JP3652804B2 - 光伝送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器に係わり、特に入力光レベルをモニタする機能を有する光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークを介して転送される情報量は飛躍的に増加している。また、情報の国際化の進展に伴って長距離通信の需要も急速に増加している。このような長距離伝送では、特に大容量の情報を伝送する場合、光ファイバケーブルが使用されている。ところが、光ファイバを介して信号を伝送する場合、伝送距離が長くなるにつれて信号が減衰してしまう。このため、長距離光伝送においては、通常所定間隔ごとに光増幅器を持った中継ノードを設け、各中継ノードで信号光を増幅して次の中継ノードへ伝送する。
【０００３】
光増幅器としては、様々な形態が開発されているが、その中の１つとして光ファイバ増幅器が知られている。特に、１５５０ｎｍ帯においては、エルビウムなどの希土類物質が注入された希土類ドープ光ファイバを用いた光増幅器が広く利用されている。希土類ドープ光ファイバは、信号光とは別に入力される励起光によって希土類物質などを励起状態とし、その励起エネルギーによって光ファイバを通過する信号光を増幅させる構成である。
【０００４】
上記構成の光増幅器は、入力光レベルをモニタする機構を有しているものもある。すなわち、入力光レベルをモニタし、そのレベルが所定値よりも低下したときには、信号が伝送されてきていないとみなす。信号が伝送されてきていなければ、そのときの入力光を増幅する必要がないので、希土類物質を励起させるための励起光を停止する。このような構成とすることにより、励起光を出力する光源（通常、レーザ）の消費電力を抑えることができる。さらに、光増幅器が雑音源になることを防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光増幅器を用いた光通信システムにおいては、各光増幅器において発生する雑音が累積される。このため、特に多数の光増幅器が直列に設けられる伝送区間では、各光増幅器において発生する雑音をできるだけ小さくする必要がある。光増幅器の雑音は、入力信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）に対する出力光のＳ／Ｎによって表され、雑音指数と呼ばれる。
【０００６】
上記構成の光増幅器では、入力光レベルをモニタする機構が低雑音化を妨げる原因の１つである。すなわち、入力光レベルをモニタするためには、通常、光カプラ等を用いて入力光の一部を分岐し、その分岐された光をフォトダイオード等で検出することによって入力光レベルを算出する。このため、入力光の一部が出力側へは伝送されずに損失になり、そのことによって雑音指数が劣化してしまう。特に、入力側の伝送路が長い場合など、入力光レベルが低いときにその光レベルを精度よく測定するためには、フォトダイオード側に分岐する光量を一定値以上確保しなければならないので、実際に増幅される光量はより少なくなり、雑音指数はさらに劣化する。
【０００７】
この問題に対処するために、入力光レベルを間接的にモニタする構成が提案されている。すなわち、入力光が信号を含んでいるときには希土類物質を励起させるための励起光パワーを一定に保ちながら入力光を増幅し、光増幅器の出力側において出力光の一部を分岐し、その分岐された光のレベルを測定することによって入力光レベルを算出する構成が提案されている。ところが、この構成では、消費電力を抑えるために入力光が信号を含んでいないときに励起光を停止すると、入力光が励起状態にない希土類ドープ光ファイバを通過するので、そのときの減衰（損失）が大きい。このため、入力光が信号を含んでいない状態から信号を含む状態に移ったときに、光増幅器の出力側に設けられたモニタ機構がその状態の変化を検出できない恐れがある。この場合、励起光を出力させることができず、入力光を増幅できなくなる。すなわち、この構成では、希土類ドープ光ファイバに常に励起光を供給しておく必要があり、低消費電力化が妨げられてしまう。
【０００８】
本発明の課題は、消費電力が少なく、かつ雑音が少ない光増幅器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による光伝送装置は、上記課題を解決するものであり、入力光が入射される第１の希土類ドープ光ファイバと、前記第１の希土類ドープ光ファイバの出力光をモニタするモニタ手段と、前記第１の希土類ドープ光ファイバの後段に接続された第２の希土類ドープ光ファイバと、前記第１および第２の希土類ドープ光ファイバに励起光源より出力された励起光を供給する励起光供給手段を備え、前記励起光が供給されたときの前記第１の希土類ドープ光ファイバの利得は、前記モニタ手段による損失よりも大きく、前記モニタ手段の検出結果によりモニタされる前記入力光の強度が所定値以下のとき、前記励起光源の出力が停止または低下され、前記励起光が供給されないときの前記第１の希土類ドープ光ファイバの損失は、前記入力光の強度が前記所定値を上回ったことを前記モニタ手段が検出することができる大きさであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光伝送装置の原理構成図である。本発明の光増幅器は、入力光レベルに応じて増幅動作を制御する構成を前提とする。
