JPH06204594A - 光増幅装置 - Google Patents

光増幅装置

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JPH06204594A
JPH06204594A JP5222768A JP22276893A JPH06204594A JP H06204594 A JPH06204594 A JP H06204594A JP 5222768 A JP5222768 A JP 5222768A JP 22276893 A JP22276893 A JP 22276893A JP H06204594 A JPH06204594 A JP H06204594A
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Clinton R Giles
ランディ ジル クリントン
Tingye Li
リ ティンジー
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポンプレーザの故障にも関わらず、光増幅器
を故障させない光増幅システムを提供すること。 【構成】 第１光ポンプビーム１４に応答するＮ個のド
ープファイバ光増幅器１５と、ポンプ波長で第２光ポン
プビーム１２を生成するＭ個のポンプ光源１１と、前記
第２光ポンプビームのパワーの所定部分を各前記ドープ
ファイバ光増幅器１５に分配するよう、複数のポンプ光
源１１を複数のドープファイバ光増幅器１５に光学的に
結合するＭｘＮスターカプラ１３とからなる光増幅装置
において、各第１光ポンプビームは、前記ポンプ波長で
複数のポンプ光源からの各第２光ポンプビームの所定部
分を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波システムに関し、
特に、そのシステムにおける光増幅器をポンピングする
光増幅器とレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】伝送器から受信機への伝送パスに沿っ
て、光増幅器を用いる光通信システムの信頼性は、この
光増幅器の信頼性に大きく依存している。光増幅器は、
光通信システムにおいて、光信号パワーを比較的長距離
にわたって、伝送を可能とするために十分高く増幅する
ために用いられている。この光増幅器は、他の光増幅器
に対する別の手段として魅力的である。その理由は、光
増幅器は光信号をその光子の状態で増幅し、電気信号に
変換しないからである。このような光増幅器は、光学的
あるいは電気的の何れかによりポンプされて、信号増幅
機能を果たす。光ファイバおよび半導体を用いて、この
光増幅器を実現するが、光学的にポンプされたドープ光
ファイバ増幅装置は、様々な理由により光導波システム
で広く用いられ、受け入れられている。この光ファイバ
により増幅器は光伝送媒体と容易に適合し、一体化する
ことができる。さらに、光ファイバをベースにした光増
幅器は、偏光面と無関係なゲインを有し、広範囲でよく
規定されたゲインスペクトルを有し、マルチチャンネル
の波長分割多重化システムの符号間干渉に対し耐性を有
する。
【０００３】希土類ドープ光ファイバ増幅器のようなフ
ァイバベースの光増幅器は、単一の光源により光学的に
ポンプされている。単一光源からの光、例えば、適当な
ポンプ波長で動作するレーザは、ドープ光ファイバに接
続されて、希土類イオンの反転を介して、適切な増幅媒
体を形成する。このタイプの光増幅器は、そのポンプレ
ーザと同様の信頼性しか有さない。このため、ポンプレ
ーザが故障すると、光増幅器全体が故障することにな
る。二重ポートポンピング、すなわち、光増幅器からの
入力ポートと出力ポートからのポンピングにおいて、別
個のレーザがこの入力ポートと出力ポートをポンピング
するときには、ある程度までこの問題解決することがで
きる。しかし、二重ポート系においても、ポンプレーザ
の何れかが故障すると、この光増幅器のそのポートから
のポンプパワーは失われてしまう。
【０００４】古いポンプレーザは、十分な光パワーを提
供することができないために、ドープ光ファイバ増幅器
の必要な十分な増幅ができない。このレーザの故障によ
り、この故障したポンプレーザを取り替える、あるいは
修理するまで、増幅は中断される。ポンプレーザが故障
すると、増幅器も故障することになる。
