JP4137938B2 - Optical power monitor and optical amplifier having the optical power monitor - Google Patents

Optical power monitor and optical amplifier having the optical power monitor Download PDF

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Description

本発明は光増幅器及び光増幅器に適用可能な光パワーモニタに関する。   The present invention relates to an optical amplifier and an optical power monitor applicable to the optical amplifier.

近年、光通信システム或いは光ネットワークシステムに適用可能なエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)その他の光増幅器が実用化されている。光増幅器に供給される或いは光増幅器が出力する光信号は雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有している。   In recent years, an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and other optical amplifiers applicable to an optical communication system or an optical network system have been put into practical use. The optical signal supplied to the optical amplifier or output from the optical amplifier has a signal spectrum superimposed on the noise spectrum.

例えば、光ファイバ伝送路の途中にその各々が光増幅器を有する複数の中継器が設けられている場合、各光増幅器で生じる雑音スペクトルが累積されて信号スペクトルに関する光パワーを正確にモニタリングすることができなくなるので、これに対処することが要求されている。   For example, when a plurality of repeaters each having an optical amplifier are provided in the middle of an optical fiber transmission line, the noise spectrum generated by each optical amplifier can be accumulated to accurately monitor the optical power related to the signal spectrum. There is a need to deal with this because it will not be possible.

従来、光増幅媒体と、光増幅媒体が利得帯域を有するように光増幅媒体をポンピングする手段とを備えた光増幅器が公知である。   Conventionally, an optical amplifier including an optical amplification medium and means for pumping the optical amplification medium so that the optical amplification medium has a gain band is known.

例えば、希土類元素がドープされたドープファイバを光増幅媒体として有する光ポンピング型の光増幅器においては、適切に設定された波長を有するポンプ光がドープファイバに供給される。ポンプ光によりポンピングされているドープファイバに光信号が入力すると、誘導放出の原理に従って光信号がドープファイバにおいて増幅される。   For example, in an optical pumping type optical amplifier having a doped fiber doped with a rare earth element as an optical amplification medium, pump light having an appropriately set wavelength is supplied to the doped fiber. When an optical signal is input to the doped fiber that is pumped by the pump light, the optical signal is amplified in the doped fiber according to the principle of stimulated emission.

また、半導体レーザ型の光増幅器においては、半導体チップとして提供される光増幅媒体にバイアス電流が供給され、これにより光増幅媒体がポンピングされる。   In a semiconductor laser type optical amplifier, a bias current is supplied to an optical amplifying medium provided as a semiconductor chip, thereby pumping the optical amplifying medium.

実用的な光増幅器においては、種々の目的で光パワーがモニタリングされる。例えば、光増幅器に入力する光信号が途絶えたときに、光増幅媒体のポンピングを停止するために、光増幅媒体に供給される光信号のパワーがモニタリングされる。   In practical optical amplifiers, optical power is monitored for various purposes. For example, when the optical signal input to the optical amplifier is interrupted, the power of the optical signal supplied to the optical amplifying medium is monitored in order to stop the pumping of the optical amplifying medium.

また、光増幅器の出力パワーが一定に保たれるようにするための制御を行うために、光増幅媒体から出力される光信号のパワーがモニタリングされる。   In addition, the power of the optical signal output from the optical amplification medium is monitored in order to perform control for keeping the output power of the optical amplifier constant.

光信号のパワーをモニタリングするために、例えば、フォトダイオードに光信号が供給される。逆バイアスされているフォトダイオードに光信号が供給されると、光信号のパワーに応じた光電流がフォトダイオードに生じ、これにより光信号のパワーがモニタリングされる。   In order to monitor the power of the optical signal, for example, the optical signal is supplied to a photodiode. When an optical signal is supplied to a reverse-biased photodiode, a photocurrent corresponding to the power of the optical signal is generated in the photodiode, thereby monitoring the power of the optical signal.

光増幅媒体から出力される光信号のパワーをモニタリングする場合、光信号はその光増幅媒体において生じた雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有しているので、光信号をフォトダイオードにより光/電気変換するだけでは、信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができない。   When monitoring the power of an optical signal output from an optical amplifying medium, the optical signal has a signal spectrum superimposed on a noise spectrum generated in the optical amplifying medium. The power of the optical signal related to the signal spectrum cannot be accurately monitored only by the conversion.

また、複数のカスケード接続された光増幅器の使用により雑音スペクトルが累積している場合にも、同様の問題が生じる。   A similar problem occurs when noise spectrum is accumulated due to the use of a plurality of cascaded optical amplifiers.

よって、本発明の目的は、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる光パワーモニタを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical power monitor that can accurately monitor the power of an optical signal related to a signal spectrum without being affected by a noise spectrum.

本発明の他の目的は、このような光パワーモニタを有する光増幅器を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical amplifier having such an optical power monitor.

本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。   Other objects of the present invention will become clear from the following description.

本発明の一側面によると、雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有し該信号スペクトルは主信号により与えられる光信号のための光増幅器であって、主光路上に設けられる光増幅媒体と、該光増幅媒体が上記光信号の波長を含む利得帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするための第1の手段と、上記主光路に動作的に接続され上記光信号を上記主光路から抽出するための第2の手段と、該抽出された光信号のための光パワーモニタとを備え、該光パワーモニタは、上記第2の手段により抽出された光信号を第1の光信号と第2の光信号に分岐する第1の光カプラと、上記主信号により与えられる光信号の波長を通過帯域として含む第1の通過帯域を有し、上記第1の光信号に含まれる自然放出光及び上記主信号により与えられる光信号を含む第3の光信号を抽出する第1の光帯域通過フィルタと、上記主信号により与えられる光信号の波長を通過帯域として含み、上記第1の通過帯域よりも狭い第2の通過帯域を有し、上記第2の光信号に含まれる自然放出光及び上記主信号により与えられる光信号を含む第4の光信号を抽出する第2の光帯域通過フィルタと、上記第3の光信号の光パワーを示す第1の電気信号を出力する第1のフォトディテクタと、上記第4の光信号の光パワーを示す第2の電気信号を出力する第2のフォトディテクタと、上記第1及び第2のフォトディテクタに動作的に接続され、上記第1及び第2の電気信号、並びに上記第1及び第2通過帯域の帯域幅に基づき予め定められた演算を行って、上記主信号により与えられ、自然放出光を含まない光信号の光パワーを示す誤差信号を出力する演算増幅器とを備えている光増幅器が提供される。 According to one aspect of the present invention, an optical amplifier for an optical signal having a signal spectrum superimposed on a noise spectrum, the signal spectrum being provided by a main signal, an optical amplification medium provided on the main optical path; A first means for pumping the optical amplifying medium so that the optical amplifying medium has a gain band including the wavelength of the optical signal; and the optical signal operatively connected to the main optical path from the main optical path. A second means for extracting and an optical power monitor for the extracted optical signal , wherein the optical power monitor converts the optical signal extracted by the second means to the first optical signal; A first optical coupler that branches into a second optical signal; and a spontaneous emission included in the first optical signal, the first optical coupler having a first passband including a wavelength of the optical signal given by the main signal as a passband. Given by light and the main signal A first optical bandpass filter for extracting a third optical signal including the optical signal to be transmitted; and a second optical bandpass filter including a wavelength of the optical signal given by the main signal as a passband, and being narrower than the first passband A second optical bandpass filter having a passband and extracting a fourth optical signal including a spontaneous emission light included in the second optical signal and an optical signal given by the main signal; A first photodetector that outputs a first electrical signal indicating the optical power of the optical signal; a second photodetector that outputs a second electrical signal indicating the optical power of the fourth optical signal; Operatively connected to a second photodetector, performing a predetermined operation based on the first and second electrical signals and the bandwidth of the first and second passbands, and provided by the main signal , Including spontaneous emission An optical amplifier and an operational amplifier for outputting an error signal indicating the optical power of no optical signal is provided.

本発明のある側面によると、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができるので、そのモニタリングに基づいて光増幅器における種々の制御(例えばポンプ光の制御)を行うことができる。   According to an aspect of the present invention, the power of the optical signal related to the signal spectrum can be accurately monitored without being affected by the noise spectrum, and various controls (for example, control of pump light) in the optical amplifier can be performed based on the monitoring. It can be performed.