入力モニタ手段１は、この光伝送装置から入力光レベルをモニタする。入力モニタ手段１は、入力光の一部を分岐し、その分岐した光のレベルを検出することによって入力光レベルを算出するので、所定の損失が発生する。
【００１１】
第１の希土類ドープ光ファイバ２は、入力モニタ手段１の入力側に設けられ、入力モニタ手段による損失よりも大きな利得で入力光を増幅する。第１の希土類ドープ光ファイバ２は、入力モニタ手段１において発生する損失を補償するための光増幅器である。第２の希土類ドープ光ファイバ３は、入力モニタ手段１の出力側に設けられ、入力モニタ手段１を通過した光を増幅して出力する。第２の希土類ドープ光ファイバ３は、出力光を所定のレベルに増幅するための光増幅器である。
【００１２】
上記構成とすれば、第２の希土類ドープ光ファイバ３の入力側の損失を増加させることなく入力光レベルをモニタできる。
上記光増幅器において、第１の希土類ドープ光ファイバ２および第２の希土類ドープ光ファイバ３に励起光を供給する光源と、入力モニタ手段１によって検出された入力光レベルが予め設定した所定値よりも低かったときに上記光源の出力を停止または低下させる光源制御手段とを設け、励起光が供給されない状態での第１の希土類ドープ光ファイバ２の損失を、当該光増幅器が設けられるシステムにおいて規定される最小光レベルと上記入力モニタ手段が検出できる最小光レベルとの差よりも小さくする。
【００１３】
このような構成とすれば、第１の希土類ドープ光ファイバ２に励起光が供給されていないときであっても、入力モニタ手段１が入力光レベルを検出することができる。
【００１４】
本実施形態の光増幅器は、希土類ドープ光ファイバを用いて入力光を増幅する構成であり、希土類ドープ光ファイバに供給する励起光を制御して所望のパワーの光を出力する。また、この光増幅器は、入力光レベルをモニタし、その入力光レベルが所定値よりも小さくなると、入力光が信号を含んでいないと見なして、励起光を停止することによって消費電力を抑える機能を有している。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態の光増幅器の構成図である。同図において、×印は光ファイバどうしの融着点を示す。尚、光ファイバどうしを融着接続する代わりに、光コネクタ、あるいはレンズ結合で光を導くような構成であってもよい。また、本実施形態は、一例として、１５５０ｎｍ帯の光を用いて信号を伝送するシステムに設けられる構成とする。
【００１６】
希土類ドープ光ファイバ１１および１２は、希土類物質として例えばエルビウムが注入された光ファイバである。希土類ドープ光ファイバ１１および１２は、レーザ光源１３から励起光が供給されると、注入されている希土類物質などが反転励起されて励起状態になる。この状態で信号光が希土類ドープ光ファイバ１１または１２を通過すると、その信号光は励起エネルギーによって増幅される。希土類ドープ光ファイバ１１は、入力光レベルをモニタする機構で発生する損失を補償するための光増幅器である。また、希土類ドープ光ファイバ１２は、出力光を所定のレベルに増幅するための光増幅器である。
【００１７】
レーザ光源１３は、例えば、９８０ｎｍ帯または１４８０ｎｍ帯のレーザダイオード（図中、LDと示す）である。レーザ光源１３の発光パワーは、制御回路１９によって制御される。レーザ光源１３が出力する励起光は、合波カプラ１４によって導波され、希土類ドープ光ファイバ１２に供給される。なお、合波カプラ１４は、例えば、ファイバ型または誘電体多層膜型のWDM カプラ（波長分割多重カプラ）であり、９８０ｎｍ帯と１５５０ｎｍ帯、または１４８０ｎｍ帯と１５５０ｎｍ帯とを合波する。この励起光は、希土類ドープ光ファイバ１２を通過した後、さらに分岐カプラ１５を通過して希土類ドープ光ファイバ１１に供給される。
【００１８】
分岐カプラ１５は、入力光レベルをモニタするために、入力光の一部をフォトダイオード１６へ分岐させる。分岐カプラ１５の分岐比は、例えば１０：１である。なお、分岐カプラ１５の代わりにビームスプリッタを用いてもよい。フォトダイオード１６は、分岐カプラ１５によって分岐された入力光の一部を受信してその光レベルを電気信号に変換して制御回路１９に通知する。
【００１９】
分岐カプラ１７は、出力光レベルをモニタするために、出力光の一部をフォトダイオード１８へ分岐させる。分岐カプラ１７は、分岐カプラ１５と同様に、ビームスプリッタを用いてもよい。フォトダイオード１８は、分岐カプラ１７によって分岐された出力光の一部を受信してその光レベルを電気信号に変換して制御回路１９に通知する。
