JPH09107141A - 光増幅装置 - Google Patents
光増幅装置Info
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- JPH09107141A JPH09107141A JP26441595A JP26441595A JPH09107141A JP H09107141 A JPH09107141 A JP H09107141A JP 26441595 A JP26441595 A JP 26441595A JP 26441595 A JP26441595 A JP 26441595A JP H09107141 A JPH09107141 A JP H09107141A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長多重された複数の信号光を利得一定で一
括して増幅することができ、しかも得られる利得に比べ
て装置構成を簡単化し、雑音指数も改善する。 【解決手段】 ３準位系の増幅用光ファイバ１１、２１
を縦続接続し、前段の増幅用光ファイバ１１からの自然
放出光が入射することで後段の増幅用光ファイバ２１が
利得飽和状態で動作するように前段の増幅用光ファイバ
１１を設定し、後段の増幅用光ファイバ２１の飽和利得
状態を制御することで、全体としての利得を一定に保
つ。
括して増幅することができ、しかも得られる利得に比べ
て装置構成を簡単化し、雑音指数も改善する。 【解決手段】 ３準位系の増幅用光ファイバ１１、２１
を縦続接続し、前段の増幅用光ファイバ１１からの自然
放出光が入射することで後段の増幅用光ファイバ２１が
利得飽和状態で動作するように前段の増幅用光ファイバ
１１を設定し、後段の増幅用光ファイバ２１の飽和利得
状態を制御することで、全体としての利得を一定に保
つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は波長多重光の増幅に
利用する。特に、複数の信号光を一括して増幅する技術
に関する。
利用する。特に、複数の信号光を一括して増幅する技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】信号光を光増幅器により増幅して中継す
る光伝送中継の分野では、光増幅器の利得または出力レ
ベルが時間的に一定となる制御を行うことが要求され
る。特に出力レベルを一定に保つことが望ましいが、波
長多重化信号光を増幅する場合には、すべての波長に対
して総出力光強度が一定となるように制御すると、ある
チャネルが遮断された場合には他チャネルへの影響が生
じて、出力一定制御が意味をなさなくなってしまう。こ
のため波長多重化信号光に対しては、利得一定制御が行
われる。
る光伝送中継の分野では、光増幅器の利得または出力レ
ベルが時間的に一定となる制御を行うことが要求され
る。特に出力レベルを一定に保つことが望ましいが、波
長多重化信号光を増幅する場合には、すべての波長に対
して総出力光強度が一定となるように制御すると、ある
チャネルが遮断された場合には他チャネルへの影響が生
じて、出力一定制御が意味をなさなくなってしまう。こ
のため波長多重化信号光に対しては、利得一定制御が行
われる。
【０００３】光増幅器を制御する方法としては、従来か
ら、入出力光強度の検出出力に基づく方法が用いられて
いる。また、自然放出光を検出して制御する方法も知ら
れている。しかし、これらの光増幅器制御方法は、波長
多重化信号光に対する制御には適していない。例えば入
出力光強度による方法では、波長ごとに監視系が必要と
なり、装置が複雑化してしまう。また、自然放出光を利
用する方法では、装置は簡略化できるが、利得情報と励
起レベルから光増幅器の出力レベルを算定する必要があ
り、そのアルゴリズムが複雑となってしまう。
ら、入出力光強度の検出出力に基づく方法が用いられて
いる。また、自然放出光を検出して制御する方法も知ら
れている。しかし、これらの光増幅器制御方法は、波長
多重化信号光に対する制御には適していない。例えば入
出力光強度による方法では、波長ごとに監視系が必要と
なり、装置が複雑化してしまう。また、自然放出光を利
用する方法では、装置は簡略化できるが、利得情報と励
起レベルから光増幅器の出力レベルを算定する必要があ
り、そのアルゴリズムが複雑となってしまう。
【０００４】このような課題を解決する技術として、平
成５年度光通信シンポジウム第２５−３０頁には、プロ
ーブ光あるいは増幅された自然放出光をモニタ光として
監視し、ポンプ光あるいは総入力パワーを制御すること
により利得を制御する帰還制御型過渡的利得飽和補償方
式が報告されている。その代表的な構成例を以下に説明
する。
成５年度光通信シンポジウム第２５−３０頁には、プロ
ーブ光あるいは増幅された自然放出光をモニタ光として
監視し、ポンプ光あるいは総入力パワーを制御すること
により利得を制御する帰還制御型過渡的利得飽和補償方
式が報告されている。その代表的な構成例を以下に説明
する。
【０００５】図４はプローブ光を監視しポンプ光を制御
する光増幅装置の構成例を示す。この光増幅装置は、増
幅用光ファイバ４１、ポンプ光源４２および光波長多重
カプラ４３により構成される光ファイバ増幅器と、この
光ファイバ増幅器の利得を制御するためのプローブ光源
５１、光カプラ５２、５３、光フィルタ５４、光検出器
５５およびポンプ光源制御回路５６とを備える。
