JP4948085B2

JP4948085B2 - 光増幅器

Info

Publication number: JP4948085B2
Application number: JP2006225490A
Authority: JP
Inventors: 幹哉鈴木
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: JP2008053294A

Description

本発明は、アクセスネットワークなどにおいて用いられる光増幅器に関するものである。

携帯電話やインターネットの爆発的な普及は、世界中で社会・経済全体を大きく変革させている。特にＣＡＴＶを利用したインターネットやＡＤＳＬに代表される通信技術は、加入者につながるアクセスネットワークの普及の大きな牽引力となっている。近年、より高速の通信回線を加入者の家庭等まで導入するためにアクセスネットワークのＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）化が盛んである。

アクセスネットワークにおいては、光増幅器は情報を含む光信号を長距離伝送する際の光伝送路の損失補償用に用いられるだけでなく、各加入者に光信号を分配・配信するための光分配器の損失補償用としても用いられる。そして、各加入者当たりのシステムコストを低減する観点から、光増幅器と、１つの光信号を入力してｎ個（ｎは２以上の整数）の光信号に分岐して出力する１×ｎ分岐の光分配器とを用意し、この光増幅器と光分配器とを光コネクタなどで接続して組み合わせた構成とし、光増幅器を極力高出力化して可能な限り分岐数を増やしている（特許文献１参照）。

上述した光増幅器に用いられる制御方式として、光伝送路内の損失や信号光の波長などの信号入力条件の変動を補償するため、光増幅器から出力する増幅した信号光（増幅信号光）の強度レベルが一定になるように制御する出力一定制御方式が一般的である。この出力一定制御方式においては、光増幅器から出力する増幅信号光の一部を分岐手段で分岐し、この分岐した光の強度が一定になるように光増幅器を制御することで、増幅信号光強度を一定にする方式が一般的である（特許文献２参照）。

図８は、従来の光増幅器と光分配器とを組み合わせた構成を模式的に表した概略図である。この構成は、半導体レーザ２０２と、信号光を入力する光コネクタ２０１と、励起光のエネルギーによって光コネクタ２０１に入力した信号光を増幅する希土類元素添加光ファイバ２０３と、希土類元素添加光ファイバ２０３に励起光を合波するＷＤＭカプラ２０４と、ＷＤＭカプラ２０４の出力ポート側に接続され、この出力ポートから出力する増幅信号光の一部を分岐手段によって分岐して分岐した光の強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段４０と、光出力検出手段４０が出力する検出信号を受信してこの光出力検出手段が検出した増幅信号光の強度が所定の値になるように半導体レーザ２０２が出力する励起光の強度を制御する制御部５０とを備えた光増幅器２０と、入力ポートと複数の出力ポートとを有し、入力ポートに光増幅部２０から出力する増幅信号光を入力し複数の出力ポートに分岐して出力する光分配器３０と、を備える。そして、光増幅器２０と光分配器３０は光コネクタなどの接続部Ｃで接続されている。なお、光分配器３０は、入力ポートとｎ個の出力ポートとを有する光カプラ３０１が２段接続されたものである。この構成においては、光分配器３０における２段接続の前段に位置する光カプラ３０１の入力ポートに光増幅器２０から出力する増幅信号光を入力し、後段に位置する各光カプラ３０１の複数の出力ポートに分岐して、各出力ポートに接続した光コネクタ６０−１〜６０−ｍ（ｍ＝ｎ×ｎ）から分岐した信号光（分岐信号光）を出力する。光増幅器３０は、その出力側に接続した光出力検出手段４０と制御部２０５とによって出力一定制御される。

特開２０００−３１０７２７号公報特開２０００−１１４６２９号公報

しかしながら、従来の光増幅器は、その出力側に接続した光出力検出手段が増幅信号光に損失を与え、増幅信号光の強度を減衰させる。この減衰の比率は増幅信号光強度にかかわらず一定であるが、その減衰量については増幅信号光強度に依存する。その結果、増幅信号光強度が低い光増幅器の場合は光出力検出手段による増幅信号光の損失がそれ程影響として大きなものではないが、増幅信号光強度が高くなると、その損失を補うのが困難になる。