【００２０】
制御回路１９は、フォトダイオード１６から通知される電気信号から入力光レベルを認識し、フォトダイオード１８から通知される電気信号から出力光レベルを認識する。そして、制御回路１９は、これらの入力光レベルおよび出力光レベルに基づいてレーザ光源１３を制御する。すなわち、制御回路１９は、入力光レベルが予め設定してある所定レベルよりも高いときには、レーザ光源１３を駆動し、レーザ光源１３に励起光を出力させる。このとき、希土類ドープ光ファイバ１１および１２は、入力光を増幅する。一方、入力光レベルが上記所定レベルよりも低くなると、制御回路１９はレーザ光源１３の駆動を停止する。また、制御回路１９は、たとえばALC （自動レベルコントロール）により出力光レベルを一定の値に保つ。
【００２１】
なお、通常、伝送される光のレベル（強度）は、信号を含んでいないときと比べて信号を含んでいるときの方が高くなる。「所定レベル」は、入力光が信号を含んでいるか否かを判定するための参照レベルである。この参照レベルは、入力側の光伝送路の長さに応じて設定するようにしてもよい。
【００２２】
コネクタ２０ａおよび２０ｂは、それぞれ入力側および出力側の光伝送路と本実施形態の光増幅器との間を接続するコネクタである。光アイソレータ２１ａおよび２１ｂは、コネクタ２０ａおよび２０ｂにおける反射によって光増幅器が発振したり不安定な動作に陥ることを防ぐために設けられている。
【００２３】
なお、コネクタ２０ａと光アイソレータ２１ａとの間、光アイソレータ２１ａと希土類ドープ光ファイバ１１との間、希土類ドープ光ファイバ１１と分岐カプラ１５との間、分岐カプラ１５と希土類ドープ光ファイバ１２との間、希土類ドープ光ファイバ１２と合波カプラ１４との間、合波カプラ１４と分岐カプラ１７との間、分岐カプラ１７と光アイソレータ２１ｂとの間、および光アイソレータ２１ｂとコネクタ２０ｂとの間は、それぞれ短い光ファイバで接続されている。ただし、光ファイバは折り曲げることができず、各光ファイバはそれぞれ余長処理などが必要なので、収容スペースを考慮した場合、光増幅器内に収容する光ファイバの本数は少ないことが望ましい。このため、たとえば、上記光ファイバのうち、希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間を希土類ドープ光ファイバで構成すれば、光増幅器内での光ファイバ収納スペースを小さくできる。
【００２４】
次に、上記構成の光増幅器の動作を説明する。入力側の光伝送路を介して伝送されてきた信号光（光増幅器への入力光）は、光アイソレータ２１ａを通過して希土類ドープ光ファイバ１１へ入射される。希土類ドープ光ファイバ１１は、レーザ光源１３から励起光が供給されている場合には、信号光を増幅して分岐カプラ１５へ出力する。レーザ光源１３から励起光が供給されていない場合には、信号光は、希土類ドープ光ファイバ１１を単に通過する。
【００２５】
レーザ光源１３から希土類ドープ光ファイバ１１に励起光を供給するかどうかは、上述したように、入力光レベルによって決まる。すなわち、フォトダイオード１６によって検出される入力光レベルが予め設定してある所定のレベルよりも高ければ、入力された信号光が転送信号を含んでいるとみなし、その信号光を増幅するために、制御回路１９はレーザ光源１３に励起光を出力させる。一方、入力光レベルが上記所定のレベルよりも低ければ、入力された信号光は転送すべき信号を含んでないとみなす。入力された信号光が転送すべき信号を含んでいなければ、その信号光を増幅する必要がないので、制御回路１９はレーザ光源１３の駆動を停止する。入力光レベルとレーザ光源１３の状態を図３に示す。
【００２６】
このように、本実施形態の光増幅器は、入力光レベルをモニタする回路（分岐カプラ１５およびフォトダイオード１６）の前段に希土類ドープ光ファイバ１１を設け、入力された信号光が信号を含んでいる場合には、希土類ドープ光ファイバ１１によって増幅された信号光の光レベルをモニタする構成である。
【００２７】
次に、希土類ドープ光ファイバ１１の設計手法について説明する。すなわち、希土類ドープ光ファイバ１１に励起光が供給されている状態での利得、および励起光が供給されていない状態での損失をどのような範囲に設定するのかを説明する。
【００２８】
励起光が供給されている状態での希土類ドープ光ファイバ１１の利得は、少なくとも入力光レベルをモニタする際に生じる損失よりも大きくする。入力光レベルをモニタする際に生じる損失は、分岐カプラ１５を用いて入力光を１０：１に分岐することによって発生する。すなわち、希土類ドープ光ファイバ１２によって増幅される光の量は、分岐カプラ１５を用いて入力光を分岐することにより、分岐カプラ１５を設けない場合と比べて１１分の１０になり、約０．４ｄＢの損失が発生する。したがって、希土類ドープ光ファイバ１１は、信号光が希土類ドープ光ファイバ１１を通過した際にその光量が１０分の１１以上となるに、その利得を少なくとも０．４ｄＢ以上とする。
