JP4678020B2 - 光ファイバ増幅器および光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システム用光ファイバ増幅器および光ファイバ増幅器を用いた光伝送システムに係り、特に波長多重用光ファイバ増幅器、波長多重光伝送システムに関する。

光ファイバ増幅器の出現により、光強度の弱い光信号を低雑音で光のままで高出力に増幅することが可能になった。この結果、光伝送距離を飛躍的に長く伸ばすことができるようになっている。

さらに光ファイバ増幅器は、利得波長域が１５３０ｎｍから１５６５ｎｍと広いため、この増幅波長域内の複数の信号光を同時に増幅して伝送する波長多重光伝送が可能となった。例えば、“２．６Ｔｅｒａｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ Ｃｏｄｉｎｇ”（２２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ − ＥＣＯＣ‘９６ Ｐｏｓｔｄａｔｅｄ Ｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ Ｔｈ．３．１）によれば、一波長当たり２０Ｇｂ／ｓの変調レイトの光を１５２９ｎｍから１５６４ｎｍに１３２波長並べて同時に１２０ｋｍ伝送することを実現している。この発表で、送信用光ファイバ増幅器は、波長多重化を行うときに合波部分で生じる光損失を補償すると共に、伝送距離をのばすため出力を高める働きをしている。送信側の光ファイバ増幅器の光出力は、１３２波長同時出力で２１ｄＢｍの出力を得ている。

波長多重光伝送では、各信号波長の光出力を、信号雑音比を必要なレベルに保つ下限の光出力と、伝送路内で非線形効果による波形歪みを生じない上限の光出力との間の値に収める必要がある。一方、光ファイバ増幅器では通常、利得に波長依存性（利得偏差）があり、中継増幅する毎に波長間の出力較差が累積する。較差が上記の光出力の許容幅を超えると信号誤りを生じるため、光ファイバ増幅器での波長間の利得偏差を抑える必要がある。

波長多重時の光ファイバ増幅器の光出力の制御方法として、「ファイバ増幅率制御を用いた光ファイバ増幅器の多波長一括増幅特性平坦化」（電子情報通信学会技術研究報告 ＯＣＳ９４−６６ ｐ．３１）のように波長毎の光出力が多重度に依らず一定になるように利得一定制御を行い、光出力は出力側の光減衰器で調節する方法がある。しかし、利得一定条件を満たすためには光入力が大きくなると増幅用光ファイバからの大きな光出力が要求され、強大な励起光パワーが必要になる。さらに、定められた光出力内に光出力を収めるためには、高めた光出力を光減衰器で低い入力レベル時と同等な光出力まで下げるため、効率が悪い。

「波長多重Ｅｒドープファイバ光増幅器の構成法の検討」（電子情報通信学会技術報告 ＯＣＳ９５−３６ ｐ．２１）には、波長多重用Erドープファイバ光増幅器の別の構成法が示されている。２段の増幅部の構成で前段増幅部では利得一定制御を行い、光入力によらず利得を一定に保つ。光ファイバ増幅器では利得の波長依存性は利得に強く依存するため利得一定制御することで波長の利得依存性が光入力に依らない制御ができる。後段増幅部では入力部に光減衰器を設置して増幅部への光入力の値が一定になるように制御している。これにより、全体の光利得を一定に保ちながら光出力が一定になるように制御している。さらに前段と後段の利得勾配が打ち消されるように設計することにより、光フィルタを用いずに全体の利得平坦性が取れるようにしている。光出力を４波長多重時の各波長の出力７ｄＢｍから１６波長多重時には各波長の出力を1ｄＢｍに下げ全波長の総合的な光出力が一定になるように設定している。

光ファイバ増幅器の用途は、波長多重時の光出力の増幅のみに限らず、機能光部品の損失補償としても使用される。波長分散がある光ファイバ伝送路の距離が長くなると分散値が大きくなる。この分散の影響を除くために、波長分散を補償する必要が生じる。“Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ−Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”（１Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ９９４ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｖｏｌ．１４ ｐ．１３０）には、波長分散補償器を増幅器の中央に光機能部品として組み入れ、分散を補償することが記載されている。このとき、２分割した光ファイバ増幅器の中央部に、損失が生じる光部品を配置すると、光増幅器の低雑音性を保ちながら、見かけ上光機能部品の損失を小さくし、励起効率を高くすることができる。

また、特開平７−２８１２１９号公報には、前段に可変光減衰器を入れ光ファイバ増幅器の出力歪み低減を図った光増幅器が記載されている。さらに、特開平５−２４４０９８号公報、特開平５−２９２０４０号公報には、監視光制御について記載がある。

ひとつの光ファイバ増幅器へ多数の波長の光を入射し、光出力一定制御を行うと、光入力が変化したとき光出力と光入力の比で表される光利得が変化する。光ファイバ増幅器の利得の波長依存性は利得が変化すると変わるため、光入力の変化に伴い利得の波長依存性が変わる。光ファイバ増幅器を設ける間隔である伝送路の区間長が同じで、各々の光ファイバ増幅器に一定の光入力なれば問題ないが、現実には様々な区間長があり、光入力レベルが多種にわたる。このため、光入力レベルが変わっても、利得の波長依存性が変わらない光ファイバ増幅器が必要である。例えば、最大利得が３０ｄＢで光出力が０ｄＢｍとなる受信光ファイバ増幅器でダイナミックレンジは−３０ｄＢｍから−９ｄＢｍに対応する必要があるなどである。また、中継光ファイバ増幅器では利得は４０ｄＢ程度まで必要であり、シリカ系のエルビウム添加光ファイバ増幅器では１５３５ｎｍと１５４２ｎｍの利得偏差が非常に大きく、光入力の最小から最大の間に６ｄＢ程度の利得差分の変化を生じる。

波長依存性の課題について図７を用いて説明する。図７に総出力一定制御を行った場合のＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅器）の光出力の波長依存性を示す。図中光入力が低い順にＡ、Ｂ、Ｃである。光入力が増えるにつれ、１５３０ｎｍ近傍では著しく光出力が低下して、１５６０ｎｍ近傍では光出力が増大する。仮にある特定の光入力で光出力の波長依存性が平坦になるように補正用の光フィルタを入れても、光入力が変わると利得の波長依存性特性が変わるため、光出力の波長依存性が現れる。これを多段につなぐと段数だけの偏差が累積される。６００ｋｍ以上の長距離伝送では４から７台の中継光ファイバ増幅器が必要で、１台あたり光ファイバ増幅器の出力波長偏差を１ｄＢ以下に抑えることが要求される。

本発明では上記課題の克服法として光ファイバ増幅器の入力端に可変光源衰器を入れ、増幅用光ファイバへの光入力レベルを一定に保とうとするものであるが、光ファイバ増幅器の入力側に可変減衰器を挿入してＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）への光入力レベルを一定に保つ制御を行う場合、帰還制御が早すぎるとデジタル伝送信号の低周波領域（１０ｋＨｚ近傍）で信号の０と１の出力を均す制御となり、伝送信号の周波数特性を劣化させる。光ファイバ増幅器は１Ｒ（Ｒｅｓｈａｐｅ）機能の再生器であり、信号帯域を制限すべきでない。このため、増幅用光ファイバ持っている低周波側の帯域を制限しないように制御する必要がある。

さらに、光ファイバ増幅器の入力側に可変光減衰器を挿入してＥＤＦへの入力レベルを一定に保つ制御を行う場合、モニタを可変光減衰器の後ろに設置する。この構成ではＥＤＦへの入力が可変光減衰器により一定値に制御されるため、光ファイバ増幅器への本当の光入力を直接モニタできない。しかし、可変光減衰器により入力光のレベルを制御する状態においても光入力レベルのモニタを行うことが必要である。

さて、波長多重光伝送においては運用状態で使用波長数を随意に変えれることが望まれる。伝送チャネル数が変わっても波長多重光伝送におけるチャネル当たりの光出力が光伝送システムの出力レベルを常に許容範囲に収めることが必要である。

上述した従来の技術では、波長多重光ファイバ増幅器に全ての波長がそろっているときに波長毎の光出力が同じになるように制御されていた。しかし、実際の運用においては必ずしも全ての波長数があるとは限らず、最初は少ない波長数で使い、必要に応じて波長数を増やすような場合もある。光入力が変わると共に、総合的な光出力を変えて最小となる光出力を確保することが望まれる。

