JP4036489B2 - 波長多重信号を光増幅する光増幅器を制御するための方法と装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御するための方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、エルビウムドープファイバによる光増幅器を使った光増幅システムが実用化され、さらに伝送速度を上げるため、光増幅器を含めた光線路に複数の波長の光を多重化した波長多重信号を伝送する多波長一括増幅システムの実用化が進められている。そのための光増幅器として複数の信号波長の利得を制御することが必要になる。通常一波の場合には励起光を制御することにより、実現できたが、多波長一括増幅の場合、これに加えてそれぞれの信号の利得を制御するため複数の信号間の利得の差を制御することが必要となる。
【0003】
特願平6−229164号には、0.98μm帯の励起光と1.48μm帯の励起光という互いに相補的な利得特性(信号光波長と利得の関係)を与える2つの励起光を同時に使用して利得特性を平坦にすることによって2波長の信号光の利得差を小さくすることが提案されている。しかしながら、利得差の制御及びそれに基づく個々の光信号の出力の制御に関しては何ら提案されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、波長多重信号を光増幅する光増幅器における光信号間の利得差の制御及びそれに基づく個々の光信号の出力の制御のための方法と装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御する方法であって、該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入し、該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入し、該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御する各段階を具備する方法が提供される。
【0006】
本発明によれば、波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御する方法であって、該希土類ドープファイバが光増幅作用を呈する波長領域内の波長を有する制御光を該希土類ドープファイバに注入し、注入される制御光のパワー又は波長を制御し、それによって前記複数の光信号間の利得差を制御する各段階を具備する方法もまた提供される。
【0007】
本発明によれば、波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御するための装置であって、該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する手段と、該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する手段と、該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御する手段とを具備する装置もまた提供される。
【0008】
本発明によれば、波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御するための装置であって、該希土類ドープファイバが増幅作用を呈する波長領域内の波長を有する制御光を該希土類ドープ光ファイバに注入する手段と、注入される制御光のパワー又は波長を制御し、それによって前記複数の光信号間の利得差を制御する手段とを具備する装置もまた提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明第1の具体例に係る制御が適用された光増幅器の構成を示す。図1において、波長λ1 及びλ2 からなる信号光(λ1 <λ2 とする)は光合波器10において光源14からの励起光(例えば波長0.98μm)と合波されエルビウムドープファイバ12へ導入される。光源16からの波長λ3 の励起光(例えばλ3 =1.48μm)は、光合波器18により、信号光とは逆の方向にエルビウムドープファイバ12へ導入される。エルビウムドープファイバ12で増幅された光信号の一部が光カプラ20で分岐され、光分波器22で波長λ1 とλ2 とに分波され、光検出器24,26においてそれぞれの光パワーが検出される。制御回路28は、光検出器24,26の検出出力に基づき、光源14及び16の駆動電流を制御して光パワーを制御する。
【0010】
励起光の導入の方向は図示した例に限られないのは勿論である。また、光源14,16の駆動電流を制御することによって励起光の注入パワーを制御する代わりに、図2に示すように光源14,16と光合波器10,18の間に可変アッテネータ15,17を設け、可変アッテネータ15,17の減衰量を制御することによって励起光の注入パワーを制御しても良い。
【0011】
特願平6−229164号の図15に示されるように、0.98μm帯の励起光を使用したときは長波長側よりも短波長側の利得が大きく、1.48μm帯の励起光を使用したときは短波長側よりも長波長側の利得が大きくなる。制御回路28は、光検出器24,26の出力からλ1 ,λ2 の各光出力を算出し、もし、短波長側のλ1 の光の出力パワーP1 が長波長側の光の出力パワーP2 よりも大きければ、短波長側の利得を上げる効果のある0.98μm帯励起光パワーを小さくし、長波長側の利得を上げる効果のある1.48μm帯励起光パワーを大きくする。逆に、P1 よりもP2 の方が大きければ0.98μm帯励起光パワーを大きくし、1.48μm帯励起光パワーを小さくする。また各信号光の光出力の合計が所望の出力以下である場合は、0.98μm帯/1.48μm帯励起光の両方のパワーを上げ、所定の光出力以上である場合は、両方のパワーを下げ、所望の光出力が得られるようにする。
【0012】
以上のように、本発明の第1の具体例においては、各光信号の出力を監視しながら、各光信号とも所望の出力が得られるように0.98μm帯/1.48μm帯励起光パワーが調節される。