【００２９】
一般に、希土類ドープ光ファイバの利得は、注入されているエルビウムの濃度が一定であるとすると、その長さに依存する。図４(a) は、希土類ドープ光ファイバの長さと利得との関係を示している。同図に示すように、希土類ドープ光ファイバの長さが長いほど利得が大きくなる。また、単位長さ当たりの希土類ドープ光ファイバの利得は、図４(b) に示すように、入力光レベルが大きくない範囲では入力光レベルが変化してもほぼ一定である。従って、増幅しようとする信号光の波長、励起光の波長および励起光パワーが既知であれば、希土類ドープ光ファイバの長さを調整することによってその利得を決めることができる。
【００３０】
たとえば、分岐カプラ１５を用いて入力光を分岐することにより、希土類ドープ光ファイバ１２へ入力される光が０．４ｄＢ低下するのであれば、希土類ドープ光ファイバ１１における利得が０．４ｄＢよりも大きくなるように、希土類ドープ光ファイバ１１の長さを決める。
【００３１】
一方、希土類ドープ光ファイバ１１は、励起光が供給されないと、信号光を増幅することはなく、むしろ信号光を減衰させてしまう。すなわち、損失が発生する。一般に、励起光が供給されていない状態の希土類ドープ光ファイバは、通常の光ファイバと比べて損失が大きく、またその長さが長いほど損失が大きい。従って、励起光が供給されている状態での利得を所定値以上にするために希土類ドープ光ファイバ１１を長くしすぎると、励起光が供給されていない状態では希土類ドープ光ファイバ１１における損失が大きくなってしまう。すなわち、希土類ドープ光ファイバ１１を必要以上に長くしてしまうと、励起光を供給しないときには信号光が通過できなくなってしまう。
【００３２】
ここで、励起光が供給されていない状態で希土類ドープ光ファイバ１１における損失をどの程度に抑えるべきかを説明するために、図５に示すような光伝送システムを想定する。図５に示すシステムは、図２に示す光増幅器が中継ノード毎に設けられ、各光増幅器の最低受光レベルが、例えば−３５ｄＢｍに規定されている。換言すれば、このシステムは、信号伝送時には、各光増幅器における光入力レベルが−３５ｄＢｍ以上であれば、その信号光が確実に次の中継ノードに伝送されることが保証されている。また、フォトダイオード１６は、たとえば−５０ｄＢｍ以上の光であればその光レベルを精度よく電気信号に変換できるものとする。
【００３３】
上記システムでは、各光増幅器は、−３５ｄＢｍ程度の光を受信した場合であっても、入力光レベルを正確にモニタできなくてはならない。ところで、分岐カプラ１５は入力光を１０：１に分岐し、フォトダイオード１６は入力光の１１分の１を受信するので、フォトダイオード１６が受信する光レベルは、希土類ドープ光ファイバ１１から出力される光のレベルよりも１０ｄＢ程度低下している。したがって、例えば、コネクタ２０ａおよび光アイソレータ２１ａにおいて１ｄＢの損失が発生するものとし、マージンとして３ｄＢを確保するような設計とすれば、励起光が供給されていない状態での希土類ドープ光ファイバ１１における損失は、１ｄＢ（−３５−（−５０）−１０−１−３＝１）以下にしなければならない。換言すれば、励起光が供給されていない状態での希土類ドープ光ファイバ１１の損失をこのように規定すれば、入力光レベルを確実にモニタできる。一般に、励起光が供給されていない状態での希土類ドープ光ファイバにおける損失はその長さに比例する。したがって、損失を所定値以下に設定するためには、希土類ドープ光ファイバの長さを所定値以下にすればよい。
【００３４】
希土類ドープ光ファイバ１１を設計する際のポイントを以下にまとめる。
(1) 励起光が供給されている状態での希土類ドープ光ファイバ１１の利得を、入力光レベルをモニタする際に生じる損失よりも大きくする。
(2) 励起光が供給されない状態での希土類ドープ光ファイバ１１の損失を、当該光増幅器が設けられるシステムにおいて規定される最小光レベルとフォトダイオード１６が検出できる最小光レベルとの差よりも小さくする。
上記２つのポイントを希土類ドープ光ファイバ１１の長さを調節することによって満たす場合、上記(1) によって希土類ドープ光ファイバ１１の長さの短い側のリミットが与えられ、上記(2) によって長い側のリミットが与えられる。
【００３５】
上記構成とすれば、光伝送路を介して伝送されてきた信号光は、希土類ドープ光ファイバ１１によって増幅された後に入力光レベルをモニタする機構（分岐カプラ１５およびフォトダイオード１６）へ導波される。このとき、入力光レベルをモニタする機構で発生する損失よりも希土類ドープ光ファイバ１１における利得を大きくしたので、入力光レベルをモニタする機構を設けることによって入力信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪化することはない。したがって、光増幅器としての雑音指数も悪化することはない。