する光増幅装置の構成例を示す。この光増幅装置は、増
幅用光ファイバ４１、ポンプ光源４２および光波長多重
カプラ４３により構成される光ファイバ増幅器と、この
光ファイバ増幅器の利得を制御するためのプローブ光源
５１、光カプラ５２、５３、光フィルタ５４、光検出器
５５およびポンプ光源制御回路５６とを備える。
【０００６】増幅用光ファイバ４１は例えばエルビウム
添加光ファイバにより構成され、ポンプ光源４２から光
波長多重カプラ４３を経由して入射する波長λp のポン
プ光により励起されて光増幅を行う。
添加光ファイバにより構成され、ポンプ光源４２から光
波長多重カプラ４３を経由して入射する波長λp のポン
プ光により励起されて光増幅を行う。
【０００７】プローブ光源５１は波長λ2 のプローブ光
を発生し、このプローブ光を光カプラ５２により信号光
と多重し、増幅用光ファイバ４１に入力して増幅する。
ここで、信号光は波長多重光であるが、説明を簡単にす
るため波長λ1 とする。増幅された信号光とプローブ光
とを、光カプラ５３により出力光とモニタ光とに分岐
し、モニタ光については光フィルタ５４により波長λ2
のプローブ光成分のみを抽出し、光検出器５５により検
出する。これにより、入力信号光のレベルやチャネル数
の変化により生じる利得変動が、増幅用光ファイバ４１
から出力されるプローブ光の変動として検出される。光
検出器５５の検出出力はポンプ光源制御回路５６に供給
され、検出された利得変動に基づいてポンプ光源４２の
出力するポンプ光パワーを制御する。これにより、少な
くともプローブ光の波長λ2 において、利得が安定化さ
れる。
を発生し、このプローブ光を光カプラ５２により信号光
と多重し、増幅用光ファイバ４１に入力して増幅する。
ここで、信号光は波長多重光であるが、説明を簡単にす
るため波長λ1 とする。増幅された信号光とプローブ光
とを、光カプラ５３により出力光とモニタ光とに分岐
し、モニタ光については光フィルタ５４により波長λ2
のプローブ光成分のみを抽出し、光検出器５５により検
出する。これにより、入力信号光のレベルやチャネル数
の変化により生じる利得変動が、増幅用光ファイバ４１
から出力されるプローブ光の変動として検出される。光
検出器５５の検出出力はポンプ光源制御回路５６に供給
され、検出された利得変動に基づいてポンプ光源４２の
出力するポンプ光パワーを制御する。これにより、少な
くともプローブ光の波長λ2 において、利得が安定化さ
れる。
【０００８】図５は自然放出光を監視し総入力光パワー
を制御する光増幅装置の構成例を示す。この光増幅装置
は、増幅用光ファイバ６１、ポンプ光源６２および光波
長多重カプラ６３により構成される光ファイバ増幅器
と、この光ファイバ増幅器の利得を制御するための光カ
プラ７１、光フィルタ７２、光検出器７３、補償光源制
御回路７４、補償光源７５および光カプラ７６とを備え
る。
を制御する光増幅装置の構成例を示す。この光増幅装置
は、増幅用光ファイバ６１、ポンプ光源６２および光波
長多重カプラ６３により構成される光ファイバ増幅器
と、この光ファイバ増幅器の利得を制御するための光カ
プラ７１、光フィルタ７２、光検出器７３、補償光源制
御回路７４、補償光源７５および光カプラ７６とを備え
る。
【０００９】増幅用光ファイバ６１は例えばエルビウム
添加光ファイバにより構成され、ポンプ光源６２から光
波長多重カプラ６３を経由して入射する波長λp のポン
プ光に励起されて光増幅を行う。
添加光ファイバにより構成され、ポンプ光源６２から光
波長多重カプラ６３を経由して入射する波長λp のポン
プ光に励起されて光増幅を行う。
【００１０】増幅用光ファイバ６１の利得が変動する
と、自然放出光の発生にも変動が生じる。そこで、増幅
用光ファイバ６１から出てくる自然放出光をモニタ光と
して光カプラ７１により分岐し、光フィルタ７２により
波長λ2 の自然放出光を抽出し、光検出器７３により検
出する。光検出器７３の検出出力は補償光源制御回路７
４に供給され、検出された自然放出光の変動に基づいて
補償光源７５の出力する補償光パワーを制御する。補償
光源７５の出力する補償光（波長λc ）は、光カプラ７
６および光波長多重カプラ６３を経由して増幅用光ファ
イバ６１に入力される。
と、自然放出光の発生にも変動が生じる。そこで、増幅
用光ファイバ６１から出てくる自然放出光をモニタ光と
して光カプラ７１により分岐し、光フィルタ７２により
波長λ2 の自然放出光を抽出し、光検出器７３により検
出する。光検出器７３の検出出力は補償光源制御回路７
４に供給され、検出された自然放出光の変動に基づいて
補償光源７５の出力する補償光パワーを制御する。補償
光源７５の出力する補償光（波長λc ）は、光カプラ７
６および光波長多重カプラ６３を経由して増幅用光ファ
イバ６１に入力される。
【００１１】この光増幅装置では、入力信号光パワーが
減少すると増幅用光ファイバ６１の利得が増加する。そ
こで、補償光パワーを増加させて入力信号光パワーの減
少分を補い、全体として入力光パワーを一定に保つこと
で利得を一定に保つ。また、入力信号光パワーが増加し
て利得が減少した場合には、入力信号光パワーの増加分
を補償光パワーから減らすことで、利得を一定に制御す
る。
減少すると増幅用光ファイバ６１の利得が増加する。そ
こで、補償光パワーを増加させて入力信号光パワーの減
少分を補い、全体として入力光パワーを一定に保つこと
で利得を一定に保つ。また、入力信号光パワーが増加し
