JPH10285118A - 光ファイバ増幅器及びその駆動方法 - Google Patents
光ファイバ増幅器及びその駆動方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】上述の光ファイバ増幅器では、光出力パワーの
安定度を高くするためには制御利得と制御時定数を大き
くすればよい。しかし制御時定数が大きいと電源を投入
してから光出力が立ち上がるまで通信回線が断状態とな
る。一方、制御利得と制御時定数を小さくすれば光出力
パワーの安定度が低下し、通信品質が劣化する。 【解決手段】本発明は希土類添加光ファイバ増幅器であ
って、光出力パワーを基準値と比較判定する比較判定回
路と、該回路の出力が所定値を越えると制御利得と制御
時定数をそれぞれ大きい値に切り替える利得可変増幅器
及び可変時定数回路とを備える。これにより出力パワー
が立ち上がり時間を短縮でき、立ち上がった後は高い利
得と長い時定数で安定した光出力パワーが得られる。
安定度を高くするためには制御利得と制御時定数を大き
くすればよい。しかし制御時定数が大きいと電源を投入
してから光出力が立ち上がるまで通信回線が断状態とな
る。一方、制御利得と制御時定数を小さくすれば光出力
パワーの安定度が低下し、通信品質が劣化する。 【解決手段】本発明は希土類添加光ファイバ増幅器であ
って、光出力パワーを基準値と比較判定する比較判定回
路と、該回路の出力が所定値を越えると制御利得と制御
時定数をそれぞれ大きい値に切り替える利得可変増幅器
及び可変時定数回路とを備える。これにより出力パワー
が立ち上がり時間を短縮でき、立ち上がった後は高い利
得と長い時定数で安定した光出力パワーが得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ伝送シ
ステムに用いられ、光信号を増幅して送出する光ファイ
バ増幅器とその駆動方法に関する。
ステムに用いられ、光信号を増幅して送出する光ファイ
バ増幅器とその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを伝送媒体とする光伝送シス
テムは長距離基幹通信、海底通信、加入者通信など各種
の分野に適用されている。また近年光ファイバのコア内
にエルビウムなどの希土類元素を添加した光ファイバを
光増幅媒体として用いる希土類添加光ファイバ増幅器
（以下光ファイバ増幅器と記す）が開発され、光伝送シ
ステムに応用されている。
テムは長距離基幹通信、海底通信、加入者通信など各種
の分野に適用されている。また近年光ファイバのコア内
にエルビウムなどの希土類元素を添加した光ファイバを
光増幅媒体として用いる希土類添加光ファイバ増幅器
（以下光ファイバ増幅器と記す）が開発され、光伝送シ
ステムに応用されている。
【０００３】光ファイバ増幅器では励起光として通常
１．４８μｍ帯、または０．９８μｍ帯のレーザ光を入
射させる。光ファイバ増幅器の光出力パワーを制御する
ために、励起光源である半導体レーザのパワーを制御す
る方法が行われている。
１．４８μｍ帯、または０．９８μｍ帯のレーザ光を入
射させる。光ファイバ増幅器の光出力パワーを制御する
ために、励起光源である半導体レーザのパワーを制御す
る方法が行われている。
【０００４】従来の光ファイバ増幅器の構成を図４に示
す。図４では、１．５５μｍ帯の光信号は入力ポート１
５からエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ１に入力され
ている。半導体レーザ９から送出される１．４８μｍ帯
の励起光は光合波器２から上記エルビウム（Ｅｒ）添加
光ファイバ１に入力され、１．５５μｍ帯の光信号が増
幅される。増幅された光信号は出力ポート１６から出力
されると同時に光分波器１１を介して光検出器３に入力
される。光検出器３が出力する光電流信号は電流電圧変
換回路４にて電圧信号に変換され、さらに差動増幅器５
において該電圧信号と第２の基準電圧１２とが比較され
誤差電圧信号が検出される。該誤差電圧信号は増幅器１
７と時定数回路１８を介して励起光源の駆動回路８に入
力され、該誤差電圧信号が零となるように、つまり光フ
