JP3757018B2

JP3757018B2 - 光増幅装置および光増幅装置の制御方法ならびに光増幅装置を用いた光伝送システム

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Publication number: JP3757018B2
Application number: JP05726397A
Authority: JP
Inventors: 淳也小坂
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: US6459527B1; JPH10256634A; US6091539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅制御方法および光増幅装置ならびに光増幅装置を用いた光伝送システムに係り、特に、波長多重光伝送方式に採用するに好適な光増幅装置およびこの光増幅装置を用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの低コスト化要求に伴って、単一の光伝送ファイバーに複数の異なる波長の信号光を多重して伝送する、いわゆる波長多重光伝送方式が検討されている。
一方、光増幅装置は、増幅波長帯域が広く、且つ低雑音での増幅が可能なため、波長多重光伝送における増幅装置として好適である。光増幅装置を構成する希土類添加光ファイバや半導体増幅器には、利得の波長依存性があり、増幅後の各波長の光出力または利得に波長間偏差が生じる。
【０００３】
前記波長間偏差は、特に、光増幅装置による多段中継によって積算され、中継後の光パワーの波長間の偏差が拡大する。その結果として、多重された光波長の内、最も低いパワーを有する光波長のＮ／Ｓ比の劣化によって全システムの最大中継伝送距離が制限される。従って、各波長の光出力の偏差がない平坦性が確保され得た利得特性を有する光増幅器を提供することが重要となっている。
そこで、従来の方式としては、例えば電子通信情報学会、技法ＯＣＳ９４−６６、ＯＰＥ９４−８８（１９４４−１１）「ファイバ増幅率制御を用いた光ファイバ増幅器の多波長一括増幅特性平坦化」として述べられている方式がある。
【０００４】
前記従来の方式は、入力パワの変化に対し、複雑、且つ変化する形状となる波長−光パワーの特性曲線を所定の条件で一定とし、その所定の条件下で利得特性が補償されていた。
すなわち、４波を波長多重した−１１ｄＢｍの信号光を光増幅器に入力し、増幅された信号光全体の光出力をモニタし、この出力レベルが一定になるように、ファイバゲインを制御するファイバゲインコントローラ（以下、ＡＦＧＣという）を用いている。これによって、ファイバゲインを１２ｄＢ一定に制御することにより、各波長間偏差を最小にしている。
また、光減衰器によるオートパワーコントローラ（以下、ＡＰＣという）により、ファイバゲインを１２ｄＢ一定に保ちつつ光損失を調整し、中継増幅率を変えてもファイバゲイン・スペクトルを変化させないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際、光通信システムにおいて光増幅装置を適用する場合、伝送スパン長が一定しない用途が考えられる。図９を参照してそのような用途の一例を説明する。
図９は、伝送スパン長が一定でない光伝送システムにおいて光増幅装置を適用した場合のブロック図である。図中、１は光受信装置、２は光増幅装置、３は光合波器、４ａ、４ｂ、４ｃは、光送信装置である。前記光送信装置４ａから光合波器３まで、光送信装置４ｂから光合波器３まで、および光送信装置４ｃから光合波器３までの伝送距離はそれぞれ異なっている。
分図（ａ）に示す如く、前記光送信装置４ａ、光送信装置４ｂおよび光送信装置４ｃからの波長多重送信光信号が、光合波器３を通過して光増幅装置２によって増幅されたのち、光受信装置１に配送される。
分図（ｂ）に示す如く、それぞれの光送信装置４ａ、４ｂ、４ｃよりの波長多重送信光信号が光受信装置１に配送される時間帯は、それぞれ割り当てが定っている。すなわち、光信号を時系列的に、予め定められたいずれかの光送信装置から受信する、いわゆる時分割多元接続（以下、ＴＤＭＡという）と呼ばれる伝送方式を示したものである。
【０００６】
前記方式では、光送信装置から光増幅装置までの伝送距離が一定ではなく、伝送距離の長い光送信装置から波長多重信号光が配送される時間帯は、光増幅装置への光入力レベルが低くなる。逆に、伝送距離の短い光送信装置から波長多重信号光が配送される時間帯は光増幅装置への光入力レベルが高くなる。
