WO2005117215A1

WO2005117215A1 - 光増幅器およびその利得制御方法

Info

Publication number: WO2005117215A1
Application number: PCT/JP2004/007555
Authority: WO
Inventors: Naoki Suzuki; Junichi Nakagawa
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08
Also published as: JP4630276B2; US7592580B2; EP1750333A1; US20070188853A1; EP1750333B1; JPWO2005117215A1; EP1750333A4

Abstract

希土類ドープファイバ（１）を増幅媒体とし、全入力光をモニタした入力モニタ信号を出力する入力モニタ手段（２ａ，３ａ）と、全出力光をモニタした出力モニタ信号を出力する出力モニタ手段（２ｂ，３ｂ）と、を備えた光増幅器において、前記全出力光モニタ信号に含まれる自然放出光（ＡＳＥ）成分を補償するＡＳＥ補償回路（７）と、前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得を算出する利得変化レベル補償回路（９）と、ＡＳＥ補償回路（７）から出力される出力信号と利得変化レベル補償回路（９）から出力される目標平均設定利得とに基づいて利得制御を行う利得一定制御回路（８）とを備える。

Description

光増幅器およびその利得制御方法技術分野

この発明は、光増幅器およびその利得制御方法に関するものであり、詳細には、利得制御誤差を改善した光増幅器および利得制御誤差を改善する光増幅器の利得制御方法に関するものである。

明

ί

背景技術

WDM伝送システムに適用される光増幅中継器としては、希土類元素がドープされた光ファイバ（以下「希土類ドープファイバ」と呼称）を増幅媒体とする光増幅器が一般的に用いられる。この希土類ドープファイバを用いた光増幅器は増幅帯域内の光信号を光信号のまま一括増幅可能な増幅器であり、その簡便性が W DM技術を活性化させる大きな牽引役となっている。

ところで、 WDM伝送システムにおける光増幅器には、伝送品質を保持するめに、増幅帯域の全域にわたって各信号光波長レベルをほぼ一定に増幅させる増幅利得の平坦性が求められる。しかしながら、上述のような光増幅器は、信号波長の変化や伝送路損失の変動などにより、光増幅器に入力される入力信号光強度が変化すると光増幅器における利得プロファイル変化に起因して伝送システム中の最適信号レベルダイヤが崩れてしまうので、信号強度対雑音強度比（S N R) の低下、'あるいは伝送路フアイバの非線形性の影響などにより伝送システムの品質を著しく劣化させてしまう。

このような伝送システムの品質劣化を抑制する技術として、光増幅器の利^^を入力信号波数（強度）に関らず一定に制御する利得一定制御技術が開示されている（例えば、特許文献 1など）。

力かる特許文献 1に開示された利得一定制御技術は、前方励起の希土類ドープファイバが用いられる光増幅器において、入力信号光強度（P i n) および出力信号光強度（P o u t) から利得を検出する際に、希土類ドープファイバで発生する自然放出光強度（A S E ： Am p 1 i f i e d S p o n t a n e o u s em i s s i o n) に対応する定数値 Οθ) として P _ASEが入力され、（P。_u _t一 P_ASE) /'P i nを利得とし、この利得が一定になるように前方励起光パヮ一を制御するようにしている。すなわち、従来の光増幅制御技術は、光増幅器全出力光に含まれる自然放出光強度を定数として利得一定制御における誤差補償を行っていた。

特許文献 1

特開平 1 1— 1 12434号公報（P 8，第 1図）

しかしながら、上述の補償技術（利得一定制御技術）は、希土類ドープフアイバを理想的な均一特性を持つものと仮定しており、希土類ドープファイバにおける不均一性に起因する利得プロフアイル変化成分を補償することができなかつた。したがって、入力信号光レベル、波長数および波長変化に伴って発生する利得プ口ファイル変化が制御誤差となり、光増幅器における利得平坦性を保持するための入力信号光ダイナミックレンジが狭まるといった問題点があった。また、不均一性に起因する利得プロファイル変化が顕著に現れるような一部の希土類ドープフアイバに適用できないという問題点があつた。

本発明は、上述のような状況に鑑みてなされたものであり、光増幅器の不均一性に起因する利得プロファイル変化を補償する光増幅器を提供することを第 1の目白勺とする。また、光増幅器の不均一性に起因する利得プロファイル変化を補償するための利得制御方法を開示し、その可変利得制御方法を簡易、かつ高精度に構成することを第 2の目的とする。

