JP3551419B2

JP3551419B2 - Optical transmission device and wavelength division multiplexing optical communication system

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Publication number: JP3551419B2
Application number: JP2003148589A
Authority: JP
Inventors: 靖菅谷; 美紀竹田; 進木下; 輝美近間
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2004006888A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、波長多重光信号を増幅して伝送する為の光伝送装置及びこの光伝送装置を用いた波長多重光通信システムに関する。
【０００２】
近年において、光通信ネットワークは、通信分野に急速に浸透しているが、今後は、マルチメディア化への対応が不可欠であり、その対応策として、波長多重による大容量化が有望であり、その為には、波長多重光信号を増幅する波長多重光増幅手段が必須である。
【０００３】
このような波長多重光増幅手段においては、波長多重光信号の一括増幅時に利得の波長依存性がないこと、さらに、入力パワーの変化によって利得の波長依存性を生じないことが要求されている。
【０００４】
【従来の技術】
稀土類元素をドープした光ファイバによって、光の直接増幅を行う光増幅器は既に各種知られており、このような稀土類ドープファイバ光増幅器を用いて、波長多重光信号の一括増幅を行う波長多重用光増幅器の開発も一部において行われている。
【０００５】
しかしながら、稀土類ドープファイバ光増幅器の利得が波長依存性を有しない領域は、一般に極めて狭く、波長多重システム用の光増幅器として実用に耐えるものは、従来、知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、稀土類ドープファイバ光増幅器による波長多重光信号の一括増幅の際に生じる利得の波長依存性、あるいは、当初、各波長の信号光の利得が同じであっても、入力パワーが変化した場合に生じる利得の波長依存性が、特定の信号光に対する信号対雑音比の劣化を招き、波長多重用光増幅器の実現の妨げになっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するもので、多波長一括増幅の際に利得の波長依存性がなく、利得の波長依存性が入力パワーの大きさによって変化しないようにし、且つ出力パワーの変動を抑圧することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送装置は、図１を参照して説明すると、入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得を制御する構成を備えている。
【０００９】
又入力された波長の異なる複数の光信号を含む波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して第二増幅波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二増幅手段との間に設けられ、第一増幅波長多重光信号又は第二増幅波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、波長多重光信号を波長に対して等しい利得で、即ち、波長多重光信号の各波長の光信号が等しい利得で増幅して第二増幅波長多重光信号が得られるように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１と第二光増幅手段（後段の光増幅部２））との利得を制御する構成を備えている。
【００１０】
本発明の波長多重光通信システムは、波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力される第一増幅波長多重光信号を制御された減衰量で減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）と、この光可変減衰手段により減衰された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１１】
又波長の異なる複数の光信号を多重化して波長多重光信号を送信する装置と、波長多重光信号を増幅する光伝送装置と、この光伝送装置から送信される増幅された波長多重光信号を受信する装置とを備え、光伝送装置は、波長多重光信号を増幅する第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と、この第一光増幅手段から出力された第一増幅波長多重光信号を増幅して、増幅された波長多重光信号を出力する第二光増幅手段（後段の光増幅部２）と、第一光増幅手段と第二光増幅手段との間に設けられて、第一増幅波長多重光信号又は増幅された波長多重光信号に基づいて、第二光増幅手段に入力される第一増幅波長多重光信号を減衰する光可変減衰手段（可変光減衰器１１）とを備え、且つ波長多重光信号を波長に対して等しい利得で増幅するように、第一光増幅手段（前段の光増幅部１）と第二光増幅手段（後段の光増幅部２）との利得が制御される構成を備えている。
【００１２】
【作用】
波長多重光信号の一括増幅を行う時に生じる利得の波長依存性、或いは、当初は各波長の光信号の利得が同じであっても、入力パワーが変化したとき生じる利得の波長依存性に対して、第一光増幅手段と第二光増幅手段とを縦続接続し、例えば、それぞれ入力パワーと出力パワーをモニタして、それぞれの励起光源に帰還をかけて、各増幅手段の利得を一定にするＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）制御を行って、各光増幅手段の利得の波長依存性が、入力パワーが変化しても一定になるようにすることができる。
【００１３】
又波長多重光通信システムにおいて、光伝送装置により波長多重光信号を増幅して送信する場合に、各波長の光信号パワーを同一として送信することが可能となり、安定な波長多重光通信が可能となる。
【００１４】
【実施例】
先ず、図１〜図１４を参照して、本発明の実施例の概要について説明する。
図１に示すように、（１）．それぞれ稀土類ドープファイバ７，８と該稀土類ドープファイバを励起する励起光源９_１，９_２とを備えた前段の光増幅部１（第一光増幅手段）と後段の光増幅部２（第二光増幅手段）とを縦続に接続し、前段の光増幅部１に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３_１と、光分岐カプラ３_１で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４_１と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３_２と、光分岐カプラ３_２で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４_２と、両ホトダイオード４_１，４_２の検出レベルの比が一定になるように励起光源９_１に帰還を行うＡＧＣ回路６_１を設けて、ＡＧＣ制御によって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にし、後段の光増幅部２に、入力信号光を分岐する光分岐カプラ３_３と、光分岐カプラ３_３で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４_３と、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３_４と、光分岐カプラ３_４で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４_４と、両ホトダイオード４_３，４_４の検出レベルの比が一定になるように励起光源９_２に帰還を行うＡＧＣ回路６_２を設けて、ＡＧＣ制御によって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にするとともに、前段の光増幅部１の利得の波長特性を補償して光増幅器の利得波長特性を均一にする利得波長特性を後段の光増幅部２に付与し、さらに後段の光増幅部２の出力信号光を分岐するＡＬＣ用光分岐カプラ１２と、ＡＬＣ用光分岐カプラ１２で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード１３と、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入された可変光減衰器１１（光可変減衰手段）と、ホトダイオード１３の検出レベルに応じて可変光減衰器１１の減衰量を制御して後段の光増幅部２の光出力パワーを一定に保つＡＬＣ回路１４を設ける。
【００１５】
（２）．又可変光減衰器１１を後段の光増幅部２とＡＬＣ用光分岐カプラ１２の間に挿入する。
【００１６】
（３）．又ＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００１７】
（４）．又ＡＬＣ回路１４が、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３_３の分岐光に基づいて後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つ構成とする。
【００１８】
（５）．又後段の光増幅部２に、励起光源９_２の光出力を一定に保つＡＰＣ回路１０を設けることによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存にする。
【００１９】
（６）．又後段の光増幅部２に、出力信号光を分岐する光分岐カプラ３_４と、光分岐カプラ３_４で分岐された光のレベルを検出するホトダイオード４_４と、ホトダイオード４_４の検出レベルに応じて励起光源９_２の出力レベルが一定になるように制御するＡＬＣ回路１４_２を設け、さらにＡＬＣ用光分岐カプラ１２を、可変光減衰器１１と後段の光増幅部２の間に挿入する。
【００２０】
（７）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６_１が、稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０_１を有し、ホトダイオード２０_１の検出レベルが一定になるように励起光源９_１に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６_２が、稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光のレベルを検出するホトダイオード２０_２を有し、ホトダイオード２０_２の検出レベルが一定になるように励起光源９_２に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６_１とＡＧＣ回路６_２の両方を上述のような構成にする。
【００２１】
（８）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６_１が、稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６_１と、ＷＤＭカプラ１６_１で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７_１とを有し、ホトダイオード１７_１の検出レベルが一定になるように励起光源９_１に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６_２が、稀土類ドープファイバ８内を入力側方向に伝搬する後方自然放出光を分離するＷＤＭカプラ１６_２と、ＷＤＭカプラ１６_２で分離された自然放出光のレベルを検出するホトダイオード１７_２とを有し、ホトダイオード１７_２の検出レベルが一定になるように励起光源９_２に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６_１とＡＧＣ回路６_２の両方を上述のような構成にする。
【００２２】
（９）．又前段の光増幅部１のＡＧＣ回路６_１が、稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ７の励起光源９_１と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５_３と、信号光・励起光分波カプラ５_３で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８_１とを有し、ホトダイオード１８_１の検出レベルが一定になるように励起光源９_１に帰還を行うことによって、前段の光増幅部１の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。もしくは、後段の光増幅部２のＡＧＣ回路６_２が、稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を稀土類ドープファイバ８の励起光源９_２と反対の端部で分離する信号光・励起光分波カプラ５_４と、信号光・励起光分波カプラ５_４で分離された励起光のレベルを検出するホトダイオード１８_２とを有し、ホトダイオード１８_２の検出レベルが一定になるように励起光源９_２に帰還を行うことによって、後段の光増幅部２の利得波長特性を入力パワーに無依存、あるいは依存度の小さい状態にする。又は、ＡＧＣ回路６_１とＡＧＣ回路６_２の両方を上述のような構成にする。
【００２３】
（１０）．又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とが、それぞれの稀土類ドープファイバ７，８の利得波長特性に基づいて互いに逆方向の等しい傾きを持つ線形又は線形に近い利得波長特性を有する。
【００２４】
（１１）．又稀土類ドープファイバ７，８が、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバからなる。
【００２５】
（１２）．又前段の光増幅部１は短波長側の利得が高く後段の光増幅部２は長波長側の利得が高い傾きの利得波長特性を有する。
【００２６】
（１３）．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい波長特性を有する光フィルタ１５を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２７】
（１４）．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２の後段に短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有する光フィルタ１５を挿入して、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にすることもできる。
【００２８】
