JP3923060B2 - Optical amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、大洋を横断する光海底ケーブルを始めとする長距離光ファイバ通信システムに係り、特に光信号の直接増幅を行う希土類(例えば、エルビウム)添加の光ファイバを用いた伝送方式(光送方式、受信方式、中継方式等)に採用される光増幅器に関する。 The present invention relates to a long-distance optical fiber communication system such as an optical submarine cable that traverses the ocean. In particular, a transmission system (optical transmission) using a rare earth (eg, erbium) -doped optical fiber that directly amplifies an optical signal. The present invention relates to an optical amplifier employed in a system, a reception system, a relay system, and the like.
大洋を横断する光海底ケーブルを始めとする長距離光ファイバ通信システムの中継方式としては、光直接増幅技術の進展により、光直接増幅中継方式が多く用いられている。この光直接増幅中継方式においては、通常、増幅媒体として希土類元素(ランタノイド、アクチノイドあるいはエルビウム)を添加した光ファイバや半導体レーザダイオードを組み込んだ光増幅器が用いられる。 As a relay system of a long-distance optical fiber communication system including an optical submarine cable crossing the ocean, an optical direct amplification relay system is often used due to the progress of optical direct amplification technology. In this optical direct amplification repeater, an optical amplifier incorporating a rare earth element (lanthanoid, actinoid or erbium) or a semiconductor laser diode is usually used as an amplification medium.
図11は、従来の光増幅器の構成ブロック図である。図11の光増幅器では、伝送媒体として通常の石英系光ファイバ(以下、「光ファイバ Fib」と記す)が用いられ、増幅媒体としてはエルビウム(Er)を添加した光ファイバ(以下、「EDF」と記す)が用いられる。また、この光増幅器では、入力側の光ファイバ Fibを介して伝送された主信号としての入力光信号L1が、EDFの増幅作用により増幅され出力側の光ファイバ Fibを介し出力光信号L2として出力されている。 FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional optical amplifier. In the optical amplifier of FIG. 11, a normal silica-based optical fiber (hereinafter referred to as “optical fiber Fib”) is used as a transmission medium, and an optical fiber (hereinafter referred to as “EDF”) to which erbium (Er) is added as an amplification medium. Is used). In this optical amplifier, the input optical signal L1 as the main signal transmitted through the input side optical fiber Fib is amplified by the amplification action of the EDF and output as the output optical signal L2 through the output side optical fiber Fib. Has been.
励起光源LDは、EDFを励起するための高出力の半導体レーザダイオードであり、例えば、発振波長約1475nmのInGaAsP/InPレーザダイオード、あるいは発振波長980nmのInGaAsレーザダイオードである。この励起光源LDは、制御回路Cnによって制御されている。励起光源LDから出力された励起光は、励起側の光ファイバ Fibにより伝送されている。 The excitation light source LD is a high-power semiconductor laser diode for exciting the EDF, and is, for example, an InGaAsP / InP laser diode with an oscillation wavelength of about 1475 nm or an InGaAs laser diode with an oscillation wavelength of 980 nm. This excitation light source LD is controlled by the control circuit Cn. The excitation light output from the excitation light source LD is transmitted by the optical fiber Fib on the excitation side.
光合波器WDM(Wavelength Division Multiplexer)は、励起光源LDからの励起光
と主信号側の入力光を合波するための光部品であり、EDFと出力側の光ファイバFib との間に設けられている。入力信号L1とは異なる波長の励起光源LDからの励起光が、光合波器WDMを経て、EDFに導入されている。
An optical multiplexer WDM (Wavelength Division Multiplexer) is an optical component for combining pump light from the pump light source LD and input light on the main signal side, and is provided between the EDF and the optical fiber Fib on the output side. ing. Excitation light from an excitation light source LD having a wavelength different from that of the input signal L1 is introduced into the EDF via the optical multiplexer WDM.
EDF内にドープされているエルビウム(Er)は、導入された励起光によって励起状態になり、波長1520から1570nmの光に対して増幅作用を行う。従って、波長1558nmの入力光信号L1は、EDF内で増幅された後、出力光信号L2として出力されている。 Erbium (Er) doped in the EDF is excited by the introduced excitation light, and amplifies the light having a wavelength of 1520 to 1570 nm. Therefore, the input optical signal L1 having a wavelength of 1558 nm is amplified in the EDF and then output as the output optical signal L2.
ところで、励起光源LDは長期間使用することによる劣化や故障が生じると、必要な励起光が出力できなくなる。そこで、一方の励起光源LDが劣化や故障により使用できない場合や性能が低下した場合には、他方の励起光源LDがその代わり使用できるように、励起光源LDを冗長構成にすることが考えられる。 By the way, if the excitation light source LD deteriorates or breaks down after being used for a long period of time, the necessary excitation light cannot be output. In view of this, when one pumping light source LD cannot be used due to deterioration or failure, or when the performance deteriorates, it is conceivable to make the pumping light source LD redundant so that the other pumping light source LD can be used instead.
図12は、EDFを用いた光増幅器で励起光源を冗長構成にした場合の構成ブロック図である。この光増幅器では、2個の励起光源LD1、LD2が設けられ、夫々、制御回路Cnにより制御されている。また、制御回路Cnは、切替スイッチを有し、図示しない入力部より切替指令が入力されると、切替スイッチにより一方の励起光源に供給していた駆動電流を他方の励起光源へ切り替える。光カプラCpは、2本の光ファイバを並べて融着するとともに一方の光ファイバの出力側端を溶着部分の先で切断した構造を有している。2個の励起光源LD1、LD2は夫々光カプラCpの入力側から延びている光ファイバに
励起光を導入する。光カプラCpの出力側から延びている光ファイバFib は光合波器WDMに接続されている。従って、光カプラCpは、入力側から延びたいずれの光ファイバFib から励起光が導入されても、この励起光を内部の溶着部分において他方の光ファイバへ分散するので、出力側から延びた光ファイバを通じて伝送することができる。よって、励起光源LD1、LD2のいずれか一方から出射された励起光は、光カプラCpを介して光合波器WDMを経てEDFに導入される。
FIG. 12 is a block diagram of the configuration when the pumping light source has a redundant configuration with an optical amplifier using an EDF. In this optical amplifier, two pumping light sources LD1 and LD2 are provided, and each is controlled by a control circuit Cn. The control circuit Cn includes a changeover switch, and when a changeover command is input from an input unit (not shown), the drive current supplied to one excitation light source is changed over to the other excitation light source by the changeover switch. The optical coupler Cp has a structure in which two optical fibers are aligned and fused and the output side end of one optical fiber is cut at the end of the welded portion. The two pumping light sources LD1 and LD2 introduce pumping light into optical fibers extending from the input side of the optical coupler Cp. An optical fiber Fib extending from the output side of the optical coupler Cp is connected to the optical multiplexer WDM. Therefore, the optical coupler Cp disperses the pumping light to the other optical fiber at the inner welded portion even if the pumping light is introduced from any optical fiber Fib extending from the input side. It can be transmitted over fiber. Therefore, the pumping light emitted from either one of the pumping light sources LD1 and LD2 is introduced into the EDF through the optical coupler WDM via the optical coupler Cp.
