JP2001223419A - 光ファイバ増幅器 - Google Patents
光ファイバ増幅器Info
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Abstract
準位のイオン密度をそれぞれ独立に制御し、利得スペク
トルを一定に保つ方法を確立する。 【解決手段】 光増幅ブロック10と、励起光を入力す
る励起光源41,42と、励起光源への励起光パワーを
制御する光制御部43とを備えた光源ブロック40と、
増幅用光ファイバ11への入力信号光及びその出力信号
光を検出する光検出器21,22と、光検出器の測定値
に基づき、前方励起光量と後方励起光量の和及び比(分
配比)を変化するように光制御部43を制御する演算部
23とを備えた光監視ブロック20とからなり、入力信
号光パワーが変化し短波長側の利得減少が生じた場合
は、利得ピークの短波長側へシフトさせ、長波長側の利
得減少が生じた場合は、利得ピークの長波長側へシフト
させることにより、利得スペクトル一定制御を行うこと
を特徴とする。
Description
に関する。詳しくは、光ファイバの低損失領域である波
長1400〜1530nmに増幅帯域を有する光ファイ
バ増幅器の利得制御に関するものである。
信量に対応する1つの方法として、一本の伝送路に多チ
ャンネルの光信号を伝送する波長分割多重通信(WD
M)がある。波長分割多重通信では通信需要のさらなる
増加によるチャネル数増加には信号波長帯域の拡大で対
処する。現在、波長分割多重通信で利用されている信号
波長帯域はエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDF
A)の増幅帯域内の1530〜1560nmであるが、
将来的には伝送用に広く用いられる石英系光ファイバの
低損失域である1450〜1650nm全体にまで信号
波長帯域を拡大することも考えられる。そのため140
0nm帯の伝送実験も報告されている(参考文献:J. K
ani et.al., Electron. Lett., pp 1118-1119), 1998.,
A. K. Srivastava et .al.,Proc. OAA'98., PD2, 199
8.)。1400nm帯用光増幅器として知られているツ
リウム(Tm)添加光ファイバ増幅器(TDFA)では
1450〜1490nmに増幅帯域がある。図13にツ
リウム添加光ファイバ増幅器の増幅特性の例を示す。図
13では信号光波長1453〜1483nm(帯域幅3
0nm)に対して、利得20dB以上、雑音指数6dB
以下と良好な特性を実現している。
用いた波長分割多重通信伝送において、中継後のスペク
トルが経時変化し、場合によっては大きく歪むという問
題が発生することがある。これは、伝送路損失の経時変
化や信号チャネル数の変化によりアンプへの入力信号パ
ワーが変化するために起こる。即ち、このために各段の
光アンプの利得スペクトルが変化し、伝送経路全体では
この変化が累積して信号の歪みを生じる。この問題を回
避するための1つの方法として、各アンプにおいて利得
スペクトルを一定に保つ。エルビウム添加光ファイバ増
幅器の場合、利得スペクトル一定制御方法はほぼ確立さ
れている。図14にエルビウム添加光ファイバ増幅器の
増幅に関与するエルビウムイオン(E3+)のエネルギー
準位図を示す。
イバ増幅器の利得Gain(λ)は以下の式で表される
(参考文献:E. Desurvire, "Erbium-Doped Fiber Ampl
ifiers," A Wiley-Intersciene Publication, Appendix
q, 1994) 。 Gain(λ)=(σe(λ)N2−σa(λ)N1)・L …(1) N1+N2≒Ntotal …(2) σe:誘導放出断面積 σa:誘導吸収面積 N2:増幅の上凖位(3I13/2)のイオン数 N1:増幅の下凖位(3I15/2)のイオン数 Ntotal:全イオン数 ここで(1),(2)式より Gain(λ)=(σe(λ)N2−σa(λ)(Ntotal−N2))・L …(3) を得る。(3)式での変数はN2のみになる。
13/2にあるEr3+の誘導放出速度が変化するためN2が
変化しその結果、利得が変化する。しかしN2は励起光
によっても変化させることが可能であるので、励起光パ
ワーを制御することにより入力信号レベルの変動に対し
て利得スペクトルを一定に保つことが可能である。また
利得スペクトル一定制御を行うためには、利得スペクト
ルの監視が必要な場合がある。エルビウム添加光ファイ
バ増幅器の場合、増幅用光ファイバの入力端及び出力端
に信号光を分波して信号光のパワーを、それぞれの場所
での信号光パワーを検出し、その検出値から信号光の利
得を求めることにより、利得スペクトルの状態を監視し
ている。
ルギー準位図を示す。また波長λにおけるツリウム添加
光ファイバ増幅器の利得Gain(λ)は以下の式で表
せる。 Gain(λ)=(σe(λ)N2−σa(λ)N1)・L …(4) N0+N1+N2≒Ntotal …(5) σe:誘導放出断面積 σa:誘導吸収面積 N2:増幅の上凖位(3H4)のイオン数 N1:増幅の下凖位(3F4)のイオン数 N0:基底凖位(3H6)のイオン数 Ntotal:全イオン数 図15より、ツリウム添加光ファイバ増幅器では大部分
のTm3+がN0,N1及びN2の3つ準位のいずれかに存
在する。そのため(4),(5)式からN1をN2のみで
表すことが出来ない。従って、エルビウム添加光ファイ
バ増幅器の場合と異なり利得スペクトル一定制御を行う
ためには、N1及びN2(増幅の上下準位のイオン密度)
を独立に制御する必要がある。
幅の下準位の蛍光寿命が増幅の上準位の蛍光寿命より長
いために反転分布が形成されにくい。そこで図15に示
すように基底準位から増幅の下準位へ一旦励起した後、
さらに増幅の下準位から増幅の上準位へ励起するupconv
ersion励起を用いることにより、増幅の下準位のイオン
密度を下げ反転分布の改善を図っている(参考文献:T.
