JP3980503B2 - Optical amplifier - Google Patents

Description

【００４８】
σｅ：誘導放出断面積
σａ：誘導吸収断面積
Ｎ２（ｘ）：位置ｘでの増幅の始凖位(^４Ｉ_１３／２）のイオン数
Ｎ１（ｘ）：位置ｘでの増幅の終凖位(^４Ｉ_１５／２）のイオン数
Ｎｔｏｔａｌ：全イオン数
【００４９】
ここで（ｅｑ１）、（ｅｑ２）式より、下式を得る。
【００５０】
Ｇａｉｎ（λ，ｘ）＝（σｅ（λ）Ｎ２（ｘ）−（σａ（λ）（Ｎｔｏｔａｌ−Ｎ２（ｘ）） （ｅｑ３）
【００５１】
（ｅｑ３）式から解るように、変数はＮ２のみになる。
【００５２】
ここで、誘導放出断面積および誘導吸収断面積は、増幅媒体に添加される希土類イオンの物性で決定しているため、利得スペクトルを固定するためにはＮ２を固定すること、即ち増幅始準位と増幅終凖位のイオン数を固定する必要がある。
【００５３】
ＷＤＭ伝送などでは、伝送路の損失の経時変化や信号チャネル数の変化により光増幅器への入力信号光のパワーが変化する。このような変化は、石英系ＥＤＦＡでは、^４Ｉ_１３／２に存在するＥｒ^３＋の誘導放出速度が変化することに繋がり、結果として、Ｎ２が変化し、（ｅｑ３）から解るように利得スペクトルが変化する。
【００５４】
従って、石英系ＥＤＦを増幅媒体として用いる光増幅器のように、増幅に関与する準位が２つである場合には、任意の信号光波長をモニタし、この信号波長での利得を一定に保つように励起光パワーを制御すれば、光増幅器への入力パワーに関わらず（ｅｑ３）に基づいて利得スペクトルは一定に保たれる。
【００５５】
利得を一定に制御するための具体的手順は、増幅用光ファイバの入力端および出力端で信号光を分波して、それぞれの場所での信号光パワーを検出し、その検出値から信号光の利得を算出し、算出された利得値と設定値との誤差成分が零になるように励起光量を調節する。これが石英系ＥＤＦを増幅用光ファイバとして用いた光増幅器で利得プロファイルを一定に制御するため原理である。
【００５６】
ところで、このように増幅メカニズムが増幅始凖位と終凖位にいるイオンのみで記述できる系は非常にまれである。たとえば、エルビウム添加光ファイバで前記と同じ誘導放出を利用する場合においても、光ファイバを構成するホストガラスをフッ化物ガラスに変えただけでも、増幅の始凖位よりさらに高エネルギーの励起凖位への遷移と、遷移した先の凖位での寿命が無視できなくなる。このような場合には、ある波長（例えば入力信号光の１つの波長）での利得を一定に制御したとしても、利得プロファイルは一意的に決まらなくなる。これは、増幅動作を記述するにあたり、増幅始凖位、増幅終凖位およびそれ以外のイオン数を考慮する必要が生じたためである。即ち、例えばＴＤＦＡでは、総イオン数が下記の（ｅｑ２’）により表され、上記（ｅｑ３）のように１つのパラメータ（Ｎ２）を考慮するのみでは不十分となり、その他の準位のイオン数を考慮しなければならなくなったためである。
【００５７】
【数２】

【００５８】
３つの準位が増幅に大きく関与する希土類添加光ファイバを用いる光増幅器には、ツリウム添加光ファイバ（ＴＤＦ）を用いた光増幅器がある。この光増幅器では、図２Ｂに示すように、４準位の光増幅器であるが、増幅に大きく関与する準位が３つ存在する。即ち、ＴＤＦＡでは、増幅に大きく関与するエネルギー凖位として、増幅の始凖位、終凖位および基底凖位が存在する。従って、これらの準位を全て考慮する必要があるため、ＥＤＦＡでの議論のように１波長の利得をモニターし、これを一定にするように制御するだけでは前記３つの凖位間のイオン数を一定に保つことはできない。
【００５９】
図３は、ＷＤＭ信号を増幅する場合、ＴＤＦＡにおいて光増幅器へ入射する波長λ_１の信号光のパワーと、ＴＤＦＡより増幅されて出射された波長λ_１の信号光のパワーより計算される利得を一定にするようにＴＤＦＡの励起光量を調節した場合の、光増幅器の特性を示す図である。
【００６０】
図３中に示すａ〜ｃは、ＴＤＦＡへの全入力信号パワーが低い場合をａ、中間の値の場合をｂ、高い場合をｃとして、光増幅器の特性を示したものである。この特性を評価した条件は、ＴＤＦＡのＴｍ^３＋添加濃度が６０００ｐｐｍであり、励起波長が１４００ｎｍであった。増幅用のＴｍ添加フッ化物光ファイバの励起は、この光ファイバに対して前方向および後方向より励起を行う双方向励起である。前方向励起光パワーと後方向励起パワーの比は常に一定とした。図３より明らかなように、単に一波長の利得を一定にしただけでは入力信号光パワーの変化に対して利得プロファイルが変化する。
このような現象は、共振器を用いた利得クランプを使用する場合にも発生する。つまり、発振波長での利得は常に一定となるが、それ以外の利得は一意に定まらず、利得プロファイルは一定にならない。
【００６１】
このような増幅に大きく関与する準位が３つ存在する増幅媒体を含む光増幅器を制御する方法として次のような制御方法が提案されている。この制御方法は、ＴＤＦＡ光増幅器に関するもので、２通りの方法がある。この制御方法の１つは、双方向励起のＴＤＦＡ光増幅器で利用される。この制御方法では、２種類の信号光の利得をモニタする。このモニタ情報に基づいて、増幅用光ファイバの前方と後方の励起光のパワーの比を制御することにより利得帯域を調節し、且つ、総励起光パワーを制御することにより全体の利得を調節する方法である。ＴＤＦＡでは、前方と後方の励起光のパワー比を変化させると利得スペクトルが波長シフトするという現象が発生する。
【００６２】
また、ＴＤＦＡの第２の制御方法として、２波長（１．４μｍ、１．５６μｍ）の励起光源の光量を制御し、利得スペクトルを調節する方法がある（Won Jae Lee et al., "Gain excursion & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 μm/1.5μm dual wavelength control"., OFC2002, ThZ3（非特許文献５）参照）。
【００６３】
上述のような実質的に増幅に関与する準位が２つである増幅媒体を含む光増幅器を除き、希土類イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器の場合、励起光源の光量の調節により一波長の利得を一定値に制御するのみでは、入力信号のレベルの変動や他の条件の変化（例えば温度変化）に対して、利得プロファイルを一定に制御することはできない。このため、このような系では基本的に２種類の信号波長での利得をモニタすることが必要となり、複雑な制御をする必要があった。
【００６４】
本発明の光増幅器および制御方法では、増幅始凖位、増幅終凖位およびその他の凖位を考慮する必要がある希土類を添加した増幅媒体を用いることができる。以下では、その他の準位が第３の準位のみである場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、さらに多くの準位が関与する場合も含む。
【００６５】
本発明の光増幅器では、第３の準位が誘導放出遷移に関与し、終凖位または第３の凖位が基底凖位であるような増幅媒体を利用することができる。そして、本発明の制御方法は、これら３つの凖位のイオン数を以下の（１）〜（４）方法で制御することによって、簡便な利得プロファイル一定制御を実現する。
（１）第１の方法
この方法では、上述した３つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に、例えば波長多重された信号光のうちの任意の信号光または増幅帯域内で別途に入力された任意の入力信号光をモニタし、その波長について利得を一定に制御する。
（２）第２の方法
この方法では、上述した３つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に光増幅器に入射される信号光の入射パワーとレーザ発振光のパワーをモニタし、このパワーから得られた値に基づいて利得プロファイルを一定に制御する。
（３）第３の方法
この方法では、上述した３つの凖位のうちの、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での遷移により、当該光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせ、同時に信号光の出射パワーとレーザ発振光のパワーをモニタし、このパワーから得られた値に基づいて利得プロファイルを一定に制御する。
（４）第４の方法
この方法は、信号光のモニタを行わない方法である。この方法は、上述した３つの準位から選択される２つの準位からなる、異なる２種類の遷移で２種類のレーザー発振を行わせる。即ち、上述した３つの凖位のうち、誘導放出を起こしている増幅媒体の任意の２つの凖位間での第１の遷移により、光増幅器を含む光路中で第１のレーザ発振を行わせる。これと同時に、３つの凖位のうち、第１の遷移に係わった凖位とは異なる組み合わせで、光増幅器を含む光路中において第２のレーザ発振を行わせる。
【００６６】
上述した第１〜第３の方法（第１の実施形態）によれば、光増幅器を含む光路中でレーザ発振を行わせるので、レーザ発振に関与する２つの凖位のイオン数が一定の関係を満たすようになる。この条件下で、さらに任意の光信号の利得若しくは入力光のパワー若しくは出力光のパワーが所定の値となるように励起光の強度を制御すれば、残った一つの凖位も含めて、３つの凖位のイオン数を一意に定めることが可能となる。この結果、利得プロファイルを一意的に固定することができる。
【００６７】
上述した第４の方法（第２の実施形態）では、３つの凖位全てがレーザ発振に関与するので、３つの凖位のイオン数が一定の関係を満たすようになる。ここで、増幅媒体に添加された希土類イオンの総数が一定であるという条件を課すことで、３つの凖位のイオン数が一意に定まる。この結果、利得プロファイルを一意的に固定することができる。
【００６８】
本発明では、複数のレーザ発振を起こさせることが可能である。
【００６９】
上述のように、第１〜第３の方法では、本発明では、光増幅器中でレーザ発振を行わせ、同時に任意の信号光の利得をモニタすること、または、光増幅器中でレーザ発振を行わせ、信号光とレーザ発振光との光量をモニタすることにより利得プロファイルを一定に制御することを特徴とする。上記第１〜第３の方法では、具体的なモニタ信号として、以下の３つのものを使用することができるが、これらは例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００７０】
（Ｉ）入力された少なくとも一つの信号光について、増幅媒体へ入力する信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体より出力される信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号との比より算出される、前記信号光の利得に比例した電気信号（以下、第１モニタ法という）。なお、入力された少なくとも１つの信号光は、伝送される信号光であってもよく、光増幅器にモニタ用信号として別途入力される信号であってもよい。
【００７１】
（ＩＩ）入力された全信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体入力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐してこの光を光電変換して得られた電気信号（レーザ発振光のパワーに比例した信号）との和または線形結合された電気信号（以下、第２モニタ法という）。
【００７２】
（ＩＩＩ）出力される全信号光パワーを一部分岐し、光電変換して得られた電気信号と、増幅媒体出力端での共振器内のレーザ発振光の光を一部分岐してこの光を光電変換して得られた電気信号（レーザ発振光のパワーに比例した信号）との和または線形結合された電気信号（以下、第３モニタ法という）。
【００７３】
モニタ信号を用いずに制御を行う方法（上記第４の方法）の場合は、増幅媒体を含む光増幅器内で２種類の光共振器により２種類のレーザ発振を行う。この方法では、この２種類の光共振器でレーザ発振された発振光の波長は、例えば、次の３種類から選ばれる。本発明では特に、異なる２種類の波長を用いることができる。
【００７４】
（Ａ）レーザ発振光の波長は、増幅始凖位から増幅終凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる（以下、第１光共振器という）。
【００７５】
（Ｂ）レーザ発振光の波長は、増幅始凖位から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる（以下、第２光共振器という）。
【００７６】
（Ｃ）レーザ発振光の波長は、増幅終凖位から基底凖位への誘導放出により発生する増幅された自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルの範囲内に含まれる（以下、第３光共振器という）。
【００７７】
本発明の第１の実施形態によれば、上記原理に従った第１の光増幅器が提供される。本発明の光増幅器は、増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記増幅媒体内で生じたＡＳＥのスペクトル内の少なくとも１波長でレーザー発振させる光共振器と、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも１つの光パワーをモニタする監視手段、前記監視手段より得られた値を基に前記励起手段を制御するための制御部とを含む。
【００７８】
第１の実施形態によれば、上記原理に従った第１の制御方法が提供される。第１の制御方法には、例えば、上記第１の実施形態の光増幅器を用いる方法が含まれ、光増幅器内で前記光共振器により増幅媒体の増幅された自然放出光の前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光のスペクトル内の少なくとも１波長でレーザ発振を起こさせることと、前記監視手段により該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも１つの光パワーをモニタし、前記監視手段より得られた値を基に、前記制御部が前記励起手段を制御して前記励起光源の光量を制御することとを含む。
【００７９】
第２の実施形態によれば、上記原理に従った第２の光増幅器が提供される。本発明の光増幅器は、増幅媒体、該増幅媒体を励起するための励起手段、前記増幅媒体内で生じたＡＳＥを複数の発振波長でレーザー発振させる光共振器を含む。
【００８０】
上述したような発振波長を有する光共振器を得るためには、光共振器中に求める波長を選択するための光バンドパスフィルタ、またはこれと同等の波長選択素子が必要である。また、光共振器の１周回におけるレーザ発振波長での損失を調節するための何らかの手段、たとえば可変光減衰器、固定光アッテネータ等が含まれていることが好ましい。損失を調整する素子および波長を調整する素子は、光共振器を構成する際に使用される光分岐手段（例えば、レーザ発振光を分離または合波する手段）に機能として含ませることも可能である。
【００８１】
第２の実施形態によれば、上記原理に従った第２の制御方法が提供される。この制御方法には、例えば、上記第２の形態の光増幅器を用いる方法が含まれ、前記増幅媒体内で生じた増幅された自然放出光を複数の発振波長でレーザー発振させることが含まれる。
【００８２】
第１の実施形態および第２の実施形態では、監視手段には、光バンドパスフィルタを含むことが好ましい。また、第１および第２の実施形態には、上記（１）〜（３）、（Ｉ）〜（ＩＩＩ）、および（Ａ）〜（Ｃ）に従った方法、モニタ法、および共振器が含まれる。
【００８３】
本発明では、増幅媒体に添加される希土類イオンは、１種類であっても複数種類であってもよい。
【００８４】
以下に図面を参照して本発明の光増幅器および利得プロファイル一定制御の方法をさらに具体的に説明するが、これらは例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００８５】
本発明の第１の実施形態は、光増幅器の出力端と入力端との間でループを形成した光共振器を含む光増幅器に関する。第１の実施形態の光増幅器の概略を図４に示し、第２の実施形態の光増幅器の概略を図５に示す。
【００８６】
第１の実施形態の光増幅器４００（図４）は、光共振器４０２、監視手段４０４と制御部４２０を具備した光増幅器である。光共振器４０２は、増幅媒体４１０と、これを励起する励起手段４１２と、光分岐手段４１４，４１６と、波長選択素子４１８を具備する。また、監視手段４０４は、該光増幅媒体に入力する光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーおよび該光増幅媒体から出力される光から選ばれる少なくとも一つの所定の波長範囲の光のパワーから選択される少なくとも１つの光パワーをモニタする。制御部４２０は、監視手段から得られた値を基に励起手段４１２を制御する。本実施形態では、監視手段４０４はモニタされる光を制御部に入力するための光分岐手段４２６，４２８を含む。
【００８７】
増幅媒体４１０は、希土類元素イオンをコアおよび／またはクラッドに添加した希土類添加光ファイバを好適に用いることができる。特に本発明では、ツリウム添加光ファイバ、エルビウム添加光ファイバ、ホルミウム添加光ファイバなどを使用することができる。具体的には、増幅媒体としては、希土類イオンを添加した増幅用光ファイバを用いることができ、これは、ホストガラスとして石英ガラス、ビスマス系ガラス、非輻射遷移の起こりにくいフッ化物系ガラスのＺＢＬＡＮガラス、Ｉｎ−Ｐｂガラスまたはテルライトガラス等である。希土類イオンは、いずれのイオンであってもよいが、ツリウムイオン（Ｔｍ^３＋）、ホルミウムイオン（Ｈｏ^３＋）、エルビウムイオン（Ｅｒ^３＋）が好ましい。本発明では、これらのイオンの１種または複数種を増幅媒体に添加することができる。
【００８８】
励起手段４１２は、増幅媒体を励起するための励起光源４２２、４２４、励起光源からの光を合波するための合波器４３６，４３８を含む。この光源は、希土類添加光ファイバの励起に一般に用いられるものである。例えば、半導体ＬＤ、ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸ＬＤなどが用いられる。具体的には、例えばＮｄ−ＹＬＦレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、Ｔｉサファイアレーザなどの固体レーザや半導体レーザまたはファイバレーザ等がある。図４に示される光増幅器では、励起光は双方向励起であるが、本発明はこれに限定されず、前方励起および後方励起であってもよい。
【００８９】
光分岐手段は、溶融延伸のファイバ型（分岐型、波長分割多重型いずれも）誘電体多層膜、ファイバグレーティングまたはファイバグレーティングと組み合わせたサーキュレータ等であり、入力信号および／またはＡＳＥの一部を反射して取り出すためのデバイスである。
【００９０】
また、共振器系に含まれる波長選択素子には、誘電体多層膜、ファイバグレーティングなどの光フィルタが含まれる。
【００９１】
本発明では、光共振器には、可変光減衰器などを導入することもできる。本発明では、光共振器は、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失が一致したところで発振するが、可変光減衰器などを導入することにより、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失の関係を調整することができる。
【００９２】
合波器は、励起光／信号光合波カップラのような通常の合波器を使用すればよい。
【００９３】
監視手段４０４では、光分岐手段４２６，４２８で分岐されたモニタされる光（以下モニタ信号とも称する）（図４中の第１の信号および第２の信号）が監視部４１９へ入力される。この監視部からの情報に基づいて、制御部４２０が演算を施し、この値に基づいて励起手段４１２が励起光の制御を行う。監視手段４０４は、光分岐手段４２６，４２８で分岐されたモニタ信号を電気信号に変換する光電変換器などを含んでいてもよい。光電変換器は、モニタ信号を電気信号に変換する。本発明では、このモニタ信号または電気信号をモニタする。
【００９４】
制御部４２０の例は、差分信号発生回路、利得信号算出回路（わり算回路）、およびこれらの組み合わせ、和信号発生回路と線形結合算出回路などである。本発明では、監視手段および制御部は、以下の制御を行うものを含む。
【００９５】
（ｉ） 前記監視手段が、少なくとも１つの信号光の入力および出力パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値から信号光の利得を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。
【００９６】
（ｉｉ） 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅媒体に入射する信号光のパワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。
【００９７】
（ｉｉｉ） 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号入力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増幅媒体に入射する信号光の一部を同時に取り出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値が予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。
【００９８】
（ｉｖ） 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出力端における前記光共振器内のレーザ発振光および増幅媒体から出射する信号光のパワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られたレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の和、またはレーザ発振光パワー値と信号光パワー値の線形結合により得られる値を算出し、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。
【００９９】
（ｖ） 前記監視手段が、前記増幅媒体の信号出力端において前記光共振器内のレーザ発振光の一部と増幅媒体から出射する信号光の一部を同時に取り出して、その総パワーをモニタし、前記制御部が、前記監視手段より得られた値が、予め定められた値若しくは外部より入力される値と一致するように前記励起手段を制御する。
【０１００】
なお、第１の実施形態では、図４に示されるようにアイソレータ４３０，４３２を設けることも好ましい。
【０１０１】
本実施形態において、光共振器を構成する各部材および制御部などの任意の構成要素は、図４に示される配置のみではなく、種々の配置をとることができる。
【０１０２】
第１の実施形態の利得プロファイルを一定に制御する方法では、光増幅器に入力される入力信号および／または光増幅器内の増幅媒体で増幅された自然放出光（ＡＳＥ）の一部を取り出し、これを発振させる。また、モニタされる光（以下モニタ信号とも称する）（図４中の第１の信号および第２の信号）が監視部４１９へ入力される。この監視部からの情報に基づいて、制御部４２０が演算を施し、この値に基づいて励起手段４１２が励起光の制御を行う。本発明では、モニタ信号またはモニタ信号を変換して得られる電気信号をモニタする。
【０１０３】
本発明では、監視手段および制御部により、上記（ｉ）〜（ｖ）の制御を行う。
【０１０４】
以下に本発明の光増幅器を用いた制御方法（本発明の光増幅器の動作）について具体的に説明する。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をするが、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成などを用いることもできる。
【０１０５】
まず、信号光は、図４中の左側より入射し、光分岐素子４２６によりその一部が分岐される。分岐された信号光は、第１の信号として監視部４１９に入力される。第１の信号は、電気信号であることが好ましい。従って、本実施形態では、分岐された信号光を電気信号に変換する光電変換素子などにより、モニタ信号光を電気信号に変換することが好ましい。光分岐素子４２６を通過した信号光は、光分岐素子４１４、アイソレータ４３２、合波器４３６を通過して増幅媒体４１０に入る。
【０１０６】
励起光は、合波器４３６，４３８を介して前方および後方から入射される。増幅された信号光はアイソレータ４３０、光分岐素子４１６，４２８を通過した後に出力される。光分岐素子４２８は、出力信号光の一部をモニタするために該信号光の一部を分岐するのものである。ここで分岐された光は第２の信号として監視部４１９に入力される。第２の信号は、電気信号であることが好ましい。従って、本実施形態では、分岐された信号光を電気信号に変換する光電変換素子などにより、分岐された信号光を電気信号に変換することが好ましい。
【０１０７】
ここで、モニタする光は１チャネル以上の波長数を有するＷＤＭ光、または、光増幅器に別途入力される、増幅帯域の波長を有する光などである。本発明では、上記（ｉ）〜（ｖ）に示される監視手段によりモニタされる信号であることが好ましい。
【０１０８】
第１の信号と第２の信号は監視部４１９を経て制御部４２０に入力され、これらの入力信号の利得などの値が求められ、その値が、予め設定された値と一致するような励起光源の電流値を算出し、その電流値となるように励起光源４２２，４２４の光量を調整する。本発明の制御部は、上記（ｉ）〜（ｖ）に記載の処理および制御を行う。
【０１０９】
アイソレータ４３０より出射される信号光およびＡＳＥ光は、光分岐素子４１６によりその一部が取り出され、波長選択素子４１８を介して、光分岐素子４１４より再度増幅媒体４１０に注入される。本実施形態では、少なくとも増幅媒体４１０、励起手段４１２、光分岐素子４１４，４１６および波長選択素子を含むループにより光共振器が形成される。
【０１１０】
この光共振器の発振波長は、光分岐素子４１４，４１６の分岐特性に波長依存性を持たせるか、または波長選択素子４１８の機能を使用するかのいずれか、または、これらの両方を同時に使用することで特定される。光共振器は、この発振波長において、光共振器の１周回の損失と増幅媒体４１０の利得が一致するところで発振する。定常的に安定した発振が可能な場合、発振する条件以上の励起光量を励起光源から注入しても、波長選択素子などで選択された発振波長での増幅媒体４１０の利得は変化しない。
【０１１１】
以上のようにして、光増幅器内で光共振器によりレーザ発振を起こさせ、上記（ｉ）〜（ｖ）に示される監視手段によりモニタしながら利得プロファイルが一定になるように励起光源の光量を調節する。
【０１１２】
本発明の第２の実施形態は、複数の共振器を具備した光増幅器およびその増幅器の利得プロファイルを一定に制御する方法である。
【０１１３】
第２の実施形態の光増幅器の概略を図５に示す。図５は、２つの共振器を備えた光増幅器を表す。以下では、この例に基づいて説明をする。本実施形態の光増幅器５００は、第１の光共振器５０２および第２の光共振器５０４を含む。第１の光共振器５０２は、増幅媒体５１０と、これを励起する励起手段５１２と、光分岐手段５１４，５１６と、波長選択素子５１８を具備する。第２の光共振器５０４は、増幅媒体５１０と、これを励起する励起手段５１２と、光分岐手段５２０，５２２と、波長選択素子５２４を具備する。
【０１１４】
励起手段５１２は、増幅媒体を励起するための励起光源５２６、５２８、励起光源からの光を合波するための合波器５３０，５３２を含む。図５に示される光増幅器では、励起光は双方向励起であるが、本発明はこれに限定されず、前方励起および後方励起であってもよい。
【０１１５】
本実施形態では、図５に示すように、２つの光共振器が発信状態を維持できるように、発振判定回路５３４を有してもよい。発振判定回路は、各光共振器から発振光の一部を取り出すための光分岐素子５３６,５３８と共に発振判定手段を形成する。発振判定回路５３４へは、例えば、光分岐素子５３６,５３８により信号光を取り出し、光電変換素子などを介して電気信号として信号が入力される。
【０１１６】
また、本実施形態においても、光共振器には、可変光減衰器などを導入することもできる。本発明では、光共振器は、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失が一致したところで発振するが、可変光減衰器などを導入することにより、増幅媒体の利得と共振系の１周回の損失の関係を調整することができる。
【０１１７】
第２の実施形態では、図５に示されるようにアイソレータ５４０，５４２を設けることも好ましい。
【０１１８】