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。尚、全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Throughout the drawings, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1を参照すると、本発明による光パワーモニタの第1の基本構成が示されている。雑音スペクトルNS1に重畳された信号スペクトルSS1を有する光信号OSが光カプラ2に供給される。雑音スペクトルNS1は例えば光増幅媒体において生じるASE(増幅された自然放出光)によるものであり、信号スペクトルSS1は例えば主信号による変調により与えられる。信号スペクトルSS1の中心波長はλ0 である。   Referring to FIG. 1, a first basic configuration of an optical power monitor according to the present invention is shown. An optical signal OS having a signal spectrum SS1 superimposed on the noise spectrum NS1 is supplied to the optical coupler 2. The noise spectrum NS1 is, for example, due to ASE (amplified spontaneous emission light) generated in the optical amplification medium, and the signal spectrum SS1 is given by, for example, modulation by the main signal. The center wavelength of the signal spectrum SS1 is λ0.

光カプラ2は、供給された光信号OSを第1のビームB1と第2のビームB2とに分岐する。光カプラ2における分岐比はここでは1:1であるが、本発明はこれに限定されない。   The optical coupler 2 branches the supplied optical signal OS into a first beam B1 and a second beam B2. The branching ratio in the optical coupler 2 is 1: 1 here, but the present invention is not limited to this.

第1のビームB1は第1の光帯域通過フィルタ4を通過してビームB3となる。第2のビームB2は第2の光帯域通過フィルタ6を通過してビームB4となる。   The first beam B1 passes through the first optical bandpass filter 4 and becomes a beam B3. The second beam B2 passes through the second optical bandpass filter 6 and becomes a beam B4.

フィルタ4及び6は、それぞれ、波長λ0 を含む通過帯域PB1及びPB2を有している。通過帯域PB1は通過帯域PB2よりも広い。   Filters 4 and 6 have passbands PB1 and PB2 including wavelength λ0, respectively. The pass band PB1 is wider than the pass band PB2.

ビームB3は雑音スペクトルNS2に重畳された信号スペクトルSS2を有している。雑音スペクトルNS2は、フィルタ4の通過帯域PB1に従って、雑音スペクトルNS1と比較して狭くなっている。   The beam B3 has a signal spectrum SS2 superimposed on the noise spectrum NS2. The noise spectrum NS2 is narrower than the noise spectrum NS1 according to the pass band PB1 of the filter 4.

ビームB4は雑音スペクトルNS3に重畳された信号スペクトルSS3を有している。雑音スペクトルNS3は、フィルタ6の通過帯域PB2がフィルタ4の通過帯域PB1よりも狭いことにより、雑音スペクトルNS2と比較して更に狭くなっている。   The beam B4 has a signal spectrum SS3 superimposed on the noise spectrum NS3. The noise spectrum NS3 is narrower than the noise spectrum NS2 because the passband PB2 of the filter 6 is narrower than the passband PB1 of the filter 4.

ビームB3は第1のフォトディテクタ(PD)8により第1の電気信号S1に変換される。信号S1はビームB3の平均パワーに対応するレベル(例えば電圧レベル又は電流レベル)を有している。   The beam B3 is converted into a first electric signal S1 by a first photodetector (PD) 8. The signal S1 has a level (for example, a voltage level or a current level) corresponding to the average power of the beam B3.

ビームB4は第2のフォトディテクタ10により第2の電気信号S2に変換される。信号S2はビームB4の平均パワーに対応するレベル(例えば電圧レベル又は電流レベル)を有している。   The beam B4 is converted into a second electrical signal S2 by the second photodetector 10. Signal S2 has a level (eg, voltage level or current level) corresponding to the average power of beam B4.

そして、演算ユニット12が信号S1及びS2に基づき予め定められた演算を行うことによって、信号スペクトルSS1に関する光信号OSのパワーが得られる。その演算の具体例については後述する。   Then, the arithmetic unit 12 performs a predetermined calculation based on the signals S1 and S2, thereby obtaining the power of the optical signal OS related to the signal spectrum SS1. A specific example of the calculation will be described later.

図2の(A),(B)及び(C)を参照して、図1の光パワーモニタの動作原理を説明する。   The operation principle of the optical power monitor of FIG. 1 will be described with reference to (A), (B), and (C) of FIG.

図2の(A)は光カプラ2に供給される光信号OSのスペクトルを示している。今、信号スペクトルSS1のパワーが2Psig とし、雑音スペクトルNS1のパワーが2PASE とすると、信号スペクトルSS1が雑音スペクトルNS1よりも十分に狭いことにより、光信号OSの入力パワーPinは次式で与えられる。 FIG. 2A shows the spectrum of the optical signal OS supplied to the optical coupler 2. Now, power and 2P sig of the signal spectrum SS1, the power of the noise spectrum NS1 is to 2P ASE, by signal spectrum SS1 is sufficiently narrower than the noise spectrum NS1, the input power P in of the optical signal OS is the following formula Given.

in = 2Psig +2PASE ・・・(1)
図2の(B)及び(C)を参照すると、ビームB3及びB4のスペクトルがそれぞれ示されている。フィルタ4及び6の波長λ0 における透過率が100%であるとすれば、光カプラ2の分岐比が1:1であることから、信号スペクトルSS2及びSS3のパワーはそれぞれPsig となる。また、雑音スペクトルNS2のパワーは、フィルタ4の通過帯域PB1によって決定される定数K1 (1<K1 )を用いてPASE /K1 で表され、雑音スペクトルNS3のパワーは、フィルタ6の通過帯域PB2によって決定される定数K2 (K1 <K2 )を用いてPASE /K2 で表される。
P in = 2P sig + 2P ASE (1)
Referring to FIGS. 2B and 2C, the spectra of beams B3 and B4 are shown, respectively. Assuming that the transmittance of the filters 4 and 6 at the wavelength λ 0 is 100%, since the branching ratio of the optical coupler 2 is 1: 1, the powers of the signal spectra SS2 and SS3 are respectively P sig . The power of the noise spectrum NS2 is expressed by P ASE / K 1 using a constant K 1 (1 <K 1 ) determined by the pass band PB1 of the filter 4, and the power of the noise spectrum NS3 is It is expressed by P ASE / K 2 using a constant K 2 (K 1 <K 2 ) determined by the pass band PB2.

フォトディテクタ8が出力する電気信号S1の電圧レベルV1 がビームB3のパワーに比例し、フォトディテクタ10が出力する電気信号S2の電圧レベルV2 がビームB4のパワーに比例するとすると、電圧レベルV1 及びV2 はそれぞれ次式で与えられる。 The voltage level V 1 of the electrical signal S1 photodetector 8 outputs is proportional to the power of the beam B3, the voltage level V 2 of the electrical signal S2 photodetector 10 outputs to the proportional to the power of the beam B4, the voltage level V 1 and Each V 2 is given by the following equation.

1 ∝ Psig +PASE /K1 ・・・(2)
2 ∝ Psig +PASE /K2 ・・・(3)
(2)式をK1 倍して(3)式をK2 倍して、これらの差を求めると、(4)式が得られる。
V 1 ∝ P sig + P ASE / K 1 (2)
V 2 ∝ P sig + P ASE / K 2 (3)
(2) to 1 times K a (3) is doubled K a and determine these differences is obtained (4).

11 −K2 2 ∝(K1 −K2 )Psig ・・・(4)
このように(2)式及び(3)式に基づき線形演算を行うことによって、(4)式に示されるように、信号スペクトルSS1に関する光信号のパワーPsig に比例した値を得ることができる。
K 1 V 1 −K 2 V 2 ∝ (K 1 −K 2 ) P sig (4)
Thus, by performing a linear operation based on the equations (2) and (3), a value proportional to the power P sig of the optical signal related to the signal spectrum SS1 can be obtained as shown in the equation (4). .

そのような線形演算を行うために、図1の演算ユニット12は、フォトディテクタ8が出力した電気信号S1に定数K1 を乗ずるための増幅器14と、フォトディテクタ10が出力した電気信号S2に定数K2 を乗ずるための増幅器16と、増幅器14及び16の出力信号の差を得るための減算器(比較器)18とを含んでいる。 To perform such a linear operation, the arithmetic unit 1 12 includes an amplifier 14 for multiplying the constants K 1 into an electric signal S1 photodetector 8 has output, constant electrical signal S2 photodetector 10 is output K 2 , And a subtracter (comparator) 18 for obtaining a difference between the output signals of the amplifiers 14 and 16.

