JPH07123059A - 光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路 - Google Patents
光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路Info
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- JPH07123059A JPH07123059A JP5270190A JP27019093A JPH07123059A JP H07123059 A JPH07123059 A JP H07123059A JP 5270190 A JP5270190 A JP 5270190A JP 27019093 A JP27019093 A JP 27019093A JP H07123059 A JPH07123059 A JP H07123059A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自
動利得制御回路に関し、安定な利得制御特性を有する自
動利得制御方法及び自動利得制御回路を提供することを
目的とする。 【構成】 自然放出光検出部によって希土類元素添加光
ファイバの側面から漏洩する自然放出光を検出して電気
変換し、該電気変換された信号によって励起光発生部を
制御する光ファイバ増幅器の自動利得制御方法におい
て、自然放出光を検出して電気変換した信号を、指数関
数変換して励起光発生部に印加するように構成する。
動利得制御回路に関し、安定な利得制御特性を有する自
動利得制御方法及び自動利得制御回路を提供することを
目的とする。 【構成】 自然放出光検出部によって希土類元素添加光
ファイバの側面から漏洩する自然放出光を検出して電気
変換し、該電気変換された信号によって励起光発生部を
制御する光ファイバ増幅器の自動利得制御方法におい
て、自然放出光を検出して電気変換した信号を、指数関
数変換して励起光発生部に印加するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類元素添加光ファ
イバを適用した光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及
び自動利得制御回路に係り、特に、光ファイバ増幅器の
利得の設定値如何にかかわりなく安定な利得制御特性を
得られる光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動
利得制御回路に関する。
イバを適用した光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及
び自動利得制御回路に係り、特に、光ファイバ増幅器の
利得の設定値如何にかかわりなく安定な利得制御特性を
得られる光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動
利得制御回路に関する。
【０００２】光通信における中継は、光信号を電気信号
に変換して所要の波形処理をした後に再び光信号に変換
して送出する方式で行なわれてきたが、最近、希土類元
素を添加した光ファイバを適用した光ファイバ増幅器が
開発され、中でもエルビウムを添加した光ファイバを使
用した光ファイバ増幅器が実用に移されている。
に変換して所要の波形処理をした後に再び光信号に変換
して送出する方式で行なわれてきたが、最近、希土類元
素を添加した光ファイバを適用した光ファイバ増幅器が
開発され、中でもエルビウムを添加した光ファイバを使
用した光ファイバ増幅器が実用に移されている。
【０００３】エルビウム添加光ファイバ増幅器は、波長
１．４８μｍ又は０．９８μｍ又は０．８０７μｍの励
起光によって、添加されたエルビウムのエネルギー分布
に負温度状態を形成したところへ波長１．５５μｍの信
号光を入射した時に誘導されて放出される１．５５μの
光によって、信号光を直接増幅するものである。
１．４８μｍ又は０．９８μｍ又は０．８０７μｍの励
起光によって、添加されたエルビウムのエネルギー分布
に負温度状態を形成したところへ波長１．５５μｍの信
号光を入射した時に誘導されて放出される１．５５μの
光によって、信号光を直接増幅するものである。
【０００４】この時、誘導放出光と共に自然放出光も発
生して光ファイバの側面より漏洩する。この自然放出光
を検出することによって光ファイバ増幅器の利得のモニ
タや利得の制御を行なえることは、電子情報通信学会光
通信システム研究会の９１−３２、「ファイバ側面から
の自然放出光の検出によるＥＤＦＡの利得制御方法」
（１９９１年１０月）の発表等により公知である。ファ
イバ側面からの漏洩光を検出するこの方式は、自動利得
制御のために光路に何も挿入する必要がないために有用
な方式であり、その実用化のために安定な自動利得制御
方法及び自動利得制御回路の実現が望まれている。
生して光ファイバの側面より漏洩する。この自然放出光
を検出することによって光ファイバ増幅器の利得のモニ