Komukai et al., "Upconversion pumped Thulium-Dope
d Fluoride Fiber Amplifier and Laser Operating at
1.47μm", IEEE Journal of Quantumn Electronics, Vo
l. 31, No.11, 1995, pp.1880-1889) 。しかし、この励
起法を使用しているツリウム添加光ファイバ増幅器に対
して利得スペクトル一定制御を行う場合、エルビウム添
加光ファイバ増幅器のように励起光パワーを変化させる
のみでは、1つの準位の密度制御となってしまうので、
増幅の上下準位のイオン密度をともに一定にするのは難
しい。また入力信号レベル変動に対して増幅の上下準位
のイオン密度がそれぞれ変化するため、利得スペクトル
を監視するには増幅の上下準位のイオン密度に対応する
少なくとも2つの物理量を監視しなければならない。本
発明が解決しようとする第一の課題は、ツリウム添加光
ファイバ増幅器の増幅の上下準位のイオン密度をそれぞ
れ独立に制御し、利得スペクトルを一定に保つ方法を確
立することである。本発明が解決しようとする第二の課
題は、ツリウム添加光ファイバ増幅器の利得スペクトル
の変化を監視する方法を確立することである。
ため、本発明の請求項1に係る光ファイバ増幅器は、T
m3+をコア或いはクラッドの少なくともいずれか一方に
添加した増幅用光ファイバと、増幅用光ファイバの入力
端と出力端の双方から前方励起光量をPfとし、後方励
起光量をPbとして励起光を入力する励起手段と、光ア
イソレータと、励起光と信号光を合波する合波器とを含
む光増幅部と、光増幅部の状態を監視するのに必要な情
報を検出する状態検出手段と、状態検出手段の検出値か
ら、光増幅部の状態を示す物理量を導出する監視部、監
視部で得た物理量と予め設定した所望の物理量との誤差
信号を抽出する誤差信号抽出部と、誤差信号に応じて励
起光パワーを変動させる励起光パワー制御部とを備えて
いる光ファイバ増幅器において、励起光パワー制御部の
励起光パワーを、PfとPbの比(分配比)が変化する
ように変動させることを特徴とする。ツリウム添加光フ
ァイバ増幅器において励起光の分配比を変えた場合の利
得スペクトルを図16に示す。図16に示すように、励
起光の分配比の変化により、大きな利得変化を起こさず
利得ピークがシフトしている。本発明では全請求項に対
して、この利得ピークのシフトを利得スペクトル一定制
御に用いる。入力信号光パワーが変化し短波長側の利得
減少が生じた場合は、利得ピークの短波長側へのシフ
ト、長波長側の利得減少が生じた場合は、利得ピークの
長波長側へのシフトを分配比制御により行う。これによ
り利得スペクトル一定制御が可能となる。
は、分岐器を用いることにより使用した励起光源の台数
より多くの励起光源で行った場合と同様に分配比制御が
可能となる。本発明の請求項3に係る光ファイバ増幅器
は、分岐器を用いることにより1台の励起光源で、2台
の励起光源で行った場合と同様に分配比制御が可能とな
る。本発明の請求項4に係る光ファイバ増幅器は、増幅
の下準位から増幅の上準位への吸収の大きい波長100
0〜1120nmを用いることにより、反転分布を改善
し効率的な励起状態した上で利得スペクトルを一定に制
御する。本発明の請求項5に係る光ファイバ増幅器は、
さらに別の波長の励起波長として、Tm3+の基底吸収の
大きい波長630〜720nm,740〜830nm,
1100〜1300nm,1500〜2000nmのい
ずれかを追加することによって、励起効率を改善した上
で、利得スペクトルを一定に制御する。本発明の請求項
6に係る光ファイバ増幅器は、制御に必要な物理量を常
時測定し、所望の値との差を可能な限り縮小できるよう
に励起光の分配比を制御することで利得スペクトルを一
定に制御する。本発明の請求項7に係る光ファイバ増幅
器は励起準位からの発光を測定し、所望の値との差を可
能な限り縮小できるように励起光の分配比を制御するこ
とで利得スペクトルを一定に制御する。
は、2つの異なる波長のモニタ信号を入力し、その利得
を測定し、(4)式を用いることにより上下準位のイオ
ン密度を導出し、利得スペクトルを監視することを特徴
とする。本発明の請求項9に係る光ファイバ増幅器は、
上下準位から発生する光パワーを測定し、上下準位のイ
オン密度を導出することにより、利得スペクトルを監視
することを特徴とする。本発明の請求項10,11に係
る光ファイバ増幅器は、上下準位から発生する自然放出
光(ASE)パワーを測定し、上下準位のイオン密度を
導出することにより、利得スペクトルを監視することを
特徴とする。自然放出光の発生量は遷移する前の準位の
イオン密度に比例する。ファイバで考慮した場合ASE
の発生量は遷移する前の準位のイオン密度に必ずしも比
例するわけではないが、上下準位から発生するASEパ
ワーをモニタし、ファイバ全体でシミュレーションを行
うことにより、利得スペクトルを導出することは可能で
ある。本発明の請求項12に係る光ファイバ増幅器は、
上下準位から発生するASEパワーを狭帯域のフィルタ
により所望の波長のASEパワーを切り出し、モニタす
る。ファイバ全体でシミュレーションを行うことによ
り、利得スペクトルを導出する。本発明の請求項13に
係る光ファイバ増幅器は、上下準位のいずれかから発生
するASEパワーと、他方の準位から発生し狭帯域のフ
ィルタにより切り出したASEパワーをモニタし、ファ
イバ全体でシミュレーションを行うことにより、利得ス
ペクトルを導出することは可能である。本発明の請求項