これにより、前述した原理に従って、雑音スペクトルNS1に影響されずに信号スペクトルSS1に関する光信号OSのパワーを正確にモニタリングすることができる。   Thereby, according to the principle mentioned above, the power of the optical signal OS related to the signal spectrum SS1 can be accurately monitored without being influenced by the noise spectrum NS1.

信号スペクトルSS1に影響されずに雑音スペクトルNS1のパワーをモニタリングすることもできる。例えば、(2)式と(3)式の差分を求めることにより、次式が得られるので、それに基づいて雑音スペクトルのパワーPASE に比例した値を得ることができる。 It is also possible to monitor the power of the noise spectrum NS1 without being affected by the signal spectrum SS1. For example, since the following equation is obtained by obtaining the difference between the equations (2) and (3), a value proportional to the power P ASE of the noise spectrum can be obtained based on the following equation.

1 −V2 ∝ (1/K1 −1/K2 )PASE ・・・(5)
図3を参照すると、図1の光パワーモニタの実施形態が示されている。光信号OSはポート20から光カプラ2に供給される。光カプラ2はビームB1及びB2を出力し、ビームB1及びB2はそれぞれ光帯域通過フィルタ4及び6を通過してビームB3及びB4となる。
V 1 −V 2 ∝ (1 / K 1 −1 / K 2 ) P ASE (5)
Referring to FIG. 3, the embodiment of the optical power monitor of FIG. 1 is shown. The optical signal OS is supplied from the port 20 to the optical coupler 2. The optical coupler 2 outputs beams B1 and B2, and the beams B1 and B2 pass through the optical bandpass filters 4 and 6, respectively, to become beams B3 and B4.

ビームB3及びB4はそれぞれフォトダイオード22及び24に入射する。フォトダイオード22のカソードは+の電源線に接続され、アノードは抵抗R1を介して接地されており、これによりフォトダイオード22には逆バイアスが与えられている。   Beams B3 and B4 are incident on photodiodes 22 and 24, respectively. The cathode of the photodiode 22 is connected to a positive power supply line, and the anode is grounded via a resistor R1, whereby a reverse bias is applied to the photodiode 22.

フォトダイオード22にビームB3が入射すると、フォトダイオード22のアノードの電位がビームB3のパワーに従って変化するので、この変化を電圧信号として取り出すことができる。   When the beam B3 enters the photodiode 22, the potential of the anode of the photodiode 22 changes according to the power of the beam B3, and this change can be extracted as a voltage signal.

フォトダイオード24のカソードは+の電源線に接続されアノードは抵抗R2を介して接地されており、これによりダイオード24には逆バイアスが与えられている。フォトダイオード24にビームB4が入射すると、フォトダイオード24のアノードの電位はビームB4のパワーに従って変化する。従って、この変化を電圧信号として取り出すことができる。   The cathode of the photodiode 24 is connected to the + power supply line, and the anode is grounded via the resistor R2, whereby a reverse bias is applied to the diode 24. When the beam B4 is incident on the photodiode 24, the anode potential of the photodiode 24 changes according to the power of the beam B4. Therefore, this change can be extracted as a voltage signal.

フォトダイオード22のアノードは抵抗R3を介して演算増幅器26の+入力ポートに接続されている。演算増幅器26はボルテージフォロアーとして用いられる。   The anode of the photodiode 22 is connected to the + input port of the operational amplifier 26 via a resistor R3. The operational amplifier 26 is used as a voltage follower.

演算増幅器26の−入力ポートは接地され、+入力ポートと出力ポートとの間には抵抗R4が接続されている。   The negative input port of the operational amplifier 26 is grounded, and a resistor R4 is connected between the positive input port and the output port.

演算増幅器26の出力ポートは抵抗R5を介して演算増幅器28の+入力ポートに接続される。演算増幅器28は演算増幅器26の出力レベルを定数倍するためのものである。   The output port of the operational amplifier 26 is connected to the + input port of the operational amplifier 28 via the resistor R5. The operational amplifier 28 is for multiplying the output level of the operational amplifier 26 by a constant.

演算増幅器28の−入力ポートは接地され、+入力ポートは可変抵抗VR1を介して出力ポートに接続されている。可変抵抗VR1の値を調整することによって、演算増幅器28の利得が調整可能である。   The negative input port of the operational amplifier 28 is grounded, and the positive input port is connected to the output port via the variable resistor VR1. The gain of the operational amplifier 28 can be adjusted by adjusting the value of the variable resistor VR1.

演算増幅器28の出力ポートは抵抗R6を介して演算増幅器30の+入力ポートに接続されている。演算増幅器30は誤差信号を得るための減算器(比較器)として用いられている。   The output port of the operational amplifier 28 is connected to the + input port of the operational amplifier 30 via a resistor R6. The operational amplifier 30 is used as a subtracter (comparator) for obtaining an error signal.

フォトダイオード24のために、演算増幅器26及び28にそれぞれ対応する演算増幅器32及び34が設けられている。また、抵抗R3,R4,R5及びR6に対応してそれぞれ抵抗R7,R8,R9及びR10が設けられており、可変抵抗VR1に対応して可変抵抗VR2が設けられている。   For the photodiode 24, operational amplifiers 32 and 34 corresponding to the operational amplifiers 26 and 28, respectively, are provided. Further, resistors R7, R8, R9 and R10 are provided corresponding to the resistors R3, R4, R5 and R6, respectively, and a variable resistor VR2 is provided corresponding to the variable resistor VR1.

抵抗R10は演算増幅器34の出力ポートと演算増幅器30の−入力ポートとを接続するためのものである。演算増幅器30の+入力ポート及び出力ポートは抵抗R11により接続されている。そして、演算増幅器30の出力信号はポート36を通って出力される。   The resistor R10 is for connecting the output port of the operational amplifier 34 and the negative input port of the operational amplifier 30. The + input port and output port of the operational amplifier 30 are connected by a resistor R11. The output signal of the operational amplifier 30 is output through the port 36.

従って、ポート20及び36がそれぞれこの光パワーモニタの入力ポート及び出力ポートとなる。   Therefore, the ports 20 and 36 are an input port and an output port of this optical power monitor, respectively.

この実施形態によると、簡単なアナログ回路を用いて図1の光パワーモニタを得ることができ、従って、入力ポート20での光信号OSのパワーを正確にモニタリングしてそのモニタリングデータを出力ポート36から出力することができる。説明は省略するが、図1の演算ユニット12をデジタル回路によって構成してもよい。   According to this embodiment, the optical power monitor of FIG. 1 can be obtained using a simple analog circuit. Therefore, the power of the optical signal OS at the input port 20 is accurately monitored, and the monitoring data is output to the output port 36. Can be output from. Although not described, the arithmetic unit 12 in FIG. 1 may be configured by a digital circuit.

図4の(A)及び(B)を参照すると、光帯域通過フィルタ4及び6の特性の例がそれぞれ示されている。それぞれにおいて縦軸は減衰(dB)を示し横軸は波長(nm)を示している。   Referring to FIGS. 4A and 4B, examples of characteristics of the optical bandpass filters 4 and 6 are shown, respectively. In each, the vertical axis represents attenuation (dB) and the horizontal axis represents wavelength (nm).

減衰が20dBよりも小さくなる波長範囲を通過帯域として定義すると、図4の(A)の例では、フィルタ4の通過帯域は約25nmであり、図4の(B)の例では、フィルタ6の通過帯域は約4nmとなる。   If a wavelength range in which attenuation is smaller than 20 dB is defined as a pass band, in the example of FIG. 4A, the pass band of the filter 4 is about 25 nm, and in the example of FIG. The passband is about 4 nm.

図4の(A)に示されるようにフィルタ4が比較的広い通過帯域を有している場合、図3の演算増幅器28の出力レベルには、雑音スペクトル及び信号スペクトルの双方が反映される。従って、演算増幅器28の出力ポートをポート36とは別にポート38に破線で示されるように接続しておくことによって、雑音スペクトル及び信号スペクトルの双方が反映される光パワーをモニタリングすることができる。   When the filter 4 has a relatively wide pass band as shown in FIG. 4A, both the noise spectrum and the signal spectrum are reflected in the output level of the operational amplifier 28 in FIG. Therefore, by connecting the output port of the operational amplifier 28 to the port 38 separately from the port 36 as indicated by a broken line, the optical power reflecting both the noise spectrum and the signal spectrum can be monitored.

