JP3902214B2 - 光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システム等において使用される光増幅装置に関するものである。

光通信システムの低コスト化要求に伴い、一本の伝送ファイバーに１種以上の相異なる波長の信号光を多重して伝送する、波長多重光伝送が検討されている。また、このような波長多重光伝送に用いる増幅器としては、増幅波長帯域が広く、低雑音での増幅が可能な光増幅装置が適していると考えられている。

しかし、この光増幅装置を構成する希土類添加光ファイバや半導体光増幅器には、利得の波長依存性があり増幅後の各波長の光出力又は利得に波長間偏差を生ずることが知られている。このため伝送後の光パワ−には波長間偏差が生じる。特に、光増幅器による多段中継を行う場合には、各中継段における光増幅装置による波長間偏差が積算されることになるため、伝送後の光パワ−の波長間偏差は大きくなる。

ここで、多重された波長のうち最も低いパワーの波長信号を伝送後の受信パワーの下限値と考えなければならないので、波長多重伝送における最大伝送距離は、最も低いパワーの波長信号によって制限される。したがい、光増幅装置の出力波長間偏差を低減することが、最大中継伝送距離を拡大させる上で重要となる。

そこで、たとえば、非特許文献１では次のような技術が提案されている。

図１８に、この技術に係る光増幅装置の構成を示す。図１８において、５０はエルビウム添加光ファイバ、５１、５２は光アイソレータ、５３は光合波器、５４は励起光源、５５は光減衰器である。また、５６は光減衰器５５の出力を分岐する光カップラ、５７は、分岐した光を検出する光検出器５７である。

この技術では、このような光増幅装置によって、オウトファイバゲインコントローラ（ＡＦＧＣ）によってファイバゲインが１２ｄＢ一定となるよう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５５によるオウトパワ−コントロ−ラ（ＡＰＣ）によって、中継器増幅率が変わってもゲインスペクトルに影響が及ばないようにしている。

理論上の計算によれば、このような光増幅器によれば、入力光の波長間偏差を０ｄＢと仮定した場合には、エルビウム添加光ファイバ５０の長さが１１ｍの時に各波長間の利得偏差が最小となり、０．１２ｄＢ以下になると報告されている。また、このような光増幅器を用いて、４波長が多重された光を６０回中継した後の利得偏差が１．５ｄＢ以下となることも併せて報告されている。

電子情報通信学会信学技法ＯＣＳ９４−６６，ＯＰＥ９４−８８（１９９４−１１）「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」

ところで、伝送中の各波長の光損失は中継区間内におけるファイバー損失の違いや、隣り合う波長同士の光パワーの違い等によって異なる。また、実使用状態においては、中継間隔や区間内のファイバー損失は必ずしも一定ではない。このため、実使用状態における波長間偏差や各波長の光パワーを予測することは困難である。したがい、図１８に示した光増幅器では実使用状態において次のような問題が生ずる。すなわち、入力レベルが変化したり、入力波長間偏差が生じた場合には出力波長間偏差を０ｄＢにすることができない。

また、図１８に示した光増幅器を用いた場合に、外的な要因により、例えばある一つの波長に生じた独立な変動を抑圧しようとすると、他の波長の安定した出力パワ−も同時に抑圧されるため、これらの信号光波長出力パワ−の安定性に悪影響を与える。

また、図１８に示した光増幅器では、波長間偏差をなくすための最適条件が光増幅器の利得に依存するため、信号光の出力を自在に設定できない。すなわち、中継間隔が光増幅器によって制限されるためことになるため、システム構築の自由度が制限される。また、中継区間毎に波長間偏差を無くすための最適化を行う必要があるという問題もある。

そこで、本発明は、波長多重化された各波長の光出力パワ−と、各波長の光のパワ−の波長間偏差を任意に調節することのできる光増幅装置を提供することを目的とする。

前記目的達成のために、本発明は、入力した複数の異なる波長の信号光が多重された光を増幅する光増幅手段の前段または後段に、複数の異なる波長の信号光が多重された光を受け入れ、受け入れた光に含まれる少なくとも１つの波長の光を、当該光の波長と異なる波長の光とは独立に増幅または減衰する光パワー調節手段を設けた。また、前記光パワー調節手段の行う増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段の行う増幅の利得とを、それぞれ制御する制御手段を設けた。

ここで、光増幅手段として一般的に用いられている希土類添加光ファイバや半導体増幅器は、励起パワー一定の条件下においては、出力パワーが入力パワーに依存する。このことは波長λ１、λ２、λ３、‥‥‥λＮの光を多重した多重光を同時に増幅した場合でも同様である。したがい、各波長の光について光増幅器の入力パワーを増減させることにより、入力パワーの増減に依存した出力を得ることが可能である。

そこで、本発明では、光増幅手段の前段に、複数の波長の光が多重された光を受け入れ、受け入れた光に含まれる少なくとも１つの波長の光を、当該光の波長と異なる波長の光とは独立に増幅または減衰する光パワー調節手段を設け、この光パワー調節手段によって、光増幅手段に入力する各波長の光の波長間偏差を調節し、その後に、光増幅手段によって、各波長の光を多重した光を同時に増幅することにより、各波長の光のパワ−、波長間偏差を所望の値に調節する。

以上のように、本発明によれば各波長の光出力パワ−と波長間偏差を任意に調節することができる光増幅装置を提供することができる。

以下、本発明に係る光増幅装置の実施例について説明する。

まず、第１の実施例について説明する。

図１に、本第１実施例に係る光伝送システムの構成を示す。

図中、１は信号光を送出する光送信器、２は送出された信号光のパワーを増幅する光ブースタアンプ、３は信号光を伝送する伝送ファイバ、４は信号光を増幅して中継する光中継器、５は伝送された信号光を増幅する光プリアンプであり、６は光プリアンプで増幅された信号光を入力する光受信器である。