これら全ての入力信号光に対して、均等に光増幅を行うためには、広い入力ダイナミックレンジを有する光増幅装置を適用することが必須であるという問題があった。
【０００７】
また、伝送スパン長が必ずしも一定しない箇所に、複数の光増幅装置を配置するシステム構成も考えられる。伝送スパン長が異なれば、スパン損失も異なり、信号入力レベルは配置される箇所によって異なる。信頼性の高い伝送システムを簡単、且つ確実に構築するためには、あらゆる伝送スパン長に対応可能な入力ダイナミックレンジを確保できる光増幅装置を適用することが望ましいという問題がある。
【０００８】
しかし、上記従来例の技術は、入力レベルを−１１ｄＢｍに固定した場合の検討のみを行っている。上記従来技術の方式で、例えば入力のダイナミックレンジを−３０ｄＢｍから０ｄＢｍまでの３０ｄＢｍを確保したとすれば、フアイバゲインを１２ｄＢｍに一定としている。
このため、信号のレベルに応じて、フアイバ出力レベルは、−１８ｄＢｍから＋１２ｄＢｍまで変化する。このとき、ＡＰＣを用いて全入力ダイナミックレンジ内で光出力を一定に制御したとすれば、前記光出力を−１８ｄＢｍ以下にせざるを得ず、通常の光送信パワの１／１００程度となり、実用上問題がある。
【０００９】
前記問題を解決するためには、ゲインを１２ｄＢより向上させることが必須の課題となるが、一般に希土類添加光ファイバにおいて、高ゲインを確保すればするほど、波長平坦性の実現は困難となるという問題があり、上記従来の方式においては、１２ｄＢの小ゲイン増幅の場合についてのみ検討されており、３０ｄＢを越えるゲインを確保し、且つ波長平坦性を実現するための方法並びに施策については検討がなされていない。
【００１０】
また、光ファイバのゲインの向上を行ったとしても、従来方式のようにゲインを一定に制御している限り、入力信号が大きくなると、希土類添加光ファイバの特性上ゲインの飽和が生じ、上記全ての入力ダイナミックレンジ内で、３０ｄＢを越えるゲインを確保することは原理的に不可能であって、結局入力ダイナミックレンジを拡大させることは困難となるという問題がある。
すなわち、上記従来例は、極く限られた条件内での特性を示したものであって、実システム適用の際には解決すべき多くの課題が多い。
【００１１】
また、他の課題として、例えば従来の方式において適用した波長は、１５４８ｎｍ、１５５１ｎｍ、１５５４ｎｍ、１５５７ｎｍであって、従来のファイバでも比較的平坦性が実現されている波長領域であり、これ以上の適用波長領域を拡大するためには、ファイバ自体の平坦化領域をさらに拡大させなければならないという新たな課題が発生する。
【００１２】
また、光増幅装置全体において、ゲインの損失となる光減衰は、光増幅器全体の増幅効率を劣化させたり、雑音指数を劣化させる要因の一つとなる。上記従来例では、光減衰器を用いているが、光減衰が光増幅装置の特性に及ぼす悪影響やその対策については検討されていない。
【００１３】
さらに、光増幅装置の一般的な特性として、波長の多重数が変化することによって波長平坦性の度合いが変化することが知られている。上記従来例においては、４波長多重時に限定した波長平坦性が検討されており、波長多重数が変化したときの波長平坦性変化に対する対策は検討されていないという問題があつた。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、広入力ダイナミックレンジを有し、少ない能動デバイスのみで、簡単に多数の信号光の波長平坦性を実現し、各波長およびに波長多重数が変化に対して増幅効率劣化や雑音指数劣化を抑圧し、自動的に波長平坦性を実現する光増幅装置および光増幅装置の制御方法ならびに光増幅装置を用いた光伝送システムを提供することをその目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光増幅装置の構成は、入力された多重光の光パワーを調節する調節手段と、前記調節された多重光の光パワーをそれぞれ増幅する光増幅手段と、前記増幅された多重光の一部を出力光とすると共に、他の一部を検出光として分岐する光分岐手段と、前記分岐された検出光を入力させる光検出手段と、前記光検出手段からの出力信号により前記調節手段と前記光増幅手段とを制御する制御装置とを備え、前記調節手段の発生させる利得特性を前記光増幅手段の利得特性と逆特性となるようにし、前記光増幅手段の光パワーの出力利得特性が所定値で平坦化されるように構成したことを特徴としたものである。
【００１６】
