JP3983510B2

JP3983510B2 - 光増幅装置

Info

Publication number: JP3983510B2
Application number: JP2001239707A
Authority: JP
Inventors: 邦彦一色; 太一小暮; 邦明本島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003051791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の波長からなる信号光を増幅する光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の波長からなる信号光を増幅する光増幅装置は、例えば、光増幅中継伝送システムにおいて、波長分割多重化された信号光の線形中継を行うために用いられている。この種の光増幅装置では、複数の波長からなる信号光に対する増幅利得が平坦であることが望まれる。例えば、特開平１１−２７５０２６号公報（波長分割多重化光伝送における光増幅を制御する方法およびシステム）では、光増幅中継伝送システムにおいて光増幅装置の利得を平坦化制御する方法が開示されている。
【０００３】
図５は、従来の光増幅装置を用いた光増幅中継伝送システムの構成例を示すブロック図である。図５において、この光増幅中継伝送システムは、光送信装置３０と図示しない光受信装置とが、光伝送路４０を介して接続されている。光伝送路４０は、長尺の光ファイバ４１と、光ファイバ４１同士を接続する光増幅装置４２とで構成されている。
【０００４】
光送信装置３０は、複数の波長λ１〜λｎからなる主信号光と波長λｍ１，λｍ２の２つの補助信号光とを波長多重する光多重化装置３１と、光多重化装置３１の多重化信号光を増幅して光伝送路４０に送出する光増幅装置３２とを備えている。波長λｍ１は、主信号光の波長範囲よりも短く、波長λｍ２は、主信号光の波長範囲よりも長くなっている。
【０００５】
つぎに、動作について説明する。光送信装置３０において、情報伝達のための複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）と、光増幅装置４２を制御するための２つ補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）とが光多重化装置３１にて波長分割多重される。波長分割多重された信号光は、光増幅装置３２にて、光多重化装置３１による減衰分が補償されて光伝送路４０である光ファイバ４１に送出される。信号光は、長尺（例えば１００km）の光ファイバ４１を伝送して減衰を受ける。減衰した信号光は、光増幅装置４２で増幅されて光レベルが回復する。この多段中継増幅の繰り返しにより、長距離伝送が可能となる。
【０００６】
ここで、図６を用いて光増幅装置４２の利得を平坦化する方法を説明する。図６は、従来の光増幅装置で得られる増幅光スペクトル特性を示す図である。図６において、横軸は波長、縦軸は光強度である。図６では、波長範囲（λ１〜λｎ）が主信号光増幅帯域５１であり、主信号光増幅帯域５１外の短波長側に短い波長λｍ１の補助信号光５２の増幅帯域があり、主信号光増幅帯域５１外の長波長側に長い波長λｍ２の補助信号光５３の増幅帯域があることが示されている。補助信号光５２，５３の光レベルは、主信号光のそれよりも若干低いレベルになっている。
【０００７】
図６に示すように、主信号光増幅帯域５１において光増幅装置４２からの主信号光のレベルが揃っていて傾きがなければ多くの多段中継が可能である。しかし、傾きがあり、この傾きが大きいほど、低いレベルの信号光の強度低下が順次重なって受信レベルを割ってしまうので、多段中継数が少なくなる。
【０００８】
そこで、各光増幅装置４２では、主信号光増幅帯域５１外の短波長側と長波長側とに追加されている補助信号光５２，５３のレベルを検出して大小関係を比較し、斜線５４に示すようにレベル差がある場合には、平坦な線５５のようにレベル差がなくなるように利得を制御（利得平坦化制御）し、主信号光増幅帯域５１において傾きがないようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光増幅装置では、上述したように光送信装置３０から送信される補助信号光を用いて利得平坦化制御を行う構成であるため、補助信号光を送信できる特定の光送信装置３０との組み合わせでしか利得平坦化制御が行えないという問題点があった。
【００１０】
本来、光増幅装置は、信号形式や変調速度等にかかわらず信号光を直接増幅できるので、種々の光送信装置と柔軟に組み合わせることができる特長を持つものである。その特長を活かすためには、利得平坦化の自律制御が行える光増幅装置の開発が必要である。
