JPH0425822A

JPH0425822A - 光増幅器

Info

Publication number: JPH0425822A
Application number: JP2129249A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takada; 篤高田; Kazuo Hagimoto; 萩本　和男; Kazuo Aida; 一夫相田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1992-01-29
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2786517B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、長スパン光伝送系や光信号処理において必要
とされる光増幅器に関するものである。

（従来の技術）入力光信号を光のまま増幅して、信号出力の大きい光信
号を得るために、光直接増幅器（以下、簡単に光増幅器
という。）が用いられる。現在、光増幅器として、半導
体レーザ増幅器、希土類添加光ファイバレーザ増幅器、
ファイバラマン増幅器等、種々の増幅器があるか、これ
ら光増幅器は、すべて入力される光信号のパワーの増大
に対し信号光利得が減少する。通常、この効果（以下、
利得飽和という。）を特徴づけるパラメータとして、利
得が十分小さい入力光に対する利得から半分に減少する
ときの出力（入力）光パワーとして３ｄＢ飽和出力（入
力）パワーを定義する。入力光信号が３ｄＢ飽和入力パ
ワーよりも十分小さければ、利得飽和は非常に小さく、
光信号パワーの入出力関係は比例していると考えてよい
が、入力光信号が３ｄＢ飽和入力パワーに近づくか、ま
たはそれを超えた場合は、入力信号光パワーの増大に対
して大きく利得が減少し、信号光の入出力の比例関係が
保たれない。このとき、デジタル光信号はパターン効果
またはピーク値変動を生じ、符号誤り率が増加する。

そこで、光増幅器の入力部と出力部に、信号光パワーを
モニタし、利得が一定となるように増幅器の励起パワー
を調整する帰還回路を付加する方法（利得一定方式）や
、出力光パワーか一定となるように制御を行う帰還回路
を付加する方法（出力光パワー一定方式）等が考えられ
ている。

（発明が解決しようとする課題）現実のデジタル光伝送系では、増幅器の利得が追随しな
いほど入力光パワーが増大する場合や、入力光のパルス
のピーク値変動がある場合においても、出力光ピーク値
を一定にする必要がある。

ところが前述の利得一定方式では、増幅器の初期の利得
が保たれなくなるほど信号光が増加した場合、励起パワ
ーが固定されるので、利得飽和効果が顕著に生じ、入力
信号光パルスのマーク率の変動等により、入力光信号の
変動があると、出力パルスのピーク値の変動が生じる。

また利得一定方式では、もし入力パルスにピーク値変動
があると、それがそのまま出力に現れるという問題もあ
る。

また出力光パワー一定方式では、マーク率が変動して出
力パワーが変動した場合、出力平均光パワーを一定に保
つため出力光パルスのピーク値の変動が生じてしまう。

したがって、入力光パワーが大きい場合や、入力光パル
スがピーク値変動を有している場合においても、出力光
パルスのピーク値を一定に保つ光増幅器が必要とされて
いる。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、入力光
パルスの平均光パワーやピーク値の変動にかかわらず、
一定のピーク値を有する光パルスを出力することができ
る光増幅器を提供することにある。

（課題を解決するための手段）第１図は本発明の一基本構成を示すブロック図である。

減衰したデジタル光信号を入力し、光直接増幅を行い、
増幅された光信号を送出する光増幅器において、増幅さ
れた光信号の一部を取り出す光分岐回路１１と、その光
信号を電気変換する光−電気変換回路１２と、該光−電
気変換回路１２の出力電気信号を入力し、その値から光
増幅器出力のピーク値を検出し、その値に相当した信号
を出力するピーク値検出回路１３と、該ピーク値検出回
路１３の出力と規定の定格パワーの信号とを比較し、そ
の差分により入力光信号に対する利得を調節する利得調
節回路１４により構成されていることを特徴としている
。