なお、本実施形態において、光共振器を構成する各部材および発振判定回路などの任意の構成要素は、図５に示される配置のみではなく、種々の配置をとることができる。
【０１１９】
本実施形態の各素子などは、先の第１の実施形態で説明したものと同じものを使用することができる。
【０１２０】
以下に本実施形態の光増幅器を用いた制御方法（本発明の光増幅器の動作）について具体的に説明する。以下の説明では、シングルパスの構成で説明をするが、本発明は、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成などを用いることもできる。
【０１２１】
信号光は、光分岐素子５１４，５２０とアイソレータ５４０と合波器５３０を介して増幅媒体５１０に入射する。増幅媒体５１０より出射した信号光は、合波器５３２とアイソレータ５４２と光分岐素子５２２，５１６を介して出射される。
【０１２２】
本実施形態では、第１の共振器および第２の共振器を発振状態に維持するために、発振判定回路を有することが好ましい。光分岐素子５３８により、第１の共振器内の光が分岐され、これがモニタ信号として発振判定回路５３４に入力される。また、光分岐素子５３６により、第２の共振器内の光が分岐され、これがモニタ信号として発振判定回路５３４入力される。モニタ信号としての光は、光電変換素子などにより電気信号に変換されることが好ましい。両者のモニタ信号により共に２つの共振器が発振するように励起光源５２６，５２７から出射される励起光源の光量が制御される。
【０１２３】
また、上記第１および第２の実施形態では、監視手段に光バンドパスフィルタを含め、モニタ信号をこれに通すことが好ましい。
【０１２４】
以上述べた各実施形態の光増幅器では、特に増幅媒体内での信号光の伝搬方向については規定していなかったが、光増幅器が以下の（ａ）〜（ｃ）の構成を有し、信号光がこれらに示される伝搬方向をとることができる。
【０１２５】
（ａ）増幅媒体の入力側または出力側の両方、或いは、これらのどちらか一方に光アイソレータが接続される。信号光は、増幅媒体内を一方向のみに伝搬する（本明細書中で、シングルパスという）。
【０１２６】
（ｂ）増幅媒体の一方に光サーキュレータが接続され、増幅媒体の他端には少なくとも信号光を反射させるミラー機能を有するデバイスが接続される。信号光は光サーキュレータを通過して増幅媒体中を進行し、増幅される。次いで、信号光は、これを反射させるミラーにより折り返されて増幅媒体中を反対方向に進行し、増幅される。増幅された信号光は、サーキュレータを通過して出射する（本明細書で、ダブルパスという）。この場合、上記の第１モニタ法から第３モニタ法について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位置は、増幅媒体より見て光サーキュレータを介して設置される信号出射ポートに各々設置しても良い。また、光分岐手段を、光サーキュレータと増幅媒体との間に設置することもできる。この場合、光分岐手段自体の持つ結合動作の方向性により入力側モニタと出力側モニタとを区別することができる。
【０１２７】
（ｃ）増幅媒体の両方に光サーキュレータが接続される。２種類の進行方向の異なる信号光が同時または時間的に分離された状態で増幅媒体中を互いに逆方向に進行し、増幅される（以下、双方向光増幅器という）。この場合、上記の第１モニタ法から第３モニタ法について考えると、信号光を一部分岐してモニタ信号を取り出すために光分岐手段が設けられるが、その設置位置は、双方向の信号光のうち、どちらか一方の信号光を規準にして増幅媒体の入力側と出力側に設置されればよい。具体的には、光分岐手段は、サーキュレータの外側、サーキュレータと増幅媒体との間に設置することができる。
【０１２８】
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例は、本発明の第１の実施形態の例であり、特に上記（１）に相当する光増幅器および制御方法の例である。
【０１２９】
図６は、本発明の光増幅器を説明するための構成図である。図６に示されるように、本発明の光増幅器は、光共振器、監視手段、および制御部を含む。光共振器は、増幅媒体１３０６、該増幅媒体を励起するための励起光源１３１４，１３１７、波長選択素子１３０５、可変光減衰器１３０７、波長選択素子および可変光減衰器へ信号光の一部を分岐する光分岐素子、波長選択素子および可変光減衰器からの信号光を合波するための光分岐素子１３０２を含む。監視手段は、第１のモニタする信号光を分岐する光分岐素子１３０１、第２のモニタする信号光を分岐する光分岐素子１３１１、制御部１３１６、および、第１および第２のモニタする信号光の共通波長の光を通すための光バンドパスフィルタ１３１２，１３２０と、これらのモニタする信号光を電気信号に変換する光電変換回路１３１３，１３１９を含む。制御部は、該励起光源を制御するための励起光駆動回路１３１５，１３１８を含む。本実施例では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
【０１３０】
使用した増幅媒体１３０６は、Ｔｍイオンを添加、ホストガラスとしてはフッ化物系ガラスの一種であるＺＢＬＡＮガラスである。Ｔｍ^３＋の添加濃度は６０００ｐｐｍとした。Ｔｍ添加ＺＢＬＡＮ系フッ化物光ファイバの長さは５ｍとした。励起光源１３１４，１３１７は、１４００から１４３０ｎｍまでの発振波長を持つ半導体レーザを使用した。モニタする信号光を取り出す部分の光分岐素子１３０１，１３１１は、誘電体多層膜ミラーを使用し、入射信号光の１％を反射して取り出す形式のデバイスである。
【０１３１】
信号光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光バンドパスフィルタ１３１２，１３２０は、中心波長１４８０ｎｍ、透過帯域の半値全幅が０．８ｎｍのものを使用した。光電変換回路１３１３，１３１９は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１３０２，１３１０は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１６ｎｍでの分岐比が９５％である。
【０１３２】
波長選択素子１３０５は、誘電体多層膜を使用したもので、透過帯域の中心波長が１５１３ｎｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器１周回での１５１３〜１５１６ｎｍでの損失が１８ｄＢになるように可変光減衰器１３０７を調整した。可変光減衰器は光増幅器で通常用いられるものである。
【０１３３】
監視部１３１６は、第１のモニタ信号（本実施例では第１の電気信号）と第２のモニタ信号（本実施例では第２の電気信号）の比から信号光の利得を算出するわり算回路などを含む。より具体的には、差分信号を発生させる差分信号発生回路と利得信号算出回路（わり算回路）が含まれる。
【０１３４】
以下、図６に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。まず、信号光は、図６中の左側より入射し、光分岐素子１３０１によりその一部が分岐される。分岐されたモニタする信号光は、光バンドパスフィルタ１３１２を介して光電変換回路１３１３に入って第１の電気信号となる。光分岐素子１３０１を通過した信号光は、光分岐素子１３０２、アイソレータ１３０３、励起光／信号光合波カップラ１３０４を通過して増幅媒体１３０６に入る。
【０１３５】
励起光は、励起光／信号光合波カップラ１３０８を介して後方向からも入射される。増幅された信号光はアイソレータ１３０９、光分岐素子１３１０，１３１１を通過した後に出力される。光分岐素子１３１１は、出力信号光の一部をモニタするためのものであり、光バンドパスフィルタ１３２０を介して光電変換回路１３１９に入って第２の電気信号となる。
【０１３６】
ここで、信号光は１チャネル以上の波長数を有するＷＤＭ光である。２台の光バンドパスフィルタ１３１２，１３２０の通過波長は同一であり、ＷＤＭ信号光の特定の１チャネルの波長に合わせてある。
【０１３７】
アイソレータ１３０９より出射される信号光およびＡＳＥ光は、光分岐素子１３１０によりその一部が取り出され、可変光減衰器１３０７と波長選択素子１３０５を介して、光分岐素子１３０２より再度増幅媒体１３０６に注入される。これにより光共振器が形成される。
【０１３８】
この光共振器の発振波長は、光分岐素子１３０２，１３１０の分岐特性に波長依存性を持たせるか、または波長選択素子１３０５の機能を使用するかのいずれか、或いは両方同時に使用することで特定の波長が選ばれる。選択された発振波長では、光共振器は、光共振器の１周回の損失と増幅媒体１３０６の利得が一致するところで発振する。定常的に安定した発振が可能な場合、発振する条件以上の励起光量を注入しても発振波長での増幅媒体１３０６の利得は変化しない。
【０１３９】
上述の、第１の電気信号と第２の電気信号は、割り算回路１３１６により利得信号に変換される。この利得信号により、予め設定された値と一致するように励起光駆動回路１３１５，１３１８が調整され、励起光源の光量が制御される。励起光は、励起光／信号光合波カップラ１３０４，１３０８により増幅媒体に注入される。
【０１４０】
図７は、光共振器を構成するための光分岐素子の位置関係を説明するための図である。なお、図７において、図６と同じ構成要素には、図６と同じ符号を用いた。光共振器を構成するための光分岐素子１３０２，１３１０の位置は、色々なケースがある。光共振器は、光分岐素子１３０２と増幅媒体１３０６と光分岐素子１３１０と可変光減衰器１３０７と波長選択素子１３０５のループにより構成される。この場合、光分岐素子１３０２，１３０１および励起光／信号光合波カップラ１３０４の挿入位置は、光アイソレータ１３０３を挟んでＡ，Ｂの位置が可能である。
【０１４１】
特に、励起波長での光アイソレータ１３０３の通過損失が高い場合には、励起光／信号光合波カップラ１３０４の挿入位置はＢが望ましい。Ａ，Ｂの範囲で、各々の素子の挿入位置は、発振波長における各分岐手段の損失、カップラの損失などにより適当な位置が決められるが、その配置は必ずしも図６で示した位置に限定されない。
【０１４２】
同様に、光分岐素子１３１１，１３１０および励起光／信号光合波カップラ１３１７の挿入位置は、ＣおよびＤの位置が可能である。一般的には、光アイソレータ１３０９の光の逆方向阻止比は、広い波長域で高いことが多いので、励起光／信号光合波カップラ１３１７の挿入位置は、Ｃの位置が望ましい場合が多い。光分岐素子１３１１，１３１０および励起光／信号光合波カップラ１３１７に関しては、ＣおよびＤの範囲で、発振波長における各分岐部の損失、カップラの損失などにより適当な位置を決めることができる。しかし、その配置は必ずしも図６で示した位置に限定されない。
【０１４３】
図８は、各入力信号レベルを変えた場合の、利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした図である。つまり、各入力信号レベルを−２５，−２０，−１５，−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に設定し入力した場合の利得スペクトルについて、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．での利得スペクトルを規準として、入力が変わった際の利得スペクトルを、規準スペクトルからのずれのうち最大の値をプロットした図である。
【０１４４】
励起光量は、光共振器が発振するしきい値の約１．３倍とした。利得の評価は、−３５ｄＢｍの小信号プローブ光をスキャンすることにより測定した。図８中の点線は、モニタする信号光による利得の制御をかけない場合の結果である。図８中の実線は、１４８０ｎｍの信号光をモニタし制御回路を働かせて、１４８０ｎｍでの利得が一定になるように制御を行った場合の値をプロットしたものである。図８より、制御をかけることにより利得プロファイルが一定となることが明らかとなった。
【０１４５】
（実施例２）
本実施例は、上記（１）で表される光増幅器の例である。
図９は、本発明の光増幅器の第２実施例を説明するための構成図である。本実施例は、ダブルパスの構成を用いた光増幅器の例であり、特に、反射型の光増幅器の例である。
【０１４６】
本実施例の光共振器は、実施例１と同様の構成を有する。本実施例では、光共振器の入力端にサーキュレータ１５０３が設けられ、光共振器の出力側にミラー１５０８を設ける。本実施例の光増幅器の監視手段は、図９に示されるように、第２の信号光を取り出す光分岐素子１５０２が、増幅された出力信号を取り出すサーキュレータ１５０３の出力端側に設けられることを除いて実施例１と同様である。本実施例では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
【０１４７】
図９において、増幅媒体１５２６には、Ｔｍ^３＋を２０００ｐｐｍの濃度で添加したＩｎ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は２０ｍである。励起光源は、１０３０ｎｍで発振するＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸ＬＤを使用した。本実施例の光増幅器は、モニタする信号光を取り出すために、第１の電気信号を取り出すための構成と、第２の電気信号を取り出すための構成を含む。第１の電気信号を取り出すための構成は、光分岐素子１５０１、光バンドパスフィルタ１５１７および光電変換回路１５１９を含む。第２の電気信号を取り出すための構成は、光分岐素子１５０２、光バンドパスフィルタ１５１８および光電変換回路１５２０を含む。
【０１４８】
光分岐素子１５０１，１５０２は、誘電体多層膜ミラーを使用し、入射信号光の１％を反射して取り出す形式のデバイスである。
【０１４９】
信号光は、１４６０ｎｍから１４９０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光バンドパスフィルタ１５１７，１５１８は、中心波長１４６０ｎｍ、透過帯域の半値全幅が０．８ｎｍのものを使用した。光電変換回路１５１９，１５２０は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１５０４，１５０７は、１４６０〜１４９０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１４９３〜１４９６ｎｍでの分岐比が９５％である。
【０１５０】
波長選択素子１５１０は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１４９３ｎｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器１周回での１４９３〜１４９６ｎｍの波長帯における損失が、２０ｄＢになるように可変光減衰器１５１１を調整した。
【０１５１】
以下、図９に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐素子１５０１を通過した信号光は、サーキュレータ１５０３を介して増幅媒体１５２６に入り、ミラー１５０８で反射されて、再度増幅媒体１５２６を通過し、サーキュレータ１５０３を介して光分岐素子１５０２側に出射される。
【０１５２】
ここで、光分岐素子１５０１，１５０２は、モニタする信号光として一部の信号光を分岐する。分岐されたモニタする信号光は、同一の通過波長を有する光バンドパスフィルタ１５１７，１５１８を介して、必要な信号光成分のみを取り出し、各々光電変換回路１５１９，１５２０に入射して、電気信号に変換される。第１および第２の電気信号は、割り算回路１５１６により利得信号として取り出される。この利得信号により、設定値と一致するように励起光駆動回路１５１４，１５１５が制御され、励起光源１５１２，１５１３の励起光量が制御される。励起光は、励起光／信号光合波カップラ１５０５，１５０６により増幅媒体に注入される。
【０１５３】
光共振器は、光分岐素子１５０４，１５０７と波長選択素子１５１０と可変光減衰器１５１１と増幅媒体１５２６よりなるループにより構成される。ここで、光分岐素子１５０４から、波長選択素子１５１０と可変光減衰器１５１１を経て光分岐素子１５０７を結ぶ光路部分にアイソレータを付加し、光共振器内の発振光の進行方向を規定することも可能である。このアイソレータの有無に関わらず、レーザ発振を起こしている光の波長における増幅媒体の利得は光共振器の１周回の損失により固定され、取り出された波長におけるモニタする信号光の利得は割り算回路１５１６を用いた電気的なフィードバック系により固定されることから、増幅器としての利得プロファイルは一意的に決定される。
【０１５４】
図１０は、ダブルパスの構成を用いた場合の光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。モニタ手段、光共振器、および励起手段を構成する各光分岐素子の挿入位置は、図９に示した以外にも色々な位置が可能である。なお、図１０において、図９と同じ構成要素には、図９と同じ符号を用いた。
【０１５５】
入射信号光のモニタ回路（光分岐素子１５０１と光バンドパスフィルタ１５１７と光電変換回路１５１９の組み合わせ）と、出射信号光のモニタ回路（光分岐素子１５０２と光バンドパスフィルタ１５１８と光電変換回路１５２０の組み合わせ）と、励起光の回路（励起光／信号光合波カップラ１５０５と励起光源１５１２、励起光／信号光合波カップラ１５０６と励起光源１５１３の組み合わせ）と、光共振器（光分岐素子１５０４，１５０７と可変光減衰器１５１１と波長選択素子１５１０との組み合わせ）との相互の位置関係について説明する。
【０１５６】
光分岐素子１５０１，１５０２が光方向性結合器の場合、光分岐素子１５０１はＡおよびＢの位置が可能であり、光分岐素子１５０２はＤおよびＢの位置が可能である。一方、光分岐素子１５０４および光分岐素子１５０７は、それぞれＡとＤ、ＢとＣ、ＡとＣ、ＤとＣの組み合わせが可能である。一方、励起光／信号光合波カップラ１５０６はＣの位置が望ましい。励起光／信号光合波カップラ１５０５は、励起波長でのサーキュレータ１５０３の順方向損失、または逆方向損失が十分低ければＡ，Ｄの位置が可能であるが、Ｂの位置が望ましい。Ａ〜Ｄの各領域内での、個々のデバイスの相互の位置関係は、各々のデバイスの光学特性を考慮さえすれば自由に設定できる。
【０１５７】
図１１は、各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた際に、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準として入力を変えた場合の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値をプロットした図である。点線は、モニタする信号光の波長で利得制御をかけない場合の特性であり、実線は利得制御をかけた場合の特性である。図１１より、制御をかけることにより利得プロファイルが一定となることが明らかとなった。
【０１５８】
（実施例３）
本実施例は、上記（１）で表される光増幅器の例である。
図１２は、本発明の光増幅器の第３実施例を説明するための構成図であり、双方向光増幅器の例である。本実施例では、光共振器、監視手段、および制御部は実施例１と同じ構造を有する。本実施例では、図１２に示されるように、光共振器の両端にサーキュレータ１７０２、１７０７を設け、第１の入力信号と第２の入力信号が光共振器に対向して入力される。なお、図１２では、双方向励起の例を示したが、本発明はこれに限定されず、前方励起または後方励起であってもよい。
【０１５９】
増幅媒体１７２６には、Ｔｍ^３＋を２０００ｐｐｍの濃度で添加したテルライト系光ファイバを使用した。光ファイバ長は２０ｍである。励起光源１７１５は、１４００ｎｍで発振するＬＤを使用し、励起光源１７１７は、１４００ｎｍで発振するＬＤと１６００ｎｍで発振するＬＤから発生される光を合成して使用した。
【０１６０】
本実施例は、モニタする信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路１７１６、１７１８を使用して励起光源を制御して利得プロファイルを一定に制御する。これらのうち、励起光駆動回路１７１８につながる１４００ｎｍおよび１６００ｎｍで発振する２台のＬＤにフィードバックをかけ、これらの励起光源を制御した。モニタする信号光の取り出しは、光分岐素子１７０１，１７０８により行われ、これらには、融着延伸型のファイバカップラを使用した。この光分岐素子は、入射信号光の１％を反射し取り出す形式のデバイスである。
【０１６１】
信号光には、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。
【０１６２】
光バンドパスフィルタ１７１１，１７１３は、中心波長１５１０ｎｍ、透過帯域の半値全幅が０．８ｎｍのものを使用した。光電変換回路１７１２，１７１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１７０３，１７０６は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１４７４〜１４７７ｎｍでの分岐比が９５％である。
【０１６３】
波長選択素子１７０９は、誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が１４７６ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器１周回での１４７４〜１４７７ｎｍでの損失は２０ｄＢになるように可変光減衰器１７１０を調整した。
【０１６４】
入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、１５１０ｎｍで観測され、その値は、利得制御をかけない場合７ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。
【０１６５】
以下、図１２に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。光分岐素子１７０１を通過した信号光は、サーキュレータ１７０２を介して増幅媒体１７２６に入る。即ち信号光は、光分岐素子１７０３と励起光／信号光合波カップラ１７０４を通過して増幅媒体１７２６中に入り増幅される。後方向励起光は、励起光／信号光合波カップラ１７０５により合波される。
【０１６６】
増幅された信号光は、光分岐素子１７０６、サーキュレータ１７０７を通過し、光分岐素子１７０８を介して取り出される。入射された信号光の一部は、光分岐素子１７０１と光バンドパスフィルタ１７１１と光電変換回路１７１２により電気信号に変換され、出射された信号光の一部は、光分岐素子１７０８と光バンドパスフィルタ１７１３と光電変換回路１７１４により電気信号に変換される。
【０１６７】
各々電気信号は、割り算回路１７２０により利得信号に変化される。この利得信号により、予め設定された値に一致するように、励起光駆動回路１７１６，１７１８を介して励起光源７１５，７１７からの励起光量が調整される。このように、入射された信号光のうち、モニタする信号光の波長における利得は、電気的なフィードバックにより制御される。
【０１６８】
一方、光共振器は、光分岐素子１７０３，１７０６と波長選択素子１７０９と可変光減衰器１７１０と増幅媒体１７２６よりなるループにより構成される。
【０１６９】
ここで、光分岐素子１７０３から、波長選択素子１７０９と可変光減衰器１７１０を経て光分岐素子１７０６を結ぶ光路内にアイソレータを付加し、光共振器内の発振光の進行方向を規定することも可能である。このアイソレータの有無に関わらず、レーザ発振を起こしている光の波長での増幅媒体の利得は、光共振器の１周回の損失により固定され、モニタする信号光の波長における利得は割り算回路１７２０を用いた電気的なフィードバック系により固定されることから、増幅器としての利得プロファイルは一意的に決定される。
【０１７０】
図１３は、図１２に示した構成においてモニタ手段、光共振器および励起手段を構成する各光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。モニタおよび光共振器を構成する各光分岐素子の挿入位置は、図１２に示した以外にも色々な位置が可能である。なお、図１３において、図１２と同じ構成要素には、図１２と同じ符号を用いた。
【０１７１】
入射信号光のモニタ回路（光分岐素子１７０１と光バンドパスフィルタ１７１１と光電変換回路１７１２の組み合わせ）と、出射信号光のモニタ回路（光分岐素子１７０８と光バンドパスフィルタ１７１３と光電変換回路１７１４の組み合わせ）と、励起光の回路（励起光／信号光合波カップラ１７０４と励起光源１７１５、励起光／信号光合波カップラ１７０５と励起光源１７１７との組み合わせ）と、光共振器（光分岐素子１７０３，１７０６と可変光減衰器１７１０と波長選択素子１７０９との組み合わせ）との相互の位置関係について説明する。
【０１７２】
光分岐素子１７０１はＡまたはＢの位置が可能である。光分岐素子１７０８は、Ｃ或いはＤの位置が可能である。一方、光分岐素子１７０３と光分岐素子１７０６は、それぞれ、ＡとＤ、ＢとＣ、ＡとＣ、およびＢとＣの組み合わせが可能である。一方、励起光／信号光合波カップラ１７０４はＡまたはＢの位置であり、Ｂの位置が好ましく、励起光／信号光合波カップラ１７０５はＣまたはＥの位置であり、Ｃの位置が好ましい。Ａ〜Ｅの各領域内での個々のデバイスの相互位置は、各々のデバイスの光学特性を考慮さえすれば自由に設定できる。
【０１７３】
（実施例４）
本実施例は、上記（２）で表される光増幅器の例である。
図１４は、本発明の光増幅器の第４実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す図である。本実施例の光増幅器は、実施例１と同様の構成を有する光共振器と、増幅媒体の入力端における、信号入力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタする監視手段、および励起光源を制御する制御部を有する。監視手段は、信号入力光および光共振器の発振を起こしている光を取り出すための光分岐素子１９０２、これらの光のパワーを電気信号に変換する光電変換回路１９１０、この電気信号から励起光駆動回路１９１２，１９１４へ信号を送るための監視部（例えば差分信号発生回路）１９１５を含む。制御部は、励起光源１９１１，１９１３を制御するための励起光駆動回路１９１２，１９１４を具備する。
【０１７４】
増幅媒体１９１６には、Ｅｒを２０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は７ｍである。
【０１７５】
励起光源１９１１，１９１３には、９８０ｎｍで発振するＬＤを互いに偏波が直交するように配置した偏波多重型励起ユニットを用いた。本実施例は、モニタ信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路１９１２、１９１４を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。本実施例の制御では、全ＬＤ（励起光源）にフィードバック制御をかけたが、励起光／信号光合波カップラ１９０４からの励起光量に対し、励起光／信号光合波カップラ１９０５からの励起光量が常に１．４倍になるようにした。
【０１７６】
モニタ信号光を取り出す部分は、光分岐素子１９０２、光電変換回路１９１０で構成される。光分岐素子１９０２は、誘電体多層膜をフィルタとして使用したパルク型のカップラであり、９００〜１００ｎｍおよび２５００〜３０００ｎｍでの分岐比が１％である。信号光は、２６００から２６３０ｎｍで２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光電変換回路１９１０はＰＩＮ−ＰＤを使用した。
【０１７７】
光共振器を構成する光分岐素子１９０１，１９０７は、２６００〜２６３０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、２６１０〜２６５０ｎｍで分岐比が９５％である。波長選択素子１９０８は誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が２６３０ｎｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器では、１周回での２６１０〜２６５０ｎｍでの損失が２０ｄＢになるように可変光減衰器１９０９を調整した。
【０１７８】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合５ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．２ｄＢであった。
【０１７９】
以下、図１４に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。この実施例においても、シングルパスの構成、ダブルパスの構成、双方向光増幅器の構成は当てはまる。
