JPH1084152A - 光増幅器 - Google Patents

光増幅器

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JPH1084152A
JPH1084152A JP8236042A JP23604296A JPH1084152A JP H1084152 A JPH1084152 A JP H1084152A JP 8236042 A JP8236042 A JP 8236042A JP 23604296 A JP23604296 A JP 23604296A JP H1084152 A JPH1084152 A JP H1084152A
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秀昭 杉谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力が少なく、かつ雑音が少ない光増幅
器を提供する。 【解決手段】 希土類ドープ光ファイバ１１および１２
を用いて入力される信号光を２段階に増幅する構成であ
る。希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドープ光ファ
イバ１２との間に分岐カプラ１５を設ける。分岐カプラ
１５によって分岐された入力光をフォトダイオード１６
で受信することによって入力光レベルをモニタする。レ
ーザ光源１３から出力される励起光は、合波カプラ１４
によって導波されて希土類ドープ光ファイバ１１および
１２に供給される。制御回路１９は出力光レベルを制御
するとともに、入力光レベルが所定値以下に低下したと
きには、レーザ光源１３の出力を停止する。励起光が供
給されている状態での希土類ドープ光ファイバ１１の利
得は、分岐カプラ１５で入力光を分岐することによって
生じる損失よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅器に係わ
り、特に入力光レベルをモニタする機能を有する光増幅
器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ネットワークを介して転送される情報量
は飛躍的に増加している。また、情報の国際化の進展に
伴って長距離通信の需要も急速に増加している。このよ
うな長距離伝送では、特に大容量の情報を伝送する場
合、光ファイバケーブルが使用されている。ところが、
光ファイバを介して信号を伝送する場合、伝送距離が長
くなるにつれて信号が減衰してしまう。このため、長距
離光伝送においては、通常所定間隔ごとに光増幅器を持
った中継ノードを設け、各中継ノードで信号光を増幅し
て次の中継ノードへ伝送する。
【０００３】光増幅器としては、様々な形態が開発され
ているが、その中の１つとして光ファイバ増幅器が知ら
れている。特に、１５５０ｎｍ帯においては、エルビウ
ムなどの希土類物質が注入された希土類ドープ光ファイ
バを用いた光増幅器が広く利用されている。希土類ドー
プ光ファイバは、信号光とは別に入力される励起光によ
って希土類物質などを励起状態とし、その励起エネルギ
ーによって光ファイバを通過する信号光を増幅させる構
成である。
【０００４】上記構成の光増幅器は、入力光レベルをモ
ニタする機構を有しているものもある。すなわち、入力
光レベルをモニタし、そのレベルが所定値よりも低下し
たときには、信号が伝送されてきていないとみなす。信
号が伝送されてきていなければ、そのときの入力光を増
幅する必要がないので、希土類物質を励起させるための
励起光を停止する。このような構成とすることにより、
励起光を出力する光源（通常、レーザ）の消費電力を抑
えることができる。さらに、光増幅器が雑音源になるこ
とを防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光増幅器を
用いた光通信システムにおいては、各光増幅器において
発生する雑音が累積される。このため、特に多数の光増
幅器が直列に設けられる伝送区間では、各光増幅器にお
いて発生する雑音をできるだけ小さくする必要がある。
光増幅器の雑音は、入力信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）
に対する出力光のＳ／Ｎによって表され、雑音指数と呼
ばれる。
【０００６】上記構成の光増幅器では、入力光レベルを
モニタする機構が低雑音化を妨げる原因の１つである。
すなわち、入力光レベルをモニタするためには、通常、
光カプラ等を用いて入力光の一部を分岐し、その分岐さ
れた光をフォトダイオード等で検出することによって入
力光レベルを算出する。このため、入力光の一部が出力
側へは伝送されずに損失になり、そのことによって雑音
指数が劣化してしまう。特に、入力側の伝送路が長い場
合など、入力光レベルが低いときにその光レベルを精度
よく測定するためには、フォトダイオード側に分岐する
光量を一定値以上確保しなければならないので、実際に
増幅される光量はより少なくなり、雑音指数はさらに劣
化する。
【０００７】この問題に対処するために、入力光レベル