（１５）．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、前段の光増幅部１が後方励起の場合の励起用合波器又は後段の光増幅部２が前方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００２９】
（１６）．又後段の光増幅部２の利得波長特性を、前段の光増幅部１の利得波長特性に対応するよりも長波長側の利得を大きくし、又は短波長側の利得を小さくし、又は長波長側の利得を大きく短波長側の利得を小さくするとともに、後段の光増幅部２が後方励起の場合の励起用合波器が、短波長側の透過率が長波長側の透過率より大きい傾きの波長特性を有するようにして、光増幅器の全体の利得波長特性を均一にする。
【００３０】
次に各図を参照して説明する。図１は、本発明の実施例（１）を示したものである。図１において、１は前段の光増幅部（第一光増幅手段）、２は後段の光増幅部（第二光増幅手段）、３_１〜３_４は光分岐カプラ、４_１〜４_４はホトダイオード（ＰＤ）、５_１，５_２は信号光と励起光とを合分波する光カプラ、６_１，６_２はＡＧＣ回路、７は前段の稀土類ドープファイバ、８は後段の稀土類ドープファイバ、９_１，９_２は励起光源（ＰＳ）、１１は可変光減衰器（ＡＴＴ）（光可変減衰手段）、１２はＡＬＣ用光分岐カプラ、１３はホトダイオード（ＰＤ）、１４はＡＬＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＬｅｖｅｌＣｏｎｔｒｏｌ）回路である。なお、波長多重光信号の入力手段と、波長多重光信号の受信手段とについては図示を省略しているが、各種の手段を適用することができる。
【００３１】
図１の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００３２】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３_３とホトダイオード４_３とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_２の制御によって一定に保つように、励起光源９_２に帰還をかける。
【００３３】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わされた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００３４】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００３５】
可変光減衰器１１には、ファラデー回転子や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）結晶の電気光学効果を利用したもの等を用いることができる。
【００３６】
以下においては、２段構成を用いて、各波長の光信号の利得差を相殺する方法を説明する。各光増幅部において、ＡＧＣ制御を行ってその利得を一定に保つことにより、利得の波長依存性が広い入力レンジにおいて一定に保たれる。
【００３７】
そして、前段の光増幅部と後段の光増幅部のそれぞれの出力スペクトルにおいて利得波長特性が均一、即ち、平坦特性であるような、ＡＧＣ制御設定レベルをＧ_{０，１，}Ｇ_０，２としたとき、前段の光増幅部と後段の光増幅部とのＡＧＣ制御の設定レベルＧ_{１，}Ｇ_２を、Ｇ_１≧Ｇ_{０，１，}Ｇ_２≦Ｇ_０，２と設定することによって、各信号波長における利得の波長依存性を、後段の光増幅部で相殺するだけでなく、前段の光増幅部が高い利得であるので、広い入力範囲で、低雑音特性を実現することができる。
【００３８】
なお、図１の構成においては、前方励起構成としているが、後方励起構成でも、原理的には同じである。又、光入力モニタおよび光出力モニタにおいては、光入力パワー又は光出力パワーの一部分（一部の波長部分）を、波長特性を有する光フィルタ等を通して検出する場合を含むものとする。
【００３９】
図２は、本発明の実施例（２）における動作原理を示したものである。図２において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｃ）は前段の光増幅部と後段の光増幅部を縦続に接続した場合の２段構成での利得波長特性であって、λ（ｎｍ）は光の波長、Ｇ（ｄＢ）は利得である。実施例（２）の場合の構成は、図１に示されたものと同様である。
【００４０】
稀土類ドープファイバとして、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を高濃度に添加したエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバを用いることによって、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域において、図２に示すような、利得の波長特性がほぼ線形である利得帯域特性を持たせることができる。
【００４１】
前述のアルミナ高濃度添加のＥｒドープファイバにおけるＥｒイオンの吸収・放出の特性に依存して、１５５０ｎｍ付近の増幅帯域においては、励起率が高いときは、短波長側の利得が高く長波長側の利得が低いが、励起率が低いときは、長波長側の利得が高く短波長側の利得が低くなる。実施例（２）では、前段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を長くして励起率を高くすることによって、図２（ａ）に示すように長波長側が利得が低い特性とする。一方、後段の光増幅部では、例えば、ファイバ長を短くして励起率を低くすることによって、（ｂ）に示すように長波長側の利得が高くなるようにする。
【００４２】
この両者の特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｃ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになるとともに、前段の光増幅部を高励起率にすることによって低雑音指数化し、後段の光増幅部を低励起率にすることによって、励起効率を向上するとともに、高出力化・低消費電力化することができる。
【００４３】
実際に光増幅器を構成して得られた実験例として、４波（１５４８ｎｍ，１５５１ｎｍ，１５５４ｎｍ，１５５７ｎｍ）増幅の場合、光入力レベル−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍにおいて、前段の光増幅部は、最大励起光パワー１６０ｍＷ（９８０ｎｍ）において、利得を２０ｄＢ，利得チルトを１．５ｄＢとし、後段の光増幅部は、最大励起光パワー１００ｍＷ（１４８０ｎｍ）において、各チャネルにおける出力を＋７ｄＢｍとした場合、雑音指数として、最大５．６ｄＢ、最大利得チルト０．２ｄＢが得られた。
【００４４】
図３は、本発明の実施例（３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の入力側に挿入されている。又図４は、本発明の実施例（３）における動作原理を示したものである。図４において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は前段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部の利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性の概要を示す。
【００４５】
図３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００４６】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３_３とホトダイオード４_３とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_２の制御によって一定に保つように、励起光源９_２に帰還をかける。
【００４７】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係、あるいは入力依存性の小さい状態にする。又、波長特性補償用光フィルタ１５によって、前段の光増幅部１における利得波長特性をさらに極端にし、後段の光増幅部２の利得波長特性によって、最終的に均一な利得波長特性を持つように設定する。
【００４８】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、ホトダイオード１３からなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光出力レベルを一定に保つ。
【００４９】
従って、前段の光増幅部では、図４（ａ）のように、長波長側が利得の低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与し、波長特性補償用光フィルタを通して（ｂ）のようにさらに傾きを大きくし、後段の光増幅部では（ｃ）のように長波長側が極端に高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化，低消費電力化を図ることができる。
【００５０】
これらの特性によって、前段の光増幅部と後段の光増幅部の相互の利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５１】
図５は、本発明の実施例（４）を示したもので、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１５は波長特性補償用光フィルタであって、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている。又図６は、本発明の実施例（４）における動作原理を示したものである。図６において、（ａ）は前段の光増幅部の利得波長特性、（ｂ）は後段の光増幅部利得波長特性、（ｃ）は後段の光増幅部と波長特性補償用光フィルタとを合わせた利得波長特性、（ｄ）は全体の利得波長特性である。
【００５２】
図５の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００５３】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３_３とホトダイオード４_３とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_２の制御によって一定に保つように、励起光源９_２に帰還をかける。
【００５４】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。従って、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性によって、ある程度均一に補正されるが、さらに後段の光増幅部の出力側の波長特性補償用光フィルタ１５によって、最終的に均一な利得特性を持たせるようにする。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００５５】
従って、図６に示すように、前段の光増幅部では、（ａ）のように長波長側が利得が低い特性を持たせるように、前段の光増幅部の励起率を向上させて低雑音指数化に寄与するとともに、後段の光増幅部では、（ｂ）のように長波長側が極端に利得が高い特性を持たせるように低励起率にして、さらに後段の光増幅部の励起効率を向上させて、さらなる高出力化・低消費電力化を図る。
【００５６】
この時点では、（ｃ）のように依然、長波長側の利得が高いが、最後に、波長特性補償用光フィルタ１５を通すことによって、利得の傾きを相殺し、全体としては、（ｄ）に見られるように、利得均一なスペクトル特性が得られるようになる。
【００５７】
なお、図５に示された波長特性補償用光フィルタ１５の実現手段としては、融着型カプラの波長周期を調節することによって、これを利得傾斜フィルタとして用いることができる。この例では、約３ｄＢダウンのポイントで、線形な利得傾斜が得られる。
【００５８】
本発明の実施例（５）として、実施例（３）に示された波長特性補償用光フィルタ１５を、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の入力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも前段の光増幅部１が後方励起であるか、又は後段の光増幅部２が前方励起であることが必要である。
【００５９】
図７は、本発明の実施例（５）における合波器の特性を示したものであって、（ａ）は合波器と励起光源の構成を示し、（ｂ）は合波器の透過特性を示している。図中、２１は合波器を示し、２２は励起光源である。合波器の透過特性において、λ_ｐは励起光の波長、λ_ｓは信号光の波長であって、λ_ｓ１〜λ_ｓｎは信号光の帯域を示している。実線は、通常、通信に使用される特性を示し、点線は特性を変更した場合を示している。
【００６０】
図７（ａ）に示す合波器２１を、前段の光増幅部の後方励起用合波器又は後段の光増幅部の前方励起用合波器とし、波長λ_Ｓ１〜λ_Ｓｎの信号光帯域において、図７（ｂ）の点線Ａで示す場合のように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（３）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図４（ｃ）におけるように、後段の光増幅部の励起効率を向上させることができる。
【００６１】
本発明の実施例（６）として、実施例（４）に示された波長特性補償用光フィルタを、合波カプラとしての機能と兼用させて、後段の光増幅部２の出力側の波長特性補償用光フィルタを省略することができる。この場合の構成は、図１に示された構成と同様である。ただし、この場合、少なくとも後段の光増幅部２が後方励起であることが必要である。
【００６２】
図７（ａ）に示す合波器２１を、後段の光増幅部２の後方励起用合波器として、波長λ_Ｓ１〜λ_Ｓｎの信号光帯域において、図７（ｂ）に示すように、波長特性に傾斜を持たせることによって、実施例（４）の場合の波長特性補償用光フィルタにおける利得波長特性と同様の特性を持たせることができ、これによって、図６（ｂ）に示すように、後段の光増幅部２の励起効率を向上させることができる。
【００６３】
なお、実施例（３）〜（６）については、これらの手段を組み合わせて用いることもできる。
【００６４】
図８は、本発明の実施例（７）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１０はＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路である。
【００６５】
図８の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００６６】
後段の光増幅部２においては、ＡＰＣ回路１０によって、励起光源９_２に帰還をかけて、励起光源９_２の励起光出力が一定になるように制御を行っている。後段の光増幅部２においては、光入出力条件が、可変光減衰器１１によってほぼ一定に保たれるので、励起光出力を一定にするＡＰＣ制御を行うことにより、利得波長特性を入力パワーに無依存にするための制御の簡略化を図っている。
