JP3353047B2 - 光増幅器 - Google Patents
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
- H01S3/13013—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by controlling the optical pumping
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10007—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
- H01S3/10015—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by monitoring or controlling, e.g. attenuating, the input signal
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Lasers (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素を光ファイ
バ材料に添加して生成した希土類添加光ファイバの一端
から励起光を入射して励起エネルギに変換することによ
り、希土類添加光ファイバの他端から入射された光信号
を光増幅する光増幅器に関する。
バ材料に添加して生成した希土類添加光ファイバの一端
から励起光を入射して励起エネルギに変換することによ
り、希土類添加光ファイバの他端から入射された光信号
を光増幅する光増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の光増幅器の第1の構成例を
表す概略図である。この図において、希土類添加光ファ
イバ1は、希土類元素を光ファイバ材料に添加して生成
したものであり、その一端1aからは光増幅すべき光信
号が入射される。希土類添加光ファイバ1の他端1b
は、光合波器2に接続されている。光合波器2は、希土
類添加光ファイバ1の他端1bから出射された光信号を
光出射端3に導くとともに、励起光源4から出射された
励起光を希土類添加光ファイバ1に他端1bから入射す
る。
表す概略図である。この図において、希土類添加光ファ
イバ1は、希土類元素を光ファイバ材料に添加して生成
したものであり、その一端1aからは光増幅すべき光信
号が入射される。希土類添加光ファイバ1の他端1b
は、光合波器2に接続されている。光合波器2は、希土
類添加光ファイバ1の他端1bから出射された光信号を
光出射端3に導くとともに、励起光源4から出射された
励起光を希土類添加光ファイバ1に他端1bから入射す
る。
【0003】励起光源4は、励起光源駆動回路5から供
給される励起光源駆動信号SDにより駆動され、一定光
強度の光エネルギを有する励起光を出射する。励起光源
4より出射された励起光は、光合波器2を経て希土類添
加光ファイバ1に他端1bから入射される。励起光源4
から出射され、希土類添加光ファイバ1に入射された励
起光により供給される光エネルギは、希土類添加光ファ
イバ1内部で励起エネルギに変換され、その内部に蓄積
されて光増幅作用の励起エネルギとして使用される。希
土類添加光ファイバ1は、その内部に蓄積されている励
起エネルギを、一端1aから入射された光信号と同波
長、同位相の光エネルギに変換することにより、光増幅
作用をする。光増幅された光信号は、光合波器2を経
て、光出射端3より出射される。
給される励起光源駆動信号SDにより駆動され、一定光
強度の光エネルギを有する励起光を出射する。励起光源
4より出射された励起光は、光合波器2を経て希土類添
加光ファイバ1に他端1bから入射される。励起光源4
から出射され、希土類添加光ファイバ1に入射された励
起光により供給される光エネルギは、希土類添加光ファ
イバ1内部で励起エネルギに変換され、その内部に蓄積
されて光増幅作用の励起エネルギとして使用される。希
土類添加光ファイバ1は、その内部に蓄積されている励
起エネルギを、一端1aから入射された光信号と同波
長、同位相の光エネルギに変換することにより、光増幅
作用をする。光増幅された光信号は、光合波器2を経
て、光出射端3より出射される。
【0004】このとき、希土類添加光ファイバ1の光増
幅度は、内部に蓄積されている励起エネルギの量によっ
て変化する。そのため、この種の光増幅器においては、
希土類添加光ファイバ1の一端1aから図6(a)に示
す光信号が入射されると、光出射端3からは、図6
(b)に示すように波形が変形された光信号が出射され
る。
幅度は、内部に蓄積されている励起エネルギの量によっ
て変化する。そのため、この種の光増幅器においては、
希土類添加光ファイバ1の一端1aから図6(a)に示
す光信号が入射されると、光出射端3からは、図6
(b)に示すように波形が変形された光信号が出射され
る。
【0005】次に、図5に示す光増幅器から出射される
光信号の波形が変形される理由について説明する。ま
ず、希土類添加光ファイバ1の一端1aから入射される
光信号がない場合、励起光源4から出射され、希土類添
加光ファイバ1に入射された励起光により供給される光
エネルギは、内部で励起エネルギに変換されても光増幅
作用に使用されない。そのため、励起エネルギは、希土
類添加光ファイバ1内部に蓄積される。希土類添加光フ
ァイバ1の光増幅度は、上述したように、内部に蓄積さ
れている励起エネルギの量によるため、励起エネルギが
希土類添加光ファイバ1の内部に蓄積されるに従って増
大する。
光信号の波形が変形される理由について説明する。ま
ず、希土類添加光ファイバ1の一端1aから入射される
光信号がない場合、励起光源4から出射され、希土類添
加光ファイバ1に入射された励起光により供給される光
エネルギは、内部で励起エネルギに変換されても光増幅