【０００５】従来技術においては、光増幅器動作の信頼
性とそのポンプレーザ動作の信頼性の相互の依存性を解
決するような装置は存在しなかった。さらに、そのポン
プレーザの動作状態の如何に関わらず、光学的にポンプ
された光増幅器から干渉されない増幅を提供できるよう
な装置は存在しなかった。ポンプレーザが故障しても、
光増幅器のポンプポートに入力され続けるようなポンプ
パワーを確保するような装置は、従来技術では存在して
いない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ポンプレーザの故障にも関わらず、光増幅器を故障
させない光増幅システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の故障耐性の構成
を採用することにより、ポンプ光源の経年変化あるいは
故障にも関わらず、信頼性のある光増幅動作が可能とな
る。この本発明の構成においては、ポンプ光源のアレイ
は、公称ポンプ波長で動作し、その出力ビームに結合さ
れて、その後、出力ポンプビームのアレイを生成するた
めに分配される。各出力ポンプビームは、ポンプ光源の
出力ビームの合成である。言い換えると、各出力ポンプ
ビームは、光源のアレイからの全ての出力ビームの所定
部分を含む。これにより、１つのポンプ光源が故障して
も、光増幅器のポートをポンプする光学ポンプパワーの
供給を停止することはない。
【０００８】一実施例においては、各活性状態のポンプ
光源は、スターカプラ（多入力、多出力）の入力ポート
に接続される。このスターカプラの各出力ポートのポン
プビームは、スターカプラへの各ビーム入力の一部を含
む。このスターカプラの各出力ポートは、その後、ドー
プファイバの光増幅器の入力ポンプポートに光学的に結
合される。この本発明の故障耐性の構成においては、更
に余分なポンプ光源を用いて、光増幅装置の全体の信頼
性を上げている。
【０００９】
【実施例】本発明の故障耐性の光増幅構成においては、
光増幅器の故障はＭ個のポンプレーザからのビームをＮ
個の光増幅器をポンピングするＮ個の合成出力ポンプビ
ームに結合することによって回避できる。従来の技術と
は対照的に、単一のポンプレーザが光増幅器のポンプポ
ートに単一のポンピングを提供しない。その代わりに、
各ポンプレーザのビームの一部が、光増幅器に加えられ
る合成出力ポンプビームを形成する。このレーザからの
入力ポンプビームは結合されて、Ｎ個の合成ポンプビー
ムを形成し、その各々は、各入力ポンプビームの一部
（例、１／Ｎ）を含む。この構成により、１個のポンプ
レーザが故障したときにも、Ｎ個の光増幅器の動作を止
めることはない。その理由は、ｎ個のポンプレーザが故
障したときに、動作中のポンプパワーはｎ／Ｎ分減少す
るだけでからである。しかし、従来技術においては、こ
のポンプレーザの故障は、関連する光増幅器の動作をほ
とんど確実に中断することになっていた。
【００１０】スター形状のポンプ光増幅器アレイの本発
明の故障耐性光増幅器構成が図１に示されている。Ｍ個
のポンプレーザ１１は、ＭＸＮスターカプラ１３に入力
光導波路１２を介して光学的に結合される。このスター
カプラ１３は、Ｍ個の入力ポートとＮ個の出力ポートと
を有する。出力光導波路１４は、スターカプラ１３から
の出力をＮ個の光増幅器１５に伝送する。各光増幅器１
５は、その伝送システム環境内に配置されており、この
システム環境においては、入力伝送ファイバ１６は、伝
送信号を増幅器に、出力伝送ファイバ１７は、この増幅
された伝送信号を増幅器から取り出す。
【００１１】アイソレータ１８は、ポンプレーザ１１と
スターカプラ１３との間の伝送パスの上に配置されてい
る。このアイソレータ１８は、レーザ１１の方向への反
射戻りを減少させるような標準のインライン単一方向性
伝送要素である。このアイソレータ１８は図１に含まれ
ているが、アイソレータ１８は、必ずも、本発明の故障
耐性光増幅構成を実現する光学部品ではない。
【００１２】スターカプラ１３は、その入力ポートで光
入力信号を受信する光学素子で、同一の合成光信号がス
ターカプラ１３の出力ポートに現われるような方法で入
力信号を合成する。図１に示されたスターカプラ１３に
おいては、Ｍ個のポンプビームは、このスターカプラ１
３内で結合されて、Ｎ個の出力ポートの各々に、その出