14に係る光ファイバ増幅器は、1つのモニタ信号の利
得と上下準位のいずれかから発生する光パワーを測定
し、上下準位のイオン密度を導出することにより、利得
スペクトルを監視することを特徴とする。本発明の請求
項15に係る光ファイバ増幅器は、1つのモニタ信号の
利得と上下準位のいずれかから発生するASEパワーを
測定し、上下準位のイオン密度を導出することにより、
利得スペクトルを監視することを特徴とする。本発明の
請求項16に係る光ファイバ増幅器は、1つのモニタ信
号の利得と上下準位のいずれかから発生し、狭帯域のフ
ィルタで切り出したASEパワーを測定し、上下準位の
イオン密度を導出することにより、利得スペクトルを監
視することを特徴とする。
実施の形態を図1に示す。図1は利得スペクトル一定制
御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成
図である。同図に示すように、この光ファイバ増幅器
は、光増幅ブロック10、光監視ブロック20、光源ブ
ロック40、信号入力用光ファイバ及び信号出力用光フ
ァイバ(図示省略)からなる。光増幅ブロック10は、
コアに希土類イオン・ツリウム(Tm3+)を添加した増
幅用光ファイバ11、光アイソレータ12,15、励起
光と1400〜1520nmの信号光とを合波する波長
分割多重カプラ13,14により構成される。光アイソ
レータ12、波長分割多重カプラ13は、前方励起光導
入部60を構成する。また、波長分割多重カプラ14、
光アイソレータ15は後方励起光導入部70を構成す
る。光監視ブロック20は、光検出器21,22、演算
部23により構成される。光源ブロック40は、励起光
を発生する第1,2の励起光源41,42、励起光パワ
ーを制御する光制御部43より構成される。Tm3+を添
加した増幅用光ファイバ11のホストガラスとして非輻
射遷移の起こりにくいフッ化物系ガラスのZBLANガ
ラス、In−Pbガラスとテルライトガラス等がある。
光アイソレータ12,15としてはバルク型、埋め込み
型、全光ファイバ型等が使用可能である。励起光を発生
する励起光源41,42としては、Nd−YLFレー
ザ、Nd−YAGレーザなどの固体レーザやInGaA
sP系の半導体レーザ、Ybをコアに添加したファイバ
レーザ等が使用可能である。励起光と1400〜152
0nmの信号光とを合波する波長分割多重カプラ13,
14としては自然波長依存型、誘電体多層膜型、ファイ
バグレーティングと組み合わせたサーキュレータ等が使
用可能である。
に送り、その値を基に前方励起光入力ポート及び後方励
起光入力ポートからの光出力の和及び比を導出し光制御
部43へ送る。光制御部43はその値どおりに前方励起
光及び後方励起光のパワーを制御する。演算部23は短
波長側へ利得ピークがシフトしていると判断した場合に
は、前方側の励起光パワーの比率を上げ、長波長側へ利
得ピークがシフトしていると判断した場合には後方側の
励起光パワーの比率を上げるように前方励起光パワーP
f及び後方励起光パワーPbを調節する。また全体の利
得を、総励起光量(Pf+Pb))により制御する。こ
れにより利得スペクトル一定制御が可能となる。図2に
分配比制御を使用した場合と使用しない場合の比較を示
す。図2(a)はアンプへの入力パワーが減少後の利得
スペクトル、図2(b)は励起光の分配比の変化及び励
起光パワーの変化により制御を行った場合の利得スペク
トル、図2(c)は励起光の分配比を変化させずに励起
光パワーのみの変化により制御を行った場合の利得スペ
クトルの概念図を表している。分配比制御を使用した場
合は、ほぼ所望の利得スペクトルと一致しているが、分
配比制御を使用しなかった場合には全体の利得を下げる
ことは出来ても利得ピークの位置を合わせることは難し
い。入力パワーが増加した場合も分配比制御を使用した
場合には利得スペクトルの制御が可能であるが、分配比
制御を使用しない場合は難しい。
態を図3に示す。図3は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。図中、11はコアに希土類イオン・ツリウム(Tm
3+)を添加した増幅用光ファイバ、12,15は光アイ
ソレータ、13,14は励起光と1400〜1520n
mの信号光とを合波する波長分割多重カプラを示してお
り、これらは光増幅ブロック10を構成する。光監視ブ
ロック20は実施の形態1と同様である。41は励起光
を発生する第1の励起光源、43は励起光パワーを制御
する光制御部、44はマッハツェンダ干渉型分岐器を示
しており、これらは光源ブロック40を構成する。マッ
ハツェンダ干渉型分岐器44の構成図を図4に示す。図
中、51は電圧印加やファイバの加熱等による屈折率変
化を用いた位相調整器、52,53はカプラを示してお
り、これらはマッハツェンダ干渉型分岐器を構成する。
れ、分岐された2つの励起光の内1つの励起光が位相調
整器51により位相シフトを起こし、さらにカプラ52
により合波される際にその位相シフト量に応じた分岐比
で前方及び後方に入力される。この位相シフト量を変化
させることにより、分岐比の制御が可能となる。光検出
器21,22の測定値を演算部23に送り、その値を基
に前方励起光入力ポート及び後方励起光入力ポートから
の光出力の和及び比を導出し光制御部43へ送る。光制
御部43はその値を基にマッハツェンダ干渉型分岐器4
4の位相調整器51及び励起光源41を制御する。演算
部23は、短波長側へ利得ピークがシフトしていると判
断した場合には前方側の励起光パワーの比率を上げ、長