【００３６】
なお、希土類ドープ光ファイバ１１へ入力される信号光のレベルを、図４(b) に示す入力範囲（非飽和領域、あるいは小信号入力領域）に制限すれば、その範囲では入力光レベルに対して利得が一定なので、希土類ドープ光ファイバ１１の出力レベルは光増幅器への入力光レベルに比例する。この場合、希土類ドープ光ファイバ１１の出力から入力光レベルを簡単に算出できる。実際、光増幅器は、長い伝送路を介して伝送されてきた信号光を受信する位置に設けられることが多いので、光増幅器への入力光のレベルは、通常、図４(b) に示す非飽和領域である。
【００３７】
また、上記構成の光増幅器は、２つの希土類ドープ光ファイバを有するが、１つの光源（レーザ光源１３）から出力される励起光をそれら２つの希土類ドープ光ファイバに供給する方式なので、消費電力はあまり大きくならない。
【００３８】
図６は、制御回路の詳細ブロック図である。制御回路１９は、希土類ドープ光ファイバ１１の出力光を分岐カプラ１５で分岐したものをフォトダイオード１６において電気信号に変換し、その電気信号をバッファ３１に転送する。バッファ３１は、たとえば、ボルテージフォロワである。バッファ３１の出力は、アンプ３２および３３に供給される。アンプ３２および３３は、それぞれ利得Ｇ1 および利得Ｇ2 を有する。ここで、Ｇ1 ＜Ｇ2 である。アンプ３２および３３の出力は、それぞれスイッチ３４および３５を介してコンパレータ３６のＶi 端子に転送される。スイッチ３４および３５は、例えばＦＥＴを用いたスイッチであり、スイッチ制御信号として「Ｌ」を受信するとオン状態となり、「Ｈ」を受信するとオフ状態になる。このスイッチ制御信号は、コンパレータ３６の比較結果である。
【００３９】
コンパレータ３６のＶc 端子には、スイッチ３７および３８の状態に従って参照電圧Ｖ1 またはＶ2 が入力される。ここで、Ｖ1 とＶ2 との比は、たとえば、Ｇ1 とＧ2 との比と同じにする。また、スイッチ３７および３８は、スイッチ３４および３５と同様に、スイッチ制御信号として「Ｌ」を受信するとオン状態となり、「Ｈ」を受信するとオフ状態になる。
【００４０】
コンパレータ３６は、Ｖi 端子に印加される電圧とＶc 端子に印加される電圧とを比較し、Ｖi 端子に印加される電圧の方が高ければ「Ｈ」を出力し、Ｖc 端子に印加される電圧の方が高ければ「Ｌ」を出力する。コンパレータ３６の出力は、スイッチ３５および３８に転送されるとともに、インバータ３９によって反転されてスイッチスイッチ３４および３７に転送される。これらの信号がスイッチ制御信号である。
【００４１】
希土類ドープ光ファイバ１２の出力光は、分岐カプラ１７で分岐されてフォトダイオード１８で電気信号に変換される。この電気信号は、レーザ駆動回路４０に転送される。レーザ駆動回路４０は、電圧源を含み、フォトダイオード１８から転送される電気信号に従って出力電圧を決める。レーザ駆動回路４０は、この実施例では、フォトダイオード１８の出力が一定の値を保持するようにフィードバック制御を行い、出力光レベルを一定の値に保持する。なお、コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になると、レーザ駆動回路４０の動作は停止する。
【００４２】
レーザ駆動回路４０の出力は、スイッチ４１を介してレーザ光源１３に供給される。スイッチ４１は、コンパレータ３６の出力によって制御され、「Ｌ」を受信するとオン状態となり、「Ｈ」を受信するとオフ状態になる。スイッチ４１がオン状態のときは、レーザ光源１３は、レーザ駆動回路４０の出力電圧に応じた発光パワーの励起光を出力する。スイッチ４１がオフ状態のときは、レーザ光源１３は駆動されない。
【００４３】
図７を参照しながら、上記構成の光増幅器の状態遷移を説明する。入力光レベルが所定レベルよりも高い状態（通常状態と呼ぶ）から所定レベルよりも低い状態に移ると、フォトダイオード１６の出力電圧が小さくなり、コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になる。コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になると、スイッチ３５および３８がオン状態となるとともにスイッチ３４および３７がオフ状態となる。この状態では、コンパレータ３６のＶi 端子には、アンプ３３（利得Ｇ2 ）によって増幅された電圧が印加され、参照電圧Ｖ2 と比較される。また、コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になると、スイッチ４１がオフ状態に移り、レーザ光源１３の駆動が停止（シャットダウン状態）される。
【００４４】
