WO2022202737A1 - 光増幅器、光中継器、及び光通信システム - Google Patents

光増幅器、光中継器、及び光通信システム Download PDF

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    • H04J14/0307—Multiplexers; Demultiplexers

Definitions

  • the present invention relates to an optical amplifier, an optical repeater, and an optical communication system, and more particularly to a pumping light source used for amplifying signal light by an optical amplifier.
  • fiber amplifiers are used to amplify attenuated optical signals.
  • a fiber amplifier that amplifies the attenuated optical signal there is a fiber amplifier that amplifies the signal strength of the optical signal by inputting pumping light output from a pumping light source into a rare-earth-doped fiber into which the optical signal is input.
  • Such a fiber amplifier has high efficiency and high gain, and is used as an amplifier for optical signal relay in an optical fiber communication system.
  • One such fiber type amplifier is basically arranged in one optical communication path.
  • a plurality of optical communication paths are arranged in parallel.
  • one fiber amplifier is arranged in each optical communication path.
  • FIG. 9 is a configuration diagram for explaining an optical amplifier of the background art. Here, a case where there are four optical communication paths through which signal light propagates will be described.
  • the optical amplifier in FIG. 9 includes four fiber amplifiers (EDFA101, EDFA102, EDFA103, EDFA104) for four systems of signal light (where EDFA is an abbreviation for erbium-doped optical fiber amplifier). Furthermore, the optical amplifier of FIG. 9 includes four laser diodes (LD105, LD106, LD107, LD108) as excitation light sources. The driving currents of the LD105 to LD108 are adjusted by respective control systems (not shown), thereby adjusting the intensity of the excitation light output from the LD105 to LD108. Mainly, the driving currents of the LD105 to LD108 are adjusted so that the signal light output of the optical amplifier in FIG. 9 is constant.
  • the optical amplifier in FIG. 9 includes WDM (Wavelength Division Multiplexing) couplers 109, 110, 111, and 112 that combine the signal light and pump light propagating through each optical communication path. Furthermore, the optical amplifier in FIG. 9 includes a pumping light multiplexing/demultiplexing section indicated by a dotted line. 9 includes a 2 ⁇ 2 coupler 113 that multiplexes the excitation light from the LD 105 and the LD 106 and splits it into two, and a 2 ⁇ 2 coupler 113 that multiplexes the excitation light from the LD 107 and the LD 108 and splits the excitation light into two. and a splitting 2 ⁇ 2 coupler 114 .
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • the pumping light multiplexing/demultiplexing unit in FIG. 9 multiplexes the pumping light from the 2 ⁇ 2 coupler 113 and the pumping light from the 2 ⁇ 2 coupler 114, demultiplexes them into two pumping lights, It includes a 2 ⁇ 2 coupler 115 that outputs to coupler 110 . Further, the pumping light multiplexing/demultiplexing unit in FIG. 9 multiplexes the pumping light from the 2 ⁇ 2 coupler 113 and the pumping light from the 2 ⁇ 2 coupler 114, splits the waves into two pumping lights, It includes a 2 ⁇ 2 coupler 116 that outputs to coupler 112 .
  • four fiber amplifiers (EDFA 101, EDFA 102, EDFA 103, EDFA 104) have a 4LD redundant configuration in which they are pumped by pumping light from four LDs 105 to LD108. That is, for example, even if the output light of any one of the four LDs 105 to 108 becomes zero due to a failure, the excitation light of the other three LDs is incident on the EDFA, and optical communication is maintained. It has become.
  • the optical amplifier of FIG. 9 is configured to directly output pumping lights generated by the LD 105, LD 106, LD 107, and LD 108 to the WDM couplers 109, 110, 111, and 112, respectively, by providing the pumping light multiplexing/demultiplexing section.
  • the influence of the intensity variation of the excitation light generated by the LD105, LD106, LD107, and LD108 can be reduced.
  • Patent Document 1 relates to an optical signal repeater for a first optical communication path and a second optical signal path that are parallel, and transmits an optical signal propagating on the first optical communication path to the first optical communication path.
  • a first fiber-type optical amplifier inserted into a path amplifies an optical signal propagating through a second optical communication path
  • a second fiber-type optical amplifier inserted into the second optical communication path amplifies the optical signal.
  • Patent Document 2 relates to an optical fiber amplifier, comprising a multiplexing laser light source including a plurality of laser diodes, inserting one optical fiber amplifier in one optical signal path to amplify an optical signal, It has been proposed that the pumping light from the laser diodes of 1 is combined and then incident on the input side of the rare-earth-doped fiber. Furthermore, in Patent Document 2, a driving current control circuit for a plurality of laser diodes is used to maintain a constant signal light output in an optical fiber amplifier even if one of the plurality of laser diodes fails. It has been proposed to vary the drive current of the diode.
  • JP 2014-160908 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-214170
  • one optical fiber amplifier is basically arranged in one optical communication path, and generally the same number of pumping light sources as the optical fiber amplifiers are used. If the optical signal is a WDM (Wavelength Division Multiplexing) signal and it is desired to separately amplify the optical signal for each wavelength, a plurality of optical signals are arranged in parallel on one optical communication path.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • Patent Document 1 there is no description about configuring an optical amplifier with a smaller number of pumping light sources than the number of optical fiber amplifiers.
  • An object of the present invention is to provide an optical amplifier, an optical repeater, and an optical communication system that are capable of amplifying signal lights of multiple systems and realizing cost reduction.
  • an optical amplifier is an optical amplifier that amplifies and outputs signal light of a plurality of systems, a plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers, a plurality of pumping light sources, a plurality of pumping light demultiplexing units for demultiplexing pumping light from the plurality of pumping light sources, and pumping light from the plurality of pumping light demultiplexing units a plurality of pumping light multiplexing/demultiplexing units for multiplexing and demultiplexing, and after multiplexing one of the plurality of signal lights and the pumping light from the plurality of pumping light multiplexing/demultiplexing units, the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers a plurality of combiners input to one of The number of the plurality of pumping light sources is less than the number of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers, and the plurality of pumping light sources include a first pumping light source and a second
  • An optical repeater includes the above-described optical amplifier inserted into an optical fiber that propagates the above-described multiple systems of signal light.
  • An optical communication system includes an optical fiber that connects a plurality of terminal stations and propagates the signal light of the plurality of systems, and the optical repeater.
  • Optical amplifiers, optical repeaters, and optical communication systems can be provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical amplifier according to an embodiment of the higher concept of the present invention
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical amplifier according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a relational expression relating to the current amount of the excitation light source and the optical output of the EDFA in the optical amplifier of FIG. 2; It is a relational expression for obtaining the current amount of the excitation light source from the relational expression of FIG.
  • FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an optical amplifier of background art
  • An optical communication system includes an optical fiber 73 as an example of a transmission line, as shown in FIG.
  • the transmission line connects between the optical transmission device 71 of the terminal station A and the optical transmission device 72 of the terminal B as shown in FIG. Transmits the signal light that is sent and received by
  • this optical communication system includes an optical repeater 74 inserted into an optical fiber 73 as an example of a transmission line between the optical transmission devices 71 and 72 to amplify the signal light.
  • FIG. 8 shows a state in which a plurality of optical repeaters 74 are inserted into the optical fiber 73 .
  • this optical repeater 74 includes an optical amplifier that amplifies the signal light propagating through the transmission line.
  • An optical amplifier is an optical fiber amplifier that amplifies and outputs a plurality of systems of signal light, and includes a plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers and a number of impurity-doped optical fiber amplifiers less than the number of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers. and a plurality of excitation light sources. Further, the plurality of excitation light sources include a first excitation light source and a second excitation light source that are commonly driven by a first drive current, and a third excitation light source that is driven by a second drive current that is different from the first drive current. and a light source.
  • the optical amplifier according to the embodiment of the present invention includes: a plurality of pumping light demultiplexing units for demultiplexing the pumping light from the plurality of pumping light sources; After combining one of the plurality of signal lights with the pump light from the plurality of pumping light combining/demultiplexing sections, one of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifying sections and a plurality of multiplexing units for input.
  • the contribution of the pumping light from the first pumping light source and the pumping light from the second pumping light source to the optical output of each impurity-doped optical fiber amplifier of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers.
