JP3977287B2

JP3977287B2 - Optical fiber amplifier

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Publication number: JP3977287B2
Application number: JP2003168406A
Authority: JP
Inventors: 亮河原; 信行加木
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005005538A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅媒体として希土類添加ファイバを用いて信号光を増幅する光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ増幅器では、増幅された信号光に希土類添加ファイバ内で発生する自然放出光ＡＳＥが加わるため、ＡＳＥの影響を取り除いた利得制御を行う必要がある。
【０００３】
従来、ＡＳＥの影響を取り除いた利得制御を行う光ファイバ増幅器としては図７に示すようなものが公知である（特許文献１参照）。図７において、１０は光増幅部で、希土類添加ファイバ１２、励起光源１４、光カプラ１６及び光アイソレータ１８、２０から構成されている。２２は光入力を分岐する光分岐器、２４は光入力パワーＰinを検出する入力側光検出器、２６は光出力を分岐する光分岐器、２８は光出力パワーＰoutを検出する出力側光検出器、３０は利得検出部、３２は誤差信号抽出部、３４は利得制御部である。
【０００４】
光入力は光分岐器２２でその一部が分岐されて入力側光検出器２４に入力され、光入力パワーＰinが検出される。光分岐器２２を通過した光入力は光増幅部１０に入力され、増幅される。光増幅部１０の光出力は光分岐器２６でその一部が分岐されて出力側光検出器２８に入力され、光出力パワーＰoutが検出される。利得検出部３０は、光入力パワーＰinと、光出力パワーＰoutと、予め設定された自然放出光パワーに対応する定数値Ｐ_ASEを入力し、（Ｐout−Ｐ_ASE）／Ｐinを利得Ａとしてモニタする。Ｐ_ASEは入力によらず一定の定数である。誤差信号抽出部３２は、予め設定された利得に対する前記利得Ａの誤差信号を抽出する。利得制御部３４は、その誤差信号が０になるように励起光源１４から出力される励起光パワーを変化させ、利得を制御する。
【０００５】
上記のような前方励起構成にすると、希土類添加ファイバ１２の入力端近傍で高い励起状態が得られるため、ＡＳＥパワーＰ_ASEは利得とほぼ１：１の対応がとれた定数として扱うことができる。このため、（Ｐout−Ｐ_ASE）／Ｐinを利得検出値とすることにより、利得をモニタするときに誤差要因となるＡＳＥの影響を取り除くことができ、利得一定制御が実現できるとされる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１１２４３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光ファイバ増幅器は、ＡＳＥパワーＰ_ASEが一定なものとして利得制御を行っている。しかしながらＡＳＥを補正しなければならない量（ＡＳＥ補正値）は必ずしも一定なものではなく、光入力パワーＰinに依存して変化する。したがって従来の光ファイバ増幅器は、波長多重光伝送方式において多重光信号の波数変動により光入力パワーが変動すると、精度のよい利得一定制御を行うことができない。すなわち、従来の光ファイバ増幅器は、光入力パワーが高いときには、ＡＳＥ補正値が定数でも、ある程度の精度で利得制御を行うことができるが、光入力パワーが低くなると、ＡＳＥ補正値の光入力パワーへの依存度が大きくなるので、ＡＳＥ補正値が定数では、利得制御の精度が悪くなり、伝送品質を低下させることになる。
【０００８】
本発明の目的は、より高い精度で利得一定制御を行うことができる光ファイバ増幅器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
希土類添加ファイバを用いた光増幅部の自然放出光パワーＰ_ASEは次式で表される。
【００１０】
【数１】

【００１１】
また光増幅部の光出力パワーＰoutは次式で表される。
【００１２】
【数２】

【００１３】
したがって光増幅部のトータル利得Ａは次のようになる。
【００１４】
【数３】

【００１５】
つまり、ＡＳＥを補正しなければならない量（ＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’）は、２ｈν・Ｂf・ｎ_SP・（Ｇ−１）／Ｐinという値になり、光入力パワーＰinに反比例することが分かる。この光入力パワーＰinに依存するＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’（光入出力パワーの対数変換を行う方式の場合は対数ＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”）を用いれば、より高い精度で利得制御を行うことができる。
【００１６】
そこで本発明の関連技術は、増幅媒体としての希土類添加ファイバと、この希土類添加ファイバの入力端側及び出力端側の少なくとも一方から励起光を入力する励起手段とを有する光増幅部と、
前記光増幅部の光入力パワーＰinを検出する入力側光検出部及び光出力パワーＰoutを検出する出力側光検出部とを備え、
前記入力側及び出力側光検出部の検出値に基づいて前記励起光のパワーを変動させ、前記光増幅部における利得が一定になるように制御する光ファイバ増幅器において、
前記入力側光検出部で検出した光入力パワーＰin又はその対数を入力して、前記光増幅部で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存したＡＳＥ補正値を生成するＡＳＥ補正部を設け、
このＡＳＥ補正部で生成されたＡＳＥ補正値による補正処理を行って、前記光増幅部における利得が一定になるように制御する、ことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る光ファイバ増幅器の関連技術は、具体的には、
増幅媒体としての希土類添加ファイバと、この希土類添加ファイバの入力端側及び出力端側の少なくとも一方から励起光を入力する励起手段とを有する光増幅部と、
前記光増幅部の光入力パワーＰinを検出する入力側光検出部及び光出力パワーＰoutを検出する出力側光検出部と、
前記入力側及び出力側光検出部の検出値から前記光増幅部における利得を検出する利得検出部と、
前記利得検出部で検出された利得と予め設定した所定の利得との誤差信号を抽出する誤差信号抽出部と、
前記誤差信号に応じて前記励起光のパワーを変動させ、前記光増幅部における利得が一定になるように制御する利得制御部と、
を備えたものにおいて、
前記入力側光検出部で検出した光入力パワーＰinを入力して、前記光増幅部で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存したＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を生成するＡＳＥ補正部を別に設け、
前記利得検出部では、このＡＳＥ補正部で生成されたＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を入力してＰout／Ｐin−Ｐ_ASE’を求め、これを検出利得として前記誤差信号抽出部に出力する、
ことを特徴とするものである。
【００１８】
前記ＡＳＥ補正部は、次式の演算によりＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を求めるもので構成することができる。
【００１９】
【数４】