波長側へ利得ピークがシフトしていると判断した場合に
は後方側の励起光パワーの比率を上げるように前方励起
光パワーPf及び後方励起光パワーPbを調節する。ま
た全体の利得を、総励起光量(Pf+Pb)により制御
する。これにより利得スペクトル一定制御が可能とな
る。
態を図5に示す。図5は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。図中、11はコアに希土類イオン・ツリウム(Tm
3+)を添加した増幅用光ファイバ、12,15は光アイ
ソレータ、13,14,16は励起光と1400〜15
20nmの信号光とを合波する波長分割多重カプラを示
しており、これらは光増幅ブロック10を構成する。光
監視ブロック20は実施の形態1と同様である。41,
42は励起光を発生する第1、第2の励起光源、43は
励起光パワーを制御する光制御部、44はマッハツェン
ダ干渉型分岐器を示しており、これらは光源ブロック4
0を構成する。マッハツェンダ干渉型分岐器44の構成
は実施の形態2と同様である。
に送り、その値を基に前方励起光入力ポート及び後方励
起光入力ポートからの光出力の和及び比を導出し光制御
部43へ送る。光制御部43はその値を基にマッハツェ
ンダ干渉型分岐器44の位相調整器51及び励起光源4
1,42を制御する。演算部23は、短波長側へ利得ピ
ークがシフトしていると判断した場合には前方側の励起
光パワーの比率を下げ、長波長側へ利得ピークがシフト
していると判断した場合には後方側の励起光パワーの比
率を上げるように前方励起光パワーPf及び後方励起光
パワーPbを調節する。また全体の利得を、総励起光量
(Pf+Pb)により制御する。これにより利得スペク
トル一定制御が可能となる。 [実施の形態4]本発明の実施の形態は、実施の形態
1,2,3記載の光ファイバ増幅器おいて、励起光の励
起波長として増幅の下準位から増幅の上準位への吸収の
大きい1000〜1120nmを用いている。これによ
り、反転分布が改善し効率的な励起が可能となる。
態を図6に示す。図6は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。図中、11はコアに希土類イオン・ツリウム(Tm
3+)を添加した増幅用光ファイバ、12,15は光アイ
ソレータ、13,14,16は励起光と1400〜15
20nmの信号光とを合波する波長分割多重カプラを示
しており、これらは光増幅ブロック10を構成する。光
監視ブロック20は実施の形態1と同様である。41,
42は励起光を発生する第1、第2の励起光源、45は
後方励起の第3の励起光源、43は励起光パワーを制御
する光制御部を示しており、これらは光源ブロック40
を構成する。利得スペクトル一定制御方法は実施の形態
1と同様である。第1,2の励起光の波長は励起準位か
らの吸収(ESA)の大きい位置であるが基底準位から
の吸収(GSA)の小さい位置でもあるため励起効率が
悪い。しかし、GSAの大きい第3の励起波長を追加す
ることにより励起効率の改善が可能となった。また、第
3の励起光源45を後方励起に用いることにより、増幅
用光ファイバ11の前端部分の反転分布状態が良いため
雑音指数が良く、また高効率な増幅も可能である。
態を図7に示す。図7は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。実施の形態5とは、第3の励起光源を後方励起では
なく前方励起に用いている点において異なる。図中、1
1はコアに希土類イオン・ツリウム(Tm3+)を添加し
た増幅用光ファイバ、12,15は光アイソレータ、1
3,14,16は励起光と1400〜1520nmの信
号光とを合波する波長分割多重カプラを示しており、こ
れらは光増幅ブロック10を構成する。光監視ブロック
20は実施の形態1と同様である。41,42は励起光
を発生する第1、第2の励起光源、45は前方励起の第
3の励起光源、43は励起光パワーを制御する光制御部
を示しており、これらは光源ブロック40を構成する。
利得スペクトル一定制御方法は実施の形態1と同様であ
る。第1,2の励起光の波長はESAの大きい位置であ
るがGSAの小さい位置でもあるため励起効率が悪い。
しかし、GSAの大きい第3の励起波長を追加すること
により励起効率の改善が可能となった。また、第3の励
起光源45を前方励起に用いることにより実施の形態5
と比較して増幅効率は悪く、増幅用光ファイバ11の前
端部分の反転分布状態も悪いため雑音指数も悪い。
実施形態5,6記載の光ファイバ増幅器45において、
光増幅部の第3の励起光源45の励起波長としてGSA
の大きい630〜720nm,740〜830nm,1
100〜1300nm,1500〜2000nmのいず
れかを用いている。これにより、増幅の上下準位のイオ
ン密度が上昇し高効率な増幅が可能となる。
態を図8に示す。図8は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。光増幅ブロック10及び光源ブロック40として実
施の形態1,2,3,4,5,6,7のいずれかを使用
する。図中、26,27は波長の異なる2つのモニタ用
信号光源、28,29は2つのモニタ用信号光のパワー
を測定する光検出器、210,211は2つのモニタ用
信号光を分波する光ファイバカプラ、212は2モニタ
用信号光を合波する光ファイバカプラ、24は信号光と
モニタ用信号光を合波する光ファイバカプラ、213,
214は増幅された2モニタ用信号光パワーを測定する
光検出器、215,216はそれぞれのモニタ用信号光