また第２図は、本発明の他の基本構成を示すブロック図
である。ピーク値検出回路か、光−電気変換回路１２の
出力電気信号を入力し、その平均パワーに比例した信号
を出力する電気回路１と、前記光−電気変換回路１２に
より電気変換された電気信号を入力し、その出力瞬時値
が入力瞬時値に対して非線形に応答することを特徴とす
る電気回路２と、電気回路２の出力を入力し、その時間
平均を出力する電気回路３と、前記電気回路１の出力と
、前記電気回路３の出力を入力し、その値から光増幅器
出力のピーク値を計算し、その値に比例した信号を出力
する電気回路４よりなることを特徴としている。

また第３図は、本発明のさらに別の基本構成を示す図で
ある。増幅器の入力光信号および出力光信号の一部を取
り出し、その信号電力を比較して増幅器の利得を監視す
る手段を含むことを特徴としている。

（作用）本発明の作用を以下に説明する。

第１図を用いて、本発明の詳細な説明する。利得媒質１
０を通過することにより増幅された光信号は、光分岐回
路Ｊ１によりその一部が分岐され、光−電気変換回路１
２により電気信号に変換される。

ピーク値検出回路１３では、電気信号に変換された信号
を入力し、その信号を基に光増幅器出力の光パルスのピ
ーク値に相当する信号を出力する。利得調整回路１４で
は、その出力と、あらかじめ決定された定格信号とを比
較し、ピーク値検出回路１３の出力の方が大きい場合に
は利得媒質１０の信号光に対する利得を減少させ、ピー
ク値検出回路１３の出力の方が小さい場合には利得媒質
１０の信号光に対する利得を増加させる。したがって、
増幅器出力光のピーク値は定格信号に相当する値に保持
される。

次に第２図を用いて、ピーク値検出回路の作用を説明す
る。光−電気変換回路１２により電気信号に変換され、
ピーク値検出回路１３に入力された電気信号は２系列に
分割され、片方は電気回路１に入力され、その平均出力
に対応した値が出力される（平均化）。他方の電気信号
は、電気回路２によりその瞬時出力のべき乗の瞬時出力
が出力される。ここでは、簡単のため、瞬時入力の２乗
の瞬時出力が出力されるとする。電気回路２の出力は、
電気回路ｌと同様な構成を有する電気回路３により平均
化され、電気回路４に入力される。電気回路４では、電
気回路１の出力と、電気回路３の出力から出力光パルス
のピーク値に比例した出力を計算して出力する。ここで
、出力光デジタル信号のピーク値がＰ、で、マーク率Ｍ
のＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎｔｏ　Ｚｅｒｏ）符号
だとすると、電気回路１の出力はＰ。

Ｍに比例した量、電気回路３の出力はＰ、”Ｍに比例し
た量になるので、電気回路４では、電気回路３の出力を
電気回路１の出力で割ることによりピーク値（Ｐ、）を
導き出すことができる。ここでは電気回路２の入出力特
性を２乗特性としたが、２乗特性でない場合でも１乗で
なければ適当な演算回路により、ピーク値を計算するこ
とができる。

電気回路５では、定格信号と電気回路４の出力であるピ
ーク値Ｐ、に対応する出力とを比較してその差の信号を
出力する。

次に第３図を用いて本発明の詳細な説明する。

光増幅器の入力および出力に設けられた光分岐回路１１
により取り出された光信号は、光−電気変換回路１２に
より電気信号に変換される。それら電気信号は比較回路
１６に入力される。比較回路１６ではそれぞれの平均信
号電力を比較する。平均信号電力は光信号に対応してい
るので、比較回路１６において、光増幅器の信号利得を
知ることができる。

従来の技術との差異は、従来、増幅器出力光の平均レベ
ルをパラメータとして帰還し、利得一定に制御していた
ので、出力光パルスのピーク値の変動か避けられなかっ
たところを、本発明では、増幅器出力光パルスのピーク
値をパラメータとすることを可能な構成としたので、出
力光ピーク値を一定に保つことを可能としたところにあ
る。また増幅器入出力の光信号のモニタ手段を付加した
場合は、同時に増幅器の利得を監視することができる。

