JP3680402B2 - Optical amplifier - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重伝送方式における複数の信号光の一括増幅に適した光増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
将来のマルチメディアネットワークを構築するため、さらなる大容量の光通信システムが要求されている。これまでに超大容量化を実現する多重化方式として、時分割多重(Time-Division Multiplexing: TDM)方式、光領域での時分割多重(Optical Time-Division Multiplexing: OTDM)方式、波長多重(Wavelength-Division Multiplexing: WDM)方式等に関する研究が盛んに行われている。このうち、WDM伝送方式は、エルビウム(Er)添加光ファイバ増幅器(EDFA) の広い利得帯域を活用し、光レベルでのクロスコネクトや分岐/挿入、あるいは異種サービスの多重化を行う柔軟な光波ネットワークの実現手段として期待されている。
【0003】
また、WDM方式は、現在世界的に最も普及している既設の1.3μm帯零分散シングルモードファイバ(SMF)ネットワークを用いて超大容量伝送を行う場合に、他の方式と比較して有利と考えられる。これは、各光キャリア当たりの伝送速度が低いため(例えば10Gb/s)、波長分散許容値や光ファイバの非線形効果で制限される光入力パワーの許容値を比較的大きく設定することができるからである。
【0004】
WDM伝送方式実現のためには、広帯域にわたり一定の増幅利得を持つ光増幅器(EDFA)が必要である。EDFAは1530nm〜1560nm程度にわたり増幅帯域(利得帯域)を有するが、その利得は波長に対して必ずしも一定ではない。図7に典型的なEDFAの自然放出光(Amplified Spontaneous Emission: ASE)スペクトラムを示す。ASEスペクトラムは光増幅器の小信号の利得特性をほぼ反映している。図から分かるように、1530nm(=1.53μm)近辺に利得のピークがあり、波長に対し平坦な特性ではない。
【0005】
EDFAの利得の波長依存性を低減させる方法として、一般にアルミニウム(Al)とErを共に添加する方法が知られている(C. G. Atkins et al., Electron Lett., Vol. pp910-911 (1989))。また、EDFAの動作点を最適化する方法(M. Suyama et al., OAA '93, MB5-1 (1993))や、光フィルタを使用して利得特性を平坦化させる方法(H. Toba et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 5, No.2, p248 (1993)) が提案されている。
【0006】
EDFAの帯域は、光入力パワーと励起光のパワーの関係が異なると大きく変化する。図8は、出力光パワーと光増幅器の利得の関係を示す図であり、図9は入力光パワーと出力光パワーの関係を励起光パワーをパラメータとして示す図である。非飽和領域は、EDFAにおいて反転分布状態となっているErイオンの割合が大きく、出力光パワーの変化によらず一定利得が得られる状態に対応し、飽和領域は反転分布状態のErイオンの割合が減少し、出力光パワーの増大に対して利得が急激に低下している状態を示している。
【0007】
この2種類の状態を変えるためには、例えば励起光のパワーを変えればよい。入力パワーに対して励起光のパワーが十分にある場合は、反転分布状態となっているErイオンの割合が大きく非飽和状態となり、一方、入力パワーに対して励起光のパワーが小さい場合は、反転分布状態のErイオンの割合が減少し飽和状態となる。
【0008】
この2種類の状態におかれた光増幅器を複数個縦属に接続したときのASE帯域を測定した例を図10に示す。同図から、接続される光増幅器の段数が増大すると非飽和領域で動作している場合には帯域幅の減少は少ないが、飽和領域で動作している場合は、3dB帯域幅が急速に減少していることが分かる。
【0009】
図11は、EDFAの反転分布の割合(N2/NT)をパラメータとした時の利得と波長の関係を示す図である。パラメータN2/NTは、反転分布状態にあるErイオンの全Erイオンに対する割合を示し、N2/NT=1の場合は、すべてのErイオンが上位のエネルギー準位に遷移して完全な反転分布が得られていることを示す。
【0010】
通常一定値の光出力パワー(Po)が得られるように励起パワーを制御しているが(図9参照)、EDFAへ入力する信号光のパワーは、使用条件や経時劣化により変化する。この変化に追従して光出力パワーが一定になるように制御を行うと、図11に示す反転分布の状態が変化することになり、利得の波長依存性が大きく変化してしまい、特性を劣化させることになる。
【0011】
したがって、例えば光フィルタを使用して利得特性を平坦化させる方法においては、入力光パワーに応じて光フィルタの特性を変化させる等の制御が可能な可変光フィルタが必要となるが、このような光フィルタは実現が困難であり、また実現できても現状技術では極めて高価になるという問題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
WDM伝送に必要な光増幅器の条件を再度整理すると、
(1) 入力信号光パワーや波長多重数が変化しても増幅利得の波長依存性が少ないこと
(2) 各波長ごとの増幅された光パワーが一定の値に保たれること
が必要になる。図11において、N2/NTの値が0.7 の近傍で1540〜1560nmの波長帯域に対して平坦な利得特性が得られていることが分かる。
【0013】
したがって、常にEDFAの動作状態をこの反転分布状態に維持することができれば、平坦な利得特性を得ることができる。このような動作を実現するためにはEDFAは利得一定になるように制御すればよい。即ち、入力光パワーの変化に応じて励起光パワーを調節し、利得が一定になるようにすると、N2/NTを任意の一定値に保つことができる。このような実験例が文献(電子情報通信学会技術研究報告、OCS 94-66 PP31-36)に示されている。
【0014】
しかし、利得を一定に保つために励起光のパワーを制御すると、上記(1) は実現できるが、(2) を実現するために励起光のパワーを調節することができなくなる。この点を解決するために、前記文献(電子情報通信学会技術研究報告、OCS 94-66 PP31-36)では、光出力を光減衰器を使用して制御することを提案している。図12はこのような光増幅器の構成を示す。
【0015】
図12において、入力ポート1からの入力信号光と励起LD4からの励起光がWDMカプラ3で加え合わされ、EDF5に入力する。EDF5で増幅された信号光は、光アイソレータ6、光減衰器7及び光カプラ8を介して出力ポート9から出力される。励起LD4の駆動電流は、自動ファイバ利得コントローラ(AFGC)10によって制御される。AFGC10は、EDF5から出力されるASEの光パワー等に基づき、EDF5における利得が一定になるように励起光のパワーを制御する。
【0016】
また、増幅された信号光の一部は光カプラ8にて分岐され、この分岐光はフォトディテクタ11で電気信号に変換され、自動パワーコントローラ(APC)12でフォトディテクタ11の出力信号レベルが一定になるように、光減衰器7の減衰率を制御する。
【0017】
光減衰器を使用すれば、光増幅器の利得とは無関係に光出力を調節できるため、所望の光出力より十分高い光出力が得られるようにEDFA5の組成や長さ、励起LD4のパワーを設定し、利得一定制御を行っている光増幅器の出力部に設置した光減衰器7を調整することで、一定の光出力を得ることができる。即ち、上記(1) 、(2) を同時に満足させることができる。
【0018】
しかし、図12のように光減衰器7を使用した構成とすると、光減衰器の使用による最大出力光パワーの低下や、減衰率可変型の光減衰器を低コストで製造するのが現状技術では困難であるという問題がある。
【0019】
また、図13に示すように、外部の光源(プローブLD)17から新たに光を挿入し、EDF18に入力する光のパワーを一定値になるように制御する方法が提案されているが(特願平7-311212、尾中 他、「光増幅器」)、この場合、光減衰器を使用しなくてすむ代わりに新たに光源が必要となる。しかも、EDFAの増幅帯域内に発振波長を持ち、かつWDM信号とある程度離れた波長を持つ光源でなければならない。
【0020】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、外部の光源を用いて新たに光を挿入することなく、出力光パワーを一定に保ちつつ、WDM伝送用の信号利得の波長依存性が少ない光増幅器を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記問題点は、以下の構成によって解決される。
