JPH05283787A - Optical amplifier - Google Patents

Optical amplifier

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JPH05283787A
JPH05283787A JP10535392A JP10535392A JPH05283787A JP H05283787 A JPH05283787 A JP H05283787A JP 10535392 A JP10535392 A JP 10535392A JP 10535392 A JP10535392 A JP 10535392A JP H05283787 A JPH05283787 A JP H05283787A
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light
optical
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signal
amplification factor
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Hiroshi Furukawa
浩 古川
Atsushi Yamada
敦史 山田
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    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an optical amplifier which is made stable in amplification factor based on the quantity of spontaneous emission light separated from light signal generated in light amplification medium, where a rare earth doped optical fiber or a semiconductor laser is used as light amplification medium, and induced emission phenomenon is utilized. CONSTITUTION:A current is fed to a semiconductor laser 1 from a constant current source 2 corresponding to a required amplification factor to amplify signal lights, where the spontaneous emission light is generated. The signal light and the spontaneous emission light outputted from the semiconductor laser 1 are inputted into a light branching device 3 and separated from each other, and the signal light and the spontaneous emission light separated from each other through the light branching device 3 are inputted into a photodetector 4. The photodetector 4 converts the spontaneous emission light inputted from the branching device 3 into electrical signals, being inputted into a controller 5. The controller 5 controls a constant current source 2 corresponding to the size of the electrical signal to form a negative feedback loop.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信又は光計測分野な
どに用いられる誘導放出現象を利用した光増幅器に関
し、特に増幅率の安定な光増幅器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical amplifier utilizing the stimulated emission phenomenon used in the field of optical communication or optical measurement, and more particularly to an optical amplifier having a stable amplification factor.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ中を伝播する光を増幅する手
段として、光増幅媒質に希土類添加光ファイバを用いた
希土類添加ファイバ型光増幅器や半導体レーザを用いた
半導体レーザ型光増幅器がある。これらの光増幅器は光
の誘導放出現象によって光を増幅するものである。この
光の誘導放出現象は、文献(米津:光通信素子工学( 第
2版) ,P26〜30,工学図書( 株) ,1984.
2)に詳述されているが、基本原理について図3(a)
〜(e)を用いて説明する。図3(a)に示すようなエ
ネルギー準位を持つ孤立原子について、特定の二つのエ
ネルギー準位(1及び2)に着目すると、熱平衡状態で
は、電子は低いエネルギー準位にある(図3(b))。
この状態で、光のような励起エネルギーが与えられる
と、電子は上位のエネルギー準位に叩き上げられる(図
3(c))。このときの励起エネルギーは、希土類添加
ファイバ型増幅器では光の光量であり、半導体レーザ型
増幅器では注入電流である。
2. Description of the Related Art As means for amplifying light propagating in an optical fiber, there are a rare earth-doped fiber type optical amplifier using a rare earth-doped optical fiber as an optical amplification medium and a semiconductor laser type optical amplifier using a semiconductor laser. These optical amplifiers amplify light by the phenomenon of stimulated emission of light. This stimulated emission phenomenon of light is described in the literature (Yonezu: Optical Communication Device Engineering (2nd Edition), P26-30, Engineering Book Co., 1984.
2), the basic principle is shown in FIG.
It demonstrates using (e). Regarding an isolated atom having an energy level as shown in FIG. 3A, focusing on two specific energy levels (1 and 2), electrons are in a low energy level in a thermal equilibrium state (see FIG. b)).
When excitation energy such as light is applied in this state, the electrons are pushed up to higher energy levels (FIG. 3 (c)). The excitation energy at this time is the amount of light in the rare earth-doped fiber amplifier, and the injection current in the semiconductor laser amplifier.