を抽出するためのフィルタ、25,217はモニタ用信
号光及び信号光を分岐する光ファイバカプラ、23は演
算部を示しており、これらは光監視ブロック20を構成
する。モニタ用信号光源26,27としては、周回型半
導体レーザ、分布帰還型半導体レーザ、分布反射型半導
体レーザなどが使用可能である。モニタ用信号光を合分
波する光ファイバカプラ212としては方向性結合型、
誘電体多層膜型、サーキュレータ等が使用可能である。
光検出器28,29,213,214としてはpinフ
ォトダイオード、アバランシフォトダイオード等があ
る。フィルタ215,216としては誘電体多層膜フィ
ルタ、ファイバグレーティング等がある。2つのモニタ
信号光の波長は信号波長帯域の利得スペクトルを把握す
るために、信号波長帯域の両端若しくは片端若しくは帯
域内の1300〜1600nmに位置する。
光パワーを検出する。光増幅ブロック10により入力信
号光及びモニタ信号光を増幅する。増幅された2つのモ
ニタ信号光は光ファイバカプラ25,217により光増
幅ブロック10の出力端で分波され、光検出器215に
よりそれぞれの信号光パワーが検出され、入力モニタ信
号光パワー値を用いることにより演算部23において利
得を導出する。導出された利得と所望の値を基に、前方
励起光の入力ポート及び後方励起光入力ポートからの光
出力の和及び比を導出し、光源ブロック40の光制御部
43へ送る。光制御部43はその値どおりに前方励起光
及び後方励起光のパワーを制御する。演算部23は短波
長側へ利得ピークがシフトしていると判断した場合には
前方側の励起光パワーの比率を上げ、長波長側へ利得ピ
ークがシフトしていると判断した場合には後方側の励起
光パワーの比率を上げるように前方励起光パワーPf及
び後方励起光パワーPbを調節する。また全体の利得
を、総励起光量(Pf+Pb))により制御する。これ
により利得スペクトル一定制御が可能となる。
態を図9に示す。図9は利得スペクトル一定制御機能及
びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成図であ
る。光増幅ブロック10及び光源ブロック40として実
施の形態1,2,3,4,5,6,7のいずれかを使用
する。図中、218,219はASEパワーを測定する
光検出器、220,221は上下準位から発光波長に対
応した光を抽出するフィルタ、222,223は前記光
を分波する分波器、23は演算部を示しており、これら
は光監視ブロック20を構成する。光増幅ブロック10
により入力信号光を増幅する。増幅の上準位から発生す
る740〜880nm,1400〜1600nm,20
00〜2600nmの光のいずれかと増幅の下準位から
発生する1600〜2000nmの光は分波する分波器
222,223により光増幅ブロック10の出力端で分
波され、光監視ブロック20により2つの光パワーを検
出する。2つの光パワー値は演算部23に送られ、所望
の値との比較により前方励起光の入力ポート及び後方励
起光入力ポートからの光出力の和及び比を導出し、光源
ブロック40の光制御部43へ送る。光制御部43はそ
の値どおりに前方励起光及び後方励起光のパワーを制御
する。演算部23は短波長側へ利得ピークがシフトして
いると判断した場合には前方側の励起光パワーの比率を
上げ、長波長側へ利得ピークがシフトしていると判断し
た場合には後方側の励起光パワーの比率を上げるように
前方励起光パワーPf及び後方励起光パワーPbを調節
する。また全体の利得を、総励起光量(Pf+Pb)に
より制御する。これにより利得スペクトル一定制御が可
能となる。
の形態を図10に示す。図10は利得スペクトル一定制
御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成
図である。光増幅ブロック10及び光源ブロック40と
して実施の形態1,2,3,4,5,6,7のいずれか
を使用する。図中、224,225はASEパワーを測
定する光検出器、226,227は上下準位から発生す
るASEを抽出するフィルタ、228,229はASE
を分波する分波器、23は演算部を示しており、これら
は光監視ブロック20を構成する。光増幅ブロック10
により入力信号光を増幅する。増幅の上準位から発生す
る740〜880nm,1400〜1600nm,20
00〜2600nmのASEのいずれかと増幅の下準位
から発生する1600〜2000nmのASEは分波す
る分波器228,229により光増幅ブロック10の出
力端で分波され、光監視ブロック20により2つのAS
Eパワーを検出する。2つのASEパワー値は演算部2
3に送られ、所望の値との比較により前方励起光の入力
ポート及び後方励起光入力ポートからの光出力の和及び
比を導出し、光源ブロック40の光制御部43へ送る。
光制御部43はその値どおりに前方励起光及び後方励起
光のパワーを制御する。演算部23は短波長側へ利得ピ
ークがシフトしていると判断した場合には前方側の励起
光パワーの比率を上げ、長波長側へ利得ピークがシフト
していると判断した場合には後方側の励起光パワーの比
率を上げるように前方励起光パワーPf及び後方励起光
パワーPbを調節する。また全体の利得を、総励起光量
(Pf+Pb)により制御する。これにより利得スペク
トル一定制御が可能となる。
実施の形態10の光ファイバ増幅器の光監視ブロック2
0において広帯域で発生するASEのパワーを測定する
のではなく、上下準位から発生するそれぞれ1波長のA
SEパワーをフィルタにより抽出して測定する。
実施の形態10の光ファイバ増幅器の光監視ブロック2