(請求項1) 所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも2個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記1つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子を、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を 100 %反射する素子をこの順に並べ、前記ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設ける。
【0022】
2個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置することにより干渉計を構成する。発振光の波長が増幅媒体の増幅体域内にあれば、前記波長の光は増幅媒体を通って2個の反射素子の間を行き来することにより、増幅され、一定条件下で発振する。また、1つの反射素子を反射率可変の素子とし、発振光パワー制御手段により反射率可変の素子の反射率を制御することにより、発振光パワーの値を所定の値に制御することができる。
また、前記反射率可変の素子として、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を 100 %反射する素子をこの順に並べ、ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御することにより、励起光パワーを一定にしたまま、偏光子に入射する光に対して、ファラデー回転子を通って 100 %反射する素子で反射され、再びファラデー回転子を通って偏光子から出射する光の偏光面を0〜 100 %変えることができる。この結果、全体として反射率可変の素子とすることができる。
入力信号光が増加あるいは減少した場合に、出力信号光を一定にするために励起光パワーを制御すると光増幅媒体における反転分布の割合が変化するため、増幅利得の波長特性が平坦でなくなる(図11参照) 。このため、発振光パワー制御手段により、入力信号光の増加または減少する分だけ、増幅帯域で入力信号光とは異なる波長の発振光パワーを減少または増加させて、光増幅媒体への入力光パワーを一定とすることにより、増幅利得の波長特性を一定にすることができる。
【0023】
(請求項2) 所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも2個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記1つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、LN変調器、及び前記発振光を 100 %反射する素子をこの順に並べ、前記LN変調器をバイアス電圧を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設ける。
即ち、反射率可変の素子として、LN変調器、及び前記発振光を 100 %反射する素子をこの順に並べ、前記LN変調器のバイアス電圧を変化させることにより、LN変調器を通って 100 %反射する素子で反射され再びLN変調器を通って出射する光のパワーを0〜 100 %まで自在に変えることができる。この結果、全体として反射率可変の素子とすることができる。
【0026】
(請求項3) 請求項1に記載の反射率可変の素子の反射率として必要な値を、請求項1に記載の入力信号光のパワーの値に対応して記憶させた記憶手段を設け、前記入力信号光のパワーの値に応じて記憶手段に記憶させた値を用いて前記発振光のパワーを調節するように構成する。このようにすれば、入力信号光が変動した場合にも、容易に発振光パワーを調節することができ、増幅利得の波長特性を平坦とするとともに、出力光パワーを一定にすることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における光増幅器の原理的構成図である。本発明では、同図に示すように通常の光増幅器の構成に反射ミラー等よりなる干渉計を付加した構成とすることにより、WDM信号の帯域とは別の波長の光を光増幅器で発振させて反転分布状態を可変し、前述したWDM伝送に必要な光増幅器の条件、
(1) 利得の波長依存性が少ないこと
(2) 出力光パワーが一定値に保たれること
を同時に満足するようにしたものである。
【0028】
図において、この光増幅器の光出力の一部を分岐して取り出し、出力信号光パワー検出手段32で電気信号に変換して、取り出した光パワーを一定に保つように励起光源23の出力光パワーを制御する。これにより、光出力の一定制御(Automatic Level Control ; ALC)を行う。。なお、光増幅媒体(例えば、EDF)27の出力側には、干渉計により増幅された光パワーや光増幅器から発生する雑音成分を除去して、本来一定に保ちたい信号成分のみを選択的に透過する光フィルタ(例えば光バンドパスフィルタ)31を挿入する。
【0029】
前述したようにALC制御を行っているため、入力光パワーが変化しても励起光源23の出力光パワーを調整して光出力を一定値にしている。(例えば図9において、動作点が(a) から(b) 点に移動する)。このため、このままではWDM信号の場合は、各信号のトータルパワーが一定になるように制御されているだけであり、入力信号光パワーが変化すると、励起光源のパワーの制御によりN2/NTの値が変化するため、図11に示すように利得の波長依存性が変化してしまう。
【0030】
このため、EDF27を挟んで反射ミラー25、30等により干渉計を構成し、EDFAにおいて発生するASE光(自然放出光)のうち、WDM信号とは離れたある一定の波長の光のみを選択的に発振させる。そうすることにより、非常に強いパワーをもった光が発振し、WDM信号の帯域と離しているためフィルタで容易に取り除くことができる。また、その光パワーを制御することにより、外部から新たに光を挿入することなく、EDF内の光パワーつまり入力光パワーを一定に保つことができる。
【0031】
これにより、図9において、(b) から(a) 点に動作点が戻るため励起光パワーが元の値になって、N2/NTの値が変化せず、増幅帯域における波長依存性をなくすことができる。具体的には、干渉計の内部に光パワーを制御できる素子を組み込み、意図的に発振させる光パワーを調節することで、ALC制御のための励起光源のパワー調節に起因するN2/NTの値の変化とは独立に、N2/NTの値を変えることが可能となる。
【0032】
次に、干渉計の構成について説明する。図1において、ある特定の波長λS のみを分岐することができる光カプラ24、28をEDF27を挟んで配置する。但し、λS はEDF27の増幅帯域内にある波長であるが、WDM信号の波長よりも十分離れているものとする。今、仮にλS が1530nmとすると、1530nmの波長を選択的に分岐または合波することができる光カプラ24、28を用いる。
【0033】
光カプラ24によって分岐された1530nmの光は、その先に取り付けられたミラー25によって100 %反射し、再び光カプラ24によってWDM信号と合波され、EDF27を通過する際に増幅され、今度は光カプラ28によって分波される。分波された1530nmの光は、反射率γ(<1)をもつ反射率可変ミラー30によってγ倍の光が反射され、再び光カプラ28によって他の信号と合波され、EDF27を通過する際に増幅され、再度光カプラ24へ戻る。1530nm100 %反射ミラー25と反射率γのミラー30とによる反射を重ねていき、この系の損失よりも増幅が上回ったとき、1530nmの光が発振する。
【0034】
その時の発振の様子を図2に示す。同図に示すようなスペクトルの狭い光でなくても、発振させる光の帯域がWDM信号帯域から十分離れていれば、容易に光フィルタを用いて取り除くことができる。
【0035】
次に、発振光のパワーの制御方法について説明する。EDFにおけるErの緩和時間が比較的長い(≒数10ms)という事実を利用して、この緩和時間より短い時間で光を発振させたり、発振させなかったりすることで、時間平均としてパワーを制御するようにする。図3に発振光のパワーの制御の一例を示す。
【0036】
図1の反射率可変ミラー30の反射率γを次第に大きくしていくと、発振光は徐々に強くなるのではなく、あるところで突然発振する。このため、発振させるパワーを大きくしたい場合は、図3(A) に示すように発振間隔を短くする。これにより、時間的にみた平均のパワーを大きく、また一定に保つことができる。一方、発振させるパワーを小さくしたい場合は、同図(B) に示すように発振する間隔をより長くする。そうすることで、時間平均的にパワーを小さく、また一定に保つことができる。
【0037】
このような発振光を利用して、入力信号光パワーが弱い場合はより強い光を発振させ、入力信号光パワーが強い場合は発振させる光を弱くして、EDFの増幅帯域内にある光のトータル入力パワーを常に一定に保持できるようにする。
【0038】
つまり、図1の入力信号光パワー検出手段21で入力信号光の一部を分岐させてモニタしておき、入力信号光パワーの強弱によってミラー30の反射率γの量をEDF27の緩和時間よりも早く制御することで、EDF27に入力する光のパワーを全体として常に一定に保つことができる。また、こうすることにより、周囲の温度変化による位相変化で発振光のパワーの揺らぎを補正することが可能となる。
【0039】