ところで、光カプラの上述した構造に因り、入力側から延びている何れかの光ファイバへ励起光が導入されても、導入された励起光を内部の融着部において2本の光ファイバへ各々均等に分散するので、出力側が切断されている光ファイバに分散された励起光は、その切断部において外部に漏れてしまい、過剰損失を起こしてしまっていた。例えば、3dbの光カプラを用いた場合は、3db以上の励起光の過剰損失を起こしてしまうという問題があった。 By the way, due to the above-described structure of the optical coupler, even if the pumping light is introduced into any one of the optical fibers extending from the input side, the introduced pumping light is respectively transmitted to the two optical fibers at the internal fusion part. Since the light is evenly dispersed, the excitation light dispersed in the optical fiber whose output side is cut leaks to the outside at the cut portion, causing excessive loss. For example, when a 3db optical coupler is used, there is a problem that an excessive loss of excitation light of 3db or more occurs.
また、光の過剰損失を最小限にとどめるために、偏波面を合わせて偏波カプラを使うことも考えられるが、偏波カプラは非常に高価であり、経済的な問題があった。 In order to minimize the excess loss of light, it is conceivable to use a polarization coupler with the polarization plane matched, but the polarization coupler is very expensive and has an economic problem.
更に、EDFを用いた光増幅器において、励起光源を冗長構成にした場合、励起光を出射する励起光源を一方のものから他方のものへ切り替える際に、EDFに導入される励起光の出力値が一時的にゼロになってしまう問題があった。 Furthermore, in an optical amplifier using an EDF, when the pumping light source has a redundant configuration, when the pumping light source that emits pumping light is switched from one to the other, the output value of the pumping light introduced into the EDF is There was a problem of becoming zero temporarily.
本発明の第1の目的は、EDFを用いた光増幅器で励起光源を冗長構成にし光カプラを使用しても励起光の過剰損失を最小にし、励起光を効率よくEDF側に導入できるとともに、安価な光増幅器を提供することである。 The first object of the present invention is to make it possible to efficiently introduce the pumping light into the EDF side by minimizing the excess loss of the pumping light even if the pumping light source is made redundant with an optical amplifier using EDF and an optical coupler is used. It is to provide an inexpensive optical amplifier.
また、本発明の第2の目的は、光増幅器を冗長構成にした場合、EDFに導入される励起光の出力を所定値に維持しつつ、励起光を出射する励起光源を一方のものから他方のものへ切り替える制御ができる光増幅器を提供することである。 The second object of the present invention is to provide a pumping light source that emits pumping light from one to another while maintaining the output of pumping light introduced into the EDF at a predetermined value when the optical amplifier has a redundant configuration. It is an object to provide an optical amplifier that can be controlled to be switched to a certain one.
第1の目的を達成するため、本発明の光増幅器は、その入射端から入射された光信号を励起光に従って増幅した後にその出射端から出射する希土類添加の光ファイバと、前記励起光を出射する第1及び第2の励起光源と、前記各励起光源から出射された前記励起光を合波するように構成され、少なくとも2つの励起光を均等に出力する第一の光カプラと、前記第一の光カプラを構成する2本の光ファイバのうちの一方によって伝送された前記励起光を前記希土類添加光ファイバの入射端から導入する第1の励起光導入手段と、前記第一の光カプラを構成する2本の光ファイバのうちの他方によって伝送された前記励起光を入力し少なくとも2つの励起光を出力する第二の光カプラと、前記第二の光カプラの出力する励起光のうちの一方によって伝送された前記励起光を前記希土類添加光ファイバの出射端から導入する第2の励起光導入手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the first object, an optical amplifier according to the present invention amplifies an optical signal incident from its incident end according to pumping light, and then emits the rare earth-doped optical fiber emitted from its outgoing end, and emits the pumping light. first and second pump light source that, the configured so that the excitation light emitted from the pumping light source for multiplexing a first optical coupler which outputs equally at least two excitation light, the first a first pumping light introducing means for introducing one into Thus transmitted the excitation light of the two optical fibers constituting an optical coupler from the incident end of the rare earth doped optical fiber, said first optical a second optical coupler for outputting the input at least two excitation light the excitation light transmitted by the other of the two optical fibers constituting a coupler of the pumping light output from the second optical coupler depending on one of the out The transmitted the excitation light is characterized in that a second excitation light introducing means for introducing from the output end of said rare earth-doped optical fiber.
また、本発明の光増幅器は、前記第二の光カプラの出力する励起光の他方を電気信号に変換する光/電気信号変換手段と、この光/電気信号変換手段にて変換された前記電気信号が所定値となるように前記第1及び第2の励起光源を制御する制御手段とを備えてもよい。 The optical amplifier of the present invention includes an optical / electrical signal converting means for converting the other of the pumping light output from the second optical coupler into an electric signal, and the electric signal converted by the optical / electrical signal converting means. Control means for controlling the first and second excitation light sources so that the signal becomes a predetermined value may be provided.
