JP3449316B2 - 光ファイバ増幅装置 - Google Patents

光ファイバ増幅装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ増幅装置
に関し、特に、装置をとりまく環境温度、入力信号光レ
ベル、出力信号レベル等の変化に対して安定した動作を
可能とする光ファイバ増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】波長多重光伝送システムは、複数波長の
信号光を波長領域で多重化して用いることにより、1本
の光ファイバ伝送路の伝送容量を拡大するシステムであ
る。このシステムでは、波長帯域を拡大して多重化する
信号光の数を増やすことにより伝送容量を容易に拡大す
ることができる。
【0003】しかしながら、適用される光ファイバ増幅
器にも広い波長帯域で利得の波長特性が平坦であること
が要求される。一般的に、広い波長帯域で利得の波長特
性が平坦となるCバンドと呼ばれる1550nm帯に加
えてLバンドと呼ばれる1580nm帯が波長多重光伝
送システムでは利用されている。
【0004】図11は、従来のLバンド用光ファイバ増
幅器の構成例、図10は増幅媒体となる増幅用光ファイ
バにエルビウム添加光ファイバ(以下「EDF」とい
う。)を用いた光ファイバ増幅器3の利得の波長特性例
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図10から分かるよう
に、従来のLバンド用光ファイバ増幅器では、増幅媒体
であるEDF3の利得の波長特性に大きな温度依存性が
あり、環境温度の変化に対して、利得の波長特性が変動
するという問題がある。すなわち、例えば室温において
波長多重された各信号光の増幅後の出力レベルがほぼ同
じであり平坦化されていたとしても、装置の周囲に温度
変化が生じると利得に波長依存性が生じてしまう。この
結果、増幅後の各信号光の出力レベルに差が生じてしま
う。
【0006】また、利得の波長特性は、入力信号光レベ
ル、出力信号光レベル等の変化に対しても変動する。例
えば、信号光が所定の入力レベルにある場合には、波長
多重信号光に含まれる各信号光の出力レベルが均一であ
っても(平坦化されていても)、入力レベルに変化が生
じると、そのまま各信号光の増幅後の出力レベルが変動
するのではなく、光ファイバ増幅器の利得自体に波長依
存性があるため、増幅後の各信号光の出力レベルに差が
生じてしまう。さらに、光ファイバ増幅器から出力され
る波長多重信号光の出力レベルを変化させた場合にも同
様の各信号光の出力レベルが生じてしまうという問題が
ある。
【0007】本発明は、波長多重光伝送に適用される多
波長一括増幅用光ファイバ増幅器において、環境温度、
入力信号光レベル、出力信号光レベル等の変化に対し
て、利得または出力の波長特性の変動を防いだ、安定な
光ファイバ増幅装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ増幅
器は、入力された信号光を光増幅して増幅信号光を出力
する増幅用光ファイバと、励起光を出力する励起光源
と、信号光と励起光を合分波して励起光を増幅用光ファ
イバに入射する光合波器とを備え、さらに、増幅用光フ
ァイバを所定の温度に維持する温度制御手段を備えてい
ることを特徴としている。ここで、温度制御手段は、増
幅用光ファイバが巻き付けられるボビンと、ボビンに巻
き付けられている増幅用光ファイバの近傍に配置された
温度センサと、ボビンを加熱冷却する温度制御素子と、
温度センサにより検出された温度に基づいて温度制御素
子を温度制御する温度制御回路とから構成されている。
【0009】ボビンは両端部にツバを有する円柱形状を
有し、増幅用光ファイバはツバの間においてボビンに巻
き付けられており、温度制御素子はボビンのツバのうち
少なくとも一方に接して配置されている。あるいは上記
構成に代えて、ボビンは円柱に中空部を有する円筒形状
のものとし、温度制御素子はボビンの中空部に配置され
ている構成とすることもできる。
【0010】また、温度制御手段は一端面からみて一部
が中心軸周りに空洞部を有し増幅用光ファイバが空洞部
において巻き付けられるケースと、ケースに巻き付けら
れている増幅用光ファイバの近傍に配置された温度セン
サと、ケースを加熱冷却する温度制御素子と、温度セン
サにより検出された温度に基づいて温度制御素子を温度
制御する温度制御回路により構成してもよい。
【0011】さらに、増幅用光ファイバはクラッドの側
面に導電性膜が被膜されており、温度制御手段は、導電
性膜に電流を流す電流印加手段と、増幅用光ファイバの
近傍の温度を検出する温度センサと、温度センサにより
検出された温度に基づいて温度制御素子を温度制御する
温度制御回路とからなるようにすることもできる。ここ
で、導電性膜は電流を流すことにより発熱し光ファイバ
を加熱できるものであればよく、例えばカーボン膜を用
いることができる。
【0012】上記光ファイバ増幅器は、励起光源を増幅
用光ファイバの前方から入射させる前方励起型、後方か
ら入射させる後方励起、前後双方から入射させる双方向
励起いずれを用いることもできる。
【0013】上述した本発明の光ファイバ増幅装置は、
波長多重信号光を一括光増幅する場合はもちろん、単一
の波長(チャネル)の信号光を光伝送する場合にも適用
することができる。これに対して、以下の構成は、互い
に異なる波長の複数の信号光が波長多重された波長多重
信号光の各信号光に対する増幅後の出力レベルあるいは