発明の開示

この発明にかかる光増幅器にあっては、希土類ドープファイバを增幅媒体とし、全入力光をモニタした入力モニタ信号を出力する入力モニタ手段と、全出力光をモニタした出力モニタ信号を出力する出力モニタ手段と、を備えた光増幅器において、前記全出力光モニタ信号に含まれる自然放出光（A S E ) 成分を補償する A S E補償回路と、前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得を算出する利得変化レベル捕償回路と、前記 A S E補償回路から出力される出力信号と前記利得変化レベル補償回路から出力される前記目標平均設定利得とに基づレ、て利得制御を行う利得一定制御回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、希土類ドープファイバを増幅媒体とする光増幅器において、全出力光モニタ信号に含まれる自然放出光（A S E ) 成分を補償するための信号と、入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得とに基づいて光入力の信号強度ごとに利得一定制御が行われる。

図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施の形態 1にかかる光増幅器の利得制御機能を説明するための機能構成図であり、第 2図は、利得変化レベル補償回路 9の目標平均設定利得 G ( P _{i n} ) の設定手順を示すフローチャートであり、第 3図は、第 2図に示す設定手順の中の最大入力強度における目標平均設定利得（G_M) の算出処理を示すフローチャートであり、第 4図は、第 2図に示す設定手順の中の最小入力強度における目標平均設定利得（G_m) の算出処理を示すフローチャートであり、第 5図は、第 2図に示す設定手順の中の各入力強度における目標平均設定利得（G _{i n} ) の算出処理を示すフローチャートであり、第 6図は、実施の形態 1 の光増幅器出力スペクトル特性を従来技術と比較した図であり、第 7図は、この発明の実施の形態 2にかかる光増幅器の回路構成を示す図であり、第 8図は、この発明の実施の形態 3にかかる光増幅器の回路構成を示す図であり、第 9図は、この発明の実施の形態 4にかかる光増幅器の利得変化レベル補償回路の回路構成を示す図であり、第 1 0図は、実施の形態 4の光増幅器出カスペクトル特性を従来技術と比較した図であり、第 1 1図は、この発明の実施の形態 5にかかる光増幅器の利得変化レベル補償回路の回路構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光増幅器およびその利得制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態 1 .

第 1図は、この発明の実施の形態 1にかかる光増幅器の利得制御機能を説明するための機能構成図である。同図において、励起光源合波器 5を介して励起光源 4からの前方励起光が入力される希土類ドープファイバ 1が備えられている。一方、光増幅器の利得制御機能を構成する構成部として、 A S E補償回路 7、利得一定制御回路 8および利得変化レベル補償回路 9が備えられている。利得一定制御回路 8は、希土類ドープファイバ 1の入力段に備えられた光分波器 2 aに接続された光レベル'検出器 3 aと、利得変化レベル補償回路 9と、 A S E補償回路 7 と、励起光源 4とに接続される。なお、利得一定制御回路 8は、光レベル検出器 3 a、利得変化レベル補償回路 9および A S E補償回路 7からの出力を受信し、励起光源 4に対して所定の信号を出力する。また、 A S E補償回路 7は、希土類ドープファイバ 1の出力段に備えられた光分波器 2 bに接続された光レベル'検出器 3 bに接続され、光レベル検出器 3 bからの出力を受信する。

つぎに、第 1図に示す光増幅器の動作について説明する。第 1図において、入力された入力信号光（全全入力光）の一部は光分岐器 2 aによって分岐され、光レベル検出器 3 aにて入力信号光強度が検出され、電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号に変換される。一方、励起光源 4からの励起光は励起光源合波器 5 にて入力信号光とともに希土類ドープファイバ 1内に入力され、入力信号光は増幅される。増幅された出力信号光（全全出力光）の一部は光分岐器 2 bによって分岐され、光レベル検出器 3 bにより出力信号光強度が検出され、電気信号レべル P。_{u t}の全出力光電気信号に変換される。

また、電気信号レベル P i _nの全入力光電気信号は利得一定制御回路 8に入力され、電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号は A S E補償回路 7に入力される。 A S E補償回路 7に入力された電気信号レベル P。 _{u t}の全出力光電気信号は、 ?。₁^に含まれる八3£光電気信号レべル？₃₅ を減算した、 P。_u =P。_{u t}— P _{a s e}として変換された後、利得一定制御回路 8に入力される。利得一定制御回路 8に入力された電気信号レベル P _{i n}および P。_{u t}' の各信号は、 P。_{u t}' / V i nで定義されるレベル比が、利得変化レベル補償回路 9によって付与される入力信号強度に依存した目標平均設定利得 G (P _{i n}) となるように励起光源 4に対して帰還制御がかけられる。