  • the efficiency of the pumping light source, the transmission loss of the pumping light demultiplexing section and the pumping light combining/demultiplexing section, and the efficiency of the impurity-doped optical fiber amplifying section depend on which of the plurality of pumping light sources is driven by the same driving current.
  • the efficiency of the pumping light source, the transmission loss of the pumping light demultiplexing section and the pumping light multiplexing/demultiplexing section, and the efficiency of the impurity-doped optical fiber amplifier section are adjusted according to the presence of the light source. Furthermore, the driving currents of the plurality of pumping light sources are adjusted so that the optical outputs of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers are all equal.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical amplifier according to an embodiment of the general concept of the present invention.
  • the optical amplifier shown in FIG. 1 is used in the optical repeater 74 shown in FIG. amplifies the signal light propagating through the 8, the optical communication system of this embodiment connects the optical transmission device 71 of the terminal station A and the optical transmission device 72 of the terminal B, and connects the optical transmission device 71 and the optical transmission device 72.
  • It includes an optical fiber 73 as an example of a transmission line that transmits signal light transmitted and received therebetween, and an optical repeater 74 that is inserted into the optical fiber 73 and amplifies the signal light.
  • the optical amplifier in FIG. 1 is an optical fiber amplifier that amplifies and outputs signal light from multiple systems.
  • FIG. 1 shows a configuration for amplifying six-system signal light as an example of a configuration for amplifying multiple-system signal light.
  • the optical amplifier of FIG. 1 includes six erbium-doped fiber amplifiers 55a-55f (EDFAs 55a-55f) as an example of a plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers, and a plurality of pumping light sources 51.
  • FIG. The optical amplifier of FIG. 1 further includes a plurality of pumping light demultiplexers 52 for demultiplexing the pumping light from the plurality of pumping light sources 51, and the pumping light from the plurality of pumping light demultiplexers 52.
  • the number of the plurality of pumping light sources 51 is smaller than the number of the EDFAs 55a to 55f, and the plurality of pumping light sources 51 are the first pumping light source 51a and the second pumping light source 51a commonly driven by the first drive current. It includes an excitation light source 51b and a third excitation light source 51c driven by a second drive current of a system different from the first drive current. In the optical amplifier of FIG. 1, the number of multiple excitation light sources 51 is three. In the optical amplifier of FIG.
  • the plurality of pumping light demultiplexing sections 52 includes a first pumping light demultiplexing section 52a, a second pumping light demultiplexing section 52b, and a third pumping light demultiplexing section 52c.
  • the plurality of pumping light multiplexing/demultiplexing units 53 include a first pumping light multiplexing/demultiplexing unit 53a, a second pumping light multiplexing/demultiplexing unit 53b, and a third pumping light multiplexing/demultiplexing unit 53c.
  • pumping light from the plurality of pumping light sources 51 (the first pumping light source 51a, the second pumping light source 51b, and the third pumping light source 51c) is divided into the plurality of pumping light demultiplexers 52 and the It is input to the plurality of multiplexing units 54a to 54f via the multiple pumping light multiplexing/demultiplexing units 53.
  • the contribution of the pumping light from the first pumping light source 51a and the pumping light from the second pumping light source 51b to the optical output of each impurity-doped optical fiber amplifier of the plurality of impurity-doped optical fiber amplifiers.
  • the contribution of the excitation light from the third excitation light source 51c, the plurality of excitation light sources 51, the plurality of excitation light demultiplexers 52, and the excitation light multiplexer/demultiplexer 53 are selected.
  • the optical outputs of the EDFAs 55a to 55f are controlled by the power of the pumping light from the pumping light source 51 entering each EDFA.
  • the output power of the first pumping light source 51a, the second pumping light source 51b, and the third pumping light source 51c of the pumping light source 51 is the driving power supplied to the first pumping light source 51a, the second pumping light source 51b, and the third pumping light source 51c. Controlled by current.
  • the optical output of each EDFA is the current amount of the first drive current supplied to the first excitation light source 51a and the second excitation light source 51b, and the second drive current supplied to the third excitation light source 51c, It is controlled by the current amount of the second drive current of a different system than the first drive current.
  • an optical communication system consisting of a plurality of optical fiber channels
  • the combination of components such as the plurality of excitation light sources 51, the plurality of excitation light demultiplexers 52, and the excitation light multiplexer/demultiplexer 53 is optimized.
  • the degree of involvement is greatly evaluated.
  • the pumping light from the third pumping light source 51c is not involved in the optical output of one of the EDFAs 55a to 55f, it is evaluated that there is no involvement, and the plurality of pumping light sources 51, the plurality of The combination of components such as the excitation light demultiplexer 52 and the excitation light multiplexer/demultiplexer 53 is optimized.
  • an optical amplifier, an optical repeater, and an optical communication system capable of amplifying signal lights of a plurality of systems and realizing cost reduction.
  • the reason for this is that the three pumping light sources 51 (the first pumping light source 51a, the second pumping light source 51b, This is because an optical amplifier can be constructed including the third pumping light source 51c).
  • the reason for this is that, among the plurality of excitation light sources 51, the first excitation light source 51a and the second excitation light source 51b are configured to be commonly driven by the first drive current. This is because the configuration can be simplified as compared with the configuration in which the light source 51b is controlled by separate control systems.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an optical amplifier according to one embodiment of the present invention.
  • the optical amplifier shown in FIG. 2 is used in the optical repeater 74 shown in FIG. amplifies the signal light propagating through the 8, the optical communication system of this embodiment connects the optical transmission device 71 of the terminal station A and the optical transmission device 72 of the terminal B, and connects the optical transmission device 71 and the optical transmission device 72.
  • It includes an optical fiber 73 as an example of a transmission line that transmits signal light transmitted and received therebetween, and an optical repeater 74 that is inserted into the optical fiber 73 and amplifies the signal light.
  • the optical amplifier shown in FIG. 2 differs in configuration from the background art optical amplifier shown in FIG.
  • the optical amplifier shown in FIG. 2 has 5 pumping light sources and 10 EDFAs, and the optical amplifier shown in FIG. This is the point.
  • each pumping light source is provided with its own control system, but in this embodiment, some of the pumping light sources are controlled by the same control system. Points are different. That is, in this embodiment, the excitation light source laser diodes (LD1, LD2) are driven by a drive current having a current value A supplied from the control system A, which is a common control system, and the excitation light source laser diodes (LD3 , LD4) are driven by a driving current having a current value B supplied from a control system B, which is a common control system. On the other hand, the laser diode (LD5) of the excitation light source is independently driven by the driving current of the current value C supplied from the control system C.
  • the drive current with the current value A is an example of the first drive current
  • the drive current with the current value C is an example of the second drive current
  • the drive current with the current value B is the third drive current. is an example.
  • examples of a plurality of excitation light sources include an excitation light source 11a (LD1), an excitation light source 11b (LD2), an excitation light source 11c (LD3), an excitation light source 11d (LD4), and an excitation light source 11e (LD5).
  • the excitation light source 11a (LD1) is an example of a first excitation light source
  • the excitation light source 11b (LD2) is an example of a second excitation light source.
  • the excitation light source 11e is an example of a third excitation light source
  • the excitation light source 11c is an example of a fourth excitation light source
  • the excitation light source 11d is a fifth excitation light source. is an example.
  • the number of pumping light sources is an odd number, and the number of pumping light sources is five in the optical amplifier of FIG.
  • the excitation light sources 11a to 11e are LDs of the same type, and their photoelectric conversion efficiencies are distributed with a certain distribution width due to manufacturing variations around a certain typical value. Then, the output light of these LDs is split into two systems of excitation light by 1 ⁇ 2 couplers 12a to 12e in the excitation light demultiplexer, respectively, and a total of 10 systems of excitation light are generated from the excitation light demultiplexer. emitted.
  • the 1 ⁇ 2 coupler 12a is an example of a first excitation light splitting section
  • the 1 ⁇ 2 coupler 12b is an example of a second excitation light splitting section
  • the 1 ⁇ 2 coupler 12e is an example of a third excitation light splitting section
  • the 1 ⁇ 2 coupler 12c is an example of a fourth excitation light splitting section
  • the 1 ⁇ 2 coupler 12d is an example of a third excitation light splitting section.
  • 5 is an example of an excitation light demultiplexing unit.