タや利得の制御を行なえることは、電子情報通信学会光
通信システム研究会の９１−３２、「ファイバ側面から
の自然放出光の検出によるＥＤＦＡの利得制御方法」
（１９９１年１０月）の発表等により公知である。ファ
イバ側面からの漏洩光を検出するこの方式は、自動利得
制御のために光路に何も挿入する必要がないために有用
な方式であり、その実用化のために安定な自動利得制御
方法及び自動利得制御回路の実現が望まれている。
【０００５】
【従来の技術】図７は、自然放出光検出による従来の自
動利得制御回路を適用した光ファイバ増幅器の構成を示
す。
動利得制御回路を適用した光ファイバ増幅器の構成を示
す。
【０００６】図７において、１、２は光アイソレータ、
３は励起光を結合する合波器、４はエルビウムを添加し
た光ファイバ、５は自然放出光検出部、６は励起光発生
部である。
３は励起光を結合する合波器、４はエルビウムを添加し
た光ファイバ、５は自然放出光検出部、６は励起光発生
部である。
【０００７】励起光発生部の出力光によって、光ファイ
バに添加されたエルビウムはエネルギーの高い準位に励
起される。この状態で信号光を入射すると誘導放出光の
放出が起こり、信号光が増幅される。同時に、自然放出
光も発生して一部が光ファイバの側面から漏洩する。こ
の漏洩した自然放出光のエネルギーは光ファイバ増幅器
の利得と相関があるので、自然放出光を検出して励起光
発生部に帰還をかければ自動利得制御が可能である。
バに添加されたエルビウムはエネルギーの高い準位に励
起される。この状態で信号光を入射すると誘導放出光の
放出が起こり、信号光が増幅される。同時に、自然放出
光も発生して一部が光ファイバの側面から漏洩する。こ
の漏洩した自然放出光のエネルギーは光ファイバ増幅器
の利得と相関があるので、自然放出光を検出して励起光
発生部に帰還をかければ自動利得制御が可能である。
【０００８】以下において、従来の自動利得制御回路の
問題点を説明する。光ファイバ増幅器の利得Ｇは次の式
で与えられる。 Ｇ＝ｅｘｐ（ｃ∫ＰSE（ｚ）ｄｚ−αＬ） （１） 但し、 ＰSE（ｚ）：エルビウム添加光ファイバ上の点ｚにおけ
る自然放出光パワー Ｌ ：エルビウム添加光ファイバの長さ ｃ ：エルビウム添加光ファイバにより決まる定
数 α ：エルビウム添加光ファイバの吸収損 である。つまり、光ファイバ増幅器の利得と自然放出光
のパワーには一義的な関係があるので、自動利得制御回
路によって自然放出光パワーを一定に保つことにより、
光ファイバ増幅器の利得を一定に制御できる。
問題点を説明する。光ファイバ増幅器の利得Ｇは次の式
で与えられる。 Ｇ＝ｅｘｐ（ｃ∫ＰSE（ｚ）ｄｚ−αＬ） （１） 但し、 ＰSE（ｚ）：エルビウム添加光ファイバ上の点ｚにおけ
る自然放出光パワー Ｌ ：エルビウム添加光ファイバの長さ ｃ ：エルビウム添加光ファイバにより決まる定
数 α ：エルビウム添加光ファイバの吸収損 である。つまり、光ファイバ増幅器の利得と自然放出光
のパワーには一義的な関係があるので、自動利得制御回
路によって自然放出光パワーを一定に保つことにより、
光ファイバ増幅器の利得を一定に制御できる。
【０００９】一般に、自然放出光の検出にはフォトダイ
オードが用いられる。自然放出光を検出した時のフォト
ダイオードの電流（以下、モニタ電流と呼ぶ）をＩP と
すれば，ＩP は次の式で表される性質を持っている。
オードが用いられる。自然放出光を検出した時のフォト
ダイオードの電流（以下、モニタ電流と呼ぶ）をＩP と
すれば，ＩP は次の式で表される性質を持っている。
【００１０】 ＩP ∝∫ＰSE（ｚ）ｄｚ （２） 即ち、光ファイバ増幅器の利得とモニタ電流は１：１に
対応しているから、モニタ電流が一定になるように自動
利得制御ループを構成すれば、光ファイバ増幅器の利得
を安定化できる。
対応しているから、モニタ電流が一定になるように自動
利得制御ループを構成すれば、光ファイバ増幅器の利得
を安定化できる。
【００１１】さて、式（１）、式（２）により、光ファ
イバ増幅器の利得とモニタ電流の関係は、ｃ1 とｃ2 を
エルビウム添加光ファイバによって決まる定数として次
の式のようになる。
イバ増幅器の利得とモニタ電流の関係は、ｃ1 とｃ2 を
エルビウム添加光ファイバによって決まる定数として次
の式のようになる。
【００１２】 Ｇ＝ｃ1 ｅｘｐ（ＩP ）＋ｃ2 （３） 通常、励起光発生部に使用されてエルビウム添加光ファ
イバに励起光を供給するのは半導体レーザダイオードで
ある。この半導体レーザダイオードの駆動電流はモニタ
電流によって制御されており、モニタ電流の変化分ΔＩ
P によって半導体レーザダイオードの駆動電流ＩLDに変
化分ΔＩLDが生ずる。そして、ΔＩLDとΔＩP は比例関
係である。
イバに励起光を供給するのは半導体レーザダイオードで
ある。この半導体レーザダイオードの駆動電流はモニタ
電流によって制御されており、モニタ電流の変化分ΔＩ
P によって半導体レーザダイオードの駆動電流ＩLDに変
化分ΔＩLDが生ずる。そして、ΔＩLDとΔＩP は比例関