以上の動作により、入力信号レベルに依存して目標平均設定利得が可変設定され、一定の入力信号光レベルにおいて、目標平均設定利得 G (P_{i n}) として一定制御される光増幅器を構成することができる。このように、の実施の形態の光増幅器では、従来技術のように自然放出光強度を定数として利得一定制御における誤差補償を行うような制御手法とは異なり、自然放出光強度成分を補償した後に、入力信号光レベルに応じて利得一定制御を行うようにしているので、光増幅器の不均一性に起因する利得プロファイル変化の補償が可能となる。

ところで、自然放出光強度を定数として利得一定制御における誤差補償を行うような従来技術にかかる制御手法では不均一性に起因する利得プロファイル変化が顕著な一部の希土類ドープフアイバなどに適用できないことについては上述したとおりである。つぎに、このような問題点が生じる理由について説明する。通常、希土類ドープファイバが均一な特性を持つと仮定すると、増幅媒質中の信号光強度 I _sと A S E光強度 I _ASEの伝搬式は次のように表される。

— = (a_sN₂-a_aN_l)ls

d^z (i)

• = (σ₅Ν₂ - σ_αΝ, )l_ASE + 2h va_sN₂A v

dz

· ここで、 _Zは増幅媒体を伝搬する光信号の進行方向の位置、 Ν₂、はそれぞれ増幅準位の上準位、下準位の密度、 a _s、 σ _aはそれぞれ信号光および AS E光の波長における増幅媒体の誘導放出断面積と誘導吸収断面積、 Vと Δ Λ'はそれぞれ A S E光の中心周波数広がりを示す。また A S E光の伝搬を表す式の土はそれぞれ順方向 A S E光および逆方向 A S E光を表す。

式（ 1 ) が示すように、 I _ASEは I _sと同様の増幅を表す部分に、光増幅器内部で分布的に発生する自然放出光を示す h σ _SN₂ Δ vの項が加わっている。このことは、増幅器利得と出力 AS E光強度は独立に決定される訳ではなく、所定の信号利得一定条件のもとでも、入力信号レベル'に従って A S E光強度を定数として扱うことができないことを示している。

しかし、同時に出力 AS E光強度がほとんど反転分布の分布に依存しないような条件であれば、出力 AS E光強度を一定値として扱うことが可能である。すなわち、光増幅器内部で分布的に発生する自然放出光が無視できるとして式（ 1 ) の微分方程式をそれぞれ解くと次式のようになる。 - -

ここで I _s (L) および I _{a s e} (L) は希土類ドープファイバ出力端での強度を表している。

このような近似は、希土類ドープファィバの信号光入力側の反転分布を高く保つことで成り立つと考えられる。それは、信号光入力端近傍での利得が高ければ、出力 A S E光強度のほとんどが、信号光入力端付近で発生した A S E光が希土類ドープファイバを通過して増幅される成分で占められるためである。このような条件を満たす光増幅器においては、利得一定であるならば AS E光強度を一定値と見なせ、このような場合には、全出力光に含まれる AS E光成分を一定値として差し引くことで、広ダイナミックレンジ下で信号利得を一定に制御することが可能となる。し力、しながら、式（2) は希土類ドープファイバが均一な特性を持つと仮定した式であり、実際には希土類ドープファィバにおける不均一性により、増幅器利得が同一な場合でも、入力信号光レベル、波長数および波長変化によって、さらに信号利得は変化する。すなわち、実際の希土類ドープファイバを増幅媒体とした光増幅器においては、出力端での信号パワーは次式のようになる。

Is(L) = ,N,)dz + AIs(Is,A,L)d (3)

ここで、.右辺第 1項は均一特性を仮定した場合の出力信号レベルを表し、第 2 項は希土類ドープファィバの不均一性に起因する出力レベル変化量であり、入力信号光レベルおよび波長に依存する。式（3) 力ら理解されるように、 ASE光成分が一定レベルとして補償可能な場合でも、第 2項に対応する利得の不整合が発生し、利得一定制御における制御誤差が発生する。