また、前項記載の光増幅装置において、前記調節手段は、入力多重光を複数の波長帯域光に分岐する分岐部と、発射する励起光を分岐する分岐部材を備えた励起光源と、前記分岐された複数光と前記分岐された励起光を合波する複数の光合波器と、前記合波光を導入する増幅率の異なる複数の稀土類ドープ光ファイバと、前記増幅合波光の内、所望の波長帯域光のみを通過させる複数の帯域通過フイルタと、前記通過後の複数の波長帯域光を合成する光合成器とからなり、前記光増幅手段は、励起光を発射する励起光源と、前記入力多重光と前記励起光源よりの励起光を合波する光合波器と、前記合波光を導入し増幅する稀土類ドープ添加光ファイバとからなり、前記光検出手段は、分岐光を二つの経路に分岐する分岐部と、前記分岐部に接続された第一の光検出器と、前記分岐部に、特定の波長光のみを通過させる帯域通過光フィルタを介して接続された第二の光検出器とからなり、前記制御装置は、前記第一の光検出器からの第一のモニタ信号で前記光増幅手段を制御する第一の制御手段と、前記第一のモニタ信号と前記第二の光検出器からの第二のモニタ信号とで、前記調節手段を制御する第二の制御手段とからなることを特徴としたものである。
【００１７】
さらに、前項記載の光増幅装置において、前記稀土類ドープ光ファイバは、エルビウムドープ光ファイバとしたことを特徴としたものである。
またさらに、前項記載の光増幅装置において、前記第一の光検出器は複数の波長帯域光の全光パワを検出して第一のモニタ信号とし、前記第二の光検出器は帯域通過光フィルタにより特定の波長光のみの光パワを検出して第二のモニタ信号とし、前記第一の制御手段は、前記第一のモニタ信号と基準電圧とを比較し、当該差信号で前記光増幅手段の励起光源を制御し、当該光増幅手段利得の波長特性の大きさを調整し、前記第二の制御手段は、前記第一のモニタ信号を分割して得られた前記複数の波長帯域光の平均光パワと、前記第二のモニタ信号の特定波長光の光パワとを比較し、当該差信号で前記調節手段の励起光源を制御し、前記光増幅手段利得の波長特性と、逆向き特性の大きさおよびその傾きを調節するように構成したことを特徴としたものである。
前項記載の光増幅装置において、前記調節手段の帯域通過フィルタは、多重信号光の高利得端もしくは低利得端に位置する波長であることを特徴としたものである。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明に係る光増幅装置の制御方法の構成は、光増幅媒体の利得特性を補償する光増幅装置の制御方法において、前記光増幅媒体の利得特性と逆特性の増幅利得を生じさせ、光増幅媒体が有する利得特性を所定値で平坦化することを特徴とするものである。
前項記載の光増幅装置の制御方法において、前記生じさせた逆特性の増幅利得を変化させることを特徴とするものである。
前項記載の光増幅装置の制御方法において、光増幅媒体よりの光出力レベルを検知して、光増幅媒体の利得特性を制御すると共に、前記光出力の利得平坦性を検知して前記逆特性の増幅利得を制御することを特徴とするものである。
前項記載の光増幅装置の制御方法において、複数の波長帯域光の全光パワを検出し、帯域通過光フィルタを用い特定波長光のみの光パワを検出し、前記検出した全光パワと基準電圧との比較信号で光増幅媒体の利得特性値を調整し、前記全光パワから得た前記複数の波長帯域光の平均光パワと、前記特定波長光の光パワとの比較信号で前記逆利得特性のレベルおよびその傾きを調節することを特徴とする光増幅装置の制御方法。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明に係る多重光伝送システムの構成は、光送信装置と、光増幅装置と、光受信装置と、これら各装置を接続する多重光ファイバとからなる多重光伝送システムにおいて、前記光増幅装置に請求項１ないし３記載のいずれかの光増幅装置を用い、前記多重光ファイバの後段に当該光増幅装置を設置することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光増幅制御方法および光増幅装置ならびに光増幅装置を用いた光伝送システムの実施の形態を図１ないし図８を参照して説明する。
【００２１】
まず、本発明の構成を説明する前に、まず、その理論的背景を説明すれば以下の通りである。
図１は、光増幅手段としてのエルビウム添加光ファイバのゲイン特性の波長依存性の線図、図２は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置の各構成手段における波長依存性の特性線図である。
図１は、波長の相違による光増幅媒体として適用されたエルビウム添加光ファイバにおける信号光波長１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍの４波長の利得特性を示したものである。