本第１実施例に係る光増幅装置は、このような光伝送システムの、光ブースタアンプ２、光中継器４、光プリアンプ５として用いることができる。

本第１実施例では、代表として光ブースタアンプ２を本第１実施例に係る光増幅装置によって構成した場合について説明する。

次に、図２に、この光ブースタアンプ２の構成を示す。

本第１実施例では、光送信器１より、λ１＝１５４７ｎｍ、λ２＝１５５２ｎｍ、λ３＝１５５７ｎｍの３種類の波長の光が波長多重化された入力信号光Ｐｉｎが光ブースタアンプ２に入力される。

図２に示すように、光ブースタアンプ２は、光アイソレータ７、光パワー調節部８、光増幅部９、光アイソレータ１３、制御装置１４より構成される。

また、光増幅部９は、希土類添加光ファイバ１０、励起光源１１、光合波器１２で構成されている。本第１実施例では、希土類添加光ファイバ１０としては、エルビウム添加光ファイバを用いる。また、励起光源１１としては、１４８０ｎｍの半導体レーザーを用いる。

このような、光ブースタアンプ２において、入力信号光Ｐｉｎは、光アイソレータ７を介して、光パワー調節部８に供給される。

光パワー調節部８は、供給された各波長の光の光パワー及び光パワーの波長間偏差の調節を行う。そして、調節した信号光を光増幅部９に出力する。

光増幅部９において、励起光源１１からの励起光は光合波器１２を介してエルビウム添加光ファイバ１０に流入し、エルビウム添加光ファイバ１０を励起する。このためエルビウム添加光ファイバ１０に、光パワー調節部８より入力した信号光は増幅され光合波器１２を介して、光アイソレータ１３に出力される。そして、光アイソレータ１３よりは、λ１、λ２、λ３の波長の光が多重した出力信号光Ｐｏｕｔとして出力される。ここで、励起光源１１の励起光量の制御は、制御装置１４によって行われる。

なお、光増幅部９における励起光はエルビウム添加光ファイバ１０の前段から入力しても構わない。また光増幅部９としては、半導体増幅器を用いてもよい。

制御装置１４は、光増幅部９、光パワー調節部８を制御することにより、波長毎に光出力及び波長間偏差の調節を行なう。その詳細については後に説明する。

次に、光パワー調節部８について説明する。

図３に、光パワー調節部８の内部構成を示す。

図示するように、光パワー調節部８は、λ１、λ２、λ３の波長毎に信号光を分波する光合分波部１５，１６と、λ１、λ２の波長の光の光パワーを調節する光利得調節器１７ｂ，１７ｃを備えている。また、光合分波部１５，１６は二つの１×３光スターカップラ１８、１９と光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを組み合わせた構成となっている。また、光利得調節器１７ｂ，１７ｃは、希土類添加光ファイバ２１ｂ，２１ｃ、励起光源２２ｂ，２２ｃと、光合波器２３ｂ，２３ｃとから構成されている。本第１実施例では、励起光源２２ｂ，２２ｃとして８２０ｎｍの波長の発光ダイオードを、希土類添加光ファイバ２１ｂ，２１ｃとしては、エルビウム添加光ファイバを用いる。

さて、波長間偏差は一つの波長の光を基準として相対的に設定することが可能である。例えば、λ１の波長の光出力パワ−が＋１０ｄＢｍになるように、前述した光増幅部９の利得を励起光源１１の励起光量を設定することにより定めると共に、これに応じてλ２、λ３の波長の光の利得を光利得調節器１７ｂ，１７の励起光源２２ｂ，２２ｃｃの励起光量をに調節すれば、各波長の光の出力パワ−および波長間偏差を任意に調節することが可能である。ここで、励起光源２２ｂ，２２ｃの出力する調節の制御は制御装置１４によって行われる。

なお、図３には、λ１の波長の光に対する光利得調節器を設けない場合について示したが、λ１の波長の光に対する光利得調節器を備え、代えて、λ２の波長の光もしくはλ３の波長の光に対する光利得調節器を設けないようにしてもよい。また、本第１実施例で用いたエルビウム添加光ファイバ１０の特性によると、１５４４ｎｍと１５６５ｎｍの波長間偏差はほとんどない。従って、１５４４ｎｍと１５６５ｎｍの波長を多重する波長の一種として用いた場合には１５４４ｎｍと１５６５ｎｍの光合分波や光利得調節器１７による利得の調節は行わずに、他の波長のみについて光利得調節器１７による調節を行うようにしてもよい。このように構成することにより、簡略化した光パワー調節部８を構成できる。

ここで、図４を用いて、光パワー調節部８の光合分波部１５，１６の動作を説明しておく。なお、図４では、説明の明確化のため光利得調節器１７ｂ，１７ｃの図示を省略した。

さて、図中の、１×３光スターカップラ１８によって光は３等分される。そして、３等分された光を、それぞれ入力する３つの光フィルタ２０ａ〜２０ｃからは、それぞれ、λ１、λ２、λ３の波長の光が出力される。すなわち、１５４７ｎｍ±１ｎｍの通過帯域を持つ光フィルタ２０ａはλ１＝１５４７ｎｍの光のみを通過させ、１５５２ｎｍ±１ｎｍの通過帯域を持つ光フィルタ２０ｂはλ２＝１５５２ｎｍの光のみを通過させ、１５５７ｎｍ±１ｎｍの通過帯域を持つ光フィルタ２０ｃはλ３＝１５５７ｎｍの光のみを通過させる。

これらの光のうちλ２、λ３の波長の光は、光利得調節器１７ｂ、１７ｃで利得を各々調節され、光フィルタ２０ａが出力するλ１の波長の光と１×３光スターカップラ１９によって合波させる。

