JP3317834B2

JP3317834B2 - 光送信回路

Info

Publication number: JP3317834B2
Application number: JP00647396A
Authority: JP
Inventors: 勝弘浅子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: JPH09200145A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を光のまま
直接増幅する光直接増幅回路に係わり、特に不連続なバ
ースト状の光信号の増幅を行う光直接増幅回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光送信回路では、半導体レーザなどの電
気・光変換器から出力される光信号を、光のまま直接増
幅する光直接増幅器によって増幅してから送出するもの
がある。特に、１．５５μｍ帯波長を主信号を伝送する
光として用いる大容量光通信システムでは、その波長帯
域に合致した増幅特性を有するエルビウム添加ファイバ
を利用した光直接増幅器によって送出する光信号の増幅
を行っている。通常、光送信回路では、その出力光の強
度をモニタしこれが一定になるようにフィードバック制
御を行うことで、出力光パワーを一定に保つようにして
いる。光直接増幅器を用いた光送信回路においては、光
直接増幅器の増幅利得を変更することによって、出力光
パワーを一定に制御するようになっている。

【０００３】図４は、従来から使用されている光直接増
幅器を用いた光送信回路の構成の概要を表わしたもので
ある。この回路は、転送すべき情報を表わした電気信号
を光信号に変換する電気・光変換器１０１と、電気・光
変換器１０１の出力光の入力されたエルビウム添加ファ
イバを用いた光増幅器１０２と、増幅後の光信号を２つ
に分岐する光分波器１０３を備えている。エルビウム添
加ファイバ１０２には、これを励起するための励起光１
０４が励起光源１０５から入力されている。光分波器１
０３によって分岐された後の一方の光１０６は光送信回
路の出力光として送出される。分岐された後の他方の光
１０７は、受光した光をその光強度に応じた電気信号に
変換するフォトダイオードを用いた受光素子１０８に入
力されている。

【０００４】受光素子１０８の出力信号１０９は、励起
光源１０５から出力される励起光１０４の光強度を制御
するための励起光パワー制御回路１１１に入力されてい
る。また、電気・光変換器１０１は、変換すべき電気信
号が有効な値を示している信号区間であるか否かを表わ
した信号区間表示信号１１２を出力するようになってお
り、これが励起光パワー制御回路１１１に入力されてい
る。

【０００５】エルビウム添加ファイバ１０２は、励起光
１０４によって添加されているエルビウム元素が励起さ
れてエネルギレベルの高い状態になる。ここに電気・光
変換器からの光信号が入力されると誘導放出現象が起こ
り、入力された光信号が増幅されて出力される。このよ
うな光増幅器１０２の増幅利得は、エルビウム添加ファ
イバ１０２に供給する励起光１０４の光強度によって変
更することができる。励起光パワー制御回路１１１は、
受光素子１０８によって検出された増幅後の光強度が一
定になるように、励起光源１０５に与える注入電流１１
３を制御する。また、励起光パワー制御回路１１１は、
信号区間表示信号１１２が、信号区間でないことを表わ
しているときは、励起光１０４の出力を停止させるよう
になっている。

【０００６】このような構成の光送信回路によって不連
続なバースト状の光信号を送出する場合の動作について
説明する。

【０００７】図５は、バースト光信号を送出する際の光
送信回路の各部における波形の一例を表わしたものであ
る。電気・光変換器１０１の出力する光信号（同図ａ）
は、信号区間１２１の間だけ転送すべき情報によって光
強度の変調された光信号を送出し、無信区間１２１の両
側の無信号区間１２２では、光信号が出力されていな
い。信号区間表示信号（同図ｂ）は、電気・光変換器か
ら光信号の出力されている信号区間１２１の間、ハイレ
ベルになり、無信号区間１２２ではロウレベルになって
いる。

【０００８】励起光パワー制御回路１１１は、信号区間
表示信号１１２がロウレベルの期間は注入電流１１３の
出力を停止し、励起光源１０５から励起光１０４が出力
されないようにしている。電気・変換器１０１から光信
号が入力されない状態で、エルビウム添加ファイバ１０
２に励起光１０４を供給すると、励起されたエネルギが
自然放出光となって次第に放出される。このため、光送
信回路から雑音光が出力されてしまう。これを防ぐため
に、信号区間表示信号１１３を基にしてバースト光信号
の無信号期間１２２では励起光１０４の出力を停止する
ようになっている。