【０１８０】
本実施例の光増幅器は、光共振器と、第２モニタ法とを同時に使用する。特に、本実施例では、第２モニタ法において、全信号光を一部分岐する光分岐素子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入力端での光を一部分岐する光分岐素子とを一つの光分岐デバイスにより行うことを特徴とする。分岐された全信号光のパワーとレーザ発振光のパワーに基づいて、これらの光が同時に導入される一つの光電変換素子に入射されて電気信号に変えられる。
【０１８１】
この電気信号とあらかじめ設定されているレベルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回路を調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した実施例と同じである。また、使用する光学素子についても上述した実施例で説明したものと同一である。
【０１８２】
信号光は、光分岐素子１９０１，１９０２とアイソレータ１９０３と励起光／信号光合波カップラ１９０４を介して増幅媒体に入射し、増幅媒体内で増幅された信号光は、励起光／信号光合波カップラ１９０５とアイソレータ１９０６と光分岐素子１９０７を介して出射する。光共振器は、光分岐素子１９０１，１９０７と波長選択素子１９０８と可変光減衰器１９０９と増幅媒体１９１６よりなるループにより構成される。
【０１８３】
光分岐素子１９０２は、光共振器内の発振光と全入射信号光を各々規定の比率で取り出す機能を有しており、取り出されたモニタ信号光は、光電変換回路１９１０により電気信号に変換される。この電気信号は、増幅媒体１９１６に入射する光の量に比例した信号レベルとなっており、このレベルが予め定められたレベルと比較さる。比較された信号レベルは、その差分信号を発生する差分信号発生回路１９１５により差分信号として出力され、この差分信号により励起光駆動回路および励起光源がフィードバック制御される。
【０１８４】
この制御により、増幅媒体１９１６の入射端に入る光は、予め定められた値または外部より設定された値に常に一致する。なお、各光分岐手段の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。なお、１９１２，１９１４は励起光駆動回路を示している。
【０１８５】
（実施例５）
図１５は、本発明の光増幅器の第５実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。
【０１８６】
本実施例は、図１５に示されるように、共振器の入力端側で第１のモニタする信号光を取り出すための光分岐素子２００２と、これから取り出されたモニタする信号光を電気信号に変換するための光電変換回路２０１２を含むモニタする信号光を取り出す部分と、光共振器内の可変光減衰器２０１０と光分岐素子２００７の間にアイソレータ２０１１を有することを除いて、実施例４と同じ構成を有する。
【０１８７】
増幅媒体２０２６には、Ｔｍ^３＋を６０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２０１４，２０１６は１４００ｎｍで発振するＬＤである。
【０１８８】
本実施例は、モニタする信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路２０１５、２０１７を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。本実施例の制御では、励起光駆動回路２０１５，２０１７につながる１４００ｎｍで発振する全てのＬＤにフィードバック制御をかけた。但し、励起光／信号光合波カップラ２００５からの励起光量をＰ１とし、励起光／信号光合波カップラ２００６からの励起光量をＰ２とした場合、以下の式に従うように互いの光量の関係を制御した。
【０１８９】
Ｐ２（ｍＷ）＝４００ｔ
Ｐ１（ｍＷ）＝１００ｔ＋３００
但し ｔは０から１の実数
【０１９０】
モニタする信号を取り出す部分の光分岐素子２００２，モニタ信号取り出し部分の２００４には、融着延伸型のファイバカップラを使用した。これは、１４７０〜１５３０ｎｍでほぼ一定で１％の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。但し、光分岐素子２００２は、図１５中の左から右の方向に伝搬する光のみを分岐し、光分岐素子１００４は、図１５中の右から左の方向に伝搬する光のみを分岐する。信号光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。
【０１９１】
光電変換回路２０１２，２０１３は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子２００３，２００７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１７ｎｍでの分岐比が９５％である。
【０１９２】
波長選択素子２００９は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器は、１周回での１５１５ｎｍでの損失が１７ｄＢになるように可変光減衰器２０１０で調整される。
【０１９３】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、１５１５ｎｍにおいて、利得制御をかけない場合６ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。なお、図中符号２００１，２００８，２０１１は光アイソレータを示している。
【０１９４】
以下、図１５に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例は、上記第２モニタ法において、全信号光を一部分岐する光分岐素子と共振器内のレーザ発振光の増幅媒体入力端での光を一部分岐する光分岐素子とが別々のものであり、これらを使用することによりそれぞれの光が、それぞれ別の光電変換素子に入射されて、それぞれの光のパワーに対応した各々独立の電気信号に変えられる。得られた電気信号は、何らかの電気的手段により両者の線形結合または和の成分となる電気信号に変換され、これを取り出し、電気信号とあらかじめ設定されているレベルとの差分信号成分が零になるように励起光駆動回路を調整する。励起光駆動回路の選択方法は、上述した実施例と同じである。また、使用する光学素子についても上述した実施例で説明したものと同一である。
【０１９５】
信号光は、アイソレータ２００１と光分岐素子２００２，２００３と励起光／信号光合波カップラ２００５を介して増幅媒体２０２６に入射される。増幅媒体２０２６内で増幅された信号光は、励起光／信号光合波カップラ２００６と光分岐素子２００７とアイソレータ２００８を介して取り出される。
【０１９６】
光共振器は、光分岐素子２００３，２００７と波長選択素子２００９と可変光減衰器２０１０とアイソレータ２０１１と増幅媒体２０２６よりなるループにより構成される。光分岐素子２００２，２００４は、共に方向性結合器として動作する。このために光分岐素子２００４は、信号光とは反対方向に進行する光共振器内のレーザ発振光のみを分岐し取り出す。
【０１９７】
光分岐素子２００２，２００４より取り出された、入射信号光に対応するモニタする信号光、モニタ信号光と、レーザ発振光に対応するモニタ光は、各々光電変換回路２０１２，２０１３により電気信号に変換され、和信号発生回路２０１８において両者の足し算がおこなわれ、同時に外部設定レベルと和成分との比較がおこなわれ両者の差分信号が出力される。
【０１９８】
励起光駆動回路２０１５，２０１７および励起光源２０１４，２０１６では、差分信号が零になるようにフィードバック制御される。なお、各光分岐素子の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。
【０１９９】
（実施例６）
本実施例は、上記（３）で表される光増幅器の例である。
【０２００】
図１６は、本発明の光増幅器の第６実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。
【０２０１】
本実施例では、増幅媒体の入力端における、信号入力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視手段および制御部に代えて、増幅媒体の出力端における、信号出力の全パワーと共振器の発振を起こしている光のパワーの和をモニタし、励起光源を制御する、監視手段および制御部が、図１６に示されるように、アイソレータ２１０５と光分岐素子２１０７の間に設けられていることを除いて、実施例４と同じ構成を有する。
【０２０２】
増幅媒体２１１６としては、Ｔｍ^３＋を６０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２１１０，２１１２は１４００ｎｍで発振するＬＤである。
【０２０３】
本実施例は、モニタ信号光を使用して利得プロファイルの状態を監視し、励起光駆動回路２１１１、２１１３を使用して励起光源を制御することにより利得プロファイルを一定にする。
【０２０４】
本実施例の制御では、励起光駆動回路２１１１，１１１３につながる１４００ｎｍで発振する全てのＬＤにフィードバック制御をかけた。但し、励起光／信号光合波カップラ２１０３からの励起光量をＰ１とし、励起光／信号光合波カップラ２１０４からの励起光量をＰ２とした場合、以下の式に従うように互いの光量の関係を制御した。
【０２０５】
Ｐ１（ｍＷ）＝２×Ｐ２（ｍＷ）
【０２０６】
モニタ信号光取り出し部の光分岐素子２１０６には、融着延伸型のファイバカップラを使用する。これは、１４７０〜１５３０ｎｍでほぼ一定で１％の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。信号光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。光電変換回路２１１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。
【０２０７】
光共振器を構成する光分岐素子２１０１，２１０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１７ｎｍでの分岐比が９５％である。波長選択素子２１０８は、誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５ｎｍ、損失０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器では、１周回での１５１５ｎｍにおける損失は１７ｄＢになるように可変光減衰器２１０９が調整された。
【０２０８】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、１５１５ｎｍにおいて、利得制御をかけない場合６ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。
【０２０９】
以下、図１６に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例では光共振器と、上記第３モニタ法とを同時に使用する。
【０２１０】
信号光は、光分岐素子２１０１とアイソレータ２１０２と励起光／信号光合波カップラ２１０３を介して増幅媒体に入射される。増幅された信号光は、励起光／信号光合波カップラ２１０４とアイソレータ２１０５と光分岐素子２１０６，２１０７を介して取り出される。
【０２１１】
光共振器は、光分岐素子２１０１，２１０７と波長選択素子２１０８と可変光減衰器２１０９と増幅媒体２１１６よりなるループにより構成される。光分岐素子２１０６は、光方向性結合器としては動作しない形式の分岐素子であり、全信号光とレーザ発振光とを同時にある比率でモニタ成分として分岐する。光分岐素子２１０６より取り出されたモニタ信号光は、光電変換回路２１１４により、モニタ信号光のパワーに対応した電気信号に変換され、差分信号発生回路２１１５により外部設定レベルとモニタ成分との比較がおこなわれ両者の差分信号が出力される。
【０２１２】
励起光駆動回路２１１１，２１１３および励起光源２１１０，２１１２では、差分信号が零になるようにフィードバック制御される。なお、各光分岐手段の挿入位置は、自由度があることは言うまでもない。また、光分岐素子を、レーザ発振成分と増幅された信号成分に対して各々別々に用意することも可能である。
【０２１３】
（実施例７）
本実施例は、上記（４）で表される光増幅器の例である。
図１７は、本発明の光増幅器の第７実施例を説明するための構成図であり、シングルパスの構成を示す例である。
【０２１４】
本実施例は、２つの光共振器により光増幅器の利得プロファイルを一定に制御する。本実施例では、２つの共振器に同じ光ファイバを使用するため、両共振器での増幅媒体の希土類イオンの濃度は同じである。従って、上記（４）のような２つの共振器を用いて利得プロファイルを一定に制御するために求められる、共振器内の増幅媒体の希土類イオンの総数が一定であるという条件は満たされる。
【０２１５】
増幅媒体２２２６としては、Ｔｍ^３＋を６０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源２２１７，２２１９は１４００ｎｍで発振するＬＤである。本発明の制御では、励起光駆動回路２２１８，２２２０につながる１４００ｎｍで発振する全てのＬＤにフィードバック制御をかけた。
【０２１６】
第１の光共振器を構成する光分岐素子２２０１，２２０８は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１５１３〜１５１７ｎｍでの分岐比が９５％である。波長選択素子２２０９は誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１５１５ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器は、１周回での１５１５ｎｍにおける損失が１７ｄＢになるように可変光減衰器２２１２が調整された。
【０２１７】
第２の光共振器を構成する光分岐素子２２０２，２２０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１６００〜１８００ｎｍでの分岐比が９５％である。波長選択素子２２１０は誘電体多層膜を使用したものであり、透過帯の中心波長が１７００ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器は、１周回での１７００ｎｍにおける損失が１６ｄＢになるように可変光減衰器１２１３が調整された。
【０２１８】
本実施例では、２つの光共振器が常に発振状態となるための制御部分を有する。該制御部分はモニター信号光取り出し部を有する。モニタ信号光取り出し部は、光分岐素子２２１５，２２１１と、光電変換回路２２１４，２２１６を含む。光分岐素子２２１５，２２１１は、融着延伸型のファイバカップラを使用し、１４７０〜１７５０ｎｍでほぼ一定で１％の分岐比をもつ融着延伸型カップラである。光電変換回路２２１６，２２１４は、ＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ−ＰＤを使用した。信号光は、１４８０ｎｍから１５１０ｎｍ、２ｎｍ間隔の１６波を使用した。
【０２１９】
光電変換回路２２１４，２２１６での電気信号を用いて、第１の光共振器および第２の光共振器が常に発振状態になるように発振判定回路２２２１を用いて励起光源をフィードバック制御した。
【０２２０】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、光共振器による制御をかけない場合に６ｄＢであるのに対し、制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。
【０２２１】
以下、図１７に示した構成に基づいて本発明の光増幅器の動作について具体的に説明する。本実施例は、第１の光共振器と第２の光共振器の２つの光共振器を持つ光増幅器の例である。本実施例の場合、励起光源は光増幅器内の２つの光共振器がともにレーザ発振状態に保たれればよい。従って、この目的を達成するために各々のレーザ発振状態をモニタする機能（図１７では、光分岐手段２２１１、光電変換回路２２１６、発振判定回路２２２１、および、光分岐手段２２１５、光電変換回路２２１４、発振判定回路２２２１などから構成される）を光増幅器内に組み込むことができる。この機能によりレーザ発振の状態をモニタし、常に両光共振器がレーザ発振するように励起光源を調整することが可能となる。
【０２２２】
以上に説明した光増幅器において、図１７に示すように、光共振器中に１周回の損失を可変にするための可変減衰器２２１２、２２１３等を含むことも可能である。
【０２２３】
信号光は、光分岐素子２２０１，２２０２とアイソレータ２２０３と励起光／信号光合波カップラ２２０４を介して増幅媒体２２２６に入射する。増幅媒体２２２６より出射した信号光は、励起光／信号光合波カップラ２２０５とアイソレータ２２０６と光分岐素子２２０７，２２０８を介して出射される。
【０２２４】
光共振器は、光分岐素子２２０１と波長選択素子２２０９と可変光減衰器２２１２と光分岐素子２２１５，２２０８により構成される第１の光共振器と、光分岐素子２２０２，２２１１と波長選択素子２２１０と可変光減衰器２２１３と光分岐素子２２０７により構成される第２の光共振器である。
【０２２５】
光分岐素子２２１５は、第１の共振器内の光を分岐し、光電変換回路２２１４に入力するためのものであり、得られた電気信号は発振判定回路２２２１に入力される。光分岐素子２２１１は、第２の共振器内の光を分岐し光電変換回路２２１６に入力するためのものであり、得られた電気信号は発振判定回路２２２１に入力される。両者の電気信号により共に２つの共振器が発振するように励起光駆動回路２２１８，２２２０により、励起光源２２１７，２２１９から出射される励起光量が制御される。なお、各光分岐素子の挿入位置は自由度があることは言うまでもない。
【０２２６】
（実施例８）
図１８は、本発明の光増幅器の第８実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に２段に接続する場合を示す。まず、第１の光増幅器について説明する。第１の光増幅器２３０１は、図６に示した実施例１と同一のものである。従って、光増幅器１の構成および動作は、先に実施例１で説明したとおりである。
【０２２７】
また、第２の光増幅器２３０２は、図１４（実施例４）と同じである。従って、以下にこの増幅器の各部品を説明するが、図１４をベースに説明する。
【０２２８】
増幅媒体１９１６としては、Ｔｍ^３＋を６０００ｐｐｍの濃度で添加したＺｒ系フッ化物光ファイバを使用した。光ファイバ長は７ｍである。励起光源１９１１，１９１３は１４００ｎｍで発振するＬＤを互いに偏波が直交するように配置した偏波多重型励起ユニットを用いた。モニタ信号光を使用した制御では、全ＬＤにフィードバック制御をかけたが、励起光／信号光合波カップラ１９０４からの励起光量に対し、励起光／信号光合波カップラ１９０５からの励起光量が常に２倍になるようにした。
【０２２９】
モニタ信号光取り出し部分の光分岐素子１９０２は、誘電体多層膜をフィルタとして使用したバルク型のカップラである。これは、１４６０〜１５３０ｎｍでの分岐比が１％である。信号光は、１４８０〜１５１０ｎｍで２ｎｍ間隔の１６波を使用した。
【０２３０】
光電変換回路１９１０はＰＩＮ−ＰＤを使用した。光共振器を構成する光分岐素子１９０１，１９０７は、１４８０〜１５１０ｎｍでの通過損失が０．２ｄＢ以下、１４７０〜１４７７ｎｍでの分岐比が９５％である。波長選択素子１９０８は誘電体多層膜を使用したもので、透過帯の中心波長が１４７５ｎｍ、損失が０．５ｄＢ、半値全幅が０．８ｎｍである。光共振器は、１周回での１４７５ｎｍにおける損失が１５ｄＢになるように可変光減衰器１９０９が調整された。
【０２３１】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１０ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。
【０２３２】
実施例１や実施例４以外の実施例２，３，５，６および７で説明した光増幅器を任意に選択してこれらを直列に接続することが可能である。複数の光ファイバ増幅器を直列に繋ぐことにより、より高効率動作が期待できる。
【０２３３】
（実施例９）
図１９は、本発明の光増幅器の第９実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に２段に接続する場合を示す。本実施例の光増幅器は、実施例８で説明した２段型光増幅器の中間部分（接続部分）に利得等価器２４０２および可変光減衰器２４０３を挿入したものである。
【０２３４】
利得等価器２４０２は、長周期ファイバグレーティングを使用したものであり、可変光減衰器２４０３は、１４８０〜１５１０ｎｍでの損失の平坦度が０．１ｄＢ以下である。
【０２３５】
このように、利得等価器２４０２および可変光減衰器２４０３を用いることにより、実施例８では１４８０〜１５１０ｎｍでの利得平坦度が３０％であったのに対して、本実施例では２％となった。
【０２３６】
ここで、利得平坦度とは以下のように定義した。
（利得平坦度）＝｛（増幅帯域内の最大利得）−（同帯域内の最小利得）｝／（同帯域内の最小利得）
【０２３７】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１０ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。
【０２３８】
第１の光増幅器２４０１および第２の光増幅器２４０４は、上述した実施例１〜実施例７に記載されている光増幅器の中から任意に選択することができる。利得等価器２４０２は、利得プロファイルを平坦化するために挿入され、光可変減衰器２４０３は、第２の光増幅器への入力信号光量を調整する役目を有する。
【０２３９】
（実施例１０）
図２０は、本発明の光増幅器の第１０実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを直列に２段に接続する場合を示す。本実施例の光増幅器は、実施例８で説明した２段型光増幅器の中間部分に利得等価器２５０２および可変光減衰器２５０３を挿入したものである。さらに本実施例の光増幅器は、光分岐素子２５０４、光バンドパスフィルタ２５０６、光電変換回路２５０７および差分信号発生回路２５０８からなる制御部を含む。光分岐素子２４０４は、１４８０〜１５１０ｎｍで分岐比１％のバルク型デバイスである。光バンドパスフィルタ１５０６は、透過帯の中間波長が１４８０ｎｍ、半値全幅が０．８ｎｍ、透過中心波長での損失１ｄＢである誘電体多層膜をフィルタとして使用したデバイスである。
【０２４０】
利得等価器２５０２は、長周期ファイバグレーティングを使用したもので、可変光減衰器２５０３は、１４８０〜１５１０ｎｍでの損失の平坦度が０．１ｄＢ以下であり、外部からの電気信号により減衰量が制御できる。
【０２４１】
本実施例では、光増幅器の制御は、上記制御部により１４８０ｎｍの信号光をモニタし、その値が一定となるように、制御部の差分信号発生回路２５０８を介して、光可変減衰器２５０３をフィードバック制御した。この結果、第２の光増幅器２５０５に入射する信号光の各々のチャネルでのレベルが一定になる。
【０２４２】
本実施例により、実施例８では１４８０〜１５１０ｎｍでの利得平坦度が３０％であったのに対して、本実施例では２％となった。
【０２４３】
ここで利得平坦度とは以下のように定義した。
（利得平坦度）＝｛（増幅帯域内の最大利得）−（同帯域内の最小利得）｝／（同帯域内の最小利得）
【０２４４】
さらに、各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた。信号のこのような変化に対し、−２５ｄＢｍ／ｃｈ．の時の利得プロファイルを規準とした。入力を変えた際の規準プロファイルからの利得の偏差の最大値は、利得制御をかけない場合１０ｄＢであるのに対し、利得制御をかけた場合は０．３ｄＢであった。また、本実施例の光増幅器の信号出力部分での各ＷＤＭ光のレベルは常に３ｄＢｍに保たれた。
【０２４５】
この実施例１０に記載されているように、本発明の光増幅器は、可変光減衰器を制御する制御部を含むことができる。このような光増幅器の可変光減衰器の減衰量は、取り出されたモニタ信号光に基づいて電気的に調整する機能を有する制御部により調整されうる。
【０２４６】
第１の光増幅器２５０１および第２の光増幅器２５０５は、上述した実施例１〜実施例７に記載されている光増幅器の中から任意に選択することもができる。利得等価器２５０２は、利得プロファイルを平坦化するため挿入される。光分岐素子２５０４は、信号光の一部を分岐する。光バンドパスフィルタ２５０６は、任意の１チャネルの信号のみを取り出し、光電変換回路２５０７によりこの信号が電気信号に変換される。この電気信号と差分信号発生回路２５０８内に予め設定された値とから、制御信号が発生され、この制御信号により可変光減衰器が制御される。
【０２４７】
第１の光増幅器２５０１と第２の光増幅器２５０５の差が小さくなるように、好ましくは零になるように、光可変減衰器の減衰量をフィードバック制御する。
【０２４８】
この実施例では、第２の光増幅器への入力信号はＷＤＭ信号の各チャネルの入力レベルが等しくなる。
【０２４９】
（実施例１１）
図２１は、本発明の光増幅器の第１１実施例を説明するための構成図であり、シングルパスを多段に結合した光増幅器の例である。本実施例では、光増幅器２６１８と、光増幅器２６１９の２台を使用する。本実施例は、光増幅器に入力される入力信号を予め２つの帯域に分割し、各々を別の光増幅器で増幅し、増幅された信号光を再度合波する例である。なお、図中符号２６０２は第１の光増幅器、２６０３は利得等価器、２６０４は可変光減衰器、２６０５は光分岐素子、２６０６は第２の光増幅器、２６０７は光バンドパスフィルタ、２６０８，２６１５は光電変換回路、２６０９は差分信号発生回路を示している。
【０２５０】
光増幅器２６１８は、実施例１０と同一のものである。従って、光増幅器２６１８の構成および動作は実施例１０で説明したとおりである。光増幅器２６１９は以下に説明する。
【０２５１】
光増幅器２６１９中で示した第３の光増幅器２６１０は、実施例１で用いた光増幅器である。光分岐素子２６１３は、１４６０〜１４９０ｎｍであり、これは分岐比１％のバルク型デバイスである。光バンドパスフィルタ２６１４は、透過帯の中心波長が１４６０ｎｍ、半値全幅が０．８ｎｍ、透過中心波長での損失１ｄＢである誘電体多層膜をフィルタとして使用したデバイスである。
【０２５２】
利得等価器２６１１は、長周期ファイバグレーティングを使用したものである。可変光減衰器２６１２は、１４６０〜１４９０ｎｍでの損失の平坦度が０．１ｄＢ以下であり、外部からの電気信号により減衰量が制御できる。
【０２５３】
本実施例の光増幅器の制御は、１４６０ｎｍの信号光をモニタし、その値が一定となるように差分信号発生回路２６１６を介して、可変光減衰器２６１２をフィードバック制御した。これにより、光増幅器２６１９から出射する信号光の各々のチャネルでのレベルが一定になる。
【０２５４】
信号光帯域分波器２６０１および信号光帯域合波器２６１７は、１４６０〜１４７６ｎｍの帯域と１４８０〜１５１０ｎｍの帯域を合分波する。信号光は、１４６０〜１４７６ｎｍにおいて２ｎｍ間隔で配置した９波と、１４８０〜１５１０ｎｍで２ｎｍで配置した１６波とをあわせた２５波ＷＤＭである。
【０２５５】
各入力信号レベルを−２５から−１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた場合、信号光合波器２６１７からの出力光は、制御をしない場合１０ｄＢ以上変化したのに対して、制御をした場合は、５．０〜５．２ｄＢｍにすべての信号光成分が入った。
【０２５６】
【発明の効果】
本発明の第１の光増幅器では、少なくとも光増幅器内にレーザ発振する光共振器を有し、任意の信号光の利得を制御すること、または、少なくとも光増幅器内にレーザ発振する光共振器を持ち、レーザ発振光と信号光パワーとの合計を一定に制御することができる。また、本発明の第２の実施形態では、光増幅器内に２以上の光共振器を組み込むことにより、利得スペクトルを一定に制御することができる。
【０２５７】
また、本発明の光増幅器は、ＷＤＭ伝送システムに適用した場合、信号チャネル数の変化に伴う入力レベルの変動および温度変化による利得スペクトルの変化に対し、信号光の利得スペクトルの制御が可能である。
【０２５８】
また、本発明の光増幅器は、伝送路損失の経時変化時の補償に必要な出力を一定に制御することができ、さらに、発振波長のホールバーニング等にも対応することができる。
【０２５９】