て利得が減少した場合には、入力信号光パワーの増加分
を補償光パワーから減らすことで、利得を一定に制御す
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
技術では、プローブ光や補償光を用いて利得を制御する
ため、レーザ、光カプラ、アイソレータ、プローブ光お
よび補償光を制御するための制御回路など、ひとつの増
幅用光ファイバに対して複数の部品や回路が必要とな
り、全体の装置構成が複雑となると同時に、部品が増え
ることから雑音指数（ＮＦ）の劣化や挿入損失が増加す
る欠点があった。また、ポンプ光制御の場合には、ポン
プ光強度を変化させると励起波長も変動するため、励起
効率の低下やＮＦ劣化などの問題も生じていた。
技術では、プローブ光や補償光を用いて利得を制御する
ため、レーザ、光カプラ、アイソレータ、プローブ光お
よび補償光を制御するための制御回路など、ひとつの増
幅用光ファイバに対して複数の部品や回路が必要とな
り、全体の装置構成が複雑となると同時に、部品が増え
ることから雑音指数（ＮＦ）の劣化や挿入損失が増加す
る欠点があった。また、ポンプ光制御の場合には、ポン
プ光強度を変化させると励起波長も変動するため、励起
効率の低下やＮＦ劣化などの問題も生じていた。
【００１３】本発明は、このような課題を解決し、波長
多重された複数の信号光を一括して増幅することがで
き、しかも得られる利得に比べて装置構成が簡単でＮＦ
も優れた光増幅装置を提供することを目的とする。
多重された複数の信号光を一括して増幅することがで
き、しかも得られる利得に比べて装置構成が簡単でＮＦ
も優れた光増幅装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の光増幅装置は、
波長多重化された信号光を増幅する光増幅手段と、この
光増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた光
増幅装置において、光増幅手段は縦続接続された複数の
光増幅器を含み、この複数の光増幅器の少なくとも後段
の光増幅器は３準位系の元素が添加された増幅用光ファ
イバにより構成され、この増幅用光ファイバの前段の光
増幅器は、その利得が、その光増幅器から発生する自然
放出光がその後段の増幅用光ファイバに入射したときに
その増幅用光ファイバの利得が飽和状態となるように設
定され、利得制御手段は、後段の光増幅器を構成する増
幅用光ファイバから出力される自然放出光を監視する手
段と、この監視する手段の出力により後段の光増幅器を
構成する増幅用光ファイバの飽和出力光強度を制御する
手段とを含むことを特徴とする。
波長多重化された信号光を増幅する光増幅手段と、この
光増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた光
増幅装置において、光増幅手段は縦続接続された複数の
光増幅器を含み、この複数の光増幅器の少なくとも後段
の光増幅器は３準位系の元素が添加された増幅用光ファ
イバにより構成され、この増幅用光ファイバの前段の光
増幅器は、その利得が、その光増幅器から発生する自然
放出光がその後段の増幅用光ファイバに入射したときに
その増幅用光ファイバの利得が飽和状態となるように設
定され、利得制御手段は、後段の光増幅器を構成する増
幅用光ファイバから出力される自然放出光を監視する手
段と、この監視する手段の出力により後段の光増幅器を
構成する増幅用光ファイバの飽和出力光強度を制御する
手段とを含むことを特徴とする。
【００１５】３準位系の元素とは、増幅用光ファイバに
添加された状態で、ポンプ光の入射により高準位に励起
され、緩和により少し低い中準位に遷移し、光入射に対
して中準位から基底準位への遷移により光を発生するも
のをいう。このような元素としては、例えばエルビウム
が良く知られている。このような元素が添加された増幅
用光ファイバでは、入射光強度により利得の飽和が生
じ、その飽和利得がポンプ光強度に比例する。本発明は
この性質を利用する。
添加された状態で、ポンプ光の入射により高準位に励起
され、緩和により少し低い中準位に遷移し、光入射に対
して中準位から基底準位への遷移により光を発生するも
のをいう。このような元素としては、例えばエルビウム
が良く知られている。このような元素が添加された増幅
用光ファイバでは、入射光強度により利得の飽和が生
じ、その飽和利得がポンプ光強度に比例する。本発明は
この性質を利用する。
【００１６】本発明では、後段の光増幅器を構成する増
幅用光ファイバを利得飽和状態で動作させ、その飽和利
得を制御することで、全体としての利得を一定に保つ。
飽和利得の制御は、後段の光増幅器を構成する増幅用光
ファイバを励起するポンプ光の強度により行うことがで
きる。後段の光増幅器は、その動作領域が、その光増幅
器を構成する増幅用光ファイバを励起するポンプ光強度
を増加することで飽和出力光強度が増加する領域に設定
されることが望ましい。
幅用光ファイバを利得飽和状態で動作させ、その飽和利
得を制御することで、全体としての利得を一定に保つ。
飽和利得の制御は、後段の光増幅器を構成する増幅用光
ファイバを励起するポンプ光の強度により行うことがで
きる。後段の光増幅器は、その動作領域が、その光増幅
器を構成する増幅用光ファイバを励起するポンプ光強度
を増加することで飽和出力光強度が増加する領域に設定
されることが望ましい。