作用に使用されない。そのため、励起エネルギは、希土
類添加光ファイバ1内部に蓄積される。希土類添加光フ
ァイバ1の光増幅度は、上述したように、内部に蓄積さ
れている励起エネルギの量によるため、励起エネルギが
希土類添加光ファイバ1の内部に蓄積されるに従って増
大する。
【0006】上述したように、希土類添加光ファイバ1
において、他端1bから入射された励起光により供給さ
れた光エネルギは、希土類添加光ファイバ1内部で光増
幅作用に使用される励起エネルギに変換され、その内部
に蓄積されるが、過剰に入射された励起光の一部は、漏
洩光信号として一端1aから放出される。また、希土類
添加光ファイバ1内部に過剰に蓄積された励起エネルギ
の一部は、希土類添加光ファイバ1内部で自然放出光信
号となり、希土類添加光ファイバ1の外部へ放出され
る。
において、他端1bから入射された励起光により供給さ
れた光エネルギは、希土類添加光ファイバ1内部で光増
幅作用に使用される励起エネルギに変換され、その内部
に蓄積されるが、過剰に入射された励起光の一部は、漏
洩光信号として一端1aから放出される。また、希土類
添加光ファイバ1内部に過剰に蓄積された励起エネルギ
の一部は、希土類添加光ファイバ1内部で自然放出光信
号となり、希土類添加光ファイバ1の外部へ放出され
る。
【0007】そして、一端1aから光信号が入射されて
いない希土類添加光ファイバ1内部に蓄積されている励
起エネルギの量は、他端1bから入射される光エネルギ
の量と、漏洩光信号および自然放出光信号として外部へ
放出される光エネルギの量とが釣り合った状態で一定に
なる。希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、上述した
ように、希土類添加光ファイバ1の内部に蓄積されてい
る励起エネルギの量によるので、光信号が入射されてい
ない希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、大きい状態
で一定になる。
いない希土類添加光ファイバ1内部に蓄積されている励
起エネルギの量は、他端1bから入射される光エネルギ
の量と、漏洩光信号および自然放出光信号として外部へ
放出される光エネルギの量とが釣り合った状態で一定に
なる。希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、上述した
ように、希土類添加光ファイバ1の内部に蓄積されてい
る励起エネルギの量によるので、光信号が入射されてい
ない希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、大きい状態
で一定になる。
【0008】このような状態で、図6(a)に示す光信
号が一端1aから希土類添加光ファイバ1に入射される
と、その直前の希土類添加光ファイバ1の光増幅度が大
きくなっているため、光出射端3からは、図7に示すよ
うに光強度が強い光信号が出射される。この時、光増幅
作用により消費される励起エネルギの量は、他端1bか
ら入射される励振光の光エネルギの量よりも大きいた
め、希土類添加光ファイバ1内部に蓄積されている励起
エネルギは、光増幅作用により消費されてその量が減少
し、これにより、希土類添加光ファイバ1の光増幅度は
減少する。
号が一端1aから希土類添加光ファイバ1に入射される
と、その直前の希土類添加光ファイバ1の光増幅度が大
きくなっているため、光出射端3からは、図7に示すよ
うに光強度が強い光信号が出射される。この時、光増幅
作用により消費される励起エネルギの量は、他端1bか
ら入射される励振光の光エネルギの量よりも大きいた
め、希土類添加光ファイバ1内部に蓄積されている励起
エネルギは、光増幅作用により消費されてその量が減少
し、これにより、希土類添加光ファイバ1の光増幅度は
減少する。
【0009】そのため、図6(a)に示す、光強度が一
定の光信号が一端1aから入射されているにも関わら
ず、希土類添加光ファイバ1の他端1bから出射される
光信号の光強度は低下する。そして、光増幅作用による
励起エネルギの消費量と、励起光源4からの光エネルギ
の供給量とが釣り合って、希土類添加光ファイバ1内部
に蓄積されている励起エネルギの量が一定になる。
定の光信号が一端1aから入射されているにも関わら
ず、希土類添加光ファイバ1の他端1bから出射される
光信号の光強度は低下する。そして、光増幅作用による
励起エネルギの消費量と、励起光源4からの光エネルギ
の供給量とが釣り合って、希土類添加光ファイバ1内部
に蓄積されている励起エネルギの量が一定になる。
【0010】このように、一定光強度の励起光で励起さ
れた希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、方形状の波
形を有する光信号に対して過渡的変化を示すので、図6
(a)に示す入射光信号に対しては、出射光信号の波形
は、図6(b)に示すような変形した波形となる。この
出射変化の過渡的時間は、数百マイクロ秒から数ミリ秒
にもなる。
れた希土類添加光ファイバ1の光増幅度は、方形状の波
形を有する光信号に対して過渡的変化を示すので、図6
(a)に示す入射光信号に対しては、出射光信号の波形
は、図6(b)に示すような変形した波形となる。この
出射変化の過渡的時間は、数百マイクロ秒から数ミリ秒
にもなる。
【0011】そこで、波形変形がない、すなわち、歪の
ない光信号を光増幅器から得るためには、希土類添加光
ファイバ1の光増幅度を一定に保つ必要がある。次に、
希土類添加光ファイバ1の光増幅度を一定に保つための
対策を施した従来の光増幅器の構成例の概略を図8に示
す。この図において、図5の各部に対応する部分には同
一の符号を付けている。
ない光信号を光増幅器から得るためには、希土類添加光
ファイバ1の光増幅度を一定に保つ必要がある。次に、
