JP5193505B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、希土類添加ファイバを増幅媒体とした光ファイバ増幅器に関し、特に入力信号光パワーの変化が起きても出力信号光を一定に保ち、且つ利得の傾き（ゲインチルト）の変化量が小さくなるような光ファイバ増幅器に関する。

光ファイバ増幅器において、入力信号光パワーが変化しても出力信号光パワーを一定にしたい場合、光ファイバ増幅器の利得を変えなければならないが、それに従って、利得の傾き（ゲインチルト）も変わってしまう。アナログ伝送時においては、ゲインチルトが変化してしまうと、複合２次歪（ＣＳＯ）も変化してしまい、その結果信号光が歪んでしまう可能性がある（非特許文献１参照。）。そのため利得が変わってもゲインチルトの変化量を小さく抑えられるような光ファイバ増幅器が求められている。

従来、ゲインチルトの変化量を考慮した光ファイバ増幅器としては、特許文献１に開示されているように、出力光の一部を信号光波長より短波長でフィードバックしてレーザ発振させたことにより、入力信号光パワーが変わってもゲインチルトが変わらない、すなわちゲインチルトの変化量が小さい光ファイバ増幅器が提案されている。
また、特許文献２に開示されているように、ゲインチルトが一定、すなわちゲインチルトの変化量が小さくなるように励起光源のいずれかを制御した光ファイバ増幅器が提案されている。
さらに、特許文献３に開示されているように、ゲインチルトを一定に維持、すなわちゲインチルトの変化量が小さくなるように励起光源を制御し、出力信号光を一定のパワーになるように光アッテネータの可衰率を制御した光ファイバ増幅器が提案されている。
E. Yoneda, K. Kikushima, H. Yokoshima,"All-Fiber Video Distribution (AFVD) System Using SCM and EDFA Teniques,"J. Lightwave Technol, vol. 11, 128-137, 1993 特許第２７１３３９５号公報 特許第３７４１７６７号公報 特開２００６−１２９５３２号公報

しかしながら、前述した従来技術では、入力信号光パワーが変化してしまった場合、ゲルトチルトの変化量を小さくしたために利得が一定になってしまい、信号出力光パワーが変動してしまうため、出力一定にはならないという問題がある。
また、出力を一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を抑制した場合でも、光アッテネータを備え、その可衰率をかえることにより出力を一定に保っているため、高価な可変光アッテネータが必要となる分、装置のコストが増してしまう問題がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、入力信号光パワーが変化しても出力信号パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくできる光ファイバ増幅器の提供を目的とする。

希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体として有する光増幅部を多段に直列接続し、入力信号光パワーに関わらず一定の出力信号光パワーになるように利得を制御した光ファイバ増幅器において、前記希土類元素は、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の元素であり、前記希土類元素を添加した光ファイバの種類がシングルクラッド光ファイバ、ダブルクラッド光ファイバまたはその両方であるとともに、該光増幅部のうちの少なくとも１つは、１５２５ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の波長帯における利得が平均して１ｄＢ変わった時の前記入力信号光の波長における利得の変化量が、他の光増幅部の前記入力信号光の波長における利得の変化量より小さく、且つ前記光ファイバ増幅器の最終段の光増幅部の後段に分波器が設けられ、前記分波器により前記最終段の光増幅部の出力信号光を分波したところに出力信号光をモニタするためのモニタ回路が設けられており、前記光ファイバ増幅器への入力信号光パワーが変化した際には、前記モニタ回路の計測データに基づいて、前記入力信号光の波長における利得の変化量が他の光増幅部より小さな光増幅部のみの利得を、一定の出力信号光パワーになるように制御する制御回路が設けられたことを特徴とする光ファイバ増幅器を提供する。

本発明の光ファイバ増幅器において、前記入力信号光の波長が１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下であり、前記最終段の光増幅部が、利得制御がなされない光増幅部であって、且つＥｒとＹｂを共添加したダブルクラッド光ファイバであるとともに、前記最終段の光増幅部の励起光源の光の波長が９１５ｎｍであることが好ましい。