  • these 10 systems of pumping light are respectively incident on 10 input ports of the pumping light multiplexing/demultiplexing unit composed of 10 2 ⁇ 2 couplers 13a to 13j.
  • the 2 ⁇ 2 coupler 13a is an example of the first excitation light multiplexing/demultiplexing section
  • the 2 ⁇ 2 coupler 13b is an example of the second excitation light multiplexing/demultiplexing section.
  • the 2 ⁇ 2 coupler 13e is an example of a third excitation light multiplexing/demultiplexing unit
  • the 2 ⁇ 2 coupler 13c is an example of a fourth excitation light multiplexing/demultiplexing unit
  • the 2 ⁇ 2 coupler 13d is an example of a third excitation light multiplexing/demultiplexing unit. It is an example of a 5-excitation light multiplexing/demultiplexing unit.
  • the pumping light emitted from ten output ports of the pumping light multiplexing/demultiplexing unit is incident on ten EDFAs 15a to 15j via WDM (Wavelength Division Multiplexing) couplers 14a to 14j, respectively.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • the branching ratio of the 1 ⁇ 2 couplers 12a to 12e in the excitation light demultiplexing section and the 2 ⁇ 2 couplers 13a to 13j in the excitation light multiplexing/demultiplexing section is set to a design center value of 50:50. Due to the variation, the branching ratio varies within a certain distribution width.
  • each excitation light source and each EDFA Four-digit numbers 1 to 5 are shown at the output of each EDFA 15a to 15j in FIG. 2, which correspond to LD1 to LD5 of the pumping light sources 11a to 11e.
  • "3, 4, 1, 5" are written in the output section of the EDFA 15e, which means that the output powers of the excitation light sources LD3, LD4, LD1, and LD5 are incident on the EDFA 15e. show.
  • all the EDFAs 15a to 15j are excited by four different LDs among the excitation light sources LD1 to LD5.
  • This configuration has a 4LD redundant configuration as in the background art of FIG.
  • each EDFA 15a-15j is controlled by the power of the pumping LD incident on each EDFA.
  • the output power of each pumping LD is controlled by the drive current supplied from control systems A, B, and C to each pumping LD.
  • the optical output of each EDFA 15a-15j is controlled by the amount of current supplied from control systems A, B, and C.
  • the optical outputs of the EDFAs 15a and 15b, 15c and 15d, 15e and 15f, 15g and 15h, and 15i and 15j are designed to always be equal within the pair.
  • This design is such that the amounts of current supplied from the control systems A, B, and C are always equal within each pair.
  • the branching ratio of the 2 ⁇ 2 couplers 13a to 13j in the front stage of the WDM couplers 14a to 14j is selected as close to the design center value of 50:50 as possible within the distribution width due to manufacturing variations. Furthermore, it is possible by adjusting so that the product of the losses of the WDM couplers 14a to 14j and the efficiency of the EDFAs 15a to 15j is well balanced within the pair.
  • the optical outputs of the EDFAs 15a and 15b, 15c and 15d, 15e and 15f, 15g and 15h, and 15i and 15j are P1, P2, P3, P4, and P5, respectively.
  • the relationship between the current amounts A, B, and C supplied from the control systems A, B, and C and the optical outputs P1 to P5 of the EDFA can be expressed by the formula in FIG.
  • the coefficients K11 to K53 in the formula are numerical values determined by the efficiency of each excitation light source (LD1 to LD5), the transmittance of each coupler (12a to 12e, 13a to 13j), and the efficiency of EDFAs 15a to 15j.
  • the simultaneous equations in Fig. 4 have three unknowns, but there are five equations, and generally there is no solution.
  • the combination of each component of the LD, the coupler, and the EDFA is optimized so that the simultaneous equations have a solution.
  • the optimization method will be described with reference to FIG.
  • the numbers 1 to 5 written on the right side of the right side of FIG. 5 are the same as the numbers of the excitation light sources (LD1 to LD5) written on the right side of FIG. It shows that it is involved in the optical outputs P1 to P5 of the EDFA.
  • symbols A, B, and C are written below the numbers 1 to 5. This means that the excitation light sources (LD1 to LD5) are current A, current B, and current A in FIG. It indicates which current of the current C is used for driving.
  • the coefficients of A, B, and C are close values.
  • the coefficient K is the efficiency of the excitation light source (LD1 to LD5), the branching ratio of each coupler (12a to 12e, 13a to 13j) included in the excitation light demultiplexing unit and the excitation light multiplexing/demultiplexing unit , or transmission loss, which is a numerical value determined by the efficiency of the EDFAs 15a to 15j.
  • the efficiency of the excitation light source, the branching ratio of each coupler, or the transmission loss, and the efficiency of the EDFA are centered around a certain typical value or design center value, It is a value that varies with a distribution width due to manufacturing variations.
  • the optical amplifier can be constructed by including five pumping light sources (LD1 to LD5), which is a smaller number than the number of EDFAs 15a to 15j, for ten EDFAs 15a to 15j for amplifying signal lights of a plurality of systems. is.
  • the LD1 and LD2 are commonly driven by the driving current of the current value A supplied from the control system A, so that the excitation light source 11a ( This is because the configuration can be simplified as compared with the configuration in which the LD1) and the excitation light source 11b (LD2) are controlled by separate control systems.
  • the LD3 and LD4 are commonly driven by the drive current of the current value B supplied from the control system B, so that the excitation light source 11c (LD3) and the excitation This is because the configuration can be simplified as compared with the configuration in which the light source 11d (LD4) is controlled by separate control systems.
  • the excitation light source 11a (LD1) and the excitation light source 11b (LD2) are configured to be controlled by separate control systems, it is easy to align the optical outputs of a plurality of EDFAs among the EDFAs 15a to 15j. On the other hand, it is costly.
  • the excitation light source 11a (LD1) and the excitation light source 11b (LD2) are configured to be commonly driven by the driving current of the current value A supplied from the control system A, The optical outputs of a plurality of EDFAs among the EDFAs 15a to 15j can be aligned while reducing the number of control circuits and simplifying the configuration.
  • a plurality of excitation light sources (LD1 to LD5), 1 ⁇ 2 couplers 12a to 12e constituting the plurality of excitation light demultiplexing units, and the excitation light multiplexing/demultiplexing unit are configured.
  • the optical outputs of the EDFAs 15a-15j can be uniformed by utilizing the variation in the characteristics of passive optical components such as the 2 ⁇ 2 couplers 13a-13j.
  • the optical output of one of the EDFAs 15a to 15j is affected by the pumping light from the pumping light source 11a (LD1) and the pumping light source 11b (LD2), and the pumping light source 11c (LD3) and the excitation light from the excitation light source 11d (LD4), and considering the influence of the excitation light from the excitation light source 11e (LD5), the plurality of excitation light sources, the plurality of excitation light demultiplexers, and This is because the combination of parts such as the excitation light multiplexing/demultiplexing section is optimized.
  • the current A of the control system A and the current A of the control system B are By optimizing the combination of each part, paying attention to which current is involved in the current C of the control system C and to what degree, all the outputs P1 to P5 of the EDFA are adjusted to the same power. The effect of being able to
  • a plurality of LDs for example, LD1 and LD2 are driven by a common current (current A), so that the number of drive circuits can be reduced.
  • a plurality of LDs for example, LD3 and LD4 are driven by a common current (current B), it is possible to reduce the number of drive circuits.
  • the plurality of LDs are driven by a common current, and the number of drive circuits can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the optical amplifier configuration can be reduced.
  • the excitation light sources 11a to 11e are driven with the same drive current amount A, or the excitation light sources 11c and 11d are driven with the same drive current.
  • the efficiency of the plurality of excitation light sources, the transmission loss of the optical coupler included in the excitation light demultiplexing unit and the excitation light multiplexing/demultiplexing unit, and the efficiency of the EDFA are different from those of the multiple excitation light sources.
  • it is adjusted according to which excitation light source is driven by the same drive current.
  • the drive currents of the plurality of pumping light sources so that the optical outputs of the EDFAs are all equal, it is possible to amplify the signal light of a plurality of systems and provide an optical amplifier capable of reducing costs.