更に、本発明の光増幅器は、第1の基板に前記希土類添加の光ファイバと前記光カプラと前記第1及び第2の励起光導入手段とを搭載し、第2の基板に前記第1の励起光源を搭載し、第3の基板に前記第2の励起光源を搭載し、前記第1の基板と前記第2の基板を着
脱自在に構成し、前記第1の基板と前記第3の基板を着脱自在に構成してもよい。
Furthermore, the optical amplifier of the present invention includes the rare earth-doped optical fiber, the optical coupler, and the first and second excitation light introducing units mounted on a first substrate, and the first substrate on the first substrate. An excitation light source is mounted, the second excitation light source is mounted on a third substrate, and the first substrate and the second substrate are configured to be detachable. The first substrate and the third substrate You may comprise so that attachment or detachment is possible.
第2の目的を達成するために、本発明の光増幅器の制御手段は、前記電気信号が所定値になるように調整して、前記第1及び第2の励起光源に駆動電流を供給する電源回路と、前記駆動電流を供給すべき励起光源をいずれか一方から他方へ切り替える場合、前記一方の励起光源に供給する駆動電流を切替時点から所定時間内において徐々に減退させ、前記他方の励起光源に供給する前記駆動電流を前記切替時点から前記所定時間内において徐々に増加させるように制御する時定数回路とを備えることを特徴とする(請求項1に対応)。 In order to achieve the second object, the control means of the optical amplifier according to the present invention adjusts the electrical signal to a predetermined value and supplies a driving current to the first and second pumping light sources. When switching the circuit and the excitation light source to which the drive current is to be supplied from one to the other, the drive current supplied to the one excitation light source is gradually reduced within a predetermined time from the switching time, and the other excitation light source is And a time constant circuit for controlling the driving current to be gradually increased within the predetermined time from the switching time (corresponding to claim 1).
また、本発明の光増幅器の制御手段は、前記電気信号が所定値になるように調整して、前記第1及び第2の励起光源に駆動電流を供給する電源回路と、この電源回路から前記第1及び第2の励起光源へ夫々供給される駆動電流を夫々同量の所定値とする第1の状態と、前記第1の励起光源へ供給される駆動電流を前記所定値の倍とするとともに前記第2の励起光源へ供給される駆動電流を0とする第2の状態と、前記第1の励起光源へ供給される駆動電流を0とするとともに前記第2の励起光源へ供給される駆動電流を前記所定値の倍とする第3の状態とを切り替える切替回路とを備えるように構成してもよい(請求項2に対応)。 Further, the control means of the optical amplifier of the present invention adjusts the electrical signal to a predetermined value and supplies a driving current to the first and second pumping light sources, and from the power circuit, the power circuit A first state in which the drive currents supplied to the first and second excitation light sources are respectively the same amount of predetermined values, and a drive current supplied to the first excitation light source is double the predetermined value. And a second state in which the drive current supplied to the second excitation light source is 0, and a drive current supplied to the first excitation light source is 0 and supplied to the second excitation light source. You may comprise so that a switching circuit which switches a drive current to the 3rd state which doubles the said predetermined value may be provided (corresponding to claim 2).
本発明の光増幅器は、EDFを用いた光増幅器で励起光源を冗長構成にし光カプラを使用しても励起光の過剰損失を最小にし、励起光を効率よくEDF側に導入することができる。 The optical amplifier of the present invention can efficiently introduce the pumping light into the EDF side by minimizing the excess loss of the pumping light even if the pumping light source is made redundant with an optical amplifier using EDF and an optical coupler is used.
以下、本発明の光増幅器の実施の形態を図面を参照して説明する。
<発明の実施の形態1>図1は本発明の第1の実施の形態による光増幅器の構成ブロック図である。
Embodiments of an optical amplifier according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<
図1において、光増幅器10は、長距離光ファイバ通信システムにおいて主信号を直接増幅して中継を行うための装置であり、一枚の基板上に構築されている。光増幅器10は、各々光増幅部20、励起光源部13又は14が構築されている3枚のサブ基板を、その上面に搭載している。
In FIG. 1, an
光増幅器10には、、増幅対象の主信号を導入するために外部装置に対して接続される光コネクタC1 と、増幅後の主信号を送出するために外部装置に対して接続される光コネクタC2 とが、設けられている。この光コネクタC1 は、石英系光ファイバ(以下、「光ファイバ」という)Fを介して、光増幅部20へ増幅対象の主信号を送出するための光コネクタC3 に接続されている。一方、光コネクタC2 は、光ファイバFを介して、増幅された主信号を光増幅部20から受け取るための光コネクタC4 に接続されている。また、光増幅器10には、励起光源部13から励起光を受け取るための光コネクタC5 、励起光源部14から励起光を受け取るための光コネクタC7 、励起光を光増幅部20に夫々導入するための光コネクタC6 ,C8 が設けられている。そして、光コネクタC5 とC6 との間、及び光コネクタC7 とC8 との間が夫々光ファイバFによって継がれている。
The
光増幅部20上においては、光コネクタC3 と光コネクタC4 の間(主信号側伝送路)には、主信号の進行方向の順に前方光合波器21、エルビウムドープ光ファイバ(以下、「EDF」と記す)22、後方光合波器23、モニタ用光カプラ24が、夫々光ファイバFを介して接続されている。また、前方光合波器21と後方光合波器23には、光カプラ25の出力側から延びている2本の光ファイバFのうち一方が、夫々接続されている。こ
の光カプラ25の入力側から延びている2本の光ファイバFは、夫々、光コネクタC6 又は光コネクタC8 に接続されている。