係である。
【００１３】更に、励起レーザの駆動電流と励起レーザ
の光出力ＰLDの関係は線型と考えられる領域で動作させ
るので、励起レーザの光出力ＰLDと光増幅器の利得Ｇの
関係も線型であるから、モニタ電流の変化分と光増幅器
の利得の変化分ΔＧの間にも線型関係が成立する。
の光出力ＰLDの関係は線型と考えられる領域で動作させ
るので、励起レーザの光出力ＰLDと光増幅器の利得Ｇの
関係も線型であるから、モニタ電流の変化分と光増幅器
の利得の変化分ΔＧの間にも線型関係が成立する。
【００１４】 ΔＧ／ΔＩP ＝一定 （４） 即ち、モニタ電流の変化分に対して光ファイバ増幅器の
利得は常に一定の傾斜で補正されることを表している。
これをＧとＩP の関係として図示すれば、図８の折れ線
の傾斜部になる。初めに利得ＧがＰ1 で表される利得で
あったとする。これがＰ2 で表される利得に変化しよう
とした時、自動利得制御回路が働いてＧはＰ1 で表され
る利得に制御される。そして、動作領域ではＧとＩP が
直線関係であるから、Ｇが折れ線の傾斜部上で最初にい
かなる利得であっても、利得に変化が生じようとすると
常にその変化分を補正して元の利得に制御することがで
きる。
利得は常に一定の傾斜で補正されることを表している。
これをＧとＩP の関係として図示すれば、図８の折れ線
の傾斜部になる。初めに利得ＧがＰ1 で表される利得で
あったとする。これがＰ2 で表される利得に変化しよう
とした時、自動利得制御回路が働いてＧはＰ1 で表され
る利得に制御される。そして、動作領域ではＧとＩP が
直線関係であるから、Ｇが折れ線の傾斜部上で最初にい
かなる利得であっても、利得に変化が生じようとすると
常にその変化分を補正して元の利得に制御することがで
きる。
【００１５】しかし、現実にＧとＩP は図８の曲線の関
係にある。このため、曲線上のＰ0付近で適切な利得制
御が可能なように設定すると、Ｐ3 で表される高い利得
の時にＰ4 で表される利得に変化しようとした場合に
は、自動利得制御回路が働いても、図のようにＰ3 で表
される利得には制御できない。即ち、光ファイバ増幅器
のループ利得が小さく、変動を十分に圧縮できずに利得
安定度が悪い状態である。一方、Ｐ5 で表される低い利
得の時にＰ6 で表される利得に変化しようとした場合に
は自動利得制御回路の作用によって元の利得より抑圧さ
れる。この場合は、光増幅器のループ利得が高く、発振
に至る恐れがある。
係にある。このため、曲線上のＰ0付近で適切な利得制
御が可能なように設定すると、Ｐ3 で表される高い利得
の時にＰ4 で表される利得に変化しようとした場合に
は、自動利得制御回路が働いても、図のようにＰ3 で表
される利得には制御できない。即ち、光ファイバ増幅器
のループ利得が小さく、変動を十分に圧縮できずに利得
安定度が悪い状態である。一方、Ｐ5 で表される低い利
得の時にＰ6 で表される利得に変化しようとした場合に
は自動利得制御回路の作用によって元の利得より抑圧さ
れる。この場合は、光増幅器のループ利得が高く、発振
に至る恐れがある。
【００１６】このため、利得が図８の曲線上のどこにあ
っても安定な利得が得られる、光ファイバ増幅器の自動
利得制御方法及び自動利得制御回路の実現が望まれてい
る。
っても安定な利得が得られる、光ファイバ増幅器の自動
利得制御方法及び自動利得制御回路の実現が望まれてい
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
に対処して、常に安定な利得制御特性を実現できる光フ
ァイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路
を提供することを目的とする。
に対処して、常に安定な利得制御特性を実現できる光フ
ァイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路
を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の自動利
得制御回路を適用した光ファイバ増幅器の原理図であ
る。
得制御回路を適用した光ファイバ増幅器の原理図であ
る。
【００１９】図１において、１、２は光アイソレータ、
３は励起光を結合する合波器、４はエルビウムを添加し
た光ファイバ、５は自然放出光検出部、６は励起光発生
部、７は指数関数変換部である。指数関数変換部はモニ
タ電流ＩP を指数関数変換する回路であり、自然放出光
検出部、励起光発生部は線型回路である。
３は励起光を結合する合波器、４はエルビウムを添加し
た光ファイバ、５は自然放出光検出部、６は励起光発生
部、７は指数関数変換部である。指数関数変換部はモニ
タ電流ＩP を指数関数変換する回路であり、自然放出光
検出部、励起光発生部は線型回路である。
【００２０】
【作用】モニタ電流ＩP を指数変換して励起光発生部を
制御するので、レーザ駆動電流ＩLDは、ｃ3 とｃ4 を電
気回路によって決まる定数とすると次のように表され
る。