このように、通常状態からシャットダウン状態に移ると、フォトダイオード１６の出力は、より大きな利得Ｇ2 で増幅されるようになるので、実質的にフォトダイオード１６の感度を高めていることになる。
【００４５】
シャットダウン状態において、入力光レベルが所定レベルよりも高くなると、入力された信号光が転送信号を含んでいるものとみなす。この場合、Ｖi 端子に印加される電圧がＶc に印加される参照電圧よりも高くなり、コンパレータ３６の出力は「Ｈ」になる。この結果、コンパレータ３６のＶi 端子にはアンプ３２（利得Ｇ1 ）によって増幅された電圧が印加され、その増幅された電圧が参照電圧Ｖ1 と比較される。また、コンパレータ３６の出力が「Ｈ」になると、スイッチ４１がオン状態に移り、レーザ光源１３がレーザ駆動回路４０によって駆動されるようになり、レーザ光源４１は励起光を出力する。そして、希土類ドープ光ファイバ１１および１２は、信号光を増幅するようになる。
【００４６】
図８および図９は、本実施形態の光増幅器の変形例の構成図である。同図において、図２で用いた符号と同じ符号は同じものを示す。また、図８および図９においては、光ファイバどうしの融着点を省略している。
【００４７】
図８に示す光増幅器は、図２に示す構成と比較すると、励起光を供給する機構（レーザ光源１３および合波カプラ１４）と出力光をモニタする機構（分岐カプラ１７およびフォトダイオード１８）の位置を互いに入れ替えた構成となっている。
【００４８】
図９に示す構成では、励起光を供給する機構（レーザ光源１３および合波カプラ１４）を希土類ドープ光ファイバ１１の入力側に設けている。すなわち、図２または図８に示す光増幅器は、希土類ドープ光ファイバ１１および１２の出力側から励起光を供給する構成（後方励起）であるが、図９に示す光増幅器は、希土類ドープ光ファイバ１１または１２の入力側から励起光を供給する構成（前方励起）である。
【００４９】
図１０は、本実施形態の光増幅器のさらに他の変形例の構成図である。同図において、図２で用いた符号と同じ符号は同じものを示す。図１０に示す光増幅器は、レーザ光源５２は、合波カプラ５３を介して光ファイバ５１に励起光を供給し、レーザ光源５４は、合波カプラ５５を介して希土類ドープ光ファイバ１２に励起光を供給する。制御回路５６は、基本的に図２に示した制御回路１９と同じ制御を行う。すなわち、制御回路５６は、フォトダイオード１６から通知される電気信号から入力光レベルを認識し、フォトダイオード１８から通知される電気信号から出力光レベルを認識する。制御回路５６は、入力光レベルが上述した所定レベルよりも低くなると、レーザ光源５２および５４の出力を停止する。また、制御回路５６は、例えばALC （自動レベルコントロール）により出力光レベルを一定のレベルに保つ。なお、図１０に示す光増幅器は、光ファイバ５１と希土類ドープ光ファイバ１２との間に光アイソレータ２１ｃを設けている。
【００５０】
図１１は、図１０に示した光増幅器の変形例の構成図である。図１１に示す光増幅器は、出力側から希土類ドープ光ファイバ１２へ励起光を供給する後方励起構成である。
【００５１】
図１２は、本実施形態の光増幅器のさらに他の変形例の構成図である。図１２に示す光増幅器は、図２に示した希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間（図１０に示した光ファイバ５１と希土類ドープ光ファイバ１２との間）に分散補償光ファイバ６１を設けた構成である。尚、図１２では、制御回路を省略している。
【００５２】
分散補償光ファイバ６１は、コネクタ６２ａおよび６２ｂによって光増幅器内の伝送路上に設けられる。このような構成とすれば、様々な分散補償値を持った分散補償光ファイバを用意しておき、光増幅器の入力側の伝送路に応じて適切な分散補償光ファイバを選択して接続することができる。また、分散補償光ファイバ６１は、光入力レベルによっては非線形効果が発生してしまう。したがって、分散補償光ファイバ６１への光入力レベルは、例えば、レーザ光源５２の発光パワーを制御することによって最適値になるように調整する。
【００５３】
図１３は、図１２に示した光増幅器の変形例の構成図である。図１３に示す光増幅器は、図１２の光増幅器において、希土類ドープ光ファイバ１１と分散補償光ファイバ６１との間に希土類ドープ光ファイバ６３を設けた構成である。制御回路６６は、分散補償光ファイバ６１への入力レベルが分策補償をするに際して最適なレベルとなるようにレーザ光源６４を駆動し、希土類ドープ光ファイバ６３の出力光レベルを一定の値に保つように制御する。レーザ光源６４の出力は、合波カプラ６５によって導波され、励起光として希土類ドープ光ファイバ６３および１１に供給される。
【００５４】
図１４〜図１６は、本実施例の光増幅器のさらに他の変形例の構成図である。これらの光増幅器は、入力側のコネクタとして反射が少ないコネクタを用いることにより、希土類ドープ光ファイバ１１の入力側の光アイソレータ（たとえば、図２の光アイソレータ２１ａ）を取り除いた構成である。ただし、この光アイソレータ２１ａは、希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間に設けられる。
