JPH08256112A - 光増幅中継器の入力モニタシステム - Google Patents

光増幅中継器の入力モニタシステム

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JPH08256112A
JPH08256112A JP7059121A JP5912195A JPH08256112A JP H08256112 A JPH08256112 A JP H08256112A JP 7059121 A JP7059121 A JP 7059121A JP 5912195 A JP5912195 A JP 5912195A JP H08256112 A JPH08256112 A JP H08256112A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光入力信号レベルが広い範囲に変化する場合も
精度の高い、光入力信号モニタを実現する光増幅中継器
の入力モニタシステムを提供する。 【構成】光ファイバー増幅器と、光ファイバー増幅器の
入力側に備えられる光スイッチと、入力レベルモニタ用
の第一のフォトダイオードとを備え、この光スイッチ
は、入力光を光ファイバー増幅器と入力レベルモニタ用
の第一のフォトダイオードとに切替えて入力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光増幅中継器の入力モ
ニタシステムに関し、特に光増幅を行う光フォイバ増幅
器を備える光増幅中継器の入力モニタシステムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、一般的な本発明システムの対
象とするＡＬＣ（自動レベル制御）光増幅中継器の基本
構成を示す図である。
【０００３】図において、１は光ファイバー伝送路であ
る。２は光ファイバー増幅器であり、エルビウム（Ｅ
ｒ）等の希土類をドープした光ファイバーにより構成さ
れる。
【０００４】ここで、光ファイバー増幅器２の原理は、
レーザの原理と同様である。Ｅｒドープドファイバー
は、所定のエネルギーレベルが生じて、このレベルで強
い吸収が起こる。したがって、高いエネルギ準位に光フ
ァイバー内の電子が励起されて反転状態になっている時
に、下のエネルギ準位とのエネルギ差に相当する波長の
光が入力信号として入力されると、これに誘導されて誘
導放射が生じる。この結果として、光入力信号が増幅さ
れることになる。
【０００５】図１４において、更に３は、カプラであ
る。上記の光ファイバー内の電子の励起のために、励起
用レーザダイオード４からの励起光がカプラ３を通して
光ファイバー増幅器２に供給される。
【０００６】また、５もカプラであり、増幅された光信
号を分岐してフォトダイオード６に入力する。フォトダ
イオード６は、増幅された光信号を所定の基準レベルと
比較して、その結果を増幅器７を通して、レーザダイオ
ード４のバイアス電流を可変制御することによりＡＬＣ
（自動レベル制御）される。
【０００７】ここで、ＡＬＣ（自動レベル制御）とは入
力信号レベルの変化に応じて励起用レーザダイオード４
の光出力を制御し、光ファイバー増幅器２の増幅率を変
えることにより出力レベルが一定となるように制御する
ものである。
【０００８】一方、光ファイバー伝送路等の障害検出の
ために、入力信号レベルをモニターする構成が採用され
ている。図１５は、かかる入力信号レベルをモニターす
るための従来の一構成例（その１）である。即ち、図１
５において、光ファイバー増幅器２の入力側に、カプラ
１０が備えられる。このカプラ１０から光入力信号が分
岐されて、入力レベルモニタ用のフォトダイオード１１
に入力される。
【０００９】入力レベルモニタ用のフォトダイオード１
１においてカプラ１０で分岐された光入力信号が電気信
号に変換されて、入力レベルが判定される。しかし、か
かる構成においては、光入力信号のレベルが低い場合
は、カプラ１０による分岐により更に低いレベルでしか
フォトダイオード１１には入力されない。
【００１０】したがって、フォトダイオード１１で電気
信号に変換されてモニタされる光入力信号のレベル検知
における誤差が大きくなる。反対に、フォトダイオード
１１への分岐比を大きくすると、光ファイバー増幅器２
