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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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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
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- 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)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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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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| JP11154794A JP3353047B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 光増幅器 |
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