希土類添加光ファイバ1の光増幅度を一定に保つための
対策を施した従来の光増幅器の構成例の概略を図8に示
す。この図において、図5の各部に対応する部分には同
一の符号を付けている。
【0012】図8において、希土類添加光ファイバ1の
一端1aは、波長多重合波分波器6を介して光入射端7
に接続されている。波長多重合波分波器6は、光入射端
7から入射された光増幅すべき光信号を希土類添加光フ
ァイバ1に一端1aから入射するとともに、希土類添加
光ファイバ1の漏洩光信号を受光素子8へ入射する。光
合波器2は、希土類添加光ファイバ1の他端1bから出
射された光信号を光出射端3に導くとともに、モニタ付
き励起光源9から出射された励起光を希土類添加光ファ
イバ1に他端1bから入射する。
一端1aは、波長多重合波分波器6を介して光入射端7
に接続されている。波長多重合波分波器6は、光入射端
7から入射された光増幅すべき光信号を希土類添加光フ
ァイバ1に一端1aから入射するとともに、希土類添加
光ファイバ1の漏洩光信号を受光素子8へ入射する。光
合波器2は、希土類添加光ファイバ1の他端1bから出
射された光信号を光出射端3に導くとともに、モニタ付
き励起光源9から出射された励起光を希土類添加光ファ
イバ1に他端1bから入射する。
【0013】モニタ付き励起光源9より出射された励起
光は、光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1に他端
1bから入射される。モニタ付き励起光源9から出射さ
れ、希土類添加光ファイバ1に入射された励起光により
供給される光エネルギは、希土類添加光ファイバ1内部
で励起エネルギに変換され、その内部に蓄積されて光増
幅作用の励起エネルギとして使用される。希土類添加光
ファイバ1は、その内部に蓄積されている励起エネルギ
を、一端1aから入射された光信号と同波長、同位相の
光エネルギに変換することにより、光増幅作用をする。
光増幅された光信号は、光合波器2を経て、光出射端3
より出射される。
光は、光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1に他端
1bから入射される。モニタ付き励起光源9から出射さ
れ、希土類添加光ファイバ1に入射された励起光により
供給される光エネルギは、希土類添加光ファイバ1内部
で励起エネルギに変換され、その内部に蓄積されて光増
幅作用の励起エネルギとして使用される。希土類添加光
ファイバ1は、その内部に蓄積されている励起エネルギ
を、一端1aから入射された光信号と同波長、同位相の
光エネルギに変換することにより、光増幅作用をする。
光増幅された光信号は、光合波器2を経て、光出射端3
より出射される。
【0014】希土類添加光ファイバ1の光増幅度を制御
するために必要な電気信号は、モニタ付き励起光源9か
ら出射される励起光の光強度に比例したモニタ信号SM
と、希土類添加光ファイバ1から漏洩される漏洩光信号
の光強度に比例した漏洩信号SLとである。除算回路1
0は、モニタ信号SMで漏洩信号SLを除算する。この除
算回路10の出力信号は希土類添加光ファイバ1の光増
幅度に比例している。
するために必要な電気信号は、モニタ付き励起光源9か
ら出射される励起光の光強度に比例したモニタ信号SM
と、希土類添加光ファイバ1から漏洩される漏洩光信号
の光強度に比例した漏洩信号SLとである。除算回路1
0は、モニタ信号SMで漏洩信号SLを除算する。この除
算回路10の出力信号は希土類添加光ファイバ1の光増
幅度に比例している。
【0015】そこで、この除算回路10の出力信号を、
モニタ付き励起光源9に負帰還させることにより、希土
類添加光ファイバ1の光増幅度を一定に保つことができ
る。そのために、除算回路10の反転出力を負帰還信号
SFとし、この負帰還信号SFと、基準電源回路11から
出力される基準信号SSとを加算回路12において加算
し、その加算結果を励起光源駆動信号SDとしてモニタ
付き励起光源9を駆動することにより、希土類添加光フ
ァイバ1の光増幅度を一定に制御している。
モニタ付き励起光源9に負帰還させることにより、希土
類添加光ファイバ1の光増幅度を一定に保つことができ
る。そのために、除算回路10の反転出力を負帰還信号
SFとし、この負帰還信号SFと、基準電源回路11から
出力される基準信号SSとを加算回路12において加算
し、その加算結果を励起光源駆動信号SDとしてモニタ
付き励起光源9を駆動することにより、希土類添加光フ
ァイバ1の光増幅度を一定に制御している。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図8に示す
従来の光増幅器における負帰還制御では、光入射端7か
ら入射される光信号の光強度が一定か、あるいは緩やか
に変化する場合は、希土類添加光ファイバ1の光増幅度
は一定に制御されている。しかしながら、図6(a)に
示すように、光入射端7から入射される光信号の光強度
が急激に増加した場合には、図8に示す構成による負帰
還制御のみでは、図7に示すように、光出射端3から出
射される光信号の波形が歪んでしまう。これは、希土類
添加光ファイバ1内部の励起エネルギが光信号入射に伴
う光増幅作用により消費され、これに基づく希土類添加
光ファイバ1の光増幅度低下に対して、構成要素8〜1
0および12による負帰還制御が時間的に遅れてしまう
からである。つまり、希土類添加光ファイバ1内部の励
起エネルギの減少に対して、負帰還制御によるモニタ付
き励起光源9の出射励起光の光エネルギの供給量増加が
遅れ、希土類添加光ファイバ1の光増幅度が一時的に減
少するからである。
従来の光増幅器における負帰還制御では、光入射端7か
ら入射される光信号の光強度が一定か、あるいは緩やか
に変化する場合は、希土類添加光ファイバ1の光増幅度
は一定に制御されている。しかしながら、図6(a)に
示すように、光入射端7から入射される光信号の光強度