に入力される信号成分が小さくなり、Ｓ／Ｎの劣化が大
きくなる。通常は、２０：１程度の分岐比が選択されて
いる。
【００１１】また、図１５の光ファイバー増幅器２の入
力側には信号光源からの信号を伝送するファイバーが接
続されている。光ファイバーには入ってきた光をごくわ
ずか光の進行方向とは反対側に反射する性質があり、こ
れをレーリー散乱と呼んでいる。光増幅装置の入力側か
らは増幅に使われなかった残留励起光が洩れており、伝
送用光ファイバの内部でレーリー散乱により光増幅装置
に逆戻りし、信号光と共に入力レベルモニタ用フォトダ
イオードに入り、図１０のように入力モニタが入力モニ
タ値＝入力パワーとならず、正常に入力パワーを測定で
きなかった。
【００１２】励起光を信号の進行方向と同じにした場合
前方励起でも、光ファイバー増幅器２の出力側からは増
幅に使われなかった残留励起光が洩れており、伝送用光
ファイバを通して次の光増幅装置に届く。この残留励起
光が信号光と共に次の光増幅装置の入力レベルモニタ用
フォトダイオードに入り、同様に正常に入力パワーを測
定できなかった。
【００１３】図１７は、更に入力信号レベルをモニター
するための従来の他の構成例（その２）である。先に説
明したようにＡＬＣにより、入力信号レベルに応じて、
励起用レーザダイオード４の光出力が変化するように制
御が行われる。したがって、励起用レーザダイオード４
の光出力をモニタ用フォトダイオード１３でモニタする
ことにより、等価的に光入力信号レベルを求めることが
出来る。
【００１４】しかしながら、この構成のみでは、光入力
信号のレベルが大きいと、光ファイバー増幅器２の増幅
率を小さく抑えるように励起用レーザダイオード４の発
光レベルが小さくされる。
【００１５】したがって、図１６の構成において、モニ
タ用フォトダイオード１３に入力される、カプラ３で分
岐される励起光のレベルが小さくなり、モニタ結果にお
ける誤差が大きくなるという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の光増幅中継器の入力モニタシステムにおいては、
光入力信号のレベルが低い場合（図１５の構成）、光入
力信号のレベルが高い場合（図９の構成）、いずれの場
合もモニタの誤差が大きくなる。
【００１７】このために、光入力信号レベルが広い範囲
に変化する場合、精度の高いモニタは、期待出来ないも
のとなる。
【００１８】したがって、本発明の目的は、光入力信号
レベルが広い範囲に変化する場合も精度の高い、光入力
信号モニタを実現する光増幅中継器の入力モニタシステ
ムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的に対応
するための光増幅中継器の入力モニタシステムは、請求
項１の発明では、光ファイバー増幅器と、この光ファイ
バー増幅器の入力側に備えられる光スイッチと、入力レ
ベルモニタ用の第一のフォトダイオードとを備え、光ス
イッチは、入力光を光ファイバー増幅器と入力レベルモ
ニタ用の第一のフォトダイオードとに切替えて入力する
ように構成される。
【００２０】このようにすることで、光入力信号の入力
レベルを減衰することなく入力レベルモニタ用の第一の
フォトダイオードに入力することが可能である。
【００２１】本発明の請求項２の発明は、前記光ファイ
バー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成さ
れ、更に、 光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、
励起用レーザダイオードと、励起用レーザダイオードの
励起光を前記カプラを通してモニタする入力レベルモニ
タ用の第二のフォトダイオードを有して構成される。
【００２２】かかる構成により、前記第一のフォトダイ
オードと第二のフォトダイオードにより、光入力信号の
レベルに応じて適応的にモニタすることが可能であり、
光入力信号の広いダイナミックレンジに対応することが
可能である。
【００２３】本発明の請求項３の発明は、前記光ファイ
バー増幅器は、エルビウムドープドファイバで構成さ
れ、更に、光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励