なお、光フィルタ２０ａはλ２、λ３の波長を通さないものであれば、例えば約１５４８ｎｍ以下の通過波長帯域を持つ低域通過フィルタを用いてもよく、また同様に、光フィルタ２０ｃはλ１、λ２の波長を通さないものであれば、例えば約１５６４ｎｍ以上の通過波長帯域を持つ高域通過フィルタを用いてもよい。

ここで、１×３光スターカップラ１８によって３つの波長はそれぞれ−５ｄＢのほぼ均等な損失を受け、光フィルタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃによりそれぞれ−１ｄＢのほぼ均等な損失を受け、最後に１×３光スターカップラ１９によって３つの波長はそれぞれ−５ｄＢのほぼ均等な損失を受ける。従って、光学部品による各波長の光損失はどれもほぼ均等に−１１ｄＢになる。このことは、光パワー調節部８内部において波長間偏差を生じさせる要因が光利得調節器１７のみとなり、それ以外の光学部品によらないことを示している。なお、波長の多重数をλ１、λ２、λ３、λ４‥‥‥‥λＮのように増やす場合は、スターカップラ１８，１９の分岐数、光フィルタ２０の数、光利得調節器１７の数を同様に増やせばよい。

次に、図５を用いて光利得調節器１７の動作を詳しく説明する。

本第１実施例では、光利得調節器１７ｂ，１７ｃとして同じものを用いているので、ここでは光利得調節器１７ｂについて説明する。

図中の励起光源２２ｂからの励起光は光合波器２３ｂによってエルビウム添加光ファイバ２１ｂの後方端より流入し、これを励起する。λ２び波長の光はエルビウム添加光ファイバ２１ｂの前方端より入力され、エルビウム添加光ファイバ２１ｂにおいて増幅あるいは減衰を受けた後、出力される。励起光源２２ｂは制御装置１４によって制御される。なお、ここで励起光はエルビウム添加光ファイバ２１の前段から入力しても構わない。また光利得調節器１７ｂは半導体増幅器を用いてもよく、この場合には、励起電流を制御装置１４によって制御する。

さて、一般に光増幅器に用いられる光増幅媒体は励起パワーが流入しているときは光を増幅する媒体として作用するが、流入量が少ないか又は０の時には光を減衰する媒体として作用する。本第１実施例に係る光利得調節器１７は、希土類添加光ファイバ２１と励起光源２２と光合波器２３とからなる構成であるため、励起パワーが少ない時には負の利得を有する光利得調節器１７として機能し、励起パワーの多い時には光が増幅され正の利得を有する光利得調節器１７として機能する。

従来の光減衰器では外部から電動モーター等による制御を必要としたため構成規模が大きくまた制御速度も遅かったのに対して、本光利得調節器１７では、励起パワーの増減のみによって光出力パワ−の調節が可能なため、減衰方向も含め、光の利得の調節を簡単かつ瞬時に行うことができる。さらに増幅波長帯域が、多重する信号の帯域を十分にカバーする広さを有するため、それぞれの波長に対する光利得調節器１７として同じ構成のものを用いることができる。

また、本第１実施例において光利得調節器１７ｂに、後段の光増幅器９のエルビウム添加光ファイバ１０と同一の素材のエルビウム添加光ファイバ２１ｂを用いのは、次の理由によるものである。

すなわち、前述したように制御部１４によって制御される、光増幅器９の励起光源１１の励起光量による制御速度（約１〜５ｍＳ）は、ほぼ光増幅器９のエルビウム添加光ファイバ１０が励起光によって励起されたときの緩和寿命時間によって決まる。光利得調節器１７ｂも同様に調節速度がエルビウム添加光ファイバ２１ｂが励起光によって励起されたときの緩和寿命時間によって決まるため、前記光増幅器９の制御速度とほぼ同じ速度となる。従って、制御部１４によって制御される前記光増幅器９の励起光源１１の励起光量による制御速度と同等の早い速度で調節可能であり、かつ、調節の際に信号変調波形に悪影響を与えるような、過度に早い調節を行わない。また、光増幅器９のエルビウム添加光ファイバ１０の増幅波長帯域と、光利得調節器１７ｂの調節波長帯域とを全く同一とすることができる。

以上の理由から、光利得調節器１７ｂ内の希土類添加光ファイバ２１ｂと、後段の光増幅器９の希土類添加光ファイバ１０の素材は同一化させた方が良いと発明者は考える。ただし、エルビウム添加光ファイバ２１ｂに代えて他の希土類添加光ファイバを用いても良い。

さて、エルビウム添加光ファイバ２１ｂの長さは、過度の増幅特性を必要としないため３ｍ程度の長さで良く、光増幅器９に用いるエルビウム添加光ファイバ１０と比較して約１／１０の長さで済む。

次に、励起光源２２ｂに用いた８３０ｎｍの波長の発光ダイオード２２ｂの出力は２０ｍＷ以下で良い。一般に希土類添加光ファイバを増幅媒体として用いる場合には高利得効率が得られる、９８０ｎｍや、１４８０ｎｍの波長帯を有する高出力半導体レーザーが有効であるが、光利得調節器１７ｂに用いる励起光源２２ｂには低利得効率の波長帯を有する光源や、低出力の光源でも充分適用可能である。従って光利得調節器１７ｂに使用可能な励起光源２２ｂの適用範囲は広く、例えば５２０ｎｍ近隣や６６０ｎｍ近隣、８２０ｎｍ近隣、９８０ｎｍ近隣、１４８０ｎｍ近隣に波長帯を有する低出力の光源を用いることができる。特に８３０ｎｍ近隣の発光ダイオード２２ｂは低価格で入手可能であるため、これを用いた本第１実施例によれば低コストにて光利得調節器１７ｂを構成可能である。