【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、利得平坦化の自律制御機能を持つ光増幅装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかる光増幅装置は、複数波長の主信号光を直接増幅する光増幅手段と、所定の波長範囲内の１以上の波長からなる主信号の波長範囲よりも短い波長を持ち第１の周波数で変調された第１の補助信号光を発生する第１補助信号光発生手段と、前記主信号光の波長範囲よりも長い波長を持ち前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で変調された第２の補助信号光を発生する第２補助信号光発生手段と、前記主信号光と前記第１および第２の補助信号光とを合波して前記光増幅手段に出力する光合波手段と、前記光増幅手段の出力光に含まれる前記第１および第２の補助信号光を前記第１および第２の周波数の変調信号によって分離して検出する第１および第２の検出手段と、前記第１および第２の検出手段で検出されたそれぞれの変調信号レベルに従って前記光増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、前記光増幅手段の出力光に含まれる前記主信号光のみを増幅光として外部に出力する出力手段と、前記第１および第２の補助信号光の前記光増幅手段への入力レベルを前記複数波長の主信号光のうちの１波長の主信号光の前記光増幅手段への入力レベルと実質的に等しくするように調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光増幅装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光増幅装置の構成を示すブロック図である。図１において、この光増幅装置は、信号光を直接増幅する機能を有する光増幅部１と、主信号光の波長範囲（λ１〜λｎ）外の短波長側にある波長λｍ１の補助信号光を発生するレーザダイオード２と、主信号光の波長範囲（λ１〜λｎ）外の長波長側にある波長λｍ２の補助信号光を発生するレーザダイオード３と、レーザダイオード２を周波数ｆ１で変調駆動する変調器４と、レーザダイオード３を周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で変調駆動する変調器５と、２つの補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）を合波する３ｄＢ光カプラ６と、外部から入力する複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）に３ｄＢ光カプラ６での合波光を追加（λ１〜λｎ、λｍ１，λｍ２）し、光増幅部１に出力する１３ｄＢ光カプラ７とを備えている。
【００３２】
さらに、この光増幅装置は、光増幅部１の出力光を２分岐する１３ｄＢ光カプラ８と、１３ｄＢ光カプラ８の一方の分岐光から主信号光（波長λ１〜λｎ）のみを抽出して外部へ増幅光として出力する光フィルタ９と、１３ｄＢ光カプラ８の他方の分岐光を電気変換するフォトダイオード１０と、フォトダイオード１０の出力信号から周波数ｆ１の変調信号成分を抽出する電気フィルタ１１と、フォトダイオード１０の出力信号から周波数ｆ２の変調信号成分を抽出する電気フィルタ１２と、変調器４，５の駆動制御を行うとともに、電気フィルタ１１，１２の出力に基づき光増幅部１の利得を制御する制御回路１３とを備えている。
【００３３】
つぎに、以上のように構成される光増幅装置の動作について説明する。図１において、複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）が装置外から１３ｄＢ光カプラ７に入力し、そのうちの９５％が通過して光増幅部１に入力する。一方、レーザダイオード２は、変調器４からの周波数ｆ１の変調信号によって変調駆動されるので、強度変調された補助信号光（波長λｍ１）を発生し、３ｄＢ光カプラ６に出力する。また、レーザダイオード３は、変調器５からの周波数ｆ２の変調信号によって変調駆動されるので、強度変調された補助信号光（波長λｍ２）を発生し、３ｄＢ光カプラ６に出力する。
【００３４】
３ｄＢ光カプラ６は、レーザダイオード２からの周波数ｆ１で強度変調された波長λｍ１の補助信号光とレーザダイオード３からの周波数ｆ２で強度変調された波長λｍ２の補助信号光とを結合し、１３ｄＢ光カプラ７に出力する。１３ｄＢ光カプラ７は、３ｄＢ光カプラ６からの補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）を外部からの主信号光（波長λ１〜λｎ）に追加して光増幅部１に入力する。光増幅部１は、主信号光（波長λ１〜λｎ）および補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）を増幅して１３ｄＢ光カプラ８に出力する。ここで、光増幅部１からの増幅光スペクトルは、図６に示したようになる。１３ｄＢ光カプラ８は、光増幅部１で増幅された主信号光（波長λ１〜λｎ）および補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）の９５％を光フィルタ９に出力し、残りの５％をフォトダイオード１０に出力する。
【００３５】