【００２０】
また前記ＡＳＥ補正部は、数４式をほぼ満足するアナログ変換器などを用いてＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’の近似値を求めるものであってもよい。
【００２１】
本発明は、上記のように、
増幅媒体としての希土類添加ファイバと、この希土類添加ファイバの入力端側及び出力端側の少なくとも一方から励起光を入力する励起手段とを有する光増幅部と、
前記光増幅部の光入力パワーＰ in を検出する入力側光検出部及び光出力パワーＰ out を検出する出力側光検出部と、
前記入力側及び出力側光検出部の検出値から前記光増幅部における利得を検出する利得検出部と、
前記利得検出部で検出された利得と予め設定した所定の利得との誤差信号を抽出する誤差信号抽出部と、
前記誤差信号に応じて前記励起光のパワーを変動させ、前記光増幅部における利得が一定になるように制御する利得制御部と、
前記入力側光検出部で検出した光入力パワーＰ in を入力して、前記光増幅部で発生する自然放出光パワーＰ _ASE の、光入力パワーＰ in に依存したＡＳＥ補正値Ｐ _ASE ’を生成するＡＳＥ補正部、
を備えた光ファイバ増幅器において、
前記ＡＳＥ補正部が、前記入力側光検出部で検出した光入力パワーＰinを入力して、光入力パワーＰinに依存した精度は粗いが高速な利得制御となる概略のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1を生成する第一のＡＳＥ補正部と、同じく前記入力側光検出部で検出した光入力パワーＰinを入力して、光入力パワーＰinに依存した速度は遅いが精度の高い利得制御となる正確なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2を生成する第二のＡＳＥ補正部とからなり、
前記利得検出部が、前記概略のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1と正確なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2を入力して、Ｐout／Ｐin−Ｐ_ASE’1を検出利得Ｇ0として前記誤差信号抽出部に出力すると共に、前記正確なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2と概略のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1との差ΔＰ_ASE’を前記誤差信号抽出部に出力するものからなり、
前記誤差信号抽出部が、Ｇ0−Ｇset（予め設定した所定の利得）−ΔＰ_ASE’を誤差信号ΔＧとして利得制御部に出力するものからなる、
ことを特徴とするものである。
【００２２】
また本発明に係る光ファイバ増幅器の関連技術は、光入出力パワーの対数変換を行う方式の場合は、
増幅媒体としての希土類添加ファイバと、この希土類添加ファイバの入力端側及び出力端側の少なくとも一方から励起光を入力する励起手段とを有する光増幅部と、
前記光増幅部の光入力パワーＰinを検出する入力側光検出部及び光出力パワーＰoutを検出する出力側光検出部と、
前記光入力パワーＰinの検出値を対数変換する入力側対数変換部及び光出力パワーＰoutの検出値を対数変換する出力側対数変換部と、
前記入力側対数変換部で得た入力パワーＰinの対数を入力して出力目標値を算出する出力目標値算出部と、
この出力目標値算出部で得た出力目標値と前記出力側対数変換部で得た光出力パワーＰoutの対数との誤差信号を抽出する誤差信号抽出部と、
前記誤差信号に応じて前記励起光のパワーを変動させ、前記光増幅部における利得が一定になるように制御する利得制御部と、
を備えたものにおいて、
前記入力側対数変換部で得た入力パワーＰinの対数を入力して、前記光増幅部で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存したＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”を生成するＡＳＥ補正部を別に設け、
前記出力目標値算出部では、このＡＳＥ補正部で生成されたＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”を入力して補正された出力目標値を算出する、
ことを特徴とするものである。
【００２３】
ここで用いるＡＳＥ補正部は、次式からＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”を求めるもので構成することができる。
【００２４】
【数５】