波長多重システムに限らず、光ファイバ増幅器では光入力が低い状態からμｓ程度の短い時間に急激に高いレベル光入力が上がると光出力側で光サージを発生する。これは光ファイバ増幅器特有の現象で、光利得を一定に保つ性質に起因している。光サージの高い光出力が高価で重要な受光器を破損したりする。このため、光サージを抑えることが必要である。光出力を規定の値に保つ制御を行う場合には、光入力が小さいと光ファイバ増幅器の潜在利得が高くなり、そのときに急激に高い光入力が入ると光ファイバ増幅器特有の光サージを発生する。光サージを抑えるには潜在利得の上昇を抑えることが必要であり、この潜在利得の原因となる光励起を抑制して低く抑える必要がある。これまでに、特開平５−１３００４３号公報に記載されるように光入力の絶対値で特定の光入力以下に下がると、光励起を完全に打ち切る方法が取られた例がある。

しかし、広い光入力幅で動作させるような光ファイバ増幅器では、励起を抑制すると判定する特定の光入力値は、低い値に設定される。このとき、前記特定の光入力の直上の光入力（すなわち、動作範囲内で最も低い光入力）があるときには、高い励起状態になり、この状態で光入力が高い光入力に復帰すると、光サージ的な光出力を生じてしまう。このため、光サージ的な光出力をさらに抑えることが望まれている。

複数段の光増幅部からなる光ファイバ増幅器の中間に光部品を挿入する場合には別の光サージの発生要因がある。光ファイバ増幅器の中間に光部品を挿入するとき、その光部品の挿抜去時から再挿入時に光サージを発生させる危険がある。例えば、従来例で述べた“Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ−Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”において、一台の励起光源で前段と後段との増幅用光ファイバを励起する場合を用いて説明する。光増幅器としての光入力は所定の値があっても、中間の挿入光部品の抜去時には光学的に断線した状態になる。後段の増幅用ファイバへの光入力がないため励起状態が高くなる。この状態で光部品を再挿入すると前段で増幅された信号光が高励起状態の後段の増幅用光ファイバに入射するため、光出力側で光サージを発生する。このような中間への光部品の抜挿時における光サージを抑える必要がある。

また、光ファイバ増幅器の中央に光機能部品を挿抜可能な構造とするとき、後段の増幅用光ファイバの光出力の低下に関して故障によるものかそれとも光部品の抜けによるものか区別できない。光機能部品の取り外しによる光出力の低下かそれ以外の原因の光ファイバ増幅器の故障か、この２つ状態を区別するための方法が必要である。

さらに、光学系を収納する光学系の箱の構成は光ファイバのむき出しをなくし、ハンドリング不良による光ファイバ断線の事故をなくす上で必要である。ところが、光ファイバの収納には信頼性から必要な光ファイバの曲げ径を確保する必要があり、このためスペースが必要で複数の光部品を収納するときに空きスペースが発生し、装置の大型化の原因になっていたが。できる限り空きスペースを小さくする手法が光ファイバ増幅器の小型化に必要である。

一方、半導体レーザモジュールは製造元によりピンの機能配置が異なる。用途や価格により、多種の性能で多種の製造元の半導体レーザ励起モジュールを同一の基板で使い分けることが、コスト削減に必要である。多種のピン配置に対応する基板のパタンは基板品種の在庫量を抑制し、コストの無駄をなくす上で効果的である。

光伝送システムにおいて、随意の波長多重度で常に必要な波長毎の光出力レベルを保ち、光サージ等の破壊要素のない廉価で小型な光ファイバ増幅伝送系は信頼性および普及性、伝送品質の観点から望まれる。

光ファイバ増幅器の光入力部に可変光減衰器を挿入して、増幅用光ファイバへの光入力レベルが一定になるようにを調節するものである。光の減衰量の調節には光減衰の直後の光のレベルをモニタしてそのモニタ値が常に一定になるように可変光減衰器にフィードバック制御を行う。

原理について説明する。光ファイバ増幅器の利得波長依存性は光ファイバ増幅器の利得に強く依存する。これを改めて図７で説明する。図７は波長多重光入力を一括した増幅で一括光出力が一定になるように制御した場合の利得の波長依存性を示している。Ａ、Ｂ、Ｃの順番で各波長の光入力を加えた総合的な光入力が大きくなる。光利得は光出力と光入力の比で表され、光出力一定制御では光入力が小さい順からＡ、Ｂ、Ｃの順に利得が１０ｄＢずつ、小さくなる。光入力が小さく光利得が大きいと、１５３０ｎｍ近傍の光利得は他の波長に比べ著しく利得が高く盛り上がる。光入力が高く、光利得が小さいとＣのように短い波長域の利得は抑えられる、長波長側で利得減少が少なくなる。

さて、光伝送システムにおいて光ファイバ増幅器は運用上、光出力を特定の狭い幅、例えば±１ｄＢ程度に規定する。実際の伝送路の区間損失は必ずしも一定でないため、光入力は設置される区間損失により２０ｄＢ程度変わる。１５３０ｎｍから１５６０ｎｍの波長域を波長光多重光伝送で使用して、その波長域の光を一括して均一に増幅する場合に、光入力レベルが変わると光利得が変わるため、光利得の波長依存性が変わる。

本発明では増幅用の光ファイバへの光入力が一定になるように、光ファイバ増幅器の光入力に対応して光減衰器の減衰量を調整する。増幅用光ファイバでの光増幅量が一定に保たれるので、利得の波長依存性は変化しなくなる。図７において利得の一番大きな（光入力の一番小さい）Ａに常に合うように入力部の光減衰器を調節するのである。利得の波長特性は、１５３５ｎｍの利得ピークや１５５０ｎｍ周辺の利得が１５４０ｎｍの利得に一致するようにして波長依存性が平坦になるように光フィルタ等で利得を補正する。光入力の幅広いダイナミックレンジに対応した利得波長依存性が平坦な波長多重用光ファイバ増幅器を構成できる。

本方式では入力側の損失を増やすことで増幅用光ファイバへの光入力の調節を行う。増幅用光ファイバへの光入力の設定は常に最小の光入力に設定することになる。この制御では光信号入力が大きいときには入力側の減衰で雑音特性を悪くする。本欠点を改善する方法について述べる。実際の増幅用光ファイバの利得の波長依存性の光入力への依存度は極端に大きくはない。調整の基準となる光入力を最小光入力より例えば５ｄＢ高い点に設定する。最小光入力から５ｄＢ高い光入力と最小の光入力の間では光減衰器の減衰量を最小にすることでこの点を改善できる。その５ｄＢの間は増幅用光ファイバへの光入力が変わり、１ｄＢ程度の小さい波長依存性を生じる。

波長多重時に波長数に応じて光出力を制御する方法について説明する。監視信号により送信側のチャネル数情報を光ファイバ増幅器に送る。光ファイバ増幅器ではチャネル数情報をうけ、波長数情報に対応した光入出力を制御する信号電圧を設定して増幅用光ファイバへの光入力と光出力を制御するものである。

各波長あたりの最低光出力を確保するためには波長数に応じて総合的な光出力を調整する。伝送区間損により光入力レベルが変わるだけでなく、波長数に応じて前の中継器送信出力が変わると総合的な光入力が変わる。利得の波長依存性は増幅用光ファイバの利得に依存するため、利得が一定になるように波長数情報に合わせて光入力の減衰量を調節することも必要である。例えば、１波長で１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）のときに２波長の情報がくると３ｄＢ（２倍）上げて１３ｄＢｍ（２０ｍＷ）とする。光入力も１波長での光入力が−２０ｄＢｍ（１０μＷ）の時には３ｄＢ（２倍）上げて−１７ｄＢｍ（２０μＷ）にする。このようにすることで波長数の変化に対して波長当たりの光出力を同じにすると同時に増幅用光ファイバの利得の変化をなくし、波長平坦性を確保する。