0において、上準位から発生するASEパワーを広帯域
で測定、下準位から発生するASEパワーついてはフィ
ルタにより1波長のASEパワーを抽出して測定する。
実施の形態10の光ファイバ増幅器の光監視ブロック2
0において、下準位から発生するASEパワーを広帯域
で測定、上準位から発生するASEパワーついてはフィ
ルタにより1波長のASEパワーを抽出して測定する。
の形態を図11に示す。図11は利得スペクトル一定制
御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成
図である。光増幅ブロック10及び光源ブロック40と
して実施の形態1,2,3,4,5,6,7のいずれか
を使用する。図中、26はモニタ信号光源、28は入力
モニタ信号光パワーを測定する光検出器、210はモニ
タ信号光を分波する光ファイバカプラ、24は信号光と
モニタ信号光を合波する光ファイバカプラ、213は増
幅されたモニタ信号光パワーを測定する光検出器、21
9は上下準位のいずれかからの発光の波長に対応した光
のパワーを測定する光検出器、215は増幅されたモニ
タ信号光を抽出するフィルタ、221は上下準位のいず
れかからの発光の波長に対応した光を抽出する光フィル
タ、230は上下準位のいずれかからの発光の波長に対
応した光及びモニタ信号光を分波する光ファイバカプ
ラ、231は信号光及び上下準位のいずれかからの発光
の波長に対応した光及びモニタ信号光を分波する光ファ
イバカプラ、23は演算部を示しており、これらは光監
視ブロック20を構成する。モニタ信号光の波長は信号
光波長帯域の片端若しくは帯域内の1300〜1600
nmに位置する。
り入力モニタ信号光パワーを検出し、演算部23へ送
る。光増幅ブロック10により信号光とモニタ信号光を
増幅する。増幅されたモニタ信号光は分波する光ファイ
バカプラ230,231により光増幅ブロック10の出
力端で分波され、増幅されたモニタ信号光パワーを光検
出器213により検出し、演算部23へ送る。入力モニ
タ信号光パワーと増幅されたモニタ信号光パワーの値よ
り利得が導出される。増幅の上下準位のから発生する7
40〜880nm,1400〜1600nm,2000
〜2600nm,1600〜2000nmのいずれかに
対応した光、若しくは740〜880nm,1400〜
1600nm,2000〜2600nm,1600〜2
000nmの帯域内1波長の光は分波する光ファイバカ
プラ230により光増幅ブロック10の出力端で分波さ
れ、出力側光監視ブロックにより上下準位のいずれかか
らの発光の波長に対応した光が検出される。導出された
モニタ信号光の利得及び上下準位のいずれかからの発光
の波長に対応した光のパワー値は、演算部23に送ら
れ、所望の値との比較により前方励起光の入力ポート及
び後方励起光入力ポートからの光出力の和及び比を導出
し、光源ブロック40の光制御部43へ送る。光制御部
43はその値どおりに前方励起光及び後方励起光のパワ
ーを制御する。演算部23は短波長側へ利得ピークがシ
フトしていると判断した場合には前方側の励起光パワー
の比率を上げ、長波長側へ利得ピークがシフトしている
と判断した場合には後方側の励起光パワーの比率を上げ
るように前方励起光パワーPf及び後方励起光パワーP
bを調節する。また全体の利得を、総励起光量(Pf+
Pb)により制御する。これにより利得スペクトル一定
制御が可能となる。
の形態を図12に示す。図12は利得スペクトル一定制
御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅器の構成
図である。光増幅ブロック10及び光源ブロック40と
して実施の形態1,2,3,4,5,6,7のいずれか
を使用する。図中、26はモニタ信号光源、28は入力
モニタ信号光パワーを測定する光検出器、210はモニ
タ信号光を分波する光ファイバカプラ、24は信号光と
モニタ信号光を合波する光ファイバカプラ、213は増
幅されたモニタ信号光パワーを測定する光検出器、22
4は上下準位のいずれかから発生するASEパワーを測
定する光検出器、215は増幅されたモニタ信号光を抽
出するフィルタ、226は上下準位のいずれかから発生
するASEを抽出する光フィルタ、232はASE及び
モニタ信号光を分波する光ファイバカプラ、233は信
号光及びASE及びモニタ信号光を分波する光ファイバ
カプラ、23は演算部を示しており、これらは光監視ブ
ロック20を構成する。モニタ信号光の波長は信号光波
長帯域の片端若しくは帯域内の1300〜1600nm
に位置する。
り入力モニタ信号光パワーを検出し、演算部23へ送
る。光増幅ブロック10により信号光とモニタ信号光を
増幅する。増幅されたモニタ信号光は分波する光ファイ
バカプラ232,233により光増幅ブロック10の出
力端で分波され、増幅されたモニタ信号光パワーを光監
視ブロック20により検出し、演算部23へ送る。入力
モニタ信号光パワーと増幅されたモニタ信号光パワーの
値より利得が導出される。増幅の上下準位のから発生す
る740〜880nm,1400〜1600nm,20
00〜2600nm,1600〜2000nmのいずれ
かのASE、若しくは740〜880nm,1400〜
1600nm,2000〜2600nm,1600〜2
000nmの帯域内1波長のASEは分波する光ファイ
バカプラにより光増幅ブロック10の出力端で分波さ
れ、出力側光監視ブロックによりASEパワーが検出さ
れる。導出されたモニタ信号光の利得及びASEパワー
値は、演算部23に送られ、所望の値との比較により前