また、発振する光パワーはモニタ光を発振光パワー検出手段26で電気信号に変換後、発振光パワー制御手段29の電子回路で制御を行うが、EDFAの緩和時間は比較的長いので電子回路で十分制御可能である。これは、参考文献▲1▼( 電子情報通信学会全国大会'92 春 c-318, pp 4-360) 、▲2▼(G. A. Ball et al, IEEE J. Lightwave., Vol.10, pp1338-1343 (1992))、▲3▼(G. A. Ball et al, Electron. Lett. Vol.29, No.18, pp 1623-1625 (1993))により制御可能であることが報告されている。
【0040】
しかしながら、EDF27への入力パワーを一定に保つだけではN2/NTの値は0.7 になるとは限らず、入力パワーをどのレベルで一定に保つかが重要となる。ある一定のレベルに入力パワーを保ち、常にN2/NT=0.7 に保たなければ、利得における波長依存性をなくすことができない。
【0041】
これには、入力信号光パワーに応じて発振光のパワーを補正する手段をきめ細かく操作すれば対処可能であり、例えば光増幅器にマイクロプロセッサやメモリ等を用いた制御回路を搭載し、予めメモリに入力信号光パワーの値に応じて最適な発振光のパワーの値を記憶させておき、この値に基づいて入力信号光パワーに応じたミラー30の反射率γの制御を行えばよい。
【0042】
このような制御を行うことにより、どのような入力信号光パワーの変化に対してもN2/NTの値を常に0.7 に保つことができ、その結果、利得における波長依存性をなくすことができる。
【0043】
また、WDM信号の入力光パワーの値が想定される変化の最大値と最小値のほぼ中間の時に、反射率γも制御可能な範囲の中間程度になるように調整する。この状態で、光増幅器の光出力が所定のパワーとなり、かつ利得の波長特性が平坦になるようにEDF27のパラメータ(Erイオン濃度やEDFの長さ等)や励起光源のパワーを選んでおく。(もちろん、励起光源の最大出力は入力信号光パワーが最小値となった場合にも所定の光出力が得られるうに余力を残しておく必要がある。)
また、入力信号光パワーもしくは波長多重数が増加した場合は、励起光パワーが小さくてすむため、反転分布状態となるErの数が減少してN2/NTの値が小さくなって、短波長側の利得が減少する。そこで、入力信号光パワーの増加に応じて発振させる光のパワーを減少させてやり、N2/NTの値を0.7 になるように制御すればよい。
【0044】
次に、反射率γを制御する方法について説明する。反射率γの制御方法としては、▲1▼干渉を利用する方法、▲2▼偏光を利用する方法、などが考えられるが、それぞれについて以下に具体的に説明する。
【0045】
▲1▼「干渉を利用する方法」として、LN変調器を使う方法がある。図4に示すように、LN変調器34の一方から1530nm帯の光を入力し、LN変調器34を通って他方に付けられた100 %反射ミラーによって反射を受ける。この際、LN変調器のバイアス電圧を変えることにより、LN変調器内で干渉させる位相を変化させ、通過する光のパワーをα(<1)倍に任意に制御することができる。
【0046】
但し、1530nm帯の光はミラーで完全反射され、再びLN変調器34を通過することで、α2 倍に減衰される。つまり、LN変調器のバイアス電圧を変化させることによって、反射率を0〜100 %まで自在に制御することができる。
【0047】
なお、電気光学効果を用いたLN変調器は偏光依存性をもつが、LN変調器の前に偏光子を挿入することで対処可能であり、発振させる光の偏光は問題ない。次に、▲2▼「偏光を利用する方法」として光アイソレータを使う方法がある。光アイソレータは一対の入射端と出射端を持ち、順方向の光は低損失で逆方向からの光は高損失であるという非相反性により、光を決められた方向にのみ通過させる素子である。図5にその構成例を示す。
【0048】
図において、1530nm帯の光はまず偏光子37により直線偏光とされ、ファラデー回転子38に入射される。そのとき、ファラデー回転子38では、偏光の回転角を自由に制御できるようにしておく。ファラデー回転子を通過した光は、100 %反射ミラー39により反射し、再びファラデー回転子38に入射する。そのとき反射により偏光は変わらないため、光はファラデー回転子を2回通過することにより2倍の回転を受ける。
【0049】
そこで、例えばファラデー回転子38における回転角を45°に設定した場合には、光はファラデー回転子を2回通過することで90°の回転を受け、偏光子を通過できず、すべての光が遮断される。また、回転子を通過後も偏光が回転しないように(1回の通過で180 度の整数倍の回転をするように)ファラデー回転子を調節すると、反射してファラデー回転子を2回通過してきた光も偏光が回転しないため、偏光子に遮られることなく通過する。
【0050】
つまり、ファラデー回転子における偏光の回転角を調節することにより、0%〜100 %の任意の反射率をもつ素子を形成することが可能となる。ファラデー回転子38において偏光の回転角を決めるのは、素子長、磁束密度、及び素子の定数である。偏光の回転角を自由に制御することができれば、上述した素子を構成することができる。そこで、図5に示すようなファラデー回転子38のまわりに電磁石40を取りつけ、電磁石に流す電流を変えることにより磁界を変化させ、ファラデー回転角を制御することが可能となる。
【0051】
尚、上述した制御方法は、反射率を0%〜100 %の間で自由に制御する方法に関するものであるが、反射率可変ミラー(図1の30)の反射率γを0%(完全透過)と100 %(完全反射)との2つを可変する機能のみを持った素子の場合でも、図3に示すように発振間隔を制御することにより、発振光パワーを制御することも可能である。
【0052】
ところで、上記の操作を行っても光増幅器の光出力はALC制御により常に一定に保たれている。但し、保たれている光出力はWDM信号の全パワーが一定に保たれているのであり、波長多重数が変化すると当然のことながら、各光信号個々のパワーは変化する。
【0053】
従って、波長多重数が変化しても各波長ごとの光出力のパワーを変化させないようにするためには、光増幅器に現在の波長多重数を知らせる手段を用意するか、光増幅器の内部に波長多重数を検出する手段が必要となるが、これらについては、先願(特願平7-214733) において示された手段により可能である。
【0054】
図6に、本発明を用いた光増幅器の実施例を示す。同図は、励起光源としての励起LDを2個(47、60) 使用する、いわゆる双方向励起の場合について示している。また、同図の構成では、反射率可変ミラー57を出射端側に設置しているが、100 %反射ミラー52と位置を交換し入射端側に設置しても、同様な光増幅器を構成することができる。この結果、光可変減衰器や新たな光源を用いることなく、EDF55への光入力パワーを一定値に制御することができ、光増幅器の利得の波長依存性を少なくすることが可能となる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外部から光を挿入することなく、波長多重伝送における利得の波長依存性が少なく、かつ出力光パワーを一定に保つ光増幅器を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は本発明の光増幅器の原理的構成図、
【図2】は本発明における発振光の様子を示す図、
【図3】は本発明における発振光パワーの制御方法を説明するための図、
【図4】は実施例における発振光パワー制御素子の構成図(その1)、
【図5】は実施例における発振光パワー制御素子の構成図(その2)、
【図6】は本発明の実施例の光増幅器の構成図、
【図7】は典型的なASEのスペクトラムを示す図、
【図8】は一例の利得と出力光パワーの関係を示す図、
【図9】は一例の入力光パワーと出力光パワーの関係を示す図、
【図10】は一例のASEの3dB帯域幅と光増幅器段数の関係を示す図、
【図11】は一例のEDFAの反転分布の割合(N2/NT)をパラメータ
とした時の利得と波長の関係を示す図、
【図12】は第1の従来例の光増幅器の構成図、
【図13】は第2の従来例の光増幅器の構成図である。
【符号の説明】
1は入力ポート、 2は光アイソレータ、 3はWDMカプラ、 4は励起LD、 5はEDF、 6は光アイソレータ、 7は光減衰器、 8は光カプラ、9は出力ポート、 10はAFGC、 11はフォトディテクタ、 12はAPC、 13は光アイソレータ、 14はWDMカプラ、 15は励起LD、 16は光カプラ、 17はプローブLD、 18はEDF、 19は光アイソレータ、 20は光BPF、 21は入力信号光パワー検出手段、 22はWDMカプラ、 23は励起光源、 24は光カプラ、 25は100 %反射ミラー、 26は発振光パワー検出手段、 27は光増幅媒体(EDF)、 28は光カプラ、 29は発振光パワー制御手段、 30は反射率可変ミラー、 31は光BPF、 32は出力信号光パワー検出手段、 33は励起光パワー制御手段、 34はLN変調器、 35は電圧制御回路、 36は100 %反射ミラー、 37は偏光子、 38はファラデー回転子、 39は100 %反射ミラー、 40は電磁石、 41は電流制御回路、 43は光カプラ、 44はフォトディテクタ、 45はアンプ、 46はWDMWカプラ、 47は励起LD、 48は駆動回路、 49は光アイソレータ、 50は光カプラ、 51は光カプラ、 52は100 %反射ミラー、 53はフォトディテクタ、 54はアンプ、 55はEDF 、 56は光カプラ、 57は反射率可変ミラー、 58は駆動回路、 59はWDMカプラ、 60は励起LD、 61は駆動回路、 62は光アイソレータ、 63は光BPF、 64は光カプラ、 65はフォトディテクタ、 66はアンプ、 67はA/D D/Aコンバータ、 68はCPU、 69はROM、 70はRAM