次に、光サージを防止する手段について説明する。光ファイバ増幅器を使用するシステムの光信号変動時間は１ｍｓ以下であり（必要な帯域＞１ｋＨｚ）、その変動量も１ＭＨｚの周波数域まででは３ｄＢ以下である。光信号伝送に必要な時間より２桁程長い時間での光入力を平均化すると光ファイバ増幅が設置されたシステムでの平均的な光入力レベルで安定状態では一定とみなすことができる。この平均化した光入力よりも１ｍｓ以下で急激（とはいっても＞１μｓ）に例えば６ｄＢ低い値（相対値）に下がるとこれは異常な入力低下と考えられる。光ファイバ増幅器で光出力一定制御を行う場合には、光入力の低下時には光出力を維持するために励起を高める。高励起状態で１００μｓ以下の急激な光入力の回復があると出力側で光サージを発生する。この光サージの発生を避けるために、異常な光入力の相対値への低下時に光サージが発生しないレベルに励起を抑制する。

本発明では光入力の平均化処理を、アナログ回路では非常に低速の数Ｈｚのフィルタを介してモニタすることにより、デジタル制御ではｍｓオーダーのサンプル値を１ｓ程度メモリして行い、その値の平均化処理を行うことで実現する。データはサンプリング毎に１ｓ前のデータを新しいデータに置き換える。

システムの最小光入力値よりも異常に入力が低い場合も高励起状態となる。通常使用状態として考えられない高励起状態は避ける必要がある。緩やかの光入力の減少の場合に上記相対値による光入力の異常低下は検出できない。そのため、光入力の絶対値でＬＯＳＳ ＯＦ ＳＩＧＮＡＬ（ＬＯＳ）を検出し、光励起を停止する。ＬＯＳの検出は可変光減衰器がないときには直接入力モニタできるが、可変光減衰器があるときには可変光減衰器の制御信号と光モニタの両者により検出する。相対ＬＯＳと絶対ＬＯＳ検出値のＯＲ論値により励起低減制御を行うことにより光サージの発生の抑圧を実行する。

光入力の判定に使用する光入力モニタについて、可変光減衰器を入力側に挿入した場合には光入力モニタ値はモニタできない。対策として、可変光減衰器の前に光入力モニタ用光分岐を設置して直接モニタする方法が考えられるが、光入力モニタの分岐挿入による光信号入力の劣化という問題がある。この問題を避けて光入力をモニタする別の方法として、可変光減衰器の制御信号から得られる減衰量と可変光減衰器直後の光モニタ値を加えることにより、実際の光入力を得る方法がある。

複数段の光増幅部からなる光ファイバ増幅器の中間に光機能部品を入れる場合の部品挿抜による光サージの発生を抑える方法について述べる。後段の光増幅部の入力側に光モニタを挿入する。光モニタが所定の値よりも低い値を検出すると光部品が接続されていないと判断して励起強度低下させる。これにより、異常な後段増幅部の高励起状態を抑え、光部品の接続時の光サージの発生を抑える。前段と後段の励起制御が独立しているときには光部品が接続されていないとき、後段の励起光源の光出力の低下制御をかける。

複数段の光増幅部からなる光ファイバ増幅器の構成において前方の光増幅部の励起の残留励起光を後段の光増幅部に用いる１励起２段増幅の構成がある。このときには、前段の光増幅部の光出力のモニタとともに後段の光増幅部の光出力のモニタを行い、後段の光入力がある時には後段の光モニタが一定になるように励起制御し、後段の光入力がないときには光部品接続時に光サージを生じない低い励起で前段の光出力モニタが一定になるよう制御を切り替える。光部品接続時に前段の光増幅部で増幅された弱い光を用いて、光部品接続時の後段光増幅部への入力を検出し、自動的に後段の光入力が光を検出して後段の光出力一定制御を行う。

光部品の挿入、未挿入の検出、情報発信、処理について説明する。前記モニタ系において、前段の光出力モニタが所定の値を示し、後段の光入力モニタが光入力を検出しなければ中央の光部品が挿入されていないことになる。このとき未挿入の情報を発信する。この信号が出されたときには光増幅器の光出力低下異常の情報が出されていても光増幅器の故障による光出力の低下ではないので出力異常をマスクする。

制御周波数特性について説明する。光入力の制御を行う場合に例えば１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿Ｃ−１２８に記述のような磁気光学型可変光減衰器を用いればよいのであるが応答速度は３００μs程度である。この応答速度を最大限に利用すると３ｋＨｚ程度の帯域を持つ。あるいは、電気吸収型変調器を用いるとサブｎｓ、音響光学変調器を使用するとμｓ以下の時間で制御できる。可変光減衰器の出力一定制御帯域の低周波側を光ファイバ増幅器の本来持っている変調帯域より遅い制御にすることで可変光減衰器を用いた場合の帯域劣化を抑えることができる。光ファイバ増幅器の帯域は通常数ｋＨｚ以下で、遅いものではサブｋＨｚであり、磁気光学可変光減衰器を用いても電気制御による帯域制御が必要になる。光入力の調整を可変光減衰器で行うにあたり、増幅用光ファイバが持っている帯域を崩さないように遅い速度で光入力レベルを制御する。

次に実装について説明する。光ファイバ増幅器は増幅用光ファイバ、励起光と信号光の合波器、光アイソレータ、光モニタなどの複数のファイバ型の光部品から構成される。本発明は実装密度を高めるために、光部品を納める箱の中の光学部品の配置を斜めにすることにある。光ファイバは、曲げに対する信頼性を確保するため、曲げ半径Ｒ＞３０ｍｍが要求される。つまり、光ファイバを配置するには最低６０ｍｍの曲げスペースが必要である。細長い光部品を光ファイバの流れに沿って配置するとき、光部品の長さに光ファイバの曲げスペースを加える必要がある。例えばファイバ結合方向の長さ７０ｍｍ光部品では本体の長さに両側のファイバの曲げＲ＝３０ｍｍを加え、最低１３０ｍｍの長さが必要になる。斜めに配置すると部品長は長方形の一辺からみると短く見える。例えば、３０゜に傾けると７０＊ｃｏｓ（３０゜）＝６０．６ｍｍとなり、ファイバの曲げスペース６０ｍｍを加えて１２０．６ｍｍと必要な長さは９．４ｍｍ短くなる。４５゜傾けると１０９．５ｍｍになり、２０．５ｍｍ短くなる。さらに、光ファイバの曲げスペースの実装を行うことにより一層、現実的な空間への高密度実装が可能となる。

多種の励起レーザのピン配置に対応した配線について説明する。まず、入手できる励起用半導体レーザモジュールのピン配置に対応した配線を基板パターンに入れておく。共通で接続するピンへは、配線をピンを差し込むパッド穴接続する。多種の励起レーザ間で異なったピン配置となるピンへは、パッドへの０オームのチップ抵抗や短絡ジャンパで接続することで接続が選択できるように配線をオープンなパッドで終端する。対抗するピンのパッドからはそのオープンパッドに対抗する位置にオープンパッドでやはり終端する。

このようにあらかじめ励起レーザの違いにより異なる機能となり得るピンに可能性のある配線をオープンパッドですべて盛り込む。実際に使用するときには、使用する励起レーザにより機能に対応したオープンパッド間を０オームのチップ抵抗やジャンパ配線で接続する。あるいはオープンパッドでなく、多種の可能性のある機能に対応した配線を穴パッドに接続して、半導体レーザモジュールのピンの曲げまでの長さ調節して、適合するパターンのパッドにピン入るようにすることで異なるピン配置に対応する。

このように基板パターンを共通にして製造時に対応がとれるようにすることにより、低価格で使い勝手のよいレーザモジュールに切り替えられる。

以上に述べたような光ファイバ増幅器を波長多重光伝送システムに使用することで、波長数が変わっても波長チャネル当たりの最低光出力を保ち、光機能部品を中間に挿入でき、光サージを抑え、廉価で小型のシステムを構築でき、伝送品質を保つとともに波長分散の補償機能、伝送システムの信頼性を高める。

本発明によれば、伝送区間損失や波長数に依存しない、利得の波長依存性の少ない汎用的な波長多重光伝送用ファイバ増幅器できる。光伝送システム運用時に波長数増減が可能となり、システムに柔軟性をもたらす。光サージを抑え、光ファイバ増幅器を使用する光伝送システムの信頼性を高める。光部品の挿入の有無を知らせて使い勝手をよくする。光部品の高密度実装により、小型化が図れる。多種のレーザが一つの基板パタンで使い分けられ、コストの低減ができる。