以下具体例を示す。光出力検出手段に備えた分岐手段である光カプラの挿入損失が０．５ｄＢであるとすると、この光カプラによって増幅信号光強度が１０．８７％だけ減少する。その結果、例えば、光増幅器から出力する増幅信号光強度が＋２０ｄＢｍ（１００ｍＷ）であるとすると、光カプラを通過した後の増幅信号光強度は約１０ｍＷだけ低下して約８９．１ｍＷとなるが、増幅信号光強度が＋３０ｄＢｍ（１０００ｍＷ）であるとすると、光カプラを通過した後の増幅信号光強度は約１００ｍＷも低下し、約８９１ｍＷとなる。すなわち、増幅信号光強度が高いほど、光増幅器は、その出力側に接続した光出力検出手段の損失の影響が大きく、この強度の減少を補うためには、さらに出力強度の高い励起光源が必要となる。その結果、励起光源からの発熱や励起光源の消費電力の増大を招くという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱や消費電力を低減できる光増幅器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光増幅器は、励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、入力ポートと複数の出力ポートとを有し、前記入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記複数の出力ポートに分岐して出力する光分岐手段と、前記光分岐手段のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、上記の発明において、前記光分岐手段は、入力ポートと複数の出力ポートとを有する光分岐器が多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力することを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、入力ポートと複数の出力ポートとを有する光分岐器が多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段と、前記多段光分岐手段の最前段または最前段と最後段との間に位置する光分岐器のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、上記の発明において、前記光出力検出手段は、前記光分岐手段の出力ポートまたは前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が高い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、上記の発明において、前記光出力検出手段は、前記光分岐手段の出力ポートまたは前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が低い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、上記の発明において、前記光出力検出手段は、前記接続した出力ポートから出力する信号光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した光を受光し該受光した光の強度に応じた検出信号を出力する検出手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光増幅器は、上記の発明において、前記制御部は、前記分岐して出力する信号光の強度がＪＩＳＣ６８０２のレーザ製品の安全基準で定めるクラス１Ｍの強度以下となるように前記励起光の強度を制御することを特徴とする。

本発明に係る光増幅器は、増幅信号光を分岐して出力する光分岐手段のいずれかの出力ポート側に光出力検出手段を接続するので、他の出力ポートから出力される信号光には光出力検出手段の損失による強度の減少が発生しないため、信号光に余分な損失を与えることを防止できる。その結果、励起光源から出力する励起光強度を過度に大きくする必要がなく、発熱や消費電力を低減できる光増幅器を実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る光増幅器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光増幅器１を模式的に表した概略図である。図１に示すように、光増幅器１は、励起光を出力する励起光源である半導体レーザ２２と、信号光を入力する入力部である光コネクタ２１と、励起光のエネルギーによって光コネクタ２１に入力した信号光を増幅する光増幅媒体であるエルビウム添加光ファイバ２３と、エルビウム添加光ファイバ２３に励起光を合波する光合波手段であるＷＤＭカプラ２４とを備える光増幅部２と、入力ポートと複数の出力ポートとを有し、入力ポートに光増幅部２から出力する増幅信号光を直接入力し複数の出力ポートに分岐して出力する光分岐手段３と、光分岐手段３の出力ポートのうち最も強度が高い信号光を出力する出力ポート側に接続され、この出力ポートから出力する信号光の強度を検出してその強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段４と、光出力検出手段４が出力する検出信号を受信してこの光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように半導体レーザ２２が出力する励起光の強度を制御する制御部５と、を備える。また、光分岐手段３は、入力ポートとｎ個（ｎは２以上の整数）の出力ポートとを有する光分岐器である光カプラ３１が２段接続され、２段接続の前段に位置する光カプラ３１の入力ポートに光増幅部２から出力する増幅信号光を入力し、後段に位置するｎ個の光カプラ３１の各ｎ個の出力ポートに分岐して出力するものである。また、光増幅器１は、後段に位置する各光カプラ３１のｎ個の出力ポートに接続した出力部である光コネクタ６−１〜６−ｍ（ｍ＝ｎ×ｎ）を備える。すなわち信号光の最終的な分岐数はｍである。なお、符号３１−１〜３１−ｎは、光カプラ３１の出力ポートとその後段の光カプラ３１の入力ポートまたは光コネクタ６−１〜６−ｍとの間を接続する光ファイバを示す。