【0003】そして、この状態で、励起された電子は元
の安定なエネルギー準位に戻ろうとし、そのとき余分な
エネルギーを発光により消費する(図3(d))。この
現象は自然放出と呼ばれる。このとき、エネルギー準位
差に等しい光が外部から入力されると、その入力光と同
位相で同波長の光を放出し、光増幅を行う(図3
(e))。この現象は誘導放出と呼ばれる。このような
光増幅器においては、自然放出光(上記、図3(d)で
自然放出された光)の光量や増幅率は、上位のエネルギ
ー準位に存在する電子の量と正の相関関係がある。そし
て、この電子の量は、外部から供給される励起エネルギ
ーの変化や周囲温度の変化によって変動するものであ
り、その結果、これらの条件によって増幅率が変動する
という問題があった。
Then, in this state, the excited electrons try to return to the original stable energy level, and at that time, extra energy is consumed by light emission (FIG. 3 (d)). This phenomenon is called spontaneous emission. At this time, when light having the same energy level difference is input from the outside, light having the same phase and the same wavelength as the input light is emitted to perform optical amplification (FIG. 3).
(E)). This phenomenon is called stimulated emission. In such an optical amplifier, the light amount and the amplification factor of the spontaneous emission light (the light spontaneously emitted in FIG. 3D above) have a positive correlation with the amount of electrons existing in the higher energy level. is there. The amount of the electrons fluctuates due to changes in the excitation energy supplied from the outside and changes in the ambient temperature, and as a result, the amplification factor fluctuates depending on these conditions.

【0004】また、外部から入力される信号光のレベル
が高い状態では、外部からのエネルギー供給によって上
位のエネルギー準位に励起される電子の量に対し、誘導
放出によって消費される電子の量が無視できなくなるた
めに、上位のエネルギー準位に存在する電子の量が低下
し増幅率が下がるという問題があった。このような問題
を解決するための従来の技術として、大きく分けて次の
二つがあった。
Further, when the level of signal light input from the outside is high, the amount of electrons consumed by stimulated emission is smaller than the amount of electrons excited to the upper energy level by the energy supply from the outside. Since it cannot be ignored, there is a problem in that the amount of electrons existing in the upper energy level decreases and the amplification factor decreases. The conventional techniques for solving such problems are roughly divided into the following two.

【0005】 従来の技術1 希土類添加ファイバ型光増幅器に関しては、図4に示す
ように、希土類添加光ファイバ12で増幅されて出力さ
れた出力光の中から、励起光(励起光発生部16で発生
されて合波部13を介して希土類添加光ファイバ12に
入射されている)の残留光を分波器17で分離し、受光
器14で検出して、この検出出力に基づいてコントロー
ラ15が励起光発生部16の励起エネルギー(注入電
流)を制御する方法が特開平3ー100527号公報に
開示されている。この方法では、周囲温度変化、機械的
振動等の外乱などにより増幅率が変動しても、増幅率の
変動を残留励起光の変動として検出し、これに基づいて
負帰還ループを形成しているために増幅率は安定化され
る。しかし、この方法は、上述のように残留励起光を検
出しているために、励起光を使用しない半導体レーザ型
光増幅器には適用することができなかった。
Prior Art 1 As for the rare earth-doped fiber type optical amplifier, as shown in FIG. 4, from the output light amplified and output by the rare earth-doped optical fiber 12, the pumping light (in the pumping light generator 16) The residual light (generated and incident on the rare earth-doped optical fiber 12 through the multiplexing unit 13) is separated by the demultiplexer 17, detected by the photodetector 14, and the controller 15 determines based on this detection output. A method of controlling the excitation energy (injection current) of the excitation light generator 16 is disclosed in JP-A-3-100527. In this method, even if the amplification factor fluctuates due to changes in ambient temperature, disturbances such as mechanical vibration, etc., fluctuations in the amplification factor are detected as fluctuations in the residual pump light, and a negative feedback loop is formed based on this. Therefore, the amplification factor is stabilized. However, this method cannot be applied to a semiconductor laser type optical amplifier that does not use pumping light because it detects residual pumping light as described above.