起用レーザダイオードと、励起用レーザダイオードの後
方出力をモニタするフォトダイオードを有して構成され
る。
【００２４】かかる構成においても、前記請求項２と同
様に光入力信号の広いダイナミックレンジに対応するこ
とが可能である。
【００２５】更に、本発明の請求項４の発明は、請求項
１〜３の発明において、前記入力レベルモニタ用の第一
のフォトダイオードは、増幅率が１以上のアバランシェ
フォトダイオードであることを特徴とする。
【００２６】増幅率が１以上のアバランシェフォトダイ
オードの使用により、効率よく光入力信号をモニタする
ことが可能となる。
【００２７】本発明の請求項５の発明は、光ファイバー
増幅器と、光ファイバー増幅器の入力側に備えられるカ
プラと、このカプラにより分岐される入力光のレベルを
モニタする増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオ
ードを有して構成される。
【００２８】請求項４及び請求項５において、増幅率が
１以上のアバランシェフォトダイオードの使用により、
効率よく光入力信号をモニタすることが可能となる。
【００２９】本発明の請求項６の発明は、前記請求項５
の発明において、前記光ファイバー増幅器は、エルビウ
ムドープドファイバで構成され、更に、光ファイバー増
幅器の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、
励起用レーザダイオードの励起光を該カプラを通してモ
ニタする入力レベルモニタ用のフォトダイオードを有し
て構成される。
【００３０】更に、請求項７の発明では、請求項５の発
明において、前記光ファイバー増幅器は、エルビウムド
ープドファイバで構成され、更に、光ファイバー増幅器
の出力側にカプラと、励起用レーザダイオードと、該励
起用レーザダイオードの後方出力をモニタするフォトダ
イオードを有して構成される。
【００３１】請求項６及び７の発明において、請求項２
及び３の発明と同様に光入力信号のレベルに応じて適応
的にモニタすることが可能であり、光入力信号の広いダ
イナミックレンジに対応することが可能である。
【００３２】請求項８の発明において、入力光のうち残
留励起光は光フィルタで除かれて検出手段に入力される
ため、正確なモニタが可能である。
【００３３】
【実施例】以下図面にしたがい本発明の実施例を説明す
る。図において、同一または類似のものには、同一の参
照番号及び記号を付して説明する。
【００３４】図１は、本発明の実施例（その１）であ
る。図１（１）において、特徴は、光ファイバー増幅器
２の入力側に光スイッチ１２を有している。この光スイ
ッチ１２を切り換えることにより、光入力信号の全量を
モニタ用フォトダイオード１１に入力することが可能で
ある。
【００３５】ここで光スイッチ１２は、後に説明する実
施例においても共通のものであり、機械式スイッチの
他、各種開発されつつある光スイッチが使用化のであ
る。
【００３６】これにより、光入力信号レベルが小さい場
合であっても、更に減衰することなくモニタ用フォトダ
イオード１１に入力し、モニタ結果に生じる誤差を低減
することが可能である。
【００３７】図１（２）は、図１の構成に対し、更にモ
ニタ用フォトダイオード１３を有し、励起用レーザダイ
オード４の励起光を分岐してモニタすることにより、等
価的に光入力信号レベルが検知するものである。
【００３８】先に従来例についての説明において、光フ
ァイバー増幅器２の入力側に備えられるモニタ用フォト
ダイオード１１の入力レベルと、励起用レーザダイオー
ド４の励起光を分岐してモニタするフォトダイオード１
３の入力レベルの特徴についても言及した。図２は、こ
の特徴を説明する示す図である。
【００３９】図２において、横軸は、光入力信号のパワ
ー（Ｐin dBm) である。更に、Ｖ1は、モニタ用フォト
ダイオード１１により光入力信号を変換し出力される電
圧である。Ｖ2 は、励起用レーザダイオード４の励起光
をモニタするフォトダイオード１２の変換出力電圧であ
る。
【００４０】これら電圧Ｖ1 、Ｖ2 の測定位置は、図３
に示されるとおりである。即ち、電圧Ｖ1 は、図３にお
いて、光入力信号に応じて、モニタ用フォトダイオード
１１に流れる電流により抵抗１６に生じる電圧である。
【００４１】電圧Ｖ2 は、励起（ポンプ）用レーザダイ