図5を参照すると、本発明による光パワーモニタの第2の基本構成が示されている。雑音スペクトルNSに重畳された信号スペクトルSSを有する光信号OSがフォトディテクタ40に供給される。   Referring to FIG. 5, there is shown a second basic configuration of the optical power monitor according to the present invention. An optical signal OS having a signal spectrum SS superimposed on the noise spectrum NS is supplied to the photodetector 40.

フォトディテクタ40は、光信号OSの瞬時パワーに対応して変化するレベル(例えば電圧レベル又は電流レベル)を有する電気信号S11を出力する。   The photodetector 40 outputs an electrical signal S11 having a level (for example, a voltage level or a current level) that changes in accordance with the instantaneous power of the optical signal OS.

電気信号S11は低域通過フィルタ42及び演算増幅器44に供給される。フィルタ42は、供給された信号S11のDC成分を出力信号S12として通過させる。   The electric signal S11 is supplied to the low-pass filter 42 and the operational amplifier 44. The filter 42 passes the DC component of the supplied signal S11 as the output signal S12.

演算増幅器44は、供給された信号S11及びS12の差に相当する誤差信号ESを出力する。   The operational amplifier 44 outputs an error signal ES corresponding to the difference between the supplied signals S11 and S12.

図6の(A)〜(D)を参照すると、それぞれ、光信号OSと信号S11及びS12と誤差信号ESとの波形が示されている。   Referring to FIGS. 6A to 6D, waveforms of the optical signal OS, the signals S11 and S12, and the error signal ES are shown, respectively.

光信号OSの信号スペクトルSSは主信号により与えられており、従って、光信号OS及び電気信号S11においては、DCの雑音成分に主信号成分が重畳された波形が得られている。そして、信号S11が低域通過フィルタ42を通過することにより主信号成分は遮断され、図6の(C)に示されるように、信号S12はDC波形を有するようになる。   The signal spectrum SS of the optical signal OS is given by the main signal. Therefore, in the optical signal OS and the electric signal S11, a waveform in which the main signal component is superimposed on the DC noise component is obtained. Then, when the signal S11 passes through the low-pass filter 42, the main signal component is blocked, and the signal S12 has a DC waveform as shown in FIG. 6C.

そして、信号S11及びS12の差として与えられる誤差信号ESは主信号成分に対応する波形を有するようになる。   The error signal ES given as the difference between the signals S11 and S12 has a waveform corresponding to the main signal component.

従って、演算増幅器44の動作速度が主信号による変調速度に追従しない場合には、誤差信号ESのパワー又はレベルが直接的に信号スペクトルSSのパワーを表すことになる。   Therefore, when the operation speed of the operational amplifier 44 does not follow the modulation speed of the main signal, the power or level of the error signal ES directly represents the power of the signal spectrum SS.

演算増幅器44が高速動作可能な場合には、図6の(D)に示されるように主信号成分が誤差信号ESに表れるので、誤差信号ESに基づき信号スペクトルSSに関する光信号OSのパワーを算出する演算ユニット46を設けるのがよい。   When the operational amplifier 44 can operate at high speed, the main signal component appears in the error signal ES as shown in FIG. 6D, and thus the power of the optical signal OS related to the signal spectrum SS is calculated based on the error signal ES. It is preferable to provide an arithmetic unit 46 that performs this.

演算ユニット46は、例えば誤差信号ESに対して作用するピーク検出器48を含むことができる。   The arithmetic unit 46 may include a peak detector 48 that acts on the error signal ES, for example.

このように、本発明の光パワーモニタの第2の基本構成によると、低域通過フィルタ42及び演算増幅器44を用いて電気的に雑音成分をキャンセルするようにしているので、雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる。   As described above, according to the second basic configuration of the optical power monitor of the present invention, the noise component is electrically canceled using the low-pass filter 42 and the operational amplifier 44, so that it is affected by the noise spectrum. Therefore, the power of the optical signal related to the signal spectrum can be accurately monitored.

図7を参照すると、図5の光パワーモニタの実施形態が示されている。光信号OSは入力ポート50から光帯域通過フィルタ52を通ってフォトダイオード54に供給される。フィルタ52は雑音スペクトルNSを確定するためのものであり、例えば図4の(A)に示されるように比較的広い通過帯域を有している。   Referring to FIG. 7, the embodiment of the optical power monitor of FIG. 5 is shown. The optical signal OS is supplied from the input port 50 to the photodiode 54 through the optical bandpass filter 52. The filter 52 is for determining the noise spectrum NS, and has a relatively wide pass band, for example, as shown in FIG.

フォトダイオード54のカソードは+の電源線に接続されアノードは抵抗R12を介して接地されている。フォトダイオード54は主信号による変調速度に十分追従しえる動作特性を有している。   The cathode of the photodiode 54 is connected to a positive power supply line, and the anode is grounded via a resistor R12. The photodiode 54 has an operation characteristic that can sufficiently follow the modulation speed of the main signal.

フォトダイオード54のアノードは抵抗R13を介して演算増幅器56の+入力ポートに接続されている。演算増幅器56は高速特性を有するボルテージフォロアーとして用いられる。   The anode of the photodiode 54 is connected to the + input port of the operational amplifier 56 through the resistor R13. The operational amplifier 56 is used as a voltage follower having high speed characteristics.

演算増幅器56の−入力ポートは接地されており+入力ポートは抵抗R14を介して出力ポートに接続されている。   The negative input port of the operational amplifier 56 is grounded, and the positive input port is connected to the output port via a resistor R14.

演算増幅器56の出力ポートは低域通過フィルタ58の入力ポート及び演算増幅器60の+入力ポートに接続されている。演算増幅器60は図5の演算増幅器44に対応している。   The output port of the operational amplifier 56 is connected to the input port of the low-pass filter 58 and the + input port of the operational amplifier 60. The operational amplifier 60 corresponds to the operational amplifier 44 of FIG.

帯域通過フィルタ58の出力ポートは抵抗R15を介して演算増幅器60の−入力ポートに接続されている。演算増幅器60の−入力ポート及び出力ポートは抵抗R16により接続されている。   The output port of the band pass filter 58 is connected to the negative input port of the operational amplifier 60 through a resistor R15. The negative input port and the output port of the operational amplifier 60 are connected by a resistor R16.

ここでは演算増幅器60は主信号による変調速度に追従しえない動作特性を有している。従って、演算増幅器60の出力信号には信号スペクトルSSのパワーが反映されるので、その出力信号を出力ポート62により取り出すことができる。   Here, the operational amplifier 60 has an operation characteristic that cannot follow the modulation speed of the main signal. Accordingly, the power of the signal spectrum SS is reflected in the output signal of the operational amplifier 60, so that the output signal can be taken out by the output port 62.

このように本実施形態によっても雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができる。尚、低域通過フィルタ58の出力信号には雑音スペクトルNSのパワーが反映されているので、フィルタ58の出力ポートを破線で示されるようにポート64に接続しておくことによって、ポート64により光信号OSの雑音パワーをモニタリングすることができる。   As described above, according to this embodiment, the power of the optical signal related to the signal spectrum can be accurately monitored without being affected by the noise spectrum. Since the power of the noise spectrum NS is reflected in the output signal of the low-pass filter 58, by connecting the output port of the filter 58 to the port 64 as indicated by the broken line, the light is transmitted through the port 64. The noise power of the signal OS can be monitored.

図8を参照すると、本発明による光増幅器の基本構成が示されている。入力ポート66及び出力ポート68の間には主光路70が設定されている。主光路70上には光増幅媒体72が設けられている。   Referring to FIG. 8, the basic configuration of an optical amplifier according to the present invention is shown. A main optical path 70 is set between the input port 66 and the output port 68. An optical amplifying medium 72 is provided on the main optical path 70.

入力ポート66に供給された光信号は光増幅媒体72によって増幅され、増幅された光信号は出力ポート68から出力される。光増幅媒体72は、光信号の波長を含む利得帯域を有するようにポンピングユニット74によってポンピングされている。   The optical signal supplied to the input port 66 is amplified by the optical amplification medium 72, and the amplified optical signal is output from the output port 68. The optical amplifying medium 72 is pumped by the pumping unit 74 so as to have a gain band including the wavelength of the optical signal.