各信号光に対する利得自体が各信号光間で均一になり平
坦化されるようにするものである。上述した構成に対し
て、以下の解決手段は、増幅後の信号光の出力レベルを
検出しこのレベルに基づいて増幅用光ファイバに設けら
れた加熱冷却手段を制御するところに特徴がある。
【0014】具体的には、波長多重信号光が入力され、
光増幅して増幅波長多重信号光を出力する増幅用光ファ
イバと、励起光を出力する励起光源と、波長多重信号光
と励起光を合分波して励起光を増幅用光ファイバに入射
する光合波器とを備えた光ファイバ増幅装置を基本構成
とする。上記基本構成にさらに、増幅用光ファイバを制
御信号により加熱冷却する加熱冷却手段と、増幅用光フ
ァイバの出力側に配置され、波長多重信号光から特定の
信号光を抽出する出力側特定信号光抽出手段と、特定の
信号光の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と、
出力レベルが所定の値になるように加熱冷却手段に制御
信号を送出する制御回路とを備えていることを特徴とす
る。
【0015】上記構成は、増幅後の信号光の出力レベル
に基づいて増幅用光ファイバを加熱冷却制御するもので
あるが、さらに、増幅用光ファイバの入力側に配置され
特定の信号光を抽出する入力側特定信号光抽出手段と、
その特定の信号光の入力レベルを検出する入力レベル検
出手段を配置し、上記制御回路が入力レベルと出力レベ
ルから利得を算出して該利得が所定の値になるように加
熱冷却手段に制御信号を送出するようにし、利得が平坦
化するように制御することもできる。
【0016】また、本発明の光ファイバ増幅装置は、上
記基本構成に加えてさらに、増幅用光ファイバを制御信
号により加熱冷却する加熱冷却手段と、増幅用光ファイ
バの出力側に配置され、波長多重信号光から各信号光を
それぞれ抽出する出力側信号光抽出手段と、各信号光の
出力レベルをそれぞれ検出する出力レベル検出手段と、
各出力レベルが平坦化されるように加熱冷却手段に制御
信号を送出する制御回路とを備えるようにすることもで
きる。
【0017】ここで、出力側信号光抽出手段は、より具
体的には、増幅用光ファイバの出力側に配置され増幅さ
れた波長多重信号光の一部を分岐して分岐波長多重信号
光を出力する第1の光分岐器と、分岐波長多重信号光を
さらに各信号光に分波する第1の光分波器とにより構成
することができる。また、出力側信号光抽出手段は、増
幅用光ファイバの出力側に配置され増幅された波長多重
信号光の一部を分岐して分岐波長多重信号光を出力する
第1の光分岐器と、分岐波長多重信号光を波長多重され
ている信号光の数に分岐する第2の光分岐器と、第2の
光分岐器の出力側に配置され、各信号光の波長の光を選
択的に透過させる光フィルタとにより構成することもで
きる。さらに、出力側信号光抽出手段は、増幅用光ファ
イバの出力側に直列に配置され、増幅された波長多重信
号光から順次各波長の信号光に対して選択的に一部を分
岐して分岐信号光を出力する第2の光分波器により構成
してもよい。信号光抽出手段は、増幅用光ファイバの出
力側に配置され、増幅された波長多重信号光の一部を分
岐して分岐波長多重信号光を出力する第1の光分岐器
と、分岐波長多重信号光から各波長の信号光を順次抽出
する波長可変光フィルタとにより構成してもよい。な
お、入力側信号光抽出手段も同様の各構成により実現し
得る。
【0018】上述した構成においても、さらに増幅用光
ファイバの入力側に、波長多重信号光に含まれる各信号
光を抽出する入力側信号光抽出手段と、これら各信号光
の入力レベルをそれぞれ検出する入力レベル検出手段を
配置し、制御回路が各信号光の入力レベルと出力レベル
から利得をそれぞれ算出して該利得が平坦化されるよう
に加熱冷却手段に制御信号を送出するようにしてもよ
い。
【0019】波長多重信号光の光増幅に対して適用され
る本発明の増幅装置においても、加熱冷却手段が増幅用
光ファイバが巻き付けられるボビンと、ボビンを加熱冷
却する電子加熱冷却素子とにより構成することができ
る。あるいはすでに述べたように、ボビンは両端部にツ
バを有する円柱形状を有し、増幅用光ファイバはツバの
間においてボビンに巻き付けられた構成とすることもで
きる。また、増幅用光ファイバにクラッドの側面に導電
性膜が被膜され導電性膜に電流を流す等の構成も採用す
ることができる。
【0020】本発明による光ファイバ増幅装置は、増幅
媒体である増幅用光ファイバ(例えば、エルビウム添加
光ファイバ)に温度制御、又は出力レベルもしくは利得
を対象として加熱冷却による帰還制御を施すことによ
り、環境温度、入力信号光レベル、出力信号光レベル等
の変化に対して、出力レベル又は利得の波長特性の変動
を低減させるものである。
【0021】
【発明の実施の形態】次に、本発明の光ファイバ増幅装
置について、図面を参照して以下に詳細に説明する。本
発明の第1の実施の形態は、互いに異なる複数の波長の
信号光が波長多重された波長多重信号光の一括光増幅に
適用することはもちろん、単一の波長の信号光の光増幅
を行う場合に、環境温度等の変化に対して安定動作を図
る目的で適用することも可能である。
【0022】図1は、本発明の光ファイバ増幅装置の第
1の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に
示されるように、光ファイバ増幅器の基本構成として、
増幅用光ファイバ3と、励起光を出力する励起光源4
と、信号光に励起光を合波してEDF3に入射する波長
分割多重カプラ2を備えている。また、本実施の形態で