を示す。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifier suitable for collective amplification of a plurality of signal lights in a wavelength division multiplexing transmission system.
[0002]
[Prior art]
In order to construct a future multimedia network, an optical communication system with a larger capacity is required. Up to now, as multiplexing schemes that realize ultra-high capacity, time-division multiplexing (TDM), optical time-division multiplexing (OTDM), wavelength multiplexing (wavelength-) Research on division multiplexing (WDM) is being actively conducted. Among these, the WDM transmission system uses a wide gain band of an erbium (Er) -doped optical fiber amplifier (EDFA), and is a flexible optical wave network that performs cross-connection, branching / insertion at the optical level, or multiplexing of different services. It is expected as a means of realizing.
[0003]
In addition, the WDM system is advantageous compared to other systems when performing ultra-high capacity transmission using the existing 1.3 μm band zero-dispersion single mode fiber (SMF) network, which is currently most popular in the world. Conceivable. This is because the transmission speed per optical carrier is low (for example, 10 Gb / s), so that the chromatic dispersion tolerance and the optical input power tolerance limited by the nonlinear effect of the optical fiber can be set relatively large. It is.
[0004]
In order to realize the WDM transmission system, an optical amplifier (EDFA) having a constant amplification gain over a wide band is required. The EDFA has an amplification band (gain band) over about 1530 nm to 1560 nm, but the gain is not necessarily constant with respect to the wavelength. FIG. 7 shows a typical spontaneous emission (Amplified Spontaneous Emission) spectrum of EDFA. The ASE spectrum almost reflects the small signal gain characteristics of the optical amplifier. As can be seen from the figure, there is a gain peak in the vicinity of 1530 nm (= 1.53 μm), and the characteristics are not flat with respect to the wavelength.
[0005]
As a method for reducing the wavelength dependence of the gain of EDFA, a method of adding both aluminum (Al) and Er is generally known (CG Atkins et al., Electron Lett., Vol. Pp910-911 (1989)). . Also, a method for optimizing the operating point of the EDFA (M. Suyama et al., OAA '93, MB5-1 (1993)) and a method for flattening the gain characteristics using an optical filter (H. Toba et al. al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 5, No. 2, p248 (1993)).
[0006]
The band of the EDFA changes greatly when the relationship between the optical input power and the pumping light power is different. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the output optical power and the gain of the optical amplifier, and FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the input optical power and the output optical power using the pumping light power as a parameter. In the non-saturated region, the ratio of Er ions in the inversion distribution state in the EDFA is large and corresponds to a state in which a constant gain is obtained regardless of the change in the output optical power. The saturation region is the ratio of Er ions in the inversion distribution state. Shows a state in which the gain decreases sharply as the output optical power increases.
[0007]
In order to change these two types of states, for example, the power of the excitation light may be changed. When the power of the pumping light is sufficient with respect to the input power, the ratio of Er ions in the inversion distribution state is large and unsaturated, while when the power of the pumping light is small with respect to the input power, The ratio of Er ions in the inversion distribution state decreases and becomes saturated.