以下本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

［実施例１］
本発明の第１の実施の形態である光ファイバ増幅器の実施例１を、図１ないし図３、図７および図１０を用いて説明する。

図１は光部品５０を中間に含む前段光増幅部３及び後段光増幅部４の２段の光増幅部からなる波長多重用光ファイバ増幅器５の構成である。入力端光コネクタに入射する信号光１は可変光減衰器１０により光レベルが調節される。次の光分岐カプラ２０により一部の光が分離され入力光のモニタに使われる。励起光と信号光の合波器３０により信号光に励起光が重畳される。増幅用光ファイバ４０では励起光により励起された光ファイバ内を信号光が通過するときに増幅される。被増幅光が光分岐カプラ２１により一部の光が分離され光出力モニタに使われる。前段光増幅部制御回路１００では入射した入力の光分岐２０で分岐された光レベルが一定になるように可変光減衰器１０に負帰還をかけ、さらに出力側の光カプラ２１で分岐されて光のレベルが一定になるように励起光と信号光の合波器３０により増幅用光ファイバ４０に入射する励起光に負帰還をかける。

前段の光増幅部３から出た光が光コネクタを介して、光部品５０、例えば分散補償光ファイバに結合される。その後、後段の光増幅部４に光コネクタを介して入射する。光部品５０の損失と固定減衰器１１の合計損失が例えば５ｄＢのずれ以内に収まるように固定減衰器１１を挿入する。固定光減衰器１１により、光部品の損失によらず後段の光増幅部増幅用光ファイバへの光入力が固定的に調節できる。後段光増幅部４では光分岐カプラ２２により一部の光が分岐されモニタされる。主な信号光は増幅用光ファイバ４１に入射する。例えば分岐比率は９５対５である。増幅用光ファイバ４１には後方から、励起光／信号光結合器３１を介して励起光が重畳され後方から増幅用光ファイバ４１を励起する。励起された増幅用光ファイバを通過するときに信号光が増幅される。増幅された信号光が光分岐カプラ２３で一部の光分離されて光出力としてモニタされる。後段光増幅部制御回路１５０ではモニタされた光信号が一定になるように励起光の負帰還制御する。主な信号光は出射する。

また、波長数情報や外部管理制御信号は監視制御回路２００に入出力２０１、２０２され、後段光増幅部制御１５０、前段光増幅部制御回路１００に信号の送受を行う。

次に、図６を用いて前段光増幅部３の入力側に可変光減衰器１０で光のレベル調節を行う制御を述べる。図６は、伝送区間損失が異なる場合の光レベルダイヤグラムを示す図である。図６には本実施例の光ファイバ増幅器の前の光出力から、伝送路光ファイバの区間長が異なる３つの場合の総合的な光レベルを示す。Ａ、Ｂ、Ｃの順番に区間長が長い。Ａは１２０ｋｍの光ファイバ伝送路３０１を、Ｂは８３．５ｋｍの光ファイバ伝送路、Ｃは４７ｋｍの光ファイバ伝送路を通した場合の光レベルである。伝送路への送信出力が波長あたり５ｄＢｍと一定であっても区間損失が異なるために光ファイバ増幅器での光入力レベルがＡでは−２８ｄＢｍ、Ｂでは−１８ｄＢｍ、Ｃでは−８ｄＢｍになる。本実施例では光入力レベルが可変光減衰器１０直後の光モニタのレベルが一定になるように制御する。このため増幅用光ファイバ４０の入り口では区間損失に依らず、常に一定の光レベルになる。

さて、この実施例の光入力が一定となる制御適用せずに直接増幅用光ファイバ４０に入力する場合の波長多重に対応した増幅用光ファイバ４０の出力一定制御時の光出力波長依存性を、再度図７で説明しよう。シリカ系エルビウム添加増幅用光ファイバ４０の利得の波長依存性は利得（光入力と光出力の比）の大きさに依存する。このため、仮に可変光減衰器１０による入力光のレベルを調節しない場合には、図７のＡ、Ｂ、Ｃのように区間損失の大きさに対応した光入力レベルによる利得が変わるため波長依存性を有する。例えば、１５３３ｎｍ近傍では光入力の変化に対する出力の変化は３ｄＢ（出力変化）／１０ｄＢ（入力変化）となる。区間損失の範囲から、光入力のダイナミックレンジは２０ｄＢ程度になる。このため、光入力がそのままエルビウム添加増幅用光ファイバ４０に入射すると１５３３ｎｍの波長の信号光に対して、６ｄＢの出力変化を生じることになる。

本実施例では１５３３ｎｍと１５４１ｎｍの波長に対して利得の波長偏差の光入力レベルの依存性を光入力側の光減衰器の減衰量を調節することにより一定になるようにするものである。

例えば、区間損失が１０ｄＢあるいは２０ｄＢ低いＣ、Ｂの場合には入力側の光減衰器を調節して常に区間損失が伝送路設計上最も大きい２２ｄＢのＡと同等の損失時の光入力になるように光減衰器で損失を調節するものである。この調節は可変光減衰器１０直後の光モニタからの帰還制御により、自動的に行う。これにより、例えばＣ、Ｂ区間損失の場合には可変光減衰器１０の減衰量を１３ｄＢ、３ｄＢに調整することになる。トータルで２３ｄＢの損失になるのは可変光減衰器１０の最低減衰量が１ｄＢであるためである。増幅用光ファイバ４０への光入力レベルを一定に保つことにより、区間損や光コネクタの接続損失等による伝送路区間損失の変化に対してＥＤＦへの光入力の変化がなくなり、光増幅器入力部での光レベル１の違いによる利得の波長偏差を生じない制御を行うことができる。１５３３ｎｍと１５４１ｎｍ波長は特に低い入力Ａでの利得の波長依存性が大きいため、波長依存性を平坦にするための光学的なフィルタとして前段光増幅部３に利得平坦化フィルタ３２を挿入する。

次に、図２を用いて可変光減衰器１０の制御、可変光減衰器１０を用いた場合の光入力モニタ、光サージ対策用光入力変動検出ならびに光入力信号断検出および光サージ対策用の制御を行う機能について説明する。図２は、前段増幅部可変光減衰器周辺の制御構成を示す図である。

まず、可変光減衰器１０の制御を説明する。光入力が可変光減衰器１０通過後、分岐比が９５対５のモニタ用光分岐カプラ２０に入り、一部の光がもモニタ用に分岐される。主な信号光は励起光／信号光合波結合器３０へ進む。励起光／信号光合波結合器３０は励起レーザダイオード（ＬＤ）１３０からの制御された励起光が重畳されて増幅用光ファイバ４０へ進む。例えば０．９８μｍ波長の励起光と１．５５μｍの信号光の合波器である。光入力レベルの制御はモニタフォトダイオード（ＰＤ）１２０で受光した光レベルが電気信号変換された信号が低速フィルタ１１６を介して光減衰器駆動回路１１０に伝達される。ファイバ増幅の光学的な増幅特性の低速側の帯域は３ｋＨｚ程度である。可変光減衰器１０の調節速度が速いと低速側の帯域を狭くし、伝送波形のレベルを変動させる危険性がある。そこで、光ファイバ増幅器本来の低速側の帯域を狭くしないように1ｋＨｚ以下の低速なフィルタに設定してある。これにより、増幅用光ファイバ４０が本来有する低速側の帯域である３ｋＨｚを制御で損なうことはない。駆動回路１１０では所定の光入力モニタの値１１１と比較してその差分を増幅して可変光減衰器１０に帰還する。負帰還ルート３−１に沿って制御を行うことにより光入力が一定になる。可変光減衰器１０、光分岐カプラ２０は、必要な波長域での損失の波長依存性はほとんどなく、例えばトータルで０．５ｄＢ以下の部品を使用する。

次に可変光減衰器１０を用いた場合の光入力モニタについて説明する。光信号入力１は可変光減衰器１０により調整されるため、モニタＰＤ２０では正しい値をモニタできない。しかし、光入力モニタを可変光減衰器１０の前に入れると光損失が増加して望ましくない。本実施例では可変光減衰器１０の光減衰量をルート３−２に沿って駆動電流から換算して求めるものである。