つぎに、利得変化レベル補償回路 9の目標平均設定利得 G (P _{i n}) の設定手法について第 2図〜第 5図を用いて説明する。なお、第 2図は、利得変化レベル補償回路 9の目標平均設定利得 G (P i J の設定手順を示すフローチャートであり、第 3図は、第 2図に示す設定手順の中の最大入力強度における目標平均設定利得（G_M) の算出処理を示すフローチャートであり、第 4図は、第 2図に示す設定手順の中の最小入力強度における目標平均設定利得（G_m) の算出処理を示すフローチャートであり、第 5図は、第 2図に示す設定手順の中の各入力強度における目標平均設定利得（G_{i n}) の算出処理を示すフローチャートである。まず、第 2図の目標平均設定利得 G (Ρ 'の設定手順について説明する。同図において、入力ダイナミックレンジの最大入力強度における目標平均設定利得（G_M) が算出される（ステップ S 1 O 1) 。つぎに、光増幅器の利得がステップ S 1 0 1の処理で算出された G_Mに設定されるように制御され（ステップ S 1 02) 、この状態において、入力ダイナミックレンジの最小入力強度における目標平均設定利得（G_ra) が算出される（ステップ S 1 03) 。さらに、光増幅器の利得が、最大入力強度のときはステップ S 1 0 1の処理で算出された G_Mに設定され、最小入力強度のときはステップ S 1 03の処理で算出された G_mに設定されるように制御され（ステップ S 1 04) 、この状態において、入力ダイナミックレンジ内の各入力強度における目標平均設定利得 [G(P _{i n})] が算出される（ステップ S 1 05) 。

つぎに、第 3図に示す最大入力強度における目標平均設定利得（G_M) の算出処理の細部手順について説明する。同図において、光増幅器の増幅帯域内で、入力ダイナミックレンジの最大入力強度における所定の波長えい λ ₂, · · · , λ_η (ηは自然数）ごとの利得 G (えい P _{i n}__{ma x}) ， G (λ ₂, P _{i n}__{ma x}) , • · · , G (λ_α, P _{i n}— _{ma x}) が測定され（ステップ S 20 1) 、全波長におる利得 G (λ) の平均値が算出され（ステップ S 202) 、第 2図のフローに戻る。

同様に、第 4図に示す最小入力強度における目標平均設定利得（G_m) の算出処理では、所定の波長えい λ₂, . · ·， λ_η (ηは自然数）ごとに、光増幅器の増幅帯域内で、入力ダイナミックレンジの最小入力強度における利得 G {λ _χ, P _{i n}__{m i n}) , G (λ ₂, P _{i n}__{mi n}) , - - · , G (λ_η, Ρぃ ^ が測定され（ステップ S,30 1) 、各測定波長ごとの利得プロファイル変化量、すなわち、各測定波長における最大入力強度における利得 G (λ ,, P _{i n}__{ma x}) と、最小入力強度における利得との差分値である、 AG_{A 1}二 G (λい P _{i n}__{ma x}) 一 G (えい P in__mi„) , ΔΟ_{λ 2} = 0 (λ ₂, P _{i n}__{ma x}) 一 G (λ ₂, P _{i n}__{m i n}) ' · · · ， AG_Xn = G (λ _η! P _{i n}__{ma x}) — G (λ_η, P _i __{mi n}) が算出され（ステップ S 302) 、これらの AG_Aい AG_{X 2}, · · · , AG^の中の最大値厶 G_{ma x}が選択され（ステップ S 30 3) 、最小入力強度に,おける目標平均設定利得（GJ が G_m=G_M+AG_{raa x}の算出式にて算出され（ステップ S 3 04) 、第 2図のフローに戻る。

同様に、第 5図に示す各入力強度における目標平均設定利得 G (P _{i n}) の算出処理では、所定の波長えい λ_2> · · ·， λ_η (ηは自然数）ごとに、入力ダイナミックレンジ範囲内の各入力強度における利得 G (えい P _{i n}__L) , G (λ ₂, P _{i n}_i) ， · · ·， G (λ_η， P _{i n}— が測定され（ステップ S 40 1) 、各測定波長ごとの利得プロファイル変化量、すなわち、各測定波長における最大入力強度における利得 G (λ ,, P _{i n}__ma と、各入力強度における利得との差分値である、 AGu, _{P 1} = G (えい P _{i n}— — G (えい Ρ ^^) ， AGえ ₂, _{P 1} = G (λ ₂₎ P _{i n}_,) — G (λ ₂, P _{i n}_,) , · · · , Δ G_{An- P 1} = G (λ_η, P； _n_,) — G (λ_η, P _{i n}— が算出され（ステップ S 40 2) 、これらの厶 G_{x ii P 1}, AG_{A 2i P 1}, · · ·， AG , _P1の中の最小値 AG_{rai n}が選択され（ステップ S 40 3) 、各入力強度における目標平均設定利得 G (P _{i n}) として、 △ G_{A P}の最小値を与える G (λ, P _{i n}) が選択される（ステップ S 404) 。ステップ S 404の処理後、測定終了か否かが判定され（ステップ S 405) 、他の入力強度での測定が必要ならば（ステップ S 405、 Ye s) 他の入力強度に設定され（ステップ S 406) 、ステップ S 40 1〜405の処理が繰り返される。一方、他の入力強度での測定が不要ならば（ステップ S 405、 No) 、第 2図のフローに戻る。

