JPWO2003061162A1 - 光サージ抑圧回路および光サージ抑圧方法 - Google Patents

Abstract

ＥＤＦなどの光増幅器に急激な光強度変化を伴う信号光が入力された場合に発生する光サージを抑圧したいといった事情があった。そこで、本発明に係る光サージ抑圧回路は、入力された第１の信号光を第２の信号光および第３の信号光に分岐して出力する信号光分岐手段と、前記信号光分岐手段が出力する前記第２の信号光を減衰させて出力する可変光減衰器と、前記信号光分岐手段が出力する前記第３の信号光を電気信号に変換して出力する光電変換器と、前記光電変換器が出力する電気信号に含まれる高周波成分を検出する高周波成分検出手段と、前記高周波成分検出手段の検出結果に基づいて、前記可変光減衰器における前記信号光の減衰量を制御する可変光減衰器制御手段とを備えた。

Description

技術分野
この発明は、エルビウムドープファイバなどの光増幅器を用いた光伝送システムにおいて、光サージを抑圧する光サージ抑圧方法および光サージ抑圧回路に関する。
背景技術
光ファイバケーブルを用いた光伝送システムにおいては、信号光を直接増幅する光増幅器がブースターや中継器として用いられる。このような光増幅器としては例えばファイバ中に希土類などの元素を添加したドープファイバ光増幅器が用いられる。特にファイバ中にエルビウムイオンを添加したエルビウムドープファイバ光増幅器（以下、ＥＤＦと称す）は、高い利得と低雑音特性を有するため、大容量の光伝送システムに広く用いられている。
以下、このＥＤＦのしくみについて説明する。まず、ＥＤＦに励起光を入力すると、ファイバ中に添加されたエルビウムイオンが励起され、励起準位と基底準位の反転分布が形成される。この状態でＥＤＦに信号光を入力すると、誘導放出が生じ、エルビウムイオンが励起準位から基底準位へ遷移する。この際、基底準位へ落ちるエルビウムイオンからエネルギーが放出され、そのエネルギーが信号光に与えられる。結果、ＥＤＦから増幅された信号光が出力される。
また、ＥＤＦの利得は入力された信号光の強度に依存し、信号光が入力されていない状態において最大の利得となる。すなわち、信号光が入力されていない状態においては、励起順位にあるエルビウムイオンの割合と自然放出して基底準位にあるエルビウムイオンの割合が一致している。そして、入力される信号光の強度が強まるにつれて、誘導放出により基底準位に落ちるエルビウムイオンの数が増加する。これにより、励起準位にあるエルビウムイオンの割合が減少し、利得が低下する。
ところで、信号光が入力されていない状態において、突然にＥＤＦに信号光が入力されると、一時的に過大な信号光が出力されることがある。このような光出力は光サージと呼ばれており、たとえば第４図に例示すような出力となる。第４図からも分かるように、光サージにおける信号光強度のピーク値は定常値の１０倍を超えることもあり、このような過大な出力は、その後段に接続される各素子に悪影響を与える場合がある。さらに光アンプが複数段接続された回路においては、後段の光アンプほど信号光の立上りが急峻になるため、光サージが次第に大きくなってしまう。
このような光サージを回避する手段として、特開平９−２００１４５号公報には、励起光（即ち、ＥＤＦ中のエルビウムイオンを励起するための光）の強さを調整することによってＥＤＦの出力を調整する光回路が開示されている。しかしながら、問題となる強大な光サージほど立ち上がりが速いため、励起光光源の光強度が低下するよりも前に光サージが出力されてしまう可能性がある。また、励起光光源の光強度を急激に変化させるため、光源の安定性やシステムの信頼性が低下する恐れがある。
なお、ＥＤＦへの急激な信号光入力は、当該ＥＤＦの前段に接続された送信装置からの急激な光出力や、ＥＤＦの前段に接続された光伝送路に対する機械的なストレス印加による信号光の瞬断や、光伝送システムを構成する装置へ電力を供給するコネクタの人為的な抜き差しなど、様々な要因によって起こり得る。
以上のような事情に鑑みて、本発明はＥＤＦに急激な光強度変化を伴う信号光が入力された場合などに発生する光サージを抑圧して、光伝送システムの信頼性を向上させることができる光サージ抑圧回路および光サージ抑圧方法を提供する。
発明の開示
この発明にかかる光サージ抑圧回路は、入力された第１の信号光を第２の信号光および第３の信号光に分岐して出力する信号光分岐手段と、前記信号光分岐手段が出力する前記第２の信号光を減衰させて出力する可変光減衰器と、前記信号光分岐手段が出力する前記第３の信号光を電気信号に変換して出力する光電変換器と、前記光電変換器が出力する電気信号に含まれる高周波成分を検出する高周波成分検出手段と、前記高周波成分検出手段の検出結果に基づいて、前記可変光減衰器における前記信号光の減衰量を制御する可変光減衰器制御手段とを備えたものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
第１図は本実施の形態１の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。図において、１は入力された信号光Ｓ１を分岐して信号光Ｓ２およびモニタ信号光Ｓ３を出力するタップカプラ、２は信号光Ｓ２の光強度を可変に減衰して出力する可変光減衰器、３はタップカプラ１により取り出されたモニタ信号光Ｓ３を電気信号に変換して出力する光電変換器、４は光電気変換器３の出力に含まれる高周波成分を検出する高周波濾過フィルタ、５は高周波濾過フィルタ４の検出結果に基づき可変光減衰器２における信号光の減衰量を制御する可変光減衰器制御手段である。
この光サージ抑圧回路の動作について説明する。まず、タップカプラ１は入力された信号光Ｓ１からモニタ信号光Ｓ３を取り出して光電変換器３へ出力する。光電変換器３は、例えばフォトダイオードであり、タップカプラ１からのモニタ信号光Ｓ３を光電変換して、当該モニタ信号光Ｓ３の光強度に応じた電気信号を高周波濾過フィルタ４へ出力する。この電気信号が入力された高周波濾過フィルタ４は、当該電気信号の成分から、光強度の急激な変化に相当する高周波成分のみを取り出して、可変光減衰器制御手段５へ出力する。可変光減衰器制御手段５は、高周波濾過フィルタ４から高周波成分が入力された場合に、可変光減衰器２における信号光の減衰量を増加させる。
このように、本実施の形態１においては、可変光減衰器２に入力される信号光の高周波成分に基づき、当該可変光減衰器２における信号光の減衰量を制御するので、入力信号光の光強度の時間的変化を抑圧することができ、光サージを効果的に抑圧することができる。
また、ここでは可変光減衰器２に入力される信号光を一旦電気信号に変換して、その電気信号の高周波成分を高周波濾過フィルタ４などのデバイスを用いて検出しているので、簡易な構成で入力信号光の高周波成分を検出することができる。
