバ増幅素子31の利得を一定とするよ
うに制御するものである。
【0021】図2に示す光増幅素子として半導体レーザ
増幅素子11を用いた実施例に於いても、図5に示す実
施例と同様に、帯域外通過フィルタ39を設けて、波長
分岐フィルタ14により分岐された自然放出光の中に残
存する信号光成分を除去し、自然放出光のみをホトダイ
オード12により検出する構成とすることもできる。こ
のように、自然放出光のみを検出できるように構成する
ことによって、入力信号光のレベルによる影響を受ける
ことなく、利得を一定化することができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
レーザ増幅素子や希土類添加光ファイバ増幅素子等の光
増幅素子1の出力光の中の自然放出光を検出部2により
検出して、制御部3により光増幅素子1を制御する制御
ループを構成したものであり、従来例のように、入力信
号光や出力信号光の一部を分岐するものではないから、
分岐用の光部品による損失や信号光の一部分岐による損
失がなくなり、効率を向上することができる。
【0023】又波長分岐フィルタによって分岐された自
然放出光に含まれる信号光成分を帯域外通過フィルタに
より除去して検出部に入力するもので、自然放出光のみ
を検出することによって増幅利得を制御することができ
るから、信号光の有無に拘らず安定な利得制御が可能と
なる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例の説明図である。
【図3】入力信号光と自然放出光係数との関係説明図で
ある。
【図4】本発明の第2の実施例の説明図である。
【図5】本発明の第3の実施例の説明図である。
【符号の説明】
1 光増幅素子 2 検出部 3 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−62022(JP,A) 特開 平3−242627(JP,A) 特開 平1−293584(JP,A) 特開 平5−167167(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号光を増幅する光増幅素子、該
    光増幅素子の出力光の中の自然放出光を検出する検出部
    、該検出部検出出力に応じて前記光増幅素子利得
    を制御する制御部とを備え 前記光増幅素子を半導体レーザ増幅素子とし、該半導体
    レーザ増幅素子の出力光の中の信号光と自然放出光とを
    分離する波長分岐フィルタを設け、 該波長分岐フィルタにより分岐された前記自然放出光内
    に残存する前記信号光成分を、除去して前記検出器に入
    力する帯域外通過フィルタを設けた ことを特徴とする光
    増幅器。
  2. 【請求項2】 入力信号光を増幅する光増幅素子と、該
    光増幅素子の出力光の中の自然放出光を検出する検出部
    と、該検出部の検出出力に応じて前記光増幅素子の利得
    を制御する制御部とを備え、 前記光増幅素子を希土類添加光ファイバ増幅素子とし、
    該希土類添加光ファイバ増幅素子の出力光の中の信号光
    と自然放出光とを分離する波長分岐フィルタを設け、 該波長分岐フィルタにより分岐された前記自然放出光内
    に残存する前記信号光成分を、除去して前記検出器に入
    力する帯域外通過フィルタを設けた ことを特徴とする光
    増幅器。
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