オード４と対にして収容され、直接レーザダイオード４
からの発光を受光し、抵抗１７に電圧を生じさせるフォ
トダイオード１３の出力である。
【００４２】図２に戻り説明すると、モニタ用フォトダ
イオード１１の出力である電圧Ｖ1は、光入力信号レベ
ルが小さくなる。それにしたがい小さくなっている。最
小値は、１００μＶ程度に近くになり、これは、もはや
モニタ用フォトダイオード１１での光入力信号のレベル
検知が困難であることを意味する。
【００４３】反対に、励起用レーザダイオード４の励起
光をモニタするフォトダイオード１３の変換出力電圧Ｖ
2 は、先に説明した理由により、光入力信号のレベルが
小さくなるとレベルが大きくなる。
【００４４】したがって、図１（２）の実施例の本発明
では、かかるＶ1 とＶ2 の特徴を生かすべく、光入力信
号が大きい時は、入力側のモニタ用フォトダイオード１
１の出力をモニタし、光入力信号が小さくなる時には、
励起用レーザダイオード４の励起光を検知するフォトダ
イオード１３の出力電圧Ｖ2 をモニタするようにスイッ
チを切り換えるように制御される。
【００４５】これにより、従来と比べ、光入力信号のよ
り広い入力レンジにおいて、その入力レベルをモニタす
ることが可能となる。
【００４６】次に、図１（３）は、励起用レーザダイオ
ード４の後ろ方向パワーをフォトダイオード１４でモニ
タするようにしたものである。かかる構成の場合も、従
来の問題を解決するものとして図２、図３についての説
明が共通に当てはまる。
【００４７】図４は、更に本発明にしたがう実施例であ
る。図４（１）、図４（２）において、基本的な構成と
して、図１（２）、図１（３）の構成に対応するもので
あるが、相違点は、光ファイバー増幅器２の入力側に置
かれるモニタ用フォトダイオード１１に代わり、増幅率
が１以上のアバランシェホトダイオード１５を用いてい
ることである。これにより、光入力信号レベルが更に小
さい場合であっても、誤差が少ない状態でモニタするこ
とが可能である。
【００４８】その他の構成及び動作は、先に図１に関し
て説明したと同様であるので、再度の説明は省略する。
【００４９】図５は、本発明の更に別の実施例を示す図
である。図５に示される実施例は、これまでの実施例と
相違して、光ファイバー増幅器２の入力側に置かれる光
スイッチ１２に代え、カプラ１０を設けた例である。
【００５０】この図５（１）、図５（２）の実施例で
は、より確実に光入力信号レベルのモニタを可能にすべ
く、それぞれ図１（２）、図１（３）に対応して、励起
用レーザダイオード４の発光をモニタするフォトダイオ
ード１３、あるいは励起用レーザダイオード４の後方向
出力をモニタするフォトダイオード１４を設けている。
この理由は、先に図２、図３を用いて説明したと通りで
ある。
【００５１】図６は、図５の実施例に対し、更に改良を
加えた実施例である。即ち、光ファイバー増幅器２の入
力側に、カプラ１０を設け、更に入力レベルモニタ用フ
ォトダイオード１１をアバランシェフォトダイオード１
５に置き換えている。
【００５２】更に、このアバランシェフォトダイオード
１５は増幅率が１以上のものを使用する。これにより、
光入力信号のレベルが小さい場合であっても、十分に誤
りなくモニタすることが可能である。
【００５３】したがって、図６（１）の例に示すよう
に、アバランシェフォトダイオード１５による光入力信
号のモニタで十分な場合は、光ファイバー増幅器２の出
力側に励起用レーザダイオード４の発光をモニタするフ
ォトダイオード１２、あるいは励起用レーザダイオード
４の後方向出力をモニタするフォトダイオード１３を省
略することも可能である。
【００５４】図６（２）、図６（３）は、それぞれ図５
（１）、図５（２に対応し、フォトダイオード１１をア
バランシェダイオード１５に置き換えている。これによ
り、より確実に光入力信号のモニタが可能である。
【００５５】図７は本発明の更に別の実施例を示す図で
ある。図７に示される図は、入力レベルモニタ用フォト
ダイオード１１の前に残留励起光を除去する光フィルタ
２０を備えている。
【００５６】光ファイバー伝送路１からの１．５５μｍ
の光信号ａはカプラ１０で一部分岐し、光フィルタ２０
を介して入力レベルモニタ用フォトダイオード１１に入