On the optical amplifying
EDF22は、内部に添加されているエルビウム(Er)が励起光により励起状態になると、光信号としての主信号を直接増幅している。従って、入力された主信号L1は、光コネクタC1 から光増幅器10に導入され、EDF22によって光増幅された後、光コネクタC2 から出力されている(L2参照)。
The
前方光合波器21と後方光合波器23は、主信号を増幅するEDF22の前後両側にあって、各々、光カプラ25の出力側から供給される励起光を主信号と合波してEDF22へ導入している。なお、励起光の波長は、主信号の波長と異なっている。
The front
光カプラ25は、3dbの1対1の片波合成カプラであり、2本の光ファイバFをその中間部で互いに溶着した構造を有している。光カプラ25は、入力側から延びているいずれかの光ファイバFから励起光が入力されると、この励起光を内部の溶着部分において両光ファイバFに均等に分散し、両光合波器21,23に対して均等に出力している。この光カプラ25の出力側から前方光合波器21までの構成が第1の励起光導入手段に相当し、光カプラ25の出力側から後方光合波器23までの構成が第2の励起光導入手段に相当している。
The
モニタ用光カプラ24は、入力光を主信号に影響のないレベルでモニタ用に分岐する光部品である。例えば、モニタ用光カプラ24は、主信号を10対1に分岐する光部品であり、EDF22により増幅された主信号を10対1の割合で、光コネクタC4 とホトダイオード26へ送出している(光信号分岐手段に相当)。
The monitoring
ホトダイオード(Photo Diode)26は、モニタ用光カプラ24に対して光ファイバF
を介して接続されているとともに、制御回路27に対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カプラ24により分岐された出力光を電気信号に変換して制御回路27へ出力している(光/電気信号変換手段に相当)。
The
Is connected to the
励起光源部13側のサブ基板上には、光コネクタC5 に光ファイバFを介して接続されている励起光源11が設けられている。励起光源部14側のサブ基板上には、光コネクタC7 に光ファイバFを介して接続されている励起光源12が設けられている。
An
励起光源11、12は、光増幅部20のEDF22を励起するための励起光を発振する励起レーザダイオード(Pump-Laser Diode)である。励起光源11,12には、光増幅部20の制御回路27により駆動電流が供給されている。
The
なお、励起光源11,12は、冗長構成であるので、同一特性を有しており、一方が故障の場合には、他方がその代わりに使用され、故障した一方の励起光源がその間に新品と交換される。励起光源11が交換される場合は、光コネクタC5 において光ファイバFが切り離され、励起光源部13がサブ基板ごと光増幅器10より外され、交換可能となる。また、励起光源12が交換される場合は、コネクタC7 において光ファイバFが切断され、励起光源部14がサブ基板ごと光増幅器10より外され、交換が可能となる。
Since the pumping
図2は制御回路27の構成ブロック図である。制御回路27は、励起光源11に接続されている制御部27aと、励起光源12に接続されている制御部27bを備えている。また、制御部27aと制御部27bは、共にホトダイオード26に接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
制御部27aは、電源回路Amと時定数回路Taとを備える。制御部27aの時定数回
路Taは、オフからオンへ立ち上がる切替トリガ信号が入力された時には、出力電圧を徐々に上げて、時定数によって定まる所定時間経過後に定常値とする。また、オンからオフへ立ち下がる切替トリガ信号が入力された時には、出力電圧を徐々に立ち下げて、時常数によって定まる所定時間経過後に0とする。
The
制御部27aの電源回路Amは、2つの演算増幅器Op1(Operational Amplifier),Op2 ,抵抗R0〜R4,コンデンサCo及びトランジスタTrから構成されている。抵抗R0 は、ホトダイオード26から出力される電流を電圧信号に変換して、演算増幅器Op1 の非反転入力端子に入力している。この演算増幅器Op1 の非反転入力端子には、時定数回路Taからの出力電圧も入力している。演算増幅器Op1 は、両入力端子に入力される電圧の差に応じて、出力電圧を上下させる。この演算増幅器Op1 の出力電圧は、演算増幅器Op2 の非反転入力端子に入力され、この演算増幅器Op2 ,トランジスタTr,抵抗R3,R4からなる増幅回路によって、所定の増幅率にて増幅される。従って、電源回路Amは、ホトダイオード26の出力電流が時定数回路Taからの電圧値に対応する大きさとなるように、励起光源11へ駆動電流を供給する。その結果、時定数回路Taからの電圧値が0の場合には、電源回路Amは、励起光源11に対して駆動電流を供給しない。
The power supply circuit Am of the
また、電源回路Amは、オフからオンへ立ち上がる切替トリガ信号が時定数回路Taに入力されると、時定数回路Taの出力電圧が徐々に上がるのに正比例して励起光源11への駆動電流を増加させ、所定時間後には励起に必要な所定値まで立ち上げる。更に、電源回路Amは、オンからオフへ立ち下がる切替トリガ信号が時定数回路Taに入力され、時定数回路Taの出力電圧が徐々に下がるのに正比例して励起光源11への駆動電流を減退させ所定時間後には0とする。
Further, when a switching trigger signal that rises from OFF to ON is input to the time constant circuit Ta, the power supply circuit Am generates a drive current to the
制御部27bは、電源回路Amと時定数回路Tbとを備え、励起光源12へ供給する電流を制御している。なお、制御部27bの電力供給の構成において、制御部27aと同一符号のものは、同一構成なので説明を省略する。但し、制御部27aの時定数回路Taと制御部27bの時定数回路Tbは、相反する動作を行っている。従って、制御部27aの時定数回路Taが電圧の立ち下げを行う場合、制御部27bの時定数回路Tbは、電圧の立ち上げを行っている。
The
次に、励起光を出射する励起光源を切り替える際に、制御部27a,27bによって各励起光源11,12に各々出力される電流値の総計を所定値に保つための回路動作を説明する。
Next, a description will be given of a circuit operation for keeping the total of the current values output to the respective
図3は励起光を出射する励起光源を励起光源11から励起光源12へ切り替えるための回路動作を説明するタイムチャートである。ここでは図2及び図3に基づき、励起光源11から励起光源12へ切り替える場合を例にとって説明を行う。
FIG. 3 is a time chart for explaining the circuit operation for switching the excitation light source that emits the excitation light from the
P0の時点では、光増幅部20には励起光源11から励起光が入力されており、モニタ
用光カプラ24により分岐された主信号の出力光がホトダイオード26において電気信号に変換され、この電気信号が制御回路27に入力されている。従って、ホトダイオード26からの電気信号に基づいて、制御部27aは、励起光源11に一定の電流を供給している(図3(b)参照)。一方、制御部27bは、励起光源12には電流を供給していない(図3(c)参照)。
At the point of time P0, the pumping light is input from the pumping
P1の時点で、励起光源を励起光源11から励起光源12へ切り替える信号(オンから
オフに立ち下がる切替トリガ信号)が入力された場合(図3(a)参照)、制御部27aの時定数回路Taは、徐々に電圧の立ち下げを行い、制御部27bの時定数回路Tbは、徐々に電圧の立ち上げを行っている。
When a signal for switching the excitation light source from the
すると、制御部27aは、励起光源11へ供給する駆動電流を時点P1から時点P2までに徐々に減退させ、時点P2 においてオフとする(図3(b)参照)。一方、制御部27bは、励起光源12へ供給する電流を時点P1から時点P2までに徐々に増加させ、時点P2 において定常値とする(図3(c)参照)。その結果、時点P1から時点P2までの間、EDF22に導入される励起光の出力レベルが常に所定値となる(図3(d)参照)。なお、制御回路27は図示しない電源回路から電源を供給されている。
Then, the
このように、励起光源を切り替える場合には、制御回路27は、EDF22に導入される励起光の出力レベルが常に所定値となるように励起光源11、12の励起出力の増減を制御する。この際、励起光源11、12の励起光は、光カプラ25の出力側から延びた2本の光ファイバF及び各光合波器21,23を介してEDF22に導入される。時点P2 以降において、励起光源12からの励起光のみでEDF22に導入される励起光の出力レベルが所定値となれば、励起光源11を含む励起光源部13を新規なものと交換することができる。実施の形態1の励起光源部13は、励起光源11だけを基板上に載置した簡素な構成であるので、基板毎交換しても他の部品がむだにならず経済的である。