【００５５】
図１４〜図１６において、コネクタ７１は、入力側の光伝送路を光増幅器に接続するコネクタであり、反射が少ないコネクタである。コネクタの反射量は、一般に、そのコネクタに収容される光ファイバの端部の断面形状に依存する。反射の少ない断面形状としては、たとえば、球面研磨形状や斜め研磨凸球面形状が知られている。
【００５６】
このように、希土類ドープ光ファイバ１１の入力側の光アイソレータを取り除いた構成では、光アイソレータ自身が損失成分であることを考慮すれば、希土類ドープ光ファイバ１１への入力光のレベルが高くなる。たとえば、光アイソレータにおける損失が０．５ｄＢであるとすると、その光アイソレータを取り除くことにより希土類ドープ光ファイバへの入力光レベルが０．５ｄＢだけ高くなる。したがって、光アイソレータの損失分だけ希土類ドープ光ファイバ１１の利得を小さくしても、入力光レベルを正確にモニタできる。
【００５７】
図１４または図１５に示す光バンドパスフィルタ７２は、信号を伝搬させる波長成分を通過させるフィルタである。例えば、信号光として１５５０ｎｍ帯を使った光伝送システムでは、波長が１５５２ｎｍまたは１５５７ｎｍの光に信号を乗せて伝送することが多いが、１５５０ｎｍ帯の光伝送システムで使用されるレーザは、通常、１５３０ｎｍ付近に光強度のピークを持った特性である。この場合、光バンドパスフィルタ７２は、１５３０ｎｍ付近の波長を遮断しながら、たとえば１５４５〜１５６５ｎｍの波長を通過させる。このような構成とすれば、１５３０ｎｍ帯の自然放出光によって希土類ドープ光ファイバの利得が低下するのを防ぐことができる。
【００５８】
なお、図１４または図１５では、光バンドパスフィルタ７２を希土類ドープ光ファイバ１２の出力側に設けているが、希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間に設けるようにしてもよい。ただし、光バンドパスフィルタ７２を希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間に設ける場合には、励起光が光バンドパスフィルタ７２によって遮断されないような構成が必要となる。また、光バンドパスフィルタの代わりに光ノッチフィルタを用いてもよい。
【００５９】
図１４に示す光増幅器は、希土類ドープ光ファイバ１１および１２の入力側から励起光を供給する前方励起構成である。
図１５に示す構成では、分岐カプラ７３は、希土類ドープ光ファイバ１１および１２に励起光を供給するために、レーザ光源７４の出力光を分岐する。分岐カプラ７３によって分岐された励起光は、それぞれ合波カプラ（波長分割多重カプラ）７５および７６によって導波されて希土類ドープ光ファイバ１１および１２に供給される。希土類ドープ光ファイバ１１は出力側から励起光が供給され、希土類ドープ光ファイバ１２は入力側から励起光が供給される。
【００６０】
図１６に示す光増幅器は、希土類ドープ光ファイバ１１および１２の出力側から励起光を供給する構成である。レーザ光源７７から出力される励起光は、光アイソレータ２１ａを逆方向には通過できないので、分岐カプラ７８および合波カプラ７９を用いて励起光が光アイソレータ２１ａをバイパスするような構成としている。
【００６１】
なお、上記実施形態では、入力光レベルが所定レベルよりも低いときに励起光を停止する構成を説明したが、励起光パワーを小さくする構成であってもよい。特に、図９または図１４に示す構成のように、励起光が前段の希土類ドープ光ファイバに入力された後に後段の希土類ドープ光ファイバに入射される場合には、励起光のパワーが小さくても前段の希土類ドープ光ファイバを励起状態とすることは可能である。このため、入力光レベルが所定レベルよりも低いときに励起光パワーを小さくすれば、消費電力を抑えながら前段の希土類ドープ光ファイバの利得を得ることができる。前段の希土類ドープ光ファイバの利得が得られれば、入力光が信号を含んでいない状態から信号を含む状態に移ったことを確実に検出できる。
【００６２】
また、上記実施形態では、希土類ドープ光ファイバを用いて信号光を増幅する構成を説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、信号光を所望のレベルに増幅する主増幅部の前段に、入力光レベルをモニタする機構において発生する損失よりも大きな利得を持った補助増幅部を設けた構成に適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
入力光レベルをモニタする機能を持った光増幅器において、希土類ドープ光ファイバを２段構成とし、前段の希土類ドープ光ファイバの利得を入力光レベルをモニタするための機構において発生する損失よりも大きくしたので、入力側の損失を増加させることなく入力光レベルをモニタすることができ、光増幅器の低雑音化および伝送距離の長距離化に寄与する。