  • the optical transmission device 71 of the terminal station A and the optical transmission device 72 of the terminal station B can be connected to each other for transmission and reception. It is possible to reduce the cost of the optical communication system including the optical fiber 73 that transmits the signal light to be transmitted and the optical repeater 74 that is inserted into the optical fiber 73 and amplifies the signal light.
  • the present invention is not limited to this.
  • the number of multiple pumping light sources in the optical amplifier of the above-described embodiment is not limited to three or five as described above, and may be an odd number such as seven or nine.
  • the number of the plurality of pumping light sources should be less than the number of the plurality of EDFAs of the optical amplifier and an odd number.
  • a configuration in which they are commonly driven by a current may be adopted.
  • an erbium (Er)-doped optical fiber amplifier is used as the impurity-doped optical fiber amplifier, but the impurity-doped optical fiber amplifier in the embodiments of the present invention is not limited to an EDFA.
  • Optical fiber amplifiers doped with impurities other than erbium for example, praseodymium (Pr)-doped optical fiber amplifiers (PDFA) and thulium (Tm)-doped optical fiber amplifiers (TDFA) can also be used.
  • Pr praseodymium
  • Tm thulium
  • TDFA thulium-doped optical fiber amplifiers
  • An example of the application of the present invention is a repeater optical amplifier in a long-distance optical communication system.
  • Control system A 10b
  • Control system B 10c
  • Control system C 11a-11e LDs 12a-12e 1 ⁇ 2 coupler 13a-13j 2 ⁇ 2 coupler 14a-14j WDM coupler 15a-15j EDFA 71, 72 optical transmission device 73 optical fiber 74 optical repeater

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Abstract

複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化を実現できる光増幅器、光中継器、及び光通信システムを提供する。複数系統の信号光を増幅して出力する光増幅器であって、複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部と、複数の励起光源と、上記複数の励起光源からの励起光を分波する複数の励起光分波部と、上記複数の励起光分波部からの励起光を合波及び分波する複数の励起光合分波部と、上記複数の信号光の一つと上記複数の励起光合分波部からの励起光とを合波した後、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の一つに入力する複数の合波部と、を含み、上記複数の励起光源の数は上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の数より少なく、上記複数の励起光源は、第１駆動電流で共通に駆動される第１励起光源及び第２励起光源と、上記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流で駆動される第３励起光源と、を少なくとも含んでいる。

Description

光増幅器、光中継器、及び光通信システム
　本発明は、光増幅器、光中継器、及び光通信システムに関し、特に光増幅器による信号光の増幅に用いられる励起光源に関する。
　光通信システムにおいて、減衰した光信号を増幅するために、ファイバー型増幅器が用いられる。この減衰した光信号を増幅するファイバー型増幅器としては、光信号が入力される希土類添加ファイバーに、励起光源から出力される励起光を入力することで、光信号の信号強度を増幅するものがある。このようなファイバー型増幅器は、高効率・高利得であり、光ファイバー通信システムの光信号中継用の増幅器として用いられる。
　このようなファイバー型増幅器は、１つの光通信経路に基本的に１つ配置され、光信号がＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号であり波長毎に別々に光信号を増幅したい場合には、１つの光通信経路に並列に複数配置される。光信号が伝播する光通信経路が並列して複数存在する場合には、各光通信経路にファイバー型増幅器が１つ配置される。
　次に、背景技術による、このような並列する光通信経路のための光増幅器について、説明する。図９は、背景技術の光増幅器を説明するための構成図である。ここでは、信号光が伝播する光通信経路が４系統の場合で説明する。
　図９の光増幅器は、４系統の信号光のための４つのファイバー型増幅器（ＥＤＦＡ１０１、ＥＤＦＡ１０２、ＥＤＦＡ１０３、ＥＤＦＡ１０４）を含む（なおここで、ＥＤＦＡはエルビウム添加光ファイバー型増幅器の略称である）。さらに図９の光増幅器は、励起光源としての４つのレーザーダイオード（ＬＤ１０５、ＬＤ１０６、ＬＤ１０７、ＬＤ１０８）を含む。ＬＤ１０５～ＬＤ１０８は、図示しないそれぞれの制御系によって駆動電流が調整され、これによってＬＤ１０５～ＬＤ１０８が出力する励起光の強度が調整される。主に、図９の光増幅器の信号光出力が一定となるように、ＬＤ１０５～ＬＤ１０８の駆動電流が調整される。
　さらに図９の光増幅器は、各光通信経路を伝播する信号光と励起光とを合波するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラー１０９、１１０、１１１、１１２を含む。さらに図９の光増幅器は、点線で示す励起光合分波部を含む。図９の励起光合分波部は、ＬＤ１０５及びＬＤ１０６からの励起光を合波し、２つに分波する２×２カップラー１１３と、ＬＤ１０７及びＬＤ１０８からの励起光を合波し、２つに分波する２×２カップラー１１４と、を含む。さらに図９の励起光合分波部は、２×２カップラー１１３からの励起光と２×２カップラー１１４からの励起光とを合波し、２つの励起光に分波してＷＤＭカップラー１０９及びＷＤＭカップラー１１０へ出力する２×２カップラー１１５を含む。さらに図９の励起光合分波部は、２×２カップラー１１３からの励起光と２×２カップラー１１４からの励起光とを合波し、２つの励起光に分波してＷＤＭカップラー１１１及びＷＤＭカップラー１１２へ出力する２×２カップラー１１６を含む。
　図９の光増幅器では、４つのファイバー型増幅器（ＥＤＦＡ１０１、ＥＤＦＡ１０２、ＥＤＦＡ１０３、ＥＤＦＡ１０４）はそれぞれ４つのＬＤ１０５～ＬＤ１０８からの励起光により励起される４ＬＤ冗長構成となっている。すなわち、例えば、４つのＬＤ１０５～ＬＤ１０８のいずれか一つのＬＤが故障により出力光がゼロとなっても、他の３つのＬＤの励起光がＥＤＦＡに入射されており、光通信は持続される構成となっている。
　また図９の光増幅器では、励起光合分波部を備えることによって、ＬＤ１０５、ＬＤ１０６、ＬＤ１０７、ＬＤ１０８で生成された励起光をそれぞれＷＤＭカップラー１０９、１１０、１１１、１１２へ直接的に出力する構成と比べて、ＬＤ１０５、ＬＤ１０６、ＬＤ１０７、ＬＤ１０８で生成された励起光の強度ばらつきの影響を小さくすることができる。
　特許文献１は、並行する、第１の光通信経路及び第２の光信号経路のための光信号中継器に関するものであり、第１の光通信経路を伝播する光信号を第１の光通信経路に挿入された第１のファイバー型光アンプで増幅し、第２の光通信経路を伝播する光信号を第２の光通信経路に挿入された第２のファイバー型光アンプで増幅する構成が提案されている。さらに特許文献１では、第１のファイバー型光アンプ及び第２のファイバー型光アンプへの励起光源として、並列する第１の励起用半導体レーザ及び第２の励起用半導体レーザを用いることが提案されている。