（実施例）以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する
。

実施例１第４図に、本発明の第１の実施例の基本構成を示す。光
増幅器は、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）増幅器
を利用している。この増幅器は、光により励起された信
号光に対する利得を保持する。

ここでは、発振波長１．４８μｍの半導体レーザ光によ
り励起される構成とした。信号光波長は１．５５μｍで
あり、波長多重カップラ１７により励起光と合波され、
ＥＤＦｌ、８に導かれる。Ｅ叶出力光は、信号光のみを
通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）　１９を通過
することにより、不要な自然放出光が取り除かれる。光
アイソレータ２０は、不要な反射光を抑制して、安定な
利得を得るためにＥＤＦｌＢの前後に挿入されている。

ＢＰＦ１９を通過した信号光の一部は、光分岐カップラ
２１により取り出され、フォトダイオ−１”（ＰＤ）２
２により電気信号に変換される。

電気信号の一部はローパスフィルタ１　（ＬＰＦＩ）２
３１を通過することにより、その平均値に変換される。

ＬＰＦ２３−１の遮断周波数は、入力される信号光パル
スのマーク率の変動周波数の帯域よりも高め、かつＥＤ
Ｆ１８の自然放出寿命の逆数よりも低く設定すればよい
。ＰＤ２２の出力信号の一部は、ダイオード２４に入力
される。このダイオードの出力瞬時値は、はぼ入力瞬時
値の２乗に比例している。

したがってローパスフィルタ２　（ＬＰＦ２）２３−２
を通過し、平均化された信号は、出力光のピークパワー
の２乗ｐ、２とマーク率Ｍの積（Ｐ、”　Ｍ）に比例し
た量となる。一方、ローパスフィルタ２３−１の出力信
号は、Ｐ、Ｍに比例した量である。次の演算回路２５で
は、ＬＰＦ２３−２の出力をＬＰＦ２３−１の出力で割
ることにより、出力信号光のピーク値Ｐ、を導き出して
、出力する。ローパスフィルタ２３−１　、２３−２の
カットオフ周波数は１０ｋＨｚ程度でよい。演算回路２
５の出力は、差分増幅器２６に入力される。差分増幅器
２６では、定格信号と、出力光信号のピーク値に相当す
る演算回路２５の出力信号とを比較し、その差分を出力
して、励起用半導体レーザの注入電流とする。演算回路
２５の出力か定格信号よりも大きければ励起用ＬＤの注
入電流が減少し、励起光パワーが減少することにより、
信号光に対する利得が減少する。また逆に、演算回路２
５の出力が定格信号よりも小さければ励起用ＬＤの注入
電流が増加し、励起光パワーが増加することにより、信
号光に対する利得が増加する。したがって、定格信号を
適当な大きさに設定することによって、ピーク値一定の
出力光パルスを得ることができる。

実施例２第５図に本発明の第２の実施例の基本構成を示す。実施
例１のＥＤＦ光ファイバ増幅器の代わりに、半導体レー
ザ増幅器２８を用いた構成とした。したがって、実施例
１では励起光のパワーを調節することにより、信号光利
得を制御したのに代わり、ここでは半導体レーザ増幅器
２８への注入電流を調節して、信号光利得を制御するこ
とかできる。