は、反射戻り光による光ファイバ増幅器への影響を回避
するために、光ファイバ増幅器の前後段にそれぞれ光ア
イソレータ1a、1bが配置されている。なお、増幅用
光ファイバには一般的に希土類元素添加光ファイバが用
いられている。例えば、波長1.55μm帯に信号光の
増幅用には、エルビウムが添加されたエルビウム添加光
ファイバ(以下「EDF」という。)が用いられる。以
下、増幅用光ファイバ3に、このエルビウム添加光ファ
イバが用いられているものとして説明する。
【0023】本発明の光ファイバ増幅装置においては、
上述したように、EDF3を温度制御する機構が設けら
れている。本実施の形態では、この温度制御を行うため
に、加熱冷却素子としてペルチェ7と、EDF3近傍の
温度を検出するための温度センサとしてのサーミスタ6
と、サーミスタ6によって検出された温度に基づいてペ
ルチェ7への電流を制御することにより温度制御する温
度制御回路8とを備えている。なお、EDF3は上記加
熱冷却するペルチェ7及びサーミスタ6により一体化さ
れ温度制御機構付きEDFを構成していることから、以
下これをEDFモジュール5という。
【0024】温度制御回路8は、増幅用ファイバ3の温
度を監視する温度センサ6の監視値が一定となるように
ペルチェ7を制御する。これにより増幅用ファイバ4の
温度を一定に保ち、環境温度の変化に対して、増幅用フ
ァイバ4の利得の波長特性が変動するのを防ぐことがで
きるようになる。
【0025】図1を参照してより具体的に説明すると、
本実施の形態においては、入力部の反射戻り光を抑圧す
る光アイソレータ1a、1580nm帯の信号光と14
80nm帯の励起光を波長合成する光分波器(波長分割
多重カプラ)2、増幅媒体である増幅用ファイバとして
1580nm帯の信号光を増幅するEDF3、出力部の
反射戻り光を抑圧する光アイソレータ1bの順に接続さ
れている。
【0026】光合波器2のもう一方のポートには、14
80nm帯の励起光を発生する励起光源として励起用レ
ーザダイオード4が接続されている。EDF3を含むE
DFモジュール5には、温度センサとして温度により抵
抗値が変化するサーミスタ6、加熱冷却器として駆動電
流により加熱冷却が可能なペルチェ7がそれぞれ配置さ
れ、温度制御回路8がサーミスタ6とペルチェ7に接続
されている。
【0027】次に、EDFモジュール5の構成につい
て、図2乃至4を順次参照して、各構成例について説明
する。
【0028】図2は、本発明の光ファイバ増幅装置の第
1の実施の形態に用いられているEDFモジュール5の
最初の構成例を示す断面図である。EDF3は、熱伝導
率の高いアルミニウム製のボビン9に巻き付けて収納さ
れており、サーミスタ6とペルチェ7はボビン9に取り
付けられている。
【0029】図3は、EDFモジュール5の第2の構成
例を示す断面図である。EDF3は熱伝導率の高いアル
ミニウム製のケース10の溝に収納されており、溝の内
部はシリコングリス11で充填されている。サーミスタ
6はEDF3と一緒にシリコングリス11内に実装され
ており、ペルチェ7はケース10に取り付けられてい
る。
【0030】図4は、EDFモジュール5の第3の構成
例である。本構成例におけるEDF3の断面は、光が伝
搬するコア12およびクラッド13、曲げ強度を確保す
るためのカーボン膜14およびアクリレート樹脂15と
なっており、このカーボン膜14に電極16aおよび1
6bが取り付けられている。EDF3およびサーミスタ
6は、図2または図3と同様に、ボビン9またはケース
10に収納されている。
【0031】次に、図1に示される本発明の第1の実施
の形態の動作について、図5を参照して説明する。
【0032】図5は本光ファイバ増幅装置の利得の波長
特性(波長と利得の関係)を示す図である。入力された
1580nm帯の波長多重信号光は、光アイソレータ1
aを通過し、波長分割多重カプラ2により、励起用レー
ザダイオード4が発生する1480nm帯の励起光と合
波され、EDF3で光増幅され、光アイソレータ1bを
通過して出力される。
【0033】EDF3は25℃の時に最も平坦な利得の
波長特性が得られるように最適化されているため、環境
温度が25℃の時にはEDF3の温度も25℃であり、
利得の波長特性は変動幅が1dB程度に抑えられてい
る。環境温度が25℃より高温の時には、EDFモジュ
ール5に取り付けられたサーミスタ6の抵抗値が低くな
り、温度一定制御回路8はEDF3が25度より高温で
あることを検出し、ペルチェ7に冷却方向の駆動電流を
流すよう制御する。これによりEDF3が冷却され、E
DF3の温度は25℃付近に保たれる。
【0034】環境温度が25℃より低温の時には、ED
Fモジュール5に取り付けられたサーミスタ6の抵抗値
が高くなる。このとき、温度制御回路8はEDF3が2
5℃より低温であることを検出し、ペルチェ7に加熱方
向の駆動電流を流すよう制御する。これによりEDF3
が加熱され、EDF3の温度は25℃付近に保たれる。
このようにしてEDF3の温度は環境温度によらず常に
25℃付近に保たれるため、環境温度の変化に対して利
得の波長特性は図5に示される状態のまま変動しない。
【0035】ここで図2に戻って、EDFモジュール5
の第1の構成例において、サーミスタ6およびペルチェ
7はボビン9に取り付けられている。このため、EDF
3の温度監視および温度制御はボビン9を介して行われ
ている。EDF3はボビン9に多重に巻き付けられてい
るため、EDF3の最も内側の層だけがボビン9と接し