【００６７】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得波長特性となるように設定されている。さらに前段の光増幅部１と後段の光増幅部２との間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００６８】
図９は、本発明の実施例（８）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、可変光減衰器１１は、後段の光増幅部２の出力側に挿入されている点が異なっている。
【００６９】
図９の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００７０】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３_３とホトダイオード４_３とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_２の制御によって一定に保つように、励起光源９_２に帰還をかける。
【００７１】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力パワーに対して無依存にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００７２】
さらに、後段の光増幅部２の後方に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４によって、光分岐カプラ１２と、ホトダイオード１３とからなる後段の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することにより、後段の光増幅部２の光出力レベルが一定に保たれる。
【００７３】
この場合、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間での利得損失の増加がないので、雑音指数の劣化はあまり生じないが、可変光減衰器１１の前にある後段の光増幅部２の出力レベルが高いことが要求されること等から、実施例（１）の場合と比較して、格段に高い励起光エネルギーを必要とすることになる。
【００７４】
以下に示す実施例（９）〜（１１）は、光利得一定の制御を行う手段に関するものである。これらの実施例に示されたＡＧＣ制御の手法は、実施例（１）の場合を含めて任意に混用して実施することが可能である。即ち、同一実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２とに適用してもよく、又、異なる実施例に示されるＡＧＣ制御手法を、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２にそれぞれ適用してもよく、この場合の組み合わせは任意である。
【００７５】
図１０は、本発明の実施例（９）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、２０_１，２０_２は側方向ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００７６】
図１０の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７の側面から洩れる自然放出光（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）を側方向ホトダイオード２０_１で検出し、ＡＧＣ回路６_１に帰還して、励起光源９_１の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７７】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８の側面から洩れる自然放出光を側方向ホトダイオード２０_２で検出し、ＡＧＣ回路６_２に帰還して、励起光源９_２の励起パワーを制御し、自然放出光レベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００７８】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００７９】
図１１は、本発明の実施例（１０）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１６_１，１６_２は１５３０／１５５０ＷＤＭカプラであって、１５３０ｎｍ帯の光（自然放出光）と、１５５０ｎｍ帯の光（信号光）とを分離する。１７_１，１７_２は自然放出光（ＡＳＥ）を検出するＡＳＥ検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８０】
図１１の構成において、前段の光増幅部１では、前段の稀土類ドープファイバ７内を入力側方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６_１で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７_１で検出し、ＡＧＣ回路６_１に帰還して、励起光源９_１の励起パワーを制御し、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８１】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を入力方向に伝搬する後方ＡＳＥ（１５３０ｎｍ）を、１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ１６_２で分離して、ＡＳＥ検出用ホトダイオード１７_２で検出し、ＡＧＣ回路６_２に帰還し、励起光源９_２の励起パワーを制御して、後方ＡＳＥのレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８２】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８３】
図１２は、本発明の実施例（１１）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、５_３，５_４は信号光・励起光分波カプラ、１８_１，１８_２は残留励起光検出用ホトダイオード（ＰＤ）である。
【００８４】
図１２の構成において、前段の光増幅部１では、励起光源９_１から前段の稀土類ドープファイバ７内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ７の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５_３で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８_１でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６_１に帰還して、励起光源９_１の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、前段の光増幅部１の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８５】
後段の光増幅部２においても同様に、後段の稀土類ドープファイバ８内を伝搬する励起光を、稀土類ドープファイバ８の他端に配置された信号光・励起光分波カプラ５_４で分離して、残留励起光検出用ホトダイオード１８_２でそのレベルを検出し、これをＡＧＣ回路６_２に帰還して、励起光源９_２の励起パワーを制御し、残留励起光のレベルを一定に保つことによって、後段の光増幅部２の利得を一定に保つＡＧＣ制御が行われる。
【００８６】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を、光入力レベルに対して無依存にすることができる。又前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせられたとき、均一な利得を持つように設定されている。さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１によって、光出力レベルが一定に保たれる。
【００８７】
図１３は、本発明の実施例（１２）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示している。ただし、光分岐カプラ１２が、前段の光増幅部１の後方に配置された可変光減衰器１１と、後段の光増幅部２との間に挿入されている点が異なっている。
【００８８】
図１３の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００８９】
後段の光増幅部２においても同様に、光分岐カプラ３_３とホトダイオード４_３とからなる後段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_２の制御によって一定に保つように、励起光源９_２に帰還をかける。
【００９０】
これによって、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性を光入力に対して無関係にする。又、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されている。
【００９１】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間光入力モニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。従って、等価的に、光増幅器全体として光出力一定にする制御が実現されている。
【００９２】
なお、実施例（１２）において、可変光減衰器１１の減衰量を、光分岐カプラ１２の分岐光に基づいて制御する代わりに、後段の光増幅部２の入力側の光分岐カプラ３_３の分岐光に基づいて制御を行うことによって、後段の光増幅部２の光入力レベルを一定に保つようにしてもよい。
【００９３】
図１４は、本発明の実施例（１３）を示したものであって、図１におけると同じものを同じ番号で示し、１４_１，１４_２はＡＬＣ回路である。
【００９４】
図１４の構成において、前段の光増幅部１では、光分岐カプラ３_１とホトダイオード４_１とからなる前段光入力モニタ部と、光分岐カプラ３_２とホトダイオード４_２とからなる前段光出力モニタ部で検出される光レベルの比、即ち、光利得を、ＡＧＣ回路６_１の制御によって一定に保つように、励起光源９_１に帰還をかける。
【００９５】
後段の光増幅部２においては、光分岐カプラ３_４とホトダイオード４_４とからなる後段光出力モニタ部で検出される光レベルをＡＬＣ回路１４_２に帰還することによって、後段の光増幅部の出力レベルが一定に制御される。
【００９６】
さらに、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の間に配置された可変光減衰器１１の減衰量を、ＡＬＣ回路１４_１により、光分岐カプラ１２とホトカプラ１３からなる段間の光レベルモニタ部で検出された光レベルに応じて制御することによって、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定に保たれる。
【００９７】
従って、後段の光増幅部２の光入力レベルが一定であるため、後段の光増幅部２の動作は、実質上、ＡＧＣ制御されたものと等価であり、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の利得波長特性は、組み合わせた状態で、均一な利得が得られるように設定されるので、前段の光増幅部１と後段の光増幅部２の全体として、利得波長特性が光入力パワーに無依存となる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送装置及び波長多重光通信システムは、第一光増幅手段と第二光増幅手段と光可変減衰手段とを含む光伝送装置を備え、第一及び第二の光増幅手段の利得を制御して、波長多重光信号の各波長の光信号に対して、等しい利得で増幅するものであり、従って、波長多重光信号の一括増幅における利得の波長依存性がなく、且つ入力パワーによる変化も生じないものとなり、波長多重光信号を増幅して送信する波長多重光通信システムの安定な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（１）を示す図である。
【図２】本発明の実施例（２）における動作原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例（３）を示す図である。
【図４】本発明の実施例（３）における動作原理を示す図である。
【図５】本発明の実施例（４）を示す図である。
【図６】本発明の実施例（４）における動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例（５）における合波器の特性を示す図である。
【図８】本発明の実施例（７）を示す図である。
【図９】本発明の実施例（８）を示す図である。
【図１０】本発明の実施例（９）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例（１０）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例（１１）を示す図である。
【図１３】本発明の実施例（１２）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例（１３）を示す図である。
【符号の説明】
１光増幅部
２光増幅部
３_１光分岐カプラ
３_２光分岐カプラ
３_３光分岐カプラ
３_４光分岐カプラ
４_１ホトダイオード（ＰＤ）
４_２ホトダイオード（ＰＤ）
４_３ホトダイオード（ＰＤ）
４_４ホトダイオード（ＰＤ）
５_１信号光・励起光分波カプラ
５_２信号光・励起光分波カプラ
５_３信号光・励起光分波カプラ
５_４信号光・励起光分波カプラ
６_１ＡＧＣ回路
６_２ＡＧＣ回路
７稀土類ドープファイバ
８稀土類ドープファイバ
９_１励起光源
９_２励起光源
１０ＡＰＣ回路
１１可変光減衰器（ＡＴＴ）
１２ＡＬＣ用光分岐カプラ
１３ホトダイオード
１４ＡＬＣ回路
１４_１ＡＬＣ回路
１４_２ＡＬＣ回路
１５光フィルタ
１６_１１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１６_２１５３０／１５５０ＷＤＭカプラ
１７_１ホトダイオード（ＰＤ）
１７_２ホトダイオード（ＰＤ）
１８_１ホトダイオード（ＰＤ）
１８_２ホトダイオード（ＰＤ）
２０_１ホトダイオード（ＰＤ）
２０_２ホトダイオード（ＰＤ）[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an optical transmission device for amplifying and transmitting a wavelength multiplexed optical signal, and a wavelength multiplexing optical communication system using the optical transmission device.