【０００９】無信号区間１２２から信号区間１２１に変
化した時点Ｔ１で励起光１０４の供給が開始される。こ
のときエルビウム添加ファイバ１０２からの出力光の強
度はまだほぼ“０”に近いので、励起光パワー制御回路
１１１は、注入電流１１３を急激に増加させる。このよ
うな注入電流１１３の急激な増加と、光信号の突然の到
来により、エルビウム添加ファイバ１０２の出力光（同
図ｃ）は、一時的にその光パワーが過剰に強くなり、い
わゆる光サージが発生する。

【００１０】過剰に光強度の強い光サージの発生を検知
すると、励起光パワー制御回路１１１は、励起光１０４
の光出力が小さくなるようにフィードバック制御をかけ
るが、過渡応答時間のために励起光の強度を下げても増
幅後の光出力が低下するまでにはある程度時間がかか
る。このため、エルビウム添加ファイバの出力光の光強
度が設定値よりも小さくなってしまう。

【００１１】これと同様に、エルビウム添加ファイバの
出力光を受光した受光素子１０８の出力信号（同図ｄ）
の値および励起光源１０５から出力される励起光の光強
度（同図ｅ）も、過剰な値まで急激に立ち上がり、その
後設定値よりも低い値まで一時的に低下したのちに設定
値に落ちつくという変化を示すようになる。

【００１２】特開平４─７０７１８号公報には、利得の
制御を間欠的に行う光送信回路が開示されている。バー
スト状の光信号を増幅する場合には、無信号区間で利得
の調整をすると適正な利得制御を行うことができない。
そこで、信号区間でのみ利得の調整が行われるように間
欠的に利得の制御を行い、次回、利得の制御を行うまで
は、前回の増幅利得を保持するようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】増幅後の出力光の光強
度を基に、これが一定になるように光直接増幅器の増幅
利得を制御する光送信回路では、バースト状の光信号を
送出する際に光サージが生じてしまうとともに、出力光
の強度が一定値に落ちつくまでに比較的長い時間を要し
てしまうという問題がある。また、特開平４─７０７１
８号公報に開示さているように間欠的に利得の制御を行
っても、前回の利得制御で設定した光強度の励起光を無
信号区間の間も供給すると、信号区間の先頭で光サージ
が生じてしまう。また、無信号区間中は励起光を停止
し、信号区間の間だけ前回の利得制御で設定した光強度
の励起光を供給すると、無信号区間から信号区間に移行
した直後は適切なエネルギレベルまで励起されていない
ので、十分な強度の光出力を得ることができないという
問題がある。

【００１４】このような問題は、光通信システムの中継
局で使用される光直接増幅回路においても発生してい
る。

【００１５】そこで本発明の目的は、光サージを起こす
ことなくバースト状の光信号を増幅することのできる光
直接増幅回路を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）転送すべき情報が所定の時間幅だけ連続して
存在するような信号形式の電気信号を入力し転送すべき
情報に対応した区間のみバースト状の光信号を出力する
電気・光変換手段と、（ロ）この電気・光変換手段の出力
側に配置された光分波器と、（ハ）この光分波器から分
波して出力される一方の光信号を入力しこれを所定時間
遅延させて出力する光ファイバケーブルと、（ニ）光分
波器の出力する他方の光信号を入力して光ファイバケー
ブルの入力端に光信号の先端および後端が到来するタイ
ミングをそれぞれ検出する受光素子と、（ホ）光ファイ
バケーブルの出力光を増幅するための希土類添加ファイ
バと、（へ）この希土類添加ファイバに励起光を供給す
るための励起光源と、（ト）受光素子が光ファイバケー
ブルの入力端に光信号の先端が到来するタイミングを検
出したとき、このとき乃至このときから所定時間が経過
するまでの間に希土類添加ファイバへの励起光の供給を
励起光源に開始させ、希土類添加ファイバに光信号が到
来する時点から前記希土類添加ファイバを適切な増幅特
性の得られる励起状態に設定する励起光供給開始手段
と、（チ）受光素子が光ファイバケーブルの入力端に光
信号の後端が到来するタイミングを検出した時点から所
定時間の経過したとき励起光源による励起光の供給を停
止させ、自然放出光による雑音をカットとする励起光供
給停止手段とを光送信回路に具備させる。