【００２５】
また本発明に係る光ファイバ増幅器は、光増幅部が、前段光増幅部と後段光増幅部とからなる場合には、この二つの光増幅部を合わせた光増幅部全体で前記の利得一定制御を行う構成とすることができる。
【００２６】
また本発明に係る光ファイバ増幅器は、光増幅部が、前段光増幅部と後段光増幅部とからなる場合には、前段光増幅部及び後段光増幅部の各々にＡＳＥ補正部を設け、各段の光増幅部で利得一定制御を行う構成とすることもできる。
【００２７】
また本発明に係る光ファイバ増幅器は、光増幅部が、前段光増幅部と後段光増幅部とからなる場合には、前段光増幅部のみにＡＳＥ補正部を設け、前段光増幅部で、後段光増幅部で発生するＡＳＥの影響をも含めて利得一定制御を行う構成とすることもできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
〔関連技術１〕図１は本発明の一関連技術を示す。図１において、先に説明した図７の各部と同一部分又は対応する部分には同一符号を付してあるので、重複する説明は省略する。この光ファイバ増幅器の特徴は、利得検出部３０の前段に、入力側光検出器２４で検出した光入力パワーＰinを入力して、光増幅部１０で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存したＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を生成するＡＳＥ補正部３６を設けたことである。ＡＳＥ補正部３６は、前記数４式を演算することによりＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を求めるもので構成することができる。またＡＳＥ補正部３６は、前記数４式をほぼ満足するアナログ変換器などを用いてＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を近似値で求めるものであってもよい。
【００３０】
利得検出部３０では、このＡＳＥ補正部３６で生成されたＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’と、入力側光検出器２４で検出した光入力パワーＰinと、出力側光検出器２８で検出した光出力パワーＰoutとを入力して、Ｐout／Ｐin−Ｐ_ASE’を求め、これを検出利得Ｇ0として誤差信号抽出部３２に出力する。このあとの処理は従来と同様である。すなわち、誤差信号抽出部３２は、予め設定された利得Ｇsetに対する前記検出利得Ｇ0の誤差信号ΔＧを抽出する。利得制御部３４は、その誤差信号ΔＧが０になるように励起光源１４から出力される励起光パワーを変化させ、利得を制御する。
【００３１】
このようにすると、光入力パワーＰinに依存して変化するＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’に基づいた制御が行えるため、波長多重光伝送方式において多重光信号の波数変動により光入力パワーが変動しても、精度のよい利得一定制御を行うことができる。特に波数が少なく、光入力パワーが小さいときの利得一定制御を正確に行うことができる。
【００３２】
〔実施形態１〕図２は本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、ＡＳＥ補正部を、第一のＡＳＥ補正部３６Ａと第二のＡＳＥ補正部３６Ｂとで構成した場合である。第一のＡＳＥ補正部３６Ａは、入力側光検出部２４で検出した光入力パワーＰinを入力して、光増幅部１０で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存した「概略」のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1を生成するものである。第二のＡＳＥ補正部３６Ｂは、同じく入力側光検出部２４で検出した光入力パワーＰinを入力して、光増幅部１０で発生する自然放出光パワーＰ_ASEの、光入力パワーＰinに依存した「正確」なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2を生成するものである。第一のＡＳＥ補正部３６Ａは例えば前記数４式をほぼ満足するアナログ変換器などで構成することができる。第二のＡＳＥ補正部３６Ｂは前記数４式を演算する演算素子などで構成することができる。
【００３３】
利得検出部３０では、前記概略のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1と、光入力パワーＰinと、光出力パワーＰoutとから、Ｐout／Ｐin−Ｐ_ASE’1を求め、これを検出利得Ｇ0として誤差信号抽出部３２に出力すると共に、前記正確なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2と概略のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1との差ΔＰ_ASE’を求めて、これを誤差信号抽出部３２に出力する。
【００３４】
誤差信号抽出部３２では、予め設定した所定の利得Ｇsetと、利得検出部３０から入力したＧ0及びΔＰ_ASE’とから、Ｇ0−Ｇset−ΔＰ_ASE’を求め、これを誤差信号ΔＧとして利得制御部３４に出力する。
利得制御部３４は、その誤差信号ΔＧが０になるように励起光源１４から出力される励起光パワーを変化させ、利得を制御する。
【００３５】
「概略」のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’1を生成する第一のＡＳＥ補正部３６Ａは、多少精度は粗くとも高速な制御周期にすることができるので、これを用いると高速の利得制御を行うことができる。また「正確」なＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’2を生成する第二のＡＳＥ補正部３６Ｂを用いると、速度は遅いが精度の高い利得制御を行うことができる。したがってこの二つのＡＳＥ補正部を使用して前記のような制御を行うことにより、高速かつ高精度な利得制御を行うことが可能となる。
【００３６】
〔関連技術２〕図３は本発明の他の関連技術を示す。この関連技術は、光増幅部が前段光増幅部１０Ａと後段光増幅部１０Ｂで構成され、２段増幅を行う場合である。前段光増幅部１０Ａと後段光増幅部１０ＢはＤＣＦ（分散補償光ファイバ）などの光部品３８を介して接続されている。
【００３７】
この関連技術では、前段光増幅部１０Ａと後段光増幅部１０Ｂを合わせた光増幅部全体で利得一定制御を行うこととし、前段光増幅部１０Ａの光入力パワーＰinを入力側光検出器２４で検出し、ＡＳＥ補正部３６で光入力パワーＰinに応じたＡＳＥ補正値Ｐ_ASE’を求めて、利得検出部３０に出力する。利得検出部３０及び誤差信号抽出部３２では関連技術１と同様の処理を行い、利得制御部３４は二つの励起光源１４を同時に制御する。それ以外の構成は関連技術１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省力する。
【００３８】
〔関連技術３〕図４は本発明のさらに他の関連技術を示す。この関連技術も、光増幅部が光部品３８を介して接続された前段光増幅部１０Ａと後段光増幅部１０Ｂで構成されている場合である。この関連技術が関連技術２と異なる点は、前段光増幅部１０Ａ及び後段光増幅部１０Ｂでそれぞれ独立して関連技術１と同様のＡＳＥ補正、利得一定制御を行うようにしたことである。それ以外の構成は関連技術１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省力する。
【００３９】
〔関連技術４〕図５は本発明のさらに他の関連技術を示す。この関連技術も、光増幅部が光部品３８を介して接続された前段光増幅部１０Ａと後段光増幅部１０Ｂで構成されている場合である。この関連技術が関連技術３と異なる点は、前段光増幅部１０Ａで、後段光増幅部１０Ｂで発生するＡＳＥの影響を含めたＡＳＥ補正を行い、後段光増幅部１０ＢではＡＳＥ補正を行わないようにしたことである。２段増幅の場合、後段光増幅部１０Ｂで発生するＡＳＥは比較的小さいので、このような制御でも比較的高精度の利得一定制御を行うことができる。上記以外の構成は関連技術１と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
〔関連技術５〕図６は本発明のさらに他の関連技術を示す。この関連技術は、入力側光検出器２４、出力側光検出器２８の後にそれぞれ対数変換部４０、４２を設け、入力側対数変換部４０で入力パワーＰinを対数10・log（Ｐin）に変換し、出力側対数変換部４２で光出力パワーＰoutを対数10・log（Ｐout）に変換し、得られた対数を用いて光増幅部１０の利得一定制御を行うものである。この方式は光検出のダイナミックレンジを大きくとれる利点がある。
【００４１】
入力側対数変換部４０で得られた入力パワーＰinの対数10・log（Ｐin）は、ＡＳＥ補正部４４と、出力目標値算出部４６に入力される。ＡＳＥ補正部４４では入力された値からＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”を求める。ＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”は次のように表せる。
【００４２】
【数６】