[0002]
In recent years, optical communication networks are rapidly penetrating the telecommunications field, but in the future it is essential to respond to multimedia, and as a countermeasure, increasing the capacity by wavelength multiplexing is promising. For this purpose, a wavelength division multiplexing optical amplifying means for amplifying a wavelength division multiplexing optical signal is essential.
[0003]
In such a wavelength division multiplexing optical amplifying means, it is required that there is no wavelength dependence of the gain at the time of collectively amplifying the wavelength division multiplexing optical signal, and further that the change in the input power does not cause the wavelength dependence of the gain.
[0004]
[Prior art]
Various types of optical amplifiers that directly amplify light by using an optical fiber doped with a rare earth element are already known, and wavelength multiplexing that collectively amplifies wavelength multiplexed optical signals using such a rare earth doped fiber optical amplifier is known. Some optical amplifiers have been developed.
[0005]
However, the region where the gain of a rare earth-doped fiber optical amplifier does not have wavelength dependence is generally very narrow, and a practically usable optical amplifier for a wavelength division multiplexing system has not been known.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, the input power changes even if the gain of the signal light of each wavelength is the same, even if the gain of the signal light of each wavelength is the same at the time of collective amplification of the wavelength multiplexed optical signal by the rare earth doped fiber optical amplifier. The wavelength dependency of the gain that occurs in this case causes a deterioration in the signal-to-noise ratio for a specific signal light, which hinders the realization of an optical amplifier for wavelength multiplexing.
[0007]
The present invention is to solve such a problem of the prior art, there is no wavelength dependence of the gain at the time of multi-wavelength batch amplification, the wavelength dependence of the gain is not changed by the magnitude of the input power, and It is intended to suppress fluctuations in output power.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The optical transmission device of the present invention, which will be described with reference to FIG. 1, includes first optical amplifying means (a preceding optical amplifying unit 1) for amplifying a wavelength-division multiplexed optical signal including a plurality of input optical signals having different wavelengths. An optical variable attenuator (variable optical attenuator 11) for attenuating the first amplified wavelength multiplexed optical signal output from the first optical amplifier with a controlled amount of attenuation, and an attenuated first amplified wavelength multiplexed optical signal. Amplifying the wavelength-multiplexed optical signal with a gain equal to the wavelength and outputting a second amplified wavelength-multiplexed optical signal. A configuration is provided for controlling the gains of the first optical amplifying means (the first optical amplifying unit 1) and the second optical amplifying means (the second optical amplifying unit 2) so that a multiplexed optical signal is obtained.
[0009]
A first optical amplifying means (a preceding optical amplifying unit 1) for amplifying a wavelength-division multiplexed optical signal including a plurality of optical signals having different wavelengths, and a first amplified wavelength multiplexing output from the first optical amplifying means; A second optical amplifying unit (later-stage optical amplifying unit 2) for amplifying an optical signal and outputting a second amplified wavelength multiplexed optical signal; and a first optical amplifying unit and a second amplifying unit. A variable optical attenuator (variable optical attenuator 11) for attenuating the first amplified wavelength-multiplexed optical signal input to the second optical amplifier based on the amplified wavelength-multiplexed optical signal or the second amplified wavelength-multiplexed optical signal; The first optical amplification is performed so that the wavelength multiplexed optical signal is amplified with the same gain with respect to the wavelength, that is, the optical signal of each wavelength of the wavelength multiplexed optical signal is amplified with the same gain to obtain the second amplified wavelength multiplexed optical signal. The gain of the means (the optical amplification unit 1 in the former stage and the optical amplification unit 2 (the optical amplification unit 2 in the latter stage)) It has a Gosuru configuration.
[0010]
A wavelength division multiplexing optical communication system according to the present invention includes a device that multiplexes a plurality of optical signals having different wavelengths to transmit a wavelength division multiplexed optical signal, an optical transmission device that amplifies the wavelength division multiplexed optical signal, and a signal transmitted from the optical transmission device. And a device for receiving the amplified wavelength-division multiplexed optical signal. The optical transmission device comprises: a first optical amplifying unit (a preceding optical amplifying unit 1) for amplifying the wavelength-division multiplexed optical signal; Variable optical attenuator (variable optical attenuator 11) for attenuating the output first amplified WDM optical signal with a controlled amount of attenuation, and amplifying the first amplified WDM optical signal attenuated by the variable optical attenuator. And a second optical amplifying means (an optical amplifier 2 at the subsequent stage) for outputting the amplified wavelength-division multiplexed optical signal, and amplify the wavelength-division multiplexed optical signal with a gain equal to the wavelength. Optical amplification means (first stage optical amplifier 1) and second optical amplifier And a configuration in which gain (light amplification section 2 below) is controlled.
[0011]
A device for multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths to transmit a wavelength multiplexed optical signal, an optical transmission device for amplifying the wavelength multiplexed optical signal, and an amplified wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device. The optical transmission apparatus comprises: a first optical amplifying unit (a previous stage optical amplifying unit 1) for amplifying a wavelength multiplexed optical signal; and a first amplified wavelength multiplexed light output from the first optical amplifying unit. A second optical amplifying unit (later-stage optical amplifying unit 2) for amplifying a signal and outputting an amplified wavelength multiplexed optical signal, provided between the first optical amplifying unit and the second optical amplifying unit; An optical variable attenuator (variable optical attenuator 11) for attenuating the first amplified wavelength multiplexed optical signal input to the second optical amplifier based on the first amplified wavelength multiplexed optical signal or the amplified wavelength multiplexed optical signal; And amplify the wavelength division multiplexed optical signal with the same gain for the wavelength. A has a configuration in which the gain of the first optical amplifying means (former stage optical amplification unit 1) and the second optical amplifying means (latter stage optical amplification section 2) is controlled.
[0012]
[Action]
The wavelength dependence of the gain that occurs when batch amplification of wavelength-multiplexed optical signals is performed, or the wavelength dependence of the gain that occurs when the input power changes even if the gain of the optical signal of each wavelength is initially the same. Cascading the first optical amplifying means and the second optical amplifying means, for example, monitoring the input power and the output power, respectively, applying feedback to each pump light source, and making the gain of each amplifying means constant By performing AGC (Automatic Gain Control) control, the wavelength dependence of the gain of each optical amplifying unit can be kept constant even when the input power changes.
[0013]
Also, in a wavelength multiplexing optical communication system, when a wavelength multiplexing optical signal is amplified and transmitted by an optical transmission device, it is possible to transmit the same optical signal power of each wavelength, thereby enabling stable wavelength multiplexing optical communication. Become.
[0014]
【Example】
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, (1). Rare earth doped fibers 7, 8 and an excitation light source 9 for exciting the rare earth doped fibers, respectively. _1, 9 ₂ The first-stage optical amplifier 1 (first optical amplifier) and the second-stage optical amplifier 2 (second optical amplifier) are connected in cascade, and input signal light is supplied to the first-stage optical amplifier 1. Branching optical branching coupler 3 ₁ And the optical branching coupler 3 ₁ Photodiode 4 for detecting the level of light split by ₁ And an optical branching coupler 3 for branching the output signal light ₂ And the optical branching coupler 3 ₂ Photodiode 4 for detecting the level of light split by ₂ And both photodiodes 4 _1, 4 ₂ Excitation light source 9 so that the ratio of the detection levels of ₁ AGC circuit 6 that feeds back to ₁ And an AGC control to make the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 1 in the former stage independent or less dependent on the input power, and to the optical amplifier 2 in the latter stage to split the input signal light into an optical branching coupler. 3 ₃ And the optical branching coupler 3 ₃ Photodiode 4 for detecting the level of light split by ₃ And an optical branching coupler 3 for branching the output signal light ₄ And the optical branching coupler 3 ₄ Photodiode 4 for detecting the level of light split by ₄ And both photodiodes 4 _3, 4 ₄ Excitation light source 9 so that the ratio of the detection levels of ₂ AGC circuit 6 that feeds back to ₂ Is provided so that the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is made independent or less dependent on the input power by the AGC control, and the wavelength characteristic of the gain of the optical amplifier 1 at the previous stage is compensated. An ALC optical branching coupler 12 for providing a gain wavelength characteristic for making the gain wavelength characteristic of the optical amplifier uniform to the subsequent optical amplifier 2 and further branching the output signal light of the latter optical amplifier 2; A photodiode 13 for detecting the level of light split by the coupler 12, a variable optical attenuator 11 (optical variable attenuating means) inserted between the optical amplifier 1 in the preceding stage and the optical amplifier 2 in the subsequent stage, and a photodiode 13 The ALC circuit 14 is provided to control the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 in accordance with the detection level and to keep the optical output power of the optical amplifier 2 at the subsequent stage constant.