光増幅媒体72がEDF(エルビウムドープファイバ)等のドープファイバ或いは非線形光学媒体である場合には、ポンピングユニット74は光増幅媒体72にポンプ光を供給する手段を含む。光増幅媒体72が半導体チップにより提供されている場合には、ポンピングユニット74は半導体チップにバイアス電流を注入する手段を含む。   When the optical amplifying medium 72 is a doped fiber such as EDF (erbium doped fiber) or a nonlinear optical medium, the pumping unit 74 includes means for supplying pump light to the optical amplifying medium 72. When the optical amplifying medium 72 is provided by a semiconductor chip, the pumping unit 74 includes means for injecting a bias current into the semiconductor chip.

光パワーをモニタリングすべき光信号を主光路70から抽出するために、抽出ユニット76が主光路70に動作的に接続されている。   An extraction unit 76 is operatively connected to the main optical path 70 in order to extract the optical signal whose optical power is to be monitored from the main optical path 70.

この出願において、ある要素と他の要素とが動作的に接続されるというのは、これらの要素が直接接続される場合を含み、更に、これらの要素の間で電気信号又は光信号の受渡しができる程度の関連性をもってこれらの要素が設けられている場合を含む。   In this application, one element and another element are operatively connected, including the case where these elements are directly connected, and further, the passing of electrical or optical signals between these elements This includes cases where these elements are provided with as much relevance as possible.

抽出された光信号のために、本発明による光パワーモニタ78が抽出ユニット76に動作的に接続されている。光パワーモニタ78は一般的には図1の第1の基本構成或いは図5の第2の基本構成を有している。   For the extracted optical signal, an optical power monitor 78 according to the present invention is operatively connected to the extraction unit 76. The optical power monitor 78 generally has the first basic configuration shown in FIG. 1 or the second basic configuration shown in FIG.

前述したように光パワーモニタ78においては雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関する光信号のパワーを正確にモニタリングすることができるので、そのモニタリング結果に基づいて光増幅器における種々の制御を良好に行うことができる。   As described above, the optical power monitor 78 can accurately monitor the power of the optical signal related to the signal spectrum without being affected by the noise spectrum, and accordingly, various controls in the optical amplifier are favorably performed based on the monitoring result. be able to.

例えば、入力ポート66に供給された光信号が抽出される場合には、抽出された光信号のパワーのモニタリングの結果に基づいて光増幅媒体72のポンピングのシャットダウンに関する制御を正確に行うことができる。   For example, when the optical signal supplied to the input port 66 is extracted, it is possible to accurately control the pumping shutdown of the optical amplifying medium 72 based on the result of monitoring the power of the extracted optical signal. .

また、光増幅媒体72において増幅された光信号が抽出される場合には、抽出された光信号のパワーのモニタリング結果に基づいてAPC(自動パワー制御)を正確に行うことができる。   Further, when the optical signal amplified in the optical amplification medium 72 is extracted, APC (automatic power control) can be accurately performed based on the monitoring result of the power of the extracted optical signal.

図9を参照すると、本発明による光増幅器の第1実施形態が示されている。図8の光増幅媒体72に対応して、ドーパントとしてEr(エルビウム)又はその化合物を含むエルビウムドープファイバ(EDF)80が用いられている。EDF80は入力ポート66の側に位置する第1端80Aと出力ポート62の側に位置する第2端80Bとを有している。   Referring to FIG. 9, a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention is shown. Corresponding to the optical amplifying medium 72 of FIG. 8, an erbium-doped fiber (EDF) 80 containing Er (erbium) or a compound thereof as a dopant is used. The EDF 80 has a first end 80A located on the input port 66 side and a second end 80B located on the output port 62 side.

図8のポンピングユニット74は、レーザダイオード(LD)82と、LD82が予め定められた波長のポンプ光を出力するようにLD82にバイアス電流を供給する駆動回路84と、LD82から出力されたポンプ光をEDF80の第1端80A及び第2端80Bの少なくともいずれか一方からEDF80に供給するための光回路とを備えている。   The pumping unit 74 in FIG. 8 includes a laser diode (LD) 82, a drive circuit 84 that supplies a bias current to the LD 82 so that the LD 82 outputs pump light having a predetermined wavelength, and pump light output from the LD 82. Is provided to the EDF 80 from at least one of the first end 80A and the second end 80B of the EDF 80.

この光回路は、具体的には、EDF80の第1端80A及びLD82に接続される波長分割多重(WDM)カプラ86を含む。   Specifically, the optical circuit includes a wavelength division multiplexing (WDM) coupler 86 connected to the first end 80A of the EDF 80 and the LD 82.

この実施形態では、入力ポート66における入力光信号パワーをモニタリングするために、図8の抽出ユニット76は、入力ポート66とWDMカプラ86との間に設けられる光カプラ88を含む。光カプラ88により抽出された光信号は、本発明による光パワーモニタ78のポート20(50)に供給される。   In this embodiment, the extraction unit 76 of FIG. 8 includes an optical coupler 88 provided between the input port 66 and the WDM coupler 86 in order to monitor the input optical signal power at the input port 66. The optical signal extracted by the optical coupler 88 is supplied to the port 20 (50) of the optical power monitor 78 according to the present invention.

入力ポート66と光カプラ88との間には、順方向(入力ポート66から出力ポート68に向かう方向)については十分小さい損失を有し、逆方向(出力ポート68から入力ポート66に向かう方向)については十分大きい損失を有する光アイソレータ90が設けられている。また、EDF80の第2端80Bと出力ポート68との間には、順方向には十分小さな損失を有し逆方向には十分大きな損失を有する光アイソレータ92が設けられている。   Between the input port 66 and the optical coupler 88, there is a sufficiently small loss in the forward direction (the direction from the input port 66 to the output port 68), and the reverse direction (the direction from the output port 68 to the input port 66). Is provided with an optical isolator 90 having a sufficiently large loss. An optical isolator 92 having a sufficiently small loss in the forward direction and a sufficiently large loss in the reverse direction is provided between the second end 80B of the EDF 80 and the output port 68.

光アイソレータ90及び92をEDF80の両側に設けているのは、この光増幅器を実用に供する場合にEDF80を含む光共振器構造が構成されてこの光増幅器の動作が不安定になることを防止するためである。   The optical isolators 90 and 92 provided on both sides of the EDF 80 prevent the operation of the optical amplifier from becoming unstable due to the construction of the optical resonator structure including the EDF 80 when the optical amplifier is put into practical use. Because.

入力ポート66における入力光信号パワーが反映される光パワーモニタ78の出力信号は、ポート36(62)から制御回路94に供給される。制御回路94は、入力ポート66における入力光信号パワーを予め定められた値と比較して、入力光信号パワーが予め定められた値よりも小さいときに、LD82が出力するポンプ光を遮断する。   The output signal of the optical power monitor 78 reflecting the input optical signal power at the input port 66 is supplied from the port 36 (62) to the control circuit 94. The control circuit 94 compares the input optical signal power at the input port 66 with a predetermined value, and blocks the pump light output by the LD 82 when the input optical signal power is smaller than the predetermined value.

具体的には、制御回路94からの制御信号が駆動回路84に供給されて、ポンプ光遮断条件が満足されたときに、駆動回路84がLD82に供給するバイアス電流が減少させられ或いは遮断される。   Specifically, when a control signal from the control circuit 94 is supplied to the drive circuit 84 and the pump light blocking condition is satisfied, the bias current supplied to the LD 82 by the drive circuit 84 is reduced or cut off. .

入力ポート66に供給される光信号の波長が1.55μm帯にある場合、LD82が出力するポンプ光の波長は、例えば、0.98μm帯或いは1.48μm帯に設定される。   When the wavelength of the optical signal supplied to the input port 66 is in the 1.55 μm band, the wavelength of the pump light output from the LD 82 is set to, for example, the 0.98 μm band or the 1.48 μm band.