本発明の光ファイバ増幅器は、入力信号光パワーが変化した事による利得の変化が起きても、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることができ、歪の少ない高品質な信号を伝送することができる。
本発明の光ファイバ増幅器は、光アッテネータなどの機器を用いずに、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることができるので、安価で高性能な光ファイバ増幅器を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光ファイバ増幅器の一実施形態を示す構成図である。図１中、符号１は第１励起光源、２は第１合波器、３はＥｒを添加したシングルクラッド光ファイバ（以下、ＥＤＦと記す。）、４はアイソレータ、５はＥｒとＹｂを共添加したダブルクラッド光ファイバ（以下、ＥＹＤＦと記す。）、６は第２励起光源、７は第２合波器、８はアイソレータ、９は分波器、１０はモニタ回路、１１は制御回路である。

本実施形態の光ファイバ増幅器は、第１励起光源１、第１合波器２及び増幅媒体であるＥＤＦ３からなる第１の光増幅部と、第２励起光源６、第２合波器７及び増幅媒体であるＥＹＤＦ５からなる第２の光増幅部とを、アイソレータ４を介して直列接続し、入力信号光をこれら第１、第２の光増幅部で増幅し、第２合波器７の出力側に配置したアイソレータ８を通して増幅された出力信号光を出力する構成の光ファイバ増幅器において、出力側のアイソレータ８の出射側に、出力信号光をサンプリングするための分波器９と、分波した出力信号光のパワーを計測するモニタ回路１０と、該モニタ回路からの計測データに基づいて、第１、第２の励起光源１，６の一方のパワーを制御する制御回路１１とを設けた構成になっている。

前記光増幅部のうちの一方は、利得変化率ΔＧが他方の光増幅部より小さくなっている。また、前記制御回路１１は、入力信号光パワーが変化した際に、利得変化率ΔＧが小さな一方の光増幅部のみの利得を、一定の出力信号光パワーになるように制御できるようになっている。

本実施形態の光ファイバ増幅器は、入力信号光パワーが変化した事による利得の変化が起きても、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることができ、歪の少ない高品質な信号を伝送することができる。
また、本実施形態の光ファイバ増幅器は、光アッテネータなどの機器を用いずに、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることができるので、安価で高性能な光ファイバ増幅器を提供できる。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。

図１に示す構成の光ファイバ増幅器を作製した。
ＥＤＦ３は、Ｅｒを添加したシングルクラッド光ファイバを用い、ＥＹＤＦ５は、ＥｒとＹｂを共添加したダブルクラッド光ファイバを用いた。
励起光源１，６の励起波長は、ＥＤＦ３の場合９８０ｎｍ、ＥＹＤＦ５の場合は９１５ｎｍを使用している。

図２はＥＤＦ３の利得波長特性の一例を示すグラフであり、図３はＥＹＤＦ５の利得波長特性の一例を示すグラフであり、それぞれ励起パワーを変化させることにより利得を変化させている。
この利得波長特性から、それぞれの光増幅部の平均の利得が１ｄＢ変わった時の利得の変化量、すなわち利得変化率ΔＧの波長特性を示したグラフが図４である。

ＥＤＦ３の利得変化率は、図４に示されたように、ＥＹＤＦ５の利得変化率よりも一定に近く、また１５３０ｎｍよりも長波長域でＥＹＤＦ５の利得変化率より小さくなるように設定しているので、入力信号光パワーが変化した際に利得変化率の小さいＥＤＦ３の利得を制御することで、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることができる。

実際、図１に示す実施例の光ファイバ増幅器にて、表１に示した条件で入力信号光パワーが変わった場合に、利得変化率がＥＹＤＦ５より小さくしたＥＤＦ３の励起光源１またはＥＹＤＦ５の励起光源６を制御して、出力信号光パワーを一定にした時のゲインチルトの変化量を調べた。

基準として、入力信号光に波長１５５０ｎｍでパワー０ｄＢｍを実施例の光ファイバ増幅器に入射させた際、ＥＤＦ３での利得を１３ｄＢ、ＥＹＤＦ５での利得を１９ｄＢと定め、条件（１）、条件（２）では入力信号光パワーが変わった時に光増幅後の出力信号光パワーは基準と同じであるが、条件（１）では利得変化率がＥＹＤＦ５より小さいＥＤＦ３のみの利得を変え、条件（２）ではＥＹＤＦ５のみの利得を基準から変えている。その際の各条件のＥＤＦ３とＥＹＤＦ５の利得を足し合わせた利得波長特性とゲインチルトを図５，図６に示した。