【００１７】複数の光増幅器がすべて３準位系の元素が
添加された増幅用光ファイバにより構成されてもよい。
添加された増幅用光ファイバにより構成されてもよい。
【００１８】監視する手段は、後段の光増幅器から出力
される増幅された自然放出光（以下「ＡＳＥ光」とい
う）を検出する手段を含んでもよく、その光増幅器を構
成する増幅用光ファイバの側面から放出される自然放出
光（以下「ＳＥ光」という）を検出する手段を含んでも
よい。
される増幅された自然放出光（以下「ＡＳＥ光」とい
う）を検出する手段を含んでもよく、その光増幅器を構
成する増幅用光ファイバの側面から放出される自然放出
光（以下「ＳＥ光」という）を検出する手段を含んでも
よい。
【００１９】後段の増幅用光ファイバから出力されるＡ
ＳＥ光は、その増幅前の状態で前段の利得を反映してお
り、それが後段の増幅用光ファイバで増幅されているの
で、ＡＳＥ光の光強度が一定となるように後段の増幅用
光ファイバを帰還制御することで、その利得を実質的に
一定に保つことができる。
ＳＥ光は、その増幅前の状態で前段の利得を反映してお
り、それが後段の増幅用光ファイバで増幅されているの
で、ＡＳＥ光の光強度が一定となるように後段の増幅用
光ファイバを帰還制御することで、その利得を実質的に
一定に保つことができる。
【００２０】また、増幅用光ファイバから放出されるＳ
Ｅ光には、入射光強度と、その増幅用光ファイバにおけ
る利得とが反映される。したがって、このＳＥ光強度が
一定となるように後段の増幅用光ファイバを帰還制御す
ることで、全体としての利得を実質的に一定に保つこと
ができる。
Ｅ光には、入射光強度と、その増幅用光ファイバにおけ
る利得とが反映される。したがって、このＳＥ光強度が
一定となるように後段の増幅用光ファイバを帰還制御す
ることで、全体としての利得を実質的に一定に保つこと
ができる。
【００２１】本発明によれば、前段の光増幅器から放出
された自然放出光（前段の光増幅器内で増幅されたＡＳ
Ｅ光）により後段の増幅用光ファイバの動作を飽和領域
に設定し、動作範囲を決定する。したがって、動作範囲
が明確となる。この状態で、後段の増幅用光ファイバの
ポンプ光強度を変化させることで、飽和出力光強度を制
御し、利得一定制御を実現できる。
された自然放出光（前段の光増幅器内で増幅されたＡＳ
Ｅ光）により後段の増幅用光ファイバの動作を飽和領域
に設定し、動作範囲を決定する。したがって、動作範囲
が明確となる。この状態で、後段の増幅用光ファイバの
ポンプ光強度を変化させることで、飽和出力光強度を制
御し、利得一定制御を実現できる。
【００２２】また、光増幅器を２段以上の構成にするこ
とで、ポンプ光制御によるＮＦの劣化を防止し、高利得
を得ることができる。増幅器を連続に配置した場合のＮ
Ｆは、初段の増幅器の利得がある程度高ければその初段
の増幅器のＮＦで決定されるので、後段の光増幅器のポ
ンプ光源を制御することで起きるＮＦの劣化は抑制する
ことができる。
とで、ポンプ光制御によるＮＦの劣化を防止し、高利得
を得ることができる。増幅器を連続に配置した場合のＮ
Ｆは、初段の増幅器の利得がある程度高ければその初段
の増幅器のＮＦで決定されるので、後段の光増幅器のポ
ンプ光源を制御することで起きるＮＦの劣化は抑制する
ことができる。
【００２３】さらに、ＡＳＥ光あるいはＳＥ光を検出し
て制御することで、入出力光強度を検出することが不要
となり、それらの検出部やプローブ光あるいは補償光が
不要となり、レーザやカプラなどの光部品の一部を省略
できる。本発明では、増幅用光ファイバを複数用い、そ
れに伴うポンプ光源やそれに付随する部品は増加する。
しかし、光増幅器を複数用いて大きな利得が得られ、そ
れでいて、個々の光増幅器を制御する必要はない。した
がって、複数の光増幅器を用いて個々の利得を制御する
場合に比較すれば、構成は簡略である。また、プローブ
光や補償光といった制御のための付加的な光を導入する
必要がなく、そのための光部品による挿入損失やＮＦの
劣化を防ぐことができる。
て制御することで、入出力光強度を検出することが不要
となり、それらの検出部やプローブ光あるいは補償光が
不要となり、レーザやカプラなどの光部品の一部を省略
できる。本発明では、増幅用光ファイバを複数用い、そ
れに伴うポンプ光源やそれに付随する部品は増加する。
しかし、光増幅器を複数用いて大きな利得が得られ、そ
れでいて、個々の光増幅器を制御する必要はない。した
がって、複数の光増幅器を用いて個々の利得を制御する
場合に比較すれば、構成は簡略である。また、プローブ
光や補償光といった制御のための付加的な光を導入する
必要がなく、そのための光部品による挿入損失やＮＦの
劣化を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施形態を
示すブロック構成図である。この光増幅装置は、波長多
重化された信号光を増幅する光増幅手段として、増幅用
光ファイバ１１、ポンプ光源１２および光波長多重カプ
ラ１３により構成される第一の光ファイバ増幅器と、増
幅用光ファイバ２１、ポンプ光源２２および光波長多重
カプラ２３により構成される第二の光ファイバ増幅器と
を備え、これらの全体の利得を制御するため、アレイ導
波路型光分波器３１、光検出器３２およびポンプ光源制
御回路３３を備える。
示すブロック構成図である。この光増幅装置は、波長多
重化された信号光を増幅する光増幅手段として、増幅用
