JPH11501164A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 様々な波長の光信号の混合したものを伝送する際に、光学部品、例えば光カプラやグラスファイバ内で減衰が起こる。この減衰は、光増幅装置（ＲＥＧ）内で調整可能な波長依存性増幅を有する光増幅器（ＥＤＦＡ）で補償される。増幅装置（ＲＥＧ）は、光増幅器（ＥＤＦＡ）の他に、制御可能光減衰手段（ＤＧ）と制御ユニット（ＣＴＲＬ）を有する。増幅器（ＥＤＦＡ）によって達成される増幅は、ある出力電力において波長に対して非線形に依存する。増幅曲線の形状は、増幅器のポンプ光源（ＰＵＭＰ）によって調整することができ、減衰は減衰手段（ＤＧ）によって達成できる。増幅曲線の形状および減衰手段（ＤＧ）によって達成される減衰は、増幅器（ＥＤＦＡ）の出力における光信号のレベルに応じて制御ユニット（ＣＴＲＬ）により、調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 光増幅装置 本発明は、特許請求の範囲第１項に記載の光増幅装置に関する。 光増幅器は、光伝送システム、例えばケーブルテレビ分配システムに使用され ており、光学部品、例えばカプラやグラスファイバによってその信号レベルが減 衰された光信号を増幅するのに使用される。多くの光学部品が波長依存性減衰を 引き起こす。光伝送システムが、それぞれ異なる波長の複数の光信号からなる複 合信号を伝送する場合、波長依存性減衰により光増幅器の入力で異なるレベルの 光信号が受信される。増幅器は光入力パワーの所定の範囲内の様々なレベルの光 信号を増幅し、そのために波長依存性減衰が加入者まで拡張され、したがって最 も減衰された波長によって伝送レンジが決定される。 論文「Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ＷＤＭ Ｌｉ ｇｈｔｗａｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｐ ｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．８，１９９２年８月、 ｐｐ．９２０−９２２に記載された光伝送システムにおいては、それぞれ 波長の異なる複数の光信号からなる複合信号が送信ユニットよりグラスファイバ 経路を介して受信ユニットに送られる。波長依存性減衰を補償し、受信ユニット に同じレベルの光信号をもたらすために、光信号が送信ユニットから可変光減衰 器を介してそれぞれ異なった信号レベルで送られる。その波長が大きく減衰され る光信号ほど高い信号レベルで送られる。信号レベル調整のため、受信ユニット から送信ユニットへの監視線が必要である。分岐型、例えばツリー形分配ネット ワークの送信ユニットと受信ユニットの間の距離およびその間の光学部品の数が 異なるので、すべての受信ユニットで同じ信号レベルが生じるように送信方向で 光信号のレベルを調整することは、条件付きでしか可能でない。 したがって、本発明の課題は、波長依存性減衰をよりフレキシブルに補償でき る装置を提供することである。 この課題は、特許請求の範囲第１項の原理によって達成される。有利な構成は 、従属する請求の範囲に記載されている。 本発明の特別の利点は、それぞれ波長が異なり、まとめてグラスファイバ経路 を介して伝送される光信号の伝送レンジが、エルビウムドープファイバ増幅器で 波長依存性スペクトルを光 学的に操作することによって増大することである。 次に、第１図から第３図を使って構成例により本発明を説明する。 第１図は、本発明による伝送システムの構成図である。 第２図は、本発明による増幅装置の構成の概略図である。 第３図は、各ケースにおける波長に対する信号レベルを描いた三つのグラフで ある。 次に、第１図から第３図を使って本発明の一構成例についいて説明する。第１ 図に、本発明による伝送システムを示す。伝送システムＳＹＳは、例えばハイブ リッド分配システムである。