一般的にいえば、エルビウム添加光ファイバによって増幅可能な波長域は、１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍとなっているが、この波長領域のゲイン特性は、波長依存性を有している。また、前記波長依存性も信号光ゲインもしくは信号光入力パワーによって変化する。
【００２２】
説明を簡単にするために、図２においては、図１の各信号光波長１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍの４波長の利得を各構成手段毎（調節手段、光増幅手段、光増幅装置）に、その大きさの順に左から１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５４０ｎｍの順に並べ直したものである。
上述した如く、光増幅手段によって増幅された信号光波長の平坦性は、信号光ゲインや、入力信号光のパワーの増減によって変化する。
例えば、光増幅手段では、図２（ｂ）に示す如く、平均光出力のパワーが一定で、且つ入力信号光のパワーが減少したとき、信号光波長の利得形状は、図の下向きの矢印のように変化し、入力信号光のパワーが増加したとき、信号光波長の利得形状は、図示上向きの矢印のように変化する。
【００２３】
このような、理論的背景に着目し、本発明に係る光増幅装置は、図２（ｂ）に示した利得特性の波長特性の大きさのみを調整する光増幅手段と、図２（ａ）に示す前記図２（ｂ）の利得特性の波長特性とは逆向きの大小関係を有し、且つ簡単に利得の波長特性の傾きを調節できる調節手段を具備させたものである。
【００２４】
前記調節手段は、図２（ａ）に示す矢印の向き（上向き）に出力レベルが変化すると傾きが大きくなり、逆に図２（ｂ）に示す矢印の向き（下向き）に出力レベルが変化すると、傾きが小さくなるものである。
したがって、図２（ｃ）に示すように、調節手段と光増幅手段とを通過した信号は、各波長ごとに等しい利得を有し、全ての波長の出力が一定となるよう調節されるものである。
また、光増幅手段に図２（ｂ）に示す利得特性に変化が生じた場合には、調節手段の利得特性を対応させて利得特性に変化させ、結果的に、図２（ｃ）に示すように各波長毎に、等しい利得を有するように補正制御するものである。
【００２５】
図３を参照して、各構成手段における光入出力レベルを説明する。
図３は、本発明に係る調節手段および光増幅手段の光入出力レベルのダイヤグラム図である。
上記の如く、全ての波長の出力が一定となるためには、図示するごとく、光増幅手段の特性が、図３の右半分に示す如く、矢印の向き（下向き）に入力レベルが減少したときに傾きが拡大する。これに対して調節手段の特性は、図３の左半分に示す如く、矢印の向き（上向き）に出力レベルが増加したときに傾きが拡大する特性でなければならない。
調節手段に前記特性を具備させることによって、光増幅手段の入力レベル、すなわち調節手段の出力レベルは、光増幅装置の利得が平坦化されるように一義的に決定される。
結果的に、調節手段と光増幅手段とを制御することによって、全ての入力ダイナミックレンジの入力信号光を、平坦、且つ一義的に、安定で所定値に収束させることができる。
【００２６】
次ぎに、図４を参照して、本発明の一実施形態に係る光増幅装置の具体的構成を説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置のブロック構成図である。
図４に示すように、伝送ファイバよりの信号光は、例えばλ₁＝１５４０ｎｍ、λ₂＝１５４５ｎｍ、λ₃＝１５５０ｎｍ、λ₄＝１５５５ｎｍの四つの波長が、単一の光ファイバに多重されて伝送されている。
【００２７】
前記伝送信号は、調節手段１１に導入されたのち、各信号光の光パワーが調節され、光増幅手段１２に導入される。前記光増幅手段１２では各波長の信号光がともに増幅が行われ、光出力として導出される。前記光増幅手段１２よりの導出された多重光出力の光出力は光分岐手段１３から光出力となり、その一部が分岐される。
前記分岐された光出力は光検出手段１４によって検出される。前記検出された信号光は、第一の制御手段１６および第二の制御手段１８によって、増幅された多重光出力が予め所定値になるよう、且つ波長平坦性が保たれるよう、光増幅手段１２および調節手段１１を制御する構成となっている。
【００２８】
図４の光増幅装置を更に具体的に説明する。
図５は、図４の光増幅装置の具体的構成例のブロック図である。
図５において、伝送された４波長多重信号は、調節手段１１に導入されたのち、各信号光の光パワーが調節され、光増幅手段１２に入射する。