ており、温度監視および温度制御が不均一である。これ
により温度が急激に変化した場合には精度が必ずしもよ
くないが、構成が簡単であるという利点がある。
【0036】図3に示されるEDFモジュール5の第2
の構成例によれば、ペルチェ7がケース10に取り付け
られているため、EDF3の温度制御はケース10を介
して行われている。EDF3およびサーミスタ6はケー
ス10の溝に充填された熱伝導率の高いシリコングリス
の中に実装されているため、温度監視の精度は向上され
ている。
【0037】図4に示されるEDFモジュール5の第3
の構成例においては、電極16aおよび16bを介して
EDF3のカーボン膜14に電流を流し、発生するジュ
ール熱を利用して温度制御を構成が採用されている。な
お、温度監視は図2または図3に示される構成例と同様
である。この構成例ではEDF3を加熱することしかで
きないため、制御の目標温度をあらかじめ環境温度範囲
の上限より高く設定しておく必要がある。この場合に
は、EDF3は制御の目標温度の時に最も平坦な利得の
波長特性が得られるように最適化すればよい。
【0038】本実施の形態では、光ファイバ増幅装置の
構成を1480nm帯の前方1個励起としたが、本発明
は光増幅装置の構成および構成部品の種類等によって制
限されるものではない。また、本実施の形態では、ボビ
ンまたはケースの材質に熱伝導率の高いアルミニウムを
選択した。熱伝導率の高い材質の方が温度監視および温
度制御の精度は高いが、本発明はボビンまたはケースの
材質によって制限されるものではない。
【0039】さらに、本実施の形態では、温度センサに
サーミスタを適用したが、本発明は温度センサの種類に
よって制限されるものではない。本第1および第2の実
施例では加熱冷却器にペルチェを適用したが、本発明は
加熱冷却器の種類によって制限されるものではない。ま
た、加熱冷却可能、加熱のみ可能、冷却のみ可能のいず
れの加熱冷却器であっても適用することができる。ED
Fモジュール5の上記第3の構成例では、EDFにカー
ボン膜をつけたものを適用しているが、本発明は被膜に
導電性があれば被膜の材質によって制限されるものでは
ない。
【0040】次に、本発明の光ファイバ増幅装置の第2
の実施の形態について、図6を参照して詳細に説明す
る。
【0041】第2の実施の形態及び後述する第3の実施
の形態は、波長多重信号光の一括光増幅を対象とするも
ので、波長多重信号光に含まれる各信号光の出力レベル
の平坦化(均等化)を図りつつ安定動作を図るものであ
る。第1の実施の形態と相違して、特定の信号光又は各
信号光の出力レベルに基づいて増幅用光ファイバを加熱
冷却制御するところに特徴がある。
【0042】図6は、本発明の第2の実施の形態の構成
を示すブロック図である。本実施の形態では、光ファイ
バ増幅器によって増幅された波長多重信号光の中から特
定の信号光を選定してその一部を抽出し、その出力レベ
ルをモニタして所定の値になるようにEDF3を加熱冷
却制御するところに特徴がある。
【0043】図6を参照すると、光ファイバ増幅装置の
出力部に、信号光の一部を分岐する光分岐器(分岐カプ
ラ)17が挿入され、分岐ポートには、波長多重信号光
において多重化された各波長毎の信号光のレベルを監視
するチャネルモニタ18が接続されている。
【0044】入力された1580nm帯の波長多重信号
光は、光アイソレータ1aを通過し、光合波器2によ
り、励起用レーザダイオード4が発生する1480nm
帯の励起光と合波される。そして、EDF3で光増幅さ
れ、光増幅された信号光は光アイソレータ1bを通過し
て光分岐器17で一部が分岐され、残りが光伝送路に出
力される。
【0045】チャネルモニタ18は、光増幅された光分
岐器17により分岐された波長多重信号光のうち、特定
の波長の信号光を抽出して当該信号光の出力レベルを検
出する。そして、この出力レベルが監視信号として制御
回路19に送出され、制御回路19は、チャネルモニタ
18からの監視信号を分析し、光ファイバ増幅装置から
の出力の波長特性が最も平坦になるようあらかじめ定め
られた出力レベルになるようにEDFモジュール5のペ
ルチェ7を制御する。なお、チャネルモニタには光バン
ドパスフィルタを用いることとし、波長多重信号からあ
らかじめ定められた波長(チャネル)の信号光を選択的
に抽出して当該波長の信号光をモニタして上記制御を行
えばよい。
【0046】次に、本発明の光ファイバ増幅装置の第3
の実施の形態について、図7を参照して説明する。図7
に示される本発明の実施の形態では、増幅された波長多
重信号光に含まれる信号光を取出し、増幅された波長多
重信号光に含まれる各信号光の出力レベルが均等になる
ように制御することを特徴としている。なお、以下の本
実施の形態の説明では理解をより容易にするために、2
波長の信号光(例えば、波長1580nmの信号光と波
長1590nmの信号光)が波長多重された波長多重信
号光が光増幅される場合についてを示している。波長多
重される信号光の数は3以上であっても、光分岐器、光
フィルタ等の構成を対応させることにより本発明の構成
を適用することができるのはいうまでもない。
【0047】図7に示されるように、増幅用光ファイバ
の出力側に光アイソレータ1bが配置され、その後段に
増幅された波長多重信号光の一部を分岐する光分岐器1
7が配置されている。光分岐器17で分岐された波長多
重信号光はさらに光分岐器20によって波長多重信号光
に含まれている信号光の数(本実施の形態では2)に分
岐される。ここで分岐された各信号光は、それぞれの信