が急激に増加した場合には、図8に示す構成による負帰
還制御のみでは、図7に示すように、光出射端3から出
射される光信号の波形が歪んでしまう。これは、希土類
添加光ファイバ1内部の励起エネルギが光信号入射に伴
う光増幅作用により消費され、これに基づく希土類添加
光ファイバ1の光増幅度低下に対して、構成要素8〜1
0および12による負帰還制御が時間的に遅れてしまう
からである。つまり、希土類添加光ファイバ1内部の励
起エネルギの減少に対して、負帰還制御によるモニタ付
き励起光源9の出射励起光の光エネルギの供給量増加が
遅れ、希土類添加光ファイバ1の光増幅度が一時的に減
少するからである。
【0017】上記負帰還制御が遅れる理由は二つある。
一つは、励起光の光エネルギが希土類添加光ファイバ1
内部で励起エネルギに変換されるのに時間がかかるため
と、漏洩光信号が希土類添加光ファイバ1内部に蓄積さ
れた励起エネルギの量によっているためである。そのた
め、漏洩信号SLは、入射光信号の光強度を積分したよ
うな波形となり、負帰還信号SFは緩やかにしか変化し
ない。これにより、希土類添加光ファイバ1の光増幅度
の負帰還制御では、単発的な方形波の光信号に対しては
光増幅度歪を発生させてしまうという問題がある。
一つは、励起光の光エネルギが希土類添加光ファイバ1
内部で励起エネルギに変換されるのに時間がかかるため
と、漏洩光信号が希土類添加光ファイバ1内部に蓄積さ
れた励起エネルギの量によっているためである。そのた
め、漏洩信号SLは、入射光信号の光強度を積分したよ
うな波形となり、負帰還信号SFは緩やかにしか変化し
ない。これにより、希土類添加光ファイバ1の光増幅度
の負帰還制御では、単発的な方形波の光信号に対しては
光増幅度歪を発生させてしまうという問題がある。
【0018】なお、図8に示す構成による負帰還制御を
行う限り、希土類添加光ファイバ1の光増幅度の負帰還
制御遅れは解消できない。それは、希土類添加光ファイ
バ1自身の励起光の光エネルギの励起エネルギへの変換
時間がかかったり、漏洩光信号変化が遅いためである。
したがって、図8に示す希土類添加光ファイバ1以外の
負帰還制御回路を構成する受光素子8、モニタ付き励起
光源9、除算回路10および加算回路12を、高速動作
するものに変更しても、負帰還制御の応答速度の高速化
をあまり期待できない。本発明は、このような背景の下
になされたもので、光増幅度の安定した光増幅器を提供
することを目的とする。
行う限り、希土類添加光ファイバ1の光増幅度の負帰還
制御遅れは解消できない。それは、希土類添加光ファイ
バ1自身の励起光の光エネルギの励起エネルギへの変換
時間がかかったり、漏洩光信号変化が遅いためである。
したがって、図8に示す希土類添加光ファイバ1以外の
負帰還制御回路を構成する受光素子8、モニタ付き励起
光源9、除算回路10および加算回路12を、高速動作
するものに変更しても、負帰還制御の応答速度の高速化
をあまり期待できない。本発明は、このような背景の下
になされたもので、光増幅度の安定した光増幅器を提供
することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
希土類元素を光ファイバ材料に添加して生成した希土類
添加光ファイバと、入射された光信号を第1の電気信号
に変換する第1の受光素子と、入射された光信号を前記
希土類添加光ファイバの一端から入射するとともに、前
記希土類添加光ファイバの前記一端から出射される漏洩
光信号を前記第1の受光素子へ入射する波長多重合波分
波器と、励起光を出射するとともに、該励起光の光強度
に比例したモニタ信号を出力するモニタ付き励起光源
と、前記希土類添加光ファイバの他端から出射された光
信号を光出射端に導くとともに、前記励起光を前記希土
類添加光ファイバの前記他端から入射する光合波器と、
前記モニタ信号および前記第1の電気信号に基づいて前
記モニタ付き励起光源を駆動する励起光源駆動回路とを
具備し、前記希土類添加光ファイバの前記他端から入射
された励起光により供給される光エネルギを前記希土類
添加光ファイバ内部で励起エネルギに変換して蓄積する
とともに、該励起エネルギを前記希土類添加光ファイバ
の前記一端から入射された光信号と同波長、同位相の光
エネルギに変換することにより、該光信号を光増幅する
光増幅器において、光増幅すべき光信号を分岐する光分
岐器と、該光分岐器によって分岐された一方の光信号を
第2の電気信号に変換する第2の受光素子と、前記第2
の電気信号に基づいて補正信号を発生する補正信号発生
回路と、前記光分岐器によって分岐された他方の光信号
を前記励起光の変化に対する前記希土類添加光ファイバ
の光増幅度の変化の遅れを補うように一定時間遅延して
前記波長多重合波分波器に入射する遅延光回路とを具備
し、前記励起光源駆動回路は、前記モニタ信号、前記第
1の電気信号および前記補正信号に基づいて前記モニタ
付き励起光源を駆動することを特徴としている。
希土類元素を光ファイバ材料に添加して生成した希土類
添加光ファイバと、入射された光信号を第1の電気信号
に変換する第1の受光素子と、入射された光信号を前記
希土類添加光ファイバの一端から入射するとともに、前
記希土類添加光ファイバの前記一端から出射される漏洩
光信号を前記第1の受光素子へ入射する波長多重合波分
波器と、励起光を出射するとともに、該励起光の光強度
に比例したモニタ信号を出力するモニタ付き励起光源
と、前記希土類添加光ファイバの他端から出射された光
信号を光出射端に導くとともに、前記励起光を前記希土
類添加光ファイバの前記他端から入射する光合波器と、
前記モニタ信号および前記第1の電気信号に基づいて前
記モニタ付き励起光源を駆動する励起光源駆動回路とを
具備し、前記希土類添加光ファイバの前記他端から入射
された励起光により供給される光エネルギを前記希土類
添加光ファイバ内部で励起エネルギに変換して蓄積する