　特許文献２は、光ファイバー型増幅器に関するものであり、複数のレーザーダイオードを含む合波レーザ光源を備えること、１つの光信号経路に１つの光ファイバー型増幅器を挿入し光信号を増幅すること、上記複数のレーザーダイオードからの励起光を合波した後に、希土類添加ファイバーの入力側に入射することが提案されている。さらに特許文献２では、複数のレーザーダイオードの中の１つのレーザーダイオードが故障しても、光ファイバー型増幅器で信号光出力が一定となるように、複数のレーザーダイオードのための駆動電流制御回路がレーザーダイオードの駆動電流を変化させることが提案されている。
特開２０１４－１６０９０８号公報 特開２００７－２１４１７０号公報
　上述したように、背景技術の光増幅器では、１つの光ファイバー型増幅器が１つの光通信経路に基本的に１つ配置され、光ファイバー型増幅器と同数の励起光源が用いられることが一般的である。光信号がＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号であり波長毎に別々に光信号を増幅したい場合には、１つの光通信経路に並列に複数配置される。
　ここでこのような光増幅器の低コスト化について、検討する。例えば、８系統の信号光を増幅する８つの光ファイバー型増幅器のためには、８つの励起光源が必要である。光ファイバー型増幅器の低コスト化を検討するときに、コストがかかるのは励起光源である。よって、光ファイバー型増幅器の数よりも小さい数の励起光源で、光増幅器を構成することが望まれる。
　しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２では、光ファイバー増幅部の数よりも小さい数の励起光源で、光増幅器を構成することについては記載が見当たらない。
　本発明の目的は、複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化を実現できる光増幅器、光中継器、及び光通信システムを提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明に係る光増幅器は、複数系統の信号光を増幅して出力する光増幅器であって、
　複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部と、複数の励起光源と、上記複数の励起光源からの励起光を分波する複数の励起光分波部と、上記複数の励起光分波部からの励起光を合波及び分波する複数の励起光合分波部と、上記複数の信号光の一つと上記複数の励起光合分波部からの励起光とを合波した後、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の一つに入力する複数の合波部と、を含み、
　上記複数の励起光源の数は上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の数より少なく、上記複数の励起光源は、第１駆動電流で共通に駆動される第１励起光源及び第２励起光源と、上記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流で駆動される第３励起光源と、を少なくとも含んでおり、
　上記複数の励起光分波部は、第１励起光分波部、第２励起光分波部及び第３励起光分波部を少なくとも含んでおり、
　上記複数の励起光合分波部は、第１励起光合分波部、第２励起光合分波部及び第３励起光合分波部を少なくとも含んでおり、
　上記複数の励起光源からの励起光は、上記複数の励起光分波部及び上記複数の励起光合分波部を経由して、上記複数の合波部に入力され、
　上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の各不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対する、上記第１励起光源の励起光及び上記第２励起光源による励起光の関与と、上記第３励起光源による励起光の関与とを考慮して、上記複数の励起光源、上記複数の励起光分波部、及び上記励起光合分波部が選択されている。
　本発明に係る光中継器は、上記複数系統の信号光を伝播する光ファイバーに挿入される、上記光増幅器を含む。
　本発明に係る光通信システムは、複数の端局間を結び、上記複数系統の信号光を伝播する光ファイバーと、上記光中継器と、を含む。
　本発明によれば、複数系統の信号光を増幅する複数の光ファイバー増幅部の数より少数の複数の励起光源を用いて、複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化を実現する光増幅器、光中継器、及び光通信システムを提供できる。
本発明の上位概念の実施形態の光増幅器の構成図である。 本発明の一実施形態の光増幅器の構成図である。 図２の光増幅器の、励起光源の電流量と、ＥＤＦＡの光出力とに関する関係式である。 図３の関係式から、励起光源の電流量を求めるための関係式である。 図４の関係式について、係数Ｋにシンボルを付した説明図である。 図５の関係式を、励起光源の電流量を求めるために、シンボルに着目して変形した関係式である。 図６の関係式から得られる関係式である。 本発明の一実施形態の光中継器、及び光通信システムを説明するための構成図である。 背景技術の光増幅器を説明するための構成図である。
　〔実施形態の概要〕
　本発明の実施形態による光通信システムは、図８に示されるような、伝送線路の一例としての光ファイバー７３を含む。ここで、伝送線路は、図８に示されるような、端局Ａの光伝送装置７１と端局Ｂの光伝送装置７２との間を結び、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間で送受信される信号光を伝送する。さらにこの光通信システムは、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間の伝送線路の一例としての光ファイバー７３に挿入されて、上記信号光を増幅する光中継器７４を含む。図８では、光ファイバー７３に複数の光中継器７４が挿入された状態を示している。さらにこの光中継器７４は、伝送線路を伝播する信号光を増幅する光増幅器を含む。
　本発明の実施形態による光増幅器は、複数系統の信号光を増幅して出力する光ファイバー型増幅器であり、複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部と、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の数より少ない数の複数の励起光源と、を含む。さらに上記複数の励起光源は、第１駆動電流で共通に駆動される第１励起光源及び第２励起光源と、上記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流で駆動される第３励起光源と、を少なくとも含む。さらに本発明の実施形態による光増幅器は、上記複数の励起光源からの励起光を分波する複数の励起光分波部と、上記複数の励起光分波部からの励起光を合波及び分波する複数の励起光合分波部と、上記複数の信号光の一つと上記複数の励起光合分波部からの励起光とを合波した後、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の一つに入力する複数の合波部と、を含む。そして本発明の実施形態による光増幅器では、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の各不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対する、上記第１励起光源の励起光及び上記第２励起光源による励起光の関与と、上記第３励起光源による励起光の関与とを考慮して、上記複数の励起光源、上記複数の励起光分波部、及び上記励起光合分波部が選択されている。そして励起光源の効率、励起光分波部や励起光合分波部の透過損失、不純物ドープ光ファイバー増幅部の効率が、上記複数の励起光源の内、どの励起光源が同一の駆動電流により駆動されているかに応じて、励起光源の効率、励起光分波部や励起光合分波部の透過損失、や不純物ドープ光ファイバー増幅部の効率が調整される。さらに、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力が全て等しくなるように、複数の励起光源の駆動電流が調整される。
　〔上位概念の実施形態〕
　本発明の上位概念の実施形態による光増幅器、光中継器、及び光通信システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の上位概念の実施形態による光増幅器の構成図である。図１に示される光増幅器は、上述した図８の光中継器７４に用いられ、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間の伝送線路の一例としての光ファイバー７３に挿入されて、光ファイバー７３を伝播する信号光を増幅する。そして本実施形態の光通信システムは、図８と同様に、端局Ａの光伝送装置７１と端局Ｂの光伝送装置７２との間を結び、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間で送受信される信号光を伝送する伝送線路の一例としての光ファイバー７３と、光ファイバー７３に挿入されて、上記信号光を増幅する光中継器７４と、を含む。
　図１の光増幅器は、複数系統の信号光を増幅して出力する光ファイバー型増幅器である。図１では複数系統の信号光を増幅する構成の一例として、６系統の信号光を増幅する構成を示している。図１の光増幅器は、複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の一例としての６つのエルビウムドープファイバー増幅部５５ａ～５５ｆ（ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆ）と、複数の励起光源５１と、を含む。図１の光増幅器はさらに、上記複数の励起光源５１からの励起光を分波する複数の励起光分波部５２と、上記複数の励起光分波部５２からの励起光を合波及び分波する複数の励起光合分波部５３と、上記複数の信号光の一つと上記複数の励起光合分波部５３からの励起光とを合波した後、上記６つのＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆの一つに入力する複数の合波部５４ａ～５４ｆと、を含む。