【0006】 従来の技術2 一方、希土類添加ファイバ型及び半導体レーザ型の両光
増幅器に使用できる方法として、光増幅媒質(希土類添
加光ファイバ、半導体レーザ等)の出力側(又は入力側
と出力側の両方)で信号光の一部を光分波器等で分岐
し、信号光の大きさの比較により増幅率を一定とするよ
うに励起エネルギーを調整する技術が、特開平2ー27
3976号公報及び特開平3ー5731号公報に開示さ
れている。しかし、この方法では信号光を分岐しなけれ
ばならないために、光分波器等によって信号光に損失が
生ずるという問題があった。
Prior Art 2 On the other hand, as a method that can be used for both rare earth-doped fiber type and semiconductor laser type optical amplifiers, an output side (or an input side and an output side) of an optical amplification medium (rare earth-doped optical fiber, semiconductor laser, etc.) JP-A-2-27.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3976 and Japanese Patent Laid-Open No. 3731/1993. However, in this method, since the signal light must be branched, there is a problem that the signal light is lost by the optical demultiplexer or the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で解決しよ
うとする課題は以下の通りであり、本発明の目的はこれ
らの課題を解決した光増幅器を提供することにある。 残留励起光を検出して増幅率を制御する方法は、半
導体レーザ型光増幅器には応用できない。 信号光の一部を分岐して増幅率を制御する方法は、
信号光に損失が生じるため効率が悪い。 また、残留励起光を検出する方法及び信号光の一部
を分岐する方法においては、残留励起光及び信号光の一
部を分岐するための光分波器等の光ハイブリッド回路
は、光増幅器の出力側に設けなければならないため、高
電力光を対象とする光増幅器の場合、光増幅器出力の高
電力光によって光ハイブリッド回路を損傷する恐れがあ
った。
The problems to be solved by the conventional techniques are as follows, and an object of the present invention is to provide an optical amplifier which solves these problems. The method of detecting the residual pumping light and controlling the amplification factor cannot be applied to the semiconductor laser type optical amplifier. The method of branching a part of the signal light to control the amplification factor is
Inefficiency due to loss of signal light. Further, in the method of detecting the residual pumping light and the method of branching a part of the signal light, an optical hybrid circuit such as an optical demultiplexer for branching a part of the residual pumping light and the signal light is Since it must be provided on the output side, in the case of an optical amplifier intended for high power light, there is a risk that the high power light output from the optical amplifier may damage the optical hybrid circuit.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では増幅率の大きさが光増幅媒質で発生す
る自然放出光の大きさ(特に信号光波長より短波長側に
おいて)と精度良く比例していることに着目した。自然
放出光は、半導体レーザ型及び希土類添加ファイバ型の
光増幅器等、誘導放出現象を利用する光増幅器であれば
必ず発生する。そして、その自然放出光の波長帯域が広
いために、その帯域の中から、信号光の波長とは異な
り、かつ増幅率の大きさに精度良く比例する部分の波長
を抽出して、増幅率の制御に使用することができる。す
なわち、光増幅媒質から放出される自然放出光を検出
し、この検出出力を一定にするように励起エネルギーを
制御して、増幅率の安定化を実現した。
In order to solve the above problems, in the present invention, the magnitude of the amplification factor is the magnitude of the spontaneous emission light generated in the optical amplification medium (especially on the shorter wavelength side than the signal light wavelength). We paid attention to the fact that it is accurately proportional to. Spontaneous emission light is always generated in the case of an optical amplifier utilizing the stimulated emission phenomenon, such as a semiconductor laser type or rare earth-doped fiber type optical amplifier. Since the wavelength band of the spontaneous emission light is wide, the wavelength of the part different from the wavelength of the signal light and accurately proportional to the magnitude of the amplification factor is extracted from the band, and the amplification factor Can be used for control. That is, the spontaneous emission light emitted from the optical amplification medium is detected, and the excitation energy is controlled so as to keep the detected output constant, thereby stabilizing the amplification factor.

【0009】[0009]