【００１７】

【００１８】

【００１９】すなわち請求項１記載の発明では、バース
ト状の光信号を光分波器で分波し、その一方を光ファイ
バケーブルに入力して所定時間遅延させて光分波器の他
方から出力される光信号の処理による遅延との調整を図
っている。光分波器で分波した光信号の他方側には受光
素子が配置されており、前記した時間幅で電気・光変換
手段から出力される光信号のそれぞれの先端と後端を検
出し光ファイバケーブルの入力端に光信号の先端および
後端が到来するタイミングを検出している。そして、受
光素子が光ファイバケーブルの入力端に光信号の先端が
到来するタイミングを検出したとき、これから所定時間
が経過するまでの間に希土類添加ファイバへの励起光の
供給を励起光源に開始させ、希土類添加ファイバに光信
号が到来する時点から適切な増幅特性の得られる励起状
態に設定するようにすると共に、受光素子が光ファイバ
ケーブルの入力端に光信号の後端が到来するタイミング
を検出した時点から所定時間の経過したとき励起光源に
よる励起光の供給を停止させ、自然放出光による雑音を
カットするようにしている。

【００２０】請求項２記載の発明では、励起光供給開始
手段は、光信号検出手段によって光ファイバケーブルの
入力端に光信号の到来したことが検出されたときこのと
きから所定時間の経過後に希土類添加ファイバが予め定
められたエネルギレベルまで励起されるように励起光の
供給を励起光源に開始させる。

【００２１】すなわち請求項２記載の発明では、希土類
添加ファイバに光信号が到達する時点で、希土類添加フ
ァイバが予め定められたエネルギレベルまで励起される
ように励起光の供給を行っている。光サージを生じるこ
となくかつ適度な増幅利得の得られるエネルギレベルに
まで励起しておけば、バースト状の光信号をその先頭か
ら適切なレベルで送出することができる。

【００２２】請求項３記載の発明では、励起光供給開始
手段は、励起光の供給を開始させるときその光強度を一
定のレベルまで次第に増加させるようになっている。

【００２３】すなわち請求項３記載の発明では、励起光
の供給を始めるとき、励起光の強度を一定レベルまで次
第に増加させている。これにより、光サージがより生じ
にくくなる。また、次第に増加させることで、光信号が
光ファイバケーブルを介して到達した時点での希土類添
加ファイバのエネルギレベルを比較的容易に所望の値に
することができる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【発明の実施の形態】

【００２９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例における光送信回
路の構成の概要を表わしたものである。この回路は、転
送すべき情報を表わした電気信号を光信号に変換する電
気・光変換器１１と、その出力光を２つに分岐する光分
波器１２と、光分波器１２の出力光１３の一方の入力さ
れた伝搬遅延時間を得るための光ファイバケーブル１４
を備えている。光ファイバケーブル１４の出力光１５
は、これを増幅するためのエルビウム添加ファイバを用
いた光直接増幅器１６に入力されている。光直接増幅器
１６の出力光１７は、光送信回路の出力光として送出さ
れる。

【００３０】光直接増幅器１６のエルビウム添加ファイ
バには、励起光源１８から励起光１９が後方励起の形式
で入力される。すなわち励起光１９は、図示しない波長
分割カプラを介してエルビウム添加ファイバの出力端か
ら入力される。ここでは、励起光源として半導体レーザ
を用いている。光分波器１２の他方の出力光２１は、フ
ォトダイオードを用いた受光素子２２に入力されてい
る。受光素子２２は、入力された光の強度に応じた電気
信号２３を出力する。受光素子２２の出力信号２３は、
励起光源１８に供給する注入電流２４を出力する励起光
パワー制御回路２５に入力されている。

【００３１】図２は、図１に示した励起光パワー制御回
路の構成の概要を表わしたものである。励起光パワー制
御回路２５は、受光素子２２の出力信号２３の有無を検
出する入力検出回路３１と、注入電流２４を生成する注
入電流生成回路３２と、注入電流量を生成するか否かお
よびその電流量を調整する注入電流量制御回路３３を備
えている。また、入力検出回路３１によって出力信号２
３の到来していることが検出されてから注入電流２４の
出力を開始するまでの待ち時間および注入電流２４の出
力を開始してから基準値まで注入電流を増加させるまで
の時間など、注入電流の立ち上げ特性を設定する立ち上
げ特性設定部３４を備えている。励起光パワー制御回路
２５は、立ち上げ特性設定部３４に設定されている特性
にしたがって、注入電流を所定の設定値まで次第に増加
させるようになっている。