中央ＺＥから分配ネットワークＮＥＴを介して複数 の受信ユニットＥＭＰ１〜ＥＭＰＸに光信号が送られる。 中央ＺＥは送信ユニットＳＥＮ１、送信ユニットＳＥＮ２、および光カプラＫ １を備える。 波長λ₁の光信号が送信ユニットＳＥＮ１中で生成される。光信号の内容は、 例えば映画フィルムであり、画面に表示するため、中央ＺＥからグラスファイバ 経路を経て映画館の受信ユニットＥＭＰ１へ高品質で伝送される。波長λ₁は例 えば１５３０ｎｍの値を有する。中央送信ユニットＳＥＮ１はλ₁ レーザを含み、その出力が、例えば映画フィルムのデジタルで利用できるビデオ およびオーディオデータで変調される。 送信ユニットＳＥＮ２は波長λ₂の光信号を生成する。波長λ₂は例えば１５６ ０ｎｍの値を有する。光信号の内容は例えばテレビジョンプログラムであり、中 央ＺＥから光グラスファイバ経路および同軸ケーブルの加入者回線ネットワーク ＡＮＥＴを介して複数の送信ユニットＥＭＰ２〜ＥＭＰＮに伝送される。送信ユ ニットＳＥＮ２はλ₂レーザを含み、その出力信号がテレビジョンプログラムの ビデオおよびオーディオデータで変調される。 光カプラＫ１において、送信ユニットＳＥＮ１の光信号と送信ユニットＳＥＮ ２の光信号が合成されて複合信号となり、それが分配ネットワークＮＥＴに送ら れる。 分配ネットワークＮＥＴは、複数の光カプラ、グラスファイバ経路、および恐 らくは中間増幅器を備え、この中間増幅器中で光信号が増幅される。波長依存性 減衰は、例えばグラスファイバ線や多段カスケード式フュージョンカプラなど多 数の光学部品中で分布係数が例えば１：８または１：１６で起こる。これは、個 々の光信号のレベルが異なった程度で減衰することを 意味する。例えば、波長λ₂の光信号は波長λ₁の光信号よりも大きく減衰される 。波長λ₁の光信号と波長λ₂の光信号が中央ユニットから同じ信号レベルで発信 される場合、分配ネットワークＮＥＴの通過後、波長λ₂の光信号は波長λ₁の光 信号より信号レベルが低くなる。この波長依存性減衰を補償するため、複合信号 は増幅装置ＲＥＧを介して送られる。この場合、増幅装置は光再生器として設計 されている。 複合信号の光信号は、光再生器ＲＥＧ中でそれぞれ異なった程度に増幅される 。波長λ₂の光信号はこの場合、例えば減衰がより大きいが、波長λ₁の光信号よ り高い利得で増幅される。そのために、光信号のレベルが光再生器ＲＥＧの出力 で決定され、二つの波長λ₁およびλ₂の波長依存性減衰がその関数として調整さ れる。このとき光再生器ＲＥＧの出力は、その光信号が同じレベルを有する複合 信号を含んでいる。 光再生器ＲＥＧから複合信号はランプ装置ＶＥに送られる。ランプ装置ＶＥは 波長選択性カプラと光電変換器を含んでいる。波長選択性カプラは複合信号を波 長λ₁の光信号と波長λ₂の光信号に分離する。波長λ₁の光信号はグラスファイ バ線を介して映画館の受信ユニットＥＭＰ１に送られる。波長λ₂の光信 号は光電変換器によって電気信号に変換され、加入者回線ネットワークを介して 様々な加入者の受信ユニットＥＭＰ２〜ＥＭＰＸに送られる。 第２図に、本発明による増幅装置を示す。この構成例の増幅器は光再生器ＲＥ Ｇとして設計されている。光再生器ＲＥＧは、可変減衰器ＤＧ、可変利得光増幅 器ＥＤＦＡ、制御ユニットＣＴＲＬ、および分配比が例えば１：１０の非対称カ プラＫ２を備える。光再生器ＲＥＧは複合信号入力Ｅと複合信号出力Ａを有する 。複合信号入力Ｅは、可変減衰器（ＤＧ）と可変利得光増幅器（ＥＤＦＡ）と非 対称カプラＫ２とを含む直列回路を介して複合信号出力Ａに接続されている。こ の構成例では、光増幅器ＥＤＦＡはエルビウムドープファイバ増幅器である。光 増幅器ＥＤＦＡの利得は、それに供給されるポンプ出力によって調整できる。光 増幅器ＥＤＦＡのこの利得は、入力信号およびポンプ出力のレベルの関数として 波長依存性である。この利得は波長に対して非直線的軌跡を描く。波長範囲１５ ２０〜１５７０ｎｍでの利得曲線の形状は、入力信号およびポンプ出力のレベル によって個別に調整することができる。