[0015]
(2). Also, the variable optical attenuator 11 is inserted between the optical amplifier 2 at the subsequent stage and the optical branching coupler 12 for ALC.
[0016]
(3). Further, the ALC optical branching coupler 12 is inserted between the variable optical attenuator 11 and the optical amplifier 2 at the subsequent stage.
[0017]
(4). In addition, the ALC circuit 14 is an optical branching coupler 3 on the input side of the optical amplifying section 2 at the subsequent stage. ₃ The optical input level of the subsequent optical amplification unit 2 is kept constant based on the branched light.
[0018]
(5). Also, an excitation light source 9 is ₂ By providing the APC circuit 10 that keeps the optical output of the optical amplifier constant, the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is made independent of the input power.
[0019]
(6). An optical branching coupler 3 for branching the output signal light is provided to an optical amplifier 2 at the subsequent stage. ₄ And the optical branching coupler 3 ₄ Photodiode 4 for detecting the level of light branched by ₄ And photodiode 4 ₄ Excitation light source 9 according to the detection level of ₂ Circuit 14 for controlling the output level of the ALC to be constant ₂ And an ALC optical branching coupler 12 is inserted between the variable optical attenuator 11 and the optical amplifier 2 at the subsequent stage.
[0020]
(7). Also, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 1 in the preceding stage. ₁ Is a photodiode 20 for detecting the level of spontaneous emission light leaking from the side surface of the rare earth doped fiber 7. ₁ And the photodiode 20 ₁ Excitation light source 9 so that the detection level of ₁ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 1 at the preceding stage is made independent of the input power or has a small dependence. Alternatively, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 2 in the subsequent stage ₂ Is a photodiode 20 for detecting the level of spontaneous emission light leaking from the side surface of the rare earth doped fiber 8. ₂ And the photodiode 20 ₂ Excitation light source 9 so that the detection level of ₂ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is made independent of the input power or has a small dependence. Or AGC circuit 6 ₁ And AGC circuit 6 ₂ Are configured as described above.
[0021]
(8). Also, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 1 in the preceding stage. ₁ Is a WDM coupler 16 that separates backward spontaneous emission light propagating in the rare earth doped fiber 7 in the input side direction. ₁ And the WDM coupler 16 ₁ Photodiode 17 for detecting the level of spontaneous emission light separated by ₁ And the photodiode 17 ₁ Excitation light source 9 so that the detection level of ₁ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 1 at the preceding stage is made independent of the input power or has a small dependence. Alternatively, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 2 in the subsequent stage ₂ Is a WDM coupler 16 for separating backward spontaneous emission light propagating in the rare earth doped fiber 8 in the input side direction. ₂ And the WDM coupler 16 ₂ Photodiode 17 for detecting the level of spontaneous emission light separated by ₂ And the photodiode 17 ₂ Excitation light source 9 so that the detection level of ₂ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is made independent of the input power or has a small dependence. Or AGC circuit 6 ₁ And AGC circuit 6 ₂ Are configured as described above.
[0022]
(9). Also, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 1 in the preceding stage. ₁ The pumping light propagating through the rare-earth doped fiber 7 is ₁ Signal / excitation light splitter coupler 5 separated at the opposite end ₃ And signal light / pumping light demultiplexing coupler 5 ₃ Photodiode 18 for detecting the level of the excitation light separated by ₁ And the photodiode 18 ₁ Excitation light source 9 so that the detection level of ₁ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 1 at the preceding stage is made independent of the input power or has a small dependence. Alternatively, the AGC circuit 6 of the optical amplifier 2 in the subsequent stage ₂ The pumping light propagating through the rare-earth doped fiber 8 is converted into an excitation light source 9 of the rare-earth doped fiber 8. ₂ Signal / excitation light splitter coupler 5 separated at the opposite end ₄ And signal light / pumping light demultiplexing coupler 5 ₄ Photodiode 18 for detecting the level of the excitation light separated by ₂ And the photodiode 18 ₂ Excitation light source 9 so that the detection level of ₂ , The gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is made independent of the input power or has a small dependence. Or AGC circuit 6 ₁ And AGC circuit 6 ₂ Are configured as described above.
[0023]
(10). Also, the optical amplifier 1 at the front stage and the optical amplifier 2 at the latter stage have a linear or nearly linear gain wavelength characteristic having equal gradients in opposite directions based on the gain wavelength characteristics of the rare earth doped fibers 7 and 8. Have.
[0024]
(11). The rare earth doped fibers 7 and 8 are made of alumina (Al). ₂ O ₃ ) At a high concentration of erbium (Er) doped fiber.
[0025]
(12). The optical amplifier 1 at the front stage has a high gain on the short wavelength side and the optical amplifier 2 at the rear stage has a gain wavelength characteristic of a high gain on the long wavelength side.
[0026]
(13). In addition, the gain wavelength characteristic of the subsequent optical amplifier 2 is set to have a longer wavelength side gain, a shorter wavelength side gain smaller than that corresponding to the gain wavelength characteristic of the former stage optical amplifier unit 1, or a longer wavelength. The optical filter 15 having a wavelength characteristic whose transmittance on the short wavelength side is larger than the transmittance on the long wavelength side while increasing the gain on the short side and the gain on the short wavelength side is combined with the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier in the latter stage. It can be inserted between the sections 2 to make the gain wavelength characteristics of the entire optical amplifier uniform.
[0027]
(14). In addition, the gain wavelength characteristic of the subsequent optical amplifier 2 is set to have a longer wavelength side gain, a shorter wavelength side gain smaller than that corresponding to the gain wavelength characteristic of the former stage optical amplifier unit 1, or a longer wavelength. In addition to increasing the gain on the short side and decreasing the gain on the short wavelength side, an optical filter 15 having a wavelength characteristic with a slope in which the transmittance on the short wavelength side is larger than the transmittance on the long wavelength side is inserted after the optical amplifier 2 at the subsequent stage. Thus, the gain wavelength characteristics of the entire optical amplifier can be made uniform.
[0028]
(15). In addition, the gain wavelength characteristic of the subsequent optical amplifier 2 is set to have a longer wavelength side gain, a shorter wavelength side gain smaller than that corresponding to the gain wavelength characteristic of the former stage optical amplifier unit 1, or a longer wavelength. To increase the gain on the short side and decrease the gain on the short wavelength side, and to combine the pumping multiplexer when the upstream optical amplifier 1 is backward pumping or the pumping multiplexer when the downstream optical amplifier 2 is forward pumping. However, by setting the transmittance on the short wavelength side to have a wavelength characteristic with a slope larger than the transmittance on the long wavelength side, the gain wavelength characteristic of the entire optical amplifier is made uniform.
[0029]
(16). In addition, the gain wavelength characteristic of the subsequent optical amplifier 2 is set to have a longer wavelength side gain, a shorter wavelength side gain smaller than that corresponding to the gain wavelength characteristic of the former stage optical amplifier unit 1, or a longer wavelength. In addition to increasing the gain on the short side and reducing the gain on the short wavelength side, the pumping multiplexer in the case where the optical amplification unit 2 at the subsequent stage performs backward pumping has an advantage that the transmittance on the short wavelength side is larger than the transmittance on the long wavelength side. To make the overall gain wavelength characteristic of the optical amplifier uniform.
[0030]
Next, a description will be given with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment (1) of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first-stage optical amplifier (first optical amplifier), 2 denotes a second-stage optical amplifier (second optical amplifier), ₁ ~ 3 ₄ Is an optical branching coupler, 4 ₁ ~ 4 ₄ Are photodiodes (PD), 5 _1, 5 ₂ Denotes an optical coupler for multiplexing / demultiplexing signal light and pump light; _1, 6 ₂ Is an AGC circuit, 7 is a rare earth doped fiber in a preceding stage, 8 is a rare earth doped fiber in a subsequent stage, 9 _1, 9 ₂ Denotes an excitation light source (PS), 11 denotes a variable optical attenuator (ATT) (optical variable attenuating means), 12 denotes an optical branching coupler for ALC, 13 denotes a photodiode (PD), and 14 denotes an ALC (Automatic Level Control) circuit. The input means for the wavelength multiplexed optical signal and the means for receiving the wavelength multiplexed optical signal are not shown, but various means can be applied.