本発明の制御方法は、広く一般的な希土類イオンを添加した増幅媒体を用いた光増幅器で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、Ｅｒイオン、およびＰｒイオンの、増幅に大きく関与するエネルギー準位を表す模式図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、ＥｒイオンおよびＴｍイオンのエネルギー凖位を示す図である。
【図３】ＴＤＦＡにおいて波長λ_１での利得を一定にし、ＴＤＦＡの励起光量を調節した場合の特性を示す図である。
【図４】本発明の光増幅器の第１の実施形態の構成を説明するための構成図である。
【図５】本発明の光増幅器の第２の実施形態の構成を説明するための構成図である。
【図６】本発明の光導波路の第１の実施形態の実施例を説明するための構成図である。
【図７】図６に示す実施例の光共振器を構成するための光分岐手段の位置関係を説明する図である。
【図８】実施例１において、各入力信号レベルを変えた場合の利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした図である。
【図９】本発明の光増幅器の第２実施例を説明するための構成図である。
【図１０】実施例２（ダブルパスの構成）の光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。
【図１１】実施例２において、各入力信号レベルを−２５から１０ｄＢｍ／ｃｈ．に変化させた場合の利得プロファイルの偏差の最大値をプロットした図である。
【図１２】本発明の光増幅器の第３実施例を説明するための構成図である。
【図１３】実施例３の各光分岐素子の挿入位置を説明するための図である。
【図１４】本発明の光増幅器の第４実施例を説明するための構成図である。
【図１５】本発明の光増幅器の第５実施例を説明するための構成図である。
【図１６】本発明の光増幅器の第６実施例を説明するための構成図である。
【図１７】本発明の光増幅器の第７実施例を説明するための構成図である。
【図１８】本発明の光増幅器の第８実施例を説明するための構成図である。
【図１９】本発明の光増幅器の第９実施例を説明するための構成図である。
【図２０】本発明の光増幅器の第１０実施例を説明するための構成図である。
【図２１】本発明の光増幅器の第１１実施例を説明するための構成図である。
【符号の説明】
４００、５００ 光増幅器
４０２、５０２ 光共振器
４０４、５０４ 監視手段
４１０、５１０ 増幅媒体
４１２、５１２ 励起手段
４１４、４１６、４２６、４２８、５１８、５２４、５３６、５３８ 光分岐素子
４１８ 波長選択素子
４１９ 監視部
４２０ 制御部
４２２、５２６ 励起光源
４２６、５３０、５３２ 合波器
４３０、４３２、５４０、５４２ アイソレータ
５３４ 発振判定回路
１３０５、１９０８、２００９、２１０８ 波長選択素子
１２１３、１３０７、１５１１、１７０９、１７１０、１９０９、２０１０、２１０９ 可変光減衰器
１３１２、１３２０、１５０６、１５０７、１５１７、１５１８ 光バンドパスフィルタ
１３１６ 監視部
１３１６ 算回路
１３１６ 制御部
１５０３、１７０２、１７０７ サーキュレータ
１５０８ ミラー
１９１５、２５０８ 差分信号発生回路
２０１８ 和信号発生回路
２２２１ 発振判定回路
２４０２ 利得等価器
２６０１、２６１７ 信号光帯域分波器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifier. More specifically, the present invention relates to a technique for controlling the gain profile of an optical amplifier including an amplification medium containing rare earth ions.
[0002]
[Prior art]
Wavelength division multiplexing (WDM) communication is one of the most effective means to cope with the rapid increase in optical communication capacity in recent years. The WDM communication is characterized in that the communication capacity is expanded by increasing the number of signal channels. For this purpose, it is indispensable to expand the signal wavelength range.
[0003]
In current WDM communications, rare earth ion doped optical fiber amplifiers are used. As an amplification band used in WDM communication, there is a C band (1530 nm to 1570 nm) which is an amplification band of an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA).
[0004]
On the other hand, there is an S band (1460 nm to 1530 nm) as a band having low loss and low dispersion equivalent to that of the C band, and is attracting attention as a next-generation signal wavelength range. The thulium-doped optical fiber amplifier (TDFA) has an amplification band in the S band, and has been intensively studied.
[0005]
In the S-band TDFA, the power conversion efficiency (40%) equivalent to that of the L-band EDFA is achieved in the entire optical amplifier, and WDM transmission experiments have also been successful (for example, OFC2001 PD-1 (non-patent) Reference 1)). Furthermore, widening by band combining of an EDFA using the C-band amplification band and an EDFA using the L-band amplification band has been achieved, and wideband transmission of 10.9 Tbit / s has been reported. (For example, refer to OFC2001 PD-24 (Non-Patent Document 2)).
[0006]
By the way, in WDM communication using a plurality of amplifiers using rare-earth-doped optical fibers as amplification media as repeaters, the output spectrum of the amplifier after relay changes, and in some cases, the spectrum is greatly distorted.
[0007]
Such a phenomenon appears because the power of the input signal light to the optical amplifier changes due to the change in the loss of the transmission line over time and the change in the number of signal channels, thereby changing the gain spectrum of the optical amplifier. This is because the signal distortion occurs due to accumulation in the entire transmission path.
[0008]
The phenomenon that the gain spectrum of the amplifier described above is greatly distorted is a factor that limits the transmission distance, and therefore it is necessary to control the amplifier so that the gain spectrum of the amplifier becomes constant. As a control method thereof, it is effective to control each optical amplifier so as to keep the gain profile constant (hereinafter also referred to as constant gain profile control).
[0009]
For example, as an example of a control method for a quartz-based EDFA, there is a method of monitoring the gain of one channel of signal light and controlling the pumping light power so that the gain of the channel is always constant. A method for controlling the gain profile of the quartz-based EDFA to be constant is almost established by this method. Also, the constant control of the gain profile of the fluoride PDFA can be controlled by the same method. The amplification media (optical fibers) of these optical amplifiers operate by an amplification mechanism having substantially two levels involved in amplification. The mechanism can be handled only by the initial level involved in amplification (hereinafter also referred to as amplification starting position) and the final level involved in amplification (hereinafter also referred to as amplification final position) or the ground level. This is a rare case.
[0010]
These cases will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram of excitation levels of a silica-based EDFA, and FIG. 1B is a schematic diagram of excitation levels of a praseodymium-doped optical fiber amplifier (PDFA).
[0011]
In the quartz-based EDFA, as shown in FIG. 1 (A), the amplification final level and the ground level coincide with each other. ⁴ I _13/2 ) And final amplification level ( ⁴ I _15/2 ). Accordingly, it is possible to control the gain profile to be kept constant by monitoring the gain of the signal light of one channel and adjusting the light amount of the excitation light source so that the gain of the channel is always constant.
[0012]
In the PDFA, as shown in FIG. 1B, there are three levels involved in amplification: an amplification start level, an amplification end level, and a ground level. However, in PDFA, the fluorescence lifetime of the amplification final level is much shorter than that of the amplification start level, so that the amplification final level can be ignored. Therefore, the gain profile can be controlled to be constant in the same manner as the quartz-based EDFA.
[0013]
Thus, when there are substantially two levels involved in amplification, it is relatively easy to keep the gain profile constant.
[0014]
However, in general, in an optical amplifier using an amplification medium to which rare earth ions are added, there are few cases where the level involved in amplification can be regarded as substantially two. In such a general optical amplifier, as described above, In addition, it is impossible to apply a method of monitoring the gain of the wavelength of one signal and adjusting the light amount of the excitation light source from the change in the gain so as to keep the gain profile constant. In other words, the gain profile can be controlled to be constant with respect to fluctuations in the level of the input signal and other conditions (for example, temperature changes) simply by adjusting the light intensity of the excitation light source and controlling the gain of one signal wavelength to be constant. I can't do it.
[0015]
For this reason, in such a system, it is basically necessary to monitor the gain at the wavelengths of two different signals, and complicated control is required.
[0016]
As described above, in an optical amplifier using an amplifying medium (an optical fiber or an optical waveguide) to which a part of rare earth ions is added, the gain of one signal wavelength is monitored to control the pumping light and gain. Although the profile can be controlled to be constant, the gain profile cannot be controlled to be constant in an optical amplifier using an amplification medium to which other rare earth ions are added.
[0017]
Aside from the method of monitoring the gain of the wavelength of one signal as described above and adjusting the light amount of the excitation light source based on the change, the gain profile is kept constant using a resonator. A method of keeping is also proposed.
[0018]
For example, E. Desurvire et al., "Gain control in erbium-doped fiber amplifiers by all-optical feedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vol. 27, No. 7, pp. 560-561, 28th March 1991 ( Non-Patent Document 3) proposes a technique for controlling the gain spectrum by introducing a feedback loop configuration, lasing an ASE of one wavelength, and clamping the gain of the wavelength. In addition, as a technique for clamping the gain, European Patent Application Publication No. 0497491 (Patent Document 1), Japanese Translation of PCT Application Publication No. 9-509012 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145533 (Patent Document 3). )and so on.
[0019]
However, the method using the resonator as described above is a quartz-based EDFA in which there are only two levels (that is, levels to be considered in determining the state of the gain spectrum) that are greatly involved in amplification. However, TDFA and other rare-earth doped optical fiber amplifiers cannot be controlled.
[0020]
[Patent Document 1]
European Patent Application No. 0497491
[0021]
[Patent Document 2]
JP-A-7-521675
[0022]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-145533
[0023]
[Non-Patent Document 1]
OFC2001 PD-1
[0024]
[Non-Patent Document 2]
OFC2001 PD-24
[0025]
[Non-Patent Document 3]
E. Desurvire et al., "Gain control in erbium-doped fiber amplifiers by all-optical feedback loop"., IEEE, Electronics Letters. Vol. 27, No. 7, pp. 560-561, 28th March 1991
[0026]
[Non-Patent Document 4]
E. Desurvire, "Erbium-Doped Fiber Amplifiers," A. Wiley-Interscience Publication, Chapter 1, 1994
[0027]
[Non-Patent Document 5]
Won Jae Lee et al., "Gain excursion & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 μm / 1.5μm dual wavelength control"., OFC2002, ThZ3
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a demand for an optical amplifier and a control method capable of controlling the gain profile to be constant, which can be applied to an optical amplifier using a general rare earth-doped amplification medium in a simple manner.
[0029]
The present invention has been made in view of such problems, and its object is to easily control a gain profile to be kept constant in an optical amplifier using an amplification medium to which a general rare earth ion is added. An object of the present invention is to provide an optical amplifier that can be used.
[0030]
It is another object of the present invention to provide a control method for controlling a gain profile to be constant using an optical amplifier using an amplification medium to which a general rare earth ion is added.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention relates to an optical amplifier that can be controlled so as to keep a gain profile constant in an optical amplifier using an amplification medium to which a rare earth is added. In particular, the optical amplifier of the present invention relates to an optical amplifier using an amplification medium to which one or more general rare earth ions are added.
[0032]
According to the first embodiment, in the optical amplifier of the present invention, rare earth ions as an amplification medium are added to the core and / or the clad. Significantly involved in amplification A rare earth-doped optical fiber or rare earth-doped optical waveguide having three or more levels, excitation means for exciting the amplification medium, at least one wavelength in the spectrum of amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium An optical resonator for laser oscillation, an input power of at least one signal light input to the amplification medium, and an output power of the signal light output from the amplification medium, wherein the input power of the signal light and the signal light Monitoring means for monitoring the output power in the same wavelength range, and the ratio or gain of the values of the input power of the signal light and the output power of the signal light monitored by the monitoring means, or the input power and signal of the signal light Calculate the ratio or gain of the value of the electrical signal obtained by converting the output power of light, and based on this, the light quantity of the excitation light source of the excitation means Including a control unit for controlling, and the control unit controls the excitation means so that the ratio or gain calculated by the control unit matches a predetermined value or a value input from the outside. The light quantity of the light source is controlled, and the gain profile is controlled to be kept constant.