【００４３】
ここで、Ｐ_ASE’＝２ｈν・Ｂ_f・ｎ_SP・（Ｇset−１）／Ｐin であるので、
Ｐ_ASE’／Ｇset＝２ｈν・Ｂ_f・ｎ_SP・（Ｇset−１）／（Ｐin・Ｇset）
≒２ｈν・Ｂ_f・ｎ_SP／Ｐin
となり、Ｐ_ASE”は次式で近似できる。
【００４４】
【数７】

【００４５】
出力目標値算出部４６は、入力パワーＰinの対数10・log（Ｐin）と、上記のＡＳＥ補正値Ｐ_ASE”と、予め設定した所定の利得Ｇsetとを入力して次式により出力目標値10・log（Ｐout-set）を算出する。
【００４６】
【数８】

【００４７】
得られた出力目標値は誤差信号抽出部４８に入力される。誤差信号抽出部４８では、この出力目標値と、出力側対数変換部４２で得られた光出力パワーＰoutの対数10・log（Ｐout）との差ΔＰを抽出し、それを誤差信号として利得変換部に出力する。このあとの制御は関連技術１と同じである。
【００４８】
なお、この実施形態では関連技術１のタイプで対数変換を行う方式を示したが、実施形態１ないし５のタイプでも同様に対数変換を行う方式を採用することができる。
【００４９】
〔その他の実施形態〕以上の実施形態では、光増幅部が前方励起型の場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、光増幅部が前方及び後方励起型の場合、後方励起型の場合にも同様に適用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光入力パワーに依存したＡＳＥ補正を行うようにしたので、多重光信号の波数変動による光入力パワーの変動に対して、精度のよい利得一定制御を行うことができる。特に光入力パワーが小さいときには、ＡＳＥ補正値が光入力パワーに大きく依存するので、従来の方式に比べて、より精度の高い利得一定制御を行うことができる。
また本発明によれば、光入力パワーに依存したＡＳＥ補正を行うようにしたので、多重光信号の波数変動による、過渡的な利得変動を抑制することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ増幅器の一関連技術を示すブロック図。
【図２】本発明に係る光ファイバ増幅器の一実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明に係る光ファイバ増幅器の他の関連技術を示すブロック図。
【図４】本発明に係る光ファイバ増幅器のさらに他の関連技術を示すブロック図。
【図５】本発明に係る光ファイバ増幅器のさらに他の関連技術を示すブロック図。
【図６】本発明に係る光ファイバ増幅器のさらに他の関連技術を示すブロック図。
【図７】従来の光ファイバ増幅器を示すブロック図。
【符号の説明】
１０：光増幅部
１０Ａ：前段光増幅部
１０Ｂ：後段光増幅部
１２：希土類添加ファイバ
１４：励起光源
２４：入力側光検出器
２８：出力側光検出器
３０：利得検出部
３２：誤差信号抽出部
３４：利得制御部
３６：ＡＳＥ補正部
４４：ＡＳＥ補正部
４６：出力目標値算出部
４８：誤差信号抽出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber amplifier that amplifies signal light using a rare earth-doped fiber as an amplification medium.
[0002]
[Prior art]
In the optical fiber amplifier, since spontaneous emission light ASE generated in the rare earth-doped fiber is added to the amplified signal light, it is necessary to perform gain control that removes the influence of ASE.
[0003]
Conventionally, as an optical fiber amplifier that performs gain control without the influence of ASE, the one shown in FIG. 7 is known (see Patent Document 1). In FIG. 7, reference numeral 10 denotes an optical amplifying unit, which includes a rare earth doped fiber 12, a pumping light source 14, an optical coupler 16, and