[0008]
FIG. 10 shows an example of measuring the ASE band when a plurality of optical amplifiers placed in these two states are connected in cascade. From the figure, when the number of connected optical amplifiers increases, the decrease in bandwidth is small when operating in the non-saturation region, but the 3 dB bandwidth decreases rapidly when operating in the saturation region. You can see that
[0009]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the gain and the wavelength when the ratio of inversion distribution of EDFA (N2 / NT) is used as a parameter. The parameter N2 / NT indicates the ratio of Er ions in the inversion distribution state to the total Er ions. When N2 / NT = 1, all Er ions transition to a higher energy level and a complete inversion distribution is obtained. It shows that it is obtained.
[0010]
Normally, the pumping power is controlled so as to obtain a constant optical output power (Po) (see FIG. 9). However, the power of the signal light input to the EDFA varies depending on use conditions and deterioration with time. If the optical output power is controlled to follow this change, the inversion distribution state shown in Fig. 11 will change, and the wavelength dependence of gain will change greatly, degrading the characteristics. I will let you.
[0011]
Therefore, for example, in a method of flattening the gain characteristic using an optical filter, a variable optical filter that can be controlled such as changing the characteristic of the optical filter according to the input optical power is required. The optical filter is difficult to realize, and even if it can be realized, there is a problem that the current technology becomes extremely expensive.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
When the conditions of the optical amplifier necessary for WDM transmission are rearranged again,
(1) The wavelength dependence of the amplification gain is small even if the input signal light power or the number of wavelength multiplexing changes.
  (2) The amplified optical power for each wavelength must be kept constant.
Is required. In FIG. 11, it can be seen that a flat gain characteristic is obtained for the wavelength band of 1540 to 1560 nm when the value of N2 / NT is near 0.7.
[0013]
Therefore, flat gain characteristics can be obtained if the operating state of the EDFA can always be maintained in this inverted distribution state. In order to realize such an operation, the EDFA may be controlled to have a constant gain. That is, N2 / NT can be kept at an arbitrary constant value by adjusting the pumping light power according to the change in the input light power so that the gain becomes constant. An example of such an experiment is shown in the literature (Technical Research Report of IEICE, OCS 94-66 PP31-36).
[0014]
However, if the power of the pumping light is controlled to keep the gain constant, the above (1) can be realized, but the power of the pumping light cannot be adjusted to realize (2). In order to solve this problem, the above-mentioned document (Technical Research Report of IEICE, OCS 94-66 PP31-36) proposes to control the optical output using an optical attenuator. FIG. 12 shows the configuration of such an optical amplifier.
[0015]
In FIG. 12, the input signal light from the input port 1 and the excitation light from the excitation LD 4 are added by the WDM coupler 3 and input to the EDF 5. The signal light amplified by the EDF 5 is output from the output port 9 via the optical isolator 6, the optical attenuator 7 and the optical coupler 8. The driving current of the pumping LD 4 is controlled by an automatic fiber gain controller (AFGC) 10. The AFGC 10 controls the power of the pumping light so that the gain in the EDF 5 is constant based on the optical power of the ASE output from the EDF 5.
[0016]
Further, a part of the amplified signal light is branched by the optical coupler 8, and this branched light is converted into an electric signal by the photodetector 11, and the output signal level of the photodetector 11 becomes constant by the automatic power controller (APC) 12. Thus, the attenuation factor of the optical attenuator 7 is controlled.
[0017]
If an optical attenuator is used, the optical output can be adjusted regardless of the gain of the optical amplifier. Therefore, the composition and length of the EDFA 5 and the power of the pumping LD 4 are set so that the optical output is sufficiently higher than the desired optical output. A constant optical output can be obtained by adjusting the optical attenuator 7 installed at the output section of the optical amplifier performing the constant gain control. That is, the above (1) and (2) can be satisfied at the same time.
[0018]
However, when the optical attenuator 7 is used as shown in FIG. 12, the current technology is to reduce the maximum output optical power due to the use of the optical attenuator and to manufacture a variable attenuation factor type optical attenuator at low cost. There is a problem that is difficult.
[0019]
Further, as shown in FIG. 13, a method has been proposed in which light is newly inserted from an external light source (probe LD) 17 and the power of light input to the EDF 18 is controlled to be a constant value (special Kohei 7-311212, Onaka et al., “Optical Amplifier”). In this case, a new light source is required instead of using an optical attenuator. In addition, the light source must have an oscillation wavelength within the amplification band of the EDFA and a wavelength somewhat distant from the WDM signal.
[0020]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The wavelength dependence of the signal gain for WDM transmission is maintained while keeping the output optical power constant without newly inserting light using an external light source. An object of the present invention is to provide an optical amplifier with low performance.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following configuration.
(Claim 1) In an optical amplifier having an optical amplification medium that has a predetermined amplification band and amplifies input signal light by pumping light and outputs the amplified signal light,SaidTo keep the signal light power of the output of the optical amplifier at a constant valueSaidExcitation light power control means for controlling the excitation light;SaidInput signal light power detecting means for detecting the power of the input signal light;
  At least two reflective elements are installed across the optical amplification medium, and the reflection by the reflective elements and theUsing an optical amplification mediumSaidAn oscillation means for oscillating light having a wavelength within a predetermined amplification band;SaidAn oscillation light power detection means for detecting the oscillation light power of the oscillation means;
  The one reflective element is a variable reflectance element, and the reflective variable element is a polarizer, a Faraday rotator, and the oscillation light. 100 % Reflecting elements are arranged in this order, the rotation angle of polarized light passing through the Faraday rotator is controlled using an electromagnet, and the signal light power of the output of the optical amplifier is set to a constant value by the excitation light power control means. After that, the pumping light power is kept constant,From the detection result of the input signal light power detection means and the oscillation light power detection means,SaidTo keep the input optical power to the optical amplifying medium constantSaidOscillation light power control means for controlling the oscillation light power is provided.
[0022]
An interferometer is configured by installing two reflecting elements with the optical amplification medium interposed therebetween. If the wavelength of the oscillation light is within the amplification region of the amplification medium, the light having the wavelength is amplified by going back and forth between the two reflecting elements through the amplification medium and oscillates under a certain condition. Further, the value of the oscillation light power can be controlled to a predetermined value by using one reflection element as a variable reflectance element and controlling the reflectance of the variable reflectance element by the oscillation light power control means.
  Further, as the element with variable reflectivity, a polarizer, a Faraday rotator, and the oscillation light are used. 100 % Elements are arranged in this order, and the rotation angle of the polarized light passing through the Faraday rotator is controlled using an electromagnet, so that the excitation light power remains constant and the Faraday rotation is performed for the light incident on the polarizer. Through the child 100 % Of the polarization plane of light that is reflected by the element that reflects% and passes through the Faraday rotator and exits from the polarizer. 100 % Can be changed. As a result, it is possible to obtain an element with variable reflectivity as a whole.
  When the input signal light increases or decreases, if the pumping light power is controlled to keep the output signal light constant, the ratio of the inversion distribution in the optical amplifying medium changes, so that the wavelength characteristics of the amplification gain are not flat (see FIG. 11). For this reason, the oscillation light power control means reduces or increases the oscillation light power having a wavelength different from that of the input signal light in the amplification band by the increase or decrease of the input signal light, and the input light power to the optical amplification medium. By making the constant, the wavelength characteristic of the amplification gain can be made constant.