Thus, when switching the excitation light source, the
3dbの1対1の光カプラの出力側から延びる一本の光ファイバFのみを介して励起光をEDFに導入する従来の構成では、光カプラの他方の光ファイバFの切断面から励起光が漏出され過剰損失を起こすだけであったが、本実施形態の構成では、光カプラ25の出力側から2本の光ファイバFを延ばして、これら両光ファイバFを介して励起光をEDF22に導入するから、光カプラ25に入ってきた励起光のほぼ全エネルギーがEDF22に導入され、励起光の過剰損失を最小に抑えることが可能となった。
In the conventional configuration in which the pumping light is introduced into the EDF only through one optical fiber F extending from the output side of the 3 db one-to-one optical coupler, the pumping light is transmitted from the cut surface of the other optical fiber F of the optical coupler. Although it was only leaked and caused an excessive loss, in the configuration of the present embodiment, two optical fibers F are extended from the output side of the
また、主信号の出力側に設置したモニタ用光カプラ24からの情報に基づいて、制御回路27は、各励起光源11,12への駆動電流に対してオートパワーコントロールを行うとともに、励起光源11,12への駆動電流のバランスを取る。従って、冗長構成の励起光源11,12からEDF22へ導入される励起光の出力レベルを一定に制御できる。
<発明の実施の形態2>図4は本発明の実施の形態2の制御回路の構成ブロック図である。本実施形態2の制御回路27は、励起光源11に接続されている制御部27cと、励起光源12に接続されている制御部27dを備えている。また、制御部27cと制御部27dは共にホトダイオード26に接続されている。なお、制御部27c,27dの構成において、図2の制御部27aあるいは制御部27bと同一符号のものは同一構成なので説明を省略する。
Further, based on information from the monitoring
<
制御部27cは、電源回路Amと電圧切替部Saとを備え、励起光源11へ供給する電流を制御している。電圧切替部Saは、演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力する電圧を3段階に変化させることにより、電源回路Amから出力される電流値を、定常値の100%(max)、定常値の50%(nor)、0%(off)の3段階に切り替える。
The
制御部27dは、電源回路Amと電圧切替部Sbとを備え、励起光源12へ供給する電流を制御している。電圧切替部Sbも、演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力する電圧を3段階に変化させることにより、電源回路Amから出力される電流値を、定常値の100%(max)、定常値の50%(nor)、0%(off)の3段階に切り替える(切替手段に相当)。
The
実施の形態2の制御回路27では、外部からの指令により作動するスイッチSWが、電圧切替部Saと電圧切替部Sbとを相互に関連付けて3段階に切り替える。通常、スイッチSWは、電圧切替部Saと電圧切替部Sbとを共に電源回路Amから出力される電流値を定常値の50%とする位置(nor)にセットしている。しかし、励起光源11を交換
する場合、スイッチSWは、電圧切替部Saを「off」の位置にセットすると同時に、電圧切替部Sbを「max」の位置にセットする。すると、電圧切替部Saから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は0となり、制御部27cの電源回路Amは、励起光源11に対して駆動電力を供給しない。一方、電圧切替部Sbから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は「max」値となり、制御部27dの電源回路Amは、励起光源12へ供給する電流を定常値の100%とする。また、励起光源12を交換する場合、スイッチSWは、電圧切替部Saを「max」の位置にセットすると同時に、電圧切替部Sbを「off」の位置にセットする。すると、電圧切替部Saから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は「max」値となり、制御部27cの電源回路Amは、励起光源11へ供給する電流を定常値の100%とする。一方、電圧切替部Sbから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は0となり、制御部27dの電源回路Amは、励起光源12に対して駆動電力を供給しない。
In the
次に、励起光を出射する励起光源を交換する際に、制御部27c,27dによって各励起光源11,12に各々出力される電流値の総計を定常値に保つための回路動作を説明する。
Next, a description will be given of a circuit operation for keeping the total of the current values respectively output to the respective
図5は、励起光源11を交換するための回路動作を説明するタイムチャートである。P0 の時点では、光増幅部20には、励起光源11と励起光源12とから夫々定常値の50%ずつを加算した励起光が入力されており、モニタ用光カプラ24により分岐された主信号の出力光がホトダイオード26において電気信号に変換され、この電気信号が制御回路27に入力されている。従って、ホトダイオード26からの電気信号に基づいて、制御部27cと制御部27dは、夫々定常値の50%ずつの電流を夫々の励起光源11、励起光源12に供給している(図5(b)、図5(c)参照)。この時、制御回路27のスイッチSWは、電圧切替部Saと電圧切替部Sbとを共に「nor」の位置にセットしている。
FIG. 5 is a time chart for explaining the circuit operation for exchanging the
P1 の時点で、励起光源を励起光源11から励起光源12へ切り替える信号(励起光源11切替トリガ信号)が入力された場合(図5(a)参照)、スイッチSWは、電圧切替部Saを「off」の位置にセットすると同時に、電圧切替部Sbを「max」の位置にセットする(図4破線部参照)。すると、電圧切替部Saから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は0になる。従って制御部27cの電源回路Amは、励起光源11に提供する電流値を定常値の50%から0%にダウンし、励起光源11に対して駆動電力を供給しない(図5(b)参照)。一方、電圧切替部Sbから演算増幅器Op1 の非反転入力端子へ入力される電圧値は「max」値となる。従って、制御部27dの電源回路Amは、励起光源12へ供給する電流を定常値の50%から100%にアップする(図5(c)参照)。その結果、P1 の時点で、EDF22に導入される励起光は、励起光源12からの励起光のみとなる(図5(d)参照)。
When a signal for switching the excitation light source from the
制御回路27は、励起光源11の励起光が停止されても、励起光源12から定常値の100%の励起光が出力されるように制御している。時点P1 以降において、励起光源12のみで光増幅器10への励起光の出力レベルが定常値となれば、励起光源11を含むサブ基板を新規なものと交換することができる。
The
このように、光増幅部20には励起光源11と励起光源12から夫々定常値の50%ずつを加算した励起光が入力されており、何れか一方の励起光源を新規なものに交換する場合には、他方の励起光源の出力値を定常値の50%から100%へ切り替えることができるので、励起光の出力値の総計がゼロになることはない。
<発明の実施の形態3>図6は本発明の光増幅回路の実施の形態3の構成ブロック図である。
As described above, the pumping light obtained by adding 50% of the steady value from the pumping
<Third Embodiment of the Invention> FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of the optical amplifier circuit according to the present invention.