前記光増幅手段１２は、光合波器１２ａと、これに直列に接続されたエルビウム添加光ファイバ１２ｂと、前記光合波器１２ａに励起光を入射する励起光源１２ｃとから構成されている。
【００２９】
前記光増幅手段１２への入射光が、光合波器１２ａを通過してエルビウム添加光ファイバ１２ｂに導入される。また、前記の如く光合波器１２ａには、励起光源１２ｃより励起光が導入されるので、当該励起光も励起光エルビウム添加光ファイバ１２ｂに導入され、当該励起光がエルビウム添加光ファイバ１２ｂを励起することになる。
多重信号光λ₁、λ₂、λ₃、λ₄は、励起状態のエルビウム添加光ファイバ１２ｂによって増幅されたのち、光増幅手段１２から導出される。前記導出され光増幅手段１２よりの光出力の一部は、光分岐手段１３により分岐され、分岐された光出力は光検出手段１４によって検出される。
【００３０】
前記光検出手段１４は、光分岐部１４ａと、当該光分岐部１４ａと接続される第一の光検出器１４ｂと、前記光分岐部１４ａと接続する帯域通過光フイルタ１４ｃを介して接続される第二の光検出器１４ｄとから構成されている。前記第一の光検出器１４ｂで検出された検出光はカプラ１５で分岐されて二つの出力信号となり、前記第二の光検出器１４ｄで検出された検出光も出力信号となる。
【００３１】
さらに、詳細に説明すると、例えば光カプラ５等で構成した光分岐部１４ａによって二つの経路の光に分岐され、一の経路光は、第一の光検出器１４ｂに取り込まれることによって光出力の全パワーをモニタし、第一の光検出器１４ｂからの第一のモニタ信号として、第一の制御装置１６および第二の制御装置１８に送り出される。
また、分岐された他の一の経路光は、例えば波長１５４０ｎｍのみの光を通過させる帯域通過光フィルタ１４ｃを介して第二の光検出器１４ｄに取り込まれる。これにより、入力される波長多重信号、λ₁＝１５４０ｎｍ、λ₂＝１５４５ｎｍ、λ₃＝１５５０ｎｍ、λ₄＝１５５５ｎｍの内、例えばλ₁＝１５４０ｎｍの信号のレベルのみをモニタすることが可能となり、前記第二のモニタ信号として第二の制御手段１８に送出する。
【００３２】
前記第一の制御装置１６は、比較器１６ａと、基準電圧源１６ｂとからなり、前記比較器１６ａでは、前記第一の光検出器１４ｂからの第一のモニタ信号と、基準電圧源１６ｂからの所定の基準値信号とを比較し、その差信号を検出する。
前記比較器１６ａによる検出された差信号を励起光源１２ｃに伝達し、光出力の全パワーが一定となるように、フィードバック制御を行うものである。
これにより、光増幅手段１２は、光出力の全パワーを一定値に増幅することができる。
【００３３】
次に、第二の制御装置１８では、比較器１８ａと、分割回路１８ｂとからなり、前記比較器１８ａは、第一の光検出器１４ｂからの第一のモニタ信号を分割回路１８ｂによって波長数で分割することにより、単一波長あたりの平均光パワーを検出することができる。また、第二の光検出器１４ｄからの第二のモニタ信号は、前記比較器１８ａに取り込まれる。
次ぎに、比較器１８ａにおいて、第一のモニタ信号を分割回路１８ｂより波長数で分割された単一波長あたりの平均光パワーと、前記取り込まれた第二のモニタ信号の特定波長の光パワーが、その大小関係と差が比較される。
【００３４】
前記比較器１８ａにおいて、差信号が正である場合には、調節手段１１を差信号の大きさに応じて変化させ、図２（ａ）の矢印の上向きに動作させる。
前記比較器１８ａにおいて、差信号が負である場合には、調節手段１１を差信号の大きさに応じて変化させ、図２（ａ）の矢印の下向きに動作させるよう構成されている。
【００３５】
このような構成により、単一波長あたりの平均光パワーに対して第二の光検出器１４ｄによって検出された、例えば１５４０ｎｍの光パワーが低い場合には、調節手段１１を図２（ａ）の上向きに調節することによって、図２（ｃ）のように傾きを補正し、逆に、例えば１５４０ｎｍの光パワーが高い場合には、調節手段１１を図２（ａ）の下向きに調節することによって、図２（ｃ）のように傾きを補正することが可能となる。
この場合、選択される波長は、傾きが最も顕著に現れるよう、図２の（ａ）ないし（ｃ）の各図に示されている最も左あるいは右に位置する波長、図２では、１５５０ｎｍもしくは１５４０ｎｍであることが望ましい。
【００３６】
次に、調節手段１の一実施形態を図６を参照して説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置の調節手段の説明図である。
