JP3346488B2 - 光増幅器の雑音指数監視方法および装置 - Google Patents
光増幅器の雑音指数監視方法および装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ伝送システム
に利用する。特に、光ファイバ伝送システム内で使用さ
れる光増幅器の雑音指数の監視に関する。
に利用する。特に、光ファイバ伝送システム内で使用さ
れる光増幅器の雑音指数の監視に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は光増幅器の雑音指数を監視する
従来の雑音指数監視装置を示すブロック構成図である。
従来の雑音指数監視装置を示すブロック構成図である。
【０００３】この従来例装置は、光増幅器利得を検出す
る利得検出部２１と、増幅媒質２０から出力された増幅
された自然放出光（ＡＳＥ光）を取り出すための分波器
２２、偏波コントローラ２３、検光子２４および光バン
ドパスフィルタ２５と、光検出器２６とにより構成され
る。分波器２２は増幅媒質２０の出力光を分岐し、その
偏波を偏波コントローラ２３で調整することにより、分
岐光に含まれる信号光成分が検光子２４で除去される。
測定された利得Ｇと出力ＡＳＥ光パワーＰASEとから、
この光増幅器の雑音指数Ｆが次式により求められる。
る利得検出部２１と、増幅媒質２０から出力された増幅
された自然放出光（ＡＳＥ光）を取り出すための分波器
２２、偏波コントローラ２３、検光子２４および光バン
ドパスフィルタ２５と、光検出器２６とにより構成され
る。分波器２２は増幅媒質２０の出力光を分岐し、その
偏波を偏波コントローラ２３で調整することにより、分
岐光に含まれる信号光成分が検光子２４で除去される。
測定された利得Ｇと出力ＡＳＥ光パワーＰASEとから、
この光増幅器の雑音指数Ｆが次式により求められる。
【０００４】
【数１】 ここで、νは信号光の周波数、ｈはプランク定数、Δν
は出力ＡＳＥ光パワーを切り出す光バンドパスフィルタ
２５の周波数幅である。
は出力ＡＳＥ光パワーを切り出す光バンドパスフィルタ
２５の周波数幅である。
【０００５】数１に示した式については、P.R.Morkel a
nd R.I.Laming, Opt.Lett., Vol.14, pp.1062-1064, 19
89に詳しい。また、図１１に示した構成および動作につ
いては、J.Aspell et al., OFC'92, ThA4, pp.189-161,
1992特願平４−２８２８９０に詳しい。
nd R.I.Laming, Opt.Lett., Vol.14, pp.1062-1064, 19
89に詳しい。また、図１１に示した構成および動作につ
いては、J.Aspell et al., OFC'92, ThA4, pp.189-161,
1992特願平４−２８２８９０に詳しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の監視装
置は、(1) Ｆの分解能がおもにＧおよびＰASE の分解能
で制限され、これらの分解能が高々０．１ｄＢ程度であ
ることからＦの分解能も高々０．１ｄＢ程度と低い、
(2) Ｆの監視応答時間がおもに信号偏波の検出および信
号光除去の動作速度で制限され、高々１秒程度と遅い、
(3) 構成要素が多く、装置が大がかりかつ高価となるな
どの課題があった。
置は、(1) Ｆの分解能がおもにＧおよびＰASE の分解能
で制限され、これらの分解能が高々０．１ｄＢ程度であ
ることからＦの分解能も高々０．１ｄＢ程度と低い、
(2) Ｆの監視応答時間がおもに信号偏波の検出および信
号光除去の動作速度で制限され、高々１秒程度と遅い、
(3) 構成要素が多く、装置が大がかりかつ高価となるな
どの課題があった。
【０００７】本発明は、このような課題を解決し、高分
解能かつ高速応答が可能であり、しかも簡易かつ低廉な
構成の雑音指数監視方法および装置を提供することを目
的とする。
解能かつ高速応答が可能であり、しかも簡易かつ低廉な
構成の雑音指数監視方法および装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本は発明の第一の観点
によると、光増幅器の増幅媒質から放出される自然放出
光を検出してその増幅媒質の雑音指数を監視する光増幅
器の雑音指数監視方法において、雑音指数として、増幅
媒質の信号光入力端からその光導波路に沿った位置ｚに
無依存の値である増幅媒質の上位準位の有効占有率Ｎ
2eff により近似した式Ｆを用い、位置ｚに依存する反転
分布の状況に応じて重みをつけるように、増幅媒質の近
傍にその増幅媒質の信号光入力端に対して幅が広く信号
光出射端に対して幅の狭いスリットを設け、増幅媒質の