　図１の光増幅器では、複数の励起光源５１の数は上記ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆの数より少なく、上記複数の励起光源５１は、第１駆動電流で共通に駆動される第１励起光源５１ａ及び第２励起光源５１ｂと、上記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流で駆動される第３励起光源５１ｃと、を含んでいる。図１の光増幅器では、複数の励起光源５１の数は３つである。図１の光増幅器では、上記複数の励起光分波部５２は、第１励起光分波部５２ａ、第２励起光分波部５２ｂ及び第３励起光分波部５２ｃを含んでいる。図１の光増幅器では、上記複数の励起光合分波部５３は、第１励起光合分波部５３ａ、第２励起光合分波部５３ｂ及び第３励起光合分波部５３ｃを含んでいる。図１の光増幅器では、上記複数の励起光源５１（第１励起光源５１ａ、第２励起光源５１ｂ、や第３励起光源５１ｃ）からの励起光は、上記複数の励起光分波部５２及び上記複数の励起光合分波部５３を経由して、上記複数の合波部５４ａ～５４ｆに入力される。そして図１の光増幅器では、上記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の各不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対する、上記第１励起光源５１ａの励起光及び上記第２励起光源５１ｂによる励起光の関与と、上記第３励起光源５１ｃによる励起光の関与とを考慮して、上記複数の励起光源５１、上記複数の励起光分波部５２、及び上記励起光合分波部５３が選択されている。
　ここでＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆの光出力は、各ＥＤＦＡに入射する励起光源５１の励起光のパワーによって制御される。そして励起光源５１の第１励起光源５１ａ、第２励起光源５１ｂ、や第３励起光源５１ｃの出力パワーは、第１励起光源５１ａ、第２励起光源５１ｂ、第３励起光源５１ｃへ供給される駆動電流によって制御される。つまり、各ＥＤＦＡの光出力は、第１励起光源５１ａ、第２励起光源５１ｂへ供給される第１駆動電流の電流量と、第３励起光源５１ｃへ供給される第２駆動電流であって、上記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流の電流量とによって、制御されている。
　複数の光ファイバーチャンネルからなる光通信システムにおいては、各チャンネルの不純物ドープ光ファイバー増幅部の出力が、なるべく等しくなるよう、調節することが望ましい。図１の光増幅器では、ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆの光出力に対する、上記第１励起光源５１ａの励起光及び上記第２励起光源５１ｂによる励起光の影響と、上記第３励起光源５１ｃによる励起光の影響とを考慮して、上記複数の励起光源５１、上記複数の励起光分波部５２、及び上記励起光合分波部５３などの部品の組み合わせを最適化する。例えば、ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆのうち一つのＥＤＦＡの光出力に対し、第１励起光源５１ａの励起光及び第２励起光源５１ｂによる励起光がともに関与しているときには、関与の大きさを大きく評価しつつ、上記複数の励起光源５１、上記複数の励起光分波部５２、及び上記励起光合分波部５３などの部品の組み合わせを最適化する。また例えば、ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆのうち一つのＥＤＦＡの光出力に対し、第３励起光源５１ｃの励起光が関与していないときには、関与がないものと評価して、上記複数の励起光源５１、上記複数の励起光分波部５２、及び上記励起光合分波部５３などの部品の組み合わせを最適化する。
　本実施形態によれば、複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化を実現できる光増幅器、光中継器、及び光通信システムを提供することができる。その理由は、複数系統の信号光を増幅する６つのＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆに対して、ＥＤＦＡ５５ａ～５５ｆの数より少ない数である、３つの励起光源５１（第１励起光源５１ａ、第２励起光源５１ｂ、第３励起光源５１ｃ）を含んで光増幅器を構成できるからである。またその理由は、複数の励起光源５１のうち、第１励起光源５１ａ及び第２励起光源５１ｂを第１駆動電流で共通に駆動される構成としたことにより、第１励起光源５１ａと第２励起光源５１ｂとを別々の制御系で制御する構成とした場合と比べて、構成が簡略化できるからである。またこの構成の際に、上記第１励起光源５１ａの励起光及び上記第２励起光源５１ｂによる励起光の影響と、上記第３励起光源５１ｃによる励起光の影響とを考慮して、上記複数の励起光源５１、上記複数の励起光分波部５２、及び上記励起光合分波部５３などの部品の組み合わせを最適化しているからである。以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　〔一実施形態〕
　次に、本発明の一実施形態による光増幅器、光中継器、及び光通信システムについて図面を参照して説明する。
　本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態の光増幅器を説明する図である。図２に示される光増幅器は、上述した図８の光中継器７４に用いられ、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間の伝送線路の一例としての光ファイバー７３に挿入されて、光ファイバー７３を伝播する信号光を増幅する。そして本実施形態の光通信システムは、図８と同様に、端局Ａの光伝送装置７１と端局Ｂの光伝送装置７２との間を結び、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間で送受信される信号光を伝送する伝送線路の一例としての光ファイバー７３と、光ファイバー７３に挿入されて、上記信号光を増幅する光中継器７４と、を含む。
　図２の光増幅器が、図９の背景技術の光増幅器と構成上異なる点は、背景技術では、励起光源の数が４、エルビウムドープファイバーアンプ（ＥＤＦＡ）の数が４であったのに対し、図２の光増幅器では、励起光源の数が５、ＥＤＦＡの数が１０となっていること、また、図２の光増幅器では、励起光を分岐するための励起光分波部を備えている点である。
　またさらに、背景技術の光増幅器では、励起光源に対して、それぞれの制御系が備えられていたのに対し、本実施形態では、一部の励起光源が、同一の制御系により制御されている点が異なる。すなわち、本実施形態においては、励起光源のレーザーダイオード（ＬＤ１、ＬＤ２）は、共通の制御系である制御系Ａから供給される電流値Ａの駆動電流により駆動され、励起光源のレーザーダイオード（ＬＤ３、ＬＤ４）は、共通の制御系である制御系Ｂから供給される電流値Ｂの駆動電流により駆動されている。一方、励起光源のレーザーダイオード（ＬＤ５）は、制御系Ｃから供給される電流値Ｃの駆動電流により単独で駆動されている。なお本実施形態においては、電流値Ａの駆動電流は第１駆動電流の一例であり、電流値Ｃの駆動電流は第２駆動電流の一例であり、電流値Ｂの駆動電流は第３駆動電流の一例である。
　本実施形態の光増幅器において、複数の励起光源の一例として、励起光源１１ａ（ＬＤ１）、励起光源１１ｂ（ＬＤ２）、励起光源１１ｃ（ＬＤ３）、励起光源１１ｄ（ＬＤ４）、及び励起光源１１ｅ（ＬＤ５）を含む。なお本実施形態においては、励起光源１１ａ（ＬＤ１）は第１励起光源の一例であり、励起光源１１ｂ（ＬＤ２）は第２励起光源の一例である。また本実施形態においては、励起光源１１ｅ（ＬＤ５）は第３励起光源の一例であり、励起光源１１ｃ（ＬＤ３）は第４励起光源の一例であり、励起光源１１ｄ（ＬＤ４）は第５励起光源の一例である。
　本実施形態の光増幅器においては、複数の励起光源の数は奇数であり、図２の光増幅器では励起光源の数は５つである。励起光源１１ａ～１１ｅ（ＬＤ１～ＬＤ５）は、同一品種のＬＤであり、その光電変換効率は、ある典型値を中心に、製造ばらつきによる、ある分布幅で分布している。そして、これらＬＤの出力光は、励起光分波部において、それぞれ１×２カップラー１２ａ～１２ｅにより２系統の励起光に分波され、励起光分波部からは、合計１０系統の励起光が出射される。なお本実施形態においては、１×２カップラー１２ａは第１励起光分波部の一例であり、１×２カップラー１２ｂは第２励起光分波部の一例である。また本実施形態においては、１×２カップラー１２ｅは第３励起光分波部の一例であり、１×２カップラー１２ｃは第４励起光分波部の一例であり、１×２カップラー１２ｄは第５励起光分波部の一例である。
　そして同図に示すように、これら１０系統の励起光は、１０個の２×２カップラー１３ａ～１３ｊで構成された励起光合分波部の１０か所の入力ポートにそれぞれ入射される。なお本実施形態においては、２×２カップラー１３ａは第１励起光合分波部の一例であり、２×２カップラー１３ｂは第２励起光合分波部の一例である。また本実施形態においては、２×２カップラー１３ｅは第３励起光合分波部の一例であり、２×２カップラー１３ｃは第４励起光合分波部の一例であり、２×２カップラー１３ｄは第５励起光合分波部の一例である。
　そして、励起光合分波部の１０か所の出力ポート出射された励起光は、それぞれＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カップラー１４ａ～１４ｊを介して１０個のＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊに入射される。ここで、励起光分波部の１×２カップラー１２ａ～１２ｅ、励起光合分波部の２×２カップラー１３ａ～１３ｊの分岐比は、設計中心値を５０：５０としているが、実際には製造ばらつきによる、ある分布幅をもって分岐比はばらついている。
　次に、本実施形態の構成として、各励起光源と、各ＥＤＦＡとの対応関係について説明する。図２の各ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの出力部に１～５の数字を４桁記載しているが、これは、励起光源１１ａ～１１ｅのＬＤ１～ＬＤ５に対応する。例えば、ＥＤＦＡ１５ｅの出力部には「３,４,１,５」と記載されているが、これは、励起光源のＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ１、ＬＤ５の出力パワーが、ＥＤＦＡ１５ｅに入射されていることを示す。ここで、同図に示すように、全てのＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊが、それぞれ、励起光源のＬＤ１～ＬＤ５のうち異なる４つのＬＤにより励起されている。この構成は、図９の背景技術と同様に４ＬＤ冗長構成となっている。
　（実施形態の動作、設計）
　次に、本発明の実施形態の光増幅器の動作、設計について説明する。各ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの光出力は、各ＥＤＦＡに入射する励起ＬＤのパワーによって制御される。そして各励起ＬＤの出力パワーは、制御系Ａ、Ｂ、Ｃから各励起ＬＤへ供給される駆動電流によって制御される。つまり、各ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの光出力は、制御系Ａ、Ｂ、Ｃから供給する電流量により制御されている。
　ここで、ＥＤＦＡ１５ａと１５ｂ、１５ｃと１５ｄ、１５ｅと１５ｆ、１５ｇと１５ｈ、１５ｉと１５ｊの光出力はそれぞれ、ペア内で常に等しくなるよう設計されている。この設計は、制御系Ａ、Ｂ、Ｃからの供給電流量によらず、それぞれペア内で常に等しくなるような設計である。このような設計は、ＷＤＭカップラー１４ａ～１４ｊの前段の２×２カップラー１３ａ～１３ｊの分岐比について、製造ばらつきによる分布幅の中で、できる限り設計中心値である５０：５０に近いものを選別し、さらに、ＷＤＭカップラー１４ａ～１４ｊの損失と、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの効率との積がペア内でよくバランスするように調整することで可能となる。
　この時、ＥＤＦＡ１５ａと１５ｂ、１５ｃと１５ｄ、１５ｅと１５ｆ、１５ｇと１５ｈ、１５ｉと１５ｊの光出力を、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とする。ここで、制御系Ａ、Ｂ、Ｃからの供給電流量Ａ、Ｂ、Ｃと、ＥＤＦＡの光出力Ｐ１～Ｐ５の関係は、図３の式で表すことができる。式中のＫ１１～Ｋ５３の係数は、各励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）の効率、各カップラー（１２ａ～１２ｅ、１３ａ～１３ｊ）の透過率、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの効率によって決まる数値である。
　複数の光ファイバーチャンネルを含んで構成される光通信システムにおいては、各チャンネルの光増幅器の出力が、なるべく等しくなるよう、調節することが望ましい。制御系Ａ、Ｂ、Ｃからの供給電流量Ａ、Ｂ、Ｃを、どのような値とすればＥＤＦＡの光出力Ｐ１～Ｐ５が等しくなるか、を知るためには、図３の式において、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５≡Ｐとして、また、供給電流量Ａ、Ｂ、Ｃを未知数として図４のような連立方程式とし、これを解けばよい。
　ところが、図４の連立方程式は、未知数の数が３つであるのに対し、方程式は５本あり、一般には解が存在しない。ここで、本実施形態の光増幅器では、この連立方程式に解が存在するように、ＬＤ、カップラー、ＥＤＦＡの各部品の組み合わせが最適化されている。次にその最適化の方法について、図５を用いて説明する。図５の右辺の右側に記載した１～５の数字は、図２の右側に記した励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）の数字と同じものであり、それぞれＬＤ１～ＬＤ５のパワーが、その式が表すＥＤＦＡの光出力Ｐ１～Ｐ５に関与していることを示す。また図４では、これら１～５の数字の下段にＡ、Ｂ、Ｃの記号が記載されているが、これは、励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）が、図２において、電流Ａ、電流Ｂ、電流Ｃの内、どの電流で駆動されているかを示す。
　ここで例えば、図４の（２）式、すなわちＥＤＦＡ１５ｃと１５ｄの光出力Ｐ２におけるＡ、Ｂ、Ｃの記号に注目すると、Ａが二つ、Ｂ、Ｃがそれぞれ一つずつあり、電流Ａによって駆動されるＬＤが２系統、関与しており、一方、電流Ｂ、電流Ｃによって駆動されるＬＤは、それぞれ１系統のみ関与している。すなわち、（２）式で表されるＥＤＦＡの光出力Ｐ２に対する電流Ａの影響は、電流Ｂ、電流Ｃの影響の、おおむね２倍程度となる。したがって、（２）式の左辺の係数Ｋ２１は、Ｋ２２、Ｋ２３のおおむね２倍程度となっている。一方、Ｋ２２とＫ２３とは、おおむね同程度の値となっている。
　このことを、図５の上では、Ｋ２１に丸印、Ｋ２２とＫ２３に四角印を付して表している。図５の他の式の係数Ｋに対しても同様に丸印、四角印を付している。ここで、Ｋ１３には三角印を付しているが、これは、（１）式の右辺のアルファベットの記号をみるとわかるように、（１）式で表されるＥＤＦＡ１５ａと１５ｂの光出力Ｐ１には、電流Ｃは関与しておらず、すなわち、他の係数Ｋとは異なり、Ｋ１３＝０であることを示している。
　ここで、図５の各式の左辺をみると、（２）式と（５）式、（３）式と（４）式が、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの係数に付した印が同じ印となっており、すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの係数が近い値となっている。ここで、前述のように、係数Ｋは、励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）の効率、励起光分波部や励起光合分波部に含まれる各カップラー（１２ａ～１２ｅ、１３ａ～１３ｊ）の分岐比、あるいは透過損失、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの効率によって決まる数値であり、さらに、励起光源の効率、各カップラーの分岐比、あるいは透過損失、ＥＤＦＡの効率は、ある典型値、あるいは設計中心値を中心として、製造ばらつきによる分布幅をもってばらついている値である。
　したがって、これらの部品の組み合わせを最適化することにより、もともと値が近いＫ値同士（同じ印を付したＫ値同士）を、ほぼ等しい値に調節することが可能である。本発明の実施形態の光増幅器においては、この原理により、図５の（２）式と（５）式、（３）式と（４）式の左辺において、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの係数を、ほぼ等しい値とする。すなわち、図５の（２）式と（５）式においては
Ｋ２１＝Ｋ５１
Ｋ２２＝Ｋ５２
Ｋ２３＝Ｋ５３
とする。
　また、図５の（３）式と（４）式においては
Ｋ３１＝Ｋ４１
Ｋ３２＝Ｋ４２
Ｋ３３＝Ｋ４３
とする。
　ここで、図５の（２）式と（５）式において、
Ｋ２１＝Ｋ５１≡ＫＸ１
Ｋ２２＝Ｋ５２≡ＫＸ２
Ｋ２３＝Ｋ５３≡ＫＸ３
また、図５の（３）式と（４）式において、
Ｋ３１＝Ｋ４１≡ＫＹ１
Ｋ３２＝Ｋ４２≡ＫＹ２
Ｋ３３＝Ｋ４３≡ＫＹ３
とすれば、図５の方程式は、図６のように表される。ここで、図６においては、（２）式と（５）式、（３）式と（４）式は同一の方程式であるから、それぞれ一方を削除すると、図６の連立方程式は、さらに図７のようになる。図７の連立方程式は、変数（未知数）がＡ、Ｂ、Ｃの３つに対し、方程式が３本であるから、一般にこれを解くことができる。すなわち、電流Ａ、電流Ｂ、電流Ｃを調節することで、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの光出力Ｐ１～Ｐ５を、全て等しいパワーに調節することができる。
　（実施形態の効果）
　次に、本発明の実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化を実現できる光増幅器、光中継器、及び光通信システムを提供することができる。その理由は、複数系統の信号光を増幅する１０つのＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊに対して、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの数より少ない数である、５つの励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）を含んで光増幅器を構成できるからである。またその理由は、複数の励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）のうち、ＬＤ１及びＬＤ２を制御系Ａから供給される電流値Ａの駆動電流で共通に駆動される構成としたことにより、励起光源１１ａ（ＬＤ１）と励起光源１１ｂ（ＬＤ２）とを別々の制御系で制御する構成とした場合と比べて、構成が簡略化できるからである。また複数の励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）のうち、ＬＤ３及びＬＤ４を制御系Ｂから供給される電流値Ｂの駆動電流で共通に駆動される構成としたことにより、励起光源１１ｃ（ＬＤ３）と励起光源１１ｄ（ＬＤ４）とを別々の制御系で制御する構成とした場合と比べて、構成が簡略化できるからである。
　例えば、励起光源１１ａ（ＬＤ１）と励起光源１１ｂ（ＬＤ２）とを別々の制御系で制御する構成とした場合、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊのうちの複数のＥＤＦＡの光出力を揃えることが容易であるが、その一方、コストがかかる。これに対して本実施形態によれば、励起光源１１ａ（ＬＤ１）と励起光源１１ｂ（ＬＤ２）を制御系Ａから供給される電流値Ａの駆動電流で共通に駆動される構成としたことにより、制御回路を減らして構成を簡略化しつつ、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊのうちの複数のＥＤＦＡの光出力を揃えることができる。
　また本実施形態によれば、複数の励起光源（ＬＤ１～ＬＤ５）、上記複数の励起光分波部を構成している１×２カップラー１２ａ～１２ｅ、上記励起光合分波部を構成している２×２カップラー１３ａ～１３ｊなどのパッシブな光部品の特性のばらつきを利用して、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの光出力を揃えることができる。
　また本実施形態の光増幅器を構成する際に、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊのうち一つのＥＤＦＡの光出力に対し、励起光源１１ａ（ＬＤ１）と励起光源１１ｂ（ＬＤ２）による励起光の影響と、励起光源１１ｃ（ＬＤ３）と励起光源１１ｄ（ＬＤ４）による励起光の影響と、励起光源１１ｅ（ＬＤ５）による励起光の影響とを考慮して、上記複数の励起光源、上記複数の励起光分波部、及び上記励起光合分波部などの部品の組み合わせを最適化しているからである。
　言い換えると、本実施形態によれば、前述のように、本実施形態の光増幅器では、ＥＤＦＡ１５ａ～１５ｊの光出力Ｐ１～Ｐ５の増減に対して、制御系Ａの電流Ａ、制御系Ｂの電流Ｂ、制御系Ｃの電流Ｃの内、どの電流が、どの程度関与しているかに注目して、各部品の組み合わせを最適化することで、ＥＤＦＡの出力Ｐ１～Ｐ５を、全て等しいパワーに調節することができるという効果が得られる。
　また、図２に示したように、本実施形態の光増幅器では、複数のＬＤ、例えばＬＤ１とＬＤ２とを共通の電流（電流Ａ）で駆動しており、駆動回路の数を減らすことができまた、複数のＬＤ、例えばＬＤ３とＬＤ４とを共通の電流（電流Ｂ）で駆動しており、駆動回路の数を減らすことが可能となる。このように光増幅器を構成する複数のＬＤのうちの、複数のＬＤを共通の電流で駆動する構成を採用することにより、複数のＬＤを共通の電流で駆動しており、駆動回路の数を減らすことが可能となり、光アンプ構成の製造コストが削減できるという効果が得られる。
　複数の励起光源１１ａ～１１ｅの一部、具体的には励起光源１１ａ及び励起光源１１ｂが同一の駆動電流の電流量Ａで駆動されており、又は励起光源１１ｃ及び励起光源１１ｄが同一の駆動電流の電流量Ｂで駆動されており、かつ、複数の励起光源の効率、励起光分波部や励起光合分波部に含まれる光カップラーの透過損失、やＥＤＦＡの効率が、複数の励起光源の内、どの励起光源が同一の駆動電流により駆動されているかに応じて調整されている。各ＥＤＦＡの光出力が全て等しくなるように、複数の励起光源の駆動電流を調整することにより、複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化が可能な光増幅器を提供できる。
　複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化が可能な光増幅器を実現できることによって、光伝送装置７１と光伝送装置７２との間の伝送線路の一例としての光ファイバー７３に挿入され、この光増幅器を用いた光中継器７４について、低コスト化を実現することができる。また複数系統の信号光を増幅することができ、低コスト化が可能な光増幅器を実現できることによって、端局Ａの光伝送装置７１と端局Ｂの光伝送装置７２との間を結び、送受信される信号光を伝送する光ファイバー７３と、光ファイバー７３に挿入されて、上記信号光を増幅する光中継器７４と、を含む光通信システムについて低コスト化を実現することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の光増幅器の複数の励起光源の数は、上述したような３つや５つに限られるものではなく、奇数で構成するものであればよく、７つや９つでもよい。その際、複数の励起光源の数は、光増幅器の複数のＥＤＦＡの数より少なく、かつ奇数であればよく、複数の励起光源のうち、一組のＬＤを共通の制御系から供給される駆動電流で共通に駆動される構成とすればよい。また上述した実施形態では不純物ドープ光ファイバー増幅部として、エルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバー増幅部を挙げて説明したが、本発明の実施形態の不純物ドープ光ファイバー増幅部はＥＤＦＡに限られない。エルビウム以外の不純物が添加された光ファイバー増幅部、例えばプラセオジム（Ｐｒ）が添加された光ファイバー増幅部（ＰＤＦＡ）、やツリウム（Ｔｍ）が添加された光ファイバー増幅部（ＴＤＦＡ）を用いることもでき、光増幅器で増幅される信号光の波長帯に応じて選択すればよい。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
　本発明の活用例として、長距離光通信システムにおける中継用光アンプが挙げられる。
　この出願は、２０２１年３月２５日に出願された日本出願特願２０２１－５１２６５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１０ａ　制御系Ａ
　１０ｂ　制御系Ｂ
　１０ｃ　制御系Ｃ
　１１ａ～１１ｅ　ＬＤ
　１２ａ～１２ｅ　１×２カップラー
　１３ａ～１３ｊ　２×２カップラー
　１４ａ～１４ｊ　ＷＤＭカップラー
　１５ａ～１５ｊ　ＥＤＦＡ
　７１、７２　光伝送装置
　７３　光ファイバー
　７４　光中継器

Claims (7)

  1. 　複数系統の信号光を増幅して出力する光増幅器であって、
    　複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部と、複数の励起光源と、前記複数の励起光源からの励起光を分波する複数の励起光分波部と、前記複数の励起光分波部からの励起光を合波及び分波する複数の励起光合分波部と、前記複数の信号光の一つと前記複数の励起光合分波部からの励起光とを合波した後、前記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の一つに入力する複数の合波部と、を含み、
    　前記複数の励起光源は、第１駆動電流で共通に駆動される第１励起光源及び第２励起光源と、前記第１駆動電流とは別系統の第２駆動電流で駆動される第３励起光源と、を少なくとも含んでおり、
    　前記複数の励起光分波部は、第１励起光分波部、第２励起光分波部及び第３励起光分波部を少なくとも含んでおり、
    　前記複数の励起光合分波部は、第１励起光合分波部、第２励起光合分波部及び第３励起光合分波部を少なくとも含んでおり、
    　前記複数の励起光源からの励起光は、前記複数の励起光分波部及び前記複数の励起光合分波部を経由して、前記複数の合波部に入力され、
    　前記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の各不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対する、前記第１励起光源の励起光及び前記第２励起光源による励起光の関与と、前記第３励起光源による励起光の関与とを考慮して、前記複数の励起光源、前記複数の励起光分波部、及び前記励起光合分波部が選択されている、
    光増幅器。
  2. 　前記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力がお互いに実質的に等しくなるように、前記複数の励起光源、前記複数の励起光分波部、及び前記励起光合分波部が選択されている、
    請求項１に記載の光増幅器。
  3. 　一つの不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対し、前記第１励起光源の励起光及び前記第２励起光源による励起光がともに関与しているときには、関与の大きさを大きく評価して、前記複数の励起光源、前記複数の励起光分波部、及び前記励起光合分波部が選択されている、
    請求項１又は請求項２に記載の光増幅器。
  4. 　一つの不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対し、前記第３励起光源の励起光が関与していないときには、関与がないものと評価して、前記複数の励起光源、前記複数の励起光分波部、及び前記励起光合分波部が選択されている、請求項１又は請求項２に記載の光増幅器。
  5. 　前記複数の励起光源は、前記第１駆動電流及び前記第２駆動電流とは別系統の第３駆動電流で共通に駆動される第４励起光源及び第５励起光源を、さらに含み、
    　前記複数の励起光分波部は、第４励起光分波部及び第５励起光分波部を、さらに含み、
    　前記複数の励起光合分波部は、第４励起光合分波部、第５励起光合分波部を、さらに含み、
    　前記複数の不純物ドープ光ファイバー増幅部の各不純物ドープ光ファイバー増幅部の光出力に対する、前記第１励起光源の励起光及び前記第２励起光源による励起光の関与と、前記第３励起光源による励起光の関与と、前記第４励起光源の励起光及び前記第５励起光源による励起光の関与とを考慮して、前記複数の励起光源、前記複数の励起光分波部、及び前記励起光合分波部が選択されている、
    請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光増幅器。
  6. 　前記複数系統の信号光を伝播する光ファイバーに挿入され、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光増幅器を含む、光中継器。
  7. 　複数の端局間を結び、前記複数系統の信号光を伝播する光ファイバーと、請求項６に記載の光中継器と、を含む、
    光通信システム。
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