また、可変光減衰器２の前段において、当該可変光減衰器に入力される信号光の一部のみを取り出して光電変換しているので、光電変換器２を過度の光入力から保護することができる。
なお、ここでの可変光減衰器２は、電気的制御信号の入力により光減衰量を変化させることが出来るデバイスであり、例えばファラデー回転子などの磁気光学効果を用いたデバイスである。磁気光学効果を用いたデバイスは、電気的制御信号に対する応答速度が速く、本発明に好適である。
実施の形態２．
第２図は本実施の形態２の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。図において、第１図と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。ここでは、第１図に示したタップカプラ１と可変光減衰器２との間に信号光を遅延させる信号光遅延回路６を設けている。
動作について説明する。タップカプラ１は入力された信号光Ｓ１を信号光Ｓ２およびモニタ信号光Ｓ３に分岐して出力する。タップカプラ１が出力したモニタ信号光Ｓ３は、光電変換器３において光電変換された後、高周波濾過フィルタ４へ入力される。ここで、信号光Ｓ１の光強度が急激に変化している場合、光電変換器３の出力には所定の高周波成分が含まれており、高周波濾過フィルタ４はその高周波成分を取り出して、信号光Ｓ１の急激な光強度変化を示す信号として、可変光減衰器制御手段５へ出力する。可変光減衰器制御手段５は、当該信号を受け取ると、可変光減衰器２における信号光の減衰量が増加するよう設定する。その設定がなされた後、信号光遅延回路６において遅延されたタップカプラ１からの信号光Ｓ２が、可変光減衰器２に入力される。
このように、信号光Ｓ２の可変光減衰器２への入力タイミングを信号光遅延回路６で遅延させることにより、信号光Ｓ１の光強度変化に対して可変光減衰器２の設定が間に合うようにしている。なお、この信号光遅延回路６としては，例えば長尺ファイバなどを用いることができる。
実施の形態３．
第３図は本実施の形態３の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。図において第１図又は第２図と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図において、７は信号光Ｓ１を分岐するタップカプラ１の前段に設けられたＥＤＦ（エルビウムドープファイバ光増幅器）、８は励起光を発生する励起光光源、９は入力信号光Ｓ４と励起光光源８からの励起光Ｓ５とを合成してＥＤＦ７へ出力する波長多重カプラである。ここでは、励起光光源８を、レーザーダイオード８１と、そのレーザーダイオード８１に対してバイアス電流を供給する電源回路８２とにより構成している。
動作について説明する。電源回路８２はレーザーダイオード８１に対して一定のバイアス電流を供給する。この定電流の供給によりレーザーダイオード８１からは安定した励起光Ｓ５が出力される。波長多重カプラ９は、このレーザーダイオード８１が出力する励起光Ｓ５と、前段の回路より入力された信号光Ｓ４とを合成してＥＤＦ７へ出力する。ＥＤＦ７では、既に説明した原理で、励起光Ｓ５による信号光Ｓ４の増幅が行われ、ＥＤＦ７からタップカプラ１に対して増幅された信号光Ｓ１が出力される。
タップカプラ１は入力された信号光Ｓ１を信号光Ｓ２およびモニタ信号光Ｓ３に分岐して出力する。タップカプラ１が出力したモニタ信号光Ｓ３は、光電変換器３において光電変換された後、高周波濾過フィルタ４へ入力される。高周波濾過フィルタ４は光電変換器３の出力に含まれる高周波成分を取り出して、可変光減衰器制御手段５へ出力する。可変光減衰器制御手段５は、高周波濾過フィルタ４の出力に基づいて、可変光減衰器２における信号光の減衰量を設定する。その設定後、信号光遅延回路６で遅延された信号光Ｓ２が、可変光減衰器２に入力される。
このように、ＥＤＦ７などのドープファイバ光増幅器の後段に第２図に示した光サージ抑圧回路を接続することにより、当該ドープファイバ光増幅器２が発生する光サージが後段の光回路に悪影響を及ぼすのを回避することができる。
また、励起光の光源であるレーザダイオード８１の光出力を調整して光サージを回避するのではなく、可変光減衰器制御手段２を用いて光サージを回避しているので、レーザダイオード８１に印加するバイアス電流の大きさを光サージの発生に応じて急激に変化させる必要がなく、レーザダイオード８１の光出力を安定させることができる。
なお、ここでは第２図に示した光サージ抑圧回路の前段に光増幅器を設けたが、第１図に示した光サージ抑圧回路の前段に光増幅器を設けても、同様の効果を有することはいうまでもない。
また、ここではレーザーダイオード８１に対して一定のバイアス電流を供給したが、信号光の本来の光強度変化（例えば信号光のＯＮ・ＯＦＦなど）に応じて、当該バイアス電流の大きさを変化させてもよいことはいうまでもない。
実施の形態４．
以下、第３図に示した光サージ抑圧回路の効果を実験により確認した結果を例示する。第５図は第３図に示した光サージ抑圧回路の効果を確認するための回路である。第５図において、第３図と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。ここでは、ＥＤＦ７の出力側に、当該ＥＤＦ７の出力をモニタするための、タップカプラ１０、光電変換器１１およびオシロスコープ１２を接続し、可変光減衰器２の出力側に、当該可変光減衰器２の出力をモニタするための、タップカプラ１３、光電変換器１４およびオシロスコープ１５を出力した。
第６図は当該オシロスコープ１２及び１５で観測されたＥＤＦ７の出力１６及び可変光減衰器２の出力１７である。このようにＥＤＦ７の出力に生じたピークが、可変光減衰器２の出力において小さくなっており、光サージが抑圧されていることが分かる。なお、このときの光源８の光強度は一定にしてある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施の形態１の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。第２図は、実施の形態２の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。第３図は、実施の形態３の光サージ抑圧回路を例示する概略構成図である。第４図は、光サージを例示する図である。第５図は、実施の形態３の効果を確認するための回路を例示する概略構成図である。第６図は、第５図に示した回路におけるＥＤＦの出力および可変光減衰器の出力を例示する図である。