【作用】自然放出光と増幅率の関係及び自然放出光の分
離方法について以下に説明する。 自然放出光と増幅率の関係 まず自然放出光について説明する。一例として、図5
(a)に示すような光スペクトラムを有する信号光が入
力光として光増幅器に入力されると、図5(b)に示す
ような光スペクトラムを有する出力光が光増幅器から出
力される。すなわち、光増幅器の出力光には、増幅され
た信号光の他に、自然放出光と呼ばれる光が増幅された
信号光の回りに分布される。自然放出光は光増幅媒質自
身が発する光で、その半値の波長帯域幅Δλsponは数十
nmである。この自然放出光は、半導体レーザ型及び希土
類添加ファイバ型の光増幅器を問わず、誘導放出現象を
利用する光増幅器であれば必ず発生する。
The relationship between the spontaneous emission light and the amplification factor and the method of separating the spontaneous emission light will be described below. Relationship between spontaneous emission light and amplification factor First, spontaneous emission light will be described. As an example, FIG.
When the signal light having the optical spectrum as shown in (a) is input to the optical amplifier as the input light, the output light having the optical spectrum as shown in FIG. 5B is output from the optical amplifier. That is, in the output light of the optical amplifier, in addition to the amplified signal light, light called spontaneous emission light is distributed around the amplified signal light. The spontaneous emission light is the light emitted by the optical amplification medium itself, and the half-valued wavelength bandwidth Δλspon is several tens.
nm. This spontaneous emission light is generated regardless of whether it is a semiconductor laser type or a rare earth-doped fiber type optical amplifier, as long as it is an optical amplifier utilizing the stimulated emission phenomenon.

【0010】前述のように、自然放出光の量は上位のエ
ネルギー準位に存在している電子の数に比例しており、
また、誘導放出光も同様であることから、増幅率は自然
放出光の量に精度良く比例している。この傾向は、特に
信号光より短波長側(高エネルギー側)の自然放出光に
おいて顕著である。
As described above, the amount of spontaneous emission light is proportional to the number of electrons existing in the upper energy level,
Since the same is true for stimulated emission light, the amplification factor is accurately proportional to the amount of spontaneous emission light. This tendency is particularly remarkable in spontaneous emission light on the shorter wavelength side (high energy side) than the signal light.

【0011】次に、自然放出光電力と増幅率の関係につ
いて説明する。6図は、Erドープファイバ光増幅器
(希土類添加ファイバ型の一種)において、入力光電力
Pinを変化させたときの増幅率Gain 及び自然放出光電
力Pspon特性の一例を示している。入力光電力が高い領
域では、内部の反転分布が低下することによって、増幅
率が低下し、同時に自然放出光電力も低下している。こ
の結果、入力光電力に対して、増幅率と自然放出光電力
の特性は比例していることがわかる。
Next, the relationship between the spontaneous emission light power and the amplification factor will be described. FIG. 6 shows an example of the characteristics of the amplification factor Gain and the spontaneous emission light power Pspon when the input light power Pin is changed in the Er-doped fiber optical amplifier (a kind of rare earth-doped fiber type). In a region where the input optical power is high, the internal population inversion is reduced, so that the amplification factor is reduced, and at the same time, the spontaneous emission optical power is also reduced. As a result, it is found that the characteristics of the amplification factor and the spontaneous emission light power are proportional to the input light power.

【0012】7図は、半導体レーザ型光増幅器におい
て、周囲温度Temp を変化させたときの増幅率Gain 及
び自然放出光電力Pspon特性の一例を示している。温度
に対しても、また増幅率と自然放出光電力の特性は比例
していることがわかる。 自然放出光の分離方法 一般に信号光の波長は既知であり、またその半値の波長
帯域幅Δλsig (図3( a) に示す)は分布帰還型レー
ザの場合、0.1nm 以下である。一方、自然放出光の半値
の波長帯域幅Δλsponは数十nmあるので、信号光と自然
放出光との分離は、通常の誘電体多層膜を用いた光分波
器、光方向性結合器等の光ハイブリッド回路で十分可能
である。
FIG. 7 shows an example of the amplification factor Gain and the spontaneous emission light power Pspon characteristic when the ambient temperature Temp is changed in the semiconductor laser type optical amplifier. It can be seen that the characteristics of the amplification factor and the spontaneous emission power are also proportional to the temperature. Separation Method of Spontaneous Emission Light Generally, the wavelength of signal light is known, and the half-valued wavelength bandwidth Δλsig (shown in FIG. 3 (a)) is 0.1 nm or less in the case of distributed feedback laser. On the other hand, since the half-valued wavelength bandwidth Δλspon of spontaneous emission light is several tens of nm, signal light and spontaneous emission light can be separated by ordinary optical demultiplexers using dielectric multilayer films, optical directional couplers, etc. The optical hybrid circuit of is sufficient.