光導波路から外部に放出されてスリットを通過した光を
検出し、検出された自然放出光の測定値Ｐ SE と、自然放
出光の飽和値であるＰ SE0 とが、 Ｎ 2eff ＝Ｐ SE0 ／Ｐ SE0 で表されることから、これを次に示す近似式Ｆに代入し
て雑音指数を求める ことを特徴とする光増幅器の雑音指
数監視方法が提供される。
によると、光増幅器の増幅媒質から放出される自然放出
光を検出してその増幅媒質の雑音指数を監視する光増幅
器の雑音指数監視方法において、雑音指数として、増幅
媒質の信号光入力端からその光導波路に沿った位置ｚに
無依存の値である増幅媒質の上位準位の有効占有率Ｎ
2eff により近似した式Ｆを用い、位置ｚに依存する反転
分布の状況に応じて重みをつけるように、増幅媒質の近
傍にその増幅媒質の信号光入力端に対して幅が広く信号
光出射端に対して幅の狭いスリットを設け、増幅媒質の
光導波路から外部に放出されてスリットを通過した光を
検出し、検出された自然放出光の測定値Ｐ SE と、自然放
出光の飽和値であるＰ SE0 とが、 Ｎ 2eff ＝Ｐ SE0 ／Ｐ SE0 で表されることから、これを次に示す近似式Ｆに代入し
て雑音指数を求める ことを特徴とする光増幅器の雑音指
数監視方法が提供される。
【０００９】
【数２】 ここで、 Ｒ≡σemi／σabs Ｎ2eff＝ＰSE／ＰSE0 σemi：信号光波長における誘導放出断面積 σabs ：信号光波長における吸収断面積 Ｎ2eff：上位準位（エルビウム添加ファイバの場合であ
れば4Ｉ13/2）の有効占有率 ＰSE ：自然放出光の測定値 ＰSE0：自然放出光の飽和値ででありＮ2eff＝1のときの
値 である。σemi、σabsは媒質によって決まる基本的な定
数であり、ＰSE0と共に、あらかじめ測定して求めてお
くことができる。光通信光学（２）（光エレクトロニク
ス教科書シリーズ５、１９９８年、コロナ社）には、次
の式が与えられている。
れば4Ｉ13/2）の有効占有率 ＰSE ：自然放出光の測定値 ＰSE0：自然放出光の飽和値ででありＮ2eff＝1のときの
値 である。σemi、σabsは媒質によって決まる基本的な定
数であり、ＰSE0と共に、あらかじめ測定して求めてお
くことができる。光通信光学（２）（光エレクトロニク
ス教科書シリーズ５、１９９８年、コロナ社）には、次
の式が与えられている。
【数３】
【数４】
数３は上述した数１と等化である。なお、上述の文献の
式（７．１１）ではＮ ２ （ｚ）にかかるσ emi が誤って
落ちている。 これについては、"Erbium-Doped Amplifi
ers"（E. Desurvire, 1994, John Wiley & Sons, In
c.）、102ページのEq.(2.123)などで確認できる。数
３、数４から、雑音指数は次のように表される。
式（７．１１）ではＮ ２ （ｚ）にかかるσ emi が誤って
落ちている。 これについては、"Erbium-Doped Amplifi
ers"（E. Desurvire, 1994, John Wiley & Sons, In
c.）、102ページのEq.(2.123)などで確認できる。数
３、数４から、雑音指数は次のように表される。
【数５】
数２はこの式の近似式であり、以下のようにして導出す
ることができる。上述の「光通信工学（２）」には、式
（７．９）として、長さＬのＥＤＦの利得Ｇが次のよう
に与えられている。
ることができる。上述の「光通信工学（２）」には、式
（７．９）として、長さＬのＥＤＦの利得Ｇが次のよう
に与えられている。
【数６】
これをもとに、位置ｚにおける利得Ｇ*（ｚ）は以下の
ようになる。
ようになる。
【数７】
第1近似では、Ｎ
２
（ｚ）のＦに対する寄与を、ｚに関
して無依存なN 2eff （上位準位の有効占有率）に代表さ
せることが可能なので、数７は次のように近似される。
して無依存なN 2eff （上位準位の有効占有率）に代表さ
せることが可能なので、数７は次のように近似される。
【数８】
ただし、上位準位占有率Ｎ
２
と下位準位占有率Ｎ
１
の和
Ｎｔ＝１とし、σ emi /σ abs ＝Ｒとした。数５について
も同様の近似を行い、数８を適用すると、
Ｎｔ＝１とし、σ emi /σ abs ＝Ｒとした。数５について
も同様の近似を行い、数８を適用すると、
【数９】
となる。G*(L)=G(L)=Gは増幅器の利得である。G>>1の場
合、1/Gの項が無視できる。したがって、
合、1/Gの項が無視できる。したがって、
【数１０】
ただし、
【数１１】
の関係を利用した。次に、Ｎ
２ｅｆｆ
がどのようにすれ
ば測定できるかを考える。Ｎ ２ （ｚ）はｚの位置に依存
する関数なので、Ｎ ２ｅｆｆ は適当な関数ｋ（ｚ）によ