なお、上記第 2図〜第 5図において示したフローにて生成された各入力強度における目標平均設定利得は、利得一定制御回路 8または利得変化レベル補償回路 9などに備えられる記憶領域に出力利得プロファイルとして記憶させることにより、光入力の光強度情報に基づいて上記利得一定制御を迅速に行うことができる。第 6図は、実施の形態 1の光増幅器出カスペクトル特性を従来技術と比較した図である。同図において、波形 K 1は従来の利得一定制御を行った場合の出力特性であり、波形 2は利得変化レベル'補償回路 9による上述の制御手順を用いた場合の出力特性である。同図に示すように、従来技術での利得一定制御では 0. 7 d B程度の制御誤差が生じていたが、この実施の形態の利得一定制御では 0. 3 d B程度の制御誤差しか生じておらず、広い入力ダイナミックレンジにおいて良好な利得平坦性が確保されていることが明らかである。

以上説明したように、この実施の形態の光増幅器によれば、全出力光モニタ信号に含まれる自然放出光（ASE) 成分を補償するための補償信号と、入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得とに基づいて光入力の信号強度ごとに利得一定制御を行うようにしているので、広ダイナミックレンジ特性に優れた光増幅器およびその利得制御方法を得ることができる。

なお、この実施の形態では、希土類ドープファイノく 1に対して励起光源 4からの前方励起光が入力されるものとして説明したが、入力される励起光は前方励起光に限定されるものではなく、式（2 ) に示されるような、入力全信号光強度のダイナミックレンジにおいて、出力 A S E強度を定数として扱うことが成り立つ条件を満たす範囲において、双方向励起および後方励起といつた励起方式でであつても構わない。

また、励起光源 4は、波長安定化手段を具備した半導体レーザによって構成されていてもよく、この場合には、希土類ドープファイバ 1に注入される励起光源波長が安定化されるので、さらに良好な利得平坦性を確保することができる。なお、希土類ドープファイバのガラスホスト材料としては、酸化ケィ素、酸化テルライト、酸化ビスマスなどが一般的に用いられるが、これらのファイバなどを用いた場合であっても、上述した効果が得られる。

さらに、一般的に使用される光通信システムにおける伝送帯域である C一バンド帯域（1 5 3 0 n m〜 1 5 6 0 ii m) に加え、 L—バンド帯域（ 1 5 7 0 n m 〜 1 6 1 0 n m) 、拡大 L—バンド帯域（1 5 7 0 n m〜 1 6 2 0 n m) および一括帯域（1 5 3 0 n m〜l 6 2 0 n m) といった各伝送帯域に対応する光増幅器それぞれにおいて、上述した効果が得られる。

実施の形態 2 .

第 7図は、この発明の実施の形態 2にかかる光増幅器の回路構成を示す図である。実施の形態 1では、従来の利得一定制御方法と異なり、 A S E補償回路 7、利得一定制御回路 8および利得変化レベル補償回路 9により入力信号レベルに依存する目標平均設定利得 G ( P _{i n}) を付与するようにしているが、第 7図に示す実施の形態 2では、これらの機能を簡易に実現する構成部として A S E補償回路 2 1、利得変化レベル補償回路 2 2および利得一定制御回路 2 3を備えている。なお、第 1図と同一、あるいは同等な部分については、同一の符号を用いて示している。

つぎに、第 7図に示す光増幅器の動作について説明する。同図において、入力された入力信号光の一部は光分岐器 2 aによって分岐され、光レベル検出器 3 a により入力信号光強度が検出され、電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号に変換される。励起光源 4からの励起光は励起光源合波器 5により入力信号光とともに希土類ドープファイバ 1内に入力され、入力信号光は増幅される。増幅された出力信号光の一部は光分岐器 2 bによって分岐され、光レベル'検出器 3 bにより出力信号光強度が検出され、電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号に変換さる。