【００６４】
伝送路に応じて最適な分散補償を容易に実現でき、このことも光増幅器の低雑音化および伝送距離の長距離化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態の光増幅器の構成図である。
【図３】入力光レベルとレーザ光源の状態を示す図である。
【図４】希土類ドープ光ファイバの特性を示す図であり、(a) は長さ依存性を示し、(b) は入力光レベル依存性を示す。
【図５】本実施形態の光増幅器が適用されるシステム構成の一例を示す図である。
【図６】制御回路の詳細ブロック図である。
【図７】光増幅器の状態遷移を説明する図である。
【図８】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その１）である。
【図９】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その２）である。
【図１０】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その３）である。
【図１１】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その４）である。
【図１２】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その５）である。
【図１３】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その６）である。
【図１４】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その７）である。
【図１５】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その８）である。
【図１６】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その９）である。
【符号の説明】
１ 入力モニタ手段
２ 第１の希土類ドープ光ファイバ
３ 第２の希土類ドープ光ファイバ
１１、１２ 希土類ドープ光ファイバ
１３ レーザ光源
１４ 合波カプラ
１５、１７ 分岐カプラ
１６、１８ フォトダイオード
１９ 制御回路
５１ 光ファイバ
６１ 分散補償光ファイバ

Claims (6)

1. 入力光が入射される第１の希土類ドープ光ファイバと、
   前記第１の希土類ドープ光ファイバの出力光をモニタするモニタ手段と、
   前記第１の希土類ドープ光ファイバの後段に接続された第２の希土類ドープ光ファイバと、
   前記第１および第２の希土類ドープ光ファイバに励起光源より出力された励起光を供給する励起光供給手段を備え、
   前記励起光が供給されたときの前記第１の希土類ドープ光ファイバの利得は、前記モニタ手段による損失よりも大きく、
   前記モニタ手段の検出結果によりモニタされる前記入力光の強度が所定値以下のとき、前記励起光源の出力が停止または低下され、
   前記励起光が供給されないときの前記第１の希土類ドープ光ファイバの損失は、前記入力光の強度が前記所定値を上回ったことを前記モニタ手段が検出することができる大きさであることを特徴とする光伝送装置。
2. 請求項１記載の光伝送装置であって、前記励起光供給手段は前記第２の希土類ドープ光ファイバの後段に接続されたことを特徴とする光伝送装置。
3. 請求項１記載の光伝送装置であって、前記励起光供給手段は前記第１の希土類ドープ光ファイバの前段に接続されたことを特徴とする光伝送装置。
4. 入力光が入射される補助光増幅部と、
   前記補助光増幅部の出力光をモニタするモニタ手段と、
   前記補助光増幅部の後段に接続された主光増幅部と、
   前記補助光増幅部および主光増幅部に励起光源より出力された励起光を供給する励起光供給手段を備え、
   前記励起光が供給されたときの前記補助光増幅部の利得は、前記モニタ手段による損失よりも大きく、
   前記モニタ手段の検出結果によりモニタされる前記入力光の強度が所定値以下のとき、前記励起光源の出力が停止または低下され、
   前記励起光が供給されないときの前記補助光増幅部の損失は、前記入力光の強度が前記所定値を上回ったことを前記モニタ手段が検出することができる大きさであることを特徴とする光伝送装置。
5. 請求項４記載の光伝送装置であって、前記励起光供給手段は前記主光増幅部の後段に接続されたことを特徴とする光伝送装置。
6. 請求項４記載の光伝送装置であって、前記励起光供給手段は前記補助光増幅部の前段に接続されたことを特徴とする光伝送装置。

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