[0031]
In the configuration shown in FIG. ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0032]
Similarly, in the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₃ And photodiode 4 ₃ And a branch optical coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The ratio of the light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₂ Return to.
[0033]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are made irrelevant to the optical input. The gain wavelength characteristics of the first and second optical amplifiers 1 and 2 are set such that a uniform gain can be obtained in a combined state.
[0034]
Further, the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 disposed between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage was detected by the ALC circuit 14 by the optical level monitor of the latter stage comprising the photodiode 13. By controlling according to the optical level, the optical output level of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is kept constant.
[0035]
The variable optical attenuator 11 includes a Faraday rotator and lithium niobate (LiNbO ₃ ) A device utilizing the electro-optic effect of a crystal can be used.
[0036]
Hereinafter, a method of canceling the gain difference between optical signals of each wavelength using a two-stage configuration will be described. In each optical amplifier, the gain is kept constant by performing AGC control, so that the wavelength dependence of the gain is kept constant in a wide input range.
[0037]
Then, the AGC control setting level such that the gain wavelength characteristic is uniform, that is, flat, in the output spectrum of each of the optical amplifier in the former stage and the optical amplifier in the latter stage is set to G. _{0, 1,} G _0,2 , The set level G of the AGC control between the optical amplifier in the preceding stage and the optical amplifier in the subsequent stage _1, G ₂ And G ₁ ≧ G _{0, 1,} G ₂ ≤G _0,2 Not only cancels out the wavelength dependence of the gain at each signal wavelength in the subsequent optical amplifying section, but also because the preceding optical amplifying section has a high gain, the low noise characteristic can be obtained in a wide input range. Can be realized.
[0038]
In the configuration of FIG. 1, the forward pumping configuration is used. However, the principle is the same in the backward pumping configuration. The optical input monitor and the optical output monitor include a case where a part (a part of the wavelength) of the optical input power or the optical output power is detected through an optical filter having a wavelength characteristic.
[0039]
FIG. 2 shows the operation principle in the embodiment (2) of the present invention. In FIG. 2, (a) shows the gain wavelength characteristic of the upstream optical amplifier, (b) shows the gain wavelength characteristic of the downstream optical amplifier, and (c) shows the upstream optical amplifier and the downstream optical amplifier cascaded. This is a gain wavelength characteristic in a two-stage configuration when connected, where λ (nm) is the wavelength of light and G (dB) is the gain. The configuration in the case of the embodiment (2) is the same as that shown in FIG.
[0040]
As rare earth doped fiber, alumina (Al ₂ O ₃ By using an erbium (Er) -doped fiber doped with a high concentration of), a gain band characteristic in which the gain wavelength characteristic is almost linear as shown in FIG. 2 can be provided in an amplification band near 1550 nm. .
[0041]
In the amplification band near 1550 nm, when the excitation rate is high, the gain on the short wavelength side is high and the gain on the long wavelength side is high, depending on the characteristics of absorption and emission of Er ions in the above-mentioned Er-doped fiber with high concentration of alumina. When the gain is low but the excitation rate is low, the gain on the long wavelength side is high and the gain on the short wavelength side is low. In the embodiment (2), in the optical amplifier in the preceding stage, for example, by increasing the fiber length and increasing the pumping ratio, the characteristic is such that the gain is lower on the long wavelength side as shown in FIG. On the other hand, in the optical amplifier at the subsequent stage, for example, the gain on the long wavelength side is increased as shown in FIG.
[0042]
By these two characteristics, the mutual gain inclination between the optical amplifier in the former stage and the optical amplifier in the latter stage is offset, and as a whole, as shown in FIG. In addition, lowering the noise figure by increasing the optical amplification section at the front stage to a high pumping rate, and improving the pumping efficiency by lowering the optical amplification section at the subsequent stage to increase the output power and reducing power consumption can do.
[0043]
As an experimental example obtained by actually constructing an optical amplifier, in the case of four-wave (1548 nm, 1551 nm, 1554 nm, 1557 nm) amplification, at the optical input level of -25 dBm to -15 dBm, the optical amplifier in the preceding stage has the maximum pump light. When the power is 160 mW (980 nm), the gain is 20 dB, the gain tilt is 1.5 dB, and the optical amplifier at the subsequent stage has a noise figure when the output in each channel is +7 dBm at the maximum pumping light power of 100 mW (1480 nm). A maximum of 5.6 dB and a maximum gain tilt of 0.2 dB were obtained.
[0044]
FIG. 3 shows an embodiment (3) of the present invention, in which the same components as those in FIG. 1 are indicated by the same numbers, and 15 is an optical filter for compensating wavelength characteristics, Is inserted on the input side. FIG. 4 shows the principle of operation in the embodiment (3) of the present invention. In FIG. 4, (a) shows the gain wavelength characteristic of the preceding optical amplifier, (b) shows the gain wavelength characteristic of the combination of the former optical amplifier and the wavelength characteristic compensating optical filter, and (c) shows the latter optical amplifier. (D) shows an outline of the overall gain wavelength characteristic.
[0045]
In the configuration of FIG. 3, in the optical amplifier 1 in the previous stage, the optical branching coupler 3 ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0046]
Similarly, in the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₃ And photodiode 4 ₃ And a branch optical coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The ratio of the light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₂ Return to.
[0047]
As a result, the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 at the front stage and the optical amplifier 2 at the subsequent stage are made irrelevant to the optical input or in a state where the input dependency is small. The wavelength characteristic compensating optical filter 15 further enhances the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 1 at the preceding stage, and the gain wavelength characteristic of the optical amplifier 2 at the subsequent stage has a finally uniform gain wavelength characteristic. Set.
[0048]
Further, the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 disposed between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage was detected by the ALC circuit 14 by the optical level monitor of the latter stage comprising the photodiode 13. By controlling according to the optical level, the optical output level of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is kept constant.
[0049]
Accordingly, in the upstream optical amplifier, as shown in FIG. 4A, the pumping ratio of the upstream optical amplifier is improved so that the longer wavelength side has a low gain characteristic, thereby contributing to a lower noise figure. Through the wavelength characteristic compensating optical filter, the inclination is further increased as shown in (b), and in the subsequent optical amplifying unit, as shown in (c), the pumping rate is made lower so that the longer wavelength side has extremely high characteristics. Further, the pumping efficiency of the subsequent optical amplifier can be improved, and higher output and lower power consumption can be achieved.
[0050]
These characteristics cancel out the mutual gain gradient between the optical amplifier at the preceding stage and the optical amplifier at the subsequent stage, and as a whole, spectral characteristics with uniform gain can be obtained as shown in (d). .
[0051]
FIG. 5 shows an embodiment (4) of the present invention, in which the same components as those in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals, and 15 is an optical filter for compensating wavelength characteristics. Side is inserted. FIG. 6 shows the operation principle of the embodiment (4) of the present invention. In FIG. 6, (a) shows the gain wavelength characteristic of the preceding optical amplifier, (b) shows the gain wavelength characteristic of the latter optical amplifier, and (c) shows the combination of the latter optical amplifier and the wavelength characteristic compensating optical filter. (D) is the gain wavelength characteristic obtained as a whole.
[0052]
In the configuration of FIG. 5, in the optical amplifier 1 at the preceding stage, the optical branching coupler 3 ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0053]
Similarly, in the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₃ And photodiode 4 ₃ And a branch optical coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The ratio of the light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₂ Return to.
[0054]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are made irrelevant to the optical input. Therefore, the gain is corrected to a certain degree by the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 and the optical amplifier 2 in the subsequent stage. However, the optical filter 15 for compensating the wavelength characteristic on the output side of the optical amplifier in the subsequent stage is finally used. Have a uniform gain characteristic. Further, the optical output level is kept constant by the variable optical attenuator 11 arranged between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage.
[0055]
Therefore, as shown in FIG. 6, in the upstream optical amplifier, the pumping rate of the upstream optical amplifier is improved so that the longer wavelength side has a low gain characteristic as shown in FIG. In the latter stage of the optical amplifying unit, the pumping efficiency is set low so that the long wavelength side has extremely high gain as shown in (b), and the pumping efficiency of the subsequent stage amplifying unit is further improved. In this way, higher output and lower power consumption can be achieved.
[0056]
At this point, the gain on the long wavelength side is still high as in (c), but finally, the inclination of the gain is canceled by passing through the wavelength characteristic compensating optical filter 15, and as a whole, (d) As can be seen from FIG.
[0057]
The wavelength characteristic compensating optical filter 15 shown in FIG. 5 can be used as a gain tilt filter by adjusting the wavelength period of the fusion-coupled coupler. In this example, at a point of about 3 dB down, a linear gain slope is obtained.
[0058]
As an embodiment (5) of the present invention, the wavelength characteristic compensating optical filter 15 shown in the embodiment (3) is also used as a multiplexing coupler, so that the wavelength on the input side of the optical amplifier 2 in the subsequent stage is used. The characteristic compensation optical filter can be omitted. The configuration in this case is the same as the configuration shown in FIG. However, in this case, it is necessary that at least the upstream optical amplifier 1 is backward pumped or that the downstream optical amplifier 2 is forward pumped.