号光の波長の光を選択的に透過させる光フィルタ21
a,21bをそれぞれ透過し、各信号光だけがそれぞれ
抽出される。
【0048】より具体的には、波長多重信号光の一部を
分岐する光分岐器17の分岐ポートには、分岐された波
長多重信号光を2分割する光分岐器(分岐カプラ)2
0、1580nmおよび1590nmの信号光のみを透
過する光フィルタ21aおよび21b、各信号光のレベ
ルを電流に変換するフォトダイオード22aおよび22
bが配置されている。
【0049】各信号光は、それぞれフォトダイオード2
2a,22bにより電流値に変換され、さらに電流−電
圧変換器23a,23bにそれぞれ変換される。誤差増
幅回路24により、両波長の信号光の出力レベルの差が
増幅され、駆動回路25に送出され、上記出力レベルの
誤差を小さくするように増幅用光ファイバがペルチェ7
によって温度制御される。
【0050】電流−電圧変換器23aの電圧が、電流−
電圧変換器23bの電圧より低い場合、すなわち158
0nmの信号光のレベルが1590nmの信号光のレベ
ルより低い場合には、誤差増幅装置24からの出力が正
となる。この場合には、駆動回路25はペルチェ7に加
熱方向の駆動電流を流すよう制御する。これによりED
F3が加熱され、図10に示されるように、EDF3の
短波側の利得が温度依存性によって相対的に上昇する。
出力される波長多重信号光においては、波長1580n
mの信号光と波長1590nmの信号光のレベルが同じ
になる。
【0051】これとは逆に、電流−電圧変換器23aの
電圧が電流−電圧変換器23bの電圧より高い場合、す
なわち1580nmの信号光のレベルが1590nmの
信号光のレベルより高い場合には、誤差増幅装置24か
らの出力が負となり、駆動回路25はペルチェ7に冷却
方向の駆動電流を流すよう制御する。これによりEDF
3が冷却され、図10に示されるように、EDF3の長
波側の利得が温度依存性によって相対的に上昇し、出力
される波長多重信号光においては、波長1580nmの
信号光と波長1590nmの信号光のレベルが同じにな
る。
【0052】なお、上述した実施の形態では、増幅され
た波長多重信号光に含まれる各信号光の出力レベルの検
出について、光分岐器、光フィルタ等により分波する構
成を示したが、これに限られるもので内。例えば、波長
可変光フィルタ等を用いて、波長多重信号光の各波長
(チャネル)の信号光を、光フィルタの透過波長帯域を
変化させることにより変化させ各信号光を順次モニタす
る。そして、各信号光のモニタされた出力レベルを、例
えば制御回路19に備えたメモリ(図示省略)に一旦記
憶させ、各信号光の出力レベルが平坦になるように上記
制御を行うように制御することもできる。この場合に
は、直接的に各信号光の平坦度を検出して制御するの
で、信号光全体の入力レベルが変動したり、利得を変化
させて出力レベルを積極的に変化させた場合にも、平坦
化を図ることができる。
【0053】次に、本発明の光ファイバ増幅装置の第4
及び第5の実施の形態についてそれぞれ図8、図9を参
照して説明する。
【0054】第2及び第3の実施の形態に示される構成
は、いずれも増幅後の信号光の出力レベルに基づいて増
幅用光ファイバを加熱冷却制御するものである。これに
対して、両実施の形態は、増幅用光ファイバの入力側に
配置され信号光の入力レベルを検出する入力レベル検出
手段をさらに配置し、上記制御回路が入力レベルと出力
レベルから利得を算出して該利得が所定の値になるよう
に加熱冷却手段に制御信号を送出するようにし、利得が
平坦化するように制御することを特徴としている。
【0055】図8に示される第4の実施の形態において
は、図6に示される第2の実施の形態と基本構成は類似
しているが、EDF3の入力側に入力される信号光の一
部を分岐する光分岐器26が配置されている。ここで分
岐された信号光の入力レベルがチャネルモニタ27によ
りモニタされ、制御回路19に送出される。一方、出力
側のチャネルモニタ18で検出された出力レベルも制御
回路19に送出され、制御回路では入出力レベルから利
得が算出される。本実施の形態では、上記利得が所定の
値になるようにペルチェ7が制御される。なお、第2の
実施の形態と同様、特定の波長の信号光を抽出して上記
利得が所定の値になるように制御してもよいが、波長多
重信号光に含まれる各信号光それぞれについて入出力レ
ベルを検出し各信号光に対する利得を算出してこれらの
利得が平坦化されるように制御してもよい。
【0056】図9は、本発明の光ファイバ増幅装置の第
5の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態
も第4の実施の形態と同様、増幅前後の波長多重信号光
をモニタして光ファイバ増幅器の利得を算出してEDF
モジュール5を温度制御するものである。第4の実施の
形態では波長多重信号光のうちの特定の信号光に着目し
てこれをモニタして制御しているのに対して、本実施の
形態では、波長多重信号光に含まれている各信号光につ
いてモニタし、各信号光に対する利得を算出してこれら
が均等になるように制御している点で相違している。
【0057】本実施の形態における具体的な構成につい
て説明すると、増幅後の波長多重信号光に含まれる各信
号光を抽出してそれらの出力レベルをモニタするための
信号光抽出手段は、基本的には第3の実施の形態と同様
の構成が用いられている。第3の実施の形態と異なり、
ここでは、各信号光の利得を算出する必要があることか
ら、さらに光ファイバ増幅器への入力側にも波長多重信