フォトダイオード１０は、１３ｄＢ光カプラ８からの主信号光（波長λ１〜λｎ）および補助信号光（波長λｍ１，λｍ２）を電気信号に変換し、電気フィルタ１１，１２に出力する。電気フィルタ１１は、入力する電気信号から周波数ｆ１の変調信号成分を抽出し、制御回路１３に出力する。また、電気フィルタ１２は、入力する電気信号から周波数ｆ２の変調信号成分を抽出し、制御回路１３に出力する。
【００３６】
制御回路１３は、電気フィルタ１１，１２の出力レベルをそれぞれ検出し、それらのレベルが等しくなるように光増幅部１の利得を制御する。その結果、図６で説明した増幅光スペクトルと同様に、光増幅部１が増幅する主信号光のレベルの傾きが平坦化される。このように利得平坦化制御を受けた光増幅部１で増幅された主信号光および補助信号光の９５％が１３ｄＢ光カプラ８から光フィルタ９に出力され、主信号光のみが光フィルタ９を透過して装置外に出力される。
【００３７】
図２は、光増幅装置から出力される増幅光のスペクトル特性を示す図である。図２において、横軸は波長、縦軸は光強度である。横軸には、主信号光増幅帯域２１の波長範囲（λ１〜λｎ）の他、補助信号光の波長λｍ１，λｍ２も示されているが、主信号光増幅帯域２１で増幅された主信号光は、レベルの揃った傾きのないものである。したがって、光フィルタ９から装置外に出力される主信号光は、図２に示すように、レベルの揃った傾きのないものとなる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１では、利得平坦化制御のための補助信号光を装置内で発生できるようにしたので、利得平坦化の自律制御が可能となる。したがって、光増幅中継伝送システムに適用した場合に、この実施の形態１による光増幅装置は、補助信号光を外部から貰う必要がなく、また外部に出力しないので、補助信号光の送信有無を問わず種々の光送信装置と柔軟に組み合わせて、多段中継増幅による長距離伝送を行うことができるようになる。
【００３９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２である光増幅装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態２では、主信号光の入力レベルを検出し、主信号光の光増幅部への入力レベルと実質的に等しいレベルの補助信号光を光増幅部に入力する構成例が示されている。なお、図３では、図１で示した構成と同一となる構成には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００４０】
図３に示すように、この実施の形態２では、図１に示した構成において、入力側に、１３ｄＢカプラ３１と、光フィルタ３２と、フォトダイオード３３とが設けられ、それに伴い、制御回路１３に代えた制御回路３４が設けられている。その他は、実施の形態１（図１）と同様である。
【００４１】
１３ｄＢカプラ３１は、外部から入力する複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）の９５％を１３ｄＢカプラ７に出力し、残りの５％を光フィルタ３２に出力する。光フィルタ３２は、複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）の中の例えば波長λ１の主信号を通過させ、フォトダイオード３３に出力する。フォトダイオード３３は入力光を電気変換して制御回路３４に出力する。制御回路３４は、フォトダイオード３３の出力レベルを検出し、その検出レベルとレーザダイオード２，３の出力レベルとが等しくなるように変調器４，５を制御する。
【００４２】
つぎに、以上のように構成される実施の形態２による光増幅装置の動作について説明する。図３において、外部から入力する複数の主信号光（波長λ１〜λｎ）のうちの１波、例えば波長λ１のみの主信号光を光フィルタ３２を介してフォトダイオード３３に入力させ、検出信号を制御回路３４に入力させる。
【００４３】
制御回路３４は、フォトダイオード３３の出力レベルを検出し、その検出レベルとほぼ等しいレベルの補助信号光を光増幅部１に入力させるように変調器４，５を制御する。その結果、光増幅部１からは、図４に示すような主信号光と補助信号光が出力される。
【００４４】
図４は、光増幅部１からの増幅光スペクトル特性を示す図である。図４において、横軸は波長、縦軸は光強度である。横軸には、主信号光増幅帯域２１の波長範囲（λ１〜λｎ）と、補助信号光の波長λｍ１，λｍ２が示されている。図４に示したように、主信号光増幅帯域２１の主信号光とその両側での補助信号光４１，４２のレベルがほぼ等しくなる。
【００４５】
このように、この実施の形態２では、主信号光のレベルに合わせた補助信号光を主信号光と共に光増幅部１に入力し、その出力レベルが所定の一定値となるように利得を制御するようにしたので、主信号光の入力レベルが変動して図４に斜線４３で示す光レベルの傾きが生じても速やかにその傾きが補正され、平坦な線４４で示すように、増幅光出力レベルを一定に保つことができるようになる。
【００４６】
