JP5152248B2 - 光増幅器 - Google Patents
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図1は、本発明の第1実施形態による光増幅器の構成を示すブロック図である。
制御回路7は、受光器6からの出力信号を受けて出力光LOUTのトータルパワーを求めた後、演算回路4からの出力信号によって示される雑音光LNのトータルパワーを用いて雑音成分の補正を行い、信号光のみについての出力パワーを算出し、その結果に応じて光増幅回路1の動作を制御する。
図4は、第2実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。この第2実施形態の光増幅器の特徴は、WDM光を一括増幅する公知の光増幅器に一般的に具備されている利得等化光フィルタ(GEQ)8について、上述した第1実施形態における光反射媒体2としての機能を兼ね備えさせるようにしたものである。
まず、一般にファイバグレーティングとは、光ファイバのコアの紫外光誘起による屈折率変化を用いて、光ファイバ上にブラッグ回折格子(グレーティング)を形成したものであり、ブラッグ波長の光のみを反射(または遮断)する反射フィルタとして機能する。また、ファイバグレーティングは、光ファイバの長手方向に数万層もの格子を形成することにより、波長に対して反射率(または透過率)が急峻に変化するシャープなスペクトル特性を実現することができる。
また、反射スペクトルの帯域幅ΔλBは、グレーティング長Lおよび屈折率変調の振幅Δnを用いて、(2)式により表される。
さらに、グレーティング反射率RBは、コア領域に含まれる伝搬光エネルギーの割合γを用いて、(3)式により表される。
加えて、特定の波長の光を入射方向に反射するだけでなく、光ファイバの軸方向に対して斜めにグレーティングを作成することにより反射光をクラッド領域に放射させることができ、この後進クラッドモードへ結合した光は光ファイバ外に放出されることから、光スペクトルモニタや利得等化器等への応用例も報告されている(例えば、非特許文献1:C. K. Madsen et al., “Planar Waveguide Optical Spectrum Analyzer Using a UV-Induced Grating”, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.4, No.6,NOVEMBER/DECEMBER 1998,925-929.や、非特許文献2:Jefferson L. Wagener et al., “Fiber Grating Optical Spectrum Analyzer Tap”, ECOC,1997,65-68,postdeadline paper V.5.、非特許文献3:小向哲郎外1名,「光ファイバグレーティング技術の最近の展開」,信学技報OPE95−114(1995−12)等参照)。
また、上記チルト型FBGの反射波長λB’と、図7に示すような反射光の放射角度θ0およびグレーティング面の斜度θTとの関係については、次の(5)式により表されることも知られている(前述の非特許文献1参照)。
上記の(4)式および(5)式の関係より、反射光の放射角度θ0は、反射波長λB’とグレーティングピッチPに応じて決まることが分かる。反射波長λB’を固定した場合には、グレーティングピッチPが長いと放射角度θ0は大きな値になる。
また、上記の反射波長λB(z)は、チルト・チャープ型FBGのチャープ量(光ファイバの長手方向に対する単位長さあたりのグレーティングピッチ変化量)をc(z)、チャープ型FBGの中心位置Z0から反射される光の波長をλB0として、次の(6)’式により表すこともできる。
この反射波長λB(z)の光のX軸方向(光ファイバの長手方向に直交する方向)の集光位置x0および焦点距離fは、次の(7)式および(8)式で表すことができる。
f=z0/cosθ0…(8)
上述したようなチルト・チャープ型FBGの設計パラメータ(グレーティングピッチP(z)、実効屈折率n、屈折率変調量Δn、グレーティング面の斜度θT、チャープ量c(z)等)を適切な値に設定することにより、GEQとしての機能(信号帯域ΔλSについて光増幅回路1の利得波長特性を平坦化可能な透過波長特性)を備えつつ、信号帯域外の波長領域ΔλNの雑音光および各信号光波長に対応した光を反射して光ファイバFのコア外に集光させる分波光学系を形成することができるようになる。
図10は、第3実施形態の光増幅器の構成を示すブロック図である。
図10において、第3実施形態の光増幅器は、分布ラマン増幅器(DRA)100およびエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)200を縦続接続した構成について本発明を適用した場合の具体例である。
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に配置され、前記光増幅部で発生する雑音光のうちで信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算する演算部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部に接続する光ファイバ上に、予め設定した透過波長特性に従って信号光を透過する光フィルタデバイスを有するとき、該光フィルタデバイスに前記光反射媒体としての機能を具備させたことを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部は、波長の異なる複数の信号光を含んだ波長多重光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記波長多重光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性を有し、かつ、信号帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する利得等化光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
前記利得等化光フィルタは、前記各信号光の波長に対応した光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有し、
前記受光部は、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される雑音光を受光してパワーを検出する第1受光器と、前記利得等化光フィルタで反射されて前記光ファイバのコア外に放射される前記各信号光の波長に対応した光を受光してパワーを検出する少なくとも1つの第2受光器と、を有し、