[0034]
The second aspect of the present invention is a method for controlling the gain profile of an optical amplifier to be constant.
[0035]
In the control method according to the first embodiment of the present invention, rare earth ions as an amplification medium are added to the core and / or the clad. Significantly involved in amplification Rare earth doped optical fiber or rare earth doped optical waveguide having three or more levels, excitation means for exciting the amplification medium, optical resonator for causing laser oscillation, monitoring means, and control for controlling the excitation means A gain profile of an optical amplifier including a portion is controlled to be constant, the amplified spontaneous emission generated in the amplification medium of the amplified spontaneous emission light of the amplification medium by the optical resonator in the optical amplifier Causing laser oscillation at at least one wavelength in the spectrum of light, and the input power of the signal light input to the amplification medium by the monitoring means and the output power of the signal light output from the amplification medium, The input power of the signal light and the output power of the signal light are monitored in the same wavelength range, and the control unit inputs the signal light monitored by the monitoring means. Calculate the ratio or gain of the value of the power and the output power of the signal light, or the ratio or gain of the value of the electric signal obtained by converting the input power of the signal light and the output power of the signal light, and based on this, The control unit includes controlling the excitation unit to control the light amount of the excitation light source, so that the ratio or gain calculated by the control unit matches a predetermined value or a value input from the outside. In addition, the control unit controls the excitation unit to control the light amount of the excitation light source.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first aspect of the present invention relates to an optical amplifier that can be controlled so as to keep a gain profile constant in an optical amplifier using an amplification medium to which a rare earth is added.
[0038]
The second aspect of the present invention relates to a control method for maintaining a constant gain profile of an optical amplifier using an amplification medium to which a rare earth is added.
[0039]
In the present invention, as described above, there are the optical amplifiers and the control methods of the first and second embodiments. First, the principle of the first and second embodiments will be described.
[0040]
First, a description will be given of a method for controlling the optical amplifier and the gain profile to be constant in the case of using a rare earth-added amplification medium in which the levels involved in amplification are only two levels of the final amplification level and the initial amplification level. To do. Some amplifiers use a quartz EDFA as an amplification medium.
[0041]
In an optical amplifier using a quartz-based erbium-doped optical fiber (EDF) as an amplification medium, the level involved in the amplification is the final amplification level ( ⁴ I _15/2 ) And amplification start position ( ⁴ I _13/2 It is a relatively simple system.
[0042]
Such an amplifier is, for example, an optical amplifier (quartz EDFA) using a quartz EDF as an amplification medium, a quartz EDF, an excitation means for exciting the quartz EDF, a monitor means for monitoring input signal light, etc. And at least a control unit for controlling the excitation means based on information from the monitoring means.
[0043]
FIG. 2A shows an Er of an optical amplifier using a quartz EDF as an amplification medium. ³⁺ It is a figure which shows the energy level of ion. In this optical amplifier, the final position of amplification ( ⁴ I _15/2 ) From the beginning of amplification ( ⁴ I _13/2 Amplification is performed using a method of excitation to An example of a method for controlling the gain profile of a quartz-based EDFA is to monitor the gain of signal light of one channel (hereinafter also referred to as “ch.”) And adjust the pump light power so that the gain of the channel is always constant. It is something to control.
[0044]
The principle of this control will be described below.
[0045]
The gain Gain (λ, x) per unit length at the longitudinal position x of the erbium-doped fiber amplifier at the wavelength λ is expressed by the following equation (for example, E. Desurvire, “Erbium-Doped Fiber Amplifiers, "See A. Wiley-Interscience Publication, Chapter 1, 1994 (Non-Patent Document 4)).
[0046]
Gain (λ, x) = (σe (λ) N2 (x) − (σa (λ) N1 (x))
(Eq1)
[0047]
[Expression 1]

[0048]
σe: stimulated emission cross section
σa: induced absorption cross section
N2 (x): starting position of amplification at position x ( ⁴ I _13/2 ) Number of ions
N1 (x): final position of amplification at position x ( ⁴ I _15/2 ) Number of ions
Ntotal: total number of ions
[0049]
Here, the following equation is obtained from the equations (eq1) and (eq2).
[0050]
Gain (λ, x) = (σe (λ) N2 (x) − (σa (λ) (Ntotal−N2 (x)) (eq3)
[0051]
As can be seen from the equation (eq3), the only variable is N2.
[0052]
Here, since the stimulated emission cross section and stimulated absorption cross section are determined by the physical properties of the rare earth ions added to the amplification medium, N2 is fixed to fix the gain spectrum, that is, the amplification start level. It is necessary to fix the number of ions at the end of amplification.
[0053]
In WDM transmission or the like, the power of input signal light to the optical amplifier changes due to a change in transmission path loss with time or a change in the number of signal channels. Such a change is caused by the quartz-based EDFA. ⁴ I _13/2 Er present in ³⁺ As a result, N2 changes, and the gain spectrum changes as shown in (eq3).
[0054]
Therefore, when there are two levels involved in amplification, such as an optical amplifier using a quartz-based EDF as an amplification medium, an arbitrary signal light wavelength is monitored and the gain at this signal wavelength is kept constant. If the pumping light power is controlled in this way, the gain spectrum is kept constant based on (eq3) regardless of the input power to the optical amplifier.
[0055]
The specific procedure for controlling the gain to be constant is to demultiplex the signal light at the input end and output end of the amplification optical fiber, detect the signal light power at each location, and detect the signal light from the detected value. And the amount of excitation light is adjusted so that the error component between the calculated gain value and the set value becomes zero. This is the principle for controlling the gain profile constant with an optical amplifier using a quartz-based EDF as an amplification optical fiber.
[0056]
By the way, a system in which the amplification mechanism can be described only with ions in the amplification starting position and the terminal position is very rare. For example, even in the case where the same stimulated emission as described above is used in an erbium-doped optical fiber, even if the host glass constituting the optical fiber is changed to a fluoride glass, the excitation position is higher than the starting position of amplification. And the lifetime at the transition position after the transition cannot be ignored. In such a case, even if the gain at a certain wavelength (for example, one wavelength of the input signal light) is controlled to be constant, the gain profile cannot be uniquely determined. This is because, in describing the amplification operation, it is necessary to consider the amplification start position, the amplification end position, and the number of other ions. That is, for example, in TDFA, the total number of ions is expressed by the following (eq2 ′), and it is not sufficient to consider only one parameter (N2) as in (eq3) above, and the number of ions at other levels This is because it must be considered.
[0057]
[Expression 2]

[0058]
An optical amplifier using a rare earth-doped optical fiber in which three levels are greatly involved in amplification includes an optical amplifier using a thulium-doped optical fiber (TDF). As shown in FIG. 2B, this optical amplifier is a four-level optical amplifier, but there are three levels greatly involved in amplification. That is, in TDFA, there are an initial position, an end position, and a base position of amplification as energy positions that are greatly involved in amplification. Therefore, it is necessary to consider all of these levels. Therefore, the number of ions between the three saddle positions can be determined by simply monitoring the gain of one wavelength as in the EDFA discussion and controlling it to be constant. Cannot be kept constant.
[0059]
FIG. 3 shows a wavelength λ incident on an optical amplifier in TDFA when a WDM signal is amplified. ₁ And the wavelength λ amplified and emitted from the TDFA ₁ It is a figure which shows the characteristic of an optical amplifier at the time of adjusting the excitation light quantity of TDFA so that the gain calculated from the power of the signal light of this may be fixed.
[0060]
In FIG. 3, a to c show the characteristics of the optical amplifier, where a is a case where the total input signal power to the TDFA is low, b is an intermediate value, and c is a high value. The condition for evaluating this characteristic is Tm of TDFA. ³⁺ The addition concentration was 6000 ppm and the excitation wavelength was 1400 nm. Excitation of the Tm-doped fluoride optical fiber for amplification is bidirectional excitation in which the optical fiber is excited from the front and rear directions. The ratio between the forward pumping light power and the backward pumping power was always constant. As is apparent from FIG. 3, the gain profile changes with respect to the change in the input signal light power simply by making the gain of one wavelength constant.
Such a phenomenon also occurs when a gain clamp using a resonator is used. That is, the gain at the oscillation wavelength is always constant, but other gains are not uniquely determined, and the gain profile is not constant.
[0061]
The following control method has been proposed as a method for controlling an optical amplifier including an amplification medium having three levels greatly involved in amplification. This control method relates to a TDFA optical amplifier, and there are two methods. One of the control methods is used in a bidirectionally pumped TDFA optical amplifier. In this control method, the gains of two types of signal light are monitored. Based on this monitor information, the gain band is adjusted by controlling the ratio of the power of the front and rear pumping light of the amplification optical fiber, and the overall gain is adjusted by controlling the total pumping light power. Is the method. In TDFA, when the power ratio between the front and rear pumping light is changed, a phenomenon occurs in which the gain spectrum shifts in wavelength.
[0062]
Further, as a second control method of TDFA, there is a method of adjusting the gain spectrum by controlling the light amount of the excitation light source of two wavelengths (1.4 μm, 1.56 μm) (Won Jae Lee et al., “Gain excursion”). & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 μm / 1.5 μm dual wavelength control "., OFC2002, ThZ3 (Non-patent Document 5)).
[0063]
In the case of an optical amplifier using an amplification medium to which a rare earth ion is added, except for an optical amplifier including an amplification medium having two levels substantially involved in amplification as described above, the light source of the excitation light source can be adjusted by adjusting the light quantity. Only by controlling the wavelength gain to a constant value, the gain profile cannot be controlled to be constant with respect to fluctuations in the level of the input signal and changes in other conditions (for example, temperature changes). For this reason, in such a system, it is basically necessary to monitor gains at two types of signal wavelengths, and complicated control is required.
[0064]
In the optical amplifier and the control method of the present invention, it is possible to use an amplification medium to which a rare earth is added that needs to consider the amplification start position, the amplification end position, and other positions. In the following, the case where the other levels are only the third level will be described, but the present invention is not limited to this, and includes cases where more levels are involved.
[0065]
In the optical amplifier of the present invention, it is possible to use an amplifying medium in which the third level is involved in the stimulated emission transition and the terminal position or the third position is the ground position. And the control method of this invention implement | achieves simple gain profile constant control by controlling the number of ions of these three saddle positions by the following (1)-(4) methods.
(1) First method
In this method, laser oscillation is performed in an optical path including the optical amplifier by a transition between any two of the above-described three positions of the amplification medium causing stimulated emission, and at the same time, For example, an arbitrary signal light out of the wavelength multiplexed signal light or an arbitrary input signal light separately input within the amplification band is monitored, and the gain is controlled to be constant for the wavelength.
(2) Second method
In this method, laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier by the transition between any two positions of the amplification medium in which stimulated emission occurs among the three positions described above, and at the same time, The incident power of the signal light incident on the amplifier and the power of the laser oscillation light are monitored, and the gain profile is controlled to be constant based on the value obtained from this power.
(3) Third method
In this method, laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier by a transition between any two of the above three positions of the amplification medium causing the stimulated emission, and at the same time, The output power of the signal light and the power of the laser oscillation light are monitored, and the gain profile is controlled to be constant based on the value obtained from this power.
(4) Fourth method
This method is a method that does not monitor signal light. In this method, two types of laser oscillation are performed with two different types of transitions composed of two levels selected from the three levels described above. That is, the first laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier by the first transition between any two positions of the amplification medium causing the stimulated emission among the three positions described above. . At the same time, the second laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier by a combination different from the position related to the first transition among the three positions.
[0066]
According to the first to third methods (first embodiment) described above, since the laser oscillation is performed in the optical path including the optical amplifier, the number of ions at the two saddle positions involved in the laser oscillation is constant. Meet. Under this condition, if the intensity of the pumping light is further controlled so that the gain of an arbitrary optical signal or the power of the input light or the power of the output light becomes a predetermined value, including the remaining one position, 3 It is possible to uniquely determine the number of ions at one saddle position. As a result, the gain profile can be uniquely fixed.
[0067]
In the above-described fourth method (second embodiment), since all three positions are involved in laser oscillation, the number of ions at the three positions satisfies a certain relationship. Here, by imposing the condition that the total number of rare earth ions added to the amplifying medium is constant, the number of ions at the three positions is uniquely determined. As a result, the gain profile can be uniquely fixed.
[0068]
In the present invention, it is possible to cause a plurality of laser oscillations.
[0069]
As described above, in the first to third methods, in the present invention, laser oscillation is performed in the optical amplifier, and the gain of an arbitrary signal light is simultaneously monitored, or laser oscillation is performed in the optical amplifier. The gain profile is controlled to be constant by monitoring the light amounts of the signal light and the laser oscillation light. In the first to third methods, the following three signals can be used as specific monitor signals. However, these are examples, and the present invention is not limited to these.
[0070]
(I) For at least one input signal light, the signal light power input to the amplification medium is partially branched, and the electrical signal obtained by photoelectric conversion and the signal light power output from the amplification medium are partially branched. An electric signal proportional to the gain of the signal light calculated from a ratio with an electric signal obtained by photoelectric conversion (hereinafter referred to as a first monitoring method). The input at least one signal light may be a signal light to be transmitted, or may be a signal separately input to the optical amplifier as a monitor signal.
[0071]
(II) A part of the input total signal light power is partially branched, and the electric signal obtained by photoelectric conversion and the laser oscillation light in the resonator at the input end of the amplification medium are partly branched, and this light is photoelectrically converted. An electric signal (hereinafter referred to as a second monitoring method) summed or linearly combined with an electric signal obtained by conversion (a signal proportional to the power of laser oscillation light).
[0072]
(III) A part of the total signal light power to be output is partly branched, and an electric signal obtained by photoelectric conversion and a part of the laser oscillation light in the resonator at the output end of the amplification medium are partly branched and this light is photoelectrically converted. An electric signal (hereinafter referred to as a third monitoring method) that is summed or linearly combined with an electric signal obtained by the conversion (a signal proportional to the power of laser oscillation light).
[0073]
In the case of a method of controlling without using a monitor signal (the fourth method), two types of laser oscillation are performed by two types of optical resonators in an optical amplifier including an amplification medium. In this method, the wavelength of oscillation light laser-oscillated by these two types of optical resonators is selected from the following three types, for example. In the present invention, in particular, two different wavelengths can be used.
[0074]
(A) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of the amplified spontaneous emission (ASE) spectrum generated by the stimulated emission from the amplification start position to the amplification end position (hereinafter referred to as the first optical resonator). Called).
[0075]
(B) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of the amplified spontaneous emission (ASE) spectrum generated by the stimulated emission from the amplification start position to the base position (hereinafter referred to as a second optical resonator). ).
[0076]
(C) The wavelength of the laser oscillation light is included in the range of the amplified spontaneous emission (ASE) spectrum generated by the stimulated emission from the final amplification position to the ground position (hereinafter referred to as a third optical resonator). ).
[0077]
According to the first embodiment of the present invention, a first optical amplifier according to the above principle is provided. An optical amplifier of the present invention includes an amplification medium, excitation means for exciting the amplification medium, an optical resonator that oscillates at least one wavelength within the spectrum of ASE generated in the amplification medium, and the optical amplification medium. At least one optical power selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from input light and the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light output from the optical amplification medium And a control unit for controlling the excitation unit based on a value obtained from the monitoring unit.
[0078]
According to the first embodiment, a first control method according to the above principle is provided. The first control method includes, for example, a method using the optical amplifier of the first embodiment, and the spontaneous emission light amplified by the optical resonator in the optical amplifier is amplified in the amplification medium. Causing laser oscillation at at least one wavelength within the spectrum of the generated amplified spontaneous emission light, and power of light in at least one predetermined wavelength range selected from light input to the optical amplification medium by the monitoring means And at least one optical power selected from the power of light in at least one predetermined wavelength range selected from the light output from the optical amplification medium, and based on the value obtained from the monitoring means, And a control unit controlling the excitation means to control the light quantity of the excitation light source.
[0079]
According to the second embodiment, a second optical amplifier according to the above principle is provided. The optical amplifier of the present invention includes an amplification medium, excitation means for exciting the amplification medium, and an optical resonator that oscillates ASE generated in the amplification medium at a plurality of oscillation wavelengths.
[0080]
In order to obtain an optical resonator having an oscillation wavelength as described above, an optical bandpass filter for selecting a desired wavelength in the optical resonator or a wavelength selection element equivalent to this is required. Further, it is preferable that some means for adjusting the loss at the laser oscillation wavelength in one round of the optical resonator, for example, a variable optical attenuator, a fixed optical attenuator and the like are included. The element that adjusts the loss and the element that adjusts the wavelength can be included as a function in an optical branching unit (for example, a unit that separates or multiplexes the laser oscillation light) used when configuring the optical resonator. is there.
[0081]
According to the second embodiment, a second control method according to the above principle is provided. This control method includes, for example, a method using the optical amplifier of the second embodiment, and includes lasing the amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium at a plurality of oscillation wavelengths.
[0082]
In the first and second embodiments, it is preferable that the monitoring unit includes an optical bandpass filter. In the first and second embodiments, a method, a monitoring method, and a resonator according to the above (1) to (3), (I) to (III), and (A) to (C) are provided. included.
[0083]
In the present invention, the rare earth ions added to the amplification medium may be one kind or plural kinds.
[0084]
In the following, the optical amplifier and the method of constant gain profile control according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0085]
The first embodiment of the present invention relates to an optical amplifier including an optical resonator in which a loop is formed between an output end and an input end of the optical amplifier. An outline of the optical amplifier of the first embodiment is shown in FIG. 4, and an outline of the optical amplifier of the second embodiment is shown in FIG.
[0086]
The optical amplifier 400 (FIG. 4) according to the first embodiment is an optical amplifier including an optical resonator 402, a monitoring unit 404, and a control unit 420. The optical resonator 402 includes an amplification medium 410, excitation means 412 for exciting the same, optical branching means 414 and 416, and a wavelength selection element 418. Further, the monitoring means 404 has at least one predetermined wavelength range selected from the power of the light in at least one predetermined wavelength range selected from the light input to the optical amplification medium and the light output from the optical amplification medium. At least one optical power selected from the optical power is monitored. The control unit 420 controls the excitation unit 412 based on the value obtained from the monitoring unit. In the present embodiment, the monitoring unit 404 includes optical branching units 426 and 428 for inputting monitored light to the control unit.
[0087]
As the amplification medium 410, a rare earth-doped optical fiber in which rare earth element ions are added to the core and / or the clad can be suitably used. In particular, in the present invention, a thulium-doped optical fiber, an erbium-doped optical fiber, a holmium-doped optical fiber, or the like can be used. Specifically, an amplification optical fiber to which rare earth ions are added can be used as the amplification medium. This is because the host glass is quartz glass, bismuth-based glass, fluoride-based glass ZBLAN that is less prone to non-radiative transition. Glass, In-Pb glass, tellurite glass, or the like. The rare earth ion may be any ion, but thulium ion (Tm ³⁺ ), Holmium ion (Ho ³⁺ ), Erbium ion (Er ³⁺ ) Is preferred. In the present invention, one or more of these ions can be added to the amplification medium.
[0088]
The excitation means 412 includes excitation light sources 422 and 424 for exciting the amplification medium, and multiplexers 436 and 438 for multiplexing light from the excitation light sources. This light source is generally used for exciting rare earth-doped optical fibers. For example, a semiconductor LD, an InGaAs strained quantum well LD, or the like is used. Specifically, for example, there are solid-state lasers such as Nd-YLF laser, Nd-YAG laser, Ti sapphire laser, semiconductor lasers, fiber lasers, and the like. In the optical amplifier shown in FIG. 4, the pumping light is bidirectional pumping, but the present invention is not limited to this, and forward pumping and backward pumping may be used.
[0089]
The optical branching means is a melt-drawn fiber type (both branch type and wavelength division multiplexing type) dielectric multilayer film, fiber grating or circulator combined with fiber grating, etc., and reflects a part of the input signal and / or ASE It is a device for taking out.
[0090]
The wavelength selection element included in the resonator system includes an optical filter such as a dielectric multilayer film or a fiber grating.
[0091]
In the present invention, a variable optical attenuator or the like can be introduced into the optical resonator. In the present invention, the optical resonator oscillates when the gain of the amplification medium and the loss of one round of the resonance system coincide with each other. However, by introducing a variable optical attenuator or the like, the gain of the amplification medium and one round of the resonance system The loss relationship can be adjusted.
[0092]
As the multiplexer, a normal multiplexer such as an excitation light / signal light multiplexing coupler may be used.
[0093]
In the monitoring unit 404, the monitored light (hereinafter also referred to as a monitor signal) branched by the optical branching units 426 and 428 (first signal and second signal in FIG. 4) is input to the monitoring unit 419. Based on the information from the monitoring unit, the control unit 420 performs a calculation, and the excitation unit 412 controls the excitation light based on this value. The monitoring unit 404 may include a photoelectric converter that converts the monitor signal branched by the light branching units 426 and 428 into an electrical signal. The photoelectric converter converts the monitor signal into an electrical signal. In the present invention, this monitor signal or electrical signal is monitored.
[0094]
Examples of the control unit 420 include a differential signal generation circuit, a gain signal calculation circuit (division circuit), a combination thereof, a sum signal generation circuit, and a linear combination calculation circuit. In this invention, a monitoring means and a control part include what performs the following control.