[0059]
7A and 7B show the characteristics of the multiplexer in the embodiment (5) of the present invention. FIG. 7A shows the configuration of the multiplexer and the excitation light source, and FIG. 7B shows the transmission of the multiplexer. The characteristics are shown. In the figure, reference numeral 21 denotes a multiplexer, and reference numeral 22 denotes an excitation light source. In the transmission characteristics of the multiplexer, λ _p Is the wavelength of the excitation light, λ _s Is the wavelength of the signal light, λ _s1 ~ Λ _sn Indicates the band of the signal light. A solid line indicates a characteristic normally used for communication, and a dotted line indicates a case where the characteristic is changed.
[0060]
The multiplexer 21 shown in FIG. 7A is a multiplexer for backward pumping of the optical amplifier in the preceding stage or a multiplexer for forward pumping of the optical amplifier in the later stage, and has a wavelength λ. _S1 ~ Λ _Sn As shown by the dotted line A in FIG. 7B, in the signal light band of FIG. 7B, the wavelength characteristic is inclined so that the gain wavelength characteristic of the wavelength characteristic compensating optical filter in the case of the embodiment (3) can be improved. Similar characteristics can be provided, and as a result, as shown in FIG. 4C, the excitation efficiency of the subsequent optical amplifier can be improved.
[0061]
As the embodiment (6) of the present invention, the wavelength characteristic compensating optical filter shown in the embodiment (4) is also used as a multiplexing coupler, so that the wavelength characteristic on the output side of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is obtained. The compensating optical filter can be omitted. The configuration in this case is the same as the configuration shown in FIG. However, in this case, it is necessary that at least the optical amplifier 2 at the subsequent stage is backward pumped.
[0062]
The multiplexer 21 shown in FIG. 7A is used as a multiplexer for backward pumping of the optical amplifier 2 at the subsequent stage, and has a wavelength λ. _S1 ~ Λ _Sn As shown in FIG. 7 (b), in the signal light band of (1), the wavelength characteristics are inclined to provide the same characteristics as the gain wavelength characteristics of the wavelength characteristic compensating optical filter of the embodiment (4). As a result, as shown in FIG. 6B, it is possible to improve the pumping efficiency of the optical amplification unit 2 at the subsequent stage.
[0063]
In addition, about Examples (3)-(6), these means can also be used in combination.
[0064]
FIG. 8 shows an embodiment (7) of the present invention, in which the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and 10 is an APC (Automatic Power Control) circuit.
[0065]
In the configuration of FIG. 8, in the optical amplifier 1 at the previous stage, the optical branching coupler 3 ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0066]
In the optical amplifier 2 in the subsequent stage, the APC circuit 10 causes the pump light source 9 to emit light. ₂ To the excitation light source 9 ₂ Are controlled so that the output of the pump light becomes constant. In the optical amplifier 2 in the subsequent stage, the optical input / output conditions are kept almost constant by the variable optical attenuator 11, so that the APC control for making the pumping light output constant is performed, so that the gain wavelength characteristic becomes the input power. Control is simplified to make it independent.
[0067]
In this case, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are set so as to be uniform when combined. Further, the optical output level is kept constant by the variable optical attenuator 11 disposed between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage.
[0068]
FIG. 9 shows an embodiment (8) of the present invention, in which the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. However, the difference is that the variable optical attenuator 11 is inserted on the output side of the optical amplifier 2 at the subsequent stage.
[0069]
In the configuration shown in FIG. ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0070]
Similarly, in the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₃ And photodiode 4 ₃ And a branch optical coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The ratio of the light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₂ Return to.
[0071]
As a result, the gain wavelength characteristics of the upstream optical amplifier 1 and the downstream optical amplifier 2 are made independent of the optical input power. The gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are set so that a uniform gain can be obtained in a combined state.
[0072]
Further, the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 disposed behind the optical amplifier 2 at the subsequent stage is detected by the ALC circuit 14 at the optical level monitor unit at the subsequent stage comprising the optical branching coupler 12 and the photodiode 13. By controlling according to the optical level, the optical output level of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is kept constant.
[0073]
In this case, since there is no increase in gain loss between the optical amplifier 1 in the preceding stage and the optical amplifier 2 in the subsequent stage, the noise figure does not deteriorate much, but the light in the subsequent stage in front of the variable optical attenuator 11 is not increased. Since the output level of the amplifier 2 is required to be high, a much higher excitation light energy is required as compared with the case of the embodiment (1).
[0074]
Embodiments (9) to (11) shown below relate to means for controlling the optical gain to be constant. The AGC control methods shown in these embodiments can be arbitrarily mixed and implemented, including the case of the embodiment (1). That is, the AGC control method shown in the same embodiment may be applied to the optical amplifier 1 in the preceding stage and the optical amplifier 2 in the latter stage. The present invention may be applied to the amplifying unit 1 and the subsequent optical amplifying unit 2, respectively, and the combination in this case is arbitrary.
[0075]
FIG. 10 shows an embodiment (9) of the present invention, in which the same components as those in FIG. _1, 20 ₂ Is a lateral photodiode (PD).
[0076]
In the configuration of FIG. 10, the pre-stage optical amplification unit 1 outputs spontaneous emission light (Amplified Spontaneous Emission: ASE) leaking from the side surface of the pre-stage rare-earth doped fiber 7 to the lateral photodiode 20. ₁ AGC circuit 6 ₁ To the excitation light source 9 ₁ AGC control for maintaining the gain of the optical amplifier 1 in the preceding stage constant by controlling the pumping power of the optical amplifier and maintaining the level of the spontaneous emission light constant.
[0077]
Similarly, in the optical amplifier 2 in the subsequent stage, the spontaneous emission light leaking from the side surface of the rare-earth doped fiber 8 in the latter stage is also transmitted to the lateral photodiode 20. ₂ AGC circuit 6 ₂ To the excitation light source 9 ₂ AGC control for maintaining the gain of the subsequent optical amplifier 2 at a constant level by controlling the pumping power of the optical amplifier and maintaining the level of the spontaneous emission light constant.
[0078]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 can be made independent of the optical input level. Further, the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage are set to have a uniform gain when combined. Further, the optical output level is kept constant by the variable optical attenuator 11 arranged between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage.
[0079]
FIG. 11 shows an embodiment (10) of the present invention, in which the same components as those in FIG. _1, 16 ₂ Is a 1530/1550 WDM coupler, which separates light (spontaneous emission light) in the 1530 nm band from light (signal light) in the 1550 nm band. 17 _1, 17 ₂ Is an ASE detection photodiode (PD) for detecting spontaneous emission light (ASE).
[0080]
In the configuration of FIG. 11, in the optical amplifier 1 in the front stage, the rear ASE (1530 nm) propagating in the input side direction in the rare earth doped fiber 7 in the front stage is converted into a 1530/1550 WDM coupler 16. ₁ ASE detection photodiode 17 ₁ AGC circuit 6 ₁ To the excitation light source 9 ₁ AGC control for maintaining the gain of the optical amplifier 1 at the preceding stage constant is performed by controlling the pumping power of the optical amplifier 1 and keeping the level of the rear ASE constant.
[0081]
Similarly, in the rear-stage optical amplifier 2, the rear ASE (1530 nm) propagating in the input direction through the rear-stage rare-earth doped fiber 8 is also converted into a 1530/1550 WDM coupler 16. ₂ ASE detection photodiode 17 ₂ AGC circuit 6 ₂ To the excitation light source 9 ₂ AGC control for maintaining the gain of the optical amplifier 2 at the preceding stage constant is performed by controlling the pumping power of the optical amplifier 2 to keep the level of the rear ASE constant.
[0082]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 can be made independent of the optical input level. Further, the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage are set to have a uniform gain when combined. Further, the optical output level is kept constant by the variable optical attenuator 11 arranged between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage.
[0083]
FIG. 12 shows an embodiment (11) of the present invention, in which the same components as those in FIG. _3, 5 ₄ Is a signal light / pumping light demultiplexing coupler, 18 _1, 18 ₂ Denotes a photodiode (PD) for detecting residual excitation light.
[0084]
In the configuration shown in FIG. ₁ The pumping light propagating through the rare-earth doped fiber 7 in the preceding stage is converted into a signal light / pumping light splitting coupler 5 disposed at the other end of the rare-earth doped fiber 7. ₃ And the photodiode 18 for detecting the residual excitation light. ₁ At the AGC circuit 6 ₁ To the excitation light source 9 ₁ AGC control for maintaining the gain of the optical amplifier 1 in the preceding stage constant by controlling the pump power of the optical amplifier 1 and keeping the level of the residual pump light constant.
[0085]
Similarly, in the subsequent optical amplifying unit 2, the pump light propagating through the rare-earth doped fiber 8 of the subsequent stage is converted into a signal light / pump light splitter coupler 5 disposed at the other end of the rare-earth doped fiber 8. ₄ And the photodiode 18 for detecting the residual excitation light. ₂ At the AGC circuit 6 ₂ To the excitation light source 9 ₂ AGC control for maintaining the gain of the optical amplifier 2 at the subsequent stage at a constant level is performed by controlling the pump power of the optical amplifier 2 and keeping the level of the residual pump light constant.