力される。励起用レーザダイオード４からの１．４８μ
ｍの励起光ｂは、波長多重カプラ３を介して光ファイバ
ー増幅器２へ入力されるが、その一部は残留励起光とし
て光ファイバー伝送路１へ洩れる。残留励起光のうち更
に一部はレーリー散乱光として戻ってくるが、光フィル
タ２０で阻止され、入力レベルモニタ用フォトダイオー
ドへは入力されない。
【００５７】即ち、光フィルタ２０へは図８に示すよう
に、信号光ａ以外に残留励起光ｂも入力するが、光フィ
ルタ２０は図９に示すような透過特性を持っているた
め、１．５０μｍ以下の波長の光が除去され、図１０に
示すように、残留励起光が除かれる。これにより正確な
モニタができる。
【００５８】光フィルタとしては、長波長パスフィル
タ、１．４８μｍ帯域阻止フィルタ、１．５５μｍ帯域
通過フィルタ、１．５５μｍの光を通過する光分岐器を
用いることができる。又、光フィルタのタイプとして、
誘電体多層膜を利用したバルクタイプや、ファイバーに
切り込みをつけたり、融着によりフィルター特性をもた
せたファイバータイプを用いることができる。
【００５９】また、前方励起の場合でも、光フィルタを
設けることにより正確なモニタができる。
【００６０】図１１は図８の構成の光直接増幅装置の入
力パワーモニターの特性図である。図１１において、□
印は図１で伝送用ファイバー（数メートル〜数１００k
m）を付けない状態で測定したデータであり、＋印は伝
送用ファイバーを付けた状態で測定したデータである。
伝送用ファイバーを付ける事により、伝送用ファイバー
内で残留励起光がレーリー散乱で光増幅装置に逆戻り
し、入力パワーモニター特性が盛り上がり、入力パワー
が正確に測定できなくなっている。（盛り上がった入力
パワー以下の値は全く測定不可能）なお、伝送用ファイ
バーを付けなければ問題は起きないが、そもそも、光直
接増幅装置は信号光を遠くへ伝送する事が目的であり、
付けない訳にはいかない。
【００６１】図１２は本発明を用いて残留励起光の影響
を除去した時の入力パワーモニターの特性図である。図
１２において、−線は図１１の構成の光直接増幅装置を
用いて伝送用ファイバーを付けない状態で測定したデー
タであり、＋印は伝送用ファイバーを付けた状態で測定
したデータである。図１２において、２つのデータに差
異はほとんど無く、残留励起光の影響が除去できたこと
がわかる。
【００６２】図１３は図１１と図１２の入力レベルモニ
ターの残留励起光の影響による測定誤差をグラフ化した
物である。□印はＰＤにフィルタが無い時の残留励起光
の影響であり、入力レベル−１７ｄＢｍ以下は誤差が無
限大となり、測定ができなくなっていることを示してい
る。これに対し、＋印のＰＤにフィルタが付いた時は入
力レベル−２０ｄＢｍでも誤差１ｄＢ以内となり、改善
されている。また−２５ｄＢｍ以下まで測定できるよう
になっている。
【００６３】
【発明の効果】以上実施例にしたがい説明したように、
本発明により、光入力信号のレベルが小さい領域であっ
ても、また逆に大きい領域であっても適切に光入力信号
をモニタすることが可能である。
【００６４】これにより、広いダイナミックレンジにお
いて、誤差なく光入力信号をモニタすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（その１）を示す図である。
【図２】本発明の動作説明図（その１）を示す図であ
る。
【図３】本発明の動作説明図（その２）を示す図であ
る。
【図４】本発明の実施例（その２）を示す図である。
【図５】本発明の実施例（その３）を示す図である。
【図６】本発明の実施例（その４）を示す図である。
【図７】本発明の更に別の実施例を示す図である。
【図８】光フィルタへの入力スペクトラムを示す図であ
る。
【図９】光フィルタの特性を示す図である。
【図１０】光フィルタの出力スペクトラムを示す図であ
る。
【図１１】入力パワーモニタ特性図（改善前）を示す図
である。
【図１２】入力パワーモニタ特性図（改善後）を示す図
である。
【図１３】入力パワーモニタの誤差を示す図である。
【図１４】ＡＬＣ光増幅中継器の基本構成を示す図であ
る。
【図１５】従来例（その１）を示す図である。
【図１６】従来例（その２）を示す図である。
【図１７】入力レベルモニタの妨害を説明する図であ
る。
【符号の説明】