光増幅部２は後方励起型の構成のエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であって、信号光の波長は１５２０〜１６２０ｎｍの帯域内のいずれかの波長であり、半導体レーザ２２が出力する励起光の波長は、エルビウムイオンを励起してこれにエネルギーを与えることができる９８０ｎｍ帯域内または１４８０ｎｍ帯域内のいずれかの波長である。

つぎに、光増幅器１の動作について説明する。まず、光増幅部２において、半導体レーザ２２は所定の波長を有する励起光を出力し、ＷＤＭカプラ２４はエルビウム添加光ファイバ２３に励起光を合波する。合波した励起光はエルビウム添加光ファイバ２３に添加したエルビウムイオンを励起し、エネルギーを与える。一方、光コネクタ２１は入力する信号光を受け付け、受け付けた信号光をエルビウム添加光ファイバ２３へ入力する。その結果、エルビウム添加光ファイバ２３は誘導放出によって入力信号光を増幅して出力する。出力する増幅信号光の強度はたとえば＋２７ｄＢｍ程度までである。

つぎに、光分岐手段３は、２段接続の前段に位置する光カプラ３１の入力ポートに光増幅部２から出力する増幅信号光を直接入力してｎ個の出力ポートに分岐して出力し、さらに２段接続の後段に位置するｎ個の光カプラ３１の入力ポートに分岐出力した信号光を入力して後段の各光カプラ３１の各ｎ個の出力ポートに分岐して出力する。なお、光増幅部２と光分岐手段３とは、ＷＤＭカプラ２４の増幅信号光出力ポートに接続した光ファイバと光分岐手段３の前段の光カプラ３１の入力ポートに接続した光ファイバとを融着接続することによって接続しているので、この接続部での損失はほとんど無視できるほどに小さい値となる。

そして、光出力検出手段４は、光分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が高い分岐信号光を出力する出力ポート側に接続し、その出力ポートから出力する信号光の強度を検出してこの強度に応じた検出信号を出力する。制御部５は、光出力検出手段４が出力する検出信号を受信して光出力検出手段４が検出した信号光の強度が所定の値になるように半導体レーザ２２が出力する励起光の強度を制御する。この励起光の強度の制御は半導体レーザ２２の駆動電流を調整することにより行う。その結果、光コネクタ６−１〜６−ｍから出力される分岐信号光の各々の強度は一定に制御される。

なお、光出力検出手段４は、図２に示すように、接続した出力ポートから出力する光の１〜５％を分岐する分岐手段であるタップカプラ４１と、タップカプラ４１が分岐した光を受光しこの受光した光の強度に応じた検出信号を出力する検出手段であるフォトディテクタ（ＰＤ）４２とを備える。

そして、本実施の形態１に係る光増幅器１においては、光分岐手段３の前段の光カプラ３１の入力ポートに光増幅部２から出力する増幅信号光を直接、すなわちタップカプラ４１を介さずに入力してｎ個の出力ポートに分岐して出力し、その後光出力検出手段４が後段の光カプラ３１の出力ポート側に接続されているので、他の出力ポートから出力される分岐信号光には光出力検出手段４のタップカプラ４１の損失による光強度の減少が発生しないため、分岐信号光に余分な損失を与えることを防止できる。

また、光カプラ３１は、入力した光をｎ個の出力ポートに分岐して出力するものであるが、その種類に関わらず入力ポートから各出力ポートまでの損失については各出力ポート間でのばらつきが必ず存在し、その結果各出力ポートから出力する分岐信号光の強度にもばらつきが発生する。特に前述のようにシステムコストを低減する観点からは光増幅部を極力高出力化して光分岐手段の出力ポート数すなわち分岐数ｍを１６、６４と大きくするのが好ましいが、このように出力ポート数が多い光分岐手段では、出力ポート間で損失のばらつきが一層大きくなるのが実状である。そしてこの損失のばらつきが大きい場合は、損失が大きい出力ポートまたは損失が小さい出力ポートにおいて、光増幅器１から出力する分岐信号光に許容される強度の範囲から外れてしまうことがある。その結果、信号光を分配した加入者の家庭等に設置されたＯＮＵなどの光受信器において所定の受光レベルを満たせなくなる場合がある。