[0023]
(Claim 2) In an optical amplifier having an optical amplifying medium having a predetermined amplification band and amplifying input signal light by pumping light, the signal light power at the output of the optical amplifier is maintained at a constant value. Excitation light power control means for controlling the excitation light; input signal light power detection means for detecting the power of the input signal light;
  Oscillating means for oscillating light having a wavelength within the predetermined amplification band by using at least two reflecting elements sandwiched between the optical amplifying medium and utilizing the reflection by the reflecting element and the optical amplifying medium; An oscillation light power detection means for detecting the oscillation light power of the oscillation means;
  The one reflective element is an element with variable reflectivity, and the element with variable reflectivity includes an LN modulator and the oscillation light. 100 % Reflecting elements are arranged in this order, and the LN modulator is controlled using a bias voltage. After the pumping light power control means sets the signal light power of the output of the optical amplifier to a constant value, the pumping light power Oscillating optical power for controlling the oscillating optical power so that the input optical power to the optical amplifying medium is made constant based on the detection results of the input signal optical power detecting means and the oscillating optical power detecting means Control means.
  That is, as an element having a variable reflectance, an LN modulator and the oscillation light are 100 % Elements are arranged in this order, and the bias voltage of the LN modulator is changed to pass through the LN modulator. 100 The power of the light that is reflected by the% reflecting element and is emitted again through the LN modulator is 0 to 0. 100 % Can be changed freely. As a result, it is possible to obtain an element with variable reflectivity as a whole.
[0026]
(Claim 3)  Claim 1A storage means for storing a value necessary for the reflectance of the variable-reflectance element according to claim 1 in correspondence with the value of the power of the input signal light according to claim 1 is provided, and the value of the power of the input signal light Accordingly, the power of the oscillation light is adjusted using the value stored in the storage means. In this way, even when the input signal light fluctuates, the oscillation light power can be easily adjusted, the wavelength characteristic of the amplification gain can be flattened, and the output light power can be made constant.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a principle configuration diagram of an optical amplifier according to the present invention. In the present invention, as shown in the figure, an optical amplifier oscillates light having a wavelength different from the band of the WDM signal by adding an interferometer made of a reflection mirror or the like to the configuration of a normal optical amplifier. To change the inversion distribution state, and the optical amplifier conditions necessary for the WDM transmission described above,
(1) Less gain wavelength dependency
(2) Output optical power must be kept constant
Is to be satisfied at the same time.
[0028]
In the figure, a part of the optical output of this optical amplifier is branched out and converted into an electric signal by the output signal optical power detection means 32, and the output optical power of the pumping light source 23 is kept constant so that the extracted optical power is kept constant. To control. Thereby, constant control (Automatic Level Control; ALC) of the optical output is performed. . In addition, on the output side of the optical amplification medium (for example, EDF) 27, the optical power amplified by the interferometer and the noise component generated from the optical amplifier are removed, and only the signal component that is originally desired to be kept constant is selectively selected. A transmitting optical filter (for example, an optical bandpass filter) 31 is inserted.
[0029]
Since the ALC control is performed as described above, the output light power of the pumping light source 23 is adjusted to keep the light output constant even if the input light power changes. (For example, in FIG. 9, the operating point moves from point (a) to point (b)). For this reason, in the case of a WDM signal, the total power of each signal is only controlled to be constant. When the input signal light power changes, the value of N2 / NT is controlled by controlling the power of the excitation light source. Changes, the wavelength dependence of gain changes as shown in FIG.
[0030]
For this reason, an interferometer is formed by reflecting mirrors 25 and 30 with the EDF 27 interposed therebetween, and only light having a certain wavelength apart from the WDM signal is selectively selected from ASE light (spontaneously emitted light) generated in the EDFA. Oscillate. By doing so, light with very strong power oscillates and is separated from the band of the WDM signal, so that it can be easily removed by a filter. Further, by controlling the optical power, the optical power in the EDF, that is, the input optical power can be kept constant without newly inserting light from the outside.
[0031]
As a result, the operating point returns from point (b) to point (a) in FIG. 9, so that the pumping light power becomes the original value, the value of N2 / NT does not change, and the wavelength dependence in the amplification band is eliminated. be able to. Specifically, by incorporating an element capable of controlling the optical power inside the interferometer and adjusting the optical power to intentionally oscillate, the value of N2 / NT resulting from the power adjustment of the excitation light source for ALC control The value of N2 / NT can be changed independently of the change in.
[0032]
Next, the configuration of the interferometer will be described. In FIG. 1, a specific wavelength λSThe optical couplers 24 and 28 capable of branching only the EDF 27 are arranged. Where λSIs a wavelength within the amplification band of the EDF 27, but is assumed to be far away from the wavelength of the WDM signal. Now tentatively λSIs 1530 nm, optical couplers 24 and 28 capable of selectively branching or multiplexing the wavelength of 1530 nm are used.
[0033]
The light of 1530 nm branched by the optical coupler 24 is reflected 100% by the mirror 25 attached to the tip of the optical coupler 24, is again combined with the WDM signal by the optical coupler 24, and is amplified when passing through the EDF 27. Demultiplexed by the coupler 28. The demultiplexed 1530 nm light is reflected by a variable reflectivity mirror 30 having a reflectivity γ (<1) and is multiplied by γ times, and is again combined with another signal by the optical coupler 28 and passes through the EDF 27. And return to the optical coupler 24 again. Reflection by the 1530 nm 100% reflection mirror 25 and the mirror 30 having a reflectance γ is repeated, and when the amplification exceeds the loss of this system, light of 1530 nm oscillates.
[0034]
The state of oscillation at that time is shown in FIG. Even if it is not light with a narrow spectrum as shown in the figure, it can be easily removed using an optical filter if the band of the light to oscillate is sufficiently far from the WDM signal band.
[0035]
Next, a method for controlling the power of oscillation light will be described. Using the fact that the relaxation time of Er in the EDF is relatively long (≈several tens of milliseconds), the power is controlled as a time average by oscillating or not oscillating light in a time shorter than the relaxation time. Like that. FIG. 3 shows an example of control of the oscillation light power.
[0036]
As the reflectivity γ of the reflectivity variable mirror 30 in FIG. 1 is gradually increased, the oscillation light does not gradually increase but suddenly oscillates at a certain point. For this reason, when it is desired to increase the power to oscillate, the oscillation interval is shortened as shown in FIG. Thereby, the average power in terms of time can be kept large and constant. On the other hand, when it is desired to reduce the oscillation power, the oscillation interval is made longer as shown in FIG. By doing so, the power can be kept small and constant on a time average basis.
[0037]
Using such oscillation light, when the input signal light power is weak, stronger light is oscillated, and when the input signal light power is strong, the oscillation light is weakened so that the light within the amplification band of the EDF can be reduced. Make sure that the total input power is always kept constant.
[0038]
That is, a part of the input signal light is branched and monitored by the input signal light power detection means 21 in FIG. 1, and the amount of the reflectance γ of the mirror 30 is made to be less than the relaxation time of the EDF 27 depending on the strength of the input signal light power. By controlling quickly, the power of light input to the EDF 27 can be kept constant as a whole. In addition, by doing this, it is possible to correct the fluctuation of the oscillation light power by the phase change due to the ambient temperature change.