光ファイバ１１、ポンプ光源１２および光波長多重カプ
ラ１３により構成される第一の光ファイバ増幅器と、増
幅用光ファイバ２１、ポンプ光源２２および光波長多重
カプラ２３により構成される第二の光ファイバ増幅器と
を備え、これらの全体の利得を制御するため、アレイ導
波路型光分波器３１、光検出器３２およびポンプ光源制
御回路３３を備える。
【００２５】増幅用光ファイバ１１、２１は３準位系の
元素が添加された光ファイバであり、それぞれポンプ光
源１２、２２から光波長多重カプラ１３、２３を経由し
て供給されるポンプ光により励起されて光増幅を行う。
ポンプ光源１２は、増幅用光ファイバ１１の利得が、そ
の増幅用光ファイバ１１から発生する自然放出光がその
後段の増幅用光ファイバ２１に入射したときにその後段
の増幅用光ファイバ２１の利得が飽和状態となるように
設定される。ポンプ光源１２の出力したポンプ光（波長
λp1）は、光波長多重カプラ１３により波長多重化信号
光（波長λ1 〜λN ）と多重され、増幅用光ファイバ１
１に入射する。増幅用光ファイバ１１では、波長多重化
信号光が増幅されるとともに、自然放出光が発生する。
これが増幅され、波長多重化信号光とともに増幅用光フ
ァイバ２１に入射する。増幅用光ファイバ２１はこの入
射光を増幅するが、その利得は、増幅用光ファイバ１１
からの自然放出光（ＡＳＥ光）により飽和状態となって
いる。アレイ導波路型光分波器３１は、増幅用光ファイ
バ２１から出力されるＡＳＥ光を分波して光検出器３２
に導く。ポンプ光源制御回路３３は、光検出器３２の出
力によりポンプ光源２２を制御し、その出力するポンプ
光強度により増幅用光ファイバ２１の飽和出力光強度を
制御する。具体的には、光検出器３２で検出された強度
を一定に保つように、ポンプ光源２２への注入電流を調
整する。
元素が添加された光ファイバであり、それぞれポンプ光
源１２、２２から光波長多重カプラ１３、２３を経由し
て供給されるポンプ光により励起されて光増幅を行う。
ポンプ光源１２は、増幅用光ファイバ１１の利得が、そ
の増幅用光ファイバ１１から発生する自然放出光がその
後段の増幅用光ファイバ２１に入射したときにその後段
の増幅用光ファイバ２１の利得が飽和状態となるように
設定される。ポンプ光源１２の出力したポンプ光（波長
λp1）は、光波長多重カプラ１３により波長多重化信号
光（波長λ1 〜λN ）と多重され、増幅用光ファイバ１
１に入射する。増幅用光ファイバ１１では、波長多重化
信号光が増幅されるとともに、自然放出光が発生する。
これが増幅され、波長多重化信号光とともに増幅用光フ
ァイバ２１に入射する。増幅用光ファイバ２１はこの入
射光を増幅するが、その利得は、増幅用光ファイバ１１
からの自然放出光（ＡＳＥ光）により飽和状態となって
いる。アレイ導波路型光分波器３１は、増幅用光ファイ
バ２１から出力されるＡＳＥ光を分波して光検出器３２
に導く。ポンプ光源制御回路３３は、光検出器３２の出
力によりポンプ光源２２を制御し、その出力するポンプ
光強度により増幅用光ファイバ２１の飽和出力光強度を
制御する。具体的には、光検出器３２で検出された強度
を一定に保つように、ポンプ光源２２への注入電流を調
整する。
【００２６】ＡＳＥ光を分波するためにアレイ導波路型
光分波器を用いた例を示したが、カプラとフィルタを用
いてもよい。二つの増幅用光ファイバへのポンプ光の入
射方向は逆方向でなく同じ方向でもよい。また、以上の
説明では、ポンプ光が他方の増幅用光ファイバに伝搬す
ることを防止するための構成については省略した。
光分波器を用いた例を示したが、カプラとフィルタを用
いてもよい。二つの増幅用光ファイバへのポンプ光の入
射方向は逆方向でなく同じ方向でもよい。また、以上の
説明では、ポンプ光が他方の増幅用光ファイバに伝搬す
ることを防止するための構成については省略した。
【００２７】図２は本発明の第二の実施形態を示すブロ
ック構成図である。この光増幅装置は、光検出器３２が
増幅用光ファイバ２１から出力されるＡＳＥ光を監視す
るのではなく、増幅用光ファイバ２１の側面から放出さ
れるＳＥ光を検出するように配置されたことが第一の実
施形態と異なる。
ック構成図である。この光増幅装置は、光検出器３２が
増幅用光ファイバ２１から出力されるＡＳＥ光を監視す
るのではなく、増幅用光ファイバ２１の側面から放出さ
れるＳＥ光を検出するように配置されたことが第一の実
施形態と異なる。
【００２８】この実施形態でも、増幅用光ファイバ１
１、２１が縦続接続され、前段の増幅用光ファイバ１１
を励起するためのポンプ光源１２の出力は、後段の増幅
用光ファイバ２１が前段から放出されるＡＳＥ光により
飽和領域に設定されるように調整される。飽和領域に設
定された後段の増幅用光ファイバ２１を励起するための
ポンプ光源２２は、後段の増幅用光ファイバ２１から放
出されるＳＥ光強度が一定となるように制御される。
１、２１が縦続接続され、前段の増幅用光ファイバ１１
を励起するためのポンプ光源１２の出力は、後段の増幅
用光ファイバ２１が前段から放出されるＡＳＥ光により
飽和領域に設定されるように調整される。飽和領域に設
定された後段の増幅用光ファイバ２１を励起するための
ポンプ光源２２は、後段の増幅用光ファイバ２１から放
出されるＳＥ光強度が一定となるように制御される。
【００２９】この実施形態でも、二つの増幅用光ファイ
バへのポンプ光の入射方向を逆方向でなく同じ方向にす
ることもできる。ポンプ光が他方の増幅用光ファイバに