波長λ₁でも波長λ₂でも光増幅器のＥＤ ＦＡの出力に現れる信号のレベ ルが同じになるように波長λ₁および波長λ₂での減衰を選択した場合、波長依存 性減衰が補償される。 光減衰器ＤＧは、複合信号のレベルを１より大きなファクタで均等に減衰させ る。このファクタの調整は、例えば制御電圧によって行う。 光再生器ＲＥＧの入力の複合信号は、光減衰器ＤＧ、光増幅器ＥＤＦＡおよび 非対称カプラＫ２を介して再生器ＲＥＧの出力に直列に送られる。 複合信号は非対称カプラＫ２で分割される。複合信号の例えば９０％が光再生 器ＲＥＧの出力に送られ、１０％が制御ユニットＣＴＲＬに送られる。制御ユニ ットＣＴＲＬは、光減衰器ＤＧの制御用と、光増幅器ＥＤＦＡの光ポンプ出力の 制御用との二つの出力を有する。 制御ユニットＣＴＲＬは、一つの波長選択性カプラＫ３と、二つの光電変換器 ＯＥ１、ＯＥ２と、一つの補正ユニットＫＯＲと、一つのポンプ式光源ＰＵＭＰ と、制御装置ＳＴＥを備える。 複合信号の１０％は波長選択性カプラＫ３に送られる。カプラＫ３は複合信号 の１０％を波長に応じて分割する。波長λ₁ の光信号は光電変換器ＯＥ１に送られ、そこで電気信号に変換される。この電気 信号は補正ユニットＫＯＲに送られる。波長λ₂の光信号は光電変換器ＯＥ２に 送られ、そこで電気信号に変換される。この電気信号も補正ユニットＫＯＲに送 られる。 補正ユニットＫＯＲは、二つの内部アナログデジタル変換器および内部メモリ 、例えばいわゆるＥＰＲＯＭ（消去可能プログラマブル読取り専用メモリ）を備 えるマイクロコントローラを備える。光電変換器ＯＥ１、ＯＥ２の出力信号はア ナログデジタル変換器によってデジタル信号に変換される。このデジタル信号は 、増幅器ＥＤＦＡのポンプ出力用のパラメータの組と、減衰器ＤＧ用の制御電圧 を決定する。メモリは、様々な入力電力に対する増幅器ＥＤＦＡの利得曲線の値 を波長の関数として記憶する。このデジタル信号が記憶された値と比較され、そ れからポンプ式光源ＰＵＭＰ用および制御装置ＳＴＥ用の制御信号が決定される 。 ポンプ式光源ＰＵＭＰは、必要なポンプ光を光増幅器ＥＤＦＡに供給する。ポ ンプ式光源ＰＵＭＰの出力が高いほど、誘導放出のために光増幅器ＥＤＦＡ内で 利用できる励起電子が多くなる。ポンプ式光源ＰＵＭＰの出力は、補正ユニット ＫＯＲによって決定される値の関数として調整される。 補正ユニットＫＯＲによって決定される値の関数として、制御装置は減衰調整 用制御電圧を光減衰器ＤＧに供給する。 第３図に、波長に対する信号レベルを描いた三つのグラフを示す。第３ａ）図 は第１図の中央ＺＥの出力における複合信号レベルを示すグラフである。波長λ₁ の光信号のレベルと波長λ₂の光信号のレベルが等しく、それぞれＰ₀の値をと る。 第３ｂ）図は、第１図の光再生器ＲＥＧへの入力における複合信号レベルを示 すグラフである。分配ネットワーク中での波長依存性減衰のために、波長λ₁の 光信号のレベルは例えば波長λ₂の光信号のレベルより高く、Ｐ₁の値をとる。波 長λ₂の光信号のレベルは値Ｐ₂をとり、Ｐ₁＞Ｐ₂である。第１図の光増幅器ＥＤ ＦＡの増幅ファクタは、波長λ₁でもλ₂でも第２図の減衰器ＤＧとポンプ式光源 ＰＵＭＰによって、波長λ₁の増幅ファクタが波長λ₂の増幅ファクタのＰ₂／Ｐ₁ 倍になるように調整される。このため、波長λ₁の光信号のレベルと波長λ₂の光 信号のレベルが光増幅器ＥＤＦＡの出力で同じになり、Ｐ₃に相当する。 第３ｃ）図は、第１図の光再生器ＲＥＧの出力における複合 信号のレベルを示すグラフである。波長λ₁の光信号のレベルと波長λ₂の光信号 のレベルは同じである。それらの値はＰ₃である。 この構成例の伝送システムはハイブリッド分配システムである。ハイブリッド 分配システムの代りに、光分配システム、あるいは戻りチャネルとハイブリッド または純光学式の構造を備えた広帯域通信システムも使用できる。本発明は、い くつかの連続する再生器と一緒に使用して、複合信号の伝送レンジを増大させる こともできる。