ァイバ増幅器の光出力パワーが第２の基準電圧１２で設
定された値となるように半導体レーザ９のバイアス電流
が駆動回路８によってフィードバック制御される。
す。図４では、１．５５μｍ帯の光信号は入力ポート１
５からエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ１に入力され
ている。半導体レーザ９から送出される１．４８μｍ帯
の励起光は光合波器２から上記エルビウム（Ｅｒ）添加
光ファイバ１に入力され、１．５５μｍ帯の光信号が増
幅される。増幅された光信号は出力ポート１６から出力
されると同時に光分波器１１を介して光検出器３に入力
される。光検出器３が出力する光電流信号は電流電圧変
換回路４にて電圧信号に変換され、さらに差動増幅器５
において該電圧信号と第２の基準電圧１２とが比較され
誤差電圧信号が検出される。該誤差電圧信号は増幅器１
７と時定数回路１８を介して励起光源の駆動回路８に入
力され、該誤差電圧信号が零となるように、つまり光フ
ァイバ増幅器の光出力パワーが第２の基準電圧１２で設
定された値となるように半導体レーザ９のバイアス電流
が駆動回路８によってフィードバック制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の光ファイバ増幅
器では、光出力パワーの安定度を高くするためには制御
利得と制御時定数を大きくすればよい。このため従来の
光ファイバ増幅器の制御利得は約２０ｄＢであり、制御
時定数は数百ｍｓのオーダーである。したがって光ファ
イバ増幅器の電源を投入してから光出力が立ち上がるま
でに上記数百ｍｓの時間を要し、この間通信回線が断状
態となる。一方、光出力が立ち上がる時間を短縮させる
ためには、制御利得と制御時定数を小さくすればよい。
しかし、制御利得と制御時定数が小さいと光出力パワー
の安定度が低下し、通信品質が劣化するという問題点が
生じる。
器では、光出力パワーの安定度を高くするためには制御
利得と制御時定数を大きくすればよい。このため従来の
光ファイバ増幅器の制御利得は約２０ｄＢであり、制御
時定数は数百ｍｓのオーダーである。したがって光ファ
イバ増幅器の電源を投入してから光出力が立ち上がるま
でに上記数百ｍｓの時間を要し、この間通信回線が断状
態となる。一方、光出力が立ち上がる時間を短縮させる
ためには、制御利得と制御時定数を小さくすればよい。
しかし、制御利得と制御時定数が小さいと光出力パワー
の安定度が低下し、通信品質が劣化するという問題点が
生じる。
【０００６】本発明の目的は、出力パワーの高い安定度
と短い立ち上がり時間を備えた光ファイバ増幅器とその
駆動方法を提供することにある。
と短い立ち上がり時間を備えた光ファイバ増幅器とその
駆動方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ増幅
器は、希土類添加光ファイバと該光ファイバへ励起光を
送出する励起光源とを備え、光ファイバ増幅器の出力光
を検出し光電変換する光検出部と、該光検出部の出力電
圧を第１の基準電圧と比較する比較判定回路と、該比較
判定回路の出力信号がそれぞれ入力される利得可変増幅
器及び可変時定数回路と、これら利得可変増幅器と可変
時定数回路の出力値により上記励起光源を制御する励起
光源駆動回路とを備える。
器は、希土類添加光ファイバと該光ファイバへ励起光を
送出する励起光源とを備え、光ファイバ増幅器の出力光
を検出し光電変換する光検出部と、該光検出部の出力電
圧を第１の基準電圧と比較する比較判定回路と、該比較
判定回路の出力信号がそれぞれ入力される利得可変増幅
器及び可変時定数回路と、これら利得可変増幅器と可変
時定数回路の出力値により上記励起光源を制御する励起
光源駆動回路とを備える。
【０００８】また上記光ファイバ増幅器を駆動する方法
は、光ファイバ増幅器の出力光のレベルを検出し、該レ
ベルに応じて利得と時定数を変更するものである。より
詳細には光ファイバ増幅器の出力光が所定のレベルより
小さいときは所定の小さい利得と時定数を設定し、前記
出力光が所定のレベルより大きいときは所定の大きな利
得と時定数を設定する。
は、光ファイバ増幅器の出力光のレベルを検出し、該レ