って次のように表現できる。
ば測定できるかを考える。Ｎ ２ （ｚ）はｚの位置に依存
する関数なので、Ｎ ２ｅｆｆ は適当な関数ｋ（ｚ）によ
って次のように表現できる。
【数１２】
Ｎ
２
（ｚ）は、位置ｚにおける自然放出光の強度Ｐ
ＳＥ
（ｚ）に比例するので、
（ｚ）に比例するので、
【数１３】
ただし、Ａは定数である。数１２、数１３から、
【数１４】
本願発明では、自然放出光が導波路の外へも放出される
ことを利用して、自然放出光Ｐ ＳＥ を検出する。そし
て、Ｎ ２ｅｆｆ を求めるための重み付け関数 Ａ・ｋ（ｚ） として、例えば、後述するｈ（ｚ）を用いる。重み付け
は、放出光をｈ（ｚ）の形に沿ったスリットで遮蔽する
ことで行う。そして、重み付けされた光を全て一つの光
検出器（フォトディテクタ）で受光することで、数１４
の積分が実行される。
ことを利用して、自然放出光Ｐ ＳＥ を検出する。そし
て、Ｎ ２ｅｆｆ を求めるための重み付け関数 Ａ・ｋ（ｚ） として、例えば、後述するｈ（ｚ）を用いる。重み付け
は、放出光をｈ（ｚ）の形に沿ったスリットで遮蔽する
ことで行う。そして、重み付けされた光を全て一つの光
検出器（フォトディテクタ）で受光することで、数１４
の積分が実行される。
【００１０】本発明の第二の観点は上述の方法を実施す
るための装置であり、増幅媒質の信号光入力端からその
光導波路に沿った位置ｚにおける反転分布の状況により
生じる雑音指数への寄与に重みをつけるように、増幅媒
質の信号光入力端に対して幅が広く信号光出射端に対し
て幅の狭いスリットが設けられ、増幅媒質の光導波路か
ら外部に放出されてスリットを通過した光を検出して雑
音指数に相当する値を求めることを特徴とする。
るための装置であり、増幅媒質の信号光入力端からその
光導波路に沿った位置ｚにおける反転分布の状況により
生じる雑音指数への寄与に重みをつけるように、増幅媒
質の信号光入力端に対して幅が広く信号光出射端に対し
て幅の狭いスリットが設けられ、増幅媒質の光導波路か
ら外部に放出されてスリットを通過した光を検出して雑
音指数に相当する値を求めることを特徴とする。
【００１１】スリットの形状は、Ｎ 2 (z)の代わりにＮ
2eff を用いたことに対応して測定に重みを付けるため、
信号光入力端に対して幅を広く信号出射端に対して幅を
狭くする。この形状は光導波方向に対して先細りの形状
であれば十分であるが、精密な値を求めるには、増幅媒
質の信号光入力端からその光導波路に沿ってｚの位置に
おける幅ｈ(z)が実質的に次式にしたがうことがよい。
2eff を用いたことに対応して測定に重みを付けるため、
信号光入力端に対して幅を広く信号出射端に対して幅を
狭くする。この形状は光導波方向に対して先細りの形状
であれば十分であるが、精密な値を求めるには、増幅媒
質の信号光入力端からその光導波路に沿ってｚの位置に
おける幅ｈ(z)が実質的に次式にしたがうことがよい。
【００１２】 ｈ(z) ＝ｈ(0) exp{ａ［１−（１＋Ｒ）Ｎ2ch］ｚ｝ ここで、 ａ ：増幅媒質の吸収係数 Ｎ2ch ：上位準位の特性占有率（０＜Ｎ2ch＜１）であ
り、光増幅器の動作範囲に対して定まる既知の定数 Ｒ≡σemi／σabs σemi：信号光波長における誘導放出断面積 σabs：信号光波長における吸収断面積 である。ａ、σemiおよびσabsはあらかじめ求めておく
ことのできる定数であり、Ｎ2chは光増幅器をどのよう
な動作範囲で使用するかを決定すればそれに対して定ま
る定数であるので、ひとつの光増幅器に対して上式は変
数がｚだけの関数となる。特性占有率Ｎ 2ch は、Ｎ 2 (z)
のｚに関する平均値にほぼ一致する値を有し、光増幅器
の構成や動作条件に対して容易に決定できる既知の値で
ある。例えば、1.48ミクロン励起のエルビウム添加ファ
イバ増幅器では約0.7、0.98ミクロン励起のエルビウム
添加ファイバ増幅器では約１である。 上述のＮ 2 (z)を用
いた雑音指数の式では、Ｎ 2 (z)の雑音指数に対する寄与
は、光導波路の信号光入力端ｚ＝０付近の寄与が大き
い。一方、ｈ(z)の形状（ｚ依存性）は、ｚに関して指
数関数的に減少するものである。したがって、ｚの小さ
な、信号光の入力端付近の自然放出光が、大きな比率で
受光される。このｈ(z)の形状は、雑音指数が信号光入
力端ｚ＝０付近のＮ 2 (z)の寄与を大きく受けることを考
慮して決定したものである。ただし、ｚにおける局所的
な自然放出光パワーは、Ｎ 2 (z)に比例する。
り、光増幅器の動作範囲に対して定まる既知の定数 Ｒ≡σemi／σabs σemi：信号光波長における誘導放出断面積 σabs：信号光波長における吸収断面積 である。ａ、σemiおよびσabsはあらかじめ求めておく