図示する如く、調節手段１１は、多重入力信号を分岐する光カップラ１１ａと、励起光を発射する励起光源１１ｇと、分岐した多重入力信号と励起光を合波する各光合波器１１ｂ₁、１１ｂ₂、１１ｂ₃、１１ｂ₄と、前記合波光を増幅するそれぞれ利得増幅率の異なる各エルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄と、前記増幅各エルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄を合成する光カップラ１１ｅとから構成されている。
【００３７】
多重入力信号光λ₁、λ₂、λ₃、λ₄は、光カップラ１１ａによって４経路に分岐される。前記４経路に分岐され信号光と、励起光源１１ｅから励起光とを合波する各光合波器１１ｂ₁、１１ｂ₂、１１ｂ₃、１１ｂ₄を介して、それぞれ利得増幅率の異なる各エルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄に導入される。
前記各エルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄において増幅を受けた合成光は、各帯域通過光フィルタ１１ｄ₁、１１ｄ₂、１１ｄ₃、１１ｄ₄によって、それぞれ所望の波長帯域の光のみを通過させる。
ここで用いられた各帯域通過光フィルタの波長帯域は、例えば、それぞれ６ｎｍである。前記光フィルタを通過した光は、光カップラ１１ｅによって再び合波され出力される。
【００３８】
また、励起源として０．９８ｕｍの励起光源１１ｇからの励起光は、光カップラ１１ｆによって分岐されたのち、それぞれの前記光合波器１１ｂ₁、１１ｂ₂、１１ｂ₃、１１ｂ₄を介して導入され、それぞれの経路のエルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄に導入される構成となっている。
前記励起光は、ほぼ均等に分岐されるが、これに対して各経路に具備されたエルビウム添加光ファイバ１１ｃ₁、１１ｃ₂、１１ｃ₃、１１ｃ₄の設定条件を図７を参照して説明する。
【００３９】
図７は、図６の実施形態におけるエルビウム添加光ファイバの利得を長さと励起光パワーをパラメータとした特性線図である。
図７（ａ）は、エルビウム添加光ファイバの長さと利得の関係を波長１５５０ｎｍに対して励起光パワーを変えてプロットしたグラフである。
同様に、図７（ｂ）は、１５５５ｎｍ、図７（ｃ）は、１５４５ｎｍ、図７（ｄ）は、１５４０ｎｍに対して示したものグラフである。また、図７（ｅ）は、各波長に対する利得が光増幅媒体としてのエルビウム添加光ファイバの波長特性と逆特性となるように、長さを設定した時の波長毎の利得を示したものであって、図２（ａ）に示したものと基本的に同様のグラフである。
前記グラフに明らかなように、本実施の形態の如く調節手段を構成すれば、光増幅手段と逆特性を有する調節手段は、簡単に構成可能であり、また、唯一つの励起光源よりの励起光パワーの調整のみによって傾きを調節することが可能となる。
【００４０】
エルビウム添加光ファイバを図７（ｅ）のグラフの利得特性を具備するように設定する簡単な方法を説明する。まず、４つの波長１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍの光パワーを独立に変化させることの可能な光源を用意する。これを波長多重信号光として光増幅手段に入力する。
この入力レベルは予定するレベルの中央付近に位置することが望ましい。光増幅手段の光出力が、所望のパワーに制御され、且つ平坦性が実現されるよう、それぞれの光源の光パワーを調整する。調整した光源の光パワーをそれぞれ測定する。
【００４１】
次ぎに、本発明の光増幅装置への入力のダイナミックレンジの中央付近の光パワーを持ち、且つ平坦性が実現されている波長多重信号光を設定する。前記波長多重信号光を、本発明の実施形態の調節手段に入力し、励起光パワーを調節範囲の中央付近、例えば各２０ｍＷに設定する。各波長毎に前記測定された信号レベルになるよう、エルビウム添加光ファイバの長さを設定する。
前記長さは、予め少し長めに設定しておき、ファイバ融着装置等の機材を用いて切断しつつ、最適な長さとなるよう融着して接続することが望ましい。このようにすれば、簡単に調節手段内のエルビウム添加光ファイバの長さを設定することが可能である。
【００４２】
本実施形態では、エルビウム添加光ファイバを長さによって利得が異なるよう設定したが、エルビウムの添加量によって増幅率を調整するようにしても差し支えない。