[0039]
The oscillating light power is controlled by an electronic circuit of the oscillating light power control means 29 after the monitor light is converted into an electrical signal by the oscillating light power detection means 26. Since the relaxation time of the EDFA is relatively long, Fully controllable. References (1) (National Conference of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers '92 Spring c-318, pp 4-360), (2) (GA Ball et al, IEEE J. Lightwave., Vol. 10, pp1338-1343) (1992)), (3) (GA Ball et al, Electron. Lett. Vol. 29, No. 18, pp 1623-1625 (1993)).
[0040]
However, just keeping the input power to the EDF 27 constant does not necessarily cause the value of N2 / NT to be 0.7, and what level the input power is kept constant is important. Unless the input power is kept at a certain level and always kept at N2 / NT = 0.7, the wavelength dependence in gain cannot be eliminated.
[0041]
This can be dealt with by finely operating the means for correcting the power of the oscillation light in accordance with the input signal light power. For example, a control circuit using a microprocessor, a memory or the like is mounted on the optical amplifier, and the memory is pre-loaded. The optimum value of the oscillation light power may be stored in accordance with the value of the input signal light power, and the reflectance γ of the mirror 30 may be controlled in accordance with the input signal light power based on this value.
[0042]
By performing such control, the value of N2 / NT can always be kept at 0.7 with respect to any change in the input signal light power, and as a result, the wavelength dependence in gain can be eliminated.
[0043]
Further, when the input optical power value of the WDM signal is approximately halfway between the maximum value and the minimum value of the assumed change, the reflectance γ is adjusted to be approximately in the middle of the controllable range. In this state, the parameters of the EDF 27 (Er ion concentration, EDF length, etc.) and the power of the excitation light source are selected so that the optical output of the optical amplifier has a predetermined power and the wavelength characteristic of the gain becomes flat. (Of course, the maximum output of the pumping light source needs to have sufficient power to obtain a predetermined light output even when the input signal light power becomes the minimum value.)
Further, when the input signal light power or the number of multiplexed wavelengths increases, the pumping light power can be reduced, so that the number of Er in the inversion distribution state decreases and the value of N2 / NT decreases, and the short wavelength side. The gain decreases. Therefore, the power of the light to be oscillated is decreased according to the increase of the input signal light power, and the value of N2 / NT may be controlled to be 0.7.
[0044]
Next, a method for controlling the reflectance γ will be described. As a method for controlling the reflectance γ, (1) a method using interference, (2) a method using polarized light, and the like can be considered, and each will be described in detail below.
[0045]
{Circle around (1)} As a “method using interference”, there is a method using an LN modulator. As shown in FIG. 4, 1530 nm band light is input from one side of the LN modulator 34 and is reflected by a 100% reflecting mirror attached to the other side through the LN modulator 34. At this time, by changing the bias voltage of the LN modulator, the phase causing interference in the LN modulator can be changed, and the power of light passing therethrough can be arbitrarily controlled to α (<1) times.
[0046]
However, the 1530 nm band light is completely reflected by the mirror and passes through the LN modulator 34 again, so that α2Attenuated twice. That is, the reflectance can be freely controlled from 0 to 100% by changing the bias voltage of the LN modulator.
[0047]
Although the LN modulator using the electro-optic effect has polarization dependency, it can be dealt with by inserting a polarizer in front of the LN modulator, and there is no problem with polarization of light to be oscillated. Next, (2) there is a method of using an optical isolator as a “method of using polarized light”. An optical isolator is a device that has a pair of entrance and exit ends, and allows light to pass only in a predetermined direction due to the nonreciprocity that light in the forward direction is low loss and light from the reverse direction is high loss. . FIG. 5 shows an example of the configuration.
[0048]
In the figure, light in the 1530 nm band is first converted into linearly polarized light by a polarizer 37 and is incident on a Faraday rotator 38. At that time, the Faraday rotator 38 is configured so that the rotation angle of the polarized light can be freely controlled. The light that has passed through the Faraday rotator is reflected by the 100% reflection mirror 39 and is incident on the Faraday rotator 38 again. At that time, since the polarization does not change due to reflection, the light is rotated twice by passing through the Faraday rotator twice.
[0049]
Therefore, for example, when the rotation angle of the Faraday rotator 38 is set to 45 °, the light is rotated 90 ° by passing through the Faraday rotator twice and cannot pass through the polarizer, so that all the light is transmitted. Blocked. Also, if the Faraday rotator is adjusted so that the polarization does not rotate after passing through the rotator (so that it rotates by an integral multiple of 180 degrees in one pass), it will reflect and pass through the Faraday rotator twice. Since the polarized light does not rotate, it passes without being blocked by the polarizer.
[0050]
That is, by adjusting the rotation angle of polarized light in the Faraday rotator, it is possible to form an element having an arbitrary reflectance of 0% to 100%. In the Faraday rotator 38, the rotation angle of the polarized light is determined by the element length, the magnetic flux density, and the element constant. If the polarization rotation angle can be freely controlled, the above-described element can be configured. Therefore, the Faraday rotation angle can be controlled by attaching the electromagnet 40 around the Faraday rotator 38 as shown in FIG. 5 and changing the current flowing through the electromagnet to change the magnetic field.
[0051]
The above-described control method relates to a method for freely controlling the reflectance between 0% and 100%. However, the reflectance γ of the reflectivity variable mirror (30 in FIG. 1) is set to 0% (complete transmission). ) And 100% (complete reflection), it is also possible to control the oscillation light power by controlling the oscillation interval as shown in FIG. .
[0052]
By the way, even if the above operation is performed, the optical output of the optical amplifier is always kept constant by the ALC control. However, the maintained optical output is such that the total power of the WDM signal is kept constant, and the power of each optical signal changes as a matter of course as the number of wavelength multiplexing changes.
[0053]
Therefore, in order not to change the power of the optical output for each wavelength even if the number of wavelength multiplexing changes, a means for notifying the current wavelength multiplexing number to the optical amplifier is prepared, or the wavelength is set inside the optical amplifier. A means for detecting the multiplex number is required, but these can be achieved by the means shown in the prior application (Japanese Patent Application No. 7-214733).
[0054]
FIG. 6 shows an embodiment of an optical amplifier using the present invention. This figure shows the case of so-called bidirectional excitation using two excitation LDs (47, 60) as excitation light sources. Further, in the configuration of the figure, the reflectivity variable mirror 57 is installed on the exit end side, but a similar optical amplifier can be configured even if the position is exchanged with the 100% reflection mirror 52 and installed on the entrance end side. be able to. As a result, the optical input power to the EDF 55 can be controlled to a constant value without using an optical variable attenuator or a new light source, and the wavelength dependence of the gain of the optical amplifier can be reduced.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an optical amplifier that has less wavelength dependency of gain in wavelength division multiplex transmission and maintains constant output optical power without inserting light from the outside. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram of an optical amplifier according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a state of oscillation light in the present invention;
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of controlling oscillation light power in the present invention;
FIG. 4 is a configuration diagram (No. 1) of an oscillation light power control element in the embodiment;
FIG. 5 is a configuration diagram (No. 2) of an oscillation light power control element in the embodiment;
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical amplifier according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing a typical ASE spectrum;
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an example gain and output optical power;
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between input optical power and output optical power in an example;
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an ASE 3 dB bandwidth of one example and the number of optical amplifier stages;
FIG. 11 is a graph showing an inversion distribution ratio (N2 / NT) of an example EDFA as a parameter.