を間接的にモニタする構成が提案されている。すなわ
ち、入力光が信号を含んでいるときには希土類物質を励
起させるための励起光パワーを一定に保ちながら入力光
を増幅し、光増幅器の出力側において出力光の一部を分
岐し、その分岐された光のレベルを測定することによっ
て入力光レベルを算出する構成が提案されている。とこ
ろが、この構成では、消費電力を抑えるために入力光が
信号を含んでいないときに励起光を停止すると、入力光
が励起状態にない希土類ドープ光ファイバを通過するの
で、そのときの減衰（損失）が大きい。このため、入力
光が信号を含んでいない状態から信号を含む状態に移っ
たときに、光増幅器の出力側に設けられたモニタ機構が
その状態の変化を検出できない恐れがある。この場合、
励起光を出力させることができず、入力光を増幅できな
くなる。すなわち、この構成では、希土類ドープ光ファ
イバに常に励起光を供給しておく必要があり、低消費電
力化が妨げられてしまう。
【０００８】本発明の課題は、消費電力が少なく、かつ
雑音が少ない光増幅器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の光増幅
器の原理構成図である。本発明の光増幅器は、入力光レ
ベルに応じて増幅動作を制御する構成を前提とする。
【００１０】入力モニタ手段１は、この光増幅器から入
力光レベルをモニタする。入力モニタ手段１は、入力光
の一部を分岐し、その分岐した光のレベルを検出するこ
とによって入力光レベルを算出するので、所定の損失が
発生する。
【００１１】第１の希土類ドープ光ファイバ２は、入力
モニタ手段１の入力側に設けられ、入力モニタ手段によ
る損失よりも大きな利得で入力光を増幅する。第１の希
土類ドープ光ファイバ２は、入力モニタ手段１において
発生する損失を補償するための光増幅器である。第２の
希土類ドープ光ファイバ３は、入力モニタ手段１の出力
側に設けられ、入力モニタ手段１を通過した光を増幅し
て出力する。第２の希土類ドープ光ファイバ３は、出力
光を所定のレベルに増幅するための光増幅器である。
【００１２】上記構成とすれば、第２の希土類ドープ光
ファイバ３の入力側の損失を増加させることなく入力光
レベルをモニタできる。上記光増幅器において、第１の
希土類ドープ光ファイバ２および第２の希土類ドープ光
ファイバ３に励起光を供給する光源と、入力モニタ手段
１によって検出された入力光レベルが予め設定した所定
値よりも低かったときに上記光源の出力を停止または低
下させる光源制御手段とを設け、励起光が供給されない
状態での第１の希土類ドープ光ファイバ２の損失を、当
該光増幅器が設けられるシステムにおいて規定される最
小光レベルと上記入力モニタ手段が検出できる最小光レ
ベルとの差よりも小さくする。
【００１３】このような構成とすれば、第１の希土類ド
ープ光ファイバ２に励起光が供給されていないときであ
っても、入力モニタ手段１が入力光レベルを検出するこ
とができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本実施形態の光増幅器は、希土類
ドープ光ファイバを用いて入力光を増幅する構成であ
り、希土類ドープ光ファイバに供給する励起光を制御し
て所望のパワーの光を出力する。また、この光増幅器
は、入力光レベルをモニタし、その入力光レベルが所定
値よりも小さくなると、入力光が信号を含んでいないと
見なして、励起光を停止することによって消費電力を抑
える機能を有している。
【００１５】図２は、本発明の一実施形態の光増幅器の
構成図である。同図において、×印は光ファイバどうし
の融着点を示す。尚、光ファイバどうしを融着接続する
代わりに、光コネクタ、あるいはレンズ結合で光を導く
ような構成であってもよい。また、本実施形態は、一例
として、１５５０ｎｍ帯の光を用いて信号を伝送するシ
ステムに設けられる構成とする。
【００１６】希土類ドープ光ファイバ１１および１２
は、希土類物質として例えばエルビウムが注入された光
ファイバである。希土類ドープ光ファイバ１１および１
２は、レーザ光源１３から励起光が供給されると、注入
されている希土類物質などが反転励起されて励起状態に
なる。この状態で信号光が希土類ドープ光ファイバ１１
または１２を通過すると、その信号光は励起エネルギー
によって増幅される。希土類ドープ光ファイバ１１は、
入力光レベルをモニタする機構で発生する損失を補償す
るための光増幅器である。また、希土類ドープ光ファイ
バ１２は、出力光を所定のレベルに増幅するための光増
幅器である。
【００１７】レーザ光源１３は、例えば、９８０ｎｍ帯
または１４８０ｎｍ帯のレーザダイオード（図中、LDと
示す）である。レーザ光源１３の発光パワーは、制御回
路１９によって制御される。レーザ光源１３が出力する
励起光は、合波カプラ１４によって導波され、希土類ド
ープ光ファイバ１２に供給される。なお、合波カプラ１
４は、例えば、ファイバ型または誘電体多層膜型のWDM
カプラ（波長分割多重カプラ）であり、９８０ｎｍ帯と
１５５０ｎｍ帯、または１４８０ｎｍ帯と１５５０ｎｍ
帯とを合波する。この励起光は、希土類ドープ光ファイ
バ１２を通過した後、さらに分岐カプラ１５を通過して