力ポートの何れの場所においても、合成ポンプビーム
は、Ｍ個の合成ポンプビームの光学パワーの１／Ｎにな
るように比例的に分配される。すなわち、この合成ポン
プビームは、レーザ１１1のポンプビームのパワーの１
／Ｎが、ポンプレーザ１１2のパワーの１／Ｎが、そし
て、ポンプレーザ１１Mのパワーの１／Ｎが合成され
て、Ｎ個の出力ポートの各々から出力される。光学マル
チプレクサと光学デマルチプレクサと光学信号結合装置
と分配装置および光スイッチは、スターカプラ１３の結
合機能を提供できる能力を有する。受動型スターカプラ
の一実施例が米国特許第４９０４０４２号に開示されて
いる。このスターカプラ１３にとって、入力ポートの数
Ｍ、出力ポートの数Ｎは２以上の整数である。入力ポー
トの数は、出力ポートの数以上でも、以下でも、また等
しくてもよい。
【００１３】本発明の故障耐性は、増幅器ポンプポート
に入力されるポンプビーム内に必要な保護措置を組み込
むことによって達成される。この措置においては、各出
力ビームは、光増幅器ポンプポートに供給されるポンプ
ビームに組み込まれる各ビームからの光学パワーの一部
を有するように構成される。入力ポートよりも出力ポー
トの数が多い実施例においては、入力ポートは、出力ポ
ートの全てに接続される。この本発明の増幅器構成は、
各増幅器に分配される光学パワーは、所望の増幅器ゲイ
ンを達成するのに十分であるような故障耐性を示す。そ
のような構成は、例えば、各ポンプレーザの平均出力パ
ワーが、増幅器の個別のポンプポートに必要とされるパ
ワーを超える構成である。別の実施例においては、故障
耐性は入力ポート（ポンプレーザ）の数が出力ポート
（光学増幅器ポンプポート）の数を超える場合である。
後者の構成においては、低い平均出力パワーレーザを用
いるのが好ましい。また、ポンプレーザの寿命をのばす
ために、低出力パワーで、高平均出力パワーのレーザを
動作させるのが好ましい。このタイプの動作は、この増
幅器構成に冗長性をもたせ、それにより光増幅器装置の
信頼性を上げている。
【００１４】ポンプレーザ１１は、光増幅器１５で増幅
が行なわれるように適当な波長の光ポンプビームを生成
する。エルビュームドープの光ファイバ増幅器におい
て、このポンプ波長は800nm、980nm、1480nmが適当であ
る。そのため、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＡｓＰのような
半導体レーザがポンプレーザ１１に用いられている。本
明細書は、ポンプソースのようなレーザ素子について説
明しているが、他の光源も光増幅器をポンピングするの
に使用されうる。
【００１５】光増幅器１５は、希土類ドープの光ファイ
バの一部を有し、ポンプビームを伝送信号とともに伝送
パス内に導入する結合要素を有する。この結合要素はポ
ンプ波長の近傍で選択性を有する波長選択要素である。
このドープされた光ファイバは適切な波長で、光ビーム
によりポンプされる増幅器の増幅バンド幅内で伝送され
る信号に対し、ゲインを生成する。このポンプ波長と増
幅器のバンド幅はファイバへのドーピング材料等によっ
て決定される。典型的なドープされた光ファイバ増幅器
は、米国特許第４７８０８７７、５００５１７５、５０
２７０７９号に開示されている。
【００１６】スター結合されたポンプされた増幅器アレ
イの信頼性は、様々な冗長技術を用いて改善される。そ
の一つの技術は上記したように、使用中の増幅器により
必要とされる全ポンプパワーを超えるような結合出力パ
ワーを有する十分な数のレーザを用いることである。こ
の場合各レーザは、低平均出力パワーで動作し、結合素
子の出力ポートで得られる全出力パワーが増幅器のポン
ピング要件を満足するようにする。レーザの経年変化あ
るいは故障により劣化したポンプレーザへの駆動電流を
制御しながら増加させて、結合要素の出力ポートにおけ
る全出力パワーが増幅器ポンピング要件を続けて満足す
るようにする。低出力パワーと低駆動電流でポンプレー
ザをまず動作することによって、レーザの寿命が長引く
ために、増幅器の全体の信頼性が改善される。
【００１７】本発明の構成において、可動中の余剰（ス
ペア）構成を実現するために、各ポンプレーザの出力パ
ワーの少なくとも一部をモニタする必要がある。ポンプ
レーザ１１上の光検知器のようなバックフェースモニタ
（光検知器）２１が、レーザの端面からの放射される光