制御するので、レーザ駆動電流ＩLDは、ｃ3 とｃ4 を電
気回路によって決まる定数とすると次のように表され
る。
【００２１】 ＩLD＝ｃ3 ｅｘｐ（ＩP ）＋ｃ4 （５） そして、この場合にもＩLDとＰLD及びＰLDとＧの関係は
線型関係であることには変わりがないので、自動利得制
御系でのＩP とＧの関係は、ｃ5 とｃ6 を電気回路、励
起レーザ及びエルビウム添加光ファイバによって決まる
定数とすると、 Ｇ＝ｃ5 ｅｘｐ（ＩP ）＋ｃ6 （６） となる。
線型関係であることには変わりがないので、自動利得制
御系でのＩP とＧの関係は、ｃ5 とｃ6 を電気回路、励
起レーザ及びエルビウム添加光ファイバによって決まる
定数とすると、 Ｇ＝ｃ5 ｅｘｐ（ＩP ）＋ｃ6 （６） となる。
【００２２】つまり、光ファイバ増幅器における利得と
モニタ電流の関係を示す式（３）と同じ関数形となる。
従って、自動利得制御系で制御可能な利得の変化分ΔＧ
とモニタ電流の変化分ΔＩP の関係を、次の式で表され
る関係にすることができる。
モニタ電流の関係を示す式（３）と同じ関数形となる。
従って、自動利得制御系で制御可能な利得の変化分ΔＧ
とモニタ電流の変化分ΔＩP の関係を、次の式で表され
る関係にすることができる。
【００２３】ΔＧ＝ｃ5 ｅｘｐ（ＩP ）・ΔＩP これは、とりもなおさず、図８の曲線上でいかなる利得
に設定しても、利得が変化するとその設定点での微分係
数が関与して利得変化を圧縮できることを意味する。
に設定しても、利得が変化するとその設定点での微分係
数が関与して利得変化を圧縮できることを意味する。
【００２４】
【実施例】図２は、本発明の実施例を示す図である。図
２において、５ａはフォトダイオード、５ｂは電流−電
圧変換回路で、５ａと５ｂによって自然放出光検出部５
を構成する。６ａはレーザ駆動回路、６ｂはレーザダイ
オードで、６ａと６ｂで励起光発生部６を構成する。そ
して、７は指数関数変換部である。
２において、５ａはフォトダイオード、５ｂは電流−電
圧変換回路で、５ａと５ｂによって自然放出光検出部５
を構成する。６ａはレーザ駆動回路、６ｂはレーザダイ
オードで、６ａと６ｂで励起光発生部６を構成する。そ
して、７は指数関数変換部である。
【００２５】フォトダイオードは自然放出光を受光して
電流として出力する。この電流を電流−電圧変換回路に
おいて電圧に変換する。この電圧を指数関数変換した電
圧がレーザ駆動回路を制御し、レーザダイオードの駆動
電流が決定される。そして、レーザダイオードの出力光
はエルビウムを添加した光ファイバに入射される。
電流として出力する。この電流を電流−電圧変換回路に
おいて電圧に変換する。この電圧を指数関数変換した電
圧がレーザ駆動回路を制御し、レーザダイオードの駆動
電流が決定される。そして、レーザダイオードの出力光
はエルビウムを添加した光ファイバに入射される。
【００２６】図３、図４、図５は本発明の実施例の各部
の構成を示す図で、図３は自然放出光検出部の構成、図
４は指数関数変換部の構成、図５は励起光発生部の構成
である。
の構成を示す図で、図３は自然放出光検出部の構成、図
４は指数関数変換部の構成、図５は励起光発生部の構成
である。
【００２７】自然放出光検出部の構成を示す図３におい
て、５０は自然放出光を受光するフォトダイオード、５
１、５６は演算増幅器、５２、５４、５５、５７、５９
は抵抗、５３、５８はコンデンサである。自然放出光を
受光してフォトダイオードに電流ＩP が流れると、この
ＩP は演算増幅器５１の入力抵抗が非常に高いために抵
抗５２（この抵抗値をＲ52とする）を流れる。しかも、
演算増幅器５１の反転入力端子の電位は零ボルトである
（仮想接地電位）から、演算増幅器５１の出力端子の電
位はＩP Ｒ52となる。即ち、演算増幅器５１と抵抗５２
によって電流−電圧変換機能を実現する。次段の抵抗５
４、５５、５７、５９と演算増幅器５６、コンデンサ５
８によって構成される増幅器は、指数関数変換回路への
入力電圧のＩP に対する傾きとオフセット電圧を調整す
る機能を持つ。
て、５０は自然放出光を受光するフォトダイオード、５
１、５６は演算増幅器、５２、５４、５５、５７、５９
は抵抗、５３、５８はコンデンサである。自然放出光を
受光してフォトダイオードに電流ＩP が流れると、この
ＩP は演算増幅器５１の入力抵抗が非常に高いために抵
抗５２（この抵抗値をＲ52とする）を流れる。しかも、
演算増幅器５１の反転入力端子の電位は零ボルトである
（仮想接地電位）から、演算増幅器５１の出力端子の電
位はＩP Ｒ52となる。即ち、演算増幅器５１と抵抗５２
によって電流−電圧変換機能を実現する。次段の抵抗５
４、５５、５７、５９と演算増幅器５６、コンデンサ５
８によって構成される増幅器は、指数関数変換回路への
入力電圧のＩP に対する傾きとオフセット電圧を調整す
る機能を持つ。
【００２８】尚、電流を電圧に変換する機能をフォトダ
イオードに直列な抵抗一本で実現して、自然光検出部の
構成を簡単にすることもできる。指数関数変換部の構成
を示す図４において、７０、７１はトランジスタ、７