希土類ドープ光ファイバ１１に供給される。
【００１８】分岐カプラ１５は、入力光レベルをモニタ
するために、入力光の一部をフォトダイオード１６へ分
岐させる。分岐カプラ１５の分岐比は、例えば１０：１
である。なお、分岐カプラ１５の代わりにビームスプリ
ッタを用いてもよい。フォトダイオード１６は、分岐カ
プラ１５によって分岐された入力光の一部を受信してそ
の光レベルを電気信号に変換して制御回路１９に通知す
る。
【００１９】分岐カプラ１７は、出力光レベルをモニタ
するために、出力光の一部をフォトダイオード１８へ分
岐させる。分岐カプラ１７は、分岐カプラ１５と同様
に、ビームスプリッタを用いてもよい。フォトダイオー
ド１８は、分岐カプラ１７によって分岐された出力光の
一部を受信してその光レベルを電気信号に変換して制御
回路１９に通知する。
【００２０】制御回路１９は、フォトダイオード１６か
ら通知される電気信号から入力光レベルを認識し、フォ
トダイオード１８から通知される電気信号から出力光レ
ベルを認識する。そして、制御回路１９は、これらの入
力光レベルおよび出力光レベルに基づいてレーザ光源１
３を制御する。すなわち、制御回路１９は、入力光レベ
ルが予め設定してある所定レベルよりも高いときには、
レーザ光源１３を駆動し、レーザ光源１３に励起光を出
力させる。このとき、希土類ドープ光ファイバ１１およ
び１２は、入力光を増幅する。一方、入力光レベルが上
記所定レベルよりも低くなると、制御回路１９はレーザ
光源１３の駆動を停止する。また、制御回路１９は、た
とえばALC （自動レベルコントロール）により出力光レ
ベルを一定の値に保つ。
【００２１】なお、通常、伝送される光のレベル（強
度）は、信号を含んでいないときと比べて信号を含んで
いるときの方が高くなる。「所定レベル」は、入力光が
信号を含んでいるか否かを判定するための参照レベルで
ある。この参照レベルは、入力側の光伝送路の長さに応
じて設定するようにしてもよい。
【００２２】コネクタ２０ａおよび２０ｂは、それぞれ
入力側および出力側の光伝送路と本実施形態の光増幅器
との間を接続するコネクタである。光アイソレータ２１
ａおよび２１ｂは、コネクタ２０ａおよび２０ｂにおけ
る反射によって光増幅器が発振したり不安定な動作に陥
ることを防ぐために設けられている。
【００２３】なお、コネクタ２０ａと光アイソレータ２
１ａとの間、光アイソレータ２１ａと希土類ドープ光フ
ァイバ１１との間、希土類ドープ光ファイバ１１と分岐
カプラ１５との間、分岐カプラ１５と希土類ドープ光フ
ァイバ１２との間、希土類ドープ光ファイバ１２と合波
カプラ１４との間、合波カプラ１４と分岐カプラ１７と
の間、分岐カプラ１７と光アイソレータ２１ｂとの間、
および光アイソレータ２１ｂとコネクタ２０ｂとの間
は、それぞれ短い光ファイバで接続されている。ただ
し、光ファイバは折り曲げることができず、各光ファイ
バはそれぞれ余長処理などが必要なので、収容スペース
を考慮した場合、光増幅器内に収容する光ファイバの本
数は少ないことが望ましい。このため、たとえば、上記
光ファイバのうち、希土類ドープ光ファイバ１１と希土
類ドープ光ファイバ１２との間を希土類ドープ光ファイ
バで構成すれば、光増幅器内での光ファイバ収納スペー
スを小さくできる。
【００２４】次に、上記構成の光増幅器の動作を説明す
る。入力側の光伝送路を介して伝送されてきた信号光
（光増幅器への入力光）は、光アイソレータ２１ａを通
過して希土類ドープ光ファイバ１１へ入射される。希土
類ドープ光ファイバ１１は、レーザ光源１３から励起光
が供給されている場合には、信号光を増幅して分岐カプ
ラ１５へ出力する。レーザ光源１３から励起光が供給さ
れていない場合には、信号光は、希土類ドープ光ファイ
バ１１を単に通過する。
【００２５】レーザ光源１３から希土類ドープ光ファイ
バ１１に励起光を供給するかどうかは、上述したよう
に、入力光レベルによって決まる。すなわち、フォトダ
イオード１６によって検出される入力光レベルが予め設
定してある所定のレベルよりも高ければ、入力された信
号光が転送信号を含んでいるとみなし、その信号光を増
幅するために、制御回路１９はレーザ光源１３に励起光
を出力させる。一方、入力光レベルが上記所定のレベル
よりも低ければ、入力された信号光は転送すべき信号を
含んでないとみなす。入力された信号光が転送すべき信
号を含んでいなければ、その信号光を増幅する必要がな
いので、制御回路１９はレーザ光源１３の駆動を停止す
る。入力光レベルとレーザ光源１３の状態を図３に示
す。
【００２６】このように、本実施形態の光増幅器は、入
力光レベルをモニタする回路（分岐カプラ１５およびフ
ォトダイオード１６）の前段に希土類ドープ光ファイバ
１１を設け、入力された信号光が信号を含んでいる場合
には、希土類ドープ光ファイバ１１によって増幅された
信号光の光レベルをモニタする構成である。
【００２７】次に、希土類ドープ光ファイバ１１の設計
手法について説明する。すなわち、希土類ドープ光ファ
イバ１１に励起光が供給されている状態での利得、およ
び励起光が供給されていない状態での損失をどのような
