JP5103963B2 - 多段光増幅器及びその制御方法 - Google Patents
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Description
光増幅器では一般的にトータルパワー制御を行うので、すべての光エネルギーを検出してしまい、信号光と自然放出光雑音との区別が出来ない。その為、光増幅器の利得を所望の値に制御しても信号光の利得を所望の値に制御することは出来ないので、発生する自然放出光雑音を考慮して利得を増やす必要がある。自然放出光雑音による信号劣化を補正するパラメータとして自然放出光雑音補正量を定義する。この自然放出光雑音補正量を出力パワーに加算することで信号光の利得を一定にすることが出来る。
ここで、トータルパワーとは、雑音を含む光出力であり、信号光パワーとは雑音を含まない光出力である。
例えば、希土類元素としてエルビウムを用いた場合には、1.53〜1.62μmの光信号を増幅し、プラセオジム(Pr)を用いた場合には、1.3μm帯の光信号を増幅し、ツリウム(Tm)を用いた場合には1.45〜1.51μm帯の光信号を増幅する。
本発明は、光増幅器を用いた波長分割多重光伝送システムに関し、多段光増幅器において利得一定制御時に自然放出光雑音による雑音指数増加を抑圧することを特徴としている。
図1は、本発明に係る多段光増幅器の一実施例を示す概念図である。
図1において、光増幅部1では、信号光がEDF10に入射された際に、励起LD13から励起光を供給することにより増幅して出力する。光入力部11の入力パワーを測定する受光素子14と光出力部12の出力パワーを測定する受光素子15の差分をある一定の値とすることで利得一定制御を実現する。尚、図1において、制御回路は省略されている。
光増幅部2、光増幅部3でも同様の操作を行う。
光増幅部1、光増幅部2、及び光増幅部3を合わせて多段光増幅器100とする。このような多段光増幅器100に対して、トータルパワーで利得一定制御を行うと、EDFで発生する自然放出光雑音により信号光が劣化するので、自然放出光雑音による信号光劣化分の利得補正を行う。この利得補正の際に、励起LD13から供給する励起光を増加させて、光出力部32で必要な信号光利得にすることで雑音指数の増加を抑圧する。
このようにして、本願発明では、光増幅部による信号光劣化を初段の光増幅部の利得を増加させて信号光劣化を抑えているので、自然放出光雑音による雑音指数増加を抑圧することができる。
図1を参照すると、本発明の一実施例としての多段光増幅器100が示されている。
図1において、多段光増幅器100は信号光がEDF10に入射された際に励起LD13から励起光を供給することにより増幅して出力される。光入力部11の入力パワーを測定する受光素子14と光出力部12の出力パワーを測定する受光素子15の差分を一定とすることで利得一定制御を実現する。
光増幅部2、光増幅部3でも同様の操作を行う。
光増幅部1,2間及び光増幅部2,3間にはなんらかの損失が挿入されることを想定している。この多段光増幅器100において、EDF10,EDF20,EDF30で発生した自然放出光雑音により信号光が劣化する。このとき光増幅部1の利得を増加させるために励起LD13から供給する励起光を増加させて、光出力部32で必要な信号光利得にすることで雑音指数の増加を抑圧する。
図2において、必要な利得増加量は入力パワーに依存するので、受光素子14で検知した入力パワーに応じて制御回路16にて電流源17を制御して励起LD13に与える電流値を変動させる。この時光増幅部1の利得が想定している利得よりも低い場合には励起LD13に与える電流値を増加させ、低い場合には励起LD13に与える電流値を減少させる。光増幅部2では入力パワーを測定する受光素子24と出力パワーを測定する受光素子25の差分を一定とすることで利得一定制御を実現する。光増幅部3では入力パワーを測定する受光素子34と出力パワーを測定する受光素子35の差分を一定とすることで利得一定制御を実現する。これは各光増幅部において利得増加量を計算するよりも、制御が簡単になり、また雑音指数の抑圧効果も上昇するためである。
本構成において、励起LDの励起光の波長については980nm帯、1480nm帯のどちらで構成してもよい。
本構成において、EDFは他の希土類元素を含む増幅媒体で構成してもよい。
本構成において、多段光増幅器は3段構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、2段や4段、またはそれ以上の段数で構成してもよい。
図1に示した多段光増幅器の利得一定制御光増幅器の動作について述べる。
光増幅部1前後での利得をG1とし、光増幅部2前後での利得をG2とし、光増幅部3前後での利得をG3とする。尚、光増幅部1前後での初期の利得をG1'とする(ステップS1)。
各光増幅部の信号入力パワー及び波長数を変更する(ステップS2)。
信号出力パワーを確認する(ステップS3)。
信号出力パワーが期待値に等しい場合にはその利得としてのG'1に設定し(ステップS4)、信号出力パワーが期待値より小さい場合には利得を大きくし(ステップS5)、信号出力パワーが期待値より大きい場合には利得を小さくする(ステップS6)ことで自然放出光による信号成分の減少に伴う雑音の増加を抑圧することができる。
Ptotal = Psig+ G1-L12+G2-L23+G3 …(1)
この際、光増幅部1で発生する自然放出光雑音のパワーをPase1とし、光増幅部2で発生する自然放出光雑音のパワーをPase2とし、光増幅部3で発生する自然放出光雑音のパワーをPase3とすると、信号光の出力パワーは数式(2)となる。