次に、制御装置１４について説明する。

制御装置１４は、前述したように光増幅器９の励起光源１１の励起光量、光パワー調節部８の各光利得調節器１７ｂ，１７ｃの励起光源２２ｂ，２２ｃの励起光量を制御し、波長毎に光出力及び波長間偏差の調節を行なう。

図６に、制御装置１４の内部構成を示す。

図中において、メモリ部２４には、あらかじめいくつかの制御パラメータ２５が記憶されている。例えば光増幅器９の励起光源１１である１４８０ｎｍ半導体レーザー１１の励起光量と、各光利得調節器１７内部の励起光源２２ｂ，２２ｃである８２０ｎｍの発光ダイオード２２ｂ，２２ｃの励起光量との組がパラメータ２５として、複数記憶され、このうちの一つが外部からの入力情報に応じて、制御部２６によって選択されるようになっている。

制御部２６は、光増幅器９の励起光源１１である１４８０ｎｍ半導体レーザー１１の励起光量と、各光利得調節器１７内部の励起光源２２ｂ，２２ｃである８２０ｎｍの発光ダイオード２２ｂ，２２ｃの励起光量を、選択されたパラメータ２５に従って制御する。

ここで、制御パラメータ２５は入力光の各波長のパワ−の組み合わせ毎に設けておき、制御部２６が外部より通知された現実の入力光パワ−に応じて選択する。

表１に各波長の入力光のパワ−の組み合わせ毎に設けた制御パラメータ２５を示す。

この制御パラメ−タ２５によれば、入力光の各波長のパワ−の組み合わせが表１に示すいずれの場合でも光出力パワ−を各波長とも＋１０ｄＢｍ、波長間偏差を０ｄＢに設定することができる。本第１実施例では、光送信器１の光ブースタアンプ２への入力パワーはλ１、λ２、λ３共に−２ｄＢｍに精度良く制御され、入力パワーの変動や入力波長間偏差がほとんどないため、制御部２６によって下記表１の網掛の部分のパラメータ２５を選択する。

なお、制御パラメータ２５としては、励起光源１１及び２２に与える電流値を記述したものを用いてもよい。

また、制御パラメータ２５は出力光のパワ−の組み合わせ毎に設けておき、制御部２６が外部より通知された所望の出力光のパワ−の組み合わせに応じて選択するようにしてもよい。

表２に、出力光のパワ−の組み合わせ毎に設けた制御パラメータ２５の例を示す。

表２に示す制御パラメ−タ２５によれば、任意の出力波長間偏差毎、出力光パワ−を得ることができる。本実施例における光送信器１の光増幅装置への入力パワーはλ１、λ２、λ３共に−２ｄＢｍに精度良く制御され、入力パワーの変動や入力波長間偏差がほとんどない。このような条件において、信号光を１２０ｋｍ伝送した後の光パワーを、各波長共−２５ｄＢｍ一定にするためには、伝送中の減衰の波長間偏差が相殺されるように、制御部２６によって例えば表２の網掛のパラメータ２５ａを選択すればよい。各波長の光出力パワ−は、伝送距離や伝送ファイバ３の損失に応じて最適な状態を求めるようにする。

この場合も、制御パラメータ２５としては、励起光源１１及び２２に与える電流値を用いてもよい。また、出力パワーではなく、換算利得を制御するように設定してもよい。

ところで、光パワー調節部８は、図７に示すように構成しても良い。

図７に示した構成と、先に図３に示した構成との相違は、λ１、λ２、λ３全ての波長に対して光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃを設けた点である。このように構成すれば、全く独立に各波長の光パワーを調節可能であり、調節精度も向上する。この場合、制御部１４において記憶する制御パラメータ２５には、λ１、の光利得調節器１７ａの励起光源２２ａの励起光パワ−も記述するようにする。なお、この構成は、同様に光利得調節器１７の数を増やすことにより、波長の多重数をλ１、λ２、λ３、λ４‥‥‥‥λＮのように増えた場合にも対応できる。

なお、この場合も、光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃとして、半導体増幅装置を用いるようにしてもよい。

光パワー調節部８は、また、図８のように構成するようにしてもよい。

図８に示した構成によれば、前記光パワー調節部８は、光アイソレータ２７と希土類添加光ファイバ２８と、制御部１４によって制御される励起光源２９と光合波器３０と、外部から制御部１４によって制御される１種以上の相異なるλ１、λ２、λ３の波長の光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃと該光源からの光を信号光とは逆方向に合波する１×４光スターカップラ３２とで構成される。

光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃの光はそれぞれ多重した信号光の波長帯と一致している。このような構成により、例えば或る波長の信号光の光パワーが大きいときにはそれと同じ波長帯の光源３１の光出力を大きくすることにより、希土類添加光ファイバ２８内の増幅エネルギーを消費させ、その波長の信号光の増幅率を下げることができる。逆に或る波長の信号光の光パワーが小さいときにはそれと同じ波長帯の光源３１の光出力を小さくすることにより、希土類添加光ファイバ２８内の増幅エネルギーを保ち、その波長の信号光の増幅率を上げることができる。

図８の構成では、光源３１からの光を信号光とは逆方向に入射することにより、これらの光が信号光に混在することを防止している。また、希土類添加光ファイバ２８の前段に光アイソレータ２７によって、希土類添加光ファイバ２８内において増幅されて逆方向に進む光源３１からの光を遮断し、光パワー調節部８前段に配置される部品への影響を防止している。ここで、図８の構成でも、希土類添加光ファイバ２８にはエルビウム添加光ファイバを、励起光源２９には８３０ｎｍの半導体レーザーを用いた。そして、光出力を各波長とも＋１０ｄＢｍ、波長間偏差を０ｄＢに設定する為に、制御部２６によって表３のような制御パラメータ２５を選択した。

なお、この構成においても、制御パラメータ２５は、励起光源１１及び２２や光源３１の電流値を用いてもよい。また光合波器３０、エルビウム添加光ファイバ２８、励起光源２９の部分を半導体増幅装置に置き換えてもよい。