とともに、該励起エネルギを前記希土類添加光ファイバ
の前記一端から入射された光信号と同波長、同位相の光
エネルギに変換することにより、該光信号を光増幅する
光増幅器において、光増幅すべき光信号を分岐する光分
岐器と、該光分岐器によって分岐された一方の光信号を
第2の電気信号に変換する第2の受光素子と、前記第2
の電気信号に基づいて補正信号を発生する補正信号発生
回路と、前記光分岐器によって分岐された他方の光信号
を前記励起光の変化に対する前記希土類添加光ファイバ
の光増幅度の変化の遅れを補うように一定時間遅延して
前記波長多重合波分波器に入射する遅延光回路とを具備
し、前記励起光源駆動回路は、前記モニタ信号、前記第
1の電気信号および前記補正信号に基づいて前記モニタ
付き励起光源を駆動することを特徴としている。
【0020】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記補正信号発生回路は、前記第2の電気
信号を微分して微分信号を出力する微分回路と、前記微
分信号を基準電圧と比較するコンパレータと、該コンパ
レータの出力信号をトリガ信号として入力し、一定パル
ス幅のパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パ
ルス信号を微積分および検波して所定波形を有する信号
に変換する波形整形回路と、前記第2の電気信号の最大
値を保持する最大値保持回路と、前記波形整形回路の出
力信号を前記最大値保持回路の出力信号に応じて可変増
幅して補正信号として出力する増幅度可変増幅器とを具
備することを特徴としている。
明において、前記補正信号発生回路は、前記第2の電気
信号を微分して微分信号を出力する微分回路と、前記微
分信号を基準電圧と比較するコンパレータと、該コンパ
レータの出力信号をトリガ信号として入力し、一定パル
ス幅のパルス信号を発生するパルス発生回路と、前記パ
ルス信号を微積分および検波して所定波形を有する信号
に変換する波形整形回路と、前記第2の電気信号の最大
値を保持する最大値保持回路と、前記波形整形回路の出
力信号を前記最大値保持回路の出力信号に応じて可変増
幅して補正信号として出力する増幅度可変増幅器とを具
備することを特徴としている。
【0021】
【作用】本発明によれば、光増幅すべき光信号は、光分
岐器において分岐され、一方の光信号は、第2の受光素
子において第2の電気信号に変換された後、補正信号発
生回路に入力され、他方の光信号は、遅延光回路におい
て一定時間遅延された後、波長多重合波分波器に入射さ
れる。これにより、補正信号発生回路が第2の電気信号
に基づいて補正信号を発生し、励起光源駆動回路がモニ
タ信号、第1の電気信号および補正信号に基づいてモニ
タ付き励起光源を駆動するので、波長多重合波分波器に
入射された光信号は、希土類添加光ファイバの一端から
入射されて、その内部で光増幅された後、光合波器を経
て光出射端から、波形歪のない光強度が安定した光信号
として出射される。
岐器において分岐され、一方の光信号は、第2の受光素
子において第2の電気信号に変換された後、補正信号発
生回路に入力され、他方の光信号は、遅延光回路におい
て一定時間遅延された後、波長多重合波分波器に入射さ
れる。これにより、補正信号発生回路が第2の電気信号
に基づいて補正信号を発生し、励起光源駆動回路がモニ
タ信号、第1の電気信号および補正信号に基づいてモニ
タ付き励起光源を駆動するので、波長多重合波分波器に
入射された光信号は、希土類添加光ファイバの一端から
入射されて、その内部で光増幅された後、光合波器を経
て光出射端から、波形歪のない光強度が安定した光信号
として出射される。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図1は本発明の一実施例による光増幅器
の構成を表す概略図であり、この図において、図8の各
部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省
略する。図1において、光分岐器20は、光入射端21
から入射された光増幅すべき光信号を分岐して、それぞ
れ遅延光回路22および受光素子23に入射する。
いて説明する。図1は本発明の一実施例による光増幅器
の構成を表す概略図であり、この図において、図8の各
部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省
略する。図1において、光分岐器20は、光入射端21
から入射された光増幅すべき光信号を分岐して、それぞ
れ遅延光回路22および受光素子23に入射する。
【0023】遅延光回路22は、入射された光信号を一
定時間遅延させて波長多重合波分波器6に入射する。受
光素子23は、入射された光信号を電気信号に変換して
補正信号発生回路24に入力する。補正信号発生回路2
4は、入力された電気信号がある速度以上に急激に増加
した場合、たとえば、図2(a)に示す補正信号SCを
発生して加算回路25に入力する。加算回路25は、補
正信号発生回路15から供給された補正信号SCと、除
算回路10から供給された負帰還信号SFと、基準電源
回路11から供給された基準信号SSとを加算して、励
起光源駆動信号SDとしてモニタ付き励起光源9に入力
する。
定時間遅延させて波長多重合波分波器6に入射する。受
光素子23は、入射された光信号を電気信号に変換して
補正信号発生回路24に入力する。補正信号発生回路2
4は、入力された電気信号がある速度以上に急激に増加
した場合、たとえば、図2(a)に示す補正信号SCを
発生して加算回路25に入力する。加算回路25は、補
正信号発生回路15から供給された補正信号SCと、除
算回路10から供給された負帰還信号SFと、基準電源
回路11から供給された基準信号SSとを加算して、励
起光源駆動信号SDとしてモニタ付き励起光源9に入力
する。
【0024】次に、本発明の一実施例の動作について説