optical isolators

18 and 20. 22 is an optical branching device that branches the optical input, 24 is an input side photodetector that detects the optical input power Pin, 26 is an optical branching device that branches the optical output, and 28 is an output side optical detection that detects the optical output power Pout. , 30 is a gain detector, 32 is an error signal extractor, and 34 is a gain controller.
[0004]
A part of the optical input is branched by the optical splitter 22 and input to the input-side photodetector 24, and the optical input power Pin is detected. The optical input that has passed through the optical splitter 22 is input to the optical amplifying unit 10 and amplified. A part of the optical output of the optical amplifying unit 10 is branched by the optical splitter 26 and input to the output-side photodetector 28, and the optical output power Pout is detected. The gain detection unit 30 receives the optical input power Pin, the optical output power Pout, and a constant value P _ASE corresponding to a preset spontaneous emission light power, and monitors (Pout−P _ASE ) / Pin as a gain A. To do. P _ASE is a constant constant regardless of the input. The error signal extraction unit 32 extracts an error signal of the gain A with respect to a preset gain. The gain controller 34 controls the gain by changing the pumping light power output from the pumping light source 14 so that the error signal becomes zero.
[0005]
When the forward pumping configuration as described above is used, a high pumping state is obtained in the vicinity of the input end of the rare earth-doped fiber 12. Therefore, the ASE power P _ASE can be handled as a constant having a 1: 1 correspondence with the gain. For this reason, by setting (Pout−P _ASE ) / Pin as the gain detection value, it is possible to remove the influence of ASE that becomes an error factor when monitoring the gain, and to realize constant gain control.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-112434
[Problems to be solved by the invention]
The conventional optical fiber amplifier performs gain control assuming that the ASE power P _ASE is constant. However, the amount (ASE correction value) with which ASE must be corrected is not necessarily constant, and varies depending on the optical input power Pin. Therefore, the conventional optical fiber amplifier cannot perform accurate constant gain control when the optical input power fluctuates due to the fluctuation of the wave number of the multiplexed optical signal in the wavelength division multiplexing optical transmission system. That is, when the optical input power is high, the conventional optical fiber amplifier can perform gain control with a certain degree of accuracy even if the ASE correction value is a constant. However, when the optical input power is low, the optical input power of the ASE correction value is low. Therefore, if the ASE correction value is a constant, the gain control accuracy is deteriorated and the transmission quality is deteriorated.
[0008]
An object of the present invention is to provide an optical fiber amplifier capable of performing constant gain control with higher accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The spontaneous emission light power P _ASE of the optical amplification unit using the rare earth doped fiber is expressed by the following equation.
[0010]
[Equation 1 ]

[0011]
The optical output power Pout of the optical amplification unit is expressed by the following equation.
[0012]
[Equation 2 ]

[0013]
Therefore, the total gain A of the optical amplification unit is as follows.
[0014]
[Equation 3 ]

[0015]
That is, it can be seen that the amount (ASE correction value P _ASE ′) with which _ASE must be corrected is 2hν · Bf · n _SP · (G−1) / Pin and is inversely proportional to the optical input power Pin. Using this ASE correction value P _ASE ′ (logarithmic ASE correction value P _ASE ″ in the case of logarithmic conversion of optical input / output power) that depends on the optical input power Pin, gain control can be performed with higher accuracy. it can.
[0016]
Therefore, the related art of the present invention is a light amplifying unit having a rare earth doped fiber as an amplifying medium and pumping means for inputting pumping light from at least one of the input end side and the output end side of the rare earth doped fiber,
An input-side light detection unit that detects a light input power Pin of the light amplification unit and an output-side light detection unit that detects a light output power Pout;
In an optical fiber amplifier that controls the power of the pumping light based on the detection values of the input side and output side light detection units to control the gain in the optical amplification unit to be constant,
ASE for generating an ASE correction value depending on the optical input power Pin of the spontaneous emission light power P _ASE generated in the optical amplifying unit by inputting the optical input power Pin detected by the input side optical detection unit or its logarithm. Provide a correction unit,
A correction process using an ASE correction value generated by the ASE correction unit is performed to control the gain in the optical amplification unit to be constant.
[0017]
Specifically, the related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention is as follows:
An optical amplifying unit having a rare earth-doped fiber as an amplification medium, and pumping means for inputting pumping light from at least one of the input end side and the output end side of the rare earth-doped fiber;
An input-side light detection unit that detects a light input power Pin of the light amplification unit and an output-side light detection unit that detects a light output power Pout;
A gain detection unit that detects a gain in the optical amplification unit from detection values of the input side and output side light detection units;
An error signal extraction unit for extracting an error signal between the gain detected by the gain detection unit and a predetermined gain set in advance;
A gain control unit that varies the power of the pumping light according to the error signal and controls the gain in the optical amplification unit to be constant,
In those with
An optical input power Pin detected by the input-side optical detection unit is input, and an ASE correction value P _ASE ′ depending on the optical input power Pin of the spontaneous emission light power P _ASE generated by the optical amplification unit is generated. Provide a correction unit separately,
The gain detection unit inputs the ASE correction value P _ASE ′ generated by the ASE correction unit to obtain Pout / Pin−P _ASE ′, and outputs this as a detection gain to the error signal extraction unit.
It is characterized by this.
[0018]
The ASE correction unit can be configured to obtain an ASE correction value P _ASE ′ by calculation of the following equation.
[0019]
[Equation 4 ]