ことのできる定数であり、Ｎ2chは光増幅器をどのよう
な動作範囲で使用するかを決定すればそれに対して定ま
る定数であるので、ひとつの光増幅器に対して上式は変
数がｚだけの関数となる。特性占有率Ｎ 2ch は、Ｎ 2 (z)
のｚに関する平均値にほぼ一致する値を有し、光増幅器
の構成や動作条件に対して容易に決定できる既知の値で
ある。例えば、1.48ミクロン励起のエルビウム添加ファ
イバ増幅器では約0.7、0.98ミクロン励起のエルビウム
添加ファイバ増幅器では約１である。 上述のＮ 2 (z)を用
いた雑音指数の式では、Ｎ 2 (z)の雑音指数に対する寄与
は、光導波路の信号光入力端ｚ＝０付近の寄与が大き
い。一方、ｈ(z)の形状（ｚ依存性）は、ｚに関して指
数関数的に減少するものである。したがって、ｚの小さ
な、信号光の入力端付近の自然放出光が、大きな比率で
受光される。このｈ(z)の形状は、雑音指数が信号光入
力端ｚ＝０付近のＮ 2 (z)の寄与を大きく受けることを考
慮して決定したものである。ただし、ｚにおける局所的
な自然放出光パワーは、Ｎ 2 (z)に比例する。
【００１３】
【作用】光増幅器の雑音指数は主に増幅媒質の反転分布
によって決定され、特に信号光入力端における反転分布
が大きく影響する。そこで、増幅媒質の光導波路から横
方向に放出される自然放出光（ＳＥ光）を信号光入力端
側に重みをつけて測定する。この測定により、励起状況
すなわち反転分布の状況がわかる。反転分布の状態がわ
かれば、その増幅媒質に特有の基本定数を用いて雑音指
数Ｆを求めることができる。
によって決定され、特に信号光入力端における反転分布
が大きく影響する。そこで、増幅媒質の光導波路から横
方向に放出される自然放出光（ＳＥ光）を信号光入力端
側に重みをつけて測定する。この測定により、励起状況
すなわち反転分布の状況がわかる。反転分布の状態がわ
かれば、その増幅媒質に特有の基本定数を用いて雑音指
数Ｆを求めることができる。
【００１４】雑音指数を監視するためには、雑音指数Ｆ
の値を求めることが必ずしも必要ではなく、雑音指数Ｆ
に対応する測定値がわかれば十分な場合もある。すなわ
ち、スリットを通過した光を光検出器で検出し、その検
出値を監視すればよい。
の値を求めることが必ずしも必要ではなく、雑音指数Ｆ
に対応する測定値がわかれば十分な場合もある。すなわ
ち、スリットを通過した光を光検出器で検出し、その検
出値を監視すればよい。
【００１５】スリットとしては、増幅媒質から横方向に
放出される自然放出光を重み付けして通過させるものを
用いる。スリットは増幅媒質に沿って連続的である必要
はない。例えば、増幅媒質として希土類添加ファイバを
用いる場合に、これを巻いた状態で使用し、その近傍に
スリットを設けてもよい。その場合には、巻いた長さご
との位置で自然放出光を測定することになる。
放出される自然放出光を重み付けして通過させるものを
用いる。スリットは増幅媒質に沿って連続的である必要
はない。例えば、増幅媒質として希土類添加ファイバを
用いる場合に、これを巻いた状態で使用し、その近傍に
スリットを設けてもよい。その場合には、巻いた長さご
との位置で自然放出光を測定することになる。
【００１６】
【実施例】図１は本発明の基本構成を示すブロック構成
図である。
図である。
【００１７】この雑音監視装置は、増幅媒質１の信号光
入力端に対して幅が広く信号光出射端に対して幅の狭い
スリット２と、増幅媒質１の光導波路から外部に放出さ
れてスリット２を通過した光を検出する光検出器３とを
備える。監視対象となる増幅媒質１としては、エルビウ
ム添加光ファイバ（ＥＤＦ）、プラセオジム添加ファイ
バ、ネオジム添加ファイバなどの希土類添加ファイバあ
るいはレーザダイオードのいずれでもよい。
入力端に対して幅が広く信号光出射端に対して幅の狭い
スリット２と、増幅媒質１の光導波路から外部に放出さ
れてスリット２を通過した光を検出する光検出器３とを
備える。監視対象となる増幅媒質１としては、エルビウ
ム添加光ファイバ（ＥＤＦ）、プラセオジム添加ファイ
バ、ネオジム添加ファイバなどの希土類添加ファイバあ
るいはレーザダイオードのいずれでもよい。
【００１８】増幅媒質１に信号光を入力すると、この信
号光が増幅媒質１により増幅される。このとき、増幅媒
質１内でＳＥ光が発生する。このＳＥ光は、その一部が
増幅媒質１内を伝搬して信号光と共に増幅され、他は増
幅媒質１の光導波路から外部に放出される。従来は増幅
媒質１内を伝搬して増幅されたＡＳＥ光を測定していた
が、本発明では、光導波路から外部に放出されたＳＥ光
をスリット２を通して光検出器３で測定する。
号光が増幅媒質１により増幅される。このとき、増幅媒
質１内でＳＥ光が発生する。このＳＥ光は、その一部が