なお、実施の形態１，２において、補助信号光の一方、例えば波長λｍ１の補助信号光が、レーザダイオード２の故障や接続している光ファイバの断線等により途絶えた場合に、他方の波長λｍ２の補助信号光を出力するレーザダイオード３の出力レベルのみを所定の一定値に制御することにより、ほぼ同様の作用・効果が得られる。これは補助信号光を２波長使用する効果の１つである。
【００４７】
また、光増幅部１としては、例えばエルビウム添加光ファイバのような光励起の光増幅媒体や、半導体レーザ増幅媒体等を含むものが可能であるが、それらに限られないことは言うまでもない。光増幅媒体における利得制御としては、励起光パワーや順方向電流の調整で行うことができる。
【００４８】
さらに、光増幅媒体の前後、ないしは中間に可変光減衰器を設け、その減衰量を調整することによって実質的に利得制御を行っても良く、さらに光増幅媒体の利得調整と可変光減衰器の減衰量調整を組み合わせるようにしても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、調整手段により第１および第２の補助信号光の光増幅手段への入力レベルを複数波長の主信号光のうちの１波長の主信号光の光増幅手段への入力レベルと実質的に等しくするように調整するので、入力する主信号光に変動がある場合でも光増幅手段での増幅光において出力レベルを所定のレベル値に保ちつつ傾きが生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光増幅装置から出力される増幅光スペクトルを示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２である光増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す光増幅部からの増幅光スペクトルの特性図である。
【図５】従来の光増幅装置を用いた光増幅中継システムの構成を示すブロック図である。
【図６】従来の光増幅装置からの増幅光スペクトルの特性図である。
【符号の説明】
１光増幅部、２，３レーザダイオード、４，５変調器、７，８，３１１３ｄＢ光カプラ、９，３２光フィルタ、１０，３３フォトダイオード、１１，１２電気フィルタ、１３，３４制御回路。

Claims

複数波長の主信号光を直接増幅する光増幅手段と、
所定の波長範囲内の１以上の波長からなる主信号の波長範囲よりも短い波長を持ち第１の周波数で変調された第１の補助信号光を発生する第１補助信号光発生手段と、
前記主信号光の波長範囲よりも長い波長を持ち前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で変調された第２の補助信号光を発生する第２補助信号光発生手段と、
前記主信号光と前記第１および第２の補助信号光とを合波して前記光増幅手段に出力する光合波手段と、
前記光増幅手段の出力光に含まれる前記第１および第２の補助信号光を前記第１および第２の周波数の変調信号によって分離して検出する第１および第２の検出手段と、
前記第１および第２の検出手段で検出されたそれぞれの変調信号レベルに従って前記光増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、
前記光増幅手段の出力光に含まれる前記主信号光のみを増幅光として外部に出力する出力手段と、
前記第１および第２の補助信号光の前記光増幅手段への入力レベルを前記複数波長の主信号光のうちの１波長の主信号光の前記光増幅手段への入力レベルと実質的に等しくするように調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とする光増幅装置。
前記調整手段は、
前記複数波長の主信号光のうちの１波長の主信号光の光増幅手段への入力レベルを検出するレベル検出手段と、
前記第１および第２の補助信号光のレベルが前記レベル検出手段の検出レベルとほぼ等しくなるように前記第１および第２の補助信号光発生手段を制御する補助信号光発生制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光増幅装置。
前記利得制御手段は、
第１および第２の検出手段の検出レベルがほぼ等しくなるように前記光増幅手段の利得を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅装置。
前記光増幅手段は、光励起による光増幅媒体を含み、前記利得制御手段は、励起光パワーを調整する調整手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光増幅装置。
前記光増幅手段は、半導体レーザ増幅媒体を含み、前記利得制御手段は、半導体レーザの順方向電流を調整する調整手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光増幅装置。
前記光増幅手段は、可変光減衰器を含み、前記利得制御手段は、前記可変光減衰器の光減衰量を調整する調整手段を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光増幅装置。