可変光減衰器１０の駆動信号は、駆動値モニタ１１１で検出されＡ／Ｄ変換器１１２でデジタル信号に変換される。デジタル信号は減衰量演算回路１１３で駆動値と可変光減衰器１０の実際の光減衰量の補正データメモリ１１４からの換算数値を処理して再度Ｄ／Ａ変換器１１５でアナログ信号に戻す。実際のモニタ値と可変光減衰器１０の減衰量を加算器１２２で加算して光信号入力を求めるものである。例えば、磁気光学的な手法による可変減衰器１０では減衰量は駆動電流に線形でないが、あらかじめ減衰量と電流の関係を求めそのデータを換算数値として補正データメモリ１１４に入れるものである。このとき磁気光学効果型は温度依存性があるため、温度モニタと補正を使用することもありえる。ここでは一旦デジタル変換して可変光減衰器１０の減衰量を求める方法を示したが、ポイントは可変光減衰器１０の減衰量を加算演算する処理により、光信号入力１を入力のモニタを分岐数を増やすことなく求めることができる。

次に光入力モニタを使った、光サージ対策用光入力変動検出及び光入力信号断検出について説明する。まず、定常光入力に対する相対的光入力無しの検出動作ルート３−３について説明する。光信号入力のモニタ値は光入力平均化回路１２３に伝わる。光入力平均化回路１２３では１００ｍｓ以上の時間、例えば１秒、にわたる光信号入力を平均化処理を行う。アナログ的手法ではＲＣの低速のフィルタ回路の挿入を行い低速分の光／電気変換後の信号を検出することで構成できる。デジタル的手法では特定時間のサンプリング信号例えば１ｍｓを蓄積し、平均化処理を行う、時間経過と共に古いデータを新しいデータに入れ変えていくことで構成できる。このとき、１ｍｓのサンプリングは１ｍｓ内の平均化された信号平均化された光信号入力を使用する。

定常的な光入力に対し、光入力が特定のレベル減少したときに光サージ対策用の制御を行う機能について説明する。光サージ対策用の制御は急激な光入力の回復時に光サージを生じないようにするため、増幅用光ファイバの潜在利得が高い状態を発生させないように、光入力の低下時に光励起を抑えることが必要である。異常な光入力の低下を入力判定値とするために入力判定相対閾値を定常入力から、例えば６ｄＢ減算して光信号入力無しの判定基準値とする機能を持たせる。実際の定常的な光信号ではランダムな信号形態に対応し、１０μｓのオーダでも３ｄＢ程度は光レベルが変動することがある。定常的な信号伝送時に光サージ対策用制御が動作すると伝送トラフィックに多大な影響を頻繁に及ぼすので６ｄＢあるいは９ｄＢのマージンがを設定する。９ｄＢ程度の変動では致命的な破壊を起こす光サージは発生しない。相対入力判定回路１２６で、実際の光信号入力を比較し、光信号入力が低い場合には励起抑制信号１３２を発信する。この判定は１０μｓ以内に行う。先に述べた光入力モニタを使用することで相対的な光入力の異常な低下を検出することができる。光ファイバ増幅器は必ずしも一定の区間損失を有する伝送路に使われるわけではない。光信号入力無しを絶対値のみで検出すると区間損失が小さい場合には定常的な光入力が高く、光コネクタの脱着時等でもレベル差変動に励起が追従して低い光入力から高い光入力への回復時に光サージを発生する危険性がある。さらに、中継器のように光ファイバ増幅器を複数段接続した場合には、光サージ光出力は伝搬する。光ファイバ増幅器の制御の方法によっては光サージ光出力が成長することがあり、中継先で光部品の破壊を起こす危険性がある。これに対して本検出方法をとると使用状況に合わせて異常光低下を検出し、励起を抑えるので光サージの発生を抑制できる。

光サージの抑圧を目的とした相対的な光入力の異常低下検出について説明したが、本実施例で採用した光信号入力の平均化処理は、平均化時間程度の緩やかにレベルの変化に対する異常な低下は検出できない。このため、光入力異常低下について、場合によっては、伝送路としてあり得ないような光信号レベルの低下対して検出できないことが懸念される。

そこで、ルート３−４の回路で光信号入力の絶対レベルの低下を検出する。光信号入力のモニタ値が絶対的な入力判定値１２７に対して高いか低いかを絶対入力値判定回路１２８で判定する。これによって、絶対値があり得ない程低い値である場合には、信号を発生する。ルート３−３からの信号もルート３−４からの信号も共に光サージの発生に危険であるのでＯＲ論理１２９により、励起抑制信号１３２として励起ＬＤ１３０の駆動回路１３１に入力する。

光入力のモニタ値について、上記構成では可変光減衰器からの減衰情報を基に処理する方法を述べたが、光入力部の直後に光分岐を設けてその信号を光入力モニタとする構成でも適用できる。

次に、波長多重時の光出力制御および光入力減衰調整制御について説明する。

光出力制御について図３を用いて説明する。図３は伝送される波長数情報により、利得一定制御と光出力一定制御を複合的に組み合わせた制御する方法の一実施例として特に２段増幅の後段増幅部４の制御を示した図である。

後段の増幅用光ファイバ４１からの光信号は励起光／信号光合波結合器３１を通過して例えば９９対１の分岐比の光分岐カプラ２３の一部の光が分岐モニタＰＤ１７０へ行き、主な光信号は光信号出力２として出射される。

まず、利得一定制御であるループ４−１について説明する。光出力２は分岐光をモニタＰＤ１７０で電気信号に変換し、利得演算回路１７４にに伝える。利得演算回路１７４では前段光増幅部３の光信号入力１の電気信号値１２１と光信号出力の電気信号値の除算演算にを行う。これにより光ファイバ増幅器全体５での利得を求める。利得一定制御部１７３では利得の基準信号値と差分をもとめ、励起LD１８０の駆動回路１８１に帰還信号として入力する。これにより、所定の利得が得られるように制御ループ４−１を構成する。このとき、利得一定制御では増幅用光ファイバ４１の信号通過帯域を限定する要素はないので通常のμｓのオーダの早い帰還制御を行っても問題ない。また、前段や後段の抑制信号１３２により駆動回路１８１は遮断動作を行う。

後段光増幅部４の波長数情報に応じた光出力一定制御４−２について説明する。モニタＰＤ１７０で電気信号に変換された光信号出力のモニタ信号は出力一定差分を求める回路１７１に伝わる。さて、別に入力された波長数情報２１０はメモリー２１２に入れられたそ前の波長数情報と波長数情報の比較２１１を行い、同じ場合はそのまま、異なる場合メモリー数値２１２を入れ替えると共に新たな波長数に対応した光出力の設定値２１３を別のメモリー２１４から数値を読み出す。これをＤ／Ａ変換２１５して規定された波長数に対応した光出力１７５として設定する。この設定値１７５と出力一定差分を比較して差分がなくなるように制御帰還４−２で利得制御をする。制御帰還４−２では光出力一定制御が増幅用光ファイバ４１の帯域を制限しないように低周波電気フィルタ１７２を入れることで1ｋＨｚ程度以下の制御とする。このようなループ４−１とループ４−２の制御を組み合わせることで１ｍｓ以下のチャネル数の急激な変化に対しては利得一定制御が働き、チャネル当たりの最低の光レベルの減少を抑える。

波長数対応光出力レベルについて説明する。例えば波長数が１から１６に増えたときに波長チャネル当たりの光出力を一定に保つには１６波長全てを含む光ファイバ増幅器の出力は典型的には１２ｄＢの光出力増大しなければならない。このように波長数に応じた必要光出力をメモリーに入れておき最適な光出力の調整をおこなう。簡単な例として、１６に波長数が増えたときには全光出力を１２ｄＢ高める。

光入力についても入力される波長数の増大に伴い全光入力が大きくなるので可変光減衰器による光レベルの調節値を波長数情報に応じて高める。簡単な例として１６に波長数が増える場合には１波長時の光レベル設定値に対して１２ｄＢ高める。これにより、前段と後段の総合的な利得が常に一定になり、利得の波長平坦性が保たれる。

波長数情報の入手については、監視系を利用する。中継光ファイバ増幅器を用いる場合には光ファイバ増幅器の動作状態を主信号光と別の光信号で連絡し合う。この監視信号に伝送する波長数情報を載せてそれに基づき上記の光出力制御を行う。