しかし、本実施の形態１に係る光増幅器１においては、光出力検出手段４は、光分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が高い信号光を出力する出力ポートに接続している。その結果、光出力検出手段４の損失によって最も強度が高い分岐信号光の強度が減少するので、各出力ポートから出力する分岐信号光の強度のばらつきが緩和される。特に、光カプラ３１の分岐数であるｎが４以上であれば、光カプラ３１の出力ポート間で損失のばらつきが発生しやすくなるので、上述のばらつきの緩和の効果が大きくなる。

つぎに、本発明をより具体的に説明するために、本実施の形態１に係る光増幅器の内部における信号光強度を表わすレベルダイヤグラムについて、従来例の図８に示す光増幅器と光分配器との組み合わせと対比して説明する。図３は、図１に示す光増幅器１と図８に示す光分配器３０との内部における信号光強度を表わすレベルダイヤグラムを光増幅器または光分配器内の位置と対応させて示す図である。破線は従来例、実線は実施の形態１のレベルダイヤグラムをそれぞれ示す。なお、縦軸は対数表示とする。

まず、従来の光増幅器と光分配器との組み合わせにおいて、光増幅器２０から出力する増幅信号光の強度がＰ１であるとする。この増幅信号光は光出力検出手段４０によりたとえば０．５ｄＢ程度の損失Ｌ２を受け、強度がＰ２に減少する。つぎに、増幅信号光は光分岐手段３０によって分岐し、その際に損失を受けて強度が減少するが、この損失は出力ポート間で損失Ｌ３と損失Ｌ４との間でたとえば２ｄＢ程度ばらついている。その結果、各分岐信号光は強度がＰ３からＰ５までのばらつきＤ２を持つとする。強度Ｐ５は、分岐信号光強度に許容される下限値よりも大きくする必要がある。したがって、増幅信号光の強度Ｐ１は、分岐手段３０の損失およびそのばらつきだけでなく光出力検出手段４０の損失を考慮して高い値に設定しなければならない。また、図８における光増幅器２０と光分配器３０との接続部Ｃが光コネクタである場合は、さらに光コネクタの接続損失も考慮して強度Ｐ１をさらに高い値に設定しなければならない。

一方、実施の形態１に係る光増幅器１においては、光出力検出手段４は光分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が高い分岐信号光を出力する出力ポート側に接続しているので、その他の出力ポートから出力する分岐信号光は光出力検出手段４の損失Ｌ１を受けないままに出力される。そのため、光分岐手段３の出力ポート間の損失が上記と同様に損失Ｌ３と損失Ｌ４との間でばらついているとすると、光増幅部２から出力する増幅信号光の強度がＰ１よりも低いＰ２に設定しても、光分岐手段３によって分岐した分岐信号光の最低強度をＰ５とすることができる。したがって、光増幅器１においては励起光源から出力する励起光の強度を抑制できるので、発熱や消費電力を低減できる。さらに、光出力検出手段４が接続した出力ポートから出力する分岐信号光は光出力検出手段４によって損失Ｌ１を受けるので、分岐信号光の最高強度はＰ３からＰ４に減少する。その結果、分岐信号光の強度のばらつきはばらつきＤ１となり、従来のばらつきＤ２よりも小さい値となる。

以上説明したように、本実施の形態１に係る光増幅器１は、分岐信号光に余分な損失を与えることを防止して発熱や消費電力を低減できるとともに、分岐信号光の強度のばらつきが緩和される。また、発熱や消費電量を低減することにより、半導体レーザの発熱を放熱するためのヒートシンクや半導体レーザの駆動電源などを小さくできるため、小型化した光増幅器を実現できる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る光増幅器は、実施の形態１に係る光増幅器とは光出力検出手段の配置が異なる。