範囲に設定するのかを説明する。
【００２８】励起光が供給されている状態での希土類ド
ープ光ファイバ１１の利得は、少なくとも入力光レベル
をモニタする際に生じる損失よりも大きくする。入力光
レベルをモニタする際に生じる損失は、分岐カプラ１５
を用いて入力光を１０：１に分岐することによって発生
する。すなわち、希土類ドープ光ファイバ１２によって
増幅される光の量は、分岐カプラ１５を用いて入力光を
分岐することにより、分岐カプラ１５を設けない場合と
比べて１１分の１０になり、約０．４ｄＢの損失が発生
する。したがって、希土類ドープ光ファイバ１１は、信
号光が希土類ドープ光ファイバ１１を通過した際にその
光量が１０分の１１以上となるに、その利得を少なくと
も０．４ｄＢ以上とする。
【００２９】一般に、希土類ドープ光ファイバの利得
は、注入されているエルビウムの濃度が一定であるとす
ると、その長さに依存する。図４(a) は、希土類ドープ
光ファイバの長さと利得との関係を示している。同図に
示すように、希土類ドープ光ファイバの長さが長いほど
利得が大きくなる。また、単位長さ当たりの希土類ドー
プ光ファイバの利得は、図４(b) に示すように、入力光
レベルが大きくない範囲では入力光レベルが変化しても
ほぼ一定である。従って、増幅しようとする信号光の波
長、励起光の波長および励起光パワーが既知であれば、
希土類ドープ光ファイバの長さを調整することによって
その利得を決めることができる。
【００３０】たとえば、分岐カプラ１５を用いて入力光
を分岐することにより、希土類ドープ光ファイバ１２へ
入力される光が０．４ｄＢ低下するのであれば、希土類
ドープ光ファイバ１１における利得が０．４ｄＢよりも
大きくなるように、希土類ドープ光ファイバ１１の長さ
を決める。
【００３１】一方、希土類ドープ光ファイバ１１は、励
起光が供給されないと、信号光を増幅することはなく、
むしろ信号光を減衰させてしまう。すなわち、損失が発
生する。一般に、励起光が供給されていない状態の希土
類ドープ光ファイバは、通常の光ファイバと比べて損失
が大きく、またその長さが長いほど損失が大きい。従っ
て、励起光が供給されている状態での利得を所定値以上
にするために希土類ドープ光ファイバ１１を長くしすぎ
ると、励起光が供給されていない状態では希土類ドープ
光ファイバ１１における損失が大きくなってしまう。す
なわち、希土類ドープ光ファイバ１１を必要以上に長く
してしまうと、励起光を供給しないときには信号光が通
過できなくなってしまう。
【００３２】ここで、励起光が供給されていない状態で
希土類ドープ光ファイバ１１における損失をどの程度に
抑えるべきかを説明するために、図５に示すような光伝
送システムを想定する。図５に示すシステムは、図２に
示す光増幅器が中継ノード毎に設けられ、各光増幅器の
最低受光レベルが、例えば−３５ｄＢｍに規定されてい
る。換言すれば、このシステムは、信号伝送時には、各
光増幅器における光入力レベルが−３５ｄＢｍ以上であ
れば、その信号光が確実に次の中継ノードに伝送される
ことが保証されている。また、フォトダイオード１６
は、たとえば−５０ｄＢｍ以上の光であればその光レベ
ルを精度よく電気信号に変換できるものとする。
【００３３】上記システムでは、各光増幅器は、−３５
ｄＢｍ程度の光を受信した場合であっても、入力光レベ
ルを正確にモニタできなくてはならない。ところで、分
岐カプラ１５は入力光を１０：１に分岐し、フォトダイ
オード１６は入力光の１１分の１を受信するので、フォ
トダイオード１６が受信する光レベルは、希土類ドープ
光ファイバ１１から出力される光のレベルよりも１０ｄ
Ｂ程度低下している。したがって、例えば、コネクタ２
０ａおよび光アイソレータ２１ａにおいて１ｄＢの損失
が発生するものとし、マージンとして３ｄＢを確保する
ような設計とすれば、励起光が供給されていない状態で
の希土類ドープ光ファイバ１１における損失は、１ｄＢ
（−３５−（−５０）−１０−１−３＝１）以下にしな
ければならない。換言すれば、励起光が供給されていな
い状態での希土類ドープ光ファイバ１１の損失をこのよ
うに規定すれば、入力光レベルを確実にモニタできる。
一般に、励起光が供給されていない状態での希土類ドー
プ光ファイバにおける損失はその長さに比例する。した
がって、損失を所定値以下に設定するためには、希土類
ドープ光ファイバの長さを所定値以下にすればよい。
【００３４】希土類ドープ光ファイバ１１を設計する際
のポイントを以下にまとめる。 (1) 励起光が供給されている状態での希土類ドープ光フ
ァイバ１１の利得を、入力光レベルをモニタする際に生
じる損失よりも大きくする。 (2) 励起光が供給されない状態での希土類ドープ光ファ
イバ１１の損失を、当該光増幅器が設けられるシステム
において規定される最小光レベルとフォトダイオード１
６が検出できる最小光レベルとの差よりも小さくする。 上記２つのポイントを希土類ドープ光ファイバ１１の長
さを調節することによって満たす場合、上記(1) によっ
て希土類ドープ光ファイバ１１の長さの短い側のリミッ
トが与えられ、上記(2) によって長い側のリミットが与
えられる。
【００３５】上記構成とすれば、光伝送路を介して伝送