伝搬することを防止するための構成については省略し
た。
バへのポンプ光の入射方向を逆方向でなく同じ方向にす
ることもできる。ポンプ光が他方の増幅用光ファイバに
伝搬することを防止するための構成については省略し
た。
【００３０】次にこれらの実施例の動作について説明す
る。
る。
【００３１】図３は、単体の増幅用光ファイバについ
て、ポンプ光パワーを変化させた場合の入出力光特性を
示す。ポンプ光パワーを変化させることで飽和出力が変
化するが、特に３準位系増幅用光ファイバでは、飽和強
度がポンプ光強度に比例する。これを利用して、２段目
の増幅用光ファイバの飽和出力光強度の制御を、ポンプ
光強度と飽和出力光強度が比例する関係にある領域を用
いて行うようにする。ここで、３準位系光ファイバの飽
和強度とポンプ光源の比例関係を説明する。
て、ポンプ光パワーを変化させた場合の入出力光特性を
示す。ポンプ光パワーを変化させることで飽和出力が変
化するが、特に３準位系増幅用光ファイバでは、飽和強
度がポンプ光強度に比例する。これを利用して、２段目
の増幅用光ファイバの飽和出力光強度の制御を、ポンプ
光強度と飽和出力光強度が比例する関係にある領域を用
いて行うようにする。ここで、３準位系光ファイバの飽
和強度とポンプ光源の比例関係を説明する。
【００３２】希土類添加光ファイバ増幅器の利得Ｇは、 Ｇ＝ｅｘｐ（∫γ（ｚ）ｄｚ） で表される。γ（ｚ）は局所利得係数、Ｌは希土類添加
ファイバの長さである。γ（ｚ）は、 γ（ｚ）＝γ0 ／（１＋Ｃ1 Ｉs ／Ｃ2 Ｉsat ） と表すことができる。γ0 は未飽和利得係数、Ｉs は信
号光強度、Ｃ1 、Ｃ2 は定数、Ｉsat は飽和強度であ
り、 Ｉsat ＝Ｃ3 （Ｃ4 Ｉp ＋１） である。また、Ｉp は光増幅器ポンプ光強度、Ｃ3 、Ｃ
4 は定数である。
ファイバの長さである。γ（ｚ）は、 γ（ｚ）＝γ0 ／（１＋Ｃ1 Ｉs ／Ｃ2 Ｉsat ） と表すことができる。γ0 は未飽和利得係数、Ｉs は信
号光強度、Ｃ1 、Ｃ2 は定数、Ｉsat は飽和強度であ
り、 Ｉsat ＝Ｃ3 （Ｃ4 Ｉp ＋１） である。また、Ｉp は光増幅器ポンプ光強度、Ｃ3 、Ｃ
4 は定数である。
【００３３】飽和強度Ｉsat の式は、飽和強度が励起パ
ワーの関数になっていることを示す。したがって、光増
幅器ポンプ光強度Ｉp を変化させることで飽和強度Ｉ
sat を変化させ、それにより利得係数γを変動させるこ
とが可能である。すなわち、飽和強度Ｉsat は光増幅器
ポンプ光強度Ｉp に比例しているので、利得飽和の程度
に応じて利得係数γが一定となるように制御できる。例
えば、増幅用光ファイバを２段縦続に接続した場合、前
段の増幅用光ファイバの自然放出光により後段の増幅用
光ファイバの動作点を利得飽和状態におくと、動作領域
は図３に示したように飽和領域となる。そこで、ポンプ
光パワーで飽和強度を制御し、利得一定値となるポンプ
光パワーを選択すると、広い入力光強度範囲での利得一
定制御が可能となり、動作範囲も明確となる。特に、波
長多重伝送で数波を同時に増幅するときなど、入力パワ
ーが高い場合の利得制御には有効である。
ワーの関数になっていることを示す。したがって、光増
幅器ポンプ光強度Ｉp を変化させることで飽和強度Ｉ
sat を変化させ、それにより利得係数γを変動させるこ
とが可能である。すなわち、飽和強度Ｉsat は光増幅器
ポンプ光強度Ｉp に比例しているので、利得飽和の程度
に応じて利得係数γが一定となるように制御できる。例
えば、増幅用光ファイバを２段縦続に接続した場合、前
段の増幅用光ファイバの自然放出光により後段の増幅用
光ファイバの動作点を利得飽和状態におくと、動作領域
は図３に示したように飽和領域となる。そこで、ポンプ
光パワーで飽和強度を制御し、利得一定値となるポンプ
光パワーを選択すると、広い入力光強度範囲での利得一
定制御が可能となり、動作範囲も明確となる。特に、波
長多重伝送で数波を同時に増幅するときなど、入力パワ
ーが高い場合の利得制御には有効である。
【００３４】このようにして、増幅用光ファイバを縦続
に接続することで、前段から放出されるＡＳＥ光を用い
て後段を飽和させ、後段を飽和領域で動作させて制御す
る。前段の増幅用光ファイバから得られる利得と後段か
ら得られる利得とをあわせて、高い利得が得られる利点
もある。
に接続することで、前段から放出されるＡＳＥ光を用い
て後段を飽和させ、後段を飽和領域で動作させて制御す
る。前段の増幅用光ファイバから得られる利得と後段か
ら得られる利得とをあわせて、高い利得が得られる利点
もある。
【００３５】第一の実施形態における制御系では、ＡＳ
Ｅ光と利得との関係から、ＡＳＥ光強度を一定に保てば
利得が一定となることを利用する。この原理について以
下に説明する。
Ｅ光と利得との関係から、ＡＳＥ光強度を一定に保てば
利得が一定となることを利用する。この原理について以
下に説明する。
【００３６】信号光がない場合のＡＳＥ光強度は、 ＰASE ＝２ｎspｈνΔν（Ｇ−１） と表される。ここで、Ｇ、ｎsp、ｈ、νはそれぞれ、利
得、反転分布パラメータ、プランク定数、周波数を表
す。この式から、ＡＳＥ光強度を調整することで、利得
を一定に保つことが可能であることがわかる。すなわ
ち、後段の増幅用光ファイバから放出されるＡＳＥ光強
度が一定になるように、後段の増幅用光ファイバの励起
光強度を制御することで、利得を一定に制御することが
できる。