図４は、本実施の形態２に係る光増幅器１ａを模式的に表した概略図である。図４に示すように、光増幅器１ａは、実施の形態１に係る光増幅器１と同様の構成を有する光増幅部２と、入力ポートと複数の出力ポートとを有する光分岐器である光カプラ３１が２段接続され、２段接続の前段に位置する光カプラ３１の入力ポートに光増幅部２から出力する増幅信号光を直接入力し、２段接続の後段に位置する各光カプラ３１の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段３ａと、多段光分岐手段３ａの前段に位置する光カプラ３１のいずれかの出力ポート側に接続され、この出力ポートから出力する信号光の強度を検出してその強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段４と、光出力検出手段４が出力する検出信号を受信してこの光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように光増幅部２に備えた励起光源２２が出力する励起光の強度を制御する制御部５と、を備える。

本実施の形態２に係る光増幅器１ａは、光出力検出手段４が多段光分岐手段３ａの前段に位置する光カプラ３１のいずれかの出力ポート側に接続されているので、実施の形態１に係る光増幅器１と同様に、他の出力ポートから出力される分岐信号光には光出力検出手段の損失による強度の減少が発生しないため、分岐信号光に余分な損失を与えることを防止できる。また、それとともに、光増幅器１ａにおいては、光出力検出手段４と光増幅部２との間に位置する光カプラの数が、光出力検出手段４を多段光分岐手段３ａの後段に位置する光カプラ３１の出力ポ−ト側に接続する場合よりも少ないので、光カプラ３１が有する偏波依存損失、すなわち信号光の偏波状態に依存する損失の累積が少ない段階で精度が高い信号光の強度の検出を行うことができる。その結果、信号光の偏波状態の影響が少なく精度が高い制御を行うことができる光増幅器となる。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光増幅器は、実施の形態１に係る光増幅器とは光増幅部の構成等が異なる。

図５は、本実施の形態３に係る光増幅器１ｂを模式的に表した概略図である。図５に示すように、光増幅器１ｂにおいては、光増幅部２ａが前段部２ａａと、光カプラ７と、後段部２ａｂ、２ａｃとから構成される。前段部２ａａは、半導体レーザ２２ａと、光コネクタ２１と、エルビウム添加光ファイバ２３ａと、ＷＤＭカプラ２４ａとを備える。光カプラ７は、入力ポートと２つの出力ポートとを有し、入力ポートに前段部２ａａから出力する増幅信号光を入力し２つの出力ポートに分岐して出力する。後段部２ａｂ、２ａｃは、半導体レーザ２２ｂまたは２２ｃと、エルビウム添加光ファイバ２３ｂまたは２３ｃと、ＷＤＭカプラ２４ｂまたは２４ｃとを備え、光カプラ７の２つの出力ポートから入力する増幅信号光をそれぞれ増幅して出力する。すなわち、前段部２ａａは後段部２ａｂ、２ａｃの共通のプリ増幅部として機能し、後段部２ａｂ、２ａｃはブースター増幅部として機能する。なお、図５に示すように前段部２ａａの構成は前方励起型である。また、光分岐手段３ｂはｎ個の出力ポートを有する光カプラ３１とｋ個（ｋはｎとは異なる２以上の整数）の出力ポートを有する光カプラ３２とを備え、光カプラ３１、３２のそれぞれの入力ポートに後段部２ａｂ、２ａｃのそれぞれから出力する増幅信号光を直接入力し、ｎ個またはｋ個の出力ポートにそれぞれ分岐して光コネクタ６ａ−１〜６ａ−ｎ、６ｂ−１〜６ｂ−ｋのそれぞれに出力する。

そして、光出力検出手段４、４は、光分岐手段３ｂの出力ポートである光カプラ３１、３２の各々のいずれかの出力ポート側に接続され、接続された各出力ポートから出力する信号光の強度を検出してその強度に応じた検出信号を出力し、制御部５、５は、光出力検出手段４、４のそれぞれが出力する検出信号を受信して光出力検出手段４、４が検出した信号光の強度が所定の値になるように励起光源２２ｂ、２２ｃのそれぞれが出力する励起光の強度を制御する。