[0095]
(I) The monitoring unit monitors input and output power of at least one signal light, and the control unit calculates a gain of the signal light from a value obtained from the monitoring unit, and determines a predetermined value or The excitation means is controlled so as to coincide with a value input from the outside.
[0096]
(Ii) The monitoring means monitors the power of the laser oscillation light in the optical resonator and the signal light incident on the amplification medium at the signal input end of the amplification medium, and the control unit is obtained from the monitoring means. Calculate the value obtained by the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value, or the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value. And controlling the excitation means.
[0097]
(Iii) The monitoring means simultaneously takes out a part of the laser oscillation light in the optical resonator and a part of the signal light incident on the amplification medium at the signal input end of the amplification medium, and monitors the total power thereof. The control unit controls the excitation unit so that a value obtained from the monitoring unit coincides with a predetermined value or a value input from the outside.
[0098]
(Iv) The monitoring means monitors the power of the laser oscillation light in the optical resonator and the signal light emitted from the amplification medium at the signal output end of the amplification medium, and the control unit is obtained from the monitoring means. Calculate the value obtained by the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value, or the linear combination of the laser oscillation light power value and the signal light power value. And controlling the excitation means.
[0099]
(V) The monitoring means simultaneously takes out a part of the laser oscillation light in the optical resonator and a part of the signal light emitted from the amplification medium at the signal output end of the amplification medium, and monitors the total power thereof. The control unit controls the excitation unit so that the value obtained from the monitoring unit coincides with a predetermined value or a value input from the outside.
[0100]
In the first embodiment, it is also preferable to provide isolators 430 and 432 as shown in FIG.
[0101]
In the present embodiment, arbitrary components such as the respective members and the control unit constituting the optical resonator can take various arrangements in addition to the arrangement shown in FIG.
[0102]
In the method for controlling the gain profile of the first embodiment to be constant, an input signal input to the optical amplifier and / or a part of spontaneous emission light (ASE) amplified by the amplification medium in the optical amplifier is extracted. Oscillates. Further, light to be monitored (hereinafter also referred to as a monitor signal) (first signal and second signal in FIG. 4) is input to the monitoring unit 419. Based on the information from the monitoring unit, the control unit 420 performs a calculation, and the excitation unit 412 controls the excitation light based on this value. In the present invention, a monitor signal or an electrical signal obtained by converting the monitor signal is monitored.
[0103]
In the present invention, the controls (i) to (v) are performed by the monitoring means and the control unit.
[0104]
The control method using the optical amplifier of the present invention (operation of the optical amplifier of the present invention) will be specifically described below. In the following description, a single path configuration will be described. However, the present invention can use a double path configuration, a bidirectional optical amplifier configuration, and the like.
[0105]
First, the signal light enters from the left side in FIG. 4, and a part thereof is branched by the light branching element 426. The branched signal light is input to the monitoring unit 419 as a first signal. The first signal is preferably an electrical signal. Therefore, in this embodiment, it is preferable to convert the monitor signal light into an electric signal by a photoelectric conversion element that converts the branched signal light into an electric signal. The signal light that has passed through the optical branching element 426 passes through the optical branching element 414, the isolator 432, and the multiplexer 436 and enters the amplification medium 410.
[0106]
Excitation light is incident from the front and rear via multiplexers 436 and 438. The amplified signal light is output after passing through the isolator 430 and the optical branching elements 416 and 428. The optical branch element 428 branches a part of the signal light in order to monitor a part of the output signal light. The light branched here is input to the monitoring unit 419 as a second signal. The second signal is preferably an electrical signal. Therefore, in this embodiment, it is preferable to convert the branched signal light into an electrical signal by a photoelectric conversion element that converts the branched signal light into an electrical signal.
[0107]
Here, the light to be monitored is WDM light having the number of wavelengths of one channel or more, or light having a wavelength in the amplification band that is separately input to the optical amplifier. In the present invention, the signal is preferably monitored by the monitoring means shown in the above (i) to (v).
[0108]
The first signal and the second signal are input to the control unit 420 via the monitoring unit 419, and values such as the gains of these input signals are obtained, and excitation is performed so that the values coincide with preset values. The current value of the light source is calculated, and the light amounts of the excitation light sources 422 and 424 are adjusted so as to be the current value. The control part of this invention performs the process and control as described in said (i)-(v).
[0109]
A part of the signal light and ASE light emitted from the isolator 430 is extracted by the optical branching element 416 and injected again into the amplification medium 410 from the optical branching element 414 through the wavelength selection element 418. In the present embodiment, an optical resonator is formed by a loop including at least the amplification medium 410, the excitation unit 412, the optical branching elements 414 and 416, and the wavelength selection element.
[0110]
The oscillation wavelength of this optical resonator is either dependent on wavelength of the branching characteristics of the optical branching elements 414 and 416, or uses the function of the wavelength selection element 418, or both of them are used simultaneously. To be identified. The optical resonator oscillates at this oscillation wavelength when the loss of one round of the optical resonator matches the gain of the amplification medium 410. When steady and stable oscillation is possible, the gain of the amplifying medium 410 at the oscillation wavelength selected by the wavelength selection element or the like does not change even if an excitation light amount exceeding the oscillation condition is injected from the excitation light source.
[0111]
As described above, the laser light is generated by the optical resonator in the optical amplifier, and the light amount of the excitation light source is adjusted so that the gain profile becomes constant while being monitored by the monitoring means shown in the above (i) to (v). Adjust.
[0112]
The second embodiment of the present invention is an optical amplifier having a plurality of resonators and a method for controlling the gain profile of the amplifier to be constant.
[0113]
FIG. 5 shows an outline of the optical amplifier according to the second embodiment. FIG. 5 represents an optical amplifier with two resonators. Below, it demonstrates based on this example. The optical amplifier 500 of this embodiment includes a first optical resonator 502 and a second optical resonator 504. The first optical resonator 502 includes an amplifying medium 510, excitation means 512 for exciting the same, optical branching means 514 and 516, and a wavelength selection element 518. The second optical resonator 504 includes an amplifying medium 510, excitation means 512 for exciting the medium 510, optical branching means 520 and 522, and a wavelength selection element 524.
[0114]
Excitation means 512 includes excitation light sources 526 and 528 for exciting the amplification medium, and multiplexers 530 and 532 for multiplexing light from the excitation light sources. In the optical amplifier shown in FIG. 5, the pumping light is bidirectional pumping, but the present invention is not limited to this, and forward pumping and backward pumping may be used.
[0115]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, an oscillation determination circuit 534 may be provided so that the two optical resonators can maintain the transmission state. The oscillation determination circuit forms oscillation determination means together with the optical branching elements 536 and 538 for extracting a part of the oscillation light from each optical resonator. For example, signal light is extracted from the optical branching elements 536 and 538 to the oscillation determination circuit 534, and a signal is input as an electrical signal through the photoelectric conversion element or the like.
[0116]
Also in this embodiment, a variable optical attenuator or the like can be introduced into the optical resonator. In the present invention, the optical resonator oscillates when the gain of the amplification medium and the loss of one round of the resonance system coincide with each other. However, by introducing a variable optical attenuator or the like, the gain of the amplification medium and one round of the resonance system The loss relationship can be adjusted.
[0117]
In the second embodiment, it is also preferable to provide isolators 540 and 542 as shown in FIG.
[0118]
In the present embodiment, each component constituting the optical resonator and arbitrary constituent elements such as the oscillation determination circuit can take various arrangements in addition to the arrangement shown in FIG.
[0119]
The same elements as those described in the first embodiment can be used as the elements in this embodiment.
[0120]
The control method using the optical amplifier of this embodiment (operation of the optical amplifier of the present invention) will be specifically described below. In the following description, a single path configuration will be described. However, the present invention can use a double path configuration, a bidirectional optical amplifier configuration, and the like.
[0121]
The signal light enters the amplification medium 510 through the optical branching elements 514 and 520, the isolator 540, and the multiplexer 530. The signal light emitted from the amplification medium 510 is emitted through the multiplexer 532, the isolator 542, and the optical branching elements 522 and 516.
[0122]
In the present embodiment, it is preferable to have an oscillation determination circuit in order to maintain the first resonator and the second resonator in the oscillation state. The light in the first resonator is branched by the optical branching element 538, and this is input to the oscillation determination circuit 534 as a monitor signal. Further, the light in the second resonator is branched by the optical branching element 536, and this is input to the oscillation determination circuit 534 as a monitor signal. The light as the monitor signal is preferably converted into an electric signal by a photoelectric conversion element or the like. The light amounts of the excitation light sources emitted from the excitation light sources 526 and 527 are controlled by both monitor signals so that the two resonators oscillate.
[0123]
In the first and second embodiments, it is preferable to include an optical bandpass filter in the monitoring means and to pass the monitor signal therethrough.
[0124]
In the optical amplifiers of the embodiments described above, the propagation direction of the signal light in the amplification medium is not particularly defined, but the optical amplifier has the following configurations (a) to (c) The light can take the propagation direction shown in them.
[0125]
(A) An optical isolator is connected to both or one of the input side and output side of the amplification medium. The signal light propagates only in one direction in the amplification medium (referred to as a single path in this specification).
[0126]
(B) An optical circulator is connected to one of the amplification media, and a device having at least a mirror function for reflecting signal light is connected to the other end of the amplification media. The signal light passes through the optical circulator, travels through the amplification medium, and is amplified. Next, the signal light is folded back by a mirror that reflects the signal light, travels in the opposite direction in the amplification medium, and is amplified. The amplified signal light passes through the circulator and exits (referred to herein as a double pass). In this case, considering the above-described first to third monitoring methods, an optical branching unit is provided for partially branching the signal light and taking out the monitor signal. You may each install in the signal output port installed via a circulator. Further, the light branching means can be installed between the optical circulator and the amplification medium. In this case, the input side monitor and the output side monitor can be distinguished from each other by the directionality of the coupling operation of the optical branching unit itself.
[0127]
(C) An optical circulator is connected to both of the amplification media. Two types of signal lights having different traveling directions travel in opposite directions in the amplification medium in a state where they are separated simultaneously or temporally and are amplified (hereinafter referred to as a bidirectional optical amplifier). In this case, considering the above-described first to third monitoring methods, an optical branching unit is provided to extract a monitor signal by partially branching the signal light. Of these, either one of the signal lights may be used as a reference and installed on the input side and output side of the amplification medium. Specifically, the light branching means can be installed outside the circulator, between the circulator and the amplification medium.
[0128]
(Example)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
This example is an example of the first embodiment of the present invention, and in particular, an example of an optical amplifier and a control method corresponding to the above (1).
[0129]
FIG. 6 is a configuration diagram for explaining the optical amplifier of the present invention. As shown in FIG. 6, the optical amplifier of the present invention includes an optical resonator, a monitoring unit, and a control unit. The optical resonator branches a part of the signal light to the amplification medium 1306, excitation light sources 1314 and 1317 for exciting the amplification medium, wavelength selection element 1305, variable optical attenuator 1307, wavelength selection element and variable optical attenuator. An optical branching element 1302 for multiplexing the signal light from the optical branching element, the wavelength selection element, and the variable optical attenuator. The monitoring means includes an optical branching element 1301 that branches the first monitored signal light, an optical branching element 1311 that branches the second monitored signal light, a control unit 1316, and first and second monitored signal lights. Optical band pass filters 1312 and 1320 for passing light of the common wavelength, and photoelectric conversion circuits 1313 and 1319 for converting the signal light to be monitored into electric signals. The control unit includes excitation light driving circuits 1315 and 1318 for controlling the excitation light source. In the present embodiment, an example of bidirectional excitation is shown, but the present invention is not limited to this, and forward excitation or backward excitation may be used.
[0130]
The amplification medium 1306 used is ZBLAN glass, which is a kind of fluoride glass, with Tm ions added as a host glass. Tm ³⁺ The addition concentration of was 6000 ppm. The length of the Tm-doped ZBLAN fluoride optical fiber was 5 m. As the excitation light sources 1314 and 1317, semiconductor lasers having an oscillation wavelength of 1400 to 1430 nm were used. The optical branching elements 1301 and 1311 for extracting the signal light to be monitored are devices that use a dielectric multilayer film mirror to reflect and extract 1% of the incident signal light.
[0131]
As signal light, 16 waves of 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used. Optical bandpass filters 1312 and 1320 were used with a center wavelength of 1480 nm and a full width at half maximum of the transmission band of 0.8 nm. For the photoelectric conversion circuits 1313 and 1319, InGaAs-PIN-PD was used. The optical branching elements 1302 and 1310 constituting the optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1513 to 1516 nm.
[0132]
The wavelength selection element 1305 uses a dielectric multilayer film, and has a center wavelength of a transmission band of 1513 nm, a loss of 0.5 dB, and a full width at half maximum of 0.8 nm. The variable optical attenuator 1307 was adjusted so that the loss at 1513 to 1516 nm in one round of the optical resonator was 18 dB. The variable optical attenuator is usually used in an optical amplifier.
[0133]
The monitoring unit 1316 calculates a gain of the signal light from the ratio of the first monitor signal (first electrical signal in this embodiment) and the second monitor signal (second electrical signal in this embodiment). Etc. More specifically, a differential signal generation circuit that generates a differential signal and a gain signal calculation circuit (division circuit) are included.
[0134]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. First, the signal light enters from the left side in FIG. 6, and a part thereof is branched by the light branching element 1301. The branched signal light to be monitored enters the photoelectric conversion circuit 1313 via the optical bandpass filter 1312 and becomes the first electric signal. The signal light that has passed through the optical branching element 1301 passes through the optical branching element 1302, the isolator 1303, and the pumping light / signal light multiplexing coupler 1304 and enters the amplification medium 1306.
[0135]
The excitation light is also incident from the rear direction via the excitation light / signal light multiplexing coupler 1308. The amplified signal light is output after passing through the isolator 1309 and the optical branching elements 1310 and 1311. The optical branching element 1311 is for monitoring a part of the output signal light, and enters the photoelectric conversion circuit 1319 via the optical bandpass filter 1320 to become a second electric signal.
[0136]
Here, the signal light is WDM light having a wavelength number of one channel or more. The passing wavelengths of the two optical bandpass filters 1312 and 1320 are the same, and are matched to the wavelength of a specific one channel of the WDM signal light.
[0137]
A part of the signal light and ASE light emitted from the isolator 1309 is extracted by the optical branching element 1310 and injected again into the amplification medium 1306 from the optical branching element 1302 via the variable optical attenuator 1307 and the wavelength selection element 1305. Is done. Thereby, an optical resonator is formed.
[0138]
The oscillation wavelength of this optical resonator is specified by either giving the wavelength dependency to the branching characteristics of the optical branching elements 1302 and 1310, using the function of the wavelength selecting element 1305, or using both simultaneously. Is selected. At the selected oscillation wavelength, the optical resonator oscillates when the loss of one round of the optical resonator matches the gain of the amplification medium 1306. When steady and stable oscillation is possible, the gain of the amplifying medium 1306 at the oscillation wavelength does not change even if an excitation light amount exceeding the oscillation condition is injected.
[0139]
The first electric signal and the second electric signal described above are converted into gain signals by the division circuit 1316. By this gain signal, the excitation light driving circuits 1315 and 1318 are adjusted so as to coincide with a preset value, and the light amount of the excitation light source is controlled. Excitation light is injected into the amplifying medium by excitation light / signal light combining couplers 1304 and 1308.
[0140]
FIG. 7 is a diagram for explaining the positional relationship of the optical branching elements for constituting the optical resonator. 7, the same reference numerals as those in FIG. 6 are used for the same components as those in FIG. 6. There are various cases for the positions of the optical branch elements 1302 and 1310 for configuring the optical resonator. The optical resonator includes a loop of an optical branch element 1302, an amplification medium 1306, an optical branch element 1310, a variable optical attenuator 1307, and a wavelength selection element 1305. In this case, the insertion positions of the optical branching elements 1302 and 1301 and the excitation light / signal optical multiplexing coupler 1304 can be positions A and B with the optical isolator 1303 interposed therebetween.
[0141]
In particular, when the passage loss of the optical isolator 1303 at the pumping wavelength is high, the insertion position of the pumping light / signal light multiplexing coupler 1304 is preferably B. In the range of A and B, the insertion position of each element is determined appropriately depending on the loss of each branching means and the loss of the coupler at the oscillation wavelength, but the arrangement is not necessarily limited to the position shown in FIG. .
[0142]
Similarly, the insertion positions of the optical branching elements 1311 and 1310 and the excitation light / signal light multiplexing coupler 1317 can be C and D positions. In general, since the reverse blocking ratio of light of the optical isolator 1309 is often high in a wide wavelength range, the insertion position of the pumping light / signal optical multiplexing coupler 1317 is often desirable to be the C position. With respect to the optical branching elements 1311, 1310 and the pumping light / signal optical multiplexing coupler 1317, appropriate positions can be determined in the range of C and D depending on the loss of each branching part at the oscillation wavelength, the loss of the coupler and the like. However, the arrangement is not necessarily limited to the position shown in FIG.
[0143]
FIG. 8 is a graph plotting the maximum value of the gain profile deviation when each input signal level is changed. That is, each input signal level is set to −25, −20, −15, −10 dBm / ch. -25 dBm / ch. With respect to the gain spectrum when set and input. FIG. 6 is a diagram in which the maximum value of the deviation from the reference spectrum is plotted with respect to the gain spectrum when the input is changed using the gain spectrum in FIG.
[0144]
The amount of excitation light was about 1.3 times the threshold value at which the optical resonator oscillates. The gain was measured by scanning a small signal probe light of −35 dBm. The dotted line in FIG. 8 shows the result when the gain is not controlled by the signal light to be monitored. The solid line in FIG. 8 is a plot of values when control is performed so that the gain at 1480 nm is constant by monitoring the signal light at 1480 nm and operating the control circuit. FIG. 8 reveals that the gain profile becomes constant by applying the control.
[0145]
(Example 2)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (1).
FIG. 9 is a block diagram for explaining a second embodiment of the optical amplifier of the present invention. The present embodiment is an example of an optical amplifier using a double-pass configuration, and particularly an example of a reflective optical amplifier.
[0146]
The optical resonator of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. In this embodiment, a circulator 1503 is provided at the input end of the optical resonator, and a mirror 1508 is provided on the output side of the optical resonator. As shown in FIG. 9, the monitoring means of the optical amplifier of this embodiment is such that an optical branching element 1502 for extracting the second signal light is provided on the output end side of the circulator 1503 for extracting the amplified output signal. Except for this, it is the same as Example 1. In the present embodiment, an example of bidirectional excitation is shown, but the present invention is not limited to this, and forward excitation or backward excitation may be used.
[0147]
In FIG. 9, the amplification medium 1526 includes Tm. ³⁺ Was used at a concentration of 2000 ppm. The optical fiber length is 20 m. The excitation light source used was an InGaAs strained quantum well LD that oscillates at 1030 nm. The optical amplifier of the present embodiment includes a configuration for extracting the first electrical signal and a configuration for extracting the second electrical signal in order to extract the signal light to be monitored. The configuration for taking out the first electric signal includes an optical branching element 1501, an optical bandpass filter 1517, and a photoelectric conversion circuit 1519. The configuration for taking out the second electric signal includes an optical branching element 1502, an optical bandpass filter 1518, and a photoelectric conversion circuit 1520.
[0148]
The optical branching elements 1501 and 1502 are devices that use dielectric multilayer mirrors to reflect and extract 1% of incident signal light.
[0149]
As the signal light, 16 waves of 1460 nm to 1490 nm and 2 nm intervals were used. Optical bandpass filters 1517 and 1518 having a center wavelength of 1460 nm and a full width at half maximum of the transmission band of 0.8 nm were used. For the photoelectric conversion circuits 1519 and 1520, InGaAs-PIN-PD was used. In the optical branching elements 1504 and 1507 constituting the optical resonator, the passage loss at 1460 to 1490 nm is 0.2 dB or less, and the branching ratio at 1493 to 1496 nm is 95%.
[0150]
The wavelength selection element 1510 uses a dielectric multilayer film, and the center wavelength of the transmission band is 1493 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. The variable optical attenuator 1511 was adjusted so that the loss in the wavelength band of 1493 to 1496 nm in one round of the optical resonator was 20 dB.
[0151]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. The signal light that has passed through the optical branching element 1501 enters the amplification medium 1526 through the circulator 1503, is reflected by the mirror 1508, passes through the amplification medium 1526 again, and is emitted to the optical branching element 1502 side through the circulator 1503. The
[0152]
Here, the optical branching elements 1501 and 1502 branch a part of the signal light as the signal light to be monitored. The branched signal light to be monitored takes out only the necessary signal light components via the optical bandpass filters 1517 and 1518 having the same pass wavelength, and enters the photoelectric conversion circuits 1519 and 1520, respectively, to become electric signals. Converted. The first and second electrical signals are extracted as gain signals by the division circuit 1516. By this gain signal, the excitation light drive circuits 1514 and 1515 are controlled so as to coincide with the set value, and the excitation light amounts of the excitation light sources 1512 and 1513 are controlled. The excitation light is injected into the amplification medium by the excitation light / signal light multiplexing couplers 1505 and 1506.
[0153]
The optical resonator includes a loop including optical branch elements 1504 and 1507, a wavelength selection element 1510, a variable optical attenuator 1511, and an amplification medium 1526. Here, it is also possible to add an isolator to the optical path portion connecting the optical branching element 1507 from the optical branching element 1504 through the wavelength selection element 1510 and the variable optical attenuator 1511 to define the traveling direction of the oscillation light in the optical resonator. Is possible. Regardless of the presence or absence of this isolator, the gain of the amplification medium at the wavelength of the light causing the laser oscillation is fixed by the loss of one round of the optical resonator, and the gain of the signal light to be monitored at the extracted wavelength is the division circuit 1516. Therefore, the gain profile as an amplifier is uniquely determined.