号光に含まれる各信号光の入力レベルをモニタするため
の信号光抽出手段が設けられている。
【0058】本実施の形態では、波長多重信号光に含ま
れる各信号光の入力レベルをモニタするために、入力側
に光分岐器28が配置されており、ここで波長多重信号
光の一部が分岐される。さらに光分岐器29が配置され
ており、信号光の数だけ分岐され各信号光の波長の光の
みを選択的に透過させる光フィルタ30a,30bによ
り各信号光に分波される。そして、フォトダイオード3
1a,31bにより各信号光の入力レベルが検出され、
電流−電圧変換器32a,32bにより電圧に変換され
増幅されて駆動回路25に送出される。
【0059】駆動回路25においては、出力側からの各
信号光の出力レベルを示す電圧信号も入力され、各信号
光ごとにその入出力レベルから利得が算出される。この
利得が各信号光間で均等になるようにペルチェ7により
EDF3が温度制御(加熱冷却制御)される。
【0060】なお、第5及び先に説明した第3の実施の
形態に示した信号光抽出手段、すなわち波長多重信号光
に含まれる各信号光を抽出する手段として、増幅用光フ
ァイバの出力側に配置され増幅された波長多重信号光の
一部を分岐して分岐波長多重信号光を出力する光分岐器
17と、分岐波長多重信号光を波長多重されている信号
光の数に分岐する光分岐器20と、この光分岐器の出力
側に配置され各信号光の波長の光を選択的に透過させる
光フィルタ21a,21bによる構成を示したが、これ
は一例であって、これに限らず以下のような種々の構成
を採り得る。第5の実施の形態における入力レベルをモ
ニタするための手段についても同様である。
【0061】例えば、増幅用光ファイバの出力側に配置
され増幅された波長多重信号光の一部を分岐して分岐波
長多重信号光を出力する第1の光分岐器と、分岐波長多
重信号光をさらに各信号光に分波する第1の光分波器と
により構成することができる(図示省略)。また、増幅
用光ファイバの出力側に直列に配置され、増幅された波
長多重信号光から順次各波長の信号光に対して選択的に
一部を分岐して分岐信号光を出力する光分波器により構
成してもよい。信号光抽出手段は、増幅用光ファイバの
出力側に配置され、増幅された波長多重信号光の一部を
分岐して分岐波長多重信号光を出力する第1の光分岐器
と、分岐波長多重信号光から各波長の信号光を順次抽出
する波長可変光フィルタにより構成してもよい。
【0062】以上説明した本発明の第2乃至第5の実施
の形態においても、第1の実施の形態で説明したのと同
様、EDFモジュール5の構成として図2から図4に示
した第1から第3の構成例を用いることができる。但
し、これらの実施の形態では、光ファイバ増幅器から出
力された信号光の出力レベルまたは増幅器の利得をモニ
タしてEDF3を温度制御するので、EDFモジュール
5のサーミスタ6は不要である。なお、EDFモジュー
ル5の第3の構成例の場合に限り、ボビン9およびケー
ス10がなくても構成することが可能である。
【0063】第2乃至第5の実施の形態では、環境温度
の変化のみならず、入力信号光レベル、出力信号光レベ
ル等の変化や光増幅装置内外部の損失の波長特性等によ
って生じた光ファイバ増幅装置出力の波長特性をすべて
等化して変動を防ぐことができるという効果を得る。
【0064】なお、本発明の実施の形態では、光増幅装
置の構成を1480nm帯の前方1個励起としたが、本
発明は光ファイバ増幅装置の構成および構成部品の種類
等によって制限されるものではない。本実施の形態で
は、ボビンまたはケースの材質に熱伝導率の高いアルミ
ニウムが選択されている。しかしながら、熱伝導率の高
い材質の方が温度監視および温度制御の精度は高いが、
ボビンまたはケースの材質によって制限されるものでは
ない。
【0065】さらに、本実施例では温度センサにサーミ
スタを適用したが、本発明は温度センサの種類によって
制限されるものではない。本第1および第2の実施の形
態では、加熱冷却器にペルチェが適用されているが、加
熱冷却器の種類によって制限されるものではない。ま
た、加熱冷却可能、加熱のみ可能、冷却のみ可能のいず
れの加熱冷却器であっても適用することができる。本実
施の形態では、EDFにカーボン膜をつけたものを適用
しているが、本発明は被膜に導電性があれば被膜の材質
によって制限されるものではない。
【0066】また、上述した本発明の各実施の形態で
は、いずれも励起光源を増幅用光ファイバの前方から入
射させる前方励起型について例示したが、後方から入射
させる後方励起、前後双方から入射させる双方向励起い
ずれを用いることもできる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バ増幅装置は、増幅媒体である増幅用光ファイバに温度
制御機構を設け一定温度に維持されるように温度制御を
施す構成を採用している。これにより、環境温度の変化
に対して、利得の波長特性が変動するのを防ぐことがで
き、波長多重伝送における多段中継に適した光ファイバ
増幅装置を実現することができる。
【0068】また、増幅された波長多重信号光のうちか
ら特定の信号光を抽出してその出力レベルが所定の値に
なるように、あるいは増幅された波長多重信号光に含ま
れる各信号光の出力レベルをモニタして平坦になるよう
にEDFモジュールを加熱冷却制御することにより出力
レベルの平坦化(均等化)を図ることができる。さら
に、光ファイバ増幅器への入力レベルを検出し、特定の
信号光の利得、あるいは各信号光の利得を算出してED