【００３２】それでは、このような構成の光送信回路に
よってバースト光信号を送出する動作について説明す
る。

【００３３】図３は、バースト光信号を送出する際にお
ける光送信回路の各部における波形の一例を表わしたも
のである。電気・光変換器１１の出力する光信号（同図
ａ）は、時刻Ｔ２〜時刻Ｔ５までの信号区間の間に出力
され、その前後の期間は出力されていない。このように
不連続なバースト光信号が電気・光変換器１１から出力
される。光ファイバケーブル１４の出力光（同図ｂ）
は、伝搬遅延時間４１だけ遅れた時刻Ｔ３〜時刻Ｔ６の
間に現れる。光ファイバケーブル１４の長さは、その伝
搬遅延時間４１が、受光素子２２に光信号が到達してか
ら励起光パワー制御回路２５および励起光源１８を介し
て励起光が光直接増幅器１６のエルビウム添加ファイバ
に入力されるまでの時間と等しくなるように設定されて
いる。

【００３４】受光素子２２の出力する電気信号（同図
ｃ）は、電気・光変換器１１から光信号の出力されるタ
イミングとほぼ同じタイミングで変化している。励起光
パワー制御回路２５は、受光素子２２の出力する電気信
号の立ち上がりを検出したとき（時刻Ｔ２）を基準に、
立ち上げ特性設定部３４で設定されている立ち上がり特
性に従って励起光源１９の出力する励起光（同図ｄ）の
光パワーを次第に増加させる。励起光は、バースト状の
光信号の到来が検出される時点Ｔ２以前は供給されてい
ない。励起光の出力の開始は、受光素子２２からの電気
信号の入力を検知した時点Ｔ２から光ファイバケーブル
１４の出力端から光信号の出力される時刻Ｔ３までの間
のいずれか設定された時点で開始される。励起光のパワ
ーは、光直接増幅器１６で光サージが生じないように、
出力開始当初は小さくし、設定した時間までに次第に大
きくなるように制御される。

【００３５】また、励起光パワー制御回路２５は、受光
素子２２からの電気信号の立ち下がり時点Ｔ５から、伝
搬遅延時間４１に相当する時間が経過したとき、すなわ
ち光ファイバケーブル１４から光信号の出力が終了する
時点（Ｔ６）で励起光１９の供給を停止するようになっ
ている。このように、励起光のパワーを次第に増加させ
ることにより光直接増幅器１６の出力光（同図ｅ）は、
光サージを生じることなく時刻Ｔ３から時刻Ｔ６の間に
出力される。

【００３６】光ファイバケーブル１４によって伝搬遅延
時間４１だけ光信号を遅延させることで、この間に励起
光を供給して適切な増幅特性の得られる状態まで励起す
ることができる。すなわち、バースト光信号の到来を検
出してから励起光の供給を開始し、丁度、光直接増幅器
１６にバースト光信号が到達するときに適切な増幅特性
の得られる励起状態にする。これにより、光サージの発
生を防ぐことができる。

【００３７】増幅対象となる光信号が入力されずに励起
光のみが入力されている光直接増幅器に主信号光が入力
すると、バースト状の光信号の先頭部分で光サージが起
こり、光直接増幅器の出力光は過剰に高い光強度にな
る。また光直接増幅器の増幅特性は、供給する励起光の
光強度に依存している。そこで、バースト状の光信号の
到来をそれが光直接増幅器に到達する以前に検知し、バ
ースト状の光信号の先頭部分が光直接増幅器に到達する
ときの励起光パワーを小さくすることで光サージを防い
でいる。

【００３８】また、バースト状の光信号が到来した時点
から励起光を供給する場合には、信号の先頭部分を十分
に増幅することができないが、光ファイバケーブル１４
の伝搬遅延時間の間に励起光を供給して所望の励起状態
を得られるので光信号の先頭部分から適切に増幅するこ
とができる。

【００３９】以上説明した実施例では、励起光の供給の
開始とその停止を行う部分について説明したが、定常状
態での励起光の強度は、光直接増幅器の出力光をモニタ
することによって増幅後の光強度が一定になるように制
御されている。また、光直接増幅器としてエルビウム元
素を添加した光ファイバを用いたが、増幅する光の波長
に応じて他の元素を添加した光ファイバをあっても良
い。

【００４０】また、実施例では、励起光のパワーを次第
に増加させたが、励起光の立ち上げを急峻に行ってもよ
い。だたし、光ファイバケーブルを通じてバースト光信
号の先頭が光直接増幅器に到達する時点で丁度適切な励
起状態になるように、励起光の出力を開始するタイミン
グを設定する必要がある。励起光のパワーを次第に増加
させれば、立ち上げを開始するタイミングの精度を低く
しても、光直接増幅器に光信号が到達したときに適切な
励起状態を比較的に容易に得られる利点がある。