明する。光入射端21より入射された光信号は、光分岐
器20により受光素子23側と、遅延光回路22側とに
分岐される。光分岐器20により遅延光回路3側に分岐
された光信号は、遅延光回路3において一定時間遅延さ
れた後、波長多重合波分波器6を経て希土類添加光ファ
イバ1に一端1aから入射される。
明する。光入射端21より入射された光信号は、光分岐
器20により受光素子23側と、遅延光回路22側とに
分岐される。光分岐器20により遅延光回路3側に分岐
された光信号は、遅延光回路3において一定時間遅延さ
れた後、波長多重合波分波器6を経て希土類添加光ファ
イバ1に一端1aから入射される。
【0025】希土類添加光ファイバ1は、光増幅作用を
するために、モニタ付き励起光源9から光合波器6を経
て他端1bから入射された励起光の光エネルギを、内部
で励起エネルギに変換する。励起エネルギは、希土類添
加光ファイバ1内部に蓄積されるとともに、その一部が
漏洩光信号として波長多重合波分波器4を経て受光素子
8に入射される。受光素子8に入射された漏洩光信号
は、漏洩信号SLに変換された後、除算回路10に入力
される。
するために、モニタ付き励起光源9から光合波器6を経
て他端1bから入射された励起光の光エネルギを、内部
で励起エネルギに変換する。励起エネルギは、希土類添
加光ファイバ1内部に蓄積されるとともに、その一部が
漏洩光信号として波長多重合波分波器4を経て受光素子
8に入射される。受光素子8に入射された漏洩光信号
は、漏洩信号SLに変換された後、除算回路10に入力
される。
【0026】モニタ付き励起光源9は、自らが発光して
いる励起光の光強度に比例したモニタ信号SMを、モニ
タ出力より出力して除算回路10に供給する。除算回路
10は、受光素子8から供給された漏洩信号SLを、モ
ニタ付き励起光源9のモニタ出力より供給されたモニタ
信号SMで除算する。除算回路10の出力信号は、負帰
還信号SFとして加算回路25に供給される。
いる励起光の光強度に比例したモニタ信号SMを、モニ
タ出力より出力して除算回路10に供給する。除算回路
10は、受光素子8から供給された漏洩信号SLを、モ
ニタ付き励起光源9のモニタ出力より供給されたモニタ
信号SMで除算する。除算回路10の出力信号は、負帰
還信号SFとして加算回路25に供給される。
【0027】加算回路25においては、上記負帰還信号
SFと、基準電源回路11より供給された基準信号S
Sと、補正信号発生回路24より供給された補正信号SC
とが加算され、加算結果が励起光源駆動信号SDとして
モニタ付き励起光源9に供給される。モニタ付き励起光
源9は、励起光源駆動信号SDを励起光に変換した後、
その励起光を光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1
に他端1bから入射する。
SFと、基準電源回路11より供給された基準信号S
Sと、補正信号発生回路24より供給された補正信号SC
とが加算され、加算結果が励起光源駆動信号SDとして
モニタ付き励起光源9に供給される。モニタ付き励起光
源9は、励起光源駆動信号SDを励起光に変換した後、
その励起光を光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1
に他端1bから入射する。
【0028】上記補正信号SCは、補正信号発生回路2
4において以下に示す動作により発生される。光分岐器
20により受光素子23側に分岐された光信号は、受光
素子23により電気信号に変換されて補正信号発生回路
24に供給される。補正信号発生回路24は、入力信号
がある速度以上に急激に増加した場合、たとえば、図2
(a)に示すような補正信号SDを発生する。
4において以下に示す動作により発生される。光分岐器
20により受光素子23側に分岐された光信号は、受光
素子23により電気信号に変換されて補正信号発生回路
24に供給される。補正信号発生回路24は、入力信号
がある速度以上に急激に増加した場合、たとえば、図2
(a)に示すような補正信号SDを発生する。
【0029】加算回路25に上記補正信号SCが供給さ
れることにより、モニタ付き励起光源9より出射され、
光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1へ入射される
励起光の光エネルギの量は、光入射端21より入射され
た光信号が急激に増加したとき、図2(a)に示すよう
な波形の補正信号SC分増大する。しかし、希土類添加
光ファイバ1の光増幅度は直ちに増加せず、モニタ付き
励起光源9から出射される励起光の光エネルギの量が増
大された後、数百マイクロ秒から数ミリ秒遅れて増加す
る。そのため、補正信号SCに基づいてモニタ付き励起
光源9が励起光の光エネルギの量を増大させた直後は、
希土類添加光ファイバ1の光増幅度は変化せず、受光素
子8、モニタ付き励起光源9、除算回路10および加算
回路25からなる負帰還制御回路は応答しない。
れることにより、モニタ付き励起光源9より出射され、
光合波器2を経て希土類添加光ファイバ1へ入射される
励起光の光エネルギの量は、光入射端21より入射され
た光信号が急激に増加したとき、図2(a)に示すよう
な波形の補正信号SC分増大する。しかし、希土類添加
光ファイバ1の光増幅度は直ちに増加せず、モニタ付き
励起光源9から出射される励起光の光エネルギの量が増
大された後、数百マイクロ秒から数ミリ秒遅れて増加す
る。そのため、補正信号SCに基づいてモニタ付き励起
光源9が励起光の光エネルギの量を増大させた直後は、
希土類添加光ファイバ1の光増幅度は変化せず、受光素
子8、モニタ付き励起光源9、除算回路10および加算
回路25からなる負帰還制御回路は応答しない。
【0030】したがって、補正信号SC分増大された励
起光の光エネルギの量に応じて、希土類添加光ファイバ
1内部の励起エネルギの量が増加する前に、光信号が希