得、反転分布パラメータ、プランク定数、周波数を表
す。この式から、ＡＳＥ光強度を調整することで、利得
を一定に保つことが可能であることがわかる。すなわ
ち、後段の増幅用光ファイバから放出されるＡＳＥ光強
度が一定になるように、後段の増幅用光ファイバの励起
光強度を制御することで、利得を一定に制御することが
できる。
【００３７】また、第二の実施形態の制御系では、ＡＳ
Ｅ光ではなくＳＥ光を用いる。ＳＥ光強度と利得との関
係を以下に説明する。
Ｅ光ではなくＳＥ光を用いる。ＳＥ光強度と利得との関
係を以下に説明する。
【００３８】希土類添加光ファイバ増幅器の利得Ｇは、
上述したように、 Ｇ＝ｅｘｐ（∫γ（ｚ）ｄｚ） で表される。γ（ｚ）は、ファイバ側面からの自然放出
光強度ＰSE（ｚ）とその他の定数を用いて、 γ（ｚ）＝ＣＰSE（ｚ）−αs と記述することができる。ここで、Ｃおよびαs はファ
イバ上の位置励起光強度、信号光強度に依存しない定数
である。したがって、利得Ｇは、 Ｇ＝ｅｘｐ（∫ＣＰSE（ｚ）ｄｚ−αs Ｌ） と表される。したがって、側面からの自然放出光強度Ｐ
SE（ｚ）をファイバ長にわたって積分した値を一定値に
制御することで、利得Ｇを一定値に保つことができる。
上述したように、 Ｇ＝ｅｘｐ（∫γ（ｚ）ｄｚ） で表される。γ（ｚ）は、ファイバ側面からの自然放出
光強度ＰSE（ｚ）とその他の定数を用いて、 γ（ｚ）＝ＣＰSE（ｚ）−αs と記述することができる。ここで、Ｃおよびαs はファ
イバ上の位置励起光強度、信号光強度に依存しない定数
である。したがって、利得Ｇは、 Ｇ＝ｅｘｐ（∫ＣＰSE（ｚ）ｄｚ−αs Ｌ） と表される。したがって、側面からの自然放出光強度Ｐ
SE（ｚ）をファイバ長にわたって積分した値を一定値に
制御することで、利得Ｇを一定値に保つことができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅装
置は、多段に構成された増幅用光ファイバのうち後段の
増幅用光ファイバの出力飽和領域を利用して利得を制御
することで、波長多重された信号光に対して一括増幅が
可能で、しかも明確な動作領域で利得を実質的に一定に
保つことができる。
置は、多段に構成された増幅用光ファイバのうち後段の
増幅用光ファイバの出力飽和領域を利用して利得を制御
することで、波長多重された信号光に対して一括増幅が
可能で、しかも明確な動作領域で利得を実質的に一定に
保つことができる。
【００４０】また、縦続した２以上の増幅用光ファイバ
を用いることから高利得が得られ、後段の増幅用光ファ
イバのポンプ光源に帰還をかけることにより利得を制御
することからＮＦの向上を図ることができる。
を用いることから高利得が得られ、後段の増幅用光ファ
イバのポンプ光源に帰還をかけることにより利得を制御
することからＮＦの向上を図ることができる。
【００４１】さらに、ＡＳＥ光あるいはＳＥ光により監
視することで、入出力光強度を監視することなく利得一
定制御が可能になることから、光部品を省略でき、入力
およびＮＦの劣化を防ぐことができる。
視することで、入出力光強度を監視することなく利得一
定制御が可能になることから、光部品を省略でき、入力
およびＮＦの劣化を防ぐことができる。
【図１】本発明の第一の実施形態を示すブロック構成
図。
図。
【図２】本発明の第二の実施形態を示すブロック構成
図。
図。
【図３】単体の増幅用光ファイバについてポンプ光パワ
ーを変化させた場合の入出力光特性を示す図。
ーを変化させた場合の入出力光特性を示す図。
【図４】従来例の光増幅装置を示すブロック構成図。
【図５】従来例の光増幅装置を示すブロック構成図。
１１、２１、４１、６１ 増幅用光ファイバ １２、２２、４２、６２ ポンプ光源 １３、２３、４３、６３ 光波長多重カプラ ３１ アレイ導波路型光分波器 ３２、５５、７３ 光検出器 ３３、５６ ポンプ光源制御回路 ５１ プローブ光源 ５２、５３、７１、７６ 光カプラ ５４、７２ 光フィルタ ７４ 補償光源制御回路 ７５ 補償光源
Claims (5)
- 【請求項１】 波長多重化された信号光を増幅する光増
幅手段と、 この光増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備え
た光増幅装置において、 前記光増幅手段は縦続接続された複数の光増幅器を含
み、 この複数の光増幅器の少なくとも後段の光増幅器は３準
位系の元素が添加された増幅用光ファイバにより構成さ
れ、 この増幅用光ファイバの前段の光増幅器は、その利得
が、その光増幅器から発生する自然放出光がその後段の
増幅用光ファイバに入射したときにその増幅用光ファイ
バの利得が飽和状態となるように設定され、 前記利得制御手段は、前記増幅用光ファイバから出力さ
れる自然放出光を監視する手段と、この監視する手段の
出力により前記増幅用光ファイバの飽和出力光強度を制
御する手段とを含むことを特徴とする光増幅装置。 - 【請求項２】 前記複数の光増幅器がそれぞれ３準位系
の元素が添加された増幅用光ファイバにより構成された
請求項１記載の光増幅装置。 - 【請求項３】 前記後段の光増幅器は、その動作領域
が、その光増幅器を構成する増幅用光ファイバを励起す
るポンプ光強度を増加することで飽和出力光強度が増加
する領域に設定された請求項１記載の光増幅装置。 - 【請求項４】 前記監視する手段は前記後段の光増幅器
から出力される増幅された自然放出光を検出する手段を