本発明はさらに光受信器内の前置増幅器として使用することもで きる。その場合、既存の光電変換器を使用することができ、かつ減衰補償した複 合信号が更に光学部品の影響を受けないと有利である。もう一つの利点は、波長 依存性減衰の変動が平滑化できることである。 この構成例では光増幅器としてエルビウムドープファイバ増幅器が使用される 。エルビウムドープファイバ増幅器の代りに、例えば希土類元素でドープしたフ ァイバ増幅器など他のどんな光増幅器も使用できる。 この構成例では、複合信号は二つの波長を含んでいる。複合信号は三つ以上の 波長を含むこともできる。その場合は制御ユ ニットを例えば下記の二つの方法で変更することができる。 １）制御ユニットが二つの波長選択性カプラを含む。一方の波長選択性カプラ は複合信号から最も低い波長の光信号をフィルタし、他方のカプラは最も高い波 長の光信号をフィルタする。フィルタされた光信号は光電変換され、続いて補正 ユニットに送られて、そこで構成例について述べたような後続処理が行われる。 ２）制御ユニットが、異なる波長の個々の光信号をフィルタするためのいくつ かの波長選択性カプラと、各波長ごとに光信号を電気信号に変換するための一つ の光電変換器とを含む。この電気信号はコンピュータユニットを含む補正ユニッ トに送られる。コンピュータユニットはすべての電気信号のレベルをＥＰＲＯＭ に記憶し、補間および記憶していた利得曲線値との比較によって、ポンプ式光源 および制御装置用の制御信号を決定する。 したがって、本発明は任意の複合信号における任意の減衰損失を補償するため に使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．異なる波長の光信号からなる複合信号を伝送するための光増幅装置（ＲＥＧ ）であって、可変減衰器（ＤＧ）と、可変利得光増幅器（ＥＤＦＡ）と、カプラ （Ｋ２）と、複合信号入力（Ｅ）と、複合信号出力（Ａ）と、可変減衰器（ＤＧ ）および可変利得光増幅器（ＥＤＦＡ）に対する制御信号を決定するための制御 ユニット（ＣＴＲＬ）とを備え、 複合信号入力（Ｅ）が、可変減衰器（ＤＧ）と可変利得光増幅器（ＥＤＦＡ） とカプラ（Ｋ２）との直列結合を介して複合信号出力（Ａ）に接続され、 可変利得光増幅器（ＥＤＦＡ）の出力における複合信号の一部分がカプラ（Ｋ ２）を介して制御ユニット（ＣＴＲＬ）に供給可能であり、 制御ユニット（ＣＴＲＬ）内で複合信号の前記部分の光信号の個々のレベルか ら制御信号が決定可能である光増幅装置（ＲＥＧ）。 ２．光増幅器が希土類元素でドープしたファイバ増幅器であることを特徴とする 、請求の範囲第１項に記載の光増幅装置 （ＲＥＧ）。 ３．制御ユニット（ＣＴＲＬ）が、複合信号から光信号をフィルタするための波 長選択性カプラ（Ｋ３）を備えることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の 光増幅装置（ＲＥＧ）。 ４．制御ユニット（ＣＴＲＬ）が、光信号を電気信号に変換するための光電変換 器（ＯＥ１、ＯＥ２）と、電気信号のレベルから制御信号を決定するための補正 ユニット（ＫＯＲ）とを備えることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光 増幅装置（ＲＥＧ）。 ５．補正ユニット（ＫＯＲ）が、その中に異なる入力レベルおよび波長について 、可変利得光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得曲線の値が記憶されるメモリを 備えており、複合信号の前記部分の光信号のレベルを記憶値と比較することによ って制御信号が決定可能であることを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の光 増幅装置（ＲＥＧ）。 ６．光信号が１５２０から１５７０ｎｍの範囲の波長で伝送されることを特徴と する、請求の範囲第１項に記載の光増幅装置（ＲＥＧ）。