【0013】また、光増幅媒質で発生する自然放出光
は、光増幅媒質の入力側及び出力側の双方向に向かって
放出される。従って、光増幅器に入力される信号光と自
然放出光とを光増幅媒質の入力側で分離する場合は、光
分波器、光方向性結合器、光デュプレクサ又は光サーキ
ュレータ等を用いる。また、光増幅器から出力される信
号光と自然放出光とを光増幅媒質の出力側で分離する場
合は、光分波器を用いる。なお、光分波器は、上述のよ
うに、光増幅媒質の入力側及び出力側の双方で使用でき
る。また、光サーキュレータには、例えば「1991年
電子情報通信学会秋季大会, Bー665, 偏波無依存サ
ーキュレータ型光回路における高アイソレーション特
性」等に報告されているものがある。
Further, the spontaneous emission light generated in the optical amplification medium is emitted toward both the input side and the output side of the optical amplification medium. Therefore, when the signal light input to the optical amplifier and the spontaneous emission light are separated at the input side of the optical amplification medium, an optical demultiplexer, an optical directional coupler, an optical duplexer, an optical circulator, or the like is used. Further, when the signal light output from the optical amplifier and the spontaneous emission light are separated on the output side of the optical amplification medium, an optical demultiplexer is used. The optical demultiplexer can be used on both the input side and the output side of the optical amplification medium, as described above. Some optical circulators are reported in, for example, "1991 Autumn Meeting of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, B-665, high isolation characteristics in polarization independent circulator type optical circuits".

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。 (第一の実施例)図1は、本発明の第一の実施例で、半
導体レーザ型光増幅器の概略構成を示すブロック図であ
る。入力端から入力された信号光(例えば波長1552
nm)は、先球ファイバなどの光結合手段により半導体
レーザ1(光増幅媒質)に入力する。半導体レーザ1
は、所望の増幅率に応じた電流(励起エネルギー)が定
電流源2(励起装置)から供給されており、信号光を増
幅するとともに、自然放出光を発生する。半導体レーザ
1から出力された信号光と自然放出光は、光結合手段に
より取り出され、光分波器3に入力する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser type optical amplifier according to the first embodiment of the present invention. Signal light input from the input end (for example, wavelength 1552
nm) is input to the semiconductor laser 1 (optical amplification medium) by an optical coupling means such as a spherical fiber. Semiconductor laser 1
A current (excitation energy) according to a desired amplification factor is supplied from the constant current source 2 (excitation device) to amplify the signal light and generate spontaneous emission light. The signal light and the spontaneous emission light output from the semiconductor laser 1 are extracted by the optical coupling means and input to the optical demultiplexer 3.

【0015】光分波器3は、例えば帯域幅1nmの帯域通
過フィルタからなり、ポートa,b,cの端子を有して
いる。ポートaから入力された信号光と自然放出光は、
波長によって分離され、信号光は1nm帯域幅フィルタを
通ってポートbから出力端に出力され、また自然放出光
は信号光より短波長側(高エネルギー側)のものが所定
帯域幅抽出されてポートcから光検出器4に出力され
る。光検出器4は、光分波器3から出力された自然放出
光を電気信号に変換し、コントローラ5(負帰還回路)
に出力する。コントローラ5は、光検出器4からの電気
信号の大きさに応じて定電流源2を制御し、負帰還ルー
プを形成する。
The optical demultiplexer 3 is composed of, for example, a bandpass filter having a bandwidth of 1 nm and has terminals a, b and c. The signal light and spontaneous emission light input from the port a are
The signal light is separated by the wavelength, and the signal light is output to the output end from port b through a 1 nm bandwidth filter. The spontaneous emission light on the shorter wavelength side (higher energy side) than the signal light is extracted with a predetermined bandwidth and then port. It is output from c to the photodetector 4. The photodetector 4 converts the spontaneous emission light output from the optical demultiplexer 3 into an electric signal, and the controller 5 (negative feedback circuit)
Output to. The controller 5 controls the constant current source 2 according to the magnitude of the electric signal from the photodetector 4, and forms a negative feedback loop.