また、電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号は利得一定制御回路 2 3に入力される。一方、電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号は ASE補償回路 2 1に入力される。 AS E補償回路 2 1に入力された電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号は、 P。 _{u t}に含まれる A S E光電気信号レベル P _{a s e}を減算した、 P。_{u t}' =P。_{u t}— P_{a s e}として変換された後、利得変化レベル補償回路 2 2に入力される。利得変化レベル補償回路 2 2により P' 。_{u t}は、 P" 。_{u t} = P。_{u t} 一 (Pase + Pof f se t (P _{i n}) ) として変換された後、利得一定制御回路 2 3 に入力され、利得一定制御回路 2 3により、 P" 。_{u t}ZP (P _{i n}) =— 定となるように制御される。

このとき、 P" 。_{u t}/P _{i n}の目標設定値が実施の形態 1で説明したような手順で定められ、利得レベル補償回路 2 2にて付与される電気信号レベル P。„ _{s e t} (P i J の値を変化させることで入力強度変化に依存した目標平均設定利得値の可変能を実現することができる。

また、第 7図において、 A S E補償回路 2 1を省略して、利得変化レベル補償回路 22により P" 。_{u t} = P。_{u t}— (Pase+Ροί f set (P i„) ) の変換処理を同時に行ってもよい。

以上説明したように、この実施の形態の光増幅器によれば、入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定されるオフセット成分を AS E補償信号から減算した減算信号と入力モニタ信号との比が当該入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するような利得制御が行われるので、実施の形態 1の効果に加え、光増幅器の利得制御機能を簡易に構成できるという効果を奏する。

実施の形態 3.

第 8図は、この発明の実施の形態 3にかかる光増幅器の回路構成を示す図である。実施の形態 2では、出力電気信号レベルを P" o u t = P o u t - (P a s e + P_{o f f s e l} (P i n) ) として変換することで可変利得制御方法を達成するものであるが、第 8図に示す実施の形態 3では、入力電気信号レベルを変換することで、簡易に可変利得制御機能を実現する構成部として ASE補償回路および利得変化レベル補償回路の機能を兼ね備えた入力レベル変換回路 32と、利得一定制御回路 33とを備えている。なお、第 1図と同一、あるいは同等な部分については、同一の符号を用いて示している。

つぎに、第 8図に示す光増幅器の動作について説明する。同図において、入力された入力信号光の一部は光分岐器 2 aによつて分岐され、光レベル検出器電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号に変換される。励起光源 4からの励起光は励起光源合波器 5により入力信号光とともに希土類ドープフアイバ 1内に入力され、入力信号光は増幅される。増幅された出力信号光の一部は光分岐器 2 bによつて分岐され、光レベル'検出器 3 bにより出力信号光強度が検出され、電気信号レべノレ!³。 _{u t}の全出力光電気信号に変換される。 '

また、電気信号レベル P i _nの全入力光電気信号は入力レベル変換回路 32に入力される。入力レベル変換回路 32に入力された電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号は、 Pi =P _{i n}+P_{a s e} + Pi„―。 _{f i s e t} (P_{i n}) として変換された後、利得一定制御回路 33に入力される。一方、光レベル検出器 3 bから出力された電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号も利得一定制御回路 33に入力され、利得一定制御回路.33により'、 P。_{u t}/P _{i n}， =G (P _{i n}) =—定となるように制御される。

このとき、

の目標設定値が実施の形態 1で説明したような手順で定められ、 P injHset (Pi J の値を変化させることで入力強度変化に依存した目標平均設定利得値の可変機能を実現することができる。

以上説明したように、この実施の形態の光増幅器によれば、出力モニタ信号に含まれる AS E成分と、入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定されるオフセット成分とが入力モニタ信号から減算された減算信号が出力され、出力モニタ信号と前記減算信号との比が入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するような利得制御が行われるので、実施の形態 1の効果に加えて、簡易に可変利得制御機能を実現することができるという効果を奏する。実施の形態 4.