[0020]
Further, the ASE correction unit may obtain an approximate value of the ASE correction value P _ASE ′ using an analog converter or the like that substantially satisfies the equation ( 4 ).
[0021]
As described above, the present invention
An optical amplifying unit having a rare earth-doped fiber as an amplification medium, and pumping means for inputting pumping light from at least one of the input end side and the output end side of the rare earth-doped fiber;
An output side optical detecting section for detecting the input side optical detector and the optical output power P out to detect the optical input power P in of the optical amplification unit,
A gain detection unit that detects a gain in the optical amplification unit from detection values of the input side and output side light detection units;
An error signal extraction unit for extracting an error signal between the gain detected by the gain detection unit and a predetermined gain set in advance;
A gain control unit that varies the power of the pumping light according to the error signal and controls the gain in the optical amplification unit to be constant,
Generate by entering the optical input power P in detected by the input-side optical detector, of the spontaneous emission light power P _ASE generated in the optical amplification unit, ASE correction value P _ASE which depends on the optical input power P in ' An ASE correction unit,
In an optical fiber amplifier comprising:
The ASE correction unit inputs the optical input power Pin detected by the input-side light detection unit, and an approximate ASE correction value P _ASE '1 that provides high-speed gain control with coarse accuracy depending on the optical input power Pin. The first ASE correction unit that generates the optical input power and the optical input power Pin detected by the input-side light detection unit are input, and the speed dependent on the optical input power Pin is slow, but accurate gain control is achieved with high accuracy. The ASE correction value P _ASE '2
The gain detection unit inputs the approximate ASE correction value P _ASE '1 and the accurate ASE correction value P _ASE ' 2 and sets Pout / Pin−P _ASE '1 as a detection gain G0 to the error signal extraction unit. And outputting a difference ΔP _ASE 'between the accurate ASE correction value P _ASE ' 2 and the approximate ASE correction value P _ASE '1 to the error signal extraction unit,
The error signal extraction unit outputs G0−Gset (predetermined predetermined gain) −ΔP _ASE ′ as an error signal ΔG to the gain control unit;
It is characterized by this.
[0022]
Further, the related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention is a method of performing logarithmic conversion of optical input / output power,
An optical amplifying unit having a rare earth-doped fiber as an amplification medium, and pumping means for inputting pumping light from at least one of the input end side and the output end side of the rare earth-doped fiber;
An input-side light detection unit that detects a light input power Pin of the light amplification unit and an output-side light detection unit that detects a light output power Pout;
An input-side logarithmic converter for logarithmically converting the detected value of the optical input power Pin, and an output-side logarithmic converter for logarithmically converting the detected value of the optical output power Pout;
An output target value calculation unit for calculating an output target value by inputting a logarithm of the input power Pin obtained by the input side logarithm conversion unit;
An error signal extraction unit that extracts an error signal between the output target value obtained by the output target value calculation unit and the logarithm of the optical output power Pout obtained by the output logarithm conversion unit;
A gain control unit that varies the power of the pumping light according to the error signal and controls the gain in the optical amplification unit to be constant,
In those with
The logarithm of the input power Pin obtained by the input-side logarithmic conversion unit is input to generate an ASE correction value P _ASE ″ depending on the optical input power Pin of the spontaneous emission light power P _ASE generated by the optical amplification unit. A separate ASE correction unit is provided.
The output target value calculation unit calculates the corrected output target value by inputting the ASE correction value P _ASE ”generated by the ASE correction unit.
It is characterized by this.
[0023]
The ASE correction unit used here can be configured to obtain an ASE correction value P _ASE ″ from the following equation.
[0024]
[Equation 5 ]

[0025]
In the optical fiber amplifier according to the present invention, when the optical amplifying unit includes a front-stage optical amplifying unit and a rear-stage optical amplifying unit, the constant gain control is performed for the entire optical amplifying unit including the two optical amplifying units. It can be set as the structure which performs.
[0026]
Further, in the optical fiber amplifier according to the present invention, when the optical amplifying unit includes a front-stage optical amplifying unit and a rear-stage optical amplifying unit, an ASE correction unit is provided in each of the front-stage optical amplifying unit and the rear-stage optical amplifying unit, A configuration in which constant gain control is performed by the optical amplifiers of the stages may be employed.
[0027]
In the optical fiber amplifier according to the present invention, when the optical amplifying unit is composed of a front-stage optical amplifying unit and a rear-stage optical amplifying unit, an ASE correction unit is provided only in the front-stage optical amplifying unit, A configuration in which a constant gain control including the influence of the ASE generated in the optical amplifying unit can also be performed.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
[ Related Art 1] FIG. 1 shows a related technique of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as the parts of FIG. This optical fiber amplifier is characterized in that the optical input power Pin detected by the input-side photodetector 24 is input to the front stage of the gain detection unit 30 and the light of the spontaneous emission light power P _ASE generated by the optical amplification unit 10 is obtained. An ASE correction unit 36 that generates an ASE correction value P _ASE ′ depending on the input power Pin is provided. The ASE correction unit 36 can be configured to calculate the ASE correction value P _ASE ′ by calculating the equation ( 4) . The ASE correction unit 36 may obtain an ASE correction value P _ASE 'as an approximate value using an analog converter or the like that substantially satisfies Equation ( 4 ).
[0030]
In the gain detection unit 30, the ASE correction value P _ASE ′ generated by the ASE correction unit 36, the optical input power Pin detected by the input side photodetector 24, and the optical output power detected by the output side photodetector 28. Pout is input to obtain Pout / Pin−P _ASE ′, which is output to the error signal extraction unit 32 as a detection gain G0. The subsequent processing is the same as in the prior art. That is, the error signal extraction unit 32 extracts the error signal ΔG of the detection gain G0 with respect to a preset gain Gset. The gain control unit 34 controls the gain by changing the pumping light power output from the pumping light source 14 so that the error signal ΔG becomes zero.
[0031]
In this way, control based on the ASE correction value P _ASE ′ that changes depending on the optical input power Pin can be performed. Therefore, even if the optical input power varies due to the wave number variation of the multiplexed optical signal in the wavelength division multiplexing optical transmission system. Therefore, it is possible to perform a constant gain control with high accuracy. In particular, the constant gain control can be accurately performed when the wave number is small and the optical input power is small.
[0032]