監視系について、実施例６の説明図である図１０を流用し簡単に説明しよう。
図１０は本発明の波長多重光増幅器を用いた波長多重光伝送システムの一構成図である。波長の異なる１６の光信号送信器７０１−７１６を波長合波器ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）７１９で一本の光ファイバに合波する。その後、必要な光パワーを得るために送信用光パワー増幅器７２０に入射し、一括増幅する。伝送路７２３を介して中継用光ファイバ増幅器７２４、７２６等で伝送路の損失を補償する。受信側では受信用光増幅器７２９で一括増幅した後、ＷＤＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）７３１で分離し各波長に対応した受信器７５１−７６６に入射、各波長の信号を検出する。各波長多重用光増幅器７２４、７２６、７２９では伝送路の分散が大きい場合には分散補償用のファイバ７２５、７２７、７３０を挿入する。これらは、図１の光部品５０に対応する。波長数情報の転送について、例えば、図１０のシステムの構成図において監視光信号送信器７２１の送信光に波長数の情報を載せ、送信用光パワー増幅器７２０の後ろに監視信号用の波長合波器ＷＤＭ７２２を介し絵して伝送路に監視光信号を載せる。各中継光増幅器７２４、７２６および受信光増幅器７２９では監視光信号から波長数情報を受信する。あるいは別の操作系ネットワーク７７１−７７４を介して波長情報を送る。

波長数情報と実際の波長数変更のタイミングが合わないと波長数が変る時にチャネル当たりの光出力が確保できない可能性がある。再度図３に戻り、本実施例では、利得一定制御のループ４−１に対して、出力一定制御のループ４−２の制御速度を１ｍｓ以上の緩やかな変化として、瞬時的な出力低下を防ぐ。さらに光出力ループ４−２の制御と光入力制御の可変光減衰器１０の調整値を連動させて光増幅器全体の総合的な利得が一定になるように制御する。

その他の波長数情報を送る方法として送られる主信号光に主信号光の伝送信号に影響を与えい程度の変調信号を励起レーザで変調して重畳させ、次の光増幅器で変調信号を検出する手段も考えられる。

［実施例２］
本発明の第１の実施の形態である光ファイバ増幅器の実施例２の２段構成の光ファイバ増幅器の中間に光部品を入れる構成を図４を用いて説明する。

図４は２段構成光ファイバ増幅器５の前段の出力モニタ用分岐２１以降、後段の励起光／信号光合波結合器２２までの構成を示している。前段光増幅部３からの光出力レベルはモニタＰＤ４２０でモニタ光が受光され電気信号変換された後、レベル判定回路４２１で規定範囲の光出力であるか否かをレベル判定する。その判定情報は光部品抜去判定回路４２２へ送られる。また、後段の光増幅部への光入力はモニタ用光分岐カプラ２２で一部の光を分離して、モニタＰＤ４２３に入射する。レベル判定回路４２４ではこのモニタ値をうけ、本来あるべき光入力値に光レベルが達しているか否かを判定する。例えば、前段の光出力レベルが０ｄＢｍであり、光部品の損失が１０ｄＢであるときには後段の光増幅部光入力は−１０ｄＢｍになる。このとき後段の光増幅部の光入力の判定値として−１５ｄＢｍを設定しておくと、−１０ｄＢｍの光入力では後段のレベル判定は入力ありとして光部品抜去判定４２２に信号を渡す。ところが、光部品５０からの光レベルが光コネクタの接続不良で−１５ｄＢｍ以下の光入力になると光入力無しの信号を光部品抜去判定４２２に送る。前段の光出力判定４２１では例えば−５ｄＢｍ以下の光出力の時には光出力以上の信号を光部品抜去判定回路４２２に渡す。
光部品抜去回路４２２では前段の光増幅部の出力が規定以下で（−５ｄＢｍ）ある場合には後段の光入力がないのが−１５ｄＢｍ以下であるのが当然であるので特に抜去信号は発信しない。前段の光出力が規定値（−５ｄＢｍ）以上で定常と判断して後段の光入力が規定値（−１５ｄＢｍ）以下であると判定されたときのみ、光部品が抜去されていると判断され、光部品抜去情報２４６を挙げる。

さらに、後段の光信号入力モニタが所定のレベル以下で光入力がないと判定したときには光サージの危険を回避するため後段の励起を抑制する信号４２５を出す。後段の励起制御はこの信号と前段の光入力判定からの励起抑制信号１３２をＯＲ論理４２７でとり、後段増幅部の励起駆動回路１８１に入力する。励起ＬＤ１８０の励起出力は光サージを発しないレベルに抑えられる。また、光部品の抜去情報２４６は後段の光出力低下信号に対して、ＡＨＤ論理回路２４７で抜去情報があれば光出力信号低下をマスクし、光増幅器本来の故障である出力異常低下信号２４８とする。本実施例は光部品５０として１０ｄＢ程度までの損失を有する分散補償ファイバを内蔵した中継または受信側前置光ファイバ増幅器である。

ここで用いられる光部品５０の例としては、分散補償ファイバ、ファイバグレーチング、フィルタ等の光ロスを生じる光部品が挙げられる。

［実施例３］
本発明の第１の実施の形態である光ファイバ増幅器の実施例３の２段の増幅部に対して１台の励起を用いる場合の構成について図５を用いて説明する。図５において励起光源は前段の制御部１００のみにある。前段の増幅用光ファイバ４０を励起した後、励起光／信号光分離器３３で残留励起光３５を信号光と分ける。信号光は信号光分岐２１に行くが、残留励起光は後段の励起光／信号光結合器３４に行く。再度信号光と結合され後段の増幅用光ファイバ４１に入射する。この構成で励起光源１つで中間の光部品５０が挿入されても、損失を効率よく補える。この基本構成は、従来例で述べた“Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ−Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”に示されている。この構成において、光部品５０挿抜時の光サージを抑える方法を説明する。光部品５０が結合されないとき後段のモニタ分岐２２からの光がなく、後段の光入力断を検出する。例えば光部品５０の損失が５ｄＢで固定光減衰器の損失が５ｄＢ、前段の光出力が０ｄＢｍの時光入力断のレベルを−２５ｄＢｍに設定する。このレベル以下のとき、後段制御系１５０から前段制御系へ励起レーザの抑制信号を送る。このとき前段の制御系１００では励起レーザの制御を残留励起光３５が後段の増幅用光ファイバから光部品５０結合時に光サージを生じない程度に抑制した励起に制御し、光部品５０結合時に後段の入力モニタ分岐２２光が結合を判定できる程度の光がでるように制御する。制御は前段の出力光モニタ分岐２１のレベルが一定になるように制御する。例えば前段の光出力を−１０ｄＢｍ、通常の１／１０の出力となるよう制御する。光部品５０が適切に結合された時には例では光レベルが−２０ｄＢｍとなるので後段の光入力断検出−２５ｄＢｍ以上となり、結合の判定をする。このときには後段の光出力モニタ分岐２２の光出力が一定となるように励起制御を切り替える。

ここで用いられる光部品５０の例としては、分散補償ファイバ、ファイバグレーチング、フィルタ等の光ロスを生じる光部品が挙げられる。

［実施例４］
本発明の第１の実施の形態である光ファイバ増幅器の実施例４を、図８を用いて説明する。図８は光モジュールの実装構成である。寸法が１２０ｍｍ×１６５ｍｍのケース５００に光学部品を実装する例を示す。本実施例は図１の２段増幅部構成の実装実施例である。光部品としては、前段光増幅部用として、光レベル調整用入力部可変光減衰器１０、光分岐カプラ＋モニタＰＤ＋励起光／信号光合波＋光アイソレータの複合部品２０３０、エルビウム添加増幅用光ファイバ４０、４１、（光アイソレータ＋光分岐カプラ＋利得平坦化フィルタ＋光分岐カプラ）の複合部品２１３２、後段光増幅部用として、（光分岐カプラ＋モニタＰＤ＋光アイソレータ）の複合部品１１２２、エルビウム添加増幅用光ファイバ４１、（励起光／信号光合波器＋光アイソレータ＋光分岐カプラ＋利得平坦化フィルタ＋モニタＰＤ）の複合部品２３３１、等のファイバ型光部品を収める。このとき各光部品をケース５００の辺に対して２０゜から４５゜程度まで傾けることにより、長さが７０ｍｍの光学複合部品の辺に対する射影を短くしている。本実施例では長さが７０ｍｍで幅が２５ｍｍの光部品を１つと長さが７０ｍｍで幅が１６ｍｍの光部品４個および外形がφ７０ｍｍの増幅用光ファイバを巻いたボビンを上記箱の中に収める。部品間隔を２ｍｍ、ファイバルートとして端のスペースを５ｍｍとすると長さ方向は｛５＋７０（ＥＤＦボビン）＋（８＋２＋１６＋２＋８）／ｓｉｎ（４５゜）＋３５（部品半分の長さ）＊ｓｉｎ（４５（゜））＋（1−ｓｉｎ（４５゜）＊３０（ファイバ曲げスペース）＋５｝＝１６４ｍｍ、幅方向は｛５＋（１−ｃｏｓ（３０゜））＊３０（ファイバ曲げスペース）＋ｓｉｎ（３０゜）＊７０（光部品長）＋１０（ファイバ用スペース）＋ ｓｉｎ（４５゜）＊７０（光部品長）＋（1−ｓｉｎ（４５゜））＊３０（ファイバ曲げスペース）＋５｝＝１１７ｍｍとなる。