実施例３第６図に本発明の第３の実施例の基本構成を示す。この
実施例は、実施例Ｉに、入力光信号か異常に低下した場
合や、入力信号か断たれた場合に対応するため利得モニ
タ手段を付加したものである。光増幅器を、光伝送シス
テムの光中継増幅器として用いる場合は、伝送線路か切
断または線路特性か劣化した場合、光中継器の保護、警
報信号の送出等を行わなければならない。実施例１の構
成のみでは入力光信号が断たれた場合、差動増幅器の出
力が上限値にクランプされ、励起用半導体レーザの寿命
を短化させる問題か生じる。またその場合の警報信号の
送出も不可能である。比較回路２９および判定回路３０
は入力光信号か断たれたり、異常にパワーか低下した場
合に、励起用半導体レーザの注入電流を、あるレベル以
下に低下させると同時に、警報送出回路３０に警報送出
命令を送る働きを有する。増幅器の入出力部に設けられ
た、光分岐カップラ２１により分岐された光信号の一部
は、フォトダイオード２２により電気信号に変換され、
カットオフ周波数１０ｋＨｚ程度のローパスフィルタ２
３−１または透過周波数１０ｋＨｚ程度のバントパスフ
ィルタ１９を通過して比較回路２９に入力される。比較
回路２９では入力された電気信号を比較して増幅器の利
得を割り出すことができる。入力光パワーが異常に低下
した場合、増幅器は出力ピーク値を一定に保とうとする
ため、利得が大幅に増加する。判定回路３０は、入力光
パワーの低下により、利得がある許容された範囲を超え
て上昇した場合、励起用半導体レーザを保護するため、
半導体レーザ駆動回路３２に信号を送り、注入電流を安
全レベル以下に保たせる働きを有すると同時に、警報送
出回路３１に信号を送る。警報送出回路は、信号が入力
された場合に、警報を送出する。判定回路における利得
上昇の許容範囲は、あらかじめ設定するか、または外部
信号により制御してもよい。

（発明の効果）本発明の光増幅器は、人力光パルスの平均光パワーやピ
ーク値の変動にかかわらず、一定のピーり値を有する光
パルスを出力することかできる。

また増幅器の利得を遠隔地点から監視することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の基本構成を示す
ブロック図、第４図は本発明の実施例１の基本構成を示す図、第５図
は本発明の実施例２の基本構成を示す図、第６図は本発
明の実施例３の基本構成を示す図である。１０・・・利得媒質　　　　　　１１・・・光分岐回路
１２・・・光−電気変換回路　　１３・・・ピーク値検
出回路１４・・・利得調節回路　　　　１５−１・・・
電気回路１１５−２・・・電気回路２　　　１５−３・
・・電気回路３１５−４・・・電気回路４　　　１５−
５・・・電気回路５１６・・・比較回路　　　　　　１
７・・・波長多重カップラ１８・・・エルビウムドープ
ファイバ（ＢＤＦ）１９・・・バンドパスフィルタ　２
０・・・アイソレータ２１・・・光分岐カップラ２２・・・フォトダイオード（ＰＤ）２３−１・・・ローパスフィルタ１２３−２・・・ローパスフィルタ２２４・・・ダイオード　　　　　２５・・・演算回路２
６・・・差分増幅器　　　　　２７・・・励起光源２８
・・・半導体レーザ増幅器　２９・・・比較回路３０・
・・判定回路　　　　　　３１・・・警報送出回路３２
・・・半導体レーザ駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】１、減衰したデジタル光信号を入力し光直接増幅を行い
、増幅された光信号を送出する光増幅器において、増幅
された光信号の一部を取り出す光分岐手段と、その光信
号を電気変換する光−電気変換手段と、該光−電気変換
手段の出力電気信号を入力し、その値から光増幅器出力
のピーク値を検出し、その値に相当した信号を出力する
ピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路の出力と規定
の定格パワーの信号とを比較し、その差分により入力光
信号に対する利得を調節する利得調節手段とからなるこ
とを特徴とする光増幅器。２、ピーク値検出回路が、光−電気変換手段の出力電気
信号を入力し、その平均パワーに比例した信号を出力す
る電気回路１と、前記電気変換された電気信号を入力し
、その出力瞬時値が入力瞬時値に対して非線形に応答す
る電気回路２と、電気回路２の出力を入力し、その時間
平均を出力する電気回路３と、前記電気回路１の出力と
、前記電気回路３の出力を入力し、その値から光増幅器
出力のピーク値を計算し、その値に比例した信号を出力
する電気回路４からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光増幅器。３、増幅器の入力および出力光信号の一部を取り出し、
その信号電力を比較して増幅器の利得を監視する手段を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光増
幅器。