第 9図は、この発明の実施の形態 4にかかる光増幅器の利得変化レベル補償回路の回路構成を示す図である。実施の形態 2および 3では、入力信号強度に応じて異なる目標平均設定利得を設定する構成について示したが、第 9図に示す実施の形態 4の利得変化レベル補償回路では、固定のプリセットレベルを利得変化レベル補償回路として用いることで.簡易かつ高精度な可変利得一定制御機能を実現する構成部として、 2系列の電気信号入力を持つ減算器 41と、固定プリセットレベル'設定器 42とを備えている。

つぎに、第 9図に示す光増幅器の動作について説明する。光レベル検出器 3 b 力ら出力された電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号が減算器 1 1に入力される。一方、あらかじめ定数として設定された補償レベル設定器 12からの利得補償レベル P_c。_mpの電気信号も減算器 41に入力され、減算器 41によって、 P_{ou t}' =P。_{u t}— P_c。_mpで表される出力補正レベルの電気信号に変換され、利得一定制御回路へ出力される。このとき、 P_c。_mpは実施の形態 1に示した目標平均設定利得設定手順に基づいて、入力ダイナミックレンジの最小入力強度における目標平均設定利得となるように設定される。

第 10図は、実施の形態 4の光増幅器出カスペクトル特性を従来技術と比較した図である。同図において、波形 K 3は従来の利得一定制御を行った場合の出力特性であり、波形 K 4は利得変化レベル補償回路による上述の制御手段を用いた場合の出力特性である。同図に示すように、補償レベル設定器 1 2からの補償レベル P c。 _{m P}は一定の電気レベルを有するため、入力信号レベルの増大に従ってその寄与度が小さくなり、固定の電気信号レベルを与えるだけで、入力ダイナミックレンジにぉレ、て最適な目標平均設定利得を提供することができる。なお、この実施の形態の利得変化レベル補償回路では、固定の電気信号レベルを与える程度の簡易な構成のため、例えば、減算器を汎用的なオペアンプとすれば、抵抗程度の分圧器といった簡便かつ安価な構成で実現できる。

なお、以上の構成は、一例として全出力光電気信号の出力レベルに対して所定の固定値を与える手法について示したが、全入力光電気信号の出力レべノレに対して所定の固定値を与えるような手法でもよく、この場合であつてもこの実施の形態と同様な構成で簡易な可変利得制锏 1機能を実現できる。

以上説明したように、この実施の形態の光増幅器によれば、補償レベル設定器にて一定レベルの利得補償信号が生成され、出力モニタ信号から当該利得補償信号を減算出力されるので、簡易な可変利得制御機能を実現することができる。実施の形態 5 .

第 1 1図は、この発明の実施の形態 5にかかる光増幅器の利得変化レベル補償回路の回路構成を示す図である。実施の形態 1〜4では、電気信号を用いて目標平均設定利得値を可変する構成について示したが、第 1 1図に示す実施の形態 5 では、光レベルを利得プロフアイル変化レベル捕償として用いることで簡易かつ高精度な可変利得一定制御機能を実現する構成部として、光分波器 2 aと光レべル検出器 3 aとの間に挿入された光分波器 2 cに接続されたオフセット光源 5 1 と、利得一定制御回路 5 2とを備えている。なお、第 1図と同一、あるいは同等な部分については、同一の符号を用いて示している。

つぎに、第 1 1図に示す光増幅器の動作について説明する。同図において、入力された入力信号光の一部は光分岐器 2 aによって分岐され、光合波器 2 cによりオフセット光源 51と合波された後、光レベル検出器 3 aにより入力信号光強度が検出され、電気信号レベル P _{i n}の全入力光電気信号にオフセット光源 5 1 のオフセット成分が加算された、 P_{i n}+P。_{p t}_。_{i f s e t}に変換される。一方、励起光源 4からの励起光は励起光源合波器 5— 5により入力信号光とともに希土類ドープファイバ 1内に入力され、入力信号光は増幅される。増幅された出力信号光の一部は光分岐器 2 bによって分岐され、光レベル検出器 3 bにより出力信号光強度が検出され、電気信号レベル P。 u _tの全出力光電気信号に変換される。また、光レベル検出器 3 aから出力される信号レベル Pi =P_{i n} + P。_{p t}― _{o f t s e t}の電気信号と、電気信号レベル P。_{u t}の全出力光電気信号は利得一定制御回路 52に入力される。利得一定制御回路 52に入力された P i _n ' および P。 _{u t}は、 P_{ou t} P _{i n}' で定義されるレベル比が、 P。_{u t}, P_{i n}， =G (P _{i n}) 二一定となるように制御される。

以上の動作により、 P。_{p t}一。 _{i i se t}成分を変化させることで、入力信号レベルに依存して、全入力光信号レベルに対する光利得を可変する構成が可能となり、入力強度変化に依存した目標平均設定利得値の可変機能を実現することができる。以上説明したように、この実施の形態の光増幅器によれば、光レベル検出器の出力信号と出力モニタ信号との比が入力モニタ信号の光強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するように利得制御が行われるので、入力強度変化に依存した目標平均設定利得値の可変機能を光信号段で制御することができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる光増幅器は、光通信システムの光増幅中継器に適用することができ、特に、増幅媒体として用いられる希土類ドープファイバの種類に依存しない光増幅器として好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 希土類ドープファイバを増幅媒体とし、全入力光をモニタした入力モニタ信号を出力する入力モニタ手段と、全出力光をモニタした出力モニタ信号を出力する出力モニタ手段と、を備えた光増幅器において、