増幅媒質１内を伝搬して信号光と共に増幅され、他は増
幅媒質１の光導波路から外部に放出される。従来は増幅
媒質１内を伝搬して増幅されたＡＳＥ光を測定していた
が、本発明では、光導波路から外部に放出されたＳＥ光
をスリット２を通して光検出器３で測定する。
【００１９】図２はスリットの形状の一例を示す図であ
り、増幅媒質中での軸方向距離ｚに対するスリット幅ｈ
(z) をｚ＝０における幅ｈ(z) で規格化して示す。ｚ＝
０は増幅媒質の信号光入力端であり、ｚ＝Ｌは増幅媒質
の信号光出力端である。Ｌは増幅媒質の長さである。ｈ
(z) は、ｚ＝０付近で大きく、ｚ＝Ｌ付近で小さく設定
する。特に、図２に示すように、 ｈ(z) ＝ｈ(0) exp｛ａ〔１−（１＋Ｒ）Ｎ2ch〕ｚ｝ に設定することがよい。ここで、ａは増幅媒質の吸収係
数、Ｎ2ch は増幅媒質の上位準位（ＥＤＦの場合には 4
Ｉ13/2）の特性占有率（０＜Ｎ2ch ＜１）であり、光増
幅器の動作範囲に対して定まる定数である。Ｎ2ch は光
増幅器の動作範囲を決定すれば定まる値である。
り、増幅媒質中での軸方向距離ｚに対するスリット幅ｈ
(z) をｚ＝０における幅ｈ(z) で規格化して示す。ｚ＝
０は増幅媒質の信号光入力端であり、ｚ＝Ｌは増幅媒質
の信号光出力端である。Ｌは増幅媒質の長さである。ｈ
(z) は、ｚ＝０付近で大きく、ｚ＝Ｌ付近で小さく設定
する。特に、図２に示すように、 ｈ(z) ＝ｈ(0) exp｛ａ〔１−（１＋Ｒ）Ｎ2ch〕ｚ｝ に設定することがよい。ここで、ａは増幅媒質の吸収係
数、Ｎ2ch は増幅媒質の上位準位（ＥＤＦの場合には 4
Ｉ13/2）の特性占有率（０＜Ｎ2ch ＜１）であり、光増
幅器の動作範囲に対して定まる定数である。Ｎ2ch は光
増幅器の動作範囲を決定すれば定まる値である。
【００２０】図３は入力信号光パワーに対する雑音指数
の変化の理論計算例を示す。この図において、「真値」
については公知の理論計算により求め、「本発明」につ
いては上述の数２の式により求めたものである。この計
算結果から、数２により求めた雑音指数の近似値と真値
との差は十分に小さいことがわかる。また、本発明にお
ける雑音指数監視応答時間は主に光検出器の応答時間で
制限されるだけなので、１μｓ以下の応答時間が可能で
ある。
の変化の理論計算例を示す。この図において、「真値」
については公知の理論計算により求め、「本発明」につ
いては上述の数２の式により求めたものである。この計
算結果から、数２により求めた雑音指数の近似値と真値
との差は十分に小さいことがわかる。また、本発明にお
ける雑音指数監視応答時間は主に光検出器の応答時間で
制限されるだけなので、１μｓ以下の応答時間が可能で
ある。
【００２１】図４ないし図６は本発明の具体的な実施例
を示し、図４は全体構成、図５および図６は増幅媒質と
スリットおよび光検出器との位置関係を示す。ここで
は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の雑音
指数を監視する場合の例を説明する。
を示し、図４は全体構成、図５および図６は増幅媒質と
スリットおよび光検出器との位置関係を示す。ここで
は、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の雑音
指数を監視する場合の例を説明する。
【００２２】エルビウム添加ファイバ増幅器は、増幅媒
質としてエルビウム添加ファイバ１０を備え、さらに、
入力側のアイソレータ１１、ファイバカプラ１２、励起
光源１３、出力側のアイソレータ１４および狭帯域光フ
ィルタ１５を備える。この光増幅器には、上位の伝送路
から、波長１．５５２μｍの信号光が入射する。線形中
継器を多段接続した場合には、信号光に加え、増幅され
た自然放出光（ＡＳＥ光）が入射する。この信号光は、
アイソレータ１１およびファイバカプラ１２を通ってエ
ルビウム添加ファイバ１０に入射する。エルビウム添加
ファイバ１０にはまた、励起光源１３からの励起光が、
ファイバカプラ１２を介して入射する。励起光源１３と
しては、例えば波長０．９８μｍの半導体レーザを用い
る。エルビウム添加ファイバ１０の出力光は、アイソレ
ータ１４および狭帯域光フィルタ１５を通って出力され
る。狭帯域光フィルタ１５は、自然放出光間のビート雑
音を除去するためのものである。
質としてエルビウム添加ファイバ１０を備え、さらに、
入力側のアイソレータ１１、ファイバカプラ１２、励起
光源１３、出力側のアイソレータ１４および狭帯域光フ
ィルタ１５を備える。この光増幅器には、上位の伝送路
から、波長１．５５２μｍの信号光が入射する。線形中
継器を多段接続した場合には、信号光に加え、増幅され
た自然放出光（ＡＳＥ光）が入射する。この信号光は、