[0154]
FIG. 10 is a diagram for explaining the insertion position of the optical branching element when the double-pass configuration is used. The insertion positions of the optical branching elements constituting the monitoring means, the optical resonator, and the excitation means can be various positions other than those shown in FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG. 9 are used for the same components as those in FIG.
[0155]
Monitor circuit for incident signal light (combination of optical branching element 1501, optical bandpass filter 1517 and photoelectric conversion circuit 1519) and monitor circuit for outgoing signal light (of optical branching element 1502, optical bandpass filter 1518 and photoelectric conversion circuit 1520) Combination), a pump light circuit (pump light / signal light coupler 1505 and pump light source 1512, a combination of pump light / signal light coupler 1506 and pump light source 1513), and an optical resonator (optical branching elements 1504 and 1507). The mutual positional relationship between the variable optical attenuator 1511 and the wavelength selection element 1510) will be described.
[0156]
When the optical branching elements 1501 and 1502 are optical directional couplers, the optical branching element 1501 can be positioned at A and B, and the optical branching element 1502 can be positioned at D and B. On the other hand, the light branching element 1504 and the light branching element 1507 can be combined with A and D, B and C, A and C, and D and C, respectively. On the other hand, the position of C is desirable for the excitation light / signal light multiplexing coupler 1506. The pump light / signal light coupler 1505 can be positioned A and D if the forward loss or reverse loss of the circulator 1503 at the pump wavelength is sufficiently low, but the position B is desirable. The mutual positional relationship of the individual devices within each of the areas A to D can be freely set as long as the optical characteristics of each device are taken into consideration.
[0157]
FIG. 11 shows that each input signal level is -25 to -10 dBm / ch. -25 dBm / ch. FIG. 6 is a graph plotting the maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed with the gain profile at the time of FIG. A dotted line is a characteristic when gain control is not applied at the wavelength of the signal light to be monitored, and a solid line is a characteristic when gain control is applied. From FIG. 11, it is clear that the gain profile becomes constant by applying the control.
[0158]
(Example 3)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (1).
FIG. 12 is a block diagram for explaining a third embodiment of the optical amplifier of the present invention, which is an example of a bidirectional optical amplifier. In this embodiment, the optical resonator, the monitoring unit, and the control unit have the same structure as that of the first embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 12, circulators 1702 and 1707 are provided at both ends of the optical resonator, and the first input signal and the second input signal are input to face the optical resonator. In addition, although the example of bidirectional | two-way excitation was shown in FIG. 12, this invention is not limited to this, Forward excitation or backward excitation may be sufficient.
[0159]
The amplification medium 1726 includes Tm ³⁺ A tellurite-based optical fiber added with a concentration of 2000 ppm was used. The optical fiber length is 20 m. As the excitation light source 1715, an LD that oscillates at 1400 nm is used, and as the excitation light source 1717, light generated from an LD that oscillates at 1400 nm and an LD that oscillates at 1600 nm is used.
[0160]
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the signal light to be monitored, and the gain profile is controlled to be constant by controlling the excitation light source using the excitation light driving circuits 1716 and 1718. Among these, feedback was applied to two LDs oscillating at 1400 nm and 1600 nm connected to the excitation light driving circuit 1718 to control these excitation light sources. The signal light to be monitored is taken out by the optical branching elements 1701 and 1708, and a fusion-stretching type fiber coupler is used for these. This optical branching element is a device that reflects and extracts 1% of incident signal light.
[0161]
As the signal light, 16 waves of 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used.
[0162]
Optical bandpass filters 1711 and 1713 were used with a center wavelength of 1510 nm and a full width at half maximum of the transmission band of 0.8 nm. For the photoelectric conversion circuits 1712 and 1714, InGaAs-PIN-PD was used. The optical branching elements 1703 and 1706 constituting the optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1474 to 1477 nm.
[0163]
The wavelength selection element 1709 uses a dielectric multilayer film, and the center wavelength of the transmission band is 1476 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. The variable optical attenuator 1710 was adjusted so that the loss at 1474 to 1477 nm in one round of the optical resonator was 20 dB.
[0164]
The input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is observed at 1510 nm, which is 7 dB when the gain control is not applied, and 0.3 dB when the gain control is applied. Met.
[0165]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. The signal light that has passed through the optical branching element 1701 enters the amplification medium 1726 via the circulator 1702. That is, the signal light passes through the optical branching element 1703 and the excitation light / signal light multiplexing coupler 1704 and enters the amplification medium 1726 and is amplified. The backward pumping light is combined by the pumping light / signal light combining coupler 1705.
[0166]
The amplified signal light passes through the optical branching element 1706 and the circulator 1707 and is taken out via the optical branching element 1708. A part of the incident signal light is converted into an electric signal by the optical branching element 1701, the optical bandpass filter 1711 and the photoelectric conversion circuit 1712, and a part of the emitted signal light is part of the optical branching element 1708 and the optical bandpass. It is converted into an electric signal by a filter 1713 and a photoelectric conversion circuit 1714.
[0167]
Each electrical signal is converted to a gain signal by a divider circuit 1720. By this gain signal, the excitation light amounts from the excitation light sources 715 and 717 are adjusted via the excitation light drive circuits 1716 and 1718 so as to coincide with a preset value. Thus, the gain at the wavelength of the signal light to be monitored among the incident signal light is controlled by electrical feedback.
[0168]
On the other hand, the optical resonator includes a loop including optical branching elements 1703 and 1706, a wavelength selection element 1709, a variable optical attenuator 1710, and an amplification medium 1726.
[0169]
Here, it is also possible to add an isolator in the optical path connecting the optical branching element 1706 from the optical branching element 1703 through the wavelength selection element 1709 and the variable optical attenuator 1710 to define the traveling direction of the oscillation light in the optical resonator. Is possible. Regardless of the presence or absence of this isolator, the gain of the amplification medium at the wavelength of the light causing the laser oscillation is fixed by the loss of one round of the optical resonator, and the gain at the wavelength of the signal light to be monitored is divided by the divider circuit 1720. Since it is fixed by the electrical feedback system used, the gain profile as an amplifier is uniquely determined.
[0170]
FIG. 13 is a view for explaining the insertion positions of the optical branching elements constituting the monitoring means, the optical resonator, and the excitation means in the configuration shown in FIG. Various insertion positions of the optical branching elements constituting the monitor and the optical resonator are possible in addition to those shown in FIG. In FIG. 13, the same reference numerals as in FIG. 12 are used for the same components as in FIG.
[0171]
Monitor circuit for incident signal light (combination of optical branching element 1701, optical bandpass filter 1711 and photoelectric conversion circuit 1712), and monitor circuit for outgoing signal light (optical branching element 1708, optical bandpass filter 1713 and photoelectric conversion circuit 1714) Combination), a pump light circuit (pump light / signal light coupler 1704 and pump light source 1715, a combination of pump light / signal light coupler 1705 and pump light source 1717), and an optical resonator (light branching elements 1703 and 1706). And a combination of the variable optical attenuator 1710 and the wavelength selection element 1709).
[0172]
The optical branching element 1701 can be in the A or B position. The optical branching element 1708 can be in the C or D position. On the other hand, the light branching element 1703 and the light branching element 1706 can be a combination of A and D, B and C, A and C, and B and C, respectively. On the other hand, the excitation light / signal light multiplexing coupler 1704 is at the position A or B, and the position B is preferable. The excitation light / signal light multiplexing coupler 1705 is at the position C or E, and the position C is preferable. The mutual position of the individual devices within each of the areas A to E can be freely set as long as the optical characteristics of each device are taken into consideration.
[0173]
(Example 4)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (2).
FIG. 14 is a block diagram for explaining a fourth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and is a diagram showing a single-path configuration. The optical amplifier of the present embodiment monitors the sum of the optical resonator having the same configuration as that of the first embodiment and the total power of the signal input and the light power causing oscillation of the resonator at the input end of the amplification medium. And a control unit for controlling the excitation light source. The monitoring means includes an optical branching element 1902 for extracting signal input light and light causing oscillation of the optical resonator, a photoelectric conversion circuit 1910 for converting the power of these lights into an electric signal, and driving the excitation light from the electric signal. A monitoring unit (for example, a differential signal generation circuit) 1915 for sending signals to the circuits 1912 and 1914 is included. The control unit includes excitation light drive circuits 1912 and 1914 for controlling the excitation light sources 1911 and 1913.
[0174]
As the amplifying medium 1916, a Zr-based fluoride optical fiber added with Er at a concentration of 2000 ppm was used. The optical fiber length is 7 m.
[0175]
As the excitation light sources 1911 and 1913, polarization multiplexed excitation units in which LDs oscillating at 980 nm are arranged so that their polarizations are orthogonal to each other were used. In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the monitor signal light, and the gain profile is made constant by controlling the pumping light source using the pumping light driving circuits 1912 and 1914. In the control of this embodiment, feedback control is applied to all the LDs (excitation light sources). However, the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 1905 is always higher than the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 1904. 1.4 times.
[0176]
A portion from which the monitor signal light is extracted includes an optical branching element 1902 and a photoelectric conversion circuit 1910. The optical branching element 1902 is a park type coupler using a dielectric multilayer film as a filter, and the branching ratios at 900 to 100 nm and 2500 to 3000 nm are 1%. As the signal light, 16 waves of 2600 to 2630 nm and 2 nm intervals were used. The photoelectric conversion circuit 1910 used PIN-PD.
[0177]
The optical branching elements 1901 and 1907 constituting the optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 2600 to 2630 nm and a branching ratio of 95% at 2610 to 2650 nm. The wavelength selection element 1908 uses a dielectric multilayer film. The center wavelength of the transmission band is 2630 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. In the optical resonator, the variable optical attenuator 1909 was adjusted so that the loss at 2610 to 2650 nm in one rotation was 20 dB.
[0178]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is 5 dB when the gain control is not applied, and 0.2 dB when the gain control is applied.
[0179]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. Also in this embodiment, the single path configuration, the double path configuration, and the bidirectional optical amplifier configuration are applicable.
[0180]
The optical amplifier of this embodiment uses the optical resonator and the second monitoring method at the same time. In particular, in this embodiment, in the second monitoring method, one optical branching element that partially branches all signal light and one optical branching element that partially splits light at the amplification medium input end of the laser oscillation light in the resonator are combined into one. It is characterized by being performed by an optical branching device. Based on the power of all the branched signal light and the power of the laser oscillation light, these lights are incident on one photoelectric conversion element introduced at the same time and converted into an electric signal.
[0181]
The excitation light drive circuit is adjusted so that the difference signal component between this electrical signal and a preset level becomes zero. The method for selecting the excitation light driving circuit is the same as that in the above-described embodiment. The optical elements used are the same as those described in the above-described embodiments.
[0182]
The signal light enters the amplification medium via the optical branching elements 1901 and 1902, the isolator 1903, and the excitation light / signal light multiplexing coupler 1904, and the signal light amplified in the amplification medium is the excitation light / signal light multiplexing coupler 1905. Then, the light is emitted through an isolator 1906 and an optical branching element 1907. The optical resonator includes a loop including optical branching elements 1901 and 1907, a wavelength selection element 1908, a variable optical attenuator 1909, and an amplification medium 1916.
[0183]
The optical branching element 1902 has a function of extracting the oscillation light and the all incident signal light in the optical resonator at a specified ratio. The extracted monitor signal light is converted into an electric signal by the photoelectric conversion circuit 1910. The This electric signal has a signal level proportional to the amount of light incident on the amplification medium 1916, and this level is compared with a predetermined level. The compared signal level is output as a difference signal by a difference signal generation circuit 1915 that generates the difference signal, and the excitation light drive circuit and the excitation light source are feedback-controlled by this difference signal.
[0184]
By this control, the light entering the incident end of the amplification medium 1916 always matches a predetermined value or a value set from the outside. Needless to say, the insertion position of each optical branching means has a degree of freedom. Reference numerals 1912 and 1914 denote excitation light driving circuits.
[0185]
(Example 5)
FIG. 15 is a block diagram for explaining a fifth embodiment of the optical amplifier according to the present invention, and shows an example of a single path configuration.
[0186]
In this embodiment, as shown in FIG. 15, an optical branching element 2002 for taking out the first signal light to be monitored on the input end side of the resonator, and the signal light to be monitored taken out from this are converted into electric signals. The same as the fourth embodiment, except that a signal light to be monitored including a photoelectric conversion circuit 2012 for taking out and an isolator 2011 is provided between the variable optical attenuator 2010 and the optical branching element 2007 in the optical resonator. It has a configuration.
[0187]
The amplification medium 2026 includes Tm ³⁺ Was used at a concentration of 6000 ppm. The optical fiber length is 7 m. The excitation light sources 2014 and 2016 are LDs that oscillate at 1400 nm.
[0188]
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the signal light to be monitored, and the gain profile is made constant by controlling the pumping light source using the pumping light driving circuits 2015 and 2017. In the control of this embodiment, feedback control was applied to all the LDs oscillating at 1400 nm connected to the excitation light drive circuits 2015 and 2017. However, when the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 2005 is P1 and the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 2006 is P2, the relationship between the light amounts is controlled according to the following equation. .
[0189]
P2 (mW) = 400t
P1 (mW) = 100t + 300
Where t is a real number from 0 to 1
[0190]
A fusion drawing type fiber coupler was used for the optical branching element 2002 for extracting a signal to be monitored, and for the monitoring signal extracting part 2004. This is a fusion-stretch coupler with a constant branching ratio of 1% between 1470 and 1530 nm. However, the optical branching element 2002 branches only the light propagating from the left to the right in FIG. 15, and the optical branching element 1004 branches only the light propagating from the right to the left in FIG. As signal light, 16 waves of 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used.
[0191]
As the photoelectric conversion circuits 2012 and 2013, InGaAs-PIN-PD was used. In the optical branching elements 2003 and 2007 constituting the optical resonator, the transmission loss at 1480 to 1510 nm is 0.2 dB or less, and the branching ratio at 1513 to 1517 nm is 95%.
[0192]
The wavelength selection element 2009 uses a dielectric multilayer film, and the center wavelength of the transmission band is 1515 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. The optical resonator is adjusted by the variable optical attenuator 2010 so that the loss at 1515 nm in one round becomes 17 dB.
[0193]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 15 dB at 1515 nm when the gain control was not applied, and 0.3 dB when the gain control was applied. Reference numerals 2001, 2008, and 2011 in the figure indicate optical isolators.
[0194]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. In this embodiment, in the second monitoring method described above, the optical branching element that partially splits all signal light and the optical branching element that partially splits the light at the amplification medium input end of the laser oscillation light in the resonator are different. By using these, each light is incident on a separate photoelectric conversion element, and is converted into an independent electric signal corresponding to the power of each light. The obtained electric signal is converted into an electric signal which becomes a linear combination or sum component of both by some electric means, and is extracted, and the difference signal component between the electric signal and a preset level becomes zero. The excitation light driving circuit is adjusted as follows. The method for selecting the excitation light driving circuit is the same as that in the above-described embodiment. The optical elements used are the same as those described in the above-described embodiments.
[0195]
The signal light is incident on the amplification medium 2026 via the isolator 2001, the optical branching elements 2002 and 2003, and the excitation light / signal light multiplexing coupler 2005. The signal light amplified in the amplification medium 2026 is taken out via the pumping light / signal light multiplexing coupler 2006, the optical branching element 2007, and the isolator 2008.
[0196]
The optical resonator includes a loop including optical branch elements 2003 and 2007, a wavelength selection element 2009, a variable optical attenuator 2010, an isolator 2011, and an amplification medium 2026. Both of the optical branch elements 2002 and 2004 operate as a directional coupler. Therefore, the optical branching element 2004 branches and takes out only the laser oscillation light in the optical resonator that travels in the direction opposite to the signal light.
[0197]
The signal light to be monitored, the monitor signal light corresponding to the incident signal light, and the monitor light corresponding to the laser oscillation light extracted from the optical branching elements 2002 and 2004 are converted into electric signals by the photoelectric conversion circuits 2012 and 2013, respectively. Then, the sum signal generation circuit 2018 adds both of them, and at the same time, compares the externally set level with the sum component and outputs a difference signal between them.
[0198]
In the excitation light driving circuits 2015 and 2017 and the excitation light sources 2014 and 2016, feedback control is performed so that the difference signal becomes zero. Needless to say, the insertion position of each optical branching element has a degree of freedom.
[0199]
(Example 6)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (3).
[0200]
FIG. 16 is a block diagram for explaining a sixth embodiment of the optical amplifier according to the present invention, and shows an example of a single path configuration.
[0201]
In this embodiment, at the input end of the amplification medium, the total power of the signal input and the sum of the power of the light causing oscillation of the resonator are monitored, and instead of the monitoring means and the control unit for controlling the excitation light source, As shown in FIG. 16, the monitoring means and the control unit for monitoring the sum of the total power of the signal output and the power of the light causing oscillation of the resonator at the output end of the amplification medium and controlling the excitation light source The configuration is the same as that of the fourth embodiment except that it is provided between the isolator 2105 and the optical branching element 2107.
[0202]
As the amplification medium 2116, Tm ³⁺ Was used at a concentration of 6000 ppm. The optical fiber length is 7 m. The excitation light sources 2110 and 2112 are LDs that oscillate at 1400 nm.
[0203]
In this embodiment, the state of the gain profile is monitored using the monitor signal light, and the pump light source is controlled using the pump light driving circuits 2111, 2113, thereby making the gain profile constant.
[0204]
In the control of this embodiment, feedback control was applied to all LDs oscillating at 1400 nm connected to the excitation light driving circuits 2111 and 1113. However, when the excitation light quantity from the excitation light / signal light multiplexing coupler 2103 is P1 and the excitation light quantity from the excitation light / signal light multiplexing coupler 2104 is P2, the relationship between the mutual light quantities is controlled in accordance with the following equation. .
[0205]
P1 (mW) = 2 × P2 (mW)
[0206]
As the optical branching element 2106 of the monitor signal light extraction unit, a fusion stretch type fiber coupler is used. This is a fusion-stretch coupler with a constant branching ratio of 1% between 1470 and 1530 nm. As signal light, 16 waves of 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used. As the photoelectric conversion circuit 2114, InGaAs-PIN-PD was used.
[0207]
The optical branching elements 2101 and 2107 constituting the optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1513 to 1517 nm. The wavelength selection element 2108 uses a dielectric multilayer film, and the center wavelength of the transmission band is 1515 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. In the optical resonator, the variable optical attenuator 2109 was adjusted so that the loss at 1515 nm in one rotation was 17 dB.
[0208]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input was changed was 15 dB at 1515 nm when the gain control was not applied, and 0.3 dB when the gain control was applied.
[0209]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. In this embodiment, the optical resonator and the third monitoring method are used simultaneously.
[0210]
The signal light is incident on the amplification medium via the optical branching element 2101, the isolator 2102, and the pumping light / signal light multiplexing coupler 2103. The amplified signal light is taken out via the excitation light / signal light multiplexing coupler 2104, the isolator 2105, and the optical branching elements 2106 and 2107.
[0211]
The optical resonator includes a loop including optical branching elements 2101 and 2107, a wavelength selection element 2108, a variable optical attenuator 2109, and an amplification medium 2116. The optical branching element 2106 is a branching element that does not operate as an optical directional coupler, and branches all signal light and laser oscillation light simultaneously as a monitor component at a certain ratio. The monitor signal light extracted from the optical branching element 2106 is converted into an electrical signal corresponding to the power of the monitor signal light by the photoelectric conversion circuit 2114, and the external signal level and the monitor component are compared by the difference signal generation circuit 2115. The difference signal between the two is output.
[0212]
In the excitation light drive circuits 2111, 2113 and the excitation light sources 2110, 2112, feedback control is performed so that the difference signal becomes zero. Needless to say, the insertion position of each optical branching means has a degree of freedom. It is also possible to prepare optical branching elements separately for the laser oscillation component and the amplified signal component.
[0213]
(Example 7)
The present embodiment is an example of the optical amplifier represented by the above (4).
FIG. 17 is a block diagram for explaining a seventh embodiment of the optical amplifier of the present invention, which is an example showing a single-pass configuration.
[0214]
In this embodiment, the gain profile of the optical amplifier is controlled to be constant by two optical resonators. In this embodiment, since the same optical fiber is used for the two resonators, the concentration of rare earth ions in the amplification medium in both resonators is the same. Therefore, the condition that the total number of rare earth ions in the amplifying medium in the resonator, which is required for controlling the gain profile to be constant using the two resonators as in the above (4), is satisfied.
[0215]
As the amplification medium 2226, Tm ³⁺ Was used at a concentration of 6000 ppm. The optical fiber length is 7 m. The excitation light sources 2217 and 2219 are LDs that oscillate at 1400 nm. In the control of the present invention, feedback control is applied to all the LDs oscillating at 1400 nm connected to the excitation light driving circuits 2218 and 2220.
[0216]
The optical branching elements 2201 and 2208 constituting the first optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1513 to 1517 nm. The wavelength selection element 2209 uses a dielectric multilayer film, and the center wavelength of the transmission band is 1515 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. In the optical resonator, the variable optical attenuator 2212 was adjusted so that the loss at 1515 nm in one rotation was 17 dB.