図1と図6の違いは、図1では制御回路(制御部27a,27b)27を光増幅部20のサブ基板側に設けたのに対し、図6では各制御部27a,27bと同構成を有する制御回路27e,27fを励起光源部13,14のサブ基板側に設けた点である。図6において、図1と同一符号のものは、同一機能を有するものであるから詳細な説明を省略する。
The difference between FIG. 1 and FIG. 6 is that the control circuit (
励起光源部13側のサブ基板上には、光コネクタC5 に光ファイバFを介して接続されている励起光源11が設けられている。また、励起光源部13側のサブ基板上には、励起光源11を制御する制御部27eが設けられている。励起光源部14側のサブ基板上には、光コネクタC7 に光ファイバFを介して接続されている励起光源12が設けられている。また、励起光源部14側のサブ基板上には、励起光源12を制御する制御部27fが設けられている。従って、各励起光源11,12には、制御部27e及び制御部27fにより駆動電流が供給されている。
An
ホトダイオード26は、モニタ用光カプラ24に対して光ファイバFを介して接続されているとともに、制御部27e及び制御部27fに対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カプラ24により分岐された出力光を電気信号に変換して制御部27e及び制御部27fへ出力している。
The
なお、励起光源11,12は冗長構成であるので、同一特性を有しており、一方が、故障の場合には、他方がその代わりに使用され、その間に故障した一方の励起光源が新品と交換される。励起光源11が交換される場合は、光コネクタC5 において光ファイバFが切り離され、励起光源部13がサブ基板ごと光増幅器10より外され、交換可能となる。また、励起光源12が交換される場合は、コネクタC7 において光ファイバFが切り離され、励起光源部14がサブ基板ごと光増幅器10より外され、交換が可能となる。
Since the pumping
図6の光増幅器によれば、光増幅部20のサブ基板側は信頼度の高い光部品のみで構成されることになる。従って、光増幅部20は長期にわたってメンテナンスフリーの状態になり、光増幅部20の保守が容易になる。
According to the optical amplifier of FIG. 6, the sub-substrate side of the
また、図6の光増幅器の構成のものは、制御回路も励起光源と同様に冗長構成となり、総じて、光増幅器としての信頼度は格段に上昇する。
<発明の実施の形態4>図7は本発明の光増幅器の実施の形態4の構成ブロック図である。
In the configuration of the optical amplifier shown in FIG. 6, the control circuit has a redundant configuration like the pumping light source, and as a whole, the reliability as the optical amplifier is remarkably increased.
<Fourth Preferred Embodiment> FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a fourth preferred embodiment of the optical amplifier according to the present invention.
図7と図1との違いは、モニタ用光カプラ24の接続位置の違いである。図1において、モニタ用光カプラ24は主信号側伝送路の後方光合波器23と光コネクタC4 との間に設けられていたが、図7において、モニタ用光カプラ24bは、光カプラ25の出力側と後方光合波器23との間の光路中に設けられている。なお、図7において、図1と同一符号のものは、同一機能を有するものであるから詳細な説明を省略する。
The difference between FIG. 7 and FIG. 1 is the connection position of the monitoring
モニタ用光カプラ24bは、光カプラ25の出力側に対して光ファイバFを介して接続されているとともに、後方光合波器23に対して光ファイバFを介して接続されている。モニタ用光カプラ24bは、入力光をモニタ用に分岐する光部品である。例えば、モニタ用光カプラ24bは、入力光を10対1に分岐する光部品であり、光カプラ25から出力された励起光を10対1の割合で、後方光合波器23とホトダイオード26へ送出している。
The monitoring
ホトダイオード26は、モニタ用光カプラ24bに対して光ファイバFを介して接続されているとともに、制御回路27に対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カ
プラ24bにより分岐された出力光を電気信号に変換して制御回路27へ出力している。
The
制御回路27は、実施形態1あるいは実施形態2で説明した制御手段で、励起光源11、12の出力光の出力レベルを所定値に保つ制御を行う。実施形態4の光増幅器は、光カプラ25からの励起光の一方をそのままEDF22へその入射端から導入し、他方の励起光をモニタ用光カプラ24bを介して、EDF22へその出射端から導入し、総じて双方向からの励起を行っている。
The
また、実施形態4の光増幅器は、モニタ用光カプラ24bを介して一部がホトダイオード26に送出されて、その他の励起光が後方光合波器23側に入るため、EDF22の入射端から入射される励起光が、EDF22の出射端から入射される励起光より大きくなる。従って、実施形態4の光増幅器は、双方向からの励起でありながら、主信号と励起光とが干渉することにより生じる雑音が最小になり、低雑音の光増幅器が期待できる。
<発明の実施の形態5>図8は本発明の光増幅器の実施の形態5の構成ブロック図である。
In the optical amplifier of the fourth embodiment, a part of the optical amplifier is sent to the
<Fifth Embodiment of the Invention> FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of an optical amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
図8と図1及び図7との違いは、モニタ用光カプラの接続位置の違いである。図1において、モニタ用光カプラ24は主信号側伝送路の後方光合波器23と光コネクタC4 との間に設けられていたが、図8において、モニタ用光カプラ24cは、光カプラ25の出力側と前方光合波器21との間の光路中に設けられている。なお、図8において、図1と同一符号のものは、同一機能を有するものであるから詳細な説明を省略する。
The difference between FIG. 8 and FIGS. 1 and 7 is the connection position of the monitoring optical coupler. In FIG. 1, the monitoring
モニタ用光カプラ24cは、光カプラ25の出力側に対して光ファイバFを介して接続されているとともに、前方光合波器21に対して光ファイバFを介して接続されている。モニタ用光カプラ24cは、入力光をモニタ用に分岐する光部品である。例えば、モニタ用光カプラ24cは、入力光を10対1に分岐する光部品であり、光カプラ25から出力された励起光を10対1の割合で、前方光合波器21とホトダイオード26へ送出している。
The monitoring
ホトダイオード26は、モニタ用光カプラ24cに対して光ファイバFを介して接続されているとともに、制御回路27に対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カプラ24cにより分岐された出力光を電気信号に変換して制御回路27へ出力している。
The
制御回路27は、実施形態1あるいは実施形態2で説明した制御手段で、励起光源11、12の出力光の出力レベルを所定値に保つ制御を行う。実施形態5の光増幅器は、光カプラ25からの励起光の一方をそのままEDF22へその出射端から導入し、他方の励起光をモニタ用光カプラ24bを介して、EDF22へその入射端から導入し、総じて双方向からの励起を行っている。
The
また、実施形態5の光増幅器は、モニタ用光カプラ24cを介して一部がホトダイオード26に送出されて、その他の励起光が前方光合波器21側に入るため、EDF22の入射端から入射される励起光が、EDF22の出射端から入射される励起光より小さくなる。従って、実施形態5の光増幅器は、主信号と励起光とが干渉し、増幅動作が大となり、高出力の光増幅器が期待できる。
<発明の実施の形態6>図9は本発明の光増幅器の実施の形態6の構成ブロック図である。