１ 光ファイバー伝送路 ２ 光ファイバー増幅器 ３、１０ カプラ ４ 励起用レーザダイオード １２ 光スイッチ １１、１３ 入力レベルモニタ用フォトダイオード １４ 後方向光出力モニタ １５ アバランシェフォトダイオード

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバー増幅器と、 該光ファイバー増幅器の入力側に備えられる光スイッチ
    と、 入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードとを備
    え、 該光スイッチは、入力光を該光ファイバー増幅器と該入
    力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードとに切替え
    て入力するように構成されることを特徴とする光増幅中
    継器の入力モニタシステム。
  2. 【請求項２】請求項１において、 前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイ
    バで構成され、更に、 該光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レー
    ザダイオードと、該励起用レーザダイオードの励起光を
    該カプラを通してモニタする入力レベルモニタ用の第二
    のフォトダイオードを有して構成されることを特徴とす
    る光増幅中継器の入力モニタシステム。
  3. 【請求項３】請求項１において、 前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイ
    バで構成され、更に、 該光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レー
    ザダイオードと、該励起用レーザダイオードの後方出力
    をモニタするフォトダイオードを有して構成されること
    を特徴とする光増幅中継器の入力モニタシステム。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３において、 前記入力レベルモニタ用の第一のフォトダイオードは、
    増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードである
    ことを特徴とする光増幅中継器の入力モニタシステム。
  5. 【請求項５】光ファイバー増幅器と、 該光ファイバー増幅器の入力側に備えられるカプラと、 該カプラにより分岐される入力光のレベルをモニタする
    増幅率が１以上のアバランシェフォトダイオードを有し
    て構成されることを特徴とする光増幅中継器の入力モニ
    タシステム。
  6. 【請求項６】請求項５において、 前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイ
    バで構成され、更に、 該光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レー
    ザダイオードと、該励起用レーザダイオードの励起光を
    該カプラを通してモニタする入力レベルモニタ用のフォ
    トダイオードを有して構成されることを特徴とする光増
    幅中継器の入力モニタシステム。
  7. 【請求項７】請求項５において、 前記光ファイバー増幅器は、エルビウムドープドファイ
    バで構成され、更に、 該光ファイバー増幅器の出力側にカプラと、励起用レー
    ザダイオードと、該励起用レーザダイオードの後方出力
    をモニタするフォトダイオードを有して構成されること
    を特徴とする光増幅中継器の入力モニタシステム。
  8. 【請求項８】励起光により入力光を増幅する光ファイバ
    ー増幅器と、 該光ファイバー増幅器への入力光を分岐する分岐手段
    と、 該分岐手段からの分岐光のうち、該励起光の成分を除す
    る光フィルタと、 該光フィルタの出力光のレベルを検出する検出手段と、
    を備えた光増幅中継器の入力モニタシステム。
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