されてきた信号光は、希土類ドープ光ファイバ１１によ
って増幅された後に入力光レベルをモニタする機構（分
岐カプラ１５およびフォトダイオード１６）へ導波され
る。このとき、入力光レベルをモニタする機構で発生す
る損失よりも希土類ドープ光ファイバ１１における利得
を大きくしたので、入力光レベルをモニタする機構を設
けることによって入力信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が
悪化することはない。したがって、光増幅器としての雑
音指数も悪化することはない。
【００３６】なお、希土類ドープ光ファイバ１１へ入力
される信号光のレベルを、図４(b)に示す入力範囲（非
飽和領域、あるいは小信号入力領域）に制限すれば、そ
の範囲では入力光レベルに対して利得が一定なので、希
土類ドープ光ファイバ１１の出力レベルは光増幅器への
入力光レベルに比例する。この場合、希土類ドープ光フ
ァイバ１１の出力から入力光レベルを簡単に算出でき
る。実際、光増幅器は、長い伝送路を介して伝送されて
きた信号光を受信する位置に設けられることが多いの
で、光増幅器への入力光のレベルは、通常、図４(b) に
示す非飽和領域である。
【００３７】また、上記構成の光増幅器は、２つの希土
類ドープ光ファイバを有するが、１つの光源（レーザ光
源１３）から出力される励起光をそれら２つの希土類ド
ープ光ファイバに供給する方式なので、消費電力はあま
り大きくならない。
【００３８】図６は、制御回路の詳細ブロック図であ
る。制御回路１９は、希土類ドープ光ファイバ１１の出
力光を分岐カプラ１５で分岐したものをフォトダイオー
ド１６において電気信号に変換し、その電気信号をバッ
ファ３１に転送する。バッファ３１は、たとえば、ボル
テージフォロワである。バッファ３１の出力は、アンプ
３２および３３に供給される。アンプ３２および３３
は、それぞれ利得Ｇ1 および利得Ｇ2 を有する。ここ
で、Ｇ1 ＜Ｇ2 である。アンプ３２および３３の出力
は、それぞれスイッチ３４および３５を介してコンパレ
ータ３６のＶi 端子に転送される。スイッチ３４および
３５は、例えばＦＥＴを用いたスイッチであり、スイッ
チ制御信号として「Ｌ」を受信するとオン状態となり、
「Ｈ」を受信するとオフ状態になる。このスイッチ制御
信号は、コンパレータ３６の比較結果である。
【００３９】コンパレータ３６のＶc 端子には、スイッ
チ３７および３８の状態に従って参照電圧Ｖ1 またはＶ
2 が入力される。ここで、Ｖ1 とＶ2 との比は、たとえ
ば、Ｇ1 とＧ2 との比と同じにする。また、スイッチ３
７および３８は、スイッチ３４および３５と同様に、ス
イッチ制御信号として「Ｌ」を受信するとオン状態とな
り、「Ｈ」を受信するとオフ状態になる。
【００４０】コンパレータ３６は、Ｖi 端子に印加され
る電圧とＶc 端子に印加される電圧とを比較し、Ｖi 端
子に印加される電圧の方が高ければ「Ｈ」を出力し、Ｖ
c 端子に印加される電圧の方が高ければ「Ｌ」を出力す
る。コンパレータ３６の出力は、スイッチ３５および３
８に転送されるとともに、インバータ３９によって反転
されてスイッチスイッチ３４および３７に転送される。
これらの信号がスイッチ制御信号である。
【００４１】希土類ドープ光ファイバ１２の出力光は、
分岐カプラ１７で分岐されてフォトダイオード１８で電
気信号に変換される。この電気信号は、レーザ駆動回路
４０に転送される。レーザ駆動回路４０は、電圧源を含
み、フォトダイオード１８から転送される電気信号に従
って出力電圧を決める。レーザ駆動回路４０は、この実
施例では、フォトダイオード１８の出力が一定の値を保
持するようにフィードバック制御を行い、出力光レベル
を一定の値に保持する。なお、コンパレータ３６の出力
が「Ｌ」になると、レーザ駆動回路４０の動作は停止す
る。
【００４２】レーザ駆動回路４０の出力は、スイッチ４
１を介してレーザ光源１３に供給される。スイッチ４１
は、コンパレータ３６の出力によって制御され、「Ｌ」
を受信するとオン状態となり、「Ｈ」を受信するとオフ
状態になる。スイッチ４１がオン状態のときは、レーザ
光源１３は、レーザ駆動回路４０の出力電圧に応じた発
光パワーの励起光を出力する。スイッチ４１がオフ状態
のときは、レーザ光源１３は駆動されない。
【００４３】図７を参照しながら、上記構成の光増幅器
の状態遷移を説明する。入力光レベルが所定レベルより
も高い状態（通常状態と呼ぶ）から所定レベルよりも低
い状態に移ると、フォトダイオード１６の出力電圧が小
さくなり、コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になる。コ
ンパレータ３６の出力が「Ｌ」になると、スイッチ３５
および３８がオン状態となるとともにスイッチ３４およ
び３７がオフ状態となる。この状態では、コンパレータ
３６のＶi 端子には、アンプ３３（利得Ｇ2 ）によって
増幅された電圧が印加され、参照電圧Ｖ2 と比較され
る。また、コンパレータ３６の出力が「Ｌ」になると、
スイッチ４１がオフ状態に移り、レーザ光源１３の駆動
が停止（シャットダウン状態）される。