パワーをモニタする。この端面から放射されるパワーの
値は、全パワーの１０％以下である。コントローラ２２
が、リード２４上のモニタされた信号を受信する。全ブ
ラクフェースモニタ２１の出力パワーは、コントローラ
２２内の個別のモニタされた信号を加算することにより
計算される。ブラクフェース２１の出力パワーレベルが
所定のパワーレベル以下に落ちると、それはポンプレー
ザの故障を一般的には意味する。この故障は、突発的あ
るいは慢性的かの何れかである。ブラクフェース２１の
全出力パワーを所望の出力パワーレベルと比較すること
により、コントローラ２２は必要に応じて、リード２３
上のポンプレーザ駆動電流を増減する。所望の出力パワ
ーレベルは、増幅器の必要な全ポンプパワーに比例す
る。
【００１８】図示してはいないが、このモニタリングは
システムの他の場所、例えば、伝送システムからの遠端
部、あるいはスターカプラの出力ポートの点で行なうこ
ともできる。
【００１９】他の余剰レーザを用いる技術は、休止中の
スペアポンプレーザを用いることである。このような構
成においては、カプラの入力ポートは、休止中のポンプ
レーザに接続される。図２に示すようなコントローラ
が、可動中のポンプレーザからのバックフェース出力パ
ワーレベルが減少したことを検知すると、このコントロ
ーラは、休止中のポンプレーザを起動し、所望のレベル
になるよう全有効出力パワーを増加させる。
【００２０】本発明の故障耐性増幅器構造の利点は、故
障中のポンプレーザの修理および維持が増幅器を止める
ことなく実行でき、さらに、ポンプパワーを各増幅器ポ
ンプポートに供給するのを止めることなく、実施できる
ことである。
【００２１】本発明の構成において、ポンプレーザが置
換されると、ポンプパワーは、スターカプラの各出力ポ
ートで、さらに、また各増幅器ポンプポートで減少する
かもしれない。しかし、増幅器ポンプポートは、このプ
ロセスにおいて、ポンプパワーを中断することはない。
【００２２】また、本発明はラマン（Ｒａｍａｎ）プロ
セスを介して、ゲインを提供する様々な場所でポンプさ
れる光伝送ファイバのようなラマン増幅システムにも応
用可能である。このようなシステムは、米国特許第４６
９９４５２、４８８１７９０号に開示されている。これ
らの特許は複数の光源を異なった波長で用いる方法を開
示しており、これらの光源はラマン増幅用に単一のファ
イバに光学的に結合される。また、本発明は光学的にポ
ンプされる光半導体増幅器にも応用可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成を用い
ることにより、複数のポンプレーザの内のその一部が破
損した時にも、全体のシステムを止めることなく、光増
幅器にパワーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の故障耐性の構成を有する光増幅装置の
単純化ブロック図である。
【図２】図１の装置のポンプレーザの剰余能力を有する
ような他の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１１ ポンプレーザ １２ 入力光導波路 １３ スターカプラ １４ 出力光導波路 １５ 光増幅器 １６ 入力伝送ファイバ １７ 出力伝送ファイバ １８ アイソレータ ２１ バックフェースモニタ（光検知器） ２２ コントローラ ２３、２４ リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティンジー リ アメリカ合衆国 07760 ニュージャージ ー ランソン、シェラトン レーン 11

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１光ポンプビームに応答する複数のド
    ープファイバ光増幅器（１５）と、 ポンプ波長で第２光ポンプビームを生成する複数のポン
    プ光源（１１）と、 前記第２光ポンプビームのパワーの所定部分を各前記ド
    ープファイバ光増幅器（１５）に分配するよう、複数の
    ポンプ光源（１１）を複数のドープファイバ光増幅器
    （１５）に光学的に結合する手段（１３）と、 からなる光増幅装置において、 各第１光ポンプビームは、前記ポンプ波長で複数のポン
    プ光源からの各第２光ポンプビームの所定部分を含むこ