Psig+ G1-L12+G2-L23+G3-(Pase1+Pase2+Pase3) …(2)
ここでG1'=G1+Pase1+Pase2+Pase3とすると、信号光の出力パワーをPtotalとすることが出来る。
G2、G3を変更することでも信号光の出力パワーを目標値にすることは可能であるが、初段の利得を増加させた方が、より雑音指数の改善量が大きくなる。
G1=20dBとし、G2=10dBとし、G3=18dBとし、L12=4dBとし、L23=12dBとする。Psig=-30dBmとし、信号出力パワーの目標値を+2dBmとする。この時、信号光の出力パワーは-4.5dBmであり、自然放出光雑音のパワーは+0.9dBmであった。また、この時、G1を変更して信号光出力パワーを目標値にした時の雑音指数=6.7dBとG2とを変更して信号光出力パワーを目標値にした時の雑音指数は7.9dBであり、G3を変更して信号光出力パワーを目標値にした時の雑音指数は8.4dBであった。
以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。
第1の効果は、利得一定制御の光増幅器の場合、初段の利得を固定すると入力パワーが小さくなると信号光利得がより小さくなるので雑音指数の劣化がより顕著に表れるが、入力パワーが小さい時に利得を大きくすることで、伝送特性の改善ができることである。
10、20、30 EDF(光増幅回路)
11、21、31 光入力部
12、22、32 光出力部
14、24、34 受光素子
13、23、33 励起LD
Claims (3)
- 複数の光増幅部を直列接続して利得が一定になるようにした多段光増幅器において、
初段の光増幅部は、希土類添加光ファイバ増幅回路と、該希土類添加光ファイバ増幅回路の入力端及び出力端の少なくとも一方に励起光を入力する励起光源と、前記希土類添加光ファイバ増幅回路の入出力端にそれぞれ接続された受光素子と、前記両受光素子からの出力信号の差分を一定にすると共に
各光増幅器の利得の初期設定値に基づいて初段の光増幅器へ入力される信号光のパワー、初段の光増幅器へ入力される信号光の波長数が変化し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが、各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値に等しい場合には初段の光増幅器の利得をその利得に設定し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが、各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より小さい場合には初段の光増幅器の利得を大きくし、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが、各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より大きい場合には初段の光増幅器の利得を小さくすることで自然放出光による信号成分の減少に伴う雑音の増加を抑圧するように制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする多段光増幅器。 - 複数の光増幅部を直列接続して利得が一定になるようにした多段光増幅器において、
各光増幅部は、希土類添加光ファイバ増幅回路と、該希土類添加光ファイバ増幅回路の入力端及び出力端の少なくとも一方に励起光を入力する励起光源と、前記希土類添加光ファイバ増幅回路の入出力端にそれぞれ接続された受光素子と、前記両受光素子からの出力信号の差分を一定にするように制御する制御回路とを備え、
初段の光増幅器の制御回路は、各光増幅器の利得の初期設定値に基づいて初段の光増幅器へ入力される信号光のパワー、初段の光増幅器へ入力される信号光の波長数が変化し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値に等しい場合には初段の光増幅器の利得をその利得に設定し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より小さい場合には初段の光増幅器の利得を大きくし、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より大きい場合には初段の光増幅器の利得を小さくすることで自然放出光による信号成分の減少に伴う雑音の増加を抑圧するようにしたことを特徴とする多段光増幅器。 - 利得が一定になるように制御する多段光増幅器の制御方法において、
初段の光増幅器の制御回路は、各光増幅器の利得の初期設定値に基づいて初段の光増幅器へ入力される信号光のパワー、初段の光増幅器へ入力される信号光の波長数が変化し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値に等しい場合には初段の光増幅器の利得をその利得に設定し、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より小さい場合には初段の光増幅器の利得を大きくし、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワーが各光増幅器の入出力端部に接続された受光素子からの出力信号の差分が一定となる場合の、最終段の光増幅器から出力される信号光のパワー値より大きい場合には初段の光増幅器の利得を小さくすることで自然放出光による信号成分の減少に伴う雑音の増加を抑圧することを特徴とする多段光増幅器の制御方法。
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