光増幅装置の特性は、雑音指数によっても示すことができる。一般に、増幅効率の高い波長に対してエルビウム添加光ファイバが長すぎると、雑音指数が劣化する傾向にある。本実施形態による調節手段によれば、図７から明らかな如く、増幅効率の高い波長のファイバを短くするため、雑音指数を個々の波長に対応して抑圧させる効果を有している。
また、従来技術のように、光減衰器を使用していないため、増幅させつつ調節することが可能なため、光増幅装置全体の利得効率を劣化させたり、雑音指数を劣化させることはない。
【００４３】
さらに、本実施形態の調節手段によれば、波長の多重数が光増幅装置の動作中に変化したとしても、平坦性を実現する制御を継続させることが可能である。
このようにすれば、従来技術の如く、複数の光増幅手段を配設し、その各励起光源を調整するのと異なり、ただ一つの光増幅手段と、その励起光源のみ調整することによって、あらゆる波長多重信号光のレベル制御を行うことができる。
【００４４】
また、本実施の形態では波長多重数を４としたが、波長の多重数はいくつであっても差し支えない。その際、分岐数を増加させることによって対応させることができる。
また、実際には、入力レベルが変化しても、傾きがほとんど変わらない波長領域が存在することがある。この場合には、その帯域の波長をまとめて一経路とし、分岐数を減らしても差し支えない。また、その際、一経路とした波長の傾きを補正する光フィルタを通過させることによって、より波長の平坦性が実現可能である。また、光増幅手段と調節手段の位置関係は逆であっても差し支えない。
さらに、本実施の形態では、光出力を一定にする制御としたが、利得を一定にする制御や、励起光源パワーあるいは励起電流を一定にする形態であっても差し支えなく、その際には、第一の制御装置が利得一定制御や励起光源制御を行うようにすれば差し支えない。
【００４５】
次に、本発明の一実施形態の光増幅装置を光伝送システムに適用した場合について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置を用いた伝送スバン長が一定しない光伝送システムのブロック図である。
入力ダイナミックレンジの広い本発明の一実施形態に係る光増幅装置２を光受信装置１の前段に設置する点に特徴を有し、前述した如く、信頼性が高く、且つ適用範囲の広いＴＤＭＡの光伝送システムを容易に構築することができる。なお、光増幅装置２は、光合波器３の後段に設置しても差し支えない。
【００４６】
さらに、図８を参照して、本発明の一実施形態の光増幅装置を用いた伝送スバン長が一定しない光伝送システムに適用した他の場合について説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る光増幅装置を用いた伝送スバン長が一定しない他の光伝送システムのブロック図である。
図中において、光送信装置は、それぞれスパン長、８０ｋｍ、３０ｋｍ、６０ｋｍの異なる光伝送ファイバ２１、２２、２３、光増幅装置は、それぞれ３１、３２、３３である。
【００４７】
本光伝送システムにおいては、それぞれ光伝送ファイバ２１、２２、２３の伝送方向の後段に設置する点に特徴を有しているものである。
前記光伝送ファイバ２１、２２、２３のスパン長が相違することによるスパン損失の相違や信号入力レベルの相違に対応して前記各光伝送ファイバの後段に入力ダイナミックレンジの広い光増幅装置を設置した構成とすることにより、各光増幅装置においても波長平坦化を実現して、安定した光出力を送出することが可能となり、光伝送システムの信頼性を向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した如く、本発明の構成によれば、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、広入力ダイナミックレンジを有し、少ない能動デバイスのみで簡単に、多数の信号光の波長平坦性を実現し、各波長およびに波長多重数が変化に対して増幅効率劣化や雑音指数劣化を抑圧し、自動的に波長平坦性を実現する光増幅媒体制御方法ならびに光増幅装置を用いた光伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光増幅媒体としてのエルビウム添加光ファイバのゲインの波長依存特性線図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光増幅装置の各構成手段における波長依存性の特性線図である。
【図３】本発明に係る調節手段および光増幅手段の光入出力レベルのダイヤグラム図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光増幅装置のブロック構成図である。