    とを特徴とする光増幅装置。
  2. 【請求項２】 Ｍ個のポンプ光源（１１）と、Ｎ個のド
    ープファイバ光増幅器（１５）とを有し、ここで、Ｎと
    Ｍは、２以上の正整数であることを特徴とする請求項１
    の装置。
  3. 【請求項３】 光増幅器に入力されるパワーに応答し
    て、前記ポンプ光源により生成される光ポンプビームの
    パワーを制御する手段（２２）をさらに有することを特
    徴とする請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 前記結合手段（１３）に光学的に接続さ
    れて、個別のポンプビームを生成するスペアポンプ光源
    と、 そのポンプビームを前記結合手段に所定の基準の発生時
    に供給するようを前記スペアポンプ光源を制御する手段
    （２２）とをさらに有することを特徴とする請求項１の
    装置。
  5. 【請求項５】 前記所定の基準は、複数のポンプ光源の
    少なくとも一つのポンプ光源の故障であることを特徴と
    する請求項４の装置。
  6. 【請求項６】 Ｍ個のポンプ光源とＮ個のドープファイ
    バ光増幅器とを有し、ここで、ＮとＭは２以上の正整数
    である。ことを特徴とする請求項４の装置。
  7. 【請求項７】 前記結合手段は、複数の光源と増幅器と
    を光学的に結合する十分な数の入力と出力ポートとを有
    する光スターカプラであることを特徴とする請求項１の
    装置。
  8. 【請求項８】 ポンプ波長で入力光ビームを生成する複
    数の光源（１１）と、 入力光ビームの一つを受光するよう結合された複数の入
    力導波路（１２）と、 複数の出力導波路（１４）と、 その複数の出力光ビームは、ポンプ波長で形成されて、
    複数の出力導波路に結合されるよう、複数の入力導波路
    と複数の出力導波路との間に配置され、複数の入力光ビ
    ームを混合する結合領域（１３）と、 複数の出力導波路からの異なる一つからの光ビームを受
    光する光ポートを有する複数のドープファイバ光増幅器
    （１５）と、 からなることを特徴とする光増幅装置。
  9. 【請求項９】 Ｍ個のポンプ光源とＮ個のドープファイ
    バ光増幅器とを有し、ここで、ＮとＭは２以上の正整数
    である。ことを特徴とする請求項８の装置。
  10. 【請求項１０】 前記結合手段に光学的に接続されて、
    個別のポンプビームを生成するスペアポンプ光源とその
    ポンプビームを前記結合手段に所定の基準の発生時に供
    給するようを前記スペアポンプ光源を制御する手段と、 をさらに有することを特徴とする請求項８の装置。
  11. 【請求項１１】 前記所定の基準は、複数のポンプ光源
    の少なくとも一つのポンプ光源の故障であることを特徴
    とする請求項１０の装置。
  12. 【請求項１２】 Ｍ個のポンプ光源とＮ個のドープファ
    イバ光増幅器とを有し、ここで、ＮとＭは２以上の正整
    数である。ことを特徴とする請求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 前記結合手段は、複数の光源と増幅器
    とを光学的に結合する十分な数の入力と出力ポートとを
    有する光スターカプラであることを特徴とする請求項８
    の装置。
  14. 【請求項１４】 複数のポンプされたドープファイバ光
    増幅器と、 ポンプ光ビームを生成する複数のポンプ光源と、 各ポンプビームのパワーの一部は各ポンプされた光増幅
    器に分配されるように複数のポンプ光源を複数のポンプ
    光増幅器に光学的に結合する手段と、 を有することを特徴とする光増幅装置。
  15. 【請求項１５】 前記結合手段は、複数の入力ポートと
    複数の出力ポートを有するスターカプラ要素を有し、 前記入力ポートは、前記ポンプ光源に接続され、前記出
    力ポートは光増幅器のポンプポートに接続されることを
    特徴とする請求項１４の装置。
JP5222768A 1992-08-21 1993-08-17 光増幅装置 Pending JPH06204594A (ja)

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