【００４１】実施例では、電気・光変換器からの出力光
を増幅して送出する光送信回路について説明したが、電
気・光変換器からの出力に代えて他の装置から送られて
くる光信号を増幅するようにすれば、光サージを防止し
た光直接増幅回路を得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、バースト状の光信号を光分波器で分波し、その一方
を光ファイバケーブルに入力して所定時間遅延させてい
る間に、励起光の供給を開始するようにしたので、光サ
ージを生じることなく、バースト状の光信号を増幅して
送出することができる。また、受光素子が光ファイバケ
ーブルの入力端に光信号の先端が到来するタイミングを
検出したとき、これから所定時間が経過するまでの間に
希土類添加ファイバへの励起光の供給を励起光源に開始
させ、希土類添加ファイバに光信号が到来する時点から
適切な増幅特性の得られる励起状態に設定することがで
きる。更に、受光素子が光ファイバケーブルの入力端に
光信号の後端が到来するタイミングを検出した時点から
所定時間の経過したとき励起光源による励起光の供給を
停止させることにしたので、自然放出光による雑音をカ
ットすることができる。

【００４３】

【００４４】また請求項２記載の発明によれば、希土類
添加ファイバに光信号が到達する時点で、希土類添加フ
ァイバが予め定められたエネルギレベルまで励起される
ように励起光の供給を行っている。光信号が到達する時
点で希土類添加ファイバを光サージを生じることなくか
つ適度な増幅利得の得られるエネルギレベルにまで励起
しておけば、バースト状の光信号をその先頭から適切な
レベルで送出することができる。

【００４５】更に請求項３記載の発明によれば、励起光
の供給を始めるとき、励起光の強度を一定レベルまで次
第に増加させている。これにより、光サージをより生じ
にくくなる。また、次第に増加させることで、光信号が
光ファイバケーブルを介して到達した時点での希土類添
加ファイバのエネルギレベルを比較的容易に所望の値に
することができる。

【００４６】

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における光送信回路の構成の
概要を表わしたブロック図である。

【図２】図１に示した光送信回路の励起光パワー制御回
路の構成の概要を表わしたブロック図である。

【図３】バースト光信号を送出する際における光送信回
路の各部における波形の一例を表わした説明図である。

【図４】従来から使用されている光直接増幅器を用いた
光送信回路の構成の概要を表わしたブロック図である。

【図５】バースト光信号を送出する際の光送信回路の各
部における波形の一例を表わした説明図である。

【符号の説明】

１１電気・光変換器１２光分波器１４光ファイバケーブル１６エルビウム添加ファイバ（光直接増幅器）１８励起光源２２受光素子２５励起光パワー制御回路３１入力検出回路３２注入電流生成回路３３注入電流量制御回路３４立ち上げ特性設定部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】転送すべき情報が所定の時間幅だけ連続
して存在するような信号形式の電気信号を入力し前記転
送すべき情報に対応した区間のみバースト状の光信号を
出力する電気・光変換手段と、この電気・光変換手段の出力側に配置された光分波器
と、この光分波器から分波して出力される一方の光信号を入
力しこれを所定時間遅延させて出力する光ファイバケー
ブルと、前記光分波器の出力する他方の光信号を入力して前記光
ファイバケーブルの入力端に光信号の先端および後端が
到来するタイミングをそれぞれ検出する受光素子と、前記光ファイバケーブルの出力光を増幅するための希土
類添加ファイバと、この希土類添加ファイバに励起光を供給するための励起
光源と、前記受光素子が前記光ファイバケーブルの入力端に光信
号の先端が到来するタイミングを検出したとき、このと
き乃至このときから前記所定時間が経過するまでの間に
前記希土類添加ファイバへの励起光の供給を前記励起光
源に開始させ、前記希土類添加ファイバに前記光信号が
到来する時点から前記希土類添加ファイバを適切な増幅
特性の得られる励起状態に設定する励起光供給開始手段
と、前記受光素子が前記光ファイバケーブルの入力端に光信
号の後端が到来するタイミングを検出した時点から前記
所定時間の経過したとき前記励起光源による励起光の供
給を停止させ、自然放出光による雑音をカットとする励
起光供給停止手段とを具備することを特徴とする光送信
回路。
【請求項２】前記励起光供給開始手段は、前記光信号
検出手段によって前記光ファイバケーブルの入力端に光
信号の到来したことが検出されたときこのときから前記
所定時間の経過後に前記希土類添加ファイバが予め定め
られたエネルギレベルまで励起されるように励起光の供
給を前記励起光源に開始させることを特徴とする請求項
１記載の光送信回路。
【請求項３】前記励起光供給開始手段は、励起光の供
給を開始させるときその光強度を一定のレベルまで次第
に増加させることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の光送信回路。