前記演算部は、前記第1受光器の検出結果に基づいて前記光増幅部で発生する雑音光のトータルパワーを演算すると共に、前記第2受光器の検出結果に基づいて信号帯域の光パワーの波長特性を判断することを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部は、単一波長の信号光を増幅し、
前記光フィルタデバイスは、前記信号光の波長を中心とする透過帯域を有し、かつ、該透過帯域外の所定の波長領域に存在する雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能な反射特性を有する雑音光除去用光フィルタであることを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して格子面の法線方向を傾けて配置した回折格子を有し、前記光ファイバを伝搬する光の一部を前記回折格子で反射して前記光ファイバのコア外に放射することを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光増幅器。
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点距離に応じた位置に配置されることを特徴とする光増幅器。
前記受光部は、前記光反射媒体で反射されて前記光ファイバのコア外に放射される光の焦点位置よりも前記光反射媒体側に配置されることを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体は、前記光ファイバ上にフォトニック結晶を配置して前記回折格子を形成したことを特徴とする光増幅器。
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーに基づいて、前記光増幅部の光出力パワーに含まれる雑音光パワーを補正することで信号光成分のみの光出力パワーを算出し、その算出結果に応じて前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
前記演算部で演算される雑音光のトータルパワーを下流の光増幅器に伝え、該下流の光増幅器において、上流の光増幅器で発生する雑音光パワーをトータル出力光パワーから差し引いて算出した信号光のみの光パワーに基づいて信号光の入力断が検出されるようにしたことを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体は、前記光増幅部の利得ピーク波長近傍の雑音光を反射して前記光ファイバのコア外に放射することが可能であり、
前記受光部で検出される前記利得ピーク波長近傍の雑音光パワーが予め設定した発振閾値よりも小さくなるように、前記光増幅部を制御する制御部を備えたことを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部は、希土類添加ファイバ増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部は、光増幅媒体に励起光を注入して信号光をラマン増幅するラマン増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
前記光増幅部は、半導体光増幅器を含むことを特徴とする光増幅器。
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第1波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第1受光部と、
前記光反射媒体で反射され前記光ファイバのコア外に放射される前記第2波長帯域内の光を受光してパワーを検出する第2受光部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光モニタ回路。
前記光ファイバを伝搬する光は、前記第1波長帯域内に信号光を含み、前記第2波長帯域内には雑音光のみが存在するものであり、
前記光反射媒体は、前記第1波長帯域内の光に対する反射率よりも前記第2波長帯域内の雑音光に対する反射率が高くなるように、前記回折格子の反射特性が設計されることを特徴とする光モニタ回路。
前記光反射媒体は、前記光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成したチルト型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
前記光反射媒体は、前記ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有することを特徴とする光モニタ回路。
2…光反射媒体
3,3N,31〜3M,6…受光器(PD)
4…演算回路
5…光分岐器
7…制御回路
8…利得等化光フィルタ(GEQ)
F…光ファイバ
LS…信号光
LN…雑音光
LR,LRN,LR1〜LRM…反射光
ΔλS…信号帯域
ΔλN…信号帯域外の波長領域
100…分布ラマン増幅器(DRA)
200…エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)
Claims (1)
- 複数の信号光が波長多重されたWDM光を増幅する光増幅部と、
前記光増幅部の出力側に接続された光ファイバ上に配置され、該光ファイバの軸方向に対して斜めにブラッグ回折格子を形成し、かつ、該ブラッグ回折格子の格子間隔を前記光ファイバの軸方向に沿って徐々に変化させたチルト・チャープ型ファイバグレーティングを有し、前記WDM光の信号帯域について前記光増幅部の利得波長特性を平坦化することが可能な透過波長特性に従って前記WDM光の一部を透過しつつ、前記透過波長特性に応じて前記WDM光の一部を前記光ファイバのコア外に反射することが可能な光反射媒体と、
前記光反射媒体より前記光ファイバのコア外に反射される前記WDM光に含まれる前記複数の信号光を受光してパワーを検出する受光部と、
前記受光部で検出された前記複数の信号光のパワーおよび前記光反射媒体の透過波長特性を基に、前記光増幅部から出力され前記光反射媒体を透過したWDM光の波長特性を求める演算部と、
前記演算部で求められたWDM光の波長特性に基づいて前記光増幅部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする光増幅器。
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