【0016】このように構成された光増幅器おいては、
たとえ、種々の条件の変化によって半導体レーザ1の増
幅率が変動したとしても、増幅率の変動を自然放出光の
光量の変動として光検出器4で電気信号に変換し、この
電気信号が常に一定となるようにコントローラ5によっ
て定電流源2を制御するために、増幅率を安定化するこ
とができる。なお、この実施例では、自然放出光を半導
体レーザ1の出力側で抽出するようにしたが、光分波器
3を入力側に設けて、入力側で抽出してもよく、その場
合、特に高電力光を対象とする光増幅器においては、光
増幅器出力の高電力光によって光分波器3を損傷する恐
れがなくなるという効果がある。また、光分波器3は帯
域通過フィルタに限定されるものではなく、高域阻止フ
ィルタや低域阻止フィルタなどでもよい。
In the optical amplifier thus constructed,
Even if the amplification factor of the semiconductor laser 1 fluctuates due to changes in various conditions, the fluctuation of the amplification factor is converted into an electric signal by the photodetector 4 as a fluctuation of the amount of spontaneous emission light, and this electric signal is always constant. The constant current source 2 is controlled by the controller 5 so that the amplification factor can be stabilized. Although the spontaneous emission light is extracted on the output side of the semiconductor laser 1 in this embodiment, the optical demultiplexer 3 may be provided on the input side and extracted on the input side. In that case, in particular, In the optical amplifier for high power light, there is an effect that there is no possibility of damaging the optical demultiplexer 3 by the high power light output from the optical amplifier. Further, the optical demultiplexer 3 is not limited to the band pass filter, and may be a high-pass blocking filter or a low-pass blocking filter.

【0017】(第二の実施例)図2は、本発明の第二の
実施例で、希土類添加ファイバ型光増幅器の概略構成を
示すブロック図である。Erドープファイバ6(光増幅
媒質)は、希土類添加光ファイバの一種で、希土類元素
のエルビウム( 元素記号;Er) をドープした光ファイ
バである。Erドープファイバ6には、所望の増幅率と
なるような励起光(励起エネルギー)が、励起用光源8
から光合波器7及び光デュプレクサ9を介して供給され
ている。励起用光源8は、例えば、不図示の半導体レー
ザと定電流源から構成され、励起光の光量は定電流源か
ら半導体レーザに供給される電流で制御される。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a block diagram showing a schematic structure of a rare earth-doped fiber type optical amplifier according to a second embodiment of the present invention. The Er-doped fiber 6 (optical amplification medium) is a kind of rare-earth-doped optical fiber, and is an optical fiber doped with a rare-earth element erbium (element symbol: Er). Excitation light (excitation energy) having a desired amplification factor is supplied to the Er-doped fiber 6 by the excitation light source 8
From the optical multiplexer 7 and the optical duplexer 9. The excitation light source 8 is composed of, for example, a semiconductor laser and a constant current source (not shown), and the amount of excitation light is controlled by the current supplied from the constant current source to the semiconductor laser.

【0018】入力端から入力された信号光(例えば波長
1552nm)は、光合波器7で励起光と合波される。
この合波された光は、光デュプレクサ9のポートAを通
り、ポートBに接続されたErドープファイバ6に入力
する。Erドープファイバ6は、この合波された光の中
の励起光により所望の増幅率になっており、信号光を増
幅して、出力端に出力するとともに、自然放出光を発生
する。Erドープファイバ6で発生した自然放出光は、
光デュプレクサ9のポートBを通り、ポートCに接続さ
れた光検出器10に入力する。光検出器10は、光デュ
プレクサ9から出力された自然放出光を電気信号に変換
し、コントローラ11(負帰還回路)に出力する。コン
トローラ11は、光検出器10からの電気信号の大きさ
に応じて励起用光源8の定電流源(不図示)を制御し、
負帰還ループを形成する。
The signal light (for example, wavelength 1552 nm) input from the input end is multiplexed with the pump light by the optical multiplexer 7.
The combined light passes through the port A of the optical duplexer 9 and enters the Er-doped fiber 6 connected to the port B. The Er-doped fiber 6 has a desired amplification factor due to the excitation light in the combined light, amplifies the signal light and outputs it to the output end, and also generates spontaneous emission light. The spontaneous emission light generated by the Er-doped fiber 6 is
The light passes through the port B of the optical duplexer 9 and is input to the photodetector 10 connected to the port C. The photodetector 10 converts the spontaneous emission light output from the optical duplexer 9 into an electric signal and outputs the electric signal to the controller 11 (negative feedback circuit). The controller 11 controls a constant current source (not shown) of the excitation light source 8 according to the magnitude of the electric signal from the photodetector 10,
Form a negative feedback loop.