Further, in the optical amplifier according to the fifth embodiment, a part of the optical amplifier is sent to the
<Sixth Embodiment of the Invention> FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of an optical amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.
図9と、図1、図7及び図8との違いは、モニタ用光カプラの接続位置の違いである。図9では、モニタ用光カプラは、励起光源11、12に接続された光コネクタC6,C8と光カプラ25の入力側との間の光路上に、夫々設けられる。なお、図9において、図1
と同一符号のものは、同一機能を有するものであるから詳細な説明を省略する。モニタ用光カプラ24d1 は、コネクタC6 に対し光ファイバFを介して接続されるとともに、光カプラ25の入力側に対し光ファイバFを介して接続される。モニタ用光カプラ24d1 は、入力光をモニタ用に分岐する光部品である。例えば、モニタ用光カプラ24d1 は、入力光を10対1に分岐する光部品であり、励起光源11から出力された励起光を10対1の割合で、光カプラ25の入力側とホトダイオード26aへ送出している。ホトダイオード26aは、モニタ用光カプラ24d1 に対して光ファイバFを介して接続されているとともに、制御回路27に対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カプラ24d1 により分岐された出力光を電気信号に変換して制御回路27へ出力している。
The difference between FIG. 9 and FIGS. 1, 7, and 8 is the difference in the connection position of the monitoring optical coupler. In FIG. 9, the monitoring optical coupler is provided on the optical path between the optical connectors C6 and C8 connected to the
Since those having the same reference numerals have the same functions, detailed description thereof will be omitted. The monitoring optical coupler 24d1 is connected to the connector C6 via the optical fiber F and connected to the input side of the
モニタ用光カプラ24d2 は、コネクタC8 に対し光ファイバFを介して接続されるとともに、光カプラ25の入力側に対し光ファイバFを介して接続される。モニタ用光カプラ24d2 は、入力光をモニタ用に分岐する光部品である。例えば、モニタ用光カプラ24d2 は、入力光を10対1に分岐する光部品であり、励起光源12から出力された励起光を10対1の割合で、光カプラ25の入力側とホトダイオード26bへ送出している。ホトダイオード26bは、モニタ用光カプラ24d2 に対して光ファイバFを介して接続されているとともに、制御回路27に対して信号線を介して接続されており、モニタ用光カプラ24d2 により分岐された出力光を電気信号に変換して制御回路27へ出力している。
The monitoring optical coupler 24d2 is connected to the connector C8 via the optical fiber F and to the input side of the
制御回路27は、実施形態1あるいは実施形態2で説明した制御手段で、励起光源11、12の出力光の出力レベルを所定値に保つ制御を行う。従って、この実施形態6では励起光を直接監視することができるから、励起光源11、12の故障が瞬時に判別できる。<発明の実施の形態7>図10は本発明の光増幅器の実施の形態7の構成ブロック図である。
The
図10ではモニタ用光カプラは励起光源11、12に内蔵されているホトダイオード11a,12aを使用して励起光源11、12から出射される励起光のバックビームの出力レベルを監視する構成である。なお、図10において、図1と同一符号のものは、同一機能を有するものであるから詳細な説明を省略する。
In FIG. 10, the monitoring optical coupler is configured to monitor the output level of the back beam of the excitation light emitted from the
励起光源部13のサブ基板には、励起光源11と励起光源11に内蔵されたホトダイオード11aと制御回路15が設けられている。励起光源部14のサブ基板には、励起光源12と励起光源12に内蔵されたホトダイオード12aと制御回路16が設けられている。
The sub-substrate of the excitation
ホトダイオード11a,12aは、励起光源11、12の励起光のバックビームを電気信号に変換して制御回路15,16へ出力している。制御回路15,16は、実施形態1あるいは実施形態2で説明した制御手段で、励起光源11、12の出力光の出力レベルを所定値に保つ制御を行う。
The
従って、この実施形態7では励起光を直接監視することができるから、励起光源11、12の故障が瞬時に判別できる。
Therefore, in the seventh embodiment, since the excitation light can be directly monitored, the failure of the
10 光増幅器
11,12 励起光源(励起レーザダイオード)
13,14 励起光源部
20 光増幅部
21 前方光合波器
22 EDF
23 後方光合波器
24 モニタ用光カプラ
25 光カプラ
26 ホトダイオード
27 制御回路
C1〜C8 光コネクタ
10
13, 14 Excitation
23 Rear
Claims (2)
前記励起光を出射する第1及び第2の励起光源と、
前記各励起光源から出射された前記励起光を合波するように構成され、少なくとも2つの励起光を均等に出力する第一の光カプラと、
前記第一の光カプラの出力する励起光のうちの一方を前記希土類添加光ファイバの入射端から導入する第1の励起光導入手段と、
前記第一の光カプラの出力する励起光のうちの他方を入力し、少なくとも2つの励起光を出力する第二の光カプラと、
前記第二の光カプラの出力する励起光のうちの一方を前記希土類添加光ファイバの出射端から導入する第2の励起光導入手段と、
前記第二の光カプラの出力する励起光の他方を電気信号に変換する光/電気信号変換手段と、
この光/電気信号変換手段にて変換された前記電気信号が所定値となるように前記第1及び第2の励起光源を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電気信号が所定値になるように調整して、前記第1及び第2の励起光源に駆動電流を供給する電源回路と、前記駆動電流を供給すべき励起光源をいずれか一方から他方へ切り替える場合、前記一方の励起光源に供給する駆動電流を切替時点から所定時間内において徐々に減退させ、前記他方の励起光源に供給する前記駆動電流を前記切替時点から前記所定時間内において徐々に増加させるように制御する時定数回路とを備える光増幅器。 A rare-earth-doped optical fiber that introduces excitation light, amplifies an optical signal incident from its incident end, and emits it from its output end;
First and second excitation light sources that emit the excitation light;
A first optical coupler configured to multiplex the excitation light emitted from each of the excitation light sources, and to uniformly output at least two excitation lights;
A first pumping light introducing means for introducing one of the excitation light output from the first optical coupler from the incident end of the rare earth doped optical fiber,
A second optical coupler that inputs the other of the pumping lights output from the first optical coupler and outputs at least two pumping lights;