本実施の形態３に係る光増幅器１ｂは、光増幅部がブースター増幅部として機能する後段部を２つ備えており、各後段部はそれぞれ分岐数の異なる光カプラに接続されており、かつそれぞれ対応する光出力検出手段と制御部とを備える。その結果、後段部のそれぞれに接続される光カプラの分岐数に応じて各後段部から出力する増幅信号光の強度を独立に制御できる。その結果、分岐数が異なる２系統のシステムに対して信号光の分配をおこなう場合に、各システムに対応した所望の強度の分岐信号光を出力することができる。なお、本実施の形態３においては光増幅部２ａの前段部２ａａを前方励起型、後段部２ａｂ、２ａｃを後方励起型としたが、これらに限らず、前段部２ａａ、後段部２ａｂ、２ａｃのいずれについても、前方励起型、後方励起型、双方向励起型のいずれか、若しくはそれらを複数備えた多段構成とすることができる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４に係る光増幅器は、実施の形態１に係る光増幅器とは異なり、光出力検出手段が光分岐手段の出力ポートのうち最も強度が低い分岐信号光を出力する出力ポート側に接続している。

図６は、本実施の形態４に係る光増幅器１ｃを模式的に表した概略図である。図６に示すように、光増幅器１ｃは、実施の形態１に係る光増幅器１と同様の光増幅部２および光分岐手段３とを備える。しかし、光出力検出手段４ａが光分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が低い分岐信号光を出力する出力ポート側に接続し、この出力ポートから出力する分岐信号光は光増幅器１ｃの外部には出力せず、信号光の強度の検出のみに用いる。

本実施の形態４に係る光増幅器１ｃは、光出力検出手段４ａが光分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が低い分岐信号光を出力する出力ポート側に接続するので、光増幅器１ｃの外部に出力して加入者に分配するその他の出力ポート間では最も低い分岐信号光強度は高くなるから、出力ポート間の分岐信号光の強度のばらつきは緩和される。また、最も強度が低い信号光は信号光の強度検出のみに用いる。その結果、光出力検出手段４ａは、図２に示す光出力検出手段４とは異なり、タップカプラを用いずに出力ポートとＰＤとを直接接続する構成とできるので、構成部品の数を減らすことができ、光増幅器の製造コストの低減と小型化が可能となる。

また、本実施の形態４の変形例として、図７に示すように、光増幅器１ｃにおいて分岐手段３の出力ポートである後段の各光カプラ３１の出力ポートのうち最も強度が低い分岐信号光を出力する出力ポートに光増幅器１に備えたものと同様の光出力検出手段４を接続し、さらに光増幅器１ｃ内に、分岐信号光が持つ映像信号などの信号を受信するためのＯＮＵ８と、ＯＮＵ８により受信した信号をモニタするための信号モニタ手段９とを設け、信号モニタ機能を備えた光増幅器を構成してもよい。

ところで、光増幅器の出力を高出力化するには、従来のＥＤＦＡを例にすると、１．励起する半導体レーザを高出力化する、２．半導体レーザを複数用いて各半導体レーザから出力する励起光を合成する、３．ＥＤＦＡを多段接続した多段増幅構成とするなどの手段が考えられる。ここで、１．と２．の半導体レーザを高出力化し励起光を合成することで、トータルの励起光の強度を高くするのはＥＤＦＡの高出力化に有効ではあるが、励起光を合成するための偏波合成、波長合成などの手段にも合成する数などの点で限界がある。また、さらなる高出力化の手段としての多段増幅構成は、増幅する信号光の経路にＥＤＦＡを多段化する上で必要不可欠なパッシブ光部品が縦続接続する構成となり、この縦続接続したパッシブ光部品の挿入損失の累積がＥＤＦＡの高出力化の妨げの要因となる。つまり、ＥＤＦＡの高出力化を進めていく上で、いくら半導体レーザを増設して合成しても、あるいは多段増幅構成のさらなる多段化をしても、その効果が余り得られないといった状況に陥る事がある。特にこうした状況はＥＤＦＡの出力が高出力になる程顕著になる。本発明に係る光増幅器は光分岐手段のいずれかの出力ポート側に光出力検出手段を接続するので、信号光に余分な損失を与えることを防止できるため、光増幅器が高出力化する場合に特に効果が大きいものとなる。