【0019】このように構成された光増幅器おいては、
たとえ、種々の条件の変化によってErドープファイバ
6の増幅率が変動したとしても、増幅率の変動を自然放
出光の光量の変動として光検出器10で電気信号に変換
し、この電気信号が常に一定となるようにコントローラ
11によって励起用光源8を制御するために、増幅率を
安定化することができる。
In the optical amplifier thus constructed,
Even if the amplification factor of the Er-doped fiber 6 fluctuates due to changes in various conditions, the fluctuation of the amplification factor is converted into an electric signal by the photodetector 10 as a fluctuation of the amount of spontaneous emission light, and this electric signal is always Since the pumping light source 8 is controlled by the controller 11 so as to be constant, the amplification factor can be stabilized.

【0020】なお、光デュプレクサ9は、光アイソレー
タの作用も兼ねており、増幅作用の安定性向上に寄与し
ている。また、光デュプレクサ9のポートCには、Er
ドープファイバ6から反射した信号光が現れたり、非線
形光学による光が現れたりする場合がある。このような
ときは、ポートCと光検出器10の間に光フィルタを設
けて、自然放出光以外の不要な光を除去するようにすれ
ばよい。この実施例では、自然放出光の抽出に、光デュ
プレクサ9を用いたが、これに限定されるものではな
く、光分波器、光方向性結合器、又は光サーキュレータ
でもよい。
The optical duplexer 9 also functions as an optical isolator and contributes to improving the stability of the amplification function. Moreover, Er is connected to the port C of the optical duplexer 9.
The signal light reflected from the doped fiber 6 may appear, or the light due to nonlinear optics may appear. In such a case, an optical filter may be provided between the port C and the photodetector 10 to remove unnecessary light other than spontaneous emission light. In this embodiment, the optical duplexer 9 is used for extracting the spontaneous emission light, but the present invention is not limited to this, and an optical demultiplexer, an optical directional coupler, or an optical circulator may be used.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅器
は、その増幅率の大きさが、光増幅媒質で発生する自然
放出光の光量(特に信号光波長より短波長側において)
と精度良く比例していることに着目し、そして、この自
然放出光を信号光と分離して抽出し、増幅率の制御に使
用することにより、次のような効果が達成できた。 誘導放出を伴う光増幅器には必ず自然放出光が存在
するため、半導体レーザ型及び希土類添加ファイバ型の
双方の光増幅器に適用でき、増幅率の安定化が図れる。
特に、信号光の短波長側の自然放出光を用いると、より
高精度の制御が可能となる。 信号光とは異なった波長で自然放出光の抽出ができ
るために、信号光に損失を生じさせない。 光分波器等の光ハイブリッド回路は、光増幅器の入
力側にも設けることができるため、特に高電力光を対象
とする光増幅器においては、光増幅器出力の高電力光に
よって光ハイブリッド回路を損傷する恐れがなくなる。
As described above, in the optical amplifier of the present invention, the amplification factor thereof is such that the amount of spontaneous emission light generated in the optical amplification medium (especially on the shorter wavelength side than the signal light wavelength).
By paying attention to the fact that they are accurately proportional to each other, and separating and extracting this spontaneous emission light from the signal light and using it for controlling the amplification factor, the following effects could be achieved. Since the spontaneous emission light always exists in the optical amplifier with stimulated emission, it can be applied to both the semiconductor laser type and the rare earth-doped fiber type optical amplifiers, and the amplification factor can be stabilized.
In particular, when the spontaneous emission light on the short wavelength side of the signal light is used, it is possible to perform control with higher accuracy. Since the spontaneous emission light can be extracted at a wavelength different from that of the signal light, no loss occurs in the signal light. Since an optical hybrid circuit such as an optical demultiplexer can be provided on the input side of the optical amplifier, especially in an optical amplifier for high power light, the high power light output from the optical amplifier damages the optical hybrid circuit. There is no fear of doing it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第一の実施例で、半導体レーザ型光
増幅器の概略構成を示すブロック図、
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser type optical amplifier according to a first embodiment of the present invention,