入力ポート66に供給された光信号は、光アイソレータ90、光カプラ88及びWDMカプラ86をこの順に通ってEDF80にその第1端80Aから供給される。LD82からのポンプ光によってポンピングされているEDF80に光信号が供給されると、光信号は増幅されてEDF80の第2端から出力される。増幅された光信号は、光アイソレータ92及び出力ポート68をこの順に通ってこの光増幅器から出力される。   The optical signal supplied to the input port 66 passes through the optical isolator 90, the optical coupler 88, and the WDM coupler 86 in this order, and is supplied to the EDF 80 from its first end 80A. When an optical signal is supplied to the EDF 80 that is pumped by the pump light from the LD 82, the optical signal is amplified and output from the second end of the EDF 80. The amplified optical signal passes through the optical isolator 92 and the output port 68 in this order, and is output from the optical amplifier.

この実施形態では、本発明による光パワーモニタ78及び制御回路94を用いているので、入力光信号について雑音スペクトルに影響されずに信号スペクトルに関するパワーを正確にモニタリングすることができ、信号スペクトルの有無によるポンプ光のシャットダウン制御を正確に行うことができる。例えば、複数の光増幅器が適用される光ネットワークにおいて、ASE等の雑音光による制御の誤動作を防止することができる。   In this embodiment, since the optical power monitor 78 and the control circuit 94 according to the present invention are used, the power related to the signal spectrum can be accurately monitored without being affected by the noise spectrum of the input optical signal, and the presence or absence of the signal spectrum. It is possible to accurately perform the shutdown control of the pump light. For example, in an optical network to which a plurality of optical amplifiers are applied, a malfunction of control due to noise light such as ASE can be prevented.

図10を参照すると、本発明による光増幅器の第2実施形態が示されている。この実施形態は、光パワーモニタ78が出力ポート68における出力光信号パワーをモニタリングしている点で特徴付けられる。そのために、抽出用の光カプラ88′がEDF80の第2端80Bと光アイソレータ92との間に設けられている。   Referring to FIG. 10, a second embodiment of the optical amplifier according to the present invention is shown. This embodiment is characterized in that the optical power monitor 78 is monitoring the output optical signal power at the output port 68. For this purpose, an extraction optical coupler 88 ′ is provided between the second end 80 </ b> B of the EDF 80 and the optical isolator 92.

EDF80において増幅された光信号の一部が光カプラ88′により抽出され光パワーモニタ78のポート20(50)に供給される。抽出された光信号の信号スペクトルに関するパワーが反映される光パワーモニタ78の出力信号は、ポート36(62)から制御回路96に供給される。   A part of the optical signal amplified in the EDF 80 is extracted by the optical coupler 88 ′ and supplied to the port 20 (50) of the optical power monitor 78. The output signal of the optical power monitor 78 reflecting the power related to the signal spectrum of the extracted optical signal is supplied to the control circuit 96 from the port 36 (62).

ここでは、制御回路96は、光パワーモニタ78の出力信号のレベルが一定になるように、駆動回路84がLD82に供給するバイアス電流を制御する。   Here, the control circuit 96 controls the bias current that the drive circuit 84 supplies to the LD 82 so that the level of the output signal of the optical power monitor 78 becomes constant.

このようなフィードバックループを設けることによって、光増幅器の出力パワーが一定に保たれるAPC(自動パワー制御)が可能になる。このAPCにおいては、光パワーモニタ78が増幅された光信号の雑音スペクトルをキャンセルしていることに基づき、信号スペクトルに関するパワーが一定に保たれる。   By providing such a feedback loop, APC (automatic power control) in which the output power of the optical amplifier is kept constant becomes possible. In this APC, the power relating to the signal spectrum is kept constant based on the fact that the optical power monitor 78 cancels the noise spectrum of the amplified optical signal.

このように、本実施形態によると、雑音スペクトルに影響されないAPCが可能になる。   Thus, according to the present embodiment, APC that is not affected by the noise spectrum becomes possible.

図11を参照すると、本発明による光増幅器の第3実施形態が示されている。ここでは、図9の光アイソレータ90に代えて光サーキュレータ98が用いられている。光サーキュレータ98は、順方向の光を第1のポート98Aから第2のポート98Bに通過させるが、逆方向の光を第2のポート98Bから第1のポート98Aには通過させず、第2のポート98Bに供給された光を第3のポート98Cから出力する。   Referring to FIG. 11, a third embodiment of the optical amplifier according to the present invention is shown. Here, an optical circulator 98 is used in place of the optical isolator 90 of FIG. The optical circulator 98 passes light in the forward direction from the first port 98A to the second port 98B, but does not pass light in the reverse direction from the second port 98B to the first port 98A. The light supplied to the port 98B is output from the third port 98C.

従って、入力ポート66に供給された光信号は、光サーキュレータ98、光カプラ88及びWDMカプラ86をこの順に通ってEDF80に供給される。   Therefore, the optical signal supplied to the input port 66 is supplied to the EDF 80 through the optical circulator 98, the optical coupler 88, and the WDM coupler 86 in this order.

EDF80において光信号が増幅されるとき、EDF80においては、その第1端80Aから第2端80Bに向かうフォワードASEと第2端80Bから第1端80Aに向かうバックワードASEとが発生する。そして、EDF80における利得がフォワードASE及びバックワードASEに反映されることが知られている。   When an optical signal is amplified in the EDF 80, a forward ASE from the first end 80A to the second end 80B and a backward ASE from the second end 80B to the first end 80A are generated in the EDF 80. It is known that the gain in the EDF 80 is reflected in the forward ASE and the backward ASE.

EDF80の第1端80Aから出力されたバックワードASEは、WDMカプラ86及び光カプラ88をこの順に通って光サーキュレータ98の第2のポート98Bに供給される。そしてこのバックワードASEは第3のポート98Cを通って雑音帯域を確定するための光帯域通過フィルタ100に供給される。   The backward ASE output from the first end 80A of the EDF 80 is supplied to the second port 98B of the optical circulator 98 through the WDM coupler 86 and the optical coupler 88 in this order. The backward ASE is supplied to the optical bandpass filter 100 for determining the noise band through the third port 98C.

フィルタ100を通過したバックワードASEはフォトディテクタ102によりそのパワーに応じた電気信号に変換され、この電気信号がASEパワーモニタ104に供給される。   The backward ASE that has passed through the filter 100 is converted into an electrical signal corresponding to the power by the photodetector 102, and this electrical signal is supplied to the ASE power monitor 104.

ASEパワーモニタ104は演算増幅器106及び108を含んでいる。フォトディテクタ102の出力信号は、抵抗R17及びR18を介して演算増幅器106の+入力ポートに入力される。抵抗R17及びR18の接続点は抵抗R19により接地されている。   The ASE power monitor 104 includes operational amplifiers 106 and 108. The output signal of the photodetector 102 is input to the + input port of the operational amplifier 106 via the resistors R17 and R18. The connection point of the resistors R17 and R18 is grounded by the resistor R19.

演算増幅器106の−入力ポートは接地され+入力ポートは抵抗R20を介してその出力ポートに接続されている。   The negative input port of the operational amplifier 106 is grounded, and the positive input port is connected to its output port via a resistor R20.

演算増幅器106の出力ポートは抵抗R21を介して演算増幅器108の+入力ポートに接続されている。   The output port of the operational amplifier 106 is connected to the + input port of the operational amplifier 108 via a resistor R21.

演算増幅器108の−入力ポートは接地され、+入力ポートは可変抵抗VR3を介してその出力ポートに接続されている。   The negative input port of the operational amplifier 108 is grounded, and the positive input port is connected to its output port via a variable resistor VR3.

このようなASEパワーモニタ104によると、EDF80において生じたバックワードASEのパワーを演算増幅器108の出力信号によりモニタリングすることができる。   According to such an ASE power monitor 104, the power of the backward ASE generated in the EDF 80 can be monitored by the output signal of the operational amplifier 108.

この実施形態では、光パワーモニタ78及びASEパワーモニタ104の出力信号が制御回路110に供給される。制御回路110は、光パワーモニタ78の出力信号に基づき、図9の第1実施形態におけるのと同じようなポンプ光のシャットダウン制御を行う。それに加えて、制御回路110は、ポンプ光がシャットダウンされていないときに限って、ASEパワーモニタ104の出力信号が一定に保たれるように、駆動回路84がLD82に供給するバイアス電流を制御する。   In this embodiment, the output signals of the optical power monitor 78 and the ASE power monitor 104 are supplied to the control circuit 110. Based on the output signal of the optical power monitor 78, the control circuit 110 performs shutdown control of pump light similar to that in the first embodiment of FIG. In addition, the control circuit 110 controls the bias current that the drive circuit 84 supplies to the LD 82 so that the output signal of the ASE power monitor 104 is kept constant only when the pump light is not shut down. .