ベルに応じて利得と時定数を変更するものである。より
詳細には光ファイバ増幅器の出力光が所定のレベルより
小さいときは所定の小さい利得と時定数を設定し、前記
出力光が所定のレベルより大きいときは所定の大きな利
得と時定数を設定する。
【０００９】このように、本発明の光ファイバ増幅器と
その駆動方法では、出力光のレベルに応じて利得と時定
数を調整するので、出力パワーの高い安定度と短い立ち
上がり時間を併せて備えることができる。
その駆動方法では、出力光のレベルに応じて利得と時定
数を調整するので、出力パワーの高い安定度と短い立ち
上がり時間を併せて備えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１を用いて、本発明の光ファイ
バ増幅器の構成例とその駆動方法について説明する。図
１において、入力ポート１５から１．５５μｍ帯の光信
号がエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ１に入力されて
いる。半導体レーザ９から送出される１．４８μｍ帯の
励起光は光合波器２から上記Ｅｒ添加光ファイバ１に入
力され、１．５５μｍ帯の光信号が増幅される。なお
０．９８μｍ帯の励起光も使用できる。増幅された光信
号は出力ポート１６から出力されると同時に光分波器１
１を介して光検出器３に入力される。光検出器３から出
力される光電流信号は電流電圧変換回路４にて電圧信号
に変換され、差動増幅器５と比較判定回路１０に入力さ
れる。さらに差動増幅器５において該電圧信号と第２の
基準電圧１２とが比較され誤差電圧信号が出力される。
該誤差電圧信号は利得可変増幅器６により増幅され、可
変時定数回路７を介して励起光源の駆動回路８に入力さ
れ、半導体レーザ９にバイアス電流として供給される。
制御ループは負帰還となるように設定されており、上記
誤差電圧信号が零となるように、つまり光ファイバ増幅
器の光出力パワーが第２の基準電圧１２で設定された値
となるように半導体レーザ９のバイアス電流が制御され
る。
バ増幅器の構成例とその駆動方法について説明する。図
１において、入力ポート１５から１．５５μｍ帯の光信
号がエルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ１に入力されて
いる。半導体レーザ９から送出される１．４８μｍ帯の
励起光は光合波器２から上記Ｅｒ添加光ファイバ１に入
力され、１．５５μｍ帯の光信号が増幅される。なお
０．９８μｍ帯の励起光も使用できる。増幅された光信
号は出力ポート１６から出力されると同時に光分波器１
１を介して光検出器３に入力される。光検出器３から出
力される光電流信号は電流電圧変換回路４にて電圧信号
に変換され、差動増幅器５と比較判定回路１０に入力さ
れる。さらに差動増幅器５において該電圧信号と第２の
基準電圧１２とが比較され誤差電圧信号が出力される。
該誤差電圧信号は利得可変増幅器６により増幅され、可
変時定数回路７を介して励起光源の駆動回路８に入力さ
れ、半導体レーザ９にバイアス電流として供給される。
制御ループは負帰還となるように設定されており、上記
誤差電圧信号が零となるように、つまり光ファイバ増幅
器の光出力パワーが第２の基準電圧１２で設定された値
となるように半導体レーザ９のバイアス電流が制御され
る。
【００１１】比較判定回路１０では、電流電圧変換回路
４の出力電圧を第１の基準電圧１３と比較判定し、その
結果に基づき利得可変増幅器６と可変時定数回路７へ信
号が送られる。
４の出力電圧を第１の基準電圧１３と比較判定し、その
結果に基づき利得可変増幅器６と可変時定数回路７へ信
号が送られる。
【００１２】次に本発明の光ファイバ増幅器の特徴的な
駆動方法の例を図２を用いて説明する。図２（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ比較判定回路１０の
入力電圧、出力電圧、利得可変増幅器６、および可変時
定数回路７の電力投入時からの変化の様子を示す。図２
（ａ）は、光ファイバ増幅器へ時刻ｔ０に電源が投入さ
れた後の比較判定回路１０へ入力される電圧の変化を示
す。比較判定回路１０への入力電圧値は電源投入時から