図3に入力信号光パワーがそれぞれ−8.1dBm 、入力信号光の波長λ1 ,λ2 がλ1 =1535nm、λ2 =1558nmの時の実験結果を示す。図3中には利得差ΔG(=P1558−P1535)が0及び+1dBで一定という条件、及び総出力(=P1558+P1535)が11,12,13,13.5及び14で一定という条件のもとでの0.98μm帯励起光パワーと1.48μm帯励起パワーの関係が示されている。例えばΔG=0のもとでは、(0.98μm帯励起光パワー、1.48μm帯励起光パワー)=(40mW,15mW)とすれば総出力13dBm が得られ、(30mW,35mW)とすれば総出力13.5dBm が得られるといったように、ΔG=0の曲線に沿って0.98μm帯励起光パワーと1.48μm帯励起光パワーを変えることで利得差0を保ちつつ光出力を変えることができる。
【0013】
図4はエルビウムドープファイバの放射確率(放出遷移の確率)、吸収確率(吸収遷移の確率)、及び吸収確率に対する放射確率の割合の波長依存性を示すグラフである。図4において、1.48μm(1480nm)では放射が起こっており、励起率(励起状態にあるエルビウム原子の割合)が低下していることがわかる。しかし、放射の割合は小さいため、この波長の光は増幅されない。一方、波長が長くなればなる程放射の割合が増え、励起率が一層低下することがわかる。
【0014】
図5は種々の励起率における利得係数の波長依存性の変化を表わすグラフである。図5によれば、励起率1.0に近い程短波長側(例えばλ1 =1.54μm)の利得が相対的に大きくなり、励起率が低下すればする程、長波長側(例えばλ2 =1.55μm)の利得が相対的に大きくなることがわかる。
以上のことから、前述の0.98μm/1.48μmによるハイブリッド励起で利得差の制御が可能であったのは、1.48μmにおいて放射が起こっており、そのために励起率が低下するためであると推定される。しかしながら、1.48μm帯のようにエルビウムドープファイバ内で増幅されない波長を使用する限り、励起率の低下には限界があるため制御範囲が広くならないこともわかる。
【0015】
したがって本発明の第2の具体例においては、希土類ドープファイバが増幅作用を呈する波長領域内の波長、好ましくは放射確率が吸収確率より大である波長領域内の波長、さらに好ましくは1520nmより短かくない波長を制御光の波長として用い、この制御光の光パワー又は波長を制御することにより励起率を制御し、もって信号間の利得差を制御する。
【0016】
図6は本発明の第2の具体例に係る制御が適用された光増幅器の構成を示す。図6において、波長λ1 及びλ2 からなる信号光(例えば図2に示すように、λ1 =1.54μm,λ2 =1.55μm)は光合波器10において光源14からの励起光(例えば波長0.98μm)と合波されエルビウムドープファイバ12へ導入される。光源40からの波長λ3 の制御光(例えば図5に示すようにλ3 =1.57μm)は、光合波器18により、信号光とは逆の方向にエルビウムドープファイバ12へ導入される。エルビウムドープファイバ12で増幅された光信号の一部が光カプラ20で分岐され、光分波器22で波長λ1 とλ2 とに分波され、光検出器24,26においてそれぞれの光パワーが検出される。制御回路28は、光検出器24,26の検出出力に基づき、光源40の光パワー又は発光波長を制御することによって利得差を制御し、かつ、光源14の光パワーを制御することによって全体の(平均の)利得を制御する。これによって、信号光λ1 及びλ2 の出力レベルをそれぞれ一定に制御することができる。
【0017】
励起光及び制御光の導入の方向は図示した例に限られないのは勿論である。また、制御光λ3 を除去する必要がある場合には出力に光フィルタを設けることにより除去することができる。制御光の光パワーを制御する場合は、例えば、光源40としてのレーザダイオードの駆動電流を制御する。制御光の波長を制御する場合は、例えば、光源40として波長可変レーザを用いる。
【0018】
信号光とは別に制御光を導入する代わりに、図7に示すようにエルビウムドープファイバを有する光増幅器30へ入力される光信号のパワーを可変アッテネータ32を用いて制御することによっても信号間の利得差を制御することができる。信号光の波長は当然或る程度の放射確率を呈する波長に設定されるから、信号光自身の入射パワーを制御することによっても利得差の制御が可能である。また、図8に示すように、光伝送路34の受信側に設けられた光増幅器30へ入射する信号光のパワーを送信側に設けられた可変アッテネータ32で制御しても良い。
【0019】
さらに、図6において、制御光を伝送路の監視のためのSV(supervisory)信号で変調して信号光λ1 ,λ2 とともに伝送することも可能である。この場合は、制御光は信号光と同じ方向でエルビウムドープファイバへ導入することが好ましい。
【0020】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、波長多重信号を光増幅する光増幅器の出力を波長毎に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の具体例を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の具体例の一変形を示すブロック図である。
【図3】図1の回路の動作を説明するグラフである。
【図4】エルビウムドープファイバ中のエルビウム原子の放射確率、吸収確率、及び放射確率/吸収確率の波長依存性を示すグラフである。
【図5】種々の励起率における利得係数の波長依存性を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の具体例を示すブロック図である。
【図7】本発明の第2の具体例の一変形を示すブロック図である。
【図8】本発明の第2の具体例の他の変形を示すブロック図である。
【符号の説明】
10,18…光合波器
14,16…励起光光源
20…光カプラ
22…光分波器
24,26…光検出器
40…制御光光源
Claims (18)
- 波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御する方法であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する段階と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する段階と、
該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御し、前記波長多重信号の利得を制御する段階とを具備する方法。 - 光増幅器の出力における前記複数の光信号のパワーをそれぞれ検出する段階をさらに具備し、