前述のようにバックワードASEにはEDF80における利得が反映されているので、このようにASEパワーモニタ104の出力信号に基づくフィードバック制御を行うことによって、入力ポート66における光信号に信号スペクトルがある場合にこの光増幅器の利得を一定に制御することができる。   As described above, since the gain in the EDF 80 is reflected in the backward ASE, the optical signal at the input port 66 has a signal spectrum by performing feedback control based on the output signal of the ASE power monitor 104 in this way. In addition, the gain of the optical amplifier can be controlled to be constant.

図12を参照すると、本発明による光増幅器の第4実施形態が示されている。図9の第1実施形態では、光増幅媒体72(図8参照)が1段構成であるのに対比して、図12の第4実施形態では、光増幅媒体72が2段構成を有している。ここでは、図9におけるEDF80、LD82、駆動回路84及びWDMカプラ86に対応して、EDF80(#1)、LD82(#1)、駆動回路84(#1)及びWDMカプラ86(#1)が用いられている。   Referring to FIG. 12, a fourth embodiment of the optical amplifier according to the present invention is shown. In the first embodiment of FIG. 9, the optical amplifying medium 72 (see FIG. 8) has a one-stage configuration, whereas in the fourth embodiment of FIG. 12, the optical amplifying medium 72 has a two-stage structure. ing. Here, the EDF 80 (# 1), LD 82 (# 1), drive circuit 84 (# 1), and WDM coupler 86 (# 1) correspond to the EDF 80, LD 82, drive circuit 84, and WDM coupler 86 in FIG. It is used.

加えて、光アイソレータ90と光カプラ88との間にはEDF80(#2)が設けられている。EDF80(#2)をポンピングするために、LD82(#2)と、LD82(#2)がポンプ光を出力するようにLD82(#2)にバイアス電流を与える駆動回路84(#2)と、ポンプ光をEDF80(#2)に供給するためのWDMカプラ86(#2)が用いられている。WDMカプラ(#2)は、光アイソレータ90とEDF80(#2)との間に設けられている。   In addition, an EDF 80 (# 2) is provided between the optical isolator 90 and the optical coupler 88. In order to pump the EDF 80 (# 2), an LD 82 (# 2) and a drive circuit 84 (# 2) for applying a bias current to the LD 82 (# 2) so that the LD 82 (# 2) outputs pump light; A WDM coupler 86 (# 2) for supplying pump light to the EDF 80 (# 2) is used. The WDM coupler (# 2) is provided between the optical isolator 90 and the EDF 80 (# 2).

入力ポート66に供給された光信号は、光アイソレータ90及びWDMカプラ86(#2)をこの順に通って第1段目のEDF80(#2)に供給され、ここで増幅される。   The optical signal supplied to the input port 66 passes through the optical isolator 90 and the WDM coupler 86 (# 2) in this order, and is supplied to the first stage EDF 80 (# 2), where it is amplified.

EDF80(#2)において増幅された光信号は、光カプラ88及びWDMカプラ86(#1)をこの順に通って第2段目のEDF80(#1)に供給され、ここで更に増幅される。EDF80(#1)において増幅された光信号は、光アイソレータ92及び出力ポート68をこの順に通ってこの光増幅器から出力される。   The optical signal amplified in the EDF 80 (# 2) passes through the optical coupler 88 and the WDM coupler 86 (# 1) in this order and is supplied to the second-stage EDF 80 (# 1), where it is further amplified. The optical signal amplified in the EDF 80 (# 1) is output from the optical amplifier through the optical isolator 92 and the output port 68 in this order.

この実施形態においては、EDF80(#2)において増幅された光信号の信号スペクトルに関して光パワーモニタ78がパワーのモニタリングを行う。そのモニタリング結果に基づいて、制御回路112が駆動回路84(#1及び#2)に対してポンプ光のシャットダウン制御を行う。   In this embodiment, the optical power monitor 78 performs power monitoring on the signal spectrum of the optical signal amplified in the EDF 80 (# 2). Based on the monitoring result, the control circuit 112 performs shutdown control of the pump light on the drive circuit 84 (# 1 and # 2).

この実施形態では、第1段目のEDF80(#2)により光信号を増幅した後にパワーのモニタリングを行っているので、良好なノイズファクタを有する光増幅器の提供が可能になる。即ち、第1段目のEDF80(#2)により光信号を一旦十分な利得で増幅しておくことによって、その後で光パワーモニタリング用の分岐(光カプラ88による)を行ったとしても、ノイズファクタが劣化しにくいのである。   In this embodiment, since the power is monitored after the optical signal is amplified by the first stage EDF 80 (# 2), an optical amplifier having a good noise factor can be provided. That is, once the optical signal is once amplified with sufficient gain by the first stage EDF 80 (# 2), even if branching for optical power monitoring (by the optical coupler 88) is performed thereafter, the noise factor is increased. Is difficult to deteriorate.

尚、第2段目のEDF80(#1)についてのAPCループを設けてもよい。この場合、APCループの制御対象は駆動回路84(#1)がLD82(#1)に供給するバイアス電流である。   An APC loop for the second stage EDF 80 (# 1) may be provided. In this case, the control target of the APC loop is a bias current supplied from the drive circuit 84 (# 1) to the LD 82 (# 1).

図13を参照すると、本発明による光増幅器の第5実施形態が示されている。ここでは、図12の第4実施形態に加えて、図11の第3実施形態における光サーキュレータ98、光帯域通過フィルタ100、フォトディテクタ102及びASEパワーモニタ104が付加されており、それに伴って改良された制御回路114が用いられている。   Referring to FIG. 13, a fifth embodiment of the optical amplifier according to the present invention is shown. Here, in addition to the fourth embodiment of FIG. 12, the optical circulator 98, the optical bandpass filter 100, the photodetector 102, and the ASE power monitor 104 in the third embodiment of FIG. 11 are added and improved accordingly. The control circuit 114 is used.

制御回路114は、光パワーモニタ78の出力信号に基づいて駆動回路84(#1及び#2)に対してシャットダウン制御を行うと共に、ポンプ光がシャットダウンされていないときに限って、ASEパワーモニタ104の出力信号が一定に保たれるように、駆動回路84(#1)がLD82(#1)に供給するバイアス電流を制御する。これにより、EDF80(#1)について信号スペクトルに基づく正確な利得制御が可能になる。   The control circuit 114 performs shutdown control on the drive circuits 84 (# 1 and # 2) based on the output signal of the optical power monitor 78, and only when the pump light is not shut down, the ASE power monitor 104. The bias current supplied from the drive circuit 84 (# 1) to the LD 82 (# 1) is controlled so that the output signal of the current is kept constant. This enables accurate gain control based on the signal spectrum for EDF 80 (# 1).

本発明による光パワーモニタの第1の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st basic composition of the optical power monitor by this invention. 図1の各部におけるスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum in each part of FIG. 図1の光パワーモニタの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the optical power monitor of FIG. 光帯域通過フィルタの特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the characteristic of an optical bandpass filter. 本発明による光パワーモニタの第2の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd basic composition of the optical power monitor by this invention. 図5の各部における波形図である。It is a wave form diagram in each part of FIG. 図5の光パワーモニタの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the optical power monitor of FIG. 本発明による光増幅器の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the optical amplifier by this invention. 本発明による光増幅器の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of an optical amplifier according to the present invention. FIG. 本発明による光増幅器の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the optical amplifier by this invention. 本発明による光増幅器の第3実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the optical amplifier by this invention. 本発明による光増幅器の第4実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 4th Embodiment of the optical amplifier by this invention. 本発明による光増幅器の第5実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 5th Embodiment of the optical amplifier by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 光カプラ
4,6 光帯域通過フィルタ
8,10 フォトディテクタ
12 演算ユニット
2 Optical couplers 4 and 6 Optical bandpass filters 8 and 10 Photo detector 12 Arithmetic unit

Claims (9)