土類添加光ファイバ1に一端1aから入射されると、出
射光信号は、従来と同様、図7に示すような波形歪が生
じてしまう。
起光の光エネルギの量に応じて、希土類添加光ファイバ
1内部の励起エネルギの量が増加する前に、光信号が希
土類添加光ファイバ1に一端1aから入射されると、出
射光信号は、従来と同様、図7に示すような波形歪が生
じてしまう。
【0031】そこで、この実施例においては、遅延光回
路22によって光信号が希土類添加光ファイバ1に入射
される時間を遅延させる。これにより、補正信号SCに
基づいて希土類添加光ファイバ1の光増幅度が増加する
時と、光信号が希土類添加光ファイバ1に入射される時
のタイミングを合わせている。このような構成によれ
ば、光出力端3より、図2(b)に示すような歪がな
く、出力レベルが安定した出射光信号が得られる。
路22によって光信号が希土類添加光ファイバ1に入射
される時間を遅延させる。これにより、補正信号SCに
基づいて希土類添加光ファイバ1の光増幅度が増加する
時と、光信号が希土類添加光ファイバ1に入射される時
のタイミングを合わせている。このような構成によれ
ば、光出力端3より、図2(b)に示すような歪がな
く、出力レベルが安定した出射光信号が得られる。
【0032】次に、図1に示す補正信号発生回路24の
構成および動作の詳細について、図3および図4を参照
して説明する。図3において、入力端30より入力され
る信号は、図1に示す受光素子23において光入力端2
1より入力された光信号が変換された電気信号であり、
単発的な方形波信号の場合、図4(a)に示すような波
形を有する。入力端30より入力された電気信号は、コ
ンデンサ31の一端と抵抗32の一端に印加される。
構成および動作の詳細について、図3および図4を参照
して説明する。図3において、入力端30より入力され
る信号は、図1に示す受光素子23において光入力端2
1より入力された光信号が変換された電気信号であり、
単発的な方形波信号の場合、図4(a)に示すような波
形を有する。入力端30より入力された電気信号は、コ
ンデンサ31の一端と抵抗32の一端に印加される。
【0033】コンデンサ31の一端に印加された信号
は、コンデンサ31と抵抗33とからなる微分回路によ
り微分され、図4(b)に示す微分信号となり、コンパ
レータ34の非反転入力端子に入力される。コンパレー
タ34の非反転入力端子に入力された信号は、コンパレ
ータ34において、基準電圧源35の基準電圧と比較さ
れ、一定電圧以上のレベルの信号のみが選択され、トリ
ガ信号としてパルス発生回路36に入力される。
は、コンデンサ31と抵抗33とからなる微分回路によ
り微分され、図4(b)に示す微分信号となり、コンパ
レータ34の非反転入力端子に入力される。コンパレー
タ34の非反転入力端子に入力された信号は、コンパレ
ータ34において、基準電圧源35の基準電圧と比較さ
れ、一定電圧以上のレベルの信号のみが選択され、トリ
ガ信号としてパルス発生回路36に入力される。
【0034】パルス発生回路36は、コンパレータ34
の出力信号によって動作する単安定マルチバイブレー
タ、あるいはタイマ回路であり、波形整形回路37にお
いて補正信号SC(図2(a)参照)を生成するのに必
要な、一定パルス幅のパルス信号(図4(c)参照)を
発生して、コンデンサ38に供給する。
の出力信号によって動作する単安定マルチバイブレー
タ、あるいはタイマ回路であり、波形整形回路37にお
いて補正信号SC(図2(a)参照)を生成するのに必
要な、一定パルス幅のパルス信号(図4(c)参照)を
発生して、コンデンサ38に供給する。
【0035】波形整形回路37は、コンデンサ38,3
9と、抵抗40〜42と、演算増幅器43と、ダイオー
ド44,45とから構成されており、微積分作用と検波
作用とを行い、パルス発生回路21より供給されたパル
ス信号(図4(c)参照)を、図4(d)に示す波形を
有する信号に変換する。波形整形回路37の出力信号
は、パルス発生回路36から出力されたパルス信号から
生成されているため、その波形の大きさは、入力端30
から入力された信号のレベルと無関係で一定である。
9と、抵抗40〜42と、演算増幅器43と、ダイオー
ド44,45とから構成されており、微積分作用と検波
作用とを行い、パルス発生回路21より供給されたパル
ス信号(図4(c)参照)を、図4(d)に示す波形を
有する信号に変換する。波形整形回路37の出力信号
は、パルス発生回路36から出力されたパルス信号から
生成されているため、その波形の大きさは、入力端30
から入力された信号のレベルと無関係で一定である。
【0036】いっぽう、入力端30より入力され、抵抗
32の一端に印加された信号は、最大値保持回路46に
入力される。最大値保持回路46は、抵抗47〜49
と、演算増幅器50と、ダイオード51と、コンデンサ
52とから構成されており、入力信号の最大値をコンデ
ンサ52に保持する。なお、抵抗49は、コンデンサ5
2に保持された信号電圧を放電させるためである。以上
説明した最大値保持回路46により、入力端30より入
力され、抵抗32の一端に印加された信号の波形(図4
(a)参照)は、図4(e)に示す波形となる。
32の一端に印加された信号は、最大値保持回路46に
入力される。最大値保持回路46は、抵抗47〜49
と、演算増幅器50と、ダイオード51と、コンデンサ
52とから構成されており、入力信号の最大値をコンデ
ンサ52に保持する。なお、抵抗49は、コンデンサ5
2に保持された信号電圧を放電させるためである。以上
説明した最大値保持回路46により、入力端30より入
力され、抵抗32の一端に印加された信号の波形(図4
(a)参照)は、図4(e)に示す波形となる。
【0037】増幅度可変増幅器53は、波形整形回路3
7の出力信号(図4(d)参照)を最大値保持回路46
の出力信号(図4(e)参照)に応じて可変増幅して出