以下、本発明に係る光増幅装置の第２の実施例について説明する。

図９に、本第２実施例に係る光増幅装置の構成を示す。

本第２実施例に係る光増幅装置の構成が、光ブ−スタアンプ２として適用した第１実施例に係る光増幅装置（図２参照）と異なる点は、光出力の一部を分岐する光分岐部３３、光分岐部３３によって分岐された光中に含まれるλ１、λ２、λ３の波長の光各々のパワ−もしくは波長間偏差を検知する出力モニタ部３４、入力光の一部を分岐する光分岐部３５、光分岐部３５によって分岐された光に含まれるλ１、λ２、λ３の波長の光の各々のパワ−もしくは波長間偏差を検知する入力モニタ部３６を備えた点である。また、本第２実施例においては、制御装置１４は、出力モニタ部３４と入力モニタ部３６との少なくとも一方により検出された各波長の光のパワーもしくは波長間偏差に応じて、出力光に含まれる各波長の光のパワ−あるいは波長間偏差が予め定められた値になるよう、前記光パワー調節器８内の各光利得調節器１７と、光増幅部９の励起光源１１を自動制御する。

このような構成によれば、光増幅装置への入力パワーや出力パワーや換算利得に変動があった場合でも、各波長の光出力パワ−や波長間偏差を予め定められた値に自動制御することができる。また何れかの波長の光のみに変動があった場合も、他の波長の出力パワ−に影響を与えることなく、この変動があった波長の光の出力パワ−を予め定められた値に制御することが可能となる。また、光増幅部９の励起光源１１などの経年劣化が生じた場合でも、常に各波長の光出力パワ−及び波長間偏差を予め定められた値に維持することができ、光増幅装置全体としての安定性と信頼性を向上させることが可能となる。

ただし、本第２実施例において新たに設けた光分岐部３３、出力モニタ部３４、光分岐部３５、入力モニタ部３６のうち、光分岐部３３と出力モニタ部３４のみ、もしくは、光分岐部３５と入力モニタ部３６のみを設けるようにしてもよい。

以下では、本第２実施例において新たに設けた光分岐部３３、出力モニタ部３４、光分岐部３５、入力モニタ部３６のうち、光分岐部３３、出力モニタ部３４のみを設けた場合について説明する。

図１０に、この場合の光増幅装置の、より詳細な構成を示す。

図中において、出力モニタ部３４は、１×３光スターカップラ３７、光カップラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ、光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを通過して再び光カップラ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ、光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって構成される。ここで、光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、図３に示した光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃである。すなわち、本第２実施例では、光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、出力モニタ部３４の一部としても用いられる。また、他の部位は、図３に同符号で示した部位と同じものである。

さて、このような構成において、出力の一部から光カップラを用いた光分岐部３３によって分岐されたモニタ光は、１×３光スターカップラ３７によって再分岐し、それぞれ光パワー調節器８内部において、光カップラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃにより、信号光とは逆方向に入射する。入射した光は各波長に対応する光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって各々の波長の光が取り出された後に、さらに光カップラ３９ａ，３９ｂ，３９ｃにより一部が分岐される。分岐した各波長の光のパワ−は光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって検出され、制御装置１４に通知される。

このように、図１０に示した構成では、光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、モニタ光のうち必要な波長成分を抽出する機能と、前記第１実施例において果たした入力光を波長毎に分光する機能を共に果たしている。このような構成によれば、出力モニタ部３４のために新たに光フィルタを設ける必要が無いので、構成が簡略化させる。

また、本構成によれば、出力光から分岐したモニタ光は、光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃの前段において光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに接続する光ファイバに入力するため、モニタ光が、光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃの影響を被ることはない。逆に、モニタ光は、光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃへの入力光とは逆方向に入射するため、入力光と同一の光ファイバを通過するにも関わらず、入力光自体に悪影響を与えない。また、本構成では、光カップラ３３を光アイソレータ１３の後段に配置することによって、光パワー調節部８から分岐された信号光が、光カップラ３３によってエルビウム添加光ファイバ１０に逆流せぬようになっている。

このように図１０に示した構成によれば、簡略な構成で出力モニタ部３４を実現することができる。なお、本構成は、波長の多重数をλ１、λ２、λ３、λ４‥‥‥‥のように増やしても１×３光スターカップラ３７の分岐数を増やすことにより拡張可能である。

次に、図１１に、制御装置１４の詳細な構成を示す。

図中、４０ａ，４０ｂ，４０ｃは光検出器、４１は比較回路、４２は所定の基準値を与える回路、４３は最大誤差判定回路、４４は選択回路、１１は励起光源、１７ａ，１７ｂ，１７ｃは光利得調節器である。

このような構成において、比較回路４１は、光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより検出された各波長の光のパワーと、回路４２が与える基準値とを比較し、その誤差を出力する。最大誤差判定回路４３は誤差が最大である波長を求め、選択回路４４が、誤差が最大である波長の誤差を励起光源１１に伝達し、それ以外の波長の誤差を各波長に対応する光利得調節器（図では１７ｂ，１７ｃ）に伝達するよう制御する。これにより、検出した各波長の光のパワーのうち、誤差が最大である波長の光パワーが予め定められた値になるよう励起光源１１を制御し、同時にそれ以外の波長の光パワーが予め定められた値になるよう各波長に対応した光利得調節器（図では１７ｂ，１７ｃ）を制御することができる。また、誤差が与えられない光利得調節器（図では１７ａ）は、常に光損失が最小になるような利得を対応する波長の光に与える。ここで、回路４２は、誤差が、励起パワーの不足を示す基準値を与えるように予め設定する。