図７は、図６における基準時と各条件とのゲインチルトの差を表したグラフである。この図７より、基準時と条件（１）のゲインチルトの差は小さいが、基準時と条件（２）のゲインチルトの差は大きいことがわかる。つまり、基準と同じ出力信号光パワーになるように、ＥＤＦ３の利得を変えた時より、ＥＹＤＦ５の利得を変えた時の方がゲインチルトの差が大きい。よって、利得変化率をＥＹＤＦ５のそれより小さくして設けたＥＤＦ３側の励起光源１を制御することで、利得を変えて出力信号光パワーを一定に保ち、ゲインチルトの変化量も小さくできることが確認できた。

なお、前記実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれに限定されず、種々の修正や変更が可能である。
例えば、希土類元素を添加した光ファイバは、ＥＤＦ３やＥＹＤＦ５に限定されず、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅのうち１種類又は２種類以上が添加されている光ファイバを適宜選択して用いることができる。
また、光増幅部に使用される希土類元素を添加した光ファイバは、シングルクラッド光ファイバまたはダブルクラッド光ファイバ、あるいはその両方を用いることができる。
さらに、希土類元素を添加した光ファイバを有する光増幅部を３段階以上直列に接続した場合においても、そのうちのひとつの光増幅部に他の光増幅部よりも利得変化率の小さな光増幅部を設けて、その光増幅部の利得制御することにより、出力信号光パワーを一定に保ち、且つゲインチルトの変化量を小さくすることが可能である。

本発明の光ファイバ増幅器の一実施形態を示す構成図である。 実施例で用いたＥＤＦの利得波長特性の一例を示すグラフである。 実施例で用いたＥＹＤＦの利得波長特性の一例を示すグラフである。 ＥＤＦとＥＹＤＦの利得変化率ΔＧの波長特性を示すグラフである。 実施例のＥＤＦとＥＹＤＦの利得波長特性を示すグラフである。 実施例の各条件でのゲインチルトの波長特性を示すグラフである。 実施例の各条件でのゲインチルトの変化量を示すグラフである。

符号の説明

１…第１励起光源、２…第１合波器、３…ＥＤＦ（光ファイバ）、４…アイソレータ、５…ＥＹＤＦ（光ファイバ）、６…第２励起光源、７…第２合波器、８…アイソレータ、９…分波器、１０…モニタ回路、１１…制御回路

Claims (2)

1. 希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体として有する光増幅部を多段に直列接続し、
   入力信号光パワーに関わらず一定の出力信号光パワーになるように利得を制御した光ファイバ増幅器において、
   前記希土類元素は、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｃｅからなる群から選択される１種または２種以上の元素であり、
   前記希土類元素を添加した光ファイバの種類がシングルクラッド光ファイバ、ダブルクラッド光ファイバまたはその両方であるとともに、
   該光増幅部のうちの少なくとも１つは、１５２５ｎｍ以上１５７０ｎｍ以下の波長帯における利得が平均して１ｄＢ変わった時の前記入力信号光の波長における利得の変化量が、他の光増幅部の前記入力信号光の波長における利得の変化量より小さく、且つ前記光ファイバ増幅器の最終段の光増幅部の後段に分波器が設けられ、前記分波器により前記最終段の光増幅部の出力信号光を分波したところに出力信号光をモニタするためのモニタ回路が設けられており、
   前記光ファイバ増幅器への入力信号光パワーが変化した際には、前記モニタ回路の計測データに基づいて、前記入力信号光の波長における利得の変化量が他の光増幅部より小さな光増幅部のみの利得を、一定の出力信号光パワーになるように制御する制御回路が設けられたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. 前記入力信号光の波長が１５３０ｎｍ以上１５６５ｎｍ以下であり、
   前記最終段の光増幅部が、利得制御がなされない光増幅部であって、且つＥｒとＹｂを共添加したダブルクラッド光ファイバであるとともに、
   前記最終段の光増幅部の励起光源の光の波長が９１５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。

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