Embodiment

1 FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the ASE correction unit includes a first ASE correction unit 36A and a second ASE correction unit 36B. The first ASE correction unit 36A receives the optical input power Pin detected by the input side light detection unit 24, and the spontaneous emission light power P _ASE generated by the optical amplification unit 10 depends on the optical input power Pin. ASE correction value P _ASE '1 is generated. Similarly, the second ASE correction unit 36B receives the optical input power Pin detected by the input-side light detection unit 24, and depends on the optical input power Pin of the spontaneous emission light power P _ASE generated by the optical amplification unit 10. A “correct” ASE correction value P _ASE '2 is generated. The first ASE correction unit 36A can be constituted by, for example, an analog converter that substantially satisfies the equation ( 4) . The second ASE correction unit 36B can be configured by an arithmetic element that calculates the above equation ( 4) .
[0033]
The gain detection unit 30 obtains Pout / Pin-P _ASE '1 from the approximate ASE correction value P _ASE ' 1, optical input power Pin, and optical output power Pout, and uses this as a detection gain G0 to obtain an error signal. A difference ΔP _ASE 'between the accurate ASE correction value P _ASE ' 2 and the approximate ASE correction value P _ASE '1 is obtained and output to the error signal extraction unit 32.
[0034]
The error signal extraction unit 32 obtains G0−Gset−ΔP _ASE ′ from a predetermined gain Gset set in advance and G0 and ΔP _ASE ′ input from the gain detection unit 30, and uses this as an error signal ΔG as a gain control unit. 34.
The gain control unit 34, the error signal ΔG is the change of the pumping light power outputted from the pumping light source 14 so that 0, to control the gain.
[0035]
The first ASE correction unit 36A that generates the "rough" ASE correction value P _ASE '1 can be set to a high-speed control cycle even if the accuracy is somewhat rough. Can do. Further, when the second ASE correction unit 36B that generates the “accurate” ASE correction value P _ASE '2 is used, it is possible to perform gain control with high accuracy although the speed is low. Therefore, by performing control as described above using these two ASE correction units, it is possible to perform high-speed and high-accuracy gain control.
[0036]
[ Related Art 2 ] FIG. 3 shows another related art of the present invention. This related technique is a case where the optical amplifying unit is composed of a front-stage optical amplifying unit 10A and a rear-stage optical amplifying unit 10B, and performs two-stage amplification. The front-stage optical amplification unit 10A and the rear-stage optical amplification unit 10B are connected via an optical component 38 such as a DCF (dispersion compensation optical fiber).
[0037]
In this related technique , constant gain control is performed in the entire optical amplifying unit including the upstream optical amplifying unit 10A and the downstream optical amplifying unit 10B, and the optical input power Pin of the upstream optical amplifying unit 10A is controlled by the input-side photodetector 24. Then, the ASE correction unit 36 obtains an ASE correction value P _ASE ′ corresponding to the optical input power Pin, and outputs it to the gain detection unit 30. The gain detection unit 30 and the error signal extraction unit 32 perform the same processing as in the

related technique

1, and the gain control unit 34 controls the two excitation light sources 14 simultaneously. Since the other configuration is the same as that of the

related art

1, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description is saved.
[0038]
[ Related Art 3 ] FIG. 4 shows still another related technique of the present invention. This related technique is also a case where the optical amplifying unit is composed of a front-stage optical amplifying unit 10A and a rear-stage optical amplifying unit 10B connected via an optical component 38. This related technique is different from related technique 2 in that the ASE correction and the constant gain control similar to those in

related technique

1 are performed independently in each of the front-stage optical amplification section 10A and the rear-stage optical amplification section 10B. Since the other configuration is the same as that of the

related art

1, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description is saved.
[0039]
[ Related Art 4 ] FIG. 5 shows still another related technique of the present invention. This related technique is also a case where the optical amplifying unit is composed of a front-stage optical amplifying unit 10A and a rear-stage optical amplifying unit 10B connected via an optical component 38. This related technique differs from related technique 3 in that the pre-stage optical amplifying unit 10A performs ASE correction including the effect of ASE generated in the post-stage optical amplifying section 10B, and the post-stage optical amplifying section 10B does not perform ASE correction. It is that. In the case of two-stage amplification, the ASE generated in the latter-stage optical amplifying unit 10B is relatively small. Therefore, even with such control, relatively constant gain constant control can be performed. Since the configuration other than the above is the same as that of the

related technique

1, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0040]
[ Related Art 5 ] FIG. 6 shows still another related technique of the present invention. In this related technique ,

logarithmic converters

40 and 42 are provided after the input-side photodetector 24 and the output-side photodetector 28, respectively, and the input-side logarithmic converter 40 converts the input power Pin into a logarithm of 10 · log (Pin). Then, the output-side logarithmic conversion unit 42 converts the optical output power Pout into a logarithm of 10 · log (Pout), and performs constant gain control of the optical amplifying unit 10 using the obtained logarithm. This method has the advantage that the dynamic range of light detection can be increased.
[0041]
The logarithm 10 · log (Pin) of the input power Pin obtained by the input-side logarithmic conversion unit 40 is input to the ASE correction unit 44 and the output target value calculation unit 46. ".Ase correction value P _ASE seeking" ASE correction value P _ASE from the ASE correction unit 44 in the input value is expressed as follows.
[0042]
[Equation 6 ]