【００４４】このように、通常状態からシャットダウン
状態に移ると、フォトダイオード１６の出力は、より大
きな利得Ｇ2 で増幅されるようになるので、実質的にフ
ォトダイオード１６の感度を高めていることになる。
【００４５】シャットダウン状態において、入力光レベ
ルが所定レベルよりも高くなると、入力された信号光が
転送信号を含んでいるものとみなす。この場合、Ｖi 端
子に印加される電圧がＶc に印加される参照電圧よりも
高くなり、コンパレータ３６の出力は「Ｈ」になる。こ
の結果、コンパレータ３６のＶi 端子にはアンプ３２
（利得Ｇ1 ）によって増幅された電圧が印加され、その
増幅された電圧が参照電圧Ｖ1 と比較される。また、コ
ンパレータ３６の出力が「Ｈ」になると、スイッチ４１
がオン状態に移り、レーザ光源１３がレーザ駆動回路４
０によって駆動されるようになり、レーザ光源４１は励
起光を出力する。そして、希土類ドープ光ファイバ１１
および１２は、信号光を増幅するようになる。
【００４６】図８および図９は、本実施形態の光増幅器
の変形例の構成図である。同図において、図２で用いた
符号と同じ符号は同じものを示す。また、図８および図
９においては、光ファイバどうしの融着点を省略してい
る。
【００４７】図８に示す光増幅器は、図２に示す構成と
比較すると、励起光を供給する機構（レーザ光源１３お
よび合波カプラ１４）と出力光をモニタする機構（分岐
カプラ１７およびフォトダイオード１８）の位置を互い
に入れ替えた構成となっている。
【００４８】図９に示す構成では、励起光を供給する機
構（レーザ光源１３および合波カプラ１４）を希土類ド
ープ光ファイバ１１の入力側に設けている。すなわち、
図２または図８に示す光増幅器は、希土類ドープ光ファ
イバ１１および１２の出力側から励起光を供給する構成
（後方励起）であるが、図９に示す光増幅器は、希土類
ドープ光ファイバ１１または１２の入力側から励起光を
供給する構成（前方励起）である。
【００４９】図１０は、本実施形態の光増幅器のさらに
他の変形例の構成図である。同図において、図２で用い
た符号と同じ符号は同じものを示す。図１０に示す光増
幅器は、レーザ光源５２は、合波カプラ５３を介して光
ファイバ５１に励起光を供給し、レーザ光源５４は、合
波カプラ５５を介して希土類ドープ光ファイバ１２に励
起光を供給する。制御回路５６は、基本的に図２に示し
た制御回路１９と同じ制御を行う。すなわち、制御回路
５６は、フォトダイオード１６から通知される電気信号
から入力光レベルを認識し、フォトダイオード１８から
通知される電気信号から出力光レベルを認識する。制御
回路５６は、入力光レベルが上述した所定レベルよりも
低くなると、レーザ光源５２および５４の出力を停止す
る。また、制御回路５６は、例えばALC （自動レベルコ
ントロール）により出力光レベルを一定のレベルに保
つ。なお、図１０に示す光増幅器は、光ファイバ５１と
希土類ドープ光ファイバ１２との間に光アイソレータ２
１ｃを設けている。
【００５０】図１１は、図１０に示した光増幅器の変形
例の構成図である。図１１に示す光増幅器は、出力側か
ら希土類ドープ光ファイバ１２へ励起光を供給する後方
励起構成である。
【００５１】図１２は、本実施形態の光増幅器のさらに
他の変形例の構成図である。図１２に示す光増幅器は、
図２に示した希土類ドープ光ファイバ１１と希土類ドー
プ光ファイバ１２との間（図１０に示した光ファイバ５
１と希土類ドープ光ファイバ１２との間）に分散補償光
ファイバ６１を設けた構成である。尚、図１２では、制
御回路を省略している。
【００５２】分散補償光ファイバ６１は、コネクタ６２
ａおよび６２ｂによって光増幅器内の伝送路上に設けら
れる。このような構成とすれば、様々な分散補償値を持
った分散補償光ファイバを用意しておき、光増幅器の入
力側の伝送路に応じて適切な分散補償光ファイバを選択
して接続することができる。また、分散補償光ファイバ
６１は、光入力レベルによっては非線形効果が発生して
しまう。したがって、分散補償光ファイバ６１への光入
力レベルは、例えば、レーザ光源５２の発光パワーを制
御することによって最適値になるように調整する。
【００５３】図１３は、図１２に示した光増幅器の変形
例の構成図である。図１３に示す光増幅器は、図１２の
光増幅器において、希土類ドープ光ファイバ１１と分散
補償光ファイバ６１との間に希土類ドープ光ファイバ６
３を設けた構成である。制御回路６６は、分散補償光フ
ァイバ６１への入力レベルが分策補償をするに際して最
適なレベルとなるようにレーザ光源６４を駆動し、希土
類ドープ光ファイバ６３の出力光レベルを一定の値に保
つように制御する。レーザ光源６４の出力は、合波カプ
ラ６５によって導波され、励起光として希土類ドープ光
ファイバ６３および１１に供給される。
【００５４】図１４〜図１６は、本実施例の光増幅器の
さらに他の変形例の構成図である。これらの光増幅器
は、入力側のコネクタとして反射が少ないコネクタを用
いることにより、希土類ドープ光ファイバ１１の入力側
の光アイソレータ（たとえば、図２の光アイソレータ２
１ａ）を取り除いた構成である。ただし、この光アイソ