なお、上記の実施の形態１〜４においては、光分岐手段または多段光分岐手段は光カプラを１段だけ配置するかあるいは２段接続したものであるが、光カプラを３段以上接続したものでもよい。光カプラを３段以上接続した多段光分岐手段の場合は、光出力検出手段は、多段光分岐手段の最前段または最前段と最後段との間に位置する光カプラのいずれかの出力ポート側に接続する。また、多段光分岐手段において、同一段に位置する各光カプラの出力ポートのうち最も強度が高いあるいは低い信号光を出力する出力ポート側に光出力検出手段を接続すれば、出力ポート間の分岐信号光の強度ばらつきの緩和などの効果を奏する。このとき、たとえば最前段のように同一段に位置する光カプラが一つの場合は、その光カプラの出力ポートのうち最も強度が高いあるいは低い信号光を出力する出力ポート側に光出力検出手段を接続すればよい。

また、上記の実施の形態１〜４において、光カプラ３１、３２は、入力した光をｎ個またはｋ個の出力ポートに略ｎ等分または略ｋ等分に分岐して出力するものであることがより望ましい。また、上記の実施の形態１〜４において、必要に応じて光増幅部と光分岐手段との間に光アイソレータなどの光機能部品を挿入することもできる。

また、上記の実施の形態１〜４において、制御部が、分岐して出力する分岐信号光の強度が例えば２２．１ｄＢｍ以下となるように励起光の強度を制御するものであれば、これらの光増幅器はＪＩＳＣ６８０２のレーザ製品の安全基準で定めるクラス１Ｍの光増幅器となるので、特別な安全設備を用意しなくてもユーザが高い強度の光に被爆するのを防止することができる。この場合、実施の形態１に係る光増幅器のように光増幅部と光分岐手段とが光ファイバの融着接続で接続していればより好ましい。その理由は、光増幅部と光分岐手段とが光コネクタなどで接続する場合は、ユーザが誤ってこの光コネクタをはずしてしまうと光増幅部から高い強度の増幅信号光が放出されて被爆が起こるおそれがあるが、光増幅部と光分岐手段とが融着接続で接続していればユーザが上記の誤った操作をするおそれがないからである。

また、上記の実施の形態１〜４においてはエルビウム添加光ファイバを光増幅媒体として用いた。しかし光増幅媒体はこれに限らず、ホストガラスにテルライト（Ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ）系、フッ化物（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）系、石英（Ｓｉｌｉｃａ）系などを用いた光ファイバとし、この光ファイバにツリウム、プラセオジウム、イットリビウム、テルビウム、ネオジウムなどの希土類元素、あるいは希土類元素と同様の増幅作用を有する他の物質を添加したものを光増幅媒体としてもよい。この場合の信号光の波長および励起光の波長は添加物の特性によってそれぞれ決定される。また、光増幅部の構成も前方励起型、後方励起型、双方向励起型のいずれかまたはこれらの組み合わせでもよい。つまり、本発明はＥＤＦＡと同様の増幅動作または増幅原理を有する全ての光増幅器に適用可能である。特に、光増幅部が、光増幅媒体としてイッテルビウムとエルビウムとを共添加したダブルクラッドファイバを用いるとともに励起光源としてマルチモード半導体レーザを用いるダブルクラッド型光ファイバ増幅器であれば、増幅出力光強度がたとえば＋２５〜＋３４ｄＢｍと極めて高くなるので、本発明の効果がより顕著となる。