アイソレータ１１およびファイバカプラ１２を通ってエ
ルビウム添加ファイバ１０に入射する。エルビウム添加
ファイバ１０にはまた、励起光源１３からの励起光が、
ファイバカプラ１２を介して入射する。励起光源１３と
しては、例えば波長０．９８μｍの半導体レーザを用い
る。エルビウム添加ファイバ１０の出力光は、アイソレ
ータ１４および狭帯域光フィルタ１５を通って出力され
る。狭帯域光フィルタ１５は、自然放出光間のビート雑
音を除去するためのものである。
【００２３】このエルビウム添加ファイバ増幅器の雑音
指数を監視するため、エルビウム添加ファイバ１０の近
傍には、スリット２および光検出器３が設けられる。
指数を監視するため、エルビウム添加ファイバ１０の近
傍には、スリット２および光検出器３が設けられる。
【００２４】この実施例では、６．３ｍの長さのエルビ
ウム添加ファイバ１０を用い、これをコイル状に巻いて
図５に示すように黒い板１６に８箇所で固定し、幅２．
２ｍｍで並べた。この黒い板１６は、他の部分からのＳ
Ｅ光を除去するためのものである。スリット２は、図６
に示すように、上述のｈ(z) の式にしたがう形状をも
つ。ただし、この場合にはエルビウム添加ファイバ１０
をコイル状に巻いているので、ｚの値は飛び飛びの値で
あり、スリット２は各ｚの値に対するｈ(z) の値を繋い
だ形状とした。上述のｈ(z) の式のパラメータ値はａ＝
３．３ｄＢ／ｍ、Ｒ＝１．６である。光検出器３として
は、直径５ｍｍの大受光面積ＩｎＧａＡｓフォトダイオ
ードを用いた。
ウム添加ファイバ１０を用い、これをコイル状に巻いて
図５に示すように黒い板１６に８箇所で固定し、幅２．
２ｍｍで並べた。この黒い板１６は、他の部分からのＳ
Ｅ光を除去するためのものである。スリット２は、図６
に示すように、上述のｈ(z) の式にしたがう形状をも
つ。ただし、この場合にはエルビウム添加ファイバ１０
をコイル状に巻いているので、ｚの値は飛び飛びの値で
あり、スリット２は各ｚの値に対するｈ(z) の値を繋い
だ形状とした。上述のｈ(z) の式のパラメータ値はａ＝
３．３ｄＢ／ｍ、Ｒ＝１．６である。光検出器３として
は、直径５ｍｍの大受光面積ＩｎＧａＡｓフォトダイオ
ードを用いた。
【００２５】図７はＮ2ch ＝０．７５としたときの真値
と数１による近似値との計算結果を示す。この雑音指数
はエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）に対するものであ
り、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の動作
範囲に対する雑音指数はこれにＥＤＦの前段にある光部
品の挿入損失を加える。図７に示したＥＤＦＡの動作範
囲における両者の差は最大で０．０８ｄＢと小さく、本
実施例がＥＤＦＡの広い動作範囲で十分に正確であるこ
とを示す。
と数１による近似値との計算結果を示す。この雑音指数
はエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）に対するものであ
り、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の動作
範囲に対する雑音指数はこれにＥＤＦの前段にある光部
品の挿入損失を加える。図７に示したＥＤＦＡの動作範
囲における両者の差は最大で０．０８ｄＢと小さく、本
実施例がＥＤＦＡの広い動作範囲で十分に正確であるこ
とを示す。
【００２６】図８は本実施例による雑音指数の測定例を
示す。挿入図は一部を拡大したものである。この挿入図
に示したように、雑音指数の分解能は、雑音指数が３〜
４ｄＢのときで約０．０１ｄＢである。従来技術による
分解能は高々０．１ｄＢであるから、本実施例による分
解能が飛躍的に向上している。
示す。挿入図は一部を拡大したものである。この挿入図
に示したように、雑音指数の分解能は、雑音指数が３〜
４ｄＢのときで約０．０１ｄＢである。従来技術による
分解能は高々０．１ｄＢであるから、本実施例による分
解能が飛躍的に向上している。
【００２７】図９は雑音指数の時間応答特性を示す。入
力励起光パワーは２０ｍＷである。図９（ａ）は入力信
号光パワーを示し、同（ｂ）は入力信号光パワーの変動
によりもたらされた雑音指数の時間変動である。この測
定における時間分解能は５０μｓであった。従来技術の
時間分解能は高々１秒であるから、本実施例により時間
分解能が飛躍的に向上した。
力励起光パワーは２０ｍＷである。図９（ａ）は入力信
号光パワーを示し、同（ｂ）は入力信号光パワーの変動
によりもたらされた雑音指数の時間変動である。この測
定における時間分解能は５０μｓであった。従来技術の
時間分解能は高々１秒であるから、本実施例により時間