方励起光の入力ポート及び後方励起光入力ポートからの
光出力の和及び比を導出し、光源ブロック40の光制御
部43へ送る。光制御部43はその値どおりに前方励起
光及び後方励起光のパワーを制御する。演算部23は短
波長側へ利得ピークがシフトしていると判断した場合に
は前方側の励起光パワーの比率を上げ、長波長側へ利得
ピークがシフトしていると判断した場合には後方側の励
起光パワーの比率を上げるように前方励起光パワーPf
及び後方励起光パワーPbを調節する。また全体の利得
を、総励起光量(Pf+Pb)により制御する。これに
より利得スペクトル一定制御が可能となる。
イバ増幅器は、前方励起光量Pfと後方励起光量Pbの
比を変化させることにより、アンプへの入力信号光パワ
ーの変動に対して利得スペクトルを一定に保つことがで
きる。また利得スペクトル状態を表す利得、ASEパワ
ーの中から任意の組み合わせの2つの値を測定すること
により、利得スペクトル状態の監視を行うことができ
る。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
利得スペクトル、図2(b)は励起光の分配比の変化及
び励起光パワーの変化により制御を行った場合の利得ス
ペクトル、図2(c)は励起光の分配比を変化させずに
励起光パワーのみの変化により制御を行った場合の利得
スペクトルの概念図を表している。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
ル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ増幅
器の構成図である。
クトル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ
増幅器の構成図である。
クトル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ
増幅器の構成図である。
クトル一定制御機能及びモニタ機能を備えた光ファイバ
増幅器の構成図である。
例を示すグラフである。
与するエルビウムイオン(E3+)のエネルギー準位図を
示すグラフである。
る。
光の分配比を変えた場合の利得スペクトルを示すグラフ
である。
0,231,232,233 光ファイバカプラ 26,27 モニタ用信号光源 28,29,213,214,218,219,22
4,225 光検出器 215,216,220,221,226,227 フ
ィルタ 222,223,228,229 分波器 41,42,45 励起光源 43 光制御部 44 マッハツェンダ干渉型分岐器 51 位相調整器 52,53 カプラ 60 前方励起光導入部 70 後方励起光導入部
Claims (16)
- 【請求項1】 光増幅ブロックと光監視ブロックと光源
ブロックと信号入力用光ファイバ及び信号出力用光ファ
イバからなる光増幅器であって、前記光監視ブロックは
少なくとも入力側光監視ブロック又は出力側光監視ブロ
ックのいずれか一方を有し、前記光監視ブロックのう
ち、入力側光監視ブロックは少なくとも前記信号入力用
光ファイバと前記光増幅ブロックの間に設置された第1
の光合分波器を有し、前記光監視ブロックのうち、出力
側光監視ブロックは少なくとも前記信号出力用光ファイ
バと前記光増幅ブロックの間に設置された第2の光合分
波器を有し、前記光増幅ブロックはツリウムイオンをコ
ア又はクラッドの少なくともいずれか一方に添加した増
幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバにそれぞれ一
端で接続した前方励起光導入部と後方励起光導入部より
なり、前記前方励起光導入部は、前記入力側光監視ブロ
ック又は前記信号入力用光ファイバの一端に接続した光
アイソレータと、少なくとも1つの光合分波器と前記光
合分波器の各々に接続した前方励起光入力ポートよりな
り、前記励起光入力ポートは前記第1の光合分波器に接
続され、前記後方励起光導入部は、前記出力側光監視ブ
ロック又は前記信号出力用光ファイバの一端に接続した
光アイソレータと、少なくとも1つの光合分波器と前記
光合分波器の各々に接続した後方励起光入力ポートより
なり、前記後方励起光入力ポートは前記第2の光合分波
器に接続され、前記光源ブロックは少なくとも1つの励
起光源と光制御部よりなり、前記励起光源は前記前方励
起光入力ポート又は前記後方励起光入力ポートに接続さ
れ、前記光制御部は前記光監視ブロックの演算部の出力
を基に前記前方励起光入力ポート及び後方励起光入力ポ
ートからの光出力の和及び比を制御し、前記光監視ブロ
ックは、演算部において前記入力光監視ブロック及び出
力光監視ブロックでの測定値を基に前記和及び比を演算
することを特徴とする光ファイバ増幅器。 - 【請求項2】 前記励起光源のうち少なくとも1つは、
位相調整器を有するマッハツェンダ干渉計の入力部に接
続され、前記マッハツェンダ干渉計の前記励起光源に接
続されていない側はそれぞれ前記前方励起光入力ポート
及び前記後方励起光入力ポートに各々接続され、前記位
相調整器は前記光制御部に接続されたことを特徴とする
請求項1に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項3】 1台のみで構成される前記励起光源は、
位相調整器を有するマッハツェンダ干渉計の入力部に接
続され、前記マッハツェンダ干渉計の前記励起光源に接
続されていない側はそれぞれ前記前方励起光入力ポート
及び前記後方励起光入力ポートに各々接続され、前記位
相調整器は前記光制御部に接続されたことを特徴とする