Figure showing the relationship between gain and wavelength when
FIG. 12 is a block diagram of a first conventional optical amplifier;
FIG. 13 is a configuration diagram of an optical amplifier of a second conventional example.
[Explanation of symbols]
1 is an input port, 2 is an optical isolator, 3 is a WDM coupler, 4 is an excitation LD, 5 is an EDF, 6 is an optical isolator, 7 is an optical attenuator, 8 is an optical coupler, 9 is an output port, 10 is an AFGC, 11 Is an optical detector, 12 is an APC, 13 is an optical isolator, 14 is a WDM coupler, 15 is an excitation LD, 16 is an optical coupler, 17 is a probe LD, 18 is an EDF, 19 is an optical isolator, 20 is an optical BPF, and 21 is an input signal. Optical power detection means, 22 is a WDM coupler, 23 is an excitation light source, 24 is an optical coupler, 25 is a 100% reflection mirror, 26 is an oscillation optical power detection means, 27 is an optical amplifying medium (EDF), 28 is an optical coupler, 29 Is an oscillation light power control means, 30 is a reflectivity mirror, 31 is an optical BPF, 32 is an output signal light power detection means, 33 is an excitation light power control means, 34 is an LN modulator, 35 is a voltage control circuit, 36 100% reflection mirror, 37 polarizer, 38 Faraday rotator, 39 100% reflection mirror, 40 electromagnet, 41 current control circuit, 43 optical coupler, 44 photodetector, 45 amplifier, 46 WDMMW coupler , 47 is an excitation LD, 48 is a drive circuit, 49 is an optical isolator, 50 is an optical coupler, 51 is an optical coupler, 52 is a 100% reflection mirror, 53 is a photodetector, 54 is an amplifier, 55 is an EDF, 56 is an optical coupler, 57 is a variable reflectivity mirror, 58 is a drive circuit, 59 is a WDM coupler, 60 is an excitation LD, 61 is a drive circuit, 62 is an optical isolator, 63 is an optical BPF, 64 is an optical coupler, 65 is a photodetector, 66 is an amplifier, 67 is A / D D / A converter, 68 is CPU, 69 is ROM, 70 is RAM
Indicates.

Claims (3)

所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、
前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、
前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、
少なくとも2個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、
前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、
前記1つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、偏光子、ファラデー回転子、及び前記発振光を 100 %反射する素子をこの順に並べ、前記ファラデー回転子を通る偏波光の回転角を電磁石を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段の制御により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設けたことを特徴とする光増幅器。
In an optical amplifier having an optical amplification medium having a predetermined amplification band and amplifying input signal light by pumping light and outputting the amplified signal light,
And pumping light power control means for controlling the excitation light so as to maintain a constant value of power of signal light output of the optical amplifier,
An input signal light power detecting means for detecting the power of the input signal light,
At least two reflective elements is placed across the optical amplification medium, an oscillating means for the utilizing the reflection by the reflective element the light amplification medium to oscillate light having a wavelength in the predetermined within the amplification band,
And oscillation light power detecting means for detecting the oscillation light power of the oscillating means,
The one reflective element is a variable reflectivity element, and the variable reflectivity element includes a polarizer, a Faraday rotator, and an element that reflects 100 % of the oscillation light in this order, and a polarization that passes through the Faraday rotator. The rotation angle of the wave light is controlled using an electromagnet, and the signal light power of the output of the optical amplifier is set to a constant value by the control of the pumping light power control means, and the input light is kept constant while the pumping light power is kept constant. from the detection result of the signal light power detecting means and said oscillation light power detecting means, that the input light power to the optical amplifying medium is provided and the oscillation light power control means for controlling said oscillation light power so that a constant A characteristic optical amplifier.
所定の増幅帯域を有し励起光により入力信号光を増幅して出力する光増幅媒体を有する光増幅器において、In an optical amplifier having an optical amplification medium that has a predetermined amplification band and amplifies input signal light by pumping light and outputs the amplified signal light,
前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に保つように前記励起光を制御する励起光パワー制御手段と、Excitation light power control means for controlling the excitation light so as to keep the signal light power of the output of the optical amplifier at a constant value;
前記入力信号光のパワーを検出する入力信号光パワー検出手段と、Input signal light power detecting means for detecting the power of the input signal light;
少なくとも2個の反射素子を前記光増幅媒体を挟んで設置し、前記反射素子による反射と前記光増幅媒体を利用して前記所定の増幅帯域内に波長をもつ光を発振させる発振手段と、An oscillating means that oscillates light having a wavelength within the predetermined amplification band by using at least two reflecting elements and sandwiching the optical amplifying medium, using the reflecting element and the optical amplifying medium;
前記発振手段の発振光パワーを検出する発振光パワー検出手段と、Oscillating light power detecting means for detecting the oscillating light power of the oscillating means;
前記1つの反射素子を反射率可変の素子とし、前記反射率可変の素子は、LN変調器、及び前記発振光をThe one reflective element is an element with variable reflectivity, and the element with variable reflectivity includes an LN modulator and the oscillation light. 100 100 %反射する素子をこの順に並べ、前記LN変調器をバイアス電圧を用いて制御し、前記励起光パワー制御手段の制御により、前記光増幅器の出力の信号光パワーを一定値に設定後、前記励起光パワーを一定にしたまま、前記入力信号光パワー検出手段及び前記発振光パワー検出手段の検出結果より、前記光増幅媒体への入力光パワーを一定にするように前記発振光パワーを制御する発振光パワー制御手段とを設けたことを特徴とする光増幅器。% Reflecting elements are arranged in this order, the LN modulator is controlled using a bias voltage, and the signal light power of the output of the optical amplifier is set to a constant value by the control of the pumping light power control means, and then the pumping Oscillation for controlling the oscillation light power so that the input optical power to the optical amplifying medium is constant based on the detection results of the input signal light power detection means and the oscillation light power detection means while keeping the optical power constant. An optical amplifier comprising an optical power control means.
請求項1に記載の反射率可変の素子の反射率として必要な値を、請求項1に記載の入力信号光のパワーの値に対応して記憶させた記憶手段を設け、前記入力信号光のパワーの値に応じて前記記憶手段に記憶させた値を用いて前記発振光のパワーを調節することを特徴とする請求項1に記載の光増幅器。A storage means for storing a value necessary for the reflectance of the variable-reflectance element according to claim 1 in correspondence with the value of the power of the input signal light according to claim 1 is provided, and the input signal light 2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the power of the oscillation light is adjusted using a value stored in the storage means in accordance with a power value.
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JP4514920B2 (en) * 2000-08-21 2010-07-28 三菱電線工業株式会社 Optical fiber amplifier
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