レータ２１ａは、希土類ドープ光ファイバ１１と希土類
ドープ光ファイバ１２との間に設けられる。
【００５５】図１４〜図１６において、コネクタ７１
は、入力側の光伝送路を光増幅器に接続するコネクタで
あり、反射が少ないコネクタである。コネクタの反射量
は、一般に、そのコネクタに収容される光ファイバの端
部の断面形状に依存する。反射の少ない断面形状として
は、たとえば、球面研磨形状や斜め研磨凸球面形状が知
られている。
【００５６】このように、希土類ドープ光ファイバ１１
の入力側の光アイソレータを取り除いた構成では、光ア
イソレータ自身が損失成分であることを考慮すれば、希
土類ドープ光ファイバ１１への入力光のレベルが高くな
る。たとえば、光アイソレータにおける損失が０．５ｄ
Ｂであるとすると、その光アイソレータを取り除くこと
により希土類ドープ光ファイバへの入力光レベルが０．
５ｄＢだけ高くなる。したがって、光アイソレータの損
失分だけ希土類ドープ光ファイバ１１の利得を小さくし
ても、入力光レベルを正確にモニタできる。
【００５７】図１４または図１５に示す光バンドパスフ
ィルタ７２は、信号を伝搬させる波長成分を通過させる
フィルタである。例えば、信号光として１５５０ｎｍ帯
を使った光伝送システムでは、波長が１５５２ｎｍまた
は１５５７ｎｍの光に信号を乗せて伝送することが多い
が、１５５０ｎｍ帯の光伝送システムで使用されるレー
ザは、通常、１５３０ｎｍ付近に光強度のピークを持っ
た特性である。この場合、光バンドパスフィルタ７２
は、１５３０ｎｍ付近の波長を遮断しながら、たとえば
１５４５〜１５６５ｎｍの波長を通過させる。このよう
な構成とすれば、１５３０ｎｍ帯の自然放出光によって
希土類ドープ光ファイバの利得が低下するのを防ぐこと
ができる。
【００５８】なお、図１４または図１５では、光バンド
パスフィルタ７２を希土類ドープ光ファイバ１２の出力
側に設けているが、希土類ドープ光ファイバ１１と希土
類ドープ光ファイバ１２との間に設けるようにしてもよ
い。ただし、光バンドパスフィルタ７２を希土類ドープ
光ファイバ１１と希土類ドープ光ファイバ１２との間に
設ける場合には、励起光が光バンドパスフィルタ７２に
よって遮断されないような構成が必要となる。また、光
バンドパスフィルタの代わりに光ノッチフィルタを用い
てもよい。
【００５９】図１４に示す光増幅器は、希土類ドープ光
ファイバ１１および１２の入力側から励起光を供給する
前方励起構成である。図１５に示す構成では、分岐カプ
ラ７３は、希土類ドープ光ファイバ１１および１２に励
起光を供給するために、レーザ光源７４の出力光を分岐
する。分岐カプラ７３によって分岐された励起光は、そ
れぞれ合波カプラ（波長分割多重カプラ）７５および７
６によって導波されて希土類ドープ光ファイバ１１およ
び１２に供給される。希土類ドープ光ファイバ１１は出
力側から励起光が供給され、希土類ドープ光ファイバ１
２は入力側から励起光が供給される。
【００６０】図１６に示す光増幅器は、希土類ドープ光
ファイバ１１および１２の出力側から励起光を供給する
構成である。レーザ光源７７から出力される励起光は、
光アイソレータ２１ａを逆方向には通過できないので、
分岐カプラ７８および合波カプラ７９を用いて励起光が
光アイソレータ２１ａをバイパスするような構成として
いる。
【００６１】なお、上記実施形態では、入力光レベルが
所定レベルよりも低いときに励起光を停止する構成を説
明したが、励起光パワーを小さくする構成であってもよ
い。特に、図９または図１４に示す構成のように、励起
光が前段の希土類ドープ光ファイバに入力された後に後
段の希土類ドープ光ファイバに入射される場合には、励
起光のパワーが小さくても前段の希土類ドープ光ファイ
バを励起状態とすることは可能である。このため、入力
光レベルが所定レベルよりも低いときに励起光パワーを
小さくすれば、消費電力を抑えながら前段の希土類ドー
プ光ファイバの利得を得ることができる。前段の希土類
ドープ光ファイバの利得が得られれば、入力光が信号を
含んでいない状態から信号を含む状態に移ったことを確
実に検出できる。
【００６２】また、上記実施形態では、希土類ドープ光
ファイバを用いて信号光を増幅する構成を説明したが、
本発明はこの構成に限定されるものではなく、信号光を
所望のレベルに増幅する主増幅部の前段に、入力光レベ
ルをモニタする機構において発生する損失よりも大きな
利得を持った補助増幅部を設けた構成に適用可能であ
る。
【００６３】
【発明の効果】入力光レベルをモニタする機能を持った
光増幅器において、希土類ドープ光ファイバを２段構成
とし、前段の希土類ドープ光ファイバの利得を入力光レ
ベルをモニタするための機構において発生する損失より
も大きくしたので、入力側の損失を増加させることなく
入力光レベルをモニタすることができ、光増幅器の低雑
音化および伝送距離の長距離化に寄与する。
【００６４】伝送路に応じて最適な分散補償を容易に実
現でき、このことも光増幅器の低雑音化および伝送距離
の長距離化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態の光増幅器の構成図であ