このような構成によれば、光利得調節器１７による光損失を最小にしても予め定められた値に到達しない波長が存在する時のみ、光増幅部９の励起光源１１のパワーが加増されるため、励起パワーの過剰な入力を防止することが可能となる。また、併せて光利得調節器（図では１７ｂ，１７ｃ）を制御することにより励起パワーがどの波長に対しても不足せぬようにすることができる。

従って光増幅装置全体の消費電力を低減でき、信頼性を向上させる。

ところで、図１０に示した光分岐部３３、出力モニタ部３４は、図１２に示すように構成するようにしてもよい。

図１２に示した構成では、光カップラ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ、光受光器４０ａ，４０ｂ，４０ｃ、光カップラ４５、光合分波部１６によって出力モニタ部３４を構成している。図中の光合分波部１５および光合分波部１６は、それぞれ図４に示した構成を備えている。ただし、本第２実施例における光合分波部１５および光合分波部１６は、図４中の光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを共有しておらず、光合分波部１５と光合分波部１６のそれぞれに、光フィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの組を備えている。

このような構成において、光出力の一部を光分岐部である光カップラ３３によって分岐し、エルビウム添加光ファイバ１０の前段において、光カップラ４５によって入力光とは逆方向に入力する。ただし、本構成では、前記光パワー調節部８内部の合分波部１６を、光利得調節器１７ａ，１７ｂ，１７ｃによって調節した各波長の光を合波すると共に、信号光とは逆方向に入射した光をλ１、λ２、λ３の各波長に分波するように構成している。

合分波部１６によって、各波長毎に分波された各波長の光は、それぞれ光カップラ３９ａ，３９ｂ，３９ｃによって分岐し、光受光器４０ａ，４０ｂ，４０ｃにて、そのパワ−が検出される。

このような構成によれば、光合分波器１６を光パワー調節部８用と出力モニタ部３４用とで共有させたため、少ない構成要素で出力モニタ部３４を実現することが可能となる。また、モニタ光は信号光とは逆方向に入射するため、信号光と同一の光ファイバを通過するにも関わらず、信号光自体に悪影響を与えない。また、光カップラ３３を光アイソレータ１３の後段に配置することによって、光パワー調節部８から分岐された光が、光カップラ３３によってエルビウム添加光ファイバ１０に逆流せぬようにしている。なお、同様の構成によって、波長の多重数をλ１、λ２、λ３、λ４‥‥‥‥のように拡張することができる。

なお、図３に示したように任意の一つの波長の光に対する部の光利得調節器１７を設けない場合には、図１２に光増幅装置は図１３に示すように構成する。

図１３に示した構成が、図１２と異なる点は、光パワー調節部８内部の光利得調節器１７を一つ削減した点である。このような構成において、制御装置１４は、光利得調節器１７が設けられていない波長の光のモニタ光の検出パワーにより、光増幅部９に励起光源１１を制御するようにする。また、他の波長の光は、光利得調節器１７ｂ，１７ｃの調節により制御するようにする。

このように構成すれば、構成要素を減らすことが化できる。また制御装置による制御も簡易となる。

図１４に、図１３に示すように光増幅装置を構成した場合の制御装置１４の構成を示す。

図１４中、４０ａ，４０ｂ，４０ｃは光検出器、４１は比較回路、４２は所定の基準値を与える回路、１１は励起光源、１７ｂ，１７ｃは光利得調節器である。回路４２が与える基準値は、比較回路４１が出力する光増幅部９の励起光源１１に対する制御量が、光利得調節器１７を設けなかった波長の光を光増幅部９が予め定められたパワ−にするような制御量となるように定めている。また、回路４２が与える基準値は、残りの波長の光のパワ−が予め定めたパワ−になるような制御量が比較回路４２より光利得調節器１７ｂ，１７ｃに対して出力するように定めている。つまり、光利得調節器１７を設けない波長に対しては励起光源１１の増減によって調節を行い、この光に対する光利得調節器１７を設ける波長の光の調節は光利得調節器１７ｂ，１７ｃの調節量の増減によって調節を行うようにしている。

以下、本発明の第３の実施例について説明する。

本第３実施例は、図１に示した光中継器４として適用する光増幅装置についてのものである。

図１５に、本第３実施例に係る光増幅装置の構成を示す。

図示するように、本第３実施例に係る光増幅装置が前記第２の実施例に係る光増幅装置と異なる点は、光パワー調節器８の前段にも光前置増幅部４６を設けた点である。

本第３実施例では、このような構成によって、光増幅装置全体としてのＳ／Ｎ比劣化を防止すると共に、光伝送システム全体のＳ／Ｎ比劣化を防止する。

図１６に、本第３実施例に係る光増幅装置の、より詳細な構成を示す。

図中、出力モニタ部３４、光パワー調節部８の構成は、先に図１３に示した光増幅装置の構成と同じである。

光前置増幅部４６はエルビウム添加光ファイバ４７と光合波器４８とで構成される。光カップラ４９は、励起光源１１からの励起光を分岐し、光増幅部９内部のエルビウム添加光ファイバ１１へ入力し励起する働きと、光前置増幅部４６内部のエルビウム添加光ファイバ４７へ入力し励起する働きを果たしている。

本構成では光カップラ４９の分岐比を２０：８０としており、２０側を光前置増幅部４６へ、８０側を光増幅部９へ分岐している。例えば光パワー調節部８においてλ１の波長の光が−５ｄＢｍの損失を受ける場合、光前置増幅部４６において約１８ｄＢの増幅を行うことによって、光増幅装置全体のＳ／Ｎ比劣化を約６０％低減することができる。また、本構成における光前置増幅部４６はλ１、λ２、λ３の波長の光を同時に増幅するため、同時にλ２の波長の光もＳ／Ｎ比劣化を約６２％低減、λ３の波長の光もＳ／Ｎ比劣化を約６５％低減する
ところで、光増幅器では、一般に信号光の増幅と同時に、信号波長外に自然放出光と呼ばれる光の雑音成分が発生する。この自然放出光は光増幅器全体のＳ／Ｎ比を劣化させる要因となる。しかし、光フルタ２０によって信号光の波長近傍のみを抽出しているため、前記光パワー調節部８の前段からλ１、λ２、λ３と同時に入射する自然放出光成分は除去される。このため、この構成によれば、この意味においても光増幅装置全体としてのＳ／Ｎ比劣化を抑圧できる。