Claims (8)

1. 入力された第１の信号光を第２の信号光および第３の信号光に分岐して出力する信号光分岐手段と、
   前記信号光分岐手段が出力する前記第２の信号光を減衰させて出力する可変光減衰器と、
   前記信号光分岐手段が出力する前記第３の信号光を電気信号に変換して出力する光電変換器と、
   前記光電変換器が出力する電気信号に含まれる高周波成分を検出する高周波成分検出手段と、
   前記高周波成分検出手段の検出結果に基づいて、前記可変光減衰器における前記信号光の減衰量を制御する可変光減衰器制御手段とを備えたことを特徴とする光サージ抑圧回路。
2. 前記信号光分岐手段と前記可変減衰器との間に前記第２の信号光を遅延させる信号光遅延手段を設けることにより、前記第２の信号光の前記可変光減衰器への入力タイミングを調整したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光サージ抑圧回路。
3. 入力された信号光を光増幅して前記第１の信号光として前記信号光分岐手段へ出力する光増幅器を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光サージ抑圧回路。
4. 前記光増幅器は、ファイバ中に所定の元素を添加したドープファイバであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光サージ抑圧回路。
5. 前記ドープファイバは、ファイバ中にエルビウムイオンを添加したエルビウムドープファイバであることを特徴する請求の範囲第４項に記載の光伝送システム。
6. 前記ドープファイバ中の前記元素を励起するための励起光を発生するレーザダイオードをさらに備え、前記励起光を発生させるために該レーザダイオードに印加するバイアス電流の大きさを、光サージの発生に応じて変化させないことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光サージ抑圧回路。
7. 前記ドープファイバ中の前記元素を励起するための励起光を発生する励起光光源と、
   前記励起光光源が発生する前記励起光とその他の入力光とを合成して信号光として前記光増幅器へ出力するカプラとをさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の光サージ抑圧回路。
8. 入力された信号光の光サージを抑圧する光サージ抑圧方法において、
   入力された第１の信号光を第２の信号光および第３の信号光に分岐して出力する信号光分岐手段及び前記信号光分岐手段が出力する前記第２の信号光を減衰させて出力する可変光減衰器を設け、
   前記第３の信号光を電気信号に変換した後に、該電気信号に含まれる高周波成分を検出し、
   その検出結果に基づき前記可変光減衰器における前記第２の信号光の減衰量を制御することを特徴とする光サージ抑圧方法。

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