含む請求項１記載の光増幅装置。 - 【請求項５】 前記監視する手段は前記後段の光増幅器
を構成する増幅用光ファイバの側面から放出される自然
放出光を検出する手段を含む請求項１記載の光増幅装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26441595A JPH09107141A (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 光増幅装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26441595A JPH09107141A (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 光増幅装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09107141A true JPH09107141A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17402860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26441595A Pending JPH09107141A (ja) | 1995-10-12 | 1995-10-12 | 光増幅装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09107141A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000024094A1 (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-27 | Corning Incorporated | Management and utilization of ase in optical amplifier |
| US6091541A (en) * | 1997-08-25 | 2000-07-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multichannel 3-stage optical fiber amplifier |
| US6167181A (en) * | 1998-01-07 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Optical fiber light amplifier |
| US7315696B2 (en) | 2002-12-04 | 2008-01-01 | Fujitsu Limited | Gain setting method in wavelength division multiplex transmission equipment |
| JP2010263188A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-11-18 | Fujikura Ltd | ファイバ出力安定化装置 |
| JP2013197332A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Fujikura Ltd | 光回路装置 |
-
1995
- 1995-10-12 JP JP26441595A patent/JPH09107141A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6091541A (en) * | 1997-08-25 | 2000-07-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multichannel 3-stage optical fiber amplifier |
| US6167181A (en) * | 1998-01-07 | 2000-12-26 | Nec Corporation | Optical fiber light amplifier |
| WO2000024094A1 (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-27 | Corning Incorporated | Management and utilization of ase in optical amplifier |
| US7315696B2 (en) | 2002-12-04 | 2008-01-01 | Fujitsu Limited | Gain setting method in wavelength division multiplex transmission equipment |
| JP2010263188A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-11-18 | Fujikura Ltd | ファイバ出力安定化装置 |
| JP2013197332A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Fujikura Ltd | 光回路装置 |
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