前記全出力光モニタ信号に含まれる自然放出光（A S E ) 成分を補償する A S E補償回路と、 '

前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得を算出する利得変化レベル補償回路と、

前記 A S E補償回路から出力される出力信号と前記利得変化レベル補償回路から出力される前記目標平均設定利得とに基づいて利得制御を行う利得一定制御回路と、

を備えたことを特徴とする光増幅器。

2 . 前記利得一定制御回路または前記利得変化レベル補償回路には記憶領域が備えられ、

前記記憶領域に自身の利得制御を行う出力利得プロファイルが記憶されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅器。

3 . 前記出力利得プロファイルは、前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて当該信号強度ごとに生成されることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の光増幅器。

4 . 前記 A S E補償回路は、前記出力モニタ信号から当該出力モニタ信号に含まれる A S E成分を減算した A S E補償信号を出力し、

前記利得変化レベル補償回路は、前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定されるオフセット成分を前記 A S E補償信号から減算した減算信号を出力し、前記利得一定制御回路は、前記減算信号と前記入力モニタ信号との比が当該入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するように利得制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅器。

5 . 希土類ドープファイバを増幅媒体とし、全入力光をモニタした入力モニタ信号を出力する入力モニタ手段と、全出力光をモニタした出力モニタ信号を出力する出力モニタ手段を備えた光増幅器において、

前記出力モニタ信号に含まれる A S E成分と、前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定されるオフセット成分と、を当該入力モニタ信号から減算した減算信号を出力する入力レベル変換回路と、

前記出力モニタ信号と前記減算信号との比が前記入力モニタ信号の信号強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するように利得制御を行う利得一定制御回路とを備えたことを特徴とする光増幅器。

6 . 前記利得変化レベル補償回路は、

一定レベルの利得補償信号を生成する補償レベル設定器と、

前記出力モニタ信号から前記利得補償信号を減算出力する減算器と、を備えたことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の光増幅器。

7 . 前記利得変化レベル補償回路は、

前記入力モニタ信号から前記利得補償信号を減算出力する減算器と、を備えたことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の光増幅器。

8 . 希土類ドープファイバを増幅媒体とし、全出力光をモニタした出力モニタ信号を出力する出力モニタ手段を備えた光増幅器において、

光オフセット信号を出力する光オフセット信号出力手段と、前記全入力光と前記光オフセット信号とを合成する光合波器と、

前記光合波器の出力信号を電気信号に変換する光レベル検出器と、

前記光レベル検出器の出力信号と前記出力モニタ信号との比が前記入力モニタ信号の光強度に基づいて決定される目標平均設定利得に一致するように利得制御を行うことを特徴とする光増幅器。

9 . 前記希土類ドープファィバに対して前記全入力光の進行方向と同方向に励起光を注入する前方励起型励起光源をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅器。

1 0 . 前記前方励起型励起光源は、波長安定化手段を具備した半導体レーザによつて構成されていることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の光増幅器。

1 1 . 前記希土類ドープファイバのガラスホスト材料が、酸化ケィ素、酸化テルライト、または酸ィ匕ビスマスであることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光増幅器。

1 2 . 希土類ドープファィバを増幅媒体とする光増幅器の利得制御方法において、

自身に入力される光入力の入力ダイナミックレンジの最大入力強度における目標平均設定利得（G_M) を算出する第 1の算出ステップと、

自身の利得を前記目標平均設定利得（G_M) に設定する第 1の利得設定ステツプと、

自身に入力される光入力の入力ダイナミックレンジの最小入力強度における目標平均設定利得（G_ra) を算出する第 2の算出ステップと、

前記最大入力強度条件のときは自身の利得を前記目標平均設定利得（G_M) に設定し、前記最小入力強度条件のときは自身の利得を前記目標平均設定利得（G _m) に設定する第 2の利得設定ステップと、

自身に入力される光入力の入力ダイナミックレンジ内の各入力強度における目標平均設定利得 [G(P_{i n})] を算出する第 2の算出ステップと、

を含むことを特徴とする光増幅器の利得制御方法。