Fモジュールを加熱冷却制御することにより利得の平坦
化(均等化)を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ファイバ増幅装置の第1の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の光ファイバ増幅装置の第1の実施の形
態に用いられている増幅用光ファイバの温度制御機構
(EDFモジュール)の一例を示す断面図である。
【図3】本発明の光ファイバ増幅装置の第1の実施の形
態に用いられている増幅用光ファイバの温度制御機構
(EDFモジュール)の他の例を示す断面図である。
【図4】本発明の光ファイバ増幅装置の第1の実施の形
態に用いられている増幅用光ファイバの温度制御機構
(EDFモジュール)の他の例を示す断面図である。
【図5】本発明の光ファイバ増幅装置の第1の実施の形
態における信号光の波長と増幅装置の利得の関係を示す
グラフである。
【図6】本発明の光ファイバ増幅装置の第2の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の光ファイバ増幅装置の第3の実施の形
態のより具体的な構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の光ファイバ増幅装置の第4の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の光ファイバ増幅装置の第5の実施の形
態の構成を示すブロック図である。
【図10】従来の光ファイバ増幅器における信号光の波
長と増幅装置の利得の関係を示すグラフである。
【図11】従来の光ファイバ増幅器の構成を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1a,1b 光アイソレータ 2 光合波器(波長分割多重カプラ) 3 増幅用光ファイバ(エルビウム添加ファイバ) 4 励起光源(レーザダイオード) 5 EDFモジュール 6 サーミスタ(温度センサ) 7 ペルチェ(電子加熱冷却器) 8 温度制御回路 9 ボビン 10 ケース 11 シリコングリス 12 コア 13 クラッド 14 カーボン膜 15 アクリレート樹脂 16a,16b 電極 17 光分岐器(分岐カプラ) 18 チャネルモニタ 19 制御回路 20 光分岐器(分岐カプラ) 21a,21b 光フィルタ 22a,21b フォトダイオード 23a,23b 電流−電圧変換器 24 誤差増幅器 25 駆動回路 26 光分岐器 27 チャネルモニタ 28 光分岐器 29 光分岐器 30a,30b 光フィルタ 31a,31b フォトダイオード 32a,32b 電流−電圧変換器 33 増幅器

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異なる波長の複数の信号光が波長
    多重された波長多重信号光が入力され、光増幅して増幅
    波長多重信号光を出力する増幅用光ファイバと、励起光
    を出力する励起光源と、 前記波長多重信号光と前記励起光を合分波して前記増幅
    用光ファイバに前記励起光を入射する光合波器とを備え
    た光ファイバ増幅装置であって、さらに、 前記増幅用光ファイバを制御信号により加熱又は冷却す
    る加熱冷却手段と、 前記増幅波長多重信号光から特定の増幅信号光を抽出す
    る特定信号光抽出手段と、 前記特定の増幅信号光の出力レベルを検出する出力レベ
    ル検出手段と、 前記出力レベルが所定の値になるように前記加熱冷却制
    御手段に前記制御信号を送出する制御回路とを備えてい
    ることを特徴とする光ファイバ増幅装置。
  2. 【請求項2】 互いに異なる波長の複数の信号光が波長
    多重された波長多重信号光が入力され、光増幅して増幅
    波長多重信号光を出力する増幅用光ファイバと、励起光
    を出力する励起光源と、 前記波長多重信号光と前記励起光を合分波して前記増幅
    用光ファイバに前記励起光を入射する光合波器とを備え
    た光ファイバ増幅装置であって、さらに、 前記増幅用光ファイバを制御信号により加熱又は冷却す
    る加熱冷却手段と、 前記増幅波長多重信号光から各増幅信号光をそれぞれ抽
    出する信号光抽出手段と、 前記各増幅信号光の出力レベルをそれぞれ検出する出力
    レベル検出手段と、 前記各出力レベルが均一になるように前記加熱冷却制御
    手段に制御信号を送出する制御回路とを備えていること
    を特徴とする光ファイバ増幅装置。
  3. 【請求項3】 互いに異なる波長の複数の信号光が波長
    多重された波長多重信号光が入力され、光増幅して増幅
    波長多重信号光を出力する増幅用光ファイバと、励起光
    を出力する励起光源と、 前記波長多重信号光と前記励起光を合分波して前記増幅
    用光ファイバに前記励起光を入射する光合波器とを備え
    た光ファイバ増幅装置であって、さらに、 前記増幅用光ファイバを制御信号により加熱又は冷却す
    る加熱冷却手段と、 前記増幅用光ファイバの出力側に配置され、前記増幅
    長多重信号光から各増幅信号光をそれぞれ抽出する出力
    側信号光抽出手段と、 前記各増幅信号光の出力レベルをそれぞれ検出する出力
    レベル検出手段と、 前記増幅用光ファイバの入力側に配置され、前記波長多
    重信号光から各信号光をそれぞれ抽出する入力側信号光
    抽出手段と、 前記波長多重信号光に含まれる各信号光の入力レベルを