[0086]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 can be made independent of the optical input level. Further, the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage are set to have a uniform gain when combined. Further, the optical output level is kept constant by the variable optical attenuator 11 arranged between the optical amplifier 1 in the former stage and the optical amplifier 2 in the latter stage.
[0087]
FIG. 13 shows an embodiment (12) of the present invention, in which the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. However, the difference is that the optical branch coupler 12 is inserted between the variable optical attenuator 11 disposed behind the optical amplifier 1 in the preceding stage and the optical amplifier 2 in the subsequent stage.
[0088]
In the configuration of FIG. 13, in the optical amplifier 1 at the previous stage, ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0089]
Similarly, in the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₃ And photodiode 4 ₃ And a branch optical coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The ratio of the light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₂ Return to.
[0090]
As a result, the gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are made irrelevant to the optical input. The gain wavelength characteristics of the first-stage optical amplifier 1 and the second-stage optical amplifier 2 are set so that a uniform gain can be obtained in a combined state.
[0091]
Further, the ALC circuit 14 determines the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 disposed between the optical amplifier 1 at the preceding stage and the optical amplifier 2 at the subsequent stage by the ALC circuit 14 to monitor the inter-stage optical input comprising the optical branching coupler 12 and the photocoupler 13. By controlling in accordance with the light level detected by the unit, the light input level of the subsequent optical amplifier 2 is kept constant. Therefore, equivalently, control for keeping the optical output constant for the entire optical amplifier is realized.
[0092]
In the embodiment (12), instead of controlling the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 based on the branched light of the optical branch coupler 12, the optical branch coupler 3 on the input side of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is used. ₃ The optical input level of the subsequent optical amplification unit 2 may be kept constant by performing control based on the branched light.
[0093]
FIG. 14 shows an embodiment (13) of the present invention, in which the same components as those in FIG. _1, 14 ₂ Is an ALC circuit.
[0094]
In the configuration of FIG. 14, in the optical amplifier 1 in the preceding stage, the optical branching coupler 3 ₁ And photodiode 4 ₁ And a light splitting coupler 3 ₂ And photodiode 4 ₂ The ratio of the light level detected by the pre-stage light output monitor unit, that is, the optical gain, ₁ The excitation light source 9 is kept constant by controlling the ₁ Return to.
[0095]
In the optical amplifier 2 at the subsequent stage, the optical branching coupler 3 ₄ And photodiode 4 ₄ The light level detected by the post-light output monitor unit consisting of ₂ , The output level of the subsequent optical amplifier is controlled to be constant.
[0096]
Further, the amount of attenuation of the variable optical attenuator 11 disposed between the optical amplifier 1 in the preceding stage and the optical amplifier 2 in the subsequent stage is determined by the ALC circuit 14. ₁ Accordingly, by controlling according to the light level detected by the light level monitoring unit between the stages including the optical branching coupler 12 and the photocoupler 13, the light input level of the optical amplification unit 2 at the subsequent stage is kept constant.
[0097]
Therefore, since the optical input level of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is constant, the operation of the optical amplifier 2 at the subsequent stage is substantially equivalent to that performed by AGC control, and the optical amplifier 1 at the former stage and the optical amplifier at the latter stage are operated. Since the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 2 are set so as to obtain a uniform gain in a combined state, the gain wavelength characteristics of the optical amplifier 1 at the front stage and the optical amplifier 2 at the rear stage are optical as a whole. Independent of input power.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, the optical transmission device and the wavelength division multiplexing optical communication system of the present invention include the optical transmission device including the first optical amplifying unit, the second optical amplifying unit, and the variable optical attenuating unit. The gain of the optical amplifying means is controlled to amplify the optical signal of each wavelength of the wavelength multiplexed optical signal with the same gain. Therefore, the wavelength dependency of the gain in the batch amplification of the wavelength multiplexed optical signal is reduced. As a result, there is no change due to the input power, and a stable operation of the wavelength division multiplexing optical communication system for amplifying and transmitting the wavelength division multiplexing optical signal becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment (1) of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an operation principle in an embodiment (2) of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an embodiment (3) of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an operation principle in the embodiment (3) of the present invention.
FIG. 5 is a view showing an embodiment (4) of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation principle in the embodiment (4) of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of the multiplexer in the embodiment (5) of the present invention.
FIG. 8 is a view showing an embodiment (7) of the present invention.
FIG. 9 is a view showing an embodiment (8) of the present invention.
FIG. 10 is a view showing an embodiment (9) of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment (10) of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment (11) of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an embodiment (12) of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment (13) of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Optical amplifier
2 Optical amplifier
3 ₁ Optical branch coupler
3 ₂ Optical branch coupler
3 ₃ Optical branch coupler
3 ₄ Optical branch coupler
4 ₁ Photodiode (PD)
4 ₂ Photodiode (PD)
4 ₃ Photodiode (PD)
4 ₄ Photodiode (PD)
5 ₁ Signal light / pump light splitter coupler
5 ₂ Signal light / pump light splitter coupler
5 ₃ Signal light / pump light splitter coupler
5 ₄ Signal light / pump light splitter coupler
6 ₁ AGC circuit
6 ₂ AGC circuit
7 Rare earth doped fiber
8. Rare earth doped fiber
9 ₁ Excitation light source
9 ₂ Excitation light source
10 APC circuit
11 Variable optical attenuator (ATT)
12 Optical branching coupler for ALC
13 Photodiode
14 ALC circuit
14 ₁ ALC circuit
14 ₂ ALC circuit
15 Optical filter
16 ₁ 1530/1550 WDM coupler
16 ₂ 1530/1550 WDM coupler
17 ₁ Photodiode (PD)
17 ₂ Photodiode (PD)
18 ₁ Photodiode (PD)
18 ₂ Photodiode (PD)
20 ₁ Photodiode (PD)
20 ₂ Photodiode (PD)

Claims

First optical amplification means for amplifying a wavelength multiplexed optical signal including a plurality of optical signals having different input wavelengths,
Variable optical attenuating means for attenuating the first amplified wavelength-multiplexed optical signal output from the first optical amplifying means with a controlled attenuation amount,
Amplifying the attenuated first amplified wavelength multiplexed optical signal and outputting a second amplified wavelength multiplexed optical signal, comprising a second optical amplifying unit,
A configuration for controlling the gain of the first optical amplifying means and the gain of the second optical amplifying means so as to obtain the second amplified wavelength multiplexed optical signal by amplifying the wavelength multiplexed optical signal with a gain equal to the wavelength. An optical transmission device, comprising:

First optical amplification means for amplifying a wavelength multiplexed optical signal including a plurality of optical signals having different input wavelengths,
A second optical amplifier that amplifies the first amplified wavelength multiplexed optical signal output from the first optical amplifier and outputs a second amplified wavelength multiplexed optical signal,
The first optical amplification unit and the second amplification unit are provided between the second amplification unit, the first amplification wavelength-multiplexed optical signal or the second amplification wavelength-multiplexed optical signal is input to the second optical amplification unit based on the second amplification unit Light variable attenuating means for attenuating the first amplified wavelength multiplexed optical signal,
A configuration for controlling the gain of the first optical amplifying means and the gain of the second optical amplifying means so as to obtain the second amplified wavelength multiplexed optical signal by amplifying the wavelength multiplexed optical signal with a gain equal to the wavelength. An optical transmission device, comprising:

A device for multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths and transmitting a wavelength multiplexed optical signal,
An optical transmission device that amplifies the wavelength multiplexed optical signal,
A device for receiving an amplified wavelength-multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device,
The optical transmission device,
First optical amplification means for amplifying the wavelength multiplexed optical signal,
Variable optical attenuating means for attenuating the first amplified wavelength-multiplexed optical signal output from the first optical amplifying means with a controlled attenuation amount,
Amplifying the attenuated first amplified wavelength-multiplexed optical signal and outputting the amplified wavelength-multiplexed optical signal with second optical amplifying means,
A wavelength multiplexed light, wherein a gain of the first optical amplifying means and a gain of the second optical amplifying means are controlled so as to amplify the wavelength multiplexed optical signal with a gain equal to a wavelength. Communications system.

A device for multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths and transmitting a wavelength multiplexed optical signal,
An optical transmission device that amplifies the wavelength multiplexed optical signal,
A device for receiving an amplified wavelength-multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device,
The optical transmission device,
First optical amplification means for amplifying the wavelength multiplexed optical signal,
A second optical amplifier that amplifies the first amplified wavelength-multiplexed optical signal output from the first optical amplifier and outputs the amplified wavelength-multiplexed optical signal,
The first optical amplification unit and the second optical amplification unit, which are provided between the second optical amplification unit and are input to the second optical amplification unit based on the first amplified wavelength multiplexed optical signal or the amplified wavelength multiplexed optical signal. Light variable attenuating means for attenuating the first amplified wavelength multiplexed optical signal,
A wavelength multiplexed light, wherein a gain of the first optical amplifying means and a gain of the second optical amplifying means are controlled so as to amplify the wavelength multiplexed optical signal with a gain equal to a wavelength. Communications system.