本発明の実施の形態１に係る光増幅器を模式的に表した概略図である。光出力検出手段の構成を模式的に表した概略図である。図１に示す光増幅器と図８に示す光分配器との内部における信号光強度を表わすレベルダイヤグラムを光増幅器または光分配器内の位置と対応させて示す図である。本発明の実施の形態２に係る光増幅器を模式的に表した概略図である。本発明の実施の形態３に係る光増幅器を模式的に表した概略図である。本発明の実施の形態４に係る光増幅器を模式的に表した概略図である。実施の形態４の変形例の構成の一部を示す概略図である。従来の光増幅器と光分配器とを組み合わせた構成を模式的に表した概略図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｃ光増幅器
２、２ａ光増幅部
２ａａ前段部
２ａｂ、２ａｃ後段部
２１光コネクタ
２２、２２ａ〜２２ｃ半導体レーザ
２３、２３ａ〜２３ｃエルビウム添加光ファイバ
２４、２４ａ〜２４ｃＷＤＭカプラ
３、３ｂ光分岐手段
３ａ多段光分岐手段
３１、３２光カプラ
３１−１〜３１−ｎ、３２−１〜３２−ｋ光ファイバ
４、４ａ光検出手段
４１タップカプラ
４２ＰＤ
５制御部
６−１〜６−ｍ、６ａ−１〜６ａ−ｎ、６ｂ−１〜６ｂ−ｋ光コネクタ
７光カプラ
８ＯＮＵ
９信号モニタ手段

Claims

励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、
入力ポートと複数の出力ポートとを有し該入力ポートから入力された光を該複数の出力ポートに略等分岐して出力する光分岐器が直接的に多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段と、
前記多段光分岐手段のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、
前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、
を備え、前記光出力検出手段は、前記接続した出力ポートから出力する信号光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した光を受光し該受光した光の強度に応じた検出信号を出力する検出手段とを備え、前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が高い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする光増幅器。
励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、
入力ポートと複数の出力ポートとを有し該入力ポートから入力された光を該複数の出力ポートに略等分岐して出力する光分岐器が直接的に多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段と、
前記多段光分岐手段の最前段または最前段と最後段との間に位置する光分岐器のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、
前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、
を備え、前記光出力検出手段は、前記接続した出力ポートから出力する信号光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した光を受光し該受光した光の強度に応じた検出信号を出力する検出手段とを備え、前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が高い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする光増幅器。
励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、
入力ポートと複数の出力ポートとを有し該入力ポートから入力された光を該複数の出力ポートに略等分岐して出力する光分岐器が直接的に多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段と、
前記多段光分岐手段のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、
前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、
を備え、前記光出力検出手段は、前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が低い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする光増幅器。
励起光を出力する励起光源と、信号光を入力する入力部と、前記励起光のエネルギーによって前記入力部に入力した信号光を増幅する光増幅媒体と、前記光増幅媒体に前記励起光を合波する光合波手段とを備える光増幅部と、
入力ポートと複数の出力ポートとを有し該入力ポートから入力された光を該複数の出力ポートに略等分岐して出力する光分岐器が直接的に多段接続され、前記多段接続の最前段に位置する光分岐器の入力ポートに前記光増幅部から出力する増幅信号光を入力し前記多段接続の最後段に位置する各光分岐器の複数の出力ポートに分岐して出力する多段光分岐手段と、
前記多段光分岐手段の最前段または最前段と最後段との間に位置する光分岐器のいずれかの出力ポート側に接続され該出力ポートから出力する信号光の強度を検出して該強度に応じた検出信号を出力する光出力検出手段と、
前記光出力検出手段が出力する検出信号を受信して該光出力検出手段が検出した信号光の強度が所定の値になるように前記励起光源が出力する励起光の強度を制御する制御部と、
を備え、前記光出力検出手段は、前記多段光分岐手段において同一段に位置する各光分岐器の出力ポートのうち最も強度が低い信号光を出力する出力ポート側に接続したことを特徴とする光増幅器。
前記光出力検出手段は、前記接続した出力ポートから出力する信号光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した光を受光し該受光した光の強度に応じた検出信号を出力する検出手段とを備えることを特徴とする請求項３または４に記載の光増幅器。
前記制御部は、前記分岐して出力する信号光の強度が２２．１ｄＢｍ以下となるように前記励起光の強度を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光増幅器。