分解能が飛躍的に向上した。
【００２８】図４ないし図６に示したように、本実施例
の構成は、従来技術に比べ部品数が少なく、構成が簡単
かつ安価である。
の構成は、従来技術に比べ部品数が少なく、構成が簡単
かつ安価である。
【００２９】図１０は図４に示した具体例を変形した構
成例を示す。この構成例は、ファイバカプラ１２および
励起光源１３がエルビウム添加ファイバ１０の出力側に
配置され、励起光を信号光と同じ方向ではなく逆方向に
入力することが図４に示した構成と異なる。図４の励起
方法を前方向励起、図１０の励起方法を後方向励起とい
う。後方向励起の場合には、前方向励起の場合と異なる
Ｎ2ch 値を用いる。図４を参照して説明した構成部品と
同等のものを用いる場合には、同等の入力励起光パワー
および入力信号光パワーに対してＮ2ch ＝０．７とす
る。
成例を示す。この構成例は、ファイバカプラ１２および
励起光源１３がエルビウム添加ファイバ１０の出力側に
配置され、励起光を信号光と同じ方向ではなく逆方向に
入力することが図４に示した構成と異なる。図４の励起
方法を前方向励起、図１０の励起方法を後方向励起とい
う。後方向励起の場合には、前方向励起の場合と異なる
Ｎ2ch 値を用いる。図４を参照して説明した構成部品と
同等のものを用いる場合には、同等の入力励起光パワー
および入力信号光パワーに対してＮ2ch ＝０．７とす
る。
【００３０】以上の実施例では増幅媒質としてエルビウ
ム添加光ファイバを用いた例を説明したが、他の増幅媒
質に対しても本発明を同様に実施できる。増幅媒質とし
てレーザダイオードを用いる場合には空間的な大きさが
異なるが、原理的には相違はない。
ム添加光ファイバを用いた例を説明したが、他の増幅媒
質に対しても本発明を同様に実施できる。増幅媒質とし
てレーザダイオードを用いる場合には空間的な大きさが
異なるが、原理的には相違はない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
の雑音指数監視方法および装置は、高分解能かつ高速応
答が可能であり、しかも簡易で低廉な構成で光増幅器の
雑音指数を監視することができる。本発明は光中継器な
どに設けられる光増幅器の動作監視に利用して特に効果
がある。
の雑音指数監視方法および装置は、高分解能かつ高速応
答が可能であり、しかも簡易で低廉な構成で光増幅器の
雑音指数を監視することができる。本発明は光中継器な
どに設けられる光増幅器の動作監視に利用して特に効果
がある。
【図１】本発明の基本構成を示すブロック構成図。
【図２】スリットの形状の一例を示す図。
【図３】入力信号光パワーに対する雑音指数の変化の理
論計算例を示す図。
論計算例を示す図。
【図４】本発明の具体的な実施例を示す全体的な構成
図。
図。
【図５】増幅媒質とスリットおよび光検出器との位置関
係を示す図であり、スリットおよび光検出器を横方向か
ら見た図。
係を示す図であり、スリットおよび光検出器を横方向か
ら見た図。
【図６】増幅媒質とスリットおよび光検出器との位置関
係を示す図であり、光検出器側から見た図。
係を示す図であり、光検出器側から見た図。
【図７】Ｎ2ch ＝０．７５としたときの真値と本発明に
よる近似値との計算結果を示す図。
よる近似値との計算結果を示す図。
【図８】雑音指数の測定例を示す図。
【図９】雑音指数の時間応答特性を示す図であり、
（ａ）は入力信号光パワー、（ｂ）は入力信号光パワー
の変動によりもたらされた雑音指数の時間変動を示す。
（ａ）は入力信号光パワー、（ｂ）は入力信号光パワー
の変動によりもたらされた雑音指数の時間変動を示す。
【図１０】図４に示した具体例を変形した構成例を示す
図。
図。
【図１１】光増幅器の雑音指数を監視する従来の雑音指
数監視装置を示すブロック構成図。
数監視装置を示すブロック構成図。
１、２０ 増幅媒質 ２ スリット ３ 光検出器 １０ エルビウム添加ファイバ １１、１４ アイソレータ １２ ファイバカプラ １３ 励起光源 １５ 狭帯域光フィルタ ２１ 利得検出部 ２２ 分波器 ２３ 偏波コントローラ ２４ 検光子 ２５ 光バンドパスフィルタ ２６ 光検出器
Claims (3)
- 【請求項１】 光増幅器の増幅媒質から放出される自然
放出光を検出してその増幅媒質の雑音指数を監視する光
増幅器の雑音指数監視方法において、 雑音指数として、上記増幅媒質の信号光入力端からその
光導波路に沿った位置ｚに無依存の値である上記増幅媒
質の上位準位の有効占有率Ｎ2effにより近似した式 Ｆ＝２ＲＮ2eff／［（１＋Ｒ）Ｎ2eff−１］ Ｒ≡σemi／σabs σemi：信号光波長における誘導放出断面積 σabs：信号光波長における吸収断面積 を用い、 位置ｚに依存する反転分布の状況に応じて重みをつける