２、７６は演算増幅器、７３、７８はコンデンサ、７
４、７５、７７は抵抗である。以下、図４の入力電圧Ｖ
INを指数関数変換する原理を説明する。
イオードに直列な抵抗一本で実現して、自然光検出部の
構成を簡単にすることもできる。指数関数変換部の構成
を示す図４において、７０、７１はトランジスタ、７
２、７６は演算増幅器、７３、７８はコンデンサ、７
４、７５、７７は抵抗である。以下、図４の入力電圧Ｖ
INを指数関数変換する原理を説明する。
【００２９】今、演算増幅器７２の反転入力端子は仮想
接地電位であるから、抵抗７５の抵抗値をＲ75とし、抵
抗７５に接続される電源の電圧をＶREF とすると、抵抗
７５を流れる電流はＶREF ／Ｒ75となる。演算増幅器７
２の反転入力端子の抵抗は極めて大きく演算増幅器には
電流が流れ込まないので、この電流はトランジスタ７０
のコレクタに全て流入する。
接地電位であるから、抵抗７５の抵抗値をＲ75とし、抵
抗７５に接続される電源の電圧をＶREF とすると、抵抗
７５を流れる電流はＶREF ／Ｒ75となる。演算増幅器７
２の反転入力端子の抵抗は極めて大きく演算増幅器には
電流が流れ込まないので、この電流はトランジスタ７０
のコレクタに全て流入する。
【００３０】トランジスタ７０、７１にはペア・トラン
ジスタを適用すればそのベース・エミッタ間電圧は等し
いと考えてよく、これをＶBEとすれば、トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流の関係から、 ＶREF ／Ｒ75＝Ｉ0 ｅｘｐ（−ｑＶBE／ｋＴ） （７） の関係が成り立つ。但し、Ｉ0 は電流のディメンジョン
を持つ定数、ｑは電子の電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔ
は絶対温度である。一方、トランジスタ７１のベース・
エミッタ間電圧は、トランジスタ７０の入力電圧をＶIN
とすれば（ＶBE−ＶIN）であるので、トランジスタ７１
のコレクタ電流Ｉは次の式で与えられる。
ジスタを適用すればそのベース・エミッタ間電圧は等し
いと考えてよく、これをＶBEとすれば、トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流の関係から、 ＶREF ／Ｒ75＝Ｉ0 ｅｘｐ（−ｑＶBE／ｋＴ） （７） の関係が成り立つ。但し、Ｉ0 は電流のディメンジョン
を持つ定数、ｑは電子の電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔ
は絶対温度である。一方、トランジスタ７１のベース・
エミッタ間電圧は、トランジスタ７０の入力電圧をＶIN
とすれば（ＶBE−ＶIN）であるので、トランジスタ７１
のコレクタ電流Ｉは次の式で与えられる。
【００３１】 Ｉ＝Ｉ0 ｅｘｐ〔−ｑ（ＶBE−ＶIN）／ｋＴ〕 （８） ここで式（８）に式（７）を代入すると、次の式を得
る。 Ｉ＝（ＶREF ／Ｒ75）ｅｘｐ（ｑＶIN／ｋＴ） （９） 従って、指数関数変換部の出力電圧ＶOUT は、抵抗７７
の抵抗値をＲ77とすれば次の式で表される。
る。 Ｉ＝（ＶREF ／Ｒ75）ｅｘｐ（ｑＶIN／ｋＴ） （９） 従って、指数関数変換部の出力電圧ＶOUT は、抵抗７７
の抵抗値をＲ77とすれば次の式で表される。
【００３２】 ＶOUT ＝〔（ＶREF ・Ｒ77）／Ｒ75〕ｅｘｐ（ｑＶIN／ｋＴ） （10） 自然放出光検出部で説明したように、ＶINはＩP に比例
するので、Ａを定数とすればＶOUT はＩP によって次式
で表される。
するので、Ａを定数とすればＶOUT はＩP によって次式
で表される。
【００３３】 ＶOUT ＝〔（ＶREF ・Ｒ77）／Ｒ75〕ｅｘｐ（Ａ・ＩP ／Ｔ） （11） 即ち、モニタ電流ＩP が指数関数変換されたことにな
る。励起光発生部の構成を示す図５において、６０は演
算増幅器、６１、６２、６４、６６は抵抗、６３はコン
デンサ、６５はトランジスタ、６７はレーザダイオード
である。式（１１）のＶOUT は自動利得制御ループのル
ープ利得を確保するために、演算増幅器６０の非反転入
力端子に入力された利得設定基準電位に応じて、演算増
幅器６０、抵抗６１、６２、コンデンサ６３による増幅
器で高利得で増幅されて、トランジスタ６５に印加さ
れ、レーザダイオードの駆動電流に変換される。従っ
て、トランジスタ６５のＶBEによる誤差を無視しうるよ
うに設計すれば、レーザダイオードの駆動電流ＩLDはモ
ニタ電流ＩP の指数関数で表わされる。そして、最終的
に自動利得制御系の制御特性が式（６）のようにモニタ
電流ＩP の指数関数で表わされることになる。これによ
り、自動利得制御系の制御特性と光ファイバ増幅器の利
得がともにモニタ電流のＩP の指数関数になり、利得の
如何に関わらずその利得における最適な利得変動の抑圧
特性を有する自動利得制御回路が得られる。
る。励起光発生部の構成を示す図５において、６０は演
算増幅器、６１、６２、６４、６６は抵抗、６３はコン