請求項1又は2に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項4】 少なくとも1台の前記励起光源の出力波
長が1000nm乃至1120nmであることを特徴と
する請求項1,2又は3に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項5】 前記励起光源に加えて、出力波長が53
0nm乃至720nm,740nm乃至830nm,1
100nm乃至1300nm、及び1500nm乃至2
000nmの中から選ばれた少なくとも1つの励起光源
を有することを特徴とする請求項4に記載の光ファイバ
増幅器。 - 【請求項6】 前記光監視ブロックは、演算部において
前記入力光監視ブロック及び出力光監視ブロックでの測
定値と予め設定した基準値との差に基づいて前記和及び
比を演算することを特徴とする請求項1,2,3,4又
は5に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項7】 前記光監視ブロックは、少なくとも1つ
以上の励起準位からの発光についての前記入力光監視ブ
ロック及び出力光監視ブロックでの光強度の測定値と予
め設定した基準値との差に基づいて前記和及び比を演算
することを特徴とする請求項6に記載の光ファイバ増幅
器。 - 【請求項8】 前記入力側光監視ブロックは、前記増幅
用光ファイバの増幅帯域内に設定された異なる複数の波
長を各々出力する複数の光源と、前記各々の波長に対応
した複数の光検出器と、前記光源の出力を分岐し、前記
第1の光合波器と前記光検出器に接続した光合分波器を
有することを特徴とする請求項7に記載の光ファイバ増
幅器。 - 【請求項9】 前記光監視ブロックは、Tm3+の3H4及
び3F4からの発光の波長に対応した光を各々検出する手
段を有することを特徴とする請求項1,2,3,4,
5,6又は7に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項10】 前記光監視ブロックは、Tm3+の3H4
及び3F4からの増幅された自然放出光を各々検出する手
段を有することを特徴とする請求項8に記載の光ファイ
バ増幅器。 - 【請求項11】 前記光監視ブロックは、Tm3+の3H4
及び3F4からの増幅された自然放出光を各々検出する手
段を有することを特徴とする請求項1,2,3,4,
5,6又は7に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項12】 前記光監視ブロックは、Tm3+の3H4
及び3F4からの増幅された自然放出光のうち少なくとも
1つの波長の光を各々検出する手段を有することを特徴
とする請求項1,2,3,4,5,6,9又は11に記
載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項13】 前記光監視ブロックは、Tm3+の3H4
及び3F4のいずれかの準位からの増幅された自然放出光
と、他方の準位からの増幅された自然放出光から少なく
とも1つの波長の励起光を各々検出する手段を有するこ
とを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,
9,11又は12に記載光ファイバ増幅器。 - 【請求項14】 前記光監視ブロックは、前記増幅用光
ファイバの増幅帯域内に設定された少なくとも1つの波
長の光を出力する光源と、前記波長に対応した光検出器
と、前記光源の出力を分岐し、前記第1の光合分波器と
前記光検出器に接続した光合分波器と、Tm3+の3H4及
び3F4からの発光を検出する手段を有することを特徴と
する請求項1,2,3,4,5,6又は11に記載の光
ファイバ増幅器。 - 【請求項15】 前記光監視ブロックは、前記増幅用光
ファイバの増幅帯域内に設定された少なくとも1つの波
長の光を出力する光源と、前記波長に対応した光検出器
と、前記光源の出力を分岐し、前記第1の光合分波器と
前記光検出器に接続した光合分波器と、Tm3+の3H4及
び3F4からの増幅された自然放出光を検出する手段を有
することを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,
11又は14に記載の光ファイバ増幅器。 - 【請求項16】 前記光監視ブロックは、前記増幅用光
ファイバの増幅帯域内に設定された少なくとも1つの波
長の光を出力する光源と、前記波長に対応した光検出器
と、前記光源の出力を分岐し、前記第1の光合分波器と
前記光検出器に接続した光合分波器と、Tm3+の3H4及
び3F4からの増幅された自然放出光の少なくとも1つの
波長に対応した光を検出する手段を有することを特徴と
する請求項1,2,3,4,5,6,11,14又は1
5に記載の光ファイバ増幅器。
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- 2000-02-10 JP JP2000032963A patent/JP3514436B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Mahdi et al. | Characterization of lasing-oscillation direction in optical gain-clamped erbium-doped fiber amplifiers |
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