以下、本発明の第４の実施例について説明する。

本第４実施例は、図１に示した光プリアンプ５として適用する光増幅装置についてのものである。

図１７に本第４実施例に係る光増幅装置の構成を示す。

図示するように、本第４実施例が第１、第２、第３の実施例と異なる点は、光パワー調節部８と光増幅部９の前後を入れ替えた点である。一般に、光プリアンプ５では過大な光出力を必要としないため、このように光増幅部９の後段で、光パワー調節器８により出力パワ−や波長間偏差を調節してもよい。このように構成すれば、光増幅部９の前段における光損失を防止できるため、光増幅装置全体としてのＳ／Ｎ比劣化を抑圧できる光プリアンプ５を、簡単な構成で提供可能である。なお、図中光パワー調節部８と光アイソレータ１３の位置は入れ換えてもよい。

以上、本発明の実施例について説明した。

なお、以上の各実施例では、光増幅装置８において、各光利得調節器１７の前段に各光フィルタ２０を設けた。しかし、図１０に示した光増幅装置を除く他の光増幅装置においては、各光利得調節器１７の前段に各光フィルタ２０を設けず、各光利得調節器１７の後段に光フィルタ２０を設けるようにしてもよい。

すなわち、図３の光増幅装置８において、光フィルタ２０ｂを光合波器２３ｂと光スタ−カプラ１９の間に配置し、光フィルタ２０ｃを、光合波器２３ｃと光スタ−カプラ１９の間に配置するように変更してもよい。また、同様に、図７の光増幅装置８において、光フィルタ２０ａを光合波器２３ａと光スタ−カプラ１９の間に配置し、光フィルタ２０ｂを光合波器２３ｂと光スタ−カプラ１９の間に配置し、光フィルタ２０ｃを光合波器２３ｃと光スタ−カプラ１９の間に配置するように変更してもよい。また、図１２、図１３、図１６の光増幅装置においては、光分波部１５内に光フィルタ２０を設けず、光分波部１５を光スタ−カプラ１８のみで構成するようにしてもよい。

このようにしても、各光利得調節器１７の後段に設けた光フィルタ２０によって、各光利得調節器１７で増幅された光のうちから、各光フィルタを各光利得調節器１７の前段に設けた場合と同じ各波長の光のみが取り出され、光スタ−カプラ１９に入力するので、前述した各実施例と同様に、各光利得調節器１７で、それぞれ調節された各波長の光が光スタ−カプラ１９で合波されることになる。

本発明の第１実施例に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である例を示す構成図である。 本発明の第一の実施例に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る光パワー調節部の第１の構成例を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る光合分波器の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る光利得調節器の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る光パワー調節部の第２の構成例を示すブロック図である。 本発明の第一の実施例に係る光パワー調節部の第３の構成例を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例に係る光増幅装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例に係る光増幅装置の第１の構成例を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例に係る光増幅装置の第１の構成例における制御装置の構成を示す図である。 本発明の第二の実施例に係る光増幅装置の第２の構成例を示すブロック図である。 本発明の第二の実施例に係る光増幅装置の第３の構成例を示すブロック図である。 本発明の第三の実施例に係る光増幅装置の第１の構成例における制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第三の実施例に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第三の実施例に係る光増幅装置の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第四の実施例に係る光増幅装置の構成を示すブロック図である。 従来の光増幅装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…光送信器、２…光ブースタアンプ、３…伝送ファイバ、４…光中継器、５…光プリアンプ、６…光受信器、７、１３、２７、５１、５２…光アイソレータ
、９…光増幅部、１２、１６、２３、３０、４８、５３…光合波器、１０、２１
、２８、４７、５０…希土類添加光ファイバ、１１、２２、２９、５４…励起光源、８…光パワー調節部、１４…制御装置、１５、３２…光分波部、１６…光合波部、１７…光利得調節器、１８、１９、３３、３５、３７、３８、３９、４５
、４９、５６…光カップラ、２４…記憶部、２５…制御パラメータ、２６…制御部、３１…光源、３４…出力モニタ部、３６…入力モニタ部、４０、５７…光検出器、４２…基準値、４１…比較器、４３…最大誤差判定器、４４…選択器、４６…光前置増幅部、５５…光減衰器

Claims (14)