力端54よりに、図4(f)に示す波形を有する信号と
して出力する。これにより、入力端30より入力された
信号のレベルと無関係だった波形整形回路37の出力信
号は、入力端30より入力された信号の最大値と比例す
る。つまり、補正信号発生回路24は入力端30より入
力された信号のレベルに見合った図2(a)に示すよう
な波形を有する補正信号SCを出力端54より出力する
ことができる。
7の出力信号(図4(d)参照)を最大値保持回路46
の出力信号(図4(e)参照)に応じて可変増幅して出
力端54よりに、図4(f)に示す波形を有する信号と
して出力する。これにより、入力端30より入力された
信号のレベルと無関係だった波形整形回路37の出力信
号は、入力端30より入力された信号の最大値と比例す
る。つまり、補正信号発生回路24は入力端30より入
力された信号のレベルに見合った図2(a)に示すよう
な波形を有する補正信号SCを出力端54より出力する
ことができる。
【0038】以上、本発明の実施例を図面を参照して詳
述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。
述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
増幅度の安定した光増幅器が得られるという効果があ
る。
増幅度の安定した光増幅器が得られるという効果があ
る。
【図1】本発明の一実施例による光増幅器の構成を表す
概略図である。
概略図である。
【図2】補正信号SCの波形および図1の光出射端3か
ら出射される光信号の波形の一例を示す図である。
ら出射される光信号の波形の一例を示す図である。
【図3】補正信号発生回路24の構成の一例を表す回路
図である。
図である。
【図4】補正信号発生回路24の各部に入出力される信
号の波形の一例を示す図である。
号の波形の一例を示す図である。
【図5】従来の光増幅器の第1の構成例を表す概略図で
ある。
ある。
【図6】光増幅されるべき光信号の波形および図5の光
出射端3から出射される光信号の波形の一例を示す図で
ある。
出射端3から出射される光信号の波形の一例を示す図で
ある。
【図7】図5の光出射端3から出射される光信号の波形
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図8】従来の光増幅器の第2の構成例を表す概略図で
ある。
ある。
1 希土類添加光ファイバ 2 光合波器 3 光出射端 6 波長多重合波分波器 7,21 光入射端 8,23 受光素子 9 モニタ付き励起光源 10 除算回路 11 基準電源回路 12,25 加算回路 20 光分岐器 22 遅延光回路 24 補正信号発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 清司 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−63653(JP,A) 特開 平2−273976(JP,A) 特開 平5−206557(JP,A) 特開 平2−308581(JP,A) 特開 平5−110167(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 G02F 1/35 501
Claims (2)
- 【請求項1】 希土類元素を光ファイバ材料に添加して
生成した希土類添加光ファイバと、入射された光信号を
第1の電気信号に変換する第1の受光素子と、入射され
た光信号を前記希土類添加光ファイバの一端から入射す
るとともに、前記希土類添加光ファイバの前記一端から
出射される漏洩光信号を前記第1の受光素子へ入射する
波長多重合波分波器と、励起光を出射するとともに、該
励起光の光強度に比例したモニタ信号を出力するモニタ
付き励起光源と、前記希土類添加光ファイバの他端から
出射された光信号を光出射端に導くとともに、前記励起
光を前記希土類添加光ファイバの前記他端から入射する
光合波器と、前記モニタ信号および前記第1の電気信号
に基づいて前記モニタ付き励起光源を駆動する励起光源
駆動回路とを具備し、前記希土類添加光ファイバの前記
他端から入射された励起光により供給される光エネルギ
を前記希土類添加光ファイバ内部で励起エネルギに変換
して蓄積するとともに、該励起エネルギを前記希土類添
加光ファイバの前記一端から入射された光信号と同波
長、同位相の光エネルギに変換することにより、該光信
号を光増幅する光増幅器において、 光増幅すべき光信号を分岐する光分岐器と、 該光分岐器によって分岐された一方の光信号を第2の電
気信号に変換する第2の受光素子と、 前記第2の電気信号に基づいて補正信号を発生する補正
信号発生回路と、 前記光分岐器によって分岐された他方の光信号を前記励
起光の変化に対する前記希土類添加光ファイバの光増幅
度の変化の遅れを補うように一定時間遅延して前記波長
多重合波分波器に入射する遅延光回路とを具備し、 前記励起光源駆動回路は、前記モニタ信号、前記第1の
電気信号および前記補正信号に基づいて前記モニタ付き
励起光源を駆動することを特徴とする光増幅器。 - 【請求項2】 前記補正信号発生回路は、 前記第2の電気信号を微分して微分信号を出力する微分
回路と、 前記微分信号を基準電圧と比較するコンパレータと、 該コンパレータの出力信号をトリガ信号として入力し、
一定パルス幅のパルス信号を発生するパルス発生回路
と、 前記パルス信号を微積分および検波して所定波形を有す
る信号に変換する波形整形回路と、 前記第2の電気信号の最大値を保持する最大値保持回路
と、 前記波形整形回路の出力信号を前記最大値保持回路の出
力信号に応じて可変増幅して補正信号として出力する増
幅度可変増幅器とを具備することを特徴とする請求項1
記載の光増幅器。
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