る。
【図３】入力光レベルとレーザ光源の状態を示す図であ
る。
【図４】希土類ドープ光ファイバの特性を示す図であ
り、(a) は長さ依存性を示し、(b) は入力光レベル依存
性を示す。
【図５】本実施形態の光増幅器が適用されるシステム構
成の一例を示す図である。
【図６】制御回路の詳細ブロック図である。
【図７】光増幅器の状態遷移を説明する図である。
【図８】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その
１）である。
【図９】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（その
２）である。
【図１０】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の３）である。
【図１１】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の４）である。
【図１２】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の５）である。
【図１３】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の６）である。
【図１４】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の７）である。
【図１５】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の８）である。
【図１６】本実施形態の光増幅器の変形例の構成図（そ
の９）である。
【符号の説明】
１ 入力モニタ手段 ２ 第１の希土類ドープ光ファイバ ３ 第２の希土類ドープ光ファイバ １１、１２ 希土類ドープ光ファイバ １３ レーザ光源 １４ 合波カプラ １５、１７ 分岐カプラ １６、１８ フォトダイオード １９ 制御回路 ５１ 光ファイバ ６１ 分散補償光ファイバ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力光レベルに応じて増幅動作を制御す
    る光増幅器において、 入力光レベルをモニタする入力モニタ手段と、 該入力モニタ手段の入力側に設けられ、該入力モニタ手
    段による損失よりも大きな利得で入力光を増幅する第１
    の希土類ドープ光ファイバと、 上記入力モニタ手段の出力側に設けられ、該入力モニタ
    手段を通過した光を増幅して出力する第２の希土類ドー
    プ光ファイバと、 を有することを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項２】 上記第１および第２の希土類ドープ光フ
    ァイバに励起光を供給する光源と、 上記入力モニタ手段によって検出された入力光レベルが
    予め設定した所定値よりも低かったときに上記光源の出
    力を停止または低下させる光源制御手段と、 をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光増
    幅器。
  3. 【請求項３】 上記光源制御手段が上記光源の出力を停
    止または低下させている期間、上記入力モニタ手段の感
    度を高めることを特徴とする請求項２に記載の光増幅
    器。
  4. 【請求項４】 励起光が供給されない状態での上記第１
    の希土類ドープ光ファイバの損失を、当該光増幅器が設
    けられるシステムにおいて規定される最小光レベルと上
    記入力モニタ手段が検出できる最小光レベルとの差より
    も小さくすることを特徴とする請求項１に記載の光増幅
    器。
  5. 【請求項５】 上記第２の希土類ドープ光ファイバの出
    力光レベルをモニタする出力モニタ手段と、 上記出力モニタ手段によって検出された出力光レベルに
    基づいて上記第２の希土類ドープ光ファイバの出力を制
    御する出力制御手段と、 をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光増
    幅器。
  6. 【請求項６】 上記第１の希土類ドープ光ファイバと上
    記第２の希土類ドープ光ファイバの間の伝送路のうちの
    少なくとも一部を第３の希土類ドープ光ファイバで構成
    することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  7. 【請求項７】 上記第１の希土類ドープ光ファイバは、
    所定の入力ダイナミックレンジの範囲内で非飽和動作す
    ることを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
  8. 【請求項８】 上記第１の希土類ドープ光ファイバの後
    段または上記第２の希土類ドープ光ファイバの前段に分
    散補償光ファイバを設けることを特徴とする請求項１に
    記載の光増幅器。
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