前記制御する段階において、検出された光信号のパワーに応じて前記第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項1記載の方法。 - 前記制御する段階において、前記第1及び第2の励起光の光源の駆動電流を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項2記載の方法。
- 前記制御する段階において、前記第1及び第2の励起光の光源と前記希土類ドープファイバの間に設けられた可変光減衰器を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項2記載の方法。
- 第1の波長の光信号と該第1の波長と異なる第2の波長の光信号とを含む波長多重信号光を増幅する希土類ドープファイバを有する光増幅器の制御方法であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する段階と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する段階と、
該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御し、該第1の波長の光信号と該第2の波長の光信号の利得差を一定に保つ段階とを具備する方法。 - 第1の波長の光信号と該第1の波長と異なる第2の波長の光信号とを含む波長多重信号光を増幅する希土類ドープファイバを有する光増幅器の制御方法であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する段階と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する段階と、
該第1及び第2の励起光の注入パワーを制御し、該第1の波長の光信号と該第2の波長の光信号の利得差を一定に保ちつつ、該第1の波長の光信号および該第2の波長の光信号の強度を制御する段階とを具備する方法。 - 光増幅器の出力における該第1の波長および該第2の波長の光信号のパワーをそれぞれ検出する段階をさらに具備し、
前記検出された光信号のパワーに応じて前記第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項5または請求項6記載の方法。 - 前記制御する段階において、前記第1及び第2の励起光の光源の駆動電流を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項7記載の方法。
- 前記制御する段階において、前記第1及び第2の励起光の光源と前記希土類ドープファイバの間に設けられた可変光減衰器を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項7記載の方法。
- 波長が異なる複数の光信号を含む波長多重信号を光増幅する希土類ドープファイバを含む光増幅器を制御するための装置であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する手段と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する手段と、
該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御する手段とを具備する装置。 - 光増幅器の出力における前記複数の光信号のパワーをそれぞれ検出する手段をさらに具備し、
前記制御手段は、検出された光信号のパワーに応じて前記第1及び第2の励起光の注入パワーを制御する請求項10記載の装置。 - 前記制御手段は、前記第1及び第2の励起光の光源の駆動電流を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーを制御する請求項11記載の装置。
- 前記制御手段は、前記第1及び第2の励起光の光源と前記希土類ドープファイバの間に設けられた可変光減衰器を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーを制御する請求項11記載の装置。
- 第1の波長の光信号と該第1の波長と異なる第2の波長の光信号とを含む波長多重信号光を増幅する希土類ドープファイバを有する光増幅器を制御するための装置であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する手段と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する手段と、
該第1及び第2の励起光の少なくとも一方の注入パワーを制御し、該第1の波長の光信号と該第2の波長の光信号の利得差を一定に保つ手段とを具備する装置。 - 第1の波長の光信号と該第1の波長と異なる第2の波長の光信号とを含む波長多重信号光を増幅する希土類ドープファイバを有する光増幅器を制御するための装置であって、
該希土類ドープファイバに第1の励起光を注入する手段と、
該第1の励起光が与える利得特性とは異なる利得特性を希土類ドープファイバに与える、第1の励起光の波長とは異なる波長を有する第2の励起光を該希土類ドープファイバに注入する手段と、
該第1及び第2の励起光の注入パワーを制御し、該第1の波長の光信号と該第2の波長の光信号の利得差を一定に保ちつつ、該第1の波長の光信号および該第2の波長の光信号の強度を制御する手段とを具備する装置。 - 光増幅器の出力における該第1の波長および該第2の波長の光信号のパワーをそれぞれ検出する手段をさらに具備し、
前記検出された光信号のパワーに応じて前記第1及び第2の励起光の注入パワーが制御される請求項14または請求項15記載の装置。 - 前記制御手段は、前記第1及び第2の励起光の光源の駆動電流を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーを制御する請求項16記載の装置。
- 前記制御手段は、前記第1及び第2の励起光の光源と前記希土類ドープファイバの間に設けられた可変光減衰器を制御することによって第1及び第2の励起光の注入パワーを制御する請求項16記載の方法。
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