デンサ、６５はトランジスタ、６７はレーザダイオード
である。式（１１）のＶOUT は自動利得制御ループのル
ープ利得を確保するために、演算増幅器６０の非反転入
力端子に入力された利得設定基準電位に応じて、演算増
幅器６０、抵抗６１、６２、コンデンサ６３による増幅
器で高利得で増幅されて、トランジスタ６５に印加さ
れ、レーザダイオードの駆動電流に変換される。従っ
て、トランジスタ６５のＶBEによる誤差を無視しうるよ
うに設計すれば、レーザダイオードの駆動電流ＩLDはモ
ニタ電流ＩP の指数関数で表わされる。そして、最終的
に自動利得制御系の制御特性が式（６）のようにモニタ
電流ＩP の指数関数で表わされることになる。これによ
り、自動利得制御系の制御特性と光ファイバ増幅器の利
得がともにモニタ電流のＩP の指数関数になり、利得の
如何に関わらずその利得における最適な利得変動の抑圧
特性を有する自動利得制御回路が得られる。
【００３４】さて、本発明の指数関数変換回路では式
（１１）に見られる如く、式の中に絶対温度Ｔの項が含
まれており、ＶOUT には温度依存性が生ずる。温度１度
の変化で式（１１）の括弧の中の温度係数は常温（３０
０Ｋ程度）では約−３０００ｐｐｍ程度である。光ファ
イバ増幅器の周囲温度の変動は±１０度程度は見込む必
要があるので、この範囲で±３００００ｐｐｍ即ち３％
程度の変化がが生じ、この変化は利得の制御特性の誤差
になる。そして、中継系が長距離の場合には光ファイバ
増幅器の段数が多くなり、それだけ上記の制御特性の誤
差が累積されるので、ＶOUT の温度係数を補償する必要
がある。
（１１）に見られる如く、式の中に絶対温度Ｔの項が含
まれており、ＶOUT には温度依存性が生ずる。温度１度
の変化で式（１１）の括弧の中の温度係数は常温（３０
０Ｋ程度）では約−３０００ｐｐｍ程度である。光ファ
イバ増幅器の周囲温度の変動は±１０度程度は見込む必
要があるので、この範囲で±３００００ｐｐｍ即ち３％
程度の変化がが生じ、この変化は利得の制御特性の誤差
になる。そして、中継系が長距離の場合には光ファイバ
増幅器の段数が多くなり、それだけ上記の制御特性の誤
差が累積されるので、ＶOUT の温度係数を補償する必要
がある。
【００３５】この温度係数補償の方法について、図３か
ら図５を用いて説明する。まず、自然放出光検出手段に
おいて考えれば、電流ＩP に抵抗値Ｒ52を乗じて電圧変
換するので、抵抗値Ｒ52が式（１１）の定数Ａに一次の
項として含まれている。従って、抵抗値Ｒ52の温度係数
が約＋３０００ｐｐｍであれば式（１１）の指数関数の
中の温度特性を補償できる。この場合に適用しうる抵抗
は、商品名を記載するのは差し控えるが、市販されてい
るので入手は容易である。
ら図５を用いて説明する。まず、自然放出光検出手段に
おいて考えれば、電流ＩP に抵抗値Ｒ52を乗じて電圧変
換するので、抵抗値Ｒ52が式（１１）の定数Ａに一次の
項として含まれている。従って、抵抗値Ｒ52の温度係数
が約＋３０００ｐｐｍであれば式（１１）の指数関数の
中の温度特性を補償できる。この場合に適用しうる抵抗
は、商品名を記載するのは差し控えるが、市販されてい
るので入手は容易である。
【００３６】又、指数関数を級数展開すれば判るよう
に、絶対温度Ｔの変化によって指数関数の中で生ずる温
度係数とＶOUT の温度係数は近似的に等しい。従って、
ＶOUTの指数関数の外の係数の温度係数を約＋３０００
ｐｐｍにしても、温度特性の補償が可能である。従っ
て、例えば抵抗７５の抵抗値Ｒ75の温度係数を約＋３０
００ｐｐｍにしても補償可能である。
に、絶対温度Ｔの変化によって指数関数の中で生ずる温
度係数とＶOUT の温度係数は近似的に等しい。従って、
ＶOUTの指数関数の外の係数の温度係数を約＋３０００
ｐｐｍにしても、温度特性の補償が可能である。従っ
て、例えば抵抗７５の抵抗値Ｒ75の温度係数を約＋３０
００ｐｐｍにしても補償可能である。
【００３７】更に、自然放出光検出部から励起光発生部
に至る間に演算増幅器に帰還をかけた形の増幅器が多段
に用いられている。これら増幅器の利得は全て指数関数
の外の係数に一次の形で含まれる。従って、いずれかの
増幅器の帰還抵抗に温度係数約＋３０００ｐｐｍの抵抗
を適用して、他の部分の温度係数を零にすれば同じ作用
を実現できる。又、このように演算増幅器の帰還抵抗の
温度係数で、温度変動による特性変動を補償する場合に
は、必ずしも１段の増幅器で行なう必要はない。複数段
の増幅器の帰還抵抗に温度係数を持たせ、それらの和を
約＋３０００ｐｐｍに等しくすればよい。こうすれば、
いずれか１段で補償する場合に比べて、特定の温度係数
の抵抗に限定されないため、設計に自由度が生ずる利点
が生ずる。
に至る間に演算増幅器に帰還をかけた形の増幅器が多段
に用いられている。これら増幅器の利得は全て指数関数
の外の係数に一次の形で含まれる。従って、いずれかの
増幅器の帰還抵抗に温度係数約＋３０００ｐｐｍの抵抗
を適用して、他の部分の温度係数を零にすれば同じ作用
を実現できる。又、このように演算増幅器の帰還抵抗の
温度係数で、温度変動による特性変動を補償する場合に
は、必ずしも１段の増幅器で行なう必要はない。複数段
の増幅器の帰還抵抗に温度係数を持たせ、それらの和を
約＋３０００ｐｐｍに等しくすればよい。こうすれば、
いずれか１段で補償する場合に比べて、特定の温度係数
の抵抗に限定されないため、設計に自由度が生ずる利点
が生ずる。
【００３８】抵抗値Ｒ52は電流−電圧変換回路の利得を
決めるものであり、抵抗値Ｒ75は指数関数変換回路の利
得を決めるものであるから、結局上記は回路の利得に１
／Ｔの温度係数を補償する温度係数を持たせることにほ
かならない。
決めるものであり、抵抗値Ｒ75は指数関数変換回路の利
得を決めるものであるから、結局上記は回路の利得に１
／Ｔの温度係数を補償する温度係数を持たせることにほ
かならない。
【００３９】図６は、温度特性を補償する他の原理的回
路例で、１／Ｔの温度係数を補償する電圧を発生する回
路である。図６において、８０は電圧フォロワ接続の演
算増幅器、８１は少なくとも一つのダイオード、８２は
抵抗、８３はプルアップ回路である。そして、この回路
の入力端子は自動利得制御回路を構成するいずれかの増
幅器の出力端子に接続し、又、出力端子は次段の増幅器
の入力端子に接続する。ここでは例として、この回路を
指数関数変換部の出力端子に接続するものとして作用を
説明する。指数関数変換部の出力電圧ＶOUT は、基準温
度における値をＶ0 、温度係数をβ、基準温度からの温
度変化をｔとすれば、ＶOUT ＝Ｖ0 （１−βｔ）と表現
できる。一方、ダイオードの端子電圧ＶD も、ＶD0を基
準温度における値、γを１度あたりのＶD の変化とする
と、ＶD ＝ＶD0−γｔとなる。従って演算増幅器の入力
電圧Ｖは、Ｖ＝（Ｖ0 −ＶD0）−（γ−βＶ0 ）ｔとな
る。従ってγ＝βＶ0 とすればＶには温度特性がなくな
り、絶対温度の項による温度係数が補償されることにな
る。今、Ｖ0 が２ボルトであればβ≒１／３００（３０
００ｐｐｍ）であるから、γが６ｍＶ／℃なら温度特性
がなくなる。シリコン接合ダイオード１個の順方向電圧
の温度特性は２ｍＶ／℃であるから、ダイオード８１は
シリコン接合ダイオードを３個直列に接続したもので実
現できる。ただ、この回路ではＶOUT からダイオードの
順方向電圧を差し引くため、ＶOUT 自体に大きな誤差が
生ずるので、電圧フォロワの出力側で電圧をプル・アッ
プして誤差を補償する必要がある。プル・アップ回路は
そのために挿入されている。
路例で、１／Ｔの温度係数を補償する電圧を発生する回
路である。図６において、８０は電圧フォロワ接続の演
算増幅器、８１は少なくとも一つのダイオード、８２は
抵抗、８３はプルアップ回路である。そして、この回路
の入力端子は自動利得制御回路を構成するいずれかの増
幅器の出力端子に接続し、又、出力端子は次段の増幅器
の入力端子に接続する。ここでは例として、この回路を
指数関数変換部の出力端子に接続するものとして作用を
説明する。指数関数変換部の出力電圧ＶOUT は、基準温
度における値をＶ0 、温度係数をβ、基準温度からの温
度変化をｔとすれば、ＶOUT ＝Ｖ0 （１−βｔ）と表現
できる。一方、ダイオードの端子電圧ＶD も、ＶD0を基
準温度における値、γを１度あたりのＶD の変化とする
と、ＶD ＝ＶD0−γｔとなる。従って演算増幅器の入力
電圧Ｖは、Ｖ＝（Ｖ0 −ＶD0）−（γ−βＶ0 ）ｔとな
る。従ってγ＝βＶ0 とすればＶには温度特性がなくな
り、絶対温度の項による温度係数が補償されることにな
る。今、Ｖ0 が２ボルトであればβ≒１／３００（３０
００ｐｐｍ）であるから、γが６ｍＶ／℃なら温度特性
がなくなる。シリコン接合ダイオード１個の順方向電圧
の温度特性は２ｍＶ／℃であるから、ダイオード８１は
シリコン接合ダイオードを３個直列に接続したもので実
現できる。ただ、この回路ではＶOUT からダイオードの
順方向電圧を差し引くため、ＶOUT 自体に大きな誤差が
生ずるので、電圧フォロワの出力側で電圧をプル・アッ
プして誤差を補償する必要がある。プル・アップ回路は
そのために挿入されている。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により光ファ
イバ増幅器の自動利得制御回路の制御特性を安定化する
ことが可能になり、且つ、制御特性を安定化した自動利
得制御回路の温度特性を補償することも可能になって、
安定な光ファイバ増幅器の実現に寄与することができ
る。
イバ増幅器の自動利得制御回路の制御特性を安定化する
ことが可能になり、且つ、制御特性を安定化した自動利
得制御回路の温度特性を補償することも可能になって、
安定な光ファイバ増幅器の実現に寄与することができ
る。
【図１】 本発明の自動利得制御回路を適用した光ファ
イバ増幅器。
イバ増幅器。
【図２】 本発明の実施例。
【図３】 自然放出光検出部の構成。
【図４】 指数関数変換部の構成。
【図５】 励起光発生部の構成。
【図６】 温度特性を補償する他の原理的回路例。
【図７】 従来の自動利得制御回路を適用した光ファイ