    それぞれ検出する入力レベル検出手段と各信号光の前記
    入力レベルと前記出力レベルから利得をそれぞれ算出し
    て該利得が均一になるように前記加熱冷却手段に前記制
    御信号を送出する制御回路と を備えていることを特徴と
    する光ファイバ増幅装置。
  4. 【請求項4】 前記加熱冷却手段は、 前記増幅用光ファイバが巻き付けられるボビンと、 前記ボビンを温度する加熱冷却素子とを備えていること
    を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請
    求項に記載の光ファイバ増幅装置。
  5. 【請求項5】 前記ボビンは、両端部にツバを有する円
    柱形状を有し、 前記増幅用光ファイバは、前記ツバの間において前記ボ
    ビンに巻き付けられていることを特徴とする請求項
    載の光ファイバ増幅装置。
  6. 【請求項6】 前記加熱冷却素子は、前記ボビンの前記
    ツバのうち少なくとも一方に接して配置されていること
    を特徴とする請求項記載の光ファイバ増幅装置。
  7. 【請求項7】 前記ボビンは、円柱に中空部を有する円
    筒形状であって、 前記加熱冷却素子は、前記ボビンの中空部に配置されて
    いることを特徴とする請求項記載の光ファイバ増幅装
    置。
  8. 【請求項8】 前記加熱冷却手段は、さらに、 一端面からみて一部が中心軸周りに空洞部を有し、前記
    増幅用光ファイバが前記空洞部において巻き付けられる
    ケースと、 前記ケースを温度する加熱冷却素子と、 前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記
    熱冷却素子を温度制御する温度制御回路とを備えている
    ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか
    の請求項に2記載の光ファイバ増幅装置。
  9. 【請求項9】 前記増幅用光ファイバは、クラッドの側
    面に導電性膜が被膜されており、 前記加熱冷却手段は、前記導電性膜に電流を流す電流印
    加手段を備えていることを特徴とする請求項1から請求
    項3までのいずれかの請求項に記載の光ファイバ増幅装
    置。
  10. 【請求項10】 前記導電性膜は、カーボン膜であるこ
    とを特徴とする請求項記載の光ファイバ増幅装置。
  11. 【請求項11】 請求項1から請求項10のいずれかの
    請求項に記載の光ファイバ増幅装置であって、 前記光合波器は前記増幅用光ファイバの前記信号光が入
    射される側に配置され、前記励起光は前記信号光の進行
    方向と同じ方向に前記増幅用光ファイバに入射されるこ
    とを特徴とする光ファイバ増幅装置。
  12. 【請求項12】 請求項1から請求項10のいずれかの
    請求項に記載の光ファイバ増幅装置であって、 前記光合波器は前記増幅用光ファイバの前記信号光が出
    射される側に配置され、前記励起光は前記信号光の進行
    方向とは逆方向に前記増幅用光ファイバに入射されるこ
    とを特徴とする光ファイバ増幅装置。
  13. 【請求項13】 請求項1から請求項10のいずれかの
    請求項に記載の光ファイバ増幅装置であって、 前記光合波器は前記増幅用光ファイバの前記信号光が入
    射される側と出射される側の双方に配置され、前記励起
    光は前記増幅用光ファイバに双方向から入射されること
    を特徴とする光ファイバ増幅装置。
  14. 【請求項14】 前記信号光抽出手段は、 前記増幅用光ファイバの出力側に配置され、増幅された
    前記波長多重信号光の一部を分岐して分岐波長多重信号
    光を出力する第1の光分岐器と、前記分岐波長多重信号
    光をさらに各信号光に分波する第1の光分波器とを含ん
    でいることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ増幅
    装置。
  15. 【請求項15】 前記信号光抽出手段は、前記増幅用光
    ファイバの出力側に配置され、増幅された前記波長多重
    信号光の一部を分岐して分岐波長多重信号光を出力する
    第1の光分岐器と、前記分岐波長多重信号光を波長多重
    されている信号光の数に分岐する第2の光分岐器と、 前記第2の光分岐器の出力側に配置され、各信号光の波
    長の光を選択的に透過させる光フィルタとを含んでいる
    ことを特徴とする請求項2記載の光ファイバ増幅装置。
  16. 【請求項16】 前記出力側信号光抽出手段は、前記増
    幅用光ファイバの出力側に直列に配置され、増幅された
    前記波長多重信号光から順次各波長の信号光に対して選
    択的に一部を分岐して分岐信号光を出力する光分波器を
    含んでいることを特徴とする請求項3記載の光ファイバ
    増幅装置。
  17. 【請求項17】 前記出力側信号光抽出手段は、 前記増幅用光ファイバの出力側に配置され、増幅された
    前記波長多重信号光の一部を分岐して分岐波長多重信号
    光を出力する第1の光分岐器と、 前記分岐波長多重信号光から各波長の信号光を順次抽出
    する波長可変光フィルタとを含んでいることを特徴とす
    請求項3記載の光ファイバ増幅装置。
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