【図2】 本発明の第二の実施例で、希土類添加ファイ
バ型光増幅器の概略構成を示すブロック図、
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a rare earth-doped fiber optical amplifier according to a second embodiment of the present invention,

【図3】 誘導放出現象を説明するための図、FIG. 3 is a diagram for explaining a stimulated emission phenomenon,

【図4】 従来の希土類添加ファイバ型光増幅器の構成
図、
FIG. 4 is a block diagram of a conventional rare earth-doped fiber optical amplifier,

【図5】 光増幅器に入力される入力光と増幅されて出
力された出力光のスペクトラム例、
FIG. 5 is a spectrum example of input light input to an optical amplifier and output light amplified and output,

【図6】 Erドープファイバ型光増幅器における入力
光電力対増幅率・自然放出光電力特性、
FIG. 6 shows characteristics of input optical power versus amplification factor / spontaneous emission optical power in an Er-doped fiber type optical amplifier,

【図7】 半導体レーザ型光増幅器における周囲温度対
増幅率・自然放出光電力特性。
FIG. 7 shows the ambient temperature vs. amplification factor / spontaneous emission light power characteristics in a semiconductor laser type optical amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・半導体レーザ、 2・・・定電流源、 3・・・光分波器、 4,10・・・光検出器、 5,11・・・コントローラ、 6・・・Erドープファイバ、 7・・・光合波器、 8・・・励起用光源、 9・・・光デュプレクサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Constant current source, 3 ... Optical demultiplexer, 4, 10 ... Photodetector, 5, 11 ... Controller, 6 ... Er-doped fiber, 7 ... Optical multiplexer, 8 ... Excitation light source, 9 ... Optical duplexer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励起エネルギーを与えることにより所望の
信号光の波長に対し誘導放出現象によって増幅作用を起
こす光増幅媒質(1)と、前記励起エネルギーを該光増
幅媒質に供給する励起装置(2)とを有し、入力された
信号光を増幅して出力する光増幅器において、 前記光増幅媒質の入力側または出力側に設けられ、前記
光増幅媒質から放出された自然放出光を信号光と分離し
て抽出する光ハイブリッド回路(3)と、 該光ハイブリッド回路で抽出された自然放出光を受けて
電気信号に変換する光検出器(4)と、 該光検出器の出力信号の大きさに応じて前記光増幅媒質
の増幅率が変化するように前記励起装置を制御する負帰
還回路(5)とを備えたことを特徴とする光増幅器。
1. An optical amplifying medium (1) which gives an amplifying action by a stimulated emission phenomenon to a wavelength of a desired signal light by giving an exciting energy, and a pumping device (2) which supplies the exciting energy to the optical amplifying medium. ) And amplifying and outputting the input signal light, the spontaneous emission light emitted from the optical amplification medium, which is provided on the input side or the output side of the optical amplification medium, is used as the signal light. An optical hybrid circuit (3) that separates and extracts, a photodetector (4) that receives the spontaneous emission light extracted by the optical hybrid circuit and converts it into an electrical signal, and the magnitude of the output signal of the photodetector And a negative feedback circuit (5) for controlling the pumping device so that the amplification factor of the optical amplification medium changes in accordance with the above.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009021432A (en) * 2007-07-12 2009-01-29 Nichia Corp Semiconductor laser apparatus
JP2012059746A (en) * 2010-09-06 2012-03-22 Fujikura Ltd Fiber laser and laser beam machine
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CN115764530A (en) * 2022-11-10 2023-03-07 上海频准激光科技有限公司 Optical power amplifying system and control method thereof

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