さて、比較のため平行に部品を収めるときを示す。長さ方向が{５＋７０（ＥＤＦボビン）＋２＋１６＋２＋１６＋２＋１６＋２＋１６＋２＋２５＋５}＝１７９ｍｍ、幅方向が{５＋３０（ファイバ曲げスペース）＋７０（部品長）＋３０（ファイバ曲げスペース）＋５}＝１４０ｍｍとなり、部品を傾けたときより、長さで１５ｍｍ、幅で２３ｍｍ広いスペースが必要である。

［実施例５］

本発明の第１の実施の形態である光ファイバ増幅器の実施例５を、表１と図９を用いて説明する。表１は市販されている１４ピン励起レーザモジュールのピンの配置である。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ型と４種類に大別される。励起レーザのピンはＴＥＣ（ペルチェ素子）の正と負の極（ＴＥＣ＋、ＴＥＣ−）、レーザダイオードの駆動のアノードとカソード（ＬＤ＿Ａ、ＬＤ＿Ｃ）、モニタ用フォトダイオードのアノードとカソード（ＰＡ、ＰＣ）、温度モニタ用サーミスタ（ＴＲ、ＴＲ）からなる。図９は基板６４０の配線パタンの励起レーザモジュール部と励起レーザ６００のＡのピン配置の関係を示した図である。 基板パタンでは、ＴＥＣ＋制御端６１１、ＴＥＣ−制御端６１２、ＰＤカソード制御端６１５、レーザダイオードアノード制御端６１６、サーミスタ制御端６１７、接地端６１８、ＰＤカソード制御端６１９、ＰＤアノード端６２０、ＴＥＣ−回路端６２１、レーザダイオード制御端６２２、サーミスタ制御端６２３、サーミスタ接続端６２５、接地６２７、レーザダイオードカソード制御端６２８、ＰＤアノード端６２９を図９のように配置する。０オームチップ抵抗の利用により、４種類の励起レーザのピン接続に対応できる。内側に示した表記は励起レーザ６００のＡのピン配置である。サーミスタ回路入力（ＴＲ）６１３とレーザモジュールの２番ピン６０２、モニタＰＤのアノード回路入力（ＰＤ＿Ａ）６１４とレーザモジュールの３番ピン６０３、レーザダイオードのアノード制御回路入力（ＬＤ＿Ａ）６２６とレーザモジュールの１０番ピン６０９、レーザダイオードのカソード制御回路入力（ＬＤ＿Ｃ）６２４とレーザモジュールの１１番ピン６０８のパッド間、総計４個の０オームのチップ抵抗を入れることでA型のレーザモジュールに対応した接続が行える。本実施例では、ＬＤ＿ＡとＰＤ＿Ｃとサーミスタの片方（ＴＲ（Ｇ））は常にグランドに接続する回路を想定している。他の型のレーザモジュールに対しても５個以内の０オームのチップ抵抗の接続で対応できる。

本実施例では０オームのチップ抵抗を使用する例を挙げた。これはバッドの変わりにピンを立て、ジャンパ線におきかえてもよい。

さらに、チップ抵抗用のパッドをレーザモジュールのピンが立つ穴パッドにしてそのピンのさし込みをピン配置に対応した機能の穴に選択して挿すようにすることでも可能である。

［実施例６］
本発明の第２の実施の形態である光伝送システムの実施例６を、図１０を用いて説明する。

図１０は、１６波長多重まで可能な光中継ファイバ増幅器を用いた光伝送システムの構成である。

送信側のｎまでの波長と１６番目の波長チャネルで多重化した場合について説明する。送信器（Ｔｘ）７０１−７１６が設定されると、監視系（ＳＶ）７１８に送信器設定の情報７１７があがる。例えば、ｎ番目の送信器７０ｎがセットされるとそれまでのｎ−１までの送信チャネルと１６番目のチャネル７１６のトータルｎ波長数の情報がｎ＋１にあらためられる。この情報は直ちに光学的な監視信号系（Ｌ−ＳＶ）７２１に伝えられる。信号光は光ファイバ伝送路７２３の波長多重信号光合波系結合器７１９により信号波長多重化され、送信用光増幅器７２０で一括増幅される。

監視信号は別の波長の監視信号光として監視光／信号光結合器７２２により重畳される。重畳された波長数情報は各中継ファイバ増幅器（ＬＡ）７２４、７２６および受信光ファイバ増幅器（ＲＡ）７２９で検出される。多重化主信号光は各光ファイバ増幅器７２４、７２６、７２９で分散量を補償しながら増幅される、受信部では波長分離器７３１で各波長に信号が分離された後、各波長の信号は光信号受信器７５１−７６６で電気信号に変換される。監視信号により波長数情報が伝達された後に各光ファイバ増幅器がチャネル数変化に応じた光出力ならびに内部の設定を数ｍｓから数百ｍｓの特定の時間で緩やかに設定を変えていく。これにより、光伝送システムの波長多重数の変化に伴う、各チャネル信号の状態の変化を抑え、システム全体の伝送品質を保つ。

また、波長数情報については、光学的な監視信号系のみによらず、別の監視信号伝達系７７１−７７４を利用することもできる。

光ファイバ増幅器の早い応答を利得一定制御することで、仮に波長数変動が急激に生じても、チャネル毎の出力変動は少なく、またリップルを持つような変動がないため、伝送時の障害を発生しないシステムが構成できる。

異常な光入力の低下からの回復、あるいは分散補償光ファイバ（ＤＣＦ）のような分散補償器７２５、７２７、７３０の挿抜時などに発生する光の異常ピーク出力を抑える機能を有する光ファイバ増幅器を光伝送システムに使用することで光サージが抑制されるため、信号の上流で発生する光サージの伝達に伴う、下流の光中継器や受信装置の光学部品７５１−７６６等の破壊を防ぐ。

さらに波長平坦化のための光ファイバ増幅器に挿入した光減衰器周波数帯域を１ｋＨｚ以下に抑えることにより、６００Ｍｂｉｔ／ｓの伝送速度における信号においても、低域の波形歪みの発生がなく、光伝送システムの品質を保つことができる。特に、中継器を光ファイバ増幅器で構成する場合には、光ファイバ増幅器が１Ｒ（Ｒｅｓｈａｐｅ）中継であるため、周波数特性は累積される、ここで周波数域が広いことは、中継数の増加に対しても波形劣化が低い光伝送システムが構成できる。

また、各光ファイバ増幅器７２０、７２４、７２６、７２９には、他の実施例で記載したいずれの光ファイバ増幅器であっても良い。

本発明の実施例１の光ファイバ増幅器の２段２励起光ファイバ増幅器の構成を示す図である。 本発明の実施例１の光ファイバ増幅器の前段増幅部可変光減衰器周辺の制御構成を示す図である。 本発明の実施例１の光ファイバ増幅器の後段増幅部光出力制御構成を示す図である。 本発明の実施例２の光ファイバ増幅器の中間光挿入部制御構成を示す図である。 本発明の実施例３の光ファイバ増幅器の残留前段励起光の後段利用型光ファイバ増幅器の構成を示す図である。 本発明の実施例１の光ファイバ増幅器の伝送区間損失が異なる場合の光レベルダイヤグラムを示す図である。 総出力一定制御時の光出力の波長依存性を説明する図である。 本発明の実施例４の光ファイバ増幅器のファイバ型光学部品の収納例を示す図である。 本発明の実施例５の光ファイバ増幅器の市販励起レーザのＡ型を接続する例を示す図である。 本発明の実施例６の波長多重光伝送システムの構成例を示す図である。