ように、上記増幅媒質の近傍に上記増幅媒質の信号光入
力端に対して幅が広く信号光出射端に対して幅の狭いス
リットを設け、 上記増幅媒質の光導波路から外部に放出されて上記スリ
ットを通過した光を検出し、 検出された自然放出光の測定値ＰSEと、自然放出光の飽
和値であるＰSE0とが、 Ｎ2eff＝ＰSE ／ＰSE0 で表されることから、これを上記近似した式Ｆに代入し
て雑音指数を求めることを特徴とする光増幅器の雑音指
数監視方法。 - 【請求項２】 光増幅器の増幅媒質から放出される自然
放出光を検出してその増幅媒質の雑音指数を監視する手
段を備えた光増幅器の雑音指数監視装置において、 上記増幅媒質の信号光入力端からその光導波路に沿った
位置ｚにおける反転分布の状況により生じる雑音指数へ
の寄与に重みをつけるように、上記増幅媒質の信号光入
力端に対して幅が広く信号光出射端に対して大して幅の
狭いスリットが設けられ、 上記監視する手段は、雑音指数として、上記増幅媒質の
信号光入力端からその 光導波路に沿った位置ｚに無依存
の値である上記増幅媒質の上位準位の有効占有率Ｎ 2eff
により近似した式 Ｆ＝２ＲＮ 2eff ／［（１＋Ｒ）Ｎ 2eff −１］ Ｒ≡σ emi ／σ abs σ emi ：信号光波長における誘導放出断面積 σ abs ：信号光波長における吸収断面積 を用い、 上記増幅媒質の光導波路から外部に放射されて
上記スリットを通過した光を検出して、検出された自然
放出光の測定値Ｐ SE と、自然放出光の飽和値であるＰ
SE0 とが、 Ｎ 2eff ＝Ｐ SE ／Ｐ SE0 で表されることから、これを上記近似した式Ｆに代入し
て雑音指数を求める ことを特徴とする光増幅器の雑音指
数監視装置。 - 【請求項３】 上記スリットは、上記増幅媒質の信号光
入力端からその光導波路に沿ってｚの位置における幅ｈ
(z)が、実質的に、 ｈ(z) ＝ｈ(0) exp{ａ［１−（１＋Ｒ）Ｎ2ch］ｚ｝ ａ ：増幅媒質の吸収係数 Ｎ2ch ：上位準位の特性占有率（０＜Ｎ2ch＜１）であ
り、光増幅器の動作範囲に対して定まる既知の定数 Ｒ≡σemi／σabs σemi：信号光波長における誘導放出断面積 σabs：信号光波長における吸収断面積 となるように形成された請求項２記載の光増幅器の雑音
指数監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11601993A JP3346488B2 (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 光増幅器の雑音指数監視方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11601993A JP3346488B2 (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 光増幅器の雑音指数監視方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334238A JPH06334238A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3346488B2 true JP3346488B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=14676786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11601993A Expired - Fee Related JP3346488B2 (ja) | 1993-05-18 | 1993-05-18 | 光増幅器の雑音指数監視方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346488B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3065980B2 (ja) * | 1998-01-07 | 2000-07-17 | 日本電気株式会社 | 光増幅器 |
| JP6010897B2 (ja) | 2011-11-15 | 2016-10-19 | 富士通株式会社 | 光増幅装置および光伝送システム |
-
1993
- 1993-05-18 JP JP11601993A patent/JP3346488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06334238A (ja) | 1994-12-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |