JPH0738498A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】障害が修復された場合には、自動的、かつ迅速
に動作を復帰することができ、回線の断時間を短縮する
ことを可能とする。 【構成】光ファイバ４で反射されて戻ってきた光を光カ
プラ５で分岐し、光検出器６で検出する。制御回路１０
は、励起用レーザ発振器１が通常動作状態にあるときに
光検出器６によって光が検出されたことに応じ、励起用
レーザ発振器１の動作を停止させる。また制御回路１は
タイマ１２の出力に基づき、このように励起用レーザ発
振器１の動作が停止されている状態にあるときに、所定
周期Ｔ１で所定期間Ｔ２に亙って励起用レーザ発振器１
を動作させる。さらに制御回路１０は、所定周期Ｔ１で
の所定期間Ｔ２に亙る励起用レーザ発振器１の動作によ
り発せられた光の光ファイバ４での反射光が光検出器６
によって検出されなかった場合に、励起用レーザ発振器
１の通常動作を再開させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、励起用発光手段で発し
た光により増幅用光ファイバを励起することにより入力
光を増幅する光ファイバ増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光信号を電気信号に変換すること
無く、直接増幅することができる光ファイバ増幅器が開
発されている。図３は光ファイバ増幅器の基本構成を示
すブロック図である。この図に示すように光ファイバ増
幅器は、励起用レーザ発振器１、合波器２、希土類ドー
プ光ファイバ３からなる。

【０００３】入力された光信号は、合波器２で励起用レ
ーザ発振器１で発せられたレーザ光と合波されたのち、
希土類ドープ光ファイバ３に入力される。希土類ドープ
光ファイバ３は励起用レーザ発振器１で発せられたレー
ザ光により励起され、誘導放出が生じる。そしてこの誘
導放出により光信号が増幅される。希土類ドープ光ファ
イバ３の出力は、例えば光伝送路を形成する光ファイバ
４へと送出される。なお、光信号の波長が例えば１．５
５μｍであると、励起用レーザ発振器１が発するレーザ
光の波長は１．４８μｍである。また希土類ドープ光フ
ァイバ３にドープされている希土類としては、例えばＥ
ｒ（エルビウム）がある。

【０００４】かくして、以上のような光ファイバ増幅器
は構成が簡易である。従って、以上の光ファイバ増幅器
を中継器に用いることにより、簡易な構成の光伝送シス
テムを構築することができる。

【０００５】さらに、光ファイバ増幅器は大出力化が可
能になってきており、１０〜５０ｍＷと、半導体レーザ
の１０倍以上の出力を得ることが可能になっている。こ
のような大出力化により、光ファイバ増幅器を中継器に
用いた場合には中継間隔の拡大が可能となる。

【０００６】しかしながら出力が大きくなると、人体に
対する安全対策が必要になってくる。ＪＩＳ Ｃ６８０
２「レーザ製品の放射安全基準」では、クラス３Ａを超
える出力レベルの機器には、光ファイバリンクの故障
（断線など）の時には自動的に光出力を停止させること
が義務付けられている。

【０００７】具体的には、クラス３Ａの被曝放出限界
（以下、ＡＥＬと称する）は、波長１．５５μｍでシン
グルモードの場合には約８．３ｍＷである。従って、光
ファイバ増幅器は、クラス３Ａを超えてクラス３Ｂとな
り、障害時に自動的に光出力を停止する機能を付加する
必要がある。

【０００８】そこで従来の光ファイバ増幅器は、実際に
は次のように構成されている。図４は障害時に自動的に
光出力を停止する機能を備えた光ファイバ増幅器の構成
例を示すブロック図である。なお、図３と同一部分には
同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【０００９】図中、５は光カプラであり、希土類ドープ
光ファイバ３と光ファイバ４との間に介挿されている。
この光カプラ５は、希土類ドープ光ファイバ３から出力
される光を光ファイバ４へと送出するとともに、光ファ
イバ４を介して到来した光を分岐して光検出器６に与え
る。

【００１０】光検出器６は、光カプラ５から光が与えら
れると、この光を検出する。そして光検出器６は、光の
有無を制御回路７に通知する。制御回路７は、通常（光
検出器６が光を検出していないとき）には励起用レーザ
発振器１を動作させているが、光検出器６が光を一旦検
出すると、以降の励起用レーザ発振器１を動作を停止さ
せる。

【００１１】ところで光ファイバ４に断線が生じた場
合、光ファイバ４に送出された光は、断線部で反射し、
戻ってくる。この反射光は光カプラ５によって分岐さ
れ、光検出器６に与えられる。従って、光検出器６が光
を検出し、光ファイバ４に断線が生じたことが検出され
る。これにともない、制御回路７が励起用レーザ発振器
１を動作を停止させ、光ファイバ４への光の送出を停止
する。かくして、障害時に自動的に光出力を停止するこ
とができる。

【００１２】ところがこのような構成であると、一旦障
害が発生したのちには制御回路７が励起用レーザ発振器
１を動作を停止させているので、光ファイバ４の断線が
修復されても光ファイバ増幅器が停止したままであり、
回線断のままになってしまう。

【００１３】このため従来は、障害の発生時には、管理
者が障害を復旧するとともに、光ファイバ増幅器にリセ
ットをかけて光ファイバ増幅器を起動しなければならな
い。特に障害の発生場所が光ファイバ増幅器から離れて
いた場合、かつ光ファイバ増幅器が屋外や無人中継所に
設置されている場合、管理者は光ファイバ４の修復を行
ったのちに遠く離れた光ファイバ増幅器の設置場所まで
移動して光ファイバ増幅器のリセットのための作業を行
わなければならない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来は、
障害の発生時においては、管理者は障害の修復を行うと
ともに、光ファイバ増幅器の起動を行わなければなら
ず、回線の復旧までに多くの時間を要するという不具合
があった。

【００１５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、障害が修復さ
れた場合には、自動的、かつ迅速に動作を復帰すること
ができ、回線の断時間を短縮することができる光ファイ
バ増幅器を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、例えば光ファイバなどの光伝送路で反射
されて戻ってきた光を分岐する例えば光カプラなどの分
岐手段と、この分岐手段で分岐された光を検出する例え
ば光検出器などの検出手段と、例えば励起用レーザ発振
器などの励起用発光手段が所定の通常動作状態にあると
きに前記検出手段によって光が検出されたことに応じ、
前記励起用発光手段の動作を停止させる例えば制御回路
などの停止制御手段と、この停止制御手段によって前記
励起用発光手段の動作が停止されている状態にあるとき
に、所定周期で所定期間に亙って前記励起用発光手段を
動作させる、例えば２つのタイマおよび制御回路からな
る試験制御手段と、この試験制御手段の制御の下に前記
励起用発光手段が発した光の前記光伝送路での反射光が
前記検出手段によって検出されなかった場合に、前記励
起用発光手段の通常動作を再開させる再開制御手段とを
具備した。

【００１７】

【作用】このような手段を講じたことにより、励起用発
光手段が所定の通常動作状態にあるときには、光伝送路
で反射されて光が戻ってくるか否かが分岐手段および検
出手段によって監視されており、光が戻ってきたことが
検出されたことに応じて前記励起用発光手段の動作が停
止される。そしてこのように前記励起用発光手段の動作
が停止されている状態にあるときには、所定周期で所定
期間に亙って前記励起用発光手段が動作される。この際
に前記励起用発光手段が発した光の前記光伝送路での反
射光が前記検出手段によって検出されなかった場合に
は、前記励起用発光手段の通常動作が再開される。従っ
て、前記光伝送路での反射光の有無に基づき、反射光が
ある場合には前記励起用発光手段の動作が自動的に停止
され、また反射光がない場合には前記励起用発光手段の
動作が自動的に再開される。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
き説明する。図１は本実施例に係る光ファイバ増幅器の
構成を示すブロック図である。なお図３および図４と同
一部分には同一符号を付する。

【００１９】この光ファイバ増幅器は、励起用レーザ発
振器１、合波器２、希土類ドープ光ファイバ３、光カプ
ラ５、光検出器６、制御回路１０、タイマ１１およびタ
イマ１２よりなる。

【００２０】励起用レーザ発振器１は、希土類ドープ光
ファイバ３を励起するための、例えば波長１．４８μｍ
の励起光を発生する。合波器２は、入力される、例えば
波長１．５５μｍの光信号（増幅すべき光信号）と励起
用レーザ発振器１で発せられた励起光とを合波する。

【００２１】希土類ドープ光ファイバ３は、Ｅｒ（エル
ビウム）などの希土類をドープしてなる光ファイバであ
る。この希土類ドープ光ファイバ３には、合波器２が出
力する光信号が入射している。また希土類ドープ光ファ
イバ３の出力は、光カプラ５を介して例えば光伝送路を
形成する光ファイバ４へと送出される。光カプラ５は、
希土類ドープ光ファイバ３から出力される光を光ファイ
バ４へと送出するとともに、光ファイバ４を介して到来
した光を分岐して光検出器６に与える。

【００２２】光検出器６は、光カプラ５から光が与えら
れると、この光を検出する。そして光検出器６は、光の
有無を示す検出信号を出力する。なお検出信号は、本実
施例では光が検出されているときに「Ｈ」レベルで、光
が検出されていないときに「Ｌ」レベルである。

【００２３】制御回路１０は、光検出器６が出力する検
出信号およびタイマ１２の出力を監視し、これらの状態
に応じて励起用レーザ発振器１の動作を制御する。なお
制御回路１０は、励起用レーザ発振器１の通常動作を停
止させる手段と、励起用レーザ発振器１を所定周期で断
続的に動作させる手段と、励起用レーザ発振器１の通常
動作を再開させる手段とを有している。

【００２４】タイマ１１は、検出信号が「Ｈ」レベルと
なったことに同期して動作し、所定時間Ｔ１を計時する
毎にパルスを発生する。タイマ１２は、タイマ１１がパ
ルスを発生した時点から所定時間Ｔ２を計時し、この期
間にのみ出力を「Ｈ」レベルとする。

【００２５】次に以上のように構成された光ファイバ増
幅器の動作を説明する。まず、光ファイバ４に障害がな
い場合、光ファイバ４では反射が生じないので、光ファ
イバ４を介して光は到来していない。従って、光検出器
６は光を検出しておらず、検出信号を「Ｌ」レベルとし
ている（例えば図２中のＴＡ時点）。

【００２６】この状態において制御回路１０は、励起用
レーザ発振器１を動作させている。このとき励起用レー
ザ発振器１は、励起光を連続的に発している。かくし
て、入力された光信号は、合波器２で励起用レーザ発振
器１で発せられた励起光と合波されたのち、希土類ドー
プ光ファイバ３に入力される。希土類ドープ光ファイバ
３は励起光により励起され、誘導放出が生じる。そして
この誘導放出により光信号が増幅される。このように増
幅された光信号は、光カプラ５を介して光ファイバ４へ
と送出される。なおこのときには、タイマ１１およびタ
イマ１２は動作していない。以上が通常動作である。

【００２７】さて、以上のような通常動作の状態から光
ファイバ４に断線が生じると（図２中のＴＢ時点）、こ
の断線部で反射が生じ、その反射光が若干の時間をおい
て到来する。このように到来した反射光は、光カプラ５
によって分岐され、光検出器６に入力される。従って、
光検出器６は光を検出し、検出信号を「Ｈ」レベルにす
る（図２中のＴＣ時点）。

【００２８】検出信号が「Ｈ」レベルになると、制御回
路１０は励起用レーザ発振器１の動作を停止させる。こ
れにより、励起用レーザ発振器１は励起光を発生しなく
なり、希土類ドープ光ファイバ３の出力が断とされる。
また検出信号が「Ｈ」レベルになると、その立ち上がり
に同期してタイマ１１が動作を開始する。タイマ１１
は、動作開始後は所定時間Ｔ１を繰り返し計時し、Ｔ１
毎にパルスを出力する。

【００２９】この状態でＴＣ時点から所定時間Ｔ１が経
過すると、タイマ１１からパルスが発生される（図２中
のＴＤ時点）。これに応じて、タイマ１２が起動し、所
定時間Ｔ２に亙って出力を「Ｈ」レベルにする。従って
励起用レーザ発振器１はＴＤ時点から時間Ｔ２に亙って
励起光を発生し、希土類ドープ光ファイバ３からの出力
が一時的に生じる。この希土類ドープ光ファイバ３から
の出力は光ファイバ４を試験するための光であり、光フ
ァイバ４へと送出される。

【００３０】このとき、光ファイバ４が修復されておら
ず断線したままであると、希土類ドープ光ファイバ３か
ら出力された光は断線部で反射するので、ＴＤ時点か
ら、断線部までを光が往復するのに要する若干の時間が
経過すると、断線部での反射光が戻ってくる。到来した
反射光は、光カプラ５によって分岐され、光検出器６に
入力される。従って、光検出器６は光を検出し、検出信
号を再び「Ｈ」レベルにする（図２中のＴＥ時点）。

【００３１】制御回路１０はＴＤ時点から所定期間に亙
り、検出信号が「Ｈ」レベルになるか否かの監視を行っ
ている。そして上述のように検出信号が「Ｈ」レベルに
なると、タイマ１２の出力が「Ｌ」になったのちには、
励起用レーザ発振器１の動作を停止させておく。そして
制御回路１０は、光ファイバ４が修復されるまで、以上
の所定周期での光の送出と光の反射の有無の監視を繰り
返す。

【００３２】さて、図２中のＴＦ時点において光ファイ
バ４の断線が修復されたとする。こののち、最初にタイ
マ１１がパルスを出力すると（図２中のＴＧ時点）、前
述のようにしてＴ２時間に亙って励起用レーザ発振器１
が動作し、希土類ドープ光ファイバ３から光ファイバ４
へと試験用の光が送出される。

【００３３】しかしこのときには、光ファイバ４は修復
されて断線はないので、光ファイバ４で反射は生じず、
光は戻ってこない。従って、光検出器６は光を検出せ
ず、検出信号は「Ｌ」レベルのままとする。すなわち、
検出信号はＴＧ時点から所定時間が経過するまでの間に
は「Ｈ」レベルにならない。制御回路１０はこのように
所定期間内に検出信号が「Ｈ」レベルにならなければ、
光ファイバ４が修復されたと判断し、励起用レーザ発振
器１の動作を再開させる（図２中のＴＨ時点）。このの
ちの励起用レーザ発振器１の動作は連続的な動作、すな
わち通常の動作である。またこのＴＨ時点において制御
回路１０は、タイマ１１にリセット信号を与えてタイマ
１１の動作を停止させる。かくして、光ファイバ増幅器
は通常の動作状態に戻り、入力される光信号の増幅・中
継を行う。

【００３４】ここで所定時間Ｔ１，Ｔ２は、出力がＪＩ
Ｓ Ｃ６８０２のクラス１（本質的に安全なレベル）の
ＡＥＬを超えないように選ぶ必要がある。以下、時間Ｔ
１，Ｔ２の設定の一例につき詳しく説明する。まず本光
ファイバ増幅器での中継間隔を１００Ｋｍとすると、反
射光が戻ってくるのに要する時間は、最大で約１ｍｓ
（２００Ｋｍ分）となるので、Ｔ２は１０ｍｓにすれ
ば、反射光の検出が問題なく行える。

【００３５】さて、ＪＩＳ Ｃ６８０２の波長１．５５
μｍのクラス１のＡＥＬ値は、持続時間ｔ＝１０ｍｓ
（＝Ｔ２）の時には、 ＡＥＬ＝４．４×１０^-3×ｔ^0.25×ηｏ［Ｊ］ ＝４．４×ｔ^-0.75 ×ηｏ［ｍＷ］ である。ηｏは光ファイバ出射による広がりを補正する
係数であり、光ファイバがシングルモードの場合、

【００３６】

【数１】 である。そしてλ＝１．５５μｍで、かつＷｏ＝８μｍ
であるとすると、ηｏ＝２．０７５となる。

【００３７】一方、ｔ＝１０ｍｓの時のＡＥＬ
_singleは、 ＡＥＬ_single＝２８８．７ｍＷ である。

【００３８】本発明の場合、光ファイバ４の断線が復旧
されないと、幅Ｔ２のパルスがＴ１間隔で放出されるの
で、この場合のＡＥＬ_train は、 ＡＥＬ_train ＝ＡＥＬ_single×Ｎ^-0.25 となる。

【００３９】ここでＮは適用時間基準中の繰り返し総数
を示す。そして時間基準は、波長１．５５μｍの場合は
１０００ｓなので、 Ｎ＝１０００／Ｔ１ である。

【００４０】Ｔ１＝１ｓに設定すると、 ＡＥＬ_train ＝２８８．７ｍＷ×１０００^-0.25 ＝５１．３ｍｗ となる。

【００４１】従って、光ファイバ増幅器の出力が５０ｍ
Ｗ以下であれば、クラス１以下になり、安全上問題にな
らない。かくして、出力が５０ｍＷ以下であれば、Ｔ１
＝１ｓ、Ｔ２＝１０ｍｓに設定すれば良い。

【００４２】なお、出力が５０ｍＷ以上である場合に
は、上記関係に基づいてＡＥＬ_trainが出力よりも大き
くなるようにＴ１を大きく、またはＴ２を小さくすれば
良い。また出力が５０ｍＷすりも十分に小さい場合に
は、Ｔ１を小さく、またはＴ２を大きくすることができ
る。

【００４３】以上のように本実施例によれば、光ファイ
バ４を介して反射光が戻ってくる場合には、光ファイバ
４に障害があると判断し、励起用レーザ発振器１の動作
を停止することによって光ファイバ４への光の送出を停
止する。従って、光ファイバ４の断線部などから高レベ
ルな光が放出され続けることがなく、安全である。

【００４４】また励起用レーザ発振器１の動作を一旦停
止したのちには、Ｔ１周期でＴ２時間に亙って励起用レ
ーザ発振器１を動作させ、光を周期的に光ファイバ４に
送出するとともに、このように送出された光の反射光が
到来するか否かを光検出器６で検出する。そして、反射
光が戻ってこない場合には光ファイバ４の障害が修復さ
れたと判断し、励起用レーザ発振器１の動作を通常状態
に戻す。従って、光ファイバ４に一旦障害が発生したの
ちであっても、光ファイバ４の状態を周期的に監視し、
光ファイバ４が修復されていれば直ちに通常の動作を起
動することができる。例えば時間Ｔ１が前述のように１
ｓに設定されていれば、光ファイバ４が修復後、最大で
も１ｓの間に通常の動作が起動される。これにより、回
線の断時間を短縮することができる。なお、光ファイバ
４に障害が生じているときにも光を出力しなければなら
ないが、光は断続的に出力するため、出力レベルを危険
性のないレベルに容易に制御し得、問題はない。なお本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、例えば光ファイバなど
の光伝送路で反射されて戻ってきた光を分岐する例えば
光カプラなどの分岐手段と、この分岐手段で分岐された
光を検出する例えば光検出器などの検出手段と、例えば
励起用レーザ発振器などの励起用発光手段が所定の通常
動作状態にあるときに前記検出手段によって光が検出さ
れたことに応じ、前記励起用発光手段の動作を停止させ
る例えば制御回路などの停止制御手段と、この停止制御
手段によって前記励起用発光手段の動作が停止されてい
る状態にあるときに、所定周期で所定期間に亙って前記
励起用発光手段を動作させる、例えば２つのタイマおよ
び制御回路からなる試験制御手段と、この試験制御手段
の制御の下に前記励起用発光手段が発した光の前記光伝
送路での反射光が前記検出手段によって検出されなかっ
た場合に、前記励起用発光手段の通常動作を再開させる
再開制御手段とを具備したので、障害が修復された場合
には、自動的、かつ迅速に動作を復帰することができ、
回線の断時間を短縮することができる光ファイバ増幅器
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光ファイバ増幅器の構
成を示すブロック図。

【図２】動作タイミングを示すタイミングチャート。

【図３】従来技術を説明する図。

【図４】従来技術を説明する図。

【符号の説明】

１…励起用レーザ発振器 ２…合波器 ３…希土類ドープ光ファイバ ４…光ファイバ ５…光カプラ ６…光検出器 １０…制御回路 １１，１２…タイマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起用発光手段で発した光により増幅用
   光ファイバを励起することにより光信号を増幅し、光伝
   送路へと送出する光ファイバ増幅器において、 前記光伝送路で反射されて戻ってきた光を分岐する分岐
   手段と、 この分岐手段で分岐された光を検出する検出手段と、 前記励起用発光手段が所定の通常動作状態にあるときに
   前記検出手段によって光が検出されたことに応じ、前記
   励起用発光手段の動作を停止させる停止制御手段と、 この停止制御手段によって前記励起用発光手段の動作が
   停止されている状態にあるときに、所定周期で所定期間
   に亙って前記励起用発光手段を動作させる試験制御手段
   と、 この試験制御手段の制御の下に前記励起用発光手段が発
   した光の前記光伝送路での反射光が前記検出手段によっ
   て検出されなかった場合に、前記励起用発光手段の通常
   動作を再開させる再開制御手段とを具備したことを特徴
   とする光ファイバ増幅器。