次第に増加し、一定値に達する。しかし、時刻ｔ１まで
は比較判定回路１０の出力はＶＬであり、またこの出力
信号を受けて利得可変増幅器６の利得と可変時定数回路
７の時定数はそれぞれＧ１およびτ１の値に設定されて
いる。
駆動方法の例を図２を用いて説明する。図２（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ比較判定回路１０の
入力電圧、出力電圧、利得可変増幅器６、および可変時
定数回路７の電力投入時からの変化の様子を示す。図２
（ａ）は、光ファイバ増幅器へ時刻ｔ０に電源が投入さ
れた後の比較判定回路１０へ入力される電圧の変化を示
す。比較判定回路１０への入力電圧値は電源投入時から
次第に増加し、一定値に達する。しかし、時刻ｔ１まで
は比較判定回路１０の出力はＶＬであり、またこの出力
信号を受けて利得可変増幅器６の利得と可変時定数回路
７の時定数はそれぞれＧ１およびτ１の値に設定されて
いる。
【００１３】比較判定回路１０への入力電圧値が時刻ｔ
１において所定の閾値Ｖｔｈに達すると比較判定回路１
０はＶＨを出力し、この信号が利得可変増幅器６と可変
時定数回路７に入力される。上記閾値Ｖｔｈは例えば一
定値より約２〜３ｄＢ低い値を選ぶことができる。利得
可変増幅器６と可変時定数回路７は上記ＶＨを受けて、
それぞれ利得をＧ２（ただしＧ２＞Ｇ１）とし、また時
定数をτ２（ただしτ２＞τ１）とする。
１において所定の閾値Ｖｔｈに達すると比較判定回路１
０はＶＨを出力し、この信号が利得可変増幅器６と可変
時定数回路７に入力される。上記閾値Ｖｔｈは例えば一
定値より約２〜３ｄＢ低い値を選ぶことができる。利得
可変増幅器６と可変時定数回路７は上記ＶＨを受けて、
それぞれ利得をＧ２（ただしＧ２＞Ｇ１）とし、また時
定数をτ２（ただしτ２＞τ１）とする。
【００１４】従って、電源投入から光ファイバ増幅器の
光出力パワーが立ち上がる間は、短い時定数のτ１で短
期間に立ち上がり、立ち上がった後は高い利得Ｇ２と長
い時定数τ２に切り替わるので安定した光出力パワーが
得られる。
光出力パワーが立ち上がる間は、短い時定数のτ１で短
期間に立ち上がり、立ち上がった後は高い利得Ｇ２と長
い時定数τ２に切り替わるので安定した光出力パワーが
得られる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。励起光源
用の半導体レーザ９として１．４８μｍ帯ファブリペロ
レーザを用い、Ｅｒ添加光ファイバ１に雑音指数６ｄ
Ｂ、最大光利得４０ｄＢのファイバを用いて光ファイバ
増幅器を構成し、該増幅器によって１．５５μｍ帯の光
信号を増幅した。また利得可変増幅器６の利得はＧ１を
１０ｄＢ、Ｇ２を４０ｄＢとし、可変時定数回路７の時
定数はτ１を２０ｍＳτ２を２００ｍＳとした。このと
きの光ファイバ増幅器の出力パワーと時間の関係を図３
に示す。電源投入から光出力パワーが立ち上がるまでに
要する時間は１８ｍＳである。
用の半導体レーザ９として１．４８μｍ帯ファブリペロ
レーザを用い、Ｅｒ添加光ファイバ１に雑音指数６ｄ
Ｂ、最大光利得４０ｄＢのファイバを用いて光ファイバ
増幅器を構成し、該増幅器によって１．５５μｍ帯の光
信号を増幅した。また利得可変増幅器６の利得はＧ１を
１０ｄＢ、Ｇ２を４０ｄＢとし、可変時定数回路７の時
定数はτ１を２０ｍＳτ２を２００ｍＳとした。このと
きの光ファイバ増幅器の出力パワーと時間の関係を図３
に示す。電源投入から光出力パワーが立ち上がるまでに
要する時間は１８ｍＳである。
【００１６】次に従来の光ファイバ増幅器を用い、増幅
器１４の利得を４０ｄＢとし、時定数回路の時定数を２
００ｍＳとして、光出力パワーの立ち上がりを測定し
た。図５にその結果を示す。電源投入から光出力パワー
が立ち上がるまでに要する時間は１８０ｍＳである。し
たがって、本発明の光ファイバ増幅器では光出力パワー
の立ち上がりに要する時間は従来の１／１０になる。
器１４の利得を４０ｄＢとし、時定数回路の時定数を２
００ｍＳとして、光出力パワーの立ち上がりを測定し
た。図５にその結果を示す。電源投入から光出力パワー
が立ち上がるまでに要する時間は１８０ｍＳである。し
たがって、本発明の光ファイバ増幅器では光出力パワー