符号の説明

１…光信号入力、２…光信号出力、３…前段光増幅部、４…後段光増幅部、５…２段光ファイバ増幅器、１０…前段入力部可変光減衰器、１１…後段入力部光減衰器、２０…前段入力モニタ用光分岐カプラ、２１…前段光出力モニタ用光分岐カプラ、２２…後段光入力モニタ用光分岐カプラ、２３…後段光出力モニタ用光分岐カプラ、３０…前段前方励起用励起光／信号光結合器、３１…後段後方励起用励起光／信号光結合器、３３…０．９８μｍ励起光／信号光分離器、３４…０．９８μｍ励起光／信号光合波結合器、３５…前段の０．９８μｍ残留励起光、４０…前段増幅用光ファイバ、４１…後段増幅用光ファイバ、５０…中間挿入光部品、１００…前段光増幅部制御回路、１５０…後段光増幅部制御回路、２００…監視制御回路、２０１…波長数情報を含む監視情報、２０２…２段光ファイバ増幅器の監視情報、１１０…可変減衰器駆動回路、１１１…可変減衰器駆動値モニタ、１１２…Ａ／Ｄ変換器、１１３…減衰量演算器、１１４…減衰量補正データ、１１５… Ｄ／Ａ変換器、１１６…低速フィルタ、１２０…入力モニタＰＤ、１２１…演算導出光入力モニタ値、１２２…加算器、１２３…平均化回路、１２４…相対判定基準値、１２５…減算器、１２６…相対値入力判定、１２７…絶対値入力判定値、１２８…絶対値入力判定、１２９…ＯＲ論理回路、１３０…前段励起用励起ＬＤ、１３１…励起ＬＤ駆動回路、１３２…励起抑制信号、１３３…前段光出力制御回路からの制御信号、１７０…後段光出力モニタ、１７１…基準値／モニタ値差分、１７２…低周波フィルタ、１７３…利得一定制御、１７４…利得演算回路、１７５…出力基準値、１７６…出力異常検出閾値、１７７…出力異常判定、１７８…出力異常信号、１８０…後段励起ＬＤ、１８１…励起ＬＤ駆動回路、２１０…波長数情報、２１１…波長数情報比較、２１２…前波長数情報、２１３…波長数対応出力、２１４…波長数対応出力データ、２１５…Ｄ／Ａ変換器、２１６…波長数対応入力データ、２１７…後段光増幅部波長数対応光入力基準値、２１８…波長数対応光入力基準値、３００…前段の光ファイバ増幅器、３０１…１２０ｋｍの光ファイバ伝送、３０２…８２ｋｍの光ファイバ伝送路、３０３…４７ｋｍの光ファイバ伝送路、４２０…前段光増幅部光出力モニタＰＤ、４２１…レベル判定、４２２…光部品抜去判定、４２３…後段光増幅部光入力モニタＰＤ、４２４…レベル判定、４２５…励起抑制信号、４２６…光部品抜去情報、４２７…AND論理、４２８…出力異常低下信号、４２９…ＯＲ論理、５００…光学系収納箱、２０３０…（光分岐＋励起光／信号光合波結合＋光アイソレータ＋モニタＰＤ）複合光モジュール、２１３２…（光分岐＋利得平坦化フィルタ＋光アイソレータ＋モニタＰＤ）複合光モジュール、１１２２…（光分岐＋光アイソレータ＋モニタＰＤ）複合光モジュール、２３３１…（励起光／信号光結合＋光アイソレータ＋光分岐＋モニタＰＤ）複合光モジュール、６００…励起レーザモジュール、６０１…レーザペルチェ正極ピン、６０２…サーミスタピン、６０３…ＰＤアノードピン、６０４…ＰＤカソードピン、６０５…サーミスタピン、６０６…レーザペルチェ負極ピン、６０７…接地ピン、６０８…ＬＤカソードピン、６０９…レーザアノードピン、６１１…レーザペルチェ駆動正極出力端、６１２…レーザペルチェ駆動負極出力端、６１３…サーミスタ接続端、６１４…ＰＤアノード制御端、６１５…ＰＤカソード制御端、６１６…ＬＤアノード制御端、６１７…サーミスタ接地側接続端、６１８…ＰＤカソード制御端、６２０…ＰＤアノード制御端、６２１…レーザペルチェ駆動負極出力端、６２２…ＬＤアノード制御端、６２３…サーミスタ接地側接続端、６２４…レーザカソード制御端、６２５…サーミスタ接続端、６２６…レーザアノード制御端、６２７…サーミスタ接地側接続端、６２８…レーザカソード制御端、ＰＤアノード制御端、７０１…光信号送信器１（波長１）、７０２…光信号送信器２（波長２）、７０ｎ…光信号送信器ｎ（波長ｎ）、７１６…光信号送信器１６（波長１６）、７１７…送信器動作情報、７１８…監視信号系、７１９…波長多重合波結合器、７２０…一括増幅送信用光ファイバ増幅器、７２１…監視信号送信器、７２２…監視信号光／多重信号光合波結合器、７２３…光ファイバ伝送路、７２４…光中継増幅器、７２５…分散報償器、７２６…光中継増幅器、７２７…分散補償器、７２９…一括増幅受信用光ファイバ増幅器、７３０…分散補償器、７３１…多重波長信号分離器、７５１…光信号受信器１（波長１）、７５２…光信号受信器２（波長２）、７５ｎ…光波長受信器ｎ（波長ｎ）、７６６…光信号受信器１６（波長１６）、７７１−７７４…管理信号系、Ａ…１２０ｋｍの光ファイバ伝送路３０１伝送後の光入力レベル、Ｂ…８２ｋｍの光ファイバ伝送路３０２伝送後の光入力レベル、Ｃ…４７ｋｍの光ファイバ伝送路３０３伝送後の光入力レベル、３−１…可変光減衰器制御経路、３−２…光減衰量情報経路、３−３…相対的光レベル低下判定経路、３−４…絶対光レベル低下判定経路、４−１…利得一定制御経路、４−２…光出力一定制御経路

Claims (4)

1. 第1の光信号路から受信した光信号を、第1の増幅用光ファイバにより増幅して第1の光
   コネクタから出力する第1の光増幅部と、
   第2の光コネクタを介して受信した光信号を、第2の増幅用光ファイバにより増幅して第
   2の光信号路へ向けて出力する第2の光増幅部と、
   前記第1の光増幅用光ファイバと前記第1の光コネクタとの間における光信号の第1のパワ
   ーレベルと、前記第2の光増幅部により前記第2の光コネクタを介して受信した光信号の第
   2のパワーレベルとをそれぞれ監視する監視制御部とを有し、
   前記第1の光コネクタおよび前記第2の光コネクタの間には、光部品が挿入および抜去可
   能に接続でき、
   前記監視制御部は、前記第1のパワーレベルが第1の所定の値以上であり、かつ、前記第
   2のパワーレベルが、前記第1の所定の値より少なくとも前記光部品の損失分だけ小さい第
   2の所定の値以下である場合には、前記光部品が抜去されたと判断することを特徴とする
   光ファイバ増幅器。
2. 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
   前記第2の光増幅部は前記第2の光コネクタを介して受信した光信号に損失を与える減衰
   器を有し、
   前記監視制御部は、前記減衰器を通過した光信号のパワーレベルを前記第2のパワーレ
   ベルとして監視し、前記第2の所定の値は、前記第1の所定の値よりも、少なくとも前記光
   部品および前記減衰器の損失の和よりも小さいことを特徴とする光ファイバ増幅器。
3. 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
   前記監視制御部は、前記第2のパワーレベルが前記第2の所定の値以下の場合に、前記第
   2の増幅用光ファイバの励起を抑制することを特徴とする光ファイバ増幅器。
4. 請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
   前記監視制御部は前記第2の増幅用光ファイバから出力される光信号のパワーレベルを
   第3のパワーレベルとして監視し、前記光部品が抜去されたと判断している間は、前記第3
   のパワーレベルの低下を前記第２の光増幅部の故障として検知するための異常信号をマスクすることを特徴とする光ファイバ増幅器。

Images