[0217]
The optical branching elements 2202 and 2207 constituting the second optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1600 to 1800 nm. The wavelength selection element 2210 uses a dielectric multilayer film. The center wavelength of the transmission band is 1700 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. In the optical resonator, the variable optical attenuator 1213 was adjusted so that the loss at 1700 nm in one rotation was 16 dB.
[0218]
In this embodiment, the two optical resonators have a control part for always being in an oscillation state. The control part has a monitor signal light extraction part. The monitor signal light extraction unit includes optical branching elements 2215 and 2211 and photoelectric conversion circuits 2214 and 2216. The optical branching elements 2215 and 2211 are fusion-stretching couplers using a fusion-stretching fiber coupler and having a constant branching ratio of 1% at 1470 to 1750 nm. For the photoelectric conversion circuits 2216 and 2214, InGaAs-PIN-PD was used. As signal light, 16 waves of 1480 nm to 1510 nm and 2 nm intervals were used.
[0219]
Using the electrical signals in the photoelectric conversion circuits 2214 and 2216, the excitation light source was feedback-controlled using the oscillation determination circuit 2221 so that the first optical resonator and the second optical resonator are always in an oscillation state.
[0220]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is 6 dB when the control by the optical resonator is not applied, and 0.3 dB when the control is applied.
[0221]
The operation of the optical amplifier of the present invention will be specifically described below based on the configuration shown in FIG. The present embodiment is an example of an optical amplifier having two optical resonators, a first optical resonator and a second optical resonator. In the case of the present embodiment, the pumping light source only needs to keep both the two optical resonators in the optical amplifier in a laser oscillation state. Therefore, in order to achieve this purpose, the function of monitoring each laser oscillation state (in FIG. 17, the optical branching means 2211, the photoelectric conversion circuit 2216, the oscillation determination circuit 2221, the optical branching means 2215, the photoelectric conversion circuit 2214, An oscillation determination circuit 2221 or the like) can be incorporated in the optical amplifier. This function makes it possible to monitor the laser oscillation state and adjust the excitation light source so that both optical resonators always oscillate.
[0222]
In the optical amplifier described above, as shown in FIG. 17, it is also possible to include variable attenuators 2212, 2213 and the like for making the loss of one round variable in the optical resonator.
[0223]
The signal light is incident on the amplification medium 2226 via the optical branching elements 2201 and 2202, the isolator 2203, and the excitation light / signal light multiplexing coupler 2204. The signal light emitted from the amplification medium 2226 is emitted via the excitation light / signal light multiplexing coupler 2205, the isolator 2206, and the optical branching elements 2207 and 2208.
[0224]
The optical resonator includes a first optical resonator including an optical branch element 2201, a wavelength selection element 2209, a variable optical attenuator 2212, and optical branch elements 2215 and 2208, an optical branch element 2202, 2211, and a wavelength selection element 2210. And a second optical resonator composed of the variable optical attenuator 2213 and the optical branching element 2207.
[0225]
The optical branch element 2215 is for branching the light in the first resonator and inputting it to the photoelectric conversion circuit 2214, and the obtained electrical signal is input to the oscillation determination circuit 2221. The optical branching element 2211 is for branching the light in the second resonator and inputting it to the photoelectric conversion circuit 2216, and the obtained electrical signal is input to the oscillation determination circuit 2221. The excitation light amounts emitted from the excitation light sources 2217 and 2219 are controlled by the excitation light drive circuits 2218 and 2220 so that the two resonators oscillate by both electrical signals. Needless to say, the insertion position of each optical branching element has a degree of freedom.
[0226]
(Example 8)
FIG. 18 is a block diagram for explaining an eighth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and shows a case where single paths are connected in two stages in series. First, the first optical amplifier will be described. The first optical amplifier 2301 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the configuration and operation of the optical amplifier 1 are as described in the first embodiment.
[0227]
The second optical amplifier 2302 is the same as FIG. 14 (Embodiment 4). Accordingly, each component of this amplifier will be described below, but will be described based on FIG.
[0228]
As the amplification medium 1916, Tm ³⁺ Was used at a concentration of 6000 ppm. The optical fiber length is 7 m. The excitation light sources 1911 and 1913 used polarization multiplexed excitation units in which LDs oscillating at 1400 nm were arranged so that their polarizations were orthogonal to each other. In the control using the monitor signal light, feedback control is applied to all the LDs. However, the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 1905 is always twice the excitation light amount from the excitation light / signal light multiplexing coupler 1904. I tried to become.
[0229]
The optical branching element 1902 at the monitor signal light extraction portion is a bulk type coupler using a dielectric multilayer film as a filter. This has a branching ratio of 1% at 1460-1530 nm. As the signal light, 16 waves of 1480 to 1510 nm and 2 nm intervals were used.
[0230]
The photoelectric conversion circuit 1910 used PIN-PD. The optical branching elements 1901 and 1907 constituting the optical resonator have a transmission loss of 0.2 dB or less at 1480 to 1510 nm and a branching ratio of 95% at 1470 to 1477 nm. The wavelength selection element 1908 uses a dielectric multilayer film. The center wavelength of the transmission band is 1475 nm, the loss is 0.5 dB, and the full width at half maximum is 0.8 nm. In the optical resonator, the variable optical attenuator 1909 was adjusted so that the loss at 1475 nm in one rotation was 15 dB.
[0231]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is 10 dB when the gain control is not applied, and is 0.3 dB when the gain control is applied.
[0232]
It is possible to arbitrarily select the optical amplifiers described in Examples 2, 3, 5, 6 and 7 other than Example 1 and Example 4 and connect them in series. Higher efficiency operation can be expected by connecting a plurality of optical fiber amplifiers in series.
[0233]
Example 9
FIG. 19 is a block diagram for explaining a ninth embodiment of the optical amplifier of the present invention, and shows a case where single paths are connected in two stages in series. In the optical amplifier of this embodiment, a gain equalizer 2402 and a variable optical attenuator 2403 are inserted in an intermediate portion (connection portion) of the two-stage optical amplifier described in the eighth embodiment.
[0234]
The gain equalizer 2402 uses a long-period fiber grating, and the variable optical attenuator 2403 has a loss flatness of 0.1 dB or less at 1480 to 1510 nm.
[0235]
As described above, by using the gain equalizer 2402 and the variable optical attenuator 2403, the gain flatness at 1480 to 1510 nm was 30% in the eighth embodiment, but is 2% in the present embodiment. It was.
[0236]
Here, the gain flatness is defined as follows.
(Gain flatness) = {(maximum gain in the amplification band) − (minimum gain in the same band)} / (minimum gain in the same band)
[0237]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is 10 dB when the gain control is not applied, and is 0.3 dB when the gain control is applied.
[0238]
The first optical amplifier 2401 and the second optical amplifier 2404 can be arbitrarily selected from the optical amplifiers described in the first to seventh embodiments. The gain equalizer 2402 is inserted to flatten the gain profile, and the optical variable attenuator 2403 has a function of adjusting the amount of input signal to the second optical amplifier.
[0239]
(Example 10)
FIG. 20 is a block diagram for explaining a tenth embodiment of the optical amplifier according to the present invention, and shows a case where single paths are connected in two stages in series. In the optical amplifier of this embodiment, a gain equalizer 2502 and a variable optical attenuator 2503 are inserted in the middle portion of the two-stage optical amplifier described in the eighth embodiment. Further, the optical amplifier of this embodiment includes a control unit including an optical branching element 2504, an optical bandpass filter 2506, a photoelectric conversion circuit 2507, and a differential signal generation circuit 2508. The optical branching element 2404 is a bulk type device having a branching ratio of 1% at 1480 to 1510 nm. The optical bandpass filter 1506 is a device using a dielectric multilayer film having an intermediate wavelength of the transmission band of 1480 nm, a full width at half maximum of 0.8 nm, and a loss of 1 dB at the transmission center wavelength as a filter.
[0240]
The gain equalizer 2502 uses a long-period fiber grating. The variable optical attenuator 2503 has a loss flatness of 1 dB or less at 1480 to 1510 nm and is controlled by an external electric signal. it can.
[0241]
In this embodiment, the optical amplifier is controlled by monitoring the signal light of 1480 nm by the control unit and setting the optical variable attenuator 2503 via the differential signal generation circuit 2508 of the control unit so that the value becomes constant. Feedback controlled. As a result, the level of the signal light incident on the second optical amplifier 2505 in each channel becomes constant.
[0242]
According to the present example, the gain flatness at 1480 to 1510 nm was 30% in Example 8, whereas it was 2% in this example.
[0243]
Here, the gain flatness is defined as follows.
(Gain flatness) = {(maximum gain in the amplification band) − (minimum gain in the same band)} / (minimum gain in the same band)
[0244]
Further, each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. Was changed. For such a change in signal, -25 dBm / ch. The gain profile at that time was used as a standard. The maximum value of the deviation of the gain from the reference profile when the input is changed is 10 dB when the gain control is not applied, and is 0.3 dB when the gain control is applied. Further, the level of each WDM light in the signal output portion of the optical amplifier of this example was always kept at 3 dBm.
[0245]
As described in the tenth embodiment, the optical amplifier of the present invention can include a control unit that controls the variable optical attenuator. The attenuation amount of the variable optical attenuator of such an optical amplifier can be adjusted by a control unit having a function of adjusting electrically based on the extracted monitor signal light.
[0246]
The first optical amplifier 2501 and the second optical amplifier 2505 can be arbitrarily selected from the optical amplifiers described in the first to seventh embodiments. A gain equalizer 2502 is inserted to flatten the gain profile. The optical branching element 2504 branches a part of the signal light. The optical bandpass filter 2506 extracts only one arbitrary channel signal, and the photoelectric conversion circuit 2507 converts this signal into an electrical signal. A control signal is generated from this electric signal and a value set in advance in the difference signal generation circuit 2508, and the variable optical attenuator is controlled by this control signal.
[0247]
The attenuation amount of the optical variable attenuator is feedback-controlled so that the difference between the first optical amplifier 2501 and the second optical amplifier 2505 is small, and preferably zero.
[0248]
In this embodiment, the input signal to the second optical amplifier has the same input level of each channel of the WDM signal.
[0249]
(Example 11)
FIG. 21 is a block diagram for explaining an eleventh embodiment of the optical amplifier of the present invention, which is an example of an optical amplifier in which single paths are coupled in multiple stages. In this embodiment, two optical amplifiers 2618 and 2619 are used. In the present embodiment, an input signal input to an optical amplifier is divided into two bands in advance, each is amplified by another optical amplifier, and the amplified signal light is multiplexed again. In the figure, reference numeral 2602 denotes a first optical amplifier, 2603 denotes a gain equalizer, 2604 denotes a variable optical attenuator, 2605 denotes an optical branching element, 2606 denotes a second optical amplifier, 2607 denotes an optical bandpass filter, and 2608 and 2615. Denotes a photoelectric conversion circuit, and 2609 denotes a differential signal generation circuit.
[0250]
The optical amplifier 2618 is the same as that of the tenth embodiment. Therefore, the configuration and operation of the optical amplifier 2618 are as described in the tenth embodiment. The optical amplifier 2619 will be described below.
[0251]
A third optical amplifier 2610 shown in the optical amplifier 2619 is the optical amplifier used in the first embodiment. The optical branching element 2613 is 1460 to 1490 nm, which is a bulk type device having a branching ratio of 1%. The optical bandpass filter 2614 is a device using a dielectric multilayer film having a transmission band center wavelength of 1460 nm, a full width at half maximum of 0.8 nm, and a loss of 1 dB at the transmission center wavelength as a filter.
[0252]
The gain equalizer 2611 uses a long period fiber grating. The variable optical attenuator 2612 has a loss flatness of 0.1 dB or less at 1460 to 1490 nm, and the amount of attenuation can be controlled by an electric signal from the outside.
[0253]
In the control of the optical amplifier of this embodiment, the signal light of 1460 nm is monitored, and the variable optical attenuator 2612 is feedback-controlled through the differential signal generation circuit 2616 so that the value becomes constant. As a result, the level of the signal light emitted from the optical amplifier 2619 in each channel becomes constant.
[0254]
The signal light band demultiplexer 2601 and the signal light band multiplexer 2617 multiplex and demultiplex a band of 1460 to 1476 nm and a band of 1480 to 1510 nm. The signal light is a 25-wave WDM combining 9 waves arranged at intervals of 2 nm in 1460 to 1476 nm and 16 waves arranged at 2 nm in 1480 to 1510 nm.
[0255]
Each input signal level is changed from -25 to -10 dBm / ch. The output light from the signal light multiplexer 2617 is changed by 10 dB or more when not controlled, while all signal light components are 5.0 to 5.2 dBm when controlled. Has entered.
[0256]
【The invention's effect】
The first optical amplifier of the present invention has an optical resonator that oscillates at least in the optical amplifier and controls the gain of an arbitrary signal light, or at least an optical resonator that oscillates in the optical amplifier. The sum of the laser oscillation light and the signal light power can be controlled to be constant. In the second embodiment of the present invention, the gain spectrum can be controlled to be constant by incorporating two or more optical resonators in the optical amplifier.
[0257]
In addition, when applied to a WDM transmission system, the optical amplifier of the present invention can control the gain spectrum of signal light with respect to changes in the input spectrum accompanying changes in the number of signal channels and changes in the gain spectrum due to temperature changes. .
[0258]
In addition, the optical amplifier of the present invention can control the output required for compensation when the transmission line loss changes with time, and can cope with hole burning of the oscillation wavelength.
[0259]
The control method of the present invention can be used in an optical amplifier using an amplification medium to which a general rare earth ion is added.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing energy levels of Er ions and Pr ions that are largely involved in amplification, respectively.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing energy positions of Er ions and Tm ions, respectively.
FIG. 3 shows a wavelength λ in TDFA. ₁ FIG. 6 is a diagram showing characteristics when the gain at is constant and the excitation light amount of TDFA is adjusted.
FIG. 4 is a configuration diagram for explaining a configuration of a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention;
FIG. 5 is a configuration diagram for explaining a configuration of a second embodiment of an optical amplifier according to the present invention;
FIG. 6 is a configuration diagram for explaining an example of the first embodiment of the optical waveguide of the present invention.
7 is a diagram for explaining the positional relationship of optical branching means for constituting the optical resonator of the embodiment shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a graph plotting the maximum value of the gain profile deviation when each input signal level is changed in the first embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining a second embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 10 is a diagram for explaining an insertion position of an optical branching element according to a second embodiment (double path configuration).
FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which each input signal level is changed from −25 to 10 dBm / ch. It is the figure which plotted the maximum value of the deviation of the gain profile at the time of changing to.
FIG. 12 is a configuration diagram for explaining a third embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
13 is a diagram for explaining an insertion position of each optical branch element in Example 3. FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 15 is a configuration diagram for explaining a fifth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 16 is a configuration diagram for explaining a sixth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 17 is a configuration diagram for explaining a seventh embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 18 is a configuration diagram for explaining an eighth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 19 is a configuration diagram for explaining a ninth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 20 is a configuration diagram for explaining a tenth embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
FIG. 21 is a configuration diagram for explaining an eleventh embodiment of the optical amplifier according to the present invention;
[Explanation of symbols]
400, 500 optical amplifier
402, 502 Optical resonator
404, 504 monitoring means
410, 510 Amplification medium
412, 512 Excitation means
414, 416, 426, 428, 518, 524, 536, 538 Optical branching element
418 Wavelength selection element
419 Monitoring unit
420 Control unit
422, 526 excitation light source
426, 530, 532 multiplexer
430, 432, 540, 542 Isolator
534 Oscillation judgment circuit
1305, 1908, 2009, 2108 Wavelength selection element
1213, 1307, 1511, 1709, 1710, 1909, 2010, 2109 Variable optical attenuator
1312, 1320, 1506, 1507, 1517, 1518 Optical bandpass filters
1316 Monitoring unit
1316 Arithmetic circuit
1316 Control unit
1503, 1702, 1707 Circulator
1508 mirror
1915, 2508 Difference signal generation circuit
2018 Sum signal generation circuit
2221 Oscillation judgment circuit
2402 Gain Equalizer
2601, 2617 Signal optical band demultiplexer

Claims (18)

A rare earth-doped optical fiber or a rare earth-doped optical waveguide, wherein rare earth ions as an amplifying medium are added to the core and / or clad, and there are three or more levels greatly involved in amplification ,
Excitation means for exciting the amplification medium;
An optical resonator that oscillates at least one wavelength within a spectrum of amplified spontaneous emission light generated in the amplification medium;
An input power of at least one signal light input to the amplification medium and an output power of signal light output from the amplification medium, the input power of the signal light and the output power of the signal light being in the same wavelength range Monitoring means for monitoring a certain thing, and the ratio or gain of the values of the input power of the signal light and the output power of the signal light monitored by the monitoring means, or the input power of the signal light and the output power of the signal light are converted. Including a control unit for calculating the ratio or gain of the value of the electric signal obtained in this way, and controlling the light quantity of the excitation light source of the excitation means based on this,
The control unit controls the excitation means to control the light amount of the excitation light source so that the ratio or gain calculated by the control unit matches a predetermined value or a value input from the outside. And controlling the gain profile to be constant. The oscillation wavelength of the optical resonator is located within a band of an amplified spontaneous emission spectrum generated by stimulated emission from a rare earth ion amplification level to an amplification final level for amplifying the signal light. The optical amplifier according to claim 1 . The optical amplifier according to claim 2 , wherein the oscillation wavelength is located on a short wavelength side of the signal light band. The optical amplifier according to claim 2 , wherein the oscillation wavelength is located on a long wavelength side of the signal light band. The oscillation wavelength of the optical resonator is located in a band of an amplified spontaneous emission spectrum generated by stimulated emission from an amplification start level to a ground level of a rare earth ion for amplifying the signal light. The optical amplifier according to claim 1 . The oscillation wavelength of the optical resonator is located within a band of an amplified spontaneous emission spectrum generated by stimulated emission from an amplification final level of a rare earth ion to a ground level for amplifying the signal light. The optical amplifier according to claim 1 . The optical amplifier according to claim 1, wherein the optical resonator further includes a band pass filter. The optical amplifier according to any one of claims 1 to 7 , further comprising means for making an intracavity loss of the optical resonator variable. Monitoring the laser oscillation state of the optical resonator of the each one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises an oscillating maintaining means for controlling the light amount of the excitation light source of the excitation means so as to maintain the oscillation state The optical amplifier according to item 1. A multistage optical amplifier comprising a plurality of optical amplifiers selected from the optical amplifiers according to claim 1 connected in series and / or in parallel. And further comprising one or more optical devices selected from a gain equalizer and a variable attenuator after the at least one optical amplifier or an optical device having a function in which the gain equalizer and the variable attenuator are combined. The optical amplifier according to any one of claims 1 to 10 . A variable attenuator or an optical device having a function in which a gain equalizer and a variable attenuator are combined, and monitors the power of the output signal light from the optical device, and the light of the variable attenuator based on the power value The optical amplifier according to claim 11 , wherein loss is adjusted. When the amplification medium is a rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide doped with thulium ions as ions for amplifying signal light, and counting the lowest ground level of the ions as the first, the amplification starts. 13. The optical amplifier according to claim 1 , wherein the level is a fourth level, and the final level of amplification is the second level. 14. The optical amplifier according to claim 13 , wherein the excitation wavelength of the excitation means is one or more wavelengths selected from the range of 630 to 720 nm, 740 to 830 nm, 1000 to 1100 nm, and 1320 to 1520 nm. The excitation wavelength of the excitation means is one or more wavelengths selected from the range of 630 to 720 nm, 740 to 830 nm, 1000 to 1100 nm, 1320 to 1520 nm, and is selected from the range of 1000 to 1300 nm, 1520 to 2000 nm 14. The optical amplifier according to claim 13 , wherein pumping lights having one or more wavelengths are simultaneously input to the amplifying medium. When the amplification medium is a rare earth doped optical fiber or a rare earth doped optical waveguide doped with holmium ions as ions for amplifying signal light, and the ground level with the lowest energy of the ions is counted as the first, the amplification starts. The optical amplifier according to any one of claims 1 to 12 , wherein the level is a third level, and the final level of amplification is a second level. When the amplification medium is a rare-earth-doped optical fiber or a rare-earth-doped optical waveguide doped with erbium ions as ions for amplifying signal light, and counting the lowest ground level of the ions as the first, the amplification starts. The optical amplifier according to any one of claims 1 to 12 , wherein the level is a third level, and the final level of amplification is a second level. A rare earth-doped optical fiber or a rare earth-doped optical waveguide, wherein rare earth ions as an amplifying medium are added to the core and / or clad, and there are three or more levels greatly involved in amplification ,
Excitation means for exciting the amplification medium;
An optical resonator that causes laser oscillation,
A method for controlling a gain profile of an optical amplifier to include a monitoring unit and a control unit for controlling the pumping unit.
Causing lasing in at least one wavelength within the spectrum of amplified spontaneous emission generated in the amplification medium of spontaneous emission light amplified in the amplification medium by the optical resonator in an optical amplifier;
An input power of the signal light input to the amplification medium by the monitoring unit and an output power of the signal light output from the amplification medium, wherein the input power of the signal light and the output power of the signal light are in the same wavelength range. Something is monitored, and the control unit converts the ratio or gain of the input power of the signal light and the output power of the signal light monitored by the monitoring means, or converts the input power of the signal light and the output power of the signal light Calculating the ratio or gain of the value of the electrical signal obtained as described above, and based on this, the control unit controls the excitation means to control the light quantity of the excitation light source,
The control unit controls the excitation means to control the light amount of the excitation light source so that the ratio or gain calculated by the control unit matches a predetermined value or a value input from the outside. Control method.

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