の立ち上がりに要する時間は従来の１／１０になる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明の光ファイバ増幅
器では光出力パワーを予め設定された基準値と比較する
比較判定回路を有し、その判定出力により制御利得を切
り替える利得可変増幅器と制御時定数を切り替える可変
時定数回路を有している。したがって、本発明の光ファ
イバ増幅器は出力パワーが立ち上がる時は、短い時定数
により短期間に立ち上がり、立ち上がった後は高い利得
と長い時定数で安定した光出力パワーが得られる。
器では光出力パワーを予め設定された基準値と比較する
比較判定回路を有し、その判定出力により制御利得を切
り替える利得可変増幅器と制御時定数を切り替える可変
時定数回路を有している。したがって、本発明の光ファ
イバ増幅器は出力パワーが立ち上がる時は、短い時定数
により短期間に立ち上がり、立ち上がった後は高い利得
と長い時定数で安定した光出力パワーが得られる。
【図１】本発明の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図２】電源投入後の比較判定回路の入出力、利得、時
定数の時間変化を示す図。
定数の時間変化を示す図。
【図３】本発明の光ファイバ増幅器に電源を投入した後
の光出力パワーの時間変化を示すグラフ。
の光出力パワーの時間変化を示すグラフ。
【図４】従来の光ファイバ増幅器の構成例を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図５】従来の光ファイバ増幅器に電源を投入した後の
光出力パワーの時間変化を示すグラフ。
光出力パワーの時間変化を示すグラフ。
１ エルビウム添加光ファイバ ２ 光合波器 ３ 光検出器 ４ 電流電圧変換回路 ５ 差動増幅器 ６ 利得可変増幅器 ７ 可変時定数回路 ８ 駆動回路 ９ 半導体レーザ １０ 比較判定回路 １１ 光分波器
Claims (6)
- 【請求項１】希土類添加光ファイバと該光ファイバへ励
起光を送出する励起光源とを備えた光ファイバ増幅器に
おいて、前記光ファイバ増幅器の出力光を検出し光電変
換する光検出部と、前記光検出部の出力電圧を第１の基
準電圧と比較する比較判定回路と、前記比較判定回路の
出力信号がそれぞれ入力される利得可変増幅器及び可変
時定数回路と、前記利得可変増幅器と可変時定数回路の
出力値により前記励起光源を制御する駆動回路とを備え
ることを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項２】前記光検出部の出力電圧と第２の基準電圧
を比較する差動増幅器を備えた請求項１記載の光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項３】前記光検出部の後段に前記差動増幅器、利
得可変増幅器、可変時定数回路、励起光源駆動回路が順
に接続した構成を備えた請求項２記載の光ファイバ増幅
器。 - 【請求項４】希土類添加光ファイバと該光ファイバへ励
起光を送出する励起光源とを備えた光ファイバ増幅器の
駆動方法であって、前記光ファイバ増幅器の出力光のレ
ベルを検出し、該レベルに応じて利得と時定数を変更す
ることを特徴とする光ファイバ増幅器の駆動方法。 - 【請求項５】前記光ファイバ増幅器の出力光が所定のレ
ベルより小さいときは所定の小さい利得と時定数を設定
し、前記出力光が所定のレベルより大きいときは所定の
大きな利得と時定数を設定する請求項４記載の光ファイ
バ増幅器の駆動方法。 - 【請求項６】前記光ファイバ増幅器の出力光を基準値と
比較しその差が零になるように前記励起光源をフィード
バック制御する請求項４又は５記載の光ファイバ増幅器
の駆動方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9081340A JP3033515B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 光ファイバ増幅器及びその駆動方法 |
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