【図５】図４の光増幅装置の具体的な構成例のブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光増幅装置の調節手段の説明図である。
【図７】図６の実施形態におけるエルビウム添加光ファイバの利得を長さと励起光パワーをパラメータとした特性線図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る光増幅装置を用いた伝送スパンが一定しない他の光伝送システムのブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光増幅装置を用いた伝送スパンが一定しない光伝送システムのブロック図である。
【符号の説明】
１…光受信装置、２…光増幅装置、３…光合波器、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…光送信装置、１１…調節手段、１２…光増幅手段、１３…光分岐手段、１４…光検出手段、１５…光カプラ、１６…第一の制御装置、１８…第二の制御装置

Claims

入力された多重光の光パワーを調節する調節手段と、前記調節された多重光の光パワーをそれぞれ増幅する光増幅手段と、前記増幅された多重光の一部を出力光とすると共に、他の一部を検出光として分岐する光分岐手段と、前記分岐された検出光を入力させる光検出手段と、前記光検出手段からの出力信号により前記調節手段と前記光増幅手段とを制御する制御装置とを備え、
前記調節手段の発生させる利得特性を前記光増幅手段の利得特性と逆特性となるようにし、前記光増幅手段の光パワーの出力利得特性が所定値で平坦化される
ように構成し、更に、
前記調節手段は、入力多重光を複数の波長帯域光に分岐する分岐部と、発射する励起光を分岐する分岐部材を備えた励起光源と、前記分岐された複数光と前記分岐された励起光を合波する複数の光合波器と、前記合波光を導入する増幅率の異なる複数の稀土類ドープ光ファイバと、前記増幅された合波光の内、所望の波長帯域光のみを通過させる複数の帯城通過フィルタと、前記フィルタ通過後の複数の波長帯域光を合成する光合成器とからなり、
前記光増幅手段は、励起光を発射する励起光源と、前記入力多重光と前記励起光源よりの励起光を合波する光合波器と、前記合波光を増幅する稀土類ドープ添加光ファイバとからなり、
前記光検出手段は、分岐光を二つの経路に分岐する分岐部と、前記分岐部に接続された第一の光検出器と、前記分岐部に特定の波長光のみを通過させる帯域通過光フィルタを介して接続された第二の光検出器とからなり、
前記制御装置は、前記第一の光検出器からの第一のモニタ信号で前記光増幅手段を制御する第一の制御手段と、前記第一のモニタ信号と前記第二の光検出器からの第二のモニタ信号とで前記調節手段を制御する第二の制御手段とからなることを特徴とする光増幅装置。
請求項１記載の光増幅装置において、
前記稀土類ドープ光ファイバは、エルビウムドープ光ファイバとしたことを特徴とする光増幅装置。
請求項１記載の光増幅装置において、
前記第一の光検出器は複数の波長帯域光の全光パワーを検出して第一のモニタ信号とし、前記第二の光検出器は帯域通過光フィルタにより特定の波長光のみの光パワーを検出して第二のモニタ信号とし、
前記第一の制御手段は、前記第一のモニタ信号と基準電圧とを比較し、当該比較信号で前記光増幅手段の励起光源を制御し、当該光増幅手段利得の波長特性レベルを調整し、
前記第二の制御手段は、前記第一のモニタ信号を分割して得られた前記複数の波長帯域光の平均光パワーと、前記第二のモニタ信号の特定波長光の光パワーとを比較し、当該比較信号で前記調節手段の励起光源を制御し、当該調節手段のもつ前記光増幅手段利得の波長特性とは逆方向特性のレベルおよびその傾きを調節するように構成したことを特徴とする光増幅装置。
請求項１記載の光増幅装置において、
前記調節手段の帯域通過フィルタは、多重信号光の高利得端もしくは低利得端に位置する波長であることを特徴とする光増幅装置。
光増幅媒体の利得特性を補償する光増幅装置の制御方法において、
前記光増幅媒体の利得特性と逆利得特性を生じさせ、当該光増幅媒体が有する利得特性を所定値で平坦化すると共に、
複数の波長帯域光の全光パワーを検出し、帯域通過光フィルタを用い特定波長光のみの光パワーを検出し、前記検出した全光パワーと基準電圧との比較信号で光増幅媒体の利得特性値を調整し、
前記全光パワーから得た前記複数の波長帯域光の平均光パワーと、前記特定波長光の光パワーとの比較信号で前記逆利得特性のレベルおよびその傾きを調節することを特徴とする光増輻装置の制御方法。