雑音スペクトルに重畳された信号スペクトルを有し該信号スペクトルは主信号により与えられる光信号のための光増幅器であって、
主光路上に設けられる光増幅媒体と、
該光増幅媒体が上記光信号の波長を含む利得帯域を有するように該光増幅媒体をポンピングするための第1の手段と、
上記主光路に動作的に接続され上記光信号を上記主光路から抽出するための第2の手段と、
該抽出された光信号のための光パワーモニタとを備え
該光パワーモニタは、
上記第2の手段により抽出された光信号を第1の光信号と第2の光信号に分岐する第1の光カプラと、
上記主信号により与えられる光信号の波長を通過帯域として含む第1の通過帯域を有し、上記第1の光信号に含まれる自然放出光及び上記主信号により与えられる光信号を含む第3の光信号を抽出する第1の光帯域通過フィルタと、
上記主信号により与えられる光信号の波長を通過帯域として含み、上記第1の通過帯域よりも狭い第2の通過帯域を有し、上記第2の光信号に含まれる自然放出光及び上記主信号により与えられる光信号を含む第4の光信号を抽出する第2の光帯域通過フィルタと、
上記第3の光信号の光パワーを示す第1の電気信号を出力する第1のフォトディテクタと、
上記第4の光信号の光パワーを示す第2の電気信号を出力する第2のフォトディテクタと、
上記第1及び第2のフォトディテクタに動作的に接続され、上記第1及び第2の電気信号、並びに上記第1及び第2の通過帯域の帯域幅に基づき予め定められた演算を行って、上記主信号により与えられ、自然放出光を含まない光信号の光パワーを示す誤差信号を出力する演算増幅器とを備えている光増幅器
An optical amplifier for an optical signal having a signal spectrum superimposed on a noise spectrum, the signal spectrum being provided by a main signal,
An optical amplification medium provided on the main optical path;
First means for pumping the optical amplification medium such that the optical amplification medium has a gain band including the wavelength of the optical signal;
A second means operatively connected to the main optical path for extracting the optical signal from the main optical path;
An optical power monitor for the extracted optical signal ,
The optical power monitor
A first optical coupler for branching the optical signal extracted by the second means into a first optical signal and a second optical signal;
A first passband including the wavelength of the optical signal provided by the main signal as a passband; a third light containing spontaneous emission light included in the first optical signal and an optical signal provided by the main signal; A first optical bandpass filter for extracting an optical signal;
Spontaneously emitted light including the wavelength of the optical signal given by the main signal as a pass band, having a second pass band narrower than the first pass band, and included in the second optical signal, and the main signal A second optical bandpass filter for extracting a fourth optical signal including the optical signal given by
A first photodetector for outputting a first electrical signal indicating the optical power of the third optical signal;
A second photodetector for outputting a second electrical signal indicating the optical power of the fourth optical signal;
Operatively connected to the first and second photodetectors, performing predetermined calculations based on the first and second electrical signals, and the bandwidth of the first and second passbands, and And an operational amplifier that outputs an error signal that is given by the main signal and that indicates the optical power of the optical signal that does not include spontaneously emitted light .
請求項1に記載の光増幅器であって、
上記主光路は入力ポート及び出力ポートの間に設定され、
上記光増幅媒体は、第1端及び第2端を有する希土類元素がドープされた第1のドープファイバと、第3端及び第4端を有する希土類元素がドープされた第2のドープファイバとからなり、上記第1端、上記第2端及び上記第4端はそれぞれ上記入力ポート、上記第3端及び上記出力ポートに動作的に接続され、
上記第1の手段は、第1のポンプ光を出力する第1のポンプ光源と、上記第1のポンプ光を上記第1端及び上記第2端の少なくともいずれか一方から上記第1のドープファイバに供給するための第1の光回路と、第2のポンプ光を出力する第2のポンプ光源と、上記第2のポンプ光を上記第3端及び上記第4端の少なくともいずれか一方から上記第2のドープファイバに供給するための第2の光回路とを備え、
上記第2の手段は上記第2端及び上記第3端の間に動作的に接続される第2の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記第3端における入力光信号パワーをモニタリングし、
上記入力光信号パワーを予め定められた値と比較する手段と、
上記入力光信号パワーが上記予め定められた値よりも小さいときに上記第1及び第2のポンプ光を遮断する手段とを更に備えた光増幅器。
The optical amplifier according to claim 1, comprising:
The main optical path is set between the input port and the output port,
The optical amplifying medium includes a first doped fiber doped with a rare earth element having a first end and a second end, and a second doped fiber doped with a rare earth element having a third end and a fourth end. And the first end, the second end and the fourth end are operatively connected to the input port, the third end and the output port, respectively.
The first means includes: a first pump light source that outputs a first pump light; and the first doped fiber that emits the first pump light from at least one of the first end and the second end. A first optical circuit for supplying the second pump light, a second pump light source for outputting the second pump light, and the second pump light from at least one of the third end and the fourth end. A second optical circuit for supplying to the second doped fiber,
The second means comprises a second optical coupler operatively connected between the second end and the third end;
The optical power monitor monitors the input optical signal power at the third end,
Means for comparing the input optical signal power with a predetermined value;
Means for blocking the first and second pump lights when the input optical signal power is smaller than the predetermined value .
請求項1に記載の光増幅器であって、
上記主光路は入力ポート及び出力ポートの間に設定され、
上記光増幅媒体は、上記入力ポート及び上記出力ポートにそれぞれ動作的に接続される第1端及び第2端を有する希土類元素がドープされたドープファイバからなり、
上記第1の手段は、ポンプ光を出力するポンプ光源と、上記ポンプ光を上記第1端及び上記第2端の少なくともいずれか一方から上記ドープファイバに供給するための光回路とを備えている光増幅器。
The optical amplifier according to claim 1,
The main optical path is set between the input port and the output port,
The optical amplification medium comprises a doped fiber doped with a rare earth element having a first end and a second end operatively connected to the input port and the output port, respectively.
The first means includes a pump light source that outputs pump light, and an optical circuit for supplying the pump light from at least one of the first end and the second end to the doped fiber. Optical amplifier.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記第2の手段は上記入力ポート及び上記第1端の間に動作的に接続される第2の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記入力ポートにおける入力光信号パワーをモニタリングする光増幅器。
The optical amplifier according to claim 3 , wherein
The second means comprises a second optical coupler operatively connected between the input port and the first end;
The optical power monitor is an optical amplifier that monitors the input optical signal power at the input port.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記入力光信号パワーを予め定められた値と比較する手段と、
上記入力光信号パワーが上記予め定められた値よりも小さいときに上記ポンプ光を遮断する手段とを更に備えた光増幅器。
The optical amplifier according to claim 4 , wherein
Means for comparing the input optical signal power with a predetermined value;
Means for blocking the pump light when the input optical signal power is smaller than the predetermined value.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記第2の手段は上記第2端及び上記出力ポートの間に動作的に接続される第2の光カプラからなり、
上記光パワーモニタは上記出力ポートにおける出力光信号パワーをモニタリングする光増幅器。
The optical amplifier according to claim 3 , wherein
The second means comprises a second optical coupler operatively connected between the second end and the output port;
The optical power monitor is an optical amplifier that monitors the output optical signal power at the output port.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記出力光信号パワーが実質的に一定になるように上記ポンプ光のパワーを制御するためのフィードバックループを更に備えた光増幅器。
The optical amplifier according to claim 6 , comprising:
An optical amplifier further comprising a feedback loop for controlling the power of the pump light so that the output optical signal power becomes substantially constant.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記入力ポート及び上記第1端の間に動作的に接続され上記第1端から出力する増幅された自然放出光を抽出するための光サーキュレータと、
上記増幅された自然放出光のパワーをモニタリングする手段とを更に備えた光増幅器。
The optical amplifier according to claim 3 , wherein
An optical circulator for extracting amplified spontaneous emission light operatively connected between the input port and the first end and output from the first end;
Means for monitoring the power of the amplified spontaneous emission light.
請求項に記載の光増幅器であって、
上記第2端及び上記第3端の間に動作的に接続され上記第3端から出力する上記第2のドープファイバにおいて増幅された自然放出光を抽出するための光サーキュレータと、
上記増幅された自然放出光のパワーをモニタリングする手段とを更に備えた光増幅器。
The optical amplifier according to claim 2 , wherein
An optical circulator for extracting spontaneously emitted light amplified in the second doped fiber that is operatively connected between the second end and the third end and output from the third end;
Means for monitoring the power of the amplified spontaneous emission light.
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