Second pumping light introducing means for introducing one of the pumping lights output from the second optical coupler from the exit end of the rare earth-doped optical fiber ;
Optical / electrical signal converting means for converting the other of the excitation light output from the second optical coupler into an electrical signal;
Control means for controlling the first and second excitation light sources so that the electrical signal converted by the optical / electrical signal conversion means has a predetermined value;
The control means adjusts the electric signal to a predetermined value, and supplies either a power supply circuit that supplies a driving current to the first and second excitation light sources, or an excitation light source that should supply the driving current. When switching from one to the other, the drive current supplied to the one excitation light source is gradually reduced within a predetermined time from the switching time, and the drive current supplied to the other excitation light source is within the predetermined time from the switching time. And a time constant circuit that is controlled so as to increase gradually.
前記励起光を出射する第1及び第2の励起光源と、
前記各励起光源から出射された前記励起光を合波するように構成され、少なくとも2つの励起光を均等に出力する第一の光カプラと、
前記第一の光カプラの出力する励起光のうちの一方を前記希土類添加光ファイバの入射端から導入する第1の励起光導入手段と、
前記第一の光カプラの出力する励起光のうちの他方を入力し、少なくとも2つの励起光を出力する第二の光カプラと、
前記第二の光カプラの出力する励起光のうちの一方を前記希土類添加光ファイバの出射端から導入する第2の励起光導入手段と、
前記第二の光カプラの出力する励起光の他方を電気信号に変換する光/電気信号変換手段と、
この光/電気信号変換手段にて変換された前記電気信号が所定値となるように前記第1及び第2の励起光源を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電気信号が所定値になるように調整して、前記第1及び第2の励起光源に駆動電流を供給する電源回路と、この電源回路から前記第1及び第2の励起光源へ夫々供給される駆動電流を夫々同量の所定値とする第1の状態と、前記第1の励起光源へ供給される駆動電流を前記所定値の倍とするとともに前記第2の励起光源へ供給される駆動電流を0とする第2の状態と、前記第1の励起光源へ供給される駆動電流を0とするとともに前記第2の励起光源へ供給される駆動電流を前記所定値の倍とする第3の状態とを切り替える切替回路とを備える光増幅器。 A rare-earth-doped optical fiber that introduces excitation light, amplifies an optical signal incident from its incident end, and emits it from its output end;
First and second excitation light sources that emit the excitation light;
A first optical coupler configured to multiplex the excitation light emitted from each of the excitation light sources, and to uniformly output at least two excitation lights;
A first pumping light introducing means for introducing one of the excitation light output from the first optical coupler from the incident end of the rare earth doped optical fiber,
A second optical coupler that inputs the other of the pumping lights output from the first optical coupler and outputs at least two pumping lights;
Second pumping light introducing means for introducing one of the pumping lights output from the second optical coupler from the exit end of the rare earth-doped optical fiber ;
Optical / electrical signal converting means for converting the other of the excitation light output from the second optical coupler into an electrical signal;
Control means for controlling the first and second excitation light sources so that the electrical signal converted by the optical / electrical signal conversion means has a predetermined value;
The control means adjusts the electric signal to a predetermined value and supplies a driving current to the first and second excitation light sources, and the first and second excitations from the power supply circuit. A first state in which drive currents supplied to the light sources are set to the same amount of predetermined values, and a drive current supplied to the first excitation light source is doubled the predetermined values and the second excitation light source The second state in which the drive current supplied to 0 is set to 0, the drive current supplied to the first excitation light source is set to 0, and the drive current supplied to the second excitation light source is set to the predetermined value. An optical amplifier comprising a switching circuit for switching between a third state to be doubled.
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