[0043]
Here, P _ASE ′ = 2hν · B _f · n _SP · (Gset−1) / Pin
P _ASE '/ Gset = 2hν · B _f · n _SP · (Gset-1) / (Pin · Gset)
≒ 2hν ・ B _f・ n _SP / Pin
P _ASE ″ can be approximated by the following equation.
[0044]
[Expression 7 ]

[0045]
The output target value calculation unit 46 inputs the logarithm 10 · log (Pin) of the input power Pin, the above ASE correction value P _ASE ”, and a preset predetermined gain Gset, and outputs the output target value 10 by the following equation. Calculate log (Pout-set).
[0046]
[Equation 8 ]

[0047]
The obtained output target value is input to the error signal extraction unit 48. The error signal extraction unit 48 extracts a difference ΔP between the output target value and the logarithm 10 · log (Pout) of the optical output power Pout obtained by the output-side logarithmic conversion unit 42, and performs gain conversion as an error signal. To the output. The subsequent control is the same as in

Related Technology

1.
[0048]
In this embodiment, the method of performing logarithmic conversion in the type of

Related Technology

1 is shown. However, the method of performing logarithmic conversion in the types of Embodiments 1 to 5 can also be adopted.
[0049]
Other Embodiments In the above embodiment, the case where the optical amplification unit is a forward pumping type has been described. However, the present invention is not limited to this, and when the optical amplification unit is a front and rear pumping type, The same applies to the excitation type.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ASE correction depending on the optical input power is performed, so that the constant gain control with high accuracy is performed with respect to the fluctuation of the optical input power due to the wave number fluctuation of the multiplexed optical signal. be able to. In particular, when the optical input power is small, the ASE correction value greatly depends on the optical input power, so that the gain constant control with higher accuracy can be performed as compared with the conventional method.
Further, according to the present invention, since ASE correction depending on the optical input power is performed, it is also possible to suppress transient gain fluctuation due to wave number fluctuation of the multiplexed optical signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a related technique of an optical fiber amplifier according to the present invention.
Block diagram illustrating one embodiment of an optical fiber amplifier according to the present invention; FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing another related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing still another related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing still another related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing still another related technology of the optical fiber amplifier according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional optical fiber amplifier.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Optical amplification part 10A: Pre-stage optical amplification part 10B: Rear-stage optical amplification part 12: Rare earth addition fiber 14: Excitation light source 24: Input side photodetector 28: Output side photodetector 30: Gain detection part 32: Error signal extraction Unit 34: Gain control unit 36: ASE correction unit 44: ASE correction unit 46: Output target value calculation unit 48: Error signal extraction unit

Claims

An optical amplifying unit having a rare earth-doped fiber as an amplification medium, and pumping means for inputting pumping light from at least one of the input end side and the output end side of the rare earth-doped fiber;
An output side optical detecting section for detecting the input side optical detector and the optical output power P out to detect the optical input power P in of the optical amplification unit,
A gain detection unit that detects a gain in the optical amplification unit from detection values of the input side and output side light detection units;
An error signal extraction unit for extracting an error signal between the gain detected by the gain detection unit and a predetermined gain set in advance;
A gain control unit that varies the power of the pumping light according to the error signal and controls the gain in the optical amplification unit to be constant,
Generate by entering the optical input power P in detected by the input-side optical detector, of the spontaneous emission light power P _ASE generated in the optical amplification unit, ASE correction value P _ASE which depends on the optical input power P in ' An ASE correction unit,
In an optical fiber amplifier comprising:
The ASE correction unit inputs the optical input power Pin detected by the input-side light detection unit, and an approximate ASE correction value P _ASE '1 that provides high-speed gain control with coarse accuracy depending on the optical input power Pin. The first ASE correction unit that generates the optical input power and the optical input power Pin detected by the input-side light detection unit are input, and the speed dependent on the optical input power Pin is slow, but accurate gain control is achieved with high accuracy. The ASE correction value P _ASE '2
The gain detection unit inputs the approximate ASE correction value P _ASE '1 and the accurate ASE correction value P _ASE ' 2 and sets Pout / Pin−P _ASE '1 as a detection gain G0 to the error signal extraction unit. And outputting a difference ΔP _ASE 'between the accurate ASE correction value P _ASE ' 2 and the approximate ASE correction value P _ASE '1 to the error signal extraction unit,
The error signal extraction unit outputs G0−Gset (predetermined predetermined gain) −ΔP _ASE ′ as an error signal ΔG to the gain control unit;
An optical fiber amplifier.

An optical fiber optical amplifier is composed of a front optical amplification block and the back optical amplification block, and performs gain control of claim 1 Symbol mounting the entire optical amplifier unit which combined the two optical amplifying section amplifier.

2. The optical gain unit according to claim 1, wherein the optical amplifying unit includes a front-stage optical amplifying unit and a rear-stage optical amplifying unit, each of the front-stage optical amplifying unit and the rear-stage optical amplifying unit is provided with an ASE correction unit, optical fiber amplifier you and performs control.

The optical amplifying unit is composed of a pre-stage optical amplifying unit and a post-stage optical amplifying unit, and an ASE correction unit is provided only in the pre-stage optical amplifying unit, including the influence of ASE generated in the post-stage optical amplifying unit. optical fiber amplifier and performing automatic gain control of claim 1 Symbol placement.