1. 複数の異なる波長帯の信号光が多重された波長多重光を伝送する光伝送装置であって、
   入力された前記波長多重光をそれぞれ異なる波長帯の信号光に分波し、前記分波した各々の波長帯の信号光をそれぞれ異なる複数の経路に伝搬させる光分波部と、
   前記複数の経路の１つであり、前記分波された複数の波長帯の信号光の１つである第1の波長帯の信号光を伝搬する希土類添加光ファイバおよび、当該希土類添加光ファイバを励起する光を出力する励起光源とを備える光利得調節手段と、
   前記複数の経路を伝搬した複数の信号光を波長多重する光合波部と、
   前記励起光源の励起光量を制御する制御手段とを備え、
   前記複数の経路の１つは、前記光利得調節手段を備えずに、前記分波された複数の波長帯の信号光の１つである第２の波長帯の信号光を、当該第２の波長帯の信号光のパワーを調節せずに前記光合波部へ導き、
   前記光利得調節手段は、前記制御手段の制御に従って、前記励起光源の出力する光のパワーを調節することにより、前記第１の波長の信号光を増幅または減衰することを特徴とする光伝送装置。
2. 請求項１に記載の光伝送装置であって、
   前記光分波部へ入力される前の前記波長多重光、または前記光合波部において波長多重された信号光を増幅する光増幅手段をさらに備え、
   当該光増幅手段は、前記光利得調節手段とは別に、希土類添加光ファイバと当該希土類添加光ファイバを励起する光を出力する励起光源とをそれぞれ備え、
   前記制御手段は、前記光増幅手段の励起光源の励起光量の制御をさらに行い、
   前記光増幅手段は、前記制御手段の制御により前記励起光源の出力する光パワーを調整することにより、前記光増幅手段の希土類添加光ファイバを伝搬する波長多重された信号光を増幅することを特徴とする光伝送装置。
3. 請求項２に記載の光伝送装置であって、
   前記制御手段は、
   前記光利得調節手段が行う増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段が行う増幅の利得との組み合わせを記述したパラメータを複数記憶した記憶部を備え、
   前記複数種の組み合わせのうちの任意の組み合わせのパラメータを前記記憶部から読み出し、当該読み出したパラメータに従って、前記光利得調節手段が行う増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段が行う増幅の利得とを個々に制御することを特徴とする光伝送装置。
4. 請求項２に記載の光伝送装置であって、
   前記入力された波長多重光もしくは前記光合波部を通過した信号光に含まれる各波長帯の信号光のパワーをそれぞれ検出するモニタ手段を備え、
   前記制御手段は、前記モニタ手段が検出した各波長帯の信号光のパワーに応じて、前記光利得調節手段が行う増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段が行う増幅の利得とをそれぞれ制御することを特徴とする光伝送装置。
5. 請求項２記載の光伝送装置であって、
   前記光利得調節手段の希土類添加光ファイバは、前記光増幅手段の希土類添加光ファイバと比較して、入力される励起光の光パワーが小さいことを特徴とする光伝送装置。
6. 請求項２に記載の光伝送装置であって、
   前記光利得調節手段の希土類添加光ファイバの長さは、前記光増幅手段の希土類添加光ファイバの長さよりも短いことを特徴とする光伝送装置。
7. 請求項２記載の光伝送装置であって、
   前記光増幅手段の希土類添加光ファイバの組成は、前記光利得調節手段の希土類添加光ファイバの組成と同じであることを特徴とする光伝送装置。
8. 請求項１記載の光伝送装置であって、
   前記光利得調節手段の励起光源の出力する光の波長は、７８０ｎｍ〜８６０ｎｍであることを特徴とする光伝送装置。
9. 複数の異なる波長帯の信号光が多重された波長多重光を伝送する光伝送装置であって、
   入力された前記波長多重光をそれぞれ異なる波長帯の信号光に分波し、前記分波した各々の波長帯の信号光をそれぞれ異なる複数の経路に伝搬させる光分波部と、
   前記複数の経路の１つに設置され、前記分波された複数の波長帯の信号光の１つである第１の波長帯の信号光が入力される半導体増幅器と、
   前記複数の経路を伝搬した複数の信号光を波長多重する光合波部と、
   前記半導体増幅器に入力する励起電流を制御する制御手段とを備え、
   前記複数の経路の１つは、前記半導体増幅器を備えず、前記分波された複数の波長帯の信号光の１つである第２の波長帯の信号光を、当該第２の波長帯の信号光のパワーを調節せずに前記光合波部へ導き、
   前記半導体増幅器は、前記制御手段の制御に従って、前記励起電流の大きさを調節することにより、前記第１の波長帯の信号光を増幅または減衰することを特徴とする光伝送装置。
10. 請求項９に記載の光伝送装置であって、
    前記光分波部へ入力される前の前記波長多重光、または光合波部において波長多重された信号光を増幅する光増幅手段をさらに備え、
    当該光増幅手段は、前記複数の経路の１つに設置された前記半導体増幅器に用いられた半導体と、同じ組成の半導体によって形成されたもう１つの半導体増幅器を備え、
    前記制御手段は、前記光増幅手段の半導体増幅器に入力する励起電流を制御し、
    前記光増幅手段の半導体増幅器は、前記制御手段の制御に従って前記励起電流の大きさを調節することにより、入力された信号光を増幅することを特徴とする光伝送装置。
11. 請求項１０に記載の光伝送装置であって、
    前記制御手段は、
    前記複数の経路の1つに設置された半導体増幅器による増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段の半導体増幅器による増幅の利得との組み合わせを記述したパラメータを複数記憶した記憶部を備え、
    前記複数種の組み合わせのうちの任意の組み合わせのパラメータを前記記憶部から読み出し、当該読み出したパラメータに従って、前記複数の経路の1つに設置された半導体増幅器による増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段の半導体増幅器が行う増幅の利得とを個々に制御することを特徴とする光伝送装置。
12. 請求項１０に記載の光伝送装置であって、
    前記入力された波長多重光もしくは前記光合波部を通過した信号光に含まれる各波長帯の信号光のパワーを検出するモニタ手段を備え、
    前記制御手段は、前記モニタ手段が検出した各波長帯の信号光のパワーに応じて、前記複数の経路の１つに設置された半導体増幅器による増幅または減衰の利得と、前記光増幅手段の半導体増幅器の増幅の利得とを、それぞれ制御することを特徴とする光伝送装置。
13. 請求項１又は請求項９に記載の光伝送装置であって、
    前記制御手段は、前記第２の波長帯の信号光のパワーを基準として相対的に、前記第１の波長帯の信号光のパワーを調節することを特徴とする光伝送装置。
14. 請求項１に記載の光伝送装置であって、
    前記希土類添加光ファイバはエルビウム添加光ファイバであり、前記第２の波長帯は１５４４ｎｍから１５６５ｎｍの間の波長帯であることを特徴とする光伝送装置。

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