バ増幅器。
バ増幅器。
【図８】 光ファイバ増幅器の利得とモニタ電流の関
係。
係。
１、２ 光アイソレータ ３ 合波器 ４ エルビウムを添加した光ファイバ ５ 自然放出光検出部 ６ 励起光発生部 ７ 指数関数変換部
Claims (4)
- 【請求項１】 自然放出光検出部（５）によって、希土
類元素添加光ファイバ（４）の側面から漏洩する自然放
出光を検出して電気変換し、該電気変換された信号によ
って励起光発生部（６）を制御して希土類元素添加光フ
ァイバに励起光を供給する光ファイバ増幅器の自動利得
制御方法において、 指数関数変換部（７）を設けて、 自然放出光を検出して電気変換した信号を、指数関数変
換して励起光発生部に印加することを特徴とする光ファ
イバ増幅器の自動利得制御方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバ増幅器の自動
利得制御方法を適用した光ファイバ増幅器の自動利得制
御回路において、 フォトダイオードによって自然放出光を検出した電流を
電圧に変換し、該変換された電圧を指数関数変換し、該
指数関数変換された電圧によってレーザ駆動回路を制御
して希土類添加光ファイバに励起光を供給することを特
徴とする光ファイバ増幅器の自動利得制御回路。 - 【請求項３】 請求項２記載の光ファイバ増幅器の自動
利得制御回路において、 Ｔを絶対温度として、指数関数変換された電圧に含まれ
る１／Ｔの項による温度係数の絶対値に近似し、且つ符
号が異なる温度係数の利得を有する回路を適用すること
を特徴とする光ファイバ増幅器の自動利得制御回路。 - 【請求項４】 請求項２記載の光ファイバ増幅器の自動
利得制御回路において、 Ｔを絶対温度として、指数関数変換された電圧に含まれ
る１／Ｔの項による温度係数の絶対値に近似し、且つ符
号が異なる温度係数の電圧を発生する回路を設けたこと
を特徴とする光ファイバ増幅器の自動利得制御回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5270190A JPH07123059A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5270190A JPH07123059A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07123059A true JPH07123059A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17482782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5270190A Withdrawn JPH07123059A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 光ファイバ増幅器の自動利得制御方法及び自動利得制御回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123059A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5822112A (en) * | 1995-08-23 | 1998-10-13 | Fujitsu Limited | Control apparatus for optical amplifier |
| US6167181A (en) * | 1998-01-07 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Optical fiber light amplifier |
| KR100416977B1 (ko) * | 2001-08-27 | 2004-02-05 | 삼성전자주식회사 | 어븀 도핑된 광섬유 모재의 어븀 도핑률을 측정하기 위한장치 |
-
1993
- 1993-10-28 JP JP5270190A patent/JPH07123059A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5822112A (en) * | 1995-08-23 | 1998-10-13 | Fujitsu Limited | Control apparatus for optical amplifier |
| US6167181A (en) * | 1998-01-07 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Optical fiber light amplifier |
| KR100416977B1 (ko) * | 2001-08-27 | 2004-02-05 | 삼성전자주식회사 | 어